(57)【要約】【課題】例えば、タッチパネル機能を有する液晶装置の開口率を向上させる。【解決手段】フォトダイオード１５０は、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間の間隔、言い換えればこれら基板間の基板間ギャップを一定に維持するために、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間において、画像表示に寄与しない領域である非開口領域に配置されている。フォトダイオード１５０は、画素の開口率を低下させることがないため、液晶装置１による高品位の画像表示が可能になる。【選択図】図６
2008233740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上において前記基板に対向するように配置された対向基板と、
前記基板及び前記対向基板間に挟持された液晶層と、
前記基板上の表示領域を構成する複数の画素の夫々の開口領域を互いに隔てる非開口領域に形成されており、前記基板及び前記対向基板間のギャップを規定するスペーサとして兼用される受光素子と
を備えたことを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記受光素子は、フォトダイオード本体と、前記フォトダイオード本体の上面及び下面の夫々に接するように形成された上電極及び下電極とを有するフォトダイオードであること
を特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】
前記基板上において前記画素毎に設けられた画素スイッチング用素子と、
前記画素スイッチング用素子に電気的に接続された導電層とを備え、
前記上電極及び前記下電極のうち少なくとも一方は、前記基板上において前記導電層と同層に形成されていること
を特徴とする請求項２に記載の液晶装置。
【請求項４】
前記フォトダイオードは、前記画素スイッチング用素子上に形成された平坦化膜から前記対向基板に向かって突出するように前記平坦化膜に埋め込まれており、
前記下電極は、前記平坦化膜の下層側に形成されていること
を特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
【請求項５】
前記下電極は、前記画素スイッチング用素子を覆う平坦化膜上に形成され、且つ前記画素スイッチング用素子に電気的に接続された画素電極と同層に形成されていること
を特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
【請求項６】
前記下電極は、前記複数の画素に共通した共通電極と同層に形成されており、
前記導電層は、前記基板上において前記共通電極と異なる層に画素電極と共に形成されており、
前記上電極は、前記導電層が前記上面に延びる部分であり、
前記液晶層は、前記共通電極、及び前記画素電極間に生じる横電界によって駆動されること
を特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
【請求項７】
前記下電極は、前記複数の画素の夫々に対応した画素電極と同層に形成されており、
前記導電層は、前記基板上において前記画素電極と異なる層に共通電極と共に形成されており、
前記上電極は、前記導電層が前記上面に延びる部分であり、
前記液晶層は、前記共通電極、及び前記画素電極間に生じる横電界によって駆動されること
を特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
【請求項８】
前記上電極は、前記対向基板の両面のうち前記液晶層に臨む面側に形成された電極であること
を特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載の液晶装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載の液晶装置を具備してなること
を特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、タッチパネル機能を有する液晶装置、及びそのような液晶装置を具備してなる電子機器の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の液晶装置では、液晶層を挟持するＴＦＴアレイ基板及び対向基板間の間隔（所謂、基板間ギャップ）を一定に維持するためにこれら基板間にスペーサが配置される。例えば、特許文献１は、柱状スペーサを備えた液晶表示装置を開示している。特許文献２は、対向基板に形成された凹部に凸状のスペーサを重なるように配置することによって、ＴＦＴアレイ基板及び対向基板相互の位置ずれを低減する技術を開示している。
【０００３】
一方、この種の液晶装置では、指等の入力手段が液晶装置の表示面に触れたこと、或いは表示面上で動いたことを検知することによって情報の入力が可能なタッチパネル機能を有するものが知られている。このようなタッチパネル機能を有する液晶装置では、複数の画素からなる表示領域に配置された受光素子によって表示面側から入射する光を検出し、指等の入力手段が表示面に触れたこと、或いは表示面上で動いたことを検知し、各種情報の入力が可能になるように構成されている（例えば、特許文献３乃至６参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４１３５５号公報
【特許文献２】特開２００１−２２２２３４号公報
【特許文献３】特開２００４−４５８７５号公報
【特許文献４】特開平５−３３３３６９号公報
【特許文献５】特開平６−１９４６８１号公報
【特許文献６】特開平６−１８８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この種の液晶装置では、ＴＦＴアレイ基板及び対向基板間に配置されたスペーサによって画像表示に寄与する開口領域を拡げることができない問題点がある。より具体的には、ＴＦＴアレイ基板及び対向基板間に配置されたスペーサが、本来画像表示に寄与すべき位置に配置される液晶層の邪魔になり、スペーサのサイズに応じてＴＦＴアレイ基板及び対向基板間において画像表示に寄与すべき領域が狭められてしまう。したがって、ＴＦＴアレイ基板上の画素のうち実質的に開口領域として使用できる割合（即ち、開口率）が低下してしまう。このような問題点は、たとえスペーサが光透過性を有する材料を用いて形成されている場合であっても、基板間にスペーサが配置される限り、画像表示に寄与すべき領域において液晶が占める領域が狭められてしまう回避困難な問題である。
【０００６】
また、受光素子を備えた液晶装置では、指等の入力手段の動きに応じて変化する入射光を受光素子によって検出する際に、当該入射光を受光素子に集光できないために入力手段の動きを正確に検知できない場合もある。したがって、当該入力手段の動きに応じた情報が液晶装置の表示面を介して正確に検出されなくなる問題が生じることもある。加えて、液晶装置の表示面には、当該表示面に対して向かってあらゆる方向から光が入射するため、受光素子によって入力手段の動きを検知することが困難になる場合がある。特に、受光素子の光感度が低い場合には、受光素子によって入力手段の動きが誤って検出される可能性が高くなり、入力手段の動きを検知することに対する困難さがより一層顕著になる。
【０００７】
よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、指等の入力手段の動きを正確に検知可能であるタッチパネル機能を有し、且つ実質的に画像表示に寄与する開口領域を拡げること、即ち開口率を向上させることが可能な液晶装置、及びそのような液晶装置を具備してなる電子機器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】
【０００８】
本発明に係る液晶装置は上記課題を解決するために、基板と、前記基板上において前記基板に対向するように配置された対向基板と、前記基板及び前記対向基板間に挟持された液晶層と、前記基板上の表示領域を構成する複数の画素の夫々の開口領域を互いに隔てる非開口領域に形成されており、前記基板及び前記対向基板間のギャップを規定するスペーサとして兼用される受光素子とを備える。
【０００９】
本発明に係る液晶装置によれば、当該液晶装置の動作時には、例えば、基板上に形成された画素電極と、対向基板に形成された対向電極との間に挟持された液晶層の配向が制御されることによって、表示領域に所望の画像が表示される。
【００１０】
受光素子は、基板上の表示領域を構成する複数の画素の夫々の開口領域を互いに隔てる非開口領域に形成されている。ここで、「開口領域」とは、基板に設けられた遮光膜或いは配線等によって規定されており、画像表示に寄与する光が透過可能な画素内の領域、あるいは外光を利用した反射モードでの表示領域をいう。逆に、画素内に配線、遮光膜等が形成されており、表示に寄与しない領域、即ち開口領域を互いに隔てる領域は、「非開口領域」と呼ばれることになる。
【００１１】
受光素子は、基板及び対向基板間のギャップを規定するスペーサとして兼用される。このような受光素子によれば、開口領域にスペーサを配置しなくてもよいため、開口領域全体に液晶層が形成されていることになる。したがって、受光素子によれば、開口領域にスペーサが配置されることによって開口領域の一部において画像表示に寄与しない領域が形成されることを低減できる。また、受光素子がスペーサとして兼用されることによって、基板間ギャップを維持するためだけに受光素子とは別にスペーサを設ける必要がなくなる。
【００１２】
このような受光素子は、樹脂等で構成されたスペーサに比べて高い剛性を有しているため、例えば、基板上に配置される複数の受光素子の夫々の高さを予め相互に揃えておくことによって、樹脂等で構成されたスペーサを配置する場合に比べて基板間ギャップを均一にすることが可能である。
【００１３】
尚、受光素子は、例えば対向基板の両面のうち液晶層に面しない側である表示面から入射する入射光を検出することによって当該表示面における指等の入力手段の動きを検知する。
【００１４】
よって、本発明に係る液晶装置によれば、当該液晶装置の動作時に、開口領域全体が実質的に画像表示に寄与する領域として用いられることになり、基板及び対向基板間にスペーサを配置することによって低下する開口率を向上させることが可能になる。したがって、本発明に係る液晶装置によれば、画像の表示品位を高めることが可能である。加えて、本発明に係る液晶装置によれば、受光素子とは別にスペーサを設けなくてもよいため、液晶装置の材料コスト、及び製造コストを低減できる。
【００１５】
本発明に係る液晶装置の一の態様では、前記受光素子は、フォトダイオード本体と、前記フォトダイオード本体の上面及び下面の夫々に接するように形成された上電極及び下電極とを有するフォトダイオードであってもよい。
【００１６】
この態様によれば、フォトダイオードに流れる光電流を検出することによって、指等の入力手段の動きに応じた各種情報を当該液晶装置に入力可能になる。
【００１７】
この態様では、前記基板上において前記画素毎に設けられた画素スイッチング用素子と、前記画素スイッチング用素子に電気的に接続された導電層とを備え、前記上電極及び前記下電極のうち少なくとも一方は、前記基板上において前記導電層と同層に形成されていてもよい。
【００１８】
この態様によれば、基板は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の画素スイッチング用素子が形成されたＴＦＴアレイ基板である。下電極は、例えば、ＴＦＴ等のトランジスタ素子である画素スイッチング用素子のソース電極、ドレイン電極あるいはゲート電極である導電層と同層に形成されている。したがって、この態様によれば、ソース電極等を形成する工程と共通の工程によって下電極を形成可能であり、製造プロセスを煩雑化させることなく、下電極を形成可能である。
【００１９】
本発明の他の態様では、前記フォトダイオードは、前記画素スイッチング用素子上に形成された平坦化膜から前記対向基板に向かって突出するように前記平坦化膜に埋め込まれており、前記下電極は、前記平坦化膜の下層側に形成されていてもよい。
【００２０】
この態様によれば、平坦化膜に埋め込まれるフォトダイオードの埋め込み量、或いはフォトダイオードのサイズを調整し、フォトダイオードのうち平坦化膜から対向基板に向かって突出した部分のサイズを調整しておくことによって基板間ギャップを規定できる。
【００２１】
本発明に係る液晶装置の他の態様では、前記下電極は、前記画素スイッチング用素子を覆う平坦化膜上に形成され、且つ前記画素スイッチング用素子に電気的に接続された画素電極と同層に形成されていてもよい。
【００２２】
この態様によれば、例えばＩＴＯ等の透明導電材料から構成される画素電極と共通の工程によって下電極を形成でき、平坦化膜上にフォトダイオードを形成可能である。したがって、液晶装置の製造プロセスの煩雑化を防止できるだけでなく、フォトダイオードのサイズを調整することによって正確に基板間ギャップを規定できる。
【００２３】
本発明に係る液晶装置の他の態様では、前記下電極は、前記複数の画素に共通した共通電極と同層に形成されており、前記導電層は、前記基板上において前記共通電極と異なる層に画素電極と共に形成されており、前記上電極は、前記導電層が前記上面に延びる部分であり、前記液晶層は、前記共通電極、及び前記画素電極間に生じる横電界によって駆動されてもよい。
【００２４】
この態様によれば、例えばＩＰＳ(In−Plane Switching)方式、或いはＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式等の横電界駆動方式によって液晶層の配向状態を制御できる。上電極は、画素電極を形成する工程と共通の工程によって形成された導電層がフォトダイオードの上面に延びる部分である。したがって、画素電極を形成する工程と共通の工程によって上電極を形成でき、液晶装置の製造プロセスが煩雑化することを防止できる。
【００２５】
本発明に係る液晶装置の他の態様では、前記下電極は、前記複数の画素の夫々に対応した画素電極と同層に形成されており、前記導電層は、前記基板上において前記画素電極と異なる層に共通電極と共に形成されており、前記上電極は、前記導電層が前記上面に延びる部分であり、前記液晶層は、前記共通電極、及び前記画素電極間に生じる横電界によって駆動されてもよい。
【００２６】
この態様によれば、例えばＩＰＳ(In−Plane Switching)方式、或いはＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式等の横電界駆動方式によって液晶層の配向状態を制御できる。上電極は、共通電極を形成する工程と共通の工程によって形成された導電層がフォトダイオードの上面に延びる部分である。したがって、共通電極を形成する工程と共通の工程によって上電極を形成でき、液晶装置の製造プロセスが煩雑化することを防止できる。
【００２７】
本発明に係る液晶装置の他の態様では、前記上電極は、前記対向基板の両面のうち前記液晶層に臨む面側に形成された電極であってもよい。
【００２８】
この態様によれば、例えば、基板及び対向基板を相互に貼り合わせる際、予め対向基板側に形成されていた上電極がフォトダイオード本体の上面に接することによってフォトダイオードが形成される。したがって、下電極及びフォトダイオード本体を狙いの基板間ギャップを規定するように設定するだけでなく、上電極の膜厚調整、並びに基板及び対向基板の貼り合わせの調整によっても基板間ギャップの微調整が可能である。
【００２９】
加えて、上電極は、対向基板、或いは対向基板に設けられたカラーフィルタの直下に位置するため、指等の入力手段によって反射された光、或いは入力手段によって遮られなかった外光が液晶によって吸収されることなく直接フォトダイオード等の受光素子に照射される。したがって、この態様によれば、液晶による光吸収の影響を受けることなく、入力手段から正確に当該液晶装置に各種情報を入力可能である。
【００３０】
本発明に係る電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の液晶装置を具備してなる。
【００３１】
本発明に係る電子機器によれば、上述した本発明に係る液晶装置を具備してなるので、タッチパネル機能を有し、且つ高品位の表示が可能な、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末などの各種電子機器を実現できる。また、本発明に係る電子機器として、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置等も実現することが可能である。
【００３２】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明に係る液晶装置及び電子機器の各実施形態を説明する。
【００３４】
＜１：液晶装置＞
＜１−１：液晶装置の全体構成＞
先ず、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る液晶装置１の全体構成を説明する。図１は、ＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た液晶装置１の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ´断面図である。本実施形態に係る液晶装置１は、駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式で駆動される。
【００３５】
図１及び図２において、液晶装置１では、本発明の「基板」の一例であるＴＦＴアレイ基板１０と、対向基板２０とが対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０が封入されており、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、複数の画素部が設けられる表示領域たる画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されている。
【００３６】
シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等
からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。
【００３７】
シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。尚、画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域が存在する。言い換えれば、本実施形態においては特に、ＴＦＴアレイ基板１０の中心から見て、この額縁遮光膜５３より以遠が周辺領域として規定されている。
【００３８】
周辺領域のうちシール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域１０ａの両側に設けられた二つの走査線駆動回路１０４間をつなぐため、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして複数の配線１０５が設けられている。
【００３９】
対向基板２０の４つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材１０６が配置されている。他方、ＴＦＴアレイ基板１０にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な導通をとることができる。対向電極２１は、固定電位とされる。
【００４０】
図２において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９ａ上に、配向膜が形成されている。他方、対向基板２０上には、対向電極２１の他、格子状又はストライプ状の遮光膜２３、更には最上層部分に配向膜が形成されている。液晶層５０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。
【００４１】
尚、図１及び図２に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、これらのデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４等の駆動回路に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。
【００４２】
＜１−２：画素部における構成＞
次に、図３乃至図６を参照しながら、液晶装置１の画素部の構成を詳細に説明する。図３は、液晶装置１の画像表示領域１０ａを構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路であり、図４は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ´断面図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ´断面図である。尚、図５及び図６においては、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。
【００４３】
図３において、液晶装置１の画像表示領域１０ａを構成するマトリクス状に形成された複数の画素の夫々には、画素電極９ａ及びＴＦＴ３０が形成されている。ＴＦＴ３０は、画素電極９ａに電気的に接続されており、液晶装置１の動作時に画素電極９ａをスイッチング制御する。画像信号が供給されるデータ線６ａは、ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。
【００４４】
ＴＦＴ３０のゲートに走査線３ａが電気的に接続されており、液晶装置１は、所定のタイミングで、走査線３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｍを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９ａは、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎが所定のタイミングで書き込まれる。画素電極９ａを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎは、対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持される。
【００４５】
液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。ノーマリーホワイトモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加され、全体として液晶装置からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射される。蓄積容量７０は、画像信号がリークすることを防ぐために、画素電極９ａと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に付加されている。
【００４６】
次に、図４乃至図６を参照して、画素部の具体的な構成を説明する。
【００４７】
図４において、液晶装置１のＴＦＴアレイ基板１０上には、Ｘ方向及びＹ方向に対してマトリクス状に複数の透明な画素電極９ａ（点線部９ａ´により輪郭が示されている）が設けられており、画素電極９ａの縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ及び走査線３ａが設けられている。液晶装置１は、ＴＦＴアレイ基板１０上においてデータ線６ａ及び走査線３ａ等の非透明膜が形成された非開口領域に設けられた、本発明の「受光素子」の一例であるフォトダイオード１５０を有している。
【００４８】
半導体層１ａのうち図４中右上がりの斜線領域で示したチャネル領域１ａ´に対向するように走査線３ａが配置されている。このように、走査線３ａとデータ線６ａとが交差する個所の夫々には画素スイッチング用のＴＦＴ３０が設けられている。
【００４９】
データ線６ａは、その上面が平坦化された第２層間絶縁膜４２を下地として形成された下地膜４２ａａ上に形成されており、コンタクトホール８１を介してＴＦＴ３０の高濃度ソース領域に接続されている。データ線６ａ及びコンタクトホール８１内部は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ（アルミニウム）含有材料、又はＡｌ単体、若しくはＡｌ層とＴｉＮ層等との多層膜からなる。データ線６ａは、ＴＦＴ３０を遮光する機能を有している。
【００５０】
蓄積容量７０は、高濃度ドレイン領域１ｅ及び画素電極９ａに接続された画素電位側容量電極としての下部容量電極７１と、固定電位側容量電極としての上部容量電極３００の一部とが、誘電体膜７５を介して対向配置されることにより形成されている。
【００５１】
図４及び図５に示すように、上部容量電極３００は、例えば金属又は合金を含む上側遮光膜（内蔵遮光膜）としてＴＦＴ３０の上側に設けられている。上部容量電極３００は、固定電位側容量電極としても機能する。上部容量電極３００は、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなる。上部容量電極３００は、例えば導電性のポリシリコン膜等からなる第１膜と高融点金属を含む金属シリサイド膜等からなる第２膜とが積層された多層構造を持っていてもよい。
【００５２】
下部容量電極７１は、例えば導電性のポリシリコン膜や、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｌ等の金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなり画素電位側容量電極として機能する。下部容量電極７１は、画素電位側容量電極としての機能の他、上側遮光膜としての上部容量電極３００とＴＦＴ３０との間に配置される、光吸収層或いは上側遮光膜の他の例としての機能を持ち、更に、画素電極９ａとＴＦＴ３０の高濃度ドレイン領域１ｅとを中継接続する機能を持つ。但し、下部容量電極７１も、上部容量電極３００と同様に、金属又は合金を含む単一層膜若しくは多層膜から構成されていてもよい。
【００５３】
容量電極としての下部容量電極７１と上部容量電極３００との間に配置される誘電体膜７５は、例えばＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜、ＬＴＯ（Low Temperature Oxide）膜等の酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜等から構成される。
【００５４】
上部容量電極３００は、画素電極９ａが配置された画像表示領域１０ａからその周囲に延設され、定電位源と電気的に接続されて、固定電位とされる。
【００５５】
ＴＦＴ３０の下側に下地絶縁膜１２を介して格子状に設けられた下側遮光膜１１ａは、ＴＦＴアレイ基板１０側から装置内に入射する戻り光からＴＦＴ３０のチャネル領域１ａ´及びその周辺を遮光する。下側遮光膜１１ａは、上部容量電極３００と同様に、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄ等の高融点金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなる。
【００５６】
下地絶縁層１２は、下側遮光膜１１ａからＴＦＴ３０を層間絶縁する機能の他、ＴＦＴアレイ基板１０の全面に形成されることにより、ＴＦＴアレイ基板１０の表面の研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等で画素スイッチング用ＴＦＴ３０の特性の劣化を防止する機能を有する。画素電極９ａは、下部容量電極７１を中継することにより、コンタクトホール８３及び８５を介して半導体層１ａのうち高濃度ドレイン領域１ｅに電気的に接続されている。
【００５７】
図４及び図５に示すように、液晶装置１は、透明なＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置される透明な対向基板２０とを備えている。ＴＦＴアレイ基板１０は、例えば石英基板、ガラス基板、シリコン基板からなり、対向基板２０は、例えばガラス基板や石英基板からなる。対向基板２０における図中下側の表面には、平坦化膜としての絶縁膜２０ａが形成されている。
【００５８】
ＴＦＴアレイ基板１０には、画素電極９ａが設けられており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜１６が設けられている。例えば、画素電極９ａはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などの透明導電性膜からなり、配向膜１６は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。
【００５９】
対向基板２０には、その全面に渡って対向電極２１が設けられており、その下側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜２２が設けられている。対向電極２１は例えば、ＩＴＯ膜などの透明導電性膜からなる。配向膜２２は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。
【００６０】
図６に示すように、対向基板２０には、格子状又はストライプ状の遮光膜としてのブラックマトリクス１５３が設けられている。このような構成を採ることで、上部容量電極３００として設けられた上側遮光膜と併せ、図中上側からチャネル領域１ａ´乃至その周辺へ光が照射されることをより確実に阻止することができる。
【００６１】
このように構成され、画素電極９ａと対向電極２１とが対面するように配置されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が形成される。液晶層５０は、画素電極９ａからの電界が印加されていない状態で配向膜１６及び２２により所定の配向状態をとる。
【００６２】
図５において、画素スイッチング用ＴＦＴ３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、ゲート電極３ａ２、走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ´、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜を含む絶縁膜２、低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、高濃度ソース領域１ｄ並びに高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃ、高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅは、半導体層１ａの不純物領域を構成しており、チャネル領域１ａ´の両側にミラー対称に形成されている。
【００６３】
ゲート電極３ａ２は、ポリシリコン膜等の導電膜や、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｌ等の金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等によって形成されており、低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃに重ならないように絶縁膜２を介してチャネル領域１ａ´上に設けられている。したがって、ＴＦＴ３０では、高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅとゲート電極３ａ２とのオフセットが十分に確保されている。
【００６４】
尚、ゲート電極３ａ２の縁は、平面的に見て低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃとチャネル領域１ａ´との境界に重なっており、低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃと、ゲート電極３ａ２との間に生じる寄生容量が低減されている。これにより、ＴＦＴ３０トランジスタの高速動作が可能となり、液晶装置１の表示性能が高められている。
【００６５】
加えて、液晶装置１では、ゲート電極３ａ２上にＴＦＴ３０を覆うように形成された上部容量電極３００によって、ゲート電極３ａ２のみによって遮光する場合に比べて効果的に低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃを遮光できる。
【００６６】
このように、液晶装置１によれば、光リーク電流が低減されたＴＦＴ３０を用いて、フリッカ等の画像表示を行う際に発生する不具合を低減でき、高品位で画像を表示できる。加えて、ＴＦＴ３０は、ＬＤＤ構造を有しているため、ＴＦＴ３０の非動作時において低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃに流れるオフ電流が低減され、且つＴＦＴ３０の動作時に流れるオン電流の低下が抑制されている。よって、液晶装置１によれば、ＬＤＤ構造の利点及び光リーク電流が殆ど流れないことを利用して高品位で画像を表示できる。
【００６７】
下側遮光膜１１ａ上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール８１及び高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８３が各々開孔された第１層間絶縁膜４１が形成されている。
【００６８】
第１層間絶縁膜４１上には下部容量電極７１及び上部容量電極３００が形成されており、これらの上には、コンタクトホール８１及び８５が各々開孔された第２層間絶縁膜４２が形成されている。
【００６９】
第２層間絶縁膜４２は、例えばアクリル樹脂膜からなり、加熱による流動化状態を経ることによって上面が平坦化されている。即ち、その成膜時の上面には、下層側の蓄積容量７０やＴＦＴ３０、走査線３ａ、更には下地遮光膜１１ａの存在によって段差が生じているが、一旦流動化されることで、上面は段差による凹凸が均された状態となっている。
【００７０】
更に、データ線６ａの上から第２層間絶縁膜４２の全面を覆うように、コンタクトホール８５が形成された第３層間絶縁膜４３が、例えばアクリル樹脂膜により形成されている。第３層間絶縁膜４３は、本発明の「平坦化膜」の一例であり、その平坦な上面に画素電極９ａ及び配向膜１６が形成されている。
【００７１】
次に、図４及び図６を参照しながら、フォトダイオード１５０について詳細に説明する。
【００７２】
図４及び図６に示すように、フォトダイオード１５０は、ＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域１０ａを構成する複数の画素の夫々の開口領域を互いに隔てる非開口領域に形成されている。フォトダイオード１５０は、対向基板２０の両面のうち液晶層５０に面しない側である表示面２０Ｓから入射する入射光を検出することによって表示面２０Ｓにおける指等の入力手段の動きを検知する。フォトダイオード１５０は、ＴＦＴアレイ基板１０側から順に下電極１５０e、Ｎ型半導体層１５０ｄ、受光層１５０ｃ及びＰ型半導体層１５０ｂ、上電極１５０ａが順次積層されてなるＰＩＮダイオードである。Ｎ型半導体層１５０ｄ、受光層１５０ｃ及びＰ型半導体層１５０ｂが、本発明の「フォトダイオード本体」の一例を構成している。フォトダイオード１５０によれば、受光面１５０ｓに照射された光に起因して光電流が発生し、当該光電流が検出されることによって、指等の入力手段の動きに応じた各種情報を液晶装置１に入力可能である。
【００７３】
ここで、下電極１５０ｅは、第３層間絶縁膜４３の下層側に形成されている第２層間絶縁膜４２の平坦な表面に形成されている。下電極１５０ｅは、本発明の「導電層」の一例であるデータ線６ａと同層に形成されている。このような下電極１５０ｅは、データ線を形成する工程と共通の工程によって形成される。上電極１５０ａは、本発明の「導電層」の一例である画素電極９ａと同層に形成されている。このような上電極１５０ａは、画素電極を形成する工程と共通の工程によって形成される。したがって、上電極１５０ａ、下電極１５０ｅによれば、液晶装置１の製造プロセスを煩雑化させることがない。
【００７４】
フォトダイオード１５０は、第３層間絶縁膜４３から対向基板２０に向かって突出するように第３層間絶縁膜４３に埋め込まれている。フォトダイオード１５０は、第３層間絶縁膜４３に埋め込まれるフォトダイオード１５０の埋め込み量、或いはフォトダイオード１５０のサイズが調整されているため、フォトダイオード１５０のうち第３層間絶縁膜４３から対向基板２０に向かって突出した部分のサイズ、より具体的には高さが調整されており、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間の基板間ギャップを規定するスペーサとして兼用される。したがって、フォトダイオード１５０によれば、基板間ギャップを正確に規定しつつ、指等の入力手段の動き或いは位置を正確に検知可能である。
【００７５】
加えて、フォトダイオード１５０によれば、開口領域にスペーサを配置しなくてもよいため、開口領域全体に液晶層５０が形成されていることになる。したがって、フォトダイオード１５０によれば、開口領域にスペーサが配置されることによって開口領域の一部において画像表示に寄与しない領域が形成されることを低減できる。また、フォトダイオード１５０がスペーサとして兼用されているため、基板間ギャップを維持するためだけにフォトダイオード１５０とは別にスペーサを設ける必要がなくなる。
【００７６】
このようなフォトダイオード１５０は、樹脂等で構成されたスペーサに比べて高い剛性を有しているため、例えば、ＴＦＴ基板１０上に配置される複数のフォトダイオード１５０の夫々の高さを予め相互に揃えておくことによって、樹脂等で構成されたスペーサを配置する場合に比べて基板間ギャップを均一にすることが可能である。
【００７７】
よって、本実施形態に係る液晶装置１によれば、液晶装置１の動作時に、フォトダイオード１５０によって基板間ギャップを規定でき、且つ開口領域全体が実質的に画像表示に寄与する領域として用いられることになり、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間にスペーサを配置することによって低下する開口率を向上させることが可能になる。したがって、液晶装置１によれば、画像の表示品位を高めることが可能である。加えて、本実施形態に係る液晶装置１によれば、フォトダイオード１５０とは別にスペーサを設けなくてもよいため、液晶装置１の材料コスト、及び製造コストを低減できる。
【００７８】
（変形例１）
次に、図７を参照しながら、本実施形態に係る液晶装置の一変形例を説明する。図７は、本例に係る液晶装置の構成を示した図であって、図６に対応する断面図である。尚、以下では、上述した液晶装置１の共通する部分に共通の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本例に係る液晶装置が有するフォトダイオード１５１は、上述したフォトダイオード１５０と同様に平面的に見てＴＦＴアレイ基板１０上の非開口領域に配置されている。
【００７９】
図７において、本例に係る液晶装置が有するフォトダイオード１５１は、ＴＦＴアレイ基板１０側である図中下側から順に下電極１５１e、Ｎ型半導体層１５１ｄ、受光層１５１ｃ及びＰ型半導体層１５１ｂ、上電極１５１ａが順次積層されてなるＰＩＮダイオードである。下電極１５１ｅは、第３層間絶縁膜４３上に形成され、且つＴＦＴ３０に電気的に接続された画素電極９ａと同層に形成されている。即ち、本例に係る液晶装置では、画素電極９ａが、本発明の「導電層」の一例である。したがって、本例に係る液晶装置によれば、画素電極９ａと共通の工程によって下電極１５１ｅを形成でき、液晶装置の製造プロセスの煩雑化を防止できる。加えて、第３層間絶縁膜４３上におけるフォトダイオード１５１ｓのサイズを調整しておくことによって正確に基板間ギャップを規定できる。
【００８０】
上電極１５１ａは、対向基板２０の両面のうち液晶層５０に臨む面側に形成された対向電極２１と同層に形成されている。
【００８１】
フォトダイオード１５１は、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０を相互に貼り合わせる際、予め対向基板２０側に形成されていた上電極１５１ａがフォトダイオード１５１の本体に含まれるＰ型半導体層１５１ｂの上面に接することによって形成される。したがって、下電極１５１ｅ、及びフォトダイオード１５１の本体の夫々を狙いの基板間ギャップを規定するように設定するだけでなく、上電極１５１ａの膜厚調整、並びにＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の貼り合わせの調整によっても基板間ギャップの微調整が可能である。
【００８２】
加えて、上電極１５１ａは、対向基板２０に設けられたカラーフィルタ１２０の直下に位置するため、表示面２０ｓにおいて指等の入力手段によって反射された光、或いは入力手段によって遮られなかった外光が液晶によって吸収されることなく直接フォトダイオード１５１の受光面１５１ｓに照射される。したがって、フォトダイオード１５１によれば、液晶による光吸収の影響を受けることなく、入力手段から正確に液晶装置に各種情報を入力可能である。
【００８３】
（変形例２）
次に、図８及び図９を参照しながら、本実施形態に係る液晶装置の他の変形例を説明する。図８は、本例に係る液晶装置の画素部の構成を示した平面図であり、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ´断面図である。本例に係る液晶装置では、横電界によって液晶層を駆動するＦＦＳ駆動方式を採用している。
【００８４】
図８及び図９において、本例に係る液晶装置は、走査線３ａ、データ線６ａ、本発明の「導電層」の一例である共通電極１２１、不図示の画素スイッチング用ＴＦＴに電気的に接続された画素電極１９、格子状に延びる下側遮光膜１１ａ、及びフォトダイオード１５２を備えている。共通電極１２１は、複数の画素部１１９の渡って延びる共通の電極であり、本例の液晶装置の動作時には、固定電位が供給される。画素電極１９は、中継配線３１を介して不図示の画素スイッチング用ＴＦＴ、及びデータ線６ａに電気的に接続されている。
【００８５】
図９において、本例に係る液晶装置では、ＴＦＴアレイ基板１０上の互いに異なる層に画素電極１９及び共通電極１２１が形成されている。より具体的には、共通電極１２１は、画素電極１９の下層側に形成されており、これら電極間に生じる横電界によって液晶分子の配向状態の制御が行なわれる。
【００８６】
フォトダイオード１５２は、ＴＦＴアレイ基板１０上の非開口領域に形成されており、画素部１１９における開口領域を狭めることなく、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間の基板間ギャップを規定する。フォトダイオード１５２は、ＴＦＴアレイ基板１０側から順に下電極１５２e、Ｎ型半導体層１５２ｄ、受光層１５２ｃ及びＰ型半導体層１５２ｂ、上電極１５２ａが順次積層されてなるＰＩＮダイオードである。
【００８７】
上電極１５２ａは、絶縁膜４４上に画素電極１９と共に形成された、本発明の「導電層」の一例である導電層３９がＰ型半導体層１５２ｂの上面に延びる部分であり、画素電極１９と共通の工程を利用して形成されている。したがって、本例に係る液晶装置によれば、液晶装置の製造プロセスを煩雑にすることなく、スペーサと兼用されるフォトダイオード１５２を形成可能である。尚、本例に係る液晶装置は、画素電極１９と同層に形成された導電層の一部を上電極１５２ａに用いる場合に限定されるものではなく、ＴＦＴアレイ基板１０上に形成された反射膜の一部を上電極１５２ａに兼用することも可能である。また、図示しないが、共通電極１２１と画素電極１９の上下関係は逆になる場合であってもよく、この場合も同様に電極間に生じる横電界によって液晶分子の配向状態の制御が行なわれ、共通電極１２１と同層に形成された導電層の一部を上電極１５２ａに用いることが出来る。
【００８８】
＜２：電子機器＞
次に、上述した液晶装置を具備してなる電子機器の実施形態を説明する。
【００８９】
図１０は、上述した液晶装置が適用されたモバイル型のパーソナルコンピュータの斜視図である。図１０において、コンピュータ１２００は、キーボード１２０２を備えた本体部１２０４と、上述した液晶装置を含んでなる液晶表示ユニット１２０６とから構成されている。液晶表示ユニット１２０６は、液晶パネル１００５の背面にバックライトを付加することにより構成されており、タッチパネル機能を有しており、且つ高い開口率によって表示品位が高められている。
【００９０】
次に、上述した液晶装置を携帯電話に適用した例について説明する。図１１は、本実施形態の電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。図１１において、携帯電話１３００は、複数の操作ボタン１３０２とともに、反射型の表示形式を採用し、且つ上述した液晶装置と同様に受光素子上にスペーサが配置された液晶装置１００５を備えている。携帯電話１３００によれば、液晶装置が指等の入力手段の動きに応じた入射光を検出する受光素子がスペーサとして兼用されているため、開口率が高められており、高品位の画像表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施形態に係る液晶装置を対向基板の側から見た平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ´断面図である。
【図３】本実施形態に係る液晶装置の表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。
【図４】本実施形態に係る液晶装置におけるデータ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ´断面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ´断面図である。
【図７】本実施形態に係る液晶装置の一例の構成を示した断面図である。
【図８】本実施形態に係る液晶装置の他の例の構成を示した平面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ´断面図である。
【図１０】本実施形態に係る電子機器の一例であるコンピュータの斜視図である。
【図１１】本実施形態に係る電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。
【符号の説明】
【００９２】
１・・・液晶装置、６ａ・・・データ線、９ａ，１９・・・画素電極、１０・・・ＴＦＴアレイ基板、２０・・・対向基板、３０・・・ＴＦＴ、４３・・・第３層間絶縁膜、５０・・・液晶層、１２１・・・共通電極、１５０，１５１，１５２・・・フォトダイオード
【図１】
2008233740.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008233740.tif 000009
【図８】
2008233740.tif 000010
【図９】
2008233740.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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