JPWO2011071038A1

JPWO2011071038A1 - 表示装置

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Publication number: JPWO2011071038A1
Application number: JP2011545212A
Authority: JP
Inventors: 龍三結城; 奈留臼倉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2013-04-22
Also published as: CN102652279B; CN102652279A; US20120242636A1; EP2498123A1; WO2011071038A1

Abstract

複数の受光部を含む光センサにおいても、解像度低下を抑える。画像を表示する表示領域に複数の光センサ部が設けられた光センサ付き表示装置において、各光センサ部は、前記表示領域における画像の表示面からの光の入射を可能にする複数のセンサ用開口部（１８ａ〜１８ｃ）と、複数のセンサ用開口部（１８ａ〜１８ｃ）それぞれの下部に設けられ、センサ用開口部（１８ａ〜１８ｃ）から入射した光を受光し電気信号に変換する複数の受光部（Ｄ１〜Ｄ３）とを備え、複数のセンサ用開口部（１８ａ〜１８ｃ）と複数の受光部（Ｄ１〜Ｄ３）は、少なくとも１方向に並んで配置されており、複数のセンサ用開口部（１８ａ〜１８ｃ）のうち、外側に位置するセンサ用開口部（１８ａ、１８ｃ）は、その下部に設けられる受光部（Ｄ１、Ｄ３）に対して内側へずれた位置に設けられる。

Description

本発明は、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の光センサを有する表示装置に関する。

従来、例えば、フォトダイオード等の光検出素子を画素内に備えたことにより、外光の明るさを検出したり、ディスプレイに近接した物体の画像を取り込んだりすることが可能な、光センサ付きの表示装置が提案されている。このような光センサ付きの表示装置では、例えば、画素ごとに、受光部としての光検出素子が設けられる。このように、１画素に１つ以上の光検出素子を設けた光センサ付きの表示装置においては、ディスプレイに近接した物体を認識するために十分な電気信号を得る観点から、２以上の光検出素子を１光センサユニットとする構成が提案されている（例えば、特開２００１−３２０５４７号公報、特開２００４−４５８７５号公報、特開２００８−９７１７１号公報、特開２００８−２６２２０４号公報参照）。

しかしながら、２以上の光検出素子を１光センサユニットとした場合、１つの光検出素子を１光センサユニットとした場合に比べ、１光センサユニットの受光面積が増える。これにより、解像度が低下する。その結果、取り込む画像の解像度低下や、タッチ位置の誤認識を招いている。

ゆえに、本発明は、複数の受光部を含む光センサにおいても、解像度低下を抑えることを目的とする。

本発明の表示装置は、画像を表示する表示領域に複数の光センサ部が設けられた光センサ付きの表示装置であって、各光センサ部は、前記画像の表示面からの光の入射を可能にする複数のセンサ用開口部と、前記複数のセンサ用開口部それぞれの下部に設けられ、前記センサ用開口部から入射した光を受光し電気信号に変換する複数の受光部とを備え、前記複数のセンサ用開口部と前記複数の受光部は、少なくとも１方向に並んで配置されており、前記複数のセンサ用開口部のうち、前記表示領域の外側に位置する前記センサ用開口部は、前記センサ用開口部の下部に設けられた前記受光部に対して前記表示領域の内側へずれた位置に設けられている。

本発明の表示装置によれば、複数の受光部を含む光センサにおいても、解像度低下を抑えることができる。

図１は、第１の実施形態にかかる液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の概略構成を示すブロック図である。図２は、ＴＦＴ基板の画素領域における画素と光センサ部との配置を示す等価回路図である。図３は、液晶表示装置を駆動する際のタイミングチャートの一例を示す図である。図４Ａは、第１の実施形態にかかる液晶表示装置の画素領域１における１光センサユニット分の領域の上面図である。図４Ｂは、図４ＡのＸ２−Ｘ’２線断面図である。図４Ｃは、図４ＡのＹ２−Ｙ’２線断面図である。図５Ａは、１つの光センサ部の受光領域と、光センサ部内の１つの受光部の受光領域を説明するための図である。図５Ｂは、１つの光センサ部の受光領域と、光センサ部内の１つの受光部の受光領域を説明するための図である。図６は、第１の実施形態におけるセンサ用開口部と受光部の構成例を示す断面図である。図７は、外側のセンサ用開口部を内側へシフトさせない場合の構成例を示す断面図である。図８は、第１の実施形態におけるセンサ用開口部と受光部の、他の構成例を示す断面図である。図９は、第２の実施形態にかかる光センサ内蔵型液晶表示装置の受光部およびセンサ用開口部の構成を示す断面図である。図１０は、外側のセンサ用開口部を内側へシフトさせない場合の構成例を示す断面図である。第３の実施形態にかかる光センサ内蔵型液晶表示装置の受光部およびセンサ用開口部の構成を示す断面図である。図１２は、外側のセンサ用開口部の外側端部を、フォトダイオードの外側端部の内側へシフトさせない場合の構成例を示す断面図である。

本発明の一実施形態に係る表示装置は、画像を表示する表示領域に複数の光センサ部が設けられた光センサ付きの表示装置であって、各光センサ部は、前記画像の表示面からの光の入射を可能にする複数のセンサ用開口部と、前記複数のセンサ用開口部それぞれの下部に設けられ、前記センサ用開口部から入射した光を受光し電気信号に変換する複数の受光部とを備え、前記複数のセンサ用開口部と前記複数の受光部は、少なくとも１方向に並んで配置されており、前記複数のセンサ用開口部のうち、前記表示領域の外側に位置する前記センサ用開口部は、前記センサ用開口部の下部に設けられた前記受光部に対して前記表示領域の内側へずれた位置に設けられている（第１の構成）。

第１の構成においては、並んで配置された複数のセンサ用開口部のうち、表示領域の外側に位置するセンサ用開口部は、当該センサ用開口部の下部に設けられた受光部に対して表示領域の内側へずれた位置に設けられている。これにより、外側の受光部が受光する、表示面からの入射光の範囲も内側へずれる。そのため、外側の受光部が受光する入射光の範囲と、中央付近の受光部が受光する入射光の範囲との重なり領域が大きくなる。すなわち、１つの光センサ部で取り込む光の範囲と、１つの光センサ部中のいずれか１つの受光部で検出される光の範囲との差分が小さくなる。その結果、不必要な光が入射するのを抑制することができ、ひいては、解像度を向上させることができる。

第２の構成は、第１の構成において、前記受光部は、前記表示領域に設けられた複数の絵素のピッチに対応するピッチで少なくとも１方向に並んで配置され、前記複数のセンサ用開口部は、前記複数の受光部のピッチより小さいピッチで並んで配置されている構成である。

第３の構成は、第１の構成において、前記センサ用開口部は、前記表示領域に設けられた複数の絵素のピッチに対応するピッチで少なくとも１方向に並んで配置され、前記受光部は、前記複数のセンサ用開口部のピッチより大きいピッチで並んで配置されている構成である。

本発明の一実施形態に係る表示装置は、画像を表示する表示領域に複数の光センサ部が設けられた光センサ付きの表示装置であって、各光センサ部は、前記画像の表示面からの光の入射を可能にするセンサ用開口部と、前記センサ用開口部の下部に設けられ、前記センサ用開口部から入射した光を受光し電気信号に変換する複数の受光部とを備え、前記複数の受光部は少なくとも１方向に並んで配置されており、前記センサ用開口部における前記複数の受光部が並ぶ方向での端部は、前記複数の受光部のうち、前記１方向において最も外側に位置する前記受光部における前記表示領域の外側の端部に対して前記表示領域の内側へずれた位置にある（第４の構成）。

第４の構成においては、センサ用開口部における複数の受光部が並ぶ方向での端部は、複数の受光部のうち、１方向において最も外側に位置する受光部における表示領域の外側の端部に対して表示領域の内側へずれた位置にある。これにより、外側の受光部が受光する、表示面からの入射光の範囲も内側へずれる。そのため、１つの光センサ部で取り込む光の範囲と、１つの光センサ部中のいずれか１つの受光部で検出される光の範囲との差分が小さくなる。その結果、不必要な光が入射するのを抑制することができ、ひいては、解像度を向上させることができる。

第５の構成は、第１〜第４の構成の何れか一つにおいて、前記表示面と前記受光部との間に設けられた金属層を更に備えており、前記センサ用開口部が、前記金属層に形成されている構成である。このような構成においては、受光部により近い位置にセンサ用開口部を配置することができる。その結果、ノイズ光が受光部に入射するのを抑えることが可能となる。

第６の構成は、第１〜第５の構成の何れか一つにおいて、前記表示面とは反対側に設けられる光源と、前記受光部と前記光源との間に設けられ、前記光源の光が直接前記受光部へ到達するのを遮る遮蔽部とをさらに備えている構成である。

第７の構成は、第１〜第６の構成の何れか一つにおいて、画像表示のための光を出射する表示用光源と、前記表示用光源が出射する光の帯域とは異なるセンサ用帯域の光を出射するセンサ用光源とをさらに備え、前記センサ用開口部から前記受光部へ至る光路上に、前記センサ用帯域の光を通過させるフィルタを有する構成である。

第８の構成は、第１〜第７の構成の何れか一つにおいて、画素回路が設けられる第１の基板と、液晶層と、前記液晶層を挟んで、前記第１の基板と対向する第２の基板とを備え、前記受光部は、前記第１の基板に設けられている構成である。

本発明の一実施形態に係る表示装置は、画像を表示する表示領域に複数の光センサ部が設けられた光センサ付きの表示装置であって、各光センサ部は、前記画像の表示面からの光の入射を可能にする複数のセンサ用開口部と、前記複数のセンサ用開口部のそれぞれの下部に設けられ、前記センサ用開口部から入射した光を受光し電気信号に変換する複数の受光部とを備え、１つの前記光センサ部に含まれる前記複数の受光部は、前記表示面の同じ範囲の入射光を受光するように、前記複数のセンサ用開口部および前記複数の受光部が配置されている（第９の構成）。

以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明にかかる表示装置を液晶表示装置として実施する場合の構成例を示したものである。なお、本発明にかかる表示装置は、光センサ部を有することにより、画面に近接する物体を検知して入力操作を行うタッチパネル付き表示装置や、表示機能と撮像機能とを具備した双方向通信用表示装置等としての利用が想定される。

また、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかる表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

（第１の実施形態）
最初に、図１および図２を参照しながら、本発明の第１の実施形態にかかる表示装置としての光センサ内蔵型の液晶表示装置ＬＣＤ（図４Ｂ、Ｃ参照）が備えるＴＦＴ基板１００の構成について説明する。

［ＴＦＴ基板の構成］
図１は、液晶表示装置ＬＣＤが備えるＴＦＴ基板１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、ＴＦＴ基板１００は、ガラス基板上に、画素領域１、ディスプレイゲートドライバ２、ディスプレイソースドライバ３、センサカラム（ｃｏｌｕｍｎ）ドライバ４、センサロウ（ｒｏｗ）ドライバ５、バッファアンプ６、ＦＰＣコネクタ７を少なくとも備えている。また、画素領域１内に設けられた、後述する複数の光センサ部ＦＳ（図２参照）で取り込まれた画像信号を処理するための信号処理回路８が、前記ＦＰＣコネクタ７とＦＰＣ９とを介して、ＴＦＴ基板１００に接続されている。

画素領域１は、画像を表示するための複数の画素を含む画素回路が形成された領域である。画素領域１が、画像を表示する表示領域となる。本実施形態では、画素回路における各画素内には、画像を取り込むための複数の光センサ部ＦＳが設けられている。画素回路は、ｍ本のゲート線Ｇ１〜Ｇｍによりディスプレイゲートドライバ２と接続されている。画素回路は、３ｎ本のソース線Ｓｒ１〜Ｓｒｎ、Ｓｇ１〜Ｓｇｎ、Ｓｂ１〜Ｓｂｎによりディスプレイソースドライバ３と接続されている。画素回路は、ｍ本のリセット信号線ＲＳ１〜ＲＳｍおよびｍ本の読み出し信号線ＲＷ１〜ＲＷｍによりセンサロウドライバ５と接続されている。画素回路は、ｎ本のセンサ出力線ＳＳ１〜ＳＳｎによりセンサカラムドライバ４と接続されている。

なお、ＴＦＴ基板１００上の上記の構成部材は、半導体プロセスによってガラス基板上にモノリシックに形成することも可能である。あるいは、上記の構成部材のうちのアンプやドライバ類を、例えばＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）技術等によってガラス基板上に実装した構成としても良い。あるいは、図１においてＴＦＴ基板１００上に示した上記の構成部材の少なくとも一部が、ＦＰＣ９上に実装されていてもよい。ＴＦＴ基板１００は、全面に対向電極２１（図４Ｂ，Ｃ参照）が形成された、後述する対向基板１０１（図４Ｂ，Ｃ参照）と貼り合わされる。ＴＦＴ基板１００と対向基板との間隙に液晶材料が封入される。

ＴＦＴ基板１００の背面には、バックライト１０が設けられる。バックライト１０は、白色光（可視光）を出射する白色ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）１１および赤外光（赤外線）を出射する赤外ＬＥＤ１２を備える。本実施形態では、一例として、赤外ＬＥＤ１２は、光センサ部ＦＳの信号光帯域（センサ用帯域）の光を出射する発光体として用いられる。白色ＬＥＤ１１は、表示のための光を出射する発光体として用いられる。なお、バックライト１０の発光体は、上記例に限られない。例えば、可視光の発光体として、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの組み合わせを用いることができる。また、ＬＥＤに代えて冷陰極管（ＣＣＦＬ：ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ）を用いることもできる。また、光センサ部ＦＳの信号光帯域を可視光帯域とし、バックライト１０は白色ＬＥＤのみ備える構成であってもよい。

［表示回路の構成］
図２は、ＴＦＴ基板１００の画素領域１における画素と光センサ部ＦＳとの配置を示す等価回路図である。図２の例では、１つの画素が、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の絵素（サブピクセル）によって形成されている。この３絵素で構成される１つの画素内に、１つの光センサ部ＦＳが設けられている。ここで、画素は、表示解像度の単位となる。画素領域１は、ｍ行×ｎ列のマトリクス状に配置された画素と、同じくｍ行×ｎ列のマトリクス状に配置された光センサ部ＦＳとを有する。なお、上述のとおり、絵素数は、ｍ×３ｎである。

このため、図２に示すように、画素領域１は、画素用の配線として、井桁状に配置されたゲート線Ｇおよびソース線Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂを有している。ゲート線Ｇは、ディスプレイゲートドライバ２に接続されている。ソース線Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂは、ディスプレイソースドライバ３に接続されている。なお、ゲート線Ｇは、画素領域１内にｍ行設けられている。以下、個々のゲート線Ｇを区別して説明する必要がある場合は、Ｇｉ（ｉ＝１〜ｍ）のように表記する。一方、ソース線Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂは、上述のとおり、１つの画素内の３絵素にそれぞれ画像データを供給するために、１画素につき３本ずつ設けられている。ソース線Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂを個々に区別して説明する必要がある場合は、Ｓｒｊ，Ｓｇｊ，Ｓｂｊ（ｊ＝１〜ｎ）のように表記する。

ゲート線Ｇとソース線Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂとの交点には、画素用のスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｍ１が設けられている。なお、図２では、赤色、緑色、青色のそれぞれの絵素に設けられている薄膜トランジスタＭ１を、Ｍ１ｒ，Ｍ１ｇ，Ｍ１ｂと表記している。薄膜トランジスタＭ１のゲート電極は、ゲート線Ｇに接続されている。薄膜トランジスタＭ１のソース電極は、ソース線Ｓに接続されている。薄膜トランジスタＭ１のドレイン電極は、図示しない画素電極に接続されている。これにより、図２に示すように、薄膜トランジスタＭ１のドレイン電極と対向電極（ＶＣＯＭ）との間に液晶容量Ｃ_LCが形成される。また、ドレイン電極とＴＦＴＣＯＭとの間に補助容量Ｃ_LSが形成されている。

図２において、１本のゲート線Ｇｉと１本のソース線Ｓｒｊとの交点に接続された薄膜トランジスタＭ１ｒによって駆動される絵素には、この絵素に対応するように赤色のカラーフィルタが設けられている。そして、薄膜トランジスタＭ１ｒによって駆動される絵素は、ソース線Ｓｒｊを介してディスプレイソースドライバ３から赤色の画像データが供給されることにより、赤色の絵素として機能する。また、ゲート線Ｇｉとソース線Ｓｇｊとの交点に接続された薄膜トランジスタＭ１ｇによって駆動される絵素には、この絵素に対応するように緑色のカラーフィルタが設けられている。そして、薄膜トランジスタＭ１ｇによって駆動される絵素は、ソース線Ｓｇｊを介してディスプレイソースドライバ３から緑色の画像データが供給されることにより、緑色の絵素として機能する。さらに、ゲート線Ｇｉとソース線Ｓｂｊとの交点に接続された薄膜トランジスタＭ１ｂによって駆動される絵素には、この絵素に対応するように青色のカラーフィルタが設けられている。そして、薄膜トランジスタＭ１ｂによって駆動される絵素は、ソース線Ｓｂｊを介してディスプレイソースドライバ３から青色の画像データが供給されることにより、青色の絵素として機能する。

なお、図２の例では、画素領域１において、１画素（３絵素）に１つの割合で光センサ部ＦＳが設けられている。すなわち、１画素が１光センサユニットとなる構成である。本実施形態では、光センサ部ＦＳは、絵素ごとに設けられた複数の受光部を備える。受光部ごとに設けられるセンサ用開口部を通じて入射する光を受光部が検出し、電気信号に変換する。なお、画素と光センサ部の配置割合は、この例のみに限定されず、任意である。例えば、１絵素につき１つの光センサ部が配置されていても良いし、複数画素に対して１つの光センサ部が配置された構成であっても良い。

［光センサ回路の構成］
光センサ部ＦＳは、図２に示すように、受光部の一例であるフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、キャパシタＣ１、およびスイッチング素子の一例であるトランジスタＭ２を備える。なお、図２では図示されていないが、光センサ部ＦＳは、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ（図４Ｂ参照）を備えている。

フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、赤色の絵素、緑色の絵素および青色の絵素にそれぞれ対応する位置に設けられている。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の上部には、それぞれ、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ（図４Ｂ参照）が設けられている。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、それぞれのセンサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃから入射する光を受光する。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、並列に接続されている。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のアノードには、リセット信号を供給するリセット信号線ＲＳが接続されている。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のカソードには、トランジスタＭ２のゲートが接続されている。

ここでは、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３とトランジスタＭ２のゲートとを結ぶ配線上のノードを蓄積ノードＩＮＴと表記している。蓄積ノードＩＮＴには、さらにキャパシタＣ１の一方の電極が接続されている。キャパシタＣ１の他方の電極は、読み出し信号を供給する読み出し信号線ＲＷに接続されている。トランジスタＭ２のドレインは、配線ＶＤＤに接続されている。トランジスタＭ２のソースは、配線ＯＵＴに接続されている。配線ＶＤＤは、定電圧Ｖ_DDを光センサ部へ供給する配線である。配線ＯＵＴは、光センサ部ＦＳの出力信号を出力する出力配線の一例である。

図２に示す回路構成においては、リセット信号線ＲＳからリセット信号が供給され、蓄積ノードＩＮＴの電位Ｖ_INTが初期化される。リセット信号供給後にフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は逆バイアスとなる。読み出し信号線ＲＷからキャパシタＣ１を介して蓄積ノードＩＮＴへ読み出し信号が供給されると、蓄積ノードＩＮＴの電位Ｖ_INTが、突き上げられる。これにより、トランジスタＭ２が導通状態となる。その結果、蓄積ノードＩＮＴの電位Ｖ_INTに応じた出力信号が配線ＯＵＴへ出力される。ここでは、リセット信号の供給が終わってから、読み出し信号の供給が開始されるまでの期間（積分期間）に、受光量に応じた電流がフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３に流れる。そして、この電流に応じた電荷がキャパシタＣ１から流れ出す。そのため、読み出し信号供給時には、蓄積ノードＩＮＴの電位Ｖ_INTは、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３に流れた電流に応じて変化する。蓄積ノードＩＮＴの電位Ｖ_INTに応じた出力信号が、配線ＯＵＴへ出力される。その結果、出力信号は、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の受光量を反映したものになる。なお、センサ回路は、上記例に限られない。

図２に示す例では、ソース線Ｓｒが、センサカラムドライバ４から定電圧Ｖ_DDを光センサ部ＦＳへ供給するための配線ＶＤＤを兼ねている。また、ソース線Ｓｇが、センサ出力用の配線ＯＵＴを兼ねている。リセット信号線ＲＳおよび読み出し信号線ＲＷは、センサロウドライバ５に接続されている。これらのリセット信号線ＲＳおよび読み出し信号線ＲＷは１行毎に設けられているので、以降、各配線を区別する必要がある場合は、ＲＳｉまたはＲＷｉ（ｉ＝１〜ｍ）のように表記する。

センサロウドライバ５は、所定の時間間隔ｔ_rowで、図２に示したリセット信号線ＲＳｉおよび読み出し信号線ＲＷｉを順次選択していく。これにより、画素領域１において信号電荷を読み出すべき光センサ部ＦＳの行（ｒｏｗ）が順次選択される。

なお、図２に示すように、配線ＯＵＴの端部には、トランジスタＭ３のドレインが接続されている。トランジスタＭ３は、例えば、絶縁ゲート型電界効果トランジスタとすることができる。このトランジスタＭ３のドレインには、出力配線ＳＯＵＴが接続されている。これにより、トランジスタＭ３のドレインの電位Ｖ_SOUTが、光センサ部ＦＳからの出力信号としてセンサカラムドライバ４へ出力される。トランジスタＭ３のソースは、配線ＶＳＳに接続されている。トランジスタＭ３のゲートは、参照電圧配線ＶＢを介して、参照電圧電源（図示せず）に接続されている。

［動作例］
図３は、液晶表示装置ＬＣＤ１を駆動する際のタイミングチャートの一例を示す図である。図３に示す例では、垂直同期信号ＶＳＹＮＣは、１フレーム時間ごとにハイレベルになる。１フレーム時間は表示期間とセンシング期間に分割される。センス信号ＳＣは、表示期間かセンシング期間かを示す信号である。センス信号ＳＣは、表示期間ではローレベルになり、センシング期間ではハイレベルになる。

表示期間では、ディスプレイソースドライバ３からソース線Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂに表示データの信号が供給される。表示期間において、ディスプレイゲートドライバ２は、ゲート線Ｇ１〜Ｇｍの電圧を順次ハイレベルにする。ゲート線Ｇｉの電圧がハイレベルである間、ソース線Ｓｒ１〜Ｓｒｎ、Ｓｇ１〜Ｓｇｎ、Ｓｂ１〜Ｓｂｎには、ゲート線Ｇｉに接続された３ｎ個の絵素それぞれの階調（画素値）に対応する電圧が印加される。

センシング期間では、ソース線Ｓｒ１〜Ｓｒｎには定電圧Ｖ_DDが印加される。センシング期間において、センサロウドライバ５は、所定の時間間隔ｔ_rowで、リセット信号線ＲＳｉおよび読み出し信号線ＲＷｉの行を順次選択していく。選択された行のリセット信号線ＲＳｉと読み出し信号線ＲＷｉには、それぞれ、リセット信号と読み出し信号が印加される。ソース線Ｓｇ１〜Ｓｇｎには、選択された行の読み出し信号線ＲＷｉに接続されたｎ個の光センサ部ＦＳで検出された光量に応じた電圧が出力される。

［液晶表示装置の構造例］
図４Ａは、本実施形態にかかる液晶表示装置ＬＣＤの画素領域１における１画素分の領域の上面図である。図４Ｂは、図４ＡのＸ２−Ｘ'２線断面図、図４Ｃは、図４ＡのＹ２−Ｙ'２線断面図である。図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、本実施形態の液晶表示装置ＬＣＤは、液晶パネル１０３と、バックライト１０を備える。液晶パネル１０３は、画素回路が設けられる第１の基板（ＴＦＴ基板１００）と、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂが設けられる第２の基板（対向基板１０１）とが、液晶層３０を挟んで対向して配置された構造を有する。すなわち、液晶パネル１０３は、ＴＦＴ側とカラーフィルタ側の２枚のガラス基板１４ａ、１４ｂの間に液晶層３０を挟み込んだ構造を有する。本実施形態では、液晶パネル１０３の２面のうち対向基板１０１側の面が表面になり、ＴＦＴ基板１００側の面が背面になる。即ち、液晶パネル１０３の２面のうち対向基板１０１側の面（表面）が、画像の表示面になる。バックライト１０は、液晶パネル１０３の背面側に設けられている。また、液晶パネル１０３の背面および表面には、偏光板１３ａ、１３ｂがそれぞれ設けられている。

対向基板１０１では、ガラス基板１４ｂの液晶層３０側の面に、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ、ブラックマトリクス２２（遮光膜）およびセンサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃを含む層が形成されている。この層を覆うように、対向電極２１および配向膜２０ｂが形成されている。

センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ＲＧＢの絵素のカラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂに対応する位置にそれぞれ設けられる。センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、表示面から光センサ部ＦＳが検出すべき帯域の光の入射を可能にする部分である。センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、センサ用帯域（信号光帯域）の光が透過できる材料で形成されている。例えば、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、赤外域以外の光を吸収する赤外光透過フィルタで形成することができる。赤外光透過フィルタにより、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３へのノイズ光の入射が抑制される。赤外光透過フィルタは、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂと同様の樹脂フィルタを用いることができる。例えば、アクリル樹脂やポリミイド樹脂等のベース樹脂に、顔料やカーボンを分散させたネガ型の感光性レジストで、赤外光透過フィルタやカラーフィルタを形成することができる。

ＴＦＴ基板１００では、ガラス基板１４ｂに設けられた、各絵素が備えるカラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂと対応する位置に、光センサ部ＦＳを含む画素回路が形成される。具体的には、光センサ部ＦＳは、ガラス基板１４ａ上に設けられたフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を含む。光センサ部ＦＳの受光部の一例であるフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、表示領域における複数の絵素が備えるカラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂのピッチに対応するピッチで１方向に並んで配置されている。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、ガラス基板１４ａとの間には、遮光層１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられている。遮光層１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、バックライト１０からの出射光が直接にフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の動作に影響を与えることを防止するために設けられる遮蔽部の一例である。

ガラス基板１４ａ上には、さらに、画素回路を構成する薄膜トランジスタＭ１、ゲート線Ｇ、ソース線Ｓ等のデータ信号線が形成される。これら薄膜トランジスタＭ１、ゲート線Ｇ、ソース線Ｓの上には、コンタクトホールを介して薄膜トランジスタＭ１と接続された画素電極１９ｒ、１９ｇ、１９ｂが設けられている。画素電極１９ｒ、１９ｇ、１９ｂは、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂに対向する位置に設けられている。画素電極１９ｒ、１９ｇ、１９ｂの上には、配向膜２０ａが設けられている。

図４Ｂに示すように、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３上には、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃが設けられている。センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ内は、上記の赤外線透過フィルタの他、例えば、他の波長選択フィルタやホワイトのカラーフィルタが充填される場合もある。また、カラースキャナの機能を実現するために、ＲＧＢ３色のカラーフィルタがセンサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃに充填される場合もある。

図４Ｃに示す実線矢印Ｘ１で示されるように、バックライト１０から出射した赤外光は、液晶パネル表面から出て検出対象物Ｋで反射し、センサ用開口部１８ｂを通ってフォトダイオードＤ２へ入射する。この入射光は、フォトダイオードＤ２にとって信号光となる。ここで、センサ用開口部１８ｂに赤外光透過フィルタが充填されるので、センサ用開口部１８ｂへ入射する光のうち赤外光以外の成分はカットされる。そのため、外光によるノイズ成分をカットすることができる。その結果、Ｓ／Ｎ比が向上する。

本実施形態では、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、１方向に並んで配置される。１方向に並ぶセンサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃのうち、外側のセンサ用開口部１８ａ、１８ｃは、光センサ部ＦＳ（１光センサユニット）の中心方向にシフトしている。具体的には、センサ用開口部１８ａの中心を通り基板１００に垂直な線（中心線ｃ１）がフォトダイオードＤ１の中心線ｋ１より内側に位置するように、フォトダイオードＤ１とセンサ用開口部１８ａとが配置されている。同様に、センサ用開口部１８ｃの中心線ｃ３がフォトダイオードＤ３の中心線ｋ３より内側に位置するように、フォトダイオードＤ３とセンサ用開口部１８ｃとが配置されている。中央のフォトダイオードＤ２の中心線ｋ２が上部のセンサ用開口部１８ｂの中心線ｃ２と同じ位置になるように、フォトダイオードＤ２とセンサ用開口部１８ｂとが配置されている。

このように、外側に位置するセンサ用開口部１８ａ、１８ｃが、その下部に設けられている受光部（フォトダイオードＤ１、Ｄ３）に対して、内側へずれた位置に設けられている。これにより、１つの光センサ部ＦＳに含まれる複数のフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が受光する入射光の範囲と、１つの光センサ部ＦＳのいずれか１つのフォトダイオードが受光する入射光との範囲の差分を小さくすることができる。その結果、不必要な光を除去でき、解像度の向上につながる。

図５Ａおよび図５Ｂは、１つの光センサ部の受光領域と、１つの光センサ部に含まれる１つの受光部の受光領域を説明するための図である。図５Ａは、センサ用開口部と受光部の位置をずらさずに配置した場合の、表示面におけるセンサ用開口部ＳＫ１、ＳＫ２、ＳＫ３と絵素開口部ＧＫ１、ＧＫ２、ＧＫ３の配置例を示す図である。図５Ｂは、外側のセンサ用開口部を受光部に対して内側にシフトして配置した場合の、表示面におけるセンサ用開口部ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３と絵素開口部ＧＫ１、ＧＫ２、ＧＫ３の配置例を示す図である。

図５Ａに示す例では、センサ用開口部ＳＫ１、ＳＫ２、ＳＫ３の各々と表示面に垂直な方向に重なる位置、すなわち真下に、それぞれ、受光部（例えば、フォトダイオード）が設けられる。これらの複数の受光部が、１つの光センサユニット（光センサ部）に含まれる。すなわち、２絵素以上に対して１つの光センサユニットが設けられる。図５Ａにおいて、点線ＤＲ１は、中央のセンサ用開口部ＳＫ２の下部にある受光部がセンサ用開口部ＳＫ２を介して受光する入射光の範囲を示す。すなわち、点線ＤＲ１は、１つの受光部の受光領域を示している。点線ＵＲ１は、センサ用開口部ＳＫ１、ＳＫ２、ＳＫ３の下部にそれぞれ設けられた複数の受光部が受光する入射光の範囲を示す。すなわち、点線ＵＲ１は、複数の受光部を含む、１つの光センサユニット（光センサ部）の受光領域を示している。このように、１つの光センサユニット全体の受光領域（ＵＲ１）は、１つの受光部の受光領域（ＤＲ１）より広くなっている。このように１つの光センサユニットの受光面積が増えるため、解像度が低下する。

図５Ｂに示す例も、２絵素以上に対して１つの光センサユニット（光センサ部）が設けられる構成である。図５Ｂに示す例では、１方向に並ぶセンサ用開口部ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３のうち、外側のセンサ用開口部ＳＨ１、ＳＨ３は、下部にそれぞれ設けられた受光部Ｊ１、Ｊ２に対して、内側へシフトした位置に設けられる。そのため、点線ＵＲ２で示される１つの光センサユニット全体の受光領域と、点線ＤＲ２で示される１つの受光部の受光領域とが略等しくなっている。このように、外側のセンサ用開口部ＳＨ１、ＳＨ３を中心方向にシフトさせる（複数のセンサ用開口部ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３が並ぶ方向での一端若しくは他端に位置するセンサ用開口部ＳＨ１、ＳＨ３を他端側若しくは一端側にずらす）ことで、１絵素分の受光領域面積と１光センサユニットの受光領域面積を近付け、解像度を向上させることができる。

(具体的な構成例１)
図６は、センサ用開口部と受光部の構成例を示す断面図である。図６に示す断面図は、図４ＡのＸ２−Ｘ'２線断面における、センサ用開口部１８ａ〜１８ｃおよび受光部（フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３）の配置の一例を示す。図６に示す例では、配置の条件は、以下のようになっている。なお、下記条件は一例であり、本発明は下記条件に限定されるものではない。
・１光センサユニット：受光部（フォトダイオード）×3個
・受光部サイズ：15×15μm
・センサ用開口部サイズ：20×20μm
・受光部ピッチ：35μm
・センサ用開口部ピッチ：26.5μm
・受光部-センサ用開口部間の距離：10μm
・受光部-パネル表面間の距離：360μm
・パネル表面-測定対象物間の距離：10μm

図６に示す例では、光センサ部に含まれるフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、絵素（具体的には、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ）のピッチに対応するピッチで絵素が並ぶ方向と同じ方向に並んで配置されている。本例では、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のピッチと、絵素（具体的には、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ）のピッチが同じである。センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃのピッチ(26.5μm)は、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のピッチ(35μm)より小さい。フォトダイオードＤ２は、センサ用開口部１８ｂの真下に位置している。これにより、外側のセンサ用開口部１８ａ、１８ｃは、フォトダイオードＤ１、Ｄ３に対して内側へシフトした位置に配置される。

なお、外側のセンサ開口部１８ａ、１８ｃの外側の遮光部（ブラックマトリクス２２）は、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ以外からの光がフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３に入射しない程度に外側に延びて形成されることが好ましい。すなわち、外側のセンサ用開口部１８ａ、１８ｃのみを内側にシフトし、遮光部（ブラックマトリクス２２）の外側端部はシフトせずに固定する構成が好ましい。図６に示す例では、外側のセンサ用開口部１８ａ、１８ｃのさらに外側のブラックマトリクスの幅は23.5μmである。

図６中で示す点線Ｐ１は、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が取り込む光の範囲を示したものである。また楕円Ｑ１は、１つの光センサ部（光センサユニット）が取り込む光の範囲を示している。１つのフォトダイオードが取り込む光の範囲と、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲は略同じになっている。

上記の条件で、パネル上部10μmの位置に測定対象物がある場合、パネル外部の空気の屈折率をｎ₀＝１、パネル内部の屈折率をｎ＝１．５とすると、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、約57000μm²の面積の光を受光する。

これに対して、図７は、外側のセンサ用開口部１８ａ、１８ｃを内側へシフトさせない場合の構成例を示す断面図である。図７に示す例では、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃのピッチとフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のピッチはいずれも35μmで同じである。図７に示す構成の場合、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、約63000μm²の面積の光を受光する。図７中で示す点線Ｐ２は、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が取り込む光の範囲を示したものである。また楕円Ｑ２は、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲を示している。１つのフォトダイオードが取り込む光の範囲より、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲が広くなっている。このように、図６に示す構成においては、図７に示す構成に比べて、約10％の不必要な光を除去でき、解像度の向上が可能になる。

(具体的な構成例２)
図８は、センサ用開口部と受光部の他の構成例を示す断面図である。図８に示す断面図は、図４ＡのＸ２−Ｘ'２線断面における、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃおよび受光部（フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３）の配置の他の一例である。図８に示す例では、配置の条件は、以下のようになっている。なお、下記条件は一例であり、本発明は下記条件に限定されるものではない。
・１光センサユニット：受光部（フォトダイオード）×３個
・受光部サイズ：15×15μm
・センサ用開口部サイズ：20×20μm
・受光部ピッチ：43.5μm
・センサ用開口部ピッチ：35μm
・受光部-センサ用開口部間の距離：10μm
・受光部-パネル表面間の距離：360μm
・パネル表面-測定対象物間の距離：10μm

図８に示す例では、光センサ部に含まれるフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、絵素（具体的には、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ）のピッチに対応するピッチで絵素が並ぶ方向と同じ方向に並んで配置されている。本例では、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃのピッチと、絵素（具体的には、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ）のピッチが同じである。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のピッチ(43.5μm)は、センサ用開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃのピッチ(35μm)より大きい。フォトダイオードＤ２は、センサ用開口部１８ｂの真下に位置している。これにより、外側のフォトダイオードＤ１、Ｄ３は、センサ用開口部１８ａ、１８ｃに対して中心から外側へシフトした位置に配置されている。

図８中で示す点線Ｐ３は、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が取り込む光の範囲を示したものである。また楕円Ｑ３は、１つの光センサ部（光センサユニット）が取り込む光の範囲を示している。１つのフォトダイオードが取り込む光の範囲と、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲は略同じになっている。上記の条件で、パネル上部10μmの位置に測定対象物がある場合、パネル外部の空気の屈折率をｎ₀＝１、パネル内部の屈折率をｎ＝１．５とすると、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、約57000μm²の面積の光を受光する。図８に示す構成においては、図７に示す構成に比べて、約10％の不必要な光を除去でき、解像度の向上が可能になる。

以上、構成例１、２では、１つの光センサ部（光センサユニット）に、３つの受光部（フォトダイオード）が含まれる場合を示したが、１つの光センサ部に含まれる受光部の個数をさらに増やしてもよいし、受光部を２つにしてもよい。１光センサユニットあたりの受光部の個数を増やすと、除去できる不必要な光の量が増える傾向にある。その結果、更なる解像度の向上効果が得られる。

上記構成例では、最も外側のセンサ用開口部が受光部に対して内側にシフトする場合を示したが、シフトさせるのは、最も外側のセンサ用開口部に限らない。例えば、光センサ部の中心（複数の受光部が並ぶ方向での両端に位置する受光部の中心同士を結ぶ直線の中点）から見て外側のセンサ用開口部はすべてシフトする構成であってもよい。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態にかかる表示装置としての液晶表示装置の受光部およびセンサ用開口部の構成を示す断面図である。図９は、１つの光センサ部、すなわち、１つの光センサユニットにおける構成を示す図である。図９に示す例では、光センサ部は、１方向に並んで配置される３つの受光部（ここでは、一例としてフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３）と、その上にそれぞれ形成される３つのセンサ用開口部とを含んでいる。図９に示す構成以外の部分については、第１の実施形態の図１〜４に示す構成と同様とすることができる。

図９に示すように、本実施形態では、ブラックマトリクス２２と受光部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３との間に金属層２７が設けられる。ブラックマトリクス２２には、１つの光センサユニットに対して１つの開口部１８が形成されている。金属層２７には、センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃが設けられている。これらセンサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃにより、開口が制御される。すなわち、ブラックマトリクス２２の開口部１８へ入射した光をさらに制限するように、開口部１８より狭い範囲のセンサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃが金属層２７に形成されている。センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のそれぞれの上部に設けられる。センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよびフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、赤色、緑色および青色の絵素がそれぞれ備えるカラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ（図４Ａ、図４Ｂ参照に図示）に対応して、これらカラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂの並ぶ方向と同じ方向に並んで配置されている。センサ用開口部２８ａ、２８ｃは、それぞれの下部に設けられたダイオードＤ１、Ｄ３に対して内側にずれた位置に設けられる。

センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃを形成するための金属層２７は、ＴＦＴ基板１００側に設けてられていてもよいし、対向基板１０１に設けられていてもよい。ＴＦＴ基板１００側に設けた場合は、例えば、データ信号線を、センサ用開口部を形成する金属層の少なくとも１部に兼用することができる。

このように、ブラックマトリクス２２の層とフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の間に設けられた金属層２７に対して、センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃを形成することで、センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃが、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３により近い位置に設けられる。その結果、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３へ斜めに入射するノイズ光の影響を抑えることができる。また、センサ開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃが形成された金属層２７をＴＦＴ基板１００側に設けた場合、ＴＦＴ基板１００と対向基板１０１の貼り合わせ工程の際に発生する基板１００，１０１間のアライメントずれ（位置ずれ）の影響が無くなる。そのため、対向基板１０１のみにセンサ開口部を設ける場合に比べ、より精度良く入射光を制御できるというメリットがある。

図９に示す例では、配置の条件は、以下のようになっている。なお、下記条件は一例であり、本発明は下記条件に限定されるものではない。
・１光センサユニット：受光部（フォトダイオード）×3個
・受光部サイズ：15×15μm
・センサ用開口部サイズ（金属層）：15×15μm
・センサ用開口部サイズ（ブラックマトリクス層）：20×20μm
・受光部ピッチ：35μm
・センサ用開口部ピッチ：25μm
・受光部-センサ用開口部（金属層）間の距離：5μm
・受光部-センサ用開口部（ブラックマトリクス層）間の距離：10μm
・受光部-パネル表面間の距離：360μm
・パネル表面-測定対象物間の距離：10μm
・ブラックマトリクス層の開口部ピッチ：95μm

図９に示す例では、光センサ部に含まれるフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、絵素（具体的には、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ）（図４Ａ、図４Ｂ参照）のピッチに対応するピッチで絵素が並ぶ方向と同じ方向に並んで配置されている。本例では、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のピッチと、絵素（具体的には、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ）のピッチが同じである。センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃのピッチ(25μm)は、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のピッチ(35μm)より小さい。フォトダイオードＤ２は、センサ用開口部２８ｂの真下に位置している。これにより、外側のセンサ用開口部２８ａ、２８ｃは、フォトダイオードＤ１、Ｄ３に対して内側へシフトした位置に配置されている。なお、金属層２７において、外側のセンサ用開口部２８ａ、１８ｃのさらに外側に位置する部分は、センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃ以外からの外光の入射を防げる程度に外側に延びて形成されていることが好ましい。

図９中で示す点線Ｐ４は、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が取り込む光の範囲を示したものである。また楕円Ｑ４は、１つの光センサ部（光センサユニット）が取り込む光の範囲を示している。１つのフォトダイオードが取り込む光の範囲と、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲は略同じになっている。

これに対して、図１０は、外側のセンサ用開口部２８ａ、２８ｃを内側へシフトさせない場合の構成例を示す断面図である。図１０に示す例では、センサ用開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃのピッチとフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のピッチはいずれも35μmで同じである。また、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のそれぞれの上部にブラックマトリクス２２に形成された開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃが設けられている。これらの開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃのピッチは35μmである。図１０に示す構成の場合、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、約63000μm²の面積の光を受光する。図１０中で示す点線Ｐ５は、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が取り込む光の範囲を示したものである。また楕円Ｑ５は、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲を示している。１つのフォトダイオードが取り込む光の範囲より、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲が広くなっている。このように、図９に示す構成においては、図１０に示す構成に比べて、約10％の不必要な光を除去でき、解像度の向上が可能になる。

なお、上記例では、１つの光センサ部に、３つの受光部（フォトダイオード）が含まれる場合を示したが、１つの光センサ部に含まれる受光部の個数をさらに増やしてもよいし、受光部を２つにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態では、受光部およびセンサ用開口部が１つの方向に並ぶ例を示したが、受光部及びセンサ用開口部が並ぶ方向は１方向に限られない。受光部およびセンサ用開口部は、２以上の方向に並んで配置されていてもよい。この場合、それぞれの方向において、外側のセンサ用開口部が下部の受光部に対して内側にシフトする構成とすることができる。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態にかかる表示装置としての液晶表示装置の受光部およびセンサ用開口部の構成を示す断面図である。図１１は、１つの光センサ部、すなわち、１つの光センサユニットにおける構成を示す図である。図１１に示す例では、光センサ部は、１方向に並んで配置される３つの受光部（ここでは、一例としてフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３）と、その上に形成される１つのセンサ用開口部１８とを含んでいる。図１１に示す構成以外の部分については、第１の実施形態の図１〜４に示す構成と同様とすることができる。

図１１に示すように、本実施形態では、ブラックマトリクス２２と受光部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３との間に金属層２７が設けられている。ブラックマトリクス２２には、１つの光センサユニットに対して１つの開口部１８が形成されている。金属層２７には、１つのセンサ用開口部２８が設けられている。これにより、開口が制御される。すなわち、ブラックマトリクス２２の開口部１８へ入射した光をさらに制限するように、開口部１８より狭い範囲のセンサ用開口部２８が金属層２７に形成されている。センサ用開口部２８は、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の上部に設けられる。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、赤色、緑色および青色の絵素がそれぞれ備えるカラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ（図４Ａ、図４Ｂ参照に図示）に対応して、これらカラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂが並ぶ方向と同じ方向に並んで配置されている。複数のフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のうち、これら複数のフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が並ぶ方向において最も外側に位置するフォトダイオードＤ１、Ｄ３の外側の端部Ｄ１ｔ、Ｄ３ｔは、センサ用開口部２８における複数のフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が並ぶ方向での端部（以下、外側の端部とする）２８ｔより外側に位置している。

図１１に示す例では、配置の条件は、以下のようになっている。なお、下記条件は一例であり、本発明は下記条件に限定されるものではない。
・１光センサユニット：受光部（フォトダイオード）×3個
・受光部サイズ：15×15μm
・センサ用開口部サイズ（金属層）：65×15μm
・センサ用開口部サイズ（ブラックマトリクス層）：70×20μm
・受光部ピッチ：35μm
・受光部-センサ用開口部（金属層）間の距離：5μm
・受光部-センサ用開口部（ブラックマトリクス層）間の距離：10μm
・受光部-パネル表面間の距離：360μm
・パネル表面-測定対象物間の距離：10μm

図１１に示す例では、光センサ部に含まれるフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、絵素（具体的には、カラーフィルタ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ）（図４Ａ、図４Ｂ参照）のピッチに対応するピッチで絵素が並ぶ方向と同じ方向に並んで配置されている。フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のうち、これらフォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が並ぶ方向において最も外側に位置するフォトダイオードＤ１、Ｄ３の外側の端部Ｄ１ｔ、Ｄ３ｔは、センサ用開口部２８の外側の端部２８ｔより外側に位置している。すなわち、センサ用開口部２８の外側の端部２８ｔは、外側に位置するフォトダイオードＤ１、Ｄ３の外側の端部Ｄ１ｔ、Ｄ３ｔに対して内側へシフトしている。

上記構成により、外側のフォトダイオードＤ１、Ｄ３の受光範囲も内側へシフトする。そのため、外側のフォトダイオードＤ１、Ｄ３の受光範囲と、中央のフォトダイオードＤ２の受光範囲との重なり領域が大きくなる。すなわち、１つの光センサ部で取り込む光の範囲と、１つの光センサ部中のいずれか１つのフォトダイオードで検出される光の範囲との差分が小さくなる。その結果、不必要な光が入射するのを抑制することができ、ひいては、解像度を向上させることができる。

図１１中で示す点線Ｐ６は、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が取り込む光の範囲を示したものである。また楕円Ｑ６は、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲を示している。１つのフォトダイオードが取り込む光の範囲と、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲は略同じになっている。

これに対して、図１２は、センサ用開口部２８の外側端部２８ｔを、フォトダイオードＤ１、Ｄ３の外側端部Ｄ１ｔ、Ｄ３ｔの内側へシフトさせない場合の構成例を示す断面図である。図１２に示す例では、センサ用開口部２８の外側端部２８ｔは、液晶パネルの厚さ方向の投影において、外側のフォトダイオードＤ１、Ｄ３の外側端部Ｄ１ｔ、Ｄ３ｔと略同じ位置にある。図１２に示す構成の場合、フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、約63000μm²の面積の光を受光する。図１２中で示す点線Ｐ７は、各フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が取り込む光の範囲を示したものである。また楕円Ｑ７は、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲を示している。１つのフォトダイオードが取り込む光の範囲より、１つの光センサユニットが取り込む光の範囲が広くなっている。なお、図１１に示すセンサ用開口部２８の外側端部２８ｔは、図１２に示すセンサ用開口部２８の外側端部２８ｔに比べて10μm内側へシフトしている。図１１に示す構成においては、図１２に示す構成に比べて、約10％の不必要な光を除去でき、解像度の向上が可能になる。

上記例では、１つの光センサ部に、３つの受光部（フォトダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３）が含まれる場合を示したが、１つの光センサ部に含まれる受光部の個数をさらに増やしてもよいし、受光部を２つにしてもよい。

また、上記例では、受光部が１つの方向に並ぶ例を示したが、受光部が並ぶ方向は１方向に限られない。受光部は、２以上の方向に並んで配置されていてもよい。この場合、それぞれの方向において、センサ用開口部の端部が、最も外側の受光部の外側端部に対して内側にシフトする構成とすることができる。

上記の第１〜第３の実施形態における受光部は、フォトダイオードに限られず、例えば、フォトトランジスタ等を光検出素子として用いることができる。また、本発明にかかる表示装置は液晶表示装置に限定されず、複数画素により画像を表示する任意の表示装置に適用可能である。

本発明は、ＴＦＴ基板の画素領域内にセンサ回路を有する表示装置として、産業上利用可能である。

Claims

画像を表示する表示領域に複数の光センサ部が設けられた光センサ付きの表示装置であって、
各光センサ部は、
前記画像の表示面からの光の入射を可能にする複数のセンサ用開口部と、
前記複数のセンサ用開口部それぞれの下部に設けられ、前記センサ用開口部から入射した光を受光し電気信号に変換する複数の受光部とを備え、
前記複数のセンサ用開口部と前記複数の受光部は、少なくとも１方向に並んで配置されており、
前記複数のセンサ用開口部のうち、前記表示領域の外側に位置する前記センサ用開口部は、前記センサ用開口部の下部に設けられた前記受光部に対して前記表示領域の内側へずれた位置に設けられている、表示装置。
前記受光部は、前記表示領域に設けられた複数の絵素のピッチに対応するピッチで少なくとも１方向に並んで配置され、
前記複数のセンサ用開口部は、前記複数の受光部のピッチより小さいピッチで並んで配置されている、請求項１に記載の表示装置。
前記センサ用開口部は、前記表示領域に設けられた複数の絵素のピッチに対応するピッチで少なくとも１方向に並んで配置され、
前記受光部は、前記複数のセンサ用開口部のピッチより大きいピッチで並んで配置されている、請求項１に記載の表示装置。
画像を表示する表示領域に複数の光センサ部が設けられた光センサ付きの表示装置であって、
各光センサ部は、
前記画像の表示面からの光の入射を可能にするセンサ用開口部と、
前記センサ用開口部の下部に設けられ、前記センサ用開口部から入射した光を受光し電気信号に変換する複数の受光部とを備え、
前記複数の受光部は少なくとも１方向に並んで配置されており、
前記センサ用開口部における前記複数の受光部が並ぶ方向での端部は、前記複数の受光部のうち、前記１方向において最も外側に位置する前記受光部における前記表示領域の外側の端部に対して前記表示領域の内側へずれた位置にある、表示装置。
前記表示面と前記受光部との間に設けられた金属層を更に備えており、
前記センサ用開口部が、前記金属層に形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
前記表示面とは反対側に設けられる光源と、
前記受光部と前記光源との間に設けられ、前記光源の光が直接前記受光部へ到達するのを遮る遮蔽部とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
画像表示のための光を出射する表示用光源と、
前記表示用光源が出射する光の帯域とは異なるセンサ用帯域の光を出射するセンサ用光源とをさらに備え、
前記センサ用開口部から前記受光部へ至る光路上に、前記センサ用帯域の光を通過させるフィルタを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示装置。
画素回路が設けられる第１の基板と、
液晶層と、
前記液晶層を挟んで、前記第１の基板と対向する第２の基板とを備え、
前記受光部は、前記第１の基板に設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
画像を表示する表示領域に複数の光センサ部が設けられた光センサ付きの表示装置であって、
各光センサ部は、
前記画像の表示面からの光の入射を可能にする複数のセンサ用開口部と、
前記複数のセンサ用開口部のそれぞれの下部に設けられ、前記センサ用開口部から入射した光を受光し電気信号に変換する複数の受光部とを備え、
１つの前記光センサ部に含まれる前記複数の受光部は、前記表示面の同じ範囲の入射光を受光するように、前記複数のセンサ用開口部および前記複数の受光部が配置されている、表示装置。