JP4736481B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置に関する。より詳細には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）によって代表される画素トランジスタを半導体基板上に備えたアクティブマトリクス方式などの表示装置（電気光学装置）に関し、特に、パネル背面から照明光を照射する透過型の装置における、照明光の品質と関わり持つ表示輝度や表示色度などの表示品質を管理する技術に関する。

近年、液晶や有機ＥＬ（Electro luminescence；エレクトロルミネセンス／ＯＬＥＤ；Organic Light Emitting Diode）などを表示機能要素に利用した表示装置は、薄型で低消費電力であるという特徴を生かして、ワードプロセッサやパーソナルコンピュータ（パソコンともいう）などのＯＡ（Office Automation ）機器や、電子手帳などの携帯情報機器、あるいは表示モニタを備えたカメラ一体型ＶＴＲなどに広く用いられている。また、近年では、地上波デジタルなどのデジタル機器の普及により、表示の高精細化や高色純度化のニーズが高まっている。

ここで、液晶表示装置においては、画素電極にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電性薄膜を用いて液晶表示パネルの背面から照明光を照射する透過型の液晶表示装置と、画素電極に金属などの反射電極を用いて液晶表示パネルの正面から照明光を照射する反射型の液晶表示装置と、反射型と透過型との両方の機能を合わせ持った複合（ハイブリッド）型の液晶表示装置とに大別される。

また、照明光の入射／出射とパネルを構成する画素基板（たとえばＴＦＴ基板）や対向基板（たとえばカラーフィルタ基板）との関係では、入射側を画素基板とする形態と、入射側を対向基板とする形態とがある。

一方、これら液晶表示装置においては、液晶表示パネル外、あるいは液晶表示パネルの周辺の外側領域や表示領域内に、種々のセンサなどの素子や各種回路（ＩＣ）などの各種の機能素子を付加することで、本来の表示機能の他に、付加的な機能を持たせる仕組みが提案されている（たとえば特許文献１，２参照）。

また、付加機能の典型的な例として、照明光の発光強度や色度などをセンサで検知することで、照明光の発光強度や色度などの変化があっても、それが表示輝度や表示色度などの表示品質に影響を与えないようにする仕組みが種々提案されている（たとえば特許文献３〜９参照）。

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たとえば、付加機能の利用形態の観点として、特許文献１に記載の仕組みでは、光センサによって、主画像表示部分とは独立に補助表示部分の光出力を検出することで、装置内部で液晶表示パネルの特性の自動化調整を行なうようにしている。

また、特許文献３〜５に記載の仕組みでは、照明光の発光強度を輝度センサで検知し、その結果に基づいて、照明光の発光強度が一定となるようにしている。

また、たとえば、モバイル向けの液晶表示装置では、バックライト光源として薄型化や低消費電力化の要求から白色ＬＥＤ（青色ＬＥＤと黄色蛍光体の組合せ）が採用されている。ところが、色再現性の観点からすると従来バックライト光源として採用されてきたＣＣＦＬ（冷陰極管）に比べ、著しく劣るという課題が生じていた。これに対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの３波長発光の光源（たとえばＲＧＢ発光ＬＥＤなど）による高色純度策が考案されている。しかし、Ｒ，Ｇ，Ｂの３波長発光ＬＥＤは、各色ＬＥＤの輝度バラツキ、経時変化、温度変化などにより、ホワイトバランスが大きく変化してしまうという課題が生じている。

この問題を解消する仕組みとして、特許文献６〜９に記載の仕組みでは、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応したフォトセンサでなるカラーセンサを使用して照明光の色度を検知し、その結果に基づいて、表示色度が一定となるようにしている。たとえば、特許文献６，７に記載の仕組みでは、たとえばＲ，Ｇ，Ｂ３色の照明光の発光強度がそれぞれ一定となるようにすることでそれを実現し、特許文献８，９に記載の仕組みでは、画像データに補正を加えることでそれを実現している。

他方、センサの配置位置の観点として、特許文献３，５に記載の仕組みでは、バックライト光の状態を検知するセンサを液晶モジュール（または液晶パネル）に外付けする仕組みが開示されている。たとえば特許文献３，５では、図９に示すように、パネルの導光板や拡散板の側面側に光センサを配置し、その側面から漏洩する光を検出するようにしている。

しかしながら、このようなセンサの配置形態では、外付けに伴う部品点数の増加などにより高コスト化を招き、また外付けに伴いモジュールの薄型化や省スペース化が困難となってしまう。

この問題を解消する仕組みとして、特許文献１，４，８，９に記載の仕組みでは、液晶モジュール（または液晶パネル）上の画像表示領域外にパネルと一体的にセンサを設ける仕組みが開示されている。たとえば、特許文献８では、バックライトの色温度を検出するため、カラーＬＣＤ固定枠の裏面で、バックライトの照射範囲内にセンサを取り付けている。

しかしながら、画像表示領域外に外付けの形式で各種の部材を取り付けていこうとすると、基板として見たときの表示に寄与しない周辺の実装領域が大きくなってしまい、特定の限られた基板内での液晶表示装置の高機能化に限度があり、外付けのために液晶表示装置の集積化が困難になり得る。

この問題を解消する仕組みとして、特許文献２に記載の仕組みでは、液晶モジュール（または液晶パネル）上の画像表示領域内にパネルと一体的にセンサを設ける仕組みが開示されている。この仕組みでは、液晶表示パネルの周辺の外側領域に機能素子を外付けすることを要せずに、外側領域に搭載できないような種類の部材を含めて機能素子を搭載して、高集積化や高機能化を図ることができ、しかもコストアップを低減することができるようになる。ただし、表示領域内にセンサを設けることで、パネル透過率のロスが生じ表示品位に影響を与える虞れがある。

しかしながら、たとえ特許文献１，４，８，９あるいは特許文献２に記載の仕組みのように、パネルと一体的にセンサを設けるとしても、センサ（特に受光部）を画素基板と対向基板の何れに設けるのかや、照明光が画素基板と対向基板の何れから入射するのかによっては、製造プロセス上問題が生じ得ることが分かった。

図１０および図１１は、この問題を説明する図である。図１０において、図示しないＴＦＴや駆動線３２などが形成されたＴＦＴ基板２ａ、カラーフィルタＣＦが形成されたＣＦ基板２ｂ、および液晶層ＬＣなどでなるパネル部５０と一体的に光学センサ部（光検知部）１０が形成されている。その場所としては、たとえば特許文献１，４，９と同様に画像表示領域外であるとする。また、光学センサ部１０を構成するフォトセンサ１２は、バックライト光Ｌ２が入射するＴＦＴ基板２ａ上に、バックライト光Ｌ２が入射するＴＦＴ基板２ａ側が受光面となるように形成されている。

このような構造の場合、光学センサ部１０でバックライト光Ｌ２の色度を検知するために、有効画素領域３ａ用のカラーフィルタＣＦと同様にＣＦ基板２ｂ上にカラーフィルタ層１６を形成しても、バックライト光Ｌ２はカラーフィルタ層１６を通ることなく直接にフォトセンサ１２の受光面に入射するので、バックライト光Ｌ２の色度を検知する色センサとしての機能を備えることができず、バックライト光Ｌ２の光強度を検知できるに留まり、ホワイトバランスの調整は不可能である。このことは、特許文献２と同様に画像表示領域のセル内にセンサを配置する場合にも起こる。

この問題を解消するために、図１１（Ａ）の変形例１に示すように、ＴＦＴ基板２ａ上に先ずカラーフィルタ層１６を形成し、その上に、有効画素領域３ａ用のＴＦＴなどを形成するのと同時にフォトセンサ１２を形成することが考えられる。しかしながら、この場合には、ＴＦＴやフォトセンサ１２を形成する際にカラーフィルタ層１６が特性変化を起さないようにする必要があり、カラーフィルタ層１６のカラーレジスト材料の選択やＴＦＴやフォトセンサ１２を形成する際の温度条件などの面で問題が生じる。

一方、図１１（Ｂ）の変形例２に示すように、ＴＦＴ基板２ａのバックライト光Ｌ２の入射面側に、その受光面を接して、フォトセンサ１２を形成し、その上にカラーフィルタ層１６を形成することも考えられる。しかしながら、この場合には、有効画素領域３ａのＴＦＴや駆動線３２などが形成される液晶層ＬＣ側と反対側にフォトセンサ１２を形成することとなり、カラーフィルタ層１６の材料選択の問題は生じないものの、ＴＦＴ基板２ａの両面に半導体層を形成しなければならず、製造プロセスが増えてしまう。

また、図１１（Ｃ）の変形例３に示すように、バックライト光Ｌ２が入射するＴＦＴ基板２ａではなく、対向するＣＦ基板２ｂ側に、受光面が液晶層ＬＣ側となるようにフォトセンサ１２を形成し、その上にカラーフィルタ層１６を形成することも考えられる。しかしながら、この場合には、ＣＦ基板２ｂ側にも、ＴＦＴ基板２ａと同様のプロセスでフォトセンサ１２用の半導体を形成しなければならず、製造工程数が増加しコストアップの問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画素基板側からバックライト光を入射させ対向基板側に出射させることで画像を表示する透過型の装置（その機能を持つ複合型も含む）において、本来の表示機能の他に、付加的な機能を持たせるため、光学センサ部をパネルと一体的に形成する場合でも、製造工程上の問題を招くことなく実現できる仕組みを提供することを目的とする。

本発明に係る表示装置は、表示機能に関わる組成物を有する層（表示層）を挟んで互いに対向して配置される一対の基板を有し、一方の基板には表示機能に関わる機能要素を有する画素が形成されており、照明光を一方の基板側から入射させ他方の基板側に出射させることで表示を行う半導体装置であって、照明光を検知する光検知素子を、受光面が表示機能に関わる組成物を有する層側となるように、一方の基板上に形成し、表示層を通過した照明光を光検知素子に向けて反射する反射部材を他方の基板上に形成すると共に、一方の基板の光検知素子の受光面側に波長弁別能を有する光学部材を有し、照明光の特定の波長成分を光検知素子に入射させることとした。

また従属項に記載された発明は、本発明に係る半導体装置のさらなる有利な具体例を規定する。

たとえば、パネル（特に有効画素領域）の照明光利用効率を高める上では、反射部材および光検知素子を有する光検知部を有効表示領域外に形成するのがよい。また、面内ムラを低減する上では、反射部材および光検知素子を有する光検知部を、複数箇所に配置するのがよい。

また、一方の基板上における光検知素子の配置面としては、一方の基板の表示機能に関わる半導体機能要素が形成されている面と同一の面に形成すると、双方を同時に形成できる利点が得られる。

また、何れの面に形成するかに拘らず、光検知素子は、その受光面が、一方の基板の表示機能に関わる組成物を有する層側となるように形成するのがよい。

また、表示色度を管理する観点では、照明光の特定の波長成分が光検知素子に入射するようにする波長弁別能を有する光学部材を設けるのがよい。この波長弁別能を有する光学部材は、他方の基板の反射部材上、もしくは一方の基板の光検知素子の受光面側に形成することができる。

この波長弁別能を有する光学部材は、照明光を発する発光素子の発光中心波長と略同一の中心波長を持つようにするのがよい。たとえば、白色再現の観点では、それぞれの中心波長として、赤色帯、緑色帯、および青色帯の３つとするとよい。また、波長弁別能を有する光学部材は、有効表示領域内に形成されている照明光の特定の波長成分を通過させる波長弁別能を有する光学部材と同じ材料で形成すると、双方を同時に形成でき、光学特性を揃えることができる利点が得られる。

また、波長弁別能を有する光学部材や反射部材は、光検知素子の受光面の面積よりも大きな面積で形成するのがよい。

また、反射部材や波長弁別能を有する光学部材の上下層の何れかに、散乱層またはプリズム層またはフォログラム層を形成することで反射効率や集光効率を向上させるとよい。また、反射部材を、ブラックマトリクスと兼用させてもよい。

また、照明光を発する光源部と、光検知素子で検知される光源部から発せられた照明光の情報に基づいて、表示品質を所定の状態にする制御部とを設けるとよい。この制御部は、その機能として、表示輝度を所定の状態にする機能や表示色度を所定の状態にする機能を持つものであるとよい。これらの制御に当たっては、光源の発光強度を調整する手法を採ることができる。

本発明によれば、照明光が入射される一方の基板側に照明光を検知する光検知素子を、受光面が表示機能に関わる組成物を有する層側となるように形成するとともに、表示層を通過した照明光を光検知素子に向けて反射する反射部材を他方の基板上に形成し、一方の基板の光検知素子の受光面側に波長弁別能を有する光学部材を有することとした。つまり、照明光は表示層を通過して対向基板で反射した後、照明光の特定の波長成分が画素基板上の光検知素子で検知される。

これにより、詳細は実施形態にて述べるが、光検知素子の製造面や波長弁別能を有する光学部材の製造面ともに、製造工程上の問題点を招くことなく、実現できるようになる。また、反射部材と光検知素子を有する光検知部を有効画素領域の部材と一体的に形成でき、モジュール薄型化や省スペース化が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜液晶表示装置の全体構成＞
図１は、本発明に係る光学センサ構成を適用した、たとえば電気光学素子として液晶セルを用いてなる液晶表示装置の一実施形態の全体構成の概略を示す図である。

図１に示すように、液晶表示装置１は、基板２の上に、画素アレイ部３、垂直駆動部５、水平駆動部６、レベルシフタ部（Ｌ／Ｓ）７、外部接続用の端子部（パッド部）８などが集積形成されている。すなわち、垂直駆動部５、水平駆動部６、およびレベルシフタ部７などの周辺駆動回路が、画素アレイ部３と同一の基板２上に形成された構成となっている。

画素アレイ部３は、左右両側から垂直駆動部５で駆動されるようになっている。端子部８には、液晶表示装置１の外部に配された駆動ＩＣから、種々のパルス信号が供給されるようになっている。

一例としては、シフトスタートパルスＩＮの他に、クロックパルスＣＫおよびクロックパルスｘＣＫ（ＣＫを論理反転したもの）、スタンバイ信号ＳＴＢ（あるいはＳＴＢを論理反転したｘＳＴＢ）、イネーブルパルスＥＮなど必要なパルス信号が供給される。

端子部８の各端子は、配線９を介し、垂直駆動部５や水平駆動部６に接続されるようになっている。たとえば、端子部８に供給された各パルスは、レベルシフタ部７で電圧レベルを内部的に調整した後、バッファを介して垂直駆動部５や水平駆動部６に供給される。

なお、図示した例では、垂直駆動部５のみがレベルシフタ部７を介するようにしている。垂直駆動部５は線順次で画素アレイ部３を走査するとともに、これに同期して水平駆動部６が画像信号を画素アレイ部３に書き込む。

画素アレイ部３は、図示を割愛するが（詳細は後述する図２を参照）、１対の基板２と両者の間に保持された液晶とを備え、その背後にバックライト光源が設けられたパネル構造を有する。たとえば、画素トランジスタなどを含む画素が、透明絶縁基板、たとえば第１のガラス基板（駆動側基板；画素基板）上に行列状に２次元配置され、この画素配列に対して行ごとに走査線が配線されるとともに、列ごとに信号線が配線された構成となっている。

第１のガラス基板は、第２のガラス基板（対向側基板；カラーフィルタ基板）と所定の間隙を持って対向配置されるとともに、図示しないシール剤を介して貼り合わされている。そして、そのシール剤の位置よりも内側の領域に液晶材料が封入されることになる。また、バックライト光源部が、第１のガラス基板側から画素アレイ部３を照射するように設けられる。

画素アレイ部３には、走査線（ゲート線）１２と信号線（データ線）１４が形成されている。両者の交差部には画素電極とこれを駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）が形成される。画素電極と薄膜トランジスタの組み合わせで画素セルＰを構成する。

また、詳細は後述するが、画素セルＰには、カラー画像表示用の所定色のカラーフィルタの組合せでなる色分離フィルタの内の何れかのカラーフィルタ（ＣＦ；Color Filter）が形成される。

加えて、本実施形態特有の構成として、画素アレイ部３の中央側の有効画素領域（画素領域内）３ａを囲む外郭領域３ｂ、たとえば表示エリア外の額縁部（ブラックマトリクス部）には、液晶層を通過したバックライト光を検知することでバックライトの発光強度や発光色などを管理する目的の光学センサ部１０が設けられる。

バックライト光管理用の光学センサ部１０を外郭領域３ｂに設けるのは、バックライト光管理用の光学センサ部１０を設ける場合にも、パネル透過率ロスをなくし表示品位に影響ないようにし、かつＴＦＴ側の開口率およびセンサ受光面積を拡大することで、光学センサ部１０へ入射するバックライト光量を増加させ、感度アップ（Ｓ／Ｎ向上）を図るためである。

なお、バックライト光管理用の光学センサ部１０の配置領域は、外郭領域３ｂに限らず、有効画素領域３ａでもよい。ただしこの場合には、前述とは逆に、パネル透過率ロスが発生し、感度低下（Ｓ／Ｎ低下）を招くことになる。

また、バックライト光管理用の光学センサ部１０は、液晶パネル面内に１箇所とは限らず、任意の複数箇所に配置されることもある。たとえば、図示するように液晶パネルの４隅など、液晶パネル面内２箇所以上に光学センサ部１０を配置することにより、面内輝度や面内色均一性制御が実現できる。また、それぞれは、受光領域を広げることで感度アップを図るようにするのがよい。光学センサ部１０を外郭領域３ｂに設けることで、光学センサ部１０の受光領域を広げることが容易になる。

垂直駆動部５は、走査線５ａを介して各画素セルＰを順次選択する。水平駆動部６は、選択された画素セルＰに対し信号線６ａを介して画像信号を書き込む。

たとえば、垂直駆動部５は、論理ゲートの組合せ（ラッチも含む）によって構成され、画素アレイ部３の各画素セルＰを行単位で選択する。なお、図１では、画素アレイ部３の一方側にのみ垂直駆動部５を配置する構成を示しているが、画素アレイ部３を挟んで左右両側に垂直駆動部５を配置する構成を採ることも可能である。

水平駆動部６は、シフトレジスタやサンプリングスイッチ（水平スイッチ）などによって構成され、垂直駆動部５によって選択された行の各画素セルＰに対して画素単位で映像信号を書き込む。

なお、ここでは、選択行の各画素セルＰに対して映像信号を画素単位で書き込む点順次駆動を例に挙げたが、選択行の各画素セルＰに対して映像信号を行単位で書き込む線順次駆動を採ることも可能である。

＜光学センサ部の構成；第１実施形態＞
図２は、画素アレイ部３の外郭領域近傍に設けられる本発明に係る光学センサ部１０の第１実施形態を説明する図である。ここで、図２（Ａ）は、光学センサ部１０近傍の断面模式図であり、図２（Ｂ）は、その平面（正面）模式図である。

図示するように、基板２としては、液晶層ＬＣを挟んで互いに対向して配置される一対のＴＦＴ基板２ａおよびＣＦ（カラーフィルタ；Color Filter）基板２ｂを有している。ＴＦＴ基板２ａ、ＣＦ基板２ｂ、および液晶層ＬＣなどでパネル部５０が構成される。また、ＴＦＴ基板２ａの背後には、ＴＦＴ基板２ａ側から画素アレイ部３の全体を照射するようにバックライト光源部４が設けられている。

バックライト光源部４としては、液晶パネルの背面（ＴＦＴ基板２ａの液晶層ＬＣとは反対側）から液晶パネルを照射する構造であればよく、一例としては、照明光を発する光源と、光源から発せられた照明光を液晶パネルの全面に導く導光板や拡散板などを備えた構造とする。拡散板は、液晶パネルと光源との間に介設され、光源からの光を拡散して均一に液晶パネルの背面を照射させるものである。

光源としては、たとえば、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３種類のＬＥＤ（Light Emission Diode；発光ダイオード）もしくはＯＬＥＤ（Organic Light Emission Diode；有機ＥＬ（Electro Luminescence）ともいわれる）あるいは無機ＥＬを１セットもしくは複数セット備えたユニット光源を用い、ＲＧＢ各色のＬＥＤもしくはＯＬＥＤがパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）駆動や定電圧駆動などにより各色独立駆動可能な駆動方法を採用する。

なお、バックライト光源部４の発光色およびカラーフィルタＣＦの色は、色再現性の観点からＲ，Ｇ，Ｂの３色が望ましいが、他色の組み合わせ、たとえばＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロ）の３色などでもよい。

ＴＦＴ基板２ａ上の画素アレイ部３の有効画素領域（画素領域）３ａには、図示を割愛したＴＦＴ素子を主要部とする画素セルＰがマトリクス状に配され、その画素セルＰを駆動する駆動線３２（図１の走査線５ａや信号線６ａ）などが形成される。

ＴＦＴ基板２ａの有効画素領域３ａに対応するＣＦ基板２ｂ上には、各画素セルＰに対応して、たとえば赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂｌｕｅ）の３原色など、それぞれ異なった色に着色されたカラーフィルタＣＦが形成されている。

また、ＴＦＴ基板２ａ上の画素アレイ部３の外郭領域３ｂには、バックライト光源部４の発光色を管理する目的の光学センサ部１０が設けられている。この光学センサ部１０の基本的な構造としては、ＴＦＴ基板２ａの液晶層ＬＣ側上に光検知素子としてのフォトセンサ１２を形成し、対応するＣＦ基板２ｂ上に、反射層１４と光学センサ部１０用のカラーフィルタ層１６を形成した構造としている。

フォトセンサ１２の受光面が液晶層ＬＣ側となるようにする観点では、ＴＦＴ基板２ａのバックライト光Ｌ２の入射面側に、その受光面を接して、フォトセンサ１２を形成することも考えられる。しかしこの場合には、有効画素領域３ａのＴＦＴや駆動線３２などが形成される液晶層ＬＣ側と反対側にフォトセンサ１２を形成することとなり、カラーフィルタ層１６の材料選択の問題は生じないものの、製造プロセスが増えてしまうので好ましくない。つまり、製造プロセス的には、付加機能を実現するためのフォトセンサ１２と画像表示機能に関わる画素セル３０の半導体素子などを、ＴＦＴ基板２ａ上の同一面に形成することが肝要である。

また、付加機能を実現するためのフォトセンサ１２と画像表示機能に関わる画素セル３０とを、ＴＦＴ基板２ａ上の同一面に形成するとの観点では、画素セル３０の半導体素子がＴＦＴ基板２ａのバックライト光Ｌ２の入射面側に形成されている場合には、それと同じ面にフォトセンサ１２をその受光面がバックライト光Ｌ２の入射面側となるように形成することも考えられる。この場合、カラーフィルタ層１６は、ＣＦ基板２ｂ側に限らず、ＴＦＴ基板２ａの液晶層ＬＣ側に形成することができる。カラーフィルタ層１６をＴＦＴ基板２ａ上に形成するプロセスが増えるものの、材料選択の制限は、図１１（Ａ）の変形例１よりは少ない。

フォトセンサ１２を、液晶パネル内に内蔵していることから、モジュールの薄型化や省スペース化が同時に実現可能となる。加えて、ＴＦＴ基板２ａ上の有効画素領域３ａにＴＦＴや駆動線３２などを形成する際に、同時に、同一面の外郭領域３ｂにフォトセンサ１２を形成することができるので、製造工程数が増加しないようにすることができ、プロセス削減やコストダウンを図ることもできる。

つまり、ＴＦＴ基板２ａ側およびＣＦ基板２ｂ側の何れについても、液晶表示パネルに本来の表示機能用の機能素子を取り付けるのと同じプロセスで、付加機能用の機能素子を形成できるので、液晶表示パネルを製造するプロセスと機能素子を製造するプロセスとを同時に行なうことができ、工程数の増加を伴うことなく、付加機能を実現可能な装置を製造することができる。

ここで、フォトセンサ１２は、その受光面がＣＦ基板２ｂすなわち液晶層ＬＣ側となるように形成している。フォトセンサ１２としては、たとえばフォトダイオードやＣＭＯＳの構成などがあるが、この構成に限るものではなく、光強度を検知（センシング）できる機能素子であれば、どのようなものを使用してもよい。なお、その受光面積によりフォトセンサ１２の感度が影響を受けるので、受光領域をできるだけ大きくするのが好ましい。

一方、第１実施形態の光学センサ部１０の構造においては、ＣＦ基板２ｂ上に、反射層１４とカラーフィルタ層１６とをこの順序で形成している対向ＣＦ（Color Filter）構造とした点に特徴を有する。

ここで、反射層１４としては、Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉなどの任意の金属（合金含む）を採用することができる。また、反射層１４には光の干渉を利用した光学薄膜や干渉膜を用いてもよい。たとえば、干渉膜としては、低屈折率膜、高屈折率膜の多層膜、もしくは２層膜構造などがある。また、樹脂層と屈折率の異なるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を積層配置し、たとえば、樹脂ブラックマトリクス層／ＩＴＯ（／カラーフィルタ）の構造としてもよい。

また、図では、ＣＦ基板２ｂの液晶層ＬＣ側に反射層１４を形成する例で示しているが、このような構造に限らず、たとえば、ＣＦ基板２ｂのバックライト光Ｌ２の出射面側に反射層１４を形成してもよい。ただしこの場合、バックライト光Ｌ２がＣＦ基板２ｂ内を入射経路と反射経路の２回通ってフォトセンサ１２に入射するのでロスが生じ感度低下を招き得る。よってこの点では、反射層１４は、ＣＦ基板２ｂの液晶層ＬＣ側が好ましい。

あるいは、反射層１４にブラックマトリクスとしての機能を兼ね備え、そのＣＦ基板２ｂ（ガラス面）側を低反射膜（酸化クロム）、液晶層ＬＣ側を高反射膜（メタルクロム）とすることにより、プロセス削減やコストダウンを図ることもできる。

カラーフィルタ層１６は、バックライト光の特定の波長成分がフォトセンサ１２に入射するようにする波長弁別能を有する光学部材の機能を持っており、その色（中心波長）は、バックライト光源部４の発光色の中心波長と異なっていてもよいが、光源の発光色とカラーフィルタ層１６の色を同じ色（色相）とする、つまりバックライト光を発する発光素子４２ａの発光中心波長と略同一の中心波長を持つ方がより効率的であり望ましい。

たとえばバックライト光源部４がＲ，Ｇ，Ｂの３色発光であれば、カラーフィルタ層１６の色も、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色を選択することが望ましい。なお、このカラーフィルタ層１６用のＲ，Ｇ，Ｂの３色は、有効画素領域３ａの有効画素と同じカラーフィルタ材料（カラーレジスト）を用いると、プロセス削減やコストダウンを図ることができる。

また、光学センサ部１０用の反射層１４上に設けるカラーフィルタ層１６に反射用カラーフィルタ材料（カラー反射レジスト）を用いることにより、反射率をアップし、感度アップや高効率化を図るようにしてもよい。また、反射バックライト光Ｌ３をフォトセンサ１２で効率よく検知するようにするには、反射層１４や反射層１４上に設けるカラーフィルタ層１６を、フォトセンサ１２の受光領域よりも大きな面積とすることが望ましい。

このような構造の光学センサ部１０とすることで、バックライト光源部４から射出されたバックライト光Ｌ２は、ＴＦＴ基板２ａの外郭領域３ｂに設けられた開口部３ｃを通過し、ＣＦ基板２ｂ側に到達する。ＣＦ基板２ｂには、反射層１４が形成されており、ここでバックライト光Ｌ２がＴＦＴ基板２ａに設けられたフォトセンサ１２に反射される。フォトセンサ１２は、この反射してきた光（反射バックライト光Ｌ３）を検知する。

つまり、バックライト光源部４から発せられＴＦＴ基板２ａの外郭領域３ｂを透過したバックライト光Ｌ２が一旦カラーフィルタ層１６を通り反射層１４で反射し、さらにカラーフィルタ層１６を通りフォトセンサ１２の受光面に入射するようになる。

後述する第２実施形態の構成とは異なり、フォトセンサ１２に入射するバックライト光が光学センサ部１０のカラーフィルタ層１６を２回通過する構造となるため、フォトセンサ１２の受光面への光量が低下（カラーフィルタ層１６による透過率ロスが発生）し、後述する第２実施形態と比べると、感度の面では不利である。しかしながら、カラーフィルタ層１６に、有効画素領域３ａの有効画素と同じカラーレジストを用いることで、プロセス削減やコストダウンを図ることができる利点がある。

ここで、ＣＦ基板２ｂの反射層１４上に、たとえばＲ（赤）のカラーフィルタ層１６を配置することで、液晶層ＬＣを通過し反射層１４にてフォトセンサ１２へ反射していく反射バックライト光Ｌ３のうち、Ｒ波長域の光が支配的となるため、Ｒに感度を持つフォトセンサ１２の形成が実現できる。同様にカラーフィルタ層１６に、Ｇ（緑）やＢ（青）を用いることにより、ＧやＢに感度を持つフォトセンサ１２の形成が実現できる。

バックライト光源部４が交換されたり、あるいはバックライト光源部４が温度変化や経年変化を持ったりしても、フォトセンサ１２の検知結果に基づいて、液晶パネルが表示する画像の輝度やホワイトバランスが常に設定値と等しくなるように動作させる表示性能維持制御が実現できるようになる。

たとえば、フォトセンサ１２の検知結果に基づいて、バックライト光源部４を効果的に制御する。具体的には、フォトセンサ１２によりバックライト光の発光強度を検知し、輝度が設定値に合うようにバックライト光源部４の駆動にフィードバックすることで、バックライト光源部４の発光強度（輝度）の制御が実現できるようになる。また、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のフォトセンサ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを配置することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の発光強度を検知し、ホワイト色度が設定値に合うようにバックライト光源部４の駆動にフィードバックすることで、バックライト光のホワイトバランス（色温度）の制御が実現できるようになる。

また、バックライト光源部４に設けられる拡散板などによって拡散されたバックライト光を検出するため、拡散板の拡散特性が温度変化や経時変化しても、それら特性変化の補償をも含めて、バックライト光源部４の発光強度やバックライト光の色温度を調整することができる。

ここで、光学センサ部１０が温度変化や経時変化をすると、その影響がバックライト光源部４の発光強度やバックライト光の色温度を調整する制御に現われ、性能が低下する。この点では、光学センサ部１０、特にフォトセンサ１２としては、温度変化や経時変化に対する受光感度の変化の少ないものを使用するのが好ましい。あるいは、その変化を相殺する補償機構を設けるのが好ましい。

なお、上述の説明では、典型的な例として、光源の波長の種類および数と光学センサ部１０の種類および数は同一が好ましいとしたが、光源の輝度と色度を制御できる限りにおいて、バックライト光源部４が出射する異なる波長の数よりも、多いもしくは少ないものとすることができる。

また、バックライト光の全波長帯域に感度を持つ１つのフォトセンサ１２を有する光学センサ部１０を備え、時分割により光学センサ部１０を使用することによって、複数の異なる波長の光強度を検出することもできる。この場合、少なくとも反射層１４をＣＦ基板２ｂ側に備えていればよく、カラーフィルタ層１６はなくてもよいことになる。

＜光学センサ部の構成；第２実施形態＞
図３は、本発明に係る光学センサ部１０の第２実施形態を説明する光学センサ部１０近傍の断面模式図である。この第２実施形態の光学センサ部１０は、カラーフィルタ層１６をＣＦ基板２ｂ側の反射層１４上に形成するのではなく、ＴＦＴ基板２ａ側のフォトセンサ１２上に形成している点に特徴を有する。要するに、ＴＦＴ基板２ａ上にカラーフィルタ層１６をオンチップ形成したオンチップカラーフィルタ（ＯＣＣＦ；On Chip Color Filter）構造とした点に特徴を有する。

具体的には、図示するように、基板２としては、第１実施形態のＣＦ基板２ｂを対向基板２ｃに変更しており、液晶層ＬＣを挟んで互いに対向して配置される一対のＴＦＴ基板２ａおよび対向基板２ｃを有している。

ＴＦＴ基板２ａ上の有効画素領域（画素領域）３ａには、図示を割愛したＴＦＴ素子を主要部とする画素セルＰがマトリクス状に配され、その画素セルＰを駆動する信号線６ａなどが形成される。また、各画素セルＰに対応して、たとえばＲ色，Ｇ色，Ｂ色の３原色など、それぞれ異なった色に着色されたカラーフィルタＣＦが形成されている。

また、ＴＦＴ基板２ａ上の画素アレイ部３の外郭領域３ｂには、バックライト光源部４の発光色を管理する目的の光学センサ部１０が設けられている。ここで、第２実施形態の光学センサ部１０の構造においては、ＴＦＴ基板２ａ上に検知部としてのフォトセンサ１２を形成し、光学センサ部１０用のカラーフィルタ層１６を形成した構造とし、対応するＣＦ基板２ｃ上に反射層１４を形成している構造とした点に特徴を有する。この第２実施形態においても、フォトセンサ１２を、液晶パネル内に内蔵していることから、モジュールの薄型化や省スペース化が同時に実現可能となる。

フォトセンサ１２は、その受光面がＣＦ基板２ｃすなわち液晶層ＬＣ側となるように形成している。また、その受光面積によりフォトセンサ１２の感度が影響を受けるので、受光領域をできるだけ大きくするのが好ましい。カラーフィルタ層１６の面積は、フォトセンサ１２の受光面積とほぼ同じか幾分広い程度でよい。一方、反射バックライト光Ｌ３をカラーフィルタ層１６を通してフォトセンサ１２で効率よく検知するようにするには、反射層１４をフォトセンサ１２の受光領域よりも大きな面積とすることが望ましい。

このようなＯＣＣＦ構造とすれば、ＴＦＴ基板２ａ上の有効画素領域３ａにＴＦＴや駆動線３２などを形成する際に同時に外郭領域３ｂにフォトセンサ１２を形成し、また、その後に有効画素領域３ａにカラーフィルタＣＦを形成する際に、同時に外郭領域３ｂにカラーフィルタ層１６を形成することができるので、特殊なプロセスを追加することなく、フォトセンサ１２上部へ直接にカラーフィルタ層１６を形成することができ、プロセス削減やコストダウンを図ることができる。

また、このようなＯＣＣＦ構造とすれば、フォトセンサ１２に入射するバックライト光が光学センサ部１０のカラーフィルタ層１６を１回のみ通過する構造となるため、第１実施形態の構造よりもカラーフィルタ層１６による透過率ロスを低減でき、フォトセンサ１２の受光面への光量がアップし、感度向上を図ることができる。

＜光学センサ部の構成；第３実施形態；ブラックマトリクス層＋反射層＋カラーフィルタ層の積層構造＞
図４は、本発明に係る光学センサ部１０の第３実施形態を説明する光学センサ部１０近傍の断面模式図である。この第３実施形態の光学センサ部１０は、ＣＦ基板２ｂ上に樹脂やメタルなどでなるブラックマトリクス（ＢＭ；Black Matrix）１８を形成し、このブラックマトリクス層１８上に、さらに反射層１４とカラーフィルタ層１６の積層構造を形成した点に特徴を有する。要するに、カラーフィルタ層１６が載置される反射層１４のＣＦ基板２ｂ側に、樹脂ＢＭやメタルＢＭなどのブラックマトリクス層１８を配置した構造である。

第１実施形態における変形例として、反射層１４にブラックマトリクスとしての機能を兼ね備える構造例を説明したが、この第３実施形態では、反射層１４とは独立にブラックマトリクス層１８を形成している点が異なる。

このように、反射層１４とは独立にブラックマトリクス層１８を形成することにより、ブラックマトリクス材料の選択の自由度が増し、反射能力の乏しい樹脂ブラックマトリクスでも採用可能となる。樹脂ブラックマトリクスは、メタルブラックマトリクスに比べ反射率が低く、液晶パネル観賞時に額縁やブラックマトリクスのメタリック感がなくなり、表示品位が向上するなど、表示特性上、良好なものである。つまり、表示特性上、良好な樹脂ブラックマトリクスを採用できるようになるので、パネル表示品位の向上を図ることができる。

＜光学センサ部の構成；第４実施形態；反射層＋散乱層の積層構造＞
図５は、本発明に係る光学センサ部１０の第４実施形態を説明する光学センサ部１０近傍の断面模式図である。この第４実施形態は、散乱層を通してバックライト光をフォトセンサ１２で検知する構造としている点に特徴を有する。散乱層を利用してバックライト光を検知することで、バックライト光を効率よくフォトセンサ１２の受光面へ導くようにすることで、光量アップを図り、感度向上を図ることができるようになる。

ここで、散乱層を設ける位置としては様々な態様が考えられ、反射層１４の上下やカラーフィルタ層１６の上下の何れのレイヤ（層）でもよい。たとえば、図示した例は、第１実施形態の構造に散乱層を追加した構造例を示しており、具体的には、反射層１４とカラーフィルタ層１６との間に散乱層２０を挟み込んだ構造、すなわち反射層１４の上部（ＣＦ基板２ｂとは反対側）に散乱層２０を設けた構造としている。

反射層１４の上に散乱層２０を配置することにより、効率よくフォトセンサ１２の受光面へバックライト光を反射、集光させることで受光光量のアップを図ることで、感度を向上させることができる。

散乱層２０は、たとえば樹脂レジストなどをフォトリソグラフィ技術で形成してもよいし、ドライフィルム化したものを転写して形成してもよい。またその材料としては、樹脂レジスト内にプラスチックビーズなどの散乱体を分散させた材料を用いてもよい。

なお、第３実施形態の構造のように、反射層１４とＣＦ基板２ｂとの間にブラックマトリクス層１８を設けた構造であってもよい。また、第２実施形態の構造のように、カラーフィルタ層１６をフォトセンサ１２上に形成した構造において、反射層１４の上（液晶層ＬＣ側）もしくは下（ＣＦ基板２ｂ側）に散乱層２０を配置してもよい。

この場合でも、同様の効果を享受できる。ただし、その場合には、散乱層２０をフォトセンサ１２の受光部面積よりも広い領域（フォトセンサ１２の外周部分、もしくはフォトセンサ１２以外の部分で、対向基板としてのＣＦ基板２ｂ側に光を透過する領域）に配置する必要がある。なお、このとき、必ずしも、散乱層２０の配置領域は、フォトセンサ１２の受光部を含む必要性はない。対向基板としてのＣＦ基板２ｂ側に光を透過する際に、散乱や拡散をさせることによって、同様の効果が得られる。

＜光学センサ部の構成；第５実施形態；反射層＋カラーフィルタ層＋プリズム層もしくはフォログラム層＞
図６は、本発明に係る光学センサ部１０の第５実施形態を説明する光学センサ部１０近傍の断面模式図である。この第５実施形態は、プリズム層もしくはフォログラム層を通してバックライト光をフォトセンサ１２で検知する構造としている点に特徴を有する。プリズム層やフォログラム層を利用してバックライト光を検知することで、バックライト光を効率よくフォトセンサ１２の受光面へ導くようにすることで、光量アップを図り、感度向上を図ることができるようになる。

ここで、プリズム層やフォログラム層を設ける位置としては様々な態様が考えられ、たとえばカラーフィルタ層１６の上下の何れのレイヤ（層）でもよい。たとえば、図示した例は、第１実施形態の構造にプリズム層もしくはフォログラム層を追加した構造例を示しており、具体的には、カラーフィルタ層１６の上部（液晶層ＬＣ側）にプリズム層２２もしくはフォログラム層２４を設けた構造としている。

反射層１４の上にプリズム層２２やフォログラム層２４を配置することにより、効率よくフォトセンサ１２の受光面へバックライト光を反射、集光させることで受光光量のアップを図り、受光感度を向上させることができる。

なお、第３実施形態の構造のように、反射層１４とＣＦ基板２ｂとの間にブラックマトリクス層１８を設けた構造であってもよい。また、第２実施形態の構造のように、カラーフィルタ層１６をフォトセンサ１２上に形成した構造において、反射層１４の上（液晶層ＬＣ側）にプリズム層２２やフォログラム層２４を配置してもよい。

この場合でも、同様の効果を享受できる。ただし、その場合には、プリズム層２２やフォログラム層２４をフォトセンサ１２の受光部面積よりも広い領域（フォトセンサ１２の外周部分、もしくはフォトセンサ１２以外の部分で、対向基板としてのＣＦ基板２ｂ側に光を透過する領域）に配置する必要がある。なお、このとき、必ずしも、プリズム層２２やフォログラム層２４の配置領域は、フォトセンサ１２の受光部を含む必要性はない。対向基板としてのＣＦ基板２ｂ側に光を透過する際に、散乱や拡散をさせることによって、同様の効果が得られる。

＜装置構成＞
図７は、上記第１〜第５実施形態で説明した光学センサ部１０と同様の思想を持つ光学センサ部７０を備える液晶表示装置（ＬＣＤモジュール）１の全体概要の一例を示す断面図である。図示するように、液晶表示装置１は、フレーム（筐体）４０内に、バックライト光源部４とパネル部５０とを収容し、パネル部５０の上面に配置される図示しないベゼルによって外側から保持、保護された構造となっている。

バックライト光源部４は、照明光を発する光源部４２と、光源部４２から発せられた照明光をパネル部５０の全面に導く反射フィルム４４や導光板４５や拡散フィルム４６やレンズフィルム（プリズムシート）４８などを備えている。

光源部４２は、異なる波長（色）の光を放射する複数の発光素子４２ａと、発光素子４２ａの周囲を囲み、発光素子４２ａから発せられた照明光を反射する反射板４３とを備えたユニット構造をしている。発光素子４２ａの典型例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ；ＯＬＥＤを含む）が利用される。発光ダイオードのような発光スペクトルの幅の狭い光源を用いることにより、色純度の高い表示を得ることができる。

ここでは、青色（波長４４０〜４７０ｎｍ）、緑色（波長５２０〜５５０ｎｍ）、赤色（波長６００〜６５０ｎｍ）にピーク波長を持つ個別のＬＥＤを用いることとする。また、各色のＬＥＤチップについては、要求される色度と輝度を有する光が光源部４２から出射するように、適切な数や配置が選択される。もちろん、発光素子としては、ＬＥＤに限定されるものではなく、異なる波長の光を出射する様々な光源を利用することができる。

また、実装されるＬＥＤの種類は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に限らず、他の色の組合せであってもよく、２色もしくは４色以上であってもよい。たとえば、光源部４２は３色以上の発光素子４２ａを有することが好ましい一方で、制御容易性や部品点数の観点からは、３色の光源を有することが好ましい。加えて、表示装置用の光源部４２としては、白色光を形成することができる３色の発光素子４２ａを有することが好ましい。

たとえば、冷陰極管や、一般的なバックライトユニットに用いられる白色ＬＥＤ光源の構造と同様に、波長４４０〜４７０ｎｍにピークをもつＧａＮのブルーＬＥＤチップにＹＡＧ蛍光体を用いた白色光源としてもよい。ただし、白色ＬＥＤ光源では、短波長にのみピークを有しているので、Ｇ色およびＲ色の色再現性が悪くなってしまう。これに対して、４４０〜４７０ｎｍ・５２０〜５５０ｎｍ・６００〜６５０ｎｍにピーク波長を持つようなＬＥＤを用いると、高色再現ＬＥＤバックライト（３色ＬＥＤバックライト）を実現できる。

反射フィルム４４と導光板４５は、サイドライト型のバックライト光源部４とするために用いられている。たとえば、反射フィルム４４は、光源部４２から発せられた照明光を導光板４５側に反射する。導光板４５は、その下面（反射フィルム４４側）にドットパターンやプリズムパターンなどの散乱体４５ａが施されており、光源部４２から発せられた照明光をパネル部５０の下面で、平行に導き拡散させる。

拡散フィルム４６は、光学シートであって、導光板４５とパネル部５０との間に介設され、光源部４２から発せられ導光板４５により導かれた照明光（透過光）を拡散することにパネル部５０の背面を照射し、表示面の輝度を均一化させるために用いられる。

レンズフィルム４８も光学シートであって、拡散フィルム４６によって拡散された光を集光することにより表示正面の輝度を向上させるために用いられる。レンズフィルム４８としては、発光素子４２ａとして使用するＬＥＤに対して水平方向と垂直方向の光を集光するために、レンズフィルム４８ｘ，４８ｙの２枚を使用している。

パネル部５０は、支持部材５１によりＴＦＴ基板２ａおよびＣＦ基板２ｂで液晶層ＬＣを挟み込んだ構造の他に、これらを両側から挟むように設けられた偏光板５２，５４を備えている。このパネル部５０は、フレーム４０内のバックライト光源部４を取り囲むように設けられた支持部材６０上に緩衝部材６２を介して載置されている。

また、本実施形態特有の構成として、ＬＣＤパネル上の発光表示外部、つまり、パネル部５０の外郭領域３ｂには、上記第１〜第５実施形態で説明したフォトセンサ１２に相当する色度調整用のカラーセンサ７２と、同じく反射層１４に相当するＣＦ基板２ｂ上に設けられた反射板（鏡面）７４を有する光学センサ部７０を備えている。

本実施形態の構成においては、カラーセンサ７２は、ＴＦＴ基板２ａ上にではなくＴＦＴ基板２ａの横に配置している。このカラーセンサ７２としては、発光素子４２ａの発光色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応するように、カラーセンサ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂ（つまり各１台づつ）を設ける。また、反射板７４は、ＣＦ基板２ｂの液晶層ＬＣとは反対側の面（偏光板５４側）上にカラーセンサ７２とほぼ対向するように配置している。

なお、図示を割愛するが、カラーフィルタ層はカラーセンサ７２上に設けられており、液晶層ＬＣを通過したバックライト光を反射板７４でカラーセンサ７２側に反射させ、カラーフィルタ層を通してカラーセンサ７２に入射させる仕組みとしている。このような構成では、第２実施形態の構成と同様に、カラーセンサ７２に入射するバックライト光がカラーフィルタ層を１回通過する構造となる。バックライト光源部４から発せられるＲ，Ｇ，Ｂの光それぞれの強度を対応する各色用のカラーセンサ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂで感知して、バックライト光源部４が発するＲ，Ｇ、Ｂの各光をそれぞれ独立にフィードバックし制御することは可能である。

このような構成のバックライト光源部４の光学的動作について概説すると以下の通りである。発光素子４２ａから出射された光は、直接にあるいは反射板４３や反射フィルム４４に反射されて、導光板４５内に入射する。導光板４５内に入射した異なる波長の光は、導光板４５内を伝播することによって拡散され、混色される。ここで、導光板４５を利用して異なる波長の光を混色するのは、各色の発光強度を調節することによって、所望の色の光（典型的には白色）を得ることのできるバックライト光源部４とするためである。

導光板４５により混色された光は、導光板４５の下面に施されているドットパターンやプリズムパターンなどの散乱体４５ａにより導光板４５の光出射面（図における導光板４５の上面；拡散フィルム４６側）から出射し、拡散フィルム４６やレンズフィルム４８ｘ，４８ｙを介して、パネル部５０に入射する。

この際には、拡散フィルム４６内で面内均一になるように全方向に広がりを持った光にされ出射される。拡散フィルム４６により拡散出射した光は、レンズフィルム４８ｘ，４８ｙによって、正面方向に集光されて出射する。その後、偏光板５２、ＴＦＴ基板２ａ、液晶層ＬＣ、ＣＦ基板２ｂ、偏光板５４（つまりパネル部５０）を通り、正面方向へ出射する。

ここで、透過型表示装置では、色ごとの発光素子４２ａの発光強度または発光スペクトルが温度や経時的な影響で変化すると、表示される画像の輝度や色度が変化してしまうことになる。光源部４２の発光素子４２ａが交換されても同様のことが起こる。

たとえば、ＬＥＤは色特性において優れている一方で、その発光特性が幾分か不安定である特徴がある。ＬＥＤは、特に、経時変化あるいは温度変化によって発光特性が変化する。具体的には、経時変化によって発光強度（発光輝度）が低下する。また、温度変化によって、発光強度が変化すると同時に、発光周波数がシフトする。このため、バックライト光源部４の輝度あるいは色度が時間や温度によって変化してしまう。

つまり、３色ＬＥＤバックライトなどでは、ＬＥＤを点灯していると波長毎の経時変化や寿命劣化あるいは発熱や環境温度などによる温度変換により、輝度や色度が変化してしまう。そのため白色度バランスが崩れてしまい、バックライトの初期の白色度と違ってしまうという問題が起こる。これを補うために、本実施形態では、光源部４２からの光を光学センサ部７０によって検出し、たとえば各発光素子４２ａの発光強度を制御する表示性能維持制御を実行する。

＜表示性能維持の構成例＞
図８は、液晶パネルが表示する画像の輝度やホワイトバランスが常に設定値と等しくなるように動作させる表示性能維持制御を実行する一構成例を示す図である。

図示するように、液晶表示装置１は、パネル部５０の外郭領域３ｂに設けられた光学センサ部７０で検知される光学情報Ｓに基づいてバックライト光源部４を制御する光源制御部８０を備えている。

光学センサ部７０としては、図示しないバックライト光源部が備えるＲ，Ｇ，Ｂの３色の発光素子それぞれに対応するＲ，Ｇ，Ｂの３色のカラーセンサ７２を、パネル部５０の外郭領域３ｂに備えている。

光源制御部８０は、パネル部５０の外に設けられている。この光源制御部８０は、フィードバック制御系であり、設定部８２、比較部８４、および調整部８６を有する比較処理部８１と、比較処理部８１の処理結果に基づいてバックライト光源部４の波長別の発光素子４２ａを駆動する駆動部（たとえばＬＥＤドライバ）８８とを備えている。なお、この光源制御部８０は、マイクロコンピュータとソフトウェアを用いて、あるいは、ハードウェア構成によって実現することができる。

光源制御部８０は、光学センサ部７０によって検出されたＲ，Ｇ，Ｂの各検出光学情報ＳＲ，ＳＧ，ＳＢに基づいて、フィードバック制御によって、バックライト光源部４に含まれる各発光素子４２ａの発光強度を制御する。たとえば、光学センサ部７０のカラーセンサ７２の検出値が所定値に近づくように、各発光素子４２ａに流れる電流値を調整することで各発光素子４２ａの発光強度を個々に自動調整する。たとえば、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の光強度を調整することで、バックライト光源部４からのバックライト光の輝度および色度が一定に維持されるように調整を行なう。

このため、先ず設定部８２は、フィードバック制御のために、波長別（色別）対応の光源部４２に対応して各所定の基準値ＪＲ，ＪＧ，ＪＢを設定する。基準値ＪＲ，ＪＧ，ＪＢは、たとえば、特定の値もしくは幅を有する特定域とすることができる。基準値ＪＲ，ＪＧ，ＪＢは予め所定の記憶媒体に記憶しておくことができる。

比較部８４は、光学センサ部７０で検知された波長別（色別）の光学情報ＳＲ、ＳＧ，ＳＢを、設定部８２により設定される各基準値ＪＲ，ＪＧ，ＪＢと比較し、その差異ΔＲ，ΔＧ，ΔＢをそれぞれ決定し、調整部８６に出力する。この際、検出された光学情報ＳＲ、ＳＧ，ＳＢは、データ処理のために必要な変換が行なわれた値として使用される。

調整部８６は、比較部８４の比較結果（各センサの検出値と基準値との差異ΔＲ，ΔＧ，ΔＢ）と、発光素子４２ａにフィードバックすべき量を対応づける所定のフィードバック係数とに基づいて、各カラーセンサ７２の検出値が基準値に近づくようにバックライト光源部４にフィードバックすべき操作量（フィードバック量）Ｒ−ＦＢ，Ｇ−ＦＢ，Ｂ−ＦＢをそれぞれ決定し、駆動部８８に出力する。設定部８２は、フィードバック制御のために、波長別（色別）対応の光源部４２に対応して各所定のフィードバック係数ＫＲ，ＫＧ，ＫＢを調整部８６に設定する。このフィードバック係数ＫＲ，ＫＧ，ＫＢも、予め所定の記憶媒体に記憶しておくことができる。

駆動部８８は、調整部８６の出力、すなわちフィードバック量Ｒ−ＦＢ，Ｇ−ＦＢ，Ｂ−ＦＢに従って、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の発光素子４２ａの動作電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢを個別に調整することで、各発光素子４２ａの発光輝度を個別に操作する。

このような構成および動作により、バックライト光源部４（発光素子４２ａのみも含む）が交換されたり、あるいはバックライト光源部４が温度変化や経年変化を持ったりしても、カラーセンサ７２の検知結果に基づいて、パネル部５０が表示する画像の輝度やホワイトバランスが常に設定値と等しくなるように動作させる制御が実現できる。

つまり、複数の発光色をもつバックライト光源部４により構成される透過型の液晶表示装置１において、パネル部５０が白表示するときに、同時にＲ，Ｇ，Ｂ波長ごとに光強度を光学センサ部７０で感知し、各色の発光素子４２ａの発光強度をそれぞれ独立に変化させる。これにより、温度や経時的な影響などに関わらず、自由に白色（色温度）が正しく白色として表示され、すなわち常に一定のホワイト色度値を維持し（表示色度を高精度に保ち）、かつ適切な輝度となるように調節することができる。白表示時に、Ｒ，Ｇ，Ｂの強度を自動的に調整し、白色度が指定する色度座標になるようにシステムを構築すれば、特段の調整タイミングを設けなくても光源のホワイトバランスをリアルタイムに自動的に調整できるので都合がよい。もちろん、必要なときにのみこの表示性能維持制御機能を働かせて取得したフィードバック量Ｒ−ＦＢ，Ｇ−ＦＢ，Ｂ−ＦＢに従って、次回のタイミングまで同じ動作電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢを個別に設定してもよい。

なお、上記説明では、液晶パネルが表示する画像の輝度やホワイトバランスが常に設定値と等しくなるように動作させる表示性能維持制御を実現する際に、表示性能維持制御機能を働かせて取得したフィードバック量Ｒ−ＦＢ，Ｇ−ＦＢ，Ｂ−ＦＢに従って、発光素子４２ａの動作電流ＩＲ，ＩＧ，ＩＢを制御していたが、結果的に、液晶パネルが表示する画像の輝度やホワイトバランスを制御できればよく、その他の仕組みを採ることもできる。

たとえば、検知結果に基づいて画像信号に補正を加えることで、表示輝度や表示色度を一定に保持することができる。

また、通常の白色ＬＥＤにおいても、光学センサ部１０でバックライト光Ｌ２の色度情報を検知することで、ある特定の色度範囲に収めることも可能である。また、発光ＬＥＤ（ＯＬＥＤを含む）に限らず、冷陰極管を備えた光源でも、波長特性が変化する点は似通っており、これを相殺する目的に上記実施形態を適用することもできる。たとえば、一般的白色ＬＥＤ光源やＣＣＦＬなどの白色光源を用いたバックライトでは、センサで感知した値をパネル側のγ調整係数で色度補正を行なうことができる。

本発明に係る光学センサ構成を適用した液晶表示装置の一実施形態の全体構成の概略を示す図である。 光学センサ部の第１実施形態を説明する図である。 光学センサ部の第２実施形態を説明する図である。 光学センサ部の第３実施形態を説明する図である。 光学センサ部の第４実施形態を説明する図である。 光学センサ部の第５実施形態を説明する図である。 光学センサ部を備える液晶表示装置の全体概要の一例を示す断面図である。 液晶パネルが表示する画像の輝度やホワイトバランスが常に設定値と等しくなるように動作させる表示性能維持制御を実行する一構成例を示す図である。 従来技術の問題を説明する図である。 従来技術の問題を説明する図である。 従来技術の問題を説明する図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、１０…光学センサ部、１２…フォトセンサ、１４…反射層、１６…カラーフィルタ層、１８…ブラックマトリクス層、２…基板、２０…散乱層、２２…プリズム層、２４…フォログラム層、２ｂ…ＣＦ基板、２ｃ…対向基板、２ａ…ＴＦＴ基板、３…画素アレイ部、３０…画素セル、３２…駆動線３２、３ｂ…外郭領域、３ｃ…開口部、３ａ…有効画素領域、４…バックライト光源部、４０…フレーム、４２…光源部、４２ａ…発光素子、４３…反射板、４４…反射フィルム、４５…導光板、４６…拡散フィルム、４８ｘ，４８ｙ…レンズフィルム、５…垂直駆動部、５０…パネル部、５１…支持部材、５２…偏光板、５４…偏光板、５ａ…走査線、６…水平駆動部、６０…支持部材、６２…緩衝部材、６ａ…信号線、７…レベルシフタ部、７０…光学センサ部、７２…カラーセンサ、７４…反射板、８…端子部、８０…光源制御部、８２…設定部、８４…比較部、８６…調整部、８８…駆動部、ＣＦ…カラーフィルタ、ＬＣ…液晶層

Claims (16)

1. 表示機能に関わる組成物を有する層を挟んで互いに対向して配置される一対の基板を有し、一方の基板には表示機能に関わる機能要素を有する画素が形成されており、照明光を当該一方の基板側から入射させ他方の基板側に出射させることで表示を行う半導体装置であって、
   前記照明光を検知する光検知素子が、受光面が前記表示機能に関わる組成物を有する層側となるように、前記一方の基板上に形成されており、
   前記表示機能に関わる組成物を有する層を通過した前記照明光を前記光検知素子に向けて反射する反射部材が前記他方の基板上に形成されると共に、
   前記一方の基板の前記光検知素子の受光面側に波長弁別能を有する光学部材を有し、
   前記照明光の特定の波長成分を前記光検知素子に入射させる
   半導体装置。
2. 前記波長弁別能を有する光学部材は、前記反射部材の反射性能より反射性能が劣る低反射材料で形成されている
   請求項１記載の半導体装置。
3. 前記反射弁別能を有する光学部材は、前記照明光を発する発光素子の発光中心波長と略同一の中心波長を持っている
   請求項１記載の半導体装置。
4. それぞれの前記中心波長として、赤色帯、緑色帯、および青色帯の３つを持っている
   請求項３記載の半導体装置。
5. 前記波長弁別能を有する光学部材は、前記光検知素子の受光面の面積よりも大きな面積で形成されている
   請求項１記載の半導体装置。
6. 前記波長弁別能を有する光学部材の上下層の何れかに、散乱層またはプリズム層またはフォログラム層が形成されている
   請求項１記載の半導体装置。
7. 前記波長弁別能を有する光学部材は、有効表示領域内に形成されている前記照明光の特定の波長成分を通過させる波長弁別能を有する光学部材と同じ材料で形成されている
   請求項１記載の半導体装置。
8. 前記反射部材は、前記光検知素子の受光面の面積よりも大きな面積で形成されている
   請求項１記載の半導体装置。
9. 前記反射部材は、ブラックマトリクスと兼用されている
   請求項１記載の半導体装置。
10. 前記反射部材の上下層の何れかに、散乱層またはプリズム層またはフォログラム層が形成されている
    請求項１記載の半導体装置。
11. 前記照明光を発する光源部と、
    前記光検知素子で検知される前記光源部から発せられた前記照明光の情報に基づいて、表示品質を所定の状態にする制御部とをさらに備えている
    請求項１記載の半導体装置。
12. 前記制御部は、表示輝度を所定の状態にする
    請求項１１記載の半導体装置。
13. 前記制御部は、前記照明光の発光強度を制御する
    請求項１１記載の半導体装置。
14. 前記制御部は、表示色度を所定の状態にする
    請求項１１記載の半導体装置。
15. 前記光源部は、発光中心波長がそれぞれ異なる複数の発光素子と、当該複数の発光素子から発せられる複数の光を混合して前記照明光とする混合部とを有し、
    前記制御部は、前記複数の発光素子から発せられる各光の発光強度をそれぞれ制御することで前記表示色度を所定の状態にする
    請求項１４記載の半導体装置。
16. 前記光源部は、発光ＬＥＤを有して構成されている
    請求項１１記載の半導体装置。

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