JP5104023B2 - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、タッチパネル機能を有する液晶装置等の電気光学装置、及びそのような電気光学装置を具備してなる電子機器の技術分野に関する。

この種の電気光学装置の一例である液晶装置では、複数の画素部毎に、或いは任意の個数の画素部を一群とする群毎に光センサを配置し、画素部を透過する透過光による画像表示、及び指示手段を介した当該液晶装置への情報の入力を可能にする、所謂タッチパネル機能を有する液晶装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照。）。このような液晶装置では、指或いは指示部材等の指示手段が液晶装置の表示面に触れたこと、或いは表示面上で動いたことが光センサ等の受光素子によって検出され、当該液晶装置への情報の入力が可能になっている。

このような電気光学装置では、指示手段の周囲が明るい場合には、表示面に近づく、或いは表示面に接触する指示手段の影がその周囲の明るい領域と識別されることによって指示手段の画像が特定される。他方、このような電気光学装置では、指示手段の周囲が暗い場合には、指等の指示手段によって反射された検出用の光を外光と区別して検出することによって指示手段の画像が特定される（例えば、特許文献５参照。）。また、表示面に表示された画像の輝度が低い場合と、高い場合との夫々において指等の指示手段によって反射された反射光を検出し、これら反射光相互の差分をとることによって指示手段の位置を特定する技術も提案されている（例えば、特許文献６参照。）。

一方、タッチパネル機能を有しない液晶装置では、黒画像を挿入することによって画像の表示品位を高める技術が提案されている（例えば、特許文献７参照。）。

特開平５−３３３３６９号公報 特開平６−１８８４６号公報 特開平６−１９４６８１号公報 特開２００４−４５８７５号公報 特開２００６−３１７６８２号公報 特開２００４−３１８８１９号公報 特開２００６−３０７４１号公報

しかしながら、この種の電気光学装置の一例である液晶装置では、光源であるバックライトの消灯した状態で、外光を遮光する指示手段の影を検出する場合、例えば夜間等の外光が弱い環境下では指示手段によって遮られなかった外光の光強度が元々低いため、指示手段の影を他の部分と識別して検出することが困難になる。

また、この種の液晶装置では、バックライトから出射された光が指示手段によって反射され、当該反射光を光センサ等の光検出手段で検出することによって指示手段を検知する方法も考えられるが、反射光及び外光の光強度が同程度になる環境下では、指示手段を他の部分と識別して検知することが難しくなる。

加えて、外光の光強度が高い環境下では、指示手段及び画像表示面間に回り込む光量が増大するため、表示面のうち指示手段が接触した接触領域に配置された光センサによって光が検出された信号と、指示手段が接触しなかった非接触領域に配置された光センサによって光が検出された信号との比が小さくなり、指示手段を他の部分と識別して検出することが困難である。

よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、表示面を指示する指等の指示手段を外光の光強度に左右されず確実に検出できるタッチパネル機能を有した電気光学装置、及びそのような電気光学装置を具備してなる電子機器を提供することを課題とする。

本発明に係る電気光学装置は上記課題を解決するために、基板と、前記基板上に形成されており、指示手段によって指示される表示面の表示領域を構成する複数の画素部と、前記表示面に画像を表示する表示期間の一のタイミングにおいて前記表示面に黒画像が表示され、且つ、前記表示期間の他のタイミングにおいて前記黒画像より高い輝度を有する他の画像が表示されるように、前記複数の画素部を制御する制御手段と、前記基板上において前記表示領域に形成された光センサ部とを備える。

本発明に係る電気光学装置によれば、基板は、例えば、後述する画素部に設けられた、ＴＦＴ等の画素スイッチング用素子が形成されたＴＦＴアレイ基板である。

複数の画素部は、基板上の表示領域を構成するように、例えばマトリクス状に配列されている。複数の画素部の夫々が駆動されることによって所望の画像が表示される表示面は、指等の指示手段によって指示可能に構成されている。

制御手段は、例えば、各画素部に画像信号を供給するデータ線駆動回路部、或いは画素部に走査信号を供給する走査線駆動回路部等の各種回路部の動作を制御する制御回路部であり、基板上、或いは、各回路部に電気的に接続された外部回路部である。このような制御手段の制御下において、複数の画素部は、表示面に画像を表示する表示期間の一のタイミングにおいて表示面に黒画像が表示し、且つ、表示期間の他のタイミングにおいて黒画像より高い輝度を有する他の画像を表示する。これら黒画像及び他の画像の夫々は、表示面における表示領域に各画像に応じて一様な輝度で表示される。言い換えれば、表示期間の一のタイミング及び他のタイミングの夫々のタイミングでおいて、表示面から互いに異なる輝度で一様な光強度の光が指示手段に向かって出射されることになる。

光センサ部は、基板上において表示領域に形成されている。したがって、光センサ部は、一のタイミングにおいて、指示手段によって遮られなかった外光を検出すると共に、他のタイミングにおいて、表示面から出射された光が指示手段によって反射された反射光を検出する。黒画像及び他の画像が一定の間隔で、或いは不定の間隔で表示面に表示されるため、外光の光強度が変化した場合でも、指示手段を検出できる。より具体的には、例えば、当該電気光学装置の周囲に照射される外光の光強度が低い場合、即ち周囲が暗い場合には、黒画像より高い輝度を有する他の画像が表示面に表示される他のタイミングにおいて、光センサ部は、指示手段によって反射された反射光を検出することによって指示手段を他の部分と識別しつつ検出可能である。他方、外光の光強度が高い場合、即ち、周囲が明るい場合には、一のタイミングにおいて、光センサ部は、指示手段によって遮られなかった外光を検出することによって、指示手段の影を検出することが可能になり、当該影の位置に基づいて指示手段の位置を特定可能になる。

したがって、本発明に係る電気光学装置によれば、表示面を指示する指等の指示手段を、外光の光強度に左右されず確実に検出することが可能であり、指示手段を介して確実に情報を入力可能なタッチパネル機能を有する電気光学装置を提供できる。

本発明に係る電気光学装置の一の態様では、前記他の画像は、前記表示領域から青色光が出射されることによって前記表示面に表示された青色画像であってもよい。

この態様によれば、青色光は、赤色光及び緑色光等の他の色光に比べて人間の視覚に認識され難い。したがって、例えば、連続したフレームの夫々に応じて表示面に表示された画像によって動画像を表示する際には、黒画像及び青色画像がこれらフレームに部分的に挿入される。したがって、この態様によれば、黒画像及び青色画像が視覚に認識されないようにしつつ、指示手段を検出することが可能である。

本発明に係る電気光学装置の他の態様では、前記基板から見て、前記表示面の反対側に配置された光源を更に備え、前記光源は、前記一のタイミングにおいて消灯され、前記他のタイミングにおいて点灯されていてもよい。

この態様によれば、一のタイミング及び他のタイミングにおいて、光源の点灯および消灯に応じて指示手段に向かって出射される光を調節でき、外光の強度が変化しても確実に指示手段を検出できる。

本発明に係る電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の電気光学装置を備えている。

本発明に係る電子機器によれば、上述した本発明に係る電気光学装置を具備してなるので、高品位の表示が可能な携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。また、本発明に係る電子機器として、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置等も実現することが可能である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電気光学装置及び電子機器の各実施形態を説明する。なお、以下では、本発明に係る電気光学装置の一例として液晶装置を挙げる。

＜１：液晶装置＞
＜１−１：液晶装置の全体構成＞
先ず、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る液晶装置１の全体構成を説明する。図１は、ＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た液晶装置１の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ´断面図である。本実施形態に係る液晶装置１は、駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式で駆動される。

図１及び図２において、液晶装置１では、本発明の「基板」の一例であるＴＦＴアレイ基板１０と、対向基板２０とが対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間に液晶層５０が封入されており、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０は、複数の画素部が設けられる表示領域たる画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されている。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。

シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。尚、画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域が存在する。言い換えれば、本実施形態においては特に、ＴＦＴアレイ基板１０の中心から見て、この額縁遮光膜５３より以遠が周辺領域として規定されている。

周辺領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域１０ａの両側に設けられた二つの走査線駆動回路１０４間をつなぐため、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして複数の配線１０５が設けられている。

ＴＦＴアレイ基板１０上の周辺領域には、後述する光センサを含むセンサ部を制御するためのセンサ制御回路部２０１が形成されている。外部回路接続端子１０２は、外部回路及び液晶装置１を電気的に接続する接続手段の一例であるフレキシブル基板（以下、ＦＰＣと称す。）２００に設けられた接続端子に接続されている。液晶装置１が有するバックライトは、ＦＰＣ２００に搭載されたＩＣ回路等から構成されるバックライト制御回路２０２によって制御される。尚、センサ制御回路部２０１及びバックライト制御回路２０２の夫々は、液晶装置１に内蔵されていてもよいし、液晶装置１の外部に形成されていてもよい。

対向基板２０の４つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材１０６が配置されている。他方、ＴＦＴアレイ基板１０にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な導通をとることができる。

図２において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９ａ上に、配向膜が形成されている。他方、対向基板２０上には、対向電極２１の他、格子状又はストライプ状の遮光膜２３、更には最上層部分に配向膜が形成されている。液晶層５０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。液晶装置１によって表示される画像は、対向基板２０の両面のうち液晶層５０に面しない側の表示面２０ｓに表示される。尚、本実施形態では、説明の便宜上、偏光板及びカラーフィルタの図示を省略しているが、対向基板２０上に偏光板及びカラーフィルタが配置されている場合には、図中において、液晶装置１の最上面が表示面になる。

液晶装置１は、図中ＴＦＴアレイ基板１０の下側に配置されたバックライト２０６を備えている。バックライト２０６は、本発明の「光源」の一例であり、表示面２０ｓの裏面側に配置されていることになる。バックライト２０６は、発光ダイオードの一例である点状光源の半導体発光素子が平面的に配列されることによって構成されている。バックライト２０６は、有機ＥＬ素子等の発光ダイオードを含んで構成されていてもよい。また、導光体により側面に配置された光源からの光を面状に発光させるサイドライト方式のバックライトが用いられてもよい。

尚、図１及び図２に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、これらのデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４等の駆動回路に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

＜１−２：液晶装置の回路構成＞
次に、図３及び図４を参照しながら、液晶装置１の回路構成を説明する。図３は、液晶装置１の主要な回路構成を示したブロック図であり、図４は、センサ制御回路部２０１の詳細な回路構成を示したブロック図である。

図３及び図４において、液晶装置１は、センサ制御回路部２０１、バックライト制御回路部２０２、本発明の「制御手段」の一例である表示制御回路部２０３、本発明の「光センサ部」の一例であるセンサ部２０４、表示部２０５、及びバックライト２０６を備えて構成されている。

表示部２０５は、ＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域１０ａに形成された複数の画素部から構成されている。表示制御回路部２０３は、走査線駆動回路１０４及びデータ線駆動回路１０１を備えて構成されており、外部回路部２０７から供給される画像信号を含む各種信号に応じた画像を表示部２０５が表示可能なように表示部２０５の動作を制御する。センサ部２０４は、表示部２０５と共に、ＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域１０ａに形成されている。

センサ制御回路部２０１は、センサ部２０４の動作を制御すると共に、バックライト２０６から出射される光源光の光強度を変更するための信号をバックライト制御回路部２０２に供給する。

ここで、図４を参照しながら、センサ制御回路部２０１の詳細な構成を説明する。図４に示すように、センサ制御回路部２０１は、画像処理回路部２０１ａ、及びメモリ２０１ｂを備えて構成されている。画像処理回路部２０１ａは、指等の指示手段が検出される際に、指示手段が撮像された画像のデータを処理する。メモリ２０１ｂは、画像処理回路部２０１ａから供給されたデータを記憶する。画像処理回路部２０１ａは、メモリ２０１ｂに記憶されたデータを適時読み出し、指示手段の位置を特定する際に利用する。

再び、図３において、バックライト制御回路部２０２は、外部回路部２０７及びセンサ制御回路部２０１の夫々から供給された信号に基づいてバックライト２０６の動作を制御する。バックライト２０６は、バックライト制御回路部２０２の制御下において、液晶装置１の表示面２０ｓを指等の指示手段が指示したことを検知するための光源光を表示面２０ｓに出射する。

バックライト２０６は、外部回路部２０７からバックライト制御回路部２０２を介して供給される画像信号に応じた画像を表示面に表示するための表示光を出射する表示用光源として兼用されている。

したがって、尚、指示手段を検出するための光源光は、画像表示領域１０ａに所望の画像を表示するために各画素部に供給される画像信号とは別の信号が画素部、或いは光源に供給されることによって、表示面２０Ｓから指示手段に向かって出射される。加えて、このような光源光は、画像表示領域１０ａに所望の画像を表示する互いに連続した一連のフレーム中に挿入される。黒画像もこれら一連のフレーム中に挿入される。

なお、バックライト２０６によれば、別途指示手段を検出ための検出用の光を出射するための光源を設ける必要がないため、液晶装置１の構成を簡便なものにすることができる。

＜１−３：画素部の構成＞
次に、図５乃至図９を参照しながら、液晶装置１の画素部の構成を詳細に説明する。図５は、液晶装置１の画像表示領域１０ａを構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路であり、図６は、画素部と共にセンサ部２０４の等価回路を示した等価回路である。図７は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ´断面図である。図９は、図７のＩＸ−ＩＸ´断面図である。尚、図８及び図９においては、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。

図５において、液晶装置１の画像表示領域１０ａを構成するマトリクス状に形成された複数の画素部７２の夫々は、赤色を表示するサブ画素部７２Ｒ、緑色を表示するサブ画素部７２Ｇ、及び青色を表示するサブ画素部７２Ｂを含んで構成されている。したがって、液晶装置１は、カラー画像を表示可能な表示装置である。サブ画素部７２Ｒ、７２Ｇ及び７２Ｂの夫々は、画素電極９ａ、ＴＦＴ３０、及び液晶素子５０ａを備えている。ＴＦＴ３０は、画素電極９ａに電気的に接続されており、液晶装置１の動作時に画素電極９ａをスイッチング制御する。画像信号が供給されるデータ線６ａは、ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。

ＴＦＴ３０のゲートに走査線３ａが電気的に接続されており、液晶装置１は、所定のタイミングで、走査線３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｍを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９ａは、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎが所定のタイミングで書き込まれる。画素電極９ａを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎは、対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持される。

液晶層５０に含まれる液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。ノーマリーホワイトモードであれば、各サブ画素部の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、各サブ画素部の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加され、全体として液晶装置１からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射される。蓄積容量７０は、画像信号がリークすることを防ぐために、画素電極９ａと対向電極との間に形成される液晶素子５０ａと並列に付加されている。

図６において、センサ部２０４は、ＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域１０ａにおいて画素部７２毎に形成されており、ＴＦＴ２１１ａ、２１１ｂ及び２１１ｃ、フォトダイオード２１２、並びに容量素子２１３を備えて構成されている。

ＴＦＴ２１１ａのゲートは、センサプリチャージ制御線３０２に電気的に接続されている。ＴＦＴ２１１ａのソース及びドレインの夫々は、プリチャージ線３０１、及びフォトダイオード２１２、並びに容量素子２１３に電気的に接続されている。

ＴＦＴ２１１ａは、センサ制御回路部２０１からセンサプリチャージ制御線３０２を介して供給されたプリチャージ制御信号に応じてオンオフが切り換えられる。フォトダイオード２１２は、プリチャージ線３０１及びＴＦＴ２１１ａを介して供給されたプリチャージ電圧によってプリチャージされる。

ＴＦＴ２１１ｂのゲートは、フォトダイオード２１２に電気的に接続されており、フォトダイオード２１２に蓄電された電荷量の変化を増幅する増幅用素子である。フォトダイオード２１２に生じる電荷量の変化は、フォトダイオード２１２が検出する光に起因して生じる。

ＴＦＴ２１１ｃのゲートは、センサ出力制御線３０３に電気的に接続されている。ＴＦＴ２１１ｃは、センサ出力制御線３０３を介して供給される出力制御信号に応じてオンオフが切り換えられ、フォトダイオード２１２で生じた電荷量の変化に対応した出力信号をセンサ出力線３０４を介してセンサ制御回路部２０１に出力する。

次に、図７乃至図９を参照して、画素部を構成するサブ画素部７２ｓの具体的な構成を説明する。以下では、後述する指示手段の位置検出方法において黒画像及び青色画像の夫々を所定のタイミングで表示する画素部の主要な構成と、黒画像及び青色画像の夫々が表示された際に表示面２０ｓに入射する光を検出するフォトダイオード２１２の構成とを詳細に説明し、これら画素部の構成要素及びフォトダイオード２１２と同層或いは異なる層に形成されたＴＦＴ２１１ａ、２１１ｂ及び２１１ｃ等の半導体素子の具体的な構成を省略する。尚、ＴＦＴ２１１ａ等の半導体素子は、ＴＦＴ３０と同様に画素部の開口領域を透過する光が照射されないように、各画素部の開口領域を互いに隔てる非開口領域に形成されている。

図７及び図８において、液晶装置１のＴＦＴアレイ基板１０上には、Ｘ方向及びＹ方向に対してマトリクス状に複数の透明な画素電極９ａ（点線部９ａ´により輪郭が示されている）が設けられており、画素電極９ａの縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ及び走査線３ａが設けられている。指等の指示手段は、液晶装置１の表示面２０ｓに接触、或いは表示面２０ｓの所望の領域を指示することによって液晶装置１に各種情報を入力できる。

走査線３ａは、半導体層１ａのうち図７中右上がりの斜線領域で示したチャネル領域１ａ´に対向するように配置されている。走査線３ａとデータ線６ａとが交差する個所の夫々には画素スイッチング用のＴＦＴ３０が設けられている。

データ線６ａは、その上面が平坦化された第２層間絶縁膜４２を下地として形成された下地膜４２ａａ上に形成されており、コンタクトホール８１を介してＴＦＴ３０の高濃度ソース領域に接続されている。データ線６ａ及びコンタクトホール８１内部は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ（アルミニウム）含有材料、又はＡｌ単体、若しくはＡｌ層とＴｉＮ層等との多層膜からなる。データ線６ａは、ＴＦＴ３０を遮光する機能を有している。

蓄積容量７０は、高濃度ドレイン領域１ｅ及び画素電極９ａに接続された画素電位側容量電極としての下部容量電極７１と、固定電位側容量電極としての上部容量電極３００の一部とが、誘電体膜７５を介して対向配置されることにより形成されている。

図７及び図８に示すように、上部容量電極３００は、例えば金属又は合金を含む上側遮光膜（内蔵遮光膜）としてＴＦＴ３０の上側に設けられている。上部容量電極３００は、固定電位側容量電極としても機能する。上部容量電極３００は、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｌ（アルミニウム等の金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなる。上部容量電極３００は、例えば導電性のポリシリコン膜等からなる第１膜と高融点金属を含む金属シリサイド膜等からなる第２膜とが積層された多層構造を持っていてもよい。

下部容量電極７１は、例えば導電性のポリシリコン膜や、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｌ等の金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなり画素電位側容量電極として機能する。下部容量電極７１は、画素電位側容量電極としての機能の他、上側遮光膜としての上部容量電極３００とＴＦＴ３０との間に配置される、光吸収層或いは上側遮光膜の他の例としての機能を持ち、更に、画素電極９ａとＴＦＴ３０の高濃度ドレイン領域１ｅとを中継接続する機能を持つ。但し、下部容量電極７１も、上部容量電極３００と同様に、金属又は合金を含む単一層膜若しくは多層膜から構成されていてもよい。

容量電極としての下部容量電極７１と上部容量電極３００との間に配置される誘電体膜７５は、例えばＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜、ＬＴＯ（Low Temperature Oxide）膜等の酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜等から構成される。

上部容量電極３００は、画素電極９ａが配置された画像表示領域１０ａからその周囲に延設され、定電位源と電気的に接続されて、固定電位とされる。

ＴＦＴ３０の下側に下地絶縁膜１２を介して格子状に設けられた下側遮光膜１１ａは、ＴＦＴアレイ基板１０側から装置内に入射する戻り光からＴＦＴ３０のチャネル領域１ａ´及びその周辺を遮光する。下側遮光膜１１ａは、上部容量電極３００と同様に、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｌ等の金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなる。

下地絶縁層１２は、下側遮光膜１１ａからＴＦＴ３０を層間絶縁する機能の他、ＴＦＴアレイ基板１０の全面に形成されることにより、ＴＦＴアレイ基板１０の表面の研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等で画素スイッチング用ＴＦＴ３０の特性の劣化を防止する機能を有する。画素電極９ａは、下部容量電極７１を中継することにより、コンタクトホール８３及び８５を介して半導体層１ａのうち高濃度ドレイン領域１ｅに電気的に接続されている。

図７及び図８に示すように、液晶装置１は、透明なＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置される透明な対向基板２０とを備えている。ＴＦＴアレイ基板１０は、例えば石英基板、ガラス基板、シリコン基板からなり、対向基板２０は、例えばガラス基板や石英基板からなる。

ＴＦＴアレイ基板１０には、画素電極９ａが設けられており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜１６が設けられている。例えば、画素電極９ａはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などの透明導電性膜からなり、配向膜１６は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。

対向基板２０には、その全面に渡って対向電極２１が設けられており、その下側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜２２が設けられている。対向電極２１は例えば、ＩＴＯ膜などの透明導電性膜からなる。配向膜２２は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。

対向基板２０には、格子状又はストライプ状の遮光膜を設けるようにしてもよい。このような構成を採ることで、上部容量電極３００として設けられた上側遮光膜と併せ、ＴＦＴアレイ基板１０側からの入射光のチャネル領域１ａ´ないしその周辺への侵入を阻止するのをより確実に阻止することができる。

このように構成され、画素電極９ａと対向電極２１とが対面するように配置されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が形成される。液晶層５０は、画素電極９ａからの電界が印加されていない状態で配向膜１６及び２２により所定の配向状態をとる。

図８において、画素スイッチング用ＴＦＴ３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、ゲート電極３ａ２、走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ´、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜を含む絶縁膜２、低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、高濃度ソース領域１ｄ並びに高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃ、高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅは、半導体層１ａの不純物領域を構成しており、チャネル領域１ａ´の両側にミラー対称に形成されている。

ゲート電極３ａ２は、ポリシリコン膜等の導電膜や、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｌ等の金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等によって形成されており、低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃに重ならないように絶縁膜２を介してチャネル領域１ａ´上に設けられている。したがって、ＴＦＴ３０では、高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅとゲート電極３ａ２とのオフセットが十分に確保されている。

尚、ゲート電極３ａ２の縁は、平面的に見て低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃとチャネル領域１ａ´との境界に重なっており、低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃと、ゲート電極３ａ２との間に生じる寄生容量が低減されている。これにより、ＴＦＴ３０トランジスタの高速動作が可能となり、液晶装置１の表示性能が高められている。

加えて、液晶装置１では、ゲート電極３ａ２上にＴＦＴ３０を覆うように形成された上部容量電極３００によって、ゲート電極３ａ２のみによって遮光する場合に比べて効果的に低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃを遮光できる。

このように、液晶装置１によれば、光リーク電流が低減されたＴＦＴ３０を用いて、フリッカ等の画像表示を行う際に発生する不具合を低減でき、高品位で画像を表示できる。加えて、ＴＦＴ３０は、ＬＤＤ構造を有しているため、ＴＦＴ３０の非動作時において低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃに流れるオフ電流が低減され、且つＴＦＴ３０の動作時に流れるオン電流の低下が抑制されている。よって、液晶装置１によれば、ＬＤＤ構造の利点及び光リーク電流が殆ど流れないことを利用して高品位で画像を表示できる。

下側遮光膜１１ａ上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール８１及び高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８３が各々開孔された第１層間絶縁膜４１が形成されている。

第１層間絶縁膜４１上には下部容量電極７１及び上部容量電極３００が形成されており、これらの上には、コンタクトホール８１及び８５が各々開孔された第２層間絶縁膜４２が形成されている。

本実施形態における第２層間絶縁膜４２は、例えばＢＰＳＧ膜からなり、加熱による流動化状態を経ることによって上面が平坦化されている。即ち、その成膜時の上面には、下層側の蓄積容量７０やＴＦＴ３０、走査線３ａ、更には下地遮光膜１１ａの存在によって段差が生じているが、一旦流動化されることで、上面は段差による凹凸が均された状態となっている。尚、第２層間絶縁膜４２は、感光性のアクリル樹脂などを用いて段差が軽減されていてもよい。

更に、データ線６ａの上から第２層間絶縁膜４２の全面を覆うように、コンタクトホール８５が形成された第３層間絶縁膜４３が、例えばＢＰＳＧ膜により形成されている。画素電極９ａ及び配向膜１６は、第３層間絶縁膜４３の上面に設けられている。尚、第３層間絶縁膜４２は、感光性のアクリル樹脂などを用いて段差が軽減されていてもよい。

次に、図７及び図９を参照しながら、フォトダイオード２１２について詳細に説明する。

図７及び図９に示すように、フォトダイオード２１２は、画像表示領域１０ａにおいて、実質的に画像表示に寄与する開口領域を互いに隔てる非開口領域に形成されている。開口領域は、バックライト２０６から出射された表示用光が透過する領域である。このような開口領域は、データ線６ａ等の非透過性膜が形成された非開口領域に囲まれている。開口領域において、バックライト２０６から出射された表示用光は、液晶層５０の配向状態に応じて変調され、変調光として表示面２０ｓから出射される。

フォトダイオード２１２は、表示面２０ｓに接触する、或いは表示面２０ｓ上に位置する指示手段によって反射された反射光と外光とを検出する。センサ制御回路部２０１は、フォトダイオード２１２によって検出された反射光及び外光の夫々の光強度に基づいて指示手段の位置を特定する。フォトダイオード２１２は、ＴＦＴアレイ基板１０側から順に下電極２１２e、Ｎ型半導体層２１２ｄ、受光層２１２ｃ及びＰ型半導体層２１２ｂ、上電極２１２ａが順次積層されてなるＰＩＮダイオードである。フォトダイオード２１２は、画像表示に寄与しない領域である非開口領域に配置されているため、画素の開口率を低下させず、各画素部の動作に応じた画像表示を阻害しない。第３層間絶縁膜４３のうち非開口領域に延びる部分には、凹部１５２が形成されている。凹部１５２の底面には、フォトダイオード２１２の受光面２１２ｓが臨んでいる。また、対向基板２０には、非開口領域を部分的に規定するブラックマトリックス１５３が形成されている。尚、フォトダイオード２１２は、ＴＦＴ３０と同層に水平方向に形成されていてもよい。フォトダイオード２１２及びＴＦＴ３０を同層に形成することによって、これら素子の夫々を形成する工程を相互に共用でき、これら素子を別々の工程によって形成する場合に比べて工程を簡略化できる。

＜２：指示手段の検出方法＞
次に、図１０乃至図１２を参照しながら、液晶装置１が指示手段を検出する検出方法を説明する。図１０は、表示面２０ｓに表示される動画像を構成する一連のフレーム画像の関係を示した概念図である。

図１０に示すように、表示面２０ｓには、表示制御回路部２０３の制御下で各画素部の駆動が制御され、連続する一連のフレーム（図中第Ｎフレームから第Ｎ＋５フレーム）によって、画像Ｇｎ、Ｇｎ＋１、Ｇｎ＋２、Ｇｎ＋３、Ｇｎ＋４、Ｇｎ＋５が表示される。ここで、画像Ｇｎ＋１は、表示面２０ｓ全体の画像部に一様に黒色が表示される黒画像であり、画像Ｇｎ＋４は、表示面２０ｓ全体の画素部に一様に青色が表示される青色画像である。画像Ｇｎ、Ｇｎ＋２、Ｇｎ＋３、及びＧｎ＋５は、画像信号に応じて表示面２０ｓに表示されるべき動画像等の画像を構成する画像である。画像Ｇｎ＋４は、画像Ｇｎ＋１に比べて高い輝度を有している。したがって、連続した一連のフレームのうち、本発明の「一のタイミング」の一例である第Ｎ＋１フレームにおいて黒画像である画像Ｇｎ＋１が表示され、本発明の「他のタイミング」の一例である第Ｎ＋４フレームにおいて、本発明の「他の画像」の一例である画像Ｇｎ＋４が表示される。

センサ部２０４は、第Ｎ＋１フレームにおいて、表示面２０ｓを指示する指示手段によって遮られなかった外光を検出する。センサ部２０４は、第Ｎ＋４フレームにおいて、表示面２０ｓから出射された青色光が指示手段によって反射された反射光を検出する。

したがって、液晶装置１によれば、外光の光強度が変化した場合でも、第Ｎ＋１フレーム及び第Ｎ＋４フレームの何れか一方のフレームにおいてセンサ部２０４によって検出された光によって指示手段を検出できる。

ここで、図１０乃至図１２を参照しながら、外光の光強度が変化した場合でも指示手段を検出できる原理を詳細に説明する。図１１及び図１２は、外光の強度に対して、タッチ部及び非タッチ部において検出される光の強度を示した一覧表である。尚、表１は、バックライトが点灯している状態、即ち表示面２０ｓから一様に光が出射されている状態における光の検出状態を示しており、表２はバックライトが消灯している状態、即ち表示面２０ｓから光が出射されていない状態における光の検出状態を示している。また、図１１及び図１２中におけるタッチ部は、指示手段によって表示面２０ｓが指示された際に指示手段によって反射された光の強度を示しており、非タッチ部は指示手段によって遮られなかった外光の光強度を示す。

表１において、条件１及び３では、タッチ部及び非タッチ部の夫々において検出される光の強度が異なるため、指示手段を検出可能であるが、条件２ではタッチ部及び非タッチ部の夫々において検出される光強度が等しくなるため、指示手段の他の部分と識別して検出することができない。表２では、表１と同様に、条件６において指示手段を検出できない。

そこで、図１０に示すように、本実施形態に係る液晶装置１によれば、互いに異なるタイミングで黒画像である画像Ｇｎ＋１と、青色画像である画像Ｇｎ＋４とが表示されるため、指示手段を検出できる。より具体的には、図１１に示す表１中の条件２では、画像Ｇｎ＋１が表示されることによって表２の条件５の状態の下で指示手段の影を検出でき、当該指示手段を他の部分と識別して検出できる。他方、図１２に示す表２中の条件６では、画像Ｇｎ＋４が表示されることによって表１の条件３の状態の下で指示手段によって反射された反射光を検出でき、当該指示手段を他の部分と識別して検出できる。

したがって、本実施形態に係る液晶装置１によれば、外光の光強度が変化した場合でも、表示面２０ｓを指示する指等の指示手段を検出でき、当該検出された指示手段を介して当該液晶装置１に各種情報を確実に入力することが可能である。

加えて、本実施形態では、他の色光より検知され難い青色画像を一連のフレーム画像に挿入することから、一連のフレーム画像によって表示される動画像の表示品位を低下させることがない利点もある。

＜３：電子機器＞
次に、図１３及び図１４を参照しながら、上述した液晶装置を具備してなる電子機器の実施形態を説明する。

図１３は、上述した液晶装置が適用されたモバイル型のパーソナルコンピュータの斜視図である。図１３において、コンピュータ１２００は、キーボード１２０２を備えた本体部１２０４と、上述した液晶装置を含んでなる液晶表示ユニット１２０６とから構成されている。液晶表示ユニット１２０６は、液晶パネル１００５の背面にバックライトを付加することにより構成されており、外光の光強度が変化しても確実に情報を入力できるタッチパネル機能を有している。

次に、上述した液晶装置を携帯電話に適用した例について説明する。図１４は、本実施形態の電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。図１４において、携帯電話１３００は、複数の操作ボタン１３０２とともに、反射型の表示形式を採用し、且つ上述した液晶装置と同様の構成を有する液晶装置１００５を備えている。携帯電話１３００によれば、指等の指示手段によって表示面を介して正確に情報を入力可能である。

本実施形態に係る液晶装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ´断面図である。 本実施形態に係る液晶装置の主要な回路構成を示したブロック図である。 センサ制御回路部の詳細な回路構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る液晶装置の画像表示領域における等価回路である。 画素部と共にセンサ部の等価回路を示した等価回路である。 データ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ´断面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ´断面図である。 表示面に表示される動画像を構成する一連のフレーム画像の関係を示した概念図である。 外光の強度に対して、タッチ部及び非タッチ部において検出される光の強度を示した一覧表（その１）である。 外光の強度に対して、タッチ部及び非タッチ部において検出される光の強度を示した一覧表（その２）である。 本実施形態に係る電子機器の一例を示した斜視図である。 本実施形態に係る電子機器の他の例を示した斜視図である。

符号の説明

１・・・液晶装置、１０・・・ＴＦＴアレイ基板、７２・・・画素部、２０３・・・表示制御回路部、２０４・・・センサ部

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板上に形成されており、指示手段によって指示される表示面の表示領域を構成する複数の画素部と、
   前記表示面に画像を表示する表示期間の互いに異なるタイミングで黒色画像と青色画像とが表示され、
   前記黒色画像が表示される場合には前記指示手段の影を検出する一方、
   前記青色画像が表示される場合には前記指示手段によって反射された反射光を検出する、
   ことを特徴とする電気光学装置。
2. 前記基板から見て、前記表示面の反対側に配置された光源を更に備え、
   前記光源は、前記一のタイミングにおいて消灯され、前記他のタイミングにおいて点灯
   されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の電気光学装置。
3. 請求項１または２のいずれか一つに記載の電気光学装置を具備している、
   ことを特徴とする電子機器。

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