专利名称：液晶显示设备和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示设备以及包括该液晶显示设备的电子设备。
背景技术：
液晶显示设备被广泛地用于各种显示设备，从诸如电视机的大型显示设备到诸如移动电话的小型显示设备。因此，对液晶显示设备的研发意图实现成本的降低或者提供高附加值的液晶显示设备。尤其是近些年来，在全球环境中受到日益关注，由此，研发消耗较少功率的液晶显示设备也受到了更多关注。在专利文献I中公开了用于减少液晶显示设备中的功耗的方法。具体地，公开了一种液晶显示设备，其中，在全部的扫描线和数据信号线均处于非选择状态的非活动期间中时，所有数据信号线均与数据信号驱动器电分离，从而获得高阻抗状态。参考文献专利文献I日本公开专利申请号2001-312253。
发明内容
液晶显示设备通常包括具有布置成矩阵形式的多个像素的像素部分。像素包括:晶体管，该晶体管控制图像信号的输入；液晶元件，根据图像信号输入向该液晶元件施加电压；以及，辅助电容器，该辅助电容器存储施加至该液晶元件的电压。该液晶元件包括根据施加的电压改变其排列的 液晶材料。通过控制液晶材料的排列，可以控制每个像素的显示。在专利文献I所公开的液晶显示设备中，在非活动期间，图像信号没有被输入至包括在像素部分中的每个像素。也就是，在图像信号被保持在每个像素中时，用于控制图像信号的输入的晶体管被长时间地保持在截止状态。因此，图像信号经由晶体管的泄漏对每个像素的显示的影响变得明显。具体地，减少了施加至液晶元件的电压，由此包括该液晶元件的像素的显示劣化(改变)变得明显。此外，图像信号经由晶体管的泄漏的量根据该晶体管的操作温度变化。具体地，图像信号经由晶体管的泄漏的量随着操作温度的上升而增加。因此，对于专利文献I公开的液晶显示设备来说，当其在环境变化显著的室外使用时，难以保持均匀的显示质量。因此，本发明的实施例的一个目的是减少液晶显示设备的功耗并且抑制显示劣化(显示质量的下降)。本发明的实施例的一个目的是提供一种液晶显示设备，其中，由于诸如温度之类的外部因素所导致的显示劣化(显示质量的下降)得到了抑制。上述问题可以通过使用其沟道形成区是使用氧化物半导体层形成的晶体管作为要提供在每个像素中的晶体管来解决。注意，该氧化物半导体层是通过全面地去除将成为电子提供者(施主)的杂质(氢、水等等)而被高度纯净化的氧化物半导体层。在具有 ο μ m的沟道长度的晶体管中，在室温下，沟道宽度中每微米的断态电流可以是IOaA (IXl(T17A)或更少(该值由IOaA/ μ m表示)。此外，该氧化物半导体层的带隙为2.0eV或更大，优选地为2.5eV或更大，更优选地为3.0eV或更大。而且，提高氧化物半导体层的纯度可以使得该氧化物半导体层的导电类型尽可能地接近于本征。因此，在该氧化物半导体层中，可以抑制由于热激励引起的载流子的产生。由此，可以降低晶体管的断态电流随着操作温度的上升而增加的量。具体地，在具有10 μ m的沟道长度的晶体管中，在85°C下，沟道宽度中每微米的断态电流可以是IOOaA(I X I(T16A)或更少(该值由IOOaA/ μ m表示)。具体地，本发明的一个实施例是包括布置成矩阵形式的多个像素的液晶显示设备，并且，每个像素包括:晶体管，该晶体管的开关由扫描线驱动器电路控制；液晶元件，该液晶元件具有图像信号从信号线驱动器电路经由晶体管被输入至其的一个端子以及公共电势被供给至其的另一个端子，使得根据该图像信号施加电压；以及，电容器，该电容器存储施加至液晶元件的电压。液晶显示设备进一步包括控制电路，该控制电路控制扫描线驱动器电路和信号线驱动器电路的操作并且选择图像信号至每个像素的输入。在该液晶显示设备中，晶体管包括沟道形成区，该沟道形 成区包括氧化物半导体层。在该液晶显示设备中，在截止状态中图像信号经由晶体管的泄漏的量小于该图像信号经由液晶元件的泄漏的量。在作为本发明的一个实施例的液晶显示设备中，将其沟道形成区是使用氧化物半导体层形成的晶体管用作设置在每个像素中的晶体管。注意，通过使用高纯度的氧化物半导体层，在室温下，晶体管的断态电路可以是IOaA/μ m或更少，而在85°C下，断态电流可以是lOOaA/μπι或更少。因此，可以减少图像信号经由晶体管的泄漏的量，也就是，可以抑制当图像信号至包括在晶体管中的像素的写入频率降低时发生的显示劣化(变化)。由此，可以减少液晶显示设备的功耗并且可以抑制显示劣化(显示质量的下降)。此外，如上所述，在高达85°C的温度下，晶体管的断态电流可以是lOOaA/μπι或更少。也就是，该晶体管是如下晶体管，其中，伴随着操作温度的上升而出现的断态电流的增加相当细微。因此，通过使用这种晶体管作为提供在液晶显示设备的每个像素中的晶体管，可以降低诸如温度之类的外部因素对像素中图像信号的泄漏的影响。也就是，该液晶显示设备是如下液晶显示设备，其中，即使当该液晶显示设备被用于环境变化显著的室外时，也可以抑制显示劣化(显示质量的下降)。
图1A和图1B示出了根据实施例1的液晶显示设备。图2示出了根据实施例1的液晶显示设备。图3A至图3C示出了根据实施例1的液晶显示设备。图4A至图4D示出了根据实施例2的晶体管。图5A和5B均不出了根据实施例3的液晶显不设备。图6A至6F均示出了根据实施例4的电子设备。图7是示出根据示例I的晶体管的初始特性的图表。
图8A和8B是根据示例I的用于晶体管的试验元件的俯视图。图9A和9B是示出根据示例I的用于晶体管的试验元件的Vg-1d特性的图表。附图标记说明10:控制电路，11:扫描线驱动器电路，12:信号线驱动器电路，13:像素部分，14:像素，15:晶体管，16:液晶元件，17:电容器，20:信号生成电路，21:存储器电路，22:比较电路，23:选择电路，24:显示控制电路，25:存储器，400:衬底，402:栅极绝缘层，403:保护性绝缘层，410:薄膜晶体管，411:栅电极层，413:沟道形成区，414a:源区，414b:漏区，415a:源电极层，415b:漏电极层，416:氧化物绝缘层，430:氧化物半导体膜，431:氧化物半导体层，501:液晶显示面板，502:触摸面板单元，503:壳体，504:液晶显示设备，505:像素，506:光传感器，507:液晶元件，508:扫描线驱动器电路，509:信号线驱动器电路，510:光传感器驱动器电路，2201:主体，2202:壳体，2203:显示部分，2204:键盘，2211:主体，2212:触笔，2213:显示部分，2214:操作按钮，2215:外部接口，2220:电子书阅读器，2221:壳体，2223:壳体，2225:显示部分，2227:显示部分，2231:电源，2233:操作键，2235:扬声器，2237:轴部分，2240:壳体，2241:壳体，2242:显示面板，2243:扬声器，2244:麦克风，2245:操作键，2246:指示设备，2247:相机镜头，2248:外部连接端子，2249:太阳能电池，2250:外部存储卡槽;2261:主体，2263:目镜，2264:操作开关，2265:显示部分(B)，2266:电池，2267:显示部分(A)，2270:电视机，2271:壳体，2273:显示部分，2275:架子，2277:显示部分，2279:操作键，2280:遥控器
具体实施例方式下面参照附图描述本发明的实施例。注意，本发明并不局限于下述描述，并且本领域技术人员可容易地理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变和修改。因此，本发明不应该被局限于对下述实施例的描述。
注意，取决于晶体管的结构和运行条件等，该晶体管的源极端子和漏极端子是可变化的。因此，在本文件中，作为晶体管的源极和漏极的端子中的一个端子被称为第一端子，而作为晶体管的源极和漏极的端子中的另一个端子被称为第二端子，以进行区分。注意，在某些情况下，出于简洁的目的，附图中或实施例中图示的每个结构的区域或层的尺寸和厚度等被夸大。因此，本发明的实施例不局限于这些比例。此外，在本说明书中，诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的序数词被用于避免组成部件之间的混淆，并且这些序数词并没有在数字上限制这些组成部件。(实施例1)在本实施例中，将描述有源矩阵液晶显示设备的示例。具体地,参照图1A和1B,图
2以及图3A至3C，描述可以选择图像信号至像素部分的输入的有源矩阵液晶显示设备。下面，参照图1A和1B，描述本实施例的液晶显示设备的结构示例。图1A和IB示出了液晶显示设备的结构示例。图1A中示出的液晶显示设备包括控制电路10、扫描线驱动器电路11、信号线驱动器电路12、和像素部分13。像素部分13包括布置成矩阵形式的多个像素14。图1B示出了多个像素14中的一个像素的结构示例。图1B中示出的像素14包括:晶体管15，该晶体管15具有电连接至扫描线驱动器电路11的栅极端子和电连接至信号线驱动器电路12的第一端子；液晶元件16，该液晶元件16具有电连接至晶体管15的第二端子的一个端子以及电连接至供给公共电势(V。》)的布线的另一个端子；以及，电容器17，该电容器17具有电连接至晶体管15的第二端子和液晶元件16的所述一个端子的一个端子以及电连接至供给公共电势(Vcoffl)的布线的另一个端子。在本实施例的液晶显示设备中，晶体管15的开关由扫描线驱动器电路11控制，并且图像信号从信号线驱动器电路12经由晶体管15输入至液晶元件16。注意，液晶元件16包括插入在该一个端子和该另一个端子之间的液晶层。将对应于图像信号和公共电势(Vcoffl)之间的电势差的电压施加至该液晶层。通过该电压，该液晶层的排列状态得到了控制。在本实施例的液晶显示设备中，使用该排列来控制每个像素14的显示。注意，提供电容器17，以存储施加至该液晶元件16的电压。此外，在本实施例的液晶显示设备中，扫描线驱动器电路11和信号线驱动器电路12的操作由控制电路10控制，由此可以选择图像信号至像素部分13的输入。接下来，将描述本实施例的液晶显示设备的组成部件的具体示例。〈控制电路10>图2示出了控制电路10的结构示例。图2示出的控制电路10包括信号生成电路20、存储器电路21、比较电路22、选择电路23、以及显示控制电路24。信号生成电路20是生成用于操作扫描线驱动器电路11和信号线驱动器电路12的信号以及用于形成像素部分13中的图像的信号的电路。具体地，信号生成电路20是如下电路，该电路生成并且输出:输入至在像素部分13中布置成矩阵形式的多个像素的图像信号(数据，Data)，用于控制扫描线驱动器电路11或信号线驱动器电路12的操作的信号(例如，起始脉冲信号(SP)、时钟信号(CK)、等等)，作为电源电势的高电源电势(Vdd)和低电源电势(Vss)，等等。在图12示出的控制电路10中，信号生成电路20将图像信号(数据)输出至存储器电路21，并且将用于控制扫描线驱动器电路11或信号线驱动器电路12的操作的信号输出至显示控制电路24。在从信号生成电路20输出至存储器电路21的图像信号(数据)是模拟信号的情况下，可以通过A/D转换器等将该图像信号(数据)转换成数字信号。存储器电路21包括存储从用于在像素部分13中形成第一图像的图像信号至用于在像素部分13中形成第η个(η是大于或等于2的自然数)图像的图像信号的图像信号的多个存储器25。注意，例如，可以使用诸如动态随机存取存储器(DRAM)或静态随机存取存储器(SRAM)之类的存储器元件来形成每个存储器25。没有特别地限制存储器25的数目，只要存储器25为在像素部分13中形成的每个图像存储图像信号即可。此外，存储在多个存储器25中的图像信号由比较电路22和选择电路23选择性地读取。 比较电路22是如下电路，该电路选择性地读取存储在存储器电路21中的用于形成第k个图像(k是大于或等于I并且小于η的自然数)的图像信号以及用于形成第(k+1)个图像的图像信号，比较这些图像信号，并且检测这些图像信号之间的差异。注意，第k个图像和第(k+Ι)个图像是相继地显示在像素部分13中的图像。在通过由比较电路12进行的图像信号之间的比较检测到差异的情况下，则认为要使用这些图像信号形成的两个图像是运动图像。另一方面，在通过由比较电路12进行的图像信号之间的比较没有检测到差异的情况下，则认为要使用这些图像信号形成的两个图像是静止图像。也就是，比较电路22是如下电路:根据由比较电路22进行的差异的检测，确定用于形成相继显示的图像的图像信号是用于显示运动图像的图像信号还是用于显示静止图像的图像信号的电路。注意，可以将比较电路22设置为当差异超过一定水平时检测该差异。选择电路23是基于比较电路22检测的差异选择图像信号至像素部分的输出的电路。具体地，选择电路23是输出比较电路22从其检测到差异的用于形成图像的图像信号但是不输出比较电路22从其没有检测到差异的用于形成图像的图像信号的电路。显示控制电路24是控制诸如起始脉冲信号(SP )、时钟信号(CK)、高电源电势(Vdd)和低电源电势(Vss)之类的控制信号至扫描线驱动器电路11和信号线驱动器电路12的供给的电路。具体地，在图像被比较电路22认为是运动图像的情况下(在检测到相继显示的图像之间的差异的情况下)，从选择电路23供给的图像信号(数据)被输出至信号线驱动器电路12，并且控制信号(起始脉冲信号(SP)、时钟信号(CK)、高电源电势(Vdd)Jg电源电势(Vss)，等等)被供给至扫描线驱动器电路11和信号线驱动器电路12。另一方面，在图像被比较电路22认为是静止图像的情况下(在没有检测到相继显示的图像之间的差异的情况下)，不从选择电路23供给图像信号(数据)，并且控制信号(起始脉冲信号(SP)、时钟信号(CK)、高电源电势(Vdd)、低电源电势(Vss)，等等)没有被供给至扫描线驱动器电路11和信号线驱动器电路12。也就是，在图像被比较电路22认为是静止图像的情况下(在没有检测到相继显示的图像之间的差异的情况下)，扫描线驱动器电路11和信号线驱动器电路12的操作被完全停止。注意，如果图像被比较电路认为是静止图像的期间较短，则可以继续高电源电势(Vdd)和低电源电势(Vss)的供给。 注意，“高电源电势(Vdd)和低电源电势(Vss)的供给”意味着给定布线的电势被固定到高电源电势(Vdd)或低电源电势(Vss)。也就是，该布线的给定电势被改变至高电源电势(Vdd)或低电源电势(Vss)。由于电势的变化伴随着功耗，所以高电源电势(Vdd)或低电源电势(Vss)的供给的频繁终止和再起动可能会导致功耗的增加。在这种情况下，优选的是，持续地供给高电源电势(Vdd)和低电源电势(Vss)。注意，在前面的描述中，“没有供给信号”意味着不同于预定电势的电势被供给至供给该信号的布线或者该布线处于浮动状态。 在控制电路10中，如上所述地控制扫描线驱动器电路11和信号线驱动器电路12的操作。因此，可以减少液晶显示设备的功耗。< 晶体管 15>晶体管15是其沟道形成区是使用氧化物半导体层形成的晶体管。氧化物半导体层是通过有意地去除诸如氢、水、羟基、或氢化物(也被称为氢化合物)之类的弓I起氧化物半导体层的变化的杂质并且通过供给氧而被高度纯净化且具有电i型(本征的)氧化物半导体层，以抑制电特性的变化，所供给的氧是作氧化物半导体的主要成分且在去除杂质的步骤中被减少。注意，氧化物半导体层的带隙为2eV或更大，优选地为2.5eV或更大，更优选地为3.0eV或更大。此外，该高纯度氧化物半导体中的载流子的数目很小(接近于零)，并且，载流子密度小于I X IO1Vcm3,优选地小于或等于I X IO1Vcm30也就是，尽可能地降低氧化物半导体层的载流子密度，使其几乎接近于零。由于氧化物半导体层中存在极少的载流子，所以断态电流可以较低。断态电流的量越少，越好。因此，在前面提到的晶体管中，在室温下，每微米沟道宽度(W)的断态电流可以是1OaA/ μ m(l X 1O^17A/ μ m)或更小，并且，在85°C下，每微米沟道宽度(W)的断态电流可以是1OOaA/μ m(l X 1(Γ16Α/μ m)或更小。通常，在包括非晶硅的晶体管中，室温下的断态电流是1 X KT13A/ μ m或更多。此外，由于不存在pn结也不存在热载流子劣化，因此晶体管的电特性没有受到不利的影响。因此，可以延长每个像素14的图像信号保持期间。也就是，可以增加静止图像中的图像信号的重写间隔。例如，图像信号的写入间隔可以是10秒或更长，优选地是30秒或更长，更优选地是一分钟或更长且短于10分钟。增加写入间隔使得可以增强抑制功耗的效果。注意，断态电流在晶体管中流动的难度可以被称为断态电阻率。断态电阻率是指当晶体管处于截止状态时沟道形成区的电阻率，并且可以根据断态电流计算断态电阻率。具体地，可以利用欧姆定律根据断态电流和漏电压来计算晶体管处于截止状态时的电阻(断态电阻R)，这将得到断态电阻率P，即，利用公式
权利要求
1.一种液晶显示设备,包括: 布置成矩阵形式的多个像素，所述多个像素包括: 晶体管，所述晶体管的开关由扫描线驱动器电路控制； 液晶元件，图像信号从信号线驱动器电路经由所述晶体管被输入至所述液晶元件的一个端子，公共电势被供给至所述液晶元件的另一个端子，使得被施加对应于所述图像信号的电压；以及 电容元件，所述电容元件保持施加至所述液晶元件的电压， 其中，所述液晶显示设备包括控制所述扫描线驱动器电路和所述信号线驱动器电路的操作并且选择所述图像信号至所述像素的输入的控制电路， 其中，所述晶体管的沟道形成区由氧化物半导体层构成，并且其中，所述图像信号经由截止状态下的所述晶体管的泄漏的量小于所述图像信号经由所述液晶元件的泄漏的量。
2.根据权利要求1所述的液晶显示设备， 其中，包括在所述液晶元件中的液晶材料的固有电阻率高于1Χ1014Ω.Cm。
3.根据权利要求1所述的液晶显示设备， 其中，包括控制所述公共电势至所述液晶元件的供给的开关。
4.根据权利要求3所述的液晶显示设备， 所述开关是晶体管，所述晶体管的沟道形成区由氧化物半导体层构成。
5.根据权利要求1所述的液晶显示设备， 其中，所述电容元件的电容是IpF以上。
6.一种电子设备，包括根据权利要求1所述的液晶显示设备。
全文摘要
本发明涉及液晶显示设备和电子设备。为了减少液晶显示设备的功耗并且抑制液晶显示设备的显示劣化。为了抑制由诸如温度的外部因素引起的显示劣化。将其沟道形成区是使用氧化物半导体层形成的晶体管用于设置在每个像素中的晶体管。注意，通过利用高纯度氧化物半导体层，该晶体管在室温下的断态电流可以是10aA/μm或更小，并且在85℃下的断态电流可以是100aA/μm或更小。结果，可以减少液晶显示设备的功耗并且可以抑制显示劣化。此外，如上所述，该晶体管在高达85℃的温度下的断态电流可以是100aA/μm或更小。因此，可以抑制由诸如温度的外部因素引起的液晶显示设备的显示劣化。
文档编号G09G3/36GK103219390SQ201310098260
公开日2013年7月24日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年12月18日
发明者山崎舜平 申请人:株式会社半导体能源研究所