JPWO2010084641A1 - 光強度センサ付き液晶表示装置 - Google Patents

光強度センサ付き液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

本発明の液晶表示装置に備えられた液晶パネル（２０）は、パネル表面上の画像を検知することで、外部からの入力位置を検出するエリアセンサ機能を有している。この液晶パネル（２０）は、受光した光の強度を検知する光センサ素子（３０）を複数個有している。液晶パネル（２０）には、液晶パネル（２０）の表示領域（２０ａ）の最外周部分に配置されている光センサ素子（３０）で構成され、当該装置が置かれている環境下の光の強度を検出する光強度センサ部（５０）と、光強度センサ部（５０）を構成する光センサ素子以外の光センサ素子で構成され、各光センサ素子がパネル表面上の画像を検知することで外部からの入力位置を検出する可視光センサ（３１Ａ）および赤外光センサ（３１Ｂ）とが備えられている。これにより、光センサ素子の一部を光強度センサとして利用してより正確な光強度を測定する。

Description

本発明は、光センサ素子を内蔵し、該光センサ素子を光強度センサとして利用したエリアセンサ付き液晶表示装置に関するものである。
液晶表示装置に代表されるフラットパネル型の表示装置は、薄型軽量、低消費電力といった特徴を有し、さらに、カラー化、高精細化、動画対応といった表示性能の向上に向けた技術開発が進んでいる。そのため、現在では、携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＤプレイヤー、モバイルゲーム機器、ノートＰＣ、ＰＣモニター、ＴＶなどといった幅広い電子機器に組み込まれている。
特許文献１には、液晶表示装置の視認性向上や低消費電力化を目的として、外光の明るさ（周囲条件）に応じてバックライトの輝度を制御する液晶表示装置が提案されている。この液晶表示装置は、外光の明るさを測定するために、液晶表示装置の表示部の前面に照度センサが取り付けられている。
このような照度センサを備えた液晶表示装置は、使用環境の明るさの変化に対して良好な視認性と低消費電力化を両立することができることから、屋外に持ち出して使用する機械が多く、バッテリー駆動を必要とするモバイル機器（携帯電話、ＰＤＡ、モバイルゲーム機器など）に対して特に有用である。
日本国公開特許公報「特開昭６２−３４１３２号公報（１９８７年２月１４日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００６−１８２１９号公報（２００６年１月１９日公開）」
ところで、液晶表示装置の中には、入力用のペンでパネル表面を触れると、その触れた位置を検出することのできるタッチパネル（エリアセンサ）機能を備えたタッチパネル一体型の液晶表示装置が開発されている。
このタッチパネル一体型の液晶表示装置として、近年、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの光センサ素子が画像表示領域内の画素毎に（あるいは複数の画素単位で）備えられた液晶表示装置の開発が進んでいる（例えば、特許文献２参照）。このように、画素ごとに光センサ素子を内蔵することで、エリアセンサとしての機能（具体的には、スキャナ機能、タッチパネル機能など）を通常の液晶表示装置で実現することが可能となる。つまり、上記光センサ素子がエリアセンサとしての機能を果たすことで、タッチパネル（またはスキャナ）一体型の表示装置を実現することができる。
このような光センサ素子を内蔵したエリアセンサ付き液晶表示装置においては、例えば、周囲の環境照度に応じてエリアセンサの受光感度の制御を行うということも可能である。この場合、光センサ素子を内蔵した液晶表示装置に対して、特許文献１に記載されたような照度センサを取り付けることで、当該液晶表示装置が環境照度を測定することができ、測定された照度に応じたセンサ感度の切替えを行うことが可能となる。
しかしながら、このような外付けの照度センサでは、液晶表示装置の表示領域に設けられた光センサ素子とは、分光感度特性、閾値、受光感度などのセンサ特性が異なるため、光センサ素子に対して正確な照度を反映させることができないという問題が発生する。また、外付けの照度センサと液晶表示装置内の光センサ素子とは、それぞれ異なる設計およびプロセスで形成されたものである。そのため、外付けの照度センサ（または光強度センサ）を液晶表示装置内の光センサ素子の出力値の推定に使用する場合、生産ばらつきの影響により、外付けの照度センサによって得られたデータに基づいて液晶表示装置内の光センサ素子の出力を正確に推定することができないという問題も発生する。
また、表示領域から離れた場所に照度センサを配置した場合にも、同様の問題が発生する。さらに、表示領域に近い場所に照度センサを設けた場合であっても、照度センサが限定された一領域にのみ配置されている場合には、表示画面上に人の手などがタッチする際に、照度センサ上に偶然手が存在することで、照度センサが実際の環境照度よりも低い値を環境照度として誤って出力してしまうことになる。
これに加え、外付けの照度センサ（あるいは光強度センサ）を設けることにより、装置の小型化や薄型化の障害となるという問題もある。また、外付けの部品を設けることで、コストアップにもつながってしまう。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、光センサ素子を内蔵したエリアセンサ付き液晶表示装置において、該光センサ素子を光強度センサとして利用してより正確な光強度を測定することを目的とする。
本発明にかかる液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶層が配置されている液晶パネルを備え、該液晶パネルが、パネル表面上の画像を検知することで、外部からの入力位置を検出するエリアセンサ機能を有している液晶表示装置において、上記液晶パネルは、受光した光の強度を検知する光センサ素子を複数個有し、上記液晶パネルの表示領域の最外周部分に配置されている上記光センサ素子で構成され、当該液晶表示装置が置かれている環境下の光の強度を検出する光強度センサ部と、上記光強度センサ部を構成する光センサ素子以外の光センサ素子で構成され、各光センサ素子がパネル表面上の画像を検知することで外部からの入力位置を検出するエリアセンサ部と、を備えており、上記光強度センサ部を構成している光センサ素子と、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子とは、上記アクティブマトリクス基板上に、同一の製造工程によって形成されたものであるとともに、上記光強度センサ部を構成している光センサ素子は、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子と比較して、その受光感度が所定の割合だけ低くなっていることを特徴としている。
本発明のエリアセンサ機能付き液晶表示装置では、液晶パネルに設けられている光センサ素子のうち、表示領域の最外周部分に配置されている光センサ素子を光強度センサとして使用している。このように、本発明の液晶表示装置においては、エリアセンサ機能を実現するために液晶パネル内に形成された光センサ素子のうち、表示領域の最外周部分に配置された光センサ素子を光強度センサ用のセンサ素子として利用している。
そのため、光強度センサ用の光センサ素子とエリアセンサ用の光センサ素子を、同じ製造工程によって形成することができる。つまり、本発明の液晶表示装置において、光強度センサ用の光センサ素子とエリアセンサ用の光センサ素子とは、アクティブマトリクス基板上に、同一の製造工程によって形成されたものである。これにより、光強度センサ用の光センサ素子の特性を、エリアセンサ用の光センサ素子の特性と合わせることができるため、光強度センサによって得られた環境光強度を、正確にエリアセンサ用の光センサ素子に反映させることができる。つまり、環境光に対するエリアセンサの正確な出力を推定することが可能となる。
また、外付けの光強度センサを設けた場合に比べて部品の点数を少なくすることができるため、装置の小型化、薄型化、および軽量化を実現できるとともに、製造コストの低減にもつながる。
また、表示領域の外周領域を光強度センサとすることによって、表示領域の一部の領域（点の領域）にのみ光強度センサを設けた場合と比較して、より正確な環境光強度を得ることができる。
さらに、本発明の液晶表示装置では、光強度センサとして使用する光センサ素子の受光感度を、エリアセンサとして使用する光センサ素子の受光感度よりも所定の割合だけ低下させている。これにより、エリアセンサとして使用する光センサ素子と比較して、より高い光強度においてセンサ出力が飽和することになる。そして、受光感度を低下させる割合を調節することで、測定したい光強度範囲で飽和しない光センサ素子を得ることができるとともに、測定された光強度を正確にエリアセンサに反映させることができる。
本発明の液晶表示装置において、上記光強度センサ部は、複数個の光センサ素子を有しており、各光センサ素子が検知した光の強度の平均値に基づいて、上記環境光の強度を得ることが好ましい。
上記の構成によれば、表示領域の最外周部分に配置されている複数個の光センサ素子による検出値の平均値を測定値としているため、より正確な環境光強度を得ることができる。例えば、表示領域の最外周部分の一部に手などの障害物が存在する場合にも、他の場所に配置された光センサ素子との平均値をとることで、実際の環境光強度と測定光強度との誤差を小さくすることができる。
本発明の液晶表示装置において、上記光強度センサ部は、当該液晶表示装置が置かれている環境下の赤外線の強度を検出するものであることが好ましい。
上記の構成によれば、環境下の赤外線の強度を検出することのできる液晶表示装置を実現できる。
本発明の液晶表示装置において、上記光強度センサ部を構成している光センサ素子の上記液晶パネルのパネル表面側からの開口率は、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子の上記開口率よりも所定の割合だけ小さくなっていることが好ましい。
ここで、光センサ素子の上記液晶パネルのパネル表面側からの開口率とは、光センサ素子をパネル表面側から見た場合に、光センサ素子の受光面全体において遮光されていない面積の割合のことをいう。
上記の構成によれば、光強度センサ部を構成している光センサ素子の受光感度を、エリアセンサ部を構成している光センサ素子の受光感度と比較して、所定の割合だけ低くすることができる。
本発明の液晶表示装置において、上記光強度センサ部を構成している光センサ素子には、該光センサ素子上に遮光部が設けられているものと、該光センサ素子上に遮光部が設けられていないものとが含まれていることが好ましい。
上記の構成によれば、光強度センサ部を構成している光センサ素子の受光感度を、エリアセンサ部を構成している光センサ素子の受光感度と比較して、所定の割合（具体的には、（遮光部が設けられていない光センサ素子の個数）／（光強度センサ部を構成している光センサ素子の全個数））だけ低くすることができる。
上記の液晶表示装置において、上記遮光部が設けられている光センサ素子の個数と、上記遮光部が設けられていない光センサ素子の個数とは、（ｎ１−１）：１（ここで、ｎ１は２以上の整数）の割合になっていることが好ましい。
上記の構成によれば、光強度センサ部を構成している光センサ素子の受光感度を、エリアセンサ部を構成している光センサ素子の受光感度と比較して、１／ｎ１だけ低くすることができる。
本発明の液晶表示装置において、上記光強度センサ部を構成している光センサ素子上には、上記液晶パネルの表面から入射する光を所定の割合だけ減少させる減光フィルタが設けられていることが好ましい。
上記の構成によれば、光強度センサ部を構成している光センサ素子の受光感度を、エリアセンサ部を構成している光センサ素子の受光感度と比較して、所定の割合だけ低くすることができる。
本発明の液晶表示装置は、上記光センサ素子を駆動するための駆動回路をさらに備えており、上記光強度センサ部を構成している光センサ素子には、上記駆動回路に接続されているものと、上記駆動回路に接続されていないものとが含まれていることが好ましい。
上記の構成によれば、駆動回路に接続されていない光センサ素子は光強度センサとして機能しなくなり、駆動回路に接続されている光センサ素子のみが光強度センサとして機能することになる。これにより、光強度センサ部を構成している光センサ素子の受光感度を、エリアセンサ部を構成している光センサ素子の受光感度と比較して、所定の割合（具体的には、（駆動回路に接続されている光センサ素子の個数）／（光強度センサ部を構成している光センサ素子の全個数））だけ低くすることができる。
上記の液晶表示装置において、上記駆動回路に接続されていない光センサ素子の個数と、上記駆動回路に接続されている光センサ素子の個数とは、（ｎ２−１）：１（ここで、ｎ２は２以上の整数）の割合になっていることが好ましい。
上記の構成によれば、光強度センサ部を構成している光センサ素子の受光感度を、エリアセンサ部を構成している光センサ素子の受光感度と比較して、１／ｎ２だけ低くすることができる。
上記の液晶表示装置は、上記光強度センサ部によって得られた光の強度に基づいて、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子のセンシング時間を変更する駆動回路を備えていることが好ましい。
上記の構成によれば、光強度センサ部によって得られた光の強度（すなわち、環境光の強度）に応じて、エリアセンサ部を構成している光センサ素子のセンシング時間を制御することができる。そのため、エリアセンサ部においてより正確な位置検出を実現できる。
本発明にかかる液晶表示装置において、上記液晶パネルは、受光した光の強度を検知する光センサ素子を複数個有し、上記液晶パネルの表示領域の最外周部分に配置されている上記光センサ素子で構成され、当該液晶表示装置が置かれている環境下の光の強度を検出する光強度センサ部と、上記光強度センサ部を構成する光センサ素子以外の光センサ素子で構成され、各光センサ素子がパネル表面上の画像を検知することで外部からの入力位置を検出するエリアセンサ部と、を備えており、上記光強度センサ部を構成している光センサ素子と、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子とは、上記アクティブマトリクス基板上に、同一の製造工程によって形成されたものであるとともに、上記光強度センサ部を構成している光センサ素子は、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子と比較して、その受光感度が所定の割合だけ低くなっている。
したがって、本発明によれば、光センサ素子を内蔵したエリアセンサ付き液晶表示装置において、該光センサ素子を光強度センサとして利用してより正確な光強度を測定することができる。これにより、環境光に対するエリアセンサの正確な出力を推定することが可能となる。
図２に示す液晶表示装置に備えられた液晶パネルにおける各センサの構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す模式図である。 図１に示す液晶パネルに設けられたセンサＡ（可視光センサ）の構成を示す模式図である。 図１に示す液晶パネルに設けられたセンサＢ（赤外光センサ）の構成を示す模式図である。 （ａ）は、図３に示す可視光センサにおけるＸ−Ｘ’部分の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、図４に示す赤外光センサにおけるＹ−Ｙ’部分の構成を示す断面図であり、（ｃ）は、図３に示す可視光センサおよび図４に示す赤外光センサにおけるＺ−Ｚ’部分の構成を示す断面図である。 図１に示す液晶パネルの構成について説明するための模式図である。 （ａ）は、図６に示す液晶パネル２０のセンサＡの分光感度（波長別のセンサ出力）を示すグラフであり、（ｂ）は、図６に示す液晶パネル２０のセンサＢの分光感度（波長別のセンサ出力）を示すグラフである。 図１に示す液晶パネルに設けられた光強度センサの構成を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１に示す液晶パネルに設けられた光強度センサの構成例を示す模式図である。 可視光センサを構成する光センサ素子及び光強度センサを構成する光センサ素子の周囲の照度に対するセンサ出力特性を示すグラフである。 （ａ）は、センサＡを用いた場合の認識画像を示す模式図であり、（ｂ）は、センサＢを用いた場合の認識画像を示す模式図である。 （ａ）は、センサＡによる検知を行う場合に好適な対象照度範囲を示す模式図であり、（ｂ）は、センサＢによる検知を行う場合に好適な対象照度範囲を示す模式図であり、（ｃ）は、センサＡおよびセンサＢの両方を用いて検知を行う場合の対象照度範囲を示す模式図である。 （ａ）は、センサＡとセンサＢとが市松状に互い違いに配置されている液晶パネルの構成例を示す模式図であり、（ｂ）は、センサＡとセンサＢとが１列ごとに交互に配置されている液晶パネルの構成例を示す模式図である。 センサＡとセンサＢとが市松状に交互に配置されている液晶パネルの構造の例を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す模式図である。
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図１４に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
本実施の形態では、エリアセンサ機能（具体的には、タッチパネル機能）を備えているタッチパネル一体型の液晶表示装置について説明する。
まず、本実施の形態のタッチパネル一体型液晶表示装置の構成を、図２を参照しながら説明する。図２に示すタッチパネル一体型液晶表示装置１００（単に液晶表示装置１００とも呼ぶ）は、画素毎に設けられた光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル機能を有している。
図２に示すように、本実施の形態のタッチパネル一体型液晶表示装置１００は、液晶パネル２０、および、液晶パネル２０の背面側に設けられ該液晶パネルに光を照射するバックライト１０を備えている。
液晶パネル２０は、多数の画素がマトリクス状に配列されたアクティブマトリクス基板２１と、これに対向するように配置された対向基板２２とを備えており、さらにこれら２つの基板の間に表示媒体である液晶層２３が挟持された構造を有している。なお、本実施の形態において、液晶パネル２０の表示モードは特に限定されず、ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＶＡモードなどのあらゆる表示モードを適用することができる。
また、液晶パネル２０の外側には、液晶パネル２０を挟み込むようにして表側偏光板４０ａおよび裏側偏光板４０ｂがそれぞれ設けられている。
各偏光板４０ａおよび４０ｂは、偏光子としての役割を果たす。例えば、液晶層に封入されている液晶材料が垂直配向型である場合、表側偏光板４０ａの偏光方向と裏側偏光板４０ｂの偏光方向とを、互いにクロスニコルの関係になるように配置することで、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置を実現することができる。
アクティブマトリクス基板２１には、各画素を駆動するためのスイッチング素子であるＴＦＴ（図示せず）、配向膜（図示せず）、可視光センサ３１Ａ（エリアセンサ部）、赤外光センサ３１Ｂ（エリアセンサ部）、光強度センサ５０が設けられている。可視光センサ３１Ａ、赤外光センサ３１Ｂ、および、光強度センサ５０は、各画素領域に設けられた光センサ素子３０を含んで構成されている。
また、対向基板２２には、図示はしていないがカラーフィルタ層、対向電極及び配向膜などが形成されている。カラーフィルタ層は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色を有する着色部と、ブラックマトリクスとから構成されている。
上記のように、本実施の形態のタッチパネル一体型液晶表示装置１００においては、各画素領域に光センサ素子３０が設けられており、これにより可視光センサ３１Ａおよび赤外光センサ３１Ｂが形成されている。この可視光センサ３１Ａおよび赤外光センサ３１Ｂがパネル表面上の画像をそれぞれ検知することで外部からの入力位置を検出するエリアセンサが実現される。そして、液晶パネル２０の表面（検出対象面１００ａ）の特定の位置に指や入力ペンが接触した場合に、その位置を光センサ素子３０が読み取り、装置に対して情報を入力したり、目的とする動作を実行させたりすることができる。このように、本実施の形態の液晶表示装置１００では、光センサ素子３０によってタッチパネル機能を実現することができる。
光センサ素子３０は、フォトダイオードまたはフォトトランジスタで形成されており、受光した光の強度に応じた電流を流すことによって、受光量を検知する。ＴＦＴおよび光センサ素子３０は、アクティブマトリクス基板２１上に、ほぼ同一のプロセスによってモノリシックに形成されたものであってもよい。つまり、光センサ素子３０の一部の構成部材は、ＴＦＴの一部の構成部材と同時に形成されてもよい。このような光センサ素子の形成方法は、従来公知の光センサ素子内蔵型の液晶表示装置の製造方法に準じて行うことができる。
光強度センサ（光強度センサ部）５０は、液晶表示装置１００が置かれている環境照度を測定するものである。本実施の形態においては、光強度センサ５０を構成する光センサ素子として、エリアセンサを構成している光センサ素子３０と同一の構成の光センサ素子３０が使用されている。つまり、光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０と、エリアセンサを構成している光センサ素子３０とは、同一の設計およびプロセス（製造工程）によって、アクティブマトリクス基板２１上に形成されたものである。光強度センサ５０の具体的な構成については、後述する。
なお、光強度とは、単位面積あたりに照射される光の積算放射強度、あるいは、単位面積が受ける光束（これは、照度とも呼ばれる）のことを意味する。したがって、光強度センサとは、単位面積あたりに照射される光の積算放射強度、あるいは、照度を検知するセンサである。そして、赤外線強度とは、単位面積あたりに照射される光（例えば、λ＝８００〜１０００ｎｍ）の積算放射強度のことを意味する。
バックライト１０は、液晶パネル２０に対して光を照射するものであるが、本実施の形態においては、バックライト１０は、白色光に加えて赤外光を液晶パネル２０に対して照射している。このような赤外光を含む光を照射するバックライトは公知の方法で実現することができる。
また、図２では示されていないが、本発明の液晶表示装置においては、アクティブマトリクス基板２１および対向基板２２の外側に、光学補償素子として、表側位相差板および裏側位相差板がそれぞれ設けられていてもよい。
また、図２には、液晶パネル２０に対して表示駆動を行う液晶駆動回路６０、および、エリアセンサおよび光強度センサ５０を駆動するためのセンサ制御部７０を示す。センサ制御部７０については、その内部の構成についても示す。なお、本実施の形態の液晶駆動回路の構成については、従来公知の構成を適用することができる。
図２に示すように、センサ制御部７０内には、タイミング発生回路７１、センサ駆動回路（駆動回路）７２、エリアセンサ読出回路７３、座標抽出回路７４、インターフェース回路７５、光強度センサ読出回路７６、および光強度測定部７７が設けられている。なお、図２では、センサ駆動回路７２は便宜上２つ表示されているが、実際には、センサ駆動回路７２は、センサ制御部７０内に１個設けられている。
タイミング発生回路７１は、各回路の動作を同期させて制御するためのタイミング信号を発生させる。
センサ駆動回路７２は、エリアセンサを構成している各光センサ素子３０および光強度センサ５０を構成する各光センサ素子３０を駆動するための電源を供給する。
エリアセンサ読出回路７３は、受光量に応じて異なる値の電流を流す光センサ素子３０から受光信号を受け取り、得られた電流値から受光量を算出する。
座標抽出回路７４は、エリアセンサ読出回路７３で算出された各光センサ素子３０の受光量に基づいて、液晶パネルの表面（検出対象面１００ａ）に対してタッチした指の座標を算出する。
インターフェース回路７５は、座標抽出回路７４において算出された指の座標の情報（位置情報）を、液晶表示装置１００の外部へ出力するものである。液晶表示装置１００は、このインターフェース回路７５を介して、ＰＣなどと接続される。
光強度センサ読出回路７６は、光強度センサ５０内に含まれる光センサ素子３０から受光信号を受け取り、得られた電流値から受光量を算出する。
光強度測定部７７は、光強度センサ読出回路７６で算出された光センサ素子３０の受光量に基づいて、装置が置かれている環境の光強度（具体的には、赤外線の強度、照度（明るさ）など）を算出する。ここで、得られた環境光の強度に基づいて、座標抽出回路７４は、可視光センサ３１Ａに含まれる光センサ素子３０からの受光信号を抽出するか、赤外光センサ３１Ｂに含まれる光センサ素子３０からの受光信号を抽出するかを決定する。これにより、周囲の環境光強度に応じて、可視光センサ３１Ａと赤外光センサ３１Ｂを適宜使い分けることができる。
液晶表示装置１００は、上記のような構成を有していることによって、装置の表面（検出対象面１００ａ）に指または入力ペンがタッチした場合に、液晶パネル２０内に形成された光センサ素子３０が、指または入力ペンを画像として捉えることによって、入力位置を検出することができる。
続いて、液晶パネル２０に設けられた各センサ（可視光センサ３１Ａ、赤外光センサ３１Ｂ、および光強度センサ５０）の構成について説明する。以下の説明では、可視光センサ３１ＡをセンサＡとし、赤外光センサ３１ＢをセンサＢとする。
図１には、液晶パネル２０の表示領域（アクティブエリア）２０ａ内における各センサの構成を模式的に示す。図１には、液晶パネル２０内の具体的な構成は示していないが、液晶パネル２０内には、複数のデータ信号線と複数のゲート信号線とが互いに交差するように配置されており、各交差部の近傍にＴＦＴを介して画素電極が配置されている。また、液晶パネル２０内の対向基板２２に設けられたカラーフィルタ層には、各画素電極と対向する位置に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、または青（Ｂ）の着色部が形成されており、これにより赤色の画素電極、緑色の画素電極、青色の画素電極がそれぞれ得られる。一画素は、Ｒの画素電極、Ｇの画素電極、およびＢの画素電極からなる３つの画素電極で構成される。これにより、液晶パネル２０内では、複数の画素が縦横にマトリクス状に配置される。
図１に示すように、本実施の形態の液晶パネル２０では、表示領域２０ａ内の最外周領域に配置された各画素に設けられた光センサ素子３０が、光強度センサ５０として使用されている。
また、表示領域２０ａ内の最外周領域以外の各画素にも光センサ素子３０が設けられており、これらの各光センサ素子は、センサＡまたはセンサＢの何れかを構成している。図１に示すように、センサＡおよびセンサＢは、各画素の配置に沿って縦横にマトリクス状に配置されている。さらに本実施の形態においては、センサＡとセンサＢとは、市松状に互いに違いに配置されている。
図３には、センサＡのより詳細な構成を示す。また、図４には、センサＢのより詳細な構成を示す。これらの図に示すように、１単位のセンサＡ内および１単位のセンサＢ内には、４画素×４画素からなる合計１６個の画素がそれぞれ含まれている。なお、一画素は、上記したように、Ｒ・Ｇ・Ｂの３つの画素電極で構成されている。
図３に示すように、センサＡ内には、複数の光センサ素子３０が含まれているが、受光した可視光の強度を検知する光センサ素子３０ａと、該光センサ素子３０ａの温度補償を行うための暗電流補償用の光センサ素子３０ｃとの２種類に分けられる。
また、図４に示すように、センサＢ内には、複数の光センサ素子が含まれているが、受光した赤外光の強度を検知する光センサ素子３０ｂと、該光センサ素子３０ｂの温度補償を行うための暗電流補償用の光センサ素子３０ｃとの２種類に分けられる。
ここで、暗電流補償用の光センサ素子３０ｃとは、より精度の高いセンサを実現するために、温度などの外的要因によって変化する光センサの検出特性を補償するために設けられた補正用のセンサである。暗電流補償用の光センサ素子３０ｃは、従来公知の手法を用いて形成することができる。センサＡに含まれる光センサ素子３０ｃとセンサＢに含まれる光センサ素子３０ｃとは、同一の構造を有している。
図５の（ａ）〜（ｃ）には、光センサ素子３０ａ、光センサ素子３０ｂ、光センサ素子３０ｃの断面構成をそれぞれ示す。図５（ａ）は、図３の可視光センサ３１ＡにおけるＸ−Ｘ’部分の断面構成を示し、図５（ｂ）は、図４の赤外光センサ３１ＢにおけるＹ−Ｙ’部分の断面構成を示し、図５（ｃ）は、可視光センサ３１Ａおよび赤外光センサ３１ＢにおけるＺ−Ｚ’部分の断面構成を示している。
図５（ａ）に示す光センサ素子３０ａは、アクティブマトリクス基板２１上に形成された光センサ素子３０を有している。可視光の強度を検知するための光センサ素子３０ａの構成については、従来のタッチパネル一体型の液晶表示装置に設けられた光センサ素子と同様の構成が適用できる。
図５（ｂ）に示す光センサ素子３０ｂは、光センサ素子３０ａと同様に、アクティブマトリクス基板２１上に形成された光センサ素子３０を有している。そして、光センサ素子３０ｂには、対向基板２２側の光センサ素子３０が配置されている領域と対応する位置に、可視光を遮断する光学フィルタ２５が設けられている。光学フィルタ２５は、カラーフィルタ層の着色部を形成している赤色のカラーフィルタ２５Ｒと青色のカラーフィルタ２５Ｂとの積層構造を有している。これにより、光センサ素子３０に入射する光の成分のうちの可視光成分を遮断することができる。
なお、本実施の形態においては、図５（ａ）に示すように、光センサ素子３０ａが配置されている領域の対向基板２２上にも、光センサ素子３０ｂ上に設けられている光学フィルタ２５と同じ構造の光学フィルタ２５が設けられており、光センサ素子３０ｂの真上部分に、光（全波長領域の光）を透過させるための開口部２５ｃが設けられている。このように、センサＡにも光学フィルタ２５を設けることで、センサＡを有する画素とセンサＢを有する画素との間で、表示の見え方に違いが生じるのを防ぐことができる。
ここで、基板上における各層の積層方向における、光センサ素子３０と光学フィルタ２５との距離をｄ１とした場合、基板表面に沿った方向における、光センサ素子３０の端部と光学フィルタ２５の端部（開口部２５ｃの端部）との距離ｄ２は、以下のような値以上になっていることが好ましい。
ｄ２＝ｄ１＋α
ここで、上記αは、光センサ素子３０および光学フィルタ２５の仕上がり寸法公差に、アクティブマトリクス基板２１と対向基板２２との貼り合わせ公差を加えた値（距離）である。これにより、センサＡにおいて、パネル表面から見て光センサ素子３０と光学フィルタ２５とが重なって配置されることを確実に防ぐことができる。
図５（ｃ）に示す光センサ素子３０ｃは、光センサ素子３０ａと同様に、アクティブマトリクス基板２１上に形成された光センサ素子３０を有している。但し、光センサ素子３０ｃには、光センサ素子３０ａとは異なる構成として、対向基板２２側の光センサ素子３０が配置されている領域と対応する位置に、光を遮断するブラックマトリクス２７が設けられている。これにより、光センサ素子３０ｃから得られる起電流からは、光の強度による起電流が排除され、光の強度以外の要因（例えば、温度など）での起電流を検知することができる。そして、光センサ素子３０ａおよび光センサ素子３０ｂの検出値から光センサ素子３０ｃの検出値をそれぞれ差し引くことで、光センサ素子３０ａおよび光センサ素子３０ｂの補正を行うことができる。
上記したように、本実施の形態の液晶パネル２０では、従来と同様の構成の光センサ素子３０上に光学フィルタ２５を設けるか否か（言い換えれば、光センサ素子３０上に形成された光学フィルタ２５に開口部２５ｃを設けるか否か）によって、２種類のセンサＡおよびセンサＢをそれぞれ実現しているということもできる。この点について、図６および図７を参照しながら説明する。
図６には、センサＡが設けられた液晶パネル２０ｃと光学フィルタ構造２６とを組み合わせて本実施の形態の液晶パネルを実現する例を示す。なお、図６の右上段に示すグラフは、センサＡの分光感度（各波長別のセンサ出力）を示すグラフであり、右中段に示すグラフは、光学フィルタ構造２６に設けられた可視光遮断部２６ａの分光透過率（波長別の光の透過率）を示すグラフである。
図６に示す液晶パネル２０ｃは、上記したセンサＡ（可視光センサ）が縦横にマトリクス状に配置された構成を有している。ここで、センサＡは、右上段のグラフに示すように、可視光から赤外光に至る全波長領域においてある程度の感度を有している。
また、図６に示す光学フィルタ構造２６は、可視光遮断部２６ａと可視光透過部２６ｂとが市松状に互い違いに配置された構成を有している。
図６の右中段のグラフには、光学フィルタ構造２６の可視光遮断部２６ａにおける分光透過率を示す。このグラフに示されるように、可視光遮断部２６ａは、可視光（すなわち、７８０ｎｍ以下の波長）を遮断する。可視光遮断部２６ａの素材としては、可視光（すなわち、７８０ｎｍ以下の波長）を遮断し、赤外光を透過させるという特性を有するものであれば、どのようなものでも使用することができる。
可視光遮断部２６ａの構造の具体例としては、上記した光学フィルタ２５のように、赤色のカラーフィルタと青色のカラーフィルタとを積層したものが挙げられる。赤色と青色のカラーフィルタを組み合わせることによって、可視光を確実に遮断することができる。また、これに加え、液晶パネル２０の対向基板２２に設けられているカラーフィルタ層に光学フィルタ構造２６を組み込むことができるという利点も有している。
光学フィルタ構造２６の可視光透過部２６ｂには、センサＡの光センサ素子３０ａの受光部に対応する位置に開口部が形成されている。これにより、光センサ素子３０ａの受光部には、全波長領域の光が入射する。なお、可視光透過部２６ｂの開口部以外の領域は、ＲＢフィルタ（ＲのカラーフィルタとＢのカラーフィルタとを積層した光学フィルタ）で形成されている。
図１４には、光学フィルタ２５に開口部２５ｃが形成されたセンサＡと、開口部を有していない光学フィルタ２５が形成されたセンサＢとが交互に配置されている構造を模式的に示す。
上記の液晶パネル２０ｃに、上記の光学フィルタ構造２６を挿入することによって、図６に示すように、センサＡとセンサＢとが市松状に互い違いに配置された液晶パネル２０が得られる。図７（ａ）には、図６に示す液晶パネル２０のセンサＡの分光感度を示し、図７（ｂ）には、図６に示す液晶パネル２０のセンサＢの分光感度を示す。
図７（ａ）に示すように、センサＡは可視領域および赤外領域の波長に対して反応しており、可視光および赤外光の両方を含む光の強度を検知できることがわかる。また、図７（ｂ）に示すように、センサＢは赤外領域の波長に対してのみ反応しており、赤外光の強度を検知できることがわかる。
上記の構成により、液晶パネル２０は、センサＡおよびセンサＢという２種類の光センサがそれぞれパネル表面上の画像を検知することができる。つまり、液晶パネル２０では、センサＡによるタッチパネル機能を用いた入力位置の検出と、センサＢによるタッチパネル機能を用いた入力位置の検出という、２種類の方法で入力位置の検出を行うことができる。
続いて、液晶パネル２０に設けられたもう一つのセンサである光強度センサ５０について説明する。
図１に示すように、本実施の形態の液晶パネル２０には、その表示領域の最外周領域に、光強度センサ５０が配置されている。つまり、光強度センサ５０は、表示領域内に縦横にマトリクス状に配置された画素の最外周に位置する各画素内に形成された光センサ素子３０によって構成されている。そして、光強度センサ５０は、マトリクス状に配置されたセンサＡおよびセンサＢの周囲を取り囲むように配置されている。
このように、本実施の形態では、表示領域の最外周領域に配置されている複数の光センサ素子３０によって、光強度センサ５０が構成されており、光強度センサ５０を構成している光強度測定用の各光センサ素子３０ｄから得られる受光量の平均値をとり、これを環境光の強度として算出している。
また、本実施の形態の光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０ｄの受光感度は、表示領域内に設けられた可視光センサ３１Ａを構成している光センサ素子３０ａの受光感度と比較して、その受光感度が所定の割合だけ低くなっている。つまり、光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０ｄの受光感度は、表示領域内に設けられた可視光センサ３１Ａを構成している光センサ素子３０ａの受光感度（あるいは、赤外光センサ３１Ｂを構成している光センサ素子３０ｂの受光感度）と比較して、１／ｎ（ここで、ｎは１より大きい任意の数）となっている。これにより、光強度センサ５０の出力を可視光センサ３１Ａよりも低くし、可視光センサ３１Ａにおいて出力が飽和する際の照度よりも高い照度下において、センサ出力が飽和するようにしている。これにより、測定したい照度範囲においてセンサ出力が飽和することなく、広範囲の環境照度を正確に測定することができる（図１０参照）。
図８には、光強度センサ５０のより詳細な構成を示す。図８では、図１に示す光強度センサ５０の破線で囲んだ部分のより詳細な構成を示している。図８に示すように、図１の破線で示した部分には、４画素×４画素からなる合計１６個の画素がそれぞれ含まれている。なお、一画素は、上記したように、Ｒ・Ｇ・Ｂの３つの画素電極で構成されている。
図８に示すように、光強度センサ５０内には、複数の光センサ素子３０が含まれているが、受光した光の強度を検知する光センサ素子３０ｄと、該光センサ素子３０ｄの温度補償を行うための暗電流補償用の光センサ素子３０ｃとの２種類に分けられる。暗電流補償用の光センサ素子３０ｃは、センサＡおよびセンサＢに含まれる光センサ素子３０ｃと同一の構造を有している。
また、本実施の形態においては、図８に示すように、光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０上には、光学フィルタ２５が設けられている。つまり、光強度センサ５０は、その受光感度を所定の割合だけ低するための構成を除いて、赤外光センサ３１Ｂ（センサＢ）と同様の構成になっている。
この構成により、光強度センサ５０は、赤外光の強度（外部から照射された光に含まれる赤外線の強度）を検知することができる。光強度センサ５０の基本的な構成は、図４および図５（ｂ）に示す赤外光センサ３１Ｂと同じである。但し、光強度センサ５０は、赤外光センサ３１Ｂと比較して、その受光感度が所定の割合だけ低下している。
上記の構成によれば、液晶表示装置１００が置かれている環境下の赤外線の強度に応じで、エリアセンサの切替えを行うことができる。
なお、本発明では、光強度センサ５０は上記のような構成に限定はされない。他の例として、光強度センサ５０は、可視光の強度を検知するセンサ（すなわち、照度センサ）であってもよい。
この場合の光強度センサの基本的な構成は、図３および図５（ａ）に示す可視光センサ３１Ａと同じである。但し、光強度センサＡについては可視光センサ３１Ａと比較して、その受光感度が所定の割合だけ低下している。
上記の構成によれば、液晶表示装置１００が置かれている環境下の照度に応じで、エリアセンサの切替えを行うことができる。
図９（ａ）〜（ｄ）には、光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０ｄの構成例を示す。図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、光センサ素子３０ｄは、表示領域内の最外周領域に位置する各画素に設けられたＴＦＴ６３のドレイン電極に接続されている。なお、図９（ａ）〜（ｄ）では、ＴＦＴ６３に接続されたゲート信号線６１およびデータ信号線６２も示している。
図９（ａ）に示す光強度センサ５０は、ｎ１個（ここで、ｎ１は２以上の整数）の光センサ素子３０ｄのうち１個の光センサ素子３０ｄのみが外光を受光するという構成である。そのため、図に示すように、ｎ１個の光センサ素子３０ｄのうち（ｎ１−１）個の光センサ素子３０ｄ上には遮光部材５１が設けられており、１個の光センサ素子３０ｄ上の遮光部材５１には、開口部５１ａが形成されている。
これにより、光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０ｄのパネル表面１００ａ側からの開口率は、可視光センサ３０Ａを構成している光センサ素子３０ａのパネル表面１００ａ側からの開口率よりも所定の割合だけ小さくなっている（具体的には、１／ｎ１になっている）。ここで、光センサ素子のパネル表面側からの開口率とは、光センサ素子をパネル表面側から見た場合に、光センサ素子の受光面全体の面積に対して遮光されていない面積の割合のことをいう。なお、光強度センサ５０が赤外光センサである場合には、光センサ素子のパネル表面側からの開口率とは、光センサ素子をパネル表面側から見た場合に、光センサ素子の受光面全体の面積に対して赤外線が遮断されていない面積の割合のことをいう。
このような構成により、遮光部材が設けられていない場合と比較して、光強度センサ５０を構成する複数の光センサ素子３０ｄが全体として受光する光量を１／ｎ１とすることができる。そのため、光強度センサ５０の受光感度を、可視光センサ３１Ａの受光感度（あるいは、赤外光センサ３１Ｂの受光感度）の１／ｎ１とすることができる。
なお、遮光部材５１の材料としては、光を透過させない素材を適宜利用することができる。遮光部材５１の材料として具体的には、金属材料、黒色樹脂などが挙げられる。例えば、遮光部材５１は、対向基板２２に形成されたカラーフィルタ層を構成しているカーボンブラックを用いて形成することができる。この場合、カラーフィルタ層の形成工程において、光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０ｄのうちの所定の数の光センサ素子３０ｄに対応する領域に、カーボンブラックが位置するように、カーボンブラックをパターニングすればよい。また、全波長領域の光を確実に遮断できるという点では、遮光部材として金属材料を用いることが好ましい。なお、光強度センサ５０が赤外光センサである場合には、遮光部材は、赤外光を完全に遮光できるものであることが望ましい。
図９（ｂ）に示す光強度センサ５０は、ｎ２個（ここで、ｎ２は２以上の整数）の光センサ素子３０ｄのうち１個の光センサ素子３０ｄのみが当該センサ素子を駆動するための配線（すなわち、データ信号線６２）を介してセンサ駆動回路７２と接続されているという構成である。つまり、（ｎ２−１）個の光センサ素子３０ｄでは、図９（ｂ）のＡに示すように、ＴＦＴ６３のソース電極側の配線がデータ信号線とは切り離されている。センサ駆動回路７２に接続されていない光センサ素子３０ｄは、光強度センサとして機能しないため、上記の構成では、ｎ２個の素子のうち１個のみが光強度センサとして機能することになる。
上記のような構成により、全ての光センサ素子３０ｄがデータ信号線６２と接続されている場合と比較して、光強度センサ５０を構成する複数の光センサ素子３０ｄが全体として検知する光量を１／ｎ２とすることができる。そのため、光強度センサ５０の受光感度を、可視光センサ３１Ａの受光感度（あるいは、赤外光センサ３１Ｂの受光感度）の１／ｎ２とすることができる。
また、光強度センサの受光感度を１／ｎ２とする構成の他の例として、光強度センサ５０を構成する光センサ素子３０ｄの個数自体を減らす（つまり、駆動回路に接続されない光センサ素子を形成しない）という構成も可能である。但し、このように駆動回路に接続されない光センサ素子を形成しない場合には、光センサ素子の製造プロセスにおける全ての工程において、光センサ素子を形成する画素領域と形成しない画素領域との間でマスクを変更する必要がある。これに対して、光センサ素子を駆動回路に接続しない構成は、配線のマスク変更のみで実現することができるため、設計変更の際のコストが安価となるという利点がある。
図９（ｃ）に示す光強度センサ５０は、光強度センサ５０を構成している各光センサ素子３０ｄ上に、透過光量（パネル表面１００ａから入射する光量）を１／ｎ（ここで、ｎは１より大きい任意の数）に減少させる減光フィルタ５４が設けられている構成である。このような構成により、減光フィルタ５４が設けられていない場合と比較して、光強度センサ５０を構成する各光センサ素子３０ｄが受光する光量を１／ｎとすることができる。そのため、光強度センサ５０の受光感度を、可視光センサ３１Ａの受光感度（あるいは、赤外光センサ３１Ｂの受光感度）の１／ｎとすることができる。
このような減光フィルタ５４として、広帯域のＮＤフィルタを使用することができる。ＮＤフィルタとは、分光透過率を一様に下げるフィルタであり、吸光タイプ、反射タイプ、複合型などがある。
図９（ｄ）に示す光強度センサ５０は、光強度センサ５０を構成している各光センサ素子３０ｄ上に、遮光部材５５が設けられている構成である。この遮光部材５５には、光センサ素子３０ｄの受光部の面積の１／ｎ（ここでは、ｎは１より大きい任意の数）の面積を有する開口部５５ａが形成されている。このような構成により、遮光部材５５が設けられていない場合と比較して、光強度センサ５０を構成する各光センサ素子３０ｄが受光する光量を１／ｎとすることができる。そのため、光強度センサ５０の受光感度を、可視光センサ３１Ａの受光感度の１／ｎとすることができる。なお、遮光部材５５の材料としては、光を透過させない素材を適宜利用することができる。また、遮光部材５５の材料としては、遮光部材５１と同じものを用いることができる。
上記のように、本実施の形態においては、エリアセンサを構成している光センサ素子に対して所定の割合だけ感度を低下させた光センサ素子を光強度センサ用の光センサ素子としている。図１０には、可視光センサ３１Ａを構成している光センサ素子３０ａ及び光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０ｄについて、周囲の環境照度に対するセンサ出力特性の一例を示している。例えば、周囲の照度が最大で１０万ルクスになる環境下で液晶表示装置を使用する場合、この図に示すように、測定したい照度範囲は、０〜１０万ルクスとなる。このとき、可視光センサ３１Ａを構成している光センサ素子３０ａのセンサ出力特性は、図１０に示すように、１０万ルクスよりも暗い図中Ａの照度において飽和してしまう。これに対して、光センサ素子３０ａよりも受光感度が所定の割合だけ低下している光強度センサ５０用の光センサ素子３０ｄの出力特性は、図１０に示すように、１０万ルクスよりも明るい図中Ｂの照度で飽和する。そのため、光センサ素子３０ｄを用いた光強度センサ５０では、０〜１０万ルクスの照度範囲において環境照度を正確に測定することができる。
そして、本実施の形態においては、遮光部材などを用いて受光感度を低下させている点以外の光センサ素子自体の構造（すなわち、光センサ素子を構成するフォトダイオード、フォトトランジスタなどの構造）については、エリアセンサ用の光センサ素子（例えば、光センサ素子３０ａ、３０ｂなど）と、光強度センサ用の光センサ素子３０とで同一の構成としている。つまり、光強度センサ５０を構成している光センサ素子３０と、エリアセンサを構成している光センサ素子３０とは、同一の設計およびプロセス（製造工程）によって、アクティブマトリクス基板２１上に形成されたものである。
そのため、光強度センサのセンサ特性とエリアセンサ（可視光センサおよび赤外光センサ）のセンサ特性とを合わせることができる。これにより、環境光に対するエリアセンサの正確な出力を推定することが可能となる。また、外付けの光強度センサを設けた場合に比べて部品の点数を少なくすることができるため、装置の小型化、薄型化、および軽量化を実現できるとともに、製造コストの低減にもつながる。
上記の構成によれば、光強度センサ用の光センサ素子の受光感度を所定の割合だけ低下させることで、広範囲の環境照度を正確に測定することができる。また、光強度センサのセンサ特性を、表示領域内のエリアセンサとして使用する光センサ素子と同じにすることができるため、光強度センサによって得られた環境光の強度を正確にエリアセンサ用の光センサ素子に反映させることができる。
また、表示領域の一部の領域（点の領域）にのみ光強度センサを設けた場合、光強度センサがパネル表面を指などでタッチした際に手のひらなどが光強度センサ上に位置していると、光強度センサによって検知された光強度は、実際の環境光強度よりも低い値となってしまう可能性がある。しかし、表示領域の最外周領域を光強度センサとすれば、表示領域の一部の領域にのみ光強度センサを設けた場合と比較して、光強度センサが受光する光が手のひらなどによって遮られる割合が少なくなるため、より正確な環境照度を得ることができる。また、表示領域内に光強度センサを配置すると表示画像内に当該光強度センサ部が黒点となって視認されてしまうが、上記のように表示領域の最外周に光強度センサを配置することで、表示画像に影響を与えない照度センサを実現することができる。
続いて、本実施の形態の液晶表示装置１００において、入力位置の検出を行う方法について説明する。
本実施の形態の液晶表示装置１００では、光強度センサ５０によって検出された照度に応じて、可視光センサ３１Ａ（センサＡ）を用いた位置検出を行うか、赤外光センサ３１Ｂ（センサＢ）を用いた位置検出を行うかの切替えを行っている。このセンサの切替えは、特定の照度範囲において、どちらのセンサを使用した場合により正確な位置検出が行えるかという点に着目して決めることができる。
ここで、センサＡおよびセンサＢのそれぞれにとって、得意とする照度範囲（正確な位置検出を行うことができる照度範囲）および不得意とする照度範囲（位置検出に誤差が生じうる照度範囲）について説明する。
図１１（ａ）および図１１（ｂ）には、センサＡを用いた場合と、センサＢを用いた場合とで、センサ制御部７０において、どのようにパネル表面にタッチした部分の認識が行われるかを示している。図１１（ａ）がセンサＡを用いた場合であり、図１１（ｂ）がセンサＢを用いた場合である。
センサＡを用いた場合には、図１１（ａ）に示すように、指などがタッチした部分Ｔ１が他の部分と比較して暗い画像となる。これは、タッチした部分では、外光が遮られるため、光センサ素子３０ａの受光量が他の領域の光センサ素子３０ａよりも少なくなるためである。これに対して、センサＢを用いた場合には、図１１（ｂ）に示すように、タッチした部分Ｔ２が他の部分と比較して明るい画像となる。これは、液晶表示装置１００のバックライト１０から赤外光を含む光が照射されており、タッチした部分では、赤外光はパネル表面に触れている指などによって反射されるのに対して、タッチしていない部分では、赤外光は液晶パネルの外へ抜けていくためである（図２参照）。
そして、センサＡは上記のような特性を有していることにより、センサＡによる位置検出を行う際の好適な照度範囲は、図１２（ａ）に示すように、比較的明るい１万ルクス（ｌｘ）〜１０万ルクス（ｌｘ）となる。これは、暗い環境下では、可視光によってタッチしている部分と、タッチしていない部分との区別がつきにくいためである。そして、特に液晶パネル２０において白表示などの明るい画像表示がなされており、その明るい画像表示領域に指などがタッチした場合には、タッチした部分も明るい画像としてセンサＡに認識されてしまうため、誤認識が生じやすくなってしまう。
一方、センサＢは上記のような特性を有していることにより、センサＢによる位置検出を行う際の好適な照度範囲は、図１２（ｂ）に示すようになる。この図に示すように、外光が蛍光灯による照射光の場合には、あらゆる照度範囲（具体的には、０〜１０万ルクス（ｌｘ））において、良好な位置検出を行うことができる。これは、蛍光灯には赤外光が含まれていないため、環境光強度の影響を受けることなく位置検出を行うことができるためである。また、外光が太陽光の場合には、比較的暗い０〜１万ルクス（ｌｘ）が好適な照度範囲となる。これは、太陽光には赤外光が含まれているため、太陽光が強い場合には赤外光の強度が高くなり、タッチしていない部分の光センサ素子３０ｂにおいても赤外光が検知されてしまうためである。
センサＢによる位置検出を行う際の好適な光強度範囲を赤外線の強度で表した場合、液晶表示装置１００が置かれている環境の赤外線の強度が１．００〜１．８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲内の値以下であれば、良好な位置検出を行うことができる。ここでの赤外線の強度は、波長８００〜１０００ｎｍの光の積算放射強度を意味する。
そこで、本実施の形態の液晶表示装置１００では、センサＡおよびセンサＢそれぞれの対象照度範囲を、例えば図１２（ｃ）に示すように分け、光強度センサ５０によって検知された環境照度がどちらの対象照度範囲に存在するかによって、使用するセンサの切替えを行うことができる。図１２（ｃ）に示す例では、照度が０ルクス（ｌｘ）以上１万ルクス（ｌｘ）未満の範囲内の場合にはセンサＢによる位置検出を行い、照度が１万ルクス（ｌｘ）以上１０万ルクス（ｌｘ）以下の範囲内の場合にはセンサＡによる位置検出を行う。
また、別の切替え方法として、液晶表示装置１００が置かれている環境の赤外線の強度が所定の値以上であるか否かによって、使用するセンサの切替えを行うことができる。ここで、上記の所定の値は、１．００〜１．８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲内の値であることが好ましい。
このようなセンサの切替えを行う場合、図２に示すセンサ制御部７０では、以下のようにして処理が行われる。
まず、光強度センサ５０によって検知された情報をもとに、光強度センサ読出回路７６および光強度測定部７７によって、環境光強度が算出される。それと並行して、エリアセンサ読出回路７３では、センサＡおよびセンサＢによって検知された位置情報を読み取る。エリアセンサ読出回路７３によって得られたセンサＡおよびセンサＢの位置情報は、座標抽出回路７４（センサ切替え部）に送られる。
座標抽出回路７４では、光強度測定部７７から送信される環境光強度の情報に基づいて、センサＡによって検知された位置情報、および、センサＢによって検知された位置情報のうちの何れを用いて位置検出を行うかを決定する。以下には、照度を検知する光強度センサ５０を使用してエリアセンサの切替えを行う場合、および、赤外光の強度を検知する光強度センサ５０を使用してエリアセンサの切替えを行う場合のそれぞれの場合について説明する。
（１）照度を検知する光強度センサ５０を使用する場合
座標抽出回路７４では、光強度測定部７７から送信される環境照度（環境光強度）の情報に基づいて、送信された環境照度が例えば１万ルクス以上である場合には、図１１（ａ）で示されるように、白い領域内において黒色で得られる領域（Ｔ１）を入力位置として認識する。一方、光強度測定部７７から送信された環境照度が、例えば１万ルクス未満である場合には、図１１（ｂ）で示されるように、暗い領域内において白色で示される領域（Ｔ２）を入力位置として認識する。
このように、座標抽出回路７４では、環境照度が閾値（例えば、１万ルクス）以上であるか否かによって、入力位置の検出の方法を異ならせている。そして、環境光強度が閾値以上である場合には、センサＡによって得られた情報を位置情報として使用して入力位置を検出し、環境照度が閾値未満である場合には、センサＢによって得られた情報を位置情報として使用して入力位置を検出している。
（２）赤外光の強度を検知する光強度センサ５０を使用する場合
座標抽出回路７４では、光強度測定部７７から送信される赤外線強度（環境光強度）の情報に基づいて、送信された赤外線強度が所定の値（例えば１．４０ｍＷ／ｃｍ２）以上である場合には、図１１（ａ）で示されるように、白い領域内において黒色で得られる領域（Ｔ１）を入力位置として認識する。一方、光強度測定部７７から送信された環境照度が、所定の値（例えば１．４０ｍＷ／ｃｍ２）未満である場合には、図１１（ｂ）で示されるように、暗い領域内において白色で示される領域（Ｔ２）を入力位置として認識する。
このように、座標抽出回路７４では、環境下の赤外線強度が閾値以上であるか否かによって、入力位置の検出の方法を異ならせている。そして、環境下の赤外線強度が閾値以上である場合には、センサＡによって得られた情報を位置情報として使用して入力位置を検出し、環境下の赤外線強度が閾値未満である場合には、センサＢによって得られた情報を位置情報として使用して入力位置を検出している。
なお、上記の赤外線強度の所定の値（閾値）としては、例えば、１．００〜１．８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲内の値を選択することが好ましい。
座標抽出回路７４において得られた位置情報は、インターフェース回路７５を介して、外部へ出力される。
上記のように、本実施の形態の液晶表示装置１００では、座標抽出回路７４が環境光強度に応じて入力位置の検出の仕方を変更することができる。そのため、センサＡ用の座標抽出回路およびセンサＢ用の座標抽出回路をそれぞれ設けることなく、１つの座標抽出回路によって２種類のセンサからの位置検出を行うことができる。これにより、回路規模を小さくすることができるとともに、情報の処理量も減らすことができる。
以上のように、本実施の形態の液晶表示装置１００では、可視光を検知するセンサＡと赤外光を検知するセンサＢという２種類のセンサをそれぞれ使用して位置検出を行うことができる。これにより、それぞれが得意とする照度範囲あるいは赤外光の強度範囲によって、各センサを使い分けることができ、単に受光感度が異なる２種類のセンサを使用したエリアセンサと比較して、より広範囲の環境光強度下において、正確な位置検出を行うことができる。
さらに、本実施の形態の液晶表示装置１００では、環境光強度に応じて、座標抽出の方法を切替えることによって、何れか一方のセンサからの検知情報に基づいて、タッチした位置の座標抽出を行っている。そのため、１つの座標抽出回路で２種類のセンサからの座標抽出を行うことができる。
上述した実施の形態では、センサＡおよびセンサＢが市松状に互い違いに配置されている構成を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定はされない。センサＡとセンサＢとがランダムに配置されていてもよいし、センサＡとセンサＢとが１列ごとに交互に配置されていてもよい。
但し、２種類の光センサを備えていることによる解像度の低下を最小限に抑えることができるという点で、本実施の形態のように、センサＡとセンサＢとが市松状に互い違いに配置されていることが好ましい。
この点について、図１３（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。図１３（ａ）は、センサＡとセンサＢとが市松状に互い違いに配置されている例であり、図１３（ｂ）は、センサＡとセンサＢとが１列ごとに交互に配置されている例である。
例えば、センサＡのみを縦横にマトリクス状に配置した場合のセンサＡの解像度を６０ｄｐｉ（ドット／インチ）とすると、図１３（ａ）に示すように、２種類のセンサ（センサＡおよびセンサＢ）を市松状に配置した場合には、横方向（ｘ方向）および縦方向（ｙ方向）の解像度は、ともに（１／√２）×６０≒４２ｄｐｉとなる。
これに対して、図１３（ｂ）に示すように、２種類のセンサ（センサＡおよびセンサＢ）を１列ごとに交互に配置した場合には、横方向（ｘ方向）の解像度は、６０ｄｐｉのままである一方で、縦方向（ｙ方向）の解像度は、１／２×６０＝３０ｄｐｉとなる。この場合、全体としての解像度は、解像度の小さい縦方向の解像度となってしまう。また、縦方向と横方向とで、解像度の格差が生じてしまう。
このように、センサＡとセンサＢとを市松状に配置することで、光センサの総数が同じ場合に、１種類のみの光センサで構成されているエリアセンサの解像度と比較して、２種類の光センサを備えていることによる解像度の低下を最小限に抑えることができる。
また、上述した実施の形態では、一画素ごとに光センサ素子が設けられている構成を例に挙げているが、本発明では、必ずしも光センサ素子は一画素ごとに設けられていなくてもよい。また、本発明では、一画素を構成しているＲ，Ｇ，Ｂの画素電極のうちの何れか１つの画素電極ごとに光センサ素子が備えられている構成であってもよい。
なお、本実施の形態においては、エリアセンサつきの液晶表示装置として、可視光を受光する光センサ素子を含む可視光センサと、赤外光を受光する光センサ素子を含む赤外光センサという、検知する光の波長領域が互いに異なる２種類のセンサを含んで構成されているものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定はされない。それ以外の構成として、受光感度の異なる２種類のセンサを含んで構成されているエリアセンサつきの液晶表示装置を挙げることができる。
また、本実施の形態では、環境光強度に応じて複数種類の光センサ素子の切替えを行うために光強度センサを利用しているが、本発明の利用可能性はこれに限定はされない。本発明の液晶表示装置に設けられた光強度センサの他の利用方法としては、周囲の環境光強度に応じた光センサ素子のセンシング時間（検知時間）の制御、あるいは、周囲の環境光強度に応じたバックライトの制御などが挙げられる。以下の実施の形態２には、本発明の他の例として、周囲の環境光強度に応じて光センサ素子のセンシング時間（検知時間）を制御することのできる液晶表示装置について説明する。
〔実施の形態２〕
図１５には、本発明の第２の実施形態にかかるタッチパネル一体型液晶表示装置２００（単に液晶表示装置２００とも呼ぶ）の構成を示す。図１５に示す液晶表示装置２００は、画素毎に設けられた光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル機能を有している。図１５に示すように、本実施の形態のタッチパネル一体型液晶表示装置２００は、液晶パネル１２０、および、液晶パネル１２０の背面側に設けられ該液晶パネルに光を照射するバックライト１０ａを備えている。
液晶パネル１２０の構成については、実施の形態１で説明した液晶表示装置１００内の液晶パネル２０の構成とほぼ同じである。そのため、ここでは、液晶パネル２０とは異なる点のみを説明する。
また、バックライト１０ａは、白色光のみを照射するという点で、実施の形態１のバックライト１０とは異なるが、バックライト１０ａの構成については、一般的な液晶表示装置のバックライトと同様の構成を適用することができる。
上述した実施の形態１では、液晶パネル２０に可視光センサ３１Ａおよび赤外光センサ３１Ｂが形成されており、これら２種類のセンサがパネル表面上の画像をそれぞれ検知することで外部からの入力位置を検出するエリアセンサを実現していた。これに対して、本実施の形態２の液晶パネル１２０は、可視光センサ３１Ａのみでエリアセンサ部が実現されている。つまり、液晶パネル１２０に設けられた複数個の可視光センサ３１Ａが、パネル表面上の画像をそれぞれ検知することで、液晶パネル１２０の表面（検出対象面２００ａ）の特定の位置に指や入力ペンが接触した場合に、その位置を光センサ素子３０が読み取り、装置に対して情報を入力したり、目的とする動作を実行させたりすることができる。
また、本実施の形態２の液晶パネル１２０には、液晶表示装置２００が置かれている環境照度を測定するための光強度センサ５０が設けられている。本実施の形態においても、光強度センサ５０を構成する光センサ素子として、エリアセンサを構成している光センサ素子３０と同一の構成の光センサ素子３０が使用されている。また、実施の形態１と同様に、液晶パネル１２０では、表示領域２０ａ内の最外周領域に配置された各画素に設けられた光センサ素子３０が、光強度センサ５０として使用されている。光強度センサ５０の具体的な構成については、実施の形態１と同じであるため、その説明を省略する。
また、図１５に示すように、液晶表示装置２００には、液晶パネル２０に対して表示駆動を行う液晶駆動回路６０、および、エリアセンサを駆動するためのセンサ制御部７０ａが設けられている。
図１５に示すように、センサ制御部７０ａ内には、タイミング発生回路７１、センサ駆動回路７２ａ、エリアセンサ読出回路７３、座標抽出回路７４、およびインターフェース回路７５が設けられている。
タイミング発生回路７１は、各回路の動作を同期させて制御するためのタイミング信号を発生させる。
センサ駆動回路７２ａは、可視光センサ３１Ａを構成している光センサ素子３０を駆動するための電源を供給する。
エリアセンサ読出回路７３は、受光量に応じて異なる値の電流を流す光センサ素子３０から受光信号を受け取り、得られた電流値から受光量を算出する。
座標抽出回路７４は、エリアセンサ読出回路７３で算出された各光センサ素子３０の受光量に基づいて、液晶パネルの表面（検出対象面２００ａ）に対してタッチした指の座標を算出する。
インターフェース回路７５は、座標抽出回路７４において算出された指の座標の情報（位置情報）を、液晶表示装置２００の外部へ出力するものである。液晶表示装置２００は、このインターフェース回路７５を介して、ＰＣなどと接続される。
液晶表示装置２００は、上記のような構成を有していることによって、装置の表面（検出対象面２００ａ）に指または入力ペンがタッチした場合に、液晶パネル２０内に形成された光センサ素子３０が、指または入力ペンを画像として捉えることによって、入力位置を検出することができる。
また、センサ制御部７０ａ内には、照度センサ５０の制御に関わる構成として、光強度センサ読出回路７６、および光強度測定部７７も設けられている。また、上記したセンサ駆動回路（駆動回路）７２ａは、光強度センサ５０を構成する各光センサ素子３０ｄを駆動するための回路としても機能する。
光強度センサ読出回路７６は、光強度センサ５０内に含まれる光センサ素子３０から受光信号を受け取り、受光量を算出する。
光強度測定部７７は、光強度センサ読出回路７６で算出された光センサ素子３０の受光量に基づいて、装置が置かれている環境光の強度を算出する。ここで得られた環境光の強度の情報は、センサ駆動回路７２ａへ送られる。
上記の構成を有する液晶表示装置２００では、環境光の強度に応じて可視光センサ３１Ａを構成している光センサ素子３０ａのセンシング時間を制御している。具体的には、光強度測定部７７において得られた環境光の強度に基づいて、センサ駆動回路７２ａは、可視光センサ３１Ａを構成している光センサ素子３０ａの駆動制御を行い、該光センサ素子３０ａセンシング時間（検知時間）を制御する。これにより、例えば、明るい環境下に装置が置かれている場合には光センサ素子のセンシング時間を短くし、暗い環境下に装置が置かれている場合には光センサ素子のセンシング時間を長くするという制御を行うことができる。言い換えれば、光強度センサによって得られた環境光の強度がより高いときには、該光強度センサによって得られた環境光の強度がより低いときと比べて、可視光センサ３１Ａ内の光センサ素子のセンシング時間をより短くするという制御を行い、光強度センサによって得られた環境光の強度がより低いときには、該光強度センサによって得られた環境光の強度がより高いときと比べて、可視光センサ３１Ａ内の光センサ素子のセンシング時間をより長くするという制御を行うことができる。
このように、本実施の形態の液晶表示装置２００では、環境光の強度に応じて、エリアセンサを構成している光センサ素子のセンシング時間を制御することで、より正確な位置検出を実現している。
なお、本実施の形態の液晶表示装置２００に設けられた光強度センサ５０は、赤外線の強度を検知するものであってもよいし、環境下の照度を検知するものであってもよい。光強度センサ５０が赤外線の強度を検知するものである場合には、実施の形態１で説明したように、光センサ素子３０上に光学フィルタ２５を設けたような構成を適用することができる。また、光強度センサ５０が、環境下の照度を検知するものである場合には、光センサ素子３０上に光学フィルタ２５を設けない構成、あるいは、光センサ素子３０上の光学フィルタ２５に開口部２５ｃを設ける構成などを適用することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段、あるいは、他の実施の形態において説明した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の液晶表示装置を用いれば、装置内に設けられた光センサ素子を利用して周囲の環境照度を正確に測定することができる。したがって、本発明の液晶表示装置は、環境照度に基づいて、装置内の駆動回路の制御を行う液晶表示装置に適用することができる。
１０ バックライト
１０ａ バックライト
２０ 液晶パネル
２１ アクティブマトリクス基板
２２ 対向基板
２３ 液晶層
２５ 光学フィルタ
２５Ｂ 青色のカラーフィルタ
２５Ｒ 赤色のカラーフィルタ
２５ｃ 開口部
２６ 光学フィルタ構造
３０ 光センサ素子
３０ａ （可視光センサの）光センサ素子
３０ｂ （赤外光センサの）光センサ素子
３０ｄ （光強度センサの）光センサ素子
３１Ａ 可視光センサ（エリアセンサ部）
３１Ｂ 赤外光センサ（エリアセンサ部）
４０ａ 表側偏光板
４０ｂ 裏側偏光板
５０ 光強度センサ（光強度センサ部）
５１ 遮光部材（遮光部）
５４ 減光フィルタ
５５ 遮光部材
７０ センサ制御部
７０ａ センサ制御部
１００ タッチパネル一体型液晶表示装置（液晶表示装置）
１００ａ パネル表面（検出対象面）
１２０ 液晶パネル
２００ タッチパネル一体型液晶表示装置（液晶表示装置）
２００ａ パネル表面（検出対象面）

Claims (10)

  1. アクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶層が配置されている液晶パネルを備え、該液晶パネルが、パネル表面上の画像を検知することで、外部からの入力位置を検出するエリアセンサ機能を有している液晶表示装置において、
    上記液晶パネルは、受光した光の強度を検知する光センサ素子を複数個有し、
    上記液晶パネルの表示領域の最外周部分に配置されている上記光センサ素子で構成され、当該液晶表示装置が置かれている環境下の光の強度を検出する光強度センサ部と、
    上記光強度センサ部を構成する光センサ素子以外の光センサ素子で構成され、各光センサ素子がパネル表面上の画像を検知することで外部からの入力位置を検出するエリアセンサ部と、を備えており、
    上記光強度センサ部を構成している光センサ素子と、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子とは、上記アクティブマトリクス基板上に、同一の製造工程によって形成されたものであるとともに、
    上記光強度センサ部を構成している光センサ素子は、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子と比較して、その受光感度が所定の割合だけ低くなっていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 上記光強度センサ部は、複数個の光センサ素子を有しており、各光センサ素子が検知した光の強度の平均値に基づいて、上記環境光の強度を得ることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 上記光強度センサ部は、当該液晶表示装置が置かれている環境下の赤外線の強度を検出するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
  4. 上記光強度センサ部を構成している光センサ素子の上記液晶パネルのパネル表面側からの開口率は、
    上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子の上記開口率よりも所定の割合だけ小さくなっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
  5. 上記光強度センサ部を構成している光センサ素子には、該光センサ素子上に遮光部が設けられているものと、該光センサ素子上に遮光部が設けられていないものとが含まれていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
  6. 上記遮光部が設けられている光センサ素子の個数と、上記遮光部が設けられていない光センサ素子の個数とは、（ｎ１−１）：１（ここで、ｎ１は２以上の整数）の割合になっていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
  7. 上記光強度センサ部を構成している光センサ素子上には、上記液晶パネルの表面から入射する光を所定の割合だけ減少させる減光フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
  8. 上記光センサ素子を駆動するための駆動回路をさらに備えており、
    上記光強度センサ部を構成している光センサ素子には、上記駆動回路に接続されているものと、上記駆動回路に接続されていないものとが含まれていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
  9. 上記駆動回路に接続されていない光センサ素子の個数と、上記駆動回路に接続されている光センサ素子の個数とは、（ｎ２−１）：１（ここで、ｎ２は２以上の整数）の割合になっていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
  10. 上記光強度センサ部によって得られた光の強度に基づいて、上記エリアセンサ部を構成している光センサ素子のセンシング時間を変更する駆動回路を備えていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の液晶表示装置。
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