半导体装置和显示装置的制作方法

专利名称：半导体装置和显示装置的制作方法
技术领域：
本技术领域涉及显示装置及其驱动方法。具体来说，本技术领域涉及包括光电传 感器(photosensor，光传感器)的显示装置及其驱动方法。此外，本技术领域涉及半导体装 置及其驱动方法。
背景技术：
近年来，提供有接触传感器的显示装置已经引起重视。提供有接触传感器的显示 装置称作触摸板、触摸屏等(以下简单地称作触摸板)。接触传感器的示例包括电阻触摸传 感器、电容触摸传感器和光学触摸传感器，它们的工作原理是不同的。对于触摸传感器，可 检测触摸显示装置的物体(例如笔和手指)。因此，用于控制显示装置的数据可通过使用触 摸传感器作为输入装置来输入。另外，包括光学触摸传感器的显示装置也可用作接触区域 传感器(例如专利文献1)。此外，作为没有显示面板的装置的一个示例，可给出例如图像传感器等半导体装置。[专利文献][专利文献1]日本已公开专利申请No.2001-292276

发明内容
包括光电传感器的这种显示装置的问题在于，当光电传感器上的入射光的强度过 高或过低时，成像准确度降低。成像准确度降低，使得错误地识别所检测物体的位置，或者 所得图像不清晰。具体来说，显示装置易于受到来自外部的光线(外部光)影响。鉴于上述问题，一个目的是执行高清晰图像的成像，而不管入射光的强度。显示装置的一个实施例包括像素中提供有光电传感器的显示面板，并且具有入射 光由光电传感器来测量并且光电传感器的灵敏度(sensitivity)根据入射光而变化的功 能。备选地，显示装置的另一个示例包括在像素中提供有光电传感器的显示面板，并 且具有下列功能第一成像在光电传感器中执行，以便生成物体的图像，根据图像来测量光 电传感器上的入射光，光电传感器的灵敏度按照入射光而变化，以及然后执行第二成像。也就是说，在像素中提供的光电传感器具有测量入射光的功能以及对物体成像的 功能。作为用于测量入射光的方法，图像的明度(亮度)可采用成像图像的浓度直方图来 检测。为了改变灵敏度，可调整施加到光电传感器的电压。备选地，光电传感器包括晶体管以及电连接到晶体管的栅极的光电二极管，并且 光电传感器的灵敏度可通过调整施加到光电二极管的电压来改变。备选地，光电传感器的灵敏度可通过调整施加在晶体管的源极与漏极之间的电压 来改变。
备选地，光电传感器具有执行复位操作、累积操作和选择操作的功能，并且光电传 感器的灵敏度可通过调整累积操作的时间来改变。注意，累积操作是在复位操作中的初始 化之后但在选择操作中的读取之前执行的操作。备选地，显示装置可包括图像处理部分。当二值化过程在图像处理部分中执行时， 成像的准确度可通过二值化的阈值的变化来调整。备选地，显示装置的另一个实施例包括一种显示面板，其中设置了在像素中提供 的第一光电传感器以及在像素外部提供的第二光电传感器。显示装置的实施例具有下列功 能由第二光电传感器测量入射光；以及在执行成像之前按照入射光来改变第一光电传感 器的灵敏度。也就是说，在像素中提供的第一光电传感器具有对物体成像的功能，并且在像 素外部提供的第二光电传感器具有测量入射光的功能。光电传感器的灵敏度按照与以上所 述相同的方式来改变。光电传感器的灵敏度通过入射光的强度来确定，使得始终可执行高清晰图像的成 像。具体来说，光电传感器的灵敏度能够几乎不受外部光影响。


图1是显示装置的结构的说明图。
图2是显示装置的结构的说明图。
图3是显示装置的结构的说明图。
图4是时序图。
图5是显示装置的结构的说明图。
图6是显示装置的结构的说明图。
图7是显示装置的截面的说明图。
图8是显示装置的截面的说明图。
图9是显示装置的截面的说明图。
图10是使用显示装置的电子装置的一个示例。
图11是显示装置的结构的说明图。
图12A至图12D是使用显示装置的电子装置的示例。
图13是直方图。
图14是直方图。
具体实施例方式下面将参照附图详细描述实施例。但是，以下所述的实施例可通过许多不同的模 式来体现，并且本领域的技术人员易于理解，模式和细节可通过各种方式来修改，而没有背 离本发明的精神和范围。因此，本发明不应当被解释为限于实施例的以下描述。在用于描 述实施例的附图中，相同部分或者具有相似功能的部分由相同的参考标号来表示，并且不 再重复描述这些部分。(实施例1)在这个实施例中，参照图1、图2、图3和图4来描述显示装置。将参照图1来描述显示面板的结构。显示面板100包括像素电路101、显示元件控制电路102和光电传感器控制电路103。像素电路101包括以行和列的矩阵设置的多个像 素104。像素104的每个包括显示元件105和光电传感器106。光电传感器106可对触摸 或接近显示面板100的物体进行检测和成像。注意，光电传感器106可在像素104外部提 供。此外，光电传感器106的数量可与显示元件105的数量不同。显示元件105的每个包括薄膜晶体管(TFT)、存储电容器、液晶元件等。薄膜晶体 管具有控制将电荷注入存储电容器或者从存储电容器释放电荷的功能。存储电容器具有保 持与施加到液晶元件的电压对应的电荷的功能。是否透射光线通过施加到液晶元件的电压 来控制，使得显示灰度级。光源(背光)从液晶显示装置的背面发出的光线用作经过液晶 层的光线。注意，以上描述了显示元件105的每个包括液晶元件的情况；但是，可包括例如发 光元件等的其它元件。发光元件是其中亮度通过电流或电压来控制的元件。具体来说，可 给出发光二极管、OLED (有机发光二极管)等。光电传感器106包括晶体管以及具有通过接收光线来生成电信号的功能的元件 (光接收元件)。作为光接收元件，可使用光电二极管等。注意，光电传感器106通过采用 入射到显示面板100上的光线来判断外部光是被物体遮挡而投射阴影还是外部光进入，来 检测物体。另外，也可使用从背光所发出并且被物体反射的光线。外部光和反射光均可使用。显示元件控制电路102控制显示元件105，并且包括显示元件驱动器电路107，它 通过例如视频数据信号线等信号线(又称作源极信号线)将信号输入到显示元件105 ；显 示元件驱动器电路108，它通过扫描线(又称作栅极信号线)将信号输入到显示元件105。 例如，用于驱动扫描线的显示元件驱动器电路108具有选择设置在特定行的像素中包含的 显示元件的功能。另外，用于驱动信号线的显示元件驱动器电路107具有将预定电位施加 到设置在所选行的像素中包含的显示元件的功能。注意，在被施加高电位的显示元件(由 用于驱动扫描线的显示元件驱动器电路108来对其施加高电位)中，薄膜晶体管处于导通 状态，使得该显示元件被提供来自用于驱动信号线的显示元件驱动器电路107的电荷。光电传感器控制电路103控制光电传感器106，并且包括用于驱动例如光电传感 器输出信号线和光电传感器参考信号线等信号线的光电传感器读取电路109以及用于驱 动扫描线的光电传感器驱动器电路110。用于驱动扫描线的光电传感器驱动器电路110具 有对设置在特定行的像素104中包含的光电传感器106执行复位操作和选择操作的功能， 下面进行描述。此外，用于驱动信号线的光电传感器读取电路109具有提取所选行的像素 中包含的光电传感器106的输出信号的功能。注意，用于驱动信号线的光电传感器读取电 路109可具有一种结构，其中作为模拟信号的光电传感器的输出由OP放大器作为模拟信号 提取到显示装置外部；或者具有一种结构，其中输出由A/D转换器电路转换成数字信号，然 后提取到显示装置外部。将参照图2来描述像素104的电路图。像素104包括显示元件105，其中包含晶 体管201、存储电容器202和液晶元件203 ；以及光电传感器106，其中包含光电二极管204、 晶体管205和晶体管206。晶体管201的栅极电连接到栅极信号线207，晶体管201的源极和漏极其中之一 电连接到视频数据信号线210，而晶体管201的源极和漏极中的另一个电连接到存储电容器202的一个电极和液晶元件203的一个电极。存储电容器202的另一个电极和液晶元件 203的另一个电极各保持在某个电位。液晶元件203包括一对电极以及夹在该对电极之间 的液晶层。当“H” (高电平电压)施加到栅极信号线207时，晶体管201将视频数据信号线 210的电位施加到存储电容器202和液晶元件203。存储电容器202保持所施加电位。液 晶元件203按照所施加电位来改变透光率。光电二极管204的一个电极电连接到光电二极管复位信号线208，而光电二极管 204的另一个电极电连接到晶体管205的栅极。晶体管205的源极和漏极其中之一电连接 到光电传感器参考信号线212，而晶体管205的源极和漏极中的另一个电连接到晶体管206 的源极和漏极其中之一。晶体管206的栅极电连接到读取信号线209，而晶体管206的源极 和漏极中的另一个电连接到光电传感器输出信号线211。接下来将参照图3来描述光电传感器读取电路109的结构。图3中，一列像素的 光电传感器读取电路300包括ρ沟道晶体管301和存储电容器302。此外，光电传感器读取 电路109包括光电传感器输出信号线211和预充电信号线303，它们用于一列像素。在光电传感器读取电路300中，光电传感器输出信号线211的电位在该像素中的 光电传感器的操作之前设置成参考电位。图3中，通过将预充电信号线303的电位设置成 “L”(低电平电压)，光电传感器输出信号线211的电位可设置成作为参考电位的高电位。 注意，可接受的是，如果光电传感器输出信号线211具有大寄生电容，则不提供存储电容器 302。注意，参考电位也可以是低电位。在那种情况下，使用η沟道晶体管，并且预充电信号 线303的电位设置成“H”，由此光电传感器输出信号线211的电位可设置成作为参考电位的 低电位。接下来将参照图4的时序图来描述显示面板的光电传感器的读取操作。图4中， 信号401对应于图2中的光电二极管复位信号线208的电位，信号402对应于图2中晶体 管206的栅极与其连接的读取信号线209的电位，信号403对应于图2中晶体管205的栅 极与其连接的栅极信号线213的电位，以及信号404对应于图2中的光电传感器输出信号 线211的电位。此外，信号405对应于图3中的预充电信号线303的电位。在时间Α，当光电二极管复位信号线208的电位(信号401)设置成“H” (复位操 作)时，光电二极管204处于导通状态，并且晶体管205的栅极与其连接的栅极信号线213 的电位(信号403)变为“H”。此外，当预充电信号线303的电位(信号405)设置成“L” 时，光电传感器输出信号线211的电位(信号404)预充电到“H”。在时间B，当光电二极管复位信号线208的电位(信号401)设置成“L” (累积操 作)时，晶体管205的栅极与其连接的栅极信号线213的电位(信号403)因光电二极管 204的截止电流(off current)而开始下降。光电二极管204的截止电流在光线被传递到 其中时增加；因此，晶体管205的栅极与其连接的栅极信号线213的电位(信号403)按照 传递给光电二极管204的光线量而改变。也就是说，晶体管205的源极与漏极之间的电流 改变。在时间C，当读取信号线209的电位(信号402)设置成“H” (选择操作)时，晶体 管206导通，并且光电传感器参考信号线212和光电传感器输出信号线211通过晶体管205 和晶体管206建立电连续性。然后，光电传感器输出信号线211的电位(信号404)下降。注意，在时间C之前，预充电信号线303的电位(信号40 设置成“H”，并且光电传感器输 出信号线211的预充电完成。在这里，光电传感器输出信号线211的电位(信号404)下降 的速度取决于晶体管205的源-漏电流。也就是说，光电传感器输出信号线211的电位下 降的速度按照传递给光电二极管204的光线量而改变。在时间D，当读取信号线209的电位(信号402)设置成“L”时，晶体管206关断， 并且光电传感器输出信号线211的电位(信号404)在时间D之间具有常数值。在这里，作 为常数值的值按照传递给光电二极管204的光线量而改变。因此，传递给光电二极管204 的光线量可通过得到光电传感器输出信号线211的电位来找出。如上所述，单独光电传感器的操作通过重复复位操作、累积操作和选择操作来实 现。复位操作、累积操作和选择操作在显示装置的所有像素的光电传感器中执行，使得可对 触摸或靠近显示面板的物体进行成像。在这里，在显示面板100上的入射光的强度过高的情况下，成像的准确度降低，并 且有可能图像不清晰。具体来说，成像的准确度易于受到作为外部环境的外部光影响。在这种情况下，光电传感器106的灵敏度按照显示面板100上的入射光的强度而 改变，使得成像的准确度可得到提高。过程可如下所述成像中在光电传感器106上的入射光根据物体的成像图像来测 量，光电传感器106的灵敏度按照入射光的强度来优化，并且成像由具有优化灵敏度的光 电传感器106再次执行。入射光根据成像图像来测量，使得灵敏度可自动调整为图像的最有利灵敏度。下 面将描述改变灵敏度的方法。首先，入射光的强度通过成像物体的图像的亮度的直方图来判断。图13示出直方 图，其中垂直轴表示像素的数量，而水平轴表示亮度的值。亮度的最小极限值为0，而亮度的 最大极限值为255。然后，从直方图来判断入射光的强度。例如，图13中由实线1301表示的直方图具 有亮度值的两个分离峰值，即，指示物体的所检测物体的位置的峰值1302和指示除了所检 测物体的位置之外的位置的峰值1303。也就是说，清楚地划分成像图像的明度和暗度，使得 断定入射光是适当的。此外，由虚线1311表示的直方图指示低强度的入射光。指示物体的所检测物体的 位置的峰值1302和指示除了所检测物体的位置之外的位置的峰值1312的两个亮度值相互 接近。当两个亮度值进一步相互接近时，可识别仅一个峰值。也就是说，由于成像图像的明 度与暗度之间的区别不清楚，所以难以准确地识别物体，这可使得难以判断所检测物体的位置。此外，由虚线1321表示的直方图指示高强度的入射光的情况。能够识别指示除了 所检测物体的位置之外的位置的峰值1322的仅一个峰值。也就是说，由于成像图像的明度 与暗度之间的区别不清楚，所以难以准确地识别物体，这可使得难以判断所检测物体的位置。这样，在直方图中，当峰值的两个亮度值相互接近或者能识别仅一个峰值时，断定 入射光的强度过低或过高。显示面板100上的入射光的强度可从成像图像的亮度来计算。为入射光的强度设置最大极限值和最小极限值。当所测量强度在最大极限值到最小极限值之间时，断定入射 光的强度是适当的。但是，当强度小于最小极限值(或最小极限值或以下)时，断定入射光 的强度过低。另一方面，当强度为最大极限值或以上时，断定入射光的强度过高。然后，当入射光的强度过低或过高时，改变光电传感器的灵敏度。灵敏度的变化帮 助得到强度值的两个分离峰值，使得图像会是清晰的。作为改变灵敏度的一个特定方法，下列方法在图2的结构中是有效的(1)改变光 电二极管复位信号线208的电位(信号401)，并且改变施加到光电二极管204的电压、即施 加到晶体管205的栅极的电压(信号403)；⑵改变光电传感器参考信号线212的电位与 预充电信号线303的电位(信号40 之间的电位差，并且改变施加在晶体管205的源极与 漏极之间的电压；以及(3)改变用于光电传感器106的累积操作的时间长度(累积操作时 间时间B与时间C之间的时间)。此外，灵敏度通过组合这些方法来改变也是有效的。在方法(1)中，施加到光电二极管204的电压增加，使得累积光的容量增大；相应 地，光电传感器106的灵敏度得到提高。在方法( 中，施加在晶体管205的源极与漏极之 间的电压增加，使得光线的累积容量增大；因此，光电传感器106的灵敏度得到提高。然后， 在方法⑶中，使累积时间更长，使得用于累积光线的时间变长；因此，光电传感器106的灵 敏度得到提高。通过方法(1)至(3)，甚至在入射光的强度由于低强度的外部光而很低时， 光电传感器的灵敏度和成像的准确度也可得到提高。另外，在入射光的强度很高的情况下， 用于处理的操作可相反地执行，以便减小光电传感器106的灵敏度，使得成像的准确度得 到提高。此外，不仅在使物体触摸到显示面板时，而且也在没有使物体触摸到显示面板时， 包括光电传感器的显示装置均可执行检测。但是，与触摸的物体相比，更难检测没有触摸的 物体。这是因为物体的阴影随着物体离开显示面板而衰落；相应地，变得难以区分明度与暗 度。因此，灵敏度使用方法(1)至C3)来提高，使得高清晰图像的成像可相对于没有触摸的 物体来执行。注意，灵敏度的上述改变可人工执行。在人工执行的情况下，不一定测量入射光， 并且方法(1)至C3)可考虑成像图像的明度等适当地执行。注意，当测量入射光时，不一定使用物体的成像图像的亮度。例如，在成像之前，入 射光可提前使用像素中提供的光电传感器的部分或全部来测量。注意，入射光根据成像图 像的亮度来测量的情况更为有效，因为灵敏度可按照图像来改变。此外，从物体反射的光线的亮度可通过调整背光的明度来调整。特别是在外部光 的强度过低的环境下，该调整是有效的。通过采用这种模式，光电传感器的灵敏度按照入射光的强度或者阴影的厚度来改 变，使得始终可执行高清晰图像的成像。注意，在这个实施例中描述包括光电传感器的显示装置，并且这个实施例可易于 应用到包括光电传感器的半导体装置。也就是说，在这个实施例中，可形成半导体装置，其 方式是使得可从显示装置去除显示元件105以及显示所需的电路、特别是显示装置控制电 路102。作为半导体装置的一个示例，可给出图像传感器。这种半导体装置可检测接触物体 或者接近包括上述光电传感器的输入部分的物体。这个实施例可适当地与其它实施例和示例的任一个进行组合。
(实施例2)在这个实施例中，将参照图5来描述与实施例1不同的测量入射光的方法。图5示出显示面板的一个示例。图5中的结构与图1中的不同之处在于，第二光 电传感器502在像素外部提供。第二光电传感器502测量作为显示面板100上的入射光的 外部光。注意，第二光电传感器502可在显示面板100外部提供。在这个实施例中，入射光提前采用第二光电传感器502测量，并且在像素104中提 供的第一光电传感器501的灵敏度按照入射光的强度、通过使用实施例1中所述的方法在 检测物体之前调整。灵敏度按照入射光来改变，使得可执行高清晰图像的成像。在这种情 况下，根据成像图像的亮度来测量入射光的强度的过程可省略。此外，第二光电传感器502的数量可以为一或更多。在多个第二光电传感器502的 情况下，能够酌情适当地使用通过多个第二光电传感器502所得到的入射光的强度的最大 极限值、最小极限值或平均值。通常使用平均值，并且优选的是，当最大极限值与最小极限 值之间的差很大时使用最大极限值，因为第二光电传感器502的任一个极有可能被挡住。 此外，当最大极限值和最小极限值均很小时，优选的是使用最小极限值，因为外部光的强度 很小是极有可能的。注意，当存在一个第二光电传感器502时，有可能的是，在第二光电传 感器502局部被挡住的情况下无法适当地调整灵敏度，因为入射光的强度被错误地认为很 低。相应地，优选的是，可提供多个第二光电传感器502，以便避免这种错觉。另外，优选的 是，为了防止这种错觉，第二光电传感器502在显示面板100的至少四个角中提供，因为整 个显示面板100可采用第二光电传感器502被完全检测。这个实施例可适当地与其它实施例和示例的任一个进行组合。(实施例3)在这个实施例中，将描述其中物体的成像图像按照入射光的强度来经受图像处理 的结构。物体的成像图像经过作为图像处理的二值化过程。二值化过程是其中所检测物体 的成像图像在各像素中相对于预定明度(阈值)重新识别为亮部或暗部的过程。在这里， 二值化过程的阈值按照入射光的强度来改变，使得可执行具有高清晰图像的成像的成像。下面将描述按照入射光的强度来改变二值化过程的阈值的方法的一个示例。图6 示出这个实施例的显示装置601的结构的一个示例。显示装置601至少包括显示面板100 和图像处理部分602。首先，如同实施例1中那样，对各像素测量由显示面板100来成像的所检测物体的 图像的明度(亮度)。图14中，峰值1401指示所检测物体的位置的亮度，以及峰值1402指 示除了所检测物体的位置之外的位置的亮度。将亮度的数据传送给图像处理部分602。在图像处理部分602中，将各像素的亮度与预先设置的阈值进行比较。然后，当像 素的各亮度总体为小于阈值的区域值或者其值为阈值或更大的区域值时，断定入射光的强 度过低或过高。然后，图像处理部分602将控制信号提供给显示面板100中的光电传感器 106，以便按照入射到光电传感器106上的光线来改变光电传感器106的灵敏度。例如，在图14的直方图中，亮度小于预先设置的阈值1403的像素的数量为全部像 素的70%或更多。在这种情况下，断定入射光的强度过低。因此，难以通过采用阈值1403 的二值化过程来得到清晰图像。相反，在具有阈值或更大的亮度的像素的数量为全部像素的70%或更多(未示出)的情况下，断定入射光的强度过高。当入射光的强度过低或过高时，阈值发生变化。在图14的情况下，阈值可从阈值 1403改变成阈值1404，使得该阈值的亮度的像素的数量小于全部像素的70%。因此，阈值 1404可在指示所检测物体的位置的亮度的峰值1401与指示除了所检测物体的位置之外的 位置的亮度的峰值1402之间提供。然后，通过采用阈值1404的二值化过程，将所检测物体 的位置和除了所检测物体的位置之外的位置分别识别为暗部和明部。此外，不仅在使物体触摸到显示面板时，而且也在没有使物体触摸到显示面板时， 均可执行检测。在没有触摸的物体的情况下，阴影比触摸的物体变得更淡，使得难以清楚地 区分明度和暗度。阈值按照入射光来改变，使得还可对没有触摸的物体执行高清晰图像的 成像。如上所述，在入射光的强度过低或过高的情况下，图像处理按照入射光的强度来 执行，使得成像的准确度可得到提高；因此，可防止所检测物体的位置的错觉或者所得图像 会清晰。注意，统计像素的比例(proportion of gathering pixels)并不局限于70%，而 是该比例可通过所检测物体的面积在整个图像中的比例或者成像的所需准确度来确定。此 外，改变阈值的方法可使用除了上述之外的方法。例如，可使用阈值从阈值1403改变到作 为两个峰值1401与1402之间的谷值的阈值1404的方法、阈值改变成使得由阈值所分离的 两个部分的分布变成最大的方法等。备选地，图像处理可以仅对像素的特定区域来执行，这可使得能够缩短处理时间。这个实施例可适当地与其它实施例和示例的任一个进行组合。(实施例4)图7示出显示面板的截面图的一个示例。在图7的显示面板中，光电二极管1002、 晶体管1003、存储电容器1004和液晶元件1005在具有绝缘表面的衬底(TFT衬底)1001之 上提供。光电二极管1002和存储电容器1004可与在晶体管1003的制造过程中形成晶体 管1003的同时形成。光电二极管1002是横向结pin 二极管。光电二极管1002中包含的 半导体膜1006包括具有ρ型导电的区域(ρ型层)、具有i型导电的区域(i型层)以及具 有η型导电的区域(η型层)。注意，虽然在这个实施例中示出光电二极管1002是pin 二极 管的情况，但是光电二极管1002可以是pn 二极管。可形成横向pin结或横向pn结，其方 式是使得将赋予P型导电的杂质和赋予η型导电的杂质添加到半导体膜1006的相应特定 区域。此外，能够通过经由蚀刻等处理(图案化)在TFT衬底1001之上形成的一个半导 体膜为期望形状，同时形成光电二极管1002的岛状半导体膜和晶体管1003的岛状半导体 膜，因此，一般添加到面板制造过程的步骤是不必要的，使得成本可降低。注意，ρ型层、i型层和η型层的叠层可用来代替横向结光电二极管。液晶元件1005包括像素电极1007、液晶1008和对电极1009。像素电极1007在 衬底1001之上形成，并且通过晶体管1003、存储电容器1004和导电膜1010相互电连接。 此外，衬底(对衬底)1013提供有对电极1009，并且液晶1008夹在像素电极1007与对电 极1009之间。注意，虽然在这个实施例中没有示出用于光电传感器的晶体管，但是该晶体管可在衬底(TFT)衬底1001之上连同晶体管1003 —起在晶体管1003的制造过程中形成。像素电极1007与对电极1009之间的单元间隙(cell gap)可通过使用分隔件 1016来控制。虽然单元间隙由通过光刻选择性形成并且在图7中具有圆柱形状的分隔件 1016来控制，但是单元间隙备选地可由分散在像素电极1007与对电极1009之间的球形分 隔件来控制。此外，在衬底(TFT衬底)1001与衬底(对衬底)1013之间，液晶1008由密封材料 围绕。液晶1008可通过分送器方法(微滴方法)或浸渍方法(泵送方法)来注入。对于像素电极1007，可使用例如氧化铟锡(ITO)、包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)、 有机铟、有机锡、氧化锌、包含氧化锌的氧化铟锌(IZO)、包含镓的氧化锌、氧化锡、包含氧化 钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡等透光 导电材料。另外，由于透光液晶元件1005作为一个示例给出，所以上述透光导电材料也可用 于对电极1009，如同像素电极1007的情况中那样。定向膜(alignment film) 1011在像素电极1007与液晶1008之间提供，并且定向 膜1012在对电极1009与液晶1008之间提供。定向膜1011和定向膜1012可使用例如聚 酰亚胺或聚乙烯醇等有机树脂来形成。例如摩擦(riAbing)等定向处理在其表面执行，以 便使液晶分子沿某个方向排列。摩擦可通过滚动包有尼龙布等的滚筒同时对定向膜施加压 力来执行，使得沿某个方向摩擦定向膜的表面。注意，通过使用例如氧化硅等无机材料，各 具有定向性质的定向膜1011和定向膜1012可通过蒸发方法直接形成，而无需执行定向处 理。此外，能够透射具有特定波长的光线的滤色器1014在衬底(对衬底)1013之上形 成，以便与液晶元件1005重叠。滤色器1014可在其中分散色素的例如丙烯酸基树脂等有 机树脂涂敷到衬底1013之后通过光刻选择性地形成。备选地，滤色器1014可在其中分散 色素的聚酰亚胺基树脂涂敷到衬底1013之后通过蚀刻选择性地形成。备选地，滤色器1014 可通过例如喷墨方法等微滴排放方法选择性地形成。此外，能够屏蔽光线的屏蔽膜1015在衬底(对衬底)1013上形成，以便与光电二 极管1002重叠。屏幕膜1015不仅防止来自背光的经过衬底(对衬底)1013并且进入显示 面板的光线直接传递到光电二极管1002，而且还防止因像素之间的液晶1008的不正确定 向而引起的旋错(disclination)被可视地识别。包含例如碳黑或钛的低氧化物等黑色素 的有机树脂可用于屏蔽膜1015。备选地，铬膜可用于屏蔽膜1015。此外，起偏振片1017在其上形成像素电极1007的衬底(TFT衬底)1001的相对侧 形成，并且起偏振片1018在其上形成对电极1009的衬底(对衬底)1013的相对侧形成。液晶元件可以是TN(扭转向列)模式、VA(垂直定向)模式、OCB(光学补偿双折 射)模式、IPS(共面转换)模式等等。注意，虽然在这个实施例中示出其中液晶1008夹在 像素电极1007与对电极1009之间的液晶元件1005的一个示例，但是在本发明的一个实施 例中，显示面板并不局限于这种结构。也可使用与IPS模式液晶元件相似的、其中一对电极 在衬底(TFT衬底)1001侧形成的液晶元件。另外，虽然在这个实施例中示出其中半导体薄膜用于光电二极管1002、晶体管 1003和存储电容器1004的一个示例，但是单晶半导体衬底、SOI衬底等可用于光电二极管1002、晶体管1003和存储电容器1004。另外，光线从衬底(TFT衬底)1001侧传递，如箭头1025所示。由于光线被物体 1021遮挡，所以光电二极管1002上的入射光被遮挡。换言之，光电二极管1002检测到物体 的阴影。此外，在使用来自背光的光线的情况下，光线通过液晶元件1005从衬底(对衬 底)1013侧传递到衬底(TFT衬底)1001侧之上的物体1021，并且进入光电二极管1002。也 就是说，检测从物体反射的光线。此外，在这个实施例的显示装置中，光电传感器的光接收表面(光电二极管1002) 和显示面板的显示表面(衬底1001侧)具有相同的方向。因此，可采用显示面板对物体成 像，与提供CXD图像传感器等的情况相比，这对于成像是有效的。这个实施例可适当地与其它实施例和示例的任一个进行组合。(实施例5)图8示出与实施例2中不同的显示面板的截面图。在图8所示的显示面板中，光 电二极管1002与图7中的不同之处在于，屏蔽膜2019使用用于晶体管1003的栅电极的导 电膜1019来形成。通过光电二极管1002中的屏蔽膜，防止来自背光的光线直接进入作为 本征的区域(i型层)。此外，在光电二极管1002用作横向pin 二极管的情况下，具有P型导电的区域(P 型层)和具有η型导电的区域(η型层)可通过使用屏蔽膜作为掩模自动对齐。这在制造 小光电二极管、降低像素大小以及改进孔径比方面是有效的。通过采用这种模式，可提供其中可通过检测无接触物体的移动来输入数据的显示 面板。注意，虽然图8中使用横向结光电二极管，但是备选地可使用P型层、i型层和η型
层的叠层。注意，这个实施例在光电二极管1002的入射光以及显示面板的显示表面和光电 传感器的光接收表面的方向的方面与实施例4相同。这个实施例可适当地与其它实施例和示例的任一个进行组合。(实施例6)图9示出与实施例2的显示面板不同的显示面板的截面图的另一个示例。图9中 的显示面板与图7中的不同之处在于，光线从衬底(对衬底)1013侧传递，如箭头2025所 示。在这种情况下，例如开口可在光电二极管1002上方的屏幕膜1015中形成，使得光进入 光电二极管1002。在这个实施例中，屏幕膜2015在光电二极管1002之下提供。屏幕膜2015防止来 自背光的经过衬底(TFT衬底)1001并且进入显示面板的光线直接传递到光电二极管1002， 使得可提供能够进行高清晰图像的成像的显示面板。包含例如碳黑或低氧化钛等黑色素的 有机树脂可用于屏蔽膜2015。备选地，铬膜可用于屏蔽膜2015。注意，虽然图9中使用横向结光电二极管，但是备选地可使用P型层、i型层和η型
层的叠层。光电传感器的光接收表面(光电二极管100 面向与显示面板的显示表面(到衬 底101 相同的方向；因此，显示面板可对物体进行成像。
此外，在使用来自背光的光线的情况下，光线通过液晶元件1005从衬底(TFT衬 底)1001侧传递到衬底(对衬底)1013侧上的物体1021，并且进入光电二极管1002。也就 是说，检测到来自物体的反射光。这个实施例可适当地与其它实施例和示例的任一个进行组合。(实施例7)将描述使用具有光电传感器的显示面板的手写板(例如黑板和白板)的一个示 例。例如，包括光电传感器的显示面板在图10的显示面板9696的位置提供。显示面板9696具有光电传感器和显示元件。在这里，能够使用记号笔(marker pen)在显示面板9696的表面随意书写。注意，如果在没有定影剂(fixer)的情况下采用记号笔书字母，则易于擦除字母。另外，优选的是，显示面板9696的表面充分平滑，以便可易于消除记号笔的墨水。当玻璃衬底等用于显示面板9696的表面时，显示面板9696的表面具有充分平滑度。备选地，透明合成树脂片等可附连到显示面板9696的表面。例如，丙烯酸树脂优选地用作合成树脂。在这种情况下，合成树脂片的表面优选地 是平滑的。由于显示面板9696具有显示元件，所以特定图像可在显示面板9696上显示，并且 可采用记号笔在显示面板9696的表面进行书写。此外，显示面板9696具有光电传感器，使得如果显示面板9696连接到打印机等， 则采用记号笔书写的字母可被读取和打印。此外，由于显示面板9696具有光电传感器和显示元件，因此，通过在显示图像的 显示面板9696的表面书写文本、绘图等，由光电传感器所读取的记号笔的痕迹和图像可被 合成并且在显示面板9696上显示。注意，采用电阻触摸传感器、电容触摸传感器等传感可以仅与采用记号笔等进行 书写的同时执行。另一方面，采用光电传感器进行传感是优良的，因为传感可在采用记号笔等书写 某种内容之后的任何时间来执行，即使时间已经过去也可以。这个实施例可适当地与其它实施例和示例的任一个进行组合。[示例 1]在示例1中，将描述面板和光源的位置。图11是示出显示面板的结构的透视图的 一个示例。图11所示的显示面板包括面板1601，其中包括液晶元件、光电二极管、薄膜晶 体管等的像素在一对衬底之间形成；第一扩散板1602 ；棱镜片1603 ；第二扩散板1604 ’导 光板1605 ；反射板1606 ；包括多个光源1607的背光1608 ；以及电路板1609。面板1601、第一扩散板1602、棱镜片1603、第二扩散板1604、导光板1605和反射 板1606按照这种顺序堆叠。光源1607在导光板1605的端部提供。来自光源1607、扩散到 导光板1605中的光线借助于第一扩散板1602、棱镜片1603和第二扩散板1604从对衬底侧 均勻地传递到面板1601。注意，虽然在示例1中使用第一扩散板1602和第二扩散板1604，但是扩散板的数量并不局限于此。扩散板的数量可以是1个，或者可以是3个或更多。扩散板可在导光板 1605与面板1601之间提供。因此，扩散板可以仅在比棱镜片1603更接近面板1601的一侧 提供，或者可以仅在比棱镜片1603更接近导光板1605的一侧提供。此外，图11所示的棱镜片1603的截面的形状并不局限于锯齿形状；形状可以是来 自导光板1605的光线可聚集到面板1601侧的形状。电路板1609提供有用于生成或处理将要输入到面板1601的各种信号的电路、用 于处理将要从面板1601输出的各种信号的电路等等。另外，图11中，电路板1609和面板 1601通过FPC(柔性印刷电路)1611相互连接。注意，上述电路可通过玻璃上芯片(COG)方 法连接到面板1601，或者上述电路的一部分可通过膜上芯片(COF)方法连接到FPC 1611。图11示出一个示例，其中为电路板1609提供用于控制光源1607的驱动的控制电 路，并且控制电路和光源1607通过FPC 1610相互连接。但是，上述控制电路可在面板1601 之上形成，并且在那种情况下，使面板1601和光源1607通过FPC等相互连接。注意，虽然图11示出其中光源1607在面板1601的边缘上提供的边缘光类型光 源，但是根据本发明的一个实施例的显示面板可以是直下式显示面板，其中光源1607在面 板1601正下方提供。例如，当手指1612、即物体从TFT衬底侧接近面板1601时，从背光1608经过面板 1601的光线的一部分从手指1612反射，并且再次进入面板1601。手指1612、即物体的彩色 图像数据可通过依次点亮与各个颜色对应的光源1607并且得到每种颜色的图像数据来获得。这个实施例可适当地与其它实施例和其它示例的任一个进行组合。[示例 2]根据本发明的一个实施例的显示装置的特征在于得到高清晰度的图像数据。因 此，通过将显示装置添加为部件，使用根据本发明的一个实施例的显示装置的电子装置可 配备成更高功能应用。本发明的显示装置可用于显示装置、膝上型计算机或者提供有记录 介质的图像再现装置(通常为再现记录介质、如DVD(数字多功能光盘)的内容并且具有用 于显示再现图像的显示器的装置)。除了上述示例之外，作为包括根据本发明的一个实施例 的显示装置的电子装置，可给出移动电话、便携游戏机、便携信息终端、电子书阅读器、摄像 机、数字照相机、眼镜式显示器(头戴式显示器)、导航系统、音频再现装置(例如汽车音频 部件和数字音频播放器)、复印机、传真机、打印机、多功能打印机、自动柜员机(ATM)、售货 机等等。这种电子装置的具体示例如图12A至图12D所示。图12A示出包括壳体5001、显示部分5002、支承底座5003等的显示装置。根据本 发明的一个实施例的显示装置可用于显示部分5002。根据本发明的一个实施例的显示装置 用于显示部分5002的用途可提供一种能够获得高清晰度的图像数据并且能够配备成较高 功能应用的显示装置。注意，该显示装置包括用于显示信息的所有显示装置，例如用于个人 计算机的显示装置、用于接收电视广播的显示装置以及用于显示广告的显示装置。图12B示出包括壳体5101、显示部分5102、开关5103、操作按键5104、红外线端口 5105等的便携信息终端。根据本发明的一个实施例的显示装置可用于显示部分5102。根 据本发明的一个实施例的显示面板用于显示部分5102的用途可提供一种能够获得高清晰 度的图像数据并且能够配备成较高功能应用的便携信息终端。
图12C示出包括壳体5201、显示部分5202、投币口 5203、纸币投币口 5204、磁卡插 口 5205、银行存折插口 5206等的自动柜员机。根据本发明的一个实施例的显示装置可用于 显示部分5202。根据本发明的一个实施例的显示装置用于显示部分5202的用途可提供一 种能够获得高清晰度的图像数据并且能够配备成较高功能应用的自动柜员机。使用根据本 发明的一个实施例的显示装置的自动柜员机可读取例如指纹、脸部、手印、掌印、手纹图案、 虹膜等的生命体的信息，它们可用于较高准确度的生物测定。因此，可抑制将待识别的人错 误识别为不同的人所引起的错误不匹配率以及将不同的人错误识别为待识别的人所引起 的错误接受率。图12D示出包括壳体5301、壳体5302、显示部分5303、显示部分5304、话筒5305、 喇叭5306、操作按键5307、触控笔5308等的便携游戏机。根据本发明的一个实施例的显示 装置可用于显示部分5303或者显示部分5304。根据本发明的一个实施例的显示装置用于 显示部分5303或者显示部分5304的用途可提供一种能够获得高清晰度的图像数据并且能 够配备成较高功能应用的便携游戏机。注意，虽然图12D所示的便携游戏机包括两个显示 部分5303和5304，但是包含在便携游戏机中的显示部分的数量并不局限于2个。这个实施例可适当地与其它实施例和其它示例的任一个进行组合。本申请基于2009年11月20日向日本专利局提交的日本专利申请序号 2009-264630，通过引用将其完整内容结合于此。
权利要求
1.一种半导体装置，包括 输入部分；以及在所述输入部分中提供的光电传感器，其中，所述半导体装置配置成按照所述光电传感器上的入射光、通过测量所述入射光 来改变所述光电传感器的灵敏度。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述光电传感器的灵敏度通过调整施加到 所述光电传感器的电压来改变。
3.如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及其中，所述光电传感器的灵敏度通过调整施加到所述光电二极管的电压来改变。
4.如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及所述光电传感器的灵敏度通过调整施加在所述晶体管的源极与漏极之间的电压来改变。
5 如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述光电传感器具有执行复位操作、累积操作和选择操作的功能，以及 所述光电传感器的灵敏度通过调整用于累积操作的时间来改变。
6.一种显示装置，包括 显示面板；以及所述显示面板中提供的光电传感器，其中，所述显示装置配置成按照所述光电传感器上的入射光、通过测量所述入射光来 改变所述光电传感器的灵敏度。
7.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述显示面板包括像素，并且所述光电传感器 在所述像素中提供。
8.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述显示面板包括像素电路，其中包含以矩阵 设置的多个像素，并且所述光电传感器在所述像素电路外部提供。
9.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述光电传感器的灵敏度通过调整施加到所 述光电传感器的电压来改变。
10.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及其中，所述光电传感器的灵敏度通过调整施加到所述光电二极管的电压来改变。
11.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及所述光电传感器的灵敏度通过调整施加在所述晶体管的源极与漏极之间的电压来改
12.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述光电传感器具有执行复位操作、累积操作和选择操作的功能，以及 所述光电传感器的灵敏度通过调整用于累积操作的时间来改变。
13.一种显示装置，包括 显示面板；所述显示面板中提供的像素；以及 所述像素中提供的光电传感器，其中，所述显示装置配置成在执行第二成像之前，按照所述光电传感器上的入射光、通 过在所述光电传感器中执行第一成像以生成所检测物体的图像并且根据所述图像测量所 述入射光，来改变所述光电传感器的灵敏度。
14.如权利要求13所述的显示装置，其中，所述光电传感器的灵敏度通过调整施加到 所述光电传感器的电压来改变。
15.如权利要求13所述的显示装置，其中，所述光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及所述光电传感器的灵敏度通过调整施加到所述光电二极管的电压来改变。
16.如权利要求13所述的显示装置，其中，所述光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及所述光电传感器的灵敏度通过调整施加在所述晶体管的源极与漏极之间的电压来改变。
17.如权利要求13所述的显示装置，其中，所述光电传感器具有执行复位操作、累积操作和选择操作的功能，以及 所述光电传感器的灵敏度通过调整用于累积操作的时间来改变。
18.一种显示装置，包括 显示面板；所述显示面板中提供的像素电路； 所述像素电路中提供的第一光电传感器；以及 所述像素电路外部提供的第二光电传感器，其中，所述显示装置配置成在执行成像之前，按照采用所述第二光电传感器所检测的 入射光来改变所述第一光电传感器的灵敏度。
19.如权利要求18所述的显示装置，其中，所述第一光电传感器的灵敏度通过调整施 加到所述第一光电传感器的电压来改变。
20.如权利要求18所述的显示装置，其中，所述第一光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极 管，以及所述第一光电传感器的灵敏度通过调整施加到所述光电二极管的电压来改变。
21.如权利要求18所述的显示装置，其中，所述第一光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及所述第一光电传感器的灵敏度通过调整施加在所述晶体管的源极与漏极之间的电压 来改变。
22.如权利要求18所述的显示装置，其中，所述第一光电传感器具有执行复位操作、累积操作和选择操作的功能，以及 所述第一光电传感器的灵敏度通过调整用于累积操作的时间来改变。
23.一种半导体装置，包括 输入部分；在所述输入部分中提供的光电传感器；以及成像处理部分，配置成从所述光电传感器接收输出信号，并且将控制信号提供给所述 光电传感器，以便按照所述光电传感器上的入射光来改变所述光电传感器的灵敏度。
24.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述光电传感器的灵敏度通过调整施加 到所述光电传感器的电压来改变。
25.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及所述光电传感器的灵敏度通过调整施加到所述光电二极管的电压来改变。
26.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述光电传感器包括晶体管以及电连接到所述晶体管的栅极的光电二极管，以及所述光电传感器的灵敏度通过调整施加在所述晶体管的源极与漏极之间的电压来改变。
27.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述光电传感器具有执行复位操作、累积操作和选择操作的功能，以及 所述光电传感器的灵敏度通过调整用于累积操作的时间来改变。
全文摘要
本发明名称为半导体装置和显示装置。一个目的是在包括光电传感器的显示装置中执行高清晰图像的成像，而不管光电传感器上的入射光的强度。提供一种显示装置，它包括提供有光电传感器并且具有通过按照入射光的光电传感器的灵敏度的变化进行成像的功能的显示面板。当入射光的强度很低时，光电传感器的灵敏度得到提高，使得成像准确度得到提高；因此，防止接触的错觉，并且所得图像会很清晰。
文档编号H01L29/786GK102097488SQ201010566789
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年11月20日
发明者上妻宗广, 池田隆之, 黑川义元 申请人:株式会社半导体能源研究所