表示装置及び半導体装置
【課題】表示パネルに配置されたフォトセンサにおいて、対象物からの反射光を正確に検出し、画像取り込みの精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】フォトセンサが配置された表示パネルでは、対象物の画像を取り込む際、光源から対象物に光が照射され、反射された光がフォトセンサに入射される。その際、フォトセンサの感度に対して入射光が強すぎる場合には光源の輝度を小さくし、逆にフォトセンサの感度に対して入射光が弱すぎる場合には光源の輝度を大きくする。
【解決手段】フォトセンサが配置された表示パネルでは、対象物の画像を取り込む際、光源から対象物に光が照射され、反射された光がフォトセンサに入射される。その際、フォトセンサの感度に対して入射光が強すぎる場合には光源の輝度を小さくし、逆にフォトセンサの感度に対して入射光が弱すぎる場合には光源の輝度を大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、表示装置及び半導体装置に関する。また、それらの駆動方法及びそれらの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチセンサを搭載した表示パネルが注目されている。タッチセンサには、動作原理の違いにより、抵抗膜方式、静電容量方式、光方式などがある。いずれの方式においても、対象物が表示パネルに接触もしくは近接することでデータを入力することができる。
【０００３】
光方式のタッチセンサとして光を検出するセンサ（「フォトセンサ」又は「光電変換素子」ともいう）を表示パネルに設けることにより、表示画面が入力領域を兼ねる。
【０００４】
フォトセンサが設けられた表示パネルでは、表示パネルから光が発せられ、対象物に照射される。照射された光は対象物で反射し、フォトセンサに入射される。フォトセンサは受光した光の輝度に応じた電流を発生させ、対象物の画像情報が電気情報として取得される。
【０００５】
このような表示パネルを有する装置の一例として、対象物を画像として取り込むためのエリアセンサを配置することによって、画像取り込み機能、いわゆるスキャナ機能を備えた表示装置が挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
また、指紋認証装置等の表示パネルを必須としない装置にも、タッチセンサを搭載し、本人認証を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２９２２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の表示パネルでは、対象物からの反射光が、明るすぎる場合若しくは暗すぎる場合などフォトセンサの感度に適していないために、対象物の画像を正確に取り込めないという問題がある。明るすぎる場合は取り込まれた画像が白浮きし、暗すぎる場合は取り込まれた画像が黒沈みする。いずれも場合も取り込んだ画像が不鮮明になってしまう。
【０００９】
上記問題に鑑み、表示パネルなどのデータの入力部において、画像の取り込みの精度を向上させることを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示する半導体装置は、フォトセンサを有する入力部において対象物の画像を取り込む際に、対象物からの反射光がフォトセンサの感度に適するように、光源を調光することを特徴としている。なお、半導体装置は、表示パネルを有する装置（表示装置ともいう）でもよく、表示パネルを有さない装置でもよい。
【００１１】
具体的には、フォトセンサの感度に対して入射光が強すぎる場合、光源の輝度を小さくする。逆に入射光が弱すぎる場合には光源の輝度を大きくする。光源の輝度を調節すれば、対象物からの反射光の輝度が調節され、フォトセンサへの入射光の輝度が調節される。
【００１２】
表示パネルが有する表示素子が液晶素子等の非発光素子である場合、光源はバックライトであり、バックライトの輝度を調節することで、フォトセンサへの入射光の輝度を調節する。
【００１３】
また、表示パネルが有する表示素子がＥＬ素子等の発光素子である場合、光源は発光素子であり、発光素子の輝度を調節することで、フォトセンサへの入射光の輝度を調節する。
【００１４】
また、表示パネルを有さない装置とする場合にも、光源を設け、光源の輝度を調節することでフォトセンサへの入射光の輝度を調節する。
【００１５】
本発明の一態様は、フォトセンサを有する入力部、光源、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、入力部は、光源からの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段を有し、コントローラは、ビットカウント数に応じて光源の輝度を調節する手段を有する半導体装置である。
【００１６】
本発明の他の一態様は、フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、表示パネルは、バックライトからの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段を有し、コントローラは、ビットカウント数に応じてバックライトの輝度を調節する手段を有する表示装置である。
【００１７】
本発明の他の一態様は、フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、表示パネルは、バックライトからの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、受光した光が前記フォトセンサの感度に適しているか否かをビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、コントローラは、判定の結果に応じてバックライトの輝度を調節する手段を有する表示装置である。
【００１８】
本発明の他の一態様は、フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、表示パネルは、バックライトからの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、受光した光がフォトセンサの感度に適しているか否かをビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、コントローラは、ビットカウント数の分布において、ビットカウント数のピークが中央ビットに位置するように、バックライトの輝度を調節する手段を有する表示装置である。
【００１９】
本発明の他の一態様は、フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、表示パネルは、バックライトからの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、受光した光がフォトセンサの感度に適しているか否かをビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、コントローラは、ビットカウント数の分布において、各ビットのビットカウント数の平均値が前記ビットカウント数の最大値の中央値になるように、バックライトの輝度を調節する手段を有する表示装置である。
【発明の効果】
【００２０】
フォトセンサの感度に適するように光源を調光することができるため、取り込んだ画像を鮮明にすることができる。
【００２１】
また、対象物の色や明るさに応じて光源を調光することができるため、対象物により近い画像を取り込むことができる。
【００２２】
取り込んだ画像を用いて様々な処理を行うことができる。文書や図画を取り込んだ場合、電子データとして保存しておき、必要な時に表示することができる。また、指の指紋等を取り込んだ場合、本人認証等を行うことができる。
【００２３】
また、画像が鮮明になるため、タッチされた位置を正確に判断でき、誤入力を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】表示パネルの構成を説明する図。
【図２】画像データの解析方法を説明する図。
【図３】画像データの解析方法を説明する図。
【図４】画像データの解析方法を説明する図。
【図５】画像データの解析方法を説明する図。
【図６】表示パネルの構成を説明する図。
【図７】表示パネルの断面図。
【図８】表示パネルの断面図。
【図９】表示パネルの断面図。
【図１０】表示パネルの断面図。
【図１１】電子機器を説明する図。
【図１２】電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
（実施の形態１）
実施の形態１では、図１〜３を用いて、表示パネルを有する表示装置とその動作を説明する。
【００２７】
図１は、表示パネルを有する表示装置の一例である。
【００２８】
表示装置１００は、表示パネル１０１、Ａ／Ｄ変換部（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）１０２、ビットカウント測定部１０３、コントローラ１０４、及びバックライト部１０５を備えている。ここで示した表示装置の構成は一例であり、これに限定されない。他の例として、表示パネル１０１内に、Ａ／Ｄ変換部１０２、ビットカウント測定部１０３、コントローラ１０４、及びバックライト部１０５の一部又は全部を一体形成してもよい。
【００２９】
表示パネル１０１は、マトリクス状に配置された複数の画素１０７を有し、各画素１０７には表示素子１０８及びフォトセンサ１０９が配置されている。表示素子１０８は、液晶素子等の非発光素子である。またフォトセンサ１０９は、フォトダイオード等の受光素子である。なお、表示パネル１０１は、表示素子を制御する回路及びフォトセンサを駆動する回路を有しても良い。
【００３０】
表示パネル１０１は、画像を表示する機能を有する。画像の表示は、各画素１０７の表示素子１０８を制御し、バックライト部１０５からの光を所望の画素において透過させることで行われる。
【００３１】
また、表示パネル１０１は、対象物の画像を取り込む機能、いわゆるスキャナ機能を有する。画像の取り込みは、次のように行われる。表示パネル１０１に対象物が接触又は接近する際、バックライト部１０５から発せられた光が対象物に照射される。照射された光は対象物で反射し、各画素１０７に設けられたフォトセンサ１０９に入射される。フォトセンサ１０９は受光した光の輝度に応じた電流を発生させ、対象物の画像情報が電気信号として取得される。
【００３２】
そして表示装置１００は、表示パネル１０１が画像を表示している時と、画像を取り込んでいる時とで、バックライト部１０５からの光を調節する機能（調光機能）を有している。光の調節は、表示パネル１０１に設けられたフォトセンサ１０９の感度に合わせて行う。
【００３３】
以下、フォトセンサ１０９の感度に合わせてバックライト部１０５からの光を調節する具体的な手段について、図１〜図３を用いて説明する。
【００３４】
まず、表示パネル１０１において、上述した方法により対象物の画像を取り込む。対象物は、文字や絵が描かれた紙や、人の指など画像として取り込みたいものを適宜用いることができる。
【００３５】
画像は、Ａ／Ｄ変換部１０２に送信され、ｎビットのデジタル信号に変換される（図１）。デジタル化は次のようにして行われる。
【００３６】
まず、各画素の輝度を階調値で表示する。図２（Ａ）は、取り込んだ画像の画素数を３×３のｍ＝９個とし、ビットの数をｎ＝６ビット（６４階調）とした場合の各画素の階調値の一例である。
【００３７】
次に、各画素の階調値を０又は１のビット値で表す。
【００３８】
例えば、画素Ａの場合、階調値３２＝（１×２５）＋（０×２４）＋（０×２３）＋（０×２２）＋（０×２１）＋（０×２０）から、第６ビット＝１、第５ビット＝０、第４ビット＝０、第３ビット＝０、第２ビット＝０、第１ビット＝０であり、第１ビット〜第６ビットのビット値は「１０００００」となる。第６ビットを最上位ビット（ＭＳＢ：Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）、第１ビットを最下位ビット（ＬＳＢ：Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）としたが、逆にしても良い。
【００３９】
また、画素Ｅの場合、階調値５６＝（１×２５）＋（１×２４）＋（１×２３）＋（０×２２）＋（０×２１）＋（０×２０）から、第１ビット〜第６ビットのビット値は「１１１０００」となる。
【００４０】
同様に、他の画素の階調値についてもビット値で表す。図２（Ｂ）に、画素Ａ〜画素Ｉの各列に第１ビット〜第６ビットのビット値を記した。
【００４１】
ビット値で表示された画像データは、ビットカウント測定部１０３に送信される（図１）。
【００４２】
ビットカウント測定部１０３は、第１ビット〜第６ビットの各ビットのビットカウント数を測定する。ビットカウント数は、各ビットにおいてビット値が１である画素数を合計した数である。例えば第６ビットの場合、画素Ａ〜画素Ｉの９画素のビット値が１であるのでビットカウント数は９である。また、第４ビットの場合、画素Ｄ〜画素Ｉの６画素のビット値が１であるのでビットカウント数は６である。
【００４３】
同様に、他のビットについてもビットカウント数を測定する。図２（Ｂ）の右端のセルに各ビットのビットカウント数を記した。
【００４４】
図２（Ｃ）に、測定されたビットカウント数の分布を示した。横軸はビット、縦軸はビットカウント数である。
【００４５】
ここで、図２（Ｃ）のような分布において、ビットカウント数のピークが中央ビットに位置する場合に、フォトセンサの感度に適した光が入射されたと判定される。本実施の形態では、中央ビットは第３ビット又は第４ビットである。ｎビットにおける中央ビットは、ｎが偶数の場合に第（ｎ／２）ビット又は第｛（ｎ／２）＋１｝ビットであり、ｎが奇数の場合に第｛（ｎ＋１）／２｝ビットである。
【００４６】
図２（Ｃ）では、ビットカウント数の分布は第６ビット側（ＭＳＢ側）に偏っている。この場合、入射光が強すぎるため、フォトセンサの感度に適していないと判定される。判定後、ビットカウント数の判定結果は、コントローラ１０４に送信される。
【００４７】
コントローラ１０４は、ビットカウント数に応じてバックライトの輝度を調節する機能を有しており、バックライト電源の出力を調整する信号を、バックライト部１０５へ送信する。図２（Ｃ）の場合、ビットカウント数のピークを第６ビットから中央ビットに移すように、バックライトの輝度を小さくするための信号を送信する。
【００４８】
バックライト部１０５は、コントローラ１０４の信号に応じてバックライト電源の出力を調整し、バックライトを調光する。図２（Ｃ）の場合、バックライトの輝度が下げられる。
【００４９】
調光された光は、対象物で反射され、フォトセンサで受光され、再度画像の取り込みが行われる。取り込まれた画像において、再度ビットカウント数を測定される。そして、ビットカウント数のピークが中央ビットに位置していれば、フォトセンサの感度に適していると判定され、画像の取り込みは終了する。なお、この際にピークが中央ビットに位置していなければ、同様な動作を行い、再度バックライトの調光を行えばよい。
【００５０】
図２の画像データの例では、入射光が強すぎる場合を示したが、入射光が弱すぎる場合も同様にバックライトの調光が可能である。図３（Ａ）の画像データでは、同様にビットカウント数を測定すると（図３（Ｂ））、分布が第１ビット側（ＬＳＢ側）に偏っており（図３（Ｃ））、入射光が弱すぎるため、フォトセンサの感度に適していないと判定される。この場合、コントローラ１０４はバックライトの輝度を大きくするための信号を出力し、バックライトの輝度が上げられる。
【００５１】
以上のようにして、画像の取り込みの精度を向上させ、正確かつ鮮明な画像を得ることができる。特に、取り込まれた画像のビットカウント数を測定する構成を採用しているため、取り込まれた画像に応じてバックライトを調光することが可能である。また、ビットの数（階調数）を増やすことでより緻密な調光が行われるため、より画像の取り込みの精度を向上させることができる。本実施形態では単色の例を示したが、ＲＧＢの三色とすると、取り込んだ画像の色も判断して調光を行うことが可能である。
【００５２】
また、画像の取り込みから、Ａ／Ｄ変換、ビットカウント数測定、バックライトの調光までを自動で行うことができるため、常に最適な画像を自動で取得することが可能である。自動と手動との切り替え機能を備えてもよく、用途によって使い分けてもよい。
【００５３】
なお、本実施の形態では、説明を簡単にするため画素数を３×３としているが、実用的には、６４０×４８０などとすればよい。また、中央ビットの範囲をフォトセンサの仕様や製造上のばらつきに応じて変えることができる。更に中央ビットを広めにとることで、画像の取り込みの精度を調整することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、表示パネルを用いる装置について説明したが、表示パネルを用いない装置としてもよい。その場合、被検出物が接触又は接近する部分（入力部ともいう）にフォトセンサを設けて半導体装置を構成し、上記と同様に光源の調光を行うことで画像の取り込みを行えばよい。
【００５５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００５６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、ビットカウント数の分布が平坦である場合に、バックライトを調光する方法を説明する。ビットカウント数の測定までは、実施の形態１と同様であり、画素数を３×３のｍ＝９個、ビットの数をｎ＝６ビットとして測定する。
【００５７】
本実施の形態において、分布が平坦とは、全ビットが厳密に同じビットカウント数である必要はなく、ビットカウント数の「（平均値−標準偏差）〜（平均値＋標準編差）」の範囲にｎビットのうちの８０％以上が入る場合を指す。実用的には、画素数やｎの値に応じて平坦か否かを判定すればよい。
【００５８】
例として図４（Ａ）の階調値を持つ画像データは、ビットカウント数を測定すると、図４（Ｂ）のように第１ビットのビットカウント数が７、第２及び第３ビットのビットカウント数が８、第４〜第６ビットのビットカウント数が９であり、図４（Ｃ）の様な分布を示す。またビットカウント数の平均値は８．３、標準偏差は０．８２であり、「（平均値−標準偏差）〜（平均値＋標準偏差）」は７．４８〜９．１２の範囲となる。全６ビットのうち第２〜第６ビットの５ビット｛（５／６）×１００＝８３％｝がこの範囲に入るため、図４（Ｃ）は平坦な分布であると判定される。
【００５９】
ここで、ビットカウント数の分布が平坦である場合、ビットカウント数の平均値が最大値の半数である場合に、フォトセンサの感度に適していると判定される。本実施の形態では、最大値の半数は４又は５である。ビットカウント数の最大値の半数は、ｍが偶数の場合は（ｍ／２）であり、ｍが奇数の場合は｛（ｍ−１）／２｝又は｛（ｍ＋１）／２｝である。
【００６０】
図４（Ｃ）では、ビットカウント数の平均値は最大値側に偏っている。この場合、入射光が強すぎるため、フォトセンサの感度に適していないと判定される。判定後、ビットカウント数の判定結果は、コントローラ１０４に送信される。
【００６１】
コントローラ１０４は、実施の形態１と同様に、バックライト部１０５に信号を送り、バックライトの光を調光する。図４（Ｃ）の場合、ビットカウント数の平均値が、最大値９の半数である４又は５になるように、バックライトの輝度が下げられる。
【００６２】
逆に図５（Ａ）〜（Ｃ）のように、ビットカウント数の平均値が最小値側に偏っている場合には、最大値９の半数である４又は５になるように、バックライトの輝度を上げれば良い。
【００６３】
なお、本実施の形態では、説明を簡単にするため画素数を３×３としているが、実用的には、６４０×４８０などとすればよい。その場合、ビットカウント数の最大値は３０７２０と大きいため、半数１５３６０にある範囲を持たせた中央値を定義する。例えば中央値を半数１５３６０の８０％〜１２０％の範囲とし、平均値が中央値になるように調光を行えばよい。この中央値の範囲を変えることにより、画像取り込みの精度を変えることが可能である。
【００６４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１、２で説明した表示パネルを有する表示装置において、表示素子がＥＬ素子等の発光素子を有する場合について説明する。
【００６６】
表示素子として発光素子を有する表示装置では、発光素子が光源となり、対象物に光の照射を行う。
【００６７】
図６は、本実施の形態における表示パネルを有する表示装置６００の一例である。
【００６８】
表示装置６００は、図１と同様に、表示パネル６０１、Ａ／Ｄ変換部６０２、ビットカウント測定部６０３、及びコントローラ６０４を有している。
【００６９】
図１と異なる点は、表示素子６０８が発光素子を有している点と、バックライト部１０５を用いず発光素子を光源としている点である。
【００７０】
表示パネル６０１は、画像を表示する機能を有する。画像の表示は、各画素６０７の表示素子６０８が有する発光素子に電圧を印加し、所望の画素を発光させることで行われる。
【００７１】
また、表示パネル６０１は、対象物の画像を取り込む機能、いわゆるスキャナ機能を有する。画像の取り込みは、次のように行われる。表示パネル６０１に対象物が接触又は接近する際、表示素子６０８から発せられた光が対象物に照射される。照射された光は対象物で反射し、各画素６０７に設けられたフォトセンサ６０９に入射される。フォトセンサ６０９は受光した光の輝度に応じた電流を発生させ、対象物の画像情報が電気信号として取得される。
【００７２】
本実施の形態においても、実施の形態１、２と同様に、取り込んだ画像の画像データをＡ／Ｄ変換部６０２でデジタル化し、ビットカウント測定部６０３で各ビットのビットカウント数を測定し、コントローラ６０４で光源の調光を行うことで、フォトセンサ６０９の感度に適した光を照射することができる。
【００７３】
本実施の形態における光源の調光は、発光素子の輝度を調節することで行う。コントローラ６０４によって発光素子に印加する電圧を調整し、発光素子がフォトセンサ６０９の感度に適した輝度の光を発光するようにすればよい。
【００７４】
ビットカウント数を測定する方法、及びフォトセンサへの入射光の強弱（明暗）を判定する方法は、実施の形態１、２で説明した方法を用いることができる。
【００７５】
以上のようにして、画像の取り込みの精度を向上させ、正確かつ鮮明な画像を得ることができる。
【００７６】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００７７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、表示パネルの構造について、図７を用いて説明する。本実施の形態では、表示素子が液晶素子を有し、光源としてバックライトを有している。
【００７８】
図７は、実施の形態１、２で説明した表示装置の断面の一例を示す図である。バックライトからの光が対象物２０３５で反射し、フォトセンサ２００３に入射される状態を示している。対象物２０３５としては、指又は紙等を用いることができる。
【００７９】
基板２０００としてはガラス基板又は石英基板等の透光性基板を用いる。基板２０００上には、薄膜トランジスタ２００１、薄膜トランジスタ２００２、及びフォトセンサ２００３が設けられている。フォトセンサ２００３は、ｎ型半導体層２０１０、ｉ型半導体層２０１１、及びｐ型半導体層２０１２が順に積層されて設けられている。ｎ型半導体層２０１０は、一導電型を付与する不純物元素（例えばリン）を含む。ｉ型半導体層２０１１は、真性半導体である。ｐ型半導体層２０１２は、一導電型を付与する不純物元素（例えばボロン）を含む。
【００８０】
図７では、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２としてトップゲート型の薄膜トランジスタを用いたが、これに限定されない。薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２としてボトムゲート型の薄膜トランジスタを用いてもよい。また、フォトセンサ２００３は、ｎ型半導体層２０１０、ｉ型半導体層２０１１、及びｐ型半導体層２０１２を有する構成としているが、これに限定されない。
【００８１】
本実施の形態では、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２の半導体層に結晶性半導体層を用いることができる。例えば、多結晶シリコンを用いることができる。しかしこれに限定されず、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２の半導体層に、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、ペンタセン等の有機半導体、または酸化物半導体等を用いてもよい。なお、基板２０００上に単結晶シリコンを用いた半導体層を形成する場合は、表面から所定の深さに損傷領域が設けられた単結晶シリコン基板と基板２０００とを接合し、当該損傷領域で単結晶シリコン基板を分離することによって形成することができる。また、酸化物半導体としては、インジウム、ガリウム、アルミニウム、亜鉛及びスズから選んだ元素の複合酸化物を用いることができる。
【００８２】
絶縁層２００４は、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２上を覆って設けられている。絶縁層２００４上には絶縁層２００５が設けられ、絶縁層２００５上には絶縁層２００６が設けられている。画素電極２００７は絶縁層２００６上に設けられ、フォトセンサ２００３と下部電極２００８は絶縁層２００５上に設けられている。下部電極２００８によって、絶縁層２００５に設けられた開口部を介して、フォトセンサ２００３と薄膜トランジスタ２００１とが電気的に接続される。
【００８３】
また、対向基板２０２０には、対向電極２０２１、カラーフィルタ層２０２２、及びオーバーコート層２０２３が設けられている。対向基板２０２０と基板２０００はシール材によって固定され、スペーサ２０２５によって基板間隔が概ね一定の距離に保たれている。画素電極２００７と対向電極２０２１が液晶層２０２４を挟持することで、液晶素子を構成している。
【００８４】
カラーフィルタ層２０２２は、図７に示すようにフォトセンサ２００３と画素電極２００７の両方と重なるように設けてもよい。
【００８５】
また、フォトセンサ２００３は、図７に示すように薄膜トランジスタ２００２のゲート電極２０１３と重なっており、薄膜トランジスタ２００２の信号線２０１４とも重なるように設けるとよい。
【００８６】
本実施の形態の液晶表示装置には、バックライトが設けられている。図７では、バックライトは基板２０００側に設けられ、バックライトから矢印２０３６で示す方向に光が照射されている。バックライトから照射された光は対象物２０３５によって矢印２０３７で示す方向に反射される。反射された光がフォトセンサ２００３に入射される。バックライトとしては、冷陰極管（Ｃｏｌｄ−Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）又は白色の発光ダイオードを用いることができる。白色の発光ダイオードは、冷陰極管よりも明るさの調整範囲が広いため好ましい。
【００８７】
また、フォトセンサ２００３を例えば駆動回路部にも設けて外光を検出し、使用環境に応じた表示が可能となるようにバックライトの明るさ（輝度）を調節することもできる。
【００８８】
また、バックライトは上記構成に限定されない。例えば、ＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてバックライトを構成してもよいし、ＲＧＢのＬＥＤバックライトを順次点灯させてフィールドシーケンシャル方式でカラー表示してもよい。この場合にはカラーフィルタ層は不要である。
【００８９】
ここで、図７に示す液晶表示装置の作製方法の一例について簡単に説明する。
【００９０】
まず、活性層として結晶性半導体層を有するトップゲート構造の薄膜トランジスタを作製する。ここではゲート電極２０１３を有する薄膜トランジスタ２００２と、フォトセンサ２００３と電気的に接続される薄膜トランジスタ２００１を同一基板上に形成する。それぞれのトランジスタとして、ｎ型薄膜トランジスタ又はｐ型薄膜トランジスタを用いることができる。また、これらのトランジスタと同一の工程で保持容量を形成することができる。なお、保持容量は、半導体層を下部電極とし、容量配線を上部電極とし、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２のゲート絶縁膜と同一の工程で形成される絶縁膜を誘電体とすればよい。
【００９１】
また、薄膜トランジスタの層間絶縁層の一つである絶縁層２００４にはコンタクトホールが形成され、それぞれの半導体層と電気的に接続されるソース電極又はドレイン電極、若しくは、上方の配線と接続される接続電極を形成する。また、フォトセンサ２００３と電気的に接続される薄膜トランジスタ２００１の信号線も同一の工程で形成される。薄膜トランジスタ２００２の信号線２０１４も同一の工程で形成される。
【００９２】
次に、信号線２０１４を覆う絶縁層２００５を形成する。なお、本実施の形態では、透過型の液晶表示装置を例として示しているので、絶縁層２００５には可視光を透過することのできる絶縁性材料を用いる。次に、絶縁層２００５にコンタクトホールを形成し、絶縁層２００５上に下部電極２００８を形成する。
【００９３】
そして、下部電極２００８の少なくとも一部と重なるようにフォトセンサ２００３を形成する。下部電極２００８は、フォトセンサ２００３と、薄膜トランジスタ２００１とを電気的に接続させる電極である。フォトセンサ２００３は、ｎ型半導体層２０１０、ｉ型半導体層２０１１及びｐ型半導体層２０１２が順に積層されて形成される。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法を用いることで、リンを含む微結晶シリコンによりｎ型半導体層２０１０を形成し、非晶質シリコンによりｉ型半導体層２０１１を形成し、ボロンを含む微結晶シリコンによりｐ型半導体層２０１２を形成する。
【００９４】
次に、フォトセンサ２００３を覆う絶縁層２００６を形成する。透過型の液晶表示装置の場合は、絶縁層２００６に可視光を透過することのできる絶縁性材料を用いる。その後、絶縁層２００６にコンタクトホールを形成し、絶縁層２００６上に画素電極２００７を形成する。画素電極２００７と同一の層によりフォトセンサ２００３の上部電極であるｐ型半導体層２０１２と電気的に接続される配線も形成する。
【００９５】
次に、絶縁層２００６上にスペーサ２０２５を形成する。図７では、スペーサ２０２５として柱状スペーサ（ポストスペーサ）を設けたが、球状スペーサ（ビーズスペーサ）を用いてもよい。
【００９６】
次に、液晶層２０２４としてＴＮ液晶等を用いる場合には、画素電極２００７上に配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。
【００９７】
一方で、対向基板２０２０上にはカラーフィルタ層２０２２、オーバーコート層２０２３、対向電極２０２１を形成し、対向電極２０２１上に配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。
【００９８】
その後、基板２０００の配向膜が塗布された面と、対向基板２０２０の配向膜が塗布された面とを、シール材により貼り合わせる。これらの基板間には液晶滴下法又は液晶注入法により液晶を配置し、液晶層２０２４を形成する。
【００９９】
なお、液晶層２０２４は、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いて形成してもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、液晶層２０２４に適用するには、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１０μｓ〜１００μｓと短く、光学的に等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
【０１００】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１０１】
（実施の形態５）
図８に、表示パネルの断面図の別の一例を示す。図８に示す表示パネルでは、基板２０００上に、フォトセンサ３００１、薄膜トランジスタ３００２、保持容量３００３が設けられている。
【０１０２】
フォトセンサ３００１と、保持容量３００３とは、薄膜トランジスタ３００２を作製するプロセスにおいて、薄膜トランジスタ３００２と共に形成することが可能である。すなわち、それらが有する半導体膜を同層に形成することで、工程数を削減することができる。
【０１０３】
フォトセンサ３００１は横型接合タイプのｐｉｎフォトダイオードであり、フォトセンサ３００１が有する半導体膜３００４は、ｐ型の導電性を有する領域（ｐ層）と、ｉ型の導電性を有する領域（ｉ層）と、ｎ型の導電性を有する領域（ｎ層）とを有している。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、フォトセンサ３００１がｐｉｎフォトダイオードである場合を例示しているが、フォトセンサ３００１はｐｎフォトダイオードであっても良い。横型接合タイプのｐｉｎ接合またはｐｎ接合は、ｐ型を付与する不純物と、ｎ型を付与する不純物とを、それぞれ半導体膜３００４の特定の領域に添加することで、形成することが出来る。
【０１０５】
フォトセンサ３００１は、横型接合タイプとせずにｐ層、ｉ層、ｎ層を積層する構造としてもよい。
【０１０６】
また、実施の形態４と同様に、バックライトが基板２０００側に設けられ、バックライトから矢印２０３６で示す方向に光が照射されている。
【０１０７】
フォトセンサ３００１の下部に遮蔽膜３００５を設けることで、基板２０００側からの光を遮光することができ、画像の取り込み精度を向上させることができる。遮蔽膜３００５は、カーボンブラック、低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、クロムを用いた膜で、遮蔽膜３００５を形成することも可能である。
【０１０８】
その他の構成は、実施の形態４と同様であるため省略する。
【０１０９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１０】
（実施の形態６）
図９に、表示パネルの断面図の別の一例を示す。実施の形態５と同様に、基板２０００上に、フォトセンサ３００１、薄膜トランジスタ３００２、保持容量３００３が設けられている。
【０１１１】
実施の形態５と異なる点は、対象物２０３５が基板２０００側から接近又は接触する点、及びバックライトが対向基板２０２０側に設けられ、バックライトから矢印４０３６で示す方向に光が照射され、対象物２０３５で反射された光が、矢印４０３７で示すように、フォトセンサ３００１に入射される点である。
【０１１２】
この場合、フォトセンサ３００１の上部に遮蔽膜４００１を設けることで、対向基板２０２０側からの光を遮光することができ、画像の取り込み精度を向上させることができる。遮蔽膜４００１は、カーボンブラック、低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、クロムを用いた膜で、遮蔽膜４００１を形成することも可能である。
【０１１３】
なお、図９において、フォトセンサ３００１は横型接合タイプであるが、ｐ層、ｉ層、ｎ層を積層した構造としてもよい。
【０１１４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１５】
（実施の形態７）
図１０に、表示素子が発光素子を有する表示装置について説明する。
【０１１６】
発光素子を有する表示装置では、該発光素子が光源となり、対象物に光の照射を行う。
【０１１７】
図１０は、実施の形態５で示した表示パネルにおいて、発光素子としてＥＬ素子（例えば、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、又は有機物及び無機物を含むＥＬ素子）を用いたＥＬ表示素子の断面の一例を示す図である。ＥＬ素子２１２７から発せられた光が対象物２１３５で反射し、フォトセンサ２１０３に照射される状態を示している。
【０１１８】
図１０において、基板２１００上には、薄膜トランジスタ２１０１、薄膜トランジスタ２１０２、及びフォトセンサ２１０３が設けられている。フォトセンサ２１０３は、ｎ型半導体層２１１０、ｉ型半導体層２１１１、及びｐ型半導体層２１１２が積層されて設けられている。基板２１００は、シール材によって対向基板２１２０に固定されている。
【０１１９】
絶縁層２１０４は、薄膜トランジスタ２１０１及び薄膜トランジスタ２１０２上を覆って設けられている。絶縁層２１０４上には絶縁層２１０５が設けられ、絶縁層２１０５上には絶縁層２１０６が設けられている。ＥＬ素子２１２７は絶縁層２１０６上に設けられ、フォトセンサ２１０３は絶縁層２１０５上に設けられている。フォトセンサ２１０３のｎ型半導体層２１１０によって、絶縁層２１０５に設けられた開口部を介して、フォトセンサ２１０３と薄膜トランジスタ２１０１とが電気的に接続されている。
【０１２０】
また、センサ用配線２１０９によって、ｐ型半導体層２１１２と他の配線とが電気的に接続されている。
【０１２１】
ＥＬ素子２１２７は、画素電極２１２３、発光層２１２４、対向電極２１２５が積層されて設けられている。なお、バンク２１２６によって隣り合う画素同士の発光層が区切られている。
【０１２２】
薄膜トランジスタ２１０１及び薄膜トランジスタ２１０２として、ｎ型薄膜トランジスタ又はｐ型薄膜トランジスタを用いることができる。画素電極２１２３が陰極として機能する場合は、電流の向きを考慮して、画素電極２１２３と電気的に接続する薄膜トランジスタ２１０２をｎ型薄膜トランジスタとすることが好ましい。また、画素電極２１２３が陽極として機能する場合は、薄膜トランジスタ２１０２をｐ型薄膜トランジスタとすることが好ましい。
【０１２３】
図１０では、フォトセンサ２１０３が薄膜トランジスタ２１０１の上部に形成されているが、フォトセンサ２１０３を薄膜トランジスタ２１０１と同じ層上に形成してもよい。そうすることでフォトセンサ２１０３と、薄膜トランジスタ２１０１と、薄膜トランジスタ２１０２とを、同じ工程で形成することが可能である。その場合、フォトセンサ２１０３は、横型接合タイプとすることが好ましい。
【０１２４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１２５】
（実施の形態８）
本実施の形態では、電子機器の一例について、図１１を用いて説明する。
【０１２６】
図１１（Ａ）は表示装置であり、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。図１１（Ｂ）は携帯情報端末である。図１１（Ｃ）は現金自動預け入れ払い機である。図１１（Ｄ）は携帯型ゲーム機である。図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）の電子機器の表示部５００１〜５００４に、本発明の一態様に係る表示パネルを用いることができる。
【０１２７】
なお、指紋認証装置などのように表示パネルを必須としない装置にも、本発明を適用することが可能である。当該装置は、フォトセンサが設けられた入力部を有し、入力部に接触又は接近する対象物をフォトセンサにより検出することができる。
【０１２８】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１２９】
（実施の形態９）
本実施の形態では、電子機器の一例について、図１２を用いて説明する。
【０１３０】
図１２は、ライティングボード（黒板、ホワイトボード等）である。本体９００１のライティング部９１０１に、本発明の一態様に係る表示パネル等の入力部を設けることができる。
【０１３１】
ここで、ライティング部９１０１の表面には、マーカー等を用いて自由に書き込みができる。
【０１３２】
なお、定着剤が含まれていないマーカー等を用いれば文字の消去が容易である。
【０１３３】
また、マーカーのインクを落としやすくするため、ライティング部９１０１の表面は十分な平滑性を有していると良い。
【０１３４】
例えば、ライティング部９１０１の表面がガラス基板等であれば平滑性は十分である。
【０１３５】
また、ライティング部９１０１の表面に透明な合成樹脂シート等を貼り付けてもよい。
【０１３６】
合成樹脂としては例えばアクリル等を用いると好ましい。この場合、合成樹脂シートの表面を平滑にしておくと好ましい。
【０１３７】
また、ライティング部９１０１が特定の表示を行う際に、表面に絵や文字を記載することができる。そして、ライティング部９１０１は、記載された絵や文字と表示された画像とを合成することができる。
【０１３８】
更に、フォトセンサを用いているため、記載した後、時間が経った場合でもいつでもセンシングが可能であるが、抵抗膜方式、静電容量方式等を用いた場合、記載と同時にしかセンシングをすることができない。
【０１３９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１００ 表示装置
１０１ 表示パネル
１０２ Ａ／Ｄ変換部
１０３ ビットカウント測定部
１０４ コントローラ
１０５ バックライト部
１０７ 画素
１０８ 表示素子
１０９ フォトセンサ
Ａ〜Ｉ 画素
６００ 表示装置
６０１ 表示パネル
６０２ Ａ／Ｄ変換部
６０３ ビットカウント測定部
６０４ コントローラ
６０７ 画素
６０８ 表示素子
６０９ フォトセンサ
２０００ 基板
２００１ 薄膜トランジスタ
２００２ 薄膜トランジスタ
２００３ フォトセンサ
２００４ 絶縁層
２００５ 絶縁層
２００６ 絶縁層
２００７ 画素電極
２００８ 下部電極
２０１０ ｎ型半導体層
２０１１ ｉ型半導体層
２０１２ ｐ型半導体層
２０１３ ゲート電極
２０１４ 信号線
２０２０ 対向基板
２０２１ 対向電極
２０２２ カラーフィルタ層
２０２３ オーバーコート層
２０２４ 液晶層
２０３５ 対象物
２０３６ 矢印
２０３７ 矢印
３００１ フォトセンサ
３００２ 薄膜トランジスタ
３００３ 保持容量
３００４ 半導体膜
３００５ 遮蔽膜
４００１ 遮蔽膜
４０３６ 矢印
４０３７ 矢印
２１００ 基板
２１０１ 薄膜トランジスタ
２１０２ 薄膜トランジスタ
２１０３ フォトセンサ
２１０４ 絶縁層
２１０５ 絶縁層
２１０６ 絶縁層
２１０９ センサ用配線
２１１０ ｎ型半導体層
２１１１ ｉ型半導体層
２１１２ ｐ型半導体層
２１２０ 対向基板
２１２３ 画素電極
２１２４ 発光層
２１２５ 対向電極
２１２６ バンク
２１２７ ＥＬ素子
２１３５ 対象物
５００１ 表示部
５００２ 表示部
５００３ 表示部
５００４ 表示部
９００１ 本体
９１０１ ライティング部
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、表示装置及び半導体装置に関する。また、それらの駆動方法及びそれらの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチセンサを搭載した表示パネルが注目されている。タッチセンサには、動作原理の違いにより、抵抗膜方式、静電容量方式、光方式などがある。いずれの方式においても、対象物が表示パネルに接触もしくは近接することでデータを入力することができる。
【０００３】
光方式のタッチセンサとして光を検出するセンサ（「フォトセンサ」又は「光電変換素子」ともいう）を表示パネルに設けることにより、表示画面が入力領域を兼ねる。
【０００４】
フォトセンサが設けられた表示パネルでは、表示パネルから光が発せられ、対象物に照射される。照射された光は対象物で反射し、フォトセンサに入射される。フォトセンサは受光した光の輝度に応じた電流を発生させ、対象物の画像情報が電気情報として取得される。
【０００５】
このような表示パネルを有する装置の一例として、対象物を画像として取り込むためのエリアセンサを配置することによって、画像取り込み機能、いわゆるスキャナ機能を備えた表示装置が挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
また、指紋認証装置等の表示パネルを必須としない装置にも、タッチセンサを搭載し、本人認証を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２９２２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の表示パネルでは、対象物からの反射光が、明るすぎる場合若しくは暗すぎる場合などフォトセンサの感度に適していないために、対象物の画像を正確に取り込めないという問題がある。明るすぎる場合は取り込まれた画像が白浮きし、暗すぎる場合は取り込まれた画像が黒沈みする。いずれも場合も取り込んだ画像が不鮮明になってしまう。
【０００９】
上記問題に鑑み、表示パネルなどのデータの入力部において、画像の取り込みの精度を向上させることを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示する半導体装置は、フォトセンサを有する入力部において対象物の画像を取り込む際に、対象物からの反射光がフォトセンサの感度に適するように、光源を調光することを特徴としている。なお、半導体装置は、表示パネルを有する装置（表示装置ともいう）でもよく、表示パネルを有さない装置でもよい。
【００１１】
具体的には、フォトセンサの感度に対して入射光が強すぎる場合、光源の輝度を小さくする。逆に入射光が弱すぎる場合には光源の輝度を大きくする。光源の輝度を調節すれば、対象物からの反射光の輝度が調節され、フォトセンサへの入射光の輝度が調節される。
【００１２】
表示パネルが有する表示素子が液晶素子等の非発光素子である場合、光源はバックライトであり、バックライトの輝度を調節することで、フォトセンサへの入射光の輝度を調節する。
【００１３】
また、表示パネルが有する表示素子がＥＬ素子等の発光素子である場合、光源は発光素子であり、発光素子の輝度を調節することで、フォトセンサへの入射光の輝度を調節する。
【００１４】
また、表示パネルを有さない装置とする場合にも、光源を設け、光源の輝度を調節することでフォトセンサへの入射光の輝度を調節する。
【００１５】
本発明の一態様は、フォトセンサを有する入力部、光源、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、入力部は、光源からの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段を有し、コントローラは、ビットカウント数に応じて光源の輝度を調節する手段を有する半導体装置である。
【００１６】
本発明の他の一態様は、フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、表示パネルは、バックライトからの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段を有し、コントローラは、ビットカウント数に応じてバックライトの輝度を調節する手段を有する表示装置である。
【００１７】
本発明の他の一態様は、フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、表示パネルは、バックライトからの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、受光した光が前記フォトセンサの感度に適しているか否かをビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、コントローラは、判定の結果に応じてバックライトの輝度を調節する手段を有する表示装置である。
【００１８】
本発明の他の一態様は、フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、表示パネルは、バックライトからの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、受光した光がフォトセンサの感度に適しているか否かをビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、コントローラは、ビットカウント数の分布において、ビットカウント数のピークが中央ビットに位置するように、バックライトの輝度を調節する手段を有する表示装置である。
【００１９】
本発明の他の一態様は、フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、表示パネルは、バックライトからの光に対する対象物の反射光をフォトセンサにより受光することで、対象物の画像を取り込む手段を有し、Ａ／Ｄ変換部は、対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、ビットカウント測定部は、デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、受光した光がフォトセンサの感度に適しているか否かをビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、コントローラは、ビットカウント数の分布において、各ビットのビットカウント数の平均値が前記ビットカウント数の最大値の中央値になるように、バックライトの輝度を調節する手段を有する表示装置である。
【発明の効果】
【００２０】
フォトセンサの感度に適するように光源を調光することができるため、取り込んだ画像を鮮明にすることができる。
【００２１】
また、対象物の色や明るさに応じて光源を調光することができるため、対象物により近い画像を取り込むことができる。
【００２２】
取り込んだ画像を用いて様々な処理を行うことができる。文書や図画を取り込んだ場合、電子データとして保存しておき、必要な時に表示することができる。また、指の指紋等を取り込んだ場合、本人認証等を行うことができる。
【００２３】
また、画像が鮮明になるため、タッチされた位置を正確に判断でき、誤入力を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】表示パネルの構成を説明する図。
【図２】画像データの解析方法を説明する図。
【図３】画像データの解析方法を説明する図。
【図４】画像データの解析方法を説明する図。
【図５】画像データの解析方法を説明する図。
【図６】表示パネルの構成を説明する図。
【図７】表示パネルの断面図。
【図８】表示パネルの断面図。
【図９】表示パネルの断面図。
【図１０】表示パネルの断面図。
【図１１】電子機器を説明する図。
【図１２】電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
（実施の形態１）
実施の形態１では、図１〜３を用いて、表示パネルを有する表示装置とその動作を説明する。
【００２７】
図１は、表示パネルを有する表示装置の一例である。
【００２８】
表示装置１００は、表示パネル１０１、Ａ／Ｄ変換部（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）１０２、ビットカウント測定部１０３、コントローラ１０４、及びバックライト部１０５を備えている。ここで示した表示装置の構成は一例であり、これに限定されない。他の例として、表示パネル１０１内に、Ａ／Ｄ変換部１０２、ビットカウント測定部１０３、コントローラ１０４、及びバックライト部１０５の一部又は全部を一体形成してもよい。
【００２９】
表示パネル１０１は、マトリクス状に配置された複数の画素１０７を有し、各画素１０７には表示素子１０８及びフォトセンサ１０９が配置されている。表示素子１０８は、液晶素子等の非発光素子である。またフォトセンサ１０９は、フォトダイオード等の受光素子である。なお、表示パネル１０１は、表示素子を制御する回路及びフォトセンサを駆動する回路を有しても良い。
【００３０】
表示パネル１０１は、画像を表示する機能を有する。画像の表示は、各画素１０７の表示素子１０８を制御し、バックライト部１０５からの光を所望の画素において透過させることで行われる。
【００３１】
また、表示パネル１０１は、対象物の画像を取り込む機能、いわゆるスキャナ機能を有する。画像の取り込みは、次のように行われる。表示パネル１０１に対象物が接触又は接近する際、バックライト部１０５から発せられた光が対象物に照射される。照射された光は対象物で反射し、各画素１０７に設けられたフォトセンサ１０９に入射される。フォトセンサ１０９は受光した光の輝度に応じた電流を発生させ、対象物の画像情報が電気信号として取得される。
【００３２】
そして表示装置１００は、表示パネル１０１が画像を表示している時と、画像を取り込んでいる時とで、バックライト部１０５からの光を調節する機能（調光機能）を有している。光の調節は、表示パネル１０１に設けられたフォトセンサ１０９の感度に合わせて行う。
【００３３】
以下、フォトセンサ１０９の感度に合わせてバックライト部１０５からの光を調節する具体的な手段について、図１〜図３を用いて説明する。
【００３４】
まず、表示パネル１０１において、上述した方法により対象物の画像を取り込む。対象物は、文字や絵が描かれた紙や、人の指など画像として取り込みたいものを適宜用いることができる。
【００３５】
画像は、Ａ／Ｄ変換部１０２に送信され、ｎビットのデジタル信号に変換される（図１）。デジタル化は次のようにして行われる。
【００３６】
まず、各画素の輝度を階調値で表示する。図２（Ａ）は、取り込んだ画像の画素数を３×３のｍ＝９個とし、ビットの数をｎ＝６ビット（６４階調）とした場合の各画素の階調値の一例である。
【００３７】
次に、各画素の階調値を０又は１のビット値で表す。
【００３８】
例えば、画素Ａの場合、階調値３２＝（１×２５）＋（０×２４）＋（０×２３）＋（０×２２）＋（０×２１）＋（０×２０）から、第６ビット＝１、第５ビット＝０、第４ビット＝０、第３ビット＝０、第２ビット＝０、第１ビット＝０であり、第１ビット〜第６ビットのビット値は「１０００００」となる。第６ビットを最上位ビット（ＭＳＢ：Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）、第１ビットを最下位ビット（ＬＳＢ：Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）としたが、逆にしても良い。
【００３９】
また、画素Ｅの場合、階調値５６＝（１×２５）＋（１×２４）＋（１×２３）＋（０×２２）＋（０×２１）＋（０×２０）から、第１ビット〜第６ビットのビット値は「１１１０００」となる。
【００４０】
同様に、他の画素の階調値についてもビット値で表す。図２（Ｂ）に、画素Ａ〜画素Ｉの各列に第１ビット〜第６ビットのビット値を記した。
【００４１】
ビット値で表示された画像データは、ビットカウント測定部１０３に送信される（図１）。
【００４２】
ビットカウント測定部１０３は、第１ビット〜第６ビットの各ビットのビットカウント数を測定する。ビットカウント数は、各ビットにおいてビット値が１である画素数を合計した数である。例えば第６ビットの場合、画素Ａ〜画素Ｉの９画素のビット値が１であるのでビットカウント数は９である。また、第４ビットの場合、画素Ｄ〜画素Ｉの６画素のビット値が１であるのでビットカウント数は６である。
【００４３】
同様に、他のビットについてもビットカウント数を測定する。図２（Ｂ）の右端のセルに各ビットのビットカウント数を記した。
【００４４】
図２（Ｃ）に、測定されたビットカウント数の分布を示した。横軸はビット、縦軸はビットカウント数である。
【００４５】
ここで、図２（Ｃ）のような分布において、ビットカウント数のピークが中央ビットに位置する場合に、フォトセンサの感度に適した光が入射されたと判定される。本実施の形態では、中央ビットは第３ビット又は第４ビットである。ｎビットにおける中央ビットは、ｎが偶数の場合に第（ｎ／２）ビット又は第｛（ｎ／２）＋１｝ビットであり、ｎが奇数の場合に第｛（ｎ＋１）／２｝ビットである。
【００４６】
図２（Ｃ）では、ビットカウント数の分布は第６ビット側（ＭＳＢ側）に偏っている。この場合、入射光が強すぎるため、フォトセンサの感度に適していないと判定される。判定後、ビットカウント数の判定結果は、コントローラ１０４に送信される。
【００４７】
コントローラ１０４は、ビットカウント数に応じてバックライトの輝度を調節する機能を有しており、バックライト電源の出力を調整する信号を、バックライト部１０５へ送信する。図２（Ｃ）の場合、ビットカウント数のピークを第６ビットから中央ビットに移すように、バックライトの輝度を小さくするための信号を送信する。
【００４８】
バックライト部１０５は、コントローラ１０４の信号に応じてバックライト電源の出力を調整し、バックライトを調光する。図２（Ｃ）の場合、バックライトの輝度が下げられる。
【００４９】
調光された光は、対象物で反射され、フォトセンサで受光され、再度画像の取り込みが行われる。取り込まれた画像において、再度ビットカウント数を測定される。そして、ビットカウント数のピークが中央ビットに位置していれば、フォトセンサの感度に適していると判定され、画像の取り込みは終了する。なお、この際にピークが中央ビットに位置していなければ、同様な動作を行い、再度バックライトの調光を行えばよい。
【００５０】
図２の画像データの例では、入射光が強すぎる場合を示したが、入射光が弱すぎる場合も同様にバックライトの調光が可能である。図３（Ａ）の画像データでは、同様にビットカウント数を測定すると（図３（Ｂ））、分布が第１ビット側（ＬＳＢ側）に偏っており（図３（Ｃ））、入射光が弱すぎるため、フォトセンサの感度に適していないと判定される。この場合、コントローラ１０４はバックライトの輝度を大きくするための信号を出力し、バックライトの輝度が上げられる。
【００５１】
以上のようにして、画像の取り込みの精度を向上させ、正確かつ鮮明な画像を得ることができる。特に、取り込まれた画像のビットカウント数を測定する構成を採用しているため、取り込まれた画像に応じてバックライトを調光することが可能である。また、ビットの数（階調数）を増やすことでより緻密な調光が行われるため、より画像の取り込みの精度を向上させることができる。本実施形態では単色の例を示したが、ＲＧＢの三色とすると、取り込んだ画像の色も判断して調光を行うことが可能である。
【００５２】
また、画像の取り込みから、Ａ／Ｄ変換、ビットカウント数測定、バックライトの調光までを自動で行うことができるため、常に最適な画像を自動で取得することが可能である。自動と手動との切り替え機能を備えてもよく、用途によって使い分けてもよい。
【００５３】
なお、本実施の形態では、説明を簡単にするため画素数を３×３としているが、実用的には、６４０×４８０などとすればよい。また、中央ビットの範囲をフォトセンサの仕様や製造上のばらつきに応じて変えることができる。更に中央ビットを広めにとることで、画像の取り込みの精度を調整することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、表示パネルを用いる装置について説明したが、表示パネルを用いない装置としてもよい。その場合、被検出物が接触又は接近する部分（入力部ともいう）にフォトセンサを設けて半導体装置を構成し、上記と同様に光源の調光を行うことで画像の取り込みを行えばよい。
【００５５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００５６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、ビットカウント数の分布が平坦である場合に、バックライトを調光する方法を説明する。ビットカウント数の測定までは、実施の形態１と同様であり、画素数を３×３のｍ＝９個、ビットの数をｎ＝６ビットとして測定する。
【００５７】
本実施の形態において、分布が平坦とは、全ビットが厳密に同じビットカウント数である必要はなく、ビットカウント数の「（平均値−標準偏差）〜（平均値＋標準編差）」の範囲にｎビットのうちの８０％以上が入る場合を指す。実用的には、画素数やｎの値に応じて平坦か否かを判定すればよい。
【００５８】
例として図４（Ａ）の階調値を持つ画像データは、ビットカウント数を測定すると、図４（Ｂ）のように第１ビットのビットカウント数が７、第２及び第３ビットのビットカウント数が８、第４〜第６ビットのビットカウント数が９であり、図４（Ｃ）の様な分布を示す。またビットカウント数の平均値は８．３、標準偏差は０．８２であり、「（平均値−標準偏差）〜（平均値＋標準偏差）」は７．４８〜９．１２の範囲となる。全６ビットのうち第２〜第６ビットの５ビット｛（５／６）×１００＝８３％｝がこの範囲に入るため、図４（Ｃ）は平坦な分布であると判定される。
【００５９】
ここで、ビットカウント数の分布が平坦である場合、ビットカウント数の平均値が最大値の半数である場合に、フォトセンサの感度に適していると判定される。本実施の形態では、最大値の半数は４又は５である。ビットカウント数の最大値の半数は、ｍが偶数の場合は（ｍ／２）であり、ｍが奇数の場合は｛（ｍ−１）／２｝又は｛（ｍ＋１）／２｝である。
【００６０】
図４（Ｃ）では、ビットカウント数の平均値は最大値側に偏っている。この場合、入射光が強すぎるため、フォトセンサの感度に適していないと判定される。判定後、ビットカウント数の判定結果は、コントローラ１０４に送信される。
【００６１】
コントローラ１０４は、実施の形態１と同様に、バックライト部１０５に信号を送り、バックライトの光を調光する。図４（Ｃ）の場合、ビットカウント数の平均値が、最大値９の半数である４又は５になるように、バックライトの輝度が下げられる。
【００６２】
逆に図５（Ａ）〜（Ｃ）のように、ビットカウント数の平均値が最小値側に偏っている場合には、最大値９の半数である４又は５になるように、バックライトの輝度を上げれば良い。
【００６３】
なお、本実施の形態では、説明を簡単にするため画素数を３×３としているが、実用的には、６４０×４８０などとすればよい。その場合、ビットカウント数の最大値は３０７２０と大きいため、半数１５３６０にある範囲を持たせた中央値を定義する。例えば中央値を半数１５３６０の８０％〜１２０％の範囲とし、平均値が中央値になるように調光を行えばよい。この中央値の範囲を変えることにより、画像取り込みの精度を変えることが可能である。
【００６４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１、２で説明した表示パネルを有する表示装置において、表示素子がＥＬ素子等の発光素子を有する場合について説明する。
【００６６】
表示素子として発光素子を有する表示装置では、発光素子が光源となり、対象物に光の照射を行う。
【００６７】
図６は、本実施の形態における表示パネルを有する表示装置６００の一例である。
【００６８】
表示装置６００は、図１と同様に、表示パネル６０１、Ａ／Ｄ変換部６０２、ビットカウント測定部６０３、及びコントローラ６０４を有している。
【００６９】
図１と異なる点は、表示素子６０８が発光素子を有している点と、バックライト部１０５を用いず発光素子を光源としている点である。
【００７０】
表示パネル６０１は、画像を表示する機能を有する。画像の表示は、各画素６０７の表示素子６０８が有する発光素子に電圧を印加し、所望の画素を発光させることで行われる。
【００７１】
また、表示パネル６０１は、対象物の画像を取り込む機能、いわゆるスキャナ機能を有する。画像の取り込みは、次のように行われる。表示パネル６０１に対象物が接触又は接近する際、表示素子６０８から発せられた光が対象物に照射される。照射された光は対象物で反射し、各画素６０７に設けられたフォトセンサ６０９に入射される。フォトセンサ６０９は受光した光の輝度に応じた電流を発生させ、対象物の画像情報が電気信号として取得される。
【００７２】
本実施の形態においても、実施の形態１、２と同様に、取り込んだ画像の画像データをＡ／Ｄ変換部６０２でデジタル化し、ビットカウント測定部６０３で各ビットのビットカウント数を測定し、コントローラ６０４で光源の調光を行うことで、フォトセンサ６０９の感度に適した光を照射することができる。
【００７３】
本実施の形態における光源の調光は、発光素子の輝度を調節することで行う。コントローラ６０４によって発光素子に印加する電圧を調整し、発光素子がフォトセンサ６０９の感度に適した輝度の光を発光するようにすればよい。
【００７４】
ビットカウント数を測定する方法、及びフォトセンサへの入射光の強弱（明暗）を判定する方法は、実施の形態１、２で説明した方法を用いることができる。
【００７５】
以上のようにして、画像の取り込みの精度を向上させ、正確かつ鮮明な画像を得ることができる。
【００７６】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００７７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、表示パネルの構造について、図７を用いて説明する。本実施の形態では、表示素子が液晶素子を有し、光源としてバックライトを有している。
【００７８】
図７は、実施の形態１、２で説明した表示装置の断面の一例を示す図である。バックライトからの光が対象物２０３５で反射し、フォトセンサ２００３に入射される状態を示している。対象物２０３５としては、指又は紙等を用いることができる。
【００７９】
基板２０００としてはガラス基板又は石英基板等の透光性基板を用いる。基板２０００上には、薄膜トランジスタ２００１、薄膜トランジスタ２００２、及びフォトセンサ２００３が設けられている。フォトセンサ２００３は、ｎ型半導体層２０１０、ｉ型半導体層２０１１、及びｐ型半導体層２０１２が順に積層されて設けられている。ｎ型半導体層２０１０は、一導電型を付与する不純物元素（例えばリン）を含む。ｉ型半導体層２０１１は、真性半導体である。ｐ型半導体層２０１２は、一導電型を付与する不純物元素（例えばボロン）を含む。
【００８０】
図７では、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２としてトップゲート型の薄膜トランジスタを用いたが、これに限定されない。薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２としてボトムゲート型の薄膜トランジスタを用いてもよい。また、フォトセンサ２００３は、ｎ型半導体層２０１０、ｉ型半導体層２０１１、及びｐ型半導体層２０１２を有する構成としているが、これに限定されない。
【００８１】
本実施の形態では、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２の半導体層に結晶性半導体層を用いることができる。例えば、多結晶シリコンを用いることができる。しかしこれに限定されず、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２の半導体層に、非晶質シリコン、微結晶シリコン、単結晶シリコン、ペンタセン等の有機半導体、または酸化物半導体等を用いてもよい。なお、基板２０００上に単結晶シリコンを用いた半導体層を形成する場合は、表面から所定の深さに損傷領域が設けられた単結晶シリコン基板と基板２０００とを接合し、当該損傷領域で単結晶シリコン基板を分離することによって形成することができる。また、酸化物半導体としては、インジウム、ガリウム、アルミニウム、亜鉛及びスズから選んだ元素の複合酸化物を用いることができる。
【００８２】
絶縁層２００４は、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２上を覆って設けられている。絶縁層２００４上には絶縁層２００５が設けられ、絶縁層２００５上には絶縁層２００６が設けられている。画素電極２００７は絶縁層２００６上に設けられ、フォトセンサ２００３と下部電極２００８は絶縁層２００５上に設けられている。下部電極２００８によって、絶縁層２００５に設けられた開口部を介して、フォトセンサ２００３と薄膜トランジスタ２００１とが電気的に接続される。
【００８３】
また、対向基板２０２０には、対向電極２０２１、カラーフィルタ層２０２２、及びオーバーコート層２０２３が設けられている。対向基板２０２０と基板２０００はシール材によって固定され、スペーサ２０２５によって基板間隔が概ね一定の距離に保たれている。画素電極２００７と対向電極２０２１が液晶層２０２４を挟持することで、液晶素子を構成している。
【００８４】
カラーフィルタ層２０２２は、図７に示すようにフォトセンサ２００３と画素電極２００７の両方と重なるように設けてもよい。
【００８５】
また、フォトセンサ２００３は、図７に示すように薄膜トランジスタ２００２のゲート電極２０１３と重なっており、薄膜トランジスタ２００２の信号線２０１４とも重なるように設けるとよい。
【００８６】
本実施の形態の液晶表示装置には、バックライトが設けられている。図７では、バックライトは基板２０００側に設けられ、バックライトから矢印２０３６で示す方向に光が照射されている。バックライトから照射された光は対象物２０３５によって矢印２０３７で示す方向に反射される。反射された光がフォトセンサ２００３に入射される。バックライトとしては、冷陰極管（Ｃｏｌｄ−Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）又は白色の発光ダイオードを用いることができる。白色の発光ダイオードは、冷陰極管よりも明るさの調整範囲が広いため好ましい。
【００８７】
また、フォトセンサ２００３を例えば駆動回路部にも設けて外光を検出し、使用環境に応じた表示が可能となるようにバックライトの明るさ（輝度）を調節することもできる。
【００８８】
また、バックライトは上記構成に限定されない。例えば、ＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてバックライトを構成してもよいし、ＲＧＢのＬＥＤバックライトを順次点灯させてフィールドシーケンシャル方式でカラー表示してもよい。この場合にはカラーフィルタ層は不要である。
【００８９】
ここで、図７に示す液晶表示装置の作製方法の一例について簡単に説明する。
【００９０】
まず、活性層として結晶性半導体層を有するトップゲート構造の薄膜トランジスタを作製する。ここではゲート電極２０１３を有する薄膜トランジスタ２００２と、フォトセンサ２００３と電気的に接続される薄膜トランジスタ２００１を同一基板上に形成する。それぞれのトランジスタとして、ｎ型薄膜トランジスタ又はｐ型薄膜トランジスタを用いることができる。また、これらのトランジスタと同一の工程で保持容量を形成することができる。なお、保持容量は、半導体層を下部電極とし、容量配線を上部電極とし、薄膜トランジスタ２００１及び薄膜トランジスタ２００２のゲート絶縁膜と同一の工程で形成される絶縁膜を誘電体とすればよい。
【００９１】
また、薄膜トランジスタの層間絶縁層の一つである絶縁層２００４にはコンタクトホールが形成され、それぞれの半導体層と電気的に接続されるソース電極又はドレイン電極、若しくは、上方の配線と接続される接続電極を形成する。また、フォトセンサ２００３と電気的に接続される薄膜トランジスタ２００１の信号線も同一の工程で形成される。薄膜トランジスタ２００２の信号線２０１４も同一の工程で形成される。
【００９２】
次に、信号線２０１４を覆う絶縁層２００５を形成する。なお、本実施の形態では、透過型の液晶表示装置を例として示しているので、絶縁層２００５には可視光を透過することのできる絶縁性材料を用いる。次に、絶縁層２００５にコンタクトホールを形成し、絶縁層２００５上に下部電極２００８を形成する。
【００９３】
そして、下部電極２００８の少なくとも一部と重なるようにフォトセンサ２００３を形成する。下部電極２００８は、フォトセンサ２００３と、薄膜トランジスタ２００１とを電気的に接続させる電極である。フォトセンサ２００３は、ｎ型半導体層２０１０、ｉ型半導体層２０１１及びｐ型半導体層２０１２が順に積層されて形成される。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法を用いることで、リンを含む微結晶シリコンによりｎ型半導体層２０１０を形成し、非晶質シリコンによりｉ型半導体層２０１１を形成し、ボロンを含む微結晶シリコンによりｐ型半導体層２０１２を形成する。
【００９４】
次に、フォトセンサ２００３を覆う絶縁層２００６を形成する。透過型の液晶表示装置の場合は、絶縁層２００６に可視光を透過することのできる絶縁性材料を用いる。その後、絶縁層２００６にコンタクトホールを形成し、絶縁層２００６上に画素電極２００７を形成する。画素電極２００７と同一の層によりフォトセンサ２００３の上部電極であるｐ型半導体層２０１２と電気的に接続される配線も形成する。
【００９５】
次に、絶縁層２００６上にスペーサ２０２５を形成する。図７では、スペーサ２０２５として柱状スペーサ（ポストスペーサ）を設けたが、球状スペーサ（ビーズスペーサ）を用いてもよい。
【００９６】
次に、液晶層２０２４としてＴＮ液晶等を用いる場合には、画素電極２００７上に配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。
【００９７】
一方で、対向基板２０２０上にはカラーフィルタ層２０２２、オーバーコート層２０２３、対向電極２０２１を形成し、対向電極２０２１上に配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。
【００９８】
その後、基板２０００の配向膜が塗布された面と、対向基板２０２０の配向膜が塗布された面とを、シール材により貼り合わせる。これらの基板間には液晶滴下法又は液晶注入法により液晶を配置し、液晶層２０２４を形成する。
【００９９】
なお、液晶層２０２４は、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いて形成してもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、液晶層２０２４に適用するには、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１０μｓ〜１００μｓと短く、光学的に等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
【０１００】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１０１】
（実施の形態５）
図８に、表示パネルの断面図の別の一例を示す。図８に示す表示パネルでは、基板２０００上に、フォトセンサ３００１、薄膜トランジスタ３００２、保持容量３００３が設けられている。
【０１０２】
フォトセンサ３００１と、保持容量３００３とは、薄膜トランジスタ３００２を作製するプロセスにおいて、薄膜トランジスタ３００２と共に形成することが可能である。すなわち、それらが有する半導体膜を同層に形成することで、工程数を削減することができる。
【０１０３】
フォトセンサ３００１は横型接合タイプのｐｉｎフォトダイオードであり、フォトセンサ３００１が有する半導体膜３００４は、ｐ型の導電性を有する領域（ｐ層）と、ｉ型の導電性を有する領域（ｉ層）と、ｎ型の導電性を有する領域（ｎ層）とを有している。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、フォトセンサ３００１がｐｉｎフォトダイオードである場合を例示しているが、フォトセンサ３００１はｐｎフォトダイオードであっても良い。横型接合タイプのｐｉｎ接合またはｐｎ接合は、ｐ型を付与する不純物と、ｎ型を付与する不純物とを、それぞれ半導体膜３００４の特定の領域に添加することで、形成することが出来る。
【０１０５】
フォトセンサ３００１は、横型接合タイプとせずにｐ層、ｉ層、ｎ層を積層する構造としてもよい。
【０１０６】
また、実施の形態４と同様に、バックライトが基板２０００側に設けられ、バックライトから矢印２０３６で示す方向に光が照射されている。
【０１０７】
フォトセンサ３００１の下部に遮蔽膜３００５を設けることで、基板２０００側からの光を遮光することができ、画像の取り込み精度を向上させることができる。遮蔽膜３００５は、カーボンブラック、低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、クロムを用いた膜で、遮蔽膜３００５を形成することも可能である。
【０１０８】
その他の構成は、実施の形態４と同様であるため省略する。
【０１０９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１０】
（実施の形態６）
図９に、表示パネルの断面図の別の一例を示す。実施の形態５と同様に、基板２０００上に、フォトセンサ３００１、薄膜トランジスタ３００２、保持容量３００３が設けられている。
【０１１１】
実施の形態５と異なる点は、対象物２０３５が基板２０００側から接近又は接触する点、及びバックライトが対向基板２０２０側に設けられ、バックライトから矢印４０３６で示す方向に光が照射され、対象物２０３５で反射された光が、矢印４０３７で示すように、フォトセンサ３００１に入射される点である。
【０１１２】
この場合、フォトセンサ３００１の上部に遮蔽膜４００１を設けることで、対向基板２０２０側からの光を遮光することができ、画像の取り込み精度を向上させることができる。遮蔽膜４００１は、カーボンブラック、低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、クロムを用いた膜で、遮蔽膜４００１を形成することも可能である。
【０１１３】
なお、図９において、フォトセンサ３００１は横型接合タイプであるが、ｐ層、ｉ層、ｎ層を積層した構造としてもよい。
【０１１４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１５】
（実施の形態７）
図１０に、表示素子が発光素子を有する表示装置について説明する。
【０１１６】
発光素子を有する表示装置では、該発光素子が光源となり、対象物に光の照射を行う。
【０１１７】
図１０は、実施の形態５で示した表示パネルにおいて、発光素子としてＥＬ素子（例えば、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、又は有機物及び無機物を含むＥＬ素子）を用いたＥＬ表示素子の断面の一例を示す図である。ＥＬ素子２１２７から発せられた光が対象物２１３５で反射し、フォトセンサ２１０３に照射される状態を示している。
【０１１８】
図１０において、基板２１００上には、薄膜トランジスタ２１０１、薄膜トランジスタ２１０２、及びフォトセンサ２１０３が設けられている。フォトセンサ２１０３は、ｎ型半導体層２１１０、ｉ型半導体層２１１１、及びｐ型半導体層２１１２が積層されて設けられている。基板２１００は、シール材によって対向基板２１２０に固定されている。
【０１１９】
絶縁層２１０４は、薄膜トランジスタ２１０１及び薄膜トランジスタ２１０２上を覆って設けられている。絶縁層２１０４上には絶縁層２１０５が設けられ、絶縁層２１０５上には絶縁層２１０６が設けられている。ＥＬ素子２１２７は絶縁層２１０６上に設けられ、フォトセンサ２１０３は絶縁層２１０５上に設けられている。フォトセンサ２１０３のｎ型半導体層２１１０によって、絶縁層２１０５に設けられた開口部を介して、フォトセンサ２１０３と薄膜トランジスタ２１０１とが電気的に接続されている。
【０１２０】
また、センサ用配線２１０９によって、ｐ型半導体層２１１２と他の配線とが電気的に接続されている。
【０１２１】
ＥＬ素子２１２７は、画素電極２１２３、発光層２１２４、対向電極２１２５が積層されて設けられている。なお、バンク２１２６によって隣り合う画素同士の発光層が区切られている。
【０１２２】
薄膜トランジスタ２１０１及び薄膜トランジスタ２１０２として、ｎ型薄膜トランジスタ又はｐ型薄膜トランジスタを用いることができる。画素電極２１２３が陰極として機能する場合は、電流の向きを考慮して、画素電極２１２３と電気的に接続する薄膜トランジスタ２１０２をｎ型薄膜トランジスタとすることが好ましい。また、画素電極２１２３が陽極として機能する場合は、薄膜トランジスタ２１０２をｐ型薄膜トランジスタとすることが好ましい。
【０１２３】
図１０では、フォトセンサ２１０３が薄膜トランジスタ２１０１の上部に形成されているが、フォトセンサ２１０３を薄膜トランジスタ２１０１と同じ層上に形成してもよい。そうすることでフォトセンサ２１０３と、薄膜トランジスタ２１０１と、薄膜トランジスタ２１０２とを、同じ工程で形成することが可能である。その場合、フォトセンサ２１０３は、横型接合タイプとすることが好ましい。
【０１２４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１２５】
（実施の形態８）
本実施の形態では、電子機器の一例について、図１１を用いて説明する。
【０１２６】
図１１（Ａ）は表示装置であり、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。図１１（Ｂ）は携帯情報端末である。図１１（Ｃ）は現金自動預け入れ払い機である。図１１（Ｄ）は携帯型ゲーム機である。図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）の電子機器の表示部５００１〜５００４に、本発明の一態様に係る表示パネルを用いることができる。
【０１２７】
なお、指紋認証装置などのように表示パネルを必須としない装置にも、本発明を適用することが可能である。当該装置は、フォトセンサが設けられた入力部を有し、入力部に接触又は接近する対象物をフォトセンサにより検出することができる。
【０１２８】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１２９】
（実施の形態９）
本実施の形態では、電子機器の一例について、図１２を用いて説明する。
【０１３０】
図１２は、ライティングボード（黒板、ホワイトボード等）である。本体９００１のライティング部９１０１に、本発明の一態様に係る表示パネル等の入力部を設けることができる。
【０１３１】
ここで、ライティング部９１０１の表面には、マーカー等を用いて自由に書き込みができる。
【０１３２】
なお、定着剤が含まれていないマーカー等を用いれば文字の消去が容易である。
【０１３３】
また、マーカーのインクを落としやすくするため、ライティング部９１０１の表面は十分な平滑性を有していると良い。
【０１３４】
例えば、ライティング部９１０１の表面がガラス基板等であれば平滑性は十分である。
【０１３５】
また、ライティング部９１０１の表面に透明な合成樹脂シート等を貼り付けてもよい。
【０１３６】
合成樹脂としては例えばアクリル等を用いると好ましい。この場合、合成樹脂シートの表面を平滑にしておくと好ましい。
【０１３７】
また、ライティング部９１０１が特定の表示を行う際に、表面に絵や文字を記載することができる。そして、ライティング部９１０１は、記載された絵や文字と表示された画像とを合成することができる。
【０１３８】
更に、フォトセンサを用いているため、記載した後、時間が経った場合でもいつでもセンシングが可能であるが、抵抗膜方式、静電容量方式等を用いた場合、記載と同時にしかセンシングをすることができない。
【０１３９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１００ 表示装置
１０１ 表示パネル
１０２ Ａ／Ｄ変換部
１０３ ビットカウント測定部
１０４ コントローラ
１０５ バックライト部
１０７ 画素
１０８ 表示素子
１０９ フォトセンサ
Ａ〜Ｉ 画素
６００ 表示装置
６０１ 表示パネル
６０２ Ａ／Ｄ変換部
６０３ ビットカウント測定部
６０４ コントローラ
６０７ 画素
６０８ 表示素子
６０９ フォトセンサ
２０００ 基板
２００１ 薄膜トランジスタ
２００２ 薄膜トランジスタ
２００３ フォトセンサ
２００４ 絶縁層
２００５ 絶縁層
２００６ 絶縁層
２００７ 画素電極
２００８ 下部電極
２０１０ ｎ型半導体層
２０１１ ｉ型半導体層
２０１２ ｐ型半導体層
２０１３ ゲート電極
２０１４ 信号線
２０２０ 対向基板
２０２１ 対向電極
２０２２ カラーフィルタ層
２０２３ オーバーコート層
２０２４ 液晶層
２０３５ 対象物
２０３６ 矢印
２０３７ 矢印
３００１ フォトセンサ
３００２ 薄膜トランジスタ
３００３ 保持容量
３００４ 半導体膜
３００５ 遮蔽膜
４００１ 遮蔽膜
４０３６ 矢印
４０３７ 矢印
２１００ 基板
２１０１ 薄膜トランジスタ
２１０２ 薄膜トランジスタ
２１０３ フォトセンサ
２１０４ 絶縁層
２１０５ 絶縁層
２１０６ 絶縁層
２１０９ センサ用配線
２１１０ ｎ型半導体層
２１１１ ｉ型半導体層
２１１２ ｐ型半導体層
２１２０ 対向基板
２１２３ 画素電極
２１２４ 発光層
２１２５ 対向電極
２１２６ バンク
２１２７ ＥＬ素子
２１３５ 対象物
５００１ 表示部
５００２ 表示部
５００３ 表示部
５００４ 表示部
９００１ 本体
９１０１ ライティング部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトセンサを有する入力部、光源、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記入力部は、前記光源からの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段を有し、
前記コントローラは、前記ビットカウント数に応じて前記光源の輝度を調節する手段を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記表示パネルは、前記バックライトからの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段を有し、
前記コントローラは、前記ビットカウント数に応じて前記バックライトの輝度を調節する手段を有することを特徴とする表示装置。
【請求項３】
フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記表示パネルは、前記バックライトからの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、前記受光した光が前記フォトセンサの感度に適しているか否かを前記ビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、
前記コントローラは、前記判定の結果に応じて前記バックライトの輝度を調節する手段を有することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記表示パネルは、前記バックライトからの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、前記受光した光が前記フォトセンサの感度に適しているか否かを前記ビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、
前記コントローラは、前記ビットカウント数の分布において、前記ビットカウント数のピークが中央ビットに位置するように、前記バックライトの輝度を調節する手段を有することを特徴とする表示装置。
【請求項５】
フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記表示パネルは、前記バックライトからの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、前記受光した光が前記フォトセンサの感度に適しているか否かを前記ビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、
前記コントローラは、前記ビットカウント数の分布において、前記各ビットのビットカウント数の平均値が前記ビットカウント数のピークの中央値になるように、前記バックライトの輝度を調節する手段を有することを特徴とする表示装置。
【請求項１】
フォトセンサを有する入力部、光源、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記入力部は、前記光源からの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段を有し、
前記コントローラは、前記ビットカウント数に応じて前記光源の輝度を調節する手段を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記表示パネルは、前記バックライトからの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段を有し、
前記コントローラは、前記ビットカウント数に応じて前記バックライトの輝度を調節する手段を有することを特徴とする表示装置。
【請求項３】
フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記表示パネルは、前記バックライトからの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、前記受光した光が前記フォトセンサの感度に適しているか否かを前記ビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、
前記コントローラは、前記判定の結果に応じて前記バックライトの輝度を調節する手段を有することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記表示パネルは、前記バックライトからの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、前記受光した光が前記フォトセンサの感度に適しているか否かを前記ビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、
前記コントローラは、前記ビットカウント数の分布において、前記ビットカウント数のピークが中央ビットに位置するように、前記バックライトの輝度を調節する手段を有することを特徴とする表示装置。
【請求項５】
フォトセンサを有する表示パネル、バックライト、Ａ／Ｄ変換部、ビットカウント測定部、及びコントローラを有し、
前記表示パネルは、前記バックライトからの光に対する対象物の反射光を前記フォトセンサにより受光することで、前記対象物の画像を取り込む手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記対象物の画像の画像データをデジタル信号に変換する手段を有し、
前記ビットカウント測定部は、前記デジタル信号の各ビットのビットカウント数を測定する手段と、前記受光した光が前記フォトセンサの感度に適しているか否かを前記ビットカウント数の分布に従って判定する手段とを有し、
前記コントローラは、前記ビットカウント数の分布において、前記各ビットのビットカウント数の平均値が前記ビットカウント数のピークの中央値になるように、前記バックライトの輝度を調節する手段を有することを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１１８８７７（Ｐ２０１１−１１８８７７Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３２２８６（Ｐ２０１０−２３２２８６）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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