JP5293197B2

JP5293197B2 - 光電変換装置、電気光学装置、電子機器

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Inventors: 司江口
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Description

本発明は、光電変換装置、電気光学装置、電子機器に関するものである。

光電変換装置は、ファクシミリ、複写機、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のイメージセンサーとして広く使用されている。また、光電変換素子を表示パネルの画素部と一体に形成した光電変換素子内蔵型の電気光学装置も提案されている（例えば特許文献１〜３を参照）。このような光電変換装置及び電気光学装置では、画素の高密度化、光学系の小型化を実現するために、フォトダイオードからなる光電変換素子と、光電変換素子からの信号の増幅、取り出し等を行う薄膜トランジスタとを絶縁膜を介して積層し、両者の間を絶縁膜に開口したコンタクトホールで接続する構造が一般的となっている。

特開平１１−１２１７３１号公報特開２００８−８５０２９号公報特開２００８−１２２６５９号公報

しかしながら、上述の構造では、光電変換素子と薄膜トランジスタとを接続する導電膜が、コンタクトホール部の段差によって局所的に薄くなり、光電変換素子の半導体層（光電変換層）をエッチングする際に、導電膜の一部に断線が生じる惧れがあった。そのため、特許文献１，２では、光電変換素子をコンタクトホールの直上に配置し、光電変換素子によってコンタクトホール上の導電膜を保護する構成が提案されている。しかし、このような構成では、コンタクトホールの直上に配置された半導体層（光電変換層）は、他の部分に比べて極端に膜厚が薄くなるため、このような部分でリーク電流が発生し、ノイズの増加、ダイナミックレンジ（感度）の低下が引き起こされるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高感度で歩留まりの高い光電変換装置を提供することを目的とする。また、このような光電変換装置を内蔵した高性能な電気光学装置及び電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の光電変換装置は、第１電極と光電変換層と第２電極とが順に積層されてなる光電変換素子と、前記光電変換素子の第１電極とコンタクトホールを介して接続された薄膜トランジスタと、を有する光電変換装置であって、前記光電変換層は、前記コンタクトホールと重ならない位置に設けられた第１光電変換層と、前記コンタクトホールと重なる位置に設けられた第２光電変換層と、を有し、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とは分離溝によって互いに分離され、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とのうち前記第１光電変換層上に前記第２電極が選択的に形成され、前記第１電極と前記第１光電変換層と前記第２電極とにより前記光電変換素子が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の電気光学装置は、画素電極が形成されてなる画素部と、光電変換素子が形成されてなるセンサー部とを同一基板上に形成してなる電気光学装置であって、前記光電変換素子は、第１電極と光電変換層と第２電極とを順に積層してなり、前記光電変換素子の第１電極には、コンタクトホールを介して薄膜トランジスタが接続され、前記光電変換層は、前記コンタクトホールと重ならない位置に設けられた第１光電変換層と、前記コンタクトホールと重なる位置に設けられた第２光電変換層と、を有し、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とは分離溝によって互いに分離され、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とのうち前記第１光電変換層上に前記第２電極が選択的に形成され、前記第１電極と前記第１光電変換層と前記第２電極とにより前記光電変換素子が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の電子機器は、上述した本発明の電気光学装置を備えていることを特徴とする。

本発明の光電変換装置、電気光学装置、及び電子機器によれば、コンタクトホール部に形成された第１電極が第２光電変換層によって保護されるため、光電変換層をエッチングするときにコンタクトホール上の第１電極に断線が生じることが防止される。また、第２光電変換層は、第１光電変換層とは分離して形成されているため、第２光電変換層で発生したリーク電流が光電変換素子の動作に影響することがない。そのため、高感度で歩留まりの高い光電変換装置、電気光学装置、及び電子機器が提供される。

なお、「分離溝」とは第１光電変換層と第２光電変換層を電気的に分離する領域のことであり、通常は光電変換層が形成されていない領域により形成される。従って、分離溝自体の形状は、溝という言葉から連想される細長い形状に限定されず、第１光電変換層と第２光電変換層を電気的に分離する作用を有するものであればどのような形状であれ「分離溝」の範囲となる。

本発明の光電変換装置の一例であるイメージセンサーの等価回路図である。光電変換装置の１画素の平面図である。図２のＩＩＩ− ＩＩＩ´断面図である。本発明の電気光学装置の一例である液晶装置の平面図である。図４のＶ− Ｖ´断面図である。電気光学装置の等価回路である。電気光学装置のサブ画素部及びセンサー部の平面図である。図７のＶＩＩＩ− ＶＩＩＩ´断面図である。図７のＩＸ− ＩＸ´断面図である。本発明の電子機器の一例である携帯情報端末の斜視図である。

［光電変換装置］
まず、図１〜図３を用いて、本発明の光電変換装置の一例であるイメージセンサー１を説明する。図１は、イメージセンサー１の受光領域を構成するマトリクス状に形成された複数のセンサー部２５０における各種素子、配線等の等価回路である。図２は、イメージセンサー１の１画素の平面図である。図３は、図２のＩＩＩ− ＩＩＩ´断面図である。

図１において、マトリクス状に形成されたセンサー部２５０の夫々には、本発明の「光電変換素子」の一例であるＰＩＮダイオード２１２と、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２１１及び２１３とが設けられている。センサー部２５０は、センサー制御回路部２０１に電気的に接続されており、センサー制御回路部２０１は、センサープリチャージ制御線２６を介してセンサー部２５０の動作を制御するための制御信号をセンサー部２５０に供給すると共に、センサー出力制御線２７を介してセンサー部２５０によって検出されたイメージ情報を含む出力信号がセンサー制御回路部２０１に出力されるようになっている。

ＴＦＴ２１１のゲートは、走査線３ａに電気的に接続されており、そのソースは、センサープリチャージ制御線２６に電気的に接続されている。ＴＦＴ２１１のドレインは、ＰＩＮダイオード２１２及びＴＦＴ２１３のゲートの夫々に電気的に接続されている。ＴＦＴ２１１は、ＴＦＴ走査線３ａを介して供給される制御信号によってそのオンオフが切り換えられる。ＰＩＮダイオード２１２は、センサープリチャージ制御線２６及びＴＦＴ２１１ａを介して供給されたプリチャージ電圧によってプリチャージされる。

ＴＦＴ２１３のゲートは、ＰＩＮダイオード２１２に電気的に接続されており、ＰＩＮダイオード２１２に蓄電された電荷量の変化に応じて生じた電圧によってオンオフが切り換えられる。より具体的には、ＰＩＮダイオード２１２に生じる電荷量の変化は、ＰＩＮダイオード２１２が検出する光に起因して生じるため、ＰＩＮダイオード２１２によってイメージ情報が検出された際に、ＴＦＴ２１３の駆動状態がオン状態に切り換えられる。イメージ情報等を含む出力信号は、信号線３０１の電位が増幅された増幅信号としてＴＦＴ２１３を介してセンサー出力制御線２７に出力される。

次に、図２及び図３を参照しながら、センサー部２５０の構成を詳細に説明する。図２は、センサー部２５０の１画素の平面図である。図３は図１のＩＩＩ− ＩＩＩ´断面図である。尚、図２及び図３においては、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。

図２において、センサー部２５０には、平面視矩形状のＰＩＮダイオード２１２が設けられている。ＰＩＮダイオード２１２は、各センサー部２５０に対応してＸ方向及びＹ方向にマトリクス状に配設されている。走査線３ａ、信号線３０１、及び配線３０５は、ＰＩＮダイオード２１２のＸ方向の境界に沿って延びており、センサープリチャージ制御線２６及びセンサー出力制御線２７は、ＰＩＮダイオード２１２のＹ方向の境界に沿って延びている。

ＴＦＴ２１１は、そのソースがコンタクトホール８３を介してセンサープリチャージ制御線２６に電気的に接続されており、ドレインがコンタクトホール８４を介してＰＩＮダイオード２１２の下電極２１２ａに電気的に接続されている。ＴＦＴ２１１のゲート電極３ａ２は、走査線３ａがＹ方向に沿って延在された部分である。ＴＦＴ２１１の駆動状態は、ゲート電極３ａ２を介してチャネル領域に印加されるゲート電圧によって切り換え可能となっている。

上電極２１２ｅをその一部として含む導電膜２１４は、Ｙ方向に沿って延在されており、コンタクトホール９０、中継層２１６、及びコンタクトホール９１を介して配線３０５に接続されている。配線３０５は不図示の電源によって固定電位に維持されており、上電極２１２ｅも固定電位に維持されている。

ＴＦＴ２１３は、そのソースがコンタクトホール８９、中継層２１５、及びコンタクトホール８８を介して信号線３０１に電気的に接続されており、ドレインがコンタクトホール８７を介してセンサー出力制御線２７に電気的に接続されている。ＴＦＴ２１３のゲート電極２１３ｇは、コンタクトホール８６を介して下電極２１２ａに電気的に接続されている。

ＰＩＮダイオード２１２は、素子本体の上下面の夫々の面に接する下電極２１２ａ及び上電極２１２ｅを有している。下電極２１２ａは、コンタクトホール８４を介してＴＦＴ２１１のドレインに電気的に接続されている。したがって、ＴＦＴ２１１及び２１３の動作時にＰＩＮダイオード２１２に光が照射された際には、当該光に応じてＰＩＮダイオード２１２に発生した光電流に基づいてセンサー信号制御線２７に出力信号が出力される。

図３において、イメージセンサー１は、ＴＦＴアレイ基板１０上に積層された絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６及び４７を有しており、これら絶縁膜から構成される積層構造中にＴＦＴ２１１が形成されている。

図３において、ＴＦＴ２１１は、半導体層２１１ａにチャネル領域２１１ａ´、ソース領域２１１ｄ、ドレイン領域２１１ｅ、並びにＬＤＤ領域２１１ｂ及び２１１ｃが形成されたＬＤＤ構造を有している。

ＰＩＮダイオード２１２は、絶縁膜４４上に順に積層された下電極２１２ａ、Ｎ型半導体層２１２ｂ、ポリシリコン層からなる受光層２１２ｃ、Ｐ型半導体層２１２ｄ、及び上電極２１２ｅを備えている。

Ｎ型半導体層２１２ｂ、受光層２１２ｃ、及びＰ型半導体層２１２ｄによって、本発明の「光電変換層」が形成されている。下電極２１２ａ上には、コンタクトホール８４と重ならない位置に設けられた第１光電変換層２５１と、コンタクトホール８４と重なる位置に設けられた第２光電変換層２５２とが形成されている。第１光電変換層２５１と第２光電変換層２５２との間には分離溝２５４が形成され、分離溝２５４によって第１光電変換層２５１と第２光電変換層２５２とが互いに分離されている。

センサープリチャージ制御線２６上にも、同様に、コンタクトホール８３と重なる位置に第２光電変換層２５３が形成されている。センサープリチャージ制御線２６上に形成された第２光電変換層２５３と、下電極２１２ａ上に形成された第１光電変換層２５１及び第２光電変換層２５２とは互いに分離され、電気的に絶縁されている。

また、図示は省略したが、図２において、下電極２１２ａ上のコンタクトホール８６と重なる位置にも第２光電変換層が形成されている。この第２光電変換層は第１光電変換層２５１との間に分離溝が形成され、該分離溝によって第１光電変換層と分離されている。同様に、センサー出力制御線２７にも、コンタクトホール８７と重なる位置に第２光電変換層が形成されている。センサー出力制御線２７上に形成された第２光電変換層と、下電極２１２ａ上に形成された第１光電変換層及び第２光電変換層とは互いに分離され、電気的に絶縁されている。

第１光電変換層と第２光電変換層とのうち第１光電変換層２５１上に上電極２１２ｅが選択的に形成され、下電極２１２ａ、第１光電変換層２５１、及び上電極２１２ｅによってＰＩＮダイオード２１２が形成されている。下電極２１２ａ上、センサープリチャージ制御線２６上、及びセンサー出力制御線２７上に形成された第１光電変換層及び第２光電変換層は、Ｎ型半導体層２１２ｂ、受光層２１２ｃ、及びＰ型半導体層２１２ｄをエッチングすることにより、一括で形成されている。

下電極２１２ａは、コンタクトホール８４を介してＴＦＴ２１１に電気的に接続されている。上電極２１２ｅは、絶縁膜４７上に形成された導電膜２１４の一部を構成している。上電極２１２ｅはＩＴＯ等の透明導電膜によって形成されており、ＰＩＮダイオード２１２は、上電極２１２ｅから入射した光を検出可能となっている。

尚、下電極２１２ａは、上電極２１２ｅと異なり、不透明な導電材料を用いて形成されている。そのため、下電極２１２ａ側から入射した光を遮光し、上電極２１２ｅ側から入射した光のみを正確に検出できるようになっている。

本実施形態のイメージセンサー１によれば、コンタクトホール部に形成された下電極２１２ａ及びセンサープリチャージ制御線２６が第２光電変換層２５２，２５３によって保護されるため、Ｎ型半導体層２１２ｂ、受光層２１２ｃ、及びＰ型半導体層２１２ｄをエッチングするときにコンタクトホール上の下電極２１２ａ及びセンサープリチャージ制御線２６に断線が生じることが防止される。また、第２光電変換層２５２は、第１光電変換層２５１とは分離して形成されているため、第２光電変換層２５２で発生したリーク電流がＰＩＮダイオード２１２の動作に影響することがない。そのため、高感度で歩留まりの高い光電変換装置が提供される。

［電気光学装置］
次に、図４〜図９を用いて、本発明の電気光学装置の一例である光電変換素子内蔵型の液晶装置２を説明する。本実施形態の液晶装置は、上述した光電変換装置に表示機能を付加して表示装置として構成したものである。具体的には、画像が表示される表示面を指示する指等の指示手段を検出することによって、当該指示手段を介して各種情報を入力可能なタッチパネル機能を有するアクティブマトリクス型のカラー液晶表示装置である。

図４及び図５において、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との対向領域の周縁部にはシール材５２が設けられており、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２０、及びシール材５２によって囲まれた領域に液晶層５０が封入されている。シール材５２によって囲まれた領域の内側には、表示領域たる画像表示領域１０ａが設けられており、画像表示領域１０ａには、複数の画素がマトリクス状に配置されている。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。

シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。尚、画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域が存在する。言い換えれば、本実施形態においては特に、ＴＦＴアレイ基板１０の中心から見て、この額縁遮光膜５３より以遠が周辺領域として規定されている。

周辺領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域１０ａの両側に設けられた二つの走査線駆動回路１０４間をつなぐため、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして複数の配線１０５が設けられている。

ＴＦＴアレイ基板１０上の周辺領域には、ＰＩＮダイオードを含むセンサー部を制御するためのセンサー制御回路部２０１が形成されている。外部回路接続端子１０２は、外部回路及び液晶装置２を電気的に接続する接続手段の一例であるフレキシブル基板２００に設けられた接続端子に接続されている。液晶装置２が有するバックライトは、ＦＰＣ２００に搭載されたＩＣ回路等から構成されるバックライト制御回路２０２によって制御される。尚、センサー制御回路部２０１及びバックライト制御回路２０２の夫々は、液晶装置２に内蔵されていてもよいし、液晶装置２の外部に形成されていてもよい。

図５において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９ａが形成されている。他方、対向基板２０上には、格子状又はストライプ状の遮光膜２３等の遮光手段を含む積層構造が形成されている。

尚、液晶装置２は、ＴＦＴアレイ基板１０上に形成された画素電極９ａ及び共通電極間に生じる横電界によって液晶層５０の配向状態を制御する横電界駆動方式を採用している。液晶層５０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、画素電極９ａ及び共通電極間に生じた横電界によって駆動される。液晶装置２によって表示される画像は、対向基板２０の両面のうち液晶層５０に面しない側の表示面２０ｓに表示される。尚、本実施形態では、説明の便宜上、偏光板及びカラーフィルタの図示を省略しているが、対向基板２０上に偏光板及びカラーフィルタが配置されている場合には、図中において、液晶装置２の最上面が表示面になる。

液晶装置２は、図中ＴＦＴアレイ基板１０の下側に配置されたバックライト２０６を備えている。バックライト２０６は、表示面２０ｓの裏面側に配置されている。バックライト２０６は、発光ダイオードの一例である点状光源の半導体発光素子が平面的に配列されることによって構成されている。バックライト２０６は、有機ＥＬ素子等の発光ダイオードを含んで構成されていてもよい。また、導光体により側面に配置された光源からの光を面状に発光させるサイドライト方式のバックライトが用いられてもよい。

尚、図４及び図５に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、これらのデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４等の駆動回路に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

次に、図６を参照しながら、液晶装置２の主要な回路構成を説明する。図６は、液晶装置２の画像表示領域１０ａを構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。

図６において、マトリクス状に形成された複数の画素部７２の夫々は、赤色を表示するサブ画素部７２Ｒ、緑色を表示するサブ画素部７２Ｇ、及び青色を表示するサブ画素部７２Ｂが設けられている。

サブ画素部７２Ｒ、７２Ｇ及び７２Ｂの夫々には、画素電極９ａ、ＴＦＴ３０、及び液晶素子５０ａが設けられている。ＴＦＴ３０は、画素電極９ａに電気的に接続されており、液晶装置２の動作時に画素電極９ａをスイッチング制御し、画素電極９ａに画像信号を供給する。サブ画素部７２Ｒ、７２Ｇ及び７２Ｂの夫々では、画像信号が供給された画素電極９ａの画素電位と、固定電位線３００に電気的に接続された共通電極の電位との差によって生じる横電界によって液晶素子５０ａが駆動される。

画像信号が供給されるデータ線６ａは、ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。

ＴＦＴ３０のゲートに走査線３ａが電気的に接続されており、液晶装置２は、所定のタイミングで、走査線３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９ａは、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが所定のタイミングで書き込まれる。画素電極９ａを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、共通電極との間で一定期間保持される。

液晶層５０に含まれる液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。ノーマリーホワイトモードであれば、各サブ画素部の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、各サブ画素部の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加され、全体として液晶装置２からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射される。蓄積容量７０は、画像信号がリークすることを防ぐために、画素電極９ａと共通電極との間に形成される液晶素子５０ａと並列に付加されている。

液晶装置２は、画素部７２毎に設けられたセンサー部２５０を備えている。センサー部２５０は、本発明の「光電変換素子」の一例であるＰＩＮダイオード２１２、ＴＦＴ２１１及び２１３を備えて構成されている。センサー部２５０は、センサー制御回路部２０１に電気的に接続されており、センサー制御回路部２０１は、センサープリチャージ制御線２６を介してセンサー部２５０の動作を制御するための制御信号をセンサー部２５０に供給すると共に、センサー出力制御線２７を介してセンサー部２５０によって検出された指示手段の位置情報を含む出力信号がセンサー制御回路部２０１に出力されるようになっている。

ＴＦＴ２１１のゲートは、走査線３ａに電気的に接続されており、そのソースは、センサープリチャージ制御線２６に電気的に接続されている。ＴＦＴ２１１のドレインは、ＰＩＮダイオード２１２及びＴＦＴ２１３のゲートの夫々に電気的に接続されている。ＴＦＴ２１１は、ＴＦＴ走査線３ａを介して供給される制御信号によってそのオンオフが切り換えられる。ＰＩＮダイオード２１２は、センサープリチャージ制御線２６及びＴＦＴ２１１を介して供給されたプリチャージ電圧によってプリチャージされる。

ＴＦＴ２１３のゲートは、ＰＩＮダイオード２１２に電気的に接続されており、ＰＩＮダイオード２１２に蓄電された電荷量の変化に応じて生じた電圧によってオンオフが切り換えられる。より具体的には、ＰＩＮダイオード２１２に生じる電荷量の変化は、ＰＩＮダイオード２１２が検出する光に起因して生じるため、ＰＩＮダイオード２１２によって指示手段が検出された際に、ＴＦＴ２１３の駆動状態がオン状態に切り換えられる。指示手段の位置情報等を含む出力信号は、信号線３０１の電位が増幅された増幅信号としてＴＦＴ２１３を介してセンサー出力制御線２７に出力される。

次に、図７〜図９を参照しながら、サブ画素部７２Ｂ及びセンサー部２５０の構成を詳細に説明する。図７は、サブ画素部７２Ｂ及びセンサー部２５０の平面図である。図８は、図７のＶ− Ｖ´断面図であり、図９は図７のＶＩ− ＶＩ´断面図である。尚、図７〜図９においては、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。

図７において、サブ画素部７２Ｂには、ＩＴＯ等の導電性透明材料で構成された平面視矩形状の画素電極９ａ（点線部により輪郭が示されている）が設けられている。画素電極９ａは、各サブ画素部に対応してＸ方向及びＹ方向にマトリクス状に配設されている。走査線３ａは、画素電極９ａのＸ方向の境界に沿って延びており、データ線６ａは、画素電極９ａのＹ方向の境界に沿って延びている。

共通電極１９は、画素電極９ａと同様にＩＴＯ等の導電性透明材料に構成された導電性透明電極である。共通電極１９の平面形状は、図中Ｙ方向に沿って延びる櫛形状であり、サブ画素部７２が形成されたサブ画素領域において画素電極９ａに重なっている。

ＴＦＴ３０は、そのソースがコンタクトホール８１を介してデータ線６ａに電気的に接続されており、ドレインはコンタクトホール８２、中継層２１７、及びコンタクトホール８５を介して画素電極９ａに電気的に接続されている。したがって、データ線駆動回路部１０１からデータ線６ａを介して供給された画像信号は、ＴＦＴ３０の駆動状態がオン状態押に切り換えられた状態で画素電極９ａに供給可能となっている。共通電極１９の電位は、固定電位線３００の固定電位に維持されている。

センサー部２５０には、平面視矩形状のＰＩＮダイオード２１２が設けられている。ＰＩＮダイオード２１２は、各センサー部２５０に対応してＸ方向及びＹ方向にマトリクス状に配設されている。走査線３ａ、信号線３０１、及び配線３０５は、ＰＩＮダイオード２１２のＸ方向の境界に沿って延びており、センサープリチャージ制御線２６及びセンサー出力制御線２７は、ＰＩＮダイオード２１２のＹ方向の境界に沿って延びている。

上電極２１２ｅをその一部として含む導電膜２１４は、Ｙ方向に沿って延在されており、コンタクトホール９０、中継層２１６、及びコンタクトホール９１を介して配線３０５に接続されている。配線３０５が不図示の電源によって固定電位に維持されており、上電極２１２ｅも固定電位に維持されている。

ＴＦＴ２１３は、そのソースがコンタクトホール８９、中継層２１５及びコンタクトホール８８を介して信号線３０１に電気的に接続されており、ドレインがコンタクトホール８７を介してセンサー出力制御線２７に電気的に接続されている。ＴＦＴ２１３のゲート電極２１３ｇは、コンタクトホール８６を介して下電極２１２ａに電気的に接続されている。

図８及び図９において、液晶装置２は、ＴＦＴアレイ基板１０上に積層された絶縁膜４１、４２、４３、４４、４５、４６及び４７を有しており、これら絶縁膜から構成される積層構造中にＴＦＴ３０及び２１１が形成されている。

図８において、ＴＦＴ３０は、ポリシリコン層等の半導体層１ａに形成されたチャネル領域１ａ´、ソース領域１ｄ、及びドレイン領域１ｅと、ソース領域１ｄ及びドレイン領域１ｅより相対的に電気的抵抗が低いＬＤＤ領域１ｂ及び１ｃとを備えたＬＤＤ構造を有している。ＴＦＴ３０は、ＬＤＤ構造を有しているため、ＴＦＴ３０の非動作時においてＬＤＤ領域１ｂ及びＬＤＤ領域１ｃに流れるオフ電流が低減され、且つＴＦＴ３０の動作時に流れるオン電流の低下が抑制されている。よって、液晶装置２によれば、ＬＤＤ構造の利点及び光リーク電流が殆ど流れないことを利用して高品位で画像を表示できる。

ソース領域１ｄは、コンタクトホール８１を介してデータ線６ａに電気的に接続されており、ドレイン領域１ｅは、コンタクトホール８２を介して、コンタクトホール８５に延在され、且つ絶縁膜４７の下層側に形成された画素電極９ａに電気的に接続されている。ゲート電極３ａ１は、絶縁膜４３を介してチャネル領域１ａ´に重なるように形成されている。共通電極１９は、絶縁膜４７上に形成されている。したがって、液晶装置２では、絶縁膜４７を介して、画素電極９ａ及び共通電極１９が互いに異なる層に形成されている。

図９において、ＴＦＴ２１１も、ＴＦＴ３０と同様に、半導体層２１１ａにチャネル領域２１１ａ´、ソース領域２１１ｄ、ドレイン領域２１１ｅ、並びにＬＤＤ領域２１１ｂ及び２１１ｃが形成されたＬＤＤ構造を有している。

ＰＩＮダイオード２１２は、絶縁膜４４上に順に積層された下電極２１２ａ、Ｎ型半導体層２１２ｂ、ポリシリコン層からなる受光層２１２ｃ、Ｐ型半導体層２１２ｄ、及び上電極２１２ｅを備えて構成されている。したがって、ＰＩＮダイオード２１２は、画像表示領域１０ａにおいて表示面２０ｓを指示する指等の指示手段によって反射された反射光、或いは指示手段によって遮られなかった外光等を検出できる。

図８及び図９において、Ｎ型半導体層２１２ｂ、受光層２１２ｃ、及びＰ型半導体層２１２ｄによって、本発明の「光電変換層」が形成されている。図９に示すように、下電極２１２ａ上には、コンタクトホール８４と重ならない位置に設けられた第１光電変換層２５１と、コンタクトホール８４と重なる位置に設けられた第２光電変換層２５２とが形成されている。第１光電変換層２５１と第２光電変換層２５２との間には分離溝２５４が形成され、分離溝２５４によって第１光電変換層２５１と第２光電変換層２５２とが互いに分離されている。

図８に戻って、データ線６ａ及び中継層２１７上にも、同様に、コンタクトホール８１，８２と重なる位置に第２光電変換層２５５，２５６が形成されている。データ線６ａ上に形成された第２光電変換層２５５と、中継層２１７上に形成された第２光電変換層２５６とは互いに分離され、電気的に絶縁されている。また、これらの第２光電変換層２５５，２５６は、センサープリチャージ制御線２６上に形成された第２光電変換層２５３、下電極２１２ａ上に形成された第１光電変換層２５１及び第２光電変換層２５２と分離され、電気的に絶縁されている。

また、図示は省略したが、図７において、下電極２１２ａ上のコンタクトホール８６と重なる位置にも第２光電変換層が形成されている。この第２光電変換層は第１光電変換層２５１との間に分離溝が形成され、該分離溝によって第１光電変換層と分離されている。同様に、センサー出力制御線２７にも、コンタクトホール８７と重なる位置に第２光電変換層が形成されている。センサー出力制御線２７上に形成された第２光電変換層と、下電極２１２ａ上に形成された第１光電変換層及び第２光電変換層とは互いに分離され、電気的に絶縁されている。

第１光電変換層と第２光電変換層とのうち第１光電変換層２５１上に上電極２１２ｅが選択的に形成され、下電極２１２ａ、第１光電変換層２５１、及び上電極２１２ｅによってＰＩＮダイオード２１２が形成されている。下電極２１２ａ上、データ線６ａ上、センサープリチャージ制御線２６上、及びセンサー出力制御線２７上に形成された第１光電変換層及び第２光電変換層は、Ｎ型半導体層２１２ｂ、受光層２１２ｃ、及びＰ型半導体層２１２ｄをエッチングすることにより、一括で形成されている。

下電極２１２ａは、コンタクトホール８４を介してＴＦＴ２１１に電気的に接続されている。上電極２１２ｅは、絶縁膜４７上に形成された導電膜２１４の一部を構成している。すなわち、液晶装置２では、ＰＩＮダイオード２１２の上電極２１２ｅは、ＴＦＴアレイ基板１０上において、共通電極１９と同層に形成されている。

したがって、液晶装置２によれば、上電極２１２ｅは、共通電極１９を形成する工程と共通の工程によって形成可能であり、共通電極１９及び上電極２１２ｅを別々の工程によって形成する場合に比べて、液晶装置２を製造する製造プロセスを簡略化できる。

加えて、画素電極９ａ及び共通電極１９の夫々は、透明電極であるため、上電極２１２ｅも透明である。したがって、画素電極９ａ及び共通電極１９によってＴＦＴアレイ基板１０上において、画像を表示するための表示用光が実質的に透過する開口領域が狭められることがないうえ、表示面２０ｓからＰＩＮダイオード２１２に入射する光が上電極２１２ｅによって遮られることなく、受光層２１２ｃに到達する。したがって、液晶装置２によれば、液晶装置２が画像を表示する表示性能を低下させることなく、ＰＩＮダイオード２１２が指示手段を検出する検出感度を高めることができる。

また、図８及び図９に示すように、液晶装置２では、下電極２１２ａは、絶縁膜４４上に形成された中継層２１７と同層に形成されている。したがって、液晶装置２によれば、中継層２１７を形成する工程を利用して下電極２１２ａを形成でき、液晶装置２を製造する製造プロセスをより一層簡略化できる。

尚、下電極２１２ａは、上電極２１２ｅと異なり、不透明な導電材料を用いて形成されている。即ち、下電極２１２ａは、バックライト２０６から出射された光源光を遮る遮光膜として兼用可能であり、画像表示領域１０ａに画像を表示する際にバックライト２０６から出射された光源光がＰＩＮダイオード２１２に照射されることを低減でき、ＰＩＮダイオード２１２によって正確に指示手段を検出できる。

本実施形態の液晶装置２によれば、液晶装置２の製造プロセスが簡略化できると共に、開口領域が狭められることなく、表示面２０ｓを指示する指示手段によって遮られなかった外光、或いは指示手段によって反射された光をＰＩＮダイオード２１２が検出する検出感度を高めることが可能である。

また、コンタクトホール部に形成された下電極２１２ａ、センサープリチャージ制御線２６、データ線６ａ、及び中継層２１７が、第２光電変換層２５２，２５３，２５５，２５６によって保護されるため、Ｎ型半導体層２１２ｂ、受光層２１２ｃ、及びＰ型半導体層２１２ｄをエッチングするときにコンタクトホール上の下電極２１２ａ、センサープリチャージ制御線２６、データ線６ａ、及び中継層２１７に断線が生じることが防止される。また、第２光電変換層２５２は、第１光電変換層２５１とは分離して形成されているため、第２光電変換層２５２で発生したリーク電流がＰＩＮダイオード２１２の動作に影響することがない。そのため、高感度で歩留まりの高い電気光学装置が提供される。

［電子機器］
本発明に係る光電変換装置は、２次元センサー、イメージセンサー、光学式タッチセンサーなどに用いることができる。また、本発明において、光電変換素子は、光の他、Ｘ線なども電気信号へ変換する対象と定義しており、本発明を適用した光電変換装置は、レントゲン写真の撮影に用いてもよい。さらに、本発明に係る光電変換装置は、第２実施形態で説明したように、表示機能を付加して電子機器に搭載してもよい。

図１０は、電気光学装置２を備えた電子機器の一例である携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の概略斜視図である。携帯情報端末４０００は、複数の操作ボタン４００１、電源スイッチ４００２、及び、表示ユニットとしての電気光学装置２を備えている。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が電気光学装置２に表示される。

なお、本発明に係る光電変換装置が適用される電子機器としては、図１０に示すものの他、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した電気光学装置２が適用可能である。

１…イメージセンサー（光電変換装置）、２…液晶装置（電気光学装置）、９ａ…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、７２…画素部、８１，８２，８３，８４，８６，８７…コンタクトホール、２１１，２１３…ＴＦＴ、２１２…ＰＩＮダイオード（光電変換素子）、２１２ａ…下電極（第１電極）、２１２ｅ…上電極（第２電極）、２５０…センサー部、２５１…第１光電変換層、２５２，２５３，２５５，２５６…第２光電変換層、２５４…分離溝、４０００…携帯情報端末（電子機器）

Claims

第１電極と光電変換層と第２電極とが順に積層されてなる光電変換素子と、前記光電変換素子の第１電極とコンタクトホールを介して接続された薄膜トランジスタと、を有する光電変換装置であって、
前記光電変換層は、前記コンタクトホールと重ならない位置に設けられた第１光電変換層と、前記コンタクトホールと重なる位置に設けられた第２光電変換層と、を有し、
前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とは分離溝によって互いに分離され、
前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とのうち前記第１光電変換層上に前記第２電極が選択的に形成され、前記第１電極と前記第１光電変換層と前記第２電極とにより前記光電変換素子が形成されていることを特徴とする光電変換装置。
画素電極が形成されてなる画素部と、光電変換素子が形成されてなるセンサー部とを同一基板上に形成してなる電気光学装置であって、
前記光電変換素子は、第１電極と光電変換層と第２電極とを順に積層してなり、
前記光電変換素子の第１電極には、コンタクトホールを介して薄膜トランジスタが接続され、
前記光電変換層は、前記コンタクトホールと重ならない位置に設けられた第１光電変換層と、前記コンタクトホールと重なる位置に設けられた第２光電変換層と、を有し、
前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とは分離溝によって互いに分離され、
前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とのうち前記第１光電変換層上に前記第２電極が選択的に形成され、前記第１電極と前記第１光電変換層と前記第２電極とにより前記光電変換素子が形成されていることを特徴とする電気光学装置。
請求項２に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。