TWI585955B - 光感測器及顯示裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種光感測器。特別地，本發明涉及一種包括薄膜電晶體和光電轉換元件的光感測器，該薄膜電晶體具有高的場效應遷移率和小的特性變化。而且，本發明涉及一種線感測器(line sensor)或一種區域感測器，其中佈置了多個包括該光感測器的像素。而且，本發明涉及一種包括該光感測器的顯示裝置。
近年來，已使用包括諸如二極體、CCD和CMOS的光電轉換元件的圖像感測器，該光電轉換元件可以讀出具有來自圖像資訊的光信號或者紙張上的文本或圖形的圖像資訊的電信號。
線感測器和區域感測器是包括多個光電轉換元件的圖像感測器。線感測器包括線性佈置的多個光電轉換元件。藉由感測器掃描物體，由此圖像被獲取為電信號。圖像掃描器可以作為包括該線感測器的設備的例子。另一方面，區域感測器包括以矩陣佈置的多個光電轉換元件。物體的圖像被投影到該感測器，由此圖像可被捕捉為電信號。視頻照相機和數位靜態照相機可以作為包括區域感測器的設備的例子。在視頻照相機和數位靜態照相機中，藉由光學系統將物體的圖像縮小並投影到區域感測器上並且將該物體圖像捕捉為電信號。此外，存在接觸區域感測器，在將諸如紙張等物體安置為與該感測器接觸時，該感測器捕捉紙張等的圖像作為電信號。
此外，已提出了一種半導體裝置，其中區域感測器被併入顯示裝置，由此顯示區域還用作輸入區域。在專利文獻1和專利文獻2中公開了一種具有使用區域感測器捕捉圖像的功能的顯示裝置。此外，專利文獻3公開了一種設有用於控制發光元件的亮度的感測器的顯示裝置。
該合併有區域感測器的顯示裝置不僅可以捕捉圖像，而且還可以用作所謂的觸摸螢幕，該觸摸螢幕檢測筆或手指對其顯示區域的觸摸以輸入資訊。該觸摸螢幕易於操作，允許用戶感覺其好像在藉由直接觸摸所顯示的圖像來操作觸摸螢幕。
[專利文獻1]日本專利No. 4112184
[專利文獻2]日本公開專利申請No. 2001-339640
[專利文獻3]日本公開專利申請No. 2003-167550
為了獲得準確捕捉物體圖像的區域感測器，需要這樣一種放大器電路，該放大器電路能夠高度可再現地將以矩陣佈置的光電轉換元件接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。
包括單晶矽電晶體的放大器電路具有優異的特性；然而區域感測器的尺寸受限於單晶矽基板的尺寸。換言之，利用單晶矽基板形成大的區域感測器或者還用作顯示裝置的大的區域感測器是高成本且不實際的。
另一方面，在採用包括無定形矽的薄膜電晶體時可以容易地增加基板的尺寸。然而，無定形矽薄膜的場效應遷移率是低的；因此，難於減小放大器電路佔用的面積。佔用大面積的放大器電路限制了在與放大器電路相同的基板上形成的光電轉換元件的光接收面的面積和顯示元件的像素的面積。
此外，包括多晶矽的薄膜電晶體的特性因準分子雷射退火而變化。如果使用包括特性變化的薄膜電晶體的放大器電路，則不可能高度可再現地將以矩陣佈置的光電轉換元件接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。
另外，在藉由在一個基板上形成許多光感測器或線感測器並且劃分該基板來製造產品的情況中，產品的放大器電路的變化引起了產品特性變化，這導致產率降低。此外，該產品不易於使用。注意，本說明書中的光感測器、線感測器和區域感測器至少包括光電轉換元件和放大器電路，並且基本上未併入驅動器電路。
本發明的實施例的一個目的在於提供一種大的區域感測器，其能夠高度可再現地將以矩陣佈置的光電轉換元件接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。此外，另一目的在於提供一種顯示裝置，其具有高的寫入速度和小的顯示不均勻性，該顯示裝置還可以用作大的區域感測器，其能夠高度可再現地將以矩陣佈置的光電轉換元件接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。此外，另一目的在於提供一種光感測器和一種線感測器，其可以在大的基板上大量製造並且具有均勻的特性。本發明旨在實現至少一個上述目的。
本發明的發明人發現，包括包含氧化物半導體(特別是包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體)的、具有高的場效應遷移率和小的特性變化的薄膜電晶體的放大器電路具有小的特性變化並且佔用小的面積。結果，包括該放大器電路作為用於光電二極體的放大器電路的區域感測器能夠高度可再現地將光電二極體接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。此外，藉由在大的基板上形成包括氧化物半導體(典型地，包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體)的薄膜電晶體，可以提供大的區域感測器，其能夠高度可再現地將光的強度分佈轉換為電信號。此外，藉由在大的基板上大量製造具有均勻特性的光感測器，可以提供大量特性均勻的光感測器和線感測器。
在本發明的光感測器的一個實施例中，光電二極體被用作光電轉換元件。此外，本發明的光感測器的一個實施例包括放大器電路，該放大器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦(In)、鎵(Ga)和鋅(Zn)的氧化物半導體。
本說明書中的光電二極體的一個示例是包括陰極電極、陽極電極以及設置在陰極電極和陽極電極之間的光電轉換層的光電二極體。當光到達該光電轉換層時，藉由光伏效應生成電流。
本說明書中的氧化物半導體的一個示例被表示為InMO3(ZnO)m(m>0)。薄膜由氧化物半導體形成，並且用於形成薄膜電晶體。注意，M表示選自Ga、Fe、Ni、Mn和Co中的一個或多個金屬元素。除了Ga是M的情況之外，還存在如下情況，其中包含Ga和除了Ga之外的任何上述金屬(例如，Ga和Ni或者Ga和Fe)作為M。此外，在某些情況中，除了所包含的作為M的金屬元素之外，上述氧化物半導體還包含諸如Fe或Ni的過渡金屬元素或者過渡金屬的氧化物作為雜質元素。在本說明書中，該薄膜也被稱為包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體膜或者基於In-Ga-Zn-O的非單晶膜。注意，基於In-Ga-Zn-O的非單晶膜中包含的鈉(Na)的濃度為5×1018/cm3或更低，較佳為1×1018/cm3或更低。此外，作為另一氧化物半導體，可以使用基於In-Sn-Zn-O、基於In-Al-Zn-O、基於Sn-Ga-Zn-O、基於Al-Ga-Zn-O、基於Sn-Al-Zn-O、基於In-Zn-O、基於Sn-Zn-O、基於Al-Zn-O、基於In-O、基於Sn-O或基於Zn-O的氧化物半導體。
此外，包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的薄膜電晶體具有高的場效應遷移率，並且包括該薄膜電晶體的顯示元件的放大器電路和驅動器電路佔用小的面積並且其特性變化小。因此，可以在大的基板上形成大量的顯示元件的放大器電路和驅動器電路。
換言之，本發明的實施例是一種包括光電轉換元件和具有薄膜電晶體的放大器電路的光感測器，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
本發明的另一實施例是一種包括光電轉換元件和放大器電路的光感測器。該光電轉換元件包括光電轉換層，該光電轉換層包括第一半導體層、第二半導體層和第三半導體層的堆疊，其中第一半導體層包括具有一種導電類型的雜質元素，第二半導體層與第一半導體層接觸，第三半導體層與第二半導體層接觸並且包括導電類型與第一半導體層的導電類型相反的雜質元素。該放大器電路包括選擇薄膜電晶體、放大薄膜電晶體和重定(reset)薄膜電晶體，這些薄膜電晶體每一均包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。在該放大器電路中，重定薄膜電晶體的閘極電極可連接到重定閘極信號線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的閘極電極層以及光電轉換元件的陽極和陰極之一，放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器輸出佈線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個，並且選擇薄膜電晶體的閘極電極層可連接到感測器閘極信號線。
本發明的另一實施例是一種其中佈置有多個像素的光感測器。每個像素包括光電轉換元件和放大器電路。該光電轉換元件包括第一半導體層、第二半導體層和第三半導體層的堆疊，其中第一半導體層包括具有一種導電類型的雜質元素，第二半導體層與第一半導體層接觸，第三半導體層與第二半導體層接觸並且包括導電類型與第一半導體層的導電類型相反的雜質元素。該放大器電路包括選擇薄膜電晶體、放大薄膜電晶體和重定薄膜電晶體，這些薄膜電晶體每一個均包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。在該放大器電路中，重定薄膜電晶體的閘極電極層可連接到重定閘極信號線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的閘極電極層以及光電轉換元件的陽極和陰極之一，放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器輸出佈線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個，選擇薄膜電晶體的閘極電極層可連接到感測器閘極信號線，並且重定薄膜電晶體和選擇薄膜電晶體根據輸入到重定閘極信號線和感測器閘極信號線的信號導通或截止。
本發明的另一實施例是一種包括多個像素的區域感測器。每個像素包括光電轉換元件和具有薄膜電晶體的放大器電路，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
本發明的另一實施例是一種包括多個像素的區域感測器。每個像素包括光電轉換元件和放大器電路。該光電轉換元件包括光電轉換層，該光電轉換層包括第一半導體層、第二半導體層和第三半導體層的堆疊，其中第一半導體層包括具有一種導電類型的雜質元素，第二半導體層與第一半導體層接觸，第三半導體層與第二半導體層接觸並且包括導電類型與第一半導體層的導電類型相反的雜質元素。該放大器電路包括選擇薄膜電晶體、放大薄膜電晶體和重定薄膜電晶體，這些薄膜電晶體每一個均包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。在該放大器電路中，重定薄膜電晶體的閘極電極層可連接到重定閘極信號線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的閘極電極層以及光電轉換元件的陽極和陰極之一，放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器輸出佈線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個，並且選擇薄膜電晶體的閘極電極層可連接到感測器閘極信號線。
本發明的另一實施例是一種包括多個像素的區域感測器。每個像素包括光電轉換元件和放大器電路。該光電轉換元件包括光電轉換層，該光電轉換層包括第一半導體層、第二半導體層和第三半導體層的堆疊，其中第一半導體層包括具有一種導電類型的雜質元素，第二半導體層與第一半導體層接觸，第三半導體層與第二半導體層接觸並且包括導電類型與第一半導體層的導電類型相反的雜質元素。該放大器電路包括選擇薄膜電晶體、放大薄膜電晶體和重定薄膜電晶體，這些薄膜電晶體每一個均包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。在該放大器電路中，重定薄膜電晶體的閘極電極層可連接到重定閘極信號線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的閘極電極層以及光電轉換元件的陽極和陰極之一，放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器輸出佈線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個，選擇薄膜電晶體的閘極電極層可連接到感測器閘極信號線，並且重定薄膜電晶體和選擇薄膜電晶體根據輸入到重定閘極信號線和感測器閘極信號線的信號導通或截止。
本發明的另一實施例是一種包括多個像素的顯示裝置。每個像素包括光電轉換元件、放大器電路、顯示元件和該顯示元件的驅動器電路。該放大器電路和驅動器電路每一均包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
本發明的另一實施例是一種包括多個像素的顯示裝置。每個像素包括光電轉換元件、放大器電路、顯示元件和該顯示元件的驅動器電路。該光電轉換元件包括光電轉換層，該光電轉換層包括第一半導體層、第二半導體層和第三半導體層的堆疊，其中第一半導體層包括具有一種導電類型的雜質元素，第二半導體層與第一半導體層接觸，第三半導體層與第二半導體層接觸並且包括導電類型與第一半導體層的導電類型相反的雜質元素。該放大器電路包括選擇薄膜電晶體、放大薄膜電晶體和重定薄膜電晶體，這些薄膜電晶體每一個均包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。在該放大器電路中，重定薄膜電晶體的閘極電極層可連接到重定閘極信號線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，重定薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的閘極電極層以及光電轉換元件的陽極和陰極之一，放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器電源線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到感測器輸出佈線，選擇薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個可連接到放大薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的另一個，並且選擇薄膜電晶體的閘極電極層可連接到感測器閘極信號線。該顯示元件的驅動器電路至少包括開關薄膜電晶體，該開關薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。在該顯示元件的驅動器電路中，開關薄膜電晶體的閘極電極層可連接到閘極信號線，並且開關薄膜電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可連接到源極信號線。
根據本發明的一個實施例，該顯示元件包括陽極、陰極以及在陽極和陰極之間的包含發光物質的層。
根據本發明的一個實施例，該顯示元件包括像素電極、相對電極以及在像素電極和相對電極之間的包含液晶的層。
本發明的另一實施例是一種用於以雷射指示器(laser pointer)操作設有區域感測器的顯示裝置的方法。
根據本發明，可以提供大的區域感測器和大的線感測器，其能夠高度可再現地將多個光電轉換元件接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。此外，可以提供一種顯示裝置，該顯示裝置具有高的寫入速度和小的顯示不均勻性，該顯示裝置還可以用作大的區域感測器，該區域感測器能夠高度可再現地將以矩陣佈置的光電轉換元件接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。
下面將參考附圖詳細描述本發明的實施例。注意，本發明不限於下面的描述，並且本領域的技術人員將容易地認識到，可以藉由多種方式修改模式和細節而不偏離本發明的精神和範圍。因此，本發明不應被解釋為限於下文給出的實施例的描述。
(實施例1)
在本實施例中，參考附圖描述包括多個光電轉換元件和放大器電路的區域感測器的示例。該放大器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括氧化物半導體，特別地，包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
圖1示出了區域感測器部分11中包括的重定閘極信號線RG1至RGy、感測器閘極信號線SG1至 SGy、感測器輸出佈線SS1至SSx、感測器電源線VB和多個像素12的連接。
在區域感測器部分11中，多個像素12被以矩陣佈置。每個像素12連接到重定閘極信號線RG1至RGy之一、感測器閘極信號線SG1至SGy之一、感測器輸出佈線SS1至SSx之一和感測器電源線VB。
感測器輸出佈線SS1至SSx分別連接到恆流電源13_1至13_x。
圖2示出了像素部分中的光電轉換元件和放大器電路之間的連接的示例。該放大器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。重定閘極信號線RG是重定閘極信號線RG1至RGy之一。感測器閘極信號線SG是感測器閘極信號線SG1至SGy之一。感測器輸出佈線SS是感測器輸出佈線SS1至SSx之一。像素12包括選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153和光電二極體250。
重定TFT 153的閘極電極連接到重定閘極信號線RG。重定TFT 153的源極電極和汲極電極之一連接到保持在固定電位(參考電位)的感測器電源線VB，並且另一個連接到光電二極體250和放大TFT 152的閘極電極。
儘管未示出，但是光電二極體250包括陰極電極、陽極電極和設置在其之間的光電轉換層。重定TFT 153的源極電極和汲極電極中的另一個連接到光電二極體250的陽極電極或陰極電極。
放大TFT 152的源極電極或汲極電極中的一個連接到感測器電源線VB並且保持在固定參考電位，並且另一個連接到選擇TFT 151的源極電極或汲極電極。
選擇TFT 151的閘極電極連接到感測器閘極信號線SG。如上文所述，選擇TFT 151的源極電極或汲極電極中的一個連接到放大TFT 152的源極電極或汲極電極中的一個，並且另一個連接到感測器輸出佈線SS。感測器輸出佈線SS連接到恆流電源13(恆流電源13_1至13_x之一)並且保持提供有固定量的電流。
這裏，包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的n溝道薄膜電晶體用作選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153，並且光電二極體250的陰極電極連接到重定TFT 153的汲極電極，使得在所謂的反向偏置方向中施加電壓。藉由如下電路可以獲得較少依賴於溫度的輸出，在該電路中反向偏置方向中的電壓被施加到光電二極體250。
接著參考圖1至3描述根據本發明的區域感測器的驅動。
首先，具有物體的圖像資訊的光到達像素12中的光電二極體250。光電二極體250將光強度轉換為電信號。然後，具有光電二極體250生成的圖像資訊的電信號藉由選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153輸出作為圖像信號。
圖3是示出選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153的操作的時序圖。注意，在這裏示出的時序圖中，選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153是n溝道TFT。
首先，連接到重定閘極信號線RG1的在第一線中的像素中的重定TFT 153因輸入到重定閘極信號線RG1的重定信號而處於導通(On)狀態。因此，感測器電源線VB的參考電位被施加到放大TFT 152的閘極電極。
另一方面，連接到感測器閘極信號線SG1的第一線中的像素中的選擇TFT 151因輸入到感測器閘極信號線SG1的感測器信號而處於截止(OFF)狀態。注意，在本說明書中，其中重定TFT 153處於導通狀態的周期被稱為重定周期。
然後，輸入到重定閘極信號線RG1的重定信號的電位改變，並且第一線中的所有像素中的重定TFT 153都截止。因此，感測器電源線VB的參考電位停止向給第一線中的像素中的放大TFT 152的閘極電極提供。注意，在本說明書中，其中重定TFT 153處於截止狀態的周期被稱為採樣周期ST。具體地，其中第一線中的像素中的重定TFT 153處於截止狀態的周期被稱為採樣周期ST1。
在採樣周期ST1中，輸入到感測器閘極信號線SG1的感測器信號的電位改變，由此第一線中的像素中的選擇TFT 151導通。因此，第一線中的像素中的放大TFT 152的源極電極經由選擇TFT 151電氣連接到感測器輸出佈線SS1。
在採樣周期ST1中，當光到達光電二極體250時，電流流過光電二極體250。因此，在重定周期中保持在參考電位的放大器TFT 152的閘極電極的電位根據光電二極體250中生成的電流量而改變。在經由感測器輸出佈線SS1連接到恆流電源13_1的放大TFT 152中，源極電極和汲極電極之間的電位差VGS是固定的，而不管來自光電二極體250的輸出如何；因此，放大TFT 152用作源極跟隨器。
流過光電二極體250的電流量與入射在光電二極體250上的光強度成比例；因此，藉由光電二極體250將光強度轉換為電信號。光電二極體250生成的電信號輸入到放大TFT 152的閘極電極。
這裏，光電二極體250的陰極電極連接到放大TFT 152的閘極電極並且光電二極體250陽極電極連接到公共佈線。因此，在其中重定TFT 153處於導通狀態的周期中，放大TFT 152(其是n溝道TFT)的閘極電極保持在正參考電位。然而，在採樣周期ST1中，放大TFT 152的閘極電極的電位根據到達光電二極體250的光強度而下降。
另一方面，感測器輸出佈線SS連接到恆流電源，由此固定量的電流通過放大TFT 152和選擇TFT 151流到感測器輸出佈線SS。因此，感測器輸出佈線SS的電位改變以使放大TFT 152的源極電極和汲極電極之間的電位差VGS保持固定。具體地，放大TFT 152的源極電極的電位保持在藉由從放大TFT 152的閘極電極的電位中減去VGS而獲得的電位。
以上述方式，接收物體的圖像資訊的光電二極體250引起放大TFT的閘極電極的電位改變，並且該電位改變被作為放大TFT 152的源極電極的電位改變通過處於導通狀態的選擇TFT 151輸出到感測器輸出佈線SS1。
接著，藉由來自重定閘極信號線RG2的重定信號輸入使連接到重定閘極信號線RG2的第二線中的像素中的重定TFT 153截止，由此開始採樣周期ST2。注意，在下一個採樣周期開始之前，藉由來自連接到重定TFT 153的重定閘極信號線RG1的重定信號輸入將第一線中的像素中的重定TFT 153再次置於重定周期中。
在採樣周期ST2中，與採樣周期ST1相似，在光電二極體中生成具有圖像資訊的電信號並且將圖像信號輸入到感測器輸出佈線SS2。
重覆上述操作。當採樣周期STy結束時，一個圖像可被捕捉為圖像信號。在本說明書中，從採樣周期ST1開始到採樣周期STy結束的時間周期被稱為感測器框周期SF。
如上文所述的，當重定TFT 153處於截止狀態並且選擇TFT 151處於導通狀態時，如果光電二極體250將光強度轉換為電信號並且放大TFT 152的閘極電位反映該電信號，則放大TFT 152的閘極電位的改變由放大TFT 152的源極電極電位反映，由此光電二極體250接收的光強度被輸出到感測器輸出佈線SS。因此，放大器電路中包括的電晶體的特性對放大器電路的特性有較大影響。特別地，在其中多個光電二極體和放大器電路被以矩陣佈置的區域感測器中，如果放大器電路的特性變化，則光的強度分佈不能被正確地轉換為電信號。例如，在本實施例中被給出作為示例的放大器電路中，放大TFT 152的Id-VGS特性的一致性(uniformity)是重要的。如果Id-VGS特性變化，則難於正確地向輸出佈線輸出以矩陣佈置的光電二極體250接收的光的強度分佈。
圖4是區域感測器的示例的截面圖。具體地，圖4是包括光電二極體和薄膜電晶體的區域感測器的截面圖，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。參考圖4描述該區域感測器的示例。
首先描述放大器電路中包括的選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153的結構。由於選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153的主要部件具有相同的結構，因此下文主要描述選擇TFT 151。
選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153分別包括閘極電極層111_1、閘極電極層111_2和閘極電極層111_3，它們由與重定閘極信號線RG和感測器閘極信號線SG相同的層形成。閘極電極層111_1、閘極電極層111_2和閘極電極層111_3在基板100上形成。閘極絕緣膜102在閘極電極層111_1、閘極電極層111_2和閘極電極層111_3上形成。
第一氧化物半導體層113_1在閘極絕緣膜102上形成。在閘極電極層111_1上提供源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)，其由與感測器輸出佈線SS和感測器電源線VB相同的層形成，第一氧化物半導體層113_1置於閘極電極層111_1與該源極電極層和汲極電極層之間。源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)被以其在閘極電極層111_1上相互面對的方式設置。
重定TFT 153的源極電極層115b_3藉由在閘極絕緣膜102中提供的接觸孔125直接連接到佈線層111_6。藉由減少連接數目，不僅減少了可能使電阻增加的連接介面的數目，而且減小了接觸孔佔用的面積。注意，儘管未示出，但是佈線層111_6連接到放大TFT 152的閘極電極層111_2。
第一氧化物半導體層113_1設置在相互面對的源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)下面，並且與閘極電極層111_1交疊，而閘極絕緣膜102置於第一氧化物半導體層113_1和閘極電極層111_1之間。換言之，第一氧化物半導體層113_1被設置為與閘極電極層111_1交疊，並且與閘極絕緣膜102的上表面部分和緩衝層114a_1和114b_1的下表面部分接觸。
第一氧化物半導體層由基於In-Ga-Zn-O的非單晶膜形成。基於In-Ga-Zn-O的非單晶膜的組分依賴於其膜形成條件而改變。這裏，使用具有In2O3:Ga2O3:ZnO為1:1:1的組分(金屬元素In、Ga和Zn的組成比是1:1:0.5)的靶。在條件1中，濺射中氬氣的流速(flow rate)是40sccm。在條件2中，濺射中氬氣的流速是10sccm並且氧的流速是5sccm。
在條件1的情況中，藉由電感耦合的電漿質譜法(ICP-MS)測量的氧化物半導體膜的典型組成是InGa0.95Zn0.41O3.33，而在條件2的情況中是InGa0.94Zn0.40O3.31。
在條件1的情況中，藉由盧瑟福背散射光譜分析(RBS)量化的氧化物半導體膜的典型組成是InGa0.93Zn0.44O3.49，而在條件2的情況中是InGa0.92Zn0.45O3.86。
由於基於In-Ga-Zn-O的非單晶膜藉由濺射方法形成並且隨後在200℃至500℃，典型地，在300℃至400℃的溫度，經歷熱處理10至100分鐘，因此在藉由X射線繞射(XRD)分析其晶體結構時觀察到無定形結構。
緩衝層(114a_1和114b_1)與第一氧化物半導體層113_1以及源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)接觸並且設置在第一氧化物半導體層113_1與源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)之間。該緩衝層由第二氧化物半導體膜形成，該第二氧化物半導體膜具有高於第一氧化物半導體膜的導電率。因此，緩衝層(114a_1和114b_1)用作選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153中的源極電極和汲極電極。緩衝層(114a_1和114b_1)具有n型導電性和0.01eV至0.1eV(含)的活化能(ΔE)，並且也可被稱為n+區域。在該緩衝層是包含銦、鎵和鋅的非單晶氧化物半導體層的情況中，在某些情況中該非單晶結構中包括奈米晶體。對於該結構，選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153可以具有改進的熱穩定性並且可以穩定地操作。因此，可以改進放大器電路的功能並且可以使操作穩定。此外，減少了接面洩漏的量，並且可以改進選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153的特性。
在選擇TFT 151中，在第一氧化物半導體層113_1以及源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)上順序提供第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121。對於放大TFT 152和重定TFT 153，也如同放大TFT 152中那樣提供第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121。注意，不是必需提供多個層間絕緣膜並且光電二極體250可以直接在第一層間絕緣膜109上形成。
作為光電轉換元件的示例，光電二極體250在第二層間絕緣膜121上形成。第二層間絕緣膜121上的光電二極體250包括由第三導電層形成的下電極層129和由第四導電層形成的上電極層227。在下電極層129和上電極層227之間，在第二層間絕緣膜121上順序堆疊第一半導體層250a、第二半導體層250b和第三半導體層250c。保護層128覆蓋下電極層129的末端部分。
光電二極體250的下電極層129經由佈線層228連接到公共佈線。光電二極體250的上電極層227通過接觸孔231和126連接到重定TFT 153的源極電極層115b_3並且進一步通過接觸孔125連接到佈線層111_6。儘管未示出，但是佈線層111_6連接到放大TFT 152的閘極電極層111_2。
第三層間絕緣膜221在第二層間絕緣膜121和光電二極體250上形成。接觸孔231和接觸孔232在第三層間絕緣膜221中形成。通過接觸孔232連接第三半導體層250c和上電極層227。通過接觸孔233連接下電極層129和佈線層228。
這裏，pin光電二極體被給出作為示例，其中堆疊p型無定形矽層、具有高電阻的無定形矽層和n型無定形矽層，分別作為第一半導體層250a、第二半導體層250b和第三半導體層250c。注意，具有高電阻的無定形矽層在室溫下在黑暗中具有10-13S/cm至10-7S/cm(含端值)，較佳地，10-12S/cm至10-8S/cm(含端值)的導電率。這裏，具有高電阻的無定形矽層具有10-11S/cm至10-10S/cm(含端值)的導電率。此外，由於光電效應生成的電洞的遷移率低於電子的遷移率，因此當p型半導體層側上的表面用作光接收面時，pin光電二極體具有較好的特性。這裏，接近(approaching)與放大器電路和pin光電二極體相反的基板平面的光被光電二極體250接收並且被轉換為電信號。此外，接近導電類型與光接收面上的半導體層導電類型相反的半導體層的光是干擾光；因此，具有相反導電類型的半導體層上的電極層較佳由光阻擋導電膜形成。注意，n型半導體層側上的表面可替代地用作光接收面。在該情況中，光透射導電膜較佳用作上電極層227，並且光阻擋導電膜較佳用作下電極層129。
因此，可以形成包括作為光電轉換元件的pin光電二極體和具有薄膜電晶體的放大器電路的區域感測器，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。藉由該區域感測器，圖像資訊可被轉換為電信號並且被輸出。
該放大器電路包括具有高的場效應遷移率和小的特性變化的薄膜電晶體，並且因此具有小的特性變化並且佔用小的面積，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。包括該放大器電路的區域感測器能夠高度可再現地將光電二極體接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。此外，由於該放大器電路佔用的面積是小的，因此可以增加光電轉換元件的光接收部分的面積的比例，由此可以輸出具有較少雜訊的電信號。此外，由於包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的薄膜電晶體可以容易地在大的基板上以矩陣佈置，因此可以提供大的區域感測器。
(實施例2)
在本實施例中，參考圖5A至5D和圖6A至6D描述實施例1中描述的圖4中的區域感測器的製造程序的示例。注意，由於參考圖5A至5D和圖6A至6D描述其製造程序的選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153的主要部件具有相同的結構，因此下文主要描述用於形成選擇TFT 151的程序。
在圖5A中，光透射基板用作基板100。可以採用市場上可獲得的硼矽酸鋇玻璃、硼矽酸鋁玻璃、矽酸鋁玻璃等的玻璃基板。例如，包括在組成比上比硼酸(B2O3)更多的氧化鋇(BaO)並且應變點為730℃或更高的玻璃基板是較佳的。這是因為，即使在氧化物半導體層在約700℃的高溫進行熱處理時，該玻璃基板仍未產生應變。
除了玻璃基板之外，還可以使用能夠承受該製造程序中的製程溫度的具有耐熱性的石英基板或塑膠基板等作為光透射基板。特別地，包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的薄膜電晶體可以在相對低的溫度形成；因此，基板應承受的製程溫度是低的。可以提供絕緣膜作為基板100上的基膜。該基膜可以藉由CVD方法或濺射方法等由單層或多層氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜和/或矽氮化物氧化物膜形成。注意，在本實施例中，主要描述如下結構，其中在光透射基板的一個表面上形成的區域感測器檢測自相反表面進入光透射基板並且通過該基板的光。注意，如果使用其中光無需通過基板而直接到達在基板上形成的區域感測器的結構，則該基板不必透射光。
接著，在基板100上整個形成導電膜，該導電膜將作為閘極電極層111、未示出的感測器輸出佈線SS、包括感測器電源線VB的閘極佈線、電容器佈線和端子部分的端子。該導電膜可以利用鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)或銀(Ag)等形成。特別地，該導電膜較佳由低電阻導電材料形成，諸如鋁(Al)或銅(Cu)。然而，由於僅用鋁具有諸如低耐熱性和趨於被腐蝕的問題，因此其與具有高耐熱性的導電材料組合使用以形成導電膜。
對於包括鋁作為第一成分的導電膜，較佳使用向其添加諸如鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)、鈧(Sc)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錳(Mn)、碳(C)或矽(Si)的元素或者其合金材料或化合物的鋁合金。
此外，可以藉由在低電阻導電膜上堆疊由耐熱導電材料形成的導電膜，形成該導電膜。該耐熱導電材料由選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)或鈧(Sc)的元素、其合金、其組合合金或者其氮化物形成。
此外，閘極電極層111可以利用光透射導電膜形成。作為光透射導電膜材料，可以使用氧化銦錫合金(In2O3-SnO2，簡寫為ITO)、包含矽或氧化矽的氧化銦錫、氧化銦鋅或氧化鋅等。
注意，如果與具有高的可見光透射率的包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體一起，對於用於諸如閘極電極層、源極電極層和汲極電極層的其他佈線層使用光透射導電膜，則可以形成光透射薄膜電晶體。如果放大器電路包括光透射薄膜電晶體，則放大器電路與光電轉換元件的光接收部分的交疊並不減小光接收部分的面積；因此，可以形成輸出具有較少雜訊的電信號的區域感測器。此外，可以在不減小光接收部分的面積的情況下使裝置微型化。
藉由濺射方法或者真空蒸發方法以50nm至300nm(含端值)的厚度形成將成為閘極電極層111的導電膜。如果閘極電極層111具有300nm或更小的厚度，則可以防止後面形成的半導體膜和佈線的破裂。如果閘極電極層111具有50nm或更大的厚度，則可以減小閘極電極層111的電阻並且因此可以增加尺寸。
這裏，作為導電膜，藉由濺射方法在基板100的整個表面上堆疊包含鋁作為其第一組分的膜和鈦膜。
接著，在本實施例中藉由使用利用第一光掩模形成的抗蝕劑掩模，藉由蝕刻移除在基板100上形成的導電膜的不需要的部分；因此，形成佈線和電極(包括閘極電極層111的閘極佈線、電容器佈線和端子)。在該點，執行蝕刻以使得至少可以使閘極電極層111的末端部分是錐形的。
注意，在大的基板上形成抗蝕劑掩模時，如果抗蝕劑材料被施加到基板的整個表面，則消耗大量的抗蝕劑材料和大量的顯影劑。因此，較佳的是，按照諸如噴墨方法或印刷方法(用於形成圖案的方法，諸如絲網印刷或膠版印刷)的液滴排放方法按選擇形成抗蝕劑材料膜，並且使其暴露於光以形成抗蝕劑掩模。藉由選擇性地形成抗蝕劑材料膜，可以減少抗蝕劑材料的消耗；因此可以極大地降低成本。此外，可以使用尺寸為1000mm×1200mm、1100mm×1250mm或者1150mm×1300mm的大的基板。
然後形成閘極絕緣膜102。作為可以用作閘極絕緣膜102的絕緣膜，可以給出氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、矽氮化物氧化物膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧化鎂膜、氧化釔膜、氧化鉿膜或氧化鉭膜作為示例。注意，在其中在光透射基板的一個表面上形成的區域感測器檢測自相反表面進入光透射基板並且通過該基板的光的結構的情況中，閘極絕緣膜102應具有光透射屬性。
這裏，氧氮化矽膜意指包含的氧多於氮並且包含濃度範圍分別為55at.%至65at.%、1at.%至20at.%、25at.%至35at.%和0.1at.%至10at.%的氧、氮、矽和氫的膜。此外，矽氮化物氧化物膜意指包含的氮多於氧並且包含濃度範圍分別為15at.%至30at.%、20at.%至35at.%、25at.%至35at.%和15at.%至25at.%的氧、氮、矽和氫的膜。
閘極絕緣膜102可以具有單層結構或者其中堆疊兩個或三個絕緣膜的分層結構。例如，當利用氮化矽膜或矽氮化物氧化物膜形成與基板接觸的閘極絕緣膜102時，基板100和閘極絕緣膜102之間的黏附增加，並且在使用玻璃基板作為基板100的情況中，可以防止來自基板100的雜質擴散到第一氧化物半導體層113，並且可以進一步防止閘極電極層111的氧化。即，可以防止膜剝落，並且可以改進所得到的薄膜電晶體的電氣特性。
閘極絕緣膜102的厚度是50nm至250nm。厚度為50nm或更大的閘極絕緣膜102可以減輕由閘極電極層111導致的不均勻，這是較佳的。
這裏，藉由電漿CVD方法或濺射方法形成100nm厚的氧化矽膜作為閘極絕緣膜102。圖5A示出了在該步驟的截面圖。
接著，藉由使用抗蝕劑掩模蝕刻閘極絕緣膜102，由此形成到達佈線層111_6的接觸孔125，在本實施例中該抗蝕劑掩模是使用第二光掩模形成的。儘管未示出，但是佈線層111_6連接到放大TFT 152的閘極電極層111_2。
然後，在形成氧化物半導體膜之前可以在閘極絕緣膜102上執行電漿處理。這裏，在對閘極絕緣膜102的表面執行其中在引入氧氣和氬氣之後生成電漿的反濺射(reverse sputtering)，由此使暴露的閘極絕緣膜102經受利用氧自由基或氧的處理。因此，移除附於表面的灰塵或雜質。
可以在不暴露於空氣的情況下連續地執行對閘極絕緣膜102的電漿處理以及藉由濺射方法的第一氧化物半導體膜和緩衝層的形成。可以藉由適當地改變引入到腔的氣體或所使用的靶，執行連續的膜形成。不暴露於空氣的情況下的連續的膜形成可以防止雜質進入。在不暴露於空氣的情況下執行連續的膜形成的情況中，較佳使用多腔類型的製造設備。
特別地，較佳連續執行對與第一氧化物半導體膜接觸的閘極絕緣膜102的電漿處理以及不暴露於空氣的情況下的第一氧化物半導體膜的形成。藉由連續的膜形成，可以在不被諸如濕氣的大氣成分或者大氣中存在的污染元素或灰塵污染的情況下，形成堆疊層之間的介面。因此可以減小薄膜電晶體的特性變化。
注意，本說明書中的術語“連續的膜形成”意指在從藉由濺射的第一處理步驟到藉由濺射的第二處理步驟的一系列步驟期間，其中安置待加工基板的氣氛未受諸如空氣的污染氣氛的污染，並且保持被控制為真空或惰性氣體氣氛(氮氣氛或稀有氣體氣氛)。藉由連續的膜形成，可以在沒有濕氣等附於待加工的清潔基板的情況下進行膜形成。注意，連續的膜形成包括諸如反濺射的電漿處理。
在電漿處理之後，在不使閘極絕緣膜暴露於空氣的情況下形成第一氧化物半導體膜。連續的膜形成有效地防止灰塵或濕氣附於閘極絕緣膜102和第一氧化物半導體膜之間的介面。注意，第一氧化物半導體膜可以在其中先前執行反濺射的腔中形成，或者在不同的腔中形成，只要可以在不暴露於空氣的情況下執行膜形成。
這裏，在如下條件下在氬或氧氣氛中形成第一氧化物半導體膜：使用直徑為8英寸的包括In、Ga和Zn(組分比為In2O3: Ga2O3: ZnO=1: 1: 1)的氧化物半導體靶，基板和靶之間的距離被設定為170mm，壓力被設定為0.4Pa，並且直流(DC)電源被設定為0.5kW。注意，脈衝直流(DC)電源是較佳的，這是因為可以減少灰塵並且膜厚度可以是均勻的。第一氧化物半導體膜的厚度被設定為5nm至200nm。本實施例中的第一氧化物半導體膜的厚度為100nm。
在形成第一氧化物半導體膜之後，在不使第一氧化物半導體膜暴露於空氣的情況下在第一氧化物半導體膜上形成緩衝層。至於緩衝層，形成具有高於第一氧化物半導體膜的導電率的第二氧化物半導體膜。第二氧化物半導體膜是在不同於第一氧化物半導體膜的條件下形成的。例如，第一氧化物半導體膜的澱積條件中的氧氣流速與氬氣流速之比被設定為高於第二氧化物半導體膜的。具體地，第二氧化物半導體膜是在稀有氣體(諸如氬或氦)氣氛(或者包括10%或更少的氧和90%或更多的氬的氣體)中形成的，而第一氧化物半導體膜是在氧氣氛(或者氧和氬的混合氣體，其中氧的流速大於氬的流速，其中氬氣流速：氧氣流速=1: 1或更大)中形成的。當第一氧化物半導體膜在包含大量的氧的氣氛中形成時，第一氧化物半導體膜可以具有比第二氧化物半導體層低的導電率。此外，當第一氧化物半導體膜在包含大量的氧的氣氛中形成時，可以降低關斷電流(off current)的量；因而，可以提供具有高的通/斷比(on/off ratio)的薄膜電晶體。
這裏，在如下條件下執行濺射澱積：其中使用8英寸直徑的包括In、Ga和Zn(In2O3: Ga2O3: ZnO的比為1: 1: 1)的氧化物半導體靶，靶和基板之間的距離為170mm，壓力被設定為0.4Pa，並且直流(DC)電源被設定為0.5kW，澱積溫度被設定為室溫，並且氬氣流速被設定為40sccm。因此，形成包含In、Ga、Zn和氧作為成分的半導體膜作為第二氧化物半導體膜。儘管有意地使用In2O3: Ga2O3: ZnO的組成比為1: 1: 1的靶，但是常常形成包括在緊隨膜形成之後具有1nm至10nm尺寸的晶粒的氧化物半導體膜。
注意，藉由適當地調節反應性濺射的澱積條件、靶的組成比、澱積壓力(0.1Pa至2.0Pa)、電功率(250W至3000W: 8英寸Φ)、溫度(室溫至100℃)等，可以控制晶粒的存在或不存在以及晶粒的密度，並且可以將晶粒的直徑調節在1nm至10nm內。第二氧化物半導體膜的厚度被設定為5nm至20nm。不言而喻，在該膜包括晶粒的情況中，晶粒的尺寸不會超過膜厚度。在本實施例中，第二氧化物半導體膜具有5nm的厚度。
然後，執行第三光刻程序。形成抗蝕劑掩模，並且蝕刻第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜。這裏，利用ITO07N(Kanto Chemical Co.,Inc.的產品)執行濕法蝕刻以移除不需要的部分；因此，形成第一氧化物半導體層113和緩衝層114。注意，這裏的蝕刻可以是乾法蝕刻，而不限於濕法蝕刻。
作為用於乾法蝕刻的蝕刻設備，可以使用利用反應性離子蝕刻方法(RIE方法)的蝕刻設備或者利用諸如電子迴旋共振(ECR)或電感耦合電漿(ICP)的高密度電漿源的乾法蝕刻設備。作為與ICP蝕刻設備相比可以在寬廣的區域上獲得均勻的放電的乾法蝕刻設備，存在增強型電容耦合電漿(ECCP)模式設備，其中上電極接地，並且下電極連接到13.56MHz的高頻電源，並且進一步連接到3.2MHz的低頻電源。即使在例如使用長度超過3m的第十代基板的基板時仍可以採用該ECCP模式蝕刻設備。圖5B示出了在該步驟的截面圖。
然後，藉由濺射方法或真空蒸發方法在緩衝層114和閘極絕緣膜102上形成第二導電膜105。作為第二導電膜105的材料，可以使用作為閘極電極層111的材料的示例而給出的材料。此外，在執行處於200℃至600℃的熱處理的情況中，該導電膜較佳具有針對該熱處理的耐熱性。
這裏，第二導電膜105具有三層結構，其中形成Ti膜、包含Nd的鋁膜(Al-Nd膜)堆疊在該Ti膜上，並且在其上堆疊另一Ti膜。替代地，第二導電膜105可以具有兩層結構，其中鈦膜堆疊在包含鋁作為其第一組分的膜上。進一步替代地，第二導電膜105可以具有鈦膜或者包含鋁作為其第一組分的膜(其還包含矽)的單層結構。注意，在形成第二導電膜105時，第二導電膜105通過接觸孔125與佈線層111_6連接。圖5C示出了在該步驟的截面圖。
接著，藉由使用利用第四光掩模形成的抗蝕劑掩模131，蝕刻掉第二導電膜105的不需要的部分，由此形成佈線和電極(信號線、電容器佈線、包括源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)的電極、和端子)(參看圖5D)。此時，可以使用濕法蝕刻或乾法蝕刻。這裏，使用SiCl4、Cl2和BCl3的混合氣體作為反應氣體的乾法蝕刻來蝕刻其中堆疊了Ti膜、Al-Nd膜和Ti膜的導電膜，由此形成源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)。
接著，使用相同的抗蝕劑掩模131蝕刻緩衝層114。這裏，如同導電膜的蝕刻中那樣，執行乾法蝕刻以移除不需要的部分；因此，形成緩衝層114a和114b。注意，此時的蝕刻不限於乾法蝕刻，並且可以是濕法蝕刻。例如，可以使用ITO07N(Kanto Chemical Co.,Inc.的產品)進行濕法蝕刻。此外，儘管依賴於蝕刻條件，但是在緩衝層114的該蝕刻步驟中還部分地蝕刻第一氧化物半導體層113的暴露區域。因此，緩衝層114a和114b之間的第一氧化物半導體層113的溝道區域是如圖5D所示的具有小的厚度的區域。
然後，移除抗蝕劑掩模131。注意，第一氧化物半導體層113_1的暴露區域可以經受電漿處理。藉由該電漿處理，可以修復因蝕刻引起的第一氧化物半導體層113的損傷。該電漿處理較佳在O2或N2O的氣氛中執行，或者較佳在還包含氧的N2、He或Ar氣氛中執行。替代地，Cl2或CF4可被添加到上述氣氛。注意，該電漿處理較佳無偏置地執行。
接著，較佳執行200℃至600℃，典型地300℃至500℃的熱處理。這裏，在氮氣氛或空氣氣氛中在350℃在爐中執行熱處理一小時。該熱處理引起原子層級的形成氧化物半導體膜的基於In-Ga-Zn-O的非單晶膜的重新佈置。由於藉由該熱處理抑制了中斷載流子移動的畸變，因此此時的熱處理(包括光退火)是重要的。注意，對於何時執行該熱處理沒有特別限制，只要該熱處理是在形成第一氧化物半導體膜之後執行；例如，可以在後面形成的保護層128形成之後執行該熱處理。
藉由上述步驟，形成了選擇TFT 151，其中第一氧化物半導體層113_1是溝道形成區域。注意，儘管形成了選擇TFT 151，但是薄膜電晶體(152和153)也藉由相似的方式形成。
然後，形成第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121以覆蓋薄膜電晶體(151、152和153)。可以使用藉由濺射方法等形成的氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜或氧化鉭膜形成第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121。此外，可以使用具有耐熱性的有機材料，諸如丙烯酸、聚醯亞胺、苯並環丁烯、聚醯胺或環氧樹脂。除了該有機材料之外，還可以使用低介電常數材料(低k材料)、基於矽氧烷的樹脂、PSG(磷矽酸鹽玻璃)、BPSG(硼磷矽酸鹽玻璃)等。該基於矽氧烷的樹脂可以包括有機基團(例如，烷基基團和丙稀醛基(acryl)基團)或氟基團(fluoro group)作為取代基。該有機基團可以包括氟代基團。注意，該基於矽氧烷的樹脂是由矽氧烷材料作為起始材料形成的並具有Si-O-Si鍵的樹脂。注意，在其中在光透射基板的一個表面上形成的區域感測器檢測從相反的表面進入光透射基板並且通過該基板的光的結構的情況中，第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121應具有光透射屬性。
用於形成第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121的方法並不限於特定方法，並且依賴於材料可以使用如下方法：濺射方法、SOG方法、旋塗、浸塗、噴塗、液滴排放方法(例如，噴射方法、絲網印刷或膠版印刷)、刮刀(doctor knife)、輥塗機、簾塗機、刀式塗機(knife coater)等。
第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121每一均可以是這些材料的堆疊。注意，第二層間絕緣膜121並不總是必需的，並且光電二極體250可以直接形成在第一層間絕緣膜109上。
然後，藉由第五光掩模在第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121中形成接觸孔126。此外，在烘焙第一層間絕緣膜109或第二層間絕緣膜121的步驟中，還使氧化物半導體層退火(在300℃至400℃)；因此，可以高效地製造區域感測器。圖6A示出了在該步驟的截面圖。
然後，使用與用於閘極電極層111的材料類似的材料形成第三導電膜。使用第六光掩模形成抗蝕劑掩模，並蝕刻掉第三導電膜的不需要的部分；因此，形成了光電二極體的下電極層129和佈線層127。這裏，形成單個鈦層作為第三導電膜，並且隨後使用BCl3和Cl2的混合氣體進行乾法蝕刻。這裏形成了具有約30°的錐角的錐形形狀。注意，藉由抗蝕劑的硬烘焙可以減小該錐角。
然後，形成保護層128。保護層128覆蓋下電極層129的末端部分，以防止用作光電轉換層的半導體層與下電極層129的末端部分接觸。因此，防止了電場集中。這裏，使用第七光掩模和光敏聚醯亞胺形成保護層128，該保護層128具有高的光透射和小的錐角。圖6B示出了在該步驟的截面圖。
然後，順序堆疊第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜。這裏，第一半導體膜是p型半導體層，並且由包含賦予p型導電性的雜質元素的無定形矽膜形成。藉由電漿CVD方法使用包含屬於族13的雜質元素(諸如硼(B))的半導體源氣體形成第一半導體膜。作為半導體源氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。進一步替代地，可以形成不包含雜質元素的無定形矽膜，並且然後，可以藉由擴散方法或離子注入方法將雜質元素添加到該無定形矽膜。在藉由離子注入方法等添加雜質元素之後可以進行加熱等以便於使雜質元素擴散。在該情況中，作為形成該無定形矽膜的方法，可以使用LPCVD方法、氣相澱積方法或濺射方法等。第一半導體膜較佳被形成為具有10nm至50nm(含端值)的厚度。
第二半導體膜是i型半導體層(本質半導體層)，並且由無定形矽膜形成。對於第二半導體膜的形成，藉由電漿CVD方法使用半導體源氣體形成該無定形矽膜。作為半導體源氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。作為形成第二半導體膜的方法，可以替代地使用LPCVD方法、氣相澱積方法或濺射方法等。第二半導體膜較佳被形成為具有200nm至1000nm(含端值)的厚度。
第三半導體膜是n型半導體層，並且由包含賦予n型導電性的雜質元素的無定形矽膜形成。藉由電漿CVD方法使用包含屬於族15的雜質元素(諸如磷(P))的半導體源氣體形成第三半導體膜。作為半導體源氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。此外，替代地，可以形成不包含雜質元素的無定形矽膜，並且然後，可以藉由擴散方法或離子注入方法將雜質元素添加到該無定形矽膜。在藉由離子注入方法等添加雜質元素之後，可以進行加熱等以便於使雜質元素擴散。在該情況中，作為形成該無定形矽膜的方法，可以使用LPCVD方法、氣相澱積方法或濺射方法等。第三半導體膜較佳被形成為具有20nm至200nm(含端值)的厚度。
此外，第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜並不必需由無定形半導體形成，並且它們可以由多晶半導體或半無定形半導體(在下文中被稱為SAS)形成。
注意，SAS意指具有處在無定形結構和結晶結構(包括單晶結構和多晶結構)之間的中間結構的半導體。SAS是具有第三狀態的半導體，該第三狀態在自由能方面是穩定的，並且SAS是具有短程有序和晶格畸變的晶體，並且可以以其0.5nm至20nm的晶粒直徑擴散在非單晶半導體膜中。SAS具有移位到低於520cm-1的波數側的拉曼(Raman)譜，並且藉由X射線繞射觀察到被認為是由Si晶格引起的(111)和(220)的繞射峰。此外，SAS包含至少1原子%的氫或鹵素以終止懸掛鍵。在本說明書中，為簡便起見將該半導體稱為SAS。此外，可以包含諸如氦、氬、氪或氙的稀有氣體元素以進一步促進晶格畸變，由此增強穩定性並且可以獲得具有有利的特性的半無定形半導體。注意，SAS中還包括微晶半導體。可以藉由含矽氣體的輝光放電分解來獲得SAS。作為典型的含矽氣體，還可以使用矽烷(SiH4)和Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。當該含矽氣體用氫或者用其中將選自氦、氬、氪或氙的稀有氣體元素的至少之一添加到氫的氣體稀釋時，可以容易地形成SAS。較佳將該含矽氣體稀釋2倍至1000倍。此外，在將諸如CH4或C2H6的碳化物氣體、諸如GeH4或GeF4的鍺氣體、或F2等混合到該含矽氣體中時，能帶寬度可被調節為1.5eV至2.4eV或者0.9eV至1.1eV。
然後，進行第八光刻程序以形成抗蝕劑掩模。蝕刻掉第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜的不需要的部分，由此形成第一半導體層250a、第二半導體層250b和第三半導體層250c。這裏，使用CF4和Cl2的混合氣體、CF4和O2的混合氣體、或者CHF3和He的混合氣體進行乾法蝕刻，以使得在錐形部分上不留下蝕刻殘留物。
然後，形成第三層間絕緣膜221。第三層間絕緣膜221由絕緣材料形成但是材料或形成方法沒有特別限制。例如，第三層間絕緣膜221可以由用於第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121的材料形成。作為用於形成第三層間絕緣膜221的材料，可以給出基於氧化矽的材料、基於氮化矽的材料、或矽氧烷樹脂等。這裏，使用第九光掩模和光敏聚醯亞胺樹脂形成第三層間絕緣膜221。第三絕緣膜221具有到達下電極層129的接觸孔233、到達第三半導體層250c的接觸孔232和到達佈線層127的接觸孔231。圖6C示出了在該步驟的截面圖。
然後，使用與用於閘極電極層111的材料類似的材料形成第四導電膜。使用第十光掩模形成抗蝕劑掩模，並且蝕刻掉第四導電膜的不需要的部分；因此，形成了光電二極體的上電極層227和佈線層228。上電極層227通過接觸孔232連接到第三半導體層250c，並且通過接觸孔232連接到佈線層127。此外，佈線層228通過接觸孔233連接到下電極層129，並且連接到未示出的公共佈線。這裏，藉由濺射方法堆疊包含鋁作為其主要成分的膜和鈦膜形成第四導電膜。圖6D示出了在該步驟的截面圖。
注意，在大的基板上形成許多區域感測器的情況中，藉由劃分設備切割基板以使區域感測器分離。在大的基板上形成許多線感測器或光感測器的情況中，也切割基板，由此可以分開地使用線感測器或光感測器。
藉由上述方式，可以形成包括作為光電轉換元件的pin光電二極體和具有薄膜電晶體的放大器電路的區域感測器，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
注意，除了上述的其中在光透射基板的一個表面上形成的區域感測器檢測從相反表面進入光透射基板並且通過該基板的光的結構之外，其中光直接到達在基板上形成的區域感測器的結構也在本發明的一個實施例的範圍內。具體地，如果藉由使用光透射導電膜作為第四導電膜形成具有光透射屬性的上電極層227，則可以形成如下區域感測器，其光接收面在第三半導體層250c側上。在該情況中，注意，通過基板並且接近第一半導體層250a的光是干擾光；因此，較佳的是，使用光阻擋導電膜形成下電極層129並且使其延伸以設置在第二層間絕緣膜121和第一半導體層之間。
本實施例中描述的放大器電路包括具有高的場效應遷移率和小的特性變化的薄膜電晶體，並且因此具有小的特性變化且佔用小的面積，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。包括用於光電二極體的該放大器電路的區域感測器能夠高度可再現地將光電二極體接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。此外，由於包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的薄膜電晶體可以容易地在大的基板上以矩陣佈置，因此可以提供大的區域感測器。
(實施例3)
在本實施例中，參考圖7A至7D描述不同於實施例2的區域感測器的實施例的製造程序。在本實施例中，光直接到達在基板上形成的區域感測器。
藉由實施例2中描述的方法，利用四個光掩模在基板上形成包括薄膜電晶體的放大器電路、第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。圖7A示出了在該步驟的截面圖。注意，如果採用光直接到達在基板上形成的區域感測器的結構，則基板100、閘極絕緣膜102、第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121並不總是需要具有光透射屬性。此外，第二層間絕緣膜121並不總是必需的，並且光電二極體251可以直接形成在第一層間絕緣膜109上。
然後，使用抗蝕劑掩模在第一層間絕緣膜和第二層間絕緣膜中形成到達重定TFT 153的源極電極層115b_3的接觸孔126，在本實施例中使用第五光掩模形成該抗蝕劑掩模。
然後，使用與實施例2中描述的用於閘極電極層111的材料類似的材料形成第三導電膜。在本實施例中使用第六光掩模形成抗蝕劑掩模，並且蝕刻掉第三導電膜的不需要的部分；因此，形成了光電二極體的下電極層129。此外，下電極層129通過接觸孔126連接到放大器電路。這裏，單個鈦層被形成作為第三導電膜，並且隨後使用BCl3和Cl2的混合氣體進行乾法蝕刻。圖7B示出了在該步驟的截面圖。
然後，順序堆疊第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜。在本實施例中，第一半導體膜是n型半導體層，並且由包含賦予n型導電性的雜質元素的無定形矽膜形成。藉由電漿CVD方法使用包含屬於族15的雜質元素(諸如磷(P))的半導體源氣體形成第一半導體膜。作為半導體源氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。進一步替代地，可以形成不包含雜質元素的無定形矽膜，並且然後，可以藉由擴散方法或離子注入方法將雜質元素添加到該無定形矽膜。在藉由離子注入方法等添加雜質元素之後可以進行加熱等以便於使雜質元素擴散。在該情況中，作為形成該無定形矽膜的方法，可以使用LPCVD方法、氣相澱積方法或濺射方法等。第一半導體膜較佳被形成為具有20nm至200nm(含端值)的厚度。
第二半導體膜是i型半導體層(本質半導體層)，並且由無定形矽膜形成。對於第二半導體膜的形成，藉由電漿CVD方法使用半導體源氣體形成該無定形矽膜。作為半導體源氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。作為形成第二半導體膜的方法，替代地可以使用LPCVD方法、氣相澱積方法或濺射方法等。第二半導體膜較佳被形成為具有200nm至1000nm(含端值)的厚度。
第三半導體膜是p型半導體層，並且由包含賦予p型導電性的雜質元素的無定形矽膜形成。藉由電漿CVD方法使用包含屬於族13的雜質元素(諸如硼(B))的半導體源氣體形成第三半導體膜。作為半導體源氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。進一步替代地，可以形成不包含雜質元素的無定形矽膜，並且然後，可以藉由擴散方法或離子注入方法將雜質元素添加到該無定形矽膜。在藉由離子注入方法等添加雜質元素之後可以進行加熱等以便於使雜質元素擴散。在該情況中，作為形成該無定形矽膜的方法，可以使用LPCVD方法、氣相澱積方法或濺射方法等。第三半導體膜較佳被形成為具有10nm至50nm(含端值)的厚度。
此外，如實施例2中描述的那樣，作為對無定形半導體的替換，可以利用多晶半導體或半無定形半導體(在下文中被稱為SAS)形成第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜。
然後。進行第七光刻程序以形成抗蝕劑掩模。蝕刻掉第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜的不需要的部分，由此形成第一半導體層251a、第二半導體層251b和第三半導體層251c。這裏，使用CF4和Cl2的混合氣體、CF4和O2的混合氣體或者CHF3和He的混合氣體進行乾法蝕刻，以使得在錐形部分上不留下蝕刻殘留物。
然後，形成第三層間絕緣膜221。第三層間絕緣膜221由絕緣材料形成。這裏，如實施例2中那樣，使用第八光掩模和光敏聚醯亞胺樹脂形成第三層間絕緣膜221。第三絕緣膜221具有到達第三半導體層251c的接觸孔225。圖7C示出了在該步驟的截面圖。
然後，在第三半導體層251c和第三層間絕緣膜221上形成具有光透射屬性的第四導電膜。作為具有光透射屬性的第四導電膜，例如，可以給出包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(在下文中被稱為ITO)、氧化銦鋅或者被添加氧化矽的氧化銦錫的膜。
使用第九光掩模形成抗蝕劑掩模，並且蝕刻掉第四導電膜的不需要的部分；因此，形成了光電二極體的上電極層227。注意，上電極層227連接到公共佈線。圖7D示出了在該步驟的截面圖。
這裏，nip光電二極體被給出作為示例，其中堆疊n型無定形矽層、具有高電阻的無定形矽層和p型無定形矽層，分別作為第一半導體層251a、第二半導體層251b和第三半導體層251c。此外，由於光電效應生成的電洞的遷移率低於電子的遷移率，因此當p型半導體層側上的表面用作光接收面時，nip光電二極體具有較好的特性。這裏，接近其上形成有放大器電路和nip光電二極體的基板平面的光由光電二極體251接收並且被轉換為電信號。此外，接近導電類型與光接收面上的半導體層的導電類型相反的半導體層的光是干擾光；因此，具有相反導電類型的半導體層上的電極層較佳由光阻擋導電膜形成。注意，替代地，可以使用n型半導體層側的表面作為光接收面。
藉由上述方式，可以形成包括作為光電轉換元件的nip光電二極體和具有薄膜電晶體的放大器電路的區域感測器，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
在本實施例中的區域感測器中，上電極層227側上的表面是光電二極體251的光接收面。由於未在上電極層227上堆疊層間絕緣膜等，因此在層之間的介面處入射光的散射量小；因此，光強度未被改變。因此，光電二極體251是高度靈敏的。
儘管在本實施例中描述了其中光在不通過基板的情況下直接到達在基板上形成的區域感測器的結構，但是其中自一個表面進入光透射基板並且通過基板的光到達在該光透射基板的相反表面上形成的區域感測器的結構也在本發明的一個實施例的範圍內。例如，如果藉由使用光透射導電膜作為第三導電膜形成具有光透射屬性的下電極層129，則可以形成其光接收面在第一半導體層251a側上的區域感測器。在該情況中，注意，在不通過基板的情況下直接接近第三半導體層251c的光是干擾光；因此，使用光阻擋導電膜形成上電極層227以阻擋接近第三半導體層251c的干擾光。
該放大器電路包括具有高的場效應遷移率和小的特性變化的薄膜電晶體，並且因此具有小的特性變化並且佔用小的面積，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。包括用於光電二極體的該放大器電路的區域感測器能夠高度可再現地將光電二極體接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。此外，由於包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的薄膜電晶體可以容易地在大的基板上以矩陣佈置，因此可以提供大的區域感測器。
(實施例4)
在本實施例中，參考圖8至圖10描述設有區域感測器的有源矩陣顯示裝置的示例。在設有區域感測器的有源矩陣顯示裝置中，像素被以矩陣佈置。每個像素具有光電轉換元件、顯示元件、放大器電路、和該顯示元件的驅動器電路。該放大器電路和該顯示元件的驅動器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括以包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體為代表的氧化物半導體。注意，在本實施例中，能夠顯示和捕捉全彩圖像的顯示裝置被給出作為示例。
本實施例中的設有區域感測器的顯示裝置可以用作其中顯示元件被以矩陣佈置的顯示裝置。此外，以矩陣佈置的顯示元件還可以用作照明裝置。例如，當設有區域感測器的顯示裝置保持與物體接觸並且顯示元件用作用於照亮(light up)物體的照明裝置時，區域感測器將物體反射的光轉換為電信號；由此，設有區域感測器的顯示裝置可以用作接觸區域感測器。注意，在這裏給出了這樣的示例，其中採用電致發光的有機發光元件被用作顯示元件，但是顯示元件不限於諸如有機發光元件的自發光類型。例如，液晶元件的背光可以用作物體的照明裝置。
注意，在有機發光元件中，藉由將電壓施加到發光元件，電子和電洞分開地自電極對注入到包含發光有機化合物的層中，並且因此電流流動。然後，這些載子(電子和電洞)被複合；因此，使具有發光屬性的有機化合物進入激態。當發光有機化合物從激態返回基態時，其發光。由於該機制，該發光元件被稱為電流激發發光元件。
圖8示出了設有區域感測器的顯示器部分21中包括的源極信號線S1至Sx、電源線V1至Vx、閘極信號線G1至Gy、重定閘極信號線RG1至RGy、感測器閘極信號線SG1至SGy、感測器輸出佈線SS1至SSx、感測器電源線VB、和多個像素22的連接。
在設有區域感測器的顯示器部分21中，多個像素22被以矩陣佈置。每個像素22連接到源極信號線S1至Sx之一、電源線V1至Vx之一、閘極信號線G1至Gy之一、重定閘極信號線RG1至RGy之一、感測器閘極信號線SG1至SGy之一、感測器輸出佈線SS1至SSx之一、以及感測器電源線VB。
感測器輸出佈線SS1至SSx分別連接到恆流電源13_1至13_x。
此外，在被給出作為本實施例的示例的能夠捕捉全彩圖像的區域感測器中，設有區域感測器的顯示器部分21具有R(紅色)、G(綠色)和B(藍色)這些顏色中每種顏色的像素。RGB像素每一個均包括各自顏色的顯示元件和光電轉換元件。作為RGB顏色的顯示元件，例如，可以提供發射RGB光的三種有機發光元件，或者可以提供光白髮的有機發光元件和三種濾色器(color filter)的組合或者藍或藍-綠色光的有機發光元件和螢光體(螢光(phosphorous)顏色轉換層：CCM)的組合。此外，可以使用液晶元件和濾色器。
作為RGB顏色的光電轉換元件，可以採用RGB三種濾色器和光電二極體的組合。這裏，設有以矩陣佈置的光電二極體的基板和設有以矩陣佈置的濾色器的對基板被安置和附連；因此，形成了具有濾色器的光電二極體。該濾色器被佈置為使得光通過濾色器並且到達光電二極體。
在本實施例中被給出作為示例的像素部分包括以矩陣佈置的發射R、G或B光的發光元件。發射紅光的發光元件、發射綠光的發光元件和發射藍光的發光元件相繼照亮物體，並且也被包括在像素中的光電二極體檢測物體反射的光。
圖9示出了像素部分中的光電轉換元件、有機發光元件、放大器電路和顯示元件的驅動器電路的連接的示例，其中放大器電路和顯示元件的驅動器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。源極信號線S是源極信號線S1至Sx之一。電源線V是電源線V1至Vx之一。閘極信號線G是閘極信號線G1至Gy之一。重定閘極信號線RG是重定閘極信號線RG1至RGy之一。感測器閘極信號線SG是感測器閘極信號線SG1至SGy之一。感測器輸出佈線SS是感測器輸出佈線SS1至SSx之一。此外，像素22包括EL驅動TFT 154、開關TFT 155和有機發光元件156。此外，像素22包括用於光電二極體的選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153，以及光電二極體252。注意，圖9中的像素22中提供的電容器157是可選的並且可被省略。
有機發光元件156包括陽極、陰極以及設置在陽極和陰極之間的包含發光材料的層416。這裏，有機發光元件156的陽極(像素電極)連接到EL驅動TFT 154的源極區域，並且有機發光元件156的陰極連接到公共電極。
開關TFT 155的閘極電極連接到閘極信號線G。開關TFT 155的源極電極和汲極電極中的一個連接到源極信號線S，並且另一個連接到EL驅動TFT 154的閘極電極。
EL驅動TFT 154的源極電極和汲極電極中的一個連接到電源線V，並且另一個連接到有機發光元件156。電容器157連接到EL驅動TFT 154的閘極電極和電源線V。
用於光電二極體和放大器電路的選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、光電二極體252、閘極信號線RG、感測器閘極信號線SG、感測器電源線VB、以及感測器輸出佈線SS如實施例1中那樣連接。感測器輸出佈線SS連接到恆流電源13(恆流電源13_1至13_x之一)並且保持提供有固定量的電流。
首先，描述其中將視頻信號輸入到本實施例的設有區域感測器的顯示裝置，以藉由該視頻信號控制有機發光元件，由此設有區域感測器的顯示裝置被驅動為顯示裝置的方法。
這裏，有機發光元件156的陰極所連接到的公共佈線被設定在低電源電位。該低電源電位是當電源線V的高電位作為參考時，低於該高電源電位的電位。作為低電源電位，例如，可以採用GND或0V等。高電源電位和低電源電位之間的電位差被施加到有機發光元件156，使得電流流過有機發光元件156，由此有機發光元件156發射光。因此，電位被設定為使得高電源電位和低電源電位之間的電位差大於或等於有機發光元件156的正向閾值電壓。
在電壓輸入的電壓驅動方法的情況中，視頻信號被輸入到EL驅動TFT 154的閘極，使得EL驅動TFT 154完全導通或者完全截止。即，EL驅動TFT 154操作於線性區。由於EL驅動TFT 154操作於線性區，因此比電源線V的電壓高的電壓被施加到EL驅動TFT 154的閘極。注意，高於或等於電源線電壓和EL驅動TFT 154的Vth之和的電壓被施加到源極信號線S。
在執行類比灰度級驅動而非數位時間灰度級驅動的情況中，藉由改變信號輸入可以使用與圖8相同的像素結構。
在執行類比灰度級驅動的情況中，高於或等於有機發光元件156的正向電壓和EL驅動TFT 154的Vth之和的電壓被施加到EL驅動TFT 154的閘極。有機發光元件156的正向電壓指示獲得期望的亮度的電壓，並且至少包括正向閾值電壓。注意，藉由輸入視頻信號以允許EL驅動TFT 154操作於飽和區，電流可以在有機發光元件156中流動。為了在飽和區中驅動EL驅動TFT 154，電源線V的電位被設定為高於EL驅動TFT 154的閘極電位。在使用類比視頻信號時，根據該視頻信號的電流在有機發光元件156中流動，並且可以執行類比灰度級驅動。
注意，像素結構不限於圖9中示出的結構。例如，可以將開關、電阻器、電容器、電晶體、邏輯電路等添加到圖9中示出的像素。
接著，描述其中將顯示元件用作用於照亮物體的區域感測器的照明裝置的方法。這裏注意，描述了其中連接到像素22的有機發光元件156在光電二極體252的採樣周期中發光的情況。具體地，描述了其中第一線中的像素中的有機發光元件在採樣周期ST1期間發光的情況。注意，所有像素可以在感測器框周期SF期間保持發光。
較佳的是，在顯示元件被驅動作為顯示裝置的情況中或者在顯示元件被驅動作為用於照亮物體的照明裝置的情況中，以矩陣佈置的顯示元件發射具有均勻強度的光。光強度的不均勻性可能引起不均勻的顯示或不均勻的圖像捕捉，這使得高質量的圖像顯示和捕捉是困難的。在本實施例中所給出作為示例的發光元件中，EL驅動TFT 154的Id-VGS特性的均勻性是重要的。如果該特性變化，則不能由以矩陣佈置的有機發光元件156獲得均勻的光發射。
接著，參考圖10中的時序圖描述包括n溝道薄膜電晶體作為選擇TFT 151、放大TFT 152和重定TFT 153的區域感測器捕捉彩色圖像的操作，其中該n溝道薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
首先，在R像素中的有機發光元件發光的同時，採樣周期ST1至採樣周期STy結束。在R像素中的有機發光元件發光的周期中，從採樣周期ST1的開始到採樣周期STy的結束的時間周期被稱為R感測器框周期SFr。在R感測器框周期SFr中，對應於R的圖像信號被獲取到區域感測器中。注意，在R感測器框周期SFr中，G和B像素不發光。換言之，在R感測器框周期SFr中，物體反射被遞送到物體的紅光的一部分，並且光感測器捕捉所反射的光。
然後，在G像素中的有機發光元件發光的同時，採樣周期ST1至採樣周期STy結束。在G像素中的有機發光元件發光的周期中，從採樣周期ST1的開始到採樣周期STy的結束的時間周期被稱為G感測器框周期SFg。在G感測器框周期SFg中，對應於G的圖像信號被獲取到區域感測器中。注意，在G感測器框周期SFg中，R和B像素不發光。換言之，在G感測器框周期SFg中，物體反射被遞送到物體的綠光的一部分，並且光感測器捕捉所反射的光。
然後，在B像素中的有機發光元件發光的同時，採樣周期ST1至採樣周期STy結束。在B像素中的有機發光元件發光的周期中，從採樣周期ST1的開始到採樣周期STy的結束的時間周期被稱為B感測器框周期SFb。在B感測器框周期SFb中，對應於B的圖像信號被獲取到區域感測器中。注意，在B感測器框周期SFb中，R和G像素不發光。換言之，在B感測器框周期SFb中，物體反射被遞送到物體的藍光的一部分，並且光感測器捕捉所反射的光。
包括所有R感測器框周期SFr、G感測器框周期SFg和B感測器框周期SFb的時間周期被稱為感測器框周期SF。區域感測器在感測器框周期SF中捕捉一個彩色圖像作為圖像信號。
此外，在每個採樣周期中，各顏色的像素的有機發光元件保持發光。重要的是，例如，在B感測器框周期SFb的採樣周期ST1中，第一線中的像素當中的B像素的有機發光元件保持發光。類似地，在R、G和B感測器框周期(SFr、SFg和SFb)每一個中，R、G和B像素分別保持發光。
如實施例1那樣，當重定TFT 153處於截止狀態並且選擇TFT 151處於導通狀態時，由光電二極體252轉換為電信號的物體反射光的強度反映在放大TFT 152的閘極電位上。在放大TFT 152中，該閘極電位反映在源極區域的電位上。因此，光電二極體252接收的光的強度被輸出到感測器輸出佈線SS1。因此，用於光電二極體的放大的電晶體應具有均勻的特性。在本實施例中被給出作為示例的放大器電路中，放大TFT 152的Id-VGS特性的均勻性是重要的。如果Id-VGS特性變化，則難於正確地向輸出佈線輸出以矩陣佈置的光電二極體252接收的光的強度分佈。
根據上述方法，在相應的感測器框周期中，光電二極體252可以檢測物體反射的紅光、綠光和藍光的強度分佈。即，使用發光元件的發射顏色可以在顏色上分離物體的圖像。因此，如果發射紅光的發光元件、發射綠光的發光元件和發射藍光的發光元件相繼照亮物體；則不需要製備三種R、G和B光電二極體。因此，在光電二極體的光接收面上形成濾色器的步驟可被省略。
圖11是示出設有區域感測器的顯示裝置的示例的截面圖。具體地，圖11是光電二極體、有機發光元件、放大器電路和顯示元件的驅動器電路的截面圖。放大器電路和顯示元件的驅動器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。參考圖11描述該區域感測器的結構示例。注意，這裏給出的包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的薄膜電晶體的示例具有不同於實施例1的結構。
首先描述選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、EL驅動TFT 154和開關TFT 155的結構。由於選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、EL驅動TFT 154和開關TFT 155的主要部件具有相同的結構，因此下文主要描述選擇TFT 151。
選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、EL驅動TFT 154和開關TFT 155分別包括閘極電極層111_1、閘極電極層111_2、閘極電極層111_3、閘極電極層111_4和閘極電極層111_5，這些閘極電極層由與重定閘極信號線RG、感測器閘極信號線SG和閘極信號線G相同的層形成。閘極電極層111_1、閘極電極層111_2和閘極電極層111_3在基板100上形成。閘極絕緣膜102在閘極電極層111_1、閘極電極層111_2、閘極電極層111_3、閘極電極層111_4和閘極電極層111_5上形成。
在閘極絕緣膜102上形成由與感測器輸出佈線SS、感測器電源線VB、源極信號線S和電源線V相同的層形成的源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)。源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)的末端部分與閘極電極層111_1交疊。
重定TFT 153的源極電極層115b_3通過在閘極絕緣膜102中設置的接觸孔125直接連接到佈線層111_6。藉由減少連接的數目，不僅減少了可能使電阻增加的連接介面的數目，而且減小了接觸孔佔用的面積。注意，儘管未示出，但是佈線層111_6連接到放大TFT 152的閘極電極層111_2。
第一氧化物半導體層113_1設置在相互面對的源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)上，並且與閘極電極層111_1交疊。換言之，第一氧化物半導體層113_1被設置為與閘極電極層111_1交疊，並且與閘極絕緣膜102的上表面部分、緩衝層114a_1和114b_1的上表面部分、以及源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)的側表面部分接觸。
第一氧化物半導體層由實施例1中描述的基於In-Ga-Zn-O的非單晶膜形成。緩衝層(114a_1和114b_1)也與實施例1中描述的第二氧化物半導體層類似。該緩衝層與源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)以及第一氧化物半導體層113_1接觸並且設置在源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)與第一氧化物半導體層113_1之間。該緩衝層具有高於第一氧化物半導體層113_1的導電率。因此，該緩衝層用作選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、EL驅動TFT 154和開關TFT 155中的源極區域和汲極區域。藉由該結構，選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、EL驅動TFT 154和開關TFT 155可以具有改進的熱穩定性並且可以穩定地操作。因此，可以改進放大器電路的功能並且可以使操作穩定。此外，減少了接面洩漏的量並且可以改進選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、EL驅動TFT 154和開關TFT 155的特性。
在選擇TFT 151中，在第一氧化物半導體層113_1以及源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)上順序設置第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121。對於放大TFT 152和重定TFT 153，也如同選擇TFT 151中那樣設置第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121。
在第一層間絕緣膜109和第二層間絕緣膜121中形成接觸孔126和接觸孔136。通過接觸孔126，光電二極體的下電極層129將放大器電路連接到光電二極體252。通過接觸孔136，有機發光元件的像素電極層139將EL驅動元件連接到有機發光元件156。
如實施例3中那樣，在第二層間絕緣膜121上形成光電二極體252，作為光電轉換元件。第二層間絕緣膜121上的光電二極體252包括由第三導電層形成的下電極層129和由第四導電層形成的上電極層237。在下電極層129和上電極層237之間，在第二層間絕緣膜121上順序堆疊第一半導體層252a、第二半導體層252b和第三半導體層252c。
光電二極體252的下電極層129通過接觸孔126連接到重定TFT 153的源極電極層115b_3，並且進一步通過接觸孔125連接到佈線層111_6。儘管未示出，但是佈線層111_6連接到放大TFT 152的閘極電極層111_2。
第三層間絕緣膜221在第二層間絕緣膜121和光電二極體252上形成。在第三層間絕緣膜221中形成接觸孔225。通過接觸孔225連接第三半導體層252c和上電極層237。上電極層237還連接到公共佈線。
這裏，nip光電二極體被給出作為示例，其中堆疊n型無定形矽層、具有高電阻的無定形矽層和p型無定形矽層，分別作為第一半導體層252a、第二半導體層252b和第三半導體層252c。此外，由於光電效應生成的電洞的遷移率低於電子的遷移率，因此當p型半導體層側上的表面用作光接收面時nip光電二極體具有較好的特性。這裏，接近其上形成放大器電路和nip光電二極體的基板平面的光被光電二極體252接收並且被轉換為電信號。此外，接近導電類型與光接收面上的半導體層的導電類型相反的半導體層的光是干擾光；因此，下電極層129較佳由光阻擋導電膜形成。
在其中堆疊p型無定形矽層、具有高電阻的無定形矽層和n型無定形矽層來分別作為第一半導體層252a、第二半導體層252b和第三半導體層252c的pin光電二極體的情況中，如實施例1中那樣，光電二極體252的下電極層129連接到公共佈線，並且光電二極體252的上電極層237連接到重定TFT 153的源極電極層115b_3並且進一步通過接觸孔125連接到佈線層111_6。
此外，在第二層間絕緣膜121上形成顯示元件的像素電極層139。在本實施例中，描述有機發光元件156被給出作為顯示元件的情況。
在像素電極層139的末端部分、第二層間絕緣膜121和光電二極體252上形成第三層間絕緣膜221。覆蓋有機發光元件的像素電極層139的末端部分的第三層間絕緣膜222被稱為堤(bank)，並且隔離相鄰的有機發光元件中的包含發光材料的層416。注意，在本實施例中，描述了堤由與覆蓋光電二極體252的第三層間絕緣膜221相同的材料形成的示例。然而，該堤可由不同於第三層間絕緣膜221的材料形成。替代地，像素電極層139可以在第三層間絕緣膜221上形成，並且顯示元件可以在其上形成。
在第二層間絕緣膜121上的有機發光元件156中，在由第三導電層形成的像素電極層139和由第四導電層形成的上電極層237之間設置包含發光材料的層416。
有機發光元件156的像素電極層139通過接觸孔136連接到EL驅動TFT 154的源極電極層115a_4。此外，在本實施例中，光電二極體的上電極層237還用作有機發光元件156的上電極，並且連接到公共佈線。對基板270(其作為其上以矩陣設置濾色器271的光透射基板)被附連使得濾色器271與對應的光電二極體252交疊。
因此，形成了設有區域感測器的顯示裝置，其包括作為光電轉換元件的nip光電二極體、作為顯示元件的有機發光元件、放大器電路和顯示元件的驅動器電路。該放大器電路和該顯示元件的驅動器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括以包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體為代表的氧化物半導體。在本實施例中被給出作為示例的設有區域感測器的顯示裝置不僅能夠顯示圖像，而且能夠將圖像資訊轉換為電信號並且輸出該電信號。
在上述實施例中，描述了如下結構，其中基板100上設有區域感測器的顯示裝置的發光元件照亮對基板270側的物體，並且該物體反射的光通過對基板270以由區域感測器檢測。注意，本發明的一個實施例還包括如下結構，其中基板100的一個表面上設有區域感測器的顯示裝置的發光元件照亮與該設有區域感測器的顯示裝置相反的基板100側上的物體，並且該物體反射的光通過基板100以由區域感測器檢測。
例如，如果藉由使用光透射導電膜作為第三導電膜形成具有光透射屬性的下電極層129，則可以形成光接收面在第一半導體層251a側上的區域感測器。此外，如果選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、EL驅動TFT 154和開關TFT 155的閘極電極、源極電極和汲極電極由光透射導電膜形成，則可以在這些TFT上形成區域感測器和發光元件而不減小孔徑率(aperture rate)。
注意，在不通過基板的情況下直接接近第三半導體層251c的光是干擾光；因此，利用光阻擋導電膜形成上電極層237以阻擋接近第三半導體層251c的干擾光。
該放大器電路和該顯示元件的驅動器電路包括具有高的場效應遷移率和小的特性變化的薄膜電晶體，並因此具有小的特性變化且佔用小的面積，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
在被給出作為本實施例的示例的設有區域感測器的顯示裝置中，在每個像素中與光電二極體和顯示元件一起提供放大器電路和顯示元件的驅動器電路。因此，設有區域感測器的顯示裝置可以藉由所安裝的顯示元件均勻地照亮物體，並且可以高度可再現地將以矩陣佈置的光電二極體接收的光的強度分佈輸出為電信號。此外，藉由以矩陣佈置的顯示元件可以顯示均勻的圖像。此外，由於包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的薄膜電晶體可以容易地在大的基板上以矩陣佈置，因此可以提供大的區域感測器。
此外，本實施例中的設有區域感測器的顯示裝置包括在顯示表面中以矩陣佈置的光電轉換元件；因此，藉由由諸如雷射指示器293的光學指示裝置指向顯示表面，可以輸入座標資訊。例如，如果設有區域感測器的顯示裝置用作顯示裝置並且還用作諸如電腦或有線電視的能夠雙向通信的設備的輸入裝置；則可以使輸入到光電轉換元件的座標資訊和輸出到顯示元件的座標資訊關聯。此外，由於雷射指示器293是無線裝置並且不必放在桌面或平坦的地方上，因此其可以允許其用戶的較高的姿態或位置的自由度。此外，藉由使用光學指示裝置，有效的演講是可行的，這是因為演講者可以直接指示顯示器，並且指示器可以立刻跟隨演講者的移動。此外，如果使用發射不同波長的光的多個雷射指示器293，則藉由一個設有區域感測器的顯示裝置進行多個操作是可行的。
(實施例5)
在本實施例中，參考圖12A至12D、圖13A至13D和圖14A和14B描述用於圖11中示出並在實施例4中描述的設有區域感測器的顯示裝置的製造程序的示例。注意，由於參考圖12A至12D、圖13A至13D和圖14A和14B描述了其製造程序的選擇TFT 151、放大TFT 152、重定TFT 153、EL驅動TFT 154和開關TFT 155的主要部件具有相同的結構，因此下文主要描述用於形成選擇TFT 151的程序。
可以使用與實施例2中的基板類似的基板作為本實施例中的基板100。可以形成絕緣膜作為基膜。注意，在本實施例中，主要描述了如下結構，其中基板上設有區域感測器的顯示裝置的發光元件照亮對基板270側上的物體，並且該物體反射的光通過對基板270以由區域感測器檢測。
藉由與實施例2中類似的方法在基板100上整個形成導電膜，該導電膜將作為閘極電極層111、感測器輸出佈線SS(未示出)、包括感測器電源線VB的閘極佈線、電容器佈線和端子部分的端子。這裏，將作為閘極電極層111的導電膜包括藉由濺射方法堆疊的包含鋁作為其第一成分的膜和鈦膜。接著，在本實施例中藉由使用利用第一光掩模形成的抗蝕劑掩模，藉由蝕刻移除在基板100上形成的導電膜的不需要的部分；因此，形成佈線和電極(包括閘極電極層111的閘極佈線、電容器佈線和端子)。此時，執行蝕刻，以使得至少使閘極電極層111的末端部分是錐形的。
如實施例2中那樣，形成本實施例中的閘極絕緣膜102。這裏藉由電漿CVD方法或濺射方法形成100nm厚的氧化矽膜作為閘極絕緣膜102。
接著，藉由使用抗蝕劑掩模蝕刻閘極絕緣膜102，由此形成到達佈線層111_6的接觸孔125，在本實施例中該抗蝕劑掩模是使用第二光掩模形成的。注意，佈線層111_6連接到閘極電極層111_2。圖12A示出了在該步驟的截面圖。
然後，藉由濺射方法或真空蒸發方法在閘極絕緣膜102上形成導電膜105。將用做佈線和電極的導電膜105由與實施例2中的材料類似的導電材料形成。將作為源極電極層和汲極電極層的導電膜105的厚度較佳是50nm至500nm(含端值)。導電膜的厚度為500nm或更小對於防止後面形成的半導體膜和佈線的破裂是有效的。這裏，導電膜105具有三層結構，其中形成Ti膜，包括Nd的鋁膜(即Al-Nd膜)堆疊在該Ti膜上，並且在該Al-Nd膜上堆疊另一Ti膜。注意，在第二導電膜105的形成中，第二導電膜105通過接觸孔125與佈線層111_6接觸。
然後形成緩衝層。使用具有比第一氧化物半導體膜高的導電率的第二氧化物半導體膜104形成該緩衝層。較佳在導電膜105形成之後，在不使導電膜105暴露於空氣的情況下連續形成將作為緩衝層的第二氧化物半導體膜104。藉由連續的膜形成，可以防止在導電膜和第二氧化物半導體膜104之間的介面被空氣污染。注意，第二氧化物半導體膜104可以藉由與實施例2中採用的方法類似的方法形成。圖12B示出了在該步驟的截面圖。
然後，在本實施例中使用第三光掩模在第二氧化物半導體膜104上形成抗蝕劑掩模131。利用抗蝕劑掩模131蝕刻掉第二氧化物半導體膜104的不需要的部分，以形成緩衝層(114a_1和114b_1)(見圖12C)。此時，可以採用乾法蝕刻或濕法蝕刻。這裏，利用ITO07N(Kanto Chemical Co.,Inc.的產品)進行濕法蝕刻以形成緩衝層(114a_1和114b_1)。
然後，利用用於形成緩衝層(114a_1和114b_1)的抗蝕劑掩模131，蝕刻掉導電膜105的不需要的部分，以形成第一電極層以及源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)。這裏，採用利用SiCl4、Cl2和BCl3的混合氣體作為反應氣體的乾法蝕刻，來蝕刻其中順序堆疊Al膜和Ti膜的導電膜；因此，形成源極電極層和汲極電極層(115a_1和115b_1)。注意，這裏的蝕刻可以是濕法蝕刻，而不限於乾法蝕刻。圖12C示出了在該步驟的截面圖。
在移除抗蝕劑掩模131之後，在形成氧化物半導體膜103之前可以對緩衝層(114a_1和114b_1)和閘極絕緣膜102執行電漿處理。這裏執行其中在引入氧氣和氬氣之後生成電漿的反濺射，由此使暴露的閘極絕緣膜經受使用氧自由基或氧的處理。因此，移除了附於表面的灰塵或雜質。
在該電漿處理之後，在不暴露於空氣的情況下形成包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體膜103。在不暴露於空氣的情況下形成氧化物半導體膜103是有效的，因為這可以防止灰塵或雜質附於在緩衝層(114a_1和114b_1)和氧化物半導體膜103之間的介面或者在閘極絕緣膜102和氧化物半導體膜103之間的介面。注意，氧化物半導體膜103可以在其中先前執行反濺射的腔中形成或者在不同的腔中形成，只要可以在不暴露於空氣的情況下執行膜形成。
這裏，藉由與實施例2中的方式類似的方式，利用直徑為8英寸的且包括In、Ga和Zn(組分比為In2O3: Ga2O3: ZnO=1: 1: 1)的氧化物半導體靶形成第一氧化物半導體膜103。圖12D示出了在該步驟的截面圖。
接著，藉由使用抗蝕劑掩模132，蝕刻掉第一氧化物半導體膜103和緩衝層(114a_1和114b_1)的不需要的部分，該抗蝕劑掩模132是使用第四光掩模形成的。這裏使用ITO07N(Kanto Chemical Co.,Inc.的產品)執行濕法蝕刻以移除不需要的部分。第一氧化物半導體膜103和緩衝層(114a_1和114b_1)的蝕刻可以是乾法蝕刻，而不限於濕法蝕刻。圖13A示出了在該步驟的截面圖。
然後，如實施例2中那樣，在移除抗蝕劑掩模132之後，對第一氧化物半導體層113執行電漿處理。藉由該電漿處理，可以修復第一氧化物半導體層113的損傷。
接著，如實施例1中那樣，較佳執行在200℃至600℃，典型地在300℃至500℃的熱處理。注意，對於何時執行該熱處理沒有特別限制，只要該熱處理是在形成氧化物半導體膜之後執行；例如，可以在後面形成的像素電極層139的形成之後執行該熱處理。
藉由上述步驟，形成了選擇TFT 151，其中第一氧化物半導體層113_1是溝道形成區域。注意，儘管形成選擇TFT 151，但是薄膜電晶體(152、153、154和155)也藉由類似的方式形成。
然後，如實施例2中那樣，形成覆蓋薄膜電晶體(152、153、154和155)的第一層間絕緣膜109和在第一層間絕緣膜109上的第二層間絕緣膜121。此外，如果在烘焙第二層間絕緣膜121的步驟中氧化物半導體層還經受熱處理(在300℃至400℃)，則可以高效地製造區域感測器。
然後，通過使用抗蝕劑掩模在第一層間絕緣膜和第二層間絕緣膜中形成接觸孔126和136，在本實施例中該抗蝕劑掩模是使用第五光掩模形成的。接觸孔126到達重定TFT 153的源極電極層115b_3並且接觸孔136到達EL驅動TFT 154的源極電極層115b_4。圖13B示出了在該步驟的截面圖。
然後，形成將作為光電二極體的下電極層129和顯示元件的像素電極層139的第三導電膜。該第三導電膜可由與實施例2中描述的閘極電極層111的材料類似的材料形成。在顯示元件的像素電極層139用作有機發光元件的陽極的情況中，具有高的功函數的導電膜較佳作為第三導電膜。在像素電極層139用作有機發光元件的陰極的情況中，具有低的功函數的導電膜較佳作為第三導電膜。光電二極體的下電極層129通過接觸孔126連接到放大器電路。顯示元件的像素電極層139通過接觸孔136連接到EL驅動TFT 154的源極電極層115a_4。
在形成第三導電膜之後，在本實施例中使用第六光掩模形成抗蝕劑掩模，並且蝕刻掉第三導電膜的不需要的部分；因此，形成光電二極體的下電極層129和顯示元件的像素電極層139。這裏，單個鈦層被形成作為第三導電膜，並且隨後使用BCl3和Cl2的混合氣體進行乾法蝕刻。
然後，在光電二極體的下電極層129上順序堆疊第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜。如實施例3中那樣，第一半導體膜是n型半導體層，並且由包含賦予n型導電性的雜質元素的無定形矽膜形成；第二半導體膜是i型半導體層(本質半導體層)，並且由無定形矽膜形成；而第三半導體膜是p型半導體層，並且由包含賦予p型導電性的雜質元素的無定形矽膜形成。
此外，如實施例2中那樣，作為對無定形半導體的替換，可以使用多晶半導體或半無定形半導體(在下文中被稱為SAS)形成第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜。
然後，進行第七光刻程序以形成抗蝕劑掩模。蝕刻掉第一半導體膜、第二半導體膜和第三半導體膜的不需要的部分，由此形成第一半導體層252a、第二半導體層252b和第三半導體層252c。這裏，利用CF4和Cl2的混合氣體、CF4和O2的混合氣體或者CHF3和He的混合氣體進行乾法蝕刻，以使得在錐形部分上不留下蝕刻殘留物。圖13C示出了在該步驟的截面圖。
然後，形成第三層間絕緣膜221。第三層間絕緣膜221由絕緣材料形成。如果第三層間絕緣膜221還用作隔離相鄰的有機發光元件中包含發光材料的層416的堤，則形成開口，由此第三層間絕緣膜221在該開口處具有錐形末端部分。這裏，使用第八光掩模和光敏聚醯亞胺樹脂或正性光敏丙烯酸樹脂形成第三層間絕緣膜221。注意，諸如第三層間絕緣膜221的元件或部件中的空間中剩餘的濕氣、氧和其他雜質顯著地影響有機發光元件的可靠性。例如，在第三層間絕緣膜221由高分子化合物形成的情況中，需在高溫下執行熱處理以使第三層間絕緣膜221完全硬化，由此使得在使用發光元件時雜質不會沈澱。此外，在形成包含發光材料的層416之前還需對基板執行熱處理，以移除盡可能多的雜質。圖13D示出了在該步驟的截面圖。
然後，形成有機發光元件156。在像素電極層139上形成包含發光材料的層416，並且在包含發光材料的層416上形成將作為上電極層237的導電膜。
包含發光材料的層416可以是單層或多層的堆疊。當包含發光材料的層416是多層的堆疊時，順序堆疊陽極層、電洞注入層、電洞輸運層、發光層、電子輸運層、電子注入層和陰極層，以使得彼此接觸。注意，不必形成所有這些層。這裏，像素電極層139用作陽極，並且順序堆疊電洞注入層、電洞輸運層、發光層、電子輸運層、電子注入層和陰極層。
電洞注入層是具有協助將電洞從用作陽極的電極注入到電洞輸運層的功能的層。注意，電洞注入層並不總是必需的。對形成電洞注入層的物質沒有特別限制，並且可以使用諸如氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鎢、氧化錳、氧化錸或氧化釕的金屬氧化物。替代地，可以使用酞菁(H2Pc)或者諸如銅酞菁(CuPc)等的酞菁化合物。替代地，也可以使用如上文提及的用於形成電洞輸運層的任何物質。進一步替代地，可以使用諸如聚乙撐二氧噻吩(poly(ethylenedioxythiophene))和聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT/PSS)的混合物的高分子複合物。
仍然替代地，對於電洞注入層，可以使用藉由組合有機化合物和電子受主(acceptor)而形成的複合材料。由於藉由電子受主在有機化合物中生成電洞，因此該複合材料的電洞注入屬性和電洞輸運屬性是優越的。在該情況中，有機化合物較佳是輸運所生成的電洞方面優異的材料。具體地，例如，可以使用用於形成電洞輸運層的前述物質(例如，基於芳香胺的化合物)。作為電子受主，可以使用對有機化合物具有電子接受屬性的物質。具體地，過渡金屬氧化物是較佳的，並且其示例包括氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鎢、氧化錳、氧化錸和氧化釕。還可以使用諸如氯化鐵(III)或氯化鋁(III)的路易斯酸(Lewis acid)。替代地，也可以使用諸如7,7,8,8-四氰-2,3,5,6-四氟二甲基苯醌(F4-TCNQ)的有機化合物。注意，電洞注入層可以具有其中堆疊兩個或更多的層的多層結構。此外，電洞注入層也可以藉由混合兩種或更多種物質形成。
電洞輸運層是具有將自陽極注入的電洞輸運到發光層的功能的層。設置該電洞輸運層以保持陽極遠離發光層；因此，可以防止因金屬導致的光猝熄。注意，電洞輸運層並不總是必需的。
儘管對形成電洞輸運層的物質沒有特別限制，但是典型地可以使用任何如下物質：芳香胺化合物，諸如4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯胺基]聯苯(NPB)、4,4'-雙[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基]聯苯(TPD)、4,4'-雙[N-(9,9-二甲基芴-2-基)-N-苯胺基]聯苯(DFLDPBi)、4,4',4"-三(N,N-二苯胺基)三苯胺(TDATA)、4,4',4"-三[(N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基]三苯胺(m-MTDATA)，和高分子化合物，諸如聚(4-乙烯基三苯胺)(PVTPA)。
注意，電洞輸運層可以具有堆疊兩個或更多的層的多層結構。此外，電洞輸運層也可以藉由混合兩種或更多種物質形成。
發光層包含發光物質。該發光層較佳是混合層，其中具有高於發光物質的激發能的物質用作分散介質(即，主體(host))，並且發光物質用作被分散質(即，客體(guest))。這裏，發射螢光或磷光的有機化合物用作發光物質，並且電洞輸運有機化合物和電子輸運有機化合物的混合材料用作主體。
電子輸運層是具有將自陰極注入的電子輸運到發光層的功能的層。設置該電子輸運層以保持陰極遠離發光層；因此，可以防止因金屬導致的光猝熄。注意，電子輸運層並不總是必需的。
儘管對形成電子輸運層的物質沒有特別限制，但是典型地可以使用任何如下物質：諸如三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(Almq3)、雙(10-羥基苯並[h]喹啉)鈹(BeBq2)、雙(2-甲基-8-羥基喹啉)(4-羧基聯苯)鋁(bis(2-methyl-8-quinolinolato)(4-phenylphenolato)aluminum,BAlq)、雙[2-(2-羧基苯基)苯並噁唑]鋅(bis[2-(hydroxyphenyl)benzoxazolato]zinc,ZnBOX)和雙[2-(2-羧基苯基)苯並噻唑]鋅(bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzothiazolato]zinc,Zn(BTZ)2)的金屬絡合物。此外，還可以使用諸如2-(4-聯苯基)-5-(4-叔-丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole,PBD)、1,3-雙[5-(p-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(1,3-bis[5-(p-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol-2-yl]benzene,OXD-7)、3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-聯苯基)-1,2,4-三唑(3-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole,TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-聯苯基)-1,2,4-三唑(3-(4-tert-butylphenyl)-4-(ethylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole,p-EtTAZ)、紅菲咯啉(bathophenanthroline，BPhen)、浴銅靈(BCP)或者4,4'-雙(5-甲基苯並噁唑-2-基)芪(4,4’-bis(5-methylbenzoxazol-2-yl)stilbene,BzOs)的芳香雜環化合物。此外，還可以使用諸如聚(2,5-吡啶-二基)(poly(2,5-pyridine-diyl),PPy)的高分子化合物。注意，電子輸運層可以具有其中堆疊兩個或更多的層的多層結構。此外，電子輸運層也可以藉由混合兩種或更多種物質形成。
電子注入層是具有協助將電子從用作陰極的電極注入到電洞輸運層的功能的層。注意，電子注入層並不總是必需的。
對形成電子注入層的物質沒有特別限制，並且可以使用諸如氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)、氟化鈣(CaF2)或氧化鋰的鹼金屬化合物或鹼土金屬化合物。替代地，可以使用諸如氟化鉺(ErF3)的稀土金屬化合物。此外，可以使用可以形成電子輸運層的任何上述物質。
替代地，對於電子注入層，可以使用藉由組合有機化合物和電子施主而形成的複合材料。由於藉由電子施主在有機化合物中生成電子，因此該複合材料在電子注入屬性和電子輸運屬性方面是優越的。在該情況中，有機化合物較佳是在輸運所生成的電子方面優異的材料。具體地，例如，可以使用前述的用於形成電子輸運層的材料(例如，金屬絡合物或芳香雜環化合物)。作為電子施主，可以使用呈現對有機化合物的電子供給屬性的物質。具體地，鹼金屬、鹼土金屬和稀土金屬是較佳的。給出了鋰、銫、鎂、鈣、鉺和鐿作為示例。此外，鹼金屬氧化物或鹼土金屬氧化物是較佳的，並且給出了氧化鋰、氧化鈣、氧化鋇等。替代地，也可以使用諸如氧化鎂的路易斯酸。進一步替代地，可以使用諸如四硫富瓦烯(TTF)的有機化合物。
有機發光元件的包含發光材料的層416包括一個或多個上述層，並且藉由諸如氣相澱積方法、噴墨方法或塗敷方法(application method)形成。這裏，採用陰影掩模(shadow mask)方法以使得形成三種包含發光材料的層416。發射RGB光的三種有機發光元件被以矩陣佈置。
然後，形成將作為光電二極體和有機發光元件的上電極層237的第四導電膜。這裏，光電二極體252接收來自上電極側的光，並且有機發光元件156向下電極層側發射光；因此，形成光透射導電膜作為第四導電膜。作為光透射導電膜，作為示例，可以給出包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(在下文中被稱為ITO)、氧化銦鋅、或者被添加氧化矽的氧化銦錫的膜。
使用第九光掩模形成抗蝕劑掩模，並且蝕刻掉第四導電膜的不需要的部分；因此，形成了光電二極體251和有機發光元件156的上電極層237。這裏，藉由濺射方法形成氧化銦錫膜，作為第四導電膜。注意，上電極層237連接到公共佈線。圖14A示出了在該步驟的截面圖。
然後製備對基板270，對基板270是光透射基板，濾色器271以矩陣設置在該對基板270上為。對基板270和設有TFT、光電二極體252和有機發光元件156的基板被安置為使得濾色器271與對應的光電二極體252交疊，然後，藉由密封劑使基板相互附連。圖14B示出了在該步驟的截面圖。
因此，可以獲得設有區域感測器的顯示裝置，其包括作為光電轉換元件的nip光電二極體、作為顯示元件的有機發光元件、放大器電路和該顯示元件的驅動器電路。該放大器電路和該顯示元件的驅動器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。
在本實施例中的區域感測器中，有機發光元件156向上電極層237側發射光。由於層間絕緣膜等未堆疊在上電極層237上，因此層之間的介面處的顯示光的散射量是小的；因此，光強度未被改變。因此，可以有效地取出來自有機發光元件156的顯示光。
該放大器電路和該顯示元件的驅動器電路包括具有高的場效應遷移率和小的特性變化的薄膜電晶體，並且因此具有小的特性變化並且佔用小的面積，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。包括用於光電二極體的該放大器電路的區域感測器能夠高度可再現地將光電二極體接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號。此外，其中驅動器電路用於發光元件的顯示裝置能夠高質量地顯示圖像而沒有顯示不均勻，並且可以均勻地照亮物體。
(實施例6)
在本實施例中，參考圖15描述設有區域感測器的有源矩陣顯示裝置的示例，該示例不同於實施例4中的示例。在設有區域感測器的有源矩陣顯示裝置中，像素被以矩陣佈置。每個像素具有光電轉換元件、顯示元件、放大器電路和該顯示元件的驅動器電路。該放大器電路和該顯示元件的驅動器電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括以包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體為代表的氧化物半導體。注意，在本實施例中，能夠顯示和捕捉全彩圖像的顯示裝置被給出作為示例。
本實施例中的設有區域感測器的顯示裝置可以用作其中顯示元件被以矩陣佈置的顯示裝置。此外，設有區域感測器的顯示裝置還可以用作接觸區域感測器，該接觸區域感測器能夠使用散射光檢測觸摸該設有區域感測器的顯示裝置的物體(諸如手指)的表面粗糙度。注意，不限於這裏給出的採用透射液晶元件作為顯示元件的示例。
圖15是示出設有區域感測器的顯示裝置的示例的截面圖。具體地，圖15是光電二極體250、透射液晶元件158、放大器電路281和液晶元件的驅動器電路285的截面圖。放大器電路281和液晶元件的驅動器電路285包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。注意，放大器電路281和液晶元件的驅動器電路285包括結構與實施例4中描述的結構相同的薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。此外，光電二極體250是結構與實施例1中描述的結構相同的pin光電二極體。
在本實施例中給出作為示例的薄膜電晶體具有與實施例4中的薄膜電晶體相同的結構。直到第一層間絕緣膜109的形成的步驟與實施例5中描述的步驟類似。這裏，第二層間絕緣膜121還用作濾色器。
液晶元件158的像素電極層139和pin光電二極體250的下電極層129在第二層間絕緣膜121上由光透射導電膜形成。作為光透射導電膜材料，可以使用氧化銦錫合金(In2O3-SnO2，簡寫為ITO)、包含矽或氧化矽的氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅等。液晶元件158包括像素電極層139、對準膜261、包含液晶的層、對準膜276和相對電極層275。
此外，如實施例1那樣，在下電極層129上形成pin光電二極體250。這裏，pin光電二極體被給出作為示例，其中堆疊p型無定形矽層、具有高電阻的無定形矽層和n型無定形矽層，分別作為第一半導體層250a、第二半導體層250b和第三半導體層250c。此外，由於光電效應生成的電洞的遷移率低於電子的遷移率，因此當p型半導體層側上的平面用作光接收面時pin光電二極體具有較好的特性。這裏，主要描述如下結構，其中在光透射基板的一個表面上形成的區域感測器檢測自相反表面進入光透射基板並且通過該基板的光。此外，接近導電類型與光接收面上的半導體層的導電類型相反的半導體層的光是干擾光；因此，具有相反導電類型的半導體層上的電極層較佳由光阻擋導電膜形成。注意，n型半導體層側上的表面可替代地用作光接收面。
在本實施例中，在設有區域感測器的顯示裝置的顯示表面上，設置光導板290和諸如LED的光源291。自末端部分進入光導板的光通過空氣和光導板之間的介面處的重覆的全反射在光導板中傳播。當諸如手指的物體292觸摸光導板的表面時，光在該部分處不規則地反射並且洩漏到區域感測器側。區域感測器接收散射光，並且接觸部分的位置資訊和物體的表面特徵可被輸出作為電信號。
因此，可以獲得設有區域感測器的顯示裝置，其包括作為光電轉換元件的pin光電二極體、作為顯示元件的透射液晶元件、放大器電路和該顯示元件的開關電路。該放大器電路和該顯示元件的開關電路包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。該設有區域感測器的顯示裝置能夠將圖像資訊轉換為電信號並且輸出該電信號。
該放大器電路和該顯示元件的驅動器電路包括具有高的場效應遷移率和小的特性變化的薄膜電晶體，並且因此具有小的特性變化並且佔用小的面積，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體。其中該放大器電路、光電二極體、顯示元件的驅動器電路和顯示元件被以矩陣佈置的設有區域感測器的顯示裝置不僅能夠高度可再現地將光電二極體接收的光的強度分佈轉換為電信號並且輸出該電信號，還能夠用作具有較少故障的光學觸摸螢幕。此外，該設有區域感測器的顯示裝置可以用作能夠顯示圖像而沒有不均勻的顯示裝置。此外，由於包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體的薄膜電晶體可以容易地佈置在大的基板上，因此可以提供大的設有區域感測器的顯示裝置。
(實施例7)
根據本發明的設有區域感測器的顯示裝置可以應用於電子紙(electronic paper)。電子紙可用於顯示資訊的多種領域的任何電子器具。例如，電子紙可用於電子書閱讀器(e-book reader)、數位記事本等。圖16中示出了該電子器具的示例。
圖16示出了電子書閱讀器2700的示例。例如，電子書閱讀器2700包括兩個殼體2701和2703。殼體2701和2703與鉸鏈2711組合，由此電子書閱讀器2700可以沿鉸鏈2711打開和閉合。藉由該結構，可以如同紙質書那般操縱電子書閱讀器2700。
顯示部分2705併入殼體2701中，而顯示部分2707併入殼體2703。顯示部分2705和顯示部分2707可以顯示一個圖像，或者可以顯示不同圖像。在顯示部分2705和顯示部分2707上顯示不同圖像的結構中，例如，右顯示部分(圖16中的顯示部分2705)可以顯示文本並且左顯示部分(圖16中的顯示部分2707)可以顯示圖像。
圖16示出了殼體2701設有操作部分等的示例。例如，殼體2701設有電源開關2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。藉由操作鍵2723可以翻頁。注意，在與殼體的顯示部分相同的平面上可以設置鍵盤、指示裝置等。此外，殼體的後表面或側表面可以設有外部連接端子(耳機端子、USB端子、可以與諸如AC適配器或USB線纜的多種線纜連接的端子等)或儲存媒體插入部分等。此外，電子書閱讀器2700可以具有電子詞典的功能。
此外，電子書閱讀器2700可以無線發送和接收資訊。可以無線地購買或者從電子書伺服器下載期望的書資料。
具有設有區域感測器的顯示裝置的電子書閱讀器不僅能夠高質量地顯示圖像而沒有不均勻，而且能夠使用區域感測器作注釋。可以藉由用手指或者在其尖端上具有光源的諸如筆或針的指示器觸摸設有區域感測器的顯示裝置，來藉由手寫輸入資料。
(實施例8)
根據本發明的半導體裝置可以應用於多種電子器具(包括遊戲機)。電子器具的示例是電視機(也被稱為電視或電視接收機)、電腦等的監視器、諸如數位照相機或數位視頻照相機的照相機、數位相框、行動電話(也被稱為移動電話或移動電話機)、攜帶型遊戲控制臺、攜帶型資訊終端、音頻重播裝置、諸如彈球盤機的大尺寸遊戲機等。
圖17A示出了電視裝置9600的示例。顯示部分9603併入電視裝置9600的殼體9601中。顯示部分9603可以顯示圖像。這裏，殼體9601由支架9605支撐。
藉由殼體9601或分立的遙控器9610的操作開關可以操作電視裝置9600。藉由遙控器9610的操作鍵9609可以控制頻道和音量，並且可以控制顯示部分9603上顯示的圖像。此外，遙控器9610可以具有顯示部分9607，自遙控器9610發出的資訊顯示在該顯示部分9607上。
注意，電視裝置9600設有接收機、數據機等。藉由接收機可以接收通常的電視廣播。此外，當顯示裝置經由數據機有線或無線地運接到通信網路時，可以執行單向(從發送器到接收機)或雙向(例如，發送器和接收機之間或者接收機之間)資訊通信。
具有設有區域感測器的顯示裝置的電視裝置不僅能夠高質量地顯示圖像而沒有不均勻，而且能夠使用區域感測器用於雙向通信。藉由安裝在遙控器上的雷射指示器等指向設有區域感測器的顯示裝置並且選擇所顯示的圖像，可以從遠處輸入資料。
圖17B示出了數位相框9700的示例。例如，顯示部分9703併入數位相框9700的殼體9701中。顯示部分9703可以顯示多種圖像。例如，顯示部分9703顯示藉由數位照相機等獲取的圖像資料，由此數位相框可以藉由與通常的畫框相同的方式發揮作用。
注意，數位相框9700設有操作部分、外部連接端子(諸如USB端子或者可以連接到包括USB線纜的多種線纜的端子)、儲存媒體插入部分等。它們可以併入在與顯示部分相同的平面上；然而，它們較佳設置在顯示部分的側表面或後表面上以改進設計。例如，包括藉由數位照相機獲取的圖像資料的記憶體被插入到數位相框的儲存媒體插入部分中，並且圖像資料被導入。然後，導入的圖像資料可以顯示在顯示部分9703上。
數位相框9700可以無線地發送和接收資訊。經由無線通信，可以無線地將期望的圖像資料導入到數位相框9700中並且顯示該圖像。
具有設有區域感測器的顯示裝置的數位相框能夠高質量地顯示圖像而沒有不均勻。此外，可以使用區域感測器選擇所顯示圖像的一部分。例如，可以藉由雷射指示器等圈住設有區域感測器的顯示裝置上顯示的圖像的一部分，來選擇該圖像部分，由此所選擇的圖像部分可被放大或剪掉。藉由該方式，可以多樣地控制和處理圖像。
圖18A示出了包括殼體9881和殼體9891的攜帶型遊戲控制臺，殼體9881和殼體9891藉由連接器9893連結以便於打開和閉合。顯示部分9882和顯示部分9883分別併入在殼體9881和殼體9891中。圖18A中示出的攜帶型遊戲控制臺另外包括揚聲器部分9884、儲存媒體插入部分9886、LED燈9890、輸入裝置(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(具有測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉頻率、距離、光、流體、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電功率、輻射、流速、濕度、傾度(gradient)、振動、氣味或紅外線的功能)和麥克風9889)等。不言而喻，該攜帶型遊戲控制臺的結構不限於上文所述的，並且可以是其中至少設有根據本發明實施例的半導體裝置的任何結構。此外，可以適當地設置另一附件。圖18A中示出的攜帶型遊戲控制臺具有讀取儲存媒體中儲存的程式或資料以將其顯示在顯示部分上的功能，以及經由無線通信與另一攜帶型遊戲控制臺共用資訊的功能。圖18A的攜帶型遊戲控制臺可以具有不同於上文功能的多種功能。
圖18B示出了老虎機(slot machine)9900的示例，老虎機9900是大型遊戲機。顯示部分9903併入老虎機9900的殼體9901中。老虎機9900另外包括操作裝置，諸如啟動杆或停止開關、投幣槽、揚聲器等。不言而喻，老虎機9900的結構不限於上文所述的，並且可以是其中至少設有根據本發明實施例的半導體裝置的任何結構。此外，可以適當地設置另一附件。
圖19示出了行動電話1000的示例。行動電話1000包括其中併入了顯示部分1002的殼體1001，此外包括操作按鈕1003、外部連接埠1004、揚聲器1005、麥克風1006等。
可以藉由用手指等觸摸顯示部分1002來將資訊輸入到圖19中示出的行動電話1000。此外，可以藉由用手指等觸摸顯示部分1002執行呼叫或文本消息傳遞。
主要存在顯示部分1002的三種螢幕模式。第一模式是主要用於顯示圖像的顯示模式。第二模式是主要用於輸入諸如文本的資訊的輸入模式。第三模式是混合顯示模式和輸入模式這兩種模式的顯示和輸入模式。
例如，在呼叫或文本消息傳遞的情況中，顯示部分1002被設定為主要用於輸入文本的文本輸入模式，並且可以在螢幕上執行文本輸入操作。在該情況中，較佳在顯示部分1002的幾乎整個螢幕上顯示鍵盤或數位按鈕。
當在行動電話1000內部設置了包括用於檢測傾斜的感測器(諸如陀螺儀或加速度感測器)的檢測裝置時，可以藉由判斷行動電話1000的方向(行動電話1000被水平安置還是被垂直安置以用於橫向模式(landscape mode)還是用於縱向模式(portrait mode))，來自動地切換顯示部分1002的螢幕上的顯示。
此外，藉由觸摸顯示部分1002或者操作殼體1001的操作按鈕1003切換螢幕模式。替代地，可以依賴顯示部分1002上顯示的圖像種類切換螢幕模式。例如，當顯示在顯示部分上的圖像的信號是運動圖像的資料時，螢幕模式被切換到顯示模式。當該信號是文本資料時，螢幕模式被切換到輸入模式。
此外，在輸入模式中，由顯示部分1002中的光學感測器檢測信號，並且如果在特定周期中未執行藉由觸摸顯示部分1002的輸入，則可以控制螢幕模式以便於從輸入模式切換到顯示模式。
顯示部分1002還可以用作圖像感測器。例如，藉由手掌或手指觸摸顯示部分1002獲取掌紋或指紋等等的圖像，由此可以執行個人認證。此外，當顯示部分中設置發射近紅外光的背光或傳感光源時，可以獲取手指血脈、手掌血脈等等的圖像。此外，藉由使用顯示部分1002中的至少一個光感測器，可以依賴使用行動電話的場所的亮度調節行動電話的顯示幕幕的亮度。
本申請基於在2008年11月28日向日本專利局申請的日本專利申請Serial No. 2008-303487，其整體內容在此處併入作為參考。
11．．．區域感測器部分
12．．．像素
13．．．恆流電源
13_1．．．恆流電源
13_2．．．恆流電源
13_x．．．恆流電源
21．．．顯示器部分
22．．．像素
100．．．基板
102．．．閘極絕緣膜
103．．．氧化物半導體膜
104．．．第二氧化物半導體膜
105．．．導電膜
109．．．第一層間絕緣膜
111_1．．．閘極電極層
111_2．．．閘極電極層
111_3．．．閘極電極層
111_4．．．閘極電極層
111_5．．．閘極電極層
111_6．．．佈線層
113．．．第一氧化物半導體層
113_1．．．第一氧化物半導體層
114．．．緩衝層
114a_1．．．緩衝層
114b_1．．．緩衝層
115a_1．．．汲極電極層
115a_4．．．源極電極層
115b_1．．．汲極電極層
115b_3．．．源極電極層
121．．．第二層間絕緣膜
125．．．接觸孔
126．．．接觸孔
127．．．佈線層
128．．．保護層
129．．．下電極層
131．．．抗蝕劑掩模
132．．．抗蝕劑掩模
136．．．接觸孔
139．．．像素電極層
151．．．選擇TFT
152．．．放大TFT
153．．．重定TFT
154．．．EL驅動TFT
155．．．開關TFT
156．．．有機發光元件
157．．．電容器
158．．．透射液晶元件
221．．．第三層間絕緣膜
225．．．接觸孔
227．．．上電極層
228．．．佈線層
231．．．接觸孔
232．．．接觸孔
233．．．接觸孔
237．．．上電極層
250．．．光電二極體
250a．．．第一半導體層
250b．．．第二半導體層
250c．．．第三半導體層
251．．．光電二極體
251a．．．第一半導體層
251b．．．第二半導體層
251c．．．第三半導體層
252．．．光電二極體
252a．．．第一半導體層
252b．．．第二半導體層
252c．．．第三半導體層
261．．．對準膜
270．．．對基板
271．．．濾色器
275．．．相對電極層
276．．．對準膜
281．．．放大器電路
285．．．驅動器電路
290．．．光導板
291．．．光源
292．．．物體
293．．．雷射指示器
416．．．層
1000．．．行動電話
1001．．．殼體
1002．．．顯示部分
1003．．．操作按鈕
1004．．．外部連接埠
1005．．．揚聲器
1006．．．麥克風
2700．．．電子書閱讀器
2701．．．殼體
2703．．．殼體
2705．．．顯示部分
2707．．．顯示部分
2711．．．鉸鏈
2721．．．電源開關
2723．．．操作鍵
2725．．．揚聲器
9600．．．電視裝置
9601．．．殼體
9603．．．顯示部分
9605．．．支架
9607．．．顯示部分
9609．．．操作鍵
9610．．．遙控器
9700．．．數位相框
9701．．．殼體
9703．．．顯示部分
9881．．．殼體
9882．．．顯示部分
9883．．．顯示部分
9884．．．揚聲器部分
9885．．．操作鍵
9886．．．儲存媒體插入部分
9887．．．連接端子
9888．．．感測器
9889．．．麥克風
9890．．．LED燈
9891．．．殼體
9893．．．連接器
9900．．．老虎機
9901．．．殼體
9903．．．顯示部分
G．．．閘極信號線
G1．．．閘極信號線
G2．．．閘極信號線
Gy．．．閘極信號線
RG．．．重定閘極信號線
RG1．．．重定閘極信號線
RG2．．．重定閘極信號線
RG3．．．重定閘極信號線
RGy．．．重定閘極信號線
S．．．源極信號線
S1．．．源極信號線
S2．．．源極信號線
Sx．．．源極信號線
SG．．．感測器閘極信號線
SG1．．．感測器閘極信號線
SG2．．．感測器閘極信號線
SG3．．．感測器閘極信號線
SGy．．．感測器閘極信號線
SS．．．感測器輸出佈線
SS1．．．感測器輸出佈線
SS2．．．感測器輸出佈線
SSx．．．感測器輸出佈線
V．．．電源線
V1．．．電源線
V2．．．電源線
Vx．．．電源線
VB．．．感測器電源線
圖1是區域感測器的電路圖。
圖2是區域感測器的像素的電路圖。
圖3是區域感測器捕捉圖像的時序圖。
圖4是區域感測器中的像素部分的截面圖。
圖5A至5D示出了區域感測器中的像素部分的製造步驟。
圖6A至6D示出了區域感測器中的像素部分的製造步驟。
圖7A至7D示出了區域感測器中的像素部分的製造步驟。
圖8是設有區域感測器的顯示裝置的電路圖。
圖9是設有區域感測器的顯示裝置中的像素的電路圖。
圖10是捕捉彩色圖像的區域感測器的時序圖。
圖11是設有區域感測器的顯示裝置的截面圖。
圖12A至12D示出了設有區域感測器的顯示裝置的製造步驟。
圖13A至13D示出了設有區域感測器的顯示裝置的製造步驟。
圖14A至14B示出了設有區域感測器的顯示裝置的製造步驟。
圖15是設有區域感測器的顯示裝置的截面圖。
圖16是電子書(e-book)閱讀器的示例的外部視圖。
圖17A是電視裝置的示例的外部視圖，而圖17B是數位相框的示例的外部視圖。
圖18A和18B是娛樂機器的示例的外部視圖。
圖19是行動電話的示例的外部視圖。
100．．．基板
102．．．閘極絕緣膜
109．．．第一層間絕緣膜
111_1．．．閘極電極層
111_2．．．閘極電極層
111_3．．．閘極電極層
111_6．．．佈線層
113_1．．．第一氧化物半導體層
114a_1．．．緩衝層
114b_1．．．緩衝層
115a_1．．．汲極電極層
115b_1．．．汲極電極層
115b_3．．．源極電極層
121．．．第二層間絕緣膜
125．．．接觸孔
126．．．接觸孔
128．．．保護層
129．．．下電極層
151．．．選擇TFT
152．．．放大TFT
153．．．重定TFT
221．．．第三層間絕緣膜
227．．．上電極層
228．．．佈線層
231．．．接觸孔
232．．．接觸孔
233．．．接觸孔
250．．．光電二極體
250a．．．第一半導體層
250b．．．第二半導體層
250c．．．第三半導體層
Claims (19)
- 一種光感測器，包括：光電轉換元件，其包括光電轉換層，該光電轉換層包括矽；和放大器電路，其包括薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括：氧化物半導體層；緩衝層；和與該氧化物半導體層電氣連接的源極電極和汲極電極，在該氧化物半導體層與該源極電極和該汲極電極之間夾有該緩衝層，其中該氧化物半導體層和該緩衝層包含銦、鎵和鋅，其中該緩衝層包含奈米晶體結構，其中該氧化物半導體層和該緩衝層藉由使用氧氣和稀有氣體的濺射方法而形成，並且其中用於該氧化物半導體層的氧氣與稀有氣體之比高於用於該緩衝層的氧氣與稀有氣體之比。
- 一種光感測器，包括：光電轉換元件，其包括光電轉換層，該光電轉換層包括：第一半導體層，其包括具有一種導電類型的雜質元素；第二半導體層，其與該第一半導體層接觸；和第三半導體層，其與該第二半導體層接觸，其中 該第三半導體層包括導電類型與該第一半導體層的導電類型相反的雜質元素；和放大器電路，其至少包括選擇薄膜電晶體、放大薄膜電晶體和重定薄膜電晶體，每個薄膜電晶體包括：氧化物半導體層；緩衝層；和與該氧化物半導體層電氣連接的源極電極和汲極電極，在該氧化物半導體層與該源極電極和該汲極電極之間夾有該緩衝層，其中該氧化物半導體層和該緩衝層包含銦、鎵和鋅，其中該重定薄膜電晶體的閘極電極可電氣連接到重定閘極信號線，其中該重定薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到感測器電源線，其中該重定薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個可電氣連接到該放大薄膜電晶體的閘極電極以及該光電轉換元件的陽極和陰極之一，其中該放大薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到該感測器電源線，其中該選擇薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到感測器輸出佈線，其中該選擇薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個可電氣連接到該放大薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個， 其中該選擇薄膜電晶體的閘極電極可電氣連接到感測器閘極信號線，其中該緩衝層包含奈米晶體結構，其中該氧化物半導體層和該緩衝層藉由使用氧氣和稀有氣體的濺射方法而形成，並且其中用於該氧化物半導體層的氧氣與稀有氣體之比高於用於該緩衝層的氧氣與稀有氣體之比。
- 一種區域感測器，包括：多個像素，該多個像素中的每個像素包括：光電轉換元件，其包括光電轉換層，該光電轉換層包括：第一半導體層，其包括具有一種導電類型的雜質元素；第二半導體層，其與該第一半導體層接觸；和第三半導體層，其與該第二半導體層接觸，其中該第三半導體層包括導電類型與該第一半導體層的導電類型相反的雜質元素；和放大器電路，其至少包括選擇薄膜電晶體、放大薄膜電晶體和重定薄膜電晶體，每個薄膜電晶體包括：氧化物半導體層；緩衝層；和與該氧化物半導體層電氣連接的源極電極和汲極電 極，在該氧化物半導體層與該源極電極和該汲極電極之間夾有該緩衝層，其中該氧化物半導體層和該緩衝層包含銦、鎵和鋅，其中該重定薄膜電晶體的閘極電極可電氣連接到重定閘極信號線，其中該重定薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到感測器電源線，其中該重定薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個可電氣連接到該放大薄膜電晶體的閘極電極以及該光電轉換元件的陽極和陰極之一，其中該放大薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到該感測器電源線，其中該選擇薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到感測器輸出佈線，其中該選擇薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個可電氣連接到該放大薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個，其中該選擇薄膜電晶體的閘極電極可電氣連接到感測器閘極信號線，其中該緩衝層包含奈米晶體結構，其中該氧化物半導體層和該緩衝層藉由使用氧氣和稀有氣體的濺射方法而形成，並且其中用於該氧化物半導體層的氧氣與稀有氣體之比高於用於該緩衝層的氧氣與稀有氣體之比。
- 一種顯示裝置，包括：多個像素，該多個像素中的每個像素包括：光電轉換元件，其包括光電轉換層，該光電轉換層包括矽；放大器電路；顯示元件；和該顯示元件的驅動器電路，其中該放大器電路和該驅動器電路每一均包括薄膜電晶體，每個薄膜電晶體包括：氧化物半導體層；緩衝層；和與該氧化物半導體層電氣連接的源極電極和汲極電極，在該氧化物半導體層與該源極電極和該汲極電極之間夾有該緩衝層，其中該氧化物半導體層和該緩衝層包含銦、鎵和鋅，其中該緩衝層包含奈米晶體結構，其中該氧化物半導體層和該緩衝層藉由使用氧氣和稀有氣體的濺射方法而形成，並且其中用於該氧化物半導體層的氧氣與稀有氣體之比高於用於該緩衝層的氧氣與稀有氣體之比。
- 一種顯示裝置，包括：多個像素，該多個像素中的每個像素包括：光電轉換元件，其包括光電轉換層，該光電轉換層包括： 第一半導體層，其包括具有一種導電類型的雜質元素；第二半導體層，其與該第一半導體層接觸；和第三半導體層，其與該第二半導體層接觸，其中該第三半導體層包括導電類型與該第一半導體層的導電類型相反的雜質元素；放大器電路，其包括至少選擇薄膜電晶體、放大薄膜電晶體和重定薄膜電晶體，每個薄膜電晶體包括：氧化物半導體層；緩衝層；和與該氧化物半導體層電氣連接的源極電極和汲極電極，在該氧化物半導體層與該源極電極和該汲極電極之間夾有該緩衝層，其中該氧化物半導體層和該緩衝層包含銦、鎵和鋅，其中該重定薄膜電晶體的閘極電極可電氣連接到重定閘極信號線，其中該重定薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到感測器電源線，其中該重定薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個可電氣連接到該放大薄膜電晶體的閘極電極以及該光電轉換元件的陽極和陰極之一，其中該放大薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中 的一個可電氣連接到該感測器電源線，其中該選擇薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到感測器輸出佈線，其中該選擇薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個可電氣連接到該放大薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的另一個，並且其中該選擇薄膜電晶體的閘極電極可電氣連接到感測器閘極信號線，顯示元件；和該顯示元件的驅動器電路，其至少包括至少開關薄膜電晶體，該開關薄膜電晶體包括包含銦、鎵和鋅的氧化物半導體層，其中該開關薄膜電晶體的閘極電極可電氣連接到閘極信號線，其中該開關薄膜電晶體的該源極電極和該汲極電極中的一個可電氣連接到源極信號線，其中該緩衝層包含奈米晶體結構，其中該氧化物半導體層和該緩衝層藉由使用氧氣和稀有氣體的濺射方法而形成，並且其中用於該氧化物半導體層的氧氣與稀有氣體之比高於用於該緩衝層的氧氣與稀有氣體之比。
- 如申請專利範圍第1或2項之光感測器，其中該緩衝層具有高於該氧化物半導體層的導電率。
- 如申請專利範圍第1或2項之光感測器， 其中該緩衝層具有n型導電性。
- 如申請專利範圍第1或2項之光感測器，其中該緩衝層的活化能是0.01eV至0.1eV。
- 如申請專利範圍第2項之光感測器，其中該重定薄膜電晶體和該選擇薄膜電晶體根據輸入到該重定閘極信號線和該感測器閘極信號線的信號導通或截止。
- 如申請專利範圍第3項之區域感測器，其中該緩衝層具有高於該氧化物半導體層的導電率。
- 如申請專利範圍第3項之區域感測器，其中該緩衝層具有n型導電性。
- 如申請專利範圍第3項之區域感測器，其中該緩衝層的活化能是0.01eV至0.1eV。
- 如申請專利範圍第4或5項之顯示裝置，其中該緩衝層具有高於該氧化物半導體層的導電率。
- 如申請專利範圍第4或5項之顯示裝置，其中該緩衝層具有n型導電性。
- 如申請專利範圍第4或5項之顯示裝置，其中該緩衝層的活化能是0.01eV至0.1eV。
- 如申請專利範圍第5項之顯示裝置，其中該重定薄膜電晶體和該選擇薄膜電晶體根據輸入到該重定閘極信號線和該感測器閘極信號線的信號導通或截止。
- 如申請專利範圍第4或5項之顯示裝置， 其中該顯示元件包括陽極、陰極以及在該陽極和該陰極之間的包含發光物質的層。
- 如申請專利範圍第4或5項之顯示裝置，進一步包括像素電極、相對電極以及在該像素電極和該相對電極之間的包含液晶的層。
- 一種用於操作顯示裝置的方法，其用於以雷射指示器操作如申請專利範圍第4或5項之顯示裝置。
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