JP2010056303A - 光センサ及びこの光センサを使用した液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低照度領域の感度が高いＴＦＴからなる光センサ及びこの光センサを使用した液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明の光センサＬＳａは、ゲート電極ＧＬａ上にゲート絶縁膜１８を介して半導体層３１が形成され、ゲート電極ＧＬａ上の半導体層３１の表面に部分的に接触するように近接配置されたソース電極ＳＬａ及びドレイン電極をＤＬａ備えるＴＦＴからなる光センサＬＳａにおいて、ソース電極ＳＬａ及びドレイン電極ＤＬａは、少なくとも半導体材料３１と接触している部分が透明導電性材料で形成されていることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は外光の明るさを検出する光センサ及びこの光センサを使用した液晶表示装置に関する。詳しくは、本発明は低照度領域の感度が高い薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）からなる光センサ及びこの光センサを使用した液晶表示装置に関する。

近年の情報通信機器のみならず一般の電気機器においても、液晶表示装置の適用が急速に普及している。液晶表示パネルは自ら発光しないために、照明手段としてのバックライトと組み合わされた透過型液晶表示装置が多く使用されているが、携帯型のものについては、消費電力を減少させるために、バックライトを必要としない反射型の液晶表示装置が用いられている。しかし、この反射型液晶表示装置は、外光を照明手段として用いるので暗い室内などでは見えにくくなってしまうために、照明手段としてフロントライトを使用した反射型液晶表示装置や、透過型と反射型の性質を併せ持つ半透過型の液晶表示装置の開発が進められてきている。

このような照明手段としてフロントライトを使用した反射型液晶表示装置は、暗い場所においてはフロントライトを点灯させて画像を表示し、明るい場所ではフロントライトを点灯することなく外光を利用して画像を表示することができる。また、半透過型液晶表示装置は、暗い場所においては照明手段としてバックライトを点灯して画素領域の透過部を利用して画像を表示し、明るい場所においてはバックライト等を点灯することなく反射部において外光を利用して画像を表示することができる。そのため、これらの反射型ないし半透過型液晶表示装置においては、常時フロントライトやバックライト等の照明手段を点灯する必要がなくなるので、消費電力を大幅に低減させることができるという利点を有している。

加えて、透過型液晶表示装置においては、暗い場所ではバックライトの明るさを落としても明確に画像を確認できるが、明るい場所ではバックライトの明るさを強くしないと画像は視認し難いという特徴を有している。

上述のように、各種の液晶表示装置は、外光の強さ（明るさ）により液晶表示画面の見えやすさが異なる。このため、光センサを液晶表示装置に設け、この光センサの出力によって外光の明暗を検出し、この光センサによる検出結果に基づいて照明手段の明るさを制御する発明が知られている。光検出の方式として、下記特許文献１には、光センサとしてＴＦＴからなる光センサを用い、ＴＦＴからなる光センサのソース・ドレイン電極間に敷設したコンデンサに基準電圧を充電し、その電圧の放電状態の照度依存性から外光の照度を検知する方法の発明が開示されている。

しかしながら、下記特許文献１に開示された発明では、ＴＦＴからなる光センサの光照射による光リーク電流が小さく、コンデンサの放電速度が遅いため照度の低い外光を検出するのに時間が掛かってしまう。即ち、下記特許文献１に開示された発明では、低照度域の感度が十分でなく、低照度域においてリアルタイムでの外光検出ができなくなるという問題が生じる。従って、従来のＴＦＴからなる光センサの低照度域の感度を高めることが要求されている。
特開２００７−１４０１０６号公報 特開昭５８−２１６２８５号公報 特開平０７−２５４７１４号公報

発明者等は、上記特許文献１を含む従来技術では、光センサ部分のソース・ドレイン電極をアルミニウム等の遮光性の金属で形成していることから、この光センサ部分のソース・ドレイン電極を透明導電性材料で形成するとどのような結果が得られるかについて検討を重ねた。その結果、半導体層（チャネル部）により多くの光が照射されるため、キャリアが多く発生し、低照度域においてもより多くの光リーク電流が発生して十分な放電速度を与えることができるようになることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、ＴＦＴからなる光センサにおいて、光センサ部分のソース電極及びドレイン電極を透明導電性材料で形成することで、低照度域においてもより多くの光リーク電流を発生することができ、高感度であるＴＦＴからなる光センサ及びこの光センサを使用した液晶表示装置を提供することを目的とする。

なお、上記特許文献２には、トップゲート型ＴＦＴのソース電極とドレイン電極に透明電極を使用し、電極配線にＡｌ又はＡｌ−Ｓｉ等を用いることにより、ＴＦＴのスイッチング特性を改善させた液晶表示装置の発明が開示されている。また、上記特許文献３には、画素電極の駆動用スイッチング素子としてのＴＦＴにおいて、画素電極、ソース電極及びドレイン電極を透明電極で形成すると共に、信号線を金属膜で形成することによってＴＦＴの表面を被覆することにより、高い製造歩留を達成できる液晶表示装置の発明が開示されている。

しかし、単に前記公知例の構成を光センサの構成として採用したのみでは、本発明の目的である低照度域における外光の検出感度向上という効果を達成することはできない。すなわち、上記特許文献２で開示されているトップゲート型のＴＦＴでは、ソース電極及びドレイン電極を透明導電性電極で形成しても、チャネル部には遮光性金属で形成されたゲート電極が存在しているため、十分な光リーク電流は望めず、光センサとしては採用することは困難である。また、上記特許文献３に開示されている発明でも、金属膜からなる遮光性膜がＴＦＴのチャネル部分を覆っているため、同様に十分な光リーク電流は望めないので、光センサの構成として採用することは困難である。

上記目的を達成するため、本発明のＴＦＴからなる光センサは、ゲート電極上に第１絶縁膜を介して半導体層が形成され、前記ゲート電極上の半導体層の表面に部分的に接触するように近接配置されたソース電極及びドレイン電極を備えるＴＦＴからなる光センサにおいて、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、少なくとも前記半導体材料と接触している部分が透明導電性材料で形成されていることを特徴とする。

ＴＦＴからなる光センサは、半導体層の表面に光照射されるとキャリアが発生するので、このキャリアをゲート電極及びソース電極間に流れる電流として検出することにより外光の明るさを検知することができる。従来例のＴＦＴからなる光センサは、ソース電極及びゲート電極共に金属材料で形成されているため、被検出光は金属材料からなるソース電極及びゲート電極によって反射ないし吸収されてしまうため、狭いチャネル領域に入射した光しか光検出に寄与しなくなるので、光検出感度が低くなってしまう。それに対し、本発明のＴＦＴからなる光センサによれば、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも半導体材料と接触している部分は透明導電性材料で形成されているため、外部から入射した被検出光はソース電極及びドレイン電極によって反射ないし吸収され難いので、半導体層の表面に従来例の光センサの場合よりも多量の被検出光を入射させることができる。そのため、本発明のＴＦＴからなる光センサによれば、被検出光が従来例のＴＦＴからなる光センサよりも半導体層に多量に入射されるため、キャリヤの発生が多くなって光検出感度が上昇する。

また、本発明のＴＦＴからなる光センサにおいては、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、互いに一定距離隔てて噛み合う櫛歯状に形成されていることが好ましい。

ＴＦＴからなる光センサのソース電極とドレイン電極とを互いに一定距離隔てて噛み合う櫛歯状に形成すると、チャネル領域を長くすることができる。そのため、本発明のＴＦＴからなる光センサによれば、ＴＦＴからなる光センサの感応部分が大きくなるので、光検出感度が上昇する。

また、本発明のＴＦＴからなる光センサにおいては、前記ゲート電極及びソース電極は、前記半導体層と接触していない領域が金属材料で形成されていることが好ましい。

本発明のＴＦＴからなる光センサにおいては、ソース電極及びドレイン電極の半導体層上に配置されている箇所は透明導電性材料で形成されていると共に、その他の部分は金属材料で形成されている。金属材料の電気抵抗は透明導電性材料の電気抵抗よりも大幅に小さい。そのため、本発明のＴＦＴセンサによれば、高い光検出感度を備えていると共に、検出された信号が劣化しないため、高感度かつ高精度に外光の明るさを検知することができるようになる。

また、本発明のＴＦＴからなる光センサにおいては、前記ゲート電極、ソース電極及び露出している前記第１絶縁膜の表面は第２絶縁膜で被覆されており、前記第２絶縁膜の表面には透明導電性材料からなるシールド電極が形成されていることが好ましい。

本発明のＴＦＴからなる光センサにおいては、ＴＦＴからなる光センサの光検出部分の表面が第２絶縁膜を介して透明導電性材料からなるシールド電極で被覆されている。そのため、外部からの電界はシールド電極によって遮られるので、ＴＦＴからなる光センサの検出信号中のノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上するため、高精度の外光の検出が可能なＴＦＴからなる光センサが得られる。なお、本発明における第２絶縁膜は、ＴＦＴからなる光センサのチャネル領域を保護するために、窒化ケイ素膜ないし酸化ケイ素膜等の無機絶縁膜が好ましい。

また、本発明のＴＦＴからなる光センサにおいては、前記ゲート電極、ソース電極及び露出している前記第１絶縁膜の表面は第２絶縁膜及び樹脂材料からなる層間膜で被覆されており、前記層間膜の表面には透明導電性材料からなるシールド電極が形成されていることが好ましい。

本発明のＴＦＴからなる光センサにおいては、ＴＦＴからなる光センサの感応部分の表面が第２絶縁膜及び樹脂材料からなる層間膜を介して透明導電性材料からなるシールド電極で被覆されているので、シールド電極とソース電極との間の距離が長くなって寄生容量が減少する。そのため、本発明のＴＦＴからなる光センサによれば、外部からの電界はシールド電極によって遮られるので、ＴＦＴからなる光センサの検出信号中のノイズが減少してＳ／Ｎ比が向上する他、検出時の時定数が小さくなるので、低照度域の被検出光を短時間で検出できるため光センサを高感度化できるようになる。なお、本発明における第２絶縁膜は、ＴＦＴからなる光センサのチャネル領域を保護するために、窒化ケイ素膜ないし酸化ケイ素膜等の無機絶縁膜からなるものが好ましく、また、層間膜としては感光性樹脂等の透明度が高いものが好ましい。

更に、上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と、カラーフィルタ基板と、前記アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板との間に狭持された液晶層と、前記アクティブマトリクス基板上に形成されたＴＦＴからなる光センサと、を備えた液晶表示装置であって、前記ＴＦＴからなる光センサの前記ソース電極及び前記ドレイン電極は透明導電性材料で形成されていることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置においては、ＴＦＴからなる光センサとしてソース電極及びドレイン電極の少なくとも半導体材料と接触している部分が透明導電性材料で形成されているものを用いている。そのため、本発明の液晶表示装置で使用しているＴＦＴからなる光センサにおいては、外部から入射した被検出光はソース電極及びドレイン電極によって反射ないし吸収され難いので、半導体層の表面に従来例の光センサの場合よりも多量の被検出光を入射させることができる。従って、本発明の液晶表示装置によれば、ＴＦＴからなる光センサのキャリヤの発生が多くなって光検出感度が上昇するので、低照度域においてもＴＦＴからなる光センサの出力に応じて正確に液晶表示装置の表示面の明るさ制御することができるようになる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記透明導電性材料からなるソース電極及びドレイン電極は、前記アクティブマトリクス基板に形成された透明導電性材料からなる画素電極と同組成の材料で形成されていることが好ましい。

本発明の液晶表示装置では、ソース電極及びドレイン電極は、アクティブマトリクス基板に形成された透明導電性材料からなる画素電極と同組成の材料で形成されている。そのため本発明の液晶表示装置によれば、画素電極の形成時にソース電極とドレイン電極とを同時形成できるため、特にＴＦＴからなる光センサのソース電極又はドレイン電極の形成のために工数を増やす必要がなくなる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記透明導電性材料から成るソース電極、ドレイン電極及び露出している前記第１絶縁膜の表面は第２絶縁膜で被覆されており、前記第２絶縁膜の表面には透明導電性材料からなるシールド電極が形成されていることが好ましい。

本発明の液晶表示装置においては、ＴＦＴからなる光センサの感応部分の表面が第２絶縁膜を介して透明導電性材料からなるシールド電極で被覆されているので、外部からの電界はシールド電極によって遮られる。そのため、本発明の液晶表示装置によれば、ＴＦＴからなる光センサの検出信号中のノイズが減少し、Ｓ／Ｎ比が向上するので、低照度域においても高精度に液晶表示装置の表示面の明るさの制御を行うことができる液晶表示装置が得られる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記透明導電性材料から成るソース電極、ドレイン電極及び露出している前記第１絶縁膜の表面は第２絶縁膜及び樹脂材料からなる層間膜で被覆されており、前記層間膜の表面には透明導電性材料からなるシールド電極が形成されていることが好ましい。

本発明の液晶表示装置においては、ＴＦＴからなる光センサの感応部分の表面が第２絶縁膜及び樹脂材料からなる層間膜を介して透明導電性材料からなるシールド電極で被覆されているので、シールド電極とソース電極及びドレイン電極との間の距離が長くなって、寄生容量が減少する。そのため、本発明の液晶表示装置によれば、外部からの電界はシールド電極によって遮られるので、ＴＦＴからなる光センサの検出信号中のノイズが減少してＳ／Ｎ比が向上する他、検出時の時定数が小さくなるため、低照度の被検出光を高精度に検出することができるので、より細かく液晶表示装置の表示面の明るさを制御することができるようになる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す各実施形態は、本発明の光センサ及び液晶表示装置の技術思想を具体化するために半透過型液晶表示装置に適用したものを例示したものであって、本発明をこの半透過型液晶表示装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。なお、この明細書における説明のために用いられた各図面においては、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せて表示しており、必ずしも実際の寸法に比例して表示されているものではない。

図１は本発明の各実施形態に共通する半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表したアレイ基板を模式的に示した平面図である。図２は図１のアレイ基板の１サブ画素分の平面図である。図３は図２のIII−III線で切断した断面図である。図４は光検出部の等価回路図である。図５は光検出部を拡大して示す平面図である。図６は図５のVI−VI線で切断した断面図である。図７は変形例のアレイ基板の１サブ画素分の部分断面図である。図８は第２実施形態の光検出部の図６に対応する断面図である。図９は第３実施形態の光検出部の図６に対応する断面図である

最初に第１実施形態〜第３実施形態に共通する液晶表示装置１０について図１〜図３を用いて説明する。この液晶表示装置１０は、互いに対向配置される矩形状の透明絶縁材料、例えばガラス板からなる透明基板１１上に種々の配線等を施してなるアレイ基板ＡＲと、同様に矩形状の透明絶縁材料からなる透明基板１２上に種々の配線等を施してなるカラーフィルタ基板ＣＦとを有している。アレイ基板ＡＲは、カラーフィルタ基板ＣＦと対向配置させたときに所定スペースの張出し部１３が形成されるようにカラーフィルタ基板ＣＦよりサイズが大きいものが使用され、これらアレイ基板ＡＲ及びカラーフィルタ基板ＣＦの外周側にシール材（図示省略）が塗布されて、内部に液晶１４及びスペーサ（図示せず）が封入された構成となっている。

アレイ基板ＡＲは、それぞれ対向する短辺１１ａ、１１ｂ及び長辺１１ｃ、１１ｄを有し、一方の短辺１１ｂ側が張出し部１３となっており、この張出し部１３にソースドライバ及びゲートドライバ用の半導体チップＤｒが搭載され、他方の短辺１１ａ側に光検出部ＬＤが配設されている。また、アレイ基板ＡＲの背面には照明手段としてのバックライト（図示省略）が設けられている。このバックライトは光検出部ＬＤの出力に基づいて、図示しない外部制御回路によって制御される。

このアレイ基板ＡＲは、その対向面、すなわち液晶と接触する側の面に、図１の行方向（横方向）に所定間隔をあけて配列された複数本の走査線ＧＷと、これらの走査線ＧＷと絶縁され列方向（縦方向）に配列された複数本の信号線ＳＷとを有している。それぞれの信号線ＳＷ及び走査線ＧＷとの交差部近傍には、走査線ＧＷからの走査信号によって駆動されるスイッチング素子としてのＴＦＴ（図２及び図３参照）が形成されている。また、それぞれの信号線ＳＷ及び走査線ＧＷとで囲まれた領域には、信号線ＳＷからの映像信号がスイッチング素子としてのＴＦＴを介して供給される画素電極２６（図２及び図３参照）が形成されている。これらの走査線ＧＷと信号線ＳＷとで囲まれる各領域は、いわゆるサブ画素を構成し、これらの画素が形成された領域が表示領域ＤＡとなっている。

各走査線ＧＷ及び信号線ＳＷは、表示領域ＤＡの外、すなわち額縁領域へ延出され、表示領域ＤＡ外の外周辺の領域にゲート引き回し配線ＧＬ及びソース引き回し配線ＳＬによってドライバＤｒに接続されている。また、アレイ基板ＡＲは、長辺１１ｃ及び１１ｄ側に光検出部ＬＤのＴＦＴからなる光センサＬＳから導出された引き回し配線Ｌ１〜Ｌ４が配線されて外部制御回路が接続される端子Ｔ１〜Ｔ４にそれぞれ接続されている。各端子Ｔ１〜Ｔ４には外部制御回路が接続されており、この制御回路から光検出部ＬＤへ基準電圧、ゲート電圧等が供給され、更に光検出部ＬＤからの出力が送出されるようになっている。

具体的には、例えば、引き回し配線Ｌ１はＴＦＴからなる光センサＬＳのソース電極ＳＬに接続されており、その出力が端子Ｔ１に出力されるようになっている。引き回し配線Ｌ２には端子Ｔ２からＴＦＴからなる光センサＬＳのドレイン電極ＤＬに基準電圧ＶＲＥＦが供給されている。引き回し配線Ｌ３は、ＴＦＴからなる光センサＬＳのゲート電極ＧＬに回路に接続され、端子Ｔ３から所定のゲートバイアス電圧が供給されるようになっている。また、引き回し配線Ｌ４は、ＴＦＴからなる光センサＬＳの静電保護回路ＰＴの制御電極に接続され、端子Ｔ４からの信号により、液晶表示装置の中間検査時にＴＦＴからなる光センサＬＳの電極をコモン配線ＣＯＭと短絡したり切り離したりするようになっている。

次に、液晶表示装置１０の各サブ画素の具体的構成について主に図２及び図３を参照して説明する。アレイ基板ＡＲの透明基板１１上の表示領域ＤＡ（図１参照）には、走査線ＧＷが等間隔に平行になるように形成され、更にこの走査線ＧＷからスイッチング素子を構成するＴＦＴのゲート電極Ｇが延設されている。また、この隣り合う走査線ＧＷ間の略中央には走査線ＧＷと平行になるように補助容量線１６が形成され、この補助容量線１６には補助容量線１６よりも幅広となされた補助容量電極１７が形成されている。

また、透明基板１１の全面に、走査線ＧＷ、補助容量線１６、補助容量電極１７及びゲート電極Ｇを覆うようにして窒化ケイ素や酸化ケイ素などの透明絶縁材料からなるゲート絶縁膜１８が積層されている。そして、ゲート電極Ｇの上にゲート絶縁膜１８を介して例えばａ−Ｓｉ等からなる半導体層１９が形成されている。また、ゲート絶縁膜１８上に複数の信号線ＳＷが走査線ＧＷと交差するようにして形成され、この信号線ＳＷから半導体層１９と接触するようにＴＦＴのソース電極Ｓが延設されている。更に、信号線ＳＷ及びソース電極Ｓと同一の材料からなるドレイン電極Ｄが同じく半導体層１９と接触するようにゲート絶縁膜１８上に設けられている。

ここで、走査線ＧＷと信号線ＳＷとに囲まれた領域が１サブ画素に相当する。そしてゲート電極Ｇ、ゲート絶縁膜１８、半導体層１９、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄによってスイッチング素子となるＴＦＴが構成される。このＴＦＴはそれぞれのサブ画素に形成される。この場合、ドレイン電極Ｄと補助容量電極１７によって各サブ画素の補助容量を形成することになる。

これらの信号線ＳＷ、ＴＦＴ、ゲート絶縁膜１８を覆うようにして透明基板１１の全面にわたり例えば無機絶縁材料からなる保護絶縁膜（パッシベーション膜）２０が積層され、この保護絶縁膜２０上に例えばポジ型の感光材料を含むアクリル樹脂等からなる層間膜（平坦化膜）２１が透明基板１１の全体にわたり積層されている。この層間膜２１の表面は、反射部２２においては微細な凹凸が形成されており、透過部２３においては平らになされている。なお、図２及び図３においては反射部２２における凹凸は図示を省略している。

そして、反射部２２の層間膜２１の表面にはスパッタリング法によって例えばアルミニウムないしアルミニウム合金製の反射板２４が形成されており、保護絶縁膜２０、層間膜２１及び反射板２４にはＴＦＴのドレイン電極Ｄに対応する位置にコンタクトホール２５が形成されている。

更に、それぞれの画素において、反射板２４の表面、コンタクトホール２５内及び透過部２３の層間膜２１の表面には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）ないしＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明導電性材料からなる画素電極２６が形成され、この画素電極２６の更に上層に全ての画素を覆うように配向膜（図示せず）が積層されている。

また、カラーフィルタ基板ＣＦは、ガラス基板等からなる透明基板１２の表面に、アレイ基板ＡＲの走査線ＧＷ及び信号線ＳＷに対向するように遮光層（図示省略）が形成され、この遮光層に囲まれたそれぞれの画素に対応して例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）からなるカラーフィルタ層２７が設けられている。更に、反射部２２に対応する位置のカラーフィルタ層２７の表面にはトップコート層２８が形成されており、このトップコート層２８の表面及び透過部２３に対応する位置のカラーフィルタ層２７の表面には共通電極２９及び配向膜（図示せず）が積層されている。なお、カラーフィルタ層２７としては、更にシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等のカラーフィルタ層を適宜に組み合わせて使用する場合もあり、モノクロ表示用の場合にはカラーフィルタ層を設けない場合もある。

そして、上述した構成を備えるアレイ基板ＡＲ及びカラーフィルタ基板ＣＦがシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、最後にこの両基板とシール材とによって囲まれた領域に液晶１４が封入されることにより、半透過型液晶表示装置１０を得ることができる。なお、透明基板１１の下方には、図示しない周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライトないしはサイドライトを配置される。

この場合、反射板２４を画素電極２６の下部全体に亘って設けると反射型液晶表示パネルが得られるが、この反射型液晶表示パネルを使用した反射型液晶表示装置の場合は、バックライトないしはサイドライトに代えて、フロントライトが使用される。

［第１実施形態］
次に第１実施形態の光検出部ＬＤの構成について、図４〜図６を用いて詳細に説明する。なお、図４及び図５においては、ＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃを合計３個のみ示しているが、このＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃの数は３個に限定されることなく、２つ以上であれば適宜その数を変更することが可能である。光検出部ＬＤにおいては、複数個のＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃは、互いに隣接し、かつ平行な状態で一列に設けられている。

これらの複数個のＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃの回路構成を図４を用いて説明する。３個のＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃは、ドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃ、ソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ及びゲート電極ＧＬａ〜ＧＬｃはそれぞれ並列に接続されている。ドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃ及びソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ間にはコンデンサＣが接続されている。ソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃとコンデンサＣの一方の端子が引き回し配線Ｌ１を介して端子Ｔ１に接続されている。また、この端子Ｔ１は、スイッチング素子Ｓｗｉを介して第１基準電圧源Ｖｓ（例えば＋２Ｖ）に接続されているとともに、出力線に所定の出力電圧Ｓｉｇが出力されるようになっている。光センサＬＳａ〜ＬＳｃのドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃ及びコンデンサＣの他方の端子は引き回し配線Ｌ２を介して端子Ｔ２に接続されており、この端子Ｔ２には所定の直流電圧を供給する第２基準電圧源ＶＲＥＦが接続されている。更に、光センサＬＳａ〜ＬＳｃのゲート電極ＧＬ１〜ＧＬ３は引き回し配線Ｌ３を介して端子Ｔ３に接続されており、この端子Ｔ３には所定の定電圧ＶＧ（例えば−１０Ｖ）源に接続されている。

なお、端子Ｔ２は第２基準電圧源ＶＲＥＦに接続されているものとしたが、これに限らず、例えば接地するようにしてもよい。また、図５に示すように、本第１実施形態においては各光センサＬＳａ〜ＬＳｃに共通にコンデンサＣを設けた構成を説明したが、これに限らず各光センサＬＳａ〜ＬＳｃ毎に個別に比較的容量の小さなコンデンサを設けるようにしても良い。

なお、このように検出された出力電圧は、図示しない検出回路で外光の明るさの検出に用いられ、この検出された外光の明るさに基づいて、図示しない制御手段によりバックライトの制御がなされる。この検出回路としては、例えばスイッチ素子Ｓｗｉのオン／オフに同期した公知のサンプリングホールド回路によってアナログ出力電圧に変換し、このアナログ出力電圧をＡ／Ｄ変換器によってデジタル変換した後にデジタル演算処理するものである。

次にＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃの具体的構造について図５及び図６を用いて説明する。先ず、ＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃは、初めに共通のゲート電極ＧＬを形成する。図４に示した回路図では、ゲート電極は等価的に参照符号「ＧＬａ」〜「ＧＬｃ」に分けて個別に記載されているが、実際には共通のゲート電極ＧＬを用いている。このゲート電極ＧＬ上を覆うように透明絶縁材料からなるゲート絶縁膜１８を形成する。次いで、ゲート絶縁膜１８上に非晶質シリコン又は多結晶シリコンから構成され、外光の受光部となる半導体層３１を形成する。この工程までは、表示領域ＤＡのスイッチング素子としてのＴＦＴの製造工程と同時に行うことができる。更に、この半導体層３１上には、この半導体層３１の一方の側部から半導体層３１を横切るように形成された複数本のソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃが形成され、同時にこの半導体層３１の他方の側部からから同じく半導体層３１を横切るように形成された複数本のドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃが形成される。

従来のＴＦＴからなる光センサでは、このソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ及びドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃはアルミニウム金属等の非透光性の導電性材料で形成されるが、第１実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃでは画素電極と同じ材料であるＩＴＯないしＩＺＯ等の透明導電性材料を使用する。ソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ及びドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃは、画素電極２６の形成時に同時に形成することができる。なお、透明導電性物質としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの金属であっても３〜１５ｎｍ程度に薄く成膜すればある程度の透過性を有するので使用することができる。しかしながら、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの金属薄膜は光の吸収が大きいし、化学的安定性が悪いという短所がある。可視光のエネルギーは１．６〜３．３ｅＶであるから３．３ｅＶ以上のバンドギャップを有する材料であれば電子のバンド間遷移による光吸収は生じなくなり、透明となる。一般的に遷移金属を含む物質は化学結合のイオン性が高いほどエネルギーギャップは高く、酸化物はその代表物質であり、これにはＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＭｎＩｎＯ４などがある。酸化物以外にも、ＴｉＮなどが透明であるので、一応使用し得る。このように、透明で導電性を有した物質は多種多様なものが知られているが、低抵抗性、高透過率、そして加工性という観点から、ＩＴＯないしＩＺＯが最適である。

ソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃは、ＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃの外側に引き回された引き回し配線Ｌ１から延設するように複数本形成されており、それぞれ平面視でほぼくし歯状となっている。同様に、ドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃは、ＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃの反対側の外側に引き回しされた引き回し配線Ｌ２から延設するように複数本形成されており、ソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃの場合と同様に、平面視でほぼくし歯状となっている。そして、ソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ及び前記ドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃは、互いに一定距離隔てて噛み合うように形成されている。また、ソース電極ＳＬａ及びドレイン電極ＤＬａの更に上層には、保護絶縁膜２０が形成されている。なお、引き回し配線Ｌ１及びＬ２は、ソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ及びドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃと同様に、透明導電性物質で形成することも可能であるが、配線抵抗が大きくなるので、アルミニウム等の金属材料で形成する方が望ましい。また、図６の両側に形成されている配線部分は共通配線ＣＯＭを示す。

このように形成されたＴＦＴからなる光センサＬＳａは、カラーフィルタ基板ＣＦの対向する領域に透明樹脂からなるオーバーコート層３３が配設された窓部Ｗを介して外光が照射されるようになっている。また、この窓部Ｗの周囲は遮光層ＢＭによって遮光されている。このように窓部Ｗの周囲を遮光層ＢＭで遮光することで、周囲からの光以外が半導体層３１に照射されることがほとんどなく、外光をより正確に受光することが可能となる。

上述のような構成を備える光検出部ＬＤは、ＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃのゲート電極ＧＬ１〜ＧＬ３に所定の定電圧ＶＧ源から端子Ｔ３及び引き回し配線Ｌ３を介してゲートオフ領域となる一定の逆バイアス電圧（例えば−１０Ｖ）を印加し、ドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃとソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃとの間にコンデンサＣを接続する。そしてドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃとコンデンサＣの一端にスイッチ素子Ｓｗｉを介して第１基準電圧源Ｖｓを接続し、スイッチ素子Ｓｗｉをオン状態にして所定の電圧（例えば＋２Ｖ）をコンデンサＣの両端に印加した後、スイッチ素子Ｓｗｉをオフ状態にする。その後、コンデンサＣの両端の電圧Ｓｉｇを出力線に出力し、別途図示しない検出回路において、この出力線の電圧Ｓｉｇが予め定めた所定値になるまでの時間を求めることにより、外光の明るさを検出することができる。

以上示したように、第１実施形態に係るＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃによれば、半導体層３１上に形成されたソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ及びドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃが透明導電性材料で形成されているので、外部から入射した被検出光はソース電極及びドレイン電極によって反射ないし吸収されることが少なく、半導体層３１の表面に多量の被検出光を入射させることができる。そのため、第１実施形態に係るＴＦＴからなる光センサによれば、被検出光が従来例のＴＦＴからなる光センサよりも半導体層に多量に入射されるため、キャリヤの発生が多くなって光検出感度が上昇する。

［変形例］
なお、第１実施形態の液晶表示装置１０としては、半透過型液晶表示装置に適用した例を示した。しかしながら、本発明は透過型液晶表示装置の場合にも適用可能である。特に、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードの透過型液晶表示装置に適用すると、画素部とＴＦＴからなる光センサとで同時に形成できる工程が多くなるので、第1の実施形態の液晶表示装置１０の場合よりも製造工程を大幅に減らすことができる。この本発明をＦＦＳモードの液晶表示装置１０'に適用した場合の変形例を図7を用いて説明する。なお、この変形例の液晶表示装置１０'においては、ＴＦＴからなる光センサの構成は第１実施形態に係るＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃの場合と同様であるので、図６を援用して説明することとする。

アレイ基板ＡＲの透明基板１１上の表示領域ＤＡ（図１参照）に、アルミニウム等の金属材料によって走査線ＧＷを等間隔に平行になるように形成し、この走査線ＧＷからスイッチング素子を構成するＴＦＴのゲート電極Ｇを延設する。それと同時に、ＴＦＴからなる光センサの形成領域にも共通のゲート電極ＧＬを形成する。その後、透明基板１１の全面に、走査線ＧＷ、ゲート電極Ｇ及び光センサの形成領域の共通のゲート電極ＧＬを覆うようにしてゲート絶縁膜１８を積層する。そして、ゲート電極Ｇの上にゲート絶縁膜１８を介してａ−Ｓｉ等からなる半導体層１９を形成すると共に、ＴＦＴからなる光センサの形成領域のゲート電極ＧＬ上のゲート絶縁膜の表面にもａ−Ｓｉ等からなる半導体層３１を形成する。

次いで、表示領域ＤＡのサブ画素毎に独立してＩＴＯないしＩＺＯからなる下電極４０を形成するとともに、ＴＦＴからなる光センサの形成領域の半導体層３１の表面にＩＴＯないしＩＺＯからなるソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ及びドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃを形成する。この変形例では、このようにして透明導電性材料からなる下電極４０とＴＦＴからなる光センサのソース電極ＳＬａ〜ＳＬｃ及びドレイン電極ＤＬａ〜ＤＬｃを同時に形成することができる。その後、表示領域ＤＡにおいて、アルミニウム金属等の金属材料によりドレイン電極Ｄ及びソース電極Ｓに連なる信号線ＳＷを形成すると共に、表示領域ＤＡの周辺部にコモン配線ＣＯＭを形成する。このときドレイン電極Ｄと下電極４０とが電気的に接続されるので、下電極４０は画素電極として作動する。

次いで、透明基板１１の露出している表面全体に保護絶縁膜２０を積層する。その後、表示領域ＤＡの周辺部のコモン配線ＣＯＭの一部が露出するように保護絶縁膜２０にコンタクトホール（図示せず）を形成する。その後、保護絶縁膜２０の表面全体をＩＴＯないしＩＺＯで被覆し、エッチングすることによりサブ画素毎に複数のスリット４１が平行に延びるように形成された上電極４２を形成する。この上電極４２は、図示しないコンタクトホールを経てコモン配線ＣＯＭと電気的に接続されているので、共通電極として作動する。そして、この上電極の表面を配向膜（図示せず）によって被覆することにより、変形例のＦＦＳモードの液晶表示装置１０'におけるアレイ基板が完成される。

なお、変形例のＦＦＳモードの液晶表示装置１０'におけるカラーフィルタ基板の構成は、カラーフィルタ層の表面に共通電極が形成されていない以外は図３に示した半透過型液晶表示装置１０のカラーフィルタ基板ＣＦの透過部の構成と同様であるので、図示省略する。このようにして、変形例のＦＦＳモードの液晶表示１０'によれば、画素部ＤＡの構成部分とＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃの構成部分とを同時に形成できる工程が多くなるので、第1の実施形態の液晶表示装置１０の場合よりも製造工程を大幅に減らすことができる。

［第２実施形態］
第１実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａ〜ＬＳｃの表面は、保護絶縁膜２０で被覆されているが、静電的には光検出に寄与する部分が露出していることになる。そこで、第２実施形態のＴＦＴからなる光センサとしては、保護絶縁膜２０の表面に透明シールド電極を形成した。この第２実施形態のＴＦＴからなる光センサの一つＬＳａ'の構成を図８を用いて説明する。なお、図８は第１実施形態の光センサの図６に対応する部分の断面図であり、カラーフィルタ基板部分の構成は省略すると共に、図８においては図６に示したものと同一の構成部分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。また、第２実施形態の光検出部ＬＳの等価回路図及び光検出部を拡大した平面図は、図４及び図５に示した第１実施形態の光検出部のものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。

第２実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａ'が第１実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａと構成が相違する点は、保護絶縁膜２０の表面に透明導電性材料からなる透明シールド電極３５が形成され、この透明シールド電極３５が保護絶縁膜２０に形成されたコンタクトホール３４を介して共通配線ＣＯＭと電気的に接続されている点である。このような構成とすると、ＴＦＴからなる光センサＬＳａ'の光検出に寄与する部分が透明シールド電極３５によって被覆されているので、外部の電界の影響を受けることが少なくなり、Ｓ／Ｎ比が向上するため、より低照度領域の光検出に適するようになる。

［第３実施形態］
第２実施形態のＴＦＴからなる光センサとしては、保護絶縁膜２０の表面に直接透明シールド電極３５を形成した例を示した。この場合、透明シールド電極３５とソース電極ＳＬａとの間に大きな寄生容量が形成されるので、光検出の時定数が大きくなってしまう。そこで、第３実施形態のＴＦＴからなる光センサとしては、透明シールド電極３５とソース電極ＳＬａとの間の距離が長くなるようにして寄生容量を減少させた。この第３実施形態のＴＦＴからなる光センサの一つＬＳａ"の構成を図９を用いて説明する。なお、図９は第１実施形態の光センサの図６に対応する部分の断面図であり、カラーフィルタ基板部分の構成は省略すると共に、図９においては図８に示したものと同一の構成部分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。また、第３実施形態の光検出部ＬＳの等価回路図及び光検出部を拡大した平面図は、図４及び図５に示した第１実施形態の光検出部のものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。

第３実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａ"が第１実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａと構成が相違する点は、保護絶縁膜２０の表面に層間膜３６を介して透明導電性材料からなる透明シールド電極３５が形成され、この透明シールド電極３５が層間膜３６及び保護絶縁膜２０に形成されたコンタクトホール３４'を介して共通配線ＣＯＭと電気的に接続されている点である。このような構成とすると、第２実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａ'の場合と同様に、ＴＦＴからなる光センサＬＳａ"の光検出に寄与する部分がシールド電極３５によって被覆されているので、外部の電界の影響を受けることが少なくなり、Ｓ／Ｎ比が向上するため、より低照度領域の光検出に適するようになる。

加えて、第３実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａ"では、透明シールド電極３５とソース電極ＳＬａとの間の距離が実施形態１及び２のＴＦＴからなる光センサＬＳａ及びＬＳａ'の場合よりも長くなっているため、寄生容量が減少するので、光検出の時定数が小さくなる。そのため、第３実施形態のＴＦＴからなる光センサＬＳａ"によれば、より低照度領域の光検出に適するようになる。

本発明の各実施形態に共通する半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表したアレイ基板を模式的に示した平面図である。 図１のアレイ基板の１サブ画素分の平面図である。 図２のIII−III線で切断した断面図である。 光検出部の等価回路図である。 光検出部を拡大して示す平面図である。 図５のVI−VI線で切断した断面図である。 変形例のアレイ基板の１サブ画素分の部分断面図である。 第２実施形態の光検出部の図６に対応する断面図である。 第３実施形態の光検出部の図６に対応する断面図である

符号の説明

１０：液晶表示装置 １１、１２：透明基板 １３：張出し部 １４：液晶 １６：補助容量線 １７：補助容量電極 １８：ゲート絶縁膜 １９：半導体層 ２０：保護絶縁膜（パッシベーション膜） ２１：層間膜（平坦化膜） ２２：反射部 ２３：透過部 ２４：反射板 ２５：コンタクトホール ２６：画素電極 ２７：カラーフィルタ層 ２８トップコート層 ２９：共通電極 ３１：半導体層 ３３：オーバーコート層 ３４、３４'：コンタクトホール ３５：透明シールド電極 ３６：層間膜 ４０：下電極 ４１：スリット ４２：上電極 ＡＲ：アレイ基板 ＣＦ：カラーフィルタ基板 Ｄｒ：半導体チップ ＧＷ：走査線 ＳＷ：信号線 ＧＬ：ゲート引き回し配線 ＳＬ：ソース引き回し配線ＣＯＭ：共通配線 ＬＤ：検出回路 Ｌ１〜Ｌ４：引き回し配線 ＬＳ、ＬＳａ〜ＬＳｃ：ＴＦＴからなる光センサ ＤＬａ〜ＤＬｃ：光センサのドレイン電極 ＧＬ、ＧＬａ〜ＧＬｃ：光センサのゲート電極 ＳＬａ〜ＳＬｃ：光センサのソース電極 ＰＴ：静電気保護回路 Ｃ：コンデンサ ＢＭ：遮光層

Claims (9)

1. ゲート電極上に第１絶縁膜を介して半導体層が形成され、前記ゲート電極上の半導体層の表面に部分的に接触するように近接配置されたソース電極及びドレイン電極を備える薄膜トランジスタからなる光センサにおいて、
   前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、少なくとも前記半導体材料と接触している部分の少なくとも一部が透明導電性材料で形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタからなる光センサ。
2. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、互いに一定距離隔てて噛み合う櫛歯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタからなる光センサ。
3. 前記ゲート電極及びソース電極は、前記半導体層と接触していない領域が金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタからなる光センサ。
4. 前記ゲート電極、ソース電極及び露出している前記第１絶縁膜の表面は第２絶縁膜で被覆されており、前記第２絶縁膜の表面には透明導電性材料からなるシールド電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタからなる光センサ。
5. 前記ゲート電極、ソース電極及び露出している前記第１絶縁膜の表面は第２絶縁膜及び樹脂材料からなる層間膜で被覆されており、前記層間膜の表面には透明導電性材料からなるシールド電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタからなる光センサ。
6. アクティブマトリクス基板と、カラーフィルタ基板と、前記アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板との間に狭持された液晶層と、前記アクティブマトリクス基板上に形成された薄膜トランジスタからなる光センサと、を備えた液晶表示装置であって、
   前記薄膜トランジスタからなる光センサの前記ソース電極及び前記ドレイン電極は透明導電性材料で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
7. 前記透明導電性材料からなるソース電極及びドレイン電極は、前記アクティブマトリクス基板に形成された透明導電性材料からなる画素電極と同組成の材料で形成されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記透明導電性材料から成るソース電極、ドレイン電極及び露出している前記第１絶縁膜の表面は第２絶縁膜で被覆されており、前記第２絶縁膜の表面には透明導電性材料からなるシールド電極が形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の液晶表示装置。
9. 前記透明導電性材料から成るソース電極、ドレイン電極及び露出している前記第１絶縁膜の表面は第２絶縁膜及び樹脂材料からなる層間膜で被覆されており、前記層間膜の表面には透明導電性材料からなるシールド電極が形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の液晶表示装置。

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