JP5394589B2 - 表示装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
その駆動方法に関する。また、当該表示装置を有する電子機器に関する。
ている。表示領域にフォトセンサを搭載した表示装置は、被検出物(ペン、指など)が表
示領域に接触したことを検出することができるため、タッチパネル又はタッチスクリーン
などとも呼ばれている(以下、これを単に「タッチパネル」と呼ぶ)。フォトセンサを表
示領域に設けることにより、表示領域が入力領域を兼ねることができ、その一例として、
特許文献1に画像取り込み機能を備えた半導体装置が開示されている。
影を認識することによりタッチパネルとして機能するが、該表示装置がバックライトを有
する場合、バックライトから照射された光が指先やペン先などで反射し、その反射した光
をフォトセンサが検出してしまうことがあった。
であった。しかしながら、外光の照度が弱い場合は、バックライトの反射光と外光との強
度の差分が十分に取れないため、フォトセンサは指先やペン先などの影を認識することが
できず、表示装置はタッチパネルとしての性能が十分ではない問題を有していた。
装置の駆動方法に関する。
トセンサで被検出物の影を認識させる表示装置に関する。
素アレイと、画素が有する表示素子部と、画素が有するフォトセンサ部と、画素アレイが
形成された基板と対向して設置されたバックライトと、を有し、フォトセンサ部は、バッ
クライトが消灯している期間内に全ての画素で電荷の蓄積をすることを特徴とする表示装
置である。
作は行わない。従って、被検出物によるバックライトの反射光をフォトセンサが検出する
ことはなく、外光によって生じる被検出物の影を精度良く認識させることができる。ここ
で、バックライトを消灯する期間は、表示素子部が画像を保持する1フレーム期間内の一
部の期間である。
を有する画素アレイと、画素が有する表示素子部と、画素が有するフォトセンサ部と、を
有し、フォトセンサ部は、表示素子部が黒画像を表示している期間内に全ての画素で電荷
の蓄積をすることを特徴とする表示装置である。
は、該表示装置の使用者が意図的に表示させる画像である。例えば、テレビ番組の画像や
記録メディアに記録された画像のことを言う。
を有する画素アレイと、画素が有する表示素子部と、画素が有するフォトセンサ部と、画
素アレイが形成された基板と対向して設置されたバックライトと、を有し、バックライト
を点灯させ、表示素子部で画像を表示させ、バックライトを消灯させ、フォトセンサ部の
信号電荷蓄積部の電位をリセットする動作を行い、フォトセンサ部の信号電荷蓄積部へ電
荷を蓄積する動作を行い、フォトセンサ部の信号電荷蓄積部の電荷を保持する動作を行い
、バックライトを点灯させ、フォトセンサ部の信号電荷蓄積部の電位に応じた信号を順次
行毎に画素を選択して出力させることを特徴とする表示装置の駆動方法である。
ーム期間内に行うことで、全てのフレーム期間でフォトセンサの蓄積動作を行うことがで
きる。
を有する画素アレイと、画素が有する表示素子部と、画素が有するフォトセンサ部と、を
有し、表示素子部に画像を表示させ、表示素子部に黒画像を表示させ、表示素子部に黒画
像を表示させている期間中に、フォトセンサ部の信号電荷蓄積部の電位をリセットする動
作を行い、フォトセンサ部の信号電荷蓄積部へ電荷を蓄積する動作を行い、フォトセンサ
部の信号電荷蓄積部の電荷を保持する動作を行い、フォトセンサ部の信号電荷蓄積部の電
位に応じた信号を順次行毎に画素を選択して出力させることを特徴とする表示装置の駆動
方法である。
、バックライトの消灯を含め、1フレーム期間またはそれ以下の期間において黒画像を表
示することで、動画像の残像を低減させる効果を表示装置に付与させることもできる。
ることが無くなり、外光によって生じる影を精度良く認識させることができる。従って、
認識性能が良好なタッチパネルを提供することができる。
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様
な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態では、本発明の一態様のバックライトを用いた透過型液晶表示装置について
、図面を参照して説明する。図1にその構成の一例を示す。
路103を有する。画素アレイ101は、マトリクス状に配置された複数の画素104を
有する。各々の画素104には、表示素子部105、フォトセンサ部106を有する例を
示してある。
要はなく、目的に合わせて該フォトセンサ部を形成すればよい。
ソース信号線(ビデオデータ信号線など)を介して表示素子部105に信号を入力する表
示素子駆動回路107と、ゲート信号線(走査線)を介して表示素子部105に信号を入
力する表示素子駆動回路108を有する。
する機能を有する。また、表示素子駆動回路107は、選択された行の画素が有する表示
素子に任意の電位を与える機能を有する。なお、表示素子駆動回路108によりゲート信
号線に高電位を印加された表示素子では、トランジスタがオンし、表示素子駆動回路10
7によりソース信号線に与えられる電位が供給される。
ォトセンサ出力信号線(以下、出力信号線と言う)及びフォトセンサ基準信号線(以下基
準信号線と言う)等の信号線側のフォトセンサ読み出し回路109と、リセット信号線及
び行を選択するゲート信号線(以下、選択信号線と言う)等の走査線側のフォトセンサ駆
動回路110を有する。
6に対して、後述するリセット動作、累積動作、及び選択動作を行う機能を有する。また
、フォトセンサ読み出し回路109は、選択された行の画素が有する該フォトセンサ部の
出力信号を取り出す機能を有する。なお、フォトセンサ読み出し回路109は、アナログ
信号であるフォトセンサ部の出力をOPアンプを用いてアナログ信号のまま外部に取り出
す構成や、A/D変換回路を用いてデジタル信号に変換してから外部に取り出す構成を含
むことができる。
する各トランジスタ及び各配線の名称は、便宜的に名付けたものであり、それぞれを説明
する機能を有していれば名称は問わない。
ース信号線216に、ソース又はドレインの他方が保持容量202の一方の電極と液晶素
子203の一方の電極に、それぞれ電気的に接続されている。保持容量202の他方の電
極と液晶素子203の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子203は、一対
の電極の間に液晶層を含む素子である。
する。例えば、ゲート信号線215に高電位が印加されると、ソース信号線216の電位
を保持容量202と液晶素子203に印加する。保持容量202は、液晶素子203に印
加する電圧に相当する電荷を保持する機能を有する。
液晶素子203を透過する光の明暗(階調)を作ることで実現される。
半導体層を用いて形成することも可能であるが、酸化物半導体を用いて形成することが好
ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタは、極めてオフ電流の低い特性を示し、電荷
保持機能を高めることができる。
トランジスタ207は、信号電荷蓄積部210(FD)の電位に応じた信号を出力する動
作を行う。電荷蓄積制御トランジスタ205は、フォトダイオード204による信号電荷
蓄積部210への電荷蓄積を制御する。リセットトランジスタ206は、信号電荷蓄積部
210の電位の初期化を制御する。選択トランジスタ208は、読み出し時に画素の選択
を制御する。信号電荷蓄積部210は、電荷保持ノードであり、フォトダイオード204
が受ける光の量に応じて変化する電荷を保持する。
。リセット信号線214は、リセットトランジスタ206を制御する信号線である。選択
信号線209は、選択トランジスタ208を制御する信号線である。出力信号線211は
、増幅トランジスタ207が生成した信号の出力先となる信号線である。電源供給線23
0は、電源電圧を供給する信号線であり、基準信号線212は、基準電位を設定する信号
線である。
ースまたはドレインの一方は、フォトダイオード204のカソードに接続され、ソースま
たはドレインの他方は、信号電荷蓄積部210に接続される。また、フォトダイオード2
04のアノードは、基準信号線212に接続される。ここで、電荷保持容量を信号電荷蓄
積部210と基準信号線212の間に接続してもよい。
空乏層容量や、増幅トランジスタのゲート容量などであるが、本明細書では、信号電荷蓄
積部を便宜的に回路図上の一部分として表記している。従って、配置の説明は回路図に従
うものとする。
レインの一方は、電源供給線230に接続され、ソースまたはドレインの他方は、選択ト
ランジスタ208のソースまたはドレインの一方に接続される。
はドレインの一方は、電源供給線230に接続され、ソースまたはドレインの他方は、信
号電荷蓄積部210に接続される。
ンの他方は、出力信号線211に接続される。
を用いることができる。ここでは、i型半導体層を非晶質シリコンで形成したpin型フ
ォトダイオードを用いる。非晶質シリコンは可視光、線の波長領域に光吸収特性を持つた
め、赤外線カットフィルタを設ける必要が無いなど、低コストで形成することができる。
一方で、結晶性シリコンは、可視光線の波長領域に加え、赤外線の波長領域にも光吸収特
性を持つため、pin型フォトダイオードのi型半導体層に結晶性シリコンを用い、赤外
線透過フィルタと組み合わせれば赤外線のみを検出することができる。
7、及び選択トランジスタ208は、シリコン半導体を用いて形成することも可能である
が、酸化物半導体を用いて形成することが好ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタ
は、極めてオフ電流の低い特性を示す特徴を有している。
ットトランジスタ206のリーク電流が大きいと、信号電荷蓄積部210で電荷が保持で
きる時間が十分でなくなるため、少なくとも該トランジスタは、酸化物半導体を用いて形
成すると良い。該トランジスタに酸化物半導体を用いたトランジスタを使用することで、
トランジスタを介した不要な電荷の流出を防止することができる。
ことができる。ここで、Mは、Zn、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一つ、ま
たは複数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、また
はGa及びCoなどがある。酸化物半導体を用いてトランジスタを形成することで、オフ
電流を極めて低くすることができる。
図2において、画素1列分のプリチャージ回路300は、トランジスタ301、保持容量
302、プリチャージ信号線303から構成される。ここで、トランジスタ301にはp
−ch型を用いる。なお、プリチャージ回路300の後段に、OPアンプやA/D変換回
路を接続することができる。
線211の電位を基準電位に設定する。図2の構成では、プリチャージ信号線303をロ
ーレベルとし、トランジスタ301をオンすることで、出力信号線211を基準電位(こ
こでは高電位とする)に設定することができる。また、出力信号線211の電位を安定さ
せるために、出力信号線211に保持容量302を設ける。ただし、保持容量302は、
出力信号線211の寄生容量が大きい場合には設けなくても良い。なお、該基準電位は、
低電位とする構成としても良い。この場合、トランジスタ301にn−ch型トランジス
タを用いて、プリチャージ信号線303をハイレベルとすることで、出力信号線211を
低電位に設定することができる。
、図3(A)、(B)のタイミングチャートを用いて説明する。
4の電位514、選択信号線209の電位509、信号電荷蓄積部210の電位510、
出力信号線211の電位511、プリチャージ信号線303の電位503を上から順に記
している。
232にリセット信号線214の電位514をハイレベルにすると、信号電荷蓄積部21
0の電位510は、電源供給線230の電位に初期化され、リセット電位となる。以上が
リセット動作の開始である。
の電位511はハイレベルにプリチャージされる。
させる。このとき、信号電荷蓄積部210の電位510は保持され、フォトダイオード2
04に逆バイアスの電圧がかかる状態になる。この段階が蓄積動作の開始となる。そして
、フォトダイオード204に光の量に応じた逆方向電流が流れ、信号電荷蓄積部210の
電位510が変化する。
リチャージを終了させる。このプリチャージ終了のタイミングは、選択トランジスタ20
8がオンする前であればいつでも良い。
10からフォトダイオード204への電荷の移動が止まり、蓄積動作が終了する。そして
、信号電荷蓄積部210の電位510は、一定値に保持される。
荷蓄積部の電位510に応じて出力信号線の電位511が変化する。
電位511が一定値となる。この段階で選択動作が終了し、読み出しが終了する。以降は
、時刻231の動作に戻り、同じ動作を繰り返すことで撮像画像を生成することができる
。
2にリセット信号線214の電位514をハイレベルにすると、信号電荷蓄積部210の
電位510及びフォトダイオード204のカソードの電位は、電源供給線230の電位に
初期化され、リセット電位となる。以上がリセット動作の開始である。
の電位511はハイレベルにプリチャージされる。
刻238にリセット信号線214の電位514をローレベルとしてリセット動作を終了さ
せると、逆バイアスのかかった状態のフォトダイオード204に光の量に応じた逆方向電
流が流れ、フォトダイオード204のカソードの電位が変化する。
荷蓄積部210の電位510とフォトダイオード204のカソードとの電位差により電流
が流れ、信号電荷蓄積部210の電位510が変化する。
各画素からの出力を読み出すことで、表示パネルに接触又は接近した被検出物の撮像を行
うことができる。
5のソースまたはドレインの一方に接続された場合の一例である。同様な出力信号を発生
させる動作は、フォトダイオード204のアノードが電荷蓄積制御トランジスタ205の
ソースまたはドレインの一方に接続した構成の場合においても可能である。
トダイオード204に光を照射することによって生じる逆方向電流で放電させ、増幅トラ
ンジスタ207を介して出力信号を決定するものである。
10をローレベルに初期化し、フォトダイオード204に光を照射することによって生じ
る逆方向電流で充電させ、増幅トランジスタ207を介して出力信号を決定することがで
きる。
タ方式の二つが知られている。本発明の一態様では、ローリングシャッタを用いることも
できるが、グローバルシャッタ方式を用いることが好ましい。
写体に対して歪みの無い撮像を行うことができる。タッチパネルにおいても、被検出物は
動きのあるものであり、表示領域内での正確な位置情報を取得するには、グローバルシャ
ッタ方式を用いることが適している。
に順次読み出すCMOSセンサ型の方式であるため、グローバルシャッタ方式を用いると
蓄積動作が終了してから選択動作が開始されるまでの期間が画素によって異なってしまう
。電荷の保持時間が長くなると、電荷の流出による信号の劣化が起こり、正常な撮像が行
えなくなる場合がある。
ジスタに、酸化物半導体を用いたトランジスタを使用するため、電荷の流出を極力抑える
ことができる。先に説明した様に、酸化物半導体を用いたトランジスタは、極めて低いオ
フ電流を示すため、フォトダイオードに照射される光の量に関係なく不要な電荷の流出を
防止することができる。従って、グローバルシャッタ方式を用いることが容易となる。
ある。そのため、被検出物で反射したバックライトの光がフォトセンサに検出され、被検
出物の影が認識されないことがある。
間にフォトセンサの蓄積動作を行う。この駆動方法により、被検出物で反射したバックラ
イトの光をフォトセンサが検出することはなく、タッチパネルの誤認識を防止することが
できる。
あることが好ましく、表示素子部が画像を保持する1フレーム期間内の一部の期間で行う
。この極短時間でフォトセンサの蓄積動作を行うには、上述したグローバルシャッタ方式
がより好ましい。なお、ローリングシャッタ方式を用いることもできるが、バックライト
の消灯期間が長くならない様に撮像を高速に行う必要がある。
できる。
改善する1つの手段として、全面黒表示を1フレーム置きまたは、1フレーム期間内の一
部の時間にて行う、所謂黒挿入と呼ばれる駆動技術が知られている。
。そのため、次のフレームに切り替わる直前まで同じ画像を見続けることになり、人間の
目は、残像を感じてしまうのである。この残像を解消する方法の1つが、黒画像を挿入し
て残像をリセットする黒挿入技術である。
本発明の一態様ではタッチパネルの誤認識を防止するだけでなく、動画の表示特性を向上
させることもできる。
の蓄積動作を行っても良い。この場合、バックライトの消灯はしなくても良い。黒画像の
表示では、バックライトの光はほとんど液晶素子を透過しないため、そのフレーム期間に
おいては、被検出物によるバックライトの反射光は生じない。従って、黒画像の表示を行
っているフレーム期間中にフォトセンサの蓄積動作を行うことでタッチパネルの誤認識を
防止することができる。なお、黒画像は、主たる画像と交互に表示させることで、前述し
た様に黒挿入の効果も得られるため、動画の表示特性を向上させることもできる。
撮像動作を図4のタイミングチャートを用いて説明する。なお、本撮像動作は、グローバ
ルシャッタ方式であるが、ローリングシャッタ方式も可能である。
4705を全て同時にハイレベルにすると、1行目からn行目までの画素の蓄積動作が開
始する。
の電位4705を全て同時にローレベルにすると、1行目からn行目までの画素の蓄積動
作が完了する。
、少なくとも時刻4721から時刻4722までの期間を含んでいれば良く、次の読み出
し動作の期間が含まれても良い。
読み出し動作を開始する。
4712をハイレベルにすると、1行目の画素の読み出し動作が完了し、2行目の画素の
読み出し動作が開始する。
4713をハイレベルにすると、2行目の画素の読み出し動作が完了し、3行目の画素の
読み出し動作が開始する。
完了する。
の画素の読み出し動作が開始する。
電位4715をハイレベルにすると、n−1行目の画素の読み出し動作が完了し、n行目
の画素の読み出し動作が開始する。
読み出し動作が完了する。以降、時刻4721の動作に戻り、同じ動作を繰り返すことで
撮像精度が優れた表示装置を提供することができる。
動作時にバックライトを消灯させることで被検出物の検出精度を向上させることができる
。また、このバックライトを消灯する方法を用いることでフォトセンサの蓄積動作は、連
続する全てのフレームを対象とすることもでき、タッチパネルとしての認識精度を高める
ことができる。
被検出物の検出精度を向上させることができる。この場合の動作も図4の説明と同様であ
るが、バックライトの消灯は不要となる。また、この方法は、蓄積時間の長いローリング
シャッタ方式を用いるには有効な手段でもある。
することができ、動画表示性能を向上させることができる。
る。
本実施の形態では、撮像装置の蓄積動作と読み出し動作の方式について説明する。なお、
本発明の一態様における表示装置は、フォトセンサ部を有しており、撮像装置の機能を有
する。
ッタ方式の二つが知られている。それぞれの違いについて、電荷蓄積制御信号線の電位と
選択信号線の電位を用いて簡単に説明する。
の電荷蓄積制御信号線の電位3001がハイレベルになり、蓄積期間311において1行
目の画素の信号電荷蓄積部に光の量の応じた電荷が蓄積される。続いて、第1の電荷蓄積
制御信号線の電位3001がローレベルになり、電荷保持期間312の後、第1の選択信
号線の電位3501がハイレベルになる。期間313で蓄積電位に応じた電圧を読み出し
た後、第1の選択信号線の電位3501がローレベルになる。
行目の画素の信号電荷蓄積部に光の量の応じた電荷が蓄積される。続いて、第2の電荷蓄
積制御信号線の電位3002がローレベルになり、電荷保持期間314の後、第2の選択
信号線の電位3502がハイレベルになる。期間315で蓄積電位に応じた電圧を読み出
した後、第2の選択信号線の電位3502がローレベルになる。
3003から第480の電荷蓄積制御信号線の電位3480までと、第3の選択信号線の
電位3503から第480の電荷蓄積制御信号線の電位3980までを順に制御して、全
ての画素について読み出し動作が行われる。この様にして1フレームの読み出しが完了す
る。
行毎に電荷蓄積のタイミングが異なる。つまり、ローリングシャッタ方式は、電荷の蓄積
動作が全ての画素では同時に行われず、行毎に蓄積動作の時間差が生じてしまう方式であ
る。ただし、蓄積動作から読み出し動作までの電荷保持期間は、全ての行で同じである。
と同様に最終行が480行であるとすると、1行目の第1の電荷蓄積制御信号線の電位4
001から480行目の第480の電荷蓄積制御信号線の電位4480まで全て同時にハ
イレベルになり、期間401で全ての画素において電荷の蓄積動作が同時に行われる。電
荷保持期間402の後、期間403において、第1の選択信号線の電位4501がハイレ
ベルになり、1行目の画素が選択され、蓄積電位に応じた電圧が出力される。
05において、第2の選択信号線の電位4502がハイレベルになり、2行目の画素が選
択され、蓄積電位に応じた電圧が出力される。
択信号線4980がハイレベルになり、480行目の画素が選択され、蓄積電位に応じた
電圧が出力される。この様に1フレームの読み出しが完了する。
同じである。ただし、電荷の蓄積動作から読み出し動作までの時間は行毎に異なり、最終
行の読み出しまでの電荷保持期間406が最も長くなる。
が無いため、動きのある被写体に対して歪みの無い撮像を可能とする利点がある。しかし
ながら、電荷保持期間が長くなるため、ローリングシャッタ方式に比べて、電荷蓄積制御
トランジスタやリセットトランジスタのオフ電流等によるリークの影響を受けやすい問題
を有する。
至(C)を用いて説明する。ここでは被写体の動きが速い場合の一例として、図7(A)
に示すような走行中の自動車を撮像する場合を考える。
め、画像の上下で撮像の同時性が崩れてしまい、図7(B)に示すように歪んだ物体とし
て画像が生成される。ローリングシャッタ方式は、特に高速に移動するものは歪みが大き
くなるため、現実の状態を撮像することが困難である。
画素において同じになる。従って、瞬間的に画像全体を撮像することができるため、図7
(C)に示すように歪まない撮像が可能である。グローバルシャッタ方式は、高速に移動
する被写体の撮像に優れた方式である。
ルシャッタ方式が適した方式であることがわかる。ただし、CMOSセンサ型のイメージ
センサをグローバルシャッタ方式に変更するだけでは、従来のシリコン半導体を用いたト
ランジスタではオフ電流が大きいため正常な撮像は実現できなかった。
トランジスタを用いることが好ましい。オフ電流が極めて小さいトランジスタには、例え
ば、酸化物半導体を用いたトランジスタなどがある。
示す回転体となる3枚羽の画像である。この3枚羽は、羽の接続点を中心軸とし、回転す
ることができる。この科学計算では、回転する3枚羽を撮像したときの1フレーム分の画
像を取得することを目的とする。
素における電荷の蓄積動作及び読み出し動作のタイミングと、信号電荷蓄積部からのリー
ク量を行毎に計算し、画像化するものである。
次の4条件で行った。
をローリングシャッタ方式で駆動させるものである。図28の画素回路構成は、電荷蓄積
制御トランジスタ803、リセットトランジスタ804、増幅トランジスタ802、及び
選択トランジスタ805は、シリコン半導体を用いたトランジスタで構成される。
ッタ方式で駆動させるものである。回路の構成は、第1の条件と同じであり、シャッタの
方式のみ異なる。
ッタ方式で駆動させるものである。図29の画素回路構成も図2に示すフォトセンサ部1
06の画素回路と基本的に同じであるが、電荷蓄積制御トランジスタ903、及びリセッ
トトランジスタ904は酸化物半導体を用いたトランジスタで構成され、増幅トランジス
タ902及び選択トランジスタ905はシリコン半導体を用いたトランジスタで構成され
る。
ッタ方式で駆動させるものである。回路の構成は、第3の条件と同じであり、シャッタの
方式のみ異なる。
、チャネル長L=3μm、チャネル幅W=5μm、ゲート絶縁膜厚d=20nmとした。
また、酸化物半導体を用いたトランジスタのサイズは、チャネル長L=3[μm]、チャ
ネル幅W=5μm、ゲート絶縁膜厚d=200nmとした。
電気特性は、Icut=10pA、酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性は、I
cut=0.1aAとした。本実施の形態におけるIcutとは、ゲート電圧を0V、ド
レイン電圧を5Vとしたときにソース−ドレイン間に流れる電流値のことである。
転数640rpmでは、ローリングシャッタ方式での蓄積動作時に3枚羽が1フレーム(
1/60s)の間に約60°回転することになる。
に画素の信号電荷蓄積部に電荷を蓄積するタイミングが違うため、図8(B)に示すよう
に、画像に歪みが現れている。
(C)に示すように、電荷蓄積制御トランジスタ803及びリセットトランジスタ804
のオフ電流による電荷リークの影響で階調の変化が見られる。下側の最終行に近いほど電
荷保持時間が長くなるため、その変化は顕著になる。
ジスタ、ローリングシャッタ方式)の場合、図8(D)に示すように、第1の条件の場合
と同じく画像が歪んでいる。
ジスタ、グローバルシャッタ方式)の場合、図8(E)に示すように、トランジスタのオ
フ電流による電荷リークがなく、図8の像と同様に階調が正しく表示される。
、図10のいずれの画素回路においても撮画像の歪みが起きてしまい、画像の歪みとオフ
電流に強い相関はないことがわかる。つまり、画像の歪みを改善するためには、画素の信
号電荷蓄積部に電荷を蓄積するタイミングが同じであるグローバルシャッタ方式に変更す
ることが有効であることが示されている。
タで回路を構成すると、電荷蓄積制御トランジスタ及びリセットトランジスタのオフ電流
による電荷の流出で階調が変化する問題点を持つことがわかる。
ンジスタを使用すると、その非常に微小なオフ電流特性により電荷の流出が抑えられ、階
調が正しく表示されていることがわかる。従って、酸化物半導体を用いたトランジスタを
含んだ画素回路を有する撮像装置では、容易にグローバルシャッタ方式を採用することが
できることがわかる。
る。
本実施の形態では、本発明の一態様における表示装置のフォトセンサ部の回路の構成につ
いて説明する。
ができる。本実施の形態では、実施の形態1の図2に示すフォトセンサ部106の回路構
成以外について説明する。
けたものであり、それぞれを説明する機能を有していれば名称は問わない。
る。画素回路は、フォトダイオード1601、増幅トランジスタ1602、電荷蓄積制御
トランジスタ1603、リセットトランジスタ1604、選択トランジスタ1605で構
成される。図9の回路構成は、選択トランジスタ1605を設ける位置が図2に示すフォ
トセンサ部106と異なっている。
、ソースまたはドレインの一方は、フォトダイオード1601のカソードに接続され、ソ
ースまたはドレインの他方は、信号電荷蓄積部1612に接続される。フォトダイオード
1601のアノードは、基準信号線1631に接続される。
はドレインの一方は、選択トランジスタ1605のソースまたはドレインの一方に接続さ
れ、ソースまたはドレインの他方は、出力信号線1620に接続される。
またはドレインの一方は、電源供給線1630に接続され、ソースまたはドレインの他方
は、信号電荷蓄積部1612に接続される。
インの他方は、電源供給線1630に接続される。ここで、電荷保持容量を信号電荷蓄積
部1612と基準信号線1631の間に接続してもよい。
、画素に入射した光に応じた電流を生成する動作を行う。増幅トランジスタ1602は、
信号電荷蓄積部1612の電位に応じた信号を出力する動作を行う。電荷蓄積制御トラン
ジスタ1603は、フォトダイオード1601による信号電荷蓄積部1612への電荷蓄
積を制御する。リセットトランジスタ1604は、信号電荷蓄積部1612の電位の初期
化を制御する。選択トランジスタ1605は、読み出し時に画素の選択を制御する。信号
電荷蓄積部1612は、電荷保持ノードであり、フォトダイオード1601が受ける光の
量に応じて変化する電荷を保持する。
ある。リセット信号線1614は、リセットトランジスタ1604を制御する信号線であ
る。選択信号線1615は、選択トランジスタ1605を制御する信号線である。出力信
号線1620は、増幅トランジスタ1602が生成した信号の出力先となる信号線である
。電源供給線1630は、電源電圧を供給する信号線であり、基準信号線1631は、基
準電位を設定する信号線である。
の画素回路の動作と同様である。
イオード1701、増幅トランジスタ1702、電荷蓄積制御トランジスタ1703、リ
セットトランジスタ1704で構成される。
、ソースまたはドレインの一方は、フォトダイオード1701のカソードに接続され、ソ
ースまたはドレインの他方は、信号電荷蓄積部1712に接続される。フォトダイオード
1701のアノードは基準信号線1731に接続される。
はドレインの一方は、電源供給線1730に接続され、ソースまたはドレインの他方は、
出力信号線1720に接続される。
たはドレインの一方は、電源供給線1730に接続され、ソースまたはドレインの他方は
、信号電荷蓄積部1712に接続される。ここで、電荷保持容量を信号電荷蓄積部171
2と基準信号線1731の間に接続してもよい。
は、画素に入射した光に応じた電流を生成する動作を行う。増幅トランジスタ1702は
、信号電荷蓄積部1712の電位に応じた信号を出力する動作を行う。電荷蓄積制御トラ
ンジスタ1703は、フォトダイオード1701による信号電荷蓄積部1712への電荷
蓄積を制御する。リセットトランジスタ1704は、信号電荷蓄積部1712の電位の初
期化を制御する。信号電荷蓄積部1712は、電荷保持ノードであり、フォトダイオード
1701が受ける光の量に応じて変化する電荷を保持する。
ある。リセット信号線1714は、リセットトランジスタ1704を制御する信号線であ
る。出力信号線1720は、増幅トランジスタ1702が生成した信号の出力先となる信
号線である。電源供給線1730は、電源電圧を供給する信号線であり、基準信号線17
31は、基準電位を設定する信号線である。
ダイオード3801、増幅トランジスタ3802、電荷蓄積制御トランジスタ3803、
リセットトランジスタ3804で構成される。
、ソースまたはドレインの一方は、フォトダイオード3801のカソードに接続され、ソ
ースまたはドレインの他方は、信号電荷蓄積部3812に接続される。フォトダイオード
3801のアノードは、基準信号線3831に接続される。
はドレインの一方は、電源供給線3830に接続され、ソースまたはドレインの他方は、
出力信号線3820に接続される。
またはドレインの一方は、リセット電源供給線3832に接続され、ソースまたはドレイ
ンの他方は、信号電荷蓄積部3812に接続される。ここで、電荷保持容量を信号電荷蓄
積部3812と基準信号線3831の間に接続してもよい。
は、画素に入射した光に応じた電流を生成する動作を行う。増幅トランジスタ3802は
、信号電荷蓄積部3812の電位に応じた信号を出力する動作を行う。電荷蓄積制御トラ
ンジスタ3803は、フォトダイオード3801による信号電荷蓄積部3812への電荷
蓄積を制御する。リセットトランジスタ3804は、信号電荷蓄積部3812の電位の初
期化を制御する。信号電荷蓄積部3812は、電荷保持ノードであり、フォトダイオード
3801が受ける光の量に応じて変化する電荷を保持する。
ある。リセット信号線3814は、リセットトランジスタ3804を制御する信号線であ
る。出力信号線3820は、増幅トランジスタ3802が生成した信号の出力先となる信
号線である。リセット電源供給線3832は、電源供給線3830とは異なった電源供給
線であり、信号電荷蓄積部3812を電源供給線3830の電位とは異なる電位に初期化
することができる。電源供給線3830は、電源電圧を供給する信号線であり、基準信号
線3831は、基準電位を設定する信号線である。
チャートを用いて説明する。なお、図10と図11は回路動作が基本的に同じであるため
、ここでは図10の構成について説明する。
13、リセット信号線1714の電位3914は、二値変化する信号として与える。ただ
し、各電位はアナログ信号であるため、実際には状況に応じて二値に限らず種々の値を取
り得る。
刻3931にリセット信号線1714の電位3914をハイレベルにすると、信号電荷蓄
積部1712の電位3912はリセットトランジスタ1704のソースまたはドレインの
一方に接続された電源供給線1730の電位が供給される。以上をリセット動作と呼ぶ。
電位3912は電源供給線1730と同じ電位を保持し、フォトダイオード1701に逆
バイアスがかかる状態になる。この段階が蓄積動作の開始となる。
応じて信号電荷蓄積部1712に蓄積される電荷量が変化する。同時に、信号電荷蓄積部
1712の電位3912に応じて電源供給線1730から出力信号線1720へと電荷が
供給される。この段階が読み出し動作の開始となる。
電荷蓄積部1712からフォトダイオード1701への電荷の移動が止まり、信号電荷蓄
積部1712に蓄積される電荷量が決定する。ここで、蓄積動作が終了する。
線の電位3920が決定する。ここで、読み出し動作が終了する。
刻3931にリセット信号線1714の電位3914をハイレベルにすると、信号電荷蓄
積部1712の電位3912及びフォトダイオード1701のカソードの電位は、リセッ
トトランジスタ1704のソースまたはドレインの一方に接続された電源供給線1730
の電位に初期化される。以上をリセット動作と呼ぶ。
いて時刻3935にリセット信号線1714の電位3914をローレベルとしてリセット
動作を終了させると、逆バイアスのかかった状態のフォトダイオードに光の量に応じた逆
方向電流が流れ、フォトダイオード1701のカソードの電位が変化する。
信号電荷蓄積部1712の電位3912とフォトダイオード1701のカソードとの電位
差により電流が流れ、信号電荷蓄積部1712の電位3912が変化する。
路は、フォトダイオード2001、増幅トランジスタ2002、電荷蓄積制御トランジス
タ2003、リセットトランジスタ2004で構成される。フォトダイオード2001の
アノードは、基準信号線2031に接続される。
、ソースまたはドレインの一方は、フォトダイオード2001のカソードに接続され、ソ
ースまたはドレインの他方は、信号電荷蓄積部2012に接続される。
はドレインの一方は、電源供給線2030に接続され、ソースまたはドレインの他方は、
出力信号線2020に接続される。
またはドレインの一方は、信号電荷蓄積部2012に接続され、ソースまたはドレインの
他方は、出力信号線2020に接続される。ここで、電荷保持容量を信号電荷蓄積部20
12と基準信号線2031の間に接続してもよい。
は、画素に入射した光に応じた電流を生成する動作を行う。増幅トランジスタ2002は
、信号電荷蓄積部2012の電位に応じた信号を出力する動作を行う。電荷蓄積制御トラ
ンジスタ2003は、フォトダイオード2001による信号電荷蓄積部2012への電荷
蓄積を制御する。リセットトランジスタ2004は、信号電荷蓄積部2012の電位の初
期化を制御する。信号電荷蓄積部2012は、電荷保持ノードであり、フォトダイオード
2001が受ける光の量に応じて変化する電荷を保持する。
ある。リセット信号線2014は、リセットトランジスタ2004を制御する信号線であ
る。出力信号線2020は、増幅トランジスタ2002が生成した信号の出力先となる信
号線である。電源供給線2030は、電源電圧を供給する信号線であり、基準信号線20
31は、基準電位を設定する信号線である。
を用いて説明する。
13、リセット信号線2014の電位2114は、二値変化する信号として与える。ただ
し、各電位はアナログ信号であるため、実際には状況に応じて二値に限らず種々の値を取
り得る。
刻2131にリセット信号線2014の電位2114をハイレベルにすると、リセットト
ランジスタ2004のソースまたはドレインの他方に接続された出力信号線2020の電
位2120が信号電荷蓄積部2012へリセット電位として供給される。以上をリセット
動作と呼ぶ。
012の電位2112はリセット電位を保持し、フォトダイオード2001に逆バイアス
がかかる状態になる。この段階が蓄積動作の開始となる。
応じて信号電荷蓄積部2012に蓄積される電荷量が変化する。同時に、信号電荷蓄積部
2012の電位2112に応じて電源供給線2030から出力信号線2020へと電荷が
供給される。この段階が読み出し動作の開始となる。
電荷蓄積部2012からフォトダイオード2001への電荷の移動が止まり、信号電荷蓄
積部2012に蓄積される電荷量が決定する。ここで、蓄積動作が終了する。
線の電位2120が決定する。ここで、読み出し動作が終了する。
刻2131にリセット信号線2014の電位2114をハイレベルにすると、信号電荷蓄
積部2012の電位2112及びフォトダイオード2001のカソードの電位は、リセッ
トトランジスタ2004のソースまたはドレインの他方に接続された出力信号線2020
の電位2120に初期化される。以上をリセット動作と呼ぶ。
いて時刻2135にリセット信号線2014の電位2114をローレベルとしてリセット
動作を終了させると、逆バイアスのかかった状態のフォトダイオードに光の量に応じた逆
方向電流が流れ、フォトダイオード2001のカソードの電位が変化する。
信号電荷蓄積部2012の電位2112とフォトダイオード2001のカソードの電位と
の電位差により電流が流れ、信号電荷蓄積部2012の電位2112が変化する。
路は、フォトダイオード2201、増幅トランジスタ2202、電荷蓄積制御トランジス
タ2203、選択トランジスタ2205で構成される。フォトダイオード2201のアノ
ードはリセット信号線2216に接続される。
、ソースまたはドレインの一方は、フォトダイオード2201のカソードに接続され、ソ
ースまたはドレインの他方は、信号電荷蓄積部2212に接続される。
はドレインの一方は、電源供給線2230に接続され、ソースまたはドレインの他方は、
選択トランジスタ2205のソースまたはドレインの一方に接続される。
レインの他方は、出力信号線2220に接続される。ここで、電荷保持容量を信号電荷蓄
積部2212と基準信号線の間に接続してもよい。
は、画素に入射した光に応じた電流を生成する動作を行う。増幅トランジスタ2202は
、信号電荷蓄積部2212の電位に応じた信号を出力する動作を行う。電荷蓄積制御トラ
ンジスタ2203は、フォトダイオード2201による信号電荷蓄積部2212への電荷
蓄積を制御する。選択トランジスタ2205は、読み出し時に画素の選択を制御する。信
号電荷蓄積部2212は、電荷保持ノードであり、フォトダイオード2201が受ける光
の量に応じて変化する電荷を保持する。
ある。リセット信号線2216は、リセット電位を信号電荷蓄積部2212に供給する信
号線である。出力信号線2220は、増幅トランジスタ2202が生成した信号の出力先
となる信号線である。選択信号線2215は、選択トランジスタ2205を制御する信号
線である。電源供給線2230は、電源電圧を供給する信号線である。
を用いて説明する。
13、リセット信号線2216の電位2316、選択信号線2215の電位2315は、
二値変化する信号として与える。ただし、各電位はアナログ信号であるため、実際には状
況に応じて二値に限らず種々の値を取り得る。
刻2331にリセット信号線2216の電位2316をハイレベルにすると、信号電荷蓄
積部2212の電位2312及びフォトダイオード2201のカソードの電位は、リセッ
ト信号線2216の電位2316よりもフォトダイオード2201の順方向電圧分だけ低
い電位に初期化される。以上をリセット動作と呼ぶ。
蓄積部2212の電位2312はハイレベルを保持し、フォトダイオード2201に逆バ
イアスがかかる状態になる。この段階が蓄積動作の開始となる。
応じて信号電荷蓄積部2212に蓄積される電荷量が変化する。
電荷蓄積部2212からフォトダイオード2201への電荷の移動が止まり、信号電荷蓄
積部2212に蓄積される電荷量が決定する。ここで、蓄積動作が終了する。
部2212の電位2312に応じて電源供給線2230から出力信号線2220へと電荷
が供給される。この段階が読み出し動作の開始となる。
230から出力信号線2220への電荷供給が停止され、出力信号線2220の電位23
20が決定する。ここで、読み出し動作が終了する。
1にリセット信号線の電位2316をハイレベルにすると、信号電荷蓄積部の電位231
2及びフォトダイオード2201のカソードの電位は、リセット信号線の電位2316よ
りもフォトダイオード2201の順方向電圧分だけ低いリセット電位に初期化される。以
上をリセット動作と呼ぶ。
いて時刻2337にリセット信号線2216の電位2316をローレベルとしてリセット
動作を終了させると、逆バイアスのかかった状態のフォトダイオードに光の量に応じた逆
方向電流が流れ、フォトダイオード2201のカソードの電位が変化する。
信号電荷蓄積部2212の電位2312とフォトダイオード2201のカソードの電位と
の電位差により電流が流れ、信号電荷蓄積部2212の電位2312が変化する。
4405で構成される。
はドレインの一方は、電源供給線4430に接続され、ソースまたはドレインの他方は、
選択トランジスタ4405のソースまたはドレインの一方に接続される。
レインの他方は、出力信号線4420に接続される。
はリセット信号線4416に接続される。ここで、電荷保持容量を信号電荷蓄積部441
2と基準信号線の間に接続してもよい。
は、画素に入射した光に応じた電流を生成する動作を行う。増幅トランジスタ4402は
、信号電荷蓄積部4412の電位に応じた信号を出力する動作を行う。選択トランジスタ
4405は、読み出し時に画素の選択を制御する。信号電荷蓄積部4412は、電荷保持
ノードであり、フォトダイオード4401が受ける光の量に応じて変化する電荷を保持す
る。
ある。出力信号線4420は、増幅トランジスタ4402が生成した信号の出力先となる
信号線である。選択信号線4415は、選択トランジスタ4405を制御する信号線であ
る。電源供給線4430は、電源電圧を供給する信号線である。
。
415の電位3715は、二値変化する信号として与える。ただし、各電位はアナログ信
号であるため、実際には状況に応じて二値に限らず種々の値を取り得る。
蓄積部4412の電位3712は、リセット信号線4416の電位3716よりもフォト
ダイオード4401の順方向電圧分だけ低いリセット電位に初期化される。以上をリセッ
ト動作と呼ぶ。
蓄積部4412の電位3712はリセット電位を保持し、フォトダイオード4401に逆
バイアスがかかる状態になる。この段階が蓄積動作の開始となる。
応じて信号電荷蓄積部4412に蓄積される電荷量が変化する。
部4412の電位3712に応じて電源供給線4430から出力信号線4420へと電荷
が供給される。この段階が読み出し動作の開始となる。
部4412からフォトダイオード4401への電荷の移動が止まり、信号電荷蓄積部44
12に蓄積される電荷量が決定する。ここで、蓄積動作が終了する。
線の電位3720が決定する。ここで、読み出し動作が終了する。
イオード2601、増幅トランジスタ2602、容量2606で構成される。
はドレインの一方は、電源供給線2630に接続され、ソースまたはドレインの他方は、
出力信号線2620に接続される。
はリセット信号線2616に接続される。容量2606の一方の端子は、信号電荷蓄積部
2612に接続され、他方の端子は選択信号線2615に接続される。ここで、電荷保持
容量を信号電荷蓄積部2612と基準信号線の間に接続してもよい。
は、画素に入射した光に応じた電流を生成する動作を行う。増幅トランジスタ2602は
、信号電荷蓄積部2612の電位に応じた信号を出力する動作を行う。信号電荷蓄積部2
612は、電荷保持ノードであり、フォトダイオード2601が受ける光の量に応じて変
化する電荷を保持する。なお、選択信号線2615は、信号電荷蓄積部2612の電位を
容量結合により制御する。
ある。出力信号線2620は、増幅トランジスタ2602が生成した信号の出力先となる
信号線である。選択信号線2615は、容量2606を制御する信号線である。電源供給
線2630は、電源電圧を供給する信号線である。
。
615の電位2715は、二値変化する信号として与える。ただし、各電位はアナログ信
号であるため、実際には状況に応じて二値に限らず種々の値を取り得る。
蓄積部2612の電位2712は、リセット信号線2616の電位2716よりもフォト
ダイオード2601の順方向電圧分だけ低いリセット電位に初期化される。以上をリセッ
ト動作と呼ぶ。
号電荷蓄積部2612の電位2712はリセット電位を保持し、フォトダイオード260
1に逆バイアスがかかる状態になる。この段階が蓄積動作の開始となる。
応じて信号電荷蓄積部2612に蓄積される電荷量が変化する。
部2612の電位2712が容量結合で持ち上げられ、増幅トランジスタ2602がオン
になる。そして、信号電荷蓄積部2612の電位2712に応じて電源供給線2630か
ら出力信号線2620へと電荷が供給される。この段階が読み出し動作の開始となる。
部2612の電位2712が容量結合で引き下げられ、信号電荷蓄積部2612からフォ
トダイオード2601への電荷の移動が止まり、信号電荷蓄積部2612に蓄積される電
荷量が決定する。ここで、蓄積動作が終了する。
線2620の電位2720が決定する。ここで、読み出し動作が終了する。
介して流出するため、フォトダイオードへの光の入射を遮蔽する機構を併用することが好
ましい。
る。
本実施の形態では、本明細書に開示する表示装置の一例である液晶表示装置について説明
する。
、絶縁表面を有する基板1001上に、フォトダイオード1002、トランジスタ100
3a、1003b、1003c、1003d、保持容量1004、液晶素子1005が設
けられている。なお、図21の液晶表示装置を縦断する一点鎖線から左側にフォトセンサ
、右側に表示素子のそれぞれ一部を示しており、これらの構成は、実施の形態1で説明し
た図2のフォトセンサ部106の構成と同等である。ただし、リセットトランジスタに相
当するトランジスタは、図示していない。
てトップゲート型を図示してあるが、これに構造を限るものではなく、自己整合型やボト
ムゲート型などのその他の構造でも良い。
し、ソース電極またはドレイン電極の一方には配線1030が接続され、該配線はフォト
ダイオード1002のカソードと電気的に接続されている。また、トランジスタ1003
aのソース電極またはドレイン電極の他方には配線1036が接続され、トランジスタ1
003bのゲート電極と接続されている。なお、配線1030及び配線1036は、保護
絶縁膜1031上ではなく、絶縁膜1033上に形成されていても良い。
の一方は、図示がされていない電源供給線と接続されている。また、トランジスタ100
3bのソース電極またはドレイン電極の他方は、トランジスタ1003cのソース電極ま
たはドレイン電極の一方と接続されている。
の他方は、図示がされていない出力信号線と接続されている。
またはドレイン電極の一方は、配線1036に接続され、ソース電極またはドレイン電極
の他方は、図示がされていない電源供給線と接続されている。
1、真性半導体の特性を有するi型半導体層1042及びn型の導電型を付与する不純物
を含むn型半導体層1043からなり、pin接合を積層型で形成している。
げられる。この場合、p型半導体層1041、及びn型半導体層1043にも非晶質シリ
コンを用いることはできるが、電気伝導度が高い微結晶シリコンを用いることが好ましい
。このi型半導体層1042に非晶質シリコンを用いたフォトダイオードは、光感度が可
視光線領域にあり、赤外線による誤動作を防ぐことができる。
1035と電気的に接続され、カソードであるn型半導体層1043は、上述の様にトラ
ンジスタ1003aのソース電極またはドレイン電極の一方と電気的に接続されている。
なお、信号配線1035は基準信号線に相当する。
設けられていても良い。また、n型半導体層1043の絶縁膜1033の界面側には、導
電層が設けられていても良い。例えば、配線1030が延在し、n型半導体層1043を
覆う様な形であっても良い。これらの導電層を設けることで、p型半導体層1041また
はn型半導体層1043の抵抗による電荷の損失を低減することができる。
示しているが、フォトダイオード1002はpnダイオードであっても良い。この場合は
、p型半導体層及びn型半導体層に高品質の結晶シリコンを用いることが好ましい。
接合型フォトダイオードのpin接合は、まずi型半導体層を形成し、その一部にp型を
付与する不純物とn型を付与する不純物とを添加することでp型半導体層1041、i型
半導体層1042及びn型半導体層1043を設けることができる。
ランジスタ1003dのソース電極またはドレイン電極の一方は画素電極1007と電気
的に接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方は、図示されていないが信号配線に
接続されている。
共に形成することが可能である。保持容量1004の容量配線及び容量電極は、該トラン
ジスタのゲート電極及びソース電極またはドレイン電極を作製する工程において形成され
、容量である絶縁膜は、ゲート絶縁膜を作製する工程において形成される。保持容量10
04は、液晶素子1005と並列にトランジスタ1003dのソース電極またはドレイン
電極の一方と接続されている。
る。画素電極1007は、平坦化絶縁膜1032上に形成されており、トランジスタ10
03dのソース電極またはドレイン電極の一方及び、保持容量1004と電気的に接続さ
れている。また、対向電極1009は、対向基板1013上に形成されており、画素電極
1007と対向電極1009の間に、液晶1008が挟まれている。
いて制御することが出来る。図21及び図22では、フォトリソグラフィで選択的に形成
された柱状のスペーサー1016を用いてセルギャップを制御しているが、球状のスペー
サーを画素電極1007と対向電極1009の間に分散させることで、セルギャップを制
御することも出来る。なお、図21及び図22におけるスペーサー1016の位置は一例
であり、スペーサーの位置は実施者が任意に決定することができる。
まれている。液晶1008の注入は、ディスペンサ式(滴下式)を用いても良いし、ディ
ップ式(汲み上げ式)を用いていても良い。
)、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛、酸化亜
鉛を含むインジウム亜鉛酸化物(IZO(Indium Zinc Oxide))、ガ
リウムを含む酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タン
グステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタン
を含むインジウム錫酸化物などを用いることが出来る。
007と同様に、対向電極1009にも上述した透光性を有する導電性材料を用いること
が出来る。
008の間には配向膜1012が、それぞれ設けられている。配向膜1011、配向膜1
012はポリイミド、ポリビニルアルコールなどの有機樹脂を用いて形成することができ
、その表面には、ラビングなどの、液晶分子を一定方向に配列させるための配向処理が施
されている。ラビングは、配向膜に圧力をかけながら、ナイロンなどの布を巻いたローラ
ーを回転させて、上記配向膜の表面を一定方向に擦ることで行うことが出来る。なお、酸
化珪素などの無機材料を用い、配向処理を施すことなく、蒸着法で配向特性を有する配向
膜1011、配向膜1012を直接形成することも可能である。
フィルタ1014が、対向基板1013上に形成されている。カラーフィルタ1014は
、顔料を分散させたアクリル系樹脂などの有機樹脂を対向基板1013上に塗布した後、
フォトリソグラフィを用いて選択的に形成することができる。また、顔料を分散させたポ
リイミド系樹脂を対向基板1013上に塗布した後、エッチングを用いて選択的に形成す
ることもできる。或いは、インクジェットなどの液滴吐出法を用いることで、選択的にカ
ラーフィルタ1014を形成することもできる。なお、カラーフィルタ1014を用いな
い構成とすることもできる。
15が対向基板1013上に形成されている。遮蔽膜1015を設けることで、対向基板
1013を透過したバックライト光が、直接フォトダイオード1002に照射されること
を防ぐことができる。また、画素間における液晶1008の配向の乱れに起因するディス
クリネーションが視認されるのを防ぐことができる。遮蔽膜1015には、カーボンブラ
ック、低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、ク
ロムを用いた膜で、遮蔽膜1015を形成することも可能である。
17を設け、対向基板1013の対向電極1009が形成されている面とは反対の面に、
偏光板1018を設ける。
Alignment)型、OCB(Optically Compensated B
irefringence)型、IPS(In−Plane Switching)型等
であっても良い。なお、本実施の形態では、画素電極1007と対向電極1009の間に
液晶1008が挟まれている構造の液晶素子1005を例に挙げて説明したが、本発明の
一態様に係る表示装置はこの構成に限定されない。IPS型のように、一対の電極が、共
に基板1001側に形成されている液晶素子であっても良い。
に侵入し、フォトダイオード1002に到達する。例えば、被検出物1021がある場合
は、外光が遮られるため、フォトダイオード1002への外光の入射は遮られる。この様
にフォトダイオードに入射される光とその影を検出することでタッチパネルとして機能さ
せることができる。
で検出させることにより密着型のイメージセンサとして機能させることもできる。
る。
本実施の形態では、実施の形態4とは異なる表示装置の一例である液晶表示装置について
説明する。
ランジスタ、フォトダイオード、及び液晶素子などは同じ材料で構成したものを用いるこ
とができる。
フォトセンサを作製した基板側から光が入射するのに対し、本実施の形態では、対向基板
側、すなわち液晶層を通してフォトセンサに光が入射する構成となっている。
なる領域には、開口が必要となる。その開口部分には図示したようにカラーフィルタ10
14が形成されていても良い。R(赤)、G(緑)、B(青)の個別のカラーフィルタを
備えたフォトセンサを画素内に複数配置することでカラーセンサとすることができ、カラ
ーイメージセンサ機能を持たせることができる。
が行える構造としたが、本実施の形態ではフォトダイオードを実施の形態4と同様の構造
とした場合に、n型半導体層1043側からの光入射となる。p型半導体層側から光入射
を行う理由の1つは、拡散長の短いホールを有効に取り出すこと、すなわちフォトダイオ
ードから電流を多く取り出すことであるが、設計上の電流値が満足すればn型半導体層側
から光入射を行っても良い。
替えて形成することで、容易にp型半導体層側からの光入射を行うことができる。ただし
、この場合は、トランジスタ1003aのゲート電極との接続がp型半導体層(アノード
)側となるため、実施の形態4の構成とは動作方法が異なる。なお、各動作方法について
は、実施の形態1を参照されたい。
する構成としても良い。もちろん、他のトランジスタに重なる構成としても良い。この場
合、図示はしていないが、トランジスタ1003aのソース電極またはドレイン電極の一
方とフォトダイオード1002のn型半導体層1043の接続を容易に行うことができ、
p型半導体層1041側からの光入射も可能となる。また、広い面積にフォトダイオード
を形成することができ、受光感度を向上させることができる。
光入射面側には透光性を有する導電層が設けられていても良い。また、フォトダイオード
1002の光入射面とは反対側の面には導電層が設けられていても良い。これらの導電層
を設けることで、p型半導体層1041またはn型半導体層1043の抵抗による電荷の
損失を低減することができる。
ける。遮蔽膜2015を設けることで、基板1001を透過して表示パネル内に入射した
バックライトからの光が、直接フォトダイオード1002に照射されることを防ぐことが
でき、高精度の撮像を行うことができる。遮蔽膜2015には、カーボンブラック、低次
酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、クロムを用い
た膜で、遮蔽膜2015を形成することも可能である。
13に侵入し、フォトダイオード1002に到達する。例えば、被検出物1021がある
場合は、外光が遮られるため、フォトダイオード1002への外光の入射は遮られる。こ
の様にフォトダイオードに入射される光の強弱を検出することでタッチパネルとして機能
させることができる。
ードで検出させることにより密着型のイメージセンサとして機能させることもできる。
る。
本実施の形態では、フォトセンサを有する表示パネルを用いたライティングボード(黒板
、ホワイトボード等)の例を示す。
。
滑性を有していると良い。
面を平滑にしておくと好ましい。
もに表示パネル9696の表面にマーカーで記載することができる。
おけばマーカーで記載した文字を読み取って印刷することも可能である。
させた状態で表示パネル9696表面にマーカーで文字、図形等を書き込むことにより、
フォトセンサで読み取ったマーカーの軌跡を画像と合成して映し出すこともできる。
と同時にしかセンシングをすることができない。
つでもセンシングが可能な点で優れている。
る。
す斜視図の一例である。図26に示す表示パネルは、一対の基板間に液晶素子、フォトダ
イオード、薄膜トランジスタなどを含む画素が形成されたパネル1801と、第1の拡散
板1802と、プリズムシート1803と、第2の拡散板1804と、導光板1805と
、反射板1806と、複数のバックライト光源1807と、回路基板1809とを有して
いる。
1804と、導光板1805と、反射板1806は、順に積層されている。バックライト
光源1807は導光板1805の端部に設けられており、導光板1805内部に拡散され
たバックライト光源1807からの光は、第1の拡散板1802、プリズムシート180
3及び第2の拡散板1804によって、対向基板側から均一にパネル1801に照射され
る。
拡散板の数はこれに限定されず、単数であっても3以上であっても良い。そして、拡散板
は導光板1805とパネル1801の間に設けられていれば良い。よって、プリズムシー
ト1803よりもパネル1801に近い側にのみ拡散板が設けられていても良いし、プリ
ズムシート1803よりも導光板1805に近い側にのみ拡散板が設けられていても良い
。
板1805からの光をパネル1801側に集光できる形状を有していれば良い。
路、パネル1801から出力される各種信号を処理する回路などが設けられている。そし
て図26では、回路基板1809とパネル1801が、FPC1811(Flexibl
e Printed Circuit)を介して接続されている。なお、上記回路は、C
OG(Chip On Glass)法を用いてパネル1801に接続されていても良い
し、上記回路の一部がFPC1811にCOF(Chip On Film)法を用いて
接続されていても良い。
9に設けられており、該制御系の回路とバックライト光源1807とがFPC1810を
介して接続されている例を示している。ただし、該制御系の回路はパネル1801に形成
されていても良く、この場合はパネル1801とバックライト光源1807とがFPCな
どにより接続されるようにする。
ト型を例示しているが、本発明の表示パネルはバックライト光源1807がパネル180
1の直下に配置される直下型であっても良い。
イトからの光が、パネル1801を通過し、その一部が指1812において反射し、再び
パネル1801に入射する。各色に対応するバックライト光源1807を順に点灯させ、
色ごとに撮像データの取得を行うことで、被検出物である指1812のカラーの撮像デー
タを得ることが出来る。また撮像データから位置を認識することができ、表示画像の情報
と組み合わせてタッチパネルとして機能させることができる。
している。よって、本発明の一態様に係る表示装置を用いた電子機器は、表示装置をその
構成要素に追加することにより、より高機能化することができる。
代表的にはDVD:Digital Versatile Disc等の記録媒体を再生
し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いることができる。その他に
、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器としては、携帯電話、携
帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグ
ル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生
装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プ
リンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙
げられる。これら電子機器の具体例を図27(A)乃至(D)に示す。
する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部5002に用いることができる。表示部
5002に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、認識性能良く撮像データの取
得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された表示装置を提供するこ
とができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信用、広告表
示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
、操作キー5104、赤外線ポート5105等を有する。本発明の一態様に係る表示装置
は、表示部5102に用いることができる。表示部5102に本発明の一態様に係る表示
装置を用いることで、認識性能良く撮像データの取得を行うことができ、より高機能のア
プリケーションが搭載された携帯情報端末を提供することができる。
入口5203、紙幣投入口5204、カード投入口5205、通帳投入口5206等を有
する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部5202に用いることができる。表示部
5202に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、認識性能良く撮像データの取
得を行うことができ、より高機能化された現金自動預け入れ払い機を提供することができ
る。そして、本発明の一態様に係る表示装置を用いた現金自動預け入れ払い機は、指紋、
顔、手形、掌紋及び手の静脈の形状、虹彩等の、生体認証に用いられる生体情報の読み取
りを、より高精度で行うことが出来る。よって、生体認証における、本人であるにもかか
わらず本人ではないと誤認識してしまう本人拒否率と、他人であるにもかかわらず本人と
誤認識してしまう他人受入率とを、低く抑えることができる。
表示部5304、マイクロホン5305、スピーカー5306、操作キー5307、スタ
イラス5308等を有する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部5303または表
示部5304に用いることができる。表示部5303または表示部5304に本発明の一
態様に係る表示装置を用いることで、認識性能良く撮像データの取得を行うことができ、
より高機能のアプリケーションが搭載された携帯型ゲーム機を提供することができる。な
お、図27(D)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部5303と表示部5304と
を有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
101 画素アレイ
102 表示素子制御回路
103 フォトセンサ制御回路
104 画素
105 表示素子部
106 フォトセンサ部
107 表示素子駆動回路
108 表示素子駆動回路
109 フォトセンサ読み出し回路
110 フォトセンサ駆動回路
201 トランジスタ
202 保持容量
203 液晶素子
204 フォトダイオード
205 電荷蓄積制御トランジスタ
206 リセットトランジスタ
207 増幅トランジスタ
208 選択トランジスタ
209 選択信号線
210 信号電荷蓄積部
211 出力信号線
212 基準信号線
213 電荷蓄積制御信号線
214 リセット信号線
215 ゲート信号線
216 ソース信号線
230 電源供給線
231 時刻
232 時刻
233 時刻
234 時刻
235 時刻
236 時刻
237 時刻
238 時刻
300 プリチャージ回路
301 トランジスタ
302 保持容量
303 プリチャージ信号線
311 蓄積期間
312 電荷保持期間
313 期間
314 電荷保持期間
315 期間
401 期間
402 電荷保持期間
403 期間
404 電荷保持期間
405 期間
406 電荷保持期間
503 電位
509 電位
510 電位
511 電位
513 電位
514 電位
802 増幅トランジスタ
803 電荷蓄積制御トランジスタ
804 リセットトランジスタ
805 選択トランジスタ
902 増幅トランジスタ
903 電荷蓄積制御トランジスタ
904 リセットトランジスタ
905 選択トランジスタ
1001 基板
1002 フォトダイオード
1003a トランジスタ
1003b トランジスタ
1003c トランジスタ
1003d トランジスタ
1004 保持容量
1005 液晶素子
1007 画素電極
1008 液晶
1009 対向電極
1011 配向膜
1012 配向膜
1013 対向基板
1014 カラーフィルタ
1015 遮蔽膜
1016 スペーサー
1017 偏光板
1018 偏光板
1021 被検出物
1025 矢印
1030 配線
1031 保護絶縁膜
1032 平坦化絶縁膜
1033 絶縁膜
1035 信号配線
1036 配線
1041 p型半導体層
1042 i型半導体層
1043 n型半導体層
1141 p型半導体層
1142 i型半導体層
1143 n型半導体層
1601 フォトダイオード
1602 増幅トランジスタ
1603 電荷蓄積制御トランジスタ
1604 リセットトランジスタ
1605 選択トランジスタ
1612 信号電荷蓄積部
1613 電荷蓄積制御信号線
1614 リセット信号線
1615 選択信号線
1620 出力信号線
1630 電源供給線
1631 基準信号線
1701 フォトダイオード
1702 増幅トランジスタ
1703 電荷蓄積制御トランジスタ
1704 リセットトランジスタ
1712 信号電荷蓄積部
1713 電荷蓄積制御信号線
1714 リセット信号線
1720 出力信号線
1730 電源供給線
1731 基準信号線
1801 パネル
1802 拡散板
1803 プリズムシート
1804 拡散板
1805 導光板
1806 反射板
1807 バックライト光源
1809 回路基板
1810 FPC
1811 FPC
1812 指
2001 フォトダイオード
2002 増幅トランジスタ
2003 電荷蓄積制御トランジスタ
2004 リセットトランジスタ
2012 信号電荷蓄積部
2013 電荷蓄積制御信号線
2014 リセット信号線
2015 遮蔽膜
2020 出力信号線
2025 矢印
2030 電源供給線
2031 基準信号線
2112 電位
2113 電位
2114 電位
2120 電位
2130 時刻
2131 時刻
2132 時刻
2133 時刻
2134 時刻
2135 時刻
2201 フォトダイオード
2202 増幅トランジスタ
2203 電荷蓄積制御トランジスタ
2205 選択トランジスタ
2212 信号電荷蓄積部
2213 電荷蓄積制御信号線
2215 選択信号線
2216 リセット信号線
2220 出力信号線
2230 電源供給線
2312 電位
2313 電位
2315 電位
2316 電位
2320 電位
2330 時刻
2331 時刻
2332 時刻
2333 時刻
2334 時刻
2335 時刻
2336 時刻
2337 時刻
2601 フォトダイオード
2602 増幅トランジスタ
2606 容量
2612 信号電荷蓄積部
2615 選択信号線
2616 リセット信号線
2620 出力信号線
2630 電源供給線
2712 電位
2715 電位
2716 電位
2720 電位
2730 時刻
2731 時刻
2732 時刻
2733 時刻
3001 電位
3002 電位
3003 電位
3480 電位
3501 電位
3502 電位
3503 電位
3712 電位
3715 電位
3716 電位
3720 電位
3730 時刻
3731 時刻
3732 時刻
3733 時刻
3801 フォトダイオード
3802 増幅トランジスタ
3803 電荷蓄積制御トランジスタ
3804 リセットトランジスタ
3812 信号電荷蓄積部
3813 電荷蓄積制御信号線
3814 リセット信号線
3820 出力信号線
3830 電源供給線
3831 基準信号線
3832 リセット電源供給線
3912 電位
3913 電位
3914 電位
3920 電位
3930 時刻
3931 時刻
3932 時刻
3933 時刻
3934 時刻
3935 時刻
3980 電位
4001 電位
4401 フォトダイオード
4402 増幅トランジスタ
4405 選択トランジスタ
4412 信号電荷蓄積部
4415 選択信号線
4416 リセット信号線
4420 出力信号線
4430 電源供給線
4480 電位
4501 電位
4502 電位
4701 電位
4705 電位
4711 電位
4712 電位
4713 電位
4714 電位
4715 電位
4720 期間
4721 時刻
4722 時刻
4723 時刻
4724 時刻
4725 時刻
4726 時刻
4727 時刻
4728 時刻
4729 時刻
4980 選択信号線
5001 筐体
5002 表示部
5003 支持台
5101 筐体
5102 表示部
5103 スイッチ
5104 操作キー
5105 赤外線ポート
5201 筐体
5202 表示部
5203 硬貨投入口
5204 紙幣投入口
5205 カード投入口
5206 通帳投入口
5301 筐体
5302 筐体
5303 表示部
5304 表示部
5305 マイクロホン
5306 スピーカー
5307 操作キー
5308 スタイラス
9696 表示パネル
Claims (7)
- 第1のフォトダイオードと、第2のフォトダイオードと、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、第5のトランジスタと、第6のトランジスタと、光源と、を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1のフォトダイオードと電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のフォトダイオードと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第5のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第6のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続される表示装置であって、
第1の期間と、第2の期間と、第3の期間と、を有し、
前記第1の期間において、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタはオンであり、
前記第1の期間において、前記第5のトランジスタ及び前記第6のトランジスタはオフであり、
前記第1の期間において、前記光源は消灯しており、
前記第2の期間において、前記第5のトランジスタはオンであり、
前記第2の期間において、前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ及び前記第6のトランジスタはオフであり、
前記第2の期間において、前記光源は点灯しており、
前記第3の期間において、前記第6のトランジスタはオンであり、
前記第3の期間において、前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ及び前記第5のトランジスタはオフであり、
前記第3の期間において、前記光源は点灯しており、
前記第1のトランジスタは、酸化物半導体を有し、
前記第2のトランジスタは、酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置。 - 第1のフォトダイオードと、第2のフォトダイオードと、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、第5のトランジスタと、第6のトランジスタと、第7のトランジスタと、第8のトランジスタと、光源と、を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1のフォトダイオードと電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のフォトダイオードと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第5のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第6のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第4のトランジスタのゲートと電気的に接続される表示装置であって、
第1の期間と、第2の期間と、第3の期間と、第4の期間と、を有し、
前記第1の期間において、前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第7のトランジスタ及び前記第8のトランジスタはオンであり、
前記第1の期間において、前記第5のトランジスタ及び前記第6のトランジスタはオフであり、
前記第1の期間において、前記光源は消灯しており、
前記第2の期間において、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタはオンであり、
前記第2の期間において、前記第5のトランジスタ、前記第6のトランジスタ、前記第7のトランジスタ及び前記第8のトランジスタはオフであり、
前記第2の期間において、前記光源は点灯しており、
前記第3の期間において、前記第5のトランジスタはオンであり、
前記第3の期間において、前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第6のトランジスタ、前記第7のトランジスタ及び前記第8のトランジスタはオフであり、
前記第3の期間において、前記光源は点灯しており、
前記第4の期間において、前記第6のトランジスタはオンであり、
前記第4の期間において、前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第5のトランジスタ、前記第7のトランジスタ及び前記第8のトランジスタはオフであり、
前記第4の期間において、前記光源は点灯しており、
前記第1のトランジスタは、酸化物半導体を有し、
前記第2のトランジスタは、酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置。 - 請求項2において、
前記第7のトランジスタは、酸化物半導体を有し、
前記第8のトランジスタは、酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記第3のトランジスタは、酸化物半導体を有し、
前記第4のトランジスタは、酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第1のフォトダイオードは、PIN型であり、
前記第2のフォトダイオードは、PIN型であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記第1のフォトダイオードは、非晶質シリコンを有し、
前記第2のフォトダイオードは、非晶質シリコンを有することを特徴とする表示装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の表示装置を有する電子機器。
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