JP5329938B2 - Image display device with built-in sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はセンサ部内蔵画像表示装置に係り、たとえば、タッチパネル機能付き画像表示装置、あるいは認証機能付き画像表示装置等に適用されるセンサ部内蔵画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device with a built-in sensor unit, for example, an image display device with a built-in sensor unit applied to an image display device with a touch panel function, an image display device with an authentication function, or the like.
液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置に代表される画像表示装置は、携帯電話、電子手帳、デジタルスチルカメラといったモバイル機器のディスプレイや、カーナビゲーションシステム用ディスプレイとして利用されている。今後ユビキタスネットワーク、およびそれを利用したコンテンツ、サービスの発展、充実により、これらの機器の多機能化、高性能化への要求は、ますます高いものになると予想される。これらの要求に対して、ディスプレイを駆動するための回路あるいは光センサなどの機能素子を、画素部が形成されたガラス基板に搭載する、いわゆるシステムオングラス技術が提案されている。この技術により、画像表示装置の多機能化が低コスト、高信頼で実現できる。 Image display devices typified by liquid crystal display devices and organic EL display devices are used as displays for mobile devices such as mobile phones, electronic notebooks, digital still cameras, and displays for car navigation systems. With the development and enhancement of the ubiquitous network and contents and services using it, the demand for higher functionality and higher performance of these devices is expected to become even higher. In response to these requirements, a so-called system-on-glass technique has been proposed in which a functional element such as a circuit for driving a display or a photosensor is mounted on a glass substrate on which a pixel portion is formed. With this technology, it is possible to realize multi-function image display devices at low cost and high reliability.
ここで、たとえば光センサ素子を、画素と同一のガラス基板、あるいはガラス基板に限らず、サファイア、可塑性樹脂製フレキシブル基板、あるいは絶縁された金属基板（以下、これらをまとめて絶縁性基板と称する）上にマトリクス状に配置し、画像表示装置を構成することは、その多機能化に非常に有効となる。 Here, for example, the optical sensor element is not limited to the same glass substrate or glass substrate as the pixel, but is also sapphire, a flexible substrate made of a plastic resin, or an insulated metal substrate (hereinafter collectively referred to as an insulating substrate). Arranging the image display device in a matrix form on the top is very effective for its multi-function.
たとえば、非特許文献1に記載のように、マトリクス状に並べた光センサ素子で、指の影を検知することにより、ディスプレイにタッチパネル機能を付加する技術が提案されている。タッチパネル機能とは、ディスプレイの表示面に直接指で触れることで入力機能を実現したもので、駅の券売機や図書館での検索端末、ＰＯＳ (Point Of Sales)システムを中心とする販売情報管理システムにおいて、ハンディターミナルやレジなどあらゆる面で、なくてはならないものになってきている。
For example, as described in Non-Patent
従来、ディスプレイとタッチパネルは別々に作製され、タッチパネル機能付き画像表示装置として組み立てられる。従来の課題は画質の低下、特に外光での視認性の問題、歩留まりの低下、さらに機械的信頼性の低下、組み立てコストなどである。本技術では、光センサ素子を画像表示用の素子と同一の絶縁性基板へ搭載するため、上記の課題は発生しない。また筐体の薄型化、狭額縁化も可能となる。 Conventionally, a display and a touch panel are separately manufactured and assembled as an image display device with a touch panel function. Conventional problems include deterioration of image quality, particularly visibility problems in external light, reduction in yield, reduction in mechanical reliability, and assembly cost. In the present technology, since the optical sensor element is mounted on the same insulating substrate as the image display element, the above problem does not occur. In addition, the casing can be made thinner and the frame can be narrowed.
別の応用例としては、マトリクス状に配置した光センサ素子で、近赤外光を検知することにより、生体認証機能を付加した画像表示装置などがある。認証に用いられる生体的特徴は、一般的に近赤外光で読み取られる。本機能付加により、装置へのログイン機能や、携帯電話、ＰＤＡなどでは電子商取引の個人認証へ応用することが可能である。
しかし、たとえば光センサ素子を画素と同一の絶縁性基板上にマトリクス状に配置した画像表示装置は表示特性の低下が問題となる。 However, for example, an image display device in which photosensor elements are arranged in a matrix on the same insulating substrate as a pixel has a problem of deterioration in display characteristics.
図２１（ａ）、（ｂ）は、従来の光センサ内蔵画像表示装置のカラー表示用単位画素（ピクセル）ＰＩＸの平面図を、たとえば液晶表示装置の場合を例に挙げて示している。図２１（ａ）では、たとえば赤、緑、青のカラーフィルタによって、それぞれ、副画素（サブピクセル）ＳＰＸ１（Ｒ）、ＳＰＸ２（Ｇ）、ＳＰＸ３（Ｂ）が形成されていることを示している。これら副画素によってフルカラー表示を実現できるカラー表示用単位画素（ピクセル）ＰＩＸが構成される。ここで、サブピクセルとは、フルカラー表示の際の１ピクセルを構成する、第１、第２、第３、・・・、第Ｎの色表示領域を示す画素である。一般には、赤、緑、青の３個のサブピクセルによって一ピクセルを構成する場合が多い。図２１（ａ）は、上述したように、各副画素にカラーフィルタを備えたものを示している。また、図２１（ｂ）は前記カラーフィルタを除去した画素の構成を示している。図２１（ｂ）において、各サブピクセルは、隣接する一対のゲート線ＧＬと隣接する一対のドレイン線ＤＬによって囲まれた領域に形成され、これら領域には画素電極ＰＸと光センサＬＳＮが、平面的に観た場合、互いに重なり合うことなく形成されている。光センサＬＳＮは、たとえばその近傍において光センサ用スイッチ素子ＬＳＳが形成され、光検知のための光検知部ＳＮＳを構成するようになっている。なお、ここではカラーフィルタを用いた場合を例に挙げるが、単色の発光体を用いてフルカラー表示をする場合、図２１（ａ）における副画素の部分は発光体に相当する。 FIGS. 21A and 21B show plan views of color display unit pixels (pixels) PIX of a conventional photosensor built-in image display device, taking a liquid crystal display device as an example. FIG. 21A shows that subpixels (subpixels) SPX1 (R), SPX2 (G), and SPX3 (B) are formed by, for example, red, green, and blue color filters, respectively. . These sub-pixels constitute a color display unit pixel (pixel) PIX capable of realizing full color display. Here, the sub-pixel is a pixel indicating the first, second, third,..., Nth color display area that constitutes one pixel in full color display. In general, one pixel is often constituted by three subpixels of red, green, and blue. FIG. 21A shows a case where each subpixel is provided with a color filter as described above. FIG. 21B shows a configuration of a pixel from which the color filter is removed. In FIG. 21B, each sub-pixel is formed in a region surrounded by a pair of adjacent gate lines GL and a pair of adjacent drain lines DL. In these regions, a pixel electrode PX and a photosensor LSN are planar. When viewed from the perspective, they are formed without overlapping each other. For example, the optical sensor LSN has an optical sensor switch element LSS formed in the vicinity thereof to constitute an optical detection unit SNS for optical detection. Although a case where a color filter is used is taken as an example here, in the case of performing full color display using a monochromatic light emitter, the sub-pixel portion in FIG. 21A corresponds to the light emitter.
このようなカラー表示用単位画素において、光検知部ＳＮＳ（少なくとも光センサＬＳＮが形成されている部分）は、各副画素において形成され、従来の配置方法では、開口率が低下する。その結果、全体的に暗い画像表示装置となってしまう。また、システムオングラス技術を用いて形成する光センサ素子の光電変換部は、画素部のスイッチ、容量などを構成する半導体材料と共通の薄膜で形成するため、センサ素子としての感度は低くなってしまう。このため、液晶表示装置、あるいは一部の有機ＥＬ表示装置のように、フルカラー表示のためにカラーフィルタを設ける際に、図２１（ｃ）に示すように、光センサＬＳＮを被ってカラーフィルタを配置した場合、カラーフィルタによって減光され、光センサ素子の感度は更に低下してしまう。 In such a color display unit pixel, the light detection unit SNS (at least a portion where the photosensor LSN is formed) is formed in each sub-pixel, and the aperture ratio decreases in the conventional arrangement method. As a result, the overall image display device is dark. In addition, the photoelectric conversion part of the optical sensor element formed using system-on-glass technology is formed of a thin film common to the semiconductor material constituting the switch, capacitor, etc. of the pixel part, so the sensitivity as the sensor element is low. End up. For this reason, when a color filter is provided for full-color display like a liquid crystal display device or some organic EL display devices, as shown in FIG. When arranged, the light is attenuated by the color filter, and the sensitivity of the optical sensor element is further reduced.
これを解決するために、特許文献１では、カラーフィルタの面積を低減し、ブラックマトリクス開口部に光検知部を配置する方法、あるいは、同色のサブピクセルの領域を侵食するように光検知部を配置し、かつ光電変換部の上部にはカラーフィルタを配置しない方法が提案されている。しかし、前者の場合、表示領域の一部をブラックマトリクスが占めるため、表示部の開口率が低下する。後者の場合、同色のサブピクセルの領域を侵食するため、画像表示装置に送られる画像データに対する色再現性が悪化してしまうことになる。
In order to solve this problem,
また、特許文献２では、全サブピクセルに対し、それぞれ１個の光検知部を設け、かつサブピクセルの領域を侵食するように光検知部を配置し、さらに、光電変換部の上部にはカラーフィルタを配置しない方法が提案されている。この場合、光センサの解像度は向上し、画像表示装置に送られる画像データに対する色再現性が向上する。しかし光検知部の侵食領域、光センサを操作する配線数が増加するため、表示部の開口率が低下してしまうことになる。
Further, in
本発明の目的は、表示部の開口率の低減を回避し、画像データに対する色再現性を向上させるとともに、充分な解像度を有するセンサ部を備えたセンサ部内蔵画像表示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an image display device with a built-in sensor unit that avoids a reduction in the aperture ratio of the display unit, improves color reproducibility for image data, and includes a sensor unit having sufficient resolution. .
本発明のセンサ部内蔵画像表示装置は、色の表示が異なる複数のサブピクセル（副画素）でカラー用単位画素が構成され、センサ部を、各カラー用表示単位画素において、一個のみのサブピクセル（副画素）を侵食するように配置させ（サブピクセルの領域の一部にセンサ部を形成）、前記センサ部には、色表示のためのカラーフィルタまたは単色発光体層の形成を回避させ、隣接するカラー用単位画素との関係に注目した場合、光検知部が配置されているサブピクセルの種類（色）が異なるように、センサ部を配置することにより、画面全体としてカラーフィルタまたは単色発光層が同一面積になるよう工夫したものである。 In the image display device with a built-in sensor unit of the present invention, a color unit pixel is composed of a plurality of sub-pixels (sub-pixels) having different color displays, and the sensor unit includes only one sub-pixel in each color display unit pixel. (Subpixel) is arranged so as to erode (a sensor part is formed in a part of the subpixel area), and the sensor part is allowed to avoid the formation of a color filter or a monochromatic light emitter layer for color display, When paying attention to the relationship between adjacent color unit pixels, the sensor unit is arranged so that the type (color) of the sub-pixel in which the photodetection unit is arranged is different, so that the color filter or single color light emission as the entire screen. The layer is devised to have the same area.
本発明の構成は、たとえば、以下のようなものとすることができる。 The configuration of the present invention can be as follows, for example.
（１）本発明は、画像表示エリアに、画素およびセンサ部のそれぞれがマトリクス状に配置された光センサ内蔵画像表示装置であって、
それぞれの前記画素は、一方向に並設されて、カラーフィルタあるいは単色発光素子によって各色を表示する第１、第２、・・・、第Ｎ（Ｎは３以上の整数値）の副画素を有するカラー用単位画素を構成し、
前記カラー用単位画素において、前記第１、第２、・・・、第Ｎの副画素のうちいずれかの副画素であって前記副画素の形成領域の一部にセンサ部が形成され、
前記センサ部の形成領域には、色表示のための前記カラーフィルタあるいは前記単色発光素子の形成が回避され、
前記センサ部は、前記一方向に着目した場合、カラー用単位画素毎に、第１、第２、・・・、第Ｎの前記副画素の形成領域の一部において順次配置されているという状態を順次繰り返して配列され、第１の前記副画素の形成領域の一部に配置された前記センサ部と第Ｎの前記副画素の形成領域の一部に配置された前記センサ部との間には前記センサ部が配置されていない前記画素が配置されていることを特徴とする。
(1) The present invention is an image display device with a built-in optical sensor in which pixels and sensor units are arranged in a matrix in an image display area,
Each of the pixels is arranged in parallel in one direction and includes first, second,..., Nth (N is an integer value of 3 or more) subpixels that display each color by a color filter or a single color light emitting element. A color unit pixel having
In the color unit pixel, a sensor portion is formed in a part of the sub-pixel in any one of the first, second,...
In the formation region of the sensor portion, formation of the color filter for color display or the monochromatic light emitting element is avoided,
When the sensor unit is focused on the one direction, the sensor unit is sequentially arranged in a part of the formation region of the first, second,..., Nth subpixels for each color unit pixel. Between the sensor unit arranged in a part of the first sub-pixel formation region and the sensor unit arranged in a part of the N-th sub-pixel formation region. Is characterized in that the pixels where the sensor part is not arranged are arranged .
（２）本発明は、請求項1に記載のセンサ部内蔵画像表示装置において、
前記Ｎは３であり、それぞれの色は、波長帯が５５０〜７００ｎｍ（赤）、５００〜６５０ｎｍ（緑）、４００〜５５０ｎｍ（青）に、カラーフィルタの場合は光透過ピークを、単色発光素子の場合は発光ピークを持つことを特徴とする。
(2) The present invention provides the sensor unit built-in image display device according to
N is 3, and each color has a wavelength band of 550 to 700 nm (red), 500 to 650 nm (green), and 400 to 550 nm (blue). In the case of having an emission peak.
（３）本発明は、請求項1に記載のセンサ部内蔵画像表示装置において、
前記Ｎは４であり、そのうちの３種の色はそれぞれ、波長帯が５５０〜７００ｎｍ（赤）、５００〜６５０ｎｍ（緑）、４００〜５５０ｎｍ（青）に、カラーフィルタの場合は光透過ピークを、単色発光素子の場合は、光ピークを持ち、
残りの1種はカラーフィルタを通すことのない色、あるいは白色発光素子からの色であることを特徴とする。
(3) The present invention provides the sensor unit built-in image display device according to
The N is 4, and three of the colors have wavelength bands of 550 to 700 nm (red), 500 to 650 nm (green), and 400 to 550 nm (blue). In the case of a monochromatic light emitting element, it has a light peak,
The remaining one is a color that does not pass through a color filter, or a color from a white light emitting element.
（４）本発明は、請求項1に記載のセンサ部内蔵画像表示装置において、
同一の絶縁基板上に、画素の表示のためのスイッチ素子、容量素子、および物理量検知のためのセンサ素子、スイッチ素子、容量素子が形成されていることを特徴とする。
(4) The present invention provides the image display device with a built-in sensor unit according to
A switch element for displaying pixels, a capacitor element, and a sensor element, switch element, and capacitor element for detecting a physical quantity are formed over the same insulating substrate.
（５）本発明は、請求項４に記載のセンサ部内蔵画像表示装置において、
前記スイッチ素子の能動部、前記容量素子の少なくとも片方の電極、前記センサ部のセンサ素子が、それぞれ、同一の半導体薄膜によって形成されていることを特徴とする。
(5) The present invention provides the sensor unit built-in image display device according to
The active part of the switch element, at least one electrode of the capacitive element, and the sensor element of the sensor part are each formed of the same semiconductor thin film.
（６）本発明は、請求項５に記載のセンサ部内蔵画像表示装置において、
半導体薄膜は非晶質シリコン、もしくは多結晶シリコン、もしくは非晶質シリコンゲルマニウム、もしくは多結晶シリコンゲルマニウムであることを特徴とする。
(6) In the image display device with a built-in sensor unit according to claim 5,
The semiconductor thin film is characterized by being amorphous silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon germanium, or polycrystalline silicon germanium.
（７）本発明は、請求項１に記載のセンサ部内蔵画像表示装置において、
前記センサ部は、前記一方向と垂直な方向に着目した場合、カラー用単位画素毎に、第１、第２、・・・、第Ｎの前記副画素の形成領域の一部において順次配置されているという状態を順次繰り返して配列され、第１の前記副画素の形成領域の一部に配置された前記センサ部と第Nの前記副画素の形成領域の一部に配置された前記センサ部との間には前記センサ部が配置されていない前記画素が配置されていることを特徴とする。
(7) The present invention provides the image display device with a built-in sensor unit according to
When focusing on the direction perpendicular to the one direction, the sensor unit is sequentially arranged in a part of the first, second,..., Nth subpixel formation region for each color unit pixel. And the sensor unit disposed in a part of the first sub-pixel formation region and the sensor unit disposed in a part of the N-th sub-pixel formation region. The pixel in which the sensor unit is not disposed is disposed between the two.
なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。 The above-described configuration is merely an example, and the present invention can be modified as appropriate without departing from the technical idea. Further, examples of the configuration of the present invention other than the above-described configuration will be clarified from the entire description of the present specification or the drawings.
本発明の光センサ内蔵画像表示装置によれば、表示部の開口率の低減を回避し、画像データに対する色再現性を向上させるとともに、充分な解像度を有する光検知部を備えることができる。 According to the image display device with a built-in optical sensor of the present invention, it is possible to avoid a reduction in the aperture ratio of the display unit, improve the color reproducibility with respect to image data, and provide a photodetecting unit having sufficient resolution.
本発明のその他の構成については、明細書全体の記載から明らかにされる。 Other configurations of the present invention will become apparent from the description of the entire specification.
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing and each example, the same or similar components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
〈実施例１〉
図１（ａ）は、本発明の光センサ内蔵画像表示装置の実施例１における画像表示エリアＡＲ（光検知エリア）を示した平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）中に示す点線枠内のピクセル群の詳細を示した平面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）に示すII−II線に沿った断面図で、カラー表示としてカラーフィルタを用いた場合の図である。図２（ｂ）は、図１（ｂ）に示すII−II線に沿った断面図で、カラー表示として白色の発光素子とカラーフィルタを用いた図である。図２（ｃ）は、図１（ｂ）に示すII−II線に沿った断面図で、カラー表示として単色の発光素子を用いた図である。
<Example 1>
FIG. 1A is a plan view showing an image display area AR (light detection area) in the first embodiment of the image display device with a built-in optical sensor of the present invention. FIG. 1B is a plan view showing details of the pixel group in the dotted frame shown in FIG. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. 1B, and shows a case where a color filter is used as a color display. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. 1B and is a diagram using a white light emitting element and a color filter as a color display. FIG.2 (c) is sectional drawing along the II-II line | wire shown in FIG.1 (b), and is the figure which used the monochromatic light emitting element as a color display.
図１（ａ）において、マトリックス状に配置された複数のピクセル（カラー用単位画素）ＰＩＸは、フルカラー表示のための第１、第２、第３、・・・、第Ｎ（Ｎは少なくとも3以上）の色表示領域からなるサブピクセル（副画素）と、光検知部（センサ部）とで構成される。図１（ｂ）中、第１のサブピクセルは符号ＳＰＸ１、第２のサブピクセルは符号ＳＰＸ２、……、第Ｎのサブピクセルは符号ＳＰＸＮ、光検知部は符号ＳＮＳで示している。一般には赤、緑、青の少なくとも三色のサブピクセルがあれば、フルカラー表示が可能である。図３に示すように、赤、緑、青の表示領域は、一般に、波長帯が５５０−７００ｎｍ（赤）、５００−６５０ｎｍ（緑）、４００−５５０ｎｍ（青）に、カラーフィルタの場合は光透過ピークを、単色発光素子の場合は発光ピークをもつようになっている。なお、図３において、横軸は波長λ（ｎｍ）を、縦軸は光透過率（あるいは発光強度）ＩＬを示し、図中左側から右側にかけて、青の分光特性、緑の分光特性、赤の分光特性を示している。なお、図中、青の光は網状のハッチングとして、緑の光は右上がりの斜線ハッチングとして、赤の光は右下がりの斜線ハッチングとして示し、これらハッチングはたとえば図１（ｂ）において、各サブピクセルの表示される色に対応づけられるように示している。このような描画は、後に示すピクセル（サブピクセル）を示す平面図においても同様となっている。 In FIG. 1A, a plurality of pixels (color unit pixels) PIX arranged in a matrix form first, second, third,..., N (N is at least 3) for full color display. The sub-pixel (sub-pixel) composed of the above color display area and the light detection unit (sensor unit). In FIG. 1B, the first sub-pixel is denoted by reference numeral SPX1, the second sub-pixel is denoted by reference numeral SPX2,..., The Nth sub-pixel is denoted by reference numeral SPXN, and the light detection unit is indicated by reference numeral SNS. In general, if there are at least three sub-pixels of red, green, and blue, full-color display is possible. As shown in FIG. 3, the display areas of red, green, and blue generally have wavelength bands of 550 to 700 nm (red), 500 to 650 nm (green), and 400 to 550 nm (blue). The transmission peak has a light emission peak in the case of a monochromatic light emitting element. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the wavelength λ (nm), the vertical axis indicates the light transmittance (or light emission intensity) IL, and the blue spectral characteristics, the green spectral characteristics, and the red spectral characteristics from the left side to the right side in the figure. Spectral characteristics are shown. In the figure, blue light is shown as mesh hatching, green light is shown as hatching with an upward slope, and red light is shown with hatching with a downward slope. These hatchings are shown in FIG. It is shown to be associated with the displayed color of the pixel. Such drawing is the same in a plan view showing pixels (sub-pixels) described later.
この実施例で特徴的な構成は、図１（ｂ）に示すように、（１）１個のピクセル（カラー用単位画素）ＰＩＸに注目した場合、光検知部ＳＮＳは、第１、第２、第３、・・・、第Ｎのサブピクセル（Ｎは少なくとも3以上）のうち、いずれか１個のみのサブピクセルの領域を侵食する（サブピクセル領域の一部に光検知部が形成される）ように配置されていること、光検知部ＳＮＳの上部には色表示のためのカラーフィルタもしくは発光体素子が配置されていないこと、また、（２）隣接するピクセル（カラー用単位画素）との関係に注目した場合、少なくとも一方向（たとえば図中矢印ｘ方向）では、光検知部ＳＮＳが配置されているサブピクセルの種類（色）がそれぞれ異なっていることにある。 As shown in FIG. 1B, the characteristic configuration of this embodiment is as follows. (1) When attention is paid to one pixel (unit pixel for color) PIX, the light detection unit SNS includes first and second pixels. , The third,..., The Nth subpixel (N is at least 3 or more), and erodes the area of only one subpixel (the light detection part is formed in a part of the subpixel area) (2) Adjacent pixels (color unit pixels), and that no color filter or light emitting element for color display is arranged on the upper part of the light detection unit SNS. When attention is paid to the relationship, the type (color) of the subpixel in which the light detection unit SNS is arranged is different in at least one direction (for example, the direction of the arrow x in the figure).
なお、図２（ａ）は、液晶表示装置の断面を示し、液晶ＬＣを挟持して一対の基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２が対向して配置されている。基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣ側の面において、図中点線枠に示すように、図中左側から、第１のサブピクセルＳＰＸ１に形成された光検知部ＳＮＳ、第２のサブピクセルＳＰＸ２に形成されたスイッチング素子ＳＷ２、……、第ＮのサブピクセルＳＰＸＮに形成されたスイッチング素子ＳＷＮが形成されている。また、基板ＳＵＢ２の液晶ＬＣ側の面の各サブピクセルにおいて、色の異なるカラーフィルタＦＩＬが形成されているが、前記光検知部ＳＮＳの真上には前記カラーフィルタＦＩＬの形成が回避されるようになっている。また、図２（ｂ）は、有機ＥＬ表示装置の断面を示し、白色有機発光層ＷＥＬを挟持して一対の基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２が対向して配置されている。基板ＳＵＢ１の白色有機発光層ＷＥＬ側の面において、図中点線枠に示すように、図中左側から、第１のサブピクセルＳＰＸ１に形成された光検知部ＳＮＳ、第２のサブピクセルＳＰＸ２に形成されたスイッチング素子ＳＷ２、……、第ＮのサブピクセルＳＰＸＮに形成されたスイッチング素子ＳＷＮが形成されている。また、基板ＳＵＢ２の白色有機発光層ＷＥＬ側の面の各サブピクセルにおいて、色の異なるカラーフィルタＦＩＬが形成されているが、前記光検知部ＳＮＳの真上には前記カラーフィルタＦＩＬの形成が回避されるようになっている。また、図２（ｃ）も、有機ＥＬ表示装置の断面を示し、サブピクセル毎に色の異なる有機発光層ＥＬが形成され、基板ＳＵＢ１の有機発光層ＥＬ側の面において、図中点線枠に示すように、図中左側から、第１のサブピクセルＳＰＸ１に形成された光検知部ＳＮＳ、第２のサブピクセルＳＰＸ２に形成されたスイッチング素子ＳＷ２、……、第ＮのサブピクセルＳＰＸＮに形成されたスイッチング素子ＳＷＮが形成されている。また、基板ＳＵＢ２の有機発光層ＥＬ側の面の各サブピクセルにおいて、前記光検知部ＳＮＳの真上には前記有機発光層ＥＬの形成が回避されるようになっている。 FIG. 2A shows a cross section of the liquid crystal display device, and a pair of substrates SUB1 and SUB2 are arranged to face each other with the liquid crystal LC interposed therebetween. On the surface of the substrate SUB1 on the liquid crystal LC side, as shown by the dotted line frame in the figure, from the left side in the figure, the photodetecting unit SNS formed in the first subpixel SPX1 and the switching formed in the second subpixel SPX2 Elements SW2,..., Switching elements SWN formed in the Nth sub-pixel SPXN are formed. Further, although the color filter FIL having a different color is formed in each sub-pixel on the surface of the substrate SUB2 on the liquid crystal LC side, the formation of the color filter FIL is avoided immediately above the light detection unit SNS. It has become. FIG. 2B shows a cross section of the organic EL display device, in which a pair of substrates SUB1 and SUB2 are arranged to face each other with the white organic light emitting layer WEL interposed therebetween. On the surface of the substrate SUB1 on the white organic light emitting layer WEL side, as shown by the dotted frame in the figure, from the left side in the figure, the light detection unit SNS formed in the first subpixel SPX1 and the second subpixel SPX2 are formed. The switching elements SWN formed in the Nth sub-pixel SPXN are formed. Further, although the color filter FIL having a different color is formed in each subpixel on the surface of the substrate SUB2 on the white organic light emitting layer WEL side, the formation of the color filter FIL is avoided directly above the light detection unit SNS. It has come to be. FIG. 2C also shows a cross section of the organic EL display device, in which organic light-emitting layers EL having different colors are formed for each subpixel, and on the surface of the substrate SUB1 on the organic light-emitting layer EL side, As shown in the figure, from the left side, the light detection unit SNS formed in the first subpixel SPX1, the switching element SW2 formed in the second subpixel SPX2,..., And formed in the Nth subpixel SPXN. The switching element SWN is formed. Further, in each subpixel on the surface of the substrate SUB2 on the organic light emitting layer EL side, the formation of the organic light emitting layer EL is avoided immediately above the light detection unit SNS.
光検知部ＳＮＳは、少なくとも光電変換部で構成され、必要に応じて蓄積容量、増幅器なども構成要素とすることができる。図３（ａ）、（ｂ）は光検知部ＳＮＳを示す構成図である。図３（ａ）はレイアウト図、図３（ｂ）は等価回路図である。図３（ａ）、（ｂ）の例では、光検知部ＳＮＳは、光電変換素子ＳＥＣ、蓄積容量素子ＣＮ、リセット用スイッチ素子ＲＳＷ、信号増幅用素子ＳＡ、ピクセル選択用スイッチ素子ＳＳＷで構成されている。リセット用スイッチ素子ＲＳＷと光電変換素子ＳＥＣの直列接続体は高電圧源線ＨＰＬと低電圧源線ＬＰＬとの間に接続され、リセット信号線ＰＬからの信号によって前記リセット用スイッチ素子ＲＳＷはオン・オフされるようになっている。光電変換素子ＳＥＣに発生する電荷は、蓄積容量素子ＣＮに蓄積され、信号増幅用素子ＳＡをオンさせるようになっており、前記高電圧源線ＨＰＬからの電源は、信号増幅用素子ＳＡ、および画素列選択線ＬＳＬからの信号によってオンされたピクセル選択用スイッチ素子ＳＳＷを通して出力されるようになっている。なお、本願発明では、光検知部（センサ部）ＳＮＳは、少なくとも光電変換部（センサ素子）ＳＥＣが備えられていればよく、他の構成部材となる蓄積容量素子ＣＮ、信号増幅用素子ＳＡは、画像表示エリアＡＲの周辺に配置させるように構成してもよい。また光検知部ＳＮＳを構成する素子は図３に示したものに限られることはなく、たとえば上述した非特許文献１に示されるように、図３の場合よりも少ない素子数によって構成するようにしてもよい。素子、材料、配線の物性、及び要求される機能によって最適な構成を採用すればよい。
The light detection unit SNS includes at least a photoelectric conversion unit, and a storage capacitor, an amplifier, and the like can be used as components as necessary. 3A and 3B are configuration diagrams showing the light detection unit SNS. 3A is a layout diagram, and FIG. 3B is an equivalent circuit diagram. In the example of FIGS. 3A and 3B, the light detection unit SNS includes a photoelectric conversion element SEC, a storage capacitor element CN, a reset switch element RSW, a signal amplification element SA, and a pixel selection switch element SSW. ing. A series connection body of the reset switch element RSW and the photoelectric conversion element SEC is connected between the high voltage source line HPL and the low voltage source line LPL, and the reset switch element RSW is turned on by a signal from the reset signal line PL. It is supposed to be turned off. The electric charge generated in the photoelectric conversion element SEC is accumulated in the storage capacitor element CN so as to turn on the signal amplification element SA. The power supply from the high voltage source line HPL includes the signal amplification element SA, and The signal is output through the pixel selection switch element SSW which is turned on by a signal from the pixel column selection line LSL. In the present invention, the light detection unit (sensor unit) SNS only needs to include at least the photoelectric conversion unit (sensor element) SEC, and the storage capacitor element CN and the signal amplification element SA, which are other constituent members, The image display area AR may be arranged around the image display area AR. The elements constituting the light detection unit SNS are not limited to those shown in FIG. 3. For example, as shown in
図５は、１ピクセル分の素子配置の例（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のサブピクセルと、光検知部ＳＮＳとで１ピクセルを構成した例を示した図である。図５（ａ）で示されたサブピクセル配置に対し、光検知部ＳＮＳを、図５（ｂ）、あるいは（ｃ）に示すように配置している。図５（ａ）は図２１（ａ）に対応した図となっており、図５（ｂ）は図２１（ｂ）に対応した図となっている。図５（ｂ）の場合、サブピクセルの一部の領域に、光電変換素子ＳＥＣの他に光検知部ＳＮＳを構成する残りの素子を配置するようにしている。この光電変換素子ＳＥＣおよび他の素子の形成領域にはカラーフィルタあるいは単色発光素子の形成が回避されている。また、図５（ｃ）の場合、一のサブピクセルの一部に光電変換素子ＳＥＣを配置させ、この光電変換素子ＳＥＣの形成領域にはカラーフィルタあるいは単色発光素子の形成が回避されている。そして、隣接する他のサブピクセルの一部に光検知部ＳＮＳを構成する他の素子を配置させ、これら他の素子上にはカラーフィルタあるいは単色発光素子を形成するようにしている。このことから、この明細書において、光検知部ＳＮＳあるいはセンサ部と称する場合、光電変換素子ＳＥＣあるいはセンサ素子のみをいう場合と、これら光電変換素子ＳＥＣあるいはセンサ素子を含んだ他の素子を含む場合をいうものとする。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of element arrangement for one pixel (red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels and an example in which one pixel is configured by the light detection unit SNS. In contrast to the sub-pixel arrangement shown in Fig. 5 (a), the light detection units SNS are arranged as shown in Fig. 5 (b) or (c). Fig. 5 (b) corresponds to Fig. 21 (b), and in the case of Fig. 5 (b), photoelectric conversion is performed in a partial region of the sub-pixel. In addition to the element SEC, the remaining elements constituting the light detection unit SNS are arranged, and formation of a color filter or a single color light emitting element is avoided in the formation region of the photoelectric conversion element SEC and other elements. 5C, the photoelectric conversion element SEC is arranged in a part of one subpixel. The formation of the color filter or the monochromatic light emitting element is avoided in the formation region of the photoelectric conversion element SEC, and another element constituting the light detection unit SNS is arranged in a part of another adjacent subpixel. A color filter or a monochromatic light emitting element is formed on these other elements, and therefore, in this specification, when referred to as a light detection unit SNS or a sensor unit, only the photoelectric conversion element SEC or the sensor element is used. And the case where the photoelectric conversion element SEC or another element including the sensor element is included.
図６に示すように、画像表示エリアＡＲにおけるカラー用単位画素は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３個のサブピクセルによって一ピクセルＰＩＸを構成することで、フルカラー表示を実現する場合が多い。これに対し、色再現性やコントラストなど表示特性向上のために、1ピクセルを更に多くの数のサブピクセルから構成する場合がある。たとえば、赤、緑、青、白のサブピクセルと光検知部とで１ピクセルを構成する場合などである。各サブピクセルは、各々カラーフィルタを上部に形成するか、単色発光材料の層を形成することにより、色を表示する。このように構成した場合、光検知部のピクセルへの侵食領域を少なくでき、表示特性を維持するために必要な開口率を確保することができる。また光検知部ＳＮＳによって侵食されるサブピクセルの種類（色）を変えることで、侵食されたサブピクセルが偏らないよう隣接するピクセル間で調整され、画像データに対しての色再現性を確保することができる。 As shown in FIG. 6, the color unit pixel in the image display area AR is composed of three sub-pixels of red (R), green (G), and blue (B) to form a single pixel PIX, thereby displaying full color. Is often realized. On the other hand, in order to improve display characteristics such as color reproducibility and contrast, one pixel may be composed of a larger number of subpixels. For example, there is a case where one pixel is composed of red, green, blue, and white sub-pixels and a light detection unit. Each sub-pixel displays a color by forming a color filter on top or by forming a layer of monochromatic light emitting material. When comprised in this way, the erosion area | region to the pixel of a photon detection part can be decreased, and the aperture ratio required in order to maintain a display characteristic can be ensured. In addition, by changing the type (color) of the sub-pixel eroded by the light detection unit SNS, the eroded sub-pixel is adjusted between adjacent pixels so as not to be biased, and color reproducibility for image data is ensured. be able to.
ここで、図６を用いてピクセルの配置例を説明する。説明のために、横、縦の概念を定義する。ここでいう、横、縦とは、マトリクス状に並んだピクセルの位置（座標）を示すために、恣意的に選んだ、マトリクスの並びに沿った互いに交差する軸の方向を示す。 Here, an example of pixel arrangement will be described with reference to FIG. For the sake of explanation, horizontal and vertical concepts are defined. Here, horizontal and vertical indicate directions of axes intersecting each other along an array of the matrix arbitrarily selected to indicate the positions (coordinates) of pixels arranged in a matrix.
図６に示すように、ピクセルＰＩＸは赤、緑、青の三色のサブピクセル（図中、それぞれ、符号ＳＰＸ１（Ｒ）、ＳＰＸ２（Ｇ）、ＳＰＸ３（Ｂ）で示す）と、光検知部ＳＮＳで構成されている。そして、各ピクセルＰＩＸにおいて、光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、図中横方向に着目した場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、・・・の順に配列されている。このような配列にすることによって、光検知部は表示面に均等に配列され、表示特性の劣化を引き起こすことはなくなる。 As shown in FIG. 6, the pixel PIX includes three sub-pixels of red, green, and blue (indicated by symbols SPX1 (R), SPX2 (G), and SPX3 (B) in the drawing), and a light detection unit. It is composed of SNS. In each pixel PIX, the sub-pixels eroded by the light detection unit SNS are red (R), green (G), blue (B), red (R), and green when focusing on the horizontal direction in the figure. (G), blue (B),... With such an arrangement, the light detection units are evenly arranged on the display surface, and display characteristics are not deteriorated.
ここで、最初のピクセルＰＩＸの光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、必ずしも赤（Ｒ）である必要はなく、緑（Ｇ）であっても、青（Ｂ）であってもよい。横方向に順番に見たとき、光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルが異なっていることが重要であり、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、・・・であっても、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、・・・の順であってもよい。また、一画素のサブピクセルの並びは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順である必要はなく、全画素で統一されてさえいればよい。従って、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）であっても、緑、青、赤であってもよい。 Here, the sub-pixel in which the light detection unit SNS of the first pixel PIX is eroded does not necessarily have to be red (R), and may be green (G) or blue (B). . When viewed in order in the horizontal direction, it is important that the sub-pixels eroded by the light detection unit SNS are different, and green (G), blue (B), red (R), green (G), Even blue (B), red (R),..., Blue (B), red (R), green (G), blue (B), red (R), green (G),.・ It may be in the order. In addition, the arrangement of the subpixels of one pixel does not need to be in the order of red (R), green (G), and blue (B). Therefore, it may be blue (B), green (G), red (R), or green, blue, red.
図１および図２は、図６に示した構成を一般化して示した図である。ピクセルＰＩＸは、第１、第２、・・・、第Ｎ（Ｎは少なくとも３以上）の色表示領域からなる複数の副画素（サブピクセル）と、光検知部ＳＮＳとで構成されている。光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、画像表示エリアＡＲの横方向（図１に示すｘ方向）に着目した場合、ピクセルＰＩＸ毎に、第１、第２、・・・、第Ｎの順を繰り返えすようにして配列されている。このような配列にすることによって、光検知部はサブピクセルごとに均等に配列され、表示特性の劣化を回避することができる。 1 and 2 are generalized views of the configuration shown in FIG. The pixel PIX includes a plurality of sub-pixels (sub-pixels) including first, second,..., Nth (N is at least 3 or more) color display regions, and a light detection unit SNS. The sub-pixels eroded by the light detection unit SNS are first, second,..., Nth for each pixel PIX when attention is paid to the horizontal direction (x direction shown in FIG. 1) of the image display area AR. It is arranged so as to repeat the order. By adopting such an arrangement, the light detection units are arranged evenly for each subpixel, and deterioration of display characteristics can be avoided.
図７は、図６の構成にさらなる改良を施した構成を示すもので、画像表示エリアＡＲの縦方向（図中ｙ方向）にも配列制御を施した例を示している。図７において、各ピクセルＰＩＸは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のサブピクセル（それぞれ、図中符号ＳＰＸ１（Ｒ）、ＳＰＸ２（Ｇ）、ＳＰＸ３（Ｂ）で示す）と、光検知部ＳＮＳで構成されている。光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、縦方向、横方向（図中ｘ方向）のいずれも、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、・・・の順に配列されている。なお、図７の下側の図は、各ピクセルＰＩＸにおいて、光検知部ＳＮＳによって浸食されるサブピクセルを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかで示している。このような配列にすることによって、光検知部はサブピクセルごとに均等に配列され、表示特性の劣化を回避することができる。 FIG. 7 shows a configuration obtained by further improving the configuration of FIG. 6 and shows an example in which arrangement control is also performed in the vertical direction (y direction in the figure) of the image display area AR. In FIG. 7, each pixel PIX is represented by subpixels of three colors of red (R), green (G), and blue (B) (respectively indicated by symbols SPX1 (R), SPX2 (G), and SPX3 (B) in the drawing). ) And the light detection unit SNS. The subpixels eroded by the light detection unit SNS are red (R), green (G), blue (B), red (R), green (in the vertical direction and the horizontal direction (x direction in the figure)). G), blue (B),... In the lower diagram of FIG. 7, in each pixel PIX, subpixels eroded by the light detection unit SNS are indicated by red (R), green (G), or blue (B). By adopting such an arrangement, the light detection units are arranged evenly for each subpixel, and deterioration of display characteristics can be avoided.
なお、最初のピクセルの光検知部が侵食しているサブピクセルが、必ずしも赤（Ｒ）である必要がなく、さらに、一画素のサブピクセルの並びは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順である必要がなく、全画素で統一されていればよいことは、図６において示した場合と同様である。 Note that the sub-pixel in which the light detection unit of the first pixel is eroded does not necessarily have to be red (R), and the arrangement of the sub-pixels of one pixel is red (R), green (G), blue It is not necessary to be in the order of (B), and it is only necessary that all pixels be unified, as in the case shown in FIG.
図８は図７に示した構成を一般化して示した図である。ピクセルＰＩＸは、第１、第２、・・・、第Ｎの色表示領域からなる副画素（図中符号ＳＰＸ１、ＳＰＸ２、ＳＰＸ３、……、ＳＰＸＮで示す）と、光検知部ＳＮＳとで構成されている。光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、縦方向および横方向のいずれも、第１、第２、・・・、第Ｎの順に配列されている。なお、図８の下側の図は、各ピクセルＰＩＸにおいて、光検知部ＳＮＳによって浸食されるサブピクセルを第１、第２、第３、……、第Ｎのいずれかで示している。このような配列にすることによって、光検知部はサブピクセルごとに均等に配列され、表示特性の劣化を回避している。 FIG. 8 is a generalized view of the configuration shown in FIG. The pixel PIX is composed of subpixels (indicated by reference numerals SPX1, SPX2, SPX3,..., SPXN in the figure) composed of first, second,..., Nth color display areas, and a light detection unit SNS. Has been. The subpixels eroded by the light detection unit SNS are arranged in the order of the first, second,..., Nth in both the vertical direction and the horizontal direction. The lower diagram in FIG. 8 shows subpixels eroded by the light detection unit SNS in each pixel PIX in any of the first, second, third,..., Nth. By adopting such an arrangement, the light detection units are arranged evenly for each sub-pixel to avoid deterioration of display characteristics.
図９は、本発明に従った、ピクセルの別の配置例を示し、図７と対応させて描いた図となっている。図９において、ピクセルＰＩＸは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のサブピクセル（図中符号ＳＰＸ１（Ｒ）、ＳＰＸ２（Ｇ）、ＳＰＸ３（Ｂ）で示す）と、光検知部ＳＮＳで構成されている。縦方向（図中ｙ方向）で見た場合、各ピクセルＰＩＸを構成するサブピクセルの並びは、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）、（Ｂ，Ｒ，Ｇ）、（Ｇ，Ｂ，Ｒ）、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）、（Ｂ，Ｒ，Ｇ）、・・・の順に配列されている、いわゆるモザイク配列を採用したものとなっている。光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、横方向（図中ｘ方向）で見た場合には、同一種のサブピクセルであり、縦方向で見た場合には、互いに異なるサブピクセルとなるよう配置されている。図９では、光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、一行目が赤（Ｒ）、二行目が緑（Ｇ）、三行目が青（Ｂ）の順に、以下繰り返しとなっている。なお、なお、図９の下側の図は、各ピクセルＰＩＸにおいて、光検知部ＳＮＳによって浸食されるサブピクセルを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかで示している。本例では、光検知部ＳＮＳは表示面に均等に配列され、表示特性の劣化が回避できる。上述した図６、図７の場合の構成と比較した場合、光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルが、隣接ピクセル間で連続する箇所がないため、より均一に光検知部ＳＮＳが配列できるようになる。 FIG. 9 shows another example of the arrangement of pixels according to the present invention, and is a diagram drawn in correspondence with FIG. In FIG. 9, a pixel PIX is a sub-pixel of three colors of red (R), green (G), and blue (B) (indicated by reference numerals SPX1 (R), SPX2 (G), and SPX3 (B) in the figure), It is comprised by the photon detection part SNS. When viewed in the vertical direction (y direction in the figure), the arrangement of subpixels constituting each pixel PIX is (R, G, B), (B, R, G), (G, B, R), ( R, G, B), (B, R, G),... Are used in the order of so-called mosaic arrangement. The subpixels eroded by the light detection unit SNS are the same type of subpixels when viewed in the horizontal direction (x direction in the figure), and different subpixels when viewed in the vertical direction. It is arranged to be. In FIG. 9, the subpixels eroded by the light detection unit SNS are repeated in the order of red (R) in the first row, green (G) in the second row, and blue (B) in the third row. Yes. In addition, the lower diagram in FIG. 9 shows, in each pixel PIX, a sub-pixel eroded by the light detection unit SNS in red (R), green (G), or blue (B). . In this example, the light detection units SNS are evenly arranged on the display surface, and deterioration of display characteristics can be avoided. When compared with the configuration in the case of FIG. 6 and FIG. 7 described above, since the subpixels eroded by the light detection unit SNS are not continuous between adjacent pixels, the light detection units SNS can be arranged more uniformly. It becomes like this.
図１０は図９に示した構成を一般化した例を示す図である。図１０において、上側の図は画像表示エリアＡＲを示し、下側の図は前記画像表示エリアＡＲにおいて、図中左上からＮ×Ｎ個のピクセルＰＩＸを拡大した図である。ピクセルＰＩＸは、第１、第２、・・・、第Ｎの色表示領域からなるサブピクセル（図中符号ＳＰＸ１、ＳＰＸ２、ＳＰＸ３、……、ＳＰＸＮで示す）と、光検知部ＳＮＳとで構成されている。縦方向（図中ｙ方向）で見た場合、各ピクセルを構成するサブピクセルの並びは、１行目は、図面左より、第１，第２，・・・，第Ｎの順で繰り返して配列され、２行目は、第Ｎ，第１，・・・，第Ｎ−１の順で繰り返して配列され、３行目は、第Ｎ−１，第Ｎ，・・・，第Ｎ−２の順で繰り返して配列され、４行目は、第Ｎ−２，第Ｎ−１，・・・，第Ｎ−３の順で繰り返して配列されている（隣接ピクセル間でサイクリックに配列が入れ替わっている）。そして、光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、横方向（図中ｘ方向）で見た場合、同一種のサブピクセルであり、縦方向で見た場合、互いに異なるサブピクセルとなるよう配置されている。図９に示した構成と同様、光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルが連続することがないため、より均一に光検知部が配列できる。 FIG. 10 is a diagram showing an example in which the configuration shown in FIG. 9 is generalized. 10, the upper diagram shows the image display area AR, and the lower diagram is an enlarged view of N × N pixels PIX from the upper left in the image display area AR. The pixel PIX includes subpixels (indicated by reference numerals SPX1, SPX2, SPX3,..., SPXN in the drawing) composed of first, second,..., Nth color display areas, and a light detection unit SNS. Has been. When viewed in the vertical direction (y direction in the figure), the arrangement of sub-pixels constituting each pixel is repeated in the order of the first, second,... The second row is repeatedly arranged in the order of Nth, 1st,..., N−1, and the 3rd row is N−1, Nth,. The fourth row is repeatedly arranged in the order of N-2, N-1,..., N-3 (cyclically arranged between adjacent pixels). Are replaced). The subpixels eroded by the light detection unit SNS are the same type of subpixels when viewed in the horizontal direction (x direction in the figure), and are different from each other when viewed in the vertical direction. Has been placed. Similar to the configuration shown in FIG. 9, since the sub-pixels eroded by the light detection unit SNS do not continue, the light detection units can be arranged more uniformly.
〈実施例２〉
上述の実施例１では、各ピクセルＰＩＸに１個の光検知部ＳＮＳを設ける例を示した。しかし、これに限らず、Ｎ＋１ピクセル毎に光検知部ＳＮＳを設けないピクセルを配置することで、画質低下を抑制しつつ、光検知性能の高いモジュールを提供できる。このため、このように構成するようにしてもよい。
<Example 2>
In the first embodiment described above, an example in which one light detection unit SNS is provided in each pixel PIX has been described. However, the present invention is not limited to this, and a module with high light detection performance can be provided while suppressing deterioration in image quality by disposing a pixel without the light detection unit SNS for each N + 1 pixel. For this reason, you may make it comprise in this way.
図１１は、画像表示エリアＡＲにおけるピクセルＰＩＸとこのピクセルＰＩＸを構成する副画素（サブピクセル）を示す拡大図である。ピクセルＰＩＸは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のサブピクセル（図中ＳＰＸ１（Ｒ）、ＳＰＸ２（Ｇ）、ＳＰＸ３（Ｂ）で示す）で構成されている。光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルは、横方向に着目した場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、配置なし、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、配置なし・・・の順に配列されている。このような配列にすることによって、光検知部ＳＮＳはサブピクセルごとに均等に配列され、表示特性の劣化を回避することができる。また、光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルが連続することがないため、より均一に光検知部が配列できる。 FIG. 11 is an enlarged view showing the pixel PIX in the image display area AR and the sub-pixels (sub-pixels) constituting the pixel PIX. The pixel PIX is composed of red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels (indicated by SPX1 (R), SPX2 (G), and SPX3 (B) in the drawing). The subpixels eroded by the light detection unit SNS are red (R), green (G), blue (B), no arrangement, red (R), green (G), blue ( B), arranged in the order of no arrangement. By adopting such an arrangement, the light detection units SNS are arranged evenly for each subpixel, and deterioration of display characteristics can be avoided. Further, since the subpixels eroded by the light detection unit SNS do not continue, the light detection units can be arranged more uniformly.
ここで、光検知部ＳＮＳの配置については、上述のように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、配置なし、の順である必要はなく、横方向に順番に見たとき、互いに異なっていることが重要となる。すなわち、４ピクセル（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、配置なし）の組合せを適当に並べ、それを繰り返す配列であればよい。色再現性やコントラストなど表示特性向上のために、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三個のサブピクセルに加え、それらと、白のサブピクセルと、光検知部ＳＮＳとで１ピクセルを構成するようにしてもよいのは実施例１と同様である。 Here, as described above, the arrangement of the light detection units SNS does not need to be in the order of red (R), green (G), blue (B), and no arrangement, and is viewed in order in the horizontal direction. Sometimes it is important to be different from each other. In other words, any combination of four pixels (red (R), green (G), blue (B), no arrangement) is appropriately arranged and repeated. In order to improve display characteristics such as color reproducibility and contrast, in addition to the three sub-pixels of red (R), green (G), and blue (B), these, the white sub-pixel, and the light detection unit SNS In the same manner as in the first embodiment, one pixel may be configured.
図１２は、図１１に示した構成を一般化した例を示す図である。図１２は、画像表示エリアＡＲの横方向（図中ｘ方向）に並設されるピクセルＰＩＸを示している。ピクセルＰＩＸは、横方向に、第１、第２、・・・、第Ｎの色表示領域からなる複数のサブピクセル（図中ＳＰＸ１、ＳＰＸ２、……ＳＰＸＮで示す）が順次並設されて構成されている。そして、光検知部ＳＮＳは、横方向に着目した場合、ピクセルＰＩＸ毎に、第１、第２、・・・、第Ｎにおいて順次配置され、第Ｎ＋１において配置されていないという状態を順次繰り返して配列されている。このような配列にすることによって、光検知部はサブピクセルごとに均等に配列され、表示特性の劣化を回避できる。また、光検知部が侵食しているサブピクセルが連続することがないため、より均一に光検知部を配列できる。ここで、光検知部ＳＮＳを含まない配置なしのサブピクセルは、必ずしも第Ｎと第１のピクセルの間にある必要はなく、Ｎ＋１ピクセル毎に周期的に配置されていてもよい。 FIG. 12 is a diagram showing an example in which the configuration shown in FIG. 11 is generalized. FIG. 12 shows pixels PIX arranged in parallel in the horizontal direction (x direction in the figure) of the image display area AR. The pixel PIX includes a plurality of sub-pixels (indicated by SPX1, SPX2,..., SPXN in the figure) that are sequentially arranged in the horizontal direction. The subpixels include first, second,..., Nth color display areas. Has been. Then, when focusing on the horizontal direction, the light detection unit SNS sequentially repeats the state in which the pixels are sequentially arranged in the first, second,..., Nth and not in the (N + 1) th for each pixel PIX. It is arranged. By adopting such an arrangement, the light detection units are arranged evenly for each sub-pixel, and deterioration of display characteristics can be avoided. In addition, since the sub-pixels eroded by the light detection unit do not continue, the light detection units can be arranged more uniformly. Here, the non-placed sub-pixels that do not include the light detection unit SNS are not necessarily between the N-th and the first pixels, and may be periodically placed every N + 1 pixels.
図１３は、図１０の例で示した構成を前提とし、縦方向にも配列制御を施した例である。図１３において、上側に示した図は各ピクセルＰＩＸにおいてサブピクセルをも示した図を示し、下側に示した図は各ピクセルＰＩＸにおいて光検知部ＳＮＳによって浸食された（一部において光検知部ＳＮＳが配置されている）サブピクセルをＲ、Ｇ、Ｂのいずれかで示し、浸食されていない（光検知部ＳＮＳが配置されていない）サブピクセルをＮによって示している。縦方向、横方向のいずれも、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、配置なし、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、配置なし・・・の順に配列されている。このような配列にすることによって、光検知部は表示面に均等に配列され、表示特性の劣化を回避できる。 FIG. 13 is an example in which arrangement control is performed in the vertical direction on the premise of the configuration shown in the example of FIG. In FIG. 13, the diagram shown on the upper side shows a diagram that also shows subpixels in each pixel PIX, and the diagram shown on the lower side is eroded by the photodetection unit SNS in each pixel PIX (partially the photodetection unit). A subpixel in which SNS is arranged is indicated by any one of R, G, and B, and a subpixel that is not eroded (in which no photodetecting unit SNS is arranged) is indicated by N. Both vertical and horizontal directions are arranged in the order of red (R), green (G), blue (B), no arrangement, red (R), green (G), blue (B), no arrangement, etc. Has been. With such an arrangement, the light detection units are evenly arranged on the display surface, and deterioration of display characteristics can be avoided.
図１４は図１３に示した構成を一般化して示した例である。図１４は図８に対応させて描いている。ピクセルＰＩＸは、第１、第２、・・・、第Ｎの色表示領域からなるサブピクセル（図中ＳＰＸ１、ＳＰＸ２、……、ＳＰＸＮ）と、光検知部ＳＮＳとで構成されている。光検知部ＳＮＳが侵食しているサブピクセルが、横方向に、ピクセルＰＩＸ毎に、第１、第２、・・・、第Ｎ、配置なしの順に以下繰り返して配列され、縦方向に、ピクセル毎ＰＩＸに、第１、第２、・・・、第Ｎ、配置なしの順に以下繰り返して配列されている。このような配列にすることによって、光検知部は表示面に均等に配列され、表示特性の劣化を回避できる。 FIG. 14 shows an example in which the configuration shown in FIG. 13 is generalized. FIG. 14 is drawn corresponding to FIG. The pixel PIX is composed of sub-pixels (SPX1, SPX2,..., SPXN in the drawing) composed of the first, second,..., Nth color display areas, and the light detection unit SNS. The subpixels eroded by the light detection unit SNS are repeatedly arranged in the order of the first, second,..., Nth, no arrangement in the horizontal direction for each pixel PIX. In each PIX, the first, second,..., Nth, and no arrangement are repeated in the following order. With such an arrangement, the light detection units are evenly arranged on the display surface, and deterioration of display characteristics can be avoided.
上述した実施例1、２は、光電変換素子を画素に内蔵させる例を示したものである。しかし、光電変換素子に限らず、画像表示エリアの開口率の低下の原因となるセンサ素子、例えばＭＥＭＳ方式の感圧センサを内蔵したパネルや、非特許文献２中の図３に記載の抵抗方式のタッチパネルに関しても適用でき、同様の効果を得られる。この場合、光検知部は感圧センサや、タッチパネル機能用のコラム（抵抗センサ）に相当する。 Embodiments 1 and 2 described above show examples in which a photoelectric conversion element is built in a pixel. However, not only the photoelectric conversion element, but also a sensor element that causes a decrease in the aperture ratio of the image display area, for example, a panel incorporating a MEMS pressure sensor, or the resistance method described in FIG. It can be applied to other touch panels, and the same effect can be obtained. In this case, the light detection unit corresponds to a pressure sensor or a column (resistance sensor) for a touch panel function.
〈製造方法〉
次に、上述したセンサ部内蔵画像表示装置における各素子の製造方法の一実施例について図１５ないし図１８を用いて説明する。装置に内蔵される素子は、図２で示したように、スイッチ素子、光電変換素子、蓄積容量である。ここではスイッチ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、光電変換素子としてＰＩＮダイオードを採用した例を示す。これ以外に、薄膜トランジスタあるいはＰＮダイオードなどを光電変換素子として用いることも可能である。
<Production method>
Next, an embodiment of a method of manufacturing each element in the above-described sensor unit built-in image display device will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the elements incorporated in the device are a switch element, a photoelectric conversion element, and a storage capacitor. Here, an example is shown in which a thin film transistor (TFT) is employed as a switch element and a PIN diode is employed as a photoelectric conversion element. In addition, a thin film transistor or a PN diode can be used as the photoelectric conversion element.
まず、図１５（ａ）に示すように、まずガラスからなる基板ＳＵＢ１を用意する。必要に応じて基板ＳＵＢ１上にバッファ膜ＢＦＦとして、化学気相成長法（ＣＶＤ）でシリコン酸化膜を成膜する。ここでは絶縁基板として、基板ＳＵＢ１にシリコン酸化膜を成膜する例を挙げたが、これに限らず、サファイア、可塑性樹脂製フレキシブル基板、あるいは絶縁された金属基板などのいわゆる絶縁性基板であればよい。また、バッファ膜ＢＦＦの成膜方法は、真空蒸着、ＣＶＤ、スパッタ、材料は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜、ＤＬＣなどがあるが、基板材料、バッファ膜の役割（蓄放熱、汚染防止、膜応力緩和など）によって適宜最適な組み合わせを選択する。その上面にたとえばＣＶＤによって半導体薄膜ＳＣＬを成膜する。半導体薄膜ＳＣＬとしては、非晶質シリコン膜、もしくは微結晶シリコン膜を成膜した後、シリコン膜にエキシマレーザを照射し、多結晶化したものが挙げられる。多結晶化は必須ではないが、スイッチ素子、ダイオード素子の特性向上、ばらつき低減に有効である。材料はシリコン以外に、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムがある。いずれの材料も、非晶質膜、微結晶膜、多結晶膜の状態で、本発明の目的に合致した素子を作製することができる。 First, as shown in FIG. 15A, first, a substrate SUB1 made of glass is prepared. If necessary, a silicon oxide film is formed on the substrate SUB1 as the buffer film BFF by chemical vapor deposition (CVD). In this example, the silicon oxide film is formed on the substrate SUB1 as the insulating substrate. However, the present invention is not limited to this, and any insulating substrate such as sapphire, a flexible substrate made of plastic resin, or an insulated metal substrate may be used. Good. In addition, the buffer film BFF can be formed by vacuum deposition, CVD, sputtering, and silicon oxide film, silicon nitride film, alumina film, DLC, and the like. Prevention, film stress relaxation, etc.) to select an optimal combination as appropriate. A semiconductor thin film SCL is formed on the upper surface by, for example, CVD. As the semiconductor thin film SCL, an amorphous silicon film or a microcrystalline silicon film is formed, and then the silicon film is irradiated with an excimer laser to be polycrystallized. Polycrystallization is not essential, but it is effective for improving the characteristics of switching elements and diode elements and reducing variations. In addition to silicon, there are germanium and silicon germanium. Any material can be used in the state of an amorphous film, a microcrystalline film, or a polycrystalline film to produce an element that meets the object of the present invention.
なお、図中において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは領域を示しており、領域ＡにはＰＩＮ型ダイオード、領域ＢにはＮ型薄膜トランジスタ、領域ＣにはＰ型薄膜トランジスタ、領域Ｄには蓄積容量を形成するようになっている。 In the figure, A, B, C, and D indicate regions. The region A is a PIN diode, the region B is an N-type thin film transistor, the region C is a P-type thin film transistor, and the region D is a storage capacitor. Is supposed to form.
図１５（ｂ）に示すように、半導体薄膜ＳＣＬをホトリソ工程にて島状に加工し、ＣＶＤによりシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜ＧＩを成膜する。ゲート絶縁膜ＧＩの材料は、シリコン酸化膜に限定されることはなく、シリコン窒化膜、アルミナ膜、ＤＣＬなどがある。高い誘電率、高い絶縁性、低い固定電荷、界面電荷・準位密度、およびプロセス整合性を満足するものを選択するのが望ましい。そして、ゲート絶縁膜ＧＩを通して多結晶シリコン膜にイオン注入し、ボロンを導入、活性化し、極低濃度Ｐ型不純物導入層（図中符号Ｌ'ＰＳＣで示す）を形成する。この際に、ホト工程によって形成するホトレジスト膜ＲＥＳ１によって、光電変換素子の光電変換層部分の真性域を決定し、不純物を導入しないようにする（この層を図中符号ＩＳＣで示す）。導入する不純物はボロンに限らず、導入、活性化後、半導体がＰ型を示せばよい。さらにプロセス簡素化のために、ホト工程を省略し、真性域に敢えてボロンを注入する方法もある。 As shown in FIG. 15B, the semiconductor thin film SCL is processed into an island shape by a photolithography process, and a gate insulating film GI made of a silicon oxide film is formed by CVD. The material of the gate insulating film GI is not limited to the silicon oxide film, but includes a silicon nitride film, an alumina film, DCL, and the like. It is desirable to select one that satisfies high dielectric constant, high insulation, low fixed charge, interface charge / level density, and process consistency. Then, ions are implanted into the polycrystalline silicon film through the gate insulating film GI, and boron is introduced and activated to form an extremely low-concentration P-type impurity introduction layer (indicated by a symbol L′ PSC in the drawing). At this time, the intrinsic region of the photoelectric conversion layer portion of the photoelectric conversion element is determined by the photoresist film RES1 formed by the photo process so that impurities are not introduced (this layer is indicated by reference numeral ISC in the figure). The impurity to be introduced is not limited to boron, and the semiconductor may be P-type after introduction and activation. Furthermore, in order to simplify the process, there is a method in which the photo process is omitted and boron is intentionally injected into the intrinsic region.
図１５（ｃ）に示すように、薄膜トランジスタ、ホトセンサなどの非注入領域を決定した上で、イオン注入により高濃度のリンもしくはボロンを導入、活性化し、高濃度不純物導入層（図中符号ＨＳＣで示す）を形成する。この際に、ホト工程によって形成するホトレジスト膜ＲＥＳ２によって、他の層ＩＳＣ、ＰＳＣには不純物を導入しないようにする。この高濃度不純物導入層ＨＳＣは蓄積容量の片側の電極となる。従って、高濃度不純物導入層ＨＳＣは、抵抗が充分低くなればよく、イオン種、Ｐ，Ｎ型の種は問わない。ドーズ量、キャリア濃度は下記の高濃度Ｎ型不純物導入層、もしくは高濃度Ｐ型不純物導入層に順ずる。 As shown in FIG. 15C, after non-implantation regions such as thin film transistors and photosensors are determined, high concentration phosphorus or boron is introduced and activated by ion implantation, and a high concentration impurity introduction layer (indicated by symbol HSC in the figure). Form). At this time, impurities are not introduced into the other layers ISC and PSC by the photoresist film RES2 formed by the photolithography process. This high concentration impurity introduction layer HSC serves as an electrode on one side of the storage capacitor. Therefore, the high-concentration impurity introduction layer HSC only needs to have a sufficiently low resistance, and any ionic species or P-type or N-type species may be used. The dose and carrier concentration are in accordance with the following high concentration N-type impurity introduction layer or high concentration P-type impurity introduction layer.
図１５（ｄ）に示すように、ホト工程によるホトレジスト膜ＲＥＳ３によって、薄膜トランジスタ、ホトセンサ、蓄積容量などの非注入領域を決定した上で、イオン注入によりリンを導入、活性化し、極低濃度Ｎ型不純物導入層（図中符号Ｌ'ＮＳＣで示す）を形成する。導入する不純物はリンに限らず、導入、活性化後、半導体がＮ型を示せばよい。 As shown in FIG. 15 (d), non-implanted regions such as a thin film transistor, a photosensor, and a storage capacitor are determined by a photoresist film RES3 formed by a photo process, and then phosphorus is introduced and activated by ion implantation. An impurity introduction layer (indicated by a symbol L′ NSC in the figure) is formed. The impurity to be introduced is not limited to phosphorus, and the semiconductor may be N-type after introduction and activation.
極低濃度Ｎ型不純物導入層、極低濃度Ｐ型不純物導入層の不純物は、薄膜トランジスタのしきい値調整を目的としたもので、イオン注入の際のドーズ量は、1×1011 cm-2から１×1013 cm-2の間で最適値を導入する。このとき極低濃度Ｎ型不純物導入層、極低濃度Ｐ型不純物導入層中の多数キャリアの濃度は、1×1015から1×1017 個/cm3となることがわかっている。ボロン注入量の最適値はＮ型 薄膜トランジスタのしきい値、リン注入量の最適値はＰ型薄膜トランジスタのしきい値で決定される。
The impurities in the ultra-low concentration N-type impurity introduction layer and the ultra-low concentration P-type impurity introduction layer are for the purpose of adjusting the threshold value of the thin film transistor. The dose amount during ion implantation is from 1 × 10 11 cm −2 An optimum value is introduced between 1 x 1013 cm-2. At this time, it is known that the concentration of majority carriers in the ultra-low concentration N-type impurity introduction layer and the ultra-low concentration P-type impurity introduction layer is 1 × 10 15 to 1 × 10 17 /
図１６（ａ）に示すように、ＣＶＤもしくはスパッタによってゲート電極用の金属膜ＭＴを成膜し、ホト工程で形成されるホトレジスト膜ＲＥＳ４を用いてゲート電極に加工する。ゲート電極は、必ずしも金属膜である必要はなく、高濃度の不純物を導入し、低抵抗化した、多結晶シリコン膜などでも良い。この膜は薄膜トランジスタのゲート、蓄積容量の電極、及び第一の配線層（図４参照）となる。ホト工程によって、非注入領域を決定した上で、イオン注入により薄膜トランジスタのゲート電極の両サイドに高濃度リンを導入、活性化し、高濃度Ｎ型不純物導入層（図中符号ＨＮＳＣで示す）を形成する。この層はＮ型薄膜トンジスタのソース、ドレイン、及びPIN型トランジスタのＮ型電極となる。導入する不純物はリンに限らず、導入、活性化後、半導体がＮ型を示し、かつ抵抗が充分低くなればよい。イオン注入の際のリンのドーズ量は、電極の抵抗を充分に下げる必要があるため、1×1015 cm-2以上が望ましい。このとき高濃度Ｎ型不純物導入層中の多数キャリアの濃度は1×1019 個/cm3以上となる。
As shown in FIG. 16A, a metal film MT for a gate electrode is formed by CVD or sputtering, and processed into a gate electrode using a photoresist film RES4 formed in a photo process. The gate electrode is not necessarily a metal film, and may be a polycrystalline silicon film or the like in which a high-concentration impurity is introduced to reduce resistance. This film becomes the gate of the thin film transistor, the electrode of the storage capacitor, and the first wiring layer (see FIG. 4). After the non-implanted region is determined by a photo process, high-concentration phosphorus is introduced and activated on both sides of the gate electrode of the thin film transistor by ion implantation to form a high-concentration N-type impurity introduction layer (indicated by symbol HNSC in the figure). To do. This layer becomes the source and drain of the N-type thin film transistor and the N-type electrode of the PIN-type transistor. The impurity to be introduced is not limited to phosphorus, and it is sufficient that the semiconductor exhibits N-type and the resistance is sufficiently low after introduction and activation. The phosphorus dose during ion implantation is preferably 1 × 10 15 cm −2 or more because it is necessary to sufficiently reduce the resistance of the electrode. At this time, the concentration of majority carriers in the high concentration N-type impurity introduction layer is 1 × 10 19 /
図１６（ｂ）に示すように、ホト工程で形成されるホトレジスト膜ＲＥＳ５によって、非注入領域を決定した上で、イオン注入により、薄膜トランジスタのゲート電極の両サイドにリンを導入、活性化し、中濃度Ｎ型不純物導入層(図中符号ＭＮＳＣで示す)を形成する。この不純物導入は、Ｎ型薄膜トランジスタの信頼性向上を目的としたもので、イオン注入の際のドーズ量は、1×1011 cm-2から１×1015 cm-2の間で最適値を導入する。このときN-層中の多数キャリアの濃度は1×1015から1×1019 個/cm3となる。
As shown in FIG. 16B, after the non-implanted region is determined by the photoresist film RES5 formed in the photo process, phosphorus is introduced and activated on both sides of the gate electrode of the thin film transistor by ion implantation. A concentration N-type impurity introduction layer (indicated by symbol MNSC in the figure) is formed. This impurity introduction is intended to improve the reliability of the N-type thin film transistor, and the optimum dose is introduced between 1 × 10 11 cm −2 and 1 × 10 15 cm −2 during ion implantation. At this time, the concentration of majority carriers in the N− layer is 1 × 10 15 to 1 × 10 19 /
図１６（ｃ）に示すように、ホト工程で形成されるホトレジスト膜ＲＥＳ６によって、非注入領域を決定した上で、イオン注入により、薄膜トランジスタのゲート電極の両サイドに高濃度のボロンを導入、活性化し、高濃度Ｐ型不純物導入層を形成する（図中符号ＨＰＳＣで示す）。この層はＰ型薄膜トランジスタのソース、ドレイン、及びＰＩＮ型トランジスタのＰ型電極となる。導入する不純物はボロンに限らず、導入、活性化後、半導体がＰ型を示し、かつ抵抗が充分低くなればよい。イオン注入の際のドーズ量は、電極の抵抗を充分に下げる必要があるため、1×1015 cm-2以上が望ましい。このとき高濃度Ｐ型不純物導入層中の多数キャリアの濃度は1×1019 個/cm3以上となる。以上の工程により、薄膜トランジスタおよびセンサ部分の電極が形成できる。
As shown in FIG. 16C, after the non-implanted region is determined by the photoresist film RES6 formed in the photo step, high-concentration boron is introduced into both sides of the gate electrode of the thin film transistor by ion implantation, and activated. And a high-concentration P-type impurity introduction layer is formed (indicated by symbol HPSC in the figure). This layer becomes the source and drain of a P-type thin film transistor and the P-type electrode of a PIN transistor. The impurity to be introduced is not limited to boron, and it is sufficient that the semiconductor exhibits P-type and the resistance is sufficiently low after introduction and activation. The dose during ion implantation is preferably 1 × 10 15 cm −2 or more because it is necessary to sufficiently reduce the resistance of the electrode. At this time, the concentration of majority carriers in the high concentration P-type impurity introduction layer is 1 × 10 19 /
上記の不純物導入方法は上記の他に成膜時に不純物ガスを混入する方法、ゲート絶縁膜形成前に半導体層に不純物を塗布し、熱拡散させる方法などがあるが、方法は特に問わない。また活性化は、上記のように各イオン注入後に施す必要はなく、全てのイオン注入が終了した後にまとめて一度に施すことも可能である。本実施例で注意すべきは、極低濃度Ｎ型不純物導入層には、極低濃度Ｐ型不純物導入層と同量のボロンが、高濃度Ｐ型不純物導入層には中濃度Ｎ型不純物導入層、および高濃度Ｎ型不純物導入層と同量のリンが導入されていることである。これらは本来、導入不要な不純物であり、薄膜トランジスタおよび電極の多数キャリアの種類を維持するためには、それらを相殺する分の量のリン、ボロンを各層に導入する必要がある。本実施例はホト工程が簡略化でき、ホトマスクが削減できることが利点であるが、Ｐ型薄膜トランジスタの能動層に多くの欠陥が導入されるという欠点がある。Ｐ型薄膜トランジスタの特性が確保できない場合は、ホトマスク、ホト工程を増やし、極低濃度Ｎ型不純物導入層、高濃度Ｐ型不純物導入層を覆うことで、導入不要な不純物を入れないことが望ましい。 In addition to the above, the impurity introduction method includes a method of mixing an impurity gas at the time of film formation, a method of applying impurities to the semiconductor layer before the gate insulating film is formed, and a thermal diffusion method, but the method is not particularly limited. In addition, activation does not need to be performed after each ion implantation as described above, and can be performed all at once after all the ion implantations are completed. In this embodiment, it should be noted that the same amount of boron as the very low concentration P-type impurity introduction layer is introduced into the very low concentration N type impurity introduction layer, and the medium concentration N type impurity introduction into the high concentration P type impurity introduction layer. That is, the same amount of phosphorus is introduced as the layer and the high-concentration N-type impurity introduction layer. These are essentially impurities that do not need to be introduced. In order to maintain the types of majority carriers in the thin film transistor and the electrode, it is necessary to introduce phosphorus and boron in amounts equivalent to those in each layer. This embodiment is advantageous in that the photo process can be simplified and the photomask can be reduced, but there is a drawback that many defects are introduced into the active layer of the P-type thin film transistor. If the characteristics of the P-type thin film transistor cannot be ensured, it is desirable not to introduce unnecessary impurities by increasing the number of photomasks and photo processes and covering the very low concentration N-type impurity introduction layer and the high concentration P-type impurity introduction layer.
図１６（ｄ）に示すように、ホト工程によって形成されたホトレジスト膜ＲＥＳ７を用いて、ＰＩＮ型トランジスタ上部の金属膜を除去する。 As shown in FIG. 16D, the metal film above the PIN transistor is removed using the photoresist film RES7 formed by the photolithography process.
図１７（ａ）に示すように、ゲート電極の上部に、ＣＶＤを用いて層間絶縁膜ＩＮを成膜した後、ホト工程によって形成されたホトレジスト膜ＲＥＳ８を用いて、電極部分に、各配線層と電極を短絡するためのコンタクトホールＣＨ１を形成する。層間絶縁膜ＩＮは、後の工程で形成する配線と、下層のゲート電極、および多結晶半導体層とを絶縁するものであるので、絶縁性があれば、どのような膜でもよい。但し、配線間の寄生容量を低減する必要があるので、低比誘電率、膜応力が小さいなど、厚膜化に対し、プロセス整合性のよいものが望ましい。更に表示機能と両立する場合には、膜の透明性が重要になり、可視光域に対し、透過率の高い材料であることが望ましい。例としては、ＴＥＯＳガスを原料としたシリコン酸化膜が挙げられる。 As shown in FIG. 17A, after an interlayer insulating film IN is formed on the upper portion of the gate electrode by using CVD, each wiring layer is formed on the electrode portion by using a photoresist film RES8 formed by a photolithography process. A contact hole CH1 for short-circuiting the electrodes is formed. Since the interlayer insulating film IN insulates a wiring formed in a later step from the underlying gate electrode and the polycrystalline semiconductor layer, it may be any film as long as it has an insulating property. However, since it is necessary to reduce the parasitic capacitance between the wirings, it is desirable to have a process consistency with respect to a thick film such as a low relative dielectric constant and a small film stress. Furthermore, in order to achieve compatibility with the display function, the transparency of the film is important, and it is desirable that the material has a high transmittance in the visible light region. An example is a silicon oxide film using TEOS gas as a raw material.
図１７（ｂ）に示すように、配線用の金属材料を成膜し、ホト行程によって形成されるホトレジスト膜９を用いて、第２の配線層ＷＬ２を形成する。
As shown in FIG. 17B, a metal material for wiring is formed, and a second wiring layer WL2 is formed using a
図１８（ａ）に示すように、ＣＶＤにより、絶縁保護膜ＰＡＳを形成し、必要に応じて、塗布絶縁膜や絶縁性レジスト材等で平坦化絶縁膜を形成した後、ホト工程によって形成されたホトレジスト膜ＲＥＳ１０、第２の配線層ＷＬ２と対向電極とを短絡するためのコンタクトホールＣＨ２を形成する。必要であれば、保護膜ＰＡＳの形成後、薄膜トランジスタの特性改善のための追加アニールを行なう。絶縁保護膜ＰＡＳの材料は、層間絶縁膜ＩＮと同様、絶縁性があればどのような膜でもよい。 As shown in FIG. 18A, an insulating protective film PAS is formed by CVD, and if necessary, a planarizing insulating film is formed with a coating insulating film or an insulating resist material, and then formed by a photo process. A contact hole CH2 for short-circuiting the photoresist film RES10, the second wiring layer WL2, and the counter electrode is formed. If necessary, after forming the protective film PAS, additional annealing for improving the characteristics of the thin film transistor is performed. The insulating protective film PAS may be made of any material as long as it has an insulating property, like the interlayer insulating film IN.
図１８（ｂ）に示すように、電極層形成した後、ホト工程によって形成されたホトレジスト膜ＲＥＳ１１を用いて、対向電極（アノード電極）ＣＴを形成する。対向電極ＣＴにはＩＴＯ、ＺｎＯなどの透明酸化物が採用される。以上の工程を経て、図中Ａ領域にはＰＩＮ型ダイオード、領域ＢにはＮ型薄膜トランジスタ、領域ＣにはＰ型薄膜トランジスタ、領域Ｄには蓄積容量が形成される。 As shown in FIG. 18B, after the electrode layer is formed, a counter electrode (anode electrode) CT is formed using the photoresist film RES11 formed by the photo process. A transparent oxide such as ITO or ZnO is used for the counter electrode CT. Through the above steps, a PIN diode is formed in the region A, an N thin film transistor is formed in the region B, a P thin film transistor is formed in the region C, and a storage capacitor is formed in the region D.
センサ部内蔵画像表示装置が液晶表示装置であり、そのカラーフィルタの形成工程を図１９を用いて説明する。ここで、Ｎ＝３の例（赤、緑、青の例）の場合を示す。 The sensor unit built-in image display device is a liquid crystal display device, and the process of forming the color filter will be described with reference to FIG. Here, the case of an example of N = 3 (example of red, green, and blue) is shown.
図１９（ａ）に示すように、ガラスからなる基板ＳＵＢ２上に遮光膜を形成し、ホト工程によって形成されるホトレジスト膜ＲＥＳ１を用いてブラックマトリクスＢＭを形成する。遮光材はクロムをスパッタ法で成膜する方法が一般的であるが、カーボンや、チタン、ニッケル材をスパッタや塗布などで成膜する方法もある。ブラックマトリクスは色の異なるカラーフィルタの境界に設けられ、コントラスト向上、混色防止などの機能を果たす。 As shown in FIG. 19A, a light shielding film is formed on a substrate SUB2 made of glass, and a black matrix BM is formed using a photoresist film RES1 formed by a photo process. As the light shielding material, a method of forming a film of chromium by a sputtering method is generally used, but there is a method of forming a film of carbon, titanium, or nickel by sputtering or coating. The black matrix is provided at the boundary of color filters of different colors and functions to improve contrast and prevent color mixing.
図１９（ｂ）に示すように、次に着色樹脂（本例では赤であるが、順序は問わない）ＲＳＮを塗布し、ホト工程によって形成されるホトレジスト膜ＲＥＳ２より赤のサブピクセルＳＰＸ１（Ｒ）を形成する。 As shown in FIG. 19B, a colored resin (red in this example, but in any order) RSN is applied next, and the red subpixel SPX1 (R) from the photoresist film RES2 formed by the photolithography process is applied. ).
図１９（ｃ）に示すように、緑、青に関しても同様の工程を繰り返し、緑のサブピクセルＳＰＸ２（Ｇ）、青のサブピクセルＳＰＸ３（Ｂ）を形成する。着色樹脂ＲＳＮは一般に顔料をポリイミド樹脂に分散させたものを用いる。これとは別に、光硬化性を持つカラーレジストを採用すると、ホトレジストは不要となる。ホトリソの際、光検知部はレジストで覆わない（カラーレジストの場合硬化させない）ことにより、本発明の侵食部を所望の位置に形成できる。そのほか印刷法などがあるが、侵食部を形成できるのであれば、その方法は限定されない。その後の液晶封入工程は公知の方法と同様である。 As shown in FIG. 19C, the same process is repeated for green and blue to form green subpixels SPX2 (G) and blue subpixels SPX3 (B). As the colored resin RSN, generally, a pigment dispersed in a polyimide resin is used. Apart from this, if a color resist having photo-curing properties is employed, a photoresist is not required. At the time of photolithography, the erosion part of the present invention can be formed at a desired position by not covering the light detection part with a resist (not curing in the case of a color resist). There are other printing methods, but the method is not limited as long as the eroded portion can be formed. The subsequent liquid crystal sealing step is the same as a known method.
センサ部内蔵画像表示装置が有機ＥＬ表示装置であり、その発光層の形成工程を図２０を用いて説明する。ここで、Ｎ＝３の例（赤、緑、青の例）の場合を示す。まず、図２０（ａ）に示すように、各素子が作製された基板ＳＵＢ（ＴＦＴ基板と称される場合がある）の対向電極（アノード電極）ＣＴ上に、シャドウマスクＳＭを用いて、単色の発光体ＥＬ（本例では赤であるが、順序は問わない）を蒸着し、赤のサブピクセルＳＰＸ１（Ｒ）を形成する。図２０（ｂ）に示すように、同様の工程を繰り返えすことにより、緑のサブピクセルＳＰＸ２（Ｇ）、青のサブピクセルＳＰＸ３（Ｂ）を形成する。本工程では、シャドウマスクＳＭを用いた蒸着法を示したが、溶媒に溶かした材料をインクジェットで吹き付け乾燥させる、インクジェット方式を用いてもよい。いずれの場合においても、隣接するアノード電極間に混色防止のための隔壁を設ければなお良い。また単色の発光体は1層とは限らず、複数層で構成される場合もある。図２０（ｃ）に示すように、カソード電極ＫＴを形成し、必要に応じて封止処理をする。蒸着の際、光検知部は常にシャドウマスクで覆うことによって、本発明の侵食部を所望の位置に形成できる。 The image display device with a built-in sensor unit is an organic EL display device, and the formation process of the light emitting layer will be described with reference to FIG. Here, the case of an example of N = 3 (example of red, green, and blue) is shown. First, as shown in FIG. 20 (a), a single color is used using a shadow mask SM on a counter electrode (anode electrode) CT of a substrate SUB (sometimes referred to as a TFT substrate) on which each element is fabricated. A light emitting element EL (red in this example, but in any order) is vapor-deposited to form a red sub-pixel SPX1 (R). As shown in FIG. 20B, by repeating the same process, the green sub-pixel SPX2 (G) and the blue sub-pixel SPX3 (B) are formed. In this step, the vapor deposition method using the shadow mask SM is shown, but an ink jet method in which a material dissolved in a solvent is sprayed and dried by an ink jet may be used. In any case, it is more preferable that a partition wall for preventing color mixing is provided between adjacent anode electrodes. In addition, the monochromatic light emitter is not limited to a single layer, and may be composed of a plurality of layers. As shown in FIG. 20 (c), the cathode electrode KT is formed and sealed as necessary. During vapor deposition, the erosion part of the present invention can be formed at a desired position by always covering the light detection part with a shadow mask.
タッチパネル機能や生体認証機能を内蔵した画像表示装置を提供でき、携帯電話やＰＤＡへの適用が見込まれる。 An image display device with a built-in touch panel function or biometric authentication function can be provided, and application to mobile phones and PDAs is expected.
ＡＲ……画像表示エリア、ＰＩＸ……ピクセル、ＳＰＸ１……第１のサブピクセル、ＳＰＸ２……第２のサブピクセル、ＳＰＸ３……第３のサブピクセル、ＳＰＸＮ……第Ｎのサブピクセル、ＳＭＳ……光検知部、ＳＵＢ、ＳＵＢ１、ＳＵＢ２……基板、ＬＣ……液晶、ＦＩＬ……カラーフィルタ、ＳＷ２、ＳＷＮ……スイッチング素子、ＷＥＬ……白色有機発光層、ＥＬ……有機発光層、ＳＥＣ……光電変換素子、ＣＮ……蓄積容量素子、ＲＳＷ……リセット用スイッチ素子、ＳＡ……信号贈服用素子、ＳＳＷ……ピクセル選択用スイッチ素子、ＳＰＸ１（Ｒ）……赤のサブピクセル、ＳＰＸ２（Ｇ）……緑のサブピクセル、ＳＰＸ３（Ｂ）……青のサブピクセル、ＢＦＦ……バッファ膜、ＳＣＬ……半導体薄膜、ＧＩ……ゲート絶縁膜、ＲＥＳ１〜ＲＥＳ１１……ホトレジスト膜、ＭＴ……金属膜、ＣＨ１、ＣＨ２……コンタクトホール、ＷＬ１、ＷＬ２……配線層、ＢＭ……ブラックマトリックス、ＲＳＮ……着色樹脂、ＳＭ……シャドウマスク、ＣＴ……対向電極（アノード電極）、ＫＴ……カソード電極。 AR: Image display area, PIX: Pixel, SPX1: First subpixel, SPX2: Second subpixel, SPX3: Third subpixel, SPXN: Nth subpixel, SMS: ... Photodetector, SUB, SUB1, SUB2 ... Substrate, LC ... Liquid crystal, FIL ... Color filter, SW2, SWN ... Switching element, WEL ... White organic light emitting layer, EL ... Organic light emitting layer, SEC ... ... photoelectric conversion element, CN ... storage capacitor element, RSW ... reset switch element, SA ... signal gifting element, SSW ... pixel selection switch element, SPX1 (R) ... red subpixel, SPX2 ( G) ... Green subpixel, SPX3 (B) ... Blue subpixel, BFF ... Buffer film, SCL ... Semiconductor thin film, GI ... Gate insulating film, ES1 to RES11 ... Photoresist film, MT ... Metal film, CH1, CH2 ... Contact hole, WL1, WL2 ... Wiring layer, BM ... Black matrix, RSN ... Colored resin, SM ... Shadow mask, CT ... ... counter electrode (anode electrode), KT ... cathode electrode.
Claims (7)
それぞれの前記画素は、一方向に並設されて、カラーフィルタあるいは単色発光素子によって各色を表示する第１、第２、・・・、第Ｎ（Ｎは３以上の整数値）の副画素を有するカラー用単位画素を構成し、
前記カラー用単位画素において、前記第１、第２、・・・、第Ｎの副画素のうちいずれかの副画素であって前記副画素の形成領域の一部にセンサ部が形成され、
前記センサ部の形成領域には、色表示のための前記カラーフィルタあるいは前記単色発光素子の形成が回避され、
前記センサ部は、前記一方向に着目した場合、カラー用単位画素毎に、第１、第２、・・・、第Ｎの前記副画素の形成領域の一部において順次配置されているという状態を順次繰り返して配列され、第１の前記副画素の形成領域の一部に配置された前記センサ部と第Ｎの前記副画素の形成領域の一部に配置された前記センサ部との間には前記センサ部が配置されていない前記画素が配置されている
ことを特徴とするセンサ部内蔵画像表示装置。 In the image display area, each of the pixels and the sensor unit is arranged in a matrix shape, and is an image display device with a built-in optical sensor,
Each of the pixels is arranged in parallel in one direction and includes first, second,..., Nth (N is an integer value of 3 or more) subpixels that display each color by a color filter or a single color light emitting element. A color unit pixel having
In the color unit pixel, a sensor portion is formed in a part of the sub-pixel in any one of the first, second,...
In the formation region of the sensor portion, formation of the color filter for color display or the monochromatic light emitting element is avoided,
When the sensor unit is focused on the one direction, the sensor unit is sequentially arranged in a part of the formation region of the first, second,..., Nth subpixels for each color unit pixel. Between the sensor unit arranged in a part of the first sub-pixel formation region and the sensor unit arranged in a part of the N-th sub-pixel formation region. Is an image display device with a built-in sensor unit, wherein the pixels in which the sensor unit is not arranged are arranged .
前記Ｎは３であり、それぞれの色は、波長帯が５５０〜７００ｎｍ（赤）、５００〜６５０ｎｍ（緑）、４００〜５５０ｎｍ（青）に、カラーフィルタの場合は光透過ピークを、単色発光素子の場合は発光ピークを持つことを特徴とするセンサ部内蔵画像表示装置。 The image display device with a built-in sensor unit according to claim 1,
N is 3, and each color has a wavelength band of 550 to 700 nm (red), 500 to 650 nm (green), and 400 to 550 nm (blue). The image display device with a built-in sensor unit is characterized by having a light emission peak.
前記Ｎは４であり、そのうちの３種の色はそれぞれ、波長帯が５５０〜７００ｎｍ（赤）、５００〜６５０ｎｍ（緑）、４００〜５５０ｎｍ（青）に、カラーフィルタの場合は光透過ピークを、単色発光素子の場合は、光ピークを持ち、残りの１種はカラーフィルタを通すことのない色、あるいは白色発光素子からの色であることを特徴とするセンサ部内蔵画像表示装置。 The image display device with a built-in sensor unit according to claim 1,
The N is 4, and three of the colors have wavelength bands of 550 to 700 nm (red), 500 to 650 nm (green), and 400 to 550 nm (blue). In the case of a monochromatic light emitting element, an image display device with a built-in sensor section, which has a light peak and the remaining one is a color that does not pass through a color filter or a color from a white light emitting element.
同一の絶縁基板上に、画素の表示のためのスイッチ素子、容量素子、および、物理量検知のためのセンサ素子、スイッチ素子、容量素子が形成されていることを特徴とするセンサ部内蔵画像表示装置。 The image display device with a built-in sensor unit according to claim 1,
An image display device with a built-in sensor unit, characterized in that a switch element, a capacitor element, and a sensor element, a switch element, and a capacitor element for detecting a physical quantity are formed on the same insulating substrate. .
前記スイッチ素子の能動部、前記容量素子の少なくとも片方の電極、前記センサ部のセンサ素子が、それぞれ、同一の半導体薄膜によって形成されていることを特徴とするセンサ部内蔵画像表示装置。 The sensor unit built-in image display device according to claim 4,
An image display device with a built-in sensor part, wherein the active part of the switch element, at least one electrode of the capacitive element, and the sensor element of the sensor part are each formed of the same semiconductor thin film.
半導体薄膜は非晶質シリコン、もしくは多結晶シリコン、もしくは非晶質シリコンゲルマニウム、もしくは多結晶シリコンゲルマニウムであることを特徴とするセンサ部内蔵画像表示装置。 In the image display device with a built-in sensor unit according to claim 5,
An image display device with a built-in sensor portion, wherein the semiconductor thin film is amorphous silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon germanium, or polycrystalline silicon germanium.
前記センサ部は、前記一方向と垂直な方向に着目した場合、カラー用単位画素毎に、第１、第２、・・・、第Ｎの前記副画素の形成領域の一部において順次配置されているという状態を順次繰り返して配列され、第１の前記副画素の形成領域の一部に配置された前記センサ部と第Nの前記副画素の形成領域の一部に配置された前記センサ部との間には前記センサ部が配置されていない前記画素が配置されている
ことを特徴とするセンサ部内蔵画像表示装置。 The image display device with a built-in sensor unit according to claim 1,
When focusing on the direction perpendicular to the one direction, the sensor unit is sequentially arranged in a part of the first, second,..., Nth subpixel formation region for each color unit pixel. And the sensor unit disposed in a part of the first sub-pixel formation region and the sensor unit disposed in a part of the N-th sub-pixel formation region. An image display device with a built-in sensor unit, wherein the pixel in which the sensor unit is not disposed is disposed between the two.
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