WO2006118028A1

WO2006118028A1 - 液晶表示装置

Info

Publication number: WO2006118028A1
Application number: PCT/JP2006/308155
Authority: WO
Inventors: Hiromi Katoh; Yoshihiro Izumi
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2006-11-09
Also published as: JP4749418B2; JPWO2006118028A1; US7903214B2; US20090073345A1

Abstract

　アクティブマトリクス基板２と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、液晶表示パネルをアクティブマトリクス基板２側から照明するバックライト装置１０とを備える液晶表示装置において、アクティブマトリクス基板２の液晶層側の基板面における表示領域６の周辺の領域に、周囲の光の強度を検出するため、光センサ５を備えておく。光センサ５は、バックライト装置１０の出射光の指向性が最も高い方向（Ｘ方向）に垂直な表示領域６の外縁６ｄの側に、配置する。

Description

明細書

液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、光センサを備えた液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、液晶表示装置として、周囲の光 (以下、「外光」と称す。）の強度を検出するため、いわゆる環境センサ（以下「アンビエントセンサ」という。）を備えたものが知られている（例えば、特許文献 1及び特許文献 2参照。 ) ₀このような液晶表示装置では、検出された外光の強度に応じて、バックライト装置が照射する光の強度が調整される。

[0003] 具体的には、透過型液晶表示装置の場合、屋外など明るい環境下ではバックライト装置の光強度を高くし、夜間や室内など比較的暗い環境下ではバックライト装置の光強度を低くしている。このため、アンビエントセンサを備えた液晶表示装置によれば、画面の視認性の向上や、低消費電力化及び長寿命化が実現される。アンビエントセンサを備えた液晶表示装置は、特に、屋外に持ち出して使用する機会が多い携帯端末装置 (例えば、携帯電話、 PDA,携帯ゲーム機器等)の表示装置として有用である。

[0004] アンビエントセンサの例としては、フォトダイオードやフォトトランジスタといった光センサが挙げられる。液晶表示装置への光センサの搭載は、表示パネル上に、ディスクリート部品によって提供された光センサを実装することによって行うことができる（例えば、特許文献 3参照。 )₀また、近年においては、部品点数の削減による製造コストの低下や、表示装置の小型化を図るため、表示パネルを構成しているアクティブマトリタス基板にモノリシックに光センサを形成する試みもなされている（例えば、特許文献 4参照。；)。この場合、光センサは、アクティブ素子 (TFT)の形成プロセスを利用して形成される。

[0005] ここで、図 14を用いて、光センサを搭載した液晶表示装置の構成について説明する。図 14は、従来の光センサを搭載した液晶表示装置の構成を示す図である。図 14 におヽては、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの概略構成が示されて！/ヽる。 [0006] 図 14に示すように、液晶表示パネルは、アクティブマトリクス基板 101と対向基板 1 03とで液晶層 102を挟み込んで構成されて、る。アクティブマトリクス基板 101において液晶層 102と接する領域は表示領域である。表示領域には、複数の画素がマトリクス状に配置されている。画素は、アクティブ素子と画素電極とを備えている。また、光センサ 104は、表示領域の周辺の領域 (以下「周辺領域」という。 )に、アクティブ素子の形成プロセスを利用して、モノリシックに形成されている。

[0007] アクティブマトリクス基板 101の裏面側（アクティブ素子が形成されて!、な、側）には、バックライト装置が配置されている。図 14の例では、バックライト装置は、サイドライト方式のノックライト装置であり、主に、導光板 108と、光源 105とを備えている。光源 1 05は、蛍光ランプ 106とランプリフレクタ 107とで構成されている。また、導光板 108 の下面及び側面（図示せず）には、反射シート 109が貼付されている。更に、導光板 108の上面（出射面）には、拡散シート 110とプリズムシート 111とが順に貼付されている。

[0008] 光源 105から出射された光は、導光板の内部で反射され、導光板 108の上面（出射面)から出射される。導光板 108の出射面から出射された光は、先ず、拡散シート 110に入射し、拡散する。これにより、輝度ムラの低減が図られる。更に、拡散シート 1 10を通過した光は、プリズムシート 111によって屈折し、出射面の法線に略平行な平行光となって、アクティブマトリクス基板 101、液晶層 102、及び対向基板 103を順に通過する。

[0009] また、このとき、ノックライト装置の制御装置（図 14において図示せず）は、光センサ 104によって検出された外光の強度に応じて、バックライト装置の光源 105が出射する光の強度を調整する。このため、図 14に示す液晶表示装置を用いれば、画面の視認性の向上を図ることができ、また低消費電力化や長寿命化を実現できる。

特許文献 1：特開平 4— 174819号公報

特許文献 2：特開平 5— 241512号公報

特許文献 3 :特開 2002— 62856号公報 (第 12図-第 14図）

特許文献 4:特開 2002— 175026号公報 (第 12図）

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0010] し力しながら、従来の表示装置において、導光板 108の出射面から出射され、プリズムシート 111を通過した光は完全な平行光ではない。このため、図 14に示すように、導光板 108から出射した光の一部は、液晶層 102に入射せずに、アクティブマトリクス基板 101の両主面において界面反射を繰り返し、迷光 112となる。

[0011] 更に、迷光 112は、上記図 14の例のように、光センサ 104がアクティブマトリクス基板にモノリシックに形成されている場合、光センサ 104に入射することがある。このような場合、迷光 112は、光センサ 104にとつてノイズとなり、光センサ 104における外光の検出精度を低下させてしまう。また、この結果、液晶表示装置においては、画面の輝度調整を適切に行うのが困難になる。

[0012] 本発明の目的は、上記問題を解消し、外光を検出する際の検出精度の低下を抑制し得る液晶表示装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0013] 上記目的を達成するために本発明における第 1の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側力も照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面に表示領域を有し、且つ、前記表示領域の周辺の周辺領域に、周囲の光の強度を検出する光センサを備え、前記表示領域は、互いに直行する第 1の辺と第 2の辺とを含む矩形状に形成され、前記バックライト装置は、前記第 1の辺に平行な方向において前記第 2の辺に平行な方向よりも強い指向性を有する光を出射し、前記光センサは、前記周辺領域において、前記第 1の辺よりも前記第 2の辺に近い位置に配置されることを特徴とする。

[0014] また、上記目的を達成するために本発明における第 2の液晶表示装置は、ァクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側力照明するノックライト装置とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、周囲の光の強度を検出するための光センサを備え、前記光センサは、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向と交差する前記表示領域の外縁の側に、配置されていることを特徴とする。

発明の効果

[0015] アクティブマトリクス基板内での界面反射においては、光学の原理力もアクティブマトリタス基板の法線を基準とする入射角および反射角が大き!ヽ光ほど界面反射をする成分が増加し迷光が増加する。言い換えれば、入射角及び反射角が小さい光の成分は、界面反射が少なぐまた、光センサに到達するまでの界面反射回数も増加するので、殆どの場合、迷光とはならない。

[0016] このため、本発明において、光センサは、迷光の界面反射率が最も小さくなるように、更に、迷光が光センサに入射するために必要な反射回数が最も大きくなつて、光センサへと向力迷光が最も減衰するように配置されている。従って、本発明の液晶表示装置によれば、迷光が、アクティブマトリクス基板に設けられた光センサに入射するのを抑制でき、この結果、検出精度の低下を抑制できる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

[図 2]図 2は、図 1に示したバックライト装置の概略構成を示す斜視図である。

[図 3]図 3は、図 2に示すバックライト装置の出射光の特性線図を示す図である。

[図 4]図 4は、図 2に示すバックライト装置の出射光の出射特性を概念的に示す図である。

[図 5]図 5は、アクティブマトリクス基板内で反射を繰り返す迷光を示す図であり、図 5 ( a)は X方向に沿った断面で示し、図 5 (b)は Y方向に沿った断面で示して！/、る。

[図 6]図 6は、図 1に示す液晶表示装置における光センサとバックライト装置の光源との位置関係を示す平面図である。

[図 7]図 7は、図 1に示したアクティブマトリクス基板に形成されているアクティブ素子の構成を示す断面図である。

[図 8]図 8は、図 1に示した光センサの具体的構成を示す断面図である。

[図 9]図 9は、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。

[図 10]図 10は、図 9に示した集光レンズの一部分を示す斜視図である。

[図 11]図 11は、集光レンズの他の例を示す斜視図である。

[図 12]図 12は、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。

[図 13]図 13は、図 12に示した液晶表示装置の一部分を拡大して示す断面図であり

、図 12中の切断線 L—じに沿って切断された断面を示している。

[図 14]図 14は、従来の光センサを搭載した液晶表示装置の構成を示す図である。発明を実施するための最良の形態

[0018] 本発明における第 1の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記ァクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面に表示領域を有し、且つ、前記表示領域の周辺の周辺領域に、周囲の光の強度を検出する光センサを備え、前記表示領域は、互いに直行する第 1の辺と第 2の辺とを含む矩形状に形成され、前記バックライト装置は、前記第 1の辺に平行な方向において前記第 2の辺に平行な方向よりも強い指向性を有する光を出射し、前記光センサは、前記周辺領域において、前記第 1の辺よりも前記第 2の辺に近い位置に配置されることを特徴とする。

[0019] 上記第 1の液晶表示装置においては、前記表示領域を法線方向から観測することによって得られ、且つ、縦軸を輝度、横軸を出射光の出射角度とする、前記バックライト装置力も出射される光の特性線図が、前記第 1の辺に平行な方向において、前記第 2の辺に平行な方向よりも急峻なピーク特性を有しているのが良い。

[0020] また、上記第 1の液晶表示装置では、前記バックライト装置が、導光板と、前記導光板の一の側面に配置された光源とを備えている態様とできる。この場合、前記バックライト装置の光源が、前記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダィオードを備え、前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが配置された前記一の側面が、前記第 1の辺に平行な方向に垂直となるように、配置されているのが好ましい。これにより、一層、光センサへの迷光の入射を抑制できる。 [0021] 本発明における第 2の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記ァクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、周囲の光の強度を検出するための光センサを備え、前記光センサは、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向と交差する前記表示領域の外縁の側に、配置されていることを特徴とする。

[0022] 上記第 2の液晶表示装置においては、前記指向性がより高い方向は、縦軸を輝度、横軸を出射光の出射角度とする、前記バックライト装置の出射光の特性線図を、前記表示画面を法線方向から観測することによって得た場合に、前記特性線図のピーク特性が最も急峻となる方向とすることができる。

[0023] また、上記第 2の液晶表示装置にぉ、ては、前記表示領域が矩形状を呈し、前記バックライト装置が、導光板と、前記導光板の一つの側面に配置された光源とを備えた態様であっても良い。更に、この場合、前記バックライト装置の光源が、前記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードを備え、前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが配置された前記一の側面が、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高、方向に垂直となるように、配置されて、るのが好ましい。これにより、一層、光センサへの迷光の入射を抑制できる。

[0024] また、上記第 1の液晶表示装置及び上記第 2の液晶表示装置は、前記アクティブマトリタス基板に形成された複数の画素それぞれ毎に、または一直線状に並ぶ画素群毎に、前記バックライト装置の出射光を集光させる集光レンズを更に備え、前記集光レンズは、前記アクティブマトリクス基板と前記バックライト装置との間に、前記ァクティブマトリクス基板の厚み方向にぉ、て前記光センサと重ならな、ように配置されてヽる態様とすることもできる。この態様とした場合は、光センサへの迷光の入射を抑制しつつ、バックライト装置からの出射光の利用効率を高めることができる。

[0025] 更に、上記第 1の液晶表示装置及び上記第 2の液晶表示装置においては、前記ァクティブマトリクス基板に複数のアクティブ素子が形成され、前記光センサの少なくとも一部の構成部材が、前記アクティブ素子の構成部材と同一のプロセスによって、前記アクティブマトリクス基板に形成されていても良い。この場合は、部品点数の削減による製造コストの低下や、表示装置の小型化を図ることができる。

[0026] また、上記第 1の液晶表示装置及び上記第 2の液晶表示装置は、前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向にぉ、て前記対向基板と重ならな、ように配置されている態様とできる。反対に、上記第 1の液晶表示装置及び上記第 2の液晶表示装置は、前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なるように配置され、前記対向基板を通過した前記周囲の光を受光する態様とすることちでさる。

[0027] 前者の場合は、周辺領域の広いところに光センサを配置できるため、配線の自由度を確保できる。一方、後者の場合は、配線の自由度は小さくなるが、光センサ周辺の回路に周囲の光が入射するのを抑制できるため、周辺の回路を構成する素子や配線の劣化を抑制できる。また、後者の場合において、前記対向基板又は前記ァクティブマトリクス基板がブラックマトリクス層を備えているときは、前記ブラックマトリクス層には、前記周囲の光を前記光センサに入射させるための開口を備えておくのが良い。

[0028] また、上記第 1の液晶表示装置及び上記第 2の液晶表示装置にぉ、て、前記バックライト装置が、導光板と、記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードとを備えている場合 (上記第 2の液晶表示装置においては、更に、前記表示領域が矩形状を呈している場合)であるならば、前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが、前記光センサが近接して!/、る前記表示領域の辺と対向する辺に近接するように、配置されているのが好ましい。この場合は、光センサと光源との距離を大きくできるため、迷光の光センサへの入射は、より一層、抑制される。

[0029] (実施の形態 1)

以下、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態 1における液晶表示装置は、バックライト装置力も出射される光（以下、「出射光」という。）の出射特性に合わせて、外光検出用の光センサをレイアウトし、これにより、迷光による検出精度の低下を抑制している。以下、図 1〜図 7を用いて説明する。 [0030] 図 1及び図 2に基づいて、本実施の形態 1における液晶表示装置の概略構成を説明する。図 1は、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図 2は、図 1に示したバックライト装置の概略構成を示す斜視図である。図 1に示すように、本実施の形態 1における液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板 2と対向基板 4との間に液晶層 3を挟みこんで形成した液晶表示パネル 1と、ノックライト装置 10とを備えている。対向基板 4には、図示していないが、カラーフィルタ、共通電極、ブラックマトリクス層等が設けられている。

[0031] アクティブマトリクス基板 2において液晶層 3と接触する領域は表示領域である。表示領域には、図 1においては示していないが、アクティブ素子と画素電極とを備えた複数の画素がマトリクス状に形成されている。表示領域は矩形状を呈している。また、アクティブマトリクス基板 2は、外光の強度を検出するため、液晶層 3側の基板面における表示領域の周辺の領域 (以下、「周辺領域」という。）に、光センサ 5を備えている

[0032] 本実施の形態 1において、光センサ 5は、後述の図 7に示すように、アクティブ素子の形成工程を用いて、アクティブマトリクス基板 2のベース基板 (ガラス基板)上にモノリシックに形成されている。なお、「ガラス基板上にモノリシックに形成される」とは、物理的プロセスおよび Zまたは化学的プロセスにより、ガラス基板上に直接に素子が形成されることを意味し、半導体回路がガラス基板に実装されることを含まな、意である

[0033] 図 1においては示していないが、アクティブマトリクス基板 1は、周辺領域に、水平駆動回路や垂直駆動回路も備えている。また、アクティブマトリクス基板 1には、 FPCを介して外部基板（図 1において図示せず)が接続されている。外部基板には、 ICチップ（図 1において図示せず）が実装されている。 ICチップとしては、液晶表示装置内部で使用される電源電圧を発生させる基準電源回路を備えたものや、水平駆動回路及び垂直駆動回路の制御を行うための制御回路を備えたもの等が挙げられる。

[0034] 図 1及び図 2に示すように、ノックライト装置 10は、光源 11と導光板 12とを備えたサイドライト方式のノックライト装置であり、液晶表示パネル 1をアクティブマトリクス基板 2側から照明している。本実施の形態 1では、背景技術において図 14に示した例と異なり、光源 11として、複数個の発光ダイオード l la〜l lcを備えている。これにより、光源として蛍光ランプ（図 14参照）を使用する場合に比べて、ノックライト装置 10の軽量ィ匕及び薄型化が図られている。

[0035] 発光ダイオード l la〜l lcは、導光板 12の一つの側面に沿って一列に配置されている。また、導光板 12の下面には、導光板 12の内部に入射した光源 11からの光を導光板 12の全体へと導くため、複数のプリズム 13が設けられている。複数のプリズム 13は、断面が三角形状の溝である。

[0036] また、本実施の形態 1においても、背景技術において図 14に示した例（以下、「従来例」という。）と同様に、導光板 12の下面及び側面（図示せず）には、反射シート 14 が貼付されている。更に、導光板 12の上面には、従来例と同様に、拡散シート 15とプリズムシート 16とが順に貼付されている。

[0037] また、本実施の形態 1においても、従来例と同様に、バックライト装置 10の出射光は完全な平行光ではない。図 2に示すように、ノックライト装置 10からの出射光には、バックライト装置 10の出射面 10aの法線に平行に進む光線 17と、法線に対して傾斜した方向に進む光線 18とを含んでいる。よって、本実施の形態 1においても、ァクティブマトリクス基板 2内に迷光が生じるときがある。

[0038] 更に、バックライト装置 10の出射光の発散度 (指向性）は、方向によって異なっている。例えば、出射面 10aの法線方向を Z方向とし、 Z方向に垂直であって、互いに直行する方向を X方向及び Y方向とすると、 X方向と Y方向とで、発散度 (指向性）は異なっている。なお、本実施の形態 1において、 X方向及び Y方向は、表示領域のいずれかの辺に平行な方向である。

[0039] ここで、図 3及び図 4を用いて、図 1及び図 2に示したバックライト装置 10の出射光の出射特性について説明する。図 3は、図 2に示すバックライト装置の出射光の特性線図を示す図である。図 4は、図 2に示すバックライト装置の出射光の出射特性を概念的に示す図である。図 5は、アクティブマトリクス基板内で反射を繰り返す迷光を示す図であり、図 5 (a)は X方向に沿った断面で示し、図 5 (b)は Y方向に沿った断面で示している。

[0040] 図 3に示す特性線図は、液晶表示パネルの表示領域 (表示画面）を法線方向から観測することによって得られている。具体的には、図 3に示す特性線図は、輝度計によって測定された表示領域 (表示画面）の輝度分布から求められている。また、図 3において、縦軸は輝度を示し、横軸は出射光の出射角度を示している。出射角度は、出射面 10aの法線 (Z軸：図 2参照）を基準とする角度である。

[0041] 更に、図 3において、「X」と示されている特性線図は、 X方向についての特性線図であり、 X—Z平面内にある光線の輝度と出射角度との関係を示している。また、「Y」と示されている特性線図は、 Υ方向についての特性線図であり、 Υ— Ζ平面内にある光線の輝度と出射角度との関係を示している。

[0042] 図 3に示すように、 X方向についての特性線図のピーク特性は、 Υ方向についての特性線図のピーク特性よりも、急峻となっている。このことから、図 1及び図 2に示したノックライト装置 10の出射光の発散度は、 Υ方向にぉ、て X方向よりも大きくなつて、る。また、 X方向は、 Υ方向に比べて、ノックライト装置 10の出射光の指向性が高い方向である。

[0043] このように、発光ダイオード l la〜l lcが配置された側面に垂直な方向が指向性の高い方向となる。これは、発光ダイオードからの光を導光板の側面力も入射させて、プリズム等の光学部材で導光板の上面に向けて出射させるバックライト装置では、その光学の原理により、発光ダイオードからの光の発散度 (指向性）がそのまま Y方向の出射光の発散度 (指向性）に反映されるからである。一方、 X方向においては、光学部材で出射させることのできる角度成分が、それぞれの光学部材により制約があるので、一般的に、 Y方向に比べて発散度が小さい (指向性が高い)光成分だけが出射するからである。

[0044] また、導光板 12から出射する光は、導光板 12内の界面反射の条件を外れた光成分であり、一般的に出射角は非常に大きぐ導光板 12の上面にあるプリズムシート 16 等の光学部材によって、導光板 12に対して略垂直とされる。導光板 12のプリズム 13 は界面反射条件を外す役目も担っている。よって、図 1に示すように、 X— Z平面から出射光を見た場合には、出射光は、相対的に狭い角度で出射され、相対的に小さな発散度 (高い指向性)を有する。これに対して、図 2に示すように、 Y—Z平面から出射光を見た場合には、当該出射光は、相対的に広い角度で出射され、その指向性は低いといえる。

[0045] 更に、プリズム 13を形成している溝は、 Y方向に伸びるよう形成された斜面を有している。このため、プリズム 13は、 X—Z平面内において光の方向を変える役割を果たす力 Y— Z平面内において光の方向を変える役割は殆ど果たさない。従って、プリズム 13によって Z方向に曲げられた出射光は、丫ー2平面(丫方向）においては相対的に大きな発散度 (低!、指向性)を有する。

[0046] なお、ここでは、 X方向と Y方向との間で発散度 (指向性）に差が出る原理の一例として、導光板 12にプリズム 13が形成されたものについて説明を行った力導光板 12 の構造はこれに限らない。即ち、側方力も光を入射させるタイプの導光板 12であれば、ほぼ同様の原理により X方向と Y方向との間で発散度 (指向性）に差が発生する。本実施の形態 1においては、ノックライト装置は、 X方向と Y方向とで異なる指向性を有するものであれば良ぐ特に限定なく用いることができる。

[0047] バックライト装置 10の出射面 10aでの出射光の出射特性を概念的に表すと、図 4に示すものとなる。図 4において、 19は、バックライト装置 10の出射面 10a上の任意の箇所での輝度分布を示している。図 4に示すように、ノックライト装置 10の出射面 10 aからは、楕円状に拡がる光が出射されている。また、楕円の短軸は X軸に一致し、長軸は Y軸に一致する。

[0048] よって、強度が同一の、 X— Z平面内にあって法線に対して傾斜している光線（以下、「X光線」）と、 Y—Z平面内にあって法線に対して傾斜している光線 (以下、「Y光線」）とが、出射面 10aの同一箇所から出射され、これらがともに迷光となった場合は、図 5に示すように、アクティブマトリクス基板 2の両主面で界面反射が繰り返される。つまり、図 5 (a)に示すように、 X方向断面 (X—Z平面）においては、液晶層 3 (図 1参照 )に入射しなカゝつた光は、入射角 a でアクティブマトリクス基板に入射した後、反射角

X

β で反射を繰り返す。一方、図 5 (b)に示すように、 Υ方向断面 (Υ— Ζ平面）におい

X

ては、液晶層 3 (図 1参照）に入射しな力つた光は、入射角 a )でアクティブマ

Y、> a

X

トリタス基板に入射した後、反射角 ι8 ( > β

Υ X )で反射を繰り返す。

[0049] この場合、 X方向における入射角 a は、 Y方向における入射角 a より小さぐまた

X Y

、X方向における反射角 j8 も、 Y方向における反射角 j8 より小さくなる。従って、 X 光線が表示領域の外縁に到達するまでに必要な反射回数は、 Y光線が表示領域の外縁に到達するまでに必要な反射回数よりも多くなる。よって、両者が表示領域の外縁に到達したとき、 X光線は、 Υ光線に比べて、大きく減衰されている。また、入射角の差から、 Υ光線の界面反射率は、 X光線の界面反射率よりも高くなることから、反射を繰り返しながら X方向に進む迷光の光量は、反射を繰り返しながら Υ方向に進む迷光の光量よりも小さくなつて！/、る。

[0050] ここで、図 6を用いて、光センサが配置される位置について説明する。図 6は、図 1 に示す液晶表示装置における光センサとバックライト装置の光源との位置関係を示す平面図である。図 3〜図 5を用いて説明したように、本実施の形態 1においては、 X 光線による迷光は、表示領域の外縁 (辺）に到達するまでに最も減衰され、強度が小さくなつている。従って、外光の検出精度の低下を抑制するためには、光センサ 5は、図 6に示すように、 X方向に垂直な表示領域 6の辺 6c又は辺 6dの側に配置すれば良い。言い換えると、光センサ 5は、 X方向に平行な辺 6a又は 6bよりも、 Y方向に平行な辺 6c又は辺 6dに近、位置に配置するのが良!、。

[0051] また、本実施の形態 1においては、表示領域 6の辺 6c及び辺 6dのうち、辺 6d側には、アクティブマトリクス基板 2の周辺領域が大きく採られている。このため、アクティブマトリクス基板の外形サイズの増加抑制の点から、本実施の形態 1においては、光センサ 5は、表示領域 6の辺 6dの近傍に配置されている。また、このとき、光センサ 5は、その中心から短辺（辺 6d)までの距離 L1が、その中心から長辺（辺 6b)までの距離 L2よりも短くなる位置に配置されている。

[0052] 以上のように、本実施の形態 1においては、バックライト装置 10の出射光の指向性が高い方向に垂直な表示領域 6の外縁の側に、光センサ 5を配置することによって、迷光が光センサ 5に入射するのを抑制している。このため、本実施の形態 1によれば、外光を検出する際の検出精度が低下するのを抑制できる。

[0053] また、本実施の形態 1における液晶表示装置においても、背景技術において図 14 に示した液晶表示装置と同様に、光センサはアクティブマトリクス基板上に、モノリシックに形成されている。この点について、図 7及び図 8を用いて説明する。

[0054] 図 7は、図 1に示したアクティブマトリクス基板に形成されているアクティブ素子の構成を示す断面図である。図 7に示すように、アクティブ素子 20は、ガラス基板 7上に形成されたシリコン膜 21と、その上層に配置されたゲート電極 28とを備えている。ガラス基板 7は、アクティブマトリクス基板 2 (図 1参照）のベース基板である。図 7において、ガラス基板 7につヽてはハッチングを省略して、る。

[0055] シリコン膜 21は、ガラス基板 7上にシリコン膜を成膜し、これにフォトリソグラフィとェツチングを実施することによって形成される。このとき成膜するシリコン膜としては、ァモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、低温ポリシリコン膜、又は CG (連続粒界結晶）シリコン膜等が挙げられる。

[0056] また、図 7の例では、アクティブ素子 20は n型の TFTである。よって、シリコン膜 21 には、 TFTのソース又はドレインとなる n型の半導体領域 21a及び 21cが形成されている。 n型の半導体領域 21a及び 21cの形成は、ヒ素等の n型の不純物のイオン注入によって行われている。 21bは、 TFTのチャネルとなるチャネル領域を示している。

[0057] ゲート電極 28とシリコン膜 21との間には、第 1の層間絶縁膜 26が介在している。第 1の層間絶縁膜 27のゲート電極 28の直下にある部分は、ゲート絶縁膜として機能している。また、第 1の層間絶縁膜 26の上には、ゲート電極 28を被覆するように第 2の層間絶縁膜 27が形成されて、る。

[0058] 図 7の例では、第 1の層間絶縁膜 27は、シリコン膜 21の形成後に、 CVD法によつてシリコン窒化膜やシリコン酸ィ匕膜を成膜することによって形成される。ゲート電極 28 は、第 1の層間絶縁膜 26の上に CVD法等によってシリコン膜等の導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングを実施することによって形成される。第 2の層間絶縁膜 27は、ゲート電極 28の形成後に、第 1の層間絶縁膜 26と同様の方法によって形成される。

[0059] 更に、第 1の層間絶縁膜 26及び第 2の層間絶縁膜 27を貫通するようにコンタクトプラグ 22及び 23が形成されている。コンタクトプラグ 22及び 23は、第 1の層間絶縁膜 2 6及び第 2の層間絶縁膜 27を貫通するコンタクトホールを形成し、それに導電材料を充填することによって形成される。第 2の層間絶縁膜 27の上には、コンタクトプラグ 22 又は 23に接続される電極パターン 24及び 25も形成されている。電極パターン 24及び 25は、第 2の層間絶縁膜 27の上に形成された導電膜を、これをフォトリソグラフィとエッチングによってパターユングすることで形成される。

[0060] 図 8は、図 1に示した光センサの具体的構成を示す断面図である。図 8に示すように、本実施の形態 1において、光センサ 5は、 PIN型のフォトダイオードである。光センサ 5は、ガラス基板 7上に形成されたシリコン膜 31を備えている。シリコン膜 31には、 p型の半導体領域 (p層） 31a、真性半導体領域 (i層） 31b、及び n型の半導体領域（ n層） 31cが形成されている。

[0061] また、光センサ 5の上面には、第 1の層間絶縁膜 36と第 2の層間絶縁膜 37とが順に積層されている。更に、光センサ 5の p層 31aは、コンタクトプラグ 32によって電極パターン 34に接続され、 n層 31bは、コンタクトプラグ 33によって電極パターン 35に接続されている。

[0062] 更に、光センサ 5の構成部材は、図 7に示したアクティブ素子 20の構成部材と同一のプロセスによって形成されている。具体的には、光センサ 5のシリコン膜 31は、図 7 に示したアクティブ素子 20のシリコン膜 21と同一のシリコン膜である。光センサ 5のシリコン膜 31は、図 7に示したアクティブ素子 20のシリコン膜 21の形成工程により、シリコン膜 21と同時に形成される。

[0063] また、シリコン膜 31の n層 31c及び p層 31aは、アクティブ素子 20 (図 7参照）や、水平駆動回路（図示せず)、垂直駆動回路（図示せず)の p型又は n型の半導体領域の形成工程 (イオン注入工程）によって形成される。例えば、シリコン膜 31の n層 31cは、図 7に示したアクティブ素子 20の半導体領域 21 a及び 21 cの形成工程 (イオン注入工程）によって形成できる。アクティブ素子 20の半導体領域 21a及び 21cが、注入条件の異なる複数回のイオン注入によって行われる場合は、この中から、 n層 31cの形成に最適なイオン注入が選択される。

[0064] なお、シリコン膜 31の i層 31bは、 n層 31cや p層 31aよりも電気的に中性であれば良い。具体的には、 i層 3 lbは、その不純物濃度が、 n層 31cの不純物濃度及び p層 3 laの不純物濃度より薄くなるように形成する。例えば、 i層 31bは、イオン注入時に i層 31bの形成領域にマスクを設けることによって、又は成膜されたシリコン膜が電気的に中性でない場合は、 i層 31bの形成領域にイオン注入を行うことによって、形成できる。また、イオン注入を行う場合は、図 7に示したアクティブ素子 20や、水平駆動回路、垂直駆動回路（図示せず)等の形成時に行われるイオン注入工程の中から、最適な条件のものを選択し、それを利用できる。

[0065] 更に、光センサ 5を被覆する第 1の層間絶縁膜 36は、図 7に示したアクティブ素子 2 0の第 1の層間絶縁膜 26と同一の絶縁膜であり、アクティブ素子 20の第 1の層間絶縁膜 26の成膜工程を用いて形成される。同様に、第 2の層間絶縁膜 37も、図 7に示したアクティブ素子 20の第 2の層間絶縁膜 27と同一の絶縁膜であり、アクティブ素子 20の第 2の層間絶縁膜 27の成膜工程を用いて形成される。

[0066] (実施の形態 2)

次に、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置について、図 9〜図 11を参照しながら説明する。図 9は、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。図 10は、図 9に示した集光レンズの一部分を示す斜視図である。図 11は、集光レンズの他の例を示す斜視図である。

[0067] 図 9に示すように、本実施の形態 2における液晶表示装置は、実施の形態 1における液晶表示装置と異なり、バックライト装置 10と液晶表示パネル 1との間に、集光レンズ 40と透明の榭脂層 42とを備えている。これ以外の点については、本実施の形態 2 における液晶表示装置は、実施の形態 1における液晶表示装置と同様に構成されている。本実施の形態 2においても、光センサ 5は、ノックライト装置 10からの出射光の指向性が高、方向に垂直な表示領域の外縁の側に配置されて、る。

[0068] アクティブマトリクス基板 2は、ベース基板 (ガラス基板)上に、シリコン膜、画素電極、絶縁膜、金属配線等を形成することによって構成されているが、このとき、金属配線等がバックライト装置 10の出射光に対して遮光膜として働く。従って、図 9に示すように、アクティブマトリクス基板 2は、画素に相当する箇所に開口部 2aが設けられ、画素の周辺に遮光部 2bが設けられた構造を備えている。よって、ノックライト装置 10からの出射光のうち、遮光部 2bに当たる光は、液晶層 3及び対向基板 4を通過できないため、液晶表示装置においては、出射光の利用効率の向上が求められている。

[0069] 本実施の形態 2においては、液晶表示パネル 1とバックライト装置 10との間に、集光レンズ 40を配置し、バックライト装置 10の出射光を開口部 2aに集光させ、出射光の利用効率を高めている。具体的には、図 10に示すように、集光レンズ 40は、各画素に対応するレンズ素子（凹面) 41を備えており、画素毎に出射光を集光している。各レンズ素子によって集光された光は、開口部 2aに入射し、液晶層 3、対向基板 4を通過する。なお、榭脂層 42は、集光レンズ 40をアクティブマトリクス基板 1に固定するために用いられて、る。 4a〜4cはカラーフィルタを示して!/、る。

[0070] 集光レンズ 40の配置により、レンズの中心を通過した光線はまつすぐに進み、レンズの周辺部を通過した光はレンズ界面で屈折して進む。よって、レンズ素子 41を通過した光は、そのレンズ形状に応じて集光される。但し、集光レンズ 40を配置すると、ノックライト装置 10の出射光は、レンズ素子 41の焦点を通過した後に広がるため、結果的に、液晶表示装置の視野角は広くなる。

[0071] このとき、集光レンズ 40を備えた図 9に示した液晶表示装置の視野角が、集光レンズ 40を備えてな、図 1に示した液晶表示装置の視野角と同程度となるようにするためには、ノックライト装置側の指向性を高くする必要がある。つまり、図 9に示す液晶表示装置にお、て図 1に示した液晶表示装置と同程度の視野角を確保するのであれば、図 9に示すバックライト装置 10としては、実施の形態 1で図 1に示したバックライト装置よりも指向性が高いバックライト装置を用いることができる。

[0072] また、一般的に、バックライト装置は、指向性が高い方が、正面輝度を高く設計できるから、本実施の形態 2においては、正面輝度が高ぐ指向性の高いバックライト装置を用いることができる。更に、本実施の形態 2においては、集光レンズ 40の周辺部に入射する光、即ち、集光レンズ 40が備えられていなければ、遮光部 2bで遮られて表示に寄与しな力つた光力集光レンズ 40により屈折して進み、開口部 2aを通過する。以上の点から、本実施の形態 2における表示装置は、集光レンズ 40を備えることによって、結果として、実施の形態 1における表示装置に比べて、表示画面を明るくすることがでさる。

[0073] また、図 9に示すように、本実施の形態 2においては、集光レンズ 40は、アクティブマトリクス基板 2の厚み方向にぉ、て、光センサ 5と重ならな、ように形成されて!、る。このため、集光レンズ 40によって屈折した光力迷光となって、光センサ 5に入射するのが抑制されている。

[0074] また、本実施の形態 2においては、図 9に示すように、表示領域と光センサ 6との間には、アクティブマトリクス基板 2の厚み方向において集光レンズ 40が光センサ 5と重ならない領域 Aを設けておくのが好ましい。この場合は、領域 Aを通過するノックライト装置の出射光は、集光レンズの作用を受ける事が無ぐ指向性の高い光であるため、より一層、迷光の光センサ 5への影響を少なくすることができる。更に、この場合は、集光レンズ 40の形成領域をアクティブマトリクス基板 2の基板面に投影したときの投影領域と、光センサ 5との間の距離は、レンズ素子 44のレンズ直径以上に設定するのが好ましい。

[0075] 以上の説明により、本実施の形態 2によれば、迷光による検出精度の低下を抑制するとともに、ノックライト装置の出射光の利用効率を高めることもできる。なお、本実施の形態 2においては、図 10に示したように、複数のレンズ素子 41がアレイ状に配置された集光レンズ 40が使用されている力これに限定されるものではない。

[0076] 本実施の形態 2においては、例えば、図 11に示す集光レンズ 43を使用することもできる。集光レンズ 43は、複数のリブ状の凸レンズ 44を備えたレンチキュラーレンズでる。集光レンズ 43は、一直線状に並ぶ画素群ごとに、ノックライト装置 10の出射光を集光する。また、集光レンズ 43は、凸レンズ 44が延びる方向が Y方向（図 6参照）となるように、配置するのが好ましい。これは、上述したように、図 9に示した、光源 11として発光ダイオードを用いるサイドライト方式のバックライト装置 10においては、出射光の指向性は、 Y方向よりも X方向において高めるのが容易だ力もである。

[0077] (実施の形態 3)

次に、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置について、図 12及び図 13を参照しながら説明する。図 12は、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。図 13は、図 12に示した液晶表示装置の一部分を拡大して示す断面図であり、図 12中の切断線 L—じに沿って切断された断面を示している。

[0078] なお、図 12及び図 13で用いられている符号のうち、図 1、 2、 4、 5、 6及び 9で示された符号と同一のものは、当該符号が示す部材と同一のものを示している。また、図 12は、バックライト装置については、光源となる発光ダイオード l la〜l lcのみを図示している。図 13は、バックライト装置の記載を省略している。 [0079] 図 12及び図 13に示すように、本実施の形態 3における液晶表示装置も、実施の形態 1における液晶表示装置と同様に、液晶表示パネル 1と、バックライト装置とを備えている。液晶表示パネル 1は、アクティブマトリクス基板 2と対向基板 4との間に液晶層 3を挟みこんで形成されている。なお、図 13において、 52は画素電極を示し、 53は保護膜を示している。また、 56は共通電極を示し、 57はカラーフィルタを示している。

[0080] また、図 12に示すように、本実施の形態 3においても、アクティブマトリクス基板 2の表示領域 6の周辺の領域に、光センサ 5が備えられている。光センサ 5は、ノックライト装置の出射光の指向性が高い方向 (X方向）に垂直な表示領域 6の外縁の側に配置されている。

[0081] 但し、本実施の形態 3においては、図 12に示すように、光センサ 5は、実施の形態 1 と異なり、辺 6c側に配置されている。光センサ 5が近接している辺 6cは、発光ダイォード l la〜l lcが近接している辺 6dと対向している。本実施の形態 3では、光センサ 5は、実施の形態 1に比べて、発光ダイオード l la〜l lcからの距離が遠くなるように配置されている。

[0082] つまり、本実施の形態 3では、光センサ 5は、実施の形態 1に比べて、発光ダイォード 11a〜： L ieから出射された光の減衰が大きぐ迷光が発生しにくい位置に配置されている。よって、本実施の形態 3によれば、より一層、迷光が光センサに入射するのを抑帘 Uすることができる。

[0083] また、光センサ 5を辺 6c側に配置するため、本実施の形態 3では、光センサ 5は、ァクティブマトリクス基板 2の対向基板 4と重なる領域上に配置される。更に、図 13に示すように、対向基板 4に形成されたブラックマトリクス層 55には、外光を光センサ 5に導くための開口 55aが設けられている。

[0084] このため、本実施の形態 3においては、光センサ 5には、対向基板 4を通過した外光のみが入射し、光センサ 5の受光部以外の部分、例えば、光センサ 5の周辺回路に外光が入射し難くなつている。よって、本実施の形態 3によれば、実施の形態 1に比べて、光センサ 5の周辺回路を構成する素子や配線の外光による劣化が抑制される。

[0085] 上述の実施の形態 1〜3は、ノックライト装置としてサイドライト方式のものを例示している。但し、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、ノックライト装置は、直下方式のノックライト装置であっても良い。また、バックライト装置の光源は特に限定されず、光源としては、例えば、蛍光ランプも挙げられる。

[0086] また、本発明において、光センサは、フォトダイオードに限定されるものではない。

本発明においては、フォトダイオード以外の光センサ、例えば、フォトトランジスタ等を用いることもできる。また、本発明において、光センサは、アクティブマトリクス基板にモノリシックに形成されていなくても良い。本発明は、アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光が入射する光センサを備えた液晶表示装置であれば、問題なく適用できる。

産業上の利用可能性

[0087] 本発明の液晶表示装置は、光センサを搭載して、外光の強度に応じて画面の輝度を調節する液晶表示装置に有用である。本発明の液晶表示装置は、産業上の利用可能性を有するものである。

Claims

請求の範囲

[1] アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、

前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面に表示領域を有し、且つ、前記表示領域の周辺の周辺領域に、周囲の光の強度を検出する光センサを備え、前記表示領域は、互いに直行する第 1の辺と第 2の辺とを含む矩形状に形成され、前記バックライト装置は、前記第 1の辺に平行な方向において前記第 2の辺に平行な方向よりも強い指向性を有する光を出射し、

前記光センサは、前記周辺領域において、前記第 1の辺よりも前記第 2の辺に近い位置に配置されることを特徴とする液晶表示装置。

[2] 前記表示領域を法線方向から観測することによって得られ、且つ、縦軸を輝度、横軸を出射光の出射角度とする、前記バックライト装置力出射される光の特性線図が、前記第 1の辺に平行な方向において、前記第 2の辺に平行な方向よりも急峻なピーク特性を有して、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[3] 前記バックライト装置が、導光板と、前記導光板の一の側面に配置された光源とを備えて!/、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[4] 前記バックライト装置の光源が、前記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードを備え、

前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが配置された前記一の側面が、前記第 1の辺に平行な方向に垂直となるように、配置されている請求項 3に記載の液晶表示装置。

[5] 前記アクティブマトリクス基板に形成された複数の画素それぞれ毎に、または一直線状に並ぶ画素群毎に、前記バックライト装置の出射光を集光させる集光レンズを更に備え、

前記集光レンズは、前記アクティブマトリクス基板と前記バックライト装置との間に、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向にぉ、て前記光センサと重ならな、ように配置されて!、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[6] 前記アクティブマトリクス基板に複数のアクティブ素子が形成され、

前記光センサの少なくとも一部の構成部材が、前記アクティブ素子の構成部材と同一のプロセスによって、前記アクティブマトリクス基板に形成されている請求項 1に記載の液晶表示装置。

[7] 前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重ならな、ように配置されて!、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[8] 前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なるように配置され、前記対向基板を通過した前記周囲の光を受光する請求項 1 に記載の液晶表示装置。

[9] 前記対向基板又は前記アクティブマトリクス基板がブラックマトリクス層を備え、前記ブラックマトリクス層は、前記周囲の光を前記光センサに入射させるための開口を備えて!/、る請求項 8に記載の液晶表示装置。

[10] 前記バックライト装置は、導光板と、記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードとを備え、且つ、前記複数の発光ダイオードが、前記光センサが近接して、る前記第 2の辺と対向する辺に近接するように、配置されて、る請求項

1に記載の液晶表示装置。

[11] アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、

前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、周囲の光の強度を検出するための光センサを備え、

前記光センサは、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向と交差する前記表示領域の外縁の側に、配置されて、ることを特徴とする液晶表示装置。

[12] 前記指向性がより高い方向が、

縦軸を輝度、横軸を出射光の出射角度とする、前記バックライト装置の出射光の特性線図を、前記表示領域を法線方向から観測することによって得た場合に、前記特性線図のピーク特性が最も急峻となる方向である請求項 11に記載の液晶表示装置

[13] 前記表示領域が矩形状を呈し、

前記バックライト装置が、導光板と、前記導光板の一つの側面に配置された光源とを備えて!/、る請求項 11に記載の液晶表示装置。

[14] 前記バックライト装置の光源が、前記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードを備え、

前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが配置された前記一の側面が

、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向に垂直となるように、配置されて、る請求項 13に記載の液晶表示装置。

[15] 前記アクティブマトリクス基板に形成された複数の画素それぞれ毎に、または一直線状に並ぶ画素群毎に、前記バックライト装置の出射光を集光させる集光レンズを更に備え、

前記集光レンズは、前記アクティブマトリクス基板と前記バックライト装置との間に、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向にぉ、て前記光センサと重ならな、ように配置されて!、る請求項 11に記載の液晶表示装置。

[16] 前記アクティブマトリクス基板に複数のアクティブ素子が形成され、

前記光センサの少なくとも一部の構成部材が、前記アクティブ素子の構成部材と同一のプロセスによって、前記アクティブマトリクス基板に形成されてヽる請求項 11に記載の液晶表示装置。

[17] 前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重ならな、ように配置されて、る請求項 11に記載の液晶表示装置。

[18] 前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なるように配置され、前記対向基板を通過した前記周囲の光を受光する請求項 1

1に記載の液晶表示装置。

[19] 前記対向基板又は前記アクティブマトリクス基板がブラックマトリクス層を備え、前記ブラックマトリクス層は、前記周囲の光を前記光センサに入射させるための開口を備えている請求項 18に記載の液晶表示装置。

[20] 前記表示領域が矩形状を呈し、

前記バックライト装置は、導光板と、記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードとを備え、且つ、前記複数の発光ダイオードが、前記光センサが近接している前記表示領域の辺と対向する位置にある辺に近接するように、配置されて、る請求項 11に記載の液晶表示装置。