特開 2022-107203 液晶表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022107203

(43)【公開日】2022-07-21

(54)【発明の名称】液晶表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/1368 20060101AFI20220713BHJP

   G02F 1/1333 20060101ALI20220713BHJP

【ＦＩ】

G02F1/1368

G02F1/1333

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021001999

(22)【出願日】2021-01-08

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 友幸

(72)【発明者】

【氏名】松永 和己

(72)【発明者】

【氏名】新木 盛右

(72)【発明者】

【氏名】望月 一秀

【テーマコード（参考）】

2H189

2H192

【Ｆターム（参考）】

2H189LA15

2H189LA20

2H189LA27

2H189LA31

2H192AA24

2H192AA42

2H192BB13

2H192BB66

2H192BC31

2H192CB02

2H192CC55

2H192EA04

2H192EA07

2H192EA26

2H192EA34

2H192EA43

2H192FB46

2H192GB04

2H192GB13

2H192GB24

2H192JA32

(57)【要約】      （修正有）

【課題】液晶表示装置が備えるセンサの検知精度を高める方法の提供。
【解決手段】第１基板ＳＵＢ１と、第１基板ＳＵＢ１に対向する第２基板ＳＵＢ２と、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の間に位置する液晶層ＬＣと、を備えている。第１基板ＳＵＢ１は、基材１０と、画素を含む表示領域において基材１０と液晶層ＬＣの間に位置し、液晶層ＬＣ側から入射する光に応じた検知信号を出力するセンサＳＳと、センサＳＳと液晶層ＬＣの間に位置し、センサＳＳと重なる第１開口Ｏ１１を有する第１コリメート層ＣＬ１１と、センサＳＳと第１コリメート層ＣＬ１１の間に位置する絶縁層１７と、センサＳＳと基材１０の間に位置し、第１コリメート層ＣＬ１１の外周部と重なる遮光層ＬＳ１と、を備えている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板と、
前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に位置する液晶層と、を備え、
前記第１基板は、
基材と、
画素を含む表示領域において前記基材と前記液晶層の間に位置し、前記液晶層側から入射する光に応じた検知信号を出力するセンサと、
前記センサと前記液晶層の間に位置し、前記センサと重なる第１開口を有する第１コリメート層と、
前記センサと前記第１コリメート層の間に位置する絶縁層と、
前記センサと前記基材の間に位置し、前記第１コリメート層の外周部と重なる遮光層と、
を備える液晶表示装置。

【請求項2】

前記センサは、
前記基材に対向する第１面と、前記液晶層に対向する第２面とを有する光電変換素子と、
前記第１面に接触する第１電極と、
前記第２面に接触する第２電極と、
を備え、
前記遮光層は、前記第１電極の外周部と重なっている、
請求項１に記載の液晶表示装置。

【請求項3】

前記第１電極は、金属材料で形成され、
前記第２電極は、透明導電材料で形成されている、
請求項２に記載の液晶表示装置。

【請求項4】

前記第１基板は、前記第２電極の表面を覆う第２コリメート層をさらに備え、
前記第２コリメート層は、前記第１開口と重なる第２開口を有している、
請求項２または３に記載の液晶表示装置。

【請求項5】

前記第１コリメート層は、金属材料で形成され、前記第２電極と電気的に接続されている、
請求項２乃至４のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【請求項6】

前記第１コリメート層は、前記センサに向けて延びる傾斜部分を有し、
前記傾斜部分は、前記第１開口を囲っている、
請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【請求項7】

前記第１基板は、透明導電材料で形成された画素電極をさらに備え、
前記センサ、前記第１コリメート層および前記遮光層は、前記画素電極と重なっている、
請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【請求項8】

第１基板と、
前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に位置する液晶層と、を備え、
前記第１基板は、
基材と、
画素を含む表示領域において前記基材と前記液晶層の間に位置し、前記液晶層側から入射する光に応じた検知信号を出力するセンサと、
前記センサと前記液晶層の間に位置し、前記センサと重なる第１開口を有する第１コリメート層と、
前記センサと前記第１コリメート層の間に位置し、前記センサの表面を覆い、前記第１開口と重なる第２開口を有する第２コリメート層と、
前記第１コリメート層と前記第２コリメート層の間に位置する絶縁層と、
を備える液晶表示装置。

【請求項9】

第１基板と、
前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に位置する液晶層と、を備え、
前記第１基板は、
基材と、
画素を含む表示領域において前記基材と前記液晶層の間に位置し、前記液晶層側から入射する光に応じた検知信号を出力するセンサと、
前記センサと前記液晶層の間に位置し、前記センサと重なる第１開口を有する第１コリメート層と、
前記センサと前記第１コリメート層の間に位置する絶縁層と、
を備え、
前記第１コリメート層は、前記センサに向けて延びる傾斜部分を有し、
前記傾斜部分は、前記第１開口を囲っている、
液晶表示装置。

【請求項10】

前記第１基板に光を照射する照明装置をさらに備え、
前記センサは、前記第２基板に対向する対象物がある場合に、当該対象物により反射され前記第１開口を通じて入射する前記光に応じた前記検知信号を出力する、
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、指紋センサや静脈センサ等、生体情報を検出するセンサが内蔵された液晶表示装置が開発されている。この種のセンサとしては、例えば光電変換素子を用いた光学センサが用いられる。センサの上方には、斜めの入射光を遮断する１つまたは複数のコリメータ層が配置されている。

【0003】

センサは、例えばバックライト等の光源から発せられ対象物にて反射された光を検知する。対象物に向かう光は、コリメータ層の裏面にて反射されることがある。この反射光がセンサに入射するとノイズが生じ、検知精度が低下し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６４７９１５１号公報

【特許文献2】特許第３８４０５９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、液晶表示装置が備えるセンサの検知精度を高めることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態に係る液晶表示装置は、第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間に位置する液晶層と、を備えている。前記第１基板は、基材と、画素を含む表示領域において前記基材と前記液晶層の間に位置し、前記液晶層側から入射する光に応じた検知信号を出力するセンサと、前記センサと前記液晶層の間に位置し、前記センサと重なる第１開口を有する第１コリメート層と、前記センサと前記第１コリメート層の間に位置する絶縁層と、前記センサと前記基材の間に位置し、前記第１コリメート層の外周部と重なる遮光層と、を備えている。

【0007】

他の観点において、前記第１基板は、基材と、画素を含む表示領域において前記基材と前記液晶層の間に位置し、前記液晶層側から入射する光に応じた検知信号を出力するセンサと、前記センサと前記液晶層の間に位置し、前記センサと重なる第１開口を有する第１コリメート層と、前記センサと前記第１コリメート層の間に位置し、前記センサの表面を覆い、前記第１開口と重なる第２開口を有する第２コリメート層と、前記第１コリメート層と前記第２コリメート層の間に位置する絶縁層と、を備えている。

【0008】

さらに他の観点において、前記第１基板は、基材と、画素を含む表示領域において前記基材と前記液晶層の間に位置し、前記液晶層側から入射する光に応じた検知信号を出力するセンサと、前記センサと前記液晶層の間に位置し、前記センサと重なる第１開口を有する第１コリメート層と、前記センサと前記第１コリメート層の間に位置する絶縁層と、を備えている。前記第１コリメート層は、前記センサに向けて延びる傾斜部分を有し、前記傾斜部分は、前記第１開口を囲っている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態に係る表示装置を模式的に示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る表示装置を概略的に示す平面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る画素のレイアウトの一例を示す概略的な平面図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る表示パネルの概略的な断面図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な断面図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る第１基板に配置される要素の概略的な平面図である。

【図7】図７は、画素のレイアウトの他の一例を示す概略的な平面図である。

【図8】図８は、第１基板に適用し得る他の構造を示す概略的な断面図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。

【図10】図１０は、第１基板に適用し得る他の構造を示す概略的な断面図である。

【図11】図１１は、第３実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。

【図12】図１２は、第１基板に適用し得る他の構造を示す概略的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一または類似の要素については符号を省略することがある。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。

【0011】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る液晶表示装置ＤＳＰ（以下、表示装置ＤＳＰと呼ぶ）を模式的に示す図である。表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬと、カバー部材ＣＭと、第１偏光板ＰＬＺ１と、第２偏光板ＰＬＺ２と、照明装置ＢＬとを備えている。

【0012】

表示パネルＰＮＬは、液晶表示パネルであり、第１基板ＳＵＢ１と、第１基板ＳＵＢ１に対向する第２基板ＳＵＢ２と、シール材ＳＥと、液晶層ＬＣとを備えている。液晶層ＬＣは、シール材ＳＥにより第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の間に封入されている。本実施形態の表示パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１の背面側からの光を第２基板ＳＵＢ２の上面側に選択的に透過させることで画像を表示する透過型である。

【0013】

第１基板ＳＵＢ１は、センサＳＳと、コリメート層ＣＬ１１（第１コリメート層）と、遮光層ＬＳ１とを備えている。センサＳＳは、コリメート層ＣＬ１１と遮光層ＬＳ１の間に位置している。コリメート層ＣＬ１１は、センサＳＳと液晶層ＬＣの間に位置している。

【0014】

本実施形態において、コリメート層ＣＬ１１は金属材料で形成され、遮光性を有している。そのため、コリメート層ＣＬ１１を金属層や遮光層と呼ぶこともできる。また、遮光層ＬＳ１は、本実施形態においては金属材料で形成されている。そのため、遮光層ＬＳ１は、金属層と呼ぶこともできる。

【0015】

第２基板ＳＵＢ２は、コリメート層ＣＬ２１，ＣＬ２２を備えている。コリメート層ＣＬ２２は、コリメート層ＣＬ２１よりも液晶層ＬＣ側に位置している。コリメート層ＣＬ２１，ＣＬ２２は、例えば黒色樹脂で形成され、遮光性を有している。コリメート層ＣＬ２１，ＣＬ２２は、遮光層と呼ぶこともできる。

【0016】

コリメート層ＣＬ１１は、センサＳＳと重なる開口Ｏ１１（第１開口）を有している。コリメート層ＣＬ２１は、センサＳＳと重なる開口Ｏ２１を有している、コリメート層ＣＬ２２は、センサＳＳと重なる開口Ｏ２２を有している。また、コリメート層ＣＬ２２は、センサＳＳと重ならない位置において、画素開口ＯＰを有している。開口Ｏ１１，Ｏ２１，Ｏ２２は、互いに重なっている。例えば、開口Ｏ１１は開口Ｏ２１，Ｏ２２よりも小さく、開口Ｏ２１と開口Ｏ２２は同じ大きさである。

【0017】

シール材ＳＥは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２を接着している。第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の間には、図示しないスペーサによって所定のセルギャップが形成される。液晶層ＬＣは、このセルギャップ内に充填されている。

【0018】

カバー部材ＣＭは、表示パネルＰＮＬの上に設けられている。例えば、カバー部材ＣＭとしてはガラス基板や樹脂基板を用いることができる。カバー部材ＣＭは、センサＳＳによる検出の対象物が接触する上面ＵＳＦを有している。図１の例においては、対象物の一例である指Ｆが上面ＵＳＦに接触している。第１偏光板ＰＬＺ１は、表示パネルＰＮＬとカバー部材ＣＭの間に設けられている。

【0019】

照明装置ＢＬは、表示パネルＰＮＬの下に設けられ、第１基板ＳＵＢ１に光Ｌを照射する。照明装置ＢＬは、例えばサイドエッジ型のバックライトであり、プレート状の導光体と、この導光体の側面に光を放つ複数の光源とを備えている。第２偏光板ＰＬＺ２は、表示パネルＰＮＬと照明装置ＢＬの間に設けられている。

【0020】

光Ｌのうち指Ｆで反射された反射光は、開口Ｏ２１，Ｏ２２，Ｏ１１を順に通ってセンサＳＳに入射する。すなわち、指Ｆで反射された反射光は、センサＳＳに入射するまでに、カバー部材ＣＭ、第１偏光板ＰＬＺ１、第２基板ＳＵＢ２、液晶層ＬＣ、さらには第１基板ＳＵＢ１のうちセンサＳＳより上層に位置する部分を透過する。

【0021】

センサＳＳは、入射した光に応じた検知信号を出力する。後述するように、表示パネルＰＮＬは複数のセンサＳＳを備えており、これらセンサＳＳが出力する検知信号に基づけば、指Ｆの表面の凹凸（例えば、指紋）を検出することができる。

【0022】

センサＳＳは、より正確な検知信号を得るために、上面ＵＳＦの法線方向と平行な入射光を検知することが望ましい。コリメート層ＣＬ１１，ＣＬ２１，ＣＬ２２は、センサＳＳに入射する光を平行化するコリメータとして機能する。つまり、コリメート層ＣＬ１１，ＣＬ２１，ＣＬ２２によって上面ＵＳＦの法線方向に対して傾斜した光が遮断される。

【0023】

このように表示装置ＤＳＰにセンサＳＳを搭載することで、表示装置ＤＳＰに指紋センサとしての機能を付加することができる。また、センサＳＳは、指紋の検出に加えて、あるいは指紋の検出に代えて、指Ｆの内部で反射された光に基づき生体に関する情報を検出する用途で用いることもできる。生体に関する情報は、例えば、静脈等の血管像や脈拍、脈波等である。

【0024】

図２は、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰを概略的に示す平面図である。図２に示すように、第１方向Ｘ、第２方向Ｙおよび第３方向Ｚを定義する。一例では、第１方向Ｘ、第２方向Ｙおよび第３方向Ｚは互いに直交しているが、これら方向は９０度以外の角度で交差していてもよい。第１方向Ｘおよび第２方向Ｙは、表示装置ＤＳＰに含まれる各基板の主面と平行な方向に相当し、第３方向Ｚは表示装置ＤＳＰの厚さ方向に相当する。本明細書においては、第３方向Ｚを示す矢印の先端に向かう方向を上といい、その逆方向を下ということがある。また、第３方向Ｚと平行に表示装置ＤＳＰやその構成要素を見ることを平面視という。

【0025】

表示装置ＤＳＰは、上述した表示パネルＰＮＬと、表示パネルＰＮＬに実装された配線基板１とを備えている。表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示領域ＤＡと、表示領域ＤＡを囲む非表示領域ＮＤＡ（周辺領域）とを有している。

【0026】

第１基板ＳＵＢ１は、第２基板ＳＵＢ２と重ならない実装領域ＭＡを有している。シール材ＳＥは、非表示領域ＮＤＡに位置している。図２においては、シール材ＳＥが配置された領域が斜線で示されている。表示領域ＤＡは、シール材ＳＥの内側に位置している。表示パネルＰＮＬは、表示領域ＤＡにおいて第１方向Ｘおよび第２方向Ｙにマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備えている。

【0027】

画素ＰＸは、赤色（Ｒ）の光を放つ副画素ＳＰ１と、緑色（Ｇ）の光を放つ副画素ＳＰ２と、青色（Ｂ）の光を放つ副画素ＳＰ３とを含む。なお、画素ＰＸは、赤色、緑色および青色以外の色の光を放つ副画素を含んでもよい。

【0028】

図２の例においては、各画素ＰＸに対して１つずつセンサＳＳが配置されている。表示領域ＤＡ全体では、複数のセンサＳＳは、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙにマトリクス状に並んでいる。

【0029】

センサＳＳは必ずしも全ての画素ＰＸに対して配置される必要はない。例えば、センサＳＳは、複数の画素ＰＸに対して１つの割合で配置されてもよい。また、センサＳＳは、表示領域ＤＡにおける一部の領域の画素ＰＸに対して配置され、その他の領域の画素ＰＸに対して配置されなくてもよい。

【0030】

配線基板１は、例えばフレキシブル回路基板であり、実装領域ＭＡに設けられた端子部に接続されている。また、配線基板１は、表示パネルＰＮＬを駆動するドライバ２を備えている。なお、ドライバ２は、実装領域ＭＡ等の他の位置に実装されてもよい。例えば、ドライバ２は、各画素ＰＸによる表示動作を制御するＩＣと、センサＳＳによる検出動作を制御するＩＣとを含む。これらＩＣは、それぞれ異なる位置に実装されてもよい。センサＳＳが出力する検知信号は、配線基板１およびドライバ２を介してコントローラＣＴに出力される。コントローラＣＴは、複数のセンサＳＳからの検知信号に基づき、指紋を検出するための演算処理等を実行する。

【0031】

図３は、画素ＰＸのレイアウトの一例を示す概略的な平面図である。上述のコリメート層ＣＬ２２は、副画素ＳＰ１において画素開口ＯＰ１を有し、副画素ＳＰ２において画素開口ＯＰ２を有し、副画素ＳＰ３において画素開口ＯＰ３を有している。これら画素開口ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３は、図１に示した画素開口ＯＰの一例である。

【0032】

さらに、コリメート層ＣＬ２２は、各画素ＰＸにおいてセンサＳＳと重なる２つの開口Ｏ２２を有している。これら２つの開口Ｏ２２は、第２方向Ｙに並んでいる。なお、１つのセンサＳＳと重なる開口Ｏ２２の数は２つに限られず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。１つのセンサＳＳと重なる複数の開口Ｏ２２は、必ずしも第２方向Ｙに並ぶ必要はなく、種々の態様にて配置することができる。

【0033】

コリメート層ＣＬ２２は、副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の境界に配置され、全体として格子状である。このようなコリメート層ＣＬ２２は、ブラックマトリクスと呼ぶこともできる。

【0034】

図３の例において、画素開口ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３は、この順で第１方向Ｘに並んでいる。画素開口ＯＰ３の第２方向Ｙにおける幅は、画素開口ＯＰ１，ＯＰ２の第２方向Ｙにおける幅よりも小さい。これにより生じたスペースに開口Ｏ２２が配置されている。開口Ｏ２２は、画素開口ＯＰ２と第１方向Ｘに並ぶとともに、画素開口ＯＰ３と第２方向Ｙに並んでいる。

【0035】

副画素ＳＰ１には赤色のカラーフィルタＣＦ１が配置され、副画素ＳＰ２には緑色のカラーフィルタＣＦ２が配置され、副画素ＳＰ３には青色のカラーフィルタＣＦ３が配置されている。カラーフィルタＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３は、それぞれ画素開口ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３と重なっている。一方、開口Ｏ２２はカラーフィルタＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３のいずれとも重なっていない。

【0036】

開口Ｏ２２は、例えば図示したように円形である。ただし、開口Ｏ２２の形状はこれに限られず、矩形などの他の形状であってもよい。図１に示した開口Ｏ１１，Ｏ２１は、開口Ｏ２２と同様の形状を有している。

【0037】

図４は、表示パネルＰＮＬの概略的な断面図である。第１基板ＳＵＢ１は、上述のセンサＳＳ、コリメート層ＣＬ１１および遮光層ＬＳ１に加え、透明な第１基材１０と、絶縁層１５，１７，１８とを備えている。

【0038】

第１基材１０は、例えばガラス基板や樹脂基板である。絶縁層１５，１７，１８は、例えば有機材料で形成され、第１基材１０の上に順に積層されている。遮光層ＬＳ１は、第１基材１０と絶縁層１５の間に位置している。センサＳＳは、絶縁層１５，１７の間に位置している。コリメート層ＣＬ１１は、絶縁層１７，１８の間に位置している。

【0039】

第２基板ＳＵＢ２は、上述のコリメート層ＣＬ２１，ＣＬ２２およびカラーフィルタＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３に加え、透明な第２基材２０と、絶縁層２１と、オーバーコート層２２とを備えている。

【0040】

第２基材２０は、例えば第１基材１０と同じくガラス基板や樹脂基板である。絶縁層２１およびオーバーコート層２２は、例えば有機材料で形成され、第２基材２０の下に順に積層されている。絶縁層２１は、有機材料で形成された層と、無機材料で形成された層とが積層された構造を有してもよい。コリメート層ＣＬ２１は、第２基材２０と絶縁層２１の間に位置している。コリメート層ＣＬ２２およびカラーフィルタＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３は、絶縁層２１とオーバーコート層２２の間に位置している。

【0041】

コリメート層ＣＬ１１は、開口Ｏ１１の部分を除き、第３方向ＺにおいてセンサＳＳの全体と重なっている。遮光層ＬＳ１は、第３方向ＺにおいてセンサＳＳおよびコリメート層ＣＬ１１の全体と重なっている。

【0042】

図４の例においては、遮光層ＬＳ１の幅がコリメート層ＣＬ１１の幅よりも大きい。これにより、コリメート層ＣＬ１１の外周部ＥＤ１が第３方向Ｚにおいて遮光層ＬＳ１と重なっている。

【0043】

破線と実線の矢印で示す光Ｌは、照明装置ＢＬから放たれたものであり、いずれも第３方向Ｚに対して大きく傾斜している。仮に遮光層ＬＳ１の幅が図４の例よりも小さい場合、破線で示す光Ｌのように、照明装置ＢＬから放たれた光がコリメート層ＣＬ１１の下面にて反射し、センサＳＳに入射する可能性がある。このような光が入射すると、センサＳＳが出力する検知信号にノイズが生じ、センサＳＳの検知精度が低下し得る。

【0044】

一方、図４のように遮光層ＬＳ１がコリメート層ＣＬ１１の外周部ＥＤ１と重なる程度に大きい場合には、実線で示す光Ｌのように、照明装置ＢＬから放たれた光が遮光層ＬＳ１にて反射または吸収される。これにより、コリメート層ＣＬ１１の下面にて反射しセンサＳＳに入射する光が生じないか、あるいはそのような光が低減される。

【0045】

第１基板ＳＵＢ１に適用し得る構造につき、図５および図６を用いてより詳細に説明する。なお、図５および図６は、それぞれ断面図および平面図によって第１基板ＳＵＢ１の構成を概略的に示すものであり、必ずしも両図における各要素の位置関係や形状を一致させたものではない。

【0046】

図５は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る構造の一例を示す概略的な断面図である。第１基板ＳＵＢ１は、図４に示した絶縁層１５，１７，１８に加え、無機材料で形成された絶縁層１１，１２，１３，１４，１６，１９と、配向膜ＡＬとを備えている。絶縁層１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９および配向膜ＡＬは、第１基材１０の上方において、この順で第３方向Ｚに積層されている。

【0047】

第１基板ＳＵＢ１は、画像表示に関わる要素として、信号線Ｓ１と、走査線Ｇ１と、スイッチング素子ＳＷ１と、画素電極ＰＥと、共通電極ＣＥと、中継電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と、給電線ＰＬとを備えている。画素電極ＰＥおよびスイッチング素子ＳＷ１は、副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３のそれぞれに対して設けられている。共通電極ＣＥは、例えば複数の副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３にわたって設けられている。

【0048】

スイッチング素子ＳＷ１は、半導体層ＳＣ１を含む。半導体層ＳＣ１は、絶縁層１１，１２の間に配置されている。走査線Ｇ１は、絶縁層１２，１３の間に配置され、半導体層ＳＣ１と対向している。信号線Ｓ１は、絶縁層１４，１５の間に配置され、絶縁層１２，１３，１４を貫通するコンタクトホールを通じて半導体層ＳＣ１に接触している。

【0049】

図５の例においては、第１基材１０と絶縁層１１の間に遮光層ＬＳ２が配置されている。半導体層ＳＣ１のうち少なくとも走査線Ｇ１と対向する領域は、遮光層ＬＳ２と対向している。

【0050】

中継電極Ｒ１は、絶縁層１４，１５の間に配置され、絶縁層１２，１３，１４を貫通するコンタクトホールを通じて半導体層ＳＣ１に接触している。中継電極Ｒ２は、絶縁層１５，１６の間に配置され、絶縁層１５を貫通するコンタクトホールを通じて中継電極Ｒ１に接触している。中継電極Ｒ３は、絶縁層１６，１７の間に配置され、絶縁層１６を貫通するコンタクトホールを通じて中継電極Ｒ２に接触している。中継電極Ｒ４は、絶縁層１７，１８の間に配置され、絶縁層１７を貫通するコンタクトホールを通じて中継電極Ｒ３に接触している。中継電極Ｒ５は、絶縁層１８，１９の間に配置され、絶縁層１８を貫通するコンタクトホールを通じて中継電極Ｒ４に接触している。

【0051】

画素電極ＰＥは、絶縁層１９と配向膜ＡＬの間に配置され、絶縁層１９を貫通するコンタクトホールを通じて中継電極Ｒ５に接触している。給電線ＰＬは、絶縁層１７，１８の間に配置されている。共通電極ＣＥは、絶縁層１８，１９の間に配置され、絶縁層１８を貫通するコンタクトホールを通じて給電線ＰＬに接触している。

【0052】

給電線ＰＬには、共通電圧が供給される。この共通電圧は、共通電極ＣＥに印加される。信号線Ｓ１には映像信号が供給され、走査線Ｇ１には走査信号が供給される。走査線Ｇ１に走査信号が供給されたとき、信号線Ｓ１の映像信号が半導体層ＳＣ１および中継電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を通じて画素電極ＰＥに印加される。このとき、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥの間には共通電圧と映像信号の電位差に起因した電界が発生し、この電界が液晶層ＬＣに作用する。

【0053】

第１基板ＳＵＢ１は、センサＳＳに関わる要素として、上述の遮光層ＬＳ１およびコリメート層ＣＬ１１に加え、信号線Ｓ２と、走査線Ｇ２と、スイッチング素子ＳＷ２と、中継電極Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８と、金属層ＭＬとを備えている。また、センサＳＳは、第１電極Ｅ１（下部電極）と、第２電極Ｅ２（上部電極）と、光電変換素子ＰＣとを備えている。

【0054】

遮光層ＬＳ１は、第１基材１０と絶縁層１１の間に配置されている。スイッチング素子ＳＷ２は、半導体層ＳＣ２を含む。半導体層ＳＣ２は、絶縁層１１，１２の間に配置されている。走査線Ｇ２は、絶縁層１２，１３の間に配置され、半導体層ＳＣ２と対向している。半導体層ＳＣ２のうち少なくとも走査線Ｇ２と対向する領域は、遮光層ＬＳ１と対向している。

【0055】

中継電極Ｒ６は、絶縁層１４，１５の間に配置され、絶縁層１２，１３，１４を貫通するコンタクトホールを通じて半導体層ＳＣ２に接触している。中継電極Ｒ７は、絶縁層１５，１６の間に配置され、絶縁層１５を貫通するコンタクトホールを通じて中継電極Ｒ６に接触している。信号線Ｓ２は、絶縁層１６，１７の間に配置され、絶縁層１６を貫通するコンタクトホールを通じて中継電極Ｒ７に接触している。中継電極Ｒ８は、絶縁層１４，１５の間に配置され、絶縁層１２，１３，１４を貫通するコンタクトホールを通じて半導体層ＳＣ２に接触している。

【0056】

光電変換素子ＰＣは、第１基材１０に対向する第１面Ｆ１と、液晶層ＬＣに対向する第２面Ｆ２とを有している。光電変換素子ＰＣは、絶縁層１５，１６の間に位置している。第１電極Ｅ１は、光電変換素子ＰＣと絶縁層１５の間に配置され、第１面Ｆ１に接触している。第１電極Ｅ１の外周部ＥＤ２は、光電変換素子ＰＣから突出しており、絶縁層１６によって覆われている。第１電極Ｅ１は、光電変換素子ＰＣの下方において絶縁層１５を貫通するコンタクトホールを通じて中継電極Ｒ８に接触している。

【0057】

絶縁層１６は、光電変換素子ＰＣの上において開口１６ａを有している。第２電極Ｅ２は、光電変換素子ＰＣと絶縁層１７の間に配置され、開口１６ａを通じて第２面Ｆ２に接触している。第２電極Ｅ２の一部は、絶縁層１６，１７の間に位置している。

【0058】

金属層ＭＬは、光電変換素子ＰＣの上方において絶縁層１６，１７の間に位置している。金属層ＭＬは、第１電極Ｅ１のうち絶縁層１６，１７の間に位置する部分に接触している。

【0059】

コリメート層ＣＬ１１は、絶縁層１７，１８の間に配置されている。図５の例において、コリメート層ＣＬ１１は、絶縁層１７を貫通するコンタクトホールＣＨを通じて金属層ＭＬに接触している。すなわち、コリメート層ＣＬ１１は、第２電極Ｅ２と電気的に接続されている。

【0060】

遮光層ＬＳ１，ＬＳ２は、同じ金属材料で形成されている。信号線Ｓ１および中継電極Ｒ１，Ｒ６，Ｒ８は、同じ金属材料で形成されている。走査線Ｇ１，Ｇ２は、同じ金属材料で形成されている。第１電極Ｅ１および中継電極Ｒ２，Ｒ７は、同じ金属材料で形成されている。信号線Ｓ２、金属層ＭＬおよび中継電極Ｒ３は、同じ金属材料で形成されている。コリメート層ＣＬ１１、給電線ＰＬおよび中継電極Ｒ４は、同じ金属材料で形成されている。第２電極Ｅ２、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材料で形成されている。

【0061】

金属材料で形成された第１電極Ｅ１は、遮光層としても機能し、下方からの光の光電変換素子ＰＣへの入射を抑制している。光電変換素子ＰＣは、例えばフォトダイオードであり、入射する光に応じた電気信号（検知信号）を出力する。より具体的には、光電変換素子ＰＣとしては、ＰＩＮ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｎｅｇａｔｉｖｅ）フォトダイオードを用いることができる。この種のフォトダイオードは、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を有している。ｐ型半導体層は第２電極Ｅ２側に位置し、ｎ型半導体層は第１電極Ｅ１側に位置し、ｉ型半導体層はｐ型半導体層とｎ型半導体層の間に位置している。

【0062】

ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層は、例えばアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）によって形成されている。なお、半導体層の材料はこれに限定されず、アモルファスシリコンが多結晶シリコンや微結晶シリコン等に置換されてもよいし、多結晶シリコンがアモルファスシリコンや微結晶シリコン等に置換されてもよい。

【0063】

走査線Ｇ２には、センサＳＳによる検知を実施すべきタイミングで走査信号が供給される。走査線Ｇ２に走査信号が供給されたとき、光電変換素子ＰＣにて生成される検知信号が第１電極Ｅ１、中継電極Ｒ８、半導体層ＳＣ２、中継電極Ｒ６，Ｒ７を通じて信号線Ｓ２に出力される。信号線Ｓ２に出力された検知信号は、例えばドライバ２を介してコントローラＣＴに出力される。

【0064】

上述の通り、コリメート層ＣＬ１１の外周部ＥＤ１は、第３方向Ｚにおいて遮光層ＬＳ１と重なっている。また、図５の例においては、第１電極Ｅ１の外周部ＥＤ２も第３方向Ｚにおいて遮光層ＬＳ１と重なっている。

【0065】

図６は、第１基板ＳＵＢ１に配置される要素の概略的な平面図である。ここでは、第２方向Ｙに並ぶ２つの画素ＰＸの構成を示している。走査線Ｇ１，Ｇ２、信号線Ｓ１，Ｓ２、画素電極ＰＥ、遮光層ＬＳ１、コリメート層ＣＬ１１、第１電極Ｅ１および光電変換素子ＰＣ以外の要素は省略している。なお、図６の例においては、副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３が第２方向Ｙに対して傾斜している。副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３は、図３に示した例と同様に、第２方向Ｙに対して傾斜していなくてもよい。

【0066】

走査線Ｇ１は、第２方向Ｙに並ぶ画素ＰＸの間にそれぞれ配置されている。信号線Ｓ１は、第１方向Ｘに並ぶ副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の間にそれぞれ配置されている。走査線Ｇ１は、第１方向Ｘに延びている。信号線Ｓ１は、屈曲しながら第２方向Ｙに延びている。

【0067】

１つの画素ＰＸに含まれる副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の画素電極ＰＥは、同じ形状を有している。各画素電極ＰＥは、２つの走査線Ｇ１と２つの信号線Ｓ１とで囲われた領域にそれぞれ配置されている。図６の例において、画素電極ＰＥは、第１方向Ｘに並ぶ２つの線部ＬＰを有している。上述の画素開口ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３は、それぞれ副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の画素電極ＰＥの線部ＬＰと重なっている。

【0068】

走査線Ｇ２は、第２方向Ｙに隣り合う２つの走査線Ｇ１の間において、第１方向Ｘに延びている。走査線Ｇ２は、画素開口ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３と重なっていない。すなわち、走査線Ｇ２は、コリメート層ＣＬ２２と重なっている。信号線Ｓ２は、信号線Ｓ１と同じく、第１方向Ｘに並ぶ副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の間にそれぞれ配置されている。図６の例においては、信号線Ｓ１，Ｓ２が重なっている。

【0069】

遮光層ＬＳ１、コリメート層ＣＬ１１およびセンサＳＳ（第１電極Ｅ１および光電変換素子ＰＣ等）は、２つの走査線Ｇ１と２つの信号線Ｓ１とで囲われた領域に配置されている。遮光層ＬＳ１、コリメート層ＣＬ１１、第１電極Ｅ１および光電変換素子ＰＣは、第２方向Ｙにおいて画素開口ＯＰ３と走査線Ｇ１との間に位置し、走査線Ｇ２と重なっている。遮光層ＬＳ１、コリメート層ＣＬ１１、第１電極Ｅ１および光電変換素子ＰＣは、副画素ＳＰ３の画素電極ＰＥの線部ＬＰとも重なっている。開口Ｏ１１，Ｏ２１，Ｏ２２は、光電変換素子ＰＣと重なるとともに、線部ＬＰとも部分的に重なっている。

【0070】

上段の画素ＰＸにおいて、信号線Ｓ１，Ｓ２、線部ＬＰ、遮光層ＬＳ１、コリメート層ＣＬ１１、第１電極Ｅ１および光電変換素子ＰＣは、第２方向Ｙに対し反時計回りに角度θを成すように傾いている。また、下段の画素ＰＸにおいて、信号線Ｓ１，Ｓ２、線部ＬＰ、遮光層ＬＳ１、コリメート層ＣＬ１１、第１電極Ｅ１および光電変換素子ＰＣは、第２方向Ｙに対し時計回りに角度θを成すように傾いている。これにより、上段と下段の画素ＰＸにおいて疑似的なマルチドメインの構造を実現できる。

【0071】

平面視において、遮光層ＬＳ１のサイズは、コリメート層ＣＬ１１、光電変換素子ＰＣおよび第１電極Ｅ１のサイズよりも大きい。これにより、コリメート層ＣＬ１１、光電変換素子ＰＣおよび第１電極Ｅ１の全体が遮光層ＬＳ１と重なっている。他の観点からいえば、コリメート層ＣＬ１１の外周部ＥＤ１および第１電極Ｅ１の外周部ＥＤ２は、いずれも全周にわたって遮光層ＬＳ１と重なっている。

【0072】

以上の本実施形態によれば、表示領域ＤＡにセンサＳＳを配置したことにより、表示領域ＤＡに接触または近接する対象物を検出可能な表示装置ＤＳＰを提供することができる。さらに、センサＳＳの下方にはコリメート層ＣＬ１１の外周部ＥＤ１と重なる遮光層ＬＳ１が配置されているため、図４を用いて説明したように照明装置ＢＬからの光がコリメート層ＣＬ１１の下面にて反射されセンサＳＳに入射することが抑制される。これにより、センサＳＳが出力する検知信号におけるノイズが低減され、センサＳＳの検知精度が向上する。

【0073】

本実施形態においては、遮光層ＬＳ１がセンサＳＳの第１電極Ｅ１の外周部ＥＤ２と重なっている。このような構成においては、金属材料で形成され遮光性を有する第１電極Ｅ１のサイズを十分に大きくできない場合であっても、ノイズとなり得る光を遮光層ＬＳ１により好適に遮光することができる。特に、本実施形態のように画素ＰＸの中にセンサＳＳを配置する場合には第１電極Ｅ１のサイズの制約が大きいため、当該効果が顕著となる。

【0074】

本実施形態においては、センサＳＳ、コリメート層ＣＬ１１および遮光層ＬＳ１が画素電極ＰＥと重なっている。このような構成であれば、当該画素電極ＰＥが配置される副画素の構造を他の副画素と大きく異ならせる必要がない。本実施形態のように副画素ＳＰ３の画素電極ＰＥとセンサＳＳが重なる場合には、副画素ＳＰ３の画素開口ＯＰ３を小さくする必要が生じる。この点に関し、青色の副画素ＳＰ３のサイズが表示品位に与える影響は、赤色および緑色の副画素ＳＰ１，ＳＰ２のサイズが表示品位に与える影響よりも軽微である。

【0075】

本実施形態においては、コリメート層ＣＬ１１がコンタクトホールＣＨを通じて金属層ＭＬと接触している。これにより、コリメート層ＣＬ１１、金属層ＭＬおよび第２電極Ｅ２の間で電位差が形成されず、センサＳＳが出力する検知信号に当該電位差に起因したノイズが混入することを抑制できる。

【0076】

以上の他にも、本実施形態からは種々の好適な効果を得ることができる。また、本実施形態にて開示した構成は種々の態様に変形し得る。いくつかの変形例を以下に例示する。

【0077】

図７は、画素ＰＸのレイアウトの他の一例を示す概略的な平面図である。図７の例においては、画素ＰＸが第２方向Ｙに並ぶ２つの副画素ＳＰ１ａ，ＳＰ１ｂと、第２方向Ｙに並ぶ２つの副画素ＳＰ２ａ，ＳＰ２ｂと、１つの副画素ＳＰ３とを備えている。副画素ＳＰ１ａ，ＳＰ２ａ，ＳＰ３は、第１方向Ｘに並んでいる。副画素ＳＰ１ｂ，ＳＰ２ｂおよびセンサＳＳは、第１方向Ｘに並んでいる。また、図７の例においては、開口Ｏ２２が矩形である。開口Ｏ２２は、図３の例と同じく円形であってもよい。

【0078】

図８は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る他の構造を示す概略的な断面図である。この図の例においては、コリメート層ＣＬ１１が金属層ＭＬと接続されていない。すなわち、コリメート層ＣＬ１１はフローティングである。この場合であっても、遮光層ＬＳ１、コリメート層ＣＬ１１およびセンサＳＳ等に本実施形態と同様の構成を適用することにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0079】

［第２実施形態］
図９は、第２実施形態に係る表示装置ＤＳＰの概略的な断面図である。ここでは、第１基板ＳＵＢ１の一部を示している。他の部分には第１実施形態と同様の構造を適用できる。

【0080】

図９に示す第１基板ＳＵＢ１は、金属層ＭＬに代えてコリメート層ＣＬ１２（第２コリメート層）を有する点で図５に示す第１基板ＳＵＢ１と相違する。コリメート層ＣＬ１２は、金属層ＭＬと同じく金属材料で形成され、センサＳＳとコリメート層ＣＬ１１の間に位置している。コリメート層ＣＬ１１，ＣＬ１２は、絶縁層１７を介して対向している。コリメート層ＣＬ１１は、コンタクトホールＣＨを通じてコリメート層ＣＬ１２に接触している。

【0081】

コリメート層ＣＬ１２は、一対の開口Ｏ１２（第２開口）を有するとともに、これら開口Ｏ１２の領域を除いてセンサＳＳの表面（第２電極Ｅ２の表面）を覆っている。開口Ｏ１２は、第３方向Ｚにおいて開口Ｏ１１と重なっている。図９には示していないが、開口Ｏ１２は、開口Ｏ２１，Ｏ２２とも重なっている。一例として、開口Ｏ１２は、図６に示した開口Ｏ１１と同じサイズの円形であり、開口Ｏ２１，Ｏ２２よりも小さい。

【0082】

図１０は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る他の構造を示す概略的な断面図である。この図においては、コリメート層ＣＬ１２の形状は図９の例と同じであるが、コリメート層ＣＬ１１がコリメート層ＣＬ１２と接続されていない。

【0083】

以上の図９および図１０に示した構造においては、いずれも第２電極Ｅ２の大部分がコリメート層ＣＬ１２で覆われている。そのため、照明装置ＢＬからの光がコリメート層ＣＬ１１の下面で反射されたとしても、その反射光が光電変換素子ＰＣに入射しにくい。これにより、センサＳＳの検知精度が一層向上する。

【0084】

［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態に係る表示装置ＤＳＰの概略的な断面図である。ここでは、第１基板ＳＵＢ１の一部を示している。他の部分には第１実施形態と同様の構造を適用できる。

【0085】

図１１に示す第１基板ＳＵＢ１は、コリメート層ＣＬ１１の形状において図５に示す第１基板ＳＵＢ１と相違する。すなわち、図１１の例においては、コリメート層ＣＬ１１がセンサＳＳに向けて延びる一対の傾斜部分Ｖを有している。

【0086】

傾斜部分Ｖは、開口Ｏ１１を囲う環状である。開口Ｏ１１は、傾斜部分ＶのセンサＳＳ側の先端に位置している。傾斜部分Ｖの上面および下面は、いずれも第３方向Ｚに対して傾斜している。図１１の例において、傾斜部分Ｖの幅（内径および外径）は、センサＳＳに近づくほど小さくなる。

【0087】

各傾斜部分Ｖは、絶縁層１７に設けられた凹部１７ａの内周面に沿って形成されている。すなわち、コリメート層ＣＬ１１は、凹部１７ａの底面において開口Ｏ１１を有している。

【0088】

凹部１７ａは、例えば図１１に示すコンタクトホールＣＨや、図５に示した中継電極Ｒ４を中継電極Ｒ３に接続するためのコンタクトホールを形成する製造プロセスにおいて、ハーフ露光やグラデーション露光を利用して絶縁層１７を貫通しないように形成される。

【0089】

他の例として、凹部１７ａは、絶縁層１７を貫通していてもよい。この場合において、傾斜部分Ｖの先端が第２電極Ｅ２に接触していてもよい。また、さらに他の例として、絶縁層１７が１つの大径の凹部１７ａを有し、コリメート層ＣＬ１１がこの凹部１７ａに沿う１つの大径の傾斜部分Ｖを有し、この傾斜部分Ｖにより２つの開口Ｏ１１が囲われていてもよい。

【0090】

図１２は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る他の構造を示す概略的な断面図である。この図においては、コリメート層ＣＬ１１の形状は図１１の例と同じであるが、コリメート層ＣＬ１１が金属層ＭＬと接続されていない。

【0091】

以上の図１１および図１２に示した構造においては、いずれもコリメート層ＣＬ１１が傾斜部分Ｖを有している。そのため、仮に照明装置ＢＬからの光がコリメート層ＣＬ１１の下面に当たっても、この光が光電変換素子ＰＣに向けて反射されにくくなる。これにより、センサＳＳのノイズを一層低減することが可能となる。

【0092】

なお、図１１および図１２に示した構造において、金属層ＭＬに代えて第２実施形態にて示したコリメート層ＣＬ１２が配置されてもよい。

【0093】

以上、本発明の実施形態として説明した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0094】

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

【0095】

また、上述の実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0096】

ＤＳＰ…表示装置、ＰＮＬ…表示パネル、ＳＵＢ１…第１基板、ＳＵＢ２…第２基板、ＬＣ…液晶層、ＢＬ…照明装置、ＰＸ…画素、ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３…副画素、ＣＬ１１，ＣＬ１２，ＣＬ２１，ＣＬ２２…コリメート層、ＬＳ１，ＬＳ２…遮光層、ＳＳ…センサ、Ｅ１…第１電極、Ｅ２…第２電極、ＰＣ…光電変換素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】