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技術 液晶表示装置

出願人 シャープ株式会社
発明者 加藤浩巳クリストファー・ブラウン
出願日 2007年6月19日 (12年7ヶ月経過) 出願番号 2008-538580
公開日 2010年2月4日 (10年0ヶ月経過) 公開番号 WO2008-044369
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 伝導電子密度 ラテラル構造 正孔密度 真性半導体領域 表示画 遮光用 光検出領域 サブ画素毎
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年2月4日)のものです。
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図面 (3)

課題・解決手段

アクティブマトリクス基板の表示領域内に配置されたフォトダイオード感度の向上を図り得る液晶表示装置を提供する。そのため、複数の画素マトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板1と、カラーフィルタが設けられた対向基板とを備える液晶表示装置を用いる。液晶表示装置において、アクティブマトリクス基板1は、表示領域内にフォトダイオード11を備え、カラーフィルタは、画素を構成するサブ画素5a〜5c毎に、着色層6a〜6cを備えている。着色層6a〜6cは、透過率周辺よりも高い高透過部31を備えている。このうち、着色層6aは、液晶表示装置の厚み方向において、高透過部31がフォトダイオード11のi層13(光検出領域)に重なるように形成されている。

概要

背景

近年、液晶表示装置は、省電力、薄型、軽量といった特徴から、コンピュータ携帯電話、PDA、ゲーム機表示装置として広く採用されている。一般に、液晶表示装置は、液晶表示パネルと、それを背面から照明するバックライトとを備えている。液晶表示パネルは、アクティブマトリクス基板対向基板とで液晶層を挟み込んで構成されている。

アクティブマトリクス基板は、ガラス基板上に複数の画素マトリクス状に形成して構成されている。また、カラー表示が行われる場合は、通常、1画素は、3つのサブ画素によって構成されている。各サブ画素は、TFTと画素電極とで構成されている。更に、対向基板は、ガラス基板上に対向電極カラーフィルタとを備えている。カラーフィルタは、サブ画素毎に、赤色(R)、緑色(G)又は青色(B)の着色層を有している。

この液晶表示装置においては、各画素電極と対向電極との間に印加される電圧が調整され、サブ画素毎に液晶層の透過率が調整される。この結果、液晶層及び着色層を透過したバックライトの照明光により、表示画面上に画像が表示される。

このように、従来からの液晶表示装置は、画像を表示する機能を備えているが、近年、画像の取り込み機能をも備えた液晶表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に開示の液晶表示装置では、アクティブマトリクス基板上に、複数のフォトダイオードがマトリクス状に形成されており、液晶表示パネルがエリアセンサとして機能する。

また、特許文献1において、各フォトダイオードとして、ラテラル構造PINダイオードが用いられている。各PINダイオードは、TFTのプロセスを利用して、TFTと共通のシリコン膜に、p層、i層n層を順に設けて形成されている。また、PINダイオードのバックライト側には、通常、バックライトからの照明光がPINダイオードに入射するのを阻止するため、遮光膜が設けられている。
特開2006−3857号公報

概要

アクティブマトリクス基板の表示領域内に配置されたフォトダイオードの感度の向上をり得る液晶表示装置を提供する。そのため、複数の画素がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板1と、カラーフィルタが設けられた対向基板とを備える液晶表示装置を用いる。液晶表示装置において、アクティブマトリクス基板1は、表示領域内にフォトダイオード11を備え、カラーフィルタは、画素を構成するサブ画素5a〜5c毎に、着色層6a〜6cを備えている。着色層6a〜6cは、透過率が周辺よりも高い高透過部31を備えている。このうち、着色層6aは、液晶表示装置の厚み方向において、高透過部31がフォトダイオード11のi層13(光検出領域)に重なるように形成されている。

目的

本発明の目的は、上記問題を解消し、アクティブマトリクス基板の表示領域内に配置されたフォトダイオードの感度の向上を図り得る液晶表示装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
- 件
牽制数
- 件

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請求項1

複数の画素マトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板と、カラーフィルタが設けられた対向基板とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、表示領域内に複数のフォトダイオードを備え、前記複数の画素は、それぞれ2以上のサブ画素を備え、前記カラーフィルタは、前記サブ画素毎に、着色層を備え、前記着色層は、当該液晶表示装置の厚み方向において、前記複数のフォトダイオードの光検出領域に重ならないように、または、透過率周辺よりも高い高透過部を備え、且つ、当該液晶表示装置の厚み方向において、前記高透過部が前記複数のフォトダイオードの光検出領域に重なるように、形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

請求項2

前記サブ画素それぞれが、アクティブ素子と、透明電極と、観察者側から入射した光を反射させる反射電極とを備え、前記着色層が、当該液晶表示装置の厚み方向において、対応するサブ画素の透明電極及び反射電極の両方に重なるように形成され、且つ、前記反射電極に重なる部分において前記高透過部を備え、前記複数のフォトダイオードそれぞれは、いずれかの前記反射電極の下層に配置され、前記フォトダイオードが下層に配置された前記反射電極は、当該液晶表示装置の厚み方向において前記高透過部に重なる部分に、前記光検出領域を露出させる開口部を備えている請求項1に記載の液晶表示装置。

請求項3

前記フォトダイオードが、前記アクティブマトリクス基板のベース基板上に設けられたシリコン膜によって形成され、前記シリコン膜には、その面方向に沿って、第1導電型半導体領域、真性半導体領域、及び前記第1導電型と逆の第2導電型の半導体領域が順に設けられ、前記真性半導体領域が、前記光検出領域となる請求項1に記載の液晶表示装置。

技術分野

0001

本発明は、表示画面の観察者側から入射した光に反応するフォトダイオードを備えた液晶表示装置に関する。

背景技術

0002

近年、液晶表示装置は、省電力、薄型、軽量といった特徴から、コンピュータ携帯電話、PDA、ゲーム機表示装置として広く採用されている。一般に、液晶表示装置は、液晶表示パネルと、それを背面から照明するバックライトとを備えている。液晶表示パネルは、アクティブマトリクス基板対向基板とで液晶層を挟み込んで構成されている。

0003

アクティブマトリクス基板は、ガラス基板上に複数の画素マトリクス状に形成して構成されている。また、カラー表示が行われる場合は、通常、1画素は、3つのサブ画素によって構成されている。各サブ画素は、TFTと画素電極とで構成されている。更に、対向基板は、ガラス基板上に対向電極カラーフィルタとを備えている。カラーフィルタは、サブ画素毎に、赤色(R)、緑色(G)又は青色(B)の着色層を有している。

0004

この液晶表示装置においては、各画素電極と対向電極との間に印加される電圧が調整され、サブ画素毎に液晶層の透過率が調整される。この結果、液晶層及び着色層を透過したバックライトの照明光により、表示画面上に画像が表示される。

0005

このように、従来からの液晶表示装置は、画像を表示する機能を備えているが、近年、画像の取り込み機能をも備えた液晶表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に開示の液晶表示装置では、アクティブマトリクス基板上に、複数のフォトダイオードがマトリクス状に形成されており、液晶表示パネルがエリアセンサとして機能する。

0006

また、特許文献1において、各フォトダイオードとして、ラテラル構造PINダイオードが用いられている。各PINダイオードは、TFTのプロセスを利用して、TFTと共通のシリコン膜に、p層、i層n層を順に設けて形成されている。また、PINダイオードのバックライト側には、通常、バックライトからの照明光がPINダイオードに入射するのを阻止するため、遮光膜が設けられている。
特開2006−3857号公報

発明が解決しようとする課題

0007

ところで、特許文献1においては、複数個のフォトダイオードによってエリアセンサが構成されるため、各フォトダイオードは、表示領域内に配置される。よって、各フォトダイオードは、厚み方向においてカラーフィルタの着色層と重なり、観察者側からの入射光は、カラーフィルタの着色層によって減衰された後に、各フォトダイオードに入射する。このため、特許文献1の液晶表示装置においては、各フォトダイオードで検出できる光量が低下するため、システム全体として感度が低下するという問題がある。

0008

本発明の目的は、上記問題を解消し、アクティブマトリクス基板の表示領域内に配置されたフォトダイオードの感度の向上を図り得る液晶表示装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するために本発明における液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板と、カラーフィルタが設けられた対向基板とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、表示領域内に複数のフォトダイオードを備え、前記複数の画素は、それぞれ2以上のサブ画素を備え、前記カラーフィルタは、前記サブ画素毎に、着色層を備え、前記着色層は、当該液晶表示装置の厚み方向において、前記複数のフォトダイオードの光検出領域に重ならないように、または、透過率が周辺よりも高い高透過部を備え、且つ、当該液晶表示装置の厚み方向において、前記高透過部が前記複数のフォトダイオードの光検出領域に重なるように、形成されていることを特徴とする。

発明の効果

0010

以上のように本発明における液晶表示装置では、着色層は、フォトダイオードの光検出領域の直上に存在しないように、または、光検出領域の直上に存在している場合は、その高透過部が光検出領域に重なるように形成されている。よって、本発明における液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板の表示領域内に配置されたフォトダイオードの感度の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0011

図1は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成を部分的に示す平面図である。
図2は、図1中の切断線A−A´に沿って切断して得られた断面を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

0012

本発明における液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板と、カラーフィルタが設けられた対向基板とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、表示領域内に複数のフォトダイオードを備え、前記複数の画素は、それぞれ2以上のサブ画素を備え、前記カラーフィルタは、前記サブ画素毎に、着色層を備え、前記着色層は、当該液晶表示装置の厚み方向において、前記複数のフォトダイオードの光検出領域に重ならないように、または、透過率が周辺よりも高い高透過部を備え、且つ、当該液晶表示装置の厚み方向において、前記高透過部が前記複数のフォトダイオードの光検出領域に重なるように、形成されていることを特徴とする。

0013

また、上記本発明における液晶表示装置は、前記サブ画素それぞれが、アクティブ素子と、透明電極と、観察者側から入射した光を反射させる反射電極とを備え、前記着色層が、当該液晶表示装置の厚み方向において、対応するサブ画素の透明電極及び反射電極の両方に重なるように形成され、且つ、前記反射電極に重なる部分において前記高透過部を備え、前記複数のフォトダイオードそれぞれは、いずれかの前記反射電極の下層に配置され、前記フォトダイオードが下層に配置された前記反射電極は、当該液晶表示装置の厚み方向において前記高透過部に重なる部分に、前記光検出領域を露出させる開口部を備えている態様とすることができる。

0014

透過型及び反射型の両方の機能を備える液晶表示装置では、反射領域で反射された光の色純度と透過領域を透過した光の色純度とを合わせることを第1の目的として、着色層の反射電極に重なる部分に高透過部が形成されることがある。上記態様では、この高透過部を利用して、フォトダイオードに、光を減衰なく入射させることができる。上記態様によれば、高透過部を新たに形成する必要がないため、液晶表示装置のコストの上昇を抑制できる。

0015

また、上記本発明における液晶表示装置においては、前記フォトダイオードは、前記アクティブマトリクス基板のベース基板上に設けられたシリコン膜によって形成されていても良い。この場合、前記シリコン膜には、その面方向に沿って、第1導電型半導体領域、真性半導体領域、及び前記第1導電型と逆の第2導電型の半導体領域が順に設けられ、前記真性半導体領域が、前記光検出領域となる。

0016

(実施の形態)
以下、本発明の実施の形態における液晶表示装置について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成を部分的に示す平面図である。図2は、図1中の切断線A−A´に沿って切断して得られた断面を示す断面図である。

0017

なお、図1は、アクティブマトリクス基板に形成された画素の構造を主に示しており、対向基板については、着色層の外形のみを一点鎖線で示している。また、図1においては層間絶縁膜の記載は省略されている。図2においては、層間絶縁膜へのハッチングは省略されている。また、図2に示す断面図では、断面に現れる線のみが図示されている。

0018

本実施の形態における液晶表示装置は、図2に示す液晶表示パネル4と、それを背面から照明するバックライト(図示せず)とを備えている。図1及び図2に示すように、液晶表示パネル4は、アクティブマトリクス基板1と、液晶層2と、対向基板3とを備え、二つの基板間に液晶層2を挟み込んで形成されている。図示していないが、本実施の形態における液晶表示装置は、その他に各種の光学フィルムも備えている。

0019

また、図1に示すように、アクティブマトリクス基板1は、画素を備えている。図1及び図2には、図示していないが、画素は、マトリクス状に複数個配置されている。アクティブマトリクス基板1においては、複数の画素が配置された領域が表示領域となる。また、本実施の形態では、一つの画素は、三つのサブ画素によって構成されている。図1は、三つのサブ画素5a〜5cのみを図示している。

0020

本実施の形態においては、液晶表示パネル4は、透過型及び反射型の両方として機能する。このため、図1に示すように、サブ画素5a〜5cそれぞれは、アクティブ素子7と、透明電極8と、反射電極9とを備えている。アクティブ素子7は薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)である。透明電極8は、ITO等で形成された画素電極である。反射電極9は、金属材料で形成されており、透明電極8に電気的に接続されている。図2に示すように、反射電極9は、観察者側から入射した光を反射させる。

0021

また、本実施の形態においては、アクティブ素子7は、ソース領域及びドレイン領域が形成されたシリコン膜21と、ゲート電極22とを備えている。ゲート電極22は、画面の水平方向に沿って配置されたゲート線23と一体的に形成されている。また、ソース領域にはソース電極24が接続され、ドレイン領域にはドレイン電極26が接続されている。ソース電極24は、画面の垂直方向に沿って配置されたソース配線25と一体的に形成されている。ドレイン電極26は、透明電極8に接続されている。図1において、27は蓄積容量用の配線を示し、28は蓄積容量が形成される領域を示している。

0022

また、図1及び図2に示すように、アクティブマトリクス基板1は、表示領域内にフォトダイオード11を備えている。図1及び図2には、単一のフォトダイオード11しか図示されていないが、実際は、アクティブマトリクス基板1には、一つの画素毎に、フォトダイオード11が配置されている。画素毎に配置された複数のフォトダイオード11は、エリアセンサとして機能する。なお、フォトダイオード11は一つの画素に対して二つ以上、例えばサブ画素毎に配置されていても良いし、複数の画素毎に一つ配置されていても良い。

0023

図2に示すように、本実施の形態において、フォトダイオード11は、ラテラル構造を備えたPINダイオードである。フォトダイオード11は、アクティブマトリクス基板1のベース基板となるガラス基板15に設けられたシリコン膜を備えている。シリコン膜には、面方向に沿って順に、p型の半導体領域(p層)12、真性半導体領域(i層)13及びn型の半導体領域(n層)14が設けられている。

0024

フォトダイオード11においては、i層13が光検出領域となる。本実施の形態において、i層13は、隣接するp層12及びn層14に比べて電気的に中性に近い領域であれば良い。i層13は、不純物を全く含まない領域や、伝導電子密度正孔密度とが等しい領域であるのが好ましい。

0025

なお、図2において、16は、ガラス基板15上に形成された絶縁膜であり、フォトダイオード11は、この上に形成されている。また、フォトダイオード11の下層には、バックライト(図示せず)からの照明光がフォトダイオード11に入射するのを阻止するため、導電性の金属材料によって遮光膜29が形成されている。更に、フォトダイオード11は、層間絶縁膜17によって被覆されている。18はp層12に接続された配線を示し、19はn層14に接続された配線を示している。

0026

また、図1及び図2に示すように、対向基板3は、複数の着色層を有するカラーフィルタを備えている。着色層は、サブ画素毎に設けられている。図1では、多数ある着色層のうち、サブ画素5a〜5cそれぞれに対応する着色層6a〜6cのみが図示されている。

0027

具体的には、図2に示すように、着色層6a〜6cは、対向基板3のベース基板となるガラス基板30の面上に形成されている。更に、隣接する着色層の間には、遮光用ブラックマトリクス32が設けられている。また、全ての着色層を覆うようにして、透明の対向電極33が形成されている。

0028

なお、本実施の形態では、着層層6aは青色(B)の着色層、着色層6bは緑色(G)の着色層、着色層6cは赤色(R)の着色層である。また、着色層6a〜6cは、液晶表示装置の厚み方向において、対応するサブ画素の透明電極8及び反射電極9の両方に重なるように形成されている。

0029

このように、本実施の形態における液晶表示装置は、従来の液晶表示装置と同様に、表示機能撮像機能とを備えているが、以下の点で、従来の液晶表示装置と異なっている。

0030

本実施の形態においては、着色層6a〜6cは、反射電極9に重なる部分において、透過率が周辺よりも高くなるように形成された高透過部31を備えている。本実施の形態における液晶表示装置が、透過型及び反射型の両方の機能を備えているため、高透過部31は、反射電極9で反射された光の色純度と、透明電極8を透過した光の色純度とを合わせることを目的として設けられている。

0031

図1及び図2の例では、高透過部31は、顔料染料を含まない透明の樹脂層で形成されている。高透過部31は、その他、単なる開口部であっても良いし、周辺よりも厚みが薄くなるように形成された薄肉部であっても良い。なお、図2において、高透過部31のハッチングは省略されている。

0032

また、フォトダイオード11は、i層13が、液晶表示装置の厚み方向において、高透過部31に重なるように配置されている。更に、フォトダイオード11は、反射電極9の下層に配置されているが、フォトダイオード11が下層に配置された反射電極9は、液晶表示装置の厚み方向において高透過部31に重なる部分に、i層13を露出させる開口部10を備えている。なお、フォトダイオード11は、図2に示すように、層間絶縁膜17及び20に被覆されているが、これらの絶縁膜は全て透明な膜である。

0033

このような構成により、本実施の形態における液晶表示装置においては、フォトダイオード11のi層13(光検出領域)の直上に、着色層が存在しないようになっている。このため、図2に示すように、i層13に向かう光は、着色層によって減衰されることなく、i層13に入射する。よって、本実施の形態によれば、従来例に比べて、アクティブマトリクス基板1の表示領域内に配置されたフォトダイオード11の感度の向上を図ることができる。

0034

また、本実施の形態では、色純度を合わせるために設けられた高透過部31を利用して、フォトダイオード11のi層13に、光を減衰なく入射させることができる。よって、本実施の形態によれば、フォトダイオード11用に新たに高透過部を設ける必要がなく、液晶表示パネル4の製造コストの上昇が抑制される。

0035

なお、本実施の形態は、図1の例と異なり、着色層が、液晶表示装置の厚み方向において、フォトダイオードの光検出領域に重ならないように形成されている態様とすることもできる。例えば、着色層の反射電極に重なる部分を、反射電極よりも小さくなるように形成し、反射電極の周縁部分が着色層と重ならないようにする。そして、反射電極の着色層と重なっていない周縁部分に開口部を設け、この開口部と光検出領域とが整合するようにフォトダイオードを配置する。この場合も、図1及び図2に示した例と同様に、フォトダイオードの感度の向上を図ることができる。

0036

以上のように、本発明によれば、表示画面の観察者側から入射した光に反応するフォトダイオードを備えた液晶表示装置において、フォトダイオードの感度の向上を図ることができる。このことから、本発明における液晶表示装置は、産業上の利用可能性を有し得るものである。

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