JP3838393B2 - イメージセンサを内蔵した表示装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、イメージセンサ機能を有する一体型液晶表示パネルに関して、特に、イメージセンサ部の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶層に画素電極から電圧を加えて液晶を配向させ、表示部に画像を形成させるようにした液晶パネルが知られている。
従来の液晶パネルの構成を簡略に以下に述べる。
薄膜トランジスタからなる表示部および周辺回路を絶縁基板上に形成した素子基板と、対向基板とをスペーサによって基板間隔が保たれ、シール材によって接着する。 そして、前記素子基板と対向基板との間に液晶を有している構造となっている。
また、前記液晶は一対の基板に挟まれ、シール部によって囲まれている。
図２に示すように、パネルのシール部の配置は、表示部または表示部及び周辺駆動回路をリング状に取り囲む形状としている。
【０００３】
上記従来の構成において、素子基板とは、アクティブマトリクス回路および周辺回路が設けられた基板を指している。また、対向基板は、素子基板に対向配置して設けられる基板であって、対向電極、カラーフィルター等が形成されたものを指している。
【０００４】
また、上記従来の構成において、シール材には、紫外線硬化性や熱硬化性を有する封止用の樹脂等を用いている。
【０００５】
一方、イメージセンサとしては、現在、複写機、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ファクシミリ等の映像を電気信号に変換するための光センサとして広い分野で用いられており、光センサモジュールを組み込んだ装置構成としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、映像を取り込み、その映像を映し出す小型のシステムの需要が求められている。その需要を満たすための構成として、液晶ディスプレイ装置にＣＣＤ等のセンサモジュールを組み込むことが考えられるが、消費電力（５Ｗ程度）、製造価格、大きさ等の点で問題があった。
【０００７】
そこで、本発明人らは、ＭＯＳ型薄膜トランジスタを用いて、液晶パネルとイメージセンサを同一基板上に作製することを思い立った。
こうすることにより、装置を小型化し、低消費電力（５０ｍＷ程度）、安価な装置にすることができる。
【０００８】
同一基板上に液晶パネルとイメージセンサを同一基板上に作製した場合、パネルとイメージセンサの配置およびシール構成などが重要な問題になってくる。
本発明は、同一基板上に表示部とイメージセンサを有する液晶表示パネルに関して、信頼性が良好で、安価なイメージセンサを有する液晶表示パネルを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
図１（ｂ）は、図４（ａ）、図４（ｂ）と対応している。
本発明におけるイメージセンサを有する液晶パネルの第１の構成としては、図４で示すように、アクティブマトリクス回路からなる液晶表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された液晶表示装置であって、センサ部１２０は、シール部１０４と対向基板３０２で密閉された空間３０７を有する構造とする。このような構成とすることで、密閉された空間は基板とシール部により、完全に外気と遮断される。
さらに、不活性ガス雰囲気中で対向基板を貼り合わせ、密閉した空間に不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ2 ）を充填して、酸素等の空気との反応によるセンサ部の劣化を防ぐ構成としてもよい。
このように、センサ部をシール部と対向基板で密閉することによって、液晶注入工程等におけるセンサ部への液晶またはゴミ等の異物の混入、キズ等の損傷を防ぐという効果が得られる。
【００１０】
本発明におけるイメージセンサを有する液晶パネルの第２の構成としては、図１（ａ）に示すように、アクティブマトリクス回路からなる液晶表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路１１１と、センサ部１２０とが同一基板上に配置された液晶表示装置であって、
前記センサ部１２０は、すくなくとも１つのシール部１０４により囲まれ、
前記液晶表示部と前記センサ部の間に設けられたシール部１０３は、液晶の封止をするとともに、センサ部の保護をする構成とした。
こうすることで、貼り合わせ工程後のセンサ部において、液晶、塵等の異物の混入や静電気、外部衝撃等を防ぐことができる。
【００１１】
また、図１（ｂ）、図４に示すように、複数のシール部により、二重に囲む構成としてもよい。外側のシール部は、ダミーシールの役割を果たす。そうすることにより、さらにセンサ部１２０において、塵、静電気、外部圧力等を防ぐことができ、且つ、十分基板間隔を保つことが可能となる。もちろん、三重、四重・・と複数のシール部で囲む構成、または、センサ部のシールの外側にダミーシールとして複数のシール部を配置する構成としてもよい。
【００１２】
本発明におけるイメージセンサを有する液晶パネルの第３の構成としては、アクティブマトリクス回路からなる液晶表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された液晶表示装置であって、液晶表示部におけるスペーサ３０６は、センサ部には存在しない構成とした。センサ部に液晶表示部より多くスペーサが存在していると、映像を取り込む上で妨げとなるため、図４（ｂ）に示すように、センサ部の受光部と対向基板との間には全く存在しないことが望ましい。こうすることで、均一な基板間隔を保ちつつ、良好な映像を取り込むことができる。
【００１３】
また、センサ部は、外部からの熱等にも敏感に反応する素子であるので、センサ部の配置場所は、引き出し線、周辺駆動回路等の発熱する回路とは間隔をあけ、熱的影響の少ない箇所に配置することが望ましい。
【００１４】
上記配置および構成とすることにより、センサ部を外からの電気的影響および熱的影響およびその他の物理的影響から保護する構成とすることができる。
【００１５】
本発明のイメージセンサとしては、図３（Ａ）に示すように、可視光に対する光吸収係数の大きい非晶質シリコン層３５２によってホトキャリアを発生させ、移動度の大きい多結晶シリコンＴＦＴをスイッチング素子として、信号の読み出しをコントロールする。
【００１６】
本発明においては、薄膜技術によって形成されるイメージセンサと表示部を構成する薄膜トランジスタを同一基板上に形成することで、安価な装置を得る。
【００１７】
イメージセンサを有する表示装置は、直視型の場合、今後、ますます装置の大型化がすすむ。また、コスト低減のため多面取りによる基板大型化が進むと考えられている。
反対に、多画素化と光学系の小型化が求められているセンサ部は小型化するので画素面積が縮小し、表示部の画素面積との差がひらく。
【００１８】
そのため、本発明におけるイメージセンサを有する液晶パネルの第４の構成としては、アクティブマトリクス回路からなる液晶表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された液晶表示装置であって、センサ部の対向基板に形成されたカラーフィルターのセルサイズは、液晶表示部の対向基板に形成されたセルサイズより小さい構成とする。
【００１９】
上記構成とすることにより、画素面積が小さく良好な画像取り込みが可能なセンサ部を液晶表示部と同一基板上に有する安価な液晶表示パネルを得ることができる。
【００２０】
また、本発明におけるイメージセンサを有する液晶パネルの第５の構成としては、図６（ｂ）に示すように、アクティブマトリクス回路からなる液晶表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された液晶表示装置であって、センサ部の対向基板の厚さｄ1 は、液晶表示部の対向基板の厚さｄ2 よりも薄い構成とする。
【００２１】
上記構成とすることにより、センサ部に取りつける光学系に与える影響を低減することができる。センサ部の対向基板の厚みが薄ければ薄いほど光が屈折せず、光強度の維持ができるため、良好な画像取り込みが可能なセンサ部を液晶表示部と同一基板上に有する安価な液晶表示パネルを得ることができる。本発明におけるセンサ部の薄い対向基板は、光を透過する無色透明の基板またはフィルムであればガラス基板または石英基板に限定されない。
【００２２】
また、本発明におけるイメージセンサを有する液晶パネルの第６の構成としては、図６（ｃ）に示すように、アクティブマトリクス回路からなる液晶表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された液晶表示装置であって、センサ部を囲むシール部の線巾は、液晶表示部を囲むシール部の線巾より細い構成とする。
【００２３】
上記構成とすることにより、センサ部に薄い基板を用いた場合、貼り合わせ工程において、センサ部にシール部が混入せず、且つ、割れにくくすることができる。
【００２４】
また、本発明におけるイメージセンサを有する液晶パネルの第７の構成としては、図６（ｄ）に示すように、アクティブマトリクス回路からなる液晶表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された液晶表示装置であって、液晶表示部の対向基板は、シール材とスペーサにより基板間隔が一定に保たれ、
センサ部の対向基板は、接着剤５１５で基板と密着している構成とする。
【００２５】
上記構成とすることにより、センサ部を全く外気に触れない構成とすることができ、外気と触れることによる劣化を防ぐ。また、対向基板の厚さと同様に、センサ部の対向基板と素子基板の間の空間５０７も光の屈折を招くため、出来る限り 対向基板と素子基板を密接させることが望ましい。
【００２６】
第４乃至第７のような構成とするためには、対向基板と貼り合わせる工程において、セルサイズの小さいセンサ部と対向基板との合わせ精度が要求される。
よって、センサ部の対向基板と、液晶表示部の対向基板を別々に貼り合わせることが望ましい。
【００２７】
本明細書で開示する本発明の工程の構成は、
アクティブマトリクス回路からなる液晶表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された液晶表示装置の作製方法であって、
液晶表示部の対向基板を貼り合わせる工程と、
該工程の後に前記液晶表示部の対向基板を分断する工程と、
該工程の後にセンサ部の対向基板を貼り合わせる工程と、
を有することを特徴とするイメージセンサを内蔵した液晶表示装置の作製方法である。
【００２８】
図６に示すように、表示部とセンサ部は、同一基板上に形成されているが、対向基板５０２、５０３は表示部とセンサ部で分離されている構造とする。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、この実施例に限定されないことは勿論である。
〔実施例１〕
実施例１として、パネルの作製工程を図３で説明する。また、パネルの完成図を図４、図１（ｂ）に示す。
まず、素子基板３０１を用意する。
【００３０】
本実施例において、素子基板３０１とは、図３（Ａ）で示すようなＴＦＴ部からなるアクティブマトリクス回路および周辺回路と、センサ部が設けられた基板を指している。基板上に薄膜作製工程で形成されるＴＦＴ素子でなる画素領域及び周辺回路を有する素子基板あれば特に限定されない。
【００３１】
センサ部は、光電変換層３５２と光電変換素子で構成されている。
また、このセンサ部は、アクティブマトリクス回路および周辺回路を構成する薄膜トランジスタと同時に形成される。
【００３２】
次に、上記素子基板と対向基板に液晶を配向させるための配向膜（図示しない）を塗布し、焼成した後にラビング処理を行う。
【００３３】
その後、シ─ル印刷機またはシールディスペンサーにより、素子基板にシール材３０５でパネルのシールパターンおよびダミーシール部を設ける。本実施例では素子基板側にシールパターンを設けたが、対向基板にシールパターンを設ける工程としてもよい。（図３（Ｂ））
【００３４】
個々のパネルの構成としては、図１（ｂ）、または図４に示すように、表示領域１１０および周辺駆動回路領域１１１をシール部１０３が囲むように配置する。また、センサ部をシール部１０４が囲むように配置する。
そして、各パネルのシール部１０３は、少なくとも一部にシール開口部１０７が設けられ、そこからシール部の内側へ液晶部料の注入を可能とする。
【００３５】
シール部との材料としては、エポキシ樹脂とフェノール硬化剤をエチルセルソルブの溶媒に溶かしたものを本実施例では使用したが、紫外線硬化性や熱硬化性を有する封止用の樹脂であれば特に限定されない。
【００３６】
次いで、基板間隔を保つためのスペーサ３０６を表示部に選択的に散布する。スペーサとしては、直径５μｍのポリマー系、ガラス系、シリカ系等の球形状のものを用いる。
【００３７】
そして、対向基板３０２を用意する。
また、対向基板３０２は、素子基板に対向配置して設けられる基板であって、対向電極、カラーフィルター等が形成されたものを指している。
【００３８】
以上の工程を経た素子基板と対向基板を重ね合わせて、熱プレスを行い接着させる。（図３（Ｃ））
【００３９】
次に、スクライバーとブレイカーによる分断工程により、液晶材料の注入口を形成し、該注入口をパネルの一対の端面が揃っている辺に１つまたは複数設ける。
【００４０】
本実施例では配線引き出し部を設けているため、その一辺もスクライバーによって分断する。
【００４１】
次に、液晶装置を構成するパネル内に液晶材料３１０を注入する工程は、真空注入法で行われる。この真空注入法は、毛細管現象および圧力差を用いた液晶材料の注入法である。
【００４２】
注入口から上記真空注入法により、シール開口部を介してパネルのシール部の内側の画素領域及び周辺駆動回路領域上に液晶材料３１０を注入させる。
【００４３】
液晶材料としては、ネマチック、スメクチック、コレステリック等、種々のものを使用できる。ここではネマチック液晶を用いる。
【００４４】
その後、パネル両面を加圧して余分な液晶材料を押し出し、そのままの状態で注入口に紫外線硬化型や熱硬化型の封止用の樹脂１１８を塗布し、加圧を取り除く。すると封止用の樹脂が注入口の内側にわずかに侵入する。この状態で封止用の樹脂を硬化させ、注入口を封止する。（図３（Ｄ））
【００４５】
以上の工程により、図１（ｂ）、図４で示すように、一対の基板で液晶を挟持したパネルが得られ、その後、パネル両面に偏光板が張りつけられ、外部への電気的接続を行う配線が接続されて、液晶表示装置が完成する。
センサ部には、光学系が取り付けられ、イメージセンサ内蔵の液晶表示装置が完成する。
【００４６】
〔実施例２〕
本実施例は、センサ部の対向基板と表示部の対向基板を分離した構成とした場合の例である。
基本的な構成は実施例１で作製したものとほぼ同様であるので、相違点のみに着目して説明する。
【００４７】
本実施例では、図６（ａ）に示すように、最終的な構造としては、表示部とセンサ部は、同一基板５０１上に形成されているが、表示部の対向基板５０２とセンサ部の対向基板５０３は分離されている構造とする。
この場合、センサ部のカラーフィルターのセルサイズは、液晶表示部のカラーフィルターのセルサイズより小さいものが要求される。
【００４８】
従って、センサ部の対向基板と、液晶表示部の対向基板のセルサイズを異ならせることが望ましい。その作製方法としては、異なるセルザイズのカラーフィルターを同一基板に有する対向基板を用いる方法、または、センサ部の対向基板と表示部の対向基板を別々に貼り合わせる方法のどちらをとってもよい。
【００４９】
〔実施例３〕
本実施例は、センサ部の対向基板に、表示部の対向基板よりも薄いものを用いた場合の例である。
基本的な構成は、実施例２で作製したものとほぼ同様であるので、相違点のみに着目して説明する。
図６（ｃ）に本実施例の構成を示す。
本実施例では、センサ部の対向基板の厚さは、液晶表示部の対向基板の厚さよりも薄い０．１〜２．０ｍｍ好ましくは、０．１〜１．０ｍｍ厚の基板を用い、また、センサ部を囲むシール部の線巾を、液晶表示部を囲むシール部の線巾（１〜１．３ｍｍ）より細い構成とした。
【００５０】
本実施例におけるセンサ部の薄い対向基板は、光を透過する無色透明の基板またはフィルムであればガラス基板に限定されない。
【００５１】
上記構成とすることにより、センサ部に取りつける光学系に与える影響を低減することができる。センサ部の対向基板の厚みが薄ければ薄いほど光が屈折せず、光強度の維持ができるため、良好な画像取り込みが可能なセンサ部を液晶表示部と同一基板上に有する安価な液晶表示パネルを得ることができる。
また、センサ部を囲むシール部の線巾を液晶表示部を囲むシール部の線巾より細くすることにより、センサ部の基板間隔と液晶表示部の基板間隔とを異ならせた。
【００５２】
〔実施例４〕
本実施例は、センサ部の対向基板と表示部の対向基板を接着材で密着させた場合の例である。
基本的な構成は、実施例２で作製したものとほぼ同様であるので、相違点のみに着目して説明する。
図５（ｂ）および、図６（ｄ）に本実施例の構成を示す。
【００５３】
上記構成とすることにより、センサ部を全く外気に触れない構成とすることができ、外気と触れることによる劣化を防ぐ。また、センサ部とセンサ部の対向基板の間の間隔は、０〜５μｍ、好ましくは４μｍ以下、理想的には対向基板と素子基板を完全に密着させることが望ましい。
【００５４】
〔実施例５〕
本実施例では、本発明を利用した液晶パネルを利用する電子機器の一例を図７に示す。なお、電子機器とはイメージセンサを内蔵した液晶パネルを搭載した製品のことである。
図７は、ノート型パソコンであり、本願発明は、イメージセンサ一体型液晶ディスプレイに適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明では、イメージセンサを画素マトリクス及び周辺駆動回路と同一基板上に設けたため、表示機能と撮像機能を備えた表示装置を小型化、軽量化できるとともに、センサ部と表示部とを同時に形成するため、安価に表示装置を提供することができる。
また、本発明の構成とすることで、液晶注入工程において、液晶がセンサ部に混入するのを防ぎ、且つ、貼り合わせ工程後のセンサ部においても、液晶、塵、静電気、外部衝撃等を防ぐことができるため、センサ部が良好に動作する丈夫なイメージセンサ内蔵の液晶表示装置が得られる。
【００５６】
更に、光学系をセンサ部に取り付ける際に、光学系を十分固定することができ、且つ、光学系とセンサ部との距離間隔をシール部と対向基板によって一定に保つことができるので、焦点距離の安定した良好な映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のパネルの構造図
【図２】 従来のパネルの構造図
【図３】 実施例１における工程断面図
【図４】 実施例１におけるパネルの構造図
【図５】 実施例２〜４におけるパネルの構造図
【図６】 実施例２〜４におけるパネルの構造断面図
【図７】 本発明の応用例
【符号の説明】
１０３ シール部（パネル用）
１０４ シール部（センサ部用）
１０７ 液晶封止材
１１０ 表示部
１１１ 周辺駆動回路
１２０ センサ部
３０１ 素子基板
３０２ 対向基板
３０５ シール材
３０６ スペーサ
３０７ センサ部と対向基板の間に密閉された空間
３１０ 液晶材料
３５０ 層間絶縁膜
３５１ 透明電極
３５２ 光吸収層
３６０ 画素電極
３６１ 引き出し配線部
４００ 処理回路
５０１ 素子基板
５０２ 対向基板（液晶表示部）
５０３ 対向基板（センサ部）
５０５ シール部（センサ部）
５０７ センサ部と対向基板の間に密閉された空間
５０６ シール部（液晶表示部）
５１０ 液晶材料
５１１ スペーサ

Claims (10)

  1. アクティブマトリクス回路からなる表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された表示装置であって、
    前記表示部と前記周辺駆動回路は第１のシール部に囲まれ、前記第１のシール部と対向基板とで液晶を封止し、
    前記センサ部は第２のシール部に囲まれ、前記第２のシール部と対向基板で密閉された空間を有することを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  2. アクティブマトリクス回路からなる表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された表示装置であって、
    前記表示部と前記周辺駆動回路は第１のシール部に囲まれ、前記第１のシール部と対向基板とで液晶を封止し、
    前記センサ部は、第２のシール部と、前記第２のシール部の外側に設けられた第３のシール部に囲まれ、
    前記第２のシール部と対向基板とで密閉された空間を有することを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  3. アクティブマトリクス回路からなる表示部と、該アクティブマトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路と、センサ部とが同一基板上に配置された表示装置であって、
    前記表示部と前記周辺駆動回路は第１のシール部に囲まれ、前記第１のシール部と対向基板とで液晶を封止し、
    前記センサ部は、第２のシール部と、前記第２のシール部の外側に設けられた複数のシール部に囲まれ、
    前記第２のシール部と対向基板とで密閉された空間を有することを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記密閉された空間には、不活性ガスが充填されていることを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    前記表示部および前記周辺駆動回路と前記対向基板との間にはスペーサを有し、
    前記センサ部の受光部と前記センサ部の対向基板との間には、前記スペーサが存在しないことを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記センサ部の画素面積は、前記表示部の画素面積より小さいことを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
    前記センサ部の対向基板に形成されたカラーフィルターのセルサイズは、前記表示部の対向基板に形成されたカラーフィルターのセルサイズより小さいことを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
    前記センサ部の対向基板の厚さｄ1は、前記表示部の対向基板の厚さｄ2よりも薄いことを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記センサ部を囲む前記第２のシール部の線巾は、前記表示部を囲む前記第１のシール部の線巾より細いことを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の表示装置は液晶表示装置であることを特徴とするイメージセンサを内蔵した表示装置。
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