光传感器和显示装置的制作方法

专利名称：光传感器和显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光传感器和显示装置，特别地，涉及包括半导体薄 膜的光传感器(例如，PIN二极管)和包括光传感器的显示装置。
背景技术：
一些用作移动电"i舌和个人凄t字助理(PDA)的显示单元的'液晶 显示装置均包括光传感器作为位置信息输入单元。
图14示出了在这种显示装置中配置为光传感器的PIN二极管 的结构。参考图14, PIN二极管包括基板201、覆盖基板201的绝 缘层202和绝缘层202上包括多结晶硅(下文称为多晶硅)膜的半 导体薄膜203。半导体薄膜203按顺序具有p摻杂区(p区)203p、 低浓度的p掺杂区(i掺杂区或i区)203i和n掺杂区(n区)203n。 半导体薄膜203覆盖有绝缘层204。绝缘层204具有到达p区203p 白勺才妄角虫孑L 204a和至J达n区203n的另一个才妄触孑L 204a。才是取电才及 205纟至由4妄触孑L 204a分另iJ连才妄至U p区203p和n区203n。在具有上 述结构的光传感器中，i区203i用作光接收部。从p区203p和n 区203n中提取在光接收部中通过光电转换生成的空穴电子对。这种光传感器以与使用低温多晶硅技术形成用于液晶驱动控 制的薄膜晶体管相同的步骤来形成，从而通过激光照射来多晶化非 晶硅膜以形成多晶硅膜。然而，根据低温多晶硅技术，难以获得有
80 nm以上厚度的多晶硅薄膜。只有部分来自透明基板201上的光 被以上述方式形成的多晶硅薄膜吸收，该部分由硅的吸收光谱来确 定。特别地，从红光到红外光范围内的长波长光几乎不被多晶硅层 吸收而是从其穿过。因此，对于包括这种多晶硅膜的光传感器来说 难以获得大量级的光信号。
为了解决该问题，提出了半导体薄膜203中的i区203i和n区 203n之间的结的表面(PN结表面)相对于半导体薄膜203的表面 倾斜的结构。在该结构中，PN结的增加面积佳:得半导体203更容 易地吸收光。例如，日本未审查专利申^青乂>开第2004-119494号才皮
露了这种结构。

发明内容
然而，在日本未审查专利申请7>开第2004-119494号所纟皮露的 结构中，未能显著改善长波长的光吸收效率。此外，在该结构中， 难以形成光传感器本身。另夕卜，PN结表面的倾斜角在10。~45。的 范围内变化，导致设备特性的大变化。
此外，当具有上述结构的光传感器被配置在具有背光的液晶显 示装置中时，半导体薄膜203的光接收部(i区203i)显著吸收来 自背光的噪声光。因此，信号分量S与噪声分量N的比率，即，S/N 减小了。不利地，在感应来自于显示装置上方的光的应用中没有获 得灵敏度。
因此，希望提供一种能够改善对来自基板上方的光的灵敏度同 时具有均一i殳备特性的光传感器以及包^^该光传感器的显示装置。根据本发明的实施例，提供了一种光传感器，其包括具有光接
收部的半导体薄膜。光传感器包括基板，具有凹槽，该凹槽具有 正锥形(forward tapered shape )的倾杀+侧壁；反射材津+层，沿基斗反 的凹槽进行设置；绝缘层，覆盖其上具有反射材料层的基板；以及 半导体薄膜，设置在绝缘层上以跨过凹槽。半导体薄膜的光接收部 i殳置在凹槽之上。
才艮据本发明的另一个实施例，显示装置包括基4反、像素部和上 述光传感器，使得像素部和光传感器设置在基板的一个表面上。
在具有上述结构的光传感器中，作为来自基板上方的光的部分 的光分量不^皮半导体薄膜吸收而是/人其穿过。光分量^皮反射材并+层 反射，使得光分量再次进入半导体薄膜。因此，这导致来自基板上 方、被半导体薄膜吸收的光量的增加。被覆盖配置在基板中的凹槽 的倾斜侧壁的反射材料层所反射的光分量朝向凹槽的中心会聚。从 而，被反射材料层反射的光分量可以会聚到设置在凹槽上方的光接 收部。因此，可以增加在光4妄收部中吸收的光量。另外，^皮覆盖凹 槽的倾斜侧壁的反射材料层所反射的光分量侧向倾斜地进入包括 光接收部(i掺杂区)的半导体薄膜。因此，增加了光接收部(i掺 杂区)中的光路长度。从而，长波长光也被半导体薄膜吸收，因此 改善了对长波长光(例如红外光)的灵每丈度。
如上所述，根据本发明，可以增加来自其上设置光传感器的基 板上方的光的吸收量，并且可以防止来自基板下方的光进入半导体 薄膜的i掺杂区。从而，可以增加对来自基板上方的光的灵壽文度。 另外，也可以增加对长波长光的灵壽丈度。


图1A和图IB是i兌明才艮据本发明实施例的光传感器的结构的 示图2A ~图2E是用于说明制造根据实施例的光传感器的过程的 截面图3是说明根据本发明另 一 实施例的光传感器的结构的示图4A和图4B是说明根据本发明另一实施例的光传感器的结 构的示图5A和图5B是说明根据本发明另一实施例的光传感器的结 构的示图6是示出根据本发明另 一实施例的显示装置的整体结构的示
图7是示出显示装置的显示区域中的电路结构的示图8是显示区域中的显示面板的结构的示意性截面图9是根据本发明应用的电视机的透视图IOA和图IOB是根据本发明另一应用的数码相机的透视图， 图10A是其前^L图，图10B是其后一见图11是根据本发明另 一应用的笔记本式个人计算机的透视图12是根据本发明另一应用的摄像机的透视图；图13A~图13G是示出根据本发明另一应用的诸如移动电话的 便携式终端的示图，图13A是处于展开状态的移动电话的前视图， 图13B是其侧碎见图，图13C是处于折叠状态的前视图，图13D是 其左视图，图13E是其右视图，图13F是其顶视图，图13G是其底 牙见图；以及
图14是包括PIN二极管的现有技术的光传感器的截面图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述本发明的实施例。
第一实施例
图1A是才艮据本发明第 一实施例的光传感器Sl的实质部分的示 意性截面图，该光传感器S1是显示装置的特征。图1B是光传感器 Sl的平面图。图1B中沿IA-IA线截取的4黄截面对应于图1A所示。
光传感器Sl是具有所谓PIN薄膜二极管结构的光传感器S。 光传感器Sl具有下列结构。
由透明材料制成的基板1在一个表面上具有凹槽la。凹槽la 具有凹槽宽度朝着凹槽的开口端逐渐增加的正锥形的倾斜侧壁A。
由光反射材料制成的反射材料层3在基板1上进行图案化以覆 盖内壁，包括底部和倾斜侧壁A和凹槽la的外围。重要的是，反 射材并+层3具有不填满凹槽la的厚度并沿着倾杀牛侧壁A形成。
其上具有反射材料层3的基板1被绝缘层5覆盖。优选地，绝 缘层5由透光材料制成，以及具有不填满凹槽la的厚度并沿着倾 斜侧壁A形成。绝缘层5被半导体薄膜7覆盖，使得半导体薄膜7跨过凹槽la。 优选地，半导体薄膜7设置为至少跨过凹槽la，以及具有不填满凹 槽la的厚度并沿着倾斜侧壁A形成。
在半导体薄膜7中，设置在凹槽la上方的部分用作包括轻度 掺杂区(i区)的光接收部7i。掺杂有p型杂质的p区7p配置在光 接收部(i区)7i的一侧，而掺杂有n型杂质的n区7n配置在其另 一侧，由此构成PIN二极管。注意，光接收部(i区)7i是用比p 区7p更少一参杂p型杂质的p-区。
在半导体薄膜7中，优选地，光接收部(i区)7i被反射材料 层3完全覆盖，并且光接收部(i区)7i设置被反射材料层3覆盖 的凹槽la的底部上。另夕卜，优选地，n区7n与反射绝缘层3重叠 的部分W具有足够的宽度(下文也称为"重叠宽度W"),使得反 射材料层3完全覆盖作为用作轻度p —杂质层的光接收部(i区)7i 与n区7n之间的界面的PN结表面。从而，可以增加PN结附近的 光接收效率，可以减小对光的灵敏度变化，并且可以阻挡来自基板 下方朝向PN结附近的光。
在上述结构中，设计基板1中的凹槽la的深度、倾斜侧壁A 的倾斜角以及绝纟彖层5的厚度，使得被沿倾斜侧壁Ai殳置的反射材 料层3反射的光被集中到半导体薄膜7的光接收部(i区)7i。
半导体薄膜7是由非晶硅、微晶硅、多晶硅或它们的组合所制 成的薄膜。优选地，半导体薄膜7由多晶硅制造。更优选地，半导 体薄膜7由被制备为晶粒直径在平行于基板1的方向上较大的多晶 石圭而制成。因此，光4妄收部(i区)7i通过施加相对專交〗氐的电压4皮 完全耗尽，所以可以改善光吸收效率。半导体薄膜7不限于包含硅 的层。半导体薄膜7可以是由氧化物半导体制成的层。具有上述结构的半导体薄膜7被由透光材料制造的层间绝缘膜 9覆盖。在层间绝缘膜9上，配置了经由接触孔9a分别连接到p区 7p和n区7n的互连纟戋(interconnect,酉己纟戋)。
虽然由于反射材料层3由诸如铝或高熔点金属的光反射材料制 成而使反射材料层3具有导电性，但反射材料层3不用于驱动光传 感器S1。不必要设计反射材料层3以向该层施加独立的电压。反射 材料层3连接到例如半导体薄膜7的n区7n。
优选地，上述反射材料层3经由互连线11连接到n区7n。因 此，到达反射材4+层3的4妄触孔5a (见图1B)可以以与在层间绝 缘膜9中形成分别到达p区7p和n区7n的接触孔9a相同的步骤 形成在层间绝纟彖膜9和层间绝乡彖膜下面的绝^彖层5中，由此防止处 理步-骤lt量的增加。
图2A 图2E是示出用于制造根据本发明第一实施例的光传感 器Sl的过程的示图。现在参照图2A~图2E描述用于制造光传感 器Sl的过程。
首先，如图2A中所示，例如通过干蚀刻在基才反1的每一个将 成为光传感器的部分(下文称为"光传感器部分"或"传感器部分") 中选择性地形成用于收集光的凹槽la。在这种情况下，执行干蚀刻 使得凹槽la具有正锥形的倾斜侧壁A。
随后，如图2B所示，在具有凹槽la的基才反1上通过溅射形成 金属层。使用抗蚀剂图案(未示出)作为掩膜通过干蚀刻对金属层 进行图案化，从而形成反射材料层3，使得层3覆盖凹槽la的倾斜 侧壁A和底部。优选地，反射材料层3由具有优良光反射率的金属 制成。反射材料层3可包括例如银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、金 (Au)、柏(Pt)、镍(Ni)或铑(Rh)作为基质材料。当在光传感器或包括光传感器的装置(例如，显示装置)的制造期间执行650°C 以上的热处理时，反射材料层3优选由高熔点金属制成。例如，反 射材料层3可包括钼(Mo )、铬(Cr )、鴒(W )或钽(Ta )作为基
质材料。
接下来，形成由两个子层，即，氮化硅(SiNx)子层和氧化硅 (Si02)子层构成的绝缘层5，从而覆盖反射材料层3。
绝缘层5被由非晶硅制造的半导体薄膜7覆盖。此外，半导体 薄膜7通过例如受激准分子激光器退火(ELA)而结晶化，因此获 得多晶娃层。
此后，如图2C所示，通过例如离子植入将杂质引入半导体薄 膜7，以形成掺杂有p型杂质的p区7p、轻微掺杂有p型杂质的光 接收部(i区)7i和掺杂有n型杂质的n区7n。在离子植入之后， 这些区经受例如约600°C的快速热退火(RTA), /人而激活植入的 杂质。此步骤与薄膜晶体管的源极/漏极区的形成同时执行。
P区7p、 i区7i和n区7n相对于凹槽la和反射材料层3的位 置如上所述。换言之，i区7i配置在凹槽la底部的上方，并且n 区7n与反射材料层3重叠的部分W具有足够的宽度，使得反射材 料层3完全覆盖作为光接收部(i区)7i与n区7n之间的界面的 PN结表面。
图案化半导体薄膜7，由此分离光传感器部分。
随后，如图2D所示，在基^反1的整个面上形成由两个子层， 即，氮化石圭子层和氧化石圭子层构成的层间绝纟彖膜9，以覆盖其表面 上的层。此后，在层间绝乡彖膜9中形成到达P区7p的4妄触孔9a和到达n区7n的接触孔9a。在此步骤中，还在层间绝缘膜9和绝缘 层5中形成到达反射材料层3的接触孔5a (未示出)。
此后，如图2E所示，通过溅射形成金属层，然后使用抗蚀剂 图案(未示出)作为掩膜通过干蚀刻而进行图案化，从而形成经由 4妾角虫孑L 9a分另'J连4妄到p区7p禾口 n区7n的互连纟戋11。 jt匕时，只于连 接至n区7n的互连线11进行图案化，以经由接触孔5a (未示出) 连接到反射材料层3。
以这种方式获得参照图1A和图1B所述结构的光传感器Sl。
在具有上述结构的光传感器Sl中，作为来自基纟反1上方的光 的部分的光分量没有被半导体薄膜7的光接收部(i区)7i吸收而 是从其穿过。光分量被反射材料层3反射，使得光分量再一次进入 半导体薄膜7的光接收部(i区)7i。此时，^皮覆盖凹槽la的倾斜 侧壁的反射材料层3反射的光分量4皮反射并朝向凹槽la的中心会 聚。从而，被反射材料层3反射的光分量可以被会聚到配置在凹槽 la底部上方的光接收部(i区)7i上。因此，可以增加在光接收部 (i区)7i中所吸收的来自基板1上方的光量。另外，因为反射材 料层3阻止光，所以可以防止来自基板l背面的光进入半导体薄膜 7的光4妻收部(i区)7i。
被覆盖凹槽la的倾斜侧壁A的反射材料层3反射的光分量侧 向倾斜地进入包括光接收部(i区)7i的半导体薄膜7。因此，光接 收部(i区)7i中的光路长度增加。即使当半导体薄膜7具有几十 纳米的厚度并难以吸收长波长光时，光4妄收部(i区)7i中增加的 光^各长度允许长波长光纟皮吸收。乂人而，可以进一步增加吸收的光量， 乂人而改善灵每文度。因此，可以增加来自光接收部(i区)7i中的基板1上方的光 的吸收率。特别地，对来自基板l上方的光的灵敏度可以被进一步 改善。由于改善了长波长光的灵每丈度，所以可以感应到非可见的红外光。
由于反射材料层3连接到n区7n，所以反射材料层3和n区 7n <呆持在相同电位。这防止了在绝纟彖层5 ^皮夹在反射材料层3和n 区7n之间的部分W中产生寄生电容。因此，可以防止从i区7i到 n区7n产生的信号电荷被寄生电容所影响。特别地，在作为i区7i 和n区7n之间的界面的PN结表面完全被反射材料层3覆盖的结构 中，n区7n与反射材料层3重叠的部分W被增加。因此，通过防 止部分W中的寄生电容可以显著改善产生信号电荷的效率。
关于被设计为不接收独立电压的反射材料层3,当反射材料层 3进行图案化时，通过在形成步骤中施加在该层上的静电损害 (electrostatic damage) 4吏此层带电。请争电损害通过连4妄到n区7n 的互连线11 /人反射材津+层3中#1释》文。因此，可以在i殳置在反射 材料层3上方的光接收部(i区)7i中稳定地形成耗尽层。
因此，可以有效地4丸行光接收部(i区)7i中的光电转换并且 可以有效地得到通过光电转换获得的电荷，因此改善对所4妄收光的 灵敏度。另外，无需使PN结表面相对于基板表面倾斜，因此防止 装置间的变化。
在本发明的该实施例中，光接收部(i区)7i是比p区7p更少 p掺杂的p_区。光接收部(i区)7i可以是比n区7n更少n掺杂的 n—区。第二实施例
图3是^f艮据本发明第二实施例的光传感器S2的平面图，光传 感器S2是显示装置的特征。沿图3的IA-IA线截取的截面与在图 1A中所示出的相同。
光传感器S2与^4居第一实施例的光传感器Sl的不同之处在 于，光传感器S2在基板1中具有多个凹槽la。光传感器S2的其他 结构与光传感器S1相同。
在这种情况下，所有凹槽la都被配置在设置有半导体薄膜7 的光接收部(i区)7i的部分下方。每一个凹槽la的形状均与第一 实施例中的相同。换言之，每一个凹槽la均具有正锥形的倾斜侧 壁A，其中凹槽的宽度朝向凹槽开口端逐渐增加。反射材料层3被 配置为完全覆盖内壁，包括每一个凹槽la的底部和倾斜侧壁A。
另外，半导体薄膜7的光接收部(i区)7i被配置在反射材料 层3表面上的多个凹槽中。以与第一实施例相似的方式，优选地， 光接收部(i区)7i一皮配置在每个凹槽的底部。另外，n区7n与反 射才才冲牛层3以与第一实施例相似的方式重叠足够的重叠宽度W。
只要光接收部(i区)7i被配置在反射材料层3表面的凹槽(每 个均具有倾斜侧壁A)中，凹槽la就可以排列在一个方向上，如 图3所示，或随枳J也相乂十于光4妄收部(i区)7i。
可以通过与4艮据第 一 实施例的光传感器相同的步骤制造才艮据 第二实施例的具有上述结构的光传感器S2。可以获得与第一实施例 相同的优点。另夕卜，倾斜侧壁A的总面积比第一实施例的大。因此， 可以进一步增强由于被覆盖倾斜侧壁A的反射材料层3的反射所引起的光会聚效果。因为对长波长光的灵敏度增加了，所以可以感应 到非可见的红外光。
第三实施例
图4A是根据本发明第三实施例的光传感器S3的示意性截面 图，光传感器S3是显示装置的特征。图4B是光传感器S3的平面 图。沿图4B的IVA-IVA线截取的截面只于应于图4A所示。
图4A和图4B示出的光传感器S3与才艮据第一实施例的光传感 器Sl的不同之处在于反射材料层3连接到半导体薄膜7的p区7p。 光传感器S3的其他结构与光传感器Sl相同，包括凹槽la、反射材 料层3和半导体薄膜7之间的层压关系。
在具有上述结构的光传感器S3中，反射材料层3被配置在基 板1的凹槽la的底部和倾斜侧壁A，仅」得可以改善对来自显示装 置的显示表面侧(即，基板1上方)朝向光传感器S3的光的灵敏度。
由于反射材料层3连接到p区7p，所以反射材料层3和p区 7p^f呆持在相同电位。因此，这防止了在绝多彖层5夹在反射材料层3 与p区7p之间的部分W'中产生寄生电容。因此，可以防止从光接 收部(i区)7i到p区7p产生的信号电荷被寄生电容影响。另外， 在形成步骤中施加在反射材料层3上的静电损害通过互连线11被 释放，使得可以在光接收部(i区)7i中以与第一实施例相同的方 式稳定地形成一€尽层。
因此，可以有效地执行光接收部(i区)7i中的光电转换并可 以有效地得到通过光电转换获得的电荷。因此，可以改善对所4妄收
16光的灵敏度。由于改善了对长波长光的灵敏度，所以可以感应到非 可见的红外光。
第三实施例可以与第二实施例结合。在这种情况下，多个凹槽
la可一皮配置在反射材料层3与半导体薄膜7重叠的部分下面。
在上述的第一至第三实施例中，反射材料层3连接到n区7n 或p区7p。即使当反射材料层3没有连接到n区7n或p区7p时， 也可以获得以下效果。第一个效果通过沿凹槽la的倾名+侧壁A i殳 置的反射材料层3 (或多个凹槽la的倾斜侧壁A )反射来自基板1 上方、入射到半导体薄膜7的光并允许反射光进入半导体薄膜7的 光4妄收部(i区)7i而得到。可以通过阻止穿过反射材料层3的光 获得防止直接来自基板1背面的背光进入半导体薄膜7的光接收部 (i区)7i的第二个效果。
第四实施例
图5A是才艮据本发明第四实施例的光传感器S4的示意性截面 图，光传感器S4是显示装置的特征。图5B是光传感器S4的平面 图。沿图5B中的VA-VA线截取的截面只于应于图5A中的所示。
图5A和图5B中示出的光传感器S4与根据第一实施例的光传 感器Sl的不同之处在于半导体薄膜7中区域的配置。光传感器S4 的其他结构与光传感器Sl相同。具体地，半导体薄膜7具有作为 第一导电型掺杂区的p区作为光接收部7p'。第二导电型掺杂区， 即n区7n，，被配置为夹置光接收部(p区)7p'。光传感器S4被设 计为MOS传感器。在以下描述中，省略与第一实施例相同的组件 的具体描述。正锥形的倾斜侧壁A的凹槽 la，凹槽宽度朝向凹槽的开口端逐渐增加。反射材料层3进行图案 化以覆盖凹槽la的内壁，包括底部和倾斜侧壁A,且凹槽la的外 围可i殳置为例如闪电才及。
关于覆盖其上具有反射材料层3的基板1、由透光材料制造的 绝缘层5，在反射材料层3被设置为栅电极的情况下，层5也用作 栅极绝缘层。
绝缘层5上的半导体薄膜7包括凹槽la上方的光接收部(p区) 7p'。在半导体薄月莫7中，光4妾收部(p区)7p'优选净皮反射材津+层3 完全覆盖并位于被反射材料层3覆盖的凹槽la的底部上方。
更优选地，其中作为光接收部(p区)7p，两侧的两个n区之一 并被用作源极区的n区(S ) 7n'与反射材料层3重叠的部分W具有 足够的宽度(重叠宽度W )，使得反射材料层3完全覆盖作为光接 收部(p区)7p'和n区(S) 7n，之间的界面的PN结表面。作为夹 置光4妄收部(p区)7p，的两个n区7n'之一并^皮用作源极区的n区 (S ) 7n，可通过互连线11连接到包括反射材料层3的栅电极。
在具有上述结构的光传感器S4中，因为反射材料层3设置在 基板1的凹槽la的底部和倾斜侧壁A上，所以可以通过将来自显 示表面朝向光传感器S4的光会聚至光接收部(p区)7p，来改善对
所接收光的灵敏度。
在第四实施例中，已描述了反射材料层3用作栅电极的底栅型 MOS-TFT光传感器S4。本发明可应用于顶4册型MOS-TFT光传感 器。在这种情况下，由透明导电材料制造的栅电极可被配置在半导 体薄膜7的光接收部(p区)7p，上，并在其间具有作为栅极绝缘层 的层间绝纟彖膜9。从而，可以获得以下效果通过反射材料层3反射来自基板1 上方、入射到半导体薄膜7的光并允许反射光再次进入半导体薄膜 7的光接收部(p区)7p，而获得第一个效果。可以通过阻止光穿过 反射材料层3获得防止直接来自基板1背面的光进入半导体薄膜7 的光4妄收部(p区)7p'的第二个效果。
已经描述了 n沟道MOS-TFT光传感器的第四实施例，其中作 为第一导电型掺杂区的p区7p，被用作光接收部且作为第二导电型 4参杂区的n区7n'夹置光接收部(p区)7p，。本发明也可以应用于 第一导电型是n型且第二导电型是p型的p沟道MOS-TFT光传感 器。在这种情况下，可以获得与第四实施例相同的优点。
将包括上述反射材料层的MOS光传感器和才艮据第二实施例的 MOS光传感器进行组合可以获得同样的优点。因为改善了对长波 长光的灵壽丈度，所以可以感应到非可见的红外光。
显示装置的结构
下面将描述根据本发明实施例的包括任何上述光传感器S的显 示装置的结构。首先，参照图6的框图描述显示装置的整体结构。
参照图6，显示装置20包括显示面板21、背光22、显示驱动 电路23、光接收驱动电路24、图像处理单元25以及应用程序执行 单元26。
显示面板21包括液晶显示(LCD)面板，其中多个像素在中 心显示区域21a中以矩阵形式进4亍配置并具有在执4亍线顺序 (line-s叫uential)操作的同时基于显示数据显示预定图形或文本图 像的功能(显示功能)。如下所述，显示区域21a具有感应与显示 面板21的显示表面接触或接近的物体的传感器功能(成像功能)。用作显示面^反21的光源的背光21包4舌例如多个面内配置的发 光二极管。使用发射可见光和非可见光(例如紫外光和红外光)的 发光二极管。可选地，组合使用发射可见光的发光二极管和发射非 可见光的发光二极管。因此，背光22具有用于发射可见光和非可 见光的才凡构。
显示驱动电路23驱动显示面板21以执行线顺序操作，使得显 示面板21基于显示数据显示图像(即，执行显示操作)。
光接收驱动电路24驱动显示面板21以执行线顺序操作，使得 显示面板21获得用于对例如物体进行成像的光接收数据。由各个 像素获得的光接收数据例如以帧为单位存储在帧存储器24a中并作 为所拍才聂图<象输出至图<象处理单元25。
图像处理单元25基于从光接收驱动电路24输出的拍摄图像执 ^亍预定图〗象处理(运算处理)，4企测与显示面才反214妾触或4妄近的物 体的信息，并获取这些信息，这些信息是位置坐标数据或关于物体 的形状或尺寸的数据。
应用程序执行单元26基于图像处理单元25的检测结果，根据 预定的应用软件执行处理。例如，应用程序执行单元26执行生成 显示ft据使得数据包含所^r测物体的位置坐标的处理以及在显示 面板21上显示基于显示数据的图像的处理。通过应用程序执行单 元26生成的显示数据被提供给显示驱动电路23。
显示区域的电i 各结构
图7是示出显示装置20的显示区域21a中的电3各结构的图。参考图7，显示区域21a包4舌多个^f象素部31和多个传感器部32。
像素部31被配置在沿水平方向延伸的多条扫描线31a与沿垂 直方向延伸的多条信号线31b的各个交叉点的附近。每一个像素部 31都包括用作例如开关元件的薄膜晶体管(TFT) Tr。
每个薄膜晶体管Tr的栅极都连接到扫描线31a，其源极和漏极 中的一个连接到信号线31b,另一个连4妄到^f象素电才及31c。 <象素部 31包括用于向各个像素部31提供共电位Vcom的共电极31d。那 些像素电极31c和共有电极31d在其间夹置液晶层。
每一个薄膜晶体管Tr均根据通过相应的扫描线31a提供的驱动 信号导通或截止。薄膜晶体管Tr具有以下结构在导通状态期间， 基于从相应的信号线31b提供的显示信号将像素电压施加给像素电 才及31c,并通过^f象素电才及31c与共电才及31d之间的电场驱动液晶层。
传感器部32配置在显示区i或21a中的预定4立置。传感器部32 可配置用于各个像素部31。每个传感器部32均包括具有根据第一 至第四实施例的任一结构的光传感器S (Sl、 S2、 S3或S4)。
每个光传感器S均被提供有电源电压Vdd。光传感器S连接到 复位开关32a和电容器32b。当光传感器^皮复位开关32a复位时， 相应于所接收光量的电荷被电容器32b存储。在读取开关32c接通 时通过緩冲放大器32d将存储的电荷提供给信号输出电极32e,然 后4皮^T出到光传感器S的外部。复位开关32a的4妄通或断开才艮据通 过复位电极32f提供的信号来控制。读取开关32c的接通或断开根 据通过读取控制电极32g提供的信号来控制。显示面纟反的结构
图8是显示面4反21的显示区纟或21a的示意性截面图并"i兌明了 设置在每个像素部31中的薄膜晶体管Tr的结构和配置在每个传感 器部32中的光传感器S的结构。与参照上述附图描述的部件相同 的部件由相同的参考数字表示。
参照图8，用作像素驱动开关元件的底栅型薄膜晶体管Tr设置 在像素部31中。具有在前述第一至第四实施例的任一个中描述的 结构的光传感器S(S1、 S2、 S3或S4)和电容器32b (未示出)诏: 置在传感器部32中。作为设置在传感器部32中的典型光传感器S， 在图8中示出了光传感器S1、S2和S3(每一个均包括PIN二极管) 的^f壬一个。在传感器部32中可配置在第四实施例中描述的MOS光 传感器S4。
特征性地，基板上的薄膜晶体管Tr和光传感器S包括含有在 相同步骤中形成的多晶硅或氧化物半导体的半导体薄膜7,并具有 以下结构。
具体地，薄膜晶体管Tr包括由透光材料制造的作为第一基板的 基板1、第一基板1上的栅电极3g (栅电极3g包括与光传感器S 的反射材料层3相同的层)以及覆盖其上具有栅电极3g的第一基 板1的栅极绝缘层5。包括与光传感器S的半导体薄膜7相同的层 的半导体薄膜7在绝缘层5上被图案化，使得半导体薄膜7被设置 在栅电极3g上。半导体薄膜7具有掺杂的源极/漏极7sd，使得源 才及/漏才及区7sd 4立于4册电才及3g的两侧。与4册电极3g重叠的部分半导 体薄膜7被用作形成沟道的有源层7ch。有源层7ch和每个源极/漏 才及区7sd夹置轻度4参杂的漏才及(LDD)区。
22另一方面，如在上述实施例中描述的，光传感器s包4舌具有凹
槽la的第一基板l、反射材料层3和半导体薄膜7，使得光接收部 (i区)7i被设置在沿凹槽la的内壁配置的反射材料层3上。
在有上述结构的薄膜晶体管Tr和光传感器S中，薄膜晶体管 Tr的栅电极3g和光传感器S的反射材料层3包括相同的层，并且 半薄膜晶体管Tr和光传感器S的导体薄膜7均包括在相同步骤中 形成的相同层。在第一基板1上邻近显示区域21a的外围区域中， 包括p沟道和n沟道薄膜晶体管Tr的CMOS驱动电鴻"故配置在与 显示区域21a中的薄膜晶体管Tr相同的层中。在引入杂质用于形 成这些晶体管的源极/漏极区7sd的步骤中，形成光传感器S的用作 p型扩散层的p区7p和用作n型扩散层的n区7n。
另外，配置由透光材料制造的层间绝缘膜9以覆盖具有上述结 构的薄膜晶体管Tr和光传感器S。层间绝缘膜9 ^皮分别连接到薄膜 晶体管Tr的源才及/漏才及区7sd以及光传感器S的p区7p和n区7n 的互连线11覆盖。图7所示的电路包括含有与导电层(例如反射 材升牛层3)相同层的互连线、才册电才及3g、半导体薄月莫7和互连线11。 例如， 一条连接到薄膜晶体管Tr的互连线11连接到信号线31b。 一条连接到光传感器S的互连线11连接到电源Vdd,而另一条互 连线11连接到复位开关32a和电容器32b。
另夕卜，平面绝缘层13被设置为覆盖互连线11。像素电极31c 被设置在平面绝缘层13上。由透明导电材料制成的像素电极31c 通过配置在平面绝缘层13中的接触孔连接到从薄膜晶体管Tr的源 杉L/漏4及区7sd引出的互连线11。
此外，取向层(未示出)被设置为覆盖像素电极31c。上述部 件一皮配置在第一基4反1上。第二基板41被配置为面向第一基板1上的像素电极31c。第二 基板41由透光材料制成。第二基板41中面向像素电极31c的一个 表面被根据需要在每个像素中图案化不同颜色的滤光片的滤色器 层42所覆盖。另夕卜，由透明导电材料制成的共电极31d和取向层 (未示出)被配置为覆盖滤色器层42。两块基板1和41上的取向 层之间夹置隔离物(spacer)(未示出)和液晶层LC。
另外，基板1和41各自的外表面分别被偏光器(未示出)覆 盖，乂人而构成显示面^反21。
在具有上述结构的显示装置20中，因为具有上述结构和改善 的灵每文度的光传感器S净皮用作光传感器，所以显示区域21a中的光 传感器S可以进行小型化。
因此，可以减少配置光传感器S的每个4专感器部32的占用面 积， -使得可以增加^象素部31的尺寸，由此增加^f象素孔径比。有利 地，可以实现具有传感器功能(成像功能)的显示装置20的高清 晰度图像品质。
特别地，因为显示装置20包括对来自第一基板1上方的光的 具有改善的灵敏度(通过反射材料层3阻止来自基板1的背面的光 而实现)的光传感器S，所以在不被来自背光的噪声分量影响的条 件下，显示装置20可以发挥提供优良灵敏度的传感器功能。
作为包括具有上述结构的光传感器S的另一种显示装置，显示 装置可具有每个都包括光传感器S的传感器部^^皮配置在显示区域 21a的周围的结构，并具有根据由光传感器S感应的外部光的强度 来控制背光的功能。已经关于作为具有传感器功能(成像功能)的显示装置的实例 的液晶显示装置描述了上述实施例。本发明不限于液晶显示装置， 而适用于任何光传感器配置在显示区域中的显示装置。使用具有上
述根据本发明任一实施例的结构的光传感器s均可获得相同的优
点。本发明可应用于没有背光的显示装置。
已经关于每个光传感器s的各层均包括与像素部和外围区域中
构成薄膜晶体管的层相同的层的显示装置描述了上述实施例。根据 本发明的实施例，显示装置可包括在前述实施例中描述的光传感器
S1 S4的任一个。可以获得同样的优点。 应用
才艮据本发明的上述实施例的显示装置可净皮应用于在图9~图 13G所示各个领域的各种电子设备的显示装置，例如，数码相机、 笔记本式个人计算才几、诸如移动电话的<更携终端以及才聂<象4几。这种 显示装置显示提供给电子设备或由电子设备生成的视频信号作为 图像或视频。现在将描述应用本发明的电子设备的实例。
图9是根据本发明应用的电视机的透视图。才艮据此应用的电视 才几包括含有前面^反102和滤光4竟103的纟见频显示屏幕单元101。 #见 频显示屏幕单元101包括才艮据本发明任一实施例的显示装置。
图IOA和图10B示出根据本发明另一应用的数码相机。图10A 是数码相机的前视图。图IOB是其后视图。根据此应用的数码相机 包括闪光发射单元lll、显示单元112、菜单开关113和快门114。 显示单元112包4舌才艮据本发明任一实施例的显示装置。
图11是根据本发明另一应用的笔记本式个人计算机的透视图。 根据此应用的笔记本式个人计算机包括主体121、被操作以键入字符的4建盘122以及用于显示图^象的显示单元123。显示单元123包 括才艮据本发明任一 实施例的显示装置。
图12是根据本发明另一应用的视频摄像机的透视图。根据此 应用的视频摄像机包括主体131、面向前方的目标拍摄镜头132、 用于拍摄的开始/停止开关133以及显示单元134。显示单元134包 括才艮据本发明任一 实施例的显示装置。
图13A~图13G示出根据本发明另一应用的诸如移动电话的便 携终端。图13A A^开状态下的移动电话的前视图，图13B是该状 态下的侧视图，图13C是闭合状态下的前视图，图13D是该状态下 的左视图，图13E是该状态下的右视图，图13F是该状态下的顶视 图，图13G是该状态下的底视图。根据此应用的移动电话包括上壳 体141、下壳体142、连接构件(此情况下为铰接)143、主显示器 144、副显示器145、图片灯146以及照相机147。主显示器144和 副显示器145均包括根据本发明任一实施例的显示装置。
本领域技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以进 行各种修改、组合、子组合和变化，只要它们处于所附权利要求或 其等^介物的范围之内。
权利要求
1. 一种光传感器，包括具有光接收部的半导体薄膜，所述光传感器包括基板，包括具有正锥形的倾斜侧壁的凹槽；反射材料层，沿所述基板的所述凹槽而设置；绝缘层，覆盖其上具有所述反射材料层的所述基板；以及半导体薄膜，设置在所述绝缘层上以跨过所述凹槽，其中所述半导体薄膜的光接收部设置在所述凹槽上方。
2. 根据权利要求1所述的光传感器，其中，半导体薄膜包括用作 所述光接收部的i掺杂区、p掺杂区和n掺杂区，使得所述p 掺杂区和所述n掺杂区夹置所述i掺杂区。
3. 根据权利要求2所述的光传感器，其中，所述反射材料层连接 至所述p掺杂区和所述n掺杂区中的 一个。
4. 根据权利要求3所述的光传感器，还包括透光层间绝缘膜，覆盖所述半导体薄膜；以及互连线，i殳置在所述层间绝皇彖力莫上，所述互连线经由配 置在所述层间绝缘膜中的接触孔连接到所述p掺杂区或所述n 掺杂区，其中所述反射材料层通过所述互连线连接到所述p掺杂区和 所述n掺杂区中的一个。
5. 根据权利要求1所述的光传感器，其中所述半导体薄膜具有一个用作所述光接收部的第 一导电 型掺杂区和两个第二导电型掺杂区，使得所述第二导电型掺杂 区夹置所述光4妾收部，以及所述反射材料层4皮用作栅电才及。
6. 根据权利要求1所述的光传感器，其中，所述i掺杂区感应可 见光和非可见光。
7. —种显示装置，包括基板、像素部和光传感器，使得所述像素 部和所述光传感器设置在所述基板的一个表面上，所述光传感 器包括反射材并+层，沿配置在所述基4反中的凹槽而设置，所述 凹槽具有正^l形的倾^H则壁；绝缘层，覆盖其上具有所述反射材料层的所述基板；以及半导体薄膜，设置在所述绝缘层上以跨过所述凹槽，其中所述半导体薄膜的光接收部设置在所述凹槽上方。
8. 根据权利要求7所述的显示装置，其中所述像素部具有用于像素驱动的薄膜晶体管，构成所述光传感器的所述半导体薄膜包括与构成所述薄 膜晶体管的有源层的半导体薄膜相同的层，以及所述反射材料层包括与所述薄膜晶体管的栅电极相同的层。
9. 根据权利要求7所述的显示装置，还包括相对基板，,皮配置为面向设置在所述基^反的表面上的所 述光传感器；以及液晶层，帔配置在所述基4反和所述相对基4反之间。
10. 根据权利要求9所述的显示装置，还包括背光，设置在所述基板的另一表面上。
11. 根据权利要求IO所述的显示装置，其中，所述背光发射可见 光和非可见光。
全文摘要
本发明公开了光传感器和显示装置，包括具有光接收部的半导体薄膜的光传感器包括下列元件。基板具有正锥形的倾斜侧壁的凹槽。反射材料层沿基板的凹槽而设置。绝缘层覆盖其上具有反射材料层的基板。半导体薄膜设置在绝缘层上以跨过凹槽。半导体薄膜的光接收部设置在凹槽上方。根据本发明，可以增加对来自基板上方的光的灵敏度，另外也可以增加对长波长光的灵敏度。
文档编号H01L31/105GK101447523SQ20081017847
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月1日 优先权日2007年11月29日
发明者伊藤良一, 山中刚 申请人:索尼株式会社