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WO2011152307A1 - タッチセンサ付き表示装置 - Google Patents

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Publication number
WO2011152307A1
WO2011152307A1 PCT/JP2011/062204 JP2011062204W WO2011152307A1 WO 2011152307 A1 WO2011152307 A1 WO 2011152307A1 JP 2011062204 W JP2011062204 W JP 2011062204W WO 2011152307 A1 WO2011152307 A1 WO 2011152307A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wiring
display device
insulating film
detection element
source
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/062204
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
川崎 達也
広西 相地
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Priority to US13/700,818 priority Critical patent/US8810762B2/en
Publication of WO2011152307A1 publication Critical patent/WO2011152307A1/ja

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    • H10H29/10Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00
    • H10H29/14Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00 comprising multiple light-emitting semiconductor components
    • H10H29/142Two-dimensional arrangements, e.g. asymmetric LED layout

Definitions

  • the present invention relates to a display device having a light detection element in a pixel.
  • a display device with an image capturing function that can capture an image of an object close to a display by providing a photodetection element such as a photodiode in a pixel has been proposed.
  • Such a display device with an image capturing function is assumed to be used as a display device for bidirectional communication or a display device with a touch panel function.
  • a photodiode is simultaneously used. Create in the pixel.
  • a conventional display device with an image capturing function is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-135185.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of the optical sensor element disclosed in the patent document.
  • a first control electrode G1 made of a light reflective material such as aluminum is wired on a substrate 91, and this is arranged.
  • a gate insulating film 95 is provided in a covering state.
  • a semiconductor layer 97 made of polysilicon, an oxide semiconductor, or the like is formed in a pattern across the first control electrode G1.
  • the semiconductor layer 97 is provided with a p-type region 97p and an n-type region 97n with the light receiving portion (i-type region) 97i interposed therebetween.
  • an interlayer insulating film 99 made of a light transmissive material is provided so as to cover the semiconductor layer 97, and each of the interlayer insulating films 99 connected to the p-type region 97p and the n-type region 97n via connection holes.
  • a wiring 101 is provided.
  • a planarization insulating film 103 made of a light transmissive material is provided on the interlayer insulating film 99 so as to cover these wirings 101.
  • the planarization insulating film 103 is provided with an opening window 103a having a wide opening on the light receiving portion 97i and having the interlayer insulating film 99 as a bottom surface.
  • a second control electrode G2 is provided on the planarization insulating film 103.
  • the second control electrode G2 is disposed opposite to the light receiving portion 97i via the interlayer insulating film 99 at the bottom of the opening window 103a.
  • the first control electrode G1 and the second control electrode G2 are arranged on both side surfaces of the semiconductor layer 97 with the i-type region 97i interposed therebetween via the gate insulating film 95 and the interlayer insulating film 99, respectively. It is in a state.
  • the first control electrode G1 and the second control electrode G2 are electrically wired independently.
  • the present invention is a display device having a light detection element in a pixel, and in particular, an opening formed in an insulating film above the light detection element and a transparent formed in the opening.
  • An object of the present invention is to realize a configuration in which leak defects are unlikely to occur between the transparent electrode and other wirings.
  • a display device disclosed herein is provided in an active matrix substrate in which first wirings and second wirings are formed in a matrix, and in a pixel region of the active matrix substrate.
  • a display apparatus provided with the photon detection element in the pixel area
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a configuration of one pixel in the display device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of an optical sensor portion in the display device according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of the photosensor portion in the display device according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of the photosensor portion in the display device according to the present embodiment.
  • 9 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional photosensor element.
  • a display device includes an active matrix substrate in which a first wiring and a second wiring are formed in a matrix, a light detection element provided in a pixel region of the active matrix substrate, A first insulating film formed between the first wiring and the second wiring; a second insulating film provided on an upper layer of the first insulating film; and above the light detection element A transparent electrode formed so as to enter the through-hole formed in the second insulating film, and the first wiring has a discontinuous portion at a position adjacent to the light detection element, Both ends of the discontinuous portion are electrically connected by an auxiliary wiring provided in the same layer as the other of the second wiring.
  • the discontinuous portion of the first wiring is formed at a location adjacent to the photodetecting element, thereby forming the constituent member. And a leakage failure between the first wiring and the first wiring can be avoided. Further, both ends of the discontinuous portion are electrically connected by an auxiliary wiring provided in the same layer as the other of the second wiring, so that the conduction of the first wiring can be maintained.
  • the first wiring is a source wiring and the second wiring is a gate wiring.
  • the first wiring may be a gate wiring and the second wiring may be a source wiring.
  • the first wiring may be a sensor driving wiring that supplies a signal to the photodetecting element
  • the second wiring may be a source wiring.
  • the sensor drive wiring is, for example, a reset wiring for supplying a reset signal to the light detection element, a read wiring for supplying a read signal to the light detection element, or a power supply wiring for supplying a constant potential signal to the light detection element. is there.
  • the width of the auxiliary wiring is larger than the width of the first wiring. This is because the wiring resistance at the discontinuous portion can be reduced.
  • the display device is, for example, a liquid crystal display device further including a counter substrate facing the active matrix substrate and a liquid crystal sandwiched between the active matrix substrate and the counter substrate. Can do.
  • the display device according to the present invention is implemented as a liquid crystal display device.
  • the display device according to the present invention is not limited to the liquid crystal display device, and is an active matrix.
  • the present invention can be applied to any display device using a substrate.
  • the display device according to the present invention has an image capturing function, thereby detecting an object close to the screen and performing an input operation, or for bidirectional communication including a display function and an imaging function. Use as a display device or the like is assumed.
  • each drawing referred to below shows only the main members necessary for explaining the present invention in a simplified manner among the constituent members of the embodiment of the present invention for convenience of explanation. Therefore, the display device according to the present invention can include arbitrary constituent members that are not shown in the drawings referred to in this specification. Moreover, the dimension of the member in each figure does not represent the dimension of an actual structural member, the dimension ratio of each member, etc. faithfully.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an active matrix substrate 100 provided in a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
  • an active matrix substrate 100 includes a pixel region 1, a display gate driver 2, a display source driver 3, a sensor column driver 4, a sensor row driver 5, and a buffer amplifier 6 on a glass substrate.
  • FPC connector 7 is provided at least.
  • a signal processing circuit 8 for processing an image signal captured by a light detection element (described later) in the pixel region 1 is connected to the active matrix substrate 100 via the FPC connector 7 and the FPC 9. .
  • the above-described constituent members on the active matrix substrate 100 can be formed monolithically on the glass substrate by a semiconductor process. Or it is good also as a structure which mounted the amplifier and drivers among said structural members on the glass substrate by COG (Chip On Glass) technique etc., for example. Alternatively, it is conceivable that at least a part of the constituent members shown on the active matrix substrate 100 in FIG. 1 is mounted on the FPC 9.
  • the active matrix substrate 100 is bonded to a counter substrate (not shown) having a counter electrode formed on the entire surface, and a liquid crystal material is sealed in the gap.
  • the pixel area 1 is an area where a plurality of pixels are formed in order to display an image.
  • an optical sensor for capturing an image is provided in each pixel in the pixel region 1.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing the arrangement of pixels and photosensors in the pixel region 1 of the active matrix substrate 100.
  • one pixel is formed by picture elements of three colors R (red), G (green), and B (blue) (also referred to as “sub-pixels”), and is composed of these three picture elements.
  • One photosensor is provided in one pixel.
  • the pixel region 1 includes pixels arranged in a matrix of M rows ⁇ N columns and photosensors arranged in a matrix of M rows ⁇ N columns. As described above, the number of picture elements is M ⁇ 3N.
  • the pixel region 1 has gate lines GL and source lines COL arranged in a matrix as wiring for the pixels.
  • the gate line GL is connected to the display gate driver 2.
  • the source line COL is connected to the display source driver 3.
  • the gate lines GL are provided in M rows in the pixel region 1.
  • three source lines COL are provided for each pixel in order to supply image data to the three picture elements in one pixel.
  • a thin film transistor (TFT) M1 is provided as a pixel switching element at the intersection of the gate line GL and the source line COL.
  • the thin film transistor M1 provided in each of the red, green, and blue picture elements is denoted as M1r, M1g, and M1b.
  • the thin film transistor M1 has a gate electrode connected to the gate line GL, a source electrode connected to the source line COL, and a drain electrode connected to a pixel electrode (not shown).
  • a liquid crystal capacitor LC is formed between the drain electrode of the thin film transistor M1 and the counter electrode (VCOM).
  • an auxiliary capacitor LS is formed between the drain electrode and the TFTCOM.
  • the pixel driven by the thin film transistor M1r connected to the intersection of one gate line GLi and one source line COLrj is provided with a red color filter corresponding to this pixel.
  • red image data is supplied from the display source driver 3 via the source line COLrj, it functions as a red picture element.
  • the pixel driven by the thin film transistor M1g connected to the intersection of the gate line GLi and the source line COLgj is provided with a green color filter so as to correspond to the picture element, and the display source is connected via the source line COLgj.
  • green image data is supplied from the driver 3, it functions as a green picture element.
  • the picture element driven by the thin film transistor M1b connected to the intersection of the gate line GLi and the source line COLbj is provided with a blue color filter so as to correspond to the picture element, and the display source is connected via the source line COLbj.
  • blue image data is supplied from the driver 3, it functions as a blue picture element.
  • one photosensor is provided for each pixel (three picture elements) in the pixel region 1.
  • the arrangement ratio of the pixels and the photosensors is not limited to this example and is arbitrary.
  • one photosensor may be arranged for each picture element, or one photosensor may be arranged for a plurality of pixels.
  • the optical sensor includes a photodiode D1 as a light detection element, a capacitor C1, and a transistor M2.
  • the source line COLr also serves as the wiring VDD for supplying the constant voltage V DD from the sensor column driver 4 to the photosensor.
  • the source line COLg also serves as the sensor output wiring OUT.
  • a wiring RST for supplying a reset signal is connected to the anode of the photodiode D1.
  • One of the electrodes of the capacitor C1 and the gate of the transistor M2 are connected to the cathode of the photodiode D1.
  • the drain of the transistor M2 is connected to the wiring VDD, and the source is connected to the wiring OUT.
  • the connection point between the cathode of the photodiode D1, one of the electrodes of the capacitor C1, and the gate of the transistor M2 is denoted as INT.
  • the other electrode of the capacitor C1 is connected to a wiring RWS for supplying a read signal.
  • the sensor row driver 5 sequentially selects a set of wirings RSTi and RWSi shown in FIG. 2 at a predetermined time interval t row . As a result, the rows of photosensors from which signal charges are to be read out in the pixel region 1 are sequentially selected.
  • the end of the wiring OUT is connected to the drain of the insulated gate field effect transistor M3. Further, the output wiring SOUT is connected to the drain of the transistor M3, and the potential V SOUT of the drain of the transistor M3 is output to the sensor column driver 4 as an output signal from the photosensor.
  • the source of the transistor M3 is connected to the wiring VSS.
  • the gate of the transistor M3 is connected to a reference voltage power supply (not shown) via the reference voltage wiring VB.
  • the configuration in which the sensor column driver 4 is provided separately from the display source driver 3 is illustrated.
  • the display source driver 3 may be configured to also function as the sensor column driver 4.
  • FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of an optical sensor portion in the display device according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG.
  • the optical sensor according to the present embodiment includes a light shielding film 12 on the surface of a glass substrate 11.
  • the light shielding film 12 is formed of, for example, a molybdenum thin film, and prevents direct light from the backlight from entering the light receiving portion of the photodiode D1.
  • a base coat insulating film 13 is formed on the glass substrate 11 and the light shielding film 12.
  • the semiconductor layer 14 constituting the photodiode D1 is formed in an island shape on the base coat insulating film 13.
  • the semiconductor layer 14 can be formed of, for example, continuous grain boundary crystalline silicon (CGS), low-temperature polysilicon (LPS), amorphous silicon (a-Si), or the like, but is not limited thereto, and other semiconductor materials. May be used.
  • CGS continuous grain boundary crystalline silicon
  • LPS low-temperature polysilicon
  • a-Si amorphous silicon
  • the photodiode D1 of the present embodiment is configured as a so-called lateral type PIN photodiode.
  • wirings RST and RWS are formed in the upper layer of the base coat insulating film 13.
  • a gate insulating film 15 is formed on the semiconductor layer 14.
  • the gate insulating film 15 for example, a SiO 2 film or a SiN film can be used.
  • the gate insulating film 15 may have a two-layer structure of a SiO 2 film and a SiN film.
  • a source auxiliary wiring 16 is formed on the gate insulating film 15 at a location that does not overlap the semiconductor layer 14 and the transparent electrode 20 described later in the normal direction of the substrate.
  • the source auxiliary wiring 16 is formed in the same layer as the gate line GL and the gate electrode with the same material as the gate line GL and the gate electrode of the TFT not shown in FIGS. That is, the gate line GL, the gate electrode, and the source auxiliary wiring 16 are simultaneously formed by pattern etching after forming a metal film as a material.
  • the gate line GL, the gate electrode, and the source auxiliary wiring 16 preferably have, for example, a two-layer structure of tungsten (W) and tantalum nitride (TaN).
  • Other examples of the gate line GL, the gate electrode, and the source auxiliary wiring 16 include, for example, a molybdenum tungsten alloy (MoW), a two-layer structure of titanium and aluminum, and the like.
  • a buffer film 17 (first insulating film) is provided above the source auxiliary wiring 16 and the gate insulating film 15.
  • the buffer film 17 preferably has a two-layer structure of a SiO 2 film and a SiN film, or a three-layer structure in which a SiN film is sandwiched between two layers of SiO 2 film.
  • the buffer film 17 may have a single layer structure of a SiO 2 film or a SiN film.
  • the source line SL is formed on the upper layer of the buffer film 17.
  • Specific examples of the source line SL are not limited to these.
  • TiN titanium nitride
  • the source line SL is discontinuous at a location adjacent to the photodiode D1, and the source auxiliary wiring 16 replaces the discontinuous portion of the source line SL. is doing.
  • the source line SL and the source auxiliary wiring 16 are formed in different layers with the buffer film 17 interposed therebetween. Therefore, both ends of the source auxiliary wiring 16 in the extending direction of the source line SL are connected to the source line SL via the contact holes 17 a penetrating the buffer film 17.
  • An interlayer insulating film 19 (second insulating film) is provided above the buffer film 17 and the source line SL in order to insulate a transparent electrode 20 and a source line SL, which will be described later.
  • the interlayer insulating film 19 is formed of, for example, an acrylic resin. Note that a part of the interlayer insulating film 19 is provided with a contact hole 19a penetrating therethrough.
  • a transparent electrode 20 is provided on the surface of the interlayer insulating film 19.
  • a transparent electrode film made of indium tin oxide (ITO), a transparent electrode film made of indium oxide and zinc oxide, or the like can be used.
  • the transparent electrode 20 is provided on the i layer of the semiconductor layer 14 in order to improve the characteristics and reliability of the photodiode D1.
  • the source line SL is discontinuous at a location adjacent to the photodiode D1
  • the source auxiliary wiring 16 is connected to the discontinuous portion of the source line SL. It is substituted. That is, the source line SL does not exist at a location adjacent to the photodiode D1 in the same layer as the bottom surface of the contact hole 19a (that is, the surface of the buffer film 17). Therefore, unlike the conventional configuration, a situation in which the transparent electrode 20 disposed on the bottom surface of the contact hole 19a causes a leakage defect with the source line SL is avoided.
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of an optical sensor portion in the display device according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • the configuration according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the width of the source auxiliary wiring 16 is wider than that of the source line SL.
  • the width of the source auxiliary wiring 16 is wider, it is possible to avoid a situation in which the transparent electrode 20 disposed on the bottom surface of the contact hole 19a causes a leakage defect with the source line SL, and the source There is also an advantage that the wiring resistance of the auxiliary wiring 16 can be reduced.
  • the width of the source auxiliary wiring 16 according to the present embodiment is appropriately determined according to the difference in resistance ratio between the material of the source line SL and the material of the source auxiliary wiring 16, the length of the source auxiliary wiring 16, and the like. It ’s fine.
  • FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of the optical sensor portion in the display device according to the present embodiment.
  • 9 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG.
  • the source line SL not only the source line SL but also the gate line GL has a discontinuous portion at a location adjacent to the photodiode D1.
  • the discontinuous portion of the source line SL is replaced by the source auxiliary wiring 16 provided in the same layer as the gate line GL, as in the first embodiment.
  • the discontinuous portion of the gate line GL is replaced by a gate auxiliary wiring 26 formed in the same layer as the source line SL with the same material as the source line SL.
  • the source line SL and the gate auxiliary wiring 26 can be simultaneously formed by pattern etching after forming a metal film as a material.
  • the gate line GL and the gate auxiliary wiring 26 are formed in different layers with the buffer film 17 interposed therebetween. Therefore, both ends of the gate auxiliary wiring 26 in the extending direction of the gate line GL are connected to the gate line GL via the contact holes 17 b penetrating the buffer film 17.
  • the source line is formed at a position adjacent to the photosensor in the same layer as the bottom surface of the contact hole 19a (that is, the surface of the buffer film 17).
  • SL does not exist. Therefore, unlike the conventional configuration, a situation in which the transparent electrode 20 disposed on the bottom surface of the contact hole 19a causes a leakage defect with the source line SL is avoided.
  • the gate line GL discontinuous at a location adjacent to the optical sensor, it is possible to avoid a leak failure between the semiconductor layer 14 and the gate line GL.
  • the gate line GL adjacent to the photodiode D1 is discontinuous.
  • the reset line RST and the read line RWS shown in FIG. Is close to the photodiode D1 the reset wiring RST and the read wiring RWS are discontinuous, and the discontinuous portions are connected by the gate auxiliary wiring 26 provided in the same layer as the source line SL. It is preferable.
  • the portion adjacent to the photodiode D1 in the power supply wiring is not used. It is preferable that both ends of the discontinuous portion are connected by the gate auxiliary wiring 26.
  • the width of the source auxiliary wiring 16 is made larger than that of the source line SL, as in the second embodiment.
  • the present invention can be used industrially as a display device with an image capturing function having a photosensor in a pixel.

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Abstract

 画素領域(1)内に設けられた光検出素子(D1)と、光検出素子(D1)の上方の絶縁膜(19)に形成された開口部(貫通孔)(19a)と、当該開口部(19a)内に形成された透明電極(20)とを有し、この透明電極(20)と他の配線(SL)との間でリーク不良が生じにくい表示装置を提供する。第1の配線(SL)と第2の配線(GL)とがマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板(100)と、前記アクティブマトリクス基板(100)の画素領域(1)に設けられた光検出素子(D1)とを備えた表示装置は、第1の配線(SL)と第2の配線(GL)との間に形成された第1の絶縁膜(17)と、第1の絶縁膜(17)の上層に設けられた第2の絶縁膜(19)と、前記光検出素子(D1)の上方において、前記第2の絶縁膜(19)に形成された貫通孔(19a)内に入り込むよう形成された透明電極(20)とを備える。前記第1の配線(SL)が、光検出素子に隣接する箇所に不連続部分を有し、当該不連続部分の両端が、第2の配線(GL)と同層に設けられた補助配線(16)によって電気的に接続される。

Description

タッチセンサ付き表示装置
 本発明は、光検出素子を画素内に有する表示装置に関する。
 従来、例えばフォトダイオード等の光検出素子を画素内に備えたことにより、ディスプレイに近接した物体の画像を取り込むことが可能な、画像取り込み機能付の表示装置が提案されている。このような画像取り込み機能付き表示装置は、双方向通信用表示装置や、タッチパネル機能付き表示装置としての利用が想定されている。
 従来の画像取り込み機能付き表示装置では、アクティブマトリクス基板において、信号線および走査線、TFT(Thin Film Transistor)、画素電極等の周知の構成要素を半導体プロセスによって形成する際に、同時に、フォトダイオードを画素内に作り込む。このような従来の画像取り込み機能付き表示装置は、例えば特開2009-135185号公報等に開示されている。
 前記特許文献に開示された表示装置は、いわゆるPIN型薄膜ダイオード構造の光センサ素子を備えている。図12は、前記特許文献に開示された光センサ素子の構成を示す断面図である。図12に示すように、前記特許文献に開示された従来の光センサ素子Sにおいては、基板91上に、例えばアルミニウムのような光反射性材料からなる第1制御電極G1が配線され、これを覆う状態でゲート絶縁膜95が設けられている。ゲート絶縁膜95上には、第1制御電極G1を跨ぐ状態でポリシリコンや酸化物半導体などからなる半導体層97がパターン形成されている。半導体層97には、受光部(i型領域)97iを挟む状態で、p型領域97pとn型領域97nとが設けられている。
 さらに、半導体層97を覆う状態で光透過性材料からなる層間絶縁膜99が設けられ、層間絶縁膜99上には、接続孔を介してp型領域97pやn型領域97nに接続された各配線101が設けられている。また、これらの配線101を覆う状態で、層間絶縁膜99上には光透過性材料からなる平坦化絶縁膜103が設けられている。平坦化絶縁膜103には、受光部97i上を広く開口して層間絶縁膜99を底面とした開口窓103aが設けられている。
 平坦化絶縁膜103上には、第2制御電極G2が設けられている。第2制御電極G2は、開口窓103aの底部において、層間絶縁膜99を介して受光部97iに対向配置されている。これにより、半導体層97の両側面には、ゲート絶縁膜95および層間絶縁膜99のそれぞれを介して、i型領域97iを挟む状態で第1制御電極G1および第2制御電極G2が配置された状態となっている。これらの第1制御電極G1および第2制御電極G2は、電気的に独立して配線されている。
 上記従来の構成においては、第1制御電極G1および第2制御電極G2に異なる電位を与えることにより、i型領域での受光によって発生した正孔-電子対を、i型領域の膜厚方向に分離させることができる。これにより、i型領域内の膜厚方向に正孔と電子とを分離させた状態で、正孔をアノード(p型領域)方向に、電子をカソード(n型領域)方向に移動させることができる。このため、受光によって発生した電子/正孔対が、i型領域内を移動する際に再結合する確率が小さくなり、電流の取出効率が向上する。
 しかし、上記の特開2009-135185号公報に開示された従来の構成においては、図12に表れているように、p型領域97pおよびn型領域97nにそれぞれ接続されている配線101p,101nと、開口窓103aの底部に位置する第2制御電極G2とが、同じ層にかつ隣接して存在する。このため、製造工程における配線不良や異物混入等が原因となって、配線101p,101nと第2制御電極G2との間でリーク不良が発生する可能性がある。
 本発明は、上記の課題を鑑み、光検出素子を画素内に有する表示装置であって、特に、光検出素子の上方の絶縁膜に形成された開口部と、当該開口部内に形成された透明電極とを有する構成において、この透明電極と他の配線との間でリーク不良が生じにくい構成を実現することを目的とする。
 上記の目的を達成するために、ここに開示された表示装置は、第1の配線と第2の配線とがマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の画素領域に設けられた光検出素子と、前記第1の配線と第2の配線との間に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜の上層に設けられた第2の絶縁膜と、前記光検出素子の上方において、前記第2の絶縁膜に形成された貫通孔内に入り込むよう形成された透明電極とを備え、前記第1の配線が、前記光検出素子に隣接する箇所に不連続部分を有し、当該不連続部分の両端が、前記第2の配線と同層に設けられた補助配線によって電気的に接続された構成である。
 上記の構成によれば、光検出素子を画素領域内に備えた表示装置であって、光検出素子の上方の絶縁膜に形成された開口部(貫通孔)と、当該開口部内に形成された透明電極とを有し、この透明電極と他の配線との間でリーク不良が生じにくい表示装置を提供できる。
図1は、本発明の一実施形態にかかる表示装置の概略構成を示すブロック図である。 図2は、本発明の一実施形態にかかる表示装置における一画素の構成を示す等価回路図である。 図3は、本実施形態にかかる表示装置における光センサ部分の概略構成を示す平面図である。 図4は、図3に示したA-A線における断面図である。 図5は、図3に示したB-B線における断面図である。 図6は、本実施形態にかかる表示装置における光センサ部分の概略構成を示す平面図である。 図7は、図6に示したA-A線における断面図である。 図8は、本実施形態にかかる表示装置における光センサ部分の概略構成を示す平面図である。 図9は、図8に示したA-A線における断面図である。 図10は、図8に示したB-B線における断面図である。 図11は、図8に示したC-C線における断面図である。 図12は、従来の光センサ素子の構成を示す断面図である。
 本発明の一実施形態にかかる表示装置は、第1の配線と第2の配線とがマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の画素領域に設けられた光検出素子と、前記第1の配線と第2の配線との間に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜の上層に設けられた第2の絶縁膜と、前記光検出素子の上方において、前記第2の絶縁膜に形成された貫通孔内に入り込むよう形成された透明電極とを備え、前記第1の配線が、前記光検出素子に隣接する箇所に不連続部分を有し、当該不連続部分の両端が、前記第2の配線の他方と同層に設けられた補助配線によって電気的に接続されている構成である。
 この構成によれば、光検出素子の構成部材と第1の配線とが同層にある場合、光検出素子に隣接する箇所に第1の配線の不連続部分を形成することにより、当該構成部材と第1の配線との間のリーク不良を回避することができる。また、この不連続部分の両端は、第2の配線の他方と同層に設けられた補助配線によって電気的に接続されるので、第1の配線の導通を維持することができる。
 上記の構成において、例えば、前記第1の配線がソース配線であり、前記第2の配線がゲート配線であることが好ましい。あるいは、前記第1の配線がゲート配線であり、前記第2の配線がソース配線である構成としても良い。
 あるいは、前記第1の配線が、前記光検出素子へ信号を供給するセンサ駆動配線であり、前記第2の配線がソース配線である構成としても良い。前記センサ駆動配線は、例えば、前記光検出素子へリセット信号を供給するリセット配線、前記光検出素子へ読み出し信号を供給する読み出し配線、または、前記光検出素子へ定電位信号を供給する電源配線である。
 また、前記補助配線の幅が前記第1の配線の幅よりも大きいことが好ましい。不連続箇所における配線抵抗を小さくすることができるからである。
 また、本実施形態にかかる表示装置は、例えば、前記アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と対向基板との間に挟持された液晶とをさらに備えた液晶表示装置とすることができる。
 [実施の形態]
 以下、本発明のより詳細な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明にかかる表示装置を液晶表示装置として実施する場合の構成例を示したものであるが、本発明にかかる表示装置は液晶表示装置に限定されず、アクティブマトリクス基板を用いる任意の表示装置に適用可能である。なお、本発明にかかる表示装置は、画像取り込み機能を有することにより、画面に近接する物体を検知して入力操作を行うタッチパネル付き表示装置や、表示機能と撮像機能とを具備した双方向通信用表示装置等としての利用が想定される。
 また、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかる表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
 [第1の実施形態]
 最初に、図1および図2を参照しながら、本発明の第1の実施形態にかかる液晶表示装置が備えるアクティブマトリクス基板の構成について説明する。
 図1は、本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置が備えるアクティブマトリクス基板100の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、アクティブマトリクス基板100は、ガラス基板上に、画素領域1、ディスプレイゲートドライバ2、ディスプレイソースドライバ3、センサカラム(column)ドライバ4、センサロウ(row)ドライバ5、バッファアンプ6、FPCコネクタ7を少なくとも備えている。また、画素領域1内の光検出素子(後述)で取り込まれた画像信号を処理するための信号処理回路8が、前記FPCコネクタ7とFPC9とを介して、アクティブマトリクス基板100に接続されている。
 なお、アクティブマトリクス基板100上の上記の構成部材は、半導体プロセスによってガラス基板上にモノリシックに形成することも可能である。あるいは、上記の構成部材のうちのアンプやドライバ類を、例えばCOG(Chip On Glass)技術等によってガラス基板上に実装した構成としても良い。あるいは、図1においてアクティブマトリクス基板100上に示した上記の構成部材の少なくとも一部が、FPC9上に実装されることも考えられる。アクティブマトリクス基板100は、全面に対向電極が形成された対向基板(図示せず)と貼り合わされ、その間隙に液晶材料が封入される。
 画素領域1は、画像を表示するために、複数の画素が形成された領域である。本実施形態では、画素領域1における各画素内には、画像を取り込むための光センサが設けられている。図2は、アクティブマトリクス基板100の画素領域1における画素と光センサとの配置を示す等価回路図である。図2の例では、1つの画素が、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の絵素(「サブ画素」とも呼ばれる)によって形成され、この3絵素で構成される1つの画素内に、1つの光センサが設けられている。画素領域1は、M行×N列のマトリクス状に配置された画素と、同じくM行×N列のマトリクス状に配置された光センサとを有する。なお、上述のとおり、絵素数は、M×3Nである。
 このため、図2に示すように、画素領域1は、画素用の配線として、マトリクス状に配置されたゲート線GLおよびソース線COLを有している。ゲート線GLは、ディスプレイゲートドライバ2に接続されている。ソース線COLは、ディスプレイソースドライバ3に接続されている。なお、ゲート線GLは、画素領域1内にM行設けられている。以下、個々のゲート線GLを区別して説明する必要がある場合は、GLi(i=1~M)のように表記する。一方、ソース線COLは、上述のとおり、1つの画素内の3絵素にそれぞれ画像データを供給するために、1画素につき3本ずつ設けられている。ソース線COLを個々に区別して説明する必要がある場合は、COLrj,COLgj,COLbj(j=1~N)のように表記する。
 ゲート線GLとソース線COLとの交点には、画素用のスイッチング素子として、薄膜トランジスタ(TFT)M1が設けられている。なお、図2では、赤色、緑色、青色のそれぞれの絵素に設けられている薄膜トランジスタM1を、M1r,M1g,M1bと表記している。薄膜トランジスタM1のゲート電極はゲート線GLへ、ソース電極はソース線COLへ、ドレイン電極は図示しない画素電極へ、それぞれ接続されている。これにより、図2に示すように、薄膜トランジスタM1のドレイン電極と対向電極(VCOM)との間に液晶容量LCが形成される。また、ドレイン電極とTFTCOMとの間に補助容量LSが形成されている。
 図2において、1本のゲート線GLiと1本のソース線COLrjとの交点に接続された薄膜トランジスタM1rによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように赤色のカラーフィルタが設けられ、ソース線COLrjを介してディスプレイソースドライバ3から赤色の画像データが供給されることにより、赤色の絵素として機能する。また、ゲート線GLiとソース線COLgjとの交点に接続された薄膜トランジスタM1gによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように緑色のカラーフィルタが設けられ、ソース線COLgjを介してディスプレイソースドライバ3から緑色の画像データが供給されることにより、緑色の絵素として機能する。さらに、ゲート線GLiとソース線COLbjとの交点に接続された薄膜トランジスタM1bによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように青色のカラーフィルタが設けられ、ソース線COLbjを介してディスプレイソースドライバ3から青色の画像データが供給されることにより、青色の絵素として機能する。
 なお、図2の例では、光センサは、画素領域1において、1画素(3絵素)に1つの割合で設けられている。ただし、画素と光センサの配置割合は、この例のみに限定されず、任意である。例えば、1絵素につき1つの光センサが配置されていても良いし、複数画素に対して1つの光センサが配置された構成であっても良い。
 光センサは、図2に示すように、光検出素子としてのフォトダイオードD1、コンデンサC1、トランジスタM2から構成される。図2の例では、ソース線COLrが、センサカラムドライバ4から定電圧VDDを光センサへ供給するための配線VDDを兼ねている。また、ソース線COLgが、センサ出力用の配線OUTを兼ねている。
 フォトダイオードD1のアノードには、リセット信号を供給するための配線RSTが接続されている。フォトダイオードD1のカソードには、コンデンサC1の電極の一方と、トランジスタM2のゲートが接続されている。トランジスタM2のドレインは配線VDDに接続され、ソースは配線OUTに接続されている。図2において、フォトダイオードD1のカソードと、コンデンサC1の電極の一方と、トランジスタM2のゲートとの接続点をINTと表記した。コンデンサC1の電極の他方は、読み出し信号を供給するための配線RWSに接続されている。配線RST,RWSは、センサロウドライバ5に接続されている。これらの配線RST,RWSは1行毎に設けられているので、以降、各配線を区別する必要がある場合は、RSTi,RWSi(i=1~M)のように表記する。
 センサロウドライバ5は、所定の時間間隔trowで、図2に示した配線RSTiとRWSiとの組を順次選択していく。これにより、画素領域1において信号電荷を読み出すべき光センサの行(row)が順次選択される。
 なお、図2に示すように、配線OUTの端部には、絶縁ゲート型電界効果トランジスタM3のドレインが接続されている。また、このトランジスタM3のドレインには、出力配線SOUTが接続され、トランジスタM3のドレインの電位VSOUTが、光センサからの出力信号としてセンサカラムドライバ4へ出力される。トランジスタM3のソースは、配線VSSに接続されている。トランジスタM3のゲートは、参照電圧配線VBを介して、参照電圧電源(図示せず)に接続されている。
 なお、図1においては、センサカラムドライバ4がディスプレイソースドライバ3とは別個に設けられた構成を例示したが、ディスプレイソースドライバ3がセンサカラムドライバ4の機能を兼ねる構成としても良い。
 次に、本実施形態の光センサの構成について説明する。図3は、本実施形態にかかる表示装置における光センサ部分の概略構成を示す平面図である。図4は、図3に示したA-A線における断面図である。図5は、図3に示したB-B線における断面図である。
 図3および図4に示すように、本実施形態にかかる光センサは、ガラス基板11の表面に、遮光膜12を備えている。遮光膜12は、例えばモリブデン薄膜等で形成され、バックライトからの直接光がフォトダイオードD1の受光部に入射することを防止する。ガラス基板11および遮光膜12の上層には、ベースコート絶縁膜13が形成されている。ベースコート絶縁膜13の材料としては、例えば、SiNOまたはSiO等を用いることができる。
 ベースコート絶縁膜13の上層に、フォトダイオードD1を構成する半導体層14が島状に形成される。半導体層14は、例えば、連続粒界結晶シリコン(CGS)、低温ポリシリコン(LPS)、または、アモルファスシリコン(a-Si)等で形成することができるが、これらに限らず、その他の半導体材料を用いても良い。半導体層14は、ここでは図示を省略しているが、イオンドーピングにより、p層、i層、n層が面方向に順に形成されている。これにより、本実施形態のフォトダイオードD1は、いわゆるラテラル構造のPIN型フォトダイオードとして構成されている。また、ベースコート絶縁膜13の上層に、配線RST,RWSが形成されている。
 半導体層14の上層には、ゲート絶縁膜15が形成されている。ゲート絶縁膜15としては、例えば、SiO膜またはSiN膜を用いることができる。ゲート絶縁膜15は、SiO膜とSiN膜との二層構造であっても良い。
 ゲート絶縁膜15の上層であって、半導体層14および後に説明する透明電極20と基板法線方向において重ならない箇所に、ソース補助配線16が形成されている。ソース補助配線16は、ゲート線GLおよび図3および図4には表れていないTFTのゲート電極と同じ材料により、ゲート線GLおよびゲート電極と同層に形成される。すなわち、ゲート線GLおよびゲート電極並びにソース補助配線16は、材料となる金属膜を成膜後にパターンエッチングすることによって、同時に形成される。ゲート線GLおよびゲート電極並びにソース補助配線16は、例えば、タングステン(W)と窒化タンタル(TaN)の二層構造とすることが好ましい。ゲート線GLおよびゲート電極並びにソース補助配線16の他の例としては、例えば、モリブデンタングステン合金(MoW)、チタニウムとアルミニウムの二層構造などが挙げられる。
 ソース補助配線16およびゲート絶縁膜15の上層には、バッファ膜17(第1絶縁膜)が設けられている。バッファ膜17は、SiO膜とSiN膜との二層構造、または、二層のSiO膜の間にSiN膜を挟んだ三層構造とすることが好ましい。バッファ膜17は、SiO膜またはSiN膜の単層構造としても良い。
 バッファ膜17の上層には、ソース線SLが形成されている。ソース線SLの具体例としては、これらにのみ限定されないが、例えば、二層のチタニウムの間にアルミニウムを挟んだ三層構造、チタニウムとアルミニウムとの二層構造、二層の窒化チタン(TiN)の間にアルミニウムを挟んだ三層構造、二層のモリブデンの間にアルミ-ネオジム合金(Al-Nd)を挟んだ三層構造、または、二層のモリブデンの間にアルミニウムを挟んだ三層構造、等が挙げられる。
 なお、図3および図5に示されているように、ソース線SLは、フォトダイオードD1に隣接する箇所において不連続となっており、ソース線SLの不連続箇所を、ソース補助配線16が代替している。ソース線SLとソース補助配線16とは、バッファ膜17を挟んで異なる層にそれぞれ形成されている。したがって、ソース線SLの延伸方向におけるソース補助配線16の両端は、バッファ膜17を貫通するコンタクトホール17aを介して、ソース線SLに接続されている。
 バッファ膜17およびソース線SLの上層には、後述の透明電極20とソース線SLとを絶縁するために、層間絶縁膜19(第2絶縁膜)が設けられている。層間絶縁膜19は、例えばアクリル系樹脂等によって形成されている。なお、層間絶縁膜19の一部には、これを貫通するコンタクトホール19aが設けられている。
 層間絶縁膜19の表面には透明電極20が設けられている。透明電極20の材料としては、例えばインジウム錫酸化物(ITO)からなる透明電極膜や、酸化インジウムおよび酸化亜鉛からなる透明電極膜等を用いることができる。
 透明電極20は、フォトダイオードD1の特性と信頼性を高めるために、半導体層14のi層上に設けられる。フォトダイオードD1の感度を高めるために、コンタクトホール19aの底面積は広く確保されることが好ましい。ただし、前述の従来の構成と異なり、本実施形態の構成では、フォトダイオードD1に隣接する箇所においてソース線SLが不連続となっており、ソース線SLの不連続箇所を、ソース補助配線16が代替している。つまり、コンタクトホール19aの底面と同じ層(すなわちバッファ膜17の表面)において、フォトダイオードD1に隣接する箇所には、ソース線SLが存在しない。したがって、従来の構成とは異なり、コンタクトホール19aの底面に配置されている透明電極20がソース線SLとの間でリーク不良を生じるという事態は回避される。
 [第2の実施形態]
 本発明の第2の実施形態について以下に説明する。なお、第1の実施形態で説明した構成と同様の構成については、同じ参照符号を付記し、詳細な説明は省略する。
 図6は、本実施形態にかかる表示装置における光センサ部分の概略構成を示す平面図である。図7は、図6に示したA-A線における断面図である。
 本実施形態にかかる構成は、ソース補助配線16の幅が、ソース線SLよりも広く形成されている点において、第1の実施形態と異なっている。このように、ソース補助配線16の幅を広く形成することにより、コンタクトホール19aの底面に配置されている透明電極20がソース線SLとの間でリーク不良を生じるという事態を回避できると共に、ソース補助配線16の配線抵抗を低減させることができるという利点もある。なお、本実施形態にかかるソース補助配線16の幅は、ソース線SLの材料とソース補助配線16の材料との抵抗比の差異や、ソース補助配線16の長さ等に応じて適宜に決定すれば良い。
 [第3の実施形態]
 本発明の第3の実施形態について以下に説明する。なお、第1の実施形態で説明した構成と同様の構成については、同じ参照符号を付記し、詳細な説明は省略する。
 図8は、本実施形態にかかる表示装置における光センサ部分の概略構成を示す平面図である。図9は、図8に示したA-A線における断面図である。図10は、図8に示したB-B線における断面図である。図11は、図8に示したC-C線における断面図である。
 図8~図11に示すように、本実施形態にかかる構成は、フォトダイオードD1に隣接する箇所において、ソース線SLだけでなくゲート線GLも不連続部分を有する。ソース線SLの不連続箇所は、第1の実施形態と同様に、ゲート線GLと同層に設けられたソース補助配線16が代替している。一方、ゲート線GLの不連続箇所は、ソース線SLと同じ材料によってソース線SLと同層に形成されたゲート補助配線26によって代替されている。ソース線SLおよびゲート補助配線26は、材料となる金属膜を成膜後にパターンエッチングすることによって、同時に形成することができる。
 ゲート線GLとゲート補助配線26とは、バッファ膜17を挟んで異なる層にそれぞれ形成されている。したがって、ゲート線GLの延伸方向におけるゲート補助配線26の両端は、バッファ膜17を貫通するコンタクトホール17bを介して、ゲート線GLに接続されている。
 このように、本実施形態の構成においては、第1の実施形態と同様に、コンタクトホール19aの底面と同じ層(すなわちバッファ膜17の表面)において、光センサに隣接する箇所には、ソース線SLが存在しない。したがって、従来の構成とは異なり、コンタクトホール19aの底面に配置されている透明電極20がソース線SLとの間でリーク不良を生じるという事態は回避される。また、光センサに隣接する箇所において、ゲート線GLも不連続とすることにより、半導体層14とゲート線GL間でのリーク不良を回避することができる。
 なお、この実施形態においては、フォトダイオードD1に隣接する箇所のゲート線GLが不連続である例を示したが、ゲート線GLよりも、図2に示したリセット配線RSTや読み出し配線RWSの方がフォトダイオードD1に近接している場合は、リセット配線RSTや読み出し配線RWSを不連続とし、その不連続箇所を、ソース線SLと同層に設けられたゲート補助配線26によって接続する構成とすることが好ましい。また、リセット配線RSTや読み出し配線RWSの他にも、定電位を供給するための各種の電源配線がフォトダイオードD1に隣接している場合は、その電源配線においてフォトダイオードD1に隣接する箇所を不連続とし、その不連続箇所の両端をゲート補助配線26によって接続する構成とすることが好ましい。
 また、本実施形態の構成において、第2の実施形態と同様に、ソース補助配線16の幅をソース線SLよりも太くすることが好ましい。また、ゲート補助配線26の幅を、不連続箇所を有する配線(ゲート線GL、リセット配線RST、または読み出し配線RWS)よりも太くすることも、同様に好ましい。
 本発明は、光センサを画素内に有する画像取り込み機能付きの表示装置として、産業上の利用が可能である。

Claims (9)

  1.  第1の配線と第2の配線とがマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板と、
     前記アクティブマトリクス基板の画素領域に設けられた光検出素子と、
     前記第1の配線と第2の配線との間に形成された第1の絶縁膜と、
     前記第1の絶縁膜の上層に設けられた第2の絶縁膜と、
     前記光検出素子の上方において、前記第2の絶縁膜に形成された貫通孔内に入り込むよう形成された透明電極とを備え、
     前記第1の配線が、前記光検出素子に隣接する箇所に不連続部分を有し、当該不連続部分の両端が、前記第2の配線と同層に設けられた補助配線によって電気的に接続されている、表示装置。
  2.  前記第1の配線がソース配線であり、
     前記第2の配線がゲート配線である、請求項1に記載の表示装置。
  3.  前記第1の配線がゲート配線であり、
     前記第2の配線がソース配線である、請求項1に記載の表示装置。
  4.  前記第1の配線が、前記光検出素子へ信号を供給するセンサ駆動配線であり、
     前記第2の配線がソース配線である、請求項1に記載の表示装置。
  5.  前記センサ駆動配線が、前記光検出素子へリセット信号を供給するリセット配線である、請求項4に記載の表示装置。
  6.  前記センサ駆動配線が、前記光検出素子へ読み出し信号を供給する読み出し配線である、請求項4に記載の表示装置。
  7.  前記センサ駆動配線が、前記光検出素子へ定電位信号を供給する電源配線である、請求項4に記載の表示装置。
  8.  前記補助配線の幅が前記第1の配線の幅よりも大きい、請求項1~7のいずれか一項に記載の表示装置。
  9.  前記アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、
     前記アクティブマトリクス基板と対向基板との間に挟持された液晶とをさらに備えた、請求項1~8のいずれか一項に記載の表示装置。
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