(57)【要約】【課題】フォトダイオードに入射する光の減衰を抑制し、フォトダイオードの外光に対する感度の向上が図られた液晶表示装置を提供する。【解決手段】アクティブマトリクス基板１と、対向基板２と、液晶層３と、周囲の光に反応して信号を出力するフォトダイオード１１とを有し、液晶層３は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２との間に形成された空間に封入されている、液晶表示装置を用いる。フォトダイオード１１は、アクティブマトリクス基板１のベース基板１７上の、対向基板２と重なる領域に形成されている。アクティブマトリクス基板１と対向基板２との間には、液晶層が存在しない空間２６を形成するシール部材３０が挟みこまれている。シール部材３０は、フォトダイオード１が、液晶層が存在しない空間２６内に配置されるように形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブマトリクス基板と、対向基板と、液晶層と、周囲の光に反応して信号を出力するフォトダイオードとを有し、前記液晶層は、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に形成された空間に封入されている、液晶表示装置であって、
前記フォトダイオードは、前記アクティブマトリクス基板のベース基板上の、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なる領域に、形成され、
前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間には、前記液晶層が存在しない空間を形成するシール部材が挟みこまれ、
前記シール部材は、前記フォトダイオードが、前記液晶層が存在しない空間内に配置されるように、形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記フォトダイオードが、前記ベース基板上に形成されたシリコン膜を備え、
前記シリコン膜には、その面方向に沿って、順に、ｐ型の半導体領域、真性半導体領域、及びｎ型の半導体領域が形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記フォトダイオードが、前記アクティブマトリクス基板の表示領域の周辺に形成され、
前記液晶層が存在しない空間が、前記液晶層の周辺に形成されている請求項１に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、光センサを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置においては、周囲の光（以下「外光」という。）の強度を検出するために、光センサが搭載されることがある（例えば、特許文献１）。この場合、液晶表示装置は、光センサからの信号に基づいて、屋外など明るい環境下ではバックライトの強度を低め、夜間や室内など比較的暗い環境下ではバックライトの強度を高くする。このような液晶表示装置によれば、画面の視認性の向上、低消費電力化、及び長寿命化が実現される。
【０００３】
液晶表示装置への光センサの搭載は、液晶表示パネルに、ディスクリート部品の光センサを実装することによって行うことができる。また、近年においては、液晶表示パネルを構成するアクティブマトリクス基板にモノリシックに光センサを形成することも行われている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）。後者によれば、前者に比べ、部品点数の削減による製造コストの低下や、液晶表示装置の小型化を図ることができる。
【０００４】
モノリシックに形成された光センサとしては、ラテラル構造を備えたフォトダイオードが知られている（例えば、特許文献３参照。）。このフォトダイオードは、アクティブマトリクス基板のベース（ガラス基板）上に形成されたシリコン膜に、ラテラル方向に沿って、ｐ型の半導体領域（ｐ層）、真性半導体領域（ｉ層）及びｎ型の半導体領域（ｎ層）を形成することによって作製される。
【０００５】
また、シリコン膜の成膜、各種半導体領域の形成は、アクティブ素子（ＴＦＴ）や周辺回路の形成工程を利用して行われる。フォトダイオードを構成するシリコン膜は、アクティブ素子（ＴＦＴ）を構成するシリコン膜と共通の薄膜である。
【特許文献１】特開平４−１７４８１９号公報
【特許文献２】特開２００２−１７５０２６号公報（第１２図）
【特許文献３】特開２００６−３８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のフォトダイオードは、アクティブ素子等の形成工程を利用して形成されるため、形成工程で使用される露光機のマスクの構造上、アクティブ素子が形成されている表示領域や、その近傍に形成される。よって、フォトダイオードは、アクティブ素子と同様に、液晶表示パネルの厚み方向において液晶層に重なり、液晶層を通過した外光を検出する。このため、従来の液晶表示装置においては、外光が液晶層によって減衰され、フォトダイオードの感度の向上が図れないという問題がある。
【０００７】
一方、液晶層に重ならない、表示領域から離れた領域、例えば、対向基板にも重ならない、外部端子等が設けられる領域に、フォトダイオードを形成した場合は、上記の問題を解決できるとも考えられる。しかし、この場合は、上述したマスクの構造上、アクティブ素子の形成工程を利用することが困難になる。そして、別途、フォトダイオード用の形成工程が必要になり、製造コストが増大してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題を解消し、フォトダイオードに入射する光の減衰を抑制し、フォトダイオードの外光に対する感度の向上が図られた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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明における液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と、対向基板と、液晶層と、周囲の光に反応して信号を出力するフォトダイオードとを有し、前記液晶層は、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に形成された空間に封入されている、液晶表示装置であって、前記フォトダイオードは、前記アクティブマトリクス基板のベース基板上の、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なる領域に、形成され、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間には、前記液晶層が存在しない空間を形成するシール部材が挟みこまれ、前記シール部材は、前記フォトダイオードが、前記液晶層が存在しない空間内に配置されるように、形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明における液晶表示装置においては、液晶層の存在しない空間が形成され、フォトダイオードは、この空間内に配置されている。よって、外光は、液晶層によって減衰されることなく、フォトダイオードに入射する。このため、本発明によれば、従来に比べて、フォトダイオードの外光に対する感度の向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明における液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と、対向基板と、液晶層と、周囲の光に反応して信号を出力するフォトダイオードとを有し、前記液晶層は、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に形成された空間に封入されている、液晶表示装置であって、前記フォトダイオードは、前記アクティブマトリクス基板のベース基板上の、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なる領域に、形成され、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間には、前記液晶層が存在しない空間を形成するシール部材が挟みこまれ、前記シール部材は、前記フォトダイオードが、前記液晶層が存在しない空間内に配置されるように、形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明における液晶表示装置は、前記フォトダイオードが、前記ベース基板上に形成されたシリコン膜を備え、前記シリコン膜には、その面方向に沿って、順に、ｐ型の半導体領域、真性半導体領域、及びｎ型の半導体領域が形成されている態様であっても良い。
【００１３】
また、上記本発明における液晶表示装置は、前記フォトダイオードが、前記アクティブマトリクス基板の表示領域の周辺に形成され、前記液晶層が存在しない空間が、前記液晶層の周辺に形成されている態様であっても良い。
【００１４】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における液晶表示装置について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の全体構成を示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の断面構成を示す断面図であり、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って得られている。図３は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の他の例の全体構成を示す平面図である。
【００１５】
また、図１〜図３においては、液晶表示装置の構成部材のうち、液晶表示パネルのみが図示されている。更に、図１〜図３では、バックライト装置や各種の光学フィルム等の図示は省略されている。最初に、図１及び図２の例について説明する。
【００１６】
図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板１と、対向基板２と、液晶層３と、周囲の光に反応して信号を出力するフォトダイオード１１とを有している。フォトダイオード１１は、従来と同様に、アクティブマトリクス基板１にモノリシックに形成されている。図２に示すように、液晶層３は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２との間に形成された空間に封入されている。
【００１７】
本実施の形態では、液晶層３が封入される空間（液晶封入空間）は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２との間に挟みこまれたシール部材３１によって形成されている。シール部材３１は、図１に示すように液晶表示装置の表示画面をとり囲むように、つまり、アクティブマトリクス基板１の表示領域の外周に沿って形成されている。アクティブマトリクス基板１の表示領域とは、複数個の画素がマトリクス状に配置されている領域である。画素は、アクティブ素子として機能するＴＦＴ４と、透明の画素電極１０とを備えている。
【００１８】
図２に示すように、ＴＦＴ４は、シリコン膜５と、ゲート電極９とを備えている。シリコン膜５は、アクティブマトリクス基板１のベース基板（ガラス基板）１７の上に、絶縁性のベースコート膜２０を介して形成されている。また、シリコン膜５には、ドレイン領域（ｎ型の半導体領域）６と、チャネル領域７と、ソース領域（ｎ型の半導体領域）８とが、形成されている。
【００１９】
ゲート電極９は、ゲート絶縁膜となる層間絶縁膜２１を介して、シリコン膜５のチャネル領域７の上方に設けられている。ゲート電極９を保護するため、ゲート電極９を含むアクティブマトリクス基板１の全面を覆うように、絶縁性の保護膜２２が形成されている。保護膜２２の上には、平坦化膜２３が形成されている。平坦膜２３は、透明の樹脂層であり、例えば、感光性のアクリル樹脂などを塗布し、これを硬化させることによって形成できる。
【００２０】
また、ＴＦＴ４のドレイン領域６には電極１６ａが接続され、ソース領域８には電極１６ｂが接続されている。電極１６ａ及び１６ｂは、層間絶縁膜２１及び保護膜２２を貫通する。これらの電極のうちソース領域８に接続される電極１６ｂは、更に、画素電極１０に接続される。ドレイン領域６に接続される電極１６ａは、ソース配線（図示せず）に接続される。電極１６ａ及び１６ｂも平坦化膜２３によって被覆されている。
【００２１】
画素電極１０は、平坦化膜２３上に形成されている。画素電極１０は、ＩＴＯ膜で形成された透明電極である。画素電極１０の形成は、次のようにして行うことができる。先ず、平坦化膜２３のソース領域８上の部分に紫外線を照射して露光を行い、そして現像処理を行う。これにより、平坦化膜２３に導通路となる孔が形成される。続いて、ＩＴＯ膜を成膜し、その後、必要な部分のみを残してエッチングを行えば、画素電極１０が完成する。
【００２２】
また、図１に示すように、フォトダイオード１１は、アクティブマトリクス基板１の厚み方向（以下、単に「厚み方向」とする。）において対向基板２と重なる領域に、形成されている。本実施の形態では、フォトダイオード１１は、アクティブマトリクス基板１の表示領域の周辺であって、対向基板２と重なる位置に配置されている。
【００２３】
更に、フォトダイオード１１は、アクティブマトリクス基板１のベース基板１７上に、遮光膜２４及びベースコート膜２０を介して形成されたシリコン膜１２を備えている。遮光膜２４は、バックライト装置（図示せず）からの光がフォトダイオード１１に入射するのを抑制している。
【００２４】
本実施の形態において、シリコン膜１２は、ＴＦＴ４を構成するシリコン膜５の形成工程を利用することによって形成されている。また、シリコン膜１２には、その面方向に沿って、順に、ｐ型の半導体領域（ｐ層）１３、真性半導体領域（ｉ層）１４、及びｎ型の半導体領域（ｎ層）１５が形成されている。本実施の形態では、フォトダイオード１１は、ラテラル構造を備えたＰＩＮダイオードであり、ｉ層１４が検出領域となっている。
【００２５】
このフォトダイオード１１において、ｉ層１４は、隣接するｐ層１３及びｎ層１５に比べて電気的に中性に近い領域であれば良い。ｉ層１４は、不純物を全く含まない領域や、伝導電子密度と正孔密度とが等しい領域であるのが好ましい。但し、ｉ層１４は、ｎ層１５よりもｎ型不純物の拡散濃度が低いｎ-領域や、ｐ層１３よりもｐ型不純物の拡散濃度が低いｐ-領域であっても良い。
【００２６】
また、シリコン膜１２を構成するシリコンの種類は特に限定されるものではない。本実施の形態では、電荷の移動速度の点から、シリコン膜１２は、連続結晶粒界シリコンや、低温ポリシリコンによって形成されているのが好ましい。シリコン膜１２も、ＴＦＴ４のシリコン膜５と同様に、層間絶縁膜２１及び保護膜２２によって被覆されている。
【００２７】
更に、シリコン膜１２のｐ層１３には電極１８ａが接続され、ｎ層１５には電極１８ｂが接続されている。電極１８ａ及び１８ｂも、電極１６ａ及び１６ｂと同様に、層間絶縁膜２１及び保護膜２２を貫通する。また、フォトダイオード１１の上層にも、ＴＦＴ４の場合と同様に、平坦化膜２３が形成されている。
【００２８】
平坦化膜２３は、厚み方向においてｉ層１４に重なる位置に、凸曲面２３ａを備えている。凸曲面２３ａは、外光をｉ層１４に集光させるレンズとして機能する。凸曲面２３ａの形成も、露光及び現像処理によって行うことができる。また、平坦化膜２３の上には、画素電極１０と同様に、ＩＴＯ膜によって、電極１８ａに接続される電極１９ａと、電極１８ｂに接続される電極１９ｂとが、形成されている。更に、凸曲面２３ａの上にもＩＴＯ膜２５が形成されている。ＩＴＯ膜２５は、反射防止膜として機能している。
【００２９】
また、図２に示すように、対向基板２は、複数の着色層２９で構成されたカラーフィルタを備えている。各着色層２９は、対向基板２のベース基板（ガラス基板）２７上に、厚み方向において、対応する画素の透明電極１０に重なるように形成されている。更に、隣接する着色層２９の間には、遮光用のブラックマトリクス２８が設けられている。また、全ての着色層２９を覆うようにして、透明の対向電極３２が形成されている。対向電極３２も、画素電極１０と同様に、ＩＴＯ膜によって形成されている。
【００３０】
ところで、図１及び図２に示すように、アクティブマトリクス基板１と対向基板２との間には、液晶層を封入するためのシール部材３１の他に、シール部材３０も挟みこまれている。このシール部材３０は、上述したシール部材３１とは異なり、アクティブマトリクス基板１及び対向基板２と共に、液晶層３が存在しない空間（非液晶封入空間）２６を形成する。また、シール部材３０は、フォトダイオード１１が、非液晶封入空間２６内に配置されるように形成されている。本実施の形態では、シール部材３０は、環状を呈している。
【００３１】
このような非液晶封入空間２６の存在により、液晶表示装置の外からの光（外光）は、対向基板３１のみを通過した後、液晶層３を通過することなく、フォトダイオード１１に入射する。つまり、外光は、従来と異なり、液層層３によって減衰されることなく、フォトダイオード１１のｉ層１４に入射することができる。このため、本実施の形態の液晶表示装置では、従来に比べて、フォトダイオード１１の外光に対する感度の向上が図られる。
【００３２】
図１及び図２の例では、非液晶封入空間２６は、表示領域の短辺に沿って形成され、その中に、複数個のフォトダイオード１１が一列に配置されているが、本実施の形態は、この例に限定されるものではない。例えば、本実施の形態は、図３に示す例とすることもできる。
【００３３】
図３の例では、フォトダイオード１１は、更なる感度の向上のため、大型化されている。そして、表示領域の周辺に、フォトダイオード１１毎に、複数個の非液晶封入空間２６が形成されている。一つの非液晶空間２６には、一つのフォトダイオード１１だけが配置されている。図３の例においても、フォトダイオード１１の構造は、図２に示したものと同様である。
【００３４】
また、図１〜図３の例では、着色層２９（カラーフィルタ）は、厚み方向において、フォトダイオード１１に重ならないように形成されているが、本実施の形態は、これに限定されるものではない。本実施の形態は、フォトダイオード１１の上面に着色層２９が形成されている態様であっても良い。但し、この場合は、着色層２９の色彩は、外光を減衰し難い色彩、例えば、白色であるのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明によれば、表示画面の観察者側から入射した光に反応するフォトダイオードを備えた液晶表示装置において、フォトダイオードの感度の向上を図ることができる。このことから、本発明における液晶表示装置は、産業上の利用可能性を有し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の断面構成を示す断面図であり、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って得られている。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の他の例の全体構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  アクティブマトリクス基板
２  対向基板
３  液晶層
４  ＴＦＴ
５  ＴＦＴのシリコン膜
６  ドレイン領域
７  チャネル領域
８  ソース領域
９  ゲート電極
１０  画素電極
１１  フォトダイオード
１２  フォトダイオードのシリコン膜
１３  ｐ層
１４  ｉ層
１５  ｎ層
１６ａ、１６ｂ  電極
１７  アクティブマトリクス基板のベース基板
２０  ベースコート膜
２１  層間絶縁膜
２２  保護膜
２３  平坦化膜
２３ａ  凸曲面
２４  遮光膜
２５  ＩＴＯ膜
２６  非液晶封入空間
２７  対向基板のベース基板
２８  ブラックマトリクス
２９  着色層
３０  非液晶封入空間形成用のシール部材
３１  液晶封入空間形成用のシール部材
３２  対向電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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