CN102460734B - 光电晶体管以及具备该光电晶体管的显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种光电晶体管，其源极电极和栅极电极设为彼此相同的电位，具备：透明电极，其以与沟道区域重叠的方式形成于层间绝缘膜的表面；以及刷新控制部，其在透明电极与栅极电极以及源极电极之间施加电压，由此使蓄积于沟道区域的透明电极侧部分的电荷减少。

Description

光电晶体管以及具备该光电晶体管的显示装置
技术领域
本发明涉及光电晶体管以及具备该光电晶体管的显示装置。
背景技术
近年来，触摸面板装置作为设备的输入装置被关注。触摸面板装置一般已知有例如电阻膜方式、光学方式等。另外，以往已知：例如在液晶显示面板上层叠触摸面板装置，构成带触摸面板的液晶显示装置，但具有厚度变大的问题。因此，已知如下情况：为了实现装置整体的薄型化，通过在液晶显示面板中设置多个光传感器，由此液晶显示面板本身也具有触摸面板的功能。光传感器包括例如光电晶体管等。
在具有上述触摸面板的功能的液晶显示面板中，在不被遮光的区域中，电流在光传感器中流动，另一方面，在用户的手指等接触体接触而被遮光的区域中，电流不在光传感器中流动。利用该情况来探测接触位置(触摸位置)。
但是，在光电晶体管等光传感器中具有如下问题：其特性由于使用而经时劣化，传感器灵敏度降低。
在专利文献1中公开了如下液晶显示装置：其具备背光源和亮度调整用的光源，检测使背光源或者亮度调整用的光源单独地点亮的情况下的发光亮度，取得各光源的发光亮度之比，基于该亮度比的值的比较，调整(校正)对背光源提供的驱动电流的电流值来控制发光亮度。由此，即使是背光源的发光特性、光传感器的受光特性劣化的情况，也适当地维持显示光的亮度。另一方面，在专利文献2中公开了如下情况：在具备所谓的双栅型光电晶体管的图像读取装置中，在复位动作时对顶栅电极施加脉冲电压，另一方面，在读取动作时对底栅电极施加高电平的偏置电压。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2007-250252号公报
专利文献2：特开2002-259955号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，上述专利文献1和2所记载的光传感器对受光特性的经时劣化本身未进行任何改善的对策。
因此，在专利文献1的液晶显示装置中具有如下问题：为了适当维持显示光的亮度，另外需要亮度调整用的光源。另外，在专利文献2所记载的光电晶体管中，所检测的传感器精度降低不可避免。
本发明是鉴于这样的各点而完成的，其目的在于能良好地维持光电晶体管的受光特性。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，在本发明中，通过设置透明电极和刷新控制部，使蓄积于沟道区域的上述透明电极侧部分的电荷减少。
具体地，第1发明以光电晶体管为对象，上述光电晶体管具备：栅极电极，其形成于绝缘性基板上；栅极绝缘膜，其覆盖上述栅极电极；半导体层，其形成于上述栅极绝缘膜的表面，具有与上述栅极电极相对的沟道区域；源极电极和漏极电极，其分别覆盖上述半导体层的一部分；以及层间绝缘膜，其覆盖上述半导体层的沟道区域、上述源极电极以及漏极电极。并且，其特征在于，上述源极电极和上述栅极电极设为彼此相同的电位，具备：透明电极，其以与上述沟道区域重叠的方式形成于上述层间绝缘膜的表面；以及刷新控制部，其在上述透明电极与上述栅极电极以及源极电极之间施加电压，由此使蓄积于上述沟道区域的上述透明电极侧部分的电荷减少。
在第1发明中，当透射过透明电极的光射入半导体层的沟道区域时，在该半导体层中产生反偏置而使电流流动。通过检测该电流，能以规定的受光特性探测受光量。但是，该受光特性伴随使用而经时劣化。认为这是由于在沟道区域的透明电极侧部分蓄积了电荷。因此，在本发明中，利用刷新控制部在透明电极与栅极电极以及源极电极之间施加电压，由此使蓄积于沟道区域的透明电极侧部分的电荷减少。其结果是，能良好地维持光电晶体管的受光特性。
第2发明的特征在于，在上述第1发明中，上述刷新控制部在使上述电荷减少时在上述透明电极与上述栅极电极、上述源极电极以及漏极电极之间施加电压。
在第2发明中，利用上述刷新控制部不仅在透明电极与栅极电极以及源极电极之间，而且在透明电极与漏极电极之间也施加电压，所以能更有效地减少上述沟道区域的透明电极侧部分中的电荷。
第3发明的特征在于，在上述第1或者第2发明所记载的光电晶体管中，上述刷新控制部每隔规定时间施加一次上述电压。
在第3发明中，使基于上述刷新控制部的电压施加每隔规定时间进行一次，所以能更适当地将光电晶体管的受光特性维持为良好。
另外，第4发明的对象为显示装置，该显示装置具备多个光电晶体管，构成为利用该光电晶体管检测显示画面中的接触体的触摸位置。上述光电晶体管具备：栅极电极，其形成于绝缘性基板上；栅极绝缘膜，其覆盖上述栅极电极；半导体层，其形成于上述栅极绝缘膜的表面，具有与上述栅极电极相对的沟道区域；源极电极和漏极电极，其分别覆盖上述半导体层的一部分；以及层间绝缘膜，其覆盖上述半导体层的沟道区域、上述源极电极以及漏极电极。并且，其特征在于，上述源极电极和上述栅极电极设为彼此相同的电位，具备：透明电极，其以与上述沟道区域重叠的方式形成于上述层间绝缘膜的表面；以及刷新控制部，其在上述透明电极与上述栅极电极以及源极电极之间施加电压，由此使蓄积于上述沟道区域的上述透明电极侧部分的电荷减少。
在第4发明中，当接触体与显示画面接触时，在其触摸位置(接触位置)外界光被接触体遮挡，所以电流在设于该触摸位置的光电晶体管中流动。通过检测该电流，能以规定的受光特性探测受光量。如上所述，该光电晶体管的受光特性经时劣化，但在本发明中，利用刷新控制部在透明电极与栅极电极以及源极电极之间施加电压，由此使蓄积于沟道区域的透明电极侧部分的电荷减少。其结果是，能良好地维持光电晶体管的受光特性。
第5发明的特征在于，在上述第4发明中，上述刷新控制部在使上述电荷减少时在上述透明电极与上述栅极电极、上述源极电极以及漏极电极之间施加电压。
在第5发明中，利用上述刷新控制部不仅在透明电极与栅极电极以及源极电极之间，而且在透明电极与漏极电极之间也施加电压，所以能更有效地减少上述沟道区域的透明电极侧部分的电荷。
第6发明的特征在于，在上述第4或者第5发明中，上述刷新控制部每隔规定时间施加一次上述电压。
在第6发明中，使基于上述刷新控制部的电压施加每隔规定时间进行一次，所以能更适当地良好地维持光电晶体管的受光特性。
第7发明的特征在于，在上述第6发明中，上述刷新控制部每1垂直期间施加一次上述电压。
在第7发明中，基于上述刷新控制部的电压施加按显示装置的每1垂直期间进行，所以能按每1画面的显示将光电晶体管的受光特性维持为良好的状态。
发明效果
根据本发明，利用刷新控制部在透明电极与栅极电极及源极电极之间施加电压，由此使蓄积于沟道区域的透明电极侧部分的电荷减少，所以能良好地维持光电晶体管的受光特性。
附图说明
图1是放大示出本实施方式中的光电晶体管的构成的截面图。
图2是示出本实施方式中的液晶显示装置的像素的电路图。
图3(a)是示出输入栅极配线的扫描信号的时序图。图3(b)是将输入源极配线的视频信号简化示出的时序图。图3(c)是示出输入电容配线的信号电压的时序图。图3(d)是示出输入第2配线的上冲电压Vrw的时序图。图3(e)是示出输入第1配线的复位电压Vrst的时序图。图3(f)是示出输入到与放大部连接的源极配线的源极电压Vs的时序图。图3(g)是示出在NetA部产生的电压VNetA的估计值的时序图。图3(h)是示出从放大部输出的输出电压Vo的时序图。图3(i)是示出输入第3配线的刷新电压Vrefresh的时序图。
图4是示出本实施方式中的光电晶体管的动作的流程图。
图5是示出本实施方式的液晶显示装置的概略构成的截面图。
图6是示出受光而经时劣化的光电晶体管的阈值特性的坐标图。
图7是示出被刷新控制的光电晶体管的阈值特性的坐标图。
具体实施方式
下面，基于附图详细说明本发明的实施方式。此外，本发明不限于下面的实施方式。
《发明的实施方式》
图1～图7示出本发明的实施方式。
图1是放大示出本实施方式中的光电晶体管31的构成的截面图。图2是示出本实施方式中的液晶显示装置1的像素17的电路图。图3是用于说明触摸位置检测部30的动作的时序图。图4是示出本实施方式中的光电晶体管31的动作的流程图。图5是示出本实施方式的液晶显示装置1的概略构成的截面图。
在本实施方式中，作为显示装置的例子说明液晶显示装置1。
-液晶显示装置的构成-
如图5所示，液晶显示装置1具备液晶显示面板10和配置于该液晶显示面板10的背面侧(即与用户相反的一侧)的背光源单元15。
液晶显示面板10具备作为第1基板的TFT基板11和与TFT基板11相对配置的作为第2基板的相对基板12。在TFT基板11与相对基板12之间设有液晶层13，液晶层13被框状的密封部件14包围而被密封。液晶层包含例如向列液晶材料等。密封部件14包含利用例如紫外线和热而固化的环氧系树脂。
在上述相对基板12中形成有：彩色滤光片(未图示)，其具有R、G、B着色层；共用电极(未图示)，其包括ITO等透明导电膜；以及作为遮光膜的黑矩阵(未图示)等。
另外，液晶显示面板10具有显示区域(未图示)和设于其周围的边框状的非显示区域。在显示区域形成有配置成矩阵状的多个像素17。如图2所示，各像素17包括3个图像元素18r、18g、18b。图像元素18r显示红色(R)，并且图像元素18g显示绿色(G)，图像元素18b显示蓝色(B)。在此，所谓图像元素是按每种颜色的显示的最小单位，也称为点。
上述TFT基板11构成为所谓的有源矩阵基板。如图2所示，在TFT基板11中彼此平行地延伸形成有多条栅极配线21。另外，在TFT基板11中彼此平行地形成有多条源极配线22，上述源极配线22以与上述栅极配线21正交的方式配置。而且，在TFT基板11中，多条电容配线23分别配置于相邻的栅极配线21彼此之间，彼此平行地形成。
各图像元素18r、18g、18b形成于例如由上述源极配线22和电容配线23所划分的区域。各图像元素18r、18g、18b设有用于驱动液晶层13的图像元素电极(未图示)和用于对该图像元素电极进行转换驱动的TFT(Thin-Film Transistor：薄膜晶体管)24。TFT24的源极电极(未图示)连接到源极配线22，另一方面，栅极电极(未图示)连接到栅极配线21。另外，TFT24的漏极电极(未图示)连接到上述图像元素电极。
在各图像元素18r、18g、18b中，在图像元素电极与上述相对基板12的共用电极之间形成有液晶电容25，并且分别形成有用于将该液晶电容维持为一定的辅助电容26。辅助电容26在TFT24的漏极电极侧与电容配线23之间形成。
这样，上述液晶显示装置1在从栅极配线21对TFT24提供扫描信号而使该TFT24导通的状态下，从源极配线22通过TFT24对图像元素电极提供视频信号。由此，进行期望的显示。
-触摸位置检测部的构成-
液晶显示装置1还具备多个光电晶体管31，构成为利用该光电晶体管31检测显示画面(显示区域)中的例如用户的指尖等接触体20的触摸位置。
即，在液晶显示装置1中按每个像素17分别设有触摸位置检测部30，触摸位置检测部30用于检测接触体20的触摸位置。如图2所示，触摸位置检测部30具有光电晶体管31、电容器部32以及放大部33。
另外，在TFT基板11中以分别通过各像素17的方式形成有沿着电容配线23延伸的第1配线41、沿着栅极配线21延伸的第2配线42以及第3配线43。
放大部33包括例如TFT，其栅极电极37连接到电容器部32的输出侧。另外，放大部33的源极电极38连接到1条源极配线22a(例如，如图2所示，在彼此相邻的图像元素18r与图像元素18g的边界所配置的源极配线22a)。另一方面，放大部33的漏极电极39连接到与上述源极配线22a相邻配置并对上述图像元素18r进行划分的源极配线22b。在该源极配线22b上连接着检测放大部33的输出信号的检测部35。
另一方面，电容器部32的输入侧分别连接到第2配线42和光电晶体管31的漏极电极50。
这样，触摸位置检测部30形成为按每个像素17利用检测部35检测与光电晶体管31的受光量相应的输出值。由此，液晶显示装置1构成为检测显示画面上的触摸位置。
-光电晶体管的构成-
在此，参照图1和图2详细说明光电晶体管31的构成。
光电晶体管31形成于作为构成TFT基板11的绝缘性基板的玻璃基板45上，具有底栅结构。即，光电晶体管31具备：栅极电极46，其形成于玻璃基板45上；栅极绝缘膜47，其覆盖栅极电极46；半导体层48，其形成于栅极绝缘膜47的表面，具有与栅极电极46相对的沟道区域55；源极电极49和漏极电极50，其分别覆盖半导体层48的一部分；以及层间绝缘膜51，其覆盖半导体层48的沟道区域55、源极电极49以及漏极电极50。
栅极电极46包含例如铝合金或者铬合金等具有遮光性的金属层。半导体层48的沟道区域55包含非晶硅(a-Si)。在半导体层48中的沟道区域55的左右两侧形成有包含例如n+硅的杂质区域54。
在此，将沟道区域55中的透明电极52侧部分(图1中用双点划线所示的沟道区域55)56也称为背沟道56。所谓背沟道56指沟道区域55中与栅极绝缘膜47不相接且与源极电极49及漏极电极50也不相接的区域。
层间绝缘膜51由例如PAS膜(钝化膜)、JAS膜(丙烯酸系有机树脂膜)等形成。另外，源极电极49和漏极电极50包含例如铝合金或者铬合金等具有遮光性的金属层。源极电极49和栅极电极46设为彼此相同的电位，均连接到第1配线41。源极电极49和栅极电极46可以彼此连接，并且可以利用由其它系统施加的电压形成为相同电位。
光电晶体管31还具备以与沟道区域55重叠的方式形成于层间绝缘膜51的表面的透明电极52和刷新控制部34。
透明电极52包含例如ITO等透明导电膜，由此，使激励光(在此，是作为可见光的外界光)透射。该透明电极52连接到第3配线43。另外，优选以缩小透明电极52和背沟道56的间隔而使电场效应提高的方式较薄地形成层间绝缘膜51。而且，也能设置覆盖透明电极52的透明的有机绝缘膜等。
如图2所示，刷新控制部34连接到第1配线41、第2配线42以及第3配线43。并且，如图1所示，构成为：通过在透明电极52与栅极电极46、源极电极49以及漏极电极50之间施加电压，使蓄积于沟道区域55的透明电极52侧部分56(背沟道56)的电荷减少。
此外，可以在使上述的背沟道56的电荷减少时在透明电极52与栅极电极46以及源极电极49之间施加电压。但是，为了有效地减少上述电荷，如上所述，优选不仅对栅极电极46以及源极电极49，也对漏极电极50施加电压。
并且，刷新控制部34构成为每隔规定时间施加一次上述电压。例如，优选每1垂直期间施加一次上述电压。
在此，所谓1垂直期间(1帧期间)指：在液晶显示装置1的全部像素17中进行向液晶层13施加电压，1画面的图像显示于画面上所需的期间。
-触摸位置检测方法-
接着，参照图3和图4说明上述液晶显示装置1中的触摸位置检测部30的动作。
在此，图3(a)是示出输入栅极配线21的扫描信号的时序图。图3(b)是将输入源极配线22的视频信号简化示出的时序图。图3(c)是示出输入电容配线23的信号电压的时序图。图3(d)是示出输入第2配线42的上冲电压Vrw的时序图。图3(e)是示出输入第1配线41的复位电压Vrst的时序图。
另外，图3(f)是示出输入与放大部33连接的源极配线22a的源极电压Vs的时序图。图3(g)是示出在NetA部36产生的电压VNetA的估计值的时序图。图3(h)是示出从放大部33输出的输出电压Vo的时序图。图3(i)是示出输入第3配线43的刷新电压Vrefresh的时序图。
基于触摸位置检测部30的一系列触摸位置检测动作每隔规定期间进行一次。在本实施方式中，说明每1垂直期间进行一次检测动作的例子。
首先，在步骤S1中，如图3(e)所示，刷新控制部34通过第1配线41对光电晶体管31的栅极电极46和源极电极49施加例如-4V的复位电压Vrst。复位电压Vrst对于光电晶体管31为正偏置。由此，光电晶体管31的栅极为导通状态，所以复位电压Vrst通过漏极电极50输入电容器部32。其结果是，如图3(g)所示，电容器部32的输出侧的NetA部36的电压VNetA复位。
接着，在步骤S2中，判断是否经过规定时间(1垂直期间)。当在该1垂直期间接触体20不触摸而光电晶体管31受光时，则如图3(g)所示，伴随该受光量，反方向电流在光电晶体管31中流动，NetA部36的电压VNetA降低。另一方面，如果由于接触体20触摸而被遮光，则反方向电流不在光电晶体管31中流动，所以NetA部36的电压VNetA不降低而被维持。
并且，在经过1垂直期间的情况下，进入步骤S3。在步骤S3中，刷新控制部34通过第2配线42将例如+24V的上冲电压Vrw输入电容器部32。由此，如图3(d)和图3(g)所示，NetA部36的电压VNetA上冲而上升。而且，此时放大部33的栅极为导通状态，如图3(h)所示，与上冲的NetA部36的电压VNetA的大小相应的输出电压Vo通过放大部33，由检测部35进行检测。并且，基于该检测的输出电压Vo，检测设有该光电晶体管31的像素17中的触摸状态或者非触摸状态。
接着，在步骤S4中，如图3(i)所示，刷新控制部34通过第3配线43对透明电极52施加例如-20V的刷新电压Vrefresh。此时，如图3(d)所示，通过第2配线42对光电晶体管31的漏极电极50施加例如+24V的上冲电压Vrw。再如图3(e)所示，通过第1配线41对光电晶体管31的栅极电极46和源极电极49施加例如-4V的复位电压Vrst。而且，此时如图3(f)所示，将源极配线22a的电压值设为0V。
其结果是，负电位的透明电极52分别与正电位的栅极电极46、源极电极49以及漏极电极50之间产生电场，由此，空穴集中于背沟道56，所以蓄积于该背沟道56的电荷(电子)减少。
在此，图6是示出受光而经时劣化的光电晶体管31的阈值特性的坐标图。图7是示出被刷新控制的光电晶体管31的阈值特性的坐标图。
图6的曲线60示出受光前的初始状态的特性。另一方面，图6的曲线61示出在10klx程度的环境下持续地受光的光电晶体管的特性。从该图可知：光电晶体管持续地受光时，其特性经时地劣化，阈值Vth向正方向(图6中为右方向)移动。
认为这是由于：沟道区域的非晶硅受到强光，由此，悬空键增加，缺陷密度增加，结果是载流子难以移动。
另一方面，图7的曲线61示出本实施例的光电晶体管31的受光后的特性。另外，图7的曲线62示出进行上述刷新控制之后的特性。从该图可知：阈值Vth向负方向(在该图中为左方)移动，能接近初始状态。
-实施方式1的效果-
因此，根据该实施方式1，针对光电晶体管31设置透明电极52和刷新控制部34，所以能利用该刷新控制部34在透明电极52与栅极电极46以及源极电极49之间施加电压，能在背沟道56中形成电场。该电场能使通过持续的受光而蓄积于背沟道56的电荷减少，所以能使沟道区域55中的载流子容易移动，能使光电晶体管31的受光特性恢复到接近初始状态。因此，使基于该刷新控制部34的电场形成(刷新控制)每隔规定时间进行一次，由此能良好地维持光电晶体管31的受光特性，能较高地维持传感器精度。
另外，将基于刷新控制部34的刷新控制每1垂直期间进行一次，所以能按每1画面的显示将光电晶体管31的受光特性维持为良好的状态。
而且，将设于背沟道56上的电极设为使外界光(激励光)透射的透明电极52，所以能不阻碍光电晶体管31作为光传感器的功能，而使背沟道56产生电场。
另外，利用刷新控制部34不仅在透明电极52与栅极电极46以及源极电极49之间，而且在透明电极52与漏极电极50之间也施加电压，所以能更有效地减少背沟道56中的电荷。
而且，在刷新控制时，如图3(f)所示，将源极配线22a的电压值设为0V，所以能防止较大升压的电压通过源极配线22b施加给检测部35、其它驱动电路，结果是能保护该检测部35等电路。
《其它实施方式》
在上述实施方式中说明了液晶显示装置1，但本发明不限于此，对例如有机EL显示装置等显示装置也能同样应用。
工业上的可利用性
如上所述，本发明对光电晶体管以及具备该光电晶体管的显示装置有用。
附图标记说明
1液晶显示装置
20接触体
30触摸位置检测部
31光电晶体管
32电容器部
33放大部
34刷新控制部
35检测部
36NetA部
41第1配线
42第2配线
43第3配线
45玻璃基板(绝缘性基板)
46栅极电极
47栅极绝缘膜
48半导体层
49源极电极
50漏极电极
51层间绝缘膜
52透明电极
55沟道区域
56背沟道(沟道区域的透明电极侧部分)

Claims (7)

1.一种光电晶体管，其特征在于，具备：
栅极电极，其形成于绝缘性基板上；
栅极绝缘膜，其覆盖上述栅极电极；
半导体层，其形成于上述栅极绝缘膜的表面，具有与上述栅极电极相对的沟道区域；
源极电极和漏极电极，其分别覆盖上述半导体层的一部分；以及
层间绝缘膜，其覆盖上述半导体层的沟道区域、上述源极电极以及漏极电极，
上述源极电极和上述栅极电极设为彼此相同的电位，
上述光电晶体管具备：
透明电极，其以与上述沟道区域重叠的方式形成于上述层间绝缘膜的表面；以及
刷新控制部，其在上述透明电极与上述栅极电极以及源极电极之间施加电压，由此使蓄积于上述沟道区域的上述透明电极侧部分的电荷减少。
2.根据权利要求1所述的光电晶体管，其特征在于，
上述刷新控制部在使上述电荷减少时在上述透明电极与上述栅极电极、上述源极电极以及漏极电极之间施加电压。
3.根据权利要求1或2所述的光电晶体管，其特征在于，
上述刷新控制部每隔规定时间施加一次上述电压。
4.一种显示装置，其特征在于，
具备多个光电晶体管，构成为利用该光电晶体管检测显示画面中的接触体的触摸位置，
上述光电晶体管具备：栅极电极，其形成于绝缘性基板上；栅极绝缘膜，其覆盖上述栅极电极；半导体层，其形成于上述栅极绝缘膜的表面，具有与上述栅极电极相对的沟道区域；源极电极和漏极电极，其分别覆盖上述半导体层的一部分；以及层间绝缘膜，其覆盖上述半导体层的沟道区域、上述源极电极以及漏极电极，
上述源极电极和上述栅极电极设为彼此相同的电位，
上述光电晶体管具备：
透明电极，其以与上述沟道区域重叠的方式形成于上述层间绝缘膜的表面；以及
刷新控制部，其在上述透明电极与上述栅极电极以及源极电极之间施加电压，由此使蓄积于上述沟道区域的上述透明电极侧部分的电荷减少。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，
上述刷新控制部在使上述电荷减少时在上述透明电极与上述栅极电极、上述源极电极以及漏极电极之间施加电压。
6.根据权利要求4或5所述的显示装置，其特征在于，
上述刷新控制部每隔规定时间施加一次上述电压。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，
上述刷新控制部每隔1垂直期间施加一次上述电压。
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