JP2009169394A - Display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display device capable of improving detection sensitivity of sensors formed in a sensor region of a substrate, and to improve saturation characteristics of the sensors. <P>SOLUTION: The display device includes: the substrate having a pixel region in which pixels are formed and the sensor region in which photo-sensor parts are formed; an illuminating section operative to illuminate the substrate from one surface side of the substrate; a thin film photodiode disposed in the sensor region, having at least a P-type semiconductor region (36A) and an N-type semiconductor region (36K), and operative to receive light incident from the other surface side of the substrate; and a metal film (38) formed on the one surface side of the substrate so as to face the thin film photodiode through an insulator film, operative to restrain light generated from the illuminating section from being directly incident on the thin film photodiode from the one surface side, and fixed to a predetermined potential. In the thin film photodiode, the width Wp of the P-type semiconductor region and the width Wn of the N-type semiconductor region are different from each other. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、画素が形成される画素領域と受光素子が形成されるセンサ領域とを有する基板(表示部)を備える表示装置に関する。特定的に本発明は、基板(表示部)に接触または近接する被検出物で反射した光を複数の受光素子で受光する光の利用効率の向上技術に関する。   The present invention relates to a display device including a substrate (display unit) having a pixel region where pixels are formed and a sensor region where light receiving elements are formed. Specifically, the present invention relates to a technique for improving the utilization efficiency of light received by a plurality of light receiving elements, which is reflected by a detection object that is in contact with or close to a substrate (display unit).

携帯電話、携帯情報端末(PDA)、デジタルスチールカメラ、PCモニタ、テレビなどに使用されるディスプレイ装置として、液晶表示装置、有機EL表示装置、電子泳動法を用いた表示装置などが知られている。   As display devices used for mobile phones, personal digital assistants (PDAs), digital still cameras, PC monitors, televisions, etc., liquid crystal display devices, organic EL display devices, display devices using electrophoretic methods, and the like are known. .

ディスプレイ装置の薄型化に伴って、映像や文字情報などの表示という本来の機能に加えて、ユーザの指示などを入力する入力装置などの機能を併せ持つ多機能化が要求されるようになってきている。この要求に応えるものとして、ユーザの指やスタイラスペン(いわゆるタッチペンなど)が表示画面に接触または接近したことを検出するディスプレイ装置が知られている。   As display devices become thinner, in addition to the original function of displaying video and text information, there is a demand for multi-functionality that also has functions such as an input device for inputting user instructions and the like. Yes. As a response to this requirement, a display device that detects that a user's finger or stylus pen (a so-called touch pen or the like) has touched or approached a display screen is known.

接触検出は、例えば、抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルで行うことができる。タッチパネルを液晶パネルなどの表示パネルの表示面側に付加した表示装置が知られている。   The contact detection can be performed with, for example, a resistive film type or capacitive type touch panel. A display device in which a touch panel is added to the display surface side of a display panel such as a liquid crystal panel is known.

しかしながら、タッチパネルの付加が表示パネルの薄型化に不利であり、コスト増の要因になる。特に抵抗膜方式のタッチパネルは、ある程度の強さで画面を押さないと抵抗値変化が検出できず、そのために表示面を歪ませることになる。また抵抗膜方式のタッチパネルは1点検出が原則であり、用途が限られる。   However, the addition of a touch panel is disadvantageous for thinning the display panel, which causes an increase in cost. In particular, a resistance film type touch panel cannot detect a change in resistance value unless the screen is pressed with a certain degree of strength, which distorts the display surface. In addition, the resistive film type touch panel has one point detection in principle, and its application is limited.

近年においては、液晶表示装置において、液晶を駆動する電圧を制御するトランジスタアレイ基板上に、同時に光センサを形成することにより、タッチパネル機能をもたせようという動きがある。   In recent years, in liquid crystal display devices, there is a movement to provide a touch panel function by simultaneously forming photosensors on a transistor array substrate that controls a voltage for driving liquid crystal.

上記のトランジスタアレイ基板上に光センサを有する表示装置では、例えば、指やスタイラスペンを認識するのに外光の影を見る方法、あるいは、バックライトからの光を指やスタイラスなどに反射させて、その反射光を検知する方法が知られている。   In a display device having a photosensor on the transistor array substrate, for example, a method of looking at the shadow of external light to recognize a finger or a stylus pen, or reflecting light from a backlight to a finger or stylus. A method for detecting the reflected light is known.

しかし、指やスタイラスペンを認識するのに外光の影を見る方法では、暗闇では機能を果たさないという問題がある。また、バックライトからの光を指やスタイラスなどに反射させて、その反射光を検知する方法では、完全黒表示の場合に検知できなくなるという問題が存在する。   However, the method of looking at the shadow of external light to recognize a finger or stylus pen has a problem that it does not function in the dark. Further, there is a problem that the method of detecting the reflected light by reflecting the light from the backlight to a finger or a stylus cannot be detected in the case of a completely black display.

このような背景に対して、特許文献1では、バックライトから赤外線を射出し、その反射光を検出する液晶表示装置が提案されている。   Against such a background, Patent Document 1 proposes a liquid crystal display device that emits infrared light from a backlight and detects the reflected light.

また、特許文献2では、PIN型ダイオードを構成するポリシリコンからなる半導体層の下に反射板を設けて半導体層に光を反射させ光吸収長を増加させる液晶表示装置が提案されている。
特開2005−275644号公報 特開2007−241303号公報
Patent Document 2 proposes a liquid crystal display device in which a reflector is provided under a semiconductor layer made of polysilicon constituting a PIN diode to reflect light to the semiconductor layer to increase the light absorption length.
JP 2005-275644 A JP 2007-241303 A

しかしながら、特許文献1に記載の液晶表示装置では、薄膜多結晶シリコン薄膜で赤外センサを実現するには、図1に示すように可視領域と比較して赤外領域で吸収率が落ちるという材料起因の問題があったために検出は難しかった。さらにバックライト光源には可視光光源が用いられているため光感度の大きな可視光がフォトダイオードに入射されると、検出したい赤外信号がノイズに埋もれてしまうという問題がある。   However, in the liquid crystal display device described in Patent Document 1, in order to realize an infrared sensor with a thin-film polycrystalline silicon thin film, as shown in FIG. It was difficult to detect because of the problem. Further, since a visible light source is used as the backlight light source, there is a problem that when visible light having high photosensitivity is incident on the photodiode, an infrared signal to be detected is buried in noise.

また、特許文献2に記載の液晶表示装置では、光出力は増加するものの検出先の容量を工夫しないと感度が増加しないという問題がある。   In addition, the liquid crystal display device described in Patent Document 2 has a problem that although the light output increases, the sensitivity does not increase unless the capacity of the detection destination is devised.

また、上記のセンサの感度の向上に関する問題だけでなく、センサの飽和特性の改善も求められている。
また、これらの課題は、特許文献1及び特許文献2に示されている液晶表示装置に限らず、有機EL表示装置、電子遊動を用いた表示装置など、他の表示装置にも共通する。
In addition to the above-described problems related to the improvement of the sensitivity of the sensor, there is a demand for improvement of the saturation characteristic of the sensor.
These problems are not limited to the liquid crystal display devices disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, but are common to other display devices such as an organic EL display device and a display device using electronic play.

解決しようとする課題は、センサの検出感度の向上とセンサの飽和特性の改善が困難であることである。   The problem to be solved is that it is difficult to improve the detection sensitivity of the sensor and the saturation characteristics of the sensor.

本発明の表示装置は、画素が形成された画素領域と光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する基板と、前記基板の一方面側から前記基板を照明する照明部と、前記センサ領域に配置され、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、前記基板の他方面側から入射する光を受光する薄膜フォトダイオードと、前記基板の前記一方面側に絶縁膜を介して前記薄膜フォトダイオードと対向して形成され、前記照明部から発せられた光が前記一方面側から前記薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される金属膜とを有し、前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記N型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記P型半導体領域の幅と、前記P型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記N型半導体領域の幅が異なるように形成されている。   The display device of the present invention includes a substrate having a pixel region in which pixels are formed and a sensor region in which an optical sensor unit is formed, an illumination unit that illuminates the substrate from one surface side of the substrate, and a sensor region. A thin film photodiode which is disposed and has at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region and receives light incident from the other surface side of the substrate; and the thin film via an insulating film on the one surface side of the substrate A metal film that is formed to face a photodiode, suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one surface side, and is fixed to a predetermined potential; In the thin film photodiode, the width of the P-type semiconductor region in a direction perpendicular to the direction connecting to the N-type semiconductor region and the front in the direction perpendicular to the direction connecting to the P-type semiconductor region. The width of the N-type semiconductor region are formed differently.

上記の本発明の表示装置は、基板、照明部、薄膜フォトダイオード及び金属膜を有する。
基板は、画素が形成された画素領域と含む光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する。
照明部は、基板の一方面側から基板を照明する。
薄膜フォトダイオードは、センサ領域に配置されたものであり、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、基板の他方面側から入射する光を受光する。
金属膜は、基板の一方面側に絶縁膜を介して薄膜フォトダイオードと対向して形成され、照明部から発せられた光が一方面側から薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される。
ここで、薄膜フォトダイオードにおいて、N型半導体領域に接続する方向に垂直な方向におけるP型半導体領域の幅と、P型半導体領域に接続する方向に垂直な方向におけるN型半導体領域の幅が異なるレイアウトで形成されている。
The display device of the present invention includes a substrate, an illumination unit, a thin film photodiode, and a metal film.
The substrate includes a pixel region in which pixels are formed and a sensor region in which an optical sensor unit including the pixels is formed.
The illumination unit illuminates the substrate from one side of the substrate.
The thin film photodiode is disposed in the sensor region, has at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region, and receives light incident from the other surface side of the substrate.
The metal film is formed on one side of the substrate so as to face the thin film photodiode with an insulating film interposed therebetween, and suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one side. It is fixed at the potential.
Here, in the thin film photodiode, the width of the P-type semiconductor region in the direction perpendicular to the direction connecting to the N-type semiconductor region is different from the width of the N-type semiconductor region in the direction perpendicular to the direction connecting to the P-type semiconductor region. It is formed with a layout.

本発明の表示装置は、画素が形成された画素領域と光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する基板と、前記基板の一方面側から前記基板を照明する照明部と、前記センサ領域に配置され、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、前記基板の他方面側から入射する光を受光する薄膜フォトダイオードと、前記基板の前記一方面側に絶縁膜を介して前記薄膜フォトダイオードと対向して形成され、前記照明部から発せられた光が前記一方面側から前記薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される金属膜とを有し、前記薄膜フォトダイオード及び前記金属膜において、前記絶縁膜を介して対向する前記P型半導体領域と前記金属膜により構成される寄生容量の容量値が、前記絶縁膜を介して対向する前記N型半導体領域と前記金属膜により構成される寄生容量の容量値と異なる。   The display device of the present invention includes a substrate having a pixel region in which pixels are formed and a sensor region in which an optical sensor unit is formed, an illumination unit that illuminates the substrate from one surface side of the substrate, and a sensor region. A thin film photodiode which is disposed and has at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region and receives light incident from the other surface side of the substrate; and the thin film via an insulating film on the one surface side of the substrate A metal film that is formed to face a photodiode, suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one surface side, and is fixed to a predetermined potential; In the thin film photodiode and the metal film, a capacitance value of a parasitic capacitance formed by the metal film and the P-type semiconductor region opposed via the insulating film is opposed via the insulating film. Capacitance value of the parasitic capacitance formed serial N-type semiconductor region and by the metal film different.

上記の本発明の表示装置は、基板、照明部、薄膜フォトダイオード及び金属膜を有する。
基板は、画素が形成された画素領域と光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する。
照明部は、基板の一方面側から基板を照明する。
薄膜フォトダイオードは、センサ領域に配置され、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、基板の他方面側から入射する光を受光する。
金属膜は、基板の一方面側に絶縁膜を介して薄膜フォトダイオードと対向して形成され、照明部から発せられた光が一方面側から薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される。
ここで、薄膜フォトダイオード及び金属膜において、絶縁膜を介して対向するP型半導体領域と金属膜により構成される寄生容量の容量値が、絶縁膜を介して対向するN型半導体領域と金属膜により構成される寄生容量の容量値と異なる。
The display device of the present invention includes a substrate, an illumination unit, a thin film photodiode, and a metal film.
The substrate has a pixel region in which pixels are formed and a sensor region in which photosensor portions are formed.
The illumination unit illuminates the substrate from one side of the substrate.
The thin film photodiode is disposed in the sensor region, has at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region, and receives light incident from the other surface side of the substrate.
The metal film is formed on one side of the substrate so as to face the thin film photodiode with an insulating film interposed therebetween, and suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one side. It is fixed at the potential.
Here, in the thin film photodiode and the metal film, the capacitance value of the parasitic capacitance constituted by the P-type semiconductor region and the metal film opposed via the insulating film is equal to the N-type semiconductor region and the metal film opposed via the insulating film. It differs from the capacitance value of the parasitic capacitance constituted by.

本発明の表示装置は、画素が形成された画素領域と光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する基板と、前記基板の一方面側から前記基板を照明する照明部と、前記センサ領域に配置され、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、前記基板の他方面側から入射する光を受光する薄膜フォトダイオードと、前記基板の前記一方面側に絶縁膜を介して前記薄膜フォトダイオードと対向して形成され、前記照明部から発せられた光が前記一方面側から前記薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される金属膜とを有し、前記薄膜フォトダイオードにおいて、一方面側あるいは他方面側から見たときの前記P型半導体領域と前記金属膜が重なる領域の面積が、前記N型半導体領域と前記金属膜の重なり領域の面積と異なる。   The display device of the present invention includes a substrate having a pixel region in which pixels are formed and a sensor region in which an optical sensor unit is formed, an illumination unit that illuminates the substrate from one surface side of the substrate, and a sensor region. A thin film photodiode which is disposed and has at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region and receives light incident from the other surface side of the substrate; and the thin film via an insulating film on the one surface side of the substrate A metal film that is formed to face a photodiode, suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one surface side, and is fixed to a predetermined potential; In the thin film photodiode, the area of the region where the P-type semiconductor region and the metal film overlap when viewed from one side or the other side is the overlapping region of the N-type semiconductor region and the metal film Different from the area.

上記の本発明の表示装置は、基板、照明部、薄膜フォトダイオード及び金属膜を有する。
基板は、画素が形成された画素領域と光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する。
照明部は、基板の一方面側から基板を照明する。
薄膜フォトダイオードは、センサ領域に配置され、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、基板の他方面側から入射する光を受光する。
金属膜は、基板の一方面側に絶縁膜を介して薄膜フォトダイオードと対向して形成され、照明部から発せられた光が一方面側から薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される。
ここで、薄膜フォトダイオードにおいて、一方面側あるいは他方面側から見たときのP型半導体領域と金属膜が重なる領域の面積が、N型半導体領域と金属膜の重なり領域の面積と異なる。
The display device of the present invention includes a substrate, an illumination unit, a thin film photodiode, and a metal film.
The substrate has a pixel region in which pixels are formed and a sensor region in which photosensor portions are formed.
The illumination unit illuminates the substrate from one side of the substrate.
The thin film photodiode is disposed in the sensor region, has at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region, and receives light incident from the other surface side of the substrate.
The metal film is formed on one side of the substrate so as to face the thin film photodiode with an insulating film interposed therebetween, and suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one side. It is fixed at the potential.
Here, in the thin film photodiode, the area of the region where the P-type semiconductor region and the metal film overlap when viewed from one side or the other side is different from the area of the overlap region of the N-type semiconductor region and the metal film.

本発明の表示装置によれば、基板のセンサ領域に形成される薄膜フォトダイオードにおいて、P型半導体領域の幅とN型半導体領域の幅が異なっている。これにより、薄膜フォトダイオードと金属膜間の寄生容量を縮小してセンサの検出感度を向上させ、また、センサの飽和特性を改善することができる。   According to the display device of the present invention, in the thin film photodiode formed in the sensor region of the substrate, the width of the P-type semiconductor region and the width of the N-type semiconductor region are different. Thereby, the parasitic capacitance between the thin film photodiode and the metal film can be reduced to improve the detection sensitivity of the sensor, and the saturation characteristic of the sensor can be improved.

また、本発明の表示装置によれば、絶縁膜を介して対向するP型半導体領域と金属膜により構成される寄生容量の容量値が、絶縁膜を介して対向するN型半導体領域と金属膜により構成される寄生容量の容量値と異なっている。これにより、薄膜フォトダイオードと金属膜間の寄生容量を縮小してセンサの検出感度を向上させ、また、センサの飽和特性を改善することができる。   Further, according to the display device of the present invention, the capacitance value of the parasitic capacitance formed by the P-type semiconductor region and the metal film facing each other through the insulating film is equal to the N-type semiconductor region and the metal film facing each other through the insulating film. It differs from the capacitance value of the parasitic capacitance constituted by. Thereby, the parasitic capacitance between the thin film photodiode and the metal film can be reduced to improve the detection sensitivity of the sensor, and the saturation characteristic of the sensor can be improved.

また、本発明の表示装置によれば、一方面側あるいは他方面側から見たときのP型半導体領域と金属膜が重なる領域の面積が、N型半導体領域と金属膜の重なり領域の面積と異なる。これにより、絶縁膜を介して対向するP型半導体領域と金属膜により構成される寄生容量の容量値が、絶縁膜を介して対向するN型半導体領域と金属膜により構成される寄生容量の容量値と異なる構成となり、薄膜フォトダイオードと金属膜間の寄生容量を縮小してセンサの検出感度を向上させ、また、センサの飽和特性を改善することができる。   Further, according to the display device of the present invention, the area of the region where the P-type semiconductor region and the metal film overlap when viewed from one side or the other side is the area of the overlapping region of the N-type semiconductor region and the metal film. Different. Thereby, the capacitance value of the parasitic capacitance constituted by the P-type semiconductor region and the metal film opposed via the insulating film is equal to the capacitance of the parasitic capacitance constituted by the N-type semiconductor region and the metal film opposed via the insulating film. It becomes a structure different from a value, the parasitic capacitance between a thin film photodiode and a metal film can be reduced, the detection sensitivity of a sensor can be improved, and the saturation characteristic of a sensor can be improved.

以下、本発明の実施形態に係る表示装置及について図面を参照して説明する。
尚、説明は以下の順序で行う。
1.第1実施形態(カソード領域に接続する方向に垂直な方向におけるアノード領域の幅とアノード領域に接続する方向に垂直な方向におけるカソード領域の幅が異なる構成)
2.変形例
3.第2実施形態(コントロールゲートとの重なり領域の外部においてカソード領域に接続する方向に垂直な方向に延伸する延伸部が設けられている構成)
4.第3実施形態(I領域のアノード領域端部にアノード領域の幅と同等の幅を有するI領域部分を有する構成)
5.第4実施形態(P領域とコントロールゲートの重なりの幅が、N領域とコントロールゲートの重なりの幅より狭く設けられている構成)
6.第5実施形態(表示装置の適用製品例)
Hereinafter, a display device and an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The description will be given in the following order.
1. First Embodiment (Configuration in which the width of the anode region in the direction perpendicular to the direction connecting to the cathode region is different from the width of the cathode region in the direction perpendicular to the direction connecting to the anode region)
2. Modified example 2. Second embodiment (configuration in which an extending portion extending in a direction perpendicular to the direction connecting to the cathode region is provided outside the overlapping region with the control gate)
4). Third embodiment (configuration having an I region portion having a width equal to the width of the anode region at the end of the anode region of the I region)
5. Fourth Embodiment (Configuration in which the overlap width of the P + region and the control gate is narrower than the overlap width of the N + region and the control gate)
6). Fifth embodiment (applied product example of display device)

<第1実施形態>
以下、第1実施形態に係る表示装置として、液晶表示装置を主な例として、図面を参照して説明する。
本実施形態の表示装置は、光が表示部である基板の背面側(画像表示を行う前面と反対側の面)から照射される、いわゆる「透過型」の液晶表示装置に好適に実施できる。このため、以下の説明では、液晶表示装置が透過型であることを前提とする。
<First Embodiment>
Hereinafter, as a display device according to the first embodiment, a liquid crystal display device will be described as a main example with reference to the drawings.
The display device of this embodiment can be suitably implemented in a so-called “transmission type” liquid crystal display device in which light is irradiated from the back side of the substrate which is a display unit (the surface opposite to the front side where image display is performed). For this reason, in the following description, it is assumed that the liquid crystal display device is a transmissive type.

[全体構成]
図1に、透過型液晶表示装置の概略的な全体構成図を示す。
図1に図解する液晶表示装置100は、例えば、「基板」としての表示部である液晶パネル200と、「照明部」としてのバックライト300と、データ処理部400とを有する。
[overall structure]
FIG. 1 shows a schematic overall configuration diagram of a transmissive liquid crystal display device.
The liquid crystal display device 100 illustrated in FIG. 1 includes, for example, a liquid crystal panel 200 as a display unit as a “substrate”, a backlight 300 as an “illumination unit”, and a data processing unit 400.

例えば、図1に示すように、液晶パネル200は、TFTアレイ基板201と、いわゆる「対向基板」としてのカラーフィルタ基板202と、液晶層203とを有する。以下、液晶層203を中心として、液晶パネル200の厚さ方向におけるバックライト300の側を「一方面側」または「背面側」と称し、一方面側と反対の側を、「他方面側」または「前面側」と称する。   For example, as shown in FIG. 1, the liquid crystal panel 200 includes a TFT array substrate 201, a color filter substrate 202 as a so-called “counter substrate”, and a liquid crystal layer 203. Hereinafter, with respect to the liquid crystal layer 203, the side of the backlight 300 in the thickness direction of the liquid crystal panel 200 is referred to as “one side” or “back side”, and the side opposite to the one side is referred to as “the other side”. Or referred to as “front side”.

例えば、TFTアレイ基板201とカラーフィルタ基板202とは、間隔を隔てるように対面しており、TFTアレイ基板201とカラーフィルタ基板202との間に挟まれるように、液晶層203が形成されている。また、特に図示していないが、液晶層203を挟むようにして、液晶層203の液晶分子の配列方向を揃えるための配向膜が対で形成される。カラーフィルタ基板202の液晶層203側の面に、カラーフィルタ204が形成されている。   For example, the TFT array substrate 201 and the color filter substrate 202 face each other with a gap therebetween, and the liquid crystal layer 203 is formed so as to be sandwiched between the TFT array substrate 201 and the color filter substrate 202. . Although not particularly illustrated, a pair of alignment films are formed to align the alignment direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 203 with the liquid crystal layer 203 interposed therebetween. A color filter 204 is formed on the surface of the color filter substrate 202 on the liquid crystal layer 203 side.

例えば、第1の偏光板206と第2の偏光板207とのそれぞれが、液晶パネル200の両面の側において対面するように設置されている。また、第1の偏光板206がTFTアレイ基板201の背面側に配置され、第2の偏光板207がカラーフィルタ基板202の前面側に配置されている。   For example, the first polarizing plate 206 and the second polarizing plate 207 are installed so as to face each other on both sides of the liquid crystal panel 200. A first polarizing plate 206 is disposed on the back side of the TFT array substrate 201, and a second polarizing plate 207 is disposed on the front side of the color filter substrate 202.

例えば、液晶層203に対面するTFTアレイ基板201の他方面側に、図1に示すように光センサ部1が設けられている。光センサ部1は、詳細は後述するが、受光素子である薄膜フォトダイオードと、その読み出し回路を含む。   For example, the optical sensor unit 1 is provided on the other side of the TFT array substrate 201 facing the liquid crystal layer 203 as shown in FIG. As will be described in detail later, the optical sensor unit 1 includes a thin film photodiode that is a light receiving element and a readout circuit thereof.

光センサ部1は、いわゆるタッチパネルの機能を液晶パネル200内にもたせるために形成されたものである。例えば、液晶パネル200を表示面(前面)側から見ると、有効表示領域PA内に規則的に配置される。
図1に、有効表示領域PAに光センサ部1がマトリクス状に配置されている液晶パネル200の一断面を示している。例えば、図1において、複数個(図面上は4個)の光センサ部1が等間隔に配置されている。図1は図示の便宜上4個の光センサ部1を示しているが、これに限るものではない。
位置検出の機能を有効表示領域PAの一部に限定する場合は、例えば、その限定された表示領域に光センサ部1が規則的に配置される。
The optical sensor unit 1 is formed to give a so-called touch panel function to the liquid crystal panel 200. For example, when the liquid crystal panel 200 is viewed from the display surface (front surface) side, it is regularly arranged in the effective display area PA.
FIG. 1 shows a cross section of a liquid crystal panel 200 in which the optical sensor units 1 are arranged in a matrix in the effective display area PA. For example, in FIG. 1, a plurality (four on the drawing) of optical sensor units 1 are arranged at equal intervals. Although FIG. 1 shows four photosensor parts 1 for convenience of illustration, the present invention is not limited to this.
When the position detection function is limited to a part of the effective display area PA, for example, the optical sensor unit 1 is regularly arranged in the limited display area.

表示平面(前面)の有効表示領域PAにおいて、図1に示すように、光センサ部1が形成されている液晶パネル200の領域を「センサ領域(PA2)」、その他の液晶パネル200の領域を「画素領域(PA1)」と定義する。画素領域(PA1)は、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)などの複数色が画素ごとに割り当てられた画素の配置領域である。色の割り当ては、画素が対向するカラーフィルタの透過波長特性によって決められる。   In the effective display area PA on the display plane (front surface), as shown in FIG. 1, the area of the liquid crystal panel 200 in which the optical sensor unit 1 is formed is the “sensor area (PA2)”, and the other areas of the liquid crystal panel 200 are It is defined as “pixel area (PA1)”. The pixel area (PA1) is a pixel arrangement area in which a plurality of colors such as red (R), green (G), and blue (B) are assigned to each pixel. The color assignment is determined by the transmission wavelength characteristic of the color filter facing the pixel.

例えば、図1では図示を省略しているが、画素の配置領域(画素領域(PA1))に、画素電極と共通電極(対向電極ともいう)が形成されている。画素電極と共通電極は透明電極材料で形成される。TFTアレイ基板201の他方面側(液晶層側)で画素電極の反液晶層側に、画素電極と対向して全画素共通の共通電極が形成される場合がある。または、画素電極がTFTアレイ基板201の他方面側に形成され、共通電極が液晶層203を挟んでカラーフィルタ基板202側の位置に、全画素共通で形成される場合がある。
画素の配置領域には、図1で図示していないが、画素構成に応じて、画素電極と対向電極間の液晶容量を補助する補助容量、画素電極への印加電位を、入力される映像信号の電位に応じて制御するスイッチング素子なども形成される。
For example, although not shown in FIG. 1, a pixel electrode and a common electrode (also referred to as a counter electrode) are formed in a pixel arrangement region (pixel region (PA1)). The pixel electrode and the common electrode are made of a transparent electrode material. In some cases, a common electrode common to all the pixels is formed on the other surface side (liquid crystal layer side) of the TFT array substrate 201 on the side opposite to the pixel electrode of the pixel electrode, facing the pixel electrode. Alternatively, the pixel electrode may be formed on the other surface side of the TFT array substrate 201 and the common electrode may be formed in common for all the pixels at a position on the color filter substrate 202 side with the liquid crystal layer 203 interposed therebetween.
Although not shown in FIG. 1, in the pixel arrangement region, an auxiliary capacitor for assisting liquid crystal capacitance between the pixel electrode and the counter electrode, and an applied potential to the pixel electrode are input according to the pixel configuration. A switching element or the like that is controlled according to the potential is also formed.

例えば、複数色が1色ずつ対応した複数画素からなる単位を「画素ユニット」とすると、画素ユニットに対する光センサ部1の割合は1:1の場合に、光センサ部1の配置密度が最大となる。本実施形態において光センサ部1の配置密度は、上記最大の場合でもよいし、これより小さくてよい。   For example, when a unit composed of a plurality of pixels each corresponding to a plurality of colors is a “pixel unit”, when the ratio of the photosensor unit 1 to the pixel unit is 1: 1, the arrangement density of the photosensor units 1 is the maximum. Become. In the present embodiment, the arrangement density of the optical sensor units 1 may be the maximum case or smaller.

例えば、TFTアレイ基板201の背面側に、バックライト300が配置されている。バックライト300は、液晶パネル200の背面に対面しており、液晶パネル200の有効表示領域PAに照明光を出射する。
図1に例示するバックライト300は、光源301と、光源301から照射された光を拡散することによって面状の光に変換する導光板302とを有している。バックライト300は、導光板302に対する光源301の配置位置に応じて、サイドライト型、直下型などがあるが、ここではサイドライト型を例示する。
For example, the backlight 300 is disposed on the back side of the TFT array substrate 201. The backlight 300 faces the back surface of the liquid crystal panel 200 and emits illumination light to the effective display area PA of the liquid crystal panel 200.
The backlight 300 illustrated in FIG. 1 includes a light source 301 and a light guide plate 302 that converts light emitted from the light source 301 into planar light by diffusing. The backlight 300 includes a sidelight type and a direct type according to the arrangement position of the light source 301 with respect to the light guide plate 302. Here, a sidelight type is exemplified.

例えば、光源301は、液晶パネル200の背後、且つ、液晶パネル200の背面に沿う方向の一方側または両方側に配置される。言い換えると、光源301は、表示面200A(前面)から見た液晶パネル200の1辺、または、対向する2辺に沿って配置される。ただし、光源301を液晶パネル200の3以上の辺に沿って配置しても構わない。
光源301は、例えば、ガラス管内の低圧水銀蒸気中のアーク放電により発生する紫外線を蛍光体で可視光線に変換して放射する冷陰極管ランプ、あるいは、LEDまたはEL素子などから構成されている。図1では、光源301として、白色LEDなどの可視光源301aと、IR光源301bとが対向する2辺に配置されている場合を示している。
For example, the light source 301 is disposed behind the liquid crystal panel 200 and on one side or both sides in the direction along the back surface of the liquid crystal panel 200. In other words, the light source 301 is arranged along one side or two opposite sides of the liquid crystal panel 200 as viewed from the display surface 200A (front surface). However, the light source 301 may be disposed along three or more sides of the liquid crystal panel 200.
The light source 301 is composed of, for example, a cold-cathode tube lamp that emits ultraviolet light generated by arc discharge in low-pressure mercury vapor in a glass tube and converts it into visible light with a phosphor, or an LED or EL element. FIG. 1 shows a case where a visible light source 301a such as a white LED and an IR light source 301b are arranged as two light sources 301 facing each other.

導光板302は、例えば、透光性のアクリル板により構成され、光源301からの光を全反射させながら面に沿って(液晶パネル200の背面に沿う方向の一方側から他方側へ)導光する。導光板302の背面には、例えば、導光板302と一体的に形成された、若しくは、導光板302とは別部材により形成された不図示のドットパターン(複数の突部)が設けられている。導光された光はドットパターンにより散乱されて液晶パネル200に照射される。なお、導光板302の背面側には、光を反射する反射シートが設けられてもよいし、導光板302の前面側には、拡散シートやプリズムシートが設けられてもよい。   The light guide plate 302 is made of, for example, a translucent acrylic plate, and guides light along the surface (from one side in the direction along the back surface of the liquid crystal panel 200 to the other side) while totally reflecting light from the light source 301. To do. On the back surface of the light guide plate 302, for example, a dot pattern (not shown) (a plurality of protrusions) formed integrally with the light guide plate 302 or formed by a member different from the light guide plate 302 is provided. . The guided light is scattered by the dot pattern and applied to the liquid crystal panel 200. Note that a reflective sheet that reflects light may be provided on the back side of the light guide plate 302, and a diffusion sheet or a prism sheet may be provided on the front side of the light guide plate 302.

例えば、バックライト300は、以上の構成を有し、液晶パネル200の有効表示領域PAの全面にほぼ均一な平面光を照射する構成となっている。   For example, the backlight 300 has the above-described configuration, and is configured to irradiate substantially uniform plane light on the entire surface of the effective display area PA of the liquid crystal panel 200.

また、例えば、データ処理部400は、図1に示すように、制御部401と、位置検出部402とを有する。データ処理部400は、コンピュータを含み、プログラムによってコンピュータが各部を制御することで動作する。このため、制御部401と位置検出部402の機能は、不図示のメモリに予め格納され、あるいは、外部から入力されるプログラムのタスクやデータを用いて実現される。
データ処理部400は、その機能を液晶パネル200内外で分けて実装されてもよい。図1ではデータ処理部400が液晶パネル200の外部に、例えば単数または複数のICとして配置される場合を例示する。
For example, the data processing unit 400 includes a control unit 401 and a position detection unit 402 as illustrated in FIG. The data processing unit 400 includes a computer and operates when the computer controls each unit by a program. For this reason, the functions of the control unit 401 and the position detection unit 402 are realized in advance using program tasks and data stored in a memory (not shown) or input from the outside.
The data processing unit 400 may be implemented with its functions divided inside and outside the liquid crystal panel 200. FIG. 1 illustrates a case where the data processing unit 400 is arranged outside the liquid crystal panel 200 as, for example, one or a plurality of ICs.

例えば、制御部401は、画像表示の制御、位置検出のためのIRセンサの制御(受光によるデータ収集)、及び、バックライト制御を行う。
画像表示に関し、制御部401が、例えば液晶パネル200内のディスプレイ駆動回路を統括して指示を与えることにより、液晶パネル200の画像表示を制御する。IRセンサの制御に関し、制御部401が、例えば液晶パネル200内のセンサ駆動回路を統括して指示を与えることにより、被検出物の位置(及び大きさ)の検出を制御する。ディスプレイ駆動回路やセンサ駆動回路の例は後述する。
バックライト制御に関し、制御部401が、バックライト300の電源部(不図示)に制御信号を供給することによって、バックライト300から出力される照明光の明るさなどを制御する。
For example, the control unit 401 performs image display control, IR sensor control for position detection (data collection by light reception), and backlight control.
Regarding the image display, the control unit 401 controls the image display of the liquid crystal panel 200 by, for example, giving an instruction by supervising the display driving circuit in the liquid crystal panel 200. Regarding the control of the IR sensor, the control unit 401 controls the detection of the position (and size) of the object to be detected by, for example, giving an instruction by supervising the sensor driving circuit in the liquid crystal panel 200. Examples of the display driving circuit and the sensor driving circuit will be described later.
Regarding the backlight control, the control unit 401 controls the brightness of illumination light output from the backlight 300 by supplying a control signal to a power supply unit (not shown) of the backlight 300.

例えば、位置検出部402は、制御部401の指示を受けると、液晶パネル200内のセンサ駆動回路を介して送られてくる受光データに基づいて、ユーザの指やスタイラスペンなどの被検知体が接触または近接した位置を検出する。この検出は、液晶パネル200の有効表示領域PAに対して行われる。   For example, when the position detection unit 402 receives an instruction from the control unit 401, the position detection unit 402 detects a detected object such as a user's finger or a stylus pen based on light reception data transmitted via a sensor driving circuit in the liquid crystal panel 200. Detect contact or close position. This detection is performed on the effective display area PA of the liquid crystal panel 200.

[液晶パネルの概略構成]
図2は、液晶パネル内の駆動回路の構成例を示すブロック図である。
[Schematic configuration of LCD panel]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive circuit in the liquid crystal panel.

例えば、図2に示すように、液晶パネル200は、画素(PIX)がマトリクス状に配置された表示部10を有する。
図1にも示すが、有効表示領域PAの周囲に周辺領域CAが存在する。周辺領域CAは、TFTアレイ基板201の有効表示領域PA以外の領域をいう。周辺領域CAには、図2に示すように、有効表示領域PA内のTFTと一括して形成されるTFTを含んで構成された幾つかの機能ブロックにより示される駆動回路が形成されている。
For example, as shown in FIG. 2, the liquid crystal panel 200 includes the display unit 10 in which pixels (PIX) are arranged in a matrix.
As shown in FIG. 1, a peripheral area CA exists around the effective display area PA. The peripheral area CA is an area other than the effective display area PA of the TFT array substrate 201. In the peripheral area CA, as shown in FIG. 2, drive circuits indicated by several functional blocks configured to include TFTs formed together with TFTs in the effective display area PA are formed.

例えば、液晶パネル200は駆動回路として垂直ドライバ(V.DRV.)11、ディスプレイドライバ(D−DRV.)12、センサドライバ(S−DRV.)13、選択スイッチアレイ(SEL.SW.)14、及びDC/DCコンバータ(DC/DC.CNV.)15を有する。   For example, the liquid crystal panel 200 has a vertical driver (V.DRV.) 11, a display driver (D-DRV.) 12, a sensor driver (S-DRV.) 13, a selection switch array (SEL.SW.) 14, as a drive circuit. And a DC / DC converter (DC / DC.CNV.) 15.

例えば、垂直ドライバ11は、画素ラインを選択のために、水平方向に配線された各種制御線を垂直方向に走査するシフトレジスタなどの機能を有する回路である。
ディスプレイドライバ12は、映像信号のデータ電位をサンプリングしてデータ信号振幅を発生し、列方向の画素で共通な信号線にデータ信号振幅を排出するなどの機能を有する回路である。
センサドライバ13は、所定の密度で画素の配置領域内に分散配置された光センサ部1に対し、垂直ドライバ11と同様な制御線の走査と、制御線の走査に同期してセンサ出力(検出データ)の収集を行う回路である。
スイッチアレイ14は、複数のTFTスイッチから構成され、ディスプレイドライバ12によるデータ信号振幅の排出制御と、表示部10からのセンサ出力の制御を行う回路である。
DC/DCコンバータ15は、入力される電源電圧から、液晶パネル200の駆動に必要な電位の各種直流電圧を発生する回路である。
For example, the vertical driver 11 is a circuit having a function of a shift register or the like that scans various control lines wired in the horizontal direction in the vertical direction in order to select a pixel line.
The display driver 12 is a circuit having a function of sampling the data potential of the video signal to generate a data signal amplitude and discharging the data signal amplitude to a common signal line among the pixels in the column direction.
The sensor driver 13 outputs a sensor output (detection) in synchronization with the scanning of the control line similar to the vertical driver 11 and the scanning of the control line with respect to the optical sensor unit 1 distributed in the pixel arrangement region at a predetermined density. Data).
The switch array 14 is composed of a plurality of TFT switches, and is a circuit that controls discharge of data signal amplitude by the display driver 12 and control of sensor output from the display unit 10.
The DC / DC converter 15 is a circuit that generates various DC voltages having potentials necessary for driving the liquid crystal panel 200 from an input power supply voltage.

例えば、ディスプレイドライバ12やセンサドライバ13の入出力信号、その他の信号の液晶パネル200内と外のやり取りは、液晶パネル200に設けられたフレキシブル基板16を介して行われる。   For example, input / output signals of the display driver 12 and the sensor driver 13 and other signals are exchanged inside and outside the liquid crystal panel 200 via the flexible substrate 16 provided in the liquid crystal panel 200.

例えば、図2に示すほかに、クロック信号の発生または外部入力のための構成なども駆動回路に含まれる。   For example, in addition to the configuration shown in FIG. 2, a configuration for generating a clock signal or external input is also included in the drive circuit.

[画素と光センサ部との組み合わせ例]
既に述べたように、例えば、画素と光センサ部とは有効表示領域PA内で規則的に配置される。その配置の規則は任意であるが、複数の画素と1つの光センサ部を組として、この組を有効表示領域PA内にマトリクス状に配置するとよく、例えば、R,G,Bの3画素と1つの光センサ部1を1組とする。
[Combination example of pixel and photo sensor]
As already described, for example, the pixels and the optical sensor units are regularly arranged in the effective display area PA. The arrangement rule is arbitrary, but a plurality of pixels and one photosensor unit may be combined into a matrix in the effective display area PA. For example, three pixels R, G, and B One optical sensor unit 1 is set as one set.

例えば、図1に示すカラーフィルタ204は、画素(PIX)の平面視の大きさにほぼ対応し、R,G,Bの各波長領域をそれぞれ選択的に透過するフィルタと、混色防止のためにフィルタの周囲(すべての境界部)を一定幅で遮蔽するブラックマトリクスを有する。   For example, the color filter 204 shown in FIG. 1 substantially corresponds to the size of the pixel (PIX) in plan view, and selectively transmits each of R, G, and B wavelength regions, and prevents color mixing. It has a black matrix that shields the periphery of the filter (all boundaries) with a constant width.

[画素部及び光センサ部のパターン及び断面構造]
図3(a)に光センサ部1の平面図の一例を、図3(b)に、図3(a)のパターンに対応する光センサ部1の等価回路の一例を示す。
例えば、図3(b)に図解するように、光センサ部1は、Nチャネル型の薄膜トランジスタ(TFT)からなる3つのトランジスタと、受光素子である薄膜フォトダイオードPDとを有する。
3つのトランジスタは、リセットトランジスタTS、アンプトランジスタTA、読み出しトランジスタTRである。
[Pattern and cross-sectional structure of pixel portion and optical sensor portion]
FIG. 3A shows an example of a plan view of the optical sensor unit 1, and FIG. 3B shows an example of an equivalent circuit of the optical sensor unit 1 corresponding to the pattern of FIG.
For example, as illustrated in FIG. 3B, the optical sensor unit 1 includes three transistors formed of N-channel thin film transistors (TFTs) and a thin film photodiode PD that is a light receiving element.
The three transistors are a reset transistor TS, an amplifier transistor TA, and a read transistor TR.

例えば、薄膜フォトダイオードPDは、赤外光あるいは紫外光などの非可視光に感度をもつ受光素子として形成されている。本実施形態においては、上記のバックライト300を構成するIR光源301bの発する赤外光に対して感度を有する受光素子となっている。バックライトが紫外光を発光する場合には、薄膜フォトダイオードPDは、その紫外光に対して感度を有する設計とする。
例えば、薄膜フォトダイオードPDは、アノードがストレージノードSNに接続され、カソードが電源電圧VDDの供給線(以下、VDD線)31に接続されている。
薄膜フォトダイオードPDは、後述するようにPIN構造またはPDN構造を有し、I(intrinsic)領域(PIN構造の真性半導体領域)またはD(doped)領域(PDN構造のN領域)に対し絶縁膜を介して電界を及ぼすコントロールゲートCGを備える。薄膜フォトダイオードPDは、逆バイアスされて使用され、そのときの空乏化の程度をコントロールゲートCGで制御することにより、感度を最適化(通常、最大化)できる構造を有する。
For example, the thin film photodiode PD is formed as a light receiving element having sensitivity to invisible light such as infrared light or ultraviolet light. In the present embodiment, the light receiving element is sensitive to infrared light emitted from the IR light source 301b that constitutes the backlight 300 described above. When the backlight emits ultraviolet light, the thin film photodiode PD is designed to be sensitive to the ultraviolet light.
For example, the thin film photodiode PD has an anode connected to the storage node SN and a cathode connected to a supply line (hereinafter referred to as VDD line) 31 of the power supply voltage VDD.
The thin film photodiode PD has a PIN structure or a PDN structure as will be described later, and is an insulating film with respect to an I (intrinsic) region (intrinsic semiconductor region with a PIN structure) or a D (doped) region (N - region with a PDN structure). And a control gate CG for applying an electric field via the. The thin film photodiode PD is used while being reverse-biased, and has a structure in which the sensitivity can be optimized (usually maximized) by controlling the degree of depletion at that time by the control gate CG.

例えば、リセットトランジスタTSはドレインがストレージノードSNに接続され、ソースが配線37を介して基準電圧VSSの供給線(以下、VSS線)32に接続され、ゲートがリセット信号(RESET)の供給線(以下、リセット線)33に接続されている。リセットトランジスタTSは、ストレージノードSNをフローティング状態からVSS線32への接続状態に切り替え、ストレージノードSNを放電して、その蓄積電荷量をリセットする。   For example, the reset transistor TS has a drain connected to the storage node SN, a source connected to a reference voltage VSS supply line (hereinafter referred to as VSS line) 32 via a wiring 37, and a gate connected to a reset signal (RESET) supply line (RESET). Hereinafter, it is connected to a reset line 33. The reset transistor TS switches the storage node SN from the floating state to the connection state to the VSS line 32, discharges the storage node SN, and resets the accumulated charge amount.

例えば、アンプトランジスタTAはドレインがVDD線31に接続され、ソースが読み出しトランジスタTRを介して検出電位Vdet(または検出電流Idet)の出力線(以下、検出線)35に接続され、ゲートがストレージノードSNに接続されている。   For example, the amplifier transistor TA has a drain connected to the VDD line 31, a source connected to the output line (hereinafter referred to as detection line) 35 of the detection potential Vdet (or detection current Idet) via the read transistor TR, and a gate connected to the storage node. Connected to SN.

例えば、読み出しトランジスタTRは、ドレインがアンプトランジスタTAのソースに接続され、ソースが検出線35に接続され、ゲートがリード制御信号(READ)の供給線(以下、リード制御線)34に接続されている。   For example, the read transistor TR has a drain connected to the source of the amplifier transistor TA, a source connected to the detection line 35, and a gate connected to a supply line (hereinafter, read control line) 34 of a read control signal (READ). Yes.

例えば、アンプトランジスタTAはリセット後に再びフローティング状態となったストレージノードSNに薄膜フォトダイオードPDで発生した正電荷が蓄積されると、その蓄積された電荷量(受光電位)を増幅する作用がある。読み出しトランジスタTRは、アンプトランジスタTAで増幅された受光電位を、検出線35に排出するタイミングを制御するトランジスタである。一定時間の蓄積時間が経過すると、リード制御信号(READ)が活性化して読み出しトランジスタTRがオンするため、アンプトランジスタTAは、ソースとドレインに電圧が印加されて、そのときのゲート電位に応じた電流を流す。これにより受光電位に応じ、振幅が増大した電位変化が検出線35に出現し、この電位変化が、検出電位Vdetとして検出線35から光センサ部1の外部に出力される。あるいは、受光電位に応じて値が変化する検出電流Idetが、検出線35から光センサ部1の外部に出力される。   For example, when the positive charge generated in the thin film photodiode PD is accumulated in the storage node SN that is again in a floating state after reset, the amplifier transistor TA has an effect of amplifying the accumulated charge amount (light receiving potential). The read transistor TR is a transistor that controls the timing at which the light reception potential amplified by the amplifier transistor TA is discharged to the detection line 35. When the storage time of a certain time elapses, the read control signal (READ) is activated and the read transistor TR is turned on, so that a voltage is applied to the source and drain of the amplifier transistor TA, and the gate potential at that time corresponds to Apply current. Accordingly, a potential change with an increased amplitude appears on the detection line 35 according to the received light potential, and this potential change is output from the detection line 35 to the outside of the optical sensor unit 1 as the detection potential Vdet. Alternatively, the detection current Idet whose value changes according to the light reception potential is output from the detection line 35 to the outside of the optical sensor unit 1.

図3(a)は、図1のようにカラーフィルタ基板202と貼り合わされて液晶が封入される前のTFTアレイ基板201の上面視を示す。
図3(a)に示すパターン図において図3(b)に示す素子やノードには同一符号を付しているため、素子間の電気的接続は明らかである。
例えば、VDD線31、VSS線32及び検出線35は、アルミニウム(AL)の配線層から形成され、リセット線33とリード制御線34はゲートメタル(GM)、例えばモリブデン(Mo)から形成されている。ゲートメタル(GM)はアルミニウム(AL)の配線層より下層に形成される。ゲートメタル(GM)より上層で、アルミニウム(AL)より下層の階層に、ポリシリコン(PS)層などの半導体層が4つ孤立して配置されている。リセットトランジスタTS、読み出しトランジスタTR、アンプトランジスタTA及び薄膜フォトダイオードPDは、それぞれPS層などの半導体層を有している。
FIG. 3A shows a top view of the TFT array substrate 201 before being bonded to the color filter substrate 202 and filled with liquid crystal as shown in FIG.
In the pattern diagram shown in FIG. 3A, the elements and nodes shown in FIG. 3B are denoted by the same reference numerals, and thus the electrical connection between the elements is clear.
For example, the VDD line 31, the VSS line 32, and the detection line 35 are formed from an aluminum (AL) wiring layer, and the reset line 33 and the read control line 34 are formed from a gate metal (GM), for example, molybdenum (Mo). Yes. The gate metal (GM) is formed below the aluminum (AL) wiring layer. Four semiconductor layers, such as a polysilicon (PS) layer, are arranged in isolation in a layer above the gate metal (GM) and below the aluminum (AL). Each of the reset transistor TS, the read transistor TR, the amplifier transistor TA, and the thin film photodiode PD includes a semiconductor layer such as a PS layer.

例えば、トランジスタにおいては、ゲートメタル(GM)と交差するPS層などからなる薄膜の半導体層の箇所の一方と他方に、N型不純物が導入されてソースとドレインが形成されるトランジスタ構造となっている。
これに対し、薄膜フォトダイオードPDでは、PS層などからなる薄膜の半導体層36の一方と他方にP型とN型の逆導電型の不純物が導入されているためダイオード構造となっている。P型の不純物領域(P領域)が、薄膜フォトダイオードPDのアノード(A)領域となり、これが例えばストレージノードSNを構成する。一方、N型の不純物領域(N領域)が、薄膜フォトダイオードPDのカソード(K)領域を構成し、これが例えばコンタクトを介して上層のVDD線31と接続されている。
薄膜フォトダイオードPDの構成の詳細については後述する。
For example, a transistor has a transistor structure in which a source and a drain are formed by introducing an N-type impurity into one and the other of a portion of a thin-film semiconductor layer made of a PS layer or the like intersecting with a gate metal (GM). Yes.
On the other hand, the thin-film photodiode PD has a diode structure because impurities of P-type and N-type reverse conductivity are introduced into one and the other of the thin-film semiconductor layer 36 made of a PS layer or the like. The P-type impurity region (P + region) becomes the anode (A) region of the thin film photodiode PD, and this constitutes the storage node SN, for example. On the other hand, the N-type impurity region (N + region) constitutes the cathode (K) region of the thin-film photodiode PD, which is connected to the upper VDD line 31 through a contact, for example.
Details of the configuration of the thin film photodiode PD will be described later.

図4は、光センサ部1と、FFS方式の液晶の画素(PIX)の一部とを概略的に示す断面図である。図4は、図3(a)のS1−S1線に沿った光センサ部1の一部を示す断面と、不図示の画素(PIX)の一部の断面とを表す。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the optical sensor unit 1 and a part of an FFS liquid crystal pixel (PIX). FIG. 4 shows a cross section showing a part of the optical sensor unit 1 along a line S1-S1 in FIG. 3A and a cross section showing a part of a pixel (PIX) (not shown).

例えば、本実施形態の液晶の画素は、FFS(Field Fringe Switching)方式である。FFS方式の液晶は、別名を「In Plane Switching(IPS)−Pro」方式の液晶」とも言う。   For example, the liquid crystal pixel of the present embodiment is an FFS (Field Fringe Switching) method. The FFS liquid crystal is also referred to as “In Plane Switching (IPS) -Pro” liquid crystal ”.

図4に示すように、スイッチング素子SWとなるトランジスタがTFTアレイ基板201上の多層の絶縁膜中に埋め込んで形成されている。図4に示す絶縁膜は、下層から順に、2層のゲート絶縁膜50、2層の第1層間絶縁膜51、第2層間絶縁膜(平坦化膜)52、第3層間絶縁膜53を含む。   As shown in FIG. 4, a transistor to be a switching element SW is formed by being embedded in a multilayer insulating film on the TFT array substrate 201. The insulating film shown in FIG. 4 includes a two-layer gate insulating film 50, a two-layer first interlayer insulating film 51, a second interlayer insulating film (planarizing film) 52, and a third interlayer insulating film 53 in order from the lower layer. .

例えば、ゲート絶縁膜50の直下にモリブデン(Mo)などからなり、垂直走査線44となるゲートメタルGMが形成され、ゲート絶縁膜50上にポリシリコン(PS)層などからなる薄膜の半導体層43が形成されている。
半導体層43は、ゲートメタルGMの上方にチャネル形成領域となるP領域が位置し、その両側に、ソースドレインとなるN領域が形成されて、薄膜トランジスタが構成されている。
For example, a gate metal GM made of molybdenum (Mo) or the like is formed immediately below the gate insulating film 50 and becomes the vertical scanning line 44, and a thin semiconductor layer 43 made of a polysilicon (PS) layer or the like is formed on the gate insulating film 50. Is formed.
In the semiconductor layer 43, a P region serving as a channel formation region is located above the gate metal GM, and N + regions serving as a source / drain are formed on both sides thereof to constitute a thin film transistor.

例えば、半導体層43に形成されたソースとドレインの一方に、内部配線42及びコンタクト41を介して画素毎に区分された透明電極層からなる画素電極40が形成されている。
また、画素電極40の下方において第2層間絶縁膜52と第3層間絶縁膜53の界面に、共通電極55が画素電極40と対面して形成される。共通電極55は、全画素共通な透明電極層で形成される。
また、半導体層43のソースとドレインの他方に、アルミニウムなどからなる信号線45Aが接続されている。
For example, a pixel electrode 40 formed of a transparent electrode layer divided for each pixel via an internal wiring 42 and a contact 41 is formed on one of a source and a drain formed on the semiconductor layer 43.
A common electrode 55 is formed below the pixel electrode 40 at the interface between the second interlayer insulating film 52 and the third interlayer insulating film 53 so as to face the pixel electrode 40. The common electrode 55 is formed of a transparent electrode layer common to all pixels.
A signal line 45A made of aluminum or the like is connected to the other of the source and drain of the semiconductor layer 43.

また、例えば、TFTアレイ基板201の上方にカラーフィルタ基板202が重ねられ、両基板間に液晶層203、配向膜56、カラーフィルタ204が下層から順に位置する。
ここで液晶層203は、ネマチック液晶で構成される。
共通電極55は共通電位で電位固定され、画素電極40との間に印加される電圧によって、液晶に印加する電界を変化させるための電極である。
Further, for example, the color filter substrate 202 is overlaid on the TFT array substrate 201, and the liquid crystal layer 203, the alignment film 56, and the color filter 204 are positioned between the two substrates in order from the lower layer.
Here, the liquid crystal layer 203 is composed of nematic liquid crystal.
The common electrode 55 is an electrode that is fixed at a common potential and changes an electric field applied to the liquid crystal by a voltage applied between the pixel electrode 40 and the common electrode 55.

図1に示すように、TFTアレイ基板201及びカラーフィルタ基板202の外側面に接着剤を介して密着状態で設けられている第1の偏光板206と第2の偏光板207は、クロスニコル状態で設けられる。   As shown in FIG. 1, the first polarizing plate 206 and the second polarizing plate 207, which are provided in close contact with the outer surfaces of the TFT array substrate 201 and the color filter substrate 202 with an adhesive, are in a crossed Nicols state. Provided.

また、信号線45A及び垂直走査線44(ゲートメタル(GM))の材料としては、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、タングステン(W)、チタン(Ti)、鉛(Pb)、これらの複合層(例えば、Ti/Al)、または、これらの合金層を用いることが可能である。   The signal lines 45A and the vertical scanning lines 44 (gate metal (GM)) are made of aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W), titanium (Ti), lead (Pb). ), A composite layer thereof (for example, Ti / Al), or an alloy layer thereof can be used.

次に、光センサ部1の断面構造について説明する。
図4に示すように、薄膜フォトダイオードPDが、TFTアレイ基板201上の2層のゲート絶縁膜50、2層の第1層間絶縁膜51、第2層間絶縁膜(平坦化膜)52、第3層間絶縁膜53を含む多層の絶縁膜中に埋め込んで形成されている。
Next, a cross-sectional structure of the optical sensor unit 1 will be described.
As shown in FIG. 4, the thin film photodiode PD includes a two-layer gate insulating film 50, a two-layer first interlayer insulating film 51, a second interlayer insulating film (planarizing film) 52, and a second layer on the TFT array substrate 201. It is formed by being embedded in a multilayer insulating film including the three interlayer insulating film 53.

例えば、ゲート絶縁膜50の直下に「金属膜」であるコントロールゲートCGが形成され、ゲート絶縁膜50上にポリシリコンなどからなる薄膜の半導体層36が形成されている。
半導体層36は、コントロールゲートCGの上方にI領域(真性半導体領域)36Iが位置し、その両側に、P領域(P型半導体領域)からなるアノード領域36Aと、N領域(N型半導体領域)からなるカソード領域36Kとが位置する。さらに、本実施形態においては、I領域36Iとカソード領域36Kの間に低濃度のN型不純物を含有する低濃度半導体領域(N領域)36Nを有する構成となっている。上記のようにして、低濃度半導体領域を有するPIN構造の薄膜フォトダイオードが構成されている。
なお、PDN構造の場合、I領域に代えてD領域(N領域)が形成された構成となる。
For example, a control gate CG which is a “metal film” is formed immediately below the gate insulating film 50, and a thin semiconductor layer 36 made of polysilicon or the like is formed on the gate insulating film 50.
The semiconductor layer 36 has an I region (intrinsic semiconductor region) 36I located above the control gate CG, and an anode region 36A composed of a P + region (P type semiconductor region) and an N + region (N type semiconductor) on both sides thereof. A cathode region 36K composed of a region). Further, in the present embodiment, a low concentration semiconductor region (N region) 36N containing a low concentration N-type impurity is provided between the I region 36I and the cathode region 36K. As described above, a thin film photodiode having a PIN structure having a low concentration semiconductor region is formed.
In the case of the PDN structure, a D region (N region) is formed instead of the I region.

例えば、カソード領域36Kは第1層間絶縁膜51内に形成されるコンタクトプラグ54によって、第1層間絶縁膜51上に形成されるVDD線31と接続されている。アノード領域36Aは不図示の箇所で配線39に接続されており、アンプトランジスタTAのゲート電極と接続される。
また、第1層間絶縁膜51上には、VDD線31から離れた位置に、検出線35とVSS線32が並んで配置されている。
For example, the cathode region 36 </ b> K is connected to the VDD line 31 formed on the first interlayer insulating film 51 by the contact plug 54 formed in the first interlayer insulating film 51. The anode region 36A is connected to the wiring 39 at a location not shown, and is connected to the gate electrode of the amplifier transistor TA.
On the first interlayer insulating film 51, the detection line 35 and the VSS line 32 are arranged side by side at a position away from the VDD line 31.

例えば、VDD線31、VSS線32、検出線35は全てアルミニウムなどから形成され段差が大きいため、段差を平坦化する第2層間絶縁膜(平坦化膜)52が形成されている。
第2層間絶縁膜52の上に、共通電位で電位固定される共通電極55が形成されている。光センサ部1には画素電極がないため液晶への印加電界は制御できないが、共通電極55により液晶を固定する役割がある。共通電極55は透明電極層により形成されるため光を透過できる。
For example, since the VDD line 31, the VSS line 32, and the detection line 35 are all made of aluminum or the like and have a large step, a second interlayer insulating film (flattening film) 52 that flattens the step is formed.
On the second interlayer insulating film 52, a common electrode 55 that is fixed at a common potential is formed. Since the optical sensor unit 1 does not have a pixel electrode, the electric field applied to the liquid crystal cannot be controlled. Since the common electrode 55 is formed of a transparent electrode layer, it can transmit light.

図4において、カラーフィルタ204は、光センサ部1と画素(PIX)との境界部にブラックマトリクス21Kが形成され、2つのブラックマトリクス21Kの間にセンサ開口部SAが設けられている。一方、画素(PIX)においては、R,G,Bの何れかのフィルタが示されている。   In FIG. 4, in the color filter 204, a black matrix 21K is formed at the boundary between the optical sensor unit 1 and the pixel (PIX), and a sensor opening SA is provided between the two black matrices 21K. On the other hand, in the pixel (PIX), one of R, G, and B filters is shown.

[薄膜フォトダイオードPDの構造と受光特性]
図5(a)はPIN構造の薄膜フォトダイオードPDの平面図であり、図5(b)は図5(a)中のX−X’における断面図である。図5(b)においては、VDD線31などの配線及び第2層間絶縁膜52より上層の構成は省略している。
例えば、TFTアレイ基板201上に「金属膜」からなるコントロールゲート38が形成され、その上層に2層のゲート絶縁膜50が形成され、その上層に半導体層36が形成されている。
半導体層26は、図5(a)に示すパターン形状を有する。即ち、P領域(P型半導体領域)からなるアノード領域36A、I領域(真性半導体領域)36I、低濃度半導体領域である低濃度半導体領域(N領域)36N、N領域(N型半導体領域)からなるカソード領域36Kがそれぞれレイアウトされている。このように、低濃度半導体領域を有するPIN構造の薄膜フォトダイオードが構成されている。
なお、PDN構造の場合、I領域に代えてD領域(N領域)が形成された構成となる。
また、上記の各領域に対するコントロールゲート38のレイアウトは図5(a)に示すとおりである。
上記のフォトダイオードを被覆して第1層間絶縁膜51が形成されており、アノード領域36Aとカソード領域36Kに達するコンタクトホールCTを介してコンタクトプラグ54に接続されている。
[Structure and light receiving characteristics of thin film photodiode PD]
FIG. 5A is a plan view of a thin film photodiode PD having a PIN structure, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. In FIG. 5B, the wirings such as the VDD line 31 and the structure above the second interlayer insulating film 52 are omitted.
For example, a control gate 38 made of a “metal film” is formed on the TFT array substrate 201, a two-layer gate insulating film 50 is formed thereon, and a semiconductor layer 36 is formed thereon.
The semiconductor layer 26 has a pattern shape shown in FIG. That is, an anode region 36A composed of a P + region (P type semiconductor region), an I region (intrinsic semiconductor region) 36I, a low concentration semiconductor region (N region) 36N, and an N + region (N type semiconductor). The cathode regions 36 </ b> K composed of regions) are laid out. Thus, a thin film photodiode having a PIN structure having a low concentration semiconductor region is formed.
In the case of the PDN structure, a D region (N region) is formed instead of the I region.
The layout of the control gate 38 for each of the above regions is as shown in FIG.
A first interlayer insulating film 51 is formed so as to cover the photodiode, and is connected to a contact plug 54 via a contact hole CT reaching the anode region 36A and the cathode region 36K.

上記のフォトダイオードにおいて、逆バイアスを印加すると、I領域(またはD領域)の内部に空乏層が拡がる。この空乏化を促進するためにバックゲート制御(コントロールゲートCGによる電界制御)を行う。ただし、PIN構造ではP領域から10μm程度の空乏化であるが、PDN構造ではD領域のほぼ全域が空乏化され、それだけ受光感度を有する面積が広いという利点がある。本実施形態では、PIN構造、PDN構造のいずれも採用可能である。 In the above photodiode, when a reverse bias is applied, a depletion layer expands inside the I region (or D region). In order to promote this depletion, back gate control (electric field control by the control gate CG) is performed. However, the PIN structure has a depletion of about 10 μm from the P + region, but the PDN structure has an advantage that almost the entire region of the D region is depleted and the area having light receiving sensitivity is wide. In this embodiment, either a PIN structure or a PDN structure can be employed.

かかる構造の位置センサとしての薄膜フォトダイオードPDは、非可視光に感度、望ましくは感度ピークを持つように設計されている。
非可視光は、例えば、赤外光または紫外光を含む。なお、国際照明委員会(CIE:Commission International de 1' Eclairage)では、紫外光(これも非可視光の一例である。)と可視光との波長の境界は360nm〜400nm、可視光と赤外光との波長の境界は760nm〜830nmとしている。ただし、実用的には、350nm以下の波長を紫外光、700nm以上の波長を赤外光としてもよい。ここでは非可視光の波長範囲を350nm以下、700nm以上とする。ただし、本実施形態において、非可視光の波長の境界は、上記360nm〜400nm、760nm〜830nmの範囲内で任意に規定してよい。
The thin film photodiode PD as a position sensor having such a structure is designed to be sensitive to invisible light, and preferably has a sensitivity peak.
Invisible light includes, for example, infrared light or ultraviolet light. In the International Commission on Illumination (CIE), the wavelength boundary between ultraviolet light (which is also an example of invisible light) and visible light is 360 nm to 400 nm, visible light and infrared light. The wavelength boundary with light is set to 760 nm to 830 nm. However, practically, a wavelength of 350 nm or less may be ultraviolet light, and a wavelength of 700 nm or more may be infrared light. Here, the wavelength range of invisible light is set to 350 nm or less and 700 nm or more. However, in the present embodiment, the boundary of the wavelength of invisible light may be arbitrarily defined within the ranges of 360 nm to 400 nm and 760 nm to 830 nm.

非可視光として赤外光(IR光)を用いる場合、IR光に感度ピークをもつ薄膜フォトダイオードPDを構成する薄膜の半導体層36は、可視光の受光素子のエネルギーバンドギャップ(例えば1.6eV)より小さい値をもつことが好ましい。例えば、価電子帯と伝導帯間のエネルギーバンドギャップが1.1eVと可視光の受光素子のエネルギーバンドギャップ(例えば1.6eV)より小さい値をもつ多結晶シリコン、もしくは、結晶シリコンから形成することができる。
エネルギーバンドギャップEgは、Eg=hν(hはプランク定数、ν=1/λ(λは光の波長))より最適な値が算出される。
When infrared light (IR light) is used as invisible light, the thin film semiconductor layer 36 constituting the thin film photodiode PD having a sensitivity peak in IR light has an energy band gap (for example, 1.6 eV) of a light receiving element for visible light. It is preferable to have a smaller value. For example, it is made of polycrystalline silicon or crystalline silicon having an energy band gap between the valence band and the conduction band of 1.1 eV, which is smaller than the energy band gap (eg, 1.6 eV) of a visible light receiving element. Can do.
The energy band gap Eg is calculated as an optimum value from Eg = hν (h is Planck's constant, ν = 1 / λ (λ is the wavelength of light)).

一方、アモルファスシリコン、または、微結晶シリコンから薄膜の半導体層36を形成すると、それらの半導体材料はエネルギーバンドギャップ準位に分布を持つため、赤外線、紫外線に対しても、その受光能力(感度)をもつ。したがって、これらの半導体材料から形成した薄膜フォトダイオードPDは、可視光のみならず、赤外線、紫外線の非可視光においても受光能力を有し、これにより、可視光と非可視光の受光素子として利用可能となる。   On the other hand, when a thin semiconductor layer 36 is formed from amorphous silicon or microcrystalline silicon, these semiconductor materials have a distribution in the energy band gap level, so that the light receiving ability (sensitivity) for infrared rays and ultraviolet rays is also obtained. It has. Therefore, the thin film photodiode PD formed from these semiconductor materials has the ability to receive not only visible light but also infrared and ultraviolet non-visible light, and can be used as a light receiving element for visible light and invisible light. It becomes possible.

以上から、本実施形態に好適に利用できる薄膜フォトダイオードPDは、その半導体層36が、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、または、結晶シリコンから形成されることが好ましい。
いずれにしても、本実施形態における薄膜フォトダイオードPDは、可視光の受光のために設計されたフォトダイオードより赤外光または紫外光などの非可視光の吸収係数が大きくなるように半導体材料が選択され、設計されている。
From the above, it is preferable that the semiconductor layer 36 of the thin film photodiode PD that can be suitably used in this embodiment is formed of polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon, or crystalline silicon.
In any case, the thin film photodiode PD in this embodiment is made of a semiconductor material so that the absorption coefficient of invisible light such as infrared light or ultraviolet light is larger than that of a photodiode designed for receiving visible light. Selected and designed.

ここで、図3を参照して、上記の薄膜フォトダイオードを備えた光センサ部の光検出動作を検討する。
薄膜フォトダイオードへの光照射により発生した電流を画素内の蓄積容量に蓄積し電圧変換後、アンプトランジスタTAで信号を増幅することで読み出す方法を採用すると、センサ信号感度(電圧)は、光電流×露光時間/電流蓄積容量で表現できる。
そのため、センサ信号感度を増加させるには、(1)光電流を増加させる、(2)露光時間を長くする、(3)電流蓄積容量を低減する、という方法が考えられる。
Here, with reference to FIG. 3, the light detection operation of the light sensor unit including the above-described thin film photodiode will be examined.
If a method is adopted in which the current generated by light irradiation to the thin film photodiode is stored in the storage capacitor in the pixel, converted into voltage, and then read out by amplifying the signal with the amplifier transistor TA, the sensor signal sensitivity (voltage) is the photocurrent. X Expressed by exposure time / current storage capacity.
Therefore, in order to increase the sensor signal sensitivity, there are methods of (1) increasing the photocurrent, (2) increasing the exposure time, and (3) reducing the current storage capacity.

特に電流蓄積容量として素子の寄生容量を利用する場合には、デバイス構造により寄生容量を低減することにより、センサ信号感度電圧を改善することができる。   In particular, when the parasitic capacitance of the element is used as the current storage capacitor, the sensor signal sensitivity voltage can be improved by reducing the parasitic capacitance by the device structure.

[薄膜フォトダイオードのレイアウト例]
カソード領域(N領域)36Kに接続する方向に垂直な方向におけるアノード領域(P領域)36Aの幅Wpとアノード領域(P領域)36Aに接続する方向に垂直な方向におけるカソード領域(N領域)36Kの幅Wnが異なるレイアウトとなっている。
[Example of thin-film photodiode layout]
The width Wp of the anode region (P + region) 36A in the direction perpendicular to the direction connecting to the cathode region (N + region) 36K and the cathode region (N in the direction perpendicular to the direction connecting to the anode region (P + region) 36A + Region) The layout has a different width Wn of 36K.

上記の構成は、一方面側あるいは他方面側から見たときのアノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なり領域の面積が、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なり領域の面積と異なる構成とすることができる。
即ち、幅を狭めてコントロールゲート38との重なり領域の面積が縮小されたアノード領域(P領域)36Aまたはカソード領域(N領域)36Kと、コントロールゲート38間の寄生容量を低減することが可能となる。
In the above configuration, the area of the overlapping region of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 when viewed from one surface side or the other surface side is the same as that of the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38. A configuration different from the area of the region can be employed.
That is, the parasitic capacitance between the control gate 38 and the anode region (P + region) 36A or the cathode region (N + region) 36K in which the area of the overlapping region with the control gate 38 is reduced by reducing the width can be reduced. It becomes possible.

ここで、上記の重なり領域を考慮する場合、低濃度半導体領域(N領域)36Nをカソード領域36Kの一部としてよい。低濃度半導体領域(N領域)36Nの占有面積が非常に小さい場合及びN型不純物濃度が非常に低い場合などは、これを除いて考慮してもよい。以下においても同様である。 Here, when considering the above overlapping region, the low concentration semiconductor region (N region) 36N may be a part of the cathode region 36K. In the case where the low-concentration semiconductor region (N region) 36N occupies an extremely small area or the N-type impurity concentration is very low, this may be considered. The same applies to the following.

本実施形態においては、例えば、コントロールゲート38がカソード領域(N領域)36Kに接続された構成となっている。ここで、カソード領域(N領域)36Kに接続する方向に垂直な方向におけるアノード領域(P領域)36Aの幅Wpが、アノード領域(P領域)36Aに接続する方向に垂直な方向におけるカソード領域(N領域)36Kの幅Wnより狭い構成とする。 In the present embodiment, for example, the control gate 38 is connected to the cathode region (N + region) 36K. Here, the width Wp of the cathode region (N + region) anode region in a direction perpendicular to a direction of connecting to the 36K (P + region) 36A is, in the direction perpendicular to the direction of connecting to the anode region (P + region) 36A The structure is narrower than the width Wn of the cathode region (N + region) 36K.

上記の構成により、一方面側あるいは他方面側から見たときのアノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なり領域の面積が、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なり領域の面積より小さい構成とすることができる。これにより、コントロールゲート38とアノード領域(P領域)36A間の寄生容量Cgpを縮小することができる。 With the above configuration, the area of the overlap region of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 when viewed from one side or the other surface side is the overlap of the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38. The configuration can be smaller than the area of the region. Thereby, the parasitic capacitance Cgp between the control gate 38 and the anode region (P + region) 36A can be reduced.

特に、薄膜フォトダイオードPDにおいて、アノード領域(P領域)36Aの幅Wp/カソード領域(N領域)36Kの幅Wnの比R1が0.3≦R1<1の範囲であることが好ましい。
上記の範囲とすることが好ましい理由については、後述に実施例において説明する。
In particular, in the thin film photodiode PD, the ratio R1 of the width Wp of the anode region (P + region) 36A / the width Wn of the cathode region (N + region) 36K is preferably in the range of 0.3 ≦ R1 <1.
The reason why the above range is preferable will be described later in Examples.

あるいは、図示のフォトダイオードとは異なり、コントロールゲート38がアノード領域(P領域)36Aに接続された構成である場合には、以下のような構成とする。即ち、カソード領域(N領域)36Kに接続する方向に垂直な方向におけるアノード領域(P領域)36Aの幅Wpが、アノード領域(P領域)36Aに接続する方向に垂直な方向におけるカソード領域(N領域)36Kの幅Wnより広い構成とする。 Alternatively, unlike the illustrated photodiode, when the control gate 38 is connected to the anode region (P + region) 36A, the following configuration is used. That is, the width Wp of the cathode region (N + region) anode region in a direction perpendicular to a direction of connecting to the 36K (P + region) 36A is, the cathode in the direction perpendicular to the direction of connecting to the anode region (P + region) 36A The region (N + region) is configured to be wider than the width Wn of 36K.

上記の構成により、一方面側あるいは他方面側から見たときのアノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なり領域の面積が、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なり領域の面積より大きい構成とする。これにより、上記のようにコントロールゲート38とカソード領域(N領域)36K間の寄生容量Cgnを縮小することができる。 With the above configuration, the area of the overlap region of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 when viewed from one side or the other surface side is the overlap of the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38. The configuration is larger than the area of the region. As a result, the parasitic capacitance Cgn between the control gate 38 and the cathode region (N + region) 36K can be reduced as described above.

特に、薄膜フォトダイオードPDにおいて、カソード領域(N領域)36Kの幅Wn/アノード領域(P領域)36Aの幅Wpの比R2が0.3≦R2<1の範囲であることが好ましい。
上記の範囲とすることが好ましい理由については、後述に実施例において説明する。
In particular, in the thin film photodiode PD, the ratio R2 of the width Wn of the cathode region (N + region) 36K / the width Wp of the anode region (P + region) 36A is preferably in the range of 0.3 ≦ R2 <1.
The reason why the above range is preferable will be described later in Examples.

[カソード領域とゲート電極の接続]
図6(a)は、上記の薄膜フォトダイオードとコントロールゲートに存在する寄生容量を示す回路図である。
薄膜フォトダイオードとコントロールゲートには、以下の寄生容量が存在する。
(1)コントロールゲート38とアノード領域(P領域)36A間の寄生容量Cgp
(2)コントロールゲート38とカソード領域(N領域)36K間の寄生容量Cgn
(3)アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36K間の接合の寄生容量Cjnc
[Connection between cathode region and gate electrode]
FIG. 6A is a circuit diagram showing parasitic capacitance existing in the thin film photodiode and the control gate.
The following parasitic capacitances exist in the thin film photodiode and the control gate.
(1) Parasitic capacitance Cgp between the control gate 38 and the anode region (P + region) 36A
(2) Parasitic capacitance Cgn between the control gate 38 and the cathode region (N + region) 36K
(3) Parasitic capacitance Cjnc at the junction between the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K

上記のように、コントロールゲート38がカソード領域(N領域)36Kに接続している場合、図6(a)の回路図は、図6(b)に示す構成となる。
即ち、コントロールゲート38とカソード領域(N領域)36K間の寄生容量Cgnが見かけ上存在しなくなる。即ち、上記の電流蓄積容量は、コントロールゲート38とアノード領域(P領域)36A間の寄生容量Cgpと、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36K間の接合の寄生容量Cjncの和で表される。
As described above, when the control gate 38 is connected to the cathode region (N + region) 36K, the circuit diagram of FIG. 6A has the configuration shown in FIG. 6B.
That is, the parasitic capacitance Cgn between the control gate 38 and the cathode region (N + region) 36K apparently does not exist. That is, the current storage capacitance is the parasitic capacitance Cgp between the control gate 38 and the anode region (P + region) 36A, and the parasitic of the junction between the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K. It is represented by the sum of the capacitance Cjnc.

反対に、コントロールゲート38がアノード領域(P領域)36Aに接続している場合、コントロールゲート38とアノード領域(P領域)36A間の寄生容量Cgpが見かけ上存在しなくなる。即ち、上記の電流蓄積容量は、コントロールゲート38とカソード領域(N領域)36K間の寄生容量Cgnと、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36K間の接合の寄生容量Cjncの和で表される。 Conversely, if the control gate 38 is connected to the anode region (P + region) 36A, no longer exists an apparent parasitic capacitance Cgp between control gate 38 and the anode region (P + region) 36A. That is, the above-described current storage capacitance includes the parasitic capacitance Cgn between the control gate 38 and the cathode region (N + region) 36K, and the parasitic of the junction between the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K. It is represented by the sum of the capacitance Cjnc.

上記のように、コントロールゲート38がカソード領域(N領域)36Kまたはアノード領域(P領域)36Aに接続している構成とすることで、寄生容量Cgnまたは寄生容量Cgpが見かけ上存在しなくなる。これにより寄生容量を低減することにより、センサ信号感度電圧を改善することができる。 As described above, the control gate 38 is connected to the cathode region (N + region) 36K or the anode region (P + region) 36A, so that the parasitic capacitance Cgn or the parasitic capacitance Cgp apparently does not exist. . Thereby, the sensor signal sensitivity voltage can be improved by reducing the parasitic capacitance.

ここで、上記のように、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kのうち、コントロールゲート38との間に構成される寄生容量、即ち、上記の寄生容量CgpとCgnの容量値が大きいほうに、コントロールゲート38が接続されていることが好ましい。寄生容量CgpとCgnのうちより大きい容量を見かけ上存在しない状態として、寄生容量低減の効果を高めることができる。 Here, as described above, the parasitic capacitance formed between the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38, that is, the parasitic capacitances Cgp and Cgn described above. It is preferable that the control gate 38 is connected to the larger capacitance value. The effect of reducing the parasitic capacitance can be enhanced by assuming that the larger capacitance of the parasitic capacitances Cgp and Cgn does not exist.

上記の薄膜フォトダイオードPDは、絶縁膜(ゲート絶縁膜50)を介して対向するP型半導体領域(アノード領域(P領域)36A)と金属膜(コントロールゲート38)により構成される寄生容量Cgpを有する。また、絶縁膜(ゲート絶縁膜50)を介して対向するN型半導体領域(カソード領域(N領域)36K)と金属膜(コントロールゲート38)により構成される寄生容量Cgnを有する。 The thin-film photodiode PD includes a parasitic capacitance Cgp constituted by a P-type semiconductor region (anode region (P + region) 36A) and a metal film (control gate 38) facing each other through an insulating film (gate insulating film 50). Have In addition, it has a parasitic capacitance Cgn constituted by an N-type semiconductor region (cathode region (N + region) 36K) and a metal film (control gate 38) that face each other through an insulating film (gate insulating film 50).

本実施形態においては、一方面側あるいは他方面側から見たときのアノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なり領域の面積が、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なり領域の面積と異なる構成である。これにより、寄生容量Cgpの容量値が寄生容量Cgnの容量値と異なる構成となっている。
これにより、従来の構成の薄膜フォトダイオードに対して寄生容量を低減した構成、即ち、電流蓄積容量を低減した構成となっている。
In the present embodiment, the area of the overlapping region of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 when viewed from one side or the other side is equal to the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38. The configuration is different from the area of the overlapping region. Thereby, the capacitance value of the parasitic capacitance Cgp is different from the capacitance value of the parasitic capacitance Cgn.
As a result, the parasitic capacitance is reduced compared to the conventional thin film photodiode, that is, the current storage capacitance is reduced.

さらに、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kのうち、ゲート絶縁膜50を介して対向するコントロールゲート38との間に構成される寄生容量、即ち、上記の寄生容量CgpとCgnの容量値が大きいほうに、コントロールゲート38が接続されている。
寄生容量CgpとCgnのうちのより容量の大きい寄生容量を見かけ上存在しない状態とすることができ、寄生容量をさらに低減することができ、即ち、電流蓄積容量をさらに低減することができる。
Further, the parasitic capacitance formed between the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38 opposed via the gate insulating film 50, that is, the parasitic capacitance described above. The control gate 38 is connected to the larger capacitance value of Cgp and Cgn.
The parasitic capacitance having a larger capacitance of the parasitic capacitances Cgp and Cgn can be apparently not present, and the parasitic capacitance can be further reduced, that is, the current storage capacitance can be further reduced.

本実施形態に係る薄膜フォトダイオードを有する光センサ部を備えた液晶表示装置によれば、上記のように寄生容量である電流蓄積容量を低減することにより、センサ信号感度を増加させることができる。   According to the liquid crystal display device including the optical sensor unit having the thin film photodiode according to the present embodiment, the sensor signal sensitivity can be increased by reducing the current storage capacitance as the parasitic capacitance as described above.

上記の構成において、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpが変動すると感度への影響が生じることがあるので、十分に検討して設計することが重要である。 In the above configuration, if the width Wp of the anode region (P + region) 36A varies, the sensitivity may be affected. Therefore, it is important to design with sufficient consideration.

[センサの感度の改善と飽和特性の改善]
ところで、上記のように薄膜フォトダイオードの寄生容量を低減して光センサ部の感度増加させた場合、センサの飽和特性に影響が出てくる。
本実施形態においては、以下のように、薄膜フォトダイオードPDに入射する光の成分を精査し、薄膜フォトダイオードの動作から、検出したい光を可能な限り薄膜フォトダイオードに入射させることでセンサの感度の改善と飽和特性の改善の両立を図る。
[Improvement of sensor sensitivity and saturation characteristics]
By the way, when the parasitic capacitance of the thin film photodiode is reduced and the sensitivity of the optical sensor unit is increased as described above, the saturation characteristics of the sensor are affected.
In the present embodiment, as described below, the component of light incident on the thin film photodiode PD is closely examined, and the sensitivity of the sensor is obtained by causing light to be detected to enter the thin film photodiode as much as possible from the operation of the thin film photodiode. To improve both the improvement of the saturation characteristics and the saturation characteristics.

上記の非可視光に感度をもつ薄膜フォトダイオードPDは、被検出物には到達することなく液晶パネル200内で繰り返す反射によって薄膜フォトダイオードPD側に回り込む“迷光”によりS/N比が低下しやすくなっている。   The above-described thin film photodiode PD having sensitivity to invisible light has a reduced S / N ratio due to “stray light” that goes around the thin film photodiode PD due to repeated reflection in the liquid crystal panel 200 without reaching the object to be detected. It has become easier.

例えば、薄膜フォトダイオードに入射される光は次にように区別される。
(1)偏向板空気界面で反射して薄膜フォトダイオードに入る光ノイズ、(2)バックライトが金属配線に薄膜フォトダイオードに入る光ノイズ、(3)バックライトが直接薄膜フォトダイオードに入る光ノイズ、(4)バックライト光が指から反射した光信号。
For example, light incident on a thin film photodiode is distinguished as follows.
(1) Light noise reflected on the deflecting plate air interface and entering the thin film photodiode, (2) Light noise entering the thin film photodiode in the metal wiring, (3) Light noise directly entering the thin film photodiode (4) An optical signal in which backlight light is reflected from a finger.

上記のように、バックライトからの非可視光が、VDD線31、VSS線32、検出線35などの配線(但し、透明電極を除く)やコントロールゲート38などの電極に当たって反射すると、非可視光のパネル前面側に到達する光量が減少する。さらにこれだけでなく、パネル前面側に到達する前に薄膜フォトダイオードPD側に迷光として戻されて、ノイズ成分として受光されてしまう。   As described above, when the non-visible light from the backlight hits the wiring such as the VDD line 31, the VSS line 32, the detection line 35 (excluding the transparent electrode) or the electrode such as the control gate 38, the non-visible light is reflected. The amount of light reaching the front side of the panel is reduced. In addition to this, before reaching the front side of the panel, it is returned to the thin film photodiode PD side as stray light and received as a noise component.

ここで、薄膜フォトダイオードの動作を考えると、コントロールゲート38をカソード領域(N領域)36Kに接続する場合、アノード領域(P領域)36AとI領域36Iの境界付近で空乏層が形成されるため、その領域での光感度が高くなる。
そこで、バックライトからの迷光がI領域36I領域へ入らないようにすることが、薄膜フォトダイオードPDの光感度が高い部分への迷光の入射を抑制し、S/N比を改善してダイナミックレンジを拡大することにつながる。
Here, considering the operation of the thin film photodiode, when the control gate 38 is connected to the cathode region (N + region) 36K, a depletion layer is formed near the boundary between the anode region (P + region) 36A and the I region 36I. Therefore, the photosensitivity in that region is increased.
Therefore, preventing stray light from the backlight from entering the I region 36I region suppresses the stray light from entering the high-sensitivity portion of the thin film photodiode PD, improves the S / N ratio, and increases the dynamic range. Leads to expansion.

本実施形態の薄膜フォトダイオードに備えられたコントロールゲート38は金属膜であり、バックライト側からの迷光の入射を妨げることが可能となっている。
即ち、薄膜フォトダイオードPDの光感度が高い部分の下方にコントロールゲート38をレイアウトすることで、迷光の入射を抑制することができる。
The control gate 38 provided in the thin film photodiode of the present embodiment is a metal film, and can prevent stray light from entering from the backlight side.
That is, the layout of the control gate 38 below the portion of the thin film photodiode PD where the photosensitivity is high can suppress the incidence of stray light.

特に、アノード領域(P領域)36Aのカソード領域(N領域)36K側の端部とコントロールゲート38のアノード領域(P領域)36A側の端部の距離Dが、1.5μm以上3.0μm以下の範囲であることが好ましい。 In particular, the distance D between the end of the anode region (P + region) 36A on the cathode region (N + region) 36K side and the end of the control gate 38 on the anode region (P + region) 36A side is 1.5 μm or more 3 It is preferable that the thickness is within a range of 0.0 μm or less.

また、カソード領域(N領域)36Kのアノード領域(P領域)36A側の端部とコントロールゲート38のカソード領域(N領域)36K側の端部の距離が、1.5μm以上3.0μm以下の範囲であることが好ましい。
上記の範囲とすることが好ましい理由については、後述に実施例において説明する。
Further, the distance between the end of the cathode region (N + region) 36K on the anode region (P + region) 36A side and the end of the control gate 38 on the cathode region (N + region) 36K side is 1.5 μm or more. A range of 0 μm or less is preferable.
The reason why the above range is preferable will be described later in Examples.

[動作]
次に、液晶表示装置100の概略的な動作の一例を説明する。
画素領域において、液晶パネル200の背面側にバックライト300が設置されている。バックライト300からの照明光は、第1の偏光板206、TFTアレイ基板201、液晶層203、カラーフィルタ204、カラーフィルタ基板202、及び、第2の偏光板207を透過して、画面表示のために前面から出射する。
[Operation]
Next, an example of a schematic operation of the liquid crystal display device 100 will be described.
In the pixel region, a backlight 300 is provided on the back side of the liquid crystal panel 200. Illumination light from the backlight 300 is transmitted through the first polarizing plate 206, the TFT array substrate 201, the liquid crystal layer 203, the color filter 204, the color filter substrate 202, and the second polarizing plate 207 to display the screen. Therefore, it emits from the front.

この透過の過程で、第1の偏光板206の透過時に透過光が第1の方向に偏光される。液晶層203内を光が透過する間に、液晶分子の光学異方性の効果により透過光の偏光方向が液晶の分子配列方向にそって所定角度変化する。第2の偏光板207の透過時に、透過光が上記第1の方向と所定の角度ずれた第2の方向に偏光される。   During this transmission process, transmitted light is polarized in the first direction when transmitted through the first polarizing plate 206. While light is transmitted through the liquid crystal layer 203, the polarization direction of the transmitted light changes by a predetermined angle along the molecular alignment direction of the liquid crystal due to the optical anisotropy effect of the liquid crystal molecules. At the time of transmission through the second polarizing plate 207, the transmitted light is polarized in a second direction that is shifted from the first direction by a predetermined angle.

この3度の偏光作用のうち、液晶層203を透過中の偏光角度は、入力される映像信号の電位に応じて液晶層203に印加する電界強度を制御することによって、画素ごとに独立に変化する。このため各画素を通過する光は、映像信号の電位に応じた明るさに変化する変調を受けて液晶パネル200から出射され、所定の画像表示に供せられる。   Of these three degrees of polarization action, the polarization angle during transmission through the liquid crystal layer 203 changes independently for each pixel by controlling the electric field strength applied to the liquid crystal layer 203 in accordance with the potential of the input video signal. To do. For this reason, the light passing through each pixel is emitted from the liquid crystal panel 200 after being modulated to change in brightness according to the potential of the video signal, and used for a predetermined image display.

一方、センサ領域において光センサ部を通過する光は、画素を透過する光のような、電気信号による変調を受けることなく、そのまま液晶パネル200から出射される。   On the other hand, light that passes through the optical sensor portion in the sensor region is emitted from the liquid crystal panel 200 as it is without being modulated by an electrical signal, such as light that passes through a pixel.

画像表示の途中で、例えばアプリケーションに応じて表示コンテンツに、ユーザ指示を促す場合があり、このような場合、ユーザが指またはスタイラスペンなどで表示画面を軽くタッチする。
指またはスタイラスペンなどの被検出物が表示画面に接触または近接すると、液晶パネル200から出射される光が、被検出物で反射され液晶パネル200内に戻される。この戻された光(反射光)は、液晶パネル200内の層界面や配線などの反射物で屈折や反射を繰り返すため、一般に、反射光は液晶パネル200で広がって進む。よって、被検出物の大きさにもよるが、反射光は、複数の光センサ部1の少なくとも1つに到達する。
In the middle of the image display, for example, a user instruction may be urged to display content in accordance with an application. In such a case, the user lightly touches the display screen with a finger or a stylus pen.
When an object to be detected such as a finger or a stylus pen contacts or approaches the display screen, the light emitted from the liquid crystal panel 200 is reflected by the object to be detected and returned to the liquid crystal panel 200. Since the returned light (reflected light) is repeatedly refracted and reflected by a reflective object such as a layer interface or wiring in the liquid crystal panel 200, the reflected light generally spreads and travels on the liquid crystal panel 200. Therefore, although it depends on the size of the object to be detected, the reflected light reaches at least one of the plurality of optical sensor units 1.

光センサ部1に到達した反射光のうち、所定の逆バイアスが印加された薄膜フォトダイオードPDに反射光の一部が入射すると、薄膜フォトダイオードPDが光電変換を行って光電荷が発生する。光電荷はアノード領域(P領域)36Aなどが構成する電流蓄積容量であるストレージノードSNに蓄積され、これに接続されたアンプトランジスタTAを介して出力する。このときの電荷量は受光量に比例した受光データを表す。受光データ(電荷量)は、図3(b)に示す読み出し回路の検出線35から検出電位Vdetまたは検出電流Idetとなって出力される。 When a part of the reflected light enters the thin film photodiode PD to which a predetermined reverse bias is applied among the reflected light that has reached the optical sensor unit 1, the thin film photodiode PD performs photoelectric conversion to generate photocharges. The photocharge is accumulated in the storage node SN, which is a current accumulation capacity formed by the anode region (P + region) 36A and the like, and is output through the amplifier transistor TA connected thereto. The charge amount at this time represents received light data proportional to the received light amount. The received light data (charge amount) is output as the detection potential Vdet or the detection current Idet from the detection line 35 of the readout circuit shown in FIG.

検出電位Vdetまたは検出電流Idetは、図2に示すスイッチアレイ(SEL.SW.)14によってセンサドライバ13側に送られ、ここで受光データとして収集され、さらに図1に示すデータ処理部400内の位置検出部402に入力される。位置検出部402または制御部401は、検出電位Vdetまたは検出電流Idetごとの行と列のアドレスの組を液晶パネル200側から順次、リアルタイムに入力している。このためデータ処理部400内で、不図示のメモリに、被検出物のパネル内位置情報(検出電位Vdetまたは検出電流Idet)が行と列方向のアドレス情報と関連付けられて当該メモリに蓄えられる。   The detection potential Vdet or the detection current Idet is sent to the sensor driver 13 side by the switch array (SEL.SW.) 14 shown in FIG. 2, where it is collected as received light data, and further in the data processing unit 400 shown in FIG. Input to the position detection unit 402. The position detection unit 402 or the control unit 401 sequentially inputs a set of row and column addresses for each detection potential Vdet or detection current Idet from the liquid crystal panel 200 side in real time. For this reason, in the data processing unit 400, in-memory position information (detected potential Vdet or detected current Idet) of the detected object is stored in the memory in association with the address information in the row and column directions.

液晶表示装置100は、メモリ内の情報に基づいて、被検出物の位置情報と表示情報と重ね合わせることにより、「ユーザが表示情報に基づいた指示を指またはスタイラスペンなどを用いて行った」ことが判別できる。あるいは、「ユーザがスタイラスペンなどを表示画面上で移動させることにより所定の情報を入力した」ことが判別できる。つまり、液晶表示装置100は、タッチパネルを液晶パネル200に付加した場合と同様な機能を、タッチパネルを付加していない薄型の表示パネルにより実現することができている。このような表示パネルを、「インセルタッチパネル」と称する。   The liquid crystal display device 100 superimposes the position information of the detection object and the display information on the basis of the information in the memory, thereby “the user performs an instruction based on the display information using a finger or a stylus pen”. Can be determined. Alternatively, it can be determined that “the user has input predetermined information by moving a stylus pen or the like on the display screen”. In other words, the liquid crystal display device 100 can realize the same function as that when a touch panel is added to the liquid crystal panel 200 by a thin display panel to which no touch panel is added. Such a display panel is referred to as an “in-cell touch panel”.

[薄膜フォトダイオードの形成方法]
次に、本実施形態に係る液晶表示装置の光センサ部に備えられる薄膜フォトダイオードの形成方法について説明する。
図7(a)は薄膜フォトダイオードの形成方法の形成工程を示す平面図であり、図7(b)は図7(a)中のX−X’における断面図である。
例えば、TFTアレイ基板201上に、スパッタリング法などによりモリブデンなどの金属膜を形成し、コントロースゲートのパターンにパターン加工して、コントロールゲート38を形成する。
次に、例えば、CVD(chemical vapor deposition)法などにより、窒化シリコン及び酸化シリコンを積層させ、ゲート絶縁膜50を形成する。
次に、例えば、CVD法などによりポリシリコンなどの半導体を堆積させ、薄膜フォトダイオードのパターンにパターン加工して、半導体層36を形成する。半導体層36は、導電性不純物をイオン注入されなければそのままPINダイオードの真性半導体領域となる半導体からなる。
[Method for forming thin film photodiode]
Next, a method for forming a thin film photodiode provided in the optical sensor unit of the liquid crystal display device according to the present embodiment will be described.
FIG. 7A is a plan view showing a forming process of a method for forming a thin film photodiode, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG.
For example, the control gate 38 is formed by forming a metal film such as molybdenum on the TFT array substrate 201 by sputtering or the like, and patterning it into a control gate pattern.
Next, the gate insulating film 50 is formed by stacking silicon nitride and silicon oxide, for example, by CVD (chemical vapor deposition).
Next, for example, a semiconductor such as polysilicon is deposited by a CVD method or the like, and is patterned into a thin film photodiode pattern to form the semiconductor layer 36. The semiconductor layer 36 is made of a semiconductor that becomes an intrinsic semiconductor region of the PIN diode as it is unless a conductive impurity is ion-implanted.

図8(a)は図7(a)及び(b)に示す工程の続きの工程を示す平面図であり、図8(b)は図8(a)中のX−X’における断面図である。
次に、例えば、塗布などにより半導体層36の上層に全面にフォトレジスト膜を形成する。次に、TFTアレイ基板201の一方面(背面)側から全面に光を照射し、コントロールゲート38をマスクとしてフォトレジスト膜を露光し、真性半導体領域とする部分を保護するパターンのレジストマスクM1をパターン形成する。
コントロールゲート38をマスクとする露光により、レジストマスクM1はコントロールゲート38に対して自己整合的にパターン形成することができる。
8A is a plan view showing a step subsequent to the step shown in FIGS. 7A and 7B, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 8A. is there.
Next, a photoresist film is formed on the entire surface of the semiconductor layer 36 by, for example, coating. Next, the entire surface is irradiated with light from one side (back side) of the TFT array substrate 201, the photoresist film is exposed using the control gate 38 as a mask, and a resist mask M1 having a pattern for protecting a portion to be an intrinsic semiconductor region is formed. Form a pattern.
By exposure using the control gate 38 as a mask, the resist mask M1 can be patterned in a self-aligned manner with respect to the control gate 38.

図9(a)は図8(a)及び(b)に示す工程の続きの工程を示す平面図であり、図9(b)は図9(a)中のX−X’における断面図である。
次に、例えば、レジストマスクM1をマスクとしてN型の導電性不純物を低濃度にイオン注入し、N型導電性不純物を低濃度に含有する低濃度半導体領域36Nを形成する。
このとき、レジストマスクM1で保護された部分はI領域(真性半導体領域)36Iとなる。
FIG. 9A is a plan view showing a step subsequent to the step shown in FIGS. 8A and 8B, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 9A. is there.
Next, for example, N-type conductive impurities are ion-implanted at a low concentration using the resist mask M1 as a mask to form a low-concentration semiconductor region 36N containing the N-type conductive impurities at a low concentration.
At this time, a portion protected by the resist mask M1 becomes an I region (intrinsic semiconductor region) 36I.

図10(a)は図9(a)及び(b)に示す工程の続きの工程を示す平面図であり、図10(b)は図10(a)中のX−X’における断面図である。
次に、例えば、上記のレジストマスクM1を残したままで、フォトリソグラフィー工程により、アノード領域(P領域)36Aとなる領域を開口するパターンのレジストマスクM2をパターン形成する。ここで、レジストマスクM2はレジストマスクM1と一部が重なるパターンとして、レジストマスクM1とレジストマスクM2を合わせて、アノード領域(P領域)36A以外に部分を保護するパターンとする。
次に、例えば、レジストマスクM1及びレジストマスクM2をマスクとして、露出している部分の低濃度半導体領域36NにP型の導電性不純物を高濃度にイオン注入し、P型導電性不純物を高濃度に含有するアノード領域(P領域)36Aを形成する。
アノード領域(P領域)36Aの端部の位置は、レジストマスクM1により決められ、従って、アノード領域(P領域)36Aはコントロールゲート38に対して自己整合的に形成される。
FIG. 10A is a plan view showing a step subsequent to the step shown in FIGS. 9A and 9B, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. is there.
Next, for example, a resist mask M2 having a pattern opening an area to be the anode area (P + area) 36A is formed by a photolithography process while leaving the resist mask M1. Here, the resist mask M2 is a pattern that partially overlaps the resist mask M1, and the resist mask M1 and the resist mask M2 are combined to form a pattern that protects a portion other than the anode region (P + region) 36A.
Next, for example, using the resist mask M1 and the resist mask M2 as a mask, a P-type conductive impurity is ion-implanted at a high concentration into the exposed low-concentration semiconductor region 36N, and the P-type conductive impurity is high-concentrated. The anode region (P + region) 36A contained in the substrate is formed.
Position of the end portion of the anode region (P + region) 36A is determined by the resist mask M1, therefore, the anode region (P + region) 36A is formed in self-alignment with the control gate 38.

図11(a)は図10(a)及び(b)に示す工程の続きの工程を示す平面図であり、図11(b)は図11(a)中のX−X’における断面図である。
次に、例えば、レジストマスクM1及びレジストマスクM2を剥離し、フォトリソグラフィー工程により、カソード領域(N領域)36Kとなる領域を開口するパターンのレジストマスクM3をパターン形成する。ここでは、カソード領域(N領域)36KとI領域36Iの間に低濃度半導体領域36Nが残るように、低濃度半導体領域36Nを所定の幅で保護するようにして形成する。
次に、例えば、レジストマスクM3をマスクとして、露出している部分の低濃度半導体領域36NにN型の導電性不純物を高濃度にイオン注入し、N型導電性不純物を高濃度に含有するカソード領域(N領域)36Kを形成する。
FIG. 11A is a plan view showing a step subsequent to the step shown in FIGS. 10A and 10B, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. is there.
Next, for example, the resist mask M1 and the resist mask M2 are peeled off, and a resist mask M3 having a pattern that opens a region that becomes the cathode region (N + region) 36K is formed by a photolithography process. Here, the low concentration semiconductor region 36N is formed to be protected with a predetermined width so that the low concentration semiconductor region 36N remains between the cathode region (N + region) 36K and the I region 36I.
Next, for example, using the resist mask M3 as a mask, an N-type conductive impurity is ion-implanted at a high concentration into the exposed low-concentration semiconductor region 36N, and the cathode containing the N-type conductive impurity at a high concentration. A region (N + region) 36K is formed.

以降の工程としては、例えばレジストマスクM3を剥離する。次に、アノード領域(P領域)36A、I領域(真性半導体領域)36I、低濃度半導体領域36N及びカソード領域(N領域)36Kを含む半導体層36の上層に全面に、例えばCVD法などにより第1層間絶縁膜51を形成する。次に、アノード領域(P領域)36A及びカソード領域(N領域)36Kにそれぞれ達するコンタクトホールを開口し、コンタクトホール内に導電層を埋め込んでコンタクトプラグ54を形成する。
以上のようにして、図5(a)及び(b)に示すような本実施形態に係る液晶表示装置の光センサ部に備えられる薄膜フォトダイオードを形成することができる。
As a subsequent process, for example, the resist mask M3 is removed. Next, over the entire surface of the semiconductor layer 36 including the anode region (P + region) 36A, the I region (intrinsic semiconductor region) 36I, the low concentration semiconductor region 36N, and the cathode region (N + region) 36K, for example, a CVD method or the like. Thus, the first interlayer insulating film 51 is formed. Next, contact holes reaching the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K are opened, and a contact plug 54 is formed by filling the contact hole with a conductive layer.
As described above, the thin film photodiode provided in the photosensor portion of the liquid crystal display device according to the present embodiment as shown in FIGS. 5A and 5B can be formed.

<変形例>
図12(a)はPIN構造の薄膜フォトダイオードPDの平面図であり、図12(b)は図12(a)中のX−X’における断面図である。
実質的に図5(a)及び(b)に示す構成と同等のフォトダイオードである。カソード領域(N領域)36Kに接続する方向に垂直な方向におけるアノード領域(P領域)36Aの幅Wpが、アノード領域(P領域)36Aに接続する方向に垂直な方向におけるカソード領域(N領域)36Kの幅Wnより狭くなっている。アノード領域(P領域)36Aのカソード領域(N領域)36K側の端部近傍において、カソード領域(N領域)36Kの幅Wn(あるいはI領域(真性半導体領域)36Iの幅)と同等の幅を有するアノード領域(P領域)部分36AWが設けられている。
アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを狭くしたことに起因するアノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36K間に流れる光電流が小さくなるのを抑制できる。また、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを狭くしたことによる感度増加の効果が目減りするのを抑制することができる。
<Modification>
12A is a plan view of a thin-film photodiode PD having a PIN structure, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG.
This is a photodiode substantially equivalent to the configuration shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Cathode region (N + region) anode region in a direction perpendicular to a direction of connecting to the 36K (P + region) 36A width Wp of the anode region (P + region) cathode region in the direction perpendicular to the direction of connecting to 36A ( N + region) is narrower than the width Wn of 36K. In the vicinity of the end of the anode region (P + region) 36A on the cathode region (N + region) 36K side, it is equal to the width Wn of the cathode region (N + region) 36K (or the width of the I region (intrinsic semiconductor region) 36I). An anode region (P + region) portion 36AW having a width of 5 mm is provided.
The anode region (P + region) of the anode region resulting from the fact that narrowing the width Wp of 36A (P + region) 36A and a cathode region (N + region) photocurrent flowing between 36K decreases can be suppressed. Moreover, it can suppress that the effect of the sensitivity increase by narrowing the width Wp of the anode area | region (P + area | region) 36A diminishes.

また、製造工程における界面位置の合わせずれの影響が図5(a)及び(b)の構成より小さいという利点がある。   Further, there is an advantage that the influence of the misalignment of the interface position in the manufacturing process is smaller than the configuration of FIGS. 5 (a) and 5 (b).

<実施例1>
図5(a)及び(b)に示す薄膜フォトダイオードとして、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpとカソード領域(N領域)36Kの幅Wnを同じ100μmとした従来例に係る薄膜フォトダイオードを作成した。
ここで、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpアノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kを短絡させて、ゲート端子から見えるゲート容量Cgのコントロールゲートの印加電圧Vg依存性を調べた。ここでは、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36K間に挟まれるように配置されたI領域36Iの幅を、4.5μm(a)、5.5μm(b)、6.5μm(c)、7.5μm(d)、8.5μm(e)、9.5μm(f)と変化させた。これらのコントロールゲート−カソード領域(N領域)36Kの重なりと、コントロールゲート−アノード領域(P領域)36Aの重なりは変化させていない。
<Example 1>
As the thin film photodiode shown in FIGS. 5A and 5B, the thin film photodiode according to the conventional example in which the width Wp of the anode region (P + region) 36A and the width Wn of the cathode region (N + region) 36K are the same 100 μm. A diode was created.
The width Wp anode region of the anode region (P + region) 36A (P + region) 36A and a cathode region (N + region) 36K by short, the voltage applied to the control gate of the gate capacitance Cg seen from the gate terminal Vg Dependency was examined. Here, the width of the I region 36I disposed so as to be sandwiched between the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K is 4.5 μm (a), 5.5 μm (b), It was changed to 6.5 μm (c), 7.5 μm (d), 8.5 μm (e), and 9.5 μm (f). The overlap of the control gate-cathode region (N + region) 36K and the overlap of the control gate-anode region (P + region) 36A are not changed.

上記の結果を図13に示す。
コントロールゲートに電圧を有る程度印加した場合には、I領域36Iの幅が大きいほどゲート容量Cgが大きくなったが、コントロールゲートの電圧を0Vとしたとき、I領域36Iの幅によらず、ゲート容量Cgは一定(約150fF)となった。
The results are shown in FIG.
When a voltage is applied to the control gate to some extent, the gate capacitance Cg increases as the width of the I region 36I increases. However, when the control gate voltage is set to 0V, the gate does not depend on the width of the I region 36I. The capacitance Cg was constant (about 150 fF).

図14は、上記の結果から、(a)ゲート電圧10V印加時のゲート容量Cgと、(b)ゲート電圧0V時のゲート容量Cgの値を、それぞれI領域36Iの幅Lに対してプロットした図である。
ゲート電圧10V印加時は、I領域36Iの幅が大きいほどゲート容量Cgが大きくなる。
ゲート電圧0V時は、I領域36Iの幅によらず、ゲート容量Cgは一定(約150fF)となる。
FIG. 14 plots the values of (a) the gate capacitance Cg when the gate voltage is 10 V and (b) the gate capacitance Cg when the gate voltage is 0 V against the width L of the I region 36I. FIG.
When the gate voltage is 10 V, the gate capacitance Cg increases as the width of the I region 36I increases.
When the gate voltage is 0 V, the gate capacitance Cg is constant (about 150 fF) regardless of the width of the I region 36I.

上記の結果において、I領域36Iの幅が大きいほど増加するゲート容量はチャネル容量に相当する。I領域36Iの幅によらず一定となるゲート容量Cgは、コントロールゲート−カソード領域(N領域)36Kの重なりと、コントロールゲート−アノード領域(P領域)36Aの重なりによって決まる寄生容量によるためであると考えられる。 In the above results, the gate capacitance that increases as the width of the I region 36I increases corresponds to the channel capacitance. The gate capacitance Cg that is constant regardless of the width of the I region 36I is due to the parasitic capacitance determined by the overlap of the control gate-cathode region (N + region) 36K and the overlap of the control gate-anode region (P + region) 36A. It is thought that.

<実施例2>
図5(a)及び(b)に示す薄膜フォトダイオードにおいて、カソード領域(N領域)36Kの幅Wnを100μmとし、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを種々に変化させた薄膜フォトダイオードを作成し、寄生容量Cpの変化を測定した。
<Example 2>
In the thin film photodiode shown in FIGS. 5A and 5B, the width Wn of the cathode region (N + region) 36K is set to 100 μm, and the width Wp of the anode region (P + region) 36A is variously changed. A diode was created and the change in parasitic capacitance Cp was measured.

結果を図15に示す。図中、aはコントロールゲート38から見た寄生容量であり、bはアノード領域(P領域)36Aから見た寄生容量である。
コントロールゲート38から見た寄生容量成分、コントロールゲート38とカソード領域(N領域)36Kを接続した場合のアノード領域(P領域)36Aから見た寄生容量成分は、アノード領域(P領域)36Aの幅の減少とともに低減する。即ち、寄生容量低減のためには、コントロールゲート38−アノード領域(P領域)36A間、コントロールゲート38−カソード領域(N領域)36K間の重なり量の低減が有効な手法となることが示された。
この場合、センサ信号感度(電圧)は上記のように光電流×露光時間/電流蓄積容量で示されることから、光電流が一定で、容量の低減を実現できたらセンサ感度の向上が可能となる。
The results are shown in FIG. In the figure, a is a parasitic capacitance viewed from the control gate 38, and b is a parasitic capacitance viewed from the anode region (P + region) 36A.
The parasitic capacitance component viewed from the control gate 38 and the parasitic capacitance component viewed from the anode region (P + region) 36A when the control gate 38 and the cathode region (N + region) 36K are connected are the anode region (P + region). Decrease with decreasing width of 36A. That is, in order to reduce the parasitic capacitance, it is effective to reduce the amount of overlap between the control gate 38 and the anode region (P + region) 36A and between the control gate 38 and the cathode region (N + region) 36K. Indicated.
In this case, since the sensor signal sensitivity (voltage) is expressed by photocurrent × exposure time / current storage capacity as described above, if the photocurrent is constant and the capacity can be reduced, the sensor sensitivity can be improved. .

<実施例3>
実施例2と同じように、図5(a)及び(b)に示す薄膜フォトダイオードにおいて、カソード領域(N領域)36Kの幅Wnを100μmとし、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを種々に変化させた薄膜フォトダイオードを作成した。得られた薄膜フォトダイオードの光電流Inpの変化を測定した。
<Example 3>
As in Example 2, in the thin film photodiode shown in FIGS. 5A and 5B, the width Wn of the cathode region (N + region) 36K is set to 100 μm, and the width Wp of the anode region (P + region) 36A. Thin film photodiodes with various changes were made. The change of the photocurrent Inp of the obtained thin film photodiode was measured.

結果を図16に示す。光電流Inpがアノード領域(P領域)36Aの幅Wpに比例する場合、データは図中の原点を通る点線上にプロットされるはずであるが、実際には、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを狭くしても、比例する場合より大きな光電流が流れることがわかった。
即ち、カソード領域(N領域)36Kの幅Wnとアノード領域(P領域)36Aの幅Wp一方を狭くした場合、光電流は一定を取るとはいかなくても極端な低下を示さない。カソード領域(N領域)36Kの幅Wnまたはアノード領域(P領域)36Aの幅Wpを狭くすることが感度の向上に寄与することが可能であることが示された。
The results are shown in FIG. If the photocurrent Inp is proportional to the width Wp of the anode region (P + region) 36A, the data should be plotted on the dotted line passing through the origin in the figure, but in practice the anode region (P + region). It has been found that even if the width Wp of 36A is narrowed, a larger photocurrent flows than when it is proportional.
That is, when one of the width Wn of the cathode region (N + region) 36K and the width Wp of the anode region (P + region) 36A is narrowed, the photocurrent does not take a constant value but does not show an extreme decrease. It was shown that narrowing the width Wn of the cathode region (N + region) 36K or the width Wp of the anode region (P + region) 36A can contribute to improvement in sensitivity.

<実施例4>
上記のように、センサ信号感度(電圧)は、光電流×露光時間/電流蓄積容量で表現できる。そこで、カソード領域(N領域)36Kの幅Wnを100μmとし、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを種々に変化させた薄膜フォトダイオードにおいて、露光時間一定として薄膜フォトダイオードの相対感度RS(相対値)を見積もった。
<Example 4>
As described above, the sensor signal sensitivity (voltage) can be expressed by photocurrent × exposure time / current storage capacity. Therefore, in the thin film photodiode in which the width Wn of the cathode region (N + region) 36K is 100 μm and the width Wp of the anode region (P + region) 36A is variously changed, the relative sensitivity RS of the thin film photodiode is set with a constant exposure time. (Relative value) was estimated.

結果を図17に示す。アノード領域(P領域)36Aの幅Wpが狭くなると相対感度が大幅に増加することがわかる。
しかしながら、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpが小さくなりすぎると、実際に形成されたアノード領域(P領域)36Aの幅Wpに応じて感度が大きく変化してしまうことになる。
上記を考慮すると、センサ感度が増加し、かつ、感度のバラツキが大きくならない領域として、カソード領域(N領域)36Kの幅Wn(100μm)に対して、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを30μm以上100μm未満とすることが好ましい。
上記は換言すると、薄膜フォトダイオードPDにおいて、アノード領域(P領域)36Aの幅Wp/カソード領域(N領域)36Kの幅Wnの比R1が0.3≦R1<1の範囲であることが好ましいことになる。
The results are shown in FIG. It can be seen that as the width Wp of the anode region (P + region) 36A is narrowed, the relative sensitivity is greatly increased.
However, if the width Wp of the anode region (P + region) 36A becomes too small, the sensitivity greatly changes according to the width Wp of the actually formed anode region (P + region) 36A.
In consideration of the above, the width of the anode region (P + region) 36 </ b > A with respect to the width Wn (100 μm) of the cathode region (N + region) 36 </ b > K as a region where the sensor sensitivity increases and the variation in sensitivity does not increase. Wp is preferably 30 μm or more and less than 100 μm.
In other words, in the thin film photodiode PD, the ratio R1 of the width Wp of the anode region (P + region) 36A / the width Wn of the cathode region (N + region) 36K is in the range of 0.3 ≦ R1 <1. Is preferred.

<実施例5>
アノード領域(P領域)36Aのカソード領域(N領域)36K側の端部とコントロールゲート38のアノード領域(P領域)36A側の端部の距離Dを種々に変化させた薄膜フォトダイオードについてのシミュレーションを行った。ここでは、バックライトからの光が配線などに反射して薄膜フォトダイオードに入射する、ノイズ成分に相当する相対光量RL(相対値)をシミュレーションにより求めた。
<Example 5>
Thin film photodiodes in which the distance D between the end of the anode region (P + region) 36A on the cathode region (N + region) 36K side and the end of the control gate 38 on the anode region (P + region) 36A side is varied. A simulation was performed. Here, the relative light quantity RL (relative value) corresponding to the noise component, in which the light from the backlight is reflected on the wiring or the like and is incident on the thin film photodiode, was obtained by simulation.

結果を図18に示す。距離Dを大きくするにつれて、相対光量RLは小さくなっていくことがわかった。
ここで、図中に実際の光信号レベルSIGを示す。距離Dが0.5μm以上とすることで、光信号レベルはノイズ成分以上の大きさとなることがわかった。
The results are shown in FIG. It has been found that the relative light quantity RL decreases as the distance D increases.
Here, the actual optical signal level SIG is shown in the figure. It has been found that when the distance D is 0.5 μm or more, the optical signal level is larger than the noise component.

<実施例6>
図5(a)及び(b)に示す薄膜フォトダイオードにおいて、カソード領域(N領域)36Kの幅Wnを100μmとし、アノード領域(P領域)36Aの幅Wp30μmとし、以下の見積もりを行った。
ここで、アノード領域(P領域)36Aのカソード領域(N領域)36K側の端部とコントロールゲート38のアノード領域(P領域)36A側の端部の距離Dを種々に変化させた。上記の薄膜フォトダイオードにおいて、露光時間一定として薄膜フォトダイオードの相対感度RS(相対値)を見積もった。
<Example 6>
In the thin film photodiode shown in FIGS. 5A and 5B, the width Wn of the cathode region (N + region) 36K is set to 100 μm, the width Wp of the anode region (P + region) 36A is set to 30 μm, and the following estimation is performed. .
Here, the distance D between the end of the anode region (P + region) 36A on the cathode region (N + region) 36K side and the end of the control gate 38 on the anode region (P + region) 36A side was variously changed. . In the above thin film photodiode, the relative sensitivity RS (relative value) of the thin film photodiode was estimated with a constant exposure time.

結果を図19に示す。距離Dを大きくするにつれて、相対感度RSは小さくなっていくことがわかった。
アノード領域(P領域)36Aのカソード領域(N領域)36K側の端部とコントロールゲート38のアノード領域(P領域)36A側の端部の距離Dを1.5μm以上3.0μm以下の範囲RGとすることが好ましい。これにより、センサ感度とバラツキの安定性を実現することができる。
The results are shown in FIG. It has been found that the relative sensitivity RS decreases as the distance D increases.
The distance D between the end of the anode region (P + region) 36A on the cathode region (N + region) 36K side and the end of the control gate 38 on the anode region (P + region) 36A side is 1.5 μm or more and 3.0 μm or less. The range RG is preferable. As a result, sensor sensitivity and stability of variation can be realized.

<実施例7>
図5(a)及び(b)に示す薄膜フォトダイオードにおいて、カソード領域(N領域)36Kの幅Wnを100μmとし、アノード領域(P領域)36Aの幅Wp30μmとし、以下の見積もりを行った。
ここで、アノード領域(P領域)36Aのカソード領域(N領域)36K側の端部とコントロールゲート38のアノード領域(P領域)36A側の端部の距離Dを種々に変化させた。上記の薄膜フォトダイオードにおいて、光センサ部の信号が飽和する光量LSAT(相対値)を見積もった。
結果を図20に示す。アノード領域(P領域)36Aのカソード領域(N領域)36K側の端部とコントロールゲート38のアノード領域(P領域)36A側の端部の距離Dを1.5μm以上3.0μm以下の範囲に設定することが好ましい。これにより、D=−0.2μmの場合と比較して飽和特性が2.5倍に改善していることがわかった。
これにより、センサの感度特性とともに、ダイナミックレンジがともに改善されていることがわかった。
<Example 7>
In the thin film photodiode shown in FIGS. 5A and 5B, the width Wn of the cathode region (N + region) 36K is set to 100 μm, the width Wp of the anode region (P + region) 36A is set to 30 μm, and the following estimation is performed. .
Here, the distance D between the end of the anode region (P + region) 36A on the cathode region (N + region) 36K side and the end of the control gate 38 on the anode region (P + region) 36A side was variously changed. . In the above thin film photodiode, the light quantity L SAT (relative value) at which the signal of the optical sensor unit is saturated was estimated.
The results are shown in FIG. The distance D between the end of the anode region (P + region) 36A on the cathode region (N + region) 36K side and the end of the control gate 38 on the anode region (P + region) 36A side is 1.5 μm or more and 3.0 μm or less. It is preferable to set in the range. As a result, it was found that the saturation characteristic was improved by 2.5 times compared to the case of D = −0.2 μm.
As a result, it was found that both the sensitivity characteristics of the sensor and the dynamic range were improved.

本実施形態及びその変形例によれば、表示部(基板)のセンサ領域に形成される薄膜フォトダイオードにおいて、P型半導体領域の幅とN型半導体領域の幅が異なっている。これにより、薄膜フォトダイオードと金属膜間の寄生容量を縮小してセンサの検出感度を向上させ、また、センサの飽和特性を改善することができる。   According to this embodiment and its modification, in the thin film photodiode formed in the sensor region of the display unit (substrate), the width of the P-type semiconductor region and the width of the N-type semiconductor region are different. Thereby, the parasitic capacitance between the thin film photodiode and the metal film can be reduced to improve the detection sensitivity of the sensor, and the saturation characteristic of the sensor can be improved.

<第2実施形態>
図21(a)は本実施形態におけるPIN構造の薄膜フォトダイオードPDの平面図であり、図21(b)は図21(a)中のX−X’における断面図である。図21(b)においては、VDD線31などの配線及び第2層間絶縁膜52より上層の構成は省略している。薄膜フォトダイオードPDの構成を除いて、本実施形態の表示装置は第1実施形態と同様の構成である。
Second Embodiment
FIG. 21A is a plan view of a thin-film photodiode PD having a PIN structure in the present embodiment, and FIG. 21B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. In FIG. 21B, the wirings such as the VDD line 31 and the configuration above the second interlayer insulating film 52 are omitted. Except for the configuration of the thin-film photodiode PD, the display device of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment.

例えば、TFTアレイ基板201上に「金属膜」からなるコントロールゲート38が形成され、その上層に2層のゲート絶縁膜50が形成され、その上層に半導体層36が形成されている。
半導体層26は、図21(a)に示すパターン形状を有する。即ち、P領域(P型半導体領域)からなるアノード領域36A、I領域(真性半導体領域)36I、低濃度半導体領域である低濃度半導体領域(N領域)36N、N領域(N型半導体領域)からなるカソード領域36Kがそれぞれレイアウトされている。このように、低濃度半導体領域を有するPIN構造の薄膜フォトダイオードが構成されている。
カソード領域(N領域)36Kに接続する方向に垂直な方向におけるアノード領域(P領域)36Aの幅Wpとアノード領域(P領域)36Aに接続する方向に垂直な方向におけるカソード領域(N領域)36Kの幅Wnが異なるレイアウトとなっている。
また、上記の各領域に対するコントロールゲート38のレイアウトは図21(a)に示すとおりである。
For example, a control gate 38 made of a “metal film” is formed on the TFT array substrate 201, a two-layer gate insulating film 50 is formed thereon, and a semiconductor layer 36 is formed thereon.
The semiconductor layer 26 has a pattern shape shown in FIG. That is, an anode region 36A composed of a P + region (P type semiconductor region), an I region (intrinsic semiconductor region) 36I, a low concentration semiconductor region (N region) 36N, and an N + region (N type semiconductor). The cathode regions 36 </ b> K composed of regions) are laid out. Thus, a thin film photodiode having a PIN structure having a low concentration semiconductor region is formed.
The width Wp of the anode region (P + region) 36A in the direction perpendicular to the direction connecting to the cathode region (N + region) 36K and the cathode region (N in the direction perpendicular to the direction connecting to the anode region (P + region) 36A + Region) The layout has a different width Wn of 36K.
Further, the layout of the control gate 38 for each of the above regions is as shown in FIG.

ここで、アノード領域(P領域)36Aは、コントロールゲート38との重なり領域の外部において、カソード領域(N領域)36Kに接続する方向に垂直な方向に延伸する延伸部36ALが設けられている。
また、上記のフォトダイオードを被覆して第1層間絶縁膜51が形成されており、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kに達するコンタクトホールCTを介してコンタクトプラグ54に接続されている。アノード領域(P領域)36Aに対するコンタクトホールは、上記の延伸部36ALにおいて設けられている。
Here, the anode region (P + region) 36A is provided with an extending portion 36AL extending in a direction perpendicular to the direction connecting to the cathode region (N + region) 36K outside the overlapping region with the control gate 38. Yes.
A first interlayer insulating film 51 is formed so as to cover the photodiode, and contact plugs 54 are formed through contact holes CT reaching the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K. It is connected to the. A contact hole for the anode region (P + region) 36A is provided in the extending portion 36AL.

本実施形態においては、一方面側あるいは他方面側から見たときのアノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なり領域の面積が、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なり領域の面積と異なる構成である。これにより、寄生容量Cgpの容量値が寄生容量Cgnの容量値と異なる構成となっている。
これにより、従来の構成の薄膜フォトダイオードに対して寄生容量を低減した構成、即ち、電流蓄積容量を低減した構成となっている。
In the present embodiment, the area of the overlapping region of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 when viewed from one side or the other side is equal to the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38. The configuration is different from the area of the overlapping region. Thereby, the capacitance value of the parasitic capacitance Cgp is different from the capacitance value of the parasitic capacitance Cgn.
As a result, the parasitic capacitance is reduced compared to the conventional thin film photodiode, that is, the current storage capacitance is reduced.

さらに、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kのうち、ゲート絶縁膜50を介して対向するコントロールゲート38との間に構成される寄生容量、即ち、上記の寄生容量CgpとCgnの容量値が大きいほうに、コントロールゲート38が接続されていることが好ましい。本実施形態においては、カソード領域(N領域)36Kにコントロールゲート38が接続されている。
寄生容量CgpとCgnのうちのより容量の大きい寄生容量を見かけ上存在しない状態とすることができ、寄生容量をさらに低減することができ、即ち、電流蓄積容量をさらに低減することができる。
Further, the parasitic capacitance formed between the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38 opposed via the gate insulating film 50, that is, the parasitic capacitance described above. The control gate 38 is preferably connected to the larger capacitance value of Cgp and Cgn. In the present embodiment, a control gate 38 is connected to the cathode region (N + region) 36K.
The parasitic capacitance having a larger capacitance of the parasitic capacitances Cgp and Cgn can be apparently not present, and the parasitic capacitance can be further reduced, that is, the current storage capacitance can be further reduced.

本実施形態に係る薄膜フォトダイオードを有する光センサ部を備えた液晶表示装置によれば、上記のように寄生容量である電流蓄積容量を低減することにより、センサ信号感度を増加させることができる。   According to the liquid crystal display device including the optical sensor unit having the thin film photodiode according to the present embodiment, the sensor signal sensitivity can be increased by reducing the current storage capacitance as the parasitic capacitance as described above.

本実施形態の薄膜フォトダイオードにおいて、コントロールゲート38との重なり領域の外部におけるアノード領域(P領域)36Aの構造は基本的に任意である。
一方、後述の理由により、上記の延伸部36ALは設けないか、できるだけ短くするほうが好ましいが、コンタクトホールの開口領域になんらかの制限がある場合などに適用できる。
In the thin film photodiode of the present embodiment, the structure of the anode region (P + region) 36A outside the overlapping region with the control gate 38 is basically arbitrary.
On the other hand, for the reasons described later, it is preferable not to provide the extended portion 36AL or to make it as short as possible. However, the present invention can be applied to a case where there is some restriction in the opening region of the contact hole.

<実施例8>
第1実施形態に係る表示装置の薄膜フォトダイオードと、第2実施形態に係る表示装置の薄膜フォトダイオードを作成した。ここで、カソード領域(N領域)36Kの幅Wnを100μmとし、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを種々に変化させた。これらの寄生容量の変化を測定した。
<Example 8>
The thin film photodiode of the display device according to the first embodiment and the thin film photodiode of the display device according to the second embodiment were produced. Here, the width Wn of the cathode region (N + region) 36K was set to 100 μm, and the width Wp of the anode region (P + region) 36A was variously changed. Changes in these parasitic capacitances were measured.

結果を図22に示す。図中、aは第1実施形態の構成の薄膜フォトダイオードにおけるアノード領域(P領域)36Aから見た寄生容量であり、bは第2実施形態の構成の薄膜フォトダイオードにおけるアノード領域(P領域)36Aから見た寄生容量である。
アノード領域(P領域)36Aの幅Wpを狭めたときの寄生容量の低減可能な大きさが、第1実施形態の構成の薄膜フォトダイオードのほうが大きく、電流蓄積容量の低減によるセンサ信号感度増加のためには第1実施形態の構成のほうが好ましい。
The results are shown in FIG. In the figure, a is a parasitic capacitance viewed from the anode region (P + region) 36A in the thin film photodiode having the configuration of the first embodiment, and b is an anode region (P + in the thin film photodiode having the configuration of the second embodiment. Region) is a parasitic capacitance viewed from 36A.
When the width Wp of the anode region (P + region) 36A is narrowed, the thin film photodiode of the configuration of the first embodiment has a larger size capable of reducing the parasitic capacitance, and the sensor signal sensitivity is increased by reducing the current storage capacitance. Therefore, the configuration of the first embodiment is preferable.

<第3実施形態>
図23(a)は本実施形態におけるPIN構造の薄膜フォトダイオードPDの平面図であり、図23(b)は図23(a)中のX−X’における断面図である。図23(b)においては、VDD線31などの配線及び第2層間絶縁膜52より上層の構成は省略している。薄膜フォトダイオードPDの構成を除いて、本実施形態の表示装置は第1実施形態と同様の構成である。
<Third Embodiment>
FIG. 23A is a plan view of a thin-film photodiode PD having a PIN structure in the present embodiment, and FIG. 23B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. In FIG. 23 (b), the wirings such as the VDD line 31 and the structure above the second interlayer insulating film 52 are omitted. Except for the configuration of the thin-film photodiode PD, the display device of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment.

例えば、TFTアレイ基板201上に「金属膜」からなるコントロールゲート38が形成され、その上層に2層のゲート絶縁膜50が形成され、その上層に半導体層36が形成されている。
半導体層26は、図23(a)に示すパターン形状を有する。即ち、P領域(P型半導体領域)からなるアノード領域36A、I領域(真性半導体領域)36I、低濃度半導体領域である低濃度半導体領域(N領域)36N、N領域(N型半導体領域)からなるカソード領域36Kがそれぞれレイアウトされている。このように、低濃度半導体領域を有するPIN構造の薄膜フォトダイオードが構成されている。
カソード領域(N領域)36Kに接続する方向に垂直な方向におけるアノード領域(P領域)36Aの幅Wpとアノード領域(P領域)36Aに接続する方向に垂直な方向におけるカソード領域(N領域)36Kの幅Wnが異なるレイアウトとなっている。
また、上記の各領域に対するコントロールゲート38のレイアウトは図21(a)に示すとおりである。
また、上記のフォトダイオードを被覆して第1層間絶縁膜51が形成されており、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kに達するコンタクトホールCTを介してコンタクトプラグ54に接続されている。
For example, a control gate 38 made of a “metal film” is formed on the TFT array substrate 201, a two-layer gate insulating film 50 is formed thereon, and a semiconductor layer 36 is formed thereon.
The semiconductor layer 26 has a pattern shape shown in FIG. That is, an anode region 36A composed of a P + region (P type semiconductor region), an I region (intrinsic semiconductor region) 36I, a low concentration semiconductor region (N region) 36N, and an N + region (N type semiconductor). The cathode regions 36 </ b> K composed of regions) are laid out. Thus, a thin film photodiode having a PIN structure having a low concentration semiconductor region is formed.
The width Wp of the anode region (P + region) 36A in the direction perpendicular to the direction connecting to the cathode region (N + region) 36K and the cathode region (N in the direction perpendicular to the direction connecting to the anode region (P + region) 36A + Region) The layout has a different width Wn of 36K.
Further, the layout of the control gate 38 for each of the above regions is as shown in FIG.
A first interlayer insulating film 51 is formed so as to cover the photodiode, and contact plugs 54 are formed through contact holes CT reaching the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K. It is connected to the.

ここで、I領域36Iのアノード領域(P領域)36A側の端部近傍において、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpと同等の幅を有するI領域部分36IWが設けられている。 Here, in the vicinity of the end of the I region 36I on the anode region (P + region) 36A side, an I region portion 36IW having a width equivalent to the width Wp of the anode region (P + region) 36A is provided.

本実施形態においては第1実施形態と同様に、一方面側あるいは他方面側から見たときのアノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なり領域の面積が、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なり領域の面積と異なる。これにより、寄生容量Cgpの容量値が寄生容量Cgnの容量値と異なる構成となっている。
これにより、従来の構成の薄膜フォトダイオードに対して寄生容量を低減した構成、即ち、電流蓄積容量を低減した構成となっている。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the area of the overlapping region of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 when viewed from one side or the other side is the cathode region (N + region). ) The area of the overlapping region of 36K and the control gate 38 is different. Thereby, the capacitance value of the parasitic capacitance Cgp is different from the capacitance value of the parasitic capacitance Cgn.
As a result, the parasitic capacitance is reduced compared to the conventional thin film photodiode, that is, the current storage capacitance is reduced.

さらに、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kのうち、ゲート絶縁膜50を介して対向するコントロールゲート38との間に構成される寄生容量の容量値が大きいほうに、コントロールゲート38が接続されていることが好ましい。即ち、上記の寄生容量CgpとCgnの容量値が大きいほうに、コントロールゲート38が接続されていることが好ましい。本実施形態においては、カソード領域(N領域)36Kにコントロールゲート38が接続されている。
寄生容量CgpとCgnのうちのより容量の大きい寄生容量を見かけ上存在しない状態とすることができ、寄生容量をさらに低減することができ、即ち、電流蓄積容量をさらに低減することができる。
Further, of the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K, the capacitance value of the parasitic capacitance formed between the control gate 38 facing the gate insulating film 50 is larger. The control gate 38 is preferably connected. That is, it is preferable that the control gate 38 is connected to the larger one of the parasitic capacitances Cgp and Cgn. In the present embodiment, a control gate 38 is connected to the cathode region (N + region) 36K.
The parasitic capacitance having a larger capacitance of the parasitic capacitances Cgp and Cgn can be apparently not present, and the parasitic capacitance can be further reduced, that is, the current storage capacitance can be further reduced.

本実施形態に係る薄膜フォトダイオードを有する光センサ部を備えた液晶表示装置によれば、上記のように寄生容量である電流蓄積容量を低減することにより、センサ信号感度を増加させることができる。   According to the liquid crystal display device including the optical sensor unit having the thin film photodiode according to the present embodiment, the sensor signal sensitivity can be increased by reducing the current storage capacitance as the parasitic capacitance as described above.

特に、本実施形態に係る薄膜フォトダイオードは、アノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なり領域の面積が第1実施形態の薄膜フォトダイオードよりも狭められているので、寄生容量Cgpが第1実施形態より低減されている。
また、I領域36Iとアノード領域(P領域)36Aの界面が幅Wpの部分に設けられているので、製造工程における界面位置の合わせずれの影響が第1実施形態より小さいという利点がある。
In particular, in the thin film photodiode according to the present embodiment, the area of the overlap region of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 is narrower than that of the thin film photodiode of the first embodiment, so that the parasitic capacitance Cgp is reduced. It is reduced from the first embodiment.
In addition, since the interface between the I region 36I and the anode region (P + region) 36A is provided in the width Wp portion, there is an advantage that the influence of misalignment of the interface position in the manufacturing process is smaller than that in the first embodiment.

上記の構成において、アノード領域(P領域)36Aの幅Wpが変動すると感度への影響が生じることがあるので、十分に検討して設計することが重要である。
また、I領域36Iに幅Wpの領域が設けられたことで、第1実施形態よりも再結合によるロスが大きくなる可能性がある。ロスが大きい場合には、I領域部分36IWの面積を小さくして、影響が小さい範囲で検討することが重要になる。
In the above configuration, if the width Wp of the anode region (P + region) 36A varies, the sensitivity may be affected. Therefore, it is important to design with sufficient consideration.
In addition, since the region having the width Wp is provided in the I region 36I, the loss due to recombination may be larger than that in the first embodiment. When the loss is large, it is important to reduce the area of the I region portion 36IW and to study in a range where the influence is small.

<第4実施形態>
図24(a)は本実施形態におけるPIN構造の薄膜フォトダイオードPDの平面図であり、図24(b)は図24(a)中のX−X’における断面図である。図24(b)においては、VDD線31などの配線及び第2層間絶縁膜52より上層の構成は省略している。薄膜フォトダイオードPDの構成を除いて、本実施形態の表示装置は第1実施形態と同様の構成である。
<Fourth embodiment>
FIG. 24A is a plan view of a thin-film photodiode PD having a PIN structure according to this embodiment, and FIG. 24B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. In FIG. 24 (b), wirings such as the VDD line 31 and the structure above the second interlayer insulating film 52 are omitted. Except for the configuration of the thin-film photodiode PD, the display device of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment.

例えば、TFTアレイ基板201上に「金属膜」からなるコントロールゲート38が形成され、その上層に2層のゲート絶縁膜50が形成され、その上層に半導体層36が形成されている。
半導体層26は、図24(a)に示すパターン形状を有する。即ち、P領域(P型半導体領域)からなるアノード領域36A、I領域(真性半導体領域)36I、低濃度半導体領域である低濃度半導体領域(N領域)36N、N領域(N型半導体領域)からなるカソード領域36Kがそれぞれレイアウトされている。このように、低濃度半導体領域を有するPIN構造の薄膜フォトダイオードが構成されている。
また、上記のフォトダイオードを被覆して第1層間絶縁膜51が形成されており、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kに達するコンタクトホールCTを介してコンタクトプラグ54に接続されている。
For example, a control gate 38 made of a “metal film” is formed on the TFT array substrate 201, a two-layer gate insulating film 50 is formed thereon, and a semiconductor layer 36 is formed thereon.
The semiconductor layer 26 has a pattern shape shown in FIG. That is, an anode region 36A composed of a P + region (P type semiconductor region), an I region (intrinsic semiconductor region) 36I, a low concentration semiconductor region (N region) 36N, and an N + region (N type semiconductor). The cathode regions 36 </ b> K composed of regions) are laid out. Thus, a thin film photodiode having a PIN structure having a low concentration semiconductor region is formed.
A first interlayer insulating film 51 is formed so as to cover the photodiode, and contact plugs 54 are formed through contact holes CT reaching the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K. It is connected to the.

ここで、一方面側あるいは他方面側から見たときのアノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なりの幅Lpが、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なりの幅Lnより狭く設けられている。
これにより第1実施形態と同様に、一方面側あるいは他方面側から見たときのアノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なり領域の面積が、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なり領域の面積と異なる構成である。これにより、寄生容量Cgpの容量値が寄生容量Cgnの容量値と異なる構成となっている。
これにより、従来の構成の薄膜フォトダイオードに対して寄生容量を低減した構成、即ち、電流蓄積容量を低減した構成となっている。
Here, the width Lp of the overlap between the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 when viewed from one side or the other side is the width of the overlap between the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38. It is narrower than Ln.
Thus, as in the first embodiment, the area of the overlapping region of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 when viewed from one side or the other side is the cathode region (N + region) 36K. The configuration is different from the area of the overlapping region of the control gate 38. Thereby, the capacitance value of the parasitic capacitance Cgp is different from the capacitance value of the parasitic capacitance Cgn.
As a result, the parasitic capacitance is reduced compared to the conventional thin film photodiode, that is, the current storage capacitance is reduced.

さらに、アノード領域(P領域)36Aとカソード領域(N領域)36Kのうち、ゲート絶縁膜50を介して対向するコントロールゲート38との間に構成される寄生容量にコントロールゲート38が接続されていることが好ましい。即ち、上記の寄生容量CgpとCgnの容量値が大きいほうに、コントロールゲート38が接続されていることが好ましい。本実施形態においては、カソード領域(N領域)36Kにコントロールゲート38が接続されている。
寄生容量CgpとCgnのうちのより容量の大きい寄生容量を見かけ上存在しない状態とすることができ、寄生容量をさらに低減することができ、即ち、電流蓄積容量をさらに低減することができる。
Further, the control gate 38 is connected to a parasitic capacitance formed between the anode region (P + region) 36A and the cathode region (N + region) 36K with the control gate 38 facing through the gate insulating film 50. It is preferable. That is, it is preferable that the control gate 38 is connected to the larger one of the parasitic capacitances Cgp and Cgn. In the present embodiment, a control gate 38 is connected to the cathode region (N + region) 36K.
The parasitic capacitance having a larger capacitance of the parasitic capacitances Cgp and Cgn can be apparently not present, and the parasitic capacitance can be further reduced, that is, the current storage capacitance can be further reduced.

本実施形態に係る薄膜フォトダイオードを有する光センサ部を備えた液晶表示装置によれば、上記のように寄生容量である電流蓄積容量を低減することにより、センサ信号感度を増加させることができる。   According to the liquid crystal display device including the optical sensor unit having the thin film photodiode according to the present embodiment, the sensor signal sensitivity can be increased by reducing the current storage capacitance as the parasitic capacitance as described above.

特に、本実施形態に係る薄膜フォトダイオードは、第1実施形態よりも再結合によるロスが小さくなるという利点がある。
アノード領域(P領域)36Aの幅Wpが変動したときの感度への影響も第1実施形態より小さくなる。
また、I領域36Iとアノード領域(P領域)36Aの界面が幅Wpの部分に設けられているので、製造工程における界面位置の合わせずれの影響が第1実施形態より小さいという利点がある。
In particular, the thin film photodiode according to this embodiment has an advantage that loss due to recombination is smaller than that of the first embodiment.
The influence on the sensitivity when the width Wp of the anode region (P + region) 36A varies is also smaller than that in the first embodiment.
In addition, since the interface between the I region 36I and the anode region (P + region) 36A is provided in the width Wp portion, there is an advantage that the influence of misalignment of the interface position in the manufacturing process is smaller than that in the first embodiment.

<実施例9>
カソード領域(N領域)36Kの幅Wnとアノード領域(P領域)36Aの幅Wpが同一である、第4実施形態に係る表示装置の薄膜フォトダイオードにおいて、この幅(W長)を種々に変化させた薄膜フォトダイオードを作成した。ここで、アノード領域(P領域)36Aとコントロールゲート38の重なりの幅Lp、カソード領域(N領域)36Kとコントロールゲート38の重なりの幅Lnとしては、それぞれ、0.5μm、1.5μmとした。
上記の薄膜フォトダイオードにおいて、W長を変えたときのコントロールゲート38とアノード領域(P領域)36A間の寄生容量Cgp、コントロールゲート38とカソード領域(N領域)36K間の寄生容量Cgnの変化を測定した。
<Example 9>
In the thin film photodiode of the display device according to the fourth embodiment, the width Wn of the cathode region (N + region) 36K and the width Wp of the anode region (P + region) 36A are the same. A thin film photodiode was prepared. Here, the overlapping width Lp of the anode region (P + region) 36A and the control gate 38 and the overlapping width Ln of the cathode region (N + region) 36K and the control gate 38 are 0.5 μm and 1.5 μm, respectively. It was.
In the above thin film photodiode, the parasitic capacitance Cgp between the control gate 38 and the anode region (P + region) 36A when the W length is changed, and the parasitic capacitance Cgn between the control gate 38 and the cathode region (N + region) 36K. Changes were measured.

結果を図25に示す。
Cgp,Cgnとも、W長が大きくなると大きくなるが、Cgnの方がW長に対する傾きが大きく、W長が大きいほどCgnがCgpより大きくなる。
ここで、第4実施形態に示すように、コントロールゲート38とカソード領域(N領域)36K間を接続することで、より小さい寄生容量であるCgpのみが存在する状態となる。これにより、寄生容量をさらに低減し、電流蓄積容量の低減によるセンサ信号感度増加を実現できる。
The results are shown in FIG.
Both Cgp and Cgn increase as the W length increases, but Cgn has a larger inclination with respect to the W length, and Cgn becomes larger than Cgp as the W length increases.
Here, as shown in the fourth embodiment, by connecting the control gate 38 and the cathode region (N + region) 36K, only a smaller parasitic capacitance Cgp exists. Thereby, it is possible to further reduce the parasitic capacitance and increase the sensor signal sensitivity by reducing the current storage capacitance.

<第5実施形態>
[表示装置の適用製品例]
実施形態及びその変形例は、以下の各種製品の文字や画像の表示部品と適用できる。
例えば、テレビジョン受像装置、パーソナルコンピュータなどのモニタ装置、携帯電話、ゲーム機、PDAなどの映像再生機能を持つモバイル機器、スチルカメラやビデオカメラなどの撮影装置、カーナビゲーション装置などの車載機器などに適用可能である。
また、非可視光として赤外線を使用する場合、人間の体温の分布を赤外線として検知することが可能となる。このため、人の指の静脈認証における赤外線の有効利用に本発明が適用できる。
この場合、液晶パネル200に変えてバックライトからの光を透過する静脈認証パネルを備え、静脈認証パネルの表面に人の指が接触した状態で赤外線をバックライトから照射し、反射した赤外線に基づいて静脈認証を行う手段を備える。
<Fifth Embodiment>
[Applicable products for display devices]
The embodiment and its modifications can be applied to display parts for characters and images of the following various products.
For example, a television receiver, a monitor device such as a personal computer, a mobile phone, a game machine, a mobile device having a video playback function such as a PDA, a photographing device such as a still camera or a video camera, an in-vehicle device such as a car navigation device, etc. Applicable.
Moreover, when using infrared rays as invisible light, it becomes possible to detect the distribution of human body temperature as infrared rays. For this reason, the present invention can be applied to effective use of infrared rays in human finger vein authentication.
In this case, instead of the liquid crystal panel 200, a vein authentication panel that transmits light from the backlight is provided, and infrared light is irradiated from the backlight in a state where a human finger is in contact with the surface of the vein authentication panel. And a means for performing vein authentication.

<第1適用例>
図26は第1適用例とな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に上記の表示装置を適用可能である。
<First application example>
FIG. 26 is a perspective view showing a television as a first application example. 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 the above display device can be applied to the video display screen unit 101.

<第2適用例>
図27(a)及び(b)は第2適用例となるデジタルカメラを示す図であり、図27(a)は表側から見た斜視図、図27(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に上記の表示装置を適用可能である。
<Second application example>
27A and 27B are diagrams showing a digital camera as a second application example. FIG. 27A is a perspective view seen from the front side, and FIG. 27B is a perspective view seen from the back side. is there. 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 the above display device can be applied to the display unit 112.

<第3適用例>
図28は第3適用例とな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に上記の表示装置を適用可能である。
<Third application example>
FIG. 28 is a perspective view showing a notebook personal computer as a third application example. The notebook personal computer according to this application example includes a main body 121 including a keyboard 122 that is operated when inputting characters and the like, a display unit 123 that displays an image, and the like, and the display device can be applied to the display unit 123. It is.

<第4適用例>
図29は第4適用例とな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に上記の表示装置を適用可能である。
<Fourth application example>
FIG. 29 is a perspective view showing a video camera as a fourth application example. 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. The device is applicable.

<第5適用例>
図30(a)〜(e)は第5適用例となる携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。図30(a)は開いた状態での正面図、図30(b)はその側面図、図30(c)は閉じた状態での正面図、図30(d)は左側面図、図30(e)は右側面図、図30(F)は上面図、図30(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等を含む。上記のディスプレイ144やサブディスプレイ145に上記の表示装置を適用可能である。
<Fifth application example>
FIGS. 30A to 30E are diagrams showing a mobile terminal device, for example, a mobile phone, as a fifth application example. 30 (a) is a front view in an open state, FIG. 30 (b) is a side view thereof, FIG. 30 (c) is a front view in a closed state, FIG. 30 (d) is a left side view, and FIG. (E) is a right side view, FIG. 30 (F) is a top view, and FIG. 30 (g) is a bottom view. The mobile phone according to this application example includes an upper casing 141, a lower casing 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. The display device described above can be applied to the display 144 and the sub display 145.

本実施形態に関わる表示装置は、以上の説明に限定されない。
例えば、上記の実施形態において、コントロールゲートをカソード領域(N領域)36K側に接続し、アノード領域(P領域)36Aの幅をカソード領域(N領域)36Kより狭くしているが、これに限定されない。例えば、コントロールゲートをアノード領域(P領域)36A側に接続し、カソード領域(N領域)36Kの幅をアノード領域(P領域)36Aより狭くする実施形態も可能である。
この場合、上記と同様の理由により、薄膜フォトダイオードPDにおいて、カソード領域(N領域)36Kの幅Wn/アノード領域(P領域)36Aの幅Wpの比R2が0.3≦R2<1の範囲であることが好ましい。
また、上記と同様の理由により、カソード領域(N領域)36Kのアノード領域(P領域)36A側の端部とコントロールゲート38のカソード領域(N領域)36K側の端部の距離が、1.5μm以上3.0μm以下の範囲であることが好ましい。
また、上記の実施形態においては液晶表示装置について説明しているが、これに限らず、有機EL表示装置や、E−Paperなどの表示装置に適用することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The display device according to the present embodiment is not limited to the above description.
For example, in the above embodiment, the control gate is connected to the cathode region (N + region) 36K side, and the width of the anode region (P + region) 36A is narrower than the cathode region (N + region) 36K. It is not limited to this. For example, an embodiment in which the control gate is connected to the anode region (P + region) 36A side and the width of the cathode region (N + region) 36K is narrower than the anode region (P + region) 36A is also possible.
In this case, for the same reason as described above, in the thin film photodiode PD, the ratio R2 of the width Wn of the cathode region (N + region) 36K / the width Wp of the anode region (P + region) 36A is 0.3 ≦ R2 <1. It is preferable that it is the range of these.
For the same reason as described above, the distance between the end of the cathode region (N + region) 36K on the anode region (P + region) 36A side and the end of the control gate 38 on the cathode region (N + region) 36K side is The range is preferably from 1.5 μm to 3.0 μm.
In the above embodiment, the liquid crystal display device is described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to an organic EL display device or a display device such as an E-Paper.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

図1は本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置の概略的な全体構成図である。FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention. 図2は本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置内の駆動回路の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a drive circuit in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention. 図3(a)は本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置に備えられる光センサ部の平面図であり、図3(b)は図3(a)のパターンに対応する光センサ部の等価回路図である。FIG. 3A is a plan view of an optical sensor unit provided in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an optical sensor unit corresponding to the pattern of FIG. It is an equivalent circuit diagram. 図4は本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置に備えられる光センサ部とFFS方式の液晶の画素(PIX)の一部とを概略的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an optical sensor unit and a part of an FFS liquid crystal pixel (PIX) provided in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention. 図5(a)は本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置に備えられるPIN構造のフォトダイオードの平面図であり、図5(b)は図5(a)中のX−X’における断面図である。FIG. 5A is a plan view of a PIN structure photodiode provided in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. It is sectional drawing. 図6(a)及び(b)は本発明の第1実施形態に係る薄膜フォトダイオードとコントロールゲートに存在する寄生容量を示す回路図である。FIGS. 6A and 6B are circuit diagrams showing parasitic capacitances existing in the thin film photodiode and the control gate according to the first embodiment of the present invention. 図7(a)は本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置に備えられる薄膜フォトダイオードの形成方法の形成工程を示す平面図であり、図6(b)は図6(a)中のX−X’における断面図である。FIG. 7A is a plan view showing a forming process of a method for forming a thin film photodiode provided in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a plan view in FIG. It is sectional drawing in XX '. 図8(a)は図7(a)及び(b)に示す工程の続きの工程を示す平面図であり、図8(b)は図8(a)中のX−X’における断面図である。8A is a plan view showing a step subsequent to the step shown in FIGS. 7A and 7B, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 8A. is there. 図9(a)は図8(a)及び(b)に示す工程の続きの工程を示す平面図であり、図9(b)は図9(a)中のX−X’における断面図である。FIG. 9A is a plan view showing a step subsequent to the step shown in FIGS. 8A and 8B, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 9A. is there. 図10(a)は図9(a)及び(b)に示す工程の続きの工程を示す平面図であり、図10(b)は図10(a)中のX−X’における断面図である。FIG. 10A is a plan view showing a step subsequent to the step shown in FIGS. 9A and 9B, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. is there. 図11(a)は図10(a)及び(b)に示す工程の続きの工程を示す平面図であり、図11(b)は図11(a)中のX−X’における断面図である。FIG. 11A is a plan view showing a step subsequent to the step shown in FIGS. 10A and 10B, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. is there. 図12(a)は本発明の実施形態の変形例に係る液晶表示装置に備えられるPIN構造のフォトダイオードの平面図であり、図12(b)は図12(a)中のX−X’における断面図である。12A is a plan view of a PIN structure photodiode provided in a liquid crystal display device according to a modification of the embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. FIG. 図13は実施例1に係るゲート端子から見えるゲート容量のコントロールゲートの印加電圧依存性を示す図である。FIG. 13 is a graph showing the dependency of the gate capacitance seen from the gate terminal according to the first embodiment on the applied voltage of the control gate. 図14は図13の結果をプロットした説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram in which the results of FIG. 13 are plotted. 図15は実施例2に係る寄生容量のアノード領域幅依存性を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating the dependency of the parasitic capacitance on the anode region width according to the second embodiment. 図16は実施例3に係る光電流のアノード領域幅依存性を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating the dependence of the photocurrent on the anode region width according to the third embodiment. 図17は実施例4に係る相対感度のアノード領域幅依存性を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the dependence of relative sensitivity on the anode region width according to the fourth embodiment. 図18は実施例5に係るノイズ成分に相当する相対光量のアノード領域端部とコントロールゲート端部の距離依存性を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating the distance dependency of the relative light amount corresponding to the noise component according to the fifth embodiment between the anode region end and the control gate end. 図19は実施例6に係る相対感度のアノード領域端部とコントロールゲート端部の距離依存性を示す図である。FIG. 19 is a graph showing the distance dependency of the relative sensitivity according to the sixth embodiment between the end portion of the anode region and the end portion of the control gate. 図20は実施例7に係る光センサ部の信号が飽和する光量のアノード領域端部とコントロールゲート端部の距離依存性を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating the distance dependency between the end of the anode region and the end of the control gate with respect to the amount of light that saturates the signal of the optical sensor unit according to the seventh embodiment. 図21(a)は本発明の第2実施形態に係る液晶表示装置に備えられるPIN構造のフォトダイオードの平面図であり、図21(b)は図21(a)中のX−X’における断面図である。FIG. 21A is a plan view of a PIN structure photodiode provided in the liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 21B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. It is sectional drawing. 図22は実施例8に係るアノード領域(P領域)から見た寄生容量のアノード領域(P領域)の幅Wp依存性を示す。FIG. 22 shows the dependency of parasitic capacitance on the width Wp of the anode region (P + region) as viewed from the anode region (P + region) according to Example 8. 図23(a)は本発明の第3実施形態に係る液晶表示装置に備えられるPIN構造のフォトダイオードの平面図であり、図23(b)は図23(a)中のX−X’における断面図である。FIG. 23A is a plan view of a PIN structure photodiode provided in the liquid crystal display device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 23B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. It is sectional drawing. 図24(a)は本発明の第4実施形態に係る液晶表示装置に備えられるPIN構造のフォトダイオードの平面図であり、図24(b)は図24(a)中のX−X’における断面図である。FIG. 24A is a plan view of a PIN structure photodiode provided in the liquid crystal display device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 24B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. It is sectional drawing. 図25は実施例9に係る寄生容量Cgp,CgnのW長依存性を示すグラフである。FIG. 25 is a graph showing the W length dependency of the parasitic capacitances Cgp and Cgn according to the ninth embodiment. 図26は本発明の第5実施形態に係る第1適用例となるテレビを示す斜視図である。FIG. 26 is a perspective view showing a television as a first application example according to the fifth embodiment of the present invention. 図27は本発明の第5実施形態に係る第2適用例となるデジタルカメラを示す図であり、図27(a)は表側から見た斜視図、図27(b)は裏側から見た斜視図である。27A and 27B are diagrams showing a digital camera as a second application example according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 27A is a perspective view seen from the front side, and FIG. 27B is a perspective view seen from the back side. FIG. 図28は本発明の第5実施形態に係る第3適用例とな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。FIG. 28 is a perspective view showing a notebook personal computer as a third application example according to the fifth embodiment of the present invention. 図29は本発明の第5実施形態に係る第4適用例となるビデオカメラを示す斜視図である。FIG. 29 is a perspective view showing a video camera as a fourth application example according to the fifth embodiment of the invention. 図30(a)〜(e)は本発明の第5実施形態に係る第5適用例となる携帯電話機を示す図である。図30(a)は開いた状態での正面図、図30(b)はその側面図、図30(c)は閉じた状態での正面図、図30(d)は左側面図、図30(e)は右側面図、図30(f)は上面図、図30(g)は下面図である。30 (a) to 30 (e) are views showing a mobile phone as a fifth application example according to the fifth embodiment of the present invention. 30 (a) is a front view in an open state, FIG. 30 (b) is a side view thereof, FIG. 30 (c) is a front view in a closed state, FIG. 30 (d) is a left side view, and FIG. (E) is a right side view, FIG. 30 (f) is a top view, and FIG. 30 (g) is a bottom view.

符号の説明Explanation of symbols

1…光センサ部、10…表示部、11…垂直ドライバ、12…ディスプレイドライバ、13…センサドライバ、14…選択スイッチアレイ、15…DC/DCコンバータ、12…選択スイッチ、13…垂直ドライバ、14…ディスプレイドライバ、15…センサドライバ、21K…ブラックマトリクス、31…VDD線、32…VSS線、33…リセット線、34…リード制御線、35…検出線、36…半導体層、36A…アノード領域、36AL…延伸部、36AW…アノード領域部分、36I…I領域(真性半導体領域)、36IW…I領域部分、36N…低濃度半導体領域、36K…カソード領域、37…配線、38…コントロールゲート、39…配線、100…液晶表示装置、101…映像表示画面部、102…フロントパネル、103…フィルターガラス、111…発光部、112…表示部、113…メニュースイッチ、114…シャッターボタン、121…本体、122…キーボード、123…表示部、131…本体部、132…レンズ、133…スタート/ストップスイッチ、134…表示部、141…上部筐体、142…下部筐体、143…連結部、144…ディスプレイ、145…サブディスプレイ、146…ピクチャーライト、147…カメラ、200…液晶パネル、201…TFTアレイ基板、202…カラーフィルタ基板、203…液晶層、204…カラーフィルタ、300…バックライト、400…データ処理部、401…制御部、402…位置検出部、PA…有効表示領域、PA1…画素領域、PA2…センサ領域、CA…周辺領域、PIX…画素、PD…フォトダイオード   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical sensor part, 10 ... Display part, 11 ... Vertical driver, 12 ... Display driver, 13 ... Sensor driver, 14 ... Selection switch array, 15 ... DC / DC converter, 12 ... Selection switch, 13 ... Vertical driver, 14 ... Display driver, 15 ... Sensor driver, 21K ... Black matrix, 31 ... VDD line, 32 ... VSS line, 33 ... Reset line, 34 ... Read control line, 35 ... Detection line, 36 ... Semiconductor layer, 36A ... Anode region, 36AL ... Extension part, 36AW ... Anode region part, 36I ... I region (intrinsic semiconductor region), 36IW ... I region part, 36N ... Low concentration semiconductor region, 36K ... Cathode region, 37 ... Wiring, 38 ... Control gate, 39 ... Wiring 100 ... Liquid crystal display device 101 ... Video display screen unit 102 ... Front panel 1 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Filter glass, 111 ... Light emission part, 112 ... Display part, 113 ... Menu switch, 114 ... Shutter button, 121 ... Main body, 122 ... Keyboard, 123 ... Display part, 131 ... Main part, 132 ... Lens, 133 ... Start / Stop switch, 134 ... display unit, 141 ... upper housing, 142 ... lower housing, 143 ... connecting unit, 144 ... display, 145 ... sub-display, 146 ... picture light, 147 ... camera, 200 ... liquid crystal panel, 201 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... TFT array substrate 202 ... Color filter substrate 203 ... Liquid crystal layer 204 ... Color filter 300 ... Backlight 400 ... Data processing unit 401 ... Control unit 402 ... Position detection unit PA ... Effective display area PA1 ... pixel area, PA2 ... sensor area, CA ... peripheral area, PIX ... pixel, D ... photodiode

Claims (20)

画素が形成された画素領域と光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する基板と、
前記基板の一方面側から前記基板を照明する照明部と、
前記センサ領域に配置され、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、前記基板の他方面側から入射する光を受光する薄膜フォトダイオードと、
前記基板の前記一方面側に絶縁膜を介して前記薄膜フォトダイオードと対向して形成され、前記照明部から発せられた光が前記一方面側から前記薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される金属膜と
を有し、
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記N型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記P型半導体領域の幅と、前記P型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記N型半導体領域の幅が異なるように形成されている
表示装置。
A substrate having a pixel region in which a pixel is formed and a sensor region in which an optical sensor unit is formed;
An illumination unit that illuminates the substrate from one side of the substrate;
A thin film photodiode disposed in the sensor region, having at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region, and receiving light incident from the other surface side of the substrate;
It is formed on the one surface side of the substrate so as to face the thin film photodiode via an insulating film, and suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one surface side. And a metal film fixed at a predetermined potential,
In the thin film photodiode, a width of the P-type semiconductor region in a direction perpendicular to a direction connecting to the N-type semiconductor region, and a width of the N-type semiconductor region in a direction perpendicular to the direction connecting to the P-type semiconductor region Display devices that are formed differently.
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記一方面側あるいは前記他方面側から見たときの前記P型半導体領域と前記金属膜の重なり領域の面積が、前記N型半導体領域と前記金属膜の重なり領域の面積と異なる
請求項1に記載の表示装置。
In the thin film photodiode, the area of the overlapping region of the P-type semiconductor region and the metal film when viewed from the one surface side or the other surface side is the area of the overlapping region of the N-type semiconductor region and the metal film. The display device according to claim 1.
前記金属膜が前記N型半導体領域に接続されており、
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記N型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記P型半導体領域の幅が、前記P型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記N型半導体領域の幅より狭い
請求項1に記載の表示装置。
The metal film is connected to the N-type semiconductor region;
In the thin film photodiode, a width of the P-type semiconductor region in a direction perpendicular to a direction connecting to the N-type semiconductor region is a width of the N-type semiconductor region in a direction perpendicular to the direction connecting to the P-type semiconductor region. The display device according to claim 1, which is narrower.
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記一方面側あるいは前記他方面側から見たときの前記P型半導体領域と前記金属膜の重なり領域の面積が、前記N型半導体領域と前記金属膜の重なり領域の面積より小さい
請求項3に記載の表示装置。
In the thin film photodiode, the area of the overlapping region of the P-type semiconductor region and the metal film when viewed from the one surface side or the other surface side is the area of the overlapping region of the N-type semiconductor region and the metal film. The display device according to claim 3.
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記P型半導体領域の幅/前記N型半導体領域の幅の比R1が0.3≦R1<1の範囲である
請求項3に記載の表示装置。
4. The display device according to claim 3, wherein in the thin film photodiode, a ratio R1 of a width of the P-type semiconductor region / a width of the N-type semiconductor region is in a range of 0.3 ≦ R1 <1.
前記金属膜が前記P型半導体領域に接続されており、
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記N型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記P型半導体領域の幅が、前記P型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記N型半導体領域の幅より広い
請求項1に記載の表示装置。
The metal film is connected to the P-type semiconductor region;
In the thin film photodiode, a width of the P-type semiconductor region in a direction perpendicular to a direction connecting to the N-type semiconductor region is a width of the N-type semiconductor region in a direction perpendicular to the direction connecting to the P-type semiconductor region. The display device according to claim 1, which is wider.
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記一方面側あるいは前記他方面側から見たときの前記P型半導体領域と前記金属膜の重なり領域の面積が、前記N型半導体領域と前記金属膜の重なり領域の面積より大きい
請求項6に記載の表示装置。
In the thin film photodiode, the area of the overlapping region of the P-type semiconductor region and the metal film when viewed from the one surface side or the other surface side is the area of the overlapping region of the N-type semiconductor region and the metal film. The display device according to claim 6.
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記N型半導体領域の幅/前記P型半導体領域の幅の比R2が0.3≦R2<1の範囲である
請求項6に記載の表示装置。
The display device according to claim 6, wherein in the thin film photodiode, a ratio R2 of a width of the N-type semiconductor region / a width of the P-type semiconductor region is in a range of 0.3 ≦ R2 <1.
前記薄膜フォトダイオードが、前記N型半導体領域と前記P型半導体領域の間に真性半導体領域及び/または前記N型半導体領域と前記P型半導体領域より導電性不純物濃度が低い低濃度半導体領域を有する
請求項1に記載の表示装置。
The thin film photodiode has an intrinsic semiconductor region and / or a low concentration semiconductor region having a lower conductive impurity concentration than the N type semiconductor region and the P type semiconductor region between the N type semiconductor region and the P type semiconductor region. The display device according to claim 1.
前記薄膜フォトダイオードを構成する前記P型半導体領域及び前記N型半導体領域を含む半導体領域が、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは結晶シリコンから形成されている
請求項1に記載の表示装置。
The display device according to claim 1, wherein the semiconductor region including the P-type semiconductor region and the N-type semiconductor region constituting the thin film photodiode is formed of polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon, or crystalline silicon. .
前記照明部が非可視光を発光し、
前記薄膜フォトダイオードは、前記非可視光に感度をもつ
請求項1に記載の表示装置。
The illumination unit emits invisible light;
The display device according to claim 1, wherein the thin film photodiode has sensitivity to the invisible light.
前記P型半導体領域の前記N型半導体領域側の端部と前記金属膜の前記P型半導体領域側の端部の距離が、1.5μm以上3.0μm以下の範囲である
請求項1に記載の表示装置。
The distance between the end of the P-type semiconductor region on the N-type semiconductor region side and the end of the metal film on the P-type semiconductor region side is in a range of 1.5 μm or more and 3.0 μm or less. Display device.
前記N型半導体領域の前記P型半導体領域側の端部と前記金属膜の前記N型半導体領域側の端部の距離が、1.5μm以上3.0μm以下の範囲である
請求項1に記載の表示装置。
The distance between the end of the N-type semiconductor region on the P-type semiconductor region side and the end of the metal film on the N-type semiconductor region side is in a range of 1.5 μm or more and 3.0 μm or less. Display device.
画素が形成された画素領域と光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する基板と、
前記基板の一方面側から前記基板を照明する照明部と、
前記センサ領域に配置され、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、前記基板の他方面側から入射する光を受光する薄膜フォトダイオードと、
前記基板の前記一方面側に絶縁膜を介して前記薄膜フォトダイオードと対向して形成され、前記照明部から発せられた光が前記一方面側から前記薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される金属膜と
を有し、
前記薄膜フォトダイオード及び前記金属膜において、前記絶縁膜を介して対向する前記P型半導体領域と前記金属膜により構成される寄生容量の容量値が、前記絶縁膜を介して対向する前記N型半導体領域と前記金属膜により構成される寄生容量の容量値と異なる
表示装置。
A substrate having a pixel region in which a pixel is formed and a sensor region in which an optical sensor unit is formed;
An illumination unit that illuminates the substrate from one side of the substrate;
A thin film photodiode disposed in the sensor region, having at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region, and receiving light incident from the other surface side of the substrate;
It is formed on the one surface side of the substrate so as to face the thin film photodiode via an insulating film, and suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one surface side. And a metal film fixed at a predetermined potential,
In the thin film photodiode and the metal film, a capacitance value of a parasitic capacitance constituted by the P-type semiconductor region and the metal film facing each other through the insulating film is opposed to the N-type semiconductor through the insulating film. A display device having a capacitance value different from that of the parasitic capacitance formed by the region and the metal film.
画素が形成された画素領域と光センサ部が形成されたセンサ領域とを有する基板と、
前記基板の一方面側から前記基板を照明する照明部と、
前記センサ領域に配置され、少なくともP型半導体領域とN型半導体領域を有し、前記基板の他方面側から入射する光を受光する薄膜フォトダイオードと、
前記基板の前記一方面側に絶縁膜を介して前記薄膜フォトダイオードと対向して形成され、前記照明部から発せられた光が前記一方面側から前記薄膜フォトダイオードに直接入射するのを抑制し、所定の電位に固定される金属膜と
を有し、
前記薄膜フォトダイオードにおいて、一方面側あるいは他方面側から見たときの前記P型半導体領域と前記金属膜が重なる領域の面積が、前記N型半導体領域と前記金属膜の重なり領域の面積と異なる
表示装置。
A substrate having a pixel region in which a pixel is formed and a sensor region in which an optical sensor unit is formed;
An illumination unit that illuminates the substrate from one side of the substrate;
A thin film photodiode disposed in the sensor region, having at least a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region, and receiving light incident from the other surface side of the substrate;
It is formed on the one surface side of the substrate so as to face the thin film photodiode via an insulating film, and suppresses light emitted from the illumination unit from directly entering the thin film photodiode from the one surface side. And a metal film fixed at a predetermined potential,
In the thin film photodiode, the area of the region where the P-type semiconductor region and the metal film overlap when viewed from one side or the other side is different from the area of the overlapping region of the N-type semiconductor region and the metal film. Display device.
前記金属膜が、前記P型半導体領域と前記N型半導体領域のうち、前記絶縁膜を介して対向する前記金属膜との間に構成される寄生容量の容量値が大きいほうに接続されている
請求項14に記載の表示装置。
The metal film is connected to the P-type semiconductor region and the N-type semiconductor region having a larger capacitance value of parasitic capacitance formed between the metal film facing each other through the insulating film. The display device according to claim 14.
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記N型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記P型半導体領域の幅と、前記P型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記N型半導体領域の幅が異なるように形成されている
請求項15に記載の表示装置。
In the thin film photodiode, a width of the P-type semiconductor region in a direction perpendicular to a direction connecting to the N-type semiconductor region, and a width of the N-type semiconductor region in a direction perpendicular to the direction connecting to the P-type semiconductor region The display device according to claim 15, wherein the display devices are different from each other.
前記金属膜が前記N型半導体領域に接続されており、
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記N型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記P型半導体領域の幅が、前記P型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記N型半導体領域の幅より狭い
請求項16に記載の表示装置。
The metal film is connected to the N-type semiconductor region;
In the thin film photodiode, a width of the P-type semiconductor region in a direction perpendicular to a direction connecting to the N-type semiconductor region is a width of the N-type semiconductor region in a direction perpendicular to the direction connecting to the P-type semiconductor region. The display device according to claim 16, which is narrower.
前記金属膜が前記P型半導体領域に接続されており、
前記薄膜フォトダイオードにおいて、前記N型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記P型半導体領域の幅が、前記P型半導体領域に接続する方向に垂直な方向における前記N型半導体領域の幅より広い
請求項15に記載の表示装置。
The metal film is connected to the P-type semiconductor region;
In the thin film photodiode, a width of the P-type semiconductor region in a direction perpendicular to a direction connecting to the N-type semiconductor region is a width of the N-type semiconductor region in a direction perpendicular to the direction connecting to the P-type semiconductor region. The display device according to claim 15, which is wider.
前記薄膜フォトダイオードが、前記N型半導体領域と前記P型半導体領域の間に真性半導体領域及び/または前記N型半導体領域と前記P型半導体領域より導電性不純物濃度が低い低濃度半導体領域を有する
請求項15に記載の表示装置。
The thin film photodiode has an intrinsic semiconductor region and / or a low concentration semiconductor region having a lower conductive impurity concentration than the N type semiconductor region and the P type semiconductor region between the N type semiconductor region and the P type semiconductor region. The display device according to claim 15.
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