JP4984874B2 - 電気光学装置及び電気光学装置の製造方法 - Google Patents
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このような液晶表示装置では、例えば屋外のように環境光の強度が高いときと屋内のように環境光の強度が低いときとで照明光の強度を制御することがある。この液晶表示装置として、環境光を受光する受光素子を備えたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
すなわち、人の視感度が緑色光の波長帯において高くなっているので、緑色フィルタ層を透過した緑色の環境光を受光素子で受光させることにより、人の感度特性に近い検出結果を得ることができる。したがって、照明光の輝度調整をより適切に行える。
ここで、受光素子を画像表示領域における画像表示に寄与しない画像表示領域の外周部に設けることで、スペースを有効利用することができる。
この発明では、受光素子と駆動素子とを同一工程で形成することができるので、製造工程を大きく増加させることなく受光素子を形成することができる。
この発明では、平面視でほぼ矩形状の画像表示領域の外周部のうち少なくとも2辺に形成することで、受光素子の受光面積が増大し、より精度のよい環境光の検出が行える。
この発明では、一対の基板をシール材で貼り合わせると共に一対の基板及びシール材により液晶層を封止することで、液晶装置として機能する。
この発明では、画像表示領域の外周部とシール材の内側との間であって画像表示に寄与しない領域に受光素子を設けることで、スペースの有効利用が図れる。
この発明では、カラーフィルタ層と緑色フィルタ層とを同一層上に形成することで、製造工程を増加させることなく緑色フィルタ層を形成することができる。
この発明では、上述と同様に、検出感度の波長特性を人の視感度に近づけ、照明光の輝度調整を適切に行うことができる。ここで、駆動素子と受光素子とを同一層上に形成しているので、駆動素子と受光素子とを同一工程で形成でき、製造工程の簡略化が図れる。
以下、本発明における電気光学装置の第1の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。ここで、図1は液晶表示装置を示す(a)が平面構成図、(b)が(a)のA−A矢視断面図、図2は液晶表示装置を示す等価回路図、図3はサブ画素領域を示す断面図、図4は画像表示領域の外周部を示す断面図、図5は画像表示領域の外部を示す断面図である。
本実施形態における液晶表示装置(電気光学装置)1は、透過型のカラー液晶表示装置であって、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色光を出力する3個のサブ画素領域で1個の画素を構成する液晶表示装置である。ここで、表示を構成する最小単位となる表示領域を「サブ画素領域(画素領域)」と称する。
また、液晶表示装置1は、シール材14の外側領域に設けられたデータ線駆動回路16及び走査線駆動回路17と、データ線駆動回路16及び走査線駆動回路17と導通する接続端子18と、走査線駆動回路17を接続する配線19とを備えている。
複数のサブ画素領域20には、図2に示すように、それぞれ画素電極21と、画素電極21をスイッチング制御するためのTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)素子(駆動素子)22とが設けられている。また、画像表示領域15には、複数のデータ線23及び走査線24が格子状に配置されている。
液晶表示装置1は、図3から図5に示すように、素子基板11の外側(液晶層13と反対側)に設けられた偏光板27と、対向基板12の外側に設けられた偏光板28と、偏光板27の外側に設けられて素子基板11の外面側から照明光を照射する照明装置(図示略)とを備えている。また、液晶表示装置1は、対向基板12の外側(液晶層13と反対側)から環境光が入射する構成となっている。
また、素子基板11は、サブ画素領域20において、図3に示すように、下地保護膜32の内側の表面に配置された半導体層41及び容量電極42と、ゲート絶縁膜33の内側の表面に配置された走査線24及び容量線26と、第1層間絶縁膜34の内側の表面に配置されたデータ線23及び接続電極43と、第2層間絶縁膜35の内側の表面に配置された画素電極21とを備えている。
そして、素子基板11は、画像表示領域15の外周部において、図4に示すように、下地保護膜32の内側の表面に配置された半導体層45と、第1層間絶縁膜34の内側の表面に配置された取出電極46、47とを備えている。
さらに、素子基板11は、画像表示領域15の外部において、図5に示すように、下地保護膜32の内側の表面に配置された半導体層51、52と、ゲート絶縁膜33の内側の表面に配置されたゲート電極53、54と、第1層間絶縁膜34の内側の表面に配置されたソース電極55、56及びドレイン電極57、58とを備えている。
ゲート絶縁膜33は、例えばSiO2などの透光性材料で構成されており、下地保護膜32上に形成された半導体層41、45、51、52及び容量電極42を覆うように設けられている。
第2層間絶縁膜35は、例えばSiO2などの透光性材料で構成されており、第1層間絶縁膜34及び第1層間絶縁膜34上に形成されたデータ線23、接続電極43、ソース電極55、56及びドレイン電極57、58を覆うように設けられている。
配向膜36は、例えばポリイミドなどの樹脂材料で構成されており、第2層間絶縁膜35及び第2層間絶縁膜35上に形成された画素電極21を覆うように設けられている。また、配向膜36の表面には、液晶層13を構成する液晶分子の初期配向状態を規制する配向処理が施されている。
また、半導体層41には、TFT素子22がLDD(Lightly Doped Drain)構造を採用していることから、ソース領域及びドレイン領域に不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と相対的に低い低濃度(LDD)領域とがそれぞれ形成されている。すなわち、半導体層41には、ソース領域に低濃度ソース領域41b及び高濃度ソース領域41cが形成され、ドレイン領域に低濃度ドレイン領域41d及び高濃度ドレイン領域41eが形成されている。そして、半導体層41を主体として、TFT素子22が構成される。
これら低濃度ソース領域41b、高濃度ソース領域41c、低濃度ドレイン領域41d及び高濃度ドレイン領域41eは、ポリシリコンに不純物イオンを打ち込むことによって形成されている。なお、チャネル領域41aは、ポリシリコンに不純物イオンを打ち込まないことによって形成される。
容量線26は、平面視でサブ画素領域20の短軸方向に沿って配置されており、走査線24と同様に例えばAlなどの金属材料で構成されている。また、容量線26は、平面視でゲート絶縁膜33を介して対向配置された容量電極42とにより、蓄積容量25を構成する。
以上より、走査線24、容量線26及びデータ線23は、平面視でほぼ格子状に配線されている。
接続電極43は、ゲート絶縁膜33及び第1層間絶縁膜34を貫通するコンタクトホールH2を介して半導体層41の高濃度ドレイン領域41eに接続されている。
これら半導体層45及び取出電極46、47により、受光素子48が形成される。ここで、受光素子48は、検出した環境光の強度情報を上記照明装置の制御部に出力する構成となっている。そして、照明装置は、この強度情報に基づいて、照明光の強度を調整する。
ゲート電極53、54は、例えばAlなどの金属材料で構成されている。また、ゲート電極53は、平面視でゲート絶縁膜33を介して半導体層51のチャネル領域51aと重なっている。同様に、ゲート電極54は、平面視でゲート絶縁膜33を介して半導体層52のチャネル領域52aと重なっている。
これら半導体層51、ゲート電極53、ソース電極55及びドレイン電極57により、データ線駆動回路16を構成するTFT素子61が構成される。また、半導体層52、ゲート電極54、ソース電極56及びドレイン電極58により、データ線駆動回路16を構成するTFT素子62が構成される。
遮光膜72は、基板本体71の表面のうち平面視でサブ画素領域20の縁部と重なる領域に形成されており、サブ画素領域20を縁取っている。
緑色フィルタ層74は、図4に示すように、画像表示領域15の外周部に対応して配置されている。また、緑色フィルタ層74は、カラーフィルタ層73と同一層で一体的に形成されており、カラーフィルタ層73のうちサブ画素領域20のGの色光を出力するサブ画素領域における色材と同一の色材を用いて形成されている。なお、画像表示領域15とシール材14との間の領域のうち緑色フィルタ層74が設けられていない部分には、周辺見切(図示略)が設けられている。
配向膜76は、配向膜76と同様に、例えばポリイミドなどの樹脂材料で構成されており、共通電極75を覆うように設けられている。また、配向膜76の表面には、配向方向を配向膜36の配向方向と反平行とした配向処理が施されている。
偏光板27、28は、その透過軸が互いにほぼ直交するように設けられている。ここで、偏光板27、28の内側の一方または双方には、光学補償フィルム(図示略)を配置してもよい。光学補償フィルムを配置することで、液晶表示装置1を斜視した場合の液晶層13の位相差を補償することができ、光漏れを減少させてコントラストを増加させることができる。光学補償フィルムとしては、負の一軸性媒体と正の一軸性媒体とを組み合わせたものや、各方向の屈折率がnx>nz>nyである二軸性媒体が用いられる。
次に、以上のような構成の液晶表示装置1の製造方法について、図6から図8を参照しながら説明する。ここで、図6から図8は、素子基板11の製造工程を示す工程図である。
まず、基板本体31上に下地保護膜32を形成する。ここでは、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学蒸着)法やスパッタ法などを用いて下地保護膜32を形成する(図6(a))。
次に、容量電極42に低濃度の不純物イオンを注入する。ここでは、半導体層41を被覆するレジスト層81Aをゲート絶縁膜33上に形成する。また、半導体層45を被覆するレジスト層81Bをゲート絶縁膜33上に形成する。そして、半導体層51を被覆するレジスト層81Cをゲート絶縁膜33上に形成する。さらに、半導体層52を被覆するレジスト層81Dをゲート絶縁膜33上に形成する。
そして、レジスト層81A〜81Dの開口領域に約0.1×1013/cm2から約10×1013/cm2のドーズ量で低濃度の不純物イオン(リンイオン)を注入する。このとき、レジスト層81A〜81Dが、マスクとして機能する。その後、レジスト層81A〜81Dを除去する。これにより、容量電極42が形成される(図6(c))。
そして、レジスト層82A〜82Eの開口領域に約0.1×1015/cm2から約10×1015/cm2のドーズ量で高濃度の不純物イオン(リンイオン)を注入する。このとき、レジスト層82A〜82Eが、マスクとして機能する。その後、レジスト層82A〜82Eを除去する。これにより、高濃度ソース領域41c及び高濃度ドレイン領域41eと、p型領域45bと、高濃度ソース領域51c及び高濃度ドレイン領域51eとが形成される(図7(a))。
そして、レジスト層83A、83Bの開口領域に約0.1×1013/cm2から約10×1013/cm2のドーズ量で低濃度の不純物イオン(リンイオン)を注入する。このとき、レジスト層83A、83B及び走査線24、容量線26、ゲート電極53が、マスクとして機能する。その後、レジスト層83A、83Bを除去する。これにより、低濃度ソース領域41b及び低濃度ドレイン領域41dと、低濃度ソース領域51b及び低濃度ドレイン領域51dとが形成される(図7(c))。
そして、開口領域に約0.1×1015/cm2から約10×1015/cm2のドーズ量で高濃度の不純物イオン(ホウ素イオン)を注入する。このとき、レジスト層84A〜84C、容量線26及びゲート電極54が、マスクとして機能する。その後、レジスト層84A〜84Cを除去する。これにより、n型領域45cと、ソース領域52b及びドレイン領域52cとが形成される(図8(a))。
続いて、第1層間絶縁膜34上にデータ線23、接続電極43、取出電極46、47、ソース電極55、56及びドレイン電極57、58を形成する。ここでは、第1層間絶縁膜34上にスパッタ法などを用いてデータ線23、接続電極43、取出電極46、47、ソース電極55、56及びドレイン電極57、58を構成する金属膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術などを用いてこの金属膜をパターニングし、データ線23、接続電極43、取出電極46、47、ソース電極55、56及びドレイン電極57、58を形成する(図8(b))。
そして、第2層間絶縁膜35上に画素電極21を形成する。ここでは、第2層間絶縁膜35上に画素電極21を構成するITO膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてITO膜をパターニングし、画素電極21を形成する。ここで、画素電極21が第2層間絶縁膜35を貫通するコンタクトホールH3を介して接続電極43と接続される(図8(c))。
そして、素子基板11と別途形成した対向基板12とを上述したシール材14で貼り合わせ、液晶を注入してこれを封止することで、液晶層13を形成する。このとき、対向基板12に形成された緑色フィルタ層74が受光素子48と重なるように貼り合わせる。さらに、素子基板11及び対向基板12の外面に偏光板27、28を設ける。以上のようにして、図1から図5に示すような液晶表示装置1を製造する。
以上のような構成の液晶表示装置1は、例えば図9に示すような携帯電話機(電子機器)100の表示部101として用いられる。この携帯電話機100は、表示部101、複数の操作ボタン102、受話口103、送話口104及び上記表示部101を有する本体部を備えている。
また、受光素子48を画像表示領域15の外周部とシール材14との間の画像表示に寄与しない領域に形成しているので、スペースの有効活用が図れる。
そして、受光素子48を画像表示領域15の外周部の3辺に形成しているので、受光素子48の受光面積が増大し、環境光の検出感度の精度の向上が図れる。
さらに、受光素子48とTFT素子22とを同一層上に形成しており、同一工程で形成することができるので、製造工程を増加させることなく受光素子48を形成できる。
また、カラーフィルタ層73と緑色フィルタ層74とを同一層上に形成しているので、製造工程を増加させることなく緑色フィルタ層74を形成できる。
例えば、受光素子は、p型領域、真性領域及びn型領域を画像表示領域の内側から順に配置した構成となっているが、複数の受光素子を並列に接続した構成など、他の構成であってもよい。
また、受光素子を画像表示領域の外周部の3辺に形成しているが、2辺以上であっても、1辺のみであってもよい。ここで、画像表示領域の形状は、平面視でほぼ矩形状に限られない。
そして、受光素子は、シール材と画像表示領域との間の領域に形成されているが、画像表示領域の外周部に形成されていればよく、シール材の外側に形成されてもよい。
さらに、受光素子とサブ画素領域に配置されたTFT素子とを同一層上に形成しているが、それぞれ異なる層に形成してもよい。
また、駆動素子としてTFT素子を用いているが、画素電極をスイッチング制御する素子であれば、TFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)など他の駆動素子であってもよい。
そして、緑色フィルタ層は、カラーフィルタ層のGの色表示を行う色材と異なる色材を用いて形成してもよく、カラーフィルタ層と異なる工程において形成されてもよい。ここで、上述と同様に、受光素子において緑色フィルタ層を透過した環境光を受光する構成であれば、対向基板に緑色カラーフィルタ層を設けずに、素子基板にカラーフィルタ層を設けてもよい。
そして、液晶層として、TNモードで動作する液晶を用いているが、TNモードに限らず、負の誘電率異方性を有するVAN(Vertical Aligned Nematic)モードやECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、OCB(Optical Compensated Bend)モードなど、他の液晶を用いてもよい。
そして、液晶表示装置は、透過型の構成に限らず、半透過反射型の液晶表示装置であってもよい。
そして、電気光学装置としては、電圧の印加によって電界を発生させることにより電気光学層の光学特性を変化させるものであれば、液晶表示装置に限らず、有機EL(エレクトロルミネッセンス)装置など、他の電気光学装置であってもよい。
Claims (6)
- 一対の基板の間に電気光学層が挟持され、該電気光学層の形成領域に平面視でほぼ矩形状を有する画像表示領域が設けられた電気光学装置であって、
前記一方の基板が、前記画像表示領域の外周部の少なくとも一部に設けられたPIN構造の受光素子を有すると共に、
前記一対の基板のいずれかが、平面視で前記受光素子と重なる緑色フィルタ層を有し、
前記受光素子は、真性領域とp型領域とn型領域とを有する半導体層を備えており、
前記半導体層は、前記画像表示領域の外周部のうち少なくとも1辺に沿って延在するように設けられており、
前記真正領域と前記p型領域と前記n型領域は、前記画像表示領域の前記辺と直交する方向に互いに隣接して配置されていることを特徴とする電気光学装置。 - 前記受光素子と、前記電気光学層を駆動する駆動素子とが、同一層上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記電気光学層が、液晶層であり、
前記一対の基板が、シール材によって貼り合わされていることを特徴とする請求項1または2に記載の電気光学装置。 - 前記受光素子が、前記シール材の形成領域よりも内側に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の電気光学装置。
- 前記一対の基板のいずれかが、前記緑色フィルタと、前記画像表示領域を構成する画素領域で表示される色に対応して設けられたカラーフィルタ層とを有し、
前記緑色フィルタ層と前記カラーフィルタ層とが、同一層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に記載の電気光学装置。 - 一対の基板の間に電気光学層が挟持され、該電気光学層の形成領域に平面視でほぼ矩形状を有する画像表示領域が設けられた電気光学装置の製造方法であって、
前記一方の基板に前記電気光学層を駆動する駆動素子を形成すると共に、前記画像表示領域の外周部の少なくとも一部に、真性領域とp型領域とn型領域とを有する半導体層を備えたPIN構造の受光素子を形成する工程と、
前記一対の基板のいずれかに、平面視で前記受光素子と重なる緑色フィルタ層を形成する工程とを備え、
前記駆動素子と前記受光素子とを、同一層上に形成し、
前記半導体層を、前記画像表示領域の外周部のうち少なくとも1辺に沿って延在するように形成し、
前記真正領域と前記p型領域と前記n型領域は、前記画像表示領域の前記辺と直交する方向に互いに隣接して形成することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
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