(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、
前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面に表示領域を有し、且つ、前記表示領域の周辺の周辺領域に、周囲の光の強度を検出する光センサを備え、
前記表示領域は、互いに直交する第１の辺と第２の辺とを含む矩形状に形成され、
前記バックライト装置は、前記表示領域を法線方向から観測することによって得られ、且つ、縦軸を輝度、横軸を出射光の出射角度とする、前記バックライト装置から出射される光の特性線図が、前記第１の辺に平行な方向において、前記第２の辺に平行な方向よりも急峻なピーク特性を有し、
前記光センサは、前記周辺領域において、前記第１の辺よりも前記第２の辺に近い位置に配置される液晶表示装置。
【請求項２】
前記バックライト装置が、導光板と、前記導光板の一の側面に配置された光源とを備えている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記バックライト装置の光源が、前記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードを備え、
前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが配置された前記一の側面が、前記第１の辺に平行な方向に垂直となるように、配置されている請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記アクティブマトリクス基板に形成された複数の画素それぞれ毎に、または一直線状に並ぶ画素群毎に、前記バックライト装置の出射光を集光させる集光レンズを更に備え、
前記集光レンズは、前記アクティブマトリクス基板と前記バックライト装置との間に、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記光センサと重ならないように配置されている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記アクティブマトリクス基板に複数のアクティブ素子が形成され、
前記光センサの少なくとも一部の構成部材が、前記アクティブ素子の構成部材と同一のプロセスによって、前記アクティブマトリクス基板に形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重ならないように配置されている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なるように配置され、前記対向基板を通過した前記周囲の光を受光する請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記対向基板又は前記アクティブマトリクス基板がブラックマトリクス層を備え、
前記ブラックマトリクス層は、前記周囲の光を前記光センサに入射させるための開口を備えている請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記バックライト装置は、導光板と、記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードとを備え、且つ、前記複数の発光ダイオードが、前記光センサが近接している前記第２の辺と対向する辺に近接するように、配置されている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、
前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、周囲の光の強度を検出するための光センサを備え、
前記光センサは、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向と交差する前記表示領域の外縁の側に、配置されており、
前記指向性がより高い方向が、縦軸を輝度、横軸を出射光の出射角度とする、前記バックライト装置の出射光の特性線図を、前記表示領域を法線方向から観測することによって得た場合に、前記特性線図のピーク特性が最も急峻となる方向である、液晶表示装置。
【請求項１１】
前記表示領域が矩形状を呈し、
前記バックライト装置が、導光板と、前記導光板の一つの側面に配置された光源とを備えている請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記バックライト装置の光源が、前記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードを備え、
前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが配置された前記一の側面が、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向に垂直となるように、配置されている請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記アクティブマトリクス基板に形成された複数の画素それぞれ毎に、または一直線状に並ぶ画素群毎に、前記バックライト装置の出射光を集光させる集光レンズを更に備え、
前記集光レンズは、前記アクティブマトリクス基板と前記バックライト装置との間に、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記光センサと重ならないように配置されている請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記アクティブマトリクス基板に複数のアクティブ素子が形成され、
前記光センサの少なくとも一部の構成部材が、前記アクティブ素子の構成部材と同一のプロセスによって、前記アクティブマトリクス基板に形成されている請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重ならないように配置されている請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なるように配置され、前記対向基板を通過した前記周囲の光を受光する請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記対向基板又は前記アクティブマトリクス基板がブラックマトリクス層を備え、
前記ブラックマトリクス層は、前記周囲の光を前記光センサに入射させるための開口を備えている請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記表示領域が矩形状を呈し、
前記バックライト装置は、導光板と、記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードとを備え、且つ、前記複数の発光ダイオードが、前記光センサが近接している前記表示領域の辺と対向する位置にある辺に近接するように配置されている請求項１０に記載の液晶表示装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、液晶表示装置として、周囲の光（以下、「外光」と称す。）の強度を検出するため、いわゆる環境センサ（以下「アンビエントセンサ」という。）を備えたものが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。このような液晶表示装置では、検出された外光の強度に応じて、バックライト装置が照射する光の強度が調整される。【０００３】  具体的には、透過型液晶表示装置の場合、屋外など明るい環境下ではバックライト装置の光強度を高くし、夜間や室内など比較的暗い環境下ではバックライト装置の光強度を低くしている。このため、アンビエントセンサを備えた液晶表示装置によれば、画面の視認性の向上や、低消費電力化及び長寿命化が実現される。アンビエントセンサを備えた液晶表示装置は、特に、屋外に持ち出して使用する機会が多い携帯端末装置（例えば、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機器等）の表示装置として有用である。【０００４】  アンビエントセンサの例としては、フォトダイオードやフォトトランジスタといった光センサが挙げられる。液晶表示装置への光センサの搭載は、表示パネル上に、ディスクリート部品によって提供された光センサを実装することによって行うことができる（例えば、特許文献３参照。）。また、近年においては、部品点数の削減による製造コストの低下や、表示装置の小型化を図るため、表示パネルを構成しているアクティブマトリクス基板にモノリシックに光センサを形成する試みもなされている（例えば、特許文献４参照。）。この場合、光センサは、アクティブ素子（ＴＦＴ）の形成プロセスを利用して形成される。【０００５】  ここで、図１４を用いて、光センサを搭載した液晶表示装置の構成について説明する。図１４は、従来の光センサを搭載した液晶表示装置の構成を示す図である。図１４においては、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの概略構成が示されている。【０００６】  図１４に示すように、液晶表示パネルは、アクティブマトリクス基板１０１と対向基板１０３とで液晶層１０２を挟み込んで構成されている。アクティブマトリクス基板１０１において液晶層１０２と接する領域は表示領域である。表示領域には、複数の画素がマトリクス状に配置されている。画素は、アクティブ素子と画素電極とを備えている。また、光センサ１０４は、表示領域の周辺の領域（以下「周辺領域」という。）に、アクティブ素子の形成プロセスを利用して、モノリシックに形成されている。【０００７】  アクティブマトリクス基板１０１の裏面側（アクティブ素子が形成されていない側）には、バックライト装置が配置されている。図１４の例では、バックライト装置は、サイドライト方式のバックライト装置であり、主に、導光板１０８と、光源１０５とを備えている。光源１０５は、蛍光ランプ１０６とランプリフレクタ１０７とで構成されている。また、導光板１０８の下面及び側面（図示せず）には、反射シート１０９が貼付されている。更に、導光板１０８の上面（出射面）には、拡散シート１１０とプリズムシート１１１とが順に貼付されている。【０００８】  光源１０５から出射された光は、導光板の内部で反射され、導光板１０８の上面（出射面）から出射される。導光板１０８の出射面���ら出射された光は、先ず、拡散シート１１０に入射し、拡散する。これにより、輝度ムラの低減が図られる。更に、拡散シート１１０を通過した光は、プリズムシート１１１によって屈折し、出射面の法線に略平行な平行光となって、アクティブマトリクス基板１０１、液晶層１０２、及び対向基板１０３を順に通過する。【０００９】  また、このとき、バックライト装置の制御装置（図１４において図示せず）は、光センサ１０４によって検出された外光の強度に応じて、バックライト装置の光源１０５が出射する光の強度を調整する。このため、図１４に示す液晶表示装置を用いれば、画面の視認性の向上を図ることができ、また低消費電力化や長寿命化を実現できる。
【特許文献１】特開平４−１７４８１９号公報
【特許文献２】特開平５−２４１５１２号公報
【特許文献３】特開２００２−６２８５６号公報（第１２図−第１４図）
【特許文献４】特開２００２−１７５０２６号公報（第１２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  しかしながら、従来の表示装置において、導光板１０８の出射面から出射され、プリズムシート１１１を通過した光は完全な平行光ではない。このため、図１４に示すように、導光板１０８から出射した光の一部は、液晶層１０２に入射せずに、アクティブマトリクス基板１０１の両主面において界面反射を繰り返し、迷光１１２となる。【００１１】  更に、迷光１１２は、上記図１４の例のように、光センサ１０４がアクティブマトリクス基板にモノリシックに形成されている場合、光センサ１０４に入射することがある。このような場合、迷光１１２は、光センサ１０４にとってノイズとなり、光センサ１０４における外光の検出精度を低下させてしまう。また、この結果、液晶表示装置においては、画面の輝度調整を適切に行うのが困難になる。【００１２】  本発明の目的は、上記問題を解消し、外光を検出する際の検出精度の低下を抑制し得る液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  上記目的を達成するために本発明における第１の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面に表示領域を有し、且つ、前記表示領域の周辺の周辺領域に、周囲の光の強度を検出する光センサを備え、前記表示領域は、互いに直行する第１の辺と第２の辺とを含む矩形状に形成され、前記バックライト装置は、前記第１の辺に平行な方向において前記第２の辺に平行な方向よりも強い指向性を有する光を出射し、前記光センサは、前記周辺領域において、前記第１の辺よりも前記第２の辺に近い位置に配置されることを特徴とする。【００１４】  また、上記目的を達成するために本発明における第２の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、周囲の光の強度を検出するための光センサを備え、前記光センサは、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向と交差する前記表示領域の外縁の側に、配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】  アクティブマトリクス基板内での界面反射においては、光学の原理からアクティブマトリクス基板の法線を基準とする入射角および反射角が大きい光ほど界面反射をする成分が増加し迷光が増加する。言い換えれば、入射角及び反射角が小さい光の成分は、界面反射が少なく、また、光センサに到達するまでの界面反射回数も増加するので、殆どの場合、迷光とはならない。【００１６】  このため、本発明において、光センサは、迷光の界面反射率が最も小さくなるように、更に、迷光が光センサに入射するために必要な反射回数が最も大きくなって、光センサへと向かう迷光が最も減衰するように配置されている。従って、本発明の液晶表示装置によれば、迷光が、アクティブマトリクス基板に設けられた光センサに入射するのを抑制でき、この結果、検出精度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示したバックライト装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すバックライト装置の出射光の特性線図を示す図である。
【図４】図４は、図２に示すバックライト装置の出射光の出射特性を概念的に示す図である。
【図５】図５は、アクティブマトリクス基板内で反射を繰り返す迷光を示す図であり、図５（ａ）はＸ方向に沿った断面で示し、図５（ｂ）はＹ方向に沿った断面で示している。
【図６】図６は、図１に示す液晶表示装置における光センサとバックライト装置の光源との位置関係を示す平面図である。
【図７】図７は、図１に示したアクティブマトリクス基板に形成されているアクティブ素子の構成を示す断面図である。
【図８】図８は、図１に示した光センサの具体的構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。
【図１０】図１０は、図９に示した集光レンズの一部分を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、集光レンズの他の例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３における液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示した液晶表示装置の一部分を拡大して示す断面図であり、図１２中の切断線Ｌ−Ｌ´に沿って切断された断面を示している。
【図１４】図１４は、従来の光センサを搭載した液晶表示装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  本発明における第１の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面に表示領域を有し、且つ、前記表示領域の周辺の周辺領域に、周囲の光の強度を検出する光センサを備え、前記表示領域は、互いに直行する第１の辺と第２の辺とを含む矩形状に形成され、前記バックライト装置は、前記第１の辺に平行な方向において前記第２の辺に平行な方向よりも強い指向性を有する光を出射し、前記光センサは、前記周辺領域において、前記第１の辺よりも前記第２の辺に近い位置に配置されることを特徴とする。【００１９】  上記第１の液晶表示装置においては、前記表示領域を法線方向から観測することによって得られ、且つ、縦軸を輝度、横軸を出射光の出射角度とする、前記バックライト装置から出射される光の特性線図が、前記第１の辺に平行な方向において、前記第２の辺に平行な方向よりも急峻なピーク特性を有しているのが良い。【００２０】  また、上記第１の液晶表示装置では、前記バックライト装置が、導光板と、前記導光板の一の側面に配置された光源とを備えている態様とできる。この場合、前記バックライト装置の光源が、前記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードを備え、前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが配置された前記一の側面が、前記第１の辺に平行な方向に垂直となるように、配置されているのが好ましい。これにより、一層、光センサへの迷光の入射を抑制できる。【００２１】  本発明における第２の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とで液晶層を挟み込んで形成した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを前記アクティブマトリクス基板側から照明するバックライト装置とを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記液晶層側の基板面における表示領域の周辺の領域に、周囲の光の強度を検出するための光センサを備え、前記光センサは、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向と交差する前記表示領域の外縁の側に、配置されていることを特徴とする。【００２２】  上記第２の液晶表示装置においては、前記指向性がより高い方向は、縦軸を輝度、横軸を出射光の出射角度とする、前記バックライト装置の出射光の特性線図を、前記表示画面を法線方向から観測することによって得た場合に、前記特性線図のピーク特性が最も急峻となる方向とすることができる。【００２３】  また、上記第２の液晶表示装置においては、前記表示領域が矩形状を呈し、前記バックライト装置が、導光板と、前記導光板の一つの側面に配置された光源とを備えた態様であっても良い。更に、この場合、前記バックライト装置の光源が、前記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードを備え、前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが配置された前記一の側面が、前記バックライト装置の出射光の指向性がより高い方向に垂直となるように、配置されているのが好ましい。これにより、一層、光センサへの迷光の入射を抑制できる。【００２４】  また、上記第１の液晶表示装置及び上記第２の液晶表示装置は、前記アクティブマトリクス基板に形成された複数の画素それぞれ毎に、または一直線状に並ぶ画素群毎に、前記バックライト装置の出射光を集光させる集光レンズを更に備え、前記集光レンズは、前記アクティブマトリクス基板と前記バックライト装置との間に、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記光センサと重ならないように配置されている態様とすることもできる。この態様とした場合は、光センサへの迷光の入射を抑制しつつ、バックライト装置からの出射光の利用効率を高めることができる。【００２５】  更に、上記第１の液晶表示装置及び上記第２の液晶表示装置においては、前記アクティブマトリクス基板に複数のアクティブ素子が形成され、前記光センサの少なくとも一部の構成部材が、前記アクティブ素子の構成部材と同一のプロセスによって、前記アクティブマトリクス基板に形成されていても良い。この場合は、部品点数の削減による製造コストの低下や、表示装置の小型化を図ることができる。【００２６】  また、上記第１の液晶表示装置及び上記第２の液晶表示装置は、前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重ならないように配置されている態様とできる。反対に、上記第１の液晶表示装置及び上記第２の液晶表示装置は、前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板の厚み方向において前記対向基板と重なるように配置され、前記対向基板を通過した前記周囲の光を受光する態様とすることもできる。【００２７】  前者の場合は、周辺領域の広いところに光センサを配置できるため、配線の自由度を確保できる。一方、後者の場合は、配線の自由度は小さくなるが、光センサ周辺の回路に周囲の光が入射するのを抑制できるため、周辺の回路を構成する素子や配線の劣化を抑制できる。また、後者の場合において、前記対向基板又は前記アクティブマトリクス基板がブラックマトリクス層を備えているときは、前記ブラックマトリクス層には、前記周囲の光を前記光センサに入射させるための開口を備えておくのが良い。【００２８】  また、上記第１の液晶表示装置及び上記第２の液晶表示装置において、前記バックライト装置が、導光板と、記導光板の前記一の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードとを備えている場合（上記第２の液晶表示装置においては、更に、前記表示領域が矩形状を呈している場合）であるならば、前記バックライト装置は、前記複数の発光ダイオードが、前記光センサが近接している前記表示領域の辺と対向する辺に近接するように、配置されているのが好ましい。この場合は、光センサと光源との距離を大きくできるため、迷光の光センサへの入射は、より一層、抑制される。【００２９】  （実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態１における液晶表示装置は、バックライト装置から出射される光（以下、「出射光」という。）の出射特性に合わせて、外光検出用の光センサをレイアウトし、これにより、迷光による検出精度の低下を抑制している。以下、図１〜図７を用いて説明する。【００３０】  図１及び図２に基づいて、本実施の形態１における液晶表示装置の概略構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示したバックライト装置の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態１における液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板２と対向基板４との間に液晶層３を挟みこんで形成した液晶表示パネル１と、バックライト装置１０とを備えている。対向基板４には、図示していないが、カラーフィルタ、共通電極、ブラックマトリクス層等が設けられている。【００３１】  アクティブマトリクス基板２において液晶層３と接触する領域は表示領域である。表示領域には、図１においては示していないが、アクティブ素子と画素電極とを備えた複数の画素がマトリクス状に形成されている。表示領域は矩形状を呈している。また、アクティブマトリクス基板２は、外光の強度を検出するため、液晶層３側の基板面における表示領域の周辺の領域（以下、「周辺領域」という。）に、光センサ５を備えている。【００３２】  本実施の形態１において、光センサ５は、後述の図７に示すように、アクティブ素子の形成工程を用いて、アクティブマトリクス基板２のベース基板（ガラス基板）上にモノリシックに形成されている。なお、「ガラス基板上にモノリシックに形成される」とは、物理的プロセスおよび／または化学的プロセスにより、ガラス基板上に直接に素子が形成されることを意味し、半導体回路がガラス基板に実装されることを含まない意である。【００３３】  図１においては示していないが、アクティブマトリクス基板１は、周辺領域に、水平駆動回路や垂直駆動回路も備えている。また、アクティブマトリクス基板１には、ＦＰＣを介して外部基板（図１において図示せず）が接続されている。外部基板には、ＩＣチップ（図１において図示せず）が実装されている。ＩＣチップとしては、液晶表示装置内部で使用される電源電圧を発生させる基準電源回路を備えたものや、水平駆動回路及び垂直駆動回路の制御を行うための制御回路を備えたもの等が挙げられる。【００３４】  図１及び図２に示すように、バックライト装置１０は、光源１１と導光板１２とを備えたサイドライト方式のバックライト装置であり、液晶表示パネル１をアクティブマトリクス基板２側から照明している。本実施の形態１では、背景技術において図１４に示した例と異なり、光源１１として、複数個の発光ダイオード１１ａ〜１１ｃを備えている。これにより、光源として蛍光ランプ（図１４参照）を使用する場合に比べて、バックライト装置１０の軽量化及び薄型化が図られている。【００３５】  発光ダイオード１１ａ〜１１ｃは、導光板１２の一つの側面に沿って一列に配置されている。また、導光板１２の下面には、導光板１２の内部に入射した光源１１からの光を導光板１２の全体へと導くため、複数のプリズム１３が設けられている。複数のプリズム１３は、断面が三角形状の溝である。【００３６】  また、本実施の形態１においても、背景技術において図１４に示した例（以下、「従来例」という。）と同様に、導光板１２の下面及び側面（図示せず）には、反射シート１４が貼付されている。更に、導光板１２の上面には、従来例と同様に、拡散シート１５とプリズムシート１６とが順に貼付されている。【００３７】  また、本実施の形態１においても、従来例と同様に、バックライト装置１０の出射光は完全な平行光ではない。図２に示すように、バックライト装置１０からの出射光には、バックライト装置１０の出射面１０ａの法線に平行に進む光線１７と、法線に対して傾斜した方向に進む光線１８とを含んでいる。よって、本実施の形態１においても、アクティブマトリクス基板２内に迷光が生じるときがある。【００３８】  更に、バックライト装置１０の出射光の発散度（指向性）は、方向によって異なっている。例えば、出射面１０ａの法線方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直であって、互いに直行する方向をＸ方向及びＹ方向とすると、Ｘ方向とＹ方向とで、発散度（指向性）は異なっている。なお、本実施の形態１において、Ｘ方向及びＹ方向は、表示領域のいずれかの辺に平行な方向である。【００３９】  ここで、図３及び図４を用いて、図１及び図２に示したバックライト装置１０の出射光の出射特性について説明する。図３は、図２に示すバックライト装置の出射光の特性線図を示す図である。図４は、図２に示すバックライト装置の出射光の出射特性を概念的に示す図である。図５は、アクティブマトリクス基板内で反射を繰り返す迷光を示す図であり、図５（ａ）はＸ方向に沿った断面で示し、図５（ｂ）はＹ方向に沿った断面で示している。【００４０】  図３に示す特性線図は、液晶表示パネルの表示領域（表示画面）を法線方向から観測することによって得られている。具体的には、図３に示す特性線図は、輝度計によって測定された表示領域（表示画面）の輝度分布から求められている。また、図３において、縦軸は輝度を示し、横軸は出射光の出射角度を示している。出射角度は、出射面１０ａの法線（Ｚ軸：図２参照）を基準とする角度である。【００４１】  更に、図３において、「Ｘ」と示されている特性線図は、Ｘ方向についての特性線図であり、Ｘ−Ｚ平面内にある光線の輝度と出射角度との関係を示している。また、「Ｙ」と示されている特性線図は、Ｙ方向についての特性線図であり、Ｙ−Ｚ平面内にある光線の輝度と出射角度との関係を示している。【００４２】  図３に示すように、Ｘ方向についての特性線図のピーク特性は、Ｙ方向についての特性線図のピーク特性よりも、急峻となっている。このことから、図１及び図２に示したバックライト装置１０の出射光の発散度は、Ｙ方向においてＸ方向よりも大きくなっている。また、Ｘ方向は、Ｙ方向に比べて、バックライト装置１０の出射光の指向性が高い方向である。【００４３】  このように、発光ダイオード１１ａ〜１１ｃが配置された側面に垂直な方向が指向性の高い方向となる。これは、発光ダイオードからの光を導光板の側面から入射さ��て、プリズム等の光学部材で導光板の上面に向けて出射させるバックライト装置では、その光学の原理により、発光ダイオードからの光の発散度（指向性）がそのままＹ方向の出射光の発散度（指向性）に反映されるからである。一方、Ｘ方向においては、光学部材で出射させることのできる角度成分が、それぞれの光学部材により制約があるので、一般的に、Ｙ方向に比べて発散度が小さい（指向性が高い）光成分だけが出射するからである。【００４４】  また、導光板１２から出射する光は、導光板１２内の界面反射の条件を外れた光成分であり、一般的に出射角は非常に大きく、導光板１２の上面にあるプリズムシート１６等の光学部材によって、導光板１２に対して略垂直とされる。導光板１２のプリズム１３は界面反射条件を外す役目も担っている。よって、図１に示すように、Ｘ−Ｚ平面から出射光を見た場合には、出射光は、相対的に狭い角度で出射され、相対的に小さな発散度（高い指向性）を有する。これに対して、図２に示すように、Ｙ−Ｚ平面から出射光を見た場合には、当該出射光は、相対的に広い角度で出射され、その指向性は低いといえる。【００４５】  更に、プリズム１３を形成している溝は、Ｙ方向に伸びるよう形成された斜面を有している。このため、プリズム１３は、Ｘ−Ｚ平面内において光の方向を変える役割を果たすが、Ｙ−Ｚ平面内において光の方向を変える役割は殆ど果たさない。従って、プリズム１３によってＺ方向に曲げられた出射光は、Ｙ−Ｚ平面（Ｙ方向）においては相対的に大きな発散度（低い指向性）を有する。【００４６】  なお、ここでは、Ｘ方向とＹ方向との間で発散度（指向性）に差が出る原理の一例として、導光板１２にプリズム１３が形成されたものについて説明を行ったが、導光板１２の構造はこれに限らない。即ち、側方から光を入射させるタイプの導光板１２であれば、ほぼ同様の原理によりＸ方向とＹ方向との間で発散度（指向性）に差が発生する。本実施の形態１においては、バックライト装置は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる指向性を有するものであれば良く、特に限定なく用いることができる。【００４７】  バックライト装置１０の出射面１０ａでの出射光の出射特性を概念的に表すと、図４に示すものとなる。図４において、１９は、バックライト装置１０の出射面１０ａ上の任意の箇所での輝度分布を示している。図４に示すように、バックライト装置１０の出射面１０ａからは、楕円状に拡がる光が出射されている。また、楕円の短軸はＸ軸に一致し、長軸はＹ軸に一致する。【００４８】  よって、強度が同一の、Ｘ−Ｚ平面内にあって法線に対して傾斜している光線（以下、「Ｘ光線」）と、Ｙ−Ｚ平面内にあって法線に対して傾斜している光線（以下、「Ｙ光線」）とが、出射面１０ａの同一箇所から出射され、これらがともに迷光となった場合は、図５に示すように、アクティブマトリクス基板２の両主面で界面反射が繰り返される。つまり、図５（ａ）に示すように、Ｘ方向断面（Ｘ−Ｚ平面）においては、液晶層３（図１参照）に入射しなかった光は、入射角αＸでアクティブマトリクス基板に入射した後、反射角βＸで反射を繰り返す。一方、図５（ｂ）に示すように、Ｙ方向断面（Ｙ−Ｚ平面）においては、液晶層３（図１参照）に入射しなかった光は、入射角αＹ（＞αＸ）でアクティブマトリクス基板に入射した後、反射角βＹ（＞βＸ）で反射を繰り返す。【００４９】  この場合、Ｘ方向における入射角αＸは、Ｙ方向における入射角αＹより小さく、また、Ｘ方向における反射角βＸも、Ｙ方向における反射角βＹより小さくなる。従って、Ｘ光線が表示領域の外縁に到達するまでに必要な反射回数は、Ｙ光線が表示領域の外縁に到達するまでに必要な反射回数よりも多くなる。よって、両者が表示領域の外縁に到達したとき、Ｘ光線は、Ｙ光線に比べて、大きく減衰されている。また、入射角の差から、Ｙ光線の界面反射率は、Ｘ光線の界面反射率よりも高くなることから、反射を繰り返しながらＸ方向に進む迷光の光量は、反射を繰り返しながらＹ方向に進む迷光の光量よりも小さくなっている。【００５０】  ここで、図６を用いて、光センサが配置される位置について説明する。図６は、図１に示す液晶表示装置における光センサとバックライト装置の光源との位置関係を示す平面図である。図３〜図５を用いて説明したように、本実施の形態１においては、Ｘ光線による迷光は、表示領域の外縁（辺）に到達するまでに最も減衰され、強度が小さくなっている。従って、外光の検出精度の低下を抑制するためには、光センサ５は、図６に示すように、Ｘ方向に垂直な表示領域６の辺６ｃ又は辺６ｄの側に配置すれば良い。言い換えると、光センサ５は、Ｘ方向に平行な辺６ａ又は６ｂよりも、Ｙ方向に平行な辺６ｃ又は辺６ｄに近い位置に配置するのが良い。【００５１】  また、本実施の形態１においては、表示領域６の辺６ｃ及び辺６ｄのうち、辺６ｄ側には、アクティブマトリクス基板２の周辺領域が大きく採られている。このため、アクティブマトリクス基板の外形サイズの増加抑制の点から、本実施の形態１においては、光センサ５は、表示領域６の辺６ｄの近傍に配置されている。また、このとき、光センサ５は、その中心から短辺（辺６ｄ）までの距離Ｌ１が、その中心から長辺（辺６ｂ）までの距離Ｌ２よりも短くなる位置に配置されている。【００５２】  以上のように、本実施の形態１においては、バックライト装置１０の出射光の指向性が高い方向に垂直な表示領域６の外縁の側に、光センサ５を配置することによって、迷光が光センサ５に入射するのを抑制している。このため、本実施の形態１によれば、外光を検出する際の検出精度が低下するのを抑制できる。【００５３】  また、本実施の形態１における液晶表示装置においても、背景技術において図１４に示した液晶表示装置と同様に、光センサはアクティブマトリクス基板上に、モノリシックに形成されている。この点について、図７及び図８を用いて説明する。【００５４】  図７は、図１に示したアクティブマトリクス基板に形成されているアクティブ素子の構成を示す断面図である。図７に示すように、アクティブ素子２０は、ガラス基板７上に形成されたシリコン膜２１と、その上層に配置されたゲート電極２８とを備えている。ガラス基板７は、アクティブマトリクス基板２（図１参照）のベース基板である。図７において、ガラス基板７についてはハッチングを省略している。【００５５】  シリコン膜２１は、ガラス基板７上にシリコン膜を成膜し、これにフォトリソグラフィとエッチングを実施することによって形成される。このとき成膜するシリコン膜としては、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、低温ポリシリコン膜、又はＣＧ（連続粒界結晶）シリコン膜等が挙げられる。【００５６】  また、図７の例では、アクティブ素子２０はｎ型のＴＦＴである。よって、シリコン膜２１には、ＴＦＴのソース又はドレインとなるｎ型の半導体領域２１ａ及び２１ｃが形成されている。ｎ型の半導体領域２１ａ及び２１ｃの形成は、ヒ素等のｎ型の不純物のイオン注入によって行われている。２１ｂは、ＴＦＴのチャネルとなるチャネル領域を示している。【００５７】  ゲート電極２８とシリコン膜２１との間には、第１の層間絶縁膜２６が介在している。第１の層間絶縁膜２７のゲート電極２８の直下にある部分は、ゲート絶縁膜として機能している。また、第１の層間絶縁膜２６の上には、ゲート電極２８を被覆するように第２の層間絶縁膜２７が形成されている。【００５８】  図７の例では、第１の層間絶縁膜２７は、シリコン膜２１の形成後に、ＣＶＤ法によってシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を成膜することによって形成される。ゲート電極２８は、第１の層間絶縁膜２６の上にＣＶＤ法等によってシリコン膜等の導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングを実施することによって形成される。第２の層間絶縁膜２７は、ゲート電極２８の形成後に、第１の層間絶縁膜２６と同様の方法によって形成される。【００５９】  更に、第１の層間絶縁膜２６及び第２の層間絶縁膜２７を貫通するようにコンタクトプラグ２２及び２３が形成されている。コンタクトプラグ２２及び２３は、第１の層間絶縁膜２６及び第２の層間絶縁膜２７を貫通するコンタクトホールを形成し、それに導電材料を充填することによって形成される。第２の層間絶縁膜２７の上には、コンタクトプラグ２２又は２３に接続される電極パターン２４及び２５も形成されている。電極パターン２４及び２５は、第２の層間絶縁膜２７の上に形成された導電膜を、これをフォトリソグラフィとエッチングによってパターニングすることで形成される。【００６０】  図８は、図１に示した光センサの具体的構成を示す断面図である。図８に示すように、本実施の形態１において、光センサ５は、ＰＩＮ型のフォトダイオードである。光センサ５は、ガラス基板７上に形成されたシリコン膜３１を備えている。シリコン膜３１には、ｐ型の半導体領域（ｐ層）３１ａ、真性半導体領域（ｉ層）３１ｂ、及びｎ型の半導体領域（ｎ層）３１ｃが形成されている。【００６１】  また、光センサ５の上面には、第１の層間絶縁膜３６と第２の層間絶縁膜３７とが順に積層されている。更に、光センサ５のｐ層３１ａは、コンタクトプラグ３２によって電極パターン３４に接続され、ｎ層３１ｂは、コンタクトプラグ３３によって電極パターン３５に接続されている。【００６２】  更に、光センサ５の構成部材は、図７に示したアクティブ素子２０の構成部材と同一のプロセスによって形成されている。具体的には、光センサ５のシリコン膜３１は、図７に示したアクティブ素子２０のシリコン膜２１と同一のシリコン膜である。光センサ５のシリコン膜３１は、図７に示した���クティブ素子２０のシリコン膜２１の形成工程により、シリコン膜２１と同時に形成される。【００６３】  また、シリコン膜３１のｎ層３１ｃ及びｐ層３１ａは、アクティブ素子２０（図７参照）や、水平駆動回路（図示せず）、垂直駆動回路（図示せず）のｐ型又はｎ型の半導体領域の形成工程（イオン注入工程）によって形成される。例えば、シリコン膜３１のｎ層３１ｃは、図７に示したアクティブ素子２０の半導体領域２１ａ及び２１ｃの形成工程（イオン注入工程）によって形成できる。アクティブ素子２０の半導体領域２１ａ及び２１ｃが、注入条件の異なる複数回のイオン注入によって行われる場合は、この中から、ｎ層３１ｃの形成に最適なイオン注入が選択される。【００６４】  なお、シリコン膜３１のｉ層３１ｂは、ｎ層３１ｃやｐ層３１ａよりも電気的に中性であれば良い。具体的には、ｉ層３１ｂは、その不純物濃度が、ｎ層３１ｃの不純物濃度及びｐ層３１ａの不純物濃度より薄くなるように形成する。例えば、ｉ層３１ｂは、イオン注入時にｉ層３１ｂの形成領域にマスクを設けることによって、又は成膜されたシリコン膜が電気的に中性でない場合は、ｉ層３１ｂの形成領域にイオン注入を行うことによって、形成できる。また、イオン注入を行う場合は、図７に示したアクティブ素子２０や、水平駆動回路、垂直駆動回路（図示せず）等の形成時に行われるイオン注入工程の中から、最適な条件のものを選択し、それを利用できる。【００６５】  更に、光センサ５を被覆する第１の層間絶縁膜３６は、図７に示したアクティブ素子２０の第１の層間絶縁膜２６と同一の絶縁膜であり、アクティブ素子２０の第１の層間絶縁膜２６の成膜工程を用いて形成される。同様に、第２の層間絶縁膜３７も、図７に示したアクティブ素子２０の第２の層間絶縁膜２７と同一の絶縁膜であり、アクティブ素子２０の第２の層間絶縁膜２７の成膜工程を用いて形成される。【００６６】  （実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における液晶表示装置について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９は、本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。図１０は、図９に示した集光レンズの一部分を示す斜視図である。図１１は、集光レンズの他の例を示す斜視図である。【００６７】  図９に示すように、本実施の形態２における液晶表示装置は、実施の形態１における液晶表示装置と異なり、バックライト装置１０と液晶表示パネル１との間に、集光レンズ４０と透明の樹脂層４２とを備えている。これ以外の点については、本実施の形態２における液晶表示装置は、実施の形態１における液晶表示装置と同様に構成されている。本実施の形態２においても、光センサ５は、バックライト装置１０からの出射光の指向性が高い方向に垂直な表示領域の外縁の側に配置されている。【００６８】  アクティブマトリクス基板２は、ベース基板（ガラス基板）上に、シリコン膜、画素電極、絶縁膜、金属配線等を形成することによって構成されているが、このとき、金属配線等がバックライト装置１０の出射光に対して遮光膜として働く。従って、図９に示すように、アクティブマトリクス基板２は、画素に相当する箇所に開口部２ａが設けられ、画素の周辺に遮光部２ｂが設けられた構造を備えている。よって、バックライト装置１０からの出射光のうち、遮光部２ｂに当たる光は、液晶層３及び対向基板４を通過できないため、液晶表示装置においては、出射光の利用効率の向上が求められている。【００６９】  本実施の形態２においては、液晶表示パネル１とバックライト装置１０との間に、集光レンズ４０を配置し、バックライト装置１０の出射光を開口部２ａに集光させ、出射光の利用効率を高めている。具体的には、図１０に示すように、集光レンズ４０は、各画素に対応するレンズ素子（凹面）４１を備えており、画素毎に出射光を集光している。各レンズ素子によって集光された光は、開口部２ａに入射し、液晶層３、対向基板４を通過する。なお、樹脂層４２は、集光レンズ４０をアクティブマトリクス基板１に固定するために用いられている。４ａ〜４ｃはカラーフィルタを示している。【００７０】  集光レンズ４０の配置により、レンズの中心を通過した光線はまっすぐに進み、レンズの周辺部を通過した光はレンズ界面で屈折して進む。よって、レンズ素子４１を通過した光は、そのレンズ形状に応じて集光される。但し、集光レンズ４０を配置すると、バックライト装置１０の出射光は、レンズ素子４１の焦点を通過した後に広がるため、結果的に、液晶表示装置の視野角は広くなる。【００７１】  このとき、集光レンズ４０を備えた図９に示した液晶表示装置の視野角が、集光レンズ４０を備えてない図１に示した液晶表示装置の視野角と同程度となるようにするためには、バックライト装置側の指向性を高くする必要がある。つまり、図９に示す液晶表示装置において図１に示した液晶表示装置と同程度の視野角を確保するのであれば、図９に示すバックライト装置１０としては、実施の形態１で図１に示したバックライト装置よりも指向性が高いバックライト装置を用いることができる。【００７２】  また、一般的に、バックライト装置は、指向性が高い方が、正面輝度を高く設計できるから、本実施の形態２においては、正面輝度が高く、指向性の高いバックライト装置を用いることができる。更に、本実施の形態２においては、集光レンズ４０の周辺部に入射する光、即ち、集光レンズ４０が備えられていなければ、遮光部２ｂで遮られて表示に寄与しなかった光が、集光レンズ４０により屈折して進み、開口部２ａを通過する。以上の点から、本実施の形態２における表示装置は、集光レンズ４０を備えることによって、結果として、実施の形態１における表示装置に比べて、表示画面を明るくすることができる。【００７３】  また、図９に示すように、本実施の形態２においては、集光レンズ４０は、アクティブマトリクス基板２の厚み方向において、光センサ５と重ならないように形成されている。このため、集光レンズ４０によって屈折した光が、迷光となって、光センサ５に入射するのが抑制されている。【００７４】  また、本実施の形態２においては、図９に示すように、表示領域と光センサ６との間には、アクティブマトリクス基板２の厚み方向において集光レンズ４０が光センサ５と重ならない領域Ａを設けておくのが好ましい。この場合は、領域Ａを通過するバックライト装置の出射光は、集光レンズの作用を受ける事が無く、指向性の高い光であるため、より一層、迷光の光センサ５への影響を少なくすることができる。更に、この場合は、集光レンズ４０の形成領域をアクティブマトリクス基板２の基板面に投影したときの投影領域と、光センサ５との間の距離は、レンズ素子４４のレンズ直径以上に設定するのが好ましい。【００７５】  以上の説明により、本実施の形態２によれば、迷光による検出精度の低下を抑制するとともに、バックライト装置の出射光の利用効率を高めることもできる。なお、本実施の形態２においては、図１０に示したように、複数のレンズ素子４１がアレイ状に配置された集光レンズ４０が使用されているが、これに限定されるものではない。【００７６】  本実施の形態２においては、例えば、図１１に示す集光レンズ４３を使用することもできる。集光レンズ４３は、複数のリブ状の凸レンズ４４を備えたレンチキュラーレンズでる。集光レンズ４３は、一直線状に並ぶ画素群ごとに、バックライト装置１０の出射光を集光する。また、集光レンズ４３は、凸レンズ４４が延びる方向がＹ方向（図６参照）となるように、配置するのが好ましい。これは、上述したように、図９に示した、光源１１として発光ダイオードを用いるサイドライト方式のバックライト装置１０においては、出射光の指向性は、Ｙ方向よりもＸ方向において高めるのが容易だからである。【００７７】  （実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における液晶表示装置について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。図１２は、本発明の実施の形態３における液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。図１３は、図１２に示した液晶表示装置の一部分を拡大して示す断面図であり、図１２中の切断線Ｌ−Ｌ´に沿って切断された断面を示している。【００７８】  なお、図１２及び図１３で用いられている符号のうち、図１、２、４、５、６及び９で示された符号と同一のものは、当該符号が示す部材と同一のものを示している。また、図１２は、バックライト装置については、光源となる発光ダイオード１１ａ〜１１ｃのみを図示している。図１３は、バックライト装置の記載を省略している。【００７９】  図１２及び図１３に示すように、本実施の形態３における液晶表示装置も、実施の形態１における液晶表示装置と同様に、液晶表示パネル１と、バックライト装置とを備えている。液晶表示パネル１は、アクティブマトリクス基板２と対向基板４との間に液晶層３を挟みこんで形成されている。なお、図１３において、５２は画素電極を示し、５３は保護膜を示している。また、５６は共通電極を示し、５７はカラーフィルタを示している。【００８０】  また、図１２に示すように、本実施の形態３においても、アクティブマトリクス基板２の表示領域６の周辺の領域に、光センサ５が備えられている。光センサ５は、バックライト装置の出射光の指向性が高い方向（Ｘ方向）に垂直な表示領域６の外縁の側に配置されている。【００８１】  但し、本実施の形態３においては、図１２に示すように、光センサ５は、実施の形態１と異なり、辺６ｃ側に配置されている。光センサ５が近接している辺６ｃは、発光ダイオード１１ａ〜１１ｃが近接している辺６ｄと対向している。本実施の形態３では、光センサ５は、実施の形態１に比べて、発光ダイオード１１ａ〜１１ｃからの距離が遠くなるように配置されている。【００８２】  つまり、本実施の形態３では、光センサ５は、実施の形態１に比べて、発光ダイオード１１ａ〜１１ｃから出射された光の減衰が大きく、迷光が発生しにくい位置に配置されている。よって、本実施の形態３によれば、より一層、迷光が光センサに入射するのを抑制することができる。【００８３】  また、光センサ５を辺６ｃ側に配置するため、本実施の形態３では、光センサ５は、アクティブマトリクス基板２の対向基板４と重なる領域上に配置される。更に、図１３に示すように、対向基板４に形成されたブラックマトリクス層５５には、外光を光センサ５に導くための開口５５ａが設けられている。【００８４】  このため、本実施の形態３においては、光センサ５には、対向基板４を通過した外光のみが入射し、光センサ５の受光部以外の部分、例えば、光センサ５の周辺回路に外光が入射し難くなっている。よって、本実施の形態３によれば、実施の形態１に比べて、光センサ５の周辺回路を構成する素子や配線の外光による劣化が抑制される。【００８５】  上述の実施の形態１〜３は、バックライト装置としてサイドライト方式のものを例示している。但し、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、バックライト装置は、直下方式のバックライト装置であっても良い。また、バックライト装置の光源は特に限定されず、光源としては、例えば、蛍光ランプも挙げられる。【００８６】  また、本発明において、光センサは、フォトダイオードに限定されるものではない。本発明においては、フォトダイオード以外の光センサ、例えば、フォトトランジスタ等を用いることもできる。また、本発明において、光センサは、アクティブマトリクス基板にモノリシックに形成されていなくても良い。本発明は、アクティブマトリクス基板の内部を伝搬する光が入射する光センサを備えた液晶表示装置であれば、問題なく適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】  本発明の液晶表示装置は、光センサを搭載して、外光の強度に応じて画面の輝度を調節する液晶表示装置に有用である。本発明の液晶表示装置は、産業上の利用可能性を有するものである。
【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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