JP2008241511A - 光検出装置および電気光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光センサの構成が相違している場合でも、回路を共通化することのできる光検出装置、およびこの光検出装置を備えた電気光学装置を提供すること。
【解決手段】電気光学装置１００において、光センサ部３１０は液晶パネル１００ｐに用いた素子基板１０上に形成されているが、検出回路３２０は、素子基板１０とは別体の制御用ＩＣ５００（ディスクリート部品）に構成されているため、素子基板１０の構成が変わっても、検出回路３２０および制御用ＩＣ５００については、同一のものを用いることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光検出装置、およびこの光検出装置を備えた電気光学装置に関するものである。

電気光学装置を表示装置として搭載したパーソナルコンピュータや携帯電話機などの電子機器は、外光の強度が異なる様々な環境下で使用される。従って、外光に変化に応じて、電気光学装置での駆動条件を変化させれば、画像品位の向上や低消費電力化を図ることができる。例えば、代表的な電気光学装置である透過型または半透過反射型の液晶装置では、液晶パネルの背面にバックライト装置が設けられており、バックライト装置からの出射光が液晶パネルによって変調される。このような液晶装置において、バックライト装置の消費電力は大きい。

そこで、液晶装置に用いる素子基板に対して、ポリシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタ（ＴＦＴ／Thin Film Transistor）を形成する工程を利用して、ｐｉｎ型ダイオードからなる光センサ、および計数回路（検出回路）を素子基板上に形成し、光センサでの検出結果を計数回路から素子基板外にＰＷＭ信号として出力することが提案されている。かかる技術によれば、外光（環境光）に応じた光量をバックライト装置から出射することができるので、画像の品位を低下させずに、低消費電力化を図ることができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１１８９６５号公報

液晶装置としては、画素スイッチング素子として、例えば、ポリシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタを用いたタイプの他、アモルファスシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタを用いたタイプがある。これらの液晶装置のうち、アモルファスシリコン膜を用いたタイプでは、アモルファスシリコン膜を用いてダイオード素子を形成することができ、かかるダイオード素子は光感度が高いという利点がある一方、アモルファスシリコン膜を用いた薄膜トランジスタでは検出回路を構成できないという欠点がある。これに対して、ポリシリコン膜を用いたタイプでは、検出回路を構成することはできるという利点がある一方、ポリシリコン膜を用いてダイオード素子やＴＦＴを構成すると、温度により特性が変化しやすい傾向にある。それ故、従来は、ポリシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタを用いた液晶装置と、アモルファスシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタを用いた液晶装置とでは、光センサ部以外の回路であっても共通化できないので、双方の液晶装置を製造する者は、多数の電子部品を準備しておく必要があり、製造コストが増大するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光センサの構成が相違している場合でも、回路を共通化することのできる光検出装置、およびこの光検出装置を備えた電気光学装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、対象光および外乱光が入射する基板への前記対象光の入射光量を検出する光検出装置において、前記対象光および前記外乱光が入射する主センサと、外乱光が入射する副センサとがノードを介して直列に電気的接続された光センサ部と、前記ノードに電気的に接続され、前記主センサと前記副センサとの差動を検出可能な検出回路と、を有し、前記光センサ部は前記基板上に形成され、前記検出回路は、前記基板とは別体のディスクリート部品に構成されていることを特徴とする。本発明において、「対象光」とは、検出の対象となる光の意味であり、例えば、外光などの環境光である。これに対して、「外乱光」とは、検出の対象とならない光の意味であり、例えば、バックライト光などの背景光が該当する。

本発明では、光センサ部は基板上に形成されているが、検出回路は、基板とは別体のディスクリート部品に構成されているため、基板側の構成が変わっても、検出回路については、同一のものを用いることができる。例えば、ポリシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタと光センサ部を同時形成した液晶装置と、アモルファスシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタと光センサ部を同時形成した液晶装置の各々を製造する場合において、これらの液晶装置において光検出に用いる検出回路として同一のものを用いることができ、使用する部品の共通化を図ることができる。

本発明において、前記基板にはフレキシブル配線基板が接続され、当該フレキシブル配線基板に、前記検出回路が構成された前記ディスクリート部品が実装されている構成を採用することができる。

本発明において、例えば、前記ノードに電気的に接続された蓄積容量を備え、当該蓄積容量は、前記ノードの電圧変化に対応する電荷を蓄積する構成を採用することができる。

本発明において、前記検出回路は、前記ノードの電圧を所定の電圧にリセットした後、前記ノードの電圧が所定の閾値電圧まで変化するまでの時間を形成する構成を採用することができる。

本発明において、前記蓄積容量は、前記基板上に形成されている構成を採用することができる。

本発明において、前記蓄積容量は、前記基板とは別体のディスクリート部品からなる構成を採用してもよい。このように構成すると、基板上に薄膜などにより形成した蓄積容量に比して信頼性の高い蓄積容量を用いることができるなどの利点がある。ここでいうディスクリート部品とは、基板と別体であることを意味しており、前記蓄積容量が構成されたディスクリート部品は、前記検出回路が構成されたディスクリート部品と同一、あるいは別の部品のいずれであってもよい。

本発明において、前記ノードと前記検出回路とを電気的に接続する出力線は、前記基板上に形成されている部分の少なくとも一部が導電層により周りが囲まれていることが好ましい。このように構成すると、出力線にノイズが侵入することを防止することができる。

本発明において、主センサおよび副センサのうち、主センサの一方の端子が接地されていることが好ましい。このように構成すると、副センサを用いないタイプの光検出装置に対して同一の検出回路をそのまま用いることができる。

本発明に係る光検出装置は電気光学装置に用いられ、この電気光学装置においては、前記光検出装置による前記対象光の検出結果に基づいて駆動条件が調整されることが好ましい。例えば、前記電気光学装置が液晶装置である場合、当該液晶装置は、前記基板に対向配置された対向基板と前記基板との間に液晶が保持された液晶パネルと、当該液晶パネルにバックライト光を出射するバックライト装置とを備え、前記対象光の検出結果に基づいて、前バックライト装置から出射される光量が調整されることが好ましい。

本発明を適用した電気光学装置は、例えばパーソナルコンピュータ、携帯電話機、情報携帯端末等の電子機器に用いることができる。

以下に、図面を参照して本発明について説明する。以下の実施形態は、代表的な電気光学装置であるＴＦＴアクティブマトリクス駆動形式の液晶装置に本発明に係る光検出装置を構成したものである。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明を適用した電気光学装置の電気的構成を示すブロック図である。図１に示す電気光学装置１００は、全透過型の液晶装置であり、液晶パネル１００ｐと、この液晶パネル１００ｐにバックライト光を照射するバックライト装置６００と、液晶パネル１００ｐおよびバックライト装置６００に接続されたフレキシブル配線基板１０８とを備えている。液晶パネル１００ｐには、駆動用ＩＣ４００が実装されており、この駆動用ＩＣ４００には、画像処理回路、タイミング発生回路、および電源回路などが構成されている。駆動用ＩＣ４００において、タイミング発生回路では、液晶パネル１００ｐの各画素１００ａを駆動するためのドットクロックが生成され、このドットクロックに基づいて、クロック信号、反転クロック信号、転送開始パルスが生成される。画像処理回路は、外部から入力画像データが入力されると、この入力画像データに基づいて画像信号を生成し、出力する。電源回路は、複数の電源を生成して出力する。

フレキシブル配線基板１０８には、バックライト装置６００に対する制御用ＩＣ５００が実装されており、制御用ＩＣは、液晶パネル１００ｐとは別体のディスクリート部品として構成されている。制御用ＩＣ５００には、液晶パネル１００ｐに形成された光センサ部３１０とともに光検出装置３００を構成する検出回路３２０と、バックライト装置６００からの出射光量を制御するための調光回路６５０とが構成されている。

電気光学装置１００において、表示画像の見え易さは環境の明るさによって左右されるので、例えば、日中の自然光の下では、バックライト装置６００の発光輝度を高く設定し、明るい画面を表示する必要がある一方、夜間の暗い環境の下では、バックライト装置６００の発光輝度が日中ほど高くなくても鮮明な画像を表示することができる。従って、バックライト装置６００の発光輝度を外光の照度に応じて調整することが望ましい。そこで、本形態の電気光学装置１００において、光検出装置３００は、外光の照度を計測する一方、調光回路５００は、光検出装置３００により得られた照度データに応じた最適輝度でバックライト装置６００が発光するように制御する。かかる光検出装置３００の具体的な構成は後述する。

液晶パネル１００ｐは、その中央領域に複数の画素１００ａがマトリクス状に配列された画素領域１０ｂ（画素配列領域）を備えている。かかる液晶パネル１００ｐにおいて、後述する素子基板１０には、画素領域１０ｂの内側で複数本のデータ線６ａおよび複数本の走査線３ａが縦横に延びており、それらの交点に対応する位置に画素１００ａが構成されている。複数の画素１００ａの各々には、画素スイッチング素子としての薄膜トランジスタ３０および画素電極９ａが形成されている。薄膜トランジスタ３０のソースにはデータ線６ａが電気的に接続され、薄膜トランジスタ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続され、薄膜トランジスタ３０のドレインには画素電極９ａが電気的に接続されている。

素子基板１０において、画素領域１０ｂの外側領域には走査線駆動回路１０４およびデータ線駆動回路１０１が構成されている。データ線駆動回路１０１はデータ線６ａに電気的に接続しており、画像信号を各データ線６ａに順次供給する。走査線駆動回路１０４は走査線３ａに電気的に接続しており、走査信号を各走査線３ａに順次供給する。

各画素１００ａにおいて、画素電極９ａは、後述する対向基板に形成された共通電極に対して液晶を介して対向し、液晶容量５０ａを構成している。各画素１００ａには、液晶容量５０ａで保持される画像信号がリークするのを防ぐために、液晶容量５０ａと並列に保持容量６０が付加されている。本形態では、保持容量６０を構成するために、走査線３ａと並列するように容量線３ｂが形成されており、かかる容量線３ｂは共通電位線（図示せず）に接続され、所定の電位に保持されている。なお、保持容量６０は前段の走査線３ａとの間に形成される場合もある。また、共通電極９ａおよび画素電極の双方が素子基板１０に形成されることもある。

（液晶パネル１００ｐの具体的構成）
図２（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置１００の液晶パネル１００ｐを各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、電気光学装置１００の液晶パネル１００ｐでは、所定の隙間を介して素子基板１０と、ガラスなどを基材とする透光性の対向基板２０とがシール材１０７（図２（ａ）において右下がりの斜線を付した領域）によって貼り合わされており、シール材１０７は対向基板２０の外周縁に沿うように配置されている。シール材１０７は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。対向基板２０のコーナー部などにおいては、素子基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための上下導通材（図示せず）が形成されている。

素子基板１０において、シール材１０７の内周縁より外側領域では、駆動用ＩＣ４００の実装位置の近傍で素子基板１０の一辺に沿うようにデータ線駆動回路１０１、およびフレキシブル基板１０８が接続された複数の端子１０２が形成されており、この一辺に隣接する辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。なお、素子基板１０には、画素領域１０ｂ、データ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４を静電気から保護するための保護回路や検査回路が構成される場合もあるが、それらの説明は省略する。

詳しくは後述するが、素子基板１０には、画素電極９ａがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板２０には、シール材１０７の内側領域に額縁状の遮光膜２３ｂ（図２（ａ）において右上がりの斜線を付した領域）が形成され、その内側が画像表示領域１０ａとされている。また、対向基板２０では、素子基板１０の画素電極９ａの縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜２３ａが形成され、その上層側には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる対向電極２１が形成されている。なお、画素領域１０ｂには、遮光膜２３ｂと重なる領域にダミーの画素が構成される場合があり、この場合、画素領域１０ｂのうち、ダミー画素を除いた領域が画像表示領域１０ａとして利用されることになる。本形態では、シール材１０７として光硬化性接着剤を用いたため、対向基板２０側からの光照射が可能なように、遮光膜２３ｂとシール材１０７とをずれた位置に形成したが、素子基板１０側からの光照射によりシール材１０７を光硬化させる場合や、シール材１０７に熱硬化性接着剤を用いた場合には、遮光膜２３ｂとシール材１０７とが重なった位置に形成されている構成を採用することもできる。

シール材１０７より囲まれた空間内には電気光学物質としての液晶５０が封入されている。液晶５０は、画素電極９ａからの電界が印加されていない状態で、素子基板１０および対向基板に形成された配向膜１６、２２（図３（ｂ）参照）により所定の配向状態をとる。液晶５０は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。

電気光学装置１００において、素子基板１０の背面側にはバックライト装置６００が配置されており、バックライト装置６００から出射された光は、素子基板１０の側から液晶パネル１００ｐに入射して対向基板２０の側から出射される間に変調され、対向基板２０の側から表示光として出射される。バックライト装置６００としては面発光装置を採用することができるとともに、本形態のように、ＬＥＤ素子６１０と導光板６２０とを用いた面光源装置を採用することもできる。

液晶パネル１００ｐにおいて、素子基板１０上には、画像表示領域１０ａを挟んでフレキシブル基板１０８が接続されている側と対向する位置に光センサ部３１０が配置されている。本形態において、光センサ部３１０は、後述するように、素子基板１０上に形成された受光素子からなる。対向基板２０に形成された遮光膜２３ｂは、一部が切り欠かれており、素子基板１０において遮光膜２３ｂの切り欠き２３ｃと重なる領域には、対象光（外光）と外乱光（バックライト光など）とが入射する主センサ３１０Ａが形成されている。また、遮光膜２３ｂと重なる領域には、外乱光が入射する副センサ３１０Ｂが形成されている。

このように形成した電気光学装置１００は、例えば、図２（ｂ）に示すケース４０などに収納された状態で電子機器に搭載される。ここで、電気光学装置１００が、後述するモバイルコンピュータ、携帯電話機、液晶テレビなどといった電子機器のカラー表示装置として用いられる場合、対向基板２０には、カラーフィルタ（図示せず）や保護膜が形成される。また、対向基板２０および素子基板１０の光入射側の面あるいは光出射側には、使用する液晶５０の種類、すなわち、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパーＴＮ）モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の向きに配置される。電気光学装置１００は、透過型に限らず、半透過反射型として構成される場合がある。

（各画素の構成）
図３（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置１００に用いた素子基板１０において相隣接する画素の平面図、およびそのＡ−Ａ′線に相当する位置で電気光学装置１００を切断したときの断面図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、素子基板１０には、ガラスなどからなる透光性基板１０ｄの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜１２が形成されているとともに、その表面側において、画素電極９ａに隣接する位置にＮチャネル型の薄膜トランジスタ３０（画素スイッチング用の薄膜トランジスタ）が形成されている。薄膜トランジスタ３０において、島状の半導体膜１ａには、ソース側からドレイン側に向かって、高濃度ソース領域１ｄ、チャネル形成領域１ｂ、高濃度Ｎ型領域１ｇ、チャネル形成領域１ｃ、および高濃度ドレイン領域１ｅがこの順に配置されている。半導体膜１ａの上層にはシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜２が形成され、ゲート絶縁膜２の上層には走査線３ａが形成されている。走査線３ａの一部は、ゲート電極としてゲート絶縁膜２を介してチャネル形成領域１ｂに対向している。

半導体膜１ａは、透光性基板１０ｄに対してアモルファスシリコン膜を形成した後、レーザアニールやランプアニールなどによりポリシリコン化されたポリシリコン膜（ＬＴＰＳ／Low‐Temperature Poly‐Silicon）であり、いわゆる低温プロセスにより構成される。また、高濃度ソース領域１ｄおよび高濃度ドレイン領域１ｅは、走査線３ａ（ゲート電極）をマスクとして約０．１×１０¹⁵／ｃｍ²〜約１０×１０¹⁵／ｃｍ²のドーズ量で高濃度Ｎ型の不純物（リンイオンなど）を導入することにより形成された半導体領域である。

薄膜トランジスタ３０の上層側には、層間絶縁膜７、８が形成されている。層間絶縁膜７の表面にはデータ線６ａおよびドレイン電極６ｂが形成され、データ線６ａは、層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール７ａを介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続している。層間絶縁膜８の表面にはＩＴＯ膜からなる画素電極９ａが形成されている。画素電極９ａは、層間絶縁膜８に形成されたコンタクトホール８ａを介してドレイン電極６ｂに電気的に接続し、このドレイン電極６ｂは、層間絶縁膜７およびゲート絶縁膜２に形成されたコンタクトホール７ｂを介して高濃度ドレイン領域１ｅに電気的に接続している。画素電極９ａの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜１６が形成されている。高濃度ドレイン領域１ｅからの延設部分１ｆ（下電極）に対しては、ゲート絶縁膜２と同時形成された絶縁膜（誘電体膜）を介して、走査線３ａと同層の容量線３ｂが上電極として対向することにより、保持容量６０が構成されている。本形態において、走査線３ａおよび容量線３ｂは、モリブデン膜、アルミニウム膜、チタン膜、タングステン膜、タンタル膜、クロム膜などの単層膜あるいは積層膜からなる。また、データ線６ａおよびドレイン電極６ｂも、モリブデン膜、アルミニウム膜、チタン膜、タングステン膜、タンタル膜、クロム膜などの単層膜あるいは積層膜からなる。

（駆動回路の構成）
再び図２（ａ）において、本形態の電気光学装置１００では、素子基板１０の表面側のうち、画素領域１０ｂの周辺領域を利用してデータ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４などの内部回路が形成されている。このようなデータ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４のシフトレジスタなどを構成するにあたっては、図示を省略するが、薄膜トランジスタ３０と同様、ポリシリコン膜を用いて、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタとＰチャネル型の薄膜トランジスタとを備えた相補型薄膜トランジスタが用いられる。

（光センサおよびその周辺部分の構成）
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した電気光学装置に構成した光検出装置の等価回路図、およびその検出原理を示す説明図である。図１に示す電気光学装置１００に用いた液晶パネル１００ｐ（素子基板１０）には対象光と外乱光とが入射光として入射するが、本形態の光検出装置３００は、対象光に応じた出力に基づいて、対象光の強度を検出する。すなわち、本形態の光検出装置３００は、図４（ａ）に示すように、入射光（対象光および外乱光）が入射する主センサ３１０Ａと、外乱光が入射する副センサ３１０ＢとがノードＱを介して直列に電気的接続されたセンサ部３１０を備えている。ここで、副センサ３１０Ｂには、遮光層２３ｂが配置されているため、外乱光は入射するが、対象光は入射しない。これに対して、主センサ３１０Ａには、遮光層２３ｂが配置されていないため、対象光および外乱光が入射する。

本形態において、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂはいずれもフォトダイオードであり、副センサ３１０Ｂのカソード側には、第１電圧ＶH、例えば＋４Ｖが印加され、主センサ３１０Ａのアノードは接地され、電圧ＶGNDになっている。従って、光センサ部３１０の両端には第１電圧ＶHが印加され、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂには逆バイアスが印加されている。また、主センサ３１０Ａと副センサ３１０ＢとのノードＱには、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂの差動を検出する検出回路３２０（差動検出回路）が出力線３３０を介して電気的に接続されている。また、出力線３３０を介してノードＱには、蓄積容量３４０が電気的に接続されているとともに、出力線３３０にはスイッチ３６０を介して第２電圧ＶCHが印加されるようになっている。また、図１および図２（ａ）に示すように、本形態では、光センサ部３１０から制御用ＩＣ５００まで出力線３３０が長く延びているので、その出力線３３０が外部のノイズの影響を受けないように、出力線３３０には、複数の容量素子３８１、３８２が接続されている。ここで、センサ部３１０（主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂ）、スイッチ３６０、蓄積容量３４０、および容量素子３８１は液晶パネル１００ｐの素子基板１０上に形成されているのに対して、検出回路３２０は、素子基板１０とは別体の制御用ＩＣ５００に構成されている。なお、容量素子３８２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すフレキシブル配線基板１０８上に実装されたディスクリート部品からなる。

このように構成した測定系において、制御用ＩＣ５００には、例えば、駆動用ＩＣ４００から光検出のタイミング信号や各種電源などが入力される。そして、制御用ＩＣ５００において、スイッチ３６０が一旦閉じてノードＱの電圧を電圧ＶHと電圧ＧＮＤとの中間にすると、蓄積容量３４０の端子間電圧が電圧ＶCH（ＶHとＧＮＤとの中間電圧）になる。また、主センサ３１０Ａでは、入射光（対象光および外乱光）の光量に応じた電流Ｉphが流れる一方、副センサ３１０Ｂでは、外乱光の光量に応じた電流が流れる。さらに、センサ部３１０において、温度に起因する背景電流Ｉth（暗電流）は、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂに共通なので両者を貫通するように流れる。

ここで、ＰＩＮダイオードからなる主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０ＢのＶＩ特性はオームの法則に従うようなものではないが、外光が入射した主センサ３１０Ａは、副センサ３１０Ｂに比較してインピーダンスが低くなる。その結果、ノードＱの電圧は低下する。その電圧をＶとするとＶの変動幅がある程度小さくて外光の強度が変化しない条件下において、Ｉphはその電圧範囲でほぼ一定とみなすことができる。従って、蓄積容量３４０の静電容量をＣとし、経過時間をｔとすると、電圧Ｖ、静電容量および経過時間ｔは、以下の関係式
Ｖ＝（Ｉph／Ｃ）・ｔ
で表わされ、電圧Ｖは、経過時間ｔに対して直線的な変化を示す。それ故、Ｖresによりスイッチ３６０を一旦閉じた後、再び開いてから、検出回路３２０によって、電圧Ｖが所定の閾値電圧Ｖthまで下がるまでの時間ｔxを計測する。ここで、先の関係式から、以下の式
ｔx＝（Ｃ／Ｉph）・（ＶCHG−Ｖth）
が成り立つので、時間ｔxは、外光に応じた電流Ｉphと反比例している。それ故、検出回路３２０によれば、暗電流や外乱光の影響をうけずに外光（対象光）の光量に対応する値を得ることができ、かかる値に基づいて、調光回路６５０は、予め規定されている条件に沿ってバックライト装置６００の光源であるＬＥＤ素子６１０の駆動条件を最適な条件に調整する。それ故、日中の自然光の下では、バックライト装置６００の発光輝度を高く設定して明るい画面を表示する一方、夜間の暗い環境の下では、バックライト装置６００の発光輝度を低下させることができる。

（主センサ部の具体的構成）
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した電気光学装置に用いた光センサ部およびその近傍の平面図、およびそのＢ−Ｂ′断面図であり、図５（ｂ）には、駆動回路において相補型薄膜トランジスタを構成するＮチャネル型の薄膜トランジスタおよびＰチャネル型の薄膜トランジスタのうち、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタも示してある。

本形態において、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂは、画素スイッチング用の薄膜トラジスタ３０、およびデータ線駆動回路を構成する薄膜トランジスタと同一のプロセスで素子基板１０上に形成される。従って、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂは、画素スイッチング用の薄膜トランジスタ３０、および駆動回路用の薄膜トランジシスタと略共通した構造を有している。

すなわち、図５（ｂ）に示すように、駆動用回路のＮチャネル型の薄膜トランジスタ８０は、薄膜トランジスタ３０を構成する半導体膜１ａと同時形成されたポリシリコン膜１ｇにチャネル領域１ｔが形成されているとともに、その両側に高濃度Ｎ型領域からなるソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｕを備えている。また、ゲート絶縁層２の上層には、チャネル領域１ｔと重なる領域にゲート電極３ｃを備え、層間絶縁膜７、８の層間には、層間絶縁膜７およびゲート絶縁層２を貫通するコンタクトホールを介してソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｕに接続するソース電極６ｃおよびドレイン電極６ｄを備えている。

一方、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂは、図５（ａ）に示すように、ガラス製の透光性基板１０ｄ上で互いに近接した位置に同一素子サイズをもって形成され、各々が、複数の受光素子を配線６ｈ、６ｉ、６ｊによって並列に電気的に接続した構造を有している。本形態において、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂはいずれも、図５（ｂ）に示すように、下地保護膜１２、ゲート絶縁膜２、層間絶縁膜７、および層間絶縁膜８の各層間のうち、下地保護膜１２とゲート絶縁膜２との層間に形成されたＰＩＮ接合型ダイオードであり、半導体膜１ｗには高濃度Ｎ型領域１ｘ、真性領域１ｙおよび高濃度Ｐ型領域１ｚが順に並んでいる。主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂに対しては、層間絶縁膜７の上層に形成された配線６ｈ、６ｉ、６ｊが各々、コンタクトホール７ｈ、７ｉ、７ｊ、７ｋを介して高濃度Ｎ型領域１ｘおよび高濃度Ｐ型領域１ｚに電気的に接続している。

半導体膜１ｗは、薄膜トランジスタ３０を構成する半導体膜１ａと同時形成されたポリシリコン膜である。従って、高濃度Ｎ型領域１ｘは、薄膜トランジスタ３０および相補型薄膜トランジスタの高濃度Ｎ型領域と同様、約０．１×１０¹⁵／ｃｍ²〜約１０×１０¹⁵／ｃｍ²のドーズ量で高濃度Ｎ型の不純物（リンイオンなど）を導入することにより形成された半導体領域である。高濃度Ｐ型領域１ｚは、相補型薄膜トランジスタの高濃度Ｐ型領域と同様、約０．１×１０¹⁵／ｃｍ²〜約１０×１０¹⁵／ｃｍ²のドーズ量で高濃度Ｐ型の不純物（ボロンイオンなど）を導入することにより形成された半導体領域である。配線６ｈ、６ｉ、６ｋは、データ線６ａおよびドレイン電極６ｂと同時形成された金属膜であり、モリブデン膜、アルミニウム膜、チタン膜、タングステン膜、タンタル膜、クロム膜などの単層膜あるいは積層膜からなる。このため、コンタクトホール７ｈ、７ｉ、７ｊ、７ｋは、遮光性の配線６ｈ、６ｉ、６ｊで埋められているので、余計な光が側方から主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂに入射することがない。

このように構成した光センサ部３１０において、主センサ３１０Ａは、対向基板２０に形成された遮光膜２３ｂの切り欠き２３ｃと重なっており、対向基板２０の側から入射してくる外光（対象光）、および透光性基板１０ｄなどを介して入射してくる外乱光の双方を検出可能である。これに対して、副センサ３１０Ｂは、対向基板２０に形成された遮光膜２３ｂと重なっている、このため、副センサ３１０Ｂでは、対向基板２０の側から入射してくる外光（対象光）が遮光膜２３ｂで遮られるため透光性基板１０ｄなどを介して入射してくる外乱光のみ検出可能である。なお、遮光膜２３ｂは、ブラックマトリクスを構成する遮光膜２３ａ（図２（ｂ）、図３（ｂ）参照）と同時形成されたモリブデン膜、アルミニウム膜、チタン膜、タングステン膜、タンタル膜、クロム膜などの単層膜あるいは積層膜などからなる。

半導体膜１ｗに対して透光性基板１０ｄが位置する側、本形態では、透光性基板１０ｄと下地保護膜１２との層間には、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂを含む領域と重なるように、モリブデン膜、アルミニウム膜、チタン膜、タングステン膜、タンタル膜、クロム膜などの単層膜あるいは積層膜などからなる遮光膜１１ａが形成されている。このため、バックライト装置６００からの光が直接、真性領域１ｙに入射しないので、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂのいずれに対しても、外乱光の入射光量を低く抑えてある。なお、遮光膜１１ａについては、図示を省略するが、素子基板１０上の定電位線に電気的に接続し、電位を固定しておくことが好ましい。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の電気光学装置１００では、光センサ部３１０は液晶パネル１００ｐに用いた素子基板１０上に形成されているが、検出回路３２０は、素子基板１０とは別体の制御用ＩＣ５００（ディスクリート部品）に構成されているため、素子基板１０の構成が変わっても、検出回路３２０および制御用ＩＣ５００については、同一のものを用いることができる。すなわち、本形態において、検出回路３２０および制御用ＩＣ５００については、ポリシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタ３０、８０と光センサ部３０とを素子基板１０上に同時形成した電気光学装置１００に用いることができるととともに、アモルファスシリコン膜を能動層とする薄膜トランジスタと光センサ部を同時形成した電気光学装置についても用いることができる。それ故、タイプの異なる電気光学装置を製造する場合でも、検出回路３２０および制御用ＩＣ５００については、双方で共通化することができる。

また、ポリシリコン膜を用いて薄膜トランジスタによって、検出回路３２０を構成すると、薄膜トランジスタの温度特性の影響で測定精度が低下するが、本形態によれば、検出回路３２０を制御用ＩＣ５００内に構成するので、かかる温度特性の問題を回避することができる。さらに、検出回路３２０を素子基板１０上に形成すると、その分、液晶パネル１００ｐにおいて画像表示領域１０ａの外側領域、いわゆる額縁領域をある程度、広幅に形成する必要があるが、本形態によれば、検出回路３２０を額縁領域に形成する必要がないので、額縁領域が狭くてよいという利点がある。

また、本形態では、ポリシリコン膜を用いて光センサ部３１０を形成したが、主光センサ３０Ａと副センサ３０Ｂを直列接続し、そのノードＱから差動出力を得たので、ポリシリコン膜を用いて光センサ部３１０を形成した場合に問題となる温度依存性の影響を受けずに光検出を行うことができる。

しかも、本形態では、副センサ３１０Ｂのカソード側に第１電圧ＶHを印加し、主センサ３１０Ａのアノードを接地したため、検出回路３２０および調光回路６５０などを内蔵する制御用ＩＣ５００をそのまま、アモルファスシリコン膜によって光センサ部を形成した電気光学装置に用いることができる。すなわち、アモルファスシリコン膜によって光センサ部を形成した場合、温度依存性の影響が少ないので、図４を参照して説明したセンサ部３１０において、副センサ３１０Ｂを省略でき、主センサ３１０Ａのみで光検出することができるが、この場合でも、主センサ３１０Ａのカソードに対して検出回路３２０を電気的接続すればよい。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２に係る電気光学装置に構成した光検出装置の等価回路図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図６に示すように、本形態の電気光学装置１１００に用いた光検出装置３００でも、実施の形態１と同様、光センサ部３１０の主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂはいずれもポリシリコン膜を用いたＰＩＮフォトダイオードであり、副センサ３１０Ｂのカソード側には、第１電圧ＶHが印加され、主センサ３１０Ａのアノードは接地され、電圧ＶGNDになっている。従って、光センサ部３１０の両端には第１電圧ＶHが印加され、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂには逆バイアスが印加されている。また、主センサ３１０Ａと副センサ３１０ＢとのノードＱには、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂの差動を検出する検出回路３２０が出力線３３０を介して電気的に接続されている。また、出力線３３０を介してノードＱには、蓄積容量３４０が電気的に接続されているとともに、出力線３３０にはスイッチ３６０を介して第２電圧ＶCHが印加されるようになっている。また、本形態でも、実施の形態１と同様、図１および図２（ａ）に示すように、本形態では、光センサ部３１０から制御用ＩＣ５００まで出力線３３０が長く延びているので、その出力線３３０が外部のノイズの影響を受けないように、出力線３３０には、複数の容量素子３８１、３８２が接続されている。

このように構成した光検出装置３００において、本形態では、光センサ部３１０（主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂ）、スイッチ３６０、ノイズ対策用の容量素子５８１は、液晶パネル１００ｐに用いた素子基板１０上に形成されているが、蓄積容量３４０は、検出回路３２０と同様、制御用ＩＣ５００に構成されている。このため、静電容量が数百ｐＦの比較的大きな蓄積容量３４０が必要となった場合でも、液晶パネル１００ｐの小型化を図ることができる。すなわち、液晶パネル１００ｐに用いた素子基板１０に、静電容量が数百ｐＦの比較的大きな蓄積容量３４０を形成すると、蓄積容量３４０が素子基板１０上では広い面積を占有してしまい、液晶パネル１００ｐの小型化を妨げるという問題点が発生するが、本形態によれば、問題を回避することができる。

［実施の形態２の改良例］
上記実施の形態２では、蓄積容量３４０を、検出回路３２０と同様、制御用ＩＣ５００に構成したが、蓄積容量３４０については、制御用ＩＣ５００とは別のディスクリート部品としてフレキシブル配線基板１０８上に実装してもよい。静電容量が数百ｐＦの比較的大きな蓄積容量３４０の場合、制御用ＩＣ５００や素子基板１０に対して薄膜によって作りこむと、静電気などの影響で短絡などの不具合が発生しやすいが、蓄積容量３４０として、制御用ＩＣ５００とは別のディスクリート部品を用いた場合にはかかる問題を回避することができる。

［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３に係る電気光学装置に構成した光検出装置の等価回路図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

上記実施の形態１、２では、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂを各々、１つずつ用いたが、図６に示すように、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂを各々、複数ずつ直列に電気的に接続してセンサ部３１０を構成してもよい。このように構成すると、電圧Ｖの変化がある程度大きくても、一定の電流Ｉphを流すことができる。すなわち、直列数を増大させると、その分、ＰＩＮダイオードの電流が、そのバイアスの変化に対して一定に近い領域が広くなる。その結果、第１電圧ＶHにより高い電圧を与えることが可能になり、大きな電圧Vの変化を検出することができる。すなわち、検出回路３２０では、微小な電圧の検出をしなくてもよいので、検出精度の向上を図ることができる。なお、図７には、実施の形態１に係る構成を基本にして、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂを各々、２つずつ直列に電気的に接続した構成を示したが、実施の形態２に係る構成を基本にして、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０Ｂを各々、２つずつ直列に電気的に接続した構成を採用してもよい。

［実施の形態４］
図８（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態４に係る電気光学装置に構成した出力線３３０に対するシールド構造を示す断面図である。図１および図２（ａ）に示すように、本形態の電気光学装置１００では、光センサ部３１０のノードＱと検出回路３２０とを電気的に接続する出力線３３０は長く、ノイズが侵入しやすい。そこで、出力線３３０にノイズが侵入するのを防止する目的で、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、出力線３３０のうち、素子基板１０上に形成した部分の少なくとも一部の周りを導電層で囲むことが好ましい。

まず、図８（ａ）に示す例では、素子基板１０上において、ゲート絶縁層２と層間絶縁膜７との層間に、図３（ａ）、（ｂ）に示す走査線３ａと同時形成された導電層によって出力線３３０を形成した場合には、その全体あるいはその一部の周りを導電層１１ｂ、３ｔ、３ｕ、６ｅ、６ｓで覆ってある。導電層１１ｂは、図５（ｂ）に示す遮光膜１１ａと同時形成した導電膜であり、導電層６ｅは、図３（ａ）、（ｂ）に示すデータ線６ａと同時形成された導電膜である。導電層３ｔ、３ｕは、図３（ａ）、（ｂ）に示す走査線３ａと同時形成された導電膜であり、ゲート絶縁層２および下地保護膜１２を貫通するコンタクトホール２ｃ、２ｄを介して導電層１１ｂに電気的に接続している。また、導電層６ｅは、層間絶縁膜７を貫通するコンタクトホール７ｄ、７ｅを介して導電層３ｔ、３ｕに電気的に接続している。

また、図８（ｂ）に示す例では、素子基板１０上において、層間絶縁膜７、８との層間に、図３（ａ）、（ｂ）に示すデータ線６ａと同時形成された導電層によって出力線３３０を形成した場合には、その全体あるいはその一部の周りを導電層１１ｂ、３ｆ、３ｇ、６ｆ、６ｇ、９ｂで覆ってある。導電層１１ｂは、図５（ｂ）に示す遮光膜１１ａと同時形成した導電膜であり、導電層３ｆ、３ｇは、図３（ａ）、（ｂ）に示す走査線３ａと同時形成された導電膜である。導電層６ｆ、６ｇは、図３（ａ）、（ｂ）に示すデータ線６ａと同時形成された導電膜であり、導電層９ｂは、図３（ａ）、（ｂ）に示す画素電極９ａと同時形成された導電膜である。ここで、導電層３ｆ、３ｇは、ゲート絶縁層２および下地保護膜１２を貫通するコンタクトホール２ｆ、２ｇを介して導電層１１ｂに電気的に接続し、導電層６ｆ、６ｇは、層間絶縁膜７を貫通するコンタクトホール７ｆ、７ｇを介して導電層３ｆ、３ｇに電気的に接続し、導電層９ｂは、層間絶縁膜８を貫通するコンタクトホール８ｆ、８ｇを介して導電層６ｆ、６ｇに電気的に接続している。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、主センサ３１０Ａおよび副センサ３１０ＢのＰＩＮフォトダイオードを用いたが、Ｎ型の薄膜トランジスタをダイオード接続したＭＯＳ型ダイオード、あるいはＰ型の薄膜トランジスタをダイオード接続したＭＯＳ型ダイオードを光センサ部３１０に用いた場合に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、液晶装置において光検出装置３００での検出結果に基づいて、バックライト装置からの出射光量を制御したが、光検出装置３００での検出結果に基づいて、各画素１００ａに供給される信号を制御してもよい。また、上記実施形態では、電気光学装置１００として液晶装置を例に説明したが、有機エレクトロルミネッセンス装置において、光検出装置３００での検出結果に基づいて、各画素に供給される信号を制御してもよい。

［電子機器への搭載例］
次に、上述した実施形態に係る電気光学装置１００を適用した電子機器について説明する。図９（ａ）に、電気光学装置１００を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す。パーソナルコンピュータ２０００は、表示ユニットとしての電気光学装置１００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１及びキーボード２００２が設けられている。図９（ｂ）に、電気光学装置１００を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１及びスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての電気光学装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、電気光学装置１００に表示される画面がスクロールされる。図９（ｃ）に、電気光学装置１００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１及び電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての電気光学装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が電気光学装置１００に表示される。

なお、電気光学装置１００が適用される電子機器としては、図９に示すものの他、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した電気光学装置１００が適用可能である。

本発明を適用した電気光学装置の電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置の液晶パネルを各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板１０において相隣接する画素の平面図、およびそのＡ−Ａ′線に相当する位置で電気光学装置を切断したときの断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した電気光学装置に構成した光検出装置の等価回路図、およびその検出原理を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した電気光学装置に用いた光センサ部およびその近傍の平面図、およびそのＢ−Ｂ′断面図である。 本発明の実施の形態２に係る電気光学装置に構成した光検出装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態３に係る電気光学装置に構成した光検出装置の等価回路図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態４に係る電気光学装置に構成した出力線に対するシールド構造を示す断面図である。 本発明を適用した電気光学装置を備えた電子機器の説明図である。

符号の説明

１０・・素子基板、１０ａ・・画像表示領域、２０・・対向基板、３０・・画素スイッチング用の薄膜トランジスタ、１００・・電気光学装置、１００ｐ・・液晶パネル、３００・・光検出装置、３００・・光検出装置、３１０・・光センサ部、３１０Ａ・・主センサ、３１０Ｂ・・副センサ、３２０・・検出回路、３３０・・出力線、５００・・制御用ＩＣ（ディスクリート部品）、６００・・バックライト装置

Claims (10)

1. 対象光および外乱光が入射する基板への前記対象光の入射光量を検出する光検出装置において、
   前記対象光および前記外乱光が入射する主センサと、外乱光が入射する副センサとがノードを介して直列に電気的接続された光センサ部と、前記ノードに電気的に接続され、前記主センサと前記副センサとの差動を検出可能な検出回路と、を有し、
   前記光センサ部は前記基板上に形成され、前記検出回路は、前記基板とは別体のディスクリート部品に構成されていることを特徴とするとする光検出装置。
2. 前記基板にはフレキシブル配線基板が接続され、
   当該フレキシブル配線基板に、前記検出回路が構成された前記ディスクリート部品が実装されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置
3. 前記ノードに電気的に接続された蓄積容量を備え、
   当該蓄積容量は、前記ノードの電圧変化に対応する電荷を蓄積することを特徴とする請求項１または２に記載の光検出装置。
4. 前記検出回路は、前記ノードの電圧を所定の電圧にリセットした後、前記ノードの電圧が所定の閾値電圧まで変化するまでの時間を形成することを特徴とする請求項３に記載の光検出装置。
5. 前記蓄積容量は、前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の光検出装置。
6. 前記蓄積容量は、前記基板とは別体のディスクリート部品に形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の光検出装置。
7. 前記ノードと前記検出回路とを電気的に接続する出力線は、前記基板上に形成されている部分の少なくとも一部が導電層により周りが囲まれていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光検出装置。
8. 前記主センサおよび前記副センサのうち、主センサの一方の端子が接地されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光検出装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の光検出装置を備えた電気光学装置であって、
   前記光検出装置による前記対象光の検出結果に基づいて駆動条件が調整されることを特徴とする電気光学装置。
10. 前記基板に対向配置された対向基板と前記基板との間に液晶が保持された液晶パネルと、当該液晶パネルにバックライト光を出射するバックライト装置とを備え、
    前記対象光の検出結果に基づいて、前バックライト装置から出射される光量が調整されることを特徴とする請求項９に記載の電気光学装置。

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