特開 2024-32250 光学センサ付き液晶表示装置

(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】P2024032250

(43)【公開日】2024-03-12

(54)【発明の名称】光学センサ付き液晶表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/1368 20060101AFI20240305BHJP

   G02F 1/1333 20060101ALI20240305BHJP

   G06V 40/13 20220101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

G02F1/1368

G02F1/1333

G06V40/13

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135811

(22)【出願日】2022-08-29

(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】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿部 裕行

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 玲彦

(72)【発明者】

【氏名】森本 政輝

【テーマコード（参考）】

2H189

2H192

【Ｆターム（参考）】

2H189LA10

2H189LA27

2H189LA28

2H189LA31

2H192AA24

2H192BC42

2H192CB02

2H192CB13

2H192CC04

2H192CC55

2H192GB04

2H192GB07

2H192GB14

2H192GB15

2H192GB16

2H192GB24

2H192GB33

2H192GD06

(57)【要約】

【課題】高精度に生体情報を検出することが可能な光学センサ付き液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】一実施形態に係る光学センサ付き液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、液晶層と、を備える。第１基板は、第１信号線、第２信号線および第３信号線と、液晶層側から入射する光に応じた検出信号を出力する光電変換素子を有した光学センサと、光学センサを動作させるための電圧を供給する第１給電線、第２給電線および第３給電線と、検出信号を出力するセンサ信号線と、を備える。第１給電線、第２給電線および第３給電線は、厚さ方向において、第１信号線、第２信号線および第３信号線と、センサ信号線との間に配置される。
【選択図】 図１３

【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、を具備し、
前記第１基板は、
赤色に対応する第１副画素に映像信号を供給する第１信号線、緑色に対応する第２副画素に映像信号を供給する第２信号線、および、青色に対応する第３副画素に映像信号を供給する第３信号線と、
前記液晶層側から入射する光に応じた検出信号を出力する光電変換素子を備えた光学センサと、
前記光学センサを動作させるための第１電圧を供給する第１給電線、前記光学センサを動作させるための第２電圧を供給する第２給電線、および、前記光学センサを動作させるための第３電圧を供給する第３給電線と、
前記検出信号を出力するセンサ信号線と、を備え、
前記第１給電線、前記第２給電線および前記第３給電線は、厚さ方向において、前記第１信号線、前記第２信号線および前記第３信号線と、前記センサ信号線との間に配置される、
光学センサ付き液晶表示装置。

【請求項2】

前記第１基板は、前記光学センサに接続されるセンサ回路をさらに備え、
前記光学センサは、
前記光電変換素子と、
前記光電変換素子の下面に接触する第１電極と、
前記光電変換素子の上面に接触する第２電極と、を含み、
前記センサ回路は、
前記第１電極の電位をリセットするための第１スイッチング素子と、
前記検出信号を増幅するための第２スイッチング素子と、
前記増幅された検出信号を前記センサ信号線に出力するための第３スイッチング素子と、を含み、
前記第１給電線は、前記第１電圧を前記第１スイッチング素子に供給し、
前記第２給電線は、前記第２電圧を前記第２電極に供給し、
前記第３給電線は、前記第３電圧を前記第２スイッチング素子に供給する、
請求項１に記載の光学センサ付き液晶表示装置。

【請求項3】

前記第１信号線は、前記第３給電線と平面視において重なり、
前記第２信号線は、前記第２給電線と平面視において重なり、
前記第３信号線は、前記第１給電線と平面視において重なる、
請求項２に記載の光学センサ付き液晶表示装置。

【請求項4】

前記第３給電線は、前記厚さ方向において、前記第１信号線と前記センサ信号線との間に配置され、前記第１信号線および前記センサ信号線と平面視において重なる、
請求項３に記載の光学センサ付き液晶表示装置。

【請求項5】

前記第１基板は、
物体の接近または接触を検出するセンサ電極と、
前記センサ電極に接続される検出配線と、をさらに備え、
前記検出配線は、前記センサ信号線と同層に配置される、
請求項４に記載の光学センサ付き液晶表示装置。

【請求項6】

前記検出配線は、前記光学センサと平面視において重なる分岐部を有し、
前記分岐部は、前記液晶層側から入射する光のうち、前記光電変換素子の上面の法線方向と平行な光を透過する開口を有する、
請求項５に記載の光学センサ付き液晶表示装置。

【請求項7】

前記第２給電線は、前記光学センサと平面視において重なる分岐部を有し、
前記分岐部は、前記液晶層側から入射する光のうち、前記光電変換素子の上面の法線方向と平行な光を透過する開口を有する、
請求項５に記載の光学センサ付き液晶表示装置。

【請求項8】

前記光学センサは、前記第３副画素が位置する領域に配置される、
請求項１に記載の光学センサ付き液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、光学センサ付き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。光学センサは、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出することで、当該対象物の生体情報を検出する。

【0003】

しかしながら、上記したような光学センサ付き液晶表示装置において検出される生体情報には、例えば画像を表示するための配線等、液晶表示装置内に設けられる各種配線の影響がノイズとして反映されてしまい、当該生体情報を十分な検出精度で得ることができないことが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０２０／０２６５２０７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、高精度に生体情報を検出することが可能な光学センサ付き液晶表示装置を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態に係る光学センサ付き液晶表示装置は、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、を具備する。前記第１基板は、赤色に対応する第１副画素に映像信号を供給する第１信号線、緑色に対応する第２副画素に映像信号を供給する第２信号線、および、青色に対応する第３副画素に映像信号を供給する第３信号線と、前記液晶層側から入射する光に応じた検出信号を出力する光電変換素子を備えた光学センサと、前記光学センサを動作させるための第１電圧を供給する第１給電線、前記光学センサを動作させるための第２電圧を供給する第２給電線、および、前記光学センサを動作させるための第３電圧を供給する第３給電線と、前記検出信号を出力するセンサ信号線と、を備える。前記第１給電線、前記第２給電線および前記第３給電線は、厚さ方向において、前記第１信号線、前記第２信号線および前記第３信号線と、前記センサ信号線との間に配置される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一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、同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、同実施形態に係る表示装置に実装されるタッチセンサの一構成例を示す平面図である。

【図4】図４は、同実施形態に係る光学センサと、光学センサに接続されるセンサ回路とを示す等価回路図である。

【図5】図５は、同実施形態に係る光学センサと、光学センサに接続されるセンサ回路との動作例を説明するための図である。

【図6】図６は、同実施形態に係る第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7】図７は、同実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な平面図である。

【図8】図８は、同実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な平面図である。

【図9】図９は、同実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な平面図である。

【図10】図１０は、同実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な平面図である。

【図11】図１１は、同実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な平面図である。

【図12】図１２は、比較例に係る表示装置に適用し得る第１基板の概略構成例を示す断面図である。

【図13】図１３は、同実施形態に係る表示装置に適用し得る第１基板の概略構成例を示す断面図である。

【図14】図１４は、同実施形態に係る第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15】図１５は、同実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な平面図である。

【図16】図１６は、同実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な平面図である。

【図17】図１７は、同実施形態に係る第１基板に適用し得る構造の一例を示す概略的な平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の趣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、実施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。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。

【0009】

なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、および、Ｚ軸を記載する。Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第１方向と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向と称し、Ｚ軸に沿った方向をＺ方向、第３方向または厚さ方向と称する。Ｘ軸およびＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ軸およびＺ軸によって規定される面をＸ－Ｚ平面と称する。Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

【0010】

図１は、一実施形態に係る表示装置ＤＳＰを模式的に示す図である。詳細については後述するが、表示装置ＤＳＰは光学センサ付き液晶表示装置である。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ＩＬとを備えている。

【0011】

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の表示パネルである。

【0012】

第１基板ＳＵＢ１は、光学センサＯＳとコリメート層ＣＬを備えている。光学センサＯＳは、第１基板ＳＵＢ１の主面のうち第２偏光板ＰＬＺ２と対向する主面と、コリメート層ＣＬとの間に位置している。コリメート層ＣＬは、光学センサＯＳと重なる開口ＯＰを有している。コリメート層ＣＬは、例えば金属材料で形成され、遮光性を有している。このようなコリメート層ＣＬは、第１基板ＳＵＢ１だけでなく、第２基板ＳＵＢ２にさらに配置されてもよい。

【0013】

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。

【0014】

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、光学センサＯＳによる検出の対象物が接触する上面ＵＳＦを有している。なお、本実施形態においては、カバー部材ＣＭの上面ＵＳＦが、光学センサＯＳの上面と平行である場合を想定する。図１の例においては、対象物の一例である指Ｆｇ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。

【0015】

照明装置ＩＬ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ＩＬ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ＩＬの間に設けられている。

【0016】

光Ｌのうち指Ｆｇで反射された反射光は、コリメート層ＣＬに形成された開口ＯＰを通って光学センサＯＳに入射する。すなわち、指Ｆｇで反射された反射光は、光学センサＯＳ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のうち光学センサＯＳより上層に位置する部分を透過する。

【0017】

光学センサＯＳは、入射した光に応じた検出信号を出力する。後述するように、表示パネルＰＮＬは複数の光学センサＯＳを備えており、これら光学センサＯＳが出力する検出信号に基づけば、指Ｆｇの凹凸、つまり指紋を検出することができる。

【0018】

光学センサＯＳは、より正確な検出信号を得るために、上面ＵＳＦの法線方向と平行な入射光を受光することが望ましい。コリメート層ＣＬは、光学センサＯＳ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ＣＬによって上面ＵＳＦの法線方向に対して傾斜した光（換言すると、光学センサＯＳの上面の法線方向に対して傾斜した光）が遮断される。

【0019】

以上のように、表示装置ＤＳＰに光学センサＯＳ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、光学センサＯＳは、指紋の検出に加えてあるいは指紋の検出に代えて、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、脈波等であり、指Ｆｇの内部で反射された光に基づき検出される。

【0020】

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。表示装置ＤＳＰは、上記した表示パネル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を囲む周辺領域ＰＡとを有している。

【0021】

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、周辺領域ＰＡ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。

【0022】

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光を放つ副画素を含んでもよい。

【0023】

図２の例においては、各画素ＰＸに対して１つずつ光学センサＯＳが配置されている。より詳しくは、各画素ＰＸに含まれる青色の光を放つ副画素ＳＰ３に対して１つずつ光学センサＯＳが配置されている。表示領域ＤＡ全体では、複数の光学センサＯＳ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。

【0024】

光学センサＯＳ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、光学センサＯＳ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、光学センサＯＳ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。

【0025】

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、画像を表示するための表示モードを制御するＩＣと、物体の接近または接触を検出するためのタッチセンシングモードを制御するＩＣと、光学センサＯＳ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。光学センサＯＳが出力する検出信号は、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、複数の光学センサＯＳからの検出信号に基づき、指紋を検出するための演算処理等を実行する。

【0026】

図３は、タッチセンサＴＳの一構成例を示す平面図である。ここでは、自己容量方式のタッチセンサＴＳについて説明するが、タッチセンサＴＳは相互容量方式であってもよい。タッチセンサＴＳは、複数のセンサ電極Ｒｘと、複数のタッチ検出線ＴＬと、を備えている。複数のセンサ電極Ｒｘは、表示領域ＤＡに位置し、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ている。１つのセンサ電極Ｒｘは、図２に示した複数の画素ＰＸと平面視において重なり、１つのセンサブロックＢを構成している。センサブロックＢとは、タッチセンシングが可能な最小単位である。複数のタッチ検出線ＴＬは、表示領域ＤＡにおいて、それぞれ第２方向Ｙに沿って延出し、第１方向Ｘに並んでいる。タッチ検出線ＴＬの各々は、後述する信号線ＳＬと重なる位置に配置されている。タッチ検出線ＴＬの各々は、対応するセンサ電極Ｒｘと電気的に接続されている。また、タッチ検出線ＴＬの各々は、周辺領域ＰＡに引き出され、配線基板１を介してドライバ２に電気的に接続されている。

【0027】

タッチセンシングモードにおいては、センサ電極Ｒｘにはタッチ駆動電圧が印加され、センサ電極Ｒｘでのセンシングが行われる。センサ電極Ｒｘでのセンシング結果に対応したセンサ信号は、タッチ検出線ＴＬを介してドライバ２に出力される。ドライバ２あるいはコントローラＣＴは、センサ信号に基づいて、物体の接近または接触の有無、および、接近または接触している物体の位置座標を検出する。

【0028】

表示モードにおいては、センサ電極Ｒｘにはコモン電圧（Ｖｃｏｍ）が印加され、センサ電極Ｒｘは後述する共通電極ＣＥとして機能する。コモン電圧は、例えば、後述する給電線ＰＬを介して供給される。

【0029】

図４は、本実施形態に係る光学センサＯＳと、光学センサＯＳに接続されるセンサ回路とを示す等価回路図である。
図４に示すように、センサ回路には、第１センサ用走査線ＳＧＬ１と、第２センサ用走査線ＳＧＬ２と、第１センサ用給電線ＳＰＬ１と、第２センサ用給電線ＳＰＬ２と、第３センサ用給電線ＳＰＬ３と、センサ用信号線ＳＳＬと、スイッチング素子ＳＷ２Ａと、スイッチング素子ＳＷ２Ｂと、スイッチング素子ＳＷ２Ｃと、キャパシタＣ１と、キャパシタＣ２と、が設けられる。

【0030】

なお、以下では、第１センサ用走査線ＳＧＬ１を第１走査線ＳＧＬ１と称し、第２センサ用走査線ＳＧＬ２を第２走査線ＳＧＬ２と称し、第１センサ用給電線ＳＰＬ１を第１給電線ＳＰＬ１と称し、第２センサ用給電線ＳＰＬ２を第２給電線ＳＰＬ２と称し、第３センサ用給電線ＳＰＬ３を第３給電線ＳＰＬ３と称して説明する。

【0031】

また、図４では、スイッチング素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ２Ｃがそれぞれ、ｎ型ＴＦＴ（Thin Film Transistor）で構成された場合を示しているが、スイッチング素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ２Ｃは、ｐ型ＴＦＴで構成されてもよい。

【0032】

光学センサＯＳについて、一方の電極は第２給電線ＳＰＬ２に接続され、他方の電極はノードＮ１に接続される。ノードＮ１は、スイッチング素子ＳＷ２Ａのドレイン電極およびスイッチング素子ＳＷ２Ｂのゲート電極に接続されている。光学センサＯＳの一方の電極には、第２給電線ＳＰＬ２を通じて第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳが供給される。第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳはセンサ用基準電圧と称されてもよい。光学センサＯＳに光が入射した場合、入射した光量に応じた信号（電荷）が光学センサＯＳより出力され、キャパシタＣ１に蓄積される。なお、キャパシタＣ２において保持される容量は、キャパシタＣ１において保持される容量に付加される寄生容量である。

【0033】

スイッチング素子ＳＷ２Ａについて、ゲート電極は第１走査線ＳＧＬ１に接続され、ソース電極は第１給電線ＳＰＬ１に接続され、ドレイン電極はノードＮ１に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２Ａが第１走査線ＳＧＬ１から供給される走査信号に応じてオンになると、ノードＮ１の電位（つまり、光学センサＯＳの他方の電極の電位）は第１給電線ＳＰＬ１を通じて供給される第１電圧ＶＰＰ１により第１電位ＶＰＰ１にリセットされる。第１電圧ＶＰＰ１はリセット電圧と称されてもよい。また、スイッチング素子ＳＷ２Ａはリセットトランジスタと称されてもよい。第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳは第１電圧ＶＰＰ１よりも低い値を示し、光学センサＯＳは逆バイアス駆動される。

【0034】

スイッチング素子ＳＷ２Ｂについて、ゲート電極はノードＮ１に接続され、ソース電極は第３電圧ＶＰＰ２を供給する第３給電線ＳＰＬ３に接続され、ドレイン電極はスイッチング素子ＳＷ２Ｃのソース電極に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２Ｂのゲート電極には、光学センサＯＳから出力された信号が供給される。スイッチング素子ＳＷ２Ｂは、光学センサＯＳから出力された信号に応じた電圧信号（光学センサＯＳから出力された信号を増幅して得られる電圧信号）をスイッチング素子ＳＷ２Ｃに出力する。スイッチング素子ＳＷ２Ｂはソースフォロワトランジスタと称されてもよい。

【0035】

スイッチング素子ＳＷ２Ｃについて、ゲート電極は第２走査線ＳＧＬ２に接続され、ソース電極はスイッチング素子ＳＷ２Ｂのドレイン電極に接続され、ドレイン電極はセンサ用信号線ＳＳＬに接続されている。スイッチング素子ＳＷ２Ｃが第２走査線ＳＧＬ２から供給される走査信号に応じてオンになると、スイッチング素子ＳＷ２Ｂから出力される電圧信号が、検出信号Ｖｄｅｔとしてセンサ用信号線ＳＳＬに出力される。スイッチング素子ＳＷ２Ｃはリードトランジスタと称されてもよい。

【0036】

なお、図４では、スイッチング素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｃがダブルゲート構造である場合を示したが、スイッチング素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｃはシングルゲート構造やマルチゲート構造であってもよい。

【0037】

図５は、本実施形態に係る光学センサＯＳと当該光学センサＯＳに接続されるセンサ回路との動作例を説明するための図である。光学センサＯＳは、図５に示す指紋撮像期間Ｐ１において指紋の撮像（検出動作）を行う。図５に示すように、指紋撮像期間Ｐ１は、リセット期間Ｐ１１と、露光期間Ｐ１２と、リード期間Ｐ１３とを含む。なお、ここでは図示を省略しているが、光学センサＯＳの一方の電極には、リセット期間Ｐ１１、露光期間Ｐ１２、リード期間Ｐ１３に亘って、第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳが供給される。

【0038】

リセット期間Ｐ１１は、ノードＮ１の電位をリセットする期間である。時刻ｔ０においてリセット期間Ｐ１１が開始され、スイッチング素子ＳＷ２Ａが第１走査線ＳＧＬ１から供給される走査信号に応じてオンになると、ノードＮ１の電位は、第１給電線ＳＰＬ１を通じて供給される第１電圧ＶＰＰ１によりＶＰＰ１にリセットされる。時刻ｔ１において、スイッチング素子ＳＷ２Ｃが第２走査線ＳＧＬ２から供給される走査信号に応じてオンになると、検出信号Ｖｄｅｔ１がセンサ用信号線ＳＳＬに出力される。検出信号Ｖｄｅｔ１の電位は、ＶＰＰ１－Ｖｔｈ－Ｖｓｗ２ｃとなる。なお、Ｖｔｈは、ソースフォロワトランジスタであるスイッチング素子ＳＷ２Ｂのしきい値電圧であり、Ｖｓｗ２ｃは、スイッチング素子ＳＷ２Ｃのオン抵抗に起因して発生する電圧降下である。

【0039】

時刻ｔ２においてリセット期間Ｐ１１が終了し露光期間Ｐ１２が開始されると、スイッチング素子ＳＷ２Ａはオフになる。露光期間Ｐ１２が開始されると、ノードＮ１の電位は、光学センサＯＳに入射した光量（指で反射された光）に応じて徐々に低下し、ＶＰＰ１－ΔＶｏｓとなる。なお、ΔＶｏｓは、光学センサＯＳに光が入射することで発生する電圧降下である。露光期間Ｐ１２中の時刻ｔ３において、スイッチング素子ＳＷ２Ｃはオフとなる。

【0040】

時刻ｔ４において露光期間Ｐ１２が終了しリード期間Ｐ１３が開始されると、スイッチング素子ＳＷ２Ｃが第２走査線ＳＧＬ２から供給される走査信号に応じてオンになり、検出信号Ｖｄｅｔ２がセンサ用信号線ＳＳＬに出力される。検出信号Ｖｄｅｔ２の電位は、ＶＰＰ１－Ｖｔｈ－Ｖｓｗ２ｃ－ΔＶｏｓとなる。つまり、検出信号Ｖｄｅｔ２の電位は、上記した検出信号Ｖｄｅｔ１の電位よりΔＶｏｓだけ低下している。時刻ｔ５においてリード期間Ｐ１３は終了する。

【0041】

コントローラＣＴ（またはドライバ２）は、検出信号Ｖｄｅｔ１の電位と、検出信号Ｖｄｅｔ２の電位とを比較し、その差分（つまり、ΔＶｏｓ）に基づいて、光学センサＯＳに入射した光を検出することができる。なお、図５では、１つの光学センサＯＳと１つのセンサ回路との動作例を示したが、全ての光学センサＯＳと全てのセンサ回路とは同様に動作することが可能である。コントローラＣＴ（またはドライバ２）は、全ての光学センサＯＳから得られる上記した差分の面内分布を解析することで、指の凹凸（指紋）や血管像（静脈パターン）等を検出することができる。

【0042】

図６は、第１基板ＳＵＢ１の概略構成例を示す断面図である。第１基板ＳＵＢ１は、透明な第１基材１０と、絶縁層１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７と、配向膜ＡＬとを備えている。

【0043】

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１１，１２，１４，１７は、無機材料で形成される。絶縁層１３，１５，１６は、有機材料で形成される。絶縁層１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７と、配向膜ＡＬとは、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。

【0044】

第１基板ＳＵＢ１は、画像表示に関わる要素として、信号線ＳＬと、走査線ＧＬ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、例えば複数の画素ＰＸに亘って設けられている。

【0045】

スイッチング素子ＳＷ１は、半導体層ＳＣ１を含む。半導体層ＳＣ１は、第１基材１０と絶縁層１１の間に配置されている。走査線ＧＬは、絶縁層１１，１２の間に配置され、半導体層ＳＣ１と対向している。なお、走査線ＧＬは絶縁層１１，１２の間ではなく、別の層に配置されてもよい。信号線ＳＬは、絶縁層１２，１３の間に配置され、絶縁層１１，１２を貫通するコンタクトホールＣＨ１を通じて半導体層ＳＣ１に接触している。

【0046】

中継電極Ｒ１は、絶縁層１２，１３の間、つまり、信号線ＳＬと同層に配置され、絶縁層１１，１２を貫通するコンタクトホールＣＨ２を通じて半導体層ＳＣ１と接触している。中継電極Ｒ２は、絶縁層１３，１４の間に配置され、絶縁層１３を貫通するコンタクトホールＣＨ３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１４，１５の間に配置され、絶縁層１４を貫通するコンタクトホールＣＨ４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ＣＨ５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ＣＨ６を通じて中継電極Ｒ４に接触している。

【0047】

画素電極ＰＥは、絶縁層１７と配向膜ＡＬの間に配置され、絶縁層１７を貫通するコンタクトホールＣＨ７を通じて中継電極Ｒ５に接触している。給電線ＰＬは、絶縁層１５，１６の間、つまり、中継電極Ｒ４と同層に配置されている。共通電極ＣＥは、絶縁層１６，１７の間、つまり、中継電極Ｒ５と同層に配置され、絶縁層１６を貫通するコンタクトホールＣＨ８を通じて給電線ＰＬに接触している。

【0048】

給電線ＰＬには、コモン電圧Ｖｃｏｍが供給される。コモン電圧Ｖｃｏｍは、共通電極ＣＥに供給される。信号線ＳＬには映像信号が供給され、走査線ＧＬには走査信号が供給される。走査線ＧＬに走査信号が供給されたときに、信号線ＳＬ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に供給される。このとき、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間には、映像信号に応じた画素電極ＰＥの電位と、共通電極ＣＥの電位Ｖｃｏｍと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。

【0049】

第１基板ＳＵＢ１は、光学センサＯＳに関わる要素として、スイッチング素子ＳＷ２と、センサ用走査線ＳＧＬと、中継電極Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８と、第２給電線ＳＰＬ２と、第３給電線ＳＰＬ３と、タッチ検出線ＴＬ（コリメート層ＣＬ）とを備えている。また、光学センサＯＳ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。

【0050】

なお、図６では、説明の便宜上、光学センサＯＳに関わる複数のスイッチング素子ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂ，ＳＷ２Ｃに関係する要素をスイッチング素子ＳＷ２と表している。また、図６では、スイッチング素子ＳＷ２のゲート電極として機能する要素をセンサ走査線ＳＧＬと表している。図６では、スイッチング素子ＳＷ２のソース電極として機能する要素を中継電極Ｒ７と表している。図６では、スイッチング素子ＳＷ２のドレイン電極として機能する要素を中継電極Ｒ６と表している。さらに、図６では、光学センサＯＳに関わる要素の全てではなく、その一部を図示している。

【0051】

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の第２面Ｆ２が光学センサＯＳの上面に相当する。光電変換素子ＰＣは、絶縁層１３，１４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１３の間に配置され、第１面Ｆ１に接触している。第１電極Ｅ１の外周部は、光電変換素子ＰＣから突出しており、絶縁層１４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１３を貫通するコンタクトホールＣＨ９を通じて中継電極Ｒ６に接触している。第２電極Ｅ２は、光電変換素子ＰＣと絶縁層１４の間に配置され、第２面Ｆ２に接触している。第２電極Ｅ２は、光電変換素子ＰＣの上方において絶縁層１４を貫通するコンタクトホールＣＨ１０を通じて第２給電線ＳＰＬ２に接触している。

【0052】

第２給電線ＳＰＬ２は、絶縁層１４，１５の間に配置され、絶縁層１４を貫通するコンタクトホールＣＨ１０を通じて第２電極Ｅ２に接触している。第２給電線ＳＰＬ２には第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳが供給され、第２電極Ｅ２には第２給電線ＳＰＬ２を通じて第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳが供給される。

【0053】

スイッチング素子ＳＷ２は、半導体層ＳＣ２を含む。半導体層ＳＣ２は、第１基材１０と絶縁層１１の間に配置されている。センサ走査線ＳＧＬは、絶縁層１１，１２の間に配置され、半導体層ＳＣ２と対向している。なお、センサ走査線ＳＧＬは絶縁層１１，１２の間ではなく、別の層に配置されてもよい。

【0054】

中継電極Ｒ６は、絶縁層１２，１３の間に配置され、絶縁層１１，１２を貫通するコンタクトホールＣＨ１１を通じて半導体層ＳＣ２と接触している。中継電極Ｒ７は、絶縁層１２，１３の間、つまり、中継電極Ｒ６と同層に配置され、絶縁層１１，１２を貫通するコンタクトホールＣＨ１２を通じて半導体層ＳＣ２と接触している。中継電極Ｒ８は、絶縁層１３，１４の間、つまり、第１電極Ｅ１と同層に配置され、絶縁層１３を貫通するコンタクトホールＣＨ１３を通じて中継電極Ｒ７に接触している。

【0055】

第３給電線ＳＰＬ３は、絶縁層１４，１５の間、つまり、第２給電線ＳＰＬ２と同層に配置され、絶縁層１４を貫通するコンタクトホールＣＨ１４を通じて中継電極Ｒ８に接触している。第３給電線ＳＰＬ３には、第３電圧ＶＰＰ２が供給される。

【0056】

絶縁層１５，１６の間には、タッチ検出線ＴＬが配置される。タッチ検出線ＴＬには開口ＯＰが形成され、当該タッチ検出線ＴＬはコリメート層ＣＬとしても機能する。開口ＯＰは、光電変換素子ＰＣの第２面Ｆ２と重なる位置に形成される。

【0057】

信号線ＳＬ、中継電極Ｒ１，Ｒ６，Ｒ７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，Ｒ８は、同じ金属材料で形成されている。第２給電線ＳＰＬ２と、第３給電線ＳＰＬ３と、中継電極Ｒ３とは、同じ金属材料で形成されている。給電線ＰＬと、タッチ検出線ＴＬ（コリメート層ＣＬ）と、中継電極Ｒ４とは、同じ金属材料で形成されている。第２電極Ｅ２と、画素電極ＰＥと、共通電極ＣＥと、中継電極Ｒ５とは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料で形成されている。

【0058】

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検出信号Ｖｄｅｔを出力する。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型半導体層との間に位置している。

【0059】

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。
また、ＰＩＮフォトダイオードに代えて、ＯＰＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）を用いるものであってもよい。

【0060】

センサ用走査線ＳＧＬには、センサＯＳによる検出を実施すべきタイミングで走査信号が供給される。センサ用走査線ＳＧＬに走査信号が供給されたとき、光電変換素子ＰＣにて生成される検出信号Ｖｄｅｔが、図６においては図示が省略されたセンサ用信号線ＳＳＬに出力される。センサ用信号線ＳＳＬに出力された検出信号Ｖｄｅｔ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。

【0061】

図７は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る要素であって、図６に示した第１基材１０から絶縁層１３の間に配置される要素を概略的に示す平面図である。なお、図７では、スイッチング素子ＳＷ２Ａに関係する要素の符号の末尾に「Ａ」を付し、スイッチング素子ＳＷ２Ｂに関係する要素の符号の末尾に「Ｂ」を付し、スイッチング素子ＳＷ２Ｃに関係する要素の符号の末尾に「Ｃ」を付している。

【0062】

走査線ＧＬ、第１走査線ＳＧＬ１、第２走査線ＳＧＬ２はそれぞれ、第１方向Ｘに沿って延出し、第２方向Ｙに沿って並んでいる。第１走査線ＳＧＬ１および第２走査線ＳＧＬ２は、第２方向Ｙに隣接して並んでいる。第１走査線ＳＧＬ１および第２走査線ＳＧＬ２は、隣接する２つの走査線ＧＬの間に配置される。

【0063】

赤色の副画素ＳＰ１に対応する信号線ＳＬＲ、緑色の副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧ、青色の副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢは、屈曲しながら第２方向Ｙに沿って延出し、第１方向Ｘに沿って並んでいる。

【0064】

第２方向Ｙに沿って隣接して並ぶ２つの走査線ＧＬと、第１方向Ｘに沿って隣接して並ぶ２つの信号線ＳＬとによって囲まれる領域に、副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３は配置される。副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３はそれぞれ、第２走査線ＳＧＬ２および第１走査線ＳＧＬ１と、隣接する２つの信号線ＳＬとによって囲まれた開口部を有している。

【0065】

第１走査線ＳＧＬ１は、第２方向Ｙに沿って延出する分岐部（凸部）を有している。この分岐部は、スイッチング素子ＳＷ２Ａのゲート電極として機能する。スイッチング素子ＳＷ２Ａのゲート電極と平面視において重畳する領域には、半導体層ＳＣ２Ａが配置されている。

【0066】

半導体層ＳＣ２Ａは、副画素ＳＰ３の開口部と、副画素ＳＰ１の開口部とに跨って配置され、その一部が副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢと重なっている。副画素ＳＰ１の開口部であって、半導体層ＳＣ２Ａと重なる位置には、スイッチング素子ＳＷ２Ａのソース電極として機能する島状の中継電極Ｒ７Ａが配置される。中継電極Ｒ７Ａは、コンタクトホールＣＨ１２Ａを通じて半導体層ＳＣ２Ａに接触している。副画素ＳＰ３の開口部であって、半導体層ＳＣ２Ａと重なる位置には、スイッチング素子ＳＷ２Ａのドレイン電極として機能する島状の中継電極Ｒ６Ａが配置される。中継電極Ｒ６Ａは、コンタクトホールＣＨ１１Ａを通じて半導体層ＳＣ２Ａに接触している。

【0067】

中継電極Ｒ６Ａは、コンタクトホールＣＨ２１Ａを通じてスイッチング素子ＳＷ２Ｂのゲート電極として機能する第１ゲート電極ＧＥ１に接触している。コンタクトホールＣＨ２１は、絶縁層１２を貫通する貫通孔であり、中継電極Ｒ６，Ｒ７と同層に位置する要素と、第１走査線ＳＧＬ１および第２走査線ＳＧＬ２と同層に位置する要素とを接触させる。

【0068】

第１ゲート電極ＧＥ１は、副画素ＳＰ３の開口部と、副画素ＳＰ２の開口部とに跨って配置され、その一部が副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧと重なっている。副画素ＳＰ２の開口部において、第１ゲート電極ＧＥ１と平面視において重畳する領域には、半導体層ＳＣ２Ｂが配置されている。

【0069】

半導体層ＳＣ２Ｂと重なる位置には、スイッチング素子ＳＷ２Ｂのソース電極として機能する島状の中継電極Ｒ７Ｂが配置される。中継電極Ｒ７Ｂは、コンタクトホールＣＨ１２Ｂを通じて半導体層ＳＣ２Ｂに接触している。半導体層ＳＣ２Ｂと重なる位置には、スイッチング素子ＳＷ２Ｂのドレイン電極として機能する島状の中継電極Ｒ６Ｂが配置される。中継電極Ｒ６Ｂは、コンタクトホールＣＨ１１Ｂを通じて半導体層ＳＣ２Ｂに接触している。

【0070】

中継電極Ｒ６Ｂは、コンタクトホールＣＨ２１Ｂを通じて第２ゲート電極ＧＥ２に接触している。第２ゲート電極ＧＥ２は、副画素ＳＰ２の開口部と、副画素ＳＰ３の開口部とに跨って配置され、その一部が副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧと重なっている。スイッチング素子ＳＷ２Ｂと、スイッチング素子ＳＷ２Ｃとは、第２ゲート電極ＧＥ２によって接続されている。

【0071】

第２走査線ＳＧＬ２は、第２方向Ｙに沿って延出する分岐部（凸部）を有している。この分岐部は、スイッチング素子ＳＷ２Ｃのゲート電極として機能する。スイッチング素子ＳＷ２Ｃのゲート電極と平面視において重畳する領域には、半導体層ＳＣ２Ｃが配置されている。

【0072】

半導体層ＳＣ２Ｃは、副画素ＳＰ３の開口部と、副画素ＳＰ１の開口部とに跨って配置され、その一部が副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢと重なっている。副画素ＳＰ３の開口部であって、半導体層ＳＣ２Ｃと重なる位置には、スイッチング素子ＳＷ２Ｃのソース電極として機能する島状の中継電極Ｒ７Ｃが配置される。中継電極Ｒ７Ｃは、コンタクトホールＣＨ１２Ｃを通じて半導体層ＳＣ２Ｃに接触している。また、中継電極Ｒ７Ｃは、コンタクトホールＣＨ２１Ｃを通じて第２ゲート電極ＧＥ２と接触している。

【0073】

副画素ＳＰ１の開口部であって、半導体層ＳＣ２Ｃと重なる位置には、スイッチング素子ＳＷ２Ｃのドレイン電極として機能する島状の中継電極Ｒ６Ｃが配置される。中継電極Ｒ６Ｃは、コンタクトホールＣＨ１１Ｃを通じて半導体層ＳＣ２Ｃに接触している。

【0074】

なお、第１走査線ＳＧＬ１と走査線ＧＬとの間の開口部には、画像表示に関わる要素として、スイッチング素子ＳＷ１が配置されている。スイッチング素子ＳＷ１に含まれる半導体層ＳＣ１は、コンタクトホールＣＨ１を通じて対応する色の信号線ＳＬに接触している。また、スイッチング素子ＳＷ１に含まれる半導体層ＳＣ１は、コンタクトホールＣＨ２を通じて中継電極Ｒ１に接触している。

【0075】

図８は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る要素であって、図６に示した絶縁層１３，１４の間に配置された要素を概略的に示す平面図である。図８においては位置関係を分かりやすくするために、図７に示した走査線ＧＬ、信号線ＳＬ（ＳＬＲ，ＳＬＧ，ＳＬＢ）、第１走査線ＳＧＬ１および第２走査線ＳＧＬ２も一部簡略化して示している。

【0076】

副画素ＳＰ１の開口部には、島状の中継電極Ｒ８Ａが配置される。中継電極Ｒ８Ａは、コンタクトホールＣＨ１３Ａを通じて下層の中継電極Ｒ７Ａと接触している。

【0077】

また、副画素ＳＰ１の開口部には、島状の中継電極Ｒ１１が配置される。中継電極Ｒ１１は、絶縁層１３，１４の間、つまり、中継電極Ｒ８や第１電極Ｅ１と同層に配置され、コンタクトホールＣＨ２２を通じて下層の中継電極Ｒ６Ｃと接触している。コンタクトホールＣＨ２２は、絶縁層１３を貫通する貫通孔であり、中継電極Ｒ１１と中継電極Ｒ６Ｃとを接触させる。

【0078】

副画素ＳＰ２の開口部には、島状の中継電極Ｒ８Ｂが配置される。中継電極Ｒ８Ｂは、コンタクトホールＣＨ１３Ｂを通じて下層の中継電極Ｒ７Ｂと接触している。

【0079】

副画素ＳＰ３の開口部には光学センサＯＳの第１電極Ｅ１が配置されている。第１電極Ｅ１は、コンタクトホールＣＨ９を通じて下層の中継電極Ｒ６Ａに接触している。

【0080】

なお、第１走査線ＳＧＬ１と走査線ＧＬとの間の開口部には、画像表示に関わる要素として、信号線ＳＬＲ，ＳＬＧ，ＳＬＢのそれぞれに対応する島状の中継電極Ｒ２が配置される。中継電極Ｒ２は、コンタクトホールＣＨ３を通じて下層の中継電極Ｒ１と接触している。

【0081】

図９は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る要素であって、図６に示した絶縁層１４，１５の間に配置された要素を概略的に示す平面図である。図９においても位置関係を分かりやすくするために、図７に示した走査線ＧＬ、第１走査線ＳＧＬ１および第２走査線ＳＧＬ２を一部簡略化して示している。

【0082】

第１給電線ＳＰＬ１、第２給電線ＳＰＬ２、第３給電線ＳＰＬ３は、屈曲しながら第２方向Ｙに沿って延出し、第１方向Ｘに沿って並んでいる。第１給電線ＳＰＬ１は、青色の副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢと平面視において重なっている。第２給電線ＳＰＬ２は、緑色の副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧと平面視に置いて重なっている。第３給電線ＳＰＬ３は、赤色の副画素ＳＰ１に対応する信号線ＳＬＲと平面視において重なっている。

【0083】

副画素ＳＰ１の開口部には、島状の中継電極Ｒ１２が配置される。中継電極Ｒ１２は、絶縁層１４，１５の間、つまり、第１給電線ＳＰＬ１や第２給電線ＳＰＬ２、第３給電線ＳＰＬ３と同層に配置され、コンタクトホールＣＨ２３を通じて下層の中継電極Ｒ１１と接触している。コンタクトホールＣＨ２３は、絶縁層１４を貫通する貫通孔であり、中継電極Ｒ１２と中継電極Ｒ１１とを接触させる。

【0084】

第１給電線ＳＰＬ１は、第１方向Ｘに沿って延出する分岐部（凸部）ＳＰＬ１１を有しており、この分岐部ＳＰＬ１１において、コンタクトホールＣＨ１４Ａを通じて下層の中継電極Ｒ８Ａと接触している。これにより、第１給電線ＳＰＬ１とスイッチング素子ＳＷ２Ａとが電気的に接続され、第１電圧ＶＰＰ１をスイッチング素子ＳＷ２Ａに供給することができる。

【0085】

副画素ＳＰ３の開口部に配置される第１電極Ｅ１の上には、光電変換素子ＰＣが配置されている。光電変換素子ＰＣの上には、光学センサＯＳの第２電極Ｅ２が配置されている。光学センサＯＳは、第２給電線ＳＰＬ２と平行に延びる長軸と、当該長軸と直交する短軸とを有した長円形状を有している。このため、光電変換素子ＰＣ、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、第２給電線ＳＰＬ２と平行に延びる長軸と、当該長軸と直交する短軸とを有した長円形に形成されている。

【0086】

第２給電線ＳＰＬ２は、第１方向Ｘに沿って延出する分岐部（凸部）ＳＰＬ２１を有しており、この分岐部ＳＰＬ２１において、コンタクトホールＣＨ１０を通じて光学センサＯＳの第２電極Ｅ２と接触している。これにより、第２給電線ＳＰＬ２と光学センサＯＳとが電気的に接続され、第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳを光学センサＯＳに供給することができる。

【0087】

第３給電線ＳＰＬ３は、第１方向Ｘに沿って延出する分岐部（凸部）ＳＰＬ３１を有しており、この分岐部ＳＰＬ３１において、コンタクトホールＣＨ１４Ｂを通じて下層の中継電極Ｒ８Ｂと接触している。これにより、第３給電線ＳＰＬ３とスイッチング素子ＳＷ２Ｂとが電気的に接続され、第３電圧ＶＰＰ２をスイッチング素子ＳＷ２Ｂに供給することができる。

【0088】

なお、第１走査線ＳＧＬ１と走査線ＧＬとの間の開口部には、画像表示に関わる要素として、信号線ＳＬＲ，ＳＬＧ，ＳＬＢのそれぞれに対応する島状の中継電極Ｒ３が配置される。中継電極Ｒ３は、コンタクトホールＣＨ４を通じて下層の中継電極Ｒ２と接触している。

【0089】

図１０は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る要素であって、図６に示した絶縁層１５，１６の間に配置された要素を概略的に示す平面図である。図１０においても位置関係を分かりやすくするために、図７に示した走査線ＧＬ、第１走査線ＳＧＬ１および第２走査線ＳＧＬ２を一部簡略化して示している。

【0090】

タッチ検出線ＴＬ１，ＴＬ２、センサ用信号線ＳＳＬは、屈曲しながら第２方向Ｙに沿って延出し、第１方向Ｘに沿って並んでいる。タッチ検出線ＴＬ１は、青色の副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢおよび第１給電線ＳＰＬ１と平面視において重なっている。タッチ検出線ＴＬ２は、緑色の副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧおよび第２給電線ＳＰＬ２と平面視において重なっている。センサ用信号線ＳＳＬは、赤色の副画素ＳＰ１に対応する信号線ＳＬＲおよび第３給電線ＳＰＬ３と平面視において重なっている。

【0091】

タッチ検出線ＴＬ１，ＴＬ２は、センサ電極Ｒｘでのセンシング結果に対応したセンサ信号をドライバ２に出力する。
タッチ検出線ＴＬ２は、副画素ＳＰ３の開口部において光電変換素子ＰＣの外周と重なる分岐部ＴＬ２１を有している。分岐部ＴＬ２１のサイズは、光電変換素子ＰＣのサイズよりも大きい。分岐部ＴＬ２１はコリメート層ＣＬに相当し、当該コリメート層ＣＬは、円形の開口ＯＰを有している。コリメート層ＣＬ（分岐部ＴＬ２１）は、開口ＯＰにおいて液晶層ＬＣ側からの光を透過し、その他の部分において液晶層ＬＣ側からの光を遮断する。

【0092】

センサ用信号線ＳＳＬは、第１方向Ｘに沿って延出する分岐部（凸部）ＳＳＬ１を有しており、この分岐部ＳＳＬ１において、コンタクトホールＣＨ２４を通じて下層の中継電極Ｒ１２と接触している。コンタクトホールＣＨ２４は、絶縁層１５を貫通する貫通孔であり、センサ用信号線ＳＳＬと中継電極Ｒ１２とを接触させる。これにより、センサ用信号線ＳＳＬとスイッチング素子ＳＷ２Ｃとが電気的に接続され、検出信号Ｖｄｅｔをセンサ用信号線ＳＳＬに出力することができる。

【0093】

なお、第１走査線ＳＧＬ１と走査線ＧＬとの間の開口部には、画像表示に関わる要素として、信号線ＳＬＲ，ＳＬＧ，ＳＬＢのそれぞれに対応する島状の中継電極Ｒ４が配置される。中継電極Ｒ４は、コンタクトホールＣＨ５を通じて下層の中継電極Ｒ３と接触している。

【0094】

図１１は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る要素であって、図６に示した絶縁層１６，１７の間に配置された要素を概略的に示す平面図である。
副画素ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の開口部には、共通電極ＣＥが配置されている。共通電極ＣＥは、複数の画素ＰＸに亘って配置されている。共通電極ＣＥは、コンタクトホールＣＨ２５を通じて下層のタッチ検出線ＴＬ１と接触している。コンタクトホールＣＨ２５は、絶縁層１６を貫通する貫通孔であり、共通電極ＣＥとタッチ検出線ＴＬ１とを接触させる。共通電極ＣＥは、タッチセンシングモードにおいてはセンサ電極Ｒｘとして機能し、タッチ駆動電圧が印加され、タッチ検出線ＴＬ１にセンサ信号を出力する。なお、図１１では図示を省略しているが、共通電極ＣＥは、タッチ検出線ＴＬ２とも図示しないコンタクトホールを通じて接触している。図示しないコンタクトホールは、例えば、同じセンサブロックＢに含まれる他の画素ＰＸと重なる位置であって、共通電極ＣＥとタッチ検出線ＴＬ２とが重なる位置のいずれかに配置される。

【0095】

なお、画像表示に関わる要素として、信号線ＳＬＲ，ＳＬＧ，ＳＬＢのそれぞれに対応する島状の中継電極Ｒ５が配置される。中継電極Ｒ５は、コンタクトホールＣＨ６を通じて下層の中継電極Ｒ４と接触している。また、中継電極Ｒ５は、図１１には図示されないコンタクトホールＣＨ７（図６参照）を通じて上層の画素電極ＰＥと接触している。これにより、画素電極ＰＥとスイッチング素子ＳＷ１とが電気的に接続され、信号線ＳＬの映像信号を画素電極ＰＥに供給することができる。

【0096】

以下では、比較例を用いて、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰの効果について説明する。なお、比較例は、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰが奏し得る効果の一部を説明するためのものであって、本実施形態と比較例とで共通する構成や効果を本願発明の範囲から除外するものではない。

【0097】

図１２は、比較例に係る表示装置ＤＳＰ１に適用し得る第１基板の概略構成例を示す断面図である。比較例に係る表示装置ＤＳＰ１は、（１）赤色の副画素ＳＰ１に対応する信号線ＳＬＲと、第１電圧ＶＰＰ１を供給する第１給電線ＳＰＬ１と、タッチ検出線ＴＬ２（ＴＬ１）とが平面視において重なるように配置され、（２）緑色の副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧと、第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳを供給する第２給電線ＳＰＬ２と、第３電圧ＶＰＰ２を供給する第３給電線ＳＰＬ３とが平面視において重なるように配置され、（３）青色の副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢと、検出信号Ｖｄｅｔを出力するセンサ用信号線ＳＳＬと、タッチ検出線ＴＬ１（ＴＬ２）とが平面視において重なるように配置されている点で、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰと相違している。

【0098】

このような構成においては、検出信号Ｖｄｅｔを出力するセンサ用信号線ＳＳＬが、青色の副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢの直上に位置するため、検出信号Ｖｄｅｔは、信号線ＳＬＢに供給される映像信号と容量結合し、当該映像信号の影響を受けてしまう。これによれば、検出信号Ｖｄｅｔに基づき生成される撮像データに、上記した映像信号の影響がノイズとして反映されてしまい、例えば指紋を精度良く検出することができないことが考えられる。例えば、表示装置ＤＳＰ１が、各副画素列に対して、隣接する副画素列とは反対極性の電圧を印加し、印加する電圧の極性を所定の周期（例えば１フレーム毎）で反転させるカラム反転駆動方式により駆動される場合、検出信号Ｖｄｅｔに基づき生成される撮像データには、第２方向Ｙに沿って延びる（より詳しくは、センサ用信号線ＳＳＬと平面視において重なるように延びる）スジ状の線が発生してしまう。なお、ここでは、センサ用信号線ＳＳＬと重なる信号線ＳＬＢに供給される映像信号が、検出信号Ｖｄｅｔと容量結合し、当該検出信号Ｖｄｅｔに基づき生成される撮像データに影響を与える場合について説明したが、検出信号Ｖｄｅｔは、赤色の副画素ＳＰ１に対応する信号線ＳＬＲに供給される映像信号や、緑色の副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧに供給される映像信号とも少なからず容量結合してしまうため、当該検出信号Ｖｄｅｔに基づき生成される撮像データには、これら映像信号の影響もまたノイズとして反映されてしまう。

【0099】

以上のように、比較例に係る表示装置ＤＳＰ１においては、検出信号Ｖｄｅｔを出力するセンサ用信号線ＳＳＬが、映像信号を供給する信号線ＳＬの直上にあることから、指紋を精度良く検出することができないことが考えられる。

【0100】

これに対し、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰにおいては、図１３に示すように、（１）赤色の副画素ＳＰ１に対応する信号線ＳＬＲと、第３電圧ＶＰＰ２を供給する第３給電線ＳＰＬ３と、検出信号Ｖｄｅｔを出力するセンサ用信号線ＳＳＬとが平面視において重なるように配置され、（２）緑色の副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧと、第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳを供給する第２給電線ＳＰＬ２と、タッチ検出線ＴＬ２とが平面視において重なるように配置され、（３）青色の副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢと、第１電圧ＶＰＰ１を供給する第１給電線ＳＰＬ１と、タッチ検出線ＴＬ１とが平面視において重なるように配置されている。

【0101】

つまり、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰにおいては、信号線ＳＬの直上に、固定電位の給電線ＳＰＬ１，ＳＰＬ２，ＳＰＬ３が配置されているので、信号線ＳＬに供給される映像信号と、センサ用信号線ＳＳＬを介して出力される検出信号Ｖｄｅｔとが容量結合し、映像信号が検出信号Ｖｄｅｔに影響するのを抑制することができる。これによれば、検出信号Ｖｄｅｔに基づき生成される撮像データに、上記したノイズが反映されることがないため、指紋を精度良く検出することが可能である。

【0102】

なお、本実施形態においては、図６の断面図と図１０の平面図に示したように、コリメート層ＣＬが、タッチ検出線ＴＬ２の一部を利用して絶縁層１５，１６の間に形成・配置される構成を示したが、これに限定されず、コリメート層ＣＬは、図１４に示すように、第２給電線ＳＰＬ２の一部を利用して絶縁層１４，１５の間に形成・配置されてもよい。以下では、図１５～図１７を参照して、コリメート層ＣＬが、第２給電線ＳＰＬ２の一部を利用して絶縁層１４，１５の間に形成・配置される構成について説明する。

【0103】

図１５は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る要素であって、図１４に示した絶縁層１４，１５の間に配置された要素を概略的に示す平面図である。図１５においては位置関係を分かりやすくするために、絶縁層１４，１５の間に配置された要素とは異なる層に配置される走査線ＧＬ、第１走査線ＳＧＬ１および第２走査線ＳＧＬ２も一部簡略化して示している。なお、以下では、図９に示した構成と同じ要素についての説明は適宜省略し、図９に示した構成と異なる要素についてのみ説明する。

【0104】

副画素ＳＰ３の開口部に配置される第１電極Ｅ１の上には、光電変換素子ＰＣが配置されている。光電変換素子ＰＣの上には、光学センサＯＳの第２電極Ｅ２が配置されている。光学センサＯＳは、第２給電線ＳＰＬ２と平行に延びる長軸と、当該長軸と直交する短軸とを有した長円形状を有し、光電変換素子ＰＣ、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２もまた長円形状に形成されている。

【0105】

第２給電線ＳＰＬ２は、副画素ＳＰ３の開口部において光電変換素子ＰＣの外周と重なる分岐部ＳＰＬ２１’を有している。分岐部ＳＰＬ２１’のサイズは、光電変換素子ＰＣのサイズよりも大きい。この分岐部ＳＰＬ２１’がコリメート層ＣＬに相当し、当該コリメート層ＣＬは、円形の開口ＯＰを有している。コリメート層ＣＬ（分岐部ＳＰＬ２１’）は、開口ＯＰにおいて液晶層ＬＣ側からの光を透過し、その他の部分において液晶層ＬＣ側からの光を遮断する。

【0106】

第２給電線ＳＰＬ２は、分岐部ＳＰＬ２１’において、コンタクトホールＣＨ１０を通じて光学センサＯＳの第２電極Ｅ２と接触している。これにより、第２給電線ＳＰＬ２と光学センサＯＳとが電気的に接続され、第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳを光学センサＯＳに供給することができる。

【0107】

図１６は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る要素であって、図１４に示した絶縁層１５，１６の間に配置された要素を概略的に示す平面図である。図１６においても位置関係を分かりやすくするために、図１５に示した走査線ＧＬ、第１走査線ＳＧＬ１および第２走査線ＳＧＬ２を一部簡略化して示している。図１６に示す構成は、分岐部ＴＬ２１が省略されていること以外は、図１０に示した構成と同様であるため、ここではその詳しい説明を省略する。

【0108】

図１７は、第１基板ＳＵＢ１に適用し得る要素であって、図１４に示した絶縁層１６，１７の間に配置された要素を概略的に示す平面図である。図１７に示す構成もまた、分岐部ＴＬ２１が省略されていること以外は、図１１に示した構成と同様であるため、ここではその詳しい説明を省略する。

【0109】

図１４～図１７に示したように、コリメート層ＣＬが、第２給電線ＳＰＬ２の一部を利用して絶縁層１４，１５の間に形成・配置される場合であっても、（１）赤色の副画素ＳＰ１に対応する信号線ＳＬＲと、第３電圧ＶＰＰ２を供給する第３給電線ＳＰＬ３と、検出信号Ｖｄｅｔを出力するセンサ用信号線ＳＳＬとが平面視において重なるように配置され、（２）緑色の副画素ＳＰ２に対応する信号線ＳＬＧと、第２電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＰＳを供給する第２給電線ＳＰＬ２と、タッチ検出線ＴＬ２とが平面視において重なるように配置され、（３）青色の副画素ＳＰ３に対応する信号線ＳＬＢと、第１電圧ＶＰＰ１を供給する第１給電線ＳＰＬ１と、タッチ検出線ＴＬ１とが平面視において重なるように配置されている点に変わりはないため、信号線ＳＬに供給される映像信号と、センサ用信号線ＳＳＬを介して出力される検出信号Ｖｄｅｔとが容量結合し、映像信号が検出信号Ｖｄｅｔに影響するのを抑制することができる。つまり、指紋を精度良く検出することが可能である。

【0110】

また、コリメート層ＣＬが、タッチ検出線ＴＬ２の一部を利用して絶縁層１５，１６の間に形成・配置される構成の場合、図６に示したように、タッチ検出線ＴＬ２と第２電極Ｅ２とが対向して配置されるため、タッチ検出線ＴＬ２と第２電極Ｅ２との間で発生する寄生容量が当該タッチ検出線ＴＬ２を介して出力されるセンサ信号に影響し、タッチ検出精度の低下を招く可能性がある。これに対し、コリメート層ＣＬが、第２給電線ＳＰＬ２の一部を利用して絶縁層１４，１５の間に形成・配置される場合、タッチ検出線ＴＬ２は第２電極Ｅ２と対向しないため、上記した寄生容量の発生を抑制することができ、上記したタッチ検出精度の低下を抑制することが可能である。

【0111】

さらに、コリメート層ＣＬが、第２給電線ＳＰＬ２の一部を利用して絶縁層１４，１５の間に形成・配置される場合、タッチ検出線ＴＬ２の一部を利用して絶縁層１５，１６の間に形成・配置される構成に比べて、光学センサＯＳの近くにコリメート層ＣＬを配置することができるため、照明装置ＩＬから照射される光の一部である迷光が光学センサＯＳに入射してしまうことを、より抑制することが可能である。

【0112】

以上説明した一実施形態によれば、高精度に生体情報（例えば指紋）を検出することが可能な光学センサ付き液晶表示装置ＤＳＰを提供することが可能である。

【0113】

なお、本実施形態では、表示装置ＤＳＰは照明装置ＢＬを備えた液晶表示装置であるとしたが、これに限定されず、表示装置ＤＳＰは表示素子として有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を備えた有機エレクトロルミネッセンス表示装置であってもよい。

【0114】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0115】

ＤＳＰ…表示装置、ＳＵＢ１…第１基板、ＳＵＢ２…第２基板、ＬＣ…液晶層、ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３…副画素、ＳＬＲ，ＳＬＧ，ＳＬＢ…信号線、ＯＳ…光学センサ、ＰＣ…光学変換素子、Ｖｄｅｔ…検出信号、ＳＰＬ１…第１給電線、ＳＰＬ２…第２給電線、ＳＰＬ３…第３給電線、ＳＳＬ…センサ用信号線。

【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】