光センサ内蔵表示装置
【課題】光センサへの入力光を、光センサ用光源のみとなし、検出感度を向上させた光センサ内蔵表示装置を提供する。
【解決手段】複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも１つの画素は光センサを有する光センサ内蔵表示装置であって、可視光を照射する可視光用光源と、不可視光を照射する不可視光用光源とを有し、１フレーム期間は、画像表示期間と、タッチ位置検出期間とで構成され、前記画像表示期間内に、前記不可視光用高光源をオフ、前記可視光用光源をオンとして、前記表示パネルに画像を表示し、前記タッチ位置検出期間内に、前記可視光用光源をオフ、前記不可視光用光源をオンとして、前記光センサにより前記表示パネル上の観察者のタッチ位置を検出する。
【解決手段】複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも１つの画素は光センサを有する光センサ内蔵表示装置であって、可視光を照射する可視光用光源と、不可視光を照射する不可視光用光源とを有し、１フレーム期間は、画像表示期間と、タッチ位置検出期間とで構成され、前記画像表示期間内に、前記不可視光用高光源をオフ、前記可視光用光源をオンとして、前記表示パネルに画像を表示し、前記タッチ位置検出期間内に、前記可視光用光源をオフ、前記不可視光用光源をオンとして、前記光センサにより前記表示パネル上の観察者のタッチ位置を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサ内蔵表示装置に係わり、特に、光センサ用光源として、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）を使用する光センサ内蔵表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示パネルをディスプレイ部として使用する携帯電話機では様々な高付加価値機能を備えた製品が実用化されており、液晶表示パネル内に内蔵された光センサもその一つである。（下記特許文献１参照）
携帯電話機での光センサの用途としては、外光センサとして周囲の明るさを検知しバックライトの輝度を自動で調整する用途、あるいは、タッチパネルの代用として、観察者の指が、液晶表示パネルをタッチした位置を検出する用途など、その用途は多岐にわたっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３００６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶表示パネル内に内蔵された光センサを用いたタッチパネルで問題となるのは、正規のタッチ入力と、外光による雑音入力とを、高い確度で識別することである。たとえば、液晶表示パネルをタッチした観察者の指からの反射光として、液晶表示装置のバックライト光の反射光を、液晶表示パネル内に内蔵されたセンサで捕らえる場合、使用環境によっては、タッチした指からの反射光か、外光かを識別できない場合（後検出）がありうる。
この識別の信頼性を上げるため、バックライトの明るさを意図的に変え、その強弱の情報を付加する方法も提案されているが、これは同時に表示画質への影響を考慮する必要が生じる。
これを回避するために、光センサ用光源として、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）を使用し、その明るさを意図的に変え、その強弱の情報を付加する方法も提案されている。
しかしながら、光センサに入射される反射光には、バックライトからの光も混入することから、光センサの感度を、光センサ用光源から照射される光に調整する必要が生じるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、光センサへの入力光を、光センサ用光源のみとなし、検出感度を向上させた光センサ内蔵表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも１つの画素は光センサを有する光センサ内蔵表示装置であって、可視光を照射する可視光用光源と、不可視光を照射する不可視光用光源とを有し、１フレーム期間は、画像表示期間と、タッチ位置検出期間とで構成され、前記画像表示期間内に、前記不可視光用高光源をオフ、前記可視光用光源をオンとして、前記表示パネルに画像を表示し、前記タッチ位置検出期間内に、前記可視光用光源をオフ、前記不可視光用光源をオンとして、前記光センサにより前記表示パネル上の観察者のタッチ位置を検出する。
（２）（１）において、前記可視光用光源は、第１の色の光を照射する第１光源と、第２の色の光を照射する第２光源と、第３の色の光を照射する第３光源とを有し、前記画像表示期間は、前記第２光源、および第３光源をオフ、前記第１光源をオンとして、前記表示パネルに第１の色の画像を表示する第１の画像表示期間と、前記第１光源、および第３光源をオフ、前記第２光源をオンとして、前記表示パネルに第２の色の画像を表示する第２の画像表示期間と、前記第１光源、および第２光源をオフ、前記第３光源をオンとして、前記表示パネルに第３の色の画像を表示する第３の画像表示期間とから成る。
（３）（１）または（２）において、前記表示パネルは、前記不可視光用光源からの不可視光が、液晶表示パネルの前記観察者と反対側の面から前記光センサに入射されるのを防止する遮光膜を有する。
（４）（１）ないし（３）の何れかにおいて、前記表示パネルは、バックライトを有する液晶表示パネルであり、前記可視光用光源、および、前記不可視光用光源は、前記バックライト内に配置される。
（５）（４）において、前記バックライトは、導光板を有し、前記可視光用光源、および、前記不可視光用光源は、前記導光板の少なくとも１つの側面に配置される。
（６）（１）ないし（５）の何れかにおいて、前記光センサは、ホトダイオードで構成されている。
【発明の効果】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の光センサ内層表示装置によれば、光センサへの入力光を、光センサ用光源のみとなし、検出感度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来の液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の前提となる、１画素に光センサが組み込まれた光センサ内蔵液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
【図３】図２に示す光センサが組み込まれた１画素の断面構造を示す模式断面図である。
【図４】光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
【図５】図４に示す光センサ部及び読み出し回路部を抜き出して示す回路図である。
【図６】図５に示す回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【図７】図２に示す光センサが組み込まれた１画素の、実際の断面構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例１の光センサ内蔵液晶表示パネルの駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施例２の光センサ内蔵液晶表示パネルの駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
［従来の液晶表示パネルの構成］
図１は、従来の携帯電話機用の液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
図１に示すように、従来の液晶表示装置は、液晶表示パネル（ＬＣＤ）と、前記液晶表示パネル（ＬＣＤ）を照射するバックライト（Ｂ／Ｌ）とを備える。
バックライト（Ｂ／Ｌ）は、液晶表示パネル（ＬＣＤ）の平面形状と同様の略矩形形状である導光板６と、この導光板６の一側面（入射面）に配置された白色発光ダイオード（光源）８と、導光板６の下面（液晶表示パネル（ＬＣＤ）とは反対側の面）側に配置される反射シート７と、導光板６の上面（液晶表示パネル側の面）に配置される光学シート群５と、樹脂モールドフレーム（以下、単に、モールドという）１０とを有する。光学シート群５は、例えば、下拡散シート、２枚のレンズシート、および上拡散シートから構成される。
また、液晶表示パネル（ＬＣＤ）は、一対のガラス基板（２ａ，２ｂ）と、ガラス基板２ａの上面（表示面）に貼り付けられた上偏光板１と、ガラス基板２ｂの下面（バックライト側の面）に貼り付けられた下偏光板３とを有する。
ガラス基板２ｂ上には、ドライバ等を構成する半導体チップ１１が実装される。なお、ガラス基板２ｂには、半導体チップ１１に制御信号などを供給するフレキシブル基板が実装されるが、図１では、当該フレキシブル基板の図示は省略している。
【０００９】
［本発明の前提となる光センサ内蔵液晶表示パネルの構成］
図２は、本発明の前提となる、１画素に光センサが組み込まれた光センサ内蔵液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図２に示すように、従来の１画素に光センサが組み込まれた液晶表示パネルは、液晶用の走査線(ＧＬ；ゲート線ともいう）と、映像線（ＤＬ；ドレイン線、あるいはソース線ともいう）と、液晶用の薄膜トランジスタ（Ｔｒ２）と、保持容量（Ｃ）の他に、光センサ（ＰＳ）と、センサ制御線（ＰＳＬ；複数の場合有り）と、センサ出力線（ＯＵＴ）を有する。センサ制御線（ＰＳＬ）と、センサ出力線（ＯＵＴ）は、液晶用の走査線（ＧＬ）や、映像線（ＤＬ）と共用することも可能な場合がある。
光センサ（ＰＳ）の出力は、液晶表示パネル外に出力され、外部のドライバ（液晶データ制御ＩＣ等）（ＤＲＶ）へ入力される。これにより、光センサ（ＰＳ）の出力が、液晶データとして液晶表示パネル上に反映される。なお、図２、および後述する図４において、矢印ＦＡは、液晶表示パネルの外側を示している。
図３は、図２に示す光センサが組み込まれた１画素の断面構造を示す模式断面図であり、図３（ａ）が、薄膜トランジスタ（Ｔｒ２）の断面構造を、図３（ｂ）が光センサ（ＰＳ）の断面構造を示す。
図３において、Ｓはソース、Ｇはゲート、Ｄはドレイン、ＳＭは半導体層、Ｋはカソード、Ａはアノードである。光センサ（ＰＳ）は、例えば、ＰＩＮ構造とされ、光に対する電流を発生する。また、バックライトからの光が入射されないように、光センサ（ＰＳ）の下側には遮光膜（ＢＰＳ）が設けられる。
【００１０】
図４は、光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図４に示す光センサ（ＰＳ）は、ホトダイオード（Ｄ１）と、ホトダイオード（Ｄ１）の電流を電圧に変換する容量素子（Ｃ１）と、読み出し回路の薄膜トランジスタ（Ｔｒ１，Ｔｒ３）とで構成される。なお、薄膜トランジスタ（Ｔｒ３）ついては、共用として使うため１垂直読み出しラインに１つの構成となる。また、ＣＬＫ１，ＣＬＫ２はクロック線、Ｖｂはバイアス線である。
図４の光センサ部及び読み出し回路部を抜き出すと図５の通りとなる。図５に示すように、Ｔｒ１とＴｒ３の薄膜トランジスタは、ソースホロア回路を構成しており、容量素子（Ｃ１）の光に対する電圧変化をインピーダンス変換して、センサ出力（ＳＯＵＴ）として出力している。
また、図４に示す回路では、液晶用の走査線（ＧＬ）や、映像線（ＤＬ）を共用していないため、光センサ（ＰＳ）の動作は、液晶の表示と非同期で行う事ができる。
【００１１】
図６は、図５に示す回路のタイミングチャートである、以下、図６を用いて、図５に示す回路の動作について説明する。
始めに、クロック線（ＣＬＫ２）の電圧をＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベル）にして、容量素子（Ｃ１）に電荷を蓄積する。そして、クロック線（ＣＬＫ２）の電圧がＬｏｗレベル（以下、Ｌレベル）となった時点から、光センサ（ＰＳ）の動作（受光によるセンス）が開始する。
ホトダイオード（Ｄ１）に光が照射されることにより、容量素子（Ｃ１）に蓄積された電荷が、クロック線（ＣＬＫ２）へはき出され、結果として容量素子（Ｃ１）の電圧Ｖｏが下がる。これが、センサ動作時間により積分されて、照射光の変化が容量素子（Ｃ１）の電圧Ｖｏとして出力される。
次に、クロック線（ＣＬＫ１）がＨレベルの電圧となった時に、Ｔｒ１とＴｒ３の薄膜トランジスタで構成されるソースホロア回路が動作を開始し、その時の容量素子（Ｃ１）の電圧Ｖｏがソースホロア回路を介してセンサ出力ＳＯＵＴとなる。
よって、クロック線（ＣＬＫ２）の電圧がＬレベルとなってから、クロック線（ＣＬＫ１）がＨレベルとなる時点までがセンサ受光時間となる。
なお、図６の容量素子（Ｃ１）の電圧Ｖｏ、センサ出力（ＳＯＵＴ）の波線は、光が照射されない暗状態の時の出力となり、この差が照射光に対する電圧変化となる。
なお、図２に示す光センサが組み込まれた１画素の、実際の断面構造は、図７に示すような構造となる。即ち、ガラス基板などの基板（ＳＵＢ１）上に光センサ等が作製されたＴＦＴ基板（Ｔ−ＳＵＢ）と、ガラス基板などの基板（ＳＵＢ２）上にカラーフィルタ等が作製されたカラーフィルタ基板（Ｃ−ＳＵＢ）と、液晶層（ＬＣ）と、バックライト（Ｂ／Ｌ）とで構成される。
また、図７では図示を省略しているが、ＴＦＴ基板（Ｔ−ＳＵＢ）上には下偏光板（図１の３）が形成され、カラーフィルタ基板（Ｃ−ＳＵＢ）上には上偏光板（図１の１）が形成される。
【００１２】
［実施例１］
図８は、本発明の実施例１の光センサ内蔵液晶表示パネルの駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
本実施例の光センサ内蔵液晶表示パネル（ＬＣＤ）は、光センサ（ＰＳ）用の光源として、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）（ＬＳＰ）を使用する。さらに、光センサ（ＰＳ）用の光源（ＬＳＰ）の明るさを意図的に変え、その強弱の情報を付加し、正規のタッチ入力と外光による雑音入力との高い確度で識別することが可能である。
さらに、本実施例では、１フレーム期間を、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に画像を表示する画像表示期間（図８のＢ／ＬがＯＮの期間）と、光センサ（ＰＳ）により液晶表示パネル（ＬＣＤ）上の観察者のタッチ位置を検出するタッチ位置検出期間（図８のＰＳがＯＮの期間）とに分割する。
即ち、本実施例では、画像表示期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオフ、バックライト（Ｂ／Ｌ）をオンとして、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に画像を表示し、タッチ位置検出期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオン、バックライト（Ｂ／Ｌ）をオフとして、光センサ（ＰＳ）により液晶表示パネル（ＬＣＤ）上の観察者のタッチ位置を検出する。
このように、本願実施例では、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に画像を表示するためのバックライト（Ｂ／Ｌ）の点灯期間と、光センサ（ＰＳ）への入力となる光センサ用光源（ＬＳＰ）の点灯時間とを時間的に分離する。
これにより、本実施例では、従来のように、バックライト（Ｂ／Ｌ）からの光が、光センサ（ＰＳ）への入力するのを防止して、光センサ（ＰＳ）への入力光を、センサ用光源（ＬＳＰ）のみとすることがえきるので、検出感度を向上させることができる。
なお、本実施例において、バックライト（Ｂ／Ｌ）内に、図１に示す白色発光ダイオード８の他に、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）（ＬＳＰ）を配置する必要があるのは言うまでもない。
【００１３】
［実施例２］
図９は、本発明の実施例２の光センサ内蔵液晶表示パネルの駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
本実施例は、フィールドシーケンシャル方式の光センサ内蔵液晶表示パネルに、本発明を適用した実施例である。
本実施例の光センサ内蔵液晶表示パネル（ＬＣＤ）では、前述の画像表示期間が、赤色の画像を表示する第１の期間（図９のＢ／Ｌ−ＲがＯＮの期間）と、緑色の画像を表示する第２の期間（図９のＢ／Ｌ−ＧがＯＮの期間）と、青色の画像を表示する第３の期間（図９のＢ／Ｌ−ＢがＯＮの期間）とに３分割される。
即ち、本実施例では、第１の画像表示期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオフ、バックライト（Ｂ／Ｌ）から赤色（Ｒ）を照射し、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に赤色の画像を表示し、また、第２の画像表示期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオフ、バックライト（Ｂ／Ｌ）から緑色（Ｇ）を照射し、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に緑色の画像を表示し、また、第３の画像表示期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオフ、バックライト（Ｂ／Ｌ）から青色（Ｂ）を照射し、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に青色の画像を表示し、さらに、タッチ位置検出期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオン、バックライト（Ｂ／Ｌ）をオフとして、光センサ（ＰＳ）により液晶表示パネル（ＬＣＤ）上の観察者のタッチ位置を検出する。
このように、本願実施例でも、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に画像を表示するためのバックライト（Ｂ／Ｌ）の点灯期間と、光センサ（ＰＳ）への入力となる光センサ用光源（ＬＳＰ）の点灯時間とを時間的に分離する。
これにより、本実施例では、従来のように、バックライト（Ｂ／Ｌ）からの光が、光センサ（ＰＳ）への入力するのを防止して、光センサ（ＰＳ）への入力光を、センサ用光源（ＬＳＰ）のみとすることが可能となるので、検出感度を向上させることができる。
【００１４】
なお、本実施例において、バックライト（Ｂ／Ｌ）内に、図１に示す白色発光ダイオード８に代えて、赤色（Ｒ）を照射する赤色発光ダイオードと、緑色（Ｇ）を照射する緑色発光ダイオードと、青色（Ｂ）を照射する青色発光ダイオードと、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）（ＬＳＰ）を配置する必要があるのは言うまでもない。
さらに、前述の各実施例において、タッチ位置検出期間（図６に示すセンサ受光時間）が不足する場合には、センサ出力ＳＯＵＴを、数フレームに亘って積分して検出感度を上げるようにしてもよい。
また、良く知られているように、フィールドシーケンシャル方式の光センサ内蔵液晶表示パネルでは、画素数が、例えば、１画素が、Ｒ・Ｇ・Ｂの３つのサブピクセルで構成される通常の液晶表示パネルの画素数の１／３となる。
なお、前述の説明では、本発明を、サイドエッジ型のバックライト（Ｂ／Ｌ）を有する携帯電話機用の光センサ内蔵液晶表示パネルに適用した実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、直下型のバックライト（Ｂ／Ｌ）を有する光センサ内蔵液晶表示パネルにも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００１５】
１ 上偏光板
２ａ，２ｂ，ＳＵＢ１，ＳＵＢ２ ガラス基板
３ 下偏光板
５ 光学シート群
６ 導光板
７ 反射シート
８ 白色発光ダイオード（光源）
１０ モールド
１１ 半導体チップ
ＧＬ 走査線(ゲート線)
ＤＬ 映像線（ドレイン線、あるいはソース線）
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３ 薄膜トランジスタ
ＬＣ 液晶
Ｃ 保持容量
ＰＳ 光センサ
ＰＳＬ センサ制御線
ＯＵＴ センサ出力線
ＤＲＶ ドライバ
Ｓ ソース
Ｇ ゲート
Ｄ ドレイン
ＳＭ 半導体層
Ｋ カソード
Ａ アノード
ＢＰＳ 遮光膜
Ｄ１ ホトダイオード
Ｃ１ 容量素子
ＣＬＫ１，ＣＬＫ２ クロック線
Ｖｂ バイアス線
Ｃ−ＳＵＢ カラーフィルタ基板
Ｔ−ＳＵＢ ＴＦＴ基板
Ｂ／Ｌ バックライト
ＬＣＤ 液晶表示パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサ内蔵表示装置に係わり、特に、光センサ用光源として、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）を使用する光センサ内蔵表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示パネルをディスプレイ部として使用する携帯電話機では様々な高付加価値機能を備えた製品が実用化されており、液晶表示パネル内に内蔵された光センサもその一つである。（下記特許文献１参照）
携帯電話機での光センサの用途としては、外光センサとして周囲の明るさを検知しバックライトの輝度を自動で調整する用途、あるいは、タッチパネルの代用として、観察者の指が、液晶表示パネルをタッチした位置を検出する用途など、その用途は多岐にわたっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３００６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶表示パネル内に内蔵された光センサを用いたタッチパネルで問題となるのは、正規のタッチ入力と、外光による雑音入力とを、高い確度で識別することである。たとえば、液晶表示パネルをタッチした観察者の指からの反射光として、液晶表示装置のバックライト光の反射光を、液晶表示パネル内に内蔵されたセンサで捕らえる場合、使用環境によっては、タッチした指からの反射光か、外光かを識別できない場合（後検出）がありうる。
この識別の信頼性を上げるため、バックライトの明るさを意図的に変え、その強弱の情報を付加する方法も提案されているが、これは同時に表示画質への影響を考慮する必要が生じる。
これを回避するために、光センサ用光源として、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）を使用し、その明るさを意図的に変え、その強弱の情報を付加する方法も提案されている。
しかしながら、光センサに入射される反射光には、バックライトからの光も混入することから、光センサの感度を、光センサ用光源から照射される光に調整する必要が生じるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、光センサへの入力光を、光センサ用光源のみとなし、検出感度を向上させた光センサ内蔵表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも１つの画素は光センサを有する光センサ内蔵表示装置であって、可視光を照射する可視光用光源と、不可視光を照射する不可視光用光源とを有し、１フレーム期間は、画像表示期間と、タッチ位置検出期間とで構成され、前記画像表示期間内に、前記不可視光用高光源をオフ、前記可視光用光源をオンとして、前記表示パネルに画像を表示し、前記タッチ位置検出期間内に、前記可視光用光源をオフ、前記不可視光用光源をオンとして、前記光センサにより前記表示パネル上の観察者のタッチ位置を検出する。
（２）（１）において、前記可視光用光源は、第１の色の光を照射する第１光源と、第２の色の光を照射する第２光源と、第３の色の光を照射する第３光源とを有し、前記画像表示期間は、前記第２光源、および第３光源をオフ、前記第１光源をオンとして、前記表示パネルに第１の色の画像を表示する第１の画像表示期間と、前記第１光源、および第３光源をオフ、前記第２光源をオンとして、前記表示パネルに第２の色の画像を表示する第２の画像表示期間と、前記第１光源、および第２光源をオフ、前記第３光源をオンとして、前記表示パネルに第３の色の画像を表示する第３の画像表示期間とから成る。
（３）（１）または（２）において、前記表示パネルは、前記不可視光用光源からの不可視光が、液晶表示パネルの前記観察者と反対側の面から前記光センサに入射されるのを防止する遮光膜を有する。
（４）（１）ないし（３）の何れかにおいて、前記表示パネルは、バックライトを有する液晶表示パネルであり、前記可視光用光源、および、前記不可視光用光源は、前記バックライト内に配置される。
（５）（４）において、前記バックライトは、導光板を有し、前記可視光用光源、および、前記不可視光用光源は、前記導光板の少なくとも１つの側面に配置される。
（６）（１）ないし（５）の何れかにおいて、前記光センサは、ホトダイオードで構成されている。
【発明の効果】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の光センサ内層表示装置によれば、光センサへの入力光を、光センサ用光源のみとなし、検出感度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来の液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の前提となる、１画素に光センサが組み込まれた光センサ内蔵液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
【図３】図２に示す光センサが組み込まれた１画素の断面構造を示す模式断面図である。
【図４】光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
【図５】図４に示す光センサ部及び読み出し回路部を抜き出して示す回路図である。
【図６】図５に示す回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【図７】図２に示す光センサが組み込まれた１画素の、実際の断面構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例１の光センサ内蔵液晶表示パネルの駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施例２の光センサ内蔵液晶表示パネルの駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
［従来の液晶表示パネルの構成］
図１は、従来の携帯電話機用の液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
図１に示すように、従来の液晶表示装置は、液晶表示パネル（ＬＣＤ）と、前記液晶表示パネル（ＬＣＤ）を照射するバックライト（Ｂ／Ｌ）とを備える。
バックライト（Ｂ／Ｌ）は、液晶表示パネル（ＬＣＤ）の平面形状と同様の略矩形形状である導光板６と、この導光板６の一側面（入射面）に配置された白色発光ダイオード（光源）８と、導光板６の下面（液晶表示パネル（ＬＣＤ）とは反対側の面）側に配置される反射シート７と、導光板６の上面（液晶表示パネル側の面）に配置される光学シート群５と、樹脂モールドフレーム（以下、単に、モールドという）１０とを有する。光学シート群５は、例えば、下拡散シート、２枚のレンズシート、および上拡散シートから構成される。
また、液晶表示パネル（ＬＣＤ）は、一対のガラス基板（２ａ，２ｂ）と、ガラス基板２ａの上面（表示面）に貼り付けられた上偏光板１と、ガラス基板２ｂの下面（バックライト側の面）に貼り付けられた下偏光板３とを有する。
ガラス基板２ｂ上には、ドライバ等を構成する半導体チップ１１が実装される。なお、ガラス基板２ｂには、半導体チップ１１に制御信号などを供給するフレキシブル基板が実装されるが、図１では、当該フレキシブル基板の図示は省略している。
【０００９】
［本発明の前提となる光センサ内蔵液晶表示パネルの構成］
図２は、本発明の前提となる、１画素に光センサが組み込まれた光センサ内蔵液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図２に示すように、従来の１画素に光センサが組み込まれた液晶表示パネルは、液晶用の走査線(ＧＬ；ゲート線ともいう）と、映像線（ＤＬ；ドレイン線、あるいはソース線ともいう）と、液晶用の薄膜トランジスタ（Ｔｒ２）と、保持容量（Ｃ）の他に、光センサ（ＰＳ）と、センサ制御線（ＰＳＬ；複数の場合有り）と、センサ出力線（ＯＵＴ）を有する。センサ制御線（ＰＳＬ）と、センサ出力線（ＯＵＴ）は、液晶用の走査線（ＧＬ）や、映像線（ＤＬ）と共用することも可能な場合がある。
光センサ（ＰＳ）の出力は、液晶表示パネル外に出力され、外部のドライバ（液晶データ制御ＩＣ等）（ＤＲＶ）へ入力される。これにより、光センサ（ＰＳ）の出力が、液晶データとして液晶表示パネル上に反映される。なお、図２、および後述する図４において、矢印ＦＡは、液晶表示パネルの外側を示している。
図３は、図２に示す光センサが組み込まれた１画素の断面構造を示す模式断面図であり、図３（ａ）が、薄膜トランジスタ（Ｔｒ２）の断面構造を、図３（ｂ）が光センサ（ＰＳ）の断面構造を示す。
図３において、Ｓはソース、Ｇはゲート、Ｄはドレイン、ＳＭは半導体層、Ｋはカソード、Ａはアノードである。光センサ（ＰＳ）は、例えば、ＰＩＮ構造とされ、光に対する電流を発生する。また、バックライトからの光が入射されないように、光センサ（ＰＳ）の下側には遮光膜（ＢＰＳ）が設けられる。
【００１０】
図４は、光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図４に示す光センサ（ＰＳ）は、ホトダイオード（Ｄ１）と、ホトダイオード（Ｄ１）の電流を電圧に変換する容量素子（Ｃ１）と、読み出し回路の薄膜トランジスタ（Ｔｒ１，Ｔｒ３）とで構成される。なお、薄膜トランジスタ（Ｔｒ３）ついては、共用として使うため１垂直読み出しラインに１つの構成となる。また、ＣＬＫ１，ＣＬＫ２はクロック線、Ｖｂはバイアス線である。
図４の光センサ部及び読み出し回路部を抜き出すと図５の通りとなる。図５に示すように、Ｔｒ１とＴｒ３の薄膜トランジスタは、ソースホロア回路を構成しており、容量素子（Ｃ１）の光に対する電圧変化をインピーダンス変換して、センサ出力（ＳＯＵＴ）として出力している。
また、図４に示す回路では、液晶用の走査線（ＧＬ）や、映像線（ＤＬ）を共用していないため、光センサ（ＰＳ）の動作は、液晶の表示と非同期で行う事ができる。
【００１１】
図６は、図５に示す回路のタイミングチャートである、以下、図６を用いて、図５に示す回路の動作について説明する。
始めに、クロック線（ＣＬＫ２）の電圧をＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベル）にして、容量素子（Ｃ１）に電荷を蓄積する。そして、クロック線（ＣＬＫ２）の電圧がＬｏｗレベル（以下、Ｌレベル）となった時点から、光センサ（ＰＳ）の動作（受光によるセンス）が開始する。
ホトダイオード（Ｄ１）に光が照射されることにより、容量素子（Ｃ１）に蓄積された電荷が、クロック線（ＣＬＫ２）へはき出され、結果として容量素子（Ｃ１）の電圧Ｖｏが下がる。これが、センサ動作時間により積分されて、照射光の変化が容量素子（Ｃ１）の電圧Ｖｏとして出力される。
次に、クロック線（ＣＬＫ１）がＨレベルの電圧となった時に、Ｔｒ１とＴｒ３の薄膜トランジスタで構成されるソースホロア回路が動作を開始し、その時の容量素子（Ｃ１）の電圧Ｖｏがソースホロア回路を介してセンサ出力ＳＯＵＴとなる。
よって、クロック線（ＣＬＫ２）の電圧がＬレベルとなってから、クロック線（ＣＬＫ１）がＨレベルとなる時点までがセンサ受光時間となる。
なお、図６の容量素子（Ｃ１）の電圧Ｖｏ、センサ出力（ＳＯＵＴ）の波線は、光が照射されない暗状態の時の出力となり、この差が照射光に対する電圧変化となる。
なお、図２に示す光センサが組み込まれた１画素の、実際の断面構造は、図７に示すような構造となる。即ち、ガラス基板などの基板（ＳＵＢ１）上に光センサ等が作製されたＴＦＴ基板（Ｔ−ＳＵＢ）と、ガラス基板などの基板（ＳＵＢ２）上にカラーフィルタ等が作製されたカラーフィルタ基板（Ｃ−ＳＵＢ）と、液晶層（ＬＣ）と、バックライト（Ｂ／Ｌ）とで構成される。
また、図７では図示を省略しているが、ＴＦＴ基板（Ｔ−ＳＵＢ）上には下偏光板（図１の３）が形成され、カラーフィルタ基板（Ｃ−ＳＵＢ）上には上偏光板（図１の１）が形成される。
【００１２】
［実施例１］
図８は、本発明の実施例１の光センサ内蔵液晶表示パネルの駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
本実施例の光センサ内蔵液晶表示パネル（ＬＣＤ）は、光センサ（ＰＳ）用の光源として、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）（ＬＳＰ）を使用する。さらに、光センサ（ＰＳ）用の光源（ＬＳＰ）の明るさを意図的に変え、その強弱の情報を付加し、正規のタッチ入力と外光による雑音入力との高い確度で識別することが可能である。
さらに、本実施例では、１フレーム期間を、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に画像を表示する画像表示期間（図８のＢ／ＬがＯＮの期間）と、光センサ（ＰＳ）により液晶表示パネル（ＬＣＤ）上の観察者のタッチ位置を検出するタッチ位置検出期間（図８のＰＳがＯＮの期間）とに分割する。
即ち、本実施例では、画像表示期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオフ、バックライト（Ｂ／Ｌ）をオンとして、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に画像を表示し、タッチ位置検出期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオン、バックライト（Ｂ／Ｌ）をオフとして、光センサ（ＰＳ）により液晶表示パネル（ＬＣＤ）上の観察者のタッチ位置を検出する。
このように、本願実施例では、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に画像を表示するためのバックライト（Ｂ／Ｌ）の点灯期間と、光センサ（ＰＳ）への入力となる光センサ用光源（ＬＳＰ）の点灯時間とを時間的に分離する。
これにより、本実施例では、従来のように、バックライト（Ｂ／Ｌ）からの光が、光センサ（ＰＳ）への入力するのを防止して、光センサ（ＰＳ）への入力光を、センサ用光源（ＬＳＰ）のみとすることがえきるので、検出感度を向上させることができる。
なお、本実施例において、バックライト（Ｂ／Ｌ）内に、図１に示す白色発光ダイオード８の他に、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）（ＬＳＰ）を配置する必要があるのは言うまでもない。
【００１３】
［実施例２］
図９は、本発明の実施例２の光センサ内蔵液晶表示パネルの駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
本実施例は、フィールドシーケンシャル方式の光センサ内蔵液晶表示パネルに、本発明を適用した実施例である。
本実施例の光センサ内蔵液晶表示パネル（ＬＣＤ）では、前述の画像表示期間が、赤色の画像を表示する第１の期間（図９のＢ／Ｌ−ＲがＯＮの期間）と、緑色の画像を表示する第２の期間（図９のＢ／Ｌ−ＧがＯＮの期間）と、青色の画像を表示する第３の期間（図９のＢ／Ｌ−ＢがＯＮの期間）とに３分割される。
即ち、本実施例では、第１の画像表示期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオフ、バックライト（Ｂ／Ｌ）から赤色（Ｒ）を照射し、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に赤色の画像を表示し、また、第２の画像表示期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオフ、バックライト（Ｂ／Ｌ）から緑色（Ｇ）を照射し、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に緑色の画像を表示し、また、第３の画像表示期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオフ、バックライト（Ｂ／Ｌ）から青色（Ｂ）を照射し、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に青色の画像を表示し、さらに、タッチ位置検出期間内に、光センサ用光源（ＬＳＰ）をオン、バックライト（Ｂ／Ｌ）をオフとして、光センサ（ＰＳ）により液晶表示パネル（ＬＣＤ）上の観察者のタッチ位置を検出する。
このように、本願実施例でも、液晶表示パネル（ＬＣＤ）に画像を表示するためのバックライト（Ｂ／Ｌ）の点灯期間と、光センサ（ＰＳ）への入力となる光センサ用光源（ＬＳＰ）の点灯時間とを時間的に分離する。
これにより、本実施例では、従来のように、バックライト（Ｂ／Ｌ）からの光が、光センサ（ＰＳ）への入力するのを防止して、光センサ（ＰＳ）への入力光を、センサ用光源（ＬＳＰ）のみとすることが可能となるので、検出感度を向上させることができる。
【００１４】
なお、本実施例において、バックライト（Ｂ／Ｌ）内に、図１に示す白色発光ダイオード８に代えて、赤色（Ｒ）を照射する赤色発光ダイオードと、緑色（Ｇ）を照射する緑色発光ダイオードと、青色（Ｂ）を照射する青色発光ダイオードと、視感度以外の波長の光を照射する光源（例えば、赤外線、あるいは紫外線などの不可視光用の光源）（ＬＳＰ）を配置する必要があるのは言うまでもない。
さらに、前述の各実施例において、タッチ位置検出期間（図６に示すセンサ受光時間）が不足する場合には、センサ出力ＳＯＵＴを、数フレームに亘って積分して検出感度を上げるようにしてもよい。
また、良く知られているように、フィールドシーケンシャル方式の光センサ内蔵液晶表示パネルでは、画素数が、例えば、１画素が、Ｒ・Ｇ・Ｂの３つのサブピクセルで構成される通常の液晶表示パネルの画素数の１／３となる。
なお、前述の説明では、本発明を、サイドエッジ型のバックライト（Ｂ／Ｌ）を有する携帯電話機用の光センサ内蔵液晶表示パネルに適用した実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、直下型のバックライト（Ｂ／Ｌ）を有する光センサ内蔵液晶表示パネルにも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００１５】
１ 上偏光板
２ａ，２ｂ，ＳＵＢ１，ＳＵＢ２ ガラス基板
３ 下偏光板
５ 光学シート群
６ 導光板
７ 反射シート
８ 白色発光ダイオード（光源）
１０ モールド
１１ 半導体チップ
ＧＬ 走査線(ゲート線)
ＤＬ 映像線（ドレイン線、あるいはソース線）
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３ 薄膜トランジスタ
ＬＣ 液晶
Ｃ 保持容量
ＰＳ 光センサ
ＰＳＬ センサ制御線
ＯＵＴ センサ出力線
ＤＲＶ ドライバ
Ｓ ソース
Ｇ ゲート
Ｄ ドレイン
ＳＭ 半導体層
Ｋ カソード
Ａ アノード
ＢＰＳ 遮光膜
Ｄ１ ホトダイオード
Ｃ１ 容量素子
ＣＬＫ１，ＣＬＫ２ クロック線
Ｖｂ バイアス線
Ｃ−ＳＵＢ カラーフィルタ基板
Ｔ−ＳＵＢ ＴＦＴ基板
Ｂ／Ｌ バックライト
ＬＣＤ 液晶表示パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する表示パネルを有し、
前記複数の画素の中の少なくとも１つの画素は光センサを有する光センサ内蔵表示装置であって、
可視光を照射する可視光用光源と、
不可視光を照射する不可視光用光源とを有し、
１フレーム期間は、画像表示期間と、タッチ位置検出期間とで構成され、
前記画像表示期間内に、前記不可視光用高光源をオフ、前記可視光用光源をオンとして、前記表示パネルに画像を表示し、
前記タッチ位置検出期間内に、前記可視光用光源をオフ、前記不可視光用光源をオンとして、前記光センサにより前記表示パネル上の観察者のタッチ位置を検出することを特徴とする光センサ内蔵表示装置。
【請求項２】
前記可視光用光源は、第１の色の光を照射する第１光源と、第２の色の光を照射する第２光源と、第３の色の光を照射する第３光源とを有し、
前記画像表示期間は、前記第２光源、および第３光源をオフ、前記第１光源をオンとして、前記表示パネルに第１の色の画像を表示する第１の画像表示期間と、前記第１光源、および第３光源をオフ、前記第２光源をオンとして、前記表示パネルに第２の色の画像を表示する第２の画像表示期間と、前記第１光源、および第２光源をオフ、前記第３光源をオンとして、前記表示パネルに第３の色の画像を表示する第３の画像表示期間とから成ることを特徴とする請求項１に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項３】
前記表示パネルは、前記不可視光用光源からの不可視光が、液晶表示パネルの前記観察者と反対側の面から前記光センサに入射されるのを防止する遮光膜を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項４】
前記表示パネルは、バックライトを有する液晶表示パネルであり、
前記可視光用光源、および、前記不可視光用光源は、前記バックライト内に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項５】
前記バックライトは、導光板を有し、
前記可視光用光源、および、前記不可視光用光源は、前記導光板の少なくとも１つの側面に配置されることを特徴とする請求項４に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項６】
前記光センサは、ホトダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項１】
複数の画素を有する表示パネルを有し、
前記複数の画素の中の少なくとも１つの画素は光センサを有する光センサ内蔵表示装置であって、
可視光を照射する可視光用光源と、
不可視光を照射する不可視光用光源とを有し、
１フレーム期間は、画像表示期間と、タッチ位置検出期間とで構成され、
前記画像表示期間内に、前記不可視光用高光源をオフ、前記可視光用光源をオンとして、前記表示パネルに画像を表示し、
前記タッチ位置検出期間内に、前記可視光用光源をオフ、前記不可視光用光源をオンとして、前記光センサにより前記表示パネル上の観察者のタッチ位置を検出することを特徴とする光センサ内蔵表示装置。
【請求項２】
前記可視光用光源は、第１の色の光を照射する第１光源と、第２の色の光を照射する第２光源と、第３の色の光を照射する第３光源とを有し、
前記画像表示期間は、前記第２光源、および第３光源をオフ、前記第１光源をオンとして、前記表示パネルに第１の色の画像を表示する第１の画像表示期間と、前記第１光源、および第３光源をオフ、前記第２光源をオンとして、前記表示パネルに第２の色の画像を表示する第２の画像表示期間と、前記第１光源、および第２光源をオフ、前記第３光源をオンとして、前記表示パネルに第３の色の画像を表示する第３の画像表示期間とから成ることを特徴とする請求項１に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項３】
前記表示パネルは、前記不可視光用光源からの不可視光が、液晶表示パネルの前記観察者と反対側の面から前記光センサに入射されるのを防止する遮光膜を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項４】
前記表示パネルは、バックライトを有する液晶表示パネルであり、
前記可視光用光源、および、前記不可視光用光源は、前記バックライト内に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項５】
前記バックライトは、導光板を有し、
前記可視光用光源、および、前記不可視光用光源は、前記導光板の少なくとも１つの側面に配置されることを特徴とする請求項４に記載の光センサ内蔵表示装置。
【請求項６】
前記光センサは、ホトダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光センサ内蔵表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−８３５９２（Ｐ２０１２−８３５９２Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０４２５（Ｐ２０１０−２３０４２５）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
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