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(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】P2022024166
(43)【公開日】2022-02-08
(54)【発明の名称】光検出装置及び表示装置
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0232 20140101AFI20220201BHJP
G02F 1/13 20060101ALI20220201BHJP
G02F 1/1368 20060101ALN20220201BHJP
【ＦＩ】
H01L31/02 D
G02F1/13 505
G02F1/1368
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021196178
(22)【出願日】2021-12-02
(62)【分割の表示】P 2017048581の分割
【原出願日】2017-03-14
(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】中西 貴之
(72)【発明者】
【氏名】矢田 竜也
(72)【発明者】
【氏名】小糸 健夫
(57)【要約】
【課題】小型且つ低コストの光検出装置及び表示装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの光センサを備えたセンサ部と、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された液晶層と、前記光センサと対向する第１レンズを前記液晶層に形成するための電圧を印加する第１制御電極及び第２制御電極と、を備えた液晶素子と、前記センサ部及び前記液晶素子を制御する制御部と、を備える。
【選択図】 図７
【解決手段】少なくとも１つの光センサを備えたセンサ部と、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された液晶層と、前記光センサと対向する第１レンズを前記液晶層に形成するための電圧を印加する第１制御電極及び第２制御電極と、を備えた液晶素子と、前記センサ部及び前記液晶素子を制御する制御部と、を備える。
【選択図】 図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の光センサを有するセンサ部と、
第１液晶素子と、
前記センサ部と前記第１液晶素子との間に設けられた第２液晶素子と、を備えた検出装置であって、
前記第１液晶素子は、第１液晶層に電圧を印加することで前記第１液晶層にレンズを形成し、
前記第２液晶素子は、複数の電極を有する第１基板と、電極を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた第２液晶層と、を有し、
前記複数の電極のそれぞれに電圧を印加することにより、前記第２液晶層に変調部と無変調部と形成する、検出装置。
第１液晶素子と、
前記センサ部と前記第１液晶素子との間に設けられた第２液晶素子と、を備えた検出装置であって、
前記第１液晶素子は、第１液晶層に電圧を印加することで前記第１液晶層にレンズを形成し、
前記第２液晶素子は、複数の電極を有する第１基板と、電極を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた第２液晶層と、を有し、
前記複数の電極のそれぞれに電圧を印加することにより、前記第２液晶層に変調部と無変調部と形成する、検出装置。
【請求項2】
さらに、前記センサ部、前記第１液晶素子、及び、前記第２液晶素子を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記複数の光センサからの出力をそれぞれ測定する、請求項１に記載の検出装置。
前記制御部は、前記複数の光センサからの出力をそれぞれ測定する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記光センサからの出力に基づいて前記第１液晶素子を制御し、前記変調部に入射光を集束させる前記レンズを形成する、請求項２に記載の検出装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記光センサからの出力に基づいて前記第２液晶素子を制御し、前記レンズが入射光を集束させる位置に前記変調部を形成する、請求項２または請求項３に記載の検出装置。
【請求項5】
前記制御部は、断面視において前記第１液晶素子の法線に関して線対称形状の前記レンズを前記第１液晶層に形成するための第１電圧、及び、断面視において前記第１液晶素子の法線に関して非対称形状の前記レンズを前記第１液晶層に形成するための第２電圧を記憶した記憶部をさらに備えた、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、光検出装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、拡散制御液晶パネルと、液晶表示パネルとを備えた映像表示装置が提案されている。拡散制御液晶パネルは、特定方向に指向性を有する光のうち、所定方向に振動する直線偏光を拡散するレンズ形成状態と、光の指向性を維持して透過させる非レンズ形成状態とを切り替えることができる。レンズ形成状態では、液晶層に電圧を印加することによって微小な液晶レンズ部が複数形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－２６４３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本実施形態の目的は、小型且つ低コストの光検出装置及び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】
【0005】
本実施形態によれば、
少なくとも１つの光センサを備えたセンサ部と、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された液晶層と、前記光センサと対向する第１レンズを前記液晶層に形成するための電圧を印加する第１制御電極及び第２制御電極と、を備えた液晶素子と、前記センサ部及び前記液晶素子を制御する制御部と、を備えた光検出装置が提供される。
少なくとも１つの光センサを備えたセンサ部と、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された液晶層と、前記光センサと対向する第１レンズを前記液晶層に形成するための電圧を印加する第１制御電極及び第２制御電極と、を備えた液晶素子と、前記センサ部及び前記液晶素子を制御する制御部と、を備えた光検出装置が提供される。
【0006】
本実施形態によれば、
光センサを備えた第１基板と、前記光センサと対向する開口部を有する遮光体を備えた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持され、前記光センサと前記開口部との間の第１領域、及び、前記第１領域とは異なる第２領域を有する液晶層と、前記第１領域に第１レンズを形成するための電圧を印加する第１制御電極及び第２制御電極と、前記第２領域に電圧を印加する第１表示電極及び第２表示電極と、を備えた表示装置が提供される。
光センサを備えた第１基板と、前記光センサと対向する開口部を有する遮光体を備えた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持され、前記光センサと前記開口部との間の第１領域、及び、前記第１領域とは異なる第２領域を有する液晶層と、前記第１領域に第１レンズを形成するための電圧を印加する第１制御電極及び第２制御電極と、前記第２領域に電圧を印加する第１表示電極及び第２表示電極と、を備えた表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本実施形態について、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ものである。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、各部の幅、厚さ、形状等につい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。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又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適宜省略することがある。
【0009】
図１は、本実施形態の光検出装置ＰＤＴの一構成例を示すブロック図である。
光検出装置ＰＤＴは、センサ部ＳＳと、液晶素子ＬＤと、センサ部ＳＳ及び液晶素子ＬＤを制御する制御部ＣＴとを備えている。センサ部ＳＳ及び液晶素子ＬＤの詳細については後述する。制御部ＣＴは、タイミング制御部ＴＣＴ、記憶部Ｍ、液晶制御部ＬＣＴ、及び、センサ制御部ＳＣＴ、を備えている。タイミング制御部ＴＣＴは、記憶部Ｍに記憶された各種データ等に基づいて液晶制御部ＬＣＴ及びセンサ制御部ＳＣＴを制御する。記憶部Ｍは、一例では、後述する液晶層に所定形状のレンズを形成するために液晶層に印加すべき電圧に関するデータを記憶している。液晶制御部ＬＣＴは、液晶素子ＬＤを制御するものであり、記憶部Ｍに記憶されたデータに基づいて液晶層に所定の電圧を印加する。センサ制御部ＳＣＴは、センサ部ＳＳを制御するものであり、センサ部ＳＳが備える光センサを駆動し、光センサからの出力を測定する。また、センサ制御部ＳＣＴは、光センサからの出力の測定結果を外部装置ＯＴＤに出力する。また、センサ制御部ＳＣＴは、液晶素子ＬＤをフィードバック制御するために、測定結果を液晶制御部ＬＣＴに出力する。各部の制御例については後述する。
光検出装置ＰＤＴは、センサ部ＳＳと、液晶素子ＬＤと、センサ部ＳＳ及び液晶素子ＬＤを制御する制御部ＣＴとを備えている。センサ部ＳＳ及び液晶素子ＬＤの詳細については後述する。制御部ＣＴは、タイミング制御部ＴＣＴ、記憶部Ｍ、液晶制御部ＬＣＴ、及び、センサ制御部ＳＣＴ、を備えている。タイミング制御部ＴＣＴは、記憶部Ｍに記憶された各種データ等に基づいて液晶制御部ＬＣＴ及びセンサ制御部ＳＣＴを制御する。記憶部Ｍは、一例では、後述する液晶層に所定形状のレンズを形成するために液晶層に印加すべき電圧に関するデータを記憶している。液晶制御部ＬＣＴは、液晶素子ＬＤを制御するものであり、記憶部Ｍに記憶されたデータに基づいて液晶層に所定の電圧を印加する。センサ制御部ＳＣＴは、センサ部ＳＳを制御するものであり、センサ部ＳＳが備える光センサを駆動し、光センサからの出力を測定する。また、センサ制御部ＳＣＴは、光センサからの出力の測定結果を外部装置ＯＴＤに出力する。また、センサ制御部ＳＣＴは、液晶素子ＬＤをフィードバック制御するために、測定結果を液晶制御部ＬＣＴに出力する。各部の制御例については後述する。
【0010】
図２は、液晶素子ＬＤの構成例を示す断面図である。なお、図中の第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。
液晶素子ＬＤは、第１基板５１と、第２基板５２と、液晶層５３と、第１制御電極Ｅ１と、第２制御電極Ｅ２とを備えている。図示した例では、第１制御電極Ｅ１は第１基板５１に設けられ、第２制御電極Ｅ２は第２基板５２に設けられているが、第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２がいずれも同一基板、つまり第１基板５１または第２基板５２に設けられてもよい。
液晶素子ＬＤは、第１基板５１と、第２基板５２と、液晶層５３と、第１制御電極Ｅ１と、第２制御電極Ｅ２とを備えている。図示した例では、第１制御電極Ｅ１は第１基板５１に設けられ、第２制御電極Ｅ２は第２基板５２に設けられているが、第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２がいずれも同一基板、つまり第１基板５１または第２基板５２に設けられてもよい。
【0011】
第１基板５１は、透明な絶縁基板５１１と、第１制御電極Ｅ１と、配向膜５１２と、給電線５１３とを備えている。第１制御電極Ｅ１は、絶縁基板５１１と液晶層５３との間に位置している。複数の第１制御電極Ｅ１は、有効領域５０Ａにおいて、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。一例では、第１制御電極Ｅ１の第１方向Ｘに沿った幅は、隣り合う第１制御電極Ｅ１の第１方向Ｘに沿った間隔と同等以下である。配向膜５１２は、第１制御電極Ｅ１を覆い、液晶層５３に接触している。給電線５１３は、有効領域５０Ａの外側の非有効領域５０Ｂに位置している。
【0012】
第２基板５２は、透明な絶縁基板５２１と、第２制御電極Ｅ２と、配向膜５２２とを備えている。第２制御電極Ｅ２は、絶縁基板５２１と液晶層５３との間に位置している。第２制御電極Ｅ２は、例えば、有効領域５０Ａの略全面に位置するとともに非有効領域５０Ｂにも延在した単一の平板電極である。第２制御電極Ｅ２は、有効領域５０Ａにおいて、液晶層５３を介して第１制御電極Ｅ１と対向している。第２制御電極Ｅ２は、非有効領域５０Ｂにおいて給電線５１３と対向している。配向膜５２２は、第２制御電極Ｅ２を覆い、液晶層５３に接触している。
【0013】
絶縁基板５１１及び５２１は、例えばガラス基板または樹脂基板である。第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成されている。配向膜５１２及び５２２は、例えば、水平配向膜であり、いずれも第１方向Ｘに沿って配向処理されている。
第１基板５１及び第２基板５２は、非有効領域５０Ｂにおいて、シール５４によって接着されている。シール５４は、導通材５５を備えている。導通材５５は、給電線５１３と第２制御電極Ｅ２との間に介在し、給電線５１３と第２制御電極Ｅ２とを電気的に接続している。
第１基板５１及び第２基板５２は、非有効領域５０Ｂにおいて、シール５４によって接着されている。シール５４は、導通材５５を備えている。導通材５５は、給電線５１３と第２制御電極Ｅ２との間に介在し、給電線５１３と第２制御電極Ｅ２とを電気的に接続している。
【0014】
液晶層５３は、第１基板５１と第２基板５２との間に保持されている。液晶層５３は、例えば、正の誘電率異方性を有する液晶材料によって形成されている。第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２は、液晶層５３に第１レンズ５を形成するための電圧を印加する。
【0015】
液晶制御部ＬＣＴは、液晶層５３に印加する電圧を制御する。液晶制御部ＬＣＴは、第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２にそれぞれ供給する電圧を制御することにより、液晶層５３に第１レンズ５を形成したモードと、液晶層５３にレンズを形成しないモードとを切り替えることができる。また、液晶制御部ＬＣＴは、第１制御電極Ｅ１の各々に供給する電圧を制御することにより、液晶層５３の第１位置に第１レンズ５を形成したモードと、液晶層５３の第１位置とは異なる第２位置に第１レンズ５を形成したモードとを切り替えることができる。また、液晶制御部ＬＣＴは、第１制御電極Ｅ１の各々に供給する電圧を制御することにより、液晶層５３に第１形状の第１レンズ５を形成したモードと、液晶層５３に第１形状とは異なる第２形状の第１レンズ５を形成したモードとを切り替えることができる。図示した例は、液晶層５３に１個の第１レンズ５が形成された場合に相当するが、液晶層５３には複数の第１レンズ５が形成されてもよい。
【0016】
図３は、液晶素子ＬＤの構成例を示す平面図である。図３の（ａ）は第１基板５１の平面図を示し、図３の（ｂ）は第２基板５２の平面図を示している。
図３の（ａ）に示す第１基板５１において、シール５４は、枠状に形成されている。複数の第１制御電極Ｅ１は、シール５４によって囲まれた内側に位置し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。第１制御電極Ｅ１の各々は、例えば、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。なお、第１制御電極Ｅ１は、第１方向Ｘに延出した帯状電極であってもよいし、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにそれぞれ並んだ島状電極であってもよい。島状電極の形状は、四角形や六角形などの多角形、あるいは、円形などである。給電線５１３は、シール５４と重なる位置において、第２方向Ｙに延出している。シール５４に含まれる導通材５５の少なくとも一部は、給電線５１３の上に重なっている。配線基板９は、第１基板５１に接続され、第１制御電極Ｅ１及び給電線５１３の各々と液晶制御部ＬＣＴとを電気的に接続している。
図３の（ａ）に示す第１基板５１において、シール５４は、枠状に形成されている。複数の第１制御電極Ｅ１は、シール５４によって囲まれた内側に位置し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。第１制御電極Ｅ１の各々は、例えば、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。なお、第１制御電極Ｅ１は、第１方向Ｘに延出した帯状電極であってもよいし、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにそれぞれ並んだ島状電極であってもよい。島状電極の形状は、四角形や六角形などの多角形、あるいは、円形などである。給電線５１３は、シール５４と重なる位置において、第２方向Ｙに延出している。シール５４に含まれる導通材５５の少なくとも一部は、給電線５１３の上に重なっている。配線基板９は、第１基板５１に接続され、第１制御電極Ｅ１及び給電線５１３の各々と液晶制御部ＬＣＴとを電気的に接続している。
【0017】
図３の（ｂ）に示す第２基板５２において、第２制御電極Ｅ２は、四角形状に形成され、第２方向Ｙに沿って延出する端部Ｅ２Ｅを有している。端部Ｅ２Ｅは、給電線５１３及び導通材５５と重なっている。つまり、第２制御電極Ｅ２は、導通材５５及び給電線５１３を介して、液晶制御部ＬＣＴと電気的に接続されている。
【0018】
図４は、液晶層５３に形成される第１レンズ５を説明するための図である。図４においては、説明に必要な構成のみを図示している。ここでは、２つの第１制御電極Ｅ１１及びＥ１２には同一の電圧が供給され、第２制御電極Ｅ２には第１制御電極Ｅ１１及びＥ１２とは異なる電圧が供給される場合について説明する。
【0019】
一例では、液晶層５３は、上記の通り、正の誘電率異方性を有している。液晶層５３に含まれる液晶分子５３Ｍは、電界が形成されない状態ではその長軸が第１方向Ｘに沿うように初期配向しており、また、電界が形成された状態ではその長軸が電界に沿うように配向される。
【0020】
一例では、第１制御電極Ｅ１１及びＥ１２には６Ｖの電圧が供給され、第２制御電極Ｅ２には０Ｖの電圧が供給される。第１制御電極Ｅ１１及びＥ１２の各々と第２制御電極Ｅ２とが対向する領域には、第３方向Ｚに沿った電界が形成されるため、液晶分子５３Ｍはその長軸が第３方向Ｚに沿うように配向する。第１制御電極Ｅ１１と第１制御電極Ｅ１２との間の領域には、第３方向Ｚに対して傾斜した電界が形成されるため、液晶分子５３Ｍはその長軸が第３方向Ｚに対して傾斜するように配向する。第１制御電極Ｅ１１と第１制御電極Ｅ１２との中間領域においては、ほとんど電界が形成されない、あるいは、第１方向Ｘに沿った電界が形成されるため、液晶分子５３Ｍはその長軸が第１方向Ｘに沿うように配向する。液晶分子５３Ｍは、屈折率異方性Δｎを有している。このため、液晶層５３は、液晶分子５３Ｍの配向状態に応じた屈折率分布を有する。あるいは、液晶層５３は、液晶層５３の第３方向Ｚに沿った厚さをｄとしたとき、Δｎ・ｄで表されるリタデーションの分布、または、位相分布を有する。なお、厚さｄは、一例では、１０μｍ～１００μｍである。図中に点線で示した第１レンズ５は、このような屈折率分布、リタデーションの分布、または、位相分布によって形成されるものである。図示した第１レンズ５は、凸レンズとして機能する。また、図示した第１レンズ５は、液晶素子ＬＤの法線Ｎに対して対称な形状を有している。
【0021】
なお、本実施形態では、第１レンズ５を備える液晶素子ＬＤの一例として、基板主面に沿ってほぼ水平に初期配向する液晶層５３と、基板主面と交差する方向に沿った電界とを組み合わせた方式について説明したが、これに限らない。例えば、基板主面とほぼ垂直に初期配向する液晶層が組み合わされてもよいし、基板主面に沿った電界と組み合わせてもよく、液晶層に印加される電界に応じて屈折率分布を可変する方式であれば、第１レンズ５を備える液晶素子が実現できる。ここでの基板主面とは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ－Ｙ平面である。
【0022】
図５は、図４に示した第１レンズ５の作用を説明するための図である。
ここでは、光の進行方向が第３方向Ｚに沿う場合に、第１方向Ｘに沿った振動面を有する直線偏光を第１偏光ＰＯＬ１と称し、第２方向Ｙに沿った振動面を有する直線偏光を第２偏光ＰＯＬ２と称する。なお、光の進行方向は、図示した例では、第３方向Ｚを示す矢印とは逆向きの方向である。第１偏光ＰＯＬ１は図中に横ストライプパターンを有する矢印で示し、第２偏光ＰＯＬ２は図中に斜めストライプパターンを有する矢印で示している。光Ｌは、例えば、ランダムな振動面を有する自然光であり、絶縁基板５２１の外面５２１Ａから入射し、第２基板５２から第１基板５１に向かって進行するものとする。
第１レンズ５は、第１偏光ＰＯＬ１及び第２偏光ＰＯＬ２に対してそれぞれ異なる作用を有する。すなわち、第１レンズ５は、自然光Ｌのうち、第２偏光ＰＯＬ２をほとんど屈折することなく透過し、第１偏光ＰＯＬ１を屈折する。つまり、第１レンズ５は、主として第１偏光ＰＯＬ１に対して集束作用を発揮する。
ここでは、光の進行方向が第３方向Ｚに沿う場合に、第１方向Ｘに沿った振動面を有する直線偏光を第１偏光ＰＯＬ１と称し、第２方向Ｙに沿った振動面を有する直線偏光を第２偏光ＰＯＬ２と称する。なお、光の進行方向は、図示した例では、第３方向Ｚを示す矢印とは逆向きの方向である。第１偏光ＰＯＬ１は図中に横ストライプパターンを有する矢印で示し、第２偏光ＰＯＬ２は図中に斜めストライプパターンを有する矢印で示している。光Ｌは、例えば、ランダムな振動面を有する自然光であり、絶縁基板５２１の外面５２１Ａから入射し、第２基板５２から第１基板５１に向かって進行するものとする。
第１レンズ５は、第１偏光ＰＯＬ１及び第２偏光ＰＯＬ２に対してそれぞれ異なる作用を有する。すなわち、第１レンズ５は、自然光Ｌのうち、第２偏光ＰＯＬ２をほとんど屈折することなく透過し、第１偏光ＰＯＬ１を屈折する。つまり、第１レンズ５は、主として第１偏光ＰＯＬ１に対して集束作用を発揮する。
【0023】
図６は、液晶層５３に形成される第１レンズ５の他の形状を説明するための図である。
図示した第１レンズ５は、法線Ｎに対して非対称なレンズである。第１レンズ５は、図の左側つまり第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３に亘る第１領域５３１と、図の右側つまり第１制御電極Ｅ１４乃至Ｅ１６に亘る第２領域５３２とでは、異なる屈折率分布を有している。このような第１レンズ５は、例えば、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧を６Ｖ、５Ｖ、４Ｖ、３Ｖ、２Ｖ、１Ｖ、６Ｖに設定し、第２制御電極Ｅ２の電圧を０Ｖに設定することで形成可能である。
図示した第１レンズ５は、法線Ｎに対して非対称なレンズである。第１レンズ５は、図の左側つまり第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３に亘る第１領域５３１と、図の右側つまり第１制御電極Ｅ１４乃至Ｅ１６に亘る第２領域５３２とでは、異なる屈折率分布を有している。このような第１レンズ５は、例えば、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧を６Ｖ、５Ｖ、４Ｖ、３Ｖ、２Ｖ、１Ｖ、６Ｖに設定し、第２制御電極Ｅ２の電圧を０Ｖに設定することで形成可能である。
【0024】
図７は、本実施形態の光検出装置ＰＤＴの一構成例を示す図である。
センサ部ＳＳは、基板２１と、基板２１に実装された光センサ２２とを備えている。図示した例では、センサ部ＳＳは、１個の光センサ２２を備えているが、複数個の光センサ２２を備えていてもよい。液晶素子ＬＤは、上記の通り、第１基板５１と、第２基板５２と、液晶層５３とを備えており、詳細については上記の通りである。第１基板５１及び第２基板５２は、いずれも光透過性を有する。光センサ２２の受光面２２Ａは、第１基板５１の直下に位置している。受光面２２Ａは、第１基板５１から離間していてもよいし、第１基板５１に接触していてもよい。液晶層５３に形成される第１レンズ５は、光センサ２２と対向する。光センサ２２は、液晶素子ＬＤへの入射光が第１レンズ５によって集束される位置に配置されている。光センサ２２は、受光した光の強度に応じた信号を出力する。センサ制御部ＳＣＴは、光センサ２２からの出力を測定する。
図７の（ａ）に示した例は、法線Ｎとほぼ平行な方向から液晶素子ＬＤに入射する光Ｌが第１レンズ５によって集束される状態を示している。図示した第１レンズ５は、液晶素子ＬＤの法線Ｎに対して対称な形状のレンズである。図７の（ｂ）に示した例は、法線Ｎに対して角度θ１をもって傾斜した方向から液晶素子ＬＤに入射する光Ｌが第１レンズ５によって集束される状態を示している。図示した第１レンズ５は、液晶素子ＬＤの法線Ｎに対して非対称な形状のレンズである。これらの形状の第１レンズ５は、液晶制御部ＬＣＴが液晶素子ＬＤを制御することによって形成される。なお、図示したように集束される光は、図５を参照して説明したように、主に第１偏光ＰＯＬ１である。
制御部ＣＴは、液晶制御部ＬＣＴの制御によって形成される第１レンズ５の形状と、センサ制御部ＳＣＴによって測定される光センサ２２からの出力とに基づいて、光Ｌの入射方向を判定することができる。このような制御部ＣＴによる制御例について、以下に説明する。
センサ部ＳＳは、基板２１と、基板２１に実装された光センサ２２とを備えている。図示した例では、センサ部ＳＳは、１個の光センサ２２を備えているが、複数個の光センサ２２を備えていてもよい。液晶素子ＬＤは、上記の通り、第１基板５１と、第２基板５２と、液晶層５３とを備えており、詳細については上記の通りである。第１基板５１及び第２基板５２は、いずれも光透過性を有する。光センサ２２の受光面２２Ａは、第１基板５１の直下に位置している。受光面２２Ａは、第１基板５１から離間していてもよいし、第１基板５１に接触していてもよい。液晶層５３に形成される第１レンズ５は、光センサ２２と対向する。光センサ２２は、液晶素子ＬＤへの入射光が第１レンズ５によって集束される位置に配置されている。光センサ２２は、受光した光の強度に応じた信号を出力する。センサ制御部ＳＣＴは、光センサ２２からの出力を測定する。
図７の（ａ）に示した例は、法線Ｎとほぼ平行な方向から液晶素子ＬＤに入射する光Ｌが第１レンズ５によって集束される状態を示している。図示した第１レンズ５は、液晶素子ＬＤの法線Ｎに対して対称な形状のレンズである。図７の（ｂ）に示した例は、法線Ｎに対して角度θ１をもって傾斜した方向から液晶素子ＬＤに入射する光Ｌが第１レンズ５によって集束される状態を示している。図示した第１レンズ５は、液晶素子ＬＤの法線Ｎに対して非対称な形状のレンズである。これらの形状の第１レンズ５は、液晶制御部ＬＣＴが液晶素子ＬＤを制御することによって形成される。なお、図示したように集束される光は、図５を参照して説明したように、主に第１偏光ＰＯＬ１である。
制御部ＣＴは、液晶制御部ＬＣＴの制御によって形成される第１レンズ５の形状と、センサ制御部ＳＣＴによって測定される光センサ２２からの出力とに基づいて、光Ｌの入射方向を判定することができる。このような制御部ＣＴによる制御例について、以下に説明する。
【0025】
図８は、光検出装置ＰＤＴの制御例を説明するためのフローチャートである。なお、図１に示した記憶部Ｍは、予め、液晶層５３に第１形状の第１レンズ５Ｌを形成するための第１電圧Ｖ１、第１形状とは異なる第２形状の第１レンズ５Ｍを形成するための第２電圧Ｖ２、第１形状及び第２形状とは異なる第３形状の第１レンズ５Ｒを形成するための第３電圧Ｖ３を記憶している。
制御部ＣＴにおいて、液晶制御部ＬＣＴは、タイミング制御部ＴＣＴによる制御に基づき所定のタイミングで記憶部Ｍから読み出した第１電圧Ｖ１を液晶層５３に印加する（ステップＳＴ１１）。これにより、液晶層５３には、第１形状の第１レンズ５Ｌが形成される。一例では、図９の（ａ）に示すように、第２制御電極Ｅ２の電圧に対して、第１方向Ｘに並んだ第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧が順に小さくなるように設定された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘る非対称な第１レンズ５Ｌが形成される。このときに第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は、第１レンズ５Ｌを形成するための第１電圧Ｖ１に相当する。
そして、センサ制御部ＳＣＴは、第１レンズ５Ｌが形成された状態で光センサ２２からの出力を測定する（ステップＳＴ１２）。
制御部ＣＴにおいて、液晶制御部ＬＣＴは、タイミング制御部ＴＣＴによる制御に基づき所定のタイミングで記憶部Ｍから読み出した第１電圧Ｖ１を液晶層５３に印加する（ステップＳＴ１１）。これにより、液晶層５３には、第１形状の第１レンズ５Ｌが形成される。一例では、図９の（ａ）に示すように、第２制御電極Ｅ２の電圧に対して、第１方向Ｘに並んだ第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧が順に小さくなるように設定された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘る非対称な第１レンズ５Ｌが形成される。このときに第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は、第１レンズ５Ｌを形成するための第１電圧Ｖ１に相当する。
そして、センサ制御部ＳＣＴは、第１レンズ５Ｌが形成された状態で光センサ２２からの出力を測定する（ステップＳＴ１２）。
【0026】
続いて、液晶制御部ＬＣＴは、タイミング制御部ＴＣＴによる制御に基づき所定のタイミングで記憶部Ｍから読み出した第２電圧Ｖ２を液晶層５３に印加する（ステップＳＴ１３）。これにより、液晶層５３には、第２形状の第１レンズ５Ｍが形成される。一例では、図９の（ｂ）に示すように、主に第１制御電極Ｅ１１及びＥ１７のそれぞれの電圧が同一に設定され、且つ、第１制御電極Ｅ１２乃至Ｅ１６のそれぞれの電圧が０Ｖあるいは第１制御電極Ｅ１１より小さく設定された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘る対称な第１レンズ５Ｍが形成される。このときに第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は、第１レンズ５Ｍを形成するための第２電圧Ｖ２に相当する。
そして、センサ制御部ＳＣＴは、第１レンズ５Ｍが形成された状態で光センサ２２からの出力を測定する（ステップＳＴ１４）。
そして、センサ制御部ＳＣＴは、第１レンズ５Ｍが形成された状態で光センサ２２からの出力を測定する（ステップＳＴ１４）。
【0027】
続いて、液晶制御部ＬＣＴは、タイミング制御部ＴＣＴによる制御に基づき所定のタイミングで記憶部Ｍから読み出した第３電圧Ｖ３を液晶層５３に印加する（ステップＳＴ１５）。これにより、液晶層５３には、第３形状の第１レンズ５Ｒが形成される。一例では、図９の（ｃ）に示すように、第２制御電極Ｅ２の電圧に対して、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧が順に大きくなるように設定された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘る非対称な第１レンズ５Ｒが形成される。このときに第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は、第１レンズ５Ｒを形成するための第３電圧Ｖ３に相当する。
そして、センサ制御部ＳＣＴは、第１レンズ５Ｒが形成された状態で光センサ２２からの出力を測定する（ステップＳＴ１６）。その後、センサ制御部ＳＣＴは、それぞれのタイミングで測定した出力を比較し、最大の出力が得られる方向を光の入射方向として判定する（ステップＳＴ１７）。例えば、図９の（ａ）に示した第１形状の第１レンズ５Ｌが形成された状態で最大出力が得られた場合には、光の入射方向は、法線Ｎに対して図中の左側に角度θ１１をもって傾斜した方向として判定することができる。また、図９の（ｂ）に示した第２形状の第１レンズ５Ｍが形成された状態で最大出力が得られた場合には、光の入射方向は、法線Ｎに沿った方向として判定することができる。また、図９の（ｃ）に示した第３形状の第１レンズ５Ｒが形成された状態で最大出力が得られた場合には、光の入射方向は、法線Ｎに対して図中の右側に角度θ１２をもって傾斜した方向として判定することができる。
そして、センサ制御部ＳＣＴは、第１レンズ５Ｒが形成された状態で光センサ２２からの出力を測定する（ステップＳＴ１６）。その後、センサ制御部ＳＣＴは、それぞれのタイミングで測定した出力を比較し、最大の出力が得られる方向を光の入射方向として判定する（ステップＳＴ１７）。例えば、図９の（ａ）に示した第１形状の第１レンズ５Ｌが形成された状態で最大出力が得られた場合には、光の入射方向は、法線Ｎに対して図中の左側に角度θ１１をもって傾斜した方向として判定することができる。また、図９の（ｂ）に示した第２形状の第１レンズ５Ｍが形成された状態で最大出力が得られた場合には、光の入射方向は、法線Ｎに沿った方向として判定することができる。また、図９の（ｃ）に示した第３形状の第１レンズ５Ｒが形成された状態で最大出力が得られた場合には、光の入射方向は、法線Ｎに対して図中の右側に角度θ１２をもって傾斜した方向として判定することができる。
【0028】
なお、図９に示した３つの形状よりも多くの形状の第１レンズ５を形成し、その都度、光センサ２２からの出力を測定してもよい。また、図９に示した第１形状の第１レンズ５Ｌから第２形状の第１レンズ５Ｍを経て第３形状の第１レンズ５Ｒまで連続的に形状を変化させ、その都度、光センサ２２からの出力を測定することにより、光の入射角を測定することが可能となる。
【0029】
本実施形態によれば、光センサ２２と対向する位置に、入射光を集束する作用を有する第１レンズ５を形成可能な液晶素子ＬＤを備えている。第１レンズ５は、液晶層５３によって形成されるため、液晶分子の配向状態を制御することにより、第１レンズ５の形状は可変できる。ガラスや樹脂などによって形成される光学レンズと光センサとを組み合わせた光検出装置では、光センサ等の角度や向きを変える移動機構が必要となるが、本実施形態の光検出装置ＰＤＴは、第１レンズ５の形状を可変できるため、第１レンズ５及び光センサ２２の角度や向きを変えることなく、光の入射方向を判定することができる。したがって、本実施形態によれば、可動式の光検出装置と比較して、小型且つ低コストの光検出装置ＰＤＴを提供することができる。
【0030】
次に、光検出装置ＰＤＴの他の構成例について説明する。
【0031】
図１０は、本実施形態の光検出装置ＰＤＴの他の構成例を示す図である。図１０に示した構成例は、図７に示した構成例と比較して、センサ部ＳＳが基板２１の上に複数の光センサ２２１乃至２２５を備えた点で相違している。図示した例では、光センサ２２１乃至２２５は、第１方向Ｘに並んでいる。光センサ２２１乃至２２５は、それぞれ受光した光の強度に応じた信号を出力する。なお、センサ部ＳＳが備える光センサ２２の個数は図示した例に限らない。
液晶層５３に形成される第１レンズ５は、光センサ２２１乃至２２５と対向する。本構成例においては、第１レンズ５の形状は変化しない。つまり、液晶層５３に印加される電圧は一定であり、例えば、第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２には、上記の第１レンズ５Ｍを形成するための第２電圧Ｖ２が供給される。
液晶層５３に形成される第１レンズ５は、光センサ２２１乃至２２５と対向する。本構成例においては、第１レンズ５の形状は変化しない。つまり、液晶層５３に印加される電圧は一定であり、例えば、第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２には、上記の第１レンズ５Ｍを形成するための第２電圧Ｖ２が供給される。
【0032】
図１０の（ａ）に示した例は、法線Ｎとほぼ平行な方向から液晶素子ＬＤに入射する光Ｌが第１レンズ５によって集束される状態を示している。法線方向から入射した光Ｌは、第１レンズ５により、光センサ２２３に集束される。この場合、複数の光センサのうち、光センサ２２３からの出力が最大となる。図１０の（ｂ）に示した例は、法線Ｎに対して角度θ１をもって傾斜した方向から液晶素子ＬＤに入射する光Ｌが第１レンズ５によって集束される状態を示している。斜め方向から入射した光Ｌは、第１レンズ５により、光センサ２２４に集束される。この場合、複数の光センサのうち、光センサ２２４からの出力が最大となる。
このように、第１レンズ５の形状が変化しない構成であっても、その直下に配置した複数の光センサ２２からの出力を比較することにより、光Ｌの入射方向を判定することができる。また、第１レンズ５の形状を変化させる必要がないため、第１レンズ５を形成するための制御を簡素化することができる。なお、図７の構成例と同様に形状を可変できる第１レンズ５と、複数の光センサ２２を備えた図１０の構成例とを組み合わせてもよい。
このように、第１レンズ５の形状が変化しない構成であっても、その直下に配置した複数の光センサ２２からの出力を比較することにより、光Ｌの入射方向を判定することができる。また、第１レンズ５の形状を変化させる必要がないため、第１レンズ５を形成するための制御を簡素化することができる。なお、図７の構成例と同様に形状を可変できる第１レンズ５と、複数の光センサ２２を備えた図１０の構成例とを組み合わせてもよい。
【0033】
１つの第１レンズ５と、複数の光センサ２２との組み合わせは、種々変更可能である。
図１１に示した例では、第１レンズ５は、第２方向Ｙに沿った母線を有する曲面を備え、第３方向Ｚに突出した凸レンズである。複数の光センサ２２は、第１方向Ｘに並んでいる。図示した第１レンズ５は、光の入射方向に応じて集束位置が第１方向Ｘにシフトする。このため、第１方向Ｘに並んだ光センサ２２からの出力を比較することで、第１方向Ｘ及び第３方向Ｚによって規定されるＸ－Ｚ平面における光Ｌの入射方向を判定することができる。
図１２に示した例では、第１レンズ５は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ－Ｙ平面においてほぼ円形であり、第３方向Ｚに突出した凸レンズである。複数の光センサ２２は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に並んでいる。図示した第１レンズ５は、光の入射方向に応じて集束位置が第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにシフトする。このため、マトリクス状に並んだ光センサ２２からの出力を比較することで、第３方向Ｚを中心とした光Ｌの入射方位を判定することができる。
図１３に示した例では、第１レンズ５Ｘは、第１方向Ｘに沿った母線を有する曲面を備え、第３方向Ｚに突出した凸レンズである。第１レンズ５Ｙは、第２方向Ｙに沿った母線を有する曲面を備え、第３方向Ｚに突出した凸レンズである。第１レンズ５Ｘ及び５Ｙは、第３方向Ｚに並んでいる。複数の光センサ２２は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に並んでいる。このような例においても、図１２に示した例と同様に、第３方向Ｚを中心とした光Ｌの入射方位を判定することができる。
図１１に示した例では、第１レンズ５は、第２方向Ｙに沿った母線を有する曲面を備え、第３方向Ｚに突出した凸レンズである。複数の光センサ２２は、第１方向Ｘに並んでいる。図示した第１レンズ５は、光の入射方向に応じて集束位置が第１方向Ｘにシフトする。このため、第１方向Ｘに並んだ光センサ２２からの出力を比較することで、第１方向Ｘ及び第３方向Ｚによって規定されるＸ－Ｚ平面における光Ｌの入射方向を判定することができる。
図１２に示した例では、第１レンズ５は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ－Ｙ平面においてほぼ円形であり、第３方向Ｚに突出した凸レンズである。複数の光センサ２２は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に並んでいる。図示した第１レンズ５は、光の入射方向に応じて集束位置が第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにシフトする。このため、マトリクス状に並んだ光センサ２２からの出力を比較することで、第３方向Ｚを中心とした光Ｌの入射方位を判定することができる。
図１３に示した例では、第１レンズ５Ｘは、第１方向Ｘに沿った母線を有する曲面を備え、第３方向Ｚに突出した凸レンズである。第１レンズ５Ｙは、第２方向Ｙに沿った母線を有する曲面を備え、第３方向Ｚに突出した凸レンズである。第１レンズ５Ｘ及び５Ｙは、第３方向Ｚに並んでいる。複数の光センサ２２は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に並んでいる。このような例においても、図１２に示した例と同様に、第３方向Ｚを中心とした光Ｌの入射方位を判定することができる。
【0034】
次に、本実施形態の光検出装置ＰＤＴの適用例について説明する。
【0035】
図１４は、光検出装置ＰＤＴの適用例であるソーラーシステムＳＳＹＳの構成例を示す図である。ソーラーシステムＳＳＹＳは、ソーラーパネルＳＰＮＬと、光検出装置ＰＤＴと、支持体ＳＰＢと、回転機構ＲＴＭとを備えている。ソーラーパネルＳＰＮＬは、太陽エネルギーを利用して加熱、冷却、発電等を行うものである。光検出装置ＰＤＴの構成については上記の通りである。支持体ＳＰＢは、ソーラーパネルＳＰＮＬ及び光検出装置ＰＤＴを支持している。回転機構ＲＴＭは、支持体ＳＰＢを回転させる。回転機構ＲＴＭは、図中の矢印Ａで示したような水平面内に回転させるのみならず、図中の矢印Ｂで示したように水平面に対する仰角方向にも駆動可能である。光検出装置ＰＤＴは、ソーラーパネルＳＰＮＬに内蔵されていてもよい。なお、光検出装置ＰＤＴの法線Ｎ１は、ソーラーパネルＳＰＮＬの法線Ｎ２と平行であることが望ましい。
【0036】
図１５は、図１４に示したソーラーシステムＳＳＹＳの制御例を説明するためのフローチャートである。
まず、光検出装置ＰＤＴは、図７乃至図９を参照して説明した構成例、あるいは、図１０乃至図１３を参照して説明した構成例により、光の入射方向を判定する（ステップＳＴ２１）。そして、光検出装置ＰＤＴは、判定した光の入射方向に基づいて、光源、すなわち、太陽がソーラーパネルＳＰＮＬの正面に位置しているか否かを判断する（ステップＳＴ２２）。すなわち、光検出装置ＰＤＴは、判定した光の入射方向が光検出装置ＰＤＴの法線Ｎ１と平行であるか否かを判断することにより、光源が正面に位置しているか否かを判断する。光源が正面に位置している（つまり、判定した入射方向と法線Ｎ１とが平行である）と判断された場合には（ステップＳＴ２２、Ｙｅｓ）、再び、ステップＳＴ２１に戻る。一方、光源が正面に位置していない（つまり、判定した入射方向が法線Ｎ１と平行でない）と判断された場合には（ステップＳＴ２２、Ｎｏ）、回転機構ＲＴＭが駆動される（ステップＳＴ２３）。回転機構ＲＴＭは、ソーラーパネルＳＰＮＬの法線Ｎ２が光源を向くように支持体ＳＰＢを回転させる。
このような制御により、その位置が変動する光源に追随して、ソーラーパネルＳＰＮＬを光源に向けることができ、太陽エネルギーの利用効率を向上することができる。
まず、光検出装置ＰＤＴは、図７乃至図９を参照して説明した構成例、あるいは、図１０乃至図１３を参照して説明した構成例により、光の入射方向を判定する（ステップＳＴ２１）。そして、光検出装置ＰＤＴは、判定した光の入射方向に基づいて、光源、すなわち、太陽がソーラーパネルＳＰＮＬの正面に位置しているか否かを判断する（ステップＳＴ２２）。すなわち、光検出装置ＰＤＴは、判定した光の入射方向が光検出装置ＰＤＴの法線Ｎ１と平行であるか否かを判断することにより、光源が正面に位置しているか否かを判断する。光源が正面に位置している（つまり、判定した入射方向と法線Ｎ１とが平行である）と判断された場合には（ステップＳＴ２２、Ｙｅｓ）、再び、ステップＳＴ２１に戻る。一方、光源が正面に位置していない（つまり、判定した入射方向が法線Ｎ１と平行でない）と判断された場合には（ステップＳＴ２２、Ｎｏ）、回転機構ＲＴＭが駆動される（ステップＳＴ２３）。回転機構ＲＴＭは、ソーラーパネルＳＰＮＬの法線Ｎ２が光源を向くように支持体ＳＰＢを回転させる。
このような制御により、その位置が変動する光源に追随して、ソーラーパネルＳＰＮＬを光源に向けることができ、太陽エネルギーの利用効率を向上することができる。
【0037】
次に、光検出装置ＰＤＴの他の構成例について説明する。
【0038】
図１６は、本実施形態の光検出装置ＰＤＴの他の構成例を示す図である。図１６に示した構成例は、図７に示した構成例と比較して、入射光を変調する変調素子ＭＤを備えた点で相違している。変調素子ＭＤは、入射光に対して位相差を付与する変調部ＭＡ、及び、入射光をほとんど変調せずに透過する無変調部ＮＭＡを備えている。変調部ＭＡは、例えば、入射光に約λ／２の位相差を付与する。ここで、λは、入射光の波長である。このような変調部ＭＡは、入射光が直線偏光である場合に、その偏光面を約９０°回転させる機能を有する。変調素子ＭＤは、部分的に位相差を制御可能な液晶素子によって構成されてもよいし、部分的に位相差を有する位相差フィルムによって構成されてもよい。変調部ＭＡは、無変調部ＮＭＡより小さい。一例では、変調部ＭＡの第１方向Ｘに沿った幅Ｗ１は、無変調部ＮＭＡの第１方向Ｘに沿った幅Ｗ２より小さい。変調素子ＭＤの詳細な構成例については後述するが、図示した例では、変調素子ＭＤは、第３基板６１、及び、第４基板６２を備えている。変調部ＭＡ及び無変調部ＮＭＡは、いずれも第３基板６１と第４基板６２との間に位置している。変調素子ＭＤが後述する液晶素子によって構成される場合、変調素子ＭＤは、変調制御部ＭＣＴによって制御される。
【0039】
図示した例では、センサ部ＳＳは、変調素子ＭＤに内蔵されている。すなわち、光センサ２２は、第３基板６１と第４基板６２との間に位置している。第３基板６１は、光センサ２２が実装される基板に相当する。センサ部ＳＳは、センサ制御部ＳＣＴによって制御される。
【0040】
液晶素子ＬＤは、液晶層５３に第１レンズ５を形成するための第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２に加えて、液晶層５３に第２レンズ６を形成するための第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４を備えている。このような液晶素子ＬＤは、液晶制御部ＬＣＴによって制御される。
一例では、第３制御電極Ｅ３は、第１制御電極Ｅ１と同様に第１基板５１に設けられ、第１制御電極Ｅ１と同一材料によって形成可能である。第４制御電極Ｅ４は、第２制御電極Ｅ２と同様に第２基板５２に設けられ、第２制御電極Ｅ２と同一材料によって形成可能である。また、第２制御電極Ｅ２及び第４制御電極Ｅ４は、一体に形成されてもよい。第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成されている。第３制御電極Ｅ３は、図３に示した第１制御電極Ｅ１と同様に、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。第４制御電極Ｅ４は、図３に示した第２制御電極Ｅ２と同様に、四角形状の平板電極である。第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４は、液晶層５３に第２レンズ６を形成するための電圧を印加する。液晶層５３に形成される第２レンズ６は、変調素子ＭＤと対向する。変調素子ＭＤのうち、変調部ＭＡは、第２レンズ６によって光が集束される位置に配置されている。変調部ＭＡの幅Ｗ１は、第２レンズ６の第１方向Ｘに沿った幅（あるいは、第２レンズ６を形成するための第３制御電極Ｅ３の間隔）Ｗ３よりも小さい。なお、図中の実線の矢印は第１方向Ｘに沿った振動面を有する第１偏光ＰＯＬ１を示し、図中の点線の矢印は第２方向Ｙに沿った振動面を有する第２偏光ＰＯＬ２を示している。また、第２レンズ６は、図９を参照して説明した第１レンズ５と同様に、第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４に供給される電圧を制御することで、その形状を自在に変化させることができる。
一例では、第３制御電極Ｅ３は、第１制御電極Ｅ１と同様に第１基板５１に設けられ、第１制御電極Ｅ１と同一材料によって形成可能である。第４制御電極Ｅ４は、第２制御電極Ｅ２と同様に第２基板５２に設けられ、第２制御電極Ｅ２と同一材料によって形成可能である。また、第２制御電極Ｅ２及び第４制御電極Ｅ４は、一体に形成されてもよい。第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成されている。第３制御電極Ｅ３は、図３に示した第１制御電極Ｅ１と同様に、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。第４制御電極Ｅ４は、図３に示した第２制御電極Ｅ２と同様に、四角形状の平板電極である。第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４は、液晶層５３に第２レンズ６を形成するための電圧を印加する。液晶層５３に形成される第２レンズ６は、変調素子ＭＤと対向する。変調素子ＭＤのうち、変調部ＭＡは、第２レンズ６によって光が集束される位置に配置されている。変調部ＭＡの幅Ｗ１は、第２レンズ６の第１方向Ｘに沿った幅（あるいは、第２レンズ６を形成するための第３制御電極Ｅ３の間隔）Ｗ３よりも小さい。なお、図中の実線の矢印は第１方向Ｘに沿った振動面を有する第１偏光ＰＯＬ１を示し、図中の点線の矢印は第２方向Ｙに沿った振動面を有する第２偏光ＰＯＬ２を示している。また、第２レンズ６は、図９を参照して説明した第１レンズ５と同様に、第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４に供給される電圧を制御することで、その形状を自在に変化させることができる。
【0041】
図１７は、図１６に示した液晶素子ＬＤ及び変調素子ＭＤの作用を説明するための図である。液晶素子ＬＤに入射する光のうち、第１偏光ＰＯＬ１は、図の左側に示すように、第２レンズ６によって集束され、変調素子ＭＤに入射する。第１偏光ＰＯＬ１は、そのほとんどすべてが変調部ＭＡに入射し、第２偏光ＰＯＬ２に変換される。つまり、液晶素子ＬＤに入射した第１偏光ＰＯＬ１は、第２偏光ＰＯＬ２に変換されて、変調素子ＭＤを透過する。
一方、液晶素子ＬＤに入射する光のうち、第２偏光ＰＯＬ２は、図の右側に示すように、第２レンズ６によってほとんど集束されずに変調素子ＭＤに入射する。第２偏光ＰＯＬ２は、変調部ＭＡ及び無変調部ＮＭＡに入射する。上記の通り、無変調部ＮＭＡは変調部ＭＡよりも大きいため、変調素子ＭＤに入射した光のうち、無変調部ＮＭＡに入射した光は、変調部ＭＡに入射した光よりも多い。つまり、変調素子ＭＤに入射した第２偏光ＰＯＬ２のほとんどは、無変調部ＮＭＡで変調されることなく偏光面を維持した状態で透過する。変調素子ＭＤに入射した第２偏光ＰＯＬ２の一部は、変調部ＭＡに入射し、第１偏光ＰＯＬ１に変換される。このように、液晶素子ＬＤに入射した第２偏光ＰＯＬ２は、そのほとんどが第２偏光ＰＯＬ２のまま変調素子ＭＤを透過する。
このような構成例によれば、液晶素子ＬＤに入射する光の偏光方向にかかわらず、変調素子ＭＤを透過した光の偏光方向を概ね揃えることが可能となる。偏光方向が揃った光は、例えば、液晶表示装置の照明光として好適である。
一方、液晶素子ＬＤに入射する光のうち、第２偏光ＰＯＬ２は、図の右側に示すように、第２レンズ６によってほとんど集束されずに変調素子ＭＤに入射する。第２偏光ＰＯＬ２は、変調部ＭＡ及び無変調部ＮＭＡに入射する。上記の通り、無変調部ＮＭＡは変調部ＭＡよりも大きいため、変調素子ＭＤに入射した光のうち、無変調部ＮＭＡに入射した光は、変調部ＭＡに入射した光よりも多い。つまり、変調素子ＭＤに入射した第２偏光ＰＯＬ２のほとんどは、無変調部ＮＭＡで変調されることなく偏光面を維持した状態で透過する。変調素子ＭＤに入射した第２偏光ＰＯＬ２の一部は、変調部ＭＡに入射し、第１偏光ＰＯＬ１に変換される。このように、液晶素子ＬＤに入射した第２偏光ＰＯＬ２は、そのほとんどが第２偏光ＰＯＬ２のまま変調素子ＭＤを透過する。
このような構成例によれば、液晶素子ＬＤに入射する光の偏光方向にかかわらず、変調素子ＭＤを透過した光の偏光方向を概ね揃えることが可能となる。偏光方向が揃った光は、例えば、液晶表示装置の照明光として好適である。
【0042】
図１８は、変調素子ＭＤの構成例を示す断面図である。ここでは、変調素子ＭＤが液晶素子によって構成される場合について説明する。このような変調素子ＭＤは、変調制御部ＭＣＴによって制御される。
変調素子ＭＤは、第３基板６１と、第４基板６２と、液晶層６３と、第５制御電極Ｅ５と、第６制御電極Ｅ６と、を備えている。図示した例では、第５制御電極Ｅ５は第３基板６１に設けられ、第６制御電極Ｅ６は第４基板６２に設けられているが、第５制御電極Ｅ５及び第６制御電極Ｅ６がいずれも同一基板、つまり第３基板６１または第４基板６２に設けられてもよい。
変調素子ＭＤは、第３基板６１と、第４基板６２と、液晶層６３と、第５制御電極Ｅ５と、第６制御電極Ｅ６と、を備えている。図示した例では、第５制御電極Ｅ５は第３基板６１に設けられ、第６制御電極Ｅ６は第４基板６２に設けられているが、第５制御電極Ｅ５及び第６制御電極Ｅ６がいずれも同一基板、つまり第３基板６１または第４基板６２に設けられてもよい。
【0043】
第３基板６１は、透明な絶縁基板６１１と、第５制御電極Ｅ５と、配向膜６１２と、給電線６１３とを備えている。第５制御電極Ｅ５は、絶縁基板６１１と液晶層６３との間に位置している。複数の第５制御電極Ｅ５は、有効領域６０Ａにおいて、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。一例では、第５制御電極Ｅ５の第１方向Ｘに沿った幅は、隣り合う第５制御電極Ｅ５の第１方向Ｘに沿った間隔より大きい。配向膜６１２は、第５制御電極Ｅ５を覆い、液晶層６３に接触している。給電線６１３は、有効領域６０Ａの外側の非有効領域６０Ｂに位置している。
【0044】
第４基板６２は、透明な絶縁基板６２１と、第６制御電極Ｅ６と、配向膜６２２とを備えている。第６制御電極Ｅ６は、絶縁基板６２１と液晶層６３との間に位置している。第６制御電極Ｅ６は、例えば、有効領域６０Ａの略全面に位置するとともに非有効領域６０Ｂにも延在した単一の平板電極である。第６制御電極Ｅ６は、有効領域６０Ａにおいて、液晶層６３を介して第５制御電極Ｅ５と対向している。第６制御電極Ｅ６は、非有効領域６０Ｂにおいて給電線６１３と対向している。配向膜６２２は、第６制御電極Ｅ６を覆い、液晶層６３に接触している。
【0045】
絶縁基板６１１及び６２１は、例えばガラス基板または樹脂基板である。第５制御電極Ｅ５及び第６制御電極Ｅ６は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成されている。第５制御電極Ｅ５は、図３に示した第１制御電極Ｅ１と同様に、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。第６制御電極Ｅ６は、図３に示した第２制御電極Ｅ２と同様に、四角形状の平板電極である。配向膜６１２及び６２２は、例えば、水平配向膜である。一例では、配向膜６１２は第２方向Ｙに沿って配向処理され、配向膜６２２は第１方向Ｘに沿って配向処理されている。
第３基板６１及び第４基板６２は、非有効領域６０Ｂにおいて、シール６４によって接着されている。シール６４は、導通材６５を備えている。導通材６５は、給電線６１３と第６制御電極Ｅ６との間に介在し、給電線６１３と第６制御電極Ｅ６とを電気的に接続している。
第３基板６１及び第４基板６２は、非有効領域６０Ｂにおいて、シール６４によって接着されている。シール６４は、導通材６５を備えている。導通材６５は、給電線６１３と第６制御電極Ｅ６との間に介在し、給電線６１３と第６制御電極Ｅ６とを電気的に接続している。
【0046】
液晶層６３は、第３基板６１と第４基板６２との間に保持されている。液晶層６３は、例えば、正の誘電率異方性を有する液晶材料によって形成されている。第５制御電極Ｅ５及び第６制御電極Ｅ６は、図１７に示した変調部ＭＡ及び無変調部ＮＭＡを形成するための電圧を液晶層６３に印加する。
【0047】
変調制御部ＭＣＴは、液晶層６３に印加する電圧を制御する。変調制御部ＭＣＴは、第５制御電極Ｅ５及び第６制御電極Ｅ６にそれぞれ供給する電圧を制御することにより、液晶層６３に変調部ＭＡ及び無変調部ＮＭＡを形成することができる。また、変調制御部ＭＣＴは、第５制御電極Ｅ５の各々に供給する電圧を制御することにより、変調部ＭＡ及び無変調部ＮＭＡの形成位置を制御することができる。また、変調制御部ＭＣＴは、第５制御電極Ｅ５の各々に供給する電圧を制御することにより、変調部ＭＡ及び無変調部ＮＭＡの大きさを自在に制御することができる。
【0048】
図１９は、変調素子ＭＤに形成される変調部ＭＡ及び無変調部ＮＭＡを説明するための図である。図１９においては、説明に必要な構成のみを図示している。ここでは、第１方向Ｘに並んだ複数の第５制御電極Ｅ５１乃至Ｅ５５のうち、第５制御電極Ｅ５１、Ｅ５３、Ｅ５５には第６制御電極Ｅ６とは異なる電圧が供給される場合について説明する。
【0049】
一例では、第５制御電極Ｅ５１、Ｅ５３、Ｅ５５の電圧が６Ｖであり、第５制御電極Ｅ５２及びＥ５４と第６制御電極Ｅ６の電圧が０Ｖである。また、液晶層６３は、上記の通り、正の誘電率異方性を有している。液晶層６３に含まれる液晶分子６３Ｍは、電界が形成されない状態では９０°ツイスト配向している。つまり、第５制御電極Ｅ５１乃至Ｅ５５の近傍における液晶分子６３Ｍは、その長軸が第２方向Ｙに沿うように初期配向しており、第６制御電極Ｅ６の近傍における液晶分子６３Ｍは、その長軸が第１方向Ｘに沿うように初期配向している。また、液晶分子６３Ｍは、電界が形成された状態ではその長軸が電界に沿うように配向される。
【0050】
第５制御電極Ｅ５１、Ｅ５３、Ｅ５５の各々と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域には、第３方向Ｚに沿った電界が形成されるため、液晶分子６３Ｍはその長軸が第３方向Ｚに沿うように垂直配向している。第５制御電極Ｅ５２及びＥ５４の各々と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域には、電界が形成されないため、液晶分子６３Ｍは、初期配向状態に維持され、ツイスト配向している。
【0051】
ここで、変調素子ＭＤに第１偏光ＰＯＬ１が入射する場合を想定する。第４基板６２から入射する第１偏光ＰＯＬ１のうち、第５制御電極Ｅ５２と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域に入射した第１偏光ＰＯＬ１は、ツイスト配向した液晶分子６３Ｍの影響を受けて、その偏光面が回転し、液晶層６３を透過した後に、第２方向Ｙに沿った振動面を有する第２偏光ＰＯＬ２に変換される。第５制御電極Ｅ５４と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域についても同様に、透過光は、第２偏光ＰＯＬ２に変換される。一方で、第５制御電極Ｅ５３と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域に入射した第１偏光ＰＯＬ１は、垂直配向した液晶分子６３Ｍの影響をほとんど受けず、その偏光面が維持され、液晶層６３を透過する。第５制御電極Ｅ５１及びＥ５５と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域についても同様に、透過光は、第１偏光ＰＯＬ１である。
つまり、第５制御電極Ｅ５１、Ｅ５３、Ｅ５５の各々と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域は、図１７に示した無変調部ＮＭＡに相当し、第５制御電極Ｅ５２及びＥ５４の各々と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域は、図１７に示した変調部ＭＡに相当する。
つまり、第５制御電極Ｅ５１、Ｅ５３、Ｅ５５の各々と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域は、図１７に示した無変調部ＮＭＡに相当し、第５制御電極Ｅ５２及びＥ５４の各々と第６制御電極Ｅ６とが対向する領域は、図１７に示した変調部ＭＡに相当する。
【0052】
なお、本実施形態では、変調素子ＭＤの一例として、初期配向状態でツイスト配向する液晶層６３と、基板主面と交差する方向に沿った電界とを組み合わせた方式について説明したが、これに限らない。液晶層６３に印加される電圧に応じて入射光を変調する領域と、入射光を変調することなく透過する領域とが形成可能な方式であれば、上記の変調素子ＭＤに適用可能である。
【0053】
図２０は、図１６及び図１８に示した変調素子ＭＤを備えた光検出装置ＰＤＴの制御例を説明するための図である。
まず、制御部ＣＴは、図７乃至図９を参照して説明した構成例、あるいは、図１０乃至図１３を参照して説明した構成例のように、光センサ２２からの出力に基づいて、光の入射方向を判定する（ステップＳＴ３１）。そして、制御部ＣＴは、液晶素子ＬＤを制御して、判定した入射方向からの入射光を変調部ＭＡに集束させるように第２レンズ６を形成する（ステップＳＴ３２）。特定の形状に形成された第２レンズ６は、光の入射方向に応じて集束位置がシフトする。ここに説明する制御例は、光の入射方向にかかわらず、集束位置を固定すべく、第２レンズ６の形状を変化させるものである。つまり、制御部ＣＴは、変調部ＭＡが集束位置となる所望の形状の第２レンズ６を形成するように、第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４に供給する電圧を制御する。
このような制御により、変調部ＭＡの位置が固定されていても、光の入射方向にかかわらず、変調素子ＭＤを透過した光の偏光方向を概ね揃えることが可能となる。
まず、制御部ＣＴは、図７乃至図９を参照して説明した構成例、あるいは、図１０乃至図１３を参照して説明した構成例のように、光センサ２２からの出力に基づいて、光の入射方向を判定する（ステップＳＴ３１）。そして、制御部ＣＴは、液晶素子ＬＤを制御して、判定した入射方向からの入射光を変調部ＭＡに集束させるように第２レンズ６を形成する（ステップＳＴ３２）。特定の形状に形成された第２レンズ６は、光の入射方向に応じて集束位置がシフトする。ここに説明する制御例は、光の入射方向にかかわらず、集束位置を固定すべく、第２レンズ６の形状を変化させるものである。つまり、制御部ＣＴは、変調部ＭＡが集束位置となる所望の形状の第２レンズ６を形成するように、第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４に供給する電圧を制御する。
このような制御により、変調部ＭＡの位置が固定されていても、光の入射方向にかかわらず、変調素子ＭＤを透過した光の偏光方向を概ね揃えることが可能となる。
【0054】
図２１は、図１６及び図１８に示した変調素子ＭＤを備えた光検出装置ＰＤＴの他の制御例を説明するための図である。
まず、制御部ＣＴは、図７乃至図９を参照して説明した構成例、あるいは、図１０乃至図１３を参照して説明した構成例のように、光センサ２２からの出力に基づいて、光の入射方向を判定する（ステップＳＴ４１）。そして、制御部ＣＴは、変調素子ＭＤを制御して、判定した入射方向からの入射光を、第２レンズ６が集束させる位置に変調部ＭＡを形成する（ステップＳＴ４２）。ここに説明する制御例は、第２レンズ６の形状を可変させない場合に、光の入射方向に応じてシフトする集束位置に追随すべく、変調部ＭＡの位置を変化させるものである。つまり、制御部ＣＴは、入射光の集束位置に変調部ＭＡを形成するように、第５制御電極Ｅ５及び第６制御電極Ｅ６に供給する電圧を制御する。
このような制御により、第２レンズ６の形状が固定されていても、光の入射方向にかかわらず、変調素子ＭＤを透過した光の偏光方向を概ね揃えることが可能となる。
まず、制御部ＣＴは、図７乃至図９を参照して説明した構成例、あるいは、図１０乃至図１３を参照して説明した構成例のように、光センサ２２からの出力に基づいて、光の入射方向を判定する（ステップＳＴ４１）。そして、制御部ＣＴは、変調素子ＭＤを制御して、判定した入射方向からの入射光を、第２レンズ６が集束させる位置に変調部ＭＡを形成する（ステップＳＴ４２）。ここに説明する制御例は、第２レンズ６の形状を可変させない場合に、光の入射方向に応じてシフトする集束位置に追随すべく、変調部ＭＡの位置を変化させるものである。つまり、制御部ＣＴは、入射光の集束位置に変調部ＭＡを形成するように、第５制御電極Ｅ５及び第６制御電極Ｅ６に供給する電圧を制御する。
このような制御により、第２レンズ６の形状が固定されていても、光の入射方向にかかわらず、変調素子ＭＤを透過した光の偏光方向を概ね揃えることが可能となる。
【0055】
図２２は、本実施形態の光検出装置ＰＤＴの他の構成例を示す図である。図２２に示した構成例は、図１６に示した構成例と比較して、第１レンズ５の代わりに、光センサ２２と対向する位置に開口部ＯＰを備えた点で相違している。液晶素子ＬＤは、第２レンズ６が形成される位置とは異なる位置に、遮光体ＢＭを備えている。遮光体ＢＭには、開口部ＯＰが形成されている。一例では、開口部ＯＰは、ピンホールであり、５０乃至１００μｍ程度の径を有している。なお、開口部ＯＰは、第２方向Ｙに延出したスリットであってもよい。光センサ２２は、開口部ＯＰと第３基板６１との間に位置している。
このような構成例においても、上記構成例と同様の効果が得られる。
このような構成例においても、上記構成例と同様の効果が得られる。
【0056】
次に、表示装置ＤＳＰの実施例について説明する。
【0057】
図２３は、表示装置ＤＳＰの基本構成及び等価回路を示す図である。
表示装置ＤＳＰは、画像を表示する表示エリアＤＡと、表示エリアＤＡを囲む非表示エリアＮＤＡと、を備えている。表示エリアＤＡは、複数の画素ＰＸを備えている。ここで、画素とは、画素信号に応じて個別に制御することができる最小単位を示し、例えば、後述する走査線と信号線とが交差する位置に配置されたスイッチング素子を含む領域に存在する。複数の画素ＰＸは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配置されている。また、表示装置ＤＳＰは、表示エリアＤＡにおいて、複数本の走査線（ゲート線ともいう）Ｇ（Ｇ１～Ｇｎ）、複数本の信号線（データ配線あるいはソース線ともいう）Ｓ（Ｓ１～Ｓｍ）、共通電極ＣＥなどを備えている。走査線Ｇは、各々第１方向Ｘに延出し、第２方向Ｙに並んでいる。信号線Ｓは、各々第２方向Ｙに延出し、第１方向Ｘに並んでいる。なお、走査線Ｇ及び信号線Ｓは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。共通電極ＣＥは、複数の画素ＰＸに亘って配置されている。走査線Ｇは走査線駆動回路ＧＤに接続され、信号線Ｓは信号線駆動回路ＳＤに接続され、共通電極ＣＥは共通電極駆動回路ＣＤに接続されている。走査線駆動回路ＧＤ、信号線駆動回路ＳＤ、及び、共通電極駆動回路ＣＤは、制御部ＣＴによって制御される。
各画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、液晶層ＬＣ等を備えている。スイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成され、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷは、ゲート電極ＷＧ、ソース電極ＷＳ、及び、ドレイン電極ＷＤを備えている。ゲート電極ＷＧは、走査線Ｇと電気的に接続されている。図示した例では、信号線Ｓと電気的に接続された電極をソース電極ＷＳと称し、画素電極ＰＥと電気的に接続された電極をドレイン電極ＷＤと称する。走査線Ｇは、第１方向Ｘに並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと接続されている。信号線Ｓは、第２方向Ｙに並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと接続されている。
画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷに電気的に接続されている。共通電極ＣＥは、複数の画素電極ＰＥと対向している。これらの画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、液晶層１３に電圧を印加する第１表示電極及び第２表示電極として機能する。画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成されている。保持容量ＣＳは、例えば、共通電極ＣＥと画素電極ＰＥとの間に形成される。
なお、ここでは表示装置ＤＳＰの詳細な構成については説明を省略するが、表示装置ＤＳＰは、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）モード、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＶＡ（Vertical Aligned）モード、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードなどの各種モードのいずれかに対応した構成を有している。また、各画素ＰＸがアクティブ方式で駆動される場合について説明したが、各画素ＰＸがパッシブ方式で駆動されてもよい。
光センサ２２は、表示装置ＤＳＰに内蔵されている。図示した例では、光センサ２２は、非表示エリアＮＤＡに配置されている。光センサ２２は、制御部ＣＴによって制御される。
表示装置ＤＳＰは、画像を表示する表示エリアＤＡと、表示エリアＤＡを囲む非表示エリアＮＤＡと、を備えている。表示エリアＤＡは、複数の画素ＰＸを備えている。ここで、画素とは、画素信号に応じて個別に制御することができる最小単位を示し、例えば、後述する走査線と信号線とが交差する位置に配置されたスイッチング素子を含む領域に存在する。複数の画素ＰＸは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配置されている。また、表示装置ＤＳＰは、表示エリアＤＡにおいて、複数本の走査線（ゲート線ともいう）Ｇ（Ｇ１～Ｇｎ）、複数本の信号線（データ配線あるいはソース線ともいう）Ｓ（Ｓ１～Ｓｍ）、共通電極ＣＥなどを備えている。走査線Ｇは、各々第１方向Ｘに延出し、第２方向Ｙに並んでいる。信号線Ｓは、各々第２方向Ｙに延出し、第１方向Ｘに並んでいる。なお、走査線Ｇ及び信号線Ｓは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。共通電極ＣＥは、複数の画素ＰＸに亘って配置されている。走査線Ｇは走査線駆動回路ＧＤに接続され、信号線Ｓは信号線駆動回路ＳＤに接続され、共通電極ＣＥは共通電極駆動回路ＣＤに接続されている。走査線駆動回路ＧＤ、信号線駆動回路ＳＤ、及び、共通電極駆動回路ＣＤは、制御部ＣＴによって制御される。
各画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、液晶層ＬＣ等を備えている。スイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成され、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷは、ゲート電極ＷＧ、ソース電極ＷＳ、及び、ドレイン電極ＷＤを備えている。ゲート電極ＷＧは、走査線Ｇと電気的に接続されている。図示した例では、信号線Ｓと電気的に接続された電極をソース電極ＷＳと称し、画素電極ＰＥと電気的に接続された電極をドレイン電極ＷＤと称する。走査線Ｇは、第１方向Ｘに並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと接続されている。信号線Ｓは、第２方向Ｙに並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと接続されている。
画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷに電気的に接続されている。共通電極ＣＥは、複数の画素電極ＰＥと対向している。これらの画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、液晶層１３に電圧を印加する第１表示電極及び第２表示電極として機能する。画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成されている。保持容量ＣＳは、例えば、共通電極ＣＥと画素電極ＰＥとの間に形成される。
なお、ここでは表示装置ＤＳＰの詳細な構成については説明を省略するが、表示装置ＤＳＰは、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）モード、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＶＡ（Vertical Aligned）モード、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードなどの各種モードのいずれかに対応した構成を有している。また、各画素ＰＸがアクティブ方式で駆動される場合について説明したが、各画素ＰＸがパッシブ方式で駆動されてもよい。
光センサ２２は、表示装置ＤＳＰに内蔵されている。図示した例では、光センサ２２は、非表示エリアＮＤＡに配置されている。光センサ２２は、制御部ＣＴによって制御される。
【0058】
図２４は、図２３に示した表示装置ＤＳＰの一構成例を示す平面図である。表示装置ＤＳＰは、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２とを備えている。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、シールＳＥによって接着されている。シールＳＥは、非表示エリアＮＤＡに位置している。非表示エリアＮＤＡにおいて、右下がりの斜線部は、遮光体ＢＭが位置する領域に相当し、クロス線部は、遮光体ＢＭとシールＳＥとが重なっている領域に相当する。
非表示エリアＮＤＡの一部を拡大すると、光センサ２２は、遮光体ＢＭに形成された開口部ＯＰに重なっている。図中の（ａ）に示した例では、開口部ＯＰは、円形状のピンホールである。図中の（ｂ）に示した例では、開口部ＯＰは、第２方向Ｙに延出したスリット状に形成されている。いずれの例においても、光センサ２２及び開口部ＯＰは、シールＳＥよりも表示エリアＤＡ側に位置している。
非表示エリアＮＤＡの一部を拡大すると、光センサ２２は、遮光体ＢＭに形成された開口部ＯＰに重なっている。図中の（ａ）に示した例では、開口部ＯＰは、円形状のピンホールである。図中の（ｂ）に示した例では、開口部ＯＰは、第２方向Ｙに延出したスリット状に形成されている。いずれの例においても、光センサ２２及び開口部ＯＰは、シールＳＥよりも表示エリアＤＡ側に位置している。
【0059】
図２５は、図２３に示した表示装置ＤＳＰの一構成例を示す断面図である。
第１基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１００、絶縁膜１１０、配向膜１２０、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、光センサ２２、第１制御電極Ｅ１などを備えている。絶縁基板１００及び絶縁膜１１０は、いずれも透明である。表示エリアＤＡにおいて、スイッチング素子ＳＷは、絶縁基板１００と絶縁膜１１０との間に配置されている。画素電極ＰＥは、絶縁膜１１０と配向膜１２０との間に配置され、スイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。
非表示エリアＮＤＡにおいて、光センサ２２は、絶縁基板１００と絶縁膜１１０との間に配置されている。光センサ２２は、一例では、ＰＩＮフォトダイオードであり、スイッチング素子ＳＷを形成する過程で形成可能である。第１制御電極Ｅ１は、絶縁膜１１０と配向膜１２０との間に配置されている。図示した例では、画素電極ＰＥ及び第１制御電極Ｅ１は、同一層に位置しており、同一材料によって形成可能である。一例では、画素電極ＰＥは、反射電極であり、アルミニウム、銀などの反射性を有する金属材料によって形成されている。なお、画素電極ＰＥは、ＩＴＯなどによって形成された透明電極であってもよい。
第１基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１００、絶縁膜１１０、配向膜１２０、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、光センサ２２、第１制御電極Ｅ１などを備えている。絶縁基板１００及び絶縁膜１１０は、いずれも透明である。表示エリアＤＡにおいて、スイッチング素子ＳＷは、絶縁基板１００と絶縁膜１１０との間に配置されている。画素電極ＰＥは、絶縁膜１１０と配向膜１２０との間に配置され、スイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。
非表示エリアＮＤＡにおいて、光センサ２２は、絶縁基板１００と絶縁膜１１０との間に配置されている。光センサ２２は、一例では、ＰＩＮフォトダイオードであり、スイッチング素子ＳＷを形成する過程で形成可能である。第１制御電極Ｅ１は、絶縁膜１１０と配向膜１２０との間に配置されている。図示した例では、画素電極ＰＥ及び第１制御電極Ｅ１は、同一層に位置しており、同一材料によって形成可能である。一例では、画素電極ＰＥは、反射電極であり、アルミニウム、銀などの反射性を有する金属材料によって形成されている。なお、画素電極ＰＥは、ＩＴＯなどによって形成された透明電極であってもよい。
【0060】
第２基板ＳＵＢ２は、絶縁基板２００、絶縁層２１０、カラーフィルタ２２０、オーバーコート層２３０、配向膜２４０、共通電極ＣＥ、第２制御電極Ｅ２、遮光体ＢＭなどを備えている。絶縁基板２００及び絶縁層２１０は、いずれも透明である。絶縁層２１０は、表示エリアＤＡのほぼ全域に亘って配置され、非表示エリアＮＤＡのうち、第１レンズ５が形成される領域には配置されていない。絶縁層２１０は、透明絶縁層であり、透明な有機系材料によって形成されている。カラーフィルタ２２０は、絶縁層２１０とオーバーコート層２３０との間に配置されている。オーバーコート層２３０は、カラーフィルタ２２０を覆っている。共通電極ＣＥは、オーバーコート層２３０と配向膜２４０との間に配置されている。共通電極ＣＥは、ＩＴＯなどによって形成された透明電極である。
非表示エリアＮＤＡにおいて、遮光体ＢＭは、絶縁基板２００と配向膜２４０との間に配置され、開口部ＯＰを有する。開口部ＯＰは、光センサ２２と対向する位置に形成されている。第２制御電極Ｅ２は、開口部ＯＰにおいて、絶縁基板２００と配向膜２４０との間に配置されている。第２制御電極Ｅ２は、共通電極ＣＥと同一材料によって形成可能である。
非表示エリアＮＤＡにおいて、遮光体ＢＭは、絶縁基板２００と配向膜２４０との間に配置され、開口部ＯＰを有する。開口部ＯＰは、光センサ２２と対向する位置に形成されている。第２制御電極Ｅ２は、開口部ＯＰにおいて、絶縁基板２００と配向膜２４０との間に配置されている。第２制御電極Ｅ２は、共通電極ＣＥと同一材料によって形成可能である。
【0061】
液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持されている。液晶層ＬＣは、非表示エリアＮＤＡにおいて、光センサ２２と開口部ＯＰとの間の第１領域ＬＣ１と、表示エリアＤＡにおける第２領域ＬＣ２とを有している。第１領域ＬＣ１は、配向膜１２０と配向膜２４０との間に第１厚さＤ１を有する。第２領域ＬＣ２は、配向膜１２０と配向膜２４０との間に第２厚さＤ２を有する。第１厚さＤ１は、第２厚さＤ２よりも厚い。一例では、第２厚さＤ２は２乃至４μｍ程度であり、第１厚さＤ１は１０乃至２０μｍ程度である。このような第１厚さＤ１と第２厚さＤ２との差分は、主として絶縁層２１０によって形成される。絶縁層２１０の膜厚Ｄ３は、第１厚さＤ１よりも薄く、第２厚さＤ２よりも厚く、一例では約１０μｍ程度である。一例では、膜厚Ｄ３は、第２厚さＤ２の３乃至４倍である。
【0062】
上記の通り、第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２は、液晶層ＬＣのうち、第１領域ＬＣ１に第１レンズ５を形成するための電圧を印加する。これにより、光センサ２２の直上に、第１レンズ５が形成される。第１レンズ５は、第２基板ＳＵＢ２を介して入射する光を光センサ２２に集束させる。光センサ２２は、受光した光の強度に応じた信号を出力する。
また、画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、液晶層ＬＣのうち、第２領域ＬＣ２に電圧を印加する。これにより、第２領域ＬＣ２のリタデーションが変化する。すなわち、第２領域ＬＣ２に電圧が印加されないオフ状態と、第２領域ＬＣ２に電圧が印加されたオン状態とでは、液晶層ＬＣに含まれる液晶分子の配向状態が異なり、リタデーションが変化する。画素電極ＰＥが反射電極であり、共通電極ＣＥが透明電極である反射型表示装置ＤＳＰにおいては、オン状態とオフ状態とでのリタデーションの相違により、第２基板ＳＵＢ２を介して入射した外光を選択的に反射し、画像を表示する。
また、画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、液晶層ＬＣのうち、第２領域ＬＣ２に電圧を印加する。これにより、第２領域ＬＣ２のリタデーションが変化する。すなわち、第２領域ＬＣ２に電圧が印加されないオフ状態と、第２領域ＬＣ２に電圧が印加されたオン状態とでは、液晶層ＬＣに含まれる液晶分子の配向状態が異なり、リタデーションが変化する。画素電極ＰＥが反射電極であり、共通電極ＣＥが透明電極である反射型表示装置ＤＳＰにおいては、オン状態とオフ状態とでのリタデーションの相違により、第２基板ＳＵＢ２を介して入射した外光を選択的に反射し、画像を表示する。
【0063】
上述した表示装置ＤＳＰによれば、光センサ２２からの出力に基づき、表示装置ＤＳＰに入射する外光の強度を測定することができ、外光の強度に応じて表示装置ＤＳＰの表示輝度を制御することが可能となる。例えば、外光の強度が低い場合には、表示装置ＤＳＰを第２基板ＳＵＢ２の側から照明する照明光の輝度を上昇させることで、表示された画像の視認性を向上することができる。
また、光センサ２２からの出力に基づき、上記した光検出装置ＰＤＴの如く、光の入射方向を判定することができるため、観察者にとって表示装置ＤＳＰを視認しやすい方向に表示装置ＤＳＰを向けることができる。例えば、外光が表示装置ＤＳＰで正反射されたときに、外光の光源が観察者から視認されないように、表示装置ＤＳＰの向きを制御することで、表示された画像の視認性を向上することができる。なお、表示装置ＤＳＰの向きを制御する手法については、図１４及び図１５を参照して説明したソーラーシステムＳＳＹＳの制御例が適用できる。
また、光センサ２２からの出力に基づき、上記した光検出装置ＰＤＴの如く、光の入射方向を判定することができるため、観察者にとって表示装置ＤＳＰを視認しやすい方向に表示装置ＤＳＰを向けることができる。例えば、外光が表示装置ＤＳＰで正反射されたときに、外光の光源が観察者から視認されないように、表示装置ＤＳＰの向きを制御することで、表示された画像の視認性を向上することができる。なお、表示装置ＤＳＰの向きを制御する手法については、図１４及び図１５を参照して説明したソーラーシステムＳＳＹＳの制御例が適用できる。
【0064】
以上説明したように、本実施形態によれば、小型且つ低コストの光検出装置及び表示装置を提供することができる。
【0065】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【0066】
ＰＤＴ…光検出装置
ＳＳ…センサ部 ２２…光センサ
ＬＤ…液晶素子 Ｅ１…第１制御電極 Ｅ２…第２制御電極 Ｅ３…第３制御電極 Ｅ４…第４制御電極
ＣＴ…制御部 Ｍ…記憶部
ＭＤ…変調素子 ＭＡ…変調部 ＮＭＡ…無変調部 Ｅ５…第５制御電極 Ｅ６…第６制御電極
ＤＳＰ…表示装置 ＰＥ…画素電極（第１表示電極） ＣＥ…共通電極（第２表示電極） ＬＣ…液晶層 ＬＣ１…第１領域 ＬＣ２…第２領域 ２１０…透明絶縁層
ＳＳ…センサ部 ２２…光センサ
ＬＤ…液晶素子 Ｅ１…第１制御電極 Ｅ２…第２制御電極 Ｅ３…第３制御電極 Ｅ４…第４制御電極
ＣＴ…制御部 Ｍ…記憶部
ＭＤ…変調素子 ＭＡ…変調部 ＮＭＡ…無変調部 Ｅ５…第５制御電極 Ｅ６…第６制御電極
ＤＳＰ…表示装置 ＰＥ…画素電極（第１表示電極） ＣＥ…共通電極（第２表示電極） ＬＣ…液晶層 ＬＣ１…第１領域 ＬＣ２…第２領域 ２１０…透明絶縁層
【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】