JP2008170460A - アクティブマトリクス基板、表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクティブマトリクス基板の周辺領域に形成された環境センサを備えた表示装置において、環境センサの上層に設けられた表面保護膜の変質に基づく、環境センサの感度不良および特性の経時劣化を防止する。
【解決手段】 同一基板上に、複数の画素が配列された画素配列領域と、該画素配列領域に近接する周辺領域を有するアクティブマトリクス基板において、前記周辺領域における表面保護膜は、前記環境センサの上部となる箇所に開口部を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置、ＥＬ（Electronic Luminescent）表示装置などの表示装置に関する。また、これら表示装置に使用するアクティブマトリクス基板に関する。

液晶表示装置に代表されるフラットパネル型の表示装置は、薄型軽量、低消費電力といった特徴を有し、さらに、カラー化、高精細化、動画対応といった表示性能の向上に向けた技術開発が進んでいることから、現在では、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ＤＶＤプレイヤー、モバイルゲーム機器、ノートＰＣ、ＰＣモニター、ＴＶ等、幅広い情報機器、ＴＶ機器、アミューズメント機器等の電子機器に組み込まれている。

このような背景の中、表示装置に周辺環境を検知する環境センサを取り付ける技術が用いられ始めている。この環境センサの代表例として、周辺環境の明るさを検知する光センサがある。近年、表示装置の更なる視認性向上や低消費電力化を目的として、使用環境の明るさに応じて表示装置の輝度を自動的に制御する自動調光機能付きの表示システムが提案されている。

このような光センサを備える表示システムは、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。特許文献１や特許文献２では、表示装置の近傍にディスクリート部品である光センサを配設し、該光センサで検知した使用環境照度を基に、表示装置の輝度を自動的に制御する方法が開示されている。この結果、昼間や屋外など明るい環境下では表示輝度を高くし、夜間や室内など比較的暗い環境下では表示輝度を下げるといったように、周囲環境の明るさに応じて自動的に輝度調整（調光）を行うことができる。この場合、表示装置の観察者が、暗い環境下で画面をまぶしく感じることがなくなり、視認性の向上を図ることができる。また、使用環境の明／暗にかかわらず、表示輝度を常に高く保つ使用方法に比べると、表示装置の低消費電力化や長寿命化を実現することができる。さらに、光センサの検知情報を基に自動的に輝度調整（調光）を行うために、使用者の手を煩わせることもない。

このように、自動調光機能を備えた表示システムは、使用環境の明るさの変化に対して良好な視認性と低消費電力化を両立することができることから、屋外に持ち出して使用する機会が多くバッテリー駆動を必要とするモバイル機器（携帯電話、ＰＤＡ、モバイルゲーム機器等）に対して特に有用である。

一方、特許文献３には、環境センサを表示装置内に組み込んだ構造の一例として、ディスクリート部品である光センサを、表示装置内に組み込む構造が開示されている。図１３は、特許文献３に開示されている液晶表示装置の筐体を除く概略構成図であり、図１４は、その光センサ実装部の断面図である。

この液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのアクティブ素子が形成される基板（アクティブマトリクス基板）９０１と対向基板９０２が貼り合わされ、両者の間隙に液晶層９０３が挟持された構造となっている。ここで、アクティブマトリクス基板９０１の周辺部、すなわち対向基板が存在しない周辺領域Ｓ（額縁領域）に、ディスクリート部品である光センサ９０７が配設されている。また、アクティブマトリクス基板９０１の対向基板９０２配置側とは相対する側にはバックライトシステム９１４が設けられる。そして、バックライトシステム９１４のアクティブマトリクス基板９０１配置側とは相対する側と、周辺領域Ｓの周囲とを覆うように、筐体９１５が配置される。筐体９１５の光センサ９０７と対向する位置には、開孔部９１６が設けられ、光センサ９０７への光は開孔部９１６から入射する仕組みになっている。

このように、光センサ９０７を上記周辺領域Ｓに配設する構造は、以下の特徴を備えている。すなわち、液晶表示装置の表示モードが透過型や半透過型の場合には、アクティブマトリクス基板９０１の裏面にバックライトシステムを備える必要があるが、光センサ９０７が上記の周辺領域Ｓに配設されているので、該バックライトシステム９１４から発せられる光が直接光センサ９０７に到達することがなく、バックライトシステムから発せられる光に起因する光センサ９０７の誤動作を最小限に留めることが可能である。また、通常の液晶表示装置では、対向基板９０２の表側には偏光板（図示せず）が貼られているが、光センサ９０７が上記の周辺領域に配設されているので、光センサ９０７に入射する外光が対向基板９０２上の偏光板によって遮られることが無く、十分な光量の外光を光センサに導くことが可能である。この結果、光センサ９０７は、高いＳ／Ｎを得ることが可能である。

一方、近年、表示装置の製造技術が急速に進展し、従来はディスクリート部品として表示装置の周辺部に実装していたＩＣチップや各種回路素子を、表示装置の構成回路・素子の形成時に、表示装置内（具体的には表示装置を構成するガラス基板上）に同一プロセスでモノリシックに形成する技術が確立されてきている。

例えば、特許文献４では、基板上に表示領域部を形成する際、表示領域部の周辺の領域に、垂直駆動回路、水平駆動回路、電圧変換回路、タイミング発生回路、光センサ回路などを、同一プロセスでモノリシックに形成する例が開示されている。このようなディスクリート部品の表示装置内へのモノリシック形成は、部品点数や部品実装プロセスの削減を可能にし、表示装置を組み込んだ電子機器の小型化とコストダウンを実現することができる。もちろん、上述した表示装置の輝度調節（調光）に用いる光センサや、光センサ用の専用回路（光量検出回路）などを、表示装置内にモノリシックに形成することも可能である。なお、特許文献３にも、ディスクリート部品の光センサの代わりに、基板上に周辺回路と光センサを同一プロセスでモノリシックに形成する技術が記載されている。

ところで、アクティブマトリクス型の表示装置に使用されるアクティブ素子としては、非晶質Ｓｉ膜や多結晶Ｓｉ膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が一般的である。上述のようにアクティブ素子と各種回路素子を同一基板上にモノリシックに形成する場合は、主として多結晶Ｓｉ膜を利用したＴＦＴが用いられる。

そこで、図１５を参照しながら、画素配列領域（表示領域）の各画素に形成される多結晶Ｓｉ膜を半導体層として備えるＴＦＴの構造を説明する。ここで説明するＴＦＴの構造は、「トップゲート構造」、または「正スタガ構造」と呼ばれるもので、チャネルとなる半導体膜（多結晶Ｓｉ膜）の上層にゲート電極を備えるものである。

ＴＦＴ５００は、ガラス基板５１０上に形成された多結晶Ｓｉ膜５１１と、多結晶Ｓｉ膜５１１を覆うように形成されたゲート絶縁膜５１２と、ゲート絶縁膜５１２上に形成されたゲート電極５１３と、ゲート電極５１３及びゲート酸化膜５１２を覆うように形成された第１層間絶縁膜５１４とを有している。第１層間絶縁膜５１４上に形成されているソース電極５１７は、第１層間絶縁膜５１４およびゲート絶縁膜５１２を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のソース領域５１１ｃに電気的に接続されている。同様に、第１層間絶縁膜５１４上に形成されているドレイン電極５１５は、第１層間絶縁膜５１４およびゲート絶縁膜５１２を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のドレイン領域５１１ｂに電気的に接続されている。さらに、これらを覆うように第２層間絶縁膜５１８が形成されている。

このような構造において、ゲート電極５１３と対向する半導体膜の領域がチャネル領域５１１ａとして機能する。また、半導体膜のチャネル領域５１１ａ以外の領域は、不純物が高濃度にドープされており、ソース領域５１１ｃおよびドレイン領域５１１ｂとして機能する。

なお、ここでは図示しないが、ホットキャリアによる電気特性の劣化を防ぐために、ソース領域５１１ｃのチャネル領域側およびドレイン領域５１１ｂのチャネル領域側に、不純物が低濃度にドープされたＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されている。

さらに、第２層間絶縁膜５１８の上層には、駆動される表示媒体に電気信号を供給するための画素電極５１９が形成される。画素電極５１９は、第２層間絶縁膜５１８に設けられたコンタクトホールを介して、ドレイン電極５１５に電気的に接続される。この画素電極５１９は、一般に平坦性が求められることが多く、画素電極５１９の下層に存在する第２層間絶縁膜５１８は平坦化膜としての機能が要求される。このため第２層間絶縁膜には、アクリル樹脂などの有機膜（厚み２〜３μｍ）を用いることが好ましい。また、ＴＦＴ５００におけるコンタクトホールの形成や、周辺領域での電極取り出しのために、第２層間絶縁膜５１８はパターニング性能が求められ、通常、感光性を有する有機膜を用いることが多い。

一方、表示領域に上述の構造を有するＴＦＴを備えた表示装置において、外光の明るさを検知するための光センサを、表示装置の周辺領域にモノリシック形成しようとした場合、製造プロセスの増加を最小限に抑えようとすると、光センサの素子構造が限定されることになる。

図１６は、これら条件を満たす光センサ４００の素子構造断面を示す断面模式図である。ガラス基板４１０上に、光センサを構成する半導体膜４１１が形成され、該半導体膜４１１のドーピング領域（ｐ領域４１１ｃ又はｎ領域４１１ｂ）が、ノンドーピング領域（ｉ領域４１１ａ）に対して縦方向（積層方向）ではなく横方向（面方向）に形成される。一般に、形成面に対して平行な横方向（面方向）にＰＩＮ接合を有する構造は、ラテラル構造のＰＩＮ型光ダイオードと呼ばれている。

また、光センサ４００を構成する各部材は、図１５のＴＦＴを構成する各部材と、同じプロセスで形成されている。例えば、半導体膜４１１の上層には、ゲート絶縁膜５１２と同材料・同プロセスで形成される絶縁膜４１２が形成され、第１層間絶縁膜４１４の上層には、ソース電極５１７と同材料・同プロセスで形成されるｐ側電極４１７と、ドレイン電極５１５と同材料・同プロセスで形成されるｎ側電極４１５が形成される。

さらにその上層には、第２層間絶縁膜５１８と同材料・同プロセスで形成される表面保護膜４１８が形成される。この場合、第２層間絶縁膜５１８は、画素配列領域（表示領域）においては、ＴＦＴ５００形成層と画素電極５１９形成層の層間を電気的に絶縁するとともに、画素電極５１９の形成面の平坦性を向上させる役割を果たし、画素配列領域外（表示領域外）の周辺領域（額縁領域）では、アクティブマトリクス基板の表面保護膜４１８として光センサ４００や光センサ４００に接続される電極を外気から保護する役割を果たす。このように、表面保護膜４１８は、第２層間絶縁膜５１８と同プロセスで形成され、また、表示領域から周辺領域に渡って略全面に形成されることが望ましい。

このような図１６に示した光センサ４００は、図１３に示した従来の表示装置の光センサ（周辺領域に設けられたディスクリート部品）の代わりに使用することができ、かつ、図１３に示した表示装置を電子機器に組み込む際に、部品点数の削減や部品実装プロセスの削減を可能にする。

なお、特許文献５には、光センサ４００の構造の他の例として、非結晶Ｓｉ膜を用いたボトムゲート構造（逆スタガ構造）のＴＦＴと、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型接合を有する光ダイオードを同一基板上にモノリシックに形成したものが記載されている。
特開平４−１７４８１９号公報（公開日；１９９２年６月２３日） 特開平５−２４１５１２号公報（公開日；１９９３年９月２１日） 特開２００２−６２８５６号公報（公開日；２００２年２月２８日） 特開２００２−１７５０２６号公報（公開日；２００２年６月２１日） 特開平６−１８８４００号公報（公開日；１９９４年７月８日）

しかしながら、上述した図１６に示す光センサを、アクティブマトリクス基板上の周辺領域に形成して表示装置を実現しようとすると、以下の問題が生じることが明らかになった。

表示装置を構成するアクティブマトリクス基板は、図１４に示すように、表示領域（Ｈ）と周辺領域（額縁領域）（Ｓ）に大別されるが、後者の周辺領域（Ｓ）は、さらに筐体で遮光された遮光領域（Ｓ１）と、筐体に設けられた開孔部（例えば図１４の開孔部９１６に相当）に位置し外光の入射を受ける非遮光領域（Ｓ２）に分けることができる。上述した光センサは、外光を受光する必要があることから、当然、アクティブマトリクス基板上の非遮光領域（Ｓ２）に配置される必要がある。

第２層間絶縁膜は、表示領域から周辺領域に亘って略全面に形成される旨を前段で説明したが、この第２層間絶縁膜に到達する外光（屋外太陽光下での使用を想定）が第２層間絶縁膜に如何に到達するかについて考えてみると、以下のようになる。

表示領域（Ｈ）：対向基板に備えられた偏光板（図示せず）やカラーフィルタによって、外光の一部が吸収されるため、アクティブマトリクス基板上の第２層間絶縁膜に到達する外光は、特定の波長領域の光に限定される。特に偏光板やカラーフィルタで紫外線は略１００％吸収されるために、第２層間絶縁膜に到達する紫外線は皆無である。

遮光領域（Ｓ１）：筐体によって外光が全て遮光される。もちろん、アクティブマトリクス基板上の第２層間絶縁膜に到達する紫外線は皆無である。

非遮光領域（Ｓ２）：外光が直接入射するため、アクティブマトリクス基板上の第２層間絶縁膜に、外光に含まれる全波長の光（紫外線含む）が到達する。

つまり、表示装置を屋外で使用する場合を考えると、太陽光に含まれる紫外線は、周辺領域の非遮光領域（Ｓ２）のみにおいて、アクティブマトリクス基板上の第２層間絶縁膜に到達し得ることになる。

前述したように、第２層間絶縁膜は、アクリル樹脂などの感光性を有する有機膜によって形成されているが、ここで用いる有機膜は、これまで、紫外線に対する耐性は考慮されていなかった。そこで、非遮光領域（Ｓ２）に位置する第２層間絶縁膜の耐光試験を実施してみると、長期間の紫外線照射によって膜が劣化する現象、すなわち当初透明であった膜が茶褐色化又は白濁化する現象が生じることが判明した。さらに、この結果、第２層間絶縁膜の透明性が損なわれ、その下に位置する光センサに到達する外光が減少して、光センサの感度不良および特性の経時変化をもたらすことが判明した。この現象は光センサを備えた表示装置の信頼性に関わる問題であり、解決を図る必要がある。

また、光センサの代わりに他の環境センサ（温度センサ、湿度センサなど）を用いる場合であっても、第２層間絶縁膜の膜質が劣化すると、その配下に存在する環境センサの信頼性が損なわれることから、解決を図る必要がある。

このような問題を解決する方法としては、第２層間絶縁膜の耐紫外線を高めることが有効である。しかしながら、大面積塗布性能、パターニング性、平坦化性、プロセス温度に対する耐熱性など、他の要求仕様に対して既に最適化されている既存の第２層間絶縁膜の樹脂材料を更に改良することは、性能のトレードオフの発生が懸念される。したがって、現状の第２層間絶縁膜の使用を前提とした、他の方法による対策が望まれている。

そこで本発明は、アクティブマトリクス基板の周辺領域に形成された環境センサ（例えば、光センサ）を備えたアクティブマトリクス基板および表示装置において、該環境センサの配置層より上層に表面保護膜を形成しつつ、かつ該表面保護膜の変質に起因する環境センサの感度不良および特性の経時劣化を防ぐことが可能なアクティブマトリクス基板および表示装置を提供することを目的とする。

本発明のアクティブマトリクス基板は、複数の画素が配列された画素配列領域と、該画素配列領域以外の領域である周辺領域を同一基板上に有するアクティブマトリクス基板において、前記画素配列領域には、前記複数の画素の夫々に対応して設けられ夫々の画素をスイッチングする複数のアクティブ素子と、前記複数のアクティブ素子より上層に設けられた層間絶縁膜と、この層間絶縁膜より上層に形成された複数の画素電極とが配設されており、前記周辺領域には、環境センサと、前記環境センサの配置層より上層に設けられた表面保護膜とが配設されており、前記表面保護膜は、前記環境センサ配置位置の上方に相当する部分に開口部を備えていることを特徴としている。

また、本発明の表示装置は、前記アクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の前記アクティブ素子が形成されている面に対向するように配設される対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙に配設される表示媒体とを備えたことを特徴としている。

本発明のアクティブマトリクス基板は、環境センサの上層に配置される表面保護膜の環境センサ配置位置の上方に相当する部分に開口部が備えられているために、外光に含まれる紫外線により表面保護膜が変質する現象を回避することができる。この結果、感度が良く、特性の経時変化の小さい環境センサを実現することができ、信頼性の優れたアクティブマトリクス基板および表示装置を実現することができる。

〔実施の形態１〕
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る表示装置および該表示装置に用いるアクティブマトリクス基板について、液晶表示装置を例に概略を説明する。

図１は、本発明に係る表示装置１の全体構成図である。また、図２は、表示装置１を筐体に組み込んだ状態を示す断面図である。この表示装置１は、多数の画素５がマトリクス状に配列されたアクティブマトリクス基板２と、これに対向するように配置された対向基板３を備えており、さらに両者の間隙には表示媒体４である液晶が挟持された構造をしている。そして、アクティブマトリクス基板２と対向基板３は、対向基板３の外周に沿った枠状のシール樹脂２５によって接着されている。

アクティブマトリクス基板２の各画素５には、表示媒体４を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６や画素電極７が形成されており、対向基板３には、対向電極（図示せず）やカラーフィルタ（図示せず）が形成されている。

アクティブマトリクス基板２は、画素５が配列された領域（画素配列領域）８と、画素配列領域に近接する周辺領域９を有し、対向基板３は、上記画素配列領域８を覆うとともに、周辺領域９の一部が露出するように配設されている。

また、アクティブマトリクス基板２の上記周辺領域９には、表示装置１に外部の駆動回路３０を接続するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）１０が端子３８に実装され、さらに、環境センサの一例である外光の明るさを検出するための光センサ１１が配設されている。また、その他に周辺回路（外部の駆動回路からの入力信号に基づいて画素配列領域８のＴＦＴ６を駆動するための駆動回路（図示せず）、光センサ１１や駆動回路に接続される配線（３６）、画素配列領域８からの引き出し配線（図示せず）など）も配設されている。

上記画素配列領域８に形成されるＴＦＴ６と、周辺領域９に形成される光センサ１１とは、同一基板上に、同一プロセスによってモノリシックに形成されている。

そして、図１に示す表示装置１は、図２に示したような開孔部付き筐体３５に組み込まれる。筐体３５の開孔部３７は光センサ１１の配置位置に対向するように配置されており、その開孔部３７を介して外光が上記光センサ１１に到達する仕組みになっている。

また、表示装置１は、その表示モードとして、透過光を利用する透過型モードを用いている。従って、筐体３５内のアクティブマトリクス基板２の対向基板配置側とは相対する側（裏面側）にはバックライト１２が備えられている。なお、表示モードとして外光の反射を利用する反射表示モードを用いる場合や、表示媒体としてＥＬなどの自発光素子を用いる場合には、バックライト１２は不要である。

また、上述の光センサ１１は、外光を検知することを目的としているため、バックライト１２の光が該光センサ１１に入射すると、光センサ１１が誤動作するといった問題が生じる。したがって、アクティブマトリクス基板２の光センサ１１配設部の下側（アクティブマトリクス基板２の光センサ１１配置側とは反対側）にバックライト１２が配置されないようにするか、或いは、アクティブマトリクス基板２の光センサ配設部の裏面に遮光部材（アルミテープなど）を具備して、バックライト１２の光が光センサ１１に入射しないように配慮が必要である。

上述した本発明の表示装置１は、光センサ１１を用いて外光の照度を検出し、それに合わせて表示輝度を自動的に制御する自動調光機能付きの表示システムに適用することができる。つまり、上記アクティブマトリクス基板２の周辺領域９に設けられた光センサ１１が出力する外光の明るさ情報を基に、バックライト１２の輝度、又は表示信号の輝度信号を制御する制御回路を備えておくことで、表示装置１の表示輝度を自動的に制御することが可能になる。

この制御回路は、表示装置１と一体的に形成されていても、表示装置１と別体に形成されていても良い。表示装置１と一体的に形成されている場合の例としては、アクティブマトリクス基板２内にモノリシックに形成する場合や、アクティブマトリクス基板２とは別に制御回路を形成してＣＯＧ（Chip On Grass）方式等によりアクティブマトリクス基板２上に搭載する場合が挙げられる。また、表示装置１と別体に形成さえている場合の例としては、アクティブマトリクス基板２とは別に制御回路を形成してＦＰＣ等を介してアクティブマトリクス基板２に接続する場合や、表示装置１を備える電子機器に制御回路を配置してアクティブマトリックス基板２に制御回路から信号を送信する場合が挙げられる。

この制御回路を用いて、屋外など明るい環境下では表示輝度を高くし、夜間や室内など比較的暗い環境下では表示輝度を下げるように輝度調整（調光）を自動的に行うように制御させると、表示装置の低消費電力化や長寿命化を実現することができる。

次に、本発明の表示装置１の詳細な構造について、図３、図４、図５を用いて説明する。図３は、図１の表示装置１における画素配列領域（表示領域）８の画素５当たりの断面構造を概略的に示す略断面図である。アクティブマトリクス基板２と対向基板３の間隙に表示媒体（本実施の形態では液晶）４が挟持されている。アクティブマトリクス基板２には、液晶４を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６や画素電極７が形成されている。

以下、図１および図３を参照しながら、本実施の形態で用いる多結晶Ｓｉ膜を用いたＴＦＴ６と、このＴＦＴ６を含む画素５の構造について説明する。ここで使用するＴＦＴ６の構造は、「トップゲート構造」または「正スタガ構造」と呼ばれるもので、チャネルとなる半導体膜（多結晶Ｓｉ膜）１３の上層にゲート電極１６を備えるものでる。なお、このように、基板に対して複数の層を積層する場合に、基板側を下側とし、基板から層までの距離が離れる方向を上側として記載している。

ベース基材となる基板１４には、主にガラス基板が使用でき、例えば無アルカリのバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどが使用される。ＴＦＴ６は、基板１４上に形成された多結晶Ｓｉ膜１３と、多結晶Ｓｉ膜１３を覆うように形成されたゲート絶縁膜１５（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などが使用できる）と、ゲート絶縁膜１５上に形成されたゲート電極１６（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金などが使用できる）と、ゲート電極１６を覆うように形成された第１層間絶縁膜１７（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜が使用できる）とを有している。

ここで、ゲート絶縁膜１５を介してゲート電極１６と対向する半導体膜の領域はチャネル領域１３（ａ）として機能する。また、半導体膜のチャネル領域以外の領域は、不純物が高濃度にドープされたｎ＋層であり、ソース領域１３（ｂ）およびドレイン領域１３（ｃ）として機能する。また、ここでは図示しないが、ホットキャリアによる電気特性の劣化を防ぐために、ソース領域のチャネル領域側およびドレイン領域のチャネル領域側に、不純物が低濃度にドープされたＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されている。

なお、ガラス基板の表面（多結晶Ｓｉ膜１３の下）に、ベースコート膜（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などが使用できる）を備えても良い。また、多結晶Ｓｉ膜１３は、非晶質構造を有する半導体膜（非結晶Ｓｉ膜）を、レーザーアニールやＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）などの熱処理により結晶化することで得ることができる。

第１層間絶縁膜１７上にはソース電極１８（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金が使用できる）が形成されていて、第１層間絶縁膜１７およびゲート絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のソース領域１３（ｂ）に電気的に接続されている。同様に、第１層間絶縁膜１７上に形成されているドレイン電極１９（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金が使用できる）は、第１層間絶縁膜１７およびゲート絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のドレイン領域１３（ｃ）に電気的に接続されている。

以上が、ここで使用するＴＦＴ６の基本的な構造である。そして、画素配列領域（表示領域）８においては、上述のＴＦＴ６を覆うように、さらに第２層間絶縁膜２０が形成されている。ここで、第２層間絶縁膜２０は、層間の絶縁性に加えて下層の凹凸を平坦化する役割が要求されるので、塗布や印刷よって形成が可能な有機膜が主に使用される。

更に、第２層間絶縁膜２０の上層には、画素電極７（例えば、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）、ＩＺＯ（Indium-Zinc-Oxide）、Ａｌなどが使用できる）が形成される。画素電極７は、第２層間絶縁膜２０に形成されたコンタクトホールを介して、ドレイン電極１９に電気的に接続されている。この、第２層間絶縁膜２０としては、感光性を有する有機絶縁膜を用いることが好ましく、これにより、マスク露光と現像処理によって、簡便に第２層間絶縁膜にコンタクトホールを形成することができる。このように感光性を有する有機絶縁膜としては、例えば、アクリル、ポリイミド、ＢＣＢ（Benzo-Cyclo-Butene）などが例示できる。

図４は、図１の表示装置１における周辺領域９の断面模式図であり、図５（ａ）は、周辺領域９に形成されている光センサ１１の断面構造図である。

以下、図４、図５（ａ）を参照しながら、光センサ１１の構造について説明する。ここで使用する光センサ１１の構造は、「ラテラル構造の光ダイオード」と呼ばれるものであり、半導体のＰＩＮ接合が基板の面方向（横方向）に形成されたダイオードを備えるものである。

ベース基材となるガラス基板１４（ＴＦＴが形成されている基板と共通の基板）上に、多結晶Ｓｉ膜２１によるＰＩＮダイオードが形成されている。このＰＩＮダイオードの多結晶Ｓｉ膜２１の膜厚と、画素配列領域８（表示領域）のＴＦＴ６の多結晶Ｓｉ膜１３の膜厚とは同じ膜厚を備えている。ＰＩＮ接合は、不純物が高濃度にドープされたｐ＋層とｎ＋層、及び不純物がドープされないｉ層によって形成されている。なお、ｉ層の代わりに、低濃度にドープされたｐ−層やｎ−層を単独、又は併設して用いることも可能である。

さらに、ＰＩＮ接合を有する多結晶Ｓｉ膜２１を覆うように、画素配列領域８の構成部材と共通のゲート絶縁膜１５（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などが使用できる）と第１層間絶縁膜１７（例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜が使用できる）が形成される。第１層間絶縁膜１７上に形成されているｐ側電極３３（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金が使用できる）は、第１層間絶縁膜１７およびゲート絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のｐ＋領域に電気的に接続されている。同様に、第１層間絶縁膜１７上に形成されているｎ側電極３４（例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉまたはそれらの合金が使用できる。）は、第１層間絶縁膜１７およびゲート絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールを介して半導体膜のｎ＋領域に電気的に接続されている。

以上が、基本的な光センサ１１の構造である。上記のとおり、光センサ１１の構成部材は、前述の画素配列領域のＴＦＴ６の構成部材と基本的に同じである。従って、両者の製造プロセスを共通にすることができる。このようにして、アクティブマトリクス基板２には、画素配列領域８のＴＦＴ６と周辺領域９の光センサ１１がモノリシックに形成されている。

なお、周辺領域９には、上記光センサ１１の他に、周辺回路（外部の駆動回路からの入力信号に基づいて画素配列領域８のＴＦＴ６を駆動するための駆動回路（図示せず）、光センサ１１や駆動回路に接続される配線３６、画素配列領域８からの引き出し配線（図示せず）など）も形成されている。そしてこれらを保護する目的で、周辺領域の光センサ１１、駆動回路、各種配線を覆うように、これらの上層には画素配列領域８の構成部材と共通の第２層間絶縁膜２０（アクリル、ポリイミド、ＢＣＢなどの有機絶縁膜）が形成されている。

そして、第２層間絶縁膜２０は、周辺領域９においては表面保護膜としての役割を果たす。ただし、この第２層間絶縁膜２０は、光センサ１１の上部において、本実施の形態の特徴となる開口部２２が意図的に形成されている。この開口部２２は、画素配列領域８において、第２層間絶縁膜２０にコンタクトホールを形成する際に同時に形成することができる。すなわち、第２層間絶縁膜２０は、画素配列領域８では層間絶縁膜として機能し、周辺領域９では表面保護膜として機能する。

つまり、本実施の形態の表示装置１の構造上の特徴は、アクティブマトリクス基板２が画素配列領域８（表示領域）と周辺領域９を備えている点、周辺領域に外光の明るさを検出する光センサ１１が形成されている点、画素配列領域８で使用する第２層間絶縁膜２０が周辺領域にも形成されている点、第２層間絶縁膜（表面保護膜）２０の光センサ１１の上方に相当する部分に開口部を有する点にある。

この結果、光センサ１１は、外光に紫外線が含まれていたとしても、光センサ１１の上部に第２層間絶縁膜２０が存在しないので、紫外線に起因する第２層間絶縁膜２０の変色の影響を受けることがない。したがって、長時間にわたり安定して外光の明るさの変化を正確に検出することができる。また、従来では、紫外線による第２層間絶縁膜２０の劣化（透過率の低下）を見越して、光センサ１１を過剰スペックで設計しておく必要があったが、本実施の形態では第２層間絶縁膜２０の透過率の低下を懸念する必要がなく、光センサ１１を最適設計することが可能になる。このため、光センサ１１自身を従来より小さくすることが可能になる。これによって、光センサ１１が配置される周辺領域９を最小限に小さくでき、表示装置の狭額縁化に寄与することが可能になる。

なお、上述の実施形態では、画素配列領域８に形成されている第２層間絶縁膜と、周辺領域９に形成されている表面保護膜とが同じ材料、及び同じプロセスで形成された例について説明したが、これに限るものではない。両者が別材料や別プロセスで形成された場合であっても、表面保護膜の紫外線耐性が十分でない場合には、上記構造（表面保護膜に開口部２２を設ける構造）を採用することで本発明の効果を得ることが可能である。特に、表面保護膜が感光性を有する場合、フォトリソグラフィによって開口部２２を形成しやすい点で有効である。

ところで、上述のように、光センサ１１の上部において、第２層間絶縁膜２０に開口部２２を形成すると、金属からなるｐ側電極３３とｎ側電極３４が露出される。そこで、これら両電極が外気に触れることによる酸化や腐食が懸念される場合には、図５（ｂ）に示すように、両電極上に保護部材４２を積層形成しておくことが好ましい。保護部材４２としては、外気（酸素、水分）に対して安定で、紫外線に対する耐性も優れている酸化膜が適しており、例えば画素電極７と同じ導電性酸化膜（例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ等）を使用することができる。また、保護部材４２を画素電極７と同じプロセスで形成すると、プロセスの追加が必要ないために好適である。なお、このように開口部２２に導電性を有する保護部材４２を設ける場合には、ｐ側電極３３とｎ側電極３４が保護部材４２を介して短絡しないように、それぞれの電極のパターン形状に応じて保護部材４２もパターニングしておく必要がある。

〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２として、上述の光センサ１１に対し、導電性酸化膜以外からなる保護部材を具備させるものについて説明する。なお、光センサ１１に保護部材４２を用いる事無く保護部材２４を具備させている点を除いては実施の形態１に説明したものと同じであるので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図６（ａ）は、上述の光センサ１１に保護部材２４を追加した場合の断面構造図である。すなわち光センサ１１上の、第２層間絶縁膜２０に形成された開口部２２に保護部材２４が備えられている。この結果、周辺領域９で露出していた光センサ１１の上面を保護することが可能になり、紫外線だけでなく外気に対しても高い信頼性を確保することが可能になる。

ここで用いる保護部材２４は、光センサ１１が受光する光の波長域に対する透明性と、紫外線に対する耐性を有していれば良く、第２層間絶縁膜２０のように大面積塗布性能、パターニング性、平坦化性、プロセス温度に対する耐熱性といった厳しいスペックは要求されない。したがって、保護部材２４として幅広い材料を適用することが可能である。例えば、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの材料を使用することが可能である。具体的には、東レダウコーニング社製のシリコーンポッティング材（例えばＳＥ１８８０など）、旭硝子社製のアフレックス（登録商標）、サイトップ（登録商標）などが使用できる。なお、透過率を高く保つためには、光散乱要因となるフィラーを含まない樹脂を採用することが好ましい。また、保護部材形成のプロセスの簡略化を考慮すると、硬化用のオーブンを必要としない常温硬化型の樹脂（常温硬化型シリコーン樹脂など）を採用することが好ましい。

なお、図６（ａ）では、保護部材２４が、第２層間絶縁膜２０の開口部２２を全て覆うような形態を示したが、特にその必要はなく、図６（ｂ）に示すように例えば開口部２２が光センサ１１のサイズに比べて広い場合には、開口部全体を覆うのではなく、少なくとも光センサ１１を覆うように開口部２２内の一部に保護部材２４を配置しても良い。また、図６（ｃ）に示すように例えば光センサ１１に対して光が入射する位置を少なくとも覆うように開口部２２内の一部に保護部材２４を配置しても良い。また、開口部２２内で露出する電極（ｐ側電極３３とｎ側電極３４）の酸化や腐食を懸念する場合には、少なくともこれら両電極を覆うように開口部２２内の一部に保護部材２４を配置しても良い。また、実施の形態１の図５（ｂ）で説明した保護部材４２を保護部材２４と併用することも可能である。

また、図７は、光センサ１１上に保護部材２４を追加した場合の周辺領域９の断面模式図である。図７に示すように、アクティブマトリクス基板２のＴＦＴ形成面の法線方向（図７中、矢印の方向）における保護部材２４の高さＸは、前記対向基板３と前記表示媒体４の厚さの合計Ｙ以下であることが望ましい。これにより、表示装置１を筐体に組み込む際に、保護部材２４と筐体との間のクリアランスを確保することが容易になる。

〔実施の形態３〕
図８は、実施の形態３にかかる表示装置２６の概略平面図と、そのＡ１−Ａ２線断面図である。なお、説明していない構成については実施の形態２の表示装置と同じである。

シール樹脂２５は、対向基板３の略外周に沿って形成されていて、アクティブマトリクス基板２の周辺領域９に面する辺の一部に開口部が形成されている。この開口部は、アクティブマトリクス基板２と対向基板３の間隙に表示媒体４である液晶を注入するための注入口２７である。この注入口２７から液晶を注入した後、樹脂性の封止部材２８で封止することによって液晶がアクティブマトリクス基板２と対向基板３の間に封止される。

ここで、実施の形態３の表示装置２６では、液晶を注入する注入口２７の近傍（距離５ｍｍ以内が好ましい）に光センサ１１が配置されている。さらに、液晶を注入する注入口２７の封止部材２８が、光センサ１１の保護部材２４を兼用した構造になっている。

このように、注入口２７の封止部材２８と光センサ１１の保護部材２４が同一材料であるために、別々の材料にする場合に比べると、同一工程での作業が可能となる。また、光センサ１１の保護部材配置工程と、注入口２７の封止部材配置工程を兼用して行い、封止部材２８と保護部材２４とを一体的に形成することで、工数の増加を防ぐことができる。

〔実施の形態４〕
図９は、実施の形態４にかかわる表示装置４０の概略平面図と、そのＢ−Ｂ’線断面図である。なお、説明していない構成については実施の形態２の表示装置と同じである。

ここで、表示装置４０では、上記周辺領域にＦＰＣ１０が実装されており、そのＦＰＣ１０の実装部周辺にＦＰＣ１０の接続を補強（機械的補強、又は、防湿・防塵による実装部の信頼性補強）する補強部材３９（補強樹脂）が配設されている。

また、光センサ１１は、ＦＰＣ１０の実装部近傍に配置されており、上記補強部材３９が、光センサ１１の保護部材２４を一体的に形成した構造になっている。

このように、ＦＰＣ１０の補強部材３９と光センサ１１の保護部材２４が同一材料であるために、別々の材料にする場合に比べると、同一工程での作業が可能となる。また、光センサ１１の保護部材配置工程と、ＦＰＣ１０の補強部材配置工程を兼用して行うことで、工数の増加を防ぐことができる。

もちろん、ＦＰＣ１０の代わりにＴＣＰ（Tape Carrier Package）やＬＳＩが周辺領域９に実装されている場合であっても、これら回路部材を補強する補強部材３９と光センサ１１の保護部材２４を一体的に形成することで、同様の効果を得ることができる。

〔実施の形態５〕
図１０は、実施の形態５にかかる表示装置２９の全体構成図である。また図１１は、その周辺領域９のうち光センサ１１が配置されている部分の断面模式図である。本実施の形態５では、対向基板３が周辺領域９の光センサ１１を覆うのに十分な大きさとなっており、かつ、光センサ１１の保護部材２４がアクティブマトリクス基板２と対向基板３との隙間に存在する構造となっている。なお、実施の形態１から実施の形態４と同一の構成に対しては、同一の符号を付して説明を省略する。

通常、保護部材２４に硬度の小さい樹脂材料を用いる場合には、表面傷の発生など保護部材の機械的強度が問題になる場合があるが、保護部材２４が対向基板３に覆われることで、保護部材２４の機械的（物理的）保護を行うことが可能となる。

なおこのとき、対抗基板３の周辺領域９を覆う部分には、光センサ１１への外光の進入を妨げないように、偏光板やカラーフィルタを形成しないことが望ましい。また、バックライトシステム１２は、光センサ１１の直下に位置しないよう配慮する必要がある。

さらに、図１２に示すように、光センサ１１と対向基板３の間隙を、保護部材２４で完全に充填するようにすると、光センサ１１の保護部材２４が、側面を除き外気に触れない構造を実現することができ、外気の湿気などの影響を更に軽減することができる。また、光センサ１１と対向基板３の間に屈折率が小さい空気層が介在しないために、空気層と保護部材２４の界面における光の反射ロスが少なくなり、光センサ１１のＳ／Ｎを向上させることも可能となる。

上述の実施の形態１〜５では、多結晶Ｓｉ膜を用いてＴＦＴ６と光センサ１１を形成した例を示したが、両者を非結晶Ｓｉ膜で形成することも可能である。また、トップゲート構造（正スタガ構造）のＴＦＴに限らず、ボトムゲート構造（逆スタガ構造）のＴＦＴを用いても構わない。また、ＴＦＴ６の代わりに、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）などの他のアクティブ素子を使用することも可能である。

さらに、光センサは、ＰＩＮ接合を利用したものだけでなく、ショットキー接合やＭＩＳ型接合を有する光ダイオードを利用することもできる。例えば、非結晶Ｓｉ膜を用いたボトムゲート構造（逆スタガ構造）のＴＦＴと、ＭＩＳ型接合を有する光ダイオードを同一基板上にモノリシックに形成する例としては、特許文献５を参照すると良い。

また、上述の実施の形態１〜５では、環境センサの代表として光センサを周辺領域９に形成した表示装置について説明したが、光センサの代わりに、温度センサ、湿度センサ、バックライトの色センサや明るさセンサなど、各種センサを形成する場合であっても、本願の構成を採用することで、センサの上方の表面保護膜の劣化に基づくセンサ特性の劣化を低減することができる。

本発明は、アクティブ素子を備えたフラットパネル型表示装置に広く適用することができ、液晶表示装置以外にも、ＥＬ表示装置、電気泳動表示装置などの各種表示装置に適用することができる。その結果、表示装置を使用する電子機器（例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＤプレイヤー、モバイルゲーム機器、ノートＰＣ、ＰＣモニター、テレビジョン受像機など）にも利用可能である。

実施の形態１に係る表示装置の概略を示す全体構成図である。 実施の形態１に係る表示装置を筐体に組み込んだ状態を示す断面図である。 実施の形態１に係る表示装置の画素配列領域（表示領域）の画素の構造を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る表示装置の周辺領域の断面模式図である。 （ａ）は実施の形態１に係る光センサの構造を示す断面模式図である。（ｂ）は実施の形態１に係る光センサの構造の変形例示す断面模式図である。 （ａ）は実施の形態２に係る表示装置の概略を示す断面模式図である。（ｂ）は実施の形態２に係る表示装置の変形例を示す断面模式図である。（ｃ）は実施の形態２に係る表示装置の変形例を示す断面模式図である。 実施の形態２に係る表示装置の周辺領域の断面模式図である。 実施の形態３に係る表示装置の概略平面図と、そのＡ１−Ａ２線における断面図である。 実施の形態４に係る表示装置の概略平面図と、そのＢ１−Ｂ２線における断面図である。 実施の形態５に係る表示装置の周辺領域の概略を示す全体構成図である。 実施の形態５に係る表示装置の周辺領域の断面模式図（変形例）である。 実施の形態５に係る表示装置の周辺領域の断面模式図（変形例）である。 従来の液晶表示装置の全体構成図である。 従来の液晶表示装置の光センサ実装部の断面摸式図である。 アクティブマトリクス基板の画素配列領域に形成される従来のＴＦＴの断面摸式図である。 アクティブマトリクス基板の周辺領域に形成される従来の光センサの断面摸式図である。

符号の説明

１ 表示装置
２ アクティブマトリクス基板
３ 対向基板
４ 表示媒体
５ 画素
６ アクティブ素子（ＴＦＴ）
７ 画素電極
８ 画素配列領域（表示領域）
９ 周辺領域
１０ ＦＰＣ
１１ 環境センサ（光センサ）
１２ バックライト
１３ 多結晶Ｓｉ膜（半導体膜）
１４ 基板
１５ ゲート絶縁膜
１６ ゲート電極
１７ 第１層間絶縁膜
１８ ソース電極
１９ ドレイン電極
２０ 第２層間絶縁膜、表面保護膜
２１ 多結晶Ｓｉ膜（半導体膜）
２２ 開口部
３１ カラーフィルタ
３２ 対向電極（共通電極）
３３ ｐ側電極
３４ ｎ側電極
４１ ガラス基板

Claims (19)

1. 複数の画素が配列された画素配列領域と、該画素配列領域以外の領域である周辺領域とを同一の基板上に有するアクティブマトリクス基板において、
   前記画素配列領域には、前記複数の画素の夫々に対応して設けられ夫々の画素をスイッチングするアクティブ素子と、前記アクティブ素子より上層に設けられた層間絶縁膜と、この層間絶縁膜より上層に形成された複数の画素電極とが配設されており、
   前記周辺領域には、環境センサと、前記環境センサの配置層より上層に設けられた表面保護膜とが配設されており、
   前記表面保護膜は、前記環境センサ配置位置の上方に相当する部分に開口部を備えていることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
2. 前記層間絶縁膜と、前記表面保護膜が同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス基板。
3. 前記表面保護膜が、感光性材料から形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクティブマトリクス基板。
4. 前記表面保護膜の開口部の少なくとも一部を覆うように、保護部材を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板。
5. 前記保護部材は、前記表面保護膜より、紫外線に対する耐性が優れている材料にて形成されていることを特徴とする請求項４に記載のアクティブマトリクス基板。
6. 前記表面保護膜の開口部に、前記環境センサに接続された金属電極が配設されており、前記保護部材は、前記金属電極上に前記画素電極と同一材料にて形成されていることを特徴とする請求項４に記載のアクティブマトリクス基板。
7. 前記アクティブ素子と前記環境センサが、同一プロセスで形成されるとともに、前記層間絶縁膜と前記表面保護膜が、同一プロセスで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のアクティブマトリクス基板。
8. 前記アクティブ素子が薄膜トランジスタであり、前記環境センサがラテラル構造を有するフォトダイオードであることを特徴とする請求項７に記載のアクティブマトリクス基板。
9. 請求項１〜請求項８の何れかに記載のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の前記アクティブ素子が形成されている面に対向するように配設される対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙に配設される表示媒体とを備えたことを特徴とする表示装置。
10. 請求項４または請求項５に記載のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の前記アクティブ素子が形成されている面に対向するように配設される対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙に配設される表示媒体とを備え、
    前記対向基板が、前記画素配列領域の全領域を覆うように、かつ、前記周辺領域のうち少なくとも前記環境センサが形成されている領域が露出するように配設されていることを特徴とする表示装置。
11. 前記アクティブ素子形成面の法線方向における前記保護部材の高さが、前記対向基板と前記表示媒体の厚さの合計以下であることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
12. 請求項４または請求項５に記載のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の前記アクティブ素子が形成されている面に対向するように配設される対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙に配設される表示媒体とを備え、
    前記対向基板が、前記画素配列領域の全領域を覆うように、かつ、前記周辺領域のうち少なくとも前記環境センサが形成されている領域を覆うように配設されていることを特徴とする表示装置。
13. 前記保護部材が、前記アクティブマトリクス基板と対向基板の間隙に配設されていることを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
14. 請求項４または請求項５に記載のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の前記アクティブ素子が形成されている面に対向するように配設される対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙に配設される表示媒体とを備え、
    前記表示媒体の注入を行うための注入口と、前記注入口とを封止する封止部材が備えられており、
    前記保護部材と前記封止部材とは同一の材料により形成されていることを特徴とする表示装置。
15. 前記注入口が前記光センサの近傍に位置し、前記封止部材と前記保護部材が、一体的に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
16. 請求項４または請求項５に記載のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の前記アクティブ素子が形成されている面に対向するように配設される対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板の間隙に配設される表示媒体とを備え、
    前記アクティブマトリクス基板の周辺領域に回路部材が実装されており、前記保護部材と同一の材料からなる補強部材が、前記回路部材の実装部に配設されていることを特徴とする表示装置。
17. 前記補強部材と前記保護部材が、一体的に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
18. 前記環境センサは光センサであり、前記光センサによって検出された外光の明るさ情報に基づき、表示輝度を自動で制御する制御回路を備えたことを特徴とする請求項９〜請求項１７の何れかに記載の表示装置。
19. 請求項９から請求項１８のいずれか一項に記載の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
    
    

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