(57)【要約】【課題】  検出対象を精度良く検出でき且つ透過表示と反射表示とが可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  液晶表示装置１では、アレイ基板１１は、アレイ基板１１の前面から与えられる光を検出する光センサ１１１２を備え、対向基板１３は、光源１４からの光が透過するカラーフィルタ１３２と、カラーフィルタ１３２を透過した光が透過し且つ複数の画素電極１１３に対向する透明な透明電極１３４ａと、他の複数の画素電極１１３に対向し且つ外光を反射する反射電極１３５を備える。検出対象である光は直接的に光センサ１１１２に与えられるので光を精度良く検出できる。また、光源１４からの光が透明電極１３４ａを透過するとともに外光が反射電極１３５で反射するので、透過表示と反射表示が可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の走査線と複数の信号線とが交差するアレイ基板と、該アレイ基板に対し液晶層を挟んで対向する対向基板とを備えるとともに、前記走査線と信号線とが交差する各交差部に各画素が配置され、
前記アレイ基板は、前記液晶層に電界を印加する透明な画素電極を前記各画素に備えるとともに当該アレイ基板の前面から与えられる検出対象を検出する検出素子を備え、
前記対向基板は、該対向基板の背面に配置された光源からの光が透過するカラーフィルタと、該カラーフィルタを透過した光が透過し且つ複数の前記画素電極に対向する透明な透明電極と、他の複数の画素電極に対向し且つ外光を反射する反射電極を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記反射電極は凹凸を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射電極を前記カラーフィルタの前記液晶層側に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象を精度良く検出でき且つ透過表示と反射表示とが可能な液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力という特徴から、携帯電話端末、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末）、パーソナルコンピュータに利用される。
【０００３】
このような液晶表示装置は、複数の走査線と複数の信号線とが交差するアレイ基板と、該アレイ基板に対し液晶層を挟んで対向する対向基板と、走査線や信号線を駆動する駆動回路を備え、走査線と信号線とが公差する各交差部に構成された画素に映像信号を書き込み、これにより液晶層の光の透過率を変化させることで表示を行う。
【０００４】
このような液晶表示装置の中でも、光源を備える液晶表示装置は、暗所でも表示が可能であることから、液晶表示装置の主流となっている。
【０００５】
また、近年では、画素を構成するスイッチ素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）や画素電極とともに、駆動回路をアレイ基板に内蔵することで、液晶表示装置のコンパクト化および低コスト化が図られる。
【０００６】
また、近年の液晶表示装置には、いわゆるスキャナーの機能を備えたものがあり、このような液晶表示装置には検出素子として光センサが内蔵される。
【０００７】
そして、その検出動作においては、光源から液晶表示装置を通過した光が印刷物などに反射し、その光の強度を光センサで検出することで、印刷物の画像読み取りが可能となる。
【０００８】
なお、上記の構成の光センサにより、光ペンからの光の強度を検出することで、ペン入力が可能となる。また、光センサに代えて、圧電素子などを用いれば、タッチパネルの機能を実現することができる。
【特許文献１】特開２００２−３０３８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような液晶表示装置では、光センサや圧電素子などの検出素子をＴＦＴと同一の製造プロセスで製造することで工程削減を図れることから、検出素子はアレイ基板内に設けられる。また、光や圧力などの検出対象を精度よく検出しなければならず、よって、検出対象をアレイ基板の前面から与えるようにしたいので、光源は対向基板の背面に配置される。
【００１０】
ところで、近年の液晶表示装置には、光源からの光による透過表示ができ、しかも外光による反射表示で日付や時刻など表示できるようにすることで省電力化を図っているものがある。かかる液晶表示装置では、アレイ基板に配置された一部の画素電極が反射電極となっている。
【００１１】
また、最近では、上記した２つの液晶表示装置の利点を兼ね備えた液晶表示装置の実現が望まれている。
【００１２】
しかしながら、２つの液晶表示装置における構造上の特徴を単純に組み合わせて、すなわち検出素子と反射電極を共にアレイ基板内に配置すると、外光が液晶層を透過しないので、輝度を制御することができず、そのため反射表示が行えないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、検出対象を精度良く検出でき且つ透過表示と反射表示とが可能な液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の液晶表示装置は、複数の走査線と複数の信号線とが交差するアレイ基板と、該アレイ基板に対し液晶層を挟んで対向する対向基板とを備えるとともに、前記走査線と信号線とが交差する各交差部に各画素が配置され、前記アレイ基板は、前記液晶層に電界を印加する透明な画素電極を前記各画素に備えるとともに当該アレイ基板の前面から与えられる検出対象を検出する検出素子を備え、前記対向基板は、該対向基板の背面に配置された光源からの光が透過するカラーフィルタと、該カラーフィルタを透過した光が透過し且つ複数の前記画素電極に対向する透明な透明電極と、他の複数の画素電極に対向し且つ外光を反射する反射電極を備えたことを特徴とする。  請求項１記載の液晶表示装置によれば、アレイ基板は、アレイ基板の前面から与えられる検出対象を検出する検出素子を備え、対向基板は、光源からの光が透過するカラーフィルタと、カラーフィルタを透過した光が透過し且つ複数の画素電極に対向する透明な透明電極と、他の複数の画素電極に対向し且つ外光を反射する反射電極を備えたことで、検出対象が直接的に検出素子に与えられるので検出対象を精度良く検出でき、しかも、光源からの光が透明電極を透過するとともに外光が反射電極で反射し、これらが共に液晶層を通過するので、透過表示と反射表示とを可能にすることができる。
【００１５】
請求項２記載の液晶表示装置は、請求項１記載の液晶表示装置において、前記反射電極は凹凸を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の液晶表示装置によれば、反射電極が凹凸を有することで、反射電極で反射した光が散乱し、よって視野角を大きくすることができる。
【００１７】
請求項３記載の液晶表示装置は、請求項１または２記載の液晶表示装置において、前記反射電極を前記カラーフィルタの前記液晶層側に配置したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の液晶表示装置によれば、反射電極をカラーフィルタの液晶層側に配置したことで、外光がカラーフィルタを透過しないので、モノクロの反射表示を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の液晶表示装置によれば、アレイ基板は、アレイ基板の前面から与えられる検出対象を検出する検出素子を備え、対向基板は、光源からの光が透過するカラーフィルタと、カラーフィルタを透過した光が透過し且つ複数の画素電極に対向する透明な透明電極と、他の複数の画素電極に対向し且つ外光を反射する反射電極を備えたことで、検出対象が直接的に検出素子に与えられるので検出対象を精度良く検出でき、しかも、光源からの光が透明電極を透過するとともに外光が反射電極で反射し、これらが共に液晶層を通過するので、透過表示と反射表示とを可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１の部分的な断面図である。
【００２２】
液晶表示装置１のアレイ基板１１には、図示しない複数の走査線と複数の信号線とが交差するように形成されており、このアレイ基板１１に液晶層１２を挟んで対向基板１３が対向している。
【００２３】
液晶表示装置１では、信号線と走査線とが交差する交差部にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各画素が規則的に配置され、この画素による表示内容がアレイ基板１１の手前から視認されることになる。このために、対向基板１３の背面に、面光源である光源１４が配置されている。
【００２４】
信号線の数は、例えば、ＲＧＢの各色につき２４０とし、走査線の数を３２０として、合計で約２３万画素の液晶表示装置１（ＱＶＧＡ（Quarter Video Graphics Array）液晶表示装置）を構成することができる。また、全ての画素からなる表示領域を対角２．２インチのサイズにすることができ、このサイズでは、水平走査方向の画素ピッチが５０μｍほど、垂直走査方向の画素ピッチが１５０μｍほど、アレイ基板１１と対向基板１３の間隔（セルギャップ）が５μｍほどになる。
【００２５】
液晶表示装置１は、光源１４からの光が液晶層１２を透過して表示が行われる透過表示領域Ａと、外光を反射して表示を行う反射表示領域Ｂとを備える。例えば、透過表示領域Ａは、表示領域を構成する大部分の画素からなり、反射表示領域Ｂは残りの複数の画素からなる。
【００２６】
アレイ基板１１は、例えば厚さ０．７ｍｍの透明なガラス基板１１１を備え、ガラス基板１１１の各画素領域には、図示しない信号線と走査線とに接続されたスイッチ素子１１１１が形成されている。また、ガラス基板１１１の液晶層１２側には透明樹脂層１１２が形成され、各スイッチ素子１１１１は透明樹脂層１１２を介して、例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ)を材質とする透明な画素電極１１３に接続されている。各信号線は図示しない信号線駆動回路に、各走査線は図示しない走査線駆動回路に接続されている。
【００２７】
また、アレイ基板１１の透過表示領域Ａにおける各画素領域には光センサ１１１２が形成され、各光センサ１１１２は、図示しない検出回路に接続されている。
【００２８】
一方、対向基板１３はガラス基板１３１を備え、ガラス基板１３１の液晶層１２側の表示領域全面にカラーフィルタ１３２が形成される。
【００２９】
カラーフィルタ１３２では、樹脂製の遮光膜が信号線と走査線に沿って、つまり格子状に配置され、格子で囲まれた各画素領域に、この画素に対応する色のフィルタが配置される。
【００３０】
対向基板１３では、カラーフィルタ１３２上の表示領域全面に透明樹脂層１３３が形成される。透明樹脂層１３３は、透過表示領域Ａでは平坦であり、一方、反射表示領域Ｂでは凹凸が形成される。
【００３１】
また、透明樹脂層１３３上の表示領域全面に、例えば、ＩＴＯを材質とする透明な電極１３４が形成される。電極１３４は、透明樹脂層１３３の形状に対応して、反射表示領域Ｂで凹凸を有している。
【００３２】
そして、電極１３４上の反射表示領域Ｂに、アルミニウムなどを材質とする不透明な、つまり外光を反射する反射電極１３５が形成され、電極１３４の形状に対応して、この反射電極１３５にも凹凸が形成されている。
【００３３】
液晶表示装置１では、透過表示領域Ａの電極１３４が透明電極（以下、符号１３４ａを付す）を構成している。
【００３４】
また、透明電極１３４ａと反射電極１３５の上には、図示しない配光膜が形成され、例えば、この配光膜は、液晶層１２を所定の方向にプレチルト６°で配光させるようにラビング処理されている。
【００３５】
以上の構成を有する対向基板１３の光源１４側には偏光板１３Ａが配置され、先に説明したアレイ基板１１の手前側には偏光板１１Ａが配置される。
【００３６】
図２ないし図４は、例えばポリシリコンプロセスによって、アレイ基板１１上に光センサ１１１２、スイッチ素子１１１１としてのｎチャネルＴＦＴ１００、並びに駆動回路を構成するｐチャネルＴＦＴ２００を形成するときの製造工程を示す図であり、図２は光センサ１１１２の部分を、図３はｎチャネルＴＦＴ１００の部分を、図４はｐチャネルＴＦＴ２００の部分をそれぞれ示すものである。
【００３７】
以下、図２ないし図４を参照して、光センサ１１１２、ｎチャネルＴＦＴ１００、ｐチャネルＴＦＴ２００の製造方法を説明する。
【００３８】
図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）：まず、ガラス基板１１１上に、ＳｉＮｘ（窒化シリコン）やＳｉＯｘ（酸化シリコン）などからなるアンダーコート層をＣＶＤ（Chemical Vaopour Deposition）法などにより形成する。アンダーコート層を形成するのは、ガラス基板１１１上に不純物（リン、ボロン）が拡散されるのを防止するためである。次に、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリング法などにより、アンダーコート層の上にアモルファスシリコンを５０Å程度堆積させて、アモルファスシリコン膜を成膜する。
【００３９】
図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）：次に、アモルファスシリコン膜にレーザーを照射することでアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に結晶化させる。
【００４０】
図２（ｃ）、図３（ｃ）、図４（ｃ）：そして、低濃度のボロンを全面にイオンドーピングし、さらにマスク、露光、エッチングして、ｐ−層を形成する。
【００４１】
図２（ｄ）、図３（ｄ）、図４（ｄ）：次に、ＰＥＣＶＤ法などで形成したＳｉＯｘ膜からなる第１絶縁層を形成する。
【００４２】
図２（ｅ）、図３（ｅ）、図４（ｅ）：レジストをマスクとして用いた上で、光センサ１１１２のＮ型電極領域１１１２１、並びにｎチャネルＴＦＴ１００のソース領域１０１およびドレイン領域１０２に、高濃度のリンをイオンドーピングし、ｎ＋層を形成する。
【００４３】
図２（ｆ）、図３（ｆ）、図４（ｆ）：レジストを除去した後の第１絶縁層上に、Ｍｏ（モリブデン）−Ｔａ（タンタル）合金やＭｏ−Ｗ（タングステン）合金などを用いて第１メタル層を成膜する。
【００４４】
図２（ｇ）、図３（ｇ）、図４（ｇ）：光センサ１１１２のＰ型電極領域１１１２２、並びにｐチャンネルＴＦＴ２００のソース領域２０１およびドレイン領域２０２が開口するようにパターニングして、高濃度のボロンをイオンドーピングする。
【００４５】
第１メタル層がマスクとなり、Ｐ型電極領域１１１２２、ソース領域２０１およびにドレイン領域２０２にｐ＋層が形成される。ｐチャンネルＴＦＴ２００では、このときにパターニングされた第１メタル層がゲート電極２００Ｇとなる。
【００４６】
図２（ｈ）、図３（ｈ）、図４（ｈ）：さらに、第１メタル層を、光センサ１１１２の受光部１１１２Ｊ、並びにｎチャネルＴＦＴ１００のｎ−領域１０３とｎ−領域１０４が開口するようにパターニングする。ｎチャンネルＴＦＴ１００では、このときパターニングされた第１メタル層がゲート電極１００Ｇとなる。また、光センサ１１１２では、このときパターニングされた第１メタル層がゲート電極１１１２Ｇとなる。
【００４７】
さらに、光センサ１１１２を覆うようにレジストを形成し、低濃度のリンをイオンドーピングする。
【００４８】
第１メタル層およびレジストがマスクとなり、ｎチャネルＴＦＴ１００のｎ−領域１０３およびｎ−領域１０４にｎ−層が形成される。
【００４９】
光センサ１１１２は、受光部１１１２Ｊがｐ−層により構成されて、いわゆるＰＩＮ型の光センサとなる。
【００５０】
次に、レジストを除去し、注入した不純物を活性化するため、５００℃程度でアニールした後に、水素のプラズマ中にさらして水素化を行う。
【００５１】
図２（ｉ）、図３（ｉ）、図４（ｉ）：次に、第１絶縁層上に、ＣＶＤ法などにより、ＳｉＯｘからなる第２絶縁層を形成する。
【００５２】
図２（ｊ）、図３（ｊ）、図４（ｊ）：次に、光センサ１１１２のＮ型電極領域１１１２１およびＰ型電極領域１１１２２、ｎチャネルＴＦＴ１００のソース領域１０１およびドレイン領域１０２、ｐチャネルＴＦＴ２００のソース領域２０１およびドレイン領域２０２にコンタクトホールを設けて露出させ、この露出させた領域に第２メタル層を成膜し、パターニングして、光センサ１１１２のＰ型電極１１１２Ｐ、Ｎ型電極１１１２Ｎおよび遮光帯１１１２Ｓ、ｎチャネルＴＦＴ１００のソース電極１００Ｓおよびドレイン電極１００Ｄ、並びにｐチャネルＴＦＴ２００のソース電極２００Ｓとドレイン電極２００Ｄを形成する。
【００５３】
次に、図１を用いて、液晶表示装置１の表示動作を説明する。
【００５４】
液晶表示装置１では、複数の走査線が順次に駆動されて、例えば、１つの走査線により書き込まれるＲの画素に対応するスイッチ素子１１１１が導通すると、信号線に供給された映像信号が画素電極１１３に印加される。一方、反射電極１３５と透明電極１３４ａにも所定の信号が供給される。これにより、画素電極１１３と反射電極１３５の間の液晶層１２、画素電極１１３と透明電極１３４ａの間の液晶層１２に電界が印加される。また、映像信号の振幅に応じて電界強度が変化し、これにより液晶層１２における光の透過率が変化する。
【００５５】
光源１４からの光の一部は、つまり、透過表示領域Ａでは、偏光板１３Ａ、ガラス基板１３１、カラーフィルタ１３２、透明樹脂層１３３、透明電極１３４ａ、図示しない配光膜、液晶層１２、図示しない配光膜、画素電極１１３、透明樹脂層１１２、ガラス基板１１１、偏光板１１Ａを順次に透過して外部に出射する。
【００５６】
一方、反射表示領域Ｂでは、外光が、偏光板１１Ａ、ガラス基板１１１、透明樹脂層１１２、画素電極１１３、図示しない配光膜、液晶層１２、図示しない配光膜を順次に透過して反射電極１３５に到達し、この反射電極１３５で反射した光は、図示しない配光膜、液晶層１２、図示しない配光膜、画素電極１１３、透明樹脂層１１２、ガラス基板１１１、偏光板１１Ａを順次に透過して外部に出射する。ここで、反射電極１３５が凹凸を有するので、反射電極１３５で反射した光が散乱する。
【００５７】
液晶表示装置１では、液晶層１２における光の透過率を、前述のように制御することで、液晶層１２から出射する光の強度、つまり画素の輝度を制御することができる。よって、表示領域に、文字や画像や映像を表示することができる。
【００５８】
特に、反射電極１３５が凹凸をもたせたことで、反射電極１３５で反射した光が散乱することとなり、よって視野角を広くすることができる。
【００５９】
また、反射電極１３５をカラーフィルタ１３２の液晶層１２側に配置したことで、外光がカラーフィルタ１３２を透過しないので、反射表示領域Ｂではモノクロ表示を行うことができる。
【００６０】
次に、図１と同様の断面図である図５を用いて、液晶表示装置１の検出動作を説明する。
【００６１】
例えば、液晶層１２における光の透過率が透過表示領域Ａで一定になるように映像信号を制御した上で、アレイ基板１１の透過表示領域Ａの前面に検出対象物Ｐ（印刷物など）を位置させる。
【００６２】
光源１４からの光は、偏光板１３Ａ、ガラス基板１３１、カラーフィルタ１３２を透過する。カラーフィルタ１３２を透過した光の一部は、つまり反射表示領域Ｂでは、透明樹脂層１３３を経て反射電極１３５に到達し反射する。
【００６３】
一方、カラーフィルタ１３２を透過した光の残りは、透明樹脂層１３３、透明電極１３４ａ、図示しない配光膜、液晶層１２、図示しない配光膜、画素電極１１３、透明樹脂層１１２、ガラス基板１１１、偏光板１１Ａを順次に透過して外部に出射し、検出対象物Ｐに反射し、アレイ基板１１に入射する。そして、その光の強度を各光センサ１１１２で電気信号に変換し、その電気信号を検出回路が検出することで、検出対象物Ｐの画像を読み取る。
【００６４】
以上のように、液晶表示装置１によれば、アレイ基板１１は、アレイ基板１１の前面から与えられる検出対象である光を検出する検出素子として光センサ１１１２を備え、対向基板１３は、光源１４からの光が透過するカラーフィルタ１３２と、カラーフィルタ１３２を透過した光が透過し且つ複数の画素電極１１３に対向する透明な透明電極１３４ａと、他の複数の画素電極１１３に対向し且つ外光を反射する反射電極１３５を備えたことで、検出対象である光が直接的に検出素子である光センサ１１１２に与えられるので検出対象である光を精度良く検出でき、しかも、光源１４からの光が透明電極１３４ａを透過するとともに外光が反射電極１３５で反射し、これらが共に液晶層１２を通過するので、透過表示と反射表示とを可能にすることができる。
【００６５】
また、反射電極１３５は凹凸が有することで、反射電極１３５で反射した光が散乱し、よって視野角を大きくすることができる。
【００６６】
また、反射電極１３５をカラーフィルタ１３２の液晶層１２側に配置したことで、外光がカラーフィルタ１３２を透過しないので、モノクロの反射表示を行うことができる。
【００６７】
なお、液晶表示装置１では、光センサ１１１２を透過表示領域Ａの各画素に設けることとしたが、光センサ１１１２を反射表示領域Ｂの各画素に設ける、または、透過表示領域Ａの各画素と反射表示領域Ｂの各画素とに設けるようにしてもよい。また、光センサ１１１２を、表示領域内の所定の検出領域において、単に均等に設けるようにしてもよい。また、光センサ１１１２は、ＰＩＮ型に限らず、例えば、ＰＮ型などの他の型の光センサを備えるようにしてもよい。
【００６８】
また、液晶表示装置１では、光センサ１１２で、光ペンからの光の強度を検出することで、ペン入力が可能となる。また、各光センサ１１２に代えて、圧電素子など検出素子を用いれば、タッチパネルの機能を実現でき、しかも、圧電素子をアレイ基板１１に設けることで、検出対象である圧力を精度良く検出できる。
【００６９】
なお、このように、光ペンからの光の強度を検出する場合や圧電素子で圧力を検出する場合は、光センサ１１１２や圧電素子をアレイ基板１１の表示領域以外に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１の部分的な断面図である。
【図２】アレイ基板１１上に光センサ１１１２、ｎチャネルＴＦＴ１００、およびｐチャネルＴＦＴ２００を形成するときの光センサ１１１２の部分を示す図である。
【図３】アレイ基板１１上に光センサ１１１２、ｎチャネルＴＦＴ１００、およびｐチャネルＴＦＴ２００を形成するときのｎチャネルＴＦＴ１００の部分を示す図である。
【図４】アレイ基板１１上に光センサ１１１２、ｎチャネルＴＦＴ１００、およびｐチャネルＴＦＴ２００を形成するときのｐチャネルＴＦＴ２００の部分を示す図である。
【図５】液晶表示装置１の検出動作を説明するときに用いた、図１と同様の断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  液晶表示装置
１１  アレイ基板
１２  液晶層
１３  対向基板
１１１、１３１  ガラス基板
１１３  画素電極
１３４ａ  透明電極
１３５  反射電極
１１１２  光センサ
Ａ  透過表示領域
Ｂ  反射表示領域
【図１】
2006030889.tif 000003
【図２】
2006030889.tif 000004
【図３】
2006030889.tif 000005
【図４】
2006030889.tif 000006
【図５】
2006030889.tif 000007