(57)【要約】 【課題】  制御可能な電気特性のＰＩＮダイオードを提供する画像表示システムを提供する。【解決手段】  複数の光センサを有する発光素子を含む画像表示システムであって、各光センサは、Ｎ型ドープ半導体領域、Ｐ型ドープ半導体領域と、その間に形成された真性半導体領域を含むＰＩＮダイオード、及び前記真性半導体領域を覆う絶縁された制御ゲートを含み、前記絶縁された制御ゲートは、飽和電圧下の飽和光電流に対して制御可能な電気特性を有するＰＩＮダイオードを提供するシステム。【選択図】      図２Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光センサを有する発光素子を含む画像表示システムであって、
前記各光センサは、
Ｎ型ドープ半導体領域、Ｐ型ドープ半導体領域と、その間に形成された真性半導体領域を含むＰＩＮダイオード、及び
前記真性半導体領域を覆う絶縁された制御ゲートを含み、
前記絶縁された制御ゲートは、前記ＰＩＮダイオードが飽和電圧下の飽和光電流に対して制御可能な電気特性を提供するように機能するシステム。
【請求項２】
前記発光素子は、複数の発光画素を含むディスプレイ画素アレイを有し、前記発光画素内の前記ＰＩＮダイオードが複数の発光画素に光学的に接続され、前記発光画素から発された光を検出し、光電流を発生する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記絶縁された制御ゲートは、前記ＰＮダイオードに、飽和電圧下の飽和光電流に対してほぼ均一な電気特性を提供するように機能する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記Ｎ型ドープ半導体領域、または前記Ｐ型ドープ半導体領域は、前記真性半導体領域に隣接する低ドープ領域を更に含み、前記絶縁された制御ゲートは、延伸され、前記低ドープ領域の少なくとも一部を覆い、前記真性半導体領域に隣接する低ドープ領域の端は、前記絶縁された制御ゲートの端と並ぶ請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記Ｎ型ドープ半導体領域は、前記真性半導体領域に隣接するＮ型低ドープ領域を更に含み、またはＰ型ドープ半導体領域は、前記真性半導体領域に隣接するＰ型低ドープ領域を更に含む請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示システムに関し、特に、光センサを有する画像表示システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面ディスプレイシステムは、軽量薄型と低消費電力により、例えば、ノートブックとＰＤＡなどの携帯式電子装置に広く用いられている。高品質ディスプレイの需要が増すにつれ、高品質で低価格の平面パネルが求められている。表示システムでは、ＰＩＮダイオード（ｐ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎｄｉｏｄｅ）を用いた光センサは、重要な素子である。よって、光センサの発展は、重要な目標である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、制御可能な電気特性のＰＩＮダイオードを提供する画像表示システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
画像表示システムの実施例は、複数の光センサを有する発光素子を含む。各光センサは、Ｎ＋ドープ半導体領域、Ｐ＋ドープ半導体領域と、その間に形成された真性半導体領域を含むＰＩＮダイオードを含む。絶縁された制御ゲートは、真性半導体領域を覆い、飽和電圧下の飽和光リーク電流に対して制御可能な電気特性を有するＰＩＮダイオードを提供する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の画像表示システムによれば、光センサが絶縁された制御ゲートを有するＰＩＮダイオードを含み、その真性半導体領域を覆い、この絶縁された制御ゲートが飽和電圧下の飽和光リーク電流に対して制御可能で、ほぼ均一な電気特性を有するＰＩＮダイオードを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【実施例】
【０００７】
図１は、光センサの従来のＰＩＮダイオード１０の概略図を表しており、真性領域Ｉは、入射光２０を受けた時に光子を発生する。
【０００８】
一般的に従来のＰＩＮダイオード１０は、低温ポリシリコンプロセス（ＬＴＰＳ）を用いて形成されることができる。従来のＰＩＮダイオードで生じる問題は、同じＬＴＰＳプロセスによって製造されたダイオードが通常、飽和電圧下の飽和光リーク電流（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｐｈｏｔｏ ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）に対して異なる電気特性を有することであるが、これは、出願者の研究によれば、画像表示システムの光強度測定の均一性の問題を生じる。
【０００９】
この問題を改善するために、絶縁された制御ゲートを有するＰＩＮダイオードを含み、その真性半導体領域を覆う光センサが開示される。この絶縁された制御ゲートは、飽和電圧下の飽和光リーク電流に対して制御可能な電気特性を有するＰＩＮダイオードを提供するために用いられる。
【００１０】
本発明の実施例の光センサとその製造方法を下記に説明する。図２Ｃは、ＰＩＮダイオードを含むフォトセンサ１００の実施例の断面図を表している。図２Ａ〜２Ｃは、光センサの製造方法を表している。
【００１１】
図２Ｃを参照下さい。光センサ１００の実施例が提供される。この場合、例えば低温ポリシリコンダイオードのＰＩＮダイオード１６０は、基板１１０上に水平方向に形成され、例えば、高ドープのＮ＋領域１５０、高ドープのＰ＋領域１３０と、その間に形成された真性半導体領域１４０のＮ型ドープの半導体領域を含む。また、真性半導体領域１４０（Ｉ）を覆う絶縁された制御ゲート２００の特性は、飽和電圧下の飽和光リーク電流に対して、制御可能な電気特性のＰＩＮダイオード１６０を提供するように用いられる。絶縁された制御ゲート２００は、ゲート絶縁層１７０を含み、ＰＩＮダイオード１６０と、真性半導体領域１４０に面したゲート絶縁層１７０上に形成された制御ゲート１９０を覆う。いくつかの実施例では、制御ゲート１９０は、長方形または台形である。また、この場合、絶縁された制御ゲート２００は、ＰＩＮダイオードの下にあるボトムゲート、またはＰＩＮダイオードの上にあるトップゲートであることができる。
【００１２】
光センサ１００の形成プロセスの詳細を以下、説明する。図２Ａは、例えばガラス基板などの透明絶縁基板の基板１１０であることができ、その上に半導体層１２０が形成される。半導体層１２０は、ポリシリコンを含むことができる。まず、アモルファスシリコン層が例えば、化学気相堆積などの堆積によって形成される。続いて、エキシマレーザー（ＥＬＡ）で結晶化、またはアニールされて、ポリシリコン層を形成する。このポリシリコン層は、従来のリソグラフィーとエッチングによって定義されることができ、エッチングされて基板１１０上に既定のダイオードパターンを形成する。
【００１３】
図２Ｂを参照下さい。ＰＩＮダイオード１６０は、基板１１０上に水平方向に設置される。このステップでは、半導体層１２０は、異なる領域に異なる不純物でドーピングされ、ＰＩＮダイオードを形成することができる。例えば、ＰＩＮダイオード１６０は、Ｐ＋ドープ領域１３０とＮ＋ドープ領域１５０との間の中間領域１４０を含む半導体ダイオードである。中間領域１４０は、Ｐ＋ドープ領域１３０とＮ＋ドープ領域１５０よりかなり少なくドーピングされる。中間領域１４０はまた、真性領域またはＩ領域とも言われる。
【００１４】
一般的に、Ｐ領域１３０とＮ領域１５０は、高ドープされ、例えばイオン注入と、または拡散によってポリシリコン層などの半導体層に局所的に形成されることができる。真性領域１４０は、その真性導電率を保持するために、これらのドーピングプロセス中にマスクされる。
【００１５】
次に、図２Ｃに示されるように、ＰＩＮダイオード１６０と露出された基板１１０は、ゲート絶縁層１７０で覆われる。ゲート絶縁層１７０は、酸化ケイ素、または窒化ケイ素からなることができる。例えば、金属層、ＩＴＯ層、またはドープされたポリシリコン層などの導電層は、好ましくは、ゲート誘電体層１７０上に形成され、パターン化されて制御ゲートを形成する。１つの例では、制御ゲート１９０の幅は、真性領域１４０の幅とほぼ同じであることができる。よって、上述のドーピングプロセスは、制御ゲート１９０を自己整合（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ）のドーピングプロセスのマスクとして用いることが有利であり得ることから、制御ゲートの形成をした後、行われることができる。
【００１６】
図２Ｄは、ＰＩＮダイオード１６０の変化例を表している。この変化例では、低ドープ領域、例えば、Ｐ型低ドープ領域１４５ａとＮ型低ドープ領域１４５ｂは、Ｐ＋ドープ半導体領域１３０とＮ＋ドープ半導体領域１５０にそれぞれ形成され、両者とも真性領域１４０に隣接する。特に、Ｐ型低ドープ領域１４５ａとＮ型低ドープ領域１４５ｂの端は、真性領域１４０に隣接し、更に制御ゲート１９０の両端１９５と並ぶ。好ましいその他の実施例では、制御ゲート１９０は、延伸され、Ｐ型低ドープ領域１４５ａとＮ型低ドープ領域１４５ｂを完全に覆う、または少なくとも一部を覆うことができ、よって、制御ゲート１９０と真性領域１４０間の不整合（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）の製造公差を増やすことができる。
【００１７】
図３を参照下さい。画像表示システムの実施例に基づいた、その上に金属ゲートを有するＰＩＮダイオードが表されている。１つの例では、低温ポリシリコンプロセスによって形成された、好ましいＰＩＮダイオード３００が同じ低温ポリシリコンプロセスのアクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイ、またはＬＣＤディスプレイに用いられることができる。光センサ用のＰＩＮダイオード３００は、Ｎ＋ドープ半導体領域、Ｐ＋ドープ半導体領域と、その間に形成された真性半導体領域Ｉを含む。また、真性半導体領域Ｉの低い抵抗と固定のチャネル領域３１０は、適当な制御電圧を制御ゲート３９０に提供することで誘発され、固定の伝送の光電流を提供する。よって、この実施例の特徴は、真性半導体領域Ｉを覆い、Ｎ＋ドープ半導体領域とＰ＋ドープ半導体領域を部分的に覆うように延伸した制御金属ゲート３９０が制御電圧下で動作でき、ＰＩＮダイオード３００を飽和電圧下の飽和光リーク電流に対して特定の電気特性内に制限することができる。
【００１８】
図４Ａは、制御ゲートを除く１６個のＰＩＮダイオードの電気特性を表すグラフである。これらのＰＩＮダイオードは、同じＬＴＰＳプロセスを用いて製造され、真性半導体領域Ｉの幅と長さ比は、２０／５である。１６個のＰＩＮダイオードは、約２００、０００ルクス（ｌｕｘ）の白色光で露光される。飽和電圧ＶＰＮ下の飽和光リーク電流ＩＰＮに関する電気特性に基づくと、各ダイオードが異なる電気特性を有することから、１６個のＰＩＮダイオードの飽和光リーク電流は、均一でないことがわかる。
【００１９】
図４Ｂは、制御ゲートを有する１６個のＰＩＮダイオードの電気特性を表すグラフである。これらのＰＩＮダイオードは、同じＬＴＰＳプロセスを用いて製造される。真性半導体領域Ｉの幅と長さ比は、２０／５であり、供給された制御ゲート電圧は、−４Ｖである。１６個のＰＩＮダイオードは、約２００、０００ルクス（ｌｕｘ）の白色光で露光される。飽和電圧ＶＰＮ下の飽和光リーク電流ＩＰＮに関する電気特性に基づくと、ダイオードが均一の電気特性を有することから、１６個のＰＩＮダイオードの飽和光リーク電流は、充分に均一である。
【００２０】
図５に示されるように、表示パネル４１０は、例えばアクティブマトリクスＯＬＥＤ素子、またはアクティブマトリクスＬＣＤ素子などの光センサを有する発光素子４２０を含む。一般的に、発光素子４２０は、発光画素４３０のアレイを有する表示画素アレイ４３２を含む。光センサ４２１は、絶縁された制御ゲートを有するＰＩＮダイオード、例えば図２Ｃと図２Ｄに示されたＰＩＮダイオード１００を含む。ＰＩＮダイオードは、発光画素４３０に光学的に接続され、発光画素４３０から発された光を検出し、光リーク電流を発生する。好ましい実施例では、絶縁された制御ゲートは、それぞれ対応する制御電圧下で動作し、飽和電圧下の飽和光リーク電流に対してほぼ均一な電気特性を有するＰＩＮダイオードを提供する。また、表示パネル４１０は、各種の電子装置（この場合、電子装置４００）の一部を形成することができる。一般的に、電子装置４００は、表示パネル４１０と入力ユニット４５０を含むことができる。また、入力ユニット４５０は、表示パネル４１０に動作可能なように接続され、入力信号（ｅ.ｇ．画像信号）を表示パネル４１０に提供し、画像を表示する。電子装置４００は、例えば、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、ノート型パソコン、デスクトップ型パソコン、テレビ、カーディスプレイ、または携帯型ＤＶＤプレーヤーなどであることができる。
【００２１】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】光センサの従来のＰＩＮダイオードの概略図である。
【図２Ａ】光センサの製造方法の実施例の断面図である。
【図２Ｂ】光センサの製造方法の実施例の断面図である。
【図２Ｃ】光センサの製造方法の実施例の断面図である。
【図２Ｄ】光センサのもう１つの実施例の断面図である。
【図３】画像表示システムの実施例に基づいた、その上に金属ゲートを有するＰＩＮダイオードを表している。
【図４Ａ】制御ゲートを除く１６個のＰＩＮダイオードの電気特性を表すグラフである。
【図４Ｂ】制御ゲートを有する１６個のＰＩＮダイオードの電気特性を表すグラフである。
【図５】画像表示システムの実施例の平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ＰＩＮダイオード
２０  入射光
１００  光センサ
１１０  基板
１２０  半導体層
１３０  Ｐ＋ドープ半導体領域
１４０  真性半導体領域
１４５ａ  Ｐ型低ドープ領域
１４５ｂ  Ｎ型低ドープ領域
１５０  Ｎ＋ドープ半導体領域
１６０  ＰＩＮダイオード
１７０  ゲート絶縁層
１９０  制御ゲート
２００  制御ゲート
３００  ＰＩＮダイオード
３１０  チャネル領域
３９０  制御ゲート
４００  電子装置
４１０  表示パネル
４２０  発光素子
４２１  光センサ
４３０  発光画素
４３２  表示画素アレイ
４５０  入力ユニット
【図１】
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【図２Ａ】
2008193087.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2008193087.tif 000009
【図４Ｂ】
2008193087.tif 000010
【図５】
2008193087.tif 000011