(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブマトリクス基板の画素領域に光センサを備えた表示装置であって、
前記光センサが、
入射光を受光する光検出素子と、
当該光センサへリセット信号を供給するリセット信号配線と、
当該光センサへ読み出し信号を供給する読み出し信号配線と、
前記リセット信号が供給されてから前記読み出し信号が供給されるまでの間をセンシング期間とし、センシング期間に前記光検出素子で受光された光量にしたがって電位が変化する蓄積ノードと、
前記読み出し信号に応じて、前記蓄積ノードの電位を増幅する増幅素子と、
前記増幅素子で増幅された電位をセンサ回路出力として出力配線へ読み出すためのセンサスイッチング素子とを備え、
前記増幅素子が、電極間電圧の閾値の前後で静電容量が変化するコンデンサである、表示装置。
【請求項２】
前記コンデンサが、前記読み出し信号配線と、絶縁膜と、シリコン膜に形成されたｐ型半導体領域とを含むＭＯＳコンデンサである、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記コンデンサが、前記センサスイッチング素子のゲート電極と、絶縁膜と、シリコン膜に形成されたｎ型半導体領域とを含むＭＯＳコンデンサである、請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
アクティブマトリクス基板の画素領域に光センサを備えた表示装置であって、
前記光センサが、
入射光を受光する光検出素子と、
当該光センサへリセット信号を供給するリセット信号配線と、
当該光センサへ読み出し信号を供給する読み出し信号配線と、
前記リセット信号が供給されてから前記読み出し信号が供給されるまでの間をセンシング期間とし、センシング期間に前記光検出素子で受光された光量にしたがって電位が変化する蓄積ノードと、
前記読み出し信号に応じて、前記蓄積ノードの電位を増幅する増幅素子と、
前記増幅素子で増幅された電位をセンサ回路出力として出力配線へ読み出すためのセンサスイッチング素子とを備え、
前記増幅素子がｐチャネル薄膜トランジスタであり、
前記ｐチャネル薄膜トランジスタにおいて、前記光検出素子と前記蓄積ノードとを接続するシリコン膜の幅広部にチャネル領域が形成され、前記幅広部にオーバーラップするように当該ｐチャネル薄膜トランジスタのゲート電極が設けられている、表示装置。
【請求項５】
アクティブマトリクス基板の画素領域に光センサを備えた表示装置であって、
前記光センサが、
入射光を受光する光検出素子と、
当該光センサへリセット信号を供給するリセット信号配線と、
当該光センサへ読み出し信号を供給する読み出し信号配線と、
前記リセット信号が供給されてから前記読み出し信号が供給されるまでの間をセンシング期間とし、センシング期間に前記光検出素子で受光された光量にしたがって電位が変化する蓄積ノードと、
前記読み出し信号に応じて、前記蓄積ノードの電位を増幅する増幅素子と、
前記増幅素子で増幅された電位をセンサ回路出力として出力配線へ読み出すためのセンサスイッチング素子とを備え、
前記増幅素子がｎチャネル薄膜トランジスタであり、
前記ｎチャネル薄膜トランジスタにおいて、前記光検出素子と前記蓄積ノードとを接続するシリコン膜の幅広部にチャネル領域が形成され、前記幅広部にオーバーラップするように当該ｎチャネル薄膜トランジスタのゲート電極が設けられている、表示装置。
【請求項６】
アクティブマトリクス基板の画素領域に光センサを備えた表示装置であって、
前記光センサが、
入射光を受光する光検出素子と、
当該光センサへリセット信号を供給するリセット信号配線と、
当該光センサへ読み出し信号を供給する読み出し信号配線と、
前記リセット信号が供給されてから前記読み出し信号が供給されるまでの間をセンシング期間とし、センシング期間に前記光検出素子で受光された光量にしたがって電位が変化する蓄積ノードと、
前記読み出し信号に応じて、前記蓄積ノードの電位を増幅する増幅素子と、
前記増幅素子で増幅された電位をセンサ回路出力として出力配線へ読み出すためのセンサスイッチング素子とを備え、
前記増幅素子がダイオードであり、当該ダイオードのチャネル上に、前記読み出し信号配線に接続された電極をさらに備えた、表示装置。
【請求項７】
前記光検出素子に対してその受光面とは反対側に設けられた遮光膜と、
前記遮光膜と前記光検出素子との寄生容量に対して直列容量を形成するように、前記遮光膜に対向して設けられた電極とを備え、
前記電極が前記読み出し配線に電気的に接続されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記画素領域に複数の前記光検出素子を備え、
前記複数の光検出素子が並列に接続され、
前記複数の光検出素子の末端の光検出素子に前記増幅素子が接続された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記センサスイッチング素子が三端子スイッチング素子であり、
前記三端子のうちのゲート電極が前記蓄積ノードに接続され、
前記三端子のうちの残りの二端子の一方が、前記出力配線へ接続された、請求項１〜８のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記センサスイッチング素子のリセット用スイッチング素子をさらに備えた、請求項１〜９のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記増幅素子が、前記読み出し信号のローレベル電位とハイレベル電位との間に、当該増幅素子のオン／オフが切り替わる閾値電位を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、
前記アクティブマトリクス基板と対向基板との間に挟持された液晶とをさらに備えた、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の光検出素子を有する光センサ付きの表示装置に関し、特に、画素領域内に光センサを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばフォトダイオード等の光検出素子を画素内に備えたことにより、外光の明るさを検出したり、ディスプレイに近接した物体の画像を取り込んだりすることが可能な、光センサ付き表示装置が提案されている。このような光センサ付き表示装置は、双方向通信用表示装置や、タッチパネル機能付き表示装置としての利用が想定されている。【０００３】
従来の光センサ付き表示装置では、アクティブマトリクス基板において、信号線および走査線、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、画素電極等の周知の構成要素を半導体プロセスによって形成する際に、同時に、アクティブマトリクス基板上にフォトダイオード等を作り込む（特許文献１、非特許文献１参照）。【０００４】
アクティブマトリクス基板上に形成される従来の光センサ（特許文献２，３）の一例を、図５９に示す。図５９に示す従来の光センサは、フォトダイオードＤ１、コンデンサＣ２、薄膜トランジスタＭ２から構成される。フォトダイオードＤ１のアノードには、リセット信号を供給するための配線ＲＳＴが接続されている。フォトダイオードＤ１のカソードには、コンデンサＣ２の電極の一方と、薄膜トランジスタＭ２のゲートが接続されている。薄膜トランジスタＭ２のドレインは配線ＶＤＤに接続され、ソースは配線ＯＵＴに接続されている。コンデンサＣ２の電極の他方は、読み出し信号を供給するための配線ＲＷＳに接続されている。【０００５】
この構成において、配線ＲＳＴへリセット信号、配線ＲＷＳへ読み出し信号を、それぞれ所定のタイミングで供給することにより、フォトダイオードＤ１で受光した光の量に応じたセンサ出力ＶＰＩＸを得ることができる。ここで、図６０を参照し、図５９に示したような従来の光センサの動作について説明する。なお、図６０においては、リセット信号のローレベル（例えば−７Ｖ）をＶＲＳＴ．Ｌ、リセット信号のハイレベル（例えば０Ｖ）をＶＲＳＴ．Ｈ、読み出し信号のローレベル（例えば０Ｖ）をＶＲＷＳ．Ｌ、読み出し信号のハイレベル（例えば１５Ｖ）をＶＲＷＳ．Ｈ、とそれぞれ表す。【０００６】
まず、配線ＲＳＴへハイレベルのリセット信号ＶＲＳＴ．Ｈが供給されると、フォトダイオードＤ１は順方向バイアスとなり、薄膜トランジスタＭ２のゲートの電位ＶＩＮＴは、下記の式（１）で表される。【０００７】
ＶＩＮＴ  ＝  ＶＲＳＴ．Ｈ−ＶＦ      ・・・（１）
式（１）において、ＶＦはフォトダイオードＤ１の順方向電圧である。このときのＶＩＮＴは薄膜トランジスタＭ２の閾値電圧より低いので、薄膜トランジスタＭ２はリセット期間において非導通状態となっている。【０００８】
次に、リセット信号がローレベルＶＲＳＴ．Ｌに戻る（図６０においてｔ＝ＲＳＴのタイミング）ことにより、光電流の積分期間（センシング期間、図６０に示すＴＩＮＴの期間）が始まる。積分期間においては、フォトダイオードＤ１への入射光量に比例した光電流がコンデンサＣ２から流れ出し、コンデンサＣ２を放電させる。これにより、積分期間の終了時における薄膜トランジスタＭ２のゲートの電位ＶＩＮＴは、下記の式（２）で表される。【０００９】
ＶＩＮＴ＝ＶＲＳＴ．Ｈ−ＶＦ−ΔＶＲＳＴ・ＣＰＤ／ＣＴ−ＩＰＨＯＴＯ・ＴＩＮＴ／ＣＴ  …（２）
式（２）において、ΔＶＲＳＴは、リセット信号のパルスの高さ（ＶＲＳＴ．Ｈ−ＶＲＳＴ．Ｌ）であり、ＩＰＨＯＴＯは、フォトダイオードＤ１の光電流、ＴＩＮＴは、積分期間の長さである。ＣＰＤは、フォトダイオードＤ１の容量である。ＣＴは、コンデンサＣ２の容量、フォトダイオードＤ１の容量ＣＰＤと、薄膜トランジスタＭ２の容量ＣＴＦＴとの総和である。積分期間においても、ＶＩＮＴが薄膜トランジスタＭ２の閾値電圧より低いので、薄膜トランジスタＭ２は非導通状態となっている。【００１０】
積分期間が終わると、図６０に示すｔ＝ＲＷＳのタイミングで読み出し信号が立ち上がることにより、読み出し期間が始まる。なお、読み出し期間は、読み出し信号がハイレベルの間、継続する。ここで、コンデンサＣ２に対して電荷注入が起こる。この結果、薄膜トランジスタＭ２のゲートの電位ＶＩＮＴは、下記の式（３）で表される。【００１１】
ＶＩＮＴ＝ＶＲＳＴ．Ｈ−ＶＦ−ΔＶＲＳＴ・ＣＰＤ／ＣＴ−ＩＰＨＯＴＯ・ＴＩＮＴ／ＣＴ
＋ΔＶＲＷＳ・ＣＩＮＴ／ＣＴ  …（３）
ΔＶＲＷＳは、読み出し信号のパルスの高さ（ＶＲＷＳ．Ｈ−ＶＲＷＳ．Ｌ）である。これにより、薄膜トランジスタＭ２のゲートの電位ＶＩＮＴが閾値電圧よりも高くなるので、薄膜トランジスタＭ２は導通状態となり、各列において配線ＯＵＴの端部に設けられているバイアス用の薄膜トランジスタＭ３と共に、ソースフォロアアンプとして機能する。すなわち、薄膜トランジスタＭ２からのセンサ出力電圧ＶＰＩＸは、積分期間におけるフォトダイオードＤ１の光電流の積分値に比例する。【００１２】
なお、図６０において、実線で示した波形は、フォトダイオードＤ１に光の入射が少ない場合の電位ＶＩＮＴの変化を表し、破線で示した波形は、フォトダイオードＤ１に飽和レベルの光が入射した場合の電位ＶＩＮＴの変化を表している。図６０のΔＶＳＩＧが、フォトダイオードＤ１へ入射した光の量に比例した電位差である。図６０のΔＶＩＮＴが、読み出し期間において、光センサに配線ＲＷＳから読み出し信号が印加されることによる、電位ＶＩＮＴの突き上げ量である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−３８５７号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１４５３４６号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００７／１４５３４７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のような、画素内に光センサを備えた表示装置においては、照度が異なる場合（例えば、暗状態の場合と飽和レベルの光が入射した場合）の蓄積期間終了時の蓄積ノードの電位の差が、それぞれの場合において読み出し期間に突き上げられた後の蓄積ノードの電位の差と等しい。つまり、暗状態の場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位（ここではＶＩＮＴ１と称する）と、飽和レベルの光が入射した場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位（ここではＶＩＮＴ２と称する）との電位差が、前記暗状態の場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位（ここではＶＩＮＴ３と称する）と、飽和レベルの光が入射した場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位（ここではＶＩＮＴ４と称する）との電位差に等しい。【００１５】
しかし、上記のＶＩＮＴ３とＶＩＮＴ４との差が大きいほど、感度が高く、Ｓ／Ｎ比の高い、優れた特性の光センサを得ることができる。したがって、本発明は、積分期間終了時点における受光面の照度の差による蓄積ノードの電位差（ＶＩＮＴ１−ＶＩＮＴ２）よりも、突き上げ後の電位差（ＶＩＮＴ３−ＶＩＮＴ４）の方が大きくなるようにすることにより、感度が高い光センサを有する表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明にかかる表示装置は、アクティブマトリクス基板の画素領域に光センサを備えた表示装置であって、前記光センサが、入射光を受光する光検出素子と、当該光センサへリセット信号を供給するリセット信号配線と、当該光センサへ読み出し信号を供給する読み出し信号配線と、前記リセット信号が供給されてから前記読み出し信号が供給されるまでの間をセンシング期間とし、センシング期間に前記光検出素子で受光された光量にしたがって電位が変化する蓄積ノードと、前記読み出し信号に応じて、前記蓄積ノードの電位を増幅する増幅素子と、前記増幅素子で増幅された電位をセンサ回路出力として出力配線へ読み出すためのセンサスイッチング素子とを備えた構成である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、読み出し信号に応じて蓄積ノードの電位を増幅する増幅素子を備えたことにより、積分期間終了時点における受光面の照度の差による蓄積ノードの電位差よりも、突き上げ後の電位差の方が大きくなる。例えば、暗状態の場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位との電位差よりも、前記暗状態の場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位との電位差の方が大きくなる。これにより、感度が高い光センサを有する表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態にかかる表示装置における一画素の構成を示す等価回路図である。
【図３】図３は、第１の実施形態にかかる光センサが備えるコンデンサのＣＶ特性図である。
【図４】図４は、第１の実施形態にかかる光センサにおける駆動信号の波形と、蓄積ノードの電位変化とを示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図６】図６は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図７】図７は、コンデンサＣ１が形成されている領域の拡大図である。
【図８】図８は、本実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【図９】図９は、積分期間の最後から読み出し期間にかけての蓄積ノードの電位ＶＩＮＴの変化を示す波形図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、コンデンサＣ１においてゲート電極の電位が閾値電圧よりも低いときの電荷の移動を示す断面模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａは、コンデンサＣ１においてゲート電極の電位が閾値電圧よりも高いときの電荷の移動を示す断面模式図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態にかかる表示装置の、センシングタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】図１２は、センサ画素読み出し回路の内部構成を示す回路図である。
【図１３】図１３は、読み出し信号と、センサ出力と、センサ画素読み出し回路の出力との関係を示す波形図である。
【図１４】図１４は、センサカラムアンプの概略構成を示す等価回路図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態にかかる光センサに供給されるリセット信号と読み出し信号の波形図である。
【図１７】図１７は、第２の実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図１８】図１８は、図１７においてコンデンサＣ１が形成されている領域の拡大図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【図２０】図２０は、第３の実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図２１】図２１は、第３の実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図２２】図２２は、図２１においてコンデンサＣ１が形成されている領域の拡大図である。
【図２３】図２３は、第３の実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【図２４】図２４は、第４の本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図２５】図２５は、第４の実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図２６】図２６は、図２５においてｐチャネルＴＦＴが形成されている領域の拡大図である。
【図２７】図２７は、第４の実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【図２８】図２８は、第４の実施形態にかかる光センサのｐチャネルＴＦＴの等価回路図である。
【図２９】図２９は、寄生容量とリーク電流が蓄積ノードの電位に与える影響を示す波形図である。
【図３０】図３０は、第４の実施形態にかかる光センサの変形例の平面構造の一例を示す平面図である。
【図３１】図３１は、図３０においてｐチャネルＴＦＴが形成されている領域の拡大図である。
【図３２】図３２は、図３０のｐチャネルＴＦＴの等価回路図である。
【図３３】図３３は、第５の実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図３４】図３４は、第５の実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図３５】図３５は、第５の実施形態において増幅素子（ｎチャネルＴＦＴ）が形成されている領域の拡大図である。
【図３６】図３６は、第５の実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【図３７】図３７は、第５の実施形態における増幅素子としてのｎチャネルＴＦＴの等価回路図である。
【図３８】図３８は、第５の実施形態にかかる光センサの変形例の平面構造の一例を示す平面図である。
【図３９】図３９は、図３８の変形例における増幅素子における各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【図４０】図４０は、図３９のｎチャネルＴＦＴの等価回路図である。
【図４１】図４１は、第６の実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図４２】図４２は、第６の実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図４３】図４３は、第６の実施形態において増幅素子（フォトダイオードＤ２）が形成されている領域の拡大図である。
【図４４】図４４は、第６の実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【図４５】図４５は、第６の実施形態における増幅素子としてのフォトダイオードの等価回路図である。
【図４６】図４６は、第６の実施形態の第１の変形例にかかる光センサの等価回路図である。
【図４７】図４７は、第６の実施形態の第１の変形例にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図４８】図４８は、第６の実施形態の第２の変形例にかかる光センサの等価回路図である。
【図４９】図４９は、第６の実施形態の第２の変形例にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図５０】図５０は、第７の実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図５１】図５１は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図５２Ａ】図５２Ａは、増幅素子が可変コンデンサである構成に直列コンデンサＣＳＥＲを組み合わせた場合の電荷注入の様子を示す回路図である。
【図５２Ｂ】図５２Ｂは、増幅素子がｐチャネルＴＦＴである構成に直列コンデンサＣＳＥＲを組み合わせた場合の電荷注入の様子を示す回路図である。
【図５３】図５３は、第８の実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図５４】図５４は、第８の実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図５５】図５５は、第９の実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図５６】図５６は、第９の実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図５７】図５７は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。
【図５８】図５８は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【図５９】図５９は、アクティブマトリクス基板上に形成される従来の光センサの一例を示す等価回路図である。
【図６０】図６０は、従来の光センサにおける駆動信号の波形と、蓄積ノードの電位変化とを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態にかかる表示装置は、アクティブマトリクス基板の画素領域に光センサを備えた表示装置であって、前記光センサが、入射光を受光する光検出素子と、当該光センサへリセット信号を供給するリセット信号配線と、当該光センサへ読み出し信号を供給する読み出し信号配線と、前記リセット信号が供給されてから前記読み出し信号が供給されるまでの間をセンシング期間とし、センシング期間に前記光検出素子で受光された光量にしたがって電位が変化する蓄積ノードと、前記読み出し信号に応じて、前記蓄積ノードの電位を増幅する増幅素子と、前記増幅素子で増幅された電位をセンサ回路出力として出力配線へ読み出すためのセンサスイッチング素子とを備えた構成である。
【００２０】
この構成によれば、読み出し信号に応じて蓄積ノードの電位を増幅する増幅素子を備えたことにより、積分期間終了時点における受光面の照度の差による蓄積ノードの電位差よりも、突き上げ後の電位差の方が大きくなる。例えば、暗状態の場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位との電位差よりも、前記暗状態の場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位との電位差の方が大きくなる。なお、この電位差の増幅機能は、暗状態の場合と飽和レベルの光が入射した場合とに限らず、任意の照度間で成立する。これにより、感度が高い光センサを有する表示装置を提供することができる。
【００２１】
上記の表示装置において、前記増幅素子としては、例えば可変コンデンサを用いることができる。この場合、前記可変コンデンサとしては、例えば、前記読み出し信号配線と、絶縁膜と、シリコン膜に形成されたｐ型半導体領域とを含むＭＯＳコンデンサを用いることができる。あるいは、前記可変コンデンサとしては、前記センサスイッチング素子のゲート電極と、絶縁膜と、シリコン膜に形成されたｎ型半導体領域とを含むＭＯＳコンデンサを用いることができる。前者の構成によれば、前記読み出し信号配線を、当該可変コンデンサのゲート電極として用いることができるので、読み出し信号配線とゲート電極とを接続するための配線やコンタクトを設ける必要がないといった利点がある。
【００２２】
また、上記の表示装置において、前記増幅素子として、例えばｐチャネル薄膜トランジスタを用いることもできる。この場合、ｐチャネル薄膜トランジスタにおいて、前記光検出素子と前記蓄積ノードとを接続するシリコン膜の幅広部にチャネル領域が形成され、前記幅広部にオーバーラップするように当該ｐチャネル薄膜トランジスタのゲート電極が設けられた構成とすることが好ましい。この構成によれば、境界長を短くすることができ、寄生容量やリーク電流によるダイナミックレンジの減少を防止できるからである。あるいは、上記の表示装置において、前記増幅素子として、ｎチャネル薄膜トランジスタを用いても良い。
【００２３】
あるいは、上記の表示装置において、前記増幅素子としてチャネル上にゲート電極を備えたダイオードを用いた構成とすることもできる。この構成によれば、境界長を短くすることができる。
【００２４】
また、上記の表示装置において、前記光検出素子に対してその受光面とは反対側に設けられた遮光膜と、前記遮光膜と前記光検出素子との寄生容量に対して直列容量を形成するように、前記遮光膜に対向して設けられた電極とを備え、前記電極が前記読み出し配線に電気的に接続された構成とすることも好ましい。この構成によれば、遮光膜と光検出素子との間の寄生容量が積分期間における蓄積ノードの電位変化に与える影響を軽減することができるという効果がある。
【００２５】
また、上記の表示装置において、前記画素領域に複数の前記光検出素子を備え、前記複数の光検出素子が並列に接続され、前記複数の光検出素子の末端の光検出素子に前記増幅素子が接続された構成とすることが好ましい。このように、複数の光検出素子を並列に接続することにより、光電流を増加させることができ、感度を向上させることができる。
【００２６】
上記の表示装置において、前記センサスイッチング素子が三端子スイッチング素子であり、前記三端子のうちのゲート電極が前記蓄積ノードに接続され、前記三端子のうちの残りの二端子の一方が前記出力配線へ接続された構成とすることが好ましい。この構成によれば、センサスイッチング素子の数が一つで足りるので、光センサの回路構成を簡略化することができる。なお、上記の表示装置において、前記センサスイッチング素子のリセット用スイッチング素子をさらに備えた構成としても良い。
【００２７】
上記の表示装置において、前記増幅素子が、前記読み出し信号のローレベル電位とハイレベル電位との間に、当該増幅素子のオン／オフが切り替わる閾値電位を有することが好ましい。
【００２８】
また、上記の表示装置は、前記アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と対向基板との間に挟持された液晶とをさらに備えた液晶表示装置として実施することも可能である。
【００２９】
以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明にかかる表示装置を液晶表示装置として実施する場合の構成例を示したものであるが、本発明にかかる表示装置は液晶表示装置に限定されず、アクティブマトリクス基板を用いる任意の表示装置に適用可能である。なお、本発明にかかる表示装置は、光センサを有することにより、画面に近接する物体を検知して入力操作を行うタッチパネル付き表示装置や、表示機能と撮像機能とを具備した双方向通信用表示装置等としての利用が想定される。
【００３０】
また、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかる表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００３１】
［第１の実施形態］
最初に、図１および図２を参照しながら、本発明の第１の実施形態にかかる液晶表示装置が備えるアクティブマトリクス基板の構成について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置が備えるアクティブマトリクス基板１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、アクティブマトリクス基板１００は、ガラス基板上に、画素領域１、ディスプレイゲートドライバ２、ディスプレイソースドライバ３、センサカラム（ｃｏｌｕｍｎ）ドライバ４、センサロウ（ｒｏｗ）ドライバ５、バッファアンプ６、ＦＰＣコネクタ７を少なくとも備えている。また、画素領域１内の光検出素子（後述）で取り込まれた画像信号を処理するための信号処理回路８が、前記ＦＰＣコネクタ７とＦＰＣ９とを介して、アクティブマトリクス基板１００に接続されている。
【００３３】
なお、アクティブマトリクス基板１００上の上記の構成部材は、半導体プロセスによってガラス基板上にモノリシックに形成することも可能である。あるいは、上記の構成部材のうちのアンプやドライバ類を、例えばＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）技術等によってガラス基板上に実装した構成としても良い。あるいは、図１においてアクティブマトリクス基板１００上に示した上記の構成部材の少なくとも一部が、ＦＰＣ９上に実装されることも考えられる。アクティブマトリクス基板１００は、全面に対向電極が形成された対向基板（図示せず）と貼り合わされ、その間隙に液晶材料が封入される。
【００３４】
画素領域１は、画像を表示するために、複数の画素が形成された領域である。本実施形態では、画素領域１における各画素内には、画像を取り込むための光センサが設けられている。図２は、アクティブマトリクス基板１００の画素領域１における画素と光センサとの配置を示す等価回路図である。図２の例では、１つの画素が、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の絵素によって形成され、この３絵素で構成される１つの画素内に、１つの光センサが設けられている。画素領域１は、Ｍ行×Ｎ列のマトリクス状に配置された画素と、同じくＭ行×Ｎ列のマトリクス状に配置された光センサとを有する。なお、上述のとおり、絵素数は、Ｍ×３Ｎである。
【００３５】
このため、図２に示すように、画素領域１は、画素用の配線として、マトリクス状に配置されたゲート線ＧＬおよびソース線ＣＯＬを有している。ゲート線ＧＬは、ディスプレイゲートドライバ２に接続されている。ソース線ＣＯＬは、ディスプレイソースドライバ３に接続されている。なお、ゲート線ＧＬは、画素領域１内にＭ行設けられている。以下、個々のゲート線ＧＬを区別して説明する必要がある場合は、ＧＬｉ（ｉ＝１〜Ｍ）のように表記する。一方、ソース線ＣＯＬは、上述のとおり、１つの画素内の３絵素にそれぞれ画像データを供給するために、１画素につき３本ずつ設けられている。ソース線ＣＯＬを個々に区別して説明する必要がある場合は、ＣＯＬｒｊ，ＣＯＬｇｊ，ＣＯＬｂｊ（ｊ＝１〜Ｎ）のように表記する。
【００３６】
ゲート線ＧＬとソース線ＣＯＬとの交点には、画素用のスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｍ１が設けられている。なお、図２では、赤色、緑色、青色のそれぞれの絵素に設けられている薄膜トランジスタＭ１を、Ｍ１ｒ，Ｍ１ｇ，Ｍ１ｂと表記している。薄膜トランジスタＭ１のゲート電極はゲート線ＧＬへ、ソース電極はソース線ＣＯＬへ、ドレイン電極は図示しない画素電極へ、それぞれ接続されている。これにより、図２に示すように、薄膜トランジスタＭ１のドレイン電極と対向電極（ＶＣＯＭ）との間に液晶容量ＣＬＣが形成される。また、ドレイン電極とＴＦＴＣＯＭとの間に補助容量ＣＬＳが形成されている。
【００３７】
図２において、１本のゲート線ＧＬｉと１本のソース線ＣＯＬｒｊとの交点に接続された薄膜トランジスタＭ１ｒによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように赤色のカラーフィルタが設けられ、ソース線ＣＯＬｒｊを介してディスプレイソースドライバ３から赤色の画像データが供給されることにより、赤色の絵素として機能する。また、ゲート線ＧＬｉとソース線ＣＯＬｇｊとの交点に接続された薄膜トランジスタＭ１ｇによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように緑色のカラーフィルタが設けられ、ソース線ＣＯＬｇｊを介してディスプレイソースドライバ３から緑色の画像データが供給されることにより、緑色の絵素として機能する。さらに、ゲート線ＧＬｉとソース線ＣＯＬｂｊとの交点に接続された薄膜トランジスタＭ１ｂによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように青色のカラーフィルタが設けられ、ソース線ＣＯＬｂｊを介してディスプレイソースドライバ３から青色の画像データが供給されることにより、青色の絵素として機能する。
【００３８】
なお、図２の例では、光センサは、画素領域１において、１画素（３絵素）に１つの割合で設けられている。ただし、画素と光センサの配置割合は、この例のみに限定されず、任意である。例えば、１絵素につき１つの光センサが配置されていても良いし、複数画素に対して１つの光センサが配置された構成であっても良い。
【００３９】
光センサは、図２に示すように、光検出素子としてのフォトダイオードＤ１、コンデンサＣ１（増幅素子）、薄膜トランジスタＭ２から構成される。本実施形態において増幅素子として機能するコンデンサＣ１は、可変コンデンサである。
【００４０】
図２の例では、ソース線ＣＯＬｒが、センサカラムドライバ４から定電圧ＶＤＤを光センサへ供給するための配線ＶＤＤを兼ねている。また、ソース線ＣＯＬｇが、センサ出力用の配線ＯＵＴを兼ねている。
【００４１】
フォトダイオードＤ１のアノードには、リセット信号を供給するためのリセット信号配線としての配線ＲＳＴが接続されている。フォトダイオードＤ１のカソードには、コンデンサＣ１の電極の一方と、薄膜トランジスタＭ２のゲートが接続されている。薄膜トランジスタＭ２のドレインは配線ＶＤＤに接続され、ソースは配線ＯＵＴに接続されている。図２において、フォトダイオードＤ１のカソードと、コンデンサＣ１の電極の一方と、薄膜トランジスタＭ２のゲートとの接続点（蓄積ノード）をＩＮＴと表記した。コンデンサＣ１の電極の他方は、読み出し信号を供給するための読み出し信号配線としての配線ＲＷＳに接続されている。配線ＲＳＴ，ＲＷＳは、センサロウドライバ５に接続されている。これらの配線ＲＳＴ，ＲＷＳは１行毎に設けられているので、以降、各配線を区別する必要がある場合は、ＲＳＴｉ，ＲＷＳｉ（ｉ＝１〜Ｍ）のように表記する。
【００４２】
センサロウドライバ５は、所定の時間間隔ｔｒｏｗで、図２に示した配線ＲＳＴｉとＲＷＳｉとの組を順次選択していく。これにより、画素領域１において信号電荷を読み出すべき光センサの行（ｒｏｗ）が順次選択される。
【００４３】
なお、図２に示すように、配線ＯＵＴの端部には、絶縁ゲート型電界効果トランジスタである、薄膜トランジスタＭ３のドレインが接続されている。また、この薄膜トランジスタＭ３のドレインには、出力配線ＳＯＵＴが接続され、薄膜トランジスタＭ３のドレインの電位ＶＳＯＵＴが、光センサからの出力信号としてセンサカラムドライバ４へ出力される。薄膜トランジスタＭ３のソースは、配線ＶＳＳに接続されている。薄膜トランジスタＭ３のゲートは、参照電圧配線ＶＢを介して、参照電圧電源（図示せず）に接続されている。
【００４４】
図３は、コンデンサＣ１のＣＶ特性図である。図３において、横軸はコンデンサＣ１の電極間電圧ＶＣＡＰ、縦軸は静電容量を表す。図３に示すように、コンデンサＣ１は、電極間電圧ＶＣＡＰが小さい間は一定の静電容量を有するが、電極間電圧ＶＣＡＰの閾値の前後で静電容量が急峻に変化する特性を有する。したがって、配線ＲＷＳからの読み出し信号の電位によって、コンデンサＣ１の特性を動的に変化させることができる。このような特性を有するコンデンサＣ１を用いることにより、本実施形態にかかる光センサは、図４に示すように、積分期間ＴＩＮＴにおける蓄積ノードの電位変化を増幅して読み出すことができる。図４の例は、あくまでも一実施形態であるが、リセット信号のローレベルＶＲＳＴ．Ｌが−１．４Ｖであり、リセット信号のハイレベルＶＲＳＴ．Ｈが０Ｖである。また、読み出し信号のローレベルＶＲＷＳ．Ｌが−３Ｖ、読み出し信号のハイレベルＶＲＷＳ．Ｈが１２Ｖである。図４においても、実線で示した波形は、フォトダイオードＤ１に光の入射が少ない場合の電位ＶＩＮＴの変化を表し、破線で示した波形は、フォトダイオードＤ１に飽和レベルの光が入射した場合の電位ＶＩＮＴの変化を表し、ΔＶＳＩＧがフォトダイオードＤ１へ入射した光の量に比例した電位差である。図６０に示した従来例と、図４とを比較することから明らかなように、本実施形態にかかる光センサでは、飽和レベルの光が入射した場合の積分期間ＴＩＮＴにおける蓄積ノードの電位変化が、従来の光センサよりも小さいが、読み出し期間において（読み出し信号の電位がハイレベルＶＲＷＳ．Ｈである間）、この蓄積ノードの電位が増幅して読み出されている。
【００４５】
ここで、図４を参照し、画素領域１からのセンサ出力の読み出しについて説明する。まず、センサロウドライバ５から配線ＲＳＴへ供給されるリセット信号がローレベル（ＶＲＳＴ．Ｌ）から立ち上がってハイレベル（ＶＲＳＴ．Ｈ）になると、フォトダイオードＤ１は順方向バイアスとなり、接続点ＩＮＴの電位ＶＩＮＴは、下記の式（４）で表される。
【００４６】
ＶＩＮＴ  ＝  ＶＲＳＴ．Ｈ−ＶＦ      ・・・（４）
式（４）において、ＶＦはフォトダイオードＤ１の順方向電圧である。このときのＶＩＮＴは薄膜トランジスタＭ２の閾値電圧より低いので、薄膜トランジスタＭ２はリセット期間において非導通状態となっている。
【００４７】
次に、リセット信号がローレベルＶＲＳＴ．Ｌに戻ると、光電流の積分期間（ＴＩＮＴ）が始まる。積分期間ＴＩＮＴにおいては、フォトダイオードＤ１への入射光量に比例した光電流がコンデンサＣ１に流れ込み、コンデンサＣ１を放電させる。これにより、積分期間ＴＩＮＴの終了時における接続点ＩＮＴの電位ＶＩＮＴは、下記の式（５）で表される。
【００４８】
ＶＩＮＴ＝ＶＲＳＴ．Ｈ−ＶＦ−ΔＶＲＳＴ・ＣＰＤ／ＣＴ
−ＩＰＨＯＴＯ・ｔＩＮＴ／ＣＴ                      …（５）
式（５）において、ΔＶＲＳＴは、リセット信号のパルスの高さ（ＶＲＳＴ．Ｈ−ＶＲＳＴ．Ｌ）であり、ＩＰＨＯＴＯは、フォトダイオードＤ１の光電流、ｔＩＮＴは、積分期間の長さである。ＣＰＤはフォトダイオードＤ１の容量である。ＣＴＯＴＡＬは、光センサ回路全体の容量、すなわち、接続点ＩＮＴの総容量であり、コンデンサＣ１の容量ＣＩＮＴと、フォトダイオードＤ１の容量ＣＰＤと、薄膜トランジスタＭ２の容量ＣＴＦＴとの総和である。積分期間においても、ＶＩＮＴが薄膜トランジスタＭ２の閾値電圧より低いので、薄膜トランジスタＭ２は非導通状態となっている。
【００４９】
積分期間が終わると、配線ＲＷＳへ供給される読み出し信号が立ち上がることにより、読み出し期間が始まる。ここで、コンデンサＣ１に対して電荷注入が起こる。そして、接続点ＩＮＴの電位ＶＩＮＴが薄膜トランジスタＭ２の閾値電圧よりも高くなったとき、薄膜トランジスタＭ２は導通状態となり、各列において配線ＯＵＴの端部に設けられているバイアス用の薄膜トランジスタＭ３と共に、ソースフォロアアンプとして機能する。本実施形態にかかる光センサにおいては、薄膜トランジスタＭ３のドレインからの出力配線ＳＯＵＴからの出力信号電圧は、積分期間におけるフォトダイオードＤ１の光電流の積分値を増幅したものに相当する。その原理については、後述する。
【００５０】
以上のとおり、本実施形態においては、リセットパルスによる初期化と、積分期間における光電流の積分と、読み出し期間におけるセンサ出力の読み出しとを１サイクルとして周期的に行う。
【００５１】
以下、本実施形態にかかる光センサの具体的な構造について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図６は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図７は、コンデンサＣ１が形成されている領域の拡大図である。図８は、本実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態にかかる光センサは、可変コンデンサであるコンデンサＣ１を増幅素子として備えている。本実施形態においては、コンデンサＣ１は、ｐチャネルＭＯＳコンデンサである。なお、図６においては、ソース線ＣＯＬｇとＣＯＬｂとの間の領域に薄膜トランジスタＭ２を設け、その両側に、コンデンサＣ１とフォトダイオードＤ１の組を１つずつ設けているが、コンデンサＣ１とフォトダイオードＤ１とが１組だけ設けられた構成であっても良い。
【００５３】
図６に示すように、本実施形態にかかる光センサは、ソース線ＣＯＬｇとＣＯＬｂとの間の領域に薄膜トランジスタＭ２を備えている。フォトダイオードＤ１は、ベースとなるシリコン膜に、ｐ型半導体領域１０２ｐと、ｉ型半導体領域１０２ｉと、ｎ型半導体領域１０２ｎとが直列に形成された、ラテラル構造のＰＩＮダイオードである。ｐ型半導体領域１０２ｐは、フォトダイオードＤ１のアノードとなり、配線１０８およびコンタクト１０９，１１０を介して配線ＲＳＴに接続される。ｎ型半導体領域１０２ｎは、フォトダイオードＤ１のカソードとなり、シリコン膜の延設部１０７，コンタクト１０５，１０６、および配線１０４を介して、薄膜トランジスタＭ２のゲート電極１０１に接続される。
【００５４】
この構成において、配線ＲＳＴ，ＲＷＳは、薄膜トランジスタＭ２のゲート電極１０１と同じ金属により同じ工程で形成されている。また、配線１０４，１０８は、ソース線ＣＯＬと同じ金属により同じ工程で形成されている。フォトダイオードＤ１の背面には、バックライト光がセンサへ入射することを防止するための遮光膜１１３が設けられている。
【００５５】
また、図６〜図８に示すように、配線ＲＷＳに形成された幅広部１１１と、シリコン膜の延設部１０７と、その間に配置された絶縁膜（図示せず）とによって、コンデンサＣ１が形成されている。つまり、配線ＲＷＳと同電位である幅広部１１１が、コンデンサＣ１のゲート電極として機能する。図７に示す領域１１２は、ｎ型シリコン膜に対して例えばボロン等のｐ型不純物をドープして形成されたｐ＋領域である。なお、ｐ型不純物のドープの際に幅広部１１１がマスクとして機能するので、図８に示すように、延設部１０７はｐ＋領域となり、幅広部１１１の下方にあるシリコン膜はｎ−領域を形成する。
【００５６】
ここで、本実施形態にかかる光センサの読み出し動作について説明する。図９は、積分期間の最後から読み出し期間にかけての蓄積ノードの電位ＶＩＮＴの変化を示す波形図である。図９において、実線で示した波形ｗ１は、フォトダイオードＤ１に光の入射が少ない場合の電位ＶＩＮＴの変化を表し、破線で示した波形ｗ２は、フォトダイオードＤ１に光が入射した場合の電位ＶＩＮＴの変化を表している。また、時刻ｔ０は、配線ＲＷＳから供給される読み出し信号がローレベルＶＲＷＳ．Ｌからの立ち上がりを開始する時刻であり、時刻ｔ２は、読み出し信号がハイレベルＶＲＷＳ．Ｈへ到達する時刻である。時刻ｔＳは、薄膜トランジスタＭ２がオンになってセンサ出力のサンプリングが行われる時刻である。時刻ｔ１は、読み出し信号がコンデンサＣ１の閾値電圧Ｖｏｆｆに到達する時刻である。すなわち、コンデンサＣ１は、配線ＲＷＳから幅広部１１１へ供給される電位と閾値電圧Ｖｏｆｆとの大小関係によって、その動作特性が変わる。また、時刻ｔ１’は、波形ｗ２の場合（フォトダイオードＤ１に光が入射した場合）において、読み出し信号がコンデンサＣ１の閾値電圧Ｖｏｆｆに到達する時刻である。
【００５７】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、コンデンサＣ１におけるゲート電極（幅広部１１１）の電位による電荷の移動の違いを示す断面模式図である。図９、図１０Ａ、および図１０Ｂに示すように、時刻ｔ１よりも前の時刻においては、コンデンサＣ１は常にオン状態であり、時刻ｔ１以降はオフ状態となる。すなわち、配線ＲＷＳの電位が閾値電圧Ｖｏｆｆ以下の間は、図１０Ａに示すようにゲート電極（幅広部１１１）下の電荷Ｑｉｎｊの移動が生じるが、配線ＲＷＳの電位が閾値電圧Ｖｏｆｆを超えると、図１０Ｂに示すようにゲート電極（幅広部１１１）下の電荷Ｑｉｎｊの移動がなくなる。以上より、配線ＲＷＳから供給される読み出し信号の電位がハイレベルＶＲＷＳ．Ｈへ到達した後のサンプル時刻ｔｓにおける蓄積ノードの電位ＶＩＮＴ（ｔｓ）は、下記の式（６）に示すとおりである。なお、図４に示したΔＶＩＮＴは、ＶＩＮＴ（ｔ０）とＶＩＮＴ（ｔｓ）との差分に相当し、Ｑｉｎｊ／ＣＩＮＴに等しい。
【００５８】
【数１】
0005421355.tif 000002
【００５９】
図９に示したように、本実施形態にかかる光センサによれば、積分期間の終期におけるΔＶＳＩＧ（ｔ０）が、ΔＶＳＩＧ（ｔ１）まで増幅される。これにより、積分期間終了時点における受光面の照度の差による蓄積ノードの電位差よりも、突き上げ後の電位差の方が大きくなる。例えば、暗状態の場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位との電位差よりも、前記暗状態の場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位との電位差の方が大きくなる。したがって、感度が高く、かつＳ／Ｎ比も高い光センサを実現することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、前述したように、ソース線ＣＯＬｒ，ＣＯＬｇを光センサ用の配線ＶＤＤ，ＯＵＴとして共用しているので、図１１に示すように、ソース線ＣＯＬｒ，ＣＯＬｇ，ＣＯＬｂを介して表示用の画像データ信号を入力するタイミングと、センサ出力を読み出すタイミングとを区別する必要がある。図１１の例では、水平走査期間において表示用画像データ信号の入力が終わった後に、水平ブランキング期間等を利用して、センサ出力の読み出しが行われる。尚、図１１のＨＳＹＮＣは、水平同期信号を示している。
【００６１】
センサカラムドライバ４は、図１に示したように、センサ画素読み出し回路４１と、センサカラムアンプ４２と、センサカラム走査回路４３とを含む。センサ画素読み出し回路４１には、画素領域１からセンサ出力ＶＳＯＵＴを出力する出力配線ＳＯＵＴ（図２参照）が接続されている。図１において、出力配線ＳＯＵＴｊ（ｊ＝１〜Ｎ）により出力されるセンサ出力を、ＶＳＯＵＴｊと表記している。センサ画素読み出し回路４１は、センサ出力ＶＳＯＵＴｊのピークホールド電圧ＶＳｊを、センサカラムアンプ４２へ出力する。センサカラムアンプ４２は、画素領域１のＮ列の光センサにそれぞれ対応するＮ個のカラムアンプを内蔵しており、個々のカラムアンプでピークホールド電圧ＶＳｊ（ｊ＝１〜Ｎ）を増幅し、ＶＣＯＵＴとしてバッファアンプ６へ出力する。センサカラム走査回路４３は、センサカラムアンプ４２のカラムアンプをバッファアンプ６への出力へ順次接続するために、カラムセレクト信号ＣＳｊ（ｊ＝１〜Ｎ）を、センサカラムアンプ４２へ出力する。
【００６２】
ここで、図１２および図１３を参照し、画素領域１からセンサ出力ＶＳＯＵＴが読み出された後のセンサカラムドライバ４およびバッファアンプ６の動作について説明する。図１２は、センサ画素読み出し回路４１の内部構成を示す回路図である。図１３は、読み出し信号と、センサ出力と、センサ画素読み出し回路の出力との関係を示す波形図である。前述のように、読み出し信号がハイレベルＶＲＷＳ．Ｈになったとき、薄膜トランジスタＭ２が導通することにより、薄膜トランジスタＭ２，Ｍ３によりソースフォロアアンプが形成され、センサ出力ＶＳＯＵＴがセンサ画素読み出し回路４１のサンプルキャパシタＣＳＡＭに蓄積される。これにより、読み出し信号がローレベルＶＲＷＳ．Ｌになった後も、その行の選択期間（ｔｒｏｗ）中、センサ画素読み出し回路４１からセンサカラムアンプ４２への出力電圧ＶＳは、図１３に示すように、センサ出力ＶＳＯＵＴのピーク値と等しいレベルに保持される。
【００６３】
次に、センサカラムアンプ４２の動作について、図１４を参照しながら説明する。図１４に示すように、センサ画素読み出し回路４１から、各列の出力電圧ＶＳｊ（ｊ＝１〜Ｎ）が、センサカラムアンプ４２のＮ個のカラムアンプへ入力される。図１４に示すように、各カラムアンプは、薄膜トランジスタＭ６，Ｍ７から構成されている。センサカラム走査回路４３によって生成されるカラムセレクト信号ＣＳｊが、１つの行の選択期間（ｔｒｏｗ）中に、Ｎ列のカラムのそれぞれに対して順次ＯＮとなることにより、センサカラムアンプ４２中のＮ個のカラムアンプのうちいずれか１つのみの薄膜トランジスタＭ６がＯＮとなり、その薄膜トランジスタＭ６を介して、各列の出力電圧ＶＳｊ（ｊ＝１〜Ｎ）のいずれかのみが、センサカラムアンプ４２からの出力ＶＣＯＵＴとして出力される。バッファアンプ６は、センサカラムアンプ４２から出力されたＶＣＯＵＴをさらに増幅し、パネル出力（光センサ信号）Ｖｏｕｔとして信号処理回路８へ出力する。
【００６４】
なお、センサカラム走査回路４３は、上述のように光センサの列を１列ずつ走査するようにしても良いが、これに限定されず、光センサの列をインタレース走査する構成としても良い。また、センサカラム走査回路４３が、例えば４相等の多相駆動走査回路として形成されていても良い。
【００６５】
以上の構成により、本実施形態にかかる表示装置は、画素領域１において画素毎に形成されたフォトダイオードＤ１の受光量に応じたパネル出力ＶＯＵＴを得る。パネル出力ＶＯＵＴは、信号処理回路８に送られてＡ／Ｄ変換され、パネル出力データとしてメモリ（図示せず）に蓄積される。つまり、このメモリには、画素領域１の画素数（光センサ数）と同数のパネル出力データが蓄積されることとなる。信号処理回路８では、メモリに蓄積されたパネル出力データを用いて、画像取り込みやタッチ領域の検出等の各種信号処理を行う。なお、本実施形態では、信号処理回路８のメモリに、画素領域１の画素数（光センサ数）と同数のパネル出力データを蓄積するものとしたが、メモリ容量等の制約により、必ずしも画素数と同数のパネル出力データを蓄積することを要しない。
【００６６】
なお、第１の実施形態にかかる構成は、配線ＲＷＳの幅広部１１１がコンデンサＣ１のゲート電極を兼ねているので、例えば後述する第３の実施形態よりもコンタクト（第３の実施形態において図２１に示すコンタクト１１８，１１９）が少なくて済み、光センサ回路を小型化できるという利点がある。また、第１の実施形態にかかる構成では、配線ＲＷＳの幅広部１１１が、蓄積ノードＩＮＴをソース線ＣＯＬからシールドする配置となっている。したがって、例えば後述する第３の実施形態のように、蓄積ノードＩＮＴの上層にソース線ＣＯＬが配置される構成と比較して、蓄積ノードＩＮＴに対するソース線ＣＯＬからのノイズ干渉を抑制できるという利点もある。
【００６７】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、第１の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
図１５は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図１６は、本実施形態にかかる光センサに供給されるリセット信号と読み出し信号の波形図である。図１７は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図１８は、コンデンサＣ１が形成されている領域の拡大図である。図１９は、本実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【００６９】
図１５に示すように、本実施形態にかかる光センサは、コンデンサＣ１がｎチャネルＭＯＳコンデンサである点において、第１の実施形態と異なっている。また、フォトダイオードＤ１が第１の実施形態とは逆向きに接続されている。すなわち、フォトダイオードＤ１のカソードが配線ＲＳＴに接続され、アノードが蓄積ノードＩＮＴに接続されている。さらに、読み出し用の薄膜トランジスタＭ２が、ｐチャネルＴＦＴである。また、図１６に示すように、リセット信号と読み出し信号のハイレベルとローレベルの電位が、第１の実施形態とは逆である。
【００７０】
図１７に示すように、フォトダイオードＤ１は、第１の実施形態と同様に、ベースとなるシリコン膜に、ｐ型半導体領域１０２ｐと、ｉ型半導体領域１０２ｉと、ｎ型半導体領域１０２ｎとが直列に形成された、ラテラル構造のＰＩＮダイオードである。ただし、ｎ型半導体領域１０２ｎ（カソード）が、配線１０８およびコンタクト１０９，１１０を介して配線ＲＳＴに接続される。また、ｐ型半導体領域１０２ｐ（アノード）が、シリコン膜の延設部１０７，コンタクト１０５，１０６、および配線１０４を介して、薄膜トランジスタＭ２のゲート電極１０１に接続される。
【００７１】
図１８および図１９に示すように、配線ＲＷＳに形成された幅広部１１１と、シリコン膜の延設部１０７と、その間に配置された絶縁膜（図示せず）とによって、コンデンサＣ１が形成されている。つまり、配線ＲＷＳと同電位である幅広部１１１が、コンデンサＣ１のゲート電極として機能する。本実施形態においては、図１８に示す領域１１２は、ｎ型シリコン膜に対して例えばリン等のｎ型不純物をドープして形成されたｎ＋領域である。なお、ｎ型不純物のドープの際に幅広部１１１がマスクとして機能するので、図１９に示すように、延設部１０７はｎ＋領域となり、幅広部１１１の下方にあるシリコン膜はｎ−領域を形成する。
【００７２】
以上の構成にかかる本実施形態の光センサにおいては、第１の実施形態と電位関係が逆になるので、積分期間および読み出し期間における蓄積ノードＶＩＮＴの電位変化は、第１の実施形態で示した図９を上下方向に逆にしたとおりとなる。したがって、本実施形態の光センサによっても、積分期間終了時点における受光面の照度の差による蓄積ノードの電位差よりも、突き上げ後の電位差の方が大きくなる。例えば、暗状態の場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位との電位差よりも、前記暗状態の場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位との電位差の方が大きくなる。この結果、感度が高く、かつＳ／Ｎ比も高い光センサを実現することができる。
【００７３】
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。前述の各実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、前述の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
図２０は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図２１は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図２２は、コンデンサＣ１が形成されている領域の拡大図である。図２３は、本実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。
【００７５】
図２０に示すように、本実施形態にかかる光センサの等価回路図は、第１の実施形態と同じである。ただし、図２１〜図２３に示すように、コンデンサＣ１の構造等が異なっている。
【００７６】
図２１に示すように、本実施形態の光センサにおいては、薄膜トランジスタＭ２のゲート電極１０１からの配線が、フォトダイオードＤ１のｎ型半導体領域１０２ｎの上方まで延設され、コンタクト１１５，１１６を介してｎ型半導体領域１０２ｎに接続されている。薄膜トランジスタＭ２のゲート電極１０１からの配線は、コンデンサＣ１の上層にも延設され、コンデンサＣ１のゲート電極１２１として機能する。
【００７７】
図２２および図２３に示すように、ゲート電極１２１と、シリコン膜１１７と、その間に配置された絶縁膜（図示せず）とによって、コンデンサＣ１が形成されている。ゲート電極１２１は、蓄積ノードＩＮＴと同電位（ＶＩＮＴ）である。本実施形態においては、図２２に示す領域１１２は、ｎ型シリコン膜に対して例えばリン等のｎ型不純物をドープして形成されたｎ＋領域である。なお、ｎ型不純物のドープの際にゲート電極１２１がマスクとして機能するので、図２３に示すように、ゲート電極１２１の下方にあるシリコン膜はｎ−領域を形成する。
【００７８】
本実施形態の光センサは、第１の実施形態において図４に示したリセット信号と読み出し信号によって駆動され、積分期間および読み出し期間における蓄積ノードＶＩＮＴの電位変化は、第１の実施形態において図９に示したとおりである。したがって、本実施形態の光センサによっても、積分期間終了時点における受光面の照度の差による蓄積ノードの電位差よりも、突き上げ後の電位差の方が大きくなる。例えば、暗状態の場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の蓄積期間終了時点の蓄積ノードの電位との電位差よりも、前記暗状態の場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位と、飽和レベルの光が入射した場合の読み出し期間における突き上げ後の蓄積ノードの電位との電位差の方が大きくなる。この結果、感度が高く、かつＳ／Ｎ比も高い光センサを実現することができる。
【００７９】
［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。前述の各実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、前述の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００８０】
図２４は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図２５は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図２６は、増幅素子（ｐチャネルＴＦＴ）が形成されている領域の拡大図である。図２７は、本実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。図２８は、増幅素子としてのｐチャネルＴＦＴの等価回路図である。
【００８１】
本実施形態にかかる光センサは、図２４〜図２８に示すように、増幅素子として、第１〜第３の実施形態において説明した可変コンデンサＣ１の代わりに、ｐチャネルＴＦＴ（薄膜トランジスタＭ４）を用いたものである。なお、薄膜トランジスタＭ４を増幅素子として用いた本実施形態の光センサの駆動信号および動作は、第１の実施形態において図４および図９を参照して説明したものと同じである。したがって、本実施形態にかかる光センサによっても、蓄積ノードの電位ＶＩＮＴを増幅して読み出すことができる。
【００８２】
また、図２５および図２６に示すように、本実施形態にかかる光センサは、配線ＲＷＳの幅広部１１１が、配線１０７の幅全体を覆う位置まで延設されている点においても、第１の実施形態と異なっている。この構成により、本実施形態にかかる光センサは、第１の実施形態にかかる光センサよりも境界長が短いという利点を有する。
【００８３】
以下、境界長について説明する。境界長とは、増幅素子と蓄積ノードＩＮＴとの境界の長さを意味する。例えば、第１の実施形態においては、図６および図７に示すように、シリコン膜の延設部１０７と配線ＲＷＳの幅広部１１１との重なりによってコンデンサＣ１が形成されている。したがって、第１の実施形態においては、図７に示すように、増幅素子と蓄積ノードＩＮＴとの境界は太線Ｂで示されるとおり、配線ＲＷＳの幅広部１１１の外縁がシリコン膜の延設部１０７に重なっている部分である。すなわち、第１の実施形態においては、図７に示したＬＣＡＰの長さと、２×ＷＣＡＰの値との和が、境界長となる。また、本実施形態にかかる光センサにおいては、図２６に示すように、配線ＲＷＳの幅広部１１１とシリコン膜の延設部１０７とが重なっている部分が増幅素子として機能するので、この増幅素子の幅ＷＴＦＴ（すなわち延設部１０７の幅）の２倍が、境界長である。
【００８４】
第１の実施形態においては、境界長を短くしようとすると、ＬＣＡＰの長さを小さくしなければならず、コンデンサＣ１の容量を確保するためには、コンデンサＣ１のレイアウト面積が増加してしまう。しかし、第４の実施形態においては、境界長はシリコン膜の延設部１０７の幅ＷＴＦＴであるため、レイアウト面積を増加させることなく境界長を短くすることができる。
【００８５】
なお、境界長が短い方が良い理由について、図９および図２９を参照しながら以下に説明する。第１の実施形態において図９を参照しながら説明したように、配線ＲＷＳから供給される読み出し信号がローレベルＶＲＷＳ．ＬからハイレベルＶＲＷＳ．Ｈへ立ち上がる途中に、閾値電圧Ｖｏｆｆが存在する。ここで、時刻ｔ１において配線ＲＷＳの読み出し信号が閾値電圧Ｖｏｆｆに到達した後は、サンプリング時刻ｔＳまで、蓄積ノードの電位ＶＩＮＴは一定であることが好ましい。しかし、図２９に示すように、読み出し信号が上昇する時刻ｔ１〜ｔ２の間には、増幅素子と蓄積ノードとの間の寄生容量に起因して、蓄積ノードの電位ＶＩＮＴは上昇し続ける。また、読み出し信号の電位がハイレベルＶＲＷＳ．Ｈへ到達した時刻ｔ２からサンプリング時刻ｔＳの間にも、リーク電流に起因して、蓄積ノードの電位ＶＩＮＴは上昇し続ける。このように、時刻ｔ１以降に蓄積ノードの電位ＶＩＮＴが上昇が生じることは、電位の増幅効果が小さくなるために好ましくない。時刻ｔ１以降の寄生容量およびリーク電流に起因する電位ＶＩＮＴの上昇を抑制するためには、増幅素子の境界長が短いことが好ましい。
【００８６】
したがって、第４の実施形態にかかる光センサは、増幅素子の境界長が短い点において、時刻ｔ１以降の寄生容量およびリーク電流に起因する電位ＶＩＮＴの上昇を抑制することができ、第１の実施形態にかかる光センサよりも有利である。
【００８７】
また、第４の実施形態にかかる光センサの変形例として、図３０および図３１に示すように、シリコン膜の延設部１０７の幅を狭くし、かつ、延設部１０７に、増幅素子の幅ＷＣＡＰを確保するための幅広部１０７ａを設けた構成とすることにより、増幅素子の有効面積を確保しつつ、境界長ＷＴＦＴをさらに短くした構成とすることも可能である。この場合、増幅素子としてのｐチャネルＴＦＴの等価回路図は、図３２に示すとおりとなる。この変形例にかかる構成によれば、図２４〜図２８に示した構成と比較して、境界長をさらに短くできるので、時刻ｔ１以降の寄生容量およびリーク電流に起因する電位ＶＩＮＴの上昇をさらに小さく抑制することができる。これにより、さらにダイナミックレンジの広い光センサを実現できる。
【００８８】
［第５の実施形態］
以下、本発明の第５の実施形態について説明する。前述の各実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、前述の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００８９】
図３３は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図３４は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図３５は、増幅素子（ｎチャネルＴＦＴ）が形成されている領域の拡大図である。図３６は、本実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。図３７は、増幅素子としてのｎチャネルＴＦＴの等価回路図である。
【００９０】
本実施形態の光センサは、増幅素子として、第２の実施形態において説明したｎチャネルＭＯＳコンデンサの代わりに、ｎチャネルＴＦＴ（薄膜トランジスタＭ４）を用いたものである。なお、ｎチャネルＴＦＴを増幅素子として用いた本実施形態の光センサの駆動信号は、第２の実施形態において図１６を参照して説明したとおり、ｎチャネルＴＦＴを増幅素子として用いた第４の実施形態の駆動信号とは、ハイレベルとローレベルの電位が逆である。その駆動信号によれば、本実施形態の光センサは、第１の実施形態において図９を参照して説明したとおり、蓄積ノードの電位ＶＩＮＴを増幅して読み出すことができる。
【００９１】
図３３および図３４に示すとおり、本実施形態にかかる光センサにおいては、フォトダイオードＤ１が第４の実施形態とは逆向きに接続されている。すなわち、フォトダイオードＤ１のカソードが配線ＲＳＴに接続され、ｎチャネルＴＦＴに接続されている。さらに、読み出し用の薄膜トランジスタＭ２が、ｐチャネルＴＦＴである。
【００９２】
図３４および図３５に示すように、本実施形態にかかる光センサは、配線ＲＷＳの幅広部１１１が、配線１０７の幅全体を覆う位置まで延設されている点において、第２の実施形態と異なっている。本実施形態にかかる光センサは、前述の第４の実施形態において第１の実施形態と対比しながら説明したとおり、第２の実施形態にかかる光センサよりも境界長が短いという利点を有する。すなわち、第２の実施形態にかかる光センサの境界長は、図１８に示すように、ＬＣＡＰ＋２×ＷＣＡＰである。一方、本実施形態にかかる光センサの境界長は、図３５に示すように、延設部１０７の幅ＷＴＦＴである。
【００９３】
第２の実施形態においては、境界長を短くしようとすると、ＬＣＡＰの長さを小さくしなければならず、コンデンサＣ１の容量を確保するためには、コンデンサＣ１のレイアウト面積が増加してしまう。しかし、本実施形態においては、境界長はシリコン膜の延設部１０７の幅ＷＴＦＴの２倍であるため、レイアウト面積を増加させることなく境界長を短くすることができる。これにより、本実施形態にかかる光センサは、増幅素子の境界長が短い点において、時刻ｔ１以降の寄生容量およびリーク電流に起因する電位ＶＩＮＴの上昇を抑制することができ、第２の実施形態にかかる光センサよりも有利である。
【００９４】
また、第５の実施形態にかかる光センサの変形例として、図３８および図３９に示すように、シリコン膜の延設部１０７の幅を狭くし、かつ、延設部１０７に幅広部１０７ａを設けた構成とすることにより、増幅素子の有効面積を確保しつつ、レイアウト面積を増加させることなく、ＷＴＦＴをさらに短くした構成とすることも可能である。この場合、増幅素子としてのｎチャネルＴＦＴの等価回路図は、図４０に示すとおりとなる。この変形例にかかる構成によれば、図３３〜図３７に示した構成と比較して、境界長をさらに短くできるので、時刻ｔ１以降の寄生容量およびリーク電流に起因する電位ＶＩＮＴの上昇をさらに小さく抑制することができる。これにより、さらにダイナミックレンジの広い光センサを実現できる。
【００９５】
［第６の実施形態］
以下、本発明の第６の実施形態について説明する。前述の各実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、前述の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００９６】
図４１は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図４２は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図４３は、増幅素子（フォトダイオードＤ２）が形成されている領域の拡大図である。図４４は、本実施形態にかかる光センサにおける各領域の接続関係を示した断面模式図である。図４５は、増幅素子としてのフォトダイオードの等価回路図である。
【００９７】
本実施形態にかかる光センサは、増幅素子としてフォトダイオードＤ２を用いた点において、前述の各実施形態と異なる。なお、ここで用いるフォトダイオードＤ２は、チャネル上にゲート電極を備えたフォトダイオードである。フォトダイオードＤ２は、チャネル領域上にゲート電極を設けたことにより、ゲート−フォトダイオード間の容量によって読み出し期間の突き上げを行う。図４１に示すように、本実施形態にかかる光センサは、増幅素子として機能するフォトダイオードＤ２を有する。図４１〜図４３に示すように、フォトダイオードＤ２のカソード（ｎ型半導体領域１０７ｎ）は、フォトダイオードＤ１のカソード（ｎ型半導体領域１０２ｎ）に接続され、フォトダイオードＤ２のアノード（ｐ型半導体領域１０７ｐ）は、蓄積ノードＩＮＴに接続されている。
【００９８】
この構成においても、第１の実施形態において図４に示したリセット信号および読み出し信号によって、第１の実施形態で図９に示したとおり、蓄積ノードの電位ＶＩＮＴを増幅して読み出すことができる。
【００９９】
また、本実施形態にかかる構成は、第４の実施形態のように増幅素子としてｐチャネルＴＦＴを用いた構成と比較して、以下の二つの利点を有する。
【０１００】
第１の利点は、境界長がさらに短いという点である。つまり、本実施形態にかかる光センサにおいては、図４３に示すように、境界Ｂがｐ＋領域側にしか存在しないので、境界長はシリコン膜の延設部１０７の幅ＷＴＦＴである。したがって、時刻ｔ１以降の寄生容量およびリーク電流に起因する電位ＶＩＮＴの上昇をさらに抑制することができる点で、第４の実施形態にかかる光センサよりも有利である。
【０１０１】
第２の利点は、フォトダイオードＤ１のカソード（ｎ型半導体領域１０２ｎ）と、フォトダイオードＤ２のカソード（ｎ型半導体領域１０７ｎ）とが接続されるので、フォトダイオードＤ１のカソード（ｎ型半導体領域１０２ｎ）をｐ型半導体領域に接続する第４の実施形態と比較して、接続が容易であるという点である。
【０１０２】
なお、図４１および図４２に示した構成の変形例として、図４６および図４７に示すような構成を採用しても良い。図４６は、本実施形態の第１の変形例にかかる光センサの等価回路図である。図４７は、前記第１の変形例にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図４６および図４７に示すように、本実施形態の第１の変形例にかかる光センサは、リセット用の薄膜トランジスタＭ５が追加された構成である。
【０１０３】
フォトダイオードＤ１のアノード（ｐ型半導体領域１０２ｐ）は、配線１０８およびコンタクト１０９，１１０を介して、所定のＤＣ電位を供給する配線ＶＳＳに接続されている。リセット用の薄膜トランジスタＭ３のゲート電極１３１は、配線ＲＳＴから延設されている。この第１の変形例にかかる構成によれば、図４１および図４２に示したようにフォトダイオードＤ２を介してリセットを行う構成と比較して、蓄積ノードＩＮＴに接続されたリセット用の薄膜トランジスタＭ３によって、蓄積ノードをより確実にリセットすることができるという利点がある。
【０１０４】
また、第２の変形例として、図４８および図４９に示すような構成も可能である。図４８は、本実施形態の第２の変形例にかかる光センサの等価回路図である。図４９は、前記第２の変形例にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図４８および図４９に示す構成においては、フォトダイオードＤ１のアノード（ｐ型半導体領域１０２ｐ）が、リセット信号を供給する配線ＲＳＴに接続されている点において、前記の第１の変形例と異なっている。この構成によれば、配線ＶＳＳを別個に設ける必要がないので、前記の第１の変形例と比較して、光センサのレイアウト面積を小さくすることができるという利点がある。
【０１０５】
［第７の実施形態］
以下、本発明の第７の実施形態について説明する。前述の各実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、前述の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【０１０６】
図５０は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図５１は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。
【０１０７】
本実施形態にかかる光センサは、第４の実施形態において、図３０〜図３２に示した構成において、図５０および図５１に示すように、フォトダイオードＤ１の背面に設けられた遮光膜１１３を、配線ＲＷＳと対向する位置まで延設し、この遮光膜１１３と配線ＲＷＳとその間の絶縁膜（図示せず）により、コンデンサＣＳＥＲを形成したものである。つまり、本実施形態にかかる光センサは、第４の実施形態と同様に、増幅素子としてｐチャネルＴＦＴ（薄膜トランジスタＭ４）を用いている。
【０１０８】
図５０に示す構成において、コンデンサＣＳＥＲは、遮光膜１１３とフォトダイオードＤ１との間の容量Ｃｃ、Ｃａに対する直列コンデンサとして機能する。このため、第１の実施形態において説明した式（６）中のＣＩＮＴ’を増加させずに、ＣＩＮＴだけを増加させることができ、読み出し時の増幅効果を向上させることができる。
【０１０９】
なお、このようにコンデンサＣＳＥＲを備えたことにより、読み出し時の増幅効果を向上させる効果は、増幅素子として可変コンデンサを用いる構成よりも、本実施形態のように増幅素子としてｐチャネルＴＦＴを用いる構成において顕著である。
【０１１０】
すなわち、図５２Ａに示すように、増幅素子として可変コンデンサＣ１が用いられている構成（第１の実施形態）にコンデンサＣＳＥＲを組み合わせた場合、読み出し時に、蓄積ノードの電位ＶＩＮＴは、コンデンサＣ１からの電荷ΔＱＣだけでなく、コンデンサＣＳＥＲから注入される電荷ＱＳによっても影響を受ける。したがって、この構成においては、コンデンサＣＳＥＲの存在は、読み出し時の増幅効果を低減させることとなる。
【０１１１】
一方、図５２Ｂに示すように、本実施形態のように、増幅素子としてｐチャネルＴＦＴ（薄膜トランジスタＭ４）が用いられている構成にコンデンサＳＥＲを組み合わせた場合、読み出し時には、コンデンサＣＳＥＲから注入される電荷も薄膜トランジスタＭ４を通過しなければならない。したがって、コンデンサＣＳＥＲから注入される電荷（ΔＱＳ）も、電荷ΔＱＣと共に、増幅効果を向上させるよう作用する。
【０１１２】
したがって、本実施形態のように、増幅素子としてｐチャネルＴＦＴを用いた構成にコンデンサＣＳＥＲを組み合わせた光センサは、高い増幅効果を得る上で効果的である。
【０１１３】
なお、上記の説明においては、第４の実施形態において図３０〜図３２に示した構成にコンデンサＣＳＥＲを組み合わせた例を示したが、第４および第５の実施形態において説明した他の構成についても、コンデンサＣＳＥＲを組み合わせることにより、同様の効果を得ることができる。
【０１１４】
［第８の実施形態］
以下、本発明の第８の実施形態について説明する。前述の各実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、前述の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【０１１５】
図５３は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図５４は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図５３および図５４に示すように、本実施形態にかかる光センサでは、複数の画素領域にわたって、フォトダイオードＤ１およびコンデンサＣ３がそれぞれ並列に形成されている。コンデンサＣ３は、通常の（可変ではない）コンデンサである。なお、図５３および図５４の例では、１つの読み出し用の薄膜トランジスタＭ２により、４個のフォトダイオードＤ１から読み出しを行う構成としたが、読み出し対象とするフォトダイオードＤ１の個数はこれに限定されない。
【０１１６】
図５３および図５４に示す例では、読み出し用トランジスタＭ２に最も近い画素領域にｐチャネルＴＦＴ（薄膜トランジスタＭ４）を増幅素子として形成し、他の画素領域には通常の（可変でない）コンデンサＣ３が形成されている。
【０１１７】
この構成によれば、フォトダイオードＤ１を複数並列に接続したことにより、光電流を増加させることができる。また、複数のフォトダイオードＤ１において読み出し用の薄膜トランジスタＭ２に最も近いところに増幅素子を配置したことにより、蓄積ノードの電位を増幅して読み出すことができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を劣化させることなく、感度が高い光センサを実現することができる。また、増幅素子としてｐチャネルＴＦＴを用いることにより、前述したように、可変コンデンサを用いる場合と比較して、境界長を短くすることができる。これにより、増幅効果をさらに向上させることができる。
【０１１８】
［第９の実施形態］
以下、本発明の第９の実施形態について説明する。前述の各実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、前述の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【０１１９】
図５５は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図５６は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図５５および図５６に示すように、本実施形態にかかる光センサでは、複数の画素領域にわたって、フォトダイオードＤ１およびコンデンサＣ３がそれぞれ並列に形成されている。コンデンサＣ３は、通常の（可変ではない）コンデンサである。なお、図５５および図５６の例では、１つの読み出し用の薄膜トランジスタＭ２により、４個のフォトダイオードＤ１から読み出しを行う構成としたが、読み出し対象とするフォトダイオードＤ１の個数はこれに限定されない。
【０１２０】
図５５および図５６に示す例では、４個のフォトダイオードＤ１のうち、読み出し用の薄膜トランジスタＭ２に最も近い画素領域に、増幅素子としてのフォトダイオードＤ２が設けられ、他の画素領域には通常の（可変でない）コンデンサＣ３が形成されている。また、読み出し用の薄膜トランジスタＭ２の隣の画素領域に、リセット用の薄膜トランジスタＭ５が形成されている。
【０１２１】
この構成によれば、フォトダイオードＤ１を複数並列に接続したことにより、光電流を増加させることができる。また、複数のフォトダイオードＤ１において読み出し用の薄膜トランジスタＭ２に最も近いところに増幅素子（フォトダイオードＤ２）を配置したことにより、蓄積ノードの電位を増幅して読み出すことができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を劣化させることなく、感度が高い光センサを実現することができる。また、増幅素子としてフォトダイオードＤ２を用いることにより、前述したように、可変コンデンサを用いる場合と比較して、境界長を短くすることができる。これにより、増幅効果をさらに向上させることができる。
【０１２２】
［第１０の実施形態］
以下、本発明の第１０の実施形態について説明する。前述の各実施形態において説明した構成と同様の機能を有する構成については、前述の実施形態と同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【０１２３】
図５７は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。図５８は、本実施形態にかかる光センサの平面構造の一例を示す平面図である。図５７および図５８に示すように、本実施形態にかかる光センサは、第１の実施形態にかかる光センサに対して、リセット用の薄膜トランジスタＭ５を追加した構成である。リセット用の薄膜トランジスタＭ５のゲート電極１３１は、配線ＲＳＴから延設されている。
【０１２４】
この構成においても、第１の実施形態にかかる光センサと同様に、蓄積ノードの電位を増幅して読み出すことができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を劣化させることなく、感度が高い光センサを実現することができる。
【０１２５】
また、このようにリセット用の薄膜トランジスタＭ５を設ける構成は、第１の実施形態の他に、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態、第７の実施形態、および、第８の実施形態にも適用することができ、それぞれの実施形態で説明したとおりの効果を奏する。
【０１２６】
以上、本発明についての第１〜第１０の実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態にのみ限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【０１２７】
例えば、上述の実施形態では、光センサに接続された配線ＶＤＤおよびＯＵＴが、ソース線ＣＯＬと共用されている構成を例示した。この構成によれば、画素開口率が高いという利点がある。しかしながら、この構成は、光センサ用の配線がソース線ＣＯＬを共用しているので、画素表示のための映像信号がソース線ＣＯＬに印加されている間は、センサ回路出力データの読み出しができない。そのため、図１１に示したように、帰線期間にセンサ回路出力データの読み出し信号を印加することが必要となる。そこで、光センサ用の配線ＶＤＤおよびＯＵＴをソース線ＣＯＬとは別個に設けた構成としても良い。この構成によれば、画素開口率は低くなるが、光センサ用の配線をソース線ＣＯＬとは別個に駆動することができるので、画素表示のタイミングと関係なく、センサ回路出力データの読み出しを行うことができるという利点がある。
【０１２８】
尚、上記の説明以外に、アクティブマトリクス基板上に形成した薄膜トランジスタＭ３、Ｍ６、Ｍ７に代えて、例えばＩＣチップ内に設けたトランジスタＭ３、Ｍ６、Ｍ７を用いる構成でもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、アクティブマトリクス基板の画素領域内に光センサを有する表示装置として、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【０１３０】
１      画素領域
２      ディスプレイゲートドライバ
３      ディスプレイソースドライバ
４      センサカラム（ｃｏｌｕｍｎ）ドライバ
４１    センサ画素読み出し回路
４２    センサカラムアンプ
４３    センサカラム走査回路
５      センサロウ（ｒｏｗ）ドライバ
６      バッファアンプ
７      ＦＰＣコネクタ
８      信号処理回路
９      ＦＰＣ
１００  アクティブマトリクス基板
【図１】
0005421355.tif 000003
【図２】
0005421355.tif 000004
【図３】
0005421355.tif 000005
【図４】
0005421355.tif 000006
【図５】
0005421355.tif 000007
【図６】
0005421355.tif 000008
【図７】
0005421355.tif 000009
【図８】
0005421355.tif 000010
【図９】
0005421355.tif 000011
【図１０Ａ】
0005421355.tif 000012
【図１０Ｂ】
0005421355.tif 000013
【図１１】
0005421355.tif 000014
【図１２】
0005421355.tif 000015
【図１３】
0005421355.tif 000016
【図１４】
0005421355.tif 000017
【図１５】
0005421355.tif 000018
【図１６】
0005421355.tif 000019
【図１７】
0005421355.tif 000020
【図１８】
0005421355.tif 000021
【図１９】
0005421355.tif 000022
【図２０】
0005421355.tif 000023
【図２１】
0005421355.tif 000024
【図２２】
0005421355.tif 000025
【図２３】
0005421355.tif 000026
【図２４】
0005421355.tif 000027
【図２５】
0005421355.tif 000028
【図２６】
0005421355.tif 000029
【図２７】
0005421355.tif 000030
【図２８】
0005421355.tif 000031
【図２９】
0005421355.tif 000032
【図３０】
0005421355.tif 000033
【図３１】
0005421355.tif 000034
【図３２】
0005421355.tif 000035
【図３３】
0005421355.tif 000036
【図３４】
0005421355.tif 000037
【図３５】
0005421355.tif 000038
【図３６】
0005421355.tif 000039
【図３７】
0005421355.tif 000040
【図３８】
0005421355.tif 000041
【図３９】
0005421355.tif 000042
【図４０】
0005421355.tif 000043
【図４１】
0005421355.tif 000044
【図４２】
0005421355.tif 000045
【図４３】
0005421355.tif 000046
【図４４】
0005421355.tif 000047
【図４５】
0005421355.tif 000048
【図４６】
0005421355.tif 000049
【図４７】
0005421355.tif 000050
【図４８】
0005421355.tif 000051
【図４９】
0005421355.tif 000052
【図５０】
0005421355.tif 000053
【図５１】
0005421355.tif 000054
【図５２Ａ】
0005421355.tif 000055
【図５２Ｂ】
0005421355.tif 000056
【図５３】
0005421355.tif 000057
【図５４】
0005421355.tif 000058
【図５５】
0005421355.tif 000059
【図５６】
0005421355.tif 000060
【図５７】
0005421355.tif 000061
【図５８】
0005421355.tif 000062
【図５９】
0005421355.tif 000063
【図６０】
0005421355.tif 000064