JP2015014926A - Liquid crystal display unit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display unit capable of stabilizing a detection result of a light detector installed in the liquid crystal display unit at high accuracy.SOLUTION: In a liquid crystal display unit 1, light emitters include a first light emitter that emits invisible light and a second light emitter that emits visible light. An array substrate includes a first light detector 2a having an invisible light sensitivity region that overlaps a red filter 14R in a planar view; a second light detector 2b that overlaps a color filter layer with low transmissivity of the invisible light emitted from the first light emitter or a black matrix BM; and a transistor that drives. The main coloring material of the red filter 14R is C.I. Pigment red 254.

Description

本発明は、アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する、受光素子を備えた液晶表示装置に関する。   The present invention provides a light receiving element comprising: a liquid crystal cell in which an array substrate and a counter substrate are bonded to each other with a liquid crystal layer facing each other; and a backlight unit provided on the back side of the liquid crystal cell and including a light emitting element. The present invention relates to a liquid crystal display device comprising

近年、液晶表示装置を用いた電子機器の軽量化が進んでいる。例えば、液晶表示装置は、携帯電話、モバイルPCなどのような情報機器に備えられる。情報機器の操作については、例えば、液晶表示画面に対して指又はポインタなどにより直接入力を行うための技術が適用されている。   In recent years, weight reduction of electronic devices using a liquid crystal display device has progressed. For example, the liquid crystal display device is provided in an information device such as a mobile phone or a mobile PC. As for the operation of the information device, for example, a technique for directly inputting to the liquid crystal display screen with a finger or a pointer is applied.

液晶表示画面に対する直接入力方式は、センシング機能のあるタッチパネルを液晶パネルの前面に設置し、このタッチパネルによって入力を受け付けるオンセル方式と、センシング機能をマトリクス状配置のセンサとして液晶表示装置のアレイ基板又は対向基板に形成し、液晶セルに内設するインセル方式と、を含む。   The direct input method for the liquid crystal display screen is an on-cell method in which a touch panel with a sensing function is installed on the front surface of the liquid crystal panel and receives input by this touch panel. An in-cell system formed on a substrate and installed in a liquid crystal cell.

オンセル方式に用いられる技術として、特許文献1に、抵抗膜方式、電磁誘導方式、静電容量方式、光学式タッチパネルが開示されている。しかし、液晶パネルの表面にタッチパネルを配設するオンセル方式は、タッチパネルの厚みと重みが液晶表示装置に加算されるため、厚み及び重量の増加の原因になる。さらに、タッチパネルの表面及びタッチパネルの内面の光反射により、液晶表示品位が低下する場合がある。   As a technique used for the on-cell method, Patent Document 1 discloses a resistive film method, an electromagnetic induction method, a capacitance method, and an optical touch panel. However, the on-cell method in which the touch panel is disposed on the surface of the liquid crystal panel causes the thickness and weight to increase because the thickness and weight of the touch panel are added to the liquid crystal display device. Furthermore, liquid crystal display quality may deteriorate due to light reflection on the surface of the touch panel and the inner surface of the touch panel.

これに対して、液晶セルにセンサを内設するインセル方式は、液晶表示装置として液晶表示装置の厚み増がなく、表示品位を低下させにくいため、好ましい。センシング機能を持つセンサとして光センサの開発が進んでいる。   On the other hand, the in-cell method in which the sensor is provided in the liquid crystal cell is preferable because the thickness of the liquid crystal display device is not increased as the liquid crystal display device and the display quality is hardly lowered. Optical sensors are being developed as sensors with sensing functions.

また、情報機器に用いられる液晶表示装置では、立体画像表示が利用されつつあり、例えば、立体表示効果の付与されたボタン表示でのクリック感の要求、指入力での誤動作防止など、技術的要求が増えている。指入力では、液晶表示装置の表面にタッチパネルを外付けする方式がある。また、軽量化のために光センサを液晶パネルに内蔵させこの光センサを用いた入力方式の開発が進められている。この光センサを内蔵する液晶表示装置は、温度の影響及びバックライト光源の影響を受け、指入力について誤動作が発生することを防止するために、光センサの補償を必要とする場合がある。   In liquid crystal display devices used in information equipment, stereoscopic image display is being used. For example, technical requirements such as a request for a click feeling in a button display with a stereoscopic display effect, prevention of malfunction by finger input, etc. Is increasing. For finger input, there is a method in which a touch panel is externally attached to the surface of the liquid crystal display device. In order to reduce the weight, an optical sensor is built in a liquid crystal panel, and an input method using the optical sensor is being developed. A liquid crystal display device incorporating this optical sensor may need to be compensated for in order to prevent malfunction caused by finger input due to the influence of temperature and the influence of a backlight light source.

また、ポリシリコン又はアモルファスシリコンをチャネル層とするシリコンフォトダイオードにおいては、環境温度などの変化により暗電流が発生し、観測データに観測光ではないノイズが加わる場合がある。例えばポリシリコン又は連続粒界シリコンなどのような結晶の粒界を持つシリコンフォトダイオードは、粒界の位置のばらつきがそのままフォトダイオード特性のばらつきとなり、液晶表示装置の画面内で均質な複数の光センサを形成しにくい場合がある。このシリコンフォトダイオードと比較して、後述する酸化物半導体による光センサのフォトトランジスタ特性は、極めて均質である。   Further, in a silicon photodiode having polysilicon or amorphous silicon as a channel layer, dark current is generated due to a change in environmental temperature or the like, and noise other than observation light may be added to observation data. For example, in a silicon photodiode having a crystal grain boundary such as polysilicon or continuous grain boundary silicon, variation in the position of the grain boundary directly becomes variation in photodiode characteristics, and a plurality of light beams that are homogeneous in the screen of the liquid crystal display device. It may be difficult to form a sensor. Compared with this silicon photodiode, the phototransistor characteristics of an optical sensor using an oxide semiconductor, which will be described later, are extremely uniform.

暗電流の補正を行うフォトダイオードを用いて演算補正する技術は、特許文献2、特許文献3に開示されている。これらの特許文献は、撮像素子による暗電流補正技術を開示しているが、表示装置に酸化物半導体によるフォトダイオードを適用した場合の安定入力及び反射光に起因するノイズに対する処理技術を開示していない。   Techniques for performing arithmetic correction using a photodiode that corrects dark current are disclosed in Patent Documents 2 and 3. These patent documents disclose dark current correction technology using an image sensor, but disclose processing technology for stable input and noise caused by reflected light when an oxide semiconductor photodiode is applied to a display device. Absent.

受光素子をタッチセンサとして用いた場合に、安定した入力を行うために、斜め方向からセンシング専門光を出射させる技術が、特許文献4に開示されている。しかしながら、特許文献4は、液晶セル内の反射光に起因するノイズの処理技術、複数素子での特性バラツキが少なく特性の均質な酸化物半導体の受光素子を用いること、さらに、信号補償の受光素子を用いてさらに安定した入力技術を開示していない。   Patent Document 4 discloses a technique for emitting sensing specialized light from an oblique direction in order to perform stable input when a light receiving element is used as a touch sensor. However, Patent Document 4 discloses a technique for processing noise caused by reflected light in a liquid crystal cell, the use of a light-receiving element made of an oxide semiconductor having a uniform characteristic with little characteristic variation among a plurality of elements, and a light-receiving element for signal compensation. Does not disclose a more stable input technique.

特許文献4の技術では、センシング専門光が遮光層のスリットを介して観察者の方向と異なる方向に常時出射されるが、ブラックマトリクスの切り欠け部分の断面や薄膜トランジスタ(TFT)などのトランジスタの金属配線からの乱反射、及び、光の回折などから、センシング専門光が観察者の目に入り表示品位が低下する場合がある。さらに特許文献4は、液晶表示装置の使用目的である画質優先、セキュリティ、又は、は指入力などの目的によって斜め出射光の強度を切り替える手段、画像表示の明暗差(輝度差)で増長される反射光での信号ばらつきの軽減手段などについて開示していない。   In the technique of Patent Document 4, the specialized sensing light is always emitted in a direction different from the direction of the observer through the slit of the light shielding layer, but the cross section of the notch portion of the black matrix and the metal of the transistor such as a thin film transistor (TFT). Sensing specialized light may enter the observer's eyes due to irregular reflection from the wiring, light diffraction, and the like, and display quality may deteriorate. Further, Patent Document 4 is augmented by means of switching the intensity of obliquely emitted light depending on the purpose of use of the liquid crystal display device, such as image quality priority, security, or finger input, and the contrast (brightness difference) of image display. It does not disclose any means for reducing signal variations due to reflected light.

また、近年、IGZOと呼称される酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタを液晶駆動用のスイッチング素子としてだけでなく、前記シリコンフォトダイオードのスイッチング素子を液晶や受光素子の駆動素子として用いることが注目されている。シリコン半導体と比較して酸化物半導体は、暗電流が極めて小さいため、シリコンフォトダイオードの駆動、液晶の駆動を含めて、低消費電力駆動できるメリットが注目されている。   In recent years, it has been noted that not only a transistor having an oxide semiconductor called IGZO as a channel layer but also a switching element for driving a liquid crystal, the switching element of the silicon photodiode is used as a driving element for a liquid crystal or a light receiving element. Has been. Since an oxide semiconductor has an extremely small dark current as compared with a silicon semiconductor, an advantage that it can be driven with low power consumption, including driving of a silicon photodiode and driving of a liquid crystal, is attracting attention.

さらに、酸化物半導体でチャネル層が形成されたトランジスタは、大面積で複数個形成されても、ばらつきの少ない均質な特性を持つ。   Further, a transistor in which a channel layer is formed using an oxide semiconductor has uniform characteristics with little variation even when a plurality of transistors are formed in a large area.

特許文献5、特許文献6は、酸化物半導体を用いた光センサにおける受光素子に関する技術を開示している。特許文献5は、主に有機物を発光層として用いるディスプレイに適用される光センサ技術を開示している。特許文献6は、エリアセンサとしての光センサに加えて、位置検出用の光センサを具備した表示装置に関する。しかし、特許文献5及び特許文献6では、斜め光を出射させるための液晶駆動技術が開示されていない。   Patent Documents 5 and 6 disclose techniques related to a light receiving element in an optical sensor using an oxide semiconductor. Patent Document 5 discloses an optical sensor technique mainly applied to a display using an organic substance as a light emitting layer. Patent Document 6 relates to a display device including an optical sensor for position detection in addition to an optical sensor as an area sensor. However, Patent Literature 5 and Patent Literature 6 do not disclose a liquid crystal driving technique for emitting oblique light.

特許文献7は、液晶駆動用トランジスタとして薄膜トランジスタを備えるアクティブマトリクス型表示基板に関わる技術であり、そのトランジスタの金属配線として銅配線技術が記載されている。しかしながら、光センサの感度向上技術および酸化物半導体技術は、いずれも開示されていない。特許文献3では、その請求項3あるように、銅または銅を含む合金を、酸化剤を含むアルカリ水溶液を用いたウエットエッチングを行う。しかしながら、この場合のトランジスタとして用いられるTFTを構成するアモルファスシリコンにダメージを与えないようにウエットエッチングを行うのはむつかしい。また、銅または銅を含む合金を、ドライエッチングで行うことは、銅イオンによる汚染が著しく、アモルファスシリコンにダメージを与えないようにドライエッチングを行うのはさらに難しい。トランジスタの金属配線として銅配線を適用する場合にアモルファスシリコンのチャネル層形成時のドライエッチングにおいてチャネル部の汚染があり、アモルファスシリコン半導体のTFTプロセスでの銅配線は実用化されていない。従って、特許文献7の様な表示に用いるだけの液晶表示装置においては、配線として銅を使用する利点がほとんどなく、アルミニウムの金属配線がTFTの金属配線として用いられているのが実情であった。   Patent Document 7 relates to an active matrix display substrate that includes a thin film transistor as a liquid crystal driving transistor, and describes a copper wiring technique as a metal wiring of the transistor. However, neither the sensitivity improvement technology of an optical sensor nor the oxide semiconductor technology is disclosed. In Patent Document 3, as in claim 3, wet etching is performed on copper or an alloy containing copper using an alkaline aqueous solution containing an oxidizing agent. However, it is difficult to perform wet etching so as not to damage the amorphous silicon constituting the TFT used as the transistor in this case. In addition, when copper or an alloy containing copper is subjected to dry etching, contamination by copper ions is significant, and it is further difficult to perform dry etching so as not to damage amorphous silicon. When copper wiring is applied as the metal wiring of a transistor, there is contamination of the channel portion in dry etching when forming a channel layer of amorphous silicon, and copper wiring in the TFT process of an amorphous silicon semiconductor has not been put into practical use. Therefore, in the liquid crystal display device only used for display as in Patent Document 7, there is almost no advantage of using copper as the wiring, and the fact is that the metal wiring of aluminum is used as the metal wiring of the TFT. .

特開平10−171599号公報JP-A-10-171599 特開2002−335454号公報JP 2002-335454 A 特開2007−18458号公報JP 2007-18458 A WO2009/116205WO2009 / 116205 特開2010−186997号公報JP 2010-186997 A 特開2011−118888号公報JP 2011-118888 A 特開平10−307303号公報JP-A-10-307303

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する、受光素子を備えた液晶表示装置において、受光素子による検出結果が高精度で安定している液晶表示装置を提供することを目的とする。また、従来の液晶表示装置などのタッチパネルでは困難であった非可視光・可視光のLED等によるレーザーポインタを用いてのセンシングを可能とすることができる。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is provided with a liquid crystal cell in which an array substrate and a counter substrate are bonded to face each other through a liquid crystal layer, and provided on the back side of the liquid crystal cell. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device including a backlight unit including an element and including a light receiving element, in which a detection result by the light receiving element is highly accurate and stable. In addition, it is possible to perform sensing using a laser pointer such as a non-visible light / visible light LED, which has been difficult with a touch panel such as a conventional liquid crystal display device.

上記課題を解決するため、アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する液晶表示装置であって、
前記発光素子は、非可視光を発光する第1の発光素子と、可視光を発光する第2の発光素子とを具備し、
前記対向基板が複数の画素又はサブピクセルに対応し平面視でマトリクス状に区分けされた複数の画素開口部を形成するブラックマトリクスと、前記複数の画素開口部に対応する赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを含むカラーフィルタ層とを備えるものであり、
前記アレイ基板が、平面視で前記赤フィルタと重なる少なくとも非可視光感度領域をもつ第1の受光素子と、前記第1の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスと重なる第2の受光素子と、液晶層に含まれている液晶を前記非可視光の出射のために駆動する導光電極と、前記液晶層の液晶を前記可視光の出射のために駆動する画素電極と、前記導光電極と前記画素電極の一方もしくは両方を駆動するトランジスタを備えるものであり、
前記赤フィルタが、主たる色材がC.I.ピグメントレッド254であることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
In order to solve the above problems, a liquid crystal cell in which an array substrate and a counter substrate are bonded to each other via a liquid crystal layer, and a backlight unit including a light emitting element, which is provided on the back side of the liquid crystal cell, are provided. A liquid crystal display device,
The light-emitting element includes a first light-emitting element that emits invisible light, and a second light-emitting element that emits visible light,
The counter substrate corresponds to a plurality of pixels or sub-pixels and forms a plurality of pixel openings divided in a matrix in plan view, and a red filter, a green filter, and a blue filter corresponding to the plurality of pixel openings. A color filter layer including a filter,
The array substrate has a first light receiving element having at least a non-visible light sensitivity region overlapping the red filter in a plan view, and the color filter layer having a low transmittance of the non-visible light emitted from the first light emitting element or A second light receiving element that overlaps the black matrix; a light guide electrode that drives a liquid crystal contained in a liquid crystal layer to emit the invisible light; and a liquid crystal in the liquid crystal layer that emits the visible light. A pixel electrode to be driven, and a transistor for driving one or both of the light guide electrode and the pixel electrode,
The red filter has a main colorant C.I. I. The present invention provides a liquid crystal display device characterized by being CI Pigment Red 254.

また、前記第1の発光素子の発光する非可視光の波長が、360nmから400nmの範囲内にあり、
かつ、前記第2の受光素子が重なっている前記第1の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスが、前記緑フィルタ又は前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置を提供するものである。
Further, the wavelength of the invisible light emitted from the first light emitting element is in the range of 360 nm to 400 nm,
In addition, the color filter layer or the black matrix having a low transmittance of invisible light emitted from the first light emitting element on which the second light receiving element overlaps is the green filter or the black matrix. The liquid crystal display device according to claim 1 is provided.

また、前記第1の発光素子の発光する非可視光の波長が、700nmから850nmの範囲内にあり、
かつ、前記第2の受光素子が重なっている前記第1の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスが、前記緑フィルタ、前記青フィルタ、又は前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置を提供するものである。
In addition, the wavelength of the invisible light emitted from the first light emitting element is in the range of 700 nm to 850 nm,
In addition, the color filter layer or the black matrix having a low transmittance of invisible light emitted from the first light emitting element on which the second light receiving element overlaps, the green filter, the blue filter, or the black 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is a matrix.

また、前記受光素子の下部に前記トランジスタが配置され、
前記トランジスタの金属配線が、前記液晶層側から見て、銅あるいは銅合金である金属層と下部金属層の2層構成で、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、イットリウムのうちの
2種以上の金属酸化物を含むチャネル層を具備することを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
In addition, the transistor is disposed below the light receiving element,
The metal wiring of the transistor has a two-layer structure of a metal layer made of copper or a copper alloy and a lower metal layer as viewed from the liquid crystal layer side, and two or more kinds of metals of gallium, indium, zinc, tin, and yttrium A liquid crystal display device including a channel layer containing an oxide is provided.

また、前記導光電極は、さらに、前記液晶層に含まれている液晶を前記可視光の出射のために駆動し、
前記第1の発光素子の発光タイミングと前記導光電極の液晶駆動電圧印加タイミングとを同期させ、前記第1の発光素子の発光タイミングと異なる前記第2の発光素子の発光タイミングと前記複数の電極の液晶駆動電圧印加タイミングとを同期させる制御手段をさらに具備する、
ことを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
The light guide electrode further drives the liquid crystal contained in the liquid crystal layer for emission of the visible light,
The light emission timing of the second light-emitting element and the plurality of electrodes are synchronized with the light emission timing of the first light-emitting element and the liquid crystal driving voltage application timing of the light guide electrode. Further comprising a control means for synchronizing the liquid crystal driving voltage application timing.
The present invention provides a liquid crystal display device.

また、前記ブラックマトリクスは、平面視で互いに対向する2辺に形成された斜め光開口部を具備し、
前記画素電極は、前記画素開口部に対応する液晶を駆動するためのものであり、前記導光電極は、前記斜め光開口部に対応する液晶を駆動するためのものであることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
Further, the black matrix includes oblique light openings formed on two sides facing each other in a plan view,
The pixel electrode is for driving a liquid crystal corresponding to the pixel opening, and the light guide electrode is for driving a liquid crystal corresponding to the oblique light opening. A liquid crystal display device is provided.

また、前記液晶層は、初期垂直配向の液晶を含むことを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。   In addition, the liquid crystal layer provides a liquid crystal display device including liquid crystal with initial vertical alignment.

本発明の態様においては、アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する、受光素子を備えた液晶表示装置において、非可視光の高い透過率の高い赤フィルタを用い、必要に応じて非可視光の反射率の高い金属配線をトランジスタの配線として用いるため、液晶表示装置に備えられている受光素子の検出結果を高精度で安定化させることができる。   An aspect of the present invention includes a liquid crystal cell in which an array substrate and a counter substrate are bonded to each other with a liquid crystal layer facing each other, and a backlight unit that is provided on the back side of the liquid crystal cell and includes a light emitting element. In a liquid crystal display device having a light receiving element, a red filter having a high transmittance of invisible light is used, and a metal wiring having a high reflectance of invisible light is used as a wiring of a transistor as necessary. It is possible to stabilize the detection result of the light receiving element provided in the above with high accuracy.

第1の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows an example of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る液晶表示装置のサブピクセルの配列状態の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the arrangement state of the sub pixel of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る液晶表示装置の受光素子の配置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of arrangement | positioning of the light receiving element of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る液晶表示装置の第1の画素電極のみに液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。4 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied only to a first pixel electrode of the liquid crystal display device according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態に係る液晶表示装置の第2の画素電極のみに液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。4 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied only to a second pixel electrode of the liquid crystal display device according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態に係る液晶表示装置の導光電極に液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows an example of the state which applied the liquid crystal drive voltage to the light guide electrode of the liquid crystal display device which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る液晶表示装置の第1の画素電極のみに液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example in the state where a liquid crystal drive voltage was applied only to the 1st pixel electrode of the liquid crystal display concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態に係る液晶表示装置の第2の画素電極のみに液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example in the state where a liquid crystal drive voltage was applied only to the 2nd pixel electrode of a liquid crystal display concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態に係る液晶表示装置の画素電極の双方に液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example in the state where a liquid crystal drive voltage was applied to both pixel electrodes of a liquid crystal display concerning a 2nd embodiment. 第4の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows an example of the liquid crystal display device which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example of a liquid crystal display concerning a 4th embodiment. 第4の実施形態に係る液晶表示装置の第1の画素電極のみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example in the state where a liquid crystal drive voltage was applied only to the 1st pixel electrode of a liquid crystal display concerning a 4th embodiment. 第4の実施形態に係る液晶表示装置の第2の画素電極のみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example in the state where a liquid crystal drive voltage was applied only to the 2nd pixel electrode of a liquid crystal display concerning a 4th embodiment. 第4の実施形態に係る液晶表示装置の第1の導光電極のみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example in the state where the liquid crystal drive voltage was applied only to the 1st light guide electrode of the liquid crystal display concerning a 4th embodiment. 第4の実施形態に係る液晶表示装置の第2の導光電極のみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example in the state where the liquid crystal drive voltage was applied only to the 2nd light guide electrode of the liquid crystal display concerning a 4th embodiment. 第5の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example of a liquid crystal display concerning a 5th embodiment. 第6の実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極及び導光電極の形状との関係の第1の例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st example of the relationship between the planar shape of the sub pixel which concerns on 6th Embodiment, and the shape of a pixel electrode and a light guide electrode. 第6の実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極及び導光電極の形状との関係の第2の例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd example of the relationship between the planar shape of the sub pixel which concerns on 6th Embodiment, and the shape of a pixel electrode and a light guide electrode. 第6の実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極及び導光電極の形状との関係の第3の例を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd example of the relationship between the planar shape of the sub pixel which concerns on 6th Embodiment, and the shape of a pixel electrode and a light guide electrode. 本発明に採用できる有機顔料の、光の波長350nm〜750nmの範囲の透過率特性。The transmittance characteristics of the organic pigment that can be employed in the present invention in the light wavelength range of 350 nm to 750 nm. 第3の実施形態に係る液晶表示素子の第1の受光素子部分の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the 1st light receiving element part of the liquid crystal display element which concerns on 3rd Embodiment. 銅の反射率特性図である。It is a reflectance characteristic figure of copper. シリコン系フォトダイオードの感度領域を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the sensitivity area | region of a silicon-type photodiode. 人の目の視感度の説明図である。It is explanatory drawing of the visibility of a human eye.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or substantially the same functions and components are denoted by the same reference numerals, and will be described as necessary.

各実施形態においては、特徴的な部分についてのみ説明し、通常の液晶表示装置の構成要素と差異のない部分については説明を省略する。   In each embodiment, only characteristic portions will be described, and description of portions that are not different from the components of a normal liquid crystal display device will be omitted.

各実施形態において、液晶表示装置の単一色の表示単位は、1サブピクセル又は1画素であるとする。   In each embodiment, the single color display unit of the liquid crystal display device is assumed to be one subpixel or one pixel.

各実施形態においては、液晶が負の誘電率異方性を持つ垂直配向の液晶の場合を代表例として説明するが、正の誘電率異方性を持つ水平配向の液晶などを適用してもよい。液晶駆動電圧印加時の液晶分子の回転方向(動作方向)は、基板面に平行であってもよく、垂直方向に立ち上がる方向でよい。液晶駆動電圧の液晶分子に印加する電圧の方向は、水平であってもよく、2次元又は3次元的に斜めであってもよく、垂直方向であってもよい。   In each embodiment, the case where the liquid crystal is a vertically aligned liquid crystal having a negative dielectric anisotropy will be described as a representative example, but a horizontally aligned liquid crystal having a positive dielectric anisotropy may be applied. Good. The rotation direction (operation direction) of the liquid crystal molecules when the liquid crystal driving voltage is applied may be parallel to the substrate surface or may be a direction rising in the vertical direction. The direction of the voltage applied to the liquid crystal molecules of the liquid crystal driving voltage may be horizontal, two-dimensional or three-dimensionally oblique, or vertical.

各実施形態における共通の代表的ポイントは、
(A)液晶表示装置は、バックライトユニットに可視波長域の可視光を発光する光源に加えて、照明光として波長360nmから400nmの非可視光あるいは700nmから850nmの非可視光を発光する発光素子を備えること、
(B)第1の発光素子からの発光は、液晶画面に近づく指またはポインタなどの入力指示体を照明するための照明光として用いられること、
(C)第1の受光素子は、平面視で、非可視光の透過率の高い赤フィルタと重なる位置に配設されること、
(D)第2の受光素子は、平面視で、第1の発光素子の発光する非可視光の透過率が低いカラーフィルタ層又はブラックマトリクスと重なる位置に配設されることである。
Common representative points in each embodiment are:
(A) A liquid crystal display device is a light emitting element that emits invisible light having a wavelength of 360 to 400 nm or 700 to 850 nm as illumination light in addition to a light source that emits visible light in a visible wavelength range to a backlight unit. Providing
(B) The light emitted from the first light emitting element is used as illumination light for illuminating an input indicator such as a finger or a pointer approaching the liquid crystal screen,
(C) the first light receiving element is disposed at a position overlapping with a red filter having a high transmittance of invisible light in a plan view;
(D) The second light receiving element is disposed at a position overlapping with a color filter layer or a black matrix having a low transmittance of invisible light emitted from the first light emitting element in plan view.

なお、本発明でいう可視光とは、例えば図26に示す、人の目の視感度の高い400nmから700nmの波長範囲の光を指し、それより外れる波長範囲の光は非可視光を指す。例えば、シリコン系フォトダイオードの感度領域は、図27に示すように、およそ300nmから800nmにあり、視感度の低い300nmから400nmと、700nmから900nmの光の波長範囲で受光することができる。   Note that the visible light referred to in the present invention refers to light having a wavelength range of 400 nm to 700 nm with high visibility to human eyes, as shown in FIG. 26, for example, and light having a wavelength range outside the range refers to invisible light. For example, as shown in FIG. 27, the sensitivity region of a silicon-based photodiode is approximately 300 nm to 800 nm, and light can be received in the light wavelength range of 300 nm to 400 nm and 700 nm to 900 nm with low visibility.

各実施形態で詳述する画素電極と導光電極は、これらの機能を兼用して同一の電極として用いてもよい。一方で、階調表示のための種々の電圧が印加される画素電極と、特定レベル(複数のレベルでもよい)で照明光を出射させるための特定電圧が印加される導光電極とは、ひとつのサブピクセル又は画素にそれぞれ別構成で配設されてもよい。画素電極と導光電極とを異なるトランジスタで駆動する例を第1の実施形態で説明し、画素電極と導光電極とを一体構成とする例を第2の実施形態で説明する。   The pixel electrode and the light guide electrode described in detail in each embodiment may be used as the same electrode by combining these functions. On the other hand, there is one pixel electrode to which various voltages for gradation display are applied and one light guide electrode to which a specific voltage for emitting illumination light at a specific level (or a plurality of levels) is applied. The sub-pixels or pixels may be arranged in different configurations. An example in which the pixel electrode and the light guide electrode are driven by different transistors will be described in the first embodiment, and an example in which the pixel electrode and the light guide electrode are integrated will be described in the second embodiment.

受光素子に適用できる半導体として、可視域(たとえば光の波長、400nm〜700nm)から赤外域に感度を持つアモルファスシリコン半導体、近紫外域や青の波長域に主な感度をもつ多結晶シリコン半導体、微結晶シリコン半導体、シリコンゲルマニウム(SiGe)半導体、IGZOやITZOに代表される酸化物半導体などがある。   As a semiconductor applicable to the light receiving element, an amorphous silicon semiconductor having sensitivity from the visible region (for example, light wavelength, 400 nm to 700 nm) to infrared region, a polycrystalline silicon semiconductor having main sensitivity in the near ultraviolet region and blue wavelength region, There are a microcrystalline silicon semiconductor, a silicon germanium (SiGe) semiconductor, an oxide semiconductor typified by IGZO and ITZO, and the like.

これら半導体を用いる場合、そのバンドギャップを調整して、目的とする波長域に光センサの感度域を付与させることが望ましい。SiGe半導体では、Geの添加比率でバンドギャップを連続的に変えられ、その受光素子の受光波長を調整でき、赤外域での感度を付与できる。Geの濃度勾配を持たせたSiGe半導体とすることもできる。たとえば、GaAs、InGaAs、PbS、PbSe、SiGe、SiGeC等を用いれば、赤外光に適した光センサをつくることができる。   When these semiconductors are used, it is desirable to adjust the band gap to give the sensitivity range of the optical sensor to the target wavelength range. In the SiGe semiconductor, the band gap can be continuously changed by the addition ratio of Ge, the light receiving wavelength of the light receiving element can be adjusted, and the sensitivity in the infrared region can be imparted. A SiGe semiconductor having a Ge concentration gradient can also be used. For example, if GaAs, InGaAs, PbS, PbSe, SiGe, SiGeC or the like is used, an optical sensor suitable for infrared light can be produced.

受光素子を内蔵する液晶表示装置は、温度の影響及びバックライト光源の影響を受けやすい。バックライトや外光に起因するノイズによる、指やレーザーなどの入力誤動作の発生を防止するために、受光素子の補償を必要とする場合がある。受光素子として、ポリシリコン又はアモルファスシリコンによって形成されたチャネル層を備えるシリコンフォトダイオードが用いられた場合には、環境温度などの変化により暗電流が発生し、観測データに観測光ではないノイズが加わる場合がある。   A liquid crystal display device including a light receiving element is easily affected by temperature and a backlight light source. In order to prevent an input malfunction of a finger or a laser due to noise caused by a backlight or external light, compensation of the light receiving element may be required in some cases. When a silicon photodiode having a channel layer formed of polysilicon or amorphous silicon is used as a light receiving element, a dark current is generated due to a change in environmental temperature or the like, and noise that is not observation light is added to observation data. There is a case.

液晶や受光素子を駆動するトランジスタとして、酸化物半導体をチャネル層とするフォトトランジスタを採用することができる。ここで酸化物半導体とは、インジウム、ガリウム、錫、亜鉛、ハフニウム、イットリウム、チタン、ゲルマニウム、シリコンの2種以上の金属酸化物を含む酸化物半導体である。この酸化物半導体として、IGZOと呼称されるインジウム、ガリウム、亜鉛の複合金属酸化物が例示できる。酸化物半導体で形成されたチャネル層は非晶質でも結晶化したものでも良いが、トランジスタの電気特性(たとえば、Vth)の安定性の観点で、結晶化させたほうが良い。酸化物半導体のチャネル層の厚みは、たとえば、2nmから80nmの範囲から選択できる。   As a transistor for driving a liquid crystal or a light receiving element, a phototransistor having an oxide semiconductor as a channel layer can be employed. Here, an oxide semiconductor is an oxide semiconductor containing two or more metal oxides of indium, gallium, tin, zinc, hafnium, yttrium, titanium, germanium, and silicon. As this oxide semiconductor, a composite metal oxide of indium, gallium, and zinc called IGZO can be exemplified. The channel layer formed using an oxide semiconductor may be amorphous or crystallized, but it is preferable to crystallize from the viewpoint of stability of electric characteristics (eg, Vth) of the transistor. The thickness of the channel layer of the oxide semiconductor can be selected from a range of 2 nm to 80 nm, for example.

上記したように、非可視光領域にも感度を持つ受光素子を用いる場合、広い波長域でのそれぞれ波長域での受光により、光通信を含めた種々の機能を付与できる。本発明者らは、本発明に関わる赤フィルタが、紫外域及び赤外域を含めた広い波長域での透過特性を持つことを見出し、本願技術により広い応用範囲を可能とするものである。たとえば、赤フィルタは、可視光のうち特に赤の領域と赤外域の透過が高いため、指や人体の血管などの信号を光として透過でき、可視光のうち特に赤の領域と赤外域に感度のある受光素子、例えば、シリコン半導体によるフォトダイオードで受光することで生体認証に適用できる。   As described above, when a light receiving element having sensitivity also in the invisible light region is used, various functions including optical communication can be provided by receiving light in each wavelength region in a wide wavelength region. The present inventors have found that the red filter according to the present invention has transmission characteristics in a wide wavelength range including an ultraviolet region and an infrared region, and enables a wide application range by the present application. For example, the red filter has a high transmittance in the red region and the infrared region of visible light, so it can transmit signals such as fingers and blood vessels of the human body as light, and is sensitive to the red region and the infrared region of visible light. It is applicable to biometric authentication by receiving light with a certain light receiving element, for example, a photodiode made of silicon semiconductor.

(第1の実施形態)
本実施形態において、画素電極と導光電極とは異なるトランジスタによって別々に駆動される。この異なるトランジスタの駆動タイミングは重なっていてもよい。トランジスタとしては、例えば酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタを用いることができる。トランジスタは、これに限らず、ポリシリコンや微結晶シリコン半導体のトランジスタを用いることもできる。
(First embodiment)
In this embodiment, the pixel electrode and the light guide electrode are driven separately by different transistors. The driving timings of the different transistors may overlap. As the transistor, for example, a transistor including an oxide semiconductor as a channel layer can be used. The transistor is not limited to this, and a transistor of polysilicon or a microcrystalline silicon semiconductor can also be used.

本実施形態に適用される非可視光の波長は、360nmから400nmの範囲の短波長の例で主に以下説明する。   The wavelength of invisible light applied to this embodiment will be mainly described below with an example of a short wavelength in the range of 360 nm to 400 nm.

導光電極には、入力指示体を照明するための光である非可視光(照明光)を第1の発光素子で出射させるための液晶駆動電圧が印加される。受光素子がその非可視光を受光しセンシングするときは、液晶表示画面全体においてそれぞれの導光電極には同じ電圧が均一に印加される。ただし、各導光電極に印加される電圧は、後述するように、出射光の強度切り替えに応じて複数のレベルに設定可能である。この導光電極の特徴は、階調表示のために種々の駆動電圧が種々のタイミングで印加される画素電極と異なる。   A liquid crystal driving voltage for causing the first light emitting element to emit invisible light (illumination light) that is light for illuminating the input indicator is applied to the light guide electrode. When the light receiving element receives and senses the invisible light, the same voltage is uniformly applied to each light guide electrode in the entire liquid crystal display screen. However, the voltage applied to each light guide electrode can be set to a plurality of levels according to the intensity switching of the emitted light, as will be described later. The light guide electrode is different from the pixel electrode in which various drive voltages are applied at various timings for gradation display.

後述する第2の実施形態に係る導光電極と画素電極とを兼用する構成では、波長360nmから400nmの短波長光(非可視光)、もしくは波長700nmから850nmの長波長光(非可視光)を発光する発光素子と、第2の発光素子(可視光の光源、例えば、赤・緑・青の光を発光するLEDなど)のそれぞれを異なるタイミングで発光させることが好ましい。   In the configuration in which the light guide electrode and the pixel electrode according to the second embodiment described later are used together, short wavelength light with a wavelength of 360 nm to 400 nm (invisible light) or long wavelength light with a wavelength of 700 nm to 850 nm (invisible light). It is preferable that each of the light-emitting element that emits light and the second light-emitting element (visible light source, for example, an LED that emits red, green, or blue light) emits light at different timings.

本実施形態においては、光センサの一例として受光素子を備え、この受光素子による観測値から液晶パネル内での反射光に基づくノイズを除去し、高精度、均質で安定化した観測値を得ることが可能であり、3次元画像表示(立体表示)又は2次元画像表示が可能な液晶表示装置について説明する。   In the present embodiment, a light receiving element is provided as an example of an optical sensor, and noise based on reflected light in the liquid crystal panel is removed from the observation value by the light receiving element to obtain a highly accurate, uniform and stable observation value. A liquid crystal display device capable of 3D image display (stereoscopic display) or 2D image display will be described.

本実施形態では、主に、受光素子、照明光を出射するセル構造、導光電極と当該導光電極に付随する液晶動作、画素電極に付随する3次元画像表示について説明する。   In the present embodiment, a light receiving element, a cell structure that emits illumination light, a liquid crystal operation associated with the light guide electrode and the light guide electrode, and a three-dimensional image display associated with the pixel electrode will be mainly described.

図1は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。この図1は、本実施形態に係る液晶表示装置1の平面視の状態、すなわち観察者側から見た状態を表している。   FIG. 1 is a partial plan view showing an example of a liquid crystal display device according to the present embodiment. FIG. 1 shows a state in plan view of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment, that is, a state viewed from the observer side.

図2は、本実施形態に係る液晶表示装置1の一例を示す部分断面図である。この図2は、図1のA−A’断面である。図2は、液晶表示装置1に備えられている赤フィルタ14Rなどのカラーフィルタ、櫛歯状又はストライプ状の画素電極3a,3b及び導光電極3c,3dの長軸方向、に垂直な断面を表している。図2において、垂直配向膜、偏光板、位相差板、図1で示されている受光素子2a,2bは、図示されていない。後述するように、本実施形態に係る液晶表示装置1は、3次元画像表示と通常の2次元画像表示とを切り替え可能である。   FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 1. FIG. 2 shows a cross section perpendicular to the long axis direction of the color filter such as the red filter 14R, the comb-like or striped pixel electrodes 3a and 3b and the light guide electrodes 3c and 3d provided in the liquid crystal display device 1. Represents. In FIG. 2, the vertical alignment film, the polarizing plate, the phase difference plate, and the light receiving elements 2a and 2b shown in FIG. 1 are not shown. As will be described later, the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment can switch between three-dimensional image display and normal two-dimensional image display.

図3は、本実施形態に係る液晶表示装置1のサブピクセルの配列状態の一例を示す平面図である。   FIG. 3 is a plan view showing an example of an arrangement state of sub-pixels in the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.

図4は、本実施形態に係る液晶表示装置1の受光素子2a,2bの配置の一例を示す断面図である。この図4は、図1のB−B’断面であり、液晶表示装置1に備えられているカラーフィルタ層14に含まれている例えば赤フィルタ14Rの長手方向に垂直な断面を表している。垂直配向膜、偏光板、位相差板の図示は省略した。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the arrangement of the light receiving elements 2a and 2b of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment. 4 is a B-B ′ cross section of FIG. 1, and represents a cross section perpendicular to the longitudinal direction of, for example, the red filter 14 </ b> R included in the color filter layer 14 provided in the liquid crystal display device 1. The illustration of the vertical alignment film, the polarizing plate, and the retardation plate is omitted.

図5は、本実施形態に係る液晶表示装置1の一例を示す断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.

本実施形態の液晶表示装置1は、アレイ基板4と対向基板5とを液晶層6を介して対向させた構成の液晶パネル7、光制御素子31、バックライトユニット30を具備する。   The liquid crystal display device 1 according to the present embodiment includes a liquid crystal panel 7 having a configuration in which an array substrate 4 and a counter substrate 5 are opposed to each other via a liquid crystal layer 6, a light control element 31, and a backlight unit 30.

アレイ基板4は、透明基板8、遮光膜9、絶縁層10a、複数の受光素子2a,2b、絶縁層10b、共通電極11a〜11d、絶縁層10c、画像表示用の画素電極3a,3b、非可視光制御用の導光電極3c,3d、画像表示用のトランジスタ12a,12b、非可視光制御用のトランジスタ12cを具備する。   The array substrate 4 includes a transparent substrate 8, a light shielding film 9, an insulating layer 10a, a plurality of light receiving elements 2a and 2b, an insulating layer 10b, common electrodes 11a to 11d, an insulating layer 10c, pixel electrodes 3a and 3b for image display, It includes light guide electrodes 3c and 3d for visible light control, transistors 12a and 12b for image display, and a transistor 12c for invisible light control.

遮光膜9は、例えばガラスなどのような透明基板8の一方の面に形成される。   The light shielding film 9 is formed on one surface of the transparent substrate 8 such as glass.

絶縁層10aは、遮光膜9の形成された透明基板8の上に形成される。遮光膜9は、例えばTFTのゲート配線又はソース配線と同じ金属薄膜で形成される。   The insulating layer 10a is formed on the transparent substrate 8 on which the light shielding film 9 is formed. The light shielding film 9 is formed of, for example, the same metal thin film as the gate wiring or source wiring of the TFT.

受光素子2a,2bは、絶縁層10aの上に形成される。受光素子2aは、ブラックマトリクスBMの画素開口部AP1に備えられた赤フィルタ14Rを通過した光を検出するが、液晶パネル7内で反射した光もこの受光素子2aによって検出される場合がある。受光素子2aは、平面視で、画素開口部AP1と遮光膜17と重なり、断面の垂直方向において、画素開口部AP1と遮光膜17との間に挟まる状態で備えられる。受光素子2aの感度領域は、例えば360nmから400nmの波長領域を利用する場合で以下説明すれば、その波長を含み、さら第1の発光素子35a,35bの発光ピークに主たる感度領域があることが望ましい。例えば、第2の発光素子35a,35bの発光ピーク波長が385nmである場合、受光素子2aは385nm近傍に受光感度のピークを持つとする。   The light receiving elements 2a and 2b are formed on the insulating layer 10a. The light receiving element 2a detects the light that has passed through the red filter 14R provided in the pixel opening AP1 of the black matrix BM, but the light reflected in the liquid crystal panel 7 may also be detected by the light receiving element 2a. The light receiving element 2a is provided so as to overlap the pixel opening AP1 and the light shielding film 17 in a plan view and sandwiched between the pixel opening AP1 and the light shielding film 17 in the vertical direction of the cross section. The sensitivity region of the light receiving element 2a is, for example, a case where a wavelength region of 360 nm to 400 nm is used. As will be described below, the light receiving element 2a includes the wavelength and further has a main sensitivity region at the emission peak of the first light emitting elements 35a and 35b. desirable. For example, when the light emission peak wavelength of the second light emitting elements 35a and 35b is 385 nm, it is assumed that the light receiving element 2a has a light receiving sensitivity peak in the vicinity of 385 nm.

例えば、カラーフィルタ層14に含まれる赤フィルタ14Rは、385nm波長で24%から55%の範囲の透過率を持つように形成される。なお、赤フィルタ14Rは、主たる色材を有機顔料であるC.I.ピグメントレッド254とする。赤フィルタは、調色のためこのC.I.ピグメントレッド254に黄色顔料等を加えることができる。後に詳述する黄色顔料の添加量や赤フィルタ14Rの膜厚により、385nm波長での透過率を調整できる。   For example, the red filter 14R included in the color filter layer 14 is formed to have a transmittance in the range of 24% to 55% at a wavelength of 385 nm. The red filter 14R has a main color material C.I. I. Pigment Red 254. The red filter is used for the toning. I. A yellow pigment or the like can be added to Pigment Red 254. The transmittance at a wavelength of 385 nm can be adjusted by the addition amount of a yellow pigment, which will be described in detail later, and the film thickness of the red filter 14R.

図22に示すように、385nmを含む紫外域と、700nmから800nmの赤外域(750nm〜800nmの範囲は図示せず)において、C.I.ピグメントレッド254(以下、PR254と略記)は、青顔料であるC.I.ピグメントブルー15:6(以下、PB15:6)より透過率が高い。この領域での非可視光を対象とする受光素子は、PB15:6を含む青フィルタより、PR254を含む赤フィルタのほうが高い受光感度となることが理解できる。たとえば、光の波長385nmでは、PR254を色材とする赤フィルタの透過率は50%であるのに対し、PB15:6を色材とする青フィルタの透過率は23.5%であり、前者の方が2倍以上の透過率を持つ。図示している、たとえば、750nmでは、PR254を色材とする赤フィルタの透過率は96.5%であるのに対し、PB15:6を色材とする青フィルタの透過率は0.6%である。   As shown in FIG. 22, in the ultraviolet region including 385 nm and the infrared region from 700 nm to 800 nm (the range from 750 nm to 800 nm is not shown), C.I. I. Pigment Red 254 (hereinafter abbreviated as PR254) is C.I. I. The transmittance is higher than that of CI Pigment Blue 15: 6 (hereinafter referred to as PB15: 6). It can be understood that in the light receiving element for invisible light in this region, the red filter including PR254 has a higher light receiving sensitivity than the blue filter including PB15: 6. For example, at a light wavelength of 385 nm, the transmittance of a red filter using PR254 as a color material is 50%, whereas the transmittance of a blue filter using PB15: 6 as a color material is 23.5%. Has more than twice the transmittance. For example, at 750 nm, the transmittance of the red filter using PR254 as the color material is 96.5%, whereas the transmittance of the blue filter using PB15: 6 as the color material is 0.6%. It is.

受光素子2bは、液晶パネル7内で反射された光を検出できる。例えば、受光素子2bによって検出される光としては、対向基板5側の様々な界面からの反射光、対向基板5と液晶層6との界面からの反射光などがある。受光素子2bは、平面視で、ブラックマトリクスBMの枠部BM1と遮光膜9と重なり、断面の垂直方向において、ブラックマトリクスBMの枠部BM1と遮光膜9との間に挟まれる状態で備えられる。受光素子2bは、信号補償用の受光素子である。   The light receiving element 2b can detect the light reflected in the liquid crystal panel 7. For example, the light detected by the light receiving element 2b includes reflected light from various interfaces on the counter substrate 5 side, reflected light from the interface between the counter substrate 5 and the liquid crystal layer 6, and the like. The light receiving element 2b overlaps with the frame portion BM1 of the black matrix BM and the light shielding film 9 in a plan view, and is provided in a state sandwiched between the frame portion BM1 of the black matrix BM and the light shielding film 9 in the vertical direction of the cross section. . The light receiving element 2b is a light receiving element for signal compensation.

複数の受光素子2a,2bの駆動素子としては、例えば、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、錫(Sn)、イットリウム(Y)のうち、2種以上の金属酸化物を含むチャネル層を備えるトランジスタが用いられる。トランジスタは、前記したようにポリシリコン半導体をチャネル層とするトランジスタでも良い。   As the driving elements for the plurality of light receiving elements 2a and 2b, for example, two or more of gallium (Ga), indium (In), zinc (Zn), hafnium (Hf), tin (Sn), and yttrium (Y) are used. A transistor including a channel layer containing any metal oxide is used. As described above, the transistor may be a transistor using a polysilicon semiconductor as a channel layer.

受光素子2a,2bは、例えば、互いに隣接する画素又はサブピクセルに対して備えられる。   The light receiving elements 2a and 2b are provided for, for example, adjacent pixels or subpixels.

絶縁層10bは、複数の受光素子2a,2bの上に形成される。絶縁層10bは、ゲート絶縁膜としても利用可能である。   The insulating layer 10b is formed on the plurality of light receiving elements 2a and 2b. The insulating layer 10b can also be used as a gate insulating film.

共通電極11a〜11dは、絶縁層10bの上に形成される。   The common electrodes 11a to 11d are formed on the insulating layer 10b.

画像表示用の画素電極3a,3b、及び非可視光制御用の導光電極3c,3dは、絶縁層10cの上に形成される。   The pixel electrodes 3a and 3b for image display and the light guide electrodes 3c and 3d for invisible light control are formed on the insulating layer 10c.

画像表示用のトランジスタ12a,12bは、画像表示用の画素電極3a,3bと電気的に接続される。   The image display transistors 12a and 12b are electrically connected to the image display pixel electrodes 3a and 3b.

非可視光制御用のトランジスタ12cは、非可視光制御用の導光電極3c,3dと電気的に接続される。   The invisible light control transistor 12c is electrically connected to the invisible light control light guide electrodes 3c and 3d.

画像表示用のトランジスタ12a,12bと、非可視光制御用のトランジスタ12cとして、たとえば、酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタが用いられる。   As the image display transistors 12a and 12b and the invisible light control transistor 12c, for example, a transistor having an oxide semiconductor as a channel layer is used.

アレイ基板3は、透明基板8の他方の面側が液晶パネル7の裏面側となり、画素電極3a,3b及び導光電極3c,3dの形成側が、図示していない配向膜を介して液晶層6側となる。   In the array substrate 3, the other surface side of the transparent substrate 8 is the back surface side of the liquid crystal panel 7, and the formation side of the pixel electrodes 3a, 3b and the light guide electrodes 3c, 3d is on the liquid crystal layer 6 side through an alignment film not shown. It becomes.

液晶層6に含まれる液晶は、例えば、初期垂直配向であるとする。なお、液晶表示装置1は、初期垂直配向の液晶を用いるVA液晶方式でもよく、初期水平配向の液晶を用いるECB方式でもよい。以下においては、VA液晶として、誘電率異方性が負の液晶について説明するが、誘電率異方性が正の液晶が使用されてもよい。VA液晶として、誘電率異方性が正の液晶を用いることもできる。   The liquid crystal included in the liquid crystal layer 6 is assumed to have initial vertical alignment, for example. The liquid crystal display device 1 may be a VA liquid crystal system using liquid crystal with initial vertical alignment or an ECB system using liquid crystal with initial horizontal alignment. In the following, a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy will be described as the VA liquid crystal, but a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy may be used. As the VA liquid crystal, a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy can also be used.

液晶層6には、垂直配向液晶が用いられる。したがって、液晶層6の配向は基板面に対して基本的には垂直である。液晶分子L1〜L14は、対向基板5及びアレイ基板4の表面に対して垂直に配向する。本実施形態においては、基板に対して斜めの電界を発生させることにより、図示しない垂直配向膜について光配向及びラビングなどのような配向処理を省略できる。斜め電界を用いる本実施形態においては、従来のVA方式で必要であった89度などの厳密なプレチルト角制御が必要でなく、例えば90度などのような単純な初期垂直配向の液晶を用いることができる。   For the liquid crystal layer 6, vertical alignment liquid crystal is used. Therefore, the alignment of the liquid crystal layer 6 is basically perpendicular to the substrate surface. The liquid crystal molecules L1 to L14 are aligned perpendicular to the surfaces of the counter substrate 5 and the array substrate 4. In the present embodiment, by generating an oblique electric field with respect to the substrate, alignment processing such as optical alignment and rubbing can be omitted for a vertical alignment film (not shown). In the present embodiment using an oblique electric field, strict pretilt angle control such as 89 degrees required in the conventional VA method is not necessary, and a liquid crystal with a simple initial vertical alignment such as 90 degrees is used. Can do.

本実施形態において、液晶の材料として、分子構造内にフッ素原子を含む液晶材料(以下、フッ素系液晶という)を用いることができる。フッ素系液晶は、誘電率が低いため、イオン性不純物の取り込みを少なくすることができ、不純物による電圧保持率の低下などのような性能劣化を防止することができ、表示ムラの発生を抑制することができる。   In the present embodiment, a liquid crystal material containing a fluorine atom in its molecular structure (hereinafter referred to as a fluorine-based liquid crystal) can be used as the liquid crystal material. Since the fluorine-based liquid crystal has a low dielectric constant, it can reduce the uptake of ionic impurities, can prevent performance deterioration such as a decrease in voltage holding ratio due to impurities, and suppress the occurrence of display unevenness. be able to.

図2で示されていない偏光板は、クロスニコルでノーマリーブラックとする。なお、液晶表示のコントラストを重視しない、たとえば、タッチセンシングを重視する用途においては、ノーマリホワイト表示とすることができる。   The polarizing plate not shown in FIG. 2 is cross black and normally black. It should be noted that normally white display can be used in applications where the contrast of the liquid crystal display is not important, for example, where touch sensing is important.

対向基板5は、透明基板13、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタ層14、透明樹脂層(保護層)15、共通電極である対向電極16a〜16dを備える。透明基板13の一方の面の上に、ブラックマトリクスBMで区分される青フィルタ14B、赤フィルタ14R、緑フィルタ14Gが形成される。これらの青フィルタ14B、赤フィルタ14R、緑フィルタ14Gを含むカラーフィルタ層14上には、透明樹脂層15が具備される。透明樹脂層15の上に、対向電極16a〜16dが形成される。対向基板2は、透明基板13の他方の面(図示では透明基板22の上部側)が観察者側となり、対向電極16a〜16d側が、図示していない配向膜を介して液晶層6側となる。   The counter substrate 5 includes a transparent substrate 13, a black matrix BM, a color filter layer 14, a transparent resin layer (protective layer) 15, and counter electrodes 16a to 16d that are common electrodes. On one surface of the transparent substrate 13, a blue filter 14B, a red filter 14R, and a green filter 14G that are divided by a black matrix BM are formed. A transparent resin layer 15 is provided on the color filter layer 14 including the blue filter 14B, the red filter 14R, and the green filter 14G. On the transparent resin layer 15, counter electrodes 16a to 16d are formed. In the counter substrate 2, the other surface of the transparent substrate 13 (the upper side of the transparent substrate 22 in the drawing) is the observer side, and the counter electrodes 16a to 16d side are the liquid crystal layer 6 side through an alignment film (not shown). .

ブラックマトリクスBMは、複数の画素又はサブピクセルに対応し平面視でマトリクス状に区分けされた複数の画素開口部AP1を形成するように、透明基板13の一方の面に形成される。本実施形態において、ブラックマトリクスBMは、画素又はサブピクセル単位で、画素開口部AP1を形成する枠部BM1のうちの平行な2つの長辺部と、この画素開口部AP1を2分割する垂直方向の中央部BM2とを備える。中央部BM2は省略されてもよい。   The black matrix BM is formed on one surface of the transparent substrate 13 so as to form a plurality of pixel openings AP1 corresponding to a plurality of pixels or subpixels and partitioned in a matrix form in plan view. In the present embodiment, the black matrix BM includes, in units of pixels or sub-pixels, two parallel long sides of the frame portion BM1 that forms the pixel opening AP1 and a vertical direction that divides the pixel opening AP1 into two. The central part BM2 is provided. The central part BM2 may be omitted.

本実施形態において、図2の断面に示されている対向基板13の対向電極16a〜16dは、サブピクセルの中心軸Cに対して線対称に配置される。   In the present embodiment, the counter electrodes 16a to 16d of the counter substrate 13 shown in the cross section of FIG. 2 are arranged in line symmetry with respect to the central axis C of the subpixel.

本実施形態において、図2の断面に示されているアレイ基板4の画素電極3a,3b、導光電極3c,3d、共通電極11a〜11dは、サブピクセルの中心軸Cに対して線対称に配置される。   In the present embodiment, the pixel electrodes 3a and 3b, the light guide electrodes 3c and 3d, and the common electrodes 11a to 11d of the array substrate 4 shown in the cross section of FIG. 2 are symmetrical with respect to the central axis C of the subpixel. Be placed.

演算部17は、受光素子2aの観測値から、受光素子2bの観測値を引いた値を、補償観測値(実測補償値)として算出する。換言すれば、受光素子2aの観測値から受光素子2bの観測値を差し引いて、受光素子2aの補正された観測値が求められる。   The computing unit 17 calculates a value obtained by subtracting the observation value of the light receiving element 2b from the observation value of the light receiving element 2a as a compensated observation value (measured compensation value). In other words, the corrected observation value of the light receiving element 2a is obtained by subtracting the observation value of the light receiving element 2b from the observation value of the light receiving element 2a.

本実施形態においては、サブピクセルに対して、2以上のトランジスタ12a〜12cと、この2以上のトランジスタ12a〜12cのそれぞれに対応する画素電極3a、画素電極3b、導光電極3c,3dが備えられる。より具体的に説明すると、トランジスタ12a,12bは、断面視で、観察者へ提供されるべき画像表示用の可視光の透過制御を行うために、画素開口部AP1の下の液晶L3〜L12を駆動する画素電極3a,3bと電気的に接続される。トランジスタ12cは、断面視で、液晶分子L1,L2,L13,L14を駆動する導光電極3c,3dと電気的に接続される。本実施形態において、導光電極3c,3dは共通のトランジスタ12cで駆動されるが、導光電極3c,3dは別個のトランジスタで駆動されるとしてもよい。   In the present embodiment, two or more transistors 12a to 12c and a pixel electrode 3a, a pixel electrode 3b, and light guide electrodes 3c and 3d corresponding to each of the two or more transistors 12a to 12c are provided for the subpixel. It is done. More specifically, the transistors 12a and 12b have the liquid crystals L3 to L12 below the pixel aperture AP1 in order to control transmission of visible light for image display to be provided to the observer in a cross-sectional view. It is electrically connected to the pixel electrodes 3a and 3b to be driven. The transistor 12c is electrically connected to the light guide electrodes 3c and 3d that drive the liquid crystal molecules L1, L2, L13, and L14 in a cross-sectional view. In the present embodiment, the light guide electrodes 3c and 3d are driven by the common transistor 12c, but the light guide electrodes 3c and 3d may be driven by separate transistors.

図3において、表示素子走査部18、センサ走査部19、表示素子駆動部20、センサ読取部21は、液晶パネル7と電気的に接続される。光源を含むバックライトユニット30は、液晶パネル7の裏面側に備えられているが、この図3では省略されている。バックライトユニット30の例えばLEDなどのような発光素子32a,32b,35a,35bは、例えば、液晶パネル7の両側辺部に並べられる。   In FIG. 3, the display element scanning unit 18, the sensor scanning unit 19, the display element driving unit 20, and the sensor reading unit 21 are electrically connected to the liquid crystal panel 7. The backlight unit 30 including the light source is provided on the back side of the liquid crystal panel 7, but is omitted in FIG. The light emitting elements 32 a, 32 b, 35 a, 35 b such as LEDs of the backlight unit 30 are arranged on both sides of the liquid crystal panel 7, for example.

なお、後述する実施態様にて詳述するが、発光素子の設置形態として、例えば、赤・緑・青などの可視域の発光素子列がバックライトユニットの両端に並べられ、さらに、第1の発光素子列が、同様にバックライトユニットの両端に並べられてもよい。このようなバックライトユニットの発光素子は、液晶パネル7の両側辺の端部に加えて、液晶パネル7の上辺の端部及び液晶パネル7の下辺の端部に配置されるとしてもよい。   In addition, as will be described in detail in an embodiment described later, as the installation form of the light emitting elements, for example, visible light emitting element arrays such as red, green, and blue are arranged at both ends of the backlight unit. Similarly, the light emitting element rows may be arranged at both ends of the backlight unit. The light emitting elements of such a backlight unit may be arranged at the upper end of the liquid crystal panel 7 and the lower end of the liquid crystal panel 7 in addition to the end portions on both sides of the liquid crystal panel 7.

液晶パネル7の4つの辺に並べられた可視光の発光素子は、ローカルデミング法によって、表示内容と整合させ、それぞれの発光強度が調整されるとしてもよい。これにより、液晶表示のコントラストを向上させることができる。   The visible light emitting elements arranged on the four sides of the liquid crystal panel 7 may be matched with the display contents by the local demming method, and the respective light emission intensities may be adjusted. Thereby, the contrast of the liquid crystal display can be improved.

第2の発光素子32a,32bは、2次元画像表示又は3次元画像表示などの画像に対応して、又は、上述したようなローカルデミング法に対応して、発光のタイミング及び発光強度が調整される。   The second light emitting elements 32a and 32b have light emission timings and light emission intensities corresponding to images such as two-dimensional image display or three-dimensional image display, or corresponding to the local deming method as described above. The

これにより、液晶表示画面は、表示内容によって、異なる表示部分で明るさ及び色が異なる状態となる。このような液晶表示画面から出射される可視光の強度は、表示部分、階調表示レベル、表示タイミングなどに応じて大きく異なる。   Thereby, the brightness and color of the liquid crystal display screen are different in different display portions depending on display contents. The intensity of visible light emitted from such a liquid crystal display screen varies greatly depending on the display portion, gradation display level, display timing, and the like.

したがって、液晶表示画面から出射される可視光を、指又はポインタなどの入力指示体に対する照明光として用いることは避けることが望ましい。変動の大きい可視光を用いて入力指示体を検出する場合には、入力指示体の2次元的位置、表示面からの高さ、及び、移動速度を正確に検出することが困難な場合がある。液晶表示装置の環境光(外光)を用いた入力指示体の検出についても、環境光の変動が大きいため、高精度の検出が困難な場合がある。   Therefore, it is desirable to avoid using visible light emitted from the liquid crystal display screen as illumination light for an input indicator such as a finger or a pointer. When an input indicator is detected using visible light with large fluctuations, it may be difficult to accurately detect the two-dimensional position of the input indicator, the height from the display surface, and the moving speed. . Also for detection of an input indicator using ambient light (external light) of a liquid crystal display device, high-precision detection may be difficult due to large fluctuations in ambient light.

そこで、本実施形態においては、バックライトユニット30に第2の発光素子32a,32bとは別に第1の発光素子35a,35bを備え、かつ、第1の発光素子から発光された非可視光を受光できる受光素子2aによって第1の発光素子から発光された非可視光の入力指示体からの反射光を検出する。   Therefore, in the present embodiment, the backlight unit 30 includes the first light emitting elements 35a and 35b in addition to the second light emitting elements 32a and 32b, and invisible light emitted from the first light emitting elements is used. The reflected light from the input indicator of invisible light emitted from the first light emitting element is detected by the light receiving element 2a that can receive light.

さらに、本実施形態において、同期制御部36は、第2の発光素子の発光タイミング32a,32bと、第1の発光素子35a,35bの発光タイミングを異なるタイミングとし、第1の発光素子35a,35bの発光タイミングと受光素子2aの受光するタイミングを同期させ、より精度の高い入力指示体の検出を行う。このような同期制御部36は、液晶表示装置の中に回路として組み込んでもよいが、外部から制御するものであっても構わない。   Further, in the present embodiment, the synchronization control unit 36 sets the light emission timings 32a and 32b of the second light emitting elements to be different from the light emission timings of the first light emitting elements 35a and 35b, and the first light emitting elements 35a and 35b. Is synchronized with the light receiving timing of the light receiving element 2a to detect the input indicator with higher accuracy. Such a synchronization control unit 36 may be incorporated in the liquid crystal display device as a circuit, but may be controlled from the outside.

人の目の視感度は、400nmより短い波長の領域、および700nmより長い波長の領域では低下し、視認が困難になることを勘案して非可視光を用いる。なお、後に詳述する酸化物半導体でチャネル層が形成されたフォトトランジスタの光の変換効率は、400nmより短い波長で高くなることを勘案して、400nmより短い波長の領域を第1の発光素子から発光された非可視光とした場合、本実施形態で適用される非可視光を短波長とする短波長光の波長上限は、400nmとする。   The visibility of the human eye is reduced in a region with a wavelength shorter than 400 nm and a region with a wavelength longer than 700 nm, and invisible light is used in consideration of difficulty in visual recognition. Note that in consideration of the fact that the light conversion efficiency of a phototransistor in which a channel layer is formed of an oxide semiconductor, which will be described in detail later, increases at a wavelength shorter than 400 nm, a region having a wavelength shorter than 400 nm is used as the first light-emitting element. In the case of the invisible light emitted from, the upper limit of the wavelength of the short wavelength light having the short wavelength of the invisible light applied in the present embodiment is 400 nm.

赤フィルタ14Rの赤色材としては、例えば、有機顔料であるC.I.Pigment
Red254の赤色顔料と、C.I.Pigment Yellow139などの黄色顔料とを混合した色材を用いることができる。赤フィルタ14Rの透過率を優先する場合、黄色顔料を添加しなくとも良い。これらの顔料を用いた赤フィルタ14Rは、波長360nmから400nmの範囲で青フィルタの場合より光の高い透過率を持つ。
Examples of the red material for the red filter 14R include C.I. which is an organic pigment. I. Pigment
Red 254 red pigment, C.I. I. A color material mixed with a yellow pigment such as Pigment Yellow 139 can be used. When giving priority to the transmittance of the red filter 14R, it is not necessary to add a yellow pigment. The red filter 14R using these pigments has a higher light transmittance in the wavelength range of 360 nm to 400 nm than the blue filter.

図22に示すように、波長385nmでは、赤フィルタ14Rに青フィルタの透過率の2倍以上の透過率を付与できる。図22の青フィルタの波長385nmでの透過率は、約24%であるが、実際に用いられる青フィルタでは、たとえばC.I.Pigment
Blue15:6に、調色のためにさらにC.I.Pigment Violet23を加えるため、青フィルタの波長385nmでの透過率は20%以下になることが多い。また、発光素子35a,35bは、360nmより長波長側で高い発光効率となり、液晶表示装置1の消費電力を低減させることができる。
As shown in FIG. 22, at a wavelength of 385 nm, the red filter 14R can be given a transmittance that is at least twice that of the blue filter. The transmittance of the blue filter in FIG. 22 at a wavelength of 385 nm is about 24%. In the blue filter actually used, for example, C.I. I. Pigment
In Blue 15: 6, C.I. I. Since Pigment Violet 23 is added, the transmittance of the blue filter at a wavelength of 385 nm is often 20% or less. In addition, the light emitting elements 35a and 35b have high luminous efficiency on the longer wavelength side than 360 nm, and the power consumption of the liquid crystal display device 1 can be reduced.

この場合、C.I.Pigment Red254と、C.I.Pigment Yellow139を重量比45:55で385nmでの透過率が、膜厚1μm、固形比率、すなわち質量比率で樹脂に対し顔料が37.5%の条件で25%となる。   In this case, C.I. I. Pigment Red254, C.I. I. Pigment Yellow 139 with a weight ratio of 45:55 and a transmittance at 385 nm is 25% under the condition of a film thickness of 1 μm and a solid ratio, that is, a mass ratio of 37.5% of pigment to resin.

従って、C.I.Pigment Red254の285nm透過率調整として、C.I.Pigment Yellow139などの黄色顔料を55%などのように高率配合しても、385nmでの青色顔料の透過率ピークを上回るため、第1の発光素子を赤フィルタと重なるように設けることに意味がある。   Therefore, C.I. I. Pigment Red254 has 285 nm transmittance adjustment. I. Even if a yellow pigment such as Pigment Yellow 139 is blended at a high rate such as 55%, the transmittance peak of the blue pigment at 385 nm is exceeded, so it makes sense to provide the first light emitting element so as to overlap the red filter. is there.

本実施形態に係る短波長の発光素子35a,35bとしては、窒化アルミニウムガリウム系発光ダイオード、ダイヤモンド系発光ダイオード、酸化亜鉛系発光ダイオード、窒化ガリウム系発光ダイオードが用いられる。窒化ガリウム系ダイオード(以下、GaN系青色発光ダイオードと呼称される)の中でも、発光ダイオードの活性層にインジウムをドーパントとして添加するInGaN系発光ダイオードが好ましい。Inの組成を調整することで、発光ピークを360nmから420nmの範囲で調整できる。例えば、発光ピーク385nmのInGaN系発光ダイオードは、表面実装できる小さいサイズのチップで市販されている。   As the short wavelength light emitting elements 35a and 35b according to the present embodiment, an aluminum gallium nitride light emitting diode, a diamond light emitting diode, a zinc oxide light emitting diode, or a gallium nitride light emitting diode is used. Among gallium nitride diodes (hereinafter referred to as GaN blue light emitting diodes), InGaN light emitting diodes in which indium is added as a dopant to the active layer of the light emitting diodes are preferable. By adjusting the composition of In, the emission peak can be adjusted in the range of 360 nm to 420 nm. For example, an InGaN light emitting diode having an emission peak of 385 nm is commercially available in a small size chip that can be surface mounted.

本実施形態に係る受光素子2,2bとしては、例えば、上述したようにガリウム(Ga)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、錫(Sn)、イットリウム(Y)のうち、2種以上の金属酸化物を含むチャネル層を備えるフォトトランジスタを用いることができる。酸化物半導体であるこれら複合金属酸化物の透明チャネル層に、不純物準位を形成することでそのバンドギャップを小さくし、受光素子2,2bの感度域を長波長側にシフトさせることができる。   As the light receiving elements 2 and 2b according to the present embodiment, for example, as described above, among gallium (Ga), indium (In), zinc (Zn), hafnium (Hf), tin (Sn), and yttrium (Y). A phototransistor including a channel layer containing two or more metal oxides can be used. By forming impurity levels in the transparent channel layer of these composite metal oxides that are oxide semiconductors, the band gap can be reduced, and the sensitivity range of the light receiving elements 2 and 2b can be shifted to the longer wavelength side.

図1に示す青サブピクセル、赤サブピクセル、緑サブピクセルは、表示領域22とセンサ領域23とを含む。本実施形態においては、サブピクセルを最小表示単位としているが、画素を最小表示単位としてもよい。例えば、画素は、少なくとも1つの赤サブピクセル、少なくとも1つの青サブピクセル、少なくとも1つの緑サブピクセルを含むとしてもよい。   The blue subpixel, the red subpixel, and the green subpixel shown in FIG. 1 include a display area 22 and a sensor area 23. In the present embodiment, the sub-pixel is the minimum display unit, but the pixel may be the minimum display unit. For example, a pixel may include at least one red subpixel, at least one blue subpixel, and at least one green subpixel.

図1の部分平面図及び図4の部分断面図では、受光素子2a,2bが示されている。受光素子2a,2bは、センサ領域23に備えられる。センサ領域23には、例えば、受光素子2a,2bの信号処理を行うトランジスタ又はダイオード、減算処理を行う演算部17、受光素子2a,2bのリセット信号を配信する信号線などが備えられる。信号処理を行うトランジスタは、青サブピクセル、赤サブピクセル、緑サブピクセルを含む一画素のセンサ領域に複数備えてもよい。受光素子2a,2bの出力値に対して、信号処理を行うトランジスタ又はダイオードなどを適用することにより、出力値の早い処理が可能となり、入力指示体による高速の入力操作を行うことができる。トランジスタ12a〜12cは、表示領域22に形成されてもよく、センサ領域23に形成されてもよい。トランジスタ12a〜12cは、図示されていないゲート線、ソース線などの金属配線と電気的に接続される。   In the partial plan view of FIG. 1 and the partial cross-sectional view of FIG. 4, the light receiving elements 2a and 2b are shown. The light receiving elements 2 a and 2 b are provided in the sensor region 23. The sensor area 23 includes, for example, transistors or diodes that perform signal processing of the light receiving elements 2a and 2b, a calculation unit 17 that performs subtraction processing, and a signal line that distributes reset signals of the light receiving elements 2a and 2b. A plurality of transistors that perform signal processing may be provided in one pixel sensor region including a blue subpixel, a red subpixel, and a green subpixel. By applying a signal processing transistor or diode to the output values of the light receiving elements 2a and 2b, the output value can be processed quickly, and a high-speed input operation using the input indicator can be performed. The transistors 12a to 12c may be formed in the display region 22 or may be formed in the sensor region 23. The transistors 12a to 12c are electrically connected to a metal wiring such as a gate line and a source line (not shown).

図4に示すように、受光素子2aの上部には、青フィルタ14Bが配置され、受光素子2aの下部には、遮光膜9が配置される。受光素子2bの上部には、ブラックマトリクス
BMが配置され、受光素子2bの下部には、遮光膜9が配置される。遮光パターンであるブラックマトリクスBMと遮光膜9との間に受光素子2bを配置することにより、液晶表示装置1の正面の法線方向から受光素子2bへの光の入射と、液晶パネル7の裏面に位置するバックライトユニット30から受光素子2bへの光の直接入射とが防止される。受光素子2bは、正確な受光値を得るため、液晶セル内に発生する反射ノイズを除去するために用いられる。受光素子2bは、信号補償のために用いられる。遮光膜9は、ゲート電極と同じ材料で同一工程によって形成されてもよい。
As shown in FIG. 4, a blue filter 14B is disposed above the light receiving element 2a, and a light shielding film 9 is disposed below the light receiving element 2a. A black matrix BM is disposed above the light receiving element 2b, and a light shielding film 9 is disposed below the light receiving element 2b. By disposing the light receiving element 2b between the black matrix BM which is a light shielding pattern and the light shielding film 9, light is incident on the light receiving element 2b from the normal direction of the front surface of the liquid crystal display device 1, and the back surface of the liquid crystal panel 7 The direct incidence of light from the backlight unit 30 located in the light receiving element 2b is prevented. The light receiving element 2b is used to remove reflection noise generated in the liquid crystal cell in order to obtain an accurate received light value. The light receiving element 2b is used for signal compensation. The light shielding film 9 may be formed by the same process using the same material as the gate electrode.

金属配線が、たとえば、銅あるいは銅合金を表層とする構成では、銅合金層の下部にチタン合金の2層構成にて遮光膜9、及びゲート電極を形成できる。   For example, in a configuration in which the metal wiring has copper or copper alloy as a surface layer, the light shielding film 9 and the gate electrode can be formed in a two-layer configuration of titanium alloy below the copper alloy layer.

特に第1の発光素子の波長が700から850nmである場合、従来のアルミ配線と比べて反射率が高くなるので好ましい。   In particular, when the wavelength of the first light emitting element is 700 to 850 nm, the reflectance is higher than that of the conventional aluminum wiring, which is preferable.

液晶表示装置1の表示内容は、明るい表示と暗い表示などその画面部位で明るさの差を生じ、受光素子に対する不均一なノイズとなりえる。また、バックライトユニット30からの光は、対向基板5のカラーフィルタ層14、透明基板13の一方の面、偏光フィルムなど種々の界面で一部が反射し、反射光として受光素子2a,2bに入射する。この反射光は受光強度のノイズとなる。ライトペン又はレーザ光などの光入力機器を入力指示体として用いる場合においても同様であり、再反射光がノイズとなる。   The display content of the liquid crystal display device 1 may cause a difference in brightness at the screen portion such as a bright display and a dark display, and may be uneven noise with respect to the light receiving element. In addition, the light from the backlight unit 30 is partially reflected at various interfaces such as the color filter layer 14 of the counter substrate 5, one surface of the transparent substrate 13, and a polarizing film, and is reflected on the light receiving elements 2 a and 2 b as reflected light. Incident. This reflected light becomes noise of received light intensity. The same applies to the case where an optical input device such as a light pen or laser light is used as the input indicator, and the re-reflected light becomes noise.

このような反射光又は再反射光に基づくノイズを除去し、高い精度の観測値を得るために、演算部18は、受光素子2aの観測値(受光強度)から受光素子2bの観測値を減算する。これによりノイズ補償が実現される。この信号補償は、酸化物半導体をチャネル層とする受光素子2a,2bの観測値の小さなばらつき、暗電流、温度に基づいて発生するノイズの補償もあわせて行うことができ、極めて高い精度の観測値を得ることができる。   In order to remove noise based on such reflected light or re-reflected light and obtain a highly accurate observation value, the calculation unit 18 subtracts the observation value of the light receiving element 2b from the observation value (light reception intensity) of the light receiving element 2a. To do. Thereby, noise compensation is realized. This signal compensation can also compensate for small variations in the observed values of the light receiving elements 2a and 2b using the oxide semiconductor as the channel layer, dark current, and noise generated based on the temperature, so that observation with extremely high accuracy is possible. A value can be obtained.

明るい表示と暗い表示などその画面の表示部分で差のある受光素子間で補償演算を行うことは、反射光又は再反射光によるノイズ量が大きく異なるため、好ましくない場合がある。ライトペン又はレーザ光などの光入力機器を用いる場合においても同様であり、光照射される部分の受光素子と光照射されない部分の受光素子との間でノイズのレベルは大きく相違する。ゆえに、本実施形態においては、補償演算は、隣接する受光素子2a,2bの観測値の引き算で行われる。   It may not be preferable to perform a compensation calculation between light receiving elements having a difference in the display portion of the screen, such as bright display and dark display, because the amount of noise due to reflected light or re-reflected light differs greatly. The same applies to the case where a light input device such as a light pen or a laser beam is used, and the level of noise is greatly different between the light receiving element where light is irradiated and the light receiving element where light is not irradiated. Therefore, in this embodiment, the compensation calculation is performed by subtracting the observation values of the adjacent light receiving elements 2a and 2b.

切替部24は、例えば、導光電極11c,11dに印加する電圧の高さを変更するなどの手法により、第1の発光素子から出射される光の強度を切り替える。   The switching unit 24 switches the intensity of the light emitted from the first light emitting element, for example, by changing the height of the voltage applied to the light guide electrodes 11c and 11d.

演算部17によって求められた補償観測値が液晶表示画面に入力指示体が近づいたことを示す場合に、切替部24は、トランジスタ12cを介して導光電極11c,11dに高い電圧を印加し、自動的に第1の発光素子から出射される光の出射の強度をアップさせることができる。第1の発光素子から出射される光の出射の強度を高くすることにより、液晶表示画面から入力指示体までの距離が例えば7mm程度離れていても入力指示体を認識可能になり、液晶画面上の3Dボタン表示でクリック感を持たせた入力が容易となる。   When the compensation observation value obtained by the calculation unit 17 indicates that the input indicator has approached the liquid crystal display screen, the switching unit 24 applies a high voltage to the light guide electrodes 11c and 11d via the transistor 12c, The intensity of emission of light emitted from the first light emitting element can be increased automatically. By increasing the intensity of light emitted from the first light emitting element, the input indicator can be recognized even when the distance from the liquid crystal display screen to the input indicator is about 7 mm, for example. The 3D button display makes it easy to input with a click feeling.

例えば、入力指示体の認識は、演算部17による補償演算後の補償観測値を分ける2水準又は複数水準の大きさの異なる区分を設定し、それぞれの区分に属する補償観測値の数(例えば、液晶表示画面での指の面積に相当)、又は、それぞれの区分に属する補償観測値の数の変化速度とその位置などを検出する。この検出により、およそ液晶表示画面と入力指示体との距離及び移動を認識することができる。   For example, the recognition of the input indicator is performed by setting two levels or a plurality of levels having different magnitudes to divide the compensation observation values after the compensation calculation by the calculation unit 17, and the number of compensation observation values belonging to each category (for example, This corresponds to the area of the finger on the liquid crystal display screen), or the change speed and position of the number of compensation observation values belonging to each category. By this detection, the distance and movement between the liquid crystal display screen and the input indicator can be recognized.

例えば、液晶表示装置1の切替部24は、指示受付部を備えるとしてもよく、液晶表示装置1は画面に切替要求受付部を表示し切替指示を受け付けるとしてもよい。切替部24は、入力した切替指示に応じて、第1の発光素子から出射される光の出射の強度を切り替える。例えば、切替部24は、第1の発光素子から出射される光を出射しない「表示優先モード」、第1の発光素子から出射される光を出射して指入力を行うための「指操作モード」、第三者視認防止のための「セキュリティモード」、のうち観察者に指定されたモードを実現する。   For example, the switching unit 24 of the liquid crystal display device 1 may include an instruction receiving unit, and the liquid crystal display device 1 may display a switching request receiving unit on a screen and receive a switching instruction. The switching unit 24 switches the intensity of emission of light emitted from the first light emitting element according to the input switching instruction. For example, the switching unit 24 is a “display priority mode” that does not emit light emitted from the first light emitting element, and a “finger operation mode that emits light emitted from the first light emitting element and performs finger input. ”, Among the“ security modes ”for preventing third-party visibility, the mode designated by the observer is realized.

切替部24は、「指操作モード」が選択された場合、強い強度の第1の発光素子から出射される光を出射させる。第1の発光素子から出射される光の強度は、上述したように、導光電極3c,3dに印加される液晶駆動電圧に基づいて制御される。「セキュリティモード」は後述するスリット開口部のある第4の実施形態で使われる。   When the “finger operation mode” is selected, the switching unit 24 emits light emitted from the first light emitting element having high intensity. As described above, the intensity of the light emitted from the first light emitting element is controlled based on the liquid crystal driving voltage applied to the light guide electrodes 3c and 3d. The “security mode” is used in a fourth embodiment having a slit opening to be described later.

この場合の切替部や演算部は液晶表示装置の内部に有していてもよいが、外部から制御演算するものであっても構わない。   In this case, the switching unit and the calculation unit may be provided inside the liquid crystal display device, but may be those that perform control calculation from the outside.

図4のB−B’断面の例では、対向基板5側の液晶層6に接する透明樹脂層15の表面に、透明導電膜である対向電極16a〜16dが積層されていない。例えば、透明導電膜(ITO)は、一般的にインジウムと錫の混合酸化物を用いて形成される。対向基板5側の部材であるカラーフィルタ層14、透明樹脂層15、透明基板13などの屈折率は、およそ1.5から1.6の範囲であるのに対し、透明導電膜の屈折率は、1.8から1.9と高い屈折率を持つ。したがって、対向基板5において、透明樹脂層15に対して例えば対向電極16a〜16dなどの透明導電膜が積層されると、受光素子2a,2bの観測値に透明導電膜からの反射光の観測値が加算される量が多くなる。   In the example of the B-B ′ cross section of FIG. 4, the counter electrodes 16 a to 16 d that are transparent conductive films are not stacked on the surface of the transparent resin layer 15 in contact with the liquid crystal layer 6 on the counter substrate 5 side. For example, the transparent conductive film (ITO) is generally formed using a mixed oxide of indium and tin. The refractive index of the color filter layer 14, the transparent resin layer 15, the transparent substrate 13, etc., which are members on the counter substrate 5 side, is in the range of about 1.5 to 1.6, whereas the refractive index of the transparent conductive film is 1.8 to 1.9. Accordingly, in the counter substrate 5, when a transparent conductive film such as the counter electrodes 16a to 16d is laminated on the transparent resin layer 15, the observation values of the reflected light from the transparent conductive film are added to the observation values of the light receiving elements 2a and 2b. The amount that is added increases.

しかしながら、本実施形態では、受光素子2a,2bと対向する対向基板5の位置に透明導電膜を形成しないため、反射光によるノイズを低減させることができる。本実施形態のように、高屈折率の材料を用いる透明導電膜は、その表面反射が多いため、表示領域22の必要部分のみに形成されることが望ましい。   However, in this embodiment, since the transparent conductive film is not formed at the position of the counter substrate 5 facing the light receiving elements 2a and 2b, noise due to reflected light can be reduced. As in the present embodiment, the transparent conductive film using a material having a high refractive index has a lot of surface reflection, so that it is preferably formed only in a necessary portion of the display region 22.

図5は、本実施形態に係る液晶表示装置1の一例を示す断面図である。この図5では、液晶表示装置1に備えられる液晶パネル7と光制御素子31とバックライトユニット30の配置関係を例示している。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment. FIG. 5 illustrates an arrangement relationship among the liquid crystal panel 7, the light control element 31, and the backlight unit 30 provided in the liquid crystal display device 1.

バックライトユニット30は、液晶パネル7の裏面の両側部、又は、液晶パネル7の裏面に、LEDなどの発光素子32a,32b,35a,35bの並びを備える。発光素子は、複数の第1の発光素子35a,35bと複数の第2の発光素子32a,32bをそれぞれ並べたLEDアレイで構成される。   The backlight unit 30 includes light emitting elements 32 a, 32 b, 35 a, and 35 b such as LEDs on both sides of the back surface of the liquid crystal panel 7 or on the back surface of the liquid crystal panel 7. The light emitting element is configured by an LED array in which a plurality of first light emitting elements 35a and 35b and a plurality of second light emitting elements 32a and 32b are arranged.

光制御素子31は、観察者(使用者)の目に入りにくく、第三者の視認を防止するために、液晶パネル7の裏面側とバックライトユニット30との間に設置され、出射光に方向性を与える。光制御素子31は、例えば、メタクリル樹脂などを用いて生成される。光制御素子31は、プリズムシート33とレンズシート34とが互いに背中合わせの状態で一体化された構成を持つ。換言すると、光制御素子31は、レンズシート34とプリズムシート33とを表裏に一体化した樹脂シートである。   The light control element 31 is difficult to enter the eyes of the observer (user) and is installed between the back side of the liquid crystal panel 7 and the backlight unit 30 in order to prevent a third party from seeing the light. Give direction. The light control element 31 is generated using, for example, methacrylic resin. The light control element 31 has a configuration in which a prism sheet 33 and a lens sheet 34 are integrated back to back. In other words, the light control element 31 is a resin sheet in which the lens sheet 34 and the prism sheet 33 are integrated on the front and back.

プリズムシート33は、複数の三角柱状プリズムを、この三角柱状プリズムの側面の長手方向(長尺の方向、稜線方向、又は、軸方向)が平行となるように、かつ、断面の三角形が同じ方向を向くように並べて形成される。   The prism sheet 33 has a plurality of triangular prisms arranged in the same direction so that the longitudinal direction (long direction, ridge line direction, or axial direction) of the side surfaces of the triangular prisms are parallel to each other. It is formed side by side so as to face.

レンズシート34は、複数の半円柱状レンズを、この半円柱状レンズの側面の長手方向が平行となるように、かつ、断面の半円の円弧が同じ方向を向くように並べて形成される。   The lens sheet 34 is formed by arranging a plurality of semi-cylindrical lenses so that the longitudinal directions of the side surfaces of the semi-cylindrical lenses are parallel, and the semicircular arcs of the cross section face the same direction.

平面視で、半円柱状レンズ又は三角柱状プリズムの長手方向と、液晶表示装置1の画素配列方向との間に角度θ1を付与することで、3次元画像表示におけるモアレを軽減することができる。モアレの緩和は、θ1が45度に近いほどよい効果を得ることができる。しかしながら、θ1が45度の場合には、偏光板又は位相差の光軸と干渉することがあるため、θ1は45度より小さい角度とすることが好ましい。偏光板と液晶パネル7のアライメント誤差(±2°)を考慮すると、角度θ1の最大値は、43度以下とすることが好ましい。   By providing an angle θ1 between the longitudinal direction of the semi-cylindrical lens or the triangular prism and the pixel arrangement direction of the liquid crystal display device 1 in plan view, moire in three-dimensional image display can be reduced. As for the relaxation of moire, a better effect can be obtained as θ1 is closer to 45 degrees. However, when θ1 is 45 degrees, it may interfere with the polarizing plate or the optical axis of the phase difference, so θ1 is preferably set to an angle smaller than 45 degrees. Considering the alignment error (± 2 °) between the polarizing plate and the liquid crystal panel 7, the maximum value of the angle θ1 is preferably set to 43 degrees or less.

3次元画像表示においては、θ1がゼロに近いと、低周波の大きなモアレが目立ち、明暗又は色ムラとして視認されやすくなる。したがって、モアレを緩和させるために、三角柱状プリズムの長手方向と液晶表示装置1の画素配列との角度θ1を3度より大きくすることが好ましい。   In the three-dimensional image display, when θ1 is close to zero, a large moire of low frequency is conspicuous and it is easy to be visually recognized as light / dark or color unevenness. Therefore, in order to reduce the moire, it is preferable to make the angle θ1 between the longitudinal direction of the triangular prism and the pixel arrangement of the liquid crystal display device 1 larger than 3 degrees.

断面形状が二等辺三角形の三角柱状プリズムの先端の角度によって、液晶パネル7の法線方向に対する光の出射角(配光角)を設定することができる。なお、光制御素子31として、角度θ1の異なる2以上のプリズムシートが用いられてもよい。   The light emission angle (light distribution angle) with respect to the normal direction of the liquid crystal panel 7 can be set by the angle of the tip of the triangular prism having a cross-sectional shape of an isosceles triangle. In addition, as the light control element 31, two or more prism sheets having different angles θ1 may be used.

例えば、バックライトユニット30の第2の発光素子32a,32bを、液晶表示装置1の液晶動作と同期させて交互に発光させることにより、3次元画像表示が実現される。   For example, three-dimensional image display is realized by causing the second light emitting elements 32 a and 32 b of the backlight unit 30 to emit light alternately in synchronization with the liquid crystal operation of the liquid crystal display device 1.

例えば、同期制御部36は、バックライトユニット30の第1の発光素子35a,35bを、液晶表示装置1の受光素子2a,2b及び導光電極3c,3dと同期させて発光させることにより、入力指示体の認識が実現される。   For example, the synchronization control unit 36 inputs the first light emitting elements 35a and 35b of the backlight unit 30 by causing them to emit light in synchronization with the light receiving elements 2a and 2b and the light guide electrodes 3c and 3d of the liquid crystal display device 1. Recognition of the indicator is realized.

なお、バックライトユニット30は、拡散板、導光板、偏光分離フィルム、再帰反射偏光素子などをさらに具備するとしてもよい。液晶パネル7の表裏には、偏光板、位相差板などが貼付されるとしてもよい。   The backlight unit 30 may further include a diffusion plate, a light guide plate, a polarization separation film, a retroreflective polarizing element, and the like. A polarizing plate, a phase difference plate, or the like may be attached to the front and back of the liquid crystal panel 7.

バックライトユニット30は、複数の第2の発光素子32a,32bとして、例えば、発光波長域に赤、緑、青の3波長を含む複数の白色LEDを備えるとしてもよい。第2の発光素子32a,32bとして、GaN系青色LEDとYAG系蛍光物質とを組み合わせた擬似白色LEDが用いられてもよい。擬似白色LEDを用いる場合、演色性を高めるために、赤色LEDなど1色以上の主要ピークを有するLEDを組み合わせて用いられてもよい。第2の発光素子32a,32bとして、例えば、青色LEDに、赤・緑色の蛍光体を組み合わせた光源が用いられてもよい。   The backlight unit 30 may include, as the plurality of second light emitting elements 32a and 32b, for example, a plurality of white LEDs including three wavelengths of red, green, and blue in the emission wavelength region. As the second light emitting elements 32a and 32b, pseudo white LEDs in which a GaN blue LED and a YAG fluorescent material are combined may be used. In the case of using the pseudo white LED, in order to improve the color rendering, an LED having one or more main peaks such as a red LED may be used in combination. As the second light emitting elements 32a and 32b, for example, a light source in which a red LED and a green phosphor are combined with a blue LED may be used.

カラーフィルタ層14を用いなくても、それぞれ赤色、緑色、青色を個別発光する発光素子を光源として用い、液晶駆動と同期させてフィールドシーケンシャル(時分割)の発光を行うことにより、カラー表示を実現することができる。   Even without using the color filter layer 14, a light emitting element that individually emits red, green, and blue is used as a light source, and color display is realized by performing field sequential (time division) light emission in synchronization with liquid crystal drive. can do.

同期制御部36は、バックライトユニット30の両端にある第2の発光素子32a,32bを液晶表示と同期するように交互に発光させ、光を観察者の右目、左目にそれぞれ入射させる。これにより3次元画像表示が実現される。   The synchronization control unit 36 causes the second light emitting elements 32a and 32b at both ends of the backlight unit 30 to emit light alternately so as to be synchronized with the liquid crystal display, and causes light to enter the right eye and the left eye of the observer, respectively. Thereby, a three-dimensional image display is realized.

なお、液晶表示装置1の画素電極3a,3bに液晶駆動電圧を同時に印加し、かつ、上記の第2の発光素子32a,32bを同時に発光させることで明るく視野角の広い2次元
画像表示を行うことができる。本実施形態では、3次元画像表示と2次元画像表示を切り替え可能である。また、本実施形態では、3次元画像表示の解像度を落とすことなく、2次元画像表示での高画質で3次元画像を表示できる大きなメリットが得られる。
In addition, a liquid crystal driving voltage is simultaneously applied to the pixel electrodes 3a and 3b of the liquid crystal display device 1 and the above-described second light emitting elements 32a and 32b emit light at the same time, thereby displaying a bright two-dimensional image with a wide viewing angle. be able to. In this embodiment, it is possible to switch between 3D image display and 2D image display. Further, in the present embodiment, a great advantage can be obtained that a three-dimensional image can be displayed with high image quality in the two-dimensional image display without reducing the resolution of the three-dimensional image display.

本実施形態においては、表示画面を観察する観察者が短波長光の影響を受けることを抑制することができる。本実施形態に係る光制御素子31を用いることによって、高品質の3次元画像表示を実現することができる。   In the present embodiment, it is possible to suppress the observer who observes the display screen from being affected by the short wavelength light. By using the light control element 31 according to the present embodiment, high-quality three-dimensional image display can be realized.

以下で、対向基板5とアレイ基板4による液晶駆動と、この液晶駆動によって出射される光について、図6乃至図8を用いて説明する。   Hereinafter, liquid crystal driving by the counter substrate 5 and the array substrate 4 and light emitted by the liquid crystal driving will be described with reference to FIGS.

図6は、本実施形態に係る液晶表示装置1の第1の画素電極3aのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。   FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied only to the first pixel electrode 3a of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.

液晶表示装置1の液晶分子L1〜L14は、負の誘電率異方性を持つ。液晶分子L1〜L14の長軸方向は、駆動電圧印加前において垂直であるが、トランジスタ12aによって画素電極3aに電圧が印加されると、液晶分子L1〜L14のいくつか(図6では液晶分子L4〜L10)が傾斜する。図6は、画像電極3aにのみ、駆動電圧が印加された場合の液晶の駆動状態の例を示している。   The liquid crystal molecules L1 to L14 of the liquid crystal display device 1 have negative dielectric anisotropy. The major axis direction of the liquid crystal molecules L1 to L14 is vertical before the drive voltage is applied, but when a voltage is applied to the pixel electrode 3a by the transistor 12a, some of the liquid crystal molecules L1 to L14 (in FIG. 6, the liquid crystal molecules L4 ~ L10) is inclined. FIG. 6 shows an example of the driving state of the liquid crystal when the driving voltage is applied only to the image electrode 3a.

液晶分子L4〜L9は、電気力線に対して垂直になる方向に倒れる。出射光D1は、液晶の傾斜した部分を通過して例えば観察者の一方の目(例えば、右目)方向に出射される。液晶分子L4は、画素電極3aの端部と共通電極11aとの間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子L4の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。   The liquid crystal molecules L4 to L9 are tilted in the direction perpendicular to the lines of electric force. The emitted light D1 passes through the inclined portion of the liquid crystal and is emitted, for example, in the direction of one eye (for example, the right eye) of the observer. The liquid crystal molecules L4 start to fall faster than other liquid crystal molecules by a strong electric field formed between the end of the pixel electrode 3a and the common electrode 11a. The operation of the liquid crystal molecules L4 serves as a trigger for the liquid crystal operation and enhances the response of the liquid crystal.

図7は、本実施形態に係る液晶表示装置1の第2の画素電極3bのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。   FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied only to the second pixel electrode 3b of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.

トランジスタ12bによって画素電極3bに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子L1〜L14のいくつか(図7では液晶分子L5〜L11)は、電気力線に垂直になる方向に倒れる。出射光D2は、液晶の傾斜した部分を通過して例えば観察者の他方の目(例えば、左目)方向に出射される。液晶分子L11は、画素電極3bの端部と共通電極11bとの間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子L11の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。   When a liquid crystal driving voltage is applied to the pixel electrode 3b by the transistor 12b, some of the liquid crystal molecules L1 to L14 (the liquid crystal molecules L5 to L11 in FIG. 7) are tilted in a direction perpendicular to the lines of electric force. The emitted light D2 passes through the inclined part of the liquid crystal and is emitted, for example, in the direction of the other eye (for example, the left eye) of the observer. The liquid crystal molecules L11 start to fall faster than other liquid crystal molecules by a strong electric field formed between the end of the pixel electrode 3b and the common electrode 11b. The operation of the liquid crystal molecules L11 serves as a trigger for the liquid crystal operation and improves the response of the liquid crystal.

図6及び図7は、3次元画像表示に必要な右目及び左目に出射光を切り替えるための画素電極、液晶分子の動作を表している。2次元画像表示の場合は、画素電極3a,3bを同時に駆動すればよい。また、2次元画像表示のみに用いられる液晶表示装置においては、2つのトランジスタ12a,12bに代えて1つのトランジスタを画素電極3a,3bに電気的に接続するとしてもよい。   6 and 7 show operations of pixel electrodes and liquid crystal molecules for switching emitted light to the right eye and left eye necessary for three-dimensional image display. In the case of two-dimensional image display, the pixel electrodes 3a and 3b may be driven simultaneously. In a liquid crystal display device used only for two-dimensional image display, one transistor may be electrically connected to the pixel electrodes 3a and 3b instead of the two transistors 12a and 12b.

図8は、本実施形態に係る液晶表示装置1の導光電極3c,3dに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。   FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied to the light guide electrodes 3c and 3d of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.

導光電極3c,3dに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子L1〜L14は、電気力線に垂直になる方向に倒れる。非可視光D3は、カラーフィルタ層14および図示されていない偏光板を透過し、外部に出射される。第1の発光素子35a,35bから発光される非可視光(例えば短波長光)D3は、指などの入力指示体を照明し、その反射光は受光素子2a,2bによって受光される。そして、受光素子2aの観測値から受光素子2bの
観測値を引いた補償観測値を求めることにより、高精度かつ安定した入力操作の認識が実現される。
When a liquid crystal driving voltage is applied to the light guide electrodes 3c and 3d, the liquid crystal molecules L1 to L14 are tilted in a direction perpendicular to the lines of electric force. The invisible light D3 passes through the color filter layer 14 and a polarizing plate (not shown) and is emitted to the outside. Invisible light (for example, short wavelength light) D3 emitted from the first light emitting elements 35a and 35b illuminates an input indicator such as a finger, and the reflected light is received by the light receiving elements 2a and 2b. Then, by obtaining a compensated observation value obtained by subtracting the observation value of the light receiving element 2b from the observation value of the light receiving element 2a, the highly accurate and stable recognition of the input operation is realized.

同期制御部36が、受光素子2a,2bのセンシングタイミングと、第1の発光素子35a,35bの発光タイミングとを同期させることで、液晶表示画面上での指操作時に安定した指認識を行うことができる。同期制御部36は、この受光素子2a,2bのセンシングタイミングと同じタイミングで導光電極3c,3dに液晶駆動電圧を印加し、これにより非可視光D3が液晶画面から出射される。   The synchronization control unit 36 synchronizes the sensing timing of the light receiving elements 2a and 2b and the light emission timing of the first light emitting elements 35a and 35b, thereby performing stable finger recognition during a finger operation on the liquid crystal display screen. Can do. The synchronization control unit 36 applies a liquid crystal driving voltage to the light guide electrodes 3c and 3d at the same timing as the sensing timing of the light receiving elements 2a and 2b, whereby the invisible light D3 is emitted from the liquid crystal screen.

以上説明した本実施形態においては、受光素子2aによる観測値から液晶パネル7内での反射光に基づくノイズを除去し、高精度、均質で安定化した補償観測値を得ることが可能であり、入力指示体による操作の認識を高精度で行うことができる。本実施形態においては、3次元画像表示又は2次元画像表示を行うことができる。本実施形態においては、非可視光を用いることにより、入力指示体を照明する非可視光の視覚感度を低下させることができ、観察者は画像表示用の可視光を観察することができる。   In the present embodiment described above, it is possible to remove the noise based on the reflected light in the liquid crystal panel 7 from the observation value by the light receiving element 2a, and obtain a highly accurate, uniform and stable compensated observation value, It is possible to recognize the operation by the input indicator with high accuracy. In the present embodiment, three-dimensional image display or two-dimensional image display can be performed. In this embodiment, by using invisible light, the visual sensitivity of the invisible light that illuminates the input indicator can be reduced, and the observer can observe visible light for image display.

本実施形態では、画素電極3aと画素電極3bと導光電極3c,3dとを別々に形成し、それぞれ異なるトランジスタ12a,12b及びトランジスタ12cで駆動する。本実施形態では、画素電極3aと画素電極3bと導光電極P21,P24とを電気的に独立させて異なる電圧を印加可能であり、画素電極3a,3bへの駆動電圧印加タイミングと、受光素子2a,2bをセンシングするための導光電極3c,3dへの駆動電圧印加タイミングとは、重複があってもよい。   In the present embodiment, the pixel electrode 3a, the pixel electrode 3b, and the light guide electrodes 3c and 3d are formed separately and driven by different transistors 12a and 12b and a transistor 12c, respectively. In the present embodiment, the pixel electrode 3a, the pixel electrode 3b, and the light guide electrodes P21 and P24 can be electrically independent and different voltages can be applied, the drive voltage application timing to the pixel electrodes 3a and 3b, and the light receiving element There may be overlap with the drive voltage application timing to the light guide electrodes 3c and 3d for sensing 2a and 2b.

(第2の実施形態)
本実施形態においては、画素電極と導光電極とを一体構成とした画素電極に対してトランジスタを割り当てる液晶表示装置について説明する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a liquid crystal display device in which a transistor is assigned to a pixel electrode in which a pixel electrode and a light guide electrode are integrated will be described.

図9は、本実施形態に係わる液晶表示装置37の第1の画素電極38aのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。   FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied only to the first pixel electrode 38a of the liquid crystal display device 37 according to the present embodiment.

液晶表示装置37のアレイ基板39は、第1の実施形態の画素電極3aと導光電極3cとを一体構成とした画素電極38a、第1の実施形態の画素電極3bと導光電極3dとを一体構成とした画素電極38bを備える。   The array substrate 39 of the liquid crystal display device 37 includes a pixel electrode 38a in which the pixel electrode 3a and the light guide electrode 3c of the first embodiment are integrated, and the pixel electrode 3b and the light guide electrode 3d of the first embodiment. A pixel electrode 38b having an integral structure is provided.

液晶表示装置37のアレイ基板39は、共通電極11a,11cを一体構成とした共通電極40aと、共通電極11b,11dを一体構成とした共通電極40bとを備える。   The array substrate 39 of the liquid crystal display device 37 includes a common electrode 40a in which the common electrodes 11a and 11c are integrated, and a common electrode 40b in which the common electrodes 11b and 11d are integrated.

液晶表示装置37の対向基板41は、対向電極16a,16cを一体構成とした対向電極42aと、対向電極16b,16dを一体構成とした対向電極42bとを備える。   The counter substrate 41 of the liquid crystal display device 37 includes a counter electrode 42a in which the counter electrodes 16a and 16c are integrated, and a counter electrode 42b in which the counter electrodes 16b and 16d are integrated.

画像表示時において、切替部43は、階調表示を含め種々の画像表示を可能にするために、トランジスタ12a,12bを用いて、一体構成の画素電極38a,38bに種々の駆動電圧を印加可能である。受光素子2a,2bのセンシング時においては、第1の発光素子35a,35bからの非可視光は、測光のために一定強度で出射される。導光電極として用いられるタイミングにおいて、一体構成の画素電極38a,38bには、ほぼ一定の高さの電圧が印加される。本実施形態において、トランジスタ12a,12bは、画像表示のための駆動電圧と受光素子2a,2bのセンシングのための駆動電圧とを、異なるタイミングで印加する。   At the time of image display, the switching unit 43 can apply various drive voltages to the pixel electrodes 38a and 38b of the integrated structure using the transistors 12a and 12b in order to enable various image displays including gradation display. It is. During sensing of the light receiving elements 2a and 2b, invisible light from the first light emitting elements 35a and 35b is emitted at a constant intensity for photometry. At a timing used as the light guide electrode, a voltage having a substantially constant height is applied to the integrally configured pixel electrodes 38a and 38b. In the present embodiment, the transistors 12a and 12b apply a driving voltage for image display and a driving voltage for sensing the light receiving elements 2a and 2b at different timings.

なお、画像表示のための光は可視光とし、第1の発光素子35a,35bから出射され
る非可視光、紫外光などの短波長光や赤外光などの長波長光とする。第2の発光素子32a,32bから出射される可視光が、例えば観察者の右目に入射するよう出射される。このとき、第1の発光素子35a,35bは発光しておらず、受光素子2a,2bでの受光もなされない。
Note that light for image display is visible light, short-wavelength light such as invisible light and ultraviolet light emitted from the first light emitting elements 35a and 35b, and long-wavelength light such as infrared light. Visible light emitted from the second light emitting elements 32a and 32b is emitted so as to enter the right eye of the observer, for example. At this time, the first light emitting elements 35a and 35b do not emit light, and no light is received by the light receiving elements 2a and 2b.

図10は、本実施形態に係わる液晶表示装置1の第2の画素電極38bのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。第2の発光素子32a,32bから出射される可視光が、例えば観察者の左目に入射するよう出射される。このとき、第1の発光素子35a,35bは発光しておらず、受光素子2a,2bでの受光もなされない。   FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing an example of a state in which the liquid crystal driving voltage is applied only to the second pixel electrode 38b of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment. Visible light emitted from the second light emitting elements 32a and 32b is emitted so as to enter the left eye of the observer, for example. At this time, the first light emitting elements 35a and 35b do not emit light, and no light is received by the light receiving elements 2a and 2b.

図11は、本実施形態に係わる液晶表示装置1の画素電極38a,38bの双方に液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。第1の発光素子35a,35bから出射される非可視光の照明光(例えば短波長の波長385nmから400nmの近紫外光)が出射され、指など入力指示体からの反射光が受光素子2aに入射され、入力指示体の位置、大きさ、移動方向などが認識される。画像表示のための駆動電圧印加と、受光素子2a,2bのセンシングのための駆動電圧の印加は時分割(フィールドシーケンシャル)で制御される。受光素子2a,2bのセンシングのための非可視光の照明光は、人の目の視感度の低い非可視領域の出射光であるので、この非可視光の出射による画像表示品位の低下はほとんど生じない。   FIG. 11 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied to both the pixel electrodes 38a and 38b of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment. Invisible illumination light (for example, near-ultraviolet light having a short wavelength of 385 nm to 400 nm) emitted from the first light emitting elements 35a and 35b is emitted, and reflected light from an input indicator such as a finger is incident on the light receiving element 2a. Incident light is input, and the position, size, moving direction, and the like of the input indicator are recognized. Application of a drive voltage for image display and application of a drive voltage for sensing the light receiving elements 2a and 2b are controlled in a time-sharing (field sequential) manner. The invisible illumination light for sensing the light receiving elements 2a and 2b is emitted light in a non-visible region with low visibility of the human eye, so that the image display quality is hardly deteriorated by the emission of the invisible light. Does not occur.

なお、図11は、2次元画像表示のための駆動電圧を印加したとき(受光素子2a,2bのセンシングはオフのタイミングのとき)、液晶分子L1〜L14は図11に示す動作となり、あわせて第2の発光素子32a,32bから可視光が出射される。図11に示されるように、液晶分子L1〜L14の倒れはサブピクセル中心から対称で、かつ、傾斜勾配を持っているので従来にない広い視野角を得ることができる。後述するように、例えば平面視のサブピクセル形状が「くの字」形状であれば、液晶表示装置37の左右上下方向ともさらに広い視野角を得ることができる。この広い視野角は、本実施形態及び他の実施形態でも実現される。   In FIG. 11, when a driving voltage for displaying a two-dimensional image is applied (when sensing of the light receiving elements 2a and 2b is turned off), the liquid crystal molecules L1 to L14 operate as shown in FIG. Visible light is emitted from the second light emitting elements 32a and 32b. As shown in FIG. 11, the tilting of the liquid crystal molecules L1 to L14 is symmetric from the center of the subpixel and has an inclination gradient, so that a wide viewing angle which is not conventional can be obtained. As will be described later, for example, if the subpixel shape in plan view is a “<” shape, a wider viewing angle can be obtained in both the left and right and up and down directions of the liquid crystal display device 37. This wide viewing angle is also realized in this embodiment and other embodiments.

本実施形態で示した対向電極42a,42bを削除し、さらに、アレイ基板39の画素電極38a,38bと共通電極40a,40bとの構成を、IPS(水平配向で横電界の駆動方式の液晶)で用いられる微細な櫛歯状画素電極とこの櫛歯状画素電極と絶縁層を介して備えられるベタ状共通電極とからなるフリンジフィールド方式の電極構成を持つ液晶表示装置に対しても、本実施形態と同様の技術を適用することができる。上述したように、本実施形態において、液晶の配向方向及び駆動方式は、限定されない。   The counter electrodes 42a, 42b shown in the present embodiment are deleted, and the configuration of the pixel electrodes 38a, 38b and the common electrodes 40a, 40b of the array substrate 39 is changed to IPS (horizontal electric field driving type liquid crystal). The present invention is also applied to a liquid crystal display device having a fringe field type electrode configuration composed of a fine comb-like pixel electrode and a solid common electrode provided via an insulating layer. A technique similar to that of the form can be applied. As described above, in this embodiment, the alignment direction and driving method of the liquid crystal are not limited.

(第3の実施形態)
第3の実施形態は、たとえば、赤色発光LED、緑色発光LED、青色発光LED、赤外発光LEDを具備するバックライトユニットを光源として備える液晶表示装置を前提としている。赤外発光LEDの発光できる波長領域は、700nm〜850nmを含むものであれば良い。カラー表示を行わない場合は、白色発光のLEDや蛍光灯であっても良い。
(Third embodiment)
3rd Embodiment presupposes the liquid crystal display device provided with the backlight unit which comprises red light emitting LED, green light emitting LED, blue light emitting LED, and infrared light emitting LED as a light source, for example. The wavelength region in which the infrared light emitting LED can emit light may be in a range including 700 nm to 850 nm. When color display is not performed, a white light emitting LED or a fluorescent lamp may be used.

また、当実施形態は、トランジスタを電気的に接続する金属配線が、銅あるいは銅合金を表層とする金属配線であることを前提としている。なお、「表層」とは、アレイ基板の断面視、液晶層側(光センサ側)にある金属層を指す。表層の銅あるいは銅合金に対して、下部金属層はアレイ基板である透明基板側に位置する。下部金属層には、チタン、モリブデン、タンタル、タングステンなどの高融点金属あるいはこれらの合金が採用できる。上部金属層の銅あるいは銅合金と、エッチングレートが近いチタン合金を下部金の金属層として選択できる。銅あるいは銅合金の膜厚及び下部金属層の金属の膜厚は、たとえば、それぞれ50nm〜500nmとすることができる。   In the present embodiment, it is assumed that the metal wiring for electrically connecting the transistors is a metal wiring having copper or a copper alloy as a surface layer. The “surface layer” refers to a metal layer on the liquid crystal layer side (photosensor side) in a sectional view of the array substrate. The lower metal layer is located on the transparent substrate side as the array substrate with respect to the surface layer copper or copper alloy. For the lower metal layer, a refractory metal such as titanium, molybdenum, tantalum, or tungsten, or an alloy thereof can be used. A copper alloy of the upper metal layer or a titanium alloy having an etching rate close to that of the upper metal layer can be selected as the metal layer of the lower gold. The film thickness of copper or a copper alloy and the metal film thickness of the lower metal layer can be set to, for example, 50 nm to 500 nm, respectively.

これら金属配線は、銅あるいは銅合金を表層とする、すくなくとも2層の金属配線とすることができる。銅に、マグネシウム、チタン、ニッケル、モリブデン、インジウム、錫、亜鉛、アルミニウム、カルシウムなどから1以上選択される元素を添加した銅合金を採用することができる。銅に添加する元素はこれらに限定するものでないが、銅に対する添加量は、銅の原子パーセントに対して3原子パーセント以下であることが好ましい。1原子パーセント以下であれば、その銅合金の光の反射率を大きく低下させない。1原子パーセント以下の添加量がさらに好ましい。   These metal wirings can be at least two layers of metal wiring with copper or a copper alloy as a surface layer. A copper alloy in which one or more elements selected from magnesium, titanium, nickel, molybdenum, indium, tin, zinc, aluminum, calcium, and the like are added to copper can be employed. Although the element added to copper is not limited to these, it is preferable that the addition amount with respect to copper is 3 atomic percent or less with respect to the atomic percent of copper. If it is 1 atomic percent or less, the light reflectivity of the copper alloy is not greatly reduced. An addition amount of 1 atomic percent or less is more preferable.

銅あるいは銅合金を金属配線とするアレイ基板は、IGZOなどと呼称される酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタとマッチングが良い。   An array substrate that uses copper or a copper alloy as a metal wiring matches well with a transistor that uses an oxide semiconductor called IGZO or the like as a channel layer.

チャネル層となる酸化物半導体上の銅あるいは銅合金を表層とする金属膜は、たとえば、酸化性アルカリエッチャントで選択的にエッチングし、酸化物半導体にダメージをあたえることなく金属配線としてのパターン形成ができる。シリコン系半導体のトランジスタでは困難であった銅あるいは銅合金を表層とする金属配線及び金属層を容易に加工できる。   For example, a metal film having a copper or copper alloy surface layer on an oxide semiconductor to be a channel layer can be selectively etched with an oxidizing alkali etchant to form a pattern as a metal wiring without damaging the oxide semiconductor. it can. It is possible to easily process a metal wiring and a metal layer having copper or a copper alloy as a surface layer, which has been difficult with a silicon semiconductor transistor.

銅あるいは銅合金の、光の長波長側の反射率は、図24に示すように高い。図23に示すように、第1の受光素子2a、第2の受光素子2bのそれぞれ下部を埋めるように金属膜のパターンや金属配線を配設することで、再反射光を利用することができ、受光素子2a、2bの受光感度を向上できる。   The reflectance of copper or copper alloy on the long wavelength side of light is high as shown in FIG. As shown in FIG. 23, re-reflected light can be used by arranging a metal film pattern and a metal wiring so as to fill the lower portions of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b. The light receiving sensitivity of the light receiving elements 2a and 2b can be improved.

図23では、酸化物半導体のチャネル層56を具備するトランジスタを、ボトムゲート構造で示したが、ボトムゲート構造に特定する必要はない。たとえば、トップゲート構造、ダブルゲート構造、デユアルゲート構造のトランジスタを採用できる。   In FIG. 23, the transistor including the oxide semiconductor channel layer 56 is illustrated as a bottom gate structure; however, the transistor is not necessarily specified as a bottom gate structure. For example, a transistor having a top gate structure, a double gate structure, or a dual gate structure can be employed.

図23に示す受光素子2aの下部には、ソース線やドレイン線などの金属配線50、あるいは金属配線50のない部位には金属層によるダミーパターン61が配設されている。たとえば、ダミーパターン61は、その製造工程では、ゲート線57と同じレイヤーに同時に形成することができる。   In the lower part of the light receiving element 2a shown in FIG. 23, a metal wiring 50 such as a source line or a drain line, or a dummy pattern 61 made of a metal layer is provided in a portion where the metal wiring 50 is not provided. For example, the dummy pattern 61 can be simultaneously formed in the same layer as the gate line 57 in the manufacturing process.

図23には図示していないが、第2の受光素子2bの下部にも、同様、ソース線やドレイン線、電源線などの金属配線50、あるいは金属配線50のない部位には金属層によるダミーパターン61が配設されている。   Although not shown in FIG. 23, similarly to the lower part of the second light receiving element 2b, a metal wiring 50 such as a source line, a drain line, and a power supply line, or a dummy layer made of a metal layer in a portion where the metal wiring 50 is not provided. A pattern 61 is provided.

なお、図23において、ソース電極、ドレイン電極は、トランジスタの電極60として示した。トランジスタの信号線や電源線との接続関係で、ソース電極、ドレイン電極とはその機能を入れ替えることができる。本発明において、こうしたソース電極、ドレイン電極、あるいはゲート電極57も光反射性の金属配線や金属層に含まれるものとし、後述する光反射板として活用する。   Note that in FIG. 23, the source electrode and the drain electrode are illustrated as the electrode 60 of the transistor. The functions of the source electrode and the drain electrode can be interchanged depending on the connection relationship between the signal line and the power supply line of the transistor. In the present invention, such a source electrode, drain electrode, or gate electrode 57 is also included in the light-reflective metal wiring or metal layer, and is used as a light reflecting plate described later.

第1の受光素子2a及び図示していない第2の受光素子2bは、液晶層6に近い方からP型半導体のアモルファスシリコン53、真性半導体(I型)のアモルファスシリコン54、N型半導体のアモルファスシリコン55の積層構成となっている。   The first light-receiving element 2a and the second light-receiving element 2b (not shown) are composed of a P-type semiconductor amorphous silicon 53, an intrinsic semiconductor (I-type) amorphous silicon 54, and an N-type semiconductor amorphous from the side closer to the liquid crystal layer 6. A laminated structure of silicon 55 is employed.

例えば、P型半導体のアモルファスシリコン53は5nm〜50nmの膜厚で、I型半導体のアモルファスシリコン54は膜厚100nm〜1000nmで、N型半導体のアモ
ルファスシリコン55は20nm〜200nmの膜厚で形成できる。P型半導体のアモルファスシリコン53の上面、N型半導体のアモルファスシリコン55の下面には、上部電極51、下部電極52としてそれぞれ光透過性の導電膜が配設されている。導電膜は、たとえば、ITOと呼称される導電性金属酸化物などで形成できる。
For example, a P-type semiconductor amorphous silicon 53 can be formed to a thickness of 5 to 50 nm, an I-type semiconductor amorphous silicon 54 can be formed to a thickness of 100 nm to 1000 nm, and an N-type semiconductor amorphous silicon 55 can be formed to a thickness of 20 nm to 200 nm. . On the upper surface of the amorphous silicon 53 of the P-type semiconductor and the lower surface of the amorphous silicon 55 of the N-type semiconductor, a light transmissive conductive film is disposed as the upper electrode 51 and the lower electrode 52, respectively. The conductive film can be formed of, for example, a conductive metal oxide called ITO.

上部電極51は、たとえばジグザク形状の細線パターン、あるいは櫛歯状の細線パターンなどとすることができる。上部電極51のパターンの工夫で、下部電極52での集電効果を上げることができる。受光素子2a、2b上に感度向上のため、たとえば、透明樹脂などで柱状構造物や凹凸、量子ドットなどを積層してもよい。   The upper electrode 51 can be, for example, a zigzag fine line pattern or a comb-like fine line pattern. By devising the pattern of the upper electrode 51, the current collection effect at the lower electrode 52 can be increased. In order to improve sensitivity on the light receiving elements 2a and 2b, for example, a columnar structure, unevenness, quantum dots, or the like may be laminated with a transparent resin or the like.

これら構造物には、波長変換機能のある粒子や染料などを添加しても良い。P型半導体とN型半導体の形成位置は入れ替えてもよく、あるいは、水平方向に並べて形成することもできる。アモルファスシリコンは、微結晶シリコンとすることができる。   You may add the particle | grains, dye, etc. which have a wavelength conversion function to these structures. The formation positions of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor may be interchanged, or may be formed side by side in the horizontal direction. Amorphous silicon can be microcrystalline silicon.

これら受光素子2a、2bは、図示されるようにあらかじめ酸化物半導体によるトランジスタを形成した基板上に、たとえば、周知のアモルファスシリコン半導体工程を用いて形成される。   These light receiving elements 2a and 2b are formed, for example, using a known amorphous silicon semiconductor process on a substrate on which an oxide semiconductor transistor has been formed in advance as shown.

第1の受光素子2aは、下部電極52からコンタクトホール62及び金属配線50を介して、いずれかトランジスタの電極60と電気的につながっている。受光素子2a、2bの上部電極51は、図示していないコンタクトホールを介して共通電極配線につながっている。   The first light receiving element 2 a is electrically connected to the electrode 60 of any transistor from the lower electrode 52 through the contact hole 62 and the metal wiring 50. The upper electrodes 51 of the light receiving elements 2a and 2b are connected to a common electrode wiring through a contact hole (not shown).

リセット信号が付与されたときに、受光素子2a、2bの電位を共通電位とすることができる。絶縁層10a、10b、10c、10dは、たとえば、酸化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム、これらの混合酸化物、あるいは、感光性でアルカリ現像可能なアクリル樹脂などで形成できる。図2に図示していない第2の受光素子2bも、上記 第1の受光素子2aと同様である。   When the reset signal is given, the potentials of the light receiving elements 2a and 2b can be made a common potential. The insulating layers 10a, 10b, 10c, and 10d can be formed of, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, a mixed oxide thereof, or a photosensitive and alkali developable acrylic resin. The second light receiving element 2b not shown in FIG. 2 is the same as the first light receiving element 2a.

図示するように、受光素子2a、2b下部に複数のトランジスタを配設して受光素子2a、2bの駆動を行うことができる。酸化物半導体による複数のトランジスタは、たとえば、受光素子2a、2bの選択トランジスタや増幅用トランジスタ、リセット用トランジスタ、あるいは液晶駆動用トランジスタなどのを用いることができる。受光素子2a、2bの容量が小さい場合は、それぞれキャパシタを補助的に配設できる。   As shown in the drawing, a plurality of transistors can be provided below the light receiving elements 2a and 2b to drive the light receiving elements 2a and 2b. For example, a selection transistor, an amplification transistor, a reset transistor, a liquid crystal driving transistor, or the like of the light receiving elements 2a and 2b can be used as the plurality of transistors made of an oxide semiconductor. When the capacitances of the light receiving elements 2a and 2b are small, capacitors can be supplementarily arranged.

図23に図示するように、平面視、受光素子2a、2b下部を埋めるように、銅あるいは銅合金を表層とする金属配線や、金属層によるダミーパターンが形成されている。指などポインタからの反射光は、一度、受光素子2a、2bに入射する。受光素子2a、2bに吸収されなかった透過光は、これら銅あるいは銅合金を表層とする金属配線や、金属層によるダミーパターンで反射され、再度、受光素子2a、2bに再入射する。この透過光の再入射で受光素子2a、2bの実効感度を向上できる。銅あるいは銅合金を表層とする金属配線や、金属層によるダミーパターンは、受光素子2a、2bに対して光反射板として機能する。   As shown in FIG. 23, metal wiring having copper or a copper alloy as a surface layer or a dummy pattern made of a metal layer is formed so as to fill the lower portions of the light receiving elements 2a and 2b in plan view. Reflected light from a pointer such as a finger once enters the light receiving elements 2a and 2b. The transmitted light that has not been absorbed by the light receiving elements 2a and 2b is reflected by a metal wiring having copper or a copper alloy as a surface layer or a dummy pattern by the metal layer, and is incident again on the light receiving elements 2a and 2b. The effective sensitivity of the light receiving elements 2a and 2b can be improved by re-incidence of the transmitted light. A metal wiring having copper or a copper alloy as a surface layer or a dummy pattern made of a metal layer functions as a light reflecting plate for the light receiving elements 2a and 2b.

図22に示す赤フィルタの光の波長700nm以降の透過率R1’は、90%以上の高い透過率であり、かつ、前記したように銅あるいは銅合金を表層とする金属の長波長での反射率は極めて高い。赤フィルタと、光反射性の反射板として銅あるいは銅合金を表層とする金属を併用することで、受光素子の感度を大きく向上できる。
(第4の実施形態)
本字実施形態においては、ブラックマトリクスBMにスリット開口部が形成されており
、このスリット状の開口部から、例えば第三者視認防止のための可視光と紫外光を出射する液晶表示装置について説明する。
The transmittance R1 ′ of light of the red filter shown in FIG. 22 after the wavelength of 700 nm is a high transmittance of 90% or more, and as described above, reflection at a long wavelength of a metal having copper or a copper alloy as a surface layer. The rate is extremely high. By using a red filter and a metal having copper or a copper alloy as a surface layer as a light-reflecting reflector, the sensitivity of the light receiving element can be greatly improved.
(Fourth embodiment)
In this embodiment, a slit opening is formed in the black matrix BM, and a liquid crystal display device that emits visible light and ultraviolet light, for example, for preventing third-party visibility from the slit-like opening will be described. To do.

なお、当実施形態では、斜め出射光を理解しやすくするため、スリット開口部を設けている。しかし、スリット開口部を設けることなく、たとえば、ブラックマトリクスBM下部から斜め方向に可視光などを出射させる構成でも良い。   In the present embodiment, a slit opening is provided to facilitate understanding of obliquely emitted light. However, for example, visible light may be emitted obliquely from the lower portion of the black matrix BM without providing the slit opening.

本実施形態においては、平面視での外形が多角形の画素又はサブピクセルを区分けするブラックマトリクスにおける平行な2つの長辺に、例えばスリット状の斜め光開口部を形成する。なお、本実施形態において、斜め光は、非可視光及び可視光のそれぞれを含む。斜め開口部は、受光素子2a,2bのセンシング時には例えば波長360nm〜400nmの近紫外光を表示面から斜め方向に出射する開口部であり、第三者視認を妨げるセキュリティ用途の使用時には可視光を斜め方向に出射する開口部となる。   In the present embodiment, for example, slit-shaped oblique light openings are formed on two parallel long sides of a black matrix that divides a pixel or sub-pixel having an outer shape in plan view. In the present embodiment, the oblique light includes invisible light and visible light. The oblique opening is an opening that emits near-ultraviolet light having a wavelength of, for example, 360 nm to 400 nm obliquely from the display surface when sensing the light receiving elements 2a and 2b, and emits visible light when used for security applications that prevent third-party viewing. The opening is emitted in an oblique direction.

図12は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。この図12は、本実施形態に係る液晶表示装置44の平面視の状態(観察者側から見た状態)を表している。   FIG. 12 is a partial plan view showing an example of the liquid crystal display device according to the present embodiment. FIG. 12 shows a planar view state (a state seen from the observer side) of the liquid crystal display device 44 according to the present embodiment.

図13は、本実施形態に係る液晶表示装置44の一例を示す部分断面図である。この図13は、図12のC−C’断面であり、液晶表示装置1に備えられているブラックマトリクスBMの枠部BM1の長辺(側辺)及び櫛歯状又はストライプ状の画素電極の長軸方向に垂直な断面を表している。図13では、垂直配向膜、偏光板、位相差板、図12で示されている受光素子2a,2bが図示されていない。後述するように、本実施形態に係る液晶表示装置44は、3次元画像表示と通常の2次元画像表示とを切り替え可能である。   FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display device 44 according to the present embodiment. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 12, and the long side (side) of the frame portion BM1 of the black matrix BM provided in the liquid crystal display device 1 and the comb-like or striped pixel electrodes. A cross section perpendicular to the major axis direction is shown. In FIG. 13, the vertical alignment film, the polarizing plate, the retardation film, and the light receiving elements 2a and 2b shown in FIG. 12 are not shown. As will be described later, the liquid crystal display device 44 according to the present embodiment can switch between three-dimensional image display and normal two-dimensional image display.

アレイ基板47は、透明基板8、遮光膜9、絶縁層10a、複数の受光素子2a,2b、絶縁層10b、共通電極11、絶縁層10c、画像表示用の画素電極3a,3b、斜め光制御用の導光電極3c,3d、画像表示用のトランジスタ12a,12b、斜め光制御用のトランジスタ12c、12dを具備する。   The array substrate 47 includes a transparent substrate 8, a light shielding film 9, an insulating layer 10a, a plurality of light receiving elements 2a and 2b, an insulating layer 10b, a common electrode 11, an insulating layer 10c, pixel electrodes 3a and 3b for image display, and oblique light control. Light guide electrodes 3c and 3d, image display transistors 12a and 12b, and oblique light control transistors 12c and 12d.

遮光膜9は、例えばガラスなどのような透明基板8の一方の面にゲート線又はソース線に用いられる金属配線と同じ材料、同じ工程で形成される。   The light shielding film 9 is formed on the one surface of the transparent substrate 8 such as glass by the same material and the same process as the metal wiring used for the gate line or the source line.

絶縁層10aは、遮光膜9の形成された透明基板8の上に形成される。   The insulating layer 10a is formed on the transparent substrate 8 on which the light shielding film 9 is formed.

受光素子2a,2bは、互いに隣接する画素又はサブピクセルに対して備えられる。複数の受光素子2a,2bは、絶縁層10aの上に形成される。   The light receiving elements 2a and 2b are provided for adjacent pixels or sub-pixels. The plurality of light receiving elements 2a and 2b are formed on the insulating layer 10a.

受光素子2aは、ブラックマトリクスBMの画素開口部AP1に形成された赤フィルタ14Rを通過した光を検出するが、液晶パネル45内で反射した光もこの受光素子2aによって検出される場合がある。受光素子2aは、平面視で、赤フィルタ14Rと重なる。受光素子2aは、波長360nm〜400nmの近紫外領域に感度を持つ。   The light receiving element 2a detects light that has passed through the red filter 14R formed in the pixel opening AP1 of the black matrix BM, but the light reflected in the liquid crystal panel 45 may also be detected by the light receiving element 2a. The light receiving element 2a overlaps the red filter 14R in plan view. The light receiving element 2a has sensitivity in the near ultraviolet region having a wavelength of 360 nm to 400 nm.

受光素子2bは、液晶パネル45内で反射された光を検出する。例えば、受光素子2bによって検出される光としては、対向基板46側の様々な界面からの反射光、対向基板46と液晶層6との界面からの反射光などがある。受光素子2bは、平面視で、画素開口部AP1の緑フィルタ14Gと遮光膜9と重なり、断面の垂直方向において、緑フィルタ14GあるいはブラックマトリクストBM1と、遮光膜17との間に備えられる。受光素子2bは、信号補償用の受光素子である。   The light receiving element 2b detects the light reflected in the liquid crystal panel 45. For example, the light detected by the light receiving element 2 b includes reflected light from various interfaces on the counter substrate 46 side, reflected light from the interface between the counter substrate 46 and the liquid crystal layer 6, and the like. The light receiving element 2b overlaps with the green filter 14G and the light shielding film 9 in the pixel opening AP1 in plan view, and is provided between the green filter 14G or the black matrix BM1 and the light shielding film 17 in the vertical direction of the cross section. The light receiving element 2b is a light receiving element for signal compensation.

本実施形態に係る受光素子2bは、緑フィルタ14Gと遮光膜9の間に配設される。例えば、緑サブピクセルの緑フィルタ14Gの波長385nm近傍の近紫外光の透過率は低いため、本実施形態では、第1の実施形態などで説明したように、受光素子2bをブラックマトリクスBMと遮光膜9との間に配設しなくてもよい。特に、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を含む緑フィルタ14Gの波長385nm近傍の近紫外光の透過率は、ハロゲン化銅フタロシアニンより低く、近紫外光の遮光パターンとして採用することができる。緑フィルタ14Gに、調色顔料としてさらに黄色顔料を加えた場合の波長385nm近傍の近紫外光の透過率は、さらに低くなる。本実施形態においては、青サブピクセルの画素開口率、緑サブピクセルの画素開口率、赤サブピクセルの画素開口率を揃えることができる。   The light receiving element 2b according to the present embodiment is disposed between the green filter 14G and the light shielding film 9. For example, since the transmittance of near-ultraviolet light in the vicinity of a wavelength of 385 nm of the green filter 14G of the green subpixel is low, in this embodiment, as described in the first embodiment, the light receiving element 2b is shielded from the black matrix BM. It is not necessary to arrange between the membrane 9. In particular, the transmittance of near-ultraviolet light in the vicinity of a wavelength of 385 nm of the green filter 14G containing a halogenated zinc phthalocyanine green pigment is lower than that of a halogenated copper phthalocyanine, and can be employed as a light shielding pattern for near-ultraviolet light. The transmittance of near-ultraviolet light in the vicinity of a wavelength of 385 nm when a yellow pigment is further added as a toning pigment to the green filter 14G is further reduced. In the present embodiment, the pixel aperture ratio of the blue subpixel, the pixel aperture ratio of the green subpixel, and the pixel aperture ratio of the red subpixel can be made uniform.

絶縁層10bは、複数の受光素子2a,2bの形成された絶縁層10bの上に形成される。   The insulating layer 10b is formed on the insulating layer 10b on which the plurality of light receiving elements 2a and 2b are formed.

共通電極11は、絶縁層10bの上に形成される。   The common electrode 11 is formed on the insulating layer 10b.

画像表示用の画素電極3a,3b、斜め光制御用の導光電極3c,3dは、絶縁層10cの上に形成される。   The pixel electrodes 3a and 3b for image display and the light guide electrodes 3c and 3d for controlling oblique light are formed on the insulating layer 10c.

画像表示用のトランジスタ12a,12bは、画像表示用の画素電極3a,3bと電気的に接続される。   The image display transistors 12a and 12b are electrically connected to the image display pixel electrodes 3a and 3b.

視野角制御用のトランジスタ12c,12dは、斜め光制御用の導光電極3c,3dと電気的に接続される。   The viewing angle control transistors 12c and 12d are electrically connected to the light guide electrodes 3c and 3d for oblique light control.

画像表示用のトランジスタ12a,12bと、斜め光制御用のトランジスタ12c,12dとしては、例えば、酸化物半導体で透明チャネル層を形成したTFTなどが用いられる。   As the image display transistors 12a and 12b and the oblique light control transistors 12c and 12d, for example, TFTs in which a transparent channel layer is formed of an oxide semiconductor are used.

アレイ基板47は、透明基板8の他方の面側が液晶パネル45の裏面側となり、画素電極3a,3b及び導光電極3c,3dの形成側が液晶層6側となる。   In the array substrate 47, the other surface side of the transparent substrate 8 is the back surface side of the liquid crystal panel 45, and the formation side of the pixel electrodes 3a, 3b and the light guide electrodes 3c, 3d is the liquid crystal layer 6 side.

液晶層6に含まれる液晶は、例えば、初期垂直配向であるとする。なお、液晶表示装置44は、初期垂直配向の液晶を用いるVA液晶方式でもよく、初期水平配向の液晶を用いるECB方式でもよい。以下においては、VA液晶として、誘電率異方性が負の液晶について説明するが、誘電率異方性が正の液晶が使用されてもよい。VA液晶として、誘電率異方性が正の液晶を用いることもできる。   The liquid crystal included in the liquid crystal layer 6 is assumed to have initial vertical alignment, for example. The liquid crystal display device 44 may be a VA liquid crystal method using liquid crystal with initial vertical alignment or an ECB method using liquid crystal with initial horizontal alignment. In the following, a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy will be described as the VA liquid crystal, but a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy may be used. As the VA liquid crystal, a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy can also be used.

対向基板46は、透明基板8、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタ層14、透明樹脂層(保護層)7、対向電極16a〜16dを備える。   The counter substrate 46 includes a transparent substrate 8, a black matrix BM, a color filter layer 14, a transparent resin layer (protective layer) 7, and counter electrodes 16a to 16d.

ブラックマトリクスBMは、複数の画素又はサブピクセルに対応し平面視でマトリクス状に区分けされた複数の画素開口部AP1を形成するように、透明基板13の一方の面に形成される。複数の画素開口部AP1からは、観察者に提供される画像表示用の光が出射される。   The black matrix BM is formed on one surface of the transparent substrate 13 so as to form a plurality of pixel openings AP1 corresponding to a plurality of pixels or subpixels and partitioned in a matrix form in plan view. Image display light provided to the observer is emitted from the plurality of pixel openings AP1.

本実施形態において、ブラックマトリクスBMは、画素又はサブピクセル単位で、画素開口部AP1を形成する枠部BM1のうちの平行な2つの長辺部と、この画素開口部AP1を2分割する垂直方向の中央部BM2とを備える。中央部BM2は省略されてもよい。   In the present embodiment, the black matrix BM includes, in units of pixels or sub-pixels, two parallel long sides of the frame portion BM1 that forms the pixel opening AP1 and a vertical direction that divides the pixel opening AP1 into two. The central part BM2 is provided. The central part BM2 may be omitted.

さらに、本実施形態において、ブラックマトリクスBMは、平面視で、水平方向において互いに対向する長辺部に、スリット状に形成された斜め光開口部AP2を具備する。斜め光開口部AP2からは、第三者視認防止目的の斜め光、及び受光素子2aのセンシングのための非可視光が出射される。   Further, in the present embodiment, the black matrix BM includes oblique light openings AP2 formed in a slit shape on long sides facing each other in the horizontal direction in plan view. The oblique light aperture AP2 emits oblique light for the purpose of preventing third-party visibility and invisible light for sensing the light receiving element 2a.

透明基板13上のブラックマトリクスBMによって形成される画素開口部AP1には、それぞれ青フィルタ14B、緑フィルタ14G、赤フィルタ14Rのいずれかが形成される。カラーフィルタ層14は、青フィルタ14B、緑フィルタ14G、赤フィルタ14Rを含む。   One of the blue filter 14B, the green filter 14G, and the red filter 14R is formed in each pixel opening AP1 formed by the black matrix BM on the transparent substrate 13. The color filter layer 14 includes a blue filter 14B, a green filter 14G, and a red filter 14R.

ブラックマトリクスBM及びカラーフィルタ層14の形成された透明基板13の上に、透明樹脂層15が形成される。   A transparent resin layer 15 is formed on the transparent substrate 13 on which the black matrix BM and the color filter layer 14 are formed.

対向電極16a〜16dは、透明樹脂層15の上に形成される。   The counter electrodes 16 a to 16 d are formed on the transparent resin layer 15.

対向基板46は、透明基板13の他方の面側が観察者側となり、対向電極16a〜16dの形成側が液晶層6側となる。   In the counter substrate 46, the other surface side of the transparent substrate 13 is an observer side, and the side on which the counter electrodes 16a to 16d are formed is the liquid crystal layer 6 side.

本実施形態において、図13の断面に示されている対向基板46は、サブピクセルの中心軸Cに対して線対称の構成を持つ。   In the present embodiment, the counter substrate 46 shown in the cross section of FIG. 13 has a line-symmetric configuration with respect to the central axis C of the subpixel.

多角形サブピクセルの画素開口部AP1は、マトリクス状に形成される。画素開口部AP1の平面形状は、例えば、正方形、長方形、平行四辺形、くの字状に折れ曲がった(「<」状、又は、ブーメラン形状)多角形などのような、対向する辺が互いに平行な多角形とすることができる。対向基板46では、ブラックマトリクスBMの互いに向かい合う側辺の中心部分に、透明なスリット状の斜め光開口部AP2が形成される。換言すると、ブラックマトリクスBMの側辺においては、線状の遮光部分が斜め光開口部AP2を挟んでいる。   The pixel aperture AP1 of the polygonal subpixel is formed in a matrix. The planar shape of the pixel aperture AP1 is such that, for example, a square, a rectangle, a parallelogram, a polygon that is bent into a square shape (“<” or a boomerang shape), and the like are parallel to each other. Can be a simple polygon. In the counter substrate 46, a transparent slit-shaped oblique light aperture AP2 is formed in the center portion of the sides facing each other of the black matrix BM. In other words, on the side of the black matrix BM, a linear light shielding portion sandwiches the oblique light aperture AP2.

図13に示すように、斜め光開口部AP2は、指認識と第三者視認防止のため、サブピクセルの両側(左右)に設けることが好ましい。例えば、平面視で、サブピクセルの垂直方向の上下に斜め開口部を設けて、上下方向の斜め光を出射しても、液晶表示画面を横から覗き込む第三者の視認を抑制する効果は小さい。斜め光開口部AP2の平面視形状は、スリット状又はストライプ状に限定されず、ドット状、楕円形状、矩形状などとしてもよい。複数の斜め光開口部AP2の配置は、平面視で、サブピクセルの中心から非対称、対称のいずれの関係でもよい。斜め光開口部AP2は、サブピクセルの長手方向にそって配置されることが好ましい。   As shown in FIG. 13, the oblique light aperture AP2 is preferably provided on both sides (left and right) of the sub-pixel for finger recognition and third-party visibility prevention. For example, in a plan view, even if oblique openings are provided above and below the vertical direction of the subpixel, and oblique light is emitted in the vertical direction, the effect of suppressing the viewing of a third party looking into the liquid crystal display screen from the side is small. The plan view shape of the oblique light aperture AP2 is not limited to the slit shape or the stripe shape, and may be a dot shape, an elliptical shape, a rectangular shape, or the like. The arrangement of the plurality of oblique light apertures AP2 may be asymmetrical or symmetric from the center of the subpixel in plan view. The oblique light aperture AP2 is preferably arranged along the longitudinal direction of the subpixel.

本実施形態において、斜め光開口部AP2からの斜め光の出射状態は、液晶を駆動するための導光電極3c,3d、共通電極11、対向電極16a〜16dの形状又は位置と、液晶動作とに関連する。したがって、導光電極3c,3d、共通電極11、対向電極16a〜16dの形状又は位置に応じて、斜め光開口部AP2の形状又は位置を調整することにより、効率的に斜め光を出射させることができる。   In the present embodiment, the oblique light emission state from the oblique light aperture AP2 includes the shape or position of the light guide electrodes 3c and 3d, the common electrode 11, and the counter electrodes 16a to 16d for driving the liquid crystal, and the liquid crystal operation. is connected with. Therefore, the oblique light is efficiently emitted by adjusting the shape or position of the oblique light aperture AP2 according to the shape or position of the light guide electrodes 3c and 3d, the common electrode 11, and the counter electrodes 16a to 16d. Can do.

なお、斜め光の出射方向は、後述される第4の実施形態における光制御素子の構成に含まれるプリズムシートの光軸(三角形断面を持つプリズムシートの稜線方向)とほぼ直交することが望しい。   Note that it is desirable that the oblique light emission direction is substantially orthogonal to the optical axis of the prism sheet (the ridge line direction of the prism sheet having a triangular cross section) included in the configuration of the light control element in the fourth embodiment described later. .

切替部24は、例えば、導光電極3c,3dに印加する電圧の高さを変更するなどの手法により、斜め光開口部AP2から出射される斜め光の強度を切り替える。   The switching unit 24 switches the intensity of the oblique light emitted from the oblique light aperture AP2 by, for example, changing the height of the voltage applied to the light guide electrodes 3c and 3d.

演算部17からの補償観測値が液晶表示画面に指が近づいたことを示す場合に、切替部24は、トランジスタ12c、12dを介して導光電極3c,3dにより高い電圧を印加し、自動的に斜め光出射の強度をアップさせることができる。斜め光出射強度を高くすることにより、液晶表示画面から指までの距離が例えば7mm程度離れていても認識可能となり、液晶画面上の3Dボタン表示でクリック感を持たせた入力が容易となる。例えば、指の認識においては、受光素子2a,2bの観測値に基づいて補償演算を行って得られる補償観測値を、2水準又は複数水準の大きさの異なる区分に分類し、それぞれの区分に属する補償観測値の数(例えば、液晶表示画面での指の面積に相当)を求め、又は、それぞれ区分に相当する補償観測値の数の変化速度とその位置などを検出する。   When the compensated observation value from the calculation unit 17 indicates that the finger has approached the liquid crystal display screen, the switching unit 24 applies a high voltage to the light guide electrodes 3c and 3d via the transistors 12c and 12d, and automatically In addition, the intensity of oblique light emission can be increased. By increasing the oblique light emission intensity, it becomes possible to recognize even if the distance from the liquid crystal display screen to the finger is about 7 mm, for example, and it becomes easy to input with a click feeling in the 3D button display on the liquid crystal screen. For example, in finger recognition, the compensation observation values obtained by performing the compensation calculation based on the observation values of the light receiving elements 2a and 2b are classified into two or more levels of different sizes, and The number of compensation observation values to which it belongs (e.g., corresponding to the area of the finger on the liquid crystal display screen) is obtained, or the change speed and the position of the number of compensation observation values corresponding to the respective sections are detected.

これにより、液晶表示画面と指又はポインタなどの入力指示体との距離及び移動を認識することができる。   Thereby, the distance and movement between the liquid crystal display screen and the input indicator such as a finger or a pointer can be recognized.

例えば、液晶表示装置44の切替部24は、指示受付部を備えるとしてもよく、液晶表示装置44は画面に切替要求を表示し、切替指示を受け付けるとしてもよい。切替部24は、入力した切替指示に応じて、斜め光の出射状態を切り替える。   For example, the switching unit 24 of the liquid crystal display device 44 may include an instruction receiving unit, and the liquid crystal display device 44 may display a switching request on a screen and receive a switching instruction. The switching unit 24 switches the emission state of the oblique light according to the input switching instruction.

例えば、切替部24は、斜め光を出射しない「表示優先モード」、指入力を行うための「指操作モード」、第三者視認防止のための「セキュリティモード」のうち、観察者に指定されたモードを実現する。切替部24は、「セキュリティモード」が選択された場合、可視光である強い強度の斜め光を出射させる。出射される光の強度は、上述したように、導光電極3c,3dに印加される液晶駆動電圧に基づいて制御される。受光素子2a,2bのセンシング時は非可視発光素子35a,35bを発光させ、受光素子2a,2bの観測タイミングにして導光電極3c,3dに駆動電圧を印加する。   For example, the switching unit 24 is designated by the observer among a “display priority mode” that does not emit oblique light, a “finger operation mode” for performing finger input, and a “security mode” for preventing third-party viewing. Realize the mode. When the “security mode” is selected, the switching unit 24 emits intense light that is visible light. As described above, the intensity of the emitted light is controlled based on the liquid crystal driving voltage applied to the light guide electrodes 3c and 3d. When sensing the light receiving elements 2a and 2b, the invisible light emitting elements 35a and 35b are caused to emit light, and a driving voltage is applied to the light guide electrodes 3c and 3d at the observation timing of the light receiving elements 2a and 2b.

以下で、対向基板46とアレイ基板47による液晶の動作と、この動作によって出射される光について、図14乃至図17を用いて説明する。   Hereinafter, the operation of the liquid crystal by the counter substrate 46 and the array substrate 47 and the light emitted by this operation will be described with reference to FIGS.

図14は、本実施形態に係る液晶表示装置44の第1の画素電極3aのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。   FIG. 14 is a partial cross-sectional view showing an example of a state in which the liquid crystal driving voltage is applied only to the first pixel electrode 3a of the liquid crystal display device 44 according to the present embodiment.

液晶表示装置44の液晶分子L1〜L14は、負の誘電率異方性を持つ。液晶分子L1〜L14の長軸方向は、駆動電圧印加前において垂直であるが、トランジスタ12a〜12dによって画素電極3a,3b及び導光電極3c,3dのいずれかに電圧が印加されると傾斜する。図14は、画像電極3aにのみ、駆動電圧が印加された場合の液晶の駆動状態の例を示している。   The liquid crystal molecules L1 to L14 of the liquid crystal display device 44 have negative dielectric anisotropy. The major axis direction of the liquid crystal molecules L1 to L14 is vertical before the driving voltage is applied, but is inclined when a voltage is applied to any of the pixel electrodes 3a and 3b and the light guide electrodes 3c and 3d by the transistors 12a to 12d. . FIG. 14 shows an example of the driving state of the liquid crystal when the driving voltage is applied only to the image electrode 3a.

液晶分子L4〜L10は、電気力線に対して垂直になる方向に倒れる。出射光D4は、液晶の傾斜した部分を通過して例えば観察者の一方の目(右目)方向に出射される。液晶分子L4は、画素電極3aの端部と共通電極11との間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子L24の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。   The liquid crystal molecules L4 to L10 are tilted in the direction perpendicular to the lines of electric force. The emitted light D4 passes through the inclined portion of the liquid crystal and is emitted, for example, in the direction of one eye (right eye) of the observer. The liquid crystal molecules L4 start to fall faster than other liquid crystal molecules by a strong electric field formed between the end of the pixel electrode 3a and the common electrode 11. The operation of the liquid crystal molecules L24 serves as a trigger for the liquid crystal operation and improves the response of the liquid crystal.

図15は、本実施形態に係る液晶表示装置1の第2の画素電極3bのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。   FIG. 15 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied only to the second pixel electrode 3b of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.

画素電極3bに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子L5〜L11は、電気力線に垂直になる方向に倒れる。出射光D5は、液晶の傾斜した部分を通過して例えば観察者の一方の目(左目)方向に出射される。液晶分子L11は、画素電極3bの端部と共通電極1
1との間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子L11の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。
When a liquid crystal driving voltage is applied to the pixel electrode 3b, the liquid crystal molecules L5 to L11 are tilted in a direction perpendicular to the lines of electric force. The emitted light D5 passes through the inclined portion of the liquid crystal and is emitted, for example, in the direction of one eye (left eye) of the observer. The liquid crystal molecules L11 are connected to the end of the pixel electrode 3b and the common electrode 1.
It begins to fall faster than other liquid crystal molecules due to the strong electric field formed between them. The operation of the liquid crystal molecules L11 serves as a trigger for the liquid crystal operation and improves the response of the liquid crystal.

図16は、本実施形態に係る液晶表示装置1の第1の導光電極3cのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。   FIG. 16 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied only to the first light guide electrode 3c of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.

導光電極3cに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子L1〜L3は、電気力線に垂直になる方向に倒れる。斜め光D6は、傾斜した液晶L1〜L3を斜めに横切る状態で透過し、図示されていない偏光板を透過し、漏れ光として外部に出射される。この場合、観察者方向からは黒表示として視認されるが、斜め方向の第三者には漏れ光が観察され、黒表示として視認されない。導光電極3cに液晶駆動電圧が印加され、斜め光D6が出射されることにより、観察者の周囲にいる第三者の視認を妨げることができる。さらに、斜め光D6を出射させることで、受光素子2aによる安定入力を行うことができ、液晶画面上での指操作時に安定した指認識を行うことができる。   When a liquid crystal driving voltage is applied to the light guide electrode 3c, the liquid crystal molecules L1 to L3 are tilted in a direction perpendicular to the lines of electric force. The oblique light D6 is transmitted through the inclined liquid crystals L1 to L3 obliquely, passes through a polarizing plate (not shown), and is emitted to the outside as leakage light. In this case, although it is visually recognized as black display from the viewer direction, leakage light is observed by a third party in an oblique direction and is not visually recognized as black display. By applying a liquid crystal driving voltage to the light guide electrode 3c and emitting the oblique light D6, it is possible to prevent the third person around the observer from seeing. Furthermore, by emitting the oblique light D6, stable input by the light receiving element 2a can be performed, and stable finger recognition can be performed during finger operation on the liquid crystal screen.

この漏れ光の量及び斜め光D6の角度は、斜め光開口部AP2の幅W1、ブラックマトリクスBMの枠部の幅W2、透明基板13の一方の面から対向基板46の液晶層6側の界面までの厚さHt、液晶層6の厚さLt、遮光パターン9の幅W3などに基づいて制御可能である。   The amount of the leaked light and the angle of the oblique light D6 are as follows: the width W1 of the oblique light aperture AP2, the width W2 of the frame portion of the black matrix BM, and the interface from the one surface of the transparent substrate 13 to the liquid crystal layer 6 side. Can be controlled on the basis of the thickness Ht of the liquid crystal layer 6, the thickness Lt of the liquid crystal layer 6, the width W3 of the light shielding pattern 9, and the like.

液晶分子L3は、導光電極3cの端部と共通電極11との間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子L3の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。   The liquid crystal molecules L3 start to fall faster than other liquid crystal molecules by a strong electric field formed between the end of the light guide electrode 3c and the common electrode 11. The operation of the liquid crystal molecules L3 serves as a trigger for the liquid crystal operation and enhances the response of the liquid crystal.

図17は、本実施形態に係る液晶表示装置1の第2の導光電極3dのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。   FIG. 17 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a state in which a liquid crystal driving voltage is applied only to the second light guide electrode 3d of the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.

導光電極3dに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子L12〜L14は、電気力線に対して垂直になる方向に倒れ、斜め光D7が出射される。液晶分子L12は、導光電極3dの端部と共通電極11との間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子L12の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。導光電極3dに駆動電圧が印加されることにより、斜め光D7が出射され、観察者の周囲にいる第三者の視認を妨げる。なお、図16の斜め光D6と図17の斜め光D7とは、同時に出射させるとしてもよい。   When a liquid crystal driving voltage is applied to the light guide electrode 3d, the liquid crystal molecules L12 to L14 are tilted in a direction perpendicular to the lines of electric force, and oblique light D7 is emitted. The liquid crystal molecules L12 start to fall faster than other liquid crystal molecules by a strong electric field formed between the end of the light guide electrode 3d and the common electrode 11. The operation of the liquid crystal molecules L12 serves as a trigger for the liquid crystal operation and improves the response of the liquid crystal. By applying a driving voltage to the light guide electrode 3d, the oblique light D7 is emitted, which hinders a third party around the observer from seeing. Note that the oblique light D6 in FIG. 16 and the oblique light D7 in FIG. 17 may be emitted simultaneously.

以上説明した本実施形態においては、受光素子2a,2bを酸化物半導体によって形成することにより、液晶パネル45内に均質な受光素子2a,2bを形成することができる。   In the present embodiment described above, the light receiving elements 2a and 2b can be formed in the liquid crystal panel 45 by forming the light receiving elements 2a and 2b from an oxide semiconductor.

本実施形態においては、受光素子2aによって検出された観測値を、受光素子2bによって検出された観測値で補償することができるため、例えば画面に対する指入力などを高精度かつ安定的に検出することができる。   In the present embodiment, since the observation value detected by the light receiving element 2a can be compensated by the observation value detected by the light receiving element 2b, for example, finger input to the screen can be detected with high accuracy and stability. Can do.

本実施形態においては、3次元画像表示用の液晶表示装置44について入力検出を行うことができる。   In the present embodiment, input detection can be performed on the liquid crystal display device 44 for displaying a three-dimensional image.

本実施形態においては、斜め光D6,D7を出射することにより、視野角制御を行うとともに、液晶パネル45内の反射光が受光素子2aの観測値に悪影響を与えることを防止することができる。   In the present embodiment, it is possible to control the viewing angle by emitting oblique light D6 and D7, and to prevent the reflected light in the liquid crystal panel 45 from adversely affecting the observation value of the light receiving element 2a.

本実施形態においては、バックライトユニット30の第2の発光素子32a,32bを、導光電極3c,3dと同期させて発光させることにより、斜め開口部AP2から可視光が出射され、第三者視認防止が実現される。   In the present embodiment, by causing the second light emitting elements 32a and 32b of the backlight unit 30 to emit light in synchronization with the light guide electrodes 3c and 3d, visible light is emitted from the oblique opening AP2 and a third party. Visibility prevention is realized.

本実施形態においては、実効的な表示面積が減少することを抑制でき、また、観察者に斜め光D6,D7が観察されることを防止することができるため、表示品質を保つことができる。   In the present embodiment, it is possible to suppress the effective display area from being reduced, and it is possible to prevent the oblique lights D6 and D7 from being observed by the observer, so that the display quality can be maintained.

本実施形態においては、液晶表示装置44が重く及び厚くなることを防止することができる。   In the present embodiment, the liquid crystal display device 44 can be prevented from becoming heavy and thick.

(第5の実施形態)
本実施形態においては、上記第4の実施形態の変形例について説明する。本実施形態に係る斜め開口部AP2の断面は、凸形状を持つ。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, a modification of the fourth embodiment will be described. The cross section of the oblique opening AP2 according to the present embodiment has a convex shape.

図18は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。この図18は、櫛歯状又はストライプ状の電極の櫛歯の長手方向に垂直な断面である。図18では、対向基板とアレイ基板との間の液晶分子L1〜L16の配向状態と、これら液晶分子L1〜L16の動作に基づいて出射される斜め光D3,D4とが示されており、配向膜、偏光板、位相差板、トランジスタ、受光素子は省略されている。この図18では、液晶駆動電圧が印加されてない液晶の初期配向状態を示している。   FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing an example of a liquid crystal display device according to this embodiment. FIG. 18 is a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the comb-teeth of the comb-teeth or stripe-like electrode. FIG. 18 shows the alignment state of the liquid crystal molecules L1 to L16 between the counter substrate and the array substrate, and oblique light D3 and D4 emitted based on the operation of the liquid crystal molecules L1 to L16. A film, a polarizing plate, a retardation plate, a transistor, and a light receiving element are omitted. FIG. 18 shows an initial alignment state of the liquid crystal to which no liquid crystal driving voltage is applied.

液晶表示装置26は、アレイ基板27と対向基板28とが液晶層6を介して対向している液晶パネル29を備える。本実施形態に係る液晶表示装置26は、斜め光開口部AP2に備えられる透明パターン48に特徴がある。透明パターン48の垂直方向の厚さHtは、ブラックマトリクスBMの垂直方向の厚さ、及びカラーフィルタ層14の厚さより大きい。対向基板28における透明パターン48の形成部分は、他の部分よりも液晶層6側に突出している。   The liquid crystal display device 26 includes a liquid crystal panel 29 in which an array substrate 27 and a counter substrate 28 face each other with the liquid crystal layer 6 interposed therebetween. The liquid crystal display device 26 according to the present embodiment is characterized by a transparent pattern 48 provided in the oblique light aperture AP2. The thickness Ht in the vertical direction of the transparent pattern 48 is larger than the thickness in the vertical direction of the black matrix BM and the thickness of the color filter layer 14. The portion of the counter substrate 28 where the transparent pattern 48 is formed protrudes toward the liquid crystal layer 6 than other portions.

さらに、各サブピクセルの中心部において、対向基板28には凹部49が形成されている。   Furthermore, a concave portion 49 is formed in the counter substrate 28 at the center of each subpixel.

対向基板28の生成においては、まず、ガラスなどの透明基板13上に、ブラックマトリクスBMと斜め光開口部AP2の透明パターン48とが形成される。次に、ブラックマトリクスBMと透明パターン48とを覆うように透明電極である対向電極16が形成される。それぞれの画素開口部AP1の対向電極16上に、青フィルタ14B、緑フィルタ14G、赤フィルタ14Rが積層され、さらに、保護層として透明樹脂層15が形成される。   In the generation of the counter substrate 28, first, the black matrix BM and the transparent pattern 48 of the oblique light aperture AP2 are formed on the transparent substrate 13 such as glass. Next, the counter electrode 16 that is a transparent electrode is formed so as to cover the black matrix BM and the transparent pattern 48. A blue filter 14B, a green filter 14G, and a red filter 14R are stacked on the counter electrode 16 of each pixel opening AP1, and a transparent resin layer 15 is further formed as a protective layer.

アレイ基板27は、多角形のサブピクセルごとに、画素電極3e,3f及び導光電極3gと、共通電極11e,11f,11gを備える。   The array substrate 27 includes pixel electrodes 3e and 3f, a light guide electrode 3g, and common electrodes 11e, 11f, and 11g for each polygonal subpixel.

画素電極3e,3fと対向電極16との間、及び画素電極3e,3fと共通電極11e,11fとの間には、液晶を駆動するための電圧が印加される。なお、アレイ基板27は、共通電極11e,11f,11gを備えなくてもよい。画素電極3e,3fの平面視でのパターンは、櫛歯状パターン、ストライプ状パターン、又は、帯状(ベタ状)の透明導電膜に複数のスリット状開口を形成したパターンとしてもよい。   A voltage for driving the liquid crystal is applied between the pixel electrodes 3e and 3f and the counter electrode 16, and between the pixel electrodes 3e and 3f and the common electrodes 11e and 11f. The array substrate 27 may not include the common electrodes 11e, 11f, and 11g. The pattern of the pixel electrodes 3e and 3f in plan view may be a comb-like pattern, a stripe pattern, or a pattern in which a plurality of slit-like openings are formed in a strip-like (solid) transparent conductive film.

斜め光D6,D7の出射角度θは、透明パターン48の幅W1、透明パターン48の厚さH1、液晶層6の厚さLt、遮光パターン9の幅W3などを用いて制御可能である。   The emission angle θ of the oblique lights D6 and D7 can be controlled using the width W1 of the transparent pattern 48, the thickness H1 of the transparent pattern 48, the thickness Lt of the liquid crystal layer 6, the width W3 of the light shielding pattern 9, and the like.

櫛歯状パターンの画素電極3e,3f及び導光電極3gと、櫛歯状パターンの共通電極11e,11f,11gとは、絶縁層10cを介して配置される。水平方向の位置において、画素電極3e,3f及び導光電極3gと共通電極11e,11f,11gとは、ずれている。この図18では、水平方向において、画素電極3e,3f及び導光電極3gと共通電極11e,11f,11gとは一部が重なり、他の一部がはみ出た状態となる。水平方向において、共通電極11e,11f,11gは、対応する画素電極3e,3f及び導光電極3gよりも透明パターン48側(サブピクセルの端側)にずれている。   The pixel electrodes 3e and 3f and the light guide electrode 3g having a comb-teeth pattern and the common electrodes 11e, 11f and 11g having a comb-teeth pattern are arranged via an insulating layer 10c. At the position in the horizontal direction, the pixel electrodes 3e and 3f and the light guide electrode 3g are shifted from the common electrodes 11e, 11f and 11g. In FIG. 18, the pixel electrodes 3e, 3f and the light guide electrode 3g and the common electrodes 11e, 11f, 11g partially overlap and the other part protrudes in the horizontal direction. In the horizontal direction, the common electrodes 11e, 11f, and 11g are shifted to the transparent pattern 48 side (subpixel end side) with respect to the corresponding pixel electrodes 3e, 3f and the light guide electrode 3g.

画素電極3e,3f及び導光電極3gと共通電極11e,11f,11gとの櫛歯状パターンは、例えば2μmから20μmの幅の線状導体を電気的に2本以上連結して形成される。線状導体の連結部は片側のみに形成されてもよく、両側に形成されてもよい。連結部は、多角形のサブピクセルの周辺部であり、平面視で画素開口部AP1外に配置されることが好ましい。   The comb-like pattern of the pixel electrodes 3e, 3f and the light guide electrode 3g and the common electrodes 11e, 11f, 11g is formed by electrically connecting two or more linear conductors having a width of 2 μm to 20 μm, for example. The connecting portion of the linear conductor may be formed only on one side or on both sides. The connecting portion is a peripheral portion of the polygonal sub-pixel, and is preferably disposed outside the pixel opening AP1 in plan view.

櫛歯状パターンの間隔は、例えば、およそ3μmから100μmの範囲とし、液晶セル条件、液晶材料に基づいて選択される。櫛歯状パターンの形成密度、ピッチ、電極幅は、サブピクセル内又は画素内で変更可能である。   The interval between the comb-like patterns is, for example, in the range of about 3 μm to 100 μm, and is selected based on the liquid crystal cell conditions and the liquid crystal material. The formation density, pitch, and electrode width of the comb-like pattern can be changed within the subpixel or within the pixel.

水平方向における画素電極3e,3f及び導光電極3gと、共通電極11e,11f,11gとのはみ出し量W4は、液晶6の材料、駆動条件、液晶セル厚みなどのディメンションで種々調整可能である。はみ出し部の幅W4は、例えば、1μmから6μmまでのいずれかの値のように小さい量でも十分である。重なり部分の幅W5は、液晶駆動に係わる補助容量として用いることができる。液晶分子L1,L3〜L7,L10〜L14,L16は、基板表面に対して、ほぼ垂直に配向している。   The amount of protrusion W4 between the pixel electrodes 3e, 3f and the light guide electrode 3g in the horizontal direction and the common electrodes 11e, 11f, 11g can be variously adjusted according to dimensions such as the material of the liquid crystal 6, the driving conditions, and the liquid crystal cell thickness. As the width W4 of the protruding portion, a small amount such as any value from 1 μm to 6 μm is sufficient. The width W5 of the overlapping portion can be used as an auxiliary capacity for liquid crystal driving. The liquid crystal molecules L1, L3 to L7, L10 to L14, and L16 are aligned substantially perpendicular to the substrate surface.

液晶表示装置26の大きさ又は使用目的に応じて、櫛歯状パターンの画素電極3e,3f、導光電極3g、共通電極11e,11f,11gにおけるサブピクセル又は画素の開口幅方向の櫛歯本数、密度、及び間隔は、適宜調整可能である。   Depending on the size or purpose of use of the liquid crystal display device 26, the number of comb teeth in the opening width direction of the subpixels or pixels in the pixel electrodes 3e, 3f, the light guide electrode 3g, and the common electrodes 11e, 11f, 11g having a comb-like pattern , Density, and spacing can be adjusted as appropriate.

本実施形態においては、対向電極16としての透明導電膜が透明基板13とカラーフィルタ層14との間に形成される。本実施形態においては、対向基板28の製造において、透明導電膜より後にカラーフィルタ層14が形成される。このような構成の対向基板28を備える液晶表示装置26においては、バックライトユニット30から出射された光が対向電極16の界面で反射された場合であっても、この反射光は、カラーフィルタ層14で吸収される。したがって、本実施形態においては、液晶パネル29の裏面に設置されるバックライトユニット30から出射された光が、液晶パネル29の対向電極16の界面で反射して受光素子2a,2bに観測されることを緩和することができる。   In the present embodiment, a transparent conductive film as the counter electrode 16 is formed between the transparent substrate 13 and the color filter layer 14. In the present embodiment, in manufacturing the counter substrate 28, the color filter layer 14 is formed after the transparent conductive film. In the liquid crystal display device 26 including the counter substrate 28 having such a configuration, even if the light emitted from the backlight unit 30 is reflected at the interface of the counter electrode 16, the reflected light is transmitted through the color filter layer. 14 is absorbed. Therefore, in this embodiment, the light emitted from the backlight unit 30 installed on the back surface of the liquid crystal panel 29 is reflected by the interface of the counter electrode 16 of the liquid crystal panel 29 and is observed by the light receiving elements 2a and 2b. Can alleviate that.

本実施形態のように、対向電極16に、誘電体でもあるカラーフィルタ層14又は透明樹脂層15を積層する対向電極15の構成では、画素電極3e,3fと対向電極16との間に印加される液晶駆動電圧に係わる等電位線を、液晶厚み方向に広げることができ、透過率を向上させることができる。   In the configuration of the counter electrode 15 in which the color filter layer 14 or the transparent resin layer 15 that is also a dielectric is stacked on the counter electrode 16 as in the present embodiment, it is applied between the pixel electrodes 3 e and 3 f and the counter electrode 16. The equipotential lines related to the liquid crystal driving voltage can be widened in the liquid crystal thickness direction, and the transmittance can be improved.

本実施形態において、対向基板28の透明パターン15の近傍の液晶分子L2,L15、及び、対向基板28の中央部の凹部49の近傍の液晶分子L8,L9は、予め所定の角度だけ傾く。これにより、駆動電圧印加時に、液晶分子L1〜L16を効果的に傾斜させることができる。   In the present embodiment, the liquid crystal molecules L2 and L15 in the vicinity of the transparent pattern 15 of the counter substrate 28 and the liquid crystal molecules L8 and L9 in the vicinity of the concave portion 49 at the center of the counter substrate 28 are inclined by a predetermined angle in advance. Thereby, the liquid crystal molecules L1 to L16 can be effectively tilted when the drive voltage is applied.

斜め光D6,D7は、第2の発光素子から発光される可視光及び第1の発光素子から発
光される非可視光の片方又は両方である。同期制御部36は、斜め光の出射において、導光電極3gへの液晶駆動電圧印加と、第2の発光素子32a,32bと第1の発光素子35a,35bとの片方又は両方の発光とを、同期して行う。
The oblique lights D6 and D7 are one or both of visible light emitted from the second light emitting element and invisible light emitted from the first light emitting element. The synchronization control unit 36 applies liquid crystal driving voltage to the light guide electrode 3g and emits light of one or both of the second light emitting elements 32a and 32b and the first light emitting elements 35a and 35b in the oblique light emission. , Do it synchronously.

同期制御部36は、指など入力指示体の認識時において、導光電極3gへの液晶駆動電圧印加と、第1の発光素子35a,35bの発光と、受光素子2a,2bの受光とが同期する。3次元画像表示と2次元画像表示の切り替えは、上記の第1の実施形態と同様に可能である。「指操作モード」又は「セキュリティモード」の適用は、上記の第3の実施形態と同様に可能である。   The synchronization control unit 36 synchronizes the application of the liquid crystal driving voltage to the light guide electrode 3g, the light emission of the first light emitting elements 35a and 35b, and the light reception of the light receiving elements 2a and 2b when an input indicator such as a finger is recognized. To do. Switching between the three-dimensional image display and the two-dimensional image display is possible in the same manner as in the first embodiment. The application of the “finger operation mode” or the “security mode” is possible as in the third embodiment.

なお、本実施形態においては、図18における透明導電膜の形成位置を、ブラックマトリクスBMとカラーフィルタ層14との間としているが、透明基板13とブラックマトリクスBMとの間など、透明導電膜は他の位置に形成されるとしてもよい。   In the present embodiment, the position where the transparent conductive film is formed in FIG. 18 is between the black matrix BM and the color filter layer 14, but the transparent conductive film such as between the transparent substrate 13 and the black matrix BM is It may be formed at another position.

(第6の実施形態)
本実施形態においては、サブピクセルの平面形状と画素電極の形状との関係について説明する。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, the relationship between the planar shape of the subpixel and the shape of the pixel electrode will be described.

図19は、本実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極3e,3f及び導光電極3gの形状との関係の第1の例を示す平面図である。   FIG. 19 is a plan view illustrating a first example of the relationship between the planar shape of the sub-pixel according to the present embodiment and the shapes of the pixel electrodes 3e and 3f and the light guide electrode 3g.

この図19において、サブピクセルは、平面視で、縦に長い長方形である。櫛歯状電極である画素電極3e,3f及び導光電極3gは、それぞれ別の3つのトランジスタに電気的に接続される。   In FIG. 19, the sub-pixel is a vertically long rectangle in plan view. The pixel electrodes 3e and 3f and the light guide electrode 3g, which are comb-shaped electrodes, are electrically connected to three different transistors, respectively.

導光電極3gは、対応する共通電極11gとともに作用し、斜め光開口部AP2近傍の液晶を駆動し、斜め光D6,D7の出射を行う。図19の構成の場合、スリット状の斜め光開口部AP2は、導光電極3gで駆動される液晶を透過する斜め光を出射するために、導光電極3gと平行に形成される。   The light guide electrode 3g works with the corresponding common electrode 11g, drives the liquid crystal near the oblique light aperture AP2, and emits oblique light D6 and D7. In the case of the configuration of FIG. 19, the slit-shaped oblique light aperture AP2 is formed in parallel with the light guide electrode 3g in order to emit oblique light that passes through the liquid crystal driven by the light guide electrode 3g.

本実施形態において、画素電極3e,3fの櫛歯部の間の連結部は、平面視で、サブピクセルのブラックマトリクスBMの下側と重なる。導光電極3gの櫛歯部の間の連結部は、平面視で、サブピクセルのブラックマトリクスBMの上側と重なる。画素電極3e,3f及び導光電極3gの櫛歯本数、その密度、電極幅は、液晶セルの条件によって種々変更できる。   In this embodiment, the connection part between the comb-tooth parts of the pixel electrodes 3e and 3f overlaps the lower side of the black matrix BM of the sub-pixels in plan view. The connection part between the comb-tooth parts of the light guide electrode 3g overlaps with the upper side of the black matrix BM of the subpixels in plan view. The number of comb teeth, the density, and the electrode width of the pixel electrodes 3e and 3f and the light guide electrode 3g can be variously changed according to the conditions of the liquid crystal cell.

図20は、本実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極3e,3f及び導光電極3gの形状との関係の第2の例を示す平面図である。   FIG. 20 is a plan view showing a second example of the relationship between the planar shape of the sub-pixel and the shapes of the pixel electrodes 3e and 3f and the light guide electrode 3g according to the present embodiment.

図21は、本実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極3e,3f及び導光電極3gの形状との関係の第3の例を示す平面図である。   FIG. 21 is a plan view showing a third example of the relationship between the planar shape of the sub-pixel and the shapes of the pixel electrodes 3e and 3f and the light guide electrode 3g according to the present embodiment.

この図20において、サブピクセルは、平面視で、平行四辺形である。図21において、サブピクセルは、平面視で、「くの字」状の多角形である。F1〜F4は、画素電極に液晶駆動電圧が印加された場合の液晶の傾斜方向である。   In FIG. 20, the subpixel is a parallelogram in plan view. In FIG. 21, the subpixel is a polygon having a “<” shape in a plan view. F1 to F4 are liquid crystal tilt directions when a liquid crystal driving voltage is applied to the pixel electrodes.

視野角制御に用いる斜め光D6,D7の出射方向を考慮すると、サブピクセルの平面形状は、平行四辺形又は「くの字」状の多角形が好ましい。   Considering the emission directions of the oblique lights D6 and D7 used for viewing angle control, the planar shape of the subpixel is preferably a parallelogram or a polygon of a "<" shape.

液晶表示装置で文字を表示する場合には、文字表示の構成サブピクセル毎に、出射方向
が変わる平行四辺形のサブピクセルを適用することにより、第三者の視認性を広い範囲で低減させることが容易になる。
When displaying characters on a liquid crystal display device, the visibility of third parties can be reduced over a wide range by applying parallelogram subpixels whose emission direction changes for each subpixel of the character display. Becomes easier.

1つのサブピクセルに対して2個から4個のトランジスタを形成し、それぞれのトランジスタで画像表示用の画素電極3e,3fと視野角制御用の導光電極3gとを分割駆動する場合、画素形状要因の寄与は、少し低下する。なぜなら、このように画像表示用の画素電極3e,3fと視野角制御用の導光電極3gとを分割駆動する場合には、視野角制御用の導光電極3gによって画像表示と切り離して斜め光D6,D7を制御することができるためである。   When two to four transistors are formed for one subpixel, and the pixel electrodes 3e and 3f for image display and the light guide electrode 3g for viewing angle control are divided and driven by each transistor, the pixel shape The contribution of the factor is slightly reduced. This is because when the pixel electrodes 3e and 3f for image display and the light guide electrode 3g for viewing angle control are divided and driven in this way, the oblique light is separated from the image display by the light guide electrode 3g for viewing angle control. This is because D6 and D7 can be controlled.

さらに、画像表示用の画素電極3e,3fと視野角制御用の導光電極3gとを分割駆動する場合には、視野角制御用の導光電極3gを用いて斜め光D6,D7による第三者視認性をさらに低下させるために、駆動電圧信号のランダマイズ及び透明パターン48の形状・配置のランダマイズを行ってもよい。   Further, when the pixel electrodes 3e and 3f for image display and the light guide electrode 3g for controlling the viewing angle are divided and driven, the third light by the oblique lights D6 and D7 is used by using the light guiding electrode 3g for controlling the viewing angle. In order to further reduce the human visibility, the drive voltage signal may be randomized and the shape and arrangement of the transparent pattern 48 may be randomized.

1つのサブピクセルに対して2個から4個のトランジスタを形成することにより、必要時に、個別に斜め光D6,D7を出射させることができ、ランダマイズさせることにより表示画面の文字表示などに対して高いレベルで第三者の視認を防止することができる。   By forming 2 to 4 transistors for one subpixel, oblique light D6 and D7 can be individually emitted when necessary, and can be randomized to display characters on the display screen. It is possible to prevent third parties from seeing at a high level.

なお、同期制御部36は、第三者視認防止を目的とする視野角制御用の斜め出射光について、第2の発光素子32a,32bの可視光発光と、導光電極3gへの電圧印加とを同期して行う。同期制御部36は、指などの入力指示体を認識する場合に、第1の発光素子35a,35bの非可視発光と、導光電極3gへの電圧印加とを同期して行う。   Note that the synchronization control unit 36 emits visible light from the second light emitting elements 32a and 32b and applies voltage to the light guide electrode 3g with respect to oblique emission light for viewing angle control for the purpose of preventing third-party visibility. Are performed synchronously. When recognizing an input indicator such as a finger, the synchronization control unit 36 performs invisible light emission of the first light emitting elements 35a and 35b and voltage application to the light guide electrode 3g in synchronization.

第1の発光素子35a,35bの発光ピークは人の目の低視感度領域に設定でき、また、第2の発光素子32a,32bの発光ピークは可視光である青、緑、赤の発光ピークに設定できる。   The light emission peaks of the first light emitting elements 35a and 35b can be set in the low visibility region of the human eye, and the light emission peaks of the second light emitting elements 32a and 32b are light emission peaks of blue, green and red which are visible light. Can be set.

酸化物半導体によって形成された透明チャネル層を持つ受光素子2a,2bは、第1の発光素子の非可視波長領域のピーク波長に合わせて感度を設定できるので、本実施形態においては、斜め光として可視光と非可視光を同時に出射させてもよく、可視光と非可視光とを時分割で出射させてもよい。   Since the light receiving elements 2a and 2b having a transparent channel layer formed of an oxide semiconductor can set sensitivity according to the peak wavelength in the non-visible wavelength region of the first light emitting element, in the present embodiment, as the oblique light Visible light and invisible light may be emitted simultaneously, or visible light and invisible light may be emitted in a time-sharing manner.

(第7の実施形態)
本実施形態においては、上記各実施形態に係る液晶表示装置1,37,44の対向基板5,41,46で用いられる透明樹脂及び有機顔料などの各種材料の例について説明する。
(Seventh embodiment)
In the present embodiment, examples of various materials such as transparent resins and organic pigments used in the counter substrates 5, 41, and 46 of the liquid crystal display devices 1, 37, and 44 according to the above-described embodiments will be described.

カラーフィルタ層14の形成に用いられる感光性着色組成物は、顔料分散体に加え、多官能モノマー、感光性樹脂又は非感光性樹脂、重合開始剤、溶剤などを含有する。感光性樹脂又は非感光性樹脂などのような本実施形態で用いられる透明性の高い有機樹脂を総称して透明樹脂と呼ぶ。   The photosensitive coloring composition used for forming the color filter layer 14 contains, in addition to the pigment dispersion, a polyfunctional monomer, a photosensitive resin or a non-photosensitive resin, a polymerization initiator, a solvent, and the like. The highly transparent organic resins used in this embodiment, such as a photosensitive resin or a non-photosensitive resin, are collectively referred to as a transparent resin.

ブラックマトリクスBM、透明樹脂層15、カラーフィルタ層14には、フォトリソグラフィによるパターン形成可能な感光性樹脂組成物、又は、熱硬化樹脂などの透明樹脂を用いることが好ましい。ブラックマトリクスBMとカラーフィルタ層14に用いられる樹脂は、アルカリ可溶性を与えられた樹脂であることが望ましい。アルカリ可溶性樹脂としては、カルボキシル基又は水酸基を含む樹脂であればよい。例えば、アルカリ可溶性樹脂としては、エポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、ポリビニルフェノール系樹脂、アクリル系樹脂、カルボキシル基含有エポキシ樹脂、カルボキシル基含有ウレタン樹
脂などが用いられる。これらの中でも、エポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂が好ましく、特に、エポキシアクリレート系樹脂又はノボラック系樹脂が好ましい。
For the black matrix BM, the transparent resin layer 15, and the color filter layer 14, it is preferable to use a photosensitive resin composition that can be patterned by photolithography, or a transparent resin such as a thermosetting resin. The resin used for the black matrix BM and the color filter layer 14 is preferably a resin imparted with alkali solubility. The alkali-soluble resin may be a resin containing a carboxyl group or a hydroxyl group. For example, as the alkali-soluble resin, an epoxy acrylate resin, a novolac resin, a polyvinylphenol resin, an acrylic resin, a carboxyl group-containing epoxy resin, a carboxyl group-containing urethane resin, or the like is used. Among these, epoxy acrylate resins, novolak resins, and acrylic resins are preferable, and epoxy acrylate resins or novolak resins are particularly preferable.

赤色顔料としては、C.I.Pigment Red254を少なくとも主色材として用いる。さらにこれに調色の観点で少量の顔料を加えることができる。赤色顔料としては、たとえば、C.I.Pigment Red 7、9、14、41、48:1、48:2、48:3、48:4、81:1、81:2、81:3、97、122、123、139、146、149、168、177、178、179、180、184、185、187、192、200、202、208、210、215、216、217、220、223、224、226、227、228、240、242、246、255、264、272、279などを加えることができる。   Examples of red pigments include C.I. I. Pigment Red254 is used as at least a main color material. Furthermore, a small amount of pigment can be added to this in terms of toning. Examples of red pigments include C.I. I. Pigment Red 7, 9, 14, 41, 48: 1, 48: 2, 48: 3, 48: 4, 81: 1, 81: 2, 81: 3, 97, 122, 123, 139, 146, 149, 168, 177, 178, 179, 180, 184, 185, 187, 192, 200, 202, 208, 210, 215, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 240, 242, 246, 255, 264, 272, 279, etc. can be added.

黄色顔料としては、例えば、C.I.Pigment Yellow 1、2、3、4、5、6、10、12、13、14、15、16、17、18、20、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、42、43、53、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、83、86、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、125、126、127、128、129、137、138、139、144、146、147、148、150、151、152、153、154、155、156、161、162、164、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、185、187、188、193、194、199、213、214などを用いることができる。   Examples of yellow pigments include C.I. I. Pigment Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 24, 31, 32, 34, 35, 35: 1, 36, 36: 1, 37, 37: 1, 40, 42, 43, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 77, 81, 83, 86, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 125, 126, 127, 128, 129, 137, 138, 139, 144, 146, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 161, 162, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 1 73, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 185, 187, 188, 193, 194, 199, 213, 214, etc. can be used.

青色顔料としては、例えばC.I.Pigment Blue 15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64、80などを用いることができ、これらの中では、C.I.Pigment Blue 15:6が好ましい。   Examples of blue pigments include C.I. I. Pigment Blue 15, 15: 1, 15: 2, 15: 3, 15: 4, 15: 6, 16, 22, 60, 64, 80, etc., among which C.I. I. Pigment Blue 15: 6 is preferred.

紫色顔料として、例えば、C.I.Pigment Violet 1、19、23、27、29、30、32、37、40、42、50などを用いることができ、これらの中では、C.I. Pigment Violet 23が好ましい。   Examples of purple pigments include C.I. I. Pigment Violet 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50 and the like can be used. I. Pigment Violet 23 is preferred.

緑フィルタ14Gに用いられる緑色顔料としては、例えば、C.I.Pigment Green 1、2、4、7、8、10、13、14、15、17、18、19、26、36、45、48、50、51、54、55、58などを用いることができ、これらの中では、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料であるC.I.Pigment Green 58が好ましい。ハロゲン化アルミニウムフタロシアニン緑色顔料を用いることもできる。   Examples of the green pigment used for the green filter 14G include C.I. I. Pigment Green 1, 2, 4, 7, 8, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 26, 36, 45, 48, 50, 51, 54, 55, 58, etc. can be used. Among these, C.I. is a halogenated zinc phthalocyanine green pigment. I. Pigment Green 58 is preferred. An aluminum halide phthalocyanine green pigment can also be used.

ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を用いた緑フィルタは、緑色顔料として旧来より一般的に用いられているハロゲン化銅フタロシアニンの緑フィルタより比誘電率が低くなる。ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を緑フィルタ14Gに用いることにより、カラーフィルタ層14に含まれる赤フィルタ14R、及び、青フィルタ14Bの比誘電率にほぼ揃えることができる。   A green filter using a halogenated zinc phthalocyanine green pigment has a lower dielectric constant than a green filter of a halogenated copper phthalocyanine that has been generally used as a green pigment. By using a zinc halide phthalocyanine green pigment for the green filter 14G, it is possible to substantially match the relative dielectric constant of the red filter 14R and the blue filter 14B included in the color filter layer 14.

例えば、電圧5V、120Hz、240Hzなどの液晶の駆動周波数で、青サブピクセルの青フィルタ14B及び赤サブピクセルの赤フィルタ14Rのそれぞれ膜厚2.8μmでの比誘電率を測定すると、その比誘電率はおよそ3〜3.9の範囲に入る。ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を主たる色材(色調整として黄色顔料を加えることもある)
とする緑フィルタ14Gの比誘電率はおよそ3.4〜3.7であり、この緑フィルタ14Gの比誘電率は、他の2色の赤フィルタ14R及び青フィルタ14Bの比誘電率とそろえることが可能である。
For example, when the relative dielectric constant of each of the blue filter 14B of the blue subpixel and the red filter 14R of the red subpixel at a film thickness of 2.8 μm is measured at a liquid crystal drive frequency such as a voltage of 5 V, 120 Hz, and 240 Hz, the relative dielectric constant The rate falls in the range of approximately 3 to 3.9. Main coloring material of zinc halide phthalocyanine green pigment (Yellow pigment may be added as color adjustment)
The relative permittivity of the green filter 14G is approximately 3.4 to 3.7, and the relative permittivity of the green filter 14G is equal to the relative permittivity of the other two red filters 14R and blue filters 14B. Is possible.

青フィルタ14B、緑フィルタ14G、赤フィルタ14Rの比誘電率をそろえることは、上記の第14の実施形態で示したような透明電極(共通電極16)上にカラーフィルタ層14を形成する構成、又は、IPSと呼称される横電界方式の液晶表示装置において、効果が大きい。青フィルタ14B、緑フィルタ14G、赤フィルタ14Rのそれぞれ比誘電率が同じレベルであれば、液晶駆動時にカラーフィルタの異なる比誘電率のために、光漏れが生じるなどの悪い影響を低減させることができる。   The arrangement of the relative dielectric constants of the blue filter 14B, the green filter 14G, and the red filter 14R is such that the color filter layer 14 is formed on the transparent electrode (common electrode 16) as shown in the fourteenth embodiment. Alternatively, in a horizontal electric field type liquid crystal display device called IPS, the effect is great. If the relative dielectric constants of the blue filter 14B, the green filter 14G, and the red filter 14R are the same level, adverse effects such as light leakage may be reduced due to different relative dielectric constants of the color filters when the liquid crystal is driven. it can.

例えば、ハロゲン化銅フタロシアニンを主たる色材とする緑フィルタ14Gの比誘電率は、およそ4.4〜4.6であり青フィルタ14B、赤フィルタ14Rの比誘電率よりかなり大きく好ましくない。また、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料の緑フィルタ14Gは、急峻な分光特性カーブで、かつ、ハロゲン化銅フタロシアニンの緑色顔料より高い透過率を持つ。   For example, the relative dielectric constant of the green filter 14G mainly composed of halogenated copper phthalocyanine is approximately 4.4 to 4.6, which is not much larger than the relative dielectric constants of the blue filter 14B and the red filter 14R. Further, the green filter 14G of a halogenated zinc phthalocyanine green pigment has a steep spectral characteristic curve and a higher transmittance than the green pigment of a halogenated copper phthalocyanine.

ブラックマトリクスBMに用いられる遮光性の着色剤としては、上記の各種の有機顔料の混合を用いることができ、又は、遮光性に優れるカーボンを用いることができる。   As the light-shielding colorant used in the black matrix BM, a mixture of the above-mentioned various organic pigments can be used, or carbon excellent in light-shielding ability can be used.

上記の各実施形態は、発明の趣旨が変わらない範囲で様々に変更して適用することができる。   Each of the embodiments described above can be applied with various modifications within a range where the gist of the invention does not change.

1,26,37,44…液晶表示装置、2a,2b…受光素子、BM…ブラックマトリクス、BM1…枠部、BM2…中央部、22…表示領域、23…センサ領域、17…演算部、AP1…画素開口部、AP2…斜め光開口部、3a,3b,3e,3f,38a,38b…画素電極、3c,3g…導光電極、4,27,39,47…アレイ基板、5,28,41,46…対向基板、6…液晶層、7,29,45…液晶パネル、8,13…透明基板、9…遮光パターン、10a〜10d…絶縁層、11,11a〜11g,40a,40b…共通電極、12a〜12d…トランジスタ、14…カラーフィルタ層、14B…青フィルタ、14R…赤フィルタ、14G…緑フィルタ、15…透明樹脂層、16a〜16d,42a,42b…対向電極、L1〜L14…液晶分子、17…演算部、18…表示素子走査部、19…センサ走査部、20…表示素子駆動部、21…センサ読取部、24,43…切替部、30…バックライトユニット、31…光制御素子、32a,32b,35a,35b…発光素子、33…プリズムシート、34…レンズシート、48…透明パターン、金属配線…50、上部電極…51、下部電極…52、チャネル層…56、トランジスタの電極60、ダミーパターン…61   1, 26, 37, 44 ... liquid crystal display device, 2a, 2b ... light receiving element, BM ... black matrix, BM1 ... frame part, BM2 ... center part, 22 ... display area, 23 ... sensor area, 17 ... arithmetic part, AP1 ... pixel opening, AP2 ... oblique light opening, 3a, 3b, 3e, 3f, 38a, 38b ... pixel electrode, 3c, 3g ... light guide electrode, 4, 27, 39, 47 ... array substrate, 5, 28, 41, 46 ... counter substrate, 6 ... liquid crystal layer, 7, 29, 45 ... liquid crystal panel, 8, 13 ... transparent substrate, 9 ... light shielding pattern, 10a-10d ... insulating layer, 11, 11a-11g, 40a, 40b ... Common electrode, 12a to 12d ... transistor, 14 ... color filter layer, 14B ... blue filter, 14R ... red filter, 14G ... green filter, 15 ... transparent resin layer, 16a-16d, 42a, 42b ... counter electrode, DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-L14 ... Liquid crystal molecule, 17 ... Operation part, 18 ... Display element scanning part, 19 ... Sensor scanning part, 20 ... Display element drive part, 21 ... Sensor reading part, 24, 43 ... Switching part, 30 ... Backlight unit 31 ... Light control element, 32a, 32b, 35a, 35b ... Light emitting element, 33 ... Prism sheet, 34 ... Lens sheet, 48 ... Transparent pattern, Metal wiring ... 50, Upper electrode ... 51, Lower electrode ... 52, Channel layer 56, transistor electrode 60, dummy pattern 61

Claims (7)

アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する液晶表示装置であって、
前記発光素子は、非可視光を発光する第1の発光素子と、可視光を発光する第2の発光素子とを具備し、
前記対向基板が複数の画素又はサブピクセルに対応し平面視でマトリクス状に区分けされた複数の画素開口部を形成するブラックマトリクスと、前記複数の画素開口部に対応する赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを含むカラーフィルタ層とを備えるものであり、
前記アレイ基板が、平面視で前記赤フィルタと重なる少なくとも非可視光感度領域をもつ第1の受光素子と、前記第1の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスと重なる第2の受光素子と、液晶層に含まれている液晶を前記非可視光の出射のために駆動する導光電極と、前記液晶層の液晶を前記可視光の出射のために駆動する画素電極と、前記導光電極と前記画素電極の一方もしくは両方を駆動するトランジスタを備えるものであり、
前記赤フィルタが、主たる色材がC.I.ピグメントレッド254であることを特徴とする液晶表示装置。
A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal cell in which an array substrate and a counter substrate are bonded to face each other through a liquid crystal layer; and a backlight unit provided on the back side of the liquid crystal cell and including a light emitting element,
The light-emitting element includes a first light-emitting element that emits invisible light, and a second light-emitting element that emits visible light,
The counter substrate corresponds to a plurality of pixels or sub-pixels and forms a plurality of pixel openings divided in a matrix in plan view, and a red filter, a green filter, and a blue filter corresponding to the plurality of pixel openings. A color filter layer including a filter,
The array substrate has a first light receiving element having at least a non-visible light sensitivity region overlapping the red filter in a plan view, and the color filter layer having a low transmittance of the non-visible light emitted from the first light emitting element or A second light receiving element that overlaps the black matrix; a light guide electrode that drives a liquid crystal contained in a liquid crystal layer to emit the invisible light; and a liquid crystal in the liquid crystal layer that emits the visible light. A pixel electrode to be driven, and a transistor for driving one or both of the light guide electrode and the pixel electrode,
The red filter has a main colorant C.I. I. A liquid crystal display device, which is CI Pigment Red 254.
前記第1の発光素子の発光する非可視光の波長が、360nmから400nmの範囲内にあり、
かつ、前記第2の受光素子が重なっている前記第1の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスが、前記緑フィルタ又は前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
The wavelength of invisible light emitted by the first light emitting element is in the range of 360 nm to 400 nm;
In addition, the color filter layer or the black matrix having a low transmittance of invisible light emitted from the first light emitting element on which the second light receiving element overlaps is the green filter or the black matrix. The liquid crystal display device according to claim 1.
前記第1の発光素子の発光する非可視光の波長が、700nmから850nmの範囲内にあり、
かつ、前記第2の受光素子が重なっている前記第1の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスが、前記緑フィルタ、前記青フィルタ、又は前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
The wavelength of invisible light emitted by the first light emitting element is in the range of 700 nm to 850 nm;
In addition, the color filter layer or the black matrix having a low transmittance of invisible light emitted from the first light emitting element on which the second light receiving element overlaps, the green filter, the blue filter, or the black 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is a matrix.
請求項1から3何れかに記載の液晶表示装置において、
前記受光素子の下部に前記トランジスタが配置され、
前記トランジスタの金属配線が、前記液晶層側から見て、銅あるいは銅合金である金属層と下部金属層の2層構成で、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、イットリウムのうちの2種以上の金属酸化物を含むチャネル層を具備することを特徴とする液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3,
The transistor is disposed below the light receiving element,
The metal wiring of the transistor has a two-layer structure of a metal layer made of copper or a copper alloy and a lower metal layer as viewed from the liquid crystal layer side, and two or more kinds of metals of gallium, indium, zinc, tin, and yttrium A liquid crystal display device comprising a channel layer containing an oxide.
請求項1から4何れか記載の液晶表示装置において、
前記導光電極は、さらに、前記液晶層に含まれている液晶を前記非可視光あるいは前記可視光の出射のために駆動し、
前記第1の発光素子の発光タイミングと前記導光電極の液晶駆動電圧印加タイミングとを同期させ、前記第1の発光素子の発光タイミングと異なる前記第2の発光素子の発光タイミングと前記複数の電極の液晶駆動電圧印加タイミングとを同期させる制御手段をさらに具備する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 4,
The light guide electrode further drives the liquid crystal contained in the liquid crystal layer for emission of the invisible light or the visible light,
The light emission timing of the second light-emitting element and the plurality of electrodes are synchronized with the light emission timing of the first light-emitting element and the liquid crystal driving voltage application timing of the light guide electrode. Further comprising a control means for synchronizing the liquid crystal driving voltage application timing.
A liquid crystal display device characterized by the above.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の液晶表示装置において、
前記ブラックマトリクスは、平面視で互いに対向する2辺に形成された斜め光開口部を
具備し、
前記画素電極は、前記画素開口部に対応する液晶を駆動するためのものであり、前記導光電極は、前記斜め光開口部に対応する液晶を駆動するためのものであることを特徴とする液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 5,
The black matrix comprises oblique light openings formed on two sides facing each other in plan view,
The pixel electrode is for driving a liquid crystal corresponding to the pixel opening, and the light guide electrode is for driving a liquid crystal corresponding to the oblique light opening. Liquid crystal display device.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶層は、初期垂直配向の液晶を含むことを特徴とする液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 6,
The liquid crystal display device, wherein the liquid crystal layer includes liquid crystal with initial vertical alignment.
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