JP4700659B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、イメージセンサ機能と、表示機能を有する装置に関して、特に、マトリクス状に配置された複数の画素電極からなる画素部で構成された表示部を有するアクティブマトリクスパネルや、表示部を有する携帯端末機や、表示部を有するパソコン等の電子機器およびその作製方法に関するものである。

近年、ポリシリコンＴＦＴと呼ばれる多結晶シリコンを用いたＴＦＴ技術が鋭意研究されている。その成果として、ポリシリコンＴＦＴによって、シフトレジスタ回路等の駆動回路を作製することが可能になり、画素部と、画素部を駆動する周辺駆動回路とを同一基板上に集積したアクティブマトリクス型の液晶パネルが実用化に至っている。そのため、液晶パネルが低コスト化、小型化、軽量化され、パーソナルコンピュータ、携帯電話、ビデオカメラやデジタルカメラ等の各種情報機器、携帯機器の表示部に用いられている。

また、最近では、ノート型パソコンよりも携帯性に優れ、安価なポケットサイズの小型携帯用情報処理端末装置が実用化されており、その表示部にはアクティブマトリクス型液晶パネルが用いられている。このような情報処理端末装置は表示部からタッチペン方式でデータを入力可能となっているが、紙面上の文字・図画情報や、映像情報を入力するには、スキャナーやデジタルカメラ等の画像を読み込むための周辺機器と接続することが必要である。そのため、情報処理端末装置の携帯性が損なわれている。また、使用者に周辺機器を購入するための経済的な負担をかけている。

また、アクティブマトリクス型表示装置は、ＴＶ会議システム、ＴＶ電話、インターネット用端末等の表示部にも用いられている。これらシステムや端末では、対話者や使用者の映像を撮影するカメラ（ＣＣＤカメラ）を備えているが、表示部と読み取り部（センサ部）は個別に製造されてモジュール化されている。そのため、製造コストが高いものとなっていた。

本発明の目的は、上述した問題点を解消し、画素マトリクス、イメージセンサ、及びそれらを駆動するための周辺回路を有する、すなわち、撮像機能と表示機能とを兼ね備え、インテリジェント化された新規な半導体装置を用いた表示装置を提供することにある。

更に本発明の目的は、イメージセンサを画素マトリクス、周辺駆動回路と構造・製造プロセスに整合性のあるものとすることにより、インテリジェント化された新規な半導体装置を用いた表示装置を安価に作製することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、同一基板上に表示用半導体装置と、受光用半導体装置とを設ける構成とした。そして、画素電極及び表示用半導体装置を含む液晶表示部と、受光用半導体装置を含むセンサ部とを別々に配置するのではなく、１つの画素内に表示用半導体装置と受光用半導体装置を有する新規な素子構成、すなわち、図１または図２に示すように、１つの画素内に表示と受光の両方の制御を行う半導体装置（絶縁ゲート型電界効果半導体装置）を有する構成とすることで、画像読み取り機能を有する表示装置を小型化、コンパクト化する。

本明細書で開示する発明の第１の構成は、
少なくともマトリクス状に画素電極と、前記画素電極に接続された第１の半導体装置を有する画素マトリクスからなる表示部と、
少なくとも光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された第２の半導体装置からなるセンサ部とが同一基板表面上に設けられ、
前記基板の裏面からの光を前記センサ部で受光することを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルである。

また、本発明の第２の構成は、
少なくともマトリクス状に画素電極と、前記画素電極に接続された第１の半導体装置を有する画素マトリクスからなる表示部と、
少なくとも光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された第２の半導体装置からなるセンサ部とが同一基板表面上に設けられ、
前記表示部と前記センサ部は同じ画素サイズを有し、
前記基板の裏面からの光を前記センサ部で受光することを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルである。

また、本発明の第３の構成は、
少なくともマトリクス状に画素電極と、前記画素電極に接続された第１の半導体装置を有する画素マトリクスからなる表示部と、
少なくとも光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された第２の半導体装置からなるセンサ部とが同一基板上に設けられ、
前記第１の半導体装置と前記第２の半導体装置は同一マトリクス内に設けられ、
前記第１の半導体装置に接続されている画素電極は、前記第２の半導体装置の上方に存在していることを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルである。

また、本発明の第４の構成は、
少なくともマトリクス状に画素電極と、前記画素電極に接続された第１の半導体装置を有する画素マトリクスからなる表示部と、
少なくとも光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された第２の半導体装置からなるセンサ部とが同一基板上に設けられ、
前記光電変換素子は、少なくとも上部電極と、光電変換層と、下部電極で構成され、
前記上部電極は、少なくとも可視光に対して反射性を有する金属からなり、
前記下部電極が透明性導電膜からなることを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルである。

また、本発明の第５の構成は、
マトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に接続された第１の半導体装置を有する画素マトリクスと、
光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された第２の半導体装置とを有する受光部を有するイメージセンサと、が同一基板上に設けられたイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルの作製方法であって、
前記基板上に、前記第１の半導体装置と前記第２の半導体装置とを作製する第１の工程と、
前記第２の半導体装置と接続された透光性導電膜でなる下部電極を形成する第２の工程と、
前記下部電極上に光電変換層を形成する第３の工程と、
前記光電変換層上に接する上部電極を形成する第４の工程と、を少なくとも有するイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルの作製方法である。

また、本発明の第６の構成は、
マトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に接続された第１の半導体装置を有する画素マトリクスと、
光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された第２の半導体装置とを有する受光部を有するイメージセンサと、が同一基板上に設けられたイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルの作製方法であって、
前記基板上に、前記第１の半導体装置と前記第２の半導体装置とを作製する第１の工程と、
前記第１の半導体装置と前記第２の半導体装置とを少なくとも覆う第１の絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記第１の絶縁膜上に透光性導電膜を形成する第３の工程と、
前記透光性導電膜をパターニングして、前記第２の半導体装置と接続された下部電極を形成する第４の工程と、
前記下部電極上に光電変換層を形成する第５の工程と、
前記光電変換層上に接する上部電極を形成する第６の工程と、を少なくとも有するイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルの作製方法である。

また、本発明の第７の構成は、
光電変換素子が、下部電極と、下部電極上に形成された光電変換層と、光電変換層上に形成された上部電極で構成され、
前記光電変換素子に接続された少なくとも１つのアクティブ素子からなるセンサ部とが絶縁基板上に設けられ、
前記上部電極は、少なくとも可視光に対して反射性を有する金属からなり、
前記下部電極が少なくとも可視光に対して透明性を有する導電膜からなることを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルである。

また、本発明の第８の構成は、
少なくともマトリクス状に画素電極と、前記画素電極に接続されたアクティブ素子を有する画素マトリクスからなる表示部と、
少なくとも光電変換素子と、前記光電変換素子に接続されたアクティブ素子群からなるセンサ部とが同一基板表面上に設けられ、
前記基板の裏面からの光を前記センサ部で受光することを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルである。

また、本発明の第９の構成は、
少なくともマトリクス状に画素電極と、前記画素電極に接続されたアクティブ素子を有する画素マトリクスからなる表示部と、
少なくとも光電変換素子と、前記光電変換素子に接続されたアクティブ素子群からなるセンサ部とが同一基板表面上に設けられ、
前記表示部と前記センサ部は同じ画素サイズを有し、
前記基板の裏面からの光を前記センサ部で受光することを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルである。

また、本発明の第１０の構成は、
少なくともマトリクス状に画素電極と、前記画素電極に接続されたアクティブ素子を有する画素マトリクスからなる表示部と、
少なくとも光電変換素子と、前記光電変換素子に接続されたアクティブ素子群からなるセンサ部とが同一基板上に設けられ、
前記アクティブ素子と前記アクティブ素子群は同一マトリクス内に設けられ、
前記アクティブ素子に接続されている画素電極は、前記アクティブ素子群の上方に存在していることを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルである。

また、本発明の第１１の構成は、
少なくともマトリクス状に画素電極と、前記画素電極に接続されたアクティブ素子を有する画素マトリクスからなる表示部と、
少なくとも光電変換素子と、前記光電変換素子に接続されたアクティブ素子群からなるセンサ部とが同一基板上に設けられ、
前記光電変換素子は、少なくとも上部電極と、光電変換層と、下部電極で構成され、
前記上部電極は、少なくとも可視光に対して反射性を有する金属からなり、
前記下部電極が透明性導電膜からなることを特徴とするイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネル。

上記第８乃至１１の構成において、前記アクティブ素子群は、少なくとも増幅トランジスタと、リセットトランジスタと、選択トランジスタとで構成される。

また、本発明の第１２の構成は、
マトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に接続されたアクティブ素子を有する画素マトリクスと、
光電変換素子と、前記光電変換素子に接続されたアクティブ素子群とを有する受光部を有するイメージセンサと、が同一基板上に設けられたイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルの作製方法であって、
前記基板上に、前記アクティブ素子と前記アクティブ素子群とを作製する第１の工程と、
前記アクティブ素子群と接続された透光性導電膜でなる下部電極を形成する第２の工程と、
前記下部電極上に光電変換層を形成する第３の工程と、
前記光電変換層上に接する上部電極を形成する第４の工程と、を少なくとも有するイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルの作製方法。

また、本発明の第１３の構成は、
マトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に接続されたアクティブ素子を有する画素マトリクスと、
光電変換素子と、前記光電変換素子に接続されたアクティブ素子群とを有する受光部を有するイメージセンサと、が同一基板上に設けられたイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルの作製方法であって、
前記基板上に、前記アクティブ素子と前記アクティブ素子群とを作製する第１の工程と、
前記アクティブ素子と前記アクティブ素子群とを少なくとも覆う第１の絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記第１の絶縁膜上に透光性導電膜を形成する第３の工程と、
前記透光性導電膜をパターニングして、前記アクティブ素子群と接続された下部電極を形成する第４の工程と、
前記下部電極上に光電変換層を形成する第５の工程と、
前記光電変換層上に接する上部電極を形成する第６の工程と、を少なくとも有するイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルの作製方法。

また、本発明の第１２の構成または第１３の構成において、前記アクティブ素子群は、少なくとも増幅トランジスタと、リセットトランジスタと、選択トランジスタで構成される。

本発明の製造プロセスは、光電変換素子の作製工程以外、従来の表示装置と同じである。よって、従来の製造プロセスを用いることができるので、容易に、且つ、安価に作製することができる。また、本発明により作製した装置は、センサ機能を搭載しても、従来のパネルと基板形状及び大きさは変化しない。そのため、小型化、軽量化することができる。

また、センサセルの受光面積は、表示セルの画素面積の概略同程度であり、単結晶ＣＣＤと比較して大きいため、本発明のセンサは高感度とすることができる。さらに、本構成で消費される電力は僅かであり、またイメージセンサで消費される電力もＣＣＤ構造に比較すれば小さいものとすることができる。

以下に本発明を利用した代表的な形態を示す。本明細書で開示する発明では、図１に示すように、基本的に１つの画素内に１つの表示用半導体装置（ＴＦＴ）と少なくとも１つの受光用半導体装置（ＴＦＴ）を有する新規な素子構成とする。そして、この素子の反射電極上に形成された配向膜によって配向された液晶に電加を印加して、液晶表示面で表示を行い、液晶表示面の裏面に入射する光信号をセンサ部で読み取り、映像を取り込む装置とする。本発明のパネル構成図を図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す。また、本発明のパネルおける回路図を簡略に示した図が図３である。

図４（Ａ）に示すように、液晶パネルには、表示部およびセンサ部４０２の周辺に、センサ部を駆動するセンサ駆動回路４０３と表示部を駆動する表示駆動回路４０４が設けられているパネル配置となっている。

本発明は、センサ部が液晶表示面の裏面に入射する光信号データを読み取り、センサ端子部４０６に接続される外部記憶装置等にデータを記憶させ、そのデータを画像表示用に加工処理した後、表示引出端子部４０５から表示部へ入力させることによって、表示部４０２に映像を映し出すシステムとしている。また、メモリー回路等を同一基板上に形成して、これらのシステムを同一基板で行なう構成としてもよい。そして、センサ部で取り込んだ動画像または静止画像を液晶パネルにおいて、ほぼリアルタイムで表示する。また、表示部においては、装置外部からのデータを表示することが可能な構成としてもよい。

図４（Ｂ）には、図４（Ａ）中のＡ−Ｂ断面構造の簡略図を示した。素子基板４００は、シール材４０７で対向基板４０１と貼り合わされており、その間に液晶材料４１０を挟持している。液晶表示面に入射する光を利用して映像を使用者に提供する。

本発明は、裏面に取りつけられた光学系４０９と、カラーフィルター４１１を通り、さらに基板４００を通り抜けた光信号をセンサ部で感知する。そのため、本発明で使用する基板４００は、可視光に対して極めて優れた透明性を有するものを用いることが好ましい。

そして、図４中の表示部およびセンサ部４０２を構成する１画素の断面図を図１に示し、このような素子を用いた配置の一例を図２に示した。

図２（Ａ）は、表面上図を示しており、Ａ−Ｂの断面図が図１に相当する。図２（Ａ）では、センサ部が反射電極１２１に覆われている。また、図２（Ａ）では、配線１０６、１０７、１１５、１１６上に反射電極１２１を形成しない構成とした。この反射電極１２１を用いて、液晶の表示を行う。ここで、液晶表示に関与する配線は、画素部ＴＦＴ信号線１１５と、画素部ＴＦＴゲイト線１０６である。

一方、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の裏面を示している。また、実際は、ＴＦＴの保護遮光膜１０４、１０５が形成されているため、ＴＦＴ部は観察できないが、便宜上、遮光膜１０４、１０５の形成箇所のみを示した図面としている。加えて、配線１０６、１０７、１１５、１１６上及び画素ＴＦＴ上に光電変換層１１８を形成してもよいが、図２（Ｂ）では、光電変換層１１８を形成しない構成とした。この光電変換層に入射される光信号を読み取り、センサ部ＴＦＴ信号線１１６にデータを送る。ここで、画像読み取りに関与する配線は、センサ部ＴＦＴ信号線１１６と、センサ部ＴＦＴゲイト線１０７である。

すなわち、本発明は、図１または図２に示すように、１画素内に２つのＴＦＴを有している構成となっているので受光マトリクスと表示マトリクスの画素ピッチ、ビット数は同じになる。表示素子側の基板１００上には、遮光膜１０４が設けられており、裏面から入射する光からＴＦＴを保護する構造としている。また、センサ素子側のＴＦＴに遮光膜１０５を設ける構成としてもよい。また、この遮光膜は、基板の裏面に直接設ける構成としてもよい。

この遮光膜１０４、１０５上に下地膜１０１を形成した後、表示または画像の読み取りを行うためのＴＦＴを複数形成する。ここでいう基板の裏面とは、ＴＦＴが形成されていない基板面のことを指している。また、このＴＦＴの構成は、トップゲート型ＴＦＴであってもボトムゲート型ＴＦＴであっても構わない。

そして、センサ素子側のＴＦＴのドレイン電極１１２と接続する透明導電性膜１１７を設ける。この導電性膜は、光電変換素子の下部電極をなす膜であり、表示素子のＴＦＴの上部以外の画素領域に形成する。この導電性膜上に光電変換層を設け、さらにその上に上部電極１１９を設けることで、光電変換素子を完成させる。

一方、表示素子側のＴＦＴは、ドレイン配線１１４と接続する画素反射電極１２１を設ける。この画素反射電極はセンサ部および配線を覆う構成としてもよい。また、配線を覆う構成とした場合には、配線と画素反射電極との間に存在する絶縁膜を誘電体として、容量が形成される。本発明は、反射型表示であるので画素電極には反射性を有する金属材料を用いる。

本発明の製造プロセスは、光電変換素子の作製工程以外、従来の表示装置の作製工程と概略同じである。よって、従来の製造プロセスを用いることができるので、容易に、且つ、安価に作製することができる。また、本発明により作製した装置は、センサ機能を搭載しても、従来のパネルと形状及び大きさは変化しない。そのため、小型化、軽量化することができる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明がこの実施例に限定されないことは勿論である。

本実施例においては、液晶表示面の裏面から受光するセンサ部を有する液晶パネルの作製工程例を図５、６を用いて詳述する。

まず、透明基板１００全面に下地膜１０１を形成する。透明基板１００としては、透明性を有するガラス基板や石英基板を用いることができる。下地膜として、プラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素膜を１５０ｎｍの厚さに形成した。本実施例では、この下地膜形成工程前に、表示画素部ＴＦＴを裏面からの光から保護するための遮光膜１０４、受光センサ部ＴＦＴを裏面からの光から保護するための遮光膜１０５を設けた。本実施例では、ノイズおよび劣化を防止するために遮光膜を設けたが、開口率を優先するのであれば特に設ける必要はない。

次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３０〜１００ｎｍ好ましくは３０ｎｍの厚さに成膜し、エキシマレーザ光を照射して、多結晶珪素膜を形成した。なお、非晶質珪素膜の結晶化方法として、ＳＰＣと呼ばれる熱結晶化法、赤外線を照射するＲＴＡ法、熱結晶化とレーザアニールとの用いる方法等を用いてもよい。

次に、多結晶珪素膜をパターニングして、ＴＦＴ２００、３００のソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域を構成する島状の半導体層１０２を形成する。そして、これら半導体層を覆うゲイト絶縁膜１０３を形成する。ゲイト絶縁膜はシラン（ＳｉＨ₄ ）とＮ₂ Ｏを原料ガスに用いて、プラズマＣＶＤ法で１００ｎｍの厚さに形成する。〔図５（Ａ）〕

次に、導電膜を形成する。ここでは、導電膜材料として、アルミニウムを用いたが、チタン、または、シリコンを主成分とする膜、もしくは、それらの積層膜であってもよい。本実施例では、スパッタ法でアルミニウム膜を２００〜５００ｎｍの厚さ、代表的には３００ｎｍに形成する。ヒロックやウィスカーの発生を抑制するために、アルミニウム膜にはスカンジウム（Ｓｃ）やチタン（Ｔｉ）やイットリウム（Ｙ）を０．０４〜１．０重量％含有させる。

次に、レジストマスクを形成し、アルミニウム膜をパターニングして、電極パターンを形成し、画素ゲイト電極１０６、センサ部ゲイト電極１０７を形成する。

次に、公知の方法によりオフセット構造を形成する。更に、公知の方法により、ＬＤＤ構造を形成してもよい。〔図５（Ｂ）〕

そして、第１の層間絶縁膜１１３を形成し、Ｎ型高濃度不純物領域（ソース領域、ドレイン領域）に達するコンタクトホールを形成する。しかる後、金属膜を形成し、パターニングして、配線１１２、１１４、１１５、１１６を形成する。

本実施例では、第１の層間絶縁膜１１３を厚さ５００ｎｍの窒化珪素膜で形成する。第１の層間絶縁膜として、窒化珪素膜の他に、酸化珪素膜、窒化珪素膜を用いることができる。また、これらの絶縁膜の多層膜としても良い。

また、配線の出発膜となる金属膜として、本実施例では、スパッタ法で、チタン膜、アルミニウム膜、チタン膜でなる積層膜を形成する。これらの膜厚はそれぞれ１００ｎｍ、３００ｎｍ、１００ｎｍとする。

以上のプロセスを経て、画素ＴＦＴ２００、受光部ＴＦＴ３００が同時に完成する。〔図５（Ｃ）〕

次に、第１の層間絶縁膜１１３に受光部ＴＦＴのドレイン配線１１２に接して透明導電膜を形成する。透明導電膜を成膜し、パターニングして、光電変換素子の透明電極１１７を形成する。透明導電膜１１７にはＩＴＯやＳｎＯ₂ を用いることができる。本実施例では、透明導電膜として厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。

一般的なアクティブ型のイメージセンサが上部電極を透明導電膜で形成しているのに対し、本実施例のイメージセンサは下部電極を透明導電膜で形成している点で異なっている。本発明においては、裏面から受光するため、下部電極を透明導電膜で形成する。〔図５（Ｄ）〕

次に、光電変換層として機能する、水素を含有する非晶質珪素膜１１８（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜と表記する）を基板全面に成膜する。そして、受光部だけにａ−Ｓｉ：Ｈ膜が残存するようにパターニングをし、光電変換層とする。

次に、基板全面に導電膜を形成する。本実施例では導電膜として厚さ２００ｎｍのチタン膜をスパッタ法で成膜する。この導電膜をパターニングし、受光部ＴＦＴに接続された上部電極１１９を形成する。この導電膜としてチタン、クロムを用いることができる。〔図６（Ａ）〕

このセンサ部の受光有効箇所は、ゲイト配線１０６、１０７と信号配線１１５、１１６で囲まれた１つの画素内の遮光膜１０４、１０５が形成されていない箇所となる。本実施例での画素サイズは、表示部とセンサ部で同じであり、６０×６０μｍとしたが、１６×１６μｍ〜７０×７０μｍの範囲であれば、特に限定されない。

そして、第２の層間絶縁膜１２０を形成する。第３の層間絶縁膜を構成する絶縁被膜として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル等の樹脂膜を形成すると平坦な表面を得ることができるため、好ましい。あるいは積層構造とし、第３の層間絶縁膜の上層は上記の樹脂膜、下層は酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素等の無機絶縁材料の単層、多層膜を成膜してもよい。本実施例では、絶縁被膜として厚さ０．７μｍのポリイミド膜を基板全面に形成した。〔図６（Ｂ）〕

更に、第２の層間絶縁膜にドレイン配線１１４に達するコンタクトホールを形成する。再度、基板全面に導電膜を成膜し、パターニングして、画素ＴＦＴに接続された画素電極１２１を形成する。本実施例では導電膜として厚さ２００ｎｍのチタン膜をスパッタ法で成膜する。この導電膜としてチタン、クロム、アルミニウムを用いることができる。

以上の工程を経て、図６（Ｃ）、または、図１に示すような素子基板が完成する。

そして、この素子基板と、対向基板とをシール材とで貼り合わせ、液晶を封入して反射型液晶パネルが完成する。液晶は液晶の動作モ─ド（ＥＣＢモード、ゲストホストモ─ド）によって自由に選定することができる。また、この対向基板は、透過性基板上に透明導電膜、配向膜を形成して構成される。これ以外にも必要に応じてブラックマスクやカラーフィルターを設けることができる。

続いて、図４（Ｂ）に示すように、この液晶パネルの裏面に、カラーフィルター４１１と、光学系４０９と、光学系４０９を取りつけるための支持台４０８を設け、装置を作製する。

こうして、液晶表示面の裏面から受光するセンサ部を有する液晶パネルが完成する。また、便宜上、２×２画素に簡略化した本実施例の回路図を図３に示す。この回路図で最も特徴のある点は、液晶表示素子とセンサ素子が、お互いに独立している点である。

液晶表示素子は、主に、液晶材料３０２と、容量３１４と、画素ＴＦＴ３０３と、表示ゲイトドライバ３１１に接続されたゲイト線と、表示信号ドライバ３１０と表示入力信号線３０６、と固定電位線３０４で構成されている。

センサ素子は、主に、フォトダイオードＰＤ３０１と、センサＴＦＴ３１２と、センサの出力信号線と、センサ水平シフトレジスタ３０８と、センサ垂直シフトレジスタ３０９、と固定電位線３０５で構成されている。

本実施例においては、液晶表示面の裏面から受光するセンサ部を有する液晶パネルの作製工程例を図８、９を用いて詳述する。
１つの画素に、表示画素部ＴＦＴと、受光センサ部ＴＦＴとを有し、これらのＴＦＴを覆って層間膜を形成し、その上に光電変換層を設け、受光センサ部ＴＦＴと接続していることが本実施例の特徴である。そのため、実施例１と比較して、開口率が大きい。

まず、透明基板全面に下地膜７０１を形成する。透明基板７００としてガラス基板や石英基板を用いることができる。下地膜として、プラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素膜を２００ｎｍの厚さに形成した。本実施例では、この下地膜形成工程前に、表示画素ＴＦＴ部を裏面からの光から守るための遮光膜７０３、受光センサＴＦＴ部を裏面からの光から守るための遮光膜７０６を設けた。

次に、プラズマＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３０〜１００ｎｍ好ましくは３０ｎｍの厚さに成膜し、エキシマレーザ光を照射して、多結晶珪素膜を形成した。なお、非晶質珪素膜の結晶化方法として、ＳＰＣと呼ばれる熱結晶化法、赤外線を照射するＲＴＡ法、熱結晶化とレーザアニールとの用いる方法等を用いることができる。

次に、多結晶珪素膜をパターニングして、ＴＦＴ８００、９００のソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域を構成する島状の半導体層７０２を形成する。次に、これら半導体層を覆うゲイト絶縁膜７０４を形成する。ゲイト絶縁膜はシラン（ＳｉＨ₄ ）とＮ₂ Ｏを原料ガスに用いて、プラズマＣＶＤ法で１２０ｎｍの厚さに形成する。〔図８（Ａ）〕

次に、導電膜を形成する。ここでは、導電膜材料として、アルミニウムを用いたが、チタン、または、シリコンを主成分とする膜、もしくは、それらの積層膜であってもよい。本実施例では、スパッタ法でアルミニウム膜を３００〜５００ｎｍの厚さ、代表的には３００ｎｍに形成する。ヒロックやウィスカーの発生を抑制するために、アルミニウム膜にはスカンジウム（Ｓｃ）やチタン（Ｔｉ）やイットリウム（Ｙ）を０．０４〜１．０重量％含有させる。

次に、レジストマスクを形成し、アルミニウム膜をパターニングして、電極パターンを形成し、ゲイト電極７０５、７０７を形成する。

次に、公知の方法によりＬＤＤ構造７０９、７１０を形成する。更に、公知の方法により、オフセット構造を形成してもよい。７０８、７１１は、高濃度不純物領域、７１２はチャネル領域を示している。〔図８（Ｂ）〕

そして、第１の層間絶縁膜７１３を形成し、Ｎ型高濃度不純物領域（ソース領域、ドレイン領域）に達するコンタクトホールを形成する。しかる後、金属膜を形成し、パターニングして、配線７１４、７１５、７２２、７２３を形成する。

本実施例では、第１の層間絶縁膜を厚さ５００ｎｍの窒化珪素膜で形成する。第１の層間絶縁膜として、窒化珪素膜の他に、酸化珪素膜、窒化珪素膜を用いることができる。また、これらの絶縁膜の多層膜としても良い。

また、配線電極７１４、７１５、７２２、７２３の出発膜となる金属膜として、本実施例では、スパッタ法で、チタン膜、アルミニウム膜、チタン膜でなる積層膜を形成する。これらの膜厚はそれぞれ１００ｎｍ、３００ｎｍ、１００ｎｍとする。

以上のプロセスを経て、画素ＴＦＴ８００、受光部ＴＦＴ９００が同時に完成する。〔図８（Ｃ）〕

次に、ＴＦＴを覆う、第２の層間絶縁膜７１６を形成する。実施例１と異なる主な点は、この第２の層間絶縁膜を設けることにより、後の工程で形成される光電変換層を広く形成することができる点である。こうすることによって、実施例１よりセンサの受光面積（開口率）を上げることができる。第２の層間絶縁膜としては、下層の凹凸を相殺して、平坦な表面が得られる樹脂膜が好ましい。このような樹脂膜として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリルを用いることができる。また、第２の層間絶縁膜の表面層は平坦な表面を得るため樹脂膜とし、下層は酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素等の無機絶縁材料の単層、多層としても良い。本実施例では、第２の層間絶縁膜としてポリイミド膜を１．５μｍの厚さに形成する。

次に、第２の層間絶縁膜７１６に受光部ＴＦＴ９００の配線７２３に達するコンタクトホールを形成した後、透明導電膜を形成する。透明導電膜にはＩＴＯやＳｎＯ₂ を用いることができる。本実施例では、透明導電膜として厚さ１２０ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。

次に、透明導電膜をパターニングし、受光部ＴＦＴ９００に接続された下側電極７１７を形成する。〔図８（Ｄ）〕

次に、光電変換層として機能する、水素を含有する非晶質珪素膜７１８（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜と表記する）を基板全面に成膜する。そして、受光部だけにａ−Ｓｉ：Ｈ膜が残存するようにパターニングをし、光電変換層とする。

次に、基板全面に導電膜を形成する。本実施例では導電膜として厚さ２００ｎｍのチタン膜をスパッタ法で成膜する。この導電膜をパターニングし、受光部ＴＦＴに接続された上部電極７１９を形成する。この導電膜としてチタン、クロムを用いることができる。

一般的なアクティブ型のイメージセンサが上部電極を透明電極で形成しているのに対し、本実施例のイメージセンサは下部電極を透明電極で形成している点で異なっている。本発明においては、裏面から受光するため、下部電極を透明導電膜で形成する。〔図９（Ａ）〕

そして、第３の層間絶縁膜７２０を形成する。第３の層間絶縁膜を構成する絶縁被膜として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル等の樹脂膜を形成すると平坦な表面を得ることができるため好ましい。あるいは第３の層間絶縁膜の表面層は上記の樹脂膜とし、下層は酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素等の無機絶縁材料の単層、多層膜を成膜してもよい。本実施例では、絶縁被膜として厚さ０．５μｍのポリイミド膜を基板全面に形成した。〔図９（Ｂ）〕

また、ポリイミド成膜後の本発明の最高プロセス温度は、このポリイミドの耐熱温度３２０℃より低い温度になるようにする。

更に、第３、第２の層間絶縁膜に配線に達するコンタクトホールを形成する。再度、基板全面に導電膜を成膜し、パターニングして、画素ＴＦＴに接続された画素電極７２１を形成する。本実施例では導電膜として厚さ２００ｎｍのチタン膜をスパッタ法で成膜する。この導電膜としてチタン、クロムを用いることができる。

以上の工程を経て、図９（Ｃ）、または、図７に示すような素子基板が完成する。

この後は、実施例１と同様に、素子基板と、対向基板とをシール材とで貼り合わせ、液晶を封入して反射型液晶パネルを完成させ、この液晶パネルの裏面に、カラーフィルター４１１と、光学系４０９と、光学系４０９を取りつけるための支持台４０８を設け、装置を作製する。

こうして、液晶表示面の裏面から受光するセンサ部を有する液晶パネルが完成する。

実施例１、２では、非増幅型のイメージセンサを用いた例を示したが、本実施例では、増幅型のイメージセンサに関し、より具体的には半導体装置をマトリクス状に配置したイメージセンサを用いた例を示す。

この増幅型のイメージセンサを用いた液晶パネルの回路図を簡略化した図を図１０に示す。増幅型のイメージセンサは、リセットトランジスタＴ₁ と増幅トランジスタＴ₂ と選択トランジスタＴ₃ の３つのＴＦＴを用いるものである。この回路図で最も特徴のある点は、リセット線１０１２、電源線１１１３、センサ垂直周辺駆動回路１００９、センサ水平周辺駆動回路１００８、固定電位線１１１５を有している点である。

また、本実施例は、実施例１または２と同様に液晶表示素子の配線とセンサ素子の配線が、お互いに独立している点が特徴である。液晶表示素子は、液晶１００２と、画素ＴＦＴ１００３と、容量１１１４と、固定電位線１００４と、表示ゲイトドライバ１０１１に接続されたゲイト線と、表示信号ドライバ１０１０と表示入力信号線１００６で構成されている。

一般的なアクティブ型のイメージセンサが上部電極を透明電極で形成しているのに対し、本実施例のイメージセンサは下部電極を透明電極で形成している点で異なっている。

本実施例のイメージセンサの動作方法は、１フレーム分の画像が検出されると、リセット線１０１２からリセットパルス信号が入力され、リセット線をゲイトに有するリセットトランジスタＴ₁ がオン状態になる。するとフォトダイオ─ドの上部電極および増幅トランジスタの電位が電源電位にリセットされる。リセットトランジスタＴ₁ がオフ状態では、増幅トランジスタＴ₂ のゲイト電極は浮遊状態となる。この状態でフォトダイオードＰＤ１００１において入射した光が電荷に変換され蓄積される。この電荷によりフォトダイオードの上部電極の電位が電源電位から微少に変化する。この電位の変動は増幅トランジスタＴ₂ のゲイト電極の電位変動として検出され、増幅トランジスタＴ₂ のドレイン電流が増幅される。選択線１１１６から選択パルス信号が入力されると、選択トランジスタＴ₃ はオン状態とされ、増幅トランジスタＴ₂ において増幅された電流を映像信号として信号線１００７に出力するしくみとなっている。

本実施例では、実施例１〜３に示すようなイメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルを備えた装置の例を示す。

ここでは、図１１（Ａ）、（Ｂ）で示すようなデジタルスチールカメラの例を示す。図１１（Ａ）、（Ｂ）は、見る角度を１８０度異ならせた場合のものである。

図１１（Ａ）、（Ｂ）に示す構成は、本体１１０１に表示部１１０６とその裏面に配置されたイメージセンサが配置された受光部１１０２、さらに操作スイッチ１１０５、シャッター１１０４、ストロボ１１０３を備えている。

受光部１１０２のイメージセンサで捉えた像は、信号処理されて、静止画または動画をリアルタイムに表示またはメモリに取り込む。

また、ここでは、図１１（Ｃ）、（Ｄ）で示すようなセンサ機能を有する携帯電話の例を示す。図１１（Ｃ）、（Ｄ）は、見る角度を１８０度異ならせた場合のものである。

図１１（Ｃ）、（Ｄ）に示す構成は、本体１１１１に表示部１１１７とその裏面に配置されたイメージセンサが配置された受光部１１１２、さらに操作スイッチを備えている。

受光部１１１２のイメージセンサで捉えた像は、信号処理されて、静止画または動画をリアルタイムに表示部１１１７で表示する。また、通信相手から画像データを受け取り表示させる。さらに、受光部１１１２のイメージセンサで捉えた画像データをメモリに取り込み、通信相手に画像データを送信する構成としてもよい。

本発明の画素断面図 １つの画素の表面配置図及び裏面配置図の一例。 本発明の回路図 液晶パネル全体図 １つの画素にセンサ部と表示素子を形成する工程を示す図。 １つの画素にセンサ部と表示素子を形成する工程を示す図。 実施例２の画素断面図 実施例２における作製工程図 実施例２における作製工程図 実施例３の回路図 本発明の応用例

符号の説明

１００ 基板
１０１ 下地膜
１０２ 島状の半導体層
１０３ ゲイト絶縁膜
１０４ 遮光膜（画素部ＴＦＴ）
１０５ 遮光膜（センサ部ＴＦＴ）
１０６ ゲイト電極（画素部ＴＦＴ）
１０７ ゲイト電極（センサ部ＴＦＴ）
１０８ ソース領域（高濃度不純物領域）
１０９ ドレイン領域
１１０ チャネル領域
１１２ ドレイン電極（センサ部）
１１３ 第１層間絶縁膜
１１４ ソ─ス線（電極）
１１５ 信号線（画素部）
１１６ 信号線（センサ部）
１１７ 透明導電性膜（下部電極）
１１８ 光電変換層
１１９ 上部電極
１２０ 第２層間絶縁膜
１２１ 画素電極
２００ 表示画素部
３００ 受光センサ部
７００ 基板
７０１ 下地膜
７０２ 島状の半導体層
７０３ ゲイト絶縁膜
７０４ 遮光膜（画素部ＴＦＴ）
７０５ ゲイト電極（画素部ＴＦＴ）
７０６ 遮光膜（センサ部ＴＦＴ）
７０７ ゲイト電極（センサ部ＴＦＴ）
７０８ ソース領域（高濃度不純物領域）
７０９ 低濃度不純物領域
７１０ ＬＤＤ領域（低濃度不純物領域）
７１１ ドレイン領域
７１２ チャネル領域
７１３ 第１層間絶縁膜
７１６ 第２層間絶縁膜
７１７ 透明導電性膜（下部電極）
７１８ 光電変換層
７１９ 上部電極
７２０ 第３層間絶縁膜
７２１ 画素電極
８００ 表示画素部
９００ 受光センサ部

Claims (6)

1. １つの画素に、画素電極と、前記画素電極にソース又はドレインの一方が電気的に接続された第１のトランジスタと、光電変換素子と、リセットトランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタとを有し、
   前記光電変換素子の一方の電極は、前記増幅トランジスタのゲイトと前記リセットトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、他方の電極は、固定電位線に電気的に接続され、
   前記増幅トランジスタのソース又はドレインの一方は、電源線と前記リセットトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方は、前記選択トランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
   前記リセットトランジスタのゲイトは、リセット線に電気的に接続され、
   前記選択トランジスタのゲイトは、第１の駆動回路に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方は、第２のトランジスタを介して第２の駆動回路に電気的に接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１において、
   前記第１のトランジスタのゲイトは第３の駆動回路に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方は、第３のトランジスタを介して第４の駆動回路に電気的に接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１または２において、
   前記画素電極及び前記第１のトランジスタを有する液晶表示素子の配線と、前記光電変換素子、前記リセットトランジスタ、前記増幅トランジスタ及び前記選択トランジスタを有するセンサ素子の配線とは互いに独立して設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
   前記光電変換素子は、可視光に対して反射性を有する電極、水素を含有する非晶質珪素膜及び透明性を有する電極でなることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか一において、
   前記光電変換素子は上部電極と下部電極を有し、前記下部電極は透明電極であることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一において、前記液晶表示装置は、カメラまたは携帯電話に備えられることを特徴とする液晶表示装置。

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