表示装置
【課題】光電変換素子を含む表示装置において、生産性および利便性に優れた表示装置を提供する。
【解決手段】複数の画素がマトリクス状に配列された表示部と、表示部に画像情報を伝送する駆動部と表示部に設けられ、且つレーザ光を検出する受光部と、受光部で検出するレーザ光の位置を解析し、位置に基づいて画像情報を操作し、操作に基づいた画像情報とは異なる画像情報を駆動部に伝送する情報処理部を有し、表示部の複数の画素はそれぞれ薄膜トランジスタを有し、受光部は複数の光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路を有し、薄膜トランジスタおよび複数の光電変換素子は、同一の基板に設けられている表示装置である。
【解決手段】複数の画素がマトリクス状に配列された表示部と、表示部に画像情報を伝送する駆動部と表示部に設けられ、且つレーザ光を検出する受光部と、受光部で検出するレーザ光の位置を解析し、位置に基づいて画像情報を操作し、操作に基づいた画像情報とは異なる画像情報を駆動部に伝送する情報処理部を有し、表示部の複数の画素はそれぞれ薄膜トランジスタを有し、受光部は複数の光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路を有し、薄膜トランジスタおよび複数の光電変換素子は、同一の基板に設けられている表示装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を含む表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操作者が指またはペンなどの対象物で表示画面を触れ、その対象物の位置を検出するタッチパネルは、様々な電気機器に搭載されている。
【０００３】
このようなタッチパネルにおいて、その対象物の位置を検出する動作原理は様々である。例えば、透明導電膜を用いる抵抗膜方式、電気容量の変化を利用する静電容量方式、および圧電変換を用いる超音波方式などがある。
【０００４】
なかでも、抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルは、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用パーソナルコンピュータなど小型の表示画面を有する電気機器に利用されている。そして、該タッチパネルを搭載している電気機器は、該タッチパネルを、映像または画像が表示される表示パネルの素子基板とは別に用意し、該表示パネルに実装しているものが多い。
【０００５】
また、対象物の位置を検出する方法には、上記動作原理のように指やペンなどの対象物を接触させることで、その対象物の位置を検出する方法ではなく、対象物を光とし、光電変換素子に照射された光の光電変換を利用することで対象物の位置を検出する光学方式がある。該光学方式はゲーム機などで利用されている。
【０００６】
さらに、光学方式は、パーソナルコンピュータの画像情報を表示装置に拡大表示させる表示システムにおいて、光ポインティング装置から射出される光を利用して表示画面を操作するために用いられている（特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２２２９５１号公報
【特許文献２】特開平１１−３０５９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１および特許文献２で開示されている技術においても、光ポインティング装置を用いて表示画面を操作するために、光電変換素子を含むシートおよび撮像機器を、表示装置、またはスクリーンやプロジェクタとは別に設ける構成としており、作製するにあたり、部材コストの増加または歩留まりの低下が予想される。さらに、このような構成は、利便性に欠ける。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、生産性および利便性に優れた表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の表示装置は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を含む画素を複数有する表示部と、該表示部に画像情報を伝送する駆動部と、を有する。そして、表示部が有する複数の画素は、薄膜トランジスタが形成される基板にマトリクス状に配列されている。
【００１１】
また、対象物の位置を検出する方法として、抵抗膜方式、静電容量方式、または超音波方式を用いたタッチパネルを、テレビジョン装置、または、プレゼンテーション用途の大型表示装置に用いることは、表示画面を操作するためにその都度、操作者が画面に近づかねばならず、利便性に問題がある。さらに、指を接触させて表示画面を操作することで汚れ（例えば、指紋形状の手垢など）が付着し、表示画面が不鮮明になりうる。
【００１２】
そこで、本発明の表示装置は、対象物の位置を検出する方法として光学方式を利用し、受光部として、複数の光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路を、表示装置内に有する。なお、本発明の表示装置は、光電変換素子に照射される光を対象物とする。
【００１３】
本発明の一態様である表示装置は、上記表示部、上記駆動部および上記受光部に加え、情報処理部を具備しており、該情報処理部は、受光部で検出する光の位置をもとに、画像情報を操作する機能を実行する。従って、テレビジョン装置やプレゼンテーション用途の大型表示装置として本発明の一態様である表示装置を用いることで、光電変換素子を含むシートおよび撮像機器などを表示装置とは別の筐体として設ける必要がなく、さらには離れた場所から表示画面を操作できるため、利便性がよい。
【００１４】
また、受光部における複数の光電変換素子は、上記薄膜トランジスタが形成される基板上に形成される。複数の光電変換素子を、上記薄膜トランジスタが形成される基板上に作り込むことで、生産性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の表示装置は、光電変換素子が表示部の基板に形成されており、表示部に照射される光の位置を検出することができる。
【００１６】
以上より、本発明の一態様は、画素がマトリクス状に配列された表示部と、表示部に画像情報を伝送する駆動部と、表示部に設けられ、且つレーザ光を検出する受光部と、受光部で検出するレーザ光の位置を解析し、位置に基づいて画像情報を操作し、操作に基づいた画像情報とは異なる画像情報を駆動部に伝送する情報処理部を有し、表示部の画素は薄膜トランジスタを有し、受光部は複数の光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路を有し、薄膜トランジスタおよび複数の光電変換素子は、同一の基板に設けられていることを特徴とする表示装置である。
【００１７】
詳細には、受光部で検出される光の位置は、光ポインティング装置から射出される光の指示点の位置である。つまり、本発明の一態様である表示装置は、光ポインティング装置から射出されるレーザ光で表示部（詳細には、表示画面）を指示することで遠隔操作することができる。
【００１８】
また、光ポインティング装置から射出されるレーザ光を可視光とすることで、表示画面上の光の指示点を視認性の高いものとすることができる。また、射出できる可視光を１色ではなく、複数色とすることもできる。射出できる可視光を複数色とすることで、さまざまな色彩を含む表示画面においても、表示画面上の光の指示点として視認性の高い色を選択することができる。
【００１９】
本発明の表示装置は、受光部で検出する光ポインティング装置から射出される光の指示点の位置の連続的な変化をもとに、画像情報を操作する機能を実行する処理回路も、情報処理部に有してもよい。
【００２０】
また、表示画面上に示される光ポインティング装置から射出される光の指示点の形状は、特に限定されないが、その指示点は、表示部に含まれる画素の大きさより大きい。従って、光ポインティング装置から射出される光の指示点の位置および指示点の位置の連続的な変化を検出する光電変換素子の数は、画素の数よりも少なくすることができる。すなわち、一画素に一の光電変換素子を設ける必要はなく、複数の画素に一の光電変換素子が設けられていればよい。
【００２１】
また、受光部に設けられる複数の光電変換素子の種類および形態は、特に限定されない。光電変換素子として、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタなどを用いることができる。さらには、該光電変換素子は、上記基板に形成される薄膜トランジスタと同一の構造である薄膜トランジスタのゲート電極とドレイン電極が短絡（ダイオード接続）されたものであるとよい。これにより、スイッチング素子である該薄膜トランジスタと同じ作製工程で、該光電変換素子を作製することができ、生産性の向上および部材コストの低減が可能である。
【００２２】
また、スイッチング素子である薄膜トランジスタは、複数の結晶領域を有する半導体（シリコンまたはゲルマニウムにより形成されていることが好ましい。）を含むことで、薄膜トランジスタのオン電流が向上し、該薄膜トランジスタのサイズを小さくすることができるため、画素の開口率を向上させることができる。それゆえ、表示装置を高精細化することができる。
【００２３】
つまり、本発明の一態様において、スイッチング素子である薄膜トランジスタは、基板上に形成されるゲート電極と、ゲート電極上に形成されるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成され、且つ複数の結晶領域を有する半導体膜と、複数の結晶領域を有する半導体膜上に形成される一対の非晶質半導体領域と、一対の非晶質半導体領域と上に形成される不純物半導体膜と、不純物半導体膜上に形成されるドレイン電極およびソース電極とを有するものである。
【００２４】
さらに、上記スイッチング素子である薄膜トランジスタの別形態は、基板上に形成される第１のゲート電極と、第１のゲート電極上に形成される第１のゲート絶縁膜と、第１のゲート絶縁膜上に形成され、且つ複数の結晶領域を有する半導体膜と、複数の結晶領域を有する半導体膜上に形成される一対の非晶質半導体領域と、一対の非晶質半導体領域と上に形成される不純物半導体膜と、不純物半導体膜上に形成されるドレイン電極およびソース電極と、ドレイン電極、ソース電極、複数の結晶領域を有する半導体膜、および第１のゲート絶縁膜上に形成される第２のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜上に形成される第２のゲート電極とを有するものである。
【００２５】
また、光電変換素子として、複数の結晶領域を有する半導体膜を含む薄膜トランジスタのゲート電極とドレイン電極が短絡（ダイオード接続）されたもの用いる際は、該複数の結晶領域を有する半導体膜でレーザ光の光電変換が行われる。そして、該複数の結晶領域を有する半導体膜を有する光電変換素子は、蛍光灯など外光に対して光感度が弱いため、蛍光灯などの外光に対しての影響を小さくすることができる。
【００２６】
さらに、複数の結晶領域を有する半導体膜を含む薄膜トランジスタのゲート電極とドレイン電極が短絡（ダイオード接続）された光電変換素子は、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長である可視光より６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長である可視光に対して光感度が弱い。
【００２７】
なお、本明細書において、「オン電流」とは、薄膜トランジスタがオン状態のときに、ソースとドレインの間に流れる電流をいう。例えば、ｎ型の薄膜トランジスタの場合には、ゲート電圧がトランジスタの閾値電圧よりも大きいときに、ソースとドレインとの間に流れる電流が、オン電流である。なお、「ゲート電圧」とは、ソースを基準としたゲートとソースの電位差をいう。
【００２８】
また、複数の結晶領域を有する半導体を含む薄膜トランジスタは、プラスゲートバイアスおよび熱ストレスに対する信頼性が良好である。スイッチング素子として、複数の結晶領域を有する半導体を含む薄膜トランジスタを用いると、スイッチング素子の劣化を小さくすることができる。受光部に含まれる光電変換素子として、複数の結晶領域を有する半導体を含む薄膜トランジスタのゲート電極とドレイン電極が短絡したものを用いることで、光電変換素子の劣化を小さくすることができる。それゆえ、表示装置全体の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明の表示装置の表示部は、液晶素子またはエレクトロルミネセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）素子を適用することができる。
【発明の効果】
【００３０】
上記手段により、生産性および利便性に優れた表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一形態である表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一形態である表示装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の一形態である表示装置の構成を示すブロック図および断面図である。
【図４】本発明の一形態である表示装置の画素構成を示す上面図及びその回路図である。
【図５】本発明の一形態である表示装置のタイミングチャートである。
【図６】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す上面図である。
【図７】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの作製方法を示す断面図である。
【図９】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの電気特性を示す図である。
【図１０】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの電気特性の測定方法を説明する回路図である。
【図１１】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの電気特性を示す図である。
【図１２】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す上面図である。
【図１３】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの作製方法を示す図である。
【図１５】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す上面図である。
【図１６】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す上面図である。
【図１７】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。したがって、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、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。なお、各図面において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。従って、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００３３】
トランジスタに設けられる電極または膜の積み重なりを表現する際に、上層端部よりはみ出している下層端部を、便宜上、トランジスタの平面図には図示しない場合がある。
【００３４】
ＡとＢとが接続されている、と記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、Ａ、Ｂは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
【００３５】
「ソース」や「ドレイン」の機能は、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００３６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置１００について説明する。図１は、表示装置１００の全体構成を示したブロック図である。表示装置１００は、アクティブマトリクス型の表示装置であり、表示部１０２、駆動部１０４、受光部１０６、および情報処理部１０８を具備している。さらに、光ポインティング装置１１０は、表示装置１００に別添されている。
【００３７】
表示部１０２は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す。）を含む画素を複数有しており、画素は、該ＴＦＴが形成される基板（以下、素子基板と記す。）にマトリクス状に配列されている。また、表示部１０２は、液晶素子またはエレトロルミネセンス（以下、ＥＬと記す。）素子を含み、それぞれの動作原理に基づき画像または映像を表示する。
【００３８】
駆動部１０４は、表示部１０２に画像情報を伝送する機能を有し、少なくとも信号線駆動回路および走査線駆動回路から構成されている。該信号線駆動回路は、表示部１０２の選択された画素に、ビデオ信号の入力を制御する回路である。また、該走査線駆動回路は、表示部１０２の選択された画素に含まれるＴＦＴのゲート電極に接続された走査線を制御する回路である。
【００３９】
受光部１０６は、表示装置１００の内部に設けられており、さらに光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路が設けられている。受光部１０６は、情報処理部１０８と接続されており、受光部１０６の光電変換素子に光が照射されると、光電変換により電位変化が生じ、該電位変化に対応する電気信号が情報処理部１０８に伝送される。このように、受光部１０６は、光電変換素子に照射されるレーザ光を対象物とし、その対象物の位置（レーザ光の位置）を検出する。また、表示部１０２において、受光部１０６の光電変換素子を形成している配線の抵抗などにより、少なからず電気信号を伝送する速さが異なる領域がある場合、電気信号の伝送が速い領域に受光部１０６の光電変換素子を設けることで、受光部１０６の光電変換素子で生成された電気信号を情報処理部１０８に速く伝送させることができる。
【００４０】
情報処理部１０８は、受光部１０６で光の位置を検出することで生じる電気信号をもとに、表示部１０２に表示されている画像情報を操作する機能を実行する。そのため、情報処理部１０８は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、もしくはＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置、または中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、もしくはマイクロプロセッサなどで構成されている。そして、情報処理部１０８は、駆動部１０４に接続されており、情報処理部１０８で生成された画像情報を操作する情報が、駆動部１０４から表示部１０２に伝送される。
【００４１】
受光部１０６の光電変換素子で検出されるレーザ光の位置は、光ポインティング装置１１０から射出されるレーザ光の指示点の位置である。つまり、本発明の一態様である表示装置１００は、光ポインティング装置１１０から射出されるレーザ光で表示部（詳細には、表示画面）の一部を指示することで遠隔操作することができる。また、受光部１０６は、静止したレーザ光の指示点の位置だけではなく、指示点の位置の連続的な変化も検出することができる。
【００４２】
光ポインティング装置１１０のレーザ光源から射出されるレーザ光を可視光とすることで、表示部１０２上に示される光の指示点の視認性を高くすることができる。例えば、約６５０ｎｍの波長（赤色）、または約５３２ｎｍの波長（緑色）の可視光を、光ポインティング装置１１０から射出される光として用いることができる。
【００４３】
さらには、光ポインティング装置１１０から射出される可視光の波長を１つではなく、複数とすることができる。これにより、光電変換素子に対して検出感度が良好な可視光を検出される光（検出光）の指示点の位置を表す光とし、視認性のよい可視光を検出光の指示点の位置を選択する光（ガイド光）とすることができる。つまり、光ポインティング装置１１０の射出できる可視光の波長を複数とすることで、さまざまな色彩を含む表示画面でも、検出光の指示点の視認性を高くすることができる。なお、光ポインティング装置１１０には、射出する光の波長の他に、可視光レーザのエネルギー密度も変化させることができる構成が設けられていてもよい。光ポインティング装置１１０に射出する光のエネルギー密度を変化させることが可能な構成を有することで、検出に最適なエネルギー密度の可視光レーザに変調させることができる。
【００４４】
また、表示装置１００は、上記駆動回路に加えて、電源回路および画像処理回路（画像エンジン）など表示装置を動作させるために必要な回路を含み、これらの回路は、適宜、駆動部１０４および情報処理部１０８に接続されている。さらに、表示装置１００を、テレビジョン装置として機能させる場合には、放送局からの放送信号を受信する受信部を、表示装置１００に含み、該受信部は、駆動部１０４および情報処理部１０８に接続されている。さらに、表示装置１００は、該受信部に加え、駆動部１０４および情報処理部１０８に接続され、且つ有線または無線による通信ネットワーク（例えば、インターネット）に接続される通信接続部が設けられていてもよい。表示装置１００は、該通信接続部を介して、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことができ、インターネットテレビジョン装置としても機能する。テレビジョン装置またはインターネットテレビジョン装置として機能する表示装置１００は、光ポインティング装置１１０によって、遠隔操作される。
【００４５】
図２は、表示装置１００の一例を示した斜視図である。図２（Ａ）において、表示画面１１４には、駆動部１０４を介して図１の表示部１０２に表示された画像が表示される。光ポインティング装置１１０は、電源ボタン１２２および射出ボタン１２４を備えている。電源ボタン１２２を押下すると、ガイド光および検出光として可視光を射出できる状態となり、射出ボタン１２４を押下すると、ガイド光として機能する視認性の良い可視光（例えば、約５３２ｎｍの緑色光）が射出され、表示画面１１４上にガイド光の位置が指示される。表示画面１１４には、例えば、音量を上げるまたは下げるなど、規定されている操作機能１１８が表示されており、該ガイド光の位置を所望の操作機能１２０に応じて射出ボタン１２４を強く押下することで、検出光として機能する、受光部１０６の光電変換素子に対して検出感度の良好な可視光（例えば、約６５０ｎｍの赤色光）が射出され、検出光の指示点１２６の位置が決定される。検出光の指示点１２６の位置が検出されることで、光電変換により生じる電位変化に対応する電気信号が情報処理部１０８に伝送され、情報処理部１０８は、所望の操作機能１２０を実行する。
【００４６】
なお、特定の色の光だけを検出させるようにするには、受光部１０６の光電変換素子に、該特定の色のカラーフィルタを重畳して設ければよい。例えば、赤の光だけを検出させる場合は、受光部１０６の光電変換素子に赤のカラーフィルタを重畳して設ければよい。
【００４７】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した表示装置１００に、パーソナルコンピュータなどの外部表示機器と、通信用ケーブルとを接続した形態である。図２（Ｂ）において、表示画面１２７には、通信ケーブル１３０を介してパーソナルコンピュータ１２８の画像、映像または操作機能などが表示される。このような形態の表示装置１００においても、上記操作と同様の操作を行うことができる。例えば、表示画面１２７に示されているパーソナルコンピュータ１２８の操作機能に、光ポインティング装置１１０から射出された可視光の指示点を合わせると、受光部１０６の光電変換素子は、その指示点の位置を検出し、光電変換により生じる電気信号を情報処理部１０８に伝送し、情報処理部１０８はパーソナルコンピュータ１２８を操作する。
【００４８】
また、表示装置１００における受光部１０６の光電変換素子は、可視光の静止した指示点だけではなく、連続的に変化する指示点の位置を検出することができる。従って、特定の連続的な変化に対応する操作機能をあらかじめ設定しておけば、光ポインティング装置１１０から射出された可視光を表示部１０２に照射させつつ、特定の連続的な変化を行わせることで、対応する操作機能を実行することができる。例えば、図２（Ｂ）に示したように、可視光の指示点の位置を左へ（白丸の位置から黒丸の位置へ）連続的に変化させると、受光部１０６の光電変換素子は、左へ連続的に変化する可視光の指示点の位置の変化を検出し、光電変換により生じる電気信号を情報処理部１０８に伝送し、情報処理部１０８は、指示点の位置が左へ連続的に変化することに対応する操作機能を実行する。
【００４９】
なお、光ポインティング装置１１０から射出される可視光をパルスパターンとして射出できる構成が設けられていても良い。上記では連続的に変化する可視光の指示点の位置を検出する形態であるが、該構成とすることで、受光部１０６の光電変換素子は、特定のパルスパターンを検出する形態とすることができる。例えば、特定のパルスパターンに対応する操作機能をあらかじめ設定し、光ポインティング装置１１０に特定のパルスパターンに対応したボタンを１つまたは複数設ければ、光ポインティング装置１１０に設けられたボタンを押下することで、特定のパルスパターンに対応する操作機能を実行することができる。
【００５０】
また、上記ガイド光のみを可視光とし、上記検出光を赤外光としてもよい。例えば、表示装置１００を、上記ガイド光に追従してカーソルが表示部１０２の表示画面上を動くようにし、操作機能の決定は、従来の遠隔操作装置と同様に赤外光を検出することで行われるとすればよい。その際、表示装置１００の筐体など表示部１０２の外部には赤外光を受光可能な素子が設けられ、光ポインティング装置１１０には赤外光を射出可能な発光ダイオードが設けられていればよい。また、赤外光は指向性が強いため、異なる角度に赤外光が射出されるように該発光ダイオードを複数設けることが好ましい。このようにすることで、赤外光を受光する素子は、効率よく、光ポインティング装置１１０の発光ダイオードから射出される赤外光を検出することができる。
【００５１】
以上より、本発明の一態様である表示装置は、受光部を該表示装置内部に有し、さらには受光部の光電変換素子は、表示部の素子基板に形成されるため、部材および作製コストを低減することができ、生産性に優れた表示装置である。そして、本発明の一態様である表示装置は、受光部を該表示装置とは別に設ける必要がなく、光ポインティング装置を用いて様々な遠隔操作が可能であるため、利便性にも優れた表示装置である。なお、本実施の形態は他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、表示部１０２に液晶素子またはＥＬ素子を含む表示装置１００について説明する。以下、表示部１０２に液晶素子を用いた表示装置１００は、液晶表示装置２００とし、表示部１０２にＥＬ素子を用いた表示装置１００は、ＥＬ表示装置３００として説明する。
【００５３】
液晶表示装置２００およびＥＬ表示装置３００は、共にアクティブマトリクス型の表示装置である。図３（Ａ）は、液晶表示装置２００およびＥＬ表示装置３００のブロック図である。なお、該ブロック図は、受光部１０６を含む表示部１０２、および駆動部１０４のみを図示し、情報処理部１０８および光ポインティング装置１１０は図示していない。
【００５４】
まず、液晶表示装置２００について説明する。本明細書において、液晶素子とは、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子であり、一対の電極および液晶により構成されている。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。
【００５５】
駆動部１０４は、少なくとも信号線駆動回路１０５および走査線駆動回路１０７から構成されている。これらの駆動回路は、論理回路部と、スイッチ部またはバッファ部と、に大別される。また、本実施の形態では、信号線駆動回路１０５および走査線駆動回路１０７が、スイッチング素子のＴＦＴを含む画素が配列される素子基板１０３上に設けられた形態であるが、信号線駆動回路１０５および走査線駆動回路１０７の一部または全部をＩＣなどの半導体装置で形成し、素子基板１０３に実装してもよい。
【００５６】
そして、光電変換素子用リセット回路１１１と、光電変換素子用走査回路１１３と、光電変換素子用読み出し回路１１５と、を素子基板１０３に有する。これらは上記駆動回路と同様に、論理回路部と、スイッチ部またはバッファ部とに大別される。さらに、光電変換素子用リセット回路１１１、光電変換素子用走査回路１１３と、光電変換素子用読み出し回路１１５は、素子基板１０３上に形成されていなくてもよく、各々の回路の一部または全部をＩＣなどの半導体装置で形成し、素子基板１０３上に実装してもよい。
【００５７】
液晶表示装置２００は、外光を利用する反射型の表示装置、または、別途、バックライトなどの照明部（図３（Ａ）に図示していない。）を設けて、照明部からの光を利用する透過型の表示装置とすることができる。さらに、外光および照明部からの光を適宜利用する半透過型の表示装置とすることもできる。以下、本明細書では、液晶表示装置２００は、透過型の表示装置として説明する。
【００５８】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図である。
【００５９】
液晶表示装置２００は、照明部１４０と、照明部１４０上に第１の偏光部材１４２と、第１の偏光部材１４２上に液晶パネル１４４と、液晶パネル１４４上に第２の偏光部材１４６と、を有する。
【００６０】
液晶パネル１４４には、素子基板１０３と、素子基板１０３上にスイッチング素子として複数のＴＦＴが設けられたＴＦＴ素子部１４８と、ＴＦＴ素子部１４８上に設けられた液晶素子部１５０と、対向基板１５２と、を有する。さらに、素子基板１０３および対向基板１５２は、シール材料１５３を介して接着されている。
【００６１】
液晶素子部１５０は、画素電極１５４と、液晶１５６と、共通画素電極１５８と、により構成されている。画素電極１５４は、表示部１０２に配列される画素の数と同数で設けられ、画素電極１５４それぞれがＴＦＴ素子部１４８のＴＦＴのそれぞれに電気的に接続される。共通画素電極１５８は、対向基板１５２に設けられている。
【００６２】
また、図３（Ｂ）には図示していないが、液晶表示装置２００には、画素電極１５４と共通画素電極１５８との間の距離（セルギャップ）を一定に制御するためにスペーサが設けられている。スペーサとしては、ビーズスペーサや、絶縁層を選択的にエッチングすることで得られるスペーサ（ポストスペーサ）を用いることができる。
【００６３】
照明部１４０は、冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）などの汎用されている直下型またはサイドエッジ型のバックライトとすることができる。
【００６４】
第１の偏光部材１４２および第２の偏光部材１４６は、液晶パネル１４４に入射する光および射出する光を偏光できればどのようなものでもよく、例えば、ポリビニルアルコールなどの高分子で構成されている偏光板や偏光フィルムを用いることができる。また、本実施の形態では、第２の偏光部材１４６は対向基板１５２の外側に設けられているが、第２の偏光部材１４６は対向基板１５２の内側に設けられていてもよい。
【００６５】
図３（Ｂ）には図示していないが、液晶表示装置２００には、液晶パネル１４４に入射させる光の効率や輝度などを向上させるため、照明部１４０と第１の偏光部材１４２との間に、反射部材および拡散部材などを適宜設けてもよい。
【００６６】
また、液晶表示装置２００は、白黒表示のみではなく、少なくとも一色のカラーフィルタによりカラー表示が可能である。また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を呈する材料から複数色のカラーフィルタを形成することで、フルカラー表示が可能となる。カラーフィルタは、液晶パネル１４４の外側または内側に設ければよい。例えば、カラーフィルタが対向基板１５２と共通画素電極１５８の間に設けられていてもよい。
【００６７】
赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を呈する材料としては、有彩色の透光性樹脂があり、感光性または非感光性の有機樹脂を用いることができる。感光性の有機樹脂層を用いると使用するレジストマスクの数を削減することができ、工程を簡略化することができるため好ましい。有彩色は、黒、灰、白などの無彩色を除く色であり、カラーフィルタは、その着色された有彩色の光のみを透過する材料で形成される。さらに、有彩色としては、シアン、マゼンダ、イエロー（黄）などを用いてもよい。「着色された有彩色の光のみを透過する」とは、カラーフィルタにおいて透過する光は、その有彩色の光の波長にピークを有するということである。カラーフィルタは、含ませる着色材料の濃度と光の透過率の関係を考慮して、最適な厚さを適宜決めることができる。
【００６８】
また、液晶表示装置２００にカラーフィルタを設けずに、照明部１４０として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を別々に発光させることができるバックライトを用いてもよい。
【００６９】
さらに、液晶パネル１４４の外側または内側に、ブラックマトリクスとして機能する遮光層を設けることができる。
【００７０】
次に、液晶パネル１４４について説明する。素子基板１０３および対向基板１５２としては、透光性を有するものが好ましく、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板または液晶表示装置２００およびＴＦＴ素子部１４８の作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板などを用いることができる。
【００７１】
ＴＦＴ素子部１４８については後述するが、液晶表示装置２００が有する受光部１０６の光電変換素子は、素子基板１０３上に設けられている。
【００７２】
画素電極１５４および共通画素電極１５８には、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いて形成される。
【００７３】
また、画素電極１５４および共通画素電極１５８は、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することもできる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００７４】
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、もしくはアニリン、ピロールおよびチオフェンから選択される２種以上の共重合体またはその誘導体などがある。
【００７５】
液晶１５６の光学的変調作用は、液晶１５６にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。液晶素子部１５０の駆動モードは、１つに限定されず、適宜選択して用いることができる。例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｂｅｎｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いることができる。
【００７６】
なお、液晶１５６と画素電極１５４、および液晶１５６と共通画素電極１５８との間には配向膜を設け、該配向膜にラビング工程を行うことで、液晶１５６が配向しやすくなる。
【００７７】
また、液晶１５６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１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、温度範囲を改善するために、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。
【００７８】
シール材料１５３は、液晶１５６を素子基板１０３と対向基板１５２との間に封止するために設けられている。シール材料１５３としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いることが好ましい。代表的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。また、光（代表的には紫外線）重合開始剤、熱硬化剤、フィラー、カップリング剤を含んでもよい。
【００７９】
次に、ＥＬ表示装置３００について説明する。ＥＬ素子は、自発光型の発光素子であり、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大別され、前者を有機ＥＬ素子、後者を無機ＥＬ素子と呼ぶことができる。表示部１０２には、どちらのＥＬ素子も用いることができるが、以下、本明細書においてＥＬ素子は、有機ＥＬ素子を例として説明する。
【００８０】
ＥＬ素子は、少なくとも一対の電極間に発光する有機化合物層が挟まれた素子である。該有機化合物層は通常、積層構造となっている。例としては、一対の電極間に正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層、または正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層を積層した構造である。また、発光層に対して蛍光性色素などをドーピングしても良い。ＥＬ素子が有する各層は、低分子系の材料を用いて形成してもよいし、高分子系の材料を用いて形成してもよい。
【００８１】
ＥＬ表示装置３００のブロック図としては、液晶表示装置２００と同様に図３（Ａ）を用いることができる。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）において、同じ機能を有する部材は、同じ符号を用いて説明する。
【００８２】
図３（Ｃ）は、ＥＬ表示装置３００のブロック図におけるＡ−Ｂの断面図である。ＥＬ表示装置３００は、素子基板１０３および対向基板１５２の間に、ＴＦＴ素子部１４８と、発光素子部１６２と、充填材１６４とが設けられており、素子基板１０３および対向基板１５２は、シール材料１５３を介して接着されている。発光素子部１６２は、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルムなど）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。従って、ＥＬ表示装置３００には充填材１６４が設けられていることが好ましい。
【００８３】
素子基板１０３、ＴＦＴ素子部１４８、対向基板１５２およびシール材料１５３は、液晶表示装置２００と同様である。
【００８４】
発光素子部１６２は、上記ＥＬ素子を有し、陽極または陰極として機能する画素電極１５４と共通画素電極１５８の間に、有機化合物層１６３が設けられている。有機化合物層１６３は、有機化合物の発光材料を含み、上記積層構造とすることができるが、これに限定されない。また、有機化合物層１６３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子部１６２の構成は適宜変えることができる。
【００８５】
隔壁１６６は、有機樹脂膜、または無機絶縁膜を用いて形成される。
【００８６】
発光素子部１６２に酸素、水素、水分、二酸化炭素などが侵入しないように、共通画素電極１５８および隔壁１６６上に酸化物絶縁膜を形成してもよい。酸化物絶縁膜としては、水分、水素イオン、または水酸化物イオンなどの不純物をブロックする無機絶縁膜を用いる。
【００８７】
また、充填材１６４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば、充填材１６４として窒素を用いればよい。
【００８８】
なお、発光素子部１６２の射出面に、反射部材または拡散部材などが適宜設けられていてもよい。
【００８９】
以上より、表示部１０２を有する表示装置１００を作製することができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と組み合わせることが可能である。
【００９０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、表示装置１００における表示部１０２の画素構成について説明する。表示部１０２にＥＬ素子を用いた表示装置１００の画素構成は、液晶表示装置２００における液晶素子を上記発光素子とすればよいので、以下、表示部１０２の画素構成は、液晶表示装置２００を例に説明する。
【００９１】
図４（Ａ）は、液晶表示装置２００の画素構成の一例を示した図である。
【００９２】
表示部１０２に含まれる素子基板１０３上に、画素４０１がマトリクス状に配列されている。画素４０１はスイッチング素子であるＴＦＴを含み、該ＴＦＴは走査線４０３および信号線４０５と電気的に接続されている。走査線４０３は、走査線駆動回路１０７に電気的に接続されている。信号線４０５は、信号線駆動回路１０５に電気的に接続されている。
【００９３】
また、素子基板１０３上には、光電変換素子４０２が設けられている。光電変換素子４０２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換（光電変換）できる素子を有すればよく、その材料および形態は特に限定されない。例えば、フォトダイオードもしくはフォトトランジスタ、またはＣｄＳセル、ＣｄＳｅセルもしくはＰｄＳセルなど、汎用されているものを用いることができる。なお、フォトトランジスタの一例として、ゲート電極とドレイン電極が短絡された（ダイオード接続された）ＴＦＴを光電変換素子４０２に用いてもよい。
【００９４】
光電変換素子４０２は、リセット電位を入力するリセット線４１１、走査するためのセレクト電位を入力するセレクト線４１３、および光電変換により生じた電気信号を出力する読み出し線４１５と電気的に接続されている。
【００９５】
リセット線４１１は光電変換素子用リセット回路１１１と、セレクト線４１３は光電変換素子用走査回路１１３と、読み出し線４１５は光電変換素子用読み出し回路１１５と電気的に接続されている。
【００９６】
液晶表示装置２００において、光ポインティング装置１１０から射出されるレーザ光の指示点が光電変換素子４０２上に存在すると、該レーザ光のエネルギーが電気信号（電気エネルギー）に光電変換され、該電気信号は、読み出し線４１５を介して光電変換素子用読み出し回路１１５に伝送される。また、光電変換素子用読み出し回路１１５には、伝送される電気信号の強度が低下することを考慮して増幅回路などを設けること好ましい。
【００９７】
光電変換素子４０２に照射される光ポインティング装置１１０からのレーザ光の指示点は、画素４０１より大きい。従って、設けられる光電変換素子４０２の数は、素子基板１０３上に配列される画素４０１と同数設ける必要はなく、画素４０１の数に対して少なくすることができる。さらに、レーザ光の指示点の形状および大きさ、並びに、光電変換素子４０２の電気特性を考慮して、素子基板１０３上に設ける光電変換素子４０２の数を決めることができる。なお、本実施の形態では、光電変換素子４０２を格子状に配置する形態としているが、光電変換素子４０２の配置は、これに限定されず、適宜、配置することができる。
【００９８】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）における点線内の等価回路図である。
【００９９】
図４（Ｂ）において、走査線４０３とＴＦＴ４２１のゲート電極とが、信号線４０５とＴＦＴ４２１のソース電極とが電気的に接続されており、液晶素子４２５は、ＴＦＴ４２１のドレイン電極と電気的に接続されている。
【０１００】
保持容量素子４２３には、対向する二の電極が設けられている。保持容量素子４２３の第１の電極は、ＴＦＴ４２１のドレイン電極と、保持容量素子４２３の第２の電極は共通電位線４１７と電気的に接続されている。
【０１０１】
光電変換素子４０２には、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、保持容量素子４０９、ＴＦＴ４２９、およびＴＦＴ４３１が設けられている。
【０１０２】
ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、ゲート電極とドレイン電極が短絡された電極およびソース電極を有し、ゲート電極とドレイン電極が短絡された電極は、リセット線４１１と電気的に接続されており、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７のソース電極は、ＴＦＴ４２９のゲート電極と電気的に接続されている。ＴＦＴ４２９のソース電極は、電源電位を入力する電源電位線４１９と電気的に接続され、ＴＦＴ４２９のドレイン電極は、ＴＦＴ４３１のソース電極と電気的に接続されている。ＴＦＴ４３１のゲート電極はセレクト線４１３と、ＴＦＴ４３１のドレイン電極は読み出し線４１５と電気的に接続されている。
【０１０３】
保持容量素子４０９には、対向する二の電極が設けられている。保持容量素子４０９の第１の電極はダイオード接続されたＴＦＴ４２７のソース電極およびＴＦＴ４２９のゲート電極と、保持容量素子４０９の第２の電極は共通電位線４１８と電気的に接続されている。
【０１０４】
ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９、ＴＦＴ４３１は、トランジスタの構造は特に限定されず、例えばトップゲート構造、またはボトムゲート構造を用いることができる。さらに、チャネル形成領域が１つ形成されるシングルゲート構造でも、直列に２つ形成されるダブルゲート構造もしくは直列に３つ形成されるトリプルゲート構造であってもよい。そして、チャネル領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された２つのゲート電極を有する、デュアルゲート構造でもよい。
【０１０５】
ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１において、チャネル形成領域に用いる半導体は、特に限定されない。例えば、チャネル形成領域には、非晶質半導体または複数の結晶領域を有する半導体を用いることができるが、以下の理由により、複数の結晶領域を有する半導体を用いることが好ましい。
【０１０６】
また、非晶質半導体をチャネル形成領域に用いずに、複数の結晶領域を有する半導体、例えば、微結晶半導体を用いることで、それぞれのＴＦＴにおいてオン電流を向上させることができる。微結晶半導体の詳細は後述するが、例えば、ＴＦＴ４２１において、微結晶半導体をチャネル形成領域に用いることで、ＴＦＴ４２１のサイズを小さくすることができるため、画素の開口率を向上させることができる。さらに、微結晶半導体をチャネル形成領域に用いたＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１では、オン電流が大きいため、それぞれのＴＦＴで生成される電気信号の伝送を容易にすることができる。さらに、これらのＴＦＴは、プラスゲートバイアスおよび熱ストレスに対する信頼性が良好であり、劣化の小さいＴＦＴであるため、液晶表示装置２００の信頼性を向上させることができる。
【０１０７】
さらに、微結晶半導体を用いて、光電変換素子４０２に用いるＴＦＴのオン電流を向上させることによって、それぞれのＴＦＴで生じる電気信号の伝送を容易にすることから、オン電流を向上させることができるデュアルゲート構造のＴＦＴは、光電変換素子４０２に用いるＴＦＴとして好適である。
【０１０８】
また、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１は、同一の基板（素子基板１０３）上に形成されることにより、部材コストの低減および生産性の向上が見込める。
【０１０９】
なお、保持容量素子４２３および保持容量素子４０９は、互いに異なる共通電位線に接続させてもよいし、同じ共通電位線に接続させてもよい。同じ共通電位線に接続させることで、共通電位線の本数を減らすことができ、画素の開口率を向上させることができる。
【０１１０】
ここで、光ポインティング装置１１０から射出されるレーザ光の指示点を検出する方法について、図４（Ｂ）および図５に示すタイミングチャートを参照して説明する。なお、ＴＦＴ４２９とＴＦＴ４３１の間の電位（図４（Ｂ）に示した点Ｐの電位に相当する。）が、ＴＦＴ４３１のゲート電極の電位以上となるように、リセット線４１１の電位（ダイオード接続されたＴＦＴ４２７のゲート電極とドレイン電極が短絡された電極の電位）は、充分に高いことを前提とする。
【０１１１】
リセット線４１１の電位（リセット電位）がＨｉｇｈ電位になると、保持容量素子４０９に電荷が蓄積され、保持容量素子４０９の第１の電極の電位は、リセット電位とダイオード接続されたＴＦＴ４２７の閾値電圧の差分に相当する電位になる。ここでは、リセット電位とダイオード接続されたＴＦＴ４２７の閾値電圧との差分に相当する電位は、Ｈｉｇｈ電位になるものとする。つまり、リセット線４１１の電位（リセット電位）がＨｉｇｈ電位になると、保持容量素子４０９の第１の電極の電位は、Ｈｉｇｈ電位となる。
【０１１２】
そして、保持容量素子４０９と電気的に接続されたＴＦＴ４２９のゲート電極の電位は、保持容量素子４０９の第１の電極の電位と同電位であるからＨｉｇｈ電位となる。なお、本明細書では、保持容量素子４０９の第１の電極の電位がリセット電位と同電位になる期間を充電期間と記載する。該充電期間が経過した後に、セレクト線４１３と電気的に接続されたＴＦＴ４３１のゲート電極の電位（セレクト電位）がＨｉｇｈ電位となる。つまり、液晶表示装置２００は、該充電期間およびセレクト電位がＨｉｇｈ電位となる期間を単位周期とし、該単位周期が連続して入力されている。
【０１１３】
次に、図５のタイミングチャートに示したように、該充電期間後にセレクト電位がＨｉｇｈ電位となる期間において、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がない場合、ＴＦＴ４２９のゲート電極の電位はＨｉｇｈ電位であるため、Ｈｉｇｈ電位となるセレクト電位とＴＦＴ４３１の閾値電圧の差分に相当する電位が、読み出し電位（Ｖｏｕｔ）として、光電変換素子用読み出し回路１１５に出力される。ここでは、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がない場合に、出力される読み出し電位（Ｖｏｕｔ）はＨｉｇｈ電位になるものとする。
【０１１４】
しかし、充電期間が経過した後に、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がある場合、保持容量素子４０９に蓄積された電荷が、リセット電位の入力方向とは反対方向に放出されるため、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７には逆飽和電流が生じる。それゆえ、保持容量素子４０９の第１の電極の電位は低くなり、一定の期間が経過した後にはＬｏｗ電位となる。そして、一定の期間が経過した後に、ＴＦＴ４２９のゲート電極の電位もＬｏｗ電位となる。
【０１１５】
従って、該充電期間後にセレクト電位がＨｉｇｈ電位となる期間において、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がある場合、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がない場合の読み出し電位（Ｖｏｕｔ）より低い電位が、読み出し電位（Ｖｏｕｔ）として、光電変換素子用読み出し回路１１５に出力される。ここでは、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がある場合に、出力される読み出し電位（Ｖｏｕｔ）はＬｏｗ電位になるものとする。
【０１１６】
以上より、液晶表示装置２００は、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射有無を読み出し電位（Ｖｏｕｔ）により判断する。つまり、液晶表示装置２００は、読み出し電位（Ｖｏｕｔ）が、Ｈｉｇｈ電位またはＬｏｗ電位のどちらかであることを判断することで、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７へのレーザ光の照射の有無を判断する。そして、レーザ光の照射がある場合は、その照射された位置をレーザ光の指示点として検出する。
【０１１７】
また、液晶表示装置２００は、読み出し電位（Ｖｏｕｔ）の違いによって、レーザ光の指示点として検出した後、該指示点の検出をもとに生成された電気信号が、液晶表示装置２００の情報処理部１０８に伝送され、情報処理部１０８で生成された画像情報を操作する情報が、駆動部１０４から表示部１０２に伝送される。
【０１１８】
上記のように静止したレーザ光の指示点の位置だけではなく、読み出し電位の連続的な変化に対応して、レーザ光の指示点の位置の連続的な変化を検出することができる。
【０１１９】
なお、特定の色の光だけを検出させるようにするには、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７に、該特定の色のカラーフィルタを重畳させればよい。例えば、赤の光だけを検出させる場合は、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７に赤のカラーフィルタを重畳させればよい。
【０１２０】
また、図４（Ｂ）では、受光部１０６の光電変換素子４０２が１つのダイオード接続されたＴＦＴ４２７を有する形態を示したが、光電変換素子および保持容量素子を２つずつ設けて、一方の光電変換素子をカラーフィルタまたは遮光層で覆い、もう一方の光電変換素子にレーザ光が照射される形態とすることもできる。その場合、双方の光電変換素子に接続される保持容量素子の電位が読み出し電位となり、該読み出し電位の差で、レーザ光の照射の有無を判断し、レーザ光の指示点の位置を検出する。
【０１２１】
なお、図４（Ｂ）では、保持容量素子４０９を設ける形態を示したが、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７が有する容量で、読み出し電位がＨｉｇｈ電位またはＬｏｗ電位であることを判断できる場合には、保持容量素子４０９を設けなくてもよい。
【０１２２】
図６および図１２は、図４（Ｂ）に示した等価回路図に相当する領域を含む液晶表示装置２００の一画素の上面図である。また、図６および図１２には、図３（Ｂ）に示したＴＦＴ素子部１４８および画素電極１５４のみを図示する。
【０１２３】
上記したように、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１の構造は特に限定されない。図６では、全てのＴＦＴが、シングルゲート構造且つボトムゲート構造である形態を一例として示している。図１２では、全てのＴＦＴが、デュアルゲート構造である形態を一例として示している。さらに、一例として、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７はシングルゲート構造且つボトムゲート構造として、他のＴＦＴ４２１、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１はデュアルゲート構造としてもよい。
【０１２４】
図６において、画素電極１５４を駆動するＴＦＴ４２１は、図中左上の角に配置されている。図中上下方向に設けられた信号線４０５は、複数設けられており、互いに平行且つ離間した状態で配置されている。信号線４０５に略直交する方向（図中左右方向）に設けられた走査線４０３も複数設けられており、互いに平行且つ離間するように配置されている。信号線４０５は、信号線駆動回路１０５（図４（Ａ）参照）に接続されており、走査線４０３は走査線駆動回路１０７（図４（Ａ）参照）に接続されている。
【０１２５】
また、図６の二点鎖線で囲まれた保持容量素子４２３を構成する容量配線４３５は、走査線４０３に隣接する位置に配置されており、走査線４０３と略平行に設けられている。なお、容量配線４３５は、図４（Ｂ）に示した共通電位線４１７を兼ねている。
【０１２６】
画素電極１５４は、保持容量素子４２３の容量配線４３５と対向する導電膜と電気的に接続されている。なお、該導電膜はＴＦＴ４２１のドレイン電極を含む。
【０１２７】
リセット線４１１は、走査線４０３と略平行に設けられている。なお、リセット線４１１は、ＴＦＴ４２７のゲート電極を含む。さらに、ＴＦＴ４２７は、ダイオード接続されたＴＦＴであるから、図６に示したようにＴＦＴ４２７のドレイン電極が、ＴＦＴ４２７のゲート電極を含むリセット線４１１と電気的に接続されている。
【０１２８】
図６の二点鎖線で囲まれた保持容量素子４０９を構成する容量配線４３７は、リセット線４１１に隣接する位置に配置されており、リセット線４１１と略平行に設けられている。なお、容量配線４３７は、図４（Ｂ）に示した共通電位線４１８を兼ねている。
【０１２９】
電源電位線４１９は、信号線４０５と略平行に伸長した状態で配置されている。なお、電源電位線４１９は、ＴＦＴ４２９のソース電極を含む。さらに、ＴＦＴ４２９のゲート電極は、保持容量素子４２３を形成して容量配線４３７と対向する導電膜と、電気的に接続されている。
【０１３０】
セレクト線４１３は、リセット線４１１と同様に、走査線４０３と略平行に延伸した状態で配置されている。なお、セレクト線４１３は、ＴＦＴ４３１のゲート電極を含む。ＴＦＴ４３１のソース電極は、ＴＦＴ４２９のドレイン電極となる導電膜によって構成されている。つまり、図４（Ｂ）に示したようにＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１は、直列に接続されている。また、読み出し線４１５は、電源電位線４１９と同様に、信号線４０５と略平行に伸長した状態で配置される。ＴＦＴ４３１のドレイン電極は、セレクト線４１３と同一の層に設けられた導電膜４３９を介して、読み出し線４１５と電気的に接続されている。
【０１３１】
なお、図６において、同じハッチパターンで示された領域は、全て同一の層に形成されている。例えば、走査線４０３、容量配線４３５、リセット線４１１、容量配線４３７、セレクト線４１３、および導電膜４３９はすべて同一の層であり、すべて同じ材料を用いて同じ工程で形成することができる。
【０１３２】
また、ＴＦＴ４２１、保持容量素子４２３、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、保持容量素子４０９、ＴＦＴ４２９、およびＴＦＴ４３１の配置は、図６に示した配置に限定されず、本実施の形態で説明した等価回路図（図４（Ｂ）参照）をもとに適宜、決めることができる。
【０１３３】
図７（Ａ）は、図６のＣ−Ｄにおける断面図である。図７（Ｂ）は、図６のＥ−Ｆ間における断面図である。また、図６のＣ−ＤおよびＥ−Ｆ上に記してある波線箇所は、図７（Ａ）および図７（Ｂ）の断面図において省略されている箇所である。
【０１３４】
ＴＦＴ４２１は、素子基板１０３上に形成され、ゲート電極７０１、ゲート絶縁膜７０２、半導体層７０８、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂを含む。そして、ＴＦＴ４２１は、ソース電極７０５ａ、ドレイン電極７０５ｂおよび半導体層７０８を覆う絶縁膜７０７が設けられている。なお、素子基板１０３は、絶縁表面を有する。さらに、走査線４０３を形成することで、ゲート電極７０１が形成される。
【０１３５】
点線で示した保持容量素子４２３は、上記したように容量配線４３５とＴＦＴ４２１のドレイン電極７０５ｂを含む導電膜の間に誘電体としてゲート絶縁膜７０２が積層されている。容量配線４３５は、ゲート電極７０１と同一の層であり、同じ工程で形成される。
【０１３６】
図７（Ｂ）において、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、ＴＦＴ４２１と同じシングルゲートおよびボトムゲート構造のＴＦＴである。従って、図７（Ｂ）の点線４２８で囲まれた箇所は、ＴＦＴ４２１と同一の断面構造である。さらに、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、ドレイン電極７２１とリセット線４１１が、開口部７２５にて短絡されている。
【０１３７】
点線で示した保持容量素子４０９は、上記したように容量配線４３７とダイオード接続されたＴＦＴ４２７のソース電極７２３を含む導電膜との間に、誘電体としてゲート絶縁膜７０２が積層されている。
【０１３８】
また、ＴＦＴ４２７およびＴＦＴ４３１においても、ＴＦＴ４２１と同じ断面構造である。さらに、図６に対応して、ＴＦＴ４２７はＴＦＴ４３１と、ＴＦＴ４３１は上記した導電膜４３９および読み出し線４１５と電気的に接続されている。
【０１３９】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、素子基板１０３上に設けられたＴＦＴ４２１および保持容量素子４２３の上に層間絶縁膜７１３が設けられている。層間絶縁膜７１３の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリング法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法など）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷など）、ロールコート、カーテンコート、ナイフコートなどを用いることができる。
【０１４０】
層間絶縁膜７１３は、フォトリソグラフィおよびエッチングで所望の形状に開口されており、開口部において画素電極１５４はドレイン電極７０５ｂと電気的に接続されている。また、対向基板１５２には、共通画素電極１５８が設けられている。画素電極１５４および共通画素電極１５８は、実施の形態２で説明したものを用いて、ＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いて形成することができる。
【０１４１】
層間絶縁膜７１３で、平坦性を高めるとその上に形成される画素電極１５４などの被覆性もよく、かつ液晶１５６のギャップ（膜厚）を均一にすることができるため、より液晶表示装置２００の視認性を向上させ、高画質化が可能になる。
【０１４２】
液晶表示装置２００をカラー表示させる方法としては、カラーフィルタを用いる方法や、フィールドシーケンシャル方式を用いることができる。これらについては、実施の形態２で説明したので、ここでは省略する。
【０１４３】
液晶１５６は、素子基板１０３と対向基板１５２との間に挟持されている。液晶１５６は、実施の形態２で説明したものを用いることができる。液晶１５６を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）や、素子基板１０３と対向基板１５２とを貼り合わせてから毛細管現象などを用いて液晶を注入する方法を用いることができる。また、液晶１５６は、配向膜を用いてラビング工程を行うことにより、配向させやすくなる。
【０１４４】
画素電極１５４と共通画素電極１５８との間の距離（セルギャップ）を一定に保持するためにスペーサ７１５が設けられていている。ここでは、ビーズスペーサを用いているが、絶縁層を選択的にエッチングすることで得られるスペーサ（ポストスペーサ）を用いてもよい。液晶１５６を用いる液晶表示装置において、セルギャップは１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。なお、本明細書においてセルギャップとは、素子基板１０３と対向基板１５２との間で挟持されている液晶領域の縦方向の長さの最大値とする。
【０１４５】
図６および図７に示した画素電極１５４および共通画素電極１５８は、液晶１５６を介して重畳している。しかし、画素電極１５４および共通画素電極１５８の構成は、これに限らない。特に、液晶１５６にブルー相を示す液晶を用いる場合は、図１５および図１７に示したように、画素電極１５４は、共通画素電極１５８と重畳せず、同一の層で互い違いに設ける構成がよい。画素電極１５４および共通画素電極１５８を該構成とすることで、素子基板１０３および対向基板１５２の表面に略平行な方向の電界によってブルー相を示す液晶の光学的変調作用を誘起させて、光の透過または非透過を制御することができる。つまり、液晶表示装置２００にブルー相を示す液晶を用いる場合は、ＩＰＳモードまたはＦＳＳモードに代表される駆動モードとすることが好ましい。
【０１４６】
図１７は、図１５のＸ−Ｙ間の断面図である。開口部７３１は、画素電極１５４と共通画素電極１５８との間に設けられるゲート絶縁膜７０２、絶縁膜７０７、および層間絶縁膜７１３が選択的に除去されて形成されている。開口部７３１には、液晶１５６が充填されている。なお、本実施の形態では開口部７３１は、素子基板１０３に達している例を示しているが、これに限定されない。
【０１４７】
画素電極１５４および共通画素電極１５８の形状は、図１５に示した枝分かれした櫛歯状だけではなく、図１６に示した屈曲部を含む形状であってもよい。なお、図１６において、Ｘ−Ｙ間の断面図は、図１７と同じである。
【０１４８】
なお、図１５乃至図１７では、画素電極１５４および共通画素電極１５８は、同一の層に形成されているが、これに限らず、上記形状の共通画素電極１５８を、対向基板１５２に形成してもよい。さらに、画素電極１５４および共通画素電極１５８に絶縁物からなる突起物を設けてもよい。
【０１４９】
また、画素電極１５４および共通画素電極１５８の形状を、図１５乃至図１７に示した形状とする場合は、実施の形態２で説明した透光性を有する導電性材料の他に、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、タングステンもしくはタンタルなどの金属膜、または該金属膜からなる合金または積層体を用いることができる。
【０１５０】
素子基板１０３の外側（液晶１５６と反対側）には第１の偏光部材１４２および照明部１４０を、対向基板１５２の外側（液晶１５６と反対側）に第２の偏光部材１４６が設けられる（図３参照）。また、第１の偏光部材１４２および第２の偏光部材１４６の他、位相差板（位相差フィルムも含む）、反射防止板（反射防止フィルムも含む）などの光学フィルムなどをさらに設けてもよい。例えば、偏光板および位相差板による円偏光を用いてもよい（図３参照）。
【０１５１】
図１２の上面図は、図６の上面図におけるＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１のそれぞれにバックゲート電極４５０、４５２、４５４、４５６を有している形態を示す。
【０１５２】
ＴＦＴ４２１は、開口された走査線４０３とバックゲート電極４５０が電気的に接続されている。ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、開口されたリセット線４１１とバックゲート電極４５２が電気的に接続されている。ＴＦＴ４２９は、開口されたＴＦＴ４２９のゲート電極とバックゲート電極４５４が電気的に接続されている。ＴＦＴ４３１は、開口されたセレクト線４１３とバックゲート電極４５６が電気的に接続されている。なお、バックゲート電極４５０、４５２、４５４、４５６は、それぞれ独立に引き回す構成としてもよく、さらに、それぞれのＴＦＴのソース電極およびドレイン電極と重畳する構成としてもよい。
【０１５３】
図１２におけるＣ−ＤおよびＥ−Ｆの断面図を、図１３に示す。図１３の断面図は、図７の断面図と比較して、ＴＦＴ４２１およびダイオード接続されたＴＦＴ４２７に、それぞれバックゲート電極４５０およびバックゲート電極４５２が設けられている。このように、デュアルゲート構造とすることで、閾値電圧の制御が可能で、オン電流を向上させることができる。
【０１５４】
また、図１２および図１３における他の構成は、図６および図７と同様である。
【０１５５】
次に、同一の基板上に同一の工程で形成される、実施の形態１の光電変換素子と、表示装置の画素トランジスタの作製方法について説明する。本実施の形態において、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１はすべて同じ構造のＴＦＴであるため、ここでは、ＴＦＴ４２１およびダイオード接続されたＴＦＴ４２７を例に説明する。なお、以下の説明において、上記にて付した符号と同一のもの（層又は膜）については、同一の符号を付する。
【０１５６】
まず、基板８０１上にゲート電極７０１を形成し、ゲート電極７０１を覆ってゲート絶縁膜７０２を形成する（図８（Ａ）参照）。なお、本実施の形態では基板８０１は、素子基板１０３に相当する。
【０１５７】
基板８０１は、絶縁性基板である。基板８０１として、例えば、ガラス基板または石英基板を用いることができる。本実施の形態においては、ガラス基板を用いる。基板８０１がマザーガラスである場合には、第１世代（例えば、３２０ｍｍ×４００ｍｍ）〜第１０世代（例えば、２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）のものを用いればよいが、これに限定されるものではない。
【０１５８】
ゲート電極７０１は、例えば、導電膜（例えば金属膜、または一導電型の不純物元素が添加された半導体膜など）を形成し、該導電膜上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いてエッチングを行うことで形成すればよい。または、インクジェット法などを用いて形成してもよい。なお、ゲート電極７０１となる導電膜は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば、Ｔｉ層によりＡｌ層を挟持した３層の積層構造とする。なお、ゲート電極７０１は、少なくとも走査線４０３を構成する。
【０１５９】
ゲート絶縁膜７０２は、絶縁性材料（例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは酸化シリコンなど）により形成すればよい。なお、ゲート絶縁膜７０２は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層が積層された２層の積層構造とする。
【０１６０】
なお、「窒化酸化シリコン」とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）および水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。
【０１６１】
なお、「酸化窒化シリコン」とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ＲＢＳおよびＨＦＳを用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。
【０１６２】
ただし、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコンおよび水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【０１６３】
次に、ゲート絶縁膜７０２上に第１の半導体膜８０５と、第２の半導体膜８０７と、不純物半導体膜８０９と、を形成する（図８（Ｂ）参照）。
【０１６４】
第１の半導体膜８０５は、キャリア移動度の高い半導体材料により形成するとよい。キャリア移動度の高い半導体材料として、例えば、複数の結晶領域を有する半導体が挙げられる。例えば、上記したように微結晶半導体または多結晶半導体が挙げられる。しかし、多結晶シリコンに代表される多結晶半導体は、その作製工程としてレーザアニール技術が必要とされるが、該レーザアニール技術はレーザビームの照射面積が小さく、生産性に乏しい。それゆえ、大型表示装置に用いる半導体材料としては適しておらず、本明細書で開示する表示装置に用いる半導体材料としても好適とはいえない。そこで、多結晶半導体よりも生産性が高いとされる微結晶半導体を半導体材料として用いることで、生産性の向上を図ることができる。微結晶半導体とは、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体をいう。
【０１６５】
微結晶半導体は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な半導体であり、結晶粒径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の柱状または針状の結晶粒が基板表面に対して法線方向に成長している半導体である。このため、柱状または針状の結晶粒の界面には、粒界が形成されることもある。なお、ここでの結晶粒径は、基板表面に対して平行な面における結晶粒の最大直径をいう。また、結晶粒は、非晶質半導体領域と、単結晶とみなせる微小結晶である結晶子を有する。また、結晶粒は双晶を有する場合もある。
【０１６６】
微結晶半導体の一である微結晶シリコンでは、そのラマンスペクトルのピークが単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。すなわち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１とアモルファスシリコンを示す４８０ｃｍ−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＮｅなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。
【０１６７】
また、微結晶シリコンは、非晶質シリコンと同様の方法で作製でき、さらに、その導電性から、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１に用いることで、そのオン電流を向上させることができる。さらに、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７に微結晶シリコンを用いることで、蛍光灯のなどの外光に対して光感度が弱いため、蛍光灯のなどの外光の影響を受けにくくすることができる。そして、微結晶シリコンを用いたＴＦＴは、プラスゲートバイアスおよび熱ストレスに対する信頼性が良好であり、劣化の小さいＴＦＴとすることができる。従って、微結晶シリコンを用いたＴＦＴを液晶表示装置２００に用いることで、信頼性の高い表示装置とすることができる。
【０１６８】
また、第１の半導体膜８０５に含まれる酸素および窒素の濃度（二次イオン質量分析法による測定値）を、１×１０１８ｃｍ−３未満とすると、第１の半導体膜８０５の結晶性を高めることができる。
【０１６９】
第２の半導体膜８０７は、バッファ層として機能するためキャリア移動度の低い半導体材料により形成するとよく、好ましくは、非晶質半導体と微小半導体結晶粒を有し、従来の非晶質半導体と比較して、一定光電流法（ＣＰＭ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）やフォトルミネッセンス分光測定で測定されるＵｒｂａｃｈ端のエネルギーが小さく、欠陥吸収スペクトル量が少ない半導体膜である。すなわち、このような半導体膜は、従来の非晶質半導体膜と比較して欠陥が少なく、価電子帯のバンド端（移動度端）における準位のテイル（裾）の傾きが急峻である秩序性の高い半導体膜である。なお、本明細書において、このような半導体層を「非晶質半導体を含む膜」または「非晶質半導体を含む層」と記載することとする。
【０１７０】
第２の半導体膜８０７は、「非晶質半導体を含む膜」、ハロゲンを含有する「非晶質半導体を含む膜」、または窒素を含有する「非晶質半導体を含む膜」、最も好ましくはＮＨ基もしくはＮＨ２基を含有する「非晶質半導体を含む膜」とするとよい。ただし、これらに限定されない。
【０１７１】
第１の半導体膜８０５と第２の半導体膜８０７の界面領域は、微結晶半導体領域、および当該微結晶半導体領域の間に充填される非晶質半導体領域を有する。具体的には、第１の半導体膜８０５から錐形状に伸びた微結晶半導体領域と、第２の半導体膜８０７と同様の「非晶質半導体を含む膜」と、で構成される。
【０１７２】
第２の半導体膜８０７を、例えば、「非晶質半導体を含む膜」、ハロゲンを含有する「非晶質半導体を含む膜」、または窒素を含有する「非晶質半導体を含む膜」、またはＮＨ基もしくはＮＨ２基を含有する「非晶質半導体を含む膜」とすると、トランジスタのオフ電流を低減することができる。また、上記の界面領域において、錐形状の微結晶半導体領域を有するため、縦方向（膜厚方向）の抵抗、すなわち、第２の半導体膜８０７と、不純物半導体膜８０９により構成されるソース領域またはドレイン領域と、の間の抵抗を低くすることができ、ＴＦＴのオン電流を高めることができる。
【０１７３】
上記の微結晶半導体領域は、ゲート絶縁膜７０２から第２の半導体膜８０７に向かって先端が細くなる錐形状の結晶粒により大部分が構成されているとよい。または、ゲート絶縁膜７０２から第２の半導体膜８０７に向かって幅が広がる結晶粒により大部分が構成されていてもよい。
【０１７４】
なお、上記の界面領域は、窒素、特にＮＨ基もしくはＮＨ２基を含有することが好ましい。これは、微結晶半導体領域に含まれる結晶の界面、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域の界面において、窒素、特にＮＨ基もしくはＮＨ２基がシリコン原子のダングリングボンドと結合すると、欠陥を低減させ、キャリアが流れやすくなるためである。このため、窒素、好ましくはＮＨ基もしくはＮＨ２基を１×１０２０ｃｍ−３乃至１×１０２１ｃｍ−３とすることで、シリコン原子のダングリングボンドを窒素、好ましくはＮＨ基もしくはＮＨ２基で架橋しやすくなり、キャリアが流れやすくなる。この結果、結晶粒界や欠陥におけるキャリアの移動を促進する結合ができ、上記の界面領域のキャリア移動度が向上する。そのため、ＴＦＴの電界効果移動度が向上する。
【０１７５】
なお、上記の界面領域の酸素濃度を低減させることにより、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域の界面または結晶粒間の界面における欠陥を低減させ、キャリアの移動を阻害する結合を低減させることができる。
【０１７６】
ここで、ゲート絶縁膜７０２の界面から第２の半導体膜８０７の段差部の先端までの距離を５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることで、ＴＦＴのオン電流を効果的に向上させることができる。
【０１７７】
不純物半導体膜８０９は、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体により形成する。ＴＦＴがｎ型である場合には、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体として、例えば、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を添加したシリコンが挙げられる。なお、不純物半導体膜８０９は非晶質半導体により形成してもよいし、微結晶半導体などの結晶性半導体により形成してもよい。
【０１７８】
不純物半導体膜８０９を非晶質半導体により形成する場合には、堆積性ガスの流量に対する希釈ガスの流量を１倍以上１０倍以下、好ましくは１倍以上５倍以下とすればよい。不純物半導体膜８０９を結晶性半導体により形成する場合には、堆積性ガスの流量に対する希釈ガスの流量を１０倍以上２０００倍以下、好ましくは５０倍以上２００倍以下とすればよい。
【０１７９】
次に、不純物半導体膜８０９上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて第１の半導体膜８０５と、第２の半導体膜８０７と、不純物半導体膜８０９と、をエッチングすることで、薄膜積層体８１１を形成し、ゲート絶縁膜７０２および薄膜積層体８１１上に導電膜８１３を形成する（図８（Ｃ）参照）。
【０１８０】
なお、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、導電膜８１３を形成する前に、レジストマスクを用いてエッチングを行い、ゲート絶縁膜７０２を開口した後に、導電膜８１３を形成することで、作製できる。（図７（Ｂ）参照）。さらに、本工程を行うことで、ＴＦＴ４３１は、導電膜４３９を介して読み出し線４１５と電気的に接続させることができる（図６参照）。保持容量素子４０９およびＴＦＴ４２９を電気的に接続させることができる（図６参照）。
【０１８１】
導電膜８１３は、ゲート電極７０１と同様に、導電性材料（例えば金属、または一導電型の不純物元素が添加された半導体など）により形成すればよい。なお、導電膜８１３は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば、Ｔｉ層によりＡｌ層を挟持した３層の積層構造として形成する。
【０１８２】
なお、ここで、薄膜積層体８１１の側壁に対して絶縁化処理を行うことが好ましい。なぜなら、完成したＴＦＴの第１の半導体膜８０５からなる領域と導電膜８１３が接するとオフ電流が増大してしまうためである。ここで絶縁化処理としては、薄膜積層体８１１の側壁を酸素プラズマもしくは窒素プラズマに曝す処理、または薄膜積層体８１１の側壁が露出された状態で絶縁膜を形成し、該絶縁膜を異方性の高いエッチング方法により基板８０１の表面に垂直な方向にエッチングを行うことで薄膜積層体８１１の側壁に接してサイドウォール絶縁層を形成する処理が挙げられる。
【０１８３】
次に、導電膜８１３上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて導電膜８１３をエッチングすることで、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂを形成する。更には、当該工程で、薄膜積層体８１１の上部をもエッチングして、半導体層７０８を形成してもよい。または、当該レジストマスクを除去した後に、第２の導電層１１２をマスクとして用いてエッチングを行うことで半導体層７０８を形成してもよい。その後、これらを覆って絶縁膜７０７を形成する（図８（Ｄ）参照）。なお、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂは、少なくとも信号線４０５を構成する。
【０１８４】
なお、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１をデュアルゲート構造のＴＦＴとする際は、ゲート電極７０１と同様に、導電性材料（例えば金属、または一導電型の不純物元素が添加された半導体など）を用いて、絶縁膜７０７上にバックゲート電極を形成すればよい（図１４参照）。しかし、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７だけは、光電変換素子として機能するため、透光性を有する導電性材料で形成する必要がある。なお、透光性を有する導電性材料としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などが挙げられる。
【０１８５】
以上より、本発明の一態様である表示装置を作製することができる。なお、本実施の形態は他の実施の形態に適用することが可能である。
【実施例１】
【０１８６】
本実施例では、本発明の一態様である表示装置の画素に含まれるＴＦＴの電気特性、および該ＴＦＴを用いた光電変換素子の電気特性について説明する。
【０１８７】
はじめに、上記ＴＦＴの作製工程について図８および図１４を参照して説明する。
【０１８８】
まず、基板８０１上に、下地絶縁膜（ここでは図示しない。）を形成し、下地絶縁膜上にゲート電極７０１を形成した。
【０１８９】
ここでは、基板８０１として、ガラス基板（コーニング製ＥＡＧＬＥ ＸＧ）を用いた。
【０１９０】
ゲート電極７０１は、アルミニウム層をチタン層により挟持した構造とした。具体的には、まず、チタンターゲットおよびアルゴンイオン用いたスパッタリング法により、厚さ５０ｎｍの第１のチタン膜を下地絶縁膜上に形成した。このとき、導入するアルゴンの流量は２０ｓｃｃｍとし、処理室内の圧力は０．１Ｐａ、印加する電力は１２ｋＷ、温度は室温とした。そして、その上にアルミニウムターゲットおよびアルゴンイオンを用いたスパッタリング法により、厚さ１００ｎｍのアルミニウム膜を形成した。このとき、導入するアルゴンの流量は５０ｓｃｃｍとし、処理室内の圧力は０．４Ｐａ、印加する電力は４ｋＷ、温度は室温とした。そして、その上にチタンターゲットおよびアルゴンイオンを用いたスパッタリング法により、厚さ５０ｎｍの第２のチタン膜を形成した。第２のチタン膜は第１のチタン膜と同様の方法で形成した。つまり、導入するアルゴンの流量は２０ｓｃｃｍとし、処理室内の圧力は０．１Ｐａ、印加する電力は１２ｋＷ、温度は室温とした。
【０１９１】
次に、チタン膜上にレジストを塗布し、第１のフォトマスクを用いて露光した後、現像してレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いてエッチングして、ゲート電極７０１を形成した。ここでは、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）装置を用いて２段階のエッチングを行った。すなわち、ＩＣＰパワー６００Ｗ、バイアスパワー２５０Ｗ、エッチングガスとして三塩化ホウ素を流量６０ｓｃｃｍで導入し、塩素を流量２０ｓｃｃｍで導入して、処理室内の圧力を１．２Ｐａとし、第１のエッチングを行った後、ＩＣＰパワー５００Ｗ、バイアスパワー５０Ｗ、圧力２．０Ｐａ、エッチングガスとして四フッ化炭素を流量８０ｓｃｃｍで導入して処理室内の圧力を２．０Ｐａとし、第２のエッチングを行った。その後、当該レジストマスクを除去した。
【０１９２】
次に、ゲート電極７０１および下地絶縁膜上に、ゲート絶縁膜７０２を形成した後、ゲート絶縁膜７０２にプラズマ処理を行った。
【０１９３】
本実施例では、ゲート絶縁膜７０２として、厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によって堆積させて形成した後、プラズマ処理を行った。窒化シリコン膜の堆積は、シランの流量を１５ｓｃｃｍ、水素の流量を２００ｓｃｃｍ、窒素の流量を１８０ｓｃｃｍ、アンモニアの流量を５００ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１００Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を２００Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、ゲート絶縁膜７０２の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔（ギャップ）を３０ｍｍとした。
【０１９４】
形成した窒化シリコン膜へのプラズマ処理は、一酸化二窒素の流量を４００ｓｃｃｍとして処理室内に導入し、処理室内の圧力を６０Ｐａとして安定させ、電力を３００Ｗとして３分間のプラズマ放電を行った。なお、上記プラズマ処理は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を３０ｍｍとした。
【０１９５】
ここまでの工程で得られた構成を図８（Ａ）に示す。
【０１９６】
次に、第１の半導体膜８０５を形成する前に、厚さ５ｎｍの種結晶をゲート絶縁膜７０２上に、プラズマＣＶＤ法で形成した。種結晶の堆積は、シランの流量を６ｓｃｃｍ、水素の流量を７５０ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を５３２Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を２５０Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、種結晶の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極の温度を２５０℃、下部電極の温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を１５ｍｍとした。
【０１９７】
次いで、ゲート絶縁膜７０２および種結晶の上に、厚さ６５ｎｍの第１の半導体膜８０５をプラズマＣＶＤ法にて形成した。第１の半導体膜８０５の堆積は、シランの流量を１．８ｓｃｃｍ、水素の流量を７５０ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を５０００Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を１２５Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、第１の半導体膜８０５の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極の温度を２５０℃、下部電極の温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を７ｍｍとした。
【０１９８】
次に、第１の半導体膜８０５上に厚さ８０ｎｍの第２の半導体膜８０７を形成し、第２の半導体膜８０７上に厚さ５０ｎｍの不純物半導体膜８０９を形成した。第２の半導体膜８０７および不純物半導体膜８０９は、プラズマＣＶＤ法によって堆積させて形成した。
【０１９９】
第２の半導体膜８０７の堆積は、シランの流量を２０ｓｃｃｍ、１０００ｐｐｍアンモニア（水素希釈）の流量を５０ｓｃｃｍ、水素の流量を７００ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を３５０Ｐａとし、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を６０Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、第２の半導体膜８０７の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を２５ｍｍとした。
【０２００】
また、第１の半導体膜８０５から錐形状に伸びた微結晶半導体領域は、第１の半導体膜８０５上に第２の半導体膜８０７を堆積させることで形成した。
【０２０１】
不純物半導体膜８０９としては、リンが添加されたアモルファスシリコン膜を形成した。不純物半導体膜８０９の堆積は、シランの流量を８０ｓｃｃｍ、５％ホスフィン（シラン希釈）の流量を５０ｓｃｃｍ、水素の流量を７５０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１２５０Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を６０Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、不純物半導体膜８０９の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を１５ｍｍとした。
【０２０２】
ここまでの工程で得られた構成を図８（Ｂ）に示す。
【０２０３】
次に、不純物半導体膜８０９上にレジストを塗布した後、第２のフォトマスクを用いて露光し、現像してレジストマスクを形成した、当該レジストマスクを用いて、第１の半導体膜８０５、第１の半導体膜８０５から錐形状に伸びた微結晶半導体領域、第２の半導体膜８０７、および不純物半導体膜８０９をエッチングして、薄膜積層体８１１を形成した。
【０２０４】
エッチングを行うにあたり、本実施例では、ＩＣＰ装置を用いて、ＩＣＰパワー４５０Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、エッチングガスとして三塩化ホウ素を流量３６ｓｃｃｍ、四フッ化炭素を３６ｓｃｃｍ、酸素を８ｓｃｃｍで導入し、処理室内の圧力を２Ｐａとしてエッチングを行った。
【０２０５】
その後、酸素プラズマ処理を行い、薄膜積層体８１１の側壁に酸化膜を形成した後、第２のフォトマスクを用いて形成したレジストマスクを除去した。
【０２０６】
酸素プラズマ処理は、酸素の流量を１００ｓｃｃｍとして導入して処理室内の圧力を０．６７Ｐａとして安定させ、基板温度を−１０℃とし、ソースパワーを２０００Ｗ、バイアスパワーを３５０Ｗでプラズマ放電を行った。なお、該酸素プラズマ処理は、ＩＣＰ装置を用いて行った。
【０２０７】
次に、ゲート絶縁膜７０２、薄膜積層体８１１を覆って導電膜８１３を形成した。ここまでの工程で得られた構成を図８（Ｃ）に示す。
【０２０８】
本実施例では、導電膜８１３は、アルミニウム膜をチタン膜により挟持した積層膜とし、ゲート電極７０１と同様に形成した。ただし、第１のチタン膜の厚さを５０ｎｍとし、アルミニウム膜の厚さを２００ｎｍとし、第２のチタン膜の厚さを５０ｎｍとした。
【０２０９】
次に、導電膜８１３上にレジストを塗布した後、第３のフォトマスクを用いて露光し、現像してレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて導電膜８１３をドライエッチングして、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂを形成すると同時に、薄膜積層体８１１を一部エッチングし、半導体層７０８を形成した。
【０２１０】
本工程では、ＩＣＰ装置を用いて、ＩＣＰパワー４５０Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、エッチングガスとして三塩化ホウ素を流量６０ｓｃｃｍで導入し、塩素を２０ｓｃｃｍで導入し、処理室内の圧力を１．９Ｐａとしてエッチングを行った。なお、薄膜積層体８１１の表面から１５０ｎｍをエッチングした。
【０２１１】
次に、半導体層７０８の表面を水プラズマ処理し、半導体層７０８表面に残留する不純物を除去した。本工程では、パワー１８００Ｗとして水蒸気を流量３００ｓｃｃｍで導入し、処理室内の圧力を６６．５Ｐａとして水プラズマ処理を行った。
【０２１２】
次に、絶縁膜７０７として、厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。絶縁膜７０７の堆積は、シランの流量を２０ｓｃｃｍ、アンモニアの流量を２２０ｓｃｃｍ、窒素の流量を４５０ｓｃｃｍ、水素の流量を４５０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入し、処理室内の圧力を１６０Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を２００Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、絶縁膜７０７の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を２１ｍｍとした。
【０２１３】
ここまでの工程で得られた構成を図８（Ｄ）に示す。
【０２１４】
絶縁膜７０７上にレジストを塗布した後、第４のフォトマスクを用いて露光し、現像してレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて絶縁膜７０７の一部及びゲート絶縁膜７０２の一部の一方又は双方をドライエッチングして、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂ、ならびにゲート電極７０１を露出させた。その後、当該レジストマスクを除去した。なお、ゲート電極７０１、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂを露出させたドライエッチングは、ＩＣＰ装置にてＣＨＦ３ガスおよびＨｅガスを用いて行った。
【０２１５】
次に、絶縁膜７０７上に導電膜を形成した後、該導電膜上にレジストを塗布し、第５のフォトマスクを用いて露光し、現像してレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて導電膜の一部をウェットエッチングして、バックゲート電極４５０を形成した。ここでは、導電膜として、スパッタリング法により厚さ５０ｎｍのインジウム錫酸化物膜を形成した後、ウェットエッチングによりバックゲート電極４５０を形成した。なお、ここでは図示しないが、バックゲート電極４５０は、ゲート電極７０１と接続されている。その後、当該レジストマスクを除去した。
【０２１６】
ここまでの工程で得られた構成を図１４に示す。
【０２１７】
以上の工程により、本発明の一態様である表示装置の画素に含まれるＴＦＴ（ＴＦＴ１と示す。）を作製した。
【０２１８】
図９に、本実施例で説明したＴＦＴ１の電気特性を測定した結果を示す。図９に示す電気特性は、ドレイン電圧（Ｖｄ）を１０Ｖとし、ゲート電圧（Ｖｇ）を−３０Ｖから３０Ｖまでとした際の、ドレイン電流（Ｉｄ：［Ａ］）および電界効果移動度（μＦＥ：［ｃｍ２／Ｖｓ］）の値を測定した結果である。また、本実施例のＴＦＴ１のチャネル長を３．２μｍ、チャネル幅を２０．１μｍ、ゲート絶縁膜の厚さを３００ｎｍ、平均誘電率を７．０として電界効果移動度を計算した。なお、「ドレイン電圧（Ｖｄ）」とは、ソースを基準としたドレインおよびソースの電位差である。
【０２１９】
図９より、本発明の一態様である表示装置の画素に含まれるスイッチング素子のＴＦＴ１は、高いオン電流を有していることから、画素に対するスイッチング素子のサイズを小さくすることができ、結果として、画素の開口率を向上させることができる。
【実施例２】
【０２２０】
次に、本発明の一態様である表示装置に含まれる光電変換素子の電気特性について説明する。本実施例では、上記ＴＦＴ１のゲート電極およびドレイン電極に印加される電位を同一として測定することにより、上記ＴＦＴ１の光電変換素子としての電気特性を評価した。
【０２２１】
また、光電変換素子の電気特性は、該光電変換素子および保持容量素子を含む回路において、蛍光灯下で出力される電位と、該光電変換素子にレーザポインタのレーザ光を照射した場合で出力される電圧と、を測定した。
【０２２２】
次いで、測定に用いた光電変換素子および保持容量素子を含む回路について図１０を用いて説明する。
【０２２３】
図１０において、ダイオード接続されたＴＦＴ８００、充電放電制御素子８０２および抵抗素子８０４はＴＦＴ１である。なお、ダイオード接続されたＴＦＴ８００は、ゲート電極およびドレイン電極に印加する電位を同一としたＴＦＴ１に相当する。保持容量素子８０６は、ダイオード接続されたＴＦＴ８００、充電放電制御素子８０２および抵抗素子８０４と同時に形成され、ゲート電極７０１および導電膜８１３の間に誘電体としてゲート絶縁膜７０２が設けられた容量素子である。なお、抵抗素子８０４は抵抗値を制御する電位Ｖｓｆが入力される。保持容量素子８０６および抵抗素子８０４は基準電位Ｖｓｓに接続されている。
【０２２４】
そして、図１０に示した回路のリセット電位およびセレクト電位のタイミングチャートは、図５に示したものと同様である。つまり、ダイオード接続されたＴＦＴ８００にリセット電位がＨｉｇｈ電位になると、充電放電制御素子８０２を介して、保持容量素子８０６は電源電位（ＶＤＤ）と同電位になる。この一連の動作を、本実施例では、充電と記載する。ダイオード接続されたＴＦＴ８００にリセット電位がＬｏｗ電位となると、保持容量素子８０６に生じる一定の電位（充電放電制御素子８０２のＶｇｓ）に対応して、電位が出力される。ここで、出力される電位は、実施の形態３で説明した読み出し線の電位に相当するため、Ｖｏｕｔとする。この一連の動作を、本実施例では、放電と記載する。この放電の際、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に光が照射されることにより、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に逆飽和電流が発生し、その逆飽和電流に対応して、Ｖｏｕｔが変化する。そこで、本実施例では、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に光を照射する場合としない場合において、Ｖｏｕｔを測定した。なお、本実施例では、ダイオード接続されたＴＦＴ８００にレーザポインタのレーザ光を照射しない場合と、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に赤のレーザ光（波長：６５０ｎｍ）または緑のレーザ光（波長は：５３２ｎｍ）を照射する場合について測定した。いずれの場合も１０００ルクスの蛍光灯のもとで測定を行った。
【０２２５】
図１１（Ａ）は、ＶＤＤを１０Ｖとし、充電期間および放電期間を１０秒としてＶｏｕｔを測定した結果である。横軸は、充電および放電期間であり、縦軸は、Ｖｏｕｔである。
【０２２６】
実線（ａ）は、ダイオード接続されたＴＦＴ８００にレーザポインタのレーザ光を照射しない場合の出力電位変化である。点線（ｂ）は、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に緑のレーザ光を照射した場合の出力電位変化である。実線（ｃ）は、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に赤のレーザ光を照射した場合の出力電位変化である。
【０２２７】
図１１（Ａ）より、ダイオード接続されたＴＦＴ８００にレーザポインタのレーザ光を照射しない場合にくらべて、赤のレーザ光または緑のレーザ光を照射する場合は、Ｖｏｕｔの変化が大きいと確認された。つまり、赤のレーザ光または緑のレーザ光を照射する場合は、短い放電期間で、Ｖｏｕｔが低下することが確認された。
【０２２８】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の横軸の１０秒から１１秒の範囲においての拡大図である。図１１（Ｂ）より、赤のレーザ光を照射する場合は、０．４秒ほどで、Ｖｏｕｔが０Ｖ近くまで低下した。従って、ダイオード接続されたＴＦＴ８００は、赤色のレーザ光に対して非常に感度が高いことが確認できた。ゆえに、ＴＦＴ１は非常に感度の高い光電変換素子として機能する。
【０２２９】
以上より、複数の結晶領域を有する半導体を含むＴＦＴは、本発明の一態様である表示装置の画素に含まれるスイッチング素子および光電変換素子に用いることができる。
【符号の説明】
【０２３０】
１００ 表示装置
１０２ 表示部
１０３ 素子基板
１０４ 駆動部
１０５ 信号線駆動回路
１０６ 受光部
１０７ 走査線駆動回路
１０８ 情報処理部
１１０ 光ポインティング装置
１１４ 表示画面
１１８ 操作機能
１２０ 操作機能
１２６ 指示点
１２２ 電源ボタン
１２４ 射出ボタン
１２７ 表示画面
１２８ パーソナルコンピュータ
１３０ 通信ケーブル
１４０ 照明部
１４２ 第１の偏光部材
１４４ 液晶パネル
１４６ 第２の偏光部材
１４８ ＴＦＴ素子部
１５０ 液晶素子部
１５２ 対向基板
１５４ 画素電極
１５６ 液晶
１５８ 共通画素電極
１６２ 発光素子部
１６３ 有機化合物層
１６４ 充填材
１６６ 隔壁
２００ 液晶表示装置
３００ ＥＬ表示装置
４０５ 信号線
４０３ 走査線
４０９ 保持容量素子
４１１ リセット線
４１３ セレクト線
４１５ 読み出し線
４１７ 共通電位線
４１８ 共通電位線
４１９ 電源電位線
４２１ ＴＦＴ
４２３ 保持容量素子
４２５ 液晶素子
４２７ ＴＦＴ
４２９ ＴＦＴ
４３１ ＴＦＴ
４３５ 容量配線
４３７ 容量配線
４３９ 導電膜
４５０ バックゲート電極
４５２ バックゲート電極
４５４ バックゲート電極
４５６ バックゲート電極
７０１ ゲート電極
７０２ ゲート絶縁膜
７０５ａ ソース電極
７０５ｂ ドレイン電極
７０７ 絶縁膜
７０８ 半導体層
７１３ 層間絶縁膜
７２１ ドレイン電極
７２３ ソース電極
７２５ 開口部
７３１ 開口部
８００ ＴＦＴ
８０１ 基板
８０２ 充電放電制御素子
８０４ 抵抗素子
８０５ 第１の半導体膜
８０６ 保持容量素子
８０７ 第２の半導体膜
８０９ 不純物半導体膜
８１１ 薄膜積層体
８１３ 導電膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を含む表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操作者が指またはペンなどの対象物で表示画面を触れ、その対象物の位置を検出するタッチパネルは、様々な電気機器に搭載されている。
【０００３】
このようなタッチパネルにおいて、その対象物の位置を検出する動作原理は様々である。例えば、透明導電膜を用いる抵抗膜方式、電気容量の変化を利用する静電容量方式、および圧電変換を用いる超音波方式などがある。
【０００４】
なかでも、抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルは、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用パーソナルコンピュータなど小型の表示画面を有する電気機器に利用されている。そして、該タッチパネルを搭載している電気機器は、該タッチパネルを、映像または画像が表示される表示パネルの素子基板とは別に用意し、該表示パネルに実装しているものが多い。
【０００５】
また、対象物の位置を検出する方法には、上記動作原理のように指やペンなどの対象物を接触させることで、その対象物の位置を検出する方法ではなく、対象物を光とし、光電変換素子に照射された光の光電変換を利用することで対象物の位置を検出する光学方式がある。該光学方式はゲーム機などで利用されている。
【０００６】
さらに、光学方式は、パーソナルコンピュータの画像情報を表示装置に拡大表示させる表示システムにおいて、光ポインティング装置から射出される光を利用して表示画面を操作するために用いられている（特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２２２９５１号公報
【特許文献２】特開平１１−３０５９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１および特許文献２で開示されている技術においても、光ポインティング装置を用いて表示画面を操作するために、光電変換素子を含むシートおよび撮像機器を、表示装置、またはスクリーンやプロジェクタとは別に設ける構成としており、作製するにあたり、部材コストの増加または歩留まりの低下が予想される。さらに、このような構成は、利便性に欠ける。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、生産性および利便性に優れた表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の表示装置は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を含む画素を複数有する表示部と、該表示部に画像情報を伝送する駆動部と、を有する。そして、表示部が有する複数の画素は、薄膜トランジスタが形成される基板にマトリクス状に配列されている。
【００１１】
また、対象物の位置を検出する方法として、抵抗膜方式、静電容量方式、または超音波方式を用いたタッチパネルを、テレビジョン装置、または、プレゼンテーション用途の大型表示装置に用いることは、表示画面を操作するためにその都度、操作者が画面に近づかねばならず、利便性に問題がある。さらに、指を接触させて表示画面を操作することで汚れ（例えば、指紋形状の手垢など）が付着し、表示画面が不鮮明になりうる。
【００１２】
そこで、本発明の表示装置は、対象物の位置を検出する方法として光学方式を利用し、受光部として、複数の光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路を、表示装置内に有する。なお、本発明の表示装置は、光電変換素子に照射される光を対象物とする。
【００１３】
本発明の一態様である表示装置は、上記表示部、上記駆動部および上記受光部に加え、情報処理部を具備しており、該情報処理部は、受光部で検出する光の位置をもとに、画像情報を操作する機能を実行する。従って、テレビジョン装置やプレゼンテーション用途の大型表示装置として本発明の一態様である表示装置を用いることで、光電変換素子を含むシートおよび撮像機器などを表示装置とは別の筐体として設ける必要がなく、さらには離れた場所から表示画面を操作できるため、利便性がよい。
【００１４】
また、受光部における複数の光電変換素子は、上記薄膜トランジスタが形成される基板上に形成される。複数の光電変換素子を、上記薄膜トランジスタが形成される基板上に作り込むことで、生産性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の表示装置は、光電変換素子が表示部の基板に形成されており、表示部に照射される光の位置を検出することができる。
【００１６】
以上より、本発明の一態様は、画素がマトリクス状に配列された表示部と、表示部に画像情報を伝送する駆動部と、表示部に設けられ、且つレーザ光を検出する受光部と、受光部で検出するレーザ光の位置を解析し、位置に基づいて画像情報を操作し、操作に基づいた画像情報とは異なる画像情報を駆動部に伝送する情報処理部を有し、表示部の画素は薄膜トランジスタを有し、受光部は複数の光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路を有し、薄膜トランジスタおよび複数の光電変換素子は、同一の基板に設けられていることを特徴とする表示装置である。
【００１７】
詳細には、受光部で検出される光の位置は、光ポインティング装置から射出される光の指示点の位置である。つまり、本発明の一態様である表示装置は、光ポインティング装置から射出されるレーザ光で表示部（詳細には、表示画面）を指示することで遠隔操作することができる。
【００１８】
また、光ポインティング装置から射出されるレーザ光を可視光とすることで、表示画面上の光の指示点を視認性の高いものとすることができる。また、射出できる可視光を１色ではなく、複数色とすることもできる。射出できる可視光を複数色とすることで、さまざまな色彩を含む表示画面においても、表示画面上の光の指示点として視認性の高い色を選択することができる。
【００１９】
本発明の表示装置は、受光部で検出する光ポインティング装置から射出される光の指示点の位置の連続的な変化をもとに、画像情報を操作する機能を実行する処理回路も、情報処理部に有してもよい。
【００２０】
また、表示画面上に示される光ポインティング装置から射出される光の指示点の形状は、特に限定されないが、その指示点は、表示部に含まれる画素の大きさより大きい。従って、光ポインティング装置から射出される光の指示点の位置および指示点の位置の連続的な変化を検出する光電変換素子の数は、画素の数よりも少なくすることができる。すなわち、一画素に一の光電変換素子を設ける必要はなく、複数の画素に一の光電変換素子が設けられていればよい。
【００２１】
また、受光部に設けられる複数の光電変換素子の種類および形態は、特に限定されない。光電変換素子として、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタなどを用いることができる。さらには、該光電変換素子は、上記基板に形成される薄膜トランジスタと同一の構造である薄膜トランジスタのゲート電極とドレイン電極が短絡（ダイオード接続）されたものであるとよい。これにより、スイッチング素子である該薄膜トランジスタと同じ作製工程で、該光電変換素子を作製することができ、生産性の向上および部材コストの低減が可能である。
【００２２】
また、スイッチング素子である薄膜トランジスタは、複数の結晶領域を有する半導体（シリコンまたはゲルマニウムにより形成されていることが好ましい。）を含むことで、薄膜トランジスタのオン電流が向上し、該薄膜トランジスタのサイズを小さくすることができるため、画素の開口率を向上させることができる。それゆえ、表示装置を高精細化することができる。
【００２３】
つまり、本発明の一態様において、スイッチング素子である薄膜トランジスタは、基板上に形成されるゲート電極と、ゲート電極上に形成されるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成され、且つ複数の結晶領域を有する半導体膜と、複数の結晶領域を有する半導体膜上に形成される一対の非晶質半導体領域と、一対の非晶質半導体領域と上に形成される不純物半導体膜と、不純物半導体膜上に形成されるドレイン電極およびソース電極とを有するものである。
【００２４】
さらに、上記スイッチング素子である薄膜トランジスタの別形態は、基板上に形成される第１のゲート電極と、第１のゲート電極上に形成される第１のゲート絶縁膜と、第１のゲート絶縁膜上に形成され、且つ複数の結晶領域を有する半導体膜と、複数の結晶領域を有する半導体膜上に形成される一対の非晶質半導体領域と、一対の非晶質半導体領域と上に形成される不純物半導体膜と、不純物半導体膜上に形成されるドレイン電極およびソース電極と、ドレイン電極、ソース電極、複数の結晶領域を有する半導体膜、および第１のゲート絶縁膜上に形成される第２のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜上に形成される第２のゲート電極とを有するものである。
【００２５】
また、光電変換素子として、複数の結晶領域を有する半導体膜を含む薄膜トランジスタのゲート電極とドレイン電極が短絡（ダイオード接続）されたもの用いる際は、該複数の結晶領域を有する半導体膜でレーザ光の光電変換が行われる。そして、該複数の結晶領域を有する半導体膜を有する光電変換素子は、蛍光灯など外光に対して光感度が弱いため、蛍光灯などの外光に対しての影響を小さくすることができる。
【００２６】
さらに、複数の結晶領域を有する半導体膜を含む薄膜トランジスタのゲート電極とドレイン電極が短絡（ダイオード接続）された光電変換素子は、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長である可視光より６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長である可視光に対して光感度が弱い。
【００２７】
なお、本明細書において、「オン電流」とは、薄膜トランジスタがオン状態のときに、ソースとドレインの間に流れる電流をいう。例えば、ｎ型の薄膜トランジスタの場合には、ゲート電圧がトランジスタの閾値電圧よりも大きいときに、ソースとドレインとの間に流れる電流が、オン電流である。なお、「ゲート電圧」とは、ソースを基準としたゲートとソースの電位差をいう。
【００２８】
また、複数の結晶領域を有する半導体を含む薄膜トランジスタは、プラスゲートバイアスおよび熱ストレスに対する信頼性が良好である。スイッチング素子として、複数の結晶領域を有する半導体を含む薄膜トランジスタを用いると、スイッチング素子の劣化を小さくすることができる。受光部に含まれる光電変換素子として、複数の結晶領域を有する半導体を含む薄膜トランジスタのゲート電極とドレイン電極が短絡したものを用いることで、光電変換素子の劣化を小さくすることができる。それゆえ、表示装置全体の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明の表示装置の表示部は、液晶素子またはエレクトロルミネセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）素子を適用することができる。
【発明の効果】
【００３０】
上記手段により、生産性および利便性に優れた表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一形態である表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一形態である表示装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の一形態である表示装置の構成を示すブロック図および断面図である。
【図４】本発明の一形態である表示装置の画素構成を示す上面図及びその回路図である。
【図５】本発明の一形態である表示装置のタイミングチャートである。
【図６】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す上面図である。
【図７】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの作製方法を示す断面図である。
【図９】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの電気特性を示す図である。
【図１０】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの電気特性の測定方法を説明する回路図である。
【図１１】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの電気特性を示す図である。
【図１２】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す上面図である。
【図１３】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の一形態である表示装置に含まれる薄膜トランジスタの作製方法を示す図である。
【図１５】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す上面図である。
【図１６】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す上面図である。
【図１７】本発明の一形態である表示装置の画素の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。したがって、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、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。なお、各図面において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。従って、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００３３】
トランジスタに設けられる電極または膜の積み重なりを表現する際に、上層端部よりはみ出している下層端部を、便宜上、トランジスタの平面図には図示しない場合がある。
【００３４】
ＡとＢとが接続されている、と記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、Ａ、Ｂは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
【００３５】
「ソース」や「ドレイン」の機能は、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００３６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置１００について説明する。図１は、表示装置１００の全体構成を示したブロック図である。表示装置１００は、アクティブマトリクス型の表示装置であり、表示部１０２、駆動部１０４、受光部１０６、および情報処理部１０８を具備している。さらに、光ポインティング装置１１０は、表示装置１００に別添されている。
【００３７】
表示部１０２は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す。）を含む画素を複数有しており、画素は、該ＴＦＴが形成される基板（以下、素子基板と記す。）にマトリクス状に配列されている。また、表示部１０２は、液晶素子またはエレトロルミネセンス（以下、ＥＬと記す。）素子を含み、それぞれの動作原理に基づき画像または映像を表示する。
【００３８】
駆動部１０４は、表示部１０２に画像情報を伝送する機能を有し、少なくとも信号線駆動回路および走査線駆動回路から構成されている。該信号線駆動回路は、表示部１０２の選択された画素に、ビデオ信号の入力を制御する回路である。また、該走査線駆動回路は、表示部１０２の選択された画素に含まれるＴＦＴのゲート電極に接続された走査線を制御する回路である。
【００３９】
受光部１０６は、表示装置１００の内部に設けられており、さらに光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路が設けられている。受光部１０６は、情報処理部１０８と接続されており、受光部１０６の光電変換素子に光が照射されると、光電変換により電位変化が生じ、該電位変化に対応する電気信号が情報処理部１０８に伝送される。このように、受光部１０６は、光電変換素子に照射されるレーザ光を対象物とし、その対象物の位置（レーザ光の位置）を検出する。また、表示部１０２において、受光部１０６の光電変換素子を形成している配線の抵抗などにより、少なからず電気信号を伝送する速さが異なる領域がある場合、電気信号の伝送が速い領域に受光部１０６の光電変換素子を設けることで、受光部１０６の光電変換素子で生成された電気信号を情報処理部１０８に速く伝送させることができる。
【００４０】
情報処理部１０８は、受光部１０６で光の位置を検出することで生じる電気信号をもとに、表示部１０２に表示されている画像情報を操作する機能を実行する。そのため、情報処理部１０８は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、もしくはＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置、または中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、もしくはマイクロプロセッサなどで構成されている。そして、情報処理部１０８は、駆動部１０４に接続されており、情報処理部１０８で生成された画像情報を操作する情報が、駆動部１０４から表示部１０２に伝送される。
【００４１】
受光部１０６の光電変換素子で検出されるレーザ光の位置は、光ポインティング装置１１０から射出されるレーザ光の指示点の位置である。つまり、本発明の一態様である表示装置１００は、光ポインティング装置１１０から射出されるレーザ光で表示部（詳細には、表示画面）の一部を指示することで遠隔操作することができる。また、受光部１０６は、静止したレーザ光の指示点の位置だけではなく、指示点の位置の連続的な変化も検出することができる。
【００４２】
光ポインティング装置１１０のレーザ光源から射出されるレーザ光を可視光とすることで、表示部１０２上に示される光の指示点の視認性を高くすることができる。例えば、約６５０ｎｍの波長（赤色）、または約５３２ｎｍの波長（緑色）の可視光を、光ポインティング装置１１０から射出される光として用いることができる。
【００４３】
さらには、光ポインティング装置１１０から射出される可視光の波長を１つではなく、複数とすることができる。これにより、光電変換素子に対して検出感度が良好な可視光を検出される光（検出光）の指示点の位置を表す光とし、視認性のよい可視光を検出光の指示点の位置を選択する光（ガイド光）とすることができる。つまり、光ポインティング装置１１０の射出できる可視光の波長を複数とすることで、さまざまな色彩を含む表示画面でも、検出光の指示点の視認性を高くすることができる。なお、光ポインティング装置１１０には、射出する光の波長の他に、可視光レーザのエネルギー密度も変化させることができる構成が設けられていてもよい。光ポインティング装置１１０に射出する光のエネルギー密度を変化させることが可能な構成を有することで、検出に最適なエネルギー密度の可視光レーザに変調させることができる。
【００４４】
また、表示装置１００は、上記駆動回路に加えて、電源回路および画像処理回路（画像エンジン）など表示装置を動作させるために必要な回路を含み、これらの回路は、適宜、駆動部１０４および情報処理部１０８に接続されている。さらに、表示装置１００を、テレビジョン装置として機能させる場合には、放送局からの放送信号を受信する受信部を、表示装置１００に含み、該受信部は、駆動部１０４および情報処理部１０８に接続されている。さらに、表示装置１００は、該受信部に加え、駆動部１０４および情報処理部１０８に接続され、且つ有線または無線による通信ネットワーク（例えば、インターネット）に接続される通信接続部が設けられていてもよい。表示装置１００は、該通信接続部を介して、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことができ、インターネットテレビジョン装置としても機能する。テレビジョン装置またはインターネットテレビジョン装置として機能する表示装置１００は、光ポインティング装置１１０によって、遠隔操作される。
【００４５】
図２は、表示装置１００の一例を示した斜視図である。図２（Ａ）において、表示画面１１４には、駆動部１０４を介して図１の表示部１０２に表示された画像が表示される。光ポインティング装置１１０は、電源ボタン１２２および射出ボタン１２４を備えている。電源ボタン１２２を押下すると、ガイド光および検出光として可視光を射出できる状態となり、射出ボタン１２４を押下すると、ガイド光として機能する視認性の良い可視光（例えば、約５３２ｎｍの緑色光）が射出され、表示画面１１４上にガイド光の位置が指示される。表示画面１１４には、例えば、音量を上げるまたは下げるなど、規定されている操作機能１１８が表示されており、該ガイド光の位置を所望の操作機能１２０に応じて射出ボタン１２４を強く押下することで、検出光として機能する、受光部１０６の光電変換素子に対して検出感度の良好な可視光（例えば、約６５０ｎｍの赤色光）が射出され、検出光の指示点１２６の位置が決定される。検出光の指示点１２６の位置が検出されることで、光電変換により生じる電位変化に対応する電気信号が情報処理部１０８に伝送され、情報処理部１０８は、所望の操作機能１２０を実行する。
【００４６】
なお、特定の色の光だけを検出させるようにするには、受光部１０６の光電変換素子に、該特定の色のカラーフィルタを重畳して設ければよい。例えば、赤の光だけを検出させる場合は、受光部１０６の光電変換素子に赤のカラーフィルタを重畳して設ければよい。
【００４７】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した表示装置１００に、パーソナルコンピュータなどの外部表示機器と、通信用ケーブルとを接続した形態である。図２（Ｂ）において、表示画面１２７には、通信ケーブル１３０を介してパーソナルコンピュータ１２８の画像、映像または操作機能などが表示される。このような形態の表示装置１００においても、上記操作と同様の操作を行うことができる。例えば、表示画面１２７に示されているパーソナルコンピュータ１２８の操作機能に、光ポインティング装置１１０から射出された可視光の指示点を合わせると、受光部１０６の光電変換素子は、その指示点の位置を検出し、光電変換により生じる電気信号を情報処理部１０８に伝送し、情報処理部１０８はパーソナルコンピュータ１２８を操作する。
【００４８】
また、表示装置１００における受光部１０６の光電変換素子は、可視光の静止した指示点だけではなく、連続的に変化する指示点の位置を検出することができる。従って、特定の連続的な変化に対応する操作機能をあらかじめ設定しておけば、光ポインティング装置１１０から射出された可視光を表示部１０２に照射させつつ、特定の連続的な変化を行わせることで、対応する操作機能を実行することができる。例えば、図２（Ｂ）に示したように、可視光の指示点の位置を左へ（白丸の位置から黒丸の位置へ）連続的に変化させると、受光部１０６の光電変換素子は、左へ連続的に変化する可視光の指示点の位置の変化を検出し、光電変換により生じる電気信号を情報処理部１０８に伝送し、情報処理部１０８は、指示点の位置が左へ連続的に変化することに対応する操作機能を実行する。
【００４９】
なお、光ポインティング装置１１０から射出される可視光をパルスパターンとして射出できる構成が設けられていても良い。上記では連続的に変化する可視光の指示点の位置を検出する形態であるが、該構成とすることで、受光部１０６の光電変換素子は、特定のパルスパターンを検出する形態とすることができる。例えば、特定のパルスパターンに対応する操作機能をあらかじめ設定し、光ポインティング装置１１０に特定のパルスパターンに対応したボタンを１つまたは複数設ければ、光ポインティング装置１１０に設けられたボタンを押下することで、特定のパルスパターンに対応する操作機能を実行することができる。
【００５０】
また、上記ガイド光のみを可視光とし、上記検出光を赤外光としてもよい。例えば、表示装置１００を、上記ガイド光に追従してカーソルが表示部１０２の表示画面上を動くようにし、操作機能の決定は、従来の遠隔操作装置と同様に赤外光を検出することで行われるとすればよい。その際、表示装置１００の筐体など表示部１０２の外部には赤外光を受光可能な素子が設けられ、光ポインティング装置１１０には赤外光を射出可能な発光ダイオードが設けられていればよい。また、赤外光は指向性が強いため、異なる角度に赤外光が射出されるように該発光ダイオードを複数設けることが好ましい。このようにすることで、赤外光を受光する素子は、効率よく、光ポインティング装置１１０の発光ダイオードから射出される赤外光を検出することができる。
【００５１】
以上より、本発明の一態様である表示装置は、受光部を該表示装置内部に有し、さらには受光部の光電変換素子は、表示部の素子基板に形成されるため、部材および作製コストを低減することができ、生産性に優れた表示装置である。そして、本発明の一態様である表示装置は、受光部を該表示装置とは別に設ける必要がなく、光ポインティング装置を用いて様々な遠隔操作が可能であるため、利便性にも優れた表示装置である。なお、本実施の形態は他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、表示部１０２に液晶素子またはＥＬ素子を含む表示装置１００について説明する。以下、表示部１０２に液晶素子を用いた表示装置１００は、液晶表示装置２００とし、表示部１０２にＥＬ素子を用いた表示装置１００は、ＥＬ表示装置３００として説明する。
【００５３】
液晶表示装置２００およびＥＬ表示装置３００は、共にアクティブマトリクス型の表示装置である。図３（Ａ）は、液晶表示装置２００およびＥＬ表示装置３００のブロック図である。なお、該ブロック図は、受光部１０６を含む表示部１０２、および駆動部１０４のみを図示し、情報処理部１０８および光ポインティング装置１１０は図示していない。
【００５４】
まず、液晶表示装置２００について説明する。本明細書において、液晶素子とは、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子であり、一対の電極および液晶により構成されている。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。
【００５５】
駆動部１０４は、少なくとも信号線駆動回路１０５および走査線駆動回路１０７から構成されている。これらの駆動回路は、論理回路部と、スイッチ部またはバッファ部と、に大別される。また、本実施の形態では、信号線駆動回路１０５および走査線駆動回路１０７が、スイッチング素子のＴＦＴを含む画素が配列される素子基板１０３上に設けられた形態であるが、信号線駆動回路１０５および走査線駆動回路１０７の一部または全部をＩＣなどの半導体装置で形成し、素子基板１０３に実装してもよい。
【００５６】
そして、光電変換素子用リセット回路１１１と、光電変換素子用走査回路１１３と、光電変換素子用読み出し回路１１５と、を素子基板１０３に有する。これらは上記駆動回路と同様に、論理回路部と、スイッチ部またはバッファ部とに大別される。さらに、光電変換素子用リセット回路１１１、光電変換素子用走査回路１１３と、光電変換素子用読み出し回路１１５は、素子基板１０３上に形成されていなくてもよく、各々の回路の一部または全部をＩＣなどの半導体装置で形成し、素子基板１０３上に実装してもよい。
【００５７】
液晶表示装置２００は、外光を利用する反射型の表示装置、または、別途、バックライトなどの照明部（図３（Ａ）に図示していない。）を設けて、照明部からの光を利用する透過型の表示装置とすることができる。さらに、外光および照明部からの光を適宜利用する半透過型の表示装置とすることもできる。以下、本明細書では、液晶表示装置２００は、透過型の表示装置として説明する。
【００５８】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図である。
【００５９】
液晶表示装置２００は、照明部１４０と、照明部１４０上に第１の偏光部材１４２と、第１の偏光部材１４２上に液晶パネル１４４と、液晶パネル１４４上に第２の偏光部材１４６と、を有する。
【００６０】
液晶パネル１４４には、素子基板１０３と、素子基板１０３上にスイッチング素子として複数のＴＦＴが設けられたＴＦＴ素子部１４８と、ＴＦＴ素子部１４８上に設けられた液晶素子部１５０と、対向基板１５２と、を有する。さらに、素子基板１０３および対向基板１５２は、シール材料１５３を介して接着されている。
【００６１】
液晶素子部１５０は、画素電極１５４と、液晶１５６と、共通画素電極１５８と、により構成されている。画素電極１５４は、表示部１０２に配列される画素の数と同数で設けられ、画素電極１５４それぞれがＴＦＴ素子部１４８のＴＦＴのそれぞれに電気的に接続される。共通画素電極１５８は、対向基板１５２に設けられている。
【００６２】
また、図３（Ｂ）には図示していないが、液晶表示装置２００には、画素電極１５４と共通画素電極１５８との間の距離（セルギャップ）を一定に制御するためにスペーサが設けられている。スペーサとしては、ビーズスペーサや、絶縁層を選択的にエッチングすることで得られるスペーサ（ポストスペーサ）を用いることができる。
【００６３】
照明部１４０は、冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）などの汎用されている直下型またはサイドエッジ型のバックライトとすることができる。
【００６４】
第１の偏光部材１４２および第２の偏光部材１４６は、液晶パネル１４４に入射する光および射出する光を偏光できればどのようなものでもよく、例えば、ポリビニルアルコールなどの高分子で構成されている偏光板や偏光フィルムを用いることができる。また、本実施の形態では、第２の偏光部材１４６は対向基板１５２の外側に設けられているが、第２の偏光部材１４６は対向基板１５２の内側に設けられていてもよい。
【００６５】
図３（Ｂ）には図示していないが、液晶表示装置２００には、液晶パネル１４４に入射させる光の効率や輝度などを向上させるため、照明部１４０と第１の偏光部材１４２との間に、反射部材および拡散部材などを適宜設けてもよい。
【００６６】
また、液晶表示装置２００は、白黒表示のみではなく、少なくとも一色のカラーフィルタによりカラー表示が可能である。また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を呈する材料から複数色のカラーフィルタを形成することで、フルカラー表示が可能となる。カラーフィルタは、液晶パネル１４４の外側または内側に設ければよい。例えば、カラーフィルタが対向基板１５２と共通画素電極１５８の間に設けられていてもよい。
【００６７】
赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を呈する材料としては、有彩色の透光性樹脂があり、感光性または非感光性の有機樹脂を用いることができる。感光性の有機樹脂層を用いると使用するレジストマスクの数を削減することができ、工程を簡略化することができるため好ましい。有彩色は、黒、灰、白などの無彩色を除く色であり、カラーフィルタは、その着色された有彩色の光のみを透過する材料で形成される。さらに、有彩色としては、シアン、マゼンダ、イエロー（黄）などを用いてもよい。「着色された有彩色の光のみを透過する」とは、カラーフィルタにおいて透過する光は、その有彩色の光の波長にピークを有するということである。カラーフィルタは、含ませる着色材料の濃度と光の透過率の関係を考慮して、最適な厚さを適宜決めることができる。
【００６８】
また、液晶表示装置２００にカラーフィルタを設けずに、照明部１４０として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を別々に発光させることができるバックライトを用いてもよい。
【００６９】
さらに、液晶パネル１４４の外側または内側に、ブラックマトリクスとして機能する遮光層を設けることができる。
【００７０】
次に、液晶パネル１４４について説明する。素子基板１０３および対向基板１５２としては、透光性を有するものが好ましく、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板または液晶表示装置２００およびＴＦＴ素子部１４８の作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板などを用いることができる。
【００７１】
ＴＦＴ素子部１４８については後述するが、液晶表示装置２００が有する受光部１０６の光電変換素子は、素子基板１０３上に設けられている。
【００７２】
画素電極１５４および共通画素電極１５８には、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いて形成される。
【００７３】
また、画素電極１５４および共通画素電極１５８は、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することもできる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００７４】
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、もしくはアニリン、ピロールおよびチオフェンから選択される２種以上の共重合体またはその誘導体などがある。
【００７５】
液晶１５６の光学的変調作用は、液晶１５６にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。液晶素子部１５０の駆動モードは、１つに限定されず、適宜選択して用いることができる。例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｂｅｎｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いることができる。
【００７６】
なお、液晶１５６と画素電極１５４、および液晶１５６と共通画素電極１５８との間には配向膜を設け、該配向膜にラビング工程を行うことで、液晶１５６が配向しやすくなる。
【００７７】
また、液晶１５６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１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、温度範囲を改善するために、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。
【００７８】
シール材料１５３は、液晶１５６を素子基板１０３と対向基板１５２との間に封止するために設けられている。シール材料１５３としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いることが好ましい。代表的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。また、光（代表的には紫外線）重合開始剤、熱硬化剤、フィラー、カップリング剤を含んでもよい。
【００７９】
次に、ＥＬ表示装置３００について説明する。ＥＬ素子は、自発光型の発光素子であり、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大別され、前者を有機ＥＬ素子、後者を無機ＥＬ素子と呼ぶことができる。表示部１０２には、どちらのＥＬ素子も用いることができるが、以下、本明細書においてＥＬ素子は、有機ＥＬ素子を例として説明する。
【００８０】
ＥＬ素子は、少なくとも一対の電極間に発光する有機化合物層が挟まれた素子である。該有機化合物層は通常、積層構造となっている。例としては、一対の電極間に正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層、または正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層を積層した構造である。また、発光層に対して蛍光性色素などをドーピングしても良い。ＥＬ素子が有する各層は、低分子系の材料を用いて形成してもよいし、高分子系の材料を用いて形成してもよい。
【００８１】
ＥＬ表示装置３００のブロック図としては、液晶表示装置２００と同様に図３（Ａ）を用いることができる。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）において、同じ機能を有する部材は、同じ符号を用いて説明する。
【００８２】
図３（Ｃ）は、ＥＬ表示装置３００のブロック図におけるＡ−Ｂの断面図である。ＥＬ表示装置３００は、素子基板１０３および対向基板１５２の間に、ＴＦＴ素子部１４８と、発光素子部１６２と、充填材１６４とが設けられており、素子基板１０３および対向基板１５２は、シール材料１５３を介して接着されている。発光素子部１６２は、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルムなど）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。従って、ＥＬ表示装置３００には充填材１６４が設けられていることが好ましい。
【００８３】
素子基板１０３、ＴＦＴ素子部１４８、対向基板１５２およびシール材料１５３は、液晶表示装置２００と同様である。
【００８４】
発光素子部１６２は、上記ＥＬ素子を有し、陽極または陰極として機能する画素電極１５４と共通画素電極１５８の間に、有機化合物層１６３が設けられている。有機化合物層１６３は、有機化合物の発光材料を含み、上記積層構造とすることができるが、これに限定されない。また、有機化合物層１６３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子部１６２の構成は適宜変えることができる。
【００８５】
隔壁１６６は、有機樹脂膜、または無機絶縁膜を用いて形成される。
【００８６】
発光素子部１６２に酸素、水素、水分、二酸化炭素などが侵入しないように、共通画素電極１５８および隔壁１６６上に酸化物絶縁膜を形成してもよい。酸化物絶縁膜としては、水分、水素イオン、または水酸化物イオンなどの不純物をブロックする無機絶縁膜を用いる。
【００８７】
また、充填材１６４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば、充填材１６４として窒素を用いればよい。
【００８８】
なお、発光素子部１６２の射出面に、反射部材または拡散部材などが適宜設けられていてもよい。
【００８９】
以上より、表示部１０２を有する表示装置１００を作製することができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と組み合わせることが可能である。
【００９０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、表示装置１００における表示部１０２の画素構成について説明する。表示部１０２にＥＬ素子を用いた表示装置１００の画素構成は、液晶表示装置２００における液晶素子を上記発光素子とすればよいので、以下、表示部１０２の画素構成は、液晶表示装置２００を例に説明する。
【００９１】
図４（Ａ）は、液晶表示装置２００の画素構成の一例を示した図である。
【００９２】
表示部１０２に含まれる素子基板１０３上に、画素４０１がマトリクス状に配列されている。画素４０１はスイッチング素子であるＴＦＴを含み、該ＴＦＴは走査線４０３および信号線４０５と電気的に接続されている。走査線４０３は、走査線駆動回路１０７に電気的に接続されている。信号線４０５は、信号線駆動回路１０５に電気的に接続されている。
【００９３】
また、素子基板１０３上には、光電変換素子４０２が設けられている。光電変換素子４０２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換（光電変換）できる素子を有すればよく、その材料および形態は特に限定されない。例えば、フォトダイオードもしくはフォトトランジスタ、またはＣｄＳセル、ＣｄＳｅセルもしくはＰｄＳセルなど、汎用されているものを用いることができる。なお、フォトトランジスタの一例として、ゲート電極とドレイン電極が短絡された（ダイオード接続された）ＴＦＴを光電変換素子４０２に用いてもよい。
【００９４】
光電変換素子４０２は、リセット電位を入力するリセット線４１１、走査するためのセレクト電位を入力するセレクト線４１３、および光電変換により生じた電気信号を出力する読み出し線４１５と電気的に接続されている。
【００９５】
リセット線４１１は光電変換素子用リセット回路１１１と、セレクト線４１３は光電変換素子用走査回路１１３と、読み出し線４１５は光電変換素子用読み出し回路１１５と電気的に接続されている。
【００９６】
液晶表示装置２００において、光ポインティング装置１１０から射出されるレーザ光の指示点が光電変換素子４０２上に存在すると、該レーザ光のエネルギーが電気信号（電気エネルギー）に光電変換され、該電気信号は、読み出し線４１５を介して光電変換素子用読み出し回路１１５に伝送される。また、光電変換素子用読み出し回路１１５には、伝送される電気信号の強度が低下することを考慮して増幅回路などを設けること好ましい。
【００９７】
光電変換素子４０２に照射される光ポインティング装置１１０からのレーザ光の指示点は、画素４０１より大きい。従って、設けられる光電変換素子４０２の数は、素子基板１０３上に配列される画素４０１と同数設ける必要はなく、画素４０１の数に対して少なくすることができる。さらに、レーザ光の指示点の形状および大きさ、並びに、光電変換素子４０２の電気特性を考慮して、素子基板１０３上に設ける光電変換素子４０２の数を決めることができる。なお、本実施の形態では、光電変換素子４０２を格子状に配置する形態としているが、光電変換素子４０２の配置は、これに限定されず、適宜、配置することができる。
【００９８】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）における点線内の等価回路図である。
【００９９】
図４（Ｂ）において、走査線４０３とＴＦＴ４２１のゲート電極とが、信号線４０５とＴＦＴ４２１のソース電極とが電気的に接続されており、液晶素子４２５は、ＴＦＴ４２１のドレイン電極と電気的に接続されている。
【０１００】
保持容量素子４２３には、対向する二の電極が設けられている。保持容量素子４２３の第１の電極は、ＴＦＴ４２１のドレイン電極と、保持容量素子４２３の第２の電極は共通電位線４１７と電気的に接続されている。
【０１０１】
光電変換素子４０２には、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、保持容量素子４０９、ＴＦＴ４２９、およびＴＦＴ４３１が設けられている。
【０１０２】
ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、ゲート電極とドレイン電極が短絡された電極およびソース電極を有し、ゲート電極とドレイン電極が短絡された電極は、リセット線４１１と電気的に接続されており、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７のソース電極は、ＴＦＴ４２９のゲート電極と電気的に接続されている。ＴＦＴ４２９のソース電極は、電源電位を入力する電源電位線４１９と電気的に接続され、ＴＦＴ４２９のドレイン電極は、ＴＦＴ４３１のソース電極と電気的に接続されている。ＴＦＴ４３１のゲート電極はセレクト線４１３と、ＴＦＴ４３１のドレイン電極は読み出し線４１５と電気的に接続されている。
【０１０３】
保持容量素子４０９には、対向する二の電極が設けられている。保持容量素子４０９の第１の電極はダイオード接続されたＴＦＴ４２７のソース電極およびＴＦＴ４２９のゲート電極と、保持容量素子４０９の第２の電極は共通電位線４１８と電気的に接続されている。
【０１０４】
ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９、ＴＦＴ４３１は、トランジスタの構造は特に限定されず、例えばトップゲート構造、またはボトムゲート構造を用いることができる。さらに、チャネル形成領域が１つ形成されるシングルゲート構造でも、直列に２つ形成されるダブルゲート構造もしくは直列に３つ形成されるトリプルゲート構造であってもよい。そして、チャネル領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された２つのゲート電極を有する、デュアルゲート構造でもよい。
【０１０５】
ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１において、チャネル形成領域に用いる半導体は、特に限定されない。例えば、チャネル形成領域には、非晶質半導体または複数の結晶領域を有する半導体を用いることができるが、以下の理由により、複数の結晶領域を有する半導体を用いることが好ましい。
【０１０６】
また、非晶質半導体をチャネル形成領域に用いずに、複数の結晶領域を有する半導体、例えば、微結晶半導体を用いることで、それぞれのＴＦＴにおいてオン電流を向上させることができる。微結晶半導体の詳細は後述するが、例えば、ＴＦＴ４２１において、微結晶半導体をチャネル形成領域に用いることで、ＴＦＴ４２１のサイズを小さくすることができるため、画素の開口率を向上させることができる。さらに、微結晶半導体をチャネル形成領域に用いたＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１では、オン電流が大きいため、それぞれのＴＦＴで生成される電気信号の伝送を容易にすることができる。さらに、これらのＴＦＴは、プラスゲートバイアスおよび熱ストレスに対する信頼性が良好であり、劣化の小さいＴＦＴであるため、液晶表示装置２００の信頼性を向上させることができる。
【０１０７】
さらに、微結晶半導体を用いて、光電変換素子４０２に用いるＴＦＴのオン電流を向上させることによって、それぞれのＴＦＴで生じる電気信号の伝送を容易にすることから、オン電流を向上させることができるデュアルゲート構造のＴＦＴは、光電変換素子４０２に用いるＴＦＴとして好適である。
【０１０８】
また、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１は、同一の基板（素子基板１０３）上に形成されることにより、部材コストの低減および生産性の向上が見込める。
【０１０９】
なお、保持容量素子４２３および保持容量素子４０９は、互いに異なる共通電位線に接続させてもよいし、同じ共通電位線に接続させてもよい。同じ共通電位線に接続させることで、共通電位線の本数を減らすことができ、画素の開口率を向上させることができる。
【０１１０】
ここで、光ポインティング装置１１０から射出されるレーザ光の指示点を検出する方法について、図４（Ｂ）および図５に示すタイミングチャートを参照して説明する。なお、ＴＦＴ４２９とＴＦＴ４３１の間の電位（図４（Ｂ）に示した点Ｐの電位に相当する。）が、ＴＦＴ４３１のゲート電極の電位以上となるように、リセット線４１１の電位（ダイオード接続されたＴＦＴ４２７のゲート電極とドレイン電極が短絡された電極の電位）は、充分に高いことを前提とする。
【０１１１】
リセット線４１１の電位（リセット電位）がＨｉｇｈ電位になると、保持容量素子４０９に電荷が蓄積され、保持容量素子４０９の第１の電極の電位は、リセット電位とダイオード接続されたＴＦＴ４２７の閾値電圧の差分に相当する電位になる。ここでは、リセット電位とダイオード接続されたＴＦＴ４２７の閾値電圧との差分に相当する電位は、Ｈｉｇｈ電位になるものとする。つまり、リセット線４１１の電位（リセット電位）がＨｉｇｈ電位になると、保持容量素子４０９の第１の電極の電位は、Ｈｉｇｈ電位となる。
【０１１２】
そして、保持容量素子４０９と電気的に接続されたＴＦＴ４２９のゲート電極の電位は、保持容量素子４０９の第１の電極の電位と同電位であるからＨｉｇｈ電位となる。なお、本明細書では、保持容量素子４０９の第１の電極の電位がリセット電位と同電位になる期間を充電期間と記載する。該充電期間が経過した後に、セレクト線４１３と電気的に接続されたＴＦＴ４３１のゲート電極の電位（セレクト電位）がＨｉｇｈ電位となる。つまり、液晶表示装置２００は、該充電期間およびセレクト電位がＨｉｇｈ電位となる期間を単位周期とし、該単位周期が連続して入力されている。
【０１１３】
次に、図５のタイミングチャートに示したように、該充電期間後にセレクト電位がＨｉｇｈ電位となる期間において、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がない場合、ＴＦＴ４２９のゲート電極の電位はＨｉｇｈ電位であるため、Ｈｉｇｈ電位となるセレクト電位とＴＦＴ４３１の閾値電圧の差分に相当する電位が、読み出し電位（Ｖｏｕｔ）として、光電変換素子用読み出し回路１１５に出力される。ここでは、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がない場合に、出力される読み出し電位（Ｖｏｕｔ）はＨｉｇｈ電位になるものとする。
【０１１４】
しかし、充電期間が経過した後に、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がある場合、保持容量素子４０９に蓄積された電荷が、リセット電位の入力方向とは反対方向に放出されるため、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７には逆飽和電流が生じる。それゆえ、保持容量素子４０９の第１の電極の電位は低くなり、一定の期間が経過した後にはＬｏｗ電位となる。そして、一定の期間が経過した後に、ＴＦＴ４２９のゲート電極の電位もＬｏｗ電位となる。
【０１１５】
従って、該充電期間後にセレクト電位がＨｉｇｈ電位となる期間において、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がある場合、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がない場合の読み出し電位（Ｖｏｕｔ）より低い電位が、読み出し電位（Ｖｏｕｔ）として、光電変換素子用読み出し回路１１５に出力される。ここでは、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射がある場合に、出力される読み出し電位（Ｖｏｕｔ）はＬｏｗ電位になるものとする。
【０１１６】
以上より、液晶表示装置２００は、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７にレーザ光の照射有無を読み出し電位（Ｖｏｕｔ）により判断する。つまり、液晶表示装置２００は、読み出し電位（Ｖｏｕｔ）が、Ｈｉｇｈ電位またはＬｏｗ電位のどちらかであることを判断することで、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７へのレーザ光の照射の有無を判断する。そして、レーザ光の照射がある場合は、その照射された位置をレーザ光の指示点として検出する。
【０１１７】
また、液晶表示装置２００は、読み出し電位（Ｖｏｕｔ）の違いによって、レーザ光の指示点として検出した後、該指示点の検出をもとに生成された電気信号が、液晶表示装置２００の情報処理部１０８に伝送され、情報処理部１０８で生成された画像情報を操作する情報が、駆動部１０４から表示部１０２に伝送される。
【０１１８】
上記のように静止したレーザ光の指示点の位置だけではなく、読み出し電位の連続的な変化に対応して、レーザ光の指示点の位置の連続的な変化を検出することができる。
【０１１９】
なお、特定の色の光だけを検出させるようにするには、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７に、該特定の色のカラーフィルタを重畳させればよい。例えば、赤の光だけを検出させる場合は、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７に赤のカラーフィルタを重畳させればよい。
【０１２０】
また、図４（Ｂ）では、受光部１０６の光電変換素子４０２が１つのダイオード接続されたＴＦＴ４２７を有する形態を示したが、光電変換素子および保持容量素子を２つずつ設けて、一方の光電変換素子をカラーフィルタまたは遮光層で覆い、もう一方の光電変換素子にレーザ光が照射される形態とすることもできる。その場合、双方の光電変換素子に接続される保持容量素子の電位が読み出し電位となり、該読み出し電位の差で、レーザ光の照射の有無を判断し、レーザ光の指示点の位置を検出する。
【０１２１】
なお、図４（Ｂ）では、保持容量素子４０９を設ける形態を示したが、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７が有する容量で、読み出し電位がＨｉｇｈ電位またはＬｏｗ電位であることを判断できる場合には、保持容量素子４０９を設けなくてもよい。
【０１２２】
図６および図１２は、図４（Ｂ）に示した等価回路図に相当する領域を含む液晶表示装置２００の一画素の上面図である。また、図６および図１２には、図３（Ｂ）に示したＴＦＴ素子部１４８および画素電極１５４のみを図示する。
【０１２３】
上記したように、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１の構造は特に限定されない。図６では、全てのＴＦＴが、シングルゲート構造且つボトムゲート構造である形態を一例として示している。図１２では、全てのＴＦＴが、デュアルゲート構造である形態を一例として示している。さらに、一例として、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７はシングルゲート構造且つボトムゲート構造として、他のＴＦＴ４２１、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１はデュアルゲート構造としてもよい。
【０１２４】
図６において、画素電極１５４を駆動するＴＦＴ４２１は、図中左上の角に配置されている。図中上下方向に設けられた信号線４０５は、複数設けられており、互いに平行且つ離間した状態で配置されている。信号線４０５に略直交する方向（図中左右方向）に設けられた走査線４０３も複数設けられており、互いに平行且つ離間するように配置されている。信号線４０５は、信号線駆動回路１０５（図４（Ａ）参照）に接続されており、走査線４０３は走査線駆動回路１０７（図４（Ａ）参照）に接続されている。
【０１２５】
また、図６の二点鎖線で囲まれた保持容量素子４２３を構成する容量配線４３５は、走査線４０３に隣接する位置に配置されており、走査線４０３と略平行に設けられている。なお、容量配線４３５は、図４（Ｂ）に示した共通電位線４１７を兼ねている。
【０１２６】
画素電極１５４は、保持容量素子４２３の容量配線４３５と対向する導電膜と電気的に接続されている。なお、該導電膜はＴＦＴ４２１のドレイン電極を含む。
【０１２７】
リセット線４１１は、走査線４０３と略平行に設けられている。なお、リセット線４１１は、ＴＦＴ４２７のゲート電極を含む。さらに、ＴＦＴ４２７は、ダイオード接続されたＴＦＴであるから、図６に示したようにＴＦＴ４２７のドレイン電極が、ＴＦＴ４２７のゲート電極を含むリセット線４１１と電気的に接続されている。
【０１２８】
図６の二点鎖線で囲まれた保持容量素子４０９を構成する容量配線４３７は、リセット線４１１に隣接する位置に配置されており、リセット線４１１と略平行に設けられている。なお、容量配線４３７は、図４（Ｂ）に示した共通電位線４１８を兼ねている。
【０１２９】
電源電位線４１９は、信号線４０５と略平行に伸長した状態で配置されている。なお、電源電位線４１９は、ＴＦＴ４２９のソース電極を含む。さらに、ＴＦＴ４２９のゲート電極は、保持容量素子４２３を形成して容量配線４３７と対向する導電膜と、電気的に接続されている。
【０１３０】
セレクト線４１３は、リセット線４１１と同様に、走査線４０３と略平行に延伸した状態で配置されている。なお、セレクト線４１３は、ＴＦＴ４３１のゲート電極を含む。ＴＦＴ４３１のソース電極は、ＴＦＴ４２９のドレイン電極となる導電膜によって構成されている。つまり、図４（Ｂ）に示したようにＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１は、直列に接続されている。また、読み出し線４１５は、電源電位線４１９と同様に、信号線４０５と略平行に伸長した状態で配置される。ＴＦＴ４３１のドレイン電極は、セレクト線４１３と同一の層に設けられた導電膜４３９を介して、読み出し線４１５と電気的に接続されている。
【０１３１】
なお、図６において、同じハッチパターンで示された領域は、全て同一の層に形成されている。例えば、走査線４０３、容量配線４３５、リセット線４１１、容量配線４３７、セレクト線４１３、および導電膜４３９はすべて同一の層であり、すべて同じ材料を用いて同じ工程で形成することができる。
【０１３２】
また、ＴＦＴ４２１、保持容量素子４２３、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、保持容量素子４０９、ＴＦＴ４２９、およびＴＦＴ４３１の配置は、図６に示した配置に限定されず、本実施の形態で説明した等価回路図（図４（Ｂ）参照）をもとに適宜、決めることができる。
【０１３３】
図７（Ａ）は、図６のＣ−Ｄにおける断面図である。図７（Ｂ）は、図６のＥ−Ｆ間における断面図である。また、図６のＣ−ＤおよびＥ−Ｆ上に記してある波線箇所は、図７（Ａ）および図７（Ｂ）の断面図において省略されている箇所である。
【０１３４】
ＴＦＴ４２１は、素子基板１０３上に形成され、ゲート電極７０１、ゲート絶縁膜７０２、半導体層７０８、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂを含む。そして、ＴＦＴ４２１は、ソース電極７０５ａ、ドレイン電極７０５ｂおよび半導体層７０８を覆う絶縁膜７０７が設けられている。なお、素子基板１０３は、絶縁表面を有する。さらに、走査線４０３を形成することで、ゲート電極７０１が形成される。
【０１３５】
点線で示した保持容量素子４２３は、上記したように容量配線４３５とＴＦＴ４２１のドレイン電極７０５ｂを含む導電膜の間に誘電体としてゲート絶縁膜７０２が積層されている。容量配線４３５は、ゲート電極７０１と同一の層であり、同じ工程で形成される。
【０１３６】
図７（Ｂ）において、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、ＴＦＴ４２１と同じシングルゲートおよびボトムゲート構造のＴＦＴである。従って、図７（Ｂ）の点線４２８で囲まれた箇所は、ＴＦＴ４２１と同一の断面構造である。さらに、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、ドレイン電極７２１とリセット線４１１が、開口部７２５にて短絡されている。
【０１３７】
点線で示した保持容量素子４０９は、上記したように容量配線４３７とダイオード接続されたＴＦＴ４２７のソース電極７２３を含む導電膜との間に、誘電体としてゲート絶縁膜７０２が積層されている。
【０１３８】
また、ＴＦＴ４２７およびＴＦＴ４３１においても、ＴＦＴ４２１と同じ断面構造である。さらに、図６に対応して、ＴＦＴ４２７はＴＦＴ４３１と、ＴＦＴ４３１は上記した導電膜４３９および読み出し線４１５と電気的に接続されている。
【０１３９】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、素子基板１０３上に設けられたＴＦＴ４２１および保持容量素子４２３の上に層間絶縁膜７１３が設けられている。層間絶縁膜７１３の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリング法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法など）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷など）、ロールコート、カーテンコート、ナイフコートなどを用いることができる。
【０１４０】
層間絶縁膜７１３は、フォトリソグラフィおよびエッチングで所望の形状に開口されており、開口部において画素電極１５４はドレイン電極７０５ｂと電気的に接続されている。また、対向基板１５２には、共通画素電極１５８が設けられている。画素電極１５４および共通画素電極１５８は、実施の形態２で説明したものを用いて、ＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いて形成することができる。
【０１４１】
層間絶縁膜７１３で、平坦性を高めるとその上に形成される画素電極１５４などの被覆性もよく、かつ液晶１５６のギャップ（膜厚）を均一にすることができるため、より液晶表示装置２００の視認性を向上させ、高画質化が可能になる。
【０１４２】
液晶表示装置２００をカラー表示させる方法としては、カラーフィルタを用いる方法や、フィールドシーケンシャル方式を用いることができる。これらについては、実施の形態２で説明したので、ここでは省略する。
【０１４３】
液晶１５６は、素子基板１０３と対向基板１５２との間に挟持されている。液晶１５６は、実施の形態２で説明したものを用いることができる。液晶１５６を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）や、素子基板１０３と対向基板１５２とを貼り合わせてから毛細管現象などを用いて液晶を注入する方法を用いることができる。また、液晶１５６は、配向膜を用いてラビング工程を行うことにより、配向させやすくなる。
【０１４４】
画素電極１５４と共通画素電極１５８との間の距離（セルギャップ）を一定に保持するためにスペーサ７１５が設けられていている。ここでは、ビーズスペーサを用いているが、絶縁層を選択的にエッチングすることで得られるスペーサ（ポストスペーサ）を用いてもよい。液晶１５６を用いる液晶表示装置において、セルギャップは１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。なお、本明細書においてセルギャップとは、素子基板１０３と対向基板１５２との間で挟持されている液晶領域の縦方向の長さの最大値とする。
【０１４５】
図６および図７に示した画素電極１５４および共通画素電極１５８は、液晶１５６を介して重畳している。しかし、画素電極１５４および共通画素電極１５８の構成は、これに限らない。特に、液晶１５６にブルー相を示す液晶を用いる場合は、図１５および図１７に示したように、画素電極１５４は、共通画素電極１５８と重畳せず、同一の層で互い違いに設ける構成がよい。画素電極１５４および共通画素電極１５８を該構成とすることで、素子基板１０３および対向基板１５２の表面に略平行な方向の電界によってブルー相を示す液晶の光学的変調作用を誘起させて、光の透過または非透過を制御することができる。つまり、液晶表示装置２００にブルー相を示す液晶を用いる場合は、ＩＰＳモードまたはＦＳＳモードに代表される駆動モードとすることが好ましい。
【０１４６】
図１７は、図１５のＸ−Ｙ間の断面図である。開口部７３１は、画素電極１５４と共通画素電極１５８との間に設けられるゲート絶縁膜７０２、絶縁膜７０７、および層間絶縁膜７１３が選択的に除去されて形成されている。開口部７３１には、液晶１５６が充填されている。なお、本実施の形態では開口部７３１は、素子基板１０３に達している例を示しているが、これに限定されない。
【０１４７】
画素電極１５４および共通画素電極１５８の形状は、図１５に示した枝分かれした櫛歯状だけではなく、図１６に示した屈曲部を含む形状であってもよい。なお、図１６において、Ｘ−Ｙ間の断面図は、図１７と同じである。
【０１４８】
なお、図１５乃至図１７では、画素電極１５４および共通画素電極１５８は、同一の層に形成されているが、これに限らず、上記形状の共通画素電極１５８を、対向基板１５２に形成してもよい。さらに、画素電極１５４および共通画素電極１５８に絶縁物からなる突起物を設けてもよい。
【０１４９】
また、画素電極１５４および共通画素電極１５８の形状を、図１５乃至図１７に示した形状とする場合は、実施の形態２で説明した透光性を有する導電性材料の他に、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、タングステンもしくはタンタルなどの金属膜、または該金属膜からなる合金または積層体を用いることができる。
【０１５０】
素子基板１０３の外側（液晶１５６と反対側）には第１の偏光部材１４２および照明部１４０を、対向基板１５２の外側（液晶１５６と反対側）に第２の偏光部材１４６が設けられる（図３参照）。また、第１の偏光部材１４２および第２の偏光部材１４６の他、位相差板（位相差フィルムも含む）、反射防止板（反射防止フィルムも含む）などの光学フィルムなどをさらに設けてもよい。例えば、偏光板および位相差板による円偏光を用いてもよい（図３参照）。
【０１５１】
図１２の上面図は、図６の上面図におけるＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１のそれぞれにバックゲート電極４５０、４５２、４５４、４５６を有している形態を示す。
【０１５２】
ＴＦＴ４２１は、開口された走査線４０３とバックゲート電極４５０が電気的に接続されている。ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、開口されたリセット線４１１とバックゲート電極４５２が電気的に接続されている。ＴＦＴ４２９は、開口されたＴＦＴ４２９のゲート電極とバックゲート電極４５４が電気的に接続されている。ＴＦＴ４３１は、開口されたセレクト線４１３とバックゲート電極４５６が電気的に接続されている。なお、バックゲート電極４５０、４５２、４５４、４５６は、それぞれ独立に引き回す構成としてもよく、さらに、それぞれのＴＦＴのソース電極およびドレイン電極と重畳する構成としてもよい。
【０１５３】
図１２におけるＣ−ＤおよびＥ−Ｆの断面図を、図１３に示す。図１３の断面図は、図７の断面図と比較して、ＴＦＴ４２１およびダイオード接続されたＴＦＴ４２７に、それぞれバックゲート電極４５０およびバックゲート電極４５２が設けられている。このように、デュアルゲート構造とすることで、閾値電圧の制御が可能で、オン電流を向上させることができる。
【０１５４】
また、図１２および図１３における他の構成は、図６および図７と同様である。
【０１５５】
次に、同一の基板上に同一の工程で形成される、実施の形態１の光電変換素子と、表示装置の画素トランジスタの作製方法について説明する。本実施の形態において、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１はすべて同じ構造のＴＦＴであるため、ここでは、ＴＦＴ４２１およびダイオード接続されたＴＦＴ４２７を例に説明する。なお、以下の説明において、上記にて付した符号と同一のもの（層又は膜）については、同一の符号を付する。
【０１５６】
まず、基板８０１上にゲート電極７０１を形成し、ゲート電極７０１を覆ってゲート絶縁膜７０２を形成する（図８（Ａ）参照）。なお、本実施の形態では基板８０１は、素子基板１０３に相当する。
【０１５７】
基板８０１は、絶縁性基板である。基板８０１として、例えば、ガラス基板または石英基板を用いることができる。本実施の形態においては、ガラス基板を用いる。基板８０１がマザーガラスである場合には、第１世代（例えば、３２０ｍｍ×４００ｍｍ）〜第１０世代（例えば、２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）のものを用いればよいが、これに限定されるものではない。
【０１５８】
ゲート電極７０１は、例えば、導電膜（例えば金属膜、または一導電型の不純物元素が添加された半導体膜など）を形成し、該導電膜上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いてエッチングを行うことで形成すればよい。または、インクジェット法などを用いて形成してもよい。なお、ゲート電極７０１となる導電膜は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば、Ｔｉ層によりＡｌ層を挟持した３層の積層構造とする。なお、ゲート電極７０１は、少なくとも走査線４０３を構成する。
【０１５９】
ゲート絶縁膜７０２は、絶縁性材料（例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは酸化シリコンなど）により形成すればよい。なお、ゲート絶縁膜７０２は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層が積層された２層の積層構造とする。
【０１６０】
なお、「窒化酸化シリコン」とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）および水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。
【０１６１】
なお、「酸化窒化シリコン」とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ＲＢＳおよびＨＦＳを用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。
【０１６２】
ただし、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコンおよび水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【０１６３】
次に、ゲート絶縁膜７０２上に第１の半導体膜８０５と、第２の半導体膜８０７と、不純物半導体膜８０９と、を形成する（図８（Ｂ）参照）。
【０１６４】
第１の半導体膜８０５は、キャリア移動度の高い半導体材料により形成するとよい。キャリア移動度の高い半導体材料として、例えば、複数の結晶領域を有する半導体が挙げられる。例えば、上記したように微結晶半導体または多結晶半導体が挙げられる。しかし、多結晶シリコンに代表される多結晶半導体は、その作製工程としてレーザアニール技術が必要とされるが、該レーザアニール技術はレーザビームの照射面積が小さく、生産性に乏しい。それゆえ、大型表示装置に用いる半導体材料としては適しておらず、本明細書で開示する表示装置に用いる半導体材料としても好適とはいえない。そこで、多結晶半導体よりも生産性が高いとされる微結晶半導体を半導体材料として用いることで、生産性の向上を図ることができる。微結晶半導体とは、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体をいう。
【０１６５】
微結晶半導体は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な半導体であり、結晶粒径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の柱状または針状の結晶粒が基板表面に対して法線方向に成長している半導体である。このため、柱状または針状の結晶粒の界面には、粒界が形成されることもある。なお、ここでの結晶粒径は、基板表面に対して平行な面における結晶粒の最大直径をいう。また、結晶粒は、非晶質半導体領域と、単結晶とみなせる微小結晶である結晶子を有する。また、結晶粒は双晶を有する場合もある。
【０１６６】
微結晶半導体の一である微結晶シリコンでは、そのラマンスペクトルのピークが単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。すなわち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１とアモルファスシリコンを示す４８０ｃｍ−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＮｅなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。
【０１６７】
また、微結晶シリコンは、非晶質シリコンと同様の方法で作製でき、さらに、その導電性から、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１に用いることで、そのオン電流を向上させることができる。さらに、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７に微結晶シリコンを用いることで、蛍光灯のなどの外光に対して光感度が弱いため、蛍光灯のなどの外光の影響を受けにくくすることができる。そして、微結晶シリコンを用いたＴＦＴは、プラスゲートバイアスおよび熱ストレスに対する信頼性が良好であり、劣化の小さいＴＦＴとすることができる。従って、微結晶シリコンを用いたＴＦＴを液晶表示装置２００に用いることで、信頼性の高い表示装置とすることができる。
【０１６８】
また、第１の半導体膜８０５に含まれる酸素および窒素の濃度（二次イオン質量分析法による測定値）を、１×１０１８ｃｍ−３未満とすると、第１の半導体膜８０５の結晶性を高めることができる。
【０１６９】
第２の半導体膜８０７は、バッファ層として機能するためキャリア移動度の低い半導体材料により形成するとよく、好ましくは、非晶質半導体と微小半導体結晶粒を有し、従来の非晶質半導体と比較して、一定光電流法（ＣＰＭ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）やフォトルミネッセンス分光測定で測定されるＵｒｂａｃｈ端のエネルギーが小さく、欠陥吸収スペクトル量が少ない半導体膜である。すなわち、このような半導体膜は、従来の非晶質半導体膜と比較して欠陥が少なく、価電子帯のバンド端（移動度端）における準位のテイル（裾）の傾きが急峻である秩序性の高い半導体膜である。なお、本明細書において、このような半導体層を「非晶質半導体を含む膜」または「非晶質半導体を含む層」と記載することとする。
【０１７０】
第２の半導体膜８０７は、「非晶質半導体を含む膜」、ハロゲンを含有する「非晶質半導体を含む膜」、または窒素を含有する「非晶質半導体を含む膜」、最も好ましくはＮＨ基もしくはＮＨ２基を含有する「非晶質半導体を含む膜」とするとよい。ただし、これらに限定されない。
【０１７１】
第１の半導体膜８０５と第２の半導体膜８０７の界面領域は、微結晶半導体領域、および当該微結晶半導体領域の間に充填される非晶質半導体領域を有する。具体的には、第１の半導体膜８０５から錐形状に伸びた微結晶半導体領域と、第２の半導体膜８０７と同様の「非晶質半導体を含む膜」と、で構成される。
【０１７２】
第２の半導体膜８０７を、例えば、「非晶質半導体を含む膜」、ハロゲンを含有する「非晶質半導体を含む膜」、または窒素を含有する「非晶質半導体を含む膜」、またはＮＨ基もしくはＮＨ２基を含有する「非晶質半導体を含む膜」とすると、トランジスタのオフ電流を低減することができる。また、上記の界面領域において、錐形状の微結晶半導体領域を有するため、縦方向（膜厚方向）の抵抗、すなわち、第２の半導体膜８０７と、不純物半導体膜８０９により構成されるソース領域またはドレイン領域と、の間の抵抗を低くすることができ、ＴＦＴのオン電流を高めることができる。
【０１７３】
上記の微結晶半導体領域は、ゲート絶縁膜７０２から第２の半導体膜８０７に向かって先端が細くなる錐形状の結晶粒により大部分が構成されているとよい。または、ゲート絶縁膜７０２から第２の半導体膜８０７に向かって幅が広がる結晶粒により大部分が構成されていてもよい。
【０１７４】
なお、上記の界面領域は、窒素、特にＮＨ基もしくはＮＨ２基を含有することが好ましい。これは、微結晶半導体領域に含まれる結晶の界面、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域の界面において、窒素、特にＮＨ基もしくはＮＨ２基がシリコン原子のダングリングボンドと結合すると、欠陥を低減させ、キャリアが流れやすくなるためである。このため、窒素、好ましくはＮＨ基もしくはＮＨ２基を１×１０２０ｃｍ−３乃至１×１０２１ｃｍ−３とすることで、シリコン原子のダングリングボンドを窒素、好ましくはＮＨ基もしくはＮＨ２基で架橋しやすくなり、キャリアが流れやすくなる。この結果、結晶粒界や欠陥におけるキャリアの移動を促進する結合ができ、上記の界面領域のキャリア移動度が向上する。そのため、ＴＦＴの電界効果移動度が向上する。
【０１７５】
なお、上記の界面領域の酸素濃度を低減させることにより、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域の界面または結晶粒間の界面における欠陥を低減させ、キャリアの移動を阻害する結合を低減させることができる。
【０１７６】
ここで、ゲート絶縁膜７０２の界面から第２の半導体膜８０７の段差部の先端までの距離を５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることで、ＴＦＴのオン電流を効果的に向上させることができる。
【０１７７】
不純物半導体膜８０９は、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体により形成する。ＴＦＴがｎ型である場合には、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体として、例えば、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を添加したシリコンが挙げられる。なお、不純物半導体膜８０９は非晶質半導体により形成してもよいし、微結晶半導体などの結晶性半導体により形成してもよい。
【０１７８】
不純物半導体膜８０９を非晶質半導体により形成する場合には、堆積性ガスの流量に対する希釈ガスの流量を１倍以上１０倍以下、好ましくは１倍以上５倍以下とすればよい。不純物半導体膜８０９を結晶性半導体により形成する場合には、堆積性ガスの流量に対する希釈ガスの流量を１０倍以上２０００倍以下、好ましくは５０倍以上２００倍以下とすればよい。
【０１７９】
次に、不純物半導体膜８０９上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて第１の半導体膜８０５と、第２の半導体膜８０７と、不純物半導体膜８０９と、をエッチングすることで、薄膜積層体８１１を形成し、ゲート絶縁膜７０２および薄膜積層体８１１上に導電膜８１３を形成する（図８（Ｃ）参照）。
【０１８０】
なお、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７は、導電膜８１３を形成する前に、レジストマスクを用いてエッチングを行い、ゲート絶縁膜７０２を開口した後に、導電膜８１３を形成することで、作製できる。（図７（Ｂ）参照）。さらに、本工程を行うことで、ＴＦＴ４３１は、導電膜４３９を介して読み出し線４１５と電気的に接続させることができる（図６参照）。保持容量素子４０９およびＴＦＴ４２９を電気的に接続させることができる（図６参照）。
【０１８１】
導電膜８１３は、ゲート電極７０１と同様に、導電性材料（例えば金属、または一導電型の不純物元素が添加された半導体など）により形成すればよい。なお、導電膜８１３は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば、Ｔｉ層によりＡｌ層を挟持した３層の積層構造として形成する。
【０１８２】
なお、ここで、薄膜積層体８１１の側壁に対して絶縁化処理を行うことが好ましい。なぜなら、完成したＴＦＴの第１の半導体膜８０５からなる領域と導電膜８１３が接するとオフ電流が増大してしまうためである。ここで絶縁化処理としては、薄膜積層体８１１の側壁を酸素プラズマもしくは窒素プラズマに曝す処理、または薄膜積層体８１１の側壁が露出された状態で絶縁膜を形成し、該絶縁膜を異方性の高いエッチング方法により基板８０１の表面に垂直な方向にエッチングを行うことで薄膜積層体８１１の側壁に接してサイドウォール絶縁層を形成する処理が挙げられる。
【０１８３】
次に、導電膜８１３上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて導電膜８１３をエッチングすることで、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂを形成する。更には、当該工程で、薄膜積層体８１１の上部をもエッチングして、半導体層７０８を形成してもよい。または、当該レジストマスクを除去した後に、第２の導電層１１２をマスクとして用いてエッチングを行うことで半導体層７０８を形成してもよい。その後、これらを覆って絶縁膜７０７を形成する（図８（Ｄ）参照）。なお、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂは、少なくとも信号線４０５を構成する。
【０１８４】
なお、ＴＦＴ４２１、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７、ＴＦＴ４２９およびＴＦＴ４３１をデュアルゲート構造のＴＦＴとする際は、ゲート電極７０１と同様に、導電性材料（例えば金属、または一導電型の不純物元素が添加された半導体など）を用いて、絶縁膜７０７上にバックゲート電極を形成すればよい（図１４参照）。しかし、ダイオード接続されたＴＦＴ４２７だけは、光電変換素子として機能するため、透光性を有する導電性材料で形成する必要がある。なお、透光性を有する導電性材料としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などが挙げられる。
【０１８５】
以上より、本発明の一態様である表示装置を作製することができる。なお、本実施の形態は他の実施の形態に適用することが可能である。
【実施例１】
【０１８６】
本実施例では、本発明の一態様である表示装置の画素に含まれるＴＦＴの電気特性、および該ＴＦＴを用いた光電変換素子の電気特性について説明する。
【０１８７】
はじめに、上記ＴＦＴの作製工程について図８および図１４を参照して説明する。
【０１８８】
まず、基板８０１上に、下地絶縁膜（ここでは図示しない。）を形成し、下地絶縁膜上にゲート電極７０１を形成した。
【０１８９】
ここでは、基板８０１として、ガラス基板（コーニング製ＥＡＧＬＥ ＸＧ）を用いた。
【０１９０】
ゲート電極７０１は、アルミニウム層をチタン層により挟持した構造とした。具体的には、まず、チタンターゲットおよびアルゴンイオン用いたスパッタリング法により、厚さ５０ｎｍの第１のチタン膜を下地絶縁膜上に形成した。このとき、導入するアルゴンの流量は２０ｓｃｃｍとし、処理室内の圧力は０．１Ｐａ、印加する電力は１２ｋＷ、温度は室温とした。そして、その上にアルミニウムターゲットおよびアルゴンイオンを用いたスパッタリング法により、厚さ１００ｎｍのアルミニウム膜を形成した。このとき、導入するアルゴンの流量は５０ｓｃｃｍとし、処理室内の圧力は０．４Ｐａ、印加する電力は４ｋＷ、温度は室温とした。そして、その上にチタンターゲットおよびアルゴンイオンを用いたスパッタリング法により、厚さ５０ｎｍの第２のチタン膜を形成した。第２のチタン膜は第１のチタン膜と同様の方法で形成した。つまり、導入するアルゴンの流量は２０ｓｃｃｍとし、処理室内の圧力は０．１Ｐａ、印加する電力は１２ｋＷ、温度は室温とした。
【０１９１】
次に、チタン膜上にレジストを塗布し、第１のフォトマスクを用いて露光した後、現像してレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いてエッチングして、ゲート電極７０１を形成した。ここでは、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）装置を用いて２段階のエッチングを行った。すなわち、ＩＣＰパワー６００Ｗ、バイアスパワー２５０Ｗ、エッチングガスとして三塩化ホウ素を流量６０ｓｃｃｍで導入し、塩素を流量２０ｓｃｃｍで導入して、処理室内の圧力を１．２Ｐａとし、第１のエッチングを行った後、ＩＣＰパワー５００Ｗ、バイアスパワー５０Ｗ、圧力２．０Ｐａ、エッチングガスとして四フッ化炭素を流量８０ｓｃｃｍで導入して処理室内の圧力を２．０Ｐａとし、第２のエッチングを行った。その後、当該レジストマスクを除去した。
【０１９２】
次に、ゲート電極７０１および下地絶縁膜上に、ゲート絶縁膜７０２を形成した後、ゲート絶縁膜７０２にプラズマ処理を行った。
【０１９３】
本実施例では、ゲート絶縁膜７０２として、厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によって堆積させて形成した後、プラズマ処理を行った。窒化シリコン膜の堆積は、シランの流量を１５ｓｃｃｍ、水素の流量を２００ｓｃｃｍ、窒素の流量を１８０ｓｃｃｍ、アンモニアの流量を５００ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１００Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を２００Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、ゲート絶縁膜７０２の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔（ギャップ）を３０ｍｍとした。
【０１９４】
形成した窒化シリコン膜へのプラズマ処理は、一酸化二窒素の流量を４００ｓｃｃｍとして処理室内に導入し、処理室内の圧力を６０Ｐａとして安定させ、電力を３００Ｗとして３分間のプラズマ放電を行った。なお、上記プラズマ処理は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を３０ｍｍとした。
【０１９５】
ここまでの工程で得られた構成を図８（Ａ）に示す。
【０１９６】
次に、第１の半導体膜８０５を形成する前に、厚さ５ｎｍの種結晶をゲート絶縁膜７０２上に、プラズマＣＶＤ法で形成した。種結晶の堆積は、シランの流量を６ｓｃｃｍ、水素の流量を７５０ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を５３２Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を２５０Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、種結晶の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極の温度を２５０℃、下部電極の温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を１５ｍｍとした。
【０１９７】
次いで、ゲート絶縁膜７０２および種結晶の上に、厚さ６５ｎｍの第１の半導体膜８０５をプラズマＣＶＤ法にて形成した。第１の半導体膜８０５の堆積は、シランの流量を１．８ｓｃｃｍ、水素の流量を７５０ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を５０００Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を１２５Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、第１の半導体膜８０５の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極の温度を２５０℃、下部電極の温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を７ｍｍとした。
【０１９８】
次に、第１の半導体膜８０５上に厚さ８０ｎｍの第２の半導体膜８０７を形成し、第２の半導体膜８０７上に厚さ５０ｎｍの不純物半導体膜８０９を形成した。第２の半導体膜８０７および不純物半導体膜８０９は、プラズマＣＶＤ法によって堆積させて形成した。
【０１９９】
第２の半導体膜８０７の堆積は、シランの流量を２０ｓｃｃｍ、１０００ｐｐｍアンモニア（水素希釈）の流量を５０ｓｃｃｍ、水素の流量を７００ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を３５０Ｐａとし、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を６０Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、第２の半導体膜８０７の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を２５ｍｍとした。
【０２００】
また、第１の半導体膜８０５から錐形状に伸びた微結晶半導体領域は、第１の半導体膜８０５上に第２の半導体膜８０７を堆積させることで形成した。
【０２０１】
不純物半導体膜８０９としては、リンが添加されたアモルファスシリコン膜を形成した。不純物半導体膜８０９の堆積は、シランの流量を８０ｓｃｃｍ、５％ホスフィン（シラン希釈）の流量を５０ｓｃｃｍ、水素の流量を７５０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１２５０Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を６０Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、不純物半導体膜８０９の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を１５ｍｍとした。
【０２０２】
ここまでの工程で得られた構成を図８（Ｂ）に示す。
【０２０３】
次に、不純物半導体膜８０９上にレジストを塗布した後、第２のフォトマスクを用いて露光し、現像してレジストマスクを形成した、当該レジストマスクを用いて、第１の半導体膜８０５、第１の半導体膜８０５から錐形状に伸びた微結晶半導体領域、第２の半導体膜８０７、および不純物半導体膜８０９をエッチングして、薄膜積層体８１１を形成した。
【０２０４】
エッチングを行うにあたり、本実施例では、ＩＣＰ装置を用いて、ＩＣＰパワー４５０Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、エッチングガスとして三塩化ホウ素を流量３６ｓｃｃｍ、四フッ化炭素を３６ｓｃｃｍ、酸素を８ｓｃｃｍで導入し、処理室内の圧力を２Ｐａとしてエッチングを行った。
【０２０５】
その後、酸素プラズマ処理を行い、薄膜積層体８１１の側壁に酸化膜を形成した後、第２のフォトマスクを用いて形成したレジストマスクを除去した。
【０２０６】
酸素プラズマ処理は、酸素の流量を１００ｓｃｃｍとして導入して処理室内の圧力を０．６７Ｐａとして安定させ、基板温度を−１０℃とし、ソースパワーを２０００Ｗ、バイアスパワーを３５０Ｗでプラズマ放電を行った。なお、該酸素プラズマ処理は、ＩＣＰ装置を用いて行った。
【０２０７】
次に、ゲート絶縁膜７０２、薄膜積層体８１１を覆って導電膜８１３を形成した。ここまでの工程で得られた構成を図８（Ｃ）に示す。
【０２０８】
本実施例では、導電膜８１３は、アルミニウム膜をチタン膜により挟持した積層膜とし、ゲート電極７０１と同様に形成した。ただし、第１のチタン膜の厚さを５０ｎｍとし、アルミニウム膜の厚さを２００ｎｍとし、第２のチタン膜の厚さを５０ｎｍとした。
【０２０９】
次に、導電膜８１３上にレジストを塗布した後、第３のフォトマスクを用いて露光し、現像してレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて導電膜８１３をドライエッチングして、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂを形成すると同時に、薄膜積層体８１１を一部エッチングし、半導体層７０８を形成した。
【０２１０】
本工程では、ＩＣＰ装置を用いて、ＩＣＰパワー４５０Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、エッチングガスとして三塩化ホウ素を流量６０ｓｃｃｍで導入し、塩素を２０ｓｃｃｍで導入し、処理室内の圧力を１．９Ｐａとしてエッチングを行った。なお、薄膜積層体８１１の表面から１５０ｎｍをエッチングした。
【０２１１】
次に、半導体層７０８の表面を水プラズマ処理し、半導体層７０８表面に残留する不純物を除去した。本工程では、パワー１８００Ｗとして水蒸気を流量３００ｓｃｃｍで導入し、処理室内の圧力を６６．５Ｐａとして水プラズマ処理を行った。
【０２１２】
次に、絶縁膜７０７として、厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。絶縁膜７０７の堆積は、シランの流量を２０ｓｃｃｍ、アンモニアの流量を２２０ｓｃｃｍ、窒素の流量を４５０ｓｃｃｍ、水素の流量を４５０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入し、処理室内の圧力を１６０Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を２００Ｗとしてプラズマ放電を行った。なお、絶縁膜７０７の堆積は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とし、上部電極と下部電極との間隔を２１ｍｍとした。
【０２１３】
ここまでの工程で得られた構成を図８（Ｄ）に示す。
【０２１４】
絶縁膜７０７上にレジストを塗布した後、第４のフォトマスクを用いて露光し、現像してレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて絶縁膜７０７の一部及びゲート絶縁膜７０２の一部の一方又は双方をドライエッチングして、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂ、ならびにゲート電極７０１を露出させた。その後、当該レジストマスクを除去した。なお、ゲート電極７０１、ソース電極７０５ａおよびドレイン電極７０５ｂを露出させたドライエッチングは、ＩＣＰ装置にてＣＨＦ３ガスおよびＨｅガスを用いて行った。
【０２１５】
次に、絶縁膜７０７上に導電膜を形成した後、該導電膜上にレジストを塗布し、第５のフォトマスクを用いて露光し、現像してレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて導電膜の一部をウェットエッチングして、バックゲート電極４５０を形成した。ここでは、導電膜として、スパッタリング法により厚さ５０ｎｍのインジウム錫酸化物膜を形成した後、ウェットエッチングによりバックゲート電極４５０を形成した。なお、ここでは図示しないが、バックゲート電極４５０は、ゲート電極７０１と接続されている。その後、当該レジストマスクを除去した。
【０２１６】
ここまでの工程で得られた構成を図１４に示す。
【０２１７】
以上の工程により、本発明の一態様である表示装置の画素に含まれるＴＦＴ（ＴＦＴ１と示す。）を作製した。
【０２１８】
図９に、本実施例で説明したＴＦＴ１の電気特性を測定した結果を示す。図９に示す電気特性は、ドレイン電圧（Ｖｄ）を１０Ｖとし、ゲート電圧（Ｖｇ）を−３０Ｖから３０Ｖまでとした際の、ドレイン電流（Ｉｄ：［Ａ］）および電界効果移動度（μＦＥ：［ｃｍ２／Ｖｓ］）の値を測定した結果である。また、本実施例のＴＦＴ１のチャネル長を３．２μｍ、チャネル幅を２０．１μｍ、ゲート絶縁膜の厚さを３００ｎｍ、平均誘電率を７．０として電界効果移動度を計算した。なお、「ドレイン電圧（Ｖｄ）」とは、ソースを基準としたドレインおよびソースの電位差である。
【０２１９】
図９より、本発明の一態様である表示装置の画素に含まれるスイッチング素子のＴＦＴ１は、高いオン電流を有していることから、画素に対するスイッチング素子のサイズを小さくすることができ、結果として、画素の開口率を向上させることができる。
【実施例２】
【０２２０】
次に、本発明の一態様である表示装置に含まれる光電変換素子の電気特性について説明する。本実施例では、上記ＴＦＴ１のゲート電極およびドレイン電極に印加される電位を同一として測定することにより、上記ＴＦＴ１の光電変換素子としての電気特性を評価した。
【０２２１】
また、光電変換素子の電気特性は、該光電変換素子および保持容量素子を含む回路において、蛍光灯下で出力される電位と、該光電変換素子にレーザポインタのレーザ光を照射した場合で出力される電圧と、を測定した。
【０２２２】
次いで、測定に用いた光電変換素子および保持容量素子を含む回路について図１０を用いて説明する。
【０２２３】
図１０において、ダイオード接続されたＴＦＴ８００、充電放電制御素子８０２および抵抗素子８０４はＴＦＴ１である。なお、ダイオード接続されたＴＦＴ８００は、ゲート電極およびドレイン電極に印加する電位を同一としたＴＦＴ１に相当する。保持容量素子８０６は、ダイオード接続されたＴＦＴ８００、充電放電制御素子８０２および抵抗素子８０４と同時に形成され、ゲート電極７０１および導電膜８１３の間に誘電体としてゲート絶縁膜７０２が設けられた容量素子である。なお、抵抗素子８０４は抵抗値を制御する電位Ｖｓｆが入力される。保持容量素子８０６および抵抗素子８０４は基準電位Ｖｓｓに接続されている。
【０２２４】
そして、図１０に示した回路のリセット電位およびセレクト電位のタイミングチャートは、図５に示したものと同様である。つまり、ダイオード接続されたＴＦＴ８００にリセット電位がＨｉｇｈ電位になると、充電放電制御素子８０２を介して、保持容量素子８０６は電源電位（ＶＤＤ）と同電位になる。この一連の動作を、本実施例では、充電と記載する。ダイオード接続されたＴＦＴ８００にリセット電位がＬｏｗ電位となると、保持容量素子８０６に生じる一定の電位（充電放電制御素子８０２のＶｇｓ）に対応して、電位が出力される。ここで、出力される電位は、実施の形態３で説明した読み出し線の電位に相当するため、Ｖｏｕｔとする。この一連の動作を、本実施例では、放電と記載する。この放電の際、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に光が照射されることにより、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に逆飽和電流が発生し、その逆飽和電流に対応して、Ｖｏｕｔが変化する。そこで、本実施例では、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に光を照射する場合としない場合において、Ｖｏｕｔを測定した。なお、本実施例では、ダイオード接続されたＴＦＴ８００にレーザポインタのレーザ光を照射しない場合と、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に赤のレーザ光（波長：６５０ｎｍ）または緑のレーザ光（波長は：５３２ｎｍ）を照射する場合について測定した。いずれの場合も１０００ルクスの蛍光灯のもとで測定を行った。
【０２２５】
図１１（Ａ）は、ＶＤＤを１０Ｖとし、充電期間および放電期間を１０秒としてＶｏｕｔを測定した結果である。横軸は、充電および放電期間であり、縦軸は、Ｖｏｕｔである。
【０２２６】
実線（ａ）は、ダイオード接続されたＴＦＴ８００にレーザポインタのレーザ光を照射しない場合の出力電位変化である。点線（ｂ）は、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に緑のレーザ光を照射した場合の出力電位変化である。実線（ｃ）は、ダイオード接続されたＴＦＴ８００に赤のレーザ光を照射した場合の出力電位変化である。
【０２２７】
図１１（Ａ）より、ダイオード接続されたＴＦＴ８００にレーザポインタのレーザ光を照射しない場合にくらべて、赤のレーザ光または緑のレーザ光を照射する場合は、Ｖｏｕｔの変化が大きいと確認された。つまり、赤のレーザ光または緑のレーザ光を照射する場合は、短い放電期間で、Ｖｏｕｔが低下することが確認された。
【０２２８】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の横軸の１０秒から１１秒の範囲においての拡大図である。図１１（Ｂ）より、赤のレーザ光を照射する場合は、０．４秒ほどで、Ｖｏｕｔが０Ｖ近くまで低下した。従って、ダイオード接続されたＴＦＴ８００は、赤色のレーザ光に対して非常に感度が高いことが確認できた。ゆえに、ＴＦＴ１は非常に感度の高い光電変換素子として機能する。
【０２２９】
以上より、複数の結晶領域を有する半導体を含むＴＦＴは、本発明の一態様である表示装置の画素に含まれるスイッチング素子および光電変換素子に用いることができる。
【符号の説明】
【０２３０】
１００ 表示装置
１０２ 表示部
１０３ 素子基板
１０４ 駆動部
１０５ 信号線駆動回路
１０６ 受光部
１０７ 走査線駆動回路
１０８ 情報処理部
１１０ 光ポインティング装置
１１４ 表示画面
１１８ 操作機能
１２０ 操作機能
１２６ 指示点
１２２ 電源ボタン
１２４ 射出ボタン
１２７ 表示画面
１２８ パーソナルコンピュータ
１３０ 通信ケーブル
１４０ 照明部
１４２ 第１の偏光部材
１４４ 液晶パネル
１４６ 第２の偏光部材
１４８ ＴＦＴ素子部
１５０ 液晶素子部
１５２ 対向基板
１５４ 画素電極
１５６ 液晶
１５８ 共通画素電極
１６２ 発光素子部
１６３ 有機化合物層
１６４ 充填材
１６６ 隔壁
２００ 液晶表示装置
３００ ＥＬ表示装置
４０５ 信号線
４０３ 走査線
４０９ 保持容量素子
４１１ リセット線
４１３ セレクト線
４１５ 読み出し線
４１７ 共通電位線
４１８ 共通電位線
４１９ 電源電位線
４２１ ＴＦＴ
４２３ 保持容量素子
４２５ 液晶素子
４２７ ＴＦＴ
４２９ ＴＦＴ
４３１ ＴＦＴ
４３５ 容量配線
４３７ 容量配線
４３９ 導電膜
４５０ バックゲート電極
４５２ バックゲート電極
４５４ バックゲート電極
４５６ バックゲート電極
７０１ ゲート電極
７０２ ゲート絶縁膜
７０５ａ ソース電極
７０５ｂ ドレイン電極
７０７ 絶縁膜
７０８ 半導体層
７１３ 層間絶縁膜
７２１ ドレイン電極
７２３ ソース電極
７２５ 開口部
７３１ 開口部
８００ ＴＦＴ
８０１ 基板
８０２ 充電放電制御素子
８０４ 抵抗素子
８０５ 第１の半導体膜
８０６ 保持容量素子
８０７ 第２の半導体膜
８０９ 不純物半導体膜
８１１ 薄膜積層体
８１３ 導電膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素がマトリクス状に配列された表示部と、
前記表示部に画像情報を伝送する駆動部と、
前記表示部に設けられ、且つレーザ光を検出する受光部と、
前記受光部で検出する前記レーザ光の位置を解析し、前記位置に基づいて前記画像情報を操作し、前記操作に基づいた前記画像情報とは異なる画像情報を前記駆動部に伝送する情報処理部を有し、
前記表示部の前記複数の画素はそれぞれ薄膜トランジスタを有し、
前記受光部は複数の光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路を有し、
前記薄膜トランジスタおよび前記複数の光電変換素子は、同一の基板に設けられていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光電変換素子の数は、前記画素の数よりも少ないことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記薄膜トランジスタは、前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、且つ複数の結晶領域を有する半導体膜と、
前記複数の結晶領域を有する半導体膜上に形成された一対の非晶質半導体領域と、
前記一対の非晶質半導体領域の上に形成された不純物半導体膜と、
前記不純物半導体膜上に形成されたドレイン電極およびソース電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記薄膜トランジスタは、前記基板上に形成された第１のゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された第１のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、且つ複数の結晶領域を有する半導体膜と、
前記複数の結晶領域を有する半導体膜上に形成される一対の非晶質半導体領域と、
前記一対の非晶質半導体領域の上に形成された不純物半導体膜と、
前記不純物半導体膜上に形成されたドレイン電極およびソース電極と、
前記ドレイン電極、前記ソース電極、前記複数の結晶領域を有する半導体膜、および前記第１のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記光電変換素子は、前記薄膜トランジスタと略同一の構造を有するものであって、前記ゲート電極および前記ドレイン電極が短絡されており、且つ前記複数の結晶領域を有する半導体膜で光電変換することを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記光電変換素子は、前記薄膜トランジスタと略同一の構造を有するものであって、前記第１のゲート電極および前記ドレイン電極が短絡されており、且つ前記複数の結晶領域を有する半導体膜で光電変換することを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、
前記光電変換素子は、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長より６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長に対して光感度が強いことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記情報処理部は、前記レーザ光の連続的に変化する位置を解析し、前記位置に基づいて前記画像情報を操作し、前記操作に基づいた前記画像情報とは異なる画像情報を前記駆動部に伝送する情報処理部を有する表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記レーザ光の位置または前記レーザ光の連続的に変化する位置は、別添された光ポインティング装置により指示されることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記光ポインティング装置は、１つの波長または複数の波長の可視光を射出することを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記表示部は、液晶素子を含む表示部であることを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記表示部は、エレクトロルミネセンス素子を含む表示部であることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
複数の画素がマトリクス状に配列された表示部と、
前記表示部に画像情報を伝送する駆動部と、
前記表示部に設けられ、且つレーザ光を検出する受光部と、
前記受光部で検出する前記レーザ光の位置を解析し、前記位置に基づいて前記画像情報を操作し、前記操作に基づいた前記画像情報とは異なる画像情報を前記駆動部に伝送する情報処理部を有し、
前記表示部の前記複数の画素はそれぞれ薄膜トランジスタを有し、
前記受光部は複数の光電変換素子、走査回路、リセット回路および読み出し回路を有し、
前記薄膜トランジスタおよび前記複数の光電変換素子は、同一の基板に設けられていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光電変換素子の数は、前記画素の数よりも少ないことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記薄膜トランジスタは、前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、且つ複数の結晶領域を有する半導体膜と、
前記複数の結晶領域を有する半導体膜上に形成された一対の非晶質半導体領域と、
前記一対の非晶質半導体領域の上に形成された不純物半導体膜と、
前記不純物半導体膜上に形成されたドレイン電極およびソース電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記薄膜トランジスタは、前記基板上に形成された第１のゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された第１のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、且つ複数の結晶領域を有する半導体膜と、
前記複数の結晶領域を有する半導体膜上に形成される一対の非晶質半導体領域と、
前記一対の非晶質半導体領域の上に形成された不純物半導体膜と、
前記不純物半導体膜上に形成されたドレイン電極およびソース電極と、
前記ドレイン電極、前記ソース電極、前記複数の結晶領域を有する半導体膜、および前記第１のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記光電変換素子は、前記薄膜トランジスタと略同一の構造を有するものであって、前記ゲート電極および前記ドレイン電極が短絡されており、且つ前記複数の結晶領域を有する半導体膜で光電変換することを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記光電変換素子は、前記薄膜トランジスタと略同一の構造を有するものであって、前記第１のゲート電極および前記ドレイン電極が短絡されており、且つ前記複数の結晶領域を有する半導体膜で光電変換することを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、
前記光電変換素子は、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長より６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長に対して光感度が強いことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記情報処理部は、前記レーザ光の連続的に変化する位置を解析し、前記位置に基づいて前記画像情報を操作し、前記操作に基づいた前記画像情報とは異なる画像情報を前記駆動部に伝送する情報処理部を有する表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記レーザ光の位置または前記レーザ光の連続的に変化する位置は、別添された光ポインティング装置により指示されることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記光ポインティング装置は、１つの波長または複数の波長の可視光を射出することを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記表示部は、液晶素子を含む表示部であることを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記表示部は、エレクトロルミネセンス素子を含む表示部であ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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１３７７５３（Ｐ２０１２−１３７７５３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６７８４４（Ｐ２０１１−２６７８４４）
【出願日】平成２３年１２月７日（２０１１．１２．７）
【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２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月７日（２０１１．１２．７）
【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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