JP4621801B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像取り込みを行うことができる画像検出機能付きの画像表示装置に関する。

近年、画像表示装置としての液晶表示装置は、省電力、薄型、軽量といった特徴から、コンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機の表示装置として広く採用されている。一般に、液晶表示装置は、液晶パネルと、それを背面から照明するバックライトとを備えている。液晶パネルは、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで構成されている。

アクティブマトリクス基板は、ガラス基板上に複数の画素を、行方向および列方向のマトリクス状に形成して構成されている。また、カラー表示が行われる場合は、通常、１画素は、３つのサブ画素によって構成されている。各サブ画素は、ＴＦＴと画素電極とで構成されている。さらに、対向基板は、ガラス基板上に対向電極とカラーフィルタとを備えている。カラーフィルタは、サブ画素一つ一つに対応して設けられた、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の着色層を有している。カラーフィルタはＴＦＴ基板に備えられる場合もある。

この液晶表示装置においては、各画素電極と対向電極との間に印加される電圧が調整され、サブ画素毎に液晶層の透過率が調整される。この結果、液晶層および着色層を透過したバックライトからの照射光により、液晶パネルの表示領域に画像が表示される。

このように、従来の液晶表示装置は、画像を表示する機能を備えているが、近年、画像の取り込みができる画像検出機能をも備えた液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているような画像検出機能付きの液晶表示装置では、アクティブマトリクス基板上に、複数のフォトダイオードがマトリクス状に形成されており、液晶パネルがタッチパネルとして用いられる場合の位置検出機能や、スキャナとして用いられる場合の画像センサ機能を有している。
特開２００７−０７２３１８号公報

ところで、このような画像の取り込みができる画像検出機能を備えた液晶表示装置では、複数個のフォトダイオードによって画像センサが構成されていて、各フォトダイオードは、表示領域内のアクティブマトリクス基板上に配置される。このため、画像の表示を行いながら同時に画像の取り込みを行う場合、表示画像光、すなわち液晶層を透過したバックライトからの照射光が、液晶表示装置の観察者側に設けられた構成部材の界面で反射するなどの光学干渉によってフォトダイオードから取り込まれ、出力信号のノイズとなるという問題が生じていた。

本発明は、上記問題を解決し、画像検出機能付き液晶表示装置において、光学干渉による表示画像のセンサ出力への映りこみを低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明にかかる画像表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とを備える画像検出機能付き画像表示パネルを備えた画像表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、マトリクス状に配置された複数の画素と、表示領域内に前記画素に対応して配置された複数のフォトセンサを備え、前記複数の画素は、それぞれ複数のサブ画素を有し、前記サブ画素に対応して各色の着色層が形成されたカラーフィルタを備え、前記フォトセンサは、前記各色の着色層のなかで、最も短波長側の色の前記着色層を透過する光に対する受光感度が、最も長波長側の色の前記着色層を透過する光に対する受光感度よりも高い入射光波長特性を有し、かつ、前記画像表示パネルの厚さ方向において、前記フォトセンサの光検出領域が複数の前記着色層の中で前記最も長波長側の色の前記着色層に重なるように配置されていることを特徴とする。

以上のように、本発明にかかる画像表示装置では、フォトセンサは、画像表示パネルの厚さ方向において、前記フォトセンサの光検出領域が複数の前記着色層の中で最も長波長側の色の着色層に重なるように配置されている。このため、画像表示装置の観察者側に設けられた構成部材の界面で反射した表示画像光が、フォトセンサで受光されて、出力信号のノイズとなることを効果的に防止することができる。

図１は、本発明の実施の形態における画像表示装置の構成を部分的に示す平面図である。 図２は、図１中の切断線Ａ−Ａ’に沿って切断して得られた断面の構成を示す概略断面図である。 図３は、本発明の実施の形態における画像表示装置に用いられるフォトダイオードの分光感度特性を示すグラフである。 図４は、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードの光検出領域の形状と、着色層に設けられた高透過部との位置関係とを示す平面図である。 図５は、本発明の実施の形態におけるサブ画素に設けられた着色層の配列と、着色層に設けられた高透過部の位置とを示す平面図である。 図６は、図５中の切断面Ｂ−Ｂ’に沿って切断して得られた断面の概略構成を示す模式断面図である。 図７は、図５中の切断面Ｃ−Ｃ’に沿って切断して得られた断面の概略構成を示す模式断面図である。

本発明における画像表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とを備える画像検出機能付き画像表示パネルを備えた画像表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、マトリクス状に配置された複数の画素と、表示領域内に前記画素に対応して配置された複数のフォトセンサを備え、前記複数の画素は、それぞれ複数のサブ画素を有し、前記サブ画素に対応して各色の着色層が形成されたカラーフィルタを備え、前記フォトセンサは、前記各色の着色層のなかで、最も短波長側の色の前記着色層を透過する光に対する受光感度が、最も長波長側の色の前記着色層を透過する光に対する受光感度よりも高い入射光波長特性を有し、かつ、前記画像表示パネルの厚さ方向において、前記フォトセンサの光検出領域が複数の前記着色層の中で前記最も長波長側の色の前記着色層に重なるように配置される。

このようにすることで、画像表示装置の観察者側に設けられた構成部材の界面で反射した表示画像光が、フォトセンサで受光されて、出力信号のノイズとなることを効果的に防止することができる。

上記本発明における画像表示装置において、前記カラーフィルタが、前記対向基板に設けられていること、もしくは、前記カラーフィルタが、前記アクティブマトリクス基板に設けられていることが好ましい。

また、前記着色層は、透過率が周囲よりも高い高透過部を有し、前記画像表示パネルの厚さ方向において、前記高透過部は前記光検出領域と少なくとも一部が重なるように設けられていることが好ましい。このようにすることで、ノイズの要因となる表示画像光が受光されることを防止しつつ、本来フォトセンサとして受光すべき、画像表示装置外部からの光に対する受光感度を高めることができる。

また、前記高透過部の面積は、前記フォトセンサの前記光検出領域の面積よりも大きく、かつ、前記画像表示パネルの厚さ方向において、前記高透過部が前記光検出領域を完全に覆うように形成されていることが好ましい。このようにすることで、液晶表示装置外部からの光の受光をより効果的に行うことができる。

また、マトリクス状に配置された前記画素の行方向または列方向のいずれか一つの方向において、同じ色の前記着色層が連続して配列されていて、前記フォトセンサの前記光検出領域が、前記同じ色の着色層が連続して配列されている方向に長手方向をおく縦長形状であることが好ましい。このようすることで、フォトセンサの受光感度を確保しつつ、フォトセンサでの受光感度が高い波長の色の光が、フォトセンサの受光領域に到達することを効果的に防止できる。

また、前記画像表示パネルが液晶パネルであることが好ましく、前記液晶パネルに光を照射するバックライトをさらに備え、前記フォトセンサと前記バックライトとの間に遮光膜を有し、前記液晶パネルの厚さ方向において、前記遮光膜が、前記高透過部を完全に覆うように形成されていることがさらに好ましい。このようにすることで、薄型の画像表示装置として有用である液晶パネルを用いて、フォトセンサで受光されるバックライトからの照射光の光量を低減することができる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における画像表示装置について、液晶表示装置として用いたものを例として図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成を部分的に示す拡大平面図である。また、図２は、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って切断して得られた断面を示す断面図である。

なお、図１は、アクティブマトリクス基板に形成された画素の構造を主に示しており、対向基板については、カラーフィルタの外形のみを一点鎖線で示している。また、図１において、液晶パネルの両外面に貼付される偏光板などの光学部材は記載を省略している。図２では、断面に現れた線のみを図示している。そして、層間絶縁膜は、図１においては記載を省略しており、図２においてはハッチングを省略して示している。

本実施の形態における液晶表示装置は、図２に示す液晶パネル４と、それを背面から照明するバックライト３４とを備えている。図２に示すように、液晶パネル４は、アクティブマトリクス基板１と、液晶層２と、対向基板３とを備え、二つの基板間に液晶層２を挟み込んで形成されている。なお、全ては図示していないが、本実施の形態における液晶表示装置は、その他に各種の光学フィルム等の光学部材、液晶パネル４を保護するためのアクリル板も備えている。このうち図２には、対向基板３の液晶層２と反対側の表面に備えられた偏光板３２と、液晶パネル４を保護するアクリル板３５のみを示している。

アクティブマトリクス基板１は、行方向、列方向のマトリクス状に複数個配置された画素を備えている。そして、アクティブマトリクス基板１においては、複数の画素が配置された領域が表示領域となる。また、一つの画素は、三つのサブ画素によって構成されている。

図１は、この三つのサブ画素５ａ、５ｂ、５ｃを拡大して図示している。図１に示すように、サブ画素５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれは、アクティブ素子７と、透明電極８とを備えている。アクティブ素子７は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）である。透明電極８は、ＩＴＯ等で形成された画素電極である。

また、本実施の形態においては、アクティブ素子７は、ソース領域及びドレイン領域が形成されたシリコン膜１１と、ゲート電極９とを備えている。シリコン膜１１は、電荷の移動速度の点で優れていることから、連続粒界結晶シリコンによって形成されている。

ゲート電極９は、画面の水平方向に沿って配置されたゲート線１０と一体的に形成されている。また、ソース領域にはソース電極１２が接続され、ドレイン領域にはドレイン電極１４が接続されている。ソース電極１２は、画面の垂直方向に沿って配置されたソース配線１３と一体的に形成されている。ドレイン電極１４は、透明電極８に接続されている。図１において、１５は蓄積容量用の配線を示し、１６は蓄積容量が形成される領域を示している。

また、アクティブマトリクス基板１は、表示領域内にフォトセンサとしてのフォトダイオード１７を備えている。フォトダイオード１７は、図１および図２に示すように、一つの画素に対して１つずつ配置されている。画素に対応して配置された複数のフォトダイオード１７は、画像検出のためのセンサとして機能する。また、一つ一つの画素毎に、フォトダイオードを駆動するためのシリコン膜１１を備えたフォトダイオード用アクティブ素子４０とフォトダイオード用容量３３が配置されている。

本実施の形態において、フォトダイオード１７は、ラテラル構造を備えたＰＩＮダイオードである。図２に示すように、フォトダイオード１７は、アクティブマトリクス基板１のベース基板となるガラス基板２４に形成され、フォトダイオード１７を構成するシリコン膜は、液晶パネルの画像表示用アクティブ素子７の形成工程を利用して、これと同時に形成される。このため、フォトダイオード１７も、電荷の移動速度に優れた連続粒界結晶シリコンによって形成されている。また、フォトダイオード１７のシリコン膜には、面方向に沿って順に、ｐ型の半導体領域（ｐ層）１８、光検出領域である真性半導体領域（ｉ層）１９およびｎ型の半導体領域（ｎ層）２０が設けられている。ｎ層２０は、配線２２を介してＲＳＴ線４１に接続され、フォトダイオード用容量３３にはＲＷＳ線４２が接続されている。

フォトダイオード１７は、受光することにより、フォトダイオード用容量３３に表示期間に充（放）電し、蓄積された電荷はセンサ出力期間（表示信号が無いブランキング期間）に、フォトダイオード用アクティブ素子４０により読み出されソース配線１３から出力される。

本実施の形態において、ｉ層１９は、隣接するｐ層１８およびｎ層２０に比べて電気的に中性に近い領域であれば良い。ｉ層１９は、不純物を全く含まない領域や、伝導電子密度と正孔密度とが等しい領域であるのが好ましい。

なお、図２に示すように、ガラス基板２４上には絶縁膜２６が形成されており、フォトダイオード１７は、この絶縁膜２６の上に形成されている。また、フォトダイオード１７の下層には、バックライト３４からの照射光がフォトダイオード１７に入射するのを防止するため、例えば導電性の金属材料等によって遮光膜２５が形成されている。さらに、フォトダイオード１７は、層間絶縁膜２７および２８によって被覆されている。２３はｐ層１８に接続された配線を示し、２２はｎ層２０に接続された配線を示している。

また、図１および図２に示すように、対向基板３は、複数の着色層を有するカラーフィルタを備えている。着色層は、サブ画素に対応して一つずつ設けられている。本実施形態では、サブ画素５ａに対して青色（Ｂ）着色層６ａが、サブ画素５ｂに対して赤色（Ｒ）着色層６ｂが、サブ画素５ｃに対して緑色（Ｇ）着色層６ｃが、それぞれ対応しており、対向基板３のベース基板となるガラス基板２９の面上に、液晶パネルの厚み方向において、対応するサブ画素の透明電極８に重なるようにして形成されている。さらに、隣接する着色層の間には、遮光用のブラックマトリクス３０が設けられている。また、全ての着色層を覆うようにして、透明の対向電極３１が形成されている。

このようにして本実施の形態における液晶表示装置は、従来の画像検出機能付きの液晶表示装置と同様に、画像表示機能と画像検出機能とを備えているが、光学干渉による表示画像のフォトセンサへの映りこみを低減するために、フォトダイオード１７の感度特性に合わせて、フォトダイオード１７の配置が行われている点で、従来の液晶表示装置と異なっている。

より具体的には、本実施の形態における液晶表示装置は、フォトダイオード１７をその感度特性が低い赤色（Ｒ）の着色層６ｂの下に配置して、液晶パネルの表面に設けられた偏光板３２や、さらにその観察者側に設けられた保護パネルであるアクリル板３５などの構成部材界面で生じる、バックライト光の反射による表示画像のフォトダイオード１７への映りこみを低減しようとするものである。また、さらに好ましい具体例として、フォトダイオード１７の光検出領域１９上に高透過部２１を設けて画像取り込みのための画像検出機能を損なわないようにしようとするものである。以下、その内容を具体的に説明する。

まず、フォトダイオードの受光感度の波長特性について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態にかかる液晶表示装置の液晶パネルに形成されている、フォトダイオードの受光感度特性を示している。

上述したように、フォトダイオード１７を構成するシリコン膜は、透明電極８に印加される電圧を変更して液晶層２の配向を変化させるアクティブ素子７のシリコン膜１１と同時に、連続粒界結晶シリコンによって形成される。このため、本実施形態の液晶表示装置に形成されているフォトダイオード１７の、入力波長に対する受光感度特性は、図３に示すように、連続粒界結晶シリコンによって形成されたフォトダイオード１７の受光感度特性の特徴である、可視光波長領域において、短波長の入射光に対する受光感度が長波長の入射光に対する受光感度よりも高い波長特性を有している。すなわち、入射光の波長が短いほど受光感度が増加するという傾向を有している。

なお、図３に示す受光感度特性の例では、より短い波長の入射光に対する感度が、より長い波長の入射光に対する感度よりも高くなっている。しかし、本実施の形態にかかる液晶表示装置が有するフォトダイオード１７としては、必ずしも厳密にこのような関係を有するものに限られるわけではなく、全体として入射光の波長と感度との関係をみたときに、より波長が短い入射光に対して受光感度が増加する傾向を有していればよい。言い換えれば、液晶表示装置の各サブ画素に設けられているカラーフィルタの透過光に対して、最も波長の短い色のカラーフィルタ、すなわち最も短波長側の透過特性を有する色の着色層であるカラーフィルタを透過した透過光に対する感度が、最も波長の長い色のカラーフィルタ、すなわち最も長波長側の透過特性を有する色の着色層であるカラーフィルタを透過した透過光に対する感度よりも高いという関係を有していればよい。なお、通常のＲＧＢ三色のカラーフィルタを考えた場合には、最も短波長側の色が青色（Ｂ）であり、最も長波長側の色が赤色（Ｒ）である。

また、連続粒界結晶シリコンのシリコン膜の形成は、例えば、以下の工程によって行うことができる。

まず、図２に示した層間絶縁膜２６の上に酸化シリコン膜とアモルファスシリコン膜とを順に成膜する。次に、アモルファスシリコン膜の表層に、結晶化促進の触媒となるニッケル薄膜を形成する。次に、アニールによって、ニッケル薄膜とアモルファスシリコン膜とを反応させ、これらの界面に結晶シリコン層を形成する。その後、エッチング等によって、未反応のニッケル膜と珪化ニッケルの層を除去する。次に、残ったシリコン膜にアニールを行って結晶化を進展させると、連続粒界結晶シリコンによって形成されたシリコン膜が得られる。その後、フォトレジストの形成及びエッチングの実施により、シリコン膜の形状を所定の形状とし、さらに、種々のイオン注入を実施することによってフォトダイオード１７が完成する。

なお、本実施の形態において、フォトダイオード１７は、連続粒界結晶シリコンのシリコン膜によって形成されたものに限定されることはない。フォトダイオード１７は、入射光の波長が短いほど感度が増加する傾向の特性を有するものであれば良く、連続粒界結晶シリコンの特性と同様の感度特性を有するものとして、例えば、多結晶シリコンによって形成されたフォトダイオードが考えられる。

多結晶シリコンによるシリコン膜の形成は、例えば、次のようにして行うことができる。

先ず、非晶質シリコンのシリコン膜を形成する。そして、この非晶質シリコンのシリコン膜に対して、例えば５００℃で２時間加熱する等して脱水素化を行い、さらに、アニールを実施して、これを結晶化させる。この結果、多結晶シリコンのシリコン膜が得られる。アニールの方法としては、公知のレーザアニール法、例えば、非晶質シリコン膜にエキシマレーザによってレーザビームを照射する方法が挙げられる。

次に、本実施の形態における液晶表示装置のフォトダイオード１７について、画像取り込みを行う画像検出機能における受光素子として、液晶表示画像としてのバックライト光の照射による干渉を受けにくく、かつ、必要な画像情報をより効率的に取り込むことができる形態について説明する。

最初に、フォトダイオード１７の形状と、赤色（Ｒ）着色層６ｂに設けた高透過部２１との位置関係を説明する。図４は、フォトダイオード１７を構成するシリコン膜と、赤色（Ｒ）着色層６ｂに設けた高透過部２１との位置関係を、対向基板側から見たときの概略図である。

図４に示すように、本実施の形態における液晶表示装置に設けられたフォトダイオードは、光検出領域（ｉ層）１９とｐ型半導体領域１８あるいはｎ型半導体領域２０との接合面部分の長さ（Ｗ）が、ｐ型半導体領域１８およびｎ型半導体領域２０間の距離（Ｌ）よりも長くなるように形成されている。これは、光検出領域１９とｐ半導体領域１８およびｎ型半導体領域２０の接合面積を大きくすることで、フォトダイオード１７の感度を向上させるためである。結果として、フォトダイオード１７の光受光領域１９は、縦長形状となる。なお、上記説明したとおり、ＷをＬよりも大きくするのは、光検出領域１９とｐ半導体領域１８およびｎ型半導体領域２０の接合面積を大きくするためであるから、光受光領域１９は図４に示したような矩形である必要はなく、台形や楕円、長円形、三角形などでもよい。

このように、フォトダイオード１７の光検出領域１９が縦長形状、すなわちそのＷがＬよりも大きい形状としていることに対応させて、赤色（Ｒ）着色層６ｂの高透過部２１の形状も、この光検出領域１９の形状と同じように縦長形状としている。また、高透過部２１の大きさは、光検出領域１９全体が完全に覆われるよう光検出領域１９よりも少し大きめに形成している。

なお、ここで高透過部２１とは、その周囲の着色層よりも透過率が高い領域をいう。高透過部２１は、例えば、着色層に開口部を設けることや、または、透明の層で形成された部分を設けることによって得られる。また、高透過部２１に相当する部分だけ、着色層の厚さを薄くして透過率を上げることもできるが、この場合は、フォトダイオード１７の受光波長に対する感度特性との関係から、着色層の厚さをなるべく薄く形成することが必要となる。なお、図４に示す本実施形態では、上記したように、高透過部２１が光検出領域１９を完全に覆うように形成しているが、必ずしもこれに限られるものではなく、光検出領域の少なくとも一部が高透過部と重なるように形成されていればよい。

次に、図５は、本実施の形態における液晶表示装置の、青色（Ｂ）着色層６ａ、赤色（Ｒ）着色層６ｂ、緑色（Ｇ）着色層６ｃの配列関係と、赤色（Ｒ）着色層６ｂに設けられた高透過部２１の位置関係を示す平面図である。

図５には、横方向に２つ、縦方向に３つの画素が示されている。そして、１つの画素は横方向に並んだ３つのサブ画素に分割されている。したがって、図５では、横方向に６つ、縦方向に３つの合計１８のサブ画素が示されていて、それぞれのサブ画素はそれぞれ対応する着色層（６ａ，６ｂ，６ｃ）を有している。なお、図５にも示すように、本実施の形態では一つの画素に対して左から、青、赤、緑の順に着色層が配置されている状態を示しているが色の配列順はこれに限られるものではない。

上述したように、本実施の形態における液晶表示装置がサブ画素内に有するフォトダイオード１７は、入射光の波長が短いほど感度特性が増加する傾向となるものである。すなわち、フォトダイオード１７は、波長の短い青色光には反応し易いが、波長の長い赤色光には反応し難いという特性を有している。そして、この特性を活かして、フォトダイオード１７を、液晶表示装置の厚み方向において赤色（Ｒ）の着色層６ｂに重なるように配置することで、液晶パネルよりも観察者側に配置される部材によって反射されたバックライトからの照射光の影響を低減している。

すなわち、本実施の形態にかかる液晶表示装置では、フォトダイオード１７を、あえて受光感度の低い赤色（Ｒ）の着色層６ｂに重なるように配置することで、反射されたバックライトからの照射光のうち、主として赤色（Ｒ）の着色層６ｂを透過した赤色光のみがフォトダイオード１７に入射するようにして、反射されたバックライトからの照射光がノイズの影響となることを低減するのである。

また、本来フォトダイオード１７で検出すべき、液晶パネル４に対してほぼ垂直に入射してくる外部光に対する受光感度が低下しないように、高透過部２１を、液晶表示装置の厚み方向においてフォトダイオード１７の光検出領域１９に重なるように配置している。

以下、図６、図７を用いて、上記したフォトダイオード１７を、赤色（Ｒ）の着色層６ｂに重なるように配置し、かつ、赤色（Ｒ）着色層６ｂにフォトダイオード１７の受光領域１９に重なるように高透過部２１を設けることで、バックライト光の反射による表示画像のセンサ出力への映りこみが低減できる原理について説明する。また、液晶表示装置における各色着色層６ａ〜６ｃの形成された向きに対して、好ましいフォトダイオード１７の受光領域１９の向きについて説明する。

図６は、図５中に示した切断面Ｂ−Ｂ’における断面の構成を示す断面図であり、図７は、図５中に示した切断面Ｃ−Ｃ’における断面の構成を示す断面図である。なお、図６、図７ともに、液晶表示装置での各色着色層６ａ〜６ｃと、バックライトからの照射光との関係、また、フォトダイオード１７の受光領域１９との位置関係を示すことを目的としているため、一部の部材の表示を簡略化している。また、便宜上、液晶表示装置の特に観察者側の部材について厚み方向の大きさを拡大して示しているため、図６および図７における、図の縦横比は正確なものではない。

図６（ａ）は、上記したように、図５に示した切断面Ｂ−Ｂ’における液晶表示装置の断面の構成を示している。すなわち、通常の液晶表示装置では、表示画面の水平方向（横方向）に相当する方向の断面構成図である。

本実施の形態における液晶表示装置では、フォトダイオード１７のバックライト３４側にはバックライト光がフォトダイオードに入射するのを防止するための遮光膜２５が形成されている。したがって、図６（ａ）で示す、フォトダイオード１７が形成されている部分の近傍では、赤色表示画像となる赤色（Ｒ）の着色層６ｂを透過する赤色光３６ａ、３６ｂは、遮光膜２５の両側を透過したもののみである。そして、これらの赤色光３６ａ、３６ｂが、偏光板３２と保護パネル３５との界面で反射されてフォトダイオード１７の受光領域１９に入射する。この光は、もともとフォトダイオード１７にとって受光感度の低い赤色光であり、しかもフォトダイオード１７に入射する前に再び赤色（Ｒ）の着色層６ｂを透過するため、その強さが低下しており、フォトダイオード１７で受光された場合でも、出力信号のノイズとなる影響度は小さい。

次に、液晶表示装置における緑色表示画像となる緑色（Ｇ）の着色層６ｃを透過する緑色光３６ｃであるが、図６（ａ）に示すように、偏光板３２と保護パネル３５との界面で反射されてフォトダイオード１７の受光領域１９に入射する。この場合、緑色光３６ｃは、バックライトからの照射角度によって、緑色（Ｇ）の着色層６ｃ、または、赤色（Ｒ）の着色層６ｂのいずれかを通って、フォトダイオード１７に入射する。

同様に、液晶表示装置における青色表示画像となる青色（Ｂ）の着色層６ａを透過する青色光３６ｄも、図６（ａ）に示すように、偏光板３２と保護パネル３５との界面で反射されてフォトダイオード１７の受光領域１９に入射する。この場合、青色光３６ｄは、バックライトからの照射角度によって、青色（Ｂ）の着色層６ａ、または、赤色（Ｒ）の着色層６ｂのいずれかを通って、フォトダイオード１７に入射する。

なお、フォトダイオード１７に入射する可能性のある光としては、上記で検討した、フォトダイオード１７が形成された位置に重ね合わさるように形成された赤色（Ｒ）の着色層６ｂ、およびこれに隣り合う、緑色（Ｇ）の着色層６ｃおよび青色（Ｂ）の着色層６ａを透過した光には限られない。例えば、図６（ａ）における左右の両外側に形成された、より遠い位置にある着色層を透過した光が、その反射角度によっては、フォトダイオード１７が形成される方向に向かって進んでくる。しかしながら、これらの光は、通常異なる２色の着色層を透過するために、それぞれの着色層における透過率の影響をうけて大幅にその明るさが低下しており、フォトダイオードに入射した場合でも、これらがノイズとなる可能性は極めて低い。

具体的に図６（ａ）に示した例で説明すると、フォトダイオード１７が形成された位置に設けられた赤色（Ｒ）着色層よりも２つ外側（図６（ａ）における右側）の青色（Ｂ）着色層を透過した青色光３６ｅは、偏光板３２と保護パネル３５との界面で反射された後、緑色（Ｇ）着色層６ｃに入射する。このとき、この青色光３６ｅは、最初に透過した着色層の青色領域での透過率と、２回目に透過する着色層の緑色領域での透過率とのかけ算に相当する透過率の光となり、その光量は極めて小さいものとなる。

同様に、フォトダイオード１７が形成された位置に設けられた赤色（Ｒ）着色層よりも２つ外側（図６（ａ）における左側）の緑色（Ｇ）着色層を透過した緑色光３６ｆも、青色（Ｂ）着色層６ａに入射するため、上記した青色光３６ｅと同じく、その光量は、極めて小さいものとなる。この状態を示すため、図６（ａ）では、これらの光３６ｅ、３６ｆは、２色目の着色層に入射した際に消失するように示している。

なお、さらに外側からフォトダイオード１７の形成方向に向かってくる光３６ｇおよび３６ｈは、図６（ａ）に示すように、入射角度が浅いため、フォトダイオード１７の受光領域１９に入射する可能性が極めて低く、ノイズの要因となる可能性は小さい。

以上から、フォトダイオード１７での受光ノイズを考慮する上では、フォトダイオード１７と重なるように形成された赤色（Ｒ）着色層６ｂ、およびこれと隣り合う緑色（Ｇ）着色層６ｃおよび青色（Ｂ）着色層６ａを透過して入射してくる反射光を考えればよいことになる。そこで、これらの反射光の影響について、本実施の形態にかかる液晶表示装置が効果を奏することができる原理を説明する図６（ｂ）を用いてさらに説明を加える。

図６（ｂ）は、図６（ａ）と同じく本実施の形態にかかる液晶表示装置の断面の概略構成を示している。そして、偏光板３２もしくはそれよりも観察者側の部材によって反射されてフォトダイオード１７に入射するバックライト照射光について、入射する光が透過する着色層によって領域１、領域２、領域３、領域４の４つの領域に分けている。

領域１は、赤色（Ｒ）着色層６ｂを透過してフォトダイオード１７の受光領域１９に入射する光が透過する領域である。この領域１を透過する光３７ａ、３７ｂ、３７ｃ，３７ｄは、もともとの光が何色であるかにかかわらず、上記したように本実施の形態におけるフォトダイオード１７の受光感度が低い赤色光としてフォトダイオード１７に入射する。

この場合、赤色（Ｒ）着色層６ｂを透過してきた赤色光３７ａおよび３７ｂは、赤色（Ｒ）着色層６ｂを２度通るため、その透過率の影響を２度受けることになる。また、青色（Ｂ）着色層６ａを透過してきた青色光３７ｃおよび緑色（Ｇ）着色層６ｃを透過してきた緑色光３７ｄは、それぞれ青色と赤色、または、緑色と赤色という異なる２色の着色層を透過することになるので、２色の着色層の共通部分の波長しか透過することができない。これらの理由から、領域１を透過してフォトダイオード１７に入射した場合には、受光信号のノイズとして影響する可能性は極めて低いことが分かる。

領域２を透過する光３７ｅは、緑色（Ｇ）着色層６ｃを透過してフォトダイオード１７の受光領域１９に入射する。このため、上記領域１を透過して入射する光よりも、その受光感度は高くなる。また、領域３を透過する光３７ｆは、青色（Ｂ）着色層６ａを透過してフォトダイオード１７に入射するため、さらにフォトダイオード１７の受光感度が高くなる。

領域４は、フォトダイオード１７の受光領域１９に重なり合うように形成された、赤色（Ｒ）着色層６ｂの高透過部２１を透過して入射する光が透過する領域である。上記した領域１から領域３を透過してフォトダイオード１７に入射する光と異なり、領域４を透過する光は、例えば高透過部２１が赤色（Ｒ）着色層６ｂに設けられた開口である場合には、本来の表示色である着色層を１度のみ透過した光である。しかし、図６（ａ）において説明したように、領域４とフォトダイオード１７の受光領域１９との位置関係から、領域４を透過する光は、領域４と同じ位置にある、フォトダイオード１７が形成されているサブ画素に形成された着色層を透過したものである場合がほとんどである。したがって、本実施形態の場合に領域４を透過する光とは、フォトダイオード１７の受光感度が低い赤色光が中心となる。なお、領域４を透過した光が、主としてフォトダイオード１７が形成されているサブ画素に形成された着色層を透過したものであるという傾向は、フォトダイオード１７と偏光板３２の距離が小さくなるほど顕著になる。すなわち、対向基板３のベース基板となるガラス基板２９の薄型化や、偏光板３２をガラス基板２９の液晶層２側に形成するなどの対策手法を採用することで、領域４を透過する光をフォトダイオードの受光感度の小さな赤色光として、ノイズとなる度合いを低減することができる。

以上、図６（ｂ）を用いて、領域１から領域４の各領域を透過する光が、フォトダイオード１７の受光信号のノイズとなる影響度合いを検討してきた。ここで、図６（ｂ）からも明らかなように、フォトダイオード１７の受光領域から見た見込み角において、領域１および領域４の占める割合が高く、これに対して領域２および領域３が占める割合はかなり低い。

したがって、本実施形態において、領域１および領域４からフォトダイオード１７に入射する光の影響を抑えることが重要であり、このために、フォトダイオード１７を液晶パ
ネルの厚み方向において、フォトダイオードの受光感度が低い赤色（Ｒ）の着色層と重なるように配置することが極めて有効である。本実施の形態にかかるフォトダイオード１７の受光感度は、図３に示した波長特性を有しているため、フォトダイオードを青色（Ｂ）着色層６ａと重なり合うように設けた場合と比較して、赤色（Ｒ）着色層に重なり合うようにすることで、受光感度が約１／２０程度となり、表示画像の反射光が受光信号のノイズとなる可能性を大幅に低減できることが分かる。

次に、図７（ａ）は、上記したように、図５に示した切断面Ｃ−Ｃ’における液晶表示装置の断面の構成を示している。すなわち、通常の液晶表示装置では、表示画面の垂直方向（縦方向）に相当する方向の断面構成図である。

本実施形態における液晶表示装置では、図５に示すように、画面の垂直方向には同じ色の着色層が並んで形成されている。したがって、Ｃ−Ｃ’線に沿った断面構造には、着色層はいずれも赤色（Ｒ）着色層６ｂのみが現れる。

図７（ａ）に示すように、この断面に現れる画像表示を行うバックライトからの照射光３８ａ、３８ｂは、いずれも赤色の光であり、例えば、液晶表示装置の観察者側に設けられた偏光板３２とその外側の液晶パネルを保護するアクリル板３５との界面で反射された赤色光は、再び赤色（Ｒ）着色層６ｂを透過するか、もしくは、高透過部２１を通ってフォトダイオード１７に入射する。

図７（ｂ）は、図６（ｂ）と同じく、本実施の形態にかかる液晶表示装置が効果を奏することができる原理を説明する図であり、図７（ａ）と同じく本実施の形態にかかる液晶表示装置の表示面の垂直方向の断面の概略構成を示している。

図７（ｂ）に示すように、液晶表示装置の表示面の垂直方向には、領域５として示された、フォトダイオード１７の受光領域１９に入射する際に、再び赤色（Ｒ）着色層６ｂを透過する光３９ｃ、３９ｄが透過する領域と、領域６として示された、フォトダイオード１７の受光領域１９に入射する際に、赤色（Ｒ）着色層６ｂに設けられた開口部などの高透過部２１を透過する光３９ａ、３９ｂが透過する領域が考えられる。

しかし、図７（ｂ）に示す、表示面の垂直方向の断面図に現れる光は、図６（ｂ）に示した表示画面の水平方向の断面に現れる光とは異なり、いずれの領域を透過するものもフォトダイオード１７の受光感度の低い赤色光である。したがって、本実施形態の液晶表示装置のように、フォトダイオード１７を液晶表示装置の厚み方向において、フォトダイオードの受光感度が低い赤色（Ｒ）の着色層と重なるように配置することが極めて有効である。

また、高透過部２１の大きさが大きくなった場合を考えると、図６（ａ）（ｂ）に示した、表示画面の水平方向における断面の場合には、フォトダイオード１７の受光感度が低い赤色（Ｒ）着色層を透過する光の割合、言い換えると、図６（ｂ）に示す領域１および領域４を透過する光の割合が増加する。ここで、図７（ａ）（ｂ）に示した、表示画面の垂直方向における断面の場合には、高透過部２１が大きくなっても、フォトダイオード１７に入射する光の色が変わらないため、入射光の色による受光感度は変化しない。

したがって、本実施形態にかかる液晶表示装置においては、図４を用いて検討した、フォトダイオードの受光感度を向上させるための受光領域１９の縦長形状、および、これに対応する高透過部２１の縦長形状を、表示画面の垂直方向、言い換えれば、同じ色の前記着色層が連続して配列されている方向に、その長手方向を揃えるように形成することで、反射光がノイズとなることを防止しつつ、フォトダイオードの受光能力を向上できることが分かる。

以上より、フォトダイオード１７を、赤色（Ｒ）の着色層６ｂと重なり合うように形成することが、そして、フォトダイオード１７の光検出領域１９の長手方向（図４におけるＷ方向）を、赤色（Ｒ）の着色層６ｂが並んで形成されている方向に合わせることが、光センサとしてのフォトダイオード１７がバックライトから照射光の反射によって受ける写り込みの影響を最も効果的に低減できることが分かる。

なお、上記本発明の一実施形態である液晶表示装置として、フォトダイオード１７が、連続粒界結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどのシリコン膜によって形成されたものについて説明してきた。しかし、実施形態にかかる液晶表示装置に用いられるフォトセンサは、これらシリコン膜を用いたフォトダイオードに限定されることはない。入射光の波長が短いほどその受光感度が増加する傾向の特性を有するフォトセンサであればよく、例えば、フォトトランジスタなどを用いることができる。

また、上記本発明の実施形態の説明では、液晶パネルとして透過型のものを示し、液晶表示装置として液晶パネルを照射するバックライトを有するものについて説明したが、本発明にかかる表示装置としての液晶表示装置に用いられる液晶パネルは、これに限られるものではない。例えば、背面側のアクティブマトリクス基板に設けた反射電極で外光を反射し、この反射光を利用して画像表示を行う反射型の液晶パネルにおいても、画像検出機能を備えた画像表示パネルとすることができる。このように、反射型液晶パネルを用いた場合でも、反射電極で反射して表示画像を形成する光が、光学干渉によってフォトセンサに入射することでノイズとなる場合には、本発明を適用することで透過型液晶パネルの場合と同様の効果を発揮できることは容易に理解できる。さらに、バックライトからの照射光と、反射電極で反射された反射光との両方を画像表示に用いる、半透過型の液晶パネルを用いることもできる。

さらに、本発明にかかる画像表示装置に用いられる画像表示パネルとしては、上記実施形態として説明した液晶パネルを用いたものに限られず、他の透過型の画像表示パネルや、また自発光型の画像表示パネルをも用いることもできる。自発光型の画像表示パネルとしては、例えば、有機または無機のＥＬ材料によって得られた発光を、そのままの発光色ではなくカラーフィルタを用いて所望の色に変換して画像表示を行うもので、画像検出機能付きのものなどが考えられる。自発光材料で、特定の発光色の発光を直接的に得るよりも、例えば高輝度の白色光をＲ、Ｇ、Ｂ三色のフィルタで三原色とする場合のように、色変換を行った方が各色における発光効率をより高くできる場合があるからである。このような自発光型の画像表示パネルでは、カラーフィルタを透過した光を用いて画像表示を行うために、上記本発明の実施形態で説明した液晶パネルを用いた表示装置と同様に光学干渉によるフォトセンサへの写り込みの問題が生じ、上記した本発明の構成を適用することで、このような写り込みによるノイズの影響を大幅に低減することができる。

さらにまた、上記本実施形態の説明においては、カラーフィルタを対向基板上に設けたものについて説明したが、本発明にかかる表示装置に用いられる画像表示パネルとしてはこれに限られるものではなく、液晶パネルの場合に「ＣＦオンアレイ」と呼ばれる、カラーフィルタをアクティブマトリクス基板上に設ける技術を用いてもよい。なお、この場合には、画像表示パネルの厚さ方向において、背面側のアクティブマトリクス基板上にまずフォトセンサを設け、フォトセンサの上にカラーフィルタを形成する構成とすべきであることは言うまでもない。

以上のように、本発明によれば、画像検出機能付きの画像表示装置において、表示をしながらセンシングを行う場合、画像表示装置構成部材の界面などからのバックライト反射光による、センサ出力への表示画像の映りこみを低減することができる。このことから、本発明における画像検出機能付きの画像表示装置は、産業上の利用可能性を有し得るものである。

Claims (8)

1. アクティブマトリクス基板と対向基板とを備える画像検出機能付き画像表示パネルを備えた画像表示装置であって、
   前記アクティブマトリクス基板は、マトリクス状に配置された複数の画素と、表示領域内に前記画素に対応して配置された複数のフォトセンサを備え、
   前記複数の画素は、それぞれ複数のサブ画素を有し、
   前記サブ画素に対応して各色の着色層が形成されたカラーフィルタを備え、
   前記フォトセンサは、前記各色の着色層のなかで、最も短波長側の色の前記着色層を透過する光に対する受光感度が、最も長波長側の色の前記着色層を透過する光に対する受光感度よりも高い入射光波長特性を有し、かつ、前記画像表示パネルの厚さ方向において、前記フォトセンサの光検出領域が複数の前記着色層の中で前記最も長波長側の色の前記着色層に重なるように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記カラーフィルタが、前記対向基板に設けられている請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記カラーフィルタが、前記アクティブマトリクス基板に設けられている請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記フォトセンサの光検出領域に重なるように配置された着色層は、透過率が周囲よりも高い高透過部を有し、
   前記画像表示パネルの厚さ方向において、前記高透過部は前記光検出領域と少なくとも一部が重なるように設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記高透過部の面積は、前記フォトセンサの前記光検出領域の面積よりも大きく、かつ、前記画像表示パネルの厚さ方向において、前記高透過部が前記光検出領域を完全に覆うように形成されている請求項４に記載の画像表示装置。
6. マトリクス状に配置された前記画素の行方向または列方向のいずれか一つの方向において、同じ色の前記着色層が連続して配列されていて、前記フォトセンサの前記光検出領域が、前記同じ色の着色層が連続して配列されている方向に長手方向をおく縦長形状である請求項４または５に記載の画像表示装置。
7. 前記画像表示パネルが液晶パネルである請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記液晶パネルに光を照射するバックライトをさらに備え、
   前記フォトセンサと前記バックライトとの間に遮光膜を有し、前記液晶パネルの厚さ方向において、前記遮光膜が、前記高透過部を完全に覆うように形成されている請求項７に記載の画像表示装置。

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