KR101495918B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR101495918B1
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요코 후쿠나가
야스유키 마츠이
다이스케 타카마
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가부시키가이샤 재팬 디스프레이
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Abstract

표시 장치는 표시면, 복수의 화소 영역, 복수의 센서 영역, 광학 필터부, 차광부, 및 연산부를 포함한다.

Description

디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 일본 특허출원 2007-328069(2007.12.19)의 우선권 주장 출원이다.
본 발명은, 표시면을 구비하고, 상기 표시면에, 화상이나 문자 등의 정보를 표시하는 것이 가능한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 특정적으로 본 발명은, 표시면에 접촉 또는 근접하는 피검출물을 검출 가능하게 구성되어 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
화상이나 문자 등의 정보를 표시하는 것이 가능한 디스플레이 장치로서, 액정 표시 장치, 유기 EL 표시 장치, 전기 영동법을 이용한 표시 장치가 알려져 있다.
디스플레이 장치의 박형화에 수반하여, 영상이나 문자 정보 등의 표시라는 본래의 기능에 더하여, 유저의 지시 등을 입력하는 입력 장치 등의 기능을 겸비한 다기능화가 요구되고 있다. 이 요구에 응할 수 있는 것으로서, 유저의 손가락이나 스타일러스 펜(이른바 터치 펜 등)이 표시 화면에 접촉 또는 접근한 것을 검출하는 디스플레이 장치가 알려져 있다.
접촉 검출은, 저항막 방식이나 정전용량 방식의 터치 패널로 행할 수 있다. 터치 패널을 액정 패널 등의 표시 패널의 표시면측에 부가한 표시 장치가 알려져 있다.
그러나, 터치 패널의 부가가 표시 패널의 박형화에 불리하고, 비용 증가의 요인이 된다. 특히 저항막 방식의 터치 패널은, 어느 정도의 강도로 화면을 누르지 않으면 저항치 변화를 검출할 수 없고, 그 때문에 표시면을 비틀어지게 하게 된다. 또한 저항막 방식의 터치 패널은 1점 검출이 원칙이고, 용도가 한정된다.
터치 패널을 필요로 하지 않는 지시 위치 검출 방식으로서, 지시 위치 검출을 위한 수광 소자를 표시 패널에 내장한, 광학식의 위치 검출 기능을 구비한 표시 장치가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특개2005-275644호 공보 및 일본 특개2006-301864호 공보 참조).
광학식의 위치 검출에서는, 외광의 수광량으로 손가락 등의 그림자를 검출하는 방식이 폭넓게 사용되고 있다. 외광이 패널의 표시면으로부터 입사할 때에 물체(사람의 손가락이나 스타일러스 펜 등, 이하, 피검출물이라고도 한다)가 있으면, 그 그림자에게서 외광을 검출하는 수광 소자의 출력이 낮기 때문에, 이 출력으로부터 피검출물의 위치를 특정한다.
이에 대해, 일본 특개2006-301864호 공보에 기재된 표시 장치는, 액정(또는 유기 EL) 표시 패널 내에 비가시광에 감도를 갖는 수광 소자(이하, 광센서라고 한다)를 갖고 있다.
액정 표시 패널의 경우, 액정 표시 패널의 한쪽의 주면(主面)(배면)측에 백라이트가 배치되어 있다. 백라이트로부터의 광은, 가시광 성분과 비가시광 성분을 포함하고 있고, 액정 표시 패널을 투과할 때에 액정층에서, 입력되는 영상 신호에 응한 변조를 받아서, 다른 주면(앞면 또는 표시면)으로부터 출사된다. 이 출사되는 광(출사광)의 가시광 성분에 대한 변조에 의해, 소정의 화상 표시가 행하여진다.
액정 표시 패널의 표시면측에 접촉 또는 근접한 물체(피검출물)가 존재하면, 일부의 출사광이 피검출물에서 반사하고, 반사광이 되어 광센서측으로 유도된다. 광센서는 상기 피검출물로부터의 반사광의, 특히 비가시광 성분을 검출한다. 광센서를 설치한 영역에 대응하여 가시광 차단(비가시광 선택) 필터가 마련되고, 또한, 이 영역에서는 투과광이 영상 신호에 응한 변조를 받지 않도록 되어 있다. 이 때문에, 표시 상태의 영향을 받는 일 없이, 또한 주위의 밝기의 정도에 영향받는 일 없이 피검출물의 검출이 가능하다. 광센서를 다수, 규칙적(이산적이면서 2차원형상)으로 배치함에 의해 피검출물의 위치나 크기의 검출을 할 수 있다.
유기 EL 표시 장치는 백라이트가 불필요하고, 화소 자체가 발광한다. 이 경우는 비가시광의 발광 소자와 수광 소자를, 패널의 표시 영역 내에 소정의 간격으로 배치한다. 피검출물을 검출하는 방식 자체는, 상기 액정 표시 장치와 마찬가지이다. 발광 소자로부터의 비가시광이 피검출물에서 반사되고, 이 때의 반사광량의 차이를, 이산적으로 2차원형상으로 배치된 복수의 수광 소자에서 검출함에 의해, 상기 피검출물의 위치나 크기를 검출할 수 있다.
일본 특개2005-275644호 공보에 기재된 표시 장치는, 액정층을 화소마다 분리하는 스페이서의 백라이트측에, 광센서가 배치되어 있다. 광센서의 배치 영역과 다른 화소 내의 영역에, 가시광에 감도를 갖는 수광 소자(이하, 가시광센서라고 한 다)의 배치 영역과, 영상 신호에 응하여 액정층에의 인가 전압을 바꿀 수가 있고 투과광의 변조가 가능한 영역(이하, 광변조 영역이라고 한다)이 마련되어 있다.
일본 특개2005-275644호 공보에 기재된 표시 장치는, 사람의 손가락이나 스타일러스 펜 등의 피검출물에서 반사된 광을, 비가시광과 가시광의 양쪽에서 검출할 수 있는 구성으로 되어 있다.
일본 특개2005-275644호 공보 및 2에 기재된 기술에 의하면, 사람의 눈에는 보이지 않기 때문에 표시 영상에 영향을 주지 않는 비가시광을 이용한 물체의 검출이 행하여진다. 따라서, 흑화면 표시와 같이 가시광의 배면으로부터 전면으로 빠지는 투과광의 양이 거의 제로에 가까운 경우에, 비가시광을 앞면측에 투과시켜도 표시에 영향이 없기 대문에, 흑 표시시에도 피검출물을 검출할 수 있다. 주위가 어둡고, 밝음에 관계없이 물체의 검출이 가능하다.
일본 특개2006-301864호 공보에서는, 가시광을 차단하고 비가시광을 선택적으로 투과하는 필터(선택 투과 필터)가 배치되고, 그 주위는 블랙 매트릭스로 차광되어 있다.
블랙 매트릭스의 재료 등에 관해서는 일본 특개2006-301864호 공보에서는 언급되어 있지 않지만, 통상, 금속을 필터층에 포함하던지, 필터층과는 다른 층의 금속막과의 조합에 의해 블랙 매트릭스의 기능을 실현하는 것이 많다.
그런데, 본원의 출원인은, 디스플레이 장치의 표시면에 있어서의 위치 검출에 관해, 2개의 센서를 쌍으로 마련하고, 제 1의 센서(광전 센서)의 검출치로부터, 제 2의 센서(노이즈 제거용 센서)의 검출치를 감산함으로써 피검출물의 검출 신호의 S/N비를 향상하는 기술을 제안하고 있다(예를 들면, 일본 특개2007-306896호 공보 참조).
이 2개 센서 출력의 차분에 의한 수법에서는, 센서의 배면으로부터 직접 센서에 도달하는 광이나, 피검출물에 달하는 일 없이 패널 내의 반사 등을 반복함으로써 센서로 되돌아오는 미광(迷光)이 노이즈 성분이 되기 때문에, 이들의 노이즈 성분을 센서 출력의 감산에 의해 캔슬할 수 있다.
이 수법은, 제 1 및 제 2의 센서에 같은 노이즈 성분이 입사하는 것을 의도하여, 2개의 센서를 근접 배치한다. 센서의 수광 디바이스 특성을 정돈하는 의미에서도 근접 배치는 필수가 된다.
그리고, 제 2의 센서에는, 피검출물로부터의 반사광이 들어가지 않도록 차광 할 필요가 있다.
그러나, 예를 들면 일본 특개2006-301864호 공보에 나타내는 블랙 매트릭스를, 이 차광을 위해 이용한다고 하면, 센서측으로부터의 광의 블랙 매트릭스에서의 반사율과, 센서측으로부터의 광의 선택 투과 필터에서의 반사율에 차가 있으면, 2개의 센서가 근접 배치되어 있어도, 노이즈 성분에 차가 생기는 일이 있다.
예를 들면, 선택 투과 필터가 거의 반사하지 않는 재료로 형성되고, 블랙 매트릭스보다 반사율이 낮으면, 블랙 매트릭스에 대응하는 위치에 배치되는 제 2의 센서에서, 반사에 의해 되돌아오는 광에 기인하는 노이즈 성분이 크고, 역으로, 제 1의 센서에서는 반사에 기인하는 노이즈 성분이 작다.
이 노이즈 성분의 크기의 차이는, 센서 출력의 차분을 취하는 검출 결과의 정밀도를 저하시킨다.
한편, 일본 특개2005-275644호 공보에는, 「BM층」이라고 칭하여지는 차광층이 센서의 배면측을 덮고, 센서에 직접 입사되는 노이즈 성분이 저감되어 있다.
그러나, 배면측에서의 넓은 면적의 차광으로는, 물체 검출에 사용되는 비가시광의 광량이 저하되어 버린다. 2개의 센서에 배면으로부터 입사하는 비가시광량이 같다고 하면, 차광층을 배면측에 마련한 경우, 센서 출력의 신호 성분 자체가 작아지고, 이 경우도 S/N비의 저하에 이어진다.
2개의 센서 출력의 차분에 의한 수법에서는, 센서에의 직접 입사광은 균일하기 때문에 센서의 배면측을 차광할 필요성은 그다지 없고, 제 2의 센서에 대해, 물체로부터의 반사광이 입사하는 표시면측을 차광할 필요가 있다. 단, 이 경우, 제 2 의 센서에 대해 표시면측으로부터의 광은 차광할 수 있어도, 배면측으로부터의 광은 차광되지 않기 때문에, 블랙 매트릭스 등의 차광부와 그 옆의 선택 투과 필터부에, 배면측으로부터의 광에 대한 반사율의 차이가 있으면, 제 1 및 제 2 센서 사이에서 노이즈 성분에 차이가 생기는 것은 피할 수가 없다.
본 발명의 한 형태에 관한 디스플레이 장치는,
정보가 표시되는 표시면과,
입력된 데이터에 응한 강도의 광을 발생하고 상기 표시면에 출력하는 광학 소자를 각각 포함하는 복수의 화소 영역과,
입사광을 수광하고 입사광을 광전 변환하는 한 쌍의 수광 소자를 각각 포함하는 복수의 센서 영역과,
복수의 센서 영역중 대응하는 하나의 센서 영역 내에서 제 1 수광 소자와 상기 표시면 사이에 배치되고, 가시광역의 입사광을 흡수하여 차단하고, 비가시광역의 입사광을 투과하는 광학 필터부와,
복수의 센서 영역중 대응하는 하나의 센서 영역 내에서 상기 제 1 수광 소자에 대해 근접 배치되는 제 2 수광 소자와 상기 표시면 사이에 배치되고, 입사광을 흡수하여 차단하는 광흡수성의 차광부와,
상기 제 1 수광 소자의 출력 신호와, 상기 제 2 수광 소자의 출력 신호 사이의 차분을 구하는 연산부를 갖는다.
본 발명의 다른 형태에 관한 디스플레이 장치는,
정보가 표시되는 표시면과,
입력된 데이터에 응한 강도의 광을 발생하고 상기 표시면에 출력하는 광학 소자를 각각 포함하는 복수의 화소 영역과,
입사광을 수광하고 입사광을 광전 변환하는 한 쌍의 수광 소자를 각각 포함하는 복수의 센서 영역과,
복수의 센서 영역중 대응하는 하나의 센서 영역 내에서 제 1 수광 소자와 상기 표시면 사이에 배치되고, 가시광역의 입사광을 흡수하여 차단하고, 비가시광역의 입사광을 투과하는 광학 필터부와,
상기 복수의 센서 영역중 대응하는 하나의 센서 영역 내에서, 상기 제 1 수광 소자에 대해 근접 배치되는 제 2 수광 소자와 상기 표시면 사이에 배치되고, 상기 표시면측으로부터 입사하는 특정 파장역의 비가시광을 반사하고, 특정 파장역 이외의 파장역의 광을 투과하고, 상기 표시면측과 반대의 측으로부터 입사하는 광을 투과하는 파장 선택 미러부와,
상기 제 1 수광 소자의 출력 신호와, 상기 제 2 수광 소자의 출력 신호 사이의 차분을 구하는 연산부를 갖는다.
본 발명에 의하면, 광학 필터부와 차광부에서 반사하는 광 성분이 존재하지 않거나, 현저하게 작기 때문에, 연산부에서 얻어진 검출 결과의 S/N비가 높다는 이익을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 적외(IR)광에 의해 피검출물의 위치나 크기 등의 검출이 가능한 액정 표시 장치를 주된 예로 하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명에서 피검출물의 위치나 크기 등의 검출은 비가시광에 의거하여 행하여지지만, 실시 형태에서는 주로 IR광에 의한 검출을 예시한다. 피검출물의 위치나 크기 등의 검출은, 후술하는 바와 같이 IR광 이외의 비가시광에 의해 행할 수도 있다.
[제 1 실시 형태]
본 실시 형태는, 백라이트를 갖는 투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
도 1에, 투과형 액정 표시 장치의 개략적인 전체 구성도를 도시한다. 또한, 도 2에, 도 1에 도시하는 액정 패널(200)의 더욱 상세한 단면도를 도시한다.
도 1에 도해하는 액정 표시 장치(100)는, 표시면(200A)을 갖는 액정 패널(200)과, 백라이트(300)와, 데이터 처리부(400)를 갖는다.
도 2는, 액정 패널(200)의 표시면(200A)에서 본 면 내의 영역의 유효 표시 영역(PA)을 도시하고 있다. 상세는 후술하지만, 유효 표시 영역(PA)는, 화소 영역(PA1)과 센서 영역(PA2)으로 구분할 수 있다.
액정 패널(200)은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 서로 대향하여 배치된 TFT 어레이 기판(201)과, 이른바 「대향 기판」으로서의 컬러 필터 기판(이하, CF 기판)(202)과, 이들의 간극에 봉입된 액정으로 이루어지는 액정층(203)을 갖고 있다. 액정 패널(200)은, TFT 어레이 기판(201)이 백라이트(300)측에, CF 기판(202)이 백라이트(300)와는 반대측이 되도록, 백라이트(300)에 대해 대향하여 배치되어 있다.
이하, 액정층(203)을 중심으로 하여, 액정 패널(200)의 두께 방향에 있어서 의 백라이트(300)의 측을 「배면측」이라고 칭하고, 일방면측과 반대의 측을, 「표시면측」 또는 「앞면측」이라고 칭한다.
TFT 어레이 기판(201)은, 기체(基體)로서 유리 기판(208)을 갖고 있다. 유리 기판(208)에는, 각종의 부재가 적층적으로 마련되어 있다.
구체적으로는, 유리 기판(208)의 배면측에, 광을 편광으로 변환하는 편광판(206)이 붙여저 있다. 또한, 화소 영역(PA1)에 있어서, 유리 기판(208)의 액정층(203)측의 면에, 유리 기판(208)에 가까운 쪽부터 차례로, 화소 전극(40)에 의한 요철을 평탄화하기 위한 평탄화막(209)과, 액정층(203)에 전압을 인가하기 위해 화소(PIXr, PIXg, PIXb)마다 마련된 화소 전극(40R, 40G, 40B)과, 액정층(203)의 액정 분자를 배향시키기 위한 배향막(210)이 적층되어 있다.
또한, 화소 영역(PA1)에 있어서, TFT 어레이 기판(201)에, 이 밖에, 데이터 전극(일반적으로, X전극, 데이터 신호선, 소스 신호선이라고 불리는 일도 있다), 액정 구동용의 스위칭 소자로서 기능하는 TFT, 액티브 매트릭스 동작을 위한 신호 보존 용량(액정의 용량을 보조하기 때문에, 보조 용량이라고 불리는 일도 있다)으로서의 커패시터 등이 마련된다. 또한, 도 1 및 도 2에서는, TFT 어레이 기판(201)에는, 적절한 위치에 보호막이나 절연막 등이 마련된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 특히 액정 패널(200)의 앞면의 보호막 표면을 「표시면(200A)」이라고 부른다.
CF 기판(202)은, 기체로서 유리 기판(212)을 갖고 있다. 유리 기판(212)에는, 각종의 부재가 적층적으로 마련되어 있다.
구체적으로는, 유리 기판(212)의 표시면측에는, 광을 편광으로 변환하는 편광판(207)이 붙여저 있다. 또한, 유리 기판(212)의 액정층(203)측의 면에는, 유리 기판(212)측에서 가까운 쪽부터 차례로, 화소(PIXr, PIXg, PIXb)마다 마련된 적색 필터(21R), 녹색 필터(21G), 청색 필터(21B)(이하, 컬러 필터(21)라고 부르는 일이 있다)와, 컬러 필터(21)에 의한 요철을 평탄화하기 위한 평탄화막(213)과, 액정층(203)에 전압을 인가하기 위해 복수의 화소(PIXr, PIXg, PIXb)에 공통으로 마련된 공통 전극(211)과, 액정층(203)을 배향시키기 위한 배향막(214)이 적층되어 있다.
컬러 필터(21)는, 컬러 필터층(204)에 형성되고, 소정의 파장역의 가시광(소정의 색의 광)을 투과시키고, 그 파장역 이외의 가시광을 흡수하는 것이다. 가시광 이외의 파장역, 특히 적외광(IR광)에 관해서는 후술한다.
가시광에 있어서의 소정의 파장역에 관해, 예를 들면, 국제조명위원회(CIE : Commission Internationale de l'Eclairage)에서는, 적색의 단색광은 파장이 700㎚, 녹색의 단색광은 파장이 546.1㎚, 청색의 단색광은 파장이 435.8㎚라고 정의되어 있고, 적색 필터(21R), 녹색 필터(21G), 청색 필터(21B)는 각각, 상기한 파장을 포함하는 또는 상기한 파장에 가까운 파장역(예를 들면, 50 내지 120㎚ 정도의 크기의 범위)에 있어서, 투과율이 높아지도록(기본적으로는, 각 파장에 있어서의 투과율의 상대적인 고저에 의해 파악되지만, 절대적인 높이로서는, 예를 들면, 60㎚ 이상) 형성되어 있다. 컬러 필터(21)는, 안료가 사용되는 것이라도 좋고, 염료가 사용되는 것이라도 좋다.
한편, 센서 영역(PA2)에서는, 액정층(203)에 대면하는 TFT 어레이 기판(201)의 표시면측에, 도 1에 도시하는 바와 같이, 「광센서」를 갖는 광센서부(1)가 마련되어 있다. 도 2의 센서 영역(PA2)은, 광센서부(1)의 단면을 도시하는 것이다.
광센서부(1)의 상세는 후술한다.
광센서부(1)는, 이른바 터치 패널의 기능을 액정 패널(200) 내에 갖게 하기 위해 형성된 것이다. 액정 패널(200)을 표시면(200A)(앞면)측에서 보면, 유효 표시 영역(PA) 내에 규칙적으로 배치된다.
도 1에, 유효 표시 영역(PA)에 광센서부(1)가 매트릭스형상으로 배치되어 있는 액정 패널(200)의 한 단면을 도시하고 있다. 도 1에서, 복수(여기서는 4개만 표시)의 광센서부(1)가 등간격으로 배치되어 있다. 광센서부(1)는, 위치 검출을 위해서는 일방향으로 4개보다 충분히 많은 수가 필요하고, 도 1은 도시의 편의상, 광센서부(1)의 표시수를 4개로 적게 하고 있다. 위치 검출의 기능을 유효 표시 영역(PA)의 일부로 한정하는 경우는, 그 한정된 표시 영역에 광센서부(1)가 규칙적으로 배치된다.
표시면(200A)의 유효 표시 영역(PA)에서 보아, 도 1에 도시하는 바와 같이, 광센서부(1)가 형성되어 있는 액정 패널(200)의 영역을 「센서 영역(PA2)」, 그 밖의 액정 패널(200)의 영역을 「화소 영역(PA1)」으로 정의한다. 또한, 이들의 영역은 패널의 두께 방향도 포함하는 3차원적인 영역이다.
도 2에서, 화소 전극(40R, 40G, 40B)과 공통 전극(211)은 투명 전극 재료로 형성된다. 또한, 후술하는 FFS 방식의 액정 표시 장치 등에서는, 도 2와 달리, 모 든 화소에 공통인 공통 전극(211)이 TFT 어레이 기판(201)의 표시면측(액정층측)에서 형성되지만, 어떤 경우에는 화소 전극(40)에 대면하도록 액정층(203)에 대향하는 화소 전극(40)측상에 형성되기도 한다.
화소 전극(40), 대향 전극, 액정층(203), 및, 보조 용량이나 스위칭 소자(도시 생략)를 포함하여, 광변조를 위한 구성이 형성되어 있다. 이 광변조를 위한 부재나 재료를 포함하는 화소마다의 구성이 「액정 소자」라고 불리는 일이 있다. 본 실시 형태의 액정 소자는, 각종 제어선에 접속되어 제어됨에 의해, 입력된 데이터에 응한 강도의 광을 발생하고 표시면에 출력하는 기능을 갖기 때문에, 「광학 소자」의 한 예에 해당한다.
복수색이 1색씩 대응한 복수 화소로 이루어지는 단위, 즉 도 2에 도시하는 화소(PIXr, PIXg, PIXb)를 포함하여 「화소 유닛」이 구성된다. 화소 유닛에 대한 광센서부(1)의 비율은 1 : 1의 경우에, 광센서부(1)의 배치 밀도가 최대가 된다. 본 실시 형태에 있어서 광센서부(1)의 배치 밀도는, 상기 최대의 경우라도 좋고, 이보다 작아도 좋다.
TFT 어레이 기판(201)의 배면측에, 백라이트(300)가 배치되어 있다. 백라이트(300)는, 액정 패널(200)의 배면에 대면하여 있고, 액정 패널(200)의 유효 표시 영역(PA)에 조명광을 출사한다.
도 1에 예시하는 백라이트(300)는, 광원(301)과, 광원(301)으로부터 조사된 광을 확산함에 의해 면형상의 광으로 변환하는 도광판(302)을 갖고 있다. 백라이트(300)는, 도광판(302)에 대한 광원(301)의 배치 위치에 응하여, 사이드 라이트 형, 직하형 등이 있는데, 여기서는 사이드 라이트형을 예시한다.
광원(301)은, 액정 패널(200)의 배후, 또한, 액정 패널(200)의 배면에 따른 방향의 일방측 또는 양방측에 배치된다. 환언하면, 광원(301)은, 표시면(200A)(앞면)에서 본 액정 패널(200)의 1변, 또는, 대향하는 2변에 따라 배치된다. 단, 광원(301)을 액정 패널(200)의 3 이상의 변에 따라 배치하여도 상관없다.
광원(301)은, 예를 들면, 냉음극관 램프에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 광원(301)은, 유리관 내의 저압 수은 증기중의 아크 방전에 의해 발생하는 자외선을 형광체에서 가시광선으로 변환하여 방사한다. 또한, 광원(301)은, 냉음극관 램프로 한정하지 않고, 예를 들면, LED나 EL 소자에 의해 구성되어도 좋다.
여기서는 LED에 의해 광원(301)이 구성되어 있다. 도 1은, 백색 LED 등의 가시광원(301a)과, IR광원(301b)이 대향하는 2변에 배치되어 있는 경우를 예시한다.
도광판(302)은, 예를 들면, 투광성의 아크릴 판에 의해 구성되고, 광원(301)으로부터의 광을 전반사시키면서 면에 따라(액정 패널(200)의 배면에 따른 방향의 일방측부터 타방측으로) 도광한다. 도광판(302)의 배면에는, 예를 들면, 도광판(302)와 일체적으로 형성된, 또는, 도광판(302)과는 별개 부재에 의해 형성된 도시하지 않은 도트 패턴(복수의 돌기부)이 마련되어 있고, 도광된 광은 도트 패턴에 의해 산란되어 액정 패널(200)에 조사된다. 또한, 도광판(302)의 배면측에는, 광을 반사하는 반사 시트가 마련되어도 좋고, 도광판(302)의 앞면측에는, 확산 시트나 프리즘 시트가 마련되어도 좋다.
백라이트(300)는, 이상의 구성을 갖기 때문에, 액정 패널(200)의 유효 표시 영역(PA)의 전면(全面)에 거의 균일한 평면광을 조사한다.
<액정 표시 장치의 조립>
도 3에, 도 1에 도시하는 구성의 분해 사시도를 도시한다.
액정 패널(200)은, TFT 어레이 기판(201)에 화소 회로, 및, 후술하는 센서 판독 회로 등을 표시면측에 형성한 후, 배향막(210)(도 2)을 형성한다. TFT 어레이 기판(201)의 타방면에, 컬러 필터층(204)(도 1, 도 2)과 배향막(214)(도 2)을 형성하고, 스페이서(도시 생략)를 형성한 후, 이 형성면측이, TFT 어레이 기판(201)의 타방면에 대면하도록, 2개의 기판을 팽팽히 붙인다. 그 후, 액정을 스페이서에 의해 형성된 기판의 대향 공간에 봉입하여 밀봉한다. TFT 어레이 기판(201)의 일방면에 편광판(206)을 배치하고, CF 기판(202)의 타방면에 편광판(207)을 배치한다.
액정 패널(200)에 대해, 접속체(18)를 통하여 회로 기판(17)을 전기적으로 접속한다. 회로 기판(17)에는, 예를 들면, 액정 패널(200)에 화상을 표시하기 위한 전기 신호를 액정 패널(200)에 출력하고, 또는, 표시면(200A)에 대한 유저의 조작을 검출하기 위한 전기 신호가 액정 패널(200)로부터 입력되는, 복수의 IC 등이 미리 실장되어 있다. IC에는, 제어부(CPU)가 포함된다. 회로 기판(17)에, 액정 표시 장치(100)를 실장하는 기기의 머더 보드에 접속하기 위한 플렉시블 기판(16)을 마련하고 있다.
<액정 패널의 회로 구성>
도 4는, 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 액정 패널내에 마련된 구동 회로의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 액정 패널(200)은, 화소(PIX)가 매트릭스형상으로 배치된 표시부(10)를 갖는다. 표시부(10)는, 패널의 두께 방향도 포함한 3차원적인 액정 패널(200)의 부분이다.
도 1에도 도시하지만, 유효 표시 영역(PA)의 주위에 주변 영역(CA)이 존재한다. 주변 영역(CA)은, TFT 어레이 기판(201)의 유효 표시 영역(PA) 이외의 영역을 말한다. 주변 영역(CA)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 유효 표시 영역(PA) 내의 TFT와 일괄하여 형성된 TFT를 포함하여 구성된 몇개인가의 기능 블록에 의해 나타나는 구동 회로가 형성되어 있다.
액정 패널(200)은, 구동 회로로서, 수직 드라이버(V. DRV.)(11)와, 디스플레이 드라이버(D-DRV.)(12)와, 센서 드라이버(S-DRV.)(13)와, 선택 스위치 어레이(SEL. SW.)(14)와, DC/DC 컨버터(DC/DC. CNV.)(15)를 갖는다.
수직 드라이버(11)는, 화소 라인을 선택을 위해, 수평 방향으로 배선된 각종 제어선을 수직 방향으로 주사하는 시프트 레지스터 등의 기능을 갖는 회로이다.
디스플레이 드라이버(12)는, 영상 신호의 데이터 전위를 샘플링하여 데이터 신호 진폭을 발생하고, 열방향의 화소에서 공통되는 신호선에 데이터 신호 진폭을 배출하는 등의 기능을 갖는 회로이다.
센서 드라이버(13)는, 소정의 밀도로 화소의 배치 영역 내에 분산 배치된 광센서부(1)에 대해, 수직 드라이버(11)와 같은 제어선의 주사와, 제어선의 주사에 동기하고 센서 출력(검출 데이터)의 수집을 행하는 회로이다.
스위치 어레이(14)는, 복수의 TFT 스위치로 구성되고, 디스플레이 드라이 버(12)에 의한 데이터 신호 진폭의 배출 제어와, 표시부(10)로부터의 센서 출력의 제어를 행하는 회로이다.
DC/DC 컨버터(15)는, 입력되는 전원 전압으로부터, 액정 패널(200)의 구동에 필요한 전위의 각종 직류 전압을 발생하는 회로이다.
디스플레이 드라이버(12)나 센서 드라이버(13)의 입출력 신호, 그 밖의 신호의 액정 패널(200) 내와 외와의 교환은, 액정 패널(200)에 마련된 플렉시블 기판(16)(도 3 참조)을 통하여 행하여진다.
또한, 액정 구동 IC(디스플레이 드라이버(12)에 상당)와, 센서 구동, 센서 출력의 판독을 위한 IC(센서 드라이버(13) 등에 상당)와, 화상 처리 IC를, 액정 패널(200) 내부에 SOG 실장하여도 좋다. 센서 구동, 센서 출력의 판독을 위한 IC와, 화상 처리 IC를 하나의 IC로 하여도 좋다. 이 경우, 상기 입출력 신호 등의 IC 사이의 교환은 액정 패널(200) 내에서 SOG 실장 단자를 통하여 행하여진다.
도 4에 도시하는 외에, 클록 신호의 발생 또는 외부 입력을 위한 구성 등도 구동 회로에 포함된다.
<화소부 및 광센서부>
본 실시 형태에 관한 액정 표시 장치(100)의 특징의 하나는, 표시면측의 피검출물을 IR광이 피검출물에서 반사되어 액정 패널(200) 내로 되돌아오는 광을 검출하는 2개의 센서, 즉, 제 1 수광 소자(이하, 제 1 센서라고 한다)와, 제 2 수광 소자(이하, 제 2 센서라고 한다)를 갖고 있는 것이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(208)에, 제 1 센서(S1)와, 제 2 센 서(S2)가, 근접 배치되어 있다. 제 1 및 제 2 센서(S1, S2)를, 이하, 단지 센서(S)라고 하는 일도 있다.
제 1 및 제 2 센서(S1, S2)는, 동일한 반도체 박막으로 형성되고, 수광 특성이 정돈될 필요가 있기 때문에, 서로 근접하여 배치되어 있다.
제 1 및 제 2 센서(S1, S2)는 재료를 바꾸어도 좋지만, 수광 특성을 같게 하기 위해 같은 재료, 같은 패턴으로 형성하고, 입사광의 분광 특성을 바꿈으로써, 제 1 센서(S1)를 「물체 검출 용도」, 제 2 센서(S2)를 「노이즈 성분 검출 용도」로 할당하는 것이 바람직하다.
이 때문에, 본 실시 형태의 컬러 필터층(204)에는, 제 1 센서(S1)에 대응하는 위치에 광학 필터부(60)가 배치되고, 제 2 센서(S2)에 대응하는 위치에 차광부(70)가 형성되어 있다. 이들의 층에 관해서는 후술한다.
도 5의 A에 센서(S)의 평면도의 한 예를, 도 5의 B에 도 5의 A의 패턴에 대응하는 센서(S)의 등가 회로의 한 예를 도시한다. 도시하는 광센서부(1) 내의 센서(S)는, 제 1 또는 제 2 센서(S1, S2)이고, 이들은 같은 구성을 갖고 있다.
도 5의 B에 도해하는 광센서부(1)는, 3개의 트랜지스터(여기서는 N채널형 TFT)와 센서(S)(예들 들면, 포토 다이오드(PD))를 갖는다.
3개의 트랜지스터는, 리셋 트랜지스터(TS), 앰프 트랜지스터(TA), 판독 트랜지스터(TR)이다.
포토 다이오드(PD)는, 애노드가 스토리지 노드(SN)에 접속되고, 캐소드가 전원 전압(VDD)의 공급선(이하, VDD선)(31)에 접속되어 있다. 포토 다이오드(PD)는, 후술하는 바와 같이 PIN 구조 또는 PDN 구조를 가지며, I(intrinsic) 영역(PIN 구조의 진성 반도체 영역) 또는 D(doped) 영역(PDN 구조의 N- 영역)에 대해 절연막을 통하여 전계를 미치는 컨트롤 게이트(CG)를 구비한다. 포토 다이오드(PD)는, 역(逆)바이어스되어 사용되고, 그 때의 공핍화(空乏化)의 정도를 컨트롤 게이트(CG)로 제어함에 의해, 감도를 최적화(통상, 최대화)할 수 있는 구조를 갖다. 포토 다이오드(PD)는 상술한 바와 같이 구성된다.
또한, 포토 다이오드(PD)를, 「수광 소자」의 한 예로 하여도 좋다.
리셋 트랜지스터(TS)는, 드레인이 스토리지 노드(SN)에 접속되고, 소스가 기준 전압(VSS)의 공급선(이하, VSS선)(32)에 접속되고, 게이트가 리셋 신호(RESET)의 공급선(이하, 리셋선)(33)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(TS)는, 스토리지 노드(SN)를 플로팅 상태로부터 VSS선(32)에의 접속 상태로 전환하여, 스토리지 노드(SN)를 방전하고, 그 축적 전하량을 리셋한다.
앰프 트랜지스터(TA)는, 드레인이 VDD선(31)에 접속되고, 소스가 판독 트랜지스터(TR)를 통하여 검출 전위(Vdet)(또는 검출 전류(Idet))의 출력선(이하, 검출선)(35)에 접속되고, 게이트가 스토리지 노드(SN)에 접속되어 있다.
판독 트랜지스터(TR)는, 드레인이 앰프 트랜지스터(TA)의 소스에 접속되고, 소스가 검출선(35)에 접속되고, 게이트가 리드 제어 신호(READ)의 공급선(이하, 리드 제어선)(34)에 접속되어 있다.
앰프 트랜지스터(TA)는, 리셋 후에 재차 플로팅 상태가 된 스토리지 노 드(SN)에 포토 다이오드(PD)에서 발생한 정전하가 축적되면, 그 축적된 전하량(수광 전위)을 증폭한 작용이 있다. 판독 트랜지스터(TR)는, 앰프 트랜지스터(TA)에서 증폭된 수광 전위를, 검출선(35)에 배출한 타이밍을 제어하는 트랜지스터이다. 일정 시간의 축적 시간이 경과하면, 리드 제어 신호(READ)가 활성화하여 판독 트랜지스터(TR)가 온 하기 때문에, 앰프 트랜지스터(TA)는, 소스와 드레인에 전압이 인가되고, 따라서, 그 때의 게이트 전위에 응한 전류를 흘린다. 이로써 수광 전위에 응하여, 진폭이 증대한 전위 변화가 검출선(35)에 출현하고, 이 전위 변화가, 검출 전위(Vdet)로서 검출선(35)으로부터 광센서부(1)의 외부에 출력된다. 또는, 수광 전위에 응하여 값이 변화하는 검출 전류(Idet)가, 검출선(35)으로부터 광센서부(1)의 외부에 출력된다.
도 5의 A는, 도 4와 같이 CF 기판(202)과 접합되어 액정이 봉입되기 전의 TFT 어레이 기판(201)의 상면으로 본 것을 도시하고, 액정은 TFT 어레이 기판(201)과 CF 기판(202) 사이에 마련된 공간 내에 넣어진다.
도 5의 A에 도시하는 패턴도에 있어서 도 5의 B에 도시하는 소자나 노드에는 동일 부호를 붙이고 있기 때문에, 소자 사이의 전기적 접속은 분명하다.
VDD선(31), VSS선(32) 및 검출선(35)은, 예를 들면 알루미늄(AL)의 배선층에서 형성되고, 리셋선(33)과 리드 제어선(34)은 게이트 메탈(GM), 예를 들면 몰리브덴(Mo)으로 형성되어 있다. 게이트 메탈(GM)은 알루미늄(AL)의 배선층보다 하층에 형성된다. 게이트 메탈(GM)보다 상층이며, 알루미늄(AL)보다 하층의 계층에, 폴리실리콘(PS)층이 4개 고립되어 배치되어 있다. 리셋 트랜지스터(TS), 판독 트랜지스 터(TR), 앰프 트랜지스터(TA) 및 포토 다이오드(PD)는, 각각 PS층을 갖고 있다.
리셋 트랜지스터(TS), 판독 트랜지스터(TR), 앰프 트랜지스터(TA)에서는, 게이트 메탈(GM)과 교차하는 PS층 개소의 한쪽과 다른쪽에, N형 불순물이 도입되어 소스와 드레인이 형성되는 트랜지스터 구조로 되어 있다.
이에 대해, 포토 다이오드(PD)에서는, PS층으로 이루어지는 박막 반도체층(36)의 한쪽과 다른쪽에 P형과 N형의 역도전형의 불순물이 도입되어 있기 때문에 다이오드 구조로 되어 있다. P형의 불순물 영역이, 포토 다이오드(PD)의 애노드(A) 영역 또는 스토리지 노드(SN)를 구성한다. N형의 불순물 영역이, 포토 다이오드(PD)의 캐소드(K) 영역을 구성하고, 콘택트를 통하여 상층의 VDD선(31)과 접속되어 있다.
또한, 도 5의 A에 도시하는 평면도에 있어서, 3개의 트랜지스터(TR, TS, TA)가 갖는 수광 영역(I영역 또는 D영역)의 백라이트측은, 각각의 트랜지스터가 갖는 전극에 의해 차광되어 있지만, 앞면측도 외광으로부터 차광할 필요가 있다.
마찬가지 이유로, 화소(PIX)의 스위칭 소자(SW)의 앞면측도 차광되어 있다.
도 6에, FFS(Field Fringe Switching) 방식의 액정의 화소(PIX)에 있어서의 TFT 어레이 기판(201)의 상면으로 본 것을 도시한다. FFS 방식의 액정은, 별명을 「In Plane Switching(IPS)-Pro」방식의 액정」이라고도 한다.
도 6에는, TFT 어레이 기판(201)을 기체로 하여 형성된 화소 전극(40)과, 각종 배선과, 스위칭 소자(SW)와, 그러한 접속이 도시되어 있다.
화소 전극(40)은 투명 전극층(TE)으로 형성되고, 복수의 슬릿을 갖고 있다. 특히 도시하고 있지 않지만, 화소 전극(40)의 하방에 공통 전극이 화소 전극(40)과 대면하여 형성된다. 공통 전극은, 전 화소 공통의 투명 전극층(TE)으로 형성된다.
화소 전극(40)은, 콘택트(41)를 통하여 하층의 알루미늄(AL) 등으로 이루어지는 내부 배선(42)과 접속되어 있다. 내부 배선(42)이, 폴리실리콘(PS)으로 이루어지는 스위칭 소자(SW)의 박막 반도체층(43)에 형성된 소스와 드레인의 한쪽에 접속되어 있다. 박막 반도체층(43)의 소스와 드레인의 다른쪽에, 알루미늄(AL)으로 이루어지는 신호선(45)이 접속되어 있다. 박막 반도체층(43)의 하층에 교차하는 수직 주사선(44)이, 몰리브덴(Mo) 등의 게이트 메탈(GM)로 형성되고, 신호선(45)와 직교하는 방향으로 배치되어 있다.
또한, 도 6에 도시하는 각종 패턴을 갖는 TFT 어레이 기판(201)의 상방(도시하지 않은 부분)에는, CF 기판(202)이 겹처지고, 이들 2개의 기판 사이에 액정층(203)이 형성된다(도 1 참조). 또한, 편광판(206)과 편광판(207)이, 2개의 기판에 배치되어 있다.
여기서 액정층(203)은, 네마틱 액정으로 구성된다. TFT 어레이 기판(201) 및 CF 기판(202)의 외측면에 접착제를 통하여 밀착 상태로 마련되어 있는 편광판(206)과 편광판(207)은, 크로스니콜 상태로 마련된다.
신호선(45) 및 수직 주사선(44)(게이트 메탈(GM))의 재료로서는, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 납(Pb), 이들의 복합층(예를 들면, Ti/Al), 또는, 이들의 합금층을 이용하는 것이 가능하다.
<포토 다이오드(PD)의 구조와 수광 특성>
도 7의 A에 PIN 구조의 포토 다이오드(PD)를, 도 7의 B에 PDN 구조의 포토 다이오드(PD)를, 각각 도시한다.
포토 다이오드(PD)의 박막 반도체층(36)에 있어서, 수광 감도를 갖는 영역이, PIN 구조(도 7의 A)에서는 불순물이 도입되지 않은 I영역이고, PDN 구조(도 7의 B)에서는 N형 불순물이 저농도로 도입된 D영역(N-영역)이다.
예를 들면 도시하는 바와 같이 박막 반도체층(36)에 역바이어스를 인가하면, I영역 또는 D영역의 내부에 공핍층이 확산된다. 이 공핍화를 촉진하기 위해 백 게이트 제어(컨트롤 게이트(CG)에 의한 전계 제어)를 행한다. 단, PIN 구조에서는 P+영역에서 기껏해야 10[㎛] 정도의 공핍화이지만, PDN 구조에서는 D영역의 거의 전역이 공핍화되므로, 그만큼 수광 감도를 갖는 면적이 넓다는 이점이 있다.
본 실시 형태에서는, PIN 구조, PDN 구조의 모두를 채용 가능하다.
이러한 구조의 위치 센서로서의 포토 다이오드(PD)는, 비가시광, 예를 들면 적외광에 감도를 갖도록 설계되어 있다. 포토 다이오드(PD)는 적외광 감도가 크면 바람직하지만, 가시광이나 근 자외광에 감도가 큰 경우는, 적외광을 선택적으로 투과시키는 IR 필터와 조합시켜서 이용하면 좋다.
비가시광은, 예를 들면, 적외광 또는 자외광을 포함한다. 또한, 자외광(이것도 비가시광의 한 예이다.)과 가시광과의 파장의 경계는 360㎚ 내지 400㎚, 가시광과 적외광과의 파장의 경계는 760㎚ 내지 830㎚로 하고 있다. 단, 실용적으로는, 350㎚ 이하의 파장을 자외광, 700㎚ 이상의 파장을 적외광으로 하여도 좋다. 여기 서는 비가시광의 파장 범위를 350㎚ 이하, 700㎚ 이상으로 한다. 단, 본 실시 형태에서, 비가시광의 파장의 경계는, 상기 360㎚ 내지 400㎚, 760㎚ 내지 830㎚의 범위 내에서 임의로 규정하여도 좋다.
비가시광으로서 적외광(IR광)을 이용하는 경우, IR광에 감도를 갖는 포토 다이오드(PD)의 박막 반도체층(36)(도 7)은, 다결정 실리콘, 또는, 결정 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 다결정 실리콘 또는 결정 실리콘의 가전자대(valance band)와 전도대(conduction band) 사이의 에너지 밴드 갭이 1.1[eV]로, 가시광의 수광 소자의 에너지 밴드 갭(예를 들면 1.6[eV])보다 작은 값을 갖는 다결정 실리콘, 또는, 결정 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 에너지 밴드 갭(Eg)은, Eg=hν(h는 프랑크 정수, ν=1/λ(λ는 광의 파장))로부터 최적치가 산출된다.
한편, 어모퍼스 실리콘, 또는, 미결정 실리콘으로 박막 반도체층(36)(도 7)을 형성하면, 그들의 반도체 재료는 에너지 밴드 갭 준위에 분포를 갖기 때문에, 적외선, 자외선에 대해서도, 그 수광 능력(감도)을 갖는다. 따라서 이들의 반도체 재료로 형성한 포토 다이오드(PD)는, 가시광뿐만 아니라, 적외선, 자외선의 비가시광에 있어서도 수광 능력을 가지며, 이로서, 가시광과 비가시광의 수광 소자로서 이용 가능해진다.
이상으로부터, 본 실시 형태에 알맞게 이용할 수 있는 포토 다이오드(PD)는, 그 박막 반도체층(36)이, 다결정 실리콘, 결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 또는, 미결정 실리콘으로 형성된다. 어느것으로 하여도, 본 실시 형태에 있어서의 포토 다 이오드(PD)는, 가시광의 수광을 위해 설계된 통상의 포토 다이오드보다 적외선의 흡수 계수가 커지도록 반도체 재료가 선택되고, 설계하면 좋다. 그와 같은 설계가 어려운 경우에, 광학 필터부(60)(광학 필터부)의 존재에 의해, 통상의 포토 다이오드를 이용하는 것도 가능하다.
<연산부>
도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 센서(S1)로부터의 제 1 검출 전위(Vdet1)와, 제 2 센서(S2)로부터의 제 2 검출 전위(Vdet2)를 입력하고, 그 차분을 취하여 검출 신호(Sdet)를 발생하는 연산부(403)가 액정 표시 장치(100)에 마련되어 있다. 연산부(403)는, 도 1의 데이터 처리부(400) 내에 마련되고, 예를 들면 제어부(401)의 연산 기능에 의해 실현하여도 좋고, 예를 들면 위치 검출부(402) 내에 회로로서 실현하여도 좋다.
통상, 제 1 센서(S1)의 출력 신호와 제 2 센서(S2)의 출력 신호를 시리얼 입력하고, 이들을 콤퍼레이터의 입력에 보존시킨다. 또한 출력 신호 양쪽이 콤퍼레이터의 입력으로 함께 취해지면, 콤퍼레이터는 이들의 차분을 취하고, 차분을 증폭하여 검출 신호(Sdet)를 발생시키는 등의 방법이 채택된다. 또는, 콤퍼레이터의 임계치을 제어하여 각 출력 신호마다 레벨을 검출하고, 후에 차분을 취하여도 좋다. 또한, 두 출력 신호를 디지털 값으로 변환한 후에 차분을 연산하여도 좋다. 각 출력 신호의 레벨은, 클록 신호에 동기한 일정 시간의 전하 축적에 의해 결정된다.
<광학 필터부 및 차광부의 재료>
본 실시 형태의 큰 특징인, 광학 필터부 및 차광부의 재료와, 그것에 의한 특성의 상위에 관해 설명한다.
일반적으로「광학 필터」란, 소망하는 파장역의 광을 선택적으로 투과, 반사하는 것이다.
이에 대해, 본 실시 형태에서의 광학 필터부(60)(도 2)는, 가시광을 거의 반사하지 않고 흡수하여 차광하고, 비가시광의 일부, 즉 소망하는 파장역의 비가시광을 거의 반사하지 않고 투과시키는 재료로 형성하고 있다.
일반적으로 「차광」이란, 한쪽의 면부터 다른쪽의 면으로 광을 통과시키지 않는 것을 의미하고, 차광을 위해 광을 반사하는 것과, 흡수하는 것은 불문한다. 따라서, 컬러 필터층(204)에 형성되는 일이 있는 블랙 매트릭스 등의 차광을 위한 부재는, 광을 반사하여 차광한 경우가 있다.
이에 대해, 본 실시 형태에서의 차광부(70)(도 2)는, 가시광과 비가시광의 양쪽을 반사하지 않고 흡수하고, 이것에 의해 차광하는 재료로 형성되어 있다.
이와 같이 특정한 파장 영역의 광을 선택적으로 투과(흡수)시키기 위해서는, 감광성을 이용하는 레지스트 재료에 특정한 파장 영역의 광을 선택적으로 투과(흡수)하는 안료를 분산시킨, 안료분산 레지스트를 이용하는 것이 유효하다.
환언하면, 본 실시 형태에서의 광학 필터부(60)가, 『특정한 파장역의 광을 선택적으로 흡수하고, 그 밖의 파장역의 광을 투과시키는 유기 안료를 레지스트에 분산시킨 안료분산 레지스트(다른 실시 형태에서 인용하는 경우, 「제 1 안료분산 레지스트」라고 한다)로 형성되어 있다.
이에 더하여, 본 실시 형태의 차광부(70)가, 『광의 전파장역에 관해 흡수성 을 갖는 유기 또는 무기의 안료를 레지스트에 분산시킨 안료분산 레지스트(다른 실시 형태에서 인용하는 경우, 「제 2 안료분산 레지스트」라고 한다)로 형성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 광학 필터부(60)와 차광부(70)는 함께 단층 구조인 것을 기본으로 하지만, 예를 들면, 배면측에 반사 방지를 위한 전파장 투과막을 마련하는 것을 배제하는 것이 아니다.
광학 필터부(60)에 이용한 레지스트 재료로서는, 아크릴계, 폴리이미드계, 노볼락계 등을 이용할 수 있다. IR 파장역을 선택 투과시키기 위한 유기 안료로서는, 아조 안료 화합물(예를 들면, 「산요 색소 주식회사」제 등)을 이용할 수 있다.
또한, 광학 필터부(60)의 기본적인 형성 수법은, 안료분산 레지스트를 기판상에 도포하고, 마스크 노광, 현상, 베이크의 프로세스를 경유함에 의해, 소망하는 패턴 형상을 얻는다는, 반도체 프로세스 기술을 이용한다.
차광부(70)에 이용한 레지스트 재료로서는, 아크릴계, 폴리이미드계, 노볼락계 등을 이용할 수 있다.
전파장에 관해 흡수를 갖는 유기 또는 무기의 안료로서는, 예를 들면, 카본 블랙, 티탄 블랙 등의 안료를 이용할 수 있다.
차광부(70)의 형성 방법은, 광학 필터부(60)와 마찬가지로, 안료분산 레지스트를 기판상에 도포하고, 마스크 노광, 현상, 베이크의 프로세스를 경유함에 의해, 소망하는 패턴 형상을 얻는다는, 반도체 프로세스 기술을 이용한다.
<실시예>
도 8에, 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치의 동작을 설명하는 도 2의 구성도를 도시한다. 도 8은, 도 2의 일부를 발췌한 부분에 대응한다.
가시광을 차광하고 적외광을 투과하는 광학 필터부(60)로서는, 본 실시예에서는, 유기 안료를 레지스트에 분산시켜 얻어지는 제 1 안료분산 레지스트(도 8에서는 「안료 블랙층(61)」으로 표시)를 이용하고 있다. 안료 블랙층(61)의 유기 안료로서는, 구리프탈로시아닌 화합물(청, 녹), 아조 안료(적) 화합물, 레지스트로서는 아크릴계 감광 레지스트를 이용하고 있다.
가시광 및 적외광을 차광한 차광부(70)로서는, 본 실시예에서는, 카본 미립자를 아크릴계 감광 레지스트에 분산시킨 안료분산 레지스트를 이용하고 있다. 도 8에서는, 이것을 「카본 블랙층(71)」으로 표시하고 있다.
도 9에, 안료 블랙층(61) 및 카본 블랙층(71)의 분광 투과율 특성을 도시한다.
안료 블랙층(61)에서는 적외선을 선택적으로 투과하고, 카본 블랙층(71)에서는 전파장 영역을 차광하고 있는 것을 도 9로 부터 알 수 있다.
<동작례>
다음에, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 액정 표시 장치(100)의 동작의 한 예를 설명한다.
액정 패널(200)의 배면측에 설치된 백라이트(300)로부터의 조명광은, 액정 패널(200) 내에 입사되고, 편광판(206), TFT 어레이 기판(201), 액정층(203), 컬러 필터층(204), CF 기판(202) 및 편광판(207)을, 이 순서로 투과하고, 앞면으로부터 외부로 출사된다.
이 투과 중에 조명광은 편광이나 변조를 받아서 편파면이나 광강도 등이 변화한다.
백라이트(300)로부터의 조명광은, 도 8의 경우, 편광판(206)을 통과하여 TFT 어레이 기판(201)에 입사된다.
도 8에 도시하는 바와 같이, TFT 어레이 기판(201)에는 제 1 및 제 2 센서(S1, S2)가 형성되어 있는데, 그 백라이트측에 조명광이 입사되고, 이로써 제 1 및 제 2 검출 전위(Vdet1, Vdet2)에 노이즈 성분이 발생한다. 그러나, 이 노이즈 성분은 균일한 조명광의 직접광에 의한 것이기 때문에 센서 사이에서 같은 레벨이고, 연산부(403)에 의해 제거된다.
그 밖의 광은, 예를 들면 도 5의 A에 파선으로 도시하는 광센서부(1) 내의 개구부, 및, 도 6에 도시하는 화소(PIX) 내의 배선 사이의 개구부를 통과하여 TFT 어레이 기판(201)으로부터 출력된다.
TFT 어레이 기판(201)으로부터 나온 광은, 액정층(203), 컬러 필터층(204), CF 기판(202), 및, 편광판(207)(도 1)을 투과하여, 표시면(200A)으로부터 화면 표시를 위해 외부에 출력된다.
이 투과의 과정에서, 편광판(206)의 투과시에 투과광이 제 1의 방향으로 편 광된다. 액정층(203) 내를 광이 투과하는 사이에, 액정 분자의 광학 이방성의 효과에 의해 투과광의 편광 방향이 액정의 분자 배열 방향에 따라 소정 각도 변화한다. 편광판(207)의 투과시에, 투과광이 상기 제 1의 방향과 소정의 각도 어긋난 제 2의 방향으로 편광된다.
이 3번의 편광 작용중, 액정층(203)을 투과중의 편광 각도는, 입력되는 영상 신호의 전위에 응하여 액정층(203)에 인가하는 전기장 강도를 제어함에 의해, 화소마다 독립적으로 변화한다. 이 때문에 각 화소를 통과하는 광은, 영상 신호의 전위에 응한 밝기로 변화한 변조를 받아서 액정 패널(200)의 표시면(200A)로부터 출사되고, 소정의 화상 표시에 제공된다.
이미 설명한 바와 같이, 액정 패널(200)은, 화상을 표시하는 유효 표시 영역(PA)을 가지며, 그 화소 영역(PA1)에 복수의 화소가 배치되어 있다. 유효 표시 영역(PA)의 센서 영역(PA2)에, 이른바 터치 패널의 기능을 실현하기 위해 사람의 손가락이나 스타일러스 펜 등의 피검출물을 검출하는 수광 소자를 포함하는 광센서부(1)가 배치되어 있다.
광센서부(1)를 통과하는 광은, 화소를 투과하는 광과 같은, 전기 신호에 의한 변조를 받는 일 없이, 그대로 액정 패널(200)의 표시면(200A)으로부터 출사된다.
화상 표시의 도중에, 예를 들면 어플리케이션에 응하여 표시 컨텐츠에, 유저 지시를 독촉하는 경우가 있고, 이와 같은 경우, 도 8에 도시하는 바와 같이, 유저가 손가락(또는 스타일러스 펜 등)으로 표시 화면을 가볍게 터치 한다.
손가락 또는 스타일러스 펜 등의 피검출물이 표시 화면에 접촉 또는 근접하면, 액정 패널(200)로부터 출사되는 광이, 피검출물에서 반사되어 액정 패널(200) 내로 되돌아온다. 이 되돌아온 광(반사 IR광(IR_R) 및 반사 가시광(VL_R))은, 액정 패널(200) 내의 층 계면이나 배선 등의 반사물에서 굴절이나 반사를 반복하기 때문에, 일반적으로, 반사광은 액정 패널(200)에서 퍼지면서 진행된다. 따라서, 피검출물의 크기에도 의하지만, 반사광은, 안료 블랙층(61)을 투과할 수 있기 때문에 제 1 센서(S1)에 도달한다. 한편, 카본 블랙층(71)에 달하는 반사광은 흡수되어, 차단된다.
제 1 센서(S1)에 도달한 반사광의 일부가, 소정의 역바이어스가 인가된 포토 다이오드(PD)에 입사하면, 포토 다이오드(PD)가 광전 변환을 행하여 전하를, 예를 들면 애노드(A) 전극으로부터 출력한다. 이 때의 전하량은 IR 수광량에 비례한 수광 데이터를 나타낸다. 수광 데이터(전하량)는, 이미 설명한 도 5의 B에 도시하는 판독 회로의 검출선(35)으로부터 검출 전위(Vdet)(또는 검출 전류(Idet))가 되어 출력된다.
한편, 제 2 센서(S2)에서도 같은 검출 동작을 행한다. 단, 피검출물로부터의 반사광은 차광되어 있고, 제 2 센서(S2)에는, 미광 등의 노이즈 성분이 되는 광이 입사된다. 이 노이즈 성분은 제 1 센서(S1)에서 같은 레벨이기 때문에, 연산부(403)에 의해 캔슬된다.
이 때의 노이즈 성분에는, 이미 설명한 바와 같이, 안료 블랙층(61) 및 카본 블랙층(71)에서는 반사가 없는, 또한, 있어도 거의 무시할 수 있을 정도로 작기 때 문에, 안료 블랙층(61)이나 카본 블랙층(71)으로부터의 반사광은 포함되지 않는다.
만약 가령 반사가 생기고, 또한, 반사율에 차이가 있으면, 노이즈 성분이 제 1 센서(S1)와 제 2 센서(S2)에서 다르기 때문에, 검출 정밀도가 저하된다. 그러나, 본 실시 형태에서의 안료 블랙층(61)(광학 필터부(60))과, 카본 블랙층(71)(차광부(70))에서는, 적어도 배면측에서의 반사는 일어나지 않게 되어 있다. 따라서, 반사에 의한 검출 정밀도의 저하는 없다.
보다 상세하게는, 검출 전위(Vdet)(또는 검출 전류(Idet))는, 도 4에 도시하는 스위치 어레이(14)에 의해 센서 드라이버(13)측에 보내지고, 여기서 수광 데이터로서 수집되고, 또한 도 1에 도시하는 데이터 처리부(400) 내의 위치 검출부(402)에 입력된다. 위치 검출부(402) 또는 제어부(401)는, 검출 전위(Vdet) 또는 검출 전류(Idet) 마다의 행과 열의 어드레스의 조(組)를 액정 패널(200)측에서 순차적으로, 리얼타임으로 입력하고 있다. 이 때문에 데이터 처리부(400) 내에서, 도시하지 않은 메모리에, 피검출물의 패널 내 위치 정보(검출 전위(Vdet) 또는 검출 전류(Idet))가 행과 열방향의 어드레스 정보라고 관련시켜져서 해당 메모리에 축적된다.
도 2에 도시하는 연산부(403)는, 예를 들면 메모리에 격납하기 전에, 검출 신호(Sdet)를 발생시키고, 이것을 메모리에 격납하면 좋다.
액정 표시 장치(100)는, 메모리 내의 정보에 의거하여, 피검출물의 위치 정보와 표시 정보라고 중합시킴에 의해, 「유저가 표시 정보에 의거한 지시를 손가락 또는 스타일러스 펜 등을 이용하여 행한」, 또는, 「유저가 스타일러스 펜 등을 표 시 화면상에서 이동시킴에 의해 소정의 정보를 입력한」 것을 판별할 수 있다. 즉, 액정 표시 장치(100)는, 터치 패널을 액정 패널(200)에 부가한 경우와 같은 기능을, 터치 패널을 부가하지 않은 박형의 표시 패널에 의해 실현할 수 있고 있다. 이와 같은 표시 패널을, 「인 셀 터치 패널」이라고 칭한다.
본 실시 형태에 의하면, 노이즈 제거용 수광센서에는, 백라이트로부터의 직접광(적외, 가시)이 입사하고, 관측면측의 가시광 및 적외광은 카본 블랙에 의해 컷트된다. 한편, 적외선용 수광센서에는, 백라이트로부터의 직접광(적외, 가시)과, 관측면측의 적외광(시그널)이 입사하고, 가시 노이즈는 안료 블랙에 의해 컷트된다.
이 구성에 의해, 적외선용 수광센서 신호로부터, 노이즈 제거용 수광센서 신호를 공제함에 의해, 백라이트로부터의 직접광을 상쇄하고, 적외광(시그널)을 얻는 것이 가능해진다.
이 때 광학 필터부(60) 및 차광부(70)가 적어도 배면측에서 반사를 일으키지 않기 때문에, 물체 검출의 정밀도가, 보다 향상한다는 이익을 얻을 수 있다.
[제 2 실시 형태]
도 10에, 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 액정 패널의 구성도를 도시한다. 도 10은, 도 2의 일부를 발췌한 부분에 대응한다.
광학 필터부(60)로서는, 제 1 실시 형태와 같은 안료 블랙층(61)을 이용하고 있다.
한편, 차광부(70)는, 안료 블랙층(61)과 동일한 층을 가지며, 그 배면측에, 적외 흡수 필터층(72)을 적층하고 있다. 적외 흡수 필터층(72)은, 「제 2 안료분산 레지스트의 층」의 한 예이다.
환언하면, 제 2 실시 형태의 차광부(70)는, 『제 1 안료분산 레지스트의 층(안료 블랙층(61))과, 안료 블랙층(61)의 표시면과 반대의 측에 배치되고, 제 2 파장역(IR 파장역)의 광을 선택적으로 흡수하고, 그 밖의 제 1 파장역의 광을 투과시키는 유기 안료를 레지스트에 분산시켜 얻어지는 제 3 안료분산 레지스트의 층(적외 흡수 필터층(72))을 포함하는』 것이, 본 실시 형태의 특징이다.
적외 흡수 필터층(72)으로서는, 적외를 흡수하는 유기 안료를 레지스트에 분산시킨 안료분산 레지스트를 이용하고 있다.
적외를 흡수하는 유기 안료로서는, 티탄/알루미늄/철프탈로시아닌 화합물, 레지스트로서는 아크릴계 감광 레지스트를 이용하고 있다.
도 11에, 안료 블랙층(61)과 적외 흡수 필터층(72)의 적층막의 분광 투과율 특성을 도시한다.
도 11의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 안료 블랙층(61)에서는 적외선을 선택적으로 투과하고, 적외 흡수 필터층(72)에서는, 적외선을 차광하고 있다.
그 밖의 구성, 즉, 도 10에 도 2와 동일 부호를 붙인 구성, 그 밖의 도 1 내지 도 7에 도시하는 구성, 및, 기본적인 동작은 제 1 실시 형태와 공통된다.
제 1 실시 형태와 마찬가지로, 제 2 센서(S2)에는, 백라이트(300)로부터의 직접광(적외, 가시)이 입사하고, 관측 면측(표시면 측)의 가시광(외광을 포함하다)은 안료 블랙층(61)에서, 적외광은 적외 흡수 필터층(72)에서 컷트된다.
한편, 제 1 센서(S1)에는, 백라이트(300)로부터의 직접광(적외, 가시)과, 관측 면측의 적외광(시그널)이 입사하고, 가시 노이즈는 안료 블랙층(61)에 의해 컷트된다.
이 때 안료 블랙층(61)의 배면측, 적외 흡수 필터층(72)의 배면측에서 반사가 생기지 않는, 또는, 생겨도 무시할 수 있는 정도로 작기 때문에, 도 2에 도시하는 연산부(403)로부터 얻어지는 검출 신호(Sdet)의 정밀도가 향상하고 있다.
[제 3 실시 형태]
도 12에, 본 발명의 제 3 실시 형태의 구성도를 도시한다. 도 12는, 도 2의 일부를 발췌한 부분에 대응한다.
광학 필터부(60)로서는, 제 1 및 제 2의 실시 형태와 같은 안료 블랙층(61)을 이용하고 있다. 또한, 「파장 선택 미러부」로서의 콜레스테릭 선택 반사막(73)이, 제 2 센서(S2)의 위에 선택적으로 배치되어 있다.
도 13에, 콜레스테릭 선택 반사막(73)의 구조를 도시한다. 또한, 도 14에, 콜레스테릭 선택 반사막(73)의 분광 반사율 특성을 도시한다.
콜레스테릭 선택 반사막(73)의 선택 반사 파장은, λ=850㎚로 설정되어 있고, 콜레스테릭 회전 방향이 우회전, 또는 좌회전의 1층구조(도 13의 A)와, 우회전 및 좌회전의 2층 적층 구조(도 13의 B)의 어느 하나를 이용할 수 있다. 도 13의 A의 경우는, VA, ECB 등의 λ/4판을 패널 외측 또는 도 2의 배향막(214)와 편광판(207) 사이 등에 배치하여도 좋다.
이 λ/4판을 배치한 모드로서, 또한, 적외광에서의 편광도가 충분히 있는 편 광판(207) 등을 이용한 경우에는, 패널 입사광이 원편광으로 되어 있기 때문에 1층 구조로 충분하다. 상기 조건을 충족시키지 않는 경우에는, 2층 구조로 하는 것이 유효하다.
콜레스테릭 선택 반사막(73)을 패터닝하기 위해서는, 콜레스테릭 선택 반사막(73)상에 레지스트를 도포하고, 마스크 노광, 현상, 에칭, 레지스트 박리의 프로세스를 경유함에 의해, 소망하는 패턴을 얻을 수 있다. 또한, 콜레스테릭 액정에 감광성을 갖게 하여, 마스크 노광에 의해 패터닝하여도 좋다.
그 밖의 구성, 즉, 도 10에 도 2와 동일 부호를 붙인 구성, 그 밖의 도 1 내지 도 7에 도시하는 구성, 및, 기본적인 동작은 제 1 실시 형태와 공통된다.
도 12에서, 제 2 센서(S2)에는, 백라이트(300)로부터의 직접광(적외, 가시)이 입사하고, 관측면측의 가시광은 안료 블랙층(61)에서, 적외광은 콜레스테릭 선택 반사막(73)에서 컷트(반사)된다.
한편, 제 1 센서(S1)에는, 백라이트(300)로부터의 직접광(적외, 가시)과, 관측 면측의 적외광(시그널)이 입사하고, 가시 노이즈는 안료 블랙층(61)에 의해 컷트된다.
이 구성에 의해, 적외선용 수광센서 신호로부터, 노이즈 제거용 수광센서 신호를 공제함에 의해, 백라이트로부터의 직접광을 상쇄하여, 적외광(시그널)을 얻는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에 관한 표시 장치는, 이상의 설명으로 한정하지 않고, 이하의 여러가지의 변형이 가능하다.
<변형예 1>
제 1 실시 형태에서, 차광부(70)를 얻는 방법으로서, 금속 박막을 이용할 수도 있다. 금속 박막으로서는, 크롬, 티탄 등이 사용된다. 반사 방지를 위해, 산화막 등으로 유전체 다층막으로 하여 소망하는 파장 영역에서의 반사 방지를 하는 것이 유효하다. 이 반사 방지막은, 특히 배면측에서 광흡수성을 갖도록 다층막 구조나 재료가 결정되어 있다.
금속 박막의 패터닝 방법으로서는, 금속 박막상에 레지스트를 도포하고, 마스크 노광, 현상, 에칭, 레지스트 박리의 프로세스를 경유함에 의해, 소망하는 패턴을 얻을 수 있다.
<변형예 2>
제 1 내지 제 3 실시 형태는, 반사형 액정 표시 장치에 적용할 수 있다.
일반적인 반사형 액정 패널은, 도 1에서, 백라이트(300)가 없고, 대신에, 액정층(203)과 표시면(200A) 사이에, 조명부(프런트 라이트)가 배치된다.
이 경우에도, 프런트측으로부터 센서 배치 영역에 들어가 미광이 되는 광이, 광학 필터부(60)와 차광부(70)에서 흡수되고, 그들으로부터의 반사가 없기 때문에 노이즈 성분이 되는 광량이 제 1 센서(S1)와 제 2 센서(S2)에서 같게 되고, 검출 감도가 보다 향상한다.
<변형예 3>
제 3 실시 형태에서, 특정한 파장 영역의 광을 선택 반사시키는 수단으로서는, 콜레스테릭 선택 반사막(73)으로서, 유전체 다층막의 간섭을 이용하는 방법, 콜레스테릭 액정의 카이랄 피치에 의해 선택 반사 파장을 컨트롤하는 방법을 적용하여도 좋다.
<변형예 4>
변형예 4에서는, 비가시광을 수광하는 수광 소자로서의 포토 다이오드(PD) 외에, 가시광을 주성분으로 하는 외광을 검출하고, 그 검출 결과에 응하여 도 1에 도시하는 백라이트(300)로부터 출력되는 광의 강도를 제어한 예를 나타낸다. 여기서는 제 1 실시 형태의 변형예를 설명하지만, 백라이트 등의 조명부를 갖는 한, 변형예 4는 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다.
외광을 검출하는 외광센서는, 특히 도시하지 않지만, 도 1에 도시하는 액정 패널(200)에 있어서, 유효 표시 영역(PA) 또는 주변 영역(CA)에 배치된다. 외광센서의 배치의 위치 및 개수는 임의이다.
외광센서를 유효 표시 영역(PA) 내에 배치하는 경우, 외광센서를, 비가시광을 수광한 광센서(포토 다이오드(PD))와 마찬가지로 매트릭스형상으로 배치할 수 있다. 이 경우, 각 외광센서를, 주위에 존재한 복수의 광센서로부터 등거리의 위치에 배치한다. 예를 들면 포토 다이오드(PD)와 외광센서가, 유효 표시 영역(PA)의 평면으로 보아 체크 무늬를 형성하도록 하면 좋다.
체크 무늬가 아니더라도, 외광센서를 등간격으로 배치하면 좋다. 이 밖에, 외광센서를, 유효 표시 영역(PA)의 네모퉁이 부근에 배치하는, 유효 표시 영역(PA)의 외측변중, 적어도 1변에 가까운 위치에 나열하여 배치하는 등, 배치와 수에 제한은 없다.
외광센서의 기본 구성은, 도 5와 같은 등가 회로나 평면 패턴이 적용할 수 있다. 단, 외광센서의 포토 다이오드는, 광센서로서의 포토 다이오드(PD)와는, 박막 반도체층의 재료 등이 달라도 좋다. 예를 들면, 외광센서는, 350㎚부터 700㎚의 파장 범위로 규정되는 가시광에 감도를 갖도록, 외광센서의 박막 반도체층을, 에너지 밴드 갭이 브로드하게 분포하고 있는 어모퍼스 실리콘 또는 미결정 실리콘으로 형성하면 좋다. 예를 들면, 외광센서의 박막 반도체층으로서는, 그 에너지 밴드 갭이 1.6eV의 것을 이용할 수 있다.
또한, 비가시 센서의 포토 다이오드(PD)에 있어서도 어모퍼스 실리콘 또는 미결정 실리콘을 박막 반도체층의 재료로 사용할 수 있는 것은 이미 기술하였는데, 이 경우의 박막 반도체층과, 외광센서의 박막 반도체층은, 에너지 밴드 갭이 다르기 때문에 적외의 흡수 특성이 다르도록 형성된 것을 사용한다. 단, 가시광센서 및 광센서로서, 에너지 밴드 갭이 다르고 감도가 다소 낮지만, 폴리실리콘 또는 결정 실리콘을 박막 반도체층의 재료로 이용한 것은 가능하다. 이와 같은 경우, 필터측에 파장 선택성을 갖게 하여도 좋다.
도 1에 도시하는 데이터 처리부(400)는, 외광센서에 의해 얻어진 수광 데이터에 의거하여, 백라이트(300)가 조명광을 출사하는 동작을 제어한다. 제어부(401)의 제어를 받은 위치 검출부(402)가, 외광의 휘도에 비례한 신호(축적 전하량)의 진폭을 수광 데이터, 즉, 전압치(검출 전위(Vdet)), 또는, 전류치(검출 전류(Idet))에 의해 검출한다. 제어부(401)가, 검출 결과에 의거하여, 액정 표시 장치의 백라이트(300)의 발광 강도를 조정한다.
이로서, 외광센서에 의해 얻어진 수광 데이터에 있어서, 수광한 광의 강도가 큰 경우에는, 백라이트(300)가, 보다 큰 강도의 조명광을 액정 패널(200)에 조사하도록 제어된다. 수광한 광의 강도가 작은 경우에는, 백라이트(300)가, 보다 작은 강도의 조명광을 액정 패널(200)에 조사하도록 제어된다.
박막 트랜지스터의 화소 스위치를 갖는 표시 장치에 있어서, 일반적으로, 외광(특히 태양광)이 쏟아저 들어오는 환경에서는, 표시 장치는 표시 패널의 표면층의 반사에 의해 콘트라스트가 저하되고, 화상을 양호하게 인식할 수 없는 일이 있다. 그 때문에, 표시 패널 자신으로부터 표면의 밖으로 출사되는 광의 휘도를, 표시 패널의 표면의 반사휘도 이상으로 할 필요가 있다. 그를 위해서는, 표시 패널을 배면으로부터 조사하는 백라이트(300)의 발광 강도를, 보다 강하게 제어한다.
또한, 어두운곳 등 외광의 강도가 극히 낮은 상태에서는, 표시 패널의 표면에서의 반사광에 의한 화질 저하(콘트라스트 저하)는 발생하지 않고, 백라이트(300)의 발광 강도를 떨어뜨릴 필요가 있다. 변형예 4에서는, 표시 장치의 표면 휘도를 내리는 것이 가능해지고, 이로서, 백라이트(300)의 소비 전력을 삭감할 수 있다.
본 변형예 4에서는, 이와 같은 화질 저하(콘트라스트 저하)와 소비 전력의 삭감을, 외광량의 변화에 응하여 적응적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.
도 15는, 변형예 4에 있어서, 외광센서를 유효 표시 영역(PA)에 형성한 경우(표시 영역 내 배치의 적용)와, 주변 영역(CA)에 형성한 경우(표시 영역 내 배치의 비적용)에서 얻어지는, 수광 데이터의 입력 광강도에 대한 변화를 도시하는 도 면이다. 도 15에서, 횡축은, 외광의 조도(단위 : 룩스[lx])를 나타내고 있고, 종축은, 그 외광센서로부터 얻어지는 수광 데이터의 값을 조도 환산한 것(단위 : [lx])을 나타내고 있다. 도 15에서, 실선은, 외광센서의 표시 영역 내 배치가 적용된 경우의 곡선이고, 파선은, 표시 영역 내 배치가 비적용인 경우의 곡선이다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 1000[lx]의 외광이 입사한 때에는, 외광센서를 주변 영역(CA)에 형성한 경우에는, 약 100[lx]의 조도에 대응한 수광 데이터를 얻을 수 있음에 대해, 유효 표시 영역(PA)에 형성한 경우에는, 약 1000[lx]의 조도에 대응한 수광 데이터를 얻을 수 있다. 이와 같이, 외광센서를 유효 표시 영역(PA)에 마련함에 의해, 높은 강도의 광을 수광할 수 있다.
따라서 도 15로부터는, 외광센서를 유효 표시 영역(PA) 내에 배치하는 쪽이 바람직한 것을 알 수 있다.
도 16에, 변형예 4를 적용하지 않고 손가락 끝을 검출한 때의 화면((A))과, 변형예 4를 적용하여 손가락 끝을 검출한 때의 화면((B))을 도시한다.
도 16에 도시하는 화면은, 매트릭스형상으로 세밀하게 배치된 복수의 광센서부의 각 출력을, 검출(백)과 비 검출(흑)의 도트 표시로서, 그것을 화면상에서 매핑한 것이다.
도 16으로부터도, 외광센서를 유효 표시 영역(PA) 내에 배치한 쪽이, 검출 정밀도가 높은 것을 알 수 있다.
변형예 4에 의하면, 화질 저하(콘트라스트 저하)와 소비 전력의 삭감을, 외광량의 변화에 응하여 적응적으로 제어할 수 있는 이점에 더하여, 특히 주위의 외 광량이 적은 경우에, 필요 이상의 백라이트(300) 광량이 액정 패널에 입사되지 않기 때문에, 그 만큼, 가시광의 미광의 발생을 방지 또는 억제할 수 있다. 이것은, 도 7 등에 도시하는 광센서로서의 포토 다이오드(PD)가, 비가시광(예를 들면 IR광)이 외에, 가시광에도 감도를 갖는 경우에 위치 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있는 이익을 가져온다.
또한, 변형예 4에서는, 외광센서에 의해 검출된 외광 강도가 어느 정도 크다고 판단된 때는, 광센서부(1)의 출력과 외광센서의 출력으로부터, 외광에 의한 피검출물의 그림자를 검출하고, 그 검출 결과에 의거하여, 피검출물의 유무, 위치 또는 크기를 검출하여도 좋다.
<변형예 5 : 그 밖의 변형 가능점>
본 실시 형태 및 그 변형예 4에 있어서, 비가시광으로서 적외선(IR광)을 주로 하여 설명에 이용하였지만, 자외선이라도 좋다.
백라이트(300)는, 광원 및 도광 부재를 갖는 것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 복수의 LED를 2차원으로 배열한 백라이트와 같이, 광원만을 갖는 것이라도 좋다. 또한, 백라이트(300)는, 면광원으로 한정하지 않고, 선광원이나 점광원이라도 좋다. 도광 부재는, 판형상의 것(도광판(302))으로 한정하지 않고, 예를 들면, 장척형상의 직육면체형상의 것이나 육면체형상의 것이라도 좋다.
판독 회로(도 5)에 있어서의, 포토 다이오드(PD), 리셋 트랜지스터(TS), 앰프 트랜지스터(TA) 및 판독 트랜지스터(TR), 및, 화소 회로에 있어서의 스위칭 소자(SW)를 포함하는 모든 TFT 구조, 컨트롤 게이트(CG)를 갖는 TFD(Thin Film Diode) 구조를, 톱 게이트 형으로서 형성하여도 좋다. 이 경우, TFD의 수광 영역(I영역 또는 D영역), TFT의 채널형성 영역의 적어도 배면측을 차광층으로 덮어서 백라이트(300)로부터의 직접광이, 이들의 수광 영역이나 채널형성 영역에 들어가지 않도록 하면 좋다.
<변형예 6>
본 실시 형태 및 그 변형예는, 액정 표시 장치로 한하지 않고, 유기 EL 표시 장치 등의 자발 광형 표시 장치, 전자 페이퍼에 응용 가능한 전자 유동(遊動)을 이용한 표시 장치 등에 폭넓게 적용할 수 있다.
전자 유동을 이용한 표시 장치는, 화소 전극과 대향 기판(투명 기판)에 구비되는 공통 전극 사이에, 전자 잉크를 구비한다. 전자 잉크는, 도 1에서의 액정층(203)에 대신하는 것으로, 액체중에 현탁하는, 정(正)으로 대전한 흰색의 입자와 부(負)로 대전한 검은색의 입자를 갖는 복수의 마이크로 캡슐을 구비한다. 전자 유동은, 화소 전극과 공통 전극 사이에 인가되는 전계가 정인 경우와 부인 경우에서, 화소 전극측과 공통 전극측으로 이동하는 입자가 흰색과 검은색으로 반전하고, 투명 기판측으로 이동하는 흰색의 입자의 비율이 많은 때에 화소가 밝게 관측자로부터 보이는 것을 이용하여, 입력 데이터에 응한 화소의 계조 표시를 가능하게 한다. 이 때문에, 액정층의 광변조의 방식 이외는, 상기한 실시 형태의 설명이 거의 마찬가지로 적용될 수 있다.
한편, 유기 EL 표시 장치는, 백라이트가 불필요하고, 표시 패널 내에서 화소마다 적층된 유기 재료막 자체가, 인가하는 전계의 크기에 응한 휘도로 발광하는 현상을 이용하고 있다. 그 이외는, 상기한 실시 형태의 설명이 거의 마찬가지로 적용될 수 있다.
<표시 장치의 적용 제품례>
실시 형태 및 그 변형예 1 내지 6은, 이하의 각종 제품의 문자나 화상의 표시 부품으로 적용할 수 있다.
구체적으로는, 텔레비전 수상 장치, 퍼스널 컴퓨터 등의 모니터 장치, 휴대 전화, 게임기, PDA 등의 영상 재생 기능을 갖는 모바일 기기, 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬영 장치, 카 내비게이션 장치 등의 차량탑재 기기 등에, 상기 실시 형태 및 그 변형예 1 내지 6이 적용 가능하다.
본 실시 형태 및 그 변형예에 의하면, 이하의 이익을 얻을 수 있다.
표시 패널의 앞면측에 배치하는, 2층 도전성 필름 또는 박형 유리를 갖는 저항식이나 정전 용량식의 터치 패널이 필요지 않다 된다. 즉, 터치 패널의 기능을 표시 패널 내에 구비한 「인 셀 터치 패널」을 실현할 수 있다. 이 때문에, 표시 장치의 컴팩트화, 특히 박형화를 달성할 수 있다.
검출 위치의 수광 데이터와 어드레스가 조(組)로서 메모리에 격납되기 때문에, 복수의 떨어진 개소의 동시 검출이 가능하다. 또한, 피검출물의 위치뿐만 아니라, 그 크기를 검출할 수도 있다.
이 때, 센서에 입사하는 백라이트로부터의 직접 입사광, 표시 패턴에 의존한 미광에 의한 노이즈의 문제를, 백라이트로부터의 직접 입사광(가시광, 적외광), 외광(가시광), 표시광의 표면에서의 산란광(가시광)의 노이즈를 분리하고, 관측면으 로부터 입사한 적외광만을 취출하는 것이 가능한 디바이스 구조로 함에 의해 해결하고, 환경이나 표시 패턴에 의하지 않고 확실하게 위치 검출 가능한 입력 기능 일체형 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.
변형예 4에서는, 가시광에 의한 외광 검지를 표시 장치의 표시 영역에서 실시하는 것이 가능해진다. 특히 외광센서를 유효 표시 영역 내에 배치한 경우, 외광센서를 표시 영역외에 배치하는 방식에 비하여, 표시 장치상의 표면 휘도를 보다 정확하게 측정하는 것이 가능해지고, 그 때문에 백라이트의 발광 강도의 제어 정밀도가 향상한다.
본 발명은 필요에 따라 첨부된 청구항 또는 그와 동등한 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형, 변경, 수정 및 대체가 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치의 개략적인 전체 구성도.
도 2는 도 1에 도시하는 액정 패널의 더욱 상세한 단면도.
도 3은 도 1에 도시하는 투과형 액정 표시 장치의 보다 상세한 구성을 도시하는 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 액정 패널내에 마련된 구동 회로의 구성예를 도시하는 블록도.
도 5의 A는 각각 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 광학 센서부의 평면도 및 B는 A의 패턴에 대응하는 광센서부의 등가 회로도.
도 6은 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 화소에 대응하는 TFT 어레이 기판 부분의 평면도.
도 7의 A 및 B는 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 PIN 구조를 갖는 포토 다이어드 및 PDN 구조를 갖는 포토 다이오드를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 액정 패널의 동작을 설명하는 도 2의 상세 단면도.
도 9는 안료 블랙층 및 카본 블랙층의 분광 투과율 특성을 도시하는 그래프.
도 10은 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 액정 패널의 동작을 설명하는 도 2의 상세 단면도.
도 11은 안료 블랙층과 적외 흡수 필터층의 적층막의 분광 투과율 특성을 도시하는 그래프.
도 12는 본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 액정 패널의 동작을 설명하는 도 2의 상세 단면도.
도 13의 A 및 B는 본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서, 콜레스테릭 선택 반사막의 모식적인 구조도.
도 14는 본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 투과형 액정 표시 장치에서 콜레스테릭 선택 반사막의 분광 반사율 특성을 도시하는 그래프.
도 15는 본 발명의 실시 형태의 변형예 4에 관한 것으로, 수광 데이터의 입력 광강도에 대한 변화를 도시하는 그래프.
도 16의 A 및 B는, 외광센서의 표시 영역 내 배치를 적용하지 않는 경우와, 적용한 경우의 손가락 끝을 검출한 때의 검출 결과를 도시하는 도면.

Claims (10)

  1. 정보가 표시되는 표시면과,
    입력된 데이터에 응한 강도의 광을 상기 표시면에 출력하는 광학 소자를 각각 포함하는 복수의 화소 영역과,
    입사광을 각각 수광하고 광전 변환하는 제1의 수광 소자와 제2의 수광 소자를 쌍으로 각각 포함하는 복수의 센서 영역과,
    상기 센서 영역 내에서 상기 제1의 수광 소자와 상기 표시면 사이에 배치되고, 가시광역의 입사광을 흡수하여 차단하고, 비가시광역의 입사광을 투과하는 광학 필터부와,
    상기 센서 영역 내에서, 상기 제1의 수광 소자에 대해 근접 배치되는 상기 제2의 수광 소자와 상기 표시면 사이에 배치되고, 입사광을 흡수하여 차단하는 재료로 이루어지고, 적어도 상기 제2의 수광 소자의 측의 면에서의 광반사가 억제된 광흡수성의 차광부와,
    상기 제1의 수광 소자의 출력과, 상기 제2의 수광 소자의 출력으로부터 차분을 구하는 연산부를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필터부가, 특정한 파장역의 광을 선택적으로 흡수하고, 그 밖의 파장역의 광을 투과시키는 유기 안료를 레지스트에 분산시킨 제1의 안료분산 레지스트로 형성되고,
    상기 차광부가, 광의 전파장역에 관해 흡수성을 갖는 유기 또는 무기의 안료를 레지스트에 분산시킨 제2의 안료분산 레지스트로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필터부가, 특정한 제1의 파장역의 광을 선택적으로 흡수하고, 그 밖의 제2의 파장역의 광을 투과시키는 유기 안료를 레지스트에 분산시킨 제1의 안료분산 레지스트로 형성되고,
    상기 차광부가,
    상기 제1의 안료분산 레지스트의 층과,
    상기 제1의 안료분산 레지스트의 층의 상기 표시면과 반대의 측에 배치되고, 상기 제2의 파장역의 광을 선택적으로 흡수하고 상기 제1의 파장역의 광을 투과시키는 유기 안료를 레지스트에 분산시킨 제3의 안료분산 레지스트의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필터부가, 특정한 제1의 파장역의 광을 선택적으로 흡수하고, 그 밖의 제2의 파장역의 광을 투과시키는 유기 안료를 레지스트에 분산시킨 제1의 안료분산 레지스트로 형성되고,
    상기 차광부가,
    금속막과,
    적어도 상기 금속막의 표면과 반대의 면에 형성된 반사 방지막을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사 방지막은, 입사광을 감쇠하는 광흡수성을 갖는 반사 방지막인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 정보가 표시되는 표시면과,
    입력된 데이터에 응한 강도의 광을 발생하고, 상기 광을 상기 표시면에 출력하는 광학 소자를 각각 포함하는 복수의 화소 영역과,
    입사광을 각각 수광하여 광전 변환하는 한쌍의 수광 소자를 각각 포함하는 복수의 센서 영역과,
    상기 복수의 센서 영역 중 대응하는 하나의 센서 영역 내에서 제1의 수광 소자와 상기 표시면 사이에 배치되고, 가시광역의 입사광을 흡수하여 차단하고, 비가시광역의 입사광을 투과하는 광학 필터부와,
    상기 복수의 센서 영역중 대응하는 하나의 센서 영역 내에서, 상기 제1의 수광 소자에 대해 근접 배치되는 제2의 수광 소자와 상기 표시면 사이에 배치되고, 상기 표시면측으로부터 입사하는 특정 파장역의 비가시광을 반사하고, 상기 특정 파장역 이외의 파장역의 광을 투과하고, 상기 표시면측과 반대의 측으로부터 입사하는 광을 투과하는 파장 선택 미러부와,
    상기 제1의 수광 소자의 출력 신호와, 상기 제2의 수광 소자의 출력 신호로부터 차분을 구하는 연산부를 갖고,
    상기 파장 선택 미러부는, 상기 표시면측으로부터 입사하는 특정 파장역의 비가시광을 선택적으로 반사하고, 상기 표시면측으로부터 입사하는 상기 특정 파장역 이외의 비가시광 및 가시광, 및, 상기 표시면측과 반대의 측으로부터 입사하는 광을 투과하는, 콜레스테릭 액정 조성물을 함유하는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2의 안료 분산 레지스트는, 카본 미립자를 아크릴계 감광 레지스트에 분산시킨 안료 분산 레지스트인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제3의 안료 분산 레지스트는, 카본 미립자를 아크릴계 감광 레지스트에 분산시킨 안료 분산 레지스트인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    유리 기판을 갖고,
    상기 화소 영역에 있어서의 컬러 필터와, 상기 센서 영역에 있어서의 상기 광학 필터부와, 상기 센서 영역에 있어서의 상기 차광부가, 상기 유리 기판의, 상기 제1 및 제2의 수광 소자의 측의 면에 형성되고,
    상기 컬러 필터, 상기 광학 필터부 및 상기 차광부가 평탄화막으로 덮이고,
    상기 평탄화막의, 상기 제1 및 제2의 수광 소자의 측의 평탄화된 면에, 배향막이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 수광 소자 및 상기 제2의 수광 소자의 각각은,
    상기 표시면의 측으로부터의 입사광을 광전 변환하는 박막 반도체층과,
    상기 박막 반도체층의, 상기 표시면과 반대의 측에 배치되고, 상기 박막 반도체층의 공핍화를 촉진하고 감도 조정하는 제어 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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