显示设备及其驱动方法与流程
技术领域
本发明的一种实施例涉及显示设备及其驱动方法。
背景技术：
近年来，诸如低功耗的液晶显示设备和电致发光显示设备(也称为EL显示设备)之类的低功耗的显示设备已经得到了发展。
例如，作为用于降低上述显示设备的功耗的方法之一，能够给出这样一种技术，在该技术中，在显示静止图像的像素中的图像重写操作之间的间隔长于在显示运动图像的像素中的图像重写操作之间的间隔，并且因而在显示静止图像中的不必要的图像重写操作被减少并且显示设备的功耗得以降低(例如，专利文献1)。
[参考文献]
[专利文献1]日本公开专利申请No.2002-182619
技术实现要素：
但是，在专利文献1所公开的用于降低功耗的常规方法中，在显示静止图像的像素中的图像重写操作之间的间隔短至几秒或更短；因此，不能说能够充分地降低功耗。
而且，在专利文献1所公开的用于降低功耗的常规方法中，在重写操作之间的间隔是固定的。例如，即使在用户不操作显示设备时，图像重写操作(也称为刷新)也按固定的间隔来执行，因此使得功率被消耗。
本发明的一种实施例的目的是降低显示设备的功耗。
在本发明的一种实施例中，在显示静止图像的情形中，在图像写入操作之后，到驱动电路的信号输出被停止并且所写入的图像被保持为静止图像。而且，当图像重写操作被执行两次或更多次时，其中到驱动电路的信号的输出被停止的时段的长度被调整。
在本发明的一种实施例中，在显示静止图像的情形中，当图像重写操作被执行两次或更多次时，其中到驱动电路的信号的输出被停止的时段的长度被调整，取决于用户是否执行图像重写操作。
本发明的一种实施例是一种用于驱动包括驱动电路部分和像素部分的显示设备的方法。驱动电路部分包括用于输出扫描信号的第一驱动电路和用于输出图像信号的第二驱动电路。像素部分包括n(n是自然数)个像素，该n个像素的显示状态在扫描信号被输入以及图像信号根据扫描信号来输入时受到控制。显示设备具有用于由像素来显示运动图像的运动图像显示模式以及用于由像素来显示静止图像的静止图像显示模式。在静止图像显示模式中，开始对第一驱动电路输出驱动信号和电源电压，并且开始对第二驱动电路输出驱动信号和电源电压，由此图像信号被输出到n个像素。然后，至少停止对第二驱动电路输出驱动信号和电源电压并且将基于输入图像信号的像素部分的图像保持为静止图像。一系列这些操作被执行N(N是自然数)次。在N为2或更大的情形中，其中对第二驱动电路的驱动信号和电源电压的第K(K是大于或等于2且小于或等于N的自然数)次输出被停止的时段被设置为比其中到第二驱动电路的驱动信号和电源电压的第(K-1)次输出被停止的时段长。
本发明的一种实施例是一种用于包括驱动电路部分和像素部分的驱动显示设备的方法。驱动电路部分包括用于输出扫描信号的第一驱动电路和用于输出图像信号的第二驱动电路。像素部分包括其显示状态在扫描信号被输入以及图像信号根据扫描信号来输入时受到控制的n(n是自然数)个像素。显示设备具有用于由像素来显示运动图像的运动图像显示模式以及用于由像素来显示静止图像的静止图像显示模式。在静止图像显示模式中，开始对第一驱动电路输出起始信号、时钟信号及电源电压，并且开始对第二驱动电路输出起始信号、时钟信号及电源电压，由此图像信号被输出到该n个像素。然后，至少停止对第二驱动电路输出起始信号、时钟信号及电源电压，并且将基于输入图像信号的像素部分的图像保持为静止图像。一系列这些操作被执行N(N是自然数)次。在N为2或更大的情形中，其中对第二驱动电路输出起始信号、时钟信号及电源电压的第K(K是大于或等于2且小于或等于N的自然数)次输出被停止的时段被设置为比其中对第二驱动电路的起始信号、时钟信号及电源电压的第(K-1)次输出被停止的时段长。
本发明的一种实施例是一种包括驱动电路部分和像素部分的显示设备。该驱动电路部分包括CPU，该CPU被供应以操作信号，根据输入操作信号生成第一控制信号和第二控制信号，并且输出所生成的第一控制信号和所生成的第二控制信号；第一控制信号和第二控制信号被输入其中的显示控制电路；在起始信号、时钟信号及电源电压根据第一控制信号通过显示控制电路来输入时输出扫描信号的第一驱动电路；以及在起始信号、时钟信号及电源电压根据第二控制信号通过显示控制电路来输入时输出图像信号的第二驱动电路。像素部分包括其显示状态在扫描信号被输入以及图像信号根据扫描信号来输入时受到控制的n(n是自然数)个像素。CPU包括计数电路，该计数电路被供应以参考时钟信号，对在根据操作信号设定的每个时段内的参考时钟信号的脉冲数进行计数，并且将在每个时段内的计数值的数据输出为信号；被供应以计数值的数据信号，并且在将所供应的计数值的数据信号保持了一定时段之后才输出该数据信号的锁存电路；由锁存电路给其供应计数值的数据信号，并且根据所供应的计数值的数据信号来生成作为第一控制信号和第二控制信号的信号的运算电路；以及用于调整在运算电路中生成的信号并且将所调整的信号作为第一控制信号和第二控制信号输出到显示控制电路的输出电路。
注意，在本说明书中，运动图像指的是通过在多个帧时段内高速切换图像而由人眼识别为正在运动的图像的图像。
在本说明书中，静止图像指的是即使当图像在多个帧时段内高速切换的情况下也由人眼识别为不改变的图像的图像。
根据本发明的一种实施例，在显示静止图像的图像重写操作之间的间隔在必要时能够设置为长的，使得功耗能够得以降低。
附图说明
在附图中：
图1A到1C是示出实施例1中的显示设备的视图和图表；
图2是示出实施例2中的显示设备的结构的实例的示意图；
图3A和3B是示出用于图2所示的驱动显示设备的方法的图表；
图4A和4B是示出实施例3中的移位寄存器的结构的实例的示意图；
图5A和5B是示出图4A和4B所示的移位寄存器的操作的实例的图表；
图6A到6D是示出实施例4中的晶体管的结构的实例的截面示意图；
图7A到7C是示出用于制造图6A所示的晶体管的方法的实例的截面示意图；
图8A和8B是示出用于制造图6A所示的晶体管的方法的实例的截面示意图；
图9是示出实施例5中的显示设备的结构的实例的视图；以及
图10A到10F是示出实施例6中的电子设备的结构的实例的视图。
具体实施方式
以下，本发明的实施例将参照附图来描述。注意，本发明并不限制于下面的描述，并且本领域技术人员应当容易理解，模式和细节在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够不同地改变。因而，本发明不应理解为仅限于实施例的描述。
(实施例1)
在本实施例中，将描述能够显示运动图像和静止图像的显示设备以及用于驱动显示设备的方法。
在本实施例中的显示设备的实例将参照图1A到1C来描述。
首先，本实施例的显示设备的结构的实例将参照图1A来描述。图1A是示出本实施例的显示设备的结构的实例的框图。
图1A所示的显示设备包括设置有驱动电路的驱动电路部分101以及设置有像素的像素部分102。
驱动电路部分101包括第一驱动电路(也称为Xdrv)101a和第二驱动电路(也称为Ydrv)101b。
第一驱动电路101a具有输出扫描信号SCN的功能。第一驱动电路101a根据扫描信号SCN来选择输入图像信号IMG的像素并扫描。第一驱动电路101a在用于操作第一驱动电路101a的信号(也称为第一驱动电路101a的驱动信号)和电源电压被输入时开始操作。作为第一驱动电路101a的驱动信号，能够给出例如起始信号、时钟信号等。第一驱动电路101a使用例如移位寄存器来形成。注意，第一驱动电路101a可以使用多个驱动电路来形成。
第二驱动电路101b具有输出图像信号IMG的功能。第二驱动电路101b将图像信号IMG输出到由第一驱动电路101a选择的像素。第二驱动电路101b在例如用于操作第二驱动电路101b(也称为第二驱动电路101b的驱动信号)的信号和电源电压被输入时开始操作。作为第二驱动电路101b的驱动信号，能够给出起始信号、时钟信号等。第二驱动电路101b使用例如移位寄存器来形成。注意，第二驱动电路101b可以使用多个驱动电路来形成。
注意，术语“电压”一般意指在两个点的电位之间的差值(也称为电位差)。但是，在某些情况下，电压和电位两者的值在电路图等中都使用伏特(V)来表示，使得难以区分它们。因而，在本说明书中，除非另有说明，否则在一点处的电位与将作为参考的电位(也称为参考电位)之间的电位差有时被用作在该点处的电压。
第一驱动电路101a和第二驱动电路101b的操作能够以例如显示控制电路来控制。
显示控制电路是用于控制第一驱动电路101a的驱动信号和电源电压被输出到第一驱动电路101a的时序以及第二驱动电路101b的驱动信号和电源电压被输出到第二驱动电路101b的时序的电路。显示控制电路的操作由例如CPU来控制。
除了显示控制电路的操作之外，第一驱动电路101a和第二驱动电路101b的操作能够根据操作信号来控制。操作信号是在例如用户执行显示设备的图像重写操作(例如，按钮操作、在触摸面板上的触摸操作、通过键盘的文本输入操作)时用于控制显示设备的图像重写操作以及用于输出指示操作被执行的脉冲的信号。
像素部分102包括n(n是自然数)个像素。
对于像素102_k(k是大于或等于1且小于或等于n的自然数)，扫描信号SCN被输入并且图像信号IMG根据扫描信号SCN的电压来输入。像素102_k具有根据输入图像信号IMG来执行显示操作的功能。
像素102_k包括例如晶体管和显示元件。晶体管具有通过根据扫描信号SCN的电压来导通或截止而控制是否对像素102_k输入图像信号IMG的功能。显示元件具有根据输入图像信号IMG的电压来改变显示状态的功能。
注意，在本说明书中，除非另有说明，否则晶体管指的是包括至少源极、漏极和栅极的场效应晶体管。
源极指的是源电极的一部分或整体，或者源极布线的一部分或整体。具有源电极和源极布线两者的功能的导电层在某些情况下被称为源极而在源电极和源极布线之间没有区分。
漏极指的是漏电极的一部分或整体，或者漏极布线的一部分或整体。具有漏电极和漏极布线两者的功能的导电层在某些情况下被称为漏极而在漏电极和漏极布线之间没有区分。
栅极指的是栅电极的一部分或整体，或者栅极布线的一部分或整体。具有栅电极和栅极布线两者的功能的导电层在某些情况下被称为栅极而在栅电极和栅极布线之间没有区分。
此外，晶体管的源极和漏极可以彼此交换，取决于晶体管的结构、操作条件等；因此，难以界定哪个是源极哪个是漏极。因此，在本说明书中，在某些情况下，晶体管的源极和漏极中的一个被称为第一端子，而另一个被称为第二端子。此外，在源极或漏极被称为第一端子或第二端子的情况下，栅极有时被称为第三端子。
作为像素102_k的晶体管，例如，能够使用具有小的截止电流的晶体管。在该晶体管中，每微米沟道宽度的截止电流小于或等于10aA(1×10-17A)，优选地小于或等于1aA(1×10-18A)，更优选地小于或等于10zA(1×10-20A)，并且还要更优选地小于或等于1zA(1×10-21A)。
使用具有小的截止电流的晶体管作为像素102_k的晶体管，能够抑制由晶体管的截止电流引起的显示元件的显示状态的变化，由此能够使与图像数据的一次写入对应的用于保持图像的时段变长。因此，能够使在写入图像数据的操作之间的间隔变长。例如，在写入图像数据的操作之间的间隔能够是10秒或更长，优选地为30秒或更长，更优选地为1分钟或更长。由于在写入图像数据的操作之间的间隔变长，因而能够进一步降低功耗。
作为具有小的截止电流的晶体管，能够使用例如包括用作沟道形成层的氧化物半导体层的晶体管。用作沟道形成层的氧化物半导体层是本征的(也称为i型)或基本上本征的半导体层。
本征的(也称为i型)或基本上本征的氧化物半导体层能够通过例如氧化物半导体层的高度纯化来形成。注意，高度纯化是一般思路，包括下列情形中的至少一种：在氧化物半导体层内的氢被尽可能地去除的情形；以及氧被供应给氧化物半导体层并且因氧化物半导体层的氧缺位所致的缺陷被减少的情形。
此外，作为像素102_k的显示元件，能够使用例如液晶元件、电致发光元件(也称为EL元件)等。
然后，作为用于驱动本实施例的显示设备的方法的实例，用于驱动图1A所示的显示设备的方法的实例将参照图1B和1C来描述。图1B和1C是示出用于驱动图1A所示的显示设备的方法的实例的图表，以及示出第二驱动电路101b和像素102_k的状态。
在图1B和1C所示出的用于驱动显示设备的方法的实例中，给出了用于显示运动图像的时段以及用于显示静止图像的时段。在用于显示静止图像的时段中，在时段A内的操作以及在时段B内的操作被依次执行N(N是自然数)次。注意，用于显示运动图像的显示设备的状态也称为运动图像显示模式，而由于显示静止图像的显示设备也称为静止图像显示模式。静止图像显示模式还包括将运动图像的一部分显示为静止图像的模式(也称为简单运动图像再现模式)。
首先，在第Z时段A_Z(Z是大于或等于1的自然数)内，开始对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压，并且开始对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压。这种状态也称为状态SST。
此时，第一驱动电路101a开始操作。第一驱动电路101a将扫描信号SCN输出到像素102_k，并且根据扫描信号SCN依次选择图像信号IMG来输入其中的像素102_k。此外，第二驱动电路101b开始对由第一驱动电路101a选择的像素102_k输出图像信号IMG。
图像信号IMG被输入所选择的像素102_k，并且所选择的像素102_k的显示状态根据所输入的图像信号IMG来设置。因而，图像信号IMG的数据被写入像素102_k。当图像信号IMG的数据被写入所选择的像素102_k时，像素102_k的显示状态保持一定时段。该操作同样对其它的像素执行，从而能够设置所有像素的显示状态。因此，在像素部分内显示基于图像信号IMG的数据的图像。此时，其中图像信号IMG的数据被写入所有像素的状态也称为状态W。
然后，在第Z时段B_Z内，停止至少对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压。也就是，停止至少对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压。这种状态也称为SSTP。
此时，第二驱动电路101b的操作被停止，并且图像信号IMG的输出被停止。
此外，此时，像素102_k保持基于在第Z时段A_Z内写入的图像信号IMG的数据的显示状态。因而，在第Z时段B_Z内，像素102_k将基于在第Z时段A_Z内写入的图像信号IMG的数据的图像保持为静止图像。此时，其中基于图像信号IMG的数据的图像被保持为静止图像的状态也称为状态H。
注意，在第Z时段B_Z内，可以停止对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压。也就是，可以停止对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压。
然后，在第(Z+1)时段A_Z+1内，开始对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压，并且开始对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压。
此时，第一驱动电路101a开始操作。第一驱动电路101a对像素102_k输出扫描信号SCN，并且根据扫描信号SCN依次选择要将图像信号IMG输入其中的像素102_k。此外，第二驱动电路101b开始输出图像信号IMG。
图像信号IMG被输入所选择的像素102_k，并且所选择的像素102_k的显示状态根据所输入的图像信号IMG来设置。因而，图像信号IMG的数据被写入所选择的像素102_k。当图像信号IMG的数据被写入所选择的像素102_k时，像素102_k的显示状态被保持一定时段。该操作同样对其它像素来执行，从而能够设置所有像素的显示状态。因此，图像在像素部分内显示。
然后，在第(Z+1)时段B_Z+1中，至少停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压。此时，其中在第(Z+1)时段B_Z+1内停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压的时段被设置为比其中在第Z时段B_Z内停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压的时段长。
此时，第二驱动电路101b的操作被停止，并且图像信号IMG的输出被停止。
此外，此时，像素102_k基于在第(Z+1)时段A_Z+1内写入的图像信号IMG的数据来保持显示状态。因而，在第(Z+1)时段B_Z+1期间，像素102_k将基于在第(Z+1)时段A_Z+1内写入的图像信号IMG的数据的图像保持为静止图像。此时，根据其中在第(Z+1)时段B_Z+1内停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压的时段的长度，其中基于在第(Z+1)时段B_Z+1内的图像信号IMG的图像被保持的时段比其中基于在第Z时段B_Z内的图像信号IMG的图像的时段长。
注意，在第(Z+1)时段B_Z+1内，可以停止对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压。此时，其中在第(Z+1)时段B_Z+1内停止对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压的时段被设置为比其中在第Z时段B_Z内停止对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压的时段长。
此外，在N为3或更大的情形中，例如，在第(Z+2)时段A_Z+2内，开始对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压，并且开始对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压。
此时，第一驱动电路101a开始操作。第一驱动电路101a对像素102_k输出扫描信号SCN，并且依次选择要根据扫描信号SCN将图像信号IMG输入其中的像素102_k。此外，第二驱动电路101b开始输出图像信号IMG。
图像信号IMG被输入所选择的像素102_k，并且所选择的像素102_k的显示状态根据所输入的图像信号IMG来设置。因而，图像信号IMG的数据被写入所选择的像素102_k。当图像信号IMG的数据被写入所选择的像素102_k时，像素102_k的显示状态被保持一定时段。这种操作同样对其它像素来执行，从而能够设置所有像素的显示状态。因此，图像被显示于像素部分内。
然后，在第(Z+2)时段B_Z+2内，至少停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压。此时，其中在第(Z+2)时段B_Z+2内停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压的时段被设置为比其中在第(Z+1)时段B_Z+1内停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压的时段长。
此时，第二驱动电路101b的操作被停止，并且图像信号IMG的输出被停止。
此外，此时，像素102_k保持基于在第(Z+2)时段A_Z+2内写入的图像信号IMG的数据的显示状态。因而，在第(Z+2)时段B_Z+2期间，像素102_k将基于在第(Z+2)时段A_Z+2内写入的图像信号IMG的数据的图像保持为静止图像。此时，根据其中在第(Z+2)时段B_Z+2内停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压的时段的长度，其中在第(Z+2)时段B_Z+2内基于图像信号IMG的图像被保持的时段比其中在第(Z+1)时段B_Z+1内基于图像信号IMG的图像的时段长。这是用于驱动图1A所示的显示设备的方法的实例。
注意，在第(Z+2)时段B_Z+2内，可以停止对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压。此时，其中在第(Z+2)时段B_Z+2内停止对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压的时段被设置为比其中在第(Z+1)时段B_Z+1内停止对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压的时段长。
此外，本实施例的显示设备能够根据操作信号的脉冲的存在性而改变操作。
例如，在N为2或更大并且没有输入操作信号的脉冲的情况下，如同在图1B所示的用于驱动显示设备的方法的实例中那样，由于在时段A内的操作和在时段B内的操作被重复，因而使其中至少停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压的时段变长。
此外，在N为2或更大并且操作信号的脉冲被输入的情况下，根据脉冲，开始对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压并且开始对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压。例如，在N为4或更大的情况下，当在第(Z+2)时段B_Z+2内输入操作信号的脉冲时，如图1C所示，该操作被切换至在第(Z+3)时段A_Z+3内的操作；开始对第一驱动电路101a输出驱动信号和电源电压，开始对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压，图像信号IMG的数据被写入像素102_k，并且然后至少在第(Z+3)时段B_Z+3内停止对第二驱动电路101b输出驱动信号和电源电压，以及其中保持基于在第(Z+3)时段A_Z+3内写入的图像信号IMG的图像的时段被设置为比其中保持基于在第(Z+2)时段B_Z+2内的图像信号IMG的图像时段长。以上是用于驱动图1A所示的显示设备的方法的实例。
如同在图1A到1C所示的实例中那样，在本实施例的显示设备中，图像信号的数据被写入显示静止图像的像素，并且然后，至少停止对第二驱动电路输出用于驱动第二驱动电路的信号和电源电压，以及基于写入像素的图像信号的数据的图像被保持为静止图像。一系列这些操作被执行N次。在N为2或更大的情况下，其中停止对第二驱动电路的用于驱动第二驱动电路的信号和电源电压的第K(K是大于或等于2且小于或等于N的自然数)次输出被停止的时段被设置为比其中停止对第二驱动电路的用于驱动第二驱动电路的信号和电源电压的第(K-1)次输出的时段长。因而，能够在显示静止图像中减少不必要的图像重写操作并且能够降低显示设备的功耗。
此外，在本实施例的显示设备中，图像信号的数据被写入显示静止图像的像素，并且然后，至少停止对第二驱动电路输出用于驱动第二驱动电路的信号和电源电压，并且将基于写入像素的图像信号的数据的图像保持为静止图像。一系列这些操作被执行N次。在N为2或更大并且没有输出操作信号的脉冲的情况下，其中停止对第二驱动电路的用于驱动第二驱动电路的信号和电源电压的第K次输出的时段被设置为比其中停止对第二驱动电路的用于驱动第二驱动电路的信号和电源电压的第(K-1)次输出的时段长。当操作信号的脉冲被输入时，开始对第一驱动电路输出驱动信号和电源电压，开始对第二驱动电路输出驱动信号和电源电压，并且因而，将图像信号的数据写入像素。因此，例如，当用户操作显示设备时，显示设备被设置为操作显示模式并且图像数据被依次写入像素。当用户不操作显示设备(例如，在阅读时)时，显示设备被设置为静止图像显示模式并且驱动电路能够通过停止给像素等供应图像信号而选择性地停止。因而，能够在不阻碍实际操作的情况下降低功耗。
(实施例2)
在本实施例中，作为能够选择性地停止给像素供应图像信号的显示设备的实例以及用于驱动显示设备的方法，将描述液晶显示设备以及用于驱动液晶显示设备的方法。
在本实施例中将参照图2来描述显示设备的结构的实例。
图2所示的显示设备包括设置有驱动电路的驱动电路部分201和设置有像素的像素部分202。
驱动电路部分201包括CPU 201a、显示控制电路(也称为DCTL)201b、扫描信号线驱动电路(也称为Gdrv)201c以及图像信号线驱动电路(也称为Sdrv)201d。
CPU 201a包括接口(也称为IF)211a、参考时钟信号生成电路(也称为RCLK)211b、计数电路(也称为CNT)211c、锁存电路(也称为锁存(LATCH))211d、存储器电路(也称为存储器(MEMORY))211e、运算电路(也称为ALU)211f和输出电路(也称为OUT)211g。
接口211a具有通过预定的方法与外部设备交换信号的功能。接口211a与用于输出例如操作信号的输入装置电连接。作为输入装置，能够使用键盘、鼠标、触摸板、指点装置(例如，触摸面板)等。注意，接口211a并不一定设置于CPU 201a内。单独设置的接口可以用作接口211a。
参考时钟信号生成电路211b具有生成参考时钟信号RCK的功能。参考时钟信号生成电路211b并不一定设置于CPU 201a内。单独设置的时钟信号生成电路可以用作参考时钟信号生成电路211b。例如，参考信号生成电路211b能够由振荡电路来构成。作为选择，参考时钟信号生成电路211b可以由振荡电路和分频电路(divider circuit)来构成。
参考时钟信号RCK被输入计数电路211c。计数电路211c具有在根据操作信号的脉冲设定的每个时段内对所输入的参考时钟信号RCK的脉冲数进行计数的功能以及将计数值的数据作为信号来输出的的功能。例如，计数电路211c能够由移位寄存器来构成。使用计数电路211c，能够获得例如在操作信号的脉冲之间的间隔的数据。
计数值的数据信号由计数电路211c输入锁存电路211d。锁存电路211d具有在将所输入的数据信号保持一定时段之后再将其输出的功能。
存储器电路211e存储在显示静止图像的图像重写操作之间的间隔的数据，该数据对应于计数电路211c所计数的值。注意，存储器电路211e并不一定设置于CPU 201a内。单独设置的存储器电路可以用作存储器电路211e。
计数值的数据信号通过锁存电路211d来输入运算电路211f。运算电路211f根据所输入的数据信号来生成控制信号GDCTL和控制信号SDCTL。控制信号GDCTL是用于控制扫描信号线驱动电路201c的驱动的信号，而控制信号SDCTL是用于控制图像信号线驱动电路201d的驱动的信号。
输出电路211g具有将控制信号GDCTL和控制信号SDCTL输出到外部的功能。此时，如果有必要，则输出电路211g调整例如控制信号GDCTL的电压和控制信号SDCTL的电压。输出电路211g由缓冲电路等来构成。
在CPU 201a中，在显示静止图像的像素中重写图像数据的操作之间的间隔由运算电路211f使用由计数电路211c在根据从外部输入的操作信号的脉冲设定的每个时段内计数的值来设置。
起始信号SP、时钟信号CK和电源电压Vp被输入显示控制电路201b。而且，控制信号GDCTL和控制信号SDCTL由CPU 201a输入显示控制电路201b。显示控制电路201b具有控制通过在取决于控制信号GDCTL的电压和控制信号SDCTL的电压的时序上输出输入信号或电压来将输入信号或电压供应给扫描信号线驱动电路201c或图像信号线驱动电路201d的时序的功能。输入扫描信号线驱动电路201c的起始信号SP也称为起始信号GSP。输入图像信号线驱动电路201d的起始信号SP也称为起始信号SSP。输入扫描信号线驱动电路201c的时钟信号CK也称为时钟信号GCK。输入图像信号线驱动电路201d的时钟信号CK也称为时钟信号SCK。输入扫描信号线驱动电路201c的电源电压Vp也称为电源电压GVp。输入图像信号线驱动电路201d的电源电压Vp也称为电源电压SVp。
注意，起始信号GSP是与垂直同步频率对应的脉冲信号，而起始信号SSP与门选择时段对应的脉冲信号。
此外，时钟信号GCK并不限制于一个时钟信号，而是具有彼此不同的相位的多个时钟信号也可以用作时钟信号GCK。当多个时钟信号用作时钟信号GCK时，能够提高扫描信号线驱动电路201c的操作速度。此外，时钟信号SCK并不限制于一个时钟信号，而是具有彼此不同的相位的多个时钟信号也可以用作时钟信号SCK。当具有彼此不同的相位的多个时钟信号用作时钟信号SCK时，能够提高图像信号线驱动电路201d的操作速度。注意，公共的时钟信号可以用作时钟信号GCK和时钟信号SCK。
公共的电源电压可以用作电源电压GVp和电源电压SVp。
扫描信号线驱动电路201c具有将扫描信号SCN输出到x(x是自然数)个扫描信号线的功能。扫描信号线驱动电路201c通过扫描信号线203_g(g是大于或等于1且小于或等于x的自然数)将扫描信号SCN输出到像素，以选择图像信号IMG所要输入的像素。
图像信号线驱动电路201d具有将图像信号IMG输出到y(y是自然数)个图像信号线的功能。图像信号线驱动电路201d通过图像信号线204_s(s是大于或等于1且小于或等于y的自然数)将图像信号IMG输出到由扫描信号线驱动电路201c选择的像素。
像素部分202包括排布于x行和y列和矩阵中的n个像素。
像素202_k包括晶体管221_k、液晶元件222_k和电容器223_k。
晶体管221_k的第一端子与图像信号线204_s电连接，而晶体管221_k的第三端子与扫描信号线203_g电连接。
作为晶体管221_k，例如，如同以上实施例所描述的，能够使用具有小的截止电流的晶体管。在晶体管中，每微米沟道宽度的截止电流小于或等于10aA(1×10-17A)，优选地小于或等于1aA(1×10-18A)，更优选地小于或等于10zA(1×10-20A)，并且还要更优选地小于或等于1zA(1×10-21A)。
将具有小的截止电流的晶体管用作晶体管221_k，能够抑制由晶体管221_k的截止电流引起的施加于液晶元件222_k的电压的变化。因此，能够使与图像数据的一次写入对应的显示图像的时段变长，并且能够使在写入图像数据的操作之间的间隔变长。例如，在写入图像数据的操作之间的间隔能够是10秒或更长，优选地为30秒或更长，更优选地为1分钟或更长。由于使在写入图像数据的操作之间的间隔变长，因而能够进一步降低功耗。
作为具有小的截止电流的晶体管，能够使用例如包括用作沟道形成层的氧化物半导体层的晶体管。用作沟道形成层的氧化物半导体层是本征的(也称为i型)或基本上本征的半导体层。
液晶元件222_k具有第一端子和第二端子。液晶元件222_k的第一端子与晶体管221_k的第二端子的电连接。
液晶元件222_k能够包括起着作为第一端子的一部分或整体的功能的像素电极、起着作为第二端子的一部分或整体的功能的公共电极、以及其透光率根据施加于像素电极和公共电极之间的电压而变化的液晶层。
用于液晶元件222_k内的液晶层的液晶材料的比电阻在例如20℃下是1×1012Ω·cm或更大，优选地为1×1013Ω·cm或更大，并且更优选地为1×1014Ω·cm或更大。在液晶元件使用以上液晶材料来形成的情况下，用作液晶元件的部分的电阻率可以是1×1011Ω·cm或更大，或者在某些情况下由于从取向膜、密封剂等混合进液晶层之内的杂质而进一步为1×1012Ω·cm或更大。
由于液晶材料的比电阻较大，因而流过液晶层的泄漏电流被降低，由此能够抑制由流过液晶层的泄漏电流引起的施加于液晶元件222_k的电压的变化。结果，能够使与图像数据的一次写入对应的像素202_k的显示时段变长，从而能够降低在像素202_k中写入图像数据的频率，并且能够降低显示设备的功耗。
电容器223_k具有第一端子和第二端子。电容器223_k的第一端子与晶体管221_k的第二端子电连接。电容器223_k具有存储电容器的功能，并且包括用作第一端子的一部分或整体的第一电极、用作第二端子的一部分或整体的第二电极和电介质层。电容器223_k的电容可以考虑到晶体管221_k的截止电流等来设置。例如，电容器223_k的电容可以是像素202_k内的液晶元件222_k的电容(也称为液晶电容)的1/3或更小，优选地为1/5或更小。此外，电容器223_k并不一定取决于晶体管221_k的截止电流的值来设置。其中没有设置电容器223_k的结构可以被采用。在像素202_k中省略电容器223_k能够提高像素的开口率。
当晶体管221_k根据通过扫描信号线203_g输入的扫描信号SCN的电压而导通时，图像信号IMG通过图像信号线204_s来输入像素202_k。此外，当取决于输入图像信号IMG的电压被施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间时，像素202_k处于显示状态。
注意，光学检测电路(也称为光电传感器)能够设置于像素202_k内。以光学检测电路，像素202_k能够通过光学检测来检测出待检测的对象，并且本实施例的显示设备能够起着触摸面板的作用。
此外，如图2所示，能够给本实施例的显示设备设置晶体管205和光源部分(也称为LS)206。
电压Vcom(也称为公共电压Vcom)被输入晶体管205的第一端子。晶体管205的第二端子与像素202_k中的液晶元件222_k的第二端子及电容器223_k的第二端子电连接。控制信号CTL205被输入晶体管205的第三端子。电压Vcom是根据图像信号IMG的电压设定的电压。晶体管205具有通过根据控制信号CTL205的电压导通或截止来控制是否将液晶元件222_k的第二端子的电压和电容器223_k的第二端子的电压设置为电压Vcom的功能。注意，晶体管205被形成于与例如像素部分202相同的基板之上。作为选择，晶体管205可以形成于与其上形成有像素部分202的基板不同的基板之上。虽然不一定设置有晶体管205，但是由噪声引起的施加于液晶元件222_k的电压的变化能够以晶体管205来抑制。
光源部分206具有给像素部分202供应光的功能。作为光源部分206，能够使用背光、侧光、前光(front light)等。光源部分206由例如光源和用于控制光源的操作的光源控制电路构成。作为光源，能够使用例如包括光的三原色的光源。作为选择，能够将例如发射出白光的发光元件(例如，LED)用作为光源。本实施例的显示设备可以具有其中光源部分206的照明状态由显示控制电路201b来控制的结构。光源部分206由显示控制电路201b来控制，由此能够在必要时关闭光源，并且功耗能够得以降低。
然后，作为用于驱动本实施例的显示设备的方法的实例，将对用于驱动图2所示的显示设备的方法的实例进行描述。
首先，将描述CPU 201a的操作。
在CPU 201a中，具有预定的信号系统的操作信号通过接口211a来输入。
计数电路211c对由参考时钟信号生成电路211b在根据所输入的操作信号的脉冲设定的每个时段内输入的参考时钟信号RCK的脉冲数进行计数。此外，在每个时段内通过计数获得的计数值的数据作为信号在锁存电路211d内存储一定时段，然后输出到运算电路211f。当操作信号的脉冲被输入计数电路211c时，计数电路211c的计数值被复位。初始状态的计数值的数据作为信号在锁存电路211d内存储一定时段，然后输出到运算电路211f。每个时段对应于例如在操作信号的脉冲之间的间隔。
运算电路211f从存储器电路211e中读取与所输入的计数值的数据信号对应的显示静止图像的重写间隔的数据，使用所读取的数据来生成控制信号GDCTL和控制信号SDCTL，并且将所生成的控制信号GDCTL和所生成的控制信号SDCTL通过输出电路211g输出到显示控制电路201b。此时，优选的是计数值的数据对应于显示静止图像的重写间隔的数据，使得显示静止图像的重写间隔在计数值较大时为较长的。
此外，用于驱动图2所示的显示设备的方法的实例将参照图3A和3B来描述。图3A和3B是示出用于驱动图2所示的显示设备的方法的实例的图表。在图3A和3B中，所示出的是控制信号GDCTL、电源电压GVp、时钟信号GCK、始信号GSP、控制信号SDCTL、电源电压SVp、时钟信号SCK、起始信号SSP及控制信号CTL205的波形。注意，图3B是图3A中的部分时段的放大视图。注意，在此，作为示例，电源电压GVp和电源电压SVp是公共的电源电压，时钟信号GCK是一个时钟信号，时钟信号SCK是一个时钟信号，并且控制信号GDCTL、控制信号SDCTL、起始信号GSP和起始信号SSP全部是二进制数字信号。
在用于驱动图2所示的显示设备的方法的实例中，存在着用于显示运动图像的时段以及用于显示静止图像的时段。在用于显示静止图像的时段中，在时段311中的操作和在时段312中的操作被依次执行N次。时段311是用于显示运动图像的帧时段，而时段312是用于显示静止图像的帧时段。
首先，在第L时段311_L(L是自然数)中，当控制信号GDCTL的脉冲被输入时，显示控制电路201b开始输出电源电压GVp、起始信号GSP和时钟信号GCK(也称为第一输出起始操作)。在第一输出起始操作中，电源电压GVp的输出首先开始。在此之后，当电源电压GVp的输出变稳定时，开始输出时钟信号GCK，并且然后开始输出起始信号GSP。注意，输出时钟信号GCK的起始操作优选地按以下方式来执行：与处于高电平的时钟信号GCK的电压相当的电压在输出时钟信号GCK之前被施加于要输入时钟信号GCK的布线，并且时钟信号GCK在时钟信号GCK所要输入的布线的电压变稳定之后输出。第一输出起始操作按照以上方式来执行，从而能够在开始操作中抑制扫描信号线驱动电路201c的故障。
此外，在第L时段311_L中，显示控制电路201b在控制信号SDCTL的脉冲被输入时开始输出电源电压SVp、起始信号SSP和时钟信号SCK(也称为第二输出起始操作)。在第二输出起始操作中，首先开始输出电源电压SVp。在此之后，当电源电压SVp的输出稳定时，开始输出时钟信号SCK，并且然后开始输出起始信号SSP。注意，输出时钟信号SCK的起始操作优选地按以下方式来执行：在时钟信号SCK输出之前，与处于高电平的时钟信号SCK的电压相当的电压被施加于时钟信号SCK所要输入的布线，并且时钟信号SCK在时钟信号SCK所要输入的布线的电压变稳定之后输出。第二输出起始操作按以上方式来执行，从而能够抑制在开始操作中的图像信号线驱动电路201d的故障。
此时，扫描信号线驱动电路201c通过扫描信号线203_g输出扫描信号SCN，并且根据扫描信号SCN依次选择图像信号IMG所要输入的像素202_k。图像信号线驱动电路201d通过图像信号线204_s输出图像信号IMG，并且依次给由扫描信号线驱动电路201c选择的像素202_k输出图像信号IMG。此外，晶体管205根据从显示控制电路201b输入的控制信号CTL205而导通，从而将电压Vcom输入像素202_k。
在所选择的像素202_k中，当晶体管221_k导通时，液晶元件222_k的第一端子的电压与图像信号IMG的电压相当，液晶元件222_k的第二端子的电压与电压Vcom相当，并且液晶元件222_k的透光率根据施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间的电压来设置。因而，图像信号IMG的数据被写入所选择的像素202_k，并且所选择的像素202_k的显示状态被设置。当图像信号IMG的数据写入所选择的像素202_k时，晶体管221_k变截止，并且施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间的电压被保持一定时段。对其它像素执行相同的操作，由此设置所有像素的显示状态；因而，图像显示于像素部分内。
然后，在第L时段312_L内，显示控制电路201b停止输出电源电压GVp、起始信号GSP和时钟信号GCK(也称为第一输出停止操作)。在第一输出停止操作中，首先停止输出起始信号GSP，并且在扫描信号线203_g的选择操作完成之后停止输出电源电压GVp。注意，“停止输出”意指例如使信号或电压所要输入的布线进入浮置状态，或者例如将与处于低电平的信号的值相当的电压输入信号或电压所要输入的布线。第一输出停止操作按以上方式来执行，由此能够减少扫描信号线驱动电路201c在停止操作中的故障。此外，此时，可以将控制信号GDCTL的脉冲输出到显示控制电路201b。
此外，在第L时段312_L内，显示控制电路201b停止输出电源电压SVp、起始信号SSP和时钟信号SCK(也称为第二输出停止操作)。在第二输出停止操作中，首先停止输出起始信号SSP，并且在图像信号线204_s的选择操作完成之后停止输出电源电压SVp。第二输出停止操作按照以上方式来执行，由此能够抑制图像信号线驱动电路201d在停止操作中的故障。此外，此时，还可以将控制信号SDCTL的脉冲输出到显示控制电路201b。
此时，扫描信号线驱动电路201c的操作被停止，并且停止输出扫描信号SCN。图像信号线驱动电路201d的操作被停止，并且停止输出图像信号IMG。此外，晶体管205根据由显示控制电路201b输入的控制信号CTL205而变截止。
此外，此时，在像素202_k中，液晶元件222_k的第二端子处于浮置状态，并且像素202_k保持基于在第L时段311_L内写入的图像信号IMG的数据的显示状态。因而，在第L时段312_L中，像素202_k将基于在第L时段311_L内写入的图像信号IMG的数据的图像作为静止图像保持一定时段。此时，用于保持基于图像信号IMG的数据的图像的时段的长度由例如CPU 201a所输出的控制信号GDCTL和控制信号SDCTL的脉冲间隔来控制。
然后，在第(L+1)时段311_L+1中，显示控制电路201b再次执行第一输出起始操作和第二输出起始操作。
此时，扫描信号线驱动电路201c来通过扫描信号线203_g来输出扫描信号SCN，并且根据扫描信号SCN依次地选择图像信号IMG所要输入的像素202_k。图像信号线驱动电路201d通过图像信号线204_s来输出图像信号IMG，并且依次将图像信号IMG输出到由扫描信号线驱动电路201c选择的像素202_k。此外，晶体管205根据由显示控制电路201b输入的控制信号CTL205而变得导通，从而将电压Vcom输入像素202_k。
在所选择的像素202_k中，当晶体管221_k导通时，液晶元件222_k的第一端子的电压与图像信号IMG的电压相当，液晶元件222_k的第二端子的电压与电压Vcom相当，并且液晶元件222_k的透光率根据施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间的电压来设置。因而，图像信号IMG的数据被写入所选择的像素202_k，并且设置所选择的像素202_k的显示状态。当图像信号IMG的数据被写入所选择的像素202_k时，晶体管221_k截止，并且施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间的电压被保持一定时段。对其它像素执行同样的操作，由此设置所有像素的显示状态；因而，图像被显示于像素部分内。
然后，在第(L+1)时段312_L+1中，显示控制电路201b再次执行第一输出停止操作和第二输出停止操作。注意，其中在第(L+1)时段312_L+1内停止输出起始信号SSP、时钟信号SCK和电源电压SVp的时段被设置为比其中在第L时段312_L内停止输出起始信号SSP、时钟信号SCK和电源电压SVp的时段长。
此时，扫描信号线驱动电路201c的操作被停止，并且停止通过扫描信号线203_g来输出扫描信号SCN。此外，图像信号线驱动电路201d的操作被停止，并且停止通过图像信号线204_s来输出图像信号IMG。注意，其中在第(L+1)时段312_L+1内停止输出起始信号GSP、时钟信号GCK和电源电压GVp的时段被设置为比其中在第L时段312_L内停止输出起始信号GSP、时钟信号GCK和电源电压GVp的时段长。晶体管205根据由显示控制电路201b输入的控制信号CTL205而截止。
此外，此时，在像素202_k中，液晶元件222_k的第二端子处于浮置状态，并且像素202_k保持基于在第(L+1)时段311_L+1内写入的图像信号IMG的数据的显示状态。因而，在第(L+1)时段312_L+1内，像素202_k将基于在第(L+1)时段311_L+1内写入的图像信号IMG的数据的图像作为静止图像保持一定时段。根据其中在第(L+1)时段312_L+1内停止输出起始信号SSP、时钟信号SCK和电源电压SVp的时段的长度，其中基于图像信号IMG的数据的图像在第(L+1)时段312_L+1内保持的时段比其中在第L时段312_L内保持基于图像信号IMG的数据的图像的时段长。
此外，当N是3或更大时，例如，在第(L+2)时段311_L+2内，显示控制电路201b再次执行第一输出起始操作和第二输出起始操作。
此时，扫描信号线驱动电路201c通过扫描信号线203_g来输出扫描信号SCN，并且根据扫描信号SCN来依次地选择图像信号IMG所要输入其中的像素202_k。图像信号线驱动电路201d通过图像信号线204_s来输出图像信号IMG，并且将图像信号IMG依次输出到由扫描信号线驱动电路201c选择的像素202_k。此外，晶体管205根据由显示控制电路201b输入的控制信号CTL205而导通，从而将电压Vcom输入像素202_k。
在所选择的像素202_k内，当晶体管221_k导通时，液晶元件222_k的第一端子的电压与图像信号IMG的电压相当，液晶元件222_k的第二端子的电压与电压Vcom相当，并且液晶元件222_k的透光率根据施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间的电压来设置。因而，图像信号IMG的数据被写入所选择的像素202_k，并且设置所选择的像素202_k的显示状态。当图像信号IMG的数据被写入所选择的像素202_k时，晶体管221_k截止，并且施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间的电压被保持一定时段。对其它像素执行同样的操作，由此设置所有像素的显示状态；因而，图像被显示于像素部分内。
然后，在第(L+2)时段312_L+2内，显示控制电路201b再次执行第一输出停止操作和第二输出停止操作。注意，其中在第(L+2)时段312_L+2内停止输出起始信号SSP、时钟信号SCK和电源电压SVp的时段被设置为比其中在第(L+1)时段312_L+1内停止输出起始信号SSP、时钟信号SCK和电源电压SVp的时段长。
此时，扫描信号线驱动电路201c的操作被停止，并且扫描信号SCN的输出被停止。此外，图像信号线驱动电路201d的操作被停止，并且停止通过图像信号线204_s来输出图像信号IMG。注意，其中在第(L+2)时段312_L+2内停止输出起始信号GSP、时钟信号GCK和电源电压GVp的时段被设置为比其中在第L+1时段312_(L+1)内停止输出起始信号GSP、时钟信号GCK和电源电压GVp的时段长。晶体管205根据由显示控制电路201b输入的控制信号CTL205而变为截止。
此外，此时，在像素202_k内，液晶元件222_k的第二端子处于浮置状态，并且像素202_k保持基于在第(L+2)时段311_L+2内写入的图像信号IMG的数据的显示状态。因而，在第(L+2)时段312_L+2内，没有在液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间另外施加电压，像素202_k将基于在第(L+2)时段311_L+2内写入的图像信号IMG的数据的图像作为静止图像保持一定时段。此时，根据其中在第(L+2)时段312_L+2内停止输出起始信号GSP、时钟信号GCK和电源电压GVp的时段的长度，其中在第(L+2)时段312_L+2内保持基于图像信号IMG的数据的图像的时段比其中在第(L+1)时段312_L+1内保持基于图像信号IMG的数据的图像的时段长。
此外，例如，在操作信号的脉冲在第(L+1)时段312_L+1内或者在第(L+2)时段312_L+2内输入的情形中，由计数电路211c生成的计数值的数据被复位，并且显示控制电路201b再次执行第一输出起始操作和第二输出起始操作。
此时，扫描信号线驱动电路201c通过扫描信号线203_g来输出扫描信号SCN，并且根据扫描信号SCN依次选择图像信号IMG所要输入的像素202_k。图像信号线驱动电路201d通过图像信号线204_s来输出图像信号IMG，并且将图像信号IMG依次输出到由扫描信号线驱动电路201c选择的像素202_k。此外，晶体管205根据由显示控制电路201b输入的控制信号CTL205而导通，使得电压Vcom被输入像素202_k。
在所选择的像素202_k中，当晶体管221_k导通时，液晶元件222_k的第一端子的电压与图像信号IMG的电压相当，液晶元件222_k的第二端子的电压与电压Vcom相当，并且液晶元件222_k的透光率根据施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间的电压来设置。因而，图像信号IMG的数据被写入所选择的像素202_k，并且设置所选择的像素202_k的显示状态。当图像信号IMG的数据被写入所选择的像素202_k时，晶体管221_k截止，并且施加于液晶元件222_k的第一端子和第二端子之间的电压被保持一定时段。对其它像素执行同样的操作，由此设置所有像素的显示状态；因而，图像被显示于像素部分内。
如同以上实例所描述的，本实施例的显示设备的实例具有其中在显示静止图像时停止给驱动电路输出起始信号、时钟信号和电源电压，并且所显示的图像在像素部分中保持一定时段的结构。因此，功耗能够得以降低。
此外，本实施例的显示设备的实例具有其中具有小的截止电流的晶体管被用作用于控制是否将图像信号输入液晶元件的晶体管的结构。因此，由晶体管的截止电流引起的施加于液晶元件的电压的变化能够得以抑制，并且因而能够将其中驱动电路停止操作的时段设置为长的，并且能够降低功耗。因而，能够缩短在写入图像数据的操作之间的间隔，并且能够减轻由图像的改变引起的眼睛疲劳。
此外，本实施例的显示设备的实例具有其中当N为2或更大时，显示静止图像的驱动电路的第K停止时段比显示静止图像的驱动电路的第(K-1)停止时段长的结构。以该结构，例如，在不执行外部设备的输入操作(例如，操作信号的脉冲不由指点装置输入的情形)时，驱动电路的停止时段能够变为更长，使得在外部设备没有输入操作信号的任意脉冲时所消耗的功率能够进一步降低。
此外，在本实施例的显示设备的实例中，每次在显示静止图像的图像信号被重写时就使显示静止图像的驱动电路的停止时段变长。而且，在输入操作由外部设备执行的情形中，图像信号能够通过再次驱动驱动电路来重写。因此，功耗能够在不以例如图像的劣化来干扰用户观看所显示的图像的情况下得以降低。
注意，本实施例能够适当地与任意其它实施例结合或由其所代替。
(实施例3)
在本实施例中，将描述能够用于以上实施例所描述的显示设备的扫描信号线驱动电路和图像信号线驱动电路中的移位寄存器的实例。
本实施例的移位寄存器的结构的实例将参照图4A和4B来描述。图4A和4B是示出本实施例的移位寄存器的结构的实例的示意图。
图4A所示的移位寄存器包括P级的单元时序电路，该移位寄存器包括P(P是3或更大的自然数)个单元时序电路(单元时序电路10_1(也称为FF_1)到10_P(也称为FF_P))。
起始信号和复位信号被输入每个单元时序电路10_1到10_P。
此外，时钟信号CK1、时钟信号CK2和时钟信号CK3被输入每个单元时序电路10_1到10_P。作为时钟信号CK1、时钟信号CK2和时钟信号CK3，能够使用例如第一时钟信号(也称为CLK1)、第二时钟信号(也称为CLK2)、第三时钟信号(也称为CLK3)和第四时钟信号(也称为CLK4)中的任意三个。第一到第四时钟信号是其电平在高电平和低电平之间重复切换的数字信号。注意，时钟信号的相同组成并没有输入两个相邻的单元时序电路。图4A所示的移位寄存器以第一到第四时钟信号(click signal)来控制单元时序电路的操作。因而，能够提高操作速度。
将参照图4B来描述图4A所示的单元时序电路电路结构的实例。图4B是示出图4A所示的单元时序电路的电路结构的实例的电路图。
图4B所示的单元时序电路包括晶体管31、晶体管32、晶体管33、晶体管34、晶体管35、晶体管36、晶体管37、晶体管38、晶体管39、晶体管40和晶体管41。
电压Va被输入晶体管31的第一端子，而将作为单元时序电路的起始信号的信号被输入晶体管31的第三端子。
电压Vb被输入晶体管32的第一端子，而晶体管32的第二端子与晶体管31的第二端子电连接。
注意，电压Va和电压Vb之一将是高电源电压Vdd，而另一个将是低电源电压Vss。高电源电压Vdd与低电源电压Vss相比是相对较高的，而低电源电压Vss与高电源电压Vdd相比是相对较低的。电压Va和电压Vb的值在某些情况下取决于晶体管的极性等而互换。在电压Va和电压Vb之间的电位差是电源电压。
晶体管33的第一端子与晶体管31的第二端子电连接，并且电压Va被输入晶体管33的第三端子。
电压Va被输入晶体管34的第一端子，并且将作为单元时序电路的时钟信号CK1的信号被输入晶体管34的第三端子。
晶体管35的第一端子与晶体管34的第二端子电连接，晶体管35的第二端子与晶体管32的第三端子电连接，而将作为单元时序电路的时钟信号CK2的信号被输入晶体管35的第三端子。
电压Va被输入晶体管36的第一端子，而将作为单元时序电路的复位信号的信号被输入晶体管36的第三端子。
电压Vb被输入晶体管37的第一端子，晶体管37的第二端子与晶体管32的第三端子及晶体管36的第二端子电连接，并且将作为单元时序电路的起始信号的信号被输入晶体管37的第三端子。
将作为单元时序电路的时钟信号CK3的信号被输入晶体管38的第一端子，并且晶体管38的第三端子与晶体管33的第二端子电连接。
电压Vb被输入晶体管39的第一端子，晶体管39的第二端子与晶体管38的第二端子电连接，而晶体管39的第三端子与晶体管32的第三端子电连接。
将作为单元时序电路的时钟信号CK3的信号被输入晶体管40的第一端子，并且晶体管40的第三端子与晶体管33的第二端子电连接。
电压Vb被输入晶体管41的第一端子，晶体管41的第二端子与晶体管40的第二端子电连接，而晶体管41的第三端子与晶体管32的第三端子电连接。
注意，在图4B中，晶体管33的第二端子、晶体管38的第三端子和晶体管40的第三端子连接于其上的点是节点NA。晶体管32的第三端子、晶体管35的第二端子、晶体管36的第二端子、晶体管37的第二端子、晶体管39的第三端子以及晶体管41的第三端子连接于其上的点是节点NB。晶体管38的第二端子和晶体管39的第二端子连接于其上的点是节点NC。晶体管40的第二端子和晶体管41的第二端子连接于其上的点是节点ND。
图4B所示的单元时序电路将节点NC的电压作为第一输出信号(也称为OUT1)来输出，并且将节点ND的电压作为第二输出信号(也称为OUT2)来输出。在以上实施例的显示设备中，例如，第二输出信号被用作用于选择像素的扫描信号SCN，或者用于给所选择的像素输出图像信号IMG的信号。
在单元时序电路10_1到10_P中，例如，作为起始信号，在以上实施例的显示设备中的起始信号GSP、起始信号SSP等被输入第一级的单元时序电路10_1中的晶体管31的第三端子和晶体管37的第三端子。
在单元时序电路10_1到10_P中，在第(Q+2)级(Q是大于或等于1且小于或等于(P-2)的自然数)的单元时序电路10_Q+2中的晶体管31的第三端子和晶体管37的第三端子与在第(Q+1)级的单元时序电路10_Q+1中的晶体管38的第二端子电连接，而单元时序电路10_Q+1的第一输出信号是单元时序电路10_Q+2的起始信号。
在单元时序电路10_1到10_P中，在第U级(U是大于或等于3且小于或等于P的自然数)的单元时序电路10_U中的晶体管38的第二端子与在第(U-2)级的单元时序电路10_U-2中的晶体管36的第三端子电连接，而单元时序电路10_U的第一输出信号是单元时序电路10_U-2的复位信号。
在单元时序电路10_1到10_P中，信号S51作为复位信号输入在第(P-1)级的单元时序电路10_P-1中的晶体管36的第三端子。作为信号S51，能够使用例如单独生成的信号。注意，第(P-1)级的单元时序电路10_P-1被用作虚拟的单元时序电路。
在单元时序电路10_1到10_P中，信号S52作为复位信号输入在第P级的单元时序电路10_P中的晶体管36的第三端子。作为信号S52，能够使用例如单独生成的信号。注意，第P级的单元时序电路10_P被用作虚拟的单元时序电路。
晶体管31到41能够具有相同的电导率。
然后，图4A所示的移位寄存器的操作的实例将参照图5A和5B来描述。图5A和5B是示出图4A所示的移位寄存器的操作的实例的时序图。图5A是示出图4B所示的单元时序电路的操作的实例的时序图，而图5B是示出图4A所示的移位寄存器的操作的实例的时序图。注意，在此，作为示例，图4A所示的每个单元时序电路10_1到10_P都具有图4B所示的结构。此外，作为示例，图4B所示的单元时序电路的全部晶体管31到41都具有N型电导率，高电源电压Vdd作为电压Va输入，而低电源电压Vss作为电压Vb输入。
如图5A所示，在每个单元时序电路10_1到10_P中，在选择时段61内，起始信号ST的脉冲被输入，节点NA的电压增加至高电源电压Vdd或更高，晶体管38和晶体管40导通，节点NB的电压处于低电平，并且晶体管39和晶体管41截止；因而，第一输出信号变为高电平，而第二输出信号变为高电平。在非选择时段62内，通过输入复位信号的脉冲，节点NA的电压变为低电平，晶体管38和晶体管40截止，节点NB的电压变为高电平，并且晶体管39和晶体管41导通；因而，第一输出信号和第二输出信号保持为低电平。因此，每个单元时序电路10_1到10_P输出第一输出信号的脉冲和第二输出信号的脉冲。
此外，如图5B所示，以上操作根据第一到第四时钟信号在每个单元时序电路内依次执行，使得单元时序电路10_1到10_P依次输出第一输出信号的脉冲和第二输出信号的脉冲。
如图4A和4B及图5A和5B所示，本实施例的移位寄存器具有其中每个单元时序电路都输出输出信号的脉冲的结构。
例如，通过将本实施例的移位寄存器用于以上实施例的显示设备的扫描信号线驱动电路，扫描信号能够使用每个单元时序电路的输出信号来生成。
此外，当本实施例的移位寄存器用于以上实施例的显示设备的图像信号线驱动电路时，例如，能够使用每个单元时序电路的输出信号将图像信号输出到像素。
当本实施例的移位寄存器用于以上实施例的显示设备的扫描信号线驱动电路和图像信号线驱动电路时，输入每个单元时序电路的电压依次停止，并且因而，能够容易地停止扫描信号线驱动电路和图像信号线驱动电路的操作。
注意，本实施例能够适当地与任意其它实施例结合或由其所代替。
(实施例4)
在本实施例中，将描述能够用于以上实施例的显示设备的晶体管的实例。
作为能够用于以上实施例的显示设备中的晶体管，能够使用例如包括用作沟道形成层的氧化物半导体层的晶体管。具有沟道形成层的功能的晶体管的氧化物半导体层被高度纯化成本征的(也称为I型)或基本上本征的半导体层。
注意，高度纯化是包括下列情形中的至少一种的一般想法：尽可能地去除氧化物半导体层中的氢的情形；以及给氧化物半导体层供氧并且减少因氧化物半导体层的氧缺位所致的缺陷。
作为能够用于氧化物半导体层的氧化物半导体，能够给出例如四组分金属氧化物、三组分金属氧化物或二组分金属氧化物。作为四组分金属氧化物，能够使用例如In-Sn-Ga-Zn-O基金属氧化物。作为三组分金属氧化物，能够使用例如In-Ga-Zn-O基金属氧化物、In-Sn-Zn-O基金属氧化物、In-Al-Zn-O基金属氧化物、Sn-Ga-Zn-O基金属氧化物、Al-Ga-Zn-O基金属氧化物或Sn-Al-Zn-O基金属氧化物。作为二组分金属氧化物，能够使用例如In-Zn-O基金属氧化物、Sn-Zn-O基金属氧化物、Al-Zn-O基金属氧化物、Zn-Mg-O基金属氧化物、Sn-Mg-O基金属氧化物、In-Mg-O基金属氧化物或In-Sn-O基金属氧化物。此外，还能够将In-O基金属氧化物、Sn-O基金属氧化物、Zn-O基金属氧化物等用作氧化物半导体。能够用作氧化物半导体的金属氧化物可以含有SiO2。
而且，由InMO3(ZnO)m(m大于0)表示的材料能够用作氧化物半导体。在此，M表示选自Ga、Al、Mn和Co的金属成分中的一种或多种。例如，M能够是Ga、Ga和Al、Ga和Mn或者Ga和Co。
而且，氧化物半导体的带隙大于或等于2eV，优选地大于或等于2.5eV，以及更优选地大于或等于3eV，这将由热激发生成的载流子数量减少至可忽略的电平。此外，诸如氢之类的杂质的量被降低至一定的数量或更小，使得载流子浓度小于1×1014/cm3，优选地小于或等于1×1012/cm3。也就是，氧化物半导体层的载流子浓度降低至零或近似为零。
在上述氧化物半导体层中，雪崩击穿不容易发生，并且耐受电压是高的。例如，硅的带隙窄至1.12eV；因而，电子容易如同由雪崩击穿所引起的雪崩那样发生，并且被加速到高速度以便越过栅极绝缘层的电子数增加。相反，由于用于上述氧化物半导体层的氧化物半导体具有宽至2eV或更大的带隙，因而雪崩击穿不容易发生，并且热载流子退化高于硅的，从而耐受电压是高的。
热载流子退化意味着，例如，由在高度加速的电子注入在沟道内的漏极附近的栅极绝缘层时生成的固定电荷引起的晶体管特性的劣化；或者由通过高度加速的电子形成于栅极绝缘层的接口处的陷阱能级引起的晶体管特性的劣化。例如，晶体管特性的劣化是晶体管的阈值电压的变化或者流过晶体管的栅极的栅极泄漏电流。热载流子退化是由沟道热电子注入(也称为CHE注入)或漏极雪崩热载流子注入(也称为DAHC注入)引起的。
注意，作为具有高耐受电压的材料之一的碳化硅的带隙基本上等于用于氧化物半导体层的氧化物半导体的带隙，但是电子不太可能在氧化物半导体内加速，因为氧化物半导体的迁移率比碳化硅的迁移率低大约两个数量级。此外，在氧化物半导体和栅极绝缘层之间的势垒大于在碳化硅、氮化镓或硅与栅极绝缘层之间的势垒；因此，注入栅极绝缘层内的电子的数量是极小的，由此不太可能引起热载流子退化并且耐受电压高于碳化硅、氮化镓或硅的情形。氧化物半导体即使在非晶态中也具有高耐受电压。
而且，包括氧化物半导体层的晶体管能够具有每微米沟道宽度10aA(1×10-17A)或更小、1aA(1×10-18A)或更小、10zA(1×10-20A)或更小以及进一步为1zA(1×10-21A)或更小的截止电流。
在包括以上氧化物半导体层的晶体管中，由光所致的劣化(例如，阈值电压的变化)是小的。
在本实施例中的晶体管的结构的实例将参照图6A到6D来描述。图6A到6D是各自示出在本实施例中的晶体管的结构的实例的截面示意图。
图6A所示的晶体管是底栅晶体管之一，该底栅晶体管也称为反交错型晶体管。
图6A所示的晶体管包括用作栅电极的导电层401a、用作栅极绝缘层的绝缘层402a、用作沟道形成层的氧化物半导体层403a以及用作源极或漏电极的导电层405a和导电层406a。
导电层401a被设置于基板400a之上，绝缘层402a被设置于导电层401a之上，氧化物半导体层403a被设置于导电层401a之上(绝缘层402a介于它们之间)，并且导电层405a和导电层406a各自设置于氧化物半导体层403a的一部分之上。
此外，在图6A所示的晶体管中，氧化物绝缘层407a与氧化物半导体层403a的顶表面的一部分(氧化物半导体层403a中没有导电层405a和导电层406a设置于其上的部分)接触。保护性绝缘层409a被设置于氧化物绝缘层407a之上。
图6B所示的晶体管是作为底栅晶体管之一的沟道保护性(也称为沟道停止)晶体管，并且也称为反交错型晶体管。
图6B所示的晶体管包括用作栅电极的导电层401b、用作栅极绝缘层的绝缘层402b、用作沟道形成层的氧化物半导体层403b、用作沟道保护性层的绝缘层427以及用作源极或漏电极的导电层405b和导电层406b。
导电层401b被设置于基板400b之上，绝缘层402b被设置于导电层401b之上，氧化物半导体层403b被设置于导电层401b之上(绝缘层402b介于它们之间)，绝缘层427被设置于导电层401b之上(绝缘层402b和氧化物半导体层403b介于它们之间)，并且导电层405b和导电层406b被设置于氧化物半导体层403b的一部分之上(绝缘层427介于它们之间)。此外，还能够采用其中整个氧化物半导体层403b与导电层401b重叠的结构。当整个氧化物半导体层403b与导电层401b重叠时，能够防止光进入氧化物半导体层403b。所采用的结构并不限制于此，并且能够采用其中导电层401b与氧化物半导体层403b的一部分重叠的结构。
此外，保护性绝缘层409b与图6B所示的晶体管的顶部接触。
图6C所示的晶体管是底栅晶体管之一。
图6C所示的晶体管包括用作栅电极的导电层401c、用作栅极绝缘层的绝缘层402c、用作沟道形成层的氧化物半导体层403c以及用作源极或漏电极的导电层405c和导电层406c。
导电层401c被设置于基板400c之上，绝缘层402c被设置于导电层401c之上，导电层405c和导电层406c被设置于绝缘层402c的一部分之上，并且氧化物半导体层403c被设置于导电层401c之上(绝缘层402c、导电层405c和导电层406c介于它们之间)。此外，还能够采用其中整个氧化物半导体层403c与导电层401c重叠的结构。当整个氧化物半导体层403c与导电层401c重叠时，能够防止光进入氧化物半导体层403c。所采用的结构并不限制于此，而是能够采用其中导电层401c与氧化物半导体层403c的一部分重叠的结构。
此外，在图6C中，氧化物绝缘层407c与晶体管的氧化物半导体层403c的顶表面和侧表面接触。另外，保护性绝缘层409c被设置于氧化物绝缘层407c之上。
图6D所示的晶体管是顶栅晶体管之一。
图6D所示的晶体管包括用作栅电极的导电层401d、用作栅极绝缘层的绝缘层402d、用作沟道形成层的氧化物半导体层403d以及用作源极或漏电极的导电层405d和导电层406d。
氧化物半导体层403d被设置于基板400d之上(绝缘层447介于它们之间)，导电层405d和导电层406d各自设置于氧化物半导体层403d的一部分之上，绝缘层402d被设置于氧化物半导体层403d、导电层405d和导电层406d之上，并且导电层401d被设置于氧化物半导体层403d之上(绝缘层402d介于它们之间)。
晶体管的构件将参照图6A到6D来描述。
作为基板400a到400d，能够使用例如玻璃基板，例如，钡硼硅酸盐玻璃基板或铝硼硅酸盐玻璃基板。
作为选择，能够将诸如陶瓷基板、石英基板或蓝宝石基板之类的基板用作基板400a到400d。作为进一步的选择，能够将晶化玻璃基板用作基板400a到400d。作为再进一步的选择，能够将塑料基板或硅的半导体基板等用作基板400a到400d。
绝缘层447具有防止基板400d的杂质元件扩散的功能的基层。作为绝缘层447，能够使用例如氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层、氧氮化硅层、氧化铝层或氧氮化铝层。绝缘层447还能够通过堆叠能够用于绝缘层447的材料的层而形成。作为选择，作为绝缘层447，能够使用包括具有挡光性质的材料的层与包括可应用于绝缘层447的材料的层的叠层。当绝缘层447包括具有挡光性质的材料层时，能够防止光进入氧化物半导体层403d。
注意，在图6A到6C所示的晶体管中，绝缘层可以设置于基板和用作栅电极的导电层之间，如同在图6D所示的晶体管那样。
例如，作为导电层401a到401d，有可能使用诸如钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕或钪之类的金属材料或者含有任意这些材料作为主要成分的合金材料的层。导电层401a到401d还能够通过堆叠能够应用于导电层401a到401d的材料的层来形成。
作为绝缘层402a到402d，能够使用例如氧化硅层、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、氮氧化铝层或氧化铪层。绝缘层402a到402d还能够通过堆叠能够应用于绝缘层402a到402d的材料的层而形成。能够应用于绝缘层402a到402d的材料的层能够通过等离子体CVD法、溅射法等来形成。例如，绝缘层402a到402d能够通过以下方式来形成：氮化硅层通过等离子体CVD法来形成，并且氧化硅层通过等离子体CVD法形成于氮化硅层之上。
作为能够用于氧化物半导体层403a到403d的氧化物半导体，能够给出例如四组分金属氧化物、三组分金属氧化物或二组分金属氧化物。作为四组分金属氧化物，能够使用例如In-Sn-Ga-Zn-O基金属氧化物。作为三组分金属氧化物，能够使用例如In-Ga-Zn-O基金属氧化物、In-Sn-Zn-O基金属氧化物、In-Al-Zn-O基金属氧化物、Sn-Ga-Zn-O基金属氧化物、Al-Ga-Zn-O基金属氧化物或Sn-Al-Zn-O基金属氧化物。作为二组分金属氧化物，能够使用例如In-Zn-O基金属氧化物、Sn-Zn-O基金属氧化物、Al-Zn-O基金属氧化物、Zn-Mg-O基金属氧化物、Sn-Mg-O基金属氧化物、In-Mg-O基金属氧化物或In-Sn-O基金属氧化物。另外，还能够将In-O基金属氧化物、Sn-O基金属氧化物、Zn-O基金属氧化物等用作氧化物半导体。能够用作氧化物半导体的金属氧化物可以含有SiO2。在此，例如，In-Ga-Zn-O基金属氧化物意指氧化物含有至少In、Ga和Zn，并且组分的组成比没有特别地限制。In-Ga-Zn-O基金属氧化物可以含有不同于In、Ga和Zn的组分。
此外，作为能够用于氧化物半导体层403a到403d的氧化物半导体，能够使用以化学式InMO3(ZnO)m(m大于0)表示的金属氧化物。在此，M表示选自Ga、Al、Mn和Co中的一种或多种金属组分。例如，M能够是Ga、Ga和Al、Ga和Mn或者Ga和Co。
作为导电层405a到405d和导电层406a到406d，能够使用例如诸如铝、铬、铜、钽、钛、钼或钨之类的金属材料的或者含有任意此类金属材料作为主要组分的合金材料的层。导电层405a到405d和导电层406a到406d还能够通过堆叠能够应用于导电层405a到405d与导电层406a到406d的材料的层而形成。
例如，导电层405a到405d和层406a到406d能够通过堆叠铝或铜的金属层与钛、钼、钨等高熔点金属层而形成。导电层405a到405d和层406a到406d可以具有其中在多个高熔点金属层之间设置有铝或铜的金属层的结构。此外，当导电层405a到405d和层406a到406d使用其中添加了用于防止生成小丘(hillock)或晶须的元素(例如，Si，Nd，or Sc)的铝层来形成时，能够增大热电阻。
作为选择，导电层405a到405d和层406a到406d能够使用含有导电金属氧化物的层来形成。作为导电金属氧化物，能够使用例如氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟和氧化锡的合金(In2O3-SnO2，简写为ITO)、氧化铟和氧化锌的合金(In2O3-ZnO)或者此类含有氧化硅的金属氧化物材料。
而且，别的布线可以使用用于形成导电层405a到405d和导电层406a和406d的材料来形成。
作为绝缘层427，能够使用例如能够应用于绝缘层447的层。绝缘层427还能够通过堆叠能够应用于绝缘层427的材料层而形成。
作为氧化物绝缘层407a和氧化物绝缘层407c，能够使用诸如氧化硅层之类的氧化物绝缘层。氧化物绝缘层407a和氧化物绝缘层407c还能够通过堆叠能够应用于氧化物绝缘层407a和氧化物绝缘层407c的材料层而形成。
例如，作为保护性绝缘层409a到409c，能够使用诸如氮化硅层、氮化铝层、氮氧化硅层或氮氧化铝层之类的无机绝缘层。保护性绝缘层409a到409c还能够通过堆叠能够应用于保护性绝缘层409a到409c的材料层来形成。
注意，在以上实施例内的显示设备中，为了降低因本实施例的晶体管所致的表面不平整度，能够将平坦化绝缘层设置于晶体管之上(在晶体管包括氧化物绝缘层或保护性绝缘层的情形中，设置于晶体管之上，氧化物绝缘层或保护性绝缘层介于它们之间)。作为平坦化绝缘层，能够使用诸如聚酰亚胺、丙烯酸类或苯并环丁烯之类的有机材料的层。作为选择，能够将低介电常数的材料(低k值材料)的层用作平坦化绝缘层。平坦化绝缘层还能够通过堆叠能够应用于平坦化绝缘层的材料层而形成。
然后，作为在本实施例中用于制造晶体管方法的实例，用于制造图6A所示的晶体管的方法的实例将参照图7A到7C及图8A和8B来描述。图7A到7C及图8A和8B是示出用于制造图6A所示的晶体管的方法的实例的截面示意图。
首先，制备基板400a，并且在基板400a之上形成第一导电膜。
玻璃基板被用作基板400a的实例。
作为第一导电膜，能够使用诸如钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕或钪之类的金属材料或者含有任意这些金属材料作为主要组分的合金材料的膜。第一导电膜还能够通过堆叠能够应用于第一导电膜的材料层而形成。
然后，执行第一光刻工艺：在第一导电膜之上形成第一抗蚀剂掩模，使用第一抗蚀剂掩模来选择性地蚀刻第一导电膜以形成导电层401a，并且去除第一抗蚀剂掩模。
注意，在本实施例中，抗蚀剂掩模可以通过喷墨方法来形成。抗蚀剂掩模以喷墨方法来形成不需要光致抗蚀剂；因而，能够降低制造成本。
为了在光刻工艺中减少光致抗蚀剂和步骤的数量，蚀刻步骤可以使用以多色调掩模形成的抗蚀剂掩模来执行。多色调掩模是光透射过其中以具有多种强度的曝光掩模。使用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模具有多个厚度，并且还能够通过蚀刻来改变形状；因此，抗蚀剂掩模能够在多个蚀刻步骤中使用，以处理成不同的图形。因此，与至少两种不同的图形对应的抗蚀剂掩模能够以一个多色调掩模来形成。因而，能够减少曝光掩模的数量，并且还能够减少对应的光刻步骤的数量，由此能够简化制造工艺。
然后，在导电层401a之上形成绝缘层402a。
例如，绝缘层402a能够通过高密度等离子体CVD法来形成。例如，使用微波(例如，频率为2.45GHz的微波)的高密度等离子体CVD优选地用于形成绝缘层402a，因为它使绝缘层能够变致密并且具有高击穿电压和高质量。当氧化物半导体层与以高密度等离子体CVD形成的高质量的绝缘层接触时，能够减少界面态，并且能够获得有利的界面特性。
绝缘层402a还能够通过别的方法来形成，例如，溅射法或等离子体CVD法。此外，热处理可以在栅极绝缘层402a形成之后执行。在栅极绝缘层402a形成之后执行的热处理能够提高绝缘层402a的质量以及在绝缘层402a和氧化物半导体之间的界面特性。
然后，在绝缘层402a之上形成具有2-200nm(包含2nm和200nm)的，优选为5-30nm(包含5nm和30nm)的厚度的氧化物半导体膜530。例如，氧化物半导体膜530能够以溅射法来形成。
注意，在氧化物半导体膜530形成之前，优选地通过其中引入氩气并生成等离子体的反溅射来去除贴附于绝缘层402a的表面上的粉状物质(也称为粒子或粉尘)。反溅射指的是以下方法：在不对靶子一侧施加电压的情况下，将RF功率源极用于在氩气气氛中对基板一侧施加电压，从而生成等离子体以使基板的表面改性。注意，作为氩气的替代，可以使用氮气、氦气、氧气等。
例如，氧化物半导体膜530能够使用能够用作氧化物半导体层403a的材料的氧化物半导体材料来形成。在本实施例中，作为示例，氧化物半导体膜530利用In-Ga-Zn-O基氧化物靶子以溅射法来形成。该阶段的截面示意图对应于图7A。作为选择，氧化物半导体膜530能够通过溅射法在稀有气体(典型为氩气)气氛、氧气气氛或者稀有气体和氧气的混合气氛中形成。
作为用于以溅射法来形成氧化物半导体膜530的靶子，能够使用例如氧化物靶子具有组成比of In2O3:Ga2O3:ZnO＝1:1:1[摩尔比]能够被使用。并不仅限于以上靶子，还可以使用例如具有In2O3:Ga2O3:ZnO＝1:1:2[摩尔比]的组成比氧化物靶子。除了由空间等占用的区域外的部分的体积相对氧化物靶子的总体积的比例(也称为填充率)是90％-100％(含90％和100％)，并且优选为95％-99.9％(含95％和99.9％。使用具有高填充率的金属氧化物靶子形成的氧化物半导体膜具有高密度。
注意，作为用于形成氧化物半导体膜530的溅射气体，优选地使用例如从其中去除了诸如氢、水分、羟基或氢化物之类的杂质的高纯度气体。
在氧化物半导体膜530形成之前，优选的是在溅射装置的预热室中加热其上形成有导电层401a的基板400a或者其上形成有导电层401a和绝缘层402a的基板400a，从而消除和去除诸如吸附于基板400a上的氢或湿气之类的杂质。在预热室中的加热能够防止氢、羟基及湿气进入绝缘层402a和氧化物半导体膜530。优选的是为预热室提供诸如低温泵之类的排空装置。在预热室中的加热可以省去。作为选择，在一直到且包括形成导电层405a和导电层406a的步骤执行之后，并且在氧化物绝缘层407a形成之前，基板400a可以按照类似的方式经过在预热室内的加热。
当氧化物半导体膜530以溅射法形成时，将基板400a保持于被保持在降低的压力状态的膜形成室之内，并且基板400a的温度被设置为100℃-600℃(含100℃和600℃)，优选为200℃-400℃(含200℃和400℃)。通过提高基板400a的温度，能够降低包含于氧化物半导体膜530内的杂质的浓度。此外，还能够减少因溅射所致的对氧化物半导体膜530的破坏。然后，从其中去除了氢和湿气的溅射气体被引入，而去除保留于膜形成室内的湿气，并且使用上述靶子；因而，氧化物半导体膜530被形成于绝缘层402a之上。
注意，在本实施例中，例如，能够将捕集真空泵用作用于去除保留于在其中执行溅射的膜形成室内的湿气的装置。作为捕集真空泵，能够使用例如低温泵、离子泵或钛升华泵。当低温泵用作示例时，能够排空包含氢原子和碳原子之一或两者等的化合物，并且从而能够降低包含于在膜形成室中形成的膜内的杂质的浓度。此外，在本实施例中，设置有冷阱的涡轮泵可以用作用于去除保留于在其中执行溅射的膜形成室内的湿气的装置。
作为膜形成条件的一个实例，能够采用以下条件：在基板和靶子之间的距离是100mm，压力是0.6Pa，直流电(DC)功率是0.5kW，并且空气是氧气气氛(氧气流量的比例为100％)。注意，当使用直流脉冲电源时，能够减少在膜形成时生成的粉状物质，并且能够使膜的厚度变得均匀。
然后，执行第二光刻工艺：在氧化物半导体膜530之上形成第二抗蚀剂掩模，使用第二抗蚀剂掩模来选择性地蚀刻氧化物半导体膜530，以将氧化物半导体膜530处理成岛状氧化物半导体层，并且去除第二抗蚀剂掩模。
在形成绝缘层402a内的接触孔的情形中，接触孔能够在将氧化物半导体膜530处理成岛状氧化物半导体层时形成。
例如，能够采用干法蚀刻、湿法蚀刻或者干法蚀刻和湿法蚀刻两者来蚀刻氧化物半导体膜530。作为用于氧化物半导体膜530的湿法蚀刻的蚀刻剂，能够使用例如磷酸、乙酸和硝酸的混合溶液。此外，还可以使用ITO07N(由KANTO化学公司生产)。
然后，执行热处理。通过热处理，能够使岛状氧化物半导体层脱水或脱氢。热处理的温度是400℃-750℃(含400℃和750℃)，或者高于或等于400℃且低于基板的应变点。在此，基板被输入作为一种热处理装置的电炉内，并且在氮气气氛中于450℃下对岛状氧化物半导体层执行一小时的热处理，并且然后不使氧化物半导体层暴露于空气，从而防止水和氢再进入岛状氧化物半导体层内。以这种方式，获得了氧化物半导体层403a(参见图7B)。
热处理装置并不限制于电炉，而可以是设置有用于使用来自诸如电阻加热元件之类的加热元件的热传导或热辐射来加热处理对象的设备的装置。例如，能够使用诸如GRTA(气体快速热退火)装置或LRTA(灯快速热退火)装置之类的RTA(快速热退火)装置。LRTA装置是用于通过从诸如卤素灯、金属卤化物灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压汞灯之类的灯发射出的光(电磁波)的辐射来加热处理对象的装置。GRTA装置是用于使用高温气体来进行热处理的装置。作为高温气体，可使用不与热处理的处理对象反应的惰性气体，例如，氮气或者如氩气那样的稀有气体。
例如，对于热处理，热处理可以使用GRTA装置按照下列方式来执行。其上形成有上至岛状氧化物半导体层的层的基板400a被转移至已经加热到650℃-700℃的惰性气体中，加热几分钟，并且从所加热的惰性气体中取出。
注意，在热处理中，优选的是在氮气或稀有气体(例如，氦气、氖气或氩气)中不含有水、氢等。同样优选的是，被引入热处理装置中的氮气或稀有气体(例如，氦气、氖气或氩气)具有6N(99.9999％)或更高的，优选地7N(99.99999％)或更高的纯度(也就是，杂质浓度被设置为低于或等于1ppm，优选地低于或等于0.1ppm)。
在岛状氧化物半导体层由热处理加热过之后，高纯度的氧气、高纯度的N2O气体或者超干燥的空气(具有-40℃或更低的，优选为-60℃或更低的露点)可以引入已经在热处理中使用的炉子内。优选的是，氧气或N2O气体不含有水、氢等。被引入热处理装置内的氧气或N2O气体的纯度优选为6N或更高，更优选地为7N或更高(即，氧气或N2O气体的杂质浓度优选地低于或等于1ppm，更优选地低于或等于0.1ppm)。通过氧气或N2O气体的作用，供应已经通过以脱水或脱氢处理来消除杂质的步骤降低的氧气；因而，使氧化物半导体层403a高度纯化。
还可以使用上述热处理装置对还没有处理成岛状氧化物半导体层的氧化物半导体膜530执行热处理。在这种情况下，在热处理之后，其上形成有上至氧化物半导体膜530的层的基板400a被从热处理装置中取出，并且将氧化物半导体膜530处理成岛状氧化物半导体层。
与上述时序不同，热处理可以在氧化物半导体膜530形成之后执行，例如，在导电层405a和导电层406a形成于氧化物半导体层403a上之后或者在氧化物绝缘层407a形成于导电层405a和导电层406a上之后。
在接触孔形成于绝缘层402a内的情形中，接触孔可以在热处理执行之前形成。
氧化物半导体层可以使用为了成为包括结晶区(单晶区)(也就是，具有沿着垂直于膜的表面的方向取向的c轴的结晶区)的厚膜而通过两个沉积步骤和两个热处理形成的氧化物半导体膜来形成，不考虑基底组分的材料，例如，氧化物、氮化物或金属。例如，具有3-15nm(含3nm和15nm)的厚度的第一氧化物半导体膜被沉积并且在氮气、氧气、稀有气体或干燥空气的气氛中受到在450℃-850℃(含450℃和850℃)下的，优选地在550℃-750℃(含550℃和750℃)下的第一热处理，从而形成在包含表面的区域内包括结晶区(包括板状晶体)的第一氧化物半导体膜。然后，比第一氧化物半导体膜厚的第二氧化物半导体膜被形成并且受到在450℃-850℃(含450℃和850℃)下的，优选地在600℃-700℃(含600℃和700℃)下的第二热处理，使得晶体生长使用第一氧化物半导体膜作为晶体生长的籽晶朝着从第一氧化物半导体膜到第二氧化物半导体膜上方进行，并且使第二氧化物半导体膜的整个区域晶化。使用包含结晶区的膜(该膜因此是厚的)，氧化物半导体层可以被形成。
然后，在绝缘层402a和氧化物半导体层403a之上形成第二导电膜。
例如，作为第二导电膜，能够使用诸如铝、铬、铜、钽、钛、钼或钨之类的金属材料的，或者含有任意这些金属材料作为主要组分的合金材料的膜。第二导电膜还能够通过堆叠能够应用于第二导电膜的材料的膜来形成。
然后，执行第三光刻工艺：在第二导电膜之上形成第三抗蚀剂掩模，使用第三抗蚀剂掩模来选择性地蚀刻第二导电膜以形成导电层405a和导电层406a，并且去除第三抗蚀剂掩模(参见图7C)。
注意，别的布线可以在形成导电层405a和导电层406a时使用第二导电膜来形成。
在形成第三抗蚀剂掩模的曝光中，优选地使用紫外光、KrF激光或ArF激光。稍后将要完成的晶体管的沟道长度L取决于在导电层405a的底端与导电层406a的底端之间的间隔的宽度，该导电层405a和导电层406a在氧化物半导体层403a之上彼此相邻的。在沟道长度L小于25nm的情形中，在形成第三抗蚀剂掩模时的曝光优选地使用具有几纳米到几十纳米的极短波长的极紫外光来执行。在使用极紫外光的曝光中，分辨率是高的，并且焦深是大的。因此，能够使稍后将要完成的晶体管的沟道长度L变为10-1000nm(含10nm和1000nm)，并且通过该曝光形成的晶体管的使用使电路能够进行更高速度的操作。另外，晶体管的截止电流是极小的，这导致功耗的降低。
在蚀刻第二导电膜的情形中，蚀刻条件被优选地最优化，以便防止氧化物半导体层403a被蚀刻所分割。但是，难以设置在其下只能够蚀刻第二导电膜而完全不蚀刻氧化物半导体层403a的条件。在某些情况下，氧化物半导体层403a的一部分在蚀刻第二导电膜时蚀刻，由此氧化物半导体层403a变为包含凹槽部分(凹陷部分)。
在本实施例中，将钛膜用作第二导电膜的实例，将In-Ga-Zn-O基氧化物半导体用作氧化物半导体层403a的实例，并且将氨-过氧化氢混合液(氨、水和过氧化氢溶液的混合液)用作蚀刻剂。
然后，在氧化物半导体层403a、导电层405a和导电层406a之上形成氧化物绝缘层407a。此时，氧化物绝缘层407a与氧化物半导体层403a的的顶表面的一部分接触。
氧化物绝缘层407a能够使用不使诸如水或氢之类的杂质混合到氧化物绝缘层407a内的方法(例如，溅射法)适当地形成达至少1nm或更大的厚度。当在氧化物绝缘层407a内含有氢时，会导致氢进入氧化物半导体层或者在氧化物半导体层内的氧由氢引出，由此促使氧化物半导体层的背沟道具有较低的电阻(具有n型电导率)，从而可能会形成寄生沟道。因此，为了形成含有尽可能少的氢的氧化物绝缘层407a，重要的是将其中没有使用氢的方法用作用于形成氧化物绝缘层407a的方法。
在本实施例中，作为氧化物绝缘层407a的实例，具有200nm的厚度的氧化硅膜通过溅射法来形成。在膜形成时的基板400a的温度可以是室温到300℃(含室温和300℃)；在本实施例中，100℃作为示例。以溅射法来形成氧化硅膜能够在稀有气体(典型为氩气)气氛、氧气气氛或者稀有气体和氧气的混合气氛中执行。
此外，还能够将氧化硅靶子或硅靶子用作用于形成氧化物绝缘层407a的靶子。例如，使用硅靶子，氧化硅膜能够通过溅射法在含有氧气的空气中形成。
作为用于形成氧化物绝缘层407a的溅射气体，可优选地使用例如从其中去除了诸如氢、水、羟基或氢化物之类的杂质的高纯度气体。
在氧化物绝缘层407a形成之前，使用诸如N2O、N2或Ar之类的气体的等离子体处理可以被执行用于去除吸附于氧化物半导体层403a的裸露表面上的水等。在执行等离子体处理的情形中，与氧化物半导体层403a的上表面的一部分接触的氧化物绝缘层407a优选地在不暴露于空气的情况下形成。
此外，热处理(优选地，在200℃-400℃(含200℃和400℃)下，例如，在250℃-350℃(含250℃和350℃)下)能够在惰性气体气氛中或者在氧气气氛中执行。例如，作为在惰性气体气氛或氧气气氛中执行的热处理，该热处理在氮气气氛中于250℃下执行一小时。通过在惰性气体气氛或氧气气氛中的热处理，加热在氧化物半导体层403a的上表面的一部分与氧化物绝缘层407a接触的情况下进行。
通过上述工艺，能够特意地从氧化物半导体层中去除诸如氢、湿气、羟基或氢化物(也称为氢化合物)之类的杂质，另外，还能够给氧化物半导体层供应氧气。因此，氧化物半导体层被高度纯化。
通过上述工艺，晶体管被形成(参见图8A)。
当具有许多缺陷的氧化硅层被用作氧化物绝缘层407a时，在氧化硅层形成之后的热处理具有使包含于氧化物半导体层403a内的诸如氢、湿气、羟基或氢化物之类的杂质扩散到氧化物绝缘层407a的作用，从而能够进一步减少包含于氧化物半导体层403a内的杂质。
保护性绝缘层409a可以进一步形成于氧化物绝缘层407a之上。作为保护性绝缘层409a，氮化硅膜能够通过例如RF溅射法来形成。由于RF溅射法具有高电导率，因而它被优选地用作用于形成保护性绝缘层409a的绝缘膜的沉积方法。在本实施例中，作为示例，氮化硅膜被形成为保护性绝缘层409a(参见图8B)。
在本实施例中，保护性绝缘层409a按照以下方式来形成：其上形成有上至氧化物绝缘层407a的层的基板400a在100℃-400℃的温度下加热，含有从其中去除了氢和湿气的高纯度氮气的溅射气体被引入，并且氮化硅膜使用硅半导体的靶子来形成。同样地，在这种情况下，保护性绝缘层409a被优选地形成，而保留于处理室内的湿气被去除，类似于形成氧化物绝缘层407a的情形。
在保护性绝缘层409a形成之后，热处理可以在空气中于100℃-200℃(含100℃和200℃)下进一步执行1-30个小时(含1小时和30小时)。热处理可以在固定的加热温度下执行。作为选择，加热温度的下列变化可以重复地进行多次：加热温度从室温升高至高于或等于100℃且低于或等于200℃的温度，并且然后下降至室温。这是用于制造图6A所示的晶体管的方法的实例。
尽管图6A所示的晶体管的制造方法的实例作为本实施例中的用于制造晶体管的方法的实例来示出，但是本发明并不限制于该实例。例如，至于具有与图6A的构件相同的标记的且其功能与图6A的构件的功能至少部分相同的图6B到6D的构件，能够适当地参考关于图6A所示的晶体管的制造方法的实例的描述。
如上所述，在本实施例中示出的晶体管是包括作为沟道形成层的氧化物半导体层的晶体管。在晶体管中使用的氧化物半导体层通过热处理来进行高度纯化，并由此变成i型的或基本上i型的氧化物半导体层。
高度纯化的氧化物半导体层包括极少的载流子(接近于0)。氧化物半导体层的载流子浓度小于1×1014/cm3，优选地小于1×1012/cm3，并且更优选地小于1×1011/cm3。由于在氧化物半导体层中的载流子数是极小的，因而能够降低本实施例的晶体管的截止电流。优选的是截止电流是尽可能小的。在本实施例的晶体管中，能够使每微米沟道宽度的截止电流变为小于或等于10aA(1×10-17A)，小于或等于1aA(1×10-18A)，小于或等于10zA(1×10-20A)，并且进一步小于或等于1zA(1×10-21A)。
本实施例的晶体管具有相对高的场效应迁移率；因此，能够高速驱动包括晶体管的电路。
当本实施例的晶体管被用于以上实施例的显示设备中时，能够使其中在显示静止图像中的基于图像数据的图像被保持的时段变为较长，从而能够降低显示设备的功耗。
而且，当以上实施例所描述的移位寄存器使用本实施例的晶体管来形成时，能够在相同的工艺中将像素部分、扫描信号线驱动电路和图像信号线驱动电路形成于一个基板之上，从而能够降低显示设备的制造成本。
注意，本实施例能够适当地与任意其它实施例结合或由其所代替。
(实施例5)
在本实施例中，将描述以上实施例所描述的显示设备的结构的实例。
本实施例的显示设备的结构的实例将参照图9来描述。图9是示出本实施例的显示设备的结构实例的截面示意图。
图9所示的显示设备包括在以密封剂4005密封于基板4001和基板4006之间的区域内像素部分和驱动电路部分。像素部分包括晶体管4012并且驱动电路部分包括晶体管4014。
注意，在驱动电路部分中使用的驱动电路的一部分能够使用设置于另一基板之上的驱动电路来形成。在这种情况下，对用于连接图9所示的显示设备与单独形成的驱动电路的方法没有特别的限制，能够使用COG法、丝线键合法、TAB法等。
作为晶体管4012，能够使用例如实施例4所描述的任意一个晶体管。在图9中，具有图6A所示的结构的晶体管被用作晶体管4012的实例。
作为晶体管4014，能够使用例如实施例4所描述的任意一个晶体管。在图9中，具有图6A所示的结构的晶体管被用作晶体管4014的实例。注意，还可以提供导电层，以便使其与晶体管4014中的氧化物半导体层重叠(绝缘层4024介于它们之间)。
此外，图9所示的显示设备包括平坦化层4025、用作像素电极的导电层4030、绝缘层4032、液晶层4008、绝缘层4033、用作间隔物的绝缘层4035以及用作对电极的导电层4031。
平坦化层4025被设置于晶体管4012和晶体管4014之上。导电层4030被设置于平坦化层4025之上。绝缘层4032被设置于平坦化层4025之上(导电层4030介于它们之间)。导电层4031被设置为与基板4006接触。绝缘层4033被设置为与导电层4031接触。绝缘层4035被设置于由密封剂4005包围的区域内。液晶层4008被设置于导电层4030和导电层4031之间的由密封剂4005包围的区域内(绝缘层4032和绝缘层4033介于它们之间)。
液晶元件4017使用导电层4030、导电层4031和液晶层4008来形成。
导电层4031与设置于与晶体管4012等相同的基板之上的公共电压线电连接。使用具有公共电压线的连接部分(也称为公共连接部分)，导电层4031能够经由布置于那对基板之间的导电粒子与公共电压线电连接。公共电压线是被供应以电压Vcom的布线。
绝缘层4035是通过对绝缘膜的选择性蚀刻获得的并且为了控制在导电层4030和导电层4031之间的距离(单元间隙)而设置的柱状间隔物。作为选择，可以球形的间隔物用作绝缘层4035。注意，绝缘层4035可以设置于导电层4030和导电层4031之间(绝缘层4032和绝缘层4035介于它们之间)。
此外，图9所示的显示设备通过设置于基板4001之上的导电层4016(绝缘层4020和绝缘层4021介于它们之间)、与导电层4016接触的导电层4015及各向异性的导电层4019来与FPC 4018电连接。导电层4015和导电层4016起着端子电极的作用。
导电层4015使用例如用于导电层4030的相同导电膜来形成。导电层4016使用例如用于用作晶体管4014的源电极或漏电极的导电层的相同导电膜来形成。
作为基板4001和基板4006，能够使用例如透光性基板，例如，玻璃基板、塑料基板等。作为塑料基板，能够使用例如玻璃纤维增强型塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜、丙烯酸类树脂膜等。
作为平坦化层4025，能够使用具有耐热性的有机材料的层，例如，聚酰亚胺、丙烯酸类、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧。与此类有机材料层不同，也可以将低介电常数的材料(低k值材料)、硅氧烷基树脂、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)等用作平坦化层4025。作为选择，平坦化层4025能够通过堆叠可以应用于平坦化层4025的材料层而形成。
对用于形成平坦化层4025的方法没有特别的限制。下列方法能够根据材料而使用：溅射法、SOG法、旋涂法、浸涂法、喷涂法、液滴释放法(例如，喷墨法、丝网印刷法或胶版印刷法)、以刮刀进行的形成方法、以辊涂机进行的形成方法、以幕涂机进行的形成方法、以刮刀涂布机进行的形成方法等。
导电层4030和导电层4031能够使用透光性导电材料的层来形成，例如，氧化铟锡，其中氧化锌被混合到氧化铟内的金属氧化物(也称为氧化铟锌(IZO))，其中氧化硅(SiO2)被混合到氧化铟、有机铟、有机锡、含有氧化钨的氧化铟、含有氧化钨的氧化铟锌、含有氧化钛的氧化铟、含有氧化钛的氧化铟锡等内的导电材料。在本实施例的显示设备被形成为反射型的情形中，能够将诸如钨、钼、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钴、镍、钛、铂、铝、铜或银之类的金属或者此类金属的合金的层用作导电层4030和导电层4031。导电层4030和导电层4031还能够通过堆叠能够应用于导电层4030和导电层4031的材料层而形成。
含有导电性高分子(也称为导电性聚合物)的导电性组成物能够用于导电层4030和导电层4031。优选的是，使用导电性组成物形成的导电层具有10000Ω/方块(Ω/square)或更小的薄层电阻以及在550nm的波长下的70％或更大的透光率。而且，包含于导电性组成物内的导电高分子的电阻率优选为0.1Ω·cm或更小。
作为导电高分子，能够使用所谓的π电子共轭型导电聚合物。作为π电子共轭型导电聚合物，能够给出聚苯胺或其衍生物，聚吡咯(polypyrrole)或其衍生物，聚噻吩(polythiophene)或其衍生物，苯胺、吡咯及噻吩中的两种或多于两种的共聚物或其衍生物。
作为密封剂4005，能够使用例如包含导电性粒子的绝缘层。
作为设置有液晶元件4017的显示设备的显示方法，能够使用TN(扭曲向列)模式、IPS(共面切换)模式、VA(垂直取向)模式、ASM(轴对称取向微单元)模式、OCB(光学补偿双折射)模式、FLC(铁电液晶)模式、AFLC(反铁电液晶)模式、MVA(多畴垂直取向)模式、PVA(图形垂直取向)模式、ASV模式、FFS(边缘场切换)模式等。
作为选择，作为液晶层4008，可以使用例如显示出不需要取向膜的蓝相的液晶层。蓝相是液晶相之一，它仅在胆甾型液晶的温度增加时于胆甾相变为均质相之前出现。由于蓝相仅出现于窄小的温度范围内，因而为了该温度范围变宽而将含有重量百分比为5％或更大的手性剂的液晶组成物用作液晶材料。包含显示出蓝相的液晶及手性剂的液晶组成物具有1毫秒或更小的短的响应时间，具有光学均质性，这使取向工艺变为不需要的，并且具有小的视角相关度。另外，由于取向膜不需要设置并且研磨处理是不必要的，因而能够防止由研磨处理引起的静电击穿能够，并且在制造工艺中能够减少液晶显示设备的缺陷和损坏。因而，液晶显示设备的电导率能够得以提高。包括氧化物半导体层的晶体管特别地具有晶体管的电特性可能会由于静电而显著波动并且偏离设计范围的可能性。因此，通过将显示出蓝相的液晶材料用于包括包含氧化物半导体层的晶体管的显示设备，能够降低因静电所致的电特性的波动。
在本实施例的显示设备中，可以将起偏振片设置于基板的外侧(在观看者一侧)，并且在显示元件中使用的着色层和电极层可以依次设置于基板的内侧上；作为选择，起偏振片可以设置基板的内侧上。起偏振片和着色层的叠层结构可以根据起偏振片和着色层的材料以及制造工艺的条件适当地设置。此外，用作黑底(black matrix)的挡光层可以设置于与显示部分不同的部分内。
此外，还能够适当地给本实施例的显示设备设置黑底(挡光层)、光学组件(光学基板)，例如，起偏振组件、延迟组件或抗反射组件等。例如，圆偏振可以通过将偏振基板和延迟基板用作光学组件而获得。此外，还可以将背光等用作光源。
为了提高显示设备的运动图像特性，可以采用以下驱动技术：将用于形成表面光源的多个LED(发光二极管)光源或多个EL光源用作背光，并且表面光源的每个光源在一个帧时段内以脉冲的方式单独地驱动。作为表面光源，可以使用三种或更多种LED，以及可以使用发射白光的LED。由于多个LED能够单独地控制，因而LED的发光时序能够与液晶层在其下进行光学调整的时序同步。根据这种驱动技术，LED能够部分关闭；因此，能够降低功耗，特别是在显示大部分显示为黑色的图像的情况下。
由于显示设备中的晶体管容易由于静电等而击穿，因而优选地将保护性电路设置于与像素部分或驱动电路部分相同的基板之上。例如，保护性电路优选地以包括上述氧化物半导体层的非线性元件来形成。例如，保护性电路能够设置于像素部分与扫描信号输入端子及图像信号输入端子之间。此外，保护性电路包括彼此并行地布置的的非线性元件，扫描信号线在它们之间。非线性元件包括两端子元件(例如，二极管)或三端子元件(例如，晶体管)。例如，非线性元件能够通过与像素部分中的晶体管相同的工艺来形成，并且与二极管的特性类似的特性能够通过使非线性元件的栅极与漏极连接而获得。
如上所述，本实施例的显示设备具有其中驱动电路和像素形成于同一基板上的结构。当该结构被采用时，驱动电路和像素能够以相同的工艺来形成，由此能够降低制造成本。
注意，本实施例能够适当地与任意其它实施例结合或由其所代替。
(实施例6)
在本实施例中，将描述设置有以上实施例的显示设备的电子设备。
在本实施例中的电子设备的结构实例将参照图10A到10F来描述。图10A到10F示出了本实施例的电子设备的结构实例。
图10A所示的电子设备是个人数字助理。图10A所示的个人数字助理至少包括显示部分1001。图10A所示的个人数字助理能够与例如触摸面板结合，并且能够用作多种便携式对象的替换。例如，显示部分1001设置有操作部分1002，从而能够将个人数字助理用作移动电话。注意，操作部分1002并不一定设置于显示部分1001内。图10A所示的个人数字助理可以设置有另加的操作按钮。图10A所示的个人数字助理能够用作记事本或便携扫描器。此外，以上实施例所描述的显示设备还能够实现在写入操作之间的长间隔，因为一个图像数据写入的显示时段是长的。因此，例如，通过将以上实施例所描述的显示设备用于图10A所示的个人数字助理，即使在长时间地观看显示部分上的静止图像时也能够抑制眼睛疲劳。
图10B所示的电子设备是包括例如自动导航系统的信息引导终端。图10B所示的信息引导终端至少包括显示部分1101，并且还能够包括操作按钮1102和外部输入端子1103。车内温度变化很大程度上与车外空气温度一致，并且有时会超过50℃。由于因以上实施例所描述的显示设备的温度所致的特性变化是小的，因而以上实施例所描述的显示设备在温度变化大的环境(例如，汽车的内部)中是特别有效的。
图10C所示的电子设备是个人笔记本电脑。图10C所示的个人笔记本电脑包括外壳1201、显示部分1202、扬声器1203、LED灯1204、指点装置1205、连接端子1206和键盘1207。此外，以上实施例所描述的显示设备能够在写入操作之间实现长的间隔，因为一次图像-数据写入的显示时段是长的。因此，例如，通过将以上实施例所描述的显示设备用于图10C所示的个人笔记本电脑，即使在长时间地观看显示部分上的静止图像时也能够抑制眼睛疲劳。
图10D所示的电子设备是便携式游戏机。图10D所示的便携式游戏机包括显示部分1301、显示部分1302、扬声器1303、连接端子1304、LED灯1305、麦克风1306、记录介质读取部分1307、操作按钮1308和传感器1309。以上实施例所描述的显示设备能够在写入操作之间实现长的间隔，因为一次图像-数据写入的显示时段是长的。因此，例如，通过将以上实施例所描述的显示设备用于图10D所示的便携式游戏机，即使在长时间地观看显示部分上的静止图像时也能够抑制眼睛疲劳。此外，还能够在显示部分1301和显示部分1302上显示不同的图像；例如，在它们中的一个上显示运动图像，而在另一个上显示静止图像。因此，能够停止对静止图像显示于其内的显示部分中的驱动电路供应电压，从而能够降低功耗。
图10E所示的电子设备是电子书阅读器。图10E所示的电子书阅读器至少包括外壳1401、外壳1403、显示部分1405、显示部分1407和铰链1411。
外壳1401和外壳1403以铰链1411来连接。图10E所示的电子书阅读器能够通过将铰链1411用作轴来打开和关合。以该结构，电子书阅读器能够像纸质书那样操作。显示部分1405被并入外壳1401内，而显示部分1407被并入外壳1403内。显示部分1405和显示部分1407可以显示不同的图像，或者可以在显示部分1405和显示部分1407上显示一个图像。在不同的图像显示于显示部分1405和显示部分1407上的结构中，例如，右侧显示部分(图10E中的显示部分1405)能够显示文本，而左侧显示部分(图10E中的显示部分1407)能够显示图像。
另外，图10E所示的电子书阅读器可以设置有用于外壳1401或外壳1403的操作部分等。例如，图10E所示的电子书阅读器可以包括电源按钮1421、操作键1423和扬声器1425。在图10E所示的电子书阅读器中，页面能够以操作键1423来翻转。此外，图10E所示的电子书阅读器可以设置有用于显示部分1405和/或显示部分1407的键盘、指点装置等。而且，可以将外部连接端子(耳机端子、USB端子、可与诸如AC适配器或USB线之类的多种电缆连接的端子)、存储介质插入部分等设置于图10E所示的电子书阅读器的外壳1401和外壳1403的背表面或侧表面上。此外，图10E所示的电子书阅读器可以具有电子字典的功能。
以上实施例所描述的显示设备能够设置用于显示部分1405和/或显示部分1407。此外，以上实施例所描述的显示设备能够在写入操作之间实现长的间隔，因为一次图像-数据写入的显示时段是长的。因此，例如，通过将以上实施例所描述的显示设备用于图10E所示的电子书阅读器，即使在长时间地观看显示部分上的静止图像时也能够抑制眼睛疲劳。
图10E所示的电子书阅读器可以通过无线方式来传输和接收数据。以该结构，电子书阅读器能够具有能够用以从电子书服务器上购买并下载所期望的图书数据等的功能。
图10F所示的电子设备是显示器。图10F所示的显示器包括外壳1501、显示部分1502、扬声器1503、LED灯1504、操作按钮1505、连接端子1506、传感器1507、麦克风1508及支架底座1509。此外，以上实施例所描述的显示设备能够在写入操作之间实现长的间隔，因为一次图像-数据写入的显示时段是长的。因此，例如，通过将以上实施例所描述的显示设备用于图10F所示的显示器，即使在长时间地观看显示部分上的静止图像时也能够抑制眼睛疲劳。
本实施例的电子设备可以具有包括太阳能电池的电源电路、用于改变电压(即，太阳能电池的输出)的储能设备以及用于将在储能设备内变化的电压转换成适用于电路的相应电压的DC转换器。因此，不需要外部电源，并因而电子设备即使位于没有外部电源的地方也能够长时间地使用，从而能够提高方便性。作为储能设备，能够使用例如锂离子二次电池、锂离子电容器、双电层电容器、电化学电容器(redox capacitor)等中的一个或多个。例如，能够将锂离子二次电池和锂离子电容器一起使用，由此能够形成能够进行高速充电或放电的且能够长时间供应电功率的储能设备。储能设备并不限制于锂离子二次电池。作为储能设备，可以使用其中将别的碱金属离子、碱土金属离子等用作迁移离子的二次电池。对锂离子电容器也没有限制。作为储能设备，可以使用其中将别的碱金属离子、碱土金属离子等用作迁移离子的电容器。
在本实施例的电子设备中，显示部分可以具有触摸面板功能。触摸面板功能能够通过将触摸面板单元安装于显示部分上或者通过为像素设置光学检测电路来添加。
通过将以上实施例所描述的显示设备应用于电子设备的显示部分，能够提供具有低功耗的电子设备。
注意，本实施例能够适当地与任意其它实施例结合或由其所代替。
附图标记说明
31：晶体管，32：晶体管，33：晶体管，34：晶体管，35：晶体管，36：晶体管，37：晶体管，38：晶体管，39：晶体管，40：晶体管，41：晶体管，101：驱动电路部分，101a：第一驱动电路，101b：第二驱动电路，102：像素部分，102_K：像素，201：驱动电路部分，201a：CPU，201b：显示控制电路，201c：扫描信号线驱动电路，201d：图像信号线驱动电路，202：像素部分，202_K：像素，203：扫描信号线，204：图像信号线，205：晶体管，206：光源部分，211a：接口，211b：参考时钟信号生成电路，211c：计数电路；211d：锁存电路，211e：存储器电路，211f：运算电路，211g：输出电路，221：晶体管，222：液晶元件，223：电容器，311：时段，312：时段，400a：基板，400b：基板，400c：基板，400d：基板，401a：导电层，401b：导电层，401c：导电层，401d：导电层，402a：绝缘层，402b：绝缘层，402c：绝缘层，402d：绝缘层，403a：氧化物半导体层，403b：氧化物半导体层，403c：氧化物半导体层，403d：氧化物半导体层，405a：导电层，405b：导电层，405c：导电层，405d：导电层，406a：导电层，406b：导电层，406c：导电层，406d：导电层，407a：氧化物绝缘层，407c：氧化物绝缘层，409a：保护绝缘层，409b：保护绝缘层，409c：保护绝缘层，427：绝缘层，447：绝缘层，530：氧化物半导体膜，1001：显示部分，1002：操作部分，1101：显示部分，1102：操作按钮，1103：外部输入端，1201：外壳，1202：显示部分，1203：扬声器，1204：LED灯，1205：指点装置，1206：连接端子，1207：键盘，1301：显示部分，1302：显示部分，1303：扬声器，1304：连接端子，1305：LED灯，1306：麦克风，1307：记录介质读取部分，1308：操作按钮，1309：传感器，1401：外壳，1403：外壳，1405：显示部分，1407：显示部分，1411：铰链，1421：电源按钮，1423：操作键，1425：扬声器，1501：外壳，1502：显示部分，1503：扬声器，1504：LED灯，1505：操作按钮，1506：连接端子，1507：传感器，1508：麦克风，1509：支架底座，4001：基板，4005：密封剂，4006：基板，4008：液晶层，4012：晶体管，4014：晶体管，4015：导电层，4016：导电层，4017：液晶元件，4018：FPC，4019：各向异性导电层，4020：绝缘层，4021：绝缘层，4024：绝缘层，4025：平坦化层，4030：导电层，4031：导电层，4032：绝缘层，4033：绝缘层，4035：绝缘层。
本申请基于在2010年2月26日提交日本专利局的日本专利申请序列号2010-041544，在此以提及方式将全文并入本专利申请。
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