電子機器及び電子システム
【課題】使用者が、場所を選ばず情報を閲覧、さらには画面に表示されたキーボードに直接またはスタイラスペンなどを用いて間接的に触れることにより情報を入力でき、その入力情報を利用することができる新規の電子機器を提供することを課題の一とする。
【解決手段】同一基板上に反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、フォトセンサとを有し、表示部の第１画面領域に表示するタッチ入力ボタンを静止画として表示し、表示部の第２画面領域に動画として出力表示する。表示部に表示される画像が静止画である場合と、動画である場合とで異なる信号供給を表示部の表示素子に行う映像信号処理部を有し、静止画を書き込んだ後に表示素子制御回路を非動作とすることで、消費電力の節約ができる。
【解決手段】同一基板上に反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、フォトセンサとを有し、表示部の第１画面領域に表示するタッチ入力ボタンを静止画として表示し、表示部の第２画面領域に動画として出力表示する。表示部に表示される画像が静止画である場合と、動画である場合とで異なる信号供給を表示部の表示素子に行う映像信号処理部を有し、静止画を書き込んだ後に表示素子制御回路を非動作とすることで、消費電力の節約ができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
トランジスタで構成された回路を有する電子機器および電子システムに関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子書籍等の表示装置の開発が活発に進められている。特に、メモリ性を有する表示素子を用いて、画像を表示する技術は、消費電力の削減に大きく貢献するため、活発に開発が進められている（特許文献１）。
【０００３】
また、タッチセンサを搭載した表示装置が注目されている。タッチセンサを搭載した表示装置は、タッチパネル又はタッチスクリーンなどと呼ばれている（以下、これを単に「タッチパネル」とも呼ぶ）。また、光方式のタッチセンサを搭載した表示装置が、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６７９８２号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
使用者が、場所を選ばず情報を閲覧、さらには画面に表示されたキーボードに直接触れる、またはスタイラスペンなどを用いて間接的に触れることにより情報を入力でき、その入力情報を利用することができる新規の電子機器を提供することを課題の一とする。使用者が、情報を閲覧、さらには画面に表示されたキーボードに触れることにより情報を入力できる電子機器を実現するため、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と画素電極面積を共に広くする画素構成とすることも課題の一つとする。
【０００６】
また、キーボード表示などの静止画モードと、動画モードの両方を１つの画面で実現する新規の電子機器を提供することも課題の一とする。
【０００７】
また、静止画モードにおいて、ある表示領域の一部に静止画を表示した後は、その表示領域の表示素子への電力の供給を停止し、その後もその静止画を視認可能な状態を長時間維持することで消費電力を抑えることも課題の一つとする。
【０００８】
また、電力の限られた携帯情報端末などの電子機器の省エネルギー化に有利な電子システムを構成することも課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
外光を利用して画像表示を行う表示部を有する電子機器において、表示部にはフォトセンサを用いるタッチ入力機能を有し、表示部の少なくとも一部にキーボードのボタンを表示し、使用者が所望のキーをタッチすることにより情報を入力して表示部に所望のキーに対応した表示を行う。
【００１０】
フォトセンサは、表示部に入射する外光を検出するとともに、使用者が指先で表示部の所望位置を指し示した時に生じる外光の局所的陰影を検出する。入力処理部は、外光の局所的陰影を検出したフォトセンサの表示部における位置をタッチ入力座標位置として処理する。タッチ入力座標位置に対応するデータ、即ちキー情報を映像信号処理部により表示部に画像データとして出力する。
【００１１】
また、使用者が表示部に表示されたキーボードを用いて入力をしている期間において、キーボードを表示している第１の表示領域は、静止画を表示しており、入力時においてタッチ入力されたキーに対応する文字や数字などが次々に書き込まれている期間、または文字変換されている期間の第２の表示領域は動画を表示している。
【００１２】
本明細書で開示する本発明の一態様は、フォトセンサと、該フォトセンサにより得られる入力情報を映像信号に処理して表示する表示部とを備えた電子システムであり、表示部の第１画面領域に表示するタッチ入力ボタンを静止画として表示し、表示部の第２画面領域に動画として出力表示する。また、この電子システムは、表示部の第１画面領域をタッチ入力する画面領域、或いは出力表示する画面領域に切り換える映像信号処理部を有する。また、この電子システムは、表示部に表示される画像が静止画である場合と、動画である場合とで異なる信号供給を表示部の表示素子に行う映像信号処理部を有し、静止画を書き込んだ後に表示素子制御回路を非動作とすることで、消費電力の節約ができる。
【００１３】
また、従来のアクティブマトリクス型の表示装置が有するスイッチングトランジスタはオフ電流が大きく、オフ状態であっても画素に書き込んだ信号がトランジスタを介して漏れて消失してしまうという問題があった。本発明の一態様は、スイッチングトランジスタに酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、極めて低いオフ電流、具体的にはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流密度を室温下において１０ａＡ（１×１０−１７Ａ／μｍ）以下にすること、さらには、１ａＡ（１×１０−１８Ａ／μｍ）以下、さらには１０ｚＡ（１×１０−２０Ａ／μｍ）以下を実現し、画素においては画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。従って、酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、静止画を書き込んだ後に表示素子制御回路を非動作とする期間を長くすることで、さらに消費電力の節約ができる。
【００１４】
また、上記システムを実現するデバイスに関する他の発明は、タッチ入力機能を有する表示部を備えた電子機器であり、同一基板上に画素電極である反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、フォトセンサとを有し、フォトセンサは、フォトダイオードと、該フォトダイオードと電気的に接続するゲート信号線を有する第２のトランジスタと、第３のトランジスタとを有し、第２のトランジスタのソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が第３のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第３のトランジスタのソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線に電気的に接続され、第３のトランジスタの酸化物半導体層は、反射電極と重なる。
【００１５】
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【００１６】
また、上記構成において、第２のトランジスタの酸化物半導体層は、読み出し信号線とゲート絶縁層を介して重なり、読み出し信号線は、画素電極である反射電極と重なる。反射電極の下方に、読み出し信号線や、第３のトランジスタを配置する画素構成とすることで、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と画素電極面積（以下、反射電極面積と呼ぶ）とを効率よく利用することができる。
【００１７】
また、他の発明は、タッチ入力機能を有する表示部を備えた電子機器であり、同一基板上に第１の反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、第２の反射電極と電気的に接続する第２のトランジスタとフォトセンサとを有し、フォトセンサは、フォトダイオードと、該フォトダイオードと電気的に接続するゲート信号線を有する第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを有し、第３のトランジスタのソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が第４のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第４のトランジスタのソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線に電気的に接続され、第４のトランジスタの酸化物半導体層は、第１の反射電極と重なり、フォトセンサ基準信号線は、第２の反射電極と重なることを特徴とする電子機器である。
【００１８】
上記構成において、画素構造を上方から見た場合に、２つの反射電極の間に１つのフォトセンサの受光領域が配置されるように設計し、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と反射電極面積とを効率よく利用することができる。
【００１９】
また、上記構成において、第３のトランジスタの酸化物半導体層は、読み出し信号線とゲート絶縁層を介して重なり、読み出し信号線は、第１の反射電極と重なる。第１の反射電極の下方に、読み出し信号線や、第４のトランジスタを配置する画素構成とすることで、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と反射電極面積とを効率よく利用することができる。
【００２０】
また、上記構成において、第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第１の反射電極と重なり、第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の反射電極と重なる。このような画素構成とすることで、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と反射電極面積とを効率よく利用することができる。
【００２１】
また、上記構成において、反射電極と重なる位置にカラーフィルタを有し、フルカラーの表示を行うこともできる。
【００２２】
また、反射型の液晶表示装置とすることで、バックライトがなくても太陽光などの外光や照明光があれば表示内容を視認することができ、省エネルギー化に有利である。
【発明の効果】
【００２３】
１画面内に動画と静止画を表示する携帯情報端末を実現でき、動画表示の画面領域と静止画表示の画面領域とで異なる駆動、及び異なる信号供給を行い、動画表示よりも静止画表示の消費電力を低減する。また、反射型の液晶表示装置であるため、電気泳動型の表示装置よりも広範囲の中間調表示ができる。
【００２４】
また、使用者は、場所を選ばず情報を閲覧、さらには画面に表示されたキーボードにタッチ入力でき、キーボードを表示している同一画面内にその入力結果を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一態様を示す外観図である。
【図２】本発明の一態様を示すブロック図である。
【図３】本発明の一態様を示す画素の等価回路図である。
【図４】本発明の一態様を示すフォトセンサの駆動回路の概略図である。
【図５】本発明の一態様を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の一態様を示す画素平面図の一例である。
【図７】本発明の一態様を示す反射電極とブラックマトリクスの位置関係を示す平面図の一例である。
【図８】本発明の一態様を示す画素断面図の一例である。
【図９】本発明の一態様を示す液晶表示モジュールの模式図である。
【図１０】本発明の一形態である表示装置の外観及びブロック図を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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、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。また、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。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、外光を利用して画像表示を行う表示部を有する電子機器の一例を図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す。
【００２８】
電子機器１０３０の表示部１０３２はフォトセンサを用いるタッチ入力機能を有し、図１（Ａ）に示すように表示部の領域１０３３にキーボードのボタン１０３１が複数表示される。表示部１０３２は表示領域全体を指しており、表示部の領域１０３３を含む。そして、使用者が所望のキーボードのボタンをタッチ入力し、表示部１０３２に入力結果の表示を行う。
【００２９】
表示部の領域１０３３は静止画を表示しているため、書き込み時以外の期間では表示素子制御回路を非動作とすることで消費電力の節約ができる。
【００３０】
電子機器１０３０の使用している様子を一例を示す。例えば、表示部の領域１０３３に表示されているキーボードボタンを使用者の十本の指を用いて順次触れる、または非接触で文字入力を行い、その結果表示される文章を表示部の領域１０３３以外の領域に表示する。使用者は、指をはずし、フォトセンサの出力信号の検出されない期間が一定時間経つと自動的に表示部の領域１０３３に表示されていたキーボード表示が消され、表示部の領域１０３３にも入力された文章の表示が行われ、画面一杯に入力された文章を使用者は確認することができる。再度入力する場合には、表示部１０３２に使用者の指を用いて触れる、または非接触でフォトセンサの出力信号を検出させることで再び表示部の領域１０３３にキーボードボタンを表示し、文字入力を行うことができる。
【００３１】
また、自動的ではなく、使用者が切り換えスイッチ１０３４を押すことによって、キーボード表示をなくし、図１（Ｂ）に示すように表示部１０３２の全体を静止画とすることもできる。また、電源スイッチ１０３５を押して電源を切っても、静止画を長時間維持することができる。また、キーボード表示スイッチ１０３６を押すことによってキーボード表示を示し、タッチ入力可能な状態とすることができる。
【００３２】
また、切り換えスイッチ１０３４、電源スイッチ１０３５、及びキーボード表示スイッチ１０３６は、表示部１０３２にそれぞれスイッチボタンとして表示し、表示されたスイッチボタンに触れてタッチ入力することで、各操作を行ってもよい。
【００３３】
また、表示部の領域１０３３は静止画を表示することに限定されず、一時的、または部分的に動画表示してもよい。例えば、キーボードボタンの表示位置を使用者の好みに合わせて一時的に変更する、または非接触で入力した場合にキーボードボタンに入力されたかどうかが分かるように入力されたキーボードボタンのみに部分的に表示の変化を与えてもよい。
【００３４】
また、電子機器１０３０は少なくともバッテリーを有し、データ情報を保存するためのメモリ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ回路、ＳＲＡＭ回路、ＤＲＡＭ回路など）、ＣＰＵ（中央演算処理回路）やＬｏｇｉｃ回路を備えた構成とすることが好ましい。ＣＰＵやメモリを備えることにより、様々なソフトウェアのインストールが行え、パーソナルコンピュータの機能の一部または全部の機能を持たせることができる。
【００３５】
次に表示部１０３２を構成する表示パネルの一例について、図２を参照して説明する。表示パネル１００は、画素回路１０１、表示素子制御回路、及びフォトセンサ制御回路を有する。画素回路１０１は、行列方向にマトリクス状に配置された複数の画素１０３、１０４及びフォトセンサ１０６を有する。画素１０４、１０３は、１つの表示素子をそれぞれ有する。本実施の形態では、画素１０３と画素１０４の間に、１つのフォトセンサ１０６を配置し、フォトセンサの数が画素数の半分とする例を示したが特に限定されず、フォトセンサの数が画素数と同じになるように、画素間にそれぞれ１つのフォトセンサを有する構成としてもよく、フォトセンサの数が画素数の３分の一となる構成としてもよい。
【００３６】
表示素子１０５は、トランジスタ、保持容量、及び液晶層を有する液晶素子などを有する。トランジスタは、保持容量への電荷の注入もしくは保持容量からの電荷の排出を制御する機能を有する。保持容量は、液晶層に印加する電圧に相当する電荷を保持する機能を有する。液晶層に電圧を印加することで偏光方向が変化することを利用して、液晶層を透過する光の明暗（階調）を作ることで、画像表示が実現される。液晶層を透過する光には、外光（太陽光または照明光）によって液晶表示装置の表面から照射される光を用いる。
【００３７】
また、表示素子制御回路は、表示素子１０５を制御するための回路であり、ビデオデータ信号線などの信号線（「ソース信号線」ともいう。）を介して表示素子１０５に信号を入力する表示素子駆動回路１０７と、走査線（「ゲート信号線」ともいう。）を介して表示素子１０５に信号を入力する表示素子駆動回路１０８を有する。
【００３８】
例えば、走査線側の表示素子駆動回路１０８は、特定の行に配置された画素が有する表示素子を選択する機能を有する。また、信号線側の表示素子駆動回路１０７は、選択された行の画素が有する表示素子に任意の電位を与える機能を有する。なお、走査線側の表示素子駆動回路１０８により高電位を印加された表示素子では、トランジスタが導通状態となり、信号線側の表示素子駆動回路１０７により与えられる電荷が供給される。
【００３９】
また、フォトセンサ１０６は、フォトダイオードなど、受光することで電気信号を発する機能を有する受光素子と、トランジスタとを有する。
【００４０】
フォトセンサ制御回路は、フォトセンサ１０６を制御するための回路であり、フォトセンサ出力信号線、フォトセンサ基準信号線等の信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９と、走査線側のフォトセンサ駆動回路１１０を有する。走査線側のフォトセンサ駆動回路１１０は、特定の行に配置された画素が有するフォトセンサ１０６に対して、後述するリセット動作と選択動作とを行う機能を有する。また、信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９は、選択された行の画素が有するフォトセンサ１０６の出力信号を取り出す機能を有する。
【００４１】
本実施の形態では、画素１０３と、フォトセンサ１０６と、画素１０４の回路図について、図３を用いて説明する。画素１０３は、トランジスタ２０１、保持容量２０２及び液晶素子２０３を有する表示素子１０５を有する。また、フォトセンサ１０６は、フォトダイオード２０４、トランジスタ２０５及びトランジスタ２０６を有する。また、画素１０４は、トランジスタ２２１、保持容量２２２及び液晶素子２２３を有する表示素子１２５を有する。
【００４２】
トランジスタ２０１は、ゲートがゲート信号線２０７に、ソース又はドレインの一方がビデオデータ信号線２１０に、ソース又はドレインの他方が保持容量２０２の一方の電極と液晶素子２０３の一方の電極に電気的に接続されている。保持容量２０２の他方の電極は、容量配線２１４に電気的に接続され、一定の電位に保たれている。また、液晶素子２０３の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子２０３は、一対の電極と、該一対の電極の間の液晶層を含む素子である。
【００４３】
トランジスタ２０１は、ゲート信号線２０７に電位”Ｈ”が印加されると、ビデオデータ信号線２１０の電位を保持容量２０２と液晶素子２０３に印加する。保持容量２０２は、印加された電位を保持する。液晶素子２０３は、印加された電位により、光の透過率を変更する。
【００４４】
フォトダイオード２０４は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線２０８に、他方の電極がトランジスタ２０５のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ２０５は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線２１２に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ２０６のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。トランジスタ２０６は、ゲートが読み出し信号線２０９に、ソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線２１１に電気的に接続されている。
【００４５】
また、トランジスタ２２１は、ゲートがゲート信号線２２７に、ソース又はドレインの一方がビデオデータ信号線２１０に、ソース又はドレインの他方が保持容量２２２の一方の電極と液晶素子２２３の一方の電極に電気的に接続されている。保持容量２２２の他方の電極は、容量配線２２４に電気的に接続され、一定の電位に保たれている。また、液晶素子２２３の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子２２３は、一対の電極と、該一対の電極の間の液晶層を含む素子である。
【００４６】
次に、フォトセンサ読み出し回路１０９の構成の一例について、図３及び図４を用いて説明する。一例として、表示部は、１０２４行７６８列の画素で構成され、表示素子は各行各列の画素に１個、フォトセンサは２行各列の画素間に１個、を有する構成とする。すなわち、表示素子は１０２４行７６８列、フォトセンサは５１２行７６８列で構成される。また、フォトセンサ出力信号線は２列を１組として表示装置外部に出力する例を示す。すなわち、２行２列の画素４個に挟まれるフォトセンサ計２個から出力を１個取得する。
【００４７】
図３は、画素の回路構成で、２行１列分の２つの画素と、１つのフォトセンサを示している。表示素子を１画素に１個、フォトセンサを２画素間に１個、有する。図４は、フォトセンサ読み出し回路１０９の回路構成で、説明のため、一部のフォトセンサも示している。
【００４８】
図４に示すように、フォトセンサの走査線駆動回路は、同時に画素４行分（すなわちフォトセンサ２行分）を駆動し、選択行を画素２行分に相当するフォトセンサ１行分ずつシフトさせていく駆動方法を行う例を考える。ここで、各行のフォトセンサは、走査線駆動回路が選択行のシフトを２回行う期間、連続して選択されることになる。このような駆動方法を用いることで、フォトセンサによる撮像のフレーム周波数を向上させることが容易になる。特に、大型の表示装置の場合に有利である。なお、フォトセンサ出力信号線２１１には、同時に２行分のフォトセンサの出力が重畳されることになる。また、選択行のシフトを５１２回繰り返すことで、全フォトセンサを駆動することができる。
【００４９】
フォトセンサ読み出し回路１０９は、図４に示すように、画素２４列に１個ずつセレクタを有する。セレクタは、表示部におけるフォトセンサ出力信号線２１１について２列分を１組とする１２組から１組を選択して出力を取得する。すなわち、フォトセンサ読み出し回路１０９全体で、セレクタを３２個有し、同時に３２個の出力を取得する。各々のセレクタによる選択を１２組全てに対して行うことで、フォトセンサ１行分に相当する合計３８４個の出力を取得することができる。セレクタによる１２組の選択を、フォトセンサの走査線駆動回路が選択行をシフトさせる都度行うことで、全フォトセンサの出力を得ることができる。
【００５０】
本実施の形態では、図４に示すように、信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９は、アナログ信号であるフォトセンサの出力を表示装置外部に取り出し、表示装置外部に設けたアンプを用いて増幅した後にＡＤ変換器を用いてデジタル信号に変換する構成を考える。勿論、表示装置と同一基板上にＡＤ変換器を搭載し、フォトセンサの出力をデジタル信号に変換した後、表示装置外部に取り出す構成とすることも可能である。
【００５１】
また、個々のフォトセンサの動作は、リセット動作、累積動作、及び選択動作を繰り返すことで実現される。リセット動作とは、フォトダイオードリセット信号線２０８の電位を”Ｈ”とする動作である。リセット動作を行うと、フォトダイオード２０４が導通し、トランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３の電位が”Ｈ”となる。
【００５２】
また、累積動作とは、リセット動作の後にフォトダイオードリセット信号線２０８の電位を”Ｌ”にする動作である。また、選択動作とは、累積動作の後に読み出し信号線２０９の電位を”Ｈ”にする動作である。
【００５３】
累積動作時に、フォトダイオード２０４に照射する光が強いほど、トランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３の電位が下がり、トランジスタ２０５のチャネル抵抗が増大する。そのため、選択動作時に、トランジスタ２０６を介してフォトセンサ出力信号線２１１に流れる電流は小さくなる。一方、累積動作時に、フォトダイオード２０４に照射する光が弱いほど、選択動作時に、トランジスタ２０６を介してフォトセンサ出力信号線２１１に流れる電流は大きくなる。
【００５４】
本実施の形態においては、全フォトセンサのリセット動作、累積動作、及び選択動作を実行することで、外光の局所的陰影を検出することができる。また、検出した陰影について適宜画像処理など行うことにより、指やスタイラスペンなどが表示装置に接触した位置を知ることができる。あらかじめ、接触した位置に対応する操作、例えば文字入力であれば文字の種類を規定しておくことで、所望の文字の入力を行うことができる。
【００５５】
なお、本実施の形態における表示装置では、フォトセンサにより外光の局所的陰影を検出する。そのため、指やスタイラスペンなどが表示装置に物理的に接触しなくても、非接触で近接することにより陰影が形成されれば検出が可能である。以下、指やスタイラスペンなどが表示装置に接触するとは、非接触で近接することも含むものとする。
【００５６】
上記構成により、表示部１０３２にタッチ入力機能を持たせることができる。
【００５７】
タッチ入力を行う際には、キーボードのような静止画を一部に含む画像を表示し、表示されたキーボードの所望の文字の位置に指やスタイラスペンを接触することで、入力を行う構成の表示装置とすると操作性が向上する。このような表示装置を実現する場合には、次のようにして、表示装置における消費電量を著しく低減することが可能である。すなわち、表示部の静止画を表示する第１画面領域については、静止画を表示した後は、当該領域の表示素子への電力の供給を停止し、その後もその静止画を視認可能な状態を長時間維持することが有効である。そして、表示部の残りの第２画面領域については、例えば、タッチ入力による入力結果を表示する。第２画面領域の表示画像の更新を行う時以外の期間では表示素子制御回路を非動作とすることで、電力の節約ができる。このような制御を可能にする駆動方法について、以下説明する。
【００５８】
例えば、表示素子が１０２４行７６８列で配置された表示部を有する表示装置における、走査線駆動回路のシフトレジスタのタイミングチャートについて図５に示す。図５中の期間６１はクロック信号の１周期期間（６４．８μｓｅｃ）であり、期間６２は第２画面領域に相当する表示素子の第１行から第５１２行まで書き込むまでに要する期間（８．３６ｍｓｅｃ）であり、期間６３は１フレーム期間（１６．７ｍｓｅｃ）にそれぞれ相当する。
【００５９】
ここで、走査線駆動回路のシフトレジスタは、第１のクロック信号ＣＫ１〜第４のクロック信号ＣＫ４で動作する４相クロック形式のシフトレジスタとする。また、第１のクロック信号ＣＫ１〜第４のクロック信号ＣＫ４は、互いに４分の１周期期間ずつずれた信号とする。スタートパルス信号ＧＳＰを電位”Ｈ”とすると、第１行目のゲート信号線Ｇ１〜第５１２行目のゲート信号線Ｇ５１２は、４分の１周期期間ずつ遅れながら順に電位”Ｈ”となる。また、各ゲート信号線は、２分の１周期期間電位”Ｈ”となり、連続する行のゲート信号線は、各々４分の１周期期間同時に電位”Ｈ”となる。
【００６０】
ここで、各行の表示素子は、走査線駆動回路が選択行のシフトを２回行う期間、連続して選択されることになる。表示画像のデータを、当該行における表示素子が選択されている期間の内、後半の期間に入力すれば表示画像を更新できる。
【００６１】
ここで、第２画面領域に相当する表示素子の第１行から第５１２行までの表示画像を更新する期間を除く期間については、表示素子制御回路を非動作とする。すなわち、第１画面領域に相当する表示素子の第５１３行から第１０２４行までは表示画像の更新を行わず、表示素子制御回路を非動作としている。
【００６２】
表示素子制御回路を非動作とするには、図５に示したように、クロック信号を停止（”Ｌ”のままとする）することで実現できる。また、同時に、電源電圧の供給を停止することも有効である。
【００６３】
また、第２画面領域に相当する表示素子が選択されていない期間、すなわち、表示画像の更新を行わない期間は、ソース側の駆動回路も同様にクロック信号とスタートパルス信号を停止させてもよい。こうすることでさらなる電力の節約ができる。
【００６４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示した図２及び図３に対応する画素構造に関して、図６、図７、及び図８を用いて以下に説明する。なお、図２及び図３と同じ箇所には、同じ符号を用いて図６、図７、及び図８を説明する。
【００６５】
図６は、図３の回路図に対応する画素平面図の一例である。また、フォトダイオードの電極を形成する前の状態を示しており、図８（Ａ）の断面図に対応している。なお、図６中の鎖線Ａ−Ｂで切断した断面図、及び鎖線Ｃ−Ｄで切断した断面図が図８（Ａ）にそれぞれ対応している。
【００６６】
まず、基板２３０上に導電膜を形成した後、１枚目の露光マスクを用いる第１のフォトリソグラフィ工程により、ゲート信号線２０７、２１３、２２７、容量配線２２４、フォトダイオードリセット信号線２０８、読み出し信号線２０９、フォトセンサ基準信号線２１２を形成する。本実施の形態では基板２３０としてガラス基板を用いる。
【００６７】
下地膜となる絶縁膜を基板２３０と導電膜との間に設けてもよい。下地膜は、基板２３０からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【００６８】
また、導電膜の材料は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【００６９】
次いで、これらの配線を覆う絶縁層を形成し、２枚目の露光マスクを用いる第２のフォトリソグラフィ工程により、後に形成される配線と交差する部分にのみ絶縁層２３１を残して選択的にエッチングを行う。本実施の形態では、絶縁層２３１は膜厚６００ｎｍの酸化窒化珪素膜を用いる。
【００７０】
次いで、ゲート絶縁層２３２及び酸化物半導体膜を形成し、３枚目の露光マスクを用いる第３のフォトリソグラフィ工程により、ゲート絶縁層２３２を介してゲート信号線２０７、２１３、２２７及び読み出し信号線２０９とそれぞれ重なる第１の酸化物半導体層２３３、第２の酸化物半導体層２５３、第３の酸化物半導体層２５５、及び第４の酸化物半導体層２５６を形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁層２３２として膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を用い、酸化物半導体膜として膜厚２５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を用いる。
【００７１】
また、第１の酸化物半導体層２３３、第２の酸化物半導体層２５３、第３の酸化物半導体層２５５、及び第４の酸化物半導体層２５６は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される酸化物薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。また、上記酸化物薄膜にＳｉＯ２を含んでもよい。
【００７２】
また、酸化物薄膜をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。また、このターゲットの材料及び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いてもよい。なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その化学量論比はとくに問わない。
【００７３】
次いで、酸化物半導体層に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満とする。本実施の形態では、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用い、窒素雰囲気下で６５０℃、６分の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れないように酸化物半導体層の成膜室に移動させて酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。
【００７４】
次いで、４枚目の露光マスクを用いる第４のフォトリソグラフィ工程により、ゲート絶縁層２３２を選択的に除去して、ゲート信号線２１３に達する開口と、フォトダイオードリセット信号線２０８に達する開口を形成する。
【００７５】
次いで、ゲート絶縁層２３２、及び酸化物半導体層上に、導電膜を形成する。導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を成分とする金属膜、または上述した元素の窒化物を成分とする合金膜か、上述した元素を組み合わせた合金膜等を用いることができる。そして、５枚目の露光マスクを用いる第５のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行って、ビデオデータ信号線２１０、フォトセンサ出力信号線２１１、電極層２３４、２３５、２５４、２５７、２５８、２５９を形成する。
【００７６】
なお、図３におけるトランジスタ２２１は、図６に示すように、第１の酸化物半導体層２３３を有し、電極層２３４をソース電極層またはドレイン電極層とするトランジスタである。また、図６に示すように、電極層２３４は、ゲート絶縁層２３２を誘電体とし、容量配線２２４と保持容量２２２を形成する。また、図６に示すように、トランジスタ２０１は、第２の酸化物半導体層２５３を有し、電極層２５４をソース電極層またはドレイン電極層とするトランジスタである。
【００７７】
また、図３において、フォトセンサ１０６を構成する一要素であるトランジスタ２０６は、図６に示すように、第３の酸化物半導体層２５５を有し、電極層２５７をソース電極層またはドレイン電極層とするトランジスタである。また、トランジスタ２０５は、図６に示すように、第４の酸化物半導体層２５６を有し、電極層２５７または電極層２５８をソース電極層またはドレイン電極層とするトランジスタである。また、図８（Ａ）に示すように、トランジスタ２０５のゲート信号線２１３は、電極層２３６と電気的に接続している。
【００７８】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。本実施の形態では、窒素雰囲気下で３００℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が絶縁層と接した状態で加熱される。
【００７９】
次いで保護絶縁層となる絶縁層２３７を形成し、６枚目の露光マスクを用いる第６のフォトリソグラフィ工程により、電極層２３５に達する開口、電極層２３４に達する開口、電極層２３６に達する開口を形成する。
【００８０】
次いで、プラズマＣＶＤ法により、ｐ層２３８、ｉ層２３９、及びｎ層２４０を積層成膜する。本実施の形態では、ｐ層２３８として膜厚４５ｎｍのボロンを含む微結晶シリコン膜を用い、ｉ層２３９として膜厚４００ｎｍのアモルファスシリコン膜を用い、ｎ層２４０として膜厚８０ｎｍのリンを含む微結晶シリコン膜を用いる。そして、７枚目の露光マスクを用いる第７のフォトリソグラフィ工程により、電極層２３５と接して重なる領域のみを残して除去する。この段階までの断面図が図８（Ａ）であり、その平面図が図６に相当する。
【００８１】
次いで感光性有機樹脂層を形成し、８枚目の露光マスクで開口となる領域を露光し、９枚目の露光マスクで凹凸となる領域を露光し、現像して部分的に凹凸を有する絶縁層２４１を形成する第８のフォトリソグラフィ工程を行う。
【００８２】
次いで、反射性を有する導電膜を成膜し、１０枚目の露光マスクを用いる第９のフォトリソグラフィ工程により反射電極層２４２、接続電極層２４３を形成する。反射性を有する導電膜としてはＡｌ、Ａｇ、またはこれらの合金、例えばＮｄを含むアルミニウム、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金等を用いる。そして、第９のフォトリソグラフィ工程後に第３の加熱処理、本実施の形態では、窒素雰囲気下２５０℃、１時間を行う。
【００８３】
以上の工程により、同一基板上に反射電極層２４２と電気的に接続するトランジスタと、電極層２３６及び接続電極層２４３を介してゲート信号線２１３と電気的に接続するフォトダイオードとを合計１０枚の露光マスクを用い、９回のフォトリソグラフィ工程によって作製することができる。
【００８４】
そして反射電極層２４２を覆う配向膜２４４を形成する。この段階での断面図が図８（Ｂ）に相当する。こうしてアクティブマトリクス基板が作製できる。
【００８５】
そして、このアクティブマトリクス基板と貼り合わせる対向基板を用意する。対向基板には、遮光層（ブラックマトリクスとも呼ぶ）と、透光性を有する導電膜を形成し、さらに有機樹脂を用いた柱状スペーサを形成する。そして、最後に配向膜で覆う。
【００８６】
この対向基板をシール材を用いてアクティブマトリクス基板と貼り合わせ、一対の基板間に液晶層を挟持する。対向基板の遮光層は、反射電極層２４２の表示領域及びフォトセンサの受光領域に重ならないように設ける。また、対向基板に設けられた柱状スペーサは、電極層２５１、２５２と重なるように位置合わせを行う。柱状スペーサは、電極層２５１、２５２と重ねることで一対の基板の間隔を一定に保持する。なお、電極層２５１、２５２は、電極層２３４と同一工程で形成することができるため、マスク数を増やすことなく設けることができる。
【００８７】
こうして貼り合わせた一対の基板における画素の平面図が図７に相当する。図７において、ブラックマトリクスと重なっていない領域が、フォトセンサの受光領域と、表示領域となる。図７に示す１つの単位面積（１２０μｍ×２４０μｍ）のうち、反射電極の面積が占める割合は５９．４％であり、フォトセンサの受光面積は約１７００μｍ２である。また、反射電極層２４２は、凹凸を有する感光性有機樹脂層上に設けられているため、図７に示すようなランダムな平面模様を有する。感光性有機樹脂層の表面形状を反映させて反射電極層２４２の表面にも凹凸を設け、鏡面反射となることを防いでいる。なお、図７において反射電極層２４２の凹部２４５も示しており、凹部２４５の周縁は、反射電極層の周縁よりも内側に位置し、凹部２４５の下方の感光性有機樹脂層は他の領域よりも薄い膜厚となっている。
【００８８】
また、必要があれば、対向基板の外光が入射する面に、位相差を調節するための位相差フィルムや、偏光機能を有するフィルムや、反射防止板や、カラーフィルタなどの光学フィルムを設けてもよい。
【００８９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、カラーフィルタを設け、フルカラー表示が可能な液晶表示モジュールとする一例を示す。
【００９０】
図９に液晶表示モジュール１９０の構成を示す。液晶表示モジュール１９０は液晶素子がマトリクス状に設けられた表示パネル１２０と、表示パネル１２０と重なる偏光板及びカラーフィルタ１１５を有する。また、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１１６ａ、１１６ｂは表示パネル１２０に設けた端子部と電気的に接続されている。表示パネル１２０は、実施の形態１の表示パネル１００と同様の構成を有する。ただし、フルカラー表示とする場合であるため、赤色表示素子、緑色表示素子、青色表示素子の３つの表示素子を用い、それぞれに異なる映像信号を供給する回路構成とする。
【００９１】
また、図９には、外光１３９が表示パネル１２０上の液晶素子を透過して反射電極で反射される様子を模式的に示してある。例えば、カラーフィルタの赤色領域と重なる画素においては、外光１３９がカラーフィルタ１１５を通過した後、液晶層を通過し、反射電極で反射され、再びカラーフィルタ１１５を通過して赤色光として取り出される。図９には、３色の光１３５が矢印（Ｒ、Ｇ、及びＢ）で模式的に示してある。液晶素子を透過する光の強度は、画像信号により変調されるため、観察者は外光１３９の反射光によって、映像を捉えることができる。
【００９２】
また、表示パネル１２０はフォトセンサを有しており、タッチ入力機能を備えている。フォトセンサの受光領域にもカラーフィルタを重ねることにより可視光センサとして機能させることもできる。また、フォトセンサの光の感度を向上させるためには、入射光を多く取り入れるため、フォトセンサの受光領域と重なる領域にはカラーフィルタに開口を設け、フォトセンサの受光領域とカラーフィルタが重ならない構成としてもよい。
【００９３】
本実施の形態は、実施の形態１または実施の形態２と自由に組み合わせることができる。
【００９４】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【００９５】
図１０（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができる。太陽電池９６３３と、表示パネルとを開閉自在に装着しており、太陽電池からの電力を表示パネル、または映像信号処理部に供給する電子書籍である。図１０（Ａ）に示した電子書籍は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。なお、図１０（Ａ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータ９６３６と略記）を有する構成について示している。
【００９６】
表示部９６３１はフォトセンサを利用したタッチ入力機能を備えた反射型の液晶表示装置であり、比較的明るい状況下で使用するため、太陽電池９６３３による発電、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である。なお太陽電池９６３３は、筐体９６３０の表面及び裏面に効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
【００９７】
また図１０（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１０（Ｂ）にブロック図を示し説明する。図１０（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。
【００９８】
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。
【００９９】
なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。
【０１００】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
６１ 期間
６２ 期間
６３ 期間
１００：表示パネル
１０１：画素回路
１０３：画素
１０４：画素
１０５：表示素子
１０６：フォトセンサ
１０７：信号線側の表示素子駆動回路
１０８：走査線側の表示素子駆動回路
１０９：フォトセンサ読み出し回路
１１０：フォトセンサ駆動回路
１１５：カラーフィルタ
１１６ａ、１１６ｂ：ＦＰＣ
１２０：表示パネル
１２５：表示素子
１３５ 光
１３９：外光
１９０ 液晶表示モジュール
２０１ トランジスタ
２０２ 保持容量
２０３ 液晶素子
２０４ フォトダイオード
２０５ トランジスタ
２０６ トランジスタ
２０７ ゲート信号線
２０８ フォトダイオードリセット信号線
２０９ 読み出し信号線
２１０ ビデオデータ信号線
２１１ フォトセンサ出力信号線
２１２ フォトセンサ基準信号線
２１３ ゲート信号線
２１４ 容量配線
２２１ トランジスタ
２２２ 保持容量
２２３ 液晶素子
２２４ 容量配線
２２７ ゲート信号線
２３０ 基板
２３１ 絶縁層
２３２ ゲート絶縁層
２３３ 酸化物半導体層
２３４ 電極層
２３５ 電極層
２３６ 電極層
２３７ 絶縁層
２３８ ｐ層
２３９ ｉ層
２４０ ｎ層
２４１ 絶縁層
２４２ 反射電極層
２４３ 接続電極層
２４４ 配向膜
２４５ 凹部
２５１ 電極層
２５３ 酸化物半導体層
２５４ 電極層
２５５ 酸化物半導体層
２５６ 酸化物半導体層
２５７ 電極層
２５８ 電極層
１０３０ 電子機器
１０３１ ボタン
１０３２ 表示部
１０３３ 領域
１０３４ スイッチ
１０３５ 電源スイッチ
１０３６ キーボード表示スイッチ
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３２ 操作キー
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ コンバータ
９６３７ コンバータ
【技術分野】
【０００１】
トランジスタで構成された回路を有する電子機器および電子システムに関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子書籍等の表示装置の開発が活発に進められている。特に、メモリ性を有する表示素子を用いて、画像を表示する技術は、消費電力の削減に大きく貢献するため、活発に開発が進められている（特許文献１）。
【０００３】
また、タッチセンサを搭載した表示装置が注目されている。タッチセンサを搭載した表示装置は、タッチパネル又はタッチスクリーンなどと呼ばれている（以下、これを単に「タッチパネル」とも呼ぶ）。また、光方式のタッチセンサを搭載した表示装置が、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６７９８２号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
使用者が、場所を選ばず情報を閲覧、さらには画面に表示されたキーボードに直接触れる、またはスタイラスペンなどを用いて間接的に触れることにより情報を入力でき、その入力情報を利用することができる新規の電子機器を提供することを課題の一とする。使用者が、情報を閲覧、さらには画面に表示されたキーボードに触れることにより情報を入力できる電子機器を実現するため、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と画素電極面積を共に広くする画素構成とすることも課題の一つとする。
【０００６】
また、キーボード表示などの静止画モードと、動画モードの両方を１つの画面で実現する新規の電子機器を提供することも課題の一とする。
【０００７】
また、静止画モードにおいて、ある表示領域の一部に静止画を表示した後は、その表示領域の表示素子への電力の供給を停止し、その後もその静止画を視認可能な状態を長時間維持することで消費電力を抑えることも課題の一つとする。
【０００８】
また、電力の限られた携帯情報端末などの電子機器の省エネルギー化に有利な電子システムを構成することも課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
外光を利用して画像表示を行う表示部を有する電子機器において、表示部にはフォトセンサを用いるタッチ入力機能を有し、表示部の少なくとも一部にキーボードのボタンを表示し、使用者が所望のキーをタッチすることにより情報を入力して表示部に所望のキーに対応した表示を行う。
【００１０】
フォトセンサは、表示部に入射する外光を検出するとともに、使用者が指先で表示部の所望位置を指し示した時に生じる外光の局所的陰影を検出する。入力処理部は、外光の局所的陰影を検出したフォトセンサの表示部における位置をタッチ入力座標位置として処理する。タッチ入力座標位置に対応するデータ、即ちキー情報を映像信号処理部により表示部に画像データとして出力する。
【００１１】
また、使用者が表示部に表示されたキーボードを用いて入力をしている期間において、キーボードを表示している第１の表示領域は、静止画を表示しており、入力時においてタッチ入力されたキーに対応する文字や数字などが次々に書き込まれている期間、または文字変換されている期間の第２の表示領域は動画を表示している。
【００１２】
本明細書で開示する本発明の一態様は、フォトセンサと、該フォトセンサにより得られる入力情報を映像信号に処理して表示する表示部とを備えた電子システムであり、表示部の第１画面領域に表示するタッチ入力ボタンを静止画として表示し、表示部の第２画面領域に動画として出力表示する。また、この電子システムは、表示部の第１画面領域をタッチ入力する画面領域、或いは出力表示する画面領域に切り換える映像信号処理部を有する。また、この電子システムは、表示部に表示される画像が静止画である場合と、動画である場合とで異なる信号供給を表示部の表示素子に行う映像信号処理部を有し、静止画を書き込んだ後に表示素子制御回路を非動作とすることで、消費電力の節約ができる。
【００１３】
また、従来のアクティブマトリクス型の表示装置が有するスイッチングトランジスタはオフ電流が大きく、オフ状態であっても画素に書き込んだ信号がトランジスタを介して漏れて消失してしまうという問題があった。本発明の一態様は、スイッチングトランジスタに酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、極めて低いオフ電流、具体的にはチャネル幅１μｍあたりのオフ電流密度を室温下において１０ａＡ（１×１０−１７Ａ／μｍ）以下にすること、さらには、１ａＡ（１×１０−１８Ａ／μｍ）以下、さらには１０ｚＡ（１×１０−２０Ａ／μｍ）以下を実現し、画素においては画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。従って、酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、静止画を書き込んだ後に表示素子制御回路を非動作とする期間を長くすることで、さらに消費電力の節約ができる。
【００１４】
また、上記システムを実現するデバイスに関する他の発明は、タッチ入力機能を有する表示部を備えた電子機器であり、同一基板上に画素電極である反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、フォトセンサとを有し、フォトセンサは、フォトダイオードと、該フォトダイオードと電気的に接続するゲート信号線を有する第２のトランジスタと、第３のトランジスタとを有し、第２のトランジスタのソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が第３のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第３のトランジスタのソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線に電気的に接続され、第３のトランジスタの酸化物半導体層は、反射電極と重なる。
【００１５】
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【００１６】
また、上記構成において、第２のトランジスタの酸化物半導体層は、読み出し信号線とゲート絶縁層を介して重なり、読み出し信号線は、画素電極である反射電極と重なる。反射電極の下方に、読み出し信号線や、第３のトランジスタを配置する画素構成とすることで、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と画素電極面積（以下、反射電極面積と呼ぶ）とを効率よく利用することができる。
【００１７】
また、他の発明は、タッチ入力機能を有する表示部を備えた電子機器であり、同一基板上に第１の反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、第２の反射電極と電気的に接続する第２のトランジスタとフォトセンサとを有し、フォトセンサは、フォトダイオードと、該フォトダイオードと電気的に接続するゲート信号線を有する第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを有し、第３のトランジスタのソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が第４のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第４のトランジスタのソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線に電気的に接続され、第４のトランジスタの酸化物半導体層は、第１の反射電極と重なり、フォトセンサ基準信号線は、第２の反射電極と重なることを特徴とする電子機器である。
【００１８】
上記構成において、画素構造を上方から見た場合に、２つの反射電極の間に１つのフォトセンサの受光領域が配置されるように設計し、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と反射電極面積とを効率よく利用することができる。
【００１９】
また、上記構成において、第３のトランジスタの酸化物半導体層は、読み出し信号線とゲート絶縁層を介して重なり、読み出し信号線は、第１の反射電極と重なる。第１の反射電極の下方に、読み出し信号線や、第４のトランジスタを配置する画素構成とすることで、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と反射電極面積とを効率よく利用することができる。
【００２０】
また、上記構成において、第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第１の反射電極と重なり、第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の反射電極と重なる。このような画素構成とすることで、単位面積当たりのフォトセンサの受光面積と反射電極面積とを効率よく利用することができる。
【００２１】
また、上記構成において、反射電極と重なる位置にカラーフィルタを有し、フルカラーの表示を行うこともできる。
【００２２】
また、反射型の液晶表示装置とすることで、バックライトがなくても太陽光などの外光や照明光があれば表示内容を視認することができ、省エネルギー化に有利である。
【発明の効果】
【００２３】
１画面内に動画と静止画を表示する携帯情報端末を実現でき、動画表示の画面領域と静止画表示の画面領域とで異なる駆動、及び異なる信号供給を行い、動画表示よりも静止画表示の消費電力を低減する。また、反射型の液晶表示装置であるため、電気泳動型の表示装置よりも広範囲の中間調表示ができる。
【００２４】
また、使用者は、場所を選ばず情報を閲覧、さらには画面に表示されたキーボードにタッチ入力でき、キーボードを表示している同一画面内にその入力結果を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一態様を示す外観図である。
【図２】本発明の一態様を示すブロック図である。
【図３】本発明の一態様を示す画素の等価回路図である。
【図４】本発明の一態様を示すフォトセンサの駆動回路の概略図である。
【図５】本発明の一態様を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の一態様を示す画素平面図の一例である。
【図７】本発明の一態様を示す反射電極とブラックマトリクスの位置関係を示す平面図の一例である。
【図８】本発明の一態様を示す画素断面図の一例である。
【図９】本発明の一態様を示す液晶表示モジュールの模式図である。
【図１０】本発明の一形態である表示装置の外観及びブロック図を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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、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。また、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。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、外光を利用して画像表示を行う表示部を有する電子機器の一例を図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す。
【００２８】
電子機器１０３０の表示部１０３２はフォトセンサを用いるタッチ入力機能を有し、図１（Ａ）に示すように表示部の領域１０３３にキーボードのボタン１０３１が複数表示される。表示部１０３２は表示領域全体を指しており、表示部の領域１０３３を含む。そして、使用者が所望のキーボードのボタンをタッチ入力し、表示部１０３２に入力結果の表示を行う。
【００２９】
表示部の領域１０３３は静止画を表示しているため、書き込み時以外の期間では表示素子制御回路を非動作とすることで消費電力の節約ができる。
【００３０】
電子機器１０３０の使用している様子を一例を示す。例えば、表示部の領域１０３３に表示されているキーボードボタンを使用者の十本の指を用いて順次触れる、または非接触で文字入力を行い、その結果表示される文章を表示部の領域１０３３以外の領域に表示する。使用者は、指をはずし、フォトセンサの出力信号の検出されない期間が一定時間経つと自動的に表示部の領域１０３３に表示されていたキーボード表示が消され、表示部の領域１０３３にも入力された文章の表示が行われ、画面一杯に入力された文章を使用者は確認することができる。再度入力する場合には、表示部１０３２に使用者の指を用いて触れる、または非接触でフォトセンサの出力信号を検出させることで再び表示部の領域１０３３にキーボードボタンを表示し、文字入力を行うことができる。
【００３１】
また、自動的ではなく、使用者が切り換えスイッチ１０３４を押すことによって、キーボード表示をなくし、図１（Ｂ）に示すように表示部１０３２の全体を静止画とすることもできる。また、電源スイッチ１０３５を押して電源を切っても、静止画を長時間維持することができる。また、キーボード表示スイッチ１０３６を押すことによってキーボード表示を示し、タッチ入力可能な状態とすることができる。
【００３２】
また、切り換えスイッチ１０３４、電源スイッチ１０３５、及びキーボード表示スイッチ１０３６は、表示部１０３２にそれぞれスイッチボタンとして表示し、表示されたスイッチボタンに触れてタッチ入力することで、各操作を行ってもよい。
【００３３】
また、表示部の領域１０３３は静止画を表示することに限定されず、一時的、または部分的に動画表示してもよい。例えば、キーボードボタンの表示位置を使用者の好みに合わせて一時的に変更する、または非接触で入力した場合にキーボードボタンに入力されたかどうかが分かるように入力されたキーボードボタンのみに部分的に表示の変化を与えてもよい。
【００３４】
また、電子機器１０３０は少なくともバッテリーを有し、データ情報を保存するためのメモリ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ回路、ＳＲＡＭ回路、ＤＲＡＭ回路など）、ＣＰＵ（中央演算処理回路）やＬｏｇｉｃ回路を備えた構成とすることが好ましい。ＣＰＵやメモリを備えることにより、様々なソフトウェアのインストールが行え、パーソナルコンピュータの機能の一部または全部の機能を持たせることができる。
【００３５】
次に表示部１０３２を構成する表示パネルの一例について、図２を参照して説明する。表示パネル１００は、画素回路１０１、表示素子制御回路、及びフォトセンサ制御回路を有する。画素回路１０１は、行列方向にマトリクス状に配置された複数の画素１０３、１０４及びフォトセンサ１０６を有する。画素１０４、１０３は、１つの表示素子をそれぞれ有する。本実施の形態では、画素１０３と画素１０４の間に、１つのフォトセンサ１０６を配置し、フォトセンサの数が画素数の半分とする例を示したが特に限定されず、フォトセンサの数が画素数と同じになるように、画素間にそれぞれ１つのフォトセンサを有する構成としてもよく、フォトセンサの数が画素数の３分の一となる構成としてもよい。
【００３６】
表示素子１０５は、トランジスタ、保持容量、及び液晶層を有する液晶素子などを有する。トランジスタは、保持容量への電荷の注入もしくは保持容量からの電荷の排出を制御する機能を有する。保持容量は、液晶層に印加する電圧に相当する電荷を保持する機能を有する。液晶層に電圧を印加することで偏光方向が変化することを利用して、液晶層を透過する光の明暗（階調）を作ることで、画像表示が実現される。液晶層を透過する光には、外光（太陽光または照明光）によって液晶表示装置の表面から照射される光を用いる。
【００３７】
また、表示素子制御回路は、表示素子１０５を制御するための回路であり、ビデオデータ信号線などの信号線（「ソース信号線」ともいう。）を介して表示素子１０５に信号を入力する表示素子駆動回路１０７と、走査線（「ゲート信号線」ともいう。）を介して表示素子１０５に信号を入力する表示素子駆動回路１０８を有する。
【００３８】
例えば、走査線側の表示素子駆動回路１０８は、特定の行に配置された画素が有する表示素子を選択する機能を有する。また、信号線側の表示素子駆動回路１０７は、選択された行の画素が有する表示素子に任意の電位を与える機能を有する。なお、走査線側の表示素子駆動回路１０８により高電位を印加された表示素子では、トランジスタが導通状態となり、信号線側の表示素子駆動回路１０７により与えられる電荷が供給される。
【００３９】
また、フォトセンサ１０６は、フォトダイオードなど、受光することで電気信号を発する機能を有する受光素子と、トランジスタとを有する。
【００４０】
フォトセンサ制御回路は、フォトセンサ１０６を制御するための回路であり、フォトセンサ出力信号線、フォトセンサ基準信号線等の信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９と、走査線側のフォトセンサ駆動回路１１０を有する。走査線側のフォトセンサ駆動回路１１０は、特定の行に配置された画素が有するフォトセンサ１０６に対して、後述するリセット動作と選択動作とを行う機能を有する。また、信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９は、選択された行の画素が有するフォトセンサ１０６の出力信号を取り出す機能を有する。
【００４１】
本実施の形態では、画素１０３と、フォトセンサ１０６と、画素１０４の回路図について、図３を用いて説明する。画素１０３は、トランジスタ２０１、保持容量２０２及び液晶素子２０３を有する表示素子１０５を有する。また、フォトセンサ１０６は、フォトダイオード２０４、トランジスタ２０５及びトランジスタ２０６を有する。また、画素１０４は、トランジスタ２２１、保持容量２２２及び液晶素子２２３を有する表示素子１２５を有する。
【００４２】
トランジスタ２０１は、ゲートがゲート信号線２０７に、ソース又はドレインの一方がビデオデータ信号線２１０に、ソース又はドレインの他方が保持容量２０２の一方の電極と液晶素子２０３の一方の電極に電気的に接続されている。保持容量２０２の他方の電極は、容量配線２１４に電気的に接続され、一定の電位に保たれている。また、液晶素子２０３の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子２０３は、一対の電極と、該一対の電極の間の液晶層を含む素子である。
【００４３】
トランジスタ２０１は、ゲート信号線２０７に電位”Ｈ”が印加されると、ビデオデータ信号線２１０の電位を保持容量２０２と液晶素子２０３に印加する。保持容量２０２は、印加された電位を保持する。液晶素子２０３は、印加された電位により、光の透過率を変更する。
【００４４】
フォトダイオード２０４は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線２０８に、他方の電極がトランジスタ２０５のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ２０５は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線２１２に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ２０６のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。トランジスタ２０６は、ゲートが読み出し信号線２０９に、ソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線２１１に電気的に接続されている。
【００４５】
また、トランジスタ２２１は、ゲートがゲート信号線２２７に、ソース又はドレインの一方がビデオデータ信号線２１０に、ソース又はドレインの他方が保持容量２２２の一方の電極と液晶素子２２３の一方の電極に電気的に接続されている。保持容量２２２の他方の電極は、容量配線２２４に電気的に接続され、一定の電位に保たれている。また、液晶素子２２３の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子２２３は、一対の電極と、該一対の電極の間の液晶層を含む素子である。
【００４６】
次に、フォトセンサ読み出し回路１０９の構成の一例について、図３及び図４を用いて説明する。一例として、表示部は、１０２４行７６８列の画素で構成され、表示素子は各行各列の画素に１個、フォトセンサは２行各列の画素間に１個、を有する構成とする。すなわち、表示素子は１０２４行７６８列、フォトセンサは５１２行７６８列で構成される。また、フォトセンサ出力信号線は２列を１組として表示装置外部に出力する例を示す。すなわち、２行２列の画素４個に挟まれるフォトセンサ計２個から出力を１個取得する。
【００４７】
図３は、画素の回路構成で、２行１列分の２つの画素と、１つのフォトセンサを示している。表示素子を１画素に１個、フォトセンサを２画素間に１個、有する。図４は、フォトセンサ読み出し回路１０９の回路構成で、説明のため、一部のフォトセンサも示している。
【００４８】
図４に示すように、フォトセンサの走査線駆動回路は、同時に画素４行分（すなわちフォトセンサ２行分）を駆動し、選択行を画素２行分に相当するフォトセンサ１行分ずつシフトさせていく駆動方法を行う例を考える。ここで、各行のフォトセンサは、走査線駆動回路が選択行のシフトを２回行う期間、連続して選択されることになる。このような駆動方法を用いることで、フォトセンサによる撮像のフレーム周波数を向上させることが容易になる。特に、大型の表示装置の場合に有利である。なお、フォトセンサ出力信号線２１１には、同時に２行分のフォトセンサの出力が重畳されることになる。また、選択行のシフトを５１２回繰り返すことで、全フォトセンサを駆動することができる。
【００４９】
フォトセンサ読み出し回路１０９は、図４に示すように、画素２４列に１個ずつセレクタを有する。セレクタは、表示部におけるフォトセンサ出力信号線２１１について２列分を１組とする１２組から１組を選択して出力を取得する。すなわち、フォトセンサ読み出し回路１０９全体で、セレクタを３２個有し、同時に３２個の出力を取得する。各々のセレクタによる選択を１２組全てに対して行うことで、フォトセンサ１行分に相当する合計３８４個の出力を取得することができる。セレクタによる１２組の選択を、フォトセンサの走査線駆動回路が選択行をシフトさせる都度行うことで、全フォトセンサの出力を得ることができる。
【００５０】
本実施の形態では、図４に示すように、信号線側のフォトセンサ読み出し回路１０９は、アナログ信号であるフォトセンサの出力を表示装置外部に取り出し、表示装置外部に設けたアンプを用いて増幅した後にＡＤ変換器を用いてデジタル信号に変換する構成を考える。勿論、表示装置と同一基板上にＡＤ変換器を搭載し、フォトセンサの出力をデジタル信号に変換した後、表示装置外部に取り出す構成とすることも可能である。
【００５１】
また、個々のフォトセンサの動作は、リセット動作、累積動作、及び選択動作を繰り返すことで実現される。リセット動作とは、フォトダイオードリセット信号線２０８の電位を”Ｈ”とする動作である。リセット動作を行うと、フォトダイオード２０４が導通し、トランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３の電位が”Ｈ”となる。
【００５２】
また、累積動作とは、リセット動作の後にフォトダイオードリセット信号線２０８の電位を”Ｌ”にする動作である。また、選択動作とは、累積動作の後に読み出し信号線２０９の電位を”Ｈ”にする動作である。
【００５３】
累積動作時に、フォトダイオード２０４に照射する光が強いほど、トランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３の電位が下がり、トランジスタ２０５のチャネル抵抗が増大する。そのため、選択動作時に、トランジスタ２０６を介してフォトセンサ出力信号線２１１に流れる電流は小さくなる。一方、累積動作時に、フォトダイオード２０４に照射する光が弱いほど、選択動作時に、トランジスタ２０６を介してフォトセンサ出力信号線２１１に流れる電流は大きくなる。
【００５４】
本実施の形態においては、全フォトセンサのリセット動作、累積動作、及び選択動作を実行することで、外光の局所的陰影を検出することができる。また、検出した陰影について適宜画像処理など行うことにより、指やスタイラスペンなどが表示装置に接触した位置を知ることができる。あらかじめ、接触した位置に対応する操作、例えば文字入力であれば文字の種類を規定しておくことで、所望の文字の入力を行うことができる。
【００５５】
なお、本実施の形態における表示装置では、フォトセンサにより外光の局所的陰影を検出する。そのため、指やスタイラスペンなどが表示装置に物理的に接触しなくても、非接触で近接することにより陰影が形成されれば検出が可能である。以下、指やスタイラスペンなどが表示装置に接触するとは、非接触で近接することも含むものとする。
【００５６】
上記構成により、表示部１０３２にタッチ入力機能を持たせることができる。
【００５７】
タッチ入力を行う際には、キーボードのような静止画を一部に含む画像を表示し、表示されたキーボードの所望の文字の位置に指やスタイラスペンを接触することで、入力を行う構成の表示装置とすると操作性が向上する。このような表示装置を実現する場合には、次のようにして、表示装置における消費電量を著しく低減することが可能である。すなわち、表示部の静止画を表示する第１画面領域については、静止画を表示した後は、当該領域の表示素子への電力の供給を停止し、その後もその静止画を視認可能な状態を長時間維持することが有効である。そして、表示部の残りの第２画面領域については、例えば、タッチ入力による入力結果を表示する。第２画面領域の表示画像の更新を行う時以外の期間では表示素子制御回路を非動作とすることで、電力の節約ができる。このような制御を可能にする駆動方法について、以下説明する。
【００５８】
例えば、表示素子が１０２４行７６８列で配置された表示部を有する表示装置における、走査線駆動回路のシフトレジスタのタイミングチャートについて図５に示す。図５中の期間６１はクロック信号の１周期期間（６４．８μｓｅｃ）であり、期間６２は第２画面領域に相当する表示素子の第１行から第５１２行まで書き込むまでに要する期間（８．３６ｍｓｅｃ）であり、期間６３は１フレーム期間（１６．７ｍｓｅｃ）にそれぞれ相当する。
【００５９】
ここで、走査線駆動回路のシフトレジスタは、第１のクロック信号ＣＫ１〜第４のクロック信号ＣＫ４で動作する４相クロック形式のシフトレジスタとする。また、第１のクロック信号ＣＫ１〜第４のクロック信号ＣＫ４は、互いに４分の１周期期間ずつずれた信号とする。スタートパルス信号ＧＳＰを電位”Ｈ”とすると、第１行目のゲート信号線Ｇ１〜第５１２行目のゲート信号線Ｇ５１２は、４分の１周期期間ずつ遅れながら順に電位”Ｈ”となる。また、各ゲート信号線は、２分の１周期期間電位”Ｈ”となり、連続する行のゲート信号線は、各々４分の１周期期間同時に電位”Ｈ”となる。
【００６０】
ここで、各行の表示素子は、走査線駆動回路が選択行のシフトを２回行う期間、連続して選択されることになる。表示画像のデータを、当該行における表示素子が選択されている期間の内、後半の期間に入力すれば表示画像を更新できる。
【００６１】
ここで、第２画面領域に相当する表示素子の第１行から第５１２行までの表示画像を更新する期間を除く期間については、表示素子制御回路を非動作とする。すなわち、第１画面領域に相当する表示素子の第５１３行から第１０２４行までは表示画像の更新を行わず、表示素子制御回路を非動作としている。
【００６２】
表示素子制御回路を非動作とするには、図５に示したように、クロック信号を停止（”Ｌ”のままとする）することで実現できる。また、同時に、電源電圧の供給を停止することも有効である。
【００６３】
また、第２画面領域に相当する表示素子が選択されていない期間、すなわち、表示画像の更新を行わない期間は、ソース側の駆動回路も同様にクロック信号とスタートパルス信号を停止させてもよい。こうすることでさらなる電力の節約ができる。
【００６４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示した図２及び図３に対応する画素構造に関して、図６、図７、及び図８を用いて以下に説明する。なお、図２及び図３と同じ箇所には、同じ符号を用いて図６、図７、及び図８を説明する。
【００６５】
図６は、図３の回路図に対応する画素平面図の一例である。また、フォトダイオードの電極を形成する前の状態を示しており、図８（Ａ）の断面図に対応している。なお、図６中の鎖線Ａ−Ｂで切断した断面図、及び鎖線Ｃ−Ｄで切断した断面図が図８（Ａ）にそれぞれ対応している。
【００６６】
まず、基板２３０上に導電膜を形成した後、１枚目の露光マスクを用いる第１のフォトリソグラフィ工程により、ゲート信号線２０７、２１３、２２７、容量配線２２４、フォトダイオードリセット信号線２０８、読み出し信号線２０９、フォトセンサ基準信号線２１２を形成する。本実施の形態では基板２３０としてガラス基板を用いる。
【００６７】
下地膜となる絶縁膜を基板２３０と導電膜との間に設けてもよい。下地膜は、基板２３０からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【００６８】
また、導電膜の材料は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【００６９】
次いで、これらの配線を覆う絶縁層を形成し、２枚目の露光マスクを用いる第２のフォトリソグラフィ工程により、後に形成される配線と交差する部分にのみ絶縁層２３１を残して選択的にエッチングを行う。本実施の形態では、絶縁層２３１は膜厚６００ｎｍの酸化窒化珪素膜を用いる。
【００７０】
次いで、ゲート絶縁層２３２及び酸化物半導体膜を形成し、３枚目の露光マスクを用いる第３のフォトリソグラフィ工程により、ゲート絶縁層２３２を介してゲート信号線２０７、２１３、２２７及び読み出し信号線２０９とそれぞれ重なる第１の酸化物半導体層２３３、第２の酸化物半導体層２５３、第３の酸化物半導体層２５５、及び第４の酸化物半導体層２５６を形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁層２３２として膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を用い、酸化物半導体膜として膜厚２５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を用いる。
【００７１】
また、第１の酸化物半導体層２３３、第２の酸化物半導体層２５３、第３の酸化物半導体層２５５、及び第４の酸化物半導体層２５６は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される酸化物薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。また、上記酸化物薄膜にＳｉＯ２を含んでもよい。
【００７２】
また、酸化物薄膜をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。また、このターゲットの材料及び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いてもよい。なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その化学量論比はとくに問わない。
【００７３】
次いで、酸化物半導体層に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満とする。本実施の形態では、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用い、窒素雰囲気下で６５０℃、６分の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れないように酸化物半導体層の成膜室に移動させて酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。
【００７４】
次いで、４枚目の露光マスクを用いる第４のフォトリソグラフィ工程により、ゲート絶縁層２３２を選択的に除去して、ゲート信号線２１３に達する開口と、フォトダイオードリセット信号線２０８に達する開口を形成する。
【００７５】
次いで、ゲート絶縁層２３２、及び酸化物半導体層上に、導電膜を形成する。導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を成分とする金属膜、または上述した元素の窒化物を成分とする合金膜か、上述した元素を組み合わせた合金膜等を用いることができる。そして、５枚目の露光マスクを用いる第５のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行って、ビデオデータ信号線２１０、フォトセンサ出力信号線２１１、電極層２３４、２３５、２５４、２５７、２５８、２５９を形成する。
【００７６】
なお、図３におけるトランジスタ２２１は、図６に示すように、第１の酸化物半導体層２３３を有し、電極層２３４をソース電極層またはドレイン電極層とするトランジスタである。また、図６に示すように、電極層２３４は、ゲート絶縁層２３２を誘電体とし、容量配線２２４と保持容量２２２を形成する。また、図６に示すように、トランジスタ２０１は、第２の酸化物半導体層２５３を有し、電極層２５４をソース電極層またはドレイン電極層とするトランジスタである。
【００７７】
また、図３において、フォトセンサ１０６を構成する一要素であるトランジスタ２０６は、図６に示すように、第３の酸化物半導体層２５５を有し、電極層２５７をソース電極層またはドレイン電極層とするトランジスタである。また、トランジスタ２０５は、図６に示すように、第４の酸化物半導体層２５６を有し、電極層２５７または電極層２５８をソース電極層またはドレイン電極層とするトランジスタである。また、図８（Ａ）に示すように、トランジスタ２０５のゲート信号線２１３は、電極層２３６と電気的に接続している。
【００７８】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。本実施の形態では、窒素雰囲気下で３００℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が絶縁層と接した状態で加熱される。
【００７９】
次いで保護絶縁層となる絶縁層２３７を形成し、６枚目の露光マスクを用いる第６のフォトリソグラフィ工程により、電極層２３５に達する開口、電極層２３４に達する開口、電極層２３６に達する開口を形成する。
【００８０】
次いで、プラズマＣＶＤ法により、ｐ層２３８、ｉ層２３９、及びｎ層２４０を積層成膜する。本実施の形態では、ｐ層２３８として膜厚４５ｎｍのボロンを含む微結晶シリコン膜を用い、ｉ層２３９として膜厚４００ｎｍのアモルファスシリコン膜を用い、ｎ層２４０として膜厚８０ｎｍのリンを含む微結晶シリコン膜を用いる。そして、７枚目の露光マスクを用いる第７のフォトリソグラフィ工程により、電極層２３５と接して重なる領域のみを残して除去する。この段階までの断面図が図８（Ａ）であり、その平面図が図６に相当する。
【００８１】
次いで感光性有機樹脂層を形成し、８枚目の露光マスクで開口となる領域を露光し、９枚目の露光マスクで凹凸となる領域を露光し、現像して部分的に凹凸を有する絶縁層２４１を形成する第８のフォトリソグラフィ工程を行う。
【００８２】
次いで、反射性を有する導電膜を成膜し、１０枚目の露光マスクを用いる第９のフォトリソグラフィ工程により反射電極層２４２、接続電極層２４３を形成する。反射性を有する導電膜としてはＡｌ、Ａｇ、またはこれらの合金、例えばＮｄを含むアルミニウム、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金等を用いる。そして、第９のフォトリソグラフィ工程後に第３の加熱処理、本実施の形態では、窒素雰囲気下２５０℃、１時間を行う。
【００８３】
以上の工程により、同一基板上に反射電極層２４２と電気的に接続するトランジスタと、電極層２３６及び接続電極層２４３を介してゲート信号線２１３と電気的に接続するフォトダイオードとを合計１０枚の露光マスクを用い、９回のフォトリソグラフィ工程によって作製することができる。
【００８４】
そして反射電極層２４２を覆う配向膜２４４を形成する。この段階での断面図が図８（Ｂ）に相当する。こうしてアクティブマトリクス基板が作製できる。
【００８５】
そして、このアクティブマトリクス基板と貼り合わせる対向基板を用意する。対向基板には、遮光層（ブラックマトリクスとも呼ぶ）と、透光性を有する導電膜を形成し、さらに有機樹脂を用いた柱状スペーサを形成する。そして、最後に配向膜で覆う。
【００８６】
この対向基板をシール材を用いてアクティブマトリクス基板と貼り合わせ、一対の基板間に液晶層を挟持する。対向基板の遮光層は、反射電極層２４２の表示領域及びフォトセンサの受光領域に重ならないように設ける。また、対向基板に設けられた柱状スペーサは、電極層２５１、２５２と重なるように位置合わせを行う。柱状スペーサは、電極層２５１、２５２と重ねることで一対の基板の間隔を一定に保持する。なお、電極層２５１、２５２は、電極層２３４と同一工程で形成することができるため、マスク数を増やすことなく設けることができる。
【００８７】
こうして貼り合わせた一対の基板における画素の平面図が図７に相当する。図７において、ブラックマトリクスと重なっていない領域が、フォトセンサの受光領域と、表示領域となる。図７に示す１つの単位面積（１２０μｍ×２４０μｍ）のうち、反射電極の面積が占める割合は５９．４％であり、フォトセンサの受光面積は約１７００μｍ２である。また、反射電極層２４２は、凹凸を有する感光性有機樹脂層上に設けられているため、図７に示すようなランダムな平面模様を有する。感光性有機樹脂層の表面形状を反映させて反射電極層２４２の表面にも凹凸を設け、鏡面反射となることを防いでいる。なお、図７において反射電極層２４２の凹部２４５も示しており、凹部２４５の周縁は、反射電極層の周縁よりも内側に位置し、凹部２４５の下方の感光性有機樹脂層は他の領域よりも薄い膜厚となっている。
【００８８】
また、必要があれば、対向基板の外光が入射する面に、位相差を調節するための位相差フィルムや、偏光機能を有するフィルムや、反射防止板や、カラーフィルタなどの光学フィルムを設けてもよい。
【００８９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、カラーフィルタを設け、フルカラー表示が可能な液晶表示モジュールとする一例を示す。
【００９０】
図９に液晶表示モジュール１９０の構成を示す。液晶表示モジュール１９０は液晶素子がマトリクス状に設けられた表示パネル１２０と、表示パネル１２０と重なる偏光板及びカラーフィルタ１１５を有する。また、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１１６ａ、１１６ｂは表示パネル１２０に設けた端子部と電気的に接続されている。表示パネル１２０は、実施の形態１の表示パネル１００と同様の構成を有する。ただし、フルカラー表示とする場合であるため、赤色表示素子、緑色表示素子、青色表示素子の３つの表示素子を用い、それぞれに異なる映像信号を供給する回路構成とする。
【００９１】
また、図９には、外光１３９が表示パネル１２０上の液晶素子を透過して反射電極で反射される様子を模式的に示してある。例えば、カラーフィルタの赤色領域と重なる画素においては、外光１３９がカラーフィルタ１１５を通過した後、液晶層を通過し、反射電極で反射され、再びカラーフィルタ１１５を通過して赤色光として取り出される。図９には、３色の光１３５が矢印（Ｒ、Ｇ、及びＢ）で模式的に示してある。液晶素子を透過する光の強度は、画像信号により変調されるため、観察者は外光１３９の反射光によって、映像を捉えることができる。
【００９２】
また、表示パネル１２０はフォトセンサを有しており、タッチ入力機能を備えている。フォトセンサの受光領域にもカラーフィルタを重ねることにより可視光センサとして機能させることもできる。また、フォトセンサの光の感度を向上させるためには、入射光を多く取り入れるため、フォトセンサの受光領域と重なる領域にはカラーフィルタに開口を設け、フォトセンサの受光領域とカラーフィルタが重ならない構成としてもよい。
【００９３】
本実施の形態は、実施の形態１または実施の形態２と自由に組み合わせることができる。
【００９４】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【００９５】
図１０（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができる。太陽電池９６３３と、表示パネルとを開閉自在に装着しており、太陽電池からの電力を表示パネル、または映像信号処理部に供給する電子書籍である。図１０（Ａ）に示した電子書籍は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。なお、図１０（Ａ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータ９６３６と略記）を有する構成について示している。
【００９６】
表示部９６３１はフォトセンサを利用したタッチ入力機能を備えた反射型の液晶表示装置であり、比較的明るい状況下で使用するため、太陽電池９６３３による発電、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である。なお太陽電池９６３３は、筐体９６３０の表面及び裏面に効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
【００９７】
また図１０（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１０（Ｂ）にブロック図を示し説明する。図１０（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。
【００９８】
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。
【００９９】
なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。
【０１００】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
６１ 期間
６２ 期間
６３ 期間
１００：表示パネル
１０１：画素回路
１０３：画素
１０４：画素
１０５：表示素子
１０６：フォトセンサ
１０７：信号線側の表示素子駆動回路
１０８：走査線側の表示素子駆動回路
１０９：フォトセンサ読み出し回路
１１０：フォトセンサ駆動回路
１１５：カラーフィルタ
１１６ａ、１１６ｂ：ＦＰＣ
１２０：表示パネル
１２５：表示素子
１３５ 光
１３９：外光
１９０ 液晶表示モジュール
２０１ トランジスタ
２０２ 保持容量
２０３ 液晶素子
２０４ フォトダイオード
２０５ トランジスタ
２０６ トランジスタ
２０７ ゲート信号線
２０８ フォトダイオードリセット信号線
２０９ 読み出し信号線
２１０ ビデオデータ信号線
２１１ フォトセンサ出力信号線
２１２ フォトセンサ基準信号線
２１３ ゲート信号線
２１４ 容量配線
２２１ トランジスタ
２２２ 保持容量
２２３ 液晶素子
２２４ 容量配線
２２７ ゲート信号線
２３０ 基板
２３１ 絶縁層
２３２ ゲート絶縁層
２３３ 酸化物半導体層
２３４ 電極層
２３５ 電極層
２３６ 電極層
２３７ 絶縁層
２３８ ｐ層
２３９ ｉ層
２４０ ｎ層
２４１ 絶縁層
２４２ 反射電極層
２４３ 接続電極層
２４４ 配向膜
２４５ 凹部
２５１ 電極層
２５３ 酸化物半導体層
２５４ 電極層
２５５ 酸化物半導体層
２５６ 酸化物半導体層
２５７ 電極層
２５８ 電極層
１０３０ 電子機器
１０３１ ボタン
１０３２ 表示部
１０３３ 領域
１０３４ スイッチ
１０３５ 電源スイッチ
１０３６ キーボード表示スイッチ
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３２ 操作キー
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ コンバータ
９６３７ コンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ入力機能を有する表示部を備えた電子機器であり、
同一基板上に反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、フォトセンサとを有し、
前記フォトセンサは、フォトダイオードと、該フォトダイオードと電気的に接続するゲート信号線を有する第２のトランジスタと、第３のトランジスタとを有し、
前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、前記第３のトランジスタのソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線に電気的に接続され、
前記第３のトランジスタの酸化物半導体層は、前記反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１において、前記第２のトランジスタの酸化物半導体層は、読み出し信号線とゲート絶縁層を介して重なり、前記読み出し信号線は、前記反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
タッチ入力機能を有する表示部を備えた電子機器であり、
同一基板上に第１の反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、第２の反射電極と電気的に接続する第２のトランジスタとフォトセンサとを有し、
前記フォトセンサは、フォトダイオードと、該フォトダイオードと電気的に接続するゲート信号線を有する第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを有し、
前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線に電気的に接続され、
前記第４のトランジスタの酸化物半導体層は、前記第１の反射電極と重なり、
前記フォトセンサ基準信号線は、前記第２の反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項３において、前記第３のトランジスタの酸化物半導体層は、読み出し信号線とゲート絶縁層を介して重なり、前記読み出し信号線は、前記第１の反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第１の反射電極と重なり、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２の反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
フォトセンサと、該フォトセンサにより得られる入力情報を映像信号に処理して表示する表示部とを備えた電子システムであり、
前記表示部の第１画面領域に表示するタッチ入力ボタンを静止画として表示し、前記表示部の第２画面領域に動画として出力表示する電子システム。
【請求項７】
請求項６において、前記表示部の第１画面領域をタッチ入力する画面領域、或いは出力表示する画面領域に切り換える映像信号処理部を有する電子システム。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、前記表示部に表示される画像が静止画である場合と、動画である場合とで異なる信号供給を前記表示部の表示素子に行う映像信号処理部を有する電子システム。
【請求項１】
タッチ入力機能を有する表示部を備えた電子機器であり、
同一基板上に反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、フォトセンサとを有し、
前記フォトセンサは、フォトダイオードと、該フォトダイオードと電気的に接続するゲート信号線を有する第２のトランジスタと、第３のトランジスタとを有し、
前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、前記第３のトランジスタのソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線に電気的に接続され、
前記第３のトランジスタの酸化物半導体層は、前記反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１において、前記第２のトランジスタの酸化物半導体層は、読み出し信号線とゲート絶縁層を介して重なり、前記読み出し信号線は、前記反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
タッチ入力機能を有する表示部を備えた電子機器であり、
同一基板上に第１の反射電極と電気的に接続する第１のトランジスタと、第２の反射電極と電気的に接続する第２のトランジスタとフォトセンサとを有し、
前記フォトセンサは、フォトダイオードと、該フォトダイオードと電気的に接続するゲート信号線を有する第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを有し、
前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線に電気的に接続され、
前記第４のトランジスタの酸化物半導体層は、前記第１の反射電極と重なり、
前記フォトセンサ基準信号線は、前記第２の反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項３において、前記第３のトランジスタの酸化物半導体層は、読み出し信号線とゲート絶縁層を介して重なり、前記読み出し信号線は、前記第１の反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第１の反射電極と重なり、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２の反射電極と重なることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
フォトセンサと、該フォトセンサにより得られる入力情報を映像信号に処理して表示する表示部とを備えた電子システムであり、
前記表示部の第１画面領域に表示するタッチ入力ボタンを静止画として表示し、前記表示部の第２画面領域に動画として出力表示する電子システム。
【請求項７】
請求項６において、前記表示部の第１画面領域をタッチ入力する画面領域、或いは出力表示する画面領域に切り換える映像信号処理部を有する電子システム。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、前記表示部に表示される画像が静止画である場合と、動画である場合とで異なる信号供給を前記表示部の表示素子に行う映像信号処理部を有する電子システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１７０３３７（Ｐ２０１１−１７０３３７Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１８５（Ｐ２０１１−８１８５）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【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９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【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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