(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフォトセンサ部と、第２のフォトセンサ部と、を有し、
前記第１のフォトセンサ部は、可視光線を検出する機能を有する第１のフォトダイオードを有し、
前記第２のフォトセンサ部は、赤外線を検出する機能を有する第２のフォトダイオードを有し、
前記第２のフォトセンサ部で検出された赤外線の強度に基づいて、前記第１のフォトセンサ部の感度を制御する機能を有し、
前記感度の設定は、前記第１のフォトセンサ部におけるリセット電位を制御することにより行うことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２のフォトセンサ部は、撮像を行う機能を有することを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第２のフォトセンサ部は、赤外線を透過し、かつ、可視光線を吸収する機能を有するフィルタを有することを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
液晶素子又は発光素子を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、フォトセンサを有する画素がマトリクス状に配置された表示装置と、
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。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を検出するセンサ（「フォトセンサ」ともいう）を搭載した表示装置が注目され
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９２２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の様なフォトセンサを搭載する表示装置では、外光が撮像の精度に影響を与えやすい
。人の生活環境を考慮した場合、薄暗い室内と晴天の屋外とでは、約１００００倍以上の
照度の差がある。この広い照度範囲において、フォトセンサに明暗を一様に認識させるこ
とは困難であり、フォトセンサを搭載する表示装置をタッチパネルとして用いる場合は、
誤認識を起こすことがあった。
【０００５】
また、フォトセンサを搭載する表示装置をイメージセンサとして用いる場合、広いダイナ
ミックレンジで撮像をするには、フォトセンサが検出する光の照度に合わせてフォトセン
サの感度を調整する必要がある。フォトセンサに適切な感度が与えられていない場合は、
露光アンダーまたは露光オーバーとなり、鮮明に撮像を行うことができなかった。
【０００６】
従って、開示する本発明の一態様は、上記問題点の少なくとも１つを解決するものである
。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、赤外線を検出できるフォトセンサを有する画素と、可視光線を検出で
きるフォトセンサを有する画素と、を有し、赤外線の検出によって外光強度を判断し、撮
像に用いるフォトセンサの選択や、フォトセンサの感度設定を自動的に行う表示装置に関
する。
【０００８】
本明細書で開示する本発明の一態様は、表示領域の画素内に形成された表示素子部と、画
素内に形成された、表示素子部に併設された第１のフォトセンサ部と、第１のフォトセン
サ部が設けられていない画素内に形成された、表示素子部に併設された第２のフォトセン
サ部と、を有し、第１のフォトセンサ部には、可視光線を検出する第１のフォトダイオー
ドが設けられ、第２のフォトセンサ部には、赤外線を検出する第２のフォトダイオードが
設けられていることを特徴とする表示装置である。
【０００９】
第１のフォトダイオードにはシリコン半導体を用いたｐｉｎ型またはｐｎ型のフォトダイ
オードを用いることができる。特に、可視光線の波長領域に光吸収特性を持つ非晶質シリ
コン半導体をｉ型半導体層に用いたｐｉｎ型が好ましい。
【００１０】
第２のフォトダイオードにはシリコン半導体を用いたｐｉｎ型またはｐｎ型のフォトダイ
オードを用いることができる。特に、薄膜結晶性シリコンとして形成が容易で赤外線の波
長領域に光吸収特性を持つ微結晶シリコン半導体をｉ型半導体層に用いたｐｉｎ型が好ま
しい。このとき、フォトダイオードの受光面上に赤外線を透過し、可視光線を吸収するフ
ィルタを設けておけば、赤外線のみを検出することができる。
【００１１】
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、表示領域の画素内に形成された表示素
子部と、画素内に形成された、表示素子部に併設された第１のフォトセンサ部と、第１の
フォトセンサ部が設けられていない画素内に形成された、表示素子部に併設された第２の
フォトセンサ部と、を有し、表示領域に外光が入射され、外光に含まれる赤外線を第２の
フォトセンサ部が検出し、第２のフォトセンサ部が検出する赤外線量に基づいて、第１の
フォトセンサ部または第２のフォトセンサ部のどちらか一方を撮像に用いる手段として選
択し、第１のフォトセンサ部を用いる場合は、可視光線を用いて撮像を行い、第２のフォ
トセンサ部を用いる場合は、赤外線を用いて撮像を行うことを特徴とする表示装置の駆動
方法である。
【００１２】
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、表示領域の画素内に形成された表示素
子部と、画素内に形成された、表示素子部に併設された第１のフォトセンサ部と、第１の
フォトセンサ部が設けられていない画素内に形成された、表示素子部に併設された第２の
フォトセンサ部と、を有し、第２のフォトセンサ部が受光時に検出する赤外線の強度によ
って、第１のフォトセンサ部の受光感度を変更し、第１のフォトセンサ部で検出した光の
強度を信号化し、信号から横軸を階調とするヒストグラムを作成し、ヒストグラムを暗い
側の階調からカウントし、予め設定されたカウント数に達したときの階調をしきい値とし
、しきい値を境に画像を明部及び暗部に２値化し、暗部となった画素のアドレスから表示
領域内における被検出物の位置を判断する表示装置の駆動方法である。
【００１３】
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、表示領域の画素内に形成された表示素
子部と、画素内に形成された、表示素子部に併設された第１のフォトセンサ部と、第１の
フォトセンサ部が設けられていない画素内に形成された、表示素子部に併設された第２の
フォトセンサ部と、を有し、表示領域に外光が入射され、外光に含まれる赤外線を第２の
フォトセンサ部が検出し、第２のフォトセンサ部が検出する赤外線量に基づいて、第１の
フォトセンサ部または第２のフォトセンサ部のどちらか一方を撮像に用いる手段として選
択し、第１のフォトセンサ部を用いる場合は、可視光線を用いて撮像を行い、第２のフォ
トセンサ部を用いる場合は、赤外線を用いて撮像を行い、第１のフォトセンサ部または第
２のフォトセンサ部で検出した光の強度を信号化し、信号から横軸を階調とするヒストグ
ラムを作成し、ヒストグラムを暗い側の階調からカウントし、予め設定されたカウント数
に達したときの階調をしきい値とし、しきい値を境に画像を明部及び暗部に２値化し、暗
部となった画素のアドレスから表示領域内における被検出物の位置を判断する表示装置の
駆動方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様により、外光の影響による誤認識を防ぐことのできるタッチパネル機能や
、広いダイナミックレンジで撮像することのできる機能を持つ表示装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】表示領域に表示素子とフォトセンサが併設された表示装置の構成を説明する図。
【図２】表示領域に表示素子とフォトセンサが併設された表示装置の構成を説明する回路図。
【図３】フォトセンサの動作を説明するタイミングチャート。
【図４】フォトセンサの動作を説明するフローチャート。
【図５】フォトセンサの動作を説明するフローチャート。
【図６】フォトダイオードの分光感度及び赤外線透過フィルタの透過率を説明する図。
【図７】フォトセンサが取得する画像を説明する図。
【図８】２値化処理を説明するフローチャート。
【図９】２値化処理を説明するヒストグラム。
【図１０】２値化処理を説明するヒストグラム。
【図１１】表示領域に表示素子とフォトセンサが併設された表示装置の断面図。
【図１２】表示領域に表示素子とフォトセンサが併設された表示装置の断面図。
【図１３】表示領域に表示素子とフォトセンサが併設された表示装置の断面図。
【図１４】表示領域に表示素子とフォトセンサが併設された表示装置の断面図。
【図１５】本発明の一態様における表示装置を用いた電子機器の一例を示す図。
【図１６】本発明の一態様における表示装置の構成を説明する図。
【図１７】本発明の一態様における表示装置を用いた電子機器の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
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。
【００１７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図面を参照して説明する。図１
にその構成の一例を示す。
【００１８】
表示装置１００は、画素回路１０１、表示素子制御回路１０２及びフォトセンサ制御回路
１０３を有する。画素回路１０１は、行列方向にマトリクス状に配置された複数の画素１
０４を有する。各々の画素１０４には、表示素子部１０５、第１のフォトセンサ部１０６
ａまたは第２のフォトセンサ部１０６ｂを有する例を示してある。
【００１９】
第１のフォトセンサ部１０６ａは、撮像を目的とするために設けられ、第２のフォトセン
サ部１０６ｂは、主に外光の強度を検知するために設けられている。ただし、第２のフォ
トセンサ部１０６ｂで撮像を行う場合もある。
【００２０】
該フォトセンサ部は全ての画素に設ける必要はなく、目的に合わせて該フォトセンサ部を
形成すればよい。また、画素回路１０１において、図１に示す様に第１のフォトセンサ部
１０６ａが多数を占める場合は一例であり、第２のフォトセンサ部１０６ｂが多数を占め
ても良い。
【００２１】
図１に示す表示素子制御回路１０２は、表示素子部１０５を制御するための回路であり、
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。
【００２２】
例えば、表示素子駆動回路１０８は、特定の行に配置された画素が有する表示素子部を選
択する機能を有する。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
示素子部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部では、トランジスタがオンし、表示素子駆動回
路１０７によりソース信号線に与えられる電位が供給される。
【００２３】
フォトセンサ制御回路１０３は、第１のフォトセンサ部１０６ａ、及び第２のフォトセン
サ部１０６ｂを制御するための回路であり、フ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）等と接続されたフォトセ
ンサ読み出し回路１０９と、フォトダイオードリセット信号線（以下、リセット信号線と
言う）及びラインを選択するゲート信号線（以下、選択信号線と言う）等と接続されたフ
ォトセンサ駆動回路１１０を有する。
【００２４】
フォトセンサ駆動回路１１０は、特定の行に配置された画素が有する第１のフォトセンサ
部１０６ａまたは第２のフォトセンサ部１０６ｂ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。
【００２５】
なお、上記共通の回路で第１のフォトセンサ部１０６ａ及び第２のフォトセンサ部１０６
ｂを駆動し、フォトセンサ部の出力信号を読み出すことができる。該フォトセンサ部のア
ドレスが既知であれば、読み出し時にその信号に対する処理を変更することができる。
【００２６】
画素１０４の回路図について、図２を用いて説明する。画素１０４は、トランジスタ２０
１、保持容量２０２及び液晶素子２０３を有する表示素子部１０５と、第１のフォトダイ
オード２０４ａ、トランジスタ２０５、及びトランジスタ２０６を有する第１のフォトセ
ンサ部１０６ａとを有する。
【００２７】
なお、ここでは、第１のフォトダイオード２０４ａを有する第１のフォトセンサ部１０６
ａについて説明するが、第２のフォトダイオード２０４ｂを有する第２のフォトセンサ部
１０６ｂについても同様の構成とすることができる。
【００２８】
表示素子部１０５において、トランジスタ２０１は、ゲートがゲート信号線２０７に、ソ
ース又はドレインの一方がソース信号線２１０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。
【００２９】
トランジスタ２０１は、保持容量２０２への電荷の注入もしくは排出を制御する機能を有
する。例えば、ゲート信号線２０７に高電位が印加されると、ソース信号線２１０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。
【００３０】
画像表示は、液晶素子２０３に電圧を印加することで偏光方向が変化する現象を利用し、
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。透過型液晶表示装
置の場合、液晶素子２０３を透過する光の光源にはバックライトを用いる。
【００３１】
トランジスタ２０１は、非晶質シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコンなどの
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。
【００３２】
なお、ここでは、表示素子部１０５が液晶素子を有する場合について説明したが、発光素
子などの他の素子を有していてもよい。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御
される素子であり、具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機発光ダイオード（ＯＬＥ
Ｄ）等が挙げられる。
【００３３】
第１のフォトセンサ部１０６ａにおいて、第１のフォトダイオード２０４ａは、アノード
がリセット信号線２０８に、カソードがトランジスタ２０５のゲートにゲート信号線２１
３を介して、それぞれ電気的に接続されている。トランジスタ２０５は、ソース又はドレ
インの一方が基準信号線２１２に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ２０６のソ
ース又はドレインの一方に電気的に接続されている。トランジスタ２０６は、ゲートが選
択信号線２０９に、ソース又はドレインの他方が出力信号線２１１に電気的に接続されて
いる。
【００３４】
第１のフォトセンサ部１０６ａにおける第１のフォトダイオード２０４ａ、及び第２のフ
ォトセンサ部１０６ｂにおける第２のフォトダイオード２０４ｂには、シリコン半導体を
用いたｐｉｎ型またはｐｎ型のフォトダイオードを用いることができる。
【００３５】
第１のフォトダイオード２０４ａは、表示装置にタッチパネル機能やイメージセンサ機能
を付与する撮像動作を行うものであり、可視光線の波長領域に光吸収特性を持つフォトダ
イオードが好ましい。ここでは、該フォトダイオードに、非晶質シリコンをｉ型半導体層
に用いたｐｉｎ型フォトダイオードを用いる。
【００３６】
また、第２のフォトダイオード２０４ｂは、後述する外光検知を主に行うものであり、形
成が容易で、赤外線の波長領域に光吸収特性を持つフォトダイオードが好ましい。ここで
は、該フォトダイオードに、微結晶シリコンをｉ型半導体層に用いたｐｉｎ型フォトダイ
オードを用いる。このとき、フォトダイオードの受光面上に赤外線を透過し、可視光線を
吸収するフィルタを設けておけば、赤外線のみを検出することができる。
【００３７】
トランジスタ２０５には、第１のフォトダイオード２０４ａが生成する電気信号を増幅す
る役割があるため、高い移動度特性が必要である。また、出力信号線２１１に不必要な電
位を出力することを防ぐため、低いオフ電流特性を有することが好ましい。そのため、ト
ランジスタ２０５には、シリコン半導体を用いて形成したトランジスタを使用することも
できるが、極めて低いオフ電流特性を有する酸化物半導体を用いたトランジスタを使用す
ることがより好ましい。
【００３８】
トランジスタ２０６は、トランジスタ２０５が増幅する信号を出力信号線２１１に出力す
るための選択トランジスタである。トランジスタ２０６においても出力信号線２１１に不
必要な電位を出力することを防ぐため、低いオフ電流特性を有することが好ましい。従っ
て上記トランジスタ２０５と同様、酸化物半導体を用いてトランジスタを形成することが
好ましい。
【００３９】
例えば、酸化物半導体には、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜
を用いることができる。ここで、Ｍは、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。
【００４０】
次に、フォトセンサ読み出し回路１０９に含まれるプリチャージ回路について説明する。
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。
【００４１】
プリチャージ回路３００では、画素内におけるフォトセンサ部の動作に先立ち、出力信号
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”
Ｌ（Ｌｏｗ）”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３０
２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”Ｈ（Ｈｉｇｈ）”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。
【００４２】
次に、本実施の形態における表示装置に設けられたフォトセンサ部の読み出し動作につい
て、図３のタイミングチャートを用いて説明する。図３では、リセット信号線２０８の電
位（ＲＳＴ）、選択信号線２０９の電位（ＳＥＬ）、ゲート信号線２１３の電位（ＧＴ）
、出力信号線２１１の電位（ＯＵＴ）、プリチャージ信号線３０３の電位（ＰＣＧ）を上
から順に記している。なお、下記のフォトセンサ部の読み出し動作説明において、第１の
フォトダイオード２０４ａは、第２のフォトダイオード２０４ｂと言い換えることができ
る。
【００４３】
時刻Ａにおいて、リセット信号線２０８の電位（ＲＳＴ）を”Ｈ”とすると、第１のフォ
トダイオード２０４ａに順方向バイアスがかかり、ゲート信号線２１３の電位（ＧＴ）が
リセット電位となる。このリセット電位とは、リセット信号線２０８の電位（ＲＳＴ）の
”Ｈ”電位よりも第１のフォトダイオード２０４ａのＶｆ分だけ低い電位である。なお、
このリセット電位は、ゲート信号線２１３の寄生容量及びトランジスタ２０５のゲート部
の容量が信号電荷蓄積部となって保持される。この段階がリセット動作の開始となる。
【００４４】
また、プリチャージ信号線３０３の電位（ＰＣＧ）を”Ｌ”とすると、出力信号線２１１
の電位（ＯＵＴ）は”Ｈ”にプリチャージされる。ただし、タイミングとしては、時刻Ａ
に限らずトランジスタ２０５が導通する前であればいつでも良い。
【００４５】
時刻Ｂにおいて、リセット信号線２０８の電位（ＲＳＴ）を”Ｌ”としてリセット動作を
終了させると、第１のフォトダイオード２０４ａに照度に応じた逆方向電流が流れ、ゲー
ト信号線２１３の電位（ＧＴ）がリセット電位から低下し始める。この段階が累積動作の
開始となる。その結果、トランジスタ２０５のソースとドレイン間に流れる電流が変化す
る。
【００４６】
次に、プリチャージ信号線３０３の電位（ＰＣＧ）を”Ｈ”とし、出力信号線２１１（Ｏ
ＵＴ）のプリチャージを終了させる。
【００４７】
時刻Ｃにおいて、選択信号線２０９の電位（ＳＥＬ）を”Ｈ”にすると、トランジスタ２
０６がオンし、例えばグラウンド電位とした基準信号線２１２と、出力信号線２１１とが
、トランジスタ２０５及びトランジスタ２０６を介して導通する。この段階が選択動作の
開始となる。ここで、出力信号線２１１の電位（ＯＵＴ）が低下する速さは、トランジス
タ２０５のソースとドレイン間の電流に依存する。すなわち、第１のフォトダイオード２
０４ａに照射されている光の量に応じて変化する。なお、基準信号線２１２はグラウンド
電位とは限らず、必要な電位を与えても良い。
【００４８】
時刻Ｄにおいて、選択信号線２０９の電位（ＳＥＬ）を”Ｌ”にすると、トランジスタ２
０６がオフし、出力信号線２１１の電位（ＯＵＴ）は一定値となる。この段階で累積動作
及び選択動作が終了する。ここで、出力信号線２１１の電位（ＯＵＴ）は、累積動作中に
第１のフォトダイオード２０４ａに照射されている光の量に応じて変化したものである。
従って、出力信号線２１１（ＯＵＴ）の電位を取得することで、累積動作中に第１のフォ
トダイオード２０４ａに照射されていた光の量を知ることができる。
【００４９】
以上のリセット動作、累積動作、及び選択動作を画素マトリクスの行毎に順次繰り返すこ
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。
【００５０】
なお、上記動作は、第１のフォトダイオード２０４ａのカソードがトランジスタ２０５の
ゲート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、第１のフォ
トダイオード２０４ａのアノードがトランジスタ２０５のゲート電極に接続した構成の場
合においても可能である。
【００５１】
先に説明した動作は、ゲート信号線２１３の電位（ＧＴ）を”Ｈ”に初期化し、第１のフ
ォトダイオード２０４ａ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、トラ
ンジスタ２０５を介して出力信号を決定するものである。
【００５２】
一方、第１のフォトダイオード２０４ａが図２の第１のフォトダイオード２０４ａと逆に
接続された場合は、ゲート信号線２１３の電位（ＧＴ）を”Ｌ”に初期化し、第１のフォ
トダイオード２０４ａ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、トラン
ジスタ２０５を介して出力信号を決定することができる。
【００５３】
フォトセンサを搭載した表示装置は、外光の強い環境下では撮像の精度が低下する場合が
ある。人の生活環境を考慮した場合、薄暗い室内と晴天の屋外とでは、約１００００倍以
上の照度の差がある。
【００５４】
そのため、イメージセンサ用途では、フォトセンサを搭載した表示装置の第１のフォトセ
ンサ部１０６ａの感度が屋外などの高照度用途に固定されている場合、フォトセンサを搭
載した表示装置は、屋外での撮像には問題が無いが、屋内では露光アンダーになってしま
う。逆に第１のフォトセンサ部１０６ａの感度が低照度用途に固定されている場合は、高
照度下では露光オーバーになってしまう問題がある。また、タッチパネル用途では、フォ
トセンサを搭載した表示装置は、高照度下または低照度下の使用において、照度の変化を
第１のフォトセンサ部１０６ａが十分に認識できず、入力操作に対して誤認識を起こすこ
とがあった。本発明の一態様は、上記問題を解決するために、自動でフォトセンサ部の感
度の切り替えができる構成となっている。
【００５５】
本発明の一態様である表示装置は、外光に含まれる赤外線を検出することで外光の照度を
把握し、撮像のための第１のフォトセンサ部１０６ａの感度を決定するための役割を持つ
第２のフォトセンサ部１０６ｂを有している。そのため、外光の照度にかかわらず、常に
表示装置を安定動作させることができる。
【００５６】
赤外線は太陽光には多く含まれているが、可視光線を発生させる手段として用いられる蛍
光灯や発光ダイオードの発光にはほとんど含まれない。つまり、第２のフォトセンサ部１
０６ｂで検出された赤外線量によって、表示装置の置かれている外部環境が屋内外のどち
らであるかの判断を容易に行うことができる。そして、表示装置に、その照度に合わせて
第１のフォトセンサ部１０６ａの感度を変更させる機能を持たせれば上述した問題点を解
決することができる。
【００５７】
これらの具体的な動作をフローチャートに従って説明する。図４は、表示装置をイメージ
センサやタッチパネルとして機能させる場合の一部の動作を説明するフローチャートであ
る。
【００５８】
先ず、表示装置の表示領域に外光が照射される。この時点において、第２のフォトセンサ
部１０６ｂは、照射された外光に含まれる赤外線を検出し、表示装置は検出された赤外線
量の規定値に対する大小を判別する。ここで、赤外線量の規定値は、表示装置の通常使用
が想定される屋内環境下で、例えば白熱電球などの赤外線を含む光が照射された場合に検
出される赤外線量よりも大きい値とする。
【００５９】
検出された赤外線が規定値よりも多い場合は、表示装置は外部環境が屋外であると判断し
、撮像に用いる第１のフォトセンサ部１０６ａを低感度モードに設定する。また、逆に検
出された赤外線が規定値よりも少ない場合は、表示装置は外部環境が屋内であると判断し
、第１のフォトセンサ部１０６ａを高感度モードに設定する。
【００６０】
そして、撮像が開始される。
【００６１】
ここで、感度の設定について、前述したフォトセンサの動作説明を用いて一例を説明する
。上述した低感度モードとは、光電変換された信号の飽和を抑制する設定である。
【００６２】
例えば、ゲート信号線２１３にリセット電位が供給され、照度Ａの光の照射によってフォ
トダイオードの逆方向電流が大量に流れ、ゲート信号線２１３の電位が累積動作時間中に
一定となり、電位ａとなったとする。この様な状況においては、照度Ａよりも照度の高い
照度Ｂの光を照射してもゲート信号線２１３の電位は電位ａで一定となり、照度Ａと同様
の結果となる。つまり、照度Ａと照度Ｂの判別ができない状況である。
【００６３】
この照度Ａと照度Ｂをフォトセンサに判別させる例としては、累積動作時間を短くする方
法がある。この時間を短くすることで、ゲート信号線２１３の電位は一定となるまで変化
せず、照度Ａおよび照度Ｂのそれぞれに対応した電位となり、照度Ａと照度Ｂの判別がで
きるようになる。
【００６４】
また、リセット電位を変化させ、累積動作時間内にゲート信号線２１３の電位が一定とな
らないようにする方法でも照度Ａと照度Ｂの判別ができるようになる。もちろん、リセッ
ト電位と累積動作時間の両方を変化させても良い。
【００６５】
一方の高感度モードとは、光電変換された信号がノイズと混合されることを抑制する設定
である。累積動作時間やリセット電位を低感度とは逆の設定とすれば良い。
【００６６】
この様にフォトセンサの読み取りの条件を変えることでフォトセンサの感度を設定するこ
とができる。
【００６７】
また、本発明の一態様における表示装置は、図４のフローチャートとは異なる動作をさせ
ることができる。ただし、この動作は撮像に赤外線を利用するため、イメージセンサ用途
に用いることもできるが、主にタッチパネル用途として用いることが好ましい。
【００６８】
この動作を必要とする背景は次の通りである。第１のフォトセンサ部１０６ａに形成され
る非晶質シリコンを用いた第１のフォトダイオード２０４ａの特性は、低照度から高照度
までほぼ線形な出力を示す。しかしながら、直射日光下など、照度が強すぎる場合は、出
力電流に対する直列抵抗の影響で傾きが小さくなり、出力が非線形となる場合がある。
【００６９】
一方、第１のフォトセンサ部１０６ａの出力が非線形性を示す照度領域においても、赤外
線に対して適当な感度を持つ第２のフォトセンサ部１０６ｂの出力は線形性を示すことが
できる。すなわち、極めて照度の高い環境下では第１のフォトセンサ部１０６ａに代わっ
て、第２のフォトセンサ部１０６ｂが撮像機能を担うことでタッチパネルとして用いる場
合の誤認識を防ぐことができる。
【００７０】
上記の動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００７１】
先ず、表示装置の表示領域に外光が照射される。この時点において、第２のフォトセンサ
部は、照射された外光に含まれる赤外線を検出し、表示装置は検出された赤外線量の規定
値Ａに対する大小を判別する。ここで、赤外線量の規定値Ａは、表示装置の通常使用が想
定される屋内環境下で、例えば白熱電球などの赤外線を含む光が照射された場合に検出さ
れる赤外線量よりも大きい値とする。
【００７２】
検出された赤外線量が規定値Ａよりも少ない場合、表示装置は外部環境が屋内であると判
断し、撮像に用いる第１のフォトセンサ部１０６ａを高感度モードに設定する。以降の動
作は、図４のフローチャートと同じである。
【００７３】
一方、検出された赤外線量が規定値Ａよりも多い場合、表示装置は更に規定値Ｂに対する
大小の判断を行う。この規定値Ｂとは、第１のフォトセンサ部１０６ａに用いられている
第１のフォトダイオード２０４ａの出力が非線形性を示し始める照度とする。
【００７４】
この規定値Ｂよりも赤外線量が少ない場合、表示装置は外部環境が屋外であると判断し、
第１のフォトセンサ部１０６ａを低感度モードに設定する。以降の動作は、図４のフロー
チャートと同じである。
【００７５】
そして、規定値Ｂよりも赤外線量が多い場合、表示装置は、第２のフォトセンサ部１０６
ｂを用いて撮像を開始する。
【００７６】
この様に、図５のフローチャートに示す動作では、赤外線を用いて撮像を行う点が図４の
フローチャートの動作と大きく異なる点である。
【００７７】
次に、赤外線を検出する第２のフォトセンサ部１０６ｂに用いる第２のフォトダイオード
２０４ｂについて説明する。なお、本明細書において赤外線とは、約０．７μｍから約１
．２μｍの波長の範囲の光のことを言う。
【００７８】
図６にｉ型半導体層に非晶質シリコン、または微結晶シリコンを用いたｐｉｎ型フォトダ
イオードの分光感度特性（量子効率）と一般的な赤外線透過フィルタの透過率を示す。
【００７９】
非晶質シリコンを用いたｐｉｎ型フォトダイオードは、ほぼ可視光線の範囲に感度を持つ
のに対し、微結晶シリコンを用いたｐｉｎ型フォトダイオードは、赤外線の波長領域にも
感度を有することが図６に示されている。
【００８０】
この微結晶シリコンを用いたｐｉｎ型フォトダイオードの量子効率に赤外線透過フィルタ
の透過率を乗じた曲線が、該フォトダイオードの赤外線に対する感度を示すものである。
ただし、赤外線透過フィルタが透過しない光の損失分は考慮していない。従って、微結晶
シリコンを用いた第２のフォトダイオード２０４ｂは、赤外線透過フィルタの組み合わせ
で赤外線を検出できることがわかる。
【００８１】
以上により、外光の影響による誤認識を防ぐことのできるタッチパネル機能や、広いダイ
ナミックレンジで撮像することのできるイメージセンサ機能を持つ表示装置を提供するこ
とができる。
【００８２】
本実施の形態は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能であ
る。
【００８３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、表示装置に搭載されたフォトセンサから出力された信号を処理し、表
示装置をタッチパネルとして機能させるための方法について説明する。
【００８４】
フォトセンサが搭載された表示装置において、指やペンなどによる表示装置表面への接触
を認識するためには、指やペンなどが外光を遮ることで生じる影を撮像する必要がある。
【００８５】
この影の撮像と表示領域内での位置の認識は次の様に行う。まず、表示領域内の目的とす
る位置に指またはペンが触れている状態とし、表示領域全体または表示領域の一部に対し
て撮像動作を行い、図７（Ａ）の画像を取得する。次に、図７（Ｂ）に示すように影の濃
淡を２階調で表す処理を施し、２値（白黒）判定を行う。そして、影（黒）の位置を接触
位置として抽出する。以上の処理は、ＣＰＵを用いてソフトウェアで処理することも可能
であるし、専用ハードウェアを用いて処理することも可能である。
【００８６】
次に、上記２値判定の方法について説明する。指やペンにより生じる影は、外光の強度に
より、影の濃淡が異なる。また、接触している指先やペン先のみならず、手のひらやペン
の本体などの影が含まれることもある。そのため、上記２値判定を行う際に用いるしきい
値の設定が重要である。ここで、しきい値とは、明暗を区別する境のことを言う。
【００８７】
本形態におけるしきい値の設定方法及び２値判定の方法を図８のフローチャートを用いて
詳細に説明する。
【００８８】
まず、画像信号を取得する。ここでは、一例として図７（Ａ）に示す画像の信号を取得し
たとする。次に、取得した画像信号から階調のヒストグラムを作成する。図７（Ａ）の画
像は、指先やペン先等の影の濃い領域４０１、指やペン本体等の影の薄い領域４０３、影
を生じさせていない領域４０５に大きく分けることができる。
【００８９】
図７（Ａ）の画像を例えば２５６階調に分けてヒストグラムを作成すると、図９（Ａ）に
示すようになる。ここで、このヒストグラムを構成する分布４１１は図７（Ａ）の領域４
０１、分布４１３は領域４０３、分布４１５は領域４０５に対応している。
【００９０】
このうち、検出を目的とする位置は、図７（Ａ）の領域４０１であり、更に精度を高める
ためには、より影の濃い領域が抽出できるようにすれば良い。
【００９１】
図７（Ａ）の領域４０１は、図９（Ａ）の分布４１１に対応するため、分布４１１に含ま
れる階調の中からしきい値を選択することで領域４０１を抽出することができる。更に精
度良く抽出するには、図９（Ｂ）に示すように、影の濃い側（暗い側）からカウントし、
一定以上のカウント数に達した階調または極大値付近の階調をしきい値として設定すれば
良い。
【００９２】
ここで、一定以上のカウント数や極大値が検出されない場合は、次の画像を取得し、同様
のステップでヒストグラムの極大値の検出作業を行う。
【００９３】
この様にして、階調を図９（Ｂ）に示すしきい値よりも暗い側の分布４２１としきい値よ
りも明るい側の分布４２２に２値化することができる。この２値化した状態を画像として
表すと図７（Ｂ）に示すようになり、図７（Ａ）の領域４０１の中の更に影の濃い領域４
３１を抽出できるようになる。
【００９４】
この表示装置が、外光が強い環境に置かれている場合、指先やペン先の下にも光が回り込
み、相対的に影が明るく撮像される。このような場合には、ヒストグラム全体が明るい方
にシフトするので、暗い方から階調をカウントすることで、シフト分を考慮してしきい値
を決定することができる（図１０参照）。この場合、しきい値よりも暗い側の分布４４１
としきい値よりも明るい側の分布４４２に２値化することができる。
【００９５】
また、手のひらやペンの本体などの影は、表示装置に接触している部分よりも明るく撮像
される。従って、ヒストグラムの暗い方から階調をカウントすることは、指先やペン先の
影に相当する部分を先に計数することになる。そのため、同じ被検出物の影でも優先的に
その必要とする部分の影を検出することができる。すなわち、ヒストグラムの暗い方から
のカウントは大変有効な手段である。
【００９６】
この様に影を検出した画素のアドレスから指先やペン先など被検出物の正確な位置を判断
することができ、表示装置はこの一連の動作を入力動作として認識できるようになる。つ
まり、タッチパネルとしての動作を表示装置に付与することができる。
【００９７】
本実施の形態は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能であ
る。
【００９８】
（実施の形態３）
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。
【００９９】
図１１に、液晶表示装置の断面図の一例を示す。本形態における液晶表示装置では、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１００３ａ、
１００３ｂ、１００３ｃ、保持容量１００４、液晶素子１００５が設けられている。なお
、図１１中央の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で説明した画素１０４の構成と同等である（図２
参照）。
【０１００】
トランジスタ１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃの構造には、代表例としてトップゲー
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。
【０１０１】
フォトセンサに設けられたトランジスタ１００３ａのゲート電極には配線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。この配
線１０３０は、図２に示すゲート信号線２１３に相当する。なお、配線１０３０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。
【０１０２】
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は、トランジスタ１００
３ｂのソース電極またはドレイン電極の一方と接続され、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基準信号線と接続されている。また、トランジスタ１００３
ｂの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出力信号線と接続され
ている。
【０１０３】
フォトダイオード１００２は、ｐ型の導電型を付与する不純物を含むｐ型半導体層１０４
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。
【０１０４】
代表例としては、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が挙
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。
【０１０５】
なお、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、実施の
形態１に示す可視光線を検出する第１のフォトダイオードに対応する。赤外線を検出する
第２のフォトダイオードを形成するには、ｉ型半導体層１０４２に結晶性シリコンを用い
れば良い。実施の形態１では結晶性シリコンに微結晶シリコンを用いる例を示している。
【０１０６】
ここで、フォトダイオードのアノードであるｐ型半導体層１０４１は、信号配線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のゲート電極と電気的に接続されている。なお、信号配線１０３５は、図２に
示すリセット信号線２０８に相当する。
【０１０７】
なお、図示はしないが、ｐ型半導体層１０４１の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、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。
【０１０８】
なお、本実施の形態では、フォトダイオード１００２がｐｉｎダイオードである場合を例
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。
【０１０９】
また、フォトダイオードの構造としては、図１２に示す様な横接合型であっても良い。横
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１１４１、ｉ型
半導体層１１４２及びｎ型半導体層１１４３を設けることができる。
【０１１０】
トランジスタ１００３ｃは、液晶素子の駆動を行うために表示素子に設けられている。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。
【０１１１】
保持容量１００４は、トランジスタ１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃと共に形成する
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、保持容量１
００４の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１００４は、液晶素子１００５と並列にトランジスタ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。
【０１１２】
液晶素子１００５は、画素電極１００７と、液晶１００８と、対向電極１００９とを有す
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
０３ｃ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。
【０１１３】
画素電極１００７と、対向電極１００９の間のセルギャップは、スペーサー１０１６を用
いて制御することが出来る。図１１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１１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。
【０１１４】
また、液晶１００８は、基板１００１と対向基板１０１３の間において、封止材により囲
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。
【０１１５】
画素電極１００７には、透光性を有する導電性材料、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ
）、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。
【０１１６】
また、本実施の形態では、透過型の液晶素子１００５を例に挙げているので、画素電極１
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。
【０１１７】
画素電極１００７と液晶１００８の間には配向膜１０１１が、対向電極１００９と液晶１
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。
【０１１８】
また、液晶素子１００５と重なるように、特定の波長領域の光を通すことができるカラー
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。
【０１１９】
また、フォトダイオード１００２と重なるように、光を遮蔽することが出来る遮蔽膜１０
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。
【０１２０】
また、基板１００１の画素電極１００７が形成されている面とは反対の面に、偏光板１０
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。
【０１２１】
液晶素子は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）型の他、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ
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。
【０１２２】
フォトダイオード１００２で検出される外光は、矢印１０２５で示す向きで基板１００１
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液晶表示装置をタッチパネ
ルとして機能させることができる。
【０１２３】
また、被検出物を基板１００１に密着させ、被検出物を透過する外光をフォトダイオード
で検出させることにより液晶表示装置を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。
【０１２４】
本実施の形態は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能であ
る。
【０１２５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３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。
【０１２６】
以下に説明する事項以外は、実施の形態３の構成と同様とすることができる。例えば、ト
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。
【０１２７】
図１３は、実施の形態３とは異なる表示装置の断面図の一例である。実施の形態３では、
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。
【０１２８】
従って、対向基板１０１３に形成された遮蔽膜１０１５のフォトダイオード１００２と重
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。
【０１２９】
また、実施の形態１で説明した赤外線を検出するフォトダイオードを構成するには、例え
ば結晶性シリコンなどの赤外線に対して感度を持つ半導体層を用いる他、上述したカラー
フィルタの形成位置に赤外線透過フィルタを設けることが有効である。なお、簡易的には
Ｒ（赤）のカラーフィルタを用いても良い。
【０１３０】
なお、実施の形態３ではフォトダイオード１００２のｐ型半導体層１０４１側から光入射
が行える構造としたが、本実施の形態では実施の形態３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。
【０１３１】
なお、フォトダイオード１００２のｐ型半導体層１０４１とｎ型半導体層１０４３を入れ
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３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。
【０１３２】
また、図１４の様にトランジスタ１００３ａ及びトランジスタ１００３ｂ上にフォトダイ
オード１００２を重ねて形成する構成としても良い。もちろん、一方のトランジスタのみ
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
ゲート電極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。
【０１３３】
なお、図１３及び図１４の構成において、図示はしないが、フォトダイオード１００２の
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。
【０１３４】
本実施の形態では、フォトダイオード１００２の受光面とは反対側に遮蔽膜２０１５を設
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。
【０１３５】
フォトダイオード１００２で検出される外光は、矢印２０２５で示す向きで対向基板１０
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液晶表示装置をタッチパ
ネルとして機能させることができる。
【０１３６】
また、被検出物を対向基板１０１３に密着させ、被検出物を透過する外光をフォトダイオ
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液晶表示装置を機能させるこ
ともできる。
【０１３７】
本実施の形態は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能であ
る。
【０１３８】
（実施の形態５）
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。
【０１３９】
例えば、図１５の表示パネル９６９６の位置にフォトセンサを有する表示パネルを設ける
。
【０１４０】
表示パネル９６９６は、フォトセンサと表示素子とを有している。
【０１４１】
ここで、表示パネル９６９６の表面にはマーカー等を用いて自由に書き込みができる。
【０１４２】
なお、定着剤が含まれていないマーカー等を用いれば文字の消去が容易である。
【０１４３】
また、マーカーのインクを落としやすくするため、表示パネル９６９６の表面は十分な平
滑性を有していると良い。
【０１４４】
例えば、表示パネル９６９６の表面がガラス基板等であれば平滑性は十分である。
【０１４５】
また、表示パネル９６９６の表面に透明な合成樹脂シート等を貼り付けても良い。
【０１４６】
合成樹脂としては例えばアクリル等を用いると好ましい。この場合、合成樹脂シートの表
面を平滑にしておくと好ましい。
【０１４７】
そして、表示パネル９６９６は、表示素子を有しているので、特定の画像を表示するとと
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。
【０１４８】
また、表示パネル９６９６は、フォトセンサを有しているので、プリンター等と接続して
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。
【０１４９】
さらに、表示パネル９６９６は、フォトセンサと表示素子を有しているので、画像を表示
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。
【０１５０】
なお、抵抗膜方式、静電容量方式等のセンシングを用いた場合、マーカー等での書き込み
と同時にしかセンシングをすることができない。
【０１５１】
一方、フォトセンサを用いた場合、マーカー等で書き込んだ後、時間が経った場合でもい
つでもセンシングが可能な点で優れている。
【０１５２】
本実施の形態は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能であ
る。
【実施例１】
【０１５３】
本実施例では、パネルと光源の配置について説明する。図１６は、表示パネルの構造を示
す斜視図の一例である。図１６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１６０１と、第１の拡散
板１６０２と、プリズムシート１６０３と、第２の拡散板１６０４と、導光板１６０５と
、反射板１６０６と、複数の光源１６０７を有するバックライト１６０８と、回路基板１
６０９とを有している。
【０１５４】
パネル１６０１と、第１の拡散板１６０２と、プリズムシート１６０３と、第２の拡散板
１６０４と、導光板１６０５と、反射板１６０６とは、順に積層されている。光源１６０
７は導光板１６０５の端部に設けられており、導光板１６０５内部に拡散された光源１６
０７からの光は、第１の拡散板１６０２、プリズムシート１６０３及び第２の拡散板１６
０４によって、対向基板側から均一にパネル１６０１に照射される。
【０１５５】
なお、本実施例では、第１の拡散板１６０２と第２の拡散板１６０４とを用いているが、
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１６０５とパネル１６０１の間に設けられていれば良い。よって、プリズムシー
ト１６０３よりもパネル１６０１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１６０３よりも導光板１６０５に近い側にのみ拡散板が設けられていても良い
。
【０１５６】
またプリズムシート１６０３は、図１６に示した断面が鋸歯状の形状に限定されず、導光
板１６０５からの光をパネル１６０１側に集光できる形状を有していれば良い。
【０１５７】
回路基板１６０９には、パネル１６０１に入力される各種信号を生成もしくは処理する回
路、パネル１６０１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１６では、回路基板１６０９とパネル１６０１とが、ＦＰＣ１６１１（Ｆｌｅｘｉｂ
ｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して接続されている。なお、上記回路は、
ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法を用いてパネル１６０１に接続されていても良
いし、上記回路の一部がＦＰＣ１６１１にＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）法を用い
て接続されていても良い。
【０１５８】
図１６では、光源１６０７の駆動を制御する制御系の回路が回路基板１６０９に設けられ
ており、該制御系の回路と光源１６０７とがＦＰＣ１６１０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１６０１に形成されていても良く、この場
合はパネル１６０１と光源１６０７とがＦＰＣなどにより接続されるようにする。
【０１５９】
なお、図１６は、パネル１６０１の端に光源１６０７を配置するエッジライト型の光源を
例示しているが、本発明の表示パネルは光源１６０７がパネル１６０１の直下に配置され
る直下型であっても良い。
【０１６０】
例えば、被検出物である指１６１２をパネル１６０１の上面側から近づけると、バックラ
イト１６０８からの光が、パネル１６０１を通過し、その一部が指１６１２において反射
し、再びパネル１６０１に入射する。各色に対応する光源１６０７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１６１２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。
【０１６１】
本実施例は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【実施例２】
【０１６２】
本発明の一態様に係る表示装置は、高分解能である撮像データの取得を行うことができる
という特徴を有している。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。
【０１６３】
例えば、本発明の一態様に係る表示装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ
、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉ
ｌｅ  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等のカメラ、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１
７に示す。
【０１６４】
図１７（Ａ）は表示装置であり、筐体５００１、表示部５００２、支持台５００３等を有
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、高分解能である撮像データの
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。
【０１６５】
図１７（Ｂ）は携帯情報端末であり、筐体５１０１、表示部５１０２、スイッチ５１０３
、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、高分解能である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。
【０１６６】
図１７（Ｃ）は携帯型ゲーム機であり、筐体５３０１、筐体５３０２、表示部５３０３、
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、高分解能である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１７（Ｃ）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。
【０１６７】
本実施例は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１６８】
１００    表示装置
１０１    画素回路
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
１０６ａ    第１のフォトセンサ部
１０６ｂ    第２のフォトセンサ部
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
２０４ａ    第１のフォトダイオード
２０４ｂ    第２のフォトダイオード
２０５    トランジスタ
２０６    トランジスタ
２０７    ゲート信号線
２０８    リセット信号線
２０９    選択信号線
２１０    ソース信号線
２１１    出力信号線
２１２    基準信号線
２１３    ゲート信号線
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
４０１    領域
４０３    領域
４０５    領域
４１１    分布
４１３    分布
４１５    分布
４２１    分布
４２２    分布
４３１    領域
４４１    分布
４４２    分布
１００１    基板
１００２    フォトダイオード
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    外光
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
１０４１    ｐ型半導体層
１０４２    ｉ型半導体層
１０４３    ｎ型半導体層
１００３ａ    トランジスタ
１００３ｂ    トランジスタ
１００３ｃ    トランジスタ
１１４１    ｐ型半導体層
１１４２    ｉ型半導体層
１１４３    ｎ型半導体層
１６０１    パネル
１６０２    拡散板
１６０３    プリズムシート
１６０４    拡散板
１６０５    導光板
１６０６    反射板
１６０７    光源
１６０８    バックライト
１６０９    回路基板
１６１０    ＦＰＣ
１６１１    ＦＰＣ
１６１２    被検出物
２０１５    遮蔽膜
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
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
【図１】
0006029710.tif 000002
【図２】
0006029710.tif 000003
【図３】
0006029710.tif 000004
【図４】
0006029710.tif 000005
【図５】
0006029710.tif 000006
【図６】
0006029710.tif 000007
【図７】
0006029710.tif 000008
【図８】
0006029710.tif 000009
【図９】
0006029710.tif 000010
【図１０】
0006029710.tif 000011
【図１１】
0006029710.tif 000012
【図１２】
0006029710.tif 000013
【図１３】
0006029710.tif 000014
【図１４】
0006029710.tif 000015
【図１５】
0006029710.tif 000016
【図１６】
0006029710.tif 000017
【図１７】
0006029710.tif 000018