JP2008089619A - 表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示装置の周辺領域に形成された光センサを備えた表示装置において、光センサが近紫外線に反応することによる誤動作を防ぎ、可視光に対して効率よく反応するようにする。
【解決手段】 表示領域と該表示領域以外の周辺領域とを有するアクティブマトリクス基板を備えた表示装置において、前記表示領域に配列され、表示媒体を駆動するための複数のアクティブ素子と、前記周辺領域に配置された光センサと、前記アクティブ素子の配置位置に対してアクティブマトリクス基板の配置側とは相対する側に配置された表示用カラーフィルタと、前記光センサの配置位置に対してアクティブマトリクス基板の配置側とは相対する側に配置された光センサ用カラーフィルタとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置、ＥＬ（Electronic Luminescent）表示装置などの表示装置に関する。また、これら表示装置を備えた電子機器に関する。

液晶表示装置に代表されるフラットパネル型の表示装置は、薄型軽量、低消費電力といった特徴を有し、さらに、カラー化、高精細化、動画対応といった表示性能の向上に向けた技術開発が進んでいることから、現在では、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ＤＶＤプレイヤー、モバイルゲーム機器、ノートＰＣ、ＰＣモニター、ＴＶ等、幅広い情報機器、ＴＶ機器、アミューズメント機器などの電子機器に組み込まれている。

このような背景の中、表示装置に周辺環境を検知する環境センサを取り付ける技術が用いられ始めている。この環境センサの代表例として、周辺環境の明るさを検知する光センサがある。近年、表示装置の更なる視認性向上や低消費電力化を目的として、使用環境の明るさに応じて表示装置の輝度を自動的に制御する自動調光機能付きの表示システムが提案されている。

このような光センサを備える表示システムは、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。特許文献１や特許文献２では、表示装置の近傍にディスクリート部品である光センサを配設し、該光センサで検知した使用環境照度を基に、表示装置の輝度を自動的に制御する方法が開示されている。この結果、昼間や屋外など明るい環境下では表示輝度を高くし、夜間や室内など比較的暗い環境下では表示輝度を下げるといったように、周囲環境の明るさに応じて自動的に輝度調整（調光）を行うことができる。この場合、表示装置の観察者が、暗い環境下で画面をまぶしく感じることがなくなり、視認性の向上を図ることができる。また、使用環境の明／暗にかかわらず、表示輝度を常に高く保つ使用方法に比べると、表示装置の低消費電力化や長寿命化を実現することができる。さらに、光センサの検知情報を基に自動的に輝度調整（調光）を行うために、使用者の手を煩わせることもない。

このように、自動調光機能を備えた表示システムは、使用環境の明るさの変化に対して良好な視認性と低消費電力化を両立することができることから、屋外に持ち出して使用する機会が多くバッテリー駆動を必要とするモバイル機器（携帯電話、ＰＤＡ、モバイルゲーム機器等）に対して特に有用である。

一方、特許文献３には、環境センサを表示装置内に組み込んだ構造の一例として、ディスクリート部品である光センサを、表示装置内に組み込む構造が開示されている。図７は、特許文献３に開示されている液晶表示装置の筐体を除く概略構成図であり、図８は、その光センサ実装部の断面図である。

この液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのアクティブ素子が形成される基板（アクティブマトリクス基板）９０１と対向基板９０２が貼り合わされ、両者の間隙において、枠状のシール材９２５に囲まれた領域に、液晶層９０３が挟持された構造となっている。なお、液晶表示装置は、図８に示すように、表示領域Ｈと周辺領域（額縁領域）Ｓに大別される。

ここで、アクティブマトリクス基板９０１の周辺部、すなわち対向基板が存在しない周辺領域Ｓ（額縁領域）に、ディスクリート部品である光センサ９０７が配設されている。また、アクティブマトリクス基板９０１の対向基板９０２配置側とは相対する側にはバックライトシステム９１４が設けられる。そして、バックライトシステム９１４のアクティブマトリクス基板９０１配置側とは相対する側と、周辺領域Ｓの周囲とを覆うように、筐体９１５が配置される。筐体９１５の光センサ９０７と対向する位置には、開孔部９１６が設けられ、光センサ９０７への光は開孔部９１６から入射する仕組みになっている。

このように、光センサ９０７を上記周辺領域Ｓに配設する構造は、以下の特徴を備えている。すなわち、液晶表示装置の表示モードが透過型や半透過型の場合には、アクティブマトリクス基板９０１の裏面にバックライトシステム９１４を備える必要があるが、光センサ９０７が上記の周辺領域Ｓに配設されているので、該バックライトシステム９１４から発せられる光が直接光センサ９０７に到達することがなく、バックライトシステム９１４から発せられる光に起因する光センサ９０７の誤動作を最小限に留めることが可能である。また、通常の液晶表示装置では、対向基板９０２の表側には偏光板（図示せず）が貼られているが、光センサ９０７が上記の周辺領域Ｓに配設されているので、光センサ９０７に入射する外光が対向基板９０２上の偏光板によって遮られることが無く、十分な光量の外光を光センサ９０７に導くことが可能である。この結果、光センサ９０７は、高いＳ／Ｎを得ることが可能である。

一方、近年、表示装置の製造技術が急速に進展し、従来はディスクリート部品として表示装置の周辺部に実装していたＩＣチップや各種回路素子を、表示装置の構成回路・素子の形成時に、表示装置内（具体的には表示装置を構成するガラス基板上）に同一プロセスでモノリシックに形成する技術が確立されてきている。

例えば、特許文献４では、基板上に表示領域部を形成する際、表示領域部の周辺の領域に、垂直駆動回路、水平駆動回路、電圧変換回路、タイミング発生回路、光センサ回路などを、同一プロセスでモノリシックに形成する例が開示されている。このようなディスクリート部品の表示装置内へのモノリシック形成は、部品点数や部品実装プロセスの削減を可能にし、表示装置を組み込んだ電子機器の小型化とコストダウンを実現することができる。もちろん、上述した表示装置の輝度調節（調光）に用いる光センサや、光センサ用の専用回路（光量検出回路）などを、表示装置内にモノリシックに形成することも可能である。なお、特許文献３にも、ディスクリート部品の光センサの代わりに、基板上に周辺回路と光センサを同一プロセスでモノリシックに形成する技術が記載されている。

ところで、アクティブマトリクス型の表示装置に使用されるアクティブ素子としては、非晶質Ｓｉ膜や多結晶Ｓｉ膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が一般的である。上述のようにアクティブ素子と各種回路素子を同一基板上にモノリシックに形成する場合は、主として多結晶Ｓｉ膜を利用したＴＦＴが用いられる。

そこで、図９を参照しながら、画素配列領域（表示領域）の各画素に形成される多結晶Ｓｉ膜を半導体層として備えるＴＦＴの構造を説明する。ここで説明するＴＦＴの構造は、「トップゲート構造」、または「正スタガ構造」と呼ばれるもので、チャネルとなる半導体膜（多結晶Ｓｉ膜）の上層にゲート電極を備えるものである。

ＴＦＴ５００は、ガラス基板５１０上に形成された半導体膜（多結晶Ｓｉ膜）５１１と、半導体膜５１１を覆うように形成されたゲート絶縁膜５１２と、ゲート絶縁膜５１２上に形成されたゲート電極５１３と、ゲート電極５１３及びゲート絶縁膜５１２を覆うように形成された第１層間絶縁膜５１４とを有している。第１層間絶縁膜５１４上に形成されているソース電極５１７は、第１層間絶縁膜５１４およびゲート絶縁膜５１２を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜５１１のソース領域５１１ｃに電気的に接続されている。同様に、第１層間絶縁膜５１４上に形成されているドレイン電極５１５は、第１層間絶縁膜５１４およびゲート絶縁膜５１２を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜５１１のドレイン領域５１１ｂに電気的に接続されている。さらに、これらを覆うように第２層間絶縁膜５１８が形成されている。

このような構造において、ゲート電極５１３と対向する半導体膜５１１の領域がチャネル領域５１１ａとして機能する。また、半導体膜５１１のチャネル領域５１１ａ以外の領域は、不純物が高濃度にドープされており、ソース領域５１１ｃおよびドレイン領域５１１ｂとして機能する。

なお、ここでは図示しないが、ホットキャリアによる電気特性の劣化を防ぐために、ソース領域５１１ｃのチャネル領域側およびドレイン領域５１１ｂのチャネル領域側に、不純物が低濃度にドープされたＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されている。

さらに、第２層間絶縁膜５１８の上層には、駆動される表示媒体に電気信号を供給するための画素電極５１９が形成される。画素電極５１９は、第２層間絶縁膜５１８に設けられたコンタクトホールを介して、ドレイン電極５１５に電気的に接続される。この画素電極５１９は、一般に平坦性が求められることが多く、画素電極５１９の下層に存在する第２層間絶縁膜５１８は平坦化膜としての機能が要求される。このため第２層間絶縁膜には、アクリル樹脂などの有機膜（厚み２〜３μｍ）を用いることが好ましい。また、ＴＦＴ５００におけるコンタクトホールの形成や、周辺領域での電極取り出しのために、第２層間絶縁膜５１８はパターニング性能が求められるため、通常、感光性を有する有機膜を用いることが多い。

一方、表示領域に上述の構造を有するＴＦＴを備えた表示装置において、外光の明るさを検知するための光センサを、表示装置の周辺領域にモノリシック形成しようとした場合、製造プロセスの増加を最小限に抑えようとすると、光センサの素子構造が限定されることになる。

図１０は、これら条件を満たす光センサ４００の素子構造断面を示す断面模式図である。ガラス基板４１０上に、光センサを構成する半導体膜４１１が形成され、該半導体膜４１１のドーピング領域（ｐ領域４１１ｃ又はｎ領域４１１ｂ）が、ノンドーピング領域（ｉ領域４１１ａ）に対して縦方向（積層方向）ではなく横方向（面方向）に形成される。一般に、形成面に対して平行な横方向（面方向）にＰＩＮ接合を有する構造は、ラテラル構造のＰＩＮ型光ダイオードと呼ばれている。

また、光センサ４００を構成する各部材は、図９のＴＦＴを構成する各部材と、同じプロセスで形成されている。例えば、半導体膜４１１の上層には、ゲート絶縁膜５１２と同材料・同プロセスで形成される絶縁膜４１２が形成され、第１層間絶縁膜４１４の上層には、ソース電極５１７と同材料・同プロセスで形成されるｐ側電極４１７と、ドレイン電極５１５と同材料・同プロセスで形成されるｎ側電極４１５が形成される。

さらにその上層には、第２層間絶縁膜５１８と同材料・同プロセスで形成される表面保護膜４１８が形成される。この場合、第２層間絶縁膜５１８は、画素配列領域（表示領域）においては、ＴＦＴ５００形成層と画素電極５１９形成層の層間を電気的に絶縁するとともに、画素電極５１９の形成面の平坦性を向上させる役割を果たし、画素配列領域外（表示領域外）の周辺領域（額縁領域）では、アクティブマトリクス基板の表面保護膜４１８として光センサ４００や光センサ４００に接続される電極を外気から保護する役割を果たす。このように、表面保護膜４１８は、第２層間絶縁膜５１８と同プロセスで形成され、また、表示領域から周辺領域に渡って略全面に形成されることが望ましい。

このような図１０に示した光センサ４００は、図７に示した従来の表示装置の光センサ（周辺領域に設けられたディスクリート部品）の代わりに使用することができ、かつ、図７に示した表示装置を電子機器に組み込む際に、部品点数の削減や部品実装プロセスの削減を可能にする。

なお、特許文献５には、光センサ４００の構造の他の例として、非結晶Ｓｉ膜を用いたボトムゲート構造（逆スタガ構造）のＴＦＴと同一基板上にモノリシックに形成することが可能な、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型接合を有する光ダイオードが記載されており、このようなＭＩＳ型の光ダイオードを採用することも可能である。また、光センサの構造としては、２つの端子が横方向（面方向）に形成された光コンダクタや光トランジスタなど、他の素子構造を用いることも可能である。
特開平４−１７４８１９号公報（公開日；１９９２年６月２３日） 特開平５−２４１５１２号公報（公開日；１９９３年９月２１日） 特開２００２−６２８５６号公報（公開日；２００２年２月２８日） 特開２００２−１７５０２６号公報（公開日；２００２年６月２１日） 特開平６−１８８４００号公報（公開日；１９９４年７月８日）

しかしながら、上述した図１０に示す光センサ４００に代表されるように、表示領域ＨのＴＦＴ５００と同一プロセスで形成される光センサ４００は、光センサとしての性能の最適化を十分に図ることができない。その理由は、周辺領域Ｓの光センサ４００の半導体膜４１１を、表示領域ＨのＴＦＴ５００の半導体膜５１１（多結晶Ｓｉ膜）の厚みに合わせて非常に薄く、例えば０．０５μｍ厚で、形成する必要があるためである。

このように半導体膜４１１が薄く形成された光センサ４００は、赤色光に対する感度が相対的に弱く、赤色→緑色→青色→近紫外線と、短い波長領域の光に対して感度が高くなる。これは、半導体膜４１１の光学バンドギャップに起因する吸収係数の波長依存性（長波長側の光に対する吸収係数が小さい）と、半導体膜４１１が十分な吸収厚み（可視光波長レベルの厚み）を有しておらず、長波長側の光が吸収されずに透過しやすいことの両者に起因している。このため、表示装置を屋外で使用する場合、光センサ４００は、太陽光のスペクトルの中の近紫外線に対して高い感度を有することになる。

ところが、光センサ４００を表示装置に備える目的の一つである「使用環境の激しい照度変化に対応した良好な視認性を得る」に対して、上記の場合、光センサ４００は近紫外線の照度変化を高感度に検出することになるため、視認性に影響を与える可視光（特に、視感度のピークである緑色の光）の照度変化を正確に検出することができないといった問題が発生する。例えば、可視光領域の照度に対して近紫外域の照度が相対的に高い環境下の場合、人間の目にはまぶしいと感じなくても、光センサがまぶしいと判断してしまい、表示装置の輝度制御を過度に行ってしまう場合が発生する。

そこで本発明は、上述したような外光の明るさを検知する光センサを備えた表示装置において、可視光領域の照度変化を正確に検出することができる表示装置を提供することを目的とする。

本発明の表示装置は表示領域と該表示領域以外の周辺領域とを有するアクティブマトリクス基板を備えた表示装置において、前記表示領域に配列され、表示媒体を駆動するための複数のアクティブ素子と、前記周辺領域に配置された光センサと、前記アクティブ素子の配置位置に対してアクティブマトリクス基板の配置側とは相対する側に配置された表示用カラーフィルタと、前記光センサの配置位置に対してアクティブマトリクス基板の配置側とは相対する側に配置された光センサ用カラーフィルタと、を備えたことを特徴としている。

また、本発明の表示装置は、表示媒体を駆動するためのアクティブマトリクス基板を備え、表示領域と該表示領域以外の周辺領域とを有する表示装置において、前記表示領域における前記アクティブマトリクス基板上には、前記表示媒体を駆動するための複数のアクティブ素子が配列されているとともに、前記アクティブ素子の形成層よりも観察者側の面に表示用カラーフィルタが配設されており、前記周辺領域における前記アクティブマトリクス基板上には、光センサが配設されているとともに、前記光センサの形成層よりも観察者側の面に光センサ用カラーフィルタが配設されており、さらに、前記表示用カラーフィルタと前記光センサ用カラーフィルタが、同一材料で形成されていることを特徴としている。

本発明の表示装置は、表示装置内に備えている光センサ上に光センサ用カラーフィルタを備えているので、光センサが紫外線や近赤外線の影響を受けることがなく、視認性に影響を与える可視光の照度変化を正確に検出することができる。また、光センサ用のカラーフィルタが、表示用カラーフィルタと同一プロセス、及び／又は、同一材料で形成されているので、工数増加や部材増加に伴うコストアップを伴うことなく、光センサ上に簡便に光センサ用カラーフィルタを形成することができる。

〔実施の形態１〕
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る表示装置について、液晶表示装置を例に概略を説明する。

図１（ａ）は、本発明に係る表示装置１の全体構成図である。この表示装置１は、多数の画素５がマトリクス状に配列されたアクティブマトリクス基板２と、これに対向するように配置された対向基板３を備えている。また、表示装置１は、画素５が配列された表示領域（画素配列領域）８と、表示領域８に近接する周辺領域９を有しており、対向基板３は、上記アクティブマトリクス基板における表示領域８を覆うとともに、周辺領域９の少なくとも一部を露出するように配設されている。

アクティブマトリクス基板２と対向基板３は、対向基板３の外周に沿って設けられた枠状のシール材（図示せず）によって接着されており、両者の間隙には表示媒体４である液晶が挟持された構造となっている。

アクティブマトリクス基板２の各画素５には、上記表示媒体４を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６や画素電極７が形成されており、対向基板３には、後述する対向電極３２が、少なくとも表示領域８をカバーするように形成されている。

アクティブマトリクス基板２の周辺領域９には、表示装置１に外部の駆動回路（図示せず）を接続するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）１０が実装され、さらに、外光の明るさを検出するための光センサ１１が配設されている。またその他にも、上記周辺領域には、図示しない周辺回路（外部の駆動回路からの入力信号に基づいて表示領域８のＴＦＴ６を駆動するための駆動回路、光センサ１１や駆動回路に接続される配線、画素配列領域８からの引き出し配線など）が適宜配設されている。

上記表示領域８に形成されるＴＦＴ６と、周辺領域９に形成される光センサ１１とは、同一基板上に、同一プロセスによってモノリシックに形成されている。

また、表示装置１は、その表示モードとして、透過光を利用する透過型モードを用いている。従って、アクティブマトリクス基板２の対向基板３配置側とは相対する側（裏面側）にはバックライト１２が備えられている。なお、表示モードとして外光の反射を利用する反射表示モードを用いる場合や、表示媒体としてＥＬなどの自発光素子を用いる場合には、バックライト１２は不要である。

また、上述の光センサ１１は、外光を検知することを目的としているため、バックライト１２の光が該光センサ１１に入射すると、光センサ１１が誤動作するといった問題が生じる。したがって、アクティブマトリクス基板２の光センサ１１配設部の下側（アクティブマトリクス基板２の光センサ１１配置側とは反対側）にバックライト１２が配置されないようにするか、或いは、アクティブマトリクス基板２の光センサ１１配設部の裏面に遮光部材（アルミテープなど）を具備して、バックライト１２の光が光センサ１１に入射しないように配慮が必要である。

上述した本発明の表示装置１は、光センサ１１を用いて外光の照度を検出し、それに合わせて表示輝度を自動的に制御する自動調光機能付きの表示システムに適用することができる。つまり、上記アクティブマトリクス基板２の周辺領域９に設けられた光センサ１１が出力する外光の明るさ情報を基に、バックライト１２の輝度、又は表示信号の輝度信号を制御する制御回路を備えておくことで、表示装置１の表示輝度を自動的に制御することが可能になる。

この制御回路は、表示装置１と一体的に形成されていても、表示装置１と別体に形成されていても良い。表示装置１と一体的に形成されている場合の例としては、アクティブマトリクス基板２内にモノリシックに形成する場合や、アクティブマトリクス基板２とは別に制御回路を形成してＣＯＧ（Chip On Grass）方式等によりアクティブマトリクス基板２上に搭載する場合が挙げられる。また、表示装置１と別体に形成さえている場合の例としては、アクティブマトリクス基板２とは別に制御回路を形成してＦＰＣ等を介してアクティブマトリクス基板２に接続する場合や、表示装置１を備える電子機器に制御回路を配置してアクティブマトリックス基板２に制御回路から信号を送信する場合が挙げられる。

この制御回路を用いて、屋外など明るい環境下では表示輝度を高くし、夜間や室内など比較的暗い環境下では表示輝度を下げるように輝度調整（調光）を自動的に行うように制御させると、表示装置の低消費電力化や長寿命化を実現することができる。

なお、図５は、上述の表示装置１を筐体３５に組み込んだ状態を示す断面図である。筐体３５の開孔部３７は光センサ１１の配置位置に対向するように配置されており、その開孔部３７を介して外光が上記光センサ１１に到達する仕組みになっている。

表示装置１の周辺領域９には、光センサ１１の他に、周辺回路（外部の駆動回路３０からの入力信号に基づいて表示領域８のＴＦＴ６を駆動するための駆動回路（図示せず）、光センサ１１や駆動回路に接続される配線（図示せず）、表示領域８からの引き出し配線３６など）も形成されている。

次に、本発明の表示装置１の詳細な構造について、図１（ｂ）を用いて説明する。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の表示装置１における表示領域８の画素５部分の断面構造及び周辺領域９の光センサ１１部分の断面構造を概略的に示す略部分断面図である。紙面に向かって左側が画素５部分の断面構造を示しており、紙面に向かって右側が光センサ１１部分の断面構造を示している。なお、画素５部分と、光センサ１１部分とを破線で接続しているが、破線の両端は基板から同じ高さであることを示している。

以下、図１（ｂ）を参照しながら、本実施の形態で用いる多結晶Ｓｉ膜を用いたＴＦＴ６と、このＴＦＴ６を含む画素５の構造について説明する。アクティブマトリクス基板２と対向基板３の間隙に表示媒体（本実施の形態では液晶）４が挟持されている。アクティブマトリクス基板２には、表示媒体４を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６や画素電極７が形成されている。また、対向基板３には、透明基板４１に共通電極３２が略全面に形成されている。

ここで使用するＴＦＴ６の構造は、「トップゲート構造」または「正スタガ構造」と呼ばれるもので、チャネルとなる半導体膜（多結晶Ｓｉ膜）１３の上層にゲート電極１６を備えるものでる。なお、このように、基板に対して複数の層を積層する場合に、基板側を下側とし、基板から層までの距離が離れる方向を上側として記載している。

ベース基材となる基板１４には、主にガラス基板が使用でき、例えば無アルカリのバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどが使用される。ＴＦＴ６は、基板１４上に形成された半導体膜１３と、半導体膜１３を覆うように形成されたゲート絶縁膜１５（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などが使用できる）と、ゲート絶縁膜１５上に形成されたゲート電極１６（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金などが使用できる）と、ゲート電極１６を覆うように形成された第１層間絶縁膜１７（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜が使用できる）とを有している。

ここで、ゲート絶縁膜１５を介してゲート電極１６と対向する半導体膜の領域はチャネル領域１３ａとして機能する。また、半導体膜のチャネル領域以外の領域は、不純物が高濃度にドープされたｎ＋層であり、ソース領域１３ｂおよびドレイン領域１３ｃとして機能する。また、ここでは図示しないが、ホットキャリアによる電気特性の劣化を防ぐために、ソース領域１３ｂのチャネル領域側およびドレイン領域１３ｃのチャネル領域１３ａ側に、不純物が低濃度にドープされたＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されている。

なお、ガラス基板の表面（半導体膜１３の下）に、ベースコート膜（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などが使用できる）を備えても良い。また、半導体膜１３として使用する多結晶Ｓｉ膜は、非晶質構造を有する半導体膜（非結晶Ｓｉ膜）を、レーザーアニールやＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）などの熱処理により結晶化することで得ることができる。

第１層間絶縁膜１７上にはソース電極１８（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金が使用できる）が形成されていて、第１層間絶縁膜１７およびゲート絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のソース領域１３ｂに電気的に接続されている。同様に、第１層間絶縁膜１７上に形成されているドレイン電極１９（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金が使用できる）は、第１層間絶縁膜１７およびゲート絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のドレイン領域１３ｃに電気的に接続されている。

以上が、ここで使用するＴＦＴ６の基本的な構造である。そして、表示領域８においては、上述のＴＦＴ６を覆うように、さらに表示用カラーフィルタ２２と、第２層間絶縁膜２０が順に形成されている。ここで、表示用カラーフィルタ２２は、青、緑、赤、シアン、マゼンタ、イエローなどの色を持つフィルタであり、画素毎に対応して各色のカラーフィルタが配設されている。通常は、色の３原色である、青、緑、赤の３色のカラーフィルタを用いることが多い。第２層間絶縁膜２０は、層間の絶縁性に加えて下層の凹凸を平坦化する役割が要求されるので、塗布や印刷よって形成が可能な有機膜が主に使用される。

更に、第２層間絶縁膜２０の上層には、画素電極７（例えば、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）、ＩＺＯ（Indium-Zinc-Oxide）、Ａｌなどが使用できる）が形成される。画素電極７は、第２層間絶縁膜２０に形成されたコンタクトホールを介して、ドレイン電極１９に電気的に接続されている。この、第２層間絶縁膜２０としては、感光性を有する有機絶縁膜を用いることが好ましく、これにより、マスク露光と現像処理によって、簡便に第２層間絶縁膜２０にコンタクトホールを形成することができる。このように感光性を有する有機絶縁膜としては、例えば、アクリル、ポリイミド、ＢＣＢ（Benzo-Cyclo-Butene）などが例示できる。

次に、図１（ｂ）を参照しながら、光センサ１１の構造について説明する。ここで使用する光センサ１１の構造は、「ラテラル構造の光ダイオード」と呼ばれるものであり、半導体のＰＩＮ接合が基板の面方向（横方向）に形成されたダイオードを備えるものである。

ベース基材となる基板１４（ＴＦＴが形成されている基板と共通の基板）上に、半導体膜（多結晶Ｓｉ膜）２１によるＰＩＮダイオードが形成されている。このＰＩＮダイオードの半導体膜２１と、表示領域８のＴＦＴ６の半導体膜１３とは、同じ膜厚を備えている。ＰＩＮ接合は、不純物が高濃度にドープされたｐ＋領域２１ｂとｎ＋領域２１ｃ、及び不純物がドープされないｉ領域２１ａによって形成されている。なお、ｉ領域２１ａの代わりに、低濃度にドープされたｐ−領域やｎ−領域をそれぞれ単独、又は併設して用いることも可能である。

さらに、ＰＩＮ接合を有する半導体膜２１を覆うように、表示領域８の構成部材と共通のゲート絶縁膜１５（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などが使用できる）と第１層間絶縁膜１７（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜が使用できる）が形成される。第１層間絶縁膜１７上に形成されているｐ側電極３３（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金が使用できる）は、第１層間絶縁膜１７およびゲート絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のｐ＋領域２１ｂに電気的に接続されている。同様に、第１層間絶縁膜１７上に形成されているｎ側電極３４（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金が使用できる）は、第１層間絶縁膜１７およびゲート絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のｎ＋領域２１ｃに電気的に接続されている。

以上が、光センサ１１の基本的な構造である。そして、周辺領域９においては、上記光センサ１１を覆うように、さらに、光センサ用カラーフィルタ２３と、必要に応じて第２層間絶縁膜２０が順に形成されている。ここで、光センサ用カラーフィルタ２３は、青、緑、赤、シアン、マゼンタ、イエローなどの可視光領域の光に対して透過性を有するフィルタが使用され、上述の表示用カラーフィルタ２２と同材料及び／又は同プロセスで形成されている。

上記のとおり、実施の形態１に係わる表示装置１では、周辺領域９の光センサ１１の構成部材は、表示領域８のＴＦＴ６の構成部材と基本的に同じである。従って、両者の製造プロセスを共通にすることができる。このようにして、アクティブマトリクス基板２には、表示領域８のＴＦＴ６と周辺領域９の光センサ１１がモノリシックに形成されている。このように、表示領域８のＴＦＴ６と周辺領域９の光センサ１１がモノリシックに形成されているので、光センサ１１を形成するための追加プロセスが不要であるといったメリットを有する。また、ＴＦＴ６が薄膜素子であることから、光センサ１１も薄膜素子とそして形成されるため、別途ディスクリート素子となる光センサチップを光センサ１１として使用する場合に比べると、アクティブマトリクス基板２面からの両素子（ＴＦＴ６、光センサ１１）の高さを略同じにすることができ、両素子（ＴＦＴ６、光センサ１１）の形成工程よりも後の工程で形成することになる表示用カラーフィルタ２２と光センサ用カラーフィルタ２３を、同じ条件で形成しやすいといったメリットを有する。

また、表示用カラーフィルタ２２と光センサ用カラーフィルタ２３についても、両者を同材料及び／又は同プロセスで形成することで、アクティブマトリクス基板２上に、モノリシックに形成することが可能である。このように、表示用カラーフィルタ２２と光センサ用カラーフィルタ２３を同材料及び／又は同プロセスで形成することにより、工数増加や部材増加、及びそれに伴うコストアップを伴うことなく、光センサ１１上に簡便に光センサ用カラーフィルタ２３を形成することができる。

なお、表示用カラーフィルタ２２や光センサ用カラーフィルタ２３は、樹脂に顔料を分散させた樹脂材料を周知の方法（スピンコート、転写、印刷、インクジェットなど）で塗布（またはラミネート）することができる。

つまり、本実施の形態の表示装置１の構造上の特徴は、表示装置１が表示領域８と周辺領域９を備えている点、周辺領域９に外光の明るさを検出する光センサ１１が形成されている点、周辺領域９の光センサ１１上に光センサ用カラーフィルタ２３が形成されている点にある。なお、光センサ用カラーフィルタ２３は、光センサ１１の形成層より上側（換言すると観察者側）に配設されていればよく、光センサ用カラーフィルタ２３の配置場所や配置層を限定するものではない。

このように、本発明の表示装置１は、光センサ１１上に光センサ用カラーフィルタ２３を備えているので、光センサ１１が近紫外線や近赤外線の照度の影響を受けることがない。この結果、光センサ１１は、視認性に影響を与える可視光の照度変化をより正確に検出することができる。

また、アクティブ素子６の半導体膜１３が、光センサ１１の半導体膜２１と同層で形成されていると、光センサ１１の半導体膜２１がアクティブ素子６の半導体膜１３と略同一の厚みを有することとなるので、光センサ１１の赤外光に対する感度が相対的に弱くなるが、光センサ１１の上側に光センサ用カラーフィルタ２３を配置することにより、波長特性を変化させ、所望の性能を得ることができるようになる。

上記の通り、ＴＦＴ６とモノリシックに形成される光センサ１１は、受光部の半導体膜２１が薄膜であるために、可視光領域の中の長波長域の光（赤色の光）は透過しやすくなり、相対的に赤色に対する感度が悪くなる。図６は、厚さ０．０５ｎｍの薄膜からなる多結晶Ｓｉ膜のＰＩＮフォトダイオードの分光感度特性（光電流量の相対値）を示す。このように、赤色→緑色→青色の順にフォトダイオードの感度が向上する傾向が確認できる。

従って、光センサ１１の感度の絶対値を重視する場合、光センサ用カラーフィルタ２３としては、赤色ではなく、青色や緑色（好ましくは青色）を用いることが好ましいといえる。この結果、赤色の光センサ用カラーフィルタ２３を使用する場合に比べて、光センサ１１のサイズを小さく設計することが可能となり、光センサ１１のレイアウトの自由度向上や、周辺領域９（額縁領域）の縮小化が可能となる。

また、表示領域８の表示用カラーフィルタとして、赤、青、緑と併せて、透明（白）のカラーフィルタを使用する場合（例えば、ＲＧＢＷの４色カラーフィルタを使用する場合）において、該透明（白）カラーフィルタが近紫外線や近赤外線の透過率が５０％以下の場合には、光センサ用カラーフィルタ２３として透明（白）色を採用することもできる。

一方、感度の絶対値だけでなく、人間の視感度特性に合わせた感度特性を重視する場合には、緑色のセンサ用カラーフィルタ２３を使用することが好適である。

〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２として、実施の形態１で説明した表示装置１の変形例について説明する。なお、便宜上、実施の形態１の表示装置１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

図２（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る表示装置２４の全体構成図である。この表示装置２４は、多数の画素５がマトリクス状に配列されたアクティブマトリクス基板２と、これに対向するように配置された対向基板３を備えている。また、表示装置２４は、画素５が配列された表示領域８と、表示領域８に近接する周辺領域９を有しており、対向基板３は、上記アクティブマトリクス基板２における表示領域８を覆うとともに、周辺領域９の少なくとも一部が露出するように配設されている。

アクティブマトリクス基板２と対向基板３は、対向基板３の外周に沿って設けられた枠状のシール材（図示せず）によって接着されており、両者の間隙には表示媒体４である液晶が挟持された構造となっている。

アクティブマトリクス基板２の各画素５には、上記表示媒体４を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６や画素電極７が形成されており、対向基板３には、後述する表示用カラーフィルタ２２Ａ、ブラックマトリクス２６、対向電極３２が、少なくとも表示領域８をカバーするように形成されている。

アクティブマトリクス基板２の周辺領域９には、表示装置２４に外部の駆動回路（図示せず）を接続するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）１０が実装され、さらに、外光の明るさを検出するための光センサ２５が配設されている。またその他にも、上記周辺領域には、図示しない周辺回路（外部の駆動回路からの入力信号に基づいて画素配列領域８のＴＦＴ６を駆動するための駆動回路、光センサ２５や駆動回路に接続される配線、画素配列領域８からの引き出し配線など）が適宜配設されている。

上記表示領域８に形成されるＴＦＴ６と、周辺領域９に形成される光センサ２５とは、同一基板上に、同一プロセスによってモノリシックに形成されている。

上述の表示装置２４の基本的な動作や表示メカニズムは、実施の形態１と表示装置１と同じであり、図５で説明したような筐体３５に組み込んで使用することも可能である。

以下、図２（ｂ）を参照しながら、表示装置２４の構造について、表示装置１（実施の形態１）と異なる部分を中心に説明する。なお、構造が同じ部分については、説明を割愛する。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の表示装置２４における表示領域８の画素５部分の断面構造及び周辺領域９の光センサ２５部分の断面構造を概略的に示す略部分断面図である。紙面に向かって左側が画素５部分の断面構造を示しており、紙面に向かって右側が光センサ２５部分の断面構造を示している。なお、画素５部分と、光センサ２５部分とを破線で接続しているが、破線の両端は基板から同じ高さであることを示している。

実施の形態１の表示装置１と異なる点は、表示領域８における表示用カラーフィルタ２２Ａと周辺領域９における光センサ用カラーフィルタ２３Ａが、アクティブマトリクス基板２側でなく対向基板３側に具備されている点、および、対向基板３が周辺領域９の光センサ２５形成部を覆う領域まで延設されている点にある。

このように、表示装置２４は、表示装置１（実施の形態１）と同様に、光センサ２５上に光センサ用カラーフィルタ２３Ａを備えているので、光センサ２５が近紫外線や近赤外線の照度の影響を受けることがない。この結果、光センサ２５は、視認性に影響を与える可視光の照度変化をより正確に検出することができる。また、光センサ２５上の光センサ用カラーフィルタ２３Ａが、表示用カラーフィルタ２２Ａと同一材料及び／又は同一プロセスで形成されているので、工数の増加や部材の増加を伴うことなく、光センサ２５上に簡便に光センサ用カラーフィルタ２３Ａを形成することができる。

また、アクティブ素子６の半導体膜１３が、光センサ１１の半導体膜２１と同層で形成されていると、光センサ１１の半導体膜２１がアクティブ素子６の半導体膜１３と略同一の厚みを有することとなるので、光センサ１１の赤外光に対する感度が相対的に弱くなるが、光センサ１１の上側に光センサ用カラーフィルタ２３を配置することにより、波長特性を変化させ、所望の性能を得ることができるようになる。

さらに、光センサ２５の感度の絶対値を重視する場合、光センサ用カラーフィルタ２３Ａとしては、赤色ではなく、青色や緑色（好ましくは青色）を用いることが好ましい。この結果、赤色の光センサ用カラーフィルタ２３Ａを使用する場合に比べて、光センサ２５のサイズを小さく設計することが可能となり、光センサ２５のレイアウトの自由度向上や、周辺領域９（額縁領域）の縮小化が可能となる。一方、感度の絶対値だけでなく、人間の視感度特性に合わせた感度特性を重視する場合には、緑色のセンサ用カラーフィルタ２３Ａを使用することが好適である。

〔実施の形態３〕
本発明の実施の形態３として、実施の形態１で説明した表示装置１の変形例について説明する。なお、便宜上、表示装置１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図３は、本発明の実施の形態３に係る表示装置２７の全体構成図である。表示装置１（実施の形態１）と異なる点は、アクティブマトリクス基板２の周辺領域９に、複数（図では３つ）の光センサ１１が形成されている点にある。さらに、この複数の光センサ１１の各々には、異なる色（図では、赤、青、緑の３色）の光センサ用カラーフィルタ２３が形成されている。

上記構造により、表示装置２７は、色（波長）毎に外光の明るさ情報（例えば、朝焼けや夕焼けの赤い光など）を検知することが可能になり、外光の明るさに加えて色味（色バランス）を検出することが可能となる。そして、上記表示装置２７の近傍に、バックライト１２の色バランス、又は表示信号の色信号を制御する制御回路（図示せず）を備え、上記色バランスの検出値を基に表示装置２７の表示色バランスを調整することで、さらに視認性の優れた表示装置を実現することが可能になる。この場合、バックライト１２として、赤、青、緑のＬＥＤを用いたＬＥＤバックライトを使用することで、各色の制御を容易に行うことができるため有用である。

また、表示装置２７が、バックライト１２を使用しない反射型表示モード（外光の光反射光を用いて表示を行う表示モード）の場合は、外光の色（環境光）によって表示の色味が大きく作用されるので、複数の光センサ１１の検出値に基づき表示信号の色信号を補正することで、表示性能を格段に向上させることが可能である。

なお、光センサ用カラーフィルタ２３として複数の色を用いる場合、色の３原色である赤、青、緑の３原色を基本とすることが好ましいが、これに限定されるものではなく、シアン、マゼンタ、イエロー、透明（白）など、他の色を併用しても構わない。また、複数の光センサ１１上の各色の光センサ用カラーフィルタ２３を、全て表示用カラーフィルタ２２と同一材料・同一プロセスで形成することで、工数の増加や部材の増加を伴うことなく、光センサ１１上に簡便に光センサ用カラーフィルタ２３を形成することができる。

〔実施の形態４〕
本発明の実施の形態４として、実施の形態２で説明した表示装置２４の変形例について説明する。なお、便宜上、表示装置２４と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、本発明の実施の形態４に係る表示装置２８の全体構成図である。表示装置２４（実施の形態２）と異なる点は、アクティブマトリクス基板２の周辺領域９に、複数（図では３つ）の光センサ２５が形成されている点にある。さらに、この複数の光センサ２５の各々には、異なる色（図では、赤、青、緑の３色）の光センサ用カラーフィルタ２３Ａが形成されている。

上記構造により、表示装置２８は、色（波長）毎に外光の明るさ情報（例えば、朝焼けや夕焼けの赤い光など）を検知することが可能になり、外光の明るさに加えて色味（色バランス）を検出することが可能となる。

そして、上記表示装置２８の近傍に、バックライト１２の色バランス、又は表示信号の色信号を制御する制御回路（図示せず）を備え、上記色バランスの検出値を基に表示装置の表示色バランスを調整することで、さらに視認性の優れた表示装置を実現することが可能になる。この場合、バックライト１２として、赤、青、緑のＬＥＤを用いたＬＥＤバックライトを使用することで、各色の制御を容易に行うことができるため有用である。

光センサ用カラーフィルタ２３Ａとして複数の色を用いる場合、色の３原色である赤、青、緑の３原色を基本とすることが好ましいが、これに限定されるものではなく、シアン、マゼンタ、イエローなど、他の色を併用しても構わない。

上述した、実施の形態１〜実施の形態４で説明した表示装置は、アクティブ素子とカラーフィルタを備えた表示装置に広く適用することができ、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、電気泳動表示装置などの各種カラー表示装置などに適用することができる。

なお、上述の実施形態では、多結晶Ｓｉ膜を用いてＴＦＴと光センサを形成した例を示したが、両者は非結晶Ｓｉ膜を用いて形成することも可能である。また、トップゲート構造（正スタガ構造）のＴＦＴに限らず、ボトムゲート構造（逆スタガ構造）のＴＦＴを用いても構わない。さらに、光センサとしても、ＰＩＮ接合を利用したものだけでなく、ショットキー接合やＭＩＳ接合を有するフォトダイオードを利用することもできる。例えば、非結晶Ｓｉ膜を用いたボトムゲート構造（逆スタガ構造）のＴＦＴと、ＭＩＳ接合を有するフォトダイオードを同一基板上にモノリシックに形成する方法としては、特許文献５を参照することができる。

また、実施の形態１〜実施の形態４で説明した表示装置を、携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＤプレイヤー、モバイルゲーム機器、ノートＰＣ、ＰＣモニター、ＴＶ等、幅広い情報機器、ＴＶ機器、アミューズメント機器などの電子機器に組み込むことで、上述の特徴を活かした表示装置を備えた電子機器を実現することができる。

本発明は、光センサを備えた表示装置に広く適用することができ、液晶表示装置以外にも、ＥＬ表示装置、電気泳動表示装置などの各種表示装置などに適用することができる。その結果、表示装置を使用する電子機器（例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＤプレイヤー、モバイルゲーム機器、ノートＰＣ、ＰＣモニター、テレビジョン受像機）にも利用可能である。

（ａ）は実施の形態１に係る表示装置の概略を示す全体構成図である。（ｂ）は実施の形態１に係る表示装置における表示領域の画素部分の断面構造及び光センサ部分の断面構造を概略的に示す略部分断面図である。 （ａ）は実施の形態２に係る表示装置の概略を示す全体構成図である。（ｂ）は実施の形態２に係る表示装置における表示領域の画素部分の断面構造及び光センサ部分の断面構造を概略的に示す略部分断面図である。 実施の形態３に係る表示装置の概略を示す全体構成図である。 実施の形態４に係る表示装置の概略を示す全体構成図である。 実施の形態１に係る表示装置を筐体に組み込んだ状態を概略的に示す断面図である。 ＰＩＮ型光ダイオードの分光感度特性を示す図である。 従来の液晶表示装置の全体構成図である。 従来の液晶表示装置の光センサ実装部の断面摸式図である。 アクティブマトリクス基板の画素配列領域に形成される従来のＴＦＴの断面摸式図である。 アクティブマトリクス基板の周辺領域に形成される従来の光センサの断面摸式図である。

符号の説明

１ 表示装置
２ アクティブマトリクス基板
３ 対向基板
４ 表示媒体
５ 画素
６ アクティブ素子（ＴＦＴ）
７ 画素電極
８ 表示領域
９ 周辺領域
１０ ＦＰＣ
１１ 光センサ
１２ バックライト
１３ 半導体膜（多結晶Ｓｉ膜）
１４ 基板
１５ ゲート絶縁膜
１６ ゲート電極
１７ 第１層間絶縁膜
１８ ソース電極
１９ ドレイン電極
２０ 第２層間絶縁膜
２１ 半導体膜（多結晶Ｓｉ膜）
２２ 表示用カラーフィルタ
２３ 光センサ用カラーフィルタ
３４ シール材
３５ 筐体
３６ 配線
３７ 開孔部
３８ 接続端子

Claims (13)

1. 表示領域と該表示領域以外の周辺領域とを有するアクティブマトリクス基板を備えた表示装置において、
   前記表示領域に配列され、表示媒体を駆動するための複数のアクティブ素子と、
   前記周辺領域に配置された光センサと、
   前記アクティブ素子の配置位置に対してアクティブマトリクス基板の配置側とは相対する側に配置された表示用カラーフィルタと、
   前記光センサの配置位置に対してアクティブマトリクス基板の配置側とは相対する側に配置された光センサ用カラーフィルタと、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記アクティブ素子の半導体膜と、前記光センサの半導体膜とは、同層で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記表示用カラーフィルタと、前記光センサ用カラーフィルタとは、同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表示装置。
4. 前記表示用カラーフィルタと、前記光センサ用カラーフィルタとは、同一プロセスで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表示装置。
5. 前記アクティブ素子と前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の表示装置。
6. 前記表示用カラーフィルタと、前記光センサ用カラーフィルタが、前記アクティブマトリクス基板上に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の表示装置。
7. 前記表示媒体を介して前記アクティブマトリクス基板と対向する位置に対向基板を備え、前記表示用カラーフィルタと、前記光センサ用カラーフィルタが、前記対向基板上に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の表示装置。
8. 前記センサ用カラーフィルタは、青または緑のいずれかの色であることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の表示装置。
9. 前記光センサによって検知された外光の明るさ情報に基づき、表示輝度を自動で制御する制御回路を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の表示装置。
10. 前記周辺領域に、前記光センサが複数形成され、前記光センサ用カラーフィルタは、前記複数の光センサに対して異なる色が配されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の表示装置。
11. 前記光センサ用カラーフィルタは、少なくとも青、緑、赤の３色を有することを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
12. 前記複数の光センサによって検知された外光の色情報に基づき、表示の色バランスを自動で制御する制御回路を備えたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の表示装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
    

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