JP2006253236A

JP2006253236A - 表示装置

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Publication number: JP2006253236A
Application number: JP2005064563A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogawa; 隆司小川; Hitoshi Yasuda; 仁志安田; Tokio Yamaguchi; 時生山口; Shoichiro Matsumoto; 昭一郎松本; Ryuji Nishikawa; 龍司西川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】比較的簡易な構成により表示パネルの周囲の明るさを検出する。
【解決手段】複数の画素を備えた表示パネルの基板上にフォトセンサが形成される。このフォトセンサは、並列接続された複数ＴＦＴからなる受光ＴＦＴ５０と、この受光ＴＦＴ５０に並列に接続された保持容量５４を有する。そして、受光ＴＦＴ５０に入射した光によって生じる光電流によって、保持容量５４の充電状態が変化し、この変化を入射光量を示す信号として出力する。
【選択図】図３

Description

マトリクス状に配置された各画素に、薄膜トランジスタおよびこの薄膜トランジスタによって表示が制御される表示素子を有するアクティブマトリクス型の表示装置に関する。

従来より、液晶、有機ＥＬなどの表示素子を用いる表示装置が知られており、特に薄型の表示装置として利用されている。これら表示装置の中でも、画素毎に薄膜トランジスタを備え、その薄膜トランジスタによって表示を制御するアクティブマトリクス型の表示装置は、高精細な表示が可能である。

ここで、表示装置において、適正な表示はその周囲の明るさに影響される。特に、フラットディスプレイの場合、携帯機器のディスプレイとして利用される場合も多く、周囲の明るさが大きく変化する可能性が大きい。従って、周囲の明るさに応じてバックライト強度、発光強度などを変更することが好ましい。

特開２００２−６２８５６

一方、明るさを検出するためのフォトセンサは、従来より各種知られている。このため、フォトセンサを用意して、周囲明るさを検出し、表示を制御することが考えられる。しかし、そのためにはフォトセンサおよびその制御回路などを表示装置に外付けすることが必要となる。このような構成は、大型化、高価格化の原因となり好ましくない。

本発明は、基板上にマトリクス状に配置された各画素に、薄膜トランジスタおよびこの薄膜トランジスタによって表示が制御される表示素子を有するアクティブマトリクス型の表示装置であって、前記基板上に、前記薄膜トランジスタと同一のプロセスによって形成された半導体薄膜層を含む薄膜トランジスタであって、常時オフに設定され、入射光に応じた光電流を流す光リーク電流薄膜トランジスタと、この光リーク薄膜トランジスタに接続され、前記光電流に応じて充電量が変化するコンデンサと、所定周期毎に前記コンデンサの充電状態をリセットするリセット手段と、このリセット手段によるリセット後における前記コンデンサの充電電圧の変化量を光リーク薄膜トランジスタへの入射光量についての信号として出力する読み出し手段と、を有することを特徴とする。

また、前記光リーク薄膜トランジスタは、複数の並列接続した薄膜トランジスタから構成されることが好適である。

また、前記コンデンサは、前記光リーク薄膜トランジスタと並列接続されていることが特徴である。

また、前記リセット手段は、前記コンデンサを所定の電源に接続し、コンデンサを所定電圧に充電または放電することが好適である。

また、前記読み出し手段は、コンデンサの充電電圧と、２以上の設定電圧とを比較して、その比較結果の信号を出力することが好適である。

このように、本発明によれば、基板上に光リーク薄膜トランジスタを設け、この光リーク薄膜トランジスタに流れる光電流を検出することで、周囲の明るさを検出する。従って、外付けのフォトセンサなどを不要として、効果的な表示を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る表示装置（有機ＥＬ素子を表示素子とするアクティブマトリクスタイプの表示パネル）１０の構成を示す図である。表示パネル１０は、基板（例えば、ガラス基板）１２を含み、この基板１２上の内部領域にマトリクス状に配置された複数の画素から構成される表示部１４が配置されている。また、基板１２上の周辺部には、Ｈドライバ１６、Ｖドライバ１８、フォトセンサ２２および接続端子部２０が形成されている。Ｈドライバ１６、Ｖドライバ１８は、各画素に設けられる画素回路におけるビデオ信号に応じた表示を制御する。また、フォトセンサ２２は、外光の照度に応じた信号を出力し、接続端子部２０は、外付けのＩＣやマイコンなどで構成される外付け信号処理回路２４と表示パネル１０内の回路との電気的接続をとる。

外付け信号処理回路２４から、接続端子部２０を介して、Ｈドライバ１６、Ｖドライバ１８およびフォトセンサ２２にビデオ信号、制御信号がそれぞれ供給され、フォトセンサ２２の外光照度に応じた出力は、接続端子部２０を介して外付け信号処理回路２４に供給される。

表示部１４の各画素は、Ｖドライバ１８に接続されるゲートラインＧＬから供給される選択信号によってオンオフ制御される選択ＴＦＴ１０４と、この選択ＴＦＴ１０４がオンしたときにデータラインＤＬからのデータ信号の電圧の供給を受ける保持容量１０６と、この保持容量１０６に保持した電圧に応じた駆動電流を電源ラインＰＬから流す駆動ＴＦＴ１０２と、この駆動ＴＦＴ１０２からの駆動電流を受け発光するＥＬ素子１００と、を備える。

選択ＴＦＴ１０４は、この例ではｎチャネルＴＦＴであり、ドレインがデータラインＤＬに接続され、ソースが駆動ＴＦＴ１０２のゲートに接続され、ゲートがゲートラインＧＬに接続されている。駆動ＴＦＴ１０２は、この例ではｐチャネルＴＦＴであり、ソースが電源ラインＰＬに接続され、ドレインがＥＬ素子１００のアノードに接続されている。また、駆動ＴＦＴ１０２のゲートには、保持容量１０６の一端が接続され、保持容量１０６の他端は保持容量ラインＳＣＬに接続されている。ＥＬ素子１００のカソードは、カソード用の低電圧電源（カソード電源）に接続されている。

したがって、ゲートラインＧＬを高レベル（Ｈ）にする（選択する）ことによって、その行の選択ＴＦＴ１０４がオンする。この状態で、各列のデータラインＤＬに選択した画素のビデオ信号に該当するデータ電圧を設定することで、駆動ＴＦＴ１０２のゲートがデータ電圧に設定されるとともに、この電圧が次に選択ＴＦＴ１０４が選択されるまで保持容量１０６に保持される。そこで、データ電圧に応じた電流が電源ラインＰＬから駆動ＴＦＴ１０２を介し、ＥＬ素子１００に供給され、ＥＬ素子１００がデータ電圧に応じて発光する。

本実施形態においては、上記表示部１４およびＨドライバ１６，Ｖドライバ１８と、同一基板１２上に、フォトセンサ２２が形成されており、外付け信号処理回路２４は、フォトセンサ２２からの信号に応じて、表示パネル１０の表示画像が外光に応じて適切な状態になるように、ビデオ信号（データ電圧）を処理する。例えば、晴れた屋外など外光の照度が高く明るい環境の場合、ビデオ信号のコントラストを向上させたり、輝度を上げたりする補正を行い、逆に外光の照度が低く暗い環境の場合、ビデオ信号のコントラストを低下させたり輝度を下げる補正を行う。

次に、フォトセンサ２２の構成について、図２を用いて説明する。フォトセンサ２２は、外光（入射光）の照度を検出し電気信号として出力する。このために、フォトセンサ２２は、外光の受光により電気信号を発生する受光素子３４と、この受光素子３４で発生した電気信号を読み出す受光信号読み出し回路３６を有している。受光素子３４は、入射光によって微小光電流（光電流）を生じる複数の常時オフの薄膜トランジスタから構成されており、この光電流によりコンデンサの充電状態を変化させ、受光信号読み出し回路３６によって、定期的に電圧信号として取り出す。

図３に、フォトセンサ２２の回路構成の第１の実施例を示す。受光素子３４は、互いに並列接続された複数のｎチャネルの受光ＴＦＴ５０により構成される。複数の受光ＴＦＴ５０のドレインは、ドレインが正の電源ＶＤＤに接続されたｎチャネルのスイッチングＴＦＴ５２のソースに接続され、受光ＴＦＴ５０のソースは、負の電源ＣＶｄｄに接続されている。また、受光ＴＦＴ５０のゲートは、電源ＢＶに接続され、逆バイアスが印加され、常時オフに設定されている。また、受光ＴＦＴ５０のソース−ドレインにコンデンサ５４が並列接続されている。

従って、スイッチングＴＦＴ５２がオンになった時に、コンデンサ５４の上側（受光ＴＦＴ５０のドレイン）が電源ＶＤＤに接続され、コンデンサ５４の上側電圧は電源ＶＤＤの電圧にまで充電される。

コンデンサ５４の上側は、ｎチャネルの出力ＴＦＴ５６のゲートに接続され、この出力ＴＦＴ５６のソースは電源ＣＶｄｄに接続されている。出力ＴＦＴ５６のソースは、抵抗５８を介し電源ＶＤＤに接続されている。また、出力ＴＦＴ５６のドレインと抵抗５８の接続点がフォトセンサ２２の出力端となっている。

従って、出力ＴＦＴ５６は、コンデンサ５４の充電状態に応じた電流を流し、この電流が抵抗５８に流れ、電源電圧ＶＤＤから抵抗５８における電圧降下分だけ下がった電圧が出力電圧となる。

なお、スイッチングＴＦＴ５０、コンデンサ５４、出力ＴＦＴ５６および抵抗５８が受光信号読み出し回路３６に該当する。

次に、図３のフォトセンサ２２の動作について説明する。ｎチャネルのスイッチングＴＦＴ５２のゲートには矩形の制御信号が入力される。まず、制御信号が高レベル（Ｈレベル）の時にスイッチングＴＦＴ５２はオンになり、コンデンサ５４はその両端が電源電圧ＶＤＤと電源電圧ＣＶｄｄとなるように、充電される。次に、制御信号が低レベル（Ｌレベル）になると、スイッチングＴＦＴ５２はオフになり、コンデンサ５４は、その充電電圧Ｖ０を保持する。

この状態において、ゲートに逆バイアスが印加されオフ状態の受光ＴＦＴ５０のチャネル領域に外光が入射すると、受光ＴＦＴ５０のソース、ドレイン間に光電流が流れる。受光ＴＦＴ５０にはコンデンサ５４が並列に接続されているため、コンデンサ５４は光電流によって放電され、その充電電圧はＶ０からＶ１に減少する。従って、出力ＴＦＴ５６のゲートソース間電圧も（Ｖ０−ＣＶｄｄ）から（Ｖ１−ＣＶｄｄ）に減少し、出力ＴＦＴ５６のドレイン電流Ｉｄが減少する。

このときの出力端Ａの電圧（電圧Ａ）は、抵抗５８の抵抗値をＲとすれば、Ａ＝ＶＤＤ−Ｒ・Ｉｄとなる。このように、受光ＴＦＴ５０に光電流が流れると、その光電流に応じてコンデンサ５４が放電され、コンデンサの充電電圧が変化する。これによって、出力ＴＦＴ５６のドレイン電流Ｉｄが変化して、出力電圧Ａが光電流の量に応じて変化する。そこで、受光ＴＦＴ５０への入射光量に応じて変化する出力電圧Ａを得ることができる。なお、抵抗５８の抵抗値が例えば１ＭΩとすると、電圧降下：ＶｄはＶｄ＝Ｉｄ×１×１０⁶（Ｖ）となり、出力ＴＦＴ５６におけるドレイン電流Ｉｄの変化を比較的小さくして、その変化を検出することができる。

スイッチングＴＦＴ５２のゲートに入力される制御信号がオフされると、コンデンサ５４に電源ＶＤＤにより充電され光電流に応じた充電電圧の変化がリセットされる。例えば、制御信号を６０Ｈｚとすれば、制御信号がＬレベルの期間に出力端子電圧Ａは徐々に減少し、制御信号がＨレベルになる直前に、それまでに受光ＴＦＴ５０に入射した光量に応じた電圧変化が得られる。なお、スイッチングＴＦＴ５２をオンしてコンデンサ５４を充電する期間は非常に短期間でよいため、スイッチングＴＦＴ５２のゲートに入力する信号はＨレベルの期間が短くＬレベルの期間が長い信号とするとよい。

ここで、上述のように、出力端Ａの電圧は、リセット直前の電圧が最も適切である。そこで、この電圧を取り出したいという要求がある。図４は、図３のフォトセンサ２２にサンプリング回路３１を付加したものである。サンプリング回路３１は、出力端Ａにソースを接続したｐチャネルサンプリングＴＦＴ６０と、一端を前記サンプリングＴＦＴ６０のドレインに接続し、他端をグランドに接続した出力保持コンデンサ６２とを備える。サンプリングＴＦＴ６０のゲートはスイッチングＴＦＴ５２のゲートに入力する信号と同期し、その信号がＨレベルになる直前に所定期間Ｌレベルになる。これによって、サンプリングＴＦＴ６０がオンになり、そのときの出力端Ａの電圧が出力保持コンデンサ６２の電圧になる。従って、１／６０秒ごとに更新され、常に入射光量に応じた出力を出力保持コンデンサ６２の上側電圧として得ることができる。

フォトセンサ２２の回路構成の第２の実施例を図５に示す。受光素子３４は、第１の実施例の回路構成と同様に互いに並列に接続された複数のｎチャネルの受光ＴＦＴ５０により構成される。受光ＴＦＴ５０のそれぞれのゲートには、所定期間毎にＨレベルになる制御信号が印加され、ソースには、前記制御信号の極性の反転したリフレッシュ信号が印加される。受光ＴＦＴ７０のドレインには保持コンデンサ７２の一端が接続され、保持コンデンサ７２の他端はグランドに接続されている。

制御信号は、例えばＨレベルが５Ｖ、Ｌレベルが０Ｖで周期が１／６０秒であり、リフレッシュ信号は、例えばＨレベルが０Ｖ、Ｌレベルが−１０Ｖで、制御信号とは位相が反転した信号である。

制御信号がＨレベルの時、受光ＴＦＴ５０はオンとなり、ソースに入力されたＬレベルであるリフレッシュ信号の−１０（Ｖ）がコンデンサ７２に供給され、コンデンサ７２の受光ＴＦＴ５０と接続されている電極の電圧（上側電圧）は−１０Ｖとなる。次に、制御信号がＬレベルになると、受光ＴＦＴ７０はオフとなり、同時にリフレッシュ信号はＨレベルになる。この状態で、受光ＴＦＴ７０に外光が入射すると、光電流が受光ＴＦＴ５０に流れる。これによって、コンデンサ７２の上側電圧が−１０Ｖから上昇する。したがって、コンデンサ７２の上側電圧を取り出すことにより、外光の入射光量の情報を得ることができる。コンデンサ７２の保持電圧の定期的なサンプリングは前述のサンプリング回路を用いることができる。

このように、基板に設けられたフォトセンサ２２により、入射光量に応じた出力信号を生成することができる。このため、フォトセンサ２２の出力信号を外部信号処理回路２４に入力し、ビデオ信号を信号処理することにより、パネルの構成画素の発光輝度もしくはパネルのバックライトの輝度を入射光量に応じて適切に調整することができる。

ここで、フォトセンサ２２において、入射光量の情報を多値信号として出力することが好ましい。このために、フォトセンサ２２を複数設け、各フォトセンサ２２における受光ＴＦＴ５０の数を異ならせることが考えられる。

図６に複数（２つ）のフォトセンサからの出力信号を受け取り多値（３段階）の多値信号に変換する多値変換回路を備える構成を示す。

このフォトセンサ２２は、同一の入射光量に対し、異なるレベルの出力電圧信号を出力する第１のフォトセンサ８０と第２のフォトセンサ８２の２つを備える。第１のフォトセンサ８０は、第１受光素子８６と第１受光信号読み出し回路８８とを備え、第２のフォトセンサ８２は、第２受光素子９０と第２受光信号読み出し回路９２とを備える。また、第１のフォトセンサ８０と第２のフォトセンサ８２との出力信号Ａ１、Ａ２は、多値変換回路８４に入力される。

第１のフォトセンサ８０および第２のフォトセンサ８２の出力信号Ａ１，Ａ２は、多値変換回路８４によって、入射光量が３段階のいずれにあるかを示す多値出力信号が得られる。

例えば、受光ＴＦＴ５０の数を１：２として、フォトセンサ２２を２つ設けることで３段階の入射光量を検出することができる。

また、受光ＴＦＴ５０の数を変更するのに代え、コンデンサ５４の容量をフォトセンサ２２ごとに異なるように構成することにより、複数のフォトセンサ２２の出力電圧信号をそれぞれ異なるものにすることができる。

なお、フォトセンサ２２は、図３の構成でも、図５に示す構成でもよく、また両者を組み合わせることも可能である。

図７は、多値変換回路８４の一例を示す図である。まず、第１のフォトセンサ８０と、第２のフォトセンサ８２において、１つの入射光量に対し、複数の異なった出力信号Ａ１，Ａ２は、それぞれ同一のしきい値Ｖｒｅｆと比較して２値化する２つのコンパレータ９４、９６に入力され、それぞれ２値化される。

コンパレータ９４からの２値信号は、ＡＮＤ回路１２０の一方の入力とＮＯＲ回路１２２の一方の入力とＸＯＲ回路１２４の一方の入力とに入力される。コンパレータ９６からの２値信号は、ＡＮＤ回路１２０の他方の入力とＮＯＲ回路１２２の他方の入力とＸＯＲ回路１２４の他方の入力とに入力される。ＡＮＤ回路１２０の出力、ＮＯＲ回路１２２の出力ならびにＸＯＲ回路１２４の出力にはそれぞれ、ｎチャネルの出力ＴＦＴ１２６，出力ＴＦＴ１２８および出力ＴＦＴ１３０のゲートが接続される。出力ＴＦＴ１２６，出力ＴＦＴ１２８および出力ＴＦＴ１３０のドレインは、それぞれ異なる電圧の電源ＶＨ、ＶＭ、ＶＬに接続されている。さらに、出力ＴＦＴ１２６，出力ＴＦＴ１２８ならびに出力ＴＦＴ１３０のソースは接続されて３値出力となっている。

たとえば、第１フォトセンサ８０が、５００００ｌｘ以上の外光の照度の場合、コンパレータ９４はＨレベル「１」を出力し、コンパレータ９６が１０００ｌｘ以上の外光の照度の場合Ｈレベル「１」を出力する。

この場合、天気が晴れの場合の屋外であって５００００ｌｘ以上照度の外光が表示パネル１０を照らす場合は、コンパレータ９４，９６が共に「１」を出力し、ＡＮＤ回路１２０、ＮＯＲ回路１２２およびＸＯＲ回路１２４のそれぞれの入力には「１」が入力される。このとき、ＡＮＤ回路１２０の出力は「１」となり、ＮＯＲ回路１２２の出力は「０」となり、ＸＯＲ回路１２４の出力は「０」となる。したがって、出力ＴＦＴ１２６，出力ＴＦＴ１２８ならびに出力ＴＦＴ１３０のうちオンとなるのは、出力ＴＦＴ１２６のみであり、入射光量のレベルとして電源ＶＨの電圧が出力される。

天気が曇りの場合の野外であって、入射光の照度が５００００ｌｘ未満、１０００ｌｘ以上の場合は、コンパレータ９４は「０」を出力し、コンパレータ９６は「１」を出力する。このとき、ＡＮＤ回路１２０には「０」と「１」が入力され、０を出力し、ＮＯＲ回路１２２には「０」と「１」が入力され、「０」を出力し、ＸＯＲ回路１２４には「０」と「１」が入力され、「１」を出力する。したがって、出力ＴＦＴ１２６，出力ＴＦＴ１２８ならびに出力ＴＦＴ１３０のうちオンとなるのは、出力ＴＦＴ１２８のみであり、入射光量のレベルとして、電源ＶＭの電圧が出力される。

また、天気が雨の場合の屋外や屋内であって、１０００ｌｘ未満の照度の外光が表示パネル１０を照らす場合は、コンパレータ９４，９６共に「０」を出力し、ＡＮＤ回路１２０、ＮＯＲ回路１２２およびＸＯＲ回路１２４のそれぞれの入力には「０」が入力される。このとき、ＡＮＤ回路１２０の出力は「０」となり、ＮＯＲ回路１２２の出力は「１」となり、ＸＯＲ回路１２４の出力は「０」となる。したがって、出力ＴＦＴ１２６，出力ＴＦＴ１２８ならびに出力ＴＦＴ１３０のうちオンとなるのは、出力ＴＦＴ１３０のみであり、入射光量のレベルとして電源ＶＬの電圧が出力される。

以上説明したように、２つの異なるレベルの出力信号を出力するフォトセンサ２２からの入力を受け、多値変換回路８４は、入射光量に応じて、ＶＨ、ＶＭ、ＶＬの３値を出力する。

この例では、フォトセンサ２２を２つとし、多値変換回路８４は３つのレベルの信号を出力するものとしたが、フォトセンサ２２の数は２に限られず、３以上（ｎ値）としてもよい。その場合、多値信号変換回路９４の出力は、フォトセンサ２２の数をｎとするとｎ＋１となる。

また、多値変換回路８４を構成するＮＡＮＤ、ＮＯＲなどの論路回路は、入力信号が閾値近傍の場合の動作不安定性を抑制するため、シュミットトリガタイプを用いることが望ましい。

また、上記実施例では、多値変換回路８４はＮＡＮＤ、ＮＯＲなどの論路回路により構成されるものとしたが、コンパレータにより構成するものとしても良い。

さらに、フォトセンサ２２の出力には、フォトセンサ２２の出力信号の出力インピーダンスを下げるためのバッファ回路３５を備えることが好ましい。

また、図３のフォトセンサ２２にバッファ回路を付加し、出力のインピーダンスを下げることも好適である。例えば、図８に示すように、出力端Ａにゲートを接続し、ドレインを電源ＶＤＤに接続したｐチャネルＴＦＴ１１０を設けることが好適である。これによって、ＴＦＴ１１０は、出力端Ａの電位に応じてドレイン電流を生じバッファ回路として機能する。

さらに、図８においては、ＴＦＴ１１０のソースにドレインが接続されたｎチャネルＴＦＴ１１２と、このＴＦＴ１１２のソースに一端が接続され、他端がグランドに接続されたコンデンサ１１４を有している。従って、出力端Ａの電圧を取り出したいタイミングで、ＴＦＴ１１２のゲートにサンプリング信号を入力することにより、ＴＦＴ１１２がオンして、そのときの電圧がコンデンサ１１４に充電され、入射光量に応じたＤＣ信号として出力される。

ここで、フォトセンサ２２は表示パネル１０に１箇所設けるものとして説明したが、表示パネル１０に２箇所以上設けても良い。例えば、表示パネル１０の四隅にフォトセンサ２２を備え、外部信号処理回路２４は、４つのフォトセンサからの出力信号を受け、それらの信号を平均化処理して、表示部１４の輝度等を制御することも好適である。

図９は、４つのフォトセンサからの出力信号を受け、それらの信号を平均化処理する回路の一例を示す図である。フォトセンサ１の出力とフォトセンサ２の出力とは、直列に接続された分圧抵抗Ｒ１とＲ２の両端に接続され、フォトセンサ３の出力とフォトセンサ４の出力とは、直列に接続された分圧抵抗Ｒ３とＲ４の両端に接続される。分圧抵抗Ｒ１とＲ２との接続点と分圧抵抗Ｒ３とＲ４との接続点とは、直列に接続された分圧抵抗Ｒ５とＲ６の両端に接続され、分圧抵抗Ｒ５とＲ６の接続点から信号が出力される。ここで、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４、かつＲ５＝Ｒ６である場合、４つのフォトセンサからの出力信号を平均した信号が出力されることになる。また、表示パネル１０上の位置によって、外光の照度検出の重み付けをする場合は、上記の分圧抵抗の抵抗比を所定の割合で変更することにより重み付けをすることができる。

以上説明した受光素子３４の薄膜トランジスタの能動層は、表示部１４のスイッチング用薄膜トランジスタの能動層と共通する層を能動層とすることが好ましい。この構成をとることにより、表示パネル１０の製造工程に別途フォトセンサ２２の製造工程を追加することなく、表示パネル１０上にフォトセンサ２２を作りこむことができる。また、能動層のみならず、ゲート電極、コンタクト等も共通の層構造であることが好ましい。なお、能動層、ゲート電極およびコンタクト等のパターンレイアウトは、それぞれのＴＦＴの機能に応じて好ましく作られる。

図１０は、フォトセンサ２２を備えた表示パネル１０における、表示部１４のＥＬ素子１００と駆動ＴＦＴ１０２およびフォトセンサ２２の受光素子である受光ＴＦＴ５０の断面構造の一例をそれぞれ示す図である。

ガラス基板２００上には、所定部分に遮光膜２４２が形成される。この遮光膜２４２は、画素部分において、各画素の境界部分に位置しブラックマトリクスとして機能するものであり、基板上のＴＦＴへのガラス基板２００側からの外光の進入を阻止するために、各ＴＦＴの下方を覆うように形成される。一方、受光ＴＦＴ５０は、ガラス基板２００を介し進入する外光の光量を検出するためのものであり、この受光ＴＦＴ５０の下方、少なくともチャネル領域２０８ｃの下方領域において、遮光膜２４２は除去されている。

この遮光膜２４２およびガラス基板２００を覆って、ＳｉＮとＳｉＯ₂の積層からなるバッファ層２０２が全面に形成される。このバッファ層２０２上の駆動ＴＦＴ１０２のエリアと受光ＴＦＴ５０のエリアとには、同一プロセスで半導体層（ＴＦＴの能動層）である例えばポリシリコン層２０８ｐが形成される。なお、図示しない選択ＴＦＴ１０４、周辺領域の各種ドライバなどの半導体層も、駆動ＴＦＴ１０２、受光ＴＦＴ５０と同様なプロセスで形成される。

さらに、ゲート電極２０４ｇを覆って全面にゲート絶縁膜２０６が形成される。そして、駆動ＴＦＴ１０２および受光ＴＦＴ５０のチャネル領域２０８ｃ上にゲート絶縁膜２０６を介しゲート電極２０４ｇが形成される。なお、ゲート電極２０４ｇは、Ｃｒや、Ｍｏ等で形成される。

次に、駆動ＴＦＴ１０２および受光ＴＦＴ５０の能動層２０８ｐへゲート電極２０４ｇをマスクとして不純物をドープすることで、この能動層２０８ｐには、ゲート電極２０４ｇの下方に不純物がドープされていないチャネル領域２０８ｃ、その両側に不純物のドープされたソース領域２０８ｓおよびドレイン領域２０８ｄが形成される。

次に、ゲート絶縁膜２０６およびゲート電極２０４ｇを覆って全面に層間絶縁膜２１０が形成される。この層間絶縁膜２１０は、例えばＳｉＯ₂およびＳｉＮを積層して形成される。この層間絶縁膜２１０を貫通してソース領域２０８ｓ、ドレイン領域２０８ｄの上部にコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールを介し、層間絶縁膜２１０の上面に配置されるソース電極２１２、およびドレイン電極２１４が形成される。なお、ソース電極２１２には、電源ライン（図示せず）が接続される。

ここで、このようにして形成された駆動ＴＦＴ１０２は、この例ではｐチャネルＴＦＴであるが、ｎチャネルとすることもできる。また、受光ＴＦＴ５０は、この例ではｎチャネルＴＦＴであるが、ｐチャネルとすることもできる。

さらに、層間絶縁膜２１０を覆って、全面にアクリル樹脂などによる平坦化膜２１６が形成される。

以上が、表示部１４の駆動ＴＦＴ１０２およびフォトセンサ２２の受光素子である受光ＴＦＴ５０と共通する構造である。

表示部１４のＥＬ素子１００のエリアには、上記平坦化膜２１６上にさらに発光素子層の構造が設けられる。まず、平坦化膜２１６の上にＥＬ素子１００の陽極として機能する透明電極２１８が設けられ、ドレイン電極２１４の上方の平坦化膜２１６には、これらを貫通するコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールを介し、ドレイン電極２１４と透明電極２１８が接続される。

なお、層間絶縁膜２１０および平坦化膜２１６には、通常アクリル樹脂などの有機膜が利用されるが、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）などを利用することも可能である。また、ソース電極２１２、ドレイン電極２１４は、Ａｌなどの金属が利用され、透明電極２１８には通常ＩＴＯやＩＺＯが利用される。

この透明電極２１８は、各画素で個別パターンに構成され、一方、陰極として機能するＡｌなどからなる対向電極２３０は、全サブピクセルについて共通して形成される。そして、上記透明電極２１８と対向電極２３０との間に有機層２４０が設けられ、画素毎に個別な透明電極２１８への電圧印加を制御することで各画素の有機発光層２４０から底に流れる電流量に応じた光が射出される。

有機層２４０は、少なくとも１層の有機発光層を有し、図８の例では、全面に形成されたホール輸送層２２０と、発光領域より若干大きめに形成された有機発光層２２２と、全面に形成された電子輸送層２２４とを備える。

透明電極２１８の周辺部分上のホール輸送層２２０の下方には、平坦化膜２２６が形成される。この平坦化膜２２６によって、各画素の発光領域が透明電極２１８上であって、ホール輸送層２２０が透明電極２１８が直接接している部分が限定され、その部分が発光領域となる。なお、平坦化膜２２６にも、通常アクリル樹脂などの有機膜が利用されるがＴＥＯＳなどを利用することも可能である。

ホール輸送層２２０、有機発光層２２２、電子輸送層２２４には、有機ＥＬ素子に通常利用される材料が使用され、有機発光層２２２の材料によって、発光色が決定される。

このような構成において、ゲート電極２０４ｇの設定電圧に応じて、駆動ＴＦＴ１０２がオンすると、電源ラインＰＬからの電流が、透明電極２１８から対向電極２３０に流れ、この電流によって有機発光層２２２において、発光が起こり、この光が、透明電極２１８、平坦化膜２１６、層間絶縁膜２１０、ゲート絶縁膜２０６、バッファ層２０２およびガラス基板２００を通過し、図１０における下方（観察側）に射出される。

また、下方（観察側）から外光が入射すると、ガラス基板２００、バッファ層２０２を通過し、受光ＴＦＴ５０の能動層に達し、この能動層にて光電流を生じ、受光ＴＦＴ５０のソース−ドレイン間に光電流が流れる。

本発明の実施形態に係る表示パネルの構成を示す図である。フォトセンサの構成を示すブロック図である。フォトセンサの第１の実施例の回路構成を示す図である。図３のフォトセンサにサンプリング回路を付加した回路構成の一例を示す図である。フォトセンサの第２の実施例の回路構成を示す図である。複数のフォトセンサを備えたフォトセンサの一例の構成を示すブロック図である。２つの２値信号に基づいて３値信号を出力する多値変換回路の一例を示す図である。図３のフォトセンサにバッファ回路を付加した回路構成の一例を示す図である。４つのフォトセンサからの出力信号を受け、それらの信号を平均化処理する回路の一例を示す図である。表示部のＥＬ素子と駆動ＴＦＴおよびフォトセンサの受光素子である受光ＴＦＴの断面構造の一例をそれぞれ示す図である。

符号の説明

１表示パネル、１２基板、１４表示部、１６，１８ドライバ、２０接続端子部、２２，８０，８２フォトセンサ、２４外付け信号処理回路、３１サンプリング回路、３２出力回路、３４，８６，９０受光素子、３５バッファ回路、３６，８８，９２受光信号読み出し回路、３７ＤＣ変換回路、５０，５２，５６，７０，１０２，１０４，１１０，１１２ＴＦＴ、５４，６２，７２，１０６コンデンサ、５８抵抗、８４多値変換回路、９４，９６コンパレータ、１００ＥＬ素子、１２０ＡＮＤ回路、１２２ＮＯＲ回路、１２４ＸＯＲ回路、１２６，１２８，１３０出力ＴＦＴ、２００ガラス基板、２０２バッファ層、２０４ｇゲート電極、２０６ゲート絶縁膜、２０８ｃチャネル領域、２０８ｄドレイン領域、２０８ｐポリシリコン層（能動層）、２０８ｓソース領域、２１０層間絶縁膜、２１２ソース電極、２１４ドレイン電極、２１６，２２６平坦化膜、２１８透明電極、２２０ホール輸送層、２２２有機発光層、２２４電子輸送層、２３０対向電極、２４０発光素子層、２４２遮光膜。

Claims

基板上にマトリクス状に配置された各画素に、薄膜トランジスタおよびこの薄膜トランジスタによって表示が制御される表示素子を有するアクティブマトリクス型の表示装置であって、
前記基板上に、前記薄膜トランジスタと同一のプロセスによって形成された半導体薄膜層を含む薄膜トランジスタであって、常時オフに設定され、入射光に応じた光電流を流す光リーク電流薄膜トランジスタと、
この光リーク薄膜トランジスタに接続され、前記光電流に応じて充電量が変化するコンデンサと、
所定周期毎に前記コンデンサの充電状態をリセットするリセット手段と、
このリセット手段によるリセット後における前記コンデンサの充電電圧の変化量を光リーク薄膜トランジスタへの入射光量についての信号として出力する読み出し手段と、
を有することを特徴とする表示装置。
前記光リーク薄膜トランジスタは、複数の並列接続した薄膜トランジスタから構成されることを特徴とする表示装置。
請求項１または２に記載の表示装置において、
前記コンデンサは、前記光リーク薄膜トランジスタと並列接続されていることを特徴とする表示装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置において、
前記リセット手段は、前記コンデンサを所定の電源に接続し、コンデンサを所定電圧に充電または放電することを特徴とする表示装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の表示装置において、
前記読み出し手段は、コンデンサの充電電圧と、２以上の設定電圧とを比較して、その比較結果の信号を出力することを特徴とする表示装置。