(57)【要約】【課題】表示機能と、物体の表面や内部断面位置などの画像を鮮明に検出できる機能とを併せもつ薄型の画像検出表示装置を実現する。【解決手段】表示面１１と、表示時に入力される画像信号に応じて変調された表示画像光を表示面１１に向けて出力し、検出時に検出光（Ｌｄ）を表示面１１に向けて出力する液晶層３５およびその駆動手段と、液晶層３５と表示面１１との間に配置され、検出光（Ｌｄ）を、表示面１１を通して外部に照射し静脈が通る生体内部（または指紋が存在する生体表面部）に集光する複数のマイクロレンズ５０と、外部から表示面１１に入射され、複数のマイクロレンズ５０を通って進入する検出画像光を受光する複数の受光素子ＰＤと、を有する。【選択図】図１
2010020237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面と、
表示時に入力される画像信号に応じて明るさが面内で変調された表示画像光を前記表示面に向けて出力し、検出時に検出光を前記表示面に向けて出力する光出力部と、
前記光出力部と前記表示面との間に配置され、前記光出力部からの前記検出光を、前記表示面を通して外部に照射し被検出面に集光する複数のマイクロレンズと、
前記被検出面側から前記表示面に入射され、前記複数のマイクロレンズを通って進入する検出画像光を受光する複数の受光素子と、
を有する画像検出表示装置。
【請求項２】
前記光出力部は、１色を表示する微小な画素が所定の色配列で組み合わされてそれぞれが形成されている複数の色表示領域を有し、
前記色表示領域ごとに、または、所定配列の複数の前記色表示領域ごとに、１つの前記マイクロレンズが配置されている
請求項１に記載の画像検出表示装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズに斜めに入力する光を遮光する遮光部が、前記光出力部と前記マイクロレンズとの間と、前記マイクロレンズと前記表示面との間の少なくとも一方に設けられている
請求項２に記載の画像検出表示装置。
【請求項４】
前記色表示領域の各々は規則的に配置された複数の前記画素を含み、
前記色表示領域内の前記複数の画素は、前記入力される画像信号に応じて、前記マイクロレンズの中心から最も遠い画素が前記中心に最も近い画素より暗い表示状態に制御される
請求項２に記載の画像検出表示装置。
【請求項５】
前記色表示領域内の前記複数の画素は、同一色を表示する画素の色表示グループごとに、前記入力される画像信号に応じて、前記マイクロレンズの中心に近いほど明るく、前記中心から遠いほど暗い輝度で同一色を表示する
請求項４に記載の画像検出表示装置。
【請求項６】
前記色表示領域内の前記複数の画素は、同一色を表示する画素の色表示グループごとに、前記入力される画像信号に応じて、周縁に沿った少なくとも１列の幅を有する領域内の周縁画素が、前記周縁画素以外の他の画素より暗い輝度で同一色を表示する
請求項４に記載の画像検出表示装置。
【請求項７】
前記色表示領域内の前記複数の画素は、入力される前記画像信号に応じて、周縁に沿った少なくとも１列の幅の画素が黒を表示することによりブラックマトリクスを発生し、他の画素が、同一色を表示する画素の色表示グループごとに、一様な明るさで、または、前記マイクロレンズの中心に近い画素ほど明るく前記中心から遠い画素ほど暗い輝度で同一色を表示する
請求項４に記載の画像検出表示装置。
【請求項８】
前記光出力部は、１色を表示する微小な画素が所定の色配列で組み合わされてそれぞれが形成されている複数の色表示領域を有し、
１つの前記色表示領域に対して２つ以上の所定の割合で前記受光素子が配置されている
請求項１に記載の画像検出表示装置。
【請求項９】
前記色表示領域内で前記画素の各々が前記受光素子を有する
請求項８に記載の画像検出表示装置。
【請求項１０】
前記色表示領域の各々に、さらに微小な複数の微小領域がマトリクス配置され、
前記マトリクス配置の中心点を含む少なくとも１つの微小領域に複数の前記受光素子が形成され、当該複数の受光素子が形成されている微小領域の周囲に配置されている他の微小領域に複数の前記画素が所定の色配列で配置されている
請求項８に記載の画像検出表示装置。
【請求項１１】
前記光出力部は、表示駆動のための回路要素および機能膜が積層される基板を含み、
前記複数の受光素子は前記回路要素が形成される前記基板の積層構造内に形成されている
請求項１に記載の画像検出表示装置。
【請求項１２】
前記光出力部は、前記入力される画像信号に応じて透過光の強度を変調する液晶層を含む
請求項１に記載の画像検出表示装置。
【請求項１３】
前記光出力部は、前記入力される画像信号に応じた強度で発光する有機発光ダイオードを含む
請求項１に記載の画像検出表示装置。
【請求項１４】
表示パネルを有し、
前記表示パネルが、
表示面と、
表示時に入力される画像信号に応じて明るさが面内で変調された表示画像光を前記表示面に向けて出力し、検出時に検出光を前記表示面に向けて出力する光出力部と、
前記光出力部と前記表示面との間に配置され、前記光出力部からの前記検出光を、前記表示面を通して外部に照射し被検出面に集光する複数のマイクロレンズと、
前記被検出面側から前記表示面に入射され、前記複数のマイクロレンズを通って進入する検出画像光を受光する複数の受光素子と、
を有する電子機器。
【請求項１５】
前記光出力部は、１色を表示する微小な画素が所定の色配列で組み合わされてそれぞれが形成されている複数の色表示領域を有し、
前記色表示領域ごとに、または、複数の前記色表示領域ごとに、１つの前記マイクロレンズが配置されている
請求項１４に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像信号に応じて明るさが面内で変調された画像を表示面に表示する機能と、表示面の外側に近接する物体の表面や内部断層面（以下、これらの面を被検出面という）の画像を検出する撮像の機能とを併せもつ画像検出表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットなどの普及により、個人認証などのセキュリティ技術が重要になってきている。個人認証では、静脈や指紋などの生体固有のパターンを識別、照合して個人を特定する生体認証が注目を集めている。
【０００３】
近年では、携帯端末など多機能な小型の電子機器が急速に普及しているため、小型の電子機器においても個人認証機能の必要性が増している。
このような状況を踏まえ、液晶表示部などに生体認証の機能を持たせることにより、小型機器に適した生体認証のための技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１では、撮像のための受光素子を内部に有する小型の画像読取装置が開示されており、これにより指紋などの生体認証パターンを読み取ることが可能である。
【０００５】
上記特許文献１に記載された画像読取装置は、液晶を封入した２枚の基板（背面側基板および表面側基板）を含むパネルと、背面側のパネル端部から斜めに入射する検出光を発光する光源と、背面側基板のパネル内側に形成されている複数の受光素子とを有する。
【０００６】
特許文献１によれば、光源からの検出光は、ある角度条件に合致すると画像読取装置内を繰り返し全反射して進行する。そして、この全反射を繰り返す検出光が、パネル表面と当該表面に接触する対象物（人の指紋の山）との界面に達すると、そこで反射角度が変化する光の成分が発生する。このため、その反射後の光は対象物のパターンを反映した検出画像光となる。検出画像光は複数の受光素子に入射され、各受光素子の位置と受光量変化との関係から検出画像を示す信号が複数の受光素子から出力される。細かいピッチで受光素子を配置すると対象物の接触パターン（指紋）を、その配置ピッチに応じた解像度で撮像できる。
【０００７】
この画像読取装置は、液晶層を有するパネルを画像表示のために用いることができ、この点で、薄型の携帯機器に搭載しやすいという利点がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の画像読取装置は、表面における対象物の形状（接触面のパターン）を読み取るものであるため、人の指の表面（接触面）から奥に位置する各人固有の静脈パターンの撮像には適さない。
【０００９】
生体パターンの読み取り機能を表示装置に持たせることは、静脈認証でも試みられている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
特許文献２に記載された技術では、表示パネルのバックライトの背面側反射板に穴を開けて、その穴に対応した位置に、内蔵のＣＣＤに光を導く集光レンズが望むように認証カメラモジュールを設けている。
【特許文献１】特開２０００−２０７５３５号公報
【特許文献２】特開２００６−１１７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１に記載の画像読取装置では、受光素子に斜めに入射する光以外の光はノイズ成分となるため、受光素子の表面側と裏面側は遮光されている。受光素子は、２つの遮光部間の狭い隙間を斜めから入る光の成分のみ受光する。
【００１２】
また、パネル内には画像表示のための電極や配線が多く配置されているため、パネル内を進行する光が電極等で乱される。したがって、指紋の山が接触するパネル表面には、様々な角度を持った光の束が入射され、そのうち、ある反射条件に適合した光の成分のみが受光素子側に曲げられる。
以上の２つの理由（遮光部の存在と反射条件の不適合）により、特許文献１に記載の画像読取装置では、光源から出力される光が、対象物の検出に利用されるときの効率が低い。
【００１３】
また、特許文献１に記載の技術では、検出光が全反射を繰り返す導光板の表面に機能層や機能フィルムが貼られるなど、導光板の表面を直接指で触れることができない構成では指紋検出ができない。
たとえば、最近の小型の電子機器では屋外での利用を想定して、表示画面が縦長と横長で自在に回転する機構を備えていることがある。このような電子機器では、偏光サングラスをかけた状態で画面が回転しても映像が見えるように位相差フィルムを表示面に貼る場合も考えられる。この場合、位相差フィルムの存在によって、指紋の凹凸で検出光の光量変化が生じないため、指紋検出ができなくなる。
【００１４】
一方、特許文献２に記載されている静脈認証の機能をもつ表示装置では、認証カメラモジュールの厚みが通常の表示パネルに付加されるため、表示装置自体の薄型化ができない。
また、バックライトからの光を平行光にするプリズムを通して検出光がカメラモジュールに入るため、検出画像がプリズムの影響を受ける。
さらに、静脈で吸収される赤外線を検出光として用いているが、受光素子（撮像素子）と静脈の距離が遠く表示パネル内で散乱を受けるためクリアな静脈パターンが検出できない。
【００１５】
以上のように、特許文献１や特許文献２に記載の技術では、静脈などの生体内部や、指の接触面が受光位置から遠い場合などでは鮮明な静脈や指紋のパターンが検出できない。また、表示機能と物体のパターン検出機能とを併せもつ薄型で検出感度がよい装置が実現されていない。
【００１６】
本発明は、画像表示機能と、物体の表面や内部断面位置などに存在する所定パターンを鮮明に検出できる画像検出機能とを併せもつ薄型の画像検出表示装置を新たに提供するためのものである。
また、本発明は、かかる２つの機能を併せもつ薄型の表示パネルを有する電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の観点に関わる画像検出表示装置は、表示面と、表示時に入力される画像信号に応じて明るさが面内で変調された表示画像光を前記表示面に向けて出力し、検出時に検出光を前記表示面に向けて出力する光出力部と、前記光出力部と前記表示面との間に配置され、前記光出力部からの前記検出光を、前記表示面を通して外部に照射し被検出面に集光する複数のマイクロレンズと、前記被検出面側から前記表示面に入射され、前記複数のマイクロレンズを通って進入する検出画像光を受光する複数の受光素子と、を有する。
【００１８】
上記構成において、光出力部は、表示時に表示画像光を出力し、検出時に検出光を出力する。光出力部は自ら光を発光するものでもよいし、光源からの光を透過時に変調する、変調しないを制御できるものでもよい。表示画像光は、表示時に入力される画像信号に応じて明るさが面内で変調された光である。一方、検出光は、例えば、明るさが一様な非変調光である。
光出力部からの表示画像光または検出光は、複数のマイクロレンズを通って表示面に達し、そこから外部に出射される。これにより、表示時に表示面に所望の表示画像が映し出される。
【００１９】
一方、検出時には、例えば指や手などの生体が表示面に接触または近接しているとする。このとき表示面からの検出光が生体に照射される。検出光は、複数のマイクロレンズごとに集光されているため、表示面から離れたある仮想面を被検出面とすると、その被検出面におおよそ、検出光の照準が合う。このときマイクロレンズの大きさや位置等に応じて、生体の表面を検出するか生体内部の断層面を検出するかが決められている。検出光は生体表面や生体内部で反射または吸収され、その情報をもつ光（検出画像光）が表示面からマイクロレンズを通って装置内部に進入する。そして、複数の受光素子で受光される。複数の受光素子は、その位置情報うと、個々の受光素子の受光量とに応じて、全体として検出画像を表す電気信号を発生し、出力する。
なお、本発明で、検出対象は生体に限らない。
【００２０】
本発明では好適に、前記光出力部は、１色を表示する微小な画素が所定の色配列で組み合わされてそれぞれが形成されている複数の色表示領域を有し、前記色表示領域ごとに、または、複数の前記色表示領域ごとに、１つの前記マイクロレンズが配置されている。
【００２１】
上記好適な構成によれば、表示時に１色を表示する領域（色表示領域）ごとに１つのマイクロレンズが配置されている。あるいは、複数の色表示領域ごとに１つのマイクロレンズが配置されている。
一般に、表示装置は、たとえばＲ,Ｇ,Ｂの３つの原色表示画素が隣り合うように組み合わされて１つの色を表現する表示ドットが形成されている。ここで言う「色表示領域」は、例えば、その１つの表示ドット、または、所定配列の複数の表示ドットに相当する大きさの領域である。この場合、色表示領域の各々は、微小な複数の画素がマトリクス配置されて形成されている。よってマイクロレンズは、通常の画素と定義されている領域より大きく形成できる。この場合、１画素ごとに非常に小さいマイクロレンズを形成する場合より、光の利用効率が高くなり、その分、検出感度が増す。
また、この好適な構成では、複数の色を混ぜて１色を表示する領域を単位として光が集光される。一般に、複数の色の光をレンズで集光すると色が混ざって混色を起こす。しかし、色表示領域を単位としてマイクロレンズを配置すると、混色によって１色を表示する色表示領域を単位とするため、集光による混色があっても、それ自体で大きな不利益にならない。
ただし、平行光でなく光を集光するため、集光時の焦点位置から遠い視認位置から見ると光が広がって見える。よって、斜めから見たときに特定の色が付いたように見え、その色が見る角度によって変化する「色付き」が発生する。
【００２２】
この「色付き」を防止するために、本発明では、さらに好適に、前記マイクロレンズに斜めに入力する光を遮光する遮光部が、前記光出力部と前記マイクロレンズとの間と、前記マイクロレンズと前記表示面との間の少なくとも一方に設けられている。
あるいは好適に、前記色表示領域の各々は規則的に配置された複数の前記画素を含み、前記色表示領域内の前記複数の画素は、前記入力される画像信号に応じて、前記マイクロレンズの中心から最も遠い画素が前記中心に最も近い画素より暗い表示状態に制御される。
【００２３】
上記構成によれば、斜めの成分が明るさとして抑制されているため、上記「色付き」が防止される。
【００２４】
本発明では好適に、前記光出力部は、１色を表示する微小な画素が所定の色配列で組み合わされてそれぞれが形成されている複数の色表示領域を有し、１つの前記色表示領域に対して２つ以上の所定の割合で前記受光素子が配置されている。
さらに好適に、前記色表示領域内で前記画素の各々が前記受光素子を有する。
あるいは好適に、前記色表示領域の各々に、さらに微小な複数の微小領域がマトリクス配置され、前記マトリクス配置の中心点を含む少なくとも１つの微小領域に複数の前記受光素子が形成され、当該複数の受光素子が形成されている微小領域の周囲に配置されている他の微小領域に複数の前記画素が所定の色配列で配置されている。
【００２５】
上記構成によれば、１つの色表示領域に対して受光素子の数が多い分、検出画像の解像度が高くなる。
【００２６】
本発明の第２の観点に関わる電子機器は、表示パネルを有し、前記表示パネルが、表示面と、表示時に入力される画像信号に応じて明るさが面内で変調された表示画像光を前記表示面に向けて出力し、検出時に検出光を前記表示面に向けて出力する光出力部と、前記光出力部と前記表示面との間に配置され、前記光出力部からの前記検出光を、前記表示面を通して外部に照射し被検出面に集光する複数のマイクロレンズと、前記被検出面側から前記表示面に入射され、前記複数のマイクロレンズを通って進入する検出画像光を受光する複数の受光素子と、を有する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、物体の表面や内部断層面などに存在する所定パターンを鮮明に検出でき、かつ、薄型の画像検出表示装置が提供できる。
また、本発明によれば、物体の表面や内部断層面などに存在する所定パターンを鮮明に検出でき、かつ、薄型の表示パネルを有する電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、主に液晶表示装置への適用を例として図面を参照して説明する。
【００２９】
《第１実施形態》
＜装置構成＞
図１に、第１実施形態に関わる画像検出表示装置（以下、単に液晶ディスプレイ装置という）の構成図を示す。図１（Ａ）は表示面側から見た図、図１（Ｂ）は断面の一部を示す図である。
図１に図解する液晶ディスプレイ装置１０Ａは、２枚のガラス基板、すなわち背面側の駆動基板３０と、駆動基板３０の表示面側に貼り合わされた一回り小さい対向基板３１とを有する。
駆動基板３０には、細かくなるため詳細には図示していないが、ＴＦＴトランジスタを含む画素内の回路素子や電極が形成され、また、画素のマトリクス駆動のための配線が形成されている。駆動基板３０は、スペーサ３２を介して内部空間を形成するように対向基板３１と貼り合わされている。このとき、回路素子、電極および配線が形成された駆動基板３０の面側が、対向基板３１と対向している。
【００３０】
スペーサ３２が形成されていない不図示の箇所から、２枚の基板間の内部空間に液晶が注入されている。その後、液晶の注入箇所が閉じられると、図１（Ｂ）に示すように、駆動基板３０、対向基板３１およびスペーサ３２内に液晶が封入され、これにより液晶層３５が形成されている。
【００３１】
図１（Ｂ）の断面構造ではカラーフィルタ層３４が示されている。カラーフィルタ層３４は液晶層３５側の対向基板面に形成されている。図１（Ｂ）では省略されているが、カラーフィルタ層３４と液晶層３５との間には、通常、透明な共通電極や配向膜が配置される。
【００３２】
図１（Ｂ）において、表示面１１は液晶ディスプレイ装置１０Ａの画像が表示される面であり、例えば保護シートの最表面などが該当する。
また、通常、駆動基板３０の反表示面側の面や対向基板３１の表示面側の面に不図示の偏光板が貼られている。さらに、駆動基板３０の背面側（反表示面側）にバックライトが配置される。バックライトや２枚のガラス基板を組み立てた表示パネルは、フレーム内に組み付けられ、駆動基板３０に形成されている端子１２に駆動回路が接続される。
【００３３】
本発明の実施形態では、マイクロレンズを、検出画像光を受光する複数の受光素子と表示面との間に有することが、大きな特徴となっている。
また、本発明のより望ましい実施形態では、カラーフィルタ層３４の色配置と、これに対応してマイクロレンズおよび受光素子が配置されていることが、大きな特徴となっている。
【００３４】
ここで、用語を定義する。
「画素」という用語は、「１色を表示する、画像の最小の表示単位」の意味で使われることが多い。また、液晶ディスプレイ装置１０Ａを表示面から透視して見ると、電極や配線が繰り返し同じパターンでマトリクス配置されている。この構成では、繰り返される１つの単位領域ごとに階調を異ならせることができるため、この単位領域を「画素」という場合もある。
【００３５】
以下、本発明のより望ましい実施形態では、「画素」は、前者の「１色を表示する、画像の最小の表示単位」の意味で用いる。一方、マイクロレンズとの関係で「色表示領域」を規定する。「色表示領域」とは、「複数の画素が所定の色配列で組み合わされて形成されている領域」を言う。マイクロレンズは、色表示領域ごと、または、所定配列の複数の色表示領域ごとに配置される。
【００３６】
図１（Ａ）は、色表示領域の一構成例を示している。
図１（Ａ）に例示された色表示領域ＣＲは、一般には、赤(Ｒ),緑(Ｇ),青(Ｂ)の３画素が配置される、例えば１００[μm]×１００[μm]の正方形の領域である。図１（Ａ）では色表示領域ＣＲを３×３個、配置した領域を示す。
【００３７】
図１（Ａ）に示す構成では、色表示領域ＣＲそれぞれにおいて、任意の１色を表現する３原色のカラーフィルタ層３４の要素が全て含まれている。そのため、色表示領域ＣＲが「１色を表示する画像の表示単位」となる。図１（Ｂ）には、３×３個の色表示領域ＣＲ群と、その隣の３×３個の表示領域ＣＲ群とを示している。図１（Ｂ）に示す例では、３×３個の色表示領域ＣＲ群ごとに１つのマイクロレンズ５０が配置されている。
なお、マイクロレンズ５０は３×３個以外の、他の色表示領域ＣＲの個数ごとに設けてもよい。また、マイクロレンズ５０は色表示領域ＣＲごとに設けてもよい。画素に対してマイクロレンズ５０を大きくすると集光効率が上がり、その点で望ましい。
【００３８】
表示ドット領域ＤＲを構成する３画素は、それぞれ画像表示部分が一部に限定され（“Ｒ”,“Ｇ”,“Ｂ”と表記する部分）、残りの領域に色表示領域ＣＲごとに１つの受光素子ＰＤが形成されている。受光素子ＰＤは、縦型ＰＩＮダイオード、横型ＰＩＮダイオードのいずれでもよいが、ここでは真性領域（Ｉ領域）の一方にＮ型領域、他方にＰ型領域が横並びに配置されている例を示す。Ｐ型領域またはＮ型領域に電圧が印加されてＩ領域に空乏層が拡がった状態で光を受光すると、電子または正孔がＰ型領域またはＮ型領域で集められて、これが受光量に応じた信号電荷として外部に出力される。特に図示しないが、電圧印加と信号電荷排出のための配線が、Ｐ型領域またはＮ型領域に対し、それぞれ接続されている。
なお、１つのマイクロレンズ５０に対して受光素子ＰＤが複数、ここでは９個配置されている。
【００３９】
図１（Ｂ）に受光素子ＰＤを示すが、受光素子ＰＤは、駆動基板３０のＴＦＴや画素電極が形成されている面と同一面に形成してよい。あるいは、対向基板３１にカラーフィルタ層３４を形成した後、その上（基板貼り合わせ後は液晶側）に受光素子ＰＤを形成してもよい。ただし、通常、ＴＦＴは駆動基板３０に集約されているため、ＴＦＴと同様な薄膜半導体層をＰＩＮダイオードの形成領域とする必要から、受光素子ＰＤは駆動基板３０側に形成することが望ましい。
【００４０】
このように受光素子ＰＤが配置されているため、液晶ディスプレイ装置１０Ａでみれば全ての受光素子ＰＤがパネルに埋め込まれた撮像デバイスの受光部を構成する。撮像デバイスはＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサに代表されるタイプがあるが、そのタイプに限定はない。ＣＣＤの場合、垂直転送部や水平転送部や出力部などが受光部の他に必要である。ＣＭＯＳセンサの場合、受光素子ＰＤごとにリセット、転送、アンプの機能をもつ複数のトランジスタが組み合わされて画素回路が形成される。また、ＣＭＯＳセンサ全体では、出力回路も必要となる。
【００４１】
本実施形態で複数の色表示領域ＣＲごとに設けられるマイクロレンズ５０は、図１（Ｂ）に示すように、背面側が平面で前面（表示面）側がレンズ曲面を有する形状となっている。マイクロレンズ５０は、その平面が対向基板３１の上面に接するようにして、または、対向基板３１に貼られた不図示の機能層（例えば偏光板）を介して対向基板３１上に形成されている。
なお、マイクロレンズ５０のレンズ曲面に保護フィルムを貼り、その面を表示面としてもよい。
【００４２】
＜色配列の変形例＞
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に、図１に示す配置に対する色配列の変形例を示す。
図２に示す変形例では、１つの画素（ＰＩＸ）ごとに１つのフォトダイオードＰＤが配置されている。図２では図１と同じ大きさに描いているが、図２に示す１つの画素(ＰＩＸ)は、図１の１００[μm]×１００[μm]の領域より小さくできる。
ここでは３×３画素から１つの色表示領域ＣＲが形成されている。例えば、この１つの色表示領域ＣＲごとにマイクロレンズ５０が配置される。
【００４３】
色配置は任意であり、例えば、図２（Ａ）のように縦の列を同色とする、図２（Ｂ）のように市松模様とする、図２（Ｃ）のように横の行を同色とするなどの色配列が採用可能である。
【００４４】
＜受光素子配置の変形例＞
図３（Ａ）は表示面側から見た図、図３（Ｂ）は断面の一部を示す図である。
図３に図解する液晶ディスプレイ装置１０Ｂは、３×３個の微小領域ＤＲで色表示領域ＣＲが形成されている。
【００４５】
図３（Ａ）に示すように、３×３個の微小領域ＤＲの、例えば中央の微小領域ＤＲに、９個の受光素子ＰＤを集約している。この場合、集約する受光素子ＰＤの数は任意であり、例えば２×２、４×４、それ以上であってもよい。なお、１個でもよいが、解像度を上げるには、分割数は多いことが望ましい。
【００４６】
図３（Ｂ）に示す形状のマイクロレンズ５０は、バックライトからの光を表示面１１の外側に焦点がくるように集光するが、逆に、表示面１１外側からパネル内に進入する光を集光する。このため、マイクロレンズ５０の大きさ、レンズ形状、マイクロレンズ５０と受光素子ＰＤとの距離等の種々の要因で、マイクロレンズ５０からの光は、例えば中央の１つの微小領域ＤＲにのみ入射する場合もある。そのような場合、図１（Ａ）のような受光素子ＰＤ配置では、殆ど光を受光しない受光素子ＰＤが存在し、無駄な領域が発生する。
【００４７】
当該変形例は、光の集光スポットに応じて、その集光スポットのエリアに受光素子ＰＤを集約させる趣旨である。この趣旨に沿う限り、受光素子ＰＤの配置は図３に限定されない。例えば、微小領域ＤＲが５×５個で１つの色表示領域ＣＲが形成される場合、中央付近の３×３個の微小領域ＤＲに受光素子ＰＤを集約して配置してもよい。
また、図３に示す色配列（縦同一色）は、図２（Ｂ）のような市松模様、図２（Ｃ）のような横同一色への変更も可能である。
【００４８】
＜静脈検出＞
図４に、静脈検出時の光路を示す。
図４（Ａ）のように、駆動基板３０の背面から検出光Ｌｄが液晶ディスプレイ装置１０Ａの表示パネルに入射される。この検出光Ｌｄは、例えば不図示のバックライトに、白色ＬＥＤと所定の割合で赤外ＬＥＤを配置しておき、赤外ＬＥＤから出力される赤外光である。
バックライトは、出力光をほぼ平行な光にする機能があるため、検出光Ｌｄは駆動基板３０の面にほぼ垂直な一様な光として入射される。そして、主に、カラーフィルタが形成されている開口部を通ってマイクロレンズ５０の裏面（平面側）に入射される。検出光Ｌｄは、マイクロレンズ５０のレンズ曲面で大きく屈折し、集光される。
【００４９】
表示パネルの最表面に指や手を接触したとする。この接触面Ｓから指や手などの生体内部に垂直方向の一定の距離ΔＹの点Ｐ０で、マイクロレンズ５０からの光が焦点を結ぶ。
生体内部には、静脈、動脈、組織などが存在し、皮膚表面から深さごとに、それらのパターンが変化している。そのうち静脈は、へモグロビンやメラニンなど近赤外光が吸収される物質を血液中に多く含む。しかし、特に組織は、ある程度光を乱反射する。このため、その反射率の違いによるパターンを生体固有の情報として検出する。
【００５０】
図４（Ａ）は、理想的な平行光の成分のみ示すが、実際には表示パネル内で乱反射があり、マイクロレンズ５０に斜めに入射する検出光Ｌｄの成分も存在する。また、組織で乱反射した光が一部広がって進む。
このため焦点を結ぶ点Ｐ０以外でも、点Ｐ１やＰ２にも反射成分が発生する。図４（Ｂ）は、この３つの点の反射成分がパネル内に戻る経路を示す。
点Ｐ０は、図の紙面の奥行き方向では、静脈の存在する場所と存在しない場所を含むが、特に静脈が存在しない組織からの反射成分は、ほぼ真っ直ぐにマイクロレンズ５０に戻る成分が多く、主に中央の受光素子ＰＤ＿Ｃで受光される。一方、点Ｐ１やＰ２にも検出光Ｌｄが照射されるが、その点からも同様に反射成分が戻り光となる。これらの戻り光は、図示のような経路を主な経路として受光素子ＰＤ＿ＲやＰＤ＿Ｌで受光される。
【００５１】
このように受光した受光素子ＰＤからの信号と受光位置情報を統合すると、ある基準面、例えば接触面Ｓから一定距離の被検出面(指等の仮想断面)における静脈パターンが検出できる。
なお、検出光Ｌｄを最も効率よく出射するために、液晶層３５は全画面領域で白表示と同様に電界制御するとよい。この制御は、駆動基板３０に形成されている内蔵の、あるいは、図１や図３に示す端子１２に接続されるフレキシブル基板内の駆動回路等によって実行される。また、静脈パターンの認識および照合は、当該液晶ディスプレイ装置を搭載する電子機器内の制御部、または、制御部に統括管理される回路部によって実行される。この静脈パターンの認識および照合の機能を、液晶ディスプレイ装置内にもたせてもよい。
【００５２】
＜指紋検出＞
図４の基準面は接触面Ｓであるが、接触面Ｓ、または、接触面から若干上方の指紋の凹凸範囲内に検出光Ｌｄが焦点を結ぶようにすると、指紋検出が可能である。
皮膚表面の凹凸で、戻り光の角度が変化するため、その凹凸パターンを検出できる。この場合、外光によるノイズ成分を排除または抑圧する意味では、可視光領域以外の光、たとえば赤外光を検出光Ｌｄとして用いるとよい。
このこと意外、受光の仕方自体は、図４を参照して行った上記説明と同様である。
【００５３】
以上のように、通常の画素を所定数マトリクス配置した領域（単数または複数の色表示領域ＣＲ）に対応して１つのマイクロレンズ５０を配置すると、検出時の光の利用効率がよく、好ましい。
また、マイクロレンズ５０で集光する被検出面のパターンを検出するため、深さ方向（表示面に垂直な方向）のノイズ成分が抑圧され、より鮮明な生体パターン等の画像を検出できる。
さらに、１つのマイクロレンズ５０に対して複数の受光素子ＰＤを配置しているため、その配置数だけ解像度が高い検出画像が得られる。
【００５４】
＜画像表示＞
検出時のために集光の機能があるマイクロレンズ５０は、通常の画像表示時に見る角度によって異なる色味がかかった画像となる「色付き」という画質低下現象を、多少なりとも生じさせる。
【００５５】
図５（Ａ）は、色付きの説明図である。
複数の画素がマトリクス配置された領域に対して１つのマイクロレンズ５０を配置する場合に、図５（Ａ）のように通常のカラーフィルタを使用すると、斜めから見たときに画面が、例えば青味がかったり、赤味がかったりする。
【００５６】
この「色付き」を抑制するために、本実施形態では、図１または図２に示すように、色表示領域ＣＲ内の複数の画素内で、所定の色のみ表示とする。つまり、例えば赤(Ｒ)のみ表示する場合、他の緑(Ｇ)および青(Ｂ)の画素は液晶層３５を遮光状態に制御して非表示とする。このため、１つのマイクロレンズ５０に対応する領域（単数または複数の色表示領域ＣＲ）全体で、あたかも、１色を表示する１つの画素のように機能させるような表示駆動を行う。
このため、図５（Ｂ）のように斜めから見ても所望の１色（例えば赤）が見える。
【００５７】
しかしながら、図６に示すように、色表示領域ＣＲの境界を斜めに干渉する異なる色の光の成分が皆無ではない。よって、図５（Ｂ）の場合でも、図５（Ａ）より低減されているが、斜めから見たときの色付きがやや発生する。
以下、この色表示領域ＣＲの境界を斜めに干渉する異なる色の光による「色付き」防止について、実施形態に分けて説明する。
【００５８】
なお、図６および以下の説明に用いる図面（図７〜図１０）において、１つのマイクロレンズ５０に対応して断面に現れる３つのカラーフィルタ部分を、全て所定の色、例えば赤なら“Ｒ”、緑なら“Ｇ”、青なら“Ｂ”を３つ並べることで表記している。これは、図２（Ｃ）のように横同色の色配列のようにも見えるが、そうではない。図６〜図１０における色表記は、上述した１つのマイクロレンズ５０に対応する領域を所望の１色のみ表示する駆動を行うことを表現しているもので、色フィルタ配置の表記でないことに注意を要する。
また、以下の説明では、１つのマイクロレンズ５０に対して１つの色表示領域ＣＲが対応する場合（図２や図３のような場合）を例とする。しかし、１つのマイクロレンズ５０に対して複数の色表示領域ＣＲが対応する図１の場合も、以下の説明は同様に適用される。
【００５９】
《第２実施形態》
図７に、第２実施形態に関わる液晶ディスプレイ装置１０Ｃの断面の一部を示す。
図７に図解する液晶ディスプレイ装置１０Ｃは、例えば対向基板３１に遮光部３２が設けられている。遮光部３２は、色表示領域ＣＲの境界を中心に所定の深さで設けられている。この深さが深いほど遮光効果が大きい。たとえば、遮光部３２を設ける層を対向基板３１に重ねてもよいし、既存の機能層に遮光部を追加してもよい。カラーフィルタのブラックマトリクスを形成して、遮光層３２と併用してもよい。
これにより、斜めの色成分の進入を防止して、「色付き」を防止または低減できる。
【００６０】
《第３実施形態》
図８に、第３実施形態に関わる他の遮光部の配置を示す。
図８に図解する液晶ディスプレイ装置１０Ｄでは、マイクロレンズ５０と表示面(不図示)との間に遮光部３３を設けている。
第２実施形態では、遮光部３２の深さ、それに伴う遮光効果に制限や限界がある。これに対し、遮光部３３をマイクロレンズ５０より表示面側に設けると、そのような制限や限界が少なく、配置の自由度が高い。しかし、遮光部３３は他の基板や層を別途設ける必要があるなど、材料コストが増加することがある。図７の遮光部３２とするか図８の遮光部３２とするかは、コストと遮光効果の兼ね合いで決めるとよい。
なお、図７の遮光部３２と図８の遮光部３３の両方を設けることも可能である。
【００６１】
以上の第２および第３実施形態で追加する遮光部は、膜厚などの制限が多少なりともあり設計の自由度を低下させてしまう。さらには、視野角を狭くしてしまう可能性が大きい。
以下の実施形態は、遮光部を用いないで画素を電気的に駆動することにより「色付き」を防止または抑制する手法に関する。
【００６２】
《第４実施形態》
図９に、第４実施形態に関わる液晶ディスプレイ装置１０Ｅの断面の一部を示す。
図９に図解する液晶ディスプレイ装置１０Ｅは、駆動回路が画素の階調を制御して、色表示領域ＣＲの中心が、周縁より明るくなるように輝度を色表示領域ＣＲ内で変化させる。図９では、暗い画素を“_dk”の参照符号末尾で表し、明るい画素を“_bt”の参照符号末尾で表している。
これにより、斜めに出射する光の混色はあるが、光量自体が低下するため、「色付き」が軽減する。
なお、検出光の光量が低減しないのであれば、カラーフィルタの透過特性自体を中心と周縁で変えてもよい。
また、多数の画素から色表示領域ＣＲが構成される場合、色表示領域ＣＲの中心から外に向かって徐々に階調レベルを落とす制御でもよい。
【００６３】
《第５実施形態》
図１０は、第５実施形態に関わる液晶ディスプレイ装置１０Ｆの断面の一部を示す。
図１０に図解する液晶ディスプレイ装置１０Ｆは、駆動回路が画素の階調を制御して、色表示領域ＣＲの周縁の画素を黒表示させている。図１０の場合、図示の断面方向で３画素に２画素は黒表示となるため、斜めの光成分がほとんど発生しなくなり「色付き」が防止される。
なお、色表示領域ＣＲがさらに多くの画素で構成されている場合、色表示領域ＣＲの周縁を含む１画素の幅で黒表示をさせると、「色付き」防止が十分でない場合もある。その場合、黒表示の画素幅を２画素以上としてよい。検出時には、黒表示は解除されるため、検出光の光量低下は防止できる。
【００６４】
＜変形例１＞
図１１に、変形例１の断面図を示す。
上述した第１〜第５実施形態では、マイクロレンズ５０を対向基板３１に対し形成している。
これに対し、図１１に示すように、例えば、アクリル板や強化ガラスなどの他の基板４０にマイクロレンズ５０を形成してもよい。この場合、図示のようにマイクロレンズ５０の平面とレンズ曲面との関係が、上記第１〜第５実施形態で用いた図面と逆であるが、このようなレンズでも下方から上方に向かう光、上方から下方に向かう光の双方を集光できる。
レンズの平面と曲面が反対でもよいことは、上記第１〜第５実施形態でも同様である。
【００６５】
＜変形例２＞
以上の実施形態および変形例は、バックライトを有する透過型（または半透過型）の液晶ディスプレイで説明したが、反射型液晶ディスプレイでも赤外ＬＥＤを配置し、静脈等の検出が可能である。
また、便宜上、赤外ＬＥＤをバックライト内に配置する場合で説明を行った。しかし、赤外ＬＥＤは、パネル周辺に配置してもよい。
【００６６】
＜変形例３＞
以上の実施形態および変形例は、液晶ディスプレイで説明したが、例えば有機ＥＬディスプレイでも同様に実施ができる。
液晶ディスプレイでは、例えば液晶層３５と、その状態を変化させるための電極、配線、トランジスタで「光出力部」が構成される。このとき光出力部は、透過する光の明るさを変調して出力する。
【００６７】
これに対して、有機ＥＬディスプレイ装置は、カソード電極とアノード電極と、その間の複数の有発光膜を有する。この積層構造からなる有機ＬＥＤと、有機ＬＥＤを駆動制御する画素回路とを基本画素単位としてマトリクス状に配置している。そして、カソード電極とアノード電極の一方を透明電極として、その透明電極側へ光を導出する構造となっている。発光色は、有機膜材料等で決まるが、輝度は画素回路に入力する信号によって決まる。
したがって、色表示領域ＣＲに対する色の割り当ては、この有機膜の形成時に決められる。また、階調を色表示領域ＣＲの周縁側で低下させる制御も同様に可能である。
以上より、第１〜第５実施形態は、有機ＥＬディスプレイに同様に適用でき、同様な効果が得られる。
【００６８】
以上の第１〜第５実施形態およびその変形例では、以下の効果を奏する。
検出に関しては、通常の画素を所定数マトリクス配置した領域（色表示領域ＣＲ）に対応して１つのマイクロレンズ５０を配置しているため、検出時の光の利用効率がよく、好ましい。
また、マイクロレンズ５０で集光する被検出面のパターンを検出するため、深さ方向（表示面に垂直な方向）のノイズ成分が抑圧され、より鮮明な生体パターン等の画像を検出できる。
さらに、１つのマイクロレンズ５０に対して複数の受光素子ＰＤを配置しているため、その配置数だけ解像度が高い検出画像が得られる。
【００６９】
また、静脈認証や指紋認証などのために、物体のパターンを検出する機能を実現するための受光素子群（撮像デバイス）が表示パネル内に内蔵されている。そのため、表示装置を薄型できる。
また、マイクロレンズも内蔵型であるため、外付けのレンズより小型であり、このことも表示装置の薄型化に寄与する。
【００７０】
上記のマイクロレンズに関する構成によって、通常の画像表示において、斜めから見たときに見る角度によって所定の色味が付くという「色付き」が多少なりとも発生する。
しかしながら、１つのマイクロレンズに対応する色表示領域ＣＲで色が１色と決められていること、さらには、遮光部や周縁側の階調低下制御によって、「色付き」は極力抑制され、実用上問題のない程度まで改善できる。
【００７１】
さらに、１つのマイクロレンズに対して受光素子を複数配置し、その配置も、集光スポットに適合したものであるため、検出画像の解像度が改善されている。
以上より、薄型の表示装置に、指紋や静脈等の検出機能を併用させた新たな「画像検出表示装置」を実現することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１実施形態に関わる液晶ディスプレイ装置の構成図である。
【図２】第１実施形態の色配列の変形例に関わる液晶ディスプレイ装置の構成図である。
【図３】第１実施形態のＰＤ配置の変形例に関わる液晶ディスプレイ装置の構成図である。
【図４】第１実施形態の液晶ディスプレイ装置において、静脈検出時の光路を示す図である。
【図５】第１実施形態において画像表示時の問題点と改善効果を説明するための図である。
【図６】第１実施形態で、さらに改善すべき点を説明するための図である。
【図７】第２実施形態に関わる液晶ディスプレイ装置の構成図である。
【図８】第３実施形態に関わる液晶ディスプレイ装置の構成図である。
【図９】第４実施形態に関わる液晶ディスプレイ装置の構成図である。
【図１０】第５実施形態に関わる液晶ディスプレイ装置の構成図である。
【図１１】変形例１に関わる液晶ディスプレイ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０Ａ〜１０Ｆ…液晶ディスプレイ装置、１１…表示面、３０…駆動基板、３１…対向基板、３２,３３…遮光部、３４…カラーフィルタ層、３５…液晶層、５０…マイクロレンズ、ＰＤ…受光素子、ＣＲ…色表示領域、ＤＲ…微小領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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