电子设备和电子系统的制作方法

专利名称：电子设备和电子系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有包括晶体管的电路的电子设备，并且还涉及电子系统。例如，本发明涉及在其上安装以液晶显示面板为代表的电光学器件作为组件的电子设备。
背景技术：
近年来，已主动地开发了诸如电子书阅读器之类的显示设备。具体而言，由于通过使用具有存储器性质的显示元件来显示图像的技术对降低功耗贡献很大，因此已主动地开发了该技术(专利文献I)。另外，设置有触摸传感器的显示设备已引起关注。设置有触摸传感器的显示设备称为触摸面板、触摸屏等(在下文中也简称为触摸面板)。此外，在专利文献2中公开了其上安装有光学触摸传感器的显示设备。[参考文献][专利文献][专利文献I]日本公开专利申请No.2006-267982[专利文献2]日本公开专利申请No.2001-29227
发明内容
一个实施例的目的在于，提供被配置成用户不管位置在哪都可读取数据、通过直接触摸在屏幕上显示的键盘、或者用指示笔等间接触摸该键盘来输入数据、并且使用该输入数据的新颖电子设备。一个实施例的目的在于，提供其中增加光电传感器的光接收面积、以及每单位面积的像素电极面积以获取被配置成用户可通过触摸在屏幕上显示的键盘来读取数据和输入数据的电子设备的像素结构。另外，一个实施例的目的在于，提供其中在一个屏幕上实现包括键盘显示的静止图像模式、以及活动图像模式的新颖电子设备。另外，一个实施例的一个目的在于，以在静止图像模式的情况下，在显示部分的一部分上显示静止图像、随后停止向显示静止图像的区域中的显示元件供电、并且可看到静止图像的状态在停止供电之后保持较长时间的方式降低功耗。此外，一个实施例的目的在于，建立对其电力受限的电子设备(诸如便携式信息终端)的节能有利的电子系统。在包括其中使用外部光显示图像的显示部分的电子设备中，显示部分通过使用光电传感器具有触摸输入功能，在显示部分的至少一部分上显示键盘按键，并且用户通过触摸期望键来输入数据，从而在显示部分上进行与期望键相对应的显示。当用户在显示设备上指出期望位置时，光电传感器检测进入显示部分的外部光、以及在显示部分的一部分上形成的阴影(在下文中也称为外部光的部分阴影)。输入处理部 分处理光电传感器的位置作为触摸输入的坐标位置，该光电传感器检测外部光在显示部分上的部分阴影。视频信号处理部分将与触摸输入的坐标相对应的数据(即，键盘的数据)作为输出到显示部分的图像数据。在其上显示键盘的第一显示区在用户用显示在显示部分上的键盘来输入数据的周期中显示静止图像。当用户输入数据时，第二显示区在通过触摸输入的与键相对应的字母或数字一个接一个地写入的周期中、或者在进行字母转换的周期中显示活动图像。本说明书中所公开的本发明的一个实施例是电子系统，该电子系统包括光电传感器、以及通过将从光电传感器获取的输入数据处理成视频信号来进行显示的显示部分。在该电子系统中，在显示部分的第一屏幕区上显示的触摸输入按键被显示为静止图像，并且输出视频信号以使活动图像在显示部分的第二屏幕区上显示。该电子系统包括将显示部分的第一屏幕区切换到进行触摸输入的屏幕区、或者输出视频信号以进行显示的屏幕区的视频信号处理部分。替换地，该电子系统包括在静止图像在显示部分上显示的情况、以及活动图像在显示部分上显示的情况之间供应不同信号的视频信号处理部分。在进行静止图像的写入之后，显示元件控制电路进入非操作状态，由此可降低功耗。常规有源矩阵显示设备中所包括的开关晶体管的问题在于，截止电流较大，并且即使在晶体管处于截止状态时写入像素的信号也泄漏，从而在晶体管中消失。根据本发明 的一个实施例，通过使用包括氧化物半导体层的晶体管作为开关晶体管，在室温下极小截止电流(具体地，Iym的每沟道宽度的截止电流密度)可小于或等于IOaA (I X 10_17Α/μ m)、进一步地小于或等于IaA (1Χ10_18Α/μπι)、或者再进一步地小于或等于IOzA (I X IO^20A/ym)。另外，在该像素中，诸如图像信号之类的电信号的保持时间可更长，并且写入时间的间隔可设为长。因此，通过使用包含氧化物半导体的晶体管，延长在写入静止图像之后显示元件控制电路处于非操作状态的周期，由此可进一步降低功耗。涉及实现该系统的设备的本发明的一个实施例是电子设备，该电子设备在一个基板上包括具有触摸输入功能的显示部分、以及电连接到反射电极的第一晶体管、以及光电传感器。在该电子设备中，光电传感器包括光电二极管；包括电连接到光电二极管的栅极信号线的第二晶体管；以及第三晶体管，第二晶体管的源极和漏极之一电连接到光电传感器基准信号线，第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接到第三晶体管的源极和漏极之一，第三晶体管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，而第三晶体管的氧化物半导体层与反射电极重叠。通过以上结构，可解决以上问题中的至少一个问题。在以上结构中，第二晶体管的氧化物半导体层隔着栅绝缘层与读取信号线重叠，而读取信号线与作为像素电极的反射电极重叠。通过读取信号线和第三晶体管设置在反射电极下的像素结构，可有效地使用每单位面积的光电传感器的光接收面积、以及像素电极面积(在下文中称为反射电极面积)。本发明的一个实施例是电子设备，该电子设备在一个基板上包括具有触摸输入功能的显示部分、电连接到第一反射电极的第一晶体管、电连接到第二反射电极的第二晶体管、以及光电传感器。在该电子设备中，光电传感器包括光电二极管；包括电连接到光电二极管的栅极信号线的第三晶体管；以及第四晶体管，第三晶体管的源极和漏极之一电连接到光电传感器基准信号线，第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接到第四晶体管的源极和漏极之一，第四晶体管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，第四晶体管的氧化物半导体层与第一反射电极重叠，而光电传感器基准信号线与第二反射电极重叠。以上结构被设计成从上面看像素结构时光电传感器的一个光接收区设置在两个反射电极之间，由此可有效地使用每单位面积的光电传感器的光接收区、以及反射电极面积。在以上结构中，第三晶体管的氧化物半导体层隔着栅绝缘层与读取信号线重叠，而读取信号线与第一反射电极重 叠。通过读取信号线和第四晶体管设置在第一反射电极下的像素结构，可有效地使用每单位面积的光电传感器的光接收面积、以及反射电极面积。在以上结构中，第四晶体管的源极和漏极之一与第一反射电极重叠，而第四晶体管的源极和漏极中的另一个与第二反射电极重叠。通过这种像素结构，可有效地使用每单位面积的光电传感器的光接收面积、以及反射面积。另外，在以上结构中，滤色片被设置成与反射电极重叠，由此还可进行全色显示。此外，反射液晶设备对节能是有利的，因为即使不提供背光，显示内容也可用外部光(诸如，日光或照射光)来识别。可实现其中在一个屏幕上显示活动图像和静止图像的便携式信息终端。驱动和供应信号在屏幕区上显示活动图像的情况下与在屏幕区上显示静止图像的情况下之间以不同的方式进行，并且与用于显示静止图像的功耗相比，用于显示活动图像的功耗降低。另夕卜，由于采用反射液晶显示设备，因此，与电泳显示设备的情况下相比，可以具有更宽灰度范围的灰度级进行半色调显示。另外，用户不管位置在哪都可读取数据，并且通过触摸在屏幕上显示的键盘来输入数据，由此可在显示键盘的屏幕上显示该输入的结果。附图
简述在附图中图IA和IB是示出本发明一个实施例的外部视图；图2是示出本发明一个实施例的框图；图3是示出本发明一个实施例的像素的等效电路图；图4是示出本发明一个实施例的光电传感器的驱动电路的示意图；图5是示出本发明一个实施例的时序图；图6是示出本发明一个实施例的像素的平面图的示例；图7是示出本发明一个实施例的示出反射电极和黑底之间的位置关系的平面图的示例；图8A和8B各自是示出本发明一个实施例的截面图的示例；图9是示出本发明一个实施例的液晶显示模块的示意图；以及图IOA和IOB是作为本发明一个实施例的显示设备的外部视图和框图。用于实现本发明的最佳方式在下文中，参考附图详细描述本发明的各个实施例。然而，本发明不限于以下描述，并且本领域技术人员容易理解，在本文中所公开的模式和细节可以各种方式修改，而不背离本发明的范围和精神。因此，本发明不应被解释为限于这些实施例的描述。[实施例I]在本实施例中，参考图IA和IB描述包括其中使用外部光来显示图像的显示部分的电子设备的示例。电子设备1030的显示部分1032通过使用光电传感器具有触摸输入功能，其中如图IA所示在该显示部分中的区域1033上显示多个键盘按键1031。显示部分1032指示整个显示区，并且包括该显示部分中的区域1033。用户通过触摸期望键盘按键来输入数据，由此在显示部分1032上显示该输入的结果。由于该显示部分中的区域1033显示静止图像，因此可通过在除写入时间以外的时间段中使显示元件控制电路进入非操作状态来降低功耗。描述使用电子设备1030的示例。例如，通过用用户的所有手指、或者在不接触的情况下连续地触摸在该显示部分中的区域1033上显示的键盘按键来输入字母，并且在该显示部分中的除区域1033以外的区域上显示作为该输入的结果而显示的文字。在由于用户从显示部分移除他的/她的手指而未检测到光电传感器的输出信号的设定时间段之后，自动地移除在该显示部分中的区域1033上显示的键盘，并且还在该显示部分中的区域1033上显示输入文字，从而用户可看到在屏幕的所有区域上显示的输入文字。在再次进行 输入的情况下，可通过用用户的手指触摸显示部分1032、或者在不接触的情况下检测光电传感器的输出信号，再次在该显示部分中的区域1033上显示键盘按键，并且可进行字母的输入。替换地，键盘无法自动地移除，但是可通过用户按压开关1034来移除，从而可在整个显示部分1032上显示静止图像，如图IB所示。另外，即使当通过按压电源开关1035来断电时，静止图像仍可保持较长时间。此外，可通过按压键盘显示开关1036以处于可进行触摸输入的状态来显示键盘。另外，开关1034、电源开关1035、以及键盘显示开关1036各自可作为开关按钮在显示部分1032上显示。可通过触摸所显示开关按钮的输入来进行每一操作。此外，该显示部分中的区域1033可临时地或部分地显示活动图像，而不限于该显示部分中的区域1033显示静止图像的结构。例如，显示键盘按键的位置可根据用户爱好临时地改变，或者在不接触的情况下进行输入的情况下，进行输入的键盘按键的显示只部分地改变以确认是否进行通过键盘按键的输入。电子设备1030至少包括电池，并且优选包括用于存储数据的存储器(例如，闪存电路、SRAM电路、或DRAM电路)、中央处理单元(CPU)、或者逻辑电路。通过CPU或存储器，可安装各种软件，并且由此电子设备1030可具有个人计算机的部分或所有功能。接着，参考图2描述显示部分1032中所包括的显示面板的示例。显示面板100包括像素电路101、显示元件控制电路、以及光电传感器控制电路。像素电路101包括排列成行和列的矩阵的多个像素103和104、以及多个光电传感器106。像素104和103中的每一个像素都包括一个显不兀件。虽然在本实施例中，一个光电传感器106设置在像素103和像素104之间，并且光电传感器的数量是像素数量的一半，但是实施例不限于此。每一像素可设置一个光电传感器，从而光电传感器的数量与像素的数量相同。替换地，光电传感器的数量可以是像素数量的三分之一。显示元件105包括具有晶体管、存储电容器和液晶层等的液晶元件。该晶体管具有控制电荷向存储电容器的注入、或者从存储电容器的排放的功能。存储电容器具有保持与施加到液晶层的电压相对应的电荷的功能。利用因向绝缘层的电压施加造成的偏振方向的改变，得到穿过液晶层的光的对比度(灰度级)，从而实现图像显示。从液晶显示设备的表面侧进入的外部光被用作穿过液晶层的光。此外，显示元件控制电路是被配置成控制显示元件105的电路，并且包括经由诸如视频数据信号线之类的信号线(也称为源极信号线)将信号输入到显示元件105的显示元件驱动电路107、以及经由扫描线(也称为栅极信号线)将信号输入到显示元件105的显示元件驱动电路108。例如，扫描线侧上的显示元件驱动电路108具有选择置于特定线中的像素中所包括的显示元件的功能。信号线侧上的显示元件驱动电路107具有向置于所选行的像素中所包括的显示元件施加预定电位的功能。注意，在扫描线侧上的显示元件驱动电路108向其施加高电位的显示元件中，该晶体管处于导通状态，从而显示元件供应有来自信号线侧上的显示元件驱动电路107的电荷。光电传感器106包括晶体管、以及具有在接收光时生成电信号的功能的光接收元件(诸如光电二极管)。光电传感器控制电路是被配置成控制光电传感器106的电路，并且包括光电传感器输出信号线、光电传感器基准信号线等的信号线侧上的光电传感器读取电路109、以及扫描线侧上的光电传感器驱动电路110。扫描线侧上的光电传感器驱动电路110具有进行复位操作、以及选择对置于特定行的像素中所包括的光电传感器106的操作，如下所述。此夕卜，信号线侧上的光电传感器读取电路109具有取出所选行的像素中所包括的光电传感器106的输出信号的功能。在本实施例中，参考图3描述像素103、光电传感器106、以及像素104的电路图。像素103包括显示元件105,该显示元件105包括晶体管201、存储电容器202、以及液晶元件203。光电传感器106包括光电二极管204、晶体管205、以及晶体管206。像素104包括显示元件125,该显示元件125包括晶体管221、存储电容器222、以及液晶元件223。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、以及液晶元件203的一个电极。存储电容器202的另一电极电连接到电容器布线214，并且保持在固定电位。液晶元件203的另一电极保持在固定电位。液晶元件203是包括一对电极、以及设置在这对电极之间的液晶层的元件。当向栅极信号线207施加电位“H”时，晶体管201将视频数据信号线210的电位供 应到存储电容器202和液晶元件203。存储电容器202保持所施加的电位。液晶元件203根据所施加的电位改变透光率。光电二极管204的一个电路电连接到光电二极管复位信号线208，而光电二极管204的另一电极电连接到晶体管205的栅极。晶体管205的源极和漏极之一电连接到光电传感器基准信号线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的源极和栅极中的另一个电连接到光电传感器输出信号线211。晶体管221的栅极电连接到栅极信号线227，晶体管221的源极和漏极之一电连接到视频数据信号线210，而晶体管221的源极和漏极中的另一个电连接到存储电容器222的一个电极、以及液晶元件223的一个电极。存储电容器222的另一电极电连接到电容器布线224，并且保持在固定电位。液晶元件223的另一电极保持在固定电位。液晶元件223包括一对电极、以及设置在这对电极之间的液晶层。接着，参考图3和图4描述光电传感器读取电路109的结构的示例。例如，该显示部分包括设置成1024行768列的像素。在每一行每一列的一个像素中设置一个显示元件，而在两行一列的两个像素之间设置一个光电传感器。即，显示元件设置成1024行768列，而光电传感器设置成512行768列。另外,本实施例描述其中在两列光电传感器输出信号线被视为一对的情况下进行到显示设备外部的输出的示例。即，从设置在两行两列的四个像素之间的两个光电传感器获取一个输出。图3示出像素的电路配置，其中示出两行一列的两个像素和一个光电传感器。在一个像素中设置一个显示元件，而在两个像素之间设置一个光电传感器。图4示出光电传感器读取电路109的电路配置，其中为了解释起见示出一些光电传感器。如图4所示，考虑驱动方法的示例，其中光电传感器的扫描线驱动电路并发地驱 动四行像素(即，两行光电传感器)，并且将所选行移动一行以包括与两行像素相对应的光电传感器。在此，在扫描线驱动电路移动所选行两次的周期中连续地选择每一行的光电传感器。这种驱动方法更容易在通过光电传感器成像时改进帧频率。具体而言，该方法在大尺寸显不设备的情况下是有利的。注意，两行光电传感器的输出一次性地在光电传感器输出信号线211上叠加。通过重复移动所选行512次来驱动所有光电传感器。如图4所示，在光电传感器驱动电路109中，每24行像素设置一个选择器。选择器从显不部分中的12对光电传感器输出信号线211中选择一对(一对与两列光电传感器输出信号线211相对应)，并且获取输出。换句话说，光电传感器读取电路109包括总计32个选择器，并且一次性地获取32个输出。对每一选择器中的所有12对进行选择，由此可获取与一行光电传感器相对应的总计384个输出。选择器每当所选行由光电传感器的扫描线驱动电路移动时就从12对中选择一对，由此可获取来自所有光电传感器的输出。在本实施例中，如图4所示，考虑以下结构信号线侧上的光电传感器读取电路109将作为模拟信号的光电传感器的输出取出到显示设备外部，并且这些输出通过使用设置在显示设备外部的放大器来放大、并通过使用AD转换器来转换成数字信号。毋庸赘言，可采用以下结构AD转换器安装在其上设置有显示设备的基板上，并且光电传感器的输出被转换成数字信号，并且随后这些数字信号被取出到显示设备外部。另外，通过重复复位操作、累积操作、以及选择操作来实现各个光电传感器的操作。“复位操作”是指其中光电二极管复位信号线208的电位被设为电位“H”的操作。当进行复位操作时，光电二极管204处于导通状态，并且连接到晶体管205的栅极的栅极信号线213的电位被设为电位“H”。“累积操作”是指其中在复位操作之后光电二极管复位信号线208的电位被设为电位“L”的操作。此外，“选择操作”是指其中在累积操作之后读取信号线209的电位被设为电位“H”的操作。当进行累积操作时，由于照射光电二极管204的光变强，因此连接到晶体管205的栅极的栅极信号线213的电位减小，并且晶体管205的沟道电阻增大。因此，当进行选择操作时，经由晶体管206流向光电传感器输出信号线211的电流小。另一方面，由于照射光电二极管204的光在累积操作时变弱，因此经由晶体管206流向光电传感器输出信号线211的电流在选择操作时增大。在本实施例中，当对光电传感器进行复位操作、累积操作、以及选择操作时，可检测到外部光的部分阴影。另外，当对检测到的阴影适当地进行图像处理等时，可识别手指、指示笔等触摸显示设备的位置。关于与触摸显示设备的位置相对应的操作，例如输入字母，预先调节字母的种类，从而可输入期望字母。注意，在本实施例中的该显示设备中，外部光的部分阴影由光电传感器检测。因此，即使手指、指示笔等不物理地接触显示设备，当手指、指示笔等在不接触的情况下接近显示设备且形成阴影时，检测到阴影也是可能的。在下文中，“手指、指示笔等触摸显示设备”包括手指、指示笔等在不接触的情况下接近显示设备的情况。通过以上结构，显示部分1032可具有触摸输入功能。
在进行触摸输入的情况下，显示设备具有其中显示部分地包括静止图像(诸如键盘)的图像、并且通过用手指或指示笔触摸显示键盘或期望字母的位置来进行输入、由此改进可操作性的结构。在实现这种显示设备的情况下，显示设备中的功耗可按以下方式显著地降低。即，在其中在显示部分上显示静止图像的第一屏幕区中，有效的是在显示静止图像之后停止向第一屏幕区中的显示元件供电，并且可看到静止图像的状态在停止供应之后保持较长时间。在作为其余显示部分的第二屏幕区中，显示例如来自触摸输入的结果。显示元件控制电路在除更新第二屏幕区中的所显示图像的时间以外的时间段中处于非操作状态，由此可节电。在下文中描述实现以上控制的驱动方法。例如，图5示出包括显示部分的显示设备中的扫描线驱动电路的移位寄存器的时序图，在显示部分中显示元件排列成1024行768列。图5中的周期61对应于时钟信号的一个循环周期(64. 8 μ S)。周期62对应于完成与第二屏幕区相对应的从第一行到第512行的显示元件的写入所需的周期(8. 36ms )。周期63对应于一帧周期(16. 7ms )。在此，扫描线驱动电路的移位寄存器是由第一时钟信号CKl至第四时钟信号CK4操作的四相时钟型移位寄存器。另外，第一时钟信号CKl至第四时钟信号CK4是彼此相差一个循环周期的四分之一的信号。当起动脉冲信号GSP被设为电位“H”时，第一行的栅极信号线Gl至第512行的栅极信号线G512以一个循环周期的四分之一的延迟顺序地被设为电位“H”。另外，每一栅极信号线在一个循环周期的一半期间被设为电位“H”，而连续行的两个栅极信号线在一个循环周期的四分之一期间并发地被设为电位“H”。在此，在扫描线驱动电路移动所选行两次的周期中连续地选择每一行的显示元件。当在选择该行的显示元件的后一半周期中输入所显示图像的数据时，可更新所显示图像。在此，在除更新从对应于第二屏幕区的第一行到第512行的显示元件的所显示图像的周期以外的周期中，显示元件控制电路处于非操作状态。即，不更新对应于第一屏幕区的第513行至第1024行的显示元件的所显示图像，并且显示元件控制电路处于非操作状态。显示元件控制电路的非操作状态可通过停止如图5所示的时钟信号(将时钟信号保持在电位“L”)来实现。有效的是，在停止时钟信号的同时停止供应电源电压。另外，还可在不选择对应于第二屏幕区的显示元件的周期中(B卩，在不更新所显示图像的周期中)在源极的驱动电路中停止供应时钟信号和起动脉冲信号。以此方式，可进一步节电。[实施例2]在本实施例中参考图6、图7、以及图8A和8B来描述对应于实施例I中所述的图2和图3的像素结构。注意，在图6、图7、以及图8A和8B的描述中，与图2和图3相同的部分使用相同的附图标记来描述。图6示出对应于图3的电路图的像素的平面图的示例。另外，图6示出在形成光电二极管的电极之前的状态，并且对应于图8A的截面图。注意，沿图6中的点划线A-B所取的截面图、以及沿点划线C-D所取的截面图对应于图8A。首先，在基板230上形成导电膜。然后，经由通过使用第一曝光掩模的第一光刻步 骤来形成栅极信号线207、213和227、电容器布线224、光电二极管复位信号线208、读取信号线209、以及光电传感器基准信号线212。在本实施例中，玻璃基板被用作基板230。可在基板230和导电膜之间设置用作基膜的绝缘膜。该基膜具有防止杂质元素从基板230扩散的功能，并且可形成为具有使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的一种或多种的单层结构或叠层结构。该导电膜可形成为具有使用诸如钥、钛、钽、钨、铝、铜、钕或钪之类的金属材料、或者包括这些材料中的任一种作为主要组分的合金材料的单层或叠层结构。然后，形成覆盖这些布线的绝缘层，并且经由通过使用第二曝光掩模的第二光刻步骤来进行选择性的蚀刻，以使绝缘层231只保持在与稍后形成的布线相交的部分中。在本实施例中，厚度为600nm的氧氮化硅膜被用作绝缘层231。接着，形成栅绝缘层232和氧化物半导体膜，并且随后，经由通过使用第三曝光掩模的第三光刻步骤来形成第一氧化物半导体层233、第二氧化物半导体层253、第三氧化物半导体层255、以及第四氧化物半导体层256。第一氧化物半导体层233、第二氧化物半导体层253、第三氧化物半导体层255、以及第四氧化物半导体层256分别隔着栅绝缘层232与栅极信号线227、栅极信号线207、读取信号线209、以及栅极信号线231重叠。在本实施例中，厚度为IOOnm的氧氮化硅膜被用作栅绝缘层232，而厚度为25nm的In-Ga-Zn-O膜被用作氧化物半导体膜。由化学式InMO3(ZnO)m (m>0,其中m不是整数)表示的氧化薄膜可用于第一氧化物半导体层233、第二氧化物半导体层253、第三氧化物半导体层255、以及第四氧化物半导体层256。在此,M表不从Ga、Al、Mn、以及Co中选择的一种或多种金属兀素。例如，M可以是Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等。此外，SiO2可被包含在以上氧化薄膜中。当使用组分比In203:Ga203:Zn0=l:l:l [摩尔比]的氧化物靶作为用于形成该氧化薄膜的祀来沉积In-Ga-Zn-O膜时,可使用例如组分比In2O3: Ga2O3: ZnO=I: 1:2 [摩尔比]的氧化物靶，而不限于该靶的材料和组分。注意，在本说明书中，例如，In-Ga-Zn-O膜是指包含铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)的氧化膜，并且对化学计量比没有具体限制。接着，这些氧化物半导体层进行第一热处理。这些氧化物半导体层可通过第一热处理来脱水或脱氢。第一热处理的温度高于或等于400° C且低于或等于750° C、优选高于或等于400° C且低于该基板的应变点。在一个实施例中，使用快速热退火(RTA)装置，在氮气气氛中在650° C下进行热处理达6分钟，在不暴露给空气的情况下将该基板引入作为一种热处理装置的电炉，并且在氮气气氛中在450° C下对这些氧化物半导体层进行热处理达I小时。然后，为了防止水和氢气混合到这些氧化物半导体层，将该基板传送到这些氧化物半导体层的沉积室中以不暴露给空气，由此获取这些氧化物半导体层。接着，经由通过使用第四曝光掩模的第四光刻步骤来选择性地去除栅绝缘层232，从而形成到达栅极信号线213的开口、以及到达光电二极管复位信号线208的开口。接着，在栅绝缘层232和氧化物半导体层上形成导电膜。该导电膜可使用包含从Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、以及W中选择的元素作为其组分的金属膜、包含这些元素中的任一种的氮化物作为其组分的合金膜、包含这些元素中的任一种的组合的合金膜等来形成。然后，在该导电膜上经由通过使用第五曝光掩模的第五光刻步骤来形成抗蚀剂掩模，并且进行选择性蚀刻，从而形成视频数据信号线210、光电传感器输出信号线211、以及电极层234、235、254、257、258 和 259。注意，图3所示的晶体管221包括第一氧化物半导体层233、以及用作如图6所示的源电极层或漏电极层的电极层234。另外，如图6所示，电极层234、用作电介质的栅绝缘层232、以及电容器布线224形成存储电容器222。此外，如图6所示，晶体管201包括第二 氧化物半导体层253、以及用作源电极层或漏电极层的电极层254。此外，作为图3中的光电传感器106中所包括的元件之一的晶体管206包括第三氧化物半导体层255、以及用作如图6所示的源电极层或漏电极层的电极层257。另外，晶体管205包括第四氧化物半导体层256、以及用作如图6所示的源电极层或漏电极层的电极层257或电极层258。如图8A所示，晶体管205的栅极信号线213电连接到电极层236。接着，在惰性气体气氛或氧气气氛中进行第二热处理(优选在高于或等于200° C且低于或等于400° C、例如高于或等于250° C且低于或等于350° C的温度下)。在本实施例中，在氮气气氛中，在300° C下进行第二热处理达I小时。在第二热处理中，当氧化物半导体层的一部分(沟道形成区)与绝缘层接触时进行加热。接着，形成用作保护绝缘层的绝缘层237，并且通过使用第六曝光掩模来进行第六光刻步骤，从而形成到达电极层235的开口、到达电极层234的开口、以及到达电极层236的开口。然后，使用等离子体CVD法来沉积P层238、i层239、以及η层240。在本实施例中，厚度为45nm的包含硼的微晶硅膜被用作P层238，厚度为400nm的非晶硅膜被用作i层239，而厚度为SOnm的包含磷的微晶硅膜被用作η层240。然后，经由通过使用第七曝光掩模的第七光刻步骤来去除P层238、i层239、以及η层240，从而在与电极层235接触和重叠的区域中只留下P层238、i层239、以及η层240的一部分。图8Α是直至此阶段的截面图，并且其平面图对应于图6。接着，进行第八光刻步骤，其中形成光敏有机树脂层，要形成开口的区域通过使用第八曝光掩模来曝光，要具有凹凸形状的区域通过使用第九曝光掩模来曝光，进行显影，并且形成部分地具有凹凸形状的绝缘层241。然后，沉积具有反射性的导电膜，通过使用第十曝光掩模来进行第九光刻步骤，从而形成反射电极层242和连接电极层243。Al、Ag、或者这些元素中的任一种的合金(诸如包含Nd的铝、或Ag-Pd-Cu合金)用于具有反射性的导电膜。然后，在进行第九光刻步骤之后，在本实施例中，在氮气气氛中在250° C下进行第三热处理达I小时。经由以上步骤，可在一个基板上经由通过使用总计十个曝光掩模的第九光刻步骤来形成电连接到反射电极层242的晶体管、以及经由电极层236和连接电极层243电连接到栅极信号线213的光电二极管。然后，形成覆盖反射电极层242的取向膜244。此阶段的截面图对应于图8B。由此，可制造有源矩阵基板。制备附连到有源矩阵基板的对基板。在该对基板上，形成挡光层(也称为黑底)和透光导电膜，并且形成使用有机树脂的柱状间隔物。最后，所得对基板用取向膜覆盖。用密封剂将对基板附连到有源矩阵基板，并且液晶层夹在这对基板之间。对基板的挡光层被设置成不与反射电极层242的显示区、以及光电传感器的光接收区重叠。另外，设置在对基板中的柱状间隔物被放置成与电极层251和252重叠。柱状间隔物与电极层251和252重叠，由此在这对基板之间保持恒定间隔。注意，可在与电极层234相同的步骤中形成电极层251和252 ;因此，可在不增加掩模的数量的情况下设置电极层251和252。
以此方式彼此附连的这对基板的像素的平面图对应于图7。在图7中，不与黑底重叠的区域用作光电传感器的光接收区、以及显示区。图7所示的单位面积(120ymX240ym)的反射电极的面积比为59. 4%。光电传感器的光接收区的面积约为1700m2。另外，由于反射电极层242设置在具有凹凸部的光敏有机树脂层上，因此反射电极层242具有如图7所示的随机平面图案。光敏有机树脂层的表面形状在反射电极层242的表面上得到反映以使反射电极层242的表面具有凹凸形状，从而防止镜面反射。注意，在图7中，还示出反射电极层242的凹部245。凹部245的周边置于该反射电极层的周边内，并且凹部245下的光敏有机树脂层的厚度小于其他区域的厚度。如果需要，外部光进入的对电极的表面可设置有用于调节相差的相差膜、具有偏振光的功能的膜、抗反射板、或者诸如滤色片之类的光膜。[实施例3]在本实施例中，描述能够全色显示的其中设置有滤色片的液晶显示模块的示例图9示出液晶显示模块190的结构。液晶显示模块190包括其中液晶元件设置成矩阵的显示面板120、以及与显示面板120重叠的偏振板和滤色片115。另外，用作外部输入端子的柔性印刷电路(FPC) 116a和116b电连接到设置在显示面板120中的端子部分。显示面板120的结构与实施例I中所述的显示面板100的结构相同。注意，由于采用全色显示，因此显示面板120使用红色显示元素、绿色显示元素和蓝色显示元素的三种显示元素，并且具有其中三种显示元素供应有彼此不同的视频信号的电路配置。此外，图9示意性地示出其中外部光139透过显示面板120上的液晶元件并在反射电极处反射的状态。例如，在与滤色片的红色区重叠的像素中，外部光139透过滤色片115，随后透过绝缘层，在反射电极处反射，并且再次透过滤色片115，以提取为红色光。图9用箭头示意性地示出三种色彩(R、G和B)的光135。透过液晶元件的光的强度通过图像信号调制。因此，观察者可通过外部光139的反射光来捕捉图像。另外，显示面板120包括光电传感器，并且具有触摸输入功能。当滤色片还与光电传感器的光接收区重叠时，显示面板120可具有可见光传感器的功能。此外，为了改进光电传感器的光灵敏度，接受大量入射光。因此，开口可设置在与光电传感器的光接收区重叠的区域中的滤色片中，从而光电传感器的光接收区和滤色片彼此不重叠。本实施例可与实施例I或实施例2自由地组合。
[实施例4]在本实施例中，描述包括任一以上实施例中所述的液晶显示设备的电子设备的示例。图IOA示出电子书阅读器(也称为e-book阅读器)，该电子书阅读器可包括外壳9630、显示部分9631、操作键9632、太阳能电池9633、以及充电和放电控制电路9634。该电子书阅读器设置有太阳能电池9633和显示面板，以使太阳能电池9633和显示面板可自由地打开和关闭。在该电子书阅读器中，向显示面板或视频信号处理部分供应来自太阳能电池的电力。图IOA所示的电子书阅读器可具有显示各种数据(例如，静止图像、活动图像、以及文本图像)的功能、在显示部分上显示日历、日期、时间等的功能、通过触摸输入操作或编辑在显示部分上显示的信息的触摸输入功能、通过各种软件(程序)控制处理的功能等。注意，在图IOA中，包括电池9635和D⑶C转换器(在下文中缩写为转换器9636)的结构被示 为充电和放电控制电路9634的示例。 显示部分9631是通过使用光电传感器具有触摸输入功能的反射液晶显示设备，并且在相对较亮的环境中使用。因此，图IOA所示的结构是优选的，因为可有效地进行太阳能电池9633的发电、以及电池9635中的充电。注意，为了对电池9635有效地充电，太阳能电池9633设置在外壳9630的表面和后表面中的每一个上的结构是优选的。当锂离子电池被用作电池9635时，存在减小尺寸等的优点。参考图IOB中的框图来描述图IOA所示的充电和放电控制电路9634的结构和操作。在图IOB中示出太阳能电池9633、电池9635、转换器9636、转换器9637、开关SWl至Sff3,以及显示部分9631，并且电池9635、转换器9636、转换器9637、以及开关SWl至SW3对应于充电和放电控制电路9634。首先，描述在太阳能电池9633使用外部光发电的情况下的操作的示例。太阳能电池发电的电压通过转换器9636来升高或降低，以使该电力具有用于对电池9635充电的电压。然后，当来自太阳能电池9633的电力用于显示部分9631的操作时，开关SWl导通，并且该电力的电压通过转换器9637来升高或降低以成为显示部分9631所需的电压。另外，当不进行在显示部分9631上的显示时，开关SWl截止而开关SW2导通，从而可进行对电池9635的充电。注意，虽然太阳能电池9633被描述为充电用装置的示例，但是可用另一装置来进行对电池9635的充电。另外，可使用太阳能电池9633和另一充电用装置的组合。可与其他实施例中所述的任一结构适当组合地实现本实施例。本申请基于2010年I月20日向日本专利局提交的日本专利申请S/N. 2010-010391，该申请的全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1.ー种电子设备,包括 在基板上电连接到反射电极的第一晶体管、以及光电传感器， 其中所述光电传感器包括光电ニ极管、包含电连接到所述光电ニ极管的栅极的第二晶体管、以及包含氧化物半导体层的第三晶体管， 其中所述第二晶体管的源极和漏极之ー电连接到光电传感器基准信号线， 其中所述第二晶体管的所述源极和所述漏极中的另ー个电连接到所述第三晶体管的源极和漏极之一， 其中所述第三晶体管的所述源极和所述漏极中的另ー个电连接到光电传感器输出信号线，以及 其中所述第三晶体管的所述氧化物半导体层与所述反射电极重叠。
2.如权利要求I所述的电子设备，其特征在干， 所述第二晶体管的氧化物半导体层隔着栅绝缘层与读取信号线重叠，以及 所述读取信号线与所述反射电极重叠。
3.—种电子设备,包括 在基板上电连接到第一反射电极的第一晶体管、电连接到第二反射电极的第二晶体管、以及光电传感器， 其中所述光电传感器包括光电ニ极管、包含电连接到所述光电ニ极管的栅极的第三晶体管、以及第四晶体管， 其中所述第三晶体管的源极和漏极之ー电连接到光电传感器基准信号线， 其中所述第三晶体管的所述源极和所述漏极中的另ー个电连接到所述第四晶体管的源极和漏极之一， 其中所述第四晶体管的所述源极和所述漏极中的另ー个电连接到光电传感器输出信号线， 其中所述第四晶体管的氧化物半导体层与所述第一反射电极重叠，以及 其中所述光电传感器基准信号线与所述第二反射电极重叠。
4.如权利要求3所述的电子设备，其特征在干， 所述第三晶体管的氧化物半导体层隔着栅绝缘层与读取信号线重叠，以及 所述读取信号线与所述第一反射电极重叠。
5.如权利要求3或权利要求4所述的电子设备，其特征在干， 所述第四晶体管的所述源极和所述漏极之一与所述第一反射电极重叠，以及 其中所述第四晶体管的所述源极和所述漏极中的另ー个与所述第二反射电极重叠。
6.—种电子系统,包括 光电传感器；以及 通过将从所述光电传感器获取的输入数据处理成视频信号来进行显示的显示部分， 其中在所述显示部分的第一屏幕区上显示的触摸输入按键被显示为静止图像，以及 其中所述视频信号被输出以使活动图像在所述显示部分的第二屏幕区上显示。
7.如权利要求6所述的电子系统，其特征在干，还包括将所述显示部分的所述第一屏幕区切换到进行触摸输入的屏幕区、或者输出视频信号以进行显示的屏幕区的视频信号处理部分。
8.如权利要求6所述的电子系统，其特征在干，还包括在静止图像在所述显示部分上显示的情况、以及活动图像在所述显示部分上显示的情况之间供应不同信号的视频信号处理部分。
全文摘要
本发明的一个目的在于，提供被配置成用户不管位置在哪都可读取数据、通过直接触摸在屏幕上显示的键盘、或者用指示笔等间接触摸该键盘来输入数据、并且使用该输入数据的新颖电子设备。在一个基板上包括电连接到反射电极的第一晶体管、以及光电传感器。在显示部分的第一屏幕区上显示的触摸输入按键被显示为静止图像，并且输出视频信号以使活动图像在显示部分的第二屏幕区上显示。包括在静止图像在显示部分上显示的情况、以及活动图像在显示部分上显示的情况之间供应不同信号的视频信号处理部分。
文档编号G09G3/36GK102713999SQ20108006187
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年1月20日
发明者山崎舜平, 池田隆之, 田村辉, 黑川义元 申请人:株式会社半导体能源研究所