(57)【要約】【課題】簡単な構造により、高解像度で高歩留まりを実現する光検出装置、光検出機能付き表示装置及び光検出方法を提供する。【解決手段】第１の方向に延在する複数の走査線と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の読み出し線と、前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の読み出し線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数の光検出要素と、前記読み出し線に接続された読み出し回路と、を備え、前記光検出要素のそれぞれは、前記走査線に接続されたゲートと、前記読み出し線に接続されたドレインと、ソースと、チャネル層と、を有する第１トランジスタと、前記第１トランジスタのソースに接続され、前記チャネル層に光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を蓄積する第１キャパシタンスと、を有することを特徴とする光検出装置を提供する。【選択図】図１
2010025764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に延在する複数の走査線と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の読み出し線と、
前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の読み出し線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数の光検出要素と、
前記読み出し線に接続された読み出し回路と、
を備え、
前記光検出要素のそれぞれは、
前記走査線に接続されたゲートと、
前記読み出し線に接続されたドレインと、
ソースと、
チャネル層と、
を有する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタのソースに接続され、前記チャネル層に光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を蓄積する第１キャパシタンスと、
を有することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記チャネル層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項３】
前記チャネル層に光照射量に応じた光リーク電流が流れるように、前記走査線を介して前記ゲートにオフ電圧を印加するゲート電圧供給部をさらに備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記オフ電圧は、−１５Ｖ以上、０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光検出装置。
【請求項５】
前記第１トランジスタは、前記ゲートと前記ソースとの間に設けられた第２キャパシタンスを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光検出装置。
【請求項６】
前記第２キャパシタンスは、前記ゲートと前記ソースとの間に形成される寄生容量であることを特徴とする請求項５記載の光検出装置。
【請求項７】
前記ゲートにオフ電圧が印加されている状態において、前記ソースと前記ドレインとの間に、突き抜け電圧が印加されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光検出装置。
【請求項８】
第１の方向に延在する複数の走査線と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の読み出し線と、
前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の読み出し線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数の光検出要素と、
前記読み出し線に接続された読み出し回路と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の信号線と、
前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の信号線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられ、画素電極を有する複数の表示要素と、
前記画素電極に対向して設けられた対向電極と、
前記画素電極と前記対向電極との間に設けられ、前記画素電極と前記対向電極との間に印加される電圧に応じて光学特性が変化する光学層と、
を備え、
前記光検出要素のそれぞれは、
前記走査線に接続されたゲートと、
前記読み出し線に接続されたドレインと、
ソースと、
チャネル層と、
を有する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタのソースに接続され、前記チャネルに光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を蓄積する第１キャパシタンスと、
を有し、
前記表示要素のそれぞれは、
前記走査線に接続されたゲートと、
前記信号線に接続されたドレインと、
前記画素電極に接続されたソースと、
チャネル層と、
を有する第２トランジスタを有していることを特徴とする光検出機能付き表示装置。
【請求項９】
前記チャネル層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項８記載の光検出機能付き表示装置。
【請求項１０】
前記チャネル層に光照射量に応じた光リーク電流が流れるように、前記走査線を介して前記ゲートにオフ電圧を印加するゲート電圧供給部をさらに備えたことを特徴とする、請求項８または９に記載の光検出機能付き表示装置。
【請求項１１】
前記オフ電圧は、−１５Ｖ以上、０Ｖ以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載の光検出機能付き表示装置。
【請求項１２】
前記第１トランジスタは、前記ゲートと前記ソースとの間に設けられた第２キャパシタンスを有することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つに記載の光検出機能付き表示装置。
【請求項１３】
前記第２キャパシタンスは、前記ゲートと前記ソースとの間に形成される寄生容量であることを特徴とする請求項１２記載の光検出機能付き表示装置。
【請求項１４】
前記ゲートにオフ電圧が印加されている状態において、前記ソースと前記ドレインとの間に、突き抜け電圧が印加されることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１つに記載の光検出機能付き表示装置。
【請求項１５】
マトリクス状に配列した複数の第１トランジスタを順次オフ状態とし、前記第１トランジスタのそれぞれのチャネル層に光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を順次蓄積し、
前記第１トランジスタを順次オン状態とし、前記蓄積された前記電荷を順次読み出すことを特徴とする光検出方法。
【請求項１６】
前記第１トランジスタがオフ状態の時に、前記第１トランジスタのソースとドレインとの間に、突き抜け電圧が印加されることを特徴とする請求項１５記載の光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置、光検出機能付き表示装置及び光検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより成膜した多結晶シリコンやアモルファスシリコンを用いた光検出素子の開発が盛んに行われている。例えば、フォトダイオードを基板上にマトリクス状に配置することで、平面型の照度検出器が実現されている。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）などに用いられている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:Thin Film Transistor）アレイの技術を転用することで、これらのフォトダイオードをガラス基板などの上に形成することができる。
【０００３】
ＬＣＤなどのアクティブマトリクス型ディスプレイにおいて、画像表示用のＴＦＴと共に光センサを各画素に配置することで、画像を表示する従来の機能に加え、画素に内蔵した光センサにより、光ペンからの直接光やバックライト光が表示面上の対象物で反射した光を検出することで、様々な用途の入力機能が実現可能なディスプレイが提案されている。これらのデバイスでは、ＴＦＴに用いるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）などの薄膜が、光を吸収して電荷を生成する性質を利用しており、光検出部はフォトダイオードやＴＦＴを用いている。
【０００４】
例えば、非特許文献１には、アモルファスシリコンの薄膜に光が照射された際の光リーク電流により蓄積した電荷を読み出すことで、光学式のイメージセンサに適用することが提案されている。この光センサにおいては、１つの画素に２つのＴＦＴを必要とする。すなわち、１つの画素の構成要素が多いため、解像度の向上の妨げになる。また、構造が複雑なため、製造時の歩留まりの向上に問題がある。
【非特許文献１】Proceedings of The 12th International Display Workshops in conjunction with Asia Display 2005, MEMS3-1, pp.2003-2005, “ A 500 dpi optical image sensor using a short  channel Hydrogenated amorphous silicon thin-film transistor” S.H.Kim, S.H.Park, Y.D.Nam, H.J.Kim, S.M.Hong, J.H.Hur, and J.Jang
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、簡単な構造により、高解像度で高歩留まりを実現する光検出装置、光検出機能付き表示装置及び光検出方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、第１の方向に延在する複数の走査線と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の読み出し線と、前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の読み出し線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数の光検出要素と、前記読み出し線に接続された読み出し回路と、を備え、前記光検出要素のそれぞれは、前記走査線に接続されたゲートと、前記読み出し線に接続されたドレインと、ソースと、チャネル層と、を有する第１トランジスタと、前記第１トランジスタのソースに接続され、前記チャネル層に光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を蓄積する第１キャパシタンスと、を有することを特徴とする光検出装置が提供される。
【０００７】
本発明の別の一態様によれば、第１の方向に延在する複数の走査線と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の読み出し線と、前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の読み出し線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数の光検出要素と、前記読み出し線に接続された読み出し回路と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の信号線と、前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の信号線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられ、画素電極を有する複数の表示要素と、前記画素電極に対向して設けられた対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に設けられ、前記画素電極と前記対向電極との間に印加される電圧に応じて光学特性が変化する光学層と、を備え、前記光検出要素のそれぞれは、前記走査線に接続されたゲートと、前記読み出し線に接続されたドレインと、ソースと、チャネル層と、を有する第１トランジスタと、前記第１トランジスタのソースに接続され、前記チャネルに光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を蓄積する第１キャパシタンスと、を有し、前記表示要素のそれぞれは、前記走査線に接続されたゲートと、前記信号線に接続されたドレインと、前記画素電極に接続されたソースと、チャネル層と、を有する第２トランジスタを有していることを特徴とする光検出機能付き表示装置が提供される。
【０００８】
本発明の別の一態様によれば、マトリクス状に配列した複数の第１トランジスタを順次オフ状態とし、前記第１トランジスタのそれぞれのチャネル層に光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を順次蓄積し、前記第１トランジスタを順次オン状態とし、前記蓄積された前記電荷を順次読み出すことを特徴とする光検出方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単な構造により、高解像度で高歩留まりを実現する光検出装置、光検出機能付き表示装置及び光検出方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。  
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の構成を例示する模式図である。  
図２は、本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の光検出要素の構成を例示する回路図である。  
図３は、本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の動作を例示する模式図である。  
図４は、本発明の第１の実施形態に係る光検出装置に用いられる読み出し回路の構成を例示する回路図である。
【００１２】
図１、図２に表したように、本発明の第１の実施形態に係る光検出装置１０は、第１の方向に延在して設けられた複数の走査線１０６と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在して設けられた複数の読み出し線１０８と、前記複数の走査線１０６のそれぞれと、前記複数の読み出し線１０８のそれぞれと、が交差する部分に設けられた複数の光検出要素１２０と、前記読み出し線１０８に接続された読み出し回路１１１と、を備える。
【００１３】
上記の走査線１０６、読み出し線１０８、光検出要素１２０は、例えば、ガラス等の基板１１０の上に設けられる。
【００１４】
ここで、基板１１０の主面に並行な平面をＸ−Ｙ平面とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ軸とする。そして、Ｘ−Ｙ平面内の第１の方向をＸ軸方向とする。そして、Ｘ−Ｙ平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。上記の第２の方向は、第１の方向と直交するＹ軸方向とすることができる。ただし、第２の方向は、第１の方向と必ずしも直交していなくても良く、交差していれば良い。
【００１５】
そして、前記光検出要素１２０のそれぞれは、前記走査線１０６に接続されたゲート１０４Ｇと、前記読み出し線１０８に接続されたドレイン１０４Ｄと、ソース１０４Ｓと、チャネル層１０４Ｃと、を有する光検出トランジスタ（第１トランジスタ）１０４と、前記光検出トランジスタ１０４のソース１０４Ｓに接続され、前記チャネル層１０４Ｃに光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を蓄積する第１キャパシタンス１０５と、を有する。
【００１６】
光検出トランジスタ１０４においては、チャネル層１０４Ｃは、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。ただし、本発明は、これに限らず、チャネル層１０４Ｃには、多結晶シリコンを用いても良い。
【００１７】
第１キャパシタンス１０５は、蓄積容量Ｃｓであり、ソース１０４Ｓに接続されたソース電極と、蓄積容量線１１５と、に接続されている。
【００１８】
また、光検出トランジスタ１０４のソース１０４Ｓとゲート１０４Ｇとの間には第２キャパシタンス１０９が設けられている。第２キャパシタンス１０９は、光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇとソース１０４Ｓとの間に形成される寄生容量Ｃｇｓとすることができる。ただし、本発明は、これに限らず、光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇとソース１０４Ｓとの間に形成される寄生容量Ｃｇｓとは別に、キャパシタンスを設けても良い。
【００１９】
読み出し線１０８は、例えば、一定電位に固定されており、基板１１０の周辺部で読み出し回路１１１に接続されている。読み出し回路１１１は、上記の走査線１０６、読み出し線１０８及び光検出要素１２０が設けられる基板１１０の上に設けても良いし、基板１１０とは別の基板に設けても良い。例えば、上記の光検出トランジスタ１０４に多結晶シリコンが用いられている場合には、読み出し回路１１１を、光検出トランジスタ１０４が設けられる同じ基板１１０の上に設け易い。一方、例えば、光検出トランジスタ１０４にアモルファスシリコンが用いられている場合などは、読み出し回路１１１は、光検出トランジスタが設けられる基板１１０とは別に形成し、読み出し線１０８と読み出し回路１１１とは、例えば、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式などによって接続される。
さらに、光検出装置１０は、各走査線１０６に接続され、各ゲート１０４Ｇに印加される電圧を供給するゲート電圧供給部１１２を有することができる。ゲート電圧供給部１１２は、光検出トランジスタ１０４が設けられる同じ基板１１０の上に設けても良く、また、基板１１０とは別に形成し、例えば、ＴＡＢ方式などによって走査線１０６と接続することができる。
【００２０】
このような構成を有する光検出装置１０においては、複数の光検出要素１２０が、マトリクス状に配置されている。
【００２１】
同一行の光検出要素１２０の光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇは、同じ走査線１０６に接続されている。また、同一列の光検出要素１２０の光検出トランジスタ１０４のドレイン１０４Ｄは、同じ読み出し線１０８に接続される。
【００２２】
走査線１０６は、１行ごとに線順次に駆動され、光検出装置１０は以下のように動作する。  
図３に表したように、本実施形態に係る光検出装置１０においては、走査線１０６は、１行ごとに線順次に駆動され、走査線１０６の電圧Ｖｓｌは、オン期間中Ｔｏｎはオン電圧Ｖｇｏｎとなり、その他の期間であるオフ期間中Ｔｏｆｆは、オフ電圧Ｖｇｏｆｆとなる。すなわち、光検出トランジスタ１０４のゲートＧには、オン期間中Ｔｏｎはオン電圧Ｖｇｏｎが印加され、オフ期間中Ｔｏｆｆは、オフ電圧Ｖｇｏｆｆが印加される。例えば、オン電圧Ｖｇｏｎは＋１５Ｖであり、Ｖｇｏｆｆは−１０Ｖとすることができる。
【００２３】
光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇにオフ電圧Ｖｇｏｆｆが印加され、光検出トランジスタ１０４がオフ状態になると、ソース電極１０２の電位Ｖｐは、第２キャパシタンス１０９のために式（１）に示される突き抜け電圧ΔＶｐだけ低下し、その電圧が、光検出トランジスタ１０４のソース１０４Ｓとドレイン１０４Ｄの間の電圧となって現れる。
ΔＶｐ＝（Ｖｇｏｎ−Ｖｇｏｆｆ）×Ｃｇｓ／（Ｃｇｓ＋Ｃｓ）      （１）
ここで、Ｃｇｓは第２キャパシタンス１０９（寄生容量）の静電容量であり、Ｃｓは第１キャパシタンス１０５（蓄積容量）の静電容量である。
【００２４】
光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇがオフの時に、光検出トランジスタ１０４のチャネル層１０４Ｃに光が照射されると、チャネル層１０４Ｃであるアモルファスシリコンで光が吸収されて光リーク電流が流れ、電荷が第１キャパシタンス１０５に蓄積する。
【００２５】
このように、光検出トランジスタ１０４がオフ状態の時に、ソース電極１０２の電位Ｖｐが、突き抜け電圧ΔＶｐだけ低下することによって、チャネル層１０４Ｃへの光照射よって生じた電荷が、第１キャパシタンス１０５に移動し、第１キャパシタンス１０５に効率的に蓄積することが可能となる。もし、突き抜け電圧ΔＶｐがない場合は、チャネル層１０４Ｃに生じた電荷が第１キャパシタンス１０５に移動することができないため、電荷が第１キャパシタンス１０５に蓄積することができず、この後でその電荷を読み出す際に効率が悪くなる。本実施形態に係る光検出装置１０においては、第２キャパシタンス１０９を設けることで、突き抜け電圧ΔＶｐを発生させ、第１キャパシタンス１０５に効率的に蓄積することが可能としている。
なお、図３に表した具体例では、２つのオフ期間、すなわち２つのフレームが例示されており、第１フレームよりも第２フレームの方が光照射量が高い場合を例示している。この場合、第１フレームにおいては、光量が少ないので、第１キャパシタンス１０５に蓄積される電荷量が小さく、リーク電流によるソース電極１０２の変動も小さいが、第２フレームでは、光量が多いため、第１キャパシタンス１０５に蓄積される電荷量が多く、リーク電流によるソース電極１０２の変動も第１フレームよりも大きくなっている。
【００２６】
なお、上記において、第２キャパシタンス１０９の静電容量は、第１キャパシタンス１０５の静電容量の１／２０〜１／２程度が望ましい。すなわち、このような範囲の関係の時に、突き抜け電圧ΔＶｐを適切な値にすることができ、検出の感度が高まる。例えば、第２キャパシタンス１０９の静電容量、すなわち、式（１）におけるＣｇｓが、第１キャパシタンス１０５の静電容量、すなわち、式（１）におけるＣｓに対して、過度に小さい時は、突き抜け電圧ΔＶｐが過度に小さくなり、検出感度が低下する。また、例えば、第２キャパシタンス１０９の静電容量が、第１キャパシタンス１０５の静電容量に対して大きい場合は、第１キャパシタンス１０５の静電容量が小さくなり、光照射によるリーク電流の電荷を有効に蓄積することができない。この時も検出感度が低下する。ただし、検出回路などの設計によっては、上記の範囲以外であっても良い。
なお、第２キャパシタンス１０９の静電容量は、第１キャパシタンス１０５の静電容量の１／１０〜１／２程度がさらに望ましい。すなわち、この様な範囲の関係の時に、さらに高感度で光を検出することができる。
【００２７】
ところで、表示装置に用いられる薄膜トランジスタにおいては、薄膜トランジスタにおけるゲート・ソース間の寄生容量により、上記の突き抜け電圧ΔＶｐに相当する突き抜け電圧が発生するが、表示装置の場合には、この突き抜け電圧はできるだけ小さい方が良く、例えば、寄生容量は、蓄積容量の１／２０よりも小さく設定されることが多い。
【００２８】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の特性を例示するグラフ図である。  すなわち、同図は、光検出トランジスタ１０４に照射する光の照度を変えた場合における、光検出トランジスタ１０４のソース１０４Ｓとドレイン１０４Ｄとの間に流れる光リーク電流Ｉｄｓのソース・ゲート間電圧Ｖｇｓの依存性を例示している。すなわち、同図の横軸は、ソース・ゲート間電圧Ｖｇｓであり、縦軸は、光リーク電流Ｉｄｓである。
【００２９】
図５に表したように、ソース・ゲート間電圧Ｖｇｓが、５Ｖ以下において、光リーク電流Ｉｄｓは、照射される光の照度によって変化している。そして、特に、ソース・ゲート間電圧Ｖｇｓが、０Ｖ以下においは、光リーク電流Ｉｄｓの照度依存性が大きい。
【００３０】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の特性を例示するグラフ図である。  すなわち、同図は、光検出トランジスタ１０４において、ソース・ゲート間電圧Ｖｇｓが−１０Ｖのオフ状態における、ソース・ドレイン間に流れる光リーク電流Ｉｄｓの照度依存性を例示している。すなわち、同図の横軸は照度であり、横軸は光リーク電流Ｉｄｓである。
【００３１】
図６に表したように、光リーク電流Ｉｄｓは、照度にほぼ比例する。このため、光リーク電流Ｉｄｓによる、第１キャパシタンス１０５に蓄積される電荷量も、照度に応じた値となる。
【００３２】
そして、光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇにオン電圧Ｖｇｏｎが印加され、光検出トランジスタ１０４がオン状態になると、第１キャパシタンス１０５に蓄積された電荷は、読み出し線１０８を経由して、読み出し回路１１１に転送される。
【００３３】
そして、図４に表したように、読み出し回路１１１は、例えば、差動増幅回路１１１ｄを利用して構成することができる。読み出し回路１１１においては、上記の第１キャパシタンス１０５に蓄積した電荷を入力端子１１１ｉから入力し、出力端子１１１ｏに出力する。そして、適宜電圧値に変換する。なお、電荷の読み出しに際して、リセット信号がリセット端子１１１ｒに入力され、各タイミングでの読み出しをリセットする。これにより、第１キャパシタンス１０５に蓄積した電荷が順次読み出され、光検出装置１０への光の照射が情報として検出される。
【００３４】
このような動作を繰り返して、線順次で走査線１０６を駆動し、それぞれの光検出要素１２０の第１キャパシタンス１０５に蓄積された電荷量を順次読み出すことにより、マトリクス状に配置された光検出要素１２０に照射された光量を検出し、２次元の光検出が可能となる光検出装置を実現できる。
【００３５】
すなわち、本実施形態に係る光検出装置１０においては、それぞれの光検出要素１２０の光検出トランジスタ１０４は、光リーク電流が流れる機能を持つと伴に、第１キャパシタンス１０５に蓄積した電荷を読み出す機能を持つ。
【００３６】
これにより、本実施形態に係る光検出装置１０においては、それぞれの光検出要素１２０は、１つの光検出トランジスタ１０４と、１つの第１キャパシタンス１０５で構成され、構造が簡単である。
【００３７】
このように、本実施形態に係る光検出装置１０においては、チャネル層１０４Ｃに光照射量に応じた光リーク電流が流れるように、ゲート１０４Ｇにオフ電圧Ｖｇｏｆｆが印加される。  
すなわち、本実施形態に係る光検出装置１０は、チャネル層１０４Ｃに光照射量に応じた光リーク電流が流れるように、走査線１０６を介してゲート１０４Ｇにオフ電圧Ｖｇｏｆｆを印加するゲート電圧供給部をさらに備えている。これにより、ゲート１０４Ｇにオフ電圧Ｖｇｏｆｆが印加される。  
このオフ電圧Ｖｇｏｆｆは、−１５Ｖ以上、０Ｖ以下とすることができる。
【００３８】
そして、光検出トランジスタ１０４は、ゲート１０４Ｇとソース１０４Ｓとの間に設けられた第２キャパシタンス１０９を有することができる。  
そして、第２キャパシタンス１０９は、ゲート１０４Ｇとソース１０４Ｓとの間に形成される寄生容量Ｃｇｓとすることができる。  
そして、ゲート１０４Ｇにオフ電圧Ｖｇｏｆｆが印加されている状態において、ソース１０４Ｓとドレイン１０４Ｄとの間に、突き抜け電圧ΔＶｐが印加される。
【００３９】
（比較例）
図７は、比較例の光検出装置の光検出要素の構成を例示する回路図である。  
なお、同図は、平面型光センサである比較例の光検出装置における１つの光検出要素２２０の等価回路を示している。  
図７に表したように、比較例の光検出装置９０においては、走査線２０６、読み出し線２０８、ＶＤＤ線２１２の配線と、スイッチ用ＴＦＴ２１３、検出用ＴＦＴ２０４、蓄積容量２０５を有し、スイッチ用ＴＦＴ２１３のゲートは走査線２０６に、ドレインは読み出し線２０８に、ソースは画素電極２０２に接続されており、検出用ＴＦＴ２０４のゲートは共通電極２１４に、ソースはＶＤＤ線２１２に、ドレインは画素電極２０２に接続されており、画素電極２０２と蓄積容量線２１５により蓄積容量２０５が形成されている。この比較例の光検出装置９０は、非特許文献１に開示されている技術に基づく光検出装置に相当する。
【００４０】
共通電極２１４には−５Ｖ程度の負バイアスが印加されていて、検出用ＴＦＴ２０４に照射された光量に応じて生じる光リーク電流により、蓄積容量２０５に電荷が蓄積される。蓄積容量２０５に蓄積された電荷は、スイッチ用ＴＦＴ２１３をオン状態にすることにより読み出し線２０８を経由して検出される。画素をマトリクス状に配置した構成とすることで、各画素に照射された光量に応じた電荷量を読み出し、光センサ素子として用いている。
【００４１】
このような動作をさせる場合、光リーク電流が流れる際に、検出用ＴＦＴ２０４のソース・ドレイン間には、画素電極２０２とＶＤＤ線２１２の間の電位差に等しい電圧が印加される。また、蓄積容量線２１５は一定電位であれば良いので、ＶＤＤ線２１２あるいは共通電極２１４と兼用することにより省略が可能であるが、走査線２０６、読み出し線２０８、ＶＤＤ線２１２、共通電極２１４はそれぞれ独立の電位を印加できる必要がある。
【００４２】
すなわち、本比較例の光検出装置９０においては、１つの光検出要素２２０は、検出用ＴＦＴ及びスイッチ用ＴＦＴの２つのＴＦＴと、１つの蓄積容量２０５を含み、さらにそのＴＦＴを駆動するための配線が設けられる。
【００４３】
このため、比較例の光検出装置９０は、１つの画素の構成要素が多いため、これに伴う配線も増え、解像度の向上の妨げになる。また、構造が複雑なため、製造時の歩留まりの向上に問題がある。
【００４４】
これに対し、既に説明したように、本実施形態に係る光検出装置１０においては、それぞれの光検出要素１２０は、１つの光検出トランジスタ１０４と、１つの第１キャパシタンス１０５で構成され、構造が簡単である。そして、それに伴い、それらに接続される配線の数も減少する。
【００４５】
なお、本実施形態に係る光検出装置１０において、各光検出要素１２０のチャネル層１０４Ｃに異なる分光特性を有する複数の着色層（例えばカラーフィルタ）を設けることにより、カラー画像を入力できる光検出装置を構成することもできる。
【００４６】
また、本実施形態に係る光検出装置１０が基板１１０に設けられる場合において、チャネル層１０４Ｃへの光の入射方向は、基板１１０の側からでも良く、基板１１０と反対の側からでも良く、さらには、チャネル層１０４Ｃの側面の側からでも良い。
【００４７】
また、本実施形態に係る光検出装置１０において、チャネル層１０４Ｃへの光の照射は、例えば、光ペン等からの光や、周囲からの照明光や、各種の照明が対象物で反射した光などとすることができる。これにより、様々な用途の光検出装置が実現できる。
【００４８】
このように、本実施形態に係る光検出装置１０によれば、簡単な構造により、高解像度で高歩留まりを実現する光検出装置が提供できる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２実施形態は、第１の実施形態に係る光検出装置の光検出機能を有する表示装置である。
【００５０】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る光検出機能付き表示装置の構成を例示する模式図である。  
図９は、本発明の第２の実施形態に係る光検出機能付き表示装置の光検出要素及び表示画素の構成を例示する回路図である。  
図８、図９に表したように、本発明の第２の実施形態に係る光検出機能付き表示装置２０は、第１の方向（例えばＸ軸方向）に延在して設けられた複数の走査線１０６と、前記第１の方向と交差する第２の方向（例えばＹ軸方向）に延在して設けられた複数の読み出し線１０８と、前記複数の走査線１０６のそれぞれと、前記複数の読み出し線１０８のそれぞれと、が交差する部分に設けられた複数の光検出要素１２０と、前記読み出し線１０８に接続された読み出し回路１１１と、前記第１の方向と交差する第２の方向（例えばＹ軸方向）に延在して設けられた複数の信号線１０７と、前記複数の走査線１０６のそれぞれと、前記複数の信号線１０７のそれぞれと、が交差する部分に設けられ、画素電極１０１を有する複数の表示要素１３０と、前記画素電極１０１に対向して設けられた対向電極１３２と、前記画素電極１０１と前記対向電極１３２との間に設けられ、前記画素電極１０１と前記対向電極１３２との間に印加される電圧に基づいて光学特性が変化する光学層１３１と、を備えている。
【００５１】
表示要素１３０における光学層１３１には、例えば、液晶を用いることができる。ただし、本発明はこれに限らず、光学層１３１は、画素電極１０１と対向電極１３２との間に印加される電圧に基づいて光学特性が変化すれば良く、例えば、有機ＥＬを用いることができる。
【００５２】
上記の走査線１０６、読み出し線１０８及び光検出要素１２０、例えば、ガラス等の基板１１０の上に設けられる。そして、光検出要素１２０の少なくとも一部は、同じ基板１１０の上に設けられる。
【００５３】
表示要素１３０において、画素電極１０１と対向して設けられる対向電極１３２は、上記の基板１１０に設けることができる。そして、光学層１３１として液晶を用いる場合には、基板１１０に対して略並行に別の対向基板が設けられ、その間に液晶が挟持される。そして、例えば、画素電極１０１と対向電極１３２は、基板１１０の上に櫛歯状に設けられ、画素電極１０１と対向電極１３２との間の電圧によって発生する電界によって、液晶の配列方向を変化させて表示を行う。この時は、液晶は、主に、基板１１０に対して並行な平面内で配列を変化させる。
【００５４】
また、表示要素１３０において、画素電極１０１と対向して設けられる対向電極１３２は、基板１１０と対向して設けられる対向基板に設けることができる。この時の対向電極１３２は、対向基板の上の共通電極として設けられる。そして、光学層１３１として液晶を用いる場合には、これらの基板の間に液晶が挟持される。そして、画素電極１０１と対向電極１３２との間の電圧によって、液晶の配列方向を変化させて表示を行う。この時、液晶には、例えば、ツイステッドネマティックモードの液晶を用いることができる。このように、対向電極１３２が、走査線１０６、読み出し線１０８及び光検出要素１２０が設けられる基板１１０とは別の対向基板に設けられ、各表示要素１３０において、対向電極１３２が共通して設けられていても良い。このように、光検出要素１２０の少なくとも一部は、走査線１０６、読み出し線１０８及び光検出要素１２０が設けられる基板１１０の上に設けられる。
【００５５】
前記光検出要素１２０のそれぞれは、第１の実施形態に係る光検出装置と同様に、前記走査線１０６に接続されたゲート１０４Ｇと、前記読み出し線１０８に接続されたドレイン１０４Ｄと、ソース１０４Ｓと、チャネル層１０４Ｃと、を有する光検出トランジスタ（第１トランジスタ）１０４と、前記光検出トランジスタ１０４のソースに接続され、前記チャネル層１０４Ｃに光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を蓄積する第１キャパシタンス１０５と、を有している。
【００５６】
一方、前記表示要素１３０のそれぞれは、前記走査線１０６に接続されたゲート１０３Ｇと、前記信号線１０７に接続されたドレイン１０３Ｄと、前記画素電極１０１に接続されたソース１０３Ｓと、チャネル層１０３Ｃと、を有する表示用トランジスタ（第２トランジスタ）１０３と、を有している。
【００５７】
この時、図９に表したように、表示要素１３０には、表示用トランジスタ１０３のソース１０３Ｓに接続された第３キャパシタンス１３５を設けることができる。この第３キャパシタンス１３５は、画素電極１０１に流入される表示用の電荷を蓄積する蓄積容量である。第３キャパシタンス１３５の他の端は、光検出要素１２０の第１キャパシタンス１０５が接続される蓄積容量線１１５に接続することができる。
【００５８】
光検出トランジスタ１０４においては、チャネル層１０４Ｃは、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。ただし、本発明は、これに限らず、チャネル層１０４Ｃには、多結晶シリコンを用いても良い。
【００５９】
また、表示用トランジスタ１０３においては、チャネル層１０３Ｃは、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。ただし、本発明は、これに限らず、チャネル層１０３Ｃには、多結晶シリコンを用いても良い。
【００６０】
また、第１の実施形態と同様に、光検出トランジスタ１０４のソース１０４Ｓとゲート１０４Ｇとの間には第２キャパシタンス１０９が設けられている。第２キャパシタンス１０９は、光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇとソース１０４Ｓとの間に形成される寄生容量Ｃｇｓとすることができる。ただし、本発明は、これに限らず、光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇとソース１０４Ｓとの間に形成される寄生容量Ｃｇｓとは別に、キャパシタンスを設けても良い。
【００６１】
そして、本実施形態に係る光検出機能付き表示装置２０においては、第１の実施形態に係る光検出装置と同様の動作を行うことができる。すなわち、第１の実施形態と同様に、チャネル層１０４Ｃに光照射量に応じた光リーク電流が流れるように、ゲート１０４Ｇにオフ電圧Ｖｇｏｆｆが印加される。  
このオフ電圧Ｖｇｏｆｆは、−１５Ｖ以上、０Ｖ以下とすることができる。
【００６２】
そして、光検出トランジスタ１０４は、ゲート１０４Ｇとソース１０４Ｓとの間に設けられた第２キャパシタンス１０９を有することができる。  
そして、第２キャパシタンス１０９は、ゲート１０４Ｇとソース１０４Ｓとの間に形成される寄生容量Ｃｇｓとすることができる。  
そして、ゲート１０４Ｇにオフ電圧Ｖｇｏｆｆが印加されている状態において、ソース１０４Ｓとドレイン１０４Ｄとの間に、突き抜け電圧ΔＶｐが印加される。
【００６３】
そして、第１の実施形態と同様に、走査線１０６は、１行ごとに線順次に駆動される。すなわち、走査線１０６の電圧Ｖｓｌは、オン期間中Ｔｏｎはオン電圧Ｖｇｏｎとなり、その他の期間であるオフ期間中Ｔｏｆｆは、オフ電圧Ｖｇｏｆｆとなる。
【００６４】
そして、光検出トランジスタ１０４がオフ状態になると、ソース電極１０２の電位Ｖｐは、式（１）に示した突き抜け電圧ΔＶｐだけ低下し、その電圧が、光検出トランジスタ１０４のソース１０４Ｓとドレイン１０４Ｄの間の電圧となって現れる。
【００６５】
そして、光検出トランジスタ１０４のゲート１０４Ｇがオフの時に、光検出トランジスタ１０４のチャネル層１０４Ｃに光が照射されると、チャネル層１０４Ｃであるアモルファスシリコンで光が吸収されて光リーク電流が流れ、電荷が第１キャパシタンス１０５に蓄積する。
【００６６】
そして、光検出トランジスタ１０４がオン状態になると、第１キャパシタンス１０５に蓄積された電荷は、読み出し線１０８を経由して、読み出し回路１１１に転送される。
【００６７】
このような動作を繰り返して、線順次で走査線１０６を駆動し、それぞれの光検出要素１２０の第１キャパシタンス１０５に蓄積された電荷量を順次読み出し、光検出要素１２０に照射された光量を検出し、２次元の光検出が可能となる。
【００６８】
すなわち、本実施形態に係る光検出機能付き表示装置２０においても、それぞれの光検出要素１２０の光検出トランジスタ１０４は、光リーク電流が流れる機能を持つと伴に、第１キャパシタンス１０５に蓄積した電荷を読み出す機能を持つ。  
そして、それぞれの表示要素１３０は、従来と同様とすることができる。
【００６９】
そして、本実施形態に係る光検出機能付き表示装置２０においては、それぞれの光検出要素１２０は、１つの光検出トランジスタ１０４と、１つの第１キャパシタンス１０５で構成され、構成要素が少ない。また、これに伴って設けられる配線の数も少ない。一方、各表示要素１３０の構成要素は、通常の構成要素と変わらない。このように、光検出機能付き表示装置２０は、従来の光検出機能付き表示装置と比較して、構成要素の数を減らすことができ、表示に有効に寄与する開口率が従来に比べて向上する。すなわち、従来よりも明るい表示が可能となる。
【００７０】
このように、本実施形態に係る光検出機能付き表示装置２０によれば、簡単な構造の光検出要素により、高解像度で高歩留まりであり、開口率の大きい、輝度の高い光検出機能付き表示装置を提供できる。
【００７１】
なお、本実施形態に係る光検出機能付き表示装置２０においても、各光検出要素１２０のチャネル層１０４Ｃに異なる分光特性を有する複数の着色層（例えばカラーフィルタ）を設けることにより、カラー画像を入力できる光検出機能付き表示装置を構成することもできる。なお、この場合、表示要素１３０用に設けられるカラーフィルタが、チャネル層１０４Ｃに設けられる異なる分光特性を有する複数の着色層を兼用しても良い。
【００７２】
また、本実施形態に係る光検出機能付き表示装置２０のトランジスタが基板１１０に設けられる場合において、チャネル層１０４Ｃへの光の入射方向は、基板１１０の側からでも良く、基板１１０と反対の側からでも良く、さらには、チャネル層１０４Ｃの側面の側からでも良い。
【００７３】
また、本実施形態に係る光検出機能付き表示装置２０において、チャネル層１０４Ｃへの光の照射は、例えば、光ペン等からの光や、周囲からの照明光や、表示装置におけるバックライトからの照明が対象物で反射した光などとすることができる。これにより、様々な用途の光検出機能付き表示装置が実現できる。
【００７４】
（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る光検出方法を例示するフローチャート図である。  
図１０に表したように、本発明の第３の実施形態に係る光検出方法では、まず、マトリクス状に配列した複数の第１トランジスタ１０４を順次オフ状態とし、前記第１トランジスタ１０４のそれぞれのチャネル層１０４Ｃに光が照射された際に生じる光リーク電流による電荷を順次蓄積する（ステップＳ１１０）。  
そして、前記第１トランジスタ１０４を順次オン状態とし、前記蓄積された前記電荷を順次読み出す（ステップＳ１２０）。
【００７５】
具体的には、例えば、図１に例示したように、第１の方向に延在して設けられた複数の走査線１０６と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在して設けられた複数の読み出し線１０８と、前記複数の走査線１０６のそれぞれと、前記複数の読み出し線１０８のそれぞれと、が交差する部分に設けられた複数の光検出要素１２０と、前記読み出し線１０８に接続された読み出し回路１１１と、により、上記のステップＳ１１０とステップＳ１２０とを実行することができる。
【００７６】
そして、上記の第１トランジスタ１０４としては、前記光検出要素１２０のそれぞれに設けられる光検出トランジスタを用いることができる。第１トランジスタ１０４は、前記走査線１０６に接続されたゲート１０４Ｇと、前記読み出し線１０８に接続されたドレイン１０４Ｄと、ソース１０４Ｓと、チャネル層１０４Ｃと、を有する。
【００７７】
上記の電荷の蓄積には、前記光検出トランジスタ１０４のソース１０４Ｓに接続された第１キャパシタンス１０５を用いることができる。
【００７８】
光検出トランジスタ１０４においては、チャネル層１０４Ｃは、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。ただし、本発明は、これに限らず、チャネル層１０４Ｃには、多結晶シリコンを用いても良い。
【００７９】
第１キャパシタンス１０５は、蓄積容量Ｃｓであり、ソース１０４Ｓに接続されたソース電極と、蓄積容量線１１５と、に接続されている。
【００８０】
そして、例えば、走査線１０６を１行ごとに線順次に駆動して、それに接続された第１トランジスタ１０４を順次オフ状態にし、その後順次オン状態にし、それぞれの第１キャパシタンス１０５に蓄積された電荷量を順次読み出す。これにより、マトリクス状に配置された光検出要素１２０に照射された光量を検出し、２次元の光検出が可能となる。
【００８１】
この時、既に説明したように、第１トランジスタ１０４がオフ状態の時に、第１トランジスタ１０４のソース１０４Ｓとドレイン１０４Ｄとの間に、突き抜け電圧ΔＶｐを印加することができる。これにより、チャネル層１０４Ｃへの光照射よって生じた電荷が、第１キャパシタンス１０５に移動し、第１キャパシタンス１０５に効率的に蓄積することが可能となる。
【００８２】
本実施形態に係る光検出方法によれば、それぞれの光検出要素１２０において、光リーク電流を流す動作と、第１キャパシタンス１０５に蓄積した電荷を読み出す動作とを、光検出トランジスタ１０４に実行させることができ、１つの光検出要素１２０には１つのトランジスタを設けるだけで済む。このため、構成な構成によって光を検出することができる。簡単な構造により、高解像度で光を検出できる光検出方法が提供できる。
【００８３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光検出装置、光検出機能付き表示装置及び光検出方法を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００８４】
その他、本発明の実施の形態として上述した光検出装置、光検出機能付き表示装置及び光検出方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光検出装置、光検出機能付き表示装置及び光検出方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８５】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の構成を例示する模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の光検出要素の構成を例示する回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の動作を例示する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光検出装置に用いられる読み出し回路の構成を例示する回路図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の特性を例示するグラフ図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光検出装置の特性を例示するグラフ図である。
【図７】比較例の光検出装置の光検出要素の構成を例示する回路図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光検出機能付き表示装置の構成を例示する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る光検出機能付き表示装置の光検出要素及び表示画素の構成を例示する回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光検出方法を例示するフローチャート図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０、９０  光検出装置
２０  光検出機能付き表示装置
１０１  画素電極
１０２  ソース電極
１０３  表示用トランジスタ（第２トランジスタ）
１０３Ｃ  チャネル層
１０３Ｄ  ドレイン
１０３Ｇ  ゲート
１０３Ｓ  ソース
１０４  光検出トランジスタ（第１トランジスタ）
１０４Ｃ  チャネル層
１０４Ｄ  ドレイン
１０４Ｇ  ゲート
１０４Ｓ  ソース
１０５  第１キャパシタンス
１０６  走査線
１０７  信号線
１０８  読み出し線
１０９  第２キャパシタンス
１１０  基板
１１１  読み出し回路
１１２  ゲート電圧供給部
１１５  蓄積容量線
１２０  光検出要素
１３０  表示要素
１３１  光学層
１３２  対向電極
１３５  第３キャパシタンス
２０２  画素電極
２０４  検出用ＴＦＴ
２０５  蓄積容量
２０６  走査線
２０８  読み出し線
２１２  ＶＤＤ線
２１３  スイッチ用ＴＦＴ
２１４  共通電極
２１５  蓄積容量線
２２０  光検出要素
【図１】
2010025764.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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