显示装置及其驱动方法
专利名称：显示装置及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及显示装置的驱动方法以及显示装置。
背景技术：
近年来，通过使用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体薄膜(具有大约几纳米到几百纳米的厚度)来形成薄膜晶体管(TFT)的技术已经引起关注。薄膜晶体管应用于宽范围的电子装置(例如IC或电光装置)，并且，特别地，正在推进将用作图像显示装置中的开关元件的薄膜晶体管的迅速发展。作为在其中使用薄膜晶体管的电子装置，有移动装置(例如移动电话或笔记本计算机等)。对于这样的便携式电子装置，影响连续操作时间的功率消耗是大的问题。同样对于尺寸増加的电视机等，抑制与尺寸増加关联的功率消耗的增加是重要的。此外，在显示装置中，当输入到像素的图像数据被重写时，再次进行写入相同的图 像数据的操作(即使在一段时期中的图像数据与以前的时期中的图像数据相同的情况下)。其结果是，通过多次进行写入相同的图像数据的操作，増加了功率消耗。为了抑制显示装置中这样的功率消耗的増加，例如，已经公开ー种技术，在其中毎次通过在显示静止图像的情况下扫描屏幕来写入图像数据后，设置长于扫描周期的中断周期作为非扫描周期(例如，參照专利文献I和非专利文献I)。[參照]
[专利文献]
专利文献I :美国专利第7321353号 [非专利文献]
非专利文献 I K. Tsuda et al.，IDW，02，Proc.，pp. 295-298。
发明内容
然而，通过专利文献I中描述的驱动方法，仅可以在静止图像显示于整个屏幕中的情况下減少功率消耗；在显示移动图像的情况下，需要通过扫描整个屏幕来写入屏幕数据。从而需要较低的功率消耗。因此，本发明的一个实施例的目标是提供显示装置以及显示装置的驱动方法，在其任ー个中，即使在显示移动图像的情况下，也可以充分地減少功率消耗。在显示装置以及显示装置的驱动方法中，在行方向上(栅极线的方向)将显示屏幕分为多个子屏幕并且比较用于每个子屏幕的连续帧周期中的图像数据。基于比较结果来控制是否重写图像数据。在显示装置以及显示装置的驱动方法中，进行操作如下存储第一帧的图像数据和后续第二帧的图像数据；将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据；对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配；以及在判断数据示出失配的情况下，选择栅极线并且写入第二帧的图像数据。在判断数据示出匹配的情况下，不写入第二帧的图像数据并且維持第一帧周期中的显示。换句话说，仅在第二帧周期的需要重写的屏幕区域中进行选择性写入。从而可忽略不必要的写入操作并且可以因此减少显示装置的功率消耗。在本说明书中公开的本发明的实施例是显示装置的驱动方法，包含以下步骤在行方向上将显示屏幕分为多个子屏幕；对于每个子屏幕判断多个连续帧周期中的图像数据的匹配或失配；以及基于判断数据来控制是否进行多个子屏幕中的图像数据的重写。在本说明书中公开的本发明的另ー实施例是显示装置的驱动方法，包含以下步骤存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据；对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配；输出判断数据；在判断数据示出匹配的情况下，不 在栅极信号产生电路中选择栅极线；以及在判断数据示出失配的情况下，选择栅极线并且写入第二帧的图像数据。在本说明书中公开的本发明的另ー实施例是显示装置的驱动方法，包含以下步骤存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据；对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配；输出判断数据；在判断数据示出匹配的情况下，不在栅极信号产生电路和源极信号产生电路中选择栅极线和源极线；以及在判断数据示出失配的情况下，选择栅极线和源极线并且写入第二帧的图像数据。请注意对于栅极信号产生电路中包含的多个栅极线将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分开并且进行判断。在本说明书中公开的本发明的实施例是显示装置，包含数据存储电路，用于存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；判断与图像数据处理电路，包含判断电路，用于将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据并且对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配，以及判断数据存储电路，用于存储从判断电路获得的判断数据；栅极信号产生电路，用于基于判断数据来控制是否进行第二帧的图像数据的写入；以及源极信号产生电路，同步栅极信号产生电路。在本说明书中公开的本发明的实施例是显示装置，包含数据存储电路，用于存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；判断与图像数据处理电路，包含判断电路，用于将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据并且对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配，以及判断数据存储电路，用于存储从判断电路获得的判断数据；栅极信号产生电路，用于基于判断数据来控制是否进行第二帧的图像数据的写入；以及源极信号产生电路，同步栅极信号产生电路。判断电路通过对于栅极信号产生电路中包含的多个栅极线将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分开来进行判断。在以上结构中，显示装置可以包含用于控制数据存储电路的參照信号产生电路、判断与图像数据处理电路、栅极信号产生电路、以及源极信号产生电路。另外，显示装置可以包含用多个像素来显示图像数据的像素部分，其中在每个像素中可以提供晶体管。
请注意本说明书中的序数(例如“第一”和“第二”)是便利起见而使用的并且没有指代步骤的顺序和层的层叠顺序。此外，本说明书中的序数没有指代规定本发明的特定名称。在显示装置以及显示装置的驱动方法中，在行方向上(栅极线的方向)将显示屏幕分为多个子屏幕并且对于每个子屏幕比较连续帧周期中的图像数据。基于比较结果来控制是否重写图像数据。换句话说，仅在需要重写的屏幕区域中进行写入。由于在显示移动图像的情况下也可以忽略不必要的写入操作，从而可以提供充分地減少功率消耗的显示装置以及显示装置的驱动方法。
在附图中
图I是图示显示装置的一个模式的图表；
图2是图示显示装置的驱动方法的一个模式的示意 图3是图示显示装置的驱动方法的一个模式的流程 图4是图示显示装置的驱动方法的一个模式的时间 图5A到是每个图示可应用于显示装置的晶体管的一个模式的图表；
图6A到6E是图示可应用于显示装置的晶体管的制造方法的一个模式的图表；
图7A和7B是每个图示电子器具的图表；
图8A和8B是每个图示电子器具的图表；以及 图9A和9B是每个图示电子器具的图表。
具体实施例方式在下文中，将參照附图详细描述本发明的实施例。然而，本发明不限于以下描述，并且本领域技术人员容易理解，可以以各种方式修改本文公开的模式和细节。因此，本发明不解释为限制于实施例的描述。[实施例I]
在本实施例中，參照图I、图2、图3、以及图4来描述显示装置的一个模式以及显示装置的驱动方法的一个模式。在图I中图示显示装置的ー个模式。在图I中图示的显示装置10包含像素部分11、栅极驱动器电路部分12、源极驱动器电路部分13、数据存储电路14、判断与图像数据处理电路15、栅极信号产生电路16、源极信号产生电路17、以及參照信号产生电路18。数据存储电路14包含存储第一帧的图像数据Ft的第一帧数据存储电路20a以及存储第二帧的图像数据Ft +:的第二帧数据存储电路20b。判断与图像数据处理电路15包含判断电路21和判断数据存储电路22。由參照信号产生电路18来控制数据存储电路14、判断与图像数据处理电路15、栅极信号产生电路16、以及源极信号产生电路17。參照图2和图3描述显示装置10的驱动方法的例子。首先，如图3中图示的，帧周期t中的图像数据是第一帧的图像数据Ft并且跟随帧周期t的帧周期t + I中的图像数据是第二帧的图像数据Ft+ 1并且其存储于数据存储电路14中。请注意在本说明书中，第一帧的图像数据Ft是帧周期t中用于整个屏幕的图像数据(像素部分11中的所有像素)；可以应用于第二帧的图像数据Ft+ 1是相同的。请注意在图I中，第一帧的图像数据Ft存储于第一帧数据存储电路20a中并且第ニ帧的图像数据Ft+ 1存储于第二帧数据存储电路20b中。然后，如图3中图示的，将第一帧的图像数据Ft和第二帧的图像数据Ft + 1输入到判断与图像数据处理电路15并且判断数据的匹配或失配。为了进行判断，首先，将整个屏幕分为子屏幕Atl到An。仅在栅极线的方向将屏幕分为子屏幕并且每个子屏幕Atl到An具有多个栅极线I到m。将栅极线的方向称为行方向井且对于每个栅极线提供多个像素。在本实施例中，描述如图2中所图示的在其中将整个屏幕分为10个子屏幕Atl到A9的例子。此外，每个子屏幕具有例如108个栅极线I到108并 且因此整个屏幕具有1080个栅极线。其次，对于子屏幕Atl到An分开输入图像数据。将第一帧的图像数据Ft分为图像数据F (Atl)t到F (An)t并且将第二帧的图像数据Ft + 1分为图像数据F (AQ)t + 1到F (An)
t + I °在本实施例中，如图2中图示的，将第一帧的图像数据Ft分为对应于各个子屏幕Atl到A9的10个图像数据F (A0)t到F (A9)t ;类似地，将第二帧的图像数据Ft + 1分为10个图像数据 F (A0)t + 1 到 F (A9) t + 1。此后，如图3中图示的，通过判断电路21判断分开的图像数据F (、)，到？ (A9)丨以及F (Atl)U1到F (A9) t + 1的匹配或失配并且将判断数据存储于判断数据存储电路22中。例如，在分开的图像数据F (、)，和？(Atl)U1匹配的情况下存储为I并且在其失配的情况下存储为O。在图2中，当判断数据存储电路的地址点J_MEM_AP是0、2、3、5以及9吋，分开的图像数据失配，并且当地址点是0、2、3、5以及9吋，判断数据J_MEM_DATA为O。当判断数据存储电路的地址点J_MEM_AP是1、4、6、7以及8时，分开的图像数据匹配，并且当地址点是1、4、6、7以及8时，判断数据J_MEM_DATA为I。跟随帧周期t + I的帧周期t + 2中的图像数据是第三帧的图像数据Ft+ 2并且将第三帧的图像数据Ft + 2也分为图像数据F (Atl)t^到F (An)t+ 20类似于图2中的第二帧的图像数据Ft + 1，将第三帧的图像数据Ft + 2分为10个图像数据F (AQ)t + 2到F (A9)t + 2。通过判断电路21，判断分开的图像数据F (A0)t + 1到F (A9)t + 1以及F (A0)tJJF (A9)t + 2的匹配或失配并且将判断数据存储于判断数据存储电路22中。以相似的方式重复地进行判断直到在时间轴方向中的最后的帧周期并且判断数据存储于判断数据存储电路22中。将判断数据存储电路22中存储的判断数据输出到栅极信号产生电路16和源极信号产生电路17。此处，当判断数据示出匹配时，不在栅极信号产生电路16中选择栅极线并且不在源极信号产生电路17中选择源极线。另ー方面，当判断数据示出失配时，在栅极信号产生电路16中选择栅极线并且在源极信号产生电路17中选择源极线。请注意，毎次当存储两个连续帧周期中的判断数据时，可以输出判断数据；备选地，可以在判断数据存储电路22中积累三个或者更多的连续帧周期中的判断数据并且可以一次输出积累的判断数据。在每个子屏幕中，当判断数据示出匹配时，不在栅极信号产生电路16中选择栅极线并且不在源极信号产生电路17中选择源极线。因此，不在栅极驱动器电路部分12和源极驱动器电路部分13中进行第二帧的图像数据的写入。另ー方面，在每个子屏幕中，当判断数据示出失配时，在栅极信号产生电路16中选择栅极线并且在源极信号产生电路17中选择源极线。因此，在栅极驱动器电路部分12和源极驱动器电路部分13中进行第二帧的图像数据的写入并且在像素部分11中显示第二帧的图像数据。不向在其中判断数据示出像素部分11中的匹配的子屏幕写入第二帧的图像数据，并且維持第一帧周期中的显示。换句话说，仅在对于第二帧周期需要重写的子屏幕中进行选择性写入。从而可忽略不必要的写入操作并且可以因此减少显示装置的功率消耗。图4图示关于显示装置的驱动方法的时间图的例子。请注意图4的时间图是显示装置的驱动方法的一个可应用的例子并且本发明不限于此。 在图4的时间图中，CLK意味着由參照信号产生电路18产生的时钟信号；J_MEM_AP意味着判断数据存储电路22的地址点；并且J_MEM_DATA意味着存储的判断数据。在时期P。中，J_MEM_AP为O，基于图2中的判断数据J_MEM_DATA变成O，并且由BL0CK_CNT从“I”开始递增操作。在本实施例中，由于子屏幕Atl具有108个栅极线，所以BL0CK_CNT 从 I 递增到 108。在本实施例中，当判断数据示出匹配(I)吋，不选择栅极线和源极线；当判断数据示出失配(O)时，选择栅极线和源极线。从而在图4中图示的时间图中，当J_MEM_DATA为O时，对应于 J_MEM_AP O 到 J_MEM_AP 9 的 Gate_Start_Pulse O 到 Gate_Start_Pulse 9 以及 Source_Start_Pulse 转成高(“H”)并且 D_inc 转成低(“L”)。当 J_MEM_DATA 为 I 时，Gate_Start_Pulse 和 Source_Start_Pulse 转成低(“L”)并且 D_inc 转成高(“H，，)。在时期P。中，由于 J_MEM_DATA 为 O,所以 Gate_Start_Pulse O 和 Source_Start_Pulse转成“H”并且由图像数据存储电路的地址指示器V_MEM_AP (未示出)选择子屏幕A。，并且作为图像数写入F (AQ)t + 1。顺序写入图像数据V_DATA作为数据AtlDtl到AtlDltl7,将其分为子屏幕Atl中包含的各自的108个栅极线。在BL0CK_CNT递增到108后，BL0CK_LAST转成“H”并且BL0CK_CNT复位为O并且时期P1开始。在时期P1中，由于J_MEM_AP为I并且基于图2中的判断数据J_MEM_DATA变成I，Gate_Start_Pulse 为“L”并且 Source_Start_Pulse 转成“L”并且不写入图像数据 V_DATA。另外，BL0CK_CNT不递增并且保持为0，并且后续的时期P2开始。基于以下判断数据来进行图像数据的选择性写入。在最后的时期p9中，J_MEM_AP为9，基于图2中的判断数据J_MEM_DATA变成O，并且由BL0CK_CNT从“ I ”开始递增操作。由于 J_MEM_DATA 为 O,所以 Gate_Start_Pulse 9 和 Source_Start_Pulse 转成“H”并且由图像数据存储电路的地址指示器V_MEM_AP选择子屏幕A9,并且作为图像数据V_DATA 写入 F (A9)t +”在最后的时期p9 (其中 J_MEM_AP 为 9)中，FRAME_END 转成 “H”。当 BL0CK_LAST转成“H”以及FRAME_END为“H”时，J_MEM_AP复位为O。
请注意在像素部分中，即使在判断数据示出匹配并且不需要图像数据的写入的区域中，也可以在某些间隔进行图像数据的重写操作(所谓的刷新操作)。如上所述，第二帧的图像数据不写入在其中判断数据示出像素部分中的匹配的子屏幕，并且维持第一帧周期中的显示。换句话说，仅在对于第二帧周期需要重写的子屏幕中进行选择性写入。从而可忽略不必要的写入操作并且可以因此减少显示装置的功率消耗。显示装置10可以使用各种半导体元件(例如晶体管和存储器元件)。晶体管可以用于像素部分11和驱动器电路(例如，栅极驱动器电路部分12、源极驱动器电路部分13、数据存储电路14、判断与图像数据处理电路15、栅极信号产生电路16、源极信号产生电路17、以及參照信号产生电路18)。可以在衬底(在那里形成像素部分11)之上形成包含晶体管的部分或所有的驱动器电路(例如，栅极驱动器电路部分12和源极驱动器电路部分13),由此可以获得面板上系统(system-on-panel)。
此外，使用单晶半导体膜或多晶半导体膜在単独准备的衬底之上単独形成的驱动器电路(也称作集成电路(IC))可以装配在配备有像素部分11的衬底上。请注意对单独地形成的驱动器电路的连接方法没有特定的限制，并且可以使用玻璃上芯片(chip onglass, COG)法、引线接合法、带式自动接合(tape automated bonding, TAB)法等。另外，可以采用这样的方法，在其中形成包含驱动器电路的布线板并且使用柔性印刷电路(flexible printed circuit,FPC)、TAB带、或带载封装(tape carrier package,TCP)连接布线板和像素部分11，并且从布线板向像素部分11供应各种信号和电位。对晶体管的结构没有特定的限制；例如，可以采用顶栅结构和底栅结构(例如交错结构和平面结构)。另外，晶体管可以具有包含一个沟道形成区域的单栅结构、包含两个沟道形成区域的双栅结构、或包含三个沟道形成区域的三栅结构。备选地，晶体管可以具有包含两个栅电极层(其放置于沟道区域之上或之下，在其间提供栅极绝缘层)的双栅结构。以下将描述可以用于晶体管的半导体层的材料的例子。半导体元件(例如晶体管)中所包含的用于半导体层材料，可以使用下列材料由使用半导体材料气体(以硅烷或锗烷为代表)的气相生长法或由溅射法制造的非晶半导体；使用光能或热能通过晶体化非晶半导体而形成的多晶半导体；微晶半导体(也称作半非晶半导体)等。可以使用单晶半导体材料或有机半导体材料。可以由溅射法、LPCVD法、等离子体CVD法等来沉积半导体层。非晶半导体以氢化非晶硅为代表，并且晶体半导体以多晶硅等为代表。多晶硅(polysilicon, polycrystalline silicon)包含所谓的高温多晶娃(其包含在高于或等于800°C的处理温度形成的多晶硅作为其主成分)、所谓的低温多晶硅(其包含在低于或等于600°C的处理温度形成的多晶硅作为其主成分)、以及通过使用例如提高晶体化的元素来晶体化非晶硅而形成的多晶硅。不必说还可以使用微晶半导体或局部包含晶相的半导体。作为半导体材料，可以使用化合物半导体(例如GaAs、InP、SiC、ZnSe、GaN、或SiGe以及单独的硅(Si)或锗(Ge))。在晶体半导体膜用于半导体层的情况下，可以通过任何的各种方法(例如，使用例如镍的提高晶体化的元素(该元素也称作催化元素或金属元素)的激光晶体化、热晶体化、或热晶体化)来制造晶体半导体膜。半导体层可以掺杂有少量杂质元素(例如硼或磷)来控制晶体管的阈值电压。
如上所述，在本实施例中，可以提供高功能的显示装置，其中进ー步减少功率消耗。[实施例2]
在本实施例中，将描述可以应用于在本说明书中公开的显示装置的晶体管的ー个例子。图5A到的每个图示晶体管的截面结构的例子。图5A中图示的晶体管410是ー个底栅薄膜晶体管并且也称为反向交错(invertedstaggered)薄膜晶体管。在具有绝缘表面的衬底400之上，晶体管410包含栅电极层401、栅极绝缘层402、氧化物半导体层403、源电极层405a、以及漏电极层405b。另外，提供层叠在氧化物半导体 层403之上的绝缘层407来覆盖晶体管410。保护绝缘层409形成于绝缘层407之上。图5B中图示的薄膜晶体管420是ー个称为沟道保护结构(也称作沟道停止结构)的底栅结构并且也称作反向交错薄膜晶体管。在具有绝缘表面的衬底400之上，晶体管420包含栅电极层401、栅极绝缘层402、氧化物半导体层403、作为覆盖氧化物半导体层403的沟道形成区域的沟道保护层起作用的绝缘层427、源电极层405a、以及漏电极层405b。另外，形成保护绝缘层409来覆盖晶体管 420。图5C中图示的薄膜晶体管430是底栅薄膜晶体管并且在具有绝缘表面的衬底400之上包含栅电极层401、栅极绝缘层402、源电极层405a、漏电极层405b、以及氧化物半导体层403。另外，提供与氧化物半导体层403接触的绝缘层407来覆盖晶体管430。保护绝缘层409形成于绝缘层407之上。在晶体管430中，栅极绝缘层402提供在衬底400和栅电极层401之上并与衬底400和栅电极层401接触；源电极层405a和漏电极层405b提供在栅极绝缘层402之上并与栅极绝缘层402接触。另外，氧化物半导体层403提供在栅极绝缘层402、源电极层405a、和漏电极层405b之上。图中图示的薄膜晶体管440是ー个顶栅薄膜晶体管。在具有绝缘表面的衬底400之上，晶体管440包含绝缘层447、氧化物半导体层403、源电极层405a、漏电极层405b、栅极绝缘层402、以及栅电极层401。提供分别与源电极层405a和漏电极层405b接触并电连接到源电极层405a和漏电极层405b的布线层446a和布线层446b。在本实施例中，氧化物半导体层403用作半导体层。作为氧化物半导体层403，可以使用四成分金属氧化膜(例如In-Sn-Ga-Zn-O膜)；三成分金属氧化膜(例如 In-Ga-Zn-O 膜、In-Sn-Zn-O 膜、In-Al-Zn-O 膜、Sn-Ga-Zn-O 膜、Al-Ga-Zn-O膜、或Sn-Al-Zn-O膜)；或双成分金属氧化膜(例如In-Zn-O膜、Sn-Zn-O膜、Al-Zn-O膜、Zn-Mg-O膜、Sn-Mg-O膜、或In-Mg-O膜)；或单成分金属氧化膜(例如In-O膜、Sn-O膜、或Zn-O膜)。另外，以上氧化物半导体层可以包含Si02。作为氧化物半导体层403，可以使用由InMO3 (ZnO)m (m>0)表达的薄膜。此处，M表不选自Ga、Al、Mn、以及Co的一个或多个金属兀素。例如，M可以为Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等。组分配方表示为InMO3 (ZnO)m (m>0)(其中至少包含Ga作为M)的氧化物半导体称作In-Ga-Zn-O基氧化物半导体，并且In-Ga-Zn-O基氧化物半导体的薄膜称作上述In-Ga-Zn-O月旲。在每个使用氧化物半导体层403的晶体管410、420、430、以及440中，截止状态中的电流的量(截止状态电流)可以很小。因此，可以延长图像数据的电信号的保持期等并且写入操作之间的间隔可以设置得更长。从而进行刷新操作的次数可以更小，由此可以更有效地抑制功率消耗。此外，每个使用氧化物半导体层403的晶体管410、420、430、以及440可以高速操作，这是因为其可以实现在使用非晶半导体的晶体管中相对较高的场效应迁移率。因此，可以实现具有更高得功能性并且能够更快响应的显示装置。尽管对可以用作具有绝缘表面的衬底400的衬底没有特定的限制，但是衬底具有足够高的耐热性来承受后续进行的热处理是有必要的。可以使用钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃等的玻璃衬底。
在使用玻璃衬底并且后续进行的热处理的温度高的情况下，优选使用应变点高于或等于730°C的玻璃衬底。对于玻璃衬底，使用例如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、或钡硼硅酸盐玻璃等的玻璃材料。请注意可以使用包含比氧化硼(B2O3)较大的量的氧化钡(BaO)的玻璃衬底，其是实用的耐热性玻璃。请注意代替以上玻璃衬底，可以使用由绝缘体形成的衬底(例如陶瓷衬底、石英衬底、或蓝宝石衬底)。备选地，可以使用晶体化玻璃等。另外备选地，可以合适地使用塑料衬底等。在底栅晶体管410、420、以及430中，可以在衬底400和栅电极层401之间提供起到基膜的作用的绝缘膜。基膜具有防止杂质元素从衬底400扩散的功能，并且可以使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的ー个或多个形成为具有单层结构或叠层结构。栅电极层401可以使用金属材料(例如钥、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、或钪)、或包含任何这些材料作为其主成分的合金材料形成为具有单层结构或叠层结构。作为栅电极层401的两层结构，例如，优选在铝层之上层叠钥层的两层结构、在铜层之上层叠钥层的两层结构、在铜层之上层叠氮化钛层或氮化钽层的两层结构、或氮化钛层和钥层层叠的两层结构。备选地，优选钨层或氮化钨层、铝硅合金层或铝钛合金层、以及氮化钛层或钛层层叠的三层结构。请注意可以使用透光导电膜形成栅电极层。作为透光导电膜的材料的例子，可以给出透光导电氧化物等。栅极绝缘层402可以由等离子体CVD法、溅射法等形成为具有使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层、以及氧化铪层的任何的单层结构或叠层结构。栅极绝缘层402可以具有叠层结构，其中以所呈现的顺序在栅电极层之上层叠氮化硅层和氧化硅层。例如，以这样的方式形成具有IOOnm厚度的栅极绝缘层使得由溅射法形成具有大于或等于50nm并且小于或等于200nm厚度的氮化娃层(SiNy (y>0))作为第一栅极绝缘层，然后层叠具有大于或等于5nm并且小于或等于300nm厚度的氧化硅层(SiOx(x>0 作为第一栅极绝缘层之上的第二栅极绝缘层。依赖于晶体管的所希望的特性，可以合适地设置栅极绝缘层402的厚度。厚度可以为大约350nm到400nm。对于源电极层和漏电极层405a和405b所用的导电膜，例如，可以使用选自招(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钽(Ta)、钛(Ti)、钥(Mo)、以及钨(W)的元素、包含任何这些元素作为成分的合金、在其中组合任何这些元素中的合金膜等。备选地，可以采用这样的结构，在其中高熔点金属(例如铬(Cr)、钽(Ta)、钛(Ti)、钥(Mo)、或钨(W))层被层叠在铝(Al)或铜(Cu)的金属层之上和/或之下。此外，在使用在其中添加有防止铝(Al)膜中小丘(hillock)或须(whisker)的产生的元素(例如硅(Si)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钥(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪(Sc )、或钇(Y))的铝(Al)材料的情况下，可以改善耐热性。对于用于分别连接到源电极层405a和漏电极层405b的布线层446a和布线层446b的导电膜,也可以使用与源电极层和漏电极层405a和405b的材料类似的材料。 源电极层405a和漏电极层405b可以具有单层结构或使用两个或者更多层的叠层结构。例如，可以给出包含硅的铝膜的单层结构、在铝膜之上层叠钛膜的两层结构、以所呈现的顺序层叠钛(Ti)膜、铝膜、以及钛(Ti)膜的三层结构等。
备选地，可以使用导电金属氧化物形成待成为源电极层和漏电极层405a和405b(包含使用相同的层形成的布线层作为源电极层和漏电极层)的导电膜。作为导电金属氧化物，可以使用氧化铟(111203)、氧化锡(51102)、氧化锌(2110)、氧化铟和氧化锡的合金(In2O3-SnO2，缩写为IT0)、氧化铟和氧化锌的合金(In203-Zn0)、或添加硅或氧化硅的金属氧化物材料。作为绝缘层407、427、和447以及保护绝缘层409，可以有利地使用无机绝缘膜，例如氧化物绝缘膜或氮化物绝缘膜。作为绝缘层407、427、和447，可以使用无机绝缘膜，其典型例子是氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、以及氧氮化铝膜。对于保护绝缘层409，可以使用无机绝缘膜，例如氮化硅膜、氮化铝膜、氮氧化硅膜、或氮氧化铝膜。另外，可以在保护绝缘层409之上形成平面化绝缘膜使得由于晶体管的表面粗糙度減少。可以使用耐热有机材料(例如聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺、或环氧)形成平面化绝缘膜。除了这样的有机材料，还可以使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷基树月旨、PSG (磷硅酸盐玻璃)、BPSG (硼磷硅酸盐玻璃)等。请注意可以通过层叠多个使用这些材料形成的绝缘膜来形成平面化绝缘膜。除了半导体层(S卩，衬底、栅电极层、栅极绝缘层、源电极层、漏电极层、布线层、绝缘层等)以外，图5A到中图示的晶体管的部件及其结构可以应用于实施例I中描述的晶体管(其包含不同半导体材料的半导体层)。如上所述，在本实施例中，可以通过使用包含氧化物半导体层的晶体管来提供进一步减少功率消耗的高功能性的显示装置。[实施例3]
在本实施例中，參照图6A到6E详细描述包含氧化物半导体层的晶体管及其制造方法的例子。可以用与以上实施例中描述的方式类似的方式来形成与以上实施例中的部分相同的部分或具有类似的功能的部分，并且也可以用与以上实施例中描述的方式类似的方式来进行与以上实施例中的步骤类似的步骤，并且省略重复性描述。此外，不重复相同部分的详细描述。图6A到6E图示晶体管的截面结构的例子。图6A到6E中图示的晶体管310是具有底栅结构的反向交错薄膜晶体管，其类似于图5A中图示的晶体管410。在本实施例中用于半导体层的氧化物半导体是本征(i型)半导体或极其接近本征(i型)半导体的半导体，通过从氧化物半导体中移除n型杂质的氢使其高度纯化以便尽可能少地包含不是氧化物半导体的主成分的杂质。换句话说，氧化物半导体不是通过添加杂质而做出的i型半导体而是通过尽可能多地移除杂质(例如氢和水)而高度纯化的i型(本征)半导体或极其接近i型半导体的半导体。因此，包含于晶体管310中的氧化物半导体层是高度纯化的氧化物半导体层和电i型(本征)的氧化物半导体层。此外，高度纯化的氧化物半导体包括极少量(接近于0)的载流子并且载流子浓度低于I X IO1Vcm3,优选低于I X IO1Vcm3,更优选低于I X IO1Vcm3。由于氧化物半导体中的载流子数量极少，在施加晶体管的反向偏置中的电流对电压特性中的截止状态电流可以很小。优选截止状态电流尽可能小。具体地，在包括上述的氧化物半导体层的晶体管中，每微米沟道宽度的截止状 态电流可以小于或等于IOaA/iim (lXlO^A/um),以及进ー步可以小于或等于laA/ym(IX I(T1Viim)。在晶体管中对截止状态电流的流动的阻カ可以表示为截止状态电阻率。截止状态电阻率当晶体管处于截止状态时的沟道形成区域的电阻率，其可以从截止状态电流计算出。具体地，当晶体管处于截止状态时的电阻率(截止状态电阻率R)可以从截止状态电流和漏极电压用欧姆定律计算出，其导出截止状态电阻率P，其可以从沟道形成区域的截面面积メ和沟道形成区域的长度Z (其对应于源电极和漏电极之间的距离)使用公式9 =M/L (R是截止状态电阻率)计算出。可以从メ=1计算截面面积ん其中沟道形成区域的厚度是ゴ并且沟道宽度是r。沟道形成区域的长度Z是沟道长度Z。以此方式，可以从截止状态电流计算截止状态电阻率。本实施例中的包括氧化物半导体层的晶体管的截止状态电阻率优选大于或等于IXlO9Q m,更优选大于或等于I X 101° Q通过使用有极小的截止状态中的电流值(截止状态电流)的晶体管作为实施例I中的像素部分中的晶体管，可以用少量次数的图像数据的写入进行静止图像区域中的刷新操作。能几乎不观察到导通状态电流的温度依赖并且在包括上述的氧化物半导体层的晶体管310中的截止状态电流保持很小。以下将參照图6A到6E描述在衬底305之上制造晶体管310的过程。在衬底305之上，晶体管310包括栅电极层311、栅极绝缘层307、氧化物半导体层331、源电极层315a、以及漏电极层315b。另外，提供层叠在氧化物半导体层331之上的绝缘层316来覆盖晶体管310。在绝缘层316之上提供保护绝缘层306。首先，在具有绝缘表面的衬底305上形成导电膜之后，通过第一光刻步骤形成栅电极层311。请注意通过喷墨法可形成抗蚀剂掩模。通过喷墨法形成抗蚀剂掩模不需要光掩模；从而可以减少制造成本。作为具有绝缘表面的衬底305，可以使用类似于实施例2中描述的衬底400的衬底。在本实施例中，使用玻璃衬底作为衬底305。
可以在衬底305和栅电极层311之间提供作为基膜起作用的绝缘膜。基膜具有防止杂质元素从衬底305扩散的功能，并且可以形成为具有使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的一个或多个的单层结构或叠层结构。栅电极层311可以形成为具有使用金属材料(例如钥、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、或钪)、或包含任何这些材料作为其主成分的合金材料的单层结构或叠层结构。例如，作为栅电极层311的两层结构，优选任何下列结构在铝层之上层叠钥层的两层结构，在铜层之上层叠钥层的两层结构，在铜层之上层叠氮化钛层或氮化钽层的两层结构，层叠氮化钛层和钥层的两层结构，以及层叠氮化钨层和钨层的两层结构。备选地，优选层叠有钨层或氮化钨层、铝硅合金层或铝钛合金层、氮化钛层或钛层的三层结构。然后，在栅电极层311之上形成栅极绝缘层307。可以通过等离子体CVD法、溅射法等将栅极绝缘层307形成为具有使用任何氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层以 及氧化铪层的单层结构或叠层结构。例如，在通过溅射法形成氧化硅膜的情况下，硅靶或石英靶用作靶，并且氧或氧和氩的混合气体用作溅射气体。对于本实施例中的氧化物半导体，使用通过移除杂质而做成i型半导体或大体上i型半导体的氧化物半导体。这样的高度纯化的氧化物半导体对界面态和界面电荷高度敏感；从而氧化物半导体层和栅极绝缘层之间的界面是重要的。因此，与高度纯化的氧化物半导体层接触的栅极绝缘层需要高质量。例如，由于绝缘层可以是致密的并具有高的承受电压和高质量，所以优选采用使用微波(2. 45GHz)的高密度等离子体CVD法。这是因为当高度纯化的氧化物半导体层与高质量栅极绝缘层紧密地接触时，可以减少界面态并且界面性质可以是良好的。不必说只要可以形成高质量绝缘层作为栅极绝缘层307，就可以采用另ー膜形成方法，例如溅射法或等离子体CVD法。此外，能够使用栅极绝缘层307作为绝缘层，其与氧化物半导体层的界面的质量和特性通过在绝缘层形成后进行的热处理而改善。在任何情况下，只要绝缘层具有这样的特性，就可以使用任何绝缘层，即使绝缘层和氧化物半导体层之间的界面的界面态密度能减小和形成良好界面以及具有良好的膜质量作为栅极绝缘层307。栅极绝缘层307可以具有叠层结构，其中在栅电极层311之上层叠有氮化物绝缘层和氧化物绝缘层。例如，以这样的方式形成具有IOOnm的厚度的栅极绝缘层，使得由溅射法形成具有大于或等于50nm并且小于或等于200nm的厚度的氮化硅层(SiNy (y>0 作为第一栅极绝缘层然后层叠具有大于或等于5nm并且小于或等于300nm的厚度的氧化硅层(Si0x(x>0))作为第一栅极绝缘层之上的第二栅极绝缘层。依赖于晶体管的所希望的特性，可以合适地设置栅极绝缘层的厚度。厚度可以为大约350nm到400nm。优选对沉积物进行预处理以便在栅极绝缘层307和随后形成的氧化物半导体膜330中尽可能少地包含氢、羟基和水分。对于沉积物的预处理，在溅射器件的预热室中，可以对栅电极层311形成于其上的衬底305或栅电极层311和栅极绝缘层307形成于其上的衬底305进行预热。从而可以消除并排出附着在衬底305的杂质(例如氢或水分)。作为在预热室中提供的排气单元，优选低温泵。请注意可忽略此预热处理。此预热可以类似地对在形成绝缘层316之前在其上形成有栅电极层311、栅极绝缘层307、氧化物半导体层331、源电极层315a和漏电极层315b的衬底305进行。在本实施例中，用等离子体CVD法形成具有IOOnm的厚度的氧氮化硅层作为栅极绝缘层307。接着，在栅极绝缘层307之上，形成具有大于或等于2nm并小于或等于200nm、优选大于或等于5nm并小于或等于30nm的厚度的氧化物半导体膜330 (參照图6A)。请注意在通过溅射法形成氧化物半导体膜330前，优选通过反溅射(在其中引入氩气体并产生等离子体)来移除附着在栅极绝缘层307的表面上的粉状物质(也称作颗粒或灰尘)。反溅射是在氩气氛中使用RF电源将电压施加到衬底侧(不施加到靶侧)并且在衬底附近产生等离子体以便修改衬底表面的方法。请注意可使用氮气氛、氦气氛、氧气氛等代替風气讯。作为氧化物半导体膜330，可以使用四成分金属氧化膜(例如In-Sn-Ga-Zn-O膜)；三成分金属氧化膜(例如 In-Ga-Zn-O 膜、In-Sn-Zn-O 膜、In-Al-Zn-O 膜、Sn-Ga-Zn-O 膜、·Al-Ga-Zn-O膜、或Sn-Al-Zn-O膜)；或双成分金属氧化膜(例如In-Zn-O膜、Sn-Zn-O膜、Al-Zn-O膜、Zn-Mg-O膜、Sn-Mg-O膜、或In-Mg-O膜)；或单成分金属氧化膜(例如In-O膜、Sn-O膜、或Zn-O膜)。此外，以上氧化物半导体层可以包含Si02。在本实施例中，使用In-Ga-Zn-O基氧化物靶通过溅射法沉积氧化物半导体膜330。在此阶段的截面图对应于图6A。此外，可以在稀有气体(典型地，氩)气氛、氧气氛、或包含稀有气体(典型地，氩)和氧的气氛中通过溅射法来形成氧化物半导体膜330。作为用于由溅射法形成氧化物半导体膜330的靶，例如，可以使用具有In2O3 :Ga203: ZnO=I: I: I [摩尔比]等的组分比的祀。备选地，可以使用具有In2O3: Ga2O3: ZnO=I: 1:2 [摩尔比]的组分比的革巴或具有In2O3 :Ga203: ZnO=I: 1:4[摩尔比]的组分比的靶。氧化物靶的填充率大于或等于90%并小于或等于100%，优选大于或等于95%并小于或等于99. 9%。通过使用高填充率的氧化物靶，沉积的氧化物半导体膜330是致密的。作为用于形成氧化物半导体膜330的溅射气体，优选使用高纯度的气体，其中移除杂质(例如氢、水、羟基、或氢化物)以便浓度为大约百万分之几或大约十亿分之几。在保持在减压下的处理室中保持衬底，并且衬底温度设置为高于或等于100°C并低于或等于600°C，优选高于或等于200°C并低于或等于400°C。通过在沉积期间加热衬底，可以减少包含于沉积的氧化物半导体膜330中的杂质的浓度。此外，可以减少溅射损坏。然后，引入从其中移除氢和水分的溅射气体而移除在处理室中的剰余水分，并且使用上述的靶，以便在衬底305上形成氧化物半导体膜330。为了移除处理室中的剰余水分，优选使用截留式真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。排气单元可以是配备有冷阱的涡轮泵。在用低温泵排出的膜形成室中，例如，排出氢原子、包含氢原子的化合物(例如水(H2O)),(更优选，还有包含碳原子的化合物)等，由此可以減少在膜形成室中沉积的氧化物半导体膜330中所包含的杂质的浓度。作为沉积条件的ー个例子，衬底和靶之间的距离是100mm，压カ是0.6Pa，直流(DC)电源是0. 5kW，并且气氛是氧气氛(氧的流率是100%)。请注意优选脉冲直流(DC)电源，这是因为可以減少在膜形成中产生的粉状物质(也称作颗粒或灰尘)并可以统ー膜厚度。由于合适的厚度依赖于所使用的氧化物半导体材料，所以可以依赖于材料来合适地确定厚度。然后，通过第二光刻步骤，将氧化物半导体膜330处理成岛状氧化物半导体层。通过喷墨法可以形成用于形成岛状氧化物半导体层的抗蚀剂掩模。通过喷墨法的抗蚀剂掩模的形成不需要光掩模；从而可以减少制造成本。在栅极绝缘层307中形成有接触孔的情况下，可以与氧化物半导体膜330的处理同时进行形成接触孔的步骤。请注意此时进行的氧化物半导体膜330的蚀刻可以是干蚀刻、湿蚀刻或干蚀刻和湿蚀刻两者。作为用于干蚀刻的蚀刻气体，优选使用包含氯的气体(例如氯(CI2)、三氯化硼(BC13)、四氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)的氯基气体)。备选地，可以使用包含氟的气体(例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮 (NF3)或三氟甲烷(CHF3)等的氟基气体)、溴化氢(HBr)、氧(O2)、添加有稀有气体(例如氦(He)或氩(Ar))的任何这些气体等。作为干蚀刻法,可以使用平行板反应离子蚀刻(reactive ion etching,RIE)法或感应稱合等离子体(inductively coupled plasma, ICP)蚀刻法。为了将膜蚀刻成所希望的形状，合适地调整蚀刻条件(施加于线圈状电极的电カ的量、施加于在衬底侧上的电极的电カ的量、衬底侧上的电极的温度等)。作为用于湿蚀刻的蚀刻剂，可以使用磷酸、こ酸和硝酸等的混合溶液。此外，还可以使用 IT007N (由 KANTO CHEMICAL CO. , INC.生产)。通过清理将在湿蚀刻后的蚀刻剂与蚀刻材料一起移除。可以纯化包含蚀刻剂和刻蚀掉的材料的废液并可重新使用该材料。当从蚀刻后的废液中收集并重新使用材料(例如包含在氧化物半导体膜中的铟)时，可以有效地使用资源并可以减少成本。依赖于材料适当地调整蚀刻条件(例如蚀刻剂、蚀刻时间和温度)以便可以将材料蚀刻成所希望的形状。接着，氧化物半导体层经受第一热处理。通过第一热处理，可以使氧化物半导体层脱水或脱氢。第一热处理的温度高于或等于400°C并低于或等于750°C，优选为高于或等于4000C并低于衬底的应变点。在本实施例中，将衬底引入到作为热处理器件的ー种的电炉，并在氮气氛中对氧化物半导体层以450°C进行I小时热处理。此后，防止氧化物半导体层暴露到空气，由此防止水或氢进入氧化物半导体层；从而获得氧化物半导体层331 (參照图6B)。请注意热处理器件不限于电炉，并可配备有用于通过热传导或来自加热元件的热辐射(例如电阻加热元件)来加热待处理的对象的装置。例如，可以使用快速热退火(RTA)器件，例如灯快速热退火(LRTA)器件或气体快速热退火(GRTA)器件。LRTA器件是用于通过从灯(例如卤素灯、金属卤化物灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯、或高压汞灯)发射的光辐射(电磁波)来加热待处理的对象的器件。GRTA器件是用于使用高温气体的热处理的器件。对于该气体，使用不通过热处理与待处理的对象反应的惰性气体(例如氮)或稀有气体(例如
ノ。例如，对于第一热处理，可进行GRTA，其中将衬底移入加热到高达650°C到700°C的高温的惰性气体中，加热几分钟，并且从加热到高温的惰性气体移出。GRTA使高温热处理能在短时间中进行。请注意在第一热处理中，优选水、氢等不包含于氮或稀有气体(例如氦、氖或氩)气氛中。优选引入热处理器件的氮或稀有气体(例如氦、氖或氩)的纯度设置为大于或等于6N(99. 9999%)，更优选为大于或等于7N (99. 99999%)(即杂质浓度低于或等于lppm，优选低于或等于0. lppm)o另外，可加热氧化物半导体层作为用于脱水或脱氢的热处理，然后在同一个炉中通过引入高纯度氧气、高纯度N2O气体或超干空气(具有低于或等于-40°C的露点，优选为低于或等于_60°C)来进行冷却。优选氧气和N2O气体不包含水、氢等。备选地，优选引入热处理器件的氧气或N2O气体的纯度大于或等于6N (99. 9999%)，更优选为大于或等于7N (99. 99999%)(即，氧气或N2O气体中的杂质浓度低于或等于lppm，优选低于或等于0. lppm)。通过供应氧(其是包含于氧化物半导体中的主成分但已经通过由脱水处理或脱氢处理消除杂质的步骤減少)，使氧化物半导体层高度纯化并成为电i型(本征)半导体。
在处理为岛状氧化物半导体层前，还可以对氧化物半导体膜330进行氧化物半导体层的第一热处理。在该情况下，在第一热处理后从加热器件中取出衬底，然后进行光刻步骤。可以在任何下面时机对氧化物半导体层进行具有脱水或脱氢效果的热处理在形成氧化物半导体层后；在氧化物半导体层之上形成源电极层和漏电极层后；以及在源电极层和漏电极层之上形成绝缘层后。另外，未限制热处理的次数。在栅极绝缘层307中形成接触孔的情况下，可在氧化物半导体膜330的脱水或脱氢之前或之后进行该步骤。接着，在栅极绝缘层307和氧化物半导体层331上形成待成为源漏电极层和漏电极层(包含形成于相同的层的布线作为源电极层和漏电极层)的导电膜。通过溅射法或真空蒸镀法可形成导电膜。作为待成为源电极层和漏电极层(包含形成于相同的层的布线作为源电极层和漏电极层)的导电膜的材料，可以使用选自铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钽(Ta)、钛(Ti)、钥(Mo)、以及钨(W)的元素、包含任何这些元素作为成分的合金、在其中组合任何这些元素的合金膜等。备选地，可以采用这样的结构，其中高熔点金属(例如铬(Cr)、钽(Ta)、钛(Ti)、钥(Mo)、或钨(W))层被层叠在铝(Al)或铜(Cu)的金属层之上和/或之下。此外，在使用向其中添加防止铝(Al)膜中小丘或须的产生的元素(例如硅(Si)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钥(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪(Sc)、或钇(Y))的铝(Al)材料的情况下，可以改善耐热性。另外，导电膜可以具有单层结构或使用两个或者更多层的叠层结构。例如，可以给出包含硅的铝膜的单层结构、在铝膜之上层叠钛膜的两层结构、以所呈现的顺序层叠钛(Ti)膜、铝膜、以及钛(Ti)膜的三层结构等。备选地，使用导电金属氧化物可以形成导电膜。作为导电金属氧化物，可以使用氧化铟(In203)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟和氧化锡的合金(In203-Sn02,缩写为IT0)、氧化铟和氧化锌的合金(In203-Zn0)、或向其中添加硅或氧化硅的金属氧化物材料。在形成导电膜后进行热处理的情况下，优选导电膜具有足够高的耐热性来承受热处理。进行第三光刻步骤。在导电膜上形成抗蚀剂掩模并进行选择性蚀刻，以便形成源电极层315a和漏电极层315b。然后，移除抗蚀剂掩模(參照图6C)。在第三光刻步骤中，优选使用紫外光、KrF激光或ArF激光用于形成抗蚀剂掩模的曝光。通过源电极层和漏电极层的底端(其在氧化物半导体层331上彼此相邻)之间的距离来确定后续完成的晶体管的沟道长度Z。在沟道长度Z小于25nm的情况下，可以使用具有几纳米到几十纳米的极短波长的极度紫外光在第三光刻步骤中形成抗蚀剂掩模时进行曝光。用极度紫外光的曝光导致高分辨率和大的焦点深度。从而待后续完成的晶体管的沟道长度Z可以大于或等于IOnm并小于或等于IOOOnm并且可以增加电路的操作速度，而且截止状态电流极小，并且从而可以实现更低的功率消耗。请注意，在用于蚀刻导电膜的第三光刻步骤中，仅可以蚀刻部分氧化物半导体层331，由此在ー些情况下形成具有槽(凹陷部分)的氧化物半导体层。适当地调整每个成分的材料和蚀刻条件以便不移除氧化物半导体层331。在本实施例中，由于使用钛(Ti)膜作为导电膜并且In-Ga-Zn-O基氧化物半导体 用于氧化物半导体层331，所以使用铵过氧化氢混合物(31wt. %过氧化氢溶液28wt. %氨水:水=5 2 :2)作为蚀刻剂。请注意可由喷墨法形成用于形成源电极层315a和漏电极层315b的抗蚀剂掩模。由喷墨法的抗蚀剂掩模的形成不需要光掩模；从而可以减少制造成本。为了減少光刻步骤中所使用的光掩模的数量并减少光刻步骤的数量，可用使用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模来进行蚀刻步骤，多色调掩模是光传输穿过其来具有多个强度的曝光掩模。用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模具有多个厚度并且可以进一歩通过蚀刻改变形状；因此，可以在多个蚀刻步骤中使用抗蚀剂掩模来处理成不同的图案。因此，可以通过使用多色调掩模来形成对应于至少两种不同图案的抗蚀剂掩模。从而可以减少曝光掩模的数量并且也可以减少对应的光刻步骤的数量，由此可以实现处理的简化。此后，可通过使用气体(例如N20、N2或Ar)进行等离子体处理来移除吸附到氧化物半导体层的暴露部分的表面的水。在进行等离子体处理的情况下，形成作为与部分氧化物半导体层接触的保护绝缘膜起作用的绝缘层316 (没有暴露在空气中)。绝缘层316具有至少Inm的厚度并可以合适地通过杂质(例如水或氢)不进入绝缘层316的方法(例如溅射法)形成。当氢包含于绝缘层316中时，引起氢进入氧化物半导体层或通过氢在氧化物半导体层中取出氧，因此使氧化物半导体层的背沟道具有更低的电阻(为n型)，以便可形成寄生沟道。因此，采用不使用氢的形成方法以便绝缘层316包含尽可能少的氢是重要的。在本实施例中，由溅射法形成200nm厚度的氧化硅膜作为绝缘层316。在膜形成中的衬底温度可高于或等于室温并低于或等于300°C并且在本实施例中是100°C。由溅射法的氧化硅膜的形成可以进行于稀有气体(典型地，氩)气氛、氧气氛或稀有气体(典型地，氩)和氧的气氛中。可以使用氧化硅靶或硅靶作为靶。例如，使用硅靶可以在氧和氮的气氛中由溅射法形成氧化硅膜。使用不包含杂质(例如水分、氢离子、或OH—)并阻止来自外部的这样的杂质的进入的无机绝缘膜形成绝缘层316 (其形成为与氧化物半导体层接触)。典型地，使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、或氧氮化铝膜。在该情况下，优选形成绝缘层316而移除处理室中的剰余水分。这是用于防止氢、羟基以及水分包含于氧化物半导体层331和绝缘层316中。为了移除处理室中的剰余水分，优选使用截留式真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。排气单元可以是配备有冷阱的涡轮泵。在用低温泵排出的膜形成室中，例如，排出氢原子、包含氢原子的化合物(例如水(H2O))等，由此可以减少在膜形成室中沉积的绝缘层316中所包含的杂质的浓度。作为用于形成绝缘层316的溅射气体，优选使用高纯度气体，其中移除杂质(例如氢、水、羟基、或氢化物)以便浓度是大约百万分之几或大约十亿分之几。接着，在惰性气体气氛或氧气气氛(优选在高于或等于200°C并低于或等于400°C的温度，例如高于或等于250°C并低于或等于350°C的温度)中进行第二热处理。例如，在氮气氛中在250°C进行I小时第二热处理。通过第二热处理，在部分氧化物半导体层331(沟道形成区域)与绝缘层316接触的状态下施加热。通过以上步骤，可以通过热处理使沉积后的氧化物半导体膜脱水或脱氢。从而可 以从氧化物半导体层中有意地移除杂质(例如氢、水分、羟基、或氢化物(也称作氢化合物))并且可以供应氧(其是包括在氧化物半导体中的主成分但已经通过由脱水处理或脱氢处理消除杂质的步骤減少)。因此，氧化物半导体层高度纯化并做成电i型(本征)半导体。在惰性气体气氛(例如氮)或稀有气体中进行用于脱水或脱氢的热处理的情况下，特别地，由于氧的缺乏在热处理后氧化物半导体层变成n型低电阻氧化物半导体层；然而，通过提供与氧化物半导体层331接触的绝缘层316并像本实施例那样进行加热，可以用氧选择性地供应与绝缘层316接触的部分氧化物半导体层331。将此部分做成i型半导体并适合用作沟道形成区域。在此情况下，氧化物半导体层331的区域(其不与绝缘层316直接接触并与源电极层315a或漏电极层315b重叠)仍然是n型；从而以自对准方式形成高电阻源极区域和高电阻漏极区域。通过采用以上结构，高电阻漏极区域作为缓冲器起作用并且即使在栅电极层311和漏电极层315b之间施加高电场，也不局部地施加高电场，以便可以改善晶体管的承受电压。通过上述的步骤，形成晶体管310 (參照图6D)。当具有许多缺陷的氧化硅层用作绝缘层316时，在氧化硅层形成后的热处理具有将包含于氧化物半导体层中的杂质(例如氢、水分、羟基、或氢化物)扩散到绝缘层316的效果，以便可以进ー步减少包含于氧化物半导体层中的杂质。可以在绝缘层316之上额外地形成保护绝缘层。例如，通过RF溅射法形成氮化硅膜。由于RF溅射法具有很高的生产率，所以其优选用作保护绝缘层的膜形成方法。使用不包含杂质(例如氢、水分、羟基或氢化物)并阻止来自外部的这样的杂质的进入的无机绝缘膜形成保护绝缘层，并且使用氮化硅膜、氮化铝膜、氮氧化硅膜、氮氧化铝膜等。在本实施例中，作为保护绝缘层，使用氮化硅膜形成保护绝缘层306 (參照图6E)。作为本实施例中的保护绝缘层306，将在其上形成有栅电极层311、栅极绝缘层307、氧化物半导体层331、源电极层315a、漏电极层315b、以及绝缘层316的衬底305加热到100°C到400°C的温度，引入包含从中移除氢和水分的高纯度氮的溅射气体，并使用硅半导体靶，由此形成氮化硅膜。同样在该情况下，类似于绝缘层316的情况，优选形成保护绝缘层306而移除处理室中的剰余水分。在保护绝缘层的形成之后，可进ー步在空气中在高于或等于100°C并低于或等于200°C的温度进行大于或等于I小时并小于或等于30小时的热处理。可在固定的加热温度进行此热处理。备选地，可多次重复实施加热温度中的下列变化加热温度从室温増加到高于或等于100°C并低于或等于200°C的温度，然后降低到室温。在绝缘层316的形成前可以在减压下进行此热处理。在减压下，可以缩短热处理时间。请注意在保护绝缘层306上可以提供用于平面化的平面化绝缘层。如上所述，通过使用包括高度纯化的氧化物半导体层(其使用本实施例而形成)的晶体管，可以提供高可靠性与高功能性的显示装置，在其中进ー步減少功率消耗。本实施例可以适当地与另ー实施例组合来实现。[实施例4]
通过使用晶体管(在实施例2或3中描述其的例子)，在像素部分和驱动器电路中可以制造在实施例I中描述的显示装置(具有显示功能的半导体装置)。此外，可以在形成有像 素部分的衬底上形成包括晶体管的部分或所有的驱动器电路，由此可以获得面板上系统。在实施例I中描述的显示装置包括显示元件。作为显示元件，可以使用液晶元件(也称作液晶显示元件)或发光元件(也称作发光显示元件)。发光元件在其分类中包括由电流或电压控制其亮度的元件，并且在其分类中具体地包括无机场致发光(electroluminescent, EL)元件、有机EL元件等。此外,可以使用由电效应改变对比度的显示介质，例如电子墨。此外，显示装置包括密封显示元件的面板，以及在其中包括控制器等的IC装配在面板上的模块。请注意本说明书中的显示装置意味着图像显示装置、显示装置或光源(包括发光装置)。此外，显示装置在其分类中也包括下列模块附加有连接器(例如FPC、TAB带、或TCP)的模块；在其尖端提供有印刷电路板的具有TAB带或TCP的模块；以及在其中集成电路(IC)通过COG法直接装配在显示元件上的模块。作为显示装置的一个模式的显示面板，例如，可以给出在第一基板和第二基板之间用密封剂密封晶体管和显示元件的显示面板。具体地，提供密封剂以便围绕在第一基板上提供的像素部分和扫描线驱动器电路，并且在像素部分和扫描线驱动器电路上提供第二基板。以此方式，可以用第一基板、密封剂以及第ニ基板来密封像素部分、扫描线驱动器电路以及显示元件。在与在第一基板上由密封剂围绕的区域不同的区域中可以装配信号线驱动器电路，其在単独准备的衬底上使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成。请注意对单独形成的驱动器电路的连接方法没有特定的限制，并可以使用COG法、引线接合法、TAB法等。另外，在第一基板上提供的像素部分和扫描线驱动器电路包括多个晶体管并且在实施例2或3中描述的晶体管可以用作一个晶体管。在液晶元件用作显示元件的情况下，使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、聚合物分散液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。依赖于条件，这样的液晶材料展现胆留相、近晶相、立方相、手性向列相、均质相等。备选地，可使用不需要对准膜的展现蓝相的液晶。蓝相是液晶相的ー个，当增加胆甾液晶的温度时，其刚好出现在胆甾相变为均质相之前。由于蓝相仅出现在窄的温度范围中，所以将在其中混合有大于或等于5wt. %的手性材料的液晶组分用于液晶层以便改善温度范围。包括展现蓝相的液晶和手性剂的液晶组分具有小于或等于I毫秒的短的响应时间，具有使对准过程不需要的光学均质性，以及具有小的视角依赖性。此外，由于不需要提供对准膜并且不需要摩擦处理，所以可以防止由摩擦处理引起的静电放电损坏并且在制造过程中可以减少液晶显示装置的缺陷和损坏。从而可以增加液晶显示装置的生产率。包括实施例3中描述的氧化物半导体层的晶体管特别地具有通过静电的影响晶体管的电特性可以显著地改变并偏离设计的范围的可能性。因此，将蓝相液晶材料用于包括使用氧化物半导体层形成的晶体管的液晶显示装置更有效。液晶材料的具体的电阻率大于或等于I X IO9 Q cm，优选大于或等于IXlOllQ cm，更优选大于或等于I X IO12 Q -Cm0请注意本说明书中的具体的电阻率測量于 20。。。考虑在像素部分中提供的晶体管的泄漏电流等，设置在液晶显示装置中形成的存储电容器的尺寸以便在预定的时期中可以保持电荷。考虑晶体管的截止状态电流等，可以设置存储电容器的尺寸。通过使用包括实施例3中描述的高纯度氧化物半导体层的晶体管，提供充分的存储电容器(相对于每个像素的液晶电容其具有小于或等于1/3的电容，优·选小于或等于1/5的电容)。请注意，如实施例I中所述的，依赖于在保持期中施加于液晶元件的电压的保持率，也可以在静止图像区域中合适地进行刷新操作。例如，在信号写入液晶元件的像素电极不久后，可在当电压从电压的值(初始值)降低到预定电平的时机进行刷新操作。优选预定的电平设置为相对于初始值感测不到闪烁的电压。具体地，优选每次电压达到比初始值小10% (进一歩优选为3%)的电压进行刷新操作(重写)。由于液晶材料的具体的电阻率变得更大，所以可以减少通过液晶材料的更多的电荷泄漏，并且可以抑制用于保持液晶元件的操作状态的电压随着时间的降低。其结果是，可以延长保持期；因此，可以减少在静止图像区域中的刷新操作的频率，并且可以减少显示装置的功率消耗。对于液晶显示装置，使用扭转向列(twisted nematic, TN)模式、平面内转换(in-plane-switching, IPS)模式、边缘场转换(fringe field switching, FFS)模式、轴对称对准微单元(axially symmetric aligned micro-cell, ASM)模式、光学补偿双折身寸(optical compensated birefringence, 0CB)模式、铁电液晶(ferroelectric liquidcrystal, FLC)模式、或反铁电液晶(antiferroelectric liquid crystal, AFLC)模式等。此外，液晶显示装置可以是常黑液晶显示装置(例如利用垂直对准(verticalalignment, VA)模式的透射液晶显示装置)。VA液晶显示装置是控制液晶显示面板的液晶分子的对准的ー种形式。在VA液晶显示装置中，当没有施加电压时，在相对于面板表面的垂直方向上对准液晶分子。有垂直对准模式的一些例子；例如，可以采用多域垂直对准(MVA)模式、图案化垂直对准(PVA)模式、ASV模式等。此外，能够使用称为域倍増或多域设计的方法，其中像素分为ー些区域(子像素)并且在其各自的区域中在不同的方向上对准分子。另外，在显示装置中，合适地提供黑矩阵(遮光层)、光学构件(光学衬底)(例如偏振构件)、迟滞构件、或防反射构件等。例如，通过使用偏振衬底和迟滞衬底，可获得圆偏振。此外，背光、侧灯等可用作光源。
作为像素部分中的显示方法，可以采用级进法、交织法等。另外，在彩色显示时在像素中受控的彩色成分不限于R、G、以及B (R、G、以及B分别对应于红色、緑色、以及蓝色)三种颜色；例如，可以采用R、G、B、以及W (W对应于白色)，或R、G、B、以及黄色、青色、品红中的ー个或多个等。另外，在彩色元素的各个点之间显示区域的尺寸可以不同。本发明不限于用于彩色显示的显示装置的应用而且也可以应用于黑白显示的显示装置。备选地，作为包含于显示装置中的显示元件，可以使用利用电致发光的发光元件。根据发光材料是有机化合物还是无机化合物来分类利用电致发光的发光元件。一般而言，前者称作有机EL元件，并且后者称作无机EL元件。在有机EL元件中，通过施加电压到发光元件，从ー对电极单独注入电子和空穴到包含发光有机化合物的层，并且电流流动。载流子(电子和空穴)复合，从而激发发光有机化合物。发光有机化合物从激发态返回到基态，由此发光。由于这样的机制，此发光元件称作电流激发的发光元件。 根据其元件结构，将无机EL元件分类为散射型无机EL元件和薄膜无机EL元件。散射型无机EL元件具有在粘合剂中分散发光材料的颗粒的发光层，并且其发光机制是利用施主能级和受主能级的施主-受主复合型发光。薄膜无机EL元件具有发光层夹在介电层(其进ー步夹在电极之间)之间的结构，并且其发光机制是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局限型发光。请注意,如实施例I中所述,依赖于在保持期中施加于连接到EL元件的驱动晶体管的栅极的电压的保持率，也可以在静止图像区域中合适地进行刷新操作。例如，在信号写入驱动晶体管的栅极不久后，可在当电压从电压的值(初始值)降低到预定电平的时机进行刷新操作。优选预定的电平设置为相对于初始值感测不到闪烁的电压。具体地，优选每次电压达到比初始值小10% (进ー步优选3%)的电压时进行刷新操作(重写)。在实施例I中描述的显示装置的驱动方法可以应用于驱动电子墨的电子纸。电子纸也称作电泳显示装置(电泳显示器)并且优点在于其具有与普通纸张相同等级的可读性，其具有比其他显示装置较低的功率消耗，并且其可以做得很薄并且重量轻。电泳显示装置可以具有各种模式。电泳显示装置包含分散在溶剂或溶质中的多个微囊，每个微囊包含带正电荷的第一颗粒和带负电荷的第二颗粒。通过将电场施加到微囊，微囊中的颗粒以相反的方向移动到彼此并且仅显示聚集在一侧上颗粒的顔色。请注意第一颗粒和第二颗粒每个包含色素并且没有电场时不移动。此外，第一颗粒和第二颗粒具有不同的顔色(其可以是无色的)。从而，电泳显示装置是利用所谓电介质电泳效应(通过其具有高介电常数的物质移动到高电场区域)的显示器。在溶剂中分散以上微囊的溶液称作电子墨。此电子墨可以印刷在玻璃、塑料、布、纸等的表面上。此外，通过使用具有色素的滤色器或颗粒，还可以实现彩色显示。请注意微囊中的第一颗粒和第二颗粒可以使用选自导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材料、液晶材料、铁电材料、场致发光材料、电致变色材料、以及磁体材料的单个材料来形成，或使用任何这些材料的合成材料来形成。另外，作为电子纸，可以使用采用扭转球显示系统的显示装置。扭转球显示系统涉及这样的方法，即在用作显示元件的电极层的第一电极层和第二电极层之间排列用黑和白涂色的每个球形颗粒，并且在第一电极层和第二电极层之间产生电位差来控制球形颗粒的定向，以便进行显示。通过将实施例I中描述的驱动方法应用到上述的显示装置例子，可以提供減少功率消耗的显示装置。本实施例可以适当地与另ー实施例组合来实现。[实施例5]
在本说明书中公开的显示装置可以应用于各种电子器具(包括游戏机)。电子器具的例子是电视机(也称作电视或电视接收器)、计算机等的显示器、照相机(例如数码相机或数字 视频相机)、数字相框、移动电话手持机(也称作移动电话或移动电话装置)、便携式游戏控制台、便携式信息終端、音频再现装置、大尺寸的游戏机(例如弹球机)等。图7A图示移动电话的例子。移动电话1600配备有并入壳体1601的显示部分1602、操作按钮1603a和1603b、外部连接端ロ 1604、扬声器1605、麦克风1606等。当用手指等触摸图7A中图示的移动电话1600的显示部分1602时，可以将数据输入到移动电话1600。通过用其手指等触摸显示部分1602，用户可以拨打电话或写邮件。显示部分1602主要有三种屏幕模式。第一模式是主要用于显示图像的显示模式。第二模式是主要用于输入数据(例如文本)的输入模式。第三模式是组合显不模式和输入模式这两种模式的显示与输入(display-and-input)模式。例如，在拨打电话或写邮件的情况下，在显示部分1602中选择主要用于输入文本的文本输入模式以便可以输入显示在屏幕上的文本。在此情况下，优选在显示部分1602的屏幕的几乎全部区上显示键盘或数字按钮。当在移动电话1600内部提供包含用于检测斜度的传感器(例如陀螺仪或加速度传感器)的检测装置时，通过确定移动电话1600的方向(移动电话1600是否水平地或垂直地放置为风景模式或肖像模式)可以自动地切换显示部分1602的屏幕的显示。通过触摸显示部分1602或通过操作壳体1601的操作按钮1603a和1603b来切换屏幕模式。备选地，可以依赖于在显示部分1602上显示的图像的种类来切換屏幕模式。例如，当在显示部分1602上显示的图像的信号是移动图像数据的信号吋，屏幕模式切换为显示模式。当信号是文本数据时，屏幕模式切换为输入模式。另外，在输入模式中，当某段时间内没有通过触摸显示部分1602进行输入而检测到由显示部分1602中的光学传感器检测的信号时，可以控制屏幕模式以便从输入模式切换到显示模式。显示部分1602可以作为图像传感器起作用。例如，通过用手掌或手指触摸显示部分1602而获得掌纹、指纹等的图像，由此可以进行个人认证。另外，通过提供在显示部分背光或发射近红外光的感测光源，可以取得手指静脉、手掌静脉等的图像。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分1602。通过将实施例I中描述的显示装置应用到显示部分1602，可以减少移动电话的功率消耗。图7B是图示便携式计算机的例子的透视图。在图7B中图示的便携式计算机中，具有显示部分9303的顶部壳体9301和具有键盘9304的底部壳体9302可以通过折叠连接顶部壳体9301和底部壳体9302的铰链(hinge)单元而彼此重叠。因为便携式计算机可以用铰链单元打开或折叠，所以便携式计算机便于携带，并且在使用键盘输入的情况下，打开铰链单元并且用户可以看着显示部分9303而输入数据。底部壳体9302包括除键盘9304以外的可以进行输入的指向装置9306。另外，当显示部分9303是触摸输入面板时，通过触摸显示部分的一部分可以进行输入。底部壳体9302包括算术功能部分(例如CPU或硬盘)。此外，底部壳体9302包括将另一装置(例如符合USB通信标准的通信电缆)插入在其中的外部连接端口 9305。顶部壳体9301还可包括显示部分9307，其可以通过在其中滑动而保持在顶部壳体9301中，在这种情况下可实现大的显示屏幕。此外，用户可以调整显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)的屏幕定向。当显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)是触摸输入面板时，通过触摸显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)的一部分可以进行输入。
实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分9303或显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)。通过将实施例I中描述的显示装置应用到显示部分9303或显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)，可以减少便携式计算机的功率消耗。此外，图7B中的便携式计算机可以配备有接收器等并且可以接收电视广播来将图像显示在显示部分9303或显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)上。当连接顶部壳体9301和底部壳体9302的铰链单元保持折叠时，通过将显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)滑动出来而暴露显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)的整个屏幕并且调整屏幕角度；从而用户可以观看电视广播。在此情况下，没有打开铰链单元并且在显示部分9303上没有进行显示。此外，仅进行显示电视广播的电路的启动。因此，功率消耗可以达到最小，这对电池容量有限的便携式计算机是有用的。图8A图示电视机的例子。在电视机9600中，显示部分9603并入壳体9601中。显示部分9603可以显示图像。此处，支架9605支撑壳体9601。可以用壳体9601的操作开关或单独的遥控器9610来操作电视机9600。可以用遥控器9610的操作按键9609来控制频道和音量以便可以控制在显示部分9603上显示的图像。此外，遥控器9610可配备有用于显示来自遥控器9610的数据输出的显示部分9607。请注意电视机9600配备有接收器、调制解调器等。通过接收器的使用，可以接收一般的电视广播。此外，当电视机9600经由调制解调器有线或无线地连接到通信网络时，可以进行单向(从送出器到接收器)或双向(在送出器和接收器之间或在接收器之间等)的信息通信。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分9603。通过将实施例I中描述显示装置应用于显示部分9603，可以减少电视机9600的功率消耗。图8B图示数字相框的例子。例如，在数字相框9700中，显示部分9703并入壳体9701中。显示部分9703可以显示各种图像。例如，显示部分9703可以显示用数码相机等拍摄的图像数据并作为普通相框起作用。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分9703。通过将实施例I描述的显示装置应用于显示部分9703，可以减少数字相框9700的功率消耗。请注意数字相框9700配备有操作部分、外部连接端子(USB端子、可以连接到各种电缆(例如USB电缆等)的端子)、记录介质插入部分等。虽然这些部件可以提供在提供有显示部分的表面上，但对于数字相框9700的设计优选将其提供在侧面或背面。例如，将存储数码相机所拍摄的图像数据的存储器插入到数字相框的记录介质插入部分，由此可以转移图像数据然后显示在显示部分9703上。数字相框9700可配置为无线地发送和接收数据。可以采用在其中可以无线地转移将显示的所希望的图像数据的结构。图9A图示便携式游戏机器，其包括用连接器9893合并以便可以打开和折叠的壳体9881和壳体9891。显示部分9882和显示部分9883分别并入壳体9881和壳体9891中。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分9882和9883。通过将实施例I中描述的显示装置应用于显示部分9882和9883，可以减少便携式游戏机器的功率消耗。图9A中图示的便携式游戏机器另外包括扬声器部分9884、记录介质插入部分9886、LED灯9890、输入部分(操作按键9885、连接端子9887、传感器9888 (具有测量力、位 移、位置、速度、加速度、角速度、转动数、距离、光、液体、磁性、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射、流率、湿度、倾斜角度、振动、气味、或红外线的功能的传感器)、麦克风9889)等。不必说便携式游戏机器的结构不限于以上结构，并且可以使用至少配备有在本说明书中公开的显示装置的其他结构。便携式游戏机器可以适当地包括额外的配件。图9A中图示的便携式游戏机器具有读出存储在记录介质中的程序或数据以将其在显示部分上显示的功能，以及通过无线通信与另一便携式游戏机器共享信息的功能。图9A中的便携式游戏机器可以具有不限于以上的各种功能。在本说明书中公开的显示装置可以应用为电子纸。只要其可以显示数据，电子纸就可以用于各种领域的电子器具。例如，电子纸可以应用于电子书阅读器(电子书)、海报、车辆(例如火车)中的广告、或各种卡(例如信用卡)的显示。在图9B中图示使用电子纸的电子器具的例子。图9B图示电子书阅读器的例子。例如，电子书阅读器2700包括两个壳体，壳体2701和壳体2703。用铰链2711组合壳体2701和壳体2703以便电子书阅读器2700可以以铰链2711为轴打开和折叠。用这样的结构，电子书阅读器2700可以像纸质书一样操作。显示部分2705和显示部分2707分别并入壳体2701和壳体2703中。显示部分2705和显示部分2707可以显示一个图像或不同的图像。在显示部分显示彼此不同的图像的结构中，例如，右边的显示部分(图9B中的显示部分2705)可以显示文本并且左边显示部分(图9B中的显示部分2707)可以显示图像。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分2705和2707。通过将实施例I中描述的显示装置应用于显示部分2705和2707，可以减少电子书阅读器的功率消耗。图9B图示壳体2701配备有操作部分等的例子。例如，壳体2701配备有电源开关2721、操作按键2723、扬声器2725等。用操作按键2723，可以翻页。请注意在提供有显示部分的壳体的表面上，还可提供键盘、指向装置等。此外，外部连接端子(耳机端子、USB端子、可以连接到各种电缆(例如AC适配器和USB电缆等)的端子)、记录介质插入部分等可以配备在壳体的背面或侧面。此外，电子书阅读器2700可以具有电子词典的功能。电子书阅读器2700可具有能够无线地发送和接收数据的配置。通过无线通信，可以从电子书服务器购买并下载所希望的书的数据等。如上所述，实施例I中描述的显示装置以及显示装置的驱动方法可以应用于这样的各种电子器具；因此，可以提供减少功率消耗的电子器具。本实施例可以适当地与另一实施例组合来实现。
本申请基于在2009年12月10日向日本专利局提交的日本专利申请序列第2009-281045号，其全部内容通过参照并入于此。
权利要求
1.一种显示装置，包括判断与图像数据处理电路，包含判断电路和判断数据存储电路；数据存储电路，操作地连接到所述判断与图像数据处理电路；以及栅极信号产生电路和源极信号产生电路，每个操作地连接到所述判断与图像数据处理电路，其中所述数据存储电路配置为存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据，其中所述判断电路配置为将所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据分别分为第一多个图像数据和第二多个图像数据，判断所述第一多个图像数据中的每个与所述第ニ多个图像数据中的对应的一个是否匹配并且输出判断数据，其中所述判断数据存储电路配置为存储所述判断数据，以及其中所述栅极信号产生电路和所述源极信号产生电路配置为根据依赖于所述第一多 个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配的所述判断数据来控制所述第二图像数据的每个的写入的进行。
2.根据权利要求I所述的显示装置，还包括參照信号产生电路，配置为控制所述栅极信号产生电路和所述源极信号产生电路。
3.根据权利要求I所述的显示装置，还包括像素部分，所述像素部分包含薄膜晶体管。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述薄膜晶体管包含氧化物半导体膜。
5.一种显示装置，包括判断与图像数据处理电路，包括判断电路和判断数据存储电路；数据存储电路，操作地连接到所述判断与图像数据处理电路；以及栅极信号产生电路和源极信号产生电路，每个操作地连接到所述判断与图像数据处理电路，其中所述数据存储电路配置为存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据，其中所述判断电路配置为对于包含于所述栅极信号产生电路中的多个栅极线将所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据分别分为第一多个图像数据和第二多个图像数据，判断所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配并且输出判断数据，其中所述判断数据存储电路配置为存储所述判断数据，以及其中所述栅极信号产生电路和所述源极信号产生电路配置为根据依赖于所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配的所述判断数据来控制所述第二图像数据的每个的写入的进行。
6.根据权利要求5所述的显示装置，还包括參照信号产生电路，配置为控制所述栅极信号产生电路和所述源极信号产生电路。
7.根据权利要求5所述的显示装置，还包括像素部分，所述像素部分包含薄膜晶体管。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其中所述薄膜晶体管包含氧化物半导体膜。
9.一种显示装置的驱动方法，包括步骤在行方向上将显示屏幕分为多个子屏幕；对于每个所述子屏幕判断第一帧周期的第一图像数据与跟随所述第一帧周期的第二帧周期的第二图像数据是否匹配；依赖于对于每个所述屏幕的所述第一图像数据与所述第二图像数据是否匹配来控制所述图像数据向所述多个子屏幕的写入。
10.一种显示装置的驱动方法，包括步骤存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；将所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据分别分为第一多个图像数据和第ニ多个图像数据；判断所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配；依赖于所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的ー个是否匹配来控制所述第二多个图像数据的每个的写入的进行。
11.根据权利要求10所述的显示装置的驱动方法，其中由每个栅极线分开所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据。
12.—种显示装置的驱动方法，包括步骤存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；将所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据分别分为第一多个图像数据和第ニ多个图像数据；判断所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配；输出判断数据作为所述判断步骤的結果；以及如果所述判断数据示出失配，则写入所述第二帧的图像数据，其中如果所述判断数据示出匹配，则不写入所述第二帧的图像数据。
13.根据权利要求12所述的显示装置的驱动方法，其中由每个栅极线分开所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据。
全文摘要
本发明的一个实施例的目标是提供一种显示装置以及显示装置的驱动方法，在其任一个中，即使在显示移动图像的情况下，也可以充分地减少功率消耗。在显示装置以及显示装置的驱动方法中，在行方向(栅极线的方向)上将显示屏幕分为多个子屏幕并且对于每个子屏幕比较连续帧周期中的图像数据。基于比较结果来控制是否重写图像数据。换句话说，仅在需要重写的屏幕区域中进行写入。
文档编号G09G3/20GK102763154SQ20108005591
公开日2012年10月31日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年12月10日
发明者山崎舜平, 平形吉晴 申请人:株式会社半导体能源研究所
技术领域：
本发明涉及显示装置的驱动方法以及显示装置。
背景技术：
近年来，通过使用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体薄膜(具有大约几纳米到几百纳米的厚度)来形成薄膜晶体管(TFT)的技术已经引起关注。薄膜晶体管应用于宽范围的电子装置(例如IC或电光装置)，并且，特别地，正在推进将用作图像显示装置中的开关元件的薄膜晶体管的迅速发展。作为在其中使用薄膜晶体管的电子装置，有移动装置(例如移动电话或笔记本计算机等)。对于这样的便携式电子装置，影响连续操作时间的功率消耗是大的问题。同样对于尺寸増加的电视机等，抑制与尺寸増加关联的功率消耗的增加是重要的。此外，在显示装置中，当输入到像素的图像数据被重写时，再次进行写入相同的图 像数据的操作(即使在一段时期中的图像数据与以前的时期中的图像数据相同的情况下)。其结果是，通过多次进行写入相同的图像数据的操作，増加了功率消耗。为了抑制显示装置中这样的功率消耗的増加，例如，已经公开ー种技术，在其中毎次通过在显示静止图像的情况下扫描屏幕来写入图像数据后，设置长于扫描周期的中断周期作为非扫描周期(例如，參照专利文献I和非专利文献I)。[參照]
[专利文献]
专利文献I :美国专利第7321353号 [非专利文献]
非专利文献 I K. Tsuda et al.，IDW，02，Proc.，pp. 295-298。
发明内容
然而，通过专利文献I中描述的驱动方法，仅可以在静止图像显示于整个屏幕中的情况下減少功率消耗；在显示移动图像的情况下，需要通过扫描整个屏幕来写入屏幕数据。从而需要较低的功率消耗。因此，本发明的一个实施例的目标是提供显示装置以及显示装置的驱动方法，在其任ー个中，即使在显示移动图像的情况下，也可以充分地減少功率消耗。在显示装置以及显示装置的驱动方法中，在行方向上(栅极线的方向)将显示屏幕分为多个子屏幕并且比较用于每个子屏幕的连续帧周期中的图像数据。基于比较结果来控制是否重写图像数据。在显示装置以及显示装置的驱动方法中，进行操作如下存储第一帧的图像数据和后续第二帧的图像数据；将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据；对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配；以及在判断数据示出失配的情况下，选择栅极线并且写入第二帧的图像数据。在判断数据示出匹配的情况下，不写入第二帧的图像数据并且維持第一帧周期中的显示。换句话说，仅在第二帧周期的需要重写的屏幕区域中进行选择性写入。从而可忽略不必要的写入操作并且可以因此减少显示装置的功率消耗。在本说明书中公开的本发明的实施例是显示装置的驱动方法，包含以下步骤在行方向上将显示屏幕分为多个子屏幕；对于每个子屏幕判断多个连续帧周期中的图像数据的匹配或失配；以及基于判断数据来控制是否进行多个子屏幕中的图像数据的重写。在本说明书中公开的本发明的另ー实施例是显示装置的驱动方法，包含以下步骤存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据；对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配；输出判断数据；在判断数据示出匹配的情况下，不 在栅极信号产生电路中选择栅极线；以及在判断数据示出失配的情况下，选择栅极线并且写入第二帧的图像数据。在本说明书中公开的本发明的另ー实施例是显示装置的驱动方法，包含以下步骤存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据；对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配；输出判断数据；在判断数据示出匹配的情况下，不在栅极信号产生电路和源极信号产生电路中选择栅极线和源极线；以及在判断数据示出失配的情况下，选择栅极线和源极线并且写入第二帧的图像数据。请注意对于栅极信号产生电路中包含的多个栅极线将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分开并且进行判断。在本说明书中公开的本发明的实施例是显示装置，包含数据存储电路，用于存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；判断与图像数据处理电路，包含判断电路，用于将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据并且对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配，以及判断数据存储电路，用于存储从判断电路获得的判断数据；栅极信号产生电路，用于基于判断数据来控制是否进行第二帧的图像数据的写入；以及源极信号产生电路，同步栅极信号产生电路。在本说明书中公开的本发明的实施例是显示装置，包含数据存储电路，用于存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；判断与图像数据处理电路，包含判断电路，用于将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分为多个图像数据并且对于第一帧和第二帧的各自的分开的图像数据判断第一帧的图像数据和第二帧的图像数据的匹配或失配，以及判断数据存储电路，用于存储从判断电路获得的判断数据；栅极信号产生电路，用于基于判断数据来控制是否进行第二帧的图像数据的写入；以及源极信号产生电路，同步栅极信号产生电路。判断电路通过对于栅极信号产生电路中包含的多个栅极线将第一帧的图像数据和第二帧的图像数据分开来进行判断。在以上结构中，显示装置可以包含用于控制数据存储电路的參照信号产生电路、判断与图像数据处理电路、栅极信号产生电路、以及源极信号产生电路。另外，显示装置可以包含用多个像素来显示图像数据的像素部分，其中在每个像素中可以提供晶体管。
请注意本说明书中的序数(例如“第一”和“第二”)是便利起见而使用的并且没有指代步骤的顺序和层的层叠顺序。此外，本说明书中的序数没有指代规定本发明的特定名称。在显示装置以及显示装置的驱动方法中，在行方向上(栅极线的方向)将显示屏幕分为多个子屏幕并且对于每个子屏幕比较连续帧周期中的图像数据。基于比较结果来控制是否重写图像数据。换句话说，仅在需要重写的屏幕区域中进行写入。由于在显示移动图像的情况下也可以忽略不必要的写入操作，从而可以提供充分地減少功率消耗的显示装置以及显示装置的驱动方法。
在附图中
图I是图示显示装置的一个模式的图表；
图2是图示显示装置的驱动方法的一个模式的示意 图3是图示显示装置的驱动方法的一个模式的流程 图4是图示显示装置的驱动方法的一个模式的时间 图5A到是每个图示可应用于显示装置的晶体管的一个模式的图表；
图6A到6E是图示可应用于显示装置的晶体管的制造方法的一个模式的图表；
图7A和7B是每个图示电子器具的图表；
图8A和8B是每个图示电子器具的图表；以及 图9A和9B是每个图示电子器具的图表。
具体实施例方式在下文中，将參照附图详细描述本发明的实施例。然而，本发明不限于以下描述，并且本领域技术人员容易理解，可以以各种方式修改本文公开的模式和细节。因此，本发明不解释为限制于实施例的描述。[实施例I]
在本实施例中，參照图I、图2、图3、以及图4来描述显示装置的一个模式以及显示装置的驱动方法的一个模式。在图I中图示显示装置的ー个模式。在图I中图示的显示装置10包含像素部分11、栅极驱动器电路部分12、源极驱动器电路部分13、数据存储电路14、判断与图像数据处理电路15、栅极信号产生电路16、源极信号产生电路17、以及參照信号产生电路18。数据存储电路14包含存储第一帧的图像数据Ft的第一帧数据存储电路20a以及存储第二帧的图像数据Ft +:的第二帧数据存储电路20b。判断与图像数据处理电路15包含判断电路21和判断数据存储电路22。由參照信号产生电路18来控制数据存储电路14、判断与图像数据处理电路15、栅极信号产生电路16、以及源极信号产生电路17。參照图2和图3描述显示装置10的驱动方法的例子。首先，如图3中图示的，帧周期t中的图像数据是第一帧的图像数据Ft并且跟随帧周期t的帧周期t + I中的图像数据是第二帧的图像数据Ft+ 1并且其存储于数据存储电路14中。请注意在本说明书中，第一帧的图像数据Ft是帧周期t中用于整个屏幕的图像数据(像素部分11中的所有像素)；可以应用于第二帧的图像数据Ft+ 1是相同的。请注意在图I中，第一帧的图像数据Ft存储于第一帧数据存储电路20a中并且第ニ帧的图像数据Ft+ 1存储于第二帧数据存储电路20b中。然后，如图3中图示的，将第一帧的图像数据Ft和第二帧的图像数据Ft + 1输入到判断与图像数据处理电路15并且判断数据的匹配或失配。为了进行判断，首先，将整个屏幕分为子屏幕Atl到An。仅在栅极线的方向将屏幕分为子屏幕并且每个子屏幕Atl到An具有多个栅极线I到m。将栅极线的方向称为行方向井且对于每个栅极线提供多个像素。在本实施例中，描述如图2中所图示的在其中将整个屏幕分为10个子屏幕Atl到A9的例子。此外，每个子屏幕具有例如108个栅极线I到108并 且因此整个屏幕具有1080个栅极线。其次，对于子屏幕Atl到An分开输入图像数据。将第一帧的图像数据Ft分为图像数据F (Atl)t到F (An)t并且将第二帧的图像数据Ft + 1分为图像数据F (AQ)t + 1到F (An)
t + I °在本实施例中，如图2中图示的，将第一帧的图像数据Ft分为对应于各个子屏幕Atl到A9的10个图像数据F (A0)t到F (A9)t ;类似地，将第二帧的图像数据Ft + 1分为10个图像数据 F (A0)t + 1 到 F (A9) t + 1。此后，如图3中图示的，通过判断电路21判断分开的图像数据F (、)，到？ (A9)丨以及F (Atl)U1到F (A9) t + 1的匹配或失配并且将判断数据存储于判断数据存储电路22中。例如，在分开的图像数据F (、)，和？(Atl)U1匹配的情况下存储为I并且在其失配的情况下存储为O。在图2中，当判断数据存储电路的地址点J_MEM_AP是0、2、3、5以及9吋，分开的图像数据失配，并且当地址点是0、2、3、5以及9吋，判断数据J_MEM_DATA为O。当判断数据存储电路的地址点J_MEM_AP是1、4、6、7以及8时，分开的图像数据匹配，并且当地址点是1、4、6、7以及8时，判断数据J_MEM_DATA为I。跟随帧周期t + I的帧周期t + 2中的图像数据是第三帧的图像数据Ft+ 2并且将第三帧的图像数据Ft + 2也分为图像数据F (Atl)t^到F (An)t+ 20类似于图2中的第二帧的图像数据Ft + 1，将第三帧的图像数据Ft + 2分为10个图像数据F (AQ)t + 2到F (A9)t + 2。通过判断电路21，判断分开的图像数据F (A0)t + 1到F (A9)t + 1以及F (A0)tJJF (A9)t + 2的匹配或失配并且将判断数据存储于判断数据存储电路22中。以相似的方式重复地进行判断直到在时间轴方向中的最后的帧周期并且判断数据存储于判断数据存储电路22中。将判断数据存储电路22中存储的判断数据输出到栅极信号产生电路16和源极信号产生电路17。此处，当判断数据示出匹配时，不在栅极信号产生电路16中选择栅极线并且不在源极信号产生电路17中选择源极线。另ー方面，当判断数据示出失配时，在栅极信号产生电路16中选择栅极线并且在源极信号产生电路17中选择源极线。请注意，毎次当存储两个连续帧周期中的判断数据时，可以输出判断数据；备选地，可以在判断数据存储电路22中积累三个或者更多的连续帧周期中的判断数据并且可以一次输出积累的判断数据。在每个子屏幕中，当判断数据示出匹配时，不在栅极信号产生电路16中选择栅极线并且不在源极信号产生电路17中选择源极线。因此，不在栅极驱动器电路部分12和源极驱动器电路部分13中进行第二帧的图像数据的写入。另ー方面，在每个子屏幕中，当判断数据示出失配时，在栅极信号产生电路16中选择栅极线并且在源极信号产生电路17中选择源极线。因此，在栅极驱动器电路部分12和源极驱动器电路部分13中进行第二帧的图像数据的写入并且在像素部分11中显示第二帧的图像数据。不向在其中判断数据示出像素部分11中的匹配的子屏幕写入第二帧的图像数据，并且維持第一帧周期中的显示。换句话说，仅在对于第二帧周期需要重写的子屏幕中进行选择性写入。从而可忽略不必要的写入操作并且可以因此减少显示装置的功率消耗。图4图示关于显示装置的驱动方法的时间图的例子。请注意图4的时间图是显示装置的驱动方法的一个可应用的例子并且本发明不限于此。 在图4的时间图中，CLK意味着由參照信号产生电路18产生的时钟信号；J_MEM_AP意味着判断数据存储电路22的地址点；并且J_MEM_DATA意味着存储的判断数据。在时期P。中，J_MEM_AP为O，基于图2中的判断数据J_MEM_DATA变成O，并且由BL0CK_CNT从“I”开始递增操作。在本实施例中，由于子屏幕Atl具有108个栅极线，所以BL0CK_CNT 从 I 递增到 108。在本实施例中，当判断数据示出匹配(I)吋，不选择栅极线和源极线；当判断数据示出失配(O)时，选择栅极线和源极线。从而在图4中图示的时间图中，当J_MEM_DATA为O时，对应于 J_MEM_AP O 到 J_MEM_AP 9 的 Gate_Start_Pulse O 到 Gate_Start_Pulse 9 以及 Source_Start_Pulse 转成高(“H”)并且 D_inc 转成低(“L”)。当 J_MEM_DATA 为 I 时，Gate_Start_Pulse 和 Source_Start_Pulse 转成低(“L”)并且 D_inc 转成高(“H，，)。在时期P。中，由于 J_MEM_DATA 为 O,所以 Gate_Start_Pulse O 和 Source_Start_Pulse转成“H”并且由图像数据存储电路的地址指示器V_MEM_AP (未示出)选择子屏幕A。，并且作为图像数写入F (AQ)t + 1。顺序写入图像数据V_DATA作为数据AtlDtl到AtlDltl7,将其分为子屏幕Atl中包含的各自的108个栅极线。在BL0CK_CNT递增到108后，BL0CK_LAST转成“H”并且BL0CK_CNT复位为O并且时期P1开始。在时期P1中，由于J_MEM_AP为I并且基于图2中的判断数据J_MEM_DATA变成I，Gate_Start_Pulse 为“L”并且 Source_Start_Pulse 转成“L”并且不写入图像数据 V_DATA。另外，BL0CK_CNT不递增并且保持为0，并且后续的时期P2开始。基于以下判断数据来进行图像数据的选择性写入。在最后的时期p9中，J_MEM_AP为9，基于图2中的判断数据J_MEM_DATA变成O，并且由BL0CK_CNT从“ I ”开始递增操作。由于 J_MEM_DATA 为 O,所以 Gate_Start_Pulse 9 和 Source_Start_Pulse 转成“H”并且由图像数据存储电路的地址指示器V_MEM_AP选择子屏幕A9,并且作为图像数据V_DATA 写入 F (A9)t +”在最后的时期p9 (其中 J_MEM_AP 为 9)中，FRAME_END 转成 “H”。当 BL0CK_LAST转成“H”以及FRAME_END为“H”时，J_MEM_AP复位为O。
请注意在像素部分中，即使在判断数据示出匹配并且不需要图像数据的写入的区域中，也可以在某些间隔进行图像数据的重写操作(所谓的刷新操作)。如上所述，第二帧的图像数据不写入在其中判断数据示出像素部分中的匹配的子屏幕，并且维持第一帧周期中的显示。换句话说，仅在对于第二帧周期需要重写的子屏幕中进行选择性写入。从而可忽略不必要的写入操作并且可以因此减少显示装置的功率消耗。显示装置10可以使用各种半导体元件(例如晶体管和存储器元件)。晶体管可以用于像素部分11和驱动器电路(例如，栅极驱动器电路部分12、源极驱动器电路部分13、数据存储电路14、判断与图像数据处理电路15、栅极信号产生电路16、源极信号产生电路17、以及參照信号产生电路18)。可以在衬底(在那里形成像素部分11)之上形成包含晶体管的部分或所有的驱动器电路(例如，栅极驱动器电路部分12和源极驱动器电路部分13),由此可以获得面板上系统(system-on-panel)。
此外，使用单晶半导体膜或多晶半导体膜在単独准备的衬底之上単独形成的驱动器电路(也称作集成电路(IC))可以装配在配备有像素部分11的衬底上。请注意对单独地形成的驱动器电路的连接方法没有特定的限制，并且可以使用玻璃上芯片(chip onglass, COG)法、引线接合法、带式自动接合(tape automated bonding, TAB)法等。另外，可以采用这样的方法，在其中形成包含驱动器电路的布线板并且使用柔性印刷电路(flexible printed circuit,FPC)、TAB带、或带载封装(tape carrier package,TCP)连接布线板和像素部分11，并且从布线板向像素部分11供应各种信号和电位。对晶体管的结构没有特定的限制；例如，可以采用顶栅结构和底栅结构(例如交错结构和平面结构)。另外，晶体管可以具有包含一个沟道形成区域的单栅结构、包含两个沟道形成区域的双栅结构、或包含三个沟道形成区域的三栅结构。备选地，晶体管可以具有包含两个栅电极层(其放置于沟道区域之上或之下，在其间提供栅极绝缘层)的双栅结构。以下将描述可以用于晶体管的半导体层的材料的例子。半导体元件(例如晶体管)中所包含的用于半导体层材料，可以使用下列材料由使用半导体材料气体(以硅烷或锗烷为代表)的气相生长法或由溅射法制造的非晶半导体；使用光能或热能通过晶体化非晶半导体而形成的多晶半导体；微晶半导体(也称作半非晶半导体)等。可以使用单晶半导体材料或有机半导体材料。可以由溅射法、LPCVD法、等离子体CVD法等来沉积半导体层。非晶半导体以氢化非晶硅为代表，并且晶体半导体以多晶硅等为代表。多晶硅(polysilicon, polycrystalline silicon)包含所谓的高温多晶娃(其包含在高于或等于800°C的处理温度形成的多晶硅作为其主成分)、所谓的低温多晶硅(其包含在低于或等于600°C的处理温度形成的多晶硅作为其主成分)、以及通过使用例如提高晶体化的元素来晶体化非晶硅而形成的多晶硅。不必说还可以使用微晶半导体或局部包含晶相的半导体。作为半导体材料，可以使用化合物半导体(例如GaAs、InP、SiC、ZnSe、GaN、或SiGe以及单独的硅(Si)或锗(Ge))。在晶体半导体膜用于半导体层的情况下，可以通过任何的各种方法(例如，使用例如镍的提高晶体化的元素(该元素也称作催化元素或金属元素)的激光晶体化、热晶体化、或热晶体化)来制造晶体半导体膜。半导体层可以掺杂有少量杂质元素(例如硼或磷)来控制晶体管的阈值电压。
如上所述，在本实施例中，可以提供高功能的显示装置，其中进ー步减少功率消耗。[实施例2]
在本实施例中，将描述可以应用于在本说明书中公开的显示装置的晶体管的ー个例子。图5A到的每个图示晶体管的截面结构的例子。图5A中图示的晶体管410是ー个底栅薄膜晶体管并且也称为反向交错(invertedstaggered)薄膜晶体管。在具有绝缘表面的衬底400之上，晶体管410包含栅电极层401、栅极绝缘层402、氧化物半导体层403、源电极层405a、以及漏电极层405b。另外，提供层叠在氧化物半导体 层403之上的绝缘层407来覆盖晶体管410。保护绝缘层409形成于绝缘层407之上。图5B中图示的薄膜晶体管420是ー个称为沟道保护结构(也称作沟道停止结构)的底栅结构并且也称作反向交错薄膜晶体管。在具有绝缘表面的衬底400之上，晶体管420包含栅电极层401、栅极绝缘层402、氧化物半导体层403、作为覆盖氧化物半导体层403的沟道形成区域的沟道保护层起作用的绝缘层427、源电极层405a、以及漏电极层405b。另外，形成保护绝缘层409来覆盖晶体管 420。图5C中图示的薄膜晶体管430是底栅薄膜晶体管并且在具有绝缘表面的衬底400之上包含栅电极层401、栅极绝缘层402、源电极层405a、漏电极层405b、以及氧化物半导体层403。另外，提供与氧化物半导体层403接触的绝缘层407来覆盖晶体管430。保护绝缘层409形成于绝缘层407之上。在晶体管430中，栅极绝缘层402提供在衬底400和栅电极层401之上并与衬底400和栅电极层401接触；源电极层405a和漏电极层405b提供在栅极绝缘层402之上并与栅极绝缘层402接触。另外，氧化物半导体层403提供在栅极绝缘层402、源电极层405a、和漏电极层405b之上。图中图示的薄膜晶体管440是ー个顶栅薄膜晶体管。在具有绝缘表面的衬底400之上，晶体管440包含绝缘层447、氧化物半导体层403、源电极层405a、漏电极层405b、栅极绝缘层402、以及栅电极层401。提供分别与源电极层405a和漏电极层405b接触并电连接到源电极层405a和漏电极层405b的布线层446a和布线层446b。在本实施例中，氧化物半导体层403用作半导体层。作为氧化物半导体层403，可以使用四成分金属氧化膜(例如In-Sn-Ga-Zn-O膜)；三成分金属氧化膜(例如 In-Ga-Zn-O 膜、In-Sn-Zn-O 膜、In-Al-Zn-O 膜、Sn-Ga-Zn-O 膜、Al-Ga-Zn-O膜、或Sn-Al-Zn-O膜)；或双成分金属氧化膜(例如In-Zn-O膜、Sn-Zn-O膜、Al-Zn-O膜、Zn-Mg-O膜、Sn-Mg-O膜、或In-Mg-O膜)；或单成分金属氧化膜(例如In-O膜、Sn-O膜、或Zn-O膜)。另外，以上氧化物半导体层可以包含Si02。作为氧化物半导体层403，可以使用由InMO3 (ZnO)m (m>0)表达的薄膜。此处，M表不选自Ga、Al、Mn、以及Co的一个或多个金属兀素。例如，M可以为Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等。组分配方表示为InMO3 (ZnO)m (m>0)(其中至少包含Ga作为M)的氧化物半导体称作In-Ga-Zn-O基氧化物半导体，并且In-Ga-Zn-O基氧化物半导体的薄膜称作上述In-Ga-Zn-O月旲。在每个使用氧化物半导体层403的晶体管410、420、430、以及440中，截止状态中的电流的量(截止状态电流)可以很小。因此，可以延长图像数据的电信号的保持期等并且写入操作之间的间隔可以设置得更长。从而进行刷新操作的次数可以更小，由此可以更有效地抑制功率消耗。此外，每个使用氧化物半导体层403的晶体管410、420、430、以及440可以高速操作，这是因为其可以实现在使用非晶半导体的晶体管中相对较高的场效应迁移率。因此，可以实现具有更高得功能性并且能够更快响应的显示装置。尽管对可以用作具有绝缘表面的衬底400的衬底没有特定的限制，但是衬底具有足够高的耐热性来承受后续进行的热处理是有必要的。可以使用钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃等的玻璃衬底。
在使用玻璃衬底并且后续进行的热处理的温度高的情况下，优选使用应变点高于或等于730°C的玻璃衬底。对于玻璃衬底，使用例如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、或钡硼硅酸盐玻璃等的玻璃材料。请注意可以使用包含比氧化硼(B2O3)较大的量的氧化钡(BaO)的玻璃衬底，其是实用的耐热性玻璃。请注意代替以上玻璃衬底，可以使用由绝缘体形成的衬底(例如陶瓷衬底、石英衬底、或蓝宝石衬底)。备选地，可以使用晶体化玻璃等。另外备选地，可以合适地使用塑料衬底等。在底栅晶体管410、420、以及430中，可以在衬底400和栅电极层401之间提供起到基膜的作用的绝缘膜。基膜具有防止杂质元素从衬底400扩散的功能，并且可以使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的ー个或多个形成为具有单层结构或叠层结构。栅电极层401可以使用金属材料(例如钥、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、或钪)、或包含任何这些材料作为其主成分的合金材料形成为具有单层结构或叠层结构。作为栅电极层401的两层结构，例如，优选在铝层之上层叠钥层的两层结构、在铜层之上层叠钥层的两层结构、在铜层之上层叠氮化钛层或氮化钽层的两层结构、或氮化钛层和钥层层叠的两层结构。备选地，优选钨层或氮化钨层、铝硅合金层或铝钛合金层、以及氮化钛层或钛层层叠的三层结构。请注意可以使用透光导电膜形成栅电极层。作为透光导电膜的材料的例子，可以给出透光导电氧化物等。栅极绝缘层402可以由等离子体CVD法、溅射法等形成为具有使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层、以及氧化铪层的任何的单层结构或叠层结构。栅极绝缘层402可以具有叠层结构，其中以所呈现的顺序在栅电极层之上层叠氮化硅层和氧化硅层。例如，以这样的方式形成具有IOOnm厚度的栅极绝缘层使得由溅射法形成具有大于或等于50nm并且小于或等于200nm厚度的氮化娃层(SiNy (y>0))作为第一栅极绝缘层，然后层叠具有大于或等于5nm并且小于或等于300nm厚度的氧化硅层(SiOx(x>0 作为第一栅极绝缘层之上的第二栅极绝缘层。依赖于晶体管的所希望的特性，可以合适地设置栅极绝缘层402的厚度。厚度可以为大约350nm到400nm。对于源电极层和漏电极层405a和405b所用的导电膜，例如，可以使用选自招(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钽(Ta)、钛(Ti)、钥(Mo)、以及钨(W)的元素、包含任何这些元素作为成分的合金、在其中组合任何这些元素中的合金膜等。备选地，可以采用这样的结构，在其中高熔点金属(例如铬(Cr)、钽(Ta)、钛(Ti)、钥(Mo)、或钨(W))层被层叠在铝(Al)或铜(Cu)的金属层之上和/或之下。此外，在使用在其中添加有防止铝(Al)膜中小丘(hillock)或须(whisker)的产生的元素(例如硅(Si)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钥(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪(Sc )、或钇(Y))的铝(Al)材料的情况下，可以改善耐热性。对于用于分别连接到源电极层405a和漏电极层405b的布线层446a和布线层446b的导电膜,也可以使用与源电极层和漏电极层405a和405b的材料类似的材料。 源电极层405a和漏电极层405b可以具有单层结构或使用两个或者更多层的叠层结构。例如，可以给出包含硅的铝膜的单层结构、在铝膜之上层叠钛膜的两层结构、以所呈现的顺序层叠钛(Ti)膜、铝膜、以及钛(Ti)膜的三层结构等。
备选地，可以使用导电金属氧化物形成待成为源电极层和漏电极层405a和405b(包含使用相同的层形成的布线层作为源电极层和漏电极层)的导电膜。作为导电金属氧化物，可以使用氧化铟(111203)、氧化锡(51102)、氧化锌(2110)、氧化铟和氧化锡的合金(In2O3-SnO2，缩写为IT0)、氧化铟和氧化锌的合金(In203-Zn0)、或添加硅或氧化硅的金属氧化物材料。作为绝缘层407、427、和447以及保护绝缘层409，可以有利地使用无机绝缘膜，例如氧化物绝缘膜或氮化物绝缘膜。作为绝缘层407、427、和447，可以使用无机绝缘膜，其典型例子是氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、以及氧氮化铝膜。对于保护绝缘层409，可以使用无机绝缘膜，例如氮化硅膜、氮化铝膜、氮氧化硅膜、或氮氧化铝膜。另外，可以在保护绝缘层409之上形成平面化绝缘膜使得由于晶体管的表面粗糙度減少。可以使用耐热有机材料(例如聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺、或环氧)形成平面化绝缘膜。除了这样的有机材料，还可以使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷基树月旨、PSG (磷硅酸盐玻璃)、BPSG (硼磷硅酸盐玻璃)等。请注意可以通过层叠多个使用这些材料形成的绝缘膜来形成平面化绝缘膜。除了半导体层(S卩，衬底、栅电极层、栅极绝缘层、源电极层、漏电极层、布线层、绝缘层等)以外，图5A到中图示的晶体管的部件及其结构可以应用于实施例I中描述的晶体管(其包含不同半导体材料的半导体层)。如上所述，在本实施例中，可以通过使用包含氧化物半导体层的晶体管来提供进一步减少功率消耗的高功能性的显示装置。[实施例3]
在本实施例中，參照图6A到6E详细描述包含氧化物半导体层的晶体管及其制造方法的例子。可以用与以上实施例中描述的方式类似的方式来形成与以上实施例中的部分相同的部分或具有类似的功能的部分，并且也可以用与以上实施例中描述的方式类似的方式来进行与以上实施例中的步骤类似的步骤，并且省略重复性描述。此外，不重复相同部分的详细描述。图6A到6E图示晶体管的截面结构的例子。图6A到6E中图示的晶体管310是具有底栅结构的反向交错薄膜晶体管，其类似于图5A中图示的晶体管410。在本实施例中用于半导体层的氧化物半导体是本征(i型)半导体或极其接近本征(i型)半导体的半导体，通过从氧化物半导体中移除n型杂质的氢使其高度纯化以便尽可能少地包含不是氧化物半导体的主成分的杂质。换句话说，氧化物半导体不是通过添加杂质而做出的i型半导体而是通过尽可能多地移除杂质(例如氢和水)而高度纯化的i型(本征)半导体或极其接近i型半导体的半导体。因此，包含于晶体管310中的氧化物半导体层是高度纯化的氧化物半导体层和电i型(本征)的氧化物半导体层。此外，高度纯化的氧化物半导体包括极少量(接近于0)的载流子并且载流子浓度低于I X IO1Vcm3,优选低于I X IO1Vcm3,更优选低于I X IO1Vcm3。由于氧化物半导体中的载流子数量极少，在施加晶体管的反向偏置中的电流对电压特性中的截止状态电流可以很小。优选截止状态电流尽可能小。具体地，在包括上述的氧化物半导体层的晶体管中，每微米沟道宽度的截止状 态电流可以小于或等于IOaA/iim (lXlO^A/um),以及进ー步可以小于或等于laA/ym(IX I(T1Viim)。在晶体管中对截止状态电流的流动的阻カ可以表示为截止状态电阻率。截止状态电阻率当晶体管处于截止状态时的沟道形成区域的电阻率，其可以从截止状态电流计算出。具体地，当晶体管处于截止状态时的电阻率(截止状态电阻率R)可以从截止状态电流和漏极电压用欧姆定律计算出，其导出截止状态电阻率P，其可以从沟道形成区域的截面面积メ和沟道形成区域的长度Z (其对应于源电极和漏电极之间的距离)使用公式9 =M/L (R是截止状态电阻率)计算出。可以从メ=1计算截面面积ん其中沟道形成区域的厚度是ゴ并且沟道宽度是r。沟道形成区域的长度Z是沟道长度Z。以此方式，可以从截止状态电流计算截止状态电阻率。本实施例中的包括氧化物半导体层的晶体管的截止状态电阻率优选大于或等于IXlO9Q m,更优选大于或等于I X 101° Q通过使用有极小的截止状态中的电流值(截止状态电流)的晶体管作为实施例I中的像素部分中的晶体管，可以用少量次数的图像数据的写入进行静止图像区域中的刷新操作。能几乎不观察到导通状态电流的温度依赖并且在包括上述的氧化物半导体层的晶体管310中的截止状态电流保持很小。以下将參照图6A到6E描述在衬底305之上制造晶体管310的过程。在衬底305之上，晶体管310包括栅电极层311、栅极绝缘层307、氧化物半导体层331、源电极层315a、以及漏电极层315b。另外，提供层叠在氧化物半导体层331之上的绝缘层316来覆盖晶体管310。在绝缘层316之上提供保护绝缘层306。首先，在具有绝缘表面的衬底305上形成导电膜之后，通过第一光刻步骤形成栅电极层311。请注意通过喷墨法可形成抗蚀剂掩模。通过喷墨法形成抗蚀剂掩模不需要光掩模；从而可以减少制造成本。作为具有绝缘表面的衬底305，可以使用类似于实施例2中描述的衬底400的衬底。在本实施例中，使用玻璃衬底作为衬底305。
可以在衬底305和栅电极层311之间提供作为基膜起作用的绝缘膜。基膜具有防止杂质元素从衬底305扩散的功能，并且可以形成为具有使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的一个或多个的单层结构或叠层结构。栅电极层311可以形成为具有使用金属材料(例如钥、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、或钪)、或包含任何这些材料作为其主成分的合金材料的单层结构或叠层结构。例如，作为栅电极层311的两层结构，优选任何下列结构在铝层之上层叠钥层的两层结构，在铜层之上层叠钥层的两层结构，在铜层之上层叠氮化钛层或氮化钽层的两层结构，层叠氮化钛层和钥层的两层结构，以及层叠氮化钨层和钨层的两层结构。备选地，优选层叠有钨层或氮化钨层、铝硅合金层或铝钛合金层、氮化钛层或钛层的三层结构。然后，在栅电极层311之上形成栅极绝缘层307。可以通过等离子体CVD法、溅射法等将栅极绝缘层307形成为具有使用任何氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层以 及氧化铪层的单层结构或叠层结构。例如，在通过溅射法形成氧化硅膜的情况下，硅靶或石英靶用作靶，并且氧或氧和氩的混合气体用作溅射气体。对于本实施例中的氧化物半导体，使用通过移除杂质而做成i型半导体或大体上i型半导体的氧化物半导体。这样的高度纯化的氧化物半导体对界面态和界面电荷高度敏感；从而氧化物半导体层和栅极绝缘层之间的界面是重要的。因此，与高度纯化的氧化物半导体层接触的栅极绝缘层需要高质量。例如，由于绝缘层可以是致密的并具有高的承受电压和高质量，所以优选采用使用微波(2. 45GHz)的高密度等离子体CVD法。这是因为当高度纯化的氧化物半导体层与高质量栅极绝缘层紧密地接触时，可以减少界面态并且界面性质可以是良好的。不必说只要可以形成高质量绝缘层作为栅极绝缘层307，就可以采用另ー膜形成方法，例如溅射法或等离子体CVD法。此外，能够使用栅极绝缘层307作为绝缘层，其与氧化物半导体层的界面的质量和特性通过在绝缘层形成后进行的热处理而改善。在任何情况下，只要绝缘层具有这样的特性，就可以使用任何绝缘层，即使绝缘层和氧化物半导体层之间的界面的界面态密度能减小和形成良好界面以及具有良好的膜质量作为栅极绝缘层307。栅极绝缘层307可以具有叠层结构，其中在栅电极层311之上层叠有氮化物绝缘层和氧化物绝缘层。例如，以这样的方式形成具有IOOnm的厚度的栅极绝缘层，使得由溅射法形成具有大于或等于50nm并且小于或等于200nm的厚度的氮化硅层(SiNy (y>0 作为第一栅极绝缘层然后层叠具有大于或等于5nm并且小于或等于300nm的厚度的氧化硅层(Si0x(x>0))作为第一栅极绝缘层之上的第二栅极绝缘层。依赖于晶体管的所希望的特性，可以合适地设置栅极绝缘层的厚度。厚度可以为大约350nm到400nm。优选对沉积物进行预处理以便在栅极绝缘层307和随后形成的氧化物半导体膜330中尽可能少地包含氢、羟基和水分。对于沉积物的预处理，在溅射器件的预热室中，可以对栅电极层311形成于其上的衬底305或栅电极层311和栅极绝缘层307形成于其上的衬底305进行预热。从而可以消除并排出附着在衬底305的杂质(例如氢或水分)。作为在预热室中提供的排气单元，优选低温泵。请注意可忽略此预热处理。此预热可以类似地对在形成绝缘层316之前在其上形成有栅电极层311、栅极绝缘层307、氧化物半导体层331、源电极层315a和漏电极层315b的衬底305进行。在本实施例中，用等离子体CVD法形成具有IOOnm的厚度的氧氮化硅层作为栅极绝缘层307。接着，在栅极绝缘层307之上，形成具有大于或等于2nm并小于或等于200nm、优选大于或等于5nm并小于或等于30nm的厚度的氧化物半导体膜330 (參照图6A)。请注意在通过溅射法形成氧化物半导体膜330前，优选通过反溅射(在其中引入氩气体并产生等离子体)来移除附着在栅极绝缘层307的表面上的粉状物质(也称作颗粒或灰尘)。反溅射是在氩气氛中使用RF电源将电压施加到衬底侧(不施加到靶侧)并且在衬底附近产生等离子体以便修改衬底表面的方法。请注意可使用氮气氛、氦气氛、氧气氛等代替風气讯。作为氧化物半导体膜330，可以使用四成分金属氧化膜(例如In-Sn-Ga-Zn-O膜)；三成分金属氧化膜(例如 In-Ga-Zn-O 膜、In-Sn-Zn-O 膜、In-Al-Zn-O 膜、Sn-Ga-Zn-O 膜、·Al-Ga-Zn-O膜、或Sn-Al-Zn-O膜)；或双成分金属氧化膜(例如In-Zn-O膜、Sn-Zn-O膜、Al-Zn-O膜、Zn-Mg-O膜、Sn-Mg-O膜、或In-Mg-O膜)；或单成分金属氧化膜(例如In-O膜、Sn-O膜、或Zn-O膜)。此外，以上氧化物半导体层可以包含Si02。在本实施例中，使用In-Ga-Zn-O基氧化物靶通过溅射法沉积氧化物半导体膜330。在此阶段的截面图对应于图6A。此外，可以在稀有气体(典型地，氩)气氛、氧气氛、或包含稀有气体(典型地，氩)和氧的气氛中通过溅射法来形成氧化物半导体膜330。作为用于由溅射法形成氧化物半导体膜330的靶，例如，可以使用具有In2O3 :Ga203: ZnO=I: I: I [摩尔比]等的组分比的祀。备选地，可以使用具有In2O3: Ga2O3: ZnO=I: 1:2 [摩尔比]的组分比的革巴或具有In2O3 :Ga203: ZnO=I: 1:4[摩尔比]的组分比的靶。氧化物靶的填充率大于或等于90%并小于或等于100%，优选大于或等于95%并小于或等于99. 9%。通过使用高填充率的氧化物靶，沉积的氧化物半导体膜330是致密的。作为用于形成氧化物半导体膜330的溅射气体，优选使用高纯度的气体，其中移除杂质(例如氢、水、羟基、或氢化物)以便浓度为大约百万分之几或大约十亿分之几。在保持在减压下的处理室中保持衬底，并且衬底温度设置为高于或等于100°C并低于或等于600°C，优选高于或等于200°C并低于或等于400°C。通过在沉积期间加热衬底，可以减少包含于沉积的氧化物半导体膜330中的杂质的浓度。此外，可以减少溅射损坏。然后，引入从其中移除氢和水分的溅射气体而移除在处理室中的剰余水分，并且使用上述的靶，以便在衬底305上形成氧化物半导体膜330。为了移除处理室中的剰余水分，优选使用截留式真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。排气单元可以是配备有冷阱的涡轮泵。在用低温泵排出的膜形成室中，例如，排出氢原子、包含氢原子的化合物(例如水(H2O)),(更优选，还有包含碳原子的化合物)等，由此可以減少在膜形成室中沉积的氧化物半导体膜330中所包含的杂质的浓度。作为沉积条件的ー个例子，衬底和靶之间的距离是100mm，压カ是0.6Pa，直流(DC)电源是0. 5kW，并且气氛是氧气氛(氧的流率是100%)。请注意优选脉冲直流(DC)电源，这是因为可以減少在膜形成中产生的粉状物质(也称作颗粒或灰尘)并可以统ー膜厚度。由于合适的厚度依赖于所使用的氧化物半导体材料，所以可以依赖于材料来合适地确定厚度。然后，通过第二光刻步骤，将氧化物半导体膜330处理成岛状氧化物半导体层。通过喷墨法可以形成用于形成岛状氧化物半导体层的抗蚀剂掩模。通过喷墨法的抗蚀剂掩模的形成不需要光掩模；从而可以减少制造成本。在栅极绝缘层307中形成有接触孔的情况下，可以与氧化物半导体膜330的处理同时进行形成接触孔的步骤。请注意此时进行的氧化物半导体膜330的蚀刻可以是干蚀刻、湿蚀刻或干蚀刻和湿蚀刻两者。作为用于干蚀刻的蚀刻气体，优选使用包含氯的气体(例如氯(CI2)、三氯化硼(BC13)、四氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)的氯基气体)。备选地，可以使用包含氟的气体(例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮 (NF3)或三氟甲烷(CHF3)等的氟基气体)、溴化氢(HBr)、氧(O2)、添加有稀有气体(例如氦(He)或氩(Ar))的任何这些气体等。作为干蚀刻法,可以使用平行板反应离子蚀刻(reactive ion etching,RIE)法或感应稱合等离子体(inductively coupled plasma, ICP)蚀刻法。为了将膜蚀刻成所希望的形状，合适地调整蚀刻条件(施加于线圈状电极的电カ的量、施加于在衬底侧上的电极的电カ的量、衬底侧上的电极的温度等)。作为用于湿蚀刻的蚀刻剂，可以使用磷酸、こ酸和硝酸等的混合溶液。此外，还可以使用 IT007N (由 KANTO CHEMICAL CO. , INC.生产)。通过清理将在湿蚀刻后的蚀刻剂与蚀刻材料一起移除。可以纯化包含蚀刻剂和刻蚀掉的材料的废液并可重新使用该材料。当从蚀刻后的废液中收集并重新使用材料(例如包含在氧化物半导体膜中的铟)时，可以有效地使用资源并可以减少成本。依赖于材料适当地调整蚀刻条件(例如蚀刻剂、蚀刻时间和温度)以便可以将材料蚀刻成所希望的形状。接着，氧化物半导体层经受第一热处理。通过第一热处理，可以使氧化物半导体层脱水或脱氢。第一热处理的温度高于或等于400°C并低于或等于750°C，优选为高于或等于4000C并低于衬底的应变点。在本实施例中，将衬底引入到作为热处理器件的ー种的电炉，并在氮气氛中对氧化物半导体层以450°C进行I小时热处理。此后，防止氧化物半导体层暴露到空气，由此防止水或氢进入氧化物半导体层；从而获得氧化物半导体层331 (參照图6B)。请注意热处理器件不限于电炉，并可配备有用于通过热传导或来自加热元件的热辐射(例如电阻加热元件)来加热待处理的对象的装置。例如，可以使用快速热退火(RTA)器件，例如灯快速热退火(LRTA)器件或气体快速热退火(GRTA)器件。LRTA器件是用于通过从灯(例如卤素灯、金属卤化物灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯、或高压汞灯)发射的光辐射(电磁波)来加热待处理的对象的器件。GRTA器件是用于使用高温气体的热处理的器件。对于该气体，使用不通过热处理与待处理的对象反应的惰性气体(例如氮)或稀有气体(例如
ノ。例如，对于第一热处理，可进行GRTA，其中将衬底移入加热到高达650°C到700°C的高温的惰性气体中，加热几分钟，并且从加热到高温的惰性气体移出。GRTA使高温热处理能在短时间中进行。请注意在第一热处理中，优选水、氢等不包含于氮或稀有气体(例如氦、氖或氩)气氛中。优选引入热处理器件的氮或稀有气体(例如氦、氖或氩)的纯度设置为大于或等于6N(99. 9999%)，更优选为大于或等于7N (99. 99999%)(即杂质浓度低于或等于lppm，优选低于或等于0. lppm)o另外，可加热氧化物半导体层作为用于脱水或脱氢的热处理，然后在同一个炉中通过引入高纯度氧气、高纯度N2O气体或超干空气(具有低于或等于-40°C的露点，优选为低于或等于_60°C)来进行冷却。优选氧气和N2O气体不包含水、氢等。备选地，优选引入热处理器件的氧气或N2O气体的纯度大于或等于6N (99. 9999%)，更优选为大于或等于7N (99. 99999%)(即，氧气或N2O气体中的杂质浓度低于或等于lppm，优选低于或等于0. lppm)。通过供应氧(其是包含于氧化物半导体中的主成分但已经通过由脱水处理或脱氢处理消除杂质的步骤減少)，使氧化物半导体层高度纯化并成为电i型(本征)半导体。
在处理为岛状氧化物半导体层前，还可以对氧化物半导体膜330进行氧化物半导体层的第一热处理。在该情况下，在第一热处理后从加热器件中取出衬底，然后进行光刻步骤。可以在任何下面时机对氧化物半导体层进行具有脱水或脱氢效果的热处理在形成氧化物半导体层后；在氧化物半导体层之上形成源电极层和漏电极层后；以及在源电极层和漏电极层之上形成绝缘层后。另外，未限制热处理的次数。在栅极绝缘层307中形成接触孔的情况下，可在氧化物半导体膜330的脱水或脱氢之前或之后进行该步骤。接着，在栅极绝缘层307和氧化物半导体层331上形成待成为源漏电极层和漏电极层(包含形成于相同的层的布线作为源电极层和漏电极层)的导电膜。通过溅射法或真空蒸镀法可形成导电膜。作为待成为源电极层和漏电极层(包含形成于相同的层的布线作为源电极层和漏电极层)的导电膜的材料，可以使用选自铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钽(Ta)、钛(Ti)、钥(Mo)、以及钨(W)的元素、包含任何这些元素作为成分的合金、在其中组合任何这些元素的合金膜等。备选地，可以采用这样的结构，其中高熔点金属(例如铬(Cr)、钽(Ta)、钛(Ti)、钥(Mo)、或钨(W))层被层叠在铝(Al)或铜(Cu)的金属层之上和/或之下。此外，在使用向其中添加防止铝(Al)膜中小丘或须的产生的元素(例如硅(Si)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钥(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪(Sc)、或钇(Y))的铝(Al)材料的情况下，可以改善耐热性。另外，导电膜可以具有单层结构或使用两个或者更多层的叠层结构。例如，可以给出包含硅的铝膜的单层结构、在铝膜之上层叠钛膜的两层结构、以所呈现的顺序层叠钛(Ti)膜、铝膜、以及钛(Ti)膜的三层结构等。备选地，使用导电金属氧化物可以形成导电膜。作为导电金属氧化物，可以使用氧化铟(In203)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟和氧化锡的合金(In203-Sn02,缩写为IT0)、氧化铟和氧化锌的合金(In203-Zn0)、或向其中添加硅或氧化硅的金属氧化物材料。在形成导电膜后进行热处理的情况下，优选导电膜具有足够高的耐热性来承受热处理。进行第三光刻步骤。在导电膜上形成抗蚀剂掩模并进行选择性蚀刻，以便形成源电极层315a和漏电极层315b。然后，移除抗蚀剂掩模(參照图6C)。在第三光刻步骤中，优选使用紫外光、KrF激光或ArF激光用于形成抗蚀剂掩模的曝光。通过源电极层和漏电极层的底端(其在氧化物半导体层331上彼此相邻)之间的距离来确定后续完成的晶体管的沟道长度Z。在沟道长度Z小于25nm的情况下，可以使用具有几纳米到几十纳米的极短波长的极度紫外光在第三光刻步骤中形成抗蚀剂掩模时进行曝光。用极度紫外光的曝光导致高分辨率和大的焦点深度。从而待后续完成的晶体管的沟道长度Z可以大于或等于IOnm并小于或等于IOOOnm并且可以增加电路的操作速度，而且截止状态电流极小，并且从而可以实现更低的功率消耗。请注意，在用于蚀刻导电膜的第三光刻步骤中，仅可以蚀刻部分氧化物半导体层331，由此在ー些情况下形成具有槽(凹陷部分)的氧化物半导体层。适当地调整每个成分的材料和蚀刻条件以便不移除氧化物半导体层331。在本实施例中，由于使用钛(Ti)膜作为导电膜并且In-Ga-Zn-O基氧化物半导体 用于氧化物半导体层331，所以使用铵过氧化氢混合物(31wt. %过氧化氢溶液28wt. %氨水:水=5 2 :2)作为蚀刻剂。请注意可由喷墨法形成用于形成源电极层315a和漏电极层315b的抗蚀剂掩模。由喷墨法的抗蚀剂掩模的形成不需要光掩模；从而可以减少制造成本。为了減少光刻步骤中所使用的光掩模的数量并减少光刻步骤的数量，可用使用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模来进行蚀刻步骤，多色调掩模是光传输穿过其来具有多个强度的曝光掩模。用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模具有多个厚度并且可以进一歩通过蚀刻改变形状；因此，可以在多个蚀刻步骤中使用抗蚀剂掩模来处理成不同的图案。因此，可以通过使用多色调掩模来形成对应于至少两种不同图案的抗蚀剂掩模。从而可以减少曝光掩模的数量并且也可以减少对应的光刻步骤的数量，由此可以实现处理的简化。此后，可通过使用气体(例如N20、N2或Ar)进行等离子体处理来移除吸附到氧化物半导体层的暴露部分的表面的水。在进行等离子体处理的情况下，形成作为与部分氧化物半导体层接触的保护绝缘膜起作用的绝缘层316 (没有暴露在空气中)。绝缘层316具有至少Inm的厚度并可以合适地通过杂质(例如水或氢)不进入绝缘层316的方法(例如溅射法)形成。当氢包含于绝缘层316中时，引起氢进入氧化物半导体层或通过氢在氧化物半导体层中取出氧，因此使氧化物半导体层的背沟道具有更低的电阻(为n型)，以便可形成寄生沟道。因此，采用不使用氢的形成方法以便绝缘层316包含尽可能少的氢是重要的。在本实施例中，由溅射法形成200nm厚度的氧化硅膜作为绝缘层316。在膜形成中的衬底温度可高于或等于室温并低于或等于300°C并且在本实施例中是100°C。由溅射法的氧化硅膜的形成可以进行于稀有气体(典型地，氩)气氛、氧气氛或稀有气体(典型地，氩)和氧的气氛中。可以使用氧化硅靶或硅靶作为靶。例如，使用硅靶可以在氧和氮的气氛中由溅射法形成氧化硅膜。使用不包含杂质(例如水分、氢离子、或OH—)并阻止来自外部的这样的杂质的进入的无机绝缘膜形成绝缘层316 (其形成为与氧化物半导体层接触)。典型地，使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、或氧氮化铝膜。在该情况下，优选形成绝缘层316而移除处理室中的剰余水分。这是用于防止氢、羟基以及水分包含于氧化物半导体层331和绝缘层316中。为了移除处理室中的剰余水分，优选使用截留式真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。排气单元可以是配备有冷阱的涡轮泵。在用低温泵排出的膜形成室中，例如，排出氢原子、包含氢原子的化合物(例如水(H2O))等，由此可以减少在膜形成室中沉积的绝缘层316中所包含的杂质的浓度。作为用于形成绝缘层316的溅射气体，优选使用高纯度气体，其中移除杂质(例如氢、水、羟基、或氢化物)以便浓度是大约百万分之几或大约十亿分之几。接着，在惰性气体气氛或氧气气氛(优选在高于或等于200°C并低于或等于400°C的温度，例如高于或等于250°C并低于或等于350°C的温度)中进行第二热处理。例如，在氮气氛中在250°C进行I小时第二热处理。通过第二热处理，在部分氧化物半导体层331(沟道形成区域)与绝缘层316接触的状态下施加热。通过以上步骤，可以通过热处理使沉积后的氧化物半导体膜脱水或脱氢。从而可 以从氧化物半导体层中有意地移除杂质(例如氢、水分、羟基、或氢化物(也称作氢化合物))并且可以供应氧(其是包括在氧化物半导体中的主成分但已经通过由脱水处理或脱氢处理消除杂质的步骤減少)。因此，氧化物半导体层高度纯化并做成电i型(本征)半导体。在惰性气体气氛(例如氮)或稀有气体中进行用于脱水或脱氢的热处理的情况下，特别地，由于氧的缺乏在热处理后氧化物半导体层变成n型低电阻氧化物半导体层；然而，通过提供与氧化物半导体层331接触的绝缘层316并像本实施例那样进行加热，可以用氧选择性地供应与绝缘层316接触的部分氧化物半导体层331。将此部分做成i型半导体并适合用作沟道形成区域。在此情况下，氧化物半导体层331的区域(其不与绝缘层316直接接触并与源电极层315a或漏电极层315b重叠)仍然是n型；从而以自对准方式形成高电阻源极区域和高电阻漏极区域。通过采用以上结构，高电阻漏极区域作为缓冲器起作用并且即使在栅电极层311和漏电极层315b之间施加高电场，也不局部地施加高电场，以便可以改善晶体管的承受电压。通过上述的步骤，形成晶体管310 (參照图6D)。当具有许多缺陷的氧化硅层用作绝缘层316时，在氧化硅层形成后的热处理具有将包含于氧化物半导体层中的杂质(例如氢、水分、羟基、或氢化物)扩散到绝缘层316的效果，以便可以进ー步减少包含于氧化物半导体层中的杂质。可以在绝缘层316之上额外地形成保护绝缘层。例如，通过RF溅射法形成氮化硅膜。由于RF溅射法具有很高的生产率，所以其优选用作保护绝缘层的膜形成方法。使用不包含杂质(例如氢、水分、羟基或氢化物)并阻止来自外部的这样的杂质的进入的无机绝缘膜形成保护绝缘层，并且使用氮化硅膜、氮化铝膜、氮氧化硅膜、氮氧化铝膜等。在本实施例中，作为保护绝缘层，使用氮化硅膜形成保护绝缘层306 (參照图6E)。作为本实施例中的保护绝缘层306，将在其上形成有栅电极层311、栅极绝缘层307、氧化物半导体层331、源电极层315a、漏电极层315b、以及绝缘层316的衬底305加热到100°C到400°C的温度，引入包含从中移除氢和水分的高纯度氮的溅射气体，并使用硅半导体靶，由此形成氮化硅膜。同样在该情况下，类似于绝缘层316的情况，优选形成保护绝缘层306而移除处理室中的剰余水分。在保护绝缘层的形成之后，可进ー步在空气中在高于或等于100°C并低于或等于200°C的温度进行大于或等于I小时并小于或等于30小时的热处理。可在固定的加热温度进行此热处理。备选地，可多次重复实施加热温度中的下列变化加热温度从室温増加到高于或等于100°C并低于或等于200°C的温度，然后降低到室温。在绝缘层316的形成前可以在减压下进行此热处理。在减压下，可以缩短热处理时间。请注意在保护绝缘层306上可以提供用于平面化的平面化绝缘层。如上所述，通过使用包括高度纯化的氧化物半导体层(其使用本实施例而形成)的晶体管，可以提供高可靠性与高功能性的显示装置，在其中进ー步減少功率消耗。本实施例可以适当地与另ー实施例组合来实现。[实施例4]
通过使用晶体管(在实施例2或3中描述其的例子)，在像素部分和驱动器电路中可以制造在实施例I中描述的显示装置(具有显示功能的半导体装置)。此外，可以在形成有像 素部分的衬底上形成包括晶体管的部分或所有的驱动器电路，由此可以获得面板上系统。在实施例I中描述的显示装置包括显示元件。作为显示元件，可以使用液晶元件(也称作液晶显示元件)或发光元件(也称作发光显示元件)。发光元件在其分类中包括由电流或电压控制其亮度的元件，并且在其分类中具体地包括无机场致发光(electroluminescent, EL)元件、有机EL元件等。此外,可以使用由电效应改变对比度的显示介质，例如电子墨。此外，显示装置包括密封显示元件的面板，以及在其中包括控制器等的IC装配在面板上的模块。请注意本说明书中的显示装置意味着图像显示装置、显示装置或光源(包括发光装置)。此外，显示装置在其分类中也包括下列模块附加有连接器(例如FPC、TAB带、或TCP)的模块；在其尖端提供有印刷电路板的具有TAB带或TCP的模块；以及在其中集成电路(IC)通过COG法直接装配在显示元件上的模块。作为显示装置的一个模式的显示面板，例如，可以给出在第一基板和第二基板之间用密封剂密封晶体管和显示元件的显示面板。具体地，提供密封剂以便围绕在第一基板上提供的像素部分和扫描线驱动器电路，并且在像素部分和扫描线驱动器电路上提供第二基板。以此方式，可以用第一基板、密封剂以及第ニ基板来密封像素部分、扫描线驱动器电路以及显示元件。在与在第一基板上由密封剂围绕的区域不同的区域中可以装配信号线驱动器电路，其在単独准备的衬底上使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成。请注意对单独形成的驱动器电路的连接方法没有特定的限制，并可以使用COG法、引线接合法、TAB法等。另外，在第一基板上提供的像素部分和扫描线驱动器电路包括多个晶体管并且在实施例2或3中描述的晶体管可以用作一个晶体管。在液晶元件用作显示元件的情况下，使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、聚合物分散液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。依赖于条件，这样的液晶材料展现胆留相、近晶相、立方相、手性向列相、均质相等。备选地，可使用不需要对准膜的展现蓝相的液晶。蓝相是液晶相的ー个，当增加胆甾液晶的温度时，其刚好出现在胆甾相变为均质相之前。由于蓝相仅出现在窄的温度范围中，所以将在其中混合有大于或等于5wt. %的手性材料的液晶组分用于液晶层以便改善温度范围。包括展现蓝相的液晶和手性剂的液晶组分具有小于或等于I毫秒的短的响应时间，具有使对准过程不需要的光学均质性，以及具有小的视角依赖性。此外，由于不需要提供对准膜并且不需要摩擦处理，所以可以防止由摩擦处理引起的静电放电损坏并且在制造过程中可以减少液晶显示装置的缺陷和损坏。从而可以增加液晶显示装置的生产率。包括实施例3中描述的氧化物半导体层的晶体管特别地具有通过静电的影响晶体管的电特性可以显著地改变并偏离设计的范围的可能性。因此，将蓝相液晶材料用于包括使用氧化物半导体层形成的晶体管的液晶显示装置更有效。液晶材料的具体的电阻率大于或等于I X IO9 Q cm，优选大于或等于IXlOllQ cm，更优选大于或等于I X IO12 Q -Cm0请注意本说明书中的具体的电阻率測量于 20。。。考虑在像素部分中提供的晶体管的泄漏电流等，设置在液晶显示装置中形成的存储电容器的尺寸以便在预定的时期中可以保持电荷。考虑晶体管的截止状态电流等，可以设置存储电容器的尺寸。通过使用包括实施例3中描述的高纯度氧化物半导体层的晶体管，提供充分的存储电容器(相对于每个像素的液晶电容其具有小于或等于1/3的电容，优·选小于或等于1/5的电容)。请注意，如实施例I中所述的，依赖于在保持期中施加于液晶元件的电压的保持率，也可以在静止图像区域中合适地进行刷新操作。例如，在信号写入液晶元件的像素电极不久后，可在当电压从电压的值(初始值)降低到预定电平的时机进行刷新操作。优选预定的电平设置为相对于初始值感测不到闪烁的电压。具体地，优选每次电压达到比初始值小10% (进一歩优选为3%)的电压进行刷新操作(重写)。由于液晶材料的具体的电阻率变得更大，所以可以减少通过液晶材料的更多的电荷泄漏，并且可以抑制用于保持液晶元件的操作状态的电压随着时间的降低。其结果是，可以延长保持期；因此，可以减少在静止图像区域中的刷新操作的频率，并且可以减少显示装置的功率消耗。对于液晶显示装置，使用扭转向列(twisted nematic, TN)模式、平面内转换(in-plane-switching, IPS)模式、边缘场转换(fringe field switching, FFS)模式、轴对称对准微单元(axially symmetric aligned micro-cell, ASM)模式、光学补偿双折身寸(optical compensated birefringence, 0CB)模式、铁电液晶(ferroelectric liquidcrystal, FLC)模式、或反铁电液晶(antiferroelectric liquid crystal, AFLC)模式等。此外，液晶显示装置可以是常黑液晶显示装置(例如利用垂直对准(verticalalignment, VA)模式的透射液晶显示装置)。VA液晶显示装置是控制液晶显示面板的液晶分子的对准的ー种形式。在VA液晶显示装置中，当没有施加电压时，在相对于面板表面的垂直方向上对准液晶分子。有垂直对准模式的一些例子；例如，可以采用多域垂直对准(MVA)模式、图案化垂直对准(PVA)模式、ASV模式等。此外，能够使用称为域倍増或多域设计的方法，其中像素分为ー些区域(子像素)并且在其各自的区域中在不同的方向上对准分子。另外，在显示装置中，合适地提供黑矩阵(遮光层)、光学构件(光学衬底)(例如偏振构件)、迟滞构件、或防反射构件等。例如，通过使用偏振衬底和迟滞衬底，可获得圆偏振。此外，背光、侧灯等可用作光源。
作为像素部分中的显示方法，可以采用级进法、交织法等。另外，在彩色显示时在像素中受控的彩色成分不限于R、G、以及B (R、G、以及B分别对应于红色、緑色、以及蓝色)三种颜色；例如，可以采用R、G、B、以及W (W对应于白色)，或R、G、B、以及黄色、青色、品红中的ー个或多个等。另外，在彩色元素的各个点之间显示区域的尺寸可以不同。本发明不限于用于彩色显示的显示装置的应用而且也可以应用于黑白显示的显示装置。备选地，作为包含于显示装置中的显示元件，可以使用利用电致发光的发光元件。根据发光材料是有机化合物还是无机化合物来分类利用电致发光的发光元件。一般而言，前者称作有机EL元件，并且后者称作无机EL元件。在有机EL元件中，通过施加电压到发光元件，从ー对电极单独注入电子和空穴到包含发光有机化合物的层，并且电流流动。载流子(电子和空穴)复合，从而激发发光有机化合物。发光有机化合物从激发态返回到基态，由此发光。由于这样的机制，此发光元件称作电流激发的发光元件。 根据其元件结构，将无机EL元件分类为散射型无机EL元件和薄膜无机EL元件。散射型无机EL元件具有在粘合剂中分散发光材料的颗粒的发光层，并且其发光机制是利用施主能级和受主能级的施主-受主复合型发光。薄膜无机EL元件具有发光层夹在介电层(其进ー步夹在电极之间)之间的结构，并且其发光机制是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局限型发光。请注意,如实施例I中所述,依赖于在保持期中施加于连接到EL元件的驱动晶体管的栅极的电压的保持率，也可以在静止图像区域中合适地进行刷新操作。例如，在信号写入驱动晶体管的栅极不久后，可在当电压从电压的值(初始值)降低到预定电平的时机进行刷新操作。优选预定的电平设置为相对于初始值感测不到闪烁的电压。具体地，优选每次电压达到比初始值小10% (进ー步优选3%)的电压时进行刷新操作(重写)。在实施例I中描述的显示装置的驱动方法可以应用于驱动电子墨的电子纸。电子纸也称作电泳显示装置(电泳显示器)并且优点在于其具有与普通纸张相同等级的可读性，其具有比其他显示装置较低的功率消耗，并且其可以做得很薄并且重量轻。电泳显示装置可以具有各种模式。电泳显示装置包含分散在溶剂或溶质中的多个微囊，每个微囊包含带正电荷的第一颗粒和带负电荷的第二颗粒。通过将电场施加到微囊，微囊中的颗粒以相反的方向移动到彼此并且仅显示聚集在一侧上颗粒的顔色。请注意第一颗粒和第二颗粒每个包含色素并且没有电场时不移动。此外，第一颗粒和第二颗粒具有不同的顔色(其可以是无色的)。从而，电泳显示装置是利用所谓电介质电泳效应(通过其具有高介电常数的物质移动到高电场区域)的显示器。在溶剂中分散以上微囊的溶液称作电子墨。此电子墨可以印刷在玻璃、塑料、布、纸等的表面上。此外，通过使用具有色素的滤色器或颗粒，还可以实现彩色显示。请注意微囊中的第一颗粒和第二颗粒可以使用选自导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材料、液晶材料、铁电材料、场致发光材料、电致变色材料、以及磁体材料的单个材料来形成，或使用任何这些材料的合成材料来形成。另外，作为电子纸，可以使用采用扭转球显示系统的显示装置。扭转球显示系统涉及这样的方法，即在用作显示元件的电极层的第一电极层和第二电极层之间排列用黑和白涂色的每个球形颗粒，并且在第一电极层和第二电极层之间产生电位差来控制球形颗粒的定向，以便进行显示。通过将实施例I中描述的驱动方法应用到上述的显示装置例子，可以提供減少功率消耗的显示装置。本实施例可以适当地与另ー实施例组合来实现。[实施例5]
在本说明书中公开的显示装置可以应用于各种电子器具(包括游戏机)。电子器具的例子是电视机(也称作电视或电视接收器)、计算机等的显示器、照相机(例如数码相机或数字 视频相机)、数字相框、移动电话手持机(也称作移动电话或移动电话装置)、便携式游戏控制台、便携式信息終端、音频再现装置、大尺寸的游戏机(例如弹球机)等。图7A图示移动电话的例子。移动电话1600配备有并入壳体1601的显示部分1602、操作按钮1603a和1603b、外部连接端ロ 1604、扬声器1605、麦克风1606等。当用手指等触摸图7A中图示的移动电话1600的显示部分1602时，可以将数据输入到移动电话1600。通过用其手指等触摸显示部分1602，用户可以拨打电话或写邮件。显示部分1602主要有三种屏幕模式。第一模式是主要用于显示图像的显示模式。第二模式是主要用于输入数据(例如文本)的输入模式。第三模式是组合显不模式和输入模式这两种模式的显示与输入(display-and-input)模式。例如，在拨打电话或写邮件的情况下，在显示部分1602中选择主要用于输入文本的文本输入模式以便可以输入显示在屏幕上的文本。在此情况下，优选在显示部分1602的屏幕的几乎全部区上显示键盘或数字按钮。当在移动电话1600内部提供包含用于检测斜度的传感器(例如陀螺仪或加速度传感器)的检测装置时，通过确定移动电话1600的方向(移动电话1600是否水平地或垂直地放置为风景模式或肖像模式)可以自动地切换显示部分1602的屏幕的显示。通过触摸显示部分1602或通过操作壳体1601的操作按钮1603a和1603b来切换屏幕模式。备选地，可以依赖于在显示部分1602上显示的图像的种类来切換屏幕模式。例如，当在显示部分1602上显示的图像的信号是移动图像数据的信号吋，屏幕模式切换为显示模式。当信号是文本数据时，屏幕模式切换为输入模式。另外，在输入模式中，当某段时间内没有通过触摸显示部分1602进行输入而检测到由显示部分1602中的光学传感器检测的信号时，可以控制屏幕模式以便从输入模式切换到显示模式。显示部分1602可以作为图像传感器起作用。例如，通过用手掌或手指触摸显示部分1602而获得掌纹、指纹等的图像，由此可以进行个人认证。另外，通过提供在显示部分背光或发射近红外光的感测光源，可以取得手指静脉、手掌静脉等的图像。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分1602。通过将实施例I中描述的显示装置应用到显示部分1602，可以减少移动电话的功率消耗。图7B是图示便携式计算机的例子的透视图。在图7B中图示的便携式计算机中，具有显示部分9303的顶部壳体9301和具有键盘9304的底部壳体9302可以通过折叠连接顶部壳体9301和底部壳体9302的铰链(hinge)单元而彼此重叠。因为便携式计算机可以用铰链单元打开或折叠，所以便携式计算机便于携带，并且在使用键盘输入的情况下，打开铰链单元并且用户可以看着显示部分9303而输入数据。底部壳体9302包括除键盘9304以外的可以进行输入的指向装置9306。另外，当显示部分9303是触摸输入面板时，通过触摸显示部分的一部分可以进行输入。底部壳体9302包括算术功能部分(例如CPU或硬盘)。此外，底部壳体9302包括将另一装置(例如符合USB通信标准的通信电缆)插入在其中的外部连接端口 9305。顶部壳体9301还可包括显示部分9307，其可以通过在其中滑动而保持在顶部壳体9301中，在这种情况下可实现大的显示屏幕。此外，用户可以调整显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)的屏幕定向。当显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)是触摸输入面板时，通过触摸显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)的一部分可以进行输入。
实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分9303或显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)。通过将实施例I中描述的显示装置应用到显示部分9303或显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)，可以减少便携式计算机的功率消耗。此外，图7B中的便携式计算机可以配备有接收器等并且可以接收电视广播来将图像显示在显示部分9303或显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)上。当连接顶部壳体9301和底部壳体9302的铰链单元保持折叠时，通过将显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)滑动出来而暴露显示部分9307 (其可以保持在顶部壳体9301中)的整个屏幕并且调整屏幕角度；从而用户可以观看电视广播。在此情况下，没有打开铰链单元并且在显示部分9303上没有进行显示。此外，仅进行显示电视广播的电路的启动。因此，功率消耗可以达到最小，这对电池容量有限的便携式计算机是有用的。图8A图示电视机的例子。在电视机9600中，显示部分9603并入壳体9601中。显示部分9603可以显示图像。此处，支架9605支撑壳体9601。可以用壳体9601的操作开关或单独的遥控器9610来操作电视机9600。可以用遥控器9610的操作按键9609来控制频道和音量以便可以控制在显示部分9603上显示的图像。此外，遥控器9610可配备有用于显示来自遥控器9610的数据输出的显示部分9607。请注意电视机9600配备有接收器、调制解调器等。通过接收器的使用，可以接收一般的电视广播。此外，当电视机9600经由调制解调器有线或无线地连接到通信网络时，可以进行单向(从送出器到接收器)或双向(在送出器和接收器之间或在接收器之间等)的信息通信。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分9603。通过将实施例I中描述显示装置应用于显示部分9603，可以减少电视机9600的功率消耗。图8B图示数字相框的例子。例如，在数字相框9700中，显示部分9703并入壳体9701中。显示部分9703可以显示各种图像。例如，显示部分9703可以显示用数码相机等拍摄的图像数据并作为普通相框起作用。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分9703。通过将实施例I描述的显示装置应用于显示部分9703，可以减少数字相框9700的功率消耗。请注意数字相框9700配备有操作部分、外部连接端子(USB端子、可以连接到各种电缆(例如USB电缆等)的端子)、记录介质插入部分等。虽然这些部件可以提供在提供有显示部分的表面上，但对于数字相框9700的设计优选将其提供在侧面或背面。例如，将存储数码相机所拍摄的图像数据的存储器插入到数字相框的记录介质插入部分，由此可以转移图像数据然后显示在显示部分9703上。数字相框9700可配置为无线地发送和接收数据。可以采用在其中可以无线地转移将显示的所希望的图像数据的结构。图9A图示便携式游戏机器，其包括用连接器9893合并以便可以打开和折叠的壳体9881和壳体9891。显示部分9882和显示部分9883分别并入壳体9881和壳体9891中。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分9882和9883。通过将实施例I中描述的显示装置应用于显示部分9882和9883，可以减少便携式游戏机器的功率消耗。图9A中图示的便携式游戏机器另外包括扬声器部分9884、记录介质插入部分9886、LED灯9890、输入部分(操作按键9885、连接端子9887、传感器9888 (具有测量力、位 移、位置、速度、加速度、角速度、转动数、距离、光、液体、磁性、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射、流率、湿度、倾斜角度、振动、气味、或红外线的功能的传感器)、麦克风9889)等。不必说便携式游戏机器的结构不限于以上结构，并且可以使用至少配备有在本说明书中公开的显示装置的其他结构。便携式游戏机器可以适当地包括额外的配件。图9A中图示的便携式游戏机器具有读出存储在记录介质中的程序或数据以将其在显示部分上显示的功能，以及通过无线通信与另一便携式游戏机器共享信息的功能。图9A中的便携式游戏机器可以具有不限于以上的各种功能。在本说明书中公开的显示装置可以应用为电子纸。只要其可以显示数据，电子纸就可以用于各种领域的电子器具。例如，电子纸可以应用于电子书阅读器(电子书)、海报、车辆(例如火车)中的广告、或各种卡(例如信用卡)的显示。在图9B中图示使用电子纸的电子器具的例子。图9B图示电子书阅读器的例子。例如，电子书阅读器2700包括两个壳体，壳体2701和壳体2703。用铰链2711组合壳体2701和壳体2703以便电子书阅读器2700可以以铰链2711为轴打开和折叠。用这样的结构，电子书阅读器2700可以像纸质书一样操作。显示部分2705和显示部分2707分别并入壳体2701和壳体2703中。显示部分2705和显示部分2707可以显示一个图像或不同的图像。在显示部分显示彼此不同的图像的结构中，例如，右边的显示部分(图9B中的显示部分2705)可以显示文本并且左边显示部分(图9B中的显示部分2707)可以显示图像。实施例I中描述的显示装置可以应用于显示部分2705和2707。通过将实施例I中描述的显示装置应用于显示部分2705和2707，可以减少电子书阅读器的功率消耗。图9B图示壳体2701配备有操作部分等的例子。例如，壳体2701配备有电源开关2721、操作按键2723、扬声器2725等。用操作按键2723，可以翻页。请注意在提供有显示部分的壳体的表面上，还可提供键盘、指向装置等。此外，外部连接端子(耳机端子、USB端子、可以连接到各种电缆(例如AC适配器和USB电缆等)的端子)、记录介质插入部分等可以配备在壳体的背面或侧面。此外，电子书阅读器2700可以具有电子词典的功能。电子书阅读器2700可具有能够无线地发送和接收数据的配置。通过无线通信，可以从电子书服务器购买并下载所希望的书的数据等。如上所述，实施例I中描述的显示装置以及显示装置的驱动方法可以应用于这样的各种电子器具；因此，可以提供减少功率消耗的电子器具。本实施例可以适当地与另一实施例组合来实现。
本申请基于在2009年12月10日向日本专利局提交的日本专利申请序列第2009-281045号，其全部内容通过参照并入于此。
权利要求
1.一种显示装置，包括判断与图像数据处理电路，包含判断电路和判断数据存储电路；数据存储电路，操作地连接到所述判断与图像数据处理电路；以及栅极信号产生电路和源极信号产生电路，每个操作地连接到所述判断与图像数据处理电路，其中所述数据存储电路配置为存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据，其中所述判断电路配置为将所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据分别分为第一多个图像数据和第二多个图像数据，判断所述第一多个图像数据中的每个与所述第ニ多个图像数据中的对应的一个是否匹配并且输出判断数据，其中所述判断数据存储电路配置为存储所述判断数据，以及其中所述栅极信号产生电路和所述源极信号产生电路配置为根据依赖于所述第一多 个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配的所述判断数据来控制所述第二图像数据的每个的写入的进行。
2.根据权利要求I所述的显示装置，还包括參照信号产生电路，配置为控制所述栅极信号产生电路和所述源极信号产生电路。
3.根据权利要求I所述的显示装置，还包括像素部分，所述像素部分包含薄膜晶体管。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述薄膜晶体管包含氧化物半导体膜。
5.一种显示装置，包括判断与图像数据处理电路，包括判断电路和判断数据存储电路；数据存储电路，操作地连接到所述判断与图像数据处理电路；以及栅极信号产生电路和源极信号产生电路，每个操作地连接到所述判断与图像数据处理电路，其中所述数据存储电路配置为存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据，其中所述判断电路配置为对于包含于所述栅极信号产生电路中的多个栅极线将所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据分别分为第一多个图像数据和第二多个图像数据，判断所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配并且输出判断数据，其中所述判断数据存储电路配置为存储所述判断数据，以及其中所述栅极信号产生电路和所述源极信号产生电路配置为根据依赖于所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配的所述判断数据来控制所述第二图像数据的每个的写入的进行。
6.根据权利要求5所述的显示装置，还包括參照信号产生电路，配置为控制所述栅极信号产生电路和所述源极信号产生电路。
7.根据权利要求5所述的显示装置，还包括像素部分，所述像素部分包含薄膜晶体管。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其中所述薄膜晶体管包含氧化物半导体膜。
9.一种显示装置的驱动方法，包括步骤在行方向上将显示屏幕分为多个子屏幕；对于每个所述子屏幕判断第一帧周期的第一图像数据与跟随所述第一帧周期的第二帧周期的第二图像数据是否匹配；依赖于对于每个所述屏幕的所述第一图像数据与所述第二图像数据是否匹配来控制所述图像数据向所述多个子屏幕的写入。
10.一种显示装置的驱动方法，包括步骤存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；将所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据分别分为第一多个图像数据和第ニ多个图像数据；判断所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配；依赖于所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的ー个是否匹配来控制所述第二多个图像数据的每个的写入的进行。
11.根据权利要求10所述的显示装置的驱动方法，其中由每个栅极线分开所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据。
12.—种显示装置的驱动方法，包括步骤存储第一帧的图像数据和第二帧的图像数据；将所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据分别分为第一多个图像数据和第ニ多个图像数据；判断所述第一多个图像数据中的每个与所述第二多个图像数据中的对应的一个是否匹配；输出判断数据作为所述判断步骤的結果；以及如果所述判断数据示出失配，则写入所述第二帧的图像数据，其中如果所述判断数据示出匹配，则不写入所述第二帧的图像数据。
13.根据权利要求12所述的显示装置的驱动方法，其中由每个栅极线分开所述第一帧的图像数据和所述第二帧的图像数据。
全文摘要
本发明的一个实施例的目标是提供一种显示装置以及显示装置的驱动方法，在其任一个中，即使在显示移动图像的情况下，也可以充分地减少功率消耗。在显示装置以及显示装置的驱动方法中，在行方向(栅极线的方向)上将显示屏幕分为多个子屏幕并且对于每个子屏幕比较连续帧周期中的图像数据。基于比较结果来控制是否重写图像数据。换句话说，仅在需要重写的屏幕区域中进行写入。
文档编号G09G3/20GK102763154SQ20108005591
公开日2012年10月31日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年12月10日
发明者山崎舜平, 平形吉晴 申请人:株式会社半导体能源研究所
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