(57)【要約】【課題】人間の視感度に近い高精度な光センサを備えた液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様において、液晶表示装置は、第１の基板と、前記第１の基板と液晶を介して対向する第２の基板と、前記第１の基板の前記液晶側の面に形成されている青用表示素子、緑用表示素子、赤用表示素子、短波長用光センサ、赤用光センサ、赤外光用光センサと、前記第１の基板と前記第２の基板の間に形成されており、前記青用表示素子、前記緑用表示素子、前記赤用表示素子、前記短波長用光センサ、前記赤用光センサ、前記赤外光用光センサにそれぞれ対応する青フィルタ、緑フィルタ、第１の赤フィルタ、短波長透過フィルタ、第２の赤フィルタ、赤外光透過フィルタを含むカラーフィルタとを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板と液晶を介して対向する第２の基板と、
前記第１の基板の前記液晶側の面に形成されている青用表示素子、緑用表示素子、赤用表示素子、短波長用光センサ、赤用光センサ、赤外光用光センサと、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に形成されており、前記青用表示素子、前記緑用表示素子、前記赤用表示素子、前記短波長用光センサ、前記赤用光センサ、前記赤外光用光センサにそれぞれ対応する青フィルタ、緑フィルタ、第１の赤フィルタ、短波長透過フィルタ、第２の赤フィルタ、赤外光透過フィルタを含むカラーフィルタと
を具備する液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記第１の赤フィルタ及び前記第２の赤フィルタは、光の波長５８０ｎｍ〜６２０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持ち、それぞれ前記赤用表示素子及び前記赤用光センサに対して光学的に重畳されており、
前記赤外光透過フィルタは、光の波長６５０ｎｍ〜７２０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持ち、前記赤外光用光センサに対して光学的に重畳されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置において、
前記カラーフィルタ経由で入射光を測定する前記複数の光センサのうち、第１の光センサによって得られる入射光の信号と、前記第１の光センサの次に短い波長域を検出するための第２の光センサによって得られる入射光の信号との差分を演算する演算部をさらに具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記第１の基板に形成されており前記カラーフィルタ経由で入射光を測定する前記複数の光センサによって得られる信号に基づいて、表示領域に接触又は接近している物体を検出する制御部をさらに具備する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記第１の基板に形成されている複数の表示素子を制御し、表示領域のうちの少なくとも一部の領域を全点灯とする第１の認証部と、
前記少なくとも一部の領域に接触又は接近している指からの反射光を、前記カラーフィルタ経由で前記第１の基板に形成されている複数の光センサによって測定し、前記複数の光センサによって得られる信号と予め登録されている個人の指パターンデータとを比較し、個人認証を行う第２の認証部と
をさらに具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記カラーフィルタ経由で入射光を測定する前記複数の光センサによって得られる入射光の信号に基づいて、表示される明るさを制御する制御部をさらに具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記カラーフィルタ経由で入射光を測定する前記複数の光センサは、表示領域内に均等に配置されており、
前記第１の基板の前記液晶側ではない裏面側に、少なくとも青、緑、赤の３波長を含む光を発光する光源をさらに具備する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７記載の液晶表示装置において、
前記第１の基板の前記液晶側の面に形成されている黄用光センサをさらに具備し、
前記カラーフィルタは、前記黄用光センサに対応する黄フィルタをさらに具備する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項８記載の液晶表示装置において、
前記黄フィルタは、光の波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持ち、前記黄用光センサに対して光学的に重畳されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記短波長透過フィルタは、光の波長３８０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持ち、前記短波長用光センサに対して光学的に重畳されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記短波長透過フィルタは、光の波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持つ第１の黄色フィルタであり、前記短波長用光センサに対して光学的に重畳されており、
前記第１の基板の前記液晶側の面に形成されている黄用表示素子と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に形成されており、前記黄用表示素子と光学的に重畳する第２の黄色フィルタとをさらに具備する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記赤外光透過フィルタは、赤層と青層を含む積層構造であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記赤外光透過フィルタの材料にさらに有機顔料を包含した遮光性を持つブラックマトリクスを、前記第１の基板の前記液晶側の面と前記第２の基板とのうちの少なくとも一方に形成することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
表示領域の外周に、赤層と青層と緑層のうちの少なくとも一つの層を光学的に重畳している遮光性の領域をさらに具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記第１の基板と前記第２の基板との間のギャップを規制し、平面視された場合に前記第１の基板において隣接する前記複数の光センサの間に位置するスペーサ、をさらに具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の液晶表示装置において、
前記スペーサは、前記短波長透過フィルタと同一工程で形成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記短波長透過フィルタは、光の波長４２０ｎｍより短波長側で入射光を吸収する紫外線吸収剤を含有する樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記カラーフィルタは、前記第１の基板の前記液晶側の面に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１９】
請求項１３記載の液晶表示装置において、
前記ブラックマトリクスは、波長４２０ｎｍより短波長側で光を吸収する紫外線吸収剤を含有する樹脂材料の硬化膜をさらに具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２０】
請求項１記載の液晶表示装置に備えられるブラックマトリクス基板において、
前記第１の基板を対向させた状態で平面視された場合に、前記第１の基板に隣接して形成されている前記複数の光センサの間に配置される遮光性を持つブラックマトリクスと、
平面視された場合に前記ブラックマトリクスに重なるように形成されており２種以上の高さの異なるスペーサと
を具備することを特徴とするブラックマトリクス基板。
【請求項２１】
青フィルタ、緑フィルタ、第１の赤フィルタ、短波長透過フィルタ、第２の赤フィルタ、赤外光透過フィルタを格子状に配置して形成されるカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの外周に形成される遮光性領域と
を具備するカラーフィルタ基板。
【請求項２２】
請求項２１記載のカラーフィルタ基板において、
前記遮光性領域に、赤層と青層と緑層のうちの少なくとも一つの層を光学的に重畳していることを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２３】
請求項２１記載のカラーフィルタ基板において、
青用表示素子、緑用表示素子、赤用表示素子、短波長用光センサ、赤用光センサ、赤外光用光センサの形成されている基板に対向するように配置された状態で平面視された場合に、当該基板において隣接する複数の光センサの間に配置される遮光性を持つブラックマトリクスと、
平面視された場合に前記ブラックマトリクスに重なるように形成されており２種以上の高さの異なるスペーサと
をさらに具備することを特徴とするカラーフィルタ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサを備えた液晶表示装置と、この液晶表示装置に備えられるブラックマトリクス基板及びカラーフィルタ基板とに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置は、液晶を、例えばアモルファスシリコンＴＦＴ（thin film transistor）、ポリシリコンＴＦＴなどのような薄膜トランジスタで駆動する。液晶表示装置は、携帯電話などのモバイル機器、大型のテレビジョンなど各種機器に用いられている。
【０００３】
液晶表示装置は、自ら発光できない表示装置であり、反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置とに分けることができる。反射型液晶表示装置は、自然光などの外光を、液晶画面に入射させ、液晶層を通過させた後反射させて表示を行う。透過型液晶表示装置は、観測者側と反対側の面に光源を配置し、光源からの透過光で表示を行う。また、外光環境（明るい環境又は暗い環境）に応じて、光源を用いる透過型として又は太陽光や室内光などを利用する反射型として動作する反射・透過兼用の半透過型液晶表示装置も実用化されている。
【０００４】
携帯電話又は携帯可能な小型パーソナルコンピュータなどのモバイル機器に備えられる液晶表示装置においては、キーボードによる入力が困難であるため、例えば静電容量式又は電気抵抗方式などのタッチパネルが液晶表示装置の表面に設置されることが多い。しかしながら、タッチパネルを液晶表示装置に設置すると、液晶表示装置の厚さが増す。特に、モバイル機器の液晶表示装置においては、表面反射又は透過光のロスなどのようなタッチパネルを原因とする光の損失が発生し、液晶表示画像の画質が低下する場合がある。
【０００５】
近年では、液晶表示装置の裏面に設置される蛍光灯の輝度アップ又は輝度の高いＬＥＤ電源により、透過型液晶表示装置の明るさは一段と増している。しかしながら、このような透過型液晶表示装置においては、夜間又は暗い場所でテレビジョンを視聴する場合に画面が明るすぎて、視聴者にとって画面が見にくくなる場合がある。また、透過型液晶表示装置においては、透過型液晶表示装置の消費電力は、約８０％が裏面の光源によるものであり、低消費電力化が大きな課題となっている。
【０００６】
また、近年、企業内の機器における液晶画面操作、金融機関の現金自動預け払い機などの機器に対する液晶画面操作に加えて、モバイル機器における液晶表示装置の操作においても、セキュリティ確保が求められている。
【０００７】
文献１（特開２００７−４７７８９号公報）には、液晶を駆動する薄膜トランジスタの形成されたＴＦＴ基板に光センサを形成し、液晶表示装置の明るさ調整に利用する技術が開示されている。
【０００８】
文献２（特開２００５−３５２４９０号公報）には、液晶を駆動する薄膜トランジスタの形成されたＴＦＴ基板に光センサを形成し、タッチパネルとして用いる技術が開示されている。
【０００９】
文献３（特開２００８−８９６１９号公報）には、液晶を駆動する薄膜トランジスタの形成されたＴＦＴ基板の周辺に光センサを配置し、光センサ上に青、緑、又は、赤のカラーフィルタを形成し、外光の種別に対して、青、緑、又は、赤のカラーフィルタを用いる技術が開示されている。
【００１０】
文献４（特開２００９−１２９３９７号公報）には、複数色のカラーフィルタと、２色以上のカラーフィルタを積層した検出用フィルタの背後に設けられた光電センサとを備えた表示装置が開示されている。この文献４では、光電センサの検出値から、別途形成のノイズ除去センサの検出値を減算する。
【００１１】
文献５（特開２００９−１２８６８６号公報）には、第１の光センサ部と、２種類のカラーフィルタを積層した第２の光センサ部とを持つ表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−４７７８９号公報
【特許文献２】特開２００５−３５２４９０号公報
【特許文献３】特開２００８−８９６１９号公報
【特許文献４】特開２００９−１２９３９７号公報
【特許文献５】特開２００９−１２８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の文献１では、外光種類（晴天時の太陽光、曇りの時の太陽光、蛍光灯の光）又は人間の視感度を考慮して輝度調整を行うことまでは検討されていない。
【００１４】
文献２では、外光の強度又はバックライト輝度の影響により、使用者の液晶画面への接触について誤差が発生する場合がある。また、この文献２においては、第１光センサと第２光センサとの配置について記載されているが、使用者の指について個人差が大きいこと及びセキュリティ確保のための認証については何ら検討されていない。
【００１５】
文献３では、バックライトの光の波長分布の影響、光センサ自体の持つ暗電流（dark current）の温度ばらつき、素子それぞれのばらつきは考慮されていない。文献３を適用する場合よりも、高い精度で外光の種別を区別することが望まれる。さらに、文献３は、外光による輝度調整技術であり、指などによるタッチパネル入力については考慮されていない。
【００１６】
文献４は、この文献４の請求項２に記載されているように、非可視光の波長域で透過率が高くなる点から、光電センサによる可視域における光の波長分離に関する技術とは異なっている。ゆえに、文献４は、外光の種別の判断、セキュリティ確保のための技術ではなく、液晶表示装置の輝度調整に用いられる技術でもない。文献４においては、可視光の識別の技術とはいえない。また、文献４には、この文献４の請求項７に係わるノイズ除去センサに設けられる遮光部の分光特性が記載されておらず、用いられるセンサの非可視光の波長域での感度についても記載されておらず、減算処理に係わるノイズ除去センサの検出値と減算結果とが明確に特定されていない。
【００１７】
文献５では、この文献５の請求項１に開示されているように、第１の光センサ部の検出信号と、２種類のカラーフィルタを積層した第２の光センサ部の検出信号との差分処理を行う技術が提案されている。しかし、当該文献５に開示されているセンサでは、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の外光を高精度に分別することが困難であり、このため外光の種類を高精度に判断することが困難である。同様に、赤及び緑を含む肌色を高精度に識別することが困難であるため、指入力の認識に用いることが困難である。さらに、文献５の図６、図８に示されるように赤及び近赤外領域（例えば７００ｎｍから８００ｎｍ）に相当する透過光の誤差を含むため、正確な色分離が困難である。この色分離の困難さを以下に説明する。文献５の図６の緑の吸収率に示されるように、緑は７００ｎｍから８００ｎｍ付近に光透過域を持つ。また、文献５の図８、図９に示されるように、赤外フィルタの光透過域の５０％透過率の波長は７８０ｎｍ前後と認められる。文献５に開示されている技術では、検出信号に赤の光成分が含まれ、可視域外の７００ｎｍから８００ｎｍで誤差が発生する。さらに、文献５には、赤（Ｒ）及び青（Ｂ）に用いる色材の開示がなく、赤（Ｒ）及び青（Ｂ）のカラーフィルタ及び赤外フィルタを構成する具体的技術について説明されていない。
【００１８】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、高精度な光センサを備えた液晶表示装置、この液晶表示装置に備えられるブラックマトリクス、及びカラーフィルタ基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の態様に係る液晶表示装置は、第１の基板と、前記第１の基板と液晶を介して対向する第２の基板と、前記第１の基板の前記液晶側の面に形成されている青用表示素子、緑用表示素子、赤用表示素子、短波長用光センサ、赤用光センサ、赤外光用光センサと、前記第１の基板と前記第２の基板の間に形成されており、前記青用表示素子、前記緑用表示素子、前記赤用表示素子、前記短波長用光センサ、前記赤用光センサ、前記赤外光用光センサにそれぞれ対応する青フィルタ、緑フィルタ、第１の赤フィルタ、短波長透過フィルタ、第２の赤フィルタ、赤外光透過フィルタを含むカラーフィルタとを具備する。
【００２０】
本発明の第２の態様に係るブラックマトリクス基板は、上記第１の態様に係る液晶表示装置に備えられ、前記第１の基板を対向させた状態で平面視された場合に、前記第１の基板において隣接して形成されている複数の光センサの間に配置される遮光性を持つブラックマトリクスと、平面視された場合に前記ブラックマトリクスに重なるように形成されており２種以上の高さの異なるスペーサとを具備する。
【００２１】
本発明の第３の態様に係るカラーフィルタ基板は、青フィルタ、緑フィルタ、第１の赤フィルタ、短波長透過フィルタ、第２の赤フィルタ、赤外光透過フィルタを格子状に配置して形成されるカラーフィルタと、前記カラーフィルタの外周に形成される遮光性領域とを具備する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、人間の視感度にそった高精度な光センサを備えた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の一例を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタの一例を示す平面図。
【図３】第１の実施の形態に係る表示用画素の一例を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態に係る光検出用画素の一例を示す断面図。
【図５】短波長透過フィルタ、第の２赤フィルタ、赤外光透過フィルタの分光特性の一例を示すグラフ。
【図６】第１の実施の形態に係る演算部における引き算によって得られる分光特性の一例を示すグラフ。
【図７】指の分光反射率の一例を示すグラフ。
【図８】シリコン系フォトダイオードの感度域と太陽光エネルギーの波長分布との一例を示すグラフ。
【図９】３波長昼白色蛍光灯の波長分布の一例を示すグラフ。
【図１０】白色蛍光灯の波長分布の一例を示すグラフ。
【図１１】電球の波長分布の一例を示すグラフ。
【図１２】人の目の視感度の一例を示すグラフ。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置に備えられている光検出用画素の一例を示す断面図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置の一例を示すブロック図。
【図１５】第３の実施の形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタの一例を示す平面図。
【図１６】第３の実施の形態に係る表示用画素の一例を示す断面図。
【図１７】第３の実施の形態に係る光検出用画素の一例を示す断面図。
【図１８】第３の実施の形態に係る短波長透過フィルタ、第の２赤フィルタ、赤外光透過フィルタ、黄フィルタの分光特性の一例を示すグラフ。
【図１９】第３の実施の形態に係る演算部における引き算によって得られる分光特性の一例を示すグラフ。
【図２０】一般的な青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタの透過率を示すグラフ。
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置の光センサの配列方向の断面の一例を示す図。
【図２２】第４の実施の形態に係る液晶表示装置の表示素子の配列方向の断面の一例を示す図。
【図２３】本発明の第５の実施の形態に係るブラックマトリクス基板の一例を示す断面図。
【図２４】本発明の第６の実施の形態に係るカラーフィルタ基板の例を示す第１の断面図。
【図２５】第６の実施の形態に係るカラーフィルタ基板の例を示す第２の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の各図において同一又はほぼ同一の要素には同一の符号を付して説明を省略するか又は簡単に説明し、異なる部分についてのみ詳しく説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態においては、光信号入力が可能であり、表示品質が外光条件に影響されることを抑制し、誤動作の少ない液晶表示装置について説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の一例を示すブロック図である。
【００２７】
本実施の形態に係る液晶表示装置１は、表示画面部２の裏（この図１では、把握し易いよう下部に示している）に光源３を備えている。光源３は、青、緑、赤の３波長の光を発光する。例えば、光源３としては、３波長発光タイプの蛍光灯又はＬＥＤ素子、面発光タイプの有機ＥＬ素子などが用いられる。
【００２８】
表示素子走査部４、表示素子駆動部５、センサ走査部６、センサ読取部７は、それぞれ、表示画面部２と電気的に接続されている。
【００２９】
表示画面部２は、カラーフィルタ１０を備えている。本実施の形態においては、この表示画面部２の表示領域内に、表示用の画素１５及び光検出用の画素（光センサ）１６が配設される。
【００３０】
表示素子走査部４及び表示素子駆動部５は、画像信号に基づいて表示画面部２に画像を表示させるための動作を行う。
【００３１】
さらに、表示画面部２は、表示領域の外周に、遮光性を持つ額縁領域２９を備えている。額縁領域２９は、赤層と青層と緑層のうちの少なくとも一つの層を光学的に重畳して形成されるとしてもよく、遮光性の材質に赤層と青層と緑層のうちの少なくとも一つの層を光学的に重畳して形成されるとしてもよい。
【００３２】
センサ走査部６及びセンサ読取部７は、表示画面部２における光検出用画素に含まれている各光センサから、複数の光波長域についての光の検出値（測定値）を読み出すための動作を行う。センサ読取部７は、光の検出値を演算部８に渡す。光の検出値は、例えば、電気信号、光信号などのような各種の信号で表される。本実施の形態においては、光センサが光電変換素子であるとし、光の検出値は電気信号であるとする。
【００３３】
演算部８は、センサ読取部７から受けた複数の光波長域についての光の検出値に基づいて、複数の光波長域についての光の強さを算出し、複数の光波長域についての光の強さを示す信号を制御部９に渡す。例えば、演算部８は、第１の波長域の光を測定する第１の光センサによって変換された入射光の電気信号と、この第２の波長域の次に短い第２の波長域の光を測定する第２の光センサによって変換された入射光の電気信号との差分を演算する。
【００３４】
本実施の形態において、演算部８は、短波長用光センサの検出値から赤用光センサの検出値を引き算する第１の処理、赤用光センサの検出値から赤外光用光センサの検出値を引き算する第２の処理を実行する。
【００３５】
第１の処理は、外光、又は、位置指定物体からの反射光の青及び緑成分の信号強度を求める処理である。なお、以下において、位置指定物体は、ユーザの指である場合を例として説明するが、画面の位置を指定する指示棒、指示光などのような他の手段であってもよい。
【００３６】
第２の処理は、外光又は指からの反射光の赤成分の信号強度を求める処理である。
【００３７】
この演算部８のように、引き算することで、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのような表示素子のばらつき、暗電流の影響、光源３の影響を、検出結果から除去することができる。
【００３８】
制御部９は、演算部８から受けた複数の光波長域における光の強さに基づいて、光源３の発する光の強さを制御する。また、制御部９は、センサ読取部７、表示素子駆動部（データドライバ）５、センサ走査部６、表示素子走査部（ゲートドライバ）４の動作を制御する。センサ読取部７、表示素子駆動部５、センサ走査部６、表示素子走査部４は、表示領域外に備えられる。
【００３９】
制御部９は、演算部８から受けた光の検出値（信号強度）と、記憶装置１１に記憶されているテーブル１２、しきい値、制御値を決定するための判断条件、又は、所定の制御演算式などに基づいて、この光の検出値に対応する最適な光源３の制御値を求める。そして、制御部９は、決定された光源３の制御値を光源３に渡し、光源３を制御し、液晶表示装置１の輝度調整を行う。光源３が、それぞれ青色、緑色、赤色に発光するＬＥＤ素子の場合、制御部９は、各素子個別に発光輝度を調整し、外光の明るさや色に合わせて表示画面部２の表示を最適化する。
【００４０】
さらに、制御部９は、表示画面部２に接近又は接触する物体の検出、表示画面部２に指を接近又は接触させることによる画面に対する２次元的な指定位置の検出、指の移動状態の検出、及び個人認証のための処理を実行する。
【００４１】
具体的には、制御部９は、３波長を発光する光源３が点灯されている場合に、表示画面に均等に配置されている光検出用画素１６によって変換された電気信号の分布状態を検知するとともに、画面内の部分的な光検出用画素１６によって変換された電気信号の変化を利用して、表示画面に接触又は接近している物体、画面に対する２次元的な物体の位置、及び物体の移動を検知する。例えば、制御部９は、各光検出用画素１６の位置情報と各光検出用画素１６の識別情報とを関係付けた情報と、各光検出用画素１６からの電気信号と、この電気信号を発した光検出用画素の識別情報とに基づいて、電気信号を発した位置を識別する。
【００４２】
また、制御部９は、指による個人認証のために、表示画面に全点灯領域である窓１４を表示する第１の認証部９ａと、この全点灯領域に接触された指に関する情報であり光検出用画素１６によって得られた電気信号によって表されている指パターンデータと、予め登録された個人の指のパターンデータ１３とを比較し、個人認証を行う第２の認証部９ｂとを具備する。
【００４３】
指による個人認証においては、光源３の明るさが均等であり、光源３について青・緑・赤の３波長成分が均等な状態で行われることが好ましい。特に、指による個人認証においては、指の肌色検出に必要な緑・赤の２波長成分を高精度で検出することが必要である。この条件を満たすために、制御部９は、個人認証を行う場合に、表示画面部２のうち指を接近又は接触させる部分を、白表示（ノーマリーブラックの液晶表示装置においてはオン状態）の窓１４とする。この白表示の窓１４は、個人認証を行う場合に、表示画面上に表示される。ユーザは、この窓１４に指を接近又は接触させる。すると、窓１４に配置されている光検出用画素１６は、この指の反射光を検出する。この検出結果は演算部８で処理され、演算処理後の結果は制御部９に入力される。制御部９は、処理後の検出値と記憶装置１１に予め登録されているパターンデータ１３とを比較・照合することにより、個人認証を行う。
【００４４】
本実施の形態において、制御部９は、演算部８の上記第１及び第２の処理によって求められる２種の信号強度に基づいて、外光の種類、接近又は接触している位置指定物体の検出、位置指定物体による画面に対する２次元的な位置指定の有無の判断、画面に対する２次元的な位置指定物体の位置及び移動の判断、指の検出値と登録されているパターンデータ１３との整合性の判断を行う。
【００４５】
なお、本実施の形態において、液晶表示画面の窓１４は、指認証可能な面積を持つ矩形状の領域であり、認証作業をアナウンスする文字データとともに表示される。パターンデータ１３を記憶する記憶装置１１は、液晶表示装置１に内蔵されているとしてもよく、液晶表示装置１と通信可能に接続されているシステムに備えられているとしてもよく、ＩＣカードなどのようなオフラインの記憶媒体としてもよい。
【００４６】
制御部９は、演算部８による演算後の検出値を受けるのではなく、光検出用画素１６によって得られた検出値に基づいて各種処理を実行するとしてもよい。
【００４７】
各光検出用画素１６は、各表示用画素１５の近傍、例えば隣接するように配置される。複数の光検出用画素１６は、液晶表示装置１の表示画面内に、ほぼ均等に配置される。
【００４８】
液晶表示装置１の表示画面部２には、表示用画素１５と光検出用画素１６との組み合わせが、格子状に配設されている。
【００４９】
表示用画素１５は、青用画素１５Ｂ、緑用画素１５Ｇ、第１の赤用画素１５Ｒを含む。
【００５０】
光検出用画素１６は、短波長画素１６Ｗ、第２の赤用画素１６Ｒ、赤外光用画素１６Blkを含む。
【００５１】
図２は、本実施の形態に係る液晶表示装置１のカラーフィルタ１０の一例を示す平面図である。
【００５２】
図３は、表示用画素１５の一例を示す断面図である。この図３は、図２のＴ１−Ｔ２断面図である。
【００５３】
図４は、光検出用画素１６の一例を示す断面図である。この図４は、図２のＳ１−Ｓ２断面図である。
【００５４】
カラーフィルタ１０は、青用画素１５Ｂのための青フィルタ１７Ｂ、緑用画素１５Ｇのための緑フィルタ１７Ｇ、第１の赤用画素１５Ｒのための第１の赤フィルタ１７Ｒ、短波長画素１６Ｗのための短波長透過フィルタ（透明フィルタ）１８Ｗ、第２の赤用画素１６Ｒのための第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外光用画素１６Blkのための赤外光透過フィルタ１８Blkを含む。
【００５５】
赤外線透過フィルタ１８Blkは、複数の色を光学的に重畳することで実現される。例えば、本実施の形態において、赤外光透過フィルタ１８Blkは、赤色と青色の有機顔料を混合した一層構成によって形成される。
【００５６】
なお、光学的重畳とは、複数の顔料を混合することと、複数の色のフィルタを重ねることなどを含む。すなわち、赤外光透過フィルタ１８Blkは、赤色の有機顔料と青色の有機顔料と混合した１層構成としてもよく、赤色のフィルタと青色のフィルタとを積層した２層構成としてもよい。
【００５７】
また、光学的重畳とは、フィルタを光センサ上に直接配置した構成、又は、ある程度（例えば２μｍ〜６μｍなど）の距離を介して対向するように間接的に配置した構成を含むとする。光学的重畳は、入射光又は光源３からの光に対して、実質的に作用する構成を意味する。
【００５８】
短波長透過フィルタ１８Ｗ、第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外線透過フィルタ１８Blkは、基板２１と液晶２２を介して対向している基板２５の開口部に配置されるとしてもよい。
【００５９】
なお、本実施の形態に係る短波長透過フィルタ１８Ｗとは、青色以降の長波長側の光（青を含む）を透過するフィルタ、あるいは、緑色以降の長波長側の光（緑を含む）を透過するフィルタである。本実施の形態の以下の記載において、前者を透明フィルタ、後者を黄フィルタと記載する。
【００６０】
表示用画素１５における青用画素１５Ｂ、緑用画素１５Ｇ、第１の赤用画素１５Ｒにおいて、青フィルタ１７Ｂ、緑フィルタ１７Ｇ、第１の赤フィルタ１７Ｒの下層側には、それぞれ青用表示素子（例えば薄型トランジスタ）１９Ｂ、緑用表示素子１９Ｇ、赤用表示素子１９Ｒが備えられている。
【００６１】
光検出用画素１６における短波長画素１６Ｗ、第２の赤用画素１６Ｒ、赤外光用画素１６Blkにおいて、短波長透過フィルタ１８Ｗ、第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外光透過フィルタ１８Blkの下には、短波長用光センサ２０Ｗ、赤用光センサ２０Ｒ、赤外光用光センサ２０Blkが備えられている。短波長用光センサ２０Ｗ、赤用光センサ２０Ｒ、赤外光用光センサ２０Blkは、例えば、光を電気に変換する光電変換素子である。
【００６２】
本実施の形態においては、基板２１の一方の面に、青用表示素子１９Ｂ、緑用表示素子１９Ｇ、赤用表示素子１９Ｒ、短波長用光センサ２０Ｗ、赤用光センサ２０Ｒ、赤外光用光センサ２０Blkが形成される。基板２１の他方の面側（画面側とは逆となる裏面）には、光源３が備えられる。
【００６３】
カラーフィルタ１０における各フィルタ１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，１８Ｗ，１８Ｒ，１８Blkは、基板２１上の表示領域内に配設されている。
【００６４】
表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blk、及び、フィルタ１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，１８Ｗ，１８Ｒ，１８Blkの上には、液晶２２を介して、ブラックマトリクス２３と透明樹脂である平滑化層２４とを含む基板２５が配置されている。すなわち、上記図３においては、基板２１上には、表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒと、この表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒに電気的に接続されている透明電極２６とが形成されており、これらの形成面に対して、フィルタ１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ、液晶２２、コントラスト向上のためのブラックマトリクス２３、基板２５が積層されている。
【００６５】
ブラックマトリクス２３は、例えば、赤外光透過フィルタ１８Blkの材料にさらに有機顔料を包含して遮光性を持たせることにより形成される。本実施の形態において、ブラックマトリクス２３は、基板２５に形成されているが、基板２１の液晶２２側の面と基板２５とのうちの少なくとも一方に形成されればよい。
【００６６】
額縁領域２９とブラックマトリクス２３とのうちの少なくとも一つは、波長４２０ｎｍより短波長側で光を吸収する紫外線吸収剤を含有する樹脂材料の硬化膜を備えているか、又は、この硬化膜に覆われているとしてもよい。
【００６７】
上記図３及び図４においては、光源３、光拡散板、偏光フィルム、位相差フィルムは省略されている。なお、光源３、光拡散板は、基板２１の裏面、すなわち、基板２１の液晶２２とは反対側の面に配置される。
【００６８】
光源３の光は、フィルタ１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ経由で、外部に発光される。
【００６９】
外部から入射される光は、フィルタ１８Ｗ，１８Ｒ，１８Blk経由で、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkに受光される。
【００７０】
本実施の形態において、基板２１は、液晶２２を介して基板２５と対向している。カラーフィルタ１０は、基板２１と基板２５との間に形成されるが、本実施の形態においては、基板２１の液晶２２側の面に形成されている。
【００７１】
すなわち、本実施の形態に係るカラーフィルタ１０は、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkと液晶２２を駆動する表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒとが形成された基板２１の面に対して形成される。光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkと表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒとは、基板２１の２つの面のうち、液晶表示装置１の観察者と向かい合い、かつ、液晶２２と接する面に形成される。
【００７２】
上記図４に示すように、基板２１上には、光センサ１６として、短波長用光センサ２０Ｗと短波長透過フィルタ１８Ｗとの積層、赤用光センサ２０Ｒと第２の赤フィルタ１８Ｒとの積層、赤外光用光センサ２０Blkと赤外光透過フィルタ１８Blkとの積層が配置されている。基板２１と基板２５との間には、液晶２２のギャップを規制するためのスペーサ２７が配置されている。
【００７３】
図５は、短波長透過フィルタ１８Ｗ、第の２赤フィルタ１８Ｒ、赤外光透過フィルタ１８Blkの分光特性の一例を示すグラフである。
【００７４】
短波長透過フィルタ１８Ｗは、光の波長３８０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持つ。短波長透過フィルタ１８Ｗは、短波長用光センサ２０Ｗに対して光学的に重畳されている。短波長透過フィルタ１８Ｗの透過率は、３８０ｎｍより低い波長の光については低く、光の波長がおよそ３８０ｎｍ以上となると急激に高くなり、光の波長が４５０ｎｍ付近もしくはそれ以上になると高い値で維持される。
【００７５】
短波長透過フィルタ１８Ｗの形成は、液晶２２の配向に影響がなければ省略してもよい。液晶セルの両面に貼付する偏光フィルム又は位相差フィルムが紫外線カット機能を備える場合には、短波長透過フィルタ１８Ｗを省略してもよい。
【００７６】
第の２赤フィルタ１８Ｒは、光の波長５８０ｎｍ〜６２０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持つ。第２の赤フィルタ１８Ｒは、赤用光センサ２０Ｒに対して光学的に重畳されている。第２の赤フィルタ１８Ｒの透過率は、５７０ｎｍ付近より低い波長の光については低く、光の波長がおよそ５７０ｎｍ以上となると急激に高くなり、光の波長が６４０ｎｍ付近もしくはそれ以上になると高い値で維持される。
【００７７】
赤外光透過フィルタ１８Blkは、光の波長６５０ｎｍ〜７２０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持つ。赤外光透過フィルタ１８Blkは、赤外光用光センサ２０Blkに対して光学的に重畳されている。赤外光透過フィルタ１８Blkの透過率は、５８０ｎｍ付近より低い波長の光については低く、光の波長がおよそ５８０ｎｍ以上となると急激に高くなり、光の波長が７５０ｎｍ付近もしくはそれ以上になると高い値で維持される。
【００７８】
なお、５０％透過率とは、その測定波長において基板であるガラスの透過率を１００％とし、測定対象のフィルタの透過率が５０％となる光の波長（ｎｍ）であるとする。
【００７９】
本実施の形態において、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blk上に積層されるフィルタ１８Ｗ，１８Ｒ，１８Blk、及び後で説明される図１７の黄フィルタ３７Ｙは、５０％透過率点から短波長側では透過率が低く、５０％透過率点から長波長側では高透過率である特性を持つことが好ましい。
【００８０】
上記図５のそれぞれの分光特性における各波長の透過率と、各波長での光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkの感度とを積算することにより、本実施の形態に係るフィルタ１８Ｗ，１８Ｒ，１８Blkを用いた光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkの実効感度が求められる。
【００８１】
図６は、本実施の形態に係る演算部８における引き算によって得られる分光特性の一例を示すグラフである。
【００８２】
各波長について、短波長透過フィルタ１８Ｗの透過率から第２の赤フィルタ１８Ｒの透過率を引き算した結果が分光特性２８Ｂ・Ｇである。この分光特性２８Ｂ・Ｇにおける透過率の高い波長域は、青及び緑の光の波長域に対応する。
【００８３】
したがって、演算部８は、短波長用光センサ２０Ｗの検出値から赤用光センサ２０Ｒの検出値を引き算し、青・緑の検出値を算出する。
【００８４】
各波長について、第２の赤フィルタ１８Ｒの透過率から赤外光透過フィルタ１８Blkの透過率を引き算した結果が分光特性２８Ｒである。この分光特性２８Ｒにおける透過率の高い波長域は、赤の光の波長域に対応する。
【００８５】
したがって、演算部８は、赤用光センサ２０Ｒの検出値から赤外光用光センサ２０Blkの検出値を引き算し、赤の検出値を算出する。
【００８６】
制御部９は、演算部８によって算出された青・緑の検出値と赤の検出値とに基づいて、光源３の制御、接近又は接触している位置指定物体の検出、画面に対する２次元的な指定位置及び移動の検出、個人認証などの処理を行う。
【００８７】
演算部８における引き算によって得られる上記図６の分光特性（波長が短波長から長波長になるにつれて変化する透過率）の増加及び減少は、急峻である。また、引き算によって求められる青・緑の透過率のピークは高い値となる。すなわち、青・緑の光を検出する場合に重要な波長域において、引き算によって求められる青・緑の透過率は高くなる。したがって、青・緑の光を検出する場合、短波長の検出値から赤の検出値を引き算して検出することにより、高精度に青・緑の光の検出を行うことができる。なお、赤の検出についても同様であり、赤の検出値から赤外光の検出値を引き算して検出することにより、高精度に赤の光の検出を行うことができる。
【００８８】
本実施の形態において、基板２１には、液晶２２を介して基板２５が備えられており、この基板２５には、ブラックマトリクス２３と平滑化層２４とスペーサ２７が備えられている。
【００８９】
平滑化層２４を形成する透明樹脂には、紫外線吸収機能を持つクマリン系染料を固形比で３％含有させた樹脂が用いられる。平滑化層２４とスペーサ２７とは、厚さ（高さ）が異なる。
【００９０】
平滑化層２４とスペーサ２７とは、例えばハーフトーンマスクを用いて同一の工程において形成される。紫外線吸収剤が添加されることにより、透明樹脂は、波長が４２０ｎｍより短波長側の光を吸収する。紫外線吸収剤の添加量は、平坦化層２４の膜厚又は５０％透過率点の波長位置の調整などの目的に応じて調整される。
【００９１】
スペーサ２７は、液晶２２のセルギャップ（液晶厚み）を規制するメインスペーサと、サブスペーサとを含む。サブスペーサは、メインスペーサよりも高さが低い。
【００９２】
スペーサ２７は、表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒと干渉のない位置であり、かつ、ブラックマトリクス２３の液晶２２側に配置される。また、スペーサ２７は、例えば上記図４で光センサ２０Ｗと光センサ２０Blkの間に配置されているように、ある光センサと他の光センサとの間に配設される。
【００９３】
すなわち、スペーサ２７は、液晶表示装置１を平面視した場合に、ブラックマトリクス２３の下部に位置し、かつ、隣接する複数の光センサの間に位置する。このように、スペーサ２７が配置されることにより、液晶表示装置１の表示面に強い圧力がかけられた場合であっても、スペーサ２７の下部に表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ及び光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkが存在しないため、これら表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ及び光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkの破壊を防ぐことができる。
【００９４】
本実施の形態においては、短波長透過フィルタ１８Ｗと平滑化層２４の少なくとも一方に、例えば光の波長４２０ｎｍより短波長側で入射光を吸収する紫外線吸収機能を備えた透明樹脂を用いることが好ましい。このように、短波長透過フィルタ２０Ｗと平滑化層２４の少なくとも一方に、紫外線吸収機能を備えることにより、アモルファスシリコン、又は、ポリシリコンによる光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blk及び表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒの紫外線受光によるノイズ発生を防止することができる。
【００９５】
光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkとしては、例えば、シリコン系フォトダイオードが用いられる。
【００９６】
図７は、指の分光反射率の一例を示すグラフである。
【００９７】
指の分光反射率は、およそ４５０ｎｍから７００ｎｍの範囲で、ブロードのような反射色を持つが、個人差が大きい。メラニン、ヘモグロビンは呈色の中心となる。指の色の測定は、指内部の光散乱の影響を受けやすい。肌色は、反射光では緑色（およそ５５０ｎｍ）と赤色（およそ６１０ｎｍ）で抽出されることが好ましい。
【００９８】
したがって、本実施の形態においては、短波長用光センサ２０Ｗの検出値から赤用光センサ２０Ｒの検出値を引き算した青・緑の検出値を求め、さらに、赤用光センサ２０Ｒの検出値から赤外光用光センサ２０Blkの検出値を引き算した赤の検出値を求め、これらの検出値に基づいて指による個人認証を行うことで、高精度な認証を実現する。本実施の形態に係る液晶表示装置が指による個人認証に用いられる場合、短波長透過フィルタ１８Ｗは、光の波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲に５０％透過率を持つ黄フィルタに置き換えてもよい。広い色度範囲の実現を目的として、カラーフィルタが、青フィルタ、緑フィルタ、黄フィルタ、赤フィルタの４色画素より構成される液晶表示装置においては、容易に短波長透過フィルタ２０Ｗを黄フィルタに置き換えることができる。
【００９９】
人の目の視感度のピークは、個人差はあるが、およそ５５０ｎｍの緑付近にあり、可視域は、およそ４００ｎｍ〜７００ｎｍ付近となる。
【０１００】
図８は、シリコン系フォトダイオードの感度域と太陽光エネルギーの波長分布との一例を示すグラフである。
【０１０１】
光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkとして用いられるシリコン系フォトダイオードの感度域は、アモルファスシリコン系フォトダイオードとポリシリコン系フォトダイオードのどちらを用いるかでそれぞれ異なるが、シリコン系フォトダイオードは、おおまかには光の波長３５０ｎｍから８５０ｎｍの範囲で感度を持つ。
【０１０２】
図９は、３波長昼白色蛍光灯の波長分布の一例を示すグラフである。
【０１０３】
図１０は、白色蛍光灯の波長分布の一例を示すグラフである。
【０１０４】
図１１は、電球（タングステンランプ）の波長分布の一例を示すグラフである。
【０１０５】
光センサに検出される外光環境は多種多様である。自然光であっても天気によって光の波長は変動する。例えば、天気によって短波長（青色）の波長分布は大きく変動する。
【０１０６】
このように、外光の強度は、外光条件・外光環境によって大きく相違するため、光源３の強さは、この外光条件・外光環境に応じて変化させることが好ましい。
【０１０７】
光源３を制御する制御部９は、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkによって測定され、演算部８によって算出された結果を示す信号に基づいて、最適な光源３の強さを決定し、この強さを実現するための制御信号を光源３に出力する。
【０１０８】
図１２は、人の目の視感度の一例を示すグラフである。
【０１０９】
一般的に、人の目の視感度ピークは、個人差があるがおよそ５５０ｎｍの付近にあり、およそ４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲が可視域となる。
【０１１０】
本実施の形態において、演算部８は、短波長用光センサ２０Ｗの検出値（紫外線の検出値）から赤用光センサ２０Ｒの検出値を引き算し、また、赤用光センサ２０Ｒの検出値から赤外光用光センサ２０Blkの検出値（赤外線の検出値）を引き算する。これにより、人の可視域のみの光の強さを求めることができる。
【０１１１】
例えば、制御部９は、予め人の可視域の光の強さとこの光の強さにおいて適切な光源３の強さとを関連付けたテーブル１２に基づいて、算出された可視域の光の強さに対応する光源３の強さを決定する。また、例えば、制御部９は、人の可視域の光の強さから適切な光源３の強さを算出する演算式、しきい値、判断処理と、測定された可視域の光の強さとに基づいて、光源３の強さを決定する。検出値と光源３の適切な強さとの関係は、理論的、経験、実測的に求めることができる。
【０１１２】
指による認証に必要な肌色情報は、緑色成分（およそ５５０ｎｍ）と赤色成分（およそ６１０ｎｍ）における指からの反射光・散乱光を光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkによって受光することで取得される。本実施の形態において、短波長透過フィルタ１８Ｗは、光の緑色の成分（およそ５５０ｎｍ）について高い透過率を持つ。第２の赤フィルタ２０Ｒは、光の赤色成分（およそ６１０ｎｍ）について高い透過率を持つ。この光の緑色成分と光の赤色成分との検出値を用いることで、制御部９は、指による認証を高精度に行うことができる。
【０１１３】
指の色は、主にメラニン、ヘモグロビンが呈色の中心であり、光の反射のみではなく指の中での光散乱の影響を受ける。また、指の色のばらつきは、個人差によるばらつきのみではなく、指の外光環境、液晶表示装置１の表示状態、光源３の影響も受ける。本実施の形態に係る演算部８及び制御部９は、様々な要因により発生する指の色のばらつきの影響を抑制する。これにより、高精度にユーザ認証を行うことが可能である。
【０１１４】
上記のような構成を持つ本実施の形態に係る液晶表示装置１の作用について説明する。
【０１１５】
液晶表示装置１は、実効的に入射光の青成分と緑成分に対応する短波長用センサ２０Ｗと、入射光の赤成分に対応する赤用光センサ２０Ｒと、実効的に可視域より長波長側の近赤外光成分に対応する赤外光用光センサ２０Blkの３種類の光センサを備えている。この液晶表示装置１は、入射光の成分、量、信号の内容に基づいて、明るさ及び指などの入力の認識を行う。この３種の光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkに対しては、それぞれ、光の波長８００ｎｍより長波長において９０％以上であり同等の透過率を持つ短波長透過フィルタ１８Ｗ、第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外光透過フィルタ１８Blkが光学的に重畳されている。このため、３種の光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkは、いずれも８００ｎｍより長波長域においてほぼ同じ感度特性を持つことになるため、液晶表示装置１は、光センサ２０Ｗの検出値から光センサ２０Ｒの検出値を引き算することによる青・緑成分の検出、光センサ２０Ｒの検出値から光センサ２０Blkの検出値を引き算することによる赤成分の検出を高精度で確実に行うことができ、可視域での光の波長分離の精度を向上させることができる。
【０１１６】
液晶表示装置１の短波長透過フィルタ１８Ｗ、第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外光透過フィルタ１８Blkが上記図５のような分光特性を持つことにより、液晶表示装置１は、外光種別を判別することができ、肌色の反射光成分である緑成分の光と赤成分の光とを識別することができる。
【０１１７】
液晶表示装置１では、赤外光透過フィルタ１８Blkの材料にさらに有機顔料を包含したブラックマトリクス２３が、基板２５に形成される。また、表示領域の外周には、赤層と青層と緑層のうちの少なくとも一つの層を光学的に重畳している遮光性の額縁領域２９が形成される。これにより、一般的に２μｍ〜６μｍの範囲にある液晶２２の厚みに起因する外部からの入射光の迷光及び光源３からの迷光の影響を抑制することができる。
【０１１８】
液晶表示装置１では、赤外光透過フィルタ１８Blkの材料にさらに有機顔料を包含したブラックマトリクス２３が、基板２１の液晶２２側の面に形成されるとしてもよい。この場合には、赤外光透過フィルタ１８Blkを形成する工程を増やすことなく、液晶表示装置１に表示と入力の双方の機能を持たせることができる。
【０１１９】
液晶表示装置１では、３種の光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkによって得られる信号に基づいて演算（引き算）を行って光の各種成分が求められる。これにより、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkの持つ暗電流などのノイズを除去することができ、入射光の青及び緑成分、赤成分を高精度に分離することができる。
【０１２０】
液晶表示装置１には、基板２１と基板２５との間のギャップを規制するスペーサ２７が備えられている。このため、液晶表示装置１に機械的な圧力がかかった場合に、表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ及び光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkに損傷及びダメージが発生することを防止することができる。
【０１２１】
液晶表示装置１において、スペーサ２７と短波長透過フィルタ１８Ｗとが１つの工程で形成されることにより、液晶表示装置１の製造工程を簡略化することができ、製造コストを抑制することができる。
【０１２２】
液晶表示装置１において、短波長透過フィルタ１８Ｗは、波長４２０ｎｍより短波長側で入射光を吸収する紫外線吸収剤を含有するとしてもよい。また、ブラックマトリクス２３又は額縁領域２９は、波長４２０ｎｍより短波長側で光を吸収する紫外線吸収剤を含有する樹脂材料の硬化膜を具備するとしてもよい。これにより、光センサ２０Ｗがアモルファスシリコン又はポリシリコンを含むシリコン系光電変換素子の場合に、４２０ｎｍより短波長の光が検出されることを防止することができ、光センサ２０Ｗによる信号の信頼性を高くすることができる。
【０１２３】
なお、偏光板２６又は位相差板に、４２０ｎｍより短波長の光を吸収又は反射する機能を液晶表示装置１に持たせるとしてもよい。
【０１２４】
液晶表示装置１は、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkからの信号によって得られる外光の波長分布に基づいて液晶画面の表示を調整し、画質を向上させることができる。
【０１２５】
人の目の視感度は、光の波長３８０ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲にあるが、上記図１２の比視感度図に示すように、実効的に４２０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲を検出対象とするとよい。明所と暗所の条件で視感度のピーク位置は若干シフトする。本実施の形態に係る液晶表示装置１では、この人間の視感度にそった外光認識が正確に行われる。
【０１２６】
液晶表示装置１においては、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkが表示領域に均等に配置されており、さらに、青、緑、赤の３波長を含む光を発光する光源３が画面表示に用いられる。これにより、光源３から発光される青、緑、赤の３波長の光を用いて高精度にユーザからの入力を受け付けることができる。
【０１２７】
液晶表示装置１は、液晶表示の画面から、この表示画面に接触又は接近している物体を検出することができる。
【０１２８】
液晶表示装置１は、全点灯している窓１４（ノーマリーブラックの液晶表示では、赤、緑、青の全てをオンとした画面領域）から入力された指についての信号による個人認証を行う。これにより、精度の高い個人認証を行うことができる。なお、全点灯領域は、液晶画面全体としてもよく、指の大きさを受容できる面積の窓１４を、指認証ガイダンスのテキストとともに部分的に表示させるとしてもよい。指による認証においては、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkの形成密度を高めることが好ましい。
【０１２９】
上記のような本実施の形態に係る液晶表示装置１によって得られる効果について説明する。
【０１３０】
本実施の形態は、光センサを備えた液晶表示装置１の技術分野に有効である。本実施の形態においては、人間の視感度にそった高精度な光センサを備えた液晶表示装置１を提供することができる。
【０１３１】
液晶表示装置１においては、光を入力し、外光条件に応じて光源３の強さが調整される。
【０１３２】
これにより、液晶表示装置１の表示品質を向上させることができ、外光条件の影響を受けて表示品質が低下することを防止することができる。
【０１３３】
本実施の形態においては、青・緑の検出値と、赤の検出値を高い精度で求めることができ、この青・緑の検出値と赤の検出値とを区別して各種の処理を実行することができる。
【０１３４】
本実施の形態においては、短波長用光センサ２０Ｗの検出値から赤用光センサ２０Ｒの検出値の検出値が引き算され、赤用光センサ２０Ｒの検出値から赤外光用光センサ２０Blkの検出値が引き算される。これにより、光源３の制御、接近又は接触している位置指定物体の検出、画面に対する２次元的な位置指定物体の位置又は移動の検出、指の肌色の検出、指による個人認証のための高精度な情報を得ることができ、誤検出及び誤動作を防止することができ、高精度で確実にユーザからの入力操作を受け付けることができる。すなわち、本実施の形態においては、ユーザの個人認証の精度を向上させることができ、ユーザが指又はその他の指示手段で指定した位置及びその指定位置の移動などの検出精度を向上させることができる。
【０１３５】
本実施の形態においては、人の可視域の光の強さを高精度に求めることができ、さらに、光の検出値における暗電流及びノイズの影響を削減させることができる。
【０１３６】
本実施の形態に係る液晶表示装置１においては、評価者である人間の目の視感度に適合した輝度調整を行うことができ、外光の種別に基づく各種の液晶表示への影響を抑制することができ、高精度で確実な輝度調整を行うことができる。
【０１３７】
本実施の形態においては、タッチパネルなどがなくても、画面に対するユーザの指示入力を受け付けることができ、パーツ数を削減することができる。これにより、コストを低下させることができ、液晶表示装置１の厚さを薄くすることができる。
【０１３８】
本実施の形態において、表示用画素１５と光検出用画素１６とは同一の工程で製造することができるため、製造工程が複雑化することを防止できる。
【０１３９】
なお、本実施の形態において、外光の強度に応じて光源３の輝度を調整する場合には、光検出用画素１６を有効表示画面の外、例えば表示領域の外周部に配置するとしてもよい。
【０１４０】
本実施の形態において、例えば、パーソナルコンピュータ、ディスプレイのスリープ時などのように、光源３が非点灯の時に、光検出用画素１６によって信号が検出され、液晶表示装置１の点灯が開始される時点で、この検出されていた信号に基づいて光源３の強さが制御されるとしてもよい。この光検出用画素１６は、液晶表示装置１の例えばレーザ光又はＬＥＤ光などを用いた光通信の受信機として使用されるとしてもよい。
【０１４１】
本実施の形態において、表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ及び光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkはスタガ構造で表記されているが、逆スタガ構造で表示されてもよい。表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ及び光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkは、アモルファスシリコン、ポリシリコン、低温ポリシリコンのいずれかを用いて形成されてもよい。表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒの表示素子走査部４、表示素子駆動部５、及び光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blkのセンサ走査部６、センサ読取部７は、ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）などによって基板への電気的接続が行われているとしてもよく、基板上にモノシリック化してシステムオンパネルの形式で電気的に接続されるとしてもよい。
【０１４２】
本実施の形態に係る液晶表示装置１は、様々に変形することができる。例えば、演算部８と制御部９とは一体構成としてもよい。制御部９で実行される各種処理のうち少なくとも一つの処理は、独立のモジュールで実行されるとしてもよい。
【０１４３】
（第２の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態の変形例であり、赤外線透過フィルタを複数のフィルタの積層によって形成する場合について説明する。
【０１４４】
図１３は、本実施の形態に係る液晶表示装置に備えられている光検出用画素の一例を示す断面図である。
【０１４５】
本実施の形態において、赤外線透過フィルタ３０Blkは、赤フィルタ３１と青フィルタ３２との積層によって形成される。
【０１４６】
本実施の形態において、基板２５には、光を取り入れる複数の開口部３３が形成されている。それぞれの開口部３３は、液晶２２を介して、赤外線透過フィルタ３０Blk、赤フィルタ１８Ｒ、短波長透過フィルタ１８Ｗに対向する。光センサ２０Blk，２０Ｒ，２０Ｗは、複数の開口部３３、液晶２２、赤外光透過フィルタ３０Blkと赤色フィルタ１８Ｒと短波長透過フィルタ１８Ｗとのうちのいずれかを介して、観測すべき光を受光する。
【０１４７】
本実施の形態において、赤外光透過フィルタ３０Blkは、青フィルタ１７Ｂ、緑フィルタ１７Ｇ、第１の赤フィルタ１７Ｒ、第２の赤フィルタ１８Ｒなどのような他の用途に用いられるフィルタを複数積層することにより形成される。したがって、赤外光透過フィルタ３０Blkを形成する工程を増やすことなく液晶表示装置を製造することができる。
【０１４８】
（第３の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第１及び第２の実施の形態の変形例であり、光検出用画素１６に、黄用画素がさらに具備されている液晶表示装置について説明する。
【０１４９】
図１４は、本実施の形態に係る液晶表示装置の一例を示すブロック図である。
【０１５０】
本実施の形態に係る液晶表示装置３０は、表示画面部３１の裏に光源３を備えている。表示素子走査部４、表示素子駆動部５、センサ走査部６、センサ読取部７は、それぞれ、表示画面部３１と電気的に接続されている。
【０１５１】
表示画面部３１は、カラーフィルタ３２を備えている。本実施の形態においては、この表示画面部３１の表示領域内に、表示用の画素３３及び光検出用の画素３４が配設される。光検出用画素３４は、表示画面に均等に配置されている。
【０１５２】
表示素子走査部４及び表示素子駆動部５は、画像信号に基づいて表示画面部３１に画像を表示させるための動作を行う。
【０１５３】
さらに、表示画面部３１は、表示領域の外周に、遮光性を持つ額縁領域２９を備えている。
【０１５４】
センサ走査部６及びセンサ読取部７は、表示画面部３１における光検出用画素から、複数の光波長域についての光の検出値（測定値）を読み出すための動作を行う。センサ読取部７は、光の検出値を演算部８に渡す。
【０１５５】
本実施の形態において、演算部８は、短波長用光センサの検出値から黄用光センサの検出値を引き算する第１の処理、黄用光センサの検出値から赤用光センサの検出値を引き算する第２の処理、赤用光センサの検出値から赤外光用光センサの検出値を引き算する第３の処理を実行する。
【０１５６】
第１の処理は、外光、又は、位置指定物体からの反射光の青成分の信号強度を求める処理である。
【０１５７】
第２の処理は、外光、又は、位置指定物体からの反射光の緑成分の信号強度を求める処理である。
【０１５８】
第３の処理は、外光又は指からの反射光の赤成分の信号強度を求める処理である。
【０１５９】
この演算部８のように、引き算することで、表示素子のばらつき、暗電流の影響、光源３の影響を、検出結果から除去することができる。
【０１６０】
制御部９は、演算部８から受けた青の検出値、緑の検出値、赤の検出値と、記憶装置１１に記憶されているテーブル１２、しきい値、制御値を決定するための判断条件、又は、所定の制御演算式などに基づいて、これら３種の光の検出値に対応する最適な光源３の制御値を求め、光源３を制御し、液晶表示装置１の輝度調整を行う。
【０１６１】
さらに、制御部９は、表示画面部２に接近又は接触している指の検出、表示画面部２に指を接近又は接触させることによる画面に対する２次元的な指定位置又は移動の検出、及び、演算部８から受けた青の検出値、緑の検出値、赤の検出値と、記憶装置１１に記憶されているパターンデータ１３に基づく個人認証のための処理を実行する。
【０１６２】
光検出用画素３４は、表示用画素３３の近傍、例えば隣接するように配置される。複数の光検出用画素３４は、液晶表示装置１の表示画面内に、ほぼ均等に配置される。
【０１６３】
液晶表示装置３０の表示画面部３１には、表示用画素３３と光検出用画素３４との組み合わせが、格子状に配設されている。
【０１６４】
表示用画素３３は、青用画素１５Ｂ、緑用画素１５Ｇ、第１の赤用画素１５Ｒ、透明画素３３Ｗを含む。
【０１６５】
光検出用画素３４は、短波長画素１６Ｗ、第２の赤用画素１６Ｒ、赤外光用画素１６Blk、黄用画素３４Ｙを含む。
【０１６６】
図１５は、本実施の形態に係る液晶表示装置３０のカラーフィルタ３２の一例を示す平面図である。
【０１６７】
図１６は、表示用画素３３の一例を示す断面図である。
【０１６８】
図１７は、光検出用画素３４の一例を示す断面図である。この図１７は、図１５のＳ３−Ｓ４断面図である。
【０１６９】
カラーフィルタ３２は、青用画素１５Ｂのための青フィルタ１７Ｂ、緑用画素１５Ｇのための緑フィルタ１７Ｇ、第１の赤用画素１５Ｒのための第１の赤フィルタ１７Ｒ、透明画素３３Ｗのための透明フィルタ３５Ｗ、短波長画素１６Ｗのための短波長透過フィルタ（透明フィルタ）１８Ｗ、第２の赤用画素１６Ｒのための第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外光用画素１６Blkのための赤外光透過フィルタ１８Blk、黄用画素３４Ｙのための黄フィルタ３７Ｙを含む。
【０１７０】
本実施の形態において透明画素３３Ｗは、液晶表示の明るさを上げるために配設される。透明画素３３Ｗの透明フィルタ３５Ｗは、黄フィルタ、シアンフィルタ、マゼンタフィルタのいずれかに置き換えても、液晶表示の明るさを上げることができ、液晶表示装置３０の消費電力を抑制することができる。特に、透明フィルタ３５Ｗを黄フィルタに置き換えることにより、高い明度で色度範囲の広い表示素子を実現できる。この黄フィルタに置き換えられた４色構成のカラーフィルタ構成では、短波長用光センサ２０Ｗに対して黄色フィルタを光学的に重畳する構成を適用し、後述する赤用光センサ２０Ｒ、赤外光用光センサ２０Blkと組み合わせて用いることができる。
【０１７１】
表示用画素３３における青用画素１５Ｂ、緑用画素１５Ｇ、第１の赤用画素１５Ｒ、透明画素３３Ｗにおいて、青フィルタ１７Ｂ、緑フィルタ１７Ｇ、第１の赤フィルタ１７Ｒ、透明フィルタ３５Ｗの下層側には、それぞれ青用表示素子１９Ｂ、緑用表示素子１９Ｇ、赤用表示素子１９Ｒ、透明用表示素子３６Ｗが備えられている。
【０１７２】
光検出用画素３４における短波長画素１６Ｗ、第２の赤用画素１６Ｒ、赤外光用画素１６Blk、黄用画素３４Ｙにおいて、短波長透過フィルタ１８Ｗ、第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外光透過フィルタ１８Blk、黄フィルタ３７Ｙの下には、短波長用光センサ２０Ｗ、赤用光センサ２０Ｒ、赤外光用光センサ２０Blk、黄用光センサ３８Ｙが備えられている。
【０１７３】
本実施の形態においては、基板２１の一方の面に、青用表示素子１９Ｂ、緑用表示素子１９Ｇ、赤用表示素子１９Ｒ、透明用表示素子３６Ｗ、短波長用光センサ２０Ｗ、赤用光センサ２０Ｒ、赤外光用光センサ２０Blk、黄用光センサ３８Ｙが形成される。基板２１の他方の面側には、光源３が備えられる。
【０１７４】
カラーフィルタ３２における各フィルタ１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，３５Ｗ，１８Ｗ，１８Ｒ，１８Blk、３７Ｙは、基板２１上の表示領域内に配設されている。
【０１７５】
表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ，３６Ｗ、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０blk，３８Ｙ、及び、フィルタ１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，３５Ｗ，１８Ｗ，１８Ｒ，１８Blk，３７Ｙの上には、液晶２２を介して、ブラックマトリクス２３と平滑化層２４とを含む基板２５が配置されている。すなわち、上記図１６においては、表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ，３６Ｗの形成されている基板２１の上に、この表示素子１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒ，３６Ｗと電気的に接続されている透明電極２６、フィルタ１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，３５Ｗ、液晶２２、ブラックマトリクス２３、平滑化層２４、基板２５が積層されている。
【０１７６】
光源３の光は、フィルタ１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，３５Ｗ経由で、外部に発光される。
【０１７７】
外部から入射される光は、フィルタ１８Ｗ，１８Ｒ，１８Blk，３７Ｙ経由で、光センサ２０Ｗ，２０Ｒ，２０Blk，３８Ｙに受光される。
【０１７８】
カラーフィルタ３２は、基板２１と基板２５との間に形成されるが、本実施の形態においては、基板２１の液晶２２側の面に形成されている。
【０１７９】
上記図１７に示すように、基板２１上には、光検出用画素３４として、短波長用光センサ２０Ｗと短波長透過フィルタ１８Ｗとの積層、赤用光センサ２０Ｒと第２の赤フィルタ１８Ｒとの積層、赤外光用光センサ２０Blkと赤外光透過フィルタ１８Blkとの積層、黄用光センサ３８Ｙと黄フィルタ３７Ｙとの積層が配置されており、加えてスペーサ２７が配置されている。
【０１８０】
なお、本実施の形態において、液晶表示装置３０は、画素の一部に、光を反射する反射電極を備えた半透過型の液晶表示装置であってもよい。
【０１８１】
図１８は、短波長透過フィルタ１８Ｗ、第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外光透過フィルタ１８Blk、黄フィルタ３７Ｙの分光特性の一例を示すグラフである。
【０１８２】
短波長透過フィルタ１８Ｗ、第２の赤フィルタ１８Ｒ、赤外光透過フィルタ１８Blkの分光特性については、上記図５の場合と同様であるため、説明を省略する。
【０１８３】
黄フィルタ３７Ｙは、光の波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲に５０％透過率を持ち、当該５０％透過率の波長より短波長側で透過率が低くなり当該５０％透過率の波長より長波長側で透過率が高くなる透過率特性を持ち、黄用光センサ３８Ｙに対して光学的に重畳されている。黄色フィルタ３７Ｙの透過率は、およそ４６０ｎｍより低い波長の光については低く、光の波長がおよそ４６０ｎｍから長波長になるほど急激に高くなり、光の波長が５４０ｎｍ付近もしくはそれ以上になると９５％以上の高い値で維持される。
【０１８４】
本実施の形態において、光センサ３８Ｙ上に積層されるフィルタ３７Ｙは、５０％透過率点から短波長側では透過率が低く、５０％透過率点から長波長側では高透過率である特性を持つことが好ましい。
【０１８５】
上記図１８の黄フィルタ３７Ｙの分光特性における各波長の透過率と、光センサ３８Ｙの各波長での感度とを積算することにより、本実施の形態に係る黄フィルタ３７Ｙを用いた光センサ３８Ｙの実効感度が得られる。
【０１８６】
図１９は、本実施の形態に係る演算部８における引き算によって得られる分光特性の一例を示すグラフである。
【０１８７】
各波長について、短波長透過フィルタ１８Ｗの透過率から黄フィルタ３７Ｙの透過率を引き算した結果が分光特性３９Ｂである。この分光特性３９Ｂの透過率の高い波長域は、青の光の波長域に対応する。
【０１８８】
したがって、演算部８は、黄用光センサ３８Ｙの検出値から短波長用光センサ２０Ｗの検出値を引き算し、青の検出値を算出する。
【０１８９】
各波長について、黄フィルタ３７Ｙの透過率から第２の赤フィルタ１８Ｒの透過率を引き算した結果が分光特性３９Ｇである。この分光特性３９Ｇの透過率の高い波長域は、緑の光の波長域に対応する。
【０１９０】
したがって、演算部８は、黄用光センサ３８Ｙの検出値から赤用光センサ２０Ｒの検出値を引き算し、緑の検出値を算出する。
【０１９１】
各波長について、第２の赤フィルタ１８Ｒの透過率から赤外光透過フィルタ１８Blkの透過率を引き算した結果が分光特性３９Ｒである。この分光特性３９Ｒにおける透過率の高い波長域は、赤の光の波長域に対応する。
【０１９２】
したがって、演算部８は、赤用光センサ２０Ｒの検出値から赤外光用光センサ２０Blkの検出値を引き算し、赤の検出値を算出する。
【０１９３】
制御部９は、演算部８によって算出された青の検出値、緑の検出値、赤の検出値に基づいて、光源３の制御、接近又は接触している位置指定物体の検出、ユーザによって指定された画面に対する２次元的な位置の検出、ユーザによって指定された位置の移動の検出、ユーザの個人認証などの処理を行う。
【０１９４】
図２０は、各波長における一般的な青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタの透過率を示すグラフである。
【０１９５】
一般的なカラーフィルタに用いられる青フィルタ及び緑フィルタの透過特性には、それぞれ長波長側で分光の浮きなどが発生しており、不均一な透過率特性を持つ。
【０１９６】
上記図１９の引き算によって得られる分光特性とこの図２０の分光特性とを比較すると、例えば、引き算によって求められる青の分光特性の増加及び減少は、一般的な青フィルタの分光特性の増加及び減少よりも急峻である。また、引き算によって求められる青の透過率のピークは、一般的な青フィルタの透過率のピークより高い。すなわち、青の光を検出する場合に重要な波長域においては、引き算によって求められる青の透過率の方が、一般的な青フィルタの透過率よりも高い。したがって、青の光を測定する場合、引き算によって青の光の強さを測定する方が、一般的な青フィルタを用いて青の光の強さを測定する場合よりも、高精度に青の光を測定することができる。
【０１９７】
例えば、引き算によって求められる緑の分光特性の増加及び減少は、一般的な緑フィルタの分光特性の増加及び減少よりも急峻である。また、引き算によって求められる緑の透過率のピークは、一般的な緑フィルタの透過率のピークより高い。すなわち、緑の光を検出する場合に重要な波長域（例えば、５５０ｎｍ付近）においては、引き算によって求められる緑の透過率の方が、一般的な緑のフィルタの透過率よりも高い。一般的な緑フィルタの透過率は、例えばおよそ６４０ｎｍ以上の高波長域で分光の浮きが発生している。これに対して、引き算によって求められる緑色の透過率では、分光の浮きが抑制されている。したがって、緑の光を測定する場合、引き算によって緑の光の強さを測定する方が、一般的な緑フィルタを用いて緑の光の強さを測定する場合よりも、高精度に緑の光の測定を行うことができる。
【０１９８】
例えば、一般的な赤フィルタの透過率は、可視光域より高波長側の赤外線域においても高い値となっており、人間が感知できない光まで測定される。これに対して、引き算によって求められる赤の透過率は、可視光域より高波長側の赤外線域において抑制されている。すなわち、赤の光を検出する場合に測定されることを防止したい光波長域においては、引き算によって求められる赤の透過率の方が、一般的な赤のフィルタの透過率よりも低くなる。したがって、赤の光を測定する場合、引き算によって赤の光の強さを測定する方が、一般的な赤フィルタを用いて赤の光の強さを測定する場合よりも、高精度で人間の感覚に近い光の測定を行うことができる。
【０１９９】
以上説明した本実施の形態に係る液晶表示装置３０は、黄フィルタ３７Ｙとこの黄フィルタ３７Ｙ経由で入射光を受光する光センサ３８Ｙとを具備する。本実施の形態では、４種類の光センサからの信号に基づいて演算を行うことにより、光の検出結果から光センサの持つ暗電流などのノイズを除去することができ、入射光を青、緑、赤の成分に高精度に分離することができ、入射光の認識精度を向上させることができる。
【０２００】
本実施の形態においては、人の目の視感度に合わせた外光認識を行うことができ、光検出用画素３４によって入力された信号に基づいて適切な制御を実現することができる。
【０２０１】
本実施の形態においては、通常の３原色カラーフィルタを用いる場合よりも良好な光の検出値を得ることができ、指の肌色の認識、個人認証を有効に行うことができる。
【０２０２】
なお、黄フィルタ３７Ｙと黄用光センサ３８Ｙとを加えることに代えて、短波長透過フィルタ１８Ｗと短波長用光センサ２０Ｗとを、黄色測定用としても、高精度に、かつ、人間の感性に近い状態で、青、緑、赤の光を測定し、この測定値に基づいて光源３を調整することができ、高精度で入力信号に対する各種認識を行うことができる。
【０２０３】
（第４の実施の形態）
本実施の形態においては、上記各実施の形態の変形例であり、表示面側の基板２５側に、カラーフィルタ１０又はカラーフィルタ３２が形成されている液晶表示装置について説明する。なお、以下においては、上記第２及び第３の実施の形態の変形例について説明するが、他の実施の形態においても同様の変更を行うことができる。
【０２０４】
図２１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の光センサの配列方向の断面の一例を示す図である。
【０２０５】
図２２は、本実施の形態に係る液晶表示装置の表示素子の配列方向の断面の一例を示す図である。
【０２０６】
本実施の形態において、カラーフィルタ３２は、表示画面側の基板２５側であり、基板２５の液晶２２側の面に形成される。液晶表示装置の表示領域４０の外周には、額縁領域２９が形成されている。額縁領域２９では、赤層４１と青層４２とが積層されている。
【０２０７】
カラーフィルタ３２の表示領域４０には、格子状にブラックマトリクス２３が配置されている。カラーフィルタ３２の表示領域４０の下には、表示素子１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ，３６Ｗと光センサ２０Ｒ，２０Ｗ，２０Blk、３８Ｙが設置されている。
【０２０８】
額縁領域２９は、ブラックマトリクス２３を延長した遮光膜により形成されるとしてもよい。さらに、額縁領域２９においては、遮光膜に加えて、赤層４１と青層４２とが積層されることにより、この額縁領域２９の遮光性を高くすることができる。
【０２０９】
なお、カラーフィルタ３２を、光センサ及び表示素子が形成される基板２１側に形成する場合には、赤層４１と青層４２についても、基板２１側に形成することが好ましい。また、本実施の形態において、短波長用光センサ２０Ｗ、赤用光センサ２０Ｒ、赤外光用光センサ２０Blk、黄用光センサ３８Ｙは、表示素子１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ，３６Ｗが形成される基板２１に形成されることが好ましい。これにより、液晶表示装置の製造工程を簡素化することができるためである。
【０２１０】
本実施の形態に係る液晶表示装置が横電界方式又はＩＰＳと呼ばれる液晶駆動方式の場合には、カラーフィルタ３２上に形成される透明電極を省略することができる。
【０２１１】
以上説明した本実施の形態においては、額縁領域２９において遮光部に加えて赤層４１と青層４２とが積層されるため、額縁領域２９の遮光性を向上させることができる。
【０２１２】
また、カラーフィルタ３２の形成とあわせて、赤層４１と青層４２とを形成することができるため、液晶表示装置の製造工程が複雑になることを防止することができる。
【０２１３】
（第５の実施の形態）
本実施の形態においては、上記各実施の形態に係る液晶表示装置に備えることが可能なブラックマトリクス基板について説明する。
【０２１４】
図２３は、本実施の形態に係るブラックマトリクス基板の一例を示す断面図である。
【０２１５】
ブラックマトリクス基板４３において、透明基板２５上には、ブラックマトリクス２３が形成されており、さらに透明基板２５とブラックマトリクス２３との上には、平坦化層２４が形成される。平滑化層２４の上には、スペーサ２７が形成される。
【０２１６】
本実施の形態において、スペーサ２７に含まれているメインスペーサ及びサブスペーサは、ブラックマトリクス基板４３が平面視された場合に、平坦化層２４を介してマトリクス状に形成されているブラックマトリクス２３のパターン上に重なるように形成される。
【０２１７】
メインスペーサの高さは、液晶セル化した場合に、必要な液晶の厚みとほぼ同じ高さ（例えば、４．１μｍ）とする。サブスペーサは、メインスペーサよりも低い（例えば、３．４μｍ）とする。なお、スペーサ２７の高さは、平坦化層２４の表面からスペーサのトップまでの高さとする。
【０２１８】
スペーサ２７は、ブラックマトリクス基板４３とカラーフィルタ１０又はカラーフィルタ３２を備えた基板２１とを貼り合わせて平面視した場合に、基板２１にマトリクス状に形成されている複数の光センサの間に位置するように形成される。基板２１では、光センサを含むアクティブ素子上にカラーフィルタ１０又はカラーフィルタ３２が積層されている。
【０２１９】
サブスペーサは、液晶表示装置に強い圧力がかかった場合に、ブラックマトリクス基板４３と基板２１とのギャップを保持する副次的なスペーサである。
【０２２０】
スペーサ２７の原材料としては、感光性の透明樹脂を用いることができる。スペーサ２７は、例えば、フォトリソグラフィー法により形成される。
【０２２１】
（第６の実施の形態）
本実施の形態においては、上記各実施の形態に係る液晶表示装置に備えることが可能なカラーフィルタ基板について説明する。
【０２２２】
図２４及び図２５は、本実施の形態に係るカラーフィルタ基板の例を示す第１及び第２の断面図である。
【０２２３】
カラーフィルタ基板４４におけるガラスなどの透明基板２５上には、ブラックマトリクス２３がマトリクス状に形成されており、表示領域の外周部に遮光性の額縁領域２９が形成される。
【０２２４】
透明基板２５におけるブラックマトリクス２３形成側の面には、赤用光センサ２０Ｒに対応する赤フィルタ１８Ｒ、短波長用光センサ２０Ｗに対応する短波長透過フィルタ１８Ｗ、赤外光用光センサ２０Blkに対応し赤層４１と青層４２とを積層した赤外線透過フィルタ１８Blkを含むカラーフィルタ３２が形成され、さらに、このカラーフィルタ３２の上には、スペーサ２７が形成されている。
【０２２５】
メインスペーサの高さは、液晶２２のセル化時に必要な液晶厚みとほぼ同じ高さ（例えば４．１μｍ）とする。サブスペーサの高さは、例えば３．４μｍとする。
【０２２６】
スペーサ２７は、カラーフィルタ基板４４と、表示素子及び光センサの形成されている基板２１とを貼り合わせて平面視した時に、マトリクス状に形成されている光センサの間に位置するように形成される。
【０２２７】
サブスペーサは、液晶表示装置に強い圧力がかかった場合に、カラーフィルタ基板４４と基板２１とのギャップを保持する副次的なスペーサである。スペーサ２７の高さは、カラーフィルタ３２の表面からスペーサ２７のトップまでの高さである。平坦化層２４をカラーフィルタ３２上に形成する場合には、スペーサ２７の高さは、平坦化層２４の表面からスペーサ２７のトップまでの高さとする。
【０２２８】
本実施の形態において、表示領域２９には、膜厚の薄いブラックマトリクス２３が形成される。表示領域４０外の額縁領域２９は、遮光性を持ち、さらに赤層４１と青層４２とが積層されており、これにより額縁領域２９の遮光性が補充されている。
【０２２９】
通常、ブラックマトリクス２３については、高い光学濃度、例えばＯＤ値で３〜４が要求される。しかしながら、光学濃度を上げることについては次のような２つの問題がある。第１の問題は、フォトリソグラフィーでのパターン形成において露光が入りにくくなることである。このため、例えば１５μｍ以下の細線形成が困難となり、現像工程での剥がれ又は形状不良が発生する。第２の問題は、光学濃度を上げるために、ブラックマトリクス２３の膜厚を例えば１．５μｍから２μｍなどのように厚くする必要があることである。ブラックマトリクス２３が厚くなると、このブラックマトリクス２３とカラーフィルタ３２とが重なっている部分も厚くなり、ブラックマトリクス２３上のいわゆるツノの高さが、液晶２２の配光を乱し、画質低下の原因になる場合がある。
【０２３０】
表示領域４０のブラックマトリクス２３の遮光性は、表示素子の外光起因の誤動作及びノイズを避ける光学濃度（例えば、ＯＤ値で１程度）であればよい。これに対して、表示領域２３の外周部である額縁領域２９については、表示品質の観点から高レベルの遮光性が強く要求される。
【０２３１】
本実施の形態において、表示領域４０内のブラックマトリクス２３は、例えば１μｍ（光学濃度で２前後）で形成される。表示領域４０外の額縁領域２９においては、ブラックマトリクス２３の同様の遮光物質に加えて、赤層４１と青層４２を積層して、光学濃度が加算される。例えば、額縁領域２９の光学濃度は１．５〜２とすることができる。
【０２３２】
そして、表示領域４０内におけるブラックマトリクス２３の膜厚を１μｍとした場合、例えば、１．５μｍのブラックマトリクス２３を用いたときのツノの高さは、０．６μｍから０．３μｍ以下に半減でき、液晶配向を安定化させることができる。
【０２３３】
表示領域４０内のブラックマトリクス２３の光学濃度については、表示素子（ＴＦＴ）の誤動作及びノイズを抑制する観点から、光学濃度が１以上あればよい。
【０２３４】
例えば、横電界方式（水平配向方式）、垂直配向方式の液晶表示装置などのような、部材の誘電率が小さいことが要求される高画質液晶表示装置では、液晶と接する部材又は液晶に近い位置に配設される部材について、ブラックマトリクス２３の色材から誘電率の高いカーボンを極力排除することが好ましい。表示領域４０内のブラックマトリクス２３の膜厚は、液晶配向の観点より、１μｍ以下が好ましい。
【０２３５】
なお、本実施の形態においては、カラーフィルタ基板と表示素子の形成されているＴＦＴ基板とを貼り合わせることが、ＴＦＴ基板の製造での収率に影響を与えない点で好ましい。
【０２３６】
ＴＦＴ基板にカラーフィルタ３２を配設し、カラーフィルタ３２を備えたＴＦＴ基板に、対向する基板を貼り合わせる構成は、光センサ上に直接カラーフィルタ３２が積層されるため、斜め入射光の影響を受けにくい点で好ましい。
【０２３７】
（第６の実施の形態）
本実施の形態においては、上記各実施の形態で用いられる顔料又は染料について説明する。
【０２３８】
第１及び第２の赤フィルタ１７Ｒ，１８Ｒなどに適用される赤色の顔料としては、例えば、C.I.Pigment Red 7, 14, 41, 48:2, 48:3, 48:4, 81:1, 81:2, 81:3, 81:4, 146, 168, 177, 178, 179, 184, 185, 187, 200, 202, 208, 210, 246, 254, 255, 264、 270, 272, 279等の赤色顔料を用いることができる。赤色顔料は、黄色顔料又は橙色顔料と併用されてもよい。
【０２３９】
黄フィルタ３６Ｙなどに適用される黄色の顔料としては、例えば、C.I.Pigment Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 24, 31, 32, 34, 35, 35:1, 36, 36:1, 37, 37:1, 40, 42, 43, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 77, 81, 83, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 126, 127, 128, 129, 139, 147, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 161, 162, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 187, 188, 193, 194, 198, 199, 213, 214等の黄色顔料を用いることができる。なお、上記の黄フィルタ３６Ｙの顔料としては、主にC.I.Pigment Yellow 139を用いている。
【０２４０】
緑フィルタ１７Ｇに適用される緑色の顔料としては、例えば、C.I.Pigment Green 7, 10, 36, 37, 58等の緑色顔料を用いることができる。緑色の顔料は、黄色顔料と併用されてもよい。
【０２４１】
青フィルタ１７Ｂの適用される青色の顔料としては、例えば、C.I.Pigment Blue 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64等の青色顔料を用いることができる。青色の顔料は、紫色顔料と併用されてもよい。この場合、紫色顔料としては、C.I.Pigment Violet 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50等が用いられる。
【０２４２】
赤外光透過フィルタ１８Blkに適用される顔料は、例えば、上記の顔料のうちの複数の種類の顔料を混合することにより得られる。例えば、赤外光透過フィルタ１８Blkに適用される顔料としては、青色顔料と赤色顔料とが混合された顔料が好ましい。例えば、赤外光透過フィルタ１８Blkに適用される顔料として、紫色顔料に黄色顔料を混合した顔料を適用することができる。また、例えば、赤外光透過フィルタ１８Blkに適用される顔料として、紫色顔料に黄色顔料および赤色顔料を混合した顔料を適用することができる。
【０２４３】
ブラックマトリクス２３に用いる色材には、透明樹脂にカーボン、グラファイト、有機顔料、染料などを添付する分散系を適用可能である。カーボンは、ポリマー、分散剤とともに有機溶剤に分散したペーストの形で市販されているものを用いることができる。ブラックマトリクス２３を形成する場合又はブラックマトリクス２３と赤外光透過フィルタ１８Blkを同じ塗布工程からフォトリソグラフィーの工程で形成する場合に、色材比率（色材のみでの重量比）について有機顔料を９０％以上とし、カーボンの添加量を残りの１０％以下とする。カーボンは、光の近赤外線域を含む赤外光波長を吸収するため、赤外光透過フィルタ１８Blkのカーボン添加量は、１０％以下が好ましく、３％以下とすることがより好ましい。有機顔料を主な色材とするブラックマトリクス２３は、カーボン添加量の多いブラックマトリクス２３と比較して遮光性に劣る。したがって、表示領域４０外周の額縁領域２９は、カラーフィルタ３２を構成する赤フィルタ１７Ｒ，１８Ｒ、青フィルタ１７Ｂ、緑フィルタ１７Ｇから選択される１乃至３層を、この額縁領域２９において光学的に重畳して形成されることが好ましい。または、有機顔料を主な色材とするブラックマトリクス２３は、例えば、１μｍなどの薄い膜厚で、カラーフィルタ基板４４とＴＦＴ基板の双方に形成されるとしてもよい。
【０２４４】
上記各実施の形態における短波長透過フィルタ１８Ｗに添付可能な紫外線吸収剤は、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サルチル酸系化合物、クマリン系化合物、あるいはこれら紫外線吸収剤に光安定化剤又はクエンチャーを添付したものが挙げられる。また、例えば、光開始剤又は硬化剤などのうち紫外線吸収機能を持つ材料が紫外線吸収剤として選択されてもよい。
【０２４５】
本実施の形態における透明樹脂は、可視光波長域である４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域において、透過率が好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上の樹脂とする。透明樹脂には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及び感光性樹脂が含まれる。透明樹脂の前駆体には、放射線照射により硬化して透明樹脂を生成するモノマー又はオリゴマーが含まれる。透明樹脂としては、各種の樹脂を単独で用いてもよく、２種以上の樹脂を混合して用いてもよい。透明樹脂に対しては、上述した顔料をアルカリ可溶な感光性樹脂として分散適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２４６】
本発明は、光センサを備えた液晶表示装置の技術分野に有効である。
【符号の説明】
【０２４７】
１…液晶表示装置、２…表示画面部、３…光源、４…表示素子走査部、５…表示素子駆動部、６…センサ走査部、７…センサ読取部、８…演算部、９…制御部、９ａ…第１の認証部、９ｂ…第２の認証部、１０…カラーフィルタ、１１…記憶装置、１２…テーブル、１３…パターンデータ、１４…窓、１５…表示用画素、１５Ｂ…青用画素、１５Ｇ…緑用画素、１５Ｒ…第１の赤用画素、１６，３４…光検出用画素、１６Ｗ…短波長画素、１６Ｒ…第２の赤用画素、１６Blk…赤外光用画素、１７Ｂ…青フィルタ、１７Ｇ…緑フィルタ、１７Ｒ…第１の赤フィルタ、１８Ｗ…短波長透過フィルタ、１８Ｒ…第２の赤フィルタ、１８Blk，３０Blk…赤外光透過フィルタ、１９Ｂ…青用表示素子、１９Ｇ…緑用表示素子、１９Ｒ…赤用表示素子、２０Ｗ…短波長用光センサ、２０Ｒ…赤用光センサ、２０Blk…赤外光用光センサ、２１，２５…基板、２２…液晶、２３…ブラックマトリクス、２４…平滑化層、２６…透明電極、２７…スペーサ、２９…額縁領域、３１…赤フィルタ、３２…青フィルタ、３３…開口部、３５Ｗ…透明フィルタ、３６Ｗ…透明用表示素子、３７Ｙ…黄フィルタ、３８Ｙ…黄用光フィルタ、４０…額縁領域、４３…ブラックマトリクス基板、４４…カラーマトリクス基板。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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