KR102035130B1 - 반도체 장치 및 반도체 장치의 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외광에 의한 영향을 저감시키고 터치 위치의 검출 정밀도를 향상시킨다.
촬상 기간에 있어서 자기 발광형 소자의 발광을 제어하고, 표시 화면이 흑색 표시일 때에 촬상한 피검출물의 촬상 데이터 및 표시 화면이 백색 표시일 때에 촬상한 피검출물의 촬상 데이터를 각 센서 화소로부터 출력하고 동일한 센서 화소로부터 출력되는 2개의 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 부분의 센서 화소의 위치를 검출함으로써 표시 화면에서의 피검출물의 접촉 위치를 정밀도 높게 검출한다. 반전 표시 시의 촬상 데이터를 이용하여 외광이 미치는 영향을 저감시킬 수 있다.
촬상 기간에 있어서 자기 발광형 소자의 발광을 제어하고, 표시 화면이 흑색 표시일 때에 촬상한 피검출물의 촬상 데이터 및 표시 화면이 백색 표시일 때에 촬상한 피검출물의 촬상 데이터를 각 센서 화소로부터 출력하고 동일한 센서 화소로부터 출력되는 2개의 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 부분의 센서 화소의 위치를 검출함으로써 표시 화면에서의 피검출물의 접촉 위치를 정밀도 높게 검출한다. 반전 표시 시의 촬상 데이터를 이용하여 외광이 미치는 영향을 저감시킬 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치 및 반도체 장치의 구동 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 자기 발광형 소자를 갖는 터치 패널에 있어서 피검출물의 터치 위치를 검출하는 반도체 장치의 구동 방법에 관한 것이다.
또한 본 명세서 중에 있어서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리키며, 전기 광학 장치, 반도체 회로 및 전자 기기는 모두 반도체 장치이다.
근년에 들어 터치 센서를 탑재한 표시 장치가 주목되고 있다. 터치 센서를 탑재한 표시 장치는 터치 패널 또는 터치 스크린 등이라고 불린다(아래에서는 이것을 단순히 "터치 패널"이라고도 부름). 터치 센서로서는 저항막 방식, 정전 용량 방식, 광학 방식 등이 있으며 광학 방식의 터치 센서를 탑재한 표시 장치가 특허문헌 1에 기재되어 있다.
터치 패널의 성능 지표 중 하나로서, 터치 위치의 검출 정밀도를 들 수 있다. 터치 패널의 표시 화면에 있어서 피검출물이 실제로 접촉한 위치와 터치 패널에 탑재된 센싱부에서 검출된 위치와의 오차가 작을수록 검출 정밀도가 높다고 할 수 있다.
광학 방식의 터치 센서를 탑재한 표시 장치에서는, 터치 센서가 외광의 유무를 판정하여 터치 위치를 검출한다. 즉 말하자면, 피검출물이 표시 화면에 접촉하면 터치 패널에 입사되는 외광은 차폐되어 터치 패널 위에 피검출물의 그림자가 생기고, 그 그림자의 농담(濃淡)을 센싱부에 의하여 촬상함으로써 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한 그림자의 농담은 센싱부에서 검출되는 외광에 의존한다. 특허문헌 2에서는 검출 정밀도를 높이기 위하여, 촬상 기간에 있어서 센싱부에서 외광만이 검출되도록 제어한다. 즉 말하자면, 표시 소자로서 액정 소자를 사용하는 경우는 촬상 기간에 백 라이트를 끄고 자기 발광형 소자를 사용하는 경우는 촬상 기간에 비발광으로(흑색 표시로) 한다.
그런데 특허문헌 2에서는, 촬상 기간에 백라이트 광, 또는 자기 발광형 소자로부터의 광이 미치는 영향을 삭감하고 외광만을 이용하여 터치 위치를 검출한다. 따라서 예를 들어 촬상 기간에 외광이 전혀 없는 상태인 경우, 또는 거의 없는 상태인 경우, 터치 패널 위에 피검출물의 그림자가 생기기 어렵다. 즉 말하자면, 센싱부에서 외광을 검출하지 못하여 터치 위치의 검출 정밀도가 저하된다.
한편 외광이 없는 상태에서도 터치 위치를 검출할 수 있도록 조명용 광원을 별도로 부가하는 것도 생각해 낼 수 있으나 소비 전력이 증대된다는 문제도 있다.
상술한 문제를 감안하여 터치 위치의 검출 정밀도를 향상시키는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 소비 전력을 저감시키는 것을 과제 중 하나로 한다.
촬상 기간에 있어서 표시 화면이 흑색 표시일 때(터치 패널 내의 모든 자기 발광형 소자를 비발광 상태로 할 때) 및 표시 화면이 백색 표시일 때(터치 패널 내의 모든 자기 발광형 소자를 발광 상태로 할 때) 각각에서 터치 패널 위의 피검출물을 촬상한다. 터치 패널 내에는 복수의 센서 화소가 제공되어 있고 센서 화소 각각은 흑색 표시 시에 촬상한 피검출물의 촬상 데이터와, 백색 표시 시에 촬상한 피검출물의 촬상 데이터를 출력한다. 동일한 센서 화소로부터 출력되는 2개의 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 센서 화소의 위치를 피검출물의 터치 위치로서 검출한다. 흑색 표시 및 백색 표시의 촬상 데이터를 이용함으로써 외광의 영향을 저감시킬 수 있다.
자기 발광형 소자의 발광의 제어는, 터치 패널 내의 표시 화소에 탑재되고 자기 발광형 소자와 전기적으로 접속되는 2개의 트랜지스터의 온, 오프 제어에 의하여 수행된다. 촬상 기간에 있어서, 표시 화면이 백색 표시가 되도록 한쪽의 트랜지스터를 오프 상태, 또 다른 쪽의 트랜지스터를 온 상태로 하여 터치 패널 내의 모든 자기 발광형 소자를 발광 상태로 한다. 또한 표시 화면이 흑색 표시가 되도록 한쪽의 트랜지스터를 오프 상태, 또 다른 쪽의 트랜지스터를 오프 상태로 하여 터치 패널 내의 모든 자기 발광형 소자를 비발광 상태로 한다.
본 명세서에 기재되는 본 발명의 일 형태는, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 발광 소자, 제 1 표시 화소 제어 신호선, 및 제 2 표시 화소 제어 신호선을 포함한 표시 화소와, 제 3 트랜지스터, 수광 소자, 및 촬상 화소 제어 신호선을 포함한 센서 화소를 갖고, 제 1 트랜지스터의 게이트 단자와 제 1 표시 화소 제어 신호선은 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 게이트 단자와 제 2 표시 화소 제어 신호선은 전기적으로 접속되고, 제 3 트랜지스터의 게이트 단자와 촬상 화소 제어 신호선은 전기적으로 접속되고, 제 1 트랜지스터의 소스 단자 및 드레인 단자 중 한쪽과 발광 소자는 제 1 노드에서 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 소스 단자 및 드레인 단자 중 한쪽과 발광 소자는 제 1 노드에서 전기적으로 접속되고, 제 3 트랜지스터의 소스 단자 및 드레인 단자 중 한쪽과 수광 소자는 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치이다.
상기 반도체 장치에 있어서, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 및 제 3 트랜지스터 각각은 산화물 반도체층을 가져도 좋다. 또한 산화물 반도체층은 인듐, 갈륨, 및 아연을 가져도 좋고 또한 c축 배향된 결정을 가져도 좋다.
또한 상기 반도체 장치에 있어서 제 3 트랜지스터는 발광 소자와 중첩되어도 좋다.
또한 상기 반도체 장치에 있어서 복수의 표시 화소에 대하여 하나의 센서 화소를 제공하여도 좋다.
본 명세서에 기재되는 본 발명의 일 형태는, 복수의 표시 화소와 복수의 센서 화소를 포함한 터치 패널을 구비하는 반도체 장치의 구동 방법으로, 터치 패널의 표시 화면이 백색 표시가 되는 제 1 기간 내에 센서 화소를 사용하여 제 1 촬상 데이터를 취득하고, 터치 패널의 표시 화면이 흑색 표시가 되는 제 2 기간 내에 센서 화소를 사용하여 제 2 촬상 데이터를 취득하고, 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 센서 화소를 검출하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 구동 방법이다.
상기 반도체 장치의 구동 방법에 있어서, 복수의 표시 화소 각각은, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터를 갖고, 제 1 트랜지스터의 제 1 게이트 단자는 제 1 표시 화소 제어 신호선과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 제 2 게이트 단자는 제 2 표시 화소 제어 신호선과 전기적으로 접속되고, 제 1 기간에는 제 1 로우 전위가 상기 제 1 표시 화소 제어 신호선에 인가되고, 제 1 하이 전위가 제 2 표시 화소 제어 신호선에 인가되고, 제 2 기간에는 제 1 로우 전위가 제 1 표시 화소 제어 신호선에 인가되고, 제 2 로우 전위가 제 2 표시 화소 제어 신호선에 인가되어도 좋다.
또한 상기 반도체 장치의 구동 방법에 있어서, 복수의 센서 화소 각각은 제 3 트랜지스터를 갖고, 제 3 트랜지스터의 제 3 게이트 단자는 촬상 화소 제어 신호선과 전기적으로 접속되고, 제 1 기간 및 제 2 기간에는 제 2 하이 전위가 상기 촬상 화소 제어 신호선에 인가되어도 좋다.
또한 상기 반도체 장치의 구동 방법에 있어서, 제 1 기간과 제 2 기간 사이에 비디오 신호 전위를 복수의 표시 화소에 입력함으로써 정지 화상 또는 동영상을 표시하여도 좋다.
또한 본 명세서에 있어서 데이터 표시 기간이란, 표시 화면에 화상이 표시되는 기간을 가리킨다. 또한 촬상 기간이란, 터치 패널 위의 피검출물을 촬상하고 표시 화면에서의 피검출물의 접촉 위치를 검출하는 기간을 가리킨다.
또한 본 명세서에 있어서 외광이란 제어가 가능한 광 이외를 가리킨다.
촬상 기간에 있어서, 백색 표시 시의 촬상 데이터 및 흑색 표시 시의 촬상 데이터를 각 센서 화소에서 출력하고 2개의 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 부분의 센서 화소의 위치를 검출함으로써 표시 화면에서의 피검출물의 접촉 위치를 높은 정밀도로 검출한다. 흑색 표시 및 백색 표시의 촬상 데이터의 차이를 이용함으로써 외광의 영향을 저감시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 형태를 도시한 외관도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 형태를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 일 형태를 도시한 회로도의 타이밍 차트.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 형태를 설명한 모식도.
도 5는 본 발명의 일 형태를 도시한 화소 평면도의 일례.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 형태를 도시한 화소 단면도의 일례.
도 7은 본 발명의 일 형태를 도시한 화소 평면도의 일례.
도 8은 본 발명의 일 형태를 도시한 구동 회로의 개략도의 일례.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 형태를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 일 형태를 도시한 회로도의 타이밍 차트.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 형태를 설명한 모식도.
도 5는 본 발명의 일 형태를 도시한 화소 평면도의 일례.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 형태를 도시한 화소 단면도의 일례.
도 7은 본 발명의 일 형태를 도시한 화소 평면도의 일례.
도 8은 본 발명의 일 형태를 도시한 구동 회로의 개략도의 일례.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않으며 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에서 제시하는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 발명의 구성에 있어서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면들간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 촬상 기간에 있어서, 자기 발광형 소자의 발광을 제어하고 표시 화면이 흑색 표시일 때에 촬상한 피검출물의 촬상 데이터와, 표시 화면이 백색 표시일 때에 촬상한 피검출물의 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 부분의 센서 화소의 위치를 터치 위치로서 검출하는 터치 패널을 갖는 반도체 장치의 일례를, 도 1a 및 도 1b에 도시하였다.
전자 기기(1030)의 터치 패널(1032)은 포토센서를 사용하는 터치 입력 기능을 갖고, 도 1a에 도시된 바와 같이 터치 패널(1032)의 표시 화면의 영역(1033)에 복수의 키보드 버튼(1031)이 표시되어 있다. 그리고 사용자가 원하는 키보드 버튼을 터치하여 입력함으로써 터치 패널(1032)의 표시 화면에 입력 결과가 표시된다.
터치 패널(1032)의 표시 화면에서는, 데이터 표시 기간에서 정지 화상이나 동영상을 표시하고 촬상 기간에서 전(全)흑색 표시 또는 전백색 표시를 수행한다.
또한 영역(1033)에서 정지 화상을 표시하고, 기록 시 이외의 기간에서는 표시 소자 제어 회로를 비동작 상태로 함으로써 소비 전력을 절약하는 것도 가능하다.
아래에 전자 기기(1030)를 사용하는 예에 대하여 기재한다. 예를 들어 영역(1033)에 표시되어 있는 키보드 버튼에 손가락 또는 스타일러스 펜 등으로 접촉하여 문자를 입력하여 이 결과 표시되는 문장을 영역(1033) 이외의 영역에 표시한다. 일정한 기간, 포토센서의 출력 신호가 검출되지 않으면 자동적으로 영역(1033)에 표시되어 있던 키보드 표시가 지워지고, 영역(1033)에도 입력된 문장이 표시되어 사용자는 입력된 문장을 화면 전체로 확인할 수 있다. 다시 입력하는 경우에는 손가락 또는 스타일러스 펜 등으로 터치 패널의 표시 화면을 접촉하고 포토센서의 출력 신호를 검출시킴으로써 영역(1033)에 키보드 버튼을 다시 표시하고 문자를 입력할 수 있다.
또한 본 실시형태에서의 전자 기기에서는, 터치 패널(1032) 위의 손가락 또는 스타일러스 펜 등의 접촉의 검출은 외광에 의한 영향을 저감시킬 수 있다. 이것은 촬상 기간에서 외광뿐만 아니라 자기 발광형 소자로부터의 광도 이용하기 때문이다. 외광만을 이용하여(표시 화면이 흑색 표시일 때) 촬상한 피검출물의 촬상 데이터와, 외광 및 자기 발광형 소자를 이용하여(표시 화면이 백색 표시일 때) 촬상한 피검출물의 촬상 데이터를 터치 패널(1032) 내의 각 센서 화소에서 출력한다. 동일한 센서 화소에서 출력되는 백색 표시 시의 촬상 데이터와 흑색 표시 시의 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 센서 화소의 위치를 손가락 및 스타일러스 펜 등의 접촉점으로서 검출하기 때문에 높은 정밀도로 검출하는 것이 가능하게 된다.
또한 자동이 아니라, 사용자가 전환 스위치(1034)를 누름으로써 키보드 표시를 없애어 도 1b에 도시된 바와 같이 터치 패널(1032)의 표시 화면 전체를 정지 화상 표시, 동영상 표시, 전백색 표시, 전흑색 표시로 전환할 수도 있다. 또한 전원 스위치(1035)를 눌러 전원을 끊어도 정지 화상을 오랜 시간 동안 유지할 수 있다. 또한 키보드 표시 스위치(1036)를 눌러 키보드를 표시시키고 터치 입력이 가능한 상태로 할 수 있다.
또한 전환 스위치(1034), 전원 스위치(1035), 및 키보드 표시 스위치(1036) 각각을 터치 패널(1032)의 표시 화면에 스위치 버튼으로서 표시시키고 그 표시된 스위치 버튼을 터치하여 입력함으로써 각 조작을 실시하여도 좋다.
또한 영역(1033)은 정지 화상을 표시하는 것에 한정되지 않으며 일시적으로 또는 부분적으로 동영상을 표시시켜도 좋다. 예를 들어 키보드 버튼의 표시 위치를 사용자의 기호에 맞추어 일시적으로 변경하거나, 스타일러스 펜 등의 접촉부의 검출 정밀도의 고저에 따라 키보드 버튼에 입력되었는지를 알 수 있도록 입력된 키보드 버튼의 표시만을 부분적으로 변화시켜도 좋다.
또한 전자 기기(1030)는 적어도 배터리를 갖고, 데이터 정보를 보존하기 위한 메모리(Flash Memory회로, SRAM회로, DRAM회로 등), CPU(중앙 연산 처리 회로)나 Logic회로를 구비한 구성으로 하는 것이 바람직하다. CPU나 메모리를 구비함으로써 다양한 소프트웨어를 설치할 수 있고 퍼스널 컴퓨터의 기능의 일부 또는 모든 기능을 가지게 할 수 있다.
다음에 터치 패널(1032)을 구성하는 표시 화소 및 센서 화소의 구성의 일례에 대하여 도 2a 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2a 및 도 2b는 회로도를 도시한 것이고, 도 3은 도 2a 및 도 2b에 도시된 표시 화소 및 센서 화소의 타이밍 차트를 도시한 것이다.
터치 패널(1032)은 복수의 표시 화소(101), 복수의 센서 화소(102)를 갖는다. 표시 화소(101) 및 센서 화소(102)는 행렬 방향으로 매트릭스 형태로 배치된다. 또한 1개의 센서 화소에 제공되는 표시 화소의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 센서 화소의 개수가 표시 화소의 개수와 같게 되도록 배치되는 구성으로 하여도 좋고, 2개의 표시 화소에 1개의 센서 화소가 배치되어도 좋다. 본 명세서에서는 3개의 표시 화소(RBG)에 1개의 센서 화소가 배치되는 예에 대하여 설명한다.
도 2a에 도시된 표시 화소(101)는, 트랜지스터(103), 트랜지스터(104), 트랜지스터(105), 트랜지스터(106), 트랜지스터(107), 트랜지스터(108), 트랜지스터(109), 자기 발광형 소자(110), 용량 소자(111), 제 1 표시 화소 제어 신호선(21), 제 2 표시 화소 제어 신호선(22), 제 3 표시 화소 제어 신호선(23), 제 4 표시 화소 제어 신호선(24), 제 5 표시 화소 제어 신호선(25), 전원선(26), 전원선(27), 그라운드선(28), 전원선(29), 신호선(30), 노드(42), 노드(44), 전원선(43)을 갖는다. 또한 터치 패널(1032)이 갖는 표시 화소는 이 구성에 한정되지 않는다.
자기 발광형 소자(110)의 구성은 특별히 한정되지 않고, OLED나 LED 등을 사용할 수 있다.
트랜지스터(103) 및 트랜지스터(104)는 자기 발광형 소자(110)의 발광 상태를 제어한다. 예를 들어 트랜지스터(103)가 오프 상태 또 트랜지스터(104)가 온 상태이면 자기 발광형 소자(110)는 발광 상태가 되고 표시 화소(101)의 표시 화면은 백색 표시가 된다. 또한 예를 들어 트랜지스터(103)가 오프 상태 또 트랜지스터(104)가 오프 상태이면 자기 발광형 소자(110)는 비발광 상태가 되고 표시 화소(101)의 표시 화면은 흑색 표시가 된다.
도 2b에 도시된 센서 화소(102)는 수광 소자(121), 트랜지스터(122), 트랜지스터(123), 트랜지스터(124), 트랜지스터(125), 용량 소자(126), 트랜지스터(127), 트랜지스터(128), 촬상 화소 제어 신호선(TX)(33), 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31), 촬상 화소 제어 신호선(SE)(32), 노드(FD)(34), 출력 신호선(35), 출력 리셋 신호선(BR)(36), 전원선(37), 전원선(38), 전원선(39), 그라운드선(40), 신호선(READOUT)(41)을 갖는다.
또한 수광 소자(121)는 적어도 수광하여 광 전류를 생성하는 광전 변환층과, 상기 광전 변환층을 사이에 끼우는 한 쌍의 전극을 가지면 좋다. 수광 소자(121)의 구성은 특별히 한정되지 않으며 포토 다이오드 등을 사용하여도 좋다.
또한 터치 패널(1032)이 갖는 센서 화소의 구성으로서는 공지의 구성을 적용할 수 있다.
또한 표시 화소(101)를 제어하기 위한 회로인 표시 화소 제어 회로(도시하지 않았음), 또한 센서 화소(102)를 제어하기 위한 회로인 센서 화소 제어 회로(도시하지 않았음) 각각은 터치 패널(1032)에 탑재되어 있다.
또한 센서 화소 제어 회로는 센서 화소(102)의 제어와 함께 표시 화소(101)의 제어도 실시할 수 있다. 그러므로 표시 화소(101)의 표시 화면이 백색 표시가 되는 기간과 동기시켜 센서 화소(102)에 의하여 촬상할 수 있다. 또한 이와 마찬가지로 표시 화소(101)의 표시 화면이 흑색 표시가 되는 기간과 동기시켜 센서 화소(102)에 의하여 촬상할 수 있다.
트랜지스터(103)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자와, 자기 발광형 소자(110)의 한쪽의 전극과, 트랜지스터(104)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자는 전기적으로 접속된다. 자기 발광형 소자(110)의 다른 쪽의 전극과 그라운드선(28)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(104)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 전원선(27)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(104)의 게이트 단자와 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(103)의 게이트 단자와 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(103)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와, 트랜지스터(105)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자와, 용량 소자(111)의 한쪽의 단자와, 트랜지스터(107)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자는 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(107)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 전원선(26)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(107)의 게이트 단자와, 트랜지스터(108)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자와, 트랜지스터(109)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자는 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(108)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 전원선(29)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(108)의 게이트 단자와, 트랜지스터(106)의 게이트 단자와, 제 1 표시 화소 제어 신호선(21)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(109)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와, 용량 소자(111)의 다른 쪽의 단자와, 트랜지스터(106)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자는 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(106)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 신호선(30)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(109)의 게이트 단자와 제 2 표시 화소 제어 신호선(22)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(105)의 게이트 단자와 제 3 표시 화소 제어 신호선(23)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(105)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 전원선(43)은 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(122)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자와, 트랜지스터(125)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자와, 용량 소자(126)의 한쪽의 단자와, 트랜지스터(123)의 게이트 단자는 전기적으로 접속된다(노드(34)). 트랜지스터(122)의 게이트 단자와 촬상 화소 제어 신호선(TX)(33)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(122)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 수광 소자(121)의 한쪽의 전극은 전기적으로 접속된다. 수광 소자(121)의 다른 쪽의 전극과 전원선(37)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(125)의 게이트 단자와 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(125)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와, 용량 소자(126)의 다른 쪽의 단자와, 트랜지스터(123)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자와, 전원선(39)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(123)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 트랜지스터(124)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자는 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(124)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와, 출력 신호선(35)과, 트랜지스터(128)의 게이트 단자와, 트랜지스터(127)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자는 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(124)의 게이트 단자와 촬상 화소 제어 신호선(SE)(32)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(127)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 전원선(38)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(127)의 게이트 단자와 출력 리셋 신호선(BR)(36)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(128)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자와 그라운드선(40)은 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(128)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 단자와 신호선(READOUT)(41)은 전기적으로 접속된다.
다음에 표시 화소의 동작 및 센서 화소의 동작을 나타낸 타이밍 차트를 도 3에 도시하였다. 또한 도 3에는 촬상 기간(A)와 데이터 표시 기간(B)로 나누어 도시하였고 표시 화소의 동작 및 센서 화소의 동작에 대하여 설명한다. 촬상 기간(A)에서는, 표시 화소의 동작과 센서 화소의 동작을 동기시켜 표시 화면을 전백색 표시 및 표시 화면을 전흑색 표시로 함으로써 표시 화면에서의 피검출물의 접촉 위치를 검출한다. 데이터 표시 기간(B)에서는 표시 화소를 동작시켜 표시 화면에 비디오 데이터(동영상, 정지 화상을 포함함)를 표시한다.
또한 도 3은, 일례로서 글로벌 셔터 구동 방법을 사용하여 이들 화소를 동작시켰을 때의 동작에 대하여 도시한 것이지만 구동 방법은 이에 한정되지 않는다. 롤링 셔터 구동 방법 등을 사용하여도 좋다.
도 3에 도시된 기간(A)는 표시 화면이 전백색 표시일 때, 즉 말하자면 터치 패널 내의 모든 자기 발광형 소자가 발광 상태일 때의 표시 화소의 동작 및 센서 화소의 동작을 나타낸다.
또한 도 3에 도시된 타이밍 차트에 있어서, 고레벨 전원 전위(하이 전위)(VDD)를 "High"(이하 "H"라고도 표기함), 저레벨 전원 전위(로우 전위)(VSS)를 "Low"(이하 "L"이라고도 표기함)로 나타내는 것으로 한다.
시각(T1)에 있어서, 제 1 표시 화소 제어 신호선(21)이 "L", 제 2 표시 화소 제어 신호선(22)이 "H", 제 3 표시 화소 제어 신호선(23)이 "L", 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)이 "H", 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)이 "L", 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)이 "L", 촬상 화소 제어 신호선(SE)(32)이 "L", 촬상 화소 제어 신호선(TX)(33)이 "L", 출력 리셋 신호선(BR)(36)이 "L"이 되어 있다.
또한 시각(T1)에서는, 표시 화소에는 표시 화소에 탑재된 보정 회로에 의하여 보정된 비디오 전압이 기록된다. 상기 보정 비디오 전압에 따라 자기 발광형 소자는 발광한다. 또한 시각(T1)에서, 센서 화소는 촬상 동작 종료후의, 촬상 데이터의 판독을 완료한 상태이고 다음 프레임까지의 귀선 기간 중이다.
시각(T2)에 있어서, 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)이 "H"가 되면 리셋 동작이 시작된다. 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)이 "H"가 되기 때문에 트랜지스터(125)는 온 상태가 된다. 노드(FD)(34)는 전원선(39)의 전위(Vpd0)로 리셋된다.
시각(T3)에 있어서, 트랜지스터(103)의 게이트 단자와 전기적으로 접속된 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)을 "L", 트랜지스터(104)의 게이트 단자와 전기적으로 접속된 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)을 "H", 촬상 화소 제어 신호선(TX)(33)을 "H"로 하면 촬상 준비 동작이 시작된다. 또한 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)은 "H"를 유지한다. 이 때 트랜지스터(103)가 오프 상태가 되므로 트랜지스터(103)로부터 자기 발광형 소자(110)로의 전류 공급이 정지된다. 또한 트랜지스터(104)가 온 상태가 되므로 전원선(27)과 자기 발광형 소자(110)가 트랜지스터(104)를 경유하여 직접적으로 접속된다. 따라서 전류 제어 없이 자기 발광형 소자(110)에 전류가 흘러 자기 발광형 소자(110)는 발광한다.
이 때 터치 패널 내의 모든 표시 화소의 자기 발광형 소자가 발광 상태이기 때문에 표시 화면은 백색 표시가 된다.
또한 트랜지스터(122)가 온 상태가 된다. 수광 소자(121)가 광을 검출함으로써 역 방향의 전류(이하 역 전류라고 표기함)가 노드(FD)(34)로부터 수광 소자(121)를 통하여 전원선(37)으로 흐른다.
다만 촬상 준비 동작 중(시각(T3)에서 시각(T4))은 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)이 "H"를 유지하기 때문에 노드(FD)(34)의 전위는 전원선(39)의 전위(Vpd0)로 유지된 상태이다.
시각(T4)에 있어서, 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)을 "L"로 하면 촬상 동작이 시작된다. 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)이 "L"이 되기 때문에 트랜지스터(125)가 오프 상태가 된다. 이 때 노드(FD)(34)의 전위(Vpd0)는 리셋 상태이다. 촬상 화소 제어 신호선(TX)(33)은 "H"를 유지한다.
시각(T4) 이후, 수광 소자(121)가 수광하여 수광 소자(121)로 역 전류가 흐른다. 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)이 "L"을, 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)이 "H"를 유지하기 때문에 자기 발광형 소자(110)는 발광 상태이다.
예를 들어 자기 발광형 소자(110)가 발광하고 있는 백색 표시 시에 사람의 손가락이 패널 표시 화면에 접촉한 경우 수광 소자(121)는 사람의 손가락에 의한 반사광을 받는다. 따라서 터치 패널 위에서 손가락이 존재하고 손가락이 표시 화면에 접촉하고 있는 부분과 접촉하고 있지 않은 부분에서는 수광 소자(121)에 입사하는 광이 다르다. 손가락이 표시 화면에 접촉하고 있는 부분에 배치된 센서 화소에는 자기 발광형 소자(110)로부터의 반사광 및 손가락에 의하여 차폐된 외광의 광량의 합계가 입사한다. 손가락이 표시 화면에 접촉하고 있지 않은 부분에 배치된 센서 화소에는 손가락에 의하여 차폐된 외광만이 입사한다(자세한 내용은 후술함. 도 4a 및 도 4b 참조).
또한 노드(FD)(34)의 전위는 수광 소자(121)에 입사하는 광의 양(광 강도)에 따라 변화된다. 이 경우 수광 소자(121)로 흐르는 역 전류에 의존한 전하가 노드(FD)(34)에 축적되고 상기 전하의 양이 변화되면 노드(FD)(34)의 전위가 변화된다.
시각(T5)에 있어서, 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)을 "H", 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)을 "L"로 하면 촬상 동작이 종료된다. 촬상 화소 제어 신호선(TX)(33)이 "L"이 되기 때문에 트랜지스터(122)가 오프 상태가 된다. 이 때 촬상 동작이 완료되기 때문에 노드(FD)(34)의 전위가 전위(Vfd)로서 확정된다.
또한 터치 패널에 탑재된 모든 표시 화소의 자기 발광형 소자의 발광이 종료되기 때문에 표시 화소의 표시 화면은 백색 표시가 아니게 된다. 이것과 동시에 시각(T2)(또는 시각(T1)) 시점에서의 보정 비디오 전압에 따라 자기 발광형 소자(110)는 발광하고 표시가 복귀한다. 즉 말하자면 비발광 상태의 자기 발광형 소자(110)가 포함된다.
시각(T6)에 있어서, 출력 리셋 신호선(BR)(36)을 "H"로 하면 출력 리셋 동작이 시작된다. 이 때 트랜지스터(127)가 온 상태가 된다. 출력 신호선(35)의 전위는 전원선(38)의 전위(Vpd1)가 된다. 신호선(READOUT)(41)의 전위는 그라운드선(40)의 전위(SFGND)가 된다.
시각(T7)에 있어서, 출력 리셋 신호선(BR)(36)을 "L", 촬상 화소 제어 신호선(SE)(32)을 "H"로 하면 촬상 데이터 판독 동작이 시작된다. 출력 리셋 신호선(BR)(36)이 "L"이 되기 때문에 트랜지스터(127)가 오프 상태가 된다. 이 때 출력 신호선(35)의 전위는 전원선(38)의 전위(Vpd1)를 유지한 상태이다. 또한 트랜지스터(124)가 온 상태가 된다. 그리고 노드(FD)(34)의 전위인 전위(Vfd)에 의존한 온 전류를 트랜지스터(123)가 흘림에 의하여 출력 신호선(35)의 전위가 결정된다.
더구나 출력 신호선(35)의 전위가 트랜지스터(128)의 게이트 단자에 인가된다. 외부 회로와 트랜지스터(128)의 저항 분할 동작에 의하여 신호선(READOUT)(41)의 전위가 결정된다. 신호선(READOUT)(41)의 전위에 의거하여 각 센서 화소로부터 촬상 데이터가 출력되고, 각 촬상 데이터로부터 생성된 화상이 촬상 결과로서 얻어진다(표시 화면 위의 피검출물, 예를 들어 사람의 손가락 등의 촬상 결과).
시각(T8)에 있어서, 촬상 화소 제어 신호선(SE)(32)을 "L"로 하면 촬상 데이터 판독 동작이 종료된다. 트랜지스터(124)가 오프 상태가 되어 촬상 데이터 판독 동작이 완료된다. 이 때 출력 신호선(35)은 "L", 출력 리셋 신호선(BR)(36)은 "Ｈ"가 된다.
이상으로 시각(T1)으로부터 시각(T8)까지의 동작을 거쳐 촬상 기간에서의 표시 화소 및 센서 화소의 일련의 동작이 완료된다.
다음에 표시 화면이 전흑색 표시일 때, 즉 말하자면 터치 패널 내의 모든 자기 발광형 소자가 비발광 상태일 때의 표시 화소의 동작 및 센서 화소의 동작에 대하여 설명한다.
표시 화면이 전흑색 표시일 때의 표시 화소의 동작 및 센서 화소의 동작과, 표시 화면이 전백색 표시일 때의 표시 화소의 동작 및 센서 화소의 동작은 시각(T3)으로부터 시각(T5)까지에서만 다르고 시각(T1)으로부터 시각(T3)까지 및 시각(T5)으로부터 시각(T8)까지는 어느 쪽 표시 시나 같은 동작이다. 따라서 자세한 사항은 표시 화면이 전백색 표시일 때에 대한 기재를 참작할 수 있다.
전흑색 표시일 때에는 도 3의 기간(A)에 도시된 시각(T3)으로부터 시각(T5)까지의 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)의 전위가 "L"이 된다.
시각(T3)에 있어서 트랜지스터(103)가 오프 상태가 되기 때문에 트랜지스터(103)로부터 자기 발광형 소자(110)로의 전류 공급이 정지된다. 또한 트랜지스터(104)가 오프 상태가 되기 때문에 트랜지스터(104)로부터 자기 발광형 소자(110)로의 전류 공급이 정지된다. 따라서 자기 발광형 소자(110)로는 전류가 흐르지 않고 자기 발광형 소자(110)는 비발광 상태가 된다.
이 때 터치 패널 내의 모든 표시 화소의 자기 발광형 소자가 비발광 상태이기 때문에 표시 화면은 흑색 표시가 된다.
시각(T4)으로부터 시각(T5)까지의 동안 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)이 "L"을, 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)이 "L"을 유지한 상태이므로 자기 발광형 소자(110)는 비발광 상태이다.
예를 들어 자기 발광형 소자(110)가 비발광 상태가 되어 있는 흑색 표시 시에 사람의 손가락이 패널 표시 화면에 접촉한 경우 수광 소자(121)는 손가락에 의하여 차폐된 외광만을 받는다. 수광 소자(121)에 입사하는 광은 손가락에 의하여 차폐된 외광뿐이지만 터치 패널 위에서 손가락이 존재하고 손가락이 표시 화면에 접촉하고 있는 부분과 접촉하고 있지 않은 부분에서는 수광 소자(121)에 입사하는 광이 다르다. 손가락이 표시 화면에 접촉하고 있는 부분에 배치된 센서 화소는 손가락이 표시 화면에 접촉하고 있지 않은 부분에 배치된 센서 화소에 비하여 검출하는 외광의 광량이 적다. 이것은 손가락이 표시 화면에 접촉함으로써 보다 많은 외광이 차폐되기 때문이다(자세한 내용은 후술함. 도 4c 및 도 4d 참조).
도 3에 도시된 기간(B)는 데이터 표시 기간에서의 표시 화소의 동작 및 센서 화소의 동작을 나타낸다. 도 3에 도시된 타이밍 차트를 사용하여 표시 화소의 동작 및 센서 화소의 동작에 대하여 설명한다.
시각(T9) 전의 상태는 시각(T1)에서의 상태와 마찬가지이며, 제 1 표시 화소 제어 신호선(21)이 "L", 제 2 표시 화소 제어 신호선(22)이 "H", 제 3 표시 화소 제어 신호선(23)이 "L", 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)이 "H", 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)이 "L", 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)이 "L", 촬상 화소 제어 신호선(SE)(32)이 "L", 촬상 화소 제어 신호선(TX)(33)이 "L", 출력 리셋 신호선(BR)(36)이 "L"이 되어 있다.
시각(T9)에 있어서, 제 2 표시 화소 제어 신호선(22)을 "L", 제 3 표시 화소 제어 신호선(23)을 "H", 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)을 "L"로 하면 초기화 동작이 시작되고 트랜지스터(103)가 오프 상태가 된다. 또한 트랜지스터(109)가 오프 상태가 된다. 또한 트랜지스터(105)가 온 상태가 되고 노드(42)의 전위가 전원선(43)의 전위인 초기화 전위(V1)로 초기화된다.
시각(T10)에 있어서, 제 1 표시 화소 제어 신호선(21)을 "H"로 하면 비디오 전압 기록 동작이 시작된다. 제 1 표시 화소 제어 신호선(21)이 "H"가 되기 때문에 트랜지스터(106) 및 트랜지스터(108)는 온 상태가 된다. 트랜지스터(106)를 통하여 신호선(30)으로부터 비디오 신호 전위(Vdata)가 노드(44)로 입력된다. 또한 트랜지스터(108)를 통하여 트랜지스터(107)의 게이트 단자의 전위는 전원선(29)의 전위인 전위(V0)로 리셋된다.
시각(T11)에 있어서, 제 3 표시 화소 제어 신호선(23)을 "L"로 하면 문턱값 보정 동작이 시작된다. 트랜지스터(105)가 오프 상태가 되고 초기화 전위(V1)의 공급이 정지된다. 또한 제 1 표시 화소 제어 신호선(21)은 "H"를 유지하고, 제 2 표시 화소 제어 신호선(22)은 "L"을 유지하고, 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)은 "L"을 유지한다.
트랜지스터(107)의 게이트 단자에 전위(V0)가 인가되기 때문에 트랜지스터(107)를 통하여 전원선(26)으로부터 전류가 노드(42)로 흐른다. 결과적으로 노드(42)의 전위는 전원선(29)의 전위(V0)로부터 트랜지스터(107)의 문턱 전압의 전위(Vth)를 뺀 전위가 된다. 이 때 노드(44)는 전위(Vdata)이므로 용량 소자(111)에 유지되는 전위(Vcs)는 Vdata＋Vth-V0이 된다.
시각(T12)에 있어서 제 1 표시 화소 제어 신호선(21)을 "L"로 하면 문턱값 보정 동작이 종료된다. 트랜지스터(106) 및 트랜지스터(108)는 오프 상태가 된다. 이 때 각 노드는, 트랜지스터(107)의 게이트 단자는 전위(V0), 노드(42)는 전위(V0-Vth), 노드(44)는 전위(Vdata)를 유지한다.
시각(T13)에 있어서, 제 2 표시 화소 제어 신호선(22)을 "H", 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)을 "H"로 하면 발광 동작이 시작된다. 제 2 표시 화소 제어 신호선(22)이 "H"가 되기 때문에 트랜지스터(109)가 온 상태가 되고 트랜지스터(107)의 게이트 단자의 전위가 비디오 전위(Vdata)가 됨으로써 트랜지스터(107)의 소스 및 드레인 중 한쪽의 단자와 게이트 단자 사이에는 전위(Vdata+Vth-V0)가 인가된다. 결과적으로 트랜지스터(107)의 드레인 전류(Id)는 Id∝(Vgs-Vth)2=(Vdata+V0)2가 되기 때문에 트랜지스터(107)의 문턱 전압의 전위(Vth)의 편차의 영향을 받지 않는 전류의 공급이 가능하게 되어 보정 동작이 완료된다.
또한 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)이 "H"가 되기 때문에 트랜지스터(103)가 온 상태가 된다. 트랜지스터(107)에서 제어된 전류(Id)가 자기 발광형 소자(110)로 공급되어 발광하기 시작된다.
시각(T13) 이후 트랜지스터(107)의 게이트 단자의 전위는 보정 후의 전위를 유지하는 동안 발광 상태를 유지한다.
이상으로 시각(T9)으로부터 시각(T13)까지의 동작에 의하여 데이터 표시 기간에서의 표시 화소 및 센서 화소의 일련의 동작이 완료된다.
또한 전백색 표시 시의 촬상 기간과 전흑색 표시 시의 촬상 기간은, 데이터 표시 기간 전후에 연속적으로 설정되어도 좋고 데이터 표시 기간 전후에 구분되어 설정되어도 좋다. 또한 촬상 기간의 시각(T6)으로부터 시각(T8)까지의 동작은 데이터 표시 기간 중에도 수행될 수 있다. 촬상 기간의 일부가 데이터 표시 기간 중에 수행됨으로써 터치 위치의 검출 시간을 단축할 수 있어 표시 장치에서의 터치 조작에 대한 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
다음에 본 발명의 일 형태에 따른 터치 패널의 표시 화면에 대하여, 피검출물이 접촉할 때의 터치 위치 검출의 구조에 대하여 도 4a 내지 도 4d를 사용하여 설명한다.
도 4a 및 도 4c는 터치 패널의 표시 화면에 손가락이 접촉한 경우의 모식도이다. 도 4b 및 도 4d는 본 발명의 일 형태에 따른 터치 패널의 표시 화면에 손가락이 접촉한 경우의 광의 상태를 옆 측에서 본 모식도이다.
도 4a 내지 도 4d는 터치 패널(503)의 표시 화면(500), 피검출물(손가락)(501), 광원(502), 포토센서(504a), 포토센서(504b), 외광(506), 자기 발광형 소자(505)로부터 발광된 광(507), 그림자(701), 그림자(702), 그림자(703), 그림자(704)를 설명하기 위하여 도시한 것이다.
우선 표시 화면이 백색 표시일 때(터치 패널 내의 모든 자기 발광형 소자를 발광 상태로 할 때)의, 터치 위치의 검출의 구조에 대하여 도 4a 및 도 4b를 사용하여 설명한다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 터치 패널(503)에 손가락이 접촉한다. 이 때 광원(502)으로부터의 외광(506)이 피검출물(손가락)(501) 및 터치 패널(503)에 입사한다. 또한 자기 발광형 소자(505)가 터치 패널(503)의 외측으로 향하여 광(507)을 사출한다.
터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하지 않는 부분에서는 발광된 광(507)이 투과한다. 또한 외광(506)이 포토센서에 입사한다. 따라서 외광(506)을 포토센서에서 검출할 수 있다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하고 또 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있는 부분에서는 발광된 광(507)은 손가락(501)이 접촉함으로써 반사되고 반사광(507a)이 포토센서(504b)로 입사한다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하고 또 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있지 않은 부분에서는 발광된 광(507) 중 조금은 손가락(501)을 투과하여 광(507b)이 된다.
한편 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있는 부분에서는 외광(506)의 대부분이 차폐된다. 그러나 완전히 차폐되는 일은 없기 때문에 조금의 양의 외광(506b)을 포토센서(504b)에서 검출할 수 있다. 또한 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있지 않은 부분에서는 외광(506)은 조금 차폐된다. 외광(506b)보다 광량이 많은(강도가 높은) 외광(506a)이 포토센서(504a)에서 검출된다.
즉 말하자면 접촉 위치에 존재하는 포토센서(504b)에서 검출되는 광량은 자기 발광형 소자(505)로부터 발광된 광(507) 및 외광(506)의 광량의 합계(반사광(507a)+외광(506b))이다. 포토센서(504b)에서 검출되는 광량(강도)이 손가락(501)의 그림자의 농담에 의존한다.
이 때 터치 패널(503)의 표시 화면(500)의 상태에 대하여 도 4a를 사용하여 설명한다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하지 않는 부분의 표시 화면(500)은 백색 표시가 되어 있다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하고 또 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있는 부분에서는 반사광(507a) 및 외광(506b)이 입사하기 때문에 밝은 그림자(701)가 생긴다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하고 또 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있지 않은 부분에는 밝은 그림자(701)보다 어두운 그림자(702)가 생긴다.
다음에 표시 화면이 흑색 표시일 때(터치 패널 내의 모든 자기 발광형 소자를 비발광 상태로 할 때)의, 터치 위치의 검출의 구조에 대하여 도 4c 및 도 4d를 사용하여 설명한다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 터치 패널(503)에 손가락이 접촉한다. 이 때 광원(502)으로부터의 외광(506)이 피검출물(손가락)(501) 및 터치 패널(503)에 입사한다.
터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하지 않는 부분에서는 외광(506)이 포토센서에 입사한다. 따라서 외광(506)을 포토센서에서 검출할 수 있다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하고 또 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있는 부분에서는 외광(506)의 대부분이 차폐된다. 그러나 완전히 차폐되는 일은 없기 때문에 조금의 양의 외광(506b)은 포토센서(504b)에서 검출된다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하고 또 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있지 않은 부분에서는 외광(506)은 조금 차폐된다. 외광(506b)보다 광량이 많은(강도가 높은) 외광(506a)을 포토센서(504a)에서 검출할 수 있다.
한편 자기 발광형 소자(505)는 비발광 상태이기 때문에 자기 발광형 소자(505)로부터의 발광은 없다. 즉 말하자면 비접촉 위치에 존재하는 포토센서(504a), 접촉 위치에 존재하는 포토센서(504b)에서 검출되는 광은 외광뿐이고 각각 외광(506a), 외광(506b)이다. 포토센서(504)에서 검출되는 외광(506)의 광량(강도)은 손가락(501)의 그림자의 농담에 의존한다.
이 때 터치 패널(503)의 표시 화면(500)의 상태를 도 4c를 사용하여 설명한다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하지 않는 부분의 표시 화면(500)은 흑색 표시가 되어 있다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하고 또 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있는 부분에서는 외광(506b)이 입사하기 때문에 어두운 그림자(703)가 생긴다. 터치 패널(503) 위에 손가락(501)이 존재하고 또 터치 패널(503)에 손가락(501)이 직접 접촉하고 있지 않은 부분에서는 외광(506a)이 입사하기 때문에 어두운 그림자(703)보다 밝은 그림자(704)가 생긴다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 자기 발광형 소자(505)로부터 발광된 광(507) 및 외광(506)의 광량(강도)의 균형은 특별히 한정되지 않는다. 또한 자기 발광형 소자(505)로부터 발광된 광(507)의 광량(강도)이 외광(506)의 광량(강도)보다 많은(높은) 것이 바람직하다. 어쨌든 백색 표시 시 및 흑색 표시 시에서의 외광(506)의 광량(강도)에 급격한 변동이 없는 한 흑색 표시 시 및 백색 표시 시의 촬상 데이터를 이용함으로써 외광이 미치는 영향을 저감시키는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태에 따르면, 촬상 기간에, 전백색 표시일 때의 촬상 데이터 및 전흑색 표시일 때의 촬상 데이터를 각 센서 화소로부터 출력한다. 도 4a 내지 도 4d에 도시한 바와 같이 각 센서 화소로부터 출력되는 전백색 표시 시의 촬상 데이터와 전흑색 표시 시의 촬상 데이터는 다르다. 피검출물이 표시 화면 위에 존재하지 않는(그림자가 생기지 않는) 위치에서는 같은 외광만 검출되기 때문에 이들 촬상 데이터들의 차이는 매우 작게 된다. 한편 피검출물이 표시 화면에 접촉하는 터치 위치에서는 동일한 센서 화소로부터 출력되는 이들 촬상 데이터들의 차이는 가장 크다. 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 부분의 센서 화소의 위치를 피검출물의 이 터치 위치로서 검출함으로써 터치 위치의 고정밀도화를 도모할 수 있다. 또한 흑색 표시 시 및 백색 표시 시의 촬상 데이터를 이용함으로써 외광이 미치는 영향을 저감시킬 수 있다. 더구나 외광 외에 새로운 광원을 제공함이 없이 자기 발광형 소자로부터의 광을 이용하기 때문에 소비 전력의 증대를 방지할 수 있다.
또한 본 실시형태는 본 명세서에서 제시하는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 제시한 도 2a 내지 도 3에 대응하는 화소 구조에 관하여, 도 5 내지 도 7을 사용하여 아래에 설명한다. 또한, 도 2a 내지 도 3과 같은 부분에는 같은 부호를 사용하여 도 5 내지 도 7을 설명한다.
도 5 및 도 7은, 도 2a 및 도 2b의 회로도에 대응하는 화소 평면도의 일례이다. 또한, 도 5 및 도 7 중의 쇄선A-B에서 절단한 단면도, 및 쇄선C-D로 절단한 단면도가 도 6a 및 도 6b의 각 도면에 대응한다.
우선 기판(230) 위에 도전막을 형성한 후 제 1번째 노광 마스크를 사용하는 제 1 포토리소그래피 공정에 의하여 제 5 표시 화소 제어 신호선(25), 제 4 표시 화소 제어 신호선(24), 전원선(43), 제 3 표시 화소 제어 신호선(23), 노드(42), 제 2 표시 화소 제어 신호선(22), 게이트 신호선(50), 제 1 표시 화소 제어 신호선(21), 전원선(29), 촬상 화소 제어 신호선(SE)(32), 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31), 노드(FD)(34), 게이트 신호선(51), 출력 신호선(35)을 형성한다. 본 실시형태에서는, 기판(230)으로서 두께 0.7mm의 유리 기판을 사용한다. 또한 도전막으로서 두께 200nm의 텅스텐막을 사용한다.
하지막이 되는 절연막을 기판(230)과 도전막 사이에 제공하여도 좋다. 하지막은 기판(230)으로부터 불순물 원소가 확산되는 것을 방지하는 기능을 가지고, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 또는 산화 질화 실리콘막 중에서 선택된 하나 또는 복수의 막으로 이루어진 적층 구조에 의하여 형성할 수 있다.
또한, 도전막은 몰리브덴, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 스칸듐 등의 금속 재료 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 재료를 사용하여 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다.
다음에 상술한 배선들을 덮는 게이트 절연층(231)을 형성한다. 게이트 절연층(231)에는 산화 질화 실리콘막 등을 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는 게이트 절연층(231)으로서 두께 50nm의 질화 실리콘막과 두께 270nm의 산화 질화 실리콘막을 적층하여 사용한다.
다음에 게이트 절연층(231) 위에 산화물 반도체막을 형성하고, 제 2번째 노광 마스크를 사용하는 제 2 포토리소그래피 공정에 의하여 게이트 절연층(231)을 개재(介在)하여 제 5 표시 화소 제어 신호선(25)과 중첩되는 제 1 산화물 반도체층(233), 게이트 절연층(231)을 개재하여 제 4 표시 화소 제어 신호선(24)과 중첩되는 제 2 산화물 반도체층(253), 게이트 절연층(231)을 개재하여 게이트 신호선(50)과 중첩되는 제 3 산화물 반도체층(255), 게이트 절연층(231)을 개재하여 촬상 화소 제어 신호선(SE)(32)과 중첩되는 제 4 산화물 반도체층(256), 및 게이트 절연층(231)을 개재하여 노드(FD)(34)와 중첩되는 제 5 산화물 반도체층(257)을 형성한다.
또한, 산화물 반도체로서는, 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터의 전기 특성의 편차를 저감하기 위한 스테빌라이저로서, 이들에 더하여 갈륨(Ga)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스테빌라이저로서 주석(Sn)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스테빌라이저로서 하프늄(Hf)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스테빌라이저로서 알루미늄(Al)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스테빌라이저로서 지르코늄(Zr)을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 다른 스테빌라이저로서 란타노이드인, 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu) 중의 어느 한 종류 또는 복수 종류를 포함하여도 좋다.
예를 들어, 산화물 반도체로서, 산화 인듐, 산화 갈륨, 산화 주석, 산화 아연, 2원계 금속의 산화물인 In-Zn계 산화물, Sn-Zn계 산화물, Al-Zn계 산화물, Zn-Mg계 산화물, Sn-Mg계 산화물, In-Mg계 산화물, In-Ga계 산화물, 3원계 금속의 산화물인 In-Ga-Zn계 산화물(IGZO라고도 표기함), In-Al-Zn계 산화물, In-Sn-Zn계 산화물, Sn-Ga-Zn계 산화물, Al-Ga-Zn계 산화물, Sn-Al-Zn계 산화물, In-Hf-Zn계 산화물, In-La-Zn계 산화물, In-Pr-Zn계 산화물, In-Nd-Zn계 산화물, In-Sm-Zn계 산화물, In-Eu-Zn계 산화물, In-Gd-Zn계 산화물, In-Tb-Zn계 산화물, In-Dy-Zn계 산화물, In-Ho-Zn계 산화물, In-Er-Zn계 산화물, In-Tm-Zn계 산화물, In-Yb-Zn계 산화물, In-Lu-Zn계 산화물, 4원계 금속의 산화물인 In-Sn-Ga-Zn계 산화물, In-Hf-Ga-Zn계 산화물, In-Al-Ga-Zn계 산화물, In-Sn-Al-Zn계 산화물, In-Sn-Hf-Zn계 산화물, In-Hf-Al-Zn계 산화물을 사용할 수 있다.
또한 예를 들어 In-Ga-Zn계 산화물이란 In과 Ga와 Zn을 포함하는 산화물을 가리키고, In과 Ga와 Zn의 비율은 불문한다. 또한, In과 Ga와 Zn 이외의 금속 원소를 포함하여도 좋다. In－Ga－Zn계 산화물은 무전계(no electric field) 시의 저항이 충분히 높고 오프 전류를 충분히 작게 하는 것이 가능하고, 또, 이동도도 높다.
예를 들어, 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3) 또는 In:Ga:Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)인 In－Ga－Zn계 산화물이나 그 조성의 근방의 산화물을 사용할 수 있다. 또는, 원자수비가 In:Sn:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3), In:Sn:Zn=2:1:3(=1/3:1/6:1/2) 또는 In:Sn:Zn=2:1:5(=1/4:1/8:5/8)인 In-Sn-Zn계 산화물이나 그 조성의 근방의 산화물을 사용하면 좋다.
예를 들어 In-Sn-Zn계 산화물을 사용한 경우에는 비교적 용이하게 높은 이동도를 얻을 수 있다. 그러나, In-Ga-Zn계 산화물을 사용한 경우에도 벌크 내 결함 밀도를 저감함으로써 이동도를 높일 수 있다.
이하에서는, 산화물 반도체막의 구조에 대하여 설명한다.
산화물 반도체막은 단결정 산화물 반도체막 및 비단결정 산화물 반도체막으로 대별된다. 비단결정 산화물 반도체막이란, 비정질 산화물 반도체막, 미결정 산화물 반도체막, 다결정 산화물 반도체막, CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)막 등을 말한다.
미결정 산화물 반도체막은 예를 들어 1nm 이상 10nm 미만의 사이즈의 미결정(나노 결정이라고도 함)을 포함한다. 따라서, 미결정 산화물 반도체막은 비정질 산화물 반도체막보다 원자 배열의 규칙성이 높다. 따라서, 미결정 산화물 반도체막은 비정질 산화물 반도체막보다 결함 준위 밀도가 낮다는 특징을 갖는다.
비정질 산화물 반도체막은 막 내에서의 원자 배열이 불규칙하고, 결정 성분을 갖지 않는 산화물 반도체막이다. 미소 영역에 있어서도 결정부를 갖지 않고, 막 전체가 완전한 비정질 구조인 산화물 반도체막이 전형적이다.
CAAC-OS막은 복수의 결정부를 갖는 산화물 반도체막의 하나이며, 결정부의 대부분은 하나의 변이 100nm 미만인 입방체 내에 들어가는 사이즈이다. 따라서, CAAC-OS막에 포함되는 결정부는 하나의 변이 10nm 미만, 5nm 미만, 또는 3nm 미만인 입방체 내에 들어가는 사이즈인 경우도 포함된다. CAAC-OS막은 미결정 산화물 반도체막보다 결함 준위 밀도가 낮다는 특징을 갖는다. 이하에서는, CAAC-OS막에 대하여 자세히 설명한다.
CAAC-OS막을 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)에 의하여 관찰하면, 결정부들끼리의 명확한 경계, 즉 말하자면 결정 입계(그레인 바운더리라고도 함)는 확인되지 않는다. 따라서, CAAC-OS막은 결정 입계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "수직"이란, 2개의 직선이 80° 이상 100° 이하의 각도로 배치된 상태를 말한다. 따라서, 85° 이상 95° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다. 또한, "평행"이란, 2개의 직선이 -10° 이상 10° 이하의 각도로 배치된 상태를 말한다. 따라서, -5° 이상 5° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다.
CAAC-OS막을 시료면에 대략 평행한 방향으로부터 TEM에 의하여 관찰(단면 TEM 관찰)하면, 결정부에서 금속 원자가 층상으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 금속 원자의 각층은 CAAC-OS막이 형성되는 면(피형성면이라고도 함) 또는 CAAC-OS막의 상면의 요철을 반영한 형상이며 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면에 평행하게 배열된다.
한편, CAAC-OS막을 시료면에 대략 수직인 방향으로부터 TEM에 의하여 관찰(평면 TEM 관찰)하면, 결정부에서 금속 원자가 삼각형 또는 육각형으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 상이한 결정부들간에서 금속 원자의 배열에는 규칙성이 보이지 않는다.
단면 TEM 관찰 및 평면 TEM 관찰로부터, CAAC-OS막의 결정부는 배향성을 갖는 것을 알 수 있다.
CAAC-OS막에 대하여 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 장치를 사용하여 구조 해석을 수행하면, 예를 들어 InGaZnO4의 결정을 갖는 CAAC-OS막의 out-of-plane법에 의한 해석에서는, 회절각(2θ)이 31° 근방일 때 피크가 나타나는 경우가 있다. 이 피크는, InGaZnO4의 결정의 (009)면에 귀속되기 때문에, CAAC-OS막의 결정이 c축 배향성을 갖고, c축이 피형성면 또는 상면에 대략 수직인 방향으로 배향하는 것을 확인할 수 있다.
한편, CAAC-OS막에 대하여 c축에 대략 수직인 방향으로부터 X선을 입사시키는 in-plane법에 의한 해석에서는, 2θ가 56° 근방일 때 피크가 나타나는 경우가 있다. 이 피크는 InGaZnO4의 결정의 (110)면에 귀속된다. InGaZnO4의 단결정 산화물 반도체막의 경우에는, 2θ를 56° 근방에 고정하고, 시료면의 법선 벡터를 축(φ축)으로 하여 시료를 회전시키면서 분석(φ 스캔)을 수행하면, (110)면과 등가인 결정면에 귀속되는 6개의 피크가 관찰된다. 한편, CAAC-OS막의 경우에는, 2θ를 56° 근방에 고정하고 φ 스캔을 수행하여도 명료한 피크가 나타나지 않는다.
상술한 것으로부터, CAAC-OS막에 있어서는, 상이한 결정부들간에서는 a축 및 b축의 배향이 불규칙하지만, c축 배향성을 갖고 또 c축이 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 배향하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상술한 단면 TEM 관찰로 확인된 층상으로 배열된 금속 원자의 각층은, 결정의 ab면에 평행한 면이다.
또한, 결정부는 CAAC-OS막을 형성하였을 때 또는 가열 처리 등의 결정화 처리를 수행하였을 때에 형성된다. 상술한 바와 같이, 결정의 c축은 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 배향한다. 따라서, 예를 들어 CAAC-OS막의 형상을 에칭 등에 의하여 변화시킨 경우, 결정의 c축이 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행하게 배향하지 않는 경우도 있다.
또한, CAAC-OS막 내의 결정화도가 균일하지 않아도 좋다. 예를 들어, CAAC-OS막의 결정부가 CAAC-OS막의 상면 근방으로부터의 결정 성장에 의하여 형성되는 경우에는, 상면 근방의 영역은 피형성면 근방의 영역보다 결정화도가 높게 되는 경우가 있다. 또한, CAAC-OS막에 불순물을 첨가하는 경우에는, 불순물이 첨가된 영역의 결정화도가 변화되어, 부분적으로 결정화도가 상이한 영역이 형성될 수도 있다.
또한, InGaZnO4의 결정을 갖는 CAAC-OS막의 out-of-plane법에 의한 해석에서는, 2θ가 31° 근방인 피크에 더하여, 2θ가 36° 근방인 피크도 나타나는 경우가 있다. 2θ가 36° 근방인 피크는 CAAC-OS막 내의 일부에, c축 배향성을 갖지 않는 결정이 포함되는 것을 가리킨다. CAAC-OS막은 2θ가 31° 근방에 피크가 나타나고, 2θ가 36° 근방에 피크가 나타나지 않는 것이 바람직하다.
CAAC-OS막을 사용한 트랜지스터는 가시광이나 자외광의 조사에 기인한 전기 특성의 변동이 작다. 따라서, 상기 트랜지스터는 신뢰성이 높다.
또한, 산화물 반도체막은 예를 들어 비정질 산화물 반도체막, 미결정 산화물 반도체막, CAAC-OS막 중 2종류 이상을 갖는 적층막이라도 좋다.
CAAC-OS막은, 예를 들어, 다결정인 금속 산화물 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성한다. 상기 타깃에 이온이 충돌하면, 타깃에 포함되는 결정 영역이 ab면으로부터 벽개(劈開)되고 ab면에 평행한 면을 갖는 평판 형상, 또는 펠릿(pellet) 형상의 스퍼터링 입자로서 박리되는 경우가 있다. 이 경우, 상기 평판 형상의 스퍼터링 입자가, 결정 상태를 유지한 상태에서 기판에 도달함으로써 CAAC-OS막을 형성할 수 있다.
또한, CAAC-OS막을 형성하기 위하여, 이하의 조건을 적용하는 것이 바람직하다.
성막 시의 불순물 혼입을 저감시킴으로써, 불순물에 의하여 결정 상태가 무너지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 처리실 내에 존재하는 불순물 농도(수소, 물, 이산화탄소, 및 질소 등)를 저감시키면 좋다. 또한, 성막 가스 중의 불순물 농도를 저감시키면 좋다. 구체적으로는, 이슬점이 －80℃ 이하, 바람직하게는 －100℃ 이하인 성막 가스를 사용한다.
또한, 성막 시의 기판 가열 온도를 올림으로써, 기판 도달 후에 스퍼터링 입자의 마이그레이션이 일어난다. 구체적으로는, 기판 가열 온도를 100℃ 이상 740℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이상 500℃ 이하로 하여 성막한다. 성막 시의 기판 가열 온도를 올림으로써, 평판 형상의 스퍼터링 입자가 기판에 도달한 경우, 기판 위에서 마이그레이션이 일어나고, 스퍼터링 입자의 평평한 면이 기판에 부착된다.
또한, 성막 가스 중의 산소 비율을 높이고, 전력을 최적화함으로써 성막 시의 플라즈마 대미지를 경감시키면 바람직하다. 성막 가스 중의 산소 비율은 30vol％ 이상, 바람직하게는 100vol％로 한다.
본 실시형태에서는 산화물 반도체막에 In-Ga-Zn계 산화물을 사용한다. 제 1 산화물 반도체층(233), 제 2 산화물 반도체층(253), 제 3 산화물 반도체층(255), 제 4 산화물 반도체층(256), 및 제 5 산화물 반도체층(257)으로서, 화학식 InMO3(ZnO)m(m>0 또 m은 정수가 아님)으로 표기되는 산화물 박막을 사용할 수 있다. 여기서는 M은 Ga, Al, Mn, 및 Co 중에서 선택된 하나 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다. 예를 들어 M으로서 Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, 또는 Ga 및 Co 등이 있다. 또한, 상기 산화물 박막은 SiO2를 포함하여도 좋다.
또한, 산화물 반도체층을 스퍼터링법으로 제작하는 경우, 그 타깃으로서는, 예를 들어 In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol수비]의 산화물 타깃을 사용하여 In-Ga-Zn-O막을 형성한다. 또한, 이 타깃의 재료 및 조성에 한정되지 않고 예를 들어 In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol수비]의 산화물 타깃을 사용하여도 좋다.
다음에, 산화물 반도체층에 제 1 가열 처리를 수행한다. 이 제 1 가열 처리를 수행함으로써 산화물 반도체층의 탈수화 또는 탈수소화를 수행할 수 있다. 제 1 가열 처리의 온도는 300℃ 이상 750℃ 이하, 또는 400℃ 이상 기판 변형점 미만으로 한다. 또한 제 1 가열 처리는, 불활성 가스 분위기 하, 산소 분위기 하, 또는 건조 공기(수분이 제거된 공기) 분위기 하에서 수행할 수 있다. 본 실시형태에서는, 가열 처리 장치의 하나인 전기로에 기판을 도입하고, 산화물 반도체층에 대하여 질소 분위기 하 450℃로 1시간 동안 가열 처리를 수행한다. 또한 질소 분위기 하에서 가열 처리를 수행한 후, 산소 분위기 하, 또는 건조 공기 분위기 하에서 가열 처리를 수행하여도 좋다.
다음에 제 3번째 노광 마스크를 사용하는 제 3 포토리소그래피 공정에 의하여 게이트 절연층(231)을 선택적으로 제거하여 게이트 신호선(51)에 도달하는 제 1 콘택트 개구(52)를 형성한다.
이어서, 게이트 절연층(231) 및 산화물 반도체층 위에, 도전막을 형성한다. 도전막으로서는 예를 들어 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W 중에서 선택된 원소를 성분으로 하는 금속막, 또는 상술한 원소의 질화물을 성분으로 하는 합금막, 또는 상술한 원소를 조합한 합금막 등을 사용할 수 있다. 그리고 제 4번째 노광 마스크를 사용하는 제 4 포토리소그래피 공정에 의하여 도전막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 선택적으로 에칭하여 전극층(210), 전극층(211), 전극층(234), 전극층(235), 전극층(254), 전극층(258), 전극층(259), 전극층(260), 전극층(262), 전극층(263), 전극층(264)을 형성한다. 본 실시형태에서 도전막으로서는 막 두께 50nm의 티타늄막, 막 두께 400nm의 알루미늄막, 및 막 두께 100nm의 티타늄막을 적층하여 사용한다.
또한, 도 2a에 도시된 트랜지스터(104)는, 제 1 산화물 반도체층(233)을 갖고, 전극층(211) 및 전극층(234)을 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 포함하는 트랜지스터이다. 또한 도 2a에 도시된 트랜지스터(103)는 제 2 산화물 반도체층(253)을 갖고 전극층(235) 및 전극층(254)을 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 포함하는 트랜지스터이다. 또한 도 2a에 도시된 트랜지스터(107)는 제 3 산화물 반도체층(255)을 갖고, 전극층(254) 및 전극층(258)을 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 포함하는 트랜지스터이다. 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 노드(42), 유전체로서의 게이트 절연층(231), 및 전극층(254)으로 용량 소자(111)가 형성되어 있다.
또한 도 2b에 도시된 트랜지스터(124)는 제 4 산화물 반도체층(256)을 갖고 전극층(259) 및 전극층(260)을 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 포함하는 트랜지스터이다. 또한 도 2b에 도시된 트랜지스터(123)는 제 5 산화물 반도체층(257)을 갖고 전극층(260) 및 전극층(262)을 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 포함하는 트랜지스터이다.
다음에, 제 2 가열 처리(바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하, 예를 들어 250℃ 이상 350℃ 이하)를 불활성 가스 분위기 하, 산소 가스 분위기 하, 또는 건조 공기 분위기 하에서 수행한다. 본 실시형태에서는 질소 분위기 하에서 300℃로 1시간 동안 제 2 가열 처리를 수행한다. 제 2 가열 처리를 수행하면, 산화물 반도체층의 일부(채널 형성 영역)가 절연층에 접한 상태에서 가열된다.
다음에 보호 절연층이 되는 절연층(237)을 형성하고 제 5번째 노광 마스크를 사용하는 제 5 포토리소그래피 공정에 의하여 전극층(264)에 도달하는 포토 다이오드 개구(57)를 형성한다. 이 단계까지를 도시한 화소 평면도가 도 7에 상당한다.
다음에, 플라즈마 CVD법으로 p층(238), i층(239), 및 n층(240)을 적층하여 형성한다. 본 실시형태에서는, p층(238)으로서 막 두께 60nm의 붕소를 포함하는 미결정 실리콘막을 사용하고, i층(239)으로서 막 두께 400nm의 비정질 실리콘막을 사용하고, n층(240)으로서 막 두께 80nm의 인을 포함하는 미결정 실리콘막을 사용한다.
다음에 감광성 유기 수지층(280)을 형성한다. 본 실시형태에서는 감광성 유기 수지층으로서 막 두께 1500nm의 아크릴막을 사용한다. 그리고 제 6번째 노광 마스크를 사용하는 제 6 포토리소그래피 공정에 의하여 n층(240)에 도달하는 개구(60), 전극층(210)에 도달하는 제 2 콘택트 개구(53), 전극층(211)에 도달하는 제 2 콘택트 개구(54), 전극층(234)에 도달하는 제 2 콘택트 개구(55), 전극층(235)에 도달하는 제 2 콘택트 개구(56)를 형성한다.
다음에 감광성 유기 수지층(280) 위에 도전막을 형성한다. 도전막으로서는 예를 들어 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W 중에서 선택된 원소를 성분으로 하는 금속막, 또는 상술한 원소의 질화물을 성분으로 하는 합금막, 또는 상술한 원소를 조합한 합금막 등을 사용할 수 있다. 그리고 제 7번째 노광 마스크를 사용하는 제 7 포토리소그래피 공정에 의하여 도전막 위에 레지스트 마스크를 형성하고 선택적으로 에칭하여 전극층(301a) 내지 전극층(301e)을 형성한다. 본 실시형태에서 도전막으로서는 두께 100nm의 티타늄막, 두께 400nm의 알루미늄막, 및 막 두께 100nm의 티타늄막을 적층하여 사용한다.
전극층(301a)은 제 2 콘택트 개구(53)를 통하여 전극층(210)과 전기적으로 접속된다. 전극층(301b)은 제 2 콘택트 개구(54)를 통하여 전극층(211)과 전기적으로 접속된다. 전극층(301c)은 제 2 콘택트 개구(55)를 통하여 전극층(234)과 전기적으로 접속된다. 전극층(301d)은 제 2 콘택트 개구(56)를 통하여 전극층(235)과 전기적으로 접속된다. 전극층(301e)은 개구(60)를 통하여 포토 다이오드(n층(240))과 전기적으로 접속된다.
다음에 전극층(301) 위에 감광성 유기 수지층(281)을 형성한다. 본 실시형태에서는 감광성 유기 수지층으로서 두께 1500nm의 아크릴막을 사용한다. 그리고 제 8번째 노광 마스크를 사용하는 제 8 포토리소그래피 공정에 의하여 전극층(301a)에 도달하는 제 3 콘택트 개구(62), 전극층(301b)에 도달하는 제 3 콘택트 개구(63)를 형성한다.
다음에 반사성을 갖는 도전막을 형성하고 제 9번째 노광 마스크를 사용하는 제 9 포토리소그래피 공정에 의하여 반사 전극층(242)을 형성한다. 반사성을 갖는 도전막으로서는 Al, Ag, 또는 이들의 합금, 예를 들어 Nd를 포함하는 알루미늄, Ag-Pd-Cu 합금 등을 사용한다. 본 실시형태에서 반사성을 갖는 도전막으로서는 두께 50nm의 티타늄막, 두께 200nm의 알루미늄막, 및 두께 8nm의 티타늄막을 적층하여 사용한다.
다음에 제 1 미소캐비티(다중 반사 간섭)용의 실리콘을 포함하는 ITO층을 형성하고 제 10번째 노광 마스크를 사용하는 제 10 포토리소그래피 공정에 의하여 실리콘을 포함하는 ITO층(291)을 형성한다. 실리콘을 포함하는 ITO층(291)은 R(적색)의 표시 화소 및 G(녹색)의 표시 화소 위에 형성된다. 본 실시형태에서는 두께 40nm로 형성된다.
다음에 제 2 미소캐비티용의 실리콘을 포함하는 ITO층을 형성하고 제 11번째 노광 마스크를 사용하는 제 11 포토리소그래피 공정에 의하여 실리콘을 포함하는 ITO층(292)을 형성한다. 실리콘을 포함하는 ITO층(292)은 R(적색)의 표시 화소 위에 형성된다. 본 실시형태에서는 두께 40nm로 형성된다.
다음에 반사 전극층(242), 실리콘을 포함하는 ITO층(291), 실리콘을 포함하는 ITO층(292)을 덮는 격벽(293a) 및 격벽(293b)을 형성한다. 격벽으로서는 수지 또는 무기 절연 재료를 사용한다. 수지로서는 예를 들어, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 실록산 수지, 에폭시 수지, 또는 페놀 수지 등을 사용할 수 있다. 특히, 네거티브형 감광성 수지 또는 포지티브형 감광성 수지를 사용하면 격벽의 제작이 용이하게 되어 바람직하다. 본 실시형태에서는 막 두께 1500nm의 격벽이 형성된다. 제 12번째 노광 마스크를 사용하는 제 12 포토리소그래피 공정에 의하여 개구를 더 형성한다. 개구가 형성되어 있지 않은 격벽(293a), 격벽(293b) 위에 스페이서(294a), 스페이서(294b)를 형성한다. 이 후에 자기 발광형 소자층을 형성하고 컬러 필터(RGB) 등의 광학 필름을 더 제공한다.
상술한 공정을 거쳐 동일 기판 위에 센서 화소(102)를 구성하는 수광 소자(121), 트랜지스터(122), 트랜지스터(123), 트랜지스터(124), 트랜지스터(125), 용량 소자(126), 트랜지스터(127), 및 트랜지스터(128)와, 표시 화소(101)를 구성하는 트랜지스터(103), 트랜지스터(104), 트랜지스터(105), 트랜지스터(106), 트랜지스터(107), 트랜지스터(108), 트랜지스터(109), 자기 발광형 소자(110), 및 용량 소자(111)를 합계 12장의 노광 마스크를 사용하고 12회의 포토리소그래피 공정에 의하여 제작할 수 있다.
또한 본 실시형태는 본 명세서에서 제시하는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에서 제시한 터치 패널에 탑재되어 있는 센서 화소 판독 회로의 구성의 일례에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 센서 화소의 주사선 구동 회로가 동시에 화소 4행분(즉 말하자면 센서 화소 2행분)을 구동하고, 선택행을 화소 2행분에 상당하는 센서 화소 1행분씩 시프트시키는 구동 방법을 수행하는 예에 대하여 생각한다. 여기서, 각 행의 센서 화소는, 주사선 구동 회로가 선택행의 시프트를 2회 수행하는 기간 동안, 연속하여 선택된다. 이러한 구동 방법을 이용함으로써, 센서 화소에 의한 촬상 프레임 주파수를 용이하게 향상시킬 수 있다. 특히, 대형 표시 장치의 경우에 유리하다. 또한, 센서 화소 출력 신호선(611)에는 동시에 2행분의 센서 화소의 출력이 중복된다. 또한, 선택행의 시프트를 512회 반복함으로써 모든 센서 화소를 구동할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이 센서 화소 판독 회로는 화소 24열에 1개씩 선택기를 갖는다. 선택기는 터치 패널의 센서 화소 출력 신호선(611) 12조(2열분이 1조) 중에서 1조를 선택하여 출력을 취득한다. 즉 말하자면, 센서 화소 판독 회로 전체에서 선택기를 32개 갖고, 동시에 32개의 출력을 취득한다. 각각의 선택기에 의한 선택을 12조 모두에 대하여 수행함으로써, 센서 화소 1행분에 상당하는 합계 384개의 출력을 취득할 수 있다. 센서 화소의 주사선 구동 회로가 선택행을 시프트시킬 때마다 선택기가 12조 중 1조를 선택함으로써 모든 센서 화소의 출력을 얻을 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이 신호선측의 센서 화소 판독 회로는 아날로그 신호인 센서 화소의 출력을 표시 장치 외부로 추출하고, 표시 장치 외부에 제공된 증폭기를 사용하여 증폭한 후에 AD 변환기를 사용하여 디지털 신호로 변환하는 구성으로 하여도 좋다. 물론, 표시 장치와 동일한 기판 위에 AD 변환기를 탑재하고, 센서 화소의 출력을 디지털 신호로 변환한 후에 표시 장치 외부로 추출하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 각각의 센서 화소의 동작은 리셋 동작, 누적 동작, 및 선택 동작을 반복함으로써 실현된다. 리셋 동작이란, 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)의 전위를 "H"로 하는 동작이다.
또한 누적 동작이란 리셋 동작 후에 촬상 화소 제어 신호선(PR)(31)의 전위를 "L"로 하는 동작이다. 또한 선택 동작이란 누적 동작 후에 출력 신호선(35)의 전위를 "H"로 하는 동작이다.
누적 동작시에 수광 소자에 조사되는 광량(강도)에 따라 노드(34)의 전위는 변화된다.
본 실시형태에서는, 모든 센서 화소의 리셋 동작, 누적 동작, 및 선택 동작을 실행함으로써 외광의 국소적 음영을 검출할 수 있다. 또한, 검출한 음영에 적절히 화상 처리 등을 수행함으로써 손가락이나 스타일러스 펜 등이 표시 장치에 접촉한 위치를 알 수 있다. 접촉한 위치에 대응하는 조작, 예를 들어 문자 입력이라면 문자의 종류를 미리 규정해 둠으로써 원하는 문자를 입력할 수 있다.
상기 구성에 의하여 터치 패널(1032)에 터치 입력 기능을 가지게 할 수 있다.
또한 본 실시형태는 본 명세서에서 제시하는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 명세서에 기재되는 반도체 장치는 다양한 전자 기기(게임기도 포함함)에 적용될 수 있다. 전자 기기로서는, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 게임기(파칭코기(pachinko machine), 슬롯 머신 등), 게임기의 하우징을 들 수 있다.
21: 표시 화소 제어 신호선
22: 표시 화소 제어 신호선
23: 표시 화소 제어 신호선
24: 표시 화소 제어 신호선
25: 표시 화소 제어 신호선
26: 전원선
27: 전원선
28: 그라운드선
29: 전원선
30: 신호선
34: 노드
35: 출력 신호선
37: 전원선
38: 전원선
39: 전원선
40: 그라운드선
42: 노드
43: 전원선
44: 노드
50: 게이트 신호선
51: 게이트 신호선
52: 콘택트 개구
53: 콘택트 개구
54: 콘택트 개구
55: 콘택트 개구
56: 콘택트 개구
57: 포토 다이오드 개구
60: 개구
62: 콘택트 개구
63: 콘택트 개구
101: 표시 화소
102: 센서 화소
103: 트랜지스터
104: 트랜지스터
105: 트랜지스터
106: 트랜지스터
107: 트랜지스터
108: 트랜지스터
109: 트랜지스터
110: 자기 발광형 소자
111: 용량 소자
121: 수광 소자
122: 트랜지스터
123: 트랜지스터
124: 트랜지스터
125: 트랜지스터
126: 용량 소자
127: 트랜지스터
128: 트랜지스터
210: 전극층
211: 전극층
230: 기판
231: 게이트 절연층
233: 산화물 반도체층
234: 전극층
235: 전극층
237: 절연층
238: p층
239: i층
240: n층
242: 반사 전극층
253: 산화물 반도체층
254: 전극층
255: 산화물 반도체층
256: 산화물 반도체층
257: 산화물 반도체층
258: 전극층
259: 전극층
260: 전극층
262: 전극층
264: 전극층
280: 감광성 유기 수지층
281: 감광성 유기 수지층
291: 실리콘을 포함하는 ITO층
292: 실리콘을 포함하는 ITO층
293a: 격벽
293b: 격벽
294a: 스페이서
301a: 전극층
301b: 전극층
301c: 전극층
301d: 전극층
301e: 전극층
500: 표시 화면
501: 손가락
502: 광원
503: 터치 패널
504: 포토센서
504a: 포토센서
504b: 포토센서
505: 자기 발광형 소자
506: 외광
506a: 외광
506b: 외광
507: 광
507a: 반사광
507b: 광
611: 센서 화소 출력 신호선
1030: 전자 기기
1031: 버튼
1032: 터치 패널
1033: 영역
1034: 스위치
1035: 전원 스위치
1036: 키보드 표시 스위치
22: 표시 화소 제어 신호선
23: 표시 화소 제어 신호선
24: 표시 화소 제어 신호선
25: 표시 화소 제어 신호선
26: 전원선
27: 전원선
28: 그라운드선
29: 전원선
30: 신호선
34: 노드
35: 출력 신호선
37: 전원선
38: 전원선
39: 전원선
40: 그라운드선
42: 노드
43: 전원선
44: 노드
50: 게이트 신호선
51: 게이트 신호선
52: 콘택트 개구
53: 콘택트 개구
54: 콘택트 개구
55: 콘택트 개구
56: 콘택트 개구
57: 포토 다이오드 개구
60: 개구
62: 콘택트 개구
63: 콘택트 개구
101: 표시 화소
102: 센서 화소
103: 트랜지스터
104: 트랜지스터
105: 트랜지스터
106: 트랜지스터
107: 트랜지스터
108: 트랜지스터
109: 트랜지스터
110: 자기 발광형 소자
111: 용량 소자
121: 수광 소자
122: 트랜지스터
123: 트랜지스터
124: 트랜지스터
125: 트랜지스터
126: 용량 소자
127: 트랜지스터
128: 트랜지스터
210: 전극층
211: 전극층
230: 기판
231: 게이트 절연층
233: 산화물 반도체층
234: 전극층
235: 전극층
237: 절연층
238: p층
239: i층
240: n층
242: 반사 전극층
253: 산화물 반도체층
254: 전극층
255: 산화물 반도체층
256: 산화물 반도체층
257: 산화물 반도체층
258: 전극층
259: 전극층
260: 전극층
262: 전극층
264: 전극층
280: 감광성 유기 수지층
281: 감광성 유기 수지층
291: 실리콘을 포함하는 ITO층
292: 실리콘을 포함하는 ITO층
293a: 격벽
293b: 격벽
294a: 스페이서
301a: 전극층
301b: 전극층
301c: 전극층
301d: 전극층
301e: 전극층
500: 표시 화면
501: 손가락
502: 광원
503: 터치 패널
504: 포토센서
504a: 포토센서
504b: 포토센서
505: 자기 발광형 소자
506: 외광
506a: 외광
506b: 외광
507: 광
507a: 반사광
507b: 광
611: 센서 화소 출력 신호선
1030: 전자 기기
1031: 버튼
1032: 터치 패널
1033: 영역
1034: 스위치
1035: 전원 스위치
1036: 키보드 표시 스위치
Claims (15)
- 반도체 장치로서,
제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 발광 소자, 제 1 표시 화소 제어 신호선, 및 제 2 표시 화소 제어 신호선을 포함하는 표시 화소; 및
제 3 트랜지스터, 제 4 트랜지스터, 수광 소자, 제 1 촬상 화소 제어 신호선, 및 제 2 촬상 화소 제어 신호선을 포함하는 센서 화소를 포함하고,
상기 제 1 트랜지스터의 게이트와 상기 제 1 표시 화소 제어 신호선은 서로 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 게이트와 상기 제 2 표시 화소 제어 신호선은 서로 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 게이트와 상기 제 1 촬상 화소 제어 신호선은 서로 전기적으로 접속되고,
상기 제 4 트랜지스터의 게이트와 상기 제 2 촬상 화소 제어 신호선은 서로 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 상기 발광 소자는 제 1 노드에서 서로 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 상기 발광 소자는 상기 제 1 노드에서 서로 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 상기 수광 소자는 서로 전기적으로 접속되고,
상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 상기 제 3 트랜지스터의 상기 소스 및 상기 드레인 중 다른 쪽은 서로 직접적으로 접속되는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 화소는 용량 소자를 더 포함하고,
상기 용량 소자의 제 1 전극은 상기 제 4 트랜지스터의 상기 소스 및 상기 드레인 중 상기 한쪽과 직접적으로 접속되고,
상기 용량 소자의 제 2 전극은 상기 제 4 트랜지스터의 상기 소스 및 상기 드레인 중 다른 쪽과 직접적으로 접속되는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 및 상기 제 3 트랜지스터 각각은 인듐, 갈륨, 및 아연을 함유하는 산화물 반도체층을 포함하는, 반도체 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 c축 배향된 결정을 포함하는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터는 상기 발광 소자와 중첩되는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
복수의 표시 화소들에 대하여 하나의 센서 화소가 제공되는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 장치는 터치 패널인, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 장치는 휴대 정보 단말인, 반도체 장치. - 반도체 장치의 구동 방법으로서,
상기 반도체 장치는,
복수의 표시 화소들을 포함하는 터치 패널; 및
복수의 센서 화소들을 포함하고,
상기 방법은,
상기 터치 패널의 표시 화면상에 백색이 표시되는 제 1 기간에 상기 복수의 센서 화소들을 사용하여 제 1 촬상 데이터를 취득하는 단계;
상기 터치 패널의 상기 표시 화면상에 흑색이 표시되는 제 2 기간에 상기 복수의 센서 화소들을 사용하여 제 2 촬상 데이터를 취득하는 단계; 및
상기 제 1 촬상 데이터 및 상기 제 2 촬상 데이터의 차이가 가장 큰 센서 화소를 검출하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 표시 화소들은 각각 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터를 포함하고,
상기 제 1 트랜지스터의 게이트는 제 1 표시 화소 제어 신호선과 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 게이트는 제 2 표시 화소 제어 신호선과 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 기간에, 제 1 로우(low) 전위가 상기 제 1 표시 화소 제어 신호선에 인가되고 제 1 하이(high) 전위가 상기 제 2 표시 화소 제어 신호선에 인가되고,
상기 제 2 기간에, 상기 제 1 로우 전위가 상기 제 1 표시 화소 제어 신호선에 인가되고 제 2 로우 전위가 상기 제 2 표시 화소 제어 신호선에 인가되는, 반도체 장치의 구동 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 센서 화소들 각각은 제 3 트랜지스터, 제 4 트랜지스터, 및 용량 소자를 더 포함하고,
상기 제 3 트랜지스터의 게이트는 제 1 촬상 화소 제어 신호선과 전기적으로 접속되고,
상기 제 4 트랜지스터의 게이트는 제 2 촬상 화소 제어 신호선과 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 서로 직접적으로 접속되고,
상기 용량 소자의 제 1 전극은 상기 제 4 트랜지스터의 상기 소스 및 상기 드레인 중 상기 한쪽과 직접적으로 접속되고,
상기 용량 소자의 제 2 전극은 상기 제 4 트랜지스터의 상기 소스 및 상기 드레인 중 다른 쪽과 직접적으로 접속되고,
상기 제 1 기간 및 상기 제 2 기간에, 제 2 하이 전위가 상기 제 1 촬상 화소 제어 신호선에 인가되고, 제 3 로우 전위가 상기 제 2 촬상 화소 제어 신호선에 인가되는, 반도체 장치의 구동 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 기간과 상기 제 2 기간 사이에 비디오 신호 전위를 상기 복수의 표시 화소들에 입력함으로써 정지 화상 또는 동영상을 표시하는 단계를 더 포함하는, 반도체 장치의 구동 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 표시 화소들 각각은 발광 소자를 포함하는, 반도체 장치의 구동 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 센서 화소들 각각은 수광 소자를 포함하는, 반도체 장치의 구동 방법. - 삭제
- 삭제
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