JP2008241827A - Electrooptical device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電気光学装置および電子機器に関する。 The present invention relates to an electro-optical device and an electronic apparatus.
従来から、複数の画素がマトリクス状に配置された基板上に、表示素子と撮像素子とを備えた電気光学装置が知られている。このような電気光学装置として、同一基板上に受光マトリクスと表示マトリクスが併設されたものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、受光マトリクスはマトリクス状に配置された複数の受光画素を備え、各受光画素にはイメージセンサが形成されている。イメージセンサは受光部と薄膜トランジスタ(以下、TFTと略記する)によって構成され、受光部とTFTが積層して形成されている。一方、表示マトリクスはマトリクス状に配置された複数の画素電極およびTFTによって構成されている。表示マトリクスのTFT上には、電極層が形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electro-optical device that includes a display element and an imaging element on a substrate on which a plurality of pixels are arranged in a matrix is known. As such an electro-optical device, a device in which a light receiving matrix and a display matrix are provided on the same substrate is disclosed (for example, see Patent Document 1). In
特許文献1では、上述のように受光マトリクスと表示マトリクスが同一基板上に形成されるので、これらを個別の装置として形成するよりも経済的である。また、受光マトリクスではTFTと受光部を、表示マトリクスではTFTと画素電極を積層させることで、それぞれ開口率を向上させることができる。
しかしながら、上記従来の電気光学装置では、同一基板上に受光マトリクスと表示マトリクスが併設されているので、受光マトリクスの面積を拡大して撮像素子の性能を向上させようとすると、表示マトリクスの面積を縮小せざるを得ず、表示性能が低下するという課題がある。また、表示マトリクスの面積を拡大して表示性能を向上させようとすると、受光マトリクスの面積を縮小せざるを得ず、撮像性能が低下するという課題がある。また、電気光学装置として透過型の液晶装置を用いているので、基板の外部に光源を設置する必要があるという課題がある。 However, in the conventional electro-optical device, since the light receiving matrix and the display matrix are provided on the same substrate, if the area of the light receiving matrix is enlarged to improve the performance of the imaging device, the area of the display matrix is reduced. There is a problem that display performance is reduced due to reduction. Further, if the display performance is improved by increasing the area of the display matrix, there is a problem that the area of the light receiving matrix has to be reduced and the imaging performance is deteriorated. Further, since a transmissive liquid crystal device is used as the electro-optical device, there is a problem that it is necessary to install a light source outside the substrate.
そこで、この発明は、同一基板上で表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができ、外部に光源を必要としない電気光学装置と、その電気光学装置を備えた電子機器を提供するものである。 Accordingly, the present invention provides an electro-optical device that can enlarge both the area of the display element and the imaging element on the same substrate and does not require an external light source, and an electronic apparatus including the electro-optical device. It is.
上記の課題を解決するために、本発明の電気光学装置は、複数の画素がマトリクス状に配列形成された基板上に、表示素子と撮像素子とを備えた電気光学装置であって、前記複数の画素の各々は前記表示素子および前記撮像素子を備え、前記表示素子は駆動トランジスタに接続された電気光学素子を備え、前記撮像素子は制御トランジスタに接続された受光素子を備え、前記受光素子と前記電気光学素子とが絶縁層を介して少なくとも一部が平面的に重なるように積層されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an electro-optical device according to the present invention is an electro-optical device including a display element and an imaging element on a substrate in which a plurality of pixels are arranged in a matrix. Each of the pixels includes the display element and the imaging element, the display element includes an electro-optic element connected to a driving transistor, the imaging element includes a light receiving element connected to a control transistor, and the light receiving element The electro-optical element is laminated so that at least a part thereof is planarly overlapped with an insulating layer interposed therebetween.
このように構成することで、同一画素内の異なる層に受光素子と電気光学素子がそれぞれ個別に形成されて積層されるので、画素内で受光素子と電気光学素子の面積をそれぞれ最大化することができる。したがって、基板の平面領域内で表示素子と撮像素子の形成領域を重複させ、各画素の表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができことができる。 With this configuration, since the light receiving element and the electro-optical element are individually formed and stacked on different layers in the same pixel, the areas of the light receiving element and the electro-optical element are maximized in the pixel. Can do. Therefore, it is possible to overlap the display element and imaging element formation areas in the plane area of the substrate, and to enlarge both the display element and imaging element area of each pixel.
また、本発明の電気光学装置は、前記受光素子は複数の半導体層を備え、前記半導体層はP型半導体層とN型半導体層とを有し、前記半導体層の少なくとも一が単結晶シリコンによって形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、受光素子の半導体層がすべて非単結晶シリコンで形成されている場合と比較して、半導体層における電気的な損失が減少し、受光素子により多くの電流を発生させることができる。したがって、受光素子の感度を向上させ、撮像素子の性能を向上させることができる。
In the electro-optical device according to the aspect of the invention, the light receiving element includes a plurality of semiconductor layers, the semiconductor layer includes a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer, and at least one of the semiconductor layers is made of single crystal silicon. It is formed.
With this configuration, compared to the case where the semiconductor layer of the light receiving element is entirely formed of non-single-crystal silicon, electrical loss in the semiconductor layer is reduced, and more current is generated in the light receiving element. be able to. Therefore, the sensitivity of the light receiving element can be improved and the performance of the imaging element can be improved.
また、本発明の電気光学装置では、前記駆動トランジスタの半導体層および前記制御トランジスタの半導体層が多結晶シリコンによって形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、通常のプロセスで用いられる高温ポリシリコン形成技術によって駆動トランジスタおよび多結晶シリコンの半導体層を形成することができる。したがって、制御トランジスタおよび駆動トランジスタの半導体層の形成プロセスを容易にし、電気光学装置の生産性を向上させることができる。
In the electro-optical device according to the aspect of the invention, the semiconductor layer of the driving transistor and the semiconductor layer of the control transistor are formed of polycrystalline silicon.
With this configuration, the driving transistor and the polycrystalline silicon semiconductor layer can be formed by a high-temperature polysilicon forming technique used in a normal process. Therefore, the process for forming the semiconductor layers of the control transistor and the drive transistor can be facilitated, and the productivity of the electro-optical device can be improved.
また、本発明の電気光学装置では、前記電気光学素子は、前記駆動トランジスタに接続された第一電極と、前記第一電極に対向する第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に挟持された有機発光層と、を少なくとも備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする。
このように構成することで、上述の撮像素子によって得られた信号に基づいて駆動トランジスタを作動させ、電気光学素子の有機発光層を発光させることができる。したがって、基板の外部に光源を設けることなく電気光学装置の各画素を発光させ、電気光学装置の表示領域に画像を表示することができる。
In the electro-optical device according to the aspect of the invention, the electro-optical element includes a first electrode connected to the driving transistor, a second electrode facing the first electrode, the first electrode, and the second electrode. An organic electroluminescence device comprising at least an organic light emitting layer sandwiched between the two.
With this configuration, the driving transistor can be operated based on the signal obtained by the above-described imaging element, and the organic light emitting layer of the electro-optical element can emit light. Therefore, each pixel of the electro-optical device can emit light without providing a light source outside the substrate, and an image can be displayed in the display area of the electro-optical device.
また、本発明の電気光学装置では、前記制御トランジスタの前記半導体層が前記受光素子の前記半導体層と一体に形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、受光素子の信号を直接制御トランジスタから取り出すことができ、配線を経由する場合と比較して、電気的損失および時間的損失を低減することができる。また、電気光学装置の構成要素を共通化して減少させることができる。したがって、電気光学装置を薄型化することができるだけでなく、電気光学装置の製造工程を容易にして生産性を向上させることができる。
In the electro-optical device according to the aspect of the invention, the semiconductor layer of the control transistor is formed integrally with the semiconductor layer of the light receiving element.
With this configuration, the signal of the light receiving element can be directly taken out from the control transistor, and electrical loss and time loss can be reduced as compared with the case of passing through the wiring. In addition, the components of the electro-optical device can be reduced in common. Therefore, not only can the electro-optical device be made thinner, but also the manufacturing process of the electro-optical device can be facilitated and productivity can be improved.
また、本発明の電気光学装置では、前記受光素子は、前記P型半導体層と前記N型半導体層に挟持された絶縁層を備えていることを特徴とする。
このように構成することで、受光素子をPIN型のフォトダイオードとすることができる。したがって、受光素子の応答速度を向上させることができ、撮像素子を高性能化することができる。
In the electro-optical device according to the aspect of the invention, the light receiving element may include an insulating layer sandwiched between the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer.
With this configuration, the light receiving element can be a PIN photodiode. Therefore, the response speed of the light receiving element can be improved, and the performance of the imaging element can be improved.
また、本発明の電気光学装置では、前記受光素子は、前記P型半導体層および前記N型半導体層よりも電気抵抗が高い高抵抗半導体層を備え、前記高抵抗半導体層が前記P型半導体層と前記N型半導体層に挟持されていることを特徴とする。
このように構成することで、受光素子をPIN型のフォトダイオードとすることができる。したがって、受光素子の応答速度を向上させることができ、撮像素子を高性能化することができる。
In the electro-optical device according to the aspect of the invention, the light receiving element includes a high-resistance semiconductor layer having an electric resistance higher than that of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer, and the high-resistance semiconductor layer is the P-type semiconductor layer. And the N-type semiconductor layer.
With this configuration, the light receiving element can be a PIN photodiode. Therefore, the response speed of the light receiving element can be improved, and the performance of the imaging element can be improved.
また、本発明の電子機器は、上述の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器は、同一基板上で表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができ、外部に光源を必要としない電気光学装置を備えているので、高性能の撮像機能と表示機能とを兼ね備えたコンパクトな撮像部兼表示部を備えた高性能な電子機器となる。
According to another aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus including the above-described electro-optical device.
The electronic apparatus according to the present invention has an electro-optical device that can enlarge both the area of the display element and the imaging element on the same substrate and does not require an external light source. And a high-performance electronic device having a compact image pickup unit and display unit.
次に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の図面においては、各構成を認識可能な大きさとするため、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale and number of each structure are different from each other in order to make each configuration recognizable.
<第一実施形態>
[有機エレクトロルミネッセンス装置]
図1に示すように、有機エレクトロルミネッセンス装置(以下、有機EL装置100と略記する)の各画素には、表示素子1と撮像素子2が設けられている。表示素子1は、有機EL素子10と、有機EL素子10を駆動する駆動トランジスタ20および画素回路(図示せず)等によって構成されている。撮像素子2は、受光素子であるフォトダイオード30と、フォトダイオード30からの信号の読み取りを制御する制御トランジスタ40およびフォトダイオード30からの信号を増幅する増幅回路(図示せず)等によって構成されている。
<First embodiment>
[Organic electroluminescence equipment]
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、例えば、石英等の透明絶縁材料からなる基板3上には、フォトダイオード30の半導体層を構成するN型半導体層31が形成されている。N型半導体層31は、例えば、単結晶シリコンによって形成され、基板3上に画素毎に島状に形成されている。N型半導体層31には、例えば、P(リン)等の不純物がドープされた状態となっている。N型半導体層31および基板3上を覆うように第一の絶縁層4が形成されている。絶縁層4は、例えばSiO2(シリコン酸化物)等の絶縁材料によって形成されている。
As shown in FIG. 1, for example, an N-
絶縁層4上には、P型半導体層32が、N型半導体層31の形成領域に平面的に重なるように島状に形成されている。P型半導体層32は、例えば、多結晶シリコンによって形成されている。P型半導体層32には、例えば、B(ホウ素)等の不純物がドープされた状態となっている。P型半導体層32および絶縁層4を覆って、第二の絶縁層5が形成されている。絶縁層5は、例えば、SiO2等の絶縁材料によって形成されている。
On the
絶縁層5上には、例えば、Al(アルミニウム)等の導電性を有する金属材料からなる受光素子側電極33,34が形成されている。N型半導体層31の形成領域でP型半導体層32の非形成領域に形成された受光素子側電極33は、絶縁層4,5を貫通し、N型半導体層31の表面に達するコンタクトホール35を介してN型半導体層31に接続されている。また、N型半導体層31およびP型半導体層32の形成領域に形成された受光素子側電極34は、絶縁層5を貫通し、P型半導体層32の表面に達するコンタクトホール36を介して、P型半導体層32に接続されている。
On the insulating
また、絶縁層5上には、受光素子側電極33,34に隣接して、例えば、Al等の導電性を有する金属材料からなる増幅信号電極51,52が形成されている。受光素子側電極33,34は増幅回路を介して増幅信号電極51,52に電気的に接続されている。また、絶縁層5上には、N型半導体層31およびP型半導体層32の形成領域に平面的に重なるように、駆動トランジスタ20の半導体層21および制御トランジスタ40の半導体層41が、それぞれ島状に形成されている。駆動トランジスタ20の半導体層21および制御トランジスタ40の半導体層41は、例えば、多結晶シリコンによって形成されている。
Further, on the insulating
絶縁層5の表面と、絶縁層5上の半導体層21,41、受光素子側電極33,34、および増幅信号電極51,52を覆って、第三の絶縁層6が形成されている。絶縁層6は、例えば、SiO2等の絶縁材料によって形成されている。絶縁層6上には、例えば、Al等の導電性を有する金属材料からなる走査線22,42が、駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40の半導体層21,41の略中央部にその一部が平面的に重なるように、それぞれ設けられている。走査線22,42の半導体層21,41と平面的に重なる部分がそれぞれ駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40のゲート電極として機能している。また、走査線22,42はそれぞれ画素回路に設けられた走査線側駆動回路に接続されている。
A third insulating
半導体層21,42の走査線22,42に対向する部分は、それぞれ駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40のチャネル領域21c,41cとなっている。半導体層21,41にはそれぞれチャネル領域21c,41cを挟んでソース領域21s,41sおよびドレイン領域21d,41dが形成されている。チャネル領域21c,41cには、主にP(リン)等のドーパントがドープされ、ソース領域21s,41sおよびドレイン領域21d,41dには、主にB(ホウ素)等のドーパントがドープされている。
Portions of the semiconductor layers 21 and 42 facing the
また、駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40は、それぞれソース領域21s,41sに、チャネル領域21c,41c側から順に低濃度ソース領域と高濃度ソース領域が形成されている。また、ドレイン領域21d,41dにはチャネル領域21c,41c側から順に低濃度ドレイン領域と高濃度ドレイン領域が形成されている。このように、駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40はLDD(Lightly Doped Drain)構造を採用している。
In the
絶縁層6の表面および走査線22,42を覆って、第四の絶縁層7が形成されている。絶縁層7上には駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40のソース電極23,43およびドレイン電極24,44が形成されている。ソース電極23,43およびドレイン電極24,44は、例えば、Al等の導電性を有する金属材料によって形成されている。ソース電極23,43およびドレイン電極24,44は、絶縁層6,7を貫通し、それぞれ半導体層21,41のソース領域21s,41sおよびドレイン領域21d,41dに達するコンタクトホール25,26,45,46を介して、それぞれソース領域21s,41sおよびドレイン領域21d,41dに接続されている。
A fourth insulating
また、絶縁層7上で、増幅信号電極51,52に平面的に重なる位置には画素回路側電極53,54が形成されている。画素回路側電極53,54は、例えば、Al等の導電性を有する金属材料によって形成されている。画素回路側電極53,54は、絶縁層6,7を貫通して増幅信号電極51,52に達するコンタクトホール55,56を介して、増幅信号電極51,52に接続されている。一方の画素回路側電極53は、配線等(図示せず)によって制御トランジスタ40のソース電極43に接続されている。他方の画素回路側電極54は画素回路に接続されている。また、制御トランジスタ40のドレイン電極44も画素回路に接続されている。
On the insulating
絶縁層7の表面と、ソース電極23,43、ドレイン電極24,44および画素回路側電極53,54を覆って、第五の絶縁層8が形成されている。絶縁層8上には、フォトダイオード30と平面的に重なるように、有機EL素子10の陽極を構成する第一電極11が形成されている。第一電極11は、例えばAl等の導電性を有する金属材料によって形成されている。第一電極11は、絶縁層8を貫通し、駆動トランジスタ20のドレイン電極24に達するコンタクトホール12を介して、ドレイン電極24に接続されている。一方、駆動トランジスタ20のソース電極23は画素回路に設けられたデータ側駆動回路に接続されている。
A fifth insulating
第一電極11上の略全面には、正孔輸送層(図示せず)を介して有機発光層13が形成されている。正孔輸送層は、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン等のポリチオフェン誘導体とポリスチレンスルホン酸等の混合物によって形成されている。有機発光層13は、例えば、フルオレン系高分子誘導体等によって形成されている。有機発光層13上には、有機EL素子10の陰極を構成する第二電極14が形成されている。第二電極14は、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)等の透明導電材料によって形成されている。第二電極14は画素回路に接続されている。
An organic
各画素の有機EL素子10の間には、有機EL素子10同士を区画するバンク層(図示せず)が設けられている。バンク層は例えば、SiO2、TiO2等の絶縁材料によって形成されている。また、第二電極14およびバンク層上には水や酸素の侵入を防いで第二電極14あるいは有機発光層13の酸化を防止するための封止部(図示せず)が設けられている。また、基板3の下側(フォトダイオード30形成面の反対側)にはカラーフィルタ9が設けられている。
A bank layer (not shown) for partitioning the
画素回路は、走査線22,42に接続された走査側駆動回路(図示せず)を備えている。走査側駆動回路は、制御トランジスタ40および駆動トランジスタ20の走査線22,42に走査信号を供給するためのもので、例えばシフトレジスタおよびレベルシフタ等を含んで構成されている。また、画素回路は、制御トランジスタ40のドレイン電極44から供給された増幅信号に応じて駆動トランジスタ20のソース電極23に画像信号を供給するデータ側駆動回路および電源線等(図示せず)を備えている。データ側駆動回路は、例えば、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチ等を含んで構成されている。
The pixel circuit includes a scanning side drive circuit (not shown) connected to the
増幅回路は、受光素子側電極33,34から入力された信号を増幅して増幅信号電極51,52に出力するためのトランジスタ等を備えている。また、基板3上には、上述の撮像素子2および表示素子1を含んで構成された画素が、平面視でマトリクス状に配列形成されている。これにより、有機EL装置100の基板3の下側(カラーフィルタ9側)には撮像領域が形成され、基板3の上側(有機EL素子10側)には表示領域が撮像領域に平面的に重なった状態で形成されている。
The amplifying circuit includes a transistor for amplifying signals input from the light receiving
以上説明したように、本実施形態の有機EL装置100は、図2に示すように、カラーフィルタ9、基板3、受光素子(フォトダイオード30)、増幅回路および画素回路、有機EL素子10が、同一の基板3内でこの順に積層された構造を有している。
As described above, the
次に、本実施形態の作用について説明する。
図1および図2に示すように、基板3の下側(カラーフィルタ9側)から基板3の上側(フォトダイオード30側)に向けて入射した白色光Wは、各画素に設けられたカラーフィルタ9を透過してR(赤色光)、G(緑色光)、B(青色光)いずれかの単色光となり、R、G、Bの各色の光に対応する各画素の基板3に入射する。基板3に入射した光は、基板3を透過して受光素子であるフォトダイオード30のN型半導体層31に入射する。N型半導体層31に光が入射すると、光起電力効果により、P型半導体層32との間に起電力が発生する。
Next, the operation of this embodiment will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the white light W incident from the lower side of the substrate 3 (
このとき、フォトダイオード30のN型半導体層31が単結晶シリコンで形成されているので、多結晶シリコン等によって形成した場合と比較して、N型半導体層31における電気的な損失を低減することができる。これにより、フォトダイオード30に、例えば、約10倍程度の電流を発生さることができる。したがって、フォトダイオード30の感度を向上させ、撮像素子2の性能を向上させることができる。
At this time, since the N-
一方、フォトダイオード30に絶縁層5を介して積層して形成された駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40の半導体層21,41は、多結晶シリコンによって形成されている。多結晶シリコンの半導体層21,41は、通常のプロセスで用いられる高温ポリシリコン形成技術によって形成することができる。したがって、駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40の半導体層21,41の形成プロセスを容易にし、有機EL装置100の生産性を向上させることができる。
On the other hand, the semiconductor layers 21 and 41 of the
また、N型半導体層31とP型半導体層32との間にSiO2等からなる絶縁層4を形成したことで、受光素子をPIN型のフォトダイオード30とすることができる。したがって、フォトダイオード30の応答速度を向上させ、撮像素子2を高性能化することができる。
Further, since the insulating
また、上述のように、受光素子であるフォトダイオード30と電気光学素子である有機EL素子10とを絶縁層4,5,6,7,8を介して平面的に重なるように積層したことで、同一画素内の異なる層にフォトダイオード30と有機EL素子10がそれぞれ個別に形成される。これにより、画素内で有機EL素子10の設置面積を減少させることなく、フォトダイオード30の面積を最大化し、フォトダイオード30に発生する電流を増加させ、感度を向上させることができる。
In addition, as described above, the
N型半導体層31に光が入射することにより発生した信号(電流)は、受光素子側電極33,34に接続された増幅回路により増幅され、増幅信号として増幅信号電極51,52に出力される。ここで、増幅信号電極51,52に接続された画素回路側電極53,54は、それぞれ配線等(図示せず)を介してそれぞれ制御トランジスタ40のソース電極43および画素回路のデータ駆動側回路に接続されている。このとき、スイッチング素子である制御トランジスタ40の走査線42に、画素回路の走査側駆動回路によって所定のタイミングで増幅信号読み取り用の信号を伝送することで、制御トランジスタ40のドレイン電極44から所定のタイミングでデータ側駆動回路に増幅信号が伝送される。このとき、複数の画素の制御トランジスタ40を線順次走査することにより、各画素の増幅信号を線順次でデータ側駆動回路に伝送する。
A signal (current) generated by the incidence of light on the N-
データ側駆動回路は伝送された増幅信号に基づいて、各画素の駆動トランジスタ20を介して各画素の第一電極11に画像信号を伝送する。このとき、スイッチング素子である駆動トランジスタ20の走査線22に画素回路の走査側駆動回路によって所定のタイミングで画像信号伝送用の信号を伝送する。これにより、データ側駆動回路から駆動トランジスタ20のソース電極23、ドレイン電極24を介して伝送された画像信号が、所定のタイミングで第一電極11に伝送される。
The data side driving circuit transmits an image signal to the
第一電極11に画像信号が伝送されると、第一電極11と第二電極14との間に電流が流れる。このとき、正孔輸送層は、正孔を有機発光層13に注入(供給)する機能を有するとともに、正孔を正孔輸送層内部において輸送する。正孔輸送層から有機発光層13に注入された正孔は、第二電極14から有機発光層13に注入(供給)された電子と有機発光層13内部で再結合する。これにより、有機発光層13は第一電極11に伝送された画像信号に基づいて発光する。このように、R、G、Bの各色に対応する各画素の有機発光層13が、図2に示すように、画像信号に応じてR、G、Bの各色の光を発することで、撮像領域で撮影した画像に基づいた画像が表示領域に表示される。
When an image signal is transmitted to the
このように、電気光学素子としてトップエミッション型の有機EL素子10を用いることで、基板3の外部に光源を設けることなく、各画素の表示素子1を発光させることができる。
また、上述のように、受光素子であるフォトダイオード30と電気光学素子である有機EL素子10とを絶縁層4,5,6,7,8を介して平面的に重なるように積層したことで、同一画素内の異なる層にフォトダイオード30と有機EL素子10がそれぞれ個別に形成される。これにより、画素内で有機EL素子10の面積を最大化することができる。したがって、基板3の平面領域内で表示素子1と撮像素子2の形成領域を重複させ、同一基板3上で表示素子1と撮像素子2の面積を共に拡大することができことができる。
As described above, by using the top emission type
In addition, as described above, the
また、図2に示すように、増幅回路を画素回路と同一の層に形成し、有機EL素子10および受光素子であるフォトダイオード30とは別の層に形成したことで、有機EL素子10およびフォトダイオード30の設置面積を縮小させる必要がない。したがって、有機EL素子10およびフォトダイオード30の面積を共に拡大することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the amplifier circuit is formed in the same layer as the pixel circuit, and is formed in a layer different from the
次に、図3および図4に示す本実施形態の第一および第二変形例について説明する。
図3および図4に示す有機EL装置200,300は、上述した図1に示す有機EL装置100とフォトダイオード30の半導体層の構成が異なっている。その他の点は上述の有機EL装置100と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
Next, first and second modifications of the present embodiment shown in FIGS. 3 and 4 will be described.
The
図3に示すように、有機EL装置200のN型半導体層31上には、受光素子側電極33の形成部位を除いて島状に高抵抗半導体層37が形成されている。高抵抗半導体層37は、例えば、多結晶シリコン等により形成され、N型半導体層31よりも低濃度でP(リン)等の不純物がドープされた状態となっている。これにより、高抵抗半導体層37はN型半導体層31およびP型半導体層32と比較して高い電気抵抗を有している。高抵抗半導体層37上には、高抵抗半導体層37の略全面にP型半導体層32が形成されている。そして、基板3の表面、P型半導体層32およびN型半導体層31を覆って、絶縁層5が形成されている。
As shown in FIG. 3, on the N-
このように、高抵抗半導体層37をN型半導体層31とP型半導体層32との間に設けることで、図1の有機EL装置100と同様に、受光素子をPIN型のフォトダイオード230とすることができる。したがって、受光素子の応答速度を向上させることができ、撮像素子202を高性能化することができる。
As described above, by providing the high-
図4に示すように、有機EL装置300のN型半導体層31上には、直接、P型半導体層32が形成されている。すなわち、受光素子はPN型のフォトダイオード330となる。このとき、図1に示す絶縁層4や、図3に示す高抵抗半導体層37を形成する必要がない。したがって、有機EL装置300の製造工程を簡略化して生産性を向上させることができる。また、有機EL装置300の薄型化を図ることができる。さらに、絶縁材料および半導体材料の使用量を削減し、コストを低下させることができる。
As shown in FIG. 4, a P-
<第二実施形態>
[有機エレクトロルミネッセンス装置]
次に、本発明の第二実施形態について、図5および図6を用いて説明する。本実施形態の有機EL装置100´はフォトダイオード30´のP型半導体層32´が制御トランジスタ40´の半導体層41´と一体になっている点で上述の第一実施形態で説明した有機EL装置100と異なっている。その他の点は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
<Second embodiment>
[Organic electroluminescence equipment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
図5に示すように、N型半導体層31および基板3上を覆うように第一の絶縁層4が形成されている。絶縁層4上には、P型半導体層32´が、N型半導体層31の形成領域に平面的に重なるように島状に形成されている。ここで、P型半導体層32´は、絶縁層4上をN型半導体層31の非形成領域まで延長されて、制御トランジスタ40´の半導体層41´と一体に形成されている。すなわち、本実施形態では、制御トランジスタ40´のソース領域41s´がフォトダイオード30´のP型半導体層32´を兼ねている。
As shown in FIG. 5, a first insulating
また、絶縁層4上で、N型半導体層31およびP型半導体層32´の非形成領域には、駆動トランジスタ20の半導体層21が形成されている。そして、絶縁層5(図1参照)を形成することなく、図5に示すように、絶縁層4の表面、P型半導体層32´および駆動トランジスタ20の半導体層21を覆って、第二の絶縁層6が形成されている。さらに、第一実施形態と同様に絶縁層6上に駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40´の走査線22,42が形成されている。さらに、第一実施形態と同様に、絶縁層7上に駆動トランジスタ20および制御トランジスタ40´のソース電極23,43およびドレイン電極24,44が形成されている。
Further, on the insulating
ここで、制御トランジスタ40´のソース電極43およびドレイン電極44は増幅回路に接続されている。また、駆動トランジスタ20のソース電極23は画素回路に設けられたデータ側駆動回路に接続されている。また、駆動トランジスタ20のドレイン電極24は第一実施形態と同様に第一電極11に接続されている。増幅回路は制御トランジスタ40´のソース電極43およびドレイン電極44から検出した信号を増幅して、増幅信号として画素回路に伝送するように構成されている。画素回路は増幅回路から伝送された増幅信号に基づいて駆動トランジスタ20のソース電極23に画像信号を伝送するように構成されている。
Here, the
以上説明したように、本実施形態の有機EL装置100´は、図6に示すように、カラーフィルタ9、基板3、受光素子(フォトダイオード30´)および増幅回路、画素回路、有機EL素子10が、同一の基板3内でこの順に積層された構造を有している。
As described above, the
次に、本実施形態の作用について説明する。
図5および図6に示すように、基板3の下側(カラーフィルタ9側)から基板3の上側(フォトダイオード30´側)に向けて入射した白色光Wは、各画素に設けられたカラーフィルタ9を透過してR(赤色光)、G(緑色光)、B(青色光)いずれかの単色光となり、R、G、Bの各色の光に対応する各画素の基板3に入射する。基板3に入射した光は、基板3を透過して受光素子であるフォトダイオード30´のN型半導体層31に入射する。N型半導体層31に光が入射すると、光起電力効果により、P型半導体層32´との間に起電力が発生する。
Next, the operation of this embodiment will be described.
As shown in FIGS. 5 and 6, the white light W incident from the lower side of the substrate 3 (
このとき、第一実施形態と同様にフォトダイオードのN型半導体層31が単結晶シリコンで形成され、P型半導体層32´(制御トランジスタ40´の半導体層41´)、駆動トランジスタ20の半導体層21が多結晶シリコンによって形成されている。また、N型半導体層31とP型半導体層32´との間にSiO2等からなる第一の絶縁層4が形成されている。さらに、受光素子であるフォトダイオード30´と電気光学素子である有機EL素子10とが、絶縁層4,6,7,8を介して平面的に重なるように積層されている。したがって、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
At this time, as in the first embodiment, the N-
加えて、本実施形態によれば、制御トランジスタ40´の半導体層41´がフォトダイオード30´のP型半導体層32´と一体に形成され、制御トランジスタ40´のP型半導体層32´および絶縁層5を形成する必要がない。したがって、有機EL装置100´の製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。また、有機EL装置100´を薄型化すると共に、絶縁材料および半導体材料の使用量を削減し、コストを低下させることができる。
In addition, according to the present embodiment, the
N型半導体層31に光が入射することにより発生した信号(電流)は、スイッチング素子である制御トランジスタ40´の走査線42に、画素回路の走査側駆動回路によって所定のタイミングで読み取り用の信号を伝送することで、制御トランジスタ40´のソース電極43およびドレイン電極44を介して増幅回路に所定のタイミングで伝送される。増幅回路に伝送された信号は、増幅された増幅信号として画素回路のデータ側駆動回路に伝送される。このとき、複数の画素の制御トランジスタ40´を線順次走査することにより、各画素の増幅信号を線順次でデータ側駆動回路に伝送する。
A signal (current) generated when light is incident on the N-
データ側駆動回路は伝送された増幅信号に基づいて、各画素の駆動トランジスタ20のソース電極23およびドレイン電極24を介して各画素の第一電極11に画像信号を伝送する。このとき、スイッチング素子である駆動トランジスタ20の走査線22に画素回路の走査側駆動回路によって所定のタイミングで画像信号伝送用の信号を伝送する。これにより、データ側駆動回路から駆動トランジスタ20のソース電極23に伝送された画像信号が所定のタイミングでドレイン電極24を介して第一電極11に伝送される。
The data side driving circuit transmits an image signal to the
第一電極11に画像信号が伝送されると、第一電極11と第二電極14の間に電流が流れる。これにより、第一実施形態と同様に、有機発光層13は第一電極11に伝送された画像信号に基づいて発光し、R、G、Bの各色に対応する各画素の有機発光層13が、画像信号に応じてR、G、Bの各色の光を発することで、撮像領域で撮影した画像に基づいた画像が表示領域に表示される。
When an image signal is transmitted to the
このように、電気光学素子としてトップエミッション型の有機EL素子10を用いることで、第一実施形態と同様に、基板3の外部に光源を設けることなく、各画素の表示素子1を発光させることができる。
また、上述のように、受光素子であるフォトダイオード30´と電気光学素子である有機EL素子10とが、絶縁層4,6,7,8を介して平面的に重なるように積層されていることで、第一実施形態と同様に、画素内で有機EL素子10の面積を最大化することができる。したがって、基板3の平面領域内で表示素子1と撮像素子2´の形成領域を共通化し、同一基板3上で表示素子1と撮像素子2´の面積を共に拡大することができことができる。
Thus, by using the top emission type
Further, as described above, the
また、図6に示すように、増幅回路を受光素子であるフォトダイオード30´と同一の層に形成し、画素回路およびEL素子は別の層に形成したことで、画素回路の設置面積を拡大することができ、画素回路の複雑化に対応することができる。また、有機EL素子10の面積を拡大することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the amplification circuit is formed in the same layer as the
次に、図7および図8に示す本実施形態の第一および第二変形例について説明する。
図7および図8に示す有機EL装置は、上述した図5に示す有機EL装置100´とフォトダイオードの半導体層の構成が異なっている。その他の点は上述の有機EL装置100´と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
Next, first and second modifications of the present embodiment shown in FIGS. 7 and 8 will be described.
The organic EL device shown in FIGS. 7 and 8 is different from the
図7に示すように、有機EL装置200´のN型半導体層31上には、N型半導体層31の略全面に、図3に示す有機EL装置200と同様の高抵抗半導体層37が形成されている。高抵抗半導体層37上には、高抵抗半導体層37の略全面に、図5に示す有機EL装置100´と同様に、制御トランジスタ40´の半導体層41´と一体にP型半導体層32´が形成されている。基板3上でN型半導体層31および高抵抗半導体層37の非形成領域には、絶縁層4が形成されている。
As shown in FIG. 7, on the N-
このように、高抵抗半導体層37をN型半導体層31とP型半導体層32´との間に設けることで、図5に示す有機EL装置100´と同様に、受光素子をPIN型のフォトダイオード230´とすることができる。したがって、受光素子の応答速度を向上させることができ、撮像素子を高性能化することができる。
As described above, by providing the high-
図8に示すように、有機EL装置300´のN型半導体層31上には、図4に示す有機EL装置300と同様に、直接、P型半導体層32´(半導体層41´)が形成されている。すなわち、受光素子はPN型のフォトダイオード330´となる。このとき、図1に示す第二の絶縁層5や、図7に示す高抵抗半導体層37を形成する必要がない。したがって、有機EL装置300´の製造工程を簡略化して生産性を向上させることができる。また、有機EL装置300´の薄型化を図ることができる。さらに、絶縁材料および半導体材料の使用量を削減し、コストを低下させることができる。
As shown in FIG. 8, a P-
[電子機器]
次に、上述の実施形態において説明した有機EL装置を備えた電子機器の例について説明する。
図9に示すように、ディジタルスチルカメラ900は、ケース901と、その背後に設けられ、上述の実施形態に係る有機EL装置の表示素子からなる表示パネル902と、ケース901の観察側(図においては裏面側)に設けられる光学レンズ等を含んだ受光ユニット903と、シャッタボタン904と、そのシャッタボタン904を押した時点における有機EL装置の撮像素子の画像信号が転送・格納される回路基板905と、を備えている。この表示パネル902には、有機EL装置の撮像素子により光電変換して生成された画像信号に基づいて、表示が行われる。
[Electronics]
Next, an example of an electronic device including the organic EL device described in the above embodiment will be described.
As shown in FIG. 9, a digital
また、このディジタルスチルカメラ900にあっては、ケース901の側面にビデオ信号出力端子906と、データ通信用の入出力端子907とが設けられている。そして、図9に示すように、ビデオ信号出力端子906には、テレビモニタ1000が、また、後者のデータ通信用の入出力端子907にはパーソナルコンピュータ1100が、それぞれ必要に応じて接続され、所定の操作によって、回路基板905のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ1000や、パーソナルコンピュータ1100に出力される構成となっている。
In the digital
このように図9に示すディジタルスチルカメラ900は、上述の実施形態において説明したように、同一基板上で表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができ、外部に光源を必要としない有機EL装置を表示パネル902に備えているので、高性能の撮像機能と表示機能とを兼ね備えたコンパクトな撮像部兼表示部を備えた高性能の電子機器となる。
As described above, the digital
なお、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、前述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、撮像素子側から入射した光が駆動トランジスタおよび制御トランジスタの半導体層に入射することを防止するための遮光手段を受光素子と駆動トランジスタおよび制御トランジスタとの間に設けてもよい。
It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiment without departing from the gist of the present invention.
For example, light shielding means for preventing light incident from the imaging element side from entering the semiconductor layers of the drive transistor and the control transistor may be provided between the light receiving element and the drive transistor and the control transistor.
また、受光素子であるフォトダイオードによって出力され、増幅回路によって増幅された信号をサンプリングし、外部のメモリ等に伝送して保存するようにしてもよい。これにより、撮像素子によって撮影した画像を外部のメモリに保存しておくことができる。 Further, a signal output by a photodiode as a light receiving element and amplified by an amplifier circuit may be sampled, transmitted to an external memory or the like, and stored. Thereby, the image image | photographed with the image pick-up element can be preserve | saved at external memory.
また、本発明における有機EL装置を備えた電子機器としては、上記のものに限らず、他に例えば、ビューファインダ型・モニタ直視型のディジタルビデオカメラ、また、赤外光や紫外光のように肉眼で直接観察できない波長の光を処理して観察するためのヘッドマウントディスプレイ、暗視スコープ、撮像機能付表示モニタなどを挙げることができる。 In addition, the electronic apparatus provided with the organic EL device according to the present invention is not limited to the above-described ones. For example, a viewfinder type / monitor direct-view type digital video camera, or infrared light or ultraviolet light. Examples thereof include a head mounted display, a night vision scope, and a display monitor with an imaging function for processing and observing light having a wavelength that cannot be directly observed with the naked eye.
1 表示素子、2 撮像素子、3 基板、4,5,6,7,8 絶縁層、10 有機エレクトロルミネッセンス素子(電気光学素子)、11 第一電極、13 有機発光層、14 第二電極、20 駆動トランジスタ、21 半導体層、30,30´,230,230´,330,330´ フォトダイオード(受光素子)、31 N型半導体層(半導体層)、32,32´ P型半導体層(半導体層)、37 高抵抗半導体層(半導体層)、40,40´ 制御トランジスタ、41,41´ 半導体層、100,100´,200,200´,300,300´ 有機EL装置(電気光学装置)、900 ディジタルスチルカメラ(電子機器)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記複数の画素の各々は前記表示素子および前記撮像素子を備え、前記表示素子は駆動トランジスタに接続された電気光学素子を備え、前記撮像素子は制御トランジスタに接続された受光素子を備え、前記受光素子と前記電気光学素子とが絶縁層を介して少なくとも一部が平面的に重なるように積層されていることを特徴とする電気光学装置。 An electro-optical device including a display element and an imaging element on a substrate on which a plurality of pixels are arranged in a matrix,
Each of the plurality of pixels includes the display element and the imaging element, the display element includes an electro-optic element connected to a driving transistor, the imaging element includes a light receiving element connected to a control transistor, and the light receiving element An electro-optical device, wherein an element and the electro-optical element are stacked so that at least a part thereof is planarly overlapped with an insulating layer interposed therebetween.
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