JP4441542B2

JP4441542B2 - 受光素子及び液晶表示装置

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Publication number: JP4441542B2
Application number: JP2007024074A
Authority: JP
Inventors: 柏仰陳; 博盛施; ▲祖▼強張
Original assignee: 瀚宇彩晶股▼分▲有限公司
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: JP2008191822A

Description

本発明は、受光素子及び液晶表示装置に関し、特に、検出機能を有する受光素子及び液晶表示装置に関する。

一般に、タッチパネルは、表示装置（例えば、ノートブック型コンピュータ又はパーソナルデジタルアシスタントの液晶表示装置）上に装着され、ユーザが別途、キーボードやマウスを使用せずに入力装置又は入力インタフェースとして用いることができる透明表面を有し、ＣＡＤなどのグラフィック処理用に用いられていた。またタッチパネルは、タッチフィルム、タッチスクリーン、デジタイザ（ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）、タブレットや電気的映像入力パネル（ｅｌｅｃｔｒｉｃｇｒａｐｈｉｃｉｎｐｕｔｐａｎｅｌ：ＥＧＩＰ）とも呼ばれる。

一般にタッチパネルは、ユーザがタッチパネルの表面に触るセンシング方法により、抵抗式、容量式又は電磁式に分類される。抵抗式タッチパネルは、電流電圧が印加され、電流の変化によりタッチ点の位置を検知する。一方、容量式タッチパネルは、交流電圧が印加され、容量カップリングによりタッチ点の位置を検知する。また、電磁式タッチパネルは、電磁界が印加され、共振周波数の変化を検知し、タッチ点の位置を検知する。

各タッチパネルは、それぞれ信号増幅、解像度、デザイン及び処理技術の特性が異なる。そのため必要に応じ、表示装置の使用方法、経済性、耐久性、電気光学性、電気性、機械性、耐環境性や入力特性などを考慮してタッチパネルの種類が選択されていた。

しかし、ユーザとディスプレイ（例えば、液晶表示装置）の視認面との間に配置された透明表面を有するタッチパネルには多少の欠点があった。例えば、透明表面は、液晶材料間のその他の層と一緒に、表示のコントラストを低減させてぎらつきを発生させる多重反射が発生することがあった。また、表示装置にタッチパネルを採用すると、表示装置のコストが増大して複雑となった。そのため、液晶表示装置は、液晶表示装置の表面上に装着されたタッチパネルを採用する代わりに、液晶表示装置のＴＦＴアレイ基板上に受光素子を用い、タッチ機能を有する液晶表示装置のアセンブリ工程を簡便化したりしていた。

図１Ａを参照する。図１Ａに示すように、電流型受光素子１００は、フォトＴＦＴ（ｐｈｏｔｏＴＦＴ：ｐｈｏｔｏｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１１０及びスイッチングＴＦＴ（ｓｗｉｔｃｈＴＦＴ：ｓｗｉｔｃｈｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１３０を含む。スイッチングＴＦＴ１３０は、ソース電極１３６により読み出しライン１４０と電気的に接続され、ゲート電極１３２によりスイッチングライン１５０と電気的に接続され、ドレイン電極１３４により、フォトＴＦＴ１１０のソース電極１１６と電気的に接続されている。また、ゲート電極１１２及びドレイン電極１１４は、それぞれバイアス電圧線１２０と電気的に接続されている。フォトＴＦＴ１１０がバイアス電圧線１２０により電圧が提供されているため、フォトＴＦＴ１１０の光電流は、スイッチングＴＦＴ１３０がオンされると、フォトＴＦＴ１１０が検知した輝度により調整することができる。一般に光電流は、フォトＴＦＴ１１０が検知した輝度に比例する。しかし、ＴＦＴアレイ基板には、読み出しライン１４０、スイッチングライン１５０、バイアス電圧線１２０などの金属ラインが多く形成されるため、液晶表示装置の開口率が低減することがあった。

電流型受光素子１００は、その上の輝度を測定する受光素子１００を駆動するために、少なくとも三つの金属ライン（スイッチングライン、バイアスライン、読み出しラインなど）に接続しなければならなかった。そのため、電流型受光素子は、三端子型素子とも言われる。図１Ｂを参照する。図１Ｂは、充電型受光素子８００を示す回路図である。受光素子８００は、フォトＴＦＴ８５０、スイッチングＴＦＴ８４０及びキャパシタ８６０を含む。スイッチングＴＦＴ８４０は、ソース電極により読み出しライン８１０と電気的に接続され、ゲート電極によりスイッチングライン８２０と電気的に接続され、ドレイン電極によりフォトＴＦＴ８５０のソース電極と電気的に接続されている。また、フォトＴＦＴ８５０のゲート電極及びドレイン電極は、それぞれバイアス電圧ライン８３０と電気的に接続されている。ここで放電型受光素子は、三端子型素子とも呼ばれ、電流型受光素子１００と異なり、充電型受光素子８００は、追加の素子であるキャパシタ８６０を有する。

同様に、充電型受光素子８００は、その上の輝度を測定する受光素子８００を駆動するために、少なくとも３本の金属ライン（スイッチングライン、バイアスライン、読み出しラインなど）に接続する必要があった。

そのため、ＴＦＴアレイ基板上で受光素子と組み合わされた液晶表示装置は、液晶表示装置内にある金属ラインが多くなり開口率が低減することがあった。従って、開口率が大幅に低減されないように、液晶表示装置の中に配置する高感度のタッチパネルが求められていた。

本発明の第１の目的は、薄膜トランジスタアレイ基板上に受光素子を有する液晶表示装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、薄膜トランジスタアレイ基板上の受光素子は、金属ラインが少ないために、液晶表示装置の開口率を向上させる液晶表示装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、輝度が変化しても高感度である薄膜トランジスタアレイ基板上に形成する受光素子を提供することにある。
本発明の第４の目的は、高い光感度で二つの端子を有する受光素子を提供することにある。

（１）第１の導電性ライン、第２の導電性ライン、スイッチングＴＦＴ及び光検出装置を備えた受光素子であって、前記スイッチングＴＦＴは、第１のゲート電極、第１の端子電極及び第２の端子電極を有し、前記第１のゲート電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、前記第１の端子電極は、前記第２の導電性ラインと電気的に接続され、前記光検出装置は、前記第１の導電性ラインと前記第２の端子電極の間に電気的に接続され、その上で光の入射を検知することを特徴とする受光素子を提供する。

（２）前記光検出装置は、第２のゲート電極、第３の端子電極及び第４の端子電極を有するフォトＴＦＴを含むことを特徴とする（１）に記載の受光素子を提供する。

（３）前記第１の導電性ライン及び前記第２の導電性ラインの各々は、前記スイッチングＴＦＴのスイッチングライン及び読み出しラインであることを特徴とする（１）に記載の受光素子を提供する。

（４）前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極の各々は、前記スイッチングＴＦＴのソース／ドレイン電極であることを特徴とする（１）に記載の受光素子を提供する。

（５）前記第３の端子電極及び前記第４の端子電極の各々は、前記フォトＴＦＴのソース／ドレイン電極であることを特徴とする（２）に記載の受光素子を提供する。

（６）前記受光素子は、基板上に配置されていることを特徴とする（１）に記載の受光素子を提供する。

（７）前記基板は、液晶表示装置のＴＦＴアレイ基板であることを特徴とする（６）に記載の受光素子を提供する。

（８）前記第２のゲート電極及び前記第４の端子電極の各々は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（２）に記載の受光素子を提供する。

（９）前記第２のゲート電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、前記第４の端子電極は、第３の導電性ラインと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（２）に記載の受光素子を提供する。

（１０）前記第２のゲート電極は、第３の導電性ラインと電気的に接続され、前記第４の端子電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（２）に記載の受光素子を提供する。

（１１）前記フォトＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする（２）に記載の受光素子を提供する。

（１２）前記スイッチングＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする（１）に記載の受光素子を提供する。

（１３）前記光検出装置は、フォトダイオードを含むことを特徴とする（１）に記載の受光素子を提供する。

（１４）前記光検出装置は、感光抵抗器を含むことを特徴とする（１）に記載の受光素子を提供する。

（１５）画素ＴＦＴ及び受光素子を備えた液晶表示装置の読み出し画素であって、前記画素ＴＦＴは、前記液晶表示装置の薄膜トランジスタアレイ基板上に配置され、前記受光素子は、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に配置され、第１の導電性ライン、第２の導電性ライン、スイッチングＴＦＴ及び光検出装置を含み、前記スイッチングＴＦＴは、第１のゲート電極、第１の端子電極及び第２の端子電極を有し、前記第１のゲート電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、前記第１の端子電極は、前記第２の導電性ラインと電気的に接続され、前記光検出装置は、前記第１の導電性ラインと前記第２の端子電極の間に電気的に接続され、その上で光の入射を検知することを特徴とする液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（１６）前記光検出装置は、第２のゲート電極、第３の端子電極及び第４の端子電極を有するフォトＴＦＴを含むことを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（１７）前記画素ＴＦＴは、前記薄膜トランジスタアレイ基板の第１のゲートラインと電気的に接続された第３のゲート電極を有し、前記第１の導電性ラインは、前記第１のゲートラインと隣接する前記薄膜トランジスタアレイ基板の第２のゲートラインであることを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（１８）前記画素ＴＦＴは、前記第１の導電性ラインと電気的に接続された第３のゲート電極を有し、前記第１の導電性ラインは、前記薄膜トランジスタアレイ基板のゲートラインであることを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（１９）前記第２のゲート電極及び前記第４の端子電極の各々は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（１６）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２０）前記第２のゲート電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、前記第４の端子電極は、第３の導電性ラインと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（１６）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２１）前記第３の導電性ラインは、前記薄膜トランジスタアレイ基板のコモン線であることを特徴とする（２０）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２２）前記第２のゲート電極は、第３の導電性ラインと電気的に接続され、前記第４の端子電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（１６）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２３）前記第３の導電性ラインは、前記薄膜トランジスタアレイ基板のコモン線であることを特徴とする（２２）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２４）前記フォトＴＦＴはアモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする（１６）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２５）前記スイッチングＴＦＴ及び前記画素ＴＦＴはアモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする（１６）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２６）前記光検出装置は、フォトダイオードを含むことを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２７）前記光検出装置は、感光抵抗器を含むことを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置の読み出し画素を提供する。

（２８）薄膜トランジスタアレイ基板と、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に配置された複数のゲートラインと、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に配置され、前記ゲートラインと交差した複数のデータラインと、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に配置された複数の第１の導電性ラインと、画素ＴＦＴ及び受光素子をそれぞれ含む複数の読み出し画素とを備え、前記受光素子は、スイッチングＴＦＴ及び光検出装置を含み、前記スイッチングＴＦＴは、第１のゲート電極、第１の端子電極及び第２の端子電極を有し、前記第１のゲート電極は、前記ゲートラインの一つと電気的に接続され、前記第１の端子電極は、前記第１の導電性ラインの一つと電気的に接続され、前記光検出装置は、前記ゲートラインの一つと前記第２の端子電極の間に接続され、その上で光の入射を検知することを特徴とする液晶表示装置を提供する。

（２９）前記受光素子を有さない複数の正常画素をさらに含むことを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３０）前記光検出装置は、第２のゲート電極、第３の端子電極及び第４の端子電極を有するフォトＴＦＴを含むことを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３１）前記画素ＴＦＴは、前記ゲートラインの他方の一つと電気的に接続された第３のゲート電極を有することを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３２）前記画素ＴＦＴは、前記ゲートラインの一つと電気的に接続された第３のゲート電極を有することを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３３）前記第２のゲート電極及び前記第４の端子電極は、前記ゲートラインの一つと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（３０）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３４）前記ＴＦＴアレイ基板上に配置された複数の第２の導電性ラインをさらに含み、前記第２のゲート電極は、前記ゲートラインの一つと電気的に接続され、前記第４の端子電極は、前記第２の導電性ラインの一つと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（３０）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３５）前記第２の導電性ラインは、前記液晶表示装置のコモン線であることを特徴とする（３４）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３６）前記ＴＦＴアレイ基板上に配置された複数の第２の導電性ラインをさらに含み、前記第２のゲート電極は、前記第２の導電性ラインの一つと電気的に接続され、前記第４の端子電極は、前記ゲートラインの一つと電気的に接続され、前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする（３０）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３７）前記フォトＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする（３０）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３８）前記スイッチングＴＦＴ及び前記画素ＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

（３９）前記光検出装置は、フォトダイオードを含むことを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

（４０）前記光検出装置は、感光抵抗器を含むことを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

（４１）前記読み出し画素は、前記画素ＴＦＴの端子電極の一つと、前記第１の導電性ラインの一つとの間に配置された第１の画素蓄積容量をさらに含むことを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

（４２）前記受光素子を有さない複数の正常画素をさらに含むことを特徴とする（４１）に記載の液晶表示装置を提供する。

（４３）前記正常画素は、画素ＴＦＴの端子電極の一つと、前記正常画素に隣接した前記ゲートラインの一つとの間に配置された第２の画素蓄積容量をさらに含むことを特徴とする（４２）に記載の液晶表示装置を提供する。

（４４）前記第１の導電性ラインは、前記読み出し画素の読み出しラインであることを特徴とする（２８）に記載の液晶表示装置を提供する。

本発明の受光素子及び液晶表示装置は、薄膜トランジスタアレイ基板上に少ない金属ラインを有する受光素子を提供し、液晶表示装置の開口率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図２を参照する。図２は、本発明の第１実施形態による受光素子を示す回路図である。受光素子２００は、スイッチングＴＦＴ２１０及びフォトＴＦＴ２２０を含む。二つのＴＦＴは、それぞれゲート電極及び二つの端子電極（ソース電極／ドレイン電極）を有し、二つのＴＦＴは、二つの導電性ラインであるスイッチングライン２３０と読み出しライン２４０の間に接続される。スイッチングＴＦＴ２１０は、ゲート電極２１２によりスイッチングライン２３０と接続され、フォトＴＦＴ２２０もゲート電極２２２及びドレイン電極２２４によりスイッチングライン２３０と接続されている。スイッチングＴＦＴ２１０のドレイン電極２１４は、フォトＴＦＴ２２０のソース電極２２６と接続されている。また、スイッチングＴＦＴ２１０は、ソース電極２１６により読み出しライン２４０と接続されている。受光素子２００は、電流型受光素子であることが好ましい。

第１実施形態の受光素子２００は、図１Ａに示す従来の受光素子１００と異なり、スイッチングライン２３０にはバイアス電圧線が組み込まれていない。そのため、受光素子２００は、バイアス電圧線に接続する必要がなく、ＴＦＴアレイ基板内の金属ラインを減らすことができる。従って、受光素子２００は、スイッチングライン２３０及び読み出しライン２４０とだけ接続されている。そのため、ＴＦＴアレイ基板の中には、バイアス電圧線を配置する必要がない。特に本発明では、受光素子２００に二つの金属ラインだけが接続されている。

表１を参照する。表１において、単位はアンペアであり、Ｖ_Ｄは、フォトＴＦＴのドレイン電極の電圧であり、Ｖ_Ｇは、フォトＴＦＴのゲート電極の電圧である。そして、明るい（ｂｒｉｇｈｔ）環境は約２１５０ｃｄ／ｍ^２以下であり、暗い（ｄａｒｋ）環境は光源から隔離されたブラックボックス内の環境を示す。

また、表１は、受光素子２００の光電流の測定データを示す。明るい環境下での光電流のデータは、約２１５０ｃｄ／ｍ^２で測定され、暗い環境下での光電流のデータは、光源から隔離されたブラックボックス内で測定される。表１に示すように、光電流差は、Ｖ_Ｇ及びＶ_Ｄの増大に伴い増大する。フォトＴＦＴ２２０のゲート電極２２２及びドレイン電極２２４は、それぞれスイッチングライン２３０に接続され、このスイッチングライン２３０は、従来の受光素子１００のバイアス電圧よりも高い電圧をフォトＴＦＴ２２０へ提供することができる。従って、本実施形態において、暗い環境下と明るい環境下との光電流差は、従来の受光素子１００よりも大きい。

（第２実施形態）
図３を参照する。図３は、本発明の第１実施形態による異なる環境条件における測定データ曲線を示すグラフである。図３のグラフでは、縦軸により光電流が示され、横軸によりスイッチングＴＦＴのソース電極とドレイン電極の間の電圧差が示されている。曲線３１０は、暗い環境下で測定されたスイッチングＴＦＴのドレイン電流曲線である。曲線３２０は、暗い環境下で測定されたフォトＴＦＴの負荷曲線である。また、曲線３３０は、明るい環境下で測定されたフォトＴＦＴの負荷曲線である。表２は、図３のデータをまとめた表である。表２は、本実施形態による受光素子２００のフォトＴＦＴ及びフォトＴＦＴ＋スイッチングＴＦＴの電流データを示す。

表２を参照する。表２において、単位はアンペアであり、明るい環境は約２１５０ｃｄ／ｍ^２以下であり、暗い環境は光源から隔離されたブラックボックス内の環境を示す。

表３を参照する。表３は、従来の受光素子１００のフォトＴＦＴ及びフォトＴＦＴ＋スイッチングＴＦＴの電流データを示す。

表３において、明るい環境は約２１５０ｃｄ／ｍ^２以下であり、暗い環境は光源から隔離されたブラックボックス内の環境を示す。

表３に示すように、本実施形態の明るい環境と暗い環境との電流差（Ｉ_{ｂｒｉｇｈｔ}−Ｉ_ｄａｒｋ）は、従来の受光素子よりも約一回り大きい。従って、読み出しライン２４０に接続された読み出し回路は、受光素子２００の電流差を容易に検知することができる。

また、光素子は、正常画素の全て又は一部と結合されて読み出し画素に形成され、ＴＦＴパネルにタッチ読み取り機能を提供することができる（インセルタッチパネル（ｉｎ−ｃｅｌｌｔｏｕｃｈｐａｎｅｌ）とも呼ばれる。）。ＴＦＴパネル内に構成された光素子の量は、インセルタッチパネルのタッチ読み取り機能の要求解像度に応じて構成される。

図４Ａを参照する。図４Ａは、図２に示す本発明の第１実施形態を液晶表示装置の薄膜トランジスタアレイ基板（ＴＦＴ基板）上の一つの読み出し画素に応用したときの状態を示す回路図である。一般に、ＴＦＴ基板は、それぞれ複数の画素を画定する複数のゲートライン及びデータ線をその上に有するが、図４Ａでは、説明を簡単に行うため、正常画素は示さずに、それぞれゲートライン４２０及びデータライン４１０に接続された読み出し画素だけが示されている。読み出し画素は、画素ＴＦＴ４５０及び受光素子４００を含む。画素ＴＦＴ４５０は、液晶表示装置内の画素を充電するスイッチング素子として用いる。液晶表示装置の画素ＴＦＴのドレイン電極及びゲート電極は、それぞれデータライン４１０及びゲートライン４２０に接続されている。また、受光素子４００は、ゲートライン４２０と読み出しライン４４０の間のみに接続されたフォトＴＦＴ４３０及びスイッチングＴＦＴ４３５を含み、フォトＴＦＴ４３０及びスイッチングＴＦＴ４３５へ電圧を供給して光電流を駆動するバイアスラインを別途配置する必要はない。そのため、本実施形態は、読み出し画素を有する液晶表示装置の開口率を向上させることができる。さらに、本実施形態は、光電流差が従来の受光素子よりも大きいため、読み出し回路により容易に検知することができる上、受光素子のサイズを低減させることができる。また、互いに接続して光感度を増大させるフォトＴＦＴの数を減らすことができる。

図４Ｂを参照する。図４Ｂは、図２に示す本発明の第１実施形態を液晶表示装置の薄型トランジスタアレイ基板上のもう一つの読み出し画素に応用したときの状態を示す回路図である。図４Ｂに示す読み出し画素は、図４Ａに示す読み出し画素と似て、画素ＴＦＴ４５０ａ及び受光素子４００ａを含む。しかし、受光素子４００ａは、ゲートライン４２０ａ、画素ＴＦＴ４５０ａのゲート電極に接続された同じゲートライン、及び読み出しライン４４０の間に接続されている。従って、画素ＴＦＴ及び受光素子は、同じゲートライン又は異なるゲートラインに接続することができる。

図５Ａを参照する。図５Ａは、本発明の第１実施形態を液晶表示装置のもう一つの読み出し画素に応用したときの状態を示す回路図である。本実施形態では、タッチ読み取り機能を備える液晶表示装置内の画素が２種類あり、そのうちの一つは光素子を有する読み出し画素であり、もう一つは光素子を有さない正常画素である。図５Ｂを参照する。図５Ｂは、本実施形態による液晶表示装置の光素子を有さない正常画素を示す回路図である。従来の受光素子では、コモン線をバイアス線として用いてフォトＴＦＴへ電圧が提供されていたが、画素ＴＦＴの読み出しラインとソース電極の間には容量Ｃｐｓが形成された（図示せず）。そのため、正常画素の蓄積容量Ｃｓｔは、読み出し画素内の追加のＣｐｓの効果を補償するために増大する必要があった。そのため、受光素子を有する液晶表示装置の開口率は制限された。

本発明の第１実施形態による読み出し画素を有する液晶表示装置は、読み出し画素の蓄積容量（Ｃｓｔ）５５２Ａが画素ＴＦＴのソース電極と読み出しライン５４０の間に提供され、読み出しライン上のＣｓｔとも呼ばれる。さらに、正常画素の蓄積容量（Ｃｓｔ）５５２Ｂは、画素ＴＦＴ５５０Ｂのソース電極とゲートライン５２１（ゲート上のＣｓｔとも呼ばれる）との間に配置されてもよい。そのため、本実施形態の読み出し画素を有する液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板からコモン線を効果的に除去することができる。そして、本実施形態の読み出し画素を有する液晶表示装置の開口率は効果的に向上させることができる。

図６を参照する。図６は、本発明の第２実施形態による受光素子を示す回路図である。図６に示すように、受光素子６００は、スイッチングＴＦＴ６１０及びフォトＴＦＴ６２０を含む。スイッチングＴＦＴ６１０は、ソース電極６１６により読み出しライン６４０と接続され、ゲート電極６１２によりスイッチングライン６３０と接続され、ドレイン電極６１４によりフォトＴＦＴ６２０のソース電極６２６と接続されている。フォトＴＦＴ６２０は、ゲート電極６２２によりスイッチングライン６３０と接続され、ドレイン電極６２４により導電性ライン６５０と接続されている。受光素子６００は、液晶表示装置の一部又は全部の画素の中で用いられ、スイッチングライン６３０は、液晶表示装置のゲートラインに対応し、導電性ライン６５０は、液晶表示装置のコモン線に対応させることができる。表４は、フォトＴＦＴの電流データを示す。

表４を参照する。表４において、単位はアンペアであり、Ｖ_Ｄは、フォトＴＦＴのドレイン電極の電圧であり、Ｖ_Ｇは、フォトＴＦＴのゲート電極の電圧である。そして、明るい環境は約２１５０ｃｄ／ｍ^２以下であり、暗い環境は光源から隔離されたブラックボックス内の環境を示す。

本実施形態では、フォトＴＦＴ６２０のゲート電極６２２がスイッチングライン６３０に接続され、Ｖ_Ｇに液晶表示装置内の従来の受光素子１００よりも大きな電圧が供給されて光電流を駆動するために、明るい環境と暗い環境の電流差（Ｉ_{ｂｒｉｇｈｔ}−Ｉ_ｄａｒｋ）が強化される。そのため、読み出しライン６４０に接続された読み出し回路は、電流差が大きいために容易に検知することができる。

（第３実施形態）
図７を参照する。図７は、本発明の第３実施形態による受光素子を示す回路図である。受光素子７００は、スイッチングＴＦＴ７１０及びフォトＴＦＴ７２０を含む。スイッチングＴＦＴ７１０のソース電極７１６は、読み出しライン７４０に接続され、スイッチングＴＦＴ７１０のゲート電極７１２は、スイッチングライン７３０に接続されている。スイッチングＴＦＴ７１０のドレイン電極７１４は、フォトＴＦＴ７２０のソース電極７２６と接続されている。フォトＴＦＴ７２０のゲート電極７２２は、導電性ライン７５０と接続され、フォトＴＦＴ７２０のドレイン電極７２４は、スイッチングライン７３０と接続されている。受光素子７００は、液晶表示装置の一部又は全部の画素の中で用いられ、スイッチングライン７３０は、液晶表示装置のゲートラインに対応し、導電性ライン７５０は、液晶表示装置のコモン線に対応してもよい。表５は、フォトＴＦＴの電流データを示す。

表５を参照する。表５において、単位はアンペアであり、Ｖ_Ｄは、フォトＴＦＴのドレイン電極の電圧であり、Ｖ_Ｇは、フォトＴＦＴのゲート電極の電圧である。そして、明るい環境は約２１５０ｃｄ／ｍ^２以下であり、暗い環境は光源から隔離されたブラックボックス内の環境を示す。

本実施形態の明るい環境と暗い環境の電流差（Ｉ_{ｂｒｉｇｈｔ}−Ｉ_ｄａｒｋ）は、フォトＴＦＴ７２０のドレイン電極７２４がスイッチングライン７３０と接続されているため強化することができる。このスイッチングライン７３０のＶ_Ｇには、液晶表示装置内の従来の受光素子１００よりも大きな電圧が供給されて光電流を駆動する。そのため、読み出しライン７４０に接続された読み出し回路は、電流差が大きいために、容易に検知することができる。

本実施形態による画素ＴＦＴ、スイッチングＴＦＴ及びフォトＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタにより例示的に形成されている。アモルファスシリコントランジスタは、光の入射に感応するため、本実施形態によりＴＦＴアレイ基板上に形成されたフォトＴＦＴを基盤として用い、その上に周囲光の入射が存在するか否か（例えば、その相対値）を検知してもよい。フォトＴＦＴは、光の入射に敏感で、スイッチングＴＦＴとスイッチングラインの間を接続するフォトダイオードにより代替することもできる。つまり、受光素子は、スイッチングＴＦＴ及びフォトダイオードにより構成されてもよい。或いは、フォトＴＦＴは、その上が光の入射に敏感で、スイッチングＴＦＴとスイッチングラインの間を接続する受光素子により代替してもよい。そして受光素子は、スイッチングＴＦＴ及び感光抵抗器から構成されてもよい。従って、本実施形態では、受光素子がスイッチングＴＦＴ及び光検出装置（例えば、フォトＴＦＴ、フォトダイオード又は感光抵抗器）から構成され、そこを通る電流を制御するため、受光素子を有する読み出し画素を備える液晶表示装置内で光差異を検知することができる。

本実施形態による受光素子は、読み出しラインとスイッチングラインの間だけに接続されるため、受光素子の回路の複雑度を低減させ、その電流差を効果的に強化することができる。そして、その上の光の入射を検知し、読み出し画素を有する液晶表示装置の開口率を効果的に向上させることができる。さらに本実施形態の受光素子は、フォトＴＦＴのゲート電極又はドレイン電極上のスイッチングラインに高電圧を印加して電流差を増大させ、その上の光の入射が容易に検知できるようにしてもよい。従って、二つの端子電極である、スイッチングＴＦＴ及びフォトＴＦＴのソース電極及びドレイン電極は、本実施形態で示された形態のみに限定されず、それらは交換することもできる。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本出願による特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

従来の液晶表示装置の電流型受光素子を示す回路図である。従来の液晶表示装置の充電型受光素子を示す回路図である本発明の第１実施形態による受光素子を示す回路図である。図２に示す第１実施形態を異なる環境下で計測したときのデータ曲線を示すグラフである。本発明の第１実施形態による読み出し画素を示す回路図である。本発明の第１実施形態によるもう一つの読み出し画素を示す回路図である。本発明の第１実施形態による液晶表示装置のもう一つの読み出し画素を示す回路図である。本発明の第１実施形態による液晶表示装置の正常画素を示す回路図である。本発明の第２実施形態による受光素子を示す回路図である。本発明の第３実施形態による受光素子を示す回路図である。

符号の説明

１００電流型受光素子
１１０フォトＴＦＴ
１１２ゲート電極
１１４ドレイン電極
１１６ソース電極
１２０バイアス電圧線
１３０スイッチングＴＦＴ
１３２ゲート電極
１３４ドレイン電極
１３６ソース電極
１４０読み出しライン
１５０スイッチングライン
２００受光素子
２１０スイッチングＴＦＴ
２１２ゲート電極
２１４ドレイン電極
２１６ソース電極
２２０フォトＴＦＴ
２２２ゲート電極
２２４ドレイン電極
２２６ソース電極
２３０スイッチングライン
２４０読み出しライン
３１０曲線
３２０曲線
３３０曲線
４００受光素子
４００ａ受光素子
４１０データライン
４２０ゲートライン
４２０ａゲートライン
４３０フォトＴＦＴ
４３５スイッチングＴＦＴ
４４０読み出しライン
４４０ａ読み出しライン
４５０画素ＴＦＴ
４５０ａ画素ＴＦＴ
５２１ゲートライン
５４０読み出しライン
５５０Ａ画素ＴＦＴ
５５０Ｂ画素ＴＦＴ
５５２Ａ読み取り画素の蓄積容量
５５２Ｂ正常画素の蓄積容量
６００受光素子
６１０スイッチングＴＦＴ
６１２ゲート電極
６１４ドレイン電極
６１６ソース電極
６２０フォトＴＦＴ
６２２ゲート電極
６２４ドレイン電極
６２６ソース電極
６３０スイッチングライン
６４０読み出しライン
６５０導電性ライン
７００受光素子
７１０スイッチングＴＦＴ
７１２ゲート電極
７１４ドレイン電極
７１６ソース電極
７２０フォトＴＦＴ
７２２ゲート電極
７２４ドレイン電極
７２６ソース電極
７３０スイッチングライン
７４０読み出しライン
７５０導電性ライン
８００充電型受光素子
８１０読み出しライン
８２０スイッチングライン
８３０バイアス電圧ライン
８４０スイッチングＴＦＴ
８５０フォトＴＦＴ
８６０キャパシタ

Claims

第１の導電性ライン、第２の導電性ライン、スイッチングＴＦＴ及びフォトＴＦＴを備えた受光素子であって、
前記スイッチングＴＦＴは、第１のゲート電極、第１の端子電極及び第２の端子電極を有し、
前記第１のゲート電極は、前記第１の導電性ラインに接続され、前記第１の端子電極は、前記第２の導電性ラインに接続され、
前記フォトＴＦＴは、第２のゲート電極、第３の端子電極および第４の端子電極を有し、
前記フォトＴＦＴは、前記第1の導電性ラインと前記第２の端子電極との間に接続され、その上で光の入射を検知し、前記スイッチングＴＦＴの前記第１のゲート電極と前記フォトＴＦＴの前記第２のゲート電極とは、互いに接続され、前記スイッチングＴＦＴの前記第２の端子電極と前記フォトＴＦＴの前記第３の端子電極とは、互いに接続されていることを特徴とする受光素子。
前記フォトＴＦＴは、第２のゲート電極、第３の端子電極及び第４の端子電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記第１の導電性ライン及び前記第２の導電性ラインの各々は、前記スイッチングＴＦＴのスイッチングライン及び読み出しラインであることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極の各々は、前記スイッチングＴＦＴのソース／ドレイン電極であることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記第３の端子電極及び前記第４の端子電極の各々は、前記フォトＴＦＴのソース／ドレイン電極であることを特徴とする請求項２に記載の受光素子。
前記受光素子は、基板上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記基板は、液晶表示装置のＴＦＴアレイ基板であることを特徴とする請求項６に記載の受光素子。
前記第２のゲート電極及び前記第４の端子電極の各々は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の受光素子。
前記第２のゲート電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第４の端子電極は、第３の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の受光素子。
前記第２のゲート電極は、第３の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第４の端子電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の受光素子。
前記フォトＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする請求項２に記載の受光素子。
前記スイッチングＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記フォトＴＦＴは、フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記フォトＴＦＴは、感光抵抗器を含むことを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
画素ＴＦＴ及び受光素子を備えた液晶表示装置の読み出し画素であって、
前記画素ＴＦＴは、前記液晶表示装置の薄膜トランジスタアレイ基板上に配置され、
前記受光素子は、前記薄膜トランジスタアレイ基板上に配置され、第１の導電性ライン、第２の導電性ライン、スイッチングＴＦＴ及びフォトＴＦＴを含み、
前記スイッチングＴＦＴは、第１のゲート電極、第１の端子電極及び第２の端子電極を有し、
前記第１のゲート電極は、前記第１の導電性ラインに接続され、
前記第１の端子電極は、前記第２の導電性ラインに接続され、
前記フォトＴＦＴは、第２のゲート電極、第３の端子電極および第４の端子電極を有し、
前記フォトＴＦＴは、前記第1の導電性ラインと前記第２の端子電極との間に接続され、その上で光の入射を検知し、
前記スイッチングＴＦＴの前記第１のゲート電極と前記フォトＴＦＴの前記第２のゲート電極は、互いに接続され、
前記スイッチングＴＦＴの前記第２の端子電極と前記フォトＴＦＴの前記第３の端子電極は、互いに接続されていることを特徴とする読み出し画素。
前記フォトＴＦＴは、第２のゲート電極、第３の端子電極及び第４の端子電極を含むことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記画素ＴＦＴは、前記薄膜トランジスタアレイ基板の第１のゲートラインと電気的に接続された第３のゲート電極を有し、
前記第１の導電性ラインは、前記第１のゲートラインと隣接する前記薄膜トランジスタアレイ基板の第２のゲートラインであることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記画素ＴＦＴは、前記第１の導電性ラインと電気的に接続された第３のゲート電極を有し、
前記第１の導電性ラインは、前記薄膜トランジスタアレイ基板のゲートラインであることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記第２のゲート電極及び前記第４の端子電極の各々は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記第２のゲート電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第４の端子電極は、第３の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記第３の導電性ラインは、前記薄膜トランジスタアレイ基板のコモン線であることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記第２のゲート電極は、第３の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第４の端子電極は、前記第１の導電性ラインと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記第３の導電性ラインは、前記薄膜トランジスタアレイ基板のコモン線であることを特徴とする請求項２２に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記フォトＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記スイッチングＴＦＴ及び前記画素ＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記フォトＴＦＴは、フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
前記フォトＴＦＴは、感光抵抗器を含むことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の読み出し画素。
薄膜トランジスタアレイ基板と、
前記薄膜トランジスタアレイ基板上に配置された複数のゲートラインと、
前記薄膜トランジスタアレイ基板上に配置され、前記ゲートラインと交差した複数のデータラインと、
前記薄膜トランジスタアレイ基板上に配置された複数の第１の導電性ラインと、
画素ＴＦＴ及び受光素子をそれぞれ含む複数の読み出し画素とを備え、
前記受光素子は、スイッチングＴＦＴ及びフォトＴＦＴを含み、
前記スイッチングＴＦＴは、第１のゲート電極、第１の端子電極及び第２の端子電極を有し、前記第１のゲート電極は、前記ゲートラインの一つに接続され、前記第１の端子電極は、前記第１の導電性ラインの一つに接続され、
前記フォトＴＦＴは、第２のゲート電極、第３の端子電極および第４の端子電極を有し、
前記フォトＴＦＴは、前記ゲートラインの1つと前記スイッチングＴＦＴの第２の端子電極との間に接続され、その上で光入射を検知し、
前記スイッチングＴＦＴの前記第１のゲート電極と前記フォトＴＦＴの前記第２のゲート電極は、互いに接続され、
前記スイッチングＴＦＴの前記第２の端子電極と前記フォトＴＦＴの前記第３の端子電極は、互いに接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
前記受光素子を有さない複数の正常画素をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。
前記フォトＴＦＴは、第２のゲート電極、第３の端子電極及び第４の端子電極を有するフォトＴＦＴを含むことを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。
前記画素ＴＦＴは、前記ゲートラインの他方の一つと電気的に接続された第３のゲート電極を有することを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。
前記画素ＴＦＴは、前記ゲートラインの一つと電気的に接続された第３のゲート電極を有することを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。
前記第２のゲート電極及び前記第４の端子電極は、前記ゲートラインの一つと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項３０に記載の液晶表示装置。
前記ＴＦＴアレイ基板上に配置された複数の第２の導電性ラインをさらに含み、
前記第２のゲート電極は、前記ゲートラインの一つと電気的に接続され、
前記第４の端子電極は、前記第２の導電性ラインの一つと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項３０に記載の液晶表示装置。
前記第２の導電性ラインは、前記液晶表示装置のコモン線であることを特徴とする請求項３４に記載の液晶表示装置。
前記ＴＦＴアレイ基板上に配置された複数の第２の導電性ラインをさらに含み、
前記第２のゲート電極は、前記第２の導電性ラインの一つと電気的に接続され、
前記第４の端子電極は、前記ゲートラインの一つと電気的に接続され、
前記第３の端子電極は、前記第２の端子電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項３０に記載の液晶表示装置。
前記フォトＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする請求項３０に記載の液晶表示装置。
前記スイッチングＴＦＴ及び前記画素ＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタであることを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。
前記フォトＴＦＴは、フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。
前記フォトＴＦＴは、感光抵抗器を含むことを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。
前記読み出し画素は、前記画素ＴＦＴの端子電極の一つと、前記第１の導電性ラインの一つとの間に配置された第１の画素蓄積容量をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。
前記受光素子を有さない複数の正常画素をさらに含むことを特徴とする請求項４１に記載の液晶表示装置。
前記正常画素は、画素ＴＦＴの端子電極の一つと、前記正常画素に隣接した前記ゲートラインの一つとの間に配置された第２の画素蓄積容量をさらに含むことを特徴とする請求項４２に記載の液晶表示装置。
前記第１の導電性ラインは、前記読み出し画素の読み出しラインであることを特徴とする請求項２８に記載の液晶表示装置。