JP5058046B2 - Display device with built-in optical sensor - Google Patents
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Description
Translated fromJapanese本発明は、表示画面への指押しの検出に適用可能な光センサを各画素部に備えた光センサ内蔵表示装置に関する。 The present invention relates to a display device with a built-in optical sensor provided with a photosensor applicable to detection of a finger press on a display screen in each pixel portion.
特許文献１には、光電変換素子として非晶質シリコンＴＦＴ（ＴＦＴ：薄膜トランジスタ）を用いた２次元光センサを有する光センサ内蔵表示装置が開示されている。この表示装置は、液晶表示部の画素と光センサ部の画素とを一致させ、液晶駆動用ＴＦＴと光センサ用ＴＦＴの各々のゲート絶縁膜／チャネル層の積層構造を同時に形成することを特徴とするものである。またＴＦＴアレイ基板の各画素内には、液晶駆動用ＴＦＴと、光センサ用ＴＦＴと、蓄積容量とが設けられている。また液晶表示部の周辺回路（走査回路など）は、ＴＦＴアレイ基板の外部回路として備えられている。
また特許文献２には、光電変換素子を内蔵したＴＦＴアレイ基板を有する光センサ内蔵表示装置が開示されている。この表示装置は、透明基板上に、多結晶半導体層を含む活性層を有する表示用ＴＦＴ（即ち多結晶シリコンＴＦＴ）と、光電変換層が非晶質シリコン膜で構成された光電変換素子（即ち非晶質シリコンＴＦＴ）とを備えており、前記多結晶シリコンＴＦＴの活性層の下層に形成された非晶質シリコン膜と、前記光電変換素子の前記非晶質シリコン膜とを同一工程で形成することを特徴とするものである。またＴＦＴアレイ基板の各画素内には、前記表示用ＴＦＴと、前記光電変換素子と、補助容量電極と、蓄積容量電極とが設けられている。
一般に、上記の様な光センサ内蔵表示装置の当該光センサ（光電変換素子）は、表示画面への指押しの検出（タッチセンサ）に使用される。この場合のタッチセンサの検出方式には、下記の２つの方式がある。１つは、表示画面から射光されるバックライト光の指での反射光を当該光電変換素子で検出する方式（反射方式）である。もう１つは、外部から表示画面に入射する外光（例えば太陽光）が指で遮光されたことを当該光電変換素子で検出する方式（遮光方式）である。 Generally, the optical sensor (photoelectric conversion element) of the display device with a built-in optical sensor as described above is used for detection of a finger press on the display screen (touch sensor). In this case, there are the following two methods for detecting the touch sensor. One is a method (reflection method) in which reflected light from a finger of backlight light emitted from the display screen is detected by the photoelectric conversion element. The other is a method (light-shielding method) in which the photoelectric conversion element detects that external light (for example, sunlight) incident on the display screen from the outside is shielded by a finger.
しかし従来の光センサ内蔵表示装置では、上記の様に光電変換素子として非晶質シリコンＴＦＴのみを使用しているので、下記（１）（２）の問題があった。 However, since the conventional photosensor built-in display device uses only the amorphous silicon TFT as the photoelectric conversion element as described above, there are the following problems (1) and (2).
（１）反射方式の場合は、バックライト光の輝度が低く設定されると、光センサの検出精度が低下する。この改善策として、補助光源を備えて、バックライト光に補助光源からの補助光を重ねることで、指での反射光の輝度を高くして、光センサの検出精度を向上させる事が考えられる。 (1) In the case of the reflection method, when the brightness of the backlight light is set low, the detection accuracy of the optical sensor is lowered. As an improvement measure, it is conceivable to provide an auxiliary light source and superimpose the auxiliary light from the auxiliary light source on the backlight light, thereby increasing the brightness of the reflected light from the finger and improving the detection accuracy of the optical sensor. .
しかし従来では、上記の様に光電変換素子として非晶質シリコンＴＦＴのみを使用しているので、可視光しか検出できない。そのため、補助光を可視光にする必要があり、そうすると、補助光によりバックライト光が強められ、実質的にバックライト光の輝度を低く設定できなくなる（即ち表示画面の輝度設定に影響を与えずに光センサの検出精度を向上できない）という問題があった。 However, conventionally, since only an amorphous silicon TFT is used as a photoelectric conversion element as described above, only visible light can be detected. For this reason, it is necessary to make the auxiliary light visible, and the backlight light is strengthened by the auxiliary light, and the luminance of the backlight light cannot be set substantially low (that is, the luminance setting of the display screen is not affected). However, the detection accuracy of the optical sensor cannot be improved.
（２）遮光方式の場合は、従来では、上記の様に光電変換素子として非晶質シリコンＴＦＴのみを使用しており、可視光しか検出できないので、光電変換素子により、バックライト光の表示装置内部での反射光が検出され、太陽光だけを正確に検出できず、タッチセンサの検出精度が低下するという問題があった。 (2) In the case of the light shielding method, conventionally, only an amorphous silicon TFT is used as a photoelectric conversion element as described above, and only visible light can be detected. There is a problem in that reflected light inside is detected, and only sunlight is not accurately detected, and the detection accuracy of the touch sensor is lowered.
また光電変換素子は、非晶質シリコンＴＦＴで構成されるので、その光感度の安定性が悪く、その光感度が動作時のストレスによって時間と共に変化し、光センサの検出精度が低下するという問題があった。 In addition, since the photoelectric conversion element is composed of amorphous silicon TFTs, the stability of the photosensitivity is poor, the photosensitivity changes with time due to stress during operation, and the detection accuracy of the photosensor decreases. was there.
また、ＴＦＴとして非晶質シリコンＴＦＴのみを用いたＴＦＴアレイ基板では、一般に非晶質シリコンＴＦＴの移動度は小さいので、その非晶質シリコンＴＦＴを用いて、液晶表示部の周辺回路（光センサ信号読出回路や走査回路など）をＴＦＴアレイ基板上に形成できない。従って、周辺回路を外部回路として備える必要がある。そのため、回路規模が増大するという問題や、実装工程での歩留の低下により製造コストが増大するという問題があった。 Moreover, in a TFT array substrate using only amorphous silicon TFTs as TFTs, the mobility of amorphous silicon TFTs is generally small, so that peripheral circuits (optical sensors) of a liquid crystal display unit are used by using the amorphous silicon TFTs. Signal readout circuit, scanning circuit, etc.) cannot be formed on the TFT array substrate. Therefore, it is necessary to provide a peripheral circuit as an external circuit. For this reason, there has been a problem that the circuit scale is increased and a manufacturing cost is increased due to a decrease in yield in the mounting process.
他方、特許文献２では、ＴＦＴアレイ基板上に多結晶シリコンＴＦＴが設けられており、一般に多結晶シリコンＴＦＴの移動度は大きいので、その多結晶シリコンＴＦＴを用いて、周辺回路をＴＦＴアレイ基板上に形成できる。そのため、上記の回路規模の増大や製造コストの問題を解決できる。 On the other hand, in
しかしながら、特許文献２では、多結晶シリコンＴＦＴの下層に非晶質シリコン膜が形成されるので、非晶質シリコン膜は、多結晶シリコンＴＦＴの製造工程の影響を受ける。即ち多結晶シリコンＴＦＴの製造工程では、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜の形成時に４００℃以上の加熱工程があるため、この加熱工程により非晶質シリコン膜中の水素が離脱し、欠陥準位が増加し、非晶質シリコン膜の光感度が低下するという問題があった。 However, in
また液晶表示装置では、一般的にカラーフィルタ基板を前面側に配置し、ＴＦＴアレイ基板をバックライト側に配置することが多い。しかし、例えば特許文献２の様にトップゲート構造の光電変換用ＴＦＴの場合には、ＴＦＴアレイ基板を前面側に配置する必要がある。そのため、外光がＴＦＴアレイ基板上の配線やＴＦＴの電極で反射し、その反射光により表示特性が低下するという問題があった。 Further, in a liquid crystal display device, in general, a color filter substrate is generally arranged on the front side, and a TFT array substrate is often arranged on the backlight side. However, in the case of a photoelectric conversion TFT having a top gate structure as in
また上記（２）の問題と類似するが、光電変換層に非晶質シリコン膜を用いて、可視光の中心となる５５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域の光を受光できる様にすることで、高感度の光電変換素子を得ることができる。しかし、太陽光の様な可視光と近赤外光とを含む光だけを検出できないので、上記の遮光方式の場合には、バックライト光の影響を受けや易くなり、光センサのＳ／Ｎ比が低下する（即ち誤動作を引き起こす）という問題があった。 Although similar to the problem (2) above, it is possible to receive light in a wavelength band of 550 nm to 600 nm, which is the center of visible light, by using an amorphous silicon film for the photoelectric conversion layer, thereby achieving high sensitivity. Can be obtained. However, since only light including visible light and near-infrared light such as sunlight cannot be detected, in the case of the above-described light shielding method, it is easily affected by backlight light, and the S / N of the optical sensor is increased. There is a problem that the ratio is lowered (that is, it causes a malfunction).
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであり、第１に、表示画面の輝度設定に影響を与えずに光センサの検出精度を向上できる光センサ内蔵表示装置を提供すること、第２に、太陽光の様な可視光と近赤外光とを含む光だけを検出できる光内蔵用表示装置を提供すること、第３に、回路規模の増大を防止し且つ製造コストを低減できる光内蔵用表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. First, a display device with a built-in photosensor that can improve the detection accuracy of the photosensor without affecting the luminance setting of the display screen. Second, providing a display device with built-in light that can detect only light including visible light and near infrared light such as sunlight, and thirdly, preventing an increase in circuit scale It is another object of the present invention to provide a display device with a built-in light that can reduce the manufacturing cost.
上記課題を解決する為に、本発明の第１の形態は、ＴＦＴ（ＴＦＴ：薄膜トランジスタ）アレイ基板の各画素部に、微結晶シリコンＴＦＴで構成された画素駆動用ＴＦＴと、微結晶シリコンＴＦＴ（即ち近赤外光の入射でオン駆動するＴＦＴ）で構成された第１の光電変換用ＴＦＴと、非晶質シリコンＴＦＴ（即ち可視光の入射でオン駆動するＴＦＴ）で構成され、前記第１の光電変換用ＴＦＴと並列接続された第２の光電変換用ＴＦＴと、を備えるものである。 In order to solve the above-described problems, a first embodiment of the present invention is a pixel driving TFT composed of a microcrystalline silicon TFT and a microcrystalline silicon TFT ( That is, it is composed of a first photoelectric conversion TFT composed of a TFT that is turned on by the incidence of near infrared light and an amorphous silicon TFT (that is, a TFT that is turned on by the incidence of visible light). And a second photoelectric conversion TFT connected in parallel with the photoelectric conversion TFT.
また本発明の第２の形態は、ＴＦＴアレイ基板の各画素部に、微結晶シリコンＴＦＴで構成された画素駆動用ＴＦＴと、微結晶シリコンＴＦＴで構成された第１の光電変換用ＴＦＴと、非晶質シリコンＴＦＴで構成され、前記第１の光電変換用ＴＦＴと直列接続された第２の光電変換用ＴＦＴと、を備えるものである。 According to a second embodiment of the present invention, each pixel portion of the TFT array substrate includes a pixel driving TFT configured with a microcrystalline silicon TFT, a first photoelectric conversion TFT configured with a microcrystalline silicon TFT, And a second photoelectric conversion TFT configured by an amorphous silicon TFT and connected in series with the first photoelectric conversion TFT.
本発明の第１の形態によれば、可視光だけでなく近赤外光も検出できる。これにより、バックライト光（可視光）に近赤外光を重ねることで、バックライト光の輝度調整（即ち表示画面の輝度調整）に影響を与えずに光センサの検出精度を向上できる。 According to the first embodiment of the present invention, not only visible light but also near infrared light can be detected. Thereby, the near-infrared light is superimposed on the backlight light (visible light), so that the detection accuracy of the optical sensor can be improved without affecting the brightness adjustment of the backlight light (that is, the brightness adjustment of the display screen).
本発明の第２の形態によれば、太陽光の様に可視光と近赤外光とを含む光だけを検出できる。これにより、太陽光を利用して指押しの際の指影を検出する場合に、指影の検出の誤動作を防止できる。 According to the 2nd form of this invention, only the light containing visible light and near-infrared light like sunlight can be detected. Thereby, when detecting the finger shadow at the time of finger pressing using sunlight, malfunction of detection of a finger shadow can be prevented.
実施の形態１．
＜全体構成＞
この実施の形態に係る光センサ内蔵表示装置４０は、例えば、表示画面への指押しの検出に使用される光センサを各画素部に備えた液晶表示装置である。
<Overall configuration>
The
この光センサ内蔵表示装置４０のＴＦＴアレイ基板４０ａは、図１および図２の様に、透明基板１上に、微結晶シリコンＴＦＴで構成された第１の光電変換用ＴＦＴ２０と、非晶質シリコンＴＦＴで構成された第２の光電変換用ＴＦＴ２１と、周辺回路（光センサ信号読出用ＴＦＴ２２や走査回路等）と、画素駆動用ＴＦＴ１２とを備えて構成される。第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１により上記の光センサが構成されている。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
より詳細には、ガラス基板等の透明基板１上に、金属膜から成るゲート電極２ａ（２ａ−１，２ａ−２），２ｂがパターン形成されている。透明基板１の上面全面には、ゲート電極２ａ，２ｂを被覆する様に、シリコン窒化膜またはシリコン窒化膜から成るゲート絶縁膜３が形成されている。 More specifically,
各ゲート電極２ａ−１，２ａ−２，２ｂ上にはそれぞれ、絶縁膜３を介して、微結晶シリコン膜から成るＴＦＴ用チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃが形成されている。各チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃの上面の両側部分上には、リンを不純物として添加したｎ型微結晶シリコン膜から成るオーミックコンタクト層５が形成されている。 On each
各チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃの上面の両側のオーミックコンタクト層５のうち、一方のオーミックコンタクト層５上には、ソース電極７ａ，７ｃ，７ｅが形成されており、他方のオーミックコンタクト層５上には、ドレイン電極７ｂ，７ｄ，７ｆが形成されている。ソース電極７ｂとドレイン電極７ｃは、互いに接続されている。 Of the
また透明基板１の上面全面には、絶縁膜３、ソース電極７ａ，７ｃ，７ｅ、ドレイン電極７ｂ，７ｄ，７ｆおよびチャネル層４ａ，４ｂ，４ｃを被覆する様に、透明な絶縁部材から成る保護膜８が形成されている。 Further, the entire upper surface of the
保護膜８の中には、一部のチャネル層４ｂ上に間隔を空けて対向配置する様に、非晶質シリコン膜からなるチャネル層１１が形成されている。このチャネル層１１は、その下面の両側にそれぞれコンタクト部ｃ１，ｃ２を有しており、その一方のコンタクト部ｃ１を介してソース電極７ｃおよびその下層のオーミック層５に接続され、その他方のコンタクト部ｃ２を介してドレイン電極７ｄおよびその下層のオーミックコンタクト層５に接続されている。 A
保護膜８上には、透明電極から成る画素電極９ａ（９ａ−１，９ａ−２），９ｂがパターン形成されている。画素電極９ａの部分９ａ−１（以後、画素電極９ａ−１と呼ぶ）は、チャネル層１１上に保護膜８を介して対向配置している。画素電極９ａの部分９ａ−２（以後、画素電極９ａ−２と呼ぶ）は、その下面にコンタクト部ｃ４，ｃ５を有し、それら各コンタクト部ｃ４，ｃ５を介してドレイン電極７ｄ，ゲート電極２ｂに接続されている。画素電極９ｂは、その下面にコンタクト部ｃ３を有し、そのコンタクト部ｃ３を介してドレイン電極７ｆに接続されている。 On the
また透明基板１上には、データ配線１４（図１，図２）、光センサ信号読出配線１８、ゲート配線１５（図４）およびコモン配線１６が形成されている。データ配線１４には、ソース電極７ｅが接続されている。光センサ信号読出配線１８には、ソース電極７ａが接続されている。ゲート配線１５には、ゲート電極２ａ−１，２ａ−２が接続されている。コモン配線１６には、ドレイン電極７ｄが接続されている。 On the
またコモン配線１６とドレイン電極７ｆとの間には、画素電荷保持容量１３（図４）が形成されており、コモン電極１６とソース電極９ｃとの間には、光センサ用電荷保存容量２４（図４参照）が形成されており、ゲート電極７ｆには、画素部液晶容量２５（図４）が形成されている。 A pixel charge storage capacitor 13 (FIG. 4) is formed between the
この構成により、ゲート電極２ａ−１，ソース電極７ａ，ドレイン電極７ｂおよびチャネル層４ａにより微結晶シリコンＴＦＴが構成され、その微結晶シリコンＴＦＴにより光センサ信号読出用ＴＦＴ２２が構成されている。またゲート電極２ａ−２，ソース電極７ｅ，ドレイン電極７ｆおよびチャネル層４ｃにより微結晶シリコンＴＦＴが構成され、その微結晶シリコンＴＦＴにより画素駆動用ＴＦＴ１２が構成されている。 With this configuration, the
またゲート電極２ｂ，ソース電極７ｃ，ドレイン電極７ｄおよびチャネル層４ｂにより微結晶シリコンＴＦＴが構成され、その微結晶シリコンＴＦＴにより、チャネル層４ｂによる近赤外光の吸収によりオン駆動する第１の光電変換用ＴＦＴ２０が構成されている。また画素電極（ゲート電極）９ａ−１，ソース電極７ｃ，ドレイン電極７ｄおよびチャネル層１１により非晶質シリコンＴＦＴが構成され、その非晶質シリコンＴＦＴにより、チャネル層１１による可視光の吸収によりオン駆動する第２の光電変換用ＴＦＴ２１が構成されている。 The
また第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１は、それらのドレイン電極７ｄ同士、それらのソース電極７ｃ同士、それらのゲート電極２ｂ，９ａ−１同士が相互接続されて、互いに並列接続されている。 The first and second
また微結晶シリコンＴＦＴで構成された第１の光電変換用ＴＦＴ２０が基板１上に配置され、その第１の光電変換用ＴＦＴ２０のチャネル層４ｂの上方に、非晶質シリコンＴＦＴで構成された第２の光電変換用ＴＦＴ２１が配置されている。 A first
また光センサ信号読出用ＴＦＴ２２のドレイン電極７ｂと、第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１のソース電極７ｃとが接続されることで、光センサ信号読出用ＴＦＴ２２が第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１に直列接続されている。 Further, the
尚、透明基板１上の周縁には、光センサ信号読出用ＴＦＴ３２等と同様の構造の微結晶シリコンＴＦＴで構成された垂直走査回路３５（図４）、および第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１と同様の構造の微結晶シリコンＴＦＴおよび非晶質シリコンＴＦＴで構成された光センサ回路３７が配設されている。 A vertical scanning circuit 35 (FIG. 4) composed of microcrystalline silicon TFTs having the same structure as the photosensor signal readout TFT 32 and the like and the first and second photoelectric conversion circuits are provided on the periphery of the
尚、この様に構成されたＴＦＴアレイ基板４０ａの前面（ＴＦＴ側の面）上には、液晶パネル部が形成される。 A liquid crystal panel portion is formed on the front surface (TFT side surface) of the
この光センサ内蔵表示装置４０は、図５の様に、上記のＴＦＴアレイ基板４０ａと、ＴＦＴアレイ基板４０ａの前面（ＴＦＴ側の面）側に配置されたカラーフィルター基板４０ｂと、ＴＦＴアレイ基板４０ａの裏面側に配置された導光板４０ｃと、導光板４０ｃの一方の端面に対向配置されたバックライト光源４０ｄと、導光板４ｃの他方の端面に対向配置された補助光源４０ｅとを備えて構成される。バックライト光源４０ｄは、ＴＦＴアレイ基板４０ａの液晶パネル部を照らし出すためのバックライト光（可視光）を発光する。補助光源４０ｅは、第１の光電変換用ＴＦＴ２０のチャネル層４ｂが吸収可能な波長帯域（例えば約７００ｎｍ〜９００ｎｍ）の近赤外光（補助光）を発光する。 As shown in FIG. 5, the optical sensor built-in
この構成により、バックライト光源４０ｄからのバックライト光は、導光板４０ｄ内を導光して導光板４０ｄの前面から射出して、ＴＦＴアレイ基板４０ａおよびカラーフィルター基板４０ｂを透過して照らし出さす。 With this configuration, the backlight light from the
また補助光源４０ｅからの近赤外光は、導光板４０ｄ内を導光して導光板４０ｄの前面から射出して、ＴＦＴアレイ基板４０ａのゲート電極２ａ，２ｂ間を通過してＴＦＴアレイ基板４０ａおよびカラーフィルター基板４０ｂを透過して、カラーフィルター基板４０ｂの前面側に射出する。 The near-infrared light from the auxiliary
そしてその照らし出されたバックライト光またはその射出された近赤外光は、カラーフィルター基板４０ｂの前面を指押しする人の当該指５５で反射して、再びカラーフィルター基板４０ｂおよびＴＦＴアレイ基板４０ａを透過して、ＴＦＴアレイ基板４０ａ内の第１または第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１のチャネル層４ｂ，１１に入射して吸収される。この反射光の吸収により、その反射光を吸収した第１または第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１がオン駆動し、このオン駆動により、カラーフィルター基板４０ｂの前面への当該指押しが検知される。尚この場合、強いバックライト光を用いる場合は、補助光源４０ｅを消灯しても良い。これにより消費電力を低減できる。 The illuminated backlight light or the emitted near-infrared light is reflected by the
尚、図６の様に、補助光源４０ｅをカラーフィルタ基板４０ｅの前面側に配置し、前面側からカラーフィルタ基板４０ｂおよびＴＦＴアレイ基板４０ａを透過して第１および第２の光センサ用ＴＦＴ２０，２１のチャネル層４ｂ，１１に入射する、補助光源４０ｅからの近赤外光および太陽光等の外光が指５５で遮光されか否かを、第１および第２の光センサ用ＴＦＴ２０，２１で検出する（即ち指５５の指影を検出する）ことで、カラーフィルタ基板４０ｂの前面への指押しを検出しても良い。尚この場合、外光が有る場合は、補助光源４０ｅを省略し、その外光を補助光の代わりに利用しても良い。 As shown in FIG. 6, the auxiliary
＜ＴＦＴアレイ基板４０ａの等価回路図＞
図３は、ＴＦＴアレイ基板４０ａの等価回路およびその周囲回路（走査回路など）を示した図であり、図４は、図３の画素部分３９の拡大図である。<Equivalent circuit diagram of
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the
このＴＦＴアレイ基板４０ａの等価回路は、図３の様に、縦横に間隔を空けて配置されたデータ配線１４、ゲート配線１５、コモン配線１６および光センサ信号配線１８と、垂直走査回路３５と、光センサ回路３７とを備えている。尚、図３中の符号３６は、外付けの水平走査回路であり、符号３８は、外付けの光センサ回路である。 As shown in FIG. 3, the equivalent circuit of the
各配線１４，１５，１６，１８で区画された各領域３９が画素部である。ＴＦＴアレイ基板４０ａの各画素部３９には、図４の様に、第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１と、光センサ信号読出用ＴＦＴ２２と、画素駆動用ＴＦＴ１２と、画素電荷保持容量１３と、光センサ用電荷保持容量２４と、画素部液晶容量２５とが備えられている。 Each
前述の通り、第１の光電変換用ＴＦＴ２０、光センサ信号読出用ＴＦＴ２２および画素駆動用ＴＦＴ１２はそれぞれ、微結晶シリコンＴＦＴで構成され、第２の光電変換用ＴＦＴ２１は、非晶質シリコンＴＦＴで構成されている。 As described above, the first
画素駆動用ＴＦＴ１２は、そのゲート電極２ａ−２がゲート配線１５に接続され、そのソース電極７ｅがデータ配線１４に接続され、そのドレイン電極７ｆが画素電荷保持容量１３を介してコモン配線１６に接続されて配設されている。また画素駆動用ＴＦＴ１２のドレイン電極７ｆには、画素部液晶容量２５が接続されている。 The
第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１は、それらのドレイン電極７ｄが相互接続されてコモン電極１６に接続され、それらのソース電極７ｃが相互接続されて光センサ用電荷保持容量２４を介してコモン配線１６に接続され、それらのゲート電極２ｂ，９ａ−１およびそれらのドレイン電極７ｄが相互接続されてコモン配線１６に接続されて配設されている。 In the first and second
光センサ信号読出用ＴＦＴ２２は、そのゲート電極２ａ−１がゲート配線１５に接続され、そのソース電極７ａが光センサ信号配線１８に接続され、そのドレイン電極７ｂが、第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１のドレイン電極７ｃに接続されて配設されている。 The photosensor
画素電荷保持容量１３は、画素電極９ｂ（図２）に蓄積された電荷を保持し、画素駆動用ＴＦＴ１２のゲート電極２ａ−２に印加される電圧の低下を防止する目的で設けられている。 The pixel
光センサ回路３７は、マルチプレクサ回路等からなる回路であり、光電変換用ＴＦＴ２０，２１と同様の構造の微結晶シリコンＴＦＴおよび非晶質シリコンＴＦＴで構成されている。尚、光センサ回路３８は、電荷や電流を検出する検出回路等からなる回路である。光センサ回路３７，３８により、各光センサ信号配線１８を通じて各画素部３９の光電変換用ＴＦＴ２０，２１から出力される光センサ信号が検知される。 The
垂直走査回路３５は、光センサ信号読出用ＴＦＴ３２等と同様の構造の微結晶シリコンＴＦＴで構成されている。この垂直走査回路３５は、例えば、各ゲート電極１５に対して上から順に１つずつ電圧を印加して、各ＴＦＴ１２，２２のゲート電極２ａ−２，２ａ−１に駆動電圧を印加する。また水平走査回路３６は、例えば、画像信号に基づき各データ配線１４を選択的に低電位源に接続して、画素駆動用ＴＦＴ１２のソース電極７ｅを低電位源に接続する。 The
この構成により、各画素部３９の画素駆動用ＴＦＴ１２は、そのゲート電極２ａ−２に駆動電圧が垂直走査回路３５により印加されると共に、そのソース電極７ｅが水平走査回路３６により低電位源に接続されると、オン駆動する。 With this configuration, the driving voltage is applied to the
また各画素部３９の第１の光電変換用ＴＦＴ２０は、そのチャネル層４ｂに近赤外光が入射すると、オン駆動する。また各画素部３９の第２の光電変換用ＴＦＴ２１は、そのチャネル層１１に可視光が入射すると、オン駆動する。 The first
そして垂直走査回路３５により、光センサ信号読出用ＴＦＴ２２のゲート電極２ａ−１に駆動電圧が印加されて光センサ信号読出用ＴＦＴ２２がオン駆動した状態で、第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１の少なくとも一方がオン駆動すると、光センサ信号配線１８からの電流が、光センサ信号として、当該オン駆動した光電変換用ＴＦＴ２０，２１および光センサ信号読出用ＴＦＴ２２を通じてコモン配線１６に流れる。そして、この光センサ信号が光センサ回路３７，３８により検知されることで、カラーフィルター基板４０ｂの前面への指押しが検出される。 Then, the
＜第１の光電変換用ＴＦＴ２０のチャネル層４ｂの光吸収特性の最適化＞
図７は、微結晶シリコン膜および非晶質シリコン膜の各々の波長と吸収係数との関係を示したグラフである。図８は、微結晶シリコン膜および非晶質シリコン膜の各々の波長と光電変換効率（量子化効率）との関係を示したグラフである。<Optimization of light absorption characteristics of
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the wavelength and the absorption coefficient of each of the microcrystalline silicon film and the amorphous silicon film. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the wavelength of each of the microcrystalline silicon film and the amorphous silicon film and the photoelectric conversion efficiency (quantization efficiency).
図７および図８から、微結晶シリコン膜は、非晶質シリコン膜とは異なり、補助光源４０ｅから発光される７００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長帯域の近赤外光にも十分な感度を有している事が分かる。 7 and 8, unlike the amorphous silicon film, the microcrystalline silicon film has sufficient sensitivity to near-infrared light in the wavelength band of 700 nm to 850 nm emitted from the auxiliary
ここで留意すべき点は、一般に、微結晶シリコン膜は、その結晶サイズが大きくなる程にバンドギャップは小さくなる反面、その膜厚が厚くなる程に吸収係数が小さくなる傾向があると言うことである。この観点から、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長帯域の近赤外光に対する吸収係数が十分な値となる微結晶シリコン膜（即ち、光電変換用ＴＦＴ２０のチャネル層４ｂに適した微結晶シリコン膜）としては、結晶サイズが５ｎｍ〜５０ｎｍ（換言すれば、その結晶粒径が１００ｎｍ以下）であり、且つ光学的バンドギャップが、図３を参照して、上記の波長帯域内の最小エネルギに相当する約１．４ｅＶの微結晶シリコン膜である事が分かる。 It should be noted that, in general, the microcrystalline silicon film has a tendency that the absorption coefficient tends to decrease as the film thickness increases while the band gap decreases as the crystal size increases. It is. From this point of view, as a microcrystalline silicon film (that is, a microcrystalline silicon film suitable for the
更に、結晶シリコン相と非晶質相とのラマン分光の信号強度比（Ｉｃ／Ｉａ）が３〜１０程度、換言すれば、微結晶シリコン膜の非晶質領域と結晶領域との比率が１／１０〜１／５程度の微結晶シリコン膜であることが望ましい。そして、光学的バンドギャップおよびラマン分光の信号強度比を、光センサとして要求される分光感度特性に合わせて調整することが望ましい。 Further, the signal intensity ratio (Ic / Ia) of Raman spectroscopy between the crystalline silicon phase and the amorphous phase is about 3 to 10, in other words, the ratio of the amorphous region to the crystalline region of the microcrystalline silicon film is 1. A microcrystalline silicon film of about / 10 to 1/5 is desirable. Then, it is desirable to adjust the signal intensity ratio of the optical band gap and Raman spectroscopy in accordance with the spectral sensitivity characteristics required for the optical sensor.
この様な微結晶シリコン膜は、例えば、平行平板型プラズマＣＶＤ装置において、Ｈ2ガスとＳｉＨ4ガスとの流量比を１０以上とし、プラズマの放電条件である圧力や投入電力、あるいは基板温度や電極間距離を調整することで、作成できる。特に、Ｈ2ガスとＳｉＨ4ガスとの流量比１２０、圧力８００Ｐａ、基板温度３００℃に調整することで、所望の微結晶シリコン膜を作成できる。または、Ｈ2ガスの代わりにＡｒガスや、ＳｉＨ4の代わりにＳｉＦ4等のガスを用いても良い。更に、平行平板型プラズマＣＶＤ装置の代わりに誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を用いても、良好な微結晶シリコン膜を作成できる。Such a microcrystalline silicon film has a flow rate ratio of H2 gas to SiH4 gas of 10 or more in a parallel plate type plasma CVD apparatus, for example, pressure or input power, plasma temperature, substrate temperature, It can be created by adjusting the distance between the electrodes. In particular, a desired microcrystalline silicon film can be formed by adjusting the flow ratio of H2 gas and SiH4 gas to 120, the pressure of 800 Pa, and the substrate temperature of 300 ° C. Alternatively, Ar gas may be used instead of H2 gas, and gas such as SiF4 may be used instead of SiH4 . Furthermore, even if an inductively coupled plasma CVD apparatus is used instead of the parallel plate type plasma CVD apparatus, a good microcrystalline silicon film can be formed.
尚、リンを不純物として添加した微結晶シリコン膜（オーミックコンタクト層）５の代わりに非晶質シリコン膜を用いても、同等の効果が得られる。 Even if an amorphous silicon film is used instead of the microcrystalline silicon film (ohmic contact layer) 5 doped with phosphorus as an impurity, the same effect can be obtained.
以上の様に構成された光センサ内蔵表示装置４０によれば、ＴＦＴアレイ基板４０ａの各画素部に、微結晶シリコンＴＦＴ（即ち近赤外光の入射でオン駆動するＴＦＴ）で構成された第１の光電変換用ＴＦＴ２０と、非晶質シリコンＴＦＴ（即ち可視光の入射でオン駆動するＴＦＴ）で構成され、第１の光電変換用ＴＦＴ２０と並列接続された第２の光電変換用ＴＦＴ２１とを備えるので、可視光だけでなく近赤外光も検出できる。これにより、バックライト光（可視光）に近赤外光を重ねることで、バックライト光の輝度調整（即ち表示画面の輝度調整）に影響を与えずに光センサの検出精度を向上できる。 According to the
また可視光だけでなく近赤外光も検出できるので、暗い場所では、人に視認されない近赤外光により指押しを検出でき、他方、明るい場所では、近赤外を使用しないで、外光やバックライト光により指押しを検出できるため、消費電力の削減も可能になる。 Since not only visible light but also near-infrared light can be detected, finger pressing can be detected by near-infrared light that is not visible to humans in dark places, while outside light can be detected without using near-infrared light in bright places. Since the finger press can be detected by the backlight and the power, the power consumption can be reduced.
また微結晶シリコンＴＦＴは、その移動度が非晶質シリコンＴＦＴの移動度よりも３〜５倍高いので、スイッチング特性に優れている。従って、上記の様に第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１を同一基板上に備えることで、可視光から紫外光までの広い感度を持つと共にスイッチング特性に優れた光センサをＴＦＴアレイ基板４０ａ上に形成できる。このため、高性能な光センサを搭載したＴＦＴアレイ基板４０ａを実現できる。 Microcrystalline silicon TFTs have excellent switching characteristics because their mobility is 3 to 5 times higher than that of amorphous silicon TFTs. Therefore, by providing the first and second
光センサ信号読出用ＴＦＴ２２が微結晶シリコンＴＦＴで構成されるので、光センサ信号読出用ＴＦＴ２２をＴＦＴアレイ基板４０ａの各画素部に備えることができ、これにより回路規模の増大を防止でき、且つ実装工程での歩留を増加できて製造コストを低減できる。 Since the optical sensor
第１の光電変換用ＴＦＴ２０は、透明基板１上にゲート電極２ｂが形成され、その上にゲート絶縁膜３を介してチャネル層４ｂが形成されたボトムゲート構造に構成されるので、従来のトップゲート構造と異なり、外光がＴＦＴアレイ基板４０ａ上のＴＦＴの電極で反射する事を防止でき、表示品質の低下を防止できる。 The first
第２の光電変換用ＴＦＴ２１は、そのチャネル層１１が第１の光電変換用ＴＦＴ２０のチャネル層４ｂ上に絶縁層（ここでは保護膜８）を介して形成され、そのゲート電極９ａ−１がそのチャネル層１１上に絶縁層（ここでは保護膜８）を介して形成されるので、即ち第２の光電変換用ＴＦＴ２１は第１の光電変換用ＴＦＴ２０の上方に形成されるので、素子の配置面積を低減でき、画素の開口率の減少を防止できる。 The
また第２の光電変換用ＴＦＴ２１のチャネル層（非晶質シリコン層）１１は、第１の光電変換用ＴＦＴ２０のゲート絶縁膜３の上方に形成されるので、第１の光電変換用ＴＦＴ２０の製造工程の影響を受ける事を防止できる。 Further, since the channel layer (amorphous silicon layer) 11 of the second
また画素電極９ａ−１，９ａ−１，２ｂは透明電極により形成されるので、画素電極９ａ−１，９ａ−１，２ｂにより第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１のチャネル層４ｂ，１１への入射光が遮光される事を防止できる。 Since the
実施の形態２．
この実施の形態では、図１および図２に基づき、実施の形態１のＴＦＴアレイ基板４０ａの製造方法を説明する。
In the present embodiment, a method for manufacturing the
先ず、透明基板１上にスパッタ法等で金属膜を形成し、その金属膜を写真製版工程によりパターニングして、ゲート電極２ａ，２ｂ、ゲート配線１５（図３）およびコモン配線１６（図３）をパターン形成する。 First, a metal film is formed on the
次に、透明基板１の上面全面に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、上記のゲート電極２ａ，２ｂ、ゲート配線１５およびコモン配線１６を被覆する様に、ゲート絶縁膜３に成るシリコン窒化膜を２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の厚みで形成し、更にその上に、チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃに成る微結晶シリコン膜を１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の厚みで形成し、更にその上に、オーミックコンタクト層５に成る、リンを不純物として添加した微結晶シリコン膜（以後、リンドープ微結晶シリコン膜と呼ぶ）を３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の厚みで形成する。 Next, a silicon nitride film serving as the
そして上記の形成した微結晶シリコン膜およびリンドープ微結晶シリコン膜をパターニングして、チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃをパターン形成する。尚、この状態では、上記のリンドープ微結晶シリコン膜は、各チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃの上面全面に形成されたままである。 Then, the above-formed microcrystalline silicon film and phosphorus-doped microcrystalline silicon film are patterned to form
そして透明基板１の上面全面に、ゲート絶縁膜３、チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃおよび上記のリンドープ微結晶シリコン膜を被覆する様に、スパッタ法等で金属膜を形成し、その金属膜をパターニングして、ソース電極７ａ，７ｃ，７ｄ、ドレイン電極７ｂ，７ｄ，７ｅ、データ配線１４（図３）および光センサ信号配線１８（図３）をパターン形成する。 Then, a metal film is formed on the entire upper surface of the
そして上記のリンドープ微結晶シリコン膜を、各チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃの上面の両側部分上の部分だけを残してエッチング除去して（バックチャネルエッチ）、オーミックコンタクト層５をパターン形成する。 Then, the above-mentioned phosphorus-doped microcrystalline silicon film is removed by etching (back channel etch) leaving only portions on both side portions of the upper surfaces of the
そして透明基板１の上面全面に、ゲート絶縁膜３、チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃおよびオーミックコンタクト層５を被覆する様に、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜により、先ず保護膜８の下半層だけを形成する。 Then, only the lower half layer of the
そして保護膜８の前記下半層の上面に、オーミックコンタクト層５に達する様にコンタクトホールｈａを形成する。そして保護膜８の前記下半層の上面全面に、コンタクトホールｈａ内に充填する様に、チャネル層１１に成る非晶質シリコン膜を形成する。そしてその非晶質シリコン膜を、チャネル層４ｂ上の部分だけを残す様にパターニングして、チャネル層１１をパターン形成する。 A contact hole ha is formed on the upper surface of the lower half layer of the
尚、コンタクトホールｈａの形成後、コンタクトホールｈａの内面に対して、リンまたはホスフィンによるプラズマ処理を行うことで、各コンタクト部ｃ１，ｃ２と各電極７ｃ，７ｄとのコンタクトを改善できる。 Incidentally, after the contact hole ha is formed, the contact between the contact portions c1 and c2 and the
そして保護膜８の前記下半層の上面全面に、チャネル層１１を被覆する様に、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜により保護膜８の上半層を形成して、保護膜８を完成させる。 Then, the upper half layer of the
そして保護膜８の上面に、ドレイン電極７ｄ，７ｆまたはゲート電極２ｂに達する様に各コンタクトホールｈｂを形成する。そして保護膜８の上面全面に、コンタクトホールｈｂ内に充填する様に、透明電極から成る画素電極９ａ（９ａ−１，９ａ−２），９ｂをパターン形成する。この様にしてＴＦＴアレイ基板４０ａが製造される。 Then, each contact hole hb is formed on the upper surface of the
実施の形態３．
実施の形態１では、第２の光電変換用ＴＦＴ２１は、そのチャネル層１１が第１の光電変換用ＴＦＴ２０のチャネル層４ｂ上に保護膜８を介して形成され、そのゲート電極９ａ−１がそのチャネル層１１上に保護膜８を介して（即ち保護膜８の上面上に）形成される様に設けられた。この構造では、第２の光電変換用ＴＦＴ２１のチャネル層１１は、保護膜８を介して第１の光電変換用ＴＦＴ２０のチャネル層４ｂと対向するので、第２の光電変換用ＴＦＴ２１のバックゲートが制御し難くなる。
In
そこで、この実施の形態では、図９および図１０の様に、第２の光電変換用ＴＦＴ２１は、そのゲート電極９ａ−１が第１の光電変換用ＴＦＴ２０のチャネル層４ｂ上に保護膜８を介して形成され、そのチャネル層１１がそのゲート電極９ａ−１に保護膜８を介して（即ち保護膜８の上面上に）形成される様に設けられている。これにより、第２の光電変換用ＴＦＴ２１のバックゲート制御が可能になり、オフ電流が小さく、良好な光電変換特性を得られる。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the second
尚この実施の形態では、画素電極９ａ−２，９ｂは、ゲート電極（画素電極）９ａ−１と同一工程で形成されているので、ゲート電極９ａ−１と共に保護膜８内に形成されている。尚、他の部分は、実施の形態１と同様である。 In this embodiment, since the
実施の形態４．
この実施の形態では、図９および図１０に基づき、実施の形態３の場合のＴＦＴアレイ基板４０ａＢの製造方法を説明する。
In the present embodiment, a method for manufacturing the TFT array substrate 40aB in the case of the third embodiment will be described with reference to FIGS.
保護膜８の下半層を形成するまでは、実施の形態２の製造方法と同じである。そしてその保護膜８の前記下半層の上面に、ソース電極７ｄ，７ｆまたはゲート電極２ｂに到達する様に各コンタクトホールｈｂを形成する。そして保護膜８の前記下半層の上面上に、それら各コンタクトホールｈｂを充填する様に、透明電極から成る画素電極９ａ（９ａ−１，９ａ−２），９ｂをパターン形成する。そして保護膜８の前記下半層の上面全面に、画素電極９ａ，９ｂを被覆する様に保護膜８の上半層を形成して、保護膜８を完成させる。そして保護膜８の上面に、ソース電極７ｃ，ドレイン電極７ｄに達する各コンタクトホールｈａを形成する。そして保護膜８の上面に、各コンタクトホールｈａを充填する様に、非晶質シリコン膜から成るチャネル層５をパターン形成する。この様にしてＴＦＴアレイ基板４０ａＡを製造する。 The manufacturing method of the second embodiment is the same until the lower half layer of the
実施の形態５．
実施の形態１，３では、第１の光電変換用ＴＦＴ２０と、第２の光電変換用ＴＦＴ２１とを互いに並列接続したが、この実施の形態では、第１の光電変換用ＴＦＴ２０と、第２の光電変換用ＴＦＴ２１とを互いに直列接続する。以下、図１１〜図１３に基づき、この実施の形態の場合のＴＦＴアレイ基板４０ａＣについて説明する。
In the first and third embodiments, the first
＜全体構成＞
この実施の形態に係る光センサ内蔵表示装置４０のＴＦＴアレイ基板４０ａＣは、図１１および図１２の様に構成されている。即ち、ガラス基板等の透明基板１上に、金属膜から成るゲート電極２ａ（２ａ−１，２ａ−２），２ｂがパターン形成されている。透明基板１の上面全面には、ゲート電極２ａ，２ｂを被覆する様に、シリコン窒化膜またはシリコン窒化膜から成るゲート絶縁膜３が形成されている。<Overall configuration>
The TFT array substrate 40aC of the
また各ゲート電極２ａ−１，２ａ−２，２ｂ上にはそれぞれ、絶縁膜３を介して、微結晶シリコン膜から成るチャネル層４ａ，４ｂ，４ｃが形成されている。各チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃの上面の両側部分上には、リンを不純物として添加したｎ型微結晶シリコン膜から成るオーミックコンタクト層５が形成されている。 On the
また各チャネル層４ａ，４ｂ，４ｃの上面の両側のオーミックコンタクト層５のうち、一方のオーミックコンタクト層５上には、ソース電極７ａ，７ｄ，７ｅが形成されており、他方のオーミックコンタクト層５上には、ドレイン電極７ｂ，７ｃ，７ｆが形成されている。
また透明基板１の上面全面には、絶縁膜３、ソース電極７ａ，７ｄ，７ｅ，ドレイン電極７ｂ，７ｃ，７ｆおよびチャネル層４ａ，４ｂ，４ｃを被覆する様に、透明な絶縁部材から成る保護膜８が形成されている。 Further, the entire upper surface of the
また保護膜８の中には、透明電極から成る画素電極９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅが形成されている。画素電極９ｂは、その下面にコンタクト部ｃ３が形成されており、そのコンタクト部ｃ３を介してドレイン電極７ｆに接続されている。画素電極９ｃは、その下面にコンタクト部ｃ１２が形成されており、そのコンタクト部ｃ１２を介してドレイン電極７ｂに接続されている。画素電極９ｅは、その下面にコンタクト部ｃ８，ｃ９が形成されており、その一方のコンタクト部ｃ８を介してゲート電極２ｂに接続されており、その他方のコンタクト部ｃ９を介してドレイン電極７ｃに接続されている。画素電極９ｄは、チャネル層４ｂ上に保護膜８を介して形成されている。また画素電極９ｄは、その下面の一方側にコンタクト部ｃ７が形成されており、そのコンタクト部ｃ７を介してソース電極７ｄに接続されている。 In the
また保護膜８の上面上には、非晶質シリコン膜からなるチャネル層１１が形成されている。チャネル層１１の部分１１ａ（以後、チャネル層１１ａと呼ぶ）は、画素電極９ｄ上に保護膜８を介して形成されている。チャネル層１１の部分１１ｂ（以後、チャネル層１１ｂと呼ぶ）は、画素電極９ｃ上に保護膜８を介して形成されている。チャネル層１１ａは、その下面にコンタクト部ｃ１１が形成されており、そのコンタクト部ｃ１１を介して画素電極９ｄに接続されている。またチャネル層１１ｂは、その下面にコンタクト部ｃ１２が形成されており、そのコンタクト部ｃ１２を介して画素電極９ｃに接続されている。 A
また透明基板１上には、データ配線１４（図１３）、光センサ信号読出配線１８（図１３）、ゲート配線１５（図１３）およびコモン配線１６（図１３）が形成されている。データ配線１４には、ソース電極７ｅが接続されている。光センサ信号読出配線１８には、ソース電極７ａが接続されている。ゲート配線１５には、ゲート電極２ａ−１，２ａ−２が接続されている。コモン配線１６には、ゲート電極２ｂおよびドレイン電極７ｃが接続されている。 On the
またコモン配線１６とドレイン電極７ｆとの間には、画素電荷保持容量１３（図１３）が形成されており、コモン電極１６とソース電極９ｃとの間には、光センサ用電荷保存容量２４（図１３）が形成されている。 A pixel charge storage capacitor 13 (FIG. 13) is formed between the
この構成により、ゲート電極２ａ−２，ソース電極７ｅ，ドレイン電極７ｆおよびチャネル層４ｃにより微結晶シリコンＴＦＴが構成され、その微結晶シリコンＴＦＴにより画素駆動用ＴＦＴ１２が構成されている。この画素駆動用ＴＦＴ１２は、図１３の様に、そのゲート電極２ａ−２がゲート電極１５に接続され、そのソース電極７ｅがデータ配線１４に接続され、そのドレイン電極７ｆが画素電荷保存容量１３を介してコモン配線１６に接続されて配設されている。 With this configuration, the
またゲート電極２ａ−１，ソース電極７ａ，ドレイン電極７ｂおよびチャネル層４ａにより微結晶シリコンＴＦＴが構成され、その微結晶シリコンＴＦＴにより光センサ信号読出用ＴＦＴ２２が構成されている。この光センサ信号読出用ＴＦＴ２２は、図１３の様に、そのゲート電極２ａ−１がゲート電極１５に接続され、そのソース電極７ａが光センサ信号配線１８に接続され、そのドレイン電極７ｂが第２の光電変換用ＴＦＴ２１のソース電極９ｃに接続されて配設されている。 The
またゲート電極２ｂ，ドレイン電極７ｃ，ソース電極７ｄおよびチャネル層４ｂにより微結晶シリコンＴＦＴが構成され、その微結晶シリコンＴＦＴにより第１の光電変換用ＴＦＴ２０が構成されている。この第１の光電変換用ＴＦＴ２０は、図１３の様に、そのゲート電極２ｂおよびそのドレイン電極７ｃがコモン配線１６に接続され、そのソース電極７ｄが第２の光電変換用ＴＦＴ２１のドレイン電極９ｄ−２に接続されて配設されている。 The
またゲート電極（画素電極９ｄの部分）９ｄ−１、ドレイン電極（画素電極９ｄの部分）９ｄ−２，ソース電極（画素電極）９ｃおよびチャネル層１１（１１ａおよび１１ｂ）により非晶質シリコンＴＦＴが構成され、その非晶質シリコンＴＦＴにより第２の光電変換用ＴＦＴ２１が構成されている。この第２の光電変換用ＴＦＴ２１は、図１３の様に、そのゲート電極９ｄ−１およびそのドレイン電極９ｄ−２が第１の光電変換用ＴＦＴ２０のソース電極７ｄに接続され、そのソース電極９ｃが光センサ信号読出用ＴＦＴ２２のドレイン電極７ｂに接続されると共に光センサ用電荷保存容量２４を介してコモン配線１６に接続されて配設されている。 The gate electrode (
この様に、この実施の形態では、第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１は、互いに直列接続されて配設されている。 Thus, in this embodiment, the first and second
この構成により、この実施の形態では、直走査回路３５（図３）により、光センサ信号読出用ＴＦＴ２２のゲート電極２ａ−１に駆動電圧が印加されて光センサ信号読出用ＴＦＴ２２がオン駆動した状態で、チャネル層４ｂに近赤外光が入射して第１の光電変換用ＴＦＴ２０がオン駆動すると共に、チャネル層１１に可視光が入射して第２の光電変換用ＴＦＴ２１がオン駆動すると、例えば、光センサ信号配線１８からの電流が、光センサ信号として、オン駆動した光電変換用ＴＦＴ２０，２１を通じてコモン配線１６に流れる。 With this configuration, in this embodiment, the direct scanning circuit 35 (FIG. 3) applies a driving voltage to the
この様に、第１の光電変換用ＴＦＴ（微結晶シリコンＴＦＴ）２０と、第２の光電変換用ＴＦＴ（非晶質シリコンＴＦＴ）２１とを直列接続することで、太陽光の様な可視光と近赤外光とを含む光が入射した場合のみ、その光が光センサにより検出される。 In this way, the first photoelectric conversion TFT (microcrystalline silicon TFT) 20 and the second photoelectric conversion TFT (amorphous silicon TFT) 21 are connected in series, so that visible light such as sunlight is visible. Only when light including near infrared light is incident, the light is detected by the optical sensor.
これにより、例えばタッチセンサとして、図６の様に、太陽光を利用して指押しの際の指影を第１および第２の光センサ用ＴＦＴ２０，２１で検出して、カラーフィルタ基板４０ｂの前面への指押しを検出する場合、光センサを、可視光だけの入射や近赤外光だけの入射には反応させず、太陽光（可視光と近赤外光とを含む光）の入射だけに反応させる事ができ、バックライト光（可視光）の表示装置内部での反射光等の太陽光以外の光による誤動作を防止できる。 Thereby, as shown in FIG. 6, for example, as shown in FIG. 6, the finger shadow when the finger is pressed is detected by the first and
また図５の様にバックライト光（可視光）と補助光（近赤外光）とを重ねてカラーフィルタ基板４０ｂを照らし出す場合、指押しの際の指５５で反射される反射光は、バックライト光と補助光とを含む光である。即ちバックライト光だけの反射光や補助光だけの反射光は、指押しの際の指５５での反射によるものではない。そのため、上記の様に、可視光と近赤外光とが同時に入射する場合のみ、その光が検出される様にすることで、図５の場合においても、カラーフィルタ基板４０ｂの前面の指押しだけを正しく検出でき、誤動作を防止できる。 Further, as shown in FIG. 5, when the backlight (visible light) and auxiliary light (near infrared light) are overlapped to illuminate the
実施の形態６．
この実施の形態に係る光センサ内蔵表示装置は、図１４の様に、実施の形態１，３における第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１を互いに並列接続した場合（図４）の画素部３９（３９Ａ）と、実施の形態５における第１および第２の光電変換用ＴＦＴ２０，２１を互いに直列接続した場合（図１２）の画素部３９（３９Ｂ）とを縦横に交互に配置して、ＴＦＴアレイ基板４０ａＤを構成したものある。尚、上記の様に交互にしなくても、ＴＦＴアレイ基板４０ａＤの各画像部のうち、所定の画素部を画素部３９Ａとし、他の画素部を画素部２９Ｂとしても良い。Embodiment 6 FIG.
As shown in FIG. 14, the display device with a built-in photosensor according to this embodiment has a pixel when the first and second
この様に並列接続の光電変換用ＴＦＴ２０，２１と直列接続の光電変換用ＴＦＴ２０，２１との両方を配置することで、実施の形態１，３，５の効果を得る。即ち外光（太陽光の様な可視光と近赤外光とを含む光）が有る場合は、直列接続の光電変換用ＴＦＴ２０，２１により、当該外光以外の光（バックライト光など）の反射光の影響を受けずに高感度で指影（従って指押し）を検出でき、他方、外光が無い場合には、並列接続の光電変換用ＴＦＴ２０，２１により、高感度にバックライト光または補助光（近赤外光）の指での反射光を検出できる（従って指押しを検出できる）。 The effects of the first, third, and fifth embodiments can be obtained by arranging both the parallel-connected
また、一般にタッチセンサに要求される分可能は１ｍｍ程度であるが、この様に並列接続の光電変換用ＴＦＴと直列接続の光電変換用ＴＦＴとを各画素毎に交互に配設しても、十分な分解能が得られる。 In general, the required amount of the touch sensor is about 1 mm. In this way, even if the parallel-connected photoelectric conversion TFTs and the series-connected photoelectric conversion TFTs are alternately arranged for each pixel, Sufficient resolution can be obtained.
１ 透明基板、２ａ，２ａ−１，２ａ−２，２ｂ ゲート電極、３ ゲート絶縁膜、４ａ，４ｂ，４ｃ チャネル層（微結晶シリコン膜）、５ オーミックコンタクト層、７ａ〜７ｆ ソース電極またはドレイン電極、８ 保護膜、９ａ〜９ｅ，９ｄ−１，９ｄ−２ 画素電極、１１ａ，１１ａ−１，１１ａ−２，１１ｂ チャネル層（非晶質シリコン膜）、１２ 画素駆動用ＴＦＴ、１３ 画素電荷保持容量、１４ データ配線、１５ ゲート配線、１６ コモン配線、１８ 光センサ信号配線、２０ 第１の光電変換用ＴＦＴ、２１ 第２の光電変換用ＴＦＴ、２４ 光センサ用電荷保持容量、２５ 画素部液晶容量、３５ 垂直走査回路、３６ 外付け水平走査回路、３７ 光センサ回路、３８ 外付け光センサ回路、３９，３９Ａ，３９Ｂ 画素部、４０ 光センサ内蔵表示装置、４０ａ，４０ａＢ，４０ａＣ，４０ａＤ ＴＦＴアレイ基板、４０ｂ カラーフィルター基板、４０ｃ 導光板、４０ｄ バックライト光源、４０ｅ 補助光源、ｃ１〜ｃ５，ｃ７〜ｃ９，ｃ１１，ｃ１２ コンタクト部、ｈａ，ｈｂ コンタクトホール。 DESCRIPTION OF
Claims (13)
Translated fromJapanese微結晶シリコンＴＦＴで構成された画素駆動用ＴＦＴと、
微結晶シリコンＴＦＴで構成された第１の光電変換用ＴＦＴと、
非晶質シリコンＴＦＴで構成され、前記第１の光電変換用ＴＦＴと並列接続された第２の光電変換用ＴＦＴと、
を備えることを特徴とする光センサ内蔵表示装置。In each pixel portion of the TFT (TFT: thin film transistor) array substrate,
A pixel driving TFT composed of a microcrystalline silicon TFT;
A first photoelectric conversion TFT composed of a microcrystalline silicon TFT;
A second photoelectric conversion TFT composed of an amorphous silicon TFT and connected in parallel with the first photoelectric conversion TFT;
A display device with a built-in optical sensor.
微結晶シリコンＴＦＴで構成された画素駆動用ＴＦＴと、
微結晶シリコンＴＦＴで構成された第１の光電変換用ＴＦＴと、
非晶質シリコンＴＦＴで構成され、前記第１の光電変換用ＴＦＴと直列接続された第２の光電変換用ＴＦＴと、
を備えることを特徴とする光センサ内蔵表示装置。In each pixel portion of the TFT (TFT: thin film transistor) array substrate,
A pixel driving TFT composed of a microcrystalline silicon TFT;
A first photoelectric conversion TFT composed of a microcrystalline silicon TFT;
A second photoelectric conversion TFT composed of an amorphous silicon TFT and connected in series with the first photoelectric conversion TFT;
A display device with a built-in optical sensor.
微結晶シリコンＴＦＴで構成され、同じ画素部内の前記第１または第２の光電変換用ＴＦＴと直列接続された光センサ信号読出用ＴＦＴを更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ内蔵表示装置。In each pixel portion of the TFT array substrate,
3. The photosensor signal readout TFT, which is composed of a microcrystalline silicon TFT and is connected in series with the first or second photoelectric conversion TFT in the same pixel portion, is further provided. The display device with a built-in optical sensor.
透明基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して形成されたチャネル層と、
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ内蔵表示装置。The first photoelectric conversion TFT is:
A gate electrode formed on a transparent substrate;
A channel layer formed on the gate electrode through a gate insulating film;
The display device with a built-in optical sensor according to claim 1, further comprising:
微結晶シリコンＴＦＴで構成された画素駆動用ＴＦＴと、
微結晶シリコンＴＦＴで構成された第１の光電変換用ＴＦＴと、
非晶質シリコンＴＦＴで構成され、前記第１の光電変換用ＴＦＴと並列接続された第２の光電変換用ＴＦＴとを備え、
前記ＴＦＴアレイ基板の各画素部のうちの他の画素部に、
微結晶シリコンＴＦＴで構成された画素駆動用ＴＦＴと、
微結晶シリコンＴＦＴで構成された第３の光電変換用ＴＦＴと、
非晶質シリコンＴＦＴで構成され、前記第３の光電変換用ＴＦＴと直列接続された第４の光電変換用ＴＦＴと、
を備えることを特徴とする光センサ内蔵表示装置。In a predetermined pixel portion of each pixel portion of a TFT (TFT: thin film transistor) array substrate,
A pixel driving TFT composed of a microcrystalline silicon TFT;
A first photoelectric conversion TFT composed of a microcrystalline silicon TFT;
A second photoelectric conversion TFT composed of an amorphous silicon TFT and connected in parallel with the first photoelectric conversion TFT;
In the other pixel portions of the pixel portions of the TFT array substrate,
A pixel driving TFT composed of a microcrystalline silicon TFT;
A third photoelectric conversion TFT composed of a microcrystalline silicon TFT;
A fourth photoelectric conversion TFT composed of an amorphous silicon TFT and connected in series with the third photoelectric conversion TFT;
A display device with a built-in optical sensor.
微結晶シリコンＴＦＴで構成され、同じ画素部内の前記第１または第２の光電変換用ＴＦＴと直列接続された光センサ信号読出用ＴＦＴを更に備え、
前記ＴＦＴアレイ基板の前記他の画素部に、
微結晶シリコンＴＦＴで構成され、同じ画素部内の前記第３または第４の光電変換用ＴＦＴと直列接続された光センサ信号読出用ＴＦＴを更に備えることを特徴とする請求項８に記載の光センサ内蔵表示装置。In the predetermined pixel portion of the TFT array substrate,
Further comprising a photosensor signal readout TFT composed of a microcrystalline silicon TFT and connected in series with the first or second photoelectric conversion TFT in the same pixel portion;
In the other pixel portion of the TFT array substrate,
9. The optical sensor according to claim 8, further comprising an optical sensor signal readout TFT configured by a microcrystalline silicon TFT and connected in series with the third or fourth photoelectric conversion TFT in the same pixel portion. Built-in display device.
透明基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して形成されたチャネル層と、
を備えることを特徴とする請求項８に記載の光センサ内蔵表示装置。The first and third photoelectric conversion TFTs are respectively
A gate electrode formed on a transparent substrate;
A channel layer formed on the gate electrode through a gate insulating film;
The display device with a built-in optical sensor according to claim 8.
前記第４の光電変換用ＴＦＴは、そのチャネル層が前記第３の光電変換用ＴＦＴの前記チャネル層上に絶縁層を介して形成され、そのゲート電極がそのチャネル層上に絶縁層を介して形成されることを特徴とする請求項１０に記載の光センサ内蔵表示装置。The channel layer of the second photoelectric conversion TFT is formed on the channel layer of the first photoelectric conversion TFT via an insulating layer, and the gate electrode is formed on the channel layer via the insulating layer. Formed,
The channel layer of the fourth photoelectric conversion TFT is formed on the channel layer of the third photoelectric conversion TFT via an insulating layer, and the gate electrode is formed on the channel layer via the insulating layer. The display device with a built-in optical sensor according to claim 10, which is formed.
前記第４の光電変換用ＴＦＴは、そのゲート電極が前記第３の光電変換用ＴＦＴの前記チャネル層上に絶縁層を介して形成され、そのチャネル層がそのゲート電極上に絶縁層を介して形成されることを特徴とする請求項１０に記載の光センサ内蔵表示装置。The gate electrode of the second photoelectric conversion TFT is formed on the channel layer of the first photoelectric conversion TFT via an insulating layer, and the channel layer is formed on the gate electrode via an insulating layer. Formed,
The gate electrode of the fourth photoelectric conversion TFT is formed on the channel layer of the third photoelectric conversion TFT via an insulating layer, and the channel layer is formed on the gate electrode via the insulating layer. The display device with a built-in optical sensor according to claim 10, which is formed.
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