JP2011039806A - Display device - Google Patents

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JP2009186987A
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Atsushi Hasegawa
長谷川  篤
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Japan Display Inc
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Hitachi Displays Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce cost by not using a PIN type photodiode as a photosensor when installing the photosensor to a pixel, in a display panel using only single channel thin film transistors. <P>SOLUTION: A display device includes the display panel having a plurality of pixels, and at least one pixel of the plurality of pixels has the photosensor. The photosensor has a light reception part and a capacitance element, and has a light shield film shielding light emitted from the display panel on the opposite side of an observer side of the display panel of the light reception part. The light reception part is composed of an n type thin film transistor. In the photosensor, when Vg, Vs, and Vth respectively indicate a gate voltage, a source voltage, and a threshold voltage of the thin film transistor, an inverse bias voltage of Vg≤(Vth-2.0V+Vs) is inputted to a gate of the thin film transistor within a sensor light reception period, and a voltage of the capacitance element charged by a current flowing through the thin film transistor within the sensor light reception period is taken out as an output of the photosensor. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、表示装置に係わり、特に、光センサ内蔵の表示装置に関する。   The present invention relates to a display device, and more particularly to a display device with a built-in optical sensor.

光センサ方式タッチパネルは、抵抗膜方式と同じく、さわった、さわってないと言うような2階調のものから、光の強度によって、数十や数百階調と言うスキャナーに流用できるものまでの用途が考えられる。
また、センサ部の解像度についても画面上のアイコンとして触る部分のみに必要な数だけ配置する場合や、各画素(ドット)に配置される場合もある。
いずれにしても、光センサを、表示パネルに内蔵する場合は、表示に必要となる回路を、薄膜トランジスタで作成すると同時に、光センサも作成することが必要である。これにより抵抗膜方式とは異なり、薄型の表示パネルを実現することができる。
As with the resistive film system, the optical sensor type touch panel ranges from two touches that touch and not touch, to ones that can be used for scanners with tens or hundreds of tones depending on the light intensity. Possible uses.
In addition, the resolution of the sensor unit may be arranged in a necessary number only for a part touched as an icon on the screen, or may be arranged in each pixel (dot).
In any case, in the case where the optical sensor is built in the display panel, it is necessary to create a circuit necessary for display using a thin film transistor and also create an optical sensor. Thereby, unlike the resistive film method, a thin display panel can be realized.

図1は、従来の1画素に光センサが組み込まれた液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図1に示すように、従来の1画素に光センサが組み込まれた液晶表示パネルは、液晶用の走査線(ゲート線ともいう)GLと、映像線(ドレイン線、あるいはソース線ともいう)DLと、液晶用の薄膜トランジスタTr1と、保持容量素子Cの他に、光センサPSと、センサ制御線(複数の場合有り)PSLと、センサ出力線OUTを有する。センサ制御線PSLと、センサ出力線OUTは、液晶用の走査線GLや、映像線DLと共用することも可能な場合がある。
光センサPSの出力は、液晶表示パネル外に出力され、外部のドライバ(液晶データ制御IC等)DRVへ入力される。これにより、光センサPSの出力が、液晶データとして液晶表示パネル上に反映される。なお、図1、および後述する図11において、矢印FAは、液晶表示パネルの外側を示している。
図2は、図1に示す光センサが組み込まれた1画素の断面構造を示す模式断面図であり、図2(a)が、薄膜トランジスタTr1の断面構造を、図2(b)が光センサPSの断面構造を示す。
図2において、Sはソース、Gはゲート、Dはドレイン、SMは半導体層、Kはカソード、Aはアノードである。光センサPSは、例えば、PIN構造とされ、光に対する電流を発生する。また、バックライトからの光が入射されないように、光センサPSの下側には遮光膜BPSが設けられる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a conventional liquid crystal display panel in which a photosensor is incorporated in one pixel.
As shown in FIG. 1, a conventional liquid crystal display panel in which an optical sensor is incorporated in one pixel includes a liquid crystal scanning line (also referred to as a gate line) GL and a video line (also referred to as a drain line or a source line) DL. In addition to the liquid crystal thin film transistor Tr1 and the storage capacitor element C, the optical sensor PS, the sensor control line (multiple cases) PSL, and the sensor output line OUT are included. In some cases, the sensor control line PSL and the sensor output line OUT can be shared with the scanning line GL for liquid crystal and the video line DL.
The output of the optical sensor PS is output outside the liquid crystal display panel and input to an external driver (liquid crystal data control IC or the like) DRV. Thereby, the output of the optical sensor PS is reflected on the liquid crystal display panel as liquid crystal data. In FIG. 1 and FIG. 11 described later, an arrow FA indicates the outside of the liquid crystal display panel.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the cross-sectional structure of one pixel in which the photosensor shown in FIG. 1 is incorporated. FIG. 2A shows the cross-sectional structure of the thin film transistor Tr1, and FIG. 2B shows the photosensor PS. The cross-sectional structure of is shown.
In FIG. 2, S is a source, G is a gate, D is a drain, SM is a semiconductor layer, K is a cathode, and A is an anode. The optical sensor PS has a PIN structure, for example, and generates a current for light. Further, a light shielding film BPS is provided on the lower side of the optical sensor PS so that light from the backlight is not incident.

図3は、光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図3に示す光センサPSは、PIN型ホトダイオードD1と、PIN型ホトダイオードD1の電流を電圧に変換する容量素子C1と、読み出し回路の薄膜トランジスタ(Tr2,Tr3)とで構成される。なお、薄膜トランジスタTr3ついては、共用として使うため1垂直読み出しラインに1つの構成となる。また、CLK1,CLK2はクロック線、Vbはバイアス線、SGVDは基準電圧線である。
図3の光センサ部及び読み出し回路部を抜き出すと図4の通りとなる。図4に示すように、Tr2とTr3の薄膜トランジスタは、ソースホロア回路を構成しており、容量素子C1の光に対する電圧変化をインピーダンス変換して、センサ出力SOUTとして出力している。
また、図3に示す回路では、液晶用の走査線GLや、映像線DLを共用していないため、光センサの動作は、液晶の表示と非同期で行う事ができる。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a liquid crystal display panel in which pixels in which photosensors are incorporated are arranged in an array.
The photosensor PS shown in FIG. 3 includes a PIN photodiode D1, a capacitive element C1 that converts the current of the PIN photodiode D1 into a voltage, and thin film transistors (Tr2, Tr3) of a readout circuit. Note that the thin film transistor Tr3 has one configuration for one vertical read line because it is used as a common use. CLK1 and CLK2 are clock lines, Vb is a bias line, and SGVD is a reference voltage line.
3 is extracted as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the thin film transistors Tr2 and Tr3 form a source follower circuit, which impedance-converts a voltage change with respect to the light of the capacitive element C1 and outputs it as a sensor output SOUT.
In the circuit shown in FIG. 3, since the liquid crystal scanning line GL and the video line DL are not shared, the operation of the optical sensor can be performed asynchronously with the liquid crystal display.

図5は、図4に示す回路のタイミングチャートである、以下、図5を用いて、図4に示す回路の動作について説明する。
始めに、クロック線CLK2の電圧をHighレベル(以下、Hレベル)にして、容量素子C1に電荷を蓄積する。そして、クロック線CLK2の電圧がLowレベル(以下、Lレベル)となった時点から、光センサの動作(受光によるセンス)が開始する。
PIN型ホトダイオードD1に光が照射されることにより、容量素子C1に蓄積された電荷が、クロック線CLK2へはき出され、結果として容量素子C1の電圧Voが下がる。これが、センサ動作時間により積分されて、照射光の変化が容量素子C1の電圧Voとして出力される。
次に、クロック線CLK1がHレベルの電圧となった時に、Tr2とTr3の薄膜トランジスタで構成されるソースホロア回路が動作を開始し、その時の容量素子C1の電圧Voがソースホロア回路を介してセンサ出力SOUTとなる。
よって、クロック線CLK2の電圧がLレベルとなってから、クロック線CLK1がHレベルとなる時点までがセンサ受光時間となる。
なお、図5の容量素子C1の電圧Vo、センサ出力SOUTの波線は、光が照射されない暗状態の時の出力となり、この差が照射光に対する電圧変化となる。
FIG. 5 is a timing chart of the circuit shown in FIG. 4. Hereinafter, the operation of the circuit shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
First, the voltage of the clock line CLK2 is set to a high level (hereinafter referred to as H level), and charges are accumulated in the capacitor C1. Then, the operation of the optical sensor (sense by light reception) starts from the time when the voltage of the clock line CLK2 becomes low level (hereinafter referred to as L level).
By irradiating the PIN photodiode D1 with light, the charge accumulated in the capacitor C1 is expelled to the clock line CLK2, and as a result, the voltage Vo of the capacitor C1 decreases. This is integrated by the sensor operating time, and the change in irradiation light is output as the voltage Vo of the capacitive element C1.
Next, when the clock line CLK1 becomes the H level voltage, the source follower circuit configured by the thin film transistors Tr2 and Tr3 starts to operate, and the voltage Vo of the capacitive element C1 at that time is supplied to the sensor output SOUT via the source follower circuit. It becomes.
Therefore, the sensor light receiving time is from the time when the voltage of the clock line CLK2 becomes L level to the time when the clock line CLK1 becomes H level.
Note that the wavy lines of the voltage Vo of the capacitive element C1 and the sensor output SOUT in FIG. 5 are outputs in a dark state where no light is irradiated, and this difference is a voltage change with respect to the irradiated light.

特開2008−300630号公報JP 2008-300530 A

液晶表示パネルにおいて、各画素の画素トランジスタ、あるいは、周辺回路のトランジスタとして、基板上に一体に形成される薄膜トランジスタ、即ち、半導体層として多結晶シリコン(ポリシリコン)層を用いる薄膜トランジスタ(以下、ポリシコン薄膜トランジスタという)を使用することが知られている。
一方、図2に示すように、従来の光センサ内蔵パネルは、PIN型ホトダイオードを使用する。
そのため、各画素の画素トランジスタ、あるいは、周辺回路のトランジスタとして、単チャンネル、例えば、n型ポリシコン薄膜トランジスタのみを使用する液晶表示パネルにいて、PIN型ホトダイオードを内蔵する場合には、コストアップとなるという問題点があった。
即ち、PIN型ホトダイオードのP層を作成するためには、『ホト(露光)』及び『インプラ』工程が必須となるが、各画素の画素トランジスタ、あるいは、周辺回路のトランジスタとして、単チャンネル、例えば、n型のポリシコン薄膜トランジスタのみを使用する液晶表示パネルでは、PIN型ダイオードを作成するために、新たに『ホト(露光)』及び『インプラ』工程を追加する必要があり、結果としてコストアップとなる。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、単チャンネル薄膜トランジスタのみを使用する表示パネルにおいて、画素に光センサを組み込む場合に、光センサとしてPIN型ホトダイオードを使用せずに、コストを低減することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
In a liquid crystal display panel, as a pixel transistor of each pixel or a transistor of a peripheral circuit, a thin film transistor integrally formed on a substrate, that is, a thin film transistor using a polycrystalline silicon (polysilicon) layer as a semiconductor layer (hereinafter referred to as a polysilicon thin film transistor). Is known to use).
On the other hand, as shown in FIG. 2, a conventional photosensor built-in panel uses a PIN photodiode.
Therefore, if a liquid crystal display panel that uses only a single channel, for example, an n-type polysilicon thin film transistor, as a pixel transistor of each pixel or a peripheral circuit transistor, and a PIN photodiode is incorporated, the cost is increased. There was a problem.
That is, in order to create a P layer of a PIN type photodiode, “photo (exposure)” and “implantation” processes are essential. However, as a pixel transistor of each pixel or a transistor of a peripheral circuit, a single channel, for example, In a liquid crystal display panel using only an n-type polysilicon thin film transistor, it is necessary to newly add “photo (exposure)” and “implant” processes in order to create a PIN diode, resulting in an increase in cost. .
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an optical sensor for a display panel that uses only a single-channel thin film transistor, when the optical sensor is incorporated into a pixel. An object of the present invention is to provide a technique that can reduce the cost without using a PIN photodiode.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、前記光センサは、受光部と、容量素子とを有し、前記受光部は、n型の薄膜トランジスタで構成され、Vg、Vs、Vthを、それぞれ前記薄膜トランジスタのゲート電圧、ソース電圧、しきい値電圧とするとき、センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのゲートに、Vg<(Vth+Vs)の逆バイアス電圧(望ましくはVg≦(Vth−2.0V+Vs)の逆バイアス電圧)を入力し、前記センサ受光期間内に前記薄膜トランジスタを流れる電流により充電された前記容量素子の電圧を、前記光センサの出力として取り出す。
(2)(1)において、Vdを、前記薄膜トランジスタのドレイン電圧とするとき、センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのドレインに、(Vs+Vth+1.0V)≦Vd≦(15.0V+Vs)の電圧を入力する。
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1) A display device having a display panel having a plurality of pixels, at least one of the plurality of pixels having a photosensor, wherein the photosensor has a light receiving portion and a capacitive element. The light receiving portion is formed of an n-type thin film transistor, and when Vg, Vs, and Vth are respectively set to a gate voltage, a source voltage, and a threshold voltage of the thin film transistor, the gate of the thin film transistor is received within a sensor light receiving period. Is input with a reverse bias voltage of Vg <(Vth + Vs) (preferably a reverse bias voltage of Vg ≦ (Vth−2.0V + Vs)), and is charged by the current flowing through the thin film transistor during the sensor light receiving period. Is taken out as an output of the photosensor.
(2) When Vd is the drain voltage of the thin film transistor in (1), a voltage of (Vs + Vth + 1.0V) ≦ Vd ≦ (15.0V + Vs) is input to the drain of the thin film transistor within the sensor light receiving period. .

(3)複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、前記光センサは、受光部と、容量素子とを有し、前記受光部は、p型の薄膜トランジスタで構成され、Vg、Vs、Vthを、それぞれ前記薄膜トランジスタのゲート電圧、ソース電圧、しきい値電圧とするとき、センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのゲートに、(Vth+Vs)<Vgの逆バイアス電圧(望ましくは(Vth+2.0V+Vs)≦Vgの逆バイアス電圧)を入力し、前記センサ受光期間内に前記薄膜トランジスタを流れる電流により充電された前記容量素子の電圧を、前記光センサの出力として取り出す。
(4)(3)において、Vdを、前記薄膜トランジスタのドレイン電圧とするとき、センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのドレインに、(Vs−15.0V)≦Vd≦(Vs+Vth−1.0V)の電圧を入力する。
(5)(1)乃至(4)の何れかにおいて、前記センサ受光期間経過後で前記光センサの出力を取り出した後に、前記薄膜トランジスタをオンとして、前記容量素子に充電された電圧をリセットする。
(6)(1)乃至(5)の何れかにおいて、前記表示パネルは、各画素に走査電圧を入力する走査線を有し、前記薄膜トランジスタのゲートは、前記走査線に接続される。
(3) A display device having a display panel having a plurality of pixels, wherein at least one of the plurality of pixels has a photosensor, and the photosensor has a light receiving portion and a capacitive element. The light receiving unit is composed of a p-type thin film transistor, and when Vg, Vs, and Vth are set to the gate voltage, the source voltage, and the threshold voltage of the thin film transistor, respectively, the gate of the thin film transistor is received within the sensor light receiving period. Is input with a reverse bias voltage of (Vth + Vs) <Vg (preferably a reverse bias voltage of (Vth + 2.0V + Vs) ≦ Vg), and the voltage of the capacitor element charged by the current flowing through the thin film transistor within the sensor light receiving period Is taken out as an output of the optical sensor.
(4) When Vd is the drain voltage of the thin film transistor in (3), (Vs-15.0V) ≦ Vd ≦ (Vs + Vth−1.0V) is applied to the drain of the thin film transistor within the sensor light receiving period. Input the voltage.
(5) In any one of (1) to (4), after the output of the photosensor is taken out after the sensor light receiving period has elapsed, the thin film transistor is turned on to reset the voltage charged in the capacitor.
(6) In any one of (1) to (5), the display panel includes a scanning line for inputting a scanning voltage to each pixel, and a gate of the thin film transistor is connected to the scanning line.

(7)複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、前記光センサは、受光部と、容量素子とを有し、前記受光部は、ダイオード接続された薄膜トランジスタで構成され、Vthを、それぞれ前記薄膜トランジスタのしきい値電圧とするとき、前記薄膜トランジスタの閾値電圧の絶対値は、2.0V≦|Vth|を満足し、前記センサ受光期間内に前記薄膜トランジスタを流れる電流により放電された前記容量素子の電圧を、前記光センサの出力として取り出す。
(8)(7)において、前記センサ受光期間経過後で前記光センサの出力を取り出した後に、前記容量素子を所定の電圧に充電する。
(9)(1)乃至(8)の何れかにおいて、前記表示パネルは、前記光センサの出力を取り出す出力線を有し、前記センサ受光期間経過後に、前記出力線から前記光センサの出力を取り出す。
(7) A display device having a display panel having a plurality of pixels, wherein at least one of the plurality of pixels has a photosensor, and the photosensor has a light receiving portion and a capacitor. The light receiving unit is formed of a diode-connected thin film transistor, and when Vth is a threshold voltage of the thin film transistor, an absolute value of the threshold voltage of the thin film transistor satisfies 2.0 V ≦ | Vth | Then, the voltage of the capacitive element discharged by the current flowing through the thin film transistor within the sensor light receiving period is taken out as the output of the photosensor.
(8) In (7), after taking out the output of the photosensor after the sensor light receiving period has elapsed, the capacitive element is charged to a predetermined voltage.
(9) In any one of (1) to (8), the display panel has an output line for extracting the output of the photosensor, and the output of the photosensor is output from the output line after the sensor light receiving period has elapsed. Take out.

(10)(9)において、前記容量素子の電圧が入力されるソースホロワ回路を有し、前記光センサの出力を、前記ソースホロワ回路を介して前記出力線に出力する。
(11)(9)または(10)において、前記少なくとも1つの画素は、複数のサブピクセルを有し、前記表示パネルは、前記サブピクセルに映像電圧を入力する映像線を有し、前記映像線は、前記出力線を兼用する。
(12)(1)乃至(11)の何れかにおいて、前記薄膜トランジスタは、半導体層が多結晶シリコン層から成る薄膜トランジスタである。
(13)(1)乃至(12)の何れかにおいて、前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、前記液晶表示パネルは、バックライトから出射するバックライト光が照射され、前記受光部は、前記バックライト光を遮光する遮光膜を有する。
(10) In (9), a source follower circuit to which the voltage of the capacitive element is input is provided, and the output of the photosensor is output to the output line via the source follower circuit.
(11) In (9) or (10), the at least one pixel has a plurality of subpixels, and the display panel has a video line for inputting a video voltage to the subpixel, and the video line Also serves as the output line.
(12) In any one of (1) to (11), the thin film transistor is a thin film transistor whose semiconductor layer is a polycrystalline silicon layer.
(13) In any one of (1) to (12), the display panel is a liquid crystal display panel, the liquid crystal display panel is irradiated with backlight light emitted from a backlight, and the light receiving unit is A light shielding film for shielding backlight light is included.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、単チャンネル薄膜トランジスタのみを使用する表示パネルにおいて、画素に光センサを組み込む場合に、光センサとしてPIN型ホトダイオードを使用する必要がないので、コストを低減することが可能となる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, when a photosensor is incorporated in a pixel in a display panel that uses only a single channel thin film transistor, it is not necessary to use a PIN photodiode as the photosensor, so that the cost can be reduced.

従来の1画素に光センサが組み込まれた液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the liquid crystal display panel by which the photosensor was integrated in the conventional 1 pixel. 図1に示す光センサが組み込まれた1画素の断面構造を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the cross-section of 1 pixel incorporating the photosensor shown in FIG. 光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the liquid crystal display panel which has arrange | positioned the pixel incorporating an optical sensor in the array form. 図3に示す光センサ部及び読み出し回路部を抜き出して示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing the optical sensor unit and the readout circuit unit shown in FIG. 3 in an extracted manner. 図4に示す回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 4. 通常のn型ポリシコン薄膜トランジスタのドレイン電流(Id)とゲート電圧(Vg)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the drain current (Id) and gate voltage (Vg) of a normal n-type polysilicon thin film transistor. n型ポリシコン薄膜トランジスタへの光の照射方法の一例を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating an example of the irradiation method of the light to an n-type polysilicon thin-film transistor. 光照射有無及びドレイン電圧(Vd)を変えて測定した、通常のn型ポリシコン薄膜トランジスタのドレイン電流(Id)とゲート電圧(Vg)との関係、および、ドレイン電流(Id)とドレイン電圧(Vd)との関係を示すグラフである。The relationship between the drain current (Id) and the gate voltage (Vg) of a normal n-type polysilicon thin film transistor and the drain current (Id) and the drain voltage (Vd) measured by changing the presence or absence of light irradiation and the drain voltage (Vd). It is a graph which shows the relationship. 本発明の実施例の光センサ回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the optical sensor circuit of the Example of this invention. 図9に示す光センサ回路のタイミングチャートである。10 is a timing chart of the photosensor circuit shown in FIG. 9. 図9に示す光センサ回路が組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a liquid crystal display panel in which pixels in which the photosensor circuit shown in FIG. 図11に示す光センサ回路のタイミングチャートである。12 is a timing chart of the photosensor circuit shown in FIG. 11. 本発明の実施例の液晶表示パネルの効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the liquid crystal display panel of the Example of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
[本発明の原理]
前述したように、本明細書では、半導体層として多結晶シリコン(ポリシリコン)層を用いる薄膜トランジスタを、ポリシコン薄膜トランジスタと称する。
図6は、通常のn型ポリシコン薄膜トランジスタのドレイン電流(Id)とゲート電圧(Vg)との関係を示すグラフである。
n型ポリシコン薄膜トランジスタは、ゲートに逆バイアス電圧を入力した状態において、外部から光を与えると、図6のA部が光量によって変化する。例えば、トップゲートなら図7の様に照射する。なお、図7において、BPSは、バックライトから入射される光を遮断する遮光膜である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
[Principle of the present invention]
As described above, in this specification, a thin film transistor using a polycrystalline silicon (polysilicon) layer as a semiconductor layer is referred to as a polysilicon thin film transistor.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the drain current (Id) and the gate voltage (Vg) of a normal n-type polysilicon thin film transistor.
In the n-type polysilicon thin film transistor, when light is applied from the outside in a state where a reverse bias voltage is input to the gate, the portion A in FIG. 6 changes depending on the amount of light. For example, the top gate is irradiated as shown in FIG. In FIG. 7, BPS is a light shielding film that blocks light incident from the backlight.

実際に図6のA部について、光照射有無(照度はおよそ1000lx)及びドレイン電圧(Vd)を変えて(Vd=1,2,3,4,5,6V)、測定したグラフを図8(a)と図8(b)に示す。
図8(a)は、ドレイン電圧(Vd)は4.0V固定(Vd=4.0V)とし、ゲート電圧(Vg)を変化させた場合のグラフである。ドレイン電流(Id)は、光を照射した状態と、照射しない状態(暗状態)を図示している。
図8(b)は、ゲート電圧(Vg)を、−5.0固定(Vg=−5.0V)とし、ドレイン電圧(Vd)を変化させた状態である。ドレイン電流(Id)は、光を照射した状態のみを図示している。
図8に示すn型ポリシコン薄膜トランジスタは、後述する通常のNMOSプロセスにより作成された薄膜トランジスタであり、光照射により、ドレイン電流(Id)が変化する。あるいは、n型ポリシコン薄膜トランジスタのオフ抵抗(ゲート電圧Vg=負での抵抗値)が低下する。
本発明では、この変化を、光センサとして利用する。即ち、本発明では、図8(a)と図8(b)から、ドレイン電圧(Vd)と、ゲート電圧(Vg)を以下のように設定する。
Actually, with respect to the portion A in FIG. 6, the presence or absence of light irradiation (illuminance is about 1000 lx) and the drain voltage (Vd) are changed (Vd = 1, 2, 3, 4, 5, 6 V), and the measured graph is shown in FIG. It is shown in a) and FIG.
FIG. 8A is a graph when the drain voltage (Vd) is fixed to 4.0 V (Vd = 4.0 V) and the gate voltage (Vg) is changed. The drain current (Id) shows a state in which light is irradiated and a state in which light is not irradiated (dark state).
FIG. 8B shows a state in which the gate voltage (Vg) is fixed at −5.0 (Vg = −5.0 V) and the drain voltage (Vd) is changed. The drain current (Id) is shown only in a state where light is irradiated.
The n-type polysilicon thin film transistor shown in FIG. 8 is a thin film transistor formed by a normal NMOS process described later, and the drain current (Id) changes due to light irradiation. Alternatively, the off-resistance (gate voltage Vg = negative resistance value) of the n-type polysilicon thin film transistor is lowered.
In the present invention, this change is used as an optical sensor. That is, in the present invention, the drain voltage (Vd) and the gate voltage (Vg) are set as follows from FIGS. 8 (a) and 8 (b).

(1)ゲート電圧(Vg)
図8(a)のB及びCの部分は、電流値が高くなる傾向である。これは、ゲート電圧(Vg)が、n型ポリシコン薄膜トランジスタの閾値電圧(Vth)に近づいたことが原因と考えられる。閾値電圧(Vth)を、1E−10A時の、ゲート電圧(Vg)と規定すれば、図8(a)では図示されていないが、閾値電圧(Vth)は、およそ0.5〜1V程度とである。
図8(a)から分かるように、Vg≦−1.5Vとすると、ドレイン電流(Id)は、ゲート電圧(Vg)に影響されず一定となる。即ち、ゲート電圧が0V(Vg=0V)では、ゲート下の障壁を乗り越える電子が有り、これが受光による明/案比(S/N比)を悪くさせているが、ゲート電圧(Vg)をより負の電圧に固定することにより、ソースから乗り越える電子を押さえられるので、ドレイン電流(Id)は、ゲート電圧(Vg)に影響されず一定となる。
このことは、n型ポリシコン薄膜トランジスタの閾値電圧(Vth)が、製作プロセス(寸法・膜厚・膜質等)によりばらついても、ゲート電圧(Vg)に大きな逆バイアス電圧(負の電圧)を入力することにより、光によるドレイン電流(Id)に影響を与えないことを意味する。
よって、本発明では、ゲート電圧(Vg)を下記(1)式のように規定する。
Vg(V)≦Vth−2.0+Vs ・・・・・・・・・・・・ (1)
ここで、Vsは、n型ポリシコン薄膜トランジスタのソース電圧であり、Vs=0Vの場合、(1)式は、(2)式となる。
Vg(V)≦Vth−2.0 ・・・・・・・・・・・・・・・ (2)
(1) Gate voltage (Vg)
The portions B and C in FIG. 8A tend to increase the current value. This is probably because the gate voltage (Vg) approaches the threshold voltage (Vth) of the n-type polysilicon thin film transistor. If the threshold voltage (Vth) is defined as the gate voltage (Vg) at 1E-10A, the threshold voltage (Vth) is about 0.5 to 1 V, although not shown in FIG. It is.
As can be seen from FIG. 8A, when Vg ≦ −1.5 V, the drain current (Id) is constant without being influenced by the gate voltage (Vg). That is, when the gate voltage is 0 V (Vg = 0 V), there are electrons that cross the barrier under the gate, which deteriorates the light / plan ratio (S / N ratio) due to light reception, but the gate voltage (Vg) is further increased. By fixing to a negative voltage, the electrons that get over from the source can be suppressed, so that the drain current (Id) becomes constant without being influenced by the gate voltage (Vg).
This means that even if the threshold voltage (Vth) of the n-type polysilicon thin film transistor varies depending on the manufacturing process (size, film thickness, film quality, etc.), a large reverse bias voltage (negative voltage) is input to the gate voltage (Vg). This means that the drain current (Id) due to light is not affected.
Therefore, in the present invention, the gate voltage (Vg) is defined as the following equation (1).
Vg (V) ≦ Vth−2.0 + Vs (1)
Here, Vs is the source voltage of the n-type polysilicon thin film transistor, and when Vs = 0 V, equation (1) becomes equation (2).
Vg (V) ≦ Vth−2.0 (2)

(2)ドレイン電圧(Vd)
図8(b)から分かるように、光照射有無にかかわらず、ドレイン電圧(Vd)を変化させてもドレイン電流(Id)の変化が小さい。これは実際の製品としたときに、意図しないドレイン電圧(Vd)の変化に対して感度が変わらないことを意味している。
よって、ドレイン電圧(Vd)は、n型ポリシコン薄膜トランジスタの閾値電圧(Vth)に対して大きければ良いが、n型ポリシコン薄膜トランジスタへのストレスを考慮して、本発明では、ドレイン電圧(Vd)を下記(3)式のように規定する。
Vth+1.0V+Vs≦Vd(V)≦15V+Vs ・・・・・・・ (3)
また、Vs=0Vの場合、(3)式は、(4)式となる。
Vth+1.0≦Vd(V)≦15V ・・・・・・・・・・・・・ (4)
(2) Drain voltage (Vd)
As can be seen from FIG. 8B, the change in the drain current (Id) is small even if the drain voltage (Vd) is changed regardless of the presence or absence of light irradiation. This means that the sensitivity does not change with respect to an unintended change in drain voltage (Vd) when an actual product is used.
Therefore, the drain voltage (Vd) may be larger than the threshold voltage (Vth) of the n-type polysilicon thin film transistor. However, in consideration of the stress on the n-type polysilicon thin film transistor, in the present invention, the drain voltage (Vd) is (3) It prescribes like a formula.
Vth + 1.0V + Vs ≦ Vd (V) ≦ 15V + Vs (3)
Further, when Vs = 0V, the expression (3) becomes the expression (4).
Vth + 1.0 ≦ Vd (V) ≦ 15V (4)

[実施例1]
図9は、本発明の実施例の光センサ回路を示す回路図である。本実施例の光センサ回路は、PINダイオードの替わりに、n型ポリシコン薄膜トランジスタを使用する光回路である。
回路的には、図4に示すPIN型ホトダイオード(D1)に代えて、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)を入れ替えただけであるが、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)のゲート電圧(Vg)は外部から入力する必要がある。
本実施例では、光によるドレイン電流を、容量素子C1を使用して電圧変換を行った後、ソースホロアで読み出す実施例であるが、読み出す方法は、これに限ったものではく、その他公知例を使用することも可能である。
図10は、本実施例の光センサ回路のタイミングチャートである。以下、図10を用いて、本実施例の光センサ回路の動作について説明する。
[t1]
容量素子C1を初期状態の基準電圧(GND)とするため、クロック線CLK2を基準電圧(GND;Lレベル)に、かつ、ゲート電圧(Vg)をVSとする。これにより、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)がオンし、容量素子C1の電圧(Vo)は、基準電圧(GND)となる。
[Example 1]
FIG. 9 is a circuit diagram showing an optical sensor circuit according to an embodiment of the present invention. The optical sensor circuit of this embodiment is an optical circuit that uses an n-type polysilicon thin film transistor instead of a PIN diode.
In terms of circuit, only the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) is replaced in place of the PIN photodiode (D1) shown in FIG. 4, but the gate voltage (Vg) of the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) is externally applied. Must be entered.
In this embodiment, the drain current caused by light is voltage converted using the capacitive element C1 and then read by the source follower. However, the reading method is not limited to this, and other known examples are also used. It is also possible to use it.
FIG. 10 is a timing chart of the photosensor circuit of this embodiment. Hereinafter, the operation of the photosensor circuit of this embodiment will be described with reference to FIG.
[T1]
In order to set the capacitor C1 to the reference voltage (GND) in the initial state, the clock line CLK2 is set to the reference voltage (GND; L level) and the gate voltage (Vg) is set to VS. Accordingly, the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) is turned on, and the voltage (Vo) of the capacitive element C1 becomes the reference voltage (GND).

[t2]
クロック線CLK2がVd(Hレベル)となり、かつ、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)のゲートに逆バイアス電圧が入力されるので、容量素子C1は基準電圧(GND)を保持する。なお、Vdの電圧は、前述の(4)式の条件とする。ゲート電圧(Vg)は、基準電圧(GND)より負のVLの電圧とする。VLの電圧は、前述の(2)式の条件とする。
この時点からセンサ受光期間となり、光照射により、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)には、リーク電流が流れる。このリーク電流によって、容量素子C1に電荷が蓄積され、Voの電圧が発生する。
[t3]
クロック線CLK1をVDの電圧することにより、Tr2とTr3の薄膜トランジスタから構成されるソースホロアが起動し、Voの電圧を出力として読み出す。
[T2]
Since the clock line CLK2 becomes Vd (H level) and the reverse bias voltage is input to the gate of the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS), the capacitive element C1 holds the reference voltage (GND). Note that the voltage of Vd is the condition of the above-described equation (4). The gate voltage (Vg) is a voltage VL that is more negative than the reference voltage (GND). The voltage of VL is the condition of the above-mentioned formula (2).
From this point of time, the sensor light receiving period is started, and a leak current flows through the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) due to light irradiation. Due to this leakage current, charges are accumulated in the capacitive element C1, and a voltage of Vo is generated.
[T3]
When the clock line CLK1 is set to the voltage VD, the source follower including the thin film transistors Tr2 and Tr3 is activated, and the voltage Vo is read as an output.

図11は、図9に示す光センサ回路が組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図11に示す液晶表示パネルにおいて、GLは液晶用の走査線(ゲート線ともいう)、DLは映像線(ドレイン線、あるいはソース線ともいう)、Tr1は液晶用の薄膜トランジスタ、Cは保持容量素子である。
また、1画素内の光センサ回路は、前述したn型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)を有し、このn型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)を駆動するために、CLK1,CLK2のクロック線と、SGNDの基準電圧線が設けられる。
但し、図11に示す回路では、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)のゲートにゲート電圧Vgを入力する信号線を、液晶書き込みの薄膜トランジスタ(Tr1)用の走査線GLと共用している。
通常、PIN型ホトダイオード(D1)に代えて、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)を使用することにより、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)のゲートにゲート電圧(Vg)を入力するための信号線が必要となるので、画素内の回路面積が増化し、開口率が低下する。
しかしながら、図11に示す液晶表示パネルでは、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)のゲートにゲート電圧Vgを入力する信号線を、液晶書き込みの薄膜トランジスタ(Tr1)用の走査線GLと共用しているため、画素内の回路面積が増化し、開口率が低下するのを最小限に押さえることができる。
FIG. 11 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a liquid crystal display panel in which pixels incorporating the photosensor circuit shown in FIG. 9 are arranged in an array.
In the liquid crystal display panel shown in FIG. 11, GL is a scanning line for liquid crystal (also referred to as a gate line), DL is a video line (also referred to as a drain line or a source line), Tr1 is a thin film transistor for liquid crystal, and C is a storage capacitor element. It is.
The photosensor circuit in one pixel has the above-described n-type polysilicon thin film transistor (NMOS). In order to drive the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS), a clock line of CLK1 and CLK2, and a reference voltage of SGND A line is provided.
However, in the circuit shown in FIG. 11, the signal line for inputting the gate voltage Vg to the gate of the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) is shared with the scanning line GL for the liquid crystal writing thin film transistor (Tr1).
Normally, a signal line for inputting a gate voltage (Vg) to the gate of the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) is required by using an n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) instead of the PIN photodiode (D1). As a result, the circuit area in the pixel increases and the aperture ratio decreases.
However, in the liquid crystal display panel shown in FIG. 11, the signal line for inputting the gate voltage Vg to the gate of the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) is shared with the scanning line GL for the liquid crystal writing thin film transistor (Tr1). It is possible to minimize the increase in the circuit area in the pixel and the decrease in the aperture ratio.

図12は、図11に示す光センサ回路のタイミングチャートである。以下、図12を用いて、図11に示す光センサ回路の動作について説明する。
通常の液晶表示パネルでは、「映像電圧は、0〜5V程度の電圧」、「液晶書き込み用の薄膜トランジスタTr1のゲートに接続される走査線GLの電圧は、−1.5〜10V程度の電圧」である。
走査線GLのLレベル側の電圧が0Vより低いのは、選択されていない画素の薄膜トランジスタTr1を介して、選択されていない画素に他の画素用の映像電圧が書き込まれるのを防止するために、選択されていない薄膜トランジスタTr1を確実にオフにすることを目的として、意図的に0Vより低い負側の電圧としている。
よって、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)用のドレイン電圧(Vd)、即ち、クロック線CLK2の電圧を、0〜4Vの振幅の電圧とすれば良いこととなる。
例えば、一例として、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)の閾値電圧(Vth)が0.5V(Vth=0.5V)であれば、図12に示すように、『Vg=10.5V,Vd=0V』で容量素子C1を0Vにリセットし、『Vg=−1.5V、Vd=4V』で、センサ受光期間に光を受光することができる。
これは、前述の(1)式、(3)式を満たした動作となる。
FIG. 12 is a timing chart of the photosensor circuit shown in FIG. Hereinafter, the operation of the photosensor circuit shown in FIG. 11 will be described with reference to FIG.
In a normal liquid crystal display panel, “the video voltage is about 0 to 5 V”, “the voltage of the scanning line GL connected to the gate of the thin film transistor Tr1 for writing liquid crystal is about −1.5 to 10 V” It is.
The reason why the voltage on the L level side of the scanning line GL is lower than 0 V is to prevent the video voltage for other pixels from being written to the unselected pixel via the thin film transistor Tr1 of the unselected pixel. The negative voltage lower than 0V is intentionally set for the purpose of surely turning off the unselected thin film transistor Tr1.
Therefore, the drain voltage (Vd) for the n-type polysilicon thin film transistor (NMOS), that is, the voltage of the clock line CLK2 may be a voltage having an amplitude of 0 to 4V.
For example, as an example, if the threshold voltage (Vth) of an n-type polysilicon thin film transistor (NMOS) is 0.5 V (Vth = 0.5 V), as shown in FIG. 12, “Vg = 10.5 V, Vd = 0 V The capacitor C1 is reset to 0V, and light can be received during the sensor light receiving period with “Vg = −1.5V, Vd = 4V”.
This is an operation satisfying the above-described equations (1) and (3).

図13は、本実施例の液晶表示パネルの効果を説明するための図である。以下、図13を用いて、本実施例の液晶表示パネルの効果について説明する。
図13(a)は、n型ポリシコン薄膜トランジスタ(NMOS)の標準プロセスフロー(ゲート工程抜粋)を示し、図13(b)は、図13(a)に示す標準プロセスにPIN型ホトダイオード(D1)の作成プロセルを付加したホトダイオード(PIN)のプロセスフロー(ゲート工程抜粋)を示す図である。
図13の手順に沿って以下説明する。
(A)手順(1)
図13(a)のプロセスの手順(1)では、半導体層であるポリシリコン(SM)形成/加工、レジスト(RG)除去、ゲート酸化膜(GI)形成、N閾値イオン注入(矢印YA)が実行される。
図13(b)のプロセスの手順(1)では、ポリシリコン(SM)形成/加工、レジスト(RG)除去、ゲート酸化膜(GI)形成、N閾値露光、N閾値イオン注入(矢印YA)、レジスト(RG)除去が実行される。
このように、手順(1)において、図13(b)に示すホトダイオード(PIN)のプロセスでは、『N閾値露光』と『レジスト除去』の2フローが追加されている。これは、ホトダイオード(PIN)のI層部にイオンを注入しないことに起因している。
(B)手順(2)
図13(a)の手順(2)では、ゲート(G)形成/加工、N電極イオン注入(矢印YB)、レジスト(RG)除去が実行される。
同様に、図13(b)の手順(2)では、ゲート(G)形成/加工、N電極イオン注入(矢印YB)、レジスト(RG)除去が実行される。
FIG. 13 is a diagram for explaining the effect of the liquid crystal display panel of the present embodiment. Hereinafter, the effect of the liquid crystal display panel of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 13A shows a standard process flow (gate process excerpt) of an n-type polysilicon thin film transistor (NMOS), and FIG. 13B shows a PIN type photodiode (D1) in the standard process shown in FIG. It is a figure which shows the process flow (gate process excerpt) of the photodiode (PIN) which added the creation process.
This will be described below along the procedure of FIG.
(A) Procedure (1)
In the process procedure (1) of FIG. 13A, the semiconductor layer polysilicon (SM) is formed / processed, the resist (RG) is removed, the gate oxide film (GI) is formed, and the N threshold ion implantation (arrow YA) is performed. Executed.
In the process procedure (1) of FIG. 13B, polysilicon (SM) formation / processing, resist (RG) removal, gate oxide film (GI) formation, N threshold exposure, N threshold ion implantation (arrow YA), Resist (RG) removal is performed.
In this way, in the procedure (1), two flows of “N threshold exposure” and “resist removal” are added in the photodiode (PIN) process shown in FIG. 13B. This is because ions are not implanted into the I layer portion of the photodiode (PIN).
(B) Procedure (2)
In step (2) of FIG. 13A, gate (G) formation / processing, N-electrode ion implantation (arrow YB), and resist (RG) removal are performed.
Similarly, in step (2) of FIG. 13B, gate (G) formation / processing, N electrode ion implantation (arrow YB), and resist (RG) removal are executed.

(C)手順(3)
図13(a)の手順(3)では、NM領域(図13のAの領域)イオン注入(矢印YC)が実行される。
図13(b)のプロセスの手順(3)では、NM領域ホト、NM領域イオン注入(矢印YC)、レジスト(RG)除去が実行される。
このように、手順(3)において、図13(b)に示すホトダイオード(PIN)のプロセスでは、『NM領域ホト』と『レジスト除去』の2つのフローが追加されている。
なお、NMイオン注入は、いわゆるLDD構造のためのイオン注入である。LDD構造は、薄膜トランジスタゲート下のポリシリコンと、N電極ポリシリコンの中間(図13のBの領域)に位置し、幅はおよそ1μm程度が通常である。
このLDD部は、N電極より薄い(およそ1〜2桁程度)NMイオンを注入し、ドレイン端での電界集中による信頼性劣化を対策するものであり、一般に使われている。
ホトダイオード(PIN)では、I層とN層、およびI層とP層の間にLDDを形成すると、ホトダイオードの感度が小さくなり、ダイオードには適さない。よって、ホトダイオード(PIN)を覆うレジスト(RG)が必要となり、工程が追加される。
なお、図13のBの領域は、手順(2)のN電極イオンが注入されない影ができるため、NMイオンのみの領域となる。図13のAの領域は、N電極イオンとNMイオンの合計となるが、NMイオンは、N電極イオンより打ち込み量が1〜2桁薄いため、ほぼN電極イオン領域となる。
(C) Procedure (3)
In step (3) of FIG. 13A, NM region (region A in FIG. 13) ion implantation (arrow YC) is performed.
In step (3) of the process of FIG. 13B, NM region photo, NM region ion implantation (arrow YC), and resist (RG) removal are executed.
Thus, in the procedure (3), in the process of the photodiode (PIN) shown in FIG. 13B, two flows of “NM region photo” and “resist removal” are added.
The NM ion implantation is an ion implantation for a so-called LDD structure. The LDD structure is located in the middle (region B in FIG. 13) between the polysilicon under the thin film transistor gate and the N-electrode polysilicon, and the width is usually about 1 μm.
This LDD portion is generally used for implanting NM ions that are thinner than the N electrode (about 1 to 2 digits) to prevent reliability deterioration due to electric field concentration at the drain end.
In a photodiode (PIN), when an LDD is formed between an I layer and an N layer and between an I layer and a P layer, the sensitivity of the photodiode is reduced, which is not suitable for a diode. Therefore, a resist (RG) covering the photodiode (PIN) is required, and a process is added.
In addition, since the shadow of the area | region B of FIG. 13 which the N electrode ion of a procedure (2) does not implant is made, it becomes an area | region only of NM ion. The area A in FIG. 13 is the sum of N electrode ions and NM ions, but NM ions are almost N electrode ion areas because the implantation amount is one to two orders of magnitude smaller than N electrode ions.

(D)手順(4)
図13(b)の手順(4)では、P電極ホト、P電極イオン注入(矢印YD)、レジスト除去が実行される。
このように、手順(4)において、図13(b)に示すホトダイオード(PIN)のプロセスでは、『P電極ホト』と『P電極イオン注入』と『レジスト除去』の3つのフローが追加となる。これは、ホトダイオード(PIN)のP層のみに適用される工程である。
図13のCの領域はN層、Dの領域は何もイオン注入をしないI層となる。また、図13のEの領域は手順(2)で、N電極イオンを入れているが、P電極イオンを、N電極イオンより多く(例えば、3〜10倍)入れることにより、P電極として機能することは公知である。
このように、図13(b)に示すホトダイオード(PIN)のプロセスでは、3露光工程と1インプラ工程が追加されている。
以上説明したように、光センサ回路の受光部にPIN型ホトダイオード(D1)を使用する場合、各画素の画素トランジスタ、あるいは、周辺回路のトランジスタとして、単チャンネル、例えば、n型ポリシコン薄膜トランジスタのみを使用する液晶表示パネルでは、PIN型ホトダイオード(D1)を作成するためのプロセスが付加されるので、コストアップの原因となる。
これに対して、本実施例では、各画素の画素トランジスタ、または、周辺回路のトランジスタ、あるいは、光センサ回路の受光部として、n型ポリシコン薄膜トランジスタを使用するので、PIN型ホトダイオード(D1)を作成する必要がない。
したがって、本実施例では、PIN型ホトダイオード(D1)を使用する光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルに比して、コストを低減することが可能となる。
(D) Procedure (4)
In procedure (4) of FIG. 13B, P electrode photo, P electrode ion implantation (arrow YD), and resist removal are executed.
As described above, in the procedure (4), in the process of the photodiode (PIN) shown in FIG. 13B, three flows of “P electrode photo”, “P electrode ion implantation”, and “resist removal” are added. . This is a process applied only to the P layer of the photodiode (PIN).
The region C in FIG. 13 is an N layer, and the region D is an I layer where no ion implantation is performed. The region E in FIG. 13 contains N electrode ions in step (2), but functions as a P electrode by adding more P electrode ions (for example, 3 to 10 times) than the N electrode ions. It is known to do.
Thus, in the photodiode (PIN) process shown in FIG. 13B, three exposure steps and one implantation step are added.
As described above, when the PIN photodiode (D1) is used for the light receiving portion of the optical sensor circuit, only a single channel, for example, an n-type polysilicon thin film transistor is used as a pixel transistor of each pixel or a peripheral circuit transistor. In such a liquid crystal display panel, a process for producing a PIN photodiode (D1) is added, which causes an increase in cost.
In contrast, in the present embodiment, an n-type polysilicon thin film transistor is used as a pixel transistor of each pixel, a transistor of a peripheral circuit, or a light receiving part of a photosensor circuit, so that a PIN type photodiode (D1) is formed. There is no need to do.
Therefore, in this embodiment, the cost can be reduced as compared with a liquid crystal display panel in which pixels in which a photosensor using a PIN photodiode (D1) is incorporated are arranged in an array.

なお、PIN型ダイオードを、例えば、n型ポリシコン薄膜トランジスタで代用する場合、n型ポリシコン薄膜トランジスタをダイオード接続、即ち、n型ポリシコン薄膜トランジスタのゲートとドレインを接続することが知られている。
しかしながら、PIN型ホトダイオードに代えて、ダイオード接続したn型ポリシコン薄膜トランジスタを実測すると、動作点は、図8(a)のVg=0Vの点となる。これは、薄膜トランジスタSがオンをし始めている状態であり、『明/暗の比(S/N比)』が大きく取れない、ダイオード接続されたn型ポリシコン薄膜トランジスタの閾値電圧(Vth)がばらついた場合に、照度に対する安定した電流値が取れないという問題点がある。
但し、ダイオード接続したn型ポリシコン薄膜トランジスタの閾値電圧(Vth)を高くすることで、本実施例と同様の効果を得ることが可能である。即ち、閾値電圧(Vth)は、2.0≦Vthを満足すればよい。
この場合、閾値電圧(Vth)を高くする手法は、n型ポリシコン薄膜トランジスタへのインプラが必要であり工程が増加することになるが、PIN型ホトダイオード(D1)を使用する光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルに比して、コストを低減することが可能となる。
For example, when the PIN diode is replaced by an n-type polysilicon thin film transistor, it is known that the n-type polysilicon thin film transistor is diode-connected, that is, the gate and drain of the n-type polysilicon thin film transistor are connected.
However, when the diode-connected n-type polysilicon thin film transistor is actually measured instead of the PIN photodiode, the operating point is a point of Vg = 0 V in FIG. This is a state in which the thin film transistor S has started to be turned on, and the threshold voltage (Vth) of the diode-connected n-type polysilicon thin film transistor in which the “bright / dark ratio (S / N ratio)” cannot be made large varies. In this case, there is a problem that a stable current value with respect to illuminance cannot be obtained.
However, by increasing the threshold voltage (Vth) of the diode-connected n-type polysilicon thin film transistor, it is possible to obtain the same effect as in this embodiment. That is, the threshold voltage (Vth) only needs to satisfy 2.0 ≦ Vth.
In this case, the method for increasing the threshold voltage (Vth) requires implantation into an n-type polysilicon thin film transistor, which increases the number of processes. However, a pixel in which a photosensor using a PIN photodiode (D1) is incorporated. The cost can be reduced as compared with the liquid crystal display panel arranged in an array.

なお、前述の説明では、光センサ用薄膜トランジスタとして、n型ポリシコン薄膜トランジスタを使用した実施例について説明したが、各画素の画素トランジスタ、あるいは、周辺回路のトランジスタとして、p型ポリシコン薄膜トランジスタのみを使用する液晶表示パネルであれば、光センサ用薄膜トランジスタとして、p型ポリシコン薄膜トランジスタを使用することも可能である。
但し、光センサ用薄膜トランジスタとして、p型ポリシコン薄膜トランジスタを使用する場合には、ゲート電圧(Vg)と、ドレイン電圧(Vd)は、下記(5)、(6)式を満足する必要がある。
Vg(V)≧Vth+2.0+Vs ・・・・・・・・・・・・ (5)
Vs−15.0≦Vd(V)≦Vs+Vth−1.0 ・・・・・・・ (6)
同様に、ダイオード接続したp型ポリシコン薄膜トランジスタの閾値電圧(Vth)を高くすることで、本実施例と同様の効果を得る場合には、閾値電圧(Vth)は、Vth≦−2.0を満足すればよい。
また、前述の実施例において、センサ制御線PSLと、センサ出力線OUTは、液晶用の走査線GLや、映像線DLと共用することも可能である。例えば、各画素が複数のサブピクセルを有し、該サブピクセルに映像電圧を入力する映像線が、センサ出力線OUTを兼用しても良い。
さらに、前述の説明では、本発明を液晶表示パネルに適用した実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明は、有機EL表示パネルなどにも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
In the above description, the embodiment using the n-type polysilicon thin film transistor as the thin film transistor for the optical sensor has been described. However, the liquid crystal using only the p-type polysilicon thin film transistor as the pixel transistor of each pixel or the transistor of the peripheral circuit. If it is a display panel, it is also possible to use a p-type polysilicon thin film transistor as a thin film transistor for an optical sensor.
However, when a p-type polysilicon thin film transistor is used as the thin film transistor for the photosensor, the gate voltage (Vg) and the drain voltage (Vd) must satisfy the following expressions (5) and (6).
Vg (V) ≧ Vth + 2.0 + Vs (5)
Vs-15.0 ≦ Vd (V) ≦ Vs + Vth−1.0 (6)
Similarly, the threshold voltage (Vth) satisfies Vth ≦ −2.0 when the same effect as in this embodiment is obtained by increasing the threshold voltage (Vth) of the diode-connected p-type polysilicon thin film transistor. do it.
In the above-described embodiment, the sensor control line PSL and the sensor output line OUT can be shared with the liquid crystal scanning line GL and the video line DL. For example, each pixel may have a plurality of subpixels, and a video line that inputs a video voltage to the subpixel may also serve as the sensor output line OUT.
Further, in the above description, the embodiment in which the present invention is applied to a liquid crystal display panel has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to an organic EL display panel or the like. is there.
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.

GL 走査線(ゲート線)
DL 映像線(ドレイン線、あるいはソース線)
Tr1,Tr2,Tr3 薄膜トランジスタ
C 保持容量
PS 光センサ
PSL センサ制御線
OUT センサ出力線
DRV ドライバ
S ソース
G ゲート
D ドレイン
SM 半導体層
K カソード
A アノード
BPS 遮光膜
D1,PIN ホトダイオード
C1 容量素子
CLK1,CLK2 クロック線
Vb バイアス線
SGND 基準電圧線
NMOS n型ポリシコン薄膜トランジスタ
RG レジスト
GL scanning line (gate line)
DL video line (drain line or source line)
Tr1, Tr2, Tr3 Thin film transistor C Retention capacitance PS Photo sensor PSL Sensor control line OUT Sensor output line DRV driver S Source G Gate D Drain SM Semiconductor layer K Cathode A Anode BPS Light shielding film D1, PIN Photo diode C1 Capacitance element CLK1, CLK2 Clock line Vb bias line SGND reference voltage line NMOS n-type polysilicon thin film transistor RG resist

Claims (15)

複数の画素を有する表示パネルを有し、
前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、
前記光センサは、受光部と、
容量素子とを有し、
前記受光部は、n型の薄膜トランジスタで構成され、
Vg、Vs、Vthを、それぞれ前記薄膜トランジスタのゲート電圧、ソース電圧、しきい値電圧とするとき、センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのゲートに、Vg<(Vth+Vs)の逆バイアス電圧を入力し、
前記センサ受光期間内に前記薄膜トランジスタを流れる電流により充電された前記容量素子の電圧を、前記光センサの出力として取り出すことを特徴とする表示装置。
A display panel having a plurality of pixels;
At least one of the plurality of pixels is a display device having a photosensor,
The optical sensor includes a light receiving unit,
A capacitive element;
The light receiving portion is composed of an n-type thin film transistor,
When Vg, Vs, and Vth are the gate voltage, source voltage, and threshold voltage of the thin film transistor, respectively, a reverse bias voltage of Vg <(Vth + Vs) is input to the gate of the thin film transistor within the sensor light receiving period,
A display device characterized in that a voltage of the capacitor element charged by a current flowing through the thin film transistor during the sensor light receiving period is taken out as an output of the photosensor.
前記センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのゲートに、Vg≦(Vth−2.0V+Vs)の逆バイアス電圧を入力することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。   2. The display device according to claim 1, wherein a reverse bias voltage of Vg ≦ (Vth−2.0 V + Vs) is input to the gate of the thin film transistor within the sensor light receiving period. Vdを、前記薄膜トランジスタのドレイン電圧とするとき、センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのドレインに、(Vs+Vth+1.0V)≦Vd≦(15.0V+Vs)の電圧を入力することを特徴とする請求項2に記載の表示装置。   3. The voltage of (Vs + Vth + 1.0V) ≦ Vd ≦ (15.0V + Vs) is input to the drain of the thin film transistor within the light receiving period of sensor when Vd is the drain voltage of the thin film transistor. The display device described in 1. 複数の画素を有する表示パネルを有し、
前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、
前記光センサは、受光部と、
容量素子とを有し、
前記受光部は、p型の薄膜トランジスタで構成され、
Vg、Vs、Vthを、それぞれ前記薄膜トランジスタのゲート電圧、ソース電圧、しきい値電圧とするとき、センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのゲートに、(Vth+Vs)<Vgの逆バイアス電圧を入力し、
前記センサ受光期間内に前記薄膜トランジスタを流れる電流により充電された前記容量素子の電圧を、前記光センサの出力として取り出すことを特徴とする表示装置。
A display panel having a plurality of pixels;
At least one of the plurality of pixels is a display device having a photosensor,
The optical sensor includes a light receiving unit,
A capacitive element;
The light receiving portion is composed of a p-type thin film transistor,
When Vg, Vs, and Vth are the gate voltage, source voltage, and threshold voltage of the thin film transistor, respectively, a reverse bias voltage of (Vth + Vs) <Vg is input to the gate of the thin film transistor within the sensor light receiving period.
A display device characterized in that a voltage of the capacitor element charged by a current flowing through the thin film transistor during the sensor light receiving period is taken out as an output of the photosensor.
前記センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのゲートに、(Vth+2.0V+Vs)≦Vgの逆バイアス電圧を入力することを特徴とする請求項4に記載の表示装置。   5. The display device according to claim 4, wherein a reverse bias voltage of (Vth + 2.0V + Vs) ≦ Vg is input to the gate of the thin film transistor within the sensor light receiving period. Vdを、前記薄膜トランジスタのドレイン電圧とするとき、センサ受光期間内に、前記薄膜トランジスタのドレインに、(Vs−15.0V)≦Vd≦(Vs+Vth−1.0V)の電圧を入力することを特徴とする請求項5に記載の表示装置。   When Vd is a drain voltage of the thin film transistor, a voltage of (Vs-15.0V) ≦ Vd ≦ (Vs + Vth−1.0V) is input to the drain of the thin film transistor within a light receiving period of the sensor. The display device according to claim 5. 前記センサ受光期間経過後で前記光センサの出力を取り出した後に、前記薄膜トランジスタをオンとして、前記容量素子に充電された電圧をリセットすることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載された表示装置。   The output of the optical sensor is taken out after the sensor light receiving period has elapsed, and then the thin film transistor is turned on to reset the voltage charged in the capacitor element. The display device described in the item. 前記表示パネルは、各画素に走査電圧を入力する走査線を有し、
前記薄膜トランジスタのゲートは、前記走査線に接続されることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載された表示装置。
The display panel has a scanning line for inputting a scanning voltage to each pixel,
The display device according to claim 1, wherein a gate of the thin film transistor is connected to the scanning line.
複数の画素を有する表示パネルを有し、
前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、
前記光センサは、受光部と、
容量素子とを有し、
前記受光部は、ダイオード接続された薄膜トランジスタで構成され、
Vthを、前記薄膜トランジスタのしきい値電圧とするとき、前記薄膜トランジスタの閾値電圧の絶対値は、2.0V≦|Vth|を満足し、
前記センサ受光期間内に前記薄膜トランジスタを流れる電流により放電された前記容量素子の電圧を、前記光センサの出力として取り出すことを特徴とする表示装置。
A display panel having a plurality of pixels;
At least one of the plurality of pixels is a display device having a photosensor,
The optical sensor includes a light receiving unit,
A capacitive element;
The light receiving unit is composed of a diode-connected thin film transistor,
When Vth is the threshold voltage of the thin film transistor, the absolute value of the threshold voltage of the thin film transistor satisfies 2.0V ≦ | Vth |
A display device characterized in that a voltage of the capacitor element discharged by a current flowing through the thin film transistor within the light receiving period of the sensor is taken out as an output of the photosensor.
前記センサ受光期間経過後で前記光センサの出力を取り出した後に、前記容量素子を所定の電圧に充電することを特徴とする請求項9に記載の表示装置。   The display device according to claim 9, wherein the capacitive element is charged to a predetermined voltage after the output of the optical sensor is taken out after the sensor light receiving period has elapsed. 前記表示パネルは、前記光センサの出力を取り出す出力線を有し、
前記センサ受光期間経過後に、前記出力線から前記光センサの出力を取り出すことを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の表示装置。
The display panel has an output line for extracting the output of the photosensor,
11. The display device according to claim 1, wherein an output of the photosensor is taken out from the output line after the sensor light receiving period has elapsed.
前記容量素子の電圧が入力されるソースホロワ回路を有し、
前記光センサの出力を、前記ソースホロワ回路を介して前記出力線に出力することを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
A source follower circuit to which the voltage of the capacitive element is input;
The display device according to claim 11, wherein an output of the photosensor is output to the output line via the source follower circuit.
前記少なくとも1つの画素は、複数のサブピクセルを有し、
前記表示パネルは、前記サブピクセルに映像電圧を入力する映像線を有し、
前記映像線は、前記出力線を兼用することを特徴とする請求項11または請求項12に記載の表示装置。
The at least one pixel has a plurality of sub-pixels;
The display panel has a video line for inputting a video voltage to the sub-pixel,
The display device according to claim 11, wherein the video line also serves as the output line.
前記薄膜トランジスタは、半導体層が多結晶シリコン層から成る薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の表示装置。   14. The display device according to claim 1, wherein the thin film transistor is a thin film transistor whose semiconductor layer is a polycrystalline silicon layer. 前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、
前記液晶表示パネルは、バックライトから出射するバックライト光が照射され、
前記受光部は、前記バックライト光を遮光する遮光膜を有することを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の表示装置。
The display panel is a liquid crystal display panel,
The liquid crystal display panel is irradiated with backlight light emitted from a backlight,
The display device according to claim 1, wherein the light receiving unit includes a light shielding film that shields the backlight light.
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