JP2008096523A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話等で、複雑な操作を経ること無しに、特定の機能を容易に選択できるようにする。
【解決手段】有効画面の周辺に特定機能を選択するためのフォトセンサを配置する。フォトセンサに対応する部分の表示基板に窓を設けておき、この窓を指で触れることにより、外光を遮断し、この信号を特定機能選択のための信号として使用する。フォトセンサおよび周辺回路は画素部のＴＦＴと同様なプロセスで形成するので、コストの増大は抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は表示装置に係り、特に有効画面の外側にフォトセンサを配置し、このフォトセンサによって表示機能を選択する手段を有する装置に関する。

液晶表示装置等、平面ディスプレイは携帯電話等に多用されている。特に携帯電話は、近年、機能が増え、ある操作を行う場合、機能によっては、メニュー選択画面より、所望の機能にたどりつくまで多くの選択を行う必要がある。このような設定は操作に慣れていないと対応が困難で、せっかくの機能を生かすことが出来ない。

一方、特に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶表示パネルにセンサ素子を作りこんで入力手段として用いる発明も存在する。このような発明を開示したものとして「特許文献１」が上げられる。

特開平７−２６１９３２号公報

画面が大きければ、頻繁に使用する特定機能に対しては、例えば、画面上下にアイコンを配置する等によって必要機能を取り出すことは出来る。しかし、携帯電話等では画面が小さいために、多くのアイコンを配置することは困難である。また、マウスを持ち歩くことも出来ず、マウスの代わりの、指をスライドさせることによってポインタを移動させる機能も場所をとり、携帯電話等では現実的ではない。

「特許文献１」に記載された技術は液晶表示パネルを情報処理装置の主入力手段として使用するものであり、指入力とペン入力の双方を可能にする技術である。しかし、このような入力方法は携帯電話のような小画面のディスプレイに対して適用することは困難である。また、常時入力用のペンを持ち歩くことも面倒である。

本発明は表示装置の有効画面外にフォトセンサを配置し、このフォトサンサに対応する基板（通常はガラス）に触れることによって特定の機能を選択することが出来るようにしたものである。すなわち、フォトセンサをタッチセンサとして使用して、必要機能を選択するものである。このフォトセンサは複数配置することができ、したがって、複数の機能を選択することができる。具体的な手段は次のとおりである。

（１）有効画面内には画素がマトリクス状に配置され、各画素に加わる画像信号は各画素に対応する薄膜トランジスタによって制御される表示装置であって、前記有効画面の外側にはフォトセンサが配置され、前記フォトセンサは外光を遮断することによって信号を発生し、前記フォトセンサからの信号は前記表示装置に対して特定の機能を行なわせることを特徴とする表示装置。
（２）前記有効画面の外側は外光を遮断する遮光層が形成されており、前記フォトセンサに対応する部分には前記遮光層が形成されていないことを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（３）前記フォトセンサは前記各画素に対応する薄膜トランジスタと同じプロセスで形成されたセンサ用薄膜トランジスタによって構成されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（４）前記センサ用薄膜トランジスタのゲートは、前記センサ用薄膜トランジスタのドレインまたはソースと接続されたダイオード構成となっていることを特徴とする（３）に記載の表示装置。
（５）前記フォトセンサからの信号は前記各画素に対応する薄膜トランジスタが形成された基板と同じ基板に形成された信号を転送する回路を介して信号処理回路に転送されることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（６）前記信号を転送する回路はパラレル／シリアル変換回路を含むことを特徴とする（５）に記載の表示装置。
（７）前記信号を転送する回路は前記フォトセンサよりも前記有効画面側に形成されていることを特徴とする（５）に記載の表示装置。
（８）前記各画素に対応する薄膜トランジスタはポリシリコンで形成されていることを特徴とする（３）に記載の表示装置。
（９）前記フォトセンサが形成された基板の裏側で、前記フォトセンサが配置された部分と対応する部分には遮光層が形成されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（１０）前記有効画面の外側に形成された前記フォトセンサは複数形成されており、前記複数のフォトセンサからの信号が前記表示装置に対して同一の機能をおこなわせることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（１１）前記有効画面の外側には外光を遮断する遮光層が形成されており、前記フォトセンサに対応する部分には前記遮光層が形成されていない窓部が形成されており、前記窓部に対応する部分には複数の前記フォトセンサが形成されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（１２）有効画面内に画素電極および画素電極に印加される信号電圧を制御する薄膜トランジスタが形成されたＴＦＴ基板と、有効画面内にカラーフィルタおよびブラックマトリクスが形成されたカラーフィルタ基板と、前記ＴＦＴ基板と前記カラーフィルタ基板とに挟持された液晶によって画像を形成する液晶表示パネルと、バックライトとを有する液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板の前記有効画面の外側にフォトセンサが形成され、前記フォトセンサは外光を遮断することによって信号を発生し、前記フォトセンサからの信号は前記表示装置に対して特定の機能を行なわせることを特徴とする液晶表示装置。
（１３）前記カラーフィルタ基板の前記有効面の外側には外光を遮断する遮光膜が形成されており、前記フォトセンサに対応する部分には前記遮光層が形成されていないことを特徴とする（１２）に記載の液晶表示装置。
（１４）前記遮光膜は前記ブラックマトリクスと同じ材料で形成されていることを特徴とする（１２）に記載の液晶表示装置。
（１５）前記フォトセンサは前記画素電極に印加される信号電圧を制御する薄膜トランジスタと同じプロセスで形成されたセンサ用薄膜トランジスタによって構成されていることを特徴とする（１２）に記載の液晶表示装置。
（１６）前記センサ用薄膜トランジスタのゲートは、前記センサ用薄膜トランジスタのドレインまたはソースと接続されたダイオード構成となっていることを特徴とする（１２）に記載の液晶表示装置。
（１７）前記フォトセンサが形成されたＴＦＴ基板と前記バックライトの間には遮光層が形成されていることを特徴とする（１２）に記載の液晶表示装置。

（１８）有効画面内に画素を構成する有機ＥＬ層がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層に信号電圧を印加することによって画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記有機ＥＬ層に印加される信号電圧は薄膜トランジスタによって制御され、前記有効画面の外側にはフォトセンサが配置され、前記フォトセンサは外光を遮断することによって信号を発生し、前記フォトセンサからの信号は前記表示装置に対して特定の機能を行なわせることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
（１９）前記フォトセンサは、前記有機ＥＬ層に印加される信号電圧を制御する薄膜トランジスタと同じプロセスで形成されたセンサ用薄膜トランジスタを含むことを特徴とする（１８）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（２０）前記有機ＥＬ表示装置はボトムエミッションタイプであることを特徴とする（１８）に記載の有機ＥＬ表示装置。

本発明によれば、特定の機能は有効面外に設置された特定のフォトセンサに対応する基板に触れることによって、選択できるので、操作が容易になる。したがって、携帯電話等に操作に慣れない人にとっても必要機能を使用することができるという優れた効果を有する。各手段ごとの効果は次のとおりである。

手段（１）によれば、表示装置の有効画面の外側に特定機能を表示するためのセンサを設けることによって、特定機能を容易に選択することができる。

手段（２）によれば、フォトセンサが形成された部分以外は遮光層で覆われているので、フォトセンサに対応する部分を指で触れたときの遮光の効果を増大することができる。

手段（３）によれば、フォトセンサ用の薄膜トランジスタを画素部分の薄膜トランジスタと同一のプロセスで形成することができるので、フォトダイオードを形成するコストの増大を抑制できる。

手段（４）によれば、薄膜トランジスタをフォトダイオードとして使用できるので、フォトセンサを形成するコストの増大を抑制できる。

手段（５）および（６）によれば、フォトダイオードからの出力信号を転送する回路を画素ＴＦＴの形成と同じプロセスで形成するので、出力信号を転送する回路を設けることによるコストの増大を抑制できる。

手段（７）によれば、フォトセンサは信号を転送する回路よりも有効面から離れた場所に設置されるため、フォトセンサが画面からの光の影響を受けることを軽減でき、フォトセンサの感度を上げることが出来る。

手段（８）によれば、画素部分の薄膜トランジスタとフォトトランジスタ部分をポリシリコンで形成するので、処理速度の速い、より信頼性の高いシステムを構成できる。

手段（９）によれば、フォトセンサの裏側には遮光層が形成されているため、フォトセンサの裏側からの、バックライトの光、外光等の影響を抑制できる。

手段（１０）および（１１）によれば、１つの機能の選択する信号を複数のフォトセンサから受けるために、全体として感度を向上でき、システムの信頼性があがる。

手段（１２）によれば、現在広く用いられている液晶表示装置において、表示装置の有効画面の外側に特定機能を表示するためのセンサを設けることによって、特定機能を容易に選択することができるので、実用的な効果が大きい。

手段（１３）によれば、カラーフィルタ基板に遮光膜を形成するので、遮光膜の形成を精度よく行なうことが出来る。

手段（１４）によれば、カラーフィルタ基板に形成されているブラックマトリクスを形成すると同時にフォトセンサ用の遮光膜を形成するので、精度がよく、かつ遮光効果の良い遮光膜をコストの増大を伴うことなく実現できる。

手段（１５）によれば、画素部分に形成する薄膜トランジスタと同じプロセスでセンサ用薄膜トランジスタを形成するので、コストの増大をほとんど伴うことなく、フォトセンサを有する液晶表示装置を実現できる。

手段（１６）によれば、薄膜トランジスタをフォトダイオードとして用いるため、コストの増大を伴うことなくフォトセンサを有する液晶表示装置を実現することができる。

手段（１７）によれば、フォトセンサとバックライトの間に遮光膜を設置するので、フォトセンサの信号がバックライトから受ける影響を小さくすることができる。

手段（１８）によれば、携帯電話等への使用が始まっている有機ＥＬ表示装置において、表示装置の有効画面の外側に特定機能を表示するためのセンサを設けることによって、特定機能を容易に選択することができるので、実用的な効果が大きい。

手段（１９）によれば、フォトセンサとして、画素部分の用いられる薄膜トランジスタと同じプロセスで形成した薄膜トランジスタをフォトセンサとして用いるので、コストの増大を伴うことなくフォトセンサを形成することが出来る。

手段（２０）によれば、有機ＥＬとしてボトムエミッションタイプを用いるため、画素部分の薄膜トランジスタと同じプロセスで形成された薄膜トランジスタをフォトセンサとして仕様する場合、外光に対して感度の良いフォトトランジスタを形成することが出来る。

図１は本発明の概略を表示した概念図である。表示装置１としては、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等、特に限定するものではない。表示パネル内には画像を表示する有効画面部２があり、有効画面部２の外側にフォトセンサ３が存在する。

図１においては、フォトセンサ３は有効画面の縦、横に沿って複数存在している。このフォトセンサ３は人の指が触れることによって出力が変化し、その信号を検出する、いわゆるタッチセンサとして機能する。各フォトセンサ３に対応して情報処理装置の機能が対応している。すなわち、フォトセンサ部３に触れることによって、必要機能を選択する。

フォトセンサ３からの出力はパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換回路４を介して信号処理部５に送られ、信号処理部５で、どの機能が選択されたかを判断する。そして、選択された機能が有効画面に表示される。

図２は本発明を液晶表示装置に適用した例である。図３は図２のＡ−Ａ断面を示す液晶表示装置の断面模式図である。液晶表示装置は、液晶表示パネルとバックライト５０とから成る。液晶表示パネルは画素を制御するＴＦＴ、画素電極等が形成されたＴＦＴ基板１０と、カラーフィルタ等が形成されたカラーフィルタ基板２０と、その間に挟持された液晶３０とから成る。液晶３０は封止部材３１によってＴＦＴ基板１０とカラーフィルタ基板２０との間に封止される。

バックライト５０はＬＥＤ等の光源と、光を液晶表示パネルの方向に集める種々の光学シートから成る。バックライト５０からの光を液晶３０によって制御することによって、画像を形成する。

液晶表示パネルによってバックライト５０からの光を制御するためには、液晶表示パネルに入射する光は偏光されている必要がある。バックライト５０からの光を偏光光に変えるのがＴＦＴ基板１０の下に貼り付けられた下偏光板１６である。下偏光板１６によって偏光された光の偏光面は液晶表示パネルの液晶３０によって回転し、カラーフィルタ基板２０にはりつけられた上偏光板２６によって検光される。このようにして、制御された光は上偏光板２６から出射して人間の目に視認される。

液晶３０によって光を制御するためには、液晶３０に電界を加える必要がある。画像信号によって、各画素において、液晶３０にどの程度の電界を印加するかが決定される。この画像信号を画素に伝えるスイッチングの役割をするのがＴＦＴ基板１０に形成されたＴＦＴである。液晶３０を通過した光はカラーフィルタ基板２０に形成された赤フィルタ２７、緑フィルタ２８、青フィルタ２９等のカラーフィルタを通過することによって、カラー画像が形成される。各カラーフィルタの間はコントラストを向上させるためにブラックマトリクス（ＢＭ２３）が形成される。

図２において、有効画面の外側にはセンサ部３が形成されている。各センサからの出力はＰ／Ｓ変換回路４を介して信号処理部５であるＩＣチップ５００に転送され、どのセンサ部から信号が生じたかが判断され、そのセンサ部に対応する機能が有効画面に表示される。

ＴＦＴ等をポリシリコンで形成すれば、図２における光センサ部、Ｐ／Ｓ変換回路４は有効画面の画素用ＴＦＴ等を形成するときに、同時に形成することができる。そして、Ｐ／Ｓ変換回路４を通過したセンサからの信号はより集積度を高くすることが出来るＩＣチップ内に形成された回路で情報処理される。

センサ部の光センサは図３に示すように、ＴＦＴの有効画面外に形成されたＴＦＴによって構成される。センサ用ＴＦＴ１３０は画素ＴＦＴと同じプロセスで形成される。しかし、センサ用ＴＦＴ１３０ではゲートとドレインが接続され、１種のダイオードとなり、この場合はフォトダイオードとして動作する。図２に示すセンサ部３にはセンサ用ＴＦＴ１３０は１個のみでなく、複数個形成される。センサ用ＴＦＴ１３０のピッチはタッチ領域である窓２４に比べて非常に小さく、この領域に多くのセンサ用ＴＦＴ１３０を形成することは容易である。また、複数のセンサ用ＴＦＴ１３０を用いれば、センサとしての感度を上げることができる。

センサ用ＴＦＴ１３０は、ＴＦＴ基板１０上に、画素部ＴＦＴ１２０と同じプロセスで形成される。本発明においては、通常の状態においては、センサ用ＴＦＴ１３０に光が当たっている状態である。そして、人間が指を触れると光が遮断され、信号が認識されることになる。

カラーフィルタ基板２０の有効面外は光を遮光する上遮光層２２が形成され、センサ用ＴＦＴ１３０に対応する部分には窓２４が形成される。上遮光層２２は有効画面内に形成されるＢＭ２３と同じプロセスで形成するのが、遮光の効果が大きく、コスト的にも有利である。図３はこの窓２４をＢＭ２３で形成した例である。図３においては、窓２４には１個のセンサ用ＴＦＴ１３０が対応しているが、複数の場合もあることは上記のとおりである。

図４は図１を上方からみた、概略平面図である。図４において、有効画面２の外側は上遮光層２２によって覆われており、フォトセンサ３に対応する部分にセンサ用ＴＦＴ１３０のための窓２４が形成されている。図４の窓２４はひとつの機能に対応するが、この窓２４には通常複数のセンサ用ＴＦＴ１３０が形成されており、複数のセンサ用ＴＦＴ合計が検出信号として利用される。

図４は一つの機能を表示するためのセンサ用ＴＦＴ群が一つの窓２４に形成されている。しかし、図５に示すように、一つの窓２４内の各センサ用ＴＦＴ１３０ごとに小さな窓２４１を形成し、センサ用ＴＦＴ１３０の無い部分は上遮光層２４２によってカバーしてもよい。このような細かいパターンはＢＭ２３と同時に作成すれば容易に形成できる。このように、センサ用ＴＦＴ１３０に対応して小さな窓２４１を設けることは、周辺回路装置への外光の影響を小さくできるという効果がある。

液晶表示パネルにはバックライト５０からの光が照射されている。センサ用ＴＦＴ１３０にバックライト５０から強い光が常に照射されると、外光からの光量の変化を検出しにくい。したがって、本実施例では、図３に示すように、有効画面の周辺で、下偏光板１６の下に下遮光層３００を設置する。

図６は液晶表示パネルをＴＦＴ基板裏側から見た図である。ＴＦＴ基板１０の下側は、下遮光層３００によって覆われている。ＴＦＴ基板１０の下側はバックライト５０の光がセンサ１３０に当たらないよう遮光すればよいので、有効画面周辺を帯状に遮光層を形成すればよい。この遮光層はバックライトからの上下左右方向」からの光漏れを防ぐための黒色シールテープと兼用することで作業性と性能向上が見込める。この下遮光層３００は少なくともセンサ用ＴＦＴ１３０の下部分はカバーしたほうが良い。

図７は有効画面周辺に形成されたセンサ用ＴＦＴ部に対応した窓２４を人間の指で触れて、外部からの光がセンサ用ＴＦＴ１３０に対して遮断された状態を示す。バックライト５０からの光は下遮光層３００によって、遮光されているので、センサ用ＴＦＴ１３０に生ずる光電流は遮断され、これを電圧に換算してＰ／Ｓ変換回路４を介して信号処理回路５００に送られる。図７では窓２４には１個のセンサ用ＴＦＴ１３０しか記載されていないが、通常は感度を上げるために複数のセンサ用ＴＦＴ１３０が形成されている。

センサ用ＴＦＴ１３０は画素用ＴＦＴと同様な構成でかつ、同時に作成するのが、歩留まり、コスト等から有利である。図８は画素部ＴＦＴ１２０の断面図である。ポリシリコンＴＦＴにおいては、いわゆるトップゲート型のＴＦＴが使用される。

図８において、ガラス基板１０上には下地膜としてＳｉＮ膜１０１、およびＳｉＯ_２膜１０２の２層膜が形成される。いずれもガラス基板１０からの不純物が半導体層を汚染することを防止するためである。ＳｉＯ_２膜１０２の上にはポリシリコン半導体層１０３が形成される。半導体層１０３の上にはゲート絶縁膜１０４がＳｉＯ_２またはＳｉＮによって形成される。ゲート絶縁膜１０４が形成されたあと、ゲート電極層１０５として、例えばＭｏＷ層がスパッタリングによって形成される。

ゲート電極１０５はフォトレジストを利用してエッチングで形成する。ゲート電極１０５をエッチングした後、フォトレジストを除去する前にイオンインプランテーションを行い、半導体層１０３に対してｎ＋となるようなドーピングを行う。この手法によって、半導体層１０３には図９に示すように、３つの領域が形成される。図９において、ゲート電極の真下にあるチャネル部となる半導体層１０３１はｐ型半導体である。ｐ型半導体層１０３１の両側はｎ型とするイオンが軽くドープされたＬｉｇｈｔ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ層（ＬＤＤ層）１０３２が形成される。これはフォトレジストを介してイオンが打ち込まれたために、イオンのドープ量が小さいからである。その他の領域にはｎ＋とするためのイオンが十分に打ち込まれ、導電率が高い部分である。この部分はＴＦＴのソース／ドレイン（Ｓ／Ｄ）領域１０３３となる。

ゲート電極１０５を含む、ゲート配線上には層間絶縁膜１０６がＳｉＯ_２またはＳｉＮによって形成される。層間絶縁膜１０６に電気的コンタクトを取るためにスルーホルを形成した後、Ａｌ−ＳｉおよびＭｏＷ等の積層膜をスパッタリングによって被着し、フォトリソグラフィによって、ソース／ドレイン配線層１０７等を形成する。その後、ＴＦＴを保護するためにＳｉＮによって無機パッシベーション膜１０８が形成される。

無機パッシベーション膜１０８を覆って表面を平坦化するための、有機パッシベーション膜１０９が形成される。無機パッシベーション膜１０８および有機パッシベーション膜１０９に、ソース／ドレイン配線層１０７と画素電極１１０を電気的に導通するためのスルーホールを形成した後、画素電極１１０となる透明電極ＩＴＯをスパッタリングによって被着する。この透明電極をパターニングすることによって画素電極１１０を形成する。

センサ用ＴＦＴ１３０も基本的には同様の構造である。ただし、センサ用ＴＦＴ部では図８に示すような画素電極１１０は必要としない。センサ用ＴＦＴ１３０では、外光によってキャリアが発生する必要があるが、ゲート電極１０５は金属膜で形成され、不透明であり、ゲート電極１０５の下の半導体層１０３１には直接外光が届かない。一方図９に示すように、ＬＤＤ部分１０３２には外光が直接届く。このＬＤＤ部１０３２にもフォトキャリアが発生するので、センサ用ＴＦＴ１３０がフォトセンサ３として機能する。さらに、外光の一部は反射、回折によって、ゲート電極１０５下のチャネル部であるｐ型半導体部１０３１にも達するので、この部分でもフォトキャリアが発生し、センサ用ＴＦＴ１３０がフォトセンサ３として動作することが出来る。

図１０から図１３はセンサ用ＴＦＴ１３０を本発明のフォトセンサ３として動作させる回路図である。図１０はフォトセンサ部３の等価回路である。フォトセンサ３はセンサ用ＴＦＴ１３０をダイオード接続したフォトダイオード１３０とソース接地のＴＦＴ１３１と積分容量１３２で構成される。フォトダイオード１３０は、リセット線ＶＲＥＳと積分容量１３２の間に接続される。ソース接地ＴＦＴ１３１のドレインはフォトセンサ部３の出力Ｘｏ（ｊ）と接続し、ゲートは積分容量１３２と接続される。

図１１は図１０に示すフォトセンサ回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１１に示すように、ＶＲＥＳ電圧はハイレベルの電圧がＶＨ、ローレベルの電圧がＶＬの２値の信号である。積分容量１３２の電圧Ｖｐはリセット線ＶＲＥＳの電圧がＶＬのとき、フォトダイオード１３０が順バイアスとなるので、ＶＬ＋Ｖｔｈ１（フォトダイオードの閾値電圧）となる。

また、リセット線ＶＲＥＳの電圧がＶＨのとき、フォトダイオード１３０が逆バイアスとなるので、フォトダイオードには照射される光強度に応じた光電流Ｉｐが流れる。

光電流Ｉｐは積分容量１３２で積分されるので、電圧Ｖｐは図１１に示すように、時間とともに上昇する。この傾斜は光電流Ｉｐに比例する。図１１において、Ｉｐ大は光電流Ｉｐが大きい場合（光強度が強い場合）を示し、Ｉｐ小は光電流が小さい場合（光強度が弱い場合）を示す。

積分容量１３２にゲートが接続されるＴＦＴ１３１は電圧ＶｐがＶｐ≦Ｖｔｈ２でオフ状態、Ｖｐ＞Ｖｔｈ２でオン状態となる。このため、図１１のＩｐ大に示すように、光電流Ｉｐが大きい場合、電圧Ｖｐがしきい値電圧Ｖｔｈ２を超えた時点でＴＦＴ１３１はオフからオン状態に変化し、図１１のＩｐ小の場合はＴＦＴ１３１はオフのままとなる。

ここで、フォトダイオード１３０とＴＦＴ１３１は同じＴＦＴ製造工程で形成されているため、フォトダイオード１３０のしきい値電圧Ｖｔｈ１とＴＦＴ１３２のしきい値電圧Ｖｔｈ２はほぼ等しく、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ１＝Ｖｔｈ２が成り立つと仮定する。このとき、光電流Ｉｐと、リセット線ＶＲＥＳの電圧が立ち上がる時刻から、電圧Ｖｐがしきい値Ｖｔｈ２を超える時間差ｔｐは、積分容量１３２の容量をＣｐとすると、次の式で示される。

ｔｐ＝Ｃｐ×ＶＬ／Ｉｐ
この式から、時間差ｔｐは光電流に反比例し、その係数は、積分容量Ｃｐとリセット線ＶＲＥＳのローレベルの電圧ＶＬで決定され、ＴＦＴのしきい値電圧Ｖｔｈ２が含まれない。このことから、図１０に示すフォトセンサ回路はＴＦＴのしきい値電圧Ｖｔｈ２に依存しないので、光電流（Ｉｐ）を安定に検出することができる。

図１２は本実施例におけるフォトセンサ回路とその周辺回路を含めた回路構成を示す回路図である。図１２において、Ｓ（ｊ）は図１０に示すフォトセンサ回路である。フォトセンサ回路Ｓ（ｊ）に接地電圧ＧＮＤを供給する電源ライン、およびリセット線ＶＲＥＳは有効画面２の外で共通に接続される。

出力回路４００は並列入力／直列出力回路（以後ＰＳ回路という）ＰＳ（ｊ）と、出力線Ｘ（ｊ）を初期化するためのＴＦＴ（４１１〜４１３）で構成される。ＴＦＴ（４１１〜４１３）はＰ型の薄膜トランジスタである。初期化ＴＦＴ（４１１〜４１３）は初期化回路を構成する。

ＰＳ回路ＰＳ（ｊ）にはクロック（ＣＫ１、ＣＫ２）、Ｘ出力線Ｘ（ｊ）が入力される。さらに、前段からの信号を入力し、次段への信号を出力する。

初期化ＴＦＴ（４１１〜４１３）にはドレインに電源電圧ＶＤＤが印加され、ゲートにリセット信号ＲＥＳが印加されるとともに、ソースがそれぞれ、出力線Ｘ（ｊ）に接続される。

図１３は図１２に示すフォトセンサ回路Ｓ（ｊ）とその周辺回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。リセット線ＶＲＥＳの電圧、電圧Ｖｐのタイミングは図１１に示すタイミングと同じである。光電流ＩｐはＩｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３の３条件で示した。リセット信号ＲＥＳは、出力線Ｘ（ｊ）を初期化するための信号、Ｘｏ（ｊ）は出力線Ｘ（ｊ）の電圧、（ＣＫ１、ＣＫ２）はＳＰ回路の制御信号、ＸｓｏはＶ出力回路４００の出力である。電圧Ｖｐは図１１に示す波形と同じである。

リセット信号ＲＥＳがＬｏｗレベル（以下Ｌレベルという）のとき、ＴＦＴ（４１１〜４１３）はオン状態となり、出力線が電源電圧ＶＤＤに初期化される。その後、電圧ＶｐがＴＦＴのしきい値電圧を超えると、フォトセンサ回路部のＴＦＴがオン状態となり出力線の電圧Ｘｏ（ｊ）はＬレベルとなる。このＨレベルからＬレベルに切り替わる時刻ｔは光電流Ｉｐの値で変化する。ＩｐがＩｐ３の時はＬレベルに切り替わらない。

クロックＣＫ１は出力線のデータをＰＳ回路に取り込むクロック（データラッチクロック）である。図１３では、ｔ＝ＴｉのタイミングでクロックＣＫ１が入力されている例を示している。クロックＣＫ２はＰＳ回路のデータシフトクロックである。このクロックＣＫ２により、クロックＣＫ１のタイミングで取り込まれたＰＳ回路のデータをシフトし、Ｘｓｏにデータを出力する。

以上の説明のように、一定期間毎に出力をカウントすることにより、フォトセンサ３に入力される光の量を判断することができる。図１３の例では、光電流Ｉｐ＝Ｉｐ１のときは、出力はゼロとしてカウントされ、Ｉｐがこれよりも小さいＩｐ２、Ｉｐ３等の場合は出力は１としてカウントされる。

実施例では、通常はフォトセンサ３に外光が照射されている、例えば、Ｉｐ＝Ｉｐ１の時なので、通常は出力はゼロであるが、人間がセンサ部に対応する基板を指で触れることにより、外光が遮断され、出力が１に変わる。これによって、どの機能が選択されたかを判断する。

どの程度の光の変化によって、人間がセンサ部に対応する基板を指で触れたかを決めるには図１３におけるタイミングＴｉによって決めることができる。すなわち、図１３のＴｉを長くすると、より大きなＩｐの変化、つまり、より大きな光量の変化を検出し、Ｔｉを短くするとより小さなＩｐの変化、つまり、より小さな光量の変化を検出することになる。

本発明は、フォトダイオードとして用いるセンサ用ＴＦＴ１３０は画素部ＴＦＴ１２０と同様な構成で、同様なプロセスで製作できる利点がある。しかし、フォトセンサ専用として製作した場合に比して光感度が十分でない場合がある。実施例２は、このような場合に、センサ用ＴＦＴ１３０を並列に設置することによって、光電流の変化の量をより容易に検出するものである。

図１４に実施例２におけるフォトセンサ部３の等価回路を示す。図１４の等価回路は、フォトダイオードとして用いるセンサ用ＴＦＴ１３０が並列に接続されていることを除いては、実施例１の図１０と同じである。この構成によれば、各センサ用ＴＦＴ１３０の光電流が小さくとも、したがって、光電流の変化が小さくとも、並列接続されたＴＦＴからの光電流が加算されるため、感度を向上させることができる。トータルの光電流が大きければ、光量の変化がどの程度のときに、人間の指がフォトセンサ部３に対応する基板に触れたかを判断する裕度も大きくとることができる。

本実施例では、画素部ＴＦＴ１２０と同様な構成のセンサ用ＴＦＴ１３０を用い、同様なプロセスで製作できるので、製造歩留まりを向上させることができる。本実施例における光電流の検出回路は図１１〜図１３に示す検出回路と同様である。

実施例１ではフォトセンサ部３は画面の片側、すなわち、左右の一方、または上下の一方に設置されている。この場合は位置データは１次元のデータで十分である。しかし、図１５に示すように、センサ部を上下両方、または左右両方に設置する場合もある。この場合、一方向の位置データのみでなく、２方向の位置データが欲しい場合がる。実施例３はこの要請に対応するものである。

図１６は実施例３のフォトセンサ部３の等価回路である。図１０と異なるところは、Ｙ方向の位置情報を与えるＴＦＴ１３３が追加になっていることである。ここで、Ｙ方向とは、実施例１で与えられる位置情報と直角方向の位置情報という意味である。ＴＦＴ１３３はソース接地であり、ゲートは積分容量１３２と接続され、ドレインはフォトセンサ部３のＹ方向出力Ｙ（ｋ）に接続される。

Ｙ方向の位置情報を与えるＴＦＴ１３３の動作は実施例１で示したＸ方向の位置情報を与えるフォトセンサ部３の動作と同じである。Ｙ方向の情報を与える出力の検出回路およびその動作も図１１〜図１３に示したものを１組加えればよい。すなわち、この検出回路も、ＴＦＴ基板１０上に、画素部ＴＦＴ１２０等と同時に作られる。

本実施例によれば、同一のセンサ用ＴＦＴ１３０で構成されるフォトダイオード１３０からの光電流の変化からＸ方向、Ｙ方向の位置データを得ることができる。

本発明は、有効面外に形成された窓部２４に人間が指を触れることにより、外光が遮断され、これをフォトセンサ３で感知することによって、情報を入力するものである。この場合、光が該当する窓２４以外からも入射すれば、検出感度が低下することになる。窓２４以外から入射する光の大きなものはバックライト５０からの光である。

図３に示すように、バックライト５０からの光は下遮光層３００によって遮光する構成となっているが、バックライト５０の光は強いために、ＴＦＴ基板内で反射する等してセンサ用ＴＦＴ１３０で構成されるフォトセンサ部３に達する。ＴＦＴの構成は図８に示すように、半導体膜の下側には直接の遮光層は無いため、下からの光の影響を受けやすい。このために遮光テープを用いても、漏れ光や、回り込み光の影響がある。

バックライト５０からの光の影響はフォトセンサ３の形成されている場所が有効面から離れているほど漏れ光や回り込み光の影響を受けにくい。

実施例４では、図１７に示すように、フォトセンサ３からの出力を信号処理回路５００に送るＰＳ回路等を、フォトセンサ部３よりも有効画面側に設置することにより、フォトサンサに対するバックライト５０の影響を小さくするものである。

ＰＳ回路等もセンサ用ＴＦＴ１３０と同様な構成で、同様なプロセスでＴＦＴ基板１０上に作りこまれる。したがって、バックライト５０の影響を受けることはセンサ用ＴＦＴ１３０と同様である。しかし、ＰＳ回路等は光の変化を検出するものではないため、バックライト５０の影響による導電率の変化は一定であるから、あらかじめ、バクライトの影響を考慮してしきい値を設定しておけばよい。以上のように、本実施例によれば、光センサ部に対するバックライト５０の影響を軽減することができるので、位置検出の裕度を増大することができる。

以上の実施例は液晶表示装置について説明した。本発明は液晶表示装置のみでなく、有機ＥＬ表示装置等に対しても適用可能である。有機ＥＬ表示装置の場合も、表示装置の概念図は図１と同じである。すなわち、有効画面部２の周辺に機能を選択するためのフォトセンサ部３を設ける。

有機ＥＬ表示装置は自発光装置であるため、液晶表示装置と異なりバックライトを必要としない。したがって、有機ＥＬ表示装置の場合は、外光からの迷光の防止のみを考慮すれはよい。有機ＥＬ表示装置の場合も、各画素の駆動はＴＦＴが用いられるので、有効画面周辺の光センサとして画素部のＴＦＴと同様なセンサ用ＴＦＴ１３０を製作することは液晶表示装置と同様である。

有機ＥＬ表示装置には、画素からの光がＴＦＴ基板１０側に出射するボトムエミッションタイプと画素からの光がＴＦＴ基板１０と反対側に出射するトップエミッションタイプとがある。図１８はボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置の断面図である。

図１８において、まず、ＴＦＴ基板１０上にＴＦＴが形成されることは図８と同じである。すなわち、ＴＦＴ基板１０上に２層の下地膜１０１、１０２、半導体層１０３、ゲート絶縁膜１０４、ゲート電極１０５、層間絶縁膜１０６、ＳＤ配線１０７、無機パッシベーション膜１０８、有機パッシベーション膜１０９が図８で説明したと同様にして形成される。

有機ＥＬ表示装置では、図８における画素電極１１０の替わりに下部電極１１１が形成される。ただし、この下部電極１１１はＩＴＯであり、図８における画素電極１１０と同じである。有機ＥＬ表示装置では画素間を分離するためにバンク１１２が形成され、その後、有機ＥＬ膜１１３が蒸着によって形成される。有機ＥＬ膜１１３は通常５層〜６層の有機薄膜からなる。有機ＥＬ膜１１３の上にはＡｌあるいはＡｌ合金による上部電極１１４が形成される。

上部電極１１４と下部電極１１１の間に電圧を印加すると、有機ＥＬ層１１３が発光するが、この光はＴＦＴ基板１０側に向かう。ＴＦＴ基板１０と反対側に出射する光は金属である上部電極１１４で反射されてＴＦＴ基板１０側に向かう。人間はＴＦＴ基板１０側から有機ＥＬ１１３で発光する光を視認して画像を認識する。

有効画面周辺に形成されるセンサ用ＴＦＴ１３０は、図１８に示す画素部のＴＦＴと同様な構成で、かつ、同様なプロセスで形成される。本実施例が実施例１等の液晶表示装置と異なるところは、外光がゲート電極にさえぎられずに、ＴＦＴのチャンネル部に当たることである。すなわち、本実施例では、人間の指が有効面周辺に形成された光センサ部の窓２４に触れることによる、光の変化による、光電流の変化を、他の実施例等に比べて大きくすることができる。したがって、その分検出の裕度を増すことができる。

以上の実施例は半導体層はポリシリコンで形成されるとして説明した。しかし、表示装置によっては半導体層をａ−Ｓｉで形成することも可能である。ポリシリコンはキャリアの移動度が大きいために有効画面周辺に、ＰＳ回路等を作りこむことは比較的容易である。しかし、本発明におけるフォトセンサ３の出力は高速動作を必要としないため、ａ−Ｓｉの移動度が許容できる場合もある。

本発明の概略平面図である。 実施例１の斜視図である。 実施例１の断面図である。 実施例１の平面図である。 センサ窓部の例である。 実施例１の裏面図である。 実施例１の動作断面図である。 画素部ＴＦＴの断面図である。 ＴＦＴ部の詳細図である。 フォトセンサ部の等価回路である。 フォトセンサ部の動作タイミング図である。 周辺回路を含めた回路構成図である。 図１２の動作タイミング図である。 実施例２のフォトセンサ部の等価回路である。 実施例３の概略図である。 実施例３のフォトセンサ部の等価回路である。 実施例４の概略図である。 有機ＥＬ表示装置の断面図である。

符号の説明

１…表示装置、２…有効画面部、 ３…フォトセンサ部、 ４…Ｐ／Ｓ変換回路部、 ５…信号処理部、 １０…ＴＦＴ基板、 １６…下偏光板、 ２０…カラーフィルタ基板、 ２２…上遮光層、 ２３…ＢＭ、 ２４…窓、 ２６…上偏光板、２７…赤フィルタ ２８…緑フィルタ、 ２９…青フィルタ、 ３０…液晶、 ３１…シール部、 ５０…バックライト、 １２０…画素部ＴＦＴ、１３０…センサ用ＴＦＴ １３１…ソース接地ＴＦＴ、 １３２…蓄積容量

Claims (20)

1. 有効画面内には画素がマトリクス状に配置された基板を有し、各画素に加わる画像信号は各画素に対応する薄膜トランジスタによって制御される表示装置であって、
   前記基板には前記有効画面の外側にフォトセンサが配置され、前記フォトセンサは外光を遮断することによって信号を発生し、前記フォトセンサからの信号は前記表示装置に対して特定の機能を行なわせることを特徴とする表示装置。
2. 前記有効画面の外側は外光を遮断する遮光層が形成されており、前記フォトセンサに対応する部分には前記遮光層が形成されていないことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記フォトセンサは前記各画素に対応する薄膜トランジスタと同じプロセスで形成されたセンサ用薄膜トランジスタによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記センサ用薄膜トランジスタのゲートは、前記センサ用薄膜トランジスタのドレインまたはソースと接続されたダイオード構成となっていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記フォトセンサからの信号は前記各画素に対応する薄膜トランジスタが形成された基板と同じ基板に形成された信号を転送する回路を介して信号処理回路に転送されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 前記信号を転送する回路はパラレル／シリアル変換回路を含むことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記信号を転送する回路は前記フォトセンサよりも前記有効画面側に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
8. 前記各画素に対応する薄膜トランジスタはポリシリコンで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
9. 前記フォトセンサが形成された基板の裏側で、前記フォトセンサが配置された部分と対応する部分には遮光層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
10. 前記有効画面の外側に形成された前記フォトセンサは複数形成されており、前記複数のフォトセンサからの信号が前記表示装置に対して同一の機能をおこなわせることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
11. 前記有効画面の外側には外光を遮断する遮光層が形成されており、前記フォトセンサに対応する部分には前記遮光層が形成されていない窓部が形成されており、前記窓部に対応する部分には複数の前記フォトセンサが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
12. 有効画面内に画素電極および画素電極に印加される信号電圧を制御する薄膜トランジスタが形成されたＴＦＴ基板と、有効画面内にカラーフィルタおよびブラックマトリクスが形成されたカラーフィルタ基板と、前記ＴＦＴ基板と前記カラーフィルタ基板とに挟持された液晶によって画像を形成する液晶表示パネルと、バックライトとを有する液晶表示装置であって、
    前記ＴＦＴ基板の前記有効画面の外側にフォトセンサが形成され、前記フォトセンサは外光を遮断することによって信号を発生し、前記フォトセンサからの信号は前記表示装置に対して特定の機能を行なわせることを特徴とする液晶表示装置。
13. 前記カラーフィルタ基板の前記有効面の外側には外光を遮断する遮光膜が形成されており、前記フォトセンサに対応する部分には前記遮光層が形成されていないことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記遮光膜は前記ブラックマトリクスと同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
15. 前記フォトセンサは前記画素電極に印加される信号電圧を制御する薄膜トランジスタと同じプロセスで形成されたセンサ用薄膜トランジスタによって構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
16. 前記センサ用薄膜トランジスタのゲートは、前記センサ用薄膜トランジスタのドレインまたはソースと接続されたダイオード構成となっていることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
17. 前記フォトセンサが形成されたＴＦＴ基板と前記バックライトの間には遮光層が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
18. 有効画面内に画素を構成する有機ＥＬ層がマトリクス状に配置された基板を有し、前記有機ＥＬ層に信号電圧を印加することによって画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、
    前記有機ＥＬ層に印加される信号電圧は薄膜トランジスタによって制御され、前記基板には前記有効画面の外側にフォトセンサが配置され、前記フォトセンサは外光を遮断することによって信号を発生し、前記フォトセンサからの信号は前記表示装置に対して特定の機能を行なわせることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
19. 前記フォトセンサは、前記有機ＥＬ層に印加される信号電圧を制御する薄膜トランジスタと同じプロセスで形成されたセンサ用薄膜トランジスタを含むことを特徴とする請求項１８に記載の有機ＥＬ表示装置。
20. 前記有機ＥＬ表示装置はボトムエミッションタイプであることを特徴とする請求項１８に記載の有機ＥＬ表示装置。

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