KR101687997B1 - 광 검출 장치 및 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 투광성 기판 아래의 백 라이트로부터의 미광이 광전 번환 소자에 입사하는 것을 방지하면서, 광전 변환 소자에 입사하는 광의 광량을 증가시킨다.
투광성 기판 위의 광전 변환 소자 위를 덮는 컬러 필터와, 인접하는 화소의 광전 변환 소자 위를 덮는 컬러 필터가, 측면에서 광의 진행 방향에 대하여 겹침으로써 차광막을 형성한다. 또한, 컬러 필터 위에 마이크로렌즈를 설치함으로써, 원래 감지되지 않는 광을 광전 변환 소자 위에 집광시켜, 광 변환 소자에 입사하는 광량을 증가시킨다.
투광성 기판 위의 광전 변환 소자 위를 덮는 컬러 필터와, 인접하는 화소의 광전 변환 소자 위를 덮는 컬러 필터가, 측면에서 광의 진행 방향에 대하여 겹침으로써 차광막을 형성한다. 또한, 컬러 필터 위에 마이크로렌즈를 설치함으로써, 원래 감지되지 않는 광을 광전 변환 소자 위에 집광시켜, 광 변환 소자에 입사하는 광량을 증가시킨다.
Description
본 발명의 일 형태는 포토 다이오드를 갖는 광 검출 장치 및 포토 다이오드를 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
특허 문헌 1은 광 센서를 사용한 입력 기능을 갖는 액정 표시 장치를 개시한다. 구체적으로는, 투광성 기판 위에 스위칭 소자 및 광전 변환 소자를 갖고, 투광성 기판의 두께를 70㎛ 내지 100㎛로 한다. 이 두께를 갖는 투광성 기판은, 투광성 기판 아래의 백 라이트로부터의 미광(迷光;stray light)이 광전 변환 소자에 입사되는 것을 방지한다. 한편, 광전 변환 소자 위의 검출물로부터의 광은 광전 변환 소자에 입사된다.
광전 변환 소자(포토 다이오드)는 입사하는 광량이 많으면 검출 감도가 높아진다. 그러나, 포토 다이오드를 표시부에 형성하는 경우, 개구율과의 균형에 의하여 포토 다이오드의 수광부의 면적을 크게 하는 것은 어렵다. 따라서, 포토 다이오드에 입사하는 광량을 충분히 확보하는 것은 어렵고, 광 검출 감도를 높게 하는 것은 어렵다. 또한, 백 라이트로부터의 광이나, 검출물로부터의 광의 일부(사광, 斜光;obilique light)가 광전 변환 소자에 입사하는 경우에는 원래 검출해야 되는 광 이외의 광도 검출하게 되고, 광전 변환 소자의 광 검출 정밀도는 저하된다.
상기의 과제를 감안하여, 본 발명의 일 형태는, 포토 다이오드에 입사하는 광량을 증가시키며, 백 라이트로부터 포토 다이오드로의 광(미광)의 입사를 방지하고, 검출물로부터 포토 다이오드로 사광(미광)이 입사하는 것을 방지할 수 있는 구성을 개시한다.
본 발명의 일 형태는, 투광성 기판 위의 제 1 차광층과, 제 2 차광층과, 제 1 차광층 위의 제 1 포토 다이오드와, 제 2 차광층 위의 제 2 포토 다이오드와, 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 컬러 필터와, 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 컬러 필터를 갖고, 제 1 포토 다이오드와 제 2 포토 다이오드 사이에는 제 1 컬러 필터 및 제 2 컬러 필터로 이루어지는 제 3 차광층을 갖고, 제 1 포토 다이오드 및 제 2 포토 다이오드 위에는 렌즈가 설치되는 광 검출 장치이다.
본 발명의 광 검출 장치의 일 형태는, 투광성 기판 위의 제 1 포토 다이오드 및 제 2 포토 다이오드와, 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 컬러 필터와, 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 컬러 필터와, 제 1 컬러 필터 위에 설치된 제 1 마이크로렌즈와, 제 2 컬러 필터 위에 설치된 제 2 마이크로렌즈를 갖고, 제 1 포토 다이오드와 제 2 포토 다이오드 사이에는 제 1 컬러 필터 및 제 2 컬러 필터로 이루어지는 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광 검출 장치의 일 형태는, 투광성 기판 위의 제 1 포토 다이오드 및 제 2 포토 다이오드와, 제 1 포토 다이오드 위에 설치된 제 1 마이크로렌즈와, 제 2 포토 다이오드 위에 설치된 제 2 마이크로렌즈와, 제 1 마이크로렌즈 위를 덮는 제 1 컬러 필터와, 제 2 마이크로렌즈 위를 덮는 제 2 컬러 필터를 갖고, 제 1 포토 다이오드와 제 2 포토 다이오드 사이에는 제 1 컬러 필터 및 제 2 컬러 필터로 이루어지는 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광 검출 장치의 일 형태는, 투광성 기판 위의 제 1 차광층 및 제 2 차광층과, 투광성 기판, 제 1 차광층 및 제 2 차광층 위에 접하여 형성된 투광성 절연막과, 제 1 차광층 위에 투광성 절연막을 사이에 두고 설치된 제 1 포토 다이오드와, 제 2 차광층 위에 투광성 절연막을 사이에 두고 설치된 제 2 포토 다이오드와, 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 컬러 필터와, 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 컬러 필터와, 제 1 컬러 필터 위에 설치된 제 1 마이크로렌즈와, 제 2 컬러 필터 위에 설치된 제 2 마이크로렌즈를 갖고, 제 1 포토 다이오드와 제 2 포토 다이오드 사이에는 제 1 컬러 필터와 제 2 컬러 필터가 인접하여 제 3 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광 검출 장치의 일 형태는, 투광성 기판 위의 제 1 차광층 및 제 2 차광층과, 투광성 기판, 제 1 차광층 및 제 2 차광층 위에 접하여 형성된 투광성 절연막과, 제 1 차광층 위에 투광성 절연막을 사이에 두고 설치된 제 1 포토 다이오드와, 제 2 차광층 위에 투광성 절연막을 사이에 두고 설치된 제 2 포토 다이오드와, 제 1 포토 다이오드 위에 설치된 제 1 마이크로렌즈와, 제 2 포토 다이오드 위에 설치된 제 2 마이크로렌즈와, 제 1 마이크로렌즈 위를 덮는 제 1 컬러 필터와, 제 2 마이크로렌즈 위를 덮는 제 2 컬러 필터를 갖고, 제 1 포토 다이오드와 제 2 포토 다이오드 사이에는 제 1 컬러 필터와 제 2 컬러 필터가 인접하여 제 3 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 표시 장치의 일 형태는, 백 라이트와, 백 라이트 위의 제 1 투광성 기판과, 제 1 투광성 기판 위의 액정층과, 액정층 위의 제 2 투광성 기판과, 제 2 투광성 기판 위의 제 1 차광층과, 제 2 차광층과, 제 1 차광층 위의 제 1 포토 다이오드와, 제 2 차광층 위의 제 2 포토 다이오드와, 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 컬러 필터와, 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 컬러 필터와, 제 1 컬러 필터 위에 설치된 제 1 마이크로렌즈와, 제 2 컬러 필터 위의 설치된 제 2 마이크로렌즈를 갖고, 제 1 포토 다이오드와 제 2 포토 다이오드 사이에는 제 1 컬러 필터 및 제 2 컬러 필터로 이루어지는 제 3 차광층을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 표시 장치의 일 형태는, 제 1 투광성 기판과, 제 1 투광성 기판 위의 발광층과, 발광층 위의 제 2 투광성 기판과, 제 1 차광층 위의 제 1 포토 다이오드와, 제 2 차광층 위의 제 2 포토 다이오드와, 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 컬러 필터와, 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 컬러 필터와, 제 1 컬러 필터 위에 설치된 제 1 마이크로렌즈와, 제 2 컬러 필터 위에 설치된 제 2 마이크로렌즈를 갖고, 제 1 포토 다이오드와 제 2 포토 다이오드 사이에는 제 1 컬러 필터 및 제 2 컬러 필터로 이루어지는 제 3 차광층을 갖는 것을 특징으로 한다.
화소부에 적정한 초점을 갖는 마이크로렌즈를 형성함으로써, 마이크로렌즈를 투과한 광이 각각의 포토 다이오드 위에 집광되기 때문에, 약한 입사광 강도라도 높은 감도로 검출할 수 있다. 또한 집광량의 증가에 의하여, 포토 센서의 면적을 삭감하여 회로 면적을 축소할 수도 있다.
또한 초점이 포토 다이오드 위에 없는 광(미광)을 컬러 필터로 이루어지는 차광층으로 차광한다. 즉, 제 1 포토 다이오드 위로부터의 사광은 제 3 차광층으로 차광되고, 제 2 포토 다이오드 위로부터의 사광은 제 3 차광층으로 차광된다. 따라서, 제 1 포토 다이오드는 제 2 포토 다이오드 위의 광을, 제 2 포토 다이오드는 제 1 포토 다이오드 위의 광을 각각 검지하지 않는다. 제 1 포토 다이오드 및 제 2 포토 다이오드는 검출해야 되는 광을 정확히 검출할 수 있고, 제 1 포토 다이오드 및 제 2 포토 다이오드의 광 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 6은 본 발명의 일 형태인 실시예 1을 설명하는 단면도.
도 7은 본 발명의 일 형태인 실시예 1을 설명하는 상면도.
도 8은 본 발명의 일 형태인 실시예 2를 설명하는 단면도.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일 형태인 실시예 3을 설명하는 응용예를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 일 형태인 실시예 4를 설명하는 응용예를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 형태인 실시형태 1을 설명하는 단면도.
도 6은 본 발명의 일 형태인 실시예 1을 설명하는 단면도.
도 7은 본 발명의 일 형태인 실시예 1을 설명하는 상면도.
도 8은 본 발명의 일 형태인 실시예 2를 설명하는 단면도.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일 형태인 실시예 3을 설명하는 응용예를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 일 형태인 실시예 4를 설명하는 응용예를 도시하는 도면.
이하에, 본 발명의 실시형태 및 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 모양으로 실시하는 것이 가능하고, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 실시형태 및 실시예의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 발명의 일 형태인 광 검출 장치를 도시한다(도 1a 참조). 도 1a는 광 검출 장치의 단면도이다.
본 발명의 일 형태인 광 검출 장치는, 투광성의 기판(1) 위에 제 1 차광층(2)과 제 2 차광층(3)을 갖고, 제 1 차광층(2) 위의 제 1 포토 다이오드(4)와, 제 2 차광층(3) 위의 제 2 포토 다이오드(5)를 갖고, 제 1 포토 다이오드(4)를 덮는 제 1 컬러 필터(6)와, 제 2 포토 다이오드(5)를 덮는 제 2 컬러 필터(7)를 갖는다. 제 1 포토 다이오드(4)와 제 2 포토 다이오드(5) 사이에는 제 1 컬러 필터(6) 및 제 2 컬러 필터(7)로 이루어지는 제 3 차광층(8)을 갖는다. 제 1 컬러 필터(6) 및 제 2 컬러 필터(7) 위에 제 3 투광성 절연막(13)을 사이에 두고 마이크로렌즈(9)를 갖는다.
포토 다이오드 위에 광을 모으기 위하여, 마이크로렌즈(9)로서, 굴절률이 주위보다 큰 재료로 평볼록렌즈를 형성한다. 또는 2개의 실린드리칼 렌즈를 직교하도록 배치함으로써 마이크로렌즈를 형성하여도 좋다. 또한, 굴절률이 주위보다 작은 재료를 사용하는 경우, 오목렌즈를 사용하면 좋다.
마이크로렌즈를 형성할 때에 렌즈가 각각의 화소의 전체면을 덮도록 하면, 개구부로부터 사출되는 백 라이트의 광의 광로가 변화하기 때문에, 표시 화상의 흐트러짐으로 이어진다. 표시 화상에 나쁜 영향을 미치지 않기 위하여 포토 다이오드의 바로 위(直上)에만 마이크로렌즈(9)를 형성하는 것이 바람직하다.
마이크로렌즈(9)는 형상이나 재료를 적절히 선택함으로써 최적의 초점 거리로 설정할 수 있다. 제 1 포토 다이오드(4) 또는 제 2 포토 다이오드(5)가 초점과 겹치도록 제 2 투광성 절연막(12), 제 3 투광성 절연막(13), 컬러 필터의 막 두께를 조절한다.
또한, 마이크로렌즈는 컬러 필터 아래에 형성하여도 좋다(도 1b 참조). 그 경우, 초점 거리에 따라, 제 2 투광성 절연막(12)의 막 두께를 적절히 조절하면 좋다.
제 3 차광층(8)은 제 1 컬러 필터(6)와 제 2 컬러 필터(7)를 인접하여 형성한다. 즉, 제 1 컬러 필터(6)의 한쪽의 단부(端部)는 제 2 컬러 필터(7)의 한쪽의 단부와 인접한다. 인접한 부분이 제 3 차광층(8)이 된다.
제 1 포토 다이오드(4)의 제 3 차광층(8)이 설치되는 측과 반대 측에는 제 3 컬러 필터(10) 및 제 1 컬러 필터(6)로 이루어지는 제 4 차광층(15)이 설치되어도 좋다. 제 3 컬러 필터(10)의 한쪽의 단부는 제 1 컬러 필터(6)의 다른 단부에 인접하고, 상기 접하는 부분이 제 4 차광층(15)이 된다. 또한, 제 2 포토 다이오드(5)의 제 3 차광층(8)이 설치되어 있는 측과 반대 측에는 제 3 컬러 필터(10) 및 제 2 컬러 필터(7)로 이루어지는 제 5 차광층(16)이 설치되어도 좋다. 제 3 컬러 필터(10)의 한쪽의 단부는 제 2 컬러 필터(7)의 다른 단부와 인접하고, 상기 인접하는 부분이 제 5 차광층(16)이 된다.
기판(1), 제 1 차광층(2) 및 제 2 차광층(3) 위에 접하여 제 1 투광성 절연막(11)을 형성하여도 좋다. 제 1 차광층(2) 위에 제 1 투광성 절연막(11)을 사이에 두고 제 1 포토 다이오드(4)를 형성하고, 제 2 차광층(3) 위에 제 1 투광성 절연막(11)을 사이에 두고 제 2 포토 다이오드(5)를 형성하여도 좋다. 제 3 차광층(8)은 제 1 투광성 절연막(11)에 접하도록 형성하여도 좋다.
제 1 투광성 절연막(11), 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5) 위에 제 2 투광성 절연막(12)을 형성하여도 좋다. 제 1 포토 다이오드(4) 위에 제 2 투광성 절연막(12)을 사이에 두고 제 1 컬러 필터(6)를 형성하고, 제 2 포토 다이오드(5) 위에 제 2 투광성 절연막(12)을 사이에 두고 제 2 컬러 필터(7)를 형성하여도 좋다.
본 발명의 일 형태인 광 검출 장치를 사용한 광 검출 방법에 대해서 설명한다(도 2 참조). 투광성을 갖는 기판(1) 아래의 백 라이트(20)로부터 방출된 광(21)이, 기판(1) 및 제 1 컬러 필터(6) 또는 제 2 컬러 필터(7)를 통하여 피검출부(22)에서 반사된다. 피검출부(22)에서 반사된 광(23) 및 광(24)은, 마이크로렌즈로 집광되어 제 1 포토 다이오드(4)에서 검출된다. 또한, 피검출부(22)에서 반사된 광(25) 및 광(26)은, 마이크로렌즈로 집광되어 제 2 포토 다이오드(5)에서 검출된다.
또한, 반사된 광(24) 및 광(26)은, 마이크로렌즈가 없으면, 제 1 포토 다이오드(4) 또는 제 2 포토 다이오드(5)에 입사하지 않기 때문에 검출되지 않는다. 그러나, 본 실시형태의 구성을 사용함으로써, 마이크로렌즈(9)에 의하여 포토 다이오드 위에 집광되고, 광(24) 및 광(26)은, 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)에서 각각 검출될 수 있다.
백 라이트로부터의 광(21)의 일부는 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)로 향하는 광(27)이 된다. 그러나 광(27)은 제 1 차광층(2) 및 제 2 차광층(3)으로 흡수 또는 반사된다. 따라서 광(27)은 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)에 입사되지 않고, 검출되지 않는다. 한편, 특허문헌 1의 구성에서는, 제 1 차광층(2) 및 제 2 차광층(3)이 설치되지 않기 때문에, 광(27)은 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)에 의하여 검출될 가능성이 있다.
피검출부(22)로부터의 반사광의 일부는 광(28), 광(29)이 된다. 광(28), 광(29)은 사광이다. 광(28)은 제 2 포토 다이오드(5)로 비스듬한 방향으로 향하는 광이고, 광(29)은 제 1 포토 다이오드(4)로 비스듬한 방향으로 향하는 광이다. 그러나 광(28)은 제 3 차광층(8)에 의하여 차광되고, 제 2 포토 다이오드(5)에 입사되지 않고, 검출되지 않는다. 또한 광(29)은 제 3 차광층(8)에 의하여 차광되고, 제 1 포토 다이오드(4)에 입사되지 않고, 검출되지 않는다. 한편, 특허문헌 1의 구성에서는 제 3 차광층(8)이 설치되지 않기 때문에, 광(28)은 제 2 포토 다이오드(5)로 검출되고, 광(29)은 제 1 포토 다이오드(4)로 검출되어 버린다.
제 1 포토 다이오드(4)와 제 2 포토 다이오드(5) 사이의 제 3 차광층(8)은 제 1 컬러 필터(6)와 제 2 컬러 필터(7)가 인접함으로써 형성되어 있다. 제 3 차광층(8)을 금속막이나 검은색 재료나 검은색 미립자를 분산한 수지막으로 형성할 수도 있다. 그러나 그 경우, 제작 공정이 대폭적으로 증가되어 버린다. 본 발명의 일 형태에서는 제 1 컬러 필터(6)와 제 2 컬러 필터(7)를 겹쳐 제 3 차광층을 형성하므로 제작 공정은 증가되지 않는다. 또한 제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7) 및 제 3 컬러 필터(10)에 의하여 광(21)을 컬러화시킬 수 있으므로, 컬러 센서로서 이용할 수 있다.
제 1 투광성 절연막(11) 위에 접하여 제 1 포토 다이오드(4)와 제 2 포토 다이오드(5)를 형성하고, 제 3 차광층을 제 1 투광성 절연막(11) 위에 접하여 형성하면, 사광(28), 사광(29)을 확실히 차광할 수 있다.
이하에 광 검출 장치의 각 구성에 대해서 설명한다.
기판(1)은 가시광에 대한 투광성을 갖고, 그 막 두께는 10㎛ 내지 200㎛가 바람직하다. 예를 들어, 가요성 및 가시광에 대한 투광성을 갖는 플라스틱 기판, 가시광에 대한 투광성을 갖는 무기 재료 기판을 사용할 수 있다. 플라스틱 기판으로서는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 대표되는 폴리에스테르, 폴리에테르 술폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리술폰(PSF), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드, 아크릴로니트릴부타디엔스틸렌 수지, 폴리 염화 비닐, 폴리프로필렌, 폴리 초산 비닐, 아크릴 수지 등을 들 수 있다. 무기 재료로서는, 유리, 석영 기판 등을 들 수 있다.
제 1 차광층(2)은 백 라이트(20)로부터의 광(27)이 제 1 포토 다이오드(4)에 입사되는 것을 방지한다. 제 2 차광층(3)은 백 라이트(20)로부터의 광(27)이 제 2 포토 다이오드(5)에 입사되는 것을 방지한다. 제 1 차광층(2), 제 2 차광층(3)은 섬 형상으로 할 수 있다. 제 1 차광층(2), 제 2 차광층(3)은 차광 가능한 재료를 사용하고, 스퍼터링법, CVD법 또는 도포법으로 형성한다. 차광 가능한 재료로서는, 예를 들어, 크롬을 주성분으로 하는 재료, 카본블랙을 함유하는 수지 또는 이산화 티타늄보다 산화수가 작은 저차 산화(低次酸化) 티타늄 등의 검은색 안료를 포함하는 수지를 사용할 수 있다.
제 1 포토 다이오드(4)는, 피검출부(22)에서 반사되고, 마이크로렌즈에 의하여 집광된 광(23) 및 광(24)을 검출한다. 또한, 제 2 포토 다이오드(5)는, 피검출부(22)에서 반사되고, 마이크로렌즈에 의하여 집광된 광(25) 및 광(26)을 검출한다.
제 1 포토 다이오드(4), 제 2 포토 다이오드(5)는 pin 다이오드(도 3b 또는 도 3c 참조) 또는 pn 다이오드(도 4a 및 도 4b 참조)이다. 제 1 포토 다이오드(4), 제 2 포토 다이오드(5)는 반도체막을 사용하여 형성된다. pin 다이오드는 p형의 도전성을 갖는 영역(p층(31))과, i형의 도전성을 갖는 영역(i층(32))과, n형의 도전성을 갖는 영역(n층(33))을 갖는다. pn 다이오드는 p층(31)과 n층(33)을 갖는다. p층(31), n층(33), i층(32)은 실리콘 등의 반도체막이나 ZnO 등을 포함하는 산화물 반도체막을 사용하여 형성한다. 반도체막은 비정질, 미(微)결정, 결정질, 단결정 중의 어느 것이라도 좋다.
제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7), 제 3 컬러 필터(10)는 각각 적색, 청색, 녹색 중의 어느 광을 투과하는 컬러 필터이다. 상이한 컬러 필터를 광의 진행 방향에 대하여 2개 이상 겹치면, 투과하는 가시광은 매우 적게 할 수 있고, 차광막으로서 기능한다. 또한, 컬러 필터는 백 라이트(20)로부터의 광(21)을 컬러화한다. 컬러화된 광은 피검출부(22)에 의하여 반사되고, 광(23) 내지 광(26), 광(28) 및 광(29)이 된다.
광(23, 24)은 제 1 컬러 필터(6)를 통하여, 제 1 포토 다이오드(4)에 의하여 검출된다. 광(25, 26)은 제 2 컬러 필터(7)를 통하여, 제 2 포토 다이오드(5)에 의하여 검출된다. 제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7)는 각각 제 1 포토 다이오드(4), 제 2 포토 다이오드(5)를 덮는다.
제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7), 제 3 컬러 필터(10)는 안료를 분산시킨 아크릴계 수지 등의 유기 수지를 도포한 후, 포토리소그래피를 사용하여 선택적으로 형성한다. 또한 안료를 분산시킨 폴리이미드계 수지를 도포한 후, 에칭을 사용하여 선택적으로 형성할 수도 있다. 또는 잉크젯 등의 액적토출법을 사용함으로써 선택적으로 형성할 수도 있다.
제 3 차광층(8)은 피검출부(22)로부터의 반사광 중의 사광(28) 및 사광(29)이 각각 제 2 포토 다이오드(5), 제 1 포토 다이오드(4)로 검출되는 것을 방지한다. 제 1 포토 다이오드(4)와 제 2 포토 다이오드(5) 사이의 제 3 차광층(8)은 상술한 바와 같이 제 1 컬러 필터(6)와 제 2 컬러 필터(7)를, 광의 진행 방향에 대하여 겹치도록 제작한다. 제 1 컬러 필터(6) 및 제 2 컬러 필터(7)의 한쪽을 선택적으로 형성한 후, 제 1 컬러 필터(6) 및 제 2 컬러 필터(7)의 다른 쪽을, 제 1 컬러 필터(6)와 제 2 컬러 필터(7)가, 사광(28) 및 사광(29)의 진행 방향에 대하여 겹치도록 선택적으로 형성한다.
제 1 투광성 절연막(11)은, 기판(1)에 포함되는 Na 등의 알칼리 금속이나 알칼리 토류금속이 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5) 중에 확산하고, 특성에 나쁜 영향을 주는 것을 방지한다. 제 1 투광성 절연막(11)은 CVD법이나 스퍼터링법 등을 사용하여, 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘 등의 절연성을 갖는 재료를 사용하여 형성한다.
제 1 투광성 절연막(11) 위에, 제 1 포토 다이오드(4), 제 2 포토 다이오드(5) 및 제 3 차광층(8)을 접하여 형성함으로써, 사광(28), 사광(29)이 각각 제 1 포토 다이오드(4), 제 2 포토 다이오드(5)로 검출되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
제 2 투광성 절연막(12) 및 제 3 투광성 절연막(13)은, 외부로부터 Na 등의 알칼리 금속이나 알칼리 토류금속이 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5) 중에 확산하고, 특성에 나쁜 영향을 주는 것을 방지한다. 플라즈마 CVD법이나 스퍼터링법 등으로, 실리콘막, 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막 또는 질화산화 실리콘막이나, 평탄성이 높은 유기수지 등의 유기재료를 포함하는 막을, 단층 또는 적층으로 형성한다. 또한, 제 2 투광성 절연막(12), 제 3 투광성 절연막(13)은 상부에 마이크로렌즈를 형성하기 위하여, 평탄성이 높은 것이 바람직하다.
마이크로렌즈는, 피검출부(22)로부터의 반사광을 포토 다이오드로 집광시킨다. 포토 다이오드에 입사하는 광량이 증가되기 때문에, 포토 다이오드의 검출 감도를 높일 수 있다.
마이크로렌즈를 형성하는 재료는, 투과율이 높고, 가공하기 쉬운 것이라면 좋다. 실리콘막, 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막 또는 질화산화 실리콘막 등의 무기막이나, 수지 등을 사용할 수 있다. 또한 층 사이에 렌즈 형상의 공동을 형성하고, 대기를 충전시켜도 진공이라도 좋다. 볼록렌즈로 하는 경우에는, 적층하는 재료와 상대 굴절률이 크게 되도록(1.0보다 크다) 재료를 선택하고, 오목렌즈로 하는 경우에는, 적층하는 재료와 상대 굴절률이 낮게 되도록(1.0보다 작다) 재료를 선택한다.
예를 들어, 수지로 형성하는 경우에 있어서, 포토리소그래피로 원주 형상의 포토레지스트 패턴을 제작한 후, 기판을 가열하여 레지스트를 유동시키고, 표면장력에 의하여 렌즈 형상을 리플로우(Reflow)법을 사용하여 형성한다. 또한, 잉크젯 프린터 헤드를 이용하여 미량의 수지 재료를 소정의 위치에 적하(滴下)하고, 표면장력에 의하여 렌즈 형상을 제작하여도 좋다.
전자 빔에 의한 묘화를 행하고, 재료를 부분적으로 용융시켜 유전율을 바꿈으로써 형성할 수도 있다. 또한 렌즈를 대향 기판 쪽에 제작하는 경우는, 유리에 구면렌즈 형상(곡률 반경은 규정치)을 형성하고, 다른 하나의 유리와 접합함으로써 렌즈를 형성할 수 있다.
이하에 광 검출 장치의 제작 방법을 설명한다.
기판(1) 위에 차광 가능한 재료를 사용하여, 스퍼터링법, CVD법 또는 도포법으로 차광막을 형성한다(도시하지 않음). 차광막을 포토리소그래피, 에칭법을 사용하여 가공하고, 제 1 차광층(2) 및 제 2 차광층(3)을 형성한다(도 3a 참조). 기판(1) 위에, 차광 가능한 재료를 액적토출법으로 선택적으로 도포하여 제 1 차광층(2) 및 제 2 차광층(3)을 형성하여도 좋다. 기판(1) 위에는 투광성 절연막을 형성하고, 상기 절연막 위에 제 1 차광층(2) 및 제 2 차광층(3)을 형성하여도 좋다.
기판(1), 제 1 차광층(2) 및 제 2 차광층(3) 위에 제 1 투광성 절연막(11)을 스퍼터링법, CVD법, 또는 도포법으로 형성한다(도 3a 참조). 제 1 투광성 절연막(11)은 단층막이라도 좋고, 적층막이라도 좋다.
제 1 투광성 절연막(11) 위에 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)를 형성한다(도 3a 참조).
제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)는 pin다이오드 또는 pn다이오드이다. pin형 다이오드는 수평형 접합 타입(도 3b 참조)이라도 수직형 접합 타입(도 3c 참조)이라도 좋다. 또한 pn형 다이오드도 마찬가지로 수평형 접합 타입(도 4a 참조)이라도 수직형 접합 타입(도 4b 참조)이라도 좋다. 수평형 접합 타입은, 반도체막에 p층(31), i층(32), n층(33)을 이온 도핑법 등을 사용하여 형성한다. 수직형 접합 타입은 p층(31)을 p형 반도체막으로 형성하고, i층(32)을 i형 반도체막으로 형성하고, n층(33)을 n형 반도체막으로 형성한다. 반대로 n층(33)을 형성하고, i층(32)을 형성하고, p층(31)을 형성하여도 좋다. p층(31), n층(33)에는 각각 추출 전극을 설치한다(도시하지 않음).
제 1 투광성 절연막(11), 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5) 위에 투광성 절연막을 형성한다(도시하지 않음). 상기 절연막을 포토리소그래피, 에칭법을 사용하여 가공하고, 제 2 투광성 절연막(12)을 형성한다(도 5a 참조). 제 1 포토 다이오드(4)와 제 2 포토 다이오드(5) 사이에는 제 1 컬러 필터(6) 및 제 2 컬러 필터(7)를 겹치고 제 3 차광층을 형성하므로 간격(35)을 충분히 넓게 한다.
안료를 분산시킨 유기수지를 도포한 후, 포토리소그래피, 에칭법을 사용하여 상기 유기수지를 가공하여 제 1 컬러 필터(6)를 형성한다. 다음에 제 1 컬러 필터(6)와 상이한 색의 안료를 분산시킨 유기수지를 도포한 후, 포토리소그래피, 에칭법을 사용하여 상기 유기수지를 가공하고 제 2 컬러 필터(7)를 형성한다. 제 1 포토 다이오드(4)와 제 2 포토 다이오드(5) 사이에는, 제 1 컬러 필터(6) 및 제 2 컬러 필터(7)를 겹쳐 제 3 차광층(8)을 형성한다. 마지막에 제 1 컬러 필터(6) 및 제 2 컬러 필터(7)와 상이한 색의 안료를 분산시킨 유기수지를 도포한 후, 포토리소그래피, 에칭법을 사용하여 상기 유기수지를 가공하여 제 3 컬러 필터(10)를 형성한다. 제 1 컬러 필터(6) 및 제 3 컬러 필터(10), 또 제 2 컬러 필터(7) 및 제 3 컬러 필터(10)를 겹쳐 제 3 차광층(8)을 형성한다(도 5b 참조).
제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7) 및 제 3 컬러 필터(10) 위에 제 3 투광성 절연막(13)을 스퍼터링법, CVD법 또는 도포법으로 형성한다(도 5c 참조). 제 3 투광성 절연막(13)은 단층막이라도 좋고, 적층막이라도 좋다.
제 3 투광성 절연막(13) 위에, 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)의 바로 위에 위치하도록 마이크로렌즈(9)를 형성한다(도 5c 참조). 수지를 포토리소그래피로 원주 형상의 포토레지스트 패턴을 제작한 후, 기판을 가열하여 레지스트를 유동시키고, 표면장력에 의하여 렌즈 형상을 리플로우법을 사용하여 형성한다. 또한, 잉크젯 프린터 헤드를 이용하여 미량의 수지 재료를 소정의 위치에 적하하고, 표면장력에 의하여 렌즈 형상을 제작하여도 좋다.
또한, 전자 빔에 의한 묘화를 행하고, 재료를 부분적으로 용융시켜 유전율을 바꿈으로써 형성할 수도 있다. 또한 렌즈를 대향 기판 쪽에 제작하는 경우는, 대향 기판에 구면렌즈 형상(곡률 반경은 규정치)을 형성하고, TFT 형성 기판과 접합함으로써 렌즈를 형성할 수 있다. 이상에 따라, 광 검출 장치를 제작할 수 있다.
(실시예 1)
본 발명의 일 형태인 액정 표시 장치를 도시한다(도 6 및 도 7 참조). 도 6은 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 7은 액정 표시 장치의 화소부의 상면도이다.
본 발명의 일 형태인 표시 장치는 광 검출부A-A´와 표시부B-B´를 갖는다.
표시 장치의 화소부의 상면 개략도를 도 7에 도시한다. 도 6의 광 검출부A-A´는 도 7의 A-A´부에 상당하고, 도 6의 표시부B-B´는 도 7의 B-B´에 상당한다.
또한 본 실시예의 액정 표시 장치에 있어서의 광 검출 방법은, 기본적으로 실시형태 1과 마찬가지다. 투광성을 갖는 기판(1) 아래의 백 라이트로부터 방출된 광이 기판(1) 및 제 1 컬러 필터(6) 또는 제 2 컬러 필터(7)를 통하여 피검출부에서 반사된다. 피검출부에서 반사된 광은 마이크로렌즈(9)로 집광되고 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)에서 검출된다.
화소(112)는 적어도 제 2 컬러 필터(7), 제 2 포토 다이오드(5)와, 제 2 포토 다이오드(5)의 신호 판독을 제어하는 반도체 소자(113), 화소 전극(66)에 접속되는 반도체 소자(65)를 갖는다. 마찬가지로 화소(111)는 적어도 제 1 컬러 필터(6), 제 1 포토 다이오드(4), 반도체 소자(114) 및 반도체 소자(115)를 갖는다. 화소(120)는 적어도 제 3 컬러 필터(10), 포토 다이오드(121), 반도체 소자(122) 및 반도체 소자(123)를 갖는다.
또한 화소부에는 반도체 소자(113), 반도체 소자(114), 및 반도체 소자(122)의 게이트에 접속되는 제 1 주사선(130), 각각의 소스 영역 또는 드레인 영역에 접속되는 제 1 내지 제 3 신호선(도시하지 않음), 반도체 소자(65), 반도체 소자(115) 및 반도체 소자(123)의 게이트에 접속되는 제 2 주사선(131), 각각의 소스 영역 또는 드레인 영역에 접속된 제 4 내지 제 6 신호선(도시하지 않음)이 설치된다.
또한 화소(111), 화소(112) 및 화소(120)는 각각 저장 용량을 가져도 된다.
광 검출부는, 실시형태 1과 같은 구성을 갖는다. 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)는 수평형 접합 타입인 pin 다이오드로 한다. 수직형 접합 타입이라도 좋다. 또한 pn 다이오드이라도 좋다. 또한 제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7), 제 3 컬러 필터(10)의 각각 바로 위의 위치에, 각각 마이크로렌즈(9)를 갖는다.
제 1 포토 다이오드(4)는 p층(40), i층(41) 및 n층(42)을 갖는 반도체층(101)과, 전극(43, 44)을 갖는다. 제 2 포토 다이오드(5)는 p층(45), i층(46) 및 n층(47)을 갖는 반도체층(102)과, 전극(48, 49)을 갖는다.
전극(43, 44)은 투광성 절연막(51) 위에 설치되고, 투광성 절연막(50 및 51)에 형성된 콘택트 홀에 의하여 반도체층(101)과 접속된다. 전극(48, 49)도 마찬가지다.
투광성 절연막(51), 전극(43, 44, 48, 49) 위에 투광성 절연막(52)이 형성되고, 투광성 절연막(52) 위에 제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7) 및 제 3 컬러 필터(10)가 설치된다. 투광성 절연막(50 내지 52)이 실시형태 1에 있어서의 제 2 투광성 절연막(12)에 상당한다.
제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7) 및 제 3 컬러 필터(10) 위에 배향막(53)이 형성된다. 또한 도시하지 않지만, 초점 거리의 조절이나 마이크로렌즈 형성면을 평탄하게 하기 위하여 등, 필요에 따라 투광성 절연막을 형성하여도 좋다. 이 경우, 투광성 절연막은 광 검출부에만 형성하고, 표시부에는 형성하지 않아도 좋다. 배향막(53), 또한 컬러 필터 위에 형성된 투광성 절연막은 실시형태 1에 있어서의 제 3 투광성 절연막(13)에 상당한다.
배향막(53) 위에 마이크로렌즈(9)가 설치된다. 마이크로렌즈(9)는 하층에 설치된 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)의 각각 바로 위에 배치한다.
실시형태 1과 마찬가지로, 제 1 포토 다이오드(4) 아래에는 제 1 차광층(2)을 형성하고, 제 2 포토 다이오드(5) 아래에는 제 2 차광층(3)을 형성한다.
또한 실시형태 1과 마찬가지로, 제 1 포토 다이오드(4)와 제 2 포토 다이오드(5) 사이에는 제 3 차광층(8)이 설치되고, 제 3 차광층(8)은 제 1 컬러 필터(6) 및 제 2 컬러 필터(7)로 이루어진다. 제 3 차광층(8)은 제 1 투광성 절연막(11)에 접하여 형성되면, 피검출물로부터의 사광이 제 1 포토 다이오드(4) 또는 제 2 포토 다이오드(5)로 검출되지 않게 된다.
제 3 차광층(8)은 제 1 컬러 필터(6)와 제 2 컬러 필터(7)가 인접되어 형성된다. 제 3 차광층(8)은 제 1 내지 제 6 신호선과 평행 방향으로 형성된다. 이들 신호선을 개구부에 형성하면 개구율을 낮추어 버리기 때문에, 제 1 내지 제 6 신호선은 제 3 차광층(8) 위 또는 아래에 형성하는 것이 바람직하다.
표시부는, 반도체 소자(65)와 액정 소자를 갖는다. 반도체 소자(65)는 소스 영역 및 드레인 영역을 갖는 반도체층(103), 게이트 전극(60), 소스 배선에 전기적으로 접속되는 전극(61), 화소 전극에 전기적으로 접속되는 전극(62)을 갖는다.
반도체 소자(65)는 n형 또는 p형 트랜지스터이며, 소스 영역 및 드레인 영역을 갖는 반도체층(103), 게이트 절연막으로서 기능하는 투광성 절연막(50), 게이트 전극(60), 소스 전극(61) 및 드레인 전극(62)을 갖는다. 또한 반도체 소자(65) 위에 차광층이 형성되어도 좋다. 도 6에서는 톱 게이트 형을 기재하고 있지만, 보텀 게이트 형이라도 좋다. 또한 LDD 구조 등을 가져도 좋다.
반도체 소자(65)는 액정 소자의 액정층(54)의 편광 방향을 제어하는 전위를 인가하기 위한 스위치이다. 반도체 소자(113)는 제 2 포토 다이오드(5)의 신호 판독을 제어하는 스위치이다. 반도체 소자(65)는 상술한 것을 사용할 수 있다. 반도체층(102)은 실리콘 등의 광전류를 생성할 수 있는 반도체막을 사용하여 형성한다. 반도체막은 비정질, 미결정, 결정질, 단결정 중의 어느 것이라도 좋다. 반도체 소자(113)는 실리콘 등의 반도체막이나 ZnO 등을 포함하는 산화물 반도체를 사용하여 형성한다. 반도체 소자(65), 반도체 소자(113)는 각 화소에 설치된다.
제 1 투광성 절연막(11)은 실시형태 1에 기재한 것을 사용할 수 있다. 투광성 절연막(50)은 게이트 절연막이다. 투광성 절연막(50)은 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘 등의 절연성을 갖는 재료를 사용하여 형성한다. 투광성 절연막(50)은 CVD법이나 스퍼터링법, 열산화, 열질화, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 도포법 등으로 형성한다. 투광성 절연막(51), 투광성 절연막(52)은 평탄성을 갖는 절연막인 것이 바람직하다. 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막 또는 질화산화 실리콘막이나, 유기수지 등의 유기재료를 포함하는 막을, 단층 또는 적층으로 형성한다. CVD법이나 스퍼터링법, 도포법 등으로 형성한다.
액정 소자는, 화소 전극(66)과, 액정층(54)과, 대향 전극(56)을 갖는다. 대향 전극(56)은, 대향 기판(57) 위에 형성되어 있고, 화소 전극(66)과 대향 전극(56) 사이에, 액정층(54)이 끼워져 있다. 또한, 대향 기판(56)의 두께는, 바람직하게는 70㎛ 내지 100㎛로 한다. 또한, 액정층(54)은 기판(1)과 대향 기판(57) 사이에 있어서, 밀봉재(도시하지 않음)로 둘러싸여 있다.
화소 전극(66) 위에는 각각 화소마다 제 1 컬러 필터(6), 제 2 컬러 필터(7) 및 제 3 컬러 필터(10)가 설치된다. 컬러 필터 위에는 배향막(53)과, 액정층(54)과, 배향막(55)과, 대향 전극(56)과, 투광성의 대향 기판(57)을 갖는다. 스페이서(도시하지 않음)는 기판(1)과 대향 기판(57)의 간격, 즉 액정층(54)의 두께를 균일하게 유지한다. 기판(1) 및 대향 기판(57)에는 편광판 등이 설치되어 있다(도시하지 않음). 또한 위상차판 등을 설치하여도 좋다.
화소 전극(66) 및 대향 전극(56)에는, 투광성을 갖는 도전성 재료, 예를 들어 인듐 주석 산화물, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물, 유기인듐, 유기주석, 산화아연, 산화아연을 포함하는 인듐 아연산화물, 갈륨을 포함하는 산화아연, 산화주석, 산화텅스텐을 포함하는 인듐산화물, 산화텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화티타늄을 포함하는 인듐산화물, 산화티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물 등을 사용할 수 있다.
화소 전극(66)과 액정층(54) 사이에는 배향막(53)이, 대향 전극(56)과 액정층(54) 사이에는 배향막(55)이, 각각 설치되어 있다. 배향막(53), 배향막(55)은 폴리이미드, 폴리비닐알콜 등의 유기수지를 사용하여 형성할 수 있고, 그 표면에는, 러빙 등의, 액정 분자를 일정 방향으로 배열시키기 위한 배향 처리가 실시되어 있다. 러빙은, 배향막에 압력을 가하면서, 나일론 등의 피륙을 만 롤러를 회전시키고, 상기 배향막의 표면을 일정 방향으로 문지름으로써 행할 수 있다. 또한, 산화 실리콘 등의 무기 재료를 사용하여, 배향 처리를 행하지 않고서, 증착법으로 배향 특성을 갖는 배향막(53, 55)을 직접 형성할 수도 있다.
액정 소자는, 도시하지 않는 편광판과의 조합에 의하여, 백 라이트의 광 및 피검출물로부터의 반사광을 투과, 비투과시키는 스위치이다. TN(Twisted Nematic)형 이외에, VA(Vertical Alignment)형, OCB(Optically Compensated Birefringence)형, IPS(In-Plane Switching)형 등이라도 좋다. 또한, 본 실시예에서는, 화소 전극(66)과 대향 전극(56) 사이에 액정층(54)이 끼워져 있는 구조의 액정 소자를 예로 들어 설명했지만, 본 발명의 일 형태를 이용하는 터치 패널은 이 구성에 한정되지 않는다. IPS형과 같이, 한 쌍의 전극이 함께 기판(1) 쪽에 형성되어 있는 액정 소자라도 좋다.
또한, 액정층(54)은, 배향막을 사용하지 않는 블루상(Blue Phase)을 나타내는 액정을 사용하여 형성하여도 좋다. 블루상은 액정상의 하나로서, 콜레스테릭 액정을 승온해 가면, 콜레스테릭상으로부터 등방상으로 전이하기 직전에 발현되는 상이다. 블루상은, 좁은 온도 범위에서 밖에 발현되지 않기 때문에, 액정층(54)에 적용하는 데에는, 온도 범위를 개선하기 위하여, 5wt% 이상의 키랄(chiral)제를 혼합시킨 액정 조성물을 사용한다. 블루상을 나타내는 액정과 키랄제를 포함하는 액정 조성물은, 응답 속도가 10μsec 내지 100μsec로 짧고, 광학적으로 등방성이기 때문에, 배향 처리가 불필요하고, 시야각 의존성이 작다.
또한 도시하지 않는 스페이서는 액정층(54)의 두께를 균일하게 유지한다. 스페이서는 기둥 형상, 구형 중의 어느 것이라도 좋다. 스페이서는 유기수지나 유리구슬 등을 사용하여 형성한다.
이하에 액정 표시 장치의 제작방법을 설명한다. 기본적으로는 실시형태 1에서 나타낸 방법으로 제작할 수 있다.
제 1 기판(1) 위에 실시형태 1에 나타낸 방법으로, 제 1 차광층(2), 제 2 차광층(3) 및 차광층(58)을 형성하고, 제 1 투광성 절연막(11)을 형성한다.
제 1 투광성 절연막(11) 위에 제 1 포토 다이오드(4), 제 2 포토 다이오드(5) 및 반도체 소자(65)를 형성한다. 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)는 실시형태 1에 나타낸 방법으로 제작한다. 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)를 수평형 접합 타입으로 하면, 반도체 소자(65)의 제작과 같은 공정으로 제작할 수 있다. 이것에 대하여 설명한다.
제 1 투광성 절연막(11) 위에, CVD법이나 스퍼터링법 등을 사용하여 반도체막을 형성한다. 그 후, 가열 처리, 레이저 조사 등으로 결정성을 향상시켜도 좋다.
또한 반도체막은 접합, 박리 방법으로 형성할 수도 있다. 우선 실리콘웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼 중에, 수소 이온(H+, H2 +, H3 + 등) 또는 수소 이온 및 헬륨 이온을 첨가하여, 상기 반도체 웨이퍼 중에 취화층을 형성한다. 상기 반도체 웨이퍼를 제 1 투광성 절연막(11) 위에 접합시켜, 가열 처리로 취화층에서 박리하여, 제 1 투광성 절연막(11) 위에 반도체막을 형성한다. 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 취화층까지의 두께가 반도체막의 두께에 상당하므로 수소 이온 등의 첨가 조건을 제어하여 반도체막의 두께를 조절할 수 있다. 또한 반도체 웨이퍼가 단결정인 경우에는 단결정 반도체막을 형성할 수 있다.
반도체막을 포토리소그래피, 에칭법을 사용하여 가공하고, 반도체층(101), 반도체층(102) 및 반도체층(103)을 형성한다.
반도체층(101), 반도체층(102) 및 반도체층(103) 위에 게이트 절연막이 되는 투광성 절연막(50)을 상술한 방법으로 형성한다.
투광성 절연막(50) 위에 금속막을 형성하고, 상기 금속막을 포토리소그래피, 에칭법을 사용하여 가공하고, 반도체층(103) 위에 게이트 절연막을 사이에 두고 게이트 전극(60)을 형성한다.
반도체층(101), 반도체층(102) 및 반도체층(103)에 선택적으로 p형 또는 n형의 불순물 이온을 첨가하여 p층 및 n층과 소스 영역 및 드레인 영역을 형성한다.
다음에 투광성 절연막(51)을 형성한다. 투광성 절연막(51)에 콘택트 홀을 형성한 후, 전극(43, 44, 48, 49), 소스 전극(61) 및 드레인 전극(62)을 형성한다. 이에 따라 제 1 포토 다이오드(4), 제 2 포토 다이오드(5), 반도체 소자(65)가 형성된다.
다음에 평탄성을 갖는 투광성 절연막(52)을 형성한다. 투광성 절연막(52)에 콘택트 홀을 형성한다. 콘택트 홀은 드레인 전극(62)에 이르고, 화소 전극을 형성하기 위한 것이다. 또한 투광성 절연막(50 내지 52)에 제 3 차광층(8)을 형성하기 위한 홈을 형성한다.
투광성 절연막(52) 위에 드레인 전극(62)에 접속하는 화소 전극(66)을 형성한다.
실시형태 1에 나타낸 방법으로, 화소(111)에 제 1 컬러 필터(6)를 형성한다. 제 1 컬러 필터(6)는 상기 홈에도 형성된다. 다음에 화소(112)에 제 2 컬러 필터(7)를 형성한다. 제 2 컬러 필터(7)는 상기 홈에도 형성된다. 제 3 차광층(8)이 상기 홈을 내장하여 형성된다. 마찬가지로 화소(120)에 제 3 컬러 필터(10)를 형성한다. 제 2 컬러 필터(7) 및 제 3 컬러 필터(10)로 이루어지는 제 5 차광층(16)이 홈에 형성된다.
다음에 배향막(53)을 형성하고, 러빙 처리를 한다. 액정을 일방향으로 배향할 수 있으면 배향막(53)을 형성하지 않아도 좋다.
스페이서를 형성한다. 스페이서는 유기수지를 도포한 후, 포토리소그래피 및 에칭법으로 가공하여 기둥 형상 스페이서를 형성한다. 또는 구형의 스페이서를 산포한다. 또한, 스페이서는 제 1 기판(1)에 형성하여도 대향 기판(57)에 형성하여도 좋다.
액정을 적하하는 등으로 액정층(54)을 형성한다. 액정층(54)의 주입은, 디스펜서법(직하법)을 사용하여도 좋고, 딥법(펌핑법)을 사용하여도 좋다. 또한, 기판(1) 및 대향 기판(57)을 접합한 후, 진공 주입하여도 좋다.
대향 기판(57) 위에 대향 전극(56) 및 배향막(55)을 형성한다. 그 후, 배향막(55)과 액정층(54)이 접하도록, 제 1 기판(1)과 대향 기판(57)을 접합한다. 이상으로 액정 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한 본 실시예는, 포토 다이오드, 반도체 소자에 박막의 반도체막을 사용하는 예를 들지만, 단결정 반도체 기판, SOI 기판 등을 사용하여 형성되어도 좋다.
또한 본 실시예는, 상기 실시형태 1 및 다른 실시예와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예 2)
본 발명의 일 형태인 일렉트로 루미네선스 표시 장치(이하, "EL 표시 장치"라고 부름)에 대하여 설명한다.
도 8은, 발광 소자로서 EL소자(예를 들어, 유기 EL소자, 무기 EL소자, 또는 유기물 및 무기물을 포함하는 EL소자)를 사용한 EL 표시 소자의 단면의 일례를 도시하는 도면이다. 실시예 1에 기재한 표시 장치는, 액정 소자를 갖고, 제 1 차광층(2), 제 2 차광층(3) 및 차광층(58)을 갖는 것에 대하여, 본 실시예에 기재하는 발광 장치는 EL소자를 갖고, 제 1 차광층(2), 제 2 차광층(3) 및 차광층(58)을 가지지 않는 점에서 상이하다. 또한, 광 검출 방법에 있어서도, 실시예 1에 기재한 표시 장치는 백 라이트를 사용하는 것에 대하여, 실시예 2에 기재하는 발광 장치는 백 라이트를 사용하지 않는 점에서 상이하다.
본 실시예의 EL 표시 장치에 있어서의 광 검출 방법은, 기본적으로는, 실시형태 1 및 실시예 1과 마찬가지다. 다만, 백 라이트로부터가 아니라 EL소자로부터 방출된 광이 피검출부에서 반사된다. 피검출부에서 반사된 광은, 마이크로렌즈로 집광되어 제 1 포토 다이오드(4) 및 제 2 포토 다이오드(5)에서 검출된다.
본 발명의 일 형태인 발광 장치는 광 검출부와 표시부를 갖는다. 광 검출부는, 실시형태 1, 실시예 1과 같은 구성을 갖는다. 다만 실시예 1에서의 제 1 투광성 절연막(11), 제 1 전극(70)은, 본 실시예에 있어서 반드시 투광성일 필요는 없다. 또한, 컬러 필터 위에 배향막(53)은 형성하지 않고, 필요에 따라 투광성 절연막(75)을 형성한다.
표시부는, 기판(1) 위에, 반도체 소자(65)와, 반도체 소자(65)에 접속된 제 1 전극(70)과, 제 1 전극(70)의 단부를 덮는 절연막으로 이루어지는 격벽(71)과, 제 1 전극(70) 위의 발광층(72)과, 발광층(72) 위의 제 2 전극(73)과, 제 2 전극(73) 위의 제 2 컬러 필터(7)를 갖는다.
반도체 소자(65)는 실시예 1에 기재한 것을 사용한다. 반도체 소자(65)는 발광층(72)으로의 전류 공급량을 제어한다. 표시부에는 도시하지 않는 다른 반도체 소자가 설치된다. 다른 반도체 소자의 소스 영역 및 드레인 영역의 한쪽은 반도체 소자(65)의 게이트 전극(60)에 접속되어, 반도체 소자(65)의 동작을 제어하는 스위치의 역할을 갖는다. 또한 반도체 소자(65)의 게이트 전극(60)의 전위를 유지시키기 위하여 저장 용량을 형성하여도 좋다.
EL소자는, 제 1 전극(70), 발광층(72), 제 2 전극(73)이 적층되어 설치되어 있다. 투광성 절연막(52) 위에는 제 1 전극(70)이 설치되어, 제 1 전극(70)의 단부를 덮도록 격벽(71)이 설치된다.
격벽(71)은 화소부를 구획하는 것이고, 인접하는 화소 사이에 설치된다. 격벽(71)은 무기 또는 유기 절연막을 사용하여 설치된다.
발광층(72)은 제 1 전극(70)과 제 2 전극(73)에 끼워지고, 전류가 공급되어 발광한다. 발광층(72)은 백색발광을 하는 것이 바람직하다. 발광층(72)은 유기물이라도 무기물이라도 좋고, 공지의 재료를 사용하여 형성한다. 또 제 1 전극(70)은 투명할 필요는 없고, 발광층(72)으로부터의 발광을 반사하는 것이 바람직하다.
제 2 컬러 필터(7)는 실시형태 1, 실시예 1에 기재한 것을 사용한다.
또한 본 실시예에서는 백 라이트를 사용하지 않기 때문에, 제 1 차광층(2), 제 2 차광층(3), 차광층(58)은 형성하지 않는다.
이하에 발광 장치의 제작 방법을 설명한다. 제 1 전극(70)의 형성까지는 실시예 1에서 나타낸 방법으로 제작한다.
제 1 전극(70) 위에 유기수지 또는 무기 절연막을 형성하여, 포토리소그래피 및 에칭법으로 가공하여 격벽(71)을 형성한다.
제 1 전극(70) 위에 발광층(72)을 진공 증착법, 액적토출법 등을 사용하여 형성한다.
발광층(72) 위에 제 2 전극(73)을 스퍼터링법, 증착법 등으로 형성한다.
실시형태 1, 실시예 1에 나타낸 방법으로, 제 1 컬러 필터(6)를 형성한다. 제 1 컬러 필터(6)는 투광성 절연막(50 내지 52)에 형성된 홈에도 형성된다. 다음에 제 2 컬러 필터(7)를 형성한다. 제 2 컬러 필터(7)는 상기 홈에도 형성된다. 제 3 차광층(8)은 상기 홈을 내장함으로써 형성된다. 마찬가지로 제 3 컬러 필터(10)를 형성한다. 제 2 컬러 필터(7) 및 제 3 컬러 필터(10)로 이루어지는 제 5 차광층(16)이 홈에 형성된다.
이상에 의하여 발광 장치를 제작할 수 있다. 발광층(72)은 수분에 의하여 열화하는 경우가 있기 때문에, 밀봉 수단을 더 설치하여도 좋다.
또한 본 실시예는, 상기의 실시형태 1 및 다른 실시예와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 터치 패널을 사용한 전자 기기의 일례에 대하여, 도 9a 내지 도 9f를 사용하여 설명한다.
도 9a에 도시하는 휴대 전화기는, 표시부(9101)를 포함한다. 도 9b에 도시하는 휴대 정보 단말은, 표시부(9201), 입력 펜(9202) 등을 포함한다. 도 9c에 도시하는 디지털 비디오 카메라는, 표시부(9301, 9302) 등을 포함한다. 도 9d에 도시하는 휴대형 게임기는, 표시부(9401) 등을 포함한다. 도 9e에 도시하는 휴대 정보 단말은, 표시부(9501) 등을 포함한다. 도 9f에 도시하는 텔레비전 장치는, 표시부(9601), 입력 펜(9602) 등을 포함한다. 본 발명의 일 형태인 터치 패널을 사용함으로써, 광 검출도가 높은 터치 패널을 제공할 수 있다.
또한 본 실시형태는, 상기 실시형태 1 및 다른 실시예와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예 4)
광 센서를 갖는 표시부를 사용한 라이팅 보드(흑판, 화이트 보드 등)의 예를 도시한다.
예를 들어, 도 10의 패널(9696)의 위치에 광 센서를 갖는 표시부를 설치한다.
패널(9696)은, 광 센서와 표시 소자를 갖는다.
여기서 패널(9696)의 표면에는 마커 등을 사용하여 자유롭게 기입할 수 있다.
또한, 정착제가 포함되지 않는 마커 등을 사용하면 문자를 소거하기 쉽다.
또한, 마커의 잉크를 쉽게 지우기 위하여 패널(9696)의 표면은 충분한 평활성을 가지면 좋다.
예를 들어, 패널(9696)의 표면이 유리 기판 등이라면 평활성은 충분하다.
또한 패널(9696)의 표면에 투명한 합성 수지 시트 등을 붙여도 좋다.
합성 수지로서는 예를 들어 아크릴 등을 사용하면 바람직하다. 이 경우, 합성 수지 시트의 표면을 평활하게 해 놓으면 바람직하다.
그리고 패널(9696)은, 표시 소자를 갖기 때문에, 특정의 화상을 표시하면서 패널(9696)의 표면에 마커로 기재할 수 있다.
또한 패널(9696)은, 광 센서를 갖기 때문에, 프린터 등에 접속해 놓으면 마커로 기재한 문자를 판독하고 인쇄할 수도 있다.
또한 패널(9696)은, 광 센서와 표시 소자를 갖기 때문에, 화상을 표시시킨 상태로 패널(9696) 표면에 마커로 문자, 도형 등을 기입함으로써, 광 센서로 판독한 마커의 궤적(軌跡)을 화상과 합성하여 비출 수도 있다.
또한, 저항막 방식, 정전 용량 방식 등의 센싱(sensing)을 사용한 경우, 마커 등으로의 기입과 동시에밖에 센싱을 할 수 없다.
한편, 광 센서를 사용한 경우, 마커 등으로 기입한 후, 시간이 경과한 경우에도 언제든지 센싱이 가능한 점이 우수하다.
본 실시예는, 다른 모든 실시형태 및 실시예와 자유롭게 조합하여 실시할 수 있다.
1: 기판
2: 제 1 차광층
3: 제 2 차광층
4: 제 1 포토 다이오드
5: 제 2 포토 다이오드
6: 제 1 컬러 필터
7: 제 2 컬러 필터
8: 제 3 차광층
9: 렌즈
10: 제 3 컬러 필터
11: 제 1 투광성 절연막
12: 제 2 투광성 절연막
13: 제 3 투광성 절연막
15: 제 4 차광층
16: 제 5 차광층
2: 제 1 차광층
3: 제 2 차광층
4: 제 1 포토 다이오드
5: 제 2 포토 다이오드
6: 제 1 컬러 필터
7: 제 2 컬러 필터
8: 제 3 차광층
9: 렌즈
10: 제 3 컬러 필터
11: 제 1 투광성 절연막
12: 제 2 투광성 절연막
13: 제 3 투광성 절연막
15: 제 4 차광층
16: 제 5 차광층
Claims (25)
- 광 검출 장치에 있어서:
기판 위의 제 1 포토 다이오드와;
상기 기판 위의 제 2 포토 다이오드와;
상기 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 컬러 필터와;
상기 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 컬러 필터와;
상기 제 1 컬러 필터 위의 제 1 마이크로렌즈와;
상기 제 2 컬러 필터 위의 제 2 마이크로렌즈와;
상기 제 1 포토 다이오드와 상기 제 2 포토 다이오드 사이에서 상기 제 1 컬러 필터의 일부와 상기 제 2 컬러 필터의 일부를 포함하는 제 1 차광층과;
상기 기판 위의 제 2 차광층과;
상기 기판 위의 제 3 차광층을 포함하고,
상기 제 1 포토 다이오드는 상기 제 2 차광층과 중첩하고,
상기 제 2 포토 다이오드는 상기 제 3 차광층과 중첩하는, 광 검출 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 광 검출 장치에 있어서:
기판 위의 제 1 포토 다이오드와;
상기 기판 위의 제 2 포토 다이오드와;
상기 제 1 포토 다이오드 위의 제 1 마이크로렌즈와;
상기 제 2 포토 다이오드 위의 제 2 마이크로렌즈와;
상기 제 1 마이크로렌즈를 덮는 제 1 컬러 필터와;
상기 제 2 마이크로렌즈를 덮는 제 2 컬러 필터와;
상기 제 1 포토 다이오드와 상기 제 2 포토 다이오드 사이에서 상기 제 1 컬러 필터의 일부와 상기 제 2 컬러 필터의 일부를 포함하는 제 1 차광층과;
상기 기판 위의 제 2 차광층과;
상기 기판 위의 제 3 차광층을 포함하고,
상기 제 1 포토 다이오드는 상기 제 2 차광층과 중첩하고,
상기 제 2 포토 다이오드는 상기 제 3 차광층과 중첩하는, 광 검출 장치. - 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 컬러 필터의 일부는 상기 제 1 포토 다이오드로부터 상기 제 2 포토 다이오드의 방향으로 상기 제 1 컬러 필터의 일부와 중첩하는, 광 검출 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 광 검출 장치에 있어서:
기판 위의 제 1 포토 다이오드와;
상기 기판 위의 제 2 포토 다이오드와;
상기 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 투광성 절연층과;
상기 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 투광성 절연층과;
상기 제 1 투광성 절연층을 사이에 두고 상기 제 1 포토 다이오드 위의 제 1 컬러 필터와;
상기 제 2 투광성 절연층을 사이에 두고 상기 제 2 포토 다이오드 위의 제 2 컬러 필터와;
상기 제 1 컬러 필터 위의 제 1 마이크로렌즈와;
상기 제 2 컬러 필터 위의 제 2 마이크로렌즈와;
상기 제 1 투광성 절연층과 상기 제 2 투광성 절연층 사이에 제공된 홈에 제공된 제 1 차광층과;
상기 기판 위의 제 2 차광층과;
상기 기판 위의 제 3 차광층을 포함하고,
상기 제 1 포토 다이오드는 상기 제 2 차광층과 중첩하고,
상기 제 2 포토 다이오드는 상기 제 3 차광층과 중첩하는, 광 검출 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 차광층은 상기 제 1 컬러 필터의 일부와 상기 제 2 컬러 필터의 일부를 포함하는, 광 검출 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 컬러 필터의 일부는 상기 제 1 포토 다이오드로부터 상기 제 2 포토 다이오드의 방향으로 상기 제 1 컬러 필터의 일부와 중첩하는, 광 검출 장치. - 제 1 항, 제 6 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 투광성 기판인, 광 검출 장치. - 삭제
- 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 포토 다이오드는 투광성 절연막을 사이에 두고 상기 제 2 차광층 위에 제공되고,
상기 제 2 포토 다이오드는 상기 투광성 절연막을 사이에 두고 상기 제 3 차광층 위에 제공되고,
상기 제 1 컬러 필터의 일부와 상기 제 2 컬러 필터의 일부는 상기 투광성 절연막과 접하는, 광 검출 장치. - 표시 장치에 있어서:
백 라이트와;
상기 백 라이트 위의 제 1 투광성 기판과;
상기 제 1 투광성 기판 위의 액정층과;
상기 액정층 위의 제 2 투광성 기판과;
상기 제 1 투광성 기판 위의 제 1 포토 다이오드와;
상기 제 1 투광성 기판 위의 제 2 포토 다이오드와;
상기 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 컬러 필터와;
상기 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 컬러 필터와;
상기 제 1 컬러 필터 위의 제 1 마이크로렌즈와;
상기 제 2 컬러 필터 위의 제 2 마이크로렌즈와;
상기 제 1 포토 다이오드와 상기 제 2 포토 다이오드 사이에서 상기 제 1 컬러 필터의 일부와 상기 제 2 컬러 필터의 일부를 포함하는 제 1 차광층을 포함하는, 표시 장치. - 삭제
- 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 투광성 기판 위의 제 2 차광층과;
상기 제 1 투광성 기판 위의 제 3 차광층을 더 포함하고,
상기 제 1 포토 다이오드는 투광성 절연막을 사이에 두고 상기 제 2 차광층 위에 제공되고,
상기 제 2 포토 다이오드는 상기 투광성 절연막을 사이에 두고 상기 제 3 차광층 위에 제공되는, 표시 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 컬러 필터의 일부와 상기 제 2 컬러 필터의 일부는 상기 투광성 절연막과 접하는, 표시 장치. - 표시 장치에 있어서:
기판과;
상기 기판 위의 발광층과;
상기 발광층 위의 투광성 기판과;
상기 기판 위의 제 1 포토 다이오드와;
상기 기판 위의 제 2 포토 다이오드와;
상기 제 1 포토 다이오드를 덮는 제 1 컬러 필터와;
상기 제 2 포토 다이오드를 덮는 제 2 컬러 필터와;
상기 제 1 컬러 필터 위의 제 1 마이크로렌즈와;
상기 제 2 컬러 필터 위의 제 2 마이크로렌즈와;
상기 제 1 포토 다이오드와 상기 제 2 포토 다이오드 사이에서 상기 제 1 컬러 필터의 일부와 상기 제 2 컬러 필터의 일부를 포함하는 제 1 차광층을 포함하는, 표시 장치. - 제 17 항 또는 제 21 항에 있어서,
상기 제 2 컬러 필터의 일부는 상기 제 1 포토 다이오드로부터 상기 제 2 포토 다이오드의 방향으로 상기 제 1 컬러 필터의 일부와 중첩하는, 표시 장치. - 제 21 항에 있어서,
상기 기판은 투광성 기판인, 표시 장치. - 제 23 항에 있어서,
상기 기판 위의 제 2 차광층과 제 3 차광층을 더 포함하고,
상기 제 1 포토 다이오드는 투광성 절연막을 사이에 두고 상기 제 2 차광층 위에 제공되고,
상기 제 2 포토 다이오드는 상기 투광성 절연막을 사이에 두고 상기 제 3 차광층 위에 제공되는, 표시 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 제 1 컬러 필터의 일부와 상기 제 2 컬러 필터의 일부는 상기 투광성 절연막과 접하는, 표시 장치.
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