(57)【要約】【課題】光の透過率を低下させず、かつ、低コスト化に優れたタッチ機能付き液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示パネルを備えた液晶表示装置において、前記液晶表示パネルは、複数の画素が配置された表示部と、前記表示部の周囲に配置された周辺部とを有しており、前記液晶表示パネルの表示部と該表示部に近接している周辺部の境界部分において、前記表示部にはタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記タッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを配置した、というものである。  さらに、この液晶表示装置において、前記ホトセンサは、観測者が前記表示部のタッチキーに相当する表示をタッチした際に、外光の全部又は一部が遮られることに起因して検出される電流値を出力する、というものである。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持される液晶層とを有する液晶表示パネルを備えた液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルは、複数の画素が配置された表示部と、前記表示部の周囲に配置された周辺部とを有しており、
前記液晶表示パネルの表示部と該表示部に近接している周辺部の境界部分において、前記表示部にはタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記タッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記ホトセンサは、観測者が前記表示部のタッチキーに相当する表示をタッチした際に、外光の全部又は一部が遮られることに起因して検出される電流値を出力することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
該液晶表示装置は、観測者が前記表示部のタッチキーに相当する表示をタッチした際に、前記ホトセンサにより前記表示部のタッチキーに相当する表示がタッチされたものとみなすことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の液晶表示装置において、
前記表示部には、複数個のタッチキーに相当する表示を表示させ、
前記周辺部には、前記複数個のタッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを複数個配置していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液晶表示装置において、
前記複数個のホトセンサの夫々は、観測者が前記表示部に表示された複数個のタッチキーに相当する表示の何れかをタッチした際に、外光の全部又は一部が遮られることに起因して検出される電流値を、他のホトセンサから検出される電流値と比較することにより、どのタッチキーに相当する表示が選択されたかを判断することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の液晶表示装置において、
該液晶表示装置は、バックライトを有し、
前記ホトセンサから出力される電流値に基づいて前記バックライトの輝度を調整することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の液晶表示装置において、
前記第１の基板は、前記第２の基板と重畳しない非重畳領域を有し、
前記液晶表示パネルを制御する駆動回路を、前記第１の基板の前記非重畳領域に実装していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項４に記載の液晶表示装置において、
前記複数個のホトセンサは、複数個の薄膜トランジスタを並列に接続した構成になっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
第１の基板と、前記第１の基板よりも小さいサイズの第２の基板とを有し、該第１の基板と該第２の基板間に液晶を狭持した液晶表示パネルを有する液晶表示装置において、
前記第１の基板と前記第２の基板が重畳した箇所に、表示部と周辺部を有しており、
前記第１の基板上には、複数本のゲート配線と、絶縁膜を介して該複数本のゲート配線と交差するようにして配置された複数本の信号配線が配置されて、前記表示部を構成しているものであり、
前記表示部と前記周辺部の境界部分において、前記表示部にはタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記タッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の液晶表示装置において、
前記ホトセンサは、観測者が前記表示部のタッチキーに相当する表示をタッチした際に、外光の全部又は一部が遮られることに起因して検出される電流値を出力することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の液晶表示装置において、
前記表示部には、複数個のタッチキーに相当する表示を表示させ、
前記周辺部には、前記複数個のタッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを複数個配置していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液晶表示装置において、
前記第１の基板上の前記第２の基板と重畳しない箇所には、前記液晶表示パネルの制御を行う駆動回路が配置されており、
前記駆動回路が配置された側とは反対側の表示部に、前記複数個のタッチキーに相当する表示が表示され、
前記駆動回路が配置された側とは反対側の表示部の周辺部に、前記複数個のホトセンサが配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の液晶表示装置において、
前記駆動回路には、前記複数本のゲート配線と前記複数本の信号配線、及び前記複数個のホトセンサが接続されており、
前記液晶表示パネルを平面的に見たとき、前記複数個のホトセンサと前記駆動回路を接続する配線は、前記複数本のゲート配線又は前記複数本の信号配線と前記駆動回路を接続する配線よりも外側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１４】
第１の基板と、前記第１の基板よりも小さいサイズの第２の基板とを有し、該第１の基板と該第２の基板間に液晶を狭持した液晶表示パネルを有する液晶表示装置において、
前記第１の基板と前記第２の基板が重畳した箇所に、表示部と周辺部を有しており、
前記第１の基板上には、複数本のゲート配線と、絶縁膜を介して該複数本のゲート配線と交差するようにして配置された複数本の信号配線が配置されて、前記表示部を構成しているものであり、
前記複数本のゲート配線と、前記複数本の信号配線に囲われる領域に対応して画素が形成されており、各画素には各画素のスイッチングを行う第１の薄膜トランジスタと、該第１の薄膜トランジスタに接続された画素電極を有しており、
前記表示部と前記周辺部の境界部分において、前記表示部にはタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記タッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを配置しており、
前記ホトセンサは第２の薄膜トランジスタにより構成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の液晶表示装置において、
前記第１の薄膜トランジスタは、該第１の薄膜トランジスタを構成する半導体層が、ｐ‐Ｓｉ層で構成されており、
前記第２の薄膜トランジスタは、該第２の薄膜トランジスタを構成する半導体層が、断面が凹状であり、該凹状の半導体層の薄層部がｐ-Ｓｉ層で構成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の液晶表示装置において、
前記第２の薄膜トランジスタは、凹状の半導体層の厚層部の厚さが１８０ｎｍ以上２２０ｎｍ以下であり、該凹状の半導体層の前記薄層部の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の液晶表示装置において、
前記第１の薄膜トランジスタの半導体層の膜厚は、４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の液晶表示装置において、
前記第２の薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極は、前記凹状の半導体層の厚層部と接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、液晶表示パネルにホトセンサを内蔵した液晶表示装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶表示装置は、外光がない暗黒の状態で使用されることは希であり、液晶表示パネルに何らかの外光、例えば、自然光や室内照明灯の光が照射された状態で使用される。そこで、液晶表示パネルの周囲の明るさ（即ち、外光照度）を測定して、バックライトの輝度を制御することが、下記特許文献１に記載されている。
下記特許文献１では、周囲が明るい場合には、見易くするために、バックライトの輝度を上げ、逆に、周囲が暗い場合には、液晶表示パネルは暗くても充分見えるので、消費電力を抑えるために、バックライトの輝度を低くすることが記載されている。
また、下記文献１では、ホトセンサをディスクリート部品として装備しているが、携帯電話機用の液晶表示装置においては、液晶表示パネル内にホトセンサを備えたものも知られている。
【０００３】
一方、近年、モバイル機器の普及において、“人にやさしい”グラフィカルユーザインターフェースを支えるタッチパネル技術が重要になってきている。
このタッチパネル技術として、例えば、静電容量接合方式のタッチパネルが知られており、一般的な静電容量接合方式のタッチパネルでは、ガラス基板の表面（と裏面）に導電コーティング（透明導電膜）が施されたタッチパネル基板を設け、ここに指を触れることで、位置検出を実施している。
そして、このタッチパネル基板を液晶表示パネルの表面に取り付けることで、液晶表示パネルに表示されたメニュー画面を指でタッチすることで、メニューに応じた動作を実施するタッチパネル付き液晶表示パネルも知られている（下記、非特許文献１参照）。
【０００４】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特開２００３−２１８２１号公報
【非特許文献１】宮本三郎他４名，「静電容量接合方式により高透過タッチパネルの開発」，シャープ技法，第９２号，２００５年８月，ｐｐ．５９−６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の非特許文献１に記載されているタッチパネル付き液晶表示パネルでは、液晶表示パネルの表面にタッチパネル基板を取り付けるために、光の透過率が、１５％程度低下するという問題点があった。
また、別部品として、タッチパネル基板等が必要となるので、コストアップの要因となるという問題点もあった。
そこで、本発明者は、バックライトの輝度を制御するためのホトセンサに着目し、本発明をなした。
本発明の目的は、光の透過率を低下させず、かつ、低コスト化に優れたタッチ機能付き液晶表示装置を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明の一つの実施態様によれば、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持される液晶層とを有する液晶表示パネルを備えた液晶表示装置において、前記液晶表示パネルは、複数の画素が配置された表示部と、前記表示部の周囲に配置された周辺部とを有しており、前記液晶表示パネルの表示部と該表示部に近接している周辺部の境界部分において、前記表示部にはタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記タッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを配置した、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記ホトセンサは、観測者が前記表示部のタッチキーに相当する表示をタッチした際に、外光の全部又は一部が遮られることに起因して検出される電流値を出力する、というものである。
別の見方をすれば、この液晶表示装置において、該液晶表示装置は、観測者が前記表示部のタッチキーに相当する表示をタッチした際に、前記ホトセンサにより前記表示部のタッチキーに相当する表示がタッチされたものとみなす、というものである。
さらには、これらの液晶表示装置において、前記表示部には、複数個のタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記複数個のタッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを複数個配置している、というものである。
さらには、この液晶表示装置において、前記複数個のホトセンサの夫々は、観測者が前記表示部に表示された複数個のタッチキーに相当する表示の何れかをタッチした際に、外光の全部又は一部が遮られることに起因して検出される電流値を、他のホトセンサから検出される電流値と比較することにより、どのタッチキーに相当する表示が選択されたかを判断する、というものである。
さらに、この液晶表示装置においては、バックライトを有し、前記ホトセンサから出力される電流値に基づいて前記バックライトの輝度を調整する、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記第１の基板は、前記第２の基板と重畳しない非重畳領域を有し、前記液晶表示パネルを制御する駆動回路を、前記第１の基板の前記非重畳領域に実装している、というものである。尚、この駆動回路は１チップにより構成されるものもあれば、２チップ、若しくはそれ以上で構成される場合もある。
さらには、前述した複数個のホトセンサは、複数個の薄膜トランジスタを並列に接続した構成になっている、というものである。
【０００７】
本発明の別の実施態様によれば、第１の基板と、前記第１の基板よりも小さいサイズの第２の基板とを有し、該第１の基板と該第２の基板間に液晶を狭持した液晶表示パネルを有する液晶表示装置において、前記第１の基板と前記第２の基板が重畳した箇所に、表示部と周辺部を有しており、前記第１の基板上には、複数本のゲート配線と、絶縁膜を介して該複数本のゲート配線と交差するようにして配置された複数本の信号配線が配置されて、前記表示部を構成しているものであり、前記表示部と前記周辺部の境界部分において、前記表示部にはタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記タッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを配置した、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記ホトセンサは、観測者が前記表示部のタッチキーに相当する表示をタッチした際に、外光の全部又は一部が遮られることに起因して検出される電流値を出力する、というものである。
さらに、これら液晶表示装置において、前記表示部には、複数個のタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記複数個のタッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを複数個配置している、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記第１の基板上の前記第２の基板と重畳しない箇所には、前記液晶表示パネルの制御を行う駆動回路が配置されており、前記駆動回路が配置された側とは反対側の表示部に、前記複数個のタッチキーに相当する表示が表示され、  前記駆動回路が配置された側とは反対側の表示部の周辺部に、前記複数個のホトセンサが配置されている、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記駆動回路には、前記複数本のゲート配線と前記複数本の信号配線、及び前記複数個のホトセンサが接続されており、前記液晶表示パネルを平面的に見たとき、前記複数個のホトセンサと前記駆動回路を接続する配線は、前記複数本のゲート配線又は前記複数本の信号配線と前記駆動回路を接続する配線よりも外側に配置されている、というものである。
【０００８】
本発明のさらに別の実施態様によれば、第１の基板と、前記第１の基板よりも小さいサイズの第２の基板とを有し、該第１の基板と該第２の基板間に液晶を狭持した液晶表示パネルを有する液晶表示装置において、前記第１の基板と前記第２の基板が重畳した箇所に、表示部と周辺部を有しており、前記第１の基板上には、複数本のゲート配線と、絶縁膜を介して該複数本のゲート配線と交差するようにして配置された複数本の信号配線が配置されて、前記表示部を構成しているものであり、前記複数本のゲート配線と、前記複数本の信号配線に囲われる領域に対応して画素が形成されており、各画素には各画素のスイッチングを行う第１の薄膜トランジスタと、該第１の薄膜トランジスタに接続された画素電極を有しており、前記表示部と前記周辺部の境界部分において、前記表示部にはタッチキーに相当する表示を表示させ、前記周辺部には、前記タッチキーに相当する表示に近接した箇所に光を検出するホトセンサを配置しており、前記ホトセンサは第２の薄膜トランジスタにより構成されている、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記第１の薄膜トランジスタは、該第１の薄膜トランジスタを構成する半導体層が、ｐ‐Ｓｉ層で構成されており、前記第２の薄膜トランジスタは、該第２の薄膜トランジスタを構成する半導体層が、断面が凹状であり、該凹状の半導体層の薄層部がｐ-Ｓｉ層で構成されている、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記第２の薄膜トランジスタは、凹状の半導体層の厚層部の厚さが１８０ｎｍ以上２２０ｎｍ以下であり、該凹状の半導体層の前記薄層部の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下である、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記第１の薄膜トランジスタの半導体層の膜厚は、４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下である、というものである。
さらに、この液晶表示装置において、前記第２の薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極は、前記凹状の半導体層の厚層部と接続されている、というものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、光の透過率を低下させず、かつ、低コスト化に優れたタッチ機能付き液晶表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の実施例の液晶表示モジュール（液晶表示装置）は、カラー表示で２４０×３２０×３程度の小型の液晶表示パネルを備えたＴＦＴ方式の液晶表示モジュールであり、携帯電話機等の携帯機器の表示部として使用される。勿論、本発明は液晶表示パネルのサイズを問わず適用可能である。
図１は、本発明の実施例の液晶表示モジュールの概略構成を示す平面図であり、図２は、図１に示すホトセンサの一例の断面構造を示す図である。
図４は、図１に示す液晶表示パネル１のサブピクセルを説明するための図である。
図１、図２、図４に示すように、本実施例の液晶表示モジュールは、液晶表示パネル１、バックライト７、半導体チップ１１、及びフレキシブル配線基板１２を有する。
液晶表示パネル１は、図２に示すように、画素電極、薄膜トランジスタ等が形成された第１の基板（ＴＦＴ基板ともいう）２と、カラーフィルタ等が形成された第２の基板（ＣＧ基板又は対向基板ともいう）３と、第１の基板２と第２の基板３との間に挟持された液晶層４とを有する構成になっており、第２の基板３の主面側が観察側となっている。
【００１１】
また、液晶表示パネル１は、図１に示すように、表示部５ａと、この表示部５ａの周囲に配置された周辺部５ｂとを有する構成になっている。液晶表示パネル１の表示部５ａには、複数のサブピクセルがマトリックス状に配置されている。
この複数のサブピクセルの各々は、図４に示すように、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔhin Ｆilm Ｔransistor）２０を有する。
なお、図４において、２３は画素電極であり、２４は対向電極（コモン電極）、ＣＬは液晶層を等価的に示す液晶容量、Ｃａｄｄは、画素電極２３と対向電極２４との間に形成された保持容量である。
行方向の薄膜トランジスタ２０のゲート電極は、走査線２１に接続され、列方向の薄膜トランジスタ２０のドレイン電極は、映像線２２に接続される。薄膜トランジスタ２０のソース電極は、画素電極２３に接続される。
走査線２１、映像線２２、対向電極２４は、それぞれ駆動回路を構成する半導体チップ１１に接続される。この場合に、走査線２１は第１配線２１ａを介して、および、対向電極２４は、第２配線２４ａを介してそれぞれ駆動回路を構成する半導体チップ１１に接続される。
【００１２】
液晶表示パネル１は、第１の基板２と、第２の基板３とを所定の間隙を隔てて重ね合わせ、該両基板間の周縁部近傍に枠状に設けたシール材により両基板を張り合わせると共に、シール材の一部に設けた液晶封入口から両基板のシール材の内側に液晶を封入封止し、更に、両基板の外側に偏光板を貼り付けることによって構成される。
なお、第１および第２の基板の材質は絶縁性の基板であればよく、ガラスに限られず、プラスチックなどでもよい。
対向電極２４は、ＴＮ方式やＶＡ方式の液晶表示パネルであればＣＦ基板（第２の基板）側に設けられる。ＩＰＳ方式の場合は、ＴＦＴ基板（第１の基板）側に設けられる。
【００１３】
液晶表示パネル１において、第１の基板２および第２の基板３の平面形状は、図１に示すように、長辺及び短辺を有する長方形で形成されている。第１の基板２の長辺は、第２の基板３の長辺よりも長く、第１の基板２は、第２の基板３と重畳しない領域（以下、非重畳領域という）２ｍを有する構成になっている。
第１の基板２の非重畳領域２ｍには、半導体チップ１１が実装されている。また、第１の基板２の非重畳領域２ｍには、フレキシブル配線基板１２の一端側が電気的にかつ機械的に接続されている。
半導体チップ１１は、各サブピクセルを制御・駆動する回路の他に、タッチセンサ機能を実現する回路（本発明の手段１）と、バックライト７の輝度調整機能を実現する回路（本発明の手段２）とを有する。
図１に示すように、液晶表示パネル１の周辺部５ｂには、複数のホトセンサ８が配置されている。本実施例１では、第１の基板２の非重畳領域２ｍとは反対側に３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）が配置されている。
【００１４】
図３は、図１に示すホトセンサの等価回路を示す回路図である。
３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）は、図３に示す薄膜トランジスタ１５の寄生ホトダイオードであり、外光照度に応じて薄膜トランジスタ１５のソース・ドレイン間に光電流（ｉｐ）が流れる。なお、各々のホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）は、複数の薄膜トランジスタ１５を並列に接続した構成になっている。３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）の各々は、図１及び図４に示すセンサ配線２５を介して、半導体チップ１１に接続されている。センサ配線２５は、液晶表示パネル１を平面的に見た時、第１配線２１ａ、第２配線２４ａの外側に配置される。
バックライト７は、図２に示すように、第１の基板２の下側に配置される。外光１３は、第２の基板３の上方から入射し、バックライト光１４は、第１の基板２の下方から入射する。
なお、第１の基板２の裏面側であって、ホトセンサ８と平面的に重なる領域には、遮光膜６が設けられている。このような構造とすることにより、ホトセンサ８は、外光１３の照度をバックライト光１４の影響を受けずに正確に検出することができる。
【００１５】
次に、このホトセンサ８を用いて行うことができる機能について説明する。
図５（ａ）は、本実施例の液晶表示パネル１のバックライトの輝度調整の処理手順の一例を示すフローチャートである。
半導体チップ１１内のバックライト７の輝度調整機能を実現する回路は、ホトセンサ８から出力される電流値に基づいて、図５（ａ）に示す手順で、バックライト７の輝度を調整する。
即ち、ホトセンサ８のチャネル部に外光が入ると電流（光電流ｉｐ）が流れる。この電流をＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換（ステップ１）する。その後、予め電流値と調光値の関係を記憶した調光値テーブルを参照して、ステップ１で算出したデジタル値に対応する調光値をセレクトする（ステップ２）。さらに、ステップ２においてセレクトした調光値をＬＥＤレギュレータへフィードバックする（ステップ３）。バックライト７は、ステップ３においてフィードバックされた調光値に従って調光する（ステップ４）。
なお、本実施例のバックライト７の輝度調整機能では、３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）のそれぞれにおいて検出した光電流ｉｐの平均値に基づき、バックライト７の輝度を調整してもよく、あるいは、３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）で検出した光電流ｉｐの中で、電流値が大きい２つの光電流ｉｐの平均値に基づき、バックライト７の輝度を調整してもよい。
後者の場合は、後述する半導体チップ１１内のタッチセンサ機能と、バックライト７の輝度調整機能とを同時に実行することが可能である。
バックライト７の調光は、例えば、周辺照度が暗い場合はバックライト７の輝度を暗くし、周辺照度が明るい場合はバックライト７の輝度を暗くする。
【００１６】
図６は、本実施例の液晶表示モジュールにおいて、観察者の指が液晶表示パネルの表示部をタッチした状態の一例を示す図である。
半導体チップ１１内のタッチセンサ機能を実現する回路は、観察者の指が、液晶表示パネルの表示部をタッチした時のタッチ位置を検出する。
図１では、３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）が設けられており、当該３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）に対応して、液晶表示パネル１の表示部５ａには、３つのメニューボタン（Ａ，Ｂ，Ｃ）が表示される。
ここで、３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）は、３つのメニューボタン（Ａ，Ｂ，Ｃ）の近傍で、前記観察者の指が３つのメニューボタン（Ａ，Ｂ，Ｃ）をタッチした時に観察者の指で覆われる位置に配置される。
そのため、観察者の指が、液晶表示パネル１の表示部５ａの３つのメニューボタンの何れか１つをタッチすると、当該メニュー画面に対応するホトセンサ（例えば、８ａ）を覆うことになる。
これにより、ホトセンサ８ａで検出される電流値は、他の２つのホトセンサ（８ｂ，８ｃ）で検出される電流値よりも小さくなる。この電流値の違いによって観察者の指がタッチした位置を検出する。
【００１７】
具体的には、３つのホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）に対応して表示パネル１の表示部５ａに３つのメニューボタン（Ａ，Ｂ，Ｃ）を表示する。この３つのメニューボタン（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうち、図６に示すように、例えば、ホトセンサ８ａを覆うようにして観察者の指３１が液晶表示パネル１の表示部５ａに表示されたメニューボタンＡをタッチすると、観察者の指３１で覆われたホトセンサ８ａのみ電流値が小さくなる。
図５（ｂ）は、本実施例の液晶表示パネル１の表示部を観察者の指がタッチした時の位置検出の処理手順の一例を示すフローチャートである。
このホトセンサ８ａで検出される電流と、他の２つのホトセンサ８（８ｂ，８ｃ）で検出される電流とをＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換する（ステップ５）。次に、ステップ５において検出した各検出値を比較する（ステップ６）。そして、ホトセンサ８ａで検出した電流値と他の２つのホトセンサ８（８ｂ，８ｃ）で検出した電流値との差の電流値が、所定の値以上の時に、観察者の指３１が、メニューボタンＡをタッチしたと判断する（ステップ７）。
以上説明したように、本実施例では、バックライトの輝度を制御するためのホトセンサを、タッチセンサとして兼用するようにしたので、光の透過率を低下させず、かつ、低コスト化に優れたタッチ機能付き液晶表示モジュールを提供することが可能となる。本発明では、様々な使用形態が考えられるが、一例としては、通常の使用時はタッチセンサとしての機能を果たすようにしておき、一定期間毎にバックライト調光を行うための動作（図５（ａ）の動作）を行うようにしておけば、調光センサとタッチセンサの機能を両立させることができる。
【００１８】
図７は、本実施例の液晶表示モジュールにおいて、観察者の指が液晶表示パネルの表示部をタッチした状態の他の例を示す図である。
図６は、本実施例の液晶表示モジュールが、ホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）が観察者の指先側になるように、携帯電話機の筐体内部に実装した場合を図示したものであるが、図７は、本実施例の液晶表示モジュールが、ホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）が観察者の手首側になるように、携帯電話機の筐体内部に実装した場合を図示したものである。
図８は、本実施例の変形例の液晶表示モジュールにおいて、観察者の指が液晶表示パネルの表示部をタッチした状態の他の例を示す図である。
図６では、ホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）を、第１の基板上で、液晶表示パネル１の表示部５ａの半導体チップ１１と反対側に配置した場合を図示したものであるが、図８は、ホトセンサ８（８ａ，８ｂ，８ｃ）を、第１の基板上で、液晶表示パネル１の表示部５ａの半導体チップ１１側に配置したものである。
図７、図８に示す構成においても、前述したような作用・効果を得ることが可能である。
なお、前述の説明では、タッチセンサ機能を実現する回路（本発明の手段１）と、バックライト７の輝度調整機能を実現する回路（本発明の手段２）を、半導体チップ１１内に配置した場合について説明したが、タッチセンサ機能を実現する回路（本発明の手段１）と、バックライト７の輝度調整機能を実現する回路（本発明の手段２）のいずれか一方、あるいは両方を、本体側（ここでは、携帯電話機の本体側）のＭＰＵに設けるようにしてもよい。
【００１９】
次に、本実施例に用いるのに好適な、ホトセンサ部のセンサ構造について説明する。
図９の右下には、ＴＦＴ基板９１上に表示部５ａと周辺部５ｂ及び半導体チップ１１が存在する様子を示している。そして、点線で示す表示部５ａと周辺部５ｂの境界部分を拡大したものを左側に示している。
図９に示すように、表示部５ａは、複数の信号線９２と複数の走査線９３が絶縁膜を介して交差するようにして配置されている。この複数の信号線９２と複数の走査線９３に囲まれた領域に対応して画素が形成されており、各画素には、画素トランジスタ９４及びこの画素トランジスタ９４に接続された画素電極９５が配置されている。
また、周辺部５ｂには、電源電圧線９６、ＧＮＤ線９７、ホト電流線９８及び基準電圧線９９が配置されている。
【００２０】
次に、図９における画素トランジスタ９４とホトセンサ１０２を構成する薄膜トランジスタの構造を図１０‐図１２を用いて説明する。
図１０（ａ）は、表示部５ａにおける画素トランジスタ９４の断面構造を示す図面である。図１０（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板９１上にはポリシリコン層１０４が配置され、ポリシリコン層１０４上には絶縁膜１０５が配置され、この絶縁膜１０５上にゲート電極１０６及び、絶縁膜に形成されたスルーホールによりポリシリコン層１０４に接続されて構成されているソース電極１０７及びドレイン電極１０８が形成されて構成されている。
次に、図１０（ｂ）は、周辺部５ｂにおけるホトセンサ１０２を構成する薄膜トランジスタの断面構造を示す図面である。このホトセンサ１０２は、ＴＦＴ基板９１上に、例えば後述する製造工程で作成する半導体層１０９を形成し、この半導体層上に、絶縁膜１０５を介してゲート電極１１０、及びソース電極１１１及びドレイン電極１１２が配置される構成である。尚、このソース電極１１１とドレイン電極１１２は絶縁膜１０５に形成されたスルーホールを介して半導体層１０９と接続されている。図１０（ｂ）のホトセンサ１０２を構成する薄膜トランジスタは、この半導体層１０９の膜厚及び形状に特徴有するものであり、図１０（ｂ）に示すように断面が凹状であり、凹状の高さの高い箇所で、ソース電極１１１又はドレイン電極１１２と接続されており、また凹状の低い箇所は、結晶化され、ＬＴＰＳ層となっている。また凹状の高い箇所から低い箇所へはテーパ形状になっておいる。このようなホトセンサ構造では、外光１１３が、ゲート電極１１０とソース電極１１１の隙間、又はゲート電極１１０とドレイン電極１１２の隙間から入射された光を検知することによって、光センサとしての役割を果たす。
【００２１】
ところで、本発明者はホトセンサの役割を果たす薄膜トランジスタの半導体層の膜厚に着目してみた。
図１１は、横軸に光の波長（λｎｍ）、縦軸に相対感度をとった半導体層の波長‐感度特性を示す図面である。
まず、図１１における１１７で示されるものがＣＩＥ標準を示すものであり、このかたちに近づけた特性の半導体層をホトセンサの役割を果たすトランジスタの半導体層とすれば、感度の良いホトセンサを実現できることになる。
１１８は、厚さ２００ｎｍのａ‐Ｓｉの半導体層を用いた場合の、波長‐感度特性をプロットしたものである。ＣＩＥ標準線１１７とａ‐Ｓｉ層プロット線１１８を比較してわかるように、５５０ｎｍ以下の短波長側では、少しＣＩＥ標準線１１７とａ‐Ｓｉ層プロット線１１８とはずれるものの、波長が５５０ｎｍ以上の長波長側では、これら２つはほぼ一致するということがわかる。
次に、１１９は、厚さ５０ｎｍのＬＴＰＳの半導体層を用いた場合の、波長‐感度特性をプロットしたものである。
本発明は、この波長‐感度特性は、半導体層が、ａ‐Ｓｉ層か、ＬＴＰＳ層かは関係せず、半導体層の膜厚により、制御できるのではないかと考えた。即ち、ＬＴＰＳ層プロット線１１９の膜厚を、ａ‐Ｓｉ層プロット線１１８の膜厚に近づけることにより、ＬＴＰＳ層プロット線１１９をａ‐Ｓｉ層プロット線１１８、ひいてはＣＩＥ標準線１１７に近づけることが可能ではないかということを考えた。
よって、本発明では、ＬＴＰＳ層を２００ｎｍに近づけることによりＣＩＥ標準線１１７に近似した特性の半導体層を構成することができると考えた。
一方、光検知の役割を果たす半導体層の膜厚は約５０ｎｍのものが適切であることがわかっている。
【００２２】
そこで、本発明のホトセンサは、これらの条件を満たす構造とすることにした。勿論、製造工程が増加しないように工夫して考えたものである。
まず、図１０（ｂ）に示した本発明のホトセンサの製造工程について、図１２（ａ）‐図１２（ｆ）を用いて説明する。尚、図１２（ａ）‐図１２（ｆ）においては左側に表示部５ａの画素トランジスタの製造過程を示し、右側に周辺部５ｂのホトセンサの製造工程を示している。
図１２（ａ）は、第１の製造工程を示すものである。
この製造工程では、ホトセンサ側では、ＴＦＴ基板９１上に厚さｔ１＝１５０ｎｍの第一のアモルファスシリコン層（第一ａ‐Ｓｉ層）１１４を形成している様子を示している。尚、図１２（ａ）の左側に示しているように、この製造工程ではまだ画素トランジスタ側は何も形成されていない。
図１２（ｂ）は、第２の製造工程を示すものである。
この製造工程では、第１の製造工程で配置したａ-Ｓｉ層１１４をフォトマスクを用いて所望の形状に形成している様子を示している。尚、この図１２（ｂ）でも、左側に示しているように、この製造工程ではまだ画素トランジスタ側は何も形成されていない。
【００２３】
図１２（ｃ）は、第３の製造工程を示すものである。
この製造工程は、厚さｔ２＝５０ｎｍの第二のアモルファスシリコン層（第二ａ‐Ｓｉ層）１１５を形成する。図１２（ｃ）の左側の画素トランジスタ側では、ＴＦＴ基板９１上に第二ａ‐Ｓｉ層１１５が形成されていることが示されている。図１２（ｄ）の右側のホトセンサ側では、第２の製造工程により所望の形状に形成している第一ａ‐Ｓｉ層１１４の上に、第二ａ‐Ｓｉ層１１５が形成されるというものである。よって、この状態では、ホトセンサ側は、５０＋１５０＝２００ｎｍのアモルファスシリコン層が形成されていることになる。
図１２（ｄ）は、第４の製造工程を示すものである。
図１２（ｄ）は、第３の製造工程が終了した状態の構成に、エキシマレーザー光１１６を照射するというものである。
【００２４】
図１２（ｅ）は、第５の製造工程を示すものである。
図１２（ｅ）は、第４の製造工程が終了した後の構成を示すものである。まず、図１２（ｅ）の左側に示す画素トランジスタ側の第二ａ‐Ｓｉ層が、エキシマレーザー光の照射により結晶化し、ポリシリコン層１０４となった状態を示している。そして、図１２（ｅ）の右側に示すホトセンサ側においては、第一ａ‐Ｓｉ層と第二ａ‐Ｓｉ層が一体化した半導体層１０９の凹んだ箇所１０４ａが、エキシマレーザー光の照射により結晶化し、ポリシリコン層として構成されている様子を示している。尚、半導体層のこの凹んだ箇所以外の部分もエキシマレーザー光の照射により上部が結晶化されることになるが、膜厚ｔ１＋ｔ２が２００ｎｍと厚いため、深さ方向に行くに従って結晶化はされなくなり、ＴＦＴ基板９１に接する付近では、わずかに結晶化されているか、もしくはａ‐Ｓｉの状態のままであると考えられる。
図１２（ｆ）は、第５の製造工程を示すものである。
まず、図１２（ｅ）の左側に示す画素トランジスタ側では、ポリシリコン層１０４上に絶縁膜１０５を形成し、さらにこの絶縁膜１０５上に、ゲート電極１０６と、絶縁膜１０５に形成したスルーホールを介してポリシリコン層と接続されたソース電極１０７及びドレイン電極１０８が形成されて、画素トランジスタが構成されていることを示している。
次に、図１２（ｅ）の右側に示すホトセンサ側では、凹状の半導体層１０９上に、絶縁膜１０５を介してゲート電極１１０、及びソース電極１１１及びドレイン電極１１２が配置される構成である。尚、このソース電極１１１とドレイン電極１１２は絶縁膜１０５に形成されたスルーホールを介して半導体層１０９と接続されている。
【００２５】
尚、図１２に示す製造工程では、第一ａ-Ｓｉ層の膜厚を１５０ｎｍ、第二ａ‐Ｓｉ層の膜厚を５０ｎｍとしたが、この膜厚の±１０％の範囲内、即ち、第一ａ‐Ｓｉ層の膜厚を１３５ｎｍ以上１６５ｎｍ以下の範囲、第二ａ‐Ｓｉ層の膜厚を４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下とすれば効果が得られると考えられる。勿論、この膜厚の±５％以内の範囲内、即ち、第一ａ‐Ｓｉ層の膜厚を１４２．５ｎｍ以上１５７．５ｎｍ以下の範囲、第二ａ‐Ｓｉ層の膜厚を４７．５ｎｍ以上５２．５ｎｍ以下の範囲内で構成すればより一層効果が得られると考えられる。そして、第一ａ‐Ｓｉ層と第二ａ‐Ｓｉ層を重ねて形成した凹状の半導体層１０９の厚さも、凹状の厚い箇所で２００ｎｍの±１０％の範囲内、即ち１８０ｎｍ以上２２０ｎｍ以下の範囲、凹状の薄い箇所で５０ｎｍの±１０％の範囲内、即ち４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であれば効果が得られると考えられる。勿論、凹状の半導体層１０９の厚さを、凹状の厚い箇所で２００ｎｍの±５％の範囲内、即ち１９０ｎｍ以上２１０ｎｍ以下の範囲、凹状の薄い箇所で５０ｎｍの±５％の範囲内、即ち４７．５ｎｍ以上５２．５ｎｍ以下となるように構成すればより効果が期待できると考えられる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例の液晶表示モジュールの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すホトセンサの一例の断面構造を示す図である。
【図３】図１に示すホトセンサの等価回路を示す回路図である。
【図４】図１に示す液晶表示パネルのサブピクセルを説明するための図である。
【図５（ａ）】本発明の実施例の液晶表示パネル１の表示部を観察者の指がタッチした時の位置検出とバックライトの輝度調整の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５（ｂ）】本発明の実施例の液晶表示パネル１の表示部を観察者の指がタッチした時の位置検出とバックライトの輝度調整の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例の液晶表示モジュールにおいて、観察者の指が液晶表示パネルの表示部をタッチした状態の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施例の液晶表示モジュールにおいて、観察者の指が液晶表示パネルの表示部をタッチした状態の他の例を示す図である。
【図８】本発明の実施例の変形例の液晶表示モジュールにおいて、観察者の指が液晶表示パネルの表示部をタッチした状態の他の例を示す図である。
【図９】本発明のＴＦＴ基板上に表示部と周辺部の様子を示した図である。
【図１０（ａ）】表示部における画素トランジスタの断面構造を示す図面である。
【図１０（ｂ）】周辺部におけるホトセンサの断面構造を示す図面である。
【図１１】半導体層の波長‐感度特性を示す図面である。
【図１２（ａ）】第１の製造工程を示すものである。
【図１２（ｂ）】第２の製造工程を示すものである。
【図１２（ｃ）】第３の製造工程を示すものである。
【図１２（ｄ）】第４の製造工程を示すものである。
【図１２（ｅ）】第５の製造工程を示すものである。
【図１２（ｆ）】第６の製造工程を示すものである。
【符号の説明】
【００２７】
１  液晶表示パネル、２  第１の基板、２ｍ  第１の基板２の非重畳領域、  ３  第２の基板、４  液晶層、５ａ  表示部、５ｂ  周辺部、６  遮光膜、  ７  バックライト、８（８ａ，８ｂ，８ｃ）  ホトセンサ、１１  半導体チップ、  １２  フレキシブル配線基板、１３  外光、１４  バックライト光、  １５  薄膜トランジスタ、２０  薄膜トランジスタ、２１  走査線、  ２１ａ  第１配線、２２  映像線、２３  画素電極、２４  対向電極（コモン電極）、  ２４a  第２配線、２５  センサ配線、３１  観察者の指、ＣＬ  液晶容量、  Ｃａｄｄ  保持容量、  ９１  ＴＦＴ基板、９２  信号線、９３  走査線、９４  画素トランジスタ、  ９５  画素電極、９６  電源電圧線、９７  ＧＮＤ線、９８  ホト電流線、  ９９  基準電圧線、１００  センシング部、１０１  ＢＭ遮光部、  １０２  ホトセンサ、１０３  遮光部、  １０４  ポリシリコン層、１０４ａ  凹んだ箇所、１０５  絶縁膜、  １０６  ゲート電極、１０７  ソース電極、１０８  ドレイン電極、  １０９  半導体層、  １１０  ゲート電極、１１１  ソース電極、１１２  ドレイン電極、１１３  外光、  １１４  第一アモルファスシリコン層、  １１５  第二アモルファスシリコン層、１１６  エキシマレーザー光
【図１】
2008170837.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
2008170837.tif 000007
【図５（ｂ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008170837.tif 000011
【図９】
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【図１０（ａ）】
2008170837.tif 000013
【図１０（ｂ）】
2008170837.tif 000014
【図１１】
2008170837.tif 000015
【図１２（ａ）】
2008170837.tif 000016
【図１２（ｂ）】
2008170837.tif 000017
【図１２（ｃ）】
2008170837.tif 000018
【図１２（ｄ）】
2008170837.tif 000019
【図１２（ｅ）】
2008170837.tif 000020
【図１２（ｆ）】
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