JP2007304245A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光センサ素子が内蔵された液晶表示装置において、光の検出動作を効率的に実施でき、画像品質を向上する。
【解決手段】被検知体Ｆが接触することによって変形され、その被検知体Ｆが接触した領域において第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さが変わるように形成する。そして、第１基板１において第２基板２に対面する面の側に光センサ素子３２を形成し、バックライト３００によって照明された光を、その光センサ素子３２が液晶層３を介して受光する。
【選択図】図７

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。特に、画像を表示する画素が複数配置された表示領域に、光を検出する光センサ素子が複数形成されている液晶パネルを有し、被検知体が液晶パネルの面に接触した位置を、その光センサ素子によって検出された光に基づいて検知する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力といった利点を有する。このため、液晶表示装置は、携帯電話、デジタルカメラなどのモバイル用途の電子機器において多く使用されている。

液晶表示装置は、一対の基板の間に液晶層が封入された液晶パネルを有しており、その液晶パネルの背面に設けられたバックライトなどの平面光源から照射された光を、その液晶パネルが変調する。そして、その変調した光によって画像の表示が液晶パネルの正面にて実施される。

このような液晶表示装置においては、液晶パネルにて画像を表示する表示領域に、画素スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と共に、光センサ素子として機能するＴＦＴがマトリクス状に内蔵されたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

このように、液晶パネルの表示領域に光センサ素子を内蔵する場合においては、ユーザーインターファイスとしての機能が実現できるため、液晶パネルの前面に、別途、タッチパネルを設置する必要がなくなる。このため、ユーザーインターファイスとして小型化が容易になっている。

ここでは、たとえば、液晶パネルの前面に触れられたユーザーの指やタッチペンなどの被検知体から反射する光を、その内蔵された光センサ素子が検出する。そして、その検出された光に基づいて、その被検知体が接触した位置を特定し、その特定された位置に対応する操作が、液晶表示装置自身や、その液晶表示装置に接続された他の電子機器において実施される。

特開平７−３２５３１９号公報

上記のように液晶パネルに内蔵された光センサ素子は、太陽光などの外光によってユーザーの指やタッチペンなどの被検知体から反射される光を、液晶パネルの前面に設置された偏向板を介して受光する。このため、その光センサ素子に入射する光の強度が小さくなるために、光の検出が的確に実施されず、操作性が低下する場合がある。特に、ユーザーの指を検知する場合については、指の光反射率が低いために、この不具合が顕在化する場合がある。

よって、このような不具合を改善するためには、光センサ素子の受光感度を高感度化することや、その受光面積を大きくすることが必要になる。

しかし、液晶パネルに光センサ素子を内蔵する場合においては、製造プロセスの効率化を考慮すると、アモルファスシリコンやポリシリコンなどのように限られた材料を用いて、その光センサ素子としてのＴＦＴを、画素スイッチング素子としてのＴＦＴと共に形成する必要があるために、高感度化を容易に実現することができない場合がある。

また、光センサ素子の受光面積を大きくする場合においては、受光面積が大きくなるに伴って、バックライトからの光が遮光される割合が増加する。このため、正面側へ透過する際の光透過率が低下するために、表示領域にて表示する画像の輝度が低下し、画像品質が低下する場合がある。さらに、使用環境によっては、想定外な方向から入射した外光を光センサ素子が受光する場合があるため、誤作動を生じ、操作性が低下する場合がある。特に、この光センサ素子が内蔵された液晶表示装置を、モバイル用途の電子機器に適用した場合においては、この不具合が顕在化する。

このように、光センサ素子が内蔵された液晶表示装置においては、光の検出動作を効率的であって正確に実施できない場合や、画像品質が低下する場合がある。

したがって、本発明は、画像を表示する画素が複数配置された表示領域に、光を検出する光センサ素子が複数形成されている液晶パネルにおいて、光の検出動作を効率的かつ正確に実施でき、画像品質を向上可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、画像を表示する画素が複数配置された表示領域に、光を検出する光センサ素子が複数形成されている液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の面に対面しており、前記表示領域に光を照明する照明部と、前記液晶パネルにおいて前記照明部が設置された一方の面に対して反対側となる他方の面に、被検知体が接触した位置を、前記光センサ素子によって検出された光に基づいて検知する位置検知部とを有しており、前記照明部が前記表示領域を照明すると共に、前記表示領域に照明された光を前記液晶パネルが変調することによって、前記表示領域にて画像を表示する液晶表示装置であって、前記液晶パネルは、第１基板と、前記第１基板よりも前記照明部の側であって前記第１基板に対して間隔を隔てるよう対面している第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間にて挟持されており、配向処理された液晶層とを含み、前記被検知体が前記他方の面に接触することによって変形され、前記被検知体が接触した領域において前記第１基板と前記第２基板との間にて挟持される前記液晶層の厚さが変わるように形成されていると共に、前記第１基板において前記第２基板に対面する面の側に前記光センサ素子が形成され、前記照明部によって照明された光を当該光センサ素子が前記液晶層を介して受光する。

本発明によれば、光センサ素子が内蔵された液晶表示装置において、光の検出動作を効率的に実施でき、画像品質を向上可能な液晶表示装置を提供することができる。

本発明にかかる実施形態の一例について説明する。

（液晶表示装置の全体構成）
図１は、本発明の実施形態において、液晶表示装置１００の構成を示す断面図である。

本実施形態の液晶表示装置１００は、図１に示すように、液晶パネル２００と、バックライト３００と、位置検知部４００とを有する。各部について順次説明する。

液晶パネル２００は、図１に示すように、第１の位相差板４と第２の位相差板５とのそれぞれが、液晶パネル２００の両面側において対面するように設置されている。ここでは、λ／４板が、第１の位相差板４と第２の位相差板５として設置されている。また、図１に示すように、第１の位相差板４と第２の位相差板５とのそれぞれを挟むように、第１の偏光板６と第２の偏光板７とのそれぞれが、液晶パネル２００の両面側において対面するように設置されている。ここでは、偏光板と位相差板とを透過した光が、円偏光であって、楕円率が０．７から１．０になるように配置する。そして、液晶パネル２００は、画像を表示する表示領域１０を含み、液晶パネル２００の背面側に設置されたバックライト３００から照明させた光を、第２の偏光板７と第２の位相差板５とのそれぞれを順次介して背面から受け、その背面から受けた光を表示領域１０にて変調する。そして、その変調された光が、第１の位相差板４と第１の偏光板６とを順次介して、正面側に出射し、画像が表示される。

バックライト３００は、液晶パネル２００の背面に対面しており、その液晶パネル２００表示領域１０に光を照明する。たとえば、バックライト３００は、ＬＥＤなどの光源（図示無し）と、その光源からの光を面状の光に変換する導光板（図示無し）とを有しており、液晶パネル２００の表示領域１０の全面に白色光を照射する。

位置検知部４００は、液晶パネル２００においてバックライトが設置された背面に対して反対側となる正面に、ユーザーの指やタッチペンなどの被検知体が接触した位置を、液晶パネル２００の光センサ素子３２によって検出された光に基づいて検知する。

（液晶パネルの全体構成）
液晶パネル２００について詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態において、液晶パネル２００を示す平面図である。また、図３は、本発明の実施形態において、表示領域１０において形成される回路の一部を示す回路図である。

図２に示すように、液晶パネル２００は、表示用垂直駆動回路１１と、表示用水平駆動回路１２と、センサ用垂直駆動回路１３と、センサ読出し用水平駆動回路１４とを有しており、表示用垂直駆動回路１１と、表示用水平駆動回路１２と、センサ用垂直駆動回路１３と、センサ読出し用水平駆動回路１４とのそれぞれが、表示領域１０の周囲に対応するように形成されている。そして、液晶パネル２００において表示領域１０に対応する領域には、図２に示すように、複数の画素Ｐが水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれにマトリクス状に並ぶように配置されている。

また、図３に示すように、表示領域１０においては、画素回路３０ａとセンサ回路３０ｂとが画素Ｐに対応するように形成されている。

各部について、順次説明する。

表示用垂直駆動回路１１は、図３に示すように、水平方向ｘに延在し、垂直方向ｙに並んだ複数のゲート線Ｇ１のそれぞれに接続されている。そして、その垂直方向ｙに並んだゲート線Ｇ１のそれぞれに、順次、選択パルスを供給する。

表示用水平駆動回路１２は、図３に示すように、垂直方向ｙに延在し、水平方向ｘに並んだ複数の第１データ線Ｓ１のそれぞれに接続されている。そして、その水平方向ｘに並んだ第１データ線Ｓ１のそれぞれに、順次、映像信号を供給する。

センサ用垂直駆動回路１３は、図３に示すように、水平方向ｘに延在し、垂直方向ｙに並んだ複数の読み出し線Ｒｅａｄのそれぞれに接続されている。そして、その垂直方向ｙに並んだ読み出し線Ｒｅａｄのそれぞれに、順次、選択パルスを供給する。

センサ読出し用水平駆動回路１４は、垂直方向ｙに延在し、水平方向ｘに並んだ複数の第２データ線Ｓ２のそれぞれに接続されている。そして、その水平方向ｘに並んだ第２データ線Ｓ２のそれぞれから、順次、撮像信号を読み出す。

画素回路３０ａは、図３に示すように、画素スイッチング素子３１と、補助容量素子Ｃｓとを含み、画素Ｐのそれぞれを駆動する。

この画素回路３０ａにおいて、画素スイッチング素子３１と補助容量素子Ｃｓとのそれぞれは、図３に示すように、垂直方向ｙに延在する表示用の第１データ線Ｓ１と、水平方向ｘに延在するゲート線Ｇ１との交点付近に設けられている。そして、画素スイッチング素子３１は、ゲート電極がゲート線Ｇ１に接続され、ソース電極が第１データ線Ｓ１に接続され、ドレイン電極が補助容量素子Ｃｓおよび液晶層３に接続されている。また、補助容量素子Ｃｓは、図３に示すように、一方の電極が補助容量線に接続され、他方の電極が、画素スイッチング素子３１のソース電極に接続されている。そして、図３に示すように、ゲート線Ｇ１が表示用垂直駆動回路１１に接続され、第１データ線Ｓ１が表示用水平駆動回路１２に接続されている。

このため、表示用垂直駆動回路１１によってゲート線Ｇ１に選択パルスが供給されて画素スイッチング素子３１がオン状態となった場合において、表示用水平駆動回路１２によって第１データ線Ｓ１に映像信号が供給された場合には、画素スイッチング素子３１は、その映像信号を補助容量素子Ｃｓおよび液晶層３に書き込む。

センサ回路３０ｂは、光センサ素子３２と、リセットトランジスタ３３と、キャパシタ３４と、増幅トランジスタ３５と、選択トランジスタ３６とを有する。

ここで、光センサ素子３２は、基準電位Ｖｓｓにソースが、フローティングディフュージョンＦＤにドレインが接続されている。光センサ素子３２のゲートには、しきい値電圧以下の電圧Ｖｇが印加される。

また、リセットトランジスタ３３は、電源電圧Ｖｄｄにドレインが、フローティングディフュージョンＦＤにソースが接続されている。リセットトランジスタ３３のゲートにリセット信号（Ｒｅｓｅｔ）が与えられることによって、フローティングディフュージョンＦＤの電位がリセットされる。

また、キャパシタ３４は、フローティングディフュージョンＦＤと基準電位Ｖｓｓとの間に接続されている。キャパシタ３４に蓄積される電荷量に応じてフローティングディフュージョンの電圧が変化する。

また、増幅トランジスタ３５は、フローティングディフュージョンＦＤにゲートが、電源電圧Ｖｄｄにドレインが、選択トランジスタ３６のドレインにソースが接続されたソースフォロア回路を構成している。

また、選択トランジスタ３６は、増幅トランジスタ３５のソースにドレインが、第２データ線Ｓ２にソースが接続されている。センサ用垂直駆動回路１３により選択トランジスタ３６のゲートに読み出し信号（Ｒｅａｄ）が供給されると、選択トランジスタ３６はオン状態となり、増幅トランジスタ３５によって増幅された信号が、第２データ線Ｓ２に出力される。

このセンサ回路３０ｂでは、まず、リセットトランジスタ３３のゲートにリセット信号が供給されることにより、リセットトランジスタ３３がオン状態となり、キャパシタ３４に電荷が蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が電源電圧Ｖｄｄに応じた値となる。その後、リセットトランジスタ３３はオフ状態とされる。そして、光センサ素子３２が受光すると、光量に応じたリーク電流ないしオフ電流が生じる。これにより、キャパシタ３４に蓄積された電荷が放電し、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が下がる。そして、このフローティングディフュージョンＦＤの電圧は、増幅トランジスタ３５によって増幅され、センサ用垂直駆動回路１３により読み出し信号が選択トランジスタ３６のゲートに供給されることにより、信号電圧として第２データ線Ｓ２に読み出される。そして、第２データ線Ｓ２に読み出された信号電圧は、光センサ素子３２の受光量に応じた値となる。その後、この信号電圧がセンサ読出し用水平駆動回路１４に送られる。

（液晶パネルの細部構成）
図４は、本発明の実施形態において、液晶パネル２００の断面の一部を拡大して示す断面図である。図５は、本発明の実施形態において、液晶パネル２００の表示領域１０にて形成される画素Ｐを示す平面図である。図４は、図５においてＸ１−Ｘ２部分の断面を示している。

図４に示すように、液晶パネル２００は、第１基板１と、第２基板２と、液晶層３とを有している。液晶パネル２００は、第１基板１と第２基板２とがスペーサ（図示無し）によって間隔を隔てられて貼り合わされており、その第１基板１と第２基板２との間の間隔に液晶層３が設けられている。

また、図４と図５とに示すように、液晶パネル２００は、遮光領域ＲＡと光透過領域ＴＡとを含む。遮光領域ＲＡにおいては、バックライト３００から照明された光を遮光する。ここでは、図５に示すように、遮光領域ＲＡにおいては、遮光層２１Ｋが形成されており、バックライト３００から照明された光を、その遮光層２１Ｋが遮光する。一方で、光透過領域ＴＡにおいては、バックライト３００から照明された光を、第２基板２の側から第１基板１の側へ透過させる。ここでは、光透過領域ＴＡには、図５に示すように、カラーフィルタ層２１が形成されており、バックライト３００から照明された光を着色させて、第２基板２の側から第１基板１の側へ透過させる。

そして、図４と図５とに示すように、遮光領域ＲＡは、受光領域ＳＡを含み、バックライト３００から照明された光を、光センサ素子３２が受光するように、受光領域ＳＡにおいて、その光が透過し、光センサ素子３２へ入射する。

また、液晶パネル２００においては、図４に示すように、第１基板１と第２基板２との間にて挟持する液晶層３の厚さが、受光領域ＳＡと光透過領域ＴＡとのそれぞれにおいて異なるように形成されている。本実施形態においては、液晶パネル２００は、受光領域ＳＡにおいて第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さＤ１が、光透過領域ＴＡにおいて第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さＤ２に対して略半分になるように形成されている。また、図４に示すように、受光領域ＳＡ以外の遮光領域ＲＡについても同様に、第１基板１と第２基板２との間にて挟持する液晶層３の厚さが、光透過領域ＴＡにおいて第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さＤ２に対して略半分になるように形成されている。

そして、液晶パネル２００においては、ユーザーの指やタッチペンなどの被検知体が、画像が表示される表示面に接触することによって変形され、その被検知体が接触した領域において、第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さが変わるように形成されている。

液晶パネル２００の各部について説明する。

第１基板１について下記に示す。

第１基板１は、光を透過する絶縁体の基板であり、たとえば、ガラスにより形成されている。この第１基板１においては、図４に示すように、第２基板２に対面する側の面に、画素スイッチング素子３１と、補助容量素子Ｃｓと、光センサ素子３２と、画素電極６２とが形成されている。ここで、画素スイッチング素子３１と、補助容量素子Ｃｓと、光センサ素子３２とについては、遮光領域ＲＡに形成されている。このため、バックライト３００から照明され、第２基板２と液晶層３とのそれぞれを介して入射した光が、光センサ素子３２において受光領域ＳＡ以外の部分と、画素スイッチング素子３１と、補助容量素子Ｃｓとのそれぞれに照射されない。なお、前述のリセットトランジスタ３３とキャパシタ３４と増幅トランジスタ３５と選択トランジスタ３６とについても同様に、この遮光領域ＲＡにおいて集積形成されているが、図面の簡略化のため、これらの素子についての記載は省略している。また、図４においては、画素Ｐのカラーフィルタ層２１において赤フィルタ層２１Ｒに対応するドット領域について示しているが、その他の緑フィルタ層２１Ｇと青フィルタ層２１Ｂとに対応するドット領域においては、光センサ素子３２などの光センサ回路を除いた他の部材が、赤フィルタ層２１Ｒに対応するドット領域の場合と同様に形成されている。

そして、本実施形態においては、ユーザーの指やタッチペンなどの被検知体が、画像が表示される表示領域に接触することによって変形されるように、第１基板１の厚さを調整している。

図６は、本発明にかかる実施形態において、第１基板１が変形する変形量（たわみ量）Ｈ（μｍ）と、表示領域に配置されたスペーサの間隔Ｇ（ｍｍ）との関係を、第１基板１の厚さＴＩに対応付けて測定した結果を示す図である。ここでは、ユーザーの指が接触する場合の圧力に対応するように、０．１ＭＰａの圧力にて測定した結果を示している。

ここでは、第１基板１が変形する変形量（たわみ量）Ｈが１．０μｍになるように、第１基板１の厚さＴＩを調整する。このため、図６に示すように、たとえば、表示領域に配置されたスペーサの間隔Ｇを１ｍｍピッチとし、第１基板１が変形する変形量（たわみ量）Ｈが１．０μｍを確保できるように、第１基板１の厚さＴＩを０．０５ｍｍとした。これは、当初、０．７ｍｍ程度の厚さの第１基板１に上記の各部材を形成し、第２基板２を貼り合わせた後に、その０．７ｍｍ程度の厚さのガラス基板を研磨することによって、第１基板１の厚さを０．０５ｍｍまで薄くしている。

第１基板１の各部について示す。

画素スイッチング素子３１は、図４に示すように、第１基板１において第２基板２に対面する側の面に、絶縁層４２を介して形成されている。画素スイッチング素子３１は、ゲート電極４５と、ゲート絶縁膜４６ｇと、半導体層４８とを含み、ボトムゲート型ＴＦＴとして形成されている。

具体的には、ゲート電極４５は、たとえば、モリブデンなどの金属材料を用いて形成されている。また、ゲート絶縁膜４６ｇは、シリコン酸化膜などの絶縁材料を用いて形成されている。また、半導体層４８は、たとえば、ポリシリコンなどの半導体材料を用いて形成されている。そして、半導体層４８においては、ゲート電極４５に対応するようにチャネル形成領域が形成されると共に、そのチャネル領域を挟むように一対のソース・ドレイン領域が形成されている。そして、ドレイン電極５３とソース電極５４とが、半導体層４８を被覆する絶縁層４９に設けられた開口に、アルミニウムなどの導電材料を埋め込み、パターン加工することによって形成されている。

補助容量素子Ｃｓは、図４に示すように、第１基板１において第２基板２に対面する側の面に、絶縁層４２を介して形成されている。本実施形態においては、図４に示すように、第１電極４４ａと第２電極４４ｂとのそれぞれで誘電体膜４６ｃを挟むように形成されている。ここでは、画素スイッチング素子３１のゲート電極４５と同じ工程にて第１電極４４ａが形成される。そして、画素スイッチング素子３１のゲート絶縁膜４６ｇと同じ工程にて誘電体膜４６ｃが形成され、半導体層４８と同様な工程にて第２電極４４ｂが形成される。そして、補助容量素子Ｃｓは、液晶層３による静電容量と並列になるように形成され、液晶層３に印加されるデータ信号による電荷を保持する。

光センサ素子３２は、図４に示すように、第１基板１において第２基板２に対面する側の面に、遮光膜４１と絶縁層４２とを介して形成されている。光センサ素子３２は、いわゆるフォトトランジスタであって、ゲート電極４３と、ゲート絶縁膜４６ｓと、半導体層４７とを含み、ボトムゲート型ＴＦＴとして形成されている。

具体的には、ゲート電極４３は、たとえば、モリブデンなどの金属材料を用いて形成されている。また、ゲート絶縁膜４６ｓは、シリコン酸化膜などの絶縁材料を用いて形成されている。また、半導体層４７は、たとえば、ポリシリコンなどの半導体材料を用いて形成されている。そして、この半導体層４７においては、ゲート電極４３に対応するようにチャネル形成領域が形成されると共に、そのチャネル領域を挟むように一対のソース・ドレイン領域が形成されている。そして、ソース電極５１とドレイン電極５２とが、絶縁層４９に設けられた開口にアルミニウムを埋め込むことによって形成されている。ここでは、画素スイッチング素子３１と同じ工程にて各部が形成される。

また、この他に、本実施形態においては、光センサ素子３２には、光を受光し光電変換を実施する受光領域ＳＡに対応するように、偏光層ＯＰが形成されている。たとえば、この偏光層ＯＰは、Ｏｐｔｉｖａ製Ｅタイプ偏光板材料であるＮＯ１５ＳＴＤ２とナカンのスロット・ダイコータを用いることにより実現できた。そして、光センサ素子３２は、バックライト３００から照明され、液晶層３を介して、受光領域ＳＡにおいて遮光層２１Ｋの開口２１ａから入射する光を、その偏光層ＯＰが偏光する。そして、その偏光層ＯＰによって偏光され、入射する光を受光し、光電変換することによって、電気信号を出力する。

画素電極６２は、図４に示すように、第１基板１において第２基板２に対面する面を被覆するように形成された層間絶縁膜６０を覆うように形成されている。ここでは、図４に示すように、受光領域ＳＡにおいて第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さＤ１が、光透過領域ＴＡにおいて第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さＤ２に対して略半分になるように、層間絶縁膜６０の厚さが調整されており、画素電極６２は、その層間絶縁膜６０の上において、光透過領域ＴＡと、遮光領域ＲＡにて受光領域ＳＡを除いた領域とのそれぞれに対応するように形成されている。たとえば、エッチング処理によってパターン加工することによって、受光領域ＳＡから画素電極６２を除去することにより形成される。つまり、画素電極６２は、受光領域ＳＡに対応する領域に、開口６２ａが形成されている。また、画素電極６２は、画素Ｐに対応するように表示領域１０においてマトリクス状に複数が配列されている。そして、画素電極６２は、いわゆる透明電極であって、たとえば、ＩＴＯを用いて形成されている。そして、画素電極６２は、バックライト３００によって照明された光を変調するために、対向電極２３と共に、液晶層３に電圧を印加する。

第２基板２について示す。

第２基板２は、第１基板１の場合と同様に、光を透過する絶縁体の基板であり、ガラスにより形成されている。そして、第２基板２は、図１に示すように、第１基板１よりもバックライト３００の側であって、第１基板１に対して間隔を隔てるよう対面している。そして、第２基板２には、図４に示すように、カラーフィルタ層２１と、遮光層２１Ｋと、平坦化膜２２と、対向電極２３とが形成されている。第２基板２の各部について示す。

カラーフィルタ層２１は、図４に示すように、第２基板２にて第１基板１に対面する側の面に形成されている。カラーフィルタ層２１は、図５に示すように、光透過領域ＴＡに対応するように、赤フィルタ層２１Ｒと緑フィルタ層２１Ｇと青フィルタ層２１Ｂとが形成されている。ここでは、赤フィルタ層２１Ｒと緑フィルタ層２１Ｇと青フィルタ層２１Ｂとのそれぞれは、矩形形状であり、水平方向ｘに並ぶように形成されている。カラーフィルタ層２１は、たとえば、顔料や染料などの着色剤を含有するポリイミド樹脂を用いて形成される。ここでは、赤と緑と青との３原色を１組として構成されている。そして、カラーフィルタ層２１は、バックライト３００から照射された光を着色する。

遮光層２１Ｋは、図４に示すように、第２基板２にて第１基板１に対面する側の面に形成されている。遮光層２１Ｋは、図４と図５に示すように、光遮光領域ＲＡにおいて受光領域ＳＡ以外の領域に対応するように形成されている。つまり、遮光層２１Ｋは、受光領域ＳＡに対応する領域に、開口２１ａが形成されている。遮光層２１Ｋは、たとえば、黒色の金属酸化膜を用いて形成される。ここでは、遮光層２１Ｋは、第２基板２の背面側に設置されたバックライト３００から照射された光が、第１基板１の正面側へ出射しないように、遮光する。

平坦化膜２２は、図４に示すように、光透過領域ＴＡと、遮光領域ＲＡとのそれぞれに対応するように、第２基板２にて第１基板１に対面する側の面に形成されている。ここでは、平坦化膜２２は、光透過性の材料によって形成されている。そして、カラーフィルタ層２１と遮光層２１Ｋとのそれぞれを被覆し、第２基板２にて第１基板１に対面する面側を平坦化している。

対向電極２３は、図４に示すように、光透過領域ＴＡと、遮光領域ＲＡとを含む画素Ｐのそれぞれに対応するように、第２基板２にて第１基板１に対面する側の面に形成されている。ここで、対向電極２３は、平坦化膜２２を被覆するように形成されている。対向電極２３は、いわゆる透明電極であって、たとえば、ＩＴＯを用いて形成されている。そして、対向電極２３は、各画素Ｐにおいて共通な共通電極として機能する。

液晶層３について示す。

液晶層３は、図４に示すように、第１基板１と第２基板２との間にて挟持されており、配向処理されている。たとえば、液晶層３は、第１基板１と第２基板２との間において、スペーサにより所定の距離が保持された間隔に、封入されている。そして、液晶層３は、第１基板１および第２基板２に形成された液晶配向膜（図示なし）によって配向されている。

（製造方法）
以下より、本実施形態の液晶パネル２００を製造する方法の一例について説明する。

まず、第１基板１と第２基板２とのそれぞれの面に、各部材を上記のようにして形成する。

つぎに、第１基板１に柱状スペーサを形成する。

ここでは、たとえば、８μｍ径であって高さが２．０μｍの柱状スペーサ（図示なし）を、９つの画素Ｐに対して１個になるように配置する。

つぎに、配向処理を実施する。

ここでは、たとえば、ホモジイニアス配向になるように、第１基板１と第２基板２とを配向処理する。

つぎに、第１基板１と第２基板２とを間隔を隔てて貼り合わせる。

つぎに、第１基板１と第２基板２とを間隔に液晶を注入し、第１基板１と第２基板２との間に液晶層３を形成する。

ここでは、たとえば、Δｎ＝０．０７６の液晶を注入し、液晶層３を形成する。これにより、光透過領域ＴＡにおける液晶層３の位相差は、２９０ｎｍとなり、受光領域ＳＡにおける液晶層３の位相差は、１４５ｎｍとなる。

つぎに、前述したように、第１基板１を研磨し、厚さを薄くする。

つぎに、第１の位相差板４および第２の位相差板５，第１の偏光板６および第２の偏光板７を設置する。

ここでは、たとえば、液晶パネル２００内に形成した偏光層ＯＰと第２の偏光板７とにおいて、透過軸が同じになるように設置する。そして、液晶表示モードを、たとえば、ノーマリホワイトモードとする。

このようにして、液晶パネル２００を完成させる。

（動作）
以下より、上記の液晶表示装置１００において、ユーザーの指などの被検知体が液晶パネル２００の表示領域１０に接触した位置を検出する際の動作について説明する。

図７は、本発明にかかる実施形態において、液晶表示装置１００において被検知体Ｆが液晶パネル２００の表示領域１０に接触した位置を検出する際の様子を示す断面図である。図７において、図７（Ａ）は、被検知体Ｆが表示領域１０に接触していない状態を示しており、図７（Ｂ）は、被検知体Ｆが表示領域１０に接触している状態を示している。

図７（Ａ）に示すように、ユーザーの指などの被検知体Ｆが表示領域１０に接触していない場合には、第１基板１が変形していないため、液晶層３の位相差は、光透過領域ＴＡにおいては、λ／２であり、受光領域ＳＡにおいては、λ／４である。このため、バックライト３００から照射され、光センサ素子３２に入射する光ｈは、直線偏光になっている。そして、光センサ素子３２に設けられた偏光層ＯＰの透過軸が、その直線偏光の振動面に対して直交するように設けられているため、光センサ素子３２は、そのバックライト３００からの光の受光面に入らない。

一方、図７（Ｂ）に示すように、ユーザーの指などの被検知体Ｆが表示領域１０に接触している場合には、第１基板１が変形するため、液晶層３の厚さが薄くなる。つまり、図７（Ａ）に示すように、受光領域ＳＡにおいて第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さＤ１が、図７（Ｂ）に示すように、薄い厚さＤ１１に変動する。このため、位相差は小さくなり、受光領域ＳＡに入射した光ｈが直線偏光から楕円偏光になる。よって、光センサ素子３２は、そのバックライト３００からの光が偏光層ＯＰを透過して受光面に入り、電気信号を出力する。ここでは、第１基板１の変形量が大きくなるに伴って、光センサ素子３２の受光面に入る光強度が大きくなるため、電気信号の出力値も大きくなる。

したがって、画素Ｐに対応するようにマトリクス状に表示領域１０に配置された複数の光センサ素子３２において、電気信号を出力した光センサ素子３２の位置と、その電気信号の強度とのそれぞれに基づいて、被検知体Ｆが表示領域１０において接触した位置を、位置検知部４００が算出することができる。

以上のように、本実施形態において、液晶パネル２００は、複数の画素がマトリクス状に配置された表示領域１０に、光を検出する光センサ素子３２が、複数、マトリクス状に形成されている。そして、バックライト３００が、その液晶パネル２００の背面面に対面しており、その表示領域１０に光を照明する。そして、位置検知部４００が、その液晶パネル２００においてバックライト３００が設置された背面に対して反対側となる正面側に、ユーザーの指などの被検知体Ｆが接触した位置を、その光センサ素子３２によって検出された光に基づいて検知する。

ここで、液晶パネル２００は、第１基板１と、その第１基板１よりもバックライト３００の側であって第１基板１に対して間隔を隔てるよう対面している第２基板２と、その第１基板１と第２基板２との間にて挟持されており、配向処理された液晶層３とを含む。そして、被検知体Ｆが正面側の面に接触することによって変形され、その被検知体Ｆが接触した領域において第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さが変わるように形成されている。また、これと共に、第１基板１において第２基板２に対面する面の側に、光センサ素子３２が形成されている。バックライト３００によって照明された光を、その光センサ素子３２が液晶層３を介して受光する。ここでは、光センサ素子３２は、偏光層ＯＰを含み、バックライト３００によって照明され、液晶層３を介して入射される光を偏光層ＯＰが偏光する。そして、その偏光層ＯＰにて変更された光を光センサ素子３２が受光して、電気信号に変換する。

そして、位置検知部４００は、図７（Ａ）に示したように、その液晶パネル２００の正面側の面に被検知体Ｆが接触されない第１の状態においては、光センサ素子３２によって検出され、光の強度に対応するように得られた電気信号を光センサ素子３２から受けると共に、図７（Ｂ）に示したように、その液晶パネル２００の正面側の面に被検知体Ｆが接触され、液晶層３の位相差が第１の状態から異なった第２の状態において、光センサ素子３２によって検出され、光の強度に対応するように得られた電気信号を光センサ素子３２から受ける。その被検知体Ｆが接触されない第１の状態にて出力された電気信号と、その被検知体Ｆが接触した第２の状態にて出力された電気信号とのそれぞれに基づいて、被検知体Ｆが液晶パネルの正面側の面に接触した位置を検出する。

したがって、本実施形態は、被検知体Ｆが接触することによって生ずる液晶層３の位相差の変化に応じて、光センサ素子３２に入射する光の強度が変化することを利用し、その被検知体Ｆが表示領域に接触した位置を検出しているため、指のように光反射率が低い被検知体Ｆであっても、その位置を効率的かつ正確に検出することができる。そして、また、光センサ素子３２の受光面積を大きくする必要がないため、表示領域１０にて表示する画像の輝度が低下することを防止でき、画像品質を向上させることができる。

また、本実施形態においては、第１基板１と第２基板２との間にて挟持する液晶層３の厚さが、受光領域ＳＡと光透過領域ＴＡとのそれぞれにおいて異なるように形成されている。ここでは、受光領域ＳＡにおいて第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さＤ１が、光透過領域ＴＡにおいて第１基板１と第２基板２との間にて挟持される液晶層３の厚さＤ２に対して略半分になるように形成されている。したがって、本実施形態は、画像表示と光検出とを効率的に実施することができる。

なお、本発明の実施に際しては、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。

たとえば、画素スイッチング素子３１や光センサ素子３２を構成する薄膜トランジスタは、ボトムゲート型に限られず、トップゲート型であってもよい。

また、たわみ量をより大きく設定することにより、光センサ素子３２に入る光の変化率をより大きくすることができる。また、バックライト３００からの光の波長に対応するように、設計することによって効率化ができる。また、液晶材料として、Δｎが大きいものを採用することによって、さらに効果的に光を検知することができる。

また、複数の画素Ｐに対して一対になるように光センサ素子３２を設ける場合について示したが、これに限定されない。たとえば、複数の画素Ｐに対して１つの光センサ素子３２を設けてもよく、逆に、１つの画素Ｐに対して複数の光センサ素子３２を設けてもよい。

図１は、本発明の実施形態において、液晶表示装置１００の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態において、液晶パネル２００を示す平面図である。 図３は、本発明の実施形態において、表示領域１０において形成される回路の一部を示す回路図である。 図４は、本発明の実施形態において、液晶パネル２００の断面の一部を拡大して示す断面図である。 図５は、本発明の実施形態において、液晶パネル２００の表示領域１０にて形成される画素Ｐを示す平面図である。 図６は、本発明にかかる実施形態において、第１基板１が変形する変形量（たわみ量）Ｈ（μｍ）と、表示領域に配置されたスペーサの間隔Ｇ（ｍｍ）との関係を、第１基板１の厚さＴＩに対応付けて測定した結果を示す図である。 図７は、本発明にかかる実施形態において、液晶表示装置１００において被検知体Ｆが表示領域に接触した位置を検出する際の様子を示す断面図である。

符号の説明

１…第１基板、
２…第２基板、
３…液晶層、
４…第１の位相差板、
５…第２の位相差板、
６…第１の偏光板、
７…第２の偏光板、
１０…表示領域、
１１…表示用垂直駆動回路、
１２…表示用水平駆動回路、
１３…センサ用垂直駆動回路、
１４…センサ読出し用水平駆動回路、
２１…カラーフィルタ層、
２１Ｋ…遮光層、
２２…平坦化膜、
２３…対向電極、
３０ａ…画素回路、
３０ｂ…センサ回路、
３１…画素スイッチング素子、
３２…光センサ素子、
３３…リセットトランジスタ、
３４…キャパシタ、
３５…増幅トランジスタ、
３６…選択トランジスタ、
４１…遮光膜、
４２…絶縁層、
４３…ゲート電極、
４４ａ…第１電極、
４４ｂ…第２電極、
４６ｃ…誘電体膜、
４５…ゲート電極、
４６ｇ…ゲート絶縁膜、
４６ｓ…ゲート絶縁膜、
４７…半導体層、
４８…半導体層、
６２…画素電極、
１００…液晶表示装置、
２００…液晶パネル、
３００…バックライト、
４００…位置検知部、
Ｃｓ…補助容量素子、
Ｐ…画素、
ｘ…水平方向、
ｙ…垂直方向、
Ｇ１…ゲート線、
Ｓ１…第１データ線、
Ｒｅａｄ…読み出し線、
ＲＡ…遮光領域、
ＴＡ…光透過領域、
Ｆ…被検知体

Claims (9)

1. 画素が複数配置された表示領域に、光を検出する光センサ素子が複数形成されている液晶パネルと、
   前記液晶パネルの一方の面に対面しており、前記表示領域に光を照明する照明部と、
   前記液晶パネルにおいて前記照明部が設置された一方の面に対して反対側となる他方の面に、被検知体が接触した位置を、前記光センサ素子によって検出された光に基づいて検知する位置検知部と
   を有しており、前記照明部が前記表示領域を照明すると共に、前記表示領域に照明された光を前記液晶パネルが変調することによって、前記表示領域にて画像を表示する液晶表示装置であって、
   前記液晶パネルは、
   第１基板と、
   前記第１基板よりも前記照明部の側であって前記第１基板に対して間隔を隔てるよう対面している第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間にて挟持されており、配向処理された液晶層と
   を含み、
   前記被検知体が前記他方の面に接触することによって変形され、前記被検知体が接触した領域において前記第１基板と前記第２基板との間にて挟持される前記液晶層の厚さが変わるように形成されていると共に、
   前記第１基板において前記第２基板に対面する面の側に前記光センサ素子が形成され、前記照明部によって照明された光を当該光センサ素子が前記液晶層を介して受光する
   液晶表示装置。
2. 前記位置検知部は、前記液晶パネルの他方の面に被検知体が接触されない第１の状態において前記光センサ素子が検出した光の強度と、前記液晶パネルの他方の面に前記被検知体が接触され、前記液晶層の位相差が前記第１の状態から異なった第２の状態において前記光センサ素子が検出した光の強度とのそれぞれに基づいて、前記被検知体が前記液晶パネルの他方面に接触した位置を検出する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光センサ素子は、前記表示領域においてマトリクス状に複数が配置されている
   請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記光センサ素子は、
   前記照明部によって照明され、前記液晶層を介して入射される光を、偏光する偏光層と、
   前記偏光層にて変更された光を受光し、電気信号に変換する光電変換部と
   を有する
   請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶パネルは、
   前記表示領域において前記光センサ素子の前記光電変換部が受光する受光領域と、
   前記表示領域において前記照明部から照明された光が透過する光透過領域と
   を有しており、
   前記第１基板と前記第２基板との間にて挟持する前記液晶層の厚さが、前記受光領域と前記光透過領域とのそれぞれにおいて異なるように形成されている
   請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶パネルは、前記受光領域において前記第１基板と前記第２基板との間にて挟持される前記液晶層の厚さが、前記光透過領域において前記第１基板と前記第２基板との間にて挟持される前記液晶層の厚さに対して略半分になるように形成されている
   請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶パネルは、
   前記光透過領域においては、前記照明部によって照明された光を変調するために前記液晶層に電圧を印加する画素電極と対向電極とのそれぞれが、前記第１基板と前記第２基板とのそれぞれに設けられており、
   前記受光領域においては、前記画素電極と前記対向電極との少なくとも一方が設けられていない
   請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶パネルは、
   前記画素電極に接続された画素スイッチング素子が、前記表示領域に対応するように前記第１基板に形成されている
   請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記光センサ素子と前記画素スイッチング素子とのそれぞれは、薄膜トランジスタとして形成されている
   請求項８に記載の液晶表示装置。
   

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