JP2009135185A - Optical sensor element, method of driving optical sensor element, display device, and method of driving display device - Google Patents

Optical sensor element, method of driving optical sensor element, display device, and method of driving display device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical sensor element which can be improved in photodetection sensitivity, and to provide a driving method thereof. <P>SOLUTION: The optical sensor element S having a semiconductor layer 7 provided with a p-type region 7p and an n-type region 7n in a state where an i-type region 7i used as a photodetection portion is interposed is characterized in that two control electrodes G1 and G2 are provided electrically independently on both side faces of the semiconductor layer 7 at positions across the i-type region 7i with gate insulating films 5 and 9 interposed therebetween. When an electric signal is read out of the i-type region 7i, the two control electrodes G1 and G2 are controlled independently of each other. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、PIN型半導体構造の光センサ素子、この光センサ素子の駆動方法、さらにはこの光センサ素子を備えた表示装置、およびその駆動方法に関する。   The present invention relates to an optical sensor element having a PIN type semiconductor structure, a driving method of the optical sensor element, a display device including the optical sensor element, and a driving method thereof.

近年、液晶表示装置や有機EL表示装置のような平面型の表示装置においては、表示画面やその近傍に光センサ素子を設けることにより、タッチパネルやペン入力などの画面入力や、バックライトの輝度制御を実現するなどの多機能化が進んでいる。このような表示装置に設けられる光センサ素子としては、製造工程の簡便さからシリコン(Si)薄膜を用いたPIN型薄膜ダイオードが多く用いられている。   In recent years, in a flat display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device, a screen sensor such as a touch panel or a pen input or a backlight luminance control is provided by providing a photosensor element in or near the display screen. Multi-functionalization such as realization is progressing. As an optical sensor element provided in such a display device, a PIN thin film diode using a silicon (Si) thin film is often used because of a simple manufacturing process.

PIN型薄膜ダイオード構造の光センサ素子は、i型領域に隣接してこれを挟む状態でp型領域およびn型領域を半導体層(シリコン薄膜)に設けた構成であり、i型領域を受光部として用いている。またこのような構成の光センサ素子においては、リーク電流の防止を目的として、i型領域に絶縁膜を介して制御電極を設ける構成が提案されている。   An optical sensor element having a PIN type thin-film diode structure has a configuration in which a p-type region and an n-type region are provided in a semiconductor layer (silicon thin film) with an i-type region adjacent to and sandwiching the i-type region. It is used as. In addition, in the optical sensor element having such a configuration, a configuration is proposed in which a control electrode is provided in an i-type region via an insulating film for the purpose of preventing leakage current.

このような構成により、PIN型ダイオードに電流が流れ始めるときのバイアス電圧のしきい値を、制御電極に印加するゲート電圧によって制御可能としている。またこれにより、光が照射された状態で、ゲート電圧よりも高いバイアス電圧が印加されていない光センサ素子に、リーク電流が発生することを防止している。
(例えば、下記特許文献1参照)。
With such a configuration, the threshold value of the bias voltage when current starts to flow through the PIN diode can be controlled by the gate voltage applied to the control electrode. This also prevents a leak current from being generated in the photosensor element to which a bias voltage higher than the gate voltage is not applied in the state of being irradiated with light.
(For example, refer to Patent Document 1 below).

特開2004−119719号公報JP 2004-119719 A

ところで、以上のような構成の光センサ素子が設けられる表示装置においては、高品位な画質を得るために、画素開口間の狭ピッチ化や画素開口率の向上が求められている。このため、画素開口間や表示領域の外側に設けられる光センサ素子には、占有面積の縮小化が求められており、より微細な素子での光感度な受光が求められている。   By the way, in a display device provided with the photosensor element having the above-described configuration, in order to obtain high-quality image, it is required to reduce the pitch between pixel openings and improve the pixel aperture ratio. For this reason, an optical sensor element provided between the pixel openings or outside the display area is required to reduce the occupied area, and light sensitivity with a finer element is required.

そこで本発明は、受光感度の向上を図ることが可能な光センサ素子およびその駆動方法を提供すること、さらにはこの光センサ素子を用いることで光センサ素子の占有面積の縮小化によって画素開口率の向上を図ることが可能な表示装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides an optical sensor element capable of improving the light receiving sensitivity and a driving method thereof, and further, by using this optical sensor element, the pixel aperture ratio is reduced by reducing the area occupied by the optical sensor element. An object of the present invention is to provide a display device capable of improving the above.

このような目的を達成するための本発明は、受光部として用いられるi型領域を挟む状態でp型領域およびn型領域が設けられた半導体層を備えた光センサ素子において、半導体層の両側面には、ゲート絶縁膜を介して前記i型領域を挟む位置に、2つの制御電極を電気的に独立させて配置することを特徴している。   In order to achieve such an object, the present invention provides an optical sensor element including a semiconductor layer in which a p-type region and an n-type region are provided with an i-type region used as a light-receiving portion interposed therebetween. The surface is characterized in that two control electrodes are arranged electrically and independently at a position sandwiching the i-type region via a gate insulating film.

また本発明はこのような構成の光センサ素子の駆動方法でもあり、i型領域から電気信号を読み出す際には、2つの制御電極を独立して制御することを特徴としている。   The present invention is also a method for driving the optical sensor element having such a configuration, and is characterized in that when an electric signal is read from the i-type region, the two control electrodes are independently controlled.

このような構成の光センサ素子では、i型領域の上下に設けた2つの制御電極に異なる電位を与えることにより、i型領域での受光によって発生した正孔−電子対を、i型領域の膜厚方向に分離させることができる。これにより、i型領域内の膜厚方向に正孔と電子とを分離させた状態で、正孔をアノード(p型領域)方向に、電子をカソード(n型領域)方向に移動させることができる。このため、受光によって発生した電子/正孔対が、i型領域内を移動する際に再結合する確率が小さくなり、電流の取出効率が向上する。   In the optical sensor element having such a configuration, by applying different potentials to the two control electrodes provided above and below the i-type region, hole-electron pairs generated by light reception in the i-type region are reduced. It can be separated in the film thickness direction. As a result, the holes are moved in the anode (p-type region) direction and the electrons are moved in the cathode (n-type region) direction with the holes and electrons separated in the film thickness direction in the i-type region. it can. For this reason, the probability that electron / hole pairs generated by light reception recombine when moving in the i-type region is reduced, and the current extraction efficiency is improved.

また本発明の表示装置は、基板上の表示領域にマトリックス状に配置された表示画素と、当該基板上に設けられた光センサ素子とを備えており、この光センサ素子として上記構成の光センサ素子を用いたことを特徴としている。   The display device of the present invention includes display pixels arranged in a matrix in a display region on a substrate and a photosensor element provided on the substrate, and the photosensor having the above-described configuration is provided as the photosensor element. It is characterized by using elements.

このような構成の表示装置では、上述したような電流の取出効率の向上が図られる光センサ素子を設けることにより、光センサ素子の占有面積を縮小して画素開口の拡大が図られる。   In the display device having such a configuration, by providing the photosensor element that can improve the current extraction efficiency as described above, the area occupied by the photosensor element can be reduced and the pixel aperture can be enlarged.

以上説明したように本発明によれば、電流の取出効率の向上により光センサ素子における受光感度の向上を図ることが可能になる。そして、このような光センサ素子を設けたことにより、表示装置においての光センサ素子の占有面積を縮小化し、画素開口率の向上による画質の高品位化を図ることが可能になる。   As described above, according to the present invention, it is possible to improve the light receiving sensitivity of the optical sensor element by improving the current extraction efficiency. By providing such an optical sensor element, it is possible to reduce the area occupied by the optical sensor element in the display device and improve the image quality by improving the pixel aperture ratio.

以下本発明の実施の形態を、光センサ素子、光センサ素子の駆動方法、表示装置、表示装置の駆動方法の順に図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail in the order of an optical sensor element, an optical sensor element driving method, a display device, and a display apparatus driving method.

<光センサ素子の構成>
図1は、本発明を適用した光センサ素子の構成を示す概略断面図である。この図に示す光センサ素子Sは、いわゆるPIN型薄膜ダイオード構造の光センサ素子Sであり、以下のように構成さている。
<Configuration of optical sensor element>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an optical sensor element to which the present invention is applied. The optical sensor element S shown in this figure is an optical sensor element S having a so-called PIN type thin film diode structure, and is configured as follows.

すなわち、基板1上には、例えばアルミニウムのような光反射性材料からなる第1制御電極G1が配線され、これを覆う状態でゲート絶縁膜5が設けられている。このゲート絶縁膜5は光透過性であることが好ましい。ゲート絶縁膜5上には、第1制御電極G1を跨ぐ状態でポリシリコンや酸化物半導体などからなる半導体層7がパターン形成されている。この半導体層7は、第1制御電極G1脇の一方側がp型領域7pとなり、第1制御電極G1脇の他方側がn型領域7nとなっている。また、第1制御電極G1と重なる位置のシリコン薄膜7部分は、不純物濃度が低く抑えられた受光部(i型領域)7iが設けられている。つまり、半導体層7は、受光部(i型領域)7iに隣接してこれを挟む状態で、p型領域7pとn型領域7nとが設けられた構成となっているのである。   That is, the first control electrode G1 made of a light reflective material such as aluminum is wired on the substrate 1, and the gate insulating film 5 is provided so as to cover the first control electrode G1. The gate insulating film 5 is preferably light transmissive. On the gate insulating film 5, a semiconductor layer 7 made of polysilicon, an oxide semiconductor, or the like is formed in a pattern so as to straddle the first control electrode G1. The semiconductor layer 7 has a p-type region 7p on one side of the first control electrode G1 and an n-type region 7n on the other side of the first control electrode G1. In addition, the silicon thin film 7 portion that overlaps the first control electrode G1 is provided with a light receiving portion (i-type region) 7i in which the impurity concentration is kept low. That is, the semiconductor layer 7 has a configuration in which the p-type region 7p and the n-type region 7n are provided adjacent to the light receiving portion (i-type region) 7i.

さらに、このような半導体層7を覆う状態で光透過性材料からなる層間絶縁膜9が設けられ、この層間絶縁膜9上には、接続孔を介してp型領域7pやn型領域7nに接続された各配線11が設けられている。またこれらの配線11を覆う状態で、層間絶縁膜9上には光透過性材料からなる平坦化絶縁膜13が設けられている。この平坦化絶縁膜13には、受光部7i上を広く開口して層間絶縁膜9を底面とした開口窓13aが設けられている。   Further, an interlayer insulating film 9 made of a light transmissive material is provided so as to cover the semiconductor layer 7, and on the interlayer insulating film 9, a p-type region 7p and an n-type region 7n are connected via a connection hole. Each connected wiring 11 is provided. Further, a planarizing insulating film 13 made of a light transmissive material is provided on the interlayer insulating film 9 so as to cover these wirings 11. The planarizing insulating film 13 is provided with an opening window 13a having a wide opening on the light receiving portion 7i and having the interlayer insulating film 9 as a bottom surface.

このような平坦化絶縁膜13上には、第2制御電極G2が設けられている。この第2制御電極G2は、開口窓13の底部において、層間絶縁膜9をゲート絶縁膜として受光部7iに対向配置されている。これにより、半導体層7の両側面には、ゲート絶縁膜5および層間絶縁膜9からなるゲート絶縁膜を介して、i型領域7iを挟む状態で第1制御電極G1および第2制御電極G2が配置された状態となっている。これらの第1制御電極G1および第2制御電極G2は、電気的に独立して配線されていることとする。   On the planarization insulating film 13, the second control electrode G2 is provided. The second control electrode G2 is disposed at the bottom of the opening window 13 so as to face the light receiving portion 7i with the interlayer insulating film 9 as a gate insulating film. As a result, the first control electrode G1 and the second control electrode G2 are disposed on both side surfaces of the semiconductor layer 7 with the i-type region 7i interposed therebetween via the gate insulating film formed of the gate insulating film 5 and the interlayer insulating film 9. It is in an arranged state. The first control electrode G1 and the second control electrode G2 are electrically wired independently.

またここでは、第2制御電極G2は、受光部7iで受光する光に対する光透過性を有する材料で構成され、例えばITOのような透明導電性材料からなることとする。このような材料からなる第2制御電極G2は、光透過性を確保するために薄膜で設けられることが好ましい。またこのような第2制御電極G2の導電性を確保するために、平坦化絶縁膜13の下層の配線11に第2制御電極G2を接続させても良い。   In addition, here, the second control electrode G2 is made of a material having optical transparency to the light received by the light receiving unit 7i, and is made of a transparent conductive material such as ITO. The second control electrode G2 made of such a material is preferably provided as a thin film in order to ensure light transmittance. Further, in order to ensure the conductivity of the second control electrode G2, the second control electrode G2 may be connected to the wiring 11 below the planarization insulating film 13.

以上のような構成の光センサ素子Sでは、第2制御電極G2側から照射された光hは、第2制御電極G2および層間絶縁膜(ゲート絶縁膜)9を透過して受光部7iで受光されて光電変換される。そして、p型領域7pをアノードとし、n型領域7nをカソードとしたPIN型薄膜ダイオード構造に逆バイアスを印加することにより、受光部(i型領域7i)で光電変換されて蓄積された電荷を電気信号として読み出すことができる。   In the optical sensor element S configured as described above, the light h irradiated from the second control electrode G2 side passes through the second control electrode G2 and the interlayer insulating film (gate insulating film) 9 and is received by the light receiving unit 7i. And photoelectrically converted. Then, by applying a reverse bias to the PIN type thin film diode structure having the p-type region 7p as an anode and the n-type region 7n as a cathode, the electric charge photoelectrically converted and accumulated in the light receiving portion (i-type region 7i) It can be read out as an electrical signal.

以上のように受光部(i型領域)7iから電気信号を読み出す際には、次に説明するように2つの制御電極G1,G2を独立して制御する駆動を行うこととする。   As described above, when an electric signal is read out from the light receiving unit (i-type region) 7i, driving for independently controlling the two control electrodes G1 and G2 is performed as described below.

尚、この光センサ素子Sは、第2制御電極G2側からの光だけではなく、第2制御電極G1側からの光を受光する構成であっても良い。この場合、基板1、第1制御電極G1、およびゲート絶縁膜5の全てを光透過性材料で構成することにより、基板1側から照射された光が受光部7iで光電変換されて読み出される。さらに、第1制御電極G1と第2制御電極G2の両方から照射された光を受光部7iで光電変換させて読み出す構成であっても良い。   The optical sensor element S may be configured to receive not only the light from the second control electrode G2 side but also the light from the second control electrode G1 side. In this case, the substrate 1, the first control electrode G1, and the gate insulating film 5 are all made of a light transmissive material, so that the light irradiated from the substrate 1 side is photoelectrically converted and read by the light receiving unit 7i. Further, a configuration may be adopted in which light irradiated from both the first control electrode G1 and the second control electrode G2 is photoelectrically converted by the light receiving unit 7i and read.

<光センサ素子の駆動方法−1>
次に、先の図1の構成図、および図2のバンド構造の模式図に基づいて、光センサ素子Sの駆動方法を説明する。尚、図2A−A’は半導体層におけるp型領域7p−n型領域7n方向のバンド構造であり、図2B−B’は半導体層における第2制御電極2G−第1制御電極G1方向のバンド構造である。
<Driving method of optical sensor element-1>
Next, a method of driving the optical sensor element S will be described based on the configuration diagram of FIG. 1 and the schematic diagram of the band structure of FIG. 2A 'is a band structure in the direction of the p-type region 7p-n-type region 7n in the semiconductor layer, and FIG. 2B-B' is a band structure in the direction of the second control electrode 2G-first control electrode G1 in the semiconductor layer. Structure.

先に説明したように、光センサ素子Sの受光部(i型領域)7iから電気信号を読み出す際には、p型領域7pをアノードとしn型領域7nをカソードとしたPIN型薄膜ダイオード構造に逆バイアスを印加する。つまりp型領域7p−n型領域7n間に印加する読出電圧として、p型領域7pにマイナスのアノード電位Vacを印加し、n型領域7nにプラスのカソード電位Vcを印加する。そして、ある程度の大きさの逆バイアスが読出電圧(しきい値電圧)として印加されることにより、p型領域7p(アノード)−n型領域7n(カソード)間に急激に電流が流れるオン状態となり、電気信号が取り出される。   As described above, when an electric signal is read from the light receiving portion (i-type region) 7i of the photosensor element S, the PIN-type thin film diode structure having the p-type region 7p as an anode and the n-type region 7n as a cathode is used. Apply reverse bias. That is, as a read voltage applied between the p-type region 7p and the n-type region 7n, a negative anode potential Vac is applied to the p-type region 7p, and a positive cathode potential Vc is applied to the n-type region 7n. Then, a reverse bias of a certain magnitude is applied as a read voltage (threshold voltage), so that an on state in which a current suddenly flows between the p-type region 7p (anode) and the n-type region 7n (cathode) is entered. The electrical signal is taken out.

この際、図3に示すように、(1)第1制御電極G1および第2制御電極G2を制御せずに電圧印加をしない状態では、上記オン状態になるよりも小さいアノード電位Vac(逆バイアス)においても漏れ電流が流れる。これに対して、(2)第1制御電極G1(または第2制御電極G2)のみに電圧を印加する制御を行うことにより、オン状態(しきい値電圧)になるよりも小さいアノード電位Vacの範囲での漏れ電流を防止することができる。   At this time, as shown in FIG. 3, (1) in the state where the first control electrode G1 and the second control electrode G2 are not controlled and no voltage is applied, the anode potential Vac (reverse bias) is smaller than that in the on state. ) Also causes a leakage current. On the other hand, (2) by controlling the voltage to be applied only to the first control electrode G1 (or the second control electrode G2), the anode potential Vac that is smaller than the ON state (threshold voltage) is set. Leakage current in the range can be prevented.

そしてさらに(3)第1制御電極G1および第2制御電極G2の両方に電圧を印加する制御を行うことにより、オン状態とした状態での電流値を制御する。この場合の制御は、例えば第1制御電極G1と第2制御電極G2とに、逆極性の電圧を印加すれば良い。一例としては、p型領域7pのアノード電位Vac=−7V、n型領域7nのカソード電位Vc=0Vの場合、第1制御電極G1の電位Vg1=−5V、第2制御電極G2の電位Vg2=+5Vとする。   Further, (3) by controlling the voltage applied to both the first control electrode G1 and the second control electrode G2, the current value in the on state is controlled. In this case, for example, a voltage having a reverse polarity may be applied to the first control electrode G1 and the second control electrode G2. As an example, when the anode potential Vac of the p-type region 7p = −7 V and the cathode potential Vc of the n-type region 7n = 0 V, the potential Vg1 of the first control electrode G1 = −5 V, the potential Vg2 of the second control electrode G2 = + 5V.

このように、例えば第1制御電極G1と第2制御電極G2とに、逆極性の電圧を印加することにより、受光部(i型領域)7i内に膜厚方向の電界が形成される。このような電界により、受光部(i型領域)7iにおいて光電変換によって発生した正孔/電子対が、受光部7i内において膜厚方向に分離される。そして、受光部7i内において再結合して消費されることを防止できる。これにより、電気信号の取り出し効率の向上、すなわち感度の向上を図ることが可能になる。   In this way, for example, by applying a reverse polarity voltage to the first control electrode G1 and the second control electrode G2, an electric field in the film thickness direction is formed in the light receiving portion (i-type region) 7i. By such an electric field, hole / electron pairs generated by photoelectric conversion in the light receiving portion (i-type region) 7i are separated in the film thickness direction in the light receiving portion 7i. And it can prevent being recombined and consumed in the light-receiving part 7i. Thereby, it is possible to improve the extraction efficiency of the electric signal, that is, to improve the sensitivity.

また、受光部(i型領域)7i内に形成された電界により、半導体層7内の不純物濃度によらずに、受光部7i内のバンドギャップEc−Ev間におけるフェルミ準位EFを制御することができる。これにより、エネルギーの低い長波長の光照射によっても、光電変換によって正孔電子対を発生させ易くすることが可能になり、これによる感度向上も期待できる。 Moreover, by the electric field formed in the light receiving portion (i-type region) 7i, regardless of the impurity concentration of the semiconductor layer 7, to control the Fermi level E F between bandgap Ec-Ev in the light receiving portion 7i be able to. This makes it possible to easily generate a hole-electron pair by photoelectric conversion even by irradiation with light having a long wavelength with low energy, and an improvement in sensitivity due to this can be expected.

<光センサ素子の駆動方法−2>
光センサ素子Sの駆動方法の他の例を説明する。
<Driving method of optical sensor element-2>
Another example of the method for driving the optical sensor element S will be described.

ここでは、上述したようにp型領域7p(アノード)とn型領域7n(カソード)とに逆バイアスを印加して電気信号が取り出す際、図4に示すように、(3)’第1制御電極G1および第2制御電極G2の両方に電圧を印加する制御を行うことにより、i型領域7iから電気信号を読み出す際に、p型領域とn型領域とに印加する読出電圧(しきい値電圧)を制御する。この制御の一例としては、p型領域7pのアノード電位Vac=−7V、n型領域7nのカソード電位Vc=0Vの場合、第1制御電極G1の電位Vg1=−10V、第2制御電極G2の電位Vg2=+5Vとする。   Here, as described above, when a reverse bias is applied to the p-type region 7p (anode) and the n-type region 7n (cathode) and an electric signal is extracted, as shown in FIG. By performing control to apply a voltage to both the electrode G1 and the second control electrode G2, a read voltage (threshold value) applied to the p-type region and the n-type region when reading an electric signal from the i-type region 7i. Voltage). As an example of this control, when the anode potential Vac of the p-type region 7p = −7 V and the cathode potential Vc of the n-type region 7n = 0 V, the potential Vg1 of the first control electrode G1 = −10 V, and the second control electrode G2 The potential Vg2 = + 5V.

ここで、(1)第1制御電極G1および第2制御電極G2を制御せずに電圧印加をしない状態では、上記オン状態になるよりも小さいアノード電位Vac(逆バイアス)においても漏れ電流が流れる。これに対して、(2)第1制御電極G1(または第2制御電極G2)のみに電圧を印加する制御を行うことにより、オン状態(しきい値電圧)になるよりも小さいアノード電位Vacの範囲での漏れ電流を防止することができる。   Here, (1) in a state where the first control electrode G1 and the second control electrode G2 are not controlled and no voltage is applied, a leakage current flows even at an anode potential Vac (reverse bias) smaller than the on state. . On the other hand, (2) by controlling the voltage to be applied only to the first control electrode G1 (or the second control electrode G2), the anode potential Vac that is smaller than the ON state (threshold voltage) is set. Leakage current in the range can be prevented.

そしてさらに上述したように、(3)’第1制御電極G1および第2制御電極G2の両方に電圧を印加する制御を行うことにより、オン状態(しきい値電圧)になるよりも小さいアノード電位Vacの範囲での漏れ電流を防止しつつも、さらに小さい読出電圧(しきい値電圧)での電気信号の読出が可能になる。   Further, as described above, (3) ′ an anode potential smaller than that in an on state (threshold voltage) by performing control to apply a voltage to both the first control electrode G1 and the second control electrode G2. While preventing leakage current in the range of Vac, it is possible to read an electric signal with a smaller reading voltage (threshold voltage).

<表示装置の構成>
次に、上述した光センサ素子Sを用いた表示装置の構成を説明する。図5は、本発明に係る表示装置20の全体構成を表す図であり、上述した光センサ素子を用いて構成されているところが特徴的である。この表示装置20は、表示パネル21と、バックライト22と、表示ドライブ回路23と、受光ドライブ回路24と、画像処理部25と、アプリケーションプログラム実行部26とを備えている。
<Configuration of display device>
Next, a configuration of a display device using the above-described optical sensor element S will be described. FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of the display device 20 according to the present invention, which is characterized by being configured using the above-described optical sensor element. The display device 20 includes a display panel 21, a backlight 22, a display drive circuit 23, a light receiving drive circuit 24, an image processing unit 25, and an application program execution unit 26.

表示パネル21は、中央の表示領域21aに複数の画素が全面に渡ってマトリクス状に配置された液晶パネル(LCD(Liquid Crystal Display))からなり、線順次動作をしながら表示データに基づく所定の図形や文字などの画像を表示する機能(表示機能)を有する。また、後述するように、表示領域21aには、光センサ素子が配置され、表示パネル21の表示面に接触または近接する物体を検知するセンサー機能(撮像機能)が設けられている。   The display panel 21 is composed of a liquid crystal panel (LCD (Liquid Crystal Display)) in which a plurality of pixels are arranged in a matrix over the entire surface in a central display area 21a, and performs predetermined operations based on display data while performing line sequential operation. It has a function (display function) for displaying images such as figures and characters. As will be described later, the display area 21 a is provided with a sensor function (imaging function) for detecting an object in contact with or close to the display surface of the display panel 21.

また、バックライト22は、表示パネル21の光源であり、例えば複数の発光ダイオードを面内に配列してなる。このバックライト22は、後述するように表示パネル21の動作タイミングに同期した所定のタイミングで、高速に発光ダイオードのオン・オフ動作を行うようになっている。特に本発明においては、後述するようにバックライト22が、画像表示のための可視光と共に、紫外光を射出するものであることが第1の特徴である。   The backlight 22 is a light source of the display panel 21 and is formed by arranging a plurality of light emitting diodes in a plane, for example. As will be described later, the backlight 22 is configured to quickly turn on / off the light emitting diodes at a predetermined timing synchronized with the operation timing of the display panel 21. In particular, in the present invention, as described later, the first feature is that the backlight 22 emits ultraviolet light together with visible light for image display.

表示ドライブ回路23は、表示パネル21において表示データに基づく画像が表示されるように(表示動作を行うように)、この表示パネル21の駆動を行う(線順次動作の駆動を行う)回路である。   The display drive circuit 23 is a circuit that drives the display panel 21 (drives a line-sequential operation) so that an image based on display data is displayed on the display panel 21 (to perform a display operation). .

受光ドライブ回路24は、表示パネル21において受光データが得られるように(物体を撮像するように)、この表示パネル21の駆動を行う(線順次動作の駆動を行う)回路である。なお、各画素での受光データは、例えばフレーム単位でフレームメモリ23aに蓄積され、撮像画像として画像処理部25へ出力されるようになっている。   The light receiving drive circuit 24 is a circuit that drives the display panel 21 (drives line-sequential operation) so that light reception data can be obtained on the display panel 21 (so that an object is imaged). The light reception data at each pixel is stored in the frame memory 23a, for example, in units of frames, and is output to the image processing unit 25 as a captured image.

画像処理部25は、受光ドライブ回路24から出力される撮像画像に基づいて所定の画像処理(演算処理)を行い、表示パネル21に接触または近接する物体に関する情報(位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど)を検出し、取得するものである。   The image processing unit 25 performs predetermined image processing (arithmetic processing) based on the captured image output from the light receiving drive circuit 24, and information (position coordinate data, object shape, Data related to size) is detected and acquired.

アプリケーションプログラム実行部26は、画像処理部25による検知結果に基づいて所定のアプリケーションソフトに応じた処理を実行するものであり、例えば検知した物体の位置座標を表示データに含むようにし、表示パネル21上に表示させるものなどが挙げられる。なお、このアプリケーションプログラム実行部26で生成される表示データは表示ドライブ回路23へ供給されるようになっている。   The application program execution unit 26 executes processing corresponding to predetermined application software based on the detection result by the image processing unit 25. For example, the display data includes the position coordinates of the detected object in the display panel 21. What is displayed on the top. The display data generated by the application program execution unit 26 is supplied to the display drive circuit 23.

<表示領域の回路構成>
図6は、表示パネル21の表示領域21aにおける回路構成を示す図である。
<Circuit configuration of display area>
FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration in the display area 21 a of the display panel 21.

この図5に示すように、表示領域21aには、複数の画素部31と、複数のセンサー部32とが配列形成されている。   As shown in FIG. 5, a plurality of pixel portions 31 and a plurality of sensor portions 32 are arranged in the display area 21a.

画素部31は、表示領域21a内において、水平方向に配線された複数の走査線31aと垂直方向に配線された複数の信号線31bとの各交差部に配置される。各画素部31には、例えばスイッチング素子としての薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)Trが設けられている。   In the display area 21a, the pixel unit 31 is disposed at each intersection of a plurality of scanning lines 31a wired in the horizontal direction and a plurality of signal lines 31b wired in the vertical direction. Each pixel unit 31 is provided with a thin film transistor (TFT) Tr as a switching element, for example.

薄膜トランジスタTrは、ゲートが走査線31aに接続され、ソース/ドレインの一方が信号線31bに接続され、ソース/ドレインの他方が画素電極31cに接続されている。また、各画素部31には、全ての画素部31に共通電位Vcomを与える共通電極31dが設けられており、これらの各画素電極31cと共通電極31dとの間に液晶層LCが挟持される。   The thin film transistor Tr has a gate connected to the scanning line 31a, one source / drain connected to the signal line 31b, and the other source / drain connected to the pixel electrode 31c. Each pixel unit 31 is provided with a common electrode 31d that applies a common potential Vcom to all the pixel units 31, and a liquid crystal layer LC is sandwiched between the pixel electrode 31c and the common electrode 31d. .

そして、走査線31aを介して供給される駆動信号に基づいて薄膜トランジスタTrがオン・オフ動作し、オン状態のときに信号線31bから供給される表示信号に基づいて画素電極31cに画素電圧が印加され、画素電極31cと共通電極31dとの間の電界によって液晶層LCが駆動される構成となっている。   Then, the thin film transistor Tr is turned on / off based on a drive signal supplied via the scanning line 31a, and a pixel voltage is applied to the pixel electrode 31c based on a display signal supplied from the signal line 31b in the on state. In addition, the liquid crystal layer LC is driven by the electric field between the pixel electrode 31c and the common electrode 31d.

一方、センサー部32は、表示領域21a内における所定部に配置され、各画素部31に対応して設けられていても良く、複数の画素部31に対して1つの割合で設けられても良い。このセンサー部32には、図1を用いて説明した構成の2つの制御電極を備えたPIN型薄膜ダイオード構造の光センサ素子Sが設けられている。そしてこの光センサ素子Sが、次に詳細に説明するように画素部31の薄膜トランジスタTrと同一層を用いて構成されているところが特徴的である。尚、光センサ素子Sの構成要素には図1と同様の符号を付して説明する。   On the other hand, the sensor unit 32 may be disposed at a predetermined portion in the display area 21 a and may be provided corresponding to each pixel unit 31 or may be provided at a ratio of one to the plurality of pixel units 31. . The sensor unit 32 is provided with an optical sensor element S having a PIN type thin film diode structure including two control electrodes having the configuration described with reference to FIG. The optical sensor element S is characterized in that it is configured using the same layer as the thin film transistor Tr of the pixel portion 31 as will be described in detail below. The components of the optical sensor element S will be described with the same reference numerals as in FIG.

各光センサ素子Sは、n型領域(カソード)7nが電源線(Vdd)32aに接続され、p型領域(アノード)7pが容量素子Csに接続されている。そして各光センサ素子Sの両面に設けた2つの制御電極G1,G2のうちの一方は走査線31aに接続され、他方は制御線32bに接続されている。   Each photosensor element S has an n-type region (cathode) 7n connected to a power supply line (Vdd) 32a and a p-type region (anode) 7p connected to a capacitive element Cs. One of the two control electrodes G1, G2 provided on both surfaces of each photosensor element S is connected to the scanning line 31a, and the other is connected to the control line 32b.

またこのセンサー部32には、ソース/ドレインで接続された2つのトランジスタTr1,Tr2が設けられている。一方のトランジスタTr1は、ゲートが光センサ素子Sのp型領域(アノード)7pと容量素子Csに接続され、ソース/ドレインが電源線(Vdd)32aに接続されている。またもう一方のトランジスタTr2はゲートが読出制御電極32cに接続され、ソース/ドレインが信号出力用電極32dに接続されている。尚、容量素子Csのもう一方の電極は、電源線(Vss)32eに接続されている。   The sensor unit 32 is provided with two transistors Tr1 and Tr2 connected via a source / drain. One transistor Tr1 has a gate connected to the p-type region (anode) 7p of the optical sensor element S and the capacitor element Cs, and a source / drain connected to the power supply line (Vdd) 32a. The other transistor Tr2 has a gate connected to the read control electrode 32c and a source / drain connected to the signal output electrode 32d. The other electrode of the capacitive element Cs is connected to the power supply line (Vss) 32e.

そして、光センサ素子Sには、ここでの図示を省略したリセットスイッチによってリセットされながら、容量素子Csにおいて受光量に対応した電荷が蓄積されるようになっている。容量素子Csに蓄積された電荷は、読出制御電極32cにより供給される信号により信号出力用電極32dに供給され、外部へ出力される構成となっている。   In the photosensor element S, charges corresponding to the amount of received light are accumulated in the capacitive element Cs while being reset by a reset switch (not shown). The charge accumulated in the capacitive element Cs is supplied to the signal output electrode 32d by a signal supplied from the read control electrode 32c and is output to the outside.

<表示パネルの構成>
図7は、画素部31に配置される薄膜トランジスタTrの構成と、センサー部32に配置される光センサ素子Sの構成を説明するための表示パネル21の概略断面図である。尚、図1および図5で説明したと同様の構成要素には同一の符号を付している。
<Configuration of display panel>
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the display panel 21 for explaining the configuration of the thin film transistor Tr arranged in the pixel unit 31 and the configuration of the photosensor element S arranged in the sensor unit 32. Components similar to those described in FIGS. 1 and 5 are denoted by the same reference numerals.

この図に示すように、画素部31には、画素駆動用のスイッチング素子としてボトムゲート型の薄膜トランジスタTrが設けられ、一方、センサー部32には、図1を用いて説明した2つの制御電極を備えたPIN型薄膜ダイオード構造の光センサ素子Sや、ここでの図示を省略した薄膜トランジスタ(Tr1,Tr2)および容量素子(Cs)が設けられている。そして、特にこれらの薄膜トランジスタTrと光センサ素子Sとは、同一工程で形成されたポリシリコンや酸化物半導体などからなる半導体層7を用いて次のように構成されていることが特徴的である。   As shown in this figure, the pixel portion 31 is provided with a bottom gate type thin film transistor Tr as a pixel driving switching element, while the sensor portion 32 is provided with the two control electrodes described with reference to FIG. An optical sensor element S having a PIN type thin film diode structure, a thin film transistor (Tr1, Tr2) and a capacitor element (Cs) (not shown) are provided. In particular, the thin film transistor Tr and the optical sensor element S are characterized by being configured as follows using a semiconductor layer 7 made of polysilicon, an oxide semiconductor, or the like formed in the same process. .

すなわち、薄膜トランジスタTrは、光透過性材料からなる基板1を第1基板1とし、この第1基板1上に、光センサ素子Sの第1制御電極G1と同一層からなるゲート電極3gを備え、これを覆う状態でゲート絶縁膜5が設けられている。ゲート絶縁膜5上には、ゲート電極3g上からその両脇に掛けてを覆う状態で、光センサ素子Sの半導体層7と同一層からなる半導体層7がパターン形成されている。この半導体層7には、ゲート電極3gの両脇に不純物を導入したソース/ドレイン7sdが設けられている。また、半導体層7において、ゲート電極3gと重なる部分は、チャネル部が形成される活性層7chとして用いられる。また、ソース/ドレイン7sdと活性層7chとの間には、低濃度で不純物が導入されたLDDが設けられている。   That is, the thin film transistor Tr includes a substrate 1 made of a light transmissive material as a first substrate 1, and includes a gate electrode 3g made of the same layer as the first control electrode G1 of the photosensor element S on the first substrate 1. A gate insulating film 5 is provided so as to cover this. On the gate insulating film 5, a semiconductor layer 7 made of the same layer as the semiconductor layer 7 of the photosensor element S is patterned in a state of covering the gate electrode 3 g and covering both sides thereof. The semiconductor layer 7 is provided with a source / drain 7sd into which impurities are introduced on both sides of the gate electrode 3g. In the semiconductor layer 7, a portion overlapping with the gate electrode 3g is used as an active layer 7ch in which a channel portion is formed. Further, an LDD into which impurities are introduced at a low concentration is provided between the source / drain 7sd and the active layer 7ch.

このような構成の薄膜トランジスタTrおよび光センサ素子Sにおいて、ゲート電極3gおよび第1制御電極G1は同一層からなり、半導体層7は同一工程で形成された同一層からなる。尚、第1基板1上における表示領域21aの周辺領域には、表示領域21aの薄膜トランジスタTrと同一層にpチャンネル型およびnチャンネル型の薄膜トランジスタTrからなるCMOS構成の駆動回路構成が設けられており、これらのソース/ドレイン7sdを形成するための不純物導入において、光センサ素子Sのp型領域7pおよびn型領域7nが形成される。   In the thin film transistor Tr and the optical sensor element S having such a configuration, the gate electrode 3g and the first control electrode G1 are made of the same layer, and the semiconductor layer 7 is made of the same layer formed in the same process. In the peripheral region of the display region 21a on the first substrate 1, a CMOS drive circuit configuration including p-channel and n-channel thin film transistors Tr is provided in the same layer as the thin film transistor Tr of the display region 21a. In the impurity introduction for forming these source / drains 7sd, the p-type region 7p and the n-type region 7n of the photosensor element S are formed.

以上のような薄膜トランジスタTrおよび光センサ素子Sを覆う状態で、光透過性材料からなる層間絶縁膜9が設けられている。この層間絶縁膜9上には、薄膜トランジスタTrのソース/ドレイン7sdや光センサ素子Sのp型領域7pおよびn型領域7nに接続された複数の配線11が設けられている。尚、図6に示した回路は、第1制御線G1およびゲート電極3g、半導体層7、さらには配線11などの導電層と同一層を用いた配線を用いて構成されていることとする。   An interlayer insulating film 9 made of a light transmissive material is provided so as to cover the thin film transistor Tr and the optical sensor element S as described above. On the interlayer insulating film 9, a plurality of wirings 11 connected to the source / drain 7sd of the thin film transistor Tr and the p-type region 7p and the n-type region 7n of the photosensor element S are provided. The circuit shown in FIG. 6 is configured by using the first control line G1, the gate electrode 3g, the semiconductor layer 7, and wiring using the same layer as the conductive layer such as the wiring 11.

また以上の配線11を覆う状態で、平坦化絶縁膜13が設けられ、この平坦化絶縁膜13上に第2制御電極G2と同一層からなる画素電極31cが設けられている。この画素電極31cは、透明導電性材料からなり、平坦化絶縁膜13に設けられた接続孔を介して薄膜トランジスタTrのソース/ドレイン7sdから引き出された配線11に接続されている。   In addition, a planarization insulating film 13 is provided so as to cover the above wiring 11, and a pixel electrode 31 c made of the same layer as the second control electrode G <b> 2 is provided on the planarization insulating film 13. The pixel electrode 31 c is made of a transparent conductive material, and is connected to the wiring 11 drawn from the source / drain 7 sd of the thin film transistor Tr through a connection hole provided in the planarization insulating film 13.

また、この画素電極31cを覆う状態で、配向膜(図示省略)が設けられ、第1基板1の上部が構成されている。   An alignment film (not shown) is provided so as to cover the pixel electrode 31c, and the upper portion of the first substrate 1 is configured.

一方、以上のような第1基板1における画素電極31cの形成面側には、第2基板41が対向配置されている。この第2基板41は、光透過性材料からなり画素電極31cに向かう面上には、必要に応じて各色カラーフィルタが画素毎にパターン形成されたカラーフィルタ層42が設けられている。そして、このカラーフィルタ層42を覆う状態で、透明導電性材料からなる共通電極31d、および配向膜(図示省略)が設けられている。そして、二つの基板1−41の配向膜間に、スペーサ(図示省略)と共に液晶層LCが挟持されている。   On the other hand, the second substrate 41 is disposed opposite to the formation surface side of the pixel electrode 31c in the first substrate 1 as described above. The second substrate 41 is made of a light-transmitting material, and a color filter layer 42 in which each color filter is patterned for each pixel is provided on the surface facing the pixel electrode 31c as necessary. A common electrode 31d made of a transparent conductive material and an alignment film (not shown) are provided so as to cover the color filter layer 42. A liquid crystal layer LC is sandwiched between the alignment films of the two substrates 1-41 together with spacers (not shown).

また、基板1−41の外側には、偏向板43,44を配置して表示パネル21が構成されている。   Further, the display panel 21 is configured by disposing deflection plates 43 and 44 outside the substrate 1-41.

<表示装置の駆動方法>
以上の図5〜図7を用いて説明した構成の表示装置20の駆動は、第1基板1側のバックライト22から照射された光のうち、偏光板43を通過して液晶層LCに達した光を、画素電極31cの駆動による液晶層LCのスイッチングにより所定状態に偏光させる。そして、第2基板41側の偏光板44と同一方向に偏光させた光のみを、偏光板44を通過させて表示光として表示させる。
<Driving method of display device>
The driving of the display device 20 having the configuration described above with reference to FIGS. 5 to 7 passes through the polarizing plate 43 and reaches the liquid crystal layer LC among the light emitted from the backlight 22 on the first substrate 1 side. The polarized light is polarized into a predetermined state by switching the liquid crystal layer LC by driving the pixel electrode 31c. Then, only the light polarized in the same direction as the polarizing plate 44 on the second substrate 41 side passes through the polarizing plate 44 and is displayed as display light.

また、表示画面側となる第2基板41の外側から指やスタイラペン等の物体が接近した場合には、この物体による外光の影を光センサ素子Sで検知するか、またはバックライトからの光を物体で反射させて光センサ素子Sで検知する。そして光センサ素子Sで検知した光を電気信号として読み出すことにより、表示画面における指やスタイラペンの接近位置を検出して撮像を行う。   When an object such as a finger or a stylus pen approaches from the outside of the second substrate 41 on the display screen side, the light sensor element S detects the shadow of external light from the object, or the light from the backlight. Is reflected by an object and detected by the optical sensor element S. Then, the light detected by the optical sensor element S is read out as an electrical signal, thereby detecting the approach position of the finger or the stylus pen on the display screen to perform imaging.

そして特に、光センサ素子Sで検知した光を電気信号として取り出す際には、上述したように、光センサ素子Sの第1制御電極G1と第2制御電極G2との両方に印加する電圧により、光線センサ素子Sから読み出す電気信号量を制御して電気信号の取り出し効率の向上を図り、また光センサ素子Sから電気信号を読み出す際に当該光センサ素子Sのp型領域(アノード)7pとn型領域(カソード)7nとの間に印加する読出電圧(しきい値電圧)を制御する。   In particular, when the light detected by the photosensor element S is taken out as an electrical signal, as described above, the voltage applied to both the first control electrode G1 and the second control electrode G2 of the photosensor element S, The amount of electric signal read from the light sensor element S is controlled to improve the extraction efficiency of the electric signal, and when the electric signal is read from the light sensor element S, the p-type regions (anodes) 7p and n of the light sensor element S are read. A read voltage (threshold voltage) applied to the mold region (cathode) 7n is controlled.

以上説明した構成の表示装置20では、光センサ素子Sとして上述した構成の感度の向上が図られた光センサ素子Sを用いたことにより、表示領域21a内における光センサ素子Sの微細化を図ることができる。   In the display device 20 having the above-described configuration, the photosensor element S in which the sensitivity is improved as described above is used as the photosensor element S, thereby miniaturizing the photosensor element S in the display region 21a. be able to.

これにより、光センサ素子Sが設けられたセンサー部31の占有面積を縮小し、画素部32の拡大による画素開口率の向上を図ることができる。したがって、センサー機能(撮像機能)付きの表示装置20における画質の高品位化を達成することが可能になる。   Thereby, the area occupied by the sensor unit 31 provided with the photosensor element S can be reduced, and the pixel aperture ratio can be improved by enlarging the pixel unit 32. Therefore, it is possible to achieve high image quality in the display device 20 with a sensor function (imaging function).

また、光センサ素子Sは、第1制御電極G1と第2制御電極G2との両方に印加する電圧の制御により、受光部(i型領域)7i内に電界を形成し、半導体層7内の不純物濃度によらずに、受光部7i内のバンドギャップEc−Ev間におけるフェルミ準位EFを制御することができるものである。このため、薄膜トランジスタTrの特性に合わせて半導体層7内の不純物濃度を設計した場合であっても、第1制御電極G1と第2制御電極G2とに印加する電圧によって、光センサ素子Sを所望の特性に制御することが可能である。したがって、光センサ素子Sと同一層を用いた薄膜トランジスタの特性によらずに、光センサ素子Sの感度を維持することができる。これによっても、光センサ素子Sが設けられたセンサー部31の占有面積の縮小と、センサー機能(撮像機能)付きの表示装置20における画質の高品位化を達成することが可能になる。 In addition, the optical sensor element S forms an electric field in the light receiving portion (i-type region) 7i by controlling the voltage applied to both the first control electrode G1 and the second control electrode G2. regardless of the impurity concentration, it is capable of controlling the Fermi level E F between bandgap Ec-Ev in the light receiving portion 7i. For this reason, even if the impurity concentration in the semiconductor layer 7 is designed in accordance with the characteristics of the thin film transistor Tr, the optical sensor element S is desired by the voltage applied to the first control electrode G1 and the second control electrode G2. It is possible to control the characteristics. Therefore, the sensitivity of the photosensor element S can be maintained regardless of the characteristics of the thin film transistor using the same layer as the photosensor element S. This also makes it possible to reduce the area occupied by the sensor unit 31 provided with the optical sensor element S and to improve the image quality of the display device 20 with a sensor function (imaging function).

尚、以上の実施形態においては、センサ機能(撮像機能)を有する表示装置として液晶表示装置を例示したが、表示領域内に光センサ素子が配置された表示装置であれば液晶表示装置に限定されることはなく、本発明構成の光センサ素子Sを用いることにより同様の効果を得ることが可能である。   In the above embodiment, the liquid crystal display device is exemplified as the display device having the sensor function (imaging function). However, the display device is limited to the liquid crystal display device as long as the optical sensor element is arranged in the display area. In other words, the same effect can be obtained by using the optical sensor element S having the configuration of the present invention.

<表示装置の他の例>
上述した構成の光センサ素子Sを用いた表示装置の他の例としては、光センサ素子Sを備えたセンサー部を表示領域21aの周辺に設け、受光した外光の強度によってバックライトを調整する機能を備えた構成への適用も可能である。この場合、光センサ素子Sを備えたセンサー部の回路構成は、例えば図8に示すような構成とすることができる。
<Other examples of display device>
As another example of the display device using the optical sensor element S having the above-described configuration, a sensor unit including the optical sensor element S is provided around the display area 21a, and the backlight is adjusted according to the intensity of received external light. Application to a configuration having a function is also possible. In this case, the circuit configuration of the sensor unit including the optical sensor element S can be configured as shown in FIG.

すなわち、センサ素子Sは、n型領域(カソード)7nが電源線(Vdd)に接続され、p型領域(アノード)7pが容量素子Csとリセット回路と読出回路とに接続されている。そして各光センサ素子Sの両面に設けた2つの制御電極G1,G2は、それぞれが独立した制御線51,52に接続されている。尚、容量素子Csのもう一方の電極は、電源線(Vss)に接続されている。   That is, in the sensor element S, the n-type region (cathode) 7n is connected to the power supply line (Vdd), and the p-type region (anode) 7p is connected to the capacitor element Cs, the reset circuit, and the readout circuit. The two control electrodes G1 and G2 provided on both surfaces of each photosensor element S are connected to independent control lines 51 and 52, respectively. The other electrode of the capacitive element Cs is connected to the power supply line (Vss).

そして、光センサ素子Sには、リセット回路からの信号によってリセットされながら、容量素子Csにおいて受光量に対応した電荷が蓄積されるようになっている。容量素子Csに蓄積された電荷は、読出回路からの信号によって外部へ出力される構成となっている。   In the photosensor element S, charges corresponding to the amount of received light are accumulated in the capacitive element Cs while being reset by a signal from the reset circuit. The charge accumulated in the capacitive element Cs is output to the outside by a signal from the readout circuit.

またこのような表示装置においては、図5に示した表示装置20が備えている受光ドライブ回路24、画像処理部25、およびアプリケーションプログラム実行部26に換えて、光センサ素子Sから出力された電気信号に基づいて、バックライトの光強度を制御する回路を備えていることとする。   Further, in such a display device, the electric light output from the optical sensor element S is used instead of the light receiving drive circuit 24, the image processing unit 25, and the application program execution unit 26 provided in the display device 20 shown in FIG. It is assumed that a circuit for controlling the light intensity of the backlight is provided based on the signal.

このような構成の表示装置であっても、受光感度の向上した光センサ素子Sを用いたことにより、光センサ素子Sの占有面積を微細化して表示領域の面積拡大を図ることが可能になる。   Even in the display device having such a configuration, the use of the photosensor element S with improved light receiving sensitivity makes it possible to reduce the area occupied by the photosensor element S and increase the area of the display region. .

尚、以上の実施形態においては、センサ機能(撮像機能)を有する表示装置として液晶表示装置を例示したが、バックライトを備えた表示装置であれば液晶表示装置に限定されることはなく、本発明構成の光センサ素子Sを用いることにより同様の効果を得ることが可能である。また、バックライトの構成では、通常の白色光を用いることも出来るが、表示に影響しない非可視光(赤外光や紫外光)でアシストしたものを用いてもよい。特に赤外光を組み合わせる場合には、本発明の方式で長波長領域での感度が向上することとあいまって、効果が大きい。また、他にも、バックライトを用いず有機LED(OLED)を回路面に形成する自発光ディスプレイにおいても、本発明の光センサ素子を設けた構成とすることにより、同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, the liquid crystal display device is exemplified as the display device having the sensor function (imaging function). However, the display device is not limited to the liquid crystal display device as long as the display device includes a backlight. The same effect can be obtained by using the optical sensor element S having the inventive configuration. In the configuration of the backlight, normal white light can be used, but a backlight assisted by invisible light (infrared light or ultraviolet light) that does not affect the display may be used. In particular, when combining infrared light, the effect of the method of the present invention is significant in combination with the improvement in sensitivity in the long wavelength region. In addition, in a self-luminous display in which an organic LED (OLED) is formed on a circuit surface without using a backlight, the same effect can be obtained by adopting the configuration provided with the photosensor element of the present invention. it can.

また以上の実施形態においては、画素部または周辺領域の薄膜トランジスタを構成する層と同一層を用いて光センサ素子Sの各層を構成した例を説明した。しかしながら本発明の表示装置は、図1を用いて説明した光センサ素子Sを備えた構成であれば良く、光センサ素子Sの占有面積を微細化して表示領域の面積拡大を図る効果を得ることが可能である。   Moreover, in the above embodiment, the example which comprised each layer of the optical sensor element S using the same layer as the layer which comprises the thin film transistor of a pixel part or a peripheral region was demonstrated. However, the display device of the present invention only needs to have the configuration including the photosensor element S described with reference to FIG. 1, and the effect of reducing the area occupied by the photosensor element S and increasing the area of the display region can be obtained. Is possible.

<適用例>
以上説明した本発明に係る表示装置は、図9〜図13に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。以下に、本発明が適用される電子機器の一例について説明する。
<Application example>
The display device according to the present invention described above is input to various electronic devices shown in FIGS. 9 to 13 such as digital cameras, notebook personal computers, mobile terminal devices such as mobile phones, and video cameras. The present invention can be applied to display devices for electronic devices in all fields that display a video signal or a video signal generated in the electronic device as an image or video. An example of an electronic device to which the present invention is applied will be described below.

図9は、本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル102やフィルターガラス103等から構成される映像表示画面部101を含み、その映像表示画面部101として本発明に係る表示装置を用いることにより作成される。   FIG. 9 is a perspective view showing a television to which the present invention is applied. The television according to this application example includes a video display screen unit 101 including a front panel 102, a filter glass 103, and the like, and is created by using the display device according to the present invention as the video display screen unit 101.

図10は、本発明が適用されるデジタルカメラを示す図であり、(A)は表側から見た斜視図、(B)は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部111、表示部112、メニュースイッチ113、シャッターボタン114等を含み、その表示部112として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。   10A and 10B are diagrams showing a digital camera to which the present invention is applied. FIG. 10A is a perspective view seen from the front side, and FIG. 10B is a perspective view seen from the back side. The digital camera according to this application example includes a light emitting unit 111 for flash, a display unit 112, a menu switch 113, a shutter button 114, and the like, and is manufactured by using the display device according to the present invention as the display unit 112.

図11は、本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体121に、文字等を入力するとき操作されるキーボード122、画像を表示する表示部123等を含み、その表示部123として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。   FIG. 11 is a perspective view showing a notebook personal computer to which the present invention is applied. A notebook personal computer according to this application example includes a main body 121 including a keyboard 122 that is operated when characters and the like are input, a display unit 123 that displays an image, and the like. It is produced by using.

図12は、本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部131、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ132、撮影時のスタート/ストップスイッチ133、表示部134等を含み、その表示部134として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。   FIG. 12 is a perspective view showing a video camera to which the present invention is applied. The video camera according to this application example includes a main body 131, a lens 132 for shooting an object on a side facing forward, a start / stop switch 133 at the time of shooting, a display unit 134, and the like. It is manufactured by using such a display device.

図13は、本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、(A)は開いた状態での正面図、(B)はその側面図、(C)は閉じた状態での正面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は上面図、(G)は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体141、下側筐体142、連結部(ここではヒンジ部)143、ディスプレイ144、サブディスプレイ145、ピクチャーライト146、カメラ147等を含み、そのディスプレイ144やサブディスプレイ145として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。   FIG. 13 is a diagram showing a portable terminal device to which the present invention is applied, for example, a cellular phone, in which (A) is a front view in an opened state, (B) is a side view thereof, and (C) is in a closed state. (D) is a left side view, (E) is a right side view, (F) is a top view, and (G) is a bottom view. The mobile phone according to this application example includes an upper housing 141, a lower housing 142, a connecting portion (here, a hinge portion) 143, a display 144, a sub display 145, a picture light 146, a camera 147, and the like. And the sub display 145 is manufactured by using the display device according to the present invention.

実施形態の光センサ素子の構成を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure of the optical sensor element of embodiment. 実施形態の光センサ素子における半導体層のバンド構造の模式図である。It is a schematic diagram of the band structure of the semiconductor layer in the optical sensor element of the embodiment. 実施形態の光センサ素子の駆動例と、この駆動によって得られる素子特性を示す図である。It is a figure which shows the example of a drive of the optical sensor element of embodiment, and the element characteristic obtained by this drive. 実施形態の光センサ素子の駆動の他の例と、この駆動によって得られる素子特性を示す図である。It is a figure which shows the other example of the drive of the optical sensor element of embodiment, and the element characteristic obtained by this drive. 本発明に係る表示装置の全体構成を表す図である。It is a figure showing the whole structure of the display apparatus which concerns on this invention. 実施形態における表示パネルの表示領域における回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure in the display area of the display panel in embodiment. 実施形態の表示装置における画素部の構成とセンサー部の構成を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure of the pixel part in the display apparatus of embodiment, and the structure of a sensor part. 実施形態の表示装置におけるセンサー部の回路構成の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the circuit structure of the sensor part in the display apparatus of embodiment. 本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the television to which this invention is applied. 本発明が適用されるデジタルカメラを示す図であり、(A)は表側から見た斜視図、(B)は裏側から見た斜視図である。It is a figure which shows the digital camera to which this invention is applied, (A) is the perspective view seen from the front side, (B) is the perspective view seen from the back side. 本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a notebook personal computer to which the present invention is applied. 本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the video camera to which this invention is applied. 本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、(A)は開いた状態での正面図、(B)はその側面図、(C)は閉じた状態での正面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は上面図、(G)は下面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the portable terminal device to which this invention is applied, for example, a mobile telephone, (A) is the front view in the open state, (B) is the side view, (C) is the front view in the closed state , (D) is a left side view, (E) is a right side view, (F) is a top view, and (G) is a bottom view.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板(第1基板)、5…ゲート絶縁膜、7…半導体層、7i…受光部(i型領域)、7n…n型領域、7p…p型領域、9…層間絶縁膜(ゲート絶縁膜)、13…平坦化絶縁膜、13a…開口窓、20…表示装置、21a…表示領域、31…画素部、31c…画素電極、G1…第1制御電極、G2…第2制御電極、S…光センサ素子、Tr…薄膜トランジスタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate (1st board | substrate), 5 ... Gate insulating film, 7 ... Semiconductor layer, 7i ... Light-receiving part (i-type area | region), 7n ... n-type area | region, 7p ... p-type area | region, 9 ... Interlayer insulating film (gate insulation) Membrane), 13 ... Flattened insulating film, 13a ... Opening window, 20 ... Display device, 21a ... Display area, 31 ... Pixel part, 31c ... Pixel electrode, G1 ... First control electrode, G2 ... Second control electrode, S ... Optical sensor element, Tr ... Thin film transistor

Claims (14)

受光部として用いられるi型領域を挟む状態でp型領域およびn型領域が設けられた半導体層を備えた光センサ素子において、
前記半導体層の両側面には、ゲート絶縁膜を介して前記i型領域を挟む位置に、2つの制御電極が電気的に独立して設けられている
ことを特徴とする光センサ素子。
In an optical sensor element including a semiconductor layer in which a p-type region and an n-type region are provided in a state where an i-type region used as a light receiving unit is sandwiched,
On both side surfaces of the semiconductor layer, two control electrodes are provided electrically and independently at positions sandwiching the i-type region with a gate insulating film interposed therebetween.
請求項1記載の光センサ素子において、
前記2つの制御電極のうちの少なくとも一方は、光透過性を備えている
ことを特徴とする光センサ素子。
In the optical sensor element according to claim 1,
At least one of the two control electrodes has optical transparency. An optical sensor element, wherein:
受光部として用いられるi型領域を挟む状態でp型領域およびn型領域が設けられた半導体層を備えると共に、当該半導体層の両側面にゲート絶縁膜を介して前記i型領域を挟む位置に2つの制御電極が設けられた光センサ素子の駆動方法であって、
前記i型領域から電気信号を読み出す際には、前記2つの制御電極を独立して制御する
ことを特徴とする光センサ素子の駆動方法。
A semiconductor layer provided with a p-type region and an n-type region with an i-type region used as a light-receiving portion sandwiched therebetween is provided, and the i-type region is sandwiched between gate electrodes on both side surfaces of the semiconductor layer. A method of driving an optical sensor element provided with two control electrodes,
The method of driving an optical sensor element, wherein the two control electrodes are independently controlled when an electric signal is read from the i-type region.
請求項3記載の光センサ素子の駆動方法において、
前記2つの制御電極に印加する電圧により、前記i型領域から読み出す電気信号量を制御する
ことを特徴とする光センサ素子の駆動方法。
The method of driving an optical sensor element according to claim 3,
The method of driving an optical sensor element, wherein an electric signal amount read from the i-type region is controlled by a voltage applied to the two control electrodes.
請求項3記載の光センサ素子の駆動方法において、
前記2つの制御電極に印加する電圧により、前記i型領域から電気信号を読み出す際に前記p型領域とn型領域との間に印加する読出電圧を制御する
ことを特徴とする光センサ素子の駆動方法。
The method of driving an optical sensor element according to claim 3,
A read voltage applied between the p-type region and the n-type region when an electric signal is read from the i-type region is controlled by a voltage applied to the two control electrodes. Driving method.
基板上に画素部と共に光センサ素子とが設けられた表示装置において、
前記センサ素子は、
受光部として用いられるi型領域を挟む状態でp型領域およびn型領域が設けられた半導体層と、
前記半導体層の両側面における前記i型領域を挟む位置にゲート絶縁膜を介してそれぞれ電気的に独立して設けられた2つの制御電極とを備えている
ことを特徴とする表示装置。
In a display device in which a photosensor element and a pixel portion are provided on a substrate,
The sensor element is
A semiconductor layer provided with a p-type region and an n-type region in a state of sandwiching an i-type region used as a light receiving portion;
A display device, comprising: two control electrodes that are electrically and independently provided via gate insulating films at positions sandwiching the i-type region on both side surfaces of the semiconductor layer.
請求項6記載の表示装置において、
前記2つの制御電極のうち前記半導体層の上面側に設けられた制御電極は、前記画素部に設けられた画素電極と同一層で構成されている
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 6, wherein
Of the two control electrodes, the control electrode provided on the upper surface side of the semiconductor layer is formed of the same layer as the pixel electrode provided in the pixel portion.
請求項7記載の表示装置において、
前記画素電極は、前記基板の上方を覆う平坦化絶縁膜上に形成され、
前記画素電極と同一層で構成された前記制御電極は、前記平坦化絶縁膜に形成された開口窓内において前記半導体層上に配置されている
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 7, wherein
The pixel electrode is formed on a planarization insulating film that covers an upper portion of the substrate,
The display device, wherein the control electrode formed of the same layer as the pixel electrode is disposed on the semiconductor layer in an opening window formed in the planarization insulating film.
請求項6記載の表示装置において、
前記基板上には、前記画素電極を駆動するための薄膜トランジスタが設けられ、
前記半導体層は、前記画素電極を駆動するための薄膜トランジスタの半導体層と同一層で構成され、
前記2つの制御電極のうちの一方は、前記薄膜トランジスタのゲート電極と同一層で構成されている
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 6, wherein
A thin film transistor for driving the pixel electrode is provided on the substrate.
The semiconductor layer is composed of the same layer as a semiconductor layer of a thin film transistor for driving the pixel electrode,
One of said two control electrodes is comprised by the same layer as the gate electrode of the said thin-film transistor. The display apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項6記載の表示装置において、
前記2つの制御電極のうちの少なくとも一方は光透過性を有する
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 6, wherein
At least one of the two control electrodes has optical transparency.
請求項6記載の表示装置において、
前記光センサ素子は、前記画素部が配置された表示領域内に複数配列されている
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 6, wherein
A plurality of the optical sensor elements are arranged in a display area in which the pixel portion is arranged.
請求項6記載の表示装置において、
前記基板の裏面側にバックライトが設けられている
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 6, wherein
A display device, wherein a backlight is provided on the back side of the substrate.
画素部が設けられた基板上に、受光部として用いられるi型領域を挟む状態でp型領域およびn型領域が設けられた半導体層を備え、当該半導体層の両側面にゲート絶縁膜を介して前記i型領域を挟む位置に2つの制御電極が配置された光センサ素子が設けられた表示装置の駆動方法であって、
前記光センサ素子に設けた2つの制御電極を独立して制御することによって当該光センサ素子における前記i型領域から電気信号を読み出す
ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
A semiconductor layer in which a p-type region and an n-type region are provided in a state where an i-type region used as a light-receiving portion is sandwiched is provided on a substrate provided with a pixel portion, and gate insulating films are provided on both side surfaces of the semiconductor layer. A method of driving a display device provided with an optical sensor element in which two control electrodes are arranged at positions sandwiching the i-type region,
An electric signal is read from the i-type region of the photosensor element by independently controlling two control electrodes provided on the photosensor element.
請求項13記載の表示装置の駆動方法において、
前記基板の裏面側に設けたバックライトの光強度を、前記i型領域から読み出した電気信号の大きさに基づいて制御する
ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
The driving method of the display device according to claim 13.
A method for driving a display device, characterized in that the light intensity of a backlight provided on the back side of the substrate is controlled based on the magnitude of an electrical signal read from the i-type region.
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