(57)【要約】【課題】表示機能及び撮像機能を備え、明るい表示とともに、高精度な撮像が可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置とし、液晶層に高分子分散型液晶材料を用いることで、液晶による光の散乱光を利用して白表示（明表示）を行う。さらに、液晶表示装置は、液晶層と受光素子を有し、液晶層は受光素子よりも視認側に配置され、受光素子は赤外線の波長領域に受光感度を有する。赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子は、入射光から赤外線を検出する。液晶表示装置は、受光素子が検出した赤外線を用いて撮像する。【選択図】図１
2011242760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示機能及び撮像機能を備え、
液晶層と、受光素子とを有し、
前記液晶層は、受光素子よりも視認側に配置され、高分子分散型液晶材料を含み、
前記受光素子は、赤外線の波長領域に受光感度を有し、
前記受光素子が検出した赤外線を撮像する機能を備える
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
表示機能及び撮像機能を備え、
対向電極と、画素電極と、液晶層と、受光素子とを有し、
前記対向電極、前記画素電極および前記液晶層は、受光素子よりも視認側に配置され、
前記対向電極は、前記画素電極および前記液晶層よりも視認側に配置され、可視光線を透過し、
前記画素電極は、前記対向電極と対向して配置され、可視光線を反射し、
前記液晶層は、前記対向電極と前記画素電極との間に狭持され、高分子分散型液晶材料を含み、
前記受光素子が検出した赤外線を撮像する機能を備える
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記受光素子と重なる位置に前記画素電極が配置されていないことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
表示機能及び撮像機能を備え、
対向電極と、画素電極と、液晶層と、黒色層と、受光素子とを有し、
前記対向電極、前記画素電極、および前記液晶層は、前記黒色層および前記受光素子よりも視認側に配置され、
前記対向電極は、前記画素電極および前記液晶層よりも視認側に配置され、可視光線を透過し、
前記画素電極は、前記対向電極と対向して配置され、可視光線を透過し、
前記液晶層は、前記対向電極と前記画素電極との間に狭持され、高分子分散型液晶材料を含み、
前記受光素子は、赤外線の波長領域に受光感度を有し、
前記受光素子が検出した赤外線を撮像する機能を備える
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記受光素子と重なる位置に前記黒色層が配置されてい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４のいずれか一において、
前記液晶層に対して視認側とは反対側であって、前記受光素子と重なる位置に配置された赤外線透過フィルターを有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法に関する。特に、表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子書籍ビジネスの流行を受け、電子ペーパーなどの電子書籍端末の開発が盛んである。また、電子書籍端末としてだけでなく、携帯電話機等の携帯情報端末としても利用できることが期待されている。
【０００３】
しかしながら、現状では電子書籍用などの端末において、表示画面の色合いや輝度、反射率などを紙面と全く同じにすることは難しい。そのため、紙面に印刷された新聞や文庫の感覚で電子書籍を閲読すると、視認者が目の疲労を感じやすいと言われている。
【０００４】
また、表示装置に撮像機能を持たせることで、入力機能を持たせたタッチパネルが知られている。例えば、特許文献１には、タッチパネルを電子ペーパーと組み合わせた携帯情報端末が開示されている。
【０００５】
携帯情報端末などの表示部にタッチパネル機能を持たせることで、新しい用途が開拓できる。さらに、そのような携帯情報端末を、電子書籍端末として利用できれば、一台の端末で電話機能、電子書籍機能、さらにはテレビジョン用又はデジタルフォトフレーム用などのディスプレイ機能などを併せ持つことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０９８７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一態様によれば、表示機能及び撮像機能を備え、明るい表示が可能である液晶表示装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様によれば、表示機能及び撮像機能を備え、紙面に近い表示が可能である液晶表示装置を提供することを課題の一とする。
【０００８】
または、本発明の他の態様によれば、表示機能及び撮像機能を備え、高精度な撮像が可能である液晶表示装置を提供することを課題の一とする。
【０００９】
または、本発明の他の態様によれば、表示機能及び撮像機能を備え、明るい表示とともに、高精度な撮像が可能な液晶表示装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の他の態様によれば、表示機能及び撮像機能を備え、紙面に近い表示とともに、高精度な撮像が可能な液晶表示装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示する発明は、表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置である。液晶表示装置を構成する液晶層に、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）材料を用いる。高分子分散型液晶材料を用いることで、液晶材料による散乱光を利用して白表示（明表示）を行う。液晶層は、高分子ネットワークを形成する高分子材料中に、液晶材料が分散された構成となる。
【００１１】
なお、高分子分散型液晶は、高分子分散液晶又はポリマー分散型液晶ともいう。また、高分子分散型液晶の代わりに、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）を用いることができる。高分子ネットワーク型液晶を用いる場合も、液晶材料による光の散乱光を利用して白表示（明表示）を行うことができる。
【００１２】
また、開示する発明の液晶表示装置は、液晶層と受光素子を有し、液晶層は受光素子よりも視認側に配置され、受光素子は赤外線の波長領域に受光感度を有する。赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子は、入射光から赤外線を検出する。液晶表示装置は、受光素子が検出した赤外線を用いて撮像する機能を備える。
【００１３】
本発明の一態様は、表示機能及び撮像機能を備え、液晶層と、受光素子とを有し、液晶層は、受光素子よりも視認側に配置され、高分子分散型液晶材料を含み、受光素子は、赤外線の波長領域に受光感度を有し、受光素子が検出した赤外線を撮像する機能を備えることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１４】
本発明の一態様は、表示機能及び撮像機能を備え、対向電極と、画素電極と、液晶層と、受光素子とを有し、対向電極、画素電極および液晶層は、受光素子よりも視認側に配置され、対向電極は、画素電極および液晶層よりも視認側に配置され、可視光線を透過し、画素電極は、対向電極と対向して配置され、可視光線を反射し、液晶層は、対向電極と画素電極との間に狭持され、高分子分散型液晶材料を含み、受光素子が検出した赤外線を撮像する機能を備えることを特徴とする液晶表示装置である。受光素子と重なる位置に画素電極が配置されていないことが好ましい。
【００１５】
本発明の一態様は、表示機能及び撮像機能を備え、対向電極と、画素電極と、液晶層と、黒色層と、受光素子とを有し、前記対向電極、前記画素電極、および前記液晶層は、前記黒色層および前記受光素子よりも視認側に配置され、前記対向電極は、前記画素電極および前記液晶層よりも視認側に配置され、可視光線を透過し、前記画素電極は、前記対向電極と対向して配置され、可視光線を透過し、前記液晶層は、前記対向電極と前記画素電極との間に狭持され、高分子分散型液晶材料を含み、前記受光素子は、赤外線の波長領域に受光感度を有し、前記受光素子が検出した赤外線を撮像する機能を備えることを特徴とする液晶表示装置である。受光素子と重なる位置に、黒色層が配置された構成とすることができる。
【００１６】
また、上記構成において、液晶層に対して視認側とは反対側であって、受光素子と重なる位置に配置された赤外線透過フィルターを有する液晶表示装置とすることができる。
【００１７】
なお、本明細書において、ハイレベルのときの電位を単に「Ｈ」又は「ハイ」ともいう。また、ローレベルのときの電位を単に「Ｌ」又は「ロー」ともいう。
【００１８】
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」または複数の「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
【００１９】
また、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには、「ソース」や「ドレイン」の機能は入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００２０】
なお、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象に対して電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様によれば、明るい表示を行うことができる、表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様によれば、紙面に近い表示が可能である、表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様によれば、高精度な撮像が可能である、表示機能及び撮像機能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】
【００２２】
【図１】液晶表示装置を説明する上面及び断面の模式図。
【図２】液晶表示装置を説明する断面の模式図。
【図３】液晶表示装置の構成を説明する図。
【図４】液晶表示装置の画素の回路構成を説明する図。
【図５】液晶表示装置の回路構成を説明する図。
【図６】タイミングチャートを説明する図。
【図７】液晶表示装置の回路構成を説明する図。
【図８】液晶表示装置の回路構成を説明する図。
【図９】液晶表示装置の回路構成を説明する図。
【図１０】電子機器を説明する図。
【図１１】電子機器を説明する図。
【図１２】透過率の波長分散特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付す場合があり、繰り返しの説明は省略する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１に、表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置の例を示す。
【００２５】
図１（Ａ）に、本実施の形態に係る液晶表示装置を構成する画素の上面の模式図を示す。画素１０００は、表示素子１１００と、フォトセンサ１２００と、を有している。
【００２６】
また、図１（Ｂ）に、図１（Ａ）中における破線Ｐ−Ｑ間の断面の模式図を示す。図１（Ｂ）の二点鎖線から紙面の右側に表示素子１１００の一部を示し、紙面の左側にフォトセンサ１２００の一部を示すものとする。
【００２７】
図１（Ｂ）において、液晶表示装置の画素１０００は、液晶層１３０３と、受光素子１２０１を有し、液晶層１３０３は受光素子１２０１よりも視認側に配置されている。
【００２８】
本実施の形態における液晶表示装置は、反射型液晶表示装置とする。図１（Ｂ）に示す液晶表示装置は、受光素子１２０１などの素子が設けられる第１の基板１００３と、対向基板となる第２の基板１０１３と、の間に液晶層１３０３が配置されており、第２の基板１０１３側から視認される。また、第２の基板１０１３側に位置する被検出物を撮像する。
【００２９】
液晶層１３０３は、視認側に配置された対向電極１３０５と、対向電極１３０５と対向して配置された画素電極１３０１と、の間に挟持されている。
【００３０】
液晶層１３０３は、高分子分散型液晶材料又は高分子ネットワーク型液晶材料を含み、高分子ネットワークを形成する高分子材料中に液晶材料が分散された構成となっている。
【００３１】
液晶層１３０３において、画素電極１３０１と対向電極１３０５との間に電圧を印加しない場合（オフ状態ともいう）、高分子材料内に分散している液晶分子がランダムに配列する。このとき、高分子材料の屈折率と液晶分子の屈折率とが異なるため、液晶層１３０３に入射した光が液晶分子によって散乱される。これにより、液晶層１３０３は透光性を有さず、白濁して見える。よって、視認側（第２の基板１０１３側）から確認できる表示が白表示（明表示）となる。
【００３２】
また、液晶層１３０３において、画素電極１３０１と対向電極１３０５との間に電圧を印加した場合（オン状態ともいう）、液晶層１３０３に電界が形成され、液晶分子は電界方向に配列する。このとき、高分子材料の屈折率と液晶分子短軸の屈折率とがほぼ一致するため、液晶層１３０３に入射した光は液晶分子で散乱されず、液晶層１３０３を透過する。これにより、液晶層１３０３は透光性を有する状態となる。その際、視認側から確認できる表示は、液晶層１３０３の前後（上下）に設けられる材料に依存する。その際、液晶層１３０３の視認側とは反対側に配置される画素電極１３０１を可視光線を反射する電極とすることで、視認側から確認できる表示を黒表示（暗表示）とすることができる、または、液晶層１３０３の視認側とは反対側に黒色層を配置することで、視認側から確認できる表示を黒表示とすることができる。
【００３３】
なお、液晶層１３０３の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。このような範囲とすることで、消費電力を抑制することができる。
【００３４】
対向電極１３０５は可視光線を透過する電極であり、液晶層１３０３の視認側とは反対側に配置される。
【００３５】
画素電極１３０１は、液晶層１３０３の視認側とは反対側に配置される。図１（Ｂ）では、画素電極１３０１は可視光線を反射する電極とする。画素電極１３０１が可視光を反射することで、液晶層１３０３がオン状態の場合に黒表示として視認される。
【００３６】
受光素子１２０１は、少なくとも赤外線の波長領域に受光感度を有する。液晶表示装置は、受光素子１２０１が検出した赤外線を用いて撮像することができる。
【００３７】
ここで、受光素子１２０１には、第２の基板１０１３側から液晶表示装置に入射してきた光が入射する。本実施の形態に係る構成では、受光素子１２０１の視認側には液晶層１３０３が配置されている。液晶層１３０３に電界が形成されていない場合（オフ状態の場合）は、可視光線は高分子材料中に分散された液晶分子によって散乱されてしまい、受光素子１２０１に入射されにくい。
【００３８】
一方で、赤外線は高分子分散型液晶材料を透過することができる。したがって、赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子１２０１を設けておくことで、液晶層１３０３の電界形成の有無に関わらず、受光素子１２０１が赤外線を検出することができる。そして、受光素子１２０１が検出した赤外線を用いて、撮像することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態に係る液晶表示装置は、液晶層１３０３側に位置する被検出物を検出し撮像することができる。液晶表示装置には、液晶層１３０３側から光が入射する。液晶表示装置に入射する光（赤外線）は、被検出物によって遮られると、受光素子１２０１へは到達しない。これにより、受光素子１２０１を用いて被検出物の影を認識することになり、被検出物を撮像することができる。
【００４０】
本実施の形態のように、高分子分散型液晶材料を用いて液晶層を形成すると、偏光板及び配向膜が不要であるため、偏光板及び配向膜の光吸収による光損失がなくなり、明るい表示を行うことができる。そのため、明るい白表示が可能となり、表示装置による紙面に近い表示に結びつけることができる。なお、紙面に近い表示とは、色合い、輝度または反射率が実際の紙面と近いことをいう。
【００４１】
そして、本実施の形態のように、撮像用の受光素子として赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子を設けることで、高分子分散型液晶材料を用いた液晶層を透過できる赤外線により、撮像することができる。赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子を用いることで、高分子分散型液晶材料特有の入射光の散乱による受光不良などを防ぐことができ、高精度に撮像することができる。
【００４２】
また、高分子分散型液晶材料を用いるため、偏光板及び配向膜が不要であり、さらにラビング処理なども不要である。そのため、製造部材及び製造工程を削減でき、低コスト化及び生産性向上を図ることもできる。また、本実施の形態に係る液晶表示装置は反射型液晶表示装置であるため、バックライトが不要であり、この点でも、部材削減、低コスト化に結びつけることができる。また、上述のように部材を削減できるため、薄型化にも寄与できる。
【００４３】
なお、図１（Ａ）、（Ｂ）には、１つの画素１０００が、１つのフォトセンサ１２００と１つの表示素子１１００とを有する例を示しているが、本発明の一態様はこれに限定されず、複数の画素当たりに１つのフォトセンサを有する構成とすることができる。
【００４４】
次に、図１（Ｂ）に示す構成を具体的に説明する。
【００４５】
第１の基板１００３上に、絶縁層１００５を介して、受光素子１２０１、トランジスタ１１０１が設けられている。
【００４６】
第１の基板１００３としては、後の製造プロセスに耐えうる基板を用いる。例えば、ガラス基板若しくは石英基板などの絶縁性基板、シリコン基板などの半導体基板、プラスチック基板などのフレキシブル基板、又はステンレス基板などの導電性基板が挙げられる。なお、第１の基板１００３は、視認側（第２の基板１０１３）とは反対側に位置する基板となるため、可視光線を透過することは必須でない。
【００４７】
受光素子１２０１は、トランジスタなどの素子とともに、図１（Ａ）のフォトセンサ１２００を構成する。トランジスタ１１０１は、画素電極１３０１と対向電極１３０５との間に液晶層１３０３が挟持された構造（液晶素子１３００とする）やその他の素子などとともに、図１（Ａ）の表示素子１１００を構成する。
【００４８】
受光素子１２０１としては、フォトダイオード、具体的には横方向のｐｉｎフォトダイオードを適用する例を図示している。ここでは、受光素子１２０１であるフォトダイオードを、ｐ型の導電型を付与する不純物元素を含む領域１２０３（ｐ型半導体層ともいう）と、真性半導体の特性を有する領域１２０５（ｉ型半導体層ともいう）と、ｎ型の導電型を付与する不純物元素を含む領域１２０７（ｎ型半導体層ともいう）とを有する半導体層で構成する例を示している。
【００４９】
なお、本実施の形態では、受光素子１２０１が横方向のｐｉｎフォトダイオード（ｐｉｎ接合）である場合を例示しているが、受光素子１２０１はｐｎフォトダイオード（ｐｎ接合）であってもよい。
【００５０】
また、受光素子１２０１は、横方向のフォトダイオードに代えて、縦方向のフォトダイオードを適用することができる。この場合、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層を積層してｐｉｎフォトダイオードとする、又はｐ型半導体層及びｎ型半導体層を順に積層してｐｎフォトダイオードとすることができる。
【００５１】
受光素子１２０１を構成する材料は、赤外線を吸収する材料であれば、特に限定されない。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン、又は非晶質シリコンなどが挙げられる。その他、ＩｎＧａＡｓ、ＰｂＳ、又はＰｂＳｅなどを用いることができる。
【００５２】
トランジスタ１１０１は、画素電極１３０１と電気的に接続され、液晶素子１３００を駆動する駆動トランジスタとして機能する。トランジスタ１１０１は、求める性能に応じて、構造、構成材料など、適宜選択することができる。例えば、非晶質シリコン、微結晶シリコン、又は多結晶シリコンなどを用いて半導体層を形成したトランジスタを適用することができる。また、酸化物半導体を用いて半導体層を形成したトランジスタを適用することができる。また、半導体層上にゲート電極が配置されるトップゲート型、半導体層下にゲート電極が配置されるボトムゲート型のいずれの構造を適用してもよい。さらに、半導体層上にソース電極及びドレイン電極が形成されるトップコンタクト型、半導体層下にソース電極及びドレイン電極が形成されるボトムコンタクト型のいずれの構造を適用してもよい。
【００５３】
図１（Ｂ）では、トップゲート型のトランジスタ１１０１を設ける例を示している。ここでは、トランジスタ１１０１は、一対の不純物領域１１０５の間にチャネル形成領域１１０３を含む半導体層と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層１００７を間に介して半導体層上に設けられたゲート電極１１０７と、で構成されている。一対の不純物領域１１０５は、ソース領域又はドレイン領域として機能する。また、トランジスタ１１０１の不純物領域１１０５には、絶縁層１００９及び絶縁層１００７が有するコンタクトホールに設けられた一対の導電層１１０９が電気的に接続されている。一対の導電層１１０９は、ソース電極又はドレイン電極として機能する。
【００５４】
そして、一対の導電層１１０９の一方は、絶縁層１０１１が有するコンタクトホールを介して、画素電極１３０１と電気的に接続されている。これにより、画素電極１３０１と、トランジスタ１１０１と、が、電気的に接続されている。
【００５５】
トランジスタ１１０１の島状の半導体層及び受光素子１２０１の島状の半導体層は、第１の基板１００３上に絶縁層１００５を間に介して半導体層を成膜し、該半導体層をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）することで、同一工程で形成することができる。そのため、通常のパネル作製プロセスに加え、別途フォトダイオード作製プロセスを追加する必要がなく、作製コストを低減できる。
【００５６】
なお、受光素子１２０１及びトランジスタ１１０１上には、パッシベーション層や層間絶縁層として機能する絶縁層を適宜形成する。図１（Ｂ）では、絶縁層１００９、絶縁層１０１１を形成する例を示している。なお、画素電極１３０１の下層には、液晶層１３０３のセルギャップを均一に保つため、平坦化層として機能する絶縁層を形成しておくことが好ましい。ここでは、絶縁層１０１１を平坦化層として形成する。
【００５７】
絶縁層１０１１上に、画素電極１３０１、液晶層１３０３、及び対向電極１３０５が順に設けられている。また、対向電極１３０５上に、第１の基板１００３と対向して配置される第２の基板１０１３（対向基板ともいう）が設けられている。
【００５８】
画素電極１３０１は、可視光線を反射する電極を設ける。具体的には、銅、モリブデン、チタン、クロム、タングステン、アルミニウム若しくは銀などの導電材料、又はこれらの合金を用いて形成する。好ましくは、反射率が低いものを用いる。
【００５９】
なお、上述のような可視光線を反射する電極は赤外線まで反射してしまう恐れがある。そのため、画素電極１３０１は、上面から見て、受光素子１２０１と重なる位置には設けないことが好ましい。
【００６０】
対向電極１３０５は、可視光線を透過する電極を設ける。具体的には、透光性を有する導電性材料、例えばインジウム錫酸化物、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ；Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ガリウムを含む酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、又は酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いて形成する。
【００６１】
液晶層１３０３は、第１の基板１００３上全面に設ける。そのため、画素電極１３０１が設けられていない絶縁層１０１１の上にも設けられる。液晶層１３０３は、上述した高分子分散型液晶材料を用いて、液晶滴下方式又は液晶注入方式を用いて形成することができる。液晶滴下方式の場合は、画素電極１３０１が設けられた第１の基板１００３、又は対向電極１３０５が設けられた第２の基板１０１３に液晶材料を滴下した後、第１の基板１００３と第２の基板１０１３とを貼り合わせればよい。液晶注入方式の場合は、画素電極１３０１が設けられた第１の基板１００３と、対向電極１３０５が設けられた第２の基板１０１３と、を貼り合わせた後、画素電極１３０１と対向電極１３０５との間に液晶材料を注入すればよい。
【００６２】
液晶層１３０３は、高分子分散型液晶材料又は高分子ネットワーク型液晶材料を含み、高分子ネットワークを形成する高分子（ポリマー）中に液晶材料が分散された構成となっている。
【００６３】
液晶材料としては、ネマティック液晶を用いることができる。
【００６４】
また、高分子材料としては、光硬化樹脂を用いることができる。光硬化樹脂としては、アクリレート若しくはメタクリレートなどの単官能モノマー、ジアクリレート、トリアクリレート、ジメタクリレート、若しくはトリメタクリレートなどの多官能モノマー、又はこれらモノマーを混合させたものを用いることができる。また、高分子材料としては、液晶性高分子、非液晶性高分子、又は液晶性高分子と非液晶性高分子を混合させたものを用いることができる。
【００６５】
また、高分子材料として光硬化樹脂を用いる場合、光重合開始剤を用いる。そして、光重合開始剤が反応する波長の光で硬化する樹脂を光硬化樹脂として選択すればよい。例えば、光硬化樹脂として、紫外線硬化樹脂を用いることができる。
【００６６】
なお、光重合開始剤としては、光照射によってラジカルを発生させるラジカル重合開始剤、酸を発生させる酸発生剤、又は塩基を発生させる塩基発生剤を用いることができる。
【００６７】
液晶層１３０３は、例えば、ネマティック液晶と、光硬化樹脂であるモノマーやオリゴマーと、光重合開始剤と、を含む液晶材料に、光硬化樹脂と光重合開始剤とが反応する波長の光を照射することで形成することができる。
【００６８】
なお、液晶層１３０３のセルギャップ（画素電極１３０１と対向電極１３０５との間の距離）は、スペーサーを設けて制御することが好ましい。スペーサーの形状は、例えば柱状、球状などが挙げられる。スペーサーを設ける位置、スペーサーの個数及び密度などは、実施者が任意に決定できる。また、スペーサーは、対向電極に設けてもよく、画素電極に設けてもよい。スペーサーが球状の場合は、液晶層１３０３に分散させればよい。
【００６９】
第２の基板１０１３は、視認側に配置されるため、可視光線を透過する基板を用いる。また、赤外線を受光素子１２０１に検出させるため、赤外線を透過する基板を用いる。例えば、ガラス基板若しくは石英基板などの絶縁性基板、又はプラスチック基板などのフレキシブル基板が挙げられる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、第１の基板１００３上に薄膜の半導体層を形成し、半導体層を用いて受光素子１２０１、トランジスタ１１０１などを形成する例を挙げているが、特に限定されない。例えば、半導体基板（単結晶半導体基板）、又はＳＯＩ基板などを用いることができ、半導体基板の一部やＳＯＩ基板の一部を用いて受光素子やトランジスタの活性層を形成してもよい。
【００７１】
本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態及び実施例の構成と適宜組み合わせることができる。
【００７２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる液晶表示装置の例について説明する。
【００７３】
図２は、図１（Ａ）中における破線Ｐ−Ｑ間における図１（Ｂ）と異なる構成を有する液晶表示装置の断面の模式図である。図２の二点鎖線から紙面の右側に表示素子１１００の一部を示し、紙面の左側にフォトセンサ１２００の一部を示す。
【００７４】
図２において、液晶表示装置は、液晶層２３０３と、受光素子２２０１を有し、液晶層２３０３は受光素子２２０１よりも視認側に配置される。
【００７５】
本実施の形態は、実施の形態１と同じく、反射型液晶表示装置とし、第２の基板２０１５側から視認される。また、第２の基板２０１５側にある被検出物を撮像する。
【００７６】
液晶層２３０３は、視認側に配置された対向電極２３０５と、対向電極２３０５と対向して配置された画素電極２３０１と、の間に挟持されている。液晶素子２３００は、液晶層２３０３、対向電極２３０５、画素電極２３０１を有する。
【００７７】
液晶層２３０３は、上記実施の形態１の液晶層１３０３に相当し、高分子分散型液晶材料を含み、高分子ネットワークを形成する高分子材料中に液晶材料が分散された構成となっている。
【００７８】
ここで、図２に示す構成と図１（Ｂ）に示す構成との相違は、可視光線を反射する画素電極１３０１の代わりに、可視光線を透過する画素電極２３０１を有する点にある。そして、画素電極２３０１の視認側とは反対側に黒色層２４０３が配置される点にある。
【００７９】
黒色層２４０３は、例えば、黒色の有機樹脂材料を用いて形成する。具体的には、感光性又は非感光性のポリイミドなどの樹脂材料に、顔料系の黒色樹脂、カーボンブラック、又はチタンブラックなどを混合させて形成することができる。また、可視光線を吸収する遮光性の金属材料、例えばクロムを用いて形成することができる。ただし、遮光性の金属材料の場合は、赤外線も吸収してしまう恐れがあるため、受光素子２２０１上には配置しないものとする。
【００８０】
液晶層２３０３において、オフ状態の場合は、上記実施の形態１の液晶層１３０３と同じく、入射光が高分子材料中の液晶分子によって散乱し、白表示が視認される。一方、液晶層２３０３のオン状態の場合は、入射光が透過し、黒色層２４０３で吸収され、黒表示が視認される。
【００８１】
液晶層２３０３の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。このような範囲とすることで、消費電力を抑制することができる。
【００８２】
なお、黒色層２４０３は、液晶層２３０３の視認側とは反対側に配置されていればよい。例えば、画素電極２３０１側の基板（第１の基板２００３）に黒色層が設けられる構成、具体的には第１の基板２００３の視認側とは反対側の面に黒色層が設けられた構成としてもよい。
【００８３】
図２のように、受光素子２２０１上に黒色層２４０３が配置されている場合、黒色層２４０３は、赤外線以外の領域の波長（可視光線等）を吸収する、すなわち赤外線を選択的に透過する赤外線透過フィルターの役割を果たす。これにより、受光素子２２０１の検出精度を向上させることができる。
【００８４】
また、黒色層２４０３とは別に、赤外線透過フィルターを受光素子２２０１上に設ける構成としてもよい。また、図１（Ｂ）に示す構成においても、受光素子１２０１上に赤外線透過フィルターを設ける構成としてもよい。赤外線透過フィルターにより、図１（Ｂ）に示す構成においても、受光素子１２０１の検出精度を向上させることができる。
【００８５】
なお、黒色層２４０３を黒色の有機樹脂等で形成すると、黒色層２４０３からの不純物汚染が懸念される。そのため、図２では、黒色層２４０３を間に挟持して、絶縁層２４０１及び絶縁層２４０５を設ける例を示している。
【００８６】
受光素子２２０１は上記実施の形態１の受光素子１２０１に相当する。ただし、図２では、図１（Ｂ）に示した横方向のｐｉｎフォトダイオードに代えて、縦方向のｐｉｎフォトダイオードを適用する例を示している。
【００８７】
図２の構成は、黒表示を視認させるための構成が、上記実施の形態１の図１（Ｂ）と異なる。しかし、本実施の形態に係る液晶表示装置においても、偏光板及び配向膜が不要であるため、偏光板及び配向膜の光吸収による光損失がなくなり、明るい表示を行うことができる。そのため、明るい白表示が可能となり、表示装置による紙面に近い表示に結びつけることができる。また、低コスト化及び生産性向上も図ることができる。
【００８８】
そして、撮像用の受光素子として赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子を設けるため、高分子分散型液晶材料を用いても、高精度に撮像することが可能となる。
【００８９】
また、黒表示のための黒色層を、受光素子のための赤外線透過フィルターとして機能させることができる。これにより、さらに高精度な撮像に結びつけることができる。
【００９０】
図２では、フォトセンサ１２００内に、受光素子２２０１の他に、トランジスタ２２２１ａ及びトランジスタ２２２１ｂが配置された例を示している。また、表示素子１１００内に、トランジスタ２１０１の他に、保持容量２１２１が配置された例を示している。また、図２では、図１（Ｂ）と異なるトランジスタの構造を適用する例を示している。
【００９１】
図２では、半導体層上方にゲート電極が設けられたトップゲート型であって、ソース又はドレインとして機能する導電層が半導体層上に設けられたトップコンタクト型のトランジスタ構造の例を示している。もちろん、半導体層下方にゲート電極が設けられたボトムゲート型の構造を適用してもよく、ソース又はドレインとして機能する導電層が半導体層下に設けられたボトムコンタクト型の構造を適用してもよい。
【００９２】
また、図２では、１つのフォトセンサ１２００と１つの表示素子１１００とを有する例を示している。フォトセンサ１２００は、各画素に設けられる構成としてもよいし、複数の画素当たりに１つ設けられる構成としてもよい。
【００９３】
次に、図２に示す構成を具体的に説明する。なお、図１（Ｂ）と同じ構成は、説明を省略する。
【００９４】
第１の基板２００３上に、絶縁層２００５を介して、受光素子２２０１、トランジスタ２２２１ａ、トランジスタ２２２１ｂ、トランジスタ２１０１、及び保持容量２１２１が設けられている。
【００９５】
第１の基板２００３及び絶縁層２００５は、上記実施の形態１の第１の基板１００３及び絶縁層１００５に相当する。
【００９６】
受光素子２２０１は、ｎ型半導体層２２０３、ｉ型半導体層２２０４、及びｐ型半導体層２２０５が順に積層されている。また、受光素子２２０１と電気的に接続する配線２２１１と、配線２２１３と、が設けられている。配線２２１１は、走査線側の信号配線として機能する。配線２２１３は、受光素子２２０１及びトランジスタ２２２１ａを電気的に接続している。
【００９７】
トランジスタ２２２１ａは、半導体層２２２３ａと、半導体層２２２３ａ上に離間して設けられた一対の導電層２２２４ａと、半導体層２２２３ａ上に絶縁層２００７を介して設けられたゲート電極２２２５ａと、で構成される。一対の導電層２２２４ａは、ソース又はドレインとして機能する。
【００９８】
トランジスタ２２２１ｂは、半導体層２２２３ｂと、半導体層２２２３ｂ上に離間して設けられた一対の導電層２２２４ｂと、半導体層２２２３ｂ上に絶縁層２００７を介して設けられたゲート電極２２２５ｂと、で構成される。一対の導電層２２２４ｂは、ソース又はドレインとして機能する。
【００９９】
なお、ここでは、トランジスタ２２２１ａの一対の導電層２２２４ａの他方と、トランジスタ２２２１ｂの一対の導電層２２２４ｂの一方は共通する導電層で設けることで、電気的に接続させた構成としている。
【０１００】
トランジスタ２１０１は、半導体層２１０３と、半導体層２１０３上に離間して設けられた一対の導電層２１０４と、半導体層２１０３上に絶縁層２００７を介して設けられたゲート電極２１０５と、で構成される。一対の導電層２１０４は、ソース又はドレインとして機能する。
【０１０１】
保持容量２１２１は、第１の電極２１２４と、第１の電極２１２４上に絶縁層２００７を介して設けられた第２の電極２１２５と、で構成される。
【０１０２】
絶縁層２００７は、トランジスタ２２２１ａ、トランジスタ２２２１ｂ及びトランジスタ２１０１のゲート絶縁層として機能し、保持容量２１２１の誘電体層として機能する。
【０１０３】
本実施の形態におけるトランジスタは、上記実施の形態１と同様、トランジスタの構造、構成材料などは、実施者が適宜選択することができる。例えば、図２に示すトランジスタ２２２１ａの半導体層２２２３ａ、トランジスタ２２２１ｂの半導体層２２２３ｂ、及びトランジスタ２１０１の半導体層２１０３として、酸化物半導体層を適用することができる。
【０１０４】
例えば、酸化物半導体層は、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系や、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などの酸化物半導体を用いて形成する。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、少なくともＩｎとＧａとＺｎとを含む酸化物であり、その組成比に特に制限はない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。また、上記酸化物半導体はＳｉＯ２を含んでもよい。
【０１０５】
また、酸化物半導体層は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される酸化物半導体を用いて形成することができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ若しくはＣｏから選ばれた一の金属元素、又は複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。
【０１０６】
なお、酸化物半導体層は、スパッタリング法によって形成することが好ましい。例えば、上述した系の酸化物ターゲットを用いて、スパッタリング法により形成する。
【０１０７】
また、酸化物半導体層として、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより、ｉ型（真性）の酸化物半導体層、又はｉ型（真性）に限りなく近い酸化物半導体層を適用することができる。すなわち、不純物を添加してＩ型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化されたｉ型（真性）又はそれに近づけた酸化物半導体層を適用することができる。
【０１０８】
なお、高純度化された酸化物半導体層中は、キャリアが極めて少なく（ゼロに近い）、キャリア濃度は１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満である。
【０１０９】
酸化物半導体層中にキャリアが極めて少ないため、トランジスタのオフ特性（すなわち、ｎチャネル型トランジスタの場合、ソース電位がゲート電位以上である状態の特性）では、オフ電流を少なくすることができる。
【０１１０】
具体的には、上述の高純度化された酸化物半導体層を有するトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を１０ａＡ／μｍ（１×１０−１７Ａ／μｍ）以下、さらには１ａＡ／μｍ（１×１０−１８Ａ／μｍ）以下、さらには１０ｚＡ／μｍ（１×１０−２０Ａ／μｍ）以下レベルにまで低くすることができる。
【０１１１】
このような高純度化された酸化物半導体を具備するトランジスタを適用することで、オフ電流を極めて小さくすることができる。そのため、フォトセンサ内のリークを抑えることができ、撮像精度の向上に結びつけることができる。
【０１１２】
なお、酸化物半導体層を用いたトランジスタを適用する場合は、絶縁層などに、極力、水素や水を含ませないことが好ましい。
【０１１３】
受光素子２２０１、トランジスタ２２２１ａ、トランジスタ２２２１ｂ、トランジスタ２１０１、及び保持容量２１２１上に絶縁層２００９及び絶縁層２０１１が設けられている。
【０１１４】
絶縁層２００９及び絶縁層２０１１を貫通するコンタクトホールを介して、受光素子２２０１とトランジスタ２２２１ａとを電気的に接続する配線２２１３が設けられている。図２では、配線２２１３及び受光素子２２０１のｐ型半導体層２２０５が電気的に接続され、配線２２１３及びトランジスタ２２２１ａのゲート電極２２２５ａが電気的に接続される例を示している。
【０１１５】
また、絶縁層２００７、絶縁層２００９及び絶縁層２０１１を貫通するコンタクトホールを介して、トランジスタ２１０１と電気的に接続される配線２１１１が設けられている。配線２１１１は、画素電極２３０１及びトランジスタ２１０１を電気的に接続する接続配線として機能する。
【０１１６】
配線２２１３、配線２１１１、及び絶縁層２０１１の上に、絶縁層２０１３が設けられている。そして、絶縁層２０１３上に絶縁層２４０１を介して黒色層２４０３が設けられ、絶縁層２４０５を介して画素電極２３０１が設けられる。画素電極２３０１は、絶縁層２４０５、黒色層２４０３、絶縁層２４０１、及び絶縁層２０１３を貫通するコンタクトホールを介して、配線２１１１と電気的に接続される。
【０１１７】
絶縁層２００５、絶縁層２００７、絶縁層２００９、絶縁層２０１１、及び絶縁層２０１３は、不純物を拡散するブロッキング層、ゲート絶縁層、パッシベーション層、層間絶縁層、又は平坦化層として、適宜材料等を選択して形成する。なお、トランジスタに酸化物半導体層を用いる場合は、極力、水素や水を含ませないことが好ましい。
【０１１８】
画素電極２３０１は、可視光線を透過する電極を設ける。具体的には、透光性を有する導電性材料、例えばインジウム錫酸化物、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ；Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ガリウムを含む酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、又は酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いて形成する。
【０１１９】
液晶層２３０３、対向電極２３０５、及び第２の基板２０１５は、上記実施の形態１の液晶層１３０３、対向電極１３０５、及び第２の基板１０１３に相当する。
【０１２０】
なお、本実施の形態では、第１の基板２００３上に薄膜の半導体層を形成し、半導体層を用いてトランジスタを形成する例を挙げているが、特に限定されず、半導体基板やＳＯＩ基板を用いてトランジスタを形成してもよい。また、図２に図１（Ｂ）に示す構成のトランジスタを適用することもできるし、図１（Ｂ）に図２に示す構成のトランジスタを適用してもよい。
【０１２１】
本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態及び実施例の構成と適宜組み合わせることができる。
【０１２２】
（実施の形態３）
液晶表示装置の構成について、図３の上面の模式図を用いて説明する。液晶表示装置３０１は、画素アレイ３１１、第１の制御回路部３３１、及び第２の制御回路部３４１を有する。
【０１２３】
画素アレイ３１１は、行方向及び列方向にマトリクス状に配置された複数の画素３２１を有する。画素３２１は、表示素子３２３、及びフォトセンサ３２５を有する。フォトセンサ３２５を用いて、液晶表示装置３０１、具体的には画素アレイ３１１に接触又は接近した被検出物を検出し、撮像する。
【０１２４】
図３では、各々の画素３２１が１つの表示素子３２３と１つのフォトセンサ３２５とを有する例を示しているが、全ての画素がフォトセンサ３２５を有している必要はなく、撮像するために必要な個数、配置を実施者が適宜選択できる。例えば、複数の画素当たりに１つのフォトセンサを有する構成とすることができ、一例として４画素当たりに１つのフォトセンサを有する構成とすることができる。
【０１２５】
液晶表示装置３０１は、フォトセンサ３２５が検出した赤外線を用いて、撮像することができる。具体的には、液晶表示装置３０１は、フォトセンサ３２５が検出した赤外線により、外光が被検出物で遮蔽されて画素アレイ３１１に影ができているのか、又は外光が画素アレイ３１１に入射されているか、を判別し、被検出物を検出し撮像することができる。
【０１２６】
フォトセンサ３２５は、赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子を少なくとも有する。受光素子の他、トランジスタなどを有する。
【０１２７】
表示素子３２３は、トランジスタ、保持容量、及び液晶素子などを有する。液晶素子は、液晶層を有する。
【０１２８】
表示素子３２３におけるトランジスタは、保持容量への電荷の注入又は保持容量からの電荷の排出を制御する機能を有する。保持容量は、液晶層に印加する電圧に相当する電荷を保持する機能を有する。
【０１２９】
本実施の形態に係る液晶表示装置３０１は、液晶層に高分子分散型液晶材料を用いる。そのため、本実施の形態に係る液晶表示装置３０１は、液晶材料による散乱光を利用して白表示（明表示）を行い、液晶材料を透過する光を利用して黒表示（暗表示）を行うことで、画像を表示する。
【０１３０】
第１の制御回路部３３１は、フォトセンサ３２５を制御するための回路であり、信号線側の読み出し回路３３３と、走査線側のフォトセンサ駆動回路３３５を有する。走査線側のフォトセンサ駆動回路３３５は、特定の行に配置された画素３２１が有するフォトセンサ３２５に対して、後述するリセット動作と選択動作とを行う機能を有する。また、信号線側の読み出し回路３３３は、選択された行の画素３２１が有するフォトセンサ３２５の出力信号を取り出す機能を有する。なお、信号線側の読み出し回路３３３は、アナログ信号であるフォトセンサの出力を、ＯＰアンプを用いてアナログ信号のまま液晶表示装置外部に取り出す構成や、Ａ／Ｄ変換回路を用いてデジタル信号に変換してから液晶表示装置外部に取り出す構成が考え得る。
【０１３１】
第２の制御回路部３４１は、表示素子３２３を制御するための回路である。第２の制御回路部３４１は、ビデオデータ信号線などの信号線（「ソース信号線」ともいう）を介して表示素子３２３に信号を入力する表示素子駆動回路３４５と、走査線（「ゲート信号線」ともいう。）を介して表示素子３２３に信号を入力する表示素子駆動回路３４３を有する。例えば、表示素子駆動回路３４３は、特定の行に配置された画素が有する表示素子を選択する機能を有する。また、表示素子駆動回路３４５は、選択された行の画素が有する表示素子に任意の電位を与える機能を有する。なお、表示素子駆動回路３４３により高電位（「ハイレベル」の電位）を印加された表示素子では、トランジスタが導通状態となり、表示素子駆動回路３４５により与えられる電荷が供給される。
【０１３２】
次に、画素アレイ３１１における画素３２１の回路図について、図４を用いて説明する。画素３２１は、トランジスタ４２１、保持容量４２３及び液晶素子４２５を有する表示素子３２３と、受光素子であるフォトダイオード４３７、トランジスタ４３１及びトランジスタ４３３を有するフォトセンサ３２５とを有する。また、各画素３２１は、走査線側の表示素子駆動回路３４３に電気的に接続された第１の配線４０１と、走査線側のフォトセンサ駆動回路３３５に電気的に接続された第２の配線４０３及び第３の配線４０５と、信号線側の表示素子駆動回路３４５に電気的に接続された第４の配線４１１と、信号線側の読み出し回路３３３に電気的に接続された第５の配線４１３及び第６の配線４１５と、を有する。
【０１３３】
トランジスタ４２１は、ゲートが第１の配線４０１に、ソース又はドレインの一方が第４の配線４１１に、ソース又はドレインの他方が保持容量４２３の一方の電極及び液晶素子４２５の一方の電極に電気的に接続されている。保持容量４２３の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子４２５の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子４２５は、一対の電極の間に挟まれた高分子分散型液晶材料を含む液晶層を有する素子である。
【０１３４】
トランジスタ４２１は、第１の配線４０１に”Ｈ”が印加されると、第４の配線４１１の電位を保持容量４２３と液晶素子４２５に印加する。保持容量４２３は、印加された電位を保持する。液晶素子４２５は、印加された電位により、光を透過するオン状態となる。
【０１３５】
フォトダイオード４３７は、一方の電極が第２の配線４０３に、他方の電極がトランジスタ４３１のゲートに電気的に接続されている。ここでは、フォトダイオード４３７とトランジスタ４３１のゲートとを電気的に接続する配線を第７の配線４３５としている。トランジスタ４３１は、ソース又はドレインの一方が第５の配線４１３に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ４３３のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。トランジスタ４３３は、ゲートが第３の配線４０５に、ソース又はドレインの他方が第６の配線４１５に電気的に接続されている。
【０１３６】
次に、読み出し回路３３３の構成について、図５を用いて説明する。読み出し回路３３３は、例えば列毎に設けられる。図５において、画素１列分の読み出し回路３３３は、ｐ型トランジスタ４５３、及び保持容量４５５を有する。また、当該画素列における第６の配線４１５と、第８の配線４６１と、第９の配線４６３と、を有する。
【０１３７】
ｐ型トランジスタ４５３は、ゲートが第８の配線４６１に、ソース又はドレインの一方が第６の配線４１５及び保持容量４５５の一方の電極に、ソース又はドレインの他方が第９の配線４６３に電気的に接続されている。保持容量４５５は、他方の電極が接地されている。
【０１３８】
第８の配線４６１は、フォトセンサ３２５の読み出し動作に先立って、第６の配線４１５のプリチャージを行うための配線である。
【０１３９】
読み出し回路３３３では、画素３２１内におけるフォトセンサ３２５の読み出し動作に先立ち、第６の配線４１５の電位を基準電位に設定する。図５では、第８の配線４６１の電位を”Ｌ”とすることで、第６の配線４１５を基準電位である高電位に設定することができる。保持容量４５５は、第６の配線４１５の寄生容量が大きい場合には設けなくてもよい。なお、基準電位は、低電位とする構成も可能である。この場合、ｐ型トランジスタ４５３の代わりにｎ型トランジスタを用い、第８の配線４６１の電位を”Ｈ”とすることで、第６の配線４１５を基準電位である低電位に設定することができる。
【０１４０】
次に、画素アレイ３１１におけるフォトセンサ３２５の読み出し動作について、図６のタイミングチャートを用いて説明する。図６のタイミングチャートには、第２の配線４０３の電位に相当する信号と、第３の配線４０５の電位に相当する信号と、第７の配線４３５の電位に相当する信号と、第６の配線４１５の電位に相当する信号と、第８の配線４６１に相当する信号と、を示す。
【０１４１】
時点Ａに先立って、第８の配線４６１の電位を”Ｌ”とすると、第６の配線４１５の電位は”Ｈ”にプリチャージされる（プリチャージ動作）。
【０１４２】
期間ＡＢにおいて、第２の配線４０３の電位を”Ｈ”とすると、フォトダイオード４３７が導通し、トランジスタ４３１のゲートが電気的に接続された第７の配線４３５の電位が”Ｈ”となる（リセット動作）。
【０１４３】
期間ＢＣにおいて、第２の配線４０３の電位を”Ｌ”にすると、フォトダイオード４３７のオフ電流により、トランジスタ４３１のゲートが接続された第７の配線４３５の電位が低下し始める。フォトダイオード４３７は、光が照射されるとオフ電流が増大するので、照射される光の量に応じてトランジスタ４３１のゲートが接続された第７の配線４３５の電位は変化する。すなわち、トランジスタ４３１のソースとドレイン間の電流が変化する（累積動作）。
【０１４４】
期間ＣＤにおいて、第３の配線４０５の電位を”Ｈ”にすると、トランジスタ４３３が導通し、第５の配線４１３と第６の配線４１５とが、トランジスタ４３１とトランジスタ４３３とを介して導通する。すると、第６の配線４１５の電位は、低下していく。なお、時点Ｃ以前に、第８の配線４６１の電位の電位は”Ｈ”とし、第６の配線４１５のプリチャージを終了しておく。ここで、第６の配線４１５の電位が低下する速さは、トランジスタ４３１のソースとドレイン間の電流に依存する。すなわち、フォトダイオード４３７に照射されている光の量に応じて変化する（選択動作）。
【０１４５】
時点Ｄにおいて、第３の配線４０５の電位を”Ｌ”にすると、トランジスタ４３３が遮断され、第６の配線４１５の電位は、時点Ｄ以後、一定値となる。ここで、一定値となる値は、フォトダイオード４３７に照射されている光の量に応じて決定される。したがって、第６の配線４１５の電位を取得することで、フォトダイオード４３７に照射されている光の量を知ることができる。
【０１４６】
上記のように、各画素３２１のフォトセンサ３２５の読み出し動作は、リセット動作、累積動作、及び選択動作を繰り返すことで実現される。液晶表示装置において、各画素におけるフォトセンサのリセット動作、累積動作、及び選択動作を実行することで、画素アレイ３１１に接触又は接近した被検出物を撮像することができる。
【０１４７】
本実施の形態のように、高分子分散型液晶材料を用いた液晶素子を具備することで、明るい表示を行うことができ、紙面に近い表示に結びつけることができる。そして、フォトセンサの受光素子として、赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子を具備することで、高分子分散型液晶材料特有の電界が掛かっていない状態における入射光の散乱による受光不良を防ぐことができ、高精度に撮像することができる。
【０１４８】
本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態及び実施例の構成と適宜組み合わせることができる。
【０１４９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、フォトセンサに適用できる回路図の例について、図７〜図９を用いて説明する。本実施の形態に示すフォトセンサは、図４に示すフォトセンサ３２５に代えて、適用することができる。
【０１５０】
図７（Ａ）は、図４に示すフォトセンサ３２５に加えて、トランジスタ２３１、及び第１０の配線２３２を有する構成としたものである。トランジスタ２３１は、ゲートが第１０の配線２３２に電気的に接続され、ソース又はドレインの一方がフォトダイオード４３７の他方の電極に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方がトランジスタ４３１のゲートに電気的に接続される。トランジスタ２３１は、トランジスタ４３１のゲートに蓄積された電荷を保持する機能を有している。
【０１５１】
図７（Ｂ）は、図４に示すフォトセンサ３２５に加えて、保持容量２３３、第１１の配線２３４を有し、トランジスタ４３３及び第３の配線４０５を有さない構成としたものである。保持容量２３３は、一方の電極がフォトダイオード４３７の他方の電極に電気的に接続され、他方の電極が第１１の配線２３４に電気的に接続される。また、トランジスタ４３１のソース又はドレインの一方が第６の配線４１５に電気的に接続される。
【０１５２】
図８（Ａ）は、図７（Ａ）に示すフォトセンサに加えて、トランジスタ２４１及び第１２の配線２４２を有する構成としたものである。トランジスタ２４１は、ゲートが第１２の配線２４２に電気的に接続され、ソース又はドレインの一方がトランジスタ２３１のソース又はドレインの他方及びトランジスタ４３１のゲートに電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が第５の配線４１３及びトランジスタ４３１のソース又はドレインの一方に電気的に接続される。トランジスタ２４１は、トランジスタ４３１のゲートにリセット信号を供給する機能を有している。
【０１５３】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すフォトセンサにおいて、トランジスタ４３１とトランジスタ４３３との接続関係が異なる構成を有している。トランジスタ４３１は、ゲートがトランジスタ２３１のソース又はドレインの他方及びトランジスタ２４１のソース又はドレインの一方に電気的に接続され、ソース又はドレインの一方がトランジスタ４３３のソース又はドレインの一方に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が第６の配線４１５に電気的に接続される。トランジスタ４３３のソース又はドレインの他方は、第５の配線４１３及びトランジスタ２４１のソース又はドレインの他方に電気的に接続される。
【０１５４】
図９（Ａ）は、図８（Ａ）に示すフォトセンサにおいて、トランジスタ４３３及び第３の配線４０５を有さない構成としたものである。トランジスタ４３１は、ソース又はドレインの他方が第６の配線４１５に電気的に接続される。
【０１５５】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すフォトセンサにおいて、トランジスタ２４１とトランジスタ４３１との接続関係が異なる構成を有している。トランジスタ２４１は、ソース又はドレインの他方が第１３の配線２４４に電気的に接続される。トランジスタ４３１は、ソース又はドレインの一方が第５の配線４１３に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が第６の配線４１５に電気的に接続される。
【０１５６】
図９（Ｃ）は、図９（Ａ）に示すフォトセンサにおいて、トランジスタ２４１とトランジスタ４３１との接続関係が異なる構成を有している。トランジスタ２４１は、ソース又はドレインの他方がトランジスタ２３１のソース又はドレインの他方及びトランジスタ４３１のゲートに電気的に接続され、ソース又はドレインの一方がトランジスタ４３１のソース又はドレインの他方及び第６の配線４１５に電気的に接続される。
【０１５７】
以上のように、フォトセンサとしては、様々な回路構成を適用することができる。もちろん、フォトセンサを構成する受光素子としては、赤外線の波長領域に受光感度を有する素子を適用する。このようなフォトセンサを備えた液晶表示装置によって、高精度に撮像することができる。
【０１５８】
本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態及び実施例の構成と適宜組み合わせることができる。
【０１５９】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した液晶表示装置の応用例について説明する。
【０１６０】
図１０に、上記実施の形態に示した液晶表示装置を組み込んだライティングボード（黒板、ホワイトボードとも言われる）の一例を示す。例えば、ライティングボード９６００のパネル部９６９６に、上記実施の形態に示した液晶表示装置を組み込むことができる。
【０１６１】
パネル部９６９６の表面には、マーカー等を用いて自由に書き込みを行うことができる。パネル部９６９６表面には、ガラス基板や透明な合成樹脂シートを用いることができる。
【０１６２】
パネル部９６９６に組み込まれた液晶表示装置は、画素に赤外線の波長領域に受光感度を有する受光素子を含んでおり、撮像することができる。そのため、ライティングボード９６００をプリンター等と接続しておくことで、パネル部９６９６に書き込まれた文字や図などを読み取って印刷することが可能である。もちろん、ライティングボード９６００本体にプリンターを備えさせた構成としてもよい。
【０１６３】
また、パネル部９６９６に、上記実施の形態に係る表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置を組み込んでおり、画像を表示し、さらにパネル部９６９６表面にマーカー等で書き込みを行った文字や図を撮像して読み取ることができる。また、パネル部９６９６に、画像を表示させた状態で文字や図を書き込み、撮像して読み取ったマーカーの軌跡と画像とを合成して映し出すことも可能である。パネル部９６９６の表示画像や書き込んだ文字などは、プリンター等により印刷することが可能である。
【０１６４】
上記実施の形態で示した液晶表示装置を適用することで、ホワイトボードであれば、紙面に近い表示、特に白表示を見やすくすることができる。また、赤外線を利用して撮像する構成とすることで、高分子分散型液晶材料を適用した液晶表示装置であっても、高精度に撮像することが可能である。
【０１６５】
次に、図１１に、上記実施の形態に示した液晶表示装置を組み込んだ携帯情報端末の例を示す。図１１では、電子書籍用端末として用いることができる携帯情報端末の例を図示する。
【０１６６】
図１１（Ａ）に示す携帯情報端末４７００は、第１の筐体４７０１及び第２の筐体４７０３の２つの筐体で構成されている。また、第１の筐体４７０１に、電源４７２１、スピーカー４７２５などを具備させている。第１の筐体４７０１及び第２の筐体４７０３は、軸部４７１１により一体とされており、軸部４７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙面に印刷された書籍のように扱うことが可能となる。
【０１６７】
第１の筐体４７０１には第１のパネル部４７０５が組み込まれている。第２の筐体４７０３には第２のパネル部４７０７が組み込まれている。第１のパネル部４７０５及び第２のパネル部４７０７は、続き画像を表示する構成としてもよいし、異なる画像を表示する構成としてもよい。異なる画像を表示する構成とすることで、例えば紙面に対して右側のパネル部（図１１（Ａ）では第１のパネル部４７０５）に文章を表示し、紙面に対して左側のパネル部（図１１（Ｂ）では第２のパネル部４７０７）に挿絵を表示することができる。
【０１６８】
第１のパネル部４７０５及び／又は第２のパネル部４７０７に、上記実施の形態に係る表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置を組み込んでいる。パネル部に、画像とともに操作キーを表示させる。そして、使用者が操作キーに触れたことを検出（撮像）し、頁を送らせる構成とすることができる。
【０１６９】
また、第１のパネル部４７０５及び／又は第２のパネル部４７０７に画像を表示させた状態で指やペン先等で文字や図を書き込み、撮像して読み取った軌跡と画像とを合成して表示させることも可能である。
【０１７０】
なお、筐体のパネル部と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、携帯情報端末４７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１７１】
また、携帯情報端末４７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０１７２】
次に、図１１（Ａ）と異なる構成の携帯情報端末の例を図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示す。
【０１７３】
図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示す携帯情報端末４３００は、可撓性を有する端末の例である。図１１（Ｂ）は携帯情報端末４３００を開いた状態を示し、図１１（Ｃ）は携帯情報端末４３００を閉じた状態を示している。
【０１７４】
携帯情報端末４３００は、第１の筐体４３０５、第２の筐体４３０６、及び第３の筐体４３１３の３つの筐体で構成されている。第１の筐体４３０５、第２の筐体４３０６、及び第３の筐体４３１３は、軸部４３０８により一体とされている。第３の筐体４３１３は、第１の筐体４３０５と第２の筐体４３０６との間に挿入されている。第１の筐体４３０５、第２の筐体４３０６、及び第３の筐体４３１３は、軸部４３０８を軸として開閉動作及び頁めくり動作を行うことができる。このような構成により、あたかも実際の書籍を閲読するような感覚で、利用することが可能となる。
【０１７５】
第１の筐体４３０５には第１のパネル部４３０１が組み込まれている。第２の筐体４３０６には第２のパネル部４３０７が組み込まれている。第３の筐体４３１３の一方の面には第３のパネル部４３０２が組み込まれ、他方の面には第４のパネル部４３１０が組み込まれている。第３の筐体４３１３は、両面表示ができるように第３のパネル部４３０２及び第４のパネル部４３１０が組み込まれている。図１１（Ｂ）に示す携帯情報端末４３００を左綴じとして利用する場合は、第１のパネル部４３０１、第３のパネル部４３０２、第４のパネル部４３１０、及び第２のパネル部４３０７の頁順となり、右綴じの場合は頁が逆順となる。
【０１７６】
第１のパネル部４３０１が組み込まれた第１の筐体４３０５、第２のパネル部４３０７が組み込まれた第２の筐体４３０６、並びに第３のパネル部４３０２及び第４のパネル部４３１０が組み込まれた第３の筐体４３１３は可撓性を有しており、フレキシビリティが高い。また、第１の筐体４３０５及び第２の筐体４３０６にプラスチック基板を用い、第３の筐体４３１３に薄いフィルムを用いると、薄型で、且つ、書籍に近い感覚で利用できる携帯情報端末４３００とすることができる。
【０１７７】
なお、第３の筐体４３１３を省略して見開き型の端末としてもよいし、さらに第３の筐体を追加して頁数を増やしてもよい。
【０１７８】
第１のパネル部４３０１、第２のパネル部４３０７、第３のパネル部４３０２、及び／又は第４のパネル部４３１０に、上記実施の形態に係る表示機能及び撮像機能を備えた液晶表示装置を組み込んでいる。パネル部に、画像とともに操作キー（図１１（Ｂ）では第１のパネル部４３０１に操作キー４３０４を表示させている）を表示させる。そして、使用者が操作キーに触れたことを検出（撮像）し、頁を送らせる構成とすることができる。
【０１７９】
また、第１のパネル部４３０１、第２のパネル部４３０７、第３のパネル部４３０２、及び／又は第４のパネル部４３１０に、画像を表示させた状態で指やペン先等で文字や図を書き込み、撮像して読み取った軌跡と画像とを合成して表示させることも可能である。
【０１８０】
図１１に示す携帯情報端末に、上記実施の形態で示した液晶表示装置を適用することで、新聞や文庫などの書籍を閲読する際に、紙面に近い表示を行うことができ、特に白表示を見やすくすることができる。また、赤外線を利用して撮像する構成とすることで、高分子分散型液晶材料を適用した液晶表示装置であっても、高精度に撮像することが可能である。
【０１８１】
本実施の形態では、ライティングボードや携帯情報端末に、本明細書に開示する液晶表示装置を適用する例を示したが、その他のさまざまな電子機器にも適用することが可能である。例えば、ディスプレイなどの表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）が挙げられる。その他、携帯電話機、携帯型ゲーム機、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。さらに、電車などの乗り物の車内広告、ポスター用に利用することもできる。
【０１８２】
本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態及び実施例の構成と適宜組み合わせることができる。
【実施例１】
【０１８３】
本実施例では、高分子分散型液晶材料における透過率の波長分散特性を測定した結果について説明する。
【０１８４】
測定試料としては、画素面積２３ｍｍ×２４ｍｍとなる液晶セルを作製した。液晶セルは、石英基板と石英基板との間に液晶層のみを挟持させた構成とした。セルギャップは、１０μｍ狙いで作製した。
【０１８５】
液晶層は、下記表１のような、（Ａ）液晶材料（メルク社製、商品名ＭＬＣ−２０６２）、（Ｂ）第１モノマー材料（共栄化学製、商品名ＤＣＰ−Ａ（水添ジシクロペンタジエニルジアクリレート））、（Ｃ）第２モノマー材料（新中村化学社製、商品名ＮＫエステル  Ｓ−１８００Ａ（イソステアリルアクリレート））、（Ｄ）重合開始剤（チバ・ジャパン製、商品名イルガキュア６５１（ベンジルジメチルケタール））を調合して作製した。
【０１８６】
具体的には、（Ａ）液晶材料：３７６．６３ｍｇ、（Ｂ）第１モノマー材料：７５．７７ｍｇ、（Ｃ）第２モノマー材料：５４．３２ｍｇ、（Ｄ）重合開始剤：２．７１ｍｇを調合し、それぞれ（Ａ）７３．９３ｗｔ％、（Ｂ）１４．８７ｗｔ％、（Ｃ）１０．６６ｗｔ％、（Ｄ）０．５３ｗｔ％含有された液晶層を形成した。
【０１８７】
【表１】
2011242760.tif 000003
【０１８８】
図１２に、分光光度計（日立ハイテク社製「日立分光光度計  Ｕ−４１００」）で測定した結果を示す。図１２から、本実施例の測定試料は、５００ｎｍより長波長側に向かって透過率が上昇し、赤外線の波長領域では良好な透過率を有していることが確認できた。なお、波長２６００ｎｍ〜２９００ｎｍ付近に表れているのは測定ノイズである。
【０１８９】
本実施例は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１９０】
２３１    トランジスタ
２３２    配線
２３３    保持容量
２３４    配線
２４１    トランジスタ
２４２    配線
２４４    配線
３０１    液晶表示装置
３１１    画素アレイ
３２１    画素
３２３    表示素子
３２５    フォトセンサ
３３１    制御回路部
３３３    回路
３３５    フォトセンサ駆動回路
３４１    制御回路部
３４３    表示素子駆動回路
３４５    表示素子駆動回路
４０１    配線
４０３    配線
４０５    配線
４１１    配線
４１３    配線
４１５    配線
４２１    トランジスタ
４２３    保持容量
４２５    液晶素子
４３１    トランジスタ
４３３    トランジスタ
４３５    配線
４３７    フォトダイオード
４５３    ｐ型トランジスタ
４５５    保持容量
４６１    配線
４６３    配線
１０００    画素
１００３    基板
１００５    絶縁層
１００７    絶縁層
１００９    絶縁層
１０１１    絶縁層
１０１３    基板
１１００    表示素子
１１０１    トランジスタ
１１０３    チャネル形成領域
１１０５    不純物領域
１１０７    ゲート電極
１１０９    導電層
１２００    フォトセンサ
１２０１    受光素子
１２０３    領域
１２０５    領域
１２０７    領域
１３００    液晶素子
１３０１    画素電極
１３０３    液晶層
１３０５    対向電極
２００３    基板
２００５    絶縁層
２００７    絶縁層
２００９    絶縁層
２０１１    絶縁層
２０１３    絶縁層
２０１５    基板
２１０１    トランジスタ
２１０３    半導体層
２１０４    導電層
２１０５    ゲート電極
２１１１    配線
２１２１    保持容量
２１２４    電極
２１２５    電極
２２０１    受光素子
２２０３    ｎ型半導体層
２２０４    ｉ型半導体層
２２０５    ｐ型半導体層
２２１１    配線
２２１３    配線
２２２１ａ    トランジスタ
２２２１ｂ    トランジスタ
２２２３ａ    半導体層
２２２３ｂ    半導体層
２２２４ａ    導電層
２２２４ｂ    導電層
２２２５ａ    ゲート電極
２２２５ｂ    ゲート電極
２３００    液晶素子
２３０１    画素電極
２３０３    液晶層
２３０５    対向電極
２４０１    絶縁層
２４０３    黒色層
２４０５    絶縁層
４３００    携帯情報端末
４３０１    パネル部
４３０２    パネル部
４３０４    操作キー
４３０５    筐体
４３０６    筐体
４３０７    パネル部
４３０８    軸部
４３１０    パネル部
４３１３    筐体
４７００    携帯情報端末
４７０１    筐体
４７０３    筐体
４７０５    パネル部
４７０７    パネル部
４７１１    軸部
４７２１    電源
４７２５    スピーカー
９６００    ライティングボード
９６９６    パネル部
【図１】
2011242760.tif 000004
【図２】
2011242760.tif 000005
【図３】
2011242760.tif 000006
【図４】
2011242760.tif 000007
【図５】
2011242760.tif 000008
【図６】
2011242760.tif 000009
【図７】
2011242760.tif 000010
【図８】
2011242760.tif 000011
【図９】
2011242760.tif 000012
【図１０】
2011242760.tif 000013
【図１１】
2011242760.tif 000014
【図１２】
2011242760.tif 000015