特許 6149554 液晶表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6149554

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】液晶表示装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/042 20060101AFI20170612BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20170612BHJP

   G02F 1/1335 20060101ALI20170612BHJP

   G02F 1/13357 20060101ALI20170612BHJP

   G02F 1/1368 20060101ALI20170612BHJP

   G02F 1/1333 20060101ALI20170612BHJP

   G06F 3/0354 20130101ALI20170612BHJP

   G02F 1/1343 20060101ALI20170612BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/042 472

   G06F3/041 410

   G02F1/1335 505

   G02F1/13357

   G02F1/1368

   G02F1/1333

   G06F3/0354 451

   G02F1/1343

   G02F1/1335 500

【請求項の数】3

【全頁数】40

(21)【出願番号】特願2013-141436(P2013-141436)

(22)【出願日】2013年7月5日

(65)【公開番号】特開2015-14926(P2015-14926A)

(43)【公開日】2015年1月22日

【審査請求日】2016年6月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(72)【発明者】

【氏名】河本 龍士

(72)【発明者】

【氏名】福吉 健蔵

(72)【発明者】

【氏名】大沼 史生

【審査官】 萩島 豪

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０８４５７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０６３８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３３７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２７９４１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２２０２６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２２００７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０３５４

Ｇ０６Ｆ ３／０４１ − ３／０４７

Ｇ０２Ｆ １／１３３３

Ｇ０２Ｆ １／１３３５

Ｇ０２Ｆ １／１３３５７

Ｇ０２Ｆ １／１３４３

Ｇ０２Ｆ １／１３６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する液晶表示装置であって、
前記発光素子は、非可視光を発光する第１の発光素子と、可視光を発光する第２の発光素子とを具備し、
前記対向基板が複数の画素又はサブピクセルに対応し平面視でマトリクス状に区分けされた複数の画素開口部を形成するブラックマトリクスと、前記複数の画素開口部に対応する赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを含むカラーフィルタ層とを備えるものであり、
前記アレイ基板が、平面視で前記赤フィルタと重なる少なくとも非可視光感度領域をもつ第１の受光素子と、前記第１の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスと重なる第２の受光素子と、液晶層に含まれている液晶を前記非可視光の出射のために駆動する導光電極と、前記液晶層の液晶を前記可視光の出射のために駆動する画素電極と、前記導光電極と前記画素電極の一方もしくは両方を駆動するトランジスタを備えるものであり、
前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子の下部に前記トランジスタが配置され、
前記トランジスタの金属配線が、前記液晶層側から見て、銅あるいは銅合金である金属層と下部金属層の２層構成で、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、イットリウムのうちの２種以上の金属酸化物を含むチャネル層を具備し、
前記赤フィルタが、主たる色材がＣ．Ｉ．ピグメントレッド２５４であることを特徴とする液晶表示装置。

【請求項2】

前記第１の発光素子の発光する非可視光の波長が、３６０ｎｍから４００ｎｍの範囲内にあり、
かつ、前記第２の受光素子が重なっている前記第１の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスが、前記緑フィルタ又は前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

【請求項3】

前記第１の発光素子の発光する非可視光の波長が、７００ｎｍから８５０ｎｍの範囲内にあり、
かつ、前記第２の受光素子が重なっている前記第１の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスが、前記緑フィルタ、前記青フィルタ、又は前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する、受光素子を備えた液晶表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、液晶表示装置を用いた電子機器の軽量化が進んでいる。例えば、液晶表示装置は、携帯電話、モバイルＰＣなどのような情報機器に備えられる。情報機器の操作については、例えば、液晶表示画面に対して指又はポインタなどにより直接入力を行うための技術が適用されている。

【0003】

液晶表示画面に対する直接入力方式は、センシング機能のあるタッチパネルを液晶パネルの前面に設置し、このタッチパネルによって入力を受け付けるオンセル方式と、センシング機能をマトリクス状配置のセンサとして液晶表示装置のアレイ基板又は対向基板に形成し、液晶セルに内設するインセル方式と、を含む。

【0004】

オンセル方式に用いられる技術として、特許文献１に、抵抗膜方式、電磁誘導方式、静電容量方式、光学式タッチパネルが開示されている。しかし、液晶パネルの表面にタッチパネルを配設するオンセル方式は、タッチパネルの厚みと重みが液晶表示装置に加算されるため、厚み及び重量の増加の原因になる。さらに、タッチパネルの表面及びタッチパネルの内面の光反射により、液晶表示品位が低下する場合がある。

【0005】

これに対して、液晶セルにセンサを内設するインセル方式は、液晶表示装置として液晶表示装置の厚み増がなく、表示品位を低下させにくいため、好ましい。センシング機能を持つセンサとして光センサの開発が進んでいる。

【0006】

また、情報機器に用いられる液晶表示装置では、立体画像表示が利用されつつあり、例えば、立体表示効果の付与されたボタン表示でのクリック感の要求、指入力での誤動作防止など、技術的要求が増えている。指入力では、液晶表示装置の表面にタッチパネルを外付けする方式がある。また、軽量化のために光センサを液晶パネルに内蔵させこの光センサを用いた入力方式の開発が進められている。この光センサを内蔵する液晶表示装置は、温度の影響及びバックライト光源の影響を受け、指入力について誤動作が発生することを防止するために、光センサの補償を必要とする場合がある。

【0007】

また、ポリシリコン又はアモルファスシリコンをチャネル層とするシリコンフォトダイオードにおいては、環境温度などの変化により暗電流が発生し、観測データに観測光ではないノイズが加わる場合がある。例えばポリシリコン又は連続粒界シリコンなどのような結晶の粒界を持つシリコンフォトダイオードは、粒界の位置のばらつきがそのままフォトダイオード特性のばらつきとなり、液晶表示装置の画面内で均質な複数の光センサを形成しにくい場合がある。このシリコンフォトダイオードと比較して、後述する酸化物半導体による光センサのフォトトランジスタ特性は、極めて均質である。

【0008】

暗電流の補正を行うフォトダイオードを用いて演算補正する技術は、特許文献２、特許文献３に開示されている。これらの特許文献は、撮像素子による暗電流補正技術を開示しているが、表示装置に酸化物半導体によるフォトダイオードを適用した場合の安定入力及び反射光に起因するノイズに対する処理技術を開示していない。

【0009】

受光素子をタッチセンサとして用いた場合に、安定した入力を行うために、斜め方向からセンシング専門光を出射させる技術が、特許文献４に開示されている。しかしながら、特許文献４は、液晶セル内の反射光に起因するノイズの処理技術、複数素子での特性バラツキが少なく特性の均質な酸化物半導体の受光素子を用いること、さらに、信号補償の受光素子を用いてさらに安定した入力技術を開示していない。

【0010】

特許文献４の技術では、センシング専門光が遮光層のスリットを介して観察者の方向と異なる方向に常時出射されるが、ブラックマトリクスの切り欠け部分の断面や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのトランジスタの金属配線からの乱反射、及び、光の回折などから、センシング専門光が観察者の目に入り表示品位が低下する場合がある。さらに特許文献４は、液晶表示装置の使用目的である画質優先、セキュリティ、又は、は指入力などの目的によって斜め出射光の強度を切り替える手段、画像表示の明暗差（輝度差）で増長される反射光での信号ばらつきの軽減手段などについて開示していない。

【0011】

また、近年、ＩＧＺＯと呼称される酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタを液晶駆動用のスイッチング素子としてだけでなく、前記シリコンフォトダイオードのスイッチング素子を液晶や受光素子の駆動素子として用いることが注目されている。シリコン半導体と比較して酸化物半導体は、暗電流が極めて小さいため、シリコンフォトダイオードの駆動、液晶の駆動を含めて、低消費電力駆動できるメリットが注目されている。

【0012】

さらに、酸化物半導体でチャネル層が形成されたトランジスタは、大面積で複数個形成されても、ばらつきの少ない均質な特性を持つ。

【0013】

特許文献５、特許文献６は、酸化物半導体を用いた光センサにおける受光素子に関する技術を開示している。特許文献５は、主に有機物を発光層として用いるディスプレイに適用される光センサ技術を開示している。特許文献６は、エリアセンサとしての光センサに加えて、位置検出用の光センサを具備した表示装置に関する。しかし、特許文献５及び特許文献６では、斜め光を出射させるための液晶駆動技術が開示されていない。

【0014】

特許文献７は、液晶駆動用トランジスタとして薄膜トランジスタを備えるアクティブマトリクス型表示基板に関わる技術であり、そのトランジスタの金属配線として銅配線技術が記載されている。しかしながら、光センサの感度向上技術および酸化物半導体技術は、いずれも開示されていない。特許文献３では、その請求項３あるように、銅または銅を含む合金を、酸化剤を含むアルカリ水溶液を用いたウエットエッチングを行う。しかしながら、この場合のトランジスタとして用いられるＴＦＴを構成するアモルファスシリコンにダメージを与えないようにウエットエッチングを行うのはむつかしい。また、銅または銅を含む合金を、ドライエッチングで行うことは、銅イオンによる汚染が著しく、アモルファスシリコンにダメージを与えないようにドライエッチングを行うのはさらに難しい。トランジスタの金属配線として銅配線を適用する場合にアモルファスシリコンのチャネル層形成時のドライエッチングにおいてチャネル部の汚染があり、アモルファスシリコン半導体のＴＦＴプロセスでの銅配線は実用化されていない。従って、特許文献７の様な表示に用いるだけの液晶表示装置においては、配線として銅を使用する利点がほとんどなく、アルミニウムの金属配線がＴＦＴの金属配線として用いられているのが実情であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開平１０−１７１５９９号公報

【特許文献2】特開２００２−３３５４５４号公報

【特許文献3】特開２００７−１８４５８号公報

【特許文献4】ＷＯ２００９／１１６２０５

【特許文献5】特開２０１０−１８６９９７号公報

【特許文献6】特開２０１１−１１８８８８号公報

【特許文献7】特開平１０−３０７３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する、受光素子を備えた液晶表示装置において、受光素子による検出結果が高精度で安定している液晶表示装置を提供することを目的とする。また、従来の液晶表示装置などのタッチパネルでは困難であった非可視光・可視光のＬＥＤ等によるレーザーポインタを用いてのセンシングを可能とすることができる。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記課題を解決するため、アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する液晶表示装置であって、
前記発光素子は、非可視光を発光する第１の発光素子と、可視光を発光する第２の発光素子とを具備し、
前記対向基板が複数の画素又はサブピクセルに対応し平面視でマトリクス状に区分けされた複数の画素開口部を形成するブラックマトリクスと、前記複数の画素開口部に対応する赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを含むカラーフィルタ層とを備えるものであり、
前記アレイ基板が、平面視で前記赤フィルタと重なる少なくとも非可視光感度領域をもつ第１の受光素子と、前記第１の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスと重なる第２の受光素子と、液晶層に含まれている液晶を前記非可視光の出射のために駆動する導光電極と、前記液晶層の液晶を前記可視光の出射のために駆動する画素電極と、前記導光電極と前記画素電極の一方もしくは両方を駆動するトランジスタを備えるものであり、
前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子の下部に前記トランジスタが配置され、
前記トランジスタの金属配線が、前記液晶層側から見て、銅あるいは銅合金である金属層と下部金属層の２層構成で、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、イットリウムのうちの２種以上の金属酸化物を含むチャネル層を具備し、
前記赤フィルタが、主たる色材がＣ．Ｉ．ピグメントレッド２５４であることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。

【0018】

また、前記第１の発光素子の発光する非可視光の波長が、３６０ｎｍから４００ｎｍの範囲内にあり、
かつ、前記第２の受光素子が重なっている前記第１の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスが、前記緑フィルタ又は前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置を提供するものである。

【0019】

また、前記第１の発光素子の発光する非可視光の波長が、７００ｎｍから８５０ｎｍの範囲内にあり、
かつ、前記第２の受光素子が重なっている前記第１の発光素子の発光する非可視光の透過率が低い前記カラーフィルタ層又は前記ブラックマトリクスが、前記緑フィルタ、前記青フィルタ、又は前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置を提供するものである。

【発明の効果】

【0024】

本発明の態様においては、アレイ基板と対向基板とを液晶層を介して向かいあうように貼り合わせた液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に備えられ、発光素子を含むバックライトユニットとを具備する、受光素子を備えた液晶表示装置において、非可視光の高い透過率の高い赤フィルタを用い、必要に応じて非可視光の反射率の高い金属配線をトランジスタの配線として用いるため、液晶表示装置に備えられている受光素子の検出結果を高精度で安定化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。

【図2】第１の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。

【図3】第１の実施形態に係る液晶表示装置のサブピクセルの配列状態の一例を示す平面図である。

【図4】第１の実施形態に係る液晶表示装置の受光素子の配置の一例を示す断面図である。

【図5】第１の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。

【図6】第１の実施形態に係る液晶表示装置の第１の画素電極のみに液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。

【図7】第１の実施形態に係る液晶表示装置の第２の画素電極のみに液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。

【図8】第１の実施形態に係る液晶表示装置の導光電極に液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。

【図9】第２の実施形態に係る液晶表示装置の第１の画素電極のみに液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。

【図10】第２の実施形態に係る液晶表示装置の第２の画素電極のみに液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。

【図11】第２の実施形態に係る液晶表示装置の画素電極の双方に液晶駆動電圧を印加した状態の一例を示す部分断面図である。

【図12】第４の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。

【図13】第４の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。

【図14】第４の実施形態に係る液晶表示装置の第１の画素電極のみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【図15】第４の実施形態に係る液晶表示装置の第２の画素電極のみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【図16】第４の実施形態に係る液晶表示装置の第１の導光電極のみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【図17】第４の実施形態に係る液晶表示装置の第２の導光電極のみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【図18】第５の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。

【図19】第６の実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極及び導光電極の形状との関係の第１の例を示す平面図である。

【図20】第６の実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極及び導光電極の形状との関係の第２の例を示す平面図である。

【図21】第６の実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極及び導光電極の形状との関係の第３の例を示す平面図である。

【図22】本発明に採用できる有機顔料の、光の波長３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲の透過率特性。

【図23】第３の実施形態に係る液晶表示素子の第１の受光素子部分の例を示す断面図である。

【図24】銅の反射率特性図である。

【図25】シリコン系フォトダイオードの感度領域を示す説明図である。

【図26】人の目の視感度の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。

【0027】

各実施形態においては、特徴的な部分についてのみ説明し、通常の液晶表示装置の構成要素と差異のない部分については説明を省略する。

【0028】

各実施形態において、液晶表示装置の単一色の表示単位は、１サブピクセル又は１画素であるとする。

【0029】

各実施形態においては、液晶が負の誘電率異方性を持つ垂直配向の液晶の場合を代表例として説明するが、正の誘電率異方性を持つ水平配向の液晶などを適用してもよい。液晶駆動電圧印加時の液晶分子の回転方向（動作方向）は、基板面に平行であってもよく、垂直方向に立ち上がる方向でよい。液晶駆動電圧の液晶分子に印加する電圧の方向は、水平であってもよく、２次元又は３次元的に斜めであってもよく、垂直方向であってもよい。

【0030】

各実施形態における共通の代表的ポイントは、
（Ａ）液晶表示装置は、バックライトユニットに可視波長域の可視光を発光する光源に加えて、照明光として波長３６０ｎｍから４００ｎｍの非可視光あるいは７００ｎｍから８５０ｎｍの非可視光を発光する発光素子を備えること、
（Ｂ）第１の発光素子からの発光は、液晶画面に近づく指またはポインタなどの入力指示体を照明するための照明光として用いられること、
（Ｃ）第１の受光素子は、平面視で、非可視光の透過率の高い赤フィルタと重なる位置に配設されること、
（Ｄ）第２の受光素子は、平面視で、第１の発光素子の発光する非可視光の透過率が低いカラーフィルタ層又はブラックマトリクスと重なる位置に配設されることである。

【0031】

なお、本発明でいう可視光とは、例えば図２６に示す、人の目の視感度の高い４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の光を指し、それより外れる波長範囲の光は非可視光を指す。例えば、シリコン系フォトダイオードの感度領域は、図２７に示すように、およそ３００ｎｍから８００ｎｍにあり、視感度の低い３００ｎｍから４００ｎｍと、７００ｎｍから９００ｎｍの光の波長範囲で受光することができる。

【0032】

各実施形態で詳述する画素電極と導光電極は、これらの機能を兼用して同一の電極として用いてもよい。一方で、階調表示のための種々の電圧が印加される画素電極と、特定レベル（複数のレベルでもよい）で照明光を出射させるための特定電圧が印加される導光電極とは、ひとつのサブピクセル又は画素にそれぞれ別構成で配設されてもよい。画素電極と導光電極とを異なるトランジスタで駆動する例を第１の実施形態で説明し、画素電極と導光電極とを一体構成とする例を第２の実施形態で説明する。

【0033】

受光素子に適用できる半導体として、可視域（たとえば光の波長、４００ｎｍ〜７００ｎｍ）から赤外域に感度を持つアモルファスシリコン半導体、近紫外域や青の波長域に主な感度をもつ多結晶シリコン半導体、微結晶シリコン半導体、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）半導体、ＩＧＺＯやＩＴＺＯに代表される酸化物半導体などがある。

【0034】

これら半導体を用いる場合、そのバンドギャップを調整して、目的とする波長域に光センサの感度域を付与させることが望ましい。ＳｉＧｅ半導体では、Ｇｅの添加比率でバンドギャップを連続的に変えられ、その受光素子の受光波長を調整でき、赤外域での感度を付与できる。Ｇｅの濃度勾配を持たせたＳｉＧｅ半導体とすることもできる。たとえば、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ等を用いれば、赤外光に適した光センサをつくることができる。

【0035】

受光素子を内蔵する液晶表示装置は、温度の影響及びバックライト光源の影響を受けやすい。バックライトや外光に起因するノイズによる、指やレーザーなどの入力誤動作の発生を防止するために、受光素子の補償を必要とする場合がある。受光素子として、ポリシリコン又はアモルファスシリコンによって形成されたチャネル層を備えるシリコンフォトダイオードが用いられた場合には、環境温度などの変化により暗電流が発生し、観測データに観測光ではないノイズが加わる場合がある。

【0036】

液晶や受光素子を駆動するトランジスタとして、酸化物半導体をチャネル層とするフォトトランジスタを採用することができる。ここで酸化物半導体とは、インジウム、ガリウム、錫、亜鉛、ハフニウム、イットリウム、チタン、ゲルマニウム、シリコンの２種以上の金属酸化物を含む酸化物半導体である。この酸化物半導体として、ＩＧＺＯと呼称されるインジウム、ガリウム、亜鉛の複合金属酸化物が例示できる。酸化物半導体で形成されたチャネル層は非晶質でも結晶化したものでも良いが、トランジスタの電気特性（たとえば、Ｖｔｈ）の安定性の観点で、結晶化させたほうが良い。酸化物半導体のチャネル層の厚みは、たとえば、２ｎｍから８０ｎｍの範囲から選択できる。

【0037】

上記したように、非可視光領域にも感度を持つ受光素子を用いる場合、広い波長域でのそれぞれ波長域での受光により、光通信を含めた種々の機能を付与できる。本発明者らは、本発明に関わる赤フィルタが、紫外域及び赤外域を含めた広い波長域での透過特性を持つことを見出し、本願技術により広い応用範囲を可能とするものである。たとえば、赤フィルタは、可視光のうち特に赤の領域と赤外域の透過が高いため、指や人体の血管などの信号を光として透過でき、可視光のうち特に赤の領域と赤外域に感度のある受光素子、例えば、シリコン半導体によるフォトダイオードで受光することで生体認証に適用できる。

【0038】

（第１の実施形態）
本実施形態において、画素電極と導光電極とは異なるトランジスタによって別々に駆動される。この異なるトランジスタの駆動タイミングは重なっていてもよい。トランジスタとしては、例えば酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタを用いることができる。トランジスタは、これに限らず、ポリシリコンや微結晶シリコン半導体のトランジスタを用いることもできる。

【0039】

本実施形態に適用される非可視光の波長は、３６０ｎｍから４００ｎｍの範囲の短波長の例で主に以下説明する。

【0040】

導光電極には、入力指示体を照明するための光である非可視光（照明光）を第１の発光素子で出射させるための液晶駆動電圧が印加される。受光素子がその非可視光を受光しセンシングするときは、液晶表示画面全体においてそれぞれの導光電極には同じ電圧が均一に印加される。ただし、各導光電極に印加される電圧は、後述するように、出射光の強度切り替えに応じて複数のレベルに設定可能である。この導光電極の特徴は、階調表示のために種々の駆動電圧が種々のタイミングで印加される画素電極と異なる。

【0041】

後述する第２の実施形態に係る導光電極と画素電極とを兼用する構成では、波長３６０ｎｍから４００ｎｍの短波長光（非可視光）、もしくは波長７００ｎｍから８５０ｎｍの長波長光（非可視光）を発光する発光素子と、第２の発光素子（可視光の光源、例えば、赤・緑・青の光を発光するＬＥＤなど）のそれぞれを異なるタイミングで発光させることが好ましい。

【0042】

本実施形態においては、光センサの一例として受光素子を備え、この受光素子による観測値から液晶パネル内での反射光に基づくノイズを除去し、高精度、均質で安定化した観測値を得ることが可能であり、３次元画像表示（立体表示）又は２次元画像表示が可能な液晶表示装置について説明する。

【0043】

本実施形態では、主に、受光素子、照明光を出射するセル構造、導光電極と当該導光電極に付随する液晶動作、画素電極に付随する３次元画像表示について説明する。

【0044】

図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。この図１は、本実施形態に係る液晶表示装置１の平面視の状態、すなわち観察者側から見た状態を表している。

【0045】

図２は、本実施形態に係る液晶表示装置１の一例を示す部分断面図である。この図２は、図１のＡ−Ａ’断面である。図２は、液晶表示装置１に備えられている赤フィルタ１４Ｒなどのカラーフィルタ、櫛歯状又はストライプ状の画素電極３ａ，３ｂ及び導光電極３ｃ，３ｄの長軸方向、に垂直な断面を表している。図２において、垂直配向膜、偏光板、位相差板、図１で示されている受光素子２ａ，２ｂは、図示されていない。後述するように、本実施形態に係る液晶表示装置１は、３次元画像表示と通常の２次元画像表示とを切り替え可能である。

【0046】

図３は、本実施形態に係る液晶表示装置１のサブピクセルの配列状態の一例を示す平面図である。

【0047】

図４は、本実施形態に係る液晶表示装置１の受光素子２ａ，２ｂの配置の一例を示す断面図である。この図４は、図１のＢ−Ｂ’断面であり、液晶表示装置１に備えられているカラーフィルタ層１４に含まれている例えば赤フィルタ１４Ｒの長手方向に垂直な断面を表している。垂直配向膜、偏光板、位相差板の図示は省略した。

【0048】

図５は、本実施形態に係る液晶表示装置１の一例を示す断面図である。

【0049】

本実施形態の液晶表示装置１は、アレイ基板４と対向基板５とを液晶層６を介して対向させた構成の液晶パネル７、光制御素子３１、バックライトユニット３０を具備する。

【0050】

アレイ基板４は、透明基板８、遮光膜９、絶縁層１０ａ、複数の受光素子２ａ，２ｂ、絶縁層１０ｂ、共通電極１１ａ〜１１ｄ、絶縁層１０ｃ、画像表示用の画素電極３ａ，３ｂ、非可視光制御用の導光電極３ｃ，３ｄ、画像表示用のトランジスタ１２ａ，１２ｂ、非可視光制御用のトランジスタ１２ｃを具備する。

【0051】

遮光膜９は、例えばガラスなどのような透明基板８の一方の面に形成される。

【0052】

絶縁層１０ａは、遮光膜９の形成された透明基板８の上に形成される。遮光膜９は、例えばＴＦＴのゲート配線又はソース配線と同じ金属薄膜で形成される。

【0053】

受光素子２ａ，２ｂは、絶縁層１０ａの上に形成される。受光素子２ａは、ブラックマトリクスＢＭの画素開口部ＡＰ１に備えられた赤フィルタ１４Ｒを通過した光を検出するが、液晶パネル７内で反射した光もこの受光素子２ａによって検出される場合がある。受光素子２ａは、平面視で、画素開口部ＡＰ１と遮光膜１７と重なり、断面の垂直方向において、画素開口部ＡＰ１と遮光膜１７との間に挟まる状態で備えられる。受光素子２ａの感度領域は、例えば３６０ｎｍから４００ｎｍの波長領域を利用する場合で以下説明すれば、その波長を含み、さら第１の発光素子３５ａ，３５ｂの発光ピークに主たる感度領域があることが望ましい。例えば、第２の発光素子３５ａ，３５ｂの発光ピーク波長が３８５ｎｍである場合、受光素子２ａは３８５ｎｍ近傍に受光感度のピークを持つとする。

【0054】

例えば、カラーフィルタ層１４に含まれる赤フィルタ１４Ｒは、３８５ｎｍ波長で２４％から５５％の範囲の透過率を持つように形成される。なお、赤フィルタ１４Ｒは、主たる色材を有機顔料であるＣ．Ｉ．ピグメントレッド２５４とする。赤フィルタは、調色のためこのＣ．Ｉ．ピグメントレッド２５４に黄色顔料等を加えることができる。後に詳述する黄色顔料の添加量や赤フィルタ１４Ｒの膜厚により、３８５ｎｍ波長での透過率を調整できる。

【0055】

図２２に示すように、３８５ｎｍを含む紫外域と、７００ｎｍから８００ｎｍの赤外域（７５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲は図示せず）において、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４（以下、ＰＲ２５４と略記）は、青顔料であるＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６（以下、ＰＢ１５：６）より透過率が高い。この領域での非可視光を対象とする受光素子は、ＰＢ１５：６を含む青フィルタより、ＰＲ２５４を含む赤フィルタのほうが高い受光感度となることが理解できる。たとえば、光の波長３８５ｎｍでは、ＰＲ２５４を色材とする赤フィルタの透過率は５０％であるのに対し、ＰＢ１５：６を色材とする青フィルタの透過率は２３．５％であり、前者の方が２倍以上の透過率を持つ。図示している、たとえば、７５０ｎｍでは、ＰＲ２５４を色材とする赤フィルタの透過率は９６．５％であるのに対し、ＰＢ１５：６を色材とする青フィルタの透過率は０．６％である。

【0056】

受光素子２ｂは、液晶パネル７内で反射された光を検出できる。例えば、受光素子２ｂによって検出される光としては、対向基板５側の様々な界面からの反射光、対向基板５と液晶層６との界面からの反射光などがある。受光素子２ｂは、平面視で、ブラックマトリクスＢＭの枠部ＢＭ１と遮光膜９と重なり、断面の垂直方向において、ブラックマトリクスＢＭの枠部ＢＭ１と遮光膜９との間に挟まれる状態で備えられる。受光素子２ｂは、信号補償用の受光素子である。

【0057】

複数の受光素子２ａ，２ｂの駆動素子としては、例えば、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、錫（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）のうち、２種以上の金属酸化物を含むチャネル層を備えるトランジスタが用いられる。トランジスタは、前記したようにポリシリコン半導体をチャネル層とするトランジスタでも良い。

【0058】

受光素子２ａ，２ｂは、例えば、互いに隣接する画素又はサブピクセルに対して備えられる。

【0059】

絶縁層１０ｂは、複数の受光素子２ａ，２ｂの上に形成される。絶縁層１０ｂは、ゲート絶縁膜としても利用可能である。

【0060】

共通電極１１ａ〜１１ｄは、絶縁層１０ｂの上に形成される。

【0061】

画像表示用の画素電極３ａ，３ｂ、及び非可視光制御用の導光電極３ｃ，３ｄは、絶縁層１０ｃの上に形成される。

【0062】

画像表示用のトランジスタ１２ａ，１２ｂは、画像表示用の画素電極３ａ，３ｂと電気的に接続される。

【0063】

非可視光制御用のトランジスタ１２ｃは、非可視光制御用の導光電極３ｃ，３ｄと電気的に接続される。

【0064】

画像表示用のトランジスタ１２ａ，１２ｂと、非可視光制御用のトランジスタ１２ｃとして、たとえば、酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタが用いられる。

【0065】

アレイ基板３は、透明基板８の他方の面側が液晶パネル７の裏面側となり、画素電極３ａ，３ｂ及び導光電極３ｃ，３ｄの形成側が、図示していない配向膜を介して液晶層６側となる。

【0066】

液晶層６に含まれる液晶は、例えば、初期垂直配向であるとする。なお、液晶表示装置１は、初期垂直配向の液晶を用いるＶＡ液晶方式でもよく、初期水平配向の液晶を用いるＥＣＢ方式でもよい。以下においては、ＶＡ液晶として、誘電率異方性が負の液晶について説明するが、誘電率異方性が正の液晶が使用されてもよい。ＶＡ液晶として、誘電率異方性が正の液晶を用いることもできる。

【0067】

液晶層６には、垂直配向液晶が用いられる。したがって、液晶層６の配向は基板面に対して基本的には垂直である。液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４は、対向基板５及びアレイ基板４の表面に対して垂直に配向する。本実施形態においては、基板に対して斜めの電界を発生させることにより、図示しない垂直配向膜について光配向及びラビングなどのような配向処理を省略できる。斜め電界を用いる本実施形態においては、従来のＶＡ方式で必要であった８９度などの厳密なプレチルト角制御が必要でなく、例えば９０度などのような単純な初期垂直配向の液晶を用いることができる。

【0068】

本実施形態において、液晶の材料として、分子構造内にフッ素原子を含む液晶材料（以下、フッ素系液晶という）を用いることができる。フッ素系液晶は、誘電率が低いため、イオン性不純物の取り込みを少なくすることができ、不純物による電圧保持率の低下などのような性能劣化を防止することができ、表示ムラの発生を抑制することができる。

【0069】

図２で示されていない偏光板は、クロスニコルでノーマリーブラックとする。なお、液晶表示のコントラストを重視しない、たとえば、タッチセンシングを重視する用途においては、ノーマリホワイト表示とすることができる。

【0070】

対向基板５は、透明基板１３、ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタ層１４、透明樹脂層（保護層）１５、共通電極である対向電極１６ａ〜１６ｄを備える。透明基板１３の一方の面の上に、ブラックマトリクスＢＭで区分される青フィルタ１４Ｂ、赤フィルタ１４Ｒ、緑フィルタ１４Ｇが形成される。これらの青フィルタ１４Ｂ、赤フィルタ１４Ｒ、緑フィルタ１４Ｇを含むカラーフィルタ層１４上には、透明樹脂層１５が具備される。透明樹脂層１５の上に、対向電極１６ａ〜１６ｄが形成される。対向基板２は、透明基板１３の他方の面（図示では透明基板２２の上部側）が観察者側となり、対向電極１６ａ〜１６ｄ側が、図示していない配向膜を介して液晶層６側となる。

【0071】

ブラックマトリクスＢＭは、複数の画素又はサブピクセルに対応し平面視でマトリクス状に区分けされた複数の画素開口部ＡＰ１を形成するように、透明基板１３の一方の面に形成される。本実施形態において、ブラックマトリクスＢＭは、画素又はサブピクセル単位で、画素開口部ＡＰ１を形成する枠部ＢＭ１のうちの平行な２つの長辺部と、この画素開口部ＡＰ１を２分割する垂直方向の中央部ＢＭ２とを備える。中央部ＢＭ２は省略されてもよい。

【0072】

本実施形態において、図２の断面に示されている対向基板１３の対向電極１６ａ〜１６ｄは、サブピクセルの中心軸Ｃに対して線対称に配置される。

【0073】

本実施形態において、図２の断面に示されているアレイ基板４の画素電極３ａ，３ｂ、導光電極３ｃ，３ｄ、共通電極１１ａ〜１１ｄは、サブピクセルの中心軸Ｃに対して線対称に配置される。

【0074】

演算部１７は、受光素子２ａの観測値から、受光素子２ｂの観測値を引いた値を、補償観測値（実測補償値）として算出する。換言すれば、受光素子２ａの観測値から受光素子２ｂの観測値を差し引いて、受光素子２ａの補正された観測値が求められる。

【0075】

本実施形態においては、サブピクセルに対して、２以上のトランジスタ１２ａ〜１２ｃと、この２以上のトランジスタ１２ａ〜１２ｃのそれぞれに対応する画素電極３ａ、画素電極３ｂ、導光電極３ｃ，３ｄが備えられる。より具体的に説明すると、トランジスタ１２ａ，１２ｂは、断面視で、観察者へ提供されるべき画像表示用の可視光の透過制御を行うために、画素開口部ＡＰ１の下の液晶Ｌ３〜Ｌ１２を駆動する画素電極３ａ，３ｂと電気的に接続される。トランジスタ１２ｃは、断面視で、液晶分子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１３，Ｌ１４を駆動する導光電極３ｃ，３ｄと電気的に接続される。本実施形態において、導光電極３ｃ，３ｄは共通のトランジスタ１２ｃで駆動されるが、導光電極３ｃ，３ｄは別個のトランジスタで駆動されるとしてもよい。

【0076】

図３において、表示素子走査部１８、センサ走査部１９、表示素子駆動部２０、センサ読取部２１は、液晶パネル７と電気的に接続される。光源を含むバックライトユニット３０は、液晶パネル７の裏面側に備えられているが、この図３では省略されている。バックライトユニット３０の例えばＬＥＤなどのような発光素子３２ａ，３２ｂ，３５ａ，３５ｂは、例えば、液晶パネル７の両側辺部に並べられる。

【0077】

なお、後述する実施態様にて詳述するが、発光素子の設置形態として、例えば、赤・緑・青などの可視域の発光素子列がバックライトユニットの両端に並べられ、さらに、第１の発光素子列が、同様にバックライトユニットの両端に並べられてもよい。このようなバックライトユニットの発光素子は、液晶パネル７の両側辺の端部に加えて、液晶パネル７の上辺の端部及び液晶パネル７の下辺の端部に配置されるとしてもよい。

【0078】

液晶パネル７の４つの辺に並べられた可視光の発光素子は、ローカルデミング法によって、表示内容と整合させ、それぞれの発光強度が調整されるとしてもよい。これにより、液晶表示のコントラストを向上させることができる。

【0079】

第２の発光素子３２ａ，３２ｂは、２次元画像表示又は３次元画像表示などの画像に対応して、又は、上述したようなローカルデミング法に対応して、発光のタイミング及び発光強度が調整される。

【0080】

これにより、液晶表示画面は、表示内容によって、異なる表示部分で明るさ及び色が異なる状態となる。このような液晶表示画面から出射される可視光の強度は、表示部分、階調表示レベル、表示タイミングなどに応じて大きく異なる。

【0081】

したがって、液晶表示画面から出射される可視光を、指又はポインタなどの入力指示体に対する照明光として用いることは避けることが望ましい。変動の大きい可視光を用いて入力指示体を検出する場合には、入力指示体の２次元的位置、表示面からの高さ、及び、移動速度を正確に検出することが困難な場合がある。液晶表示装置の環境光（外光）を用いた入力指示体の検出についても、環境光の変動が大きいため、高精度の検出が困難な場合がある。

【0082】

そこで、本実施形態においては、バックライトユニット３０に第２の発光素子３２ａ，３２ｂとは別に第１の発光素子３５ａ，３５ｂを備え、かつ、第１の発光素子から発光された非可視光を受光できる受光素子２ａによって第１の発光素子から発光された非可視光の入力指示体からの反射光を検出する。

【0083】

さらに、本実施形態において、同期制御部３６は、第２の発光素子の発光タイミング３２ａ，３２ｂと、第１の発光素子３５ａ，３５ｂの発光タイミングを異なるタイミングとし、第１の発光素子３５ａ，３５ｂの発光タイミングと受光素子２ａの受光するタイミングを同期させ、より精度の高い入力指示体の検出を行う。このような同期制御部３６は、液晶表示装置の中に回路として組み込んでもよいが、外部から制御するものであっても構わない。

【0084】

人の目の視感度は、４００ｎｍより短い波長の領域、および７００ｎｍより長い波長の領域では低下し、視認が困難になることを勘案して非可視光を用いる。なお、後に詳述する酸化物半導体でチャネル層が形成されたフォトトランジスタの光の変換効率は、４００ｎｍより短い波長で高くなることを勘案して、４００ｎｍより短い波長の領域を第１の発光素子から発光された非可視光とした場合、本実施形態で適用される非可視光を短波長とする短波長光の波長上限は、４００ｎｍとする。

【0085】

赤フィルタ１４Ｒの赤色材としては、例えば、有機顔料であるＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｒｅｄ２５４の赤色顔料と、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１３９などの黄色顔料とを混合した色材を用いることができる。赤フィルタ１４Ｒの透過率を優先する場合、黄色顔料を添加しなくとも良い。これらの顔料を用いた赤フィルタ１４Ｒは、波長３６０ｎｍから４００ｎｍの範囲で青フィルタの場合より光の高い透過率を持つ。

【0086】

図２２に示すように、波長３８５ｎｍでは、赤フィルタ１４Ｒに青フィルタの透過率の２倍以上の透過率を付与できる。図２２の青フィルタの波長３８５ｎｍでの透過率は、約２４％であるが、実際に用いられる青フィルタでは、たとえばＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｂｌｕｅ１５：６に、調色のためにさらにＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ２３を加えるため、青フィルタの波長３８５ｎｍでの透過率は２０％以下になることが多い。また、発光素子３５ａ，３５ｂは、３６０ｎｍより長波長側で高い発光効率となり、液晶表示装置１の消費電力を低減させることができる。

【0087】

この場合、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ２５４と、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１３９を重量比４５：５５で３８５ｎｍでの透過率が、膜厚１μｍ、固形比率、すなわち質量比率で樹脂に対し顔料が３７．５％の条件で２５％となる。

【0088】

従って、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ２５４の２８５ｎｍ透過率調整として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１３９などの黄色顔料を５５％などのように高率配合しても、３８５ｎｍでの青色顔料の透過率ピークを上回るため、第１の発光素子を赤フィルタと重なるように設けることに意味がある。

【0089】

本実施形態に係る短波長の発光素子３５ａ，３５ｂとしては、窒化アルミニウムガリウム系発光ダイオード、ダイヤモンド系発光ダイオード、酸化亜鉛系発光ダイオード、窒化ガリウム系発光ダイオードが用いられる。窒化ガリウム系ダイオード（以下、ＧａＮ系青色発光ダイオードと呼称される）の中でも、発光ダイオードの活性層にインジウムをドーパントとして添加するＩｎＧａＮ系発光ダイオードが好ましい。Ｉｎの組成を調整することで、発光ピークを３６０ｎｍから４２０ｎｍの範囲で調整できる。例えば、発光ピーク３８５ｎｍのＩｎＧａＮ系発光ダイオードは、表面実装できる小さいサイズのチップで市販されている。

【0090】

本実施形態に係る受光素子２，２ｂとしては、例えば、上述したようにガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、錫（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）のうち、２種以上の金属酸化物を含むチャネル層を備えるフォトトランジスタを用いることができる。酸化物半導体であるこれら複合金属酸化物の透明チャネル層に、不純物準位を形成することでそのバンドギャップを小さくし、受光素子２，２ｂの感度域を長波長側にシフトさせることができる。

【0091】

図１に示す青サブピクセル、赤サブピクセル、緑サブピクセルは、表示領域２２とセンサ領域２３とを含む。本実施形態においては、サブピクセルを最小表示単位としているが、画素を最小表示単位としてもよい。例えば、画素は、少なくとも１つの赤サブピクセル、少なくとも１つの青サブピクセル、少なくとも１つの緑サブピクセルを含むとしてもよい。

【0092】

図１の部分平面図及び図４の部分断面図では、受光素子２ａ，２ｂが示されている。受光素子２ａ，２ｂは、センサ領域２３に備えられる。センサ領域２３には、例えば、受光素子２ａ，２ｂの信号処理を行うトランジスタ又はダイオード、減算処理を行う演算部１７、受光素子２ａ，２ｂのリセット信号を配信する信号線などが備えられる。信号処理を行うトランジスタは、青サブピクセル、赤サブピクセル、緑サブピクセルを含む一画素のセンサ領域に複数備えてもよい。受光素子２ａ，２ｂの出力値に対して、信号処理を行うトランジスタ又はダイオードなどを適用することにより、出力値の早い処理が可能となり、入力指示体による高速の入力操作を行うことができる。トランジスタ１２ａ〜１２ｃは、表示領域２２に形成されてもよく、センサ領域２３に形成されてもよい。トランジスタ１２ａ〜１２ｃは、図示されていないゲート線、ソース線などの金属配線と電気的に接続される。

【0093】

図４に示すように、受光素子２ａの上部には、青フィルタ１４Ｂが配置され、受光素子２ａの下部には、遮光膜９が配置される。受光素子２ｂの上部には、ブラックマトリクス
ＢＭが配置され、受光素子２ｂの下部には、遮光膜９が配置される。遮光パターンであるブラックマトリクスＢＭと遮光膜９との間に受光素子２ｂを配置することにより、液晶表示装置１の正面の法線方向から受光素子２ｂへの光の入射と、液晶パネル７の裏面に位置するバックライトユニット３０から受光素子２ｂへの光の直接入射とが防止される。受光素子２ｂは、正確な受光値を得るため、液晶セル内に発生する反射ノイズを除去するために用いられる。受光素子２ｂは、信号補償のために用いられる。遮光膜９は、ゲート電極と同じ材料で同一工程によって形成されてもよい。

【0094】

金属配線が、たとえば、銅あるいは銅合金を表層とする構成では、銅合金層の下部にチタン合金の２層構成にて遮光膜９、及びゲート電極を形成できる。

【0095】

特に第１の発光素子の波長が７００から８５０ｎｍである場合、従来のアルミ配線と比べて反射率が高くなるので好ましい。

【0096】

液晶表示装置１の表示内容は、明るい表示と暗い表示などその画面部位で明るさの差を生じ、受光素子に対する不均一なノイズとなりえる。また、バックライトユニット３０からの光は、対向基板５のカラーフィルタ層１４、透明基板１３の一方の面、偏光フィルムなど種々の界面で一部が反射し、反射光として受光素子２ａ，２ｂに入射する。この反射光は受光強度のノイズとなる。ライトペン又はレーザ光などの光入力機器を入力指示体として用いる場合においても同様であり、再反射光がノイズとなる。

【0097】

このような反射光又は再反射光に基づくノイズを除去し、高い精度の観測値を得るために、演算部１８は、受光素子２ａの観測値（受光強度）から受光素子２ｂの観測値を減算する。これによりノイズ補償が実現される。この信号補償は、酸化物半導体をチャネル層とする受光素子２ａ，２ｂの観測値の小さなばらつき、暗電流、温度に基づいて発生するノイズの補償もあわせて行うことができ、極めて高い精度の観測値を得ることができる。

【0098】

明るい表示と暗い表示などその画面の表示部分で差のある受光素子間で補償演算を行うことは、反射光又は再反射光によるノイズ量が大きく異なるため、好ましくない場合がある。ライトペン又はレーザ光などの光入力機器を用いる場合においても同様であり、光照射される部分の受光素子と光照射されない部分の受光素子との間でノイズのレベルは大きく相違する。ゆえに、本実施形態においては、補償演算は、隣接する受光素子２ａ，２ｂの観測値の引き算で行われる。

【0099】

切替部２４は、例えば、導光電極１１ｃ，１１ｄに印加する電圧の高さを変更するなどの手法により、第１の発光素子から出射される光の強度を切り替える。

【0100】

演算部１７によって求められた補償観測値が液晶表示画面に入力指示体が近づいたことを示す場合に、切替部２４は、トランジスタ１２ｃを介して導光電極１１ｃ，１１ｄに高い電圧を印加し、自動的に第１の発光素子から出射される光の出射の強度をアップさせることができる。第１の発光素子から出射される光の出射の強度を高くすることにより、液晶表示画面から入力指示体までの距離が例えば７ｍｍ程度離れていても入力指示体を認識可能になり、液晶画面上の３Ｄボタン表示でクリック感を持たせた入力が容易となる。

【0101】

例えば、入力指示体の認識は、演算部１７による補償演算後の補償観測値を分ける２水準又は複数水準の大きさの異なる区分を設定し、それぞれの区分に属する補償観測値の数（例えば、液晶表示画面での指の面積に相当）、又は、それぞれの区分に属する補償観測値の数の変化速度とその位置などを検出する。この検出により、およそ液晶表示画面と入力指示体との距離及び移動を認識することができる。

【0102】

例えば、液晶表示装置１の切替部２４は、指示受付部を備えるとしてもよく、液晶表示装置１は画面に切替要求受付部を表示し切替指示を受け付けるとしてもよい。切替部２４は、入力した切替指示に応じて、第１の発光素子から出射される光の出射の強度を切り替える。例えば、切替部２４は、第１の発光素子から出射される光を出射しない「表示優先モード」、第１の発光素子から出射される光を出射して指入力を行うための「指操作モード」、第三者視認防止のための「セキュリティモード」、のうち観察者に指定されたモードを実現する。

【0103】

切替部２４は、「指操作モード」が選択された場合、強い強度の第１の発光素子から出射される光を出射させる。第１の発光素子から出射される光の強度は、上述したように、導光電極３ｃ，３ｄに印加される液晶駆動電圧に基づいて制御される。「セキュリティモード」は後述するスリット開口部のある第４の実施形態で使われる。

【0104】

この場合の切替部や演算部は液晶表示装置の内部に有していてもよいが、外部から制御演算するものであっても構わない。

【0105】

図４のＢ−Ｂ’断面の例では、対向基板５側の液晶層６に接する透明樹脂層１５の表面に、透明導電膜である対向電極１６ａ〜１６ｄが積層されていない。例えば、透明導電膜（ＩＴＯ）は、一般的にインジウムと錫の混合酸化物を用いて形成される。対向基板５側の部材であるカラーフィルタ層１４、透明樹脂層１５、透明基板１３などの屈折率は、およそ１．５から１．６の範囲であるのに対し、透明導電膜の屈折率は、１．８から１．９と高い屈折率を持つ。したがって、対向基板５において、透明樹脂層１５に対して例えば対向電極１６ａ〜１６ｄなどの透明導電膜が積層されると、受光素子２ａ，２ｂの観測値に透明導電膜からの反射光の観測値が加算される量が多くなる。

【0106】

しかしながら、本実施形態では、受光素子２ａ，２ｂと対向する対向基板５の位置に透明導電膜を形成しないため、反射光によるノイズを低減させることができる。本実施形態のように、高屈折率の材料を用いる透明導電膜は、その表面反射が多いため、表示領域２２の必要部分のみに形成されることが望ましい。

【0107】

図５は、本実施形態に係る液晶表示装置１の一例を示す断面図である。この図５では、液晶表示装置１に備えられる液晶パネル７と光制御素子３１とバックライトユニット３０の配置関係を例示している。

【0108】

バックライトユニット３０は、液晶パネル７の裏面の両側部、又は、液晶パネル７の裏面に、ＬＥＤなどの発光素子３２ａ，３２ｂ，３５ａ，３５ｂの並びを備える。発光素子は、複数の第１の発光素子３５ａ，３５ｂと複数の第２の発光素子３２ａ，３２ｂをそれぞれ並べたＬＥＤアレイで構成される。

【0109】

光制御素子３１は、観察者（使用者）の目に入りにくく、第三者の視認を防止するために、液晶パネル７の裏面側とバックライトユニット３０との間に設置され、出射光に方向性を与える。光制御素子３１は、例えば、メタクリル樹脂などを用いて生成される。光制御素子３１は、プリズムシート３３とレンズシート３４とが互いに背中合わせの状態で一体化された構成を持つ。換言すると、光制御素子３１は、レンズシート３４とプリズムシート３３とを表裏に一体化した樹脂シートである。

【0110】

プリズムシート３３は、複数の三角柱状プリズムを、この三角柱状プリズムの側面の長手方向（長尺の方向、稜線方向、又は、軸方向）が平行となるように、かつ、断面の三角形が同じ方向を向くように並べて形成される。

【0111】

レンズシート３４は、複数の半円柱状レンズを、この半円柱状レンズの側面の長手方向が平行となるように、かつ、断面の半円の円弧が同じ方向を向くように並べて形成される。

【0112】

平面視で、半円柱状レンズ又は三角柱状プリズムの長手方向と、液晶表示装置１の画素配列方向との間に角度θ１を付与することで、３次元画像表示におけるモアレを軽減することができる。モアレの緩和は、θ１が４５度に近いほどよい効果を得ることができる。しかしながら、θ１が４５度の場合には、偏光板又は位相差の光軸と干渉することがあるため、θ１は４５度より小さい角度とすることが好ましい。偏光板と液晶パネル７のアライメント誤差（±２°）を考慮すると、角度θ１の最大値は、４３度以下とすることが好ましい。

【0113】

３次元画像表示においては、θ１がゼロに近いと、低周波の大きなモアレが目立ち、明暗又は色ムラとして視認されやすくなる。したがって、モアレを緩和させるために、三角柱状プリズムの長手方向と液晶表示装置１の画素配列との角度θ１を３度より大きくすることが好ましい。

【0114】

断面形状が二等辺三角形の三角柱状プリズムの先端の角度によって、液晶パネル７の法線方向に対する光の出射角（配光角）を設定することができる。なお、光制御素子３１として、角度θ１の異なる２以上のプリズムシートが用いられてもよい。

【0115】

例えば、バックライトユニット３０の第２の発光素子３２ａ，３２ｂを、液晶表示装置１の液晶動作と同期させて交互に発光させることにより、３次元画像表示が実現される。

【0116】

例えば、同期制御部３６は、バックライトユニット３０の第１の発光素子３５ａ，３５ｂを、液晶表示装置１の受光素子２ａ，２ｂ及び導光電極３ｃ，３ｄと同期させて発光させることにより、入力指示体の認識が実現される。

【0117】

なお、バックライトユニット３０は、拡散板、導光板、偏光分離フィルム、再帰反射偏光素子などをさらに具備するとしてもよい。液晶パネル７の表裏には、偏光板、位相差板などが貼付されるとしてもよい。

【0118】

バックライトユニット３０は、複数の第２の発光素子３２ａ，３２ｂとして、例えば、発光波長域に赤、緑、青の３波長を含む複数の白色ＬＥＤを備えるとしてもよい。第２の発光素子３２ａ，３２ｂとして、ＧａＮ系青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光物質とを組み合わせた擬似白色ＬＥＤが用いられてもよい。擬似白色ＬＥＤを用いる場合、演色性を高めるために、赤色ＬＥＤなど１色以上の主要ピークを有するＬＥＤを組み合わせて用いられてもよい。第２の発光素子３２ａ，３２ｂとして、例えば、青色ＬＥＤに、赤・緑色の蛍光体を組み合わせた光源が用いられてもよい。

【0119】

カラーフィルタ層１４を用いなくても、それぞれ赤色、緑色、青色を個別発光する発光素子を光源として用い、液晶駆動と同期させてフィールドシーケンシャル（時分割）の発光を行うことにより、カラー表示を実現することができる。

【0120】

同期制御部３６は、バックライトユニット３０の両端にある第２の発光素子３２ａ，３２ｂを液晶表示と同期するように交互に発光させ、光を観察者の右目、左目にそれぞれ入射させる。これにより３次元画像表示が実現される。

【0121】

なお、液晶表示装置１の画素電極３ａ，３ｂに液晶駆動電圧を同時に印加し、かつ、上記の第２の発光素子３２ａ，３２ｂを同時に発光させることで明るく視野角の広い２次元
画像表示を行うことができる。本実施形態では、３次元画像表示と２次元画像表示を切り替え可能である。また、本実施形態では、３次元画像表示の解像度を落とすことなく、２次元画像表示での高画質で３次元画像を表示できる大きなメリットが得られる。

【0122】

本実施形態においては、表示画面を観察する観察者が短波長光の影響を受けることを抑制することができる。本実施形態に係る光制御素子３１を用いることによって、高品質の３次元画像表示を実現することができる。

【0123】

以下で、対向基板５とアレイ基板４による液晶駆動と、この液晶駆動によって出射される光について、図６乃至図８を用いて説明する。

【0124】

図６は、本実施形態に係る液晶表示装置１の第１の画素電極３ａのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【0125】

液晶表示装置１の液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４は、負の誘電率異方性を持つ。液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４の長軸方向は、駆動電圧印加前において垂直であるが、トランジスタ１２ａによって画素電極３ａに電圧が印加されると、液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４のいくつか（図６では液晶分子Ｌ４〜Ｌ１０）が傾斜する。図６は、画像電極３ａにのみ、駆動電圧が印加された場合の液晶の駆動状態の例を示している。

【0126】

液晶分子Ｌ４〜Ｌ９は、電気力線に対して垂直になる方向に倒れる。出射光Ｄ１は、液晶の傾斜した部分を通過して例えば観察者の一方の目（例えば、右目）方向に出射される。液晶分子Ｌ４は、画素電極３ａの端部と共通電極１１ａとの間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子Ｌ４の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。

【0127】

図７は、本実施形態に係る液晶表示装置１の第２の画素電極３ｂのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【0128】

トランジスタ１２ｂによって画素電極３ｂに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４のいくつか（図７では液晶分子Ｌ５〜Ｌ１１）は、電気力線に垂直になる方向に倒れる。出射光Ｄ２は、液晶の傾斜した部分を通過して例えば観察者の他方の目（例えば、左目）方向に出射される。液晶分子Ｌ１１は、画素電極３ｂの端部と共通電極１１ｂとの間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子Ｌ１１の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。

【0129】

図６及び図７は、３次元画像表示に必要な右目及び左目に出射光を切り替えるための画素電極、液晶分子の動作を表している。２次元画像表示の場合は、画素電極３ａ，３ｂを同時に駆動すればよい。また、２次元画像表示のみに用いられる液晶表示装置においては、２つのトランジスタ１２ａ，１２ｂに代えて１つのトランジスタを画素電極３ａ，３ｂに電気的に接続するとしてもよい。

【0130】

図８は、本実施形態に係る液晶表示装置１の導光電極３ｃ，３ｄに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【0131】

導光電極３ｃ，３ｄに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４は、電気力線に垂直になる方向に倒れる。非可視光Ｄ３は、カラーフィルタ層１４および図示されていない偏光板を透過し、外部に出射される。第１の発光素子３５ａ，３５ｂから発光される非可視光（例えば短波長光）Ｄ３は、指などの入力指示体を照明し、その反射光は受光素子２ａ，２ｂによって受光される。そして、受光素子２ａの観測値から受光素子２ｂの
観測値を引いた補償観測値を求めることにより、高精度かつ安定した入力操作の認識が実現される。

【0132】

同期制御部３６が、受光素子２ａ，２ｂのセンシングタイミングと、第１の発光素子３５ａ，３５ｂの発光タイミングとを同期させることで、液晶表示画面上での指操作時に安定した指認識を行うことができる。同期制御部３６は、この受光素子２ａ，２ｂのセンシングタイミングと同じタイミングで導光電極３ｃ，３ｄに液晶駆動電圧を印加し、これにより非可視光Ｄ３が液晶画面から出射される。

【0133】

以上説明した本実施形態においては、受光素子２ａによる観測値から液晶パネル７内での反射光に基づくノイズを除去し、高精度、均質で安定化した補償観測値を得ることが可能であり、入力指示体による操作の認識を高精度で行うことができる。本実施形態においては、３次元画像表示又は２次元画像表示を行うことができる。本実施形態においては、非可視光を用いることにより、入力指示体を照明する非可視光の視覚感度を低下させることができ、観察者は画像表示用の可視光を観察することができる。

【0134】

本実施形態では、画素電極３ａと画素電極３ｂと導光電極３ｃ，３ｄとを別々に形成し、それぞれ異なるトランジスタ１２ａ，１２ｂ及びトランジスタ１２ｃで駆動する。本実施形態では、画素電極３ａと画素電極３ｂと導光電極Ｐ２１，Ｐ２４とを電気的に独立させて異なる電圧を印加可能であり、画素電極３ａ，３ｂへの駆動電圧印加タイミングと、受光素子２ａ，２ｂをセンシングするための導光電極３ｃ，３ｄへの駆動電圧印加タイミングとは、重複があってもよい。

【0135】

（第２の実施形態）
本実施形態においては、画素電極と導光電極とを一体構成とした画素電極に対してトランジスタを割り当てる液晶表示装置について説明する。

【0136】

図９は、本実施形態に係わる液晶表示装置３７の第１の画素電極３８ａのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【0137】

液晶表示装置３７のアレイ基板３９は、第１の実施形態の画素電極３ａと導光電極３ｃとを一体構成とした画素電極３８ａ、第１の実施形態の画素電極３ｂと導光電極３ｄとを一体構成とした画素電極３８ｂを備える。

【0138】

液晶表示装置３７のアレイ基板３９は、共通電極１１ａ，１１ｃを一体構成とした共通電極４０ａと、共通電極１１ｂ，１１ｄを一体構成とした共通電極４０ｂとを備える。

【0139】

液晶表示装置３７の対向基板４１は、対向電極１６ａ，１６ｃを一体構成とした対向電極４２ａと、対向電極１６ｂ，１６ｄを一体構成とした対向電極４２ｂとを備える。

【0140】

画像表示時において、切替部４３は、階調表示を含め種々の画像表示を可能にするために、トランジスタ１２ａ，１２ｂを用いて、一体構成の画素電極３８ａ，３８ｂに種々の駆動電圧を印加可能である。受光素子２ａ，２ｂのセンシング時においては、第１の発光素子３５ａ，３５ｂからの非可視光は、測光のために一定強度で出射される。導光電極として用いられるタイミングにおいて、一体構成の画素電極３８ａ，３８ｂには、ほぼ一定の高さの電圧が印加される。本実施形態において、トランジスタ１２ａ，１２ｂは、画像表示のための駆動電圧と受光素子２ａ，２ｂのセンシングのための駆動電圧とを、異なるタイミングで印加する。

【0141】

なお、画像表示のための光は可視光とし、第１の発光素子３５ａ，３５ｂから出射され
る非可視光、紫外光などの短波長光や赤外光などの長波長光とする。第２の発光素子３２ａ，３２ｂから出射される可視光が、例えば観察者の右目に入射するよう出射される。このとき、第１の発光素子３５ａ，３５ｂは発光しておらず、受光素子２ａ，２ｂでの受光もなされない。

【0142】

図１０は、本実施形態に係わる液晶表示装置１の第２の画素電極３８ｂのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。第２の発光素子３２ａ，３２ｂから出射される可視光が、例えば観察者の左目に入射するよう出射される。このとき、第１の発光素子３５ａ，３５ｂは発光しておらず、受光素子２ａ，２ｂでの受光もなされない。

【0143】

図１１は、本実施形態に係わる液晶表示装置１の画素電極３８ａ，３８ｂの双方に液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。第１の発光素子３５ａ，３５ｂから出射される非可視光の照明光（例えば短波長の波長３８５ｎｍから４００ｎｍの近紫外光）が出射され、指など入力指示体からの反射光が受光素子２ａに入射され、入力指示体の位置、大きさ、移動方向などが認識される。画像表示のための駆動電圧印加と、受光素子２ａ，２ｂのセンシングのための駆動電圧の印加は時分割（フィールドシーケンシャル）で制御される。受光素子２ａ，２ｂのセンシングのための非可視光の照明光は、人の目の視感度の低い非可視領域の出射光であるので、この非可視光の出射による画像表示品位の低下はほとんど生じない。

【0144】

なお、図１１は、２次元画像表示のための駆動電圧を印加したとき（受光素子２ａ，２ｂのセンシングはオフのタイミングのとき）、液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４は図１１に示す動作となり、あわせて第２の発光素子３２ａ，３２ｂから可視光が出射される。図１１に示されるように、液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４の倒れはサブピクセル中心から対称で、かつ、傾斜勾配を持っているので従来にない広い視野角を得ることができる。後述するように、例えば平面視のサブピクセル形状が「くの字」形状であれば、液晶表示装置３７の左右上下方向ともさらに広い視野角を得ることができる。この広い視野角は、本実施形態及び他の実施形態でも実現される。

【0145】

本実施形態で示した対向電極４２ａ，４２ｂを削除し、さらに、アレイ基板３９の画素電極３８ａ，３８ｂと共通電極４０ａ，４０ｂとの構成を、ＩＰＳ（水平配向で横電界の駆動方式の液晶）で用いられる微細な櫛歯状画素電極とこの櫛歯状画素電極と絶縁層を介して備えられるベタ状共通電極とからなるフリンジフィールド方式の電極構成を持つ液晶表示装置に対しても、本実施形態と同様の技術を適用することができる。上述したように、本実施形態において、液晶の配向方向及び駆動方式は、限定されない。

【0146】

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、たとえば、赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥＤ、赤外発光ＬＥＤを具備するバックライトユニットを光源として備える液晶表示装置を前提としている。赤外発光ＬＥＤの発光できる波長領域は、７００ｎｍ〜８５０ｎｍを含むものであれば良い。カラー表示を行わない場合は、白色発光のＬＥＤや蛍光灯であっても良い。

【0147】

また、当実施形態は、トランジスタを電気的に接続する金属配線が、銅あるいは銅合金を表層とする金属配線であることを前提としている。なお、「表層」とは、アレイ基板の断面視、液晶層側（光センサ側）にある金属層を指す。表層の銅あるいは銅合金に対して、下部金属層はアレイ基板である透明基板側に位置する。下部金属層には、チタン、モリブデン、タンタル、タングステンなどの高融点金属あるいはこれらの合金が採用できる。上部金属層の銅あるいは銅合金と、エッチングレートが近いチタン合金を下部金の金属層として選択できる。銅あるいは銅合金の膜厚及び下部金属層の金属の膜厚は、たとえば、それぞれ５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。

【0148】

これら金属配線は、銅あるいは銅合金を表層とする、すくなくとも２層の金属配線とすることができる。銅に、マグネシウム、チタン、ニッケル、モリブデン、インジウム、錫、亜鉛、アルミニウム、カルシウムなどから１以上選択される元素を添加した銅合金を採用することができる。銅に添加する元素はこれらに限定するものでないが、銅に対する添加量は、銅の原子パーセントに対して３原子パーセント以下であることが好ましい。１原子パーセント以下であれば、その銅合金の光の反射率を大きく低下させない。１原子パーセント以下の添加量がさらに好ましい。

【0149】

銅あるいは銅合金を金属配線とするアレイ基板は、ＩＧＺＯなどと呼称される酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタとマッチングが良い。

【0150】

チャネル層となる酸化物半導体上の銅あるいは銅合金を表層とする金属膜は、たとえば、酸化性アルカリエッチャントで選択的にエッチングし、酸化物半導体にダメージをあたえることなく金属配線としてのパターン形成ができる。シリコン系半導体のトランジスタでは困難であった銅あるいは銅合金を表層とする金属配線及び金属層を容易に加工できる。

【0151】

銅あるいは銅合金の、光の長波長側の反射率は、図２４に示すように高い。図２３に示すように、第１の受光素子２ａ、第２の受光素子２ｂのそれぞれ下部を埋めるように金属膜のパターンや金属配線を配設することで、再反射光を利用することができ、受光素子２ａ、２ｂの受光感度を向上できる。

【0152】

図２３では、酸化物半導体のチャネル層５６を具備するトランジスタを、ボトムゲート構造で示したが、ボトムゲート構造に特定する必要はない。たとえば、トップゲート構造、ダブルゲート構造、デユアルゲート構造のトランジスタを採用できる。

【0153】

図２３に示す受光素子２ａの下部には、ソース線やドレイン線などの金属配線５０、あるいは金属配線５０のない部位には金属層によるダミーパターン６１が配設されている。たとえば、ダミーパターン６１は、その製造工程では、ゲート線５７と同じレイヤーに同時に形成することができる。

【0154】

図２３には図示していないが、第２の受光素子２ｂの下部にも、同様、ソース線やドレイン線、電源線などの金属配線５０、あるいは金属配線５０のない部位には金属層によるダミーパターン６１が配設されている。

【0155】

なお、図２３において、ソース電極、ドレイン電極は、トランジスタの電極６０として示した。トランジスタの信号線や電源線との接続関係で、ソース電極、ドレイン電極とはその機能を入れ替えることができる。本発明において、こうしたソース電極、ドレイン電極、あるいはゲート電極５７も光反射性の金属配線や金属層に含まれるものとし、後述する光反射板として活用する。

【0156】

第１の受光素子２ａ及び図示していない第２の受光素子２ｂは、液晶層６に近い方からＰ型半導体のアモルファスシリコン５３、真性半導体（Ｉ型）のアモルファスシリコン５４、Ｎ型半導体のアモルファスシリコン５５の積層構成となっている。

【0157】

例えば、Ｐ型半導体のアモルファスシリコン５３は５ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚で、Ｉ型半導体のアモルファスシリコン５４は膜厚１００ｎｍ〜１０００ｎｍで、Ｎ型半導体のアモ
ルファスシリコン５５は２０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚で形成できる。Ｐ型半導体のアモルファスシリコン５３の上面、Ｎ型半導体のアモルファスシリコン５５の下面には、上部電極５１、下部電極５２としてそれぞれ光透過性の導電膜が配設されている。導電膜は、たとえば、ＩＴＯと呼称される導電性金属酸化物などで形成できる。

【0158】

上部電極５１は、たとえばジグザク形状の細線パターン、あるいは櫛歯状の細線パターンなどとすることができる。上部電極５１のパターンの工夫で、下部電極５２での集電効果を上げることができる。受光素子２ａ、２ｂ上に感度向上のため、たとえば、透明樹脂などで柱状構造物や凹凸、量子ドットなどを積層してもよい。

【0159】

これら構造物には、波長変換機能のある粒子や染料などを添加しても良い。Ｐ型半導体とＮ型半導体の形成位置は入れ替えてもよく、あるいは、水平方向に並べて形成することもできる。アモルファスシリコンは、微結晶シリコンとすることができる。

【0160】

これら受光素子２ａ、２ｂは、図示されるようにあらかじめ酸化物半導体によるトランジスタを形成した基板上に、たとえば、周知のアモルファスシリコン半導体工程を用いて形成される。

【0161】

第１の受光素子２ａは、下部電極５２からコンタクトホール６２及び金属配線５０を介して、いずれかトランジスタの電極６０と電気的につながっている。受光素子２ａ、２ｂの上部電極５１は、図示していないコンタクトホールを介して共通電極配線につながっている。

【0162】

リセット信号が付与されたときに、受光素子２ａ、２ｂの電位を共通電位とすることができる。絶縁層１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、たとえば、酸化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム、これらの混合酸化物、あるいは、感光性でアルカリ現像可能なアクリル樹脂などで形成できる。図２に図示していない第２の受光素子２ｂも、上記 第１の受光素子２ａと同様である。

【0163】

図示するように、受光素子２ａ、２ｂ下部に複数のトランジスタを配設して受光素子２ａ、２ｂの駆動を行うことができる。酸化物半導体による複数のトランジスタは、たとえば、受光素子２ａ、２ｂの選択トランジスタや増幅用トランジスタ、リセット用トランジスタ、あるいは液晶駆動用トランジスタなどのを用いることができる。受光素子２ａ、２ｂの容量が小さい場合は、それぞれキャパシタを補助的に配設できる。

【0164】

図２３に図示するように、平面視、受光素子２ａ、２ｂ下部を埋めるように、銅あるいは銅合金を表層とする金属配線や、金属層によるダミーパターンが形成されている。指などポインタからの反射光は、一度、受光素子２ａ、２ｂに入射する。受光素子２ａ、２ｂに吸収されなかった透過光は、これら銅あるいは銅合金を表層とする金属配線や、金属層によるダミーパターンで反射され、再度、受光素子２ａ、２ｂに再入射する。この透過光の再入射で受光素子２ａ、２ｂの実効感度を向上できる。銅あるいは銅合金を表層とする金属配線や、金属層によるダミーパターンは、受光素子２ａ、２ｂに対して光反射板として機能する。

【0165】

図２２に示す赤フィルタの光の波長７００ｎｍ以降の透過率Ｒ１’は、９０％以上の高い透過率であり、かつ、前記したように銅あるいは銅合金を表層とする金属の長波長での反射率は極めて高い。赤フィルタと、光反射性の反射板として銅あるいは銅合金を表層とする金属を併用することで、受光素子の感度を大きく向上できる。
（第４の実施形態）
本字実施形態においては、ブラックマトリクスＢＭにスリット開口部が形成されており
、このスリット状の開口部から、例えば第三者視認防止のための可視光と紫外光を出射する液晶表示装置について説明する。

【0166】

なお、当実施形態では、斜め出射光を理解しやすくするため、スリット開口部を設けている。しかし、スリット開口部を設けることなく、たとえば、ブラックマトリクスＢＭ下部から斜め方向に可視光などを出射させる構成でも良い。

【0167】

本実施形態においては、平面視での外形が多角形の画素又はサブピクセルを区分けするブラックマトリクスにおける平行な２つの長辺に、例えばスリット状の斜め光開口部を形成する。なお、本実施形態において、斜め光は、非可視光及び可視光のそれぞれを含む。斜め開口部は、受光素子２ａ，２ｂのセンシング時には例えば波長３６０ｎｍ〜４００ｎｍの近紫外光を表示面から斜め方向に出射する開口部であり、第三者視認を妨げるセキュリティ用途の使用時には可視光を斜め方向に出射する開口部となる。

【0168】

図１２は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。この図１２は、本実施形態に係る液晶表示装置４４の平面視の状態（観察者側から見た状態）を表している。

【0169】

図１３は、本実施形態に係る液晶表示装置４４の一例を示す部分断面図である。この図１３は、図１２のＣ−Ｃ’断面であり、液晶表示装置１に備えられているブラックマトリクスＢＭの枠部ＢＭ１の長辺（側辺）及び櫛歯状又はストライプ状の画素電極の長軸方向に垂直な断面を表している。図１３では、垂直配向膜、偏光板、位相差板、図１２で示されている受光素子２ａ，２ｂが図示されていない。後述するように、本実施形態に係る液晶表示装置４４は、３次元画像表示と通常の２次元画像表示とを切り替え可能である。

【0170】

アレイ基板４７は、透明基板８、遮光膜９、絶縁層１０ａ、複数の受光素子２ａ，２ｂ、絶縁層１０ｂ、共通電極１１、絶縁層１０ｃ、画像表示用の画素電極３ａ，３ｂ、斜め光制御用の導光電極３ｃ，３ｄ、画像表示用のトランジスタ１２ａ，１２ｂ、斜め光制御用のトランジスタ１２ｃ、１２ｄを具備する。

【0171】

遮光膜９は、例えばガラスなどのような透明基板８の一方の面にゲート線又はソース線に用いられる金属配線と同じ材料、同じ工程で形成される。

【0172】

絶縁層１０ａは、遮光膜９の形成された透明基板８の上に形成される。

【0173】

受光素子２ａ，２ｂは、互いに隣接する画素又はサブピクセルに対して備えられる。複数の受光素子２ａ，２ｂは、絶縁層１０ａの上に形成される。

【0174】

受光素子２ａは、ブラックマトリクスＢＭの画素開口部ＡＰ１に形成された赤フィルタ１４Ｒを通過した光を検出するが、液晶パネル４５内で反射した光もこの受光素子２ａによって検出される場合がある。受光素子２ａは、平面視で、赤フィルタ１４Ｒと重なる。受光素子２ａは、波長３６０ｎｍ〜４００ｎｍの近紫外領域に感度を持つ。

【0175】

受光素子２ｂは、液晶パネル４５内で反射された光を検出する。例えば、受光素子２ｂによって検出される光としては、対向基板４６側の様々な界面からの反射光、対向基板４６と液晶層６との界面からの反射光などがある。受光素子２ｂは、平面視で、画素開口部ＡＰ１の緑フィルタ１４Ｇと遮光膜９と重なり、断面の垂直方向において、緑フィルタ１４ＧあるいはブラックマトリクストＢＭ１と、遮光膜１７との間に備えられる。受光素子２ｂは、信号補償用の受光素子である。

【0176】

本実施形態に係る受光素子２ｂは、緑フィルタ１４Ｇと遮光膜９の間に配設される。例えば、緑サブピクセルの緑フィルタ１４Ｇの波長３８５ｎｍ近傍の近紫外光の透過率は低いため、本実施形態では、第１の実施形態などで説明したように、受光素子２ｂをブラックマトリクスＢＭと遮光膜９との間に配設しなくてもよい。特に、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を含む緑フィルタ１４Ｇの波長３８５ｎｍ近傍の近紫外光の透過率は、ハロゲン化銅フタロシアニンより低く、近紫外光の遮光パターンとして採用することができる。緑フィルタ１４Ｇに、調色顔料としてさらに黄色顔料を加えた場合の波長３８５ｎｍ近傍の近紫外光の透過率は、さらに低くなる。本実施形態においては、青サブピクセルの画素開口率、緑サブピクセルの画素開口率、赤サブピクセルの画素開口率を揃えることができる。

【0177】

絶縁層１０ｂは、複数の受光素子２ａ，２ｂの形成された絶縁層１０ｂの上に形成される。

【0178】

共通電極１１は、絶縁層１０ｂの上に形成される。

【0179】

画像表示用の画素電極３ａ，３ｂ、斜め光制御用の導光電極３ｃ，３ｄは、絶縁層１０ｃの上に形成される。

【0180】

画像表示用のトランジスタ１２ａ，１２ｂは、画像表示用の画素電極３ａ，３ｂと電気的に接続される。

【0181】

視野角制御用のトランジスタ１２ｃ，１２ｄは、斜め光制御用の導光電極３ｃ，３ｄと電気的に接続される。

【0182】

画像表示用のトランジスタ１２ａ，１２ｂと、斜め光制御用のトランジスタ１２ｃ，１２ｄとしては、例えば、酸化物半導体で透明チャネル層を形成したＴＦＴなどが用いられる。

【0183】

アレイ基板４７は、透明基板８の他方の面側が液晶パネル４５の裏面側となり、画素電極３ａ，３ｂ及び導光電極３ｃ，３ｄの形成側が液晶層６側となる。

【0184】

液晶層６に含まれる液晶は、例えば、初期垂直配向であるとする。なお、液晶表示装置４４は、初期垂直配向の液晶を用いるＶＡ液晶方式でもよく、初期水平配向の液晶を用いるＥＣＢ方式でもよい。以下においては、ＶＡ液晶として、誘電率異方性が負の液晶について説明するが、誘電率異方性が正の液晶が使用されてもよい。ＶＡ液晶として、誘電率異方性が正の液晶を用いることもできる。

【0185】

対向基板４６は、透明基板８、ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタ層１４、透明樹脂層（保護層）７、対向電極１６ａ〜１６ｄを備える。

【0186】

ブラックマトリクスＢＭは、複数の画素又はサブピクセルに対応し平面視でマトリクス状に区分けされた複数の画素開口部ＡＰ１を形成するように、透明基板１３の一方の面に形成される。複数の画素開口部ＡＰ１からは、観察者に提供される画像表示用の光が出射される。

【0187】

本実施形態において、ブラックマトリクスＢＭは、画素又はサブピクセル単位で、画素開口部ＡＰ１を形成する枠部ＢＭ１のうちの平行な２つの長辺部と、この画素開口部ＡＰ１を２分割する垂直方向の中央部ＢＭ２とを備える。中央部ＢＭ２は省略されてもよい。

【0188】

さらに、本実施形態において、ブラックマトリクスＢＭは、平面視で、水平方向において互いに対向する長辺部に、スリット状に形成された斜め光開口部ＡＰ２を具備する。斜め光開口部ＡＰ２からは、第三者視認防止目的の斜め光、及び受光素子２ａのセンシングのための非可視光が出射される。

【0189】

透明基板１３上のブラックマトリクスＢＭによって形成される画素開口部ＡＰ１には、それぞれ青フィルタ１４Ｂ、緑フィルタ１４Ｇ、赤フィルタ１４Ｒのいずれかが形成される。カラーフィルタ層１４は、青フィルタ１４Ｂ、緑フィルタ１４Ｇ、赤フィルタ１４Ｒを含む。

【0190】

ブラックマトリクスＢＭ及びカラーフィルタ層１４の形成された透明基板１３の上に、透明樹脂層１５が形成される。

【0191】

対向電極１６ａ〜１６ｄは、透明樹脂層１５の上に形成される。

【0192】

対向基板４６は、透明基板１３の他方の面側が観察者側となり、対向電極１６ａ〜１６ｄの形成側が液晶層６側となる。

【0193】

本実施形態において、図１３の断面に示されている対向基板４６は、サブピクセルの中心軸Ｃに対して線対称の構成を持つ。

【0194】

多角形サブピクセルの画素開口部ＡＰ１は、マトリクス状に形成される。画素開口部ＡＰ１の平面形状は、例えば、正方形、長方形、平行四辺形、くの字状に折れ曲がった（「＜」状、又は、ブーメラン形状）多角形などのような、対向する辺が互いに平行な多角形とすることができる。対向基板４６では、ブラックマトリクスＢＭの互いに向かい合う側辺の中心部分に、透明なスリット状の斜め光開口部ＡＰ２が形成される。換言すると、ブラックマトリクスＢＭの側辺においては、線状の遮光部分が斜め光開口部ＡＰ２を挟んでいる。

【0195】

図１３に示すように、斜め光開口部ＡＰ２は、指認識と第三者視認防止のため、サブピクセルの両側（左右）に設けることが好ましい。例えば、平面視で、サブピクセルの垂直方向の上下に斜め開口部を設けて、上下方向の斜め光を出射しても、液晶表示画面を横から覗き込む第三者の視認を抑制する効果は小さい。斜め光開口部ＡＰ２の平面視形状は、スリット状又はストライプ状に限定されず、ドット状、楕円形状、矩形状などとしてもよい。複数の斜め光開口部ＡＰ２の配置は、平面視で、サブピクセルの中心から非対称、対称のいずれの関係でもよい。斜め光開口部ＡＰ２は、サブピクセルの長手方向にそって配置されることが好ましい。

【0196】

本実施形態において、斜め光開口部ＡＰ２からの斜め光の出射状態は、液晶を駆動するための導光電極３ｃ，３ｄ、共通電極１１、対向電極１６ａ〜１６ｄの形状又は位置と、液晶動作とに関連する。したがって、導光電極３ｃ，３ｄ、共通電極１１、対向電極１６ａ〜１６ｄの形状又は位置に応じて、斜め光開口部ＡＰ２の形状又は位置を調整することにより、効率的に斜め光を出射させることができる。

【0197】

なお、斜め光の出射方向は、後述される第４の実施形態における光制御素子の構成に含まれるプリズムシートの光軸（三角形断面を持つプリズムシートの稜線方向）とほぼ直交することが望しい。

【0198】

切替部２４は、例えば、導光電極３ｃ，３ｄに印加する電圧の高さを変更するなどの手法により、斜め光開口部ＡＰ２から出射される斜め光の強度を切り替える。

【0199】

演算部１７からの補償観測値が液晶表示画面に指が近づいたことを示す場合に、切替部２４は、トランジスタ１２ｃ、１２ｄを介して導光電極３ｃ，３ｄにより高い電圧を印加し、自動的に斜め光出射の強度をアップさせることができる。斜め光出射強度を高くすることにより、液晶表示画面から指までの距離が例えば７ｍｍ程度離れていても認識可能となり、液晶画面上の３Ｄボタン表示でクリック感を持たせた入力が容易となる。例えば、指の認識においては、受光素子２ａ，２ｂの観測値に基づいて補償演算を行って得られる補償観測値を、２水準又は複数水準の大きさの異なる区分に分類し、それぞれの区分に属する補償観測値の数（例えば、液晶表示画面での指の面積に相当）を求め、又は、それぞれ区分に相当する補償観測値の数の変化速度とその位置などを検出する。

【0200】

これにより、液晶表示画面と指又はポインタなどの入力指示体との距離及び移動を認識することができる。

【0201】

例えば、液晶表示装置４４の切替部２４は、指示受付部を備えるとしてもよく、液晶表示装置４４は画面に切替要求を表示し、切替指示を受け付けるとしてもよい。切替部２４は、入力した切替指示に応じて、斜め光の出射状態を切り替える。

【0202】

例えば、切替部２４は、斜め光を出射しない「表示優先モード」、指入力を行うための「指操作モード」、第三者視認防止のための「セキュリティモード」のうち、観察者に指定されたモードを実現する。切替部２４は、「セキュリティモード」が選択された場合、可視光である強い強度の斜め光を出射させる。出射される光の強度は、上述したように、導光電極３ｃ，３ｄに印加される液晶駆動電圧に基づいて制御される。受光素子２ａ，２ｂのセンシング時は非可視発光素子３５ａ，３５ｂを発光させ、受光素子２ａ，２ｂの観測タイミングにして導光電極３ｃ，３ｄに駆動電圧を印加する。

【0203】

以下で、対向基板４６とアレイ基板４７による液晶の動作と、この動作によって出射される光について、図１４乃至図１７を用いて説明する。

【0204】

図１４は、本実施形態に係る液晶表示装置４４の第１の画素電極３ａのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【0205】

液晶表示装置４４の液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４は、負の誘電率異方性を持つ。液晶分子Ｌ１〜Ｌ１４の長軸方向は、駆動電圧印加前において垂直であるが、トランジスタ１２ａ〜１２ｄによって画素電極３ａ，３ｂ及び導光電極３ｃ，３ｄのいずれかに電圧が印加されると傾斜する。図１４は、画像電極３ａにのみ、駆動電圧が印加された場合の液晶の駆動状態の例を示している。

【0206】

液晶分子Ｌ４〜Ｌ１０は、電気力線に対して垂直になる方向に倒れる。出射光Ｄ４は、液晶の傾斜した部分を通過して例えば観察者の一方の目（右目）方向に出射される。液晶分子Ｌ４は、画素電極３ａの端部と共通電極１１との間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子Ｌ２４の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。

【0207】

図１５は、本実施形態に係る液晶表示装置１の第２の画素電極３ｂのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【0208】

画素電極３ｂに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子Ｌ５〜Ｌ１１は、電気力線に垂直になる方向に倒れる。出射光Ｄ５は、液晶の傾斜した部分を通過して例えば観察者の一方の目（左目）方向に出射される。液晶分子Ｌ１１は、画素電極３ｂの端部と共通電極１
１との間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子Ｌ１１の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。

【0209】

図１６は、本実施形態に係る液晶表示装置１の第１の導光電極３ｃのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【0210】

導光電極３ｃに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子Ｌ１〜Ｌ３は、電気力線に垂直になる方向に倒れる。斜め光Ｄ６は、傾斜した液晶Ｌ１〜Ｌ３を斜めに横切る状態で透過し、図示されていない偏光板を透過し、漏れ光として外部に出射される。この場合、観察者方向からは黒表示として視認されるが、斜め方向の第三者には漏れ光が観察され、黒表示として視認されない。導光電極３ｃに液晶駆動電圧が印加され、斜め光Ｄ６が出射されることにより、観察者の周囲にいる第三者の視認を妨げることができる。さらに、斜め光Ｄ６を出射させることで、受光素子２ａによる安定入力を行うことができ、液晶画面上での指操作時に安定した指認識を行うことができる。

【0211】

この漏れ光の量及び斜め光Ｄ６の角度は、斜め光開口部ＡＰ２の幅Ｗ１、ブラックマトリクスＢＭの枠部の幅Ｗ２、透明基板１３の一方の面から対向基板４６の液晶層６側の界面までの厚さＨｔ、液晶層６の厚さＬｔ、遮光パターン９の幅Ｗ３などに基づいて制御可能である。

【0212】

液晶分子Ｌ３は、導光電極３ｃの端部と共通電極１１との間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子Ｌ３の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。

【0213】

図１７は、本実施形態に係る液晶表示装置１の第２の導光電極３ｄのみに液晶駆動電圧が印加された状態の一例を示す部分断面図である。

【0214】

導光電極３ｄに液晶駆動電圧が印加されると、液晶分子Ｌ１２〜Ｌ１４は、電気力線に対して垂直になる方向に倒れ、斜め光Ｄ７が出射される。液晶分子Ｌ１２は、導光電極３ｄの端部と共通電極１１との間に形成される強い電場で他の液晶分子より早く倒れ始める。この液晶分子Ｌ１２の動作は、液晶動作のトリガとなり、液晶の応答性を高める。導光電極３ｄに駆動電圧が印加されることにより、斜め光Ｄ７が出射され、観察者の周囲にいる第三者の視認を妨げる。なお、図１６の斜め光Ｄ６と図１７の斜め光Ｄ７とは、同時に出射させるとしてもよい。

【0215】

以上説明した本実施形態においては、受光素子２ａ，２ｂを酸化物半導体によって形成することにより、液晶パネル４５内に均質な受光素子２ａ，２ｂを形成することができる。

【0216】

本実施形態においては、受光素子２ａによって検出された観測値を、受光素子２ｂによって検出された観測値で補償することができるため、例えば画面に対する指入力などを高精度かつ安定的に検出することができる。

【0217】

本実施形態においては、３次元画像表示用の液晶表示装置４４について入力検出を行うことができる。

【0218】

本実施形態においては、斜め光Ｄ６，Ｄ７を出射することにより、視野角制御を行うとともに、液晶パネル４５内の反射光が受光素子２ａの観測値に悪影響を与えることを防止することができる。

【0219】

本実施形態においては、バックライトユニット３０の第２の発光素子３２ａ，３２ｂを、導光電極３ｃ，３ｄと同期させて発光させることにより、斜め開口部ＡＰ２から可視光が出射され、第三者視認防止が実現される。

【0220】

本実施形態においては、実効的な表示面積が減少することを抑制でき、また、観察者に斜め光Ｄ６，Ｄ７が観察されることを防止することができるため、表示品質を保つことができる。

【0221】

本実施形態においては、液晶表示装置４４が重く及び厚くなることを防止することができる。

【0222】

（第５の実施形態）
本実施形態においては、上記第４の実施形態の変形例について説明する。本実施形態に係る斜め開口部ＡＰ２の断面は、凸形状を持つ。

【0223】

図１８は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。この図１８は、櫛歯状又はストライプ状の電極の櫛歯の長手方向に垂直な断面である。図１８では、対向基板とアレイ基板との間の液晶分子Ｌ１〜Ｌ１６の配向状態と、これら液晶分子Ｌ１〜Ｌ１６の動作に基づいて出射される斜め光Ｄ３，Ｄ４とが示されており、配向膜、偏光板、位相差板、トランジスタ、受光素子は省略されている。この図１８では、液晶駆動電圧が印加されてない液晶の初期配向状態を示している。

【0224】

液晶表示装置２６は、アレイ基板２７と対向基板２８とが液晶層６を介して対向している液晶パネル２９を備える。本実施形態に係る液晶表示装置２６は、斜め光開口部ＡＰ２に備えられる透明パターン４８に特徴がある。透明パターン４８の垂直方向の厚さＨｔは、ブラックマトリクスＢＭの垂直方向の厚さ、及びカラーフィルタ層１４の厚さより大きい。対向基板２８における透明パターン４８の形成部分は、他の部分よりも液晶層６側に突出している。

【0225】

さらに、各サブピクセルの中心部において、対向基板２８には凹部４９が形成されている。

【0226】

対向基板２８の生成においては、まず、ガラスなどの透明基板１３上に、ブラックマトリクスＢＭと斜め光開口部ＡＰ２の透明パターン４８とが形成される。次に、ブラックマトリクスＢＭと透明パターン４８とを覆うように透明電極である対向電極１６が形成される。それぞれの画素開口部ＡＰ１の対向電極１６上に、青フィルタ１４Ｂ、緑フィルタ１４Ｇ、赤フィルタ１４Ｒが積層され、さらに、保護層として透明樹脂層１５が形成される。

【0227】

アレイ基板２７は、多角形のサブピクセルごとに、画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇと、共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇを備える。

【0228】

画素電極３ｅ，３ｆと対向電極１６との間、及び画素電極３ｅ，３ｆと共通電極１１ｅ，１１ｆとの間には、液晶を駆動するための電圧が印加される。なお、アレイ基板２７は、共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇを備えなくてもよい。画素電極３ｅ，３ｆの平面視でのパターンは、櫛歯状パターン、ストライプ状パターン、又は、帯状（ベタ状）の透明導電膜に複数のスリット状開口を形成したパターンとしてもよい。

【0229】

斜め光Ｄ６，Ｄ７の出射角度θは、透明パターン４８の幅Ｗ１、透明パターン４８の厚さＨ１、液晶層６の厚さＬｔ、遮光パターン９の幅Ｗ３などを用いて制御可能である。

【0230】

櫛歯状パターンの画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇと、櫛歯状パターンの共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇとは、絶縁層１０ｃを介して配置される。水平方向の位置において、画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇと共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇとは、ずれている。この図１８では、水平方向において、画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇと共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇとは一部が重なり、他の一部がはみ出た状態となる。水平方向において、共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇは、対応する画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇよりも透明パターン４８側（サブピクセルの端側）にずれている。

【0231】

画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇと共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇとの櫛歯状パターンは、例えば２μｍから２０μｍの幅の線状導体を電気的に２本以上連結して形成される。線状導体の連結部は片側のみに形成されてもよく、両側に形成されてもよい。連結部は、多角形のサブピクセルの周辺部であり、平面視で画素開口部ＡＰ１外に配置されることが好ましい。

【0232】

櫛歯状パターンの間隔は、例えば、およそ３μｍから１００μｍの範囲とし、液晶セル条件、液晶材料に基づいて選択される。櫛歯状パターンの形成密度、ピッチ、電極幅は、サブピクセル内又は画素内で変更可能である。

【0233】

水平方向における画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇと、共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇとのはみ出し量Ｗ４は、液晶６の材料、駆動条件、液晶セル厚みなどのディメンションで種々調整可能である。はみ出し部の幅Ｗ４は、例えば、１μｍから６μｍまでのいずれかの値のように小さい量でも十分である。重なり部分の幅Ｗ５は、液晶駆動に係わる補助容量として用いることができる。液晶分子Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ７，Ｌ１０〜Ｌ１４，Ｌ１６は、基板表面に対して、ほぼ垂直に配向している。

【0234】

液晶表示装置２６の大きさ又は使用目的に応じて、櫛歯状パターンの画素電極３ｅ，３ｆ、導光電極３ｇ、共通電極１１ｅ，１１ｆ，１１ｇにおけるサブピクセル又は画素の開口幅方向の櫛歯本数、密度、及び間隔は、適宜調整可能である。

【0235】

本実施形態においては、対向電極１６としての透明導電膜が透明基板１３とカラーフィルタ層１４との間に形成される。本実施形態においては、対向基板２８の製造において、透明導電膜より後にカラーフィルタ層１４が形成される。このような構成の対向基板２８を備える液晶表示装置２６においては、バックライトユニット３０から出射された光が対向電極１６の界面で反射された場合であっても、この反射光は、カラーフィルタ層１４で吸収される。したがって、本実施形態においては、液晶パネル２９の裏面に設置されるバックライトユニット３０から出射された光が、液晶パネル２９の対向電極１６の界面で反射して受光素子２ａ，２ｂに観測されることを緩和することができる。

【0236】

本実施形態のように、対向電極１６に、誘電体でもあるカラーフィルタ層１４又は透明樹脂層１５を積層する対向電極１５の構成では、画素電極３ｅ，３ｆと対向電極１６との間に印加される液晶駆動電圧に係わる等電位線を、液晶厚み方向に広げることができ、透過率を向上させることができる。

【0237】

本実施形態において、対向基板２８の透明パターン１５の近傍の液晶分子Ｌ２，Ｌ１５、及び、対向基板２８の中央部の凹部４９の近傍の液晶分子Ｌ８，Ｌ９は、予め所定の角度だけ傾く。これにより、駆動電圧印加時に、液晶分子Ｌ１〜Ｌ１６を効果的に傾斜させることができる。

【0238】

斜め光Ｄ６，Ｄ７は、第２の発光素子から発光される可視光及び第１の発光素子から発
光される非可視光の片方又は両方である。同期制御部３６は、斜め光の出射において、導光電極３ｇへの液晶駆動電圧印加と、第２の発光素子３２ａ，３２ｂと第１の発光素子３５ａ，３５ｂとの片方又は両方の発光とを、同期して行う。

【0239】

同期制御部３６は、指など入力指示体の認識時において、導光電極３ｇへの液晶駆動電圧印加と、第１の発光素子３５ａ，３５ｂの発光と、受光素子２ａ，２ｂの受光とが同期する。３次元画像表示と２次元画像表示の切り替えは、上記の第１の実施形態と同様に可能である。「指操作モード」又は「セキュリティモード」の適用は、上記の第３の実施形態と同様に可能である。

【0240】

なお、本実施形態においては、図１８における透明導電膜の形成位置を、ブラックマトリクスＢＭとカラーフィルタ層１４との間としているが、透明基板１３とブラックマトリクスＢＭとの間など、透明導電膜は他の位置に形成されるとしてもよい。

【0241】

（第６の実施形態）
本実施形態においては、サブピクセルの平面形状と画素電極の形状との関係について説明する。

【0242】

図１９は、本実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇの形状との関係の第１の例を示す平面図である。

【0243】

この図１９において、サブピクセルは、平面視で、縦に長い長方形である。櫛歯状電極である画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇは、それぞれ別の３つのトランジスタに電気的に接続される。

【0244】

導光電極３ｇは、対応する共通電極１１ｇとともに作用し、斜め光開口部ＡＰ２近傍の液晶を駆動し、斜め光Ｄ６，Ｄ７の出射を行う。図１９の構成の場合、スリット状の斜め光開口部ＡＰ２は、導光電極３ｇで駆動される液晶を透過する斜め光を出射するために、導光電極３ｇと平行に形成される。

【0245】

本実施形態において、画素電極３ｅ，３ｆの櫛歯部の間の連結部は、平面視で、サブピクセルのブラックマトリクスＢＭの下側と重なる。導光電極３ｇの櫛歯部の間の連結部は、平面視で、サブピクセルのブラックマトリクスＢＭの上側と重なる。画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇの櫛歯本数、その密度、電極幅は、液晶セルの条件によって種々変更できる。

【0246】

図２０は、本実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇの形状との関係の第２の例を示す平面図である。

【0247】

図２１は、本実施形態に係るサブピクセルの平面形状と画素電極３ｅ，３ｆ及び導光電極３ｇの形状との関係の第３の例を示す平面図である。

【0248】

この図２０において、サブピクセルは、平面視で、平行四辺形である。図２１において、サブピクセルは、平面視で、「くの字」状の多角形である。Ｆ１〜Ｆ４は、画素電極に液晶駆動電圧が印加された場合の液晶の傾斜方向である。

【0249】

視野角制御に用いる斜め光Ｄ６，Ｄ７の出射方向を考慮すると、サブピクセルの平面形状は、平行四辺形又は「くの字」状の多角形が好ましい。

【0250】

液晶表示装置で文字を表示する場合には、文字表示の構成サブピクセル毎に、出射方向
が変わる平行四辺形のサブピクセルを適用することにより、第三者の視認性を広い範囲で低減させることが容易になる。

【0251】

１つのサブピクセルに対して２個から４個のトランジスタを形成し、それぞれのトランジスタで画像表示用の画素電極３ｅ，３ｆと視野角制御用の導光電極３ｇとを分割駆動する場合、画素形状要因の寄与は、少し低下する。なぜなら、このように画像表示用の画素電極３ｅ，３ｆと視野角制御用の導光電極３ｇとを分割駆動する場合には、視野角制御用の導光電極３ｇによって画像表示と切り離して斜め光Ｄ６，Ｄ７を制御することができるためである。

【0252】

さらに、画像表示用の画素電極３ｅ，３ｆと視野角制御用の導光電極３ｇとを分割駆動する場合には、視野角制御用の導光電極３ｇを用いて斜め光Ｄ６，Ｄ７による第三者視認性をさらに低下させるために、駆動電圧信号のランダマイズ及び透明パターン４８の形状・配置のランダマイズを行ってもよい。

【0253】

１つのサブピクセルに対して２個から４個のトランジスタを形成することにより、必要時に、個別に斜め光Ｄ６，Ｄ７を出射させることができ、ランダマイズさせることにより表示画面の文字表示などに対して高いレベルで第三者の視認を防止することができる。

【0254】

なお、同期制御部３６は、第三者視認防止を目的とする視野角制御用の斜め出射光について、第２の発光素子３２ａ，３２ｂの可視光発光と、導光電極３ｇへの電圧印加とを同期して行う。同期制御部３６は、指などの入力指示体を認識する場合に、第１の発光素子３５ａ，３５ｂの非可視発光と、導光電極３ｇへの電圧印加とを同期して行う。

【0255】

第１の発光素子３５ａ，３５ｂの発光ピークは人の目の低視感度領域に設定でき、また、第２の発光素子３２ａ，３２ｂの発光ピークは可視光である青、緑、赤の発光ピークに設定できる。

【0256】

酸化物半導体によって形成された透明チャネル層を持つ受光素子２ａ，２ｂは、第１の発光素子の非可視波長領域のピーク波長に合わせて感度を設定できるので、本実施形態においては、斜め光として可視光と非可視光を同時に出射させてもよく、可視光と非可視光とを時分割で出射させてもよい。

【0257】

（第７の実施形態）
本実施形態においては、上記各実施形態に係る液晶表示装置１，３７，４４の対向基板５，４１，４６で用いられる透明樹脂及び有機顔料などの各種材料の例について説明する。

【0258】

カラーフィルタ層１４の形成に用いられる感光性着色組成物は、顔料分散体に加え、多官能モノマー、感光性樹脂又は非感光性樹脂、重合開始剤、溶剤などを含有する。感光性樹脂又は非感光性樹脂などのような本実施形態で用いられる透明性の高い有機樹脂を総称して透明樹脂と呼ぶ。

【0259】

ブラックマトリクスＢＭ、透明樹脂層１５、カラーフィルタ層１４には、フォトリソグラフィによるパターン形成可能な感光性樹脂組成物、又は、熱硬化樹脂などの透明樹脂を用いることが好ましい。ブラックマトリクスＢＭとカラーフィルタ層１４に用いられる樹脂は、アルカリ可溶性を与えられた樹脂であることが望ましい。アルカリ可溶性樹脂としては、カルボキシル基又は水酸基を含む樹脂であればよい。例えば、アルカリ可溶性樹脂としては、エポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、ポリビニルフェノール系樹脂、アクリル系樹脂、カルボキシル基含有エポキシ樹脂、カルボキシル基含有ウレタン樹
脂などが用いられる。これらの中でも、エポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂が好ましく、特に、エポキシアクリレート系樹脂又はノボラック系樹脂が好ましい。

【0260】

赤色顔料としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ２５４を少なくとも主色材として用いる。さらにこれに調色の観点で少量の顔料を加えることができる。赤色顔料としては、たとえば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ７、９、１４、４１、４８：１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、９７、１２２、１２３、１３９、１４６、１４９、１６８、１７７、１７８、１７９、１８０、１８４、１８５、１８７、１９２、２００、２０２、２０８、２１０、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２４２、２４６、２５５、２６４、２７２、２７９などを加えることができる。

【0261】

黄色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２０、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、８６、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１３７、１３８、１３９、１４４、１４６、１４７、１４８、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８５、１８７、１８８、１９３、１９４、１９９、２１３、２１４などを用いることができる。

【0262】

青色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４、８０などを用いることができ、これらの中では、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６が好ましい。

【0263】

紫色顔料として、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０などを用いることができ、これらの中では、Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３が好ましい。

【0264】

緑フィルタ１４Ｇに用いられる緑色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ １、２、４、７、８、１０、１３、１４、１５、１７、１８、１９、２６、３６、４５、４８、５０、５１、５４、５５、５８などを用いることができ、これらの中では、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料であるＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ５８が好ましい。ハロゲン化アルミニウムフタロシアニン緑色顔料を用いることもできる。

【0265】

ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を用いた緑フィルタは、緑色顔料として旧来より一般的に用いられているハロゲン化銅フタロシアニンの緑フィルタより比誘電率が低くなる。ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を緑フィルタ１４Ｇに用いることにより、カラーフィルタ層１４に含まれる赤フィルタ１４Ｒ、及び、青フィルタ１４Ｂの比誘電率にほぼ揃えることができる。

【0266】

例えば、電圧５Ｖ、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚなどの液晶の駆動周波数で、青サブピクセルの青フィルタ１４Ｂ及び赤サブピクセルの赤フィルタ１４Ｒのそれぞれ膜厚２．８μｍでの比誘電率を測定すると、その比誘電率はおよそ３〜３．９の範囲に入る。ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を主たる色材（色調整として黄色顔料を加えることもある）
とする緑フィルタ１４Ｇの比誘電率はおよそ３．４〜３．７であり、この緑フィルタ１４Ｇの比誘電率は、他の２色の赤フィルタ１４Ｒ及び青フィルタ１４Ｂの比誘電率とそろえることが可能である。

【0267】

青フィルタ１４Ｂ、緑フィルタ１４Ｇ、赤フィルタ１４Ｒの比誘電率をそろえることは、上記の第１４の実施形態で示したような透明電極（共通電極１６）上にカラーフィルタ層１４を形成する構成、又は、ＩＰＳと呼称される横電界方式の液晶表示装置において、効果が大きい。青フィルタ１４Ｂ、緑フィルタ１４Ｇ、赤フィルタ１４Ｒのそれぞれ比誘電率が同じレベルであれば、液晶駆動時にカラーフィルタの異なる比誘電率のために、光漏れが生じるなどの悪い影響を低減させることができる。

【0268】

例えば、ハロゲン化銅フタロシアニンを主たる色材とする緑フィルタ１４Ｇの比誘電率は、およそ４．４〜４．６であり青フィルタ１４Ｂ、赤フィルタ１４Ｒの比誘電率よりかなり大きく好ましくない。また、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料の緑フィルタ１４Ｇは、急峻な分光特性カーブで、かつ、ハロゲン化銅フタロシアニンの緑色顔料より高い透過率を持つ。

【0269】

ブラックマトリクスＢＭに用いられる遮光性の着色剤としては、上記の各種の有機顔料の混合を用いることができ、又は、遮光性に優れるカーボンを用いることができる。

【0270】

上記の各実施形態は、発明の趣旨が変わらない範囲で様々に変更して適用することができる。

【符号の説明】

【0271】

１，２６，３７，４４…液晶表示装置、２ａ，２ｂ…受光素子、ＢＭ…ブラックマトリクス、ＢＭ１…枠部、ＢＭ２…中央部、２２…表示領域、２３…センサ領域、１７…演算部、ＡＰ１…画素開口部、ＡＰ２…斜め光開口部、３ａ，３ｂ，３ｅ，３ｆ，３８ａ，３８ｂ…画素電極、３ｃ，３ｇ…導光電極、４，２７，３９，４７…アレイ基板、５，２８，４１，４６…対向基板、６…液晶層、７，２９，４５…液晶パネル、８，１３…透明基板、９…遮光パターン、１０ａ〜１０ｄ…絶縁層、１１，１１ａ〜１１ｇ，４０ａ，４０ｂ…共通電極、１２ａ〜１２ｄ…トランジスタ、１４…カラーフィルタ層、１４Ｂ…青フィルタ、１４Ｒ…赤フィルタ、１４Ｇ…緑フィルタ、１５…透明樹脂層、１６ａ〜１６ｄ，４２ａ，４２ｂ…対向電極、Ｌ１〜Ｌ１４…液晶分子、１７…演算部、１８…表示素子走査部、１９…センサ走査部、２０…表示素子駆動部、２１…センサ読取部、２４，４３…切替部、３０…バックライトユニット、３１…光制御素子、３２ａ，３２ｂ，３５ａ，３５ｂ…発光素子、３３…プリズムシート、３４…レンズシート、４８…透明パターン、金属配線…５０、上部電極…５１、下部電極…５２、チャネル層…５６、トランジスタの電極６０、ダミーパターン…６１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】