(57)【要約】【課題】  従来、光センサを表示装置に備える場合、別工程で製造された別モジュールを同一筐体に組み込んでいた。しかし、部品点数やコストの削減が図れず、表示装置の小型化、薄型化も進まなかった。【解決手段】  絶縁基板上に設けるＴＦＴで光センサを実現する。ＴＦＴのオフ時に外光が入射することで発生するフォトカレントを検知して光センサとして利用する。ＴＦＴのゲート幅Ｗを大きくすることで、フォトカレントの発生領域を増やし、感度の良い光センサを実現する。また、ガラス基板上に設けるＴＦＴで実現できるので、ＥＬ表示装置と同一基板に作りこむことができる。【選択図】    図１
2005208582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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光センサであって、
前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の１０倍以上の長さであることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記ゲート幅は、５μｍから１００００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
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に光が照射するとフォトカレントが発生することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項４】
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に記載の光センサ。
【請求項５】
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４に記載の光センサ。
【請求項６】
所定の時間毎に前記ゲート電極に電圧を印加して当該光センサを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項７】
薄膜トランジスタを有する画素を複数設けた表示部と、
絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、
前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の１０倍以上の長さであることを特徴とするディスプレイ。
【請求項８】
ＥＬ素子と薄膜トランジスタとから構成される画素を複数設けた表示部と、
絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、
前記光センサのゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の１０倍以上の長さであることを特徴とするディスプレイ。
【請求項９】
前記ＥＬ素子は、少なくとも第１の電極と、第２の電極と、前記第１及び第２の電極に挟まれる発光層とを有することを特徴とする請求項８に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記光センサは、周囲の光を受光して前記表示部の輝度を制御することを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記光センサに対応して設けられた発光素子を更に有し、前記光センサは前記発光素子から光の受光及び遮断を検知することを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記光センサを複数並列に接続し、前記各光センサの総ゲート幅が５μｍから１００００μｍであることを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記光センサは、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どちらか一方の前記半導体層に低濃度不純物領域を設けることを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記薄膜トランジスタは、前記光センサの前記絶縁膜および前記ゲート電極および前記半導体層と、各々同一の膜質からなる絶縁膜、ゲート電極および半導体層を有することを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１５】
一の前記光センサのゲート長に対するゲート幅の割合は、一の前記薄膜トランジスタのゲート長に対するゲート幅の割合よりも大きいことを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１６】
薄膜トランジスタを有する画素を複数設けた表示部と、
絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、
前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長よりも長く、Ｉｏｆｆが１×１０−９Ａ以上であることを特徴とするディスプレイ。
【請求項１７】
前記光センサは前記表示部の周囲に複数配置されることを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１８】
基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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個並列に接続することによって構成される光センサであって、
前記複数の薄膜トランジスタはそれぞれの前記ゲート電極のゲート長が複数の方向に沿って配置されることを特徴とする光センサ。
【請求項１９】
前記ゲート電極はゲート長の方向が直交するように配置されることを特徴とする請求項１８に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサおよびディスプレイに係り、特に薄膜トランジスタを用いた光センサおよび光センサと表示部を同一基板上に有するディスプレイに関する。
【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、例えば光を遮断することにより入力座標を検知する光学式タッチパネルや、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、光センサが組み込まれているものが多い。
【０００３】
例えば、図７（Ａ）には光学式タッチパネルの一例を示す。光学式タッチパネル３０１は、表示面３０２の外周に、赤外線等を発光する発光器３０３および、受光する受光器３０４を配置している。このような光学式タッチパネルは、発光器３０３が発する赤外線光を座標入力しようとしている指等で遮断することにより、受光器３０４に赤外線光が到達しない点を入力座標として検知するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、図７（Ｂ）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。この光センサとしては例えばＣｄｓセルの光電変換素子３０６が用いられている（例えば特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−３５４０２公報（第２−３ページ、第２図）
【特許文献２】特開平６−１１７１３公報（第３ページ、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のフラットパネルディスプレイにおいては、一般的にディスプレイ部と、光センサとは、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、これらのモジュール部品を同一の筐体にアセンブリすることにより完成品を製造していた。このため、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】
特に、現在では例えば携帯電話、ＰＤＡなどのモバイル端末の普及が目覚しく、これにより、ディスプレイデバイスは更なる小型化、軽量化、薄型化が要求されている。つまりこのようなディスプレイデバイスに用いる光センサについても、小型化または部品点数を削減し、安価に提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされ、第１に、基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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光センサであって、前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の１０倍以上の長さとすることにより解決するものである。
【０００８】
また、前記ゲート幅は、５μｍから１００００μｍであることを特徴とするものである。
【０００９】
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に光が照射するとフォトカレントが発生することを特徴とするものである。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、所定の時間毎に前記ゲート電極に電圧を印加して当該光センサを駆動させることを特徴とするものである。
【００１３】
第２に、薄膜トランジスタを有する画素を複数設けた表示部と、絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の１０倍以上の長さとすることにより解決するものである。
【００１４】
第３に、ＥＬ素子と薄膜トランジスタとから構成される画素を複数設けた表示部と、絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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する光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、前記光センサのゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長の１０倍以上の長さとすることにより解決するものである。
【００１５】
また、前記ＥＬ素子は、少なくとも第１の電極と、第２の電極と、前記第１及び第２の電極に挟まれる発光層とを有することにより解決するものである。
【００１６】
また、前記光センサは、周囲の光を受光して前記表示部の輝度を制御することにより解決するものである。
【００１７】
また、前記光センサに対応して設けられた発光素子を更に有し、前記光センサは前記発光素子から光の受光及び遮断を検知することを特徴とするものである。
【００１８】
また、前記光センサを複数並列に接続し、前記各光センサの総ゲート幅が５μｍから１００００μｍであることを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記光センサは、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どちらか一方の前記半導体層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。
【００２０】
また、前記薄膜トランジスタは、前記光センサの前記絶縁膜および前記ゲート電極および前記半導体層と、各々同一の膜質からなる絶縁膜、ゲート電極および半導体層を有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、一の前記光センサのゲート長に対するゲート幅の割合は、一の前記薄膜トランジスタのゲート長に対するゲート幅の割合よりも大きいことを特徴とするものである。
【００２２】
第４に、薄膜トランジスタを有する画素を複数設けた表示部と、絶縁性基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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光センサとを、単一の絶縁性基板上に設けたディスプレイであって、前記ゲート電極のゲート幅は該ゲート電極のゲート長よりも長く、Ｉｏｆｆを１×１０−９Ａ以上にすることにより解決するものである。
【００２３】
また、前記光センサは前記表示部の周囲に複数配置されることを特徴とするものである。
【００２４】
第５に、基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極と絶縁膜を介して設けられた半導体層と、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個並列に接続することによって構成される光センサであって、前記複数の薄膜トランジスタはそれぞれの前記ゲート電極のゲート長が複数の方向に沿って配置されることにより解決するものである。
【００２５】
また、前記ゲート電極はゲート長の方向が直交するように配置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＴＦＴのオフ時に外光が入射することで発生するフォトカレントを検知して光センサとして利用することで、絶縁基板上に形成するＴＦＴで、高性能の光センサを実現できる。ＴＦＴのゲート幅Ｗを大きくすることで、フォトカレントの発生領域を増やし、感度の良い光センサが得られる。ゲート幅Ｗはパターンの変更のみで大きくすることができるので、感度の良い光センサを別途工数を増やすことなく実現できる。また、光センサの半導体層のＩｏｆｆの取り出し側をＬＤＤ構造にすることにより、リーク特性を安定させることができる。
【００２７】
さらに、本実施形態の光センサはＴＦＴであるので、ゲート電極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光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ことで光センサをリフレッシュさせ、光センサとしてのＴＦＴ特性を安定させることができる。
【００２８】
また、光センサ１００と表示部を同一基板上に設けたディスプレイを提供できる。光センサ１００は表示部２００が受ける光量と同等の光量を感知することができるので、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よう、周囲の光量に応じて自動的に輝度を調節できる。これにより視認性を高めつつも節電することができる。従って、例えばＥＬ素子などの自発光素子を用いたディスプレイにおいては、その発光素子の寿命を長くすることができる。
【００２９】
尚、光センサを組み込んだディスプレイでは、光センサのゲート幅／ゲート長を画素内の第１のＴＦＴまたは第２のＴＦＴのゲート幅／ゲート長よりも大きく、より好ましくは、画素内の第１及び第２のＴＦＴのゲート幅／ゲート長よりも大きくすることにより、高機能・高性能なディスプレイが得られる。
【００３０】
また、光センサを組み込んだディスプレイの小型化、薄型化に寄与できる。光センサの各構成要素は、有機ＥＬ素子を用いたディスプレイデバイスのＴＦＴと同一工程において、同一膜質で形成できるため、表示部と光センサを同一基板に設けても製造工程の簡素化と部品点数の削減が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態を図１から図６を参照して詳細に説明する。まず、図１から図３には第１の実施の形態を示す。
【００３２】
第１の実施形態に示す光センサは、ゲート電極と、絶縁膜と、半導体層とから構成される薄膜トランジスタ（Thin  Film  Transistor：以下ＴＦＴと称する）である。
【００３３】
図１（Ａ）に示すように、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。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。光センサ１００により増幅された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。
【００３６】
図１（Ｂ）に光センサ１００となるＴＦＴ（半導体層１３およびゲート電極１１）の平面図を示す。ＴＦＴのゲート電極１１は、半導体層１３に対して直交するように配置される。このとき、ゲート電極１１のゲート幅Ｗは、ゲート長Ｌより大幅に長くする。ゲート長Ｌは０．５μｍ以上、ゲート幅Ｗは５μｍ以上であれば光センサとして動作可能である。具体的には、ゲート長Ｌが５μｍ〜１５μｍ程度で、ゲート幅Ｗは５〜１００００μｍ程度が望ましい。尚、ゲート幅Ｗとは図の如くゲート電極１１と半導体層１３とが重畳する部分の幅である。ゲート長Ｌとゲート幅Ｗの比は１０倍以上にすることが望ましい。
【００３７】
図１（Ｃ）は半導体層１３の、チャネル１３ｃとソース１３ｓ（またはドレイン１３ｄ）の接合領域付近のエネルギーバンド図を３次元的に示した模式図である。
【００３８】
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の境界近傍に接合領域Ｊが発生する。接合領域Ｊとは、図１（Ａ）（Ｂ）の破線で示すようにチャネル１３ｃに隣接するソース１３ｓ（またはドレイン１３ｄ）の境界部近傍の領域をいう。実質的に真性なチャネル１３ｃと、所定の不純物濃度を有するソース１３ｓの接合面の近傍には両者の不純物濃度差によって図１（Ｃ）のごとく、エネルギーバンドが遷移する領域が発生する。また接合面（境界部）周囲の不純物濃度はチャネル１３ｃおよびソース１３ｓの中間的な範囲となると考えることができる。本実施形態ではこのようような境界部近傍の領域を接合領域Ｊと称する。
【００３９】
接合領域Ｊでは電子−正孔対が電場のために引き分けられて光起電力が生じ、フォトカレントが得られる。本実施形態ではこのようなフォトカレントの増加を光センサとして利用するものであり、このオフ時に得られるフォトカレントを以下Ｉｏｆｆと称する。Ｉｏｆｆが大きければ光センサとしての感度がよいことになる。
【００４０】
光の入射により電子−正孔対が発生するのは、図のハッチングで示したソース１３ｓとチャネル１３ｃとの接合領域Ｊである。つまり、この接合領域Ｊを大きく確保すれば、より大きなＩｏｆｆを得ることができる。本実施形態では、接合領域Ｊに直接寄与するゲート幅Ｗを広げることにより接合領域Ｊの面積を大きく確保し、感度のよい光センサを実現するものである。
【００４１】
図２には、光センサ１００となるＴＦＴのＶｇ−Ｉｄカーブを示す。図２（Ａ）は、ゲート幅Ｗが６００μｍのものであり、図２（Ｂ）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、ドレイン電圧Ｖｄ＝１０Ｖ、ソース電圧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。
【００４２】
図ではゲート電圧Vｇ＝０Ｖ〜−１Ｖ以下でオフ状態となり、ゲート電圧Ｖｇが閾値を超えるとＴＦＴがオン状態となりドレイン電流Ｉｄが増加する。例えばＴＦＴが完全にオフ状態のゲート電圧Ｖｇ＝−３Ｖ付近に着目すると、図２（Ａ）の場合、入射光のない場合に１×１０−１２Ａ程度であるＩｏｆｆが、光が当たることにより１×１０−９Ａ程度まで増加する。
【００４３】
一方、図２（Ｂ）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。図２（Ｂ）の場合、Ｉｏｆｆとして検知はできるが、このレベルのオーダーになると、ごく微小であるためＩｏｆｆとしてのフィードバックが困難となり、光センサとして機能しない可能性がある。従って、Ｉｏｆｆが１×１０−９Ａ以上となるように設計することが好ましい。
【００４４】
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、また、微量な外光であっても大きなＩｏｆｆを得ることができる。
【００４５】
また、半導体層１３は、フォトカレントの取り出し側に低濃度不純物領域を設けると良く、図３に、そのエネルギーバンド図を３次元的に表した模式図を示す。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
ＬＤＤ構造にすると、チャネル１３ｃとソース１３ｓ間の中間的な不純物濃度の領域が広がることになる。すなわちハッチングで示す接合領域Ｊがソース１３ｓ側に広がり、エネルギーバンドの傾斜がなだらかになることを意味する。
【００４９】
ゲート幅Ｗが同等の場合傾斜がなだらかな方が、フォトカレントの発生に寄与する接合領域Ｊをゲート長Ｌ方向に増加させることができる。つまり接合領域Ｊ中の不純物の原子数を増加させることができ、フォトカレントが発生しやすくなる。
【００５０】
図３（Ｂ）には、ＬＤＤ構造の有無を比較した場合を示す。図は、ＬＤＤ構造を設けないサンプルＡと、幅１．４μｍのＬＤＤ構造を有するサンプルＢについて調査した入射光に対するドレイン電流Ｉｄの変化の割合を表すＩｇｒａｄの値を示す。尚、図のＩｇｒａｄ（ａｖｅ）とは、白、赤、青、緑の光源の各Ｉｇｒａｄの平均である。ここで、サンプルＡとサンプルＢはゲート幅（Ｗ）は同じであるが、ゲート長（Ｌ）が異なる。
しかし、ゲート長は５μｍ以上の場合、ゲート長Ｌが異なることによるＩｏｆｆの差はほとんどなく、比較に影響はない。
【００５１】
これによると、ＬＤＤ構造を有しないサンプルＡではＩｇｒａｄ（ａｖｅ）が１．３５７９であったのに比べ、ＬＤＤ構造を有するサンプルＢではＩｇｒａｄ（ａｖｅ）が２．０５となっている。このように、ＬＤＤ構造にすることにより微量な光でより大きなＩｏｆｆを得られることが分かる。また、例えば図２（Ａ）及び（Ｂ）の波線で示されるように、ＬＤＤ構造でない場合はオフ時のＶｇ−Ｉｄ特性が不安定であるが、これをＬＤＤ構造にすることによりこれが安定化されるため、すなわちリーク特性が安定するため、各電圧設定のマージンができ、光センサとして利用しやすくなる。
【００５２】
上述の光センサは、ＴＦＴであるので、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光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ことで光センサをリフレッシュさせ、光センサとしてのＴＦＴ特性を安定させることができる。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、光センサには不適当である。
【００５３】
以上、いわゆるトップゲート型ＴＦＴについて説明したが、ゲート電極、ゲート絶縁膜および半導体層の積層順を逆にしたボトムゲート型ＴＦＴであっても同様である。
【００５４】
次に、図４を用いて、第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、表示部と上記の光センサとを同一基板上に配置したディスプレイ２３０である。
【００５５】
図４（Ａ）には、ディスプレイ２３０の平面図を示す。表示部２００は、有機ＥＬ素子と薄膜トランジスタとから構成される画素を複数マトリクス状に配置したものである。この表示部の周囲（例えば４隅）に、上記の光センサ１００を配置する。光センサ１００は、周囲の光を受光して表示部２００の輝度を制御する。
【００５６】
光センサ１００は各コーナーに複数配置すると良い。ＴＦＴ（光センサ１００）を複数設けることで、光センサとしての冗長性、受光の平均化性を持たせることができる。このように光センサ１００を複数配置する場合には、それぞれ並列に接続し、ゲート幅Ｗはトータルで１００μｍ程度にすれば良い。また、周囲に配置できる領域は限られるため、ゲート幅Ｗを蛇行させるなど、パターンを工夫すると良い。
【００５７】
光センサ１００と表示部２００は、同一絶縁性基板１０上に設けられるため、光センサ１００は表示部２００と同等の光量を感知することができる。光センサ１００は表示部２００にあたる光量を感知して電流に変換し、表示部２００の輝度を調節する例えばコントローラを制御する。コントローラは、光センサ１００からの電流量に応じて室内が明るい場合又は屋外では表示部が明るく、また周囲が暗い場合にはそれに応じた明るさにする。すなわち、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、例えばＥＬ素子などの自発光素子を用いたディスプレイにおいては、その発光素子の寿命を長くすることができる。
【００５８】
図４（Ｂ）は図４（Ａ）の表示部の１表示画素を示す平面図であり、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ線（画素部分は図４（Ｂ）のＡ’−Ａ’線）の断面図を示す。但し、光センサ部分は簡略化のため、１つのセンサの断面図のみ示した。
【００５９】
図４（Ｂ）に示すように、ゲート信号線１５１とドレイン信号線１５２とに囲まれた領域に表示画素が形成されている。両信号線の交点付近にはスイッチング素子である第１のＴＦＴ２１０が備えられており、その第１のＴＦＴ２１０のソース１１３ｓは後述の保持容量電極１５４と容量１７０をなす容量電極１５５を兼ねるとともに、有機ＥＬ素子を駆動する第２のＴＦＴ２２０のゲート１４１に接続されている。第２のＴＦＴ２２０のソース１４３ｓは有機ＥＬ素子の陽極１６１に接続され、他方のドレイン１４３ｄは有機ＥＬ素子を駆動する駆動電源線１５３に接続されている。
【００６０】
また、ＴＦＴの付近には、ゲート信号線１５１と並行に保持容量電極１５４が配置されている。この保持容量電極１５４はクロム等から成っており、ゲート絶縁膜１２を介して第１のＴＦＴ２１０のソース１１３ｓと接続された容量電極１５５との間で電荷を蓄積して容量を成している。この保持容量１７０は、第２のＴＦＴ２２０のゲート１４１に印加される電圧を保持するために設けられている。
【００６１】
図４（Ｃ）を用いて、スイッチング用のＴＦＴである第１のＴＦＴ２１０、駆動用ＴＦＴである第２のＴＦＴ２２０および光センサ１００について説明する。
【００６２】
尚、第１のＴＦＴ２１０および第２のＴＦＴ２２０の構造は、図１（Ａ）に示した第１の実施形態のＴＦＴとほぼ同様であり、重複部分についての詳細な説明は省略する。
【００６３】
第１のＴＦＴ２１０は、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１４を設ける。その上層にｐ−Ｓｉ膜からなる半導体層１１３を形成する。半導体層１１３には、真性又は実質真性となるチャネル１１３ｃが設けられ、チャネル１１３ｃの両側には低濃度領域１１３ＬＤとその外側に高濃度領域のｎ型のソース１１３ｓ及びドレイン１１３ｄが設けられて、いわゆるＬＤＤ構造を有している。
【００６４】
半導体層１１３上にはゲート絶縁膜１２を設け、その上層に高融点金属からなるゲート電極１１１を兼ねたゲート信号線１５１および保持容量電極線１５４を設ける。
【００６５】
ゲート絶縁膜１２、ゲート電極１１１、ゲート信号線１５１及び保持容量電極線１５４上の全面には層間絶縁膜１５を積層し、ゲート絶縁膜１２および層間絶縁膜１５のドレイン１１３ｄに対応して設けたコンタクトホールに金属を充填して、ドレイン信号線１５２を兼ねたドレイン電極１１６を設ける。なお、ソース１１３ｓは延在されて保持容量１７０を構成する。
【００６６】
更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜１７が設けられる。
【００６７】
第２のＴＦＴ２２０は、同じ絶縁性基板１０およびバッファ層１４上に、半導体層１４３を設ける。半導体層１４３には、真性又は実質的に真性であるチャネル１４３ｃと、このチャネル１４３ｃの両側にイオンドーピングを施してソース１４３ｓ及びドレイン１４３ｄが設けられている。
【００６８】
半導体層１４３上にゲート絶縁膜１２および高融点金属からなるゲート電極１４１を順に積層・形成する。
【００６９】
そして、第１のＴＦＴ２１０と同様に層間絶縁膜１５を形成し、ドレイン１４３ｄに対応して設けたコンタクトホールに金属を充填して駆動電源に接続された駆動電源線１５３を配置する。また、ソース１４３ｄに対応して設けたコンタクトホールにソース電極１５８を設ける。更に全面に平坦化絶縁膜１７を形成して、その平坦化絶縁膜１７及び層間絶縁膜１５のソース電極１５８に対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース電極１５８とコンタクトしたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から成る有機ＥＬ素子の第１電極（陽極）１６１を平坦化絶縁膜１７上に設ける。
【００７０】
有機ＥＬ層１６５は、陽極１６１上に、ホール輸送層１６２、発光層１６３及び電子輸送層１６４をこの順に積層したものである。更に、マグネシウム・インジウム合金から成る第２電極（陰極）１６６が積層形成される。この陰極１６６は、図４（Ｂ）に示した有機ＥＬ表示装置を形成する基板１０の全面、または表示部２００の全面に設けられる。
【００７１】
また有機ＥＬ素子は、陽極から注入されたホールと、陰極から注入された電子とが発光層の内部で再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介して外部へ放出されて発光する。
【００７２】
光センサ１００となるＴＦＴの詳細構造も、図１（Ａ）に示したものと同じであるので、詳細な説明は省略するが、光センサ１００のバッファ層１４、半導体層１３、絶縁膜１２、ゲート電極１１および層間絶縁膜１５、平坦化絶縁膜１７は、表示部２００を構成する２つのＴＦＴ２１０、２２０のバッファ層１４、半導体層１１３、１４３、ゲート絶縁膜１２、ゲート電極１１１、１４１、および層間絶縁膜１５、平坦化絶縁膜１７と、同一工程において形成される同一膜質の膜である。つまり、表示部の製造工程において光センサを同一基板に同時に形成することができ、表示部の構成要素と同じもので実現できるため、製造工程の簡素化と部品点数の削減に大きく寄与できるものである。
【００７３】
また、光センサ１００の半導体層１３の膜厚は表示部のＴＦＴと同じ膜厚で、パターンの変更のみでゲート幅Ｗを大きくしている。このとき、光センサ１００のゲート長に対するゲート幅の割合（ゲート幅／ゲート長）を画素内の第１のＴＦＴまたは第２のＴＦＴのゲート幅／ゲート長よりも大きくすることが好ましい。より好ましくは、画素内の第１及び第２のＴＦＴのゲート幅／ゲート長よりも大きくする。これにより、高機能・高性能なディスプレイが得られる。尚、表示部２００には、不図示の遮光膜が設けられるが、光センサ１００上には設けないことが望ましく、これにより外光をより多く入射させることができる。
【００７４】
更に、図５を用い、第３の実施形態を示す。本実施形態も光センサを同一基板に組み込んだディスプレイであり、表示部に指又はペンを接触させることでその入力座標を取得する、いわゆるタッチパネル２５０である。
【００７５】
図５（Ａ）はタッチパネル２５０の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図の如く表示部２００の周囲に発光素子２４０と、光センサ１００を配置する。表示部２００は、第２の実施形態の表示部と同様であるので、説明は省略する。発光素子２４０は、表示部２００を構成する画素と同じ構造であり、表示部２００周囲の２辺に沿って一定間隔で複数設けられる。
【００７６】
また、光センサ１００は発光素子２４０と対をなして一定間隔で表示部の他の２辺に沿って配置され、図１に示すＴＦＴと同じ構造である。更に、発光素子は基板から上方に発光するため、発光素子２４０の光が表示部２００上部を通り光センサ１００に到達するように、鏡などの反射材２６０が同一基板１０上に設けられる。
【００７７】
入力座標の検出の方法の一例を説明すると、発光素子２４０のうち、一方の辺に配置された発光素子２４０が最初に素子毎に順次発光し、次に他方の辺に配置された発光素子２４０が素子毎に順次発光する。この発光は表示部２００の上部に何もなければ常に光センサ１００で受光されるが、指や入力ペンなどで、表示部２００の所定の位置に触れると、特定の発光素子２４０の発光が遮断され、その発光が特定の光センサ１００で受光されなくなる。この発光素子２４０の発光タイミングと光センサ１００の出力から、発光が遮断された領域を２次元的に感知し、入力座標を検出する。
【００７８】
この場合も光センサ１００は表示部の２辺に沿って、複数配置されるが、１つの光センサを分割して並列に接続し、トータルのゲート幅Ｗが１００μｍとなるようにする。この場合、例えば、ゲート幅Ｗとゲート長Ｌの長さが１０倍程度異なり、１つのＴＦＴの外形はほぼ矩形となることから、図５（Ｃ）の如く、ＴＦＴを９０度回転させてその向きを交互に配置しても良い。ＴＦＴを複数設けることで、光センサとしての冗長性、受光の平均化性を持たせることができる。
【００７９】
尚、このように発光素子からの光を受光する場合には、発光側は青を発光させると良い。光源の輝度とＩｏｆｆの関係を示した図６からも明らかなように、青は図中の線の傾きが大きいため、微量な光であっても大きなＩｏｆｆを得ることができる
上記の如く、本実施形態のディスプレイは、感度の良い光センサおよびその光センサをフラットパネルディスプレイと同一基板上に設けるものである。従って、第２および第３の実施例に示した構造に限らず、同一基板上に表示部と光センサとを作りこむ構造であれば適用できるので、表示部は有機ＥＬ素子を用いるものに限らず、無機ＥＬ素子、液晶表示素子、プラズマ表示素子等を用いるものであっても良い。
【００８０】
また、第２の実施例においては発光素子からの光が絶縁性基板１０を介して出力されるボトムエミッション型について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発光素子からの光が絶縁性基板１０とは逆方向に出力されるトップエミッション型でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施形態の光センサを説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）概要図である。
【図２】本発明の光センサのＶｇ−Ｉｄの関係を示す特性図である。
【図３】本発明のＬＤＤ構造を有する光センサを説明するための（Ａ）概要図、（Ｂ）特性図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のディスプレイを説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態のディスプレイを説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）回路概要図である。
【図６】本発明の光源とＩｏｆｆの関係を示す特性図である。
【図７】従来技術を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０    絶縁性基板
１１、１１１、１４１    ゲート電極
１２    ゲート絶縁膜
１３、１１３、１４３    半導体層
１３ｃ、１１３ｃ、１４３ｃ  チャネル
１３ｄ、１１３ｄ、１４３ｄ  ドレイン
１３ｓ、１１３ｓ、１４３ｓ  ソース
１３ＬＤ、１１３ＬＤ  低濃度不純物領域
１４    バッファ層
１５    層間絶縁膜
１６    ドレイン電極
１８    ソース電極
１００  光センサ
１５１  ゲート信号線
１５２  ドレイン信号線
１５３  駆動電源線  
１５４  保持容量電極
１５５  容量電極
１５８  ソース電極
１６１  陽極
１６２  ホール輸送層
１６３  発光層
１６４  電子輸送層
１６５  有機ＥＬ層
１６６  陰極
１７０  保持容量
２００  表示部
２１０  第１のＴＦＴ
２２０  第２のＴＦＴ
２３０  ディスプレイ
２４０  発光素子
２５０  タッチパネル
２６０  反射材
３０２  表示面
３０３  発光器
３０４  受光器
３０５  液層ディスプレイ
３０６  光センサ
Ｗ      ゲート幅
Ｌ      ゲート長
【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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