JP2005107383A - Liquid crystal display device - Google Patents

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Kensaku Yano
健作 矢野
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Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display device of which the readout resolution is improved while the mechanical strength is maintained. <P>SOLUTION: An optical sensor 44 is disposed on an optical sensor array substrate 23 functioning as a counter substrate. The optical sensor array substrate 23 is made to oppose a TFT array substrate 22 and is laminated thereto so as to form a liquid crystal cell 21. A distance from a surface of the optical sensor array substrate 23 to the optical sensor 44 is made small. Diffusion of reflected light L<SB>2</SB>in the optical sensor array substrate 23 is prevented. The readout resolution by the optical sensor 44 is improved. A glass substrate 41 of the optical sensor array substrate 23 is not polished. There is no problem in the mechanical strength of the optical sensor array substrate 23. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スイッチ素子および光電変換素子を備えた液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device including a switch element and a photoelectric conversion element.

近年、平面ディスプレイの発展は目覚しく、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイおよび有機発光ディスプレイなどが、パソコン、テレビジョンセットあるいは携帯電話などに実用化され急激に市場を伸ばしている。これらパソコンおよび携帯電話機などはモバイルユースとして今後ますます情報端末の機能を拡大することは明らかである。   In recent years, the development of flat displays has been remarkable, and liquid crystal displays, plasma displays, organic light-emitting displays, etc. have been put into practical use in personal computers, television sets, mobile phones, etc., and the market has been growing rapidly. It is clear that these personal computers and mobile phones will further expand the functions of information terminals for mobile use.

ところが、この種の平面ディスプレイは、機能的には単なる表示装置に過ぎない。現在、カメラ機能を有する液晶表示装置を備えた携帯電話機によって、画像を取り込んで送信することが可能であるが、このカメラ機能を有する携帯電話機では、例えば議事録などを入力して送信することはできないため、現在でもファクシミリが使用されている。このため、この携帯電話機などに用いられている液晶表示装置中に、光入力機能を有する新たな平面ディスプレイの開発が望まれている。   However, this type of flat display is functionally merely a display device. Currently, it is possible to capture and transmit images with a mobile phone equipped with a liquid crystal display device having a camera function. However, with a mobile phone having this camera function, for example, it is possible to input and transmit minutes. Facsimiles are still used because they cannot. For this reason, it is desired to develop a new flat display having a light input function in a liquid crystal display device used in the cellular phone or the like.

そして、この種の液晶表示装置である液晶セルとしては、アレイ基板の透明基板としてのガラス基板の同一平面上に、ＭＯＳトランジスタである薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)としての液晶表示用のスイッチ素子と、フォトダイオードとしての光電変換素子である光入力機能用の光センサとのそれぞれが互いに電気的に接続された状態で設けられた構成が知られている(例えば、特許文献１参照。)。   A liquid crystal cell as a liquid crystal display device of this type includes a switch element for liquid crystal display as a thin film transistor (TFT) as a MOS transistor, a photodiode on the same plane of a glass substrate as a transparent substrate of an array substrate. As a photoelectric conversion element, a configuration in which the optical sensor for optical input function is provided in a state of being electrically connected to each other is known (for example, see Patent Document 1).

さらに、この種の液晶セルについてより詳細に説明すると、図７に示すように、この液晶セルのアレイ基板１は、矩形平板状で透光性を有し厚さが０．７ｍｍ程度である矩形平板状のガラス基板２を備えている。このガラス基板２上には、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)である液晶表示用のスイッチ素子３および画素補助容量４が１画素内にそれぞれ配置されている。さらに、このガラス基板２上には、光入力機能用である光電変換素子としての光センサ５と、この光センサ５から信号を蓄積するセンサ補助容量６とが電気的に並列に接続された状態で配置されている。なお、このセンサ補助容量６は、光センサ５の光感度が充分でない場合に設けられるものであり、この光センサ５の光感度が高ければ必ずしも必要ではない。   Further, this type of liquid crystal cell will be described in more detail. As shown in FIG. 7, the array substrate 1 of this liquid crystal cell is a rectangular flat plate having a translucency and a thickness of about 0.7 mm. A flat glass substrate 2 is provided. On this glass substrate 2, a liquid crystal display switching element 3 and a pixel auxiliary capacitor 4 which are thin film transistors (TFTs) are respectively arranged in one pixel. Furthermore, on this glass substrate 2, the optical sensor 5 as a photoelectric conversion element for an optical input function and a sensor auxiliary capacitor 6 for accumulating signals from the optical sensor 5 are electrically connected in parallel. Is arranged in. The auxiliary sensor capacitor 6 is provided when the optical sensitivity of the optical sensor 5 is not sufficient, and is not necessarily required if the optical sensitivity of the optical sensor 5 is high.

また、これら光センサ５およびセンサ補助容量６には、このセンサ補助容量６に蓄積された信号電荷を表示状態において読み出す読み出しスイッチ７が接続されている。この読み出しスイッチ７は、ｎチャネル型のＴＦＴにて構成されている。そして、これらスイッチ素子３、画素補助容量４、光センサ５、センサ補助容量６および読み出しスイッチ７は、ガラス基板２上の同一平面状に形成されて、光電変換素子としての光入力機能素子８を構成する。ここで、この光入力機能素子８の光センサ５は、ＰＩＮ型のポリシリコンにて構成され、逆バイアスに電圧が印加されている。   Further, a readout switch 7 for reading out signal charges accumulated in the sensor auxiliary capacitor 6 in a display state is connected to the photosensor 5 and the sensor auxiliary capacitor 6. The read switch 7 is composed of an n-channel TFT. The switch element 3, the pixel auxiliary capacitor 4, the optical sensor 5, the sensor auxiliary capacitor 6 and the readout switch 7 are formed on the same plane on the glass substrate 2, and the optical input function element 8 as a photoelectric conversion element is provided. Constitute. Here, the optical sensor 5 of the optical input functional element 8 is composed of PIN type polysilicon, and a voltage is applied to the reverse bias.

さらに、図８に示すように、アレイ側のガラス基板２上には、１画素構成要素としてスイッチ素子３、光センサ５および画素透明電極(ＩＴＯ)としての画素電極９のそれぞれが配置されている。ここで、この画素電極９は、図示しないパシベーション膜を介してガラス基板２上に設けられている。また、この画素電極９以外のガラス基板２上には、絶縁性を有する保護膜としてのオーバーコート層11が積層されている。さらに、光センサ５上に位置するオーバーコート層11上には、遮光膜としての光遮蔽層12が設けられている。この光遮蔽層12は、この光遮蔽層12に対向して配設されたバックライト13からの光Ｌ１が光センサ５へと直接入射するのを防ぐ。 Further, as shown in FIG. 8, on the glass substrate 2 on the array side, a switching element 3, a photosensor 5, and a pixel electrode 9 as a pixel transparent electrode (ITO) are arranged as one pixel component. . Here, the pixel electrode 9 is provided on the glass substrate 2 via a passivation film (not shown). On the glass substrate 2 other than the pixel electrode 9, an overcoat layer 11 is laminated as a protective film having insulating properties. Further, a light shielding layer 12 as a light shielding film is provided on the overcoat layer 11 located on the optical sensor 5. The light shielding layer 12 prevents the light L 1 from the backlight 13 disposed facing the light shielding layer 12 from directly entering the optical sensor 5.

また、この光遮蔽層12に対向する側である液晶セルの対向側には、矩形平板状の対向基板14が配置されている。この対向基板14は、厚さが０．７ｍｍであるガラス基板15を備えている。そして、光遮蔽層12に対向した側であるガラス基板15上には、カラーフィルタ16が設けられている。また、このカラーフィルタ16上の全面には、透明電極膜としてのＩＴＯ膜である対向電極17が積層されている。ここで、この対向電極17が形成された側であるガラス基板15の反対側にバックライト13が設置されている。そして、アレイ基板１のガラス基板２と対向基板14のガラス基板15とを互いに向かい合わせて対向させた状態で、これらガラス基板２,15の間には、液晶18が介挿されて封止されている。さらに、ガラス基板２のアレイ側の表面とガラス基板15の対向側の表面とのそれぞれには、図示しない偏光板がそれぞれ設置されている。   Further, on the opposite side of the liquid crystal cell, which is the side facing the light shielding layer 12, a rectangular flat plate-like counter substrate 14 is disposed. The counter substrate 14 includes a glass substrate 15 having a thickness of 0.7 mm. A color filter 16 is provided on the glass substrate 15 on the side facing the light shielding layer 12. A counter electrode 17 which is an ITO film as a transparent electrode film is laminated on the entire surface of the color filter 16. Here, a backlight 13 is installed on the side opposite to the glass substrate 15 on which the counter electrode 17 is formed. Then, with the glass substrate 2 of the array substrate 1 and the glass substrate 15 of the counter substrate 14 facing each other, a liquid crystal 18 is interposed between the glass substrates 2 and 15 and sealed. ing. Further, a polarizing plate (not shown) is installed on each of the surface on the array side of the glass substrate 2 and the surface on the opposite side of the glass substrate 15.

ここで、液晶セルは、撮像モードと表示モードとに分けて使用される。すなわち、この液晶セルが撮像モードである場合には、バックライト13から出射された光Ｌ１を被写体Ｓに照射させて反射させる。すると、この被写体Ｓにて反射された反射光Ｌ２は、アレイ側の偏光板およびガラス基板２を透過した後に光センサ５に入射する。このとき、この反射光Ｌ２の光センサ５への入射により光信号電荷が発生し、この光信号電荷はセンサ補助容量６に蓄積される。一方、液晶セルが表示モードの場合には、センサ補助容量６に蓄積した光信号電荷を読み出しスイッチ７にて読み出して、この光信号電荷が発生した光センサ５と同じ画素内の画素電極９に、この光信号電荷を供給して画像として表示させる。
特開平７−２８０９５号公報（第２−３頁、図４） Here, the liquid crystal cell is used separately in an imaging mode and a display mode. That is, this case the liquid crystal cell is an imaging mode reflects by irradiating light L 1 emitted from the backlight 13 to the subject S. Then, the reflected light L 2 reflected by the subject S enters the optical sensor 5 after passing through the polarizing plate on the array side and the glass substrate 2. At this time, an optical signal charge is generated by the incidence of the reflected light L 2 on the optical sensor 5, and the optical signal charge is accumulated in the sensor auxiliary capacitor 6. On the other hand, when the liquid crystal cell is in the display mode, the optical signal charge accumulated in the sensor auxiliary capacitor 6 is read out by the readout switch 7 and applied to the pixel electrode 9 in the same pixel as the optical sensor 5 where the optical signal charge is generated. Then, this optical signal charge is supplied and displayed as an image.
JP-A-7-28095 (page 2-3, FIG. 4)

しかしながら、上記液晶セルでは、アレイ側のガラス基板２が０．７ｍｍと厚いため、この液晶セルによる被写体Ｓの読み取り解像度が余り良くない。さらに、このガラス基板２が厚い場合には、図９に示すように、このガラス基板２による光の回析効果によって、バックライト13から照射されて被写体Ｓにて反射された反射光Ｌ２がガラス基板２内で拡散してしまうこともあり、本来、所定の光センサ５に入射すべき反射光Ｌ２が、この所定の光センサ５が設けられた画素に近接する画素の光センサ５に入射してしまうからである。 However, in the liquid crystal cell, since the glass substrate 2 on the array side is as thick as 0.7 mm, the reading resolution of the subject S by the liquid crystal cell is not so good. Further, when the glass substrate 2 is thick, as shown in FIG. 9, the reflected light L 2 irradiated from the backlight 13 and reflected by the subject S is reflected by the light diffraction effect by the glass substrate 2. sometimes diffuses within the glass substrate 2, originally, the reflected light L 2 to be incident on the predetermined light sensor 5, the optical sensor 5 of a pixel adjacent to the pixel which the predetermined light sensor 5 is provided This is because they are incident.

したがって、このガラス基板２を研磨して薄くすることによって、このガラス基板２による光の拡散を抑えることが考えられる。このとき、液晶セルの読み取り解像度として太さ何ｍｍの線を読み取れるかで定義すると、８０μｍピッチで画素配列が構成された液晶セルのガラス基板２の厚さが０.７ｍｍである場合には、５００μｍの線しか解像できないが、このガラス基板２の厚さを０.１ｍｍまで薄くした場合には、８０μｍの線まで解像でき、名刺の文字を読み取ることが可能となる。   Therefore, it is conceivable to suppress diffusion of light by the glass substrate 2 by polishing and thinning the glass substrate 2. At this time, when the thickness of the glass substrate 2 of the liquid crystal cell in which the pixel array is configured with a pitch of 80 μm is defined as the thickness of how many mm of lines can be read as the reading resolution of the liquid crystal cell, Although only a 500 μm line can be resolved, when the thickness of the glass substrate 2 is reduced to 0.1 mm, it can be resolved to a line of 80 μm, and the characters on the business card can be read.

ところが、このガラス基板２を研磨して薄くした場合には、このガラス基板２の機械的強度が下がってしまう。したがって、このガラス基板２を研磨する過程でしばしば割れを起こし量産に耐えられない。このため、このガラス基板２の厚さとして０.３ｍｍは必要である。さらに、このガラス基板２上の各画素内にスイッチ素子３と光センサ５とのそれぞれを設置させているため、このガラス基板２上の各画素の構造が複雑となり欠陥が生じ易く、製造歩留まりが余り良くないという問題を有している。   However, when the glass substrate 2 is polished and thinned, the mechanical strength of the glass substrate 2 is lowered. Therefore, the glass substrate 2 is often cracked in the process of polishing and cannot withstand mass production. For this reason, the thickness of the glass substrate 2 is required to be 0.3 mm. Furthermore, since each of the switch element 3 and the optical sensor 5 is installed in each pixel on the glass substrate 2, the structure of each pixel on the glass substrate 2 is complicated, and defects are likely to occur, resulting in a manufacturing yield. It has the problem of not being so good.

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、機械的強度を保ちつつ読み取り解像度を向上できる液晶表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of improving reading resolution while maintaining mechanical strength.

本発明は、第１の透光性基板、およびこの第１の透光性基板の一主面に形成されたスイッチ素子を備えた第１のアレイ基板と、この第１のアレイ基板の第１の透光性基板の一主面に一主面を対向して設けられた第２の透光性基板、およびこの第２の透光性基板に形成された光電変換素子を備えた第２のアレイ基板と、この第２のアレイ基板の第２の透光性基板および前記第１のアレイ基板の第１の透光性基板の間に介挿された液晶とを具備したものである。   The present invention provides a first array substrate including a first light-transmitting substrate and a switch element formed on one main surface of the first light-transmitting substrate, and a first of the first array substrates. A second translucent substrate provided with one main surface facing one main surface of the translucent substrate, and a photoelectric conversion element formed on the second translucent substrate An array substrate and a liquid crystal interposed between the second light-transmitting substrate of the second array substrate and the first light-transmitting substrate of the first array substrate are provided.

そして、第１のアレイ基板の第１の透光性基板の一主面にスイッチ素子を形成した。また、第２の透光性基板に光電変換素子が形成された第２のアレイ基板の第２の透光性基板の一主面に第１のアレイ基板の第１の透光性基板の一主面を対向して設けた。さらに、この第２のアレイ基板の第２の透光性基板と第１のアレイ基板の第１の透光性基板との間に液晶を介挿させた。この結果、光電変換素子を第１のアレイ基板の第１の透光性基板の一主面に形成する場合に比べ、第２のアレイ基板の第２の透光性基板から光電変換素子までの距離が小さくなる。よって、第２の透光性基板を薄くすることなく、この第２の透光性基板での光の拡散による光電変換素子の読み取り解像度の低下を防止できるから、この光電変換素子の読み取り解像度が向上する。   And the switch element was formed in one main surface of the 1st translucent board | substrate of a 1st array board | substrate. Further, one main surface of the second light-transmitting substrate of the second array substrate on which the photoelectric conversion element is formed on the second light-transmitting substrate is provided on the main surface of the first light-transmitting substrate of the first array substrate. The main surfaces were provided facing each other. Further, liquid crystal was interposed between the second light-transmitting substrate of the second array substrate and the first light-transmitting substrate of the first array substrate. As a result, compared with the case where the photoelectric conversion element is formed on one main surface of the first light-transmitting substrate of the first array substrate, the distance from the second light-transmitting substrate of the second array substrate to the photoelectric conversion element is increased. The distance becomes smaller. Therefore, since the reading resolution of the photoelectric conversion element can be prevented from being reduced due to the diffusion of light in the second light transmitting substrate without reducing the thickness of the second light transmitting substrate, the reading resolution of the photoelectric conversion element can be reduced. improves.

また、本発明は、第１の透光性基板、およびこの第１の透光性基板の一主面に形成されたスイッチ素子を備えた第１のアレイ基板と、この第１のアレイ基板の一主面に対向して設けられた対向基板と、この対向基板に対向して設けられた第２の透光性基板、およびこの第２の透光性基板に形成された光電変換素子を備えた第２のアレイ基板と、前記対向基板および前記第１のアレイ基板の第１の透光性基板の間に介挿された液晶とを具備したものである。   The present invention also provides a first array substrate including a first light-transmitting substrate and a switch element formed on one main surface of the first light-transmitting substrate, and the first array substrate. A counter substrate provided to face one main surface, a second light-transmitting substrate provided to face the counter substrate, and a photoelectric conversion element formed on the second light-transmitting substrate. A second array substrate, and a liquid crystal interposed between the counter substrate and the first translucent substrate of the first array substrate.

そして、第１の透光性基板の一主面にスイッチ素子が形成された第１のアレイ基板の一主面に対向基板を対向して設けた。また、第２のアレイ基板の光電変換素子が形成された第２の透光性基板の一主面に対向基板を対向して設けた。さらに、この対向基板と第１のアレイ基板の第１の透光性基板との間に液晶を介挿させた。この結果、光電変換素子を第１のアレイ基板の第１の透光性基板の一主面に形成する場合に比べ、第２のアレイ基板の第２の透光性基板から光電変換素子までの距離が小さくなる。よって、第２の透光性基板を薄くすることなく、この第２の透光性基板での光の拡散による光電変換素子の読み取り解像度の低下を防止できるから、この光電変換素子の読み取り解像度が向上する。   Then, a counter substrate is provided opposite to the main surface of the first array substrate in which the switch elements are formed on the main surface of the first light-transmitting substrate. In addition, a counter substrate is provided to face one main surface of the second light-transmitting substrate on which the photoelectric conversion elements of the second array substrate are formed. Further, a liquid crystal was interposed between the counter substrate and the first light transmitting substrate of the first array substrate. As a result, compared with the case where the photoelectric conversion element is formed on one main surface of the first light-transmitting substrate of the first array substrate, the distance from the second light-transmitting substrate of the second array substrate to the photoelectric conversion element is increased. The distance becomes smaller. Therefore, since the reading resolution of the photoelectric conversion element can be prevented from being reduced due to the diffusion of light in the second light transmitting substrate without reducing the thickness of the second light transmitting substrate, the reading resolution of the photoelectric conversion element can be reduced. improves.

本発明によれば、第１のアレイ基板の第１の透光性基板の一主面に第２の透光性基板の一主面を対向して設けた第２のアレイ基板の第２の透光性基板に光電変換素子を形成したため、この第２の透光性基板から光電変換素子までの距離が小さくなるから、この第２の透光性基板での光の拡散による光電変換素子の読み取り解像度の低下を防止できるため、この光電変換素子の読み取り解像度を向上できる。   According to the present invention, the second of the second array substrate in which the one main surface of the second light-transmitting substrate is opposed to the one main surface of the first light-transmitting substrate of the first array substrate. Since the photoelectric conversion element is formed on the translucent substrate, the distance from the second translucent substrate to the photoelectric conversion element is reduced. Since the reading resolution can be prevented from being lowered, the reading resolution of the photoelectric conversion element can be improved.

また、本発明によれば、対向基板に第２の透光性基板の一主面を対向して設けた第２のアレイ基板の第２の透光性基板に光電変換素子を形成したため、この第２の透光性基板から光電変換素子までの距離が小さくなるから、この第２の透光性基板での光の拡散による光電変換素子の読み取り解像度の低下を防止できるため、この光電変換素子の読み取り解像度を向上できる。   Further, according to the present invention, the photoelectric conversion element is formed on the second light-transmitting substrate of the second array substrate in which one main surface of the second light-transmitting substrate is provided facing the counter substrate. Since the distance from the second light-transmitting substrate to the photoelectric conversion element is reduced, it is possible to prevent a decrease in the reading resolution of the photoelectric conversion element due to light diffusion in the second light-transmitting substrate. Reading resolution can be improved.

以下、本発明の液晶表示装置の第１の実施の形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。   The configuration of the first embodiment of the liquid crystal display device of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図１ないし図４において、20は液晶表示装置で、この液晶表示装置20は、いわゆるＣＯＡ(Colour filter On Arrray)方式である。また、この液晶表示装置20は、光入力機能を有する光入力型である２階建てである。また、この液晶表示装置20は、液晶セル21を備えており、この液晶セル21は、図１に示すように、液晶駆動用のＴＦＴ(Thin Film Transistor)アレイ基板22と、対向基板として機能する光入力機能を有する光センサアレイ基板23とにより構成されている。ここで、この光センサアレイ基板23には、ＴＦＴアレイ基板22と同一の画素数および画素サイズを有する図示しない光センサアレイ郡が形成されている。   1 to 4, reference numeral 20 denotes a liquid crystal display device, and the liquid crystal display device 20 is a so-called COA (Colour filter On Arrray) system. The liquid crystal display device 20 has a two-story structure that is a light input type having a light input function. The liquid crystal display device 20 includes a liquid crystal cell 21. The liquid crystal cell 21 functions as a TFT (Thin Film Transistor) array substrate 22 for driving liquid crystal and a counter substrate as shown in FIG. And an optical sensor array substrate 23 having an optical input function. Here, an optical sensor array group (not shown) having the same number of pixels and pixel size as the TFT array substrate 22 is formed on the optical sensor array substrate 23.

そして、図１に示すように、ＴＦＴアレイ基板22は、第１のアレイ基板であり、略透明な矩形平板状の絶縁基板としての第１の透光性基板であるガラス基板24を備えている。このガラス基板24の一主面である表面上には、アンダーコート膜25が積層されている。このアンダーコート膜25上には、１画素26を構成する要素としてスイッチ素子であるＴＦＴ素子としての薄膜トランジスタ27と、画素補助容量(Ｃｓ)28とが並列に配置されている。   As shown in FIG. 1, the TFT array substrate 22 is a first array substrate, and includes a glass substrate 24 that is a first translucent substrate as a substantially transparent rectangular flat plate-like insulating substrate. . On the surface which is one main surface of the glass substrate 24, an undercoat film 25 is laminated. On this undercoat film 25, a thin film transistor 27 as a TFT element serving as a switching element and a pixel auxiliary capacitor (Cs) 28 are arranged in parallel as elements constituting one pixel 26.

ここで、この薄膜トランジスタ27は、多結晶半導体であるポリシリコンにて構成されている。なお、この薄膜トランジスタ27をアモルファスシリコンにて形成しても何ら影響はない。また、この薄膜トランジスタ27は、図示しないドレイン電極を備えており、画素補助容量28に対して電気的に接続されている。さらに、この画素補助容量28は、金属で構成された図示しない補助容量電極および信号電極を備えている。そして、この画素補助容量28は、補助容量電極が金属で構成されているため光を透過させない不透過である。   Here, the thin film transistor 27 is made of polysilicon which is a polycrystalline semiconductor. Note that there is no influence even if the thin film transistor 27 is formed of amorphous silicon. The thin film transistor 27 includes a drain electrode (not shown), and is electrically connected to the pixel auxiliary capacitor 28. Further, the pixel auxiliary capacitor 28 includes an auxiliary capacitor electrode and a signal electrode (not shown) made of metal. The pixel auxiliary capacitor 28 is non-transmissive and does not transmit light because the auxiliary capacitor electrode is made of metal.

また、これら薄膜トランジスタ27および画素補助容量28を含むアンダーコート膜25上には、酸化膜にて構成されたオーバーコート層29が施されて積層されている。このオーバーコート層29上には、カラーフィルタ31が島状に積層されている。このカラーフィルタ31は、オーバーコート層29上に直接設けられている。   On the undercoat film 25 including the thin film transistor 27 and the pixel auxiliary capacitor 28, an overcoat layer 29 made of an oxide film is applied and laminated. On this overcoat layer 29, color filters 31 are stacked in an island shape. The color filter 31 is provided directly on the overcoat layer 29.

ここで、このカラーフィルタ31およびオーバーコート層29には、薄膜トランジスタ27の図示しないソース電極に連通したコンタクトホール32が開口されて形成されている。そして、コンタクトホール32には、薄膜トランジスタ27のソース電極に電気的に接続された金属配線33が設けられている。さらに、この金属配線33が設けられたコンタクトホール32を含むカラーフィルタ31上には、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)透明電極にて構成された画素電極34が積層されて設けられている。この画素電極34は、金属配線33を介して薄膜トランジスタ27のソース電極に電気的に接続されている。   Here, in the color filter 31 and the overcoat layer 29, a contact hole 32 communicating with a source electrode (not shown) of the thin film transistor 27 is formed. In the contact hole 32, a metal wiring 33 electrically connected to the source electrode of the thin film transistor 27 is provided. Further, a pixel electrode 34 formed of an ITO (Indium Tin Oxide) transparent electrode is laminated and provided on the color filter 31 including the contact hole 32 provided with the metal wiring 33. The pixel electrode 34 is electrically connected to the source electrode of the thin film transistor 27 through the metal wiring 33.

一方、光センサアレイ基板23は、第２のアレイ基板であり、略透明な矩形平板状の絶縁基板としての第２の透光性基板であるガラス基板41を備えている。このガラス基板41は、ＴＦＴアレイ基板22に対して、いわゆる対向基板として機能する。また、このガラス基板41の一主面である表面上には、モリブデン(Ｍｏ)膜にて構成された光遮断層としての遮光膜である光遮蔽膜42が島状に積層されて成膜されている。この光遮蔽膜42は、約１０００Åの厚さを有しており、ＴＦＴアレイ基板22と光センサアレイ基板23とを対向させて、対応する画素同士で位置合わせした状態で取り付けた際に、このＴＦＴアレイ基板22の各画素補助容量28に対向する位置、すなわちこれら各画素補助容量28の上方に位置するように設置されている。   On the other hand, the photosensor array substrate 23 is a second array substrate, and includes a glass substrate 41 that is a second translucent substrate as a substantially transparent rectangular flat plate-like insulating substrate. The glass substrate 41 functions as a so-called counter substrate with respect to the TFT array substrate 22. Further, on the surface that is one main surface of the glass substrate 41, a light shielding film 42 that is a light shielding film constituted by a molybdenum (Mo) film is laminated and formed in an island shape. ing. The light shielding film 42 has a thickness of about 1000 mm. When the TFT array substrate 22 and the optical sensor array substrate 23 are opposed to each other and attached in a state where the corresponding pixels are aligned, The TFT array substrate 22 is disposed so as to face each pixel auxiliary capacitor 28, that is, above each pixel auxiliary capacitor 28.

また、この光遮蔽膜42を含むガラス基板41上の全面には、アンダーコート層43が積層されて成膜されている。このアンダーコート層43上には、島状の光電変換素子としてのＰＩＮ型の光センサ44が設けられている。この光センサ44は、光センサアレイ基板23の裏面側から入射するが直接、この光センサ44に入射することによる誤作動を防止するために、光遮光膜42の上方に位置するように設けられている。したがって、この光センサ44は、ＴＦＴアレイ基板22に光センサアレイ基板23を対向させて取り付けた際に、このＴＦＴアレイ基板22の各画素補助容量28および薄膜トランジスタ27のそれぞれに対向する位置、すなわち上方に位置するように設置されており、この光センサ44による開口率の低下を防止する。   An undercoat layer 43 is laminated on the entire surface of the glass substrate 41 including the light shielding film 42. On this undercoat layer 43, a PIN type optical sensor 44 as an island-shaped photoelectric conversion element is provided. The optical sensor 44 is incident from the back side of the optical sensor array substrate 23, but is provided to be positioned above the light shielding film 42 in order to prevent malfunction due to direct incidence on the optical sensor 44. ing. Accordingly, when the photosensor 44 is mounted with the photosensor array substrate 23 facing the TFT array substrate 22, the photosensor 44 is located at a position facing each of the pixel auxiliary capacitors 28 and the thin film transistors 27 of the TFT array substrate 22, that is, above The optical sensor 44 prevents the aperture ratio from being lowered.

さらに、この光センサ44を含むアンダーコート層43上の全面には、酸化シリコン膜にて構成されたオーバーコート層45が積層されて成膜されている。このオーバーコート層45は、約１μｍの厚さであり、保護膜として設けられている。また、光センサアレイ基板23のガラス基板41の他主面である裏面には、ＩＴＯ透明電極にて構成された対向電極46が積層されて成膜されている。この対向電極46は、スパッタ法にてガラス基板41の裏面に形成されている。   Further, an overcoat layer 45 made of a silicon oxide film is laminated and formed on the entire surface of the undercoat layer 43 including the optical sensor 44. The overcoat layer 45 has a thickness of about 1 μm and is provided as a protective film. A counter electrode 46 made of an ITO transparent electrode is laminated on the back surface, which is the other main surface of the glass substrate 41 of the photosensor array substrate 23, to form a film. The counter electrode 46 is formed on the back surface of the glass substrate 41 by sputtering.

ここで、液晶セル21が完成した後において、光センサアレイ基板23の光センサ44を形成する工程中にガラス基板41の裏面に形成された傷が問題になる場合がある。この場合には、光センサアレイ基板23のオーバーコート層45の表面にレジストなどにて図示しない防護膜を積層させてから、ガラス基板41の裏面を軽く機械研磨した後に、防護膜を除去し、光センサアレイ基板23を洗浄してから、ガラス基板41の裏面に対向電極46を形成する。なお、このガラス基板41の裏面を、薬品による化学研磨にて研磨すると、このガラス基板41の裏面に形成された傷がかえって深く成りかねないので好ましくない。また、このガラス基板41の裏面に対向電極46を形成するスパッタ工程において、オーバーコート層45の表面に傷が極力形成されないように、このガラス基板41を搬送する治具や、このガラス基板41が設置されるステージの構成を工夫した。   Here, after the liquid crystal cell 21 is completed, scratches formed on the back surface of the glass substrate 41 during the process of forming the optical sensor 44 of the optical sensor array substrate 23 may be a problem. In this case, after laminating a protective film (not shown) with a resist or the like on the surface of the overcoat layer 45 of the optical sensor array substrate 23, after lightly mechanically polishing the back surface of the glass substrate 41, the protective film is removed, After the photosensor array substrate 23 is cleaned, the counter electrode 46 is formed on the back surface of the glass substrate 41. In addition, if the back surface of the glass substrate 41 is polished by chemical polishing with chemicals, scratches formed on the back surface of the glass substrate 41 may be deepened, which is not preferable. Further, in the sputtering step of forming the counter electrode 46 on the back surface of the glass substrate 41, a jig for transporting the glass substrate 41 or the glass substrate 41 is used so that scratches are not formed on the surface of the overcoat layer 45 as much as possible. Devised the configuration of the stage to be installed.

そして、この光センサアレイ基板23は、この光センサアレイ基板23の対向電極46が形成された側を、ＴＦＴアレイ基板22の画素電極34が形成された側に対向させて各画素を位置合わせした状態で、このＴＦＴアレイ基板22に貼り合わされている。さらに、これら光センサアレイ基板23とＴＦＴアレイ基板22との間には、光変調層として液晶47が注入されて介挿されて封止されている。また、これら光センサアレイ基板23のオーバーコート層45上、およびＴＦＴアレイ基板22のガラス基板24の裏面のそれぞれには、矩形平板状の偏光板48,49が対向されて貼り付けられて液晶セル21が構成されている。   The photosensor array substrate 23 is aligned with the pixel side of the photosensor array substrate 23 facing the side where the pixel electrode 34 of the TFT array substrate 22 is formed. In this state, it is bonded to the TFT array substrate 22. Further, a liquid crystal 47 is injected between the photosensor array substrate 23 and the TFT array substrate 22 as a light modulation layer and sealed. Further, on the overcoat layer 45 of the photosensor array substrate 23 and on the back surface of the glass substrate 24 of the TFT array substrate 22, rectangular flat plate-like polarizing plates 48 and 49 are attached so as to face each other to be a liquid crystal cell. 21 is configured.

したがって、この液晶セル21は、光センサ44で得られた画像信号を表示させることができる。なお、この液晶セル21を製造する工程においても、光センサアレイ基板23を搬送するときには、この光センサアレイ基板23のオーバーコート層45の表面を下側に向けて搬送される。このため、この液晶セル21を製造する工程においても、オーバーコート層45に傷が形成されないようにする必要がある。   Therefore, the liquid crystal cell 21 can display the image signal obtained by the optical sensor 44. Even in the process of manufacturing the liquid crystal cell 21, when the optical sensor array substrate 23 is transferred, the surface of the overcoat layer 45 of the optical sensor array substrate 23 is transferred downward. For this reason, even in the process of manufacturing the liquid crystal cell 21, it is necessary to prevent the overcoat layer 45 from being scratched.

また、この液晶セル21の裏面側には、この液晶セル21のＴＦＴアレイ基板22の裏面に取り付けられた偏光板49に対向して、面状光源としての面光源装置であるバックライト36が設置されている。このバックライト36は、液晶セル21のＴＦＴアレイ基板22の裏面側に向けて面状の光を照射させて透過させる。   Also, on the back side of the liquid crystal cell 21, a backlight 36, which is a surface light source device, is installed as a planar light source facing the polarizing plate 49 attached to the back surface of the TFT array substrate 22 of the liquid crystal cell 21. Has been. The backlight 36 irradiates and transmits planar light toward the back side of the TFT array substrate 22 of the liquid crystal cell 21.

次に、光センサアレイ基板の具体的構成を図２および図３を参照してより詳細に説明する。   Next, a specific configuration of the photosensor array substrate will be described in more detail with reference to FIGS.

まず、光センサアレイ基板23は、図２に示すように、ＰＩＮ型の光センサ44と、スイッチ素子としてのＴＦＴ素子であるＮチャネル型の薄膜トランジスタ51を備えている。ここで、この薄膜トランジスタ51としては、ＬＤＤ(lightly Doped Drain)構造が採用されており、トップゲート構造を有する光センサ駆動用である。なお、この薄膜トランジスタ51と光センサ44とにより光入力機能素子50が構成されている。   First, as shown in FIG. 2, the photosensor array substrate 23 includes a PIN photosensor 44 and an N-channel thin film transistor 51 which is a TFT element as a switch element. Here, the thin film transistor 51 adopts an LDD (lightly Doped Drain) structure and is used for driving an optical sensor having a top gate structure. The thin film transistor 51 and the optical sensor 44 constitute an optical input functional element 50.

そして、この光センサアレイ基板23のガラス基板41上に形成された光遮蔽膜42は、光センサ44を完全に覆うように形成されて設置されている。また、この光遮蔽膜42を含むガラス基板41上には、アンダーコート層43として、窒化シリコン膜52および酸化シリコン膜53のそれぞれが連続して積層されて成膜されている。さらに、この酸化シリコン膜53上には、島状のポリシリコン膜54が積層されて成膜されている。   The light shielding film 42 formed on the glass substrate 41 of the photosensor array substrate 23 is formed and installed so as to completely cover the photosensor 44. Further, on the glass substrate 41 including the light shielding film 42, as the undercoat layer 43, a silicon nitride film 52 and a silicon oxide film 53 are successively laminated. Further, on the silicon oxide film 53, an island-shaped polysilicon film 54 is laminated and formed.

このポリシリコン膜54は、多結晶半導体としてのポリシリコンにて構成されている。また、このポリシリコン膜54は、光遮蔽膜42に対向し、この光遮蔽膜42の上方に位置するように設けられている。また、このポリシリコン膜54は、厚さ約５００Åの非晶質半導体としてのアモルファスシリコン膜をエキシマレーザアニールして形成されている。さらに、このポリシリコン膜54は、図示しないイオンドープ装置によりＰ(リン)イオンやＢ(ボロン)イオンがドーピングされて打ち込まれることによってＮ型やＰ型とされている。   The polysilicon film 54 is made of polysilicon as a polycrystalline semiconductor. The polysilicon film 54 is provided so as to face the light shielding film 42 and to be positioned above the light shielding film 42. The polysilicon film 54 is formed by excimer laser annealing an amorphous silicon film as an amorphous semiconductor having a thickness of about 500 mm. Further, the polysilicon film 54 is made to be N-type or P-type by being implanted by being doped with P (phosphorus) ions or B (boron) ions by an ion doping apparatus (not shown).

具体的に、このポリシリコン膜54は、薄膜トランジスタ51を構成するＩ型のチャネル領域55と、このチャネル領域55の両側に位置するＮ＋型のソース電極56およびＮ＋型のドレイン電極57とを備えている。なお、このドレイン電極57には、正の電圧が印加される。さらに、これらチャネル領域55とソース電極56およびドレイン電極57とのそれぞれの間には、Ｎ−型のＬＤＤ領域58,59が形成されている。 Specifically, the polysilicon film 54 includes an I-type channel region 55 constituting the TFT 51, the drain electrode 57 of the source electrode 56 and the N + -type N + -type located on both sides of the channel region 55 I have. A positive voltage is applied to the drain electrode 57. Further, N − type LDD regions 58 and 59 are formed between the channel region 55 and each of the source electrode 56 and the drain electrode 57.

また、ポリシリコン膜54は、Ｐ＋型領域61、光電変換層としてのＩ型領域62およびＮ＋型領域63のそれぞれを備えており、これらＰ＋型領域61、Ｉ型領域62およびＮ＋型領域63によってＰＩＮ構造の光センサ44が構成される。ここで、Ｉ型領域62は、ゲート領域として機能する活性層である。また、Ｐ＋型領域61およびＮ＋型領域63は、Ｉ型領域62の両側に連続して設けられている。また、Ｎ＋型領域63は、薄膜トランジスタ51のソース電極56と共通であり、電気的に周囲から遮断されて絶縁された、いわゆるフローティング状態となっている。また、Ｐ＋型領域61は、アースとして設置されている。ここで、光センサ44による光電変換は、Ｉ型領域62にてなされ、このＩ型領域62にて発生した光信号としての電子が薄膜トランジスタ51を通して読み出されるように構成されている。 The polysilicon film 54 includes a P + type region 61, an I type region 62 as a photoelectric conversion layer, and an N + type region 63. The P + type region 61, the I type region 62, and the N + The mold region 63 constitutes an optical sensor 44 having a PIN structure. Here, the I-type region 62 is an active layer that functions as a gate region. Further, the P + type region 61 and the N + type region 63 are continuously provided on both sides of the I type region 62. The N + -type region 63 is in common with the source electrode 56 of the thin film transistor 51 and is in a so-called floating state that is electrically insulated from the surroundings and insulated. The P + type region 61 is installed as a ground. Here, photoelectric conversion by the optical sensor 44 is performed in the I-type region 62, and electrons as an optical signal generated in the I-type region 62 are read out through the thin film transistor 51.

ここで、この光センサ44の設置面積は、図３に示すように、薄膜トランジスタ51の設置面積に比べて圧倒的に大きい。これは、ポリシリコン膜54の厚さが約５００Åと薄く青色の絶対感度が低いので感度を上げる手段として面積効果を図ったものである。また、これら光センサ44および薄膜トランジスタ51のそれぞれは、光センサアレイ基板23のガラス基板41上の同一平面状に設けられている。   Here, the installation area of the photosensor 44 is overwhelmingly larger than the installation area of the thin film transistor 51 as shown in FIG. This is because the thickness of the polysilicon film 54 is about 500 mm and the absolute sensitivity of blue is low, so the area effect is intended as a means to increase the sensitivity. Each of the photosensor 44 and the thin film transistor 51 is provided on the same plane on the glass substrate 41 of the photosensor array substrate 23.

さらに、これら薄膜トランジスタ51のチャネル領域55、ソース電極56およびドレイン電極57と、光センサ44のＰ＋型領域61、Ｉ型領域62およびＮ＋型領域63とのそれぞれを含む酸化シリコン膜53上には、ゲート絶縁膜64が積層されて成膜されている。このゲート絶縁膜64は、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法にて形成されたテトラエトキシシラン(Tetraethoxysilane:ＴＥＯＳ)膜により構成されている。 Further, on the silicon oxide film 53 including the channel region 55, the source electrode 56 and the drain electrode 57 of the thin film transistor 51, and the P + type region 61, the I type region 62 and the N + type region 63 of the photosensor 44, respectively. The gate insulating film 64 is laminated and formed. The gate insulating film 64 is composed of a tetraethoxysilane (TEOS) film formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

さらに、このゲート絶縁膜64上には、ゲート電極65が積層されて成膜されている。このゲート電極65は、スパッタ法にて形成されたＭｏＷ(モリブデン−タングステン)金属膜により構成されている。また、このゲート電極65は、薄膜トランジスタ51のチャネル領域55に対向しており、このチャネル領域55の上方に形成されている。ここで、このゲート電極65は、約５μｍの幅寸法を有している。   Further, a gate electrode 65 is laminated and formed on the gate insulating film 64. The gate electrode 65 is made of a MoW (molybdenum-tungsten) metal film formed by sputtering. The gate electrode 65 faces the channel region 55 of the thin film transistor 51 and is formed above the channel region 55. Here, the gate electrode 65 has a width of about 5 μm.

また、このゲート電極65を含むゲート絶縁膜64上には、厚さが約０.５μｍの絶縁性を有する酸化シリコン膜である層間膜としての層間絶縁膜66が積層されて成膜されている。さらに、この層間絶縁膜66およびゲート絶縁膜64には、これら層間絶縁膜66およびゲート絶縁膜64のそれぞれを貫通した一対のコンタクトホール67,68が開口されて形成されている。ここで、一方のコンタクトホール67は、薄膜トランジスタ51のドレイン電極57に連通して開口している。また、他方のコンタクトホール68は、光センサ44のＰ＋型領域61に連通して開口している。 On the gate insulating film 64 including the gate electrode 65, an interlayer insulating film 66 as an interlayer film which is an insulating silicon oxide film having a thickness of about 0.5 μm is laminated. . Further, a pair of contact holes 67 and 68 penetrating through the interlayer insulating film 66 and the gate insulating film 64 are formed in the interlayer insulating film 66 and the gate insulating film 64, respectively. Here, one contact hole 67 is open to communicate with the drain electrode 57 of the thin film transistor 51. The other contact hole 68 is open to communicate with the P + -type region 61 of the optical sensor 44.

そして、これらコンタクトホール67,68を含む層間絶縁膜66上には、モリブデン(Ｍｏ)、アルミニウム(Ａｌ)およびモリブデン(Ｍｏ)の３層構造にて構成された一対の取り出し電極71,72のそれぞれが積層されて設けられている。ここで、これら取り出し電極71,72は、パターニングされて互いに絶縁されている。そして、一方の取り出し電極71は、一方のコンタクトホール67を介して薄膜トランジスタ51のドレイン電極57に電気的に接続されて導通されている。また、他方の取り出し電極72は、他方のコンタクトホール68を介して光センサ44のＰ＋型領域61に電気的に接続されて導通されている。 On the interlayer insulating film 66 including these contact holes 67 and 68, a pair of extraction electrodes 71 and 72 each having a three-layer structure of molybdenum (Mo), aluminum (Al), and molybdenum (Mo) are provided. Are provided in a stacked manner. Here, the extraction electrodes 71 and 72 are patterned and insulated from each other. The one extraction electrode 71 is electrically connected to the drain electrode 57 of the thin film transistor 51 through the one contact hole 67 to be conductive. The other extraction electrode 72 is electrically connected to the P + type region 61 of the optical sensor 44 through the other contact hole 68 and is conducted therewith.

さらに、これら取り出し電極71,72を含む層間絶縁膜66上の全面には、厚さが約１μｍの酸化シリコン膜にて構成されたオーバーコート層45が積層されて成膜されている。したがって、このオーバーコート層45の表面から、光センサ44の表面までの厚さは約１.５μｍ程度となっている。   Further, an overcoat layer 45 made of a silicon oxide film having a thickness of about 1 μm is laminated on the entire surface of the interlayer insulating film 66 including the extraction electrodes 71 and 72. Therefore, the thickness from the surface of the overcoat layer 45 to the surface of the optical sensor 44 is about 1.5 μm.

次に、光センサアレイ基板の回路配列を図４を参照してより詳細に説明する。   Next, the circuit arrangement of the optical sensor array substrate will be described in more detail with reference to FIG.

まず、光センサアレイ基板23のガラス基板41上には、複数本のゲート線74と信号線75とのそれぞれが格子状に配置されている。なお、これら各ゲート線74は、ガラス基板41の幅方向に沿って配線されている。また、これら各信号線75は、ガラス基板41の長手方向である高さ方向に沿って配線されている。さらに、これら各信号線75のそれぞれに沿って複数本のアース線76が配置されている。これら各アース線76は、ガラス基板41の高さ方向に沿って配線されている。   First, on the glass substrate 41 of the photosensor array substrate 23, a plurality of gate lines 74 and signal lines 75 are arranged in a lattice pattern. Each of these gate lines 74 is wired along the width direction of the glass substrate 41. Each signal line 75 is wired along the height direction which is the longitudinal direction of the glass substrate 41. Further, a plurality of ground wires 76 are arranged along each of these signal lines 75. Each of these ground wires 76 is wired along the height direction of the glass substrate 41.

また、これら各ゲート線74と信号線75とにより区切られた領域のそれぞれが各１画素26となる。これら各１画素26には、１個の画素構成要素として光センサ44および薄膜トランジスタ51とがそれぞれ形成されている。ここで、各信号線75は、薄膜トランジスタ51のドレイン電極57に電気的に接続されている。また、各ゲート線74は、薄膜トランジスタ51のゲート電極65に電気的に接続されている。さらに、各アース線76は、光センサ44のＰ＋型領域61に電気的に接続されている。 Further, each of the regions divided by the gate lines 74 and the signal lines 75 is one pixel 26. Each one pixel 26 is formed with an optical sensor 44 and a thin film transistor 51 as one pixel component. Here, each signal line 75 is electrically connected to the drain electrode 57 of the thin film transistor 51. Each gate line 74 is electrically connected to the gate electrode 65 of the thin film transistor 51. Further, each ground wire 76 is electrically connected to the P + type region 61 of the optical sensor 44.

そして、この光センサ44のＮ＋型領域63は、薄膜トランジスタ51のソース電極56に対して電気的にフローティングの状態で接続されている。よって、この光センサ44は、この光センサ44内で発生した電子が光信号となり、薄膜トランジスタ51を介してゲート線74および信号線75のそれぞれに適当な電圧を印加することによって、この光信号が読み出されるように構成されている。 The N + type region 63 of the optical sensor 44 is electrically connected to the source electrode 56 of the thin film transistor 51 in a floating state. Therefore, in the photosensor 44, electrons generated in the photosensor 44 become an optical signal, and an appropriate voltage is applied to each of the gate line 74 and the signal line 75 via the thin film transistor 51. It is configured to be read out.

次に、上記第１の実施の形態の液晶セルの動作について説明する。   Next, the operation of the liquid crystal cell of the first embodiment will be described.

まず、液晶セル21を撮像モードとした場合には、図１に示すように、バックライト36から出射された光Ｌ１が液晶セル21のＴＦＴアレイ基板22および光センサアレイ基板23のそれぞれへと入射して透過した後、この液晶セル21の表面に対向して位置する被写体Ｓにて反射されて反射光Ｌ２となり、この反射光Ｌ２が光センサ44に入射する。 First, when the liquid crystal cell 21 and the imaging mode, as shown in FIG. 1, the light L 1 emitted from the backlight 36 into the respective TFT array substrate 22 and the light sensor array substrate 23 of the liquid crystal cell 21 After being incident and transmitted, it is reflected by the subject S positioned opposite to the surface of the liquid crystal cell 21 to become reflected light L 2 , and this reflected light L 2 enters the optical sensor 44.

このとき、この光センサ44への反射光Ｌ２の入射により、この光センサ44のＩ型領域62に光信号が発生する。そして、このＩ型領域62にて発生した光信号は、図４に示す回路網によって、順次外部回路へと読み出されて信号電荷として蓄積される。 At this time, an optical signal is generated in the I-type region 62 of the optical sensor 44 by the incidence of the reflected light L 2 on the optical sensor 44. The optical signal generated in the I-type region 62 is sequentially read out to an external circuit by the circuit network shown in FIG. 4 and accumulated as signal charges.

次いで、液晶セル21を表示モードとした場合には、この液晶セル21の外部に蓄積された信号電荷を、ＴＦＴアレイ基板22の相対する薄膜トランジスタ27へと読み出させて画像を表示させる。   Next, when the liquid crystal cell 21 is set to the display mode, the signal charge accumulated outside the liquid crystal cell 21 is read to the thin film transistor 27 on the TFT array substrate 22 to display an image.

これにより、光センサアレイ基板23の光センサ44とＴＦＴアレイ基板22の薄膜トランジスタ27とによって、１対１の撮像表示が可能となる。   Thus, one-to-one imaging display can be performed by the photosensor 44 on the photosensor array substrate 23 and the thin film transistor 27 on the TFT array substrate 22.

上述したように、上記第１の実施の形態によれば、対向基板として機能する光センサアレイ基板23に光センサ44を設けて、この光センサアレイ基板23をＴＦＴアレイ基板22に対向させて貼り合わせて液晶セル21とした。この結果、従来は一般的に少なくとも０.１ｍｍで有った偏光板49から光センサ44までの距離を、偏光板49、オーバーコート層45および層間絶縁膜66それぞれの厚さの合計である約１.５μｍ程度にできる。   As described above, according to the first embodiment, the photosensor array substrate 23 that functions as the counter substrate is provided with the photosensor 44, and the photosensor array substrate 23 is attached to the TFT array substrate 22 so as to face it. The liquid crystal cell 21 was combined. As a result, the distance from the polarizing plate 49 to the optical sensor 44, which is generally at least 0.1 mm in the related art, is the sum of the thicknesses of the polarizing plate 49, the overcoat layer 45, and the interlayer insulating film 66. It can be about 1.5 μm.

したがって、光センサアレイ基板23の表面から光センサ44までの距離を小さくできるので、この光センサアレイ基板23内での反射光Ｌ２の拡散を実質的に全く防止できる。このため、この反射光Ｌ２が本来入射すべき光センサ44が位置する画素の隣の画素の光センサ44に入射してしまうことを無くすことができる。よって、この光センサアレイ基板23のガラス基板41などでの反射光Ｌ２の拡散による光センサ44の読み取り解像度の低下を防止できるから、この光センサ44による読み取り解像度を向上できる。ここで、８０μｍピッチで画素配列された液晶セル21とした場合には、８０μｍの線まで解像できたので、限界解像度を得ることができた。 Therefore, since the distance from the surface of the photosensor array substrate 23 to the light sensor 44 can be reduced, the diffusion of the reflected light L 2 of the inside the photosensor array substrate 23 can be prevented substantially completely. Therefore, the reflected light L 2 can be eliminated that the optical sensor 44 to be incident originally become incident on the light sensor 44 of the adjacent pixel of the pixel position. Therefore, since a reduction in the reading resolution of the optical sensor 44 by the diffusion of the reflected light L 2 at a glass substrate 41 of the optical sensor array substrate 23 can be prevented, thereby improving the reading resolution by the optical sensor 44. Here, in the case of the liquid crystal cell 21 in which the pixels are arranged at a pitch of 80 μm, the resolution can be obtained up to the line of 80 μm, so that the limit resolution can be obtained.

また、光センサアレイ基板23のガラス基板41は、研磨などされていないので、このガラス基板41の厚さは、元々の０．７ｍｍのままであるので、この光センサアレイ基板23の機械的強度には全く問題が生じない。   Further, since the glass substrate 41 of the optical sensor array substrate 23 is not polished or the like, the thickness of the glass substrate 41 remains the original 0.7 mm, so the mechanical strength of the optical sensor array substrate 23 There is no problem at all.

さらに、液晶セル21の製造歩留的な観点からすれば、従来に比べ必ずしも不利ではない。すなわち、従来は対向基板のガラス基板を研磨する工程が必須であり、このガラス基板の厚さを０．７ｍｍから０．１ｍｍにするためには、深い機械研磨が必要であった。このため、このガラス基板を研磨する工程で、このガラス基板が割れたり欠けたりするなどの不良が多発する可能性が高かった。   Further, from the viewpoint of manufacturing yield of the liquid crystal cell 21, it is not necessarily disadvantageous compared to the conventional case. That is, conventionally, a process of polishing the glass substrate of the counter substrate is essential, and in order to reduce the thickness of the glass substrate from 0.7 mm to 0.1 mm, deep mechanical polishing is required. For this reason, in the process of polishing the glass substrate, there is a high possibility that defects such as cracking or chipping of the glass substrate occur frequently.

これに対し、液晶セル21の対向基板として機能する光センサアレイ基板23に光センサ44を設けた場合には、この光センサアレイ基板23のガラス基板41の裏面に形成されたキズを取り除くために、このガラス基板41の裏面を機械研磨する場合があるが、この場合には、このガラス基板41の裏面を軽く浅く研磨すれば足りるので、このガラス基板41の機械的強度に影響を与えるものではない。   On the other hand, when the optical sensor 44 is provided on the optical sensor array substrate 23 that functions as the counter substrate of the liquid crystal cell 21, in order to remove scratches formed on the back surface of the glass substrate 41 of the optical sensor array substrate 23. In some cases, the back surface of the glass substrate 41 may be mechanically polished. In this case, it is sufficient to polish the back surface of the glass substrate 41 lightly and shallowly, so that the mechanical strength of the glass substrate 41 is not affected. Absent.

したがって、液晶セル21の対向基板として機能する光センサアレイ基板23に光センサ44を設けた場合には、ＴＦＴアレイ基板22と合わせると、実質的に２枚のアレイ基板を使用することと同じとなるが、ＴＦＴアレイ基板22に液晶表示駆動用の薄膜トランジスタ27および光センサ44および光センサ駆動用の薄膜トランジスタ51のそれぞれを形成する場合に比べ、ＴＦＴアレイ基板22の構成を簡略にできるとともに、これらＴＦＴアレイ基板22および光センサアレイ基板23のそれぞれとして良品を使用できるので、最終歩留を向上できる。   Therefore, when the optical sensor 44 is provided on the optical sensor array substrate 23 that functions as the counter substrate of the liquid crystal cell 21, when combined with the TFT array substrate 22, it is substantially the same as using two array substrates. However, compared with the case where the thin film transistor 27 for driving the liquid crystal display, the optical sensor 44, and the thin film transistor 51 for driving the optical sensor are formed on the TFT array substrate 22, the configuration of the TFT array substrate 22 can be simplified and these TFTs can be used. Since good products can be used as the array substrate 22 and the optical sensor array substrate 23, the final yield can be improved.

ここで、仮に、カラーフィルタ31を光センサアレイ基板23のガラス基板41の裏面に形成した場合には、カラーフィルタ31の材料が有機顔料であるため耐熱性が問題となる。したがって、この光センサアレイ基板23のガラス基板41上に光センサ44を形成した後にカラーフィルタ31を形成する必要がある。この場合、このカラーフィルタ31を光センサアレイ基板23の対向電極46上に形成する場合には、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)および黒のパターンのそれぞれをリソグラフィにて形成する必要があるため、結果として計４回ほど、光センサアレイ基板23のオーバーコート層45の表面を図示しない基板ステージ上に接触させて設置させなければならない。   Here, if the color filter 31 is formed on the back surface of the glass substrate 41 of the photosensor array substrate 23, heat resistance becomes a problem because the material of the color filter 31 is an organic pigment. Therefore, it is necessary to form the color filter 31 after the photosensor 44 is formed on the glass substrate 41 of the photosensor array substrate 23. In this case, when the color filter 31 is formed on the counter electrode 46 of the photosensor array substrate 23, each of R (red), G (green), B (blue) and black patterns is formed by lithography. Therefore, as a result, the surface of the overcoat layer 45 of the photosensor array substrate 23 must be placed in contact with a substrate stage (not shown) about four times in total.

特に、このオーバーコート層45にベーク時の温度むらによる色むらができないように、このオーバーコート層45を図示しないベークステージに密着させる必要がある。このとき、このベークステージに対する擦れなどによりオーバーコート層45の表面に傷が形成されてしまう可能性が高い。したがって、液晶駆動用の薄膜トランジスタ27が形成されたＴＦＴアレイ基板22のオーバーコート層29上にカラーフィルタ31を設けて、液晶セル21をＣＯＡ方式にした。この結果、このカラーフィルタ31を形成する際にＴＦＴアレイ基板22のオーバーコート層29などが傷つくおそれがなくなるので、このＴＦＴアレイ基板22の歩留まりを向上できるとともに、カラーフィルタ31の形成工程を容易にできるから、液晶セル21の製造性を向上できる。   In particular, the overcoat layer 45 needs to be in close contact with a bake stage (not shown) so that the color unevenness due to temperature unevenness at the time of baking cannot be caused. At this time, there is a high possibility that scratches are formed on the surface of the overcoat layer 45 due to rubbing against the baking stage. Therefore, the color filter 31 is provided on the overcoat layer 29 of the TFT array substrate 22 on which the thin film transistor 27 for driving the liquid crystal is formed, and the liquid crystal cell 21 is made COA type. As a result, there is no possibility of damaging the overcoat layer 29 and the like of the TFT array substrate 22 when forming the color filter 31, so that the yield of the TFT array substrate 22 can be improved and the formation process of the color filter 31 is facilitated. Therefore, the manufacturability of the liquid crystal cell 21 can be improved.

さらに、ＴＦＴアレイ基板22と光センサアレイ基板23とを対向させて、これらＴＦＴアレイ基板22および光センサアレイ基板23それぞれの各画素を位置合わせてして取り付けた際に、このＴＦＴアレイ基板22の各画素補助容量28および薄膜トランジスタ27のそれぞれに対向する位置に光センサ44を設置したため、これら光センサ44による各画素電極34の開口率の低下を防止できる。   Further, when the TFT array substrate 22 and the optical sensor array substrate 23 are opposed to each other and the respective pixels of the TFT array substrate 22 and the optical sensor array substrate 23 are aligned and attached, the TFT array substrate 22 Since the photosensors 44 are installed at positions facing the respective pixel auxiliary capacitors 28 and the thin film transistors 27, it is possible to prevent the aperture ratio of each pixel electrode 34 from being lowered by these photosensors 44.

次に、本発明の第２の実施の形態を図５および図６を参照して説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

この図５および図６に示す液晶セル21は、基本的には図１ないし図４に示す液晶セル21と同様であるが、ＴＦＴアレイ基板22と光センサアレイ基板23との間に対向基板81を介挿させて、この対向基板81上にカラーフィルタ31および対向電極46のそれぞれを形成したものである。したがって、この液晶セル21は、ＴＦＴアレイ基板22および対向基板81にて構成されている。   The liquid crystal cell 21 shown in FIGS. 5 and 6 is basically the same as the liquid crystal cell 21 shown in FIGS. 1 to 4, except that the counter substrate 81 is interposed between the TFT array substrate 22 and the photosensor array substrate 23. Each of the color filter 31 and the counter electrode 46 is formed on the counter substrate 81. Therefore, the liquid crystal cell 21 is composed of the TFT array substrate 22 and the counter substrate 81.

そして、この対向基板81は、略透明な矩形平板状の絶縁基板としての透光性基板であるガラス基板82を備えている。このガラス基板82は、厚さが約０．７ｍｍであり、このガラス基板82の一主面である裏面上には、複数のカラーフィルタ31がマトリクス状に形成されている。これら各カラーフィルタ31は、対向基板81をＴＦＴアレイ基板22と光センサアレイ基板23との間に介挿させて、これらＴＦＴアレイ基板22および光センサアレイ基板23それぞれの各画素に対して位置合わせして取り付けた際に、光センサアレイ基板23の光センサ44とＴＦＴアレイ基板22の薄膜トランジスタ27および画素補助容量28との間に対向して位置するように設けられている。   The counter substrate 81 includes a glass substrate 82 which is a translucent substrate as a substantially transparent rectangular flat plate-like insulating substrate. The glass substrate 82 has a thickness of about 0.7 mm, and a plurality of color filters 31 are formed in a matrix on the back surface, which is one main surface of the glass substrate 82. Each of these color filters 31 has a counter substrate 81 interposed between the TFT array substrate 22 and the photosensor array substrate 23, and is aligned with each pixel of the TFT array substrate 22 and the photosensor array substrate 23. When mounted, the optical sensor 44 of the optical sensor array substrate 23 and the thin film transistor 27 and the auxiliary pixel capacitor 28 of the TFT array substrate 22 are provided so as to face each other.

また、これら各カラーフィルタ31を含むガラス基板82上の全面には、対向電極46が積層されて成膜されている。そして、この対向電極46とＴＦＴアレイ基板22の画素電極34を含むオーバーコート層29との間には、液晶47が介挿されて封止されている。さらに、対向基板81のガラス基板82の他主面である表面は、光センサアレイ基板23のガラス基板41の裏面に対向させて、これら対向基板81および光センサアレイ基板23それぞれの各画素位置がずれないように図示しない合わせマーカを見ながら、屈折率が各ガラス基板41,82に近い特性を有する透明接着剤にて貼り合わされている。   A counter electrode 46 is laminated on the entire surface of the glass substrate 82 including the color filters 31. A liquid crystal 47 is inserted and sealed between the counter electrode 46 and the overcoat layer 29 including the pixel electrode 34 of the TFT array substrate 22. Furthermore, the surface which is the other main surface of the glass substrate 82 of the counter substrate 81 is opposed to the back surface of the glass substrate 41 of the photosensor array substrate 23, and each pixel position of each of the counter substrate 81 and the photosensor array substrate 23 is The adhesive is bonded with a transparent adhesive having a refractive index close to that of each of the glass substrates 41 and 82 while looking at an alignment marker (not shown) so as not to shift.

このとき、ＴＦＴアレイ基板22と対向基板81とにより構成された液晶セル21の重量が大きく問題がある場合には、対向基板81のガラス基板82の表面および光センサアレイ基板23のガラス基板41の裏面のそれぞれを研磨してから、これらガラス基板41,82を貼り合わせれば良い。具体的には、これらガラス基板41,82のそれぞれの厚さを０．７ｍｍから０．３ｍｍへと研磨してから貼り合わせれば良い。   At this time, when the weight of the liquid crystal cell 21 constituted by the TFT array substrate 22 and the counter substrate 81 is large and there is a problem, the surface of the glass substrate 82 of the counter substrate 81 and the glass substrate 41 of the photosensor array substrate 23 The glass substrates 41 and 82 may be bonded together after polishing the back surfaces. Specifically, the thickness of each of the glass substrates 41 and 82 may be bonded after being polished from 0.7 mm to 0.3 mm.

したがって、光センサアレイ基板23に光センサ44を設け、ＴＦＴアレイ基板22の表面に対向させて貼り合わされた対向基板81の表面に光センサアレイ基板23を貼り合わせたことにより、従来は一般的に少なくとも０.１ｍｍで有った偏光板49から光センサ44までの距離を、約１μｍ程度にできるので、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。   Therefore, by providing the optical sensor 44 on the optical sensor array substrate 23 and attaching the optical sensor array substrate 23 to the surface of the counter substrate 81 that is attached to oppose the surface of the TFT array substrate 22, conventionally, Since the distance from the polarizing plate 49, which is at least 0.1 mm, to the optical sensor 44 can be about 1 μm, the same effects as those of the first embodiment can be achieved.

また、対向基板81のガラス基板82および光センサアレイ基板23のガラス基板41のそれぞれの厚さを０．４ｍｍとして、これらガラス基板41,82の厚さの合計を０．８ｍｍとしたため、これら対向基板81および光センサアレイ基板23の機械的強度には問題が生じない。   Further, the thickness of each of the glass substrate 82 of the counter substrate 81 and the glass substrate 41 of the optical sensor array substrate 23 is set to 0.4 mm, and the total thickness of these glass substrates 41 and 82 is set to 0.8 mm. There is no problem with the mechanical strength of the substrate 81 and the optical sensor array substrate 23.

さらに、液晶セル21および光センサアレイ基板23の製造的な観点からすれば、これら液晶セル21および光センサアレイ基板23のそれぞれとして良品同士を貼り合わせることができるから、歩留まりを向上でき、これら液晶セル21および光センサアレイ基板23を別々に製造することによる製造工程の増加というデメリットを凌駕できる。   Furthermore, from a manufacturing viewpoint of the liquid crystal cell 21 and the optical sensor array substrate 23, good products can be bonded to each other as the liquid crystal cell 21 and the optical sensor array substrate 23, so that the yield can be improved. It is possible to surpass the disadvantage of increasing the manufacturing process by separately manufacturing the cell 21 and the optical sensor array substrate 23.

なお、上記各実施の形態では、光センサアレイ基板23の薄膜トランジスタ51および光センサ44の構成材料として、ポリシリコンを用いたが、必ずしもポリシリコンに限る必要はなく、全てがアモルファスシリコンであってもよいし、これらポリシリコンとアモルファスシリコンとの組み合わせであってもよい。   In each of the above embodiments, polysilicon is used as the constituent material of the thin film transistor 51 and the optical sensor 44 of the photosensor array substrate 23. However, the material is not necessarily limited to polysilicon, and all of the material may be amorphous silicon. Alternatively, a combination of these polysilicon and amorphous silicon may be used.

さらに、光センサアレイ基板23のガラス基板41の表面側に光センサ44を設けたが、この光センサ44を光センサアレイ基板23のガラス基板41の裏面側に設けても、この光センサ44をＴＦＴアレイ基板22のガラス基板24上に形成する場合に比べ、光センサアレイ基板23の表面、すなわち偏光板49から光センサ44までの距離を小さくできるので、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。   Further, the optical sensor 44 is provided on the front surface side of the glass substrate 41 of the optical sensor array substrate 23. However, even if this optical sensor 44 is provided on the back surface side of the glass substrate 41 of the optical sensor array substrate 23, the optical sensor 44 is provided. Compared with the case where the TFT array substrate 22 is formed on the glass substrate 24, the surface of the optical sensor array substrate 23, that is, the distance from the polarizing plate 49 to the optical sensor 44 can be reduced. Can be played.

本発明の液晶表示装置の第１の実施の形態を示す説明断面図である。1 is an explanatory cross-sectional view showing a first embodiment of a liquid crystal display device of the present invention. 同上液晶表示装置の第２のアレイ基板を示す説明断面図である。It is explanatory sectional drawing which shows the 2nd array board | substrate of a liquid crystal display device same as the above. 同上第２のアレイ基板を示す説明上面図である。It is explanatory top view which shows a 2nd array substrate same as the above. 同上第２のアレイ基板を示す説明回路図である。It is an explanatory circuit diagram showing the second array substrate. 本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置を示す説明分解斜視図である。It is an explanatory exploded perspective view showing a liquid crystal display device of a 2nd embodiment of the present invention. 同上液晶表示装置を示す説明断面図である。It is explanatory sectional drawing which shows a liquid crystal display device same as the above. 従来の液晶表示装置の一部を示す説明平面図である。It is an explanatory top view which shows a part of conventional liquid crystal display device. 同上液晶表示装置を示す説明断面図である。It is explanatory sectional drawing which shows a liquid crystal display device same as the above. 同上液晶表示装置の光電変換素子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the photoelectric conversion element of a liquid crystal display device same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

20 液晶表示装置
22 第１のアレイ基板としてのＴＦＴアレイ基板
23 第２のアレイ基板としての光センサアレイ基板
24 第１の透光性基板としてのガラス基板
27 スイッチ素子としての薄膜トランジスタ
28 画素補助容量
31 カラーフィルタ
41 第２の透光性基板としてのガラス基板
44 光電変換素子としての光センサ
47 液晶
81 対向基板 20 Liquid crystal display
22 TFT array substrate as the first array substrate
23 Optical sensor array substrate as second array substrate
24 Glass substrate as the first translucent substrate
27 Thin-film transistors as switch elements
28 pixel auxiliary capacitance
31 Color filter
41 Glass substrate as second translucent substrate
44 Optical sensor as a photoelectric conversion element
47 LCD
81 Counter substrate

Claims (5)

第１の透光性基板、およびこの第１の透光性基板の一主面に形成されたスイッチ素子を備えた第１のアレイ基板と、
この第１のアレイ基板の第１の透光性基板の一主面に一主面を対向して設けられた第２の透光性基板、およびこの第２の透光性基板に形成された光電変換素子を備えた第２のアレイ基板と、
この第２のアレイ基板の第２の透光性基板および前記第１のアレイ基板の第１の透光性基板の間に介挿された液晶と
を具備したことを特徴とした液晶表示装置。 A first array substrate including a first light-transmitting substrate and a switch element formed on one main surface of the first light-transmitting substrate;
A second translucent substrate provided with one main surface facing one main surface of the first translucent substrate of the first array substrate, and formed on the second translucent substrate A second array substrate having a photoelectric conversion element;
A liquid crystal display device comprising: a second light-transmitting substrate of the second array substrate; and a liquid crystal interposed between the first light-transmitting substrates of the first array substrate. 第１の透光性基板、およびこの第１の透光性基板の一主面に形成されたスイッチ素子を備えた第１のアレイ基板と、
この第１のアレイ基板の一主面に対向して設けられた対向基板と、
この対向基板に対向して設けられた第２の透光性基板、およびこの第２の透光性基板に形成された光電変換素子を備えた第２のアレイ基板と、
前記対向基板および前記第１のアレイ基板の第１の透光性基板の間に介挿された液晶と
を具備したことを特徴とした液晶表示装置。 A first array substrate including a first light-transmitting substrate and a switch element formed on one main surface of the first light-transmitting substrate;
A counter substrate provided to face one main surface of the first array substrate;
A second translucent substrate provided facing the counter substrate, and a second array substrate including a photoelectric conversion element formed on the second translucent substrate;
A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal interposed between the counter substrate and the first light-transmitting substrate of the first array substrate. 第１のアレイ基板は、第１の透光性基板の一主面に設けられたカラーフィルタを備えた
ことを特徴とした請求項１または２記載の液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the first array substrate includes a color filter provided on one main surface of the first light-transmitting substrate. 光電変換素子は、スイッチ素子に対向して設けられた
ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか記載の液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is provided to face the switch element. 第１のアレイ基板は、第１の透光性基板の一主面に形成された画素補助容量を備え、
光電変換素子は、前記画素補助容量に対向して設けられた
ことを特徴とした請求項１ないし４いずれか記載の液晶表示装置。 The first array substrate includes a pixel auxiliary capacitor formed on one main surface of the first translucent substrate,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is provided to face the pixel auxiliary capacitor.
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