(57)【要約】【課題】同一基板上で表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができ、外部に光源を必要としない電気光学装置とその電気光学装置を備えた電子機器を提供する。【解決手段】複数の画素の各々に表示素子１および撮像素子２を備え、表示素子１は駆動トランジスタ２０に接続された有機ＥＬ素子１０を備え、撮像素子２は制御トランジスタ４０に接続されたフォトダイオード３０を備え、フォトダイオード３０と有機ＥＬ素子１０とが絶縁層４〜８を介して少なくとも一部が平面的に重なるように積層されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008241827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素がマトリクス状に配列形成された基板上に、表示素子と撮像素子とを備えた電気光学装置であって、
前記複数の画素の各々は前記表示素子および前記撮像素子を備え、前記表示素子は駆動トランジスタに接続された電気光学素子を備え、前記撮像素子は制御トランジスタに接続された受光素子を備え、前記受光素子と前記電気光学素子とが絶縁層を介して少なくとも一部が平面的に重なるように積層されていることを特徴とする電気光学装置。
【請求項２】
前記受光素子は複数の半導体層を備え、前記半導体層はＰ型半導体層とＮ型半導体層とを有し、前記半導体層の少なくとも一が単結晶シリコンによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気光学装置。
【請求項３】
前記駆動トランジスタの半導体層および前記制御トランジスタの半導体層が多結晶シリコンによって形成されていることを特徴とする請求項２記載の電気光学装置。
【請求項４】
前記電気光学素子は、前記駆動トランジスタに接続された第一電極と、前記第一電極に対向する第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に挟持された有機発光層と、を少なくとも備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電気光学装置。
【請求項５】
前記制御トランジスタの前記半導体層が前記受光素子の前記半導体層と一体に形成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の電気光学装置。
【請求項６】
前記受光素子は、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層に挟持された絶縁層を備えていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の電気光学装置。
【請求項７】
前記受光素子は、前記Ｐ型半導体層および前記Ｎ型半導体層よりも電気抵抗が高い高抵抗半導体層を備え、前記高抵抗半導体層が前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層に挟持されていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の電気光学装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電気光学装置を備えた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】
この発明は、電気光学装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の画素がマトリクス状に配置された基板上に、表示素子と撮像素子とを備えた電気光学装置が知られている。このような電気光学装置として、同一基板上に受光マトリクスと表示マトリクスが併設されたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、受光マトリクスはマトリクス状に配置された複数の受光画素を備え、各受光画素にはイメージセンサが形成されている。イメージセンサは受光部と薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略記する）によって構成され、受光部とＴＦＴが積層して形成されている。一方、表示マトリクスはマトリクス状に配置された複数の画素電極およびＴＦＴによって構成されている。表示マトリクスのＴＦＴ上には、電極層が形成されている。
【０００３】
特許文献１では、上述のように受光マトリクスと表示マトリクスが同一基板上に形成されるので、これらを個別の装置として形成するよりも経済的である。また、受光マトリクスではＴＦＴと受光部を、表示マトリクスではＴＦＴと画素電極を積層させることで、それぞれ開口率を向上させることができる。
【特許文献１】特許第３３７４７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電気光学装置では、同一基板上に受光マトリクスと表示マトリクスが併設されているので、受光マトリクスの面積を拡大して撮像素子の性能を向上させようとすると、表示マトリクスの面積を縮小せざるを得ず、表示性能が低下するという課題がある。また、表示マトリクスの面積を拡大して表示性能を向上させようとすると、受光マトリクスの面積を縮小せざるを得ず、撮像性能が低下するという課題がある。また、電気光学装置として透過型の液晶装置を用いているので、基板の外部に光源を設置する必要があるという課題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、同一基板上で表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができ、外部に光源を必要としない電気光学装置と、その電気光学装置を備えた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の電気光学装置は、複数の画素がマトリクス状に配列形成された基板上に、表示素子と撮像素子とを備えた電気光学装置であって、前記複数の画素の各々は前記表示素子および前記撮像素子を備え、前記表示素子は駆動トランジスタに接続された電気光学素子を備え、前記撮像素子は制御トランジスタに接続された受光素子を備え、前記受光素子と前記電気光学素子とが絶縁層を介して少なくとも一部が平面的に重なるように積層されていることを特徴とする。
【０００７】
このように構成することで、同一画素内の異なる層に受光素子と電気光学素子がそれぞれ個別に形成されて積層されるので、画素内で受光素子と電気光学素子の面積をそれぞれ最大化することができる。したがって、基板の平面領域内で表示素子と撮像素子の形成領域を重複させ、各画素の表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができことができる。
【０００８】
また、本発明の電気光学装置は、前記受光素子は複数の半導体層を備え、前記半導体層はＰ型半導体層とＮ型半導体層とを有し、前記半導体層の少なくとも一が単結晶シリコンによって形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、受光素子の半導体層がすべて非単結晶シリコンで形成されている場合と比較して、半導体層における電気的な損失が減少し、受光素子により多くの電流を発生させることができる。したがって、受光素子の感度を向上させ、撮像素子の性能を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の電気光学装置では、前記駆動トランジスタの半導体層および前記制御トランジスタの半導体層が多結晶シリコンによって形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、通常のプロセスで用いられる高温ポリシリコン形成技術によって駆動トランジスタおよび多結晶シリコンの半導体層を形成することができる。したがって、制御トランジスタおよび駆動トランジスタの半導体層の形成プロセスを容易にし、電気光学装置の生産性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の電気光学装置では、前記電気光学素子は、前記駆動トランジスタに接続された第一電極と、前記第一電極に対向する第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に挟持された有機発光層と、を少なくとも備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする。
このように構成することで、上述の撮像素子によって得られた信号に基づいて駆動トランジスタを作動させ、電気光学素子の有機発光層を発光させることができる。したがって、基板の外部に光源を設けることなく電気光学装置の各画素を発光させ、電気光学装置の表示領域に画像を表示することができる。
【００１１】
また、本発明の電気光学装置では、前記制御トランジスタの前記半導体層が前記受光素子の前記半導体層と一体に形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、受光素子の信号を直接制御トランジスタから取り出すことができ、配線を経由する場合と比較して、電気的損失および時間的損失を低減することができる。また、電気光学装置の構成要素を共通化して減少させることができる。したがって、電気光学装置を薄型化することができるだけでなく、電気光学装置の製造工程を容易にして生産性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の電気光学装置では、前記受光素子は、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層に挟持された絶縁層を備えていることを特徴とする。
このように構成することで、受光素子をＰＩＮ型のフォトダイオードとすることができる。したがって、受光素子の応答速度を向上させることができ、撮像素子を高性能化することができる。
【００１３】
また、本発明の電気光学装置では、前記受光素子は、前記Ｐ型半導体層および前記Ｎ型半導体層よりも電気抵抗が高い高抵抗半導体層を備え、前記高抵抗半導体層が前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層に挟持されていることを特徴とする。
このように構成することで、受光素子をＰＩＮ型のフォトダイオードとすることができる。したがって、受光素子の応答速度を向上させることができ、撮像素子を高性能化することができる。
【００１４】
また、本発明の電子機器は、上述の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器は、同一基板上で表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができ、外部に光源を必要としない電気光学装置を備えているので、高性能の撮像機能と表示機能とを兼ね備えたコンパクトな撮像部兼表示部を備えた高性能な電子機器となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の図面においては、各構成を認識可能な大きさとするため、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００１６】
＜第一実施形態＞
[有機エレクトロルミネッセンス装置]
図１に示すように、有機エレクトロルミネッセンス装置（以下、有機ＥＬ装置１００と略記する）の各画素には、表示素子１と撮像素子２が設けられている。表示素子１は、有機ＥＬ素子１０と、有機ＥＬ素子１０を駆動する駆動トランジスタ２０および画素回路（図示せず）等によって構成されている。撮像素子２は、受光素子であるフォトダイオード３０と、フォトダイオード３０からの信号の読み取りを制御する制御トランジスタ４０およびフォトダイオード３０からの信号を増幅する増幅回路（図示せず）等によって構成されている。
【００１７】
図１に示すように、例えば、石英等の透明絶縁材料からなる基板３上には、フォトダイオード３０の半導体層を構成するＮ型半導体層３１が形成されている。Ｎ型半導体層３１は、例えば、単結晶シリコンによって形成され、基板３上に画素毎に島状に形成されている。Ｎ型半導体層３１には、例えば、Ｐ（リン）等の不純物がドープされた状態となっている。Ｎ型半導体層３１および基板３上を覆うように第一の絶縁層４が形成されている。絶縁層４は、例えばＳｉＯ２（シリコン酸化物）等の絶縁材料によって形成されている。
【００１８】
絶縁層４上には、Ｐ型半導体層３２が、Ｎ型半導体層３１の形成領域に平面的に重なるように島状に形成されている。Ｐ型半導体層３２は、例えば、多結晶シリコンによって形成されている。Ｐ型半導体層３２には、例えば、Ｂ（ホウ素）等の不純物がドープされた状態となっている。Ｐ型半導体層３２および絶縁層４を覆って、第二の絶縁層５が形成されている。絶縁層５は、例えば、ＳｉＯ２等の絶縁材料によって形成されている。
【００１９】
絶縁層５上には、例えば、Ａｌ（アルミニウム）等の導電性を有する金属材料からなる受光素子側電極３３，３４が形成されている。Ｎ型半導体層３１の形成領域でＰ型半導体層３２の非形成領域に形成された受光素子側電極３３は、絶縁層４，５を貫通し、Ｎ型半導体層３１の表面に達するコンタクトホール３５を介してＮ型半導体層３１に接続されている。また、Ｎ型半導体層３１およびＰ型半導体層３２の形成領域に形成された受光素子側電極３４は、絶縁層５を貫通し、Ｐ型半導体層３２の表面に達するコンタクトホール３６を介して、Ｐ型半導体層３２に接続されている。
【００２０】
また、絶縁層５上には、受光素子側電極３３，３４に隣接して、例えば、Ａｌ等の導電性を有する金属材料からなる増幅信号電極５１，５２が形成されている。受光素子側電極３３，３４は増幅回路を介して増幅信号電極５１，５２に電気的に接続されている。また、絶縁層５上には、Ｎ型半導体層３１およびＰ型半導体層３２の形成領域に平面的に重なるように、駆動トランジスタ２０の半導体層２１および制御トランジスタ４０の半導体層４１が、それぞれ島状に形成されている。駆動トランジスタ２０の半導体層２１および制御トランジスタ４０の半導体層４１は、例えば、多結晶シリコンによって形成されている。
【００２１】
絶縁層５の表面と、絶縁層５上の半導体層２１，４１、受光素子側電極３３，３４、および増幅信号電極５１，５２を覆って、第三の絶縁層６が形成されている。絶縁層６は、例えば、ＳｉＯ２等の絶縁材料によって形成されている。絶縁層６上には、例えば、Ａｌ等の導電性を有する金属材料からなる走査線２２，４２が、駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０の半導体層２１，４１の略中央部にその一部が平面的に重なるように、それぞれ設けられている。走査線２２，４２の半導体層２１，４１と平面的に重なる部分がそれぞれ駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０のゲート電極として機能している。また、走査線２２，４２はそれぞれ画素回路に設けられた走査線側駆動回路に接続されている。
【００２２】
半導体層２１，４２の走査線２２，４２に対向する部分は、それぞれ駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０のチャネル領域２１ｃ，４１ｃとなっている。半導体層２１，４１にはそれぞれチャネル領域２１ｃ，４１ｃを挟んでソース領域２１ｓ，４１ｓおよびドレイン領域２１ｄ，４１ｄが形成されている。チャネル領域２１ｃ，４１ｃには、主にＰ（リン）等のドーパントがドープされ、ソース領域２１ｓ，４１ｓおよびドレイン領域２１ｄ，４１ｄには、主にＢ（ホウ素）等のドーパントがドープされている。
【００２３】
また、駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０は、それぞれソース領域２１ｓ，４１ｓに、チャネル領域２１ｃ，４１ｃ側から順に低濃度ソース領域と高濃度ソース領域が形成されている。また、ドレイン領域２１ｄ，４１ｄにはチャネル領域２１ｃ，４１ｃ側から順に低濃度ドレイン領域と高濃度ドレイン領域が形成されている。このように、駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０はＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を採用している。
【００２４】
絶縁層６の表面および走査線２２，４２を覆って、第四の絶縁層７が形成されている。絶縁層７上には駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０のソース電極２３，４３およびドレイン電極２４，４４が形成されている。ソース電極２３，４３およびドレイン電極２４，４４は、例えば、Ａｌ等の導電性を有する金属材料によって形成されている。ソース電極２３，４３およびドレイン電極２４，４４は、絶縁層６，７を貫通し、それぞれ半導体層２１，４１のソース領域２１ｓ，４１ｓおよびドレイン領域２１ｄ，４１ｄに達するコンタクトホール２５，２６，４５，４６を介して、それぞれソース領域２１ｓ，４１ｓおよびドレイン領域２１ｄ，４１ｄに接続されている。
【００２５】
また、絶縁層７上で、増幅信号電極５１，５２に平面的に重なる位置には画素回路側電極５３，５４が形成されている。画素回路側電極５３，５４は、例えば、Ａｌ等の導電性を有する金属材料によって形成されている。画素回路側電極５３，５４は、絶縁層６，７を貫通して増幅信号電極５１，５２に達するコンタクトホール５５，５６を介して、増幅信号電極５１，５２に接続されている。一方の画素回路側電極５３は、配線等（図示せず）によって制御トランジスタ４０のソース電極４３に接続されている。他方の画素回路側電極５４は画素回路に接続されている。また、制御トランジスタ４０のドレイン電極４４も画素回路に接続されている。
【００２６】
絶縁層７の表面と、ソース電極２３，４３、ドレイン電極２４，４４および画素回路側電極５３，５４を覆って、第五の絶縁層８が形成されている。絶縁層８上には、フォトダイオード３０と平面的に重なるように、有機ＥＬ素子１０の陽極を構成する第一電極１１が形成されている。第一電極１１は、例えばＡｌ等の導電性を有する金属材料によって形成されている。第一電極１１は、絶縁層８を貫通し、駆動トランジスタ２０のドレイン電極２４に達するコンタクトホール１２を介して、ドレイン電極２４に接続されている。一方、駆動トランジスタ２０のソース電極２３は画素回路に設けられたデータ側駆動回路に接続されている。
【００２７】
第一電極１１上の略全面には、正孔輸送層（図示せず）を介して有機発光層１３が形成されている。正孔輸送層は、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン等のポリチオフェン誘導体とポリスチレンスルホン酸等の混合物によって形成されている。有機発光層１３は、例えば、フルオレン系高分子誘導体等によって形成されている。有機発光層１３上には、有機ＥＬ素子１０の陰極を構成する第二電極１４が形成されている。第二電極１４は、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料によって形成されている。第二電極１４は画素回路に接続されている。
【００２８】
各画素の有機ＥＬ素子１０の間には、有機ＥＬ素子１０同士を区画するバンク層（図示せず）が設けられている。バンク層は例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の絶縁材料によって形成されている。また、第二電極１４およびバンク層上には水や酸素の侵入を防いで第二電極１４あるいは有機発光層１３の酸化を防止するための封止部（図示せず）が設けられている。また、基板３の下側（フォトダイオード３０形成面の反対側）にはカラーフィルタ９が設けられている。
【００２９】
画素回路は、走査線２２，４２に接続された走査側駆動回路（図示せず）を備えている。走査側駆動回路は、制御トランジスタ４０および駆動トランジスタ２０の走査線２２，４２に走査信号を供給するためのもので、例えばシフトレジスタおよびレベルシフタ等を含んで構成されている。また、画素回路は、制御トランジスタ４０のドレイン電極４４から供給された増幅信号に応じて駆動トランジスタ２０のソース電極２３に画像信号を供給するデータ側駆動回路および電源線等（図示せず）を備えている。データ側駆動回路は、例えば、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチ等を含んで構成されている。
【００３０】
増幅回路は、受光素子側電極３３，３４から入力された信号を増幅して増幅信号電極５１，５２に出力するためのトランジスタ等を備えている。また、基板３上には、上述の撮像素子２および表示素子１を含んで構成された画素が、平面視でマトリクス状に配列形成されている。これにより、有機ＥＬ装置１００の基板３の下側（カラーフィルタ９側）には撮像領域が形成され、基板３の上側（有機ＥＬ素子１０側）には表示領域が撮像領域に平面的に重なった状態で形成されている。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の有機ＥＬ装置１００は、図２に示すように、カラーフィルタ９、基板３、受光素子（フォトダイオード３０）、増幅回路および画素回路、有機ＥＬ素子１０が、同一の基板３内でこの順に積層された構造を有している。
【００３２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図１および図２に示すように、基板３の下側（カラーフィルタ９側）から基板３の上側（フォトダイオード３０側）に向けて入射した白色光Ｗは、各画素に設けられたカラーフィルタ９を透過してＲ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）いずれかの単色光となり、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光に対応する各画素の基板３に入射する。基板３に入射した光は、基板３を透過して受光素子であるフォトダイオード３０のＮ型半導体層３１に入射する。Ｎ型半導体層３１に光が入射すると、光起電力効果により、Ｐ型半導体層３２との間に起電力が発生する。
【００３３】
このとき、フォトダイオード３０のＮ型半導体層３１が単結晶シリコンで形成されているので、多結晶シリコン等によって形成した場合と比較して、Ｎ型半導体層３１における電気的な損失を低減することができる。これにより、フォトダイオード３０に、例えば、約１０倍程度の電流を発生さることができる。したがって、フォトダイオード３０の感度を向上させ、撮像素子２の性能を向上させることができる。
【００３４】
一方、フォトダイオード３０に絶縁層５を介して積層して形成された駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０の半導体層２１，４１は、多結晶シリコンによって形成されている。多結晶シリコンの半導体層２１，４１は、通常のプロセスで用いられる高温ポリシリコン形成技術によって形成することができる。したがって、駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０の半導体層２１，４１の形成プロセスを容易にし、有機ＥＬ装置１００の生産性を向上させることができる。
【００３５】
また、Ｎ型半導体層３１とＰ型半導体層３２との間にＳｉＯ２等からなる絶縁層４を形成したことで、受光素子をＰＩＮ型のフォトダイオード３０とすることができる。したがって、フォトダイオード３０の応答速度を向上させ、撮像素子２を高性能化することができる。
【００３６】
また、上述のように、受光素子であるフォトダイオード３０と電気光学素子である有機ＥＬ素子１０とを絶縁層４，５，６，７，８を介して平面的に重なるように積層したことで、同一画素内の異なる層にフォトダイオード３０と有機ＥＬ素子１０がそれぞれ個別に形成される。これにより、画素内で有機ＥＬ素子１０の設置面積を減少させることなく、フォトダイオード３０の面積を最大化し、フォトダイオード３０に発生する電流を増加させ、感度を向上させることができる。
【００３７】
Ｎ型半導体層３１に光が入射することにより発生した信号（電流）は、受光素子側電極３３，３４に接続された増幅回路により増幅され、増幅信号として増幅信号電極５１，５２に出力される。ここで、増幅信号電極５１，５２に接続された画素回路側電極５３，５４は、それぞれ配線等（図示せず）を介してそれぞれ制御トランジスタ４０のソース電極４３および画素回路のデータ駆動側回路に接続されている。このとき、スイッチング素子である制御トランジスタ４０の走査線４２に、画素回路の走査側駆動回路によって所定のタイミングで増幅信号読み取り用の信号を伝送することで、制御トランジスタ４０のドレイン電極４４から所定のタイミングでデータ側駆動回路に増幅信号が伝送される。このとき、複数の画素の制御トランジスタ４０を線順次走査することにより、各画素の増幅信号を線順次でデータ側駆動回路に伝送する。
【００３８】
データ側駆動回路は伝送された増幅信号に基づいて、各画素の駆動トランジスタ２０を介して各画素の第一電極１１に画像信号を伝送する。このとき、スイッチング素子である駆動トランジスタ２０の走査線２２に画素回路の走査側駆動回路によって所定のタイミングで画像信号伝送用の信号を伝送する。これにより、データ側駆動回路から駆動トランジスタ２０のソース電極２３、ドレイン電極２４を介して伝送された画像信号が、所定のタイミングで第一電極１１に伝送される。
【００３９】
第一電極１１に画像信号が伝送されると、第一電極１１と第二電極１４との間に電流が流れる。このとき、正孔輸送層は、正孔を有機発光層１３に注入（供給）する機能を有するとともに、正孔を正孔輸送層内部において輸送する。正孔輸送層から有機発光層１３に注入された正孔は、第二電極１４から有機発光層１３に注入（供給）された電子と有機発光層１３内部で再結合する。これにより、有機発光層１３は第一電極１１に伝送された画像信号に基づいて発光する。このように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応する各画素の有機発光層１３が、図２に示すように、画像信号に応じてＲ、Ｇ、Ｂの各色の光を発することで、撮像領域で撮影した画像に基づいた画像が表示領域に表示される。
【００４０】
このように、電気光学素子としてトップエミッション型の有機ＥＬ素子１０を用いることで、基板３の外部に光源を設けることなく、各画素の表示素子１を発光させることができる。
また、上述のように、受光素子であるフォトダイオード３０と電気光学素子である有機ＥＬ素子１０とを絶縁層４，５，６，７，８を介して平面的に重なるように積層したことで、同一画素内の異なる層にフォトダイオード３０と有機ＥＬ素子１０がそれぞれ個別に形成される。これにより、画素内で有機ＥＬ素子１０の面積を最大化することができる。したがって、基板３の平面領域内で表示素子１と撮像素子２の形成領域を重複させ、同一基板３上で表示素子１と撮像素子２の面積を共に拡大することができことができる。
【００４１】
また、図２に示すように、増幅回路を画素回路と同一の層に形成し、有機ＥＬ素子１０および受光素子であるフォトダイオード３０とは別の層に形成したことで、有機ＥＬ素子１０およびフォトダイオード３０の設置面積を縮小させる必要がない。したがって、有機ＥＬ素子１０およびフォトダイオード３０の面積を共に拡大することができる。
【００４２】
次に、図３および図４に示す本実施形態の第一および第二変形例について説明する。
図３および図４に示す有機ＥＬ装置２００，３００は、上述した図１に示す有機ＥＬ装置１００とフォトダイオード３０の半導体層の構成が異なっている。その他の点は上述の有機ＥＬ装置１００と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４３】
図３に示すように、有機ＥＬ装置２００のＮ型半導体層３１上には、受光素子側電極３３の形成部位を除いて島状に高抵抗半導体層３７が形成されている。高抵抗半導体層３７は、例えば、多結晶シリコン等により形成され、Ｎ型半導体層３１よりも低濃度でＰ（リン）等の不純物がドープされた状態となっている。これにより、高抵抗半導体層３７はＮ型半導体層３１およびＰ型半導体層３２と比較して高い電気抵抗を有している。高抵抗半導体層３７上には、高抵抗半導体層３７の略全面にＰ型半導体層３２が形成されている。そして、基板３の表面、Ｐ型半導体層３２およびＮ型半導体層３１を覆って、絶縁層５が形成されている。
【００４４】
このように、高抵抗半導体層３７をＮ型半導体層３１とＰ型半導体層３２との間に設けることで、図１の有機ＥＬ装置１００と同様に、受光素子をＰＩＮ型のフォトダイオード２３０とすることができる。したがって、受光素子の応答速度を向上させることができ、撮像素子２０２を高性能化することができる。
【００４５】
図４に示すように、有機ＥＬ装置３００のＮ型半導体層３１上には、直接、Ｐ型半導体層３２が形成されている。すなわち、受光素子はＰＮ型のフォトダイオード３３０となる。このとき、図１に示す絶縁層４や、図３に示す高抵抗半導体層３７を形成する必要がない。したがって、有機ＥＬ装置３００の製造工程を簡略化して生産性を向上させることができる。また、有機ＥＬ装置３００の薄型化を図ることができる。さらに、絶縁材料および半導体材料の使用量を削減し、コストを低下させることができる。
【００４６】
＜第二実施形態＞
[有機エレクトロルミネッセンス装置]
次に、本発明の第二実施形態について、図５および図６を用いて説明する。本実施形態の有機ＥＬ装置１００´はフォトダイオード３０´のＰ型半導体層３２´が制御トランジスタ４０´の半導体層４１´と一体になっている点で上述の第一実施形態で説明した有機ＥＬ装置１００と異なっている。その他の点は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４７】
図５に示すように、Ｎ型半導体層３１および基板３上を覆うように第一の絶縁層４が形成されている。絶縁層４上には、Ｐ型半導体層３２´が、Ｎ型半導体層３１の形成領域に平面的に重なるように島状に形成されている。ここで、Ｐ型半導体層３２´は、絶縁層４上をＮ型半導体層３１の非形成領域まで延長されて、制御トランジスタ４０´の半導体層４１´と一体に形成されている。すなわち、本実施形態では、制御トランジスタ４０´のソース領域４１ｓ´がフォトダイオード３０´のＰ型半導体層３２´を兼ねている。
【００４８】
また、絶縁層４上で、Ｎ型半導体層３１およびＰ型半導体層３２´の非形成領域には、駆動トランジスタ２０の半導体層２１が形成されている。そして、絶縁層５（図１参照）を形成することなく、図５に示すように、絶縁層４の表面、Ｐ型半導体層３２´および駆動トランジスタ２０の半導体層２１を覆って、第二の絶縁層６が形成されている。さらに、第一実施形態と同様に絶縁層６上に駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０´の走査線２２，４２が形成されている。さらに、第一実施形態と同様に、絶縁層７上に駆動トランジスタ２０および制御トランジスタ４０´のソース電極２３，４３およびドレイン電極２４，４４が形成されている。
【００４９】
ここで、制御トランジスタ４０´のソース電極４３およびドレイン電極４４は増幅回路に接続されている。また、駆動トランジスタ２０のソース電極２３は画素回路に設けられたデータ側駆動回路に接続されている。また、駆動トランジスタ２０のドレイン電極２４は第一実施形態と同様に第一電極１１に接続されている。増幅回路は制御トランジスタ４０´のソース電極４３およびドレイン電極４４から検出した信号を増幅して、増幅信号として画素回路に伝送するように構成されている。画素回路は増幅回路から伝送された増幅信号に基づいて駆動トランジスタ２０のソース電極２３に画像信号を伝送するように構成されている。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の有機ＥＬ装置１００´は、図６に示すように、カラーフィルタ９、基板３、受光素子（フォトダイオード３０´）および増幅回路、画素回路、有機ＥＬ素子１０が、同一の基板３内でこの順に積層された構造を有している。
【００５１】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図５および図６に示すように、基板３の下側（カラーフィルタ９側）から基板３の上側（フォトダイオード３０´側）に向けて入射した白色光Ｗは、各画素に設けられたカラーフィルタ９を透過してＲ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）いずれかの単色光となり、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光に対応する各画素の基板３に入射する。基板３に入射した光は、基板３を透過して受光素子であるフォトダイオード３０´のＮ型半導体層３１に入射する。Ｎ型半導体層３１に光が入射すると、光起電力効果により、Ｐ型半導体層３２´との間に起電力が発生する。
【００５２】
このとき、第一実施形態と同様にフォトダイオードのＮ型半導体層３１が単結晶シリコンで形成され、Ｐ型半導体層３２´（制御トランジスタ４０´の半導体層４１´）、駆動トランジスタ２０の半導体層２１が多結晶シリコンによって形成されている。また、Ｎ型半導体層３１とＰ型半導体層３２´との間にＳｉＯ２等からなる第一の絶縁層４が形成されている。さらに、受光素子であるフォトダイオード３０´と電気光学素子である有機ＥＬ素子１０とが、絶縁層４，６，７，８を介して平面的に重なるように積層されている。したがって、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
加えて、本実施形態によれば、制御トランジスタ４０´の半導体層４１´がフォトダイオード３０´のＰ型半導体層３２´と一体に形成され、制御トランジスタ４０´のＰ型半導体層３２´および絶縁層５を形成する必要がない。したがって、有機ＥＬ装置１００´の製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。また、有機ＥＬ装置１００´を薄型化すると共に、絶縁材料および半導体材料の使用量を削減し、コストを低下させることができる。
【００５４】
Ｎ型半導体層３１に光が入射することにより発生した信号（電流）は、スイッチング素子である制御トランジスタ４０´の走査線４２に、画素回路の走査側駆動回路によって所定のタイミングで読み取り用の信号を伝送することで、制御トランジスタ４０´のソース電極４３およびドレイン電極４４を介して増幅回路に所定のタイミングで伝送される。増幅回路に伝送された信号は、増幅された増幅信号として画素回路のデータ側駆動回路に伝送される。このとき、複数の画素の制御トランジスタ４０´を線順次走査することにより、各画素の増幅信号を線順次でデータ側駆動回路に伝送する。
【００５５】
データ側駆動回路は伝送された増幅信号に基づいて、各画素の駆動トランジスタ２０のソース電極２３およびドレイン電極２４を介して各画素の第一電極１１に画像信号を伝送する。このとき、スイッチング素子である駆動トランジスタ２０の走査線２２に画素回路の走査側駆動回路によって所定のタイミングで画像信号伝送用の信号を伝送する。これにより、データ側駆動回路から駆動トランジスタ２０のソース電極２３に伝送された画像信号が所定のタイミングでドレイン電極２４を介して第一電極１１に伝送される。
【００５６】
第一電極１１に画像信号が伝送されると、第一電極１１と第二電極１４の間に電流が流れる。これにより、第一実施形態と同様に、有機発光層１３は第一電極１１に伝送された画像信号に基づいて発光し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応する各画素の有機発光層１３が、画像信号に応じてＲ、Ｇ、Ｂの各色の光を発することで、撮像領域で撮影した画像に基づいた画像が表示領域に表示される。
【００５７】
このように、電気光学素子としてトップエミッション型の有機ＥＬ素子１０を用いることで、第一実施形態と同様に、基板３の外部に光源を設けることなく、各画素の表示素子１を発光させることができる。
また、上述のように、受光素子であるフォトダイオード３０´と電気光学素子である有機ＥＬ素子１０とが、絶縁層４，６，７，８を介して平面的に重なるように積層されていることで、第一実施形態と同様に、画素内で有機ＥＬ素子１０の面積を最大化することができる。したがって、基板３の平面領域内で表示素子１と撮像素子２´の形成領域を共通化し、同一基板３上で表示素子１と撮像素子２´の面積を共に拡大することができことができる。
【００５８】
また、図６に示すように、増幅回路を受光素子であるフォトダイオード３０´と同一の層に形成し、画素回路およびＥＬ素子は別の層に形成したことで、画素回路の設置面積を拡大することができ、画素回路の複雑化に対応することができる。また、有機ＥＬ素子１０の面積を拡大することができる。
【００５９】
次に、図７および図８に示す本実施形態の第一および第二変形例について説明する。
図７および図８に示す有機ＥＬ装置は、上述した図５に示す有機ＥＬ装置１００´とフォトダイオードの半導体層の構成が異なっている。その他の点は上述の有機ＥＬ装置１００´と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００６０】
図７に示すように、有機ＥＬ装置２００´のＮ型半導体層３１上には、Ｎ型半導体層３１の略全面に、図３に示す有機ＥＬ装置２００と同様の高抵抗半導体層３７が形成されている。高抵抗半導体層３７上には、高抵抗半導体層３７の略全面に、図５に示す有機ＥＬ装置１００´と同様に、制御トランジスタ４０´の半導体層４１´と一体にＰ型半導体層３２´が形成されている。基板３上でＮ型半導体層３１および高抵抗半導体層３７の非形成領域には、絶縁層４が形成されている。
【００６１】
このように、高抵抗半導体層３７をＮ型半導体層３１とＰ型半導体層３２´との間に設けることで、図５に示す有機ＥＬ装置１００´と同様に、受光素子をＰＩＮ型のフォトダイオード２３０´とすることができる。したがって、受光素子の応答速度を向上させることができ、撮像素子を高性能化することができる。
【００６２】
図８に示すように、有機ＥＬ装置３００´のＮ型半導体層３１上には、図４に示す有機ＥＬ装置３００と同様に、直接、Ｐ型半導体層３２´（半導体層４１´）が形成されている。すなわち、受光素子はＰＮ型のフォトダイオード３３０´となる。このとき、図１に示す第二の絶縁層５や、図７に示す高抵抗半導体層３７を形成する必要がない。したがって、有機ＥＬ装置３００´の製造工程を簡略化して生産性を向上させることができる。また、有機ＥＬ装置３００´の薄型化を図ることができる。さらに、絶縁材料および半導体材料の使用量を削減し、コストを低下させることができる。
【００６３】
[電子機器]
次に、上述の実施形態において説明した有機ＥＬ装置を備えた電子機器の例について説明する。
図９に示すように、ディジタルスチルカメラ９００は、ケース９０１と、その背後に設けられ、上述の実施形態に係る有機ＥＬ装置の表示素子からなる表示パネル９０２と、ケース９０１の観察側(図においては裏面側）に設けられる光学レンズ等を含んだ受光ユニット９０３と、シャッタボタン９０４と、そのシャッタボタン９０４を押した時点における有機ＥＬ装置の撮像素子の画像信号が転送・格納される回路基板９０５と、を備えている。この表示パネル９０２には、有機ＥＬ装置の撮像素子により光電変換して生成された画像信号に基づいて、表示が行われる。
【００６４】
また、このディジタルスチルカメラ９００にあっては、ケース９０１の側面にビデオ信号出力端子９０６と、データ通信用の入出力端子９０７とが設けられている。そして、図９に示すように、ビデオ信号出力端子９０６には、テレビモニタ１０００が、また、後者のデータ通信用の入出力端子９０７にはパーソナルコンピュータ１１００が、それぞれ必要に応じて接続され、所定の操作によって、回路基板９０５のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ１０００や、パーソナルコンピュータ１１００に出力される構成となっている。
【００６５】
このように図９に示すディジタルスチルカメラ９００は、上述の実施形態において説明したように、同一基板上で表示素子と撮像素子の面積を共に拡大させることができ、外部に光源を必要としない有機ＥＬ装置を表示パネル９０２に備えているので、高性能の撮像機能と表示機能とを兼ね備えたコンパクトな撮像部兼表示部を備えた高性能の電子機器となる。
【００６６】
なお、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、前述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、撮像素子側から入射した光が駆動トランジスタおよび制御トランジスタの半導体層に入射することを防止するための遮光手段を受光素子と駆動トランジスタおよび制御トランジスタとの間に設けてもよい。
【００６７】
また、受光素子であるフォトダイオードによって出力され、増幅回路によって増幅された信号をサンプリングし、外部のメモリ等に伝送して保存するようにしてもよい。これにより、撮像素子によって撮影した画像を外部のメモリに保存しておくことができる。
【００６８】
また、本発明における有機ＥＬ装置を備えた電子機器としては、上記のものに限らず、他に例えば、ビューファインダ型・モニタ直視型のディジタルビデオカメラ、また、赤外光や紫外光のように肉眼で直接観察できない波長の光を処理して観察するためのヘッドマウントディスプレイ、暗視スコープ、撮像機能付表示モニタなどを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第一実施形態における有機ＥＬ装置の一画素の断面構成図である。
【図２】同、有機ＥＬ装置の積層構造を示す模式図である。
【図３】同、有機ＥＬ装置の一画素の第一変形例を示す断面構成図である。
【図４】同、有機ＥＬ装置の一画素の第二変形例を示す断面構成図である。
【図５】本発明の第二実施形態における有機ＥＬ装置の一画素の断面構成図である。
【図６】同、有機ＥＬ装置の積層構造を示す模式図である。
【図７】同、有機ＥＬ装置の一画素の第一変形例を示す断面構成図である。
【図８】同、有機ＥＬ装置の一画素の第二変形例を示す断面構成図である。
【図９】本発明の実施形態における電子機器の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  表示素子、２  撮像素子、３  基板、４，５，６，７，８  絶縁層、１０  有機エレクトロルミネッセンス素子（電気光学素子）、１１  第一電極、１３  有機発光層、１４  第二電極、２０  駆動トランジスタ、２１  半導体層、３０，３０´，２３０，２３０´，３３０，３３０´  フォトダイオード（受光素子）、３１  Ｎ型半導体層（半導体層）、３２，３２´  Ｐ型半導体層（半導体層）、３７  高抵抗半導体層（半導体層）、４０，４０´  制御トランジスタ、４１，４１´  半導体層、１００，１００´，２００，２００´，３００，３００´  有機ＥＬ装置（電気光学装置）、９００  ディジタルスチルカメラ（電子機器）
【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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