(57)【要約】【課題】  ダイオードによるフォトセンサはその構造上リフレッシュができず、光が当たっていない時のリーク特性が不安定であるため、フォトセンサには不適当である。また、薄膜トランジスタのフォトセンサは、光量は非常に微小なものであり、フィードバックが困難となる問題があった。【解決手段】  薄膜トランジスタのフォトセンサに、出力電流を電圧に変換する検出回路を付加する。これにより微小な電流をフィードバックが可能な所望の範囲の電圧に変換できる。また、回路を構成する抵抗、容量、フォトセンサの接続数を変動させることによりフォトセンサの感度を変化させることができる。【選択図】    図１
2006013407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート電極と、絶縁膜と半導体層を積層し、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する薄膜トランジスタよりなり、受光した光を電気信号に変換するフォトセンサと、
前記フォトセンサに並列に接続し、高い抵抗値を有する第１抵抗と、
前記フォトセンサの出力が、制御端子に印加されるスイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタの一方の出力端子が接続する高い抵抗値を有する第２抵抗と、
該第２抵抗が接続する第１電源端子と、
前記スイッチングトランジスタの他方の出力端子に接続する第２電源端子とを具備し、
前記フォトセンサの出力に応じた電圧を前記制御端子に印加して前記スイッチングトランジスタを導通させ、前記スイッチングトランジスタと前記第２抵抗の接続点から出力電圧を検出することを特徴とする光量検出回路。
【請求項２】
前記第２抵抗の抵抗値を変化させることにより、前記フォトセンサから出力される電流と出力電圧との電流電圧特性を変化させることを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項３】
前記第１および第２抵抗は、１０３Ω〜１０８Ωの範囲の抵抗値を有することを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項４】
所定の期間経過後に、前記フォトセンサの制御端子に所定の電圧を印加し、該フォトセンサをリフレッシュすることを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項５】
前記半導体層は、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間の接合領域で光を直接受光し、フォトカレントを発生させることを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項６】
前記半導体層の前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間に低濃度不純物領域を設けることを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項７】
前記低濃度不純物領域は、入射光により発生したフォトカレントを出力する側に設けることを特徴とする請求項６に記載の光量検出回路。
【請求項８】
前記第１および第２抵抗は、透明電極材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項９】
前記第１および第２抵抗は、薄膜トランジスタで形成されることを特徴とする請求項１に記載の光量検出回路。
【請求項１０】
基板上にゲート電極と、絶縁膜と半導体層を積層し、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する薄膜トランジスタよりなり、受光した光を電気信号に変換するフォトセンサと、
前記フォトセンサの出力端子に一端が接続し、他端が接地された第１容量と、
前記第１容量と前記フォトセンサの接続点に一方の出力端子が接続する第１スイッチングトランジスタと、
前記第１スイッチングトランジスタの他方の出力端子に一端が接続し、他端が接地された第２容量と、
前記第１スイッチングトランジスタと前記第２容量の接続点に一方の出力端子が接続し、他方が接地された第２スイッチングトランジスタとを具備し、
前記第１容量に前記フォトセンサから出力される電荷を一定期間蓄積し、前記第１スイッチングトランジスタを導通させて前記第１容量に蓄積された電荷を前記第２容量に移動し、前記第１スイッチングトランジスタと前記第２容量の接続点から出力電圧を検出することを特徴とする光量検出回路。
【請求項１１】
前記第２スイッチングトランジスタの導通により、電荷の蓄積前に前記第２容量をリフレッシュすることを特徴とする請求項１０に記載の光量検出回路。
【請求項１２】
所定の期間経過後に、前記フォトセンサの制御端子に所定の電圧を印加し、該フォトセンサをリフレッシュすることを特徴とする請求項１０に記載の光量検出回路。
【請求項１３】
前記フォトセンサからの出力に応じて前記出力電圧が線形に変化することを特徴とする請求項１０に記載の光量検出回路。
【請求項１４】
前記第１および第２容量を変化させることにより、出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１０に記載の光量検出回路。
【請求項１５】
前記半導体層は、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間の接合領域で光を直接受光し、フォトカレントを発生させることを特徴とする請求項１０に記載の光量検出回路。
【請求項１６】
前記半導体層の前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間に低濃度不純物領域を設けることを特徴とする請求項１０に記載の光量検出回路。
【請求項１７】
前記低濃度不純物領域は、入射光により発生したフォトカレントを出力する側に設けることを特徴とする請求項１６に記載の光量検出回路。
【請求項１８】
基板上にゲート電極と、絶縁膜と半導体層を積層し、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する薄膜トランジスタを複数並列に接続したフォトセンサと、
前記フォトセンサと並列に接続する第１容量と、
前記フォトセンサの一方の出力端子および前記第１容量の一端に直列に接続する第１スイッチングトランジスタと、
前記第１スイッチングトランジスタと前記第１容量の接続点に出力端子の一端が接続し、他端が第１電源端子に接続する第２スイッチングトランジスタと、
前記第２スイッチングトランジスタの一端に出力端子の一端が接続し、他端が第２容量の一端に接続する第３スイッチングトランジスタと、
前記第２容量の他端と、前記第１容量の他端とを接続する接続手段と、
前記第２容量の一端が制御端子に接続し、出力端子の一方が抵抗を介して前記第１電源端子に接続し、他方が第２電源端子に接続する第４スイッチングトランジスタとを具備し、
前記第１容量に前記電源端子から基準電荷を供給し、前記第１トランジスタを導通させ前記第１容量の電荷を前記フォトセンサを介して放電し、一定期間経過後に前記第１容量に残った電荷を前記第３トランジスタの導通により前記第２容量に蓄積し、前記第２容量と前記第３トランジスタの接続点の電圧を前記第４トランジスタの制御端子に印加して前記第４トランジスタの出力電圧を検出することを特徴とする光量検出回路。
【請求項１９】
前記フォトセンサの接続数の違いにより、前記出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１８に記載の光量検出回路。
【請求項２０】
前記抵抗は、１０３Ω〜１０８Ωの範囲の抵抗値を有することを特徴とする請求項１８に記載の光量検出回路。
【請求項２１】
前記半導体層は、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間の接合領域で光を直接受光し、フォトカレントを発生させることを特徴とする請求項１８に記載の光量検出回路。
【請求項２２】
前記半導体層の前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間に低濃度不純物領域を設けることを特徴とする請求項１８に記載の光量検出回路。
【請求項２３】
前記低濃度不純物領域は、入射光により発生したフォトカレントを出力する側に設けることを特徴とする請求項２２に記載の光量検出回路。
【請求項２４】
前記抵抗は、透明電極材料で形成されることを特徴とする請求項１８に記載の光量検出回路。
【請求項２５】
前記抵抗は、薄膜トランジスタで形成されることを特徴とする請求項１８に記載の光量検出回路。
【請求項２６】
マトリクス状に配置されたドレイン線およびゲート線と、
前記ドレイン線およびゲート線の交点付近に接続する複数の表示画素と、
受光した光を電気信号に変換するフォトセンサを少なくとも備えた光量検出回路とを同一基板上に配置した表示部と、
前記表示部を駆動する信号および電源を供給する外部制御回路とを具備し、
前記信号及び／または電源により前記光量検出回路を動作させることを特徴とする表示パネル。
【請求項２７】
前記ゲート線に接続し、前記信号により前記ゲート線に走査信号を供給する垂直方向走査回路を備え、前記走査信号を前記光量検出回路の入力信号とすることを特徴とする請求項２６に記載の表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトセンサの光量検出回路およびそれを用いた表示パネルに係り、特に薄膜トランジスタを用いたフォトセンサの光量検出回路およびそれを用いた表示パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のディスプレイデバイスは、小型化・軽量化・薄型化の市場要求により、フラットパネルディスプレイが普及している。このようなディスプレイデバイスには、例えば、外光を検知してディスプレイの画面の輝度をコントロールするもの等、フォトセンサが組み込まれているものが多い。
【０００３】
例えば図１１は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３０５に光センサ３０６を取り付け、受光する周囲の光に応じてＬＣＤディスプレイ面のバックライト輝度を制御するディスプレイ装置である。このフォトセンサとしては例えばＣｄｓセルの光電変換素子が用いられている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
また、ＬＣＤや、有機ＥＬディスプレイと同一基板上に半導体層を設けてフォトダイオードを形成したり（例えば特許文献２参照。）、薄膜トランジスタをフォトセンサとして利用する技術も知られている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平６−１１７１３公報
【特許文献２】特開２００２−１７６１６２公報
【特許文献３】特開２００３−３７２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１１の如きディスプレイでは、ディスプレイ部とフォトセンサとを、別個の生産設備による別個の製造プロセスを経て別個のモジュール品として製造されており、機器の部品点数の削減、各モジュール部品の製造コストの低減にも自ずと限界があった。  
【０００６】
そこで、ディスプレイとフォトセンサとを同一基板上に作り込める上記特許文献２のごとき技術の開発が進んでいる。ダイオードをフォトセンサとして利用する場合、ダイオードの逆バイアス時の漏れ電流を光量として検知するが、このような場合、所定の期間で強制的にリフレッシュするなどし、フォトセンサとしての特性向上や、フォトセンサの超寿命化を図る要望がある。
【０００７】
しかしダイオードの場合、ゲート電極とソース（またはドレイン）が接続されているためゲート電極とソースは常に同電位となり、ゲート電極とソースに独立して電圧を印加することができず、リフレッシュできない。さらに、ｐｎ接合型のダイオードの場合、光が当たっていない時のリーク特性が不安定であるため、フォトセンサには不適当である問題があった。
【０００８】
また、薄膜トランジスタを用い、オフ時に照射した光による漏れ電流を光量として検知するフォトセンサも知られているが、この場合の光量は非常に微小なものであり、フィードバックが困難である問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされ、第１に、基板上にゲート電極と、絶縁膜と半導体層を積層し、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する薄膜トランジスタよりなり、受光した光を電気信号に変換するフォトセンサと、前記フォトセンサに並列に接続し、高い抵抗値を有する第１抵抗と、前記フォトセンサの出力が、制御端子に印加されるスイッチングトランジスタと、前記スイッチングトランジスタの一方の出力端子が接続する高い抵抗値を有する第２抵抗と、該第２抵抗が接続する第１電源端子と、前記スイッチングトランジスタの他方の出力端子に接続する第２電源端子とを具備し、前記フォトセンサの出力に応じた電圧を前記制御端子に印加して前記スイッチングトランジスタを導通させ、前記スイッチングトランジスタと前記第２抵抗の接続点から出力電圧を検出することにより解決するものである。
【００１０】
また、前記第２抵抗の抵抗値を変化させることにより、前記フォトセンサから出力される電流と出力電圧との電流電圧特性を変化させることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記第１および第２抵抗は、１０３Ω〜１０８Ωの範囲の抵抗値を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、所定の期間経過後に、前記フォトセンサの制御端子に所定の電圧を印加し、該フォトセンサをリフレッシュすることを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記半導体層は、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間の接合領域で光を直接受光し、フォトカレントを発生させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記半導体層の前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間に低濃度不純物領域を設けることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記低濃度不純物領域は、入射光により発生したフォトカレントを出力する側に設けることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記第１および第２抵抗は、透明電極材料で形成されることを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記第１および第２抵抗は、薄膜トランジスタで形成されることを特徴とするものである。
【００１８】
第２に、基板上にゲート電極と、絶縁膜と半導体層を積層し、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する薄膜トランジスタよりなり、受光した光を電気信号に変換するフォトセンサと、前記フォトセンサの出力端子に一端が接続し、他端が接地された第１容量と、前記第１容量と前記フォトセンサの接続点に一方の出力端子が接続する第１スイッチングトランジスタと、前記第１スイッチングトランジスタの他方の出力端子に一端が接続し、他端が接地された第２容量と、前記第１スイッチングトランジスタと前記第２容量の接続点に一方の出力端子が接続し、他方が接地された第２スイッチングトランジスタとを具備し、前記第１容量に前記フォトセンサから出力される電荷を一定期間蓄積し、前記第１スイッチングトランジスタを導通させて前記第１容量に蓄積された電荷を前記第２容量に移動し、前記第１スイッチングトランジスタと前記第２容量の接続点から出力電圧を検出することにより解決するものである。
【００１９】
また、前記第２スイッチングトランジスタの導通により、電荷の蓄積前に前記第２容量をリフレッシュすることを特徴とするものである。
【００２０】
また、所定の期間経過後に、前記フォトセンサの制御端子に所定の電圧を印加し、該フォトセンサをリフレッシュすることを特徴とするものである。
【００２１】
また、前記フォトセンサからの出力に応じて前記出力電圧が線形に変化することを特徴とするものである。
【００２２】
また、前記第１および第２容量を変化させることにより、出力電圧を変化させることを特徴とするものである。
【００２３】
また、前記半導体層は、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間の接合領域で光を直接受光し、フォトカレントを発生させることを特徴とするものである。
【００２４】
また、前記半導体層の前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間に低濃度不純物領域を設けることを特徴とするものである。
【００２５】
また、前記低濃度不純物領域は、入射光により発生したフォトカレントを出力する側に設けることを特徴とするものである。
【００２６】
第３に、基板上にゲート電極と、絶縁膜と半導体層を積層し、該半導体層に設けられたチャネルと、該チャネルの両側に設けられたソースおよびドレインとを有する薄膜トランジスタを複数並列に接続したフォトセンサと、前記フォトセンサと並列に接続する第１容量と、前記フォトセンサの一方の出力端子および前記第１容量の一端に直列に接続する第１スイッチングトランジスタと、前記第１スイッチングトランジスタと前記第１容量の接続点に出力端子の一端が接続し、他端が第１電源端子に接続する第２スイッチングトランジスタと、前記第２スイッチングトランジスタの一端に出力端子の一端が接続し、他端が第２容量の一端に接続する第３スイッチングトランジスタと、前記第２容量の他端と、前記第１容量の他端とを接続する接続手段と、前記第２容量の一端が制御端子に接続し、出力端子の一方が抵抗を介して前記第１電源端子に接続し、他方が第２電源端子に接続する第４スイッチングトランジスタとを具備し、前記第１容量に前記電源端子から基準電荷を供給し、前記第１トランジスタを導通させ前記第１容量の電荷を前記フォトセンサを介して放電し、一定期間経過後に前記第１容量に残った電荷を前記第３トランジスタの導通により前記第２容量に蓄積し、前記第２容量と前記第３トランジスタの接続点の電圧を前記第４トランジスタの制御端子に印加して前記第４トランジスタの出力電圧を検出することにより解決するものである。
【００２７】
また、前記フォトセンサの接続数の違いにより、前記出力電圧を変化させることを特徴とするものである。
【００２８】
また、前記抵抗は、１０３Ω〜１０８Ωの範囲の抵抗値を有することを特徴とするものである。
【００２９】
また、前記半導体層は、前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間の接合領域で光を直接受光し、フォトカレントを発生させることを特徴とするものである。
【００３０】
また、前記半導体層の前記ソースと前記チャネル間または前記ドレインと前記チャネル間に低濃度不純物領域を設けることを特徴とするものである。
【００３１】
また、前記低濃度不純物領域は、入射光により発生したフォトカレントを出力する側に設けることを特徴とするものである。
【００３２】
また、前記抵抗は、透明電極材料で形成されることを特徴とするものである。
【００３３】
また、前記抵抗は、薄膜トランジスタで形成されることを特徴とするものである。
【００３４】
第４に、マトリクス状に配置されたドレイン線およびゲート線と、前記ドレイン線およびゲート線の交点付近に接続する複数の表示画素と、受光した光を電気信号に変換するフォトセンサを少なくとも備えた光量検出回路とを同一基板上に配置した表示部と、前記表示部を駆動する信号および電源を供給する外部制御回路とを具備し、前記信号及び／または電源により前記光量検出回路を動作させることにより解決するものである。
【００３５】
また、前記ゲート線に接続し、前記信号により前記ゲート線に走査信号を供給する垂直方向走査回路を備え、前記走査信号を前記光量検出回路の入力信号とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、第１に、フォトセンサの微小な出力電流を電圧に変換（増幅）して検出することができる。また、出力電圧は、第１および第２電源端子の電圧の分圧であり、第１および第２の電源端子の電圧を所望の範囲に設定すればよいので、センシングした光量のフィードバックが容易となる。
【００３７】
第２に、回路を構成する抵抗の値を変化させることにより、フォトセンサの電流電圧特性を変化させることができるので、用途に応じてフォトセンサの感度を調整できる。
【００３８】
第３に、回路を構成する抵抗の値を１０３Ω〜１０８Ωの範囲の抵抗値にすることにより、出力電圧を例えば０Ｖ〜十数Ｖ（−７Ｖ〜８Ｖ）程度等、フィードバックに適した所望の範囲に設定できる。
【００３９】
第４に、フォトセンサの出力電流を一定期間容量に充電し、出力電圧に変換することにより、出力電流と出力電圧の関係にリニアリティーを持たせた回路を実現できる。
【００４０】
第５に、フォトセンサの出力電流を充電する容量の値を変化させることにより、フォトセンサの光量の感度を変化させることができる。
【００４１】
第６に、複数のフォトセンサを並列に接続し、基準電荷からセンシングした光量を放電させて出力電圧に変換することにより、微小な出力電流を所望の範囲の電圧に増幅することができる。
【００４２】
第７に、フォトセンサの接続数を変化させることにより、フォトセンサの光量の感度を変化させることができる。
【００４３】
第８に、フォトセンサはＴＦＴであるので、所定の期間経過後に制御端子に所定の電圧を印加することによりフォトセンサのリフレッシュをすることができる。これにより、ＴＦＴの長寿命化が図れ、安定したセンシング特性が得られる。
【００４４】
第９に、フォトセンサに光が直接照射されるので、外光をほぼ直接的に検知することができる。
【００４５】
第１０に、フォトセンサのＴＦＴをＬＤＤ構造にすることにより、フォトカレントの発生を促進できる。特に、フォトカレントの出力側をＬＤＤ構造にすると、フォトカレント発生の促進に効果的となる。また、ＬＤＤ構造にすることによりＶｇ−Ｉｄ特性のＯＦＦ特性（検出する領域）が安定し、安定したデバイスとなる。
【００４６】
第１１に、抵抗を透明電極材料で形成することにより、薄膜トランジスタを採用した例えばＬＣＤや有機ＥＬディスプレイ等の製造プロセスを用いて光量検出回路を一体で設けることができる。
【００４７】
第１２に、抵抗を薄膜トランジスタで形成することにより、薄膜トランジスタを採用した表示装置の製造プロセスを用いて光量検出回路を作り込むことができる。
【００４８】
第１３に、表示装置の電源や、データを表示されるためＶスキャナ等から表示部に供給される信号を光量検出回路の駆動用に併用することで、光量検出回路用の動作信号を外部から供給する必要がなくなり、端子数を減らすことができる。
【００４９】
また配線抵抗での電圧降下が少ない分、フォトセンサ（光量検出回路）としての消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明の実施の形態を図１から図１０を参照して詳細に説明する。まず、図１から図４には第１の実施の形態を示す。
【００５１】
図１は本実施形態の光量検出回路を示す概要図である。
【００５２】
図１のごとく、第１の実施形態の光量検出回路１００は、フォトセンサ１と、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、スイッチングトランジスタ２と、第１電源端子ｔ１と、第２電源端子ｔ２とから構成される。
【００５３】
第１抵抗Ｒ１は、フォトセンサ１に並列に接続し、１０３Ω〜１０８Ωの非常に高い抵抗値を有する。
【００５４】
スイッチングトランジスタ２は、制御端子にフォトセンサ１の出力端子が接続し、一方の出力端子が第２抵抗Ｒ２を介して第１電源端子ｔ１に接続し、他方の出力端子が第２電源端子ｔ２に接続する。例えばｎチャネル型の薄膜トランジスタ（Thin  Film  Transistor;以下ＴＦＴと称する）であり、その構造は、後述のフォトセンサ１と同様である。
【００５５】
第２抵抗Ｒ２は、第１抵抗Ｒ１と同様に１０３Ω〜１０８Ωの非常に高い抵抗値を有する。また、第１電源端子ｔ１は例えばＶＤＤ電位であり、第２電源端子ｔ２はＧＮＤ電位とする。本実施形態では、第１電源端子ｔ１と第２電源端子ｔ２の電圧を所望の範囲の電位差にし、この間に第２抵抗Ｒ２を接続することにより、出力電圧Ｖｏｕｔをその分圧で取り出すことができる。すなわち、フィードバックとしての利用が容易な範囲に、第１電源端子ｔ１と第２電源端子ｔ２を設定すればよく、例えば第１電源端子ｔ１を＋８Ｖ、第２電源端子ｔ２を−７Ｖ等としてもよい。
【００５６】
図２を参照して、本実施形態のフォトセンサ１について説明する。図２（Ａ）はフォトセンサ１の構造を示す断面図であり、図２（Ｂ）（Ｃ）はフォトセンサ１となるＴＦＴの電流電圧特性を示す図である。
【００５７】
フォトセンサは、図２（Ａ）のごとくゲート電極１１と、絶縁膜１２と、半導体層１３とから構成されるＴＦＴである。
【００５８】
すなわち、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上にバッファ層となる絶縁膜（ＳｉＮ、ＳｉＯ２等）１４を設け、その上層に多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ、以下、「ｐ−Ｓｉ」と称する。）膜からなる半導体層１３を積層する。このｐ−Ｓｉ膜は、非晶質シリコン膜を積層し、レーザアニール等により再結晶化して形成してもよい。
【００５９】
半導体層１３上にはＳｉＮ、ＳｉＯ２等からなるゲート絶縁膜１２を積層し、その上にクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からなるゲート電極１１を形成する。
【００６０】
半導体層１３には、ゲート電極１１下方に位置し、真性又は実質真性となるチャネル１３ｃが設けられる。また、チャネル１３ｃの両側にはｎ＋型不純物の拡散領域であるソース１３ｓおよびドレイン１３ｄが設けられる。
【００６１】
ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１１上の全面には、例えばＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜の順に積層して層間絶縁膜１５を積層する。ゲート絶縁膜１２および層間絶縁膜１５には、ドレイン１３ｄおよびソース１３ｓに対応してコンタクトホールを設け、コンタクトホールにアルミニウム（Ａｌ）等の金属を充填してドレイン電極１６およびソース電極１８を設け、それぞれドレイン１３ｄおよびソース１３ｓにコンタクトさせる。
【００６２】
上記の構造のｐ−ＳｉＴＦＴでは、ＴＦＴがオフ時に半導体層１３に外部から光が入射すると、チャネル１３ｃとソース１３ｓまたはチャネル１３ｃとドレイン１３ｄの接合領域において電子−正孔対が発生する。この電子−正孔対が接合領域の電場のために引き分けられて光起電力が生じてフォトカレントが得られ、フォトカレントは例えばソース電極１８側から出力される。
【００６３】
すなわち、このオフ時に得られるフォトカレント（以下Ｉｏｆｆと称する）の増加を検知して、フォトセンサとして利用するものである。
【００６４】
ここで、半導体層１３には、低濃度不純物領域を設けると良い。低濃度不純物領域とは、ソース１３ｓまたはドレイン１３ｄのチャネル１３ｃ側に隣接して設けられ、ソース１３ｓまたはドレイン１３ｄより不純物濃度の低い領域をいう。これを設けることにより、ソース１３ｓ（またはドレイン１３ｄ）端部に集中する電界を緩和することができる。ただし不純物濃度を下げすぎると電界が増加し、また低濃度不純物領域の幅（ソース１３ｓ端部からチャネル１３ｃ方向への長さ）も電界強度に影響する。つまり、低濃度不純物領域の不純物濃度および領域幅には最適値が存在し、例えば０．５μｍ〜３μｍ程度である。
【００６５】
本実施形態では例えばチャネルとソース間（またはチャネルとドレイン間）に、低濃度不純物領域１３ＬＤを設けて、いわゆるＬＤＤ（Light  Doped  Drain）構造とする。ＬＤＤ構造にすると、フォトカレントの発生に寄与する接合領域をゲート長Ｌ方向に増加させることができるので、フォトカレントが発生しやすくなる。すなわち、少なくともフォトカレントの取出し側に、低濃度不純物領域１３ＬＤを設ければよい。また、ＬＤＤ構造にすることによりＶｇ−Ｉｄ特性のＯＦＦ特性（検出する領域）が安定し、安定したデバイスとなる。
【００６６】
ところで、図２（Ｂ）（Ｃ）は、フォトセンサとなるＴＦＴのＶｇ−Ｉｄカーブを示し、図２（Ｂ）は、ゲート幅Ｗが６００μｍのものであり、図２（Ｃ）は６μｍのものである。また、いずれもゲート長Ｌは１３μｍである。このグラフは、一例としてｎチャネル型のＴＦＴを用い、Ｖｄ＝１０Ｖ、Ｖｓ＝ＧＮＤの条件で、入射光がある場合（実線）と、入射光がない場合（破線）を示す。
【００６７】
図ではＶｇ＝０Ｖ〜−１Ｖ以下でオフ状態となり、Ｖｇが閾値を超えるとＴＦＴがオン状態となりＩｄが増加する。例えばＴＦＴが完全にオフ状態のＶｇ＝−３Ｖ付近に着目すると、図２（Ｂ）の場合、入射光のない場合に１×１０−１２Ａ程度であるＩｄが、光が当たることにより１×１０−９Ａ程度まで増加する。この入射光により増加したＩｄがＩｏｆｆである。
【００６８】
一方、図２（Ｃ）の如く、ゲート幅Ｗが小さい場合、入射光がない場合１×１０−１４Ａであるフォトカレントは、光の入射により１×１０−１１Ａとなる。
【００６９】
このように、ゲート幅Ｗを大きくすることにより、同じ光量であればゲート幅Ｗが小さい場合と比較して大きなＩｏｆｆを得られる。
【００７０】
しかし、何れの場合もＩｏｆｆとして検知はできるが、このレベルのオーダーでは、フィードバックが困難である。
【００７１】
そこで、本実施形態では、図１のごとく上記のフォトセンサ１の微小な電流を読み出すための回路を提供し、フィードバックのための十分な光量の検出を可能とした。
【００７２】
なお、図１（Ａ）に示す回路のフォトセンサ１は、１つ以上、５００個未満程度の上記のＴＦＴからなり、複数個の場合にはゲート電極１１を共通とし、並列に接続したものである。本実施形態では一例として１００個のＴＦＴが並列接続されるとする。
【００７３】
また、光量検出回路１００を構成するフォトセンサ１以外のＴＦＴは、図２の如く半導体層１３の上層にゲート電極１１を配置したいわゆるトップゲート構造でもよいし、半導体層１３の下層にゲート電極１１を配置したボトムゲート構造でもよい。フォトセンサ１以外のＴＦＴがトップゲート構造である場合、それらには遮光層を設けるとよい。遮光層は、例えば、半導体層の上下にゲート電極を配置するなどし、下層のゲート電極を遮光層とすることが考えられる。その場合遮光層となるゲート電極の電位はフローティング、あるいは上層のゲート電極と共通、または異なる電位とするなど回路構成に応じて適宜選択する。
【００７４】
再び図１を参照し、以下に光量検出回路１００の動作を説明する。
【００７５】
フォトセンサ１に光が照射されると、例えば１０−１４Ａ〜１０−９Ａ程度の非常に微小なフォトカレントが出力される。この出力電流は、高抵抗の第１抵抗にＲ１より、１×１０−９Ａ〜１×１０−１０Ａ程度になり、これに応じた電圧がスイッチングトランジスタ２のゲート電極に印加される。
【００７６】
スイッチングトランジスタ２が導通すると、第１電源端子ｔ１から第２電源端子ｔ２に電流が流れる。そして、スイッチングトランジスタ２の一方の出力端子と第２抵抗Ｒ２の接続点より出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。ここで、この接続点の出力電圧Ｖｏｕｔは第１電源端子ｔ１と第２電源端子ｔ２の分圧として検出することができる。
【００７７】
また、スイッチングトランジスタ２のゲート電圧は、フォトセンサ１の出力電流Ｉｏｆｆに応じて増減するので、それによって第１電源端子ｔ１から第２電源端子ｔ２に流れる電流量が変化する。つまり、フォトセンサ１の出力電流Ｉｏｆｆが小さい場合は、ゲート電圧が小さくなり、第２抵抗Ｒ２を流れる電流も少なくなる。そして、第２抵抗Ｒ２は前述の如く非常に高抵抗であるため、出力電圧Ｖｏｕｔは大きくなる。
【００７８】
一方、フォトセンサ１の出力電流Ｉｏｆｆが大きくなると、ゲート電圧が大きくなるため第２抵抗Ｒ２を流れる電流が多くなり、出力電圧Ｖｏｕｔは小さくなる。
【００７９】
図３には、この回路のシミュレーションを行った結果を示す。
【００８０】
グラフの横軸はフォトセンサ１の出力電流Ｉｏｆｆであり、縦軸は変換された出力電圧Ｖｏｕｔである。また第１および第２電源端子間電圧は８Ｖ〜−７Ｖとし、２Ｖステップで可変し、更に、第２抵抗Ｒ２の値Ｒを可変した。第２抵抗Ｒ２は実線ａが１×１０４Ω、実線ｂが１×１０６Ω、実線ｃが１×１０８Ωの場合である。
【００８１】
このように、本実施形態によれば、フォトセンサ１からの出力電流Ｉｏｆｆは０．１ｎＡ〜１ｎＡと非常に微小なものであるが、この出力電流を電圧に変換し、−７Ｖ〜８Ｖに増幅させて、光の強さを検出することができる。
【００８２】
例えば、第１電源端子ｔ１＝８Ｖで、第２抵抗Ｒ２の抵抗Ｒ＝１×１０６Ωの場合、０ｎＡの出力電流Ｉｏｆｆを８Ｖに、また１ｎＡの出力電流Ｉｏｆｆを−６Ｖに変換できる。
【００８３】
そして、実線ａ〜実線ｃからも明らかなように、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を変化させることにより、フォトセンサ１から出力される電流Ｉｏｆｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの電流電圧特性を変化させることができる。具体的にはＲが大きければ電流電圧特性は急峻となり、Ｒが小さければ緩やかな特性となる。つまり、第２抵抗Ｒ２の抵抗値により、フォトセンサ１の出力電流−出力電圧特性を変化させることができ、すなわち光量検出回路１００の感度を変化させることができる。
【００８４】
従って、例えば、Ｒ＝１×１０８Ωの場合には、ほぼ垂直な立ち上がりとなるので、８Ｖ〜−７Ｖの間でＯＮ、ＯＦＦを実現でき、スイッチとして利用できる。また、Ｒ＝１×１０６Ωの場合には、電位変動が緩やかとなり、出力電流Ｉｏｆｆに追随する電圧値を決定できるので、例えば明るさ（光量）によって、段階的に使用するような場合、すなわち「０」「１」のデジタルデータではなくアナログデータを出力したい場合に好適である。
【００８５】
ここで、フォトセンサ１は前述の如くフォトセンサ１のＴＦＴのオフ時に光を照射することにより暗電流を発生させて使用する。このため、所定のタイミングでフォトセンサを強制的にリフレッシュするとよい。
【００８６】
ＴＦＴであるフォトセンサ１はゲート電極１１に所定の電圧を印加することで、ＴＦＴをオンすることができる。すなわち、所定の時間でフォトカレントが流れる方向と反対方向に電流が流れるような電圧をフォトセンサ１のゲート電極１１、ドレイン１３ｄ、及び／もしくはソース１３ｓに印加することでフォトセンサ１をリフレッシュさせ、フォトセンサ１としてのＴＦＴ特性を安定させることができる。
【００８７】
しかし、これがＴＦＴでなくダイオードの場合、ゲート電極とソース（またはドレイン）が接続されているためゲート電極とソースは常に同電位となり、ゲート電極とソースに独立して電圧を印加することができず、リフレッシュできない。さらに、ｐｎ接合型のダイオードの場合、光が当たっていない時のリーク特性が不安定であるため、フォトセンサには不適当である。
【００８８】
尚、本実施形態においてはスイッチングトランジスタ２も、図１のフォトセンサ１と同様の薄膜トランジスタである。そしてスイッチングトランジスタ２もいわゆるＬＤＤ構造にすると、ソース（またはドレイン）端部に集中する電界を緩和することができるため好適である。
【００８９】
ここで、図４を参照して本実施形態の光量検出回路１００を例えばＬＣＤや有機ＥＬディスプレイと同一基板に作り込んだ場合の一例について説明する。
【００９０】
図４（Ａ）は、ディスプレイの外観を示す一例であり、図４（Ｂ）は光量検出回路１００の一部および表示画素３０を説明する断面図である。
【００９１】
図のごとく、本実施形態の光量検出回路１００はＬＣＤや有機ＥＬディスプレイデバイス２０と同一基板上に設けられる。ディスプレイデバイス２０は、ガラスなどの絶縁基板１０上に表示画素３０を行列状に複数配置した表示領域２１を有する。そして、光量検出回路１００は、例えば表示領域２１の外側の四隅に配置される。
【００９２】
基板上には、複数のドレイン線と、複数のゲート線が配置され、ドレイン線ＤＬとゲート線ＧＬのそれぞれの交点に対応して表示画素が配置される。詳細には、各表示画素３０は駆動用のＴＦＴのソースと接続しており、ＴＦＴのドレインおよびゲートがドレイン線ＤＬおよびゲート線ＧＬと接続している。
【００９３】
そして表示領域２１側辺には、列側にドレイン線ＤＬを順次選択する水平方向走査回路（以降Ｈスキャナと称する）２２が、行側にゲート線ＧＬにゲート信号を送る垂直方向走査回路（以降Ｖスキャナと称する）２３が配置される。
【００９４】
例えばＶスキャナ２３より、今あるゲート線ＧＬにある電位（「Ｈ」レベル）のゲート信号が印加されているとする。ゲート信号が印加されたゲート線ＧＬに接続されたＴＦＴは、全て導通状態（オン）となる。その間にＨスキャナ２２から所定のタイミングでドレイン線ＤＬに順次走査信号が切り替えて印加され、交点に位置する表示画素３０が発光する。このようにゲート線ＧＬおよびドレイン線ＤＬを順次走査することにより、表示領域２１に所定の画像が表示される。また、ゲート線ＧＬやドレイン線ＤＬ等へ入力される各種信号を伝達する図示しない配線は、基板１０の側縁に集められ、外部接続端子２４に接続される。
【００９５】
光量検出回路１００は表示画素３０が配置される基板１０上に設けられ、表示領域２１と同等の光量を感知することができる。また、フォトセンサ１のソースとチャネルまたはドレインとチャネルの接合領域には光が直接入射する。つまり、フォトセンサ１は外光を直接的に受光することになる。したがって、フォトセンサ１により表示領域２１にあたる光量を感知して電流に変換し、表示領域２１の輝度を調節する例えばコントローラの制御が可能となる。コントローラは、フォトセンサ１からの出力電流Ｉｏｆｆの量に応じて室内が明るい場合又は屋外では表示領域２１を明るく、また周囲が暗い場合にはそれに応じた明るさにする。つまり、周囲が明るい場合には輝度を高くし、暗い場合には輝度を低くする。このようにして、周囲の光量に応じて自動的に輝度を調節することによって、視認性を高めつつも節電することができる。従って、光量検出回路１００により輝度をコントロールすることにより、特に有機ＥＬ素子などの自発光素子を用いたディスプレイデバイス２０においては、その発光素子の寿命を長くすることができる。
【００９６】
図４（Ｂ）のごとく、光量検出回路１０と表示画素３０は、同一基板上に設けられる。尚、ここではフォトセンサ１のみ表示している。
【００９７】
表示画素３０も、フォトセンサ１と同様のＴＦＴを有する。すなわち、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上にバッファ層となる絶縁膜（ＳｉＮ、ＳｉＯ２等）１４を設け、その上層にｐ−Ｓｉ膜からなる半導体層１１３を積層する。このｐ−Ｓｉ膜は、非晶質シリコン膜を積層し、レーザアニール等により再結晶化して形成してもよい。
【００９８】
半導体層１１３上にはＳｉＮ、ＳｉＯ２等からなるゲート絶縁膜１２を積層し、その上にクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からなるゲート電極１１１を形成する。
【００９９】
半導体層１１３には、ゲート電極１１１下方に位置し、真性又は実質真性となるチャネル１１３ｃが設けられる。また、チャネル１１３ｃの両側にはｎ＋型不純物の拡散領域であるソース１１３ｓおよびドレイン１１３ｄが設けられる。
【０１００】
ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１１１上の全面には、例えばＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜の順に積層して層間絶縁膜１５を積層する。ゲート絶縁膜１２および層間絶縁膜１５には、ドレイン１１３ｄおよびソース１１３ｓに対応してコンタクトホールを設け、コンタクトホールにアルミニウム（Ａｌ）等の金属を充填してドレイン電極１１６およびソース電極１１８を設け、それぞれドレイン１１３ｄおよびソース１１３ｓにコンタクトさせる。
【０１０１】
尚、フォトセンサ１は図１と同様であるので説明は省略するが、フォトセンサ１および表示画素３０の層間絶縁膜１５上には、表示画素３０を平坦化するための平坦化絶縁膜１７が形成される。
【０１０２】
そして表示画素３０には、平坦化絶縁膜１７上に表示電極となるＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）等の透明電極１２０が設けられる。透明電極１２０は、平坦化絶縁膜１７に設けられたコンタクトホールによって、ソース電極１１８（またはドレイン電極１１６）に接続している。
【０１０３】
そして、このような場合第１および第２抵抗は、例えばｎ型不純物をドープしたポリシリコンあるいは、ＩＴＯのような透明電極材料で形成するとよい。
【０１０４】
また、第１および第２抵抗は、フォトセンサ１や表示画素３０のＴＦＴと同様のＴＦＴで形成してもよい。その場合、ＴＦＴのソース−ドレイン間が高抵抗となるように、ゲート電圧を固定すると、抵抗として利用できる。
【０１０５】
上記の構成にすることにより、基板上に薄膜トランジスタを設けることにより構成されるディスプレイデバイス２０の製造プロセスを利用して、本実施形態の光量検出回路１００を同一基板に作り込むことができる。
【０１０６】
尚、上記の場合、特に不純物ドープのポリシリコンは光が当たることにより劣化し、抵抗値が小さくなってしまう。従って、このような場合には第１および第２抵抗上を遮光するとよい。ＬＣＤや有機ＥＬディスプレイデバイス２０においては表示画素３０が配置される表示領域２１に遮光板（不図示）が採用されるので、遮光板のパターンニングにより第１および第２抵抗上を遮光できる。
【０１０７】
次に、図５から図７を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。尚、第１の実施形態と同一構成要素は同一符号とする。
【０１０８】
図５（Ａ）は第２の実施形態を示す回路概要図であり、図５（Ｂ）は当該回路のタイミングチャートである。
【０１０９】
本実施形態の光量検出回路１００は、フォトセンサ１と、第１容量Ｃ１と、第２容量Ｃ２と、第１スイッチングトランジスタ３と、第２スイッチングトランジスタ４とから構成される。
【０１１０】
図５（Ａ）のごとく、フォトセンサ１は、ゲート電極を共通とした複数のＴＦＴを並列に接続したものであり、ＴＦＴの詳細については第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。また、これも第１の実施形態と同様であるが、フォトセンサ１のリフレッシュのため、フォトセンサ１の制御端子（ゲート）が接続するノード１および少なくとも一方の出力端子（ドレイン又はソース）が接続するノード２は所定の電源端子ｔ３、ｔ４に接続し、所定の時間でフォトカレントが流れる方向と反対方向に電流が流れるような電圧をフォトセンサのゲート電極、ドレイン及び／もしくはソースに印加する。
【０１１１】
第１容量Ｃ１は、例えば２ｐｆの容量値を有し、フォトセンサ１の出力端子に一端が接続する。また、第２容量Ｃ２は、１ｆＦから１ｎＦの容量値（例えば４００ｆＦの容量値）を有し、第１容量Ｃ１と並列に接続する。
【０１１２】
そして、ノード３およびノード７間に第１スイッチングトランジスタ３が接続し、すなわち第１容量Ｃ１および第２容量Ｃ２のそれぞれの一端が、第１スイッチングトランジスタ３の出力端子に接続する。そして第１容量Ｃ１の他端は第２容量Ｃ２の他端と接続し、ノード８において接地される。
【０１１３】
第１スイッチングトランジスタ３の制御端子にはノード４にて制御信号が印加される。また、本実施形態では、リーク電流を抑制できるため、第１スイッチングトランジスタ３をダブルゲートのｎチャネル型ＴＦＴとした。
【０１１４】
そして、第１スイッチングトランジスタ３の出力端子と第２容量Ｃ２の接続点（ノード７）より、出力電圧Ｖｏｕｔが検出される。また、ノード７には、第２スイッチングトランジスタ４の一方の出力端子が接続し、該トランジスタ４の他方の出力端子は、ノード５にて接地される。第２スイッチングトランジスタ４はｎ型、ｐ型によらずオフ特性の良好なものが好ましい。
【０１１５】
尚、本実施形態でもフォトセンサ１および各スイッチングトランジスタ３、４はいわゆるＬＤＤ構造にするとよい。
【０１１６】
次に、上記の光量検出回路の動作を説明する。
【０１１７】
図５（Ｂ）のごとく、タイミングＣでフォトセンサ１のノード１にＨレベル（例えば７Ｖ）、ノード２にＬレベル（例えば０Ｖ）のパルスを入力し、フォトセンサ１をリフレッシュする。これによりノード３の電圧がｎ１の如く立下がる。
【０１１８】
パルスが立下りノード１がＬレベルに、またノード２がＨレベルにもどり、フォトセンサ１の出力電流Ｉｏｆｆが第１容量Ｃ１に充電される。そして所定の期間、第１容量Ｃ１に充電され続け、ノード３の電圧はｎ１の如く変化（増加）する。第１容量Ｃ１はノード８にて接地されているので、ノード３の電圧ｎ１がフォトセンサからの出力電圧となる。
【０１１９】
タイミングＡでノード６にＨレベルのパルスを入力し、第２スイッチングトランジスタ３を導通させて前サンプリング時の出力電圧Ｖｏｕｔをリセットする。
【０１２０】
タイミングＢでノード４にＨレベルのパルスを入力し、第２スイッチングトランジスタ３を導通させる。これにより所定の期間、第１容量Ｃ１に充電された電荷が第２容量Ｃ２に移動する。第２容量Ｃ２も他端が接地されているので、ノード７より出力される出力電圧Ｖｏｕｔを検出することにより、フォトセンサ１で受光した光量（光の強さ）を検出することができる。
【０１２１】
つまり、本実施形態ではフォトセンサ１が受ける光の量に応じてｎ１の傾きが変化し、ｎ１により出力電圧Ｖｏｕｔが変化する。つまり、光の量に応じてリニアに変化するＶｏｕｔを得ることができる。
【０１２２】
また、第１容量Ｃ１、第２容量Ｃ２の容量値を変化させることにより、光量を検知する感度を設定できる。ここで、第１容量Ｃ１は第２容量Ｃ２より容量値を大きくする。これにより、電荷を効率よく移送することができる。
【０１２３】
次に、図６および図７を参照して、上記の光量検出回路をＬＣＤや有機ＥＬディスプレイデバイスと同一基板に作り込む場合の一例について説明する。
【０１２４】
図６はフォトセンサの検出フローを示す図であり、図７は、第２実施形態の光量検出回路と当該回路にパルスを入力するカウンターを含む回路構成図の一例である。尚、外観図は図４と同等であるのでこれを参照する。
【０１２５】
光量検出回路１００は、例えば表示領域２１の外側の四隅に配置され、表示領域２１側辺には、列側にドレイン線ＤＬを順次選択するＨスキャナ２２が、行側にゲート線ＧＬにゲート信号を送るＶスキャナ２３が配置される。
【０１２６】
そして、Ｖスキャナ２３は、複数のゲート線ＧＬから所定のゲート線ＧＬを順次選択してゲート電圧を印加し、Ｖスキャナ２３は垂直スタート信号ＳＴＶによって１本目のゲート線ＧＬを選択し、垂直クロックＣＫＶに応じて次のゲート線ＧＬに順次切り替えて選択する。
【０１２７】
Ｈスキャナ２２は、複数のドレイン線ＤＬから所定のドレイン線ＤＬを順次選択し、表示画素２１に信号を供給する。Ｈスキャナ２２は水平スタート信号ＳＴＨによって最初のドレイン線ＤＬを選択し、水平クロックＣＫＨに応じて次のドレイン線ＤＬに順次切り替えて選択する。
【０１２８】
上記垂直クロックＣＫＶや水平クロックＣＫＨは、外部制御回路が出力する例えば３Ｖの振幅の低電圧クロックを電位変換回路によって昇圧することによって生成される。
【０１２９】
そして、本実施形態では、図６のごとくＶスキャナ２３の垂直スタート信号ＳＴＶおよび垂直クロックＣＫＶを、カウンター２５に入力し、カウンター２５から出力したパルスにより、図５における各タイミングを発生させることとする。
【０１３０】
図７は光量検出回路１００とカウンター２５を接続した回路構成の一例であり、本実施形態の場合、カウンターのノード１１にＶスキャナの垂直クロックＣＫＶが入力され、カウンターのノード１２に、Ｖスキャナの垂直スタート信号ＳＴＶが入力される。
【０１３１】
そして、例えばリフレッシュのためフォトセンサ１のゲート電極に印加されるパルスは、６段目のカウンターの出力（ノード１）である。またその信号線とフォトセンサの出力端子はインバータを介して接続する。
【０１３２】
また、第１スイッチングトランジスタ３および第２スイッチングトランジスタ４のゲート電極に印加されるパルスは、それぞれ４段目および２段目のカウンターの出力である（ノード６、ノード４）。
【０１３３】
尚、このようにディスプレイデバイス２０のＶスキャナ２３のクロックを利用する場合、図５（Ｂ）のタイミングＡの周期は、表示領域の一画面分をスキャンするタイミングであり、例えば、６０Ｈｚが主流であるが、３０Ｈｚ、１２０Ｈｚ等でもよい。
【０１３４】
次に、図８および図９を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。
【０１３５】
図８（Ａ）は第３の実施形態を示す回路概要図であり、図８（Ｂ）は当該回路のタイミングチャートである。
【０１３６】
図８（Ａ）のごとく光量検出回路１００は、フォトセンサ１と、第１容量Ｃ３と、第２容量Ｃ４と、第１スイッチングトランジスタ５と、第２スイッチングトランジスタ６と、第３スイッチングトランジスタ７と、接続手段９と、第４スイッチングトランジスタ８と、抵抗Ｒ３と、第１電源端子ｔ５と、第２電源端子ｔ６とから構成される。
【０１３７】
フォトセンサ１は、ゲート電極を共通とした複数のＴＦＴを並列に接続したものであり、ＴＦＴの詳細については第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。また、これも第１の実施形態と同様であるが、フォトセンサ１のリフレッシュのため、ノード１７およびノード１８は所定の電源端子ｔ７、ｔ８に接続し、所定の時間でフォトカレントが流れる方向と反対方向に電流が流れるような電圧をフォトセンサ１のゲート電極、ドレイン、及び／もしくはソースに印加する。
【０１３８】
第１容量Ｃ３は、フォトセンサ１と並列に接続し、たとえば２ｐｆ程度の容量値を有する。
【０１３９】
第１スイッチングトランジスタ６は、その出力端子をフォトセンサ１の一方の出力端子および第１容量Ｃ３の一端にそれぞれ直列に接続する。また、第２スイッチングトランジスタ６は、一方の出力端子を第１電源端子ｔ５に接続し、他方の出力端子を第１スイッチングトランジスタ５と第１容量Ｃ３の接続点に接続する。
【０１４０】
第３スイッチングトランジスタ７は一方の出力端子が、第２スイッチングトランジスタ６の一方の出力端子と接続し、他方の出力端子が第２容量Ｃ４の一端に接続する。第２容量Ｃ４の他端は、接続手段９により第１容量Ｃ３と接続する。
【０１４１】
更に第２容量Ｃ４の一端は、第４スイッチングトランジスタ８の制御端子に接続する。第４スイッチングトランジスタ８は、一方の出力端子が第２電源端子ｔ６に接続し、他方の出力端子が抵抗Ｒ３を介して第１電源端子ｔ５に接続する。この抵抗Ｒ３は、例えば２ＭΩ程度と非常に高抵抗となっている。そして、ノード２３から出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。
【０１４２】
尚、第１〜第４のスイッチングトランジスタは、例えばｎチャネル型のＴＦＴである。また、前述の如くフォトセンサ１および、各スイッチングトランジスタはＬＤＤ構造を有すると好適である。
【０１４３】
図８（Ｂ）のごとく、タイミングＡでノード１９にＬ（例えば０Ｖ）レベルのパルスを入力し、第１スイッチングトランジスタ５をオフする。その後ノード１９のＨレベル（例えば７Ｖ）に立ち上がると、第１スイッチングトランジスタ５は導通し、次のタイミングＡまで導通が維持される。
【０１４４】
タイミングＢでノード２０にＨレベルのパルスを入力する。パルスの入力期間、第２スイッチングトランジスタ６が導通する。これにより、第１電源端子ｔ５より第１容量Ｃ３に電荷が供給されるので、第１容量Ｃ３はノード２１の電圧に充電される。第３の実施形態では第１容量Ｃ３に基準電荷を充電した後、その放電により光量を検出する。したがって、第１容量Ｃ３がノード２１の電圧に充電された状態が、ｎ１のリセット状態となる。
【０１４５】
ノード２０のパルスがＬレベルとなると、第２スイッチングトランジスタ６はオフ状態となる。このとき、第１スイッチングトランジスタ５は導通状態を維持しているので、第１容量Ｃ３に充電された電荷がＣの期間、放電される。
【０１４６】
フォトセンサ１は、前述の如く、フォトセンサ１を構成するＴＦＴのオフ時に照射された光量により発生する暗電流である。つまり、光によりフォトセンサを構成するＴＦＴから漏れる電流を検知して光量を検出している。従って、第１スイッチングトランジスタ５を導通しておくことにより、フォトセンサ１に照射した光量に応じた電荷が、第１容量Ｃ３から放電されることになる。
【０１４７】
Ｃの期間が終了すると、再びタイミングＡでノード１９にＬレベルのパルスが入力され、パルスの入力期間、第１スイッチングトランジスタがオフとなる。また同時にノード２２にＨレベルのパルスが入力され、第３スイッチングトランジスタ７が導通する。
【０１４８】
従って、パルスの入力期間、第１容量Ｃ３から第２容量Ｃ４に電荷が移動し、すなわちｎ１の電圧によってｎ２の電圧が変化する。ｎ１の電圧は図８（Ｂ）のごとく、放電により時間経過と共に低くなり、第３スイッチングトランジスタ７の導通により、基準電荷からフォトセンサ１で検知した光量に応じた電荷を差し引いた残量が、ｎ２の電圧となる。
【０１４９】
すなわち、ｎ２は、フォトセンサ１で感知した光量により変動し、ｎ２の電圧が第４スイッチングトランジスタ８のゲート電極に印加される。
【０１５０】
そして、ノード２１およびノード２３間に、２ＭΩ程度の非常に高い抵抗値の抵抗Ｒ３が接続されているため、これにより第１および第２電源端子間の電圧が分圧され、ノード２３より出力電圧Ｖｏｕｔが検出される。このとき、第４スイッチングトランジスタ８はｎ２のゲート電圧が小さければ、抵抗Ｒ３を流れる電流が少なくなり、この結果出力電圧Ｖｏｕｔが第１電源端子ｔ５に近い大きい値で出力される。一方、ｎ２のゲート電圧が大きければ、抵抗Ｒ３を流れる電流が多くなり、従って出力電圧Ｖｏｕｔの値は第２電源端子ｔ６に近い小さい値となる。
【０１５１】
すなわち、本実施形態によれば、フォトセンサ１で感知した光量（強さ）によりｎ２の電圧が変化し、これによって出力電圧Ｖｏｕｔを変化させることができる。また、出力電圧Ｖｏｕｔは、第１および第２電源端子間の電圧に変換できるので、微量なフォトカレントを、使用目的に応じたレンジの電圧に変換して出力することができる。
【０１５２】
そして、第３実施形態の光量検出回路１０は、フォトセンサ１の接続数を変えることにより、光量を検出する感度を調節することができる。
【０１５３】
更に、図９の光量検出回路と当該回路にパルスを入力するカウンターを含む回路構成図の一例を参照し、光量検出回路をＬＣＤや有機ＥＬディスプレイデバイスと同一基板に作り込んだ場合について説明する。
【０１５４】
ディスプレイデバイスの外観図は、図４と同様であり、フォトセンサ１の検出フローは図６と同様であるので説明は省略する。
【０１５５】
図９の如く、第３実施形態の場合も、カウンター２５のノード３１およびノード３２４に、それぞれＶスキャナ２３の垂直クロックＣＫＶおよび垂直スタート信号ＳＴＶが入力される。
【０１５６】
そして、第１スイッチングトランジスタ５のゲート電極に印加されるパルスは、例えば４０段目のカウンター２５の出力のインバータ（ノード１９）であり、第２スイッチングトランジスタ６のゲート電極に印加されるパルスは、２段目のカウンター２５の出力（ノード２０）である。そして、第３スイッチングトランジスタ７のゲート電極に印加されるパルスは、４０段目のカウンターの出力である。
【０１５７】
そして、第３実施形態の抵抗も、第１実施形態と同様に、ｎ型不純物をドープしたポリシリコンあるいは、ＩＴＯのような透明電極材料、またはＴＦＴで形成してもよい。ＴＦＴの場合は、ソース−ドレイン間が高抵抗となるように、ゲート電圧を固定すると、抵抗として利用できる。
【０１５８】
上記の構成にすることにより、基板上に薄膜トランジスタを設けることにより構成されるディスプレイデバイス２０の製造プロセスを利用して、本実施形態の光量検出回路１００を同一基板に作り込むことができる。
【０１５９】
尚、不純物ドープのポリシリコンで抵抗を形成する場合には、ＬＣＤや有機ＥＬディスプレイデバイス２０の遮光板のパターンニングにより抵抗上を遮光するとよい。
【０１６０】
上記の光量検出回路１０の具体的な使用方法としては、例えば、第２実施形態の光量検出回路１００は、フォトセンサ１の出力に対して出力電圧Ｖｏｕｔがリニアとなるので、光量検出回路１００が少なくとも１つあれば光量に応じた輝度のコントロール等が可能になる。
【０１６１】
一方、第１、第３の実施形態の光量検出回路１００の場合には、第１、第２抵抗の変動や、フォトセンサ１の接続数を変化させることにより感度が変化する。すなわち、１つの光量検出回路１００では、その感度でのオンオフ（その感度に達するか達しないか）が検知できる。従ってこれらの場合には、ディスプレイ内に異なる感度のものを複数配置し、出力がオンとなるフォトセンサ１を検出することにより光量を検知するとよい。
【０１６２】
尚、本実施形態ではいわゆるトップゲート構造のＴＦＴについて説明したが、積層順を逆にしたボトムゲート構造のＴＦＴであっても同様に実施できる。
【０１６３】
図１０は本実施形態の表示パネル２００の動作を説明する図であり、図１０（Ａ）は概要図、図１０（Ｂ）はフロー図である。
【０１６４】
上記の如く本実施形態の表示パネル２００は、表示部２０と、表示部２０駆動用の外部制御回路２１０とからなる。表示部２０は、上記の如くゲート線ＧＬおよびドレイン線ＤＬに複数の表示画素３０が接続する表示領域２１と、Ｖスキャナ２３と、Ｈスキャナ２２と、光量検出回路１００とを同一基板１０上に配置してなる。
【０１６５】
外部制御回路２１０は、表示部２０に対して駆動用の各種信号や電源を供給するいわゆる駆動用ＩＣである。
【０１６６】
駆動用ＩＣ２１０は、Ｖスキャナ２３およびＨスキャナ２２を駆動させ、制御信号を送信する。Ｖスキャナ２３およびＨスキャナ２２は制御信号によりそれぞれゲート線ＧＬおよびドレイン線ＤＬに走査信号を供給する。
【０１６７】
また駆動用ＩＣ２１０は、表示部２０に電源を供給する。電源の一部は有機ＥＬ素子に供給され、有機ＥＬ素子が発光する。更に駆動用ＩＣ２１０はデータ信号Ｖdataを表示部２１に出力し、画像を表示する。
【０１６８】
光量検出回路１００は、第１電源端子、第２電源端子を有している。また例えば第２、第３の実施形態の光量検出回路１００の場合には、所定のパルスを入力信号としてフォトセンサ１のリフレッシュや検出のタイミングを制御している。
【０１６９】
本実施形態の表示パネル２００は、光量検出回路１００の第１電源端子、第２電源端子を駆動用ＩＣ２１０の電源供給ラインに接続する。また、入力信号が必要な光量検出回路１００の場合には、例えばＶスキャナ２３の走査信号を入力する。
【０１７０】
具体的には、図１０（Ｂ）のごとく、駆動用ＩＣ２１０からの制御信号によりＶスキャナ２３（カウンター２５）から出力される垂直スタート信号ＳＴＶや垂直クロックＣＫＶなどを光量検出回路１００に入力し、動作させる。
【０１７１】
光量検出回路１００は、上記の如く外光を検知して電圧に変換し、駆動用ＩＣ２１０に送信する。これにより駆動用ＩＣ２１０は、有機ＥＬ素子の輝度を調節するなど、表示部２０に対してフィードバックを行う。
【０１７２】
このように、表示パネル２００の電源や表示パネル２００のＶスキャナ等の走査信号によって光量検出回路１００の駆動することで、光量検出回路１００用の動作信号を外部から供給する必要がなくなり、端子数を減らすことができる。
【０１７３】
また配線抵抗での電圧降下が少ない分、光量検出回路１００としての消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の第１の実施形態の光量検出回路を示す回路概要図である。
【図２】本発明の、（Ａ）フォトセンサの構造を示す断面図、（Ｂ）（Ｃ）フォトセンサのＩｄ−Ｖｇカーブを示す特性図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図４】本発明の（Ａ）光量検出回路およびディスプレイデバイスを説明する外観図、（Ｂ）断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の、（Ａ）光量検出回路を示す回路概要図、（Ｂ）タイミングチャートである。
【図６】本発明の光量検出回路の検出フロー図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の光量検出回路を示す回路概要図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の、（Ａ）光量検出回路を示す回路概要図、（Ｂ）タイミングチャートである。
【図９】本発明の第３の実施形態の光量検出回路を示す回路概要図である。
【図１０】本発明の表示パネルを説明する（Ａ）概要図、（Ｂ）フロー図である。
【図１１】従来のフォトセンサを示す概要図である。
【符号の説明】
【０１７５】
１    フォトセンサ
２、３、４、５、６、７、８    スイッチングトランジスタ
１０  基板
１１、１１１  ゲート電極
１２  ゲート絶縁膜
１３、１１３  半導体層
１３ｓ、１１３ｓ  ソース
１３ｄ、１１３ｄ  ゲート
１３ｃ、１１３ｃ  チャネル
１３ＬＤ    ＬＤＤ領域
１４  バッファ層
１５  層間絶縁膜
１６、１１６  ドレイン電極
１８、１１８  ソース電極
２０    ディスプレイデバイス（表示部）
２１    表示領域
２２    Ｈスキャナ
２３    Ｖスキャナ
３０    表示画素
１００  光量検出回路
１２０  透明電極
２００  表示パネル
２１０  外部制御回路
ＧＬ    ゲート線
ＤＬ    ドレイン線
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３    抵抗
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、  電源端子
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４  容量
【図１】
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【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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【図１１】
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