JP2005208582A - 光センサおよびディスプレイ - Google Patents

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龍司 西川
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Abstract

【課題】 従来、光センサを表示装置に備える場合、別工程で製造された別モジュールを同一筐体に組み込んでいた。しかし、部品点数やコストの削減が図れず、表示装置の小型化、薄型化も進まなかった。
【解決手段】 絶縁基板上に設けるTFTで光センサを実現する。TFTのオフ時に外光が入射することで発生するフォトカレントを検知して光センサとして利用する。TFTのゲート幅Wを大きくすることで、フォトカレントの発生領域を増やし、感度の良い光センサを実現する。また、ガラス基板上に設けるTFTで実現できるので、EL表示装置と同一基板に作りこむことができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光センサおよびディスプレイに係り、特に薄膜トランジスタを用いた光センサおよび光センサと表示部を同一基板上に有するディスプレイに関する。
現在のディスプレイデバイスは、小型化・軽量化・薄型化の市場要求により、フラットパネルディスプレイが普及している。このようなディスプレイデバイスには、例えば光を遮断することにより入力座標を検知する光学式タッチパネルや、外光を検知してディスプレイの画面の輝度をコントロールするもの等、光センサが組み込まれているものが多い。
例えば、図7(A)には光学式タッチパネルの一例を示す。光学式タッチパネル301は、表示面302の外周に、赤外線等を発光する発光器303および、受光する受光器304を配置している。このような光学式タッチパネルは、発光器303が発する赤外線光を座標入力しようとしている指等で遮断することにより、受光器304に赤外線光が到達しない点を入力座標として検知するものである(例えば、特許文献1参照。)。
また、図7(B)は、液晶ディスプレイ(LCD)305に光センサ306を取り付け、受光する周囲の光に応じてLCDディスプレイ面のバックライト輝度を制御するディスプレイ装置である。この光センサとしては例えばCdsセルの光電変換素子306が用いられている(例えば特許文献2参照。)。
特開平5−35402公報(第2−3ページ、第2図) 特開平6−11713公報(第3ページ、第1図)
従来のフラットパネルディスプレイにおいては、一般的にディスプレイ部と、光センサとは、別個の生産設備による別個の製造プロセスを経て別個のモジュール品として製造されており、これらのモジュール部品を同一の筐体にアセンブリすることにより完成品を製造していた。このため、機器の部品点数の削減、各モジュール部品の製造コストの低減にも自ずと限界があった。
特に、現在では例えば携帯電話、PDAなどのモバイル端末の普及が目覚しく、これにより、ディスプレイデバイスは更なる小型化、軽量化、薄型化が要求されている。つまりこのようなディスプレイデバイスに用いる光センサについても、小型化または部品点数を削減し、安価に提供することが望まれている。
本発明は上記の課題に鑑みてなされ、第1に、基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する光センサであって、前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の10倍以上の長さとすることにより解決するものである。
また、前記ゲート幅は、5μmから10000μmであることを特徴とするものである。
また、前記半導体層は、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間の接合領域に光が照射するとフォトカレントが発生することを特徴とするものである。
また、前記半導体層の前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間に低濃度不純物領域を設けることを特徴とするものである。
また、前記低濃度不純物領域は、入射光により発生したフォトカレントを出力する側に設けることを特徴とするものである。
また、所定の時間毎に前記ゲート電極に電圧を印加して当該光センサを駆動させることを特徴とするものである。
第2に、薄膜トランジスタを有する画素を複数設けた表示部と、絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の10倍以上の長さとすることにより解決するものである。
第3に、EL素子と薄膜トランジスタとから構成される画素を複数設けた表示部と、絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとをする光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、前記光センサのゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の10倍以上の長さとすることにより解決するものである。
また、前記EL素子は、少なくとも第1の電極と、第2の電極と、前記第1及び第2の電極に挟まれる発光層とを有することにより解決するものである。
また、前記光センサは、周囲の光を受光して前記表示部の輝度を制御することにより解決するものである。
また、前記光センサに対応して設けられた発光素子を更に有し、前記光センサは前記発光素子から光の受光及び遮断を検知することを特徴とするものである。
また、前記光センサを複数並列に接続し、前記各光センサの総ゲート幅が5μmから10000μmであることを特徴とするものである。
また、前記光センサは、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間のどちらか一方の前記半導体層に低濃度不純物領域を設けることを特徴とするものである。
また、前記薄膜トランジスタは、前記光センサの前記絶縁膜および前記ゲート電極および前記半導体層と、各々同一の膜質からなる絶縁膜、ゲート電極および半導体層を有することを特徴とするものである。
また、一の前記光センサのゲート長に対するゲート幅の割合は、一の前記薄膜トランジスタのゲート長に対するゲート幅の割合よりも大きいことを特徴とするものである。
第4に、薄膜トランジスタを有する画素を複数設けた表示部と、絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長よりも長く、Ioffを1×10−9A以上にすることにより解決するものである。
また、前記光センサは前記表示部の周囲に複数配置されることを特徴とするものである。
第5に、基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する薄膜トランジスタを複数個並列に接続することによって構成される光センサであって、前記複数の薄膜トランジスタはそれぞれの前記ゲート電極のゲート長が複数の方向に沿って配置されることにより解決するものである。
また、前記ゲート電極はゲート長の方向が直交するように配置されることを特徴とするものである。
本発明によれば、TFTのオフ時に外光が入射することで発生するフォトカレントを検知して光センサとして利用することで、絶縁基板上に形成するTFTで、高性能の光センサを実現できる。TFTのゲート幅Wを大きくすることで、フォトカレントの発生領域を増やし、感度の良い光センサが得られる。ゲート幅Wはパターンの変更のみで大きくすることができるので、感度の良い光センサを別途工数を増やすことなく実現できる。また、光センサの半導体層のIoffの取り出し側をLDD構造にすることにより、リーク特性を安定させることができる。
さらに、本実施形態の光センサはTFTであるので、ゲート電極に所定の電圧を印加することで、TFTをオンすることができる。すなわち、所定の時間でフォトカレントが流れる方向と反対方向に電流が流れるような電圧を光センサのゲート電極、ドレイン、及び/もしくはソースに印加することで光センサをリフレッシュさせ、光センサとしてのTFT特性を安定させることができる。
また、光センサ100と表示部を同一基板上に設けたディスプレイを提供できる。光センサ100は表示部200が受ける光量と同等の光量を感知することができるので、周囲が明るい場合には輝度を高くし、暗い場合には輝度を低くするよう、周囲の光量に応じて自動的に輝度を調節できる。これにより視認性を高めつつも節電することができる。従って、例えばEL素子などの自発光素子を用いたディスプレイにおいては、その発光素子の寿命を長くすることができる。
尚、光センサを組み込んだディスプレイでは、光センサのゲート幅/ゲート長を画素内の第1のTFTまたは第2のTFTのゲート幅/ゲート長よりも大きく、より好ましくは、画素内の第1及び第2のTFTのゲート幅/ゲート長よりも大きくすることにより、高機能・高性能なディスプレイが得られる。
また、光センサを組み込んだディスプレイの小型化、薄型化に寄与できる。光センサの各構成要素は、有機EL素子を用いたディスプレイデバイスのTFTと同一工程において、同一膜質で形成できるため、表示部と光センサを同一基板に設けても製造工程の簡素化と部品点数の削減が実現できる。
本発明の実施の形態を図1から図6を参照して詳細に説明する。まず、図1から図3には第1の実施の形態を示す。
第1の実施形態に示す光センサは、ゲート電極と、絶縁膜と、半導体層とから構成される薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下TFTと称する)である。
図1(A)に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上にバッファ層となる絶縁膜(SiN、SiO等)14を設け、その上層に多結晶シリコン(Poly−Silicon、以下、「p−Si」と称する。)膜からなる半導体層13を積層する。半導体層13上にはSiN、SiO等からなるゲート絶縁膜12を積層し、その上にクロム(Cr)、モリブデン(Mo)などの高融点金属からなるゲート電極11を形成する。
半導体層13には、ゲート電極11下方に位置し、真性又は実質真性となるチャネル13cが設けられる。また、チャネル13cの両側にはn+型不純物の拡散領域であるソース13sおよびドレイン13dが設けられる。
ゲート絶縁膜12及びゲート電極11上の全面には、例えばSiO膜、SiN膜、SiO膜の順に積層して層間絶縁膜15を積層する。ゲート絶縁膜12および層間絶縁膜15には、ドレイン13dおよびソース13sに対応してコンタクトホールを設け、コンタクトホールにアルミニウム(Al)等の金属を充填してドレイン電極16およびソース電極18を設け、それぞれドレイン13dおよびソース13sにコンタクトさせる。光センサ100により増幅されたフォトカレントは例えばソース電極18側から出力される。
図1(B)に光センサ100となるTFT(半導体層13およびゲート電極11)の平面図を示す。TFTのゲート電極11は、半導体層13に対して直交するように配置される。このとき、ゲート電極11のゲート幅Wは、ゲート長Lより大幅に長くする。ゲート長Lは0.5μm以上、ゲート幅Wは5μm以上であれば光センサとして動作可能である。具体的には、ゲート長Lが5μm〜15μm程度で、ゲート幅Wは5〜10000μm程度が望ましい。尚、ゲート幅Wとは図の如くゲート電極11と半導体層13とが重畳する部分の幅である。ゲート長Lとゲート幅Wの比は10倍以上にすることが望ましい。
図1(C)は半導体層13の、チャネル13cとソース13s(またはドレイン13d)の接合領域付近のエネルギーバンド図を3次元的に示した模式図である。
上記の構造のp−SiTFTでは、TFTがオフ時に半導体層13に外部から光が入射すると、チャネル13cとソース13sまたはチャネル13cとドレイン13dの境界近傍に接合領域Jが発生する。接合領域Jとは、図1(A)(B)の破線で示すようにチャネル13cに隣接するソース13s(またはドレイン13d)の境界部近傍の領域をいう。実質的に真性なチャネル13cと、所定の不純物濃度を有するソース13sの接合面の近傍には両者の不純物濃度差によって図1(C)のごとく、エネルギーバンドが遷移する領域が発生する。また接合面(境界部)周囲の不純物濃度はチャネル13cおよびソース13sの中間的な範囲となると考えることができる。本実施形態ではこのようような境界部近傍の領域を接合領域Jと称する。
接合領域Jでは電子−正孔対が電場のために引き分けられて光起電力が生じ、フォトカレントが得られる。本実施形態ではこのようなフォトカレントの増加を光センサとして利用するものであり、このオフ時に得られるフォトカレントを以下Ioffと称する。Ioffが大きければ光センサとしての感度がよいことになる。
光の入射により電子−正孔対が発生するのは、図のハッチングで示したソース13sとチャネル13cとの接合領域Jである。つまり、この接合領域Jを大きく確保すれば、より大きなIoffを得ることができる。本実施形態では、接合領域Jに直接寄与するゲート幅Wを広げることにより接合領域Jの面積を大きく確保し、感度のよい光センサを実現するものである。
図2には、光センサ100となるTFTのVg−Idカーブを示す。図2(A)は、ゲート幅Wが600μmのものであり、図2(B)は6μmのものである。また、いずれもゲート長Lは13μmである。このグラフは、一例としてnチャネル型のTFTを用い、ドレイン電圧Vd=10V、ソース電圧Vs=GNDの条件で、入射光がある場合(実線)と、入射光がない場合(破線)を示す。
図ではゲート電圧Vg=0V〜−1V以下でオフ状態となり、ゲート電圧Vgが閾値を超えるとTFTがオン状態となりドレイン電流Idが増加する。例えばTFTが完全にオフ状態のゲート電圧Vg=−3V付近に着目すると、図2(A)の場合、入射光のない場合に1×10−12A程度であるIoffが、光が当たることにより1×10−9A程度まで増加する。
一方、図2(B)の如く、ゲート幅Wが小さい場合、入射光がない場合1×10−14Aであるフォトカレントは、光の入射により1×10−11Aとなる。図2(B)の場合、Ioffとして検知はできるが、このレベルのオーダーになると、ごく微小であるためIoffとしてのフィードバックが困難となり、光センサとして機能しない可能性がある。従って、Ioffが1×10−9A以上となるように設計することが好ましい。
このように、ゲート幅Wを大きくすることにより、同じ光量であればゲート幅Wが小さい場合と比較して大きなIoffを得られ、また、微量な外光であっても大きなIoffを得ることができる。
また、半導体層13は、フォトカレントの取り出し側に低濃度不純物領域を設けると良く、図3に、そのエネルギーバンド図を3次元的に表した模式図を示す。
低濃度不純物領域とは、ソース13sまたはドレイン13dのチャネル13c側に隣接して設けられ、ソース13sまたはドレイン13dより不純物濃度の低い領域をいう。これを設けることにより、ソース13s(またはドレイン13d)端部に集中する電界を緩和することができる。ただし不純物濃度を下げすぎると電界が増加し、また低濃度不純物領域の幅(ソース13s端部からチャネル13c方向への長さ)も電界強度に影響する。つまり、低濃度不純物領域の不純物濃度および領域幅には最適値が存在し、例えば0.5μm〜3μm程度である。
本実施形態では例えばチャネルとソース間(またはチャネルとドレイン間)に、低濃度不純物領域13LDを設けて、いわゆるLDD(Light Doped Drain)構造とする。
LDD構造にすると、チャネル13cとソース13s間の中間的な不純物濃度の領域が広がることになる。すなわちハッチングで示す接合領域Jがソース13s側に広がり、エネルギーバンドの傾斜がなだらかになることを意味する。
ゲート幅Wが同等の場合傾斜がなだらかな方が、フォトカレントの発生に寄与する接合領域Jをゲート長L方向に増加させることができる。つまり接合領域J中の不純物の原子数を増加させることができ、フォトカレントが発生しやすくなる。
図3(B)には、LDD構造の有無を比較した場合を示す。図は、LDD構造を設けないサンプルAと、幅1.4μmのLDD構造を有するサンプルBについて調査した入射光に対するドレイン電流Idの変化の割合を表すIgradの値を示す。尚、図のIgrad(ave)とは、白、赤、青、緑の光源の各Igradの平均である。ここで、サンプルAとサンプルBはゲート幅(W)は同じであるが、ゲート長(L)が異なる。
しかし、ゲート長は5μm以上の場合、ゲート長Lが異なることによるIoffの差はほとんどなく、比較に影響はない。
これによると、LDD構造を有しないサンプルAではIgrad(ave)が1.3579であったのに比べ、LDD構造を有するサンプルBではIgrad(ave)が2.05となっている。このように、LDD構造にすることにより微量な光でより大きなIoffを得られることが分かる。また、例えば図2(A)及び(B)の波線で示されるように、LDD構造でない場合はオフ時のVg−Id特性が不安定であるが、これをLDD構造にすることによりこれが安定化されるため、すなわちリーク特性が安定するため、各電圧設定のマージンができ、光センサとして利用しやすくなる。
上述の光センサは、TFTであるので、ゲート電極11に所定の電圧を印加することで、TFTをオンすることができる。すなわち、所定の時間でフォトカレントが流れる方向と反対方向に電流が流れるような電圧を光センサのゲート電極、ドレイン、及び/もしくはソースに印加することで光センサをリフレッシュさせ、光センサとしてのTFT特性を安定させることができる。しかし、これがTFTでなくダイオードの場合、ゲート電極とソース(またはドレイン)が接続されているためゲート電極とソースは常に同電位となり、ゲート電極とソースに独立して電圧を印加することができず、リフレッシュできない。さらに、pn接合型のダイオードの場合、光が当たっていない時のリーク特性が不安定であるため、光センサには不適当である。
以上、いわゆるトップゲート型TFTについて説明したが、ゲート電極、ゲート絶縁膜および半導体層の積層順を逆にしたボトムゲート型TFTであっても同様である。
次に、図4を用いて、第2の実施形態を説明する。第2の実施形態は、表示部と上記の光センサとを同一基板上に配置したディスプレイ230である。
図4(A)には、ディスプレイ230の平面図を示す。表示部200は、有機EL素子と薄膜トランジスタとから構成される画素を複数マトリクス状に配置したものである。この表示部の周囲(例えば4隅)に、上記の光センサ100を配置する。光センサ100は、周囲の光を受光して表示部200の輝度を制御する。
光センサ100は各コーナーに複数配置すると良い。TFT(光センサ100)を複数設けることで、光センサとしての冗長性、受光の平均化性を持たせることができる。このように光センサ100を複数配置する場合には、それぞれ並列に接続し、ゲート幅Wはトータルで100μm程度にすれば良い。また、周囲に配置できる領域は限られるため、ゲート幅Wを蛇行させるなど、パターンを工夫すると良い。
光センサ100と表示部200は、同一絶縁性基板10上に設けられるため、光センサ100は表示部200と同等の光量を感知することができる。光センサ100は表示部200にあたる光量を感知して電流に変換し、表示部200の輝度を調節する例えばコントローラを制御する。コントローラは、光センサ100からの電流量に応じて室内が明るい場合又は屋外では表示部が明るく、また周囲が暗い場合にはそれに応じた明るさにする。すなわち、周囲が明るい場合には輝度を高くし、暗い場合には輝度を低くする。このようにして、周囲の光量に応じて自動的に輝度を調節することによって、視認性を高めつつも節電することができる。従って、例えばEL素子などの自発光素子を用いたディスプレイにおいては、その発光素子の寿命を長くすることができる。
図4(B)は図4(A)の表示部の1表示画素を示す平面図であり、図4(C)は図4(A)のA−A線(画素部分は図4(B)のA’−A’線)の断面図を示す。但し、光センサ部分は簡略化のため、1つのセンサの断面図のみ示した。
図4(B)に示すように、ゲート信号線151とドレイン信号線152とに囲まれた領域に表示画素が形成されている。両信号線の交点付近にはスイッチング素子である第1のTFT210が備えられており、その第1のTFT210のソース113sは後述の保持容量電極154と容量170をなす容量電極155を兼ねるとともに、有機EL素子を駆動する第2のTFT220のゲート141に接続されている。第2のTFT220のソース143sは有機EL素子の陽極161に接続され、他方のドレイン143dは有機EL素子を駆動する駆動電源線153に接続されている。
また、TFTの付近には、ゲート信号線151と並行に保持容量電極154が配置されている。この保持容量電極154はクロム等から成っており、ゲート絶縁膜12を介して第1のTFT210のソース113sと接続された容量電極155との間で電荷を蓄積して容量を成している。この保持容量170は、第2のTFT220のゲート141に印加される電圧を保持するために設けられている。
図4(C)を用いて、スイッチング用のTFTである第1のTFT210、駆動用TFTである第2のTFT220および光センサ100について説明する。
尚、第1のTFT210および第2のTFT220の構造は、図1(A)に示した第1の実施形態のTFTとほぼ同様であり、重複部分についての詳細な説明は省略する。
第1のTFT210は、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上にバッファ層となる絶縁膜14を設ける。その上層にp−Si膜からなる半導体層113を形成する。半導体層113には、真性又は実質真性となるチャネル113cが設けられ、チャネル113cの両側には低濃度領域113LDとその外側に高濃度領域のn型のソース113s及びドレイン113dが設けられて、いわゆるLDD構造を有している。
半導体層113上にはゲート絶縁膜12を設け、その上層に高融点金属からなるゲート電極111を兼ねたゲート信号線151および保持容量電極線154を設ける。
ゲート絶縁膜12、ゲート電極111、ゲート信号線151及び保持容量電極線154上の全面には層間絶縁膜15を積層し、ゲート絶縁膜12および層間絶縁膜15のドレイン113dに対応して設けたコンタクトホールに金属を充填して、ドレイン信号線152を兼ねたドレイン電極116を設ける。なお、ソース113sは延在されて保持容量170を構成する。
更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜17が設けられる。
第2のTFT220は、同じ絶縁性基板10およびバッファ層14上に、半導体層143を設ける。半導体層143には、真性又は実質的に真性であるチャネル143cと、このチャネル143cの両側にイオンドーピングを施してソース143s及びドレイン143dが設けられている。
半導体層143上にゲート絶縁膜12および高融点金属からなるゲート電極141を順に積層・形成する。
そして、第1のTFT210と同様に層間絶縁膜15を形成し、ドレイン143dに対応して設けたコンタクトホールに金属を充填して駆動電源に接続された駆動電源線153を配置する。また、ソース143dに対応して設けたコンタクトホールにソース電極158を設ける。更に全面に平坦化絶縁膜17を形成して、その平坦化絶縁膜17及び層間絶縁膜15のソース電極158に対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース電極158とコンタクトしたITO(Indium Tin Oxide)から成る有機EL素子の第1電極(陽極)161を平坦化絶縁膜17上に設ける。
有機EL層165は、陽極161上に、ホール輸送層162、発光層163及び電子輸送層164をこの順に積層したものである。更に、マグネシウム・インジウム合金から成る第2電極(陰極)166が積層形成される。この陰極166は、図4(B)に示した有機EL表示装置を形成する基板10の全面、または表示部200の全面に設けられる。
また有機EL素子は、陽極から注入されたホールと、陰極から注入された電子とが発光層の内部で再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介して外部へ放出されて発光する。
光センサ100となるTFTの詳細構造も、図1(A)に示したものと同じであるので、詳細な説明は省略するが、光センサ100のバッファ層14、半導体層13、絶縁膜12、ゲート電極11および層間絶縁膜15、平坦化絶縁膜17は、表示部200を構成する2つのTFT210、220のバッファ層14、半導体層113、143、ゲート絶縁膜12、ゲート電極111、141、および層間絶縁膜15、平坦化絶縁膜17と、同一工程において形成される同一膜質の膜である。つまり、表示部の製造工程において光センサを同一基板に同時に形成することができ、表示部の構成要素と同じもので実現できるため、製造工程の簡素化と部品点数の削減に大きく寄与できるものである。
また、光センサ100の半導体層13の膜厚は表示部のTFTと同じ膜厚で、パターンの変更のみでゲート幅Wを大きくしている。このとき、光センサ100のゲート長に対するゲート幅の割合(ゲート幅/ゲート長)を画素内の第1のTFTまたは第2のTFTのゲート幅/ゲート長よりも大きくすることが好ましい。より好ましくは、画素内の第1及び第2のTFTのゲート幅/ゲート長よりも大きくする。これにより、高機能・高性能なディスプレイが得られる。尚、表示部200には、不図示の遮光膜が設けられるが、光センサ100上には設けないことが望ましく、これにより外光をより多く入射させることができる。
更に、図5を用い、第3の実施形態を示す。本実施形態も光センサを同一基板に組み込んだディスプレイであり、表示部に指又はペンを接触させることでその入力座標を取得する、いわゆるタッチパネル250である。
図5(A)はタッチパネル250の平面図であり、図5(B)は図5(A)のB−B線断面図である。図の如く表示部200の周囲に発光素子240と、光センサ100を配置する。表示部200は、第2の実施形態の表示部と同様であるので、説明は省略する。発光素子240は、表示部200を構成する画素と同じ構造であり、表示部200周囲の2辺に沿って一定間隔で複数設けられる。
また、光センサ100は発光素子240と対をなして一定間隔で表示部の他の2辺に沿って配置され、図1に示すTFTと同じ構造である。更に、発光素子は基板から上方に発光するため、発光素子240の光が表示部200上部を通り光センサ100に到達するように、鏡などの反射材260が同一基板10上に設けられる。
入力座標の検出の方法の一例を説明すると、発光素子240のうち、一方の辺に配置された発光素子240が最初に素子毎に順次発光し、次に他方の辺に配置された発光素子240が素子毎に順次発光する。この発光は表示部200の上部に何もなければ常に光センサ100で受光されるが、指や入力ペンなどで、表示部200の所定の位置に触れると、特定の発光素子240の発光が遮断され、その発光が特定の光センサ100で受光されなくなる。この発光素子240の発光タイミングと光センサ100の出力から、発光が遮断された領域を2次元的に感知し、入力座標を検出する。
この場合も光センサ100は表示部の2辺に沿って、複数配置されるが、1つの光センサを分割して並列に接続し、トータルのゲート幅Wが100μmとなるようにする。この場合、例えば、ゲート幅Wとゲート長Lの長さが10倍程度異なり、1つのTFTの外形はほぼ矩形となることから、図5(C)の如く、TFTを90度回転させてその向きを交互に配置しても良い。TFTを複数設けることで、光センサとしての冗長性、受光の平均化性を持たせることができる。
尚、このように発光素子からの光を受光する場合には、発光側は青を発光させると良い。光源の輝度とIoffの関係を示した図6からも明らかなように、青は図中の線の傾きが大きいため、微量な光であっても大きなIoffを得ることができる
上記の如く、本実施形態のディスプレイは、感度の良い光センサおよびその光センサをフラットパネルディスプレイと同一基板上に設けるものである。従って、第2および第3の実施例に示した構造に限らず、同一基板上に表示部と光センサとを作りこむ構造であれば適用できるので、表示部は有機EL素子を用いるものに限らず、無機EL素子、液晶表示素子、プラズマ表示素子等を用いるものであっても良い。
また、第2の実施例においては発光素子からの光が絶縁性基板10を介して出力されるボトムエミッション型について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発光素子からの光が絶縁性基板10とは逆方向に出力されるトップエミッション型でも良い。

本発明の第1の実施形態の光センサを説明するための(A)断面図、(B)平面図、(C)概要図である。 本発明の光センサのVg−Idの関係を示す特性図である。 本発明のLDD構造を有する光センサを説明するための(A)概要図、(B)特性図である。 本発明の第2の実施形態のディスプレイを説明する(A)平面図、(B)平面図、(C)断面図である。 本発明の第3の実施形態のディスプレイを説明する(A)平面図、(B)断面図、(C)回路概要図である。 本発明の光源とIoffの関係を示す特性図である。 従来技術を説明する(A)断面図、(B)平面図である。
符号の説明
10 絶縁性基板
11、111、141 ゲート電極
12 ゲート絶縁膜
13、113、143 半導体層
13c、113c、143c チャネル
13d、113d、143d ドレイン
13s、113s、143s ソース
13LD、113LD 低濃度不純物領域
14 バッファ層
15 層間絶縁膜
16 ドレイン電極
18 ソース電極
100 光センサ
151 ゲート信号線
152 ドレイン信号線
153 駆動電源線
154 保持容量電極
155 容量電極
158 ソース電極
161 陽極
162 ホール輸送層
163 発光層
164 電子輸送層
165 有機EL層
166 陰極
170 保持容量
200 表示部
210 第1のTFT
220 第2のTFT
230 ディスプレイ
240 発光素子
250 タッチパネル
260 反射材
302 表示面
303 発光器
304 受光器
305 液層ディスプレイ
306 光センサ
W ゲート幅
L ゲート長

Claims (19)

  1. 基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する光センサであって、
    前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の10倍以上の長さであることを特徴とする光センサ。
  2. 前記ゲート幅は、5μmから10000μmであることを特徴とする請求項1に記載の光センサ。
  3. 前記半導体層は、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間の接合領域に光が照射するとフォトカレントが発生することを特徴とする請求項1に記載の光センサ。
  4. 前記半導体層の前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間に低濃度不純物領域を設けることを特徴とする請求項1に記載の光センサ。
  5. 前記低濃度不純物領域は、入射光により発生したフォトカレントを出力する側に設けることを特徴とする請求項4に記載の光センサ。
  6. 所定の時間毎に前記ゲート電極に電圧を印加して当該光センサを駆動させることを特徴とする請求項1に記載の光センサ。
  7. 薄膜トランジスタを有する画素を複数設けた表示部と、
    絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、
    前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の10倍以上の長さであることを特徴とするディスプレイ。
  8. EL素子と薄膜トランジスタとから構成される画素を複数設けた表示部と、
    絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、
    前記光センサのゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の10倍以上の長さであることを特徴とするディスプレイ。
  9. 前記EL素子は、少なくとも第1の電極と、第2の電極と、前記第1及び第2の電極に挟まれる発光層とを有することを特徴とする請求項8に記載のディスプレイ。
  10. 前記光センサは、周囲の光を受光して前記表示部の輝度を制御することを特徴とする請求項7または請求項8のいずれかに記載のディスプレイ。
  11. 前記光センサに対応して設けられた発光素子を更に有し、前記光センサは前記発光素子から光の受光及び遮断を検知することを特徴とする請求項7または請求項8のいずれかに記載のディスプレイ。
  12. 前記光センサを複数並列に接続し、前記各光センサの総ゲート幅が5μmから10000μmであることを特徴とする請求項7または請求項8のいずれかに記載のディスプレイ。
  13. 前記光センサは、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間のどちらか一方の前記半導体層に低濃度不純物領域を設けることを特徴とする請求項7または請求項8のいずれかに記載のディスプレイ。
  14. 前記薄膜トランジスタは、前記光センサの前記絶縁膜および前記ゲート電極および前記半導体層と、各々同一の膜質からなる絶縁膜、ゲート電極および半導体層を有することを特徴とする請求項7または請求項8のいずれかに記載のディスプレイ。
  15. 一の前記光センサのゲート長に対するゲート幅の割合は、一の前記薄膜トランジスタのゲート長に対するゲート幅の割合よりも大きいことを特徴とする請求項7または請求項8のいずれかに記載のディスプレイ。
  16. 薄膜トランジスタを有する画素を複数設けた表示部と、
    絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、
    前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長よりも長く、Ioffが1×10−9A以上であることを特徴とするディスプレイ。
  17. 前記光センサは前記表示部の周囲に複数配置されることを特徴とする請求項7または請求項8のいずれかに記載のディスプレイ。
  18. 基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する薄膜トランジスタを複数個並列に接続することによって構成される光センサであって、
    前記複数の薄膜トランジスタはそれぞれの前記ゲート電極のゲート長が複数の方向に沿って配置されることを特徴とする光センサ。
  19. 前記ゲート電極はゲート長の方向が直交するように配置されることを特徴とする請求項18に記載の光センサ。

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