(57)【要約】【課題】液晶表示装置において光源からの下面ノイズ光が光センサに入射し、また外光からの光が微弱であるため光センサの精度が低減する恐れがあった。【解決手段】光センサ３０下部に凹面形状型遮光部３３を形成し、これにより下面ノイズ光１１０を遮光し、外光１００を集光する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に多層薄膜を形成して構成したアレイ基板と、
前記アレイ基板に液晶層を介して対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板上にマトリクス状に配置された画素領域からなる表示領域と、
前記表示領域に光を照射するバックライトユニットと、
前記アレイ基板に形成され外光を検出する光センサと、
前記バックライトユニットと前記光センサの間の前記多層薄膜内に形成された凹面形状型遮光部と、
を有し、
前記凹面形状型遮光部は前記バックライトユニットからの光を遮光すると共に前記光センサの受光領域に前記外光を集光するよう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】
前記凹面形状型遮光部は前記画素領域を形成する信号線または走査線と同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記凹面形状型遮光部は前記光センサ用の配線と同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に関し、特に光センサの低照度化を可能とする凹面形状型遮光部を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサをアレイ基板に内蔵した場合、バックライトユニットから照射された光が光センサに入力されノイズ光となり得るため、金属膜等の遮光部材をバックライトユニットと光センサの間に設け、外光測定性能を向上させる技術が検討されている。（特許文献１）
また当該遮光部材が金属膜であることを利用し、外光を反射し光センサの感度を向上させる技術も検討されている。（特許文献２）
光センサは外部からの光による入力が一定の閾値を上回らなければ動作に不具合が生じるため、側光に必要な光を確保できる点、有効な技術といえる。
【０００３】
図４は従来構造におけるアレイ基板内蔵型光センサとその周辺を説明する断面図である。遮光部材により形成された下面遮光部３２に外光１００が反射し、反射光１００ｂを利用することができる。
【特許文献１】特開２００７−１１４３１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２５６９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし従来構造のように下面遮光部３２が矩形薄箱型である場合、反射光１００ｂが光センサ３０の受光領域である真性ベース領域（Intrisic）３５c（以下Ｉ領域３５cという）へ入射する確率は低く、低照度化に寄与しづらいという問題点があった。
【０００５】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は凹面形状型遮光部により外光を受光部に集光し、低照度化を可能とする光センサを有する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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の液晶表示装置はガラス基板上に多層薄膜を形成して構成したアレイ基板と、前記アレイ基板に液晶層を介して対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板上にマトリクス状に配置された画素領域からなる表示領域と、前記表示領域に光を照射するバックライトユニットと、前記アレイ基板に形成され外光を検出する光センサと、前記バックライトユニットと前記光センサの間の前記多層薄膜内に形成された凹面形状型遮光部とを有し、前記凹面形状型遮光部は前記バックライトユニットからの光を遮光すると共に前記光センサの受光領域に前記外光を集光するよう形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば凹面状に形成された遮光部により、遮光部からの反射光を受光領域に集光することで、低照度感知可能な光センサを有する液晶表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は本実施の形態にかかる光センサ内蔵型液晶表示装置を示す斜視図である。
【００１０】
液晶表示装置１０は表示領域２０を有するアレイ基板１１と、このアレイ基板１１に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板１２と、表示領域２０を駆動する駆動LSI５０と、外部LSIと接続するための接続フレキシブル基板６０及び外光を受光する光センサ３０を備え、アレイ基板１１下面には光源となるLEDまたは冷陰極管からなるバックライトユニット４０が配置される。
【００１１】
図２は図１のA-A線に沿い切断した拡大断面図である。
【００１２】
アレイ基板１１と対向基板１２とは表示領域２０の周縁である額縁領域においてシール材１４を用いて接合され、アレイ基板１１と対向基板１２とシール材１４とで囲まれた領域に液晶層２５が形成されている。またアレイ基板１１、対向基板１２の液晶層２５の反対面には偏光板１３ａ、１３ｂが夫々配設されている。
【００１３】
アレイ基板１１は透明な絶縁基板としてのガラス基板１１aと、このガラス基板１１a上に形成された多層薄膜からなる下地部２１と、詳細を後述する光センサ３０と、光センサ３０に入射する下面ノイズ光１１０を遮光し、反射光１００bを集光する詳細を後述する凹面形状型遮光部３３と、下地部２１上に形成された複数のスペーサ２３と、下地部２１に成膜された図示しない配向膜とを備えている。
【００１４】
また下地部２１はガラス基板１１aと接する側から順に積層された、アンダーコート層２１a、ゲート絶縁膜２１b、層間絶縁膜２１cを備えている。
【００１５】
光センサ３０はシール材１４よりも表示領域２０に近い位置でかつ下地部２１内に形成される。光センサ３０上面は外部ＬＳＩとアレイ基板１１を接続する配線部からの反射を防止するための上面遮光部３１が形成されるが、光センサ３０が外光１００を取り入れる必要があるため、光センサ真上には樹脂遮光部３１は形成されない。
【００１６】
なおガラス基板１１a上には複数の信号３６及び複数のゲート線３７が設けられ、信号線３６とゲート線３７の交差部近傍にスイッチング素子として、例えばTFT２２が設けられている。
【００１７】
表示領域２０は、アレイ基板１１上にマトリクス状に配置された複数の画素領域を有している。各画素領域は、TFT２２、信号線３６及び走査線等で形成されている。なお、図示しないが、この実施の形態において、各画素領域は、TFT２２に電気的に接続された画素電極でも形成されている。
【００１８】
図３は図２の破線部Ｒで示す光センサ３０の実施構造と凹面形状型遮光部３３の形成位置を説明する拡大断面図である。
【００１９】
本実施形態における光センサ３０は、横型のPINフォトダイオードで形成される。PINフォトダイオードは低濃度n型のカソード領域３５a、高濃度p型アノード領域３５b、及び前記アノード領域３５bと比較し低濃度の不純物がドープされているＩ領域３５cを有し、上記カソード領域３５a、アノード領域３５b及びI領域３５cは半導体層３５として形成されている。
【００２０】
光センサ３０はI領域３５cにおける半導体リーク電流の特性を利用し、外光１００の計測を行なう。具体的には半導体リーク電流が増加し電圧が低下する時間をコンパレータにより比較し、閾値電圧を下回りLOWとなった場合にラッチ回路を用い、駆動LSI内のソースドライバに信号を送り制御する。そのため外光１００を受光領域であるＩ領域３５cに入射する必要がある。
【００２１】
なお半導体層３５は非晶質シリコンか、ポリシリコンかを問わず使用することができるが、表示領域にてスイッチング素子として使用するTFTと同一の工程で形成する場合にはTFT半導体層と同一材料となる。
【００２２】
またPINフォトダイオードを形成する際、レジストマスクを用いてもよいが、同時に形成するnチャネルTFTまたはpチャネルTFTのゲート電極の形成工程を用いて形成してもよい。
【００２３】
次に凹面形状型遮光部３３について説明する。当該凹面形状型遮光部３３はアンダーコート層２１aの深さまで形成され、凹面形状は入射光１００aを集光する向きに形成されていることを特徴とする。
【００２４】
ここでアンダーコート層２１aはガラス基板１１a上に形成され、ガラス基板１１a上面にSiNx膜（0.05μm）、続いてSiOx膜（0.1μm）が成膜される。そのため凹面形状型遮光部３３の深さd１は、最大でアンダーコート層２１aの膜厚である0.15μmまで設けることができる。上記範囲内で凹面形状型遮光部３３の深さd１をI領域３５cへ反射光１００bが集光するよう、最適な値に調整する。このため凹面形状型遮光部３３の曲率を変化させ、反射光１００bの集光効率を高めることが可能となる。
【００２５】
また凹面形状型遮光部３３の幅であるd２は、I領域３５cに反射光１００bが入射し、かつ下面ノイズ光１１０を遮光できる範囲で所望の幅に設定することができる。よって光センサ３０の縮小化を図ることが可能となる。即ち、集光によるI領域３５cへの光量が増加するため、閾値となるリーク電流を維持したままI領域３５cの幅を縮小することができる。
【００２６】
またこれに伴い凹面形状型遮光部３３の幅d２を短縮することが可能となる。凹面形状型遮光部３３幅d２に対する凹面型遮光部３３の深さd１の値が大きくなり、曲率が上がることで、より集光効率を高めることが可能となるからである。
【００２７】
次に本実施の形態による凹面形状の遮光部３３形成工程について説明する。ガラス基板１１a上にCVD法等によりSiOx及びSiNxからなるアンダーコート層２１aを成膜する。その後、露光機の解像力以下のマスク、もしくはハーフ露光可能なマスクを使用し、凹面形状型遮光部３３を生成する箇所にレジスト膜厚が薄くなるようレジストパターンを形成する。
【００２８】
次にレジストパターンに対しドライエッチングを行なう。ここでレジストの膜厚は上記マスクにより凹面形状型遮光部３３の形成部では薄く、その他の部分では厚く形成され、膜厚差が設けられている。ドライエッチング時エッチングにより削られる膜厚は一定である。そのためレジスト膜厚が薄い凹面形状型遮光部３３の形成部では下層のSiOx膜をエッチングすることができ、これにより凹面形状を形成することが可能となる。
【００２９】
次に反射率の高い金属膜、例えばモリブデンタングステン（MoW）、タンタル（Ta）、アルミニウム（Al）等を用いて成膜し、パターニングすることで凹面形状型遮光部３３を得ることができる。
【００３０】
尚、当該凹面形状型遮光部３３は表示領域中の各画素領域を形成するTFTまたは信号線３６あるいは走査線を形成する工程と同一の工程で形成することにより、すなわち、凹面形状型遮光部３３と、TFTまたは信号線３６あるいは走査線とを同一材料で同時に形成することにより、製造工程数を増やすことなく液晶表示装置を形成することができる。また、凹面形状型遮光部３３と、光センサ３０用の配線とを同一材料で同時に形成しても上述した効果を得ることができる。ここで言う光センサ３０用の配線とは、光センサ３０に電気的に接続された配線である。
【００３１】
上記のように構成された液晶表示装置によれば、光センサ３０下部の凹面形状型遮光部３３を、アンダーコート層２１a中に形成することができるので、この凹面形状型遮光部３３により光センサ３０への下面ノイズ光１１０の入射を防ぐことができ、かつ外光１００、反射光１００bを併せて感知することができる。そのため例えば夜間時の光量不足によりリーク電流が一定値を上回らず、光センサ３０での感知が困難な際にも、反射光１００bを含めた感知が可能となる。このため数ルックス単位の低照度においても光センサ３０の実行が可能となる。
【００３２】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【００３３】
本実施形態ではPINフォトダイオードを用いた光センサ３０の適用について述べたが、TFTを用いた場合にもダイオードと同様の効果を奏する。この場合、例えばｐ濃度の低い部分に反射光１００bを入射し、光センサ３０の低照度化を行なう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】内蔵型光センサを有する液晶表示装置の実施構造を本実施の形態に適用した液晶表示装置を説明する斜視図。
【図２】内蔵型光センサを有する液晶表示装置の実施構造を本実施の形態に適用した液晶表示装置を説明する拡大断面図。
【図３】本発明の実施の形態にかかる光センサの実施構造と凹面形状型遮光部の形成位置を説明する拡大断面図。
【図４】従来構造における光センサとその周辺を説明する断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１１…アレイ基板、１２…対向基板、２０…表示領域、２１…下地部、２２…薄膜トランジスタ（TFT）、３０…光センサ、３３…凹面形状型遮光部、３５…半導体層、４０…バックライトユニット、１００…外光、１１０…下面ノイズ光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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