液晶表示装置
【課題】外部光あるいはバックライト光の明るさの程度に拘わらず、遮光体の検知を確実に行うことのできる液晶表示装置の提供。
【解決手段】液晶表示パネルは、表示領域にマトリックス状に配置された複数の画素と表示領域に配置された複数の光センサ回路とを備え、複数の光センサ回路の各々は光センサ素子を有し、バックライトの光強度は、第１の強度と前記第１の強度と異なる第２の強度とを有し、第１の強度と第２の強度とは所定の期間毎に周期的に切り替わり、光センサ回路は、光量を検知する受光期間と受光期間に検知した光量を読み出す読み出し期間とを有し、受光期間は所定の期間の整数倍であり、光センサ素子は受光期間に光に対する感度を持つ光センサ動作状態と光に対する感度を持たない光センサ非動作状態とを有し、光センサ動作状態と前記光センサ非動作状態とはバックライトの光強度の切り替わりに同期して、所定の期間毎に周期的に切り替わる。
【解決手段】液晶表示パネルは、表示領域にマトリックス状に配置された複数の画素と表示領域に配置された複数の光センサ回路とを備え、複数の光センサ回路の各々は光センサ素子を有し、バックライトの光強度は、第１の強度と前記第１の強度と異なる第２の強度とを有し、第１の強度と第２の強度とは所定の期間毎に周期的に切り替わり、光センサ回路は、光量を検知する受光期間と受光期間に検知した光量を読み出す読み出し期間とを有し、受光期間は所定の期間の整数倍であり、光センサ素子は受光期間に光に対する感度を持つ光センサ動作状態と光に対する感度を持たない光センサ非動作状態とを有し、光センサ動作状態と前記光センサ非動作状態とはバックライトの光強度の切り替わりに同期して、所定の期間毎に周期的に切り替わる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に係り、特に、バックライトを具備し、複数の画素の少なくとも一部に光センサ素子を備える液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、液晶表示パネルとこの液晶表示パネルの背面に面光源となるバックライトとを備えて構成されるのが通常となっている。液晶表示パネルの表示領域に形成される複数の画素は、それぞれ、自発光することなく、液晶の分子の駆動によって光透過率を変化させる機能しか有さないからである。
【０００３】
また、近年では、液晶表示パネルのたとえば全ての画素内に光センサ素子を具備させ、これにより表示領域内にマトリックス状に配置された光センサ素子によってたとえば従来のタッチパネルに代える機能を持たせるものが知られるに至っている。すなわち、液晶表示パネルの表示領域にたとえば指等の遮光体を接触（あるいは近づけ）させることによって、光センサ素子がこれを感知し、前記遮光体の位置のＸ、Ｙ座標を演算し、この情報を表示装置に反映させるようになっている。
【０００４】
このような技術は、たとえば下記特許文献１、特許文献２に開示がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３８５７号公報
【特許文献２】特開２００７−９４６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した液晶表示装置においては、外部光とバックライトの光の強弱関係によって、たとえば指等の遮光体を光センサ素子が感知できなくなる不都合が生じることがある。
【０００７】
図１０ないし図１２は上記不都合が生じる理由を示す説明図である。図１０、図１１は、それぞれ不都合が生じない場合、図１２は、不都合が生じる場合を示している。なお、図１０ないし図１２は、それぞれ、液晶ＬＣを挟持して対向配置される一対の基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２を備える液晶表示パネルＰＮＬを示し、基板ＳＵＢ１側にバックライトＢＬが配置されている。また、基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣ側への面には複数の光センサ素子ＬＳ（図中ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３、ＬＳ４で示す）が形成されている。これら光センサ素子ＬＳはたとえば液晶表示パネルＰＮＬの各画素（図中画素の構成は省略している）にそれぞれ設けられているものとする。また、光センサ素子ＬＳは図示していないが後述のバックライト光Ｂに対しては遮光（図５の符号ＬＩ参照）がなされた構成となっている。そして、液晶表示パネルＰＮＬの基板ＳＵＢ２側の面にはたとえば指等からなる遮光体ＩＴＬが接触あるいは近接している。
【０００８】
まず、図１０に示すように、バックライト光Ｂに対して外部光Ａが充分に明るい場合、遮光体ＩＴＬによって遮光されることなく外部光Ａを検知する光センサ素子ＬＳ１、ＬＳ２と、遮光体ＩＴＬによってバックライト光Ｂからの反射光を検知する光センサ素子ＬＳ３、ＬＳ４とにおいて、検知する光の明るさに充分な差があり、光センサ素子ＬＳは遮光体ＩＴＬを信頼性よく検知することができる。
【０００９】
また、図１１に示すように、外部光Ａに対してバックライト光Ｂが充分に明るい場合でも、遮光体ＩＴＬによって遮光されることなく外部光Ａを検知する光センサ素子ＬＳ１、ＬＳ２と、遮光体ＩＴＬによってバックライト光Ｂからの反射光を検知する光センサ素子ＬＳ３、ＬＳ４とにおいて、検知する光の明るさに充分な差があり、光センサ素子ＬＳは遮光体ＩＴＬを信頼性よく検知することができる。
【００１０】
しかし、図１２に示すように、外部光Ａとバックライト光Ｂの明るさがほぼ等しい場合、遮光体ＩＴＬによって遮光されることなく外部光Ａを検知する光センサ素子ＬＳ１、ＬＳ２と、遮光体ＩＴＬによってバックライト光Ｂからの反射光を検知する光センサ素子ＬＳ３、ＬＳ４とにおいて、検知する光の明るさに充分な差がなくなり、光センサ素子ＬＳは遮光体ＩＴＬを信頼性よく検知することができなくなってしまう。
【００１１】
図１２の場合をさらに詳述する。図１３は、図１２に示す光センサ素子ＬＳ２とＬＳ３の部分を抜き出して示した図である。図１３において、バックライト光Ｂは、図中（２）における断面通過で減衰し、図中（３）における遮光体ＩＴＬの反射によって減衰し、さらに、図中（４）における光センサ素子ＬＳ３までの断面通過で減衰する。ここで、理解を容易にするため、下記の要素に対して数値をあてはめてみる。
【００１２】
すなわち、バックライトＢＬの光量＝１０００（自由単位）、図中（２）の経路における減衰＝９３％（液晶表示パネルＰＮＬの透過率が７％であることを想定）、図中（３）の経路における減衰＝８０％（遮光体ＩＴＬの反射率が２０％であることを想定）、図中（４）における減衰＝５０％とする。
【００１３】
この場合、光センサ素子ＬＳ３に入射される光量Ｚは、次式（１）によって計算される。
【００１４】
Ｚ＝１０００×（１-０．９３）×（１-０．８）×（１-０．５）＝７
…… （１）
一方、外部光Ａにおいて、図中（５）で示す光センサ素子ＬＳ２までの断面通過における減数を、図中（４）と同様に５０％とすると、外部光Ａの光量が１４の場合において、光センサ素子ＬＳ２に入射される光量Ｚ'は、次式（２）によって計算される。
【００１５】
Ｚ'＝１４×（１-０．５）＝７＝Ｚ
このため、Ｚ'＝Ｚとなり、光センサ素子ＬＳは、外部光Ａとバックライト光Ｂを区別することができず、ひいては遮光体ＩＴＬを信頼性よく検知することができなくなってしまう。
【００１６】
本発明の目的は、外部光あるいはバックライト光の明るさの程度に拘わらず、遮光体の検知を確実に行うことのでき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】
【００１７】
本発明の構成は、たとえば、以下のようなものとすることができる。
【００１８】
（１）本発明は、液晶表示パネルとこの液晶表示パネルと対向配置されるバックライトを備える液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、表示領域にマトリックス状に配置された複数の画素と、前記表示領域に配置された複数の複数の光センサ回路とを備えて構成され、
前記複数の光センサ回路の各々は光センサ素子を有し、
前記バックライトの光強度は、第１の強度と前記第１の強度と異なる第２の強度とを有し、
前記第１の強度と前記第２の強度とは、所定の期間毎に周期的に切り替わることを特徴とする。
【００１９】
（２）本発明は、（１）において、前記光センサ回路は、光量を検知する受光期間と、前記受光期間に検知した光量を読み出す読み出し期間とを有し、
前記受光期間は、前記所定の期間の整数倍であり、
前記光センサ素子は、前記受光期間に、光に対する感度を持つ光センサ動作状態と光に対する感度を持たない光センサ非動作状態とを有し、
前記光センサ動作状態と前記光センサ非動作状態とは、前記バックライトの光強度の切り替わりに同期して、前記所定の期間毎に周期的に切り替わることを特徴とする。
【００２０】
（３）本発明は、（２）において、前記読み出し期間は、前記所定の期間であることを特徴とする。
【００２１】
（４）本発明は、（２）または（３）において、前記複数の光センサ回路は、マトリクス状に配置され、
前記複数の光センサ回路のうち、同一列に配置された複数の光センサ回路は、順次前記読み出し期間をとり、前記同一列に配置された複数の光センサ回路は、前記光センサ素子が前記光センサ動作状態のときの前記バックライトの光強度が、奇数行に配置された光センサ回路と偶数行に配置された光センサ回路とで異なることを特徴とする。
【００２２】
（５）本発明は、（１）から（４）において、前記所定の期間は１水平走査期間であることを特徴とする。
【００２３】
（６）本発明は、（１）から（４）において、前記所定の期間は１水平走査期間の整数倍であることを特徴とする。
【００２４】
（７）本発明は、（１）から（６）において、前記第１の強度は前記バックライトの光源が点灯した状態であり、前記第２の強度は前記光源が消灯した状態であることを特徴とする。
【００２５】
（８）本発明は、（１）から（７）において、前記光センサ回路は、前記光センサ素子と容量素子とスイッチとを有し、前記光センサ素子と前記容量素子は、前記スイッチを介して直列接続されていることを特徴とする。
【００２６】
（９）本発明は、（８）において、前記スイッチは薄膜トランジスタによって形成されていることを特徴とする。
【００２７】
（１０）本発明は、（１）から（９）において、前記光センサ回路は、前記複数の画素のそれぞれに形成されていることを特徴とする。
【００２８】
（１１）本発明は、（１）から（９）において、前記光センサ回路は、前記表示領域の一部の領域に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。
【発明の効果】
【００３０】
上述した液晶表示装置によれば、外部光あるいはバックライト光の明るさの程度に拘わらず、遮光体の検知を確実に行うことができるようになる。
【００３１】
本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の液晶表示装置のバックライトの変調およびこれに伴う光センサ素子の非動作のタイミングを示した図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の概略を示す平面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置に具備される光センサ回路を示す図である。
【図４】本発明の液晶表示装置に具備される光センサ回路の動作を示す図である。
【図５】本発明の液晶表示装置に具備される画素選択用のトランジスタと光センサ素子の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置において表示領域に光センサ素子がマトリックス状に配置されていることを示す概略平面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の光センサ素子の受光タイミングおよび出力読み出しを示す図である。
【図８】本発明の液晶表示装置の光センサ回路において光センサ素子の感度を無にする実施例を示す概念的な回路図である。
【図９】本発明の液晶表示装置の光センサ回路において光センサ素子の感度を無にする実施例を示す具体的な回路図である。
【図１０】従来の液晶表示装置の外部光のある状態によって不都合とならない態様を示す図である。
【図１１】従来の液晶表示装置の外部光の他の状態によって不都合とならない態様を示す図である。
【図１２】従来の液晶表示装置の外部光の状態によって不都合となる態様を示す図である。
【図１３】従来の液晶表示装置の不都合な点をさらに詳述する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
【実施例１】
【００３４】
（全体の概略構成）
図２は、各画素に光センサを配置した液晶表示装置の概略を示す平面図である。
【００３５】
液晶表示パネルの主面には、マトリックス状に配置された複数の画素ＰＩＸが形成されている。これら各画素ＰＩＸの集合によって表示領域ＡＲを構成するようになっている。各画素ＰＩＸの領域には、液晶表示の機能を有する領域と光検知の機能を有する領域を備えている。液晶表示の機能を有する領域には、ゲート信号線ＧＬからの信号（走査信号）によってオンされる薄膜トランジスタＴｒ１と、このオンされた薄膜トランジスタＴｒ１を通してドレイン信号線ＤＬからの信号が供給される画素電極（図示せず）と、この画素電極に供給される映像信号を長く蓄積させるための保持容量Ｃ１が備えられている。また、光検知の機能を有する領域には、まず、第２制御信号線ＣＬＫ２と接地線ＧＮＤとの間に直列接続された光センサ素子ＬＳと容量素子Ｃが形成されている。本実施例において、光センサ素子ＬＳはホトダイオードで形成されている。容量素子Ｃは光センサ素子ＬＳによって検出される電流を電圧に変換するようになっている。また、光センサ素子ＬＳと容量素子Ｃの中間接続点にゲート電極が接続された薄膜トランジスタＴｒ２を備え、この薄膜トランジスタＴｒ２は第１制御信号線ＣＬＫ１と信号線ＬＬとの間に接続されている。表示領域ＡＲの外側には、前記信号線ＬＬと接地線ＧＮＤとの間に接続される薄膜トランジスタＴｒ３が形成されている。なお、薄膜トランジスタＴｒ２は、薄膜トランジスタＴｒ３とともに読み出し回路を構成するようになっている。前記読み出し回路における薄膜トランジスタＴｒ２と薄膜トランジスタＴｒ３の中間接続点からはセンサ回路の出力が外部回路ＤＲＶに出力されるようになっている。この外部回路ＤＲＶはたとえば前記ドレイン信号線ＤＬに映像信号を供給する機能も有している。第１制御信号線ＣＬＫ１、第２制御信号線ＣＬＫ２、および接地線ＧＮＤは図中ｘ方向に走行され、ｘ方向に並設される各画素ＰＩＸで共通になっている。信号線ＬＬは図中ｙ方向に走行され、ｙ方向に並設される各画素ＰＩＸで共通になっている。尚、薄膜トランジスタＴｒ３のゲート電極には、薄膜トランジスタＴｒ３をオンにする所定のバイアス電圧Ｖｂが印加される。
【００３６】
このように構成した光センサ回路は、画素ＰＩＸを駆動するゲート信号線ＧＬおよびドレイン信号線ＤＬと共用させていないことから、液晶表示と非同期で行うことができる。しかし、センサ回路をゲート信号線ＧＬおよびドレイン信号線ＤＬと共用させ、液晶表示と同期させた構成とするようにしてもよい。
【００３７】
ここで、前記光センサ素子ＬＳを備えたセンサ回路の動作を説明する。図３は、図２に示した回路のうち、光センサ素子ＬＳ、容量素子Ｃ、薄膜トランジスタＴｒ２、薄膜トランジスタＴｒ３を抜き出して示した図である。薄膜トランジスタＴｒ２と薄膜トランジスタＴｒ３を含む図中点線で囲まれた部分はソースホロアを構成し、光センサ素子ＬＳの光に対する電位変化をインピーダンス変換して出力させるようになっている。なお、図４は、前記センサ回路のタイミング図を示し、各箇所のタイミングは、図３に示した符号（ＣＬＫ１、Ｖｏ等）に対応させて示している。図３、図４において、第２制御信号線ＣＬＫ２をハイ（Ｈｉｇｈ）にして容量素子Ｃに電荷を蓄積させ、第２制御信号線ＣＬＫ２をロウ（Ｌｏｗ）になった時点からセンサ回路の動作（受光による検知）が開始する。光センサ素子ＬＳが受光することによって、容量素子Ｃに蓄積された電荷が第２制御信号線ＣＬＫ２にはき出され、容量素子Ｃの電位が下がるようになる。この電位の減少はセンサ回路の動作時間によって積分され、容量素子Ｃの電位は、動作時間中に受光した光の量に対応した値となる。そして、第１制御信号線ＣＬＫ１がハイ（Ｈｉｇｈ）となった際に、薄膜トランジスタＴｒ２と薄膜トランジスタＴｒ３とからなるソースホロアが動作を開始し、その時のＶｏ電位がソースホロアを介してセンサ出力ＯＵＴとなる。このことから、第２制御信号線ＣＬＫ２がロウ（Ｌｏｗ）になった時点から第１制御信号線ＣＬＫ１がハイ（Ｈｉｇｈ）となる時点までがセンサ受光時間Ｔとなる。図４のＶｏ、ＯＵＴに示す点線は、光が照射されていない時（暗状態）の出力となり、この差が受光した光の量に対応する。
【００３８】
なお、図５は、光センサ素子ＬＳの構成を示した概略的な断面図で、薄膜トランジスタＴｒ１と比較して示している。薄膜トランジスタＴｒ１は、たとえばトップゲート構造のＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）トランジスタとなっており、その半導体層ＳＣ'はアモルファスＳｉあるいはポリＳｉ等が用いられている。図中符号ＧＴはゲート電極、ＤＴはドレイン電極、ＳＴはソース電極である。なお、図２に示した薄膜トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３も同様の構成となっている。光センサ素子ＬＳは、ダイオードとして形成され、その形成においては薄膜トランジスタＴｒ１の形成と並行して形成されるのが通常となる。このため、半導体層ＳＣは薄膜トランジスタＴｒ１の半導体層ＳＣ'の材料と同様となる。図中符号ＫＴはカソード電極、ＡＴはアノード電極である。また、半導体層ＳＣは中央においてｉ型層が形成され、たとえば、カソード電極ＫＴに接続される領域はｐ型層、アノード電極ＡＴに接続される領域はｎ型層となっている。なお、光センサ素子ＬＳは、図中上側からの光Ｌのみを受光できるようにし、図示しないバックライトからの光を遮光させるために、基板ＳＵＢ１と光センサ素子ＬＳとの間に遮光膜ＬＩが形成されている。
【００３９】
（光センサ素子ＬＳの受光タイミングおよび出力読み出し）
図６は、液晶表示パネルＰＮＬの表示領域ＡＲにおける光センサＬＳの配列状態を示した図である。光センサＬＳは、上述したように、たとえば液晶表示に係る各画素に形成されていることから、各画素と同様に、表示領域ＡＲ面にマトリックス状に形成される。
【００４０】
図中ｘ方向に並設される各画素からなる画素群には、それぞれ、共通の制御信号線ＣＬＫ（図２に示した制御信号線ＣＬＫ１、ＣＬＫ２）が形成され、これら制御信号線ＣＬＫによってセンサ制御線群ＳＣＧを構成している。図中ｙ方向に並設される各画素からなる画素群には、それぞれ、共通の信号線ＬＬ（図２に示した信号線ＬＬ）が形成され、これら信号線ＬＬによってセンサ読み出し線群ＳＲＧを構成している。一つの制御信号線ＣＬＫによって制御される各画素（図中ｘ方向に並設される各画素）は、受光を開始し、その出力が各信号線ＬＬを通して読み出されるようになる。各光センサ素子ＬＳの受光タイミングおよび出力読み出しは、液晶表示に係る画素への映像信号の書き込みの駆動と同様に、図中ｘ方向に並設される各画素の画素群において、たとえば、……、ｎ-１、ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３、ｎ＋４、……、の順に行われるようになっている。
【００４１】
図７は、光センサ素の受光（検知）のタイミングと読み出しのタイミングとを、模式的に示す図である。図６は、図中上方においてセンサ読み出し期間ＳＲのタイミングを、図中下方においてセンサ受光期間ＳＤのタイミングを示している。まず、フレーム周波数ｆ＝６０Ｈｚのパネルとした場合に、１垂直期間Ｔｖはいわゆる帰線期間をも含めて約１６．６ｍｓになる。そして、図６において示した画素群の行のうち、便宜上、ｎ-１、ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３、ｎ＋４の各行を考えた場合、この６行分の各光センサ素子ＬＳにおけるセンサ読み出し期間ＳＲは、１垂直期間Ｔｖのうちの一部の期間（図中Ｔｏで示す）においてなされることになる。この場合、上述した６行分の各光センサ素子ＬＳにおけるセンサ読み出し期間ＳＲは、（ｎ-１）行から（ｎ＋４）行にそれぞれ対応する１水平走査期間Ｔｈ内にそれぞれ割り当てられて行われる。すなわち、各行における光センサ素子ＬＳの読み出しも、各行における画素の駆動と同様に、この１水平走査期間Ｔｈ内で行われるようになっている。ここで、光センサ素子ＬＳから読み出されるデータ（出力）は、その読み出しの前までに当該光センサ素子ＬＳが受光した光量によるデータとなっている。図７では、各行における光センサ素子ＬＳにおいて、たとえば４水平走査期間前の時点でセンサ受光時間Ｔ（図４において符号Ｔに相当する）が開始され、各行における光センサ素子ＬＳによって読み出されるデータは、この４水平走査期間内に受けた光量の積分値に相当する値になる。この実施例では、センサ受光時間としてたとえば４水平走査期間を採用しているが、この期間に限定されることはない。光センサ素子ＬＳの感度、バックライトの光量、あるいは外部光の光量によって任意に変更し得る期間である。
【００４２】
（バックライトの変調およびこれに伴う光センサ素子の非動作）
本実施例では、外部光あるいはバックライト光の明るさの程度に拘わらず、遮光体の検知を確実に行うことのできるようにするため、バックライト光の明るさを所定の周期で変調させ、更に、光センサを、感度を持った状態と感度を持たない状態とを切り替えて動作させている。
【００４３】
図１は、上記動作を模式的に示す図である。図１は、バックライトの明るさの変調のタイミングを明確にするため、図７に示した図と併せて描画している。このため、図１において、図中上方においてセンサ読み出し期間ＳＲのタイミングを、図中真中においてセンサ受光期間ＳＤのタイミングを、図中下方においてバックライトの光量ＢＬｑを示している。
【００４４】
図１に示すように、バックライトの光量ＢＬｑは、１水平走査期間Ｔｈごとに光量が大きい状態（Ｈ、第１の強度）と光量が小さい状態（Ｌ、第２の強度）とを交互に繰り返すように変調されている。この場合、バックライトの平均的な明るさはＨとＬの中間値に設定されることになる。
【００４５】
そして、各行における光センサ素子ＬＳのセンサ受光期間ＳＤにおいて、感度を持たせる状態（光センサ動作状態、図中ハッチで示している）と感度を持たせない状態（光センサ非動作状態、図中符号ＮＳで示している）とを１水平走査期間毎に形成している。これにより、たとえば（ｎ-１）行の光センサ素子ＬＳは、バックライトの光量ＢＬｑがＨである４水平走査期間前および２水平走査期間前において感度を持った状態となり、バックライトの光量ＢＬｑがＬである３水平走査期間前および１水平走査期間前において感度を持たない状態となっている。また、たとえばｎ行の光センサ素子ＬＳは、バックライトの光量ＢＬｑがＬである４水平走査期間前および２水平走査期間前において感度を持った状態となり、バックライトの光量ＢＬｑがＨである３水平走査期間前および１水平走査期間前において感度を持たない状態となっている。
【００４６】
このことから明らかとなるように、（ｎ-１）行の光センサ素子ＬＳの出力は、バックライトの光量ＢＬｑがＨの際のデータのみとなり、ｎ行の光センサ素子ＬＳの出力は、バックライトの光量ＢＬｑがＬの際のデータのみとなる。このことは、パネル全体において、奇数の行の各光センサ素子ＬＳと偶数の行の各光センサ素子ＬＳは異なった光量のバックライトに対して受光データを出力することになる。
【００４７】
図８は、光センサ素子ＬＳにおいて、感度を持った状態と感度を持たない状態を切り替え可能な回路構成を示す図で、図３と対応させて描画している。図８において、図３の場合と比較して異なる構成は、光センサ素子ＬＳと容量素子Ｃとの間にスイッチＳＷを形成し、このスイッチＳＷのオン・オフによって、それぞれ、光センサ素子ＬＳに感度を持った状態と感度を持たない状態を切り替えるようにしている。図８に示す光センサ回路は、上述したように、まず初期値として容量素子Ｃに電荷を蓄積させ、受光期間では、光センサＬＳが受けた光による光リークによって蓄積された前記電荷が抜け、結果として容量素子Ｃの両端の電位の変化を取り出すようになっている。このため、容量素子Ｃと光センサＬＳの経路を前記スイッチＳＷによって断つことにより、光センサＬＳの感度を無くす構成を容易に形成することができる。
【００４８】
図９は、図８と対応させて描画した図であり、図８に示した前記スイッチＳＷを、薄膜トランジスタＴｒ５によって構成していることを示している。薄膜トランジスタＴｒ５は、上述した薄膜トランジスタＴｒ１ないしＴｒ４と同様のＭＩＳ型トランジスタであり、製造の工程において、薄膜トランジスタＴｒ１ないしＴｒ４の形成と並行して形成することができる。
【００４９】
（バックライト）
バックライトＢＬは、たとえば、液晶表示パネルＰＮＬに対向して配置される基板の前記液晶表示パネルＰＮＬ側の面に、複数の発光ダイオードを並設させたものを用いることができる。このようなバックライトは、電流制御によってバックライトの光量のコントロールを極めて簡単に行うことができるようになる。バックライトの光量の変調は充分に早い周期で行うことによって目視で感じることは無くなる。すなわち、バックライトの光量の変調の周期は１６ｍｓ以下が好適となる。また、バックライトの光量の変調は、点灯および消灯を繰り返す、いわゆる±１００％調光が好適である。しかし、これに限ることはない。
【００５０】
（本実施例の効果）
上述した構成において、図１３を再び用いて、本実施例の効果を説明する。図１３に示したように、外部光Ａは、図中（５）に示す経路を経て光センサ素子ＬＳ２に入射される。バックライト光Ｂは、図中（１）ないし（４）に示す経路を経て光センサ素子ＬＳ３に入射される。
【００５１】
本実施例では、上述したように、偶数行における光センサ素子ＬＳの受光時、および寄数行における光センサ素子ＬＳの受光時において、バックライトＢＬの光量が変化するようになっている。
【００５２】
このため、たとえば偶数行における光センサ素子ＬＳの受光時に、図中（５）の経路を経て光センサ素子ＬＳ２が取得する外部光Ａのデータと、図中（１）ないし（４）の経路を経て光センサ素子ＬＳ３が取得するバックライト光Ｂのデータがたとえ同一であったとしても、次の偶数行における光センサ素子ＬＳの受光時には、光センサ素子ＬＳ２が取得する外部光Ａのデータと光センサ素子ＬＳ３が取得するバックライト光Ｂのデータとが同一とならないようにすることができる。したがって、後者の場合において、光センサ素子ＬＳは、遮光体ＩＴＬの検知を確実に行うことができるようになる。
【００５３】
なお、このような構成は、バックライトＢＬの光量を変化させていることから、光センサが光を検知する精細度が垂直方向では１／２となってしまうが、たとえばタッチパネル用の光センサ素子として用いた場合においても、実用上差し支えない範囲となる。
【実施例２】
【００５４】
上述した実施例では、１水平走査期間毎に、バックライトの光量の変調を行い、また、光センサ素子の感度の有無を変えるように構成したものである。しかし、これに限定されることはなく、たとえば、１水平走査期間の整数倍の期間毎に、バックライトの光量の変調を行い、また、光センサ素子の感度の有無を変えるように構成しても同様の効果が得られる。
【００５５】
特に、光センサ素子の出力読み出しを、液晶表示に係る画素の駆動と非同期で行う場合においては、液晶表示に係る画素の駆動に関係なく行うことができる。すなわち、バックライトの光量の変調と光センサ素子の感度の有無が同期しておればよく、バックライトの光量の変調、および光センサ素子の感度の有無の切り替えは、一定時間ごとに行うようにできる。
【実施例３】
【００５６】
上述した実施例では、光センサ素子ＬＳは、液晶表示パネルＰＮＬの表示領域ＡＲにおける各画素に、それぞれ対応させて設けるようにしたものである。しかし、これに限らず、表示領域ＡＲの一部の領域において、光センサ素子ＬＳをマトリックス状に配置させ、この一部の領域においてのみタッチパネルの機能をもたせるように構成するようにしてもよい。この場合、表示領域ＡＲの一部は、該表示領域ＡＲの周辺の少なくとも一部であってもよい。表示領域ＡＲの周辺はいわゆるソフトスイッチを複数表示する場合が多く、このソフトスイッチを選択する場合において指等の近接あるいは接触によって行うことが考えられるからである。
【００５７】
以上、本発明を実施例を用いて説明してきたが、これまでの各実施例で説明した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、それぞれの実施例で説明した構成は、互いに矛盾しない限り、組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
ＳＵＢ１、ＳＵＢ２……基板、ＬＣ……液晶、ＢＬ……バックライト、Ａ……外部光、Ｂ……バックライト光、ＩＴＬ……遮光体、ＳＲ……センサ読み出し期間、ＳＤ……センサ受光期間、ＢＬｑ……バックライト光量、Ｔｖ……１垂直期間、Ｔｈ……１水平走査期間、ＰＮＬ……液晶表示パネル、ＡＲ……表示領域、ＰＩＸ……画素、Ｔｒ１〜Ｔｒ４……薄膜トランジスタ、ＬＳ、ＬＳ１〜ＬＳ４……光センサ素子、Ｃ１……保持容量、Ｃ……容量素子、ＧＬ……ゲート信号線、ＤＬ……ドレイン信号線、ＣＬＫ１……第１制御信号線、ＣＬＫ２……第２制御信号線、ＧＮＤ……接地線、ＬＬ……信号線、ＬＩ……遮光膜、ＧＴ……ゲート電極、ＤＴ……ドレイン電極、ＳＴ……ソース電極、ＫＴ……カソード電極、ＡＴ……アノード電極、ＳＣ、ＳＣ'……半導体層、ＳＣＧ……センサ制御線群、ＳＲＧ……センサ読み出し線群、ＳＷ……スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に係り、特に、バックライトを具備し、複数の画素の少なくとも一部に光センサ素子を備える液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、液晶表示パネルとこの液晶表示パネルの背面に面光源となるバックライトとを備えて構成されるのが通常となっている。液晶表示パネルの表示領域に形成される複数の画素は、それぞれ、自発光することなく、液晶の分子の駆動によって光透過率を変化させる機能しか有さないからである。
【０００３】
また、近年では、液晶表示パネルのたとえば全ての画素内に光センサ素子を具備させ、これにより表示領域内にマトリックス状に配置された光センサ素子によってたとえば従来のタッチパネルに代える機能を持たせるものが知られるに至っている。すなわち、液晶表示パネルの表示領域にたとえば指等の遮光体を接触（あるいは近づけ）させることによって、光センサ素子がこれを感知し、前記遮光体の位置のＸ、Ｙ座標を演算し、この情報を表示装置に反映させるようになっている。
【０００４】
このような技術は、たとえば下記特許文献１、特許文献２に開示がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３８５７号公報
【特許文献２】特開２００７−９４６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した液晶表示装置においては、外部光とバックライトの光の強弱関係によって、たとえば指等の遮光体を光センサ素子が感知できなくなる不都合が生じることがある。
【０００７】
図１０ないし図１２は上記不都合が生じる理由を示す説明図である。図１０、図１１は、それぞれ不都合が生じない場合、図１２は、不都合が生じる場合を示している。なお、図１０ないし図１２は、それぞれ、液晶ＬＣを挟持して対向配置される一対の基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２を備える液晶表示パネルＰＮＬを示し、基板ＳＵＢ１側にバックライトＢＬが配置されている。また、基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣ側への面には複数の光センサ素子ＬＳ（図中ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３、ＬＳ４で示す）が形成されている。これら光センサ素子ＬＳはたとえば液晶表示パネルＰＮＬの各画素（図中画素の構成は省略している）にそれぞれ設けられているものとする。また、光センサ素子ＬＳは図示していないが後述のバックライト光Ｂに対しては遮光（図５の符号ＬＩ参照）がなされた構成となっている。そして、液晶表示パネルＰＮＬの基板ＳＵＢ２側の面にはたとえば指等からなる遮光体ＩＴＬが接触あるいは近接している。
【０００８】
まず、図１０に示すように、バックライト光Ｂに対して外部光Ａが充分に明るい場合、遮光体ＩＴＬによって遮光されることなく外部光Ａを検知する光センサ素子ＬＳ１、ＬＳ２と、遮光体ＩＴＬによってバックライト光Ｂからの反射光を検知する光センサ素子ＬＳ３、ＬＳ４とにおいて、検知する光の明るさに充分な差があり、光センサ素子ＬＳは遮光体ＩＴＬを信頼性よく検知することができる。
【０００９】
また、図１１に示すように、外部光Ａに対してバックライト光Ｂが充分に明るい場合でも、遮光体ＩＴＬによって遮光されることなく外部光Ａを検知する光センサ素子ＬＳ１、ＬＳ２と、遮光体ＩＴＬによってバックライト光Ｂからの反射光を検知する光センサ素子ＬＳ３、ＬＳ４とにおいて、検知する光の明るさに充分な差があり、光センサ素子ＬＳは遮光体ＩＴＬを信頼性よく検知することができる。
【００１０】
しかし、図１２に示すように、外部光Ａとバックライト光Ｂの明るさがほぼ等しい場合、遮光体ＩＴＬによって遮光されることなく外部光Ａを検知する光センサ素子ＬＳ１、ＬＳ２と、遮光体ＩＴＬによってバックライト光Ｂからの反射光を検知する光センサ素子ＬＳ３、ＬＳ４とにおいて、検知する光の明るさに充分な差がなくなり、光センサ素子ＬＳは遮光体ＩＴＬを信頼性よく検知することができなくなってしまう。
【００１１】
図１２の場合をさらに詳述する。図１３は、図１２に示す光センサ素子ＬＳ２とＬＳ３の部分を抜き出して示した図である。図１３において、バックライト光Ｂは、図中（２）における断面通過で減衰し、図中（３）における遮光体ＩＴＬの反射によって減衰し、さらに、図中（４）における光センサ素子ＬＳ３までの断面通過で減衰する。ここで、理解を容易にするため、下記の要素に対して数値をあてはめてみる。
【００１２】
すなわち、バックライトＢＬの光量＝１０００（自由単位）、図中（２）の経路における減衰＝９３％（液晶表示パネルＰＮＬの透過率が７％であることを想定）、図中（３）の経路における減衰＝８０％（遮光体ＩＴＬの反射率が２０％であることを想定）、図中（４）における減衰＝５０％とする。
【００１３】
この場合、光センサ素子ＬＳ３に入射される光量Ｚは、次式（１）によって計算される。
【００１４】
Ｚ＝１０００×（１-０．９３）×（１-０．８）×（１-０．５）＝７
…… （１）
一方、外部光Ａにおいて、図中（５）で示す光センサ素子ＬＳ２までの断面通過における減数を、図中（４）と同様に５０％とすると、外部光Ａの光量が１４の場合において、光センサ素子ＬＳ２に入射される光量Ｚ'は、次式（２）によって計算される。
【００１５】
Ｚ'＝１４×（１-０．５）＝７＝Ｚ
このため、Ｚ'＝Ｚとなり、光センサ素子ＬＳは、外部光Ａとバックライト光Ｂを区別することができず、ひいては遮光体ＩＴＬを信頼性よく検知することができなくなってしまう。
【００１６】
本発明の目的は、外部光あるいはバックライト光の明るさの程度に拘わらず、遮光体の検知を確実に行うことのでき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】
【００１７】
本発明の構成は、たとえば、以下のようなものとすることができる。
【００１８】
（１）本発明は、液晶表示パネルとこの液晶表示パネルと対向配置されるバックライトを備える液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、表示領域にマトリックス状に配置された複数の画素と、前記表示領域に配置された複数の複数の光センサ回路とを備えて構成され、
前記複数の光センサ回路の各々は光センサ素子を有し、
前記バックライトの光強度は、第１の強度と前記第１の強度と異なる第２の強度とを有し、
前記第１の強度と前記第２の強度とは、所定の期間毎に周期的に切り替わることを特徴とする。
【００１９】
（２）本発明は、（１）において、前記光センサ回路は、光量を検知する受光期間と、前記受光期間に検知した光量を読み出す読み出し期間とを有し、
前記受光期間は、前記所定の期間の整数倍であり、
前記光センサ素子は、前記受光期間に、光に対する感度を持つ光センサ動作状態と光に対する感度を持たない光センサ非動作状態とを有し、
前記光センサ動作状態と前記光センサ非動作状態とは、前記バックライトの光強度の切り替わりに同期して、前記所定の期間毎に周期的に切り替わることを特徴とする。
【００２０】
（３）本発明は、（２）において、前記読み出し期間は、前記所定の期間であることを特徴とする。
【００２１】
（４）本発明は、（２）または（３）において、前記複数の光センサ回路は、マトリクス状に配置され、
前記複数の光センサ回路のうち、同一列に配置された複数の光センサ回路は、順次前記読み出し期間をとり、前記同一列に配置された複数の光センサ回路は、前記光センサ素子が前記光センサ動作状態のときの前記バックライトの光強度が、奇数行に配置された光センサ回路と偶数行に配置された光センサ回路とで異なることを特徴とする。
【００２２】
（５）本発明は、（１）から（４）において、前記所定の期間は１水平走査期間であることを特徴とする。
【００２３】
（６）本発明は、（１）から（４）において、前記所定の期間は１水平走査期間の整数倍であることを特徴とする。
【００２４】
（７）本発明は、（１）から（６）において、前記第１の強度は前記バックライトの光源が点灯した状態であり、前記第２の強度は前記光源が消灯した状態であることを特徴とする。
【００２５】
（８）本発明は、（１）から（７）において、前記光センサ回路は、前記光センサ素子と容量素子とスイッチとを有し、前記光センサ素子と前記容量素子は、前記スイッチを介して直列接続されていることを特徴とする。
【００２６】
（９）本発明は、（８）において、前記スイッチは薄膜トランジスタによって形成されていることを特徴とする。
【００２７】
（１０）本発明は、（１）から（９）において、前記光センサ回路は、前記複数の画素のそれぞれに形成されていることを特徴とする。
【００２８】
（１１）本発明は、（１）から（９）において、前記光センサ回路は、前記表示領域の一部の領域に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。
【発明の効果】
【００３０】
上述した液晶表示装置によれば、外部光あるいはバックライト光の明るさの程度に拘わらず、遮光体の検知を確実に行うことができるようになる。
【００３１】
本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の液晶表示装置のバックライトの変調およびこれに伴う光センサ素子の非動作のタイミングを示した図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の概略を示す平面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置に具備される光センサ回路を示す図である。
【図４】本発明の液晶表示装置に具備される光センサ回路の動作を示す図である。
【図５】本発明の液晶表示装置に具備される画素選択用のトランジスタと光センサ素子の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置において表示領域に光センサ素子がマトリックス状に配置されていることを示す概略平面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の光センサ素子の受光タイミングおよび出力読み出しを示す図である。
【図８】本発明の液晶表示装置の光センサ回路において光センサ素子の感度を無にする実施例を示す概念的な回路図である。
【図９】本発明の液晶表示装置の光センサ回路において光センサ素子の感度を無にする実施例を示す具体的な回路図である。
【図１０】従来の液晶表示装置の外部光のある状態によって不都合とならない態様を示す図である。
【図１１】従来の液晶表示装置の外部光の他の状態によって不都合とならない態様を示す図である。
【図１２】従来の液晶表示装置の外部光の状態によって不都合となる態様を示す図である。
【図１３】従来の液晶表示装置の不都合な点をさらに詳述する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
【実施例１】
【００３４】
（全体の概略構成）
図２は、各画素に光センサを配置した液晶表示装置の概略を示す平面図である。
【００３５】
液晶表示パネルの主面には、マトリックス状に配置された複数の画素ＰＩＸが形成されている。これら各画素ＰＩＸの集合によって表示領域ＡＲを構成するようになっている。各画素ＰＩＸの領域には、液晶表示の機能を有する領域と光検知の機能を有する領域を備えている。液晶表示の機能を有する領域には、ゲート信号線ＧＬからの信号（走査信号）によってオンされる薄膜トランジスタＴｒ１と、このオンされた薄膜トランジスタＴｒ１を通してドレイン信号線ＤＬからの信号が供給される画素電極（図示せず）と、この画素電極に供給される映像信号を長く蓄積させるための保持容量Ｃ１が備えられている。また、光検知の機能を有する領域には、まず、第２制御信号線ＣＬＫ２と接地線ＧＮＤとの間に直列接続された光センサ素子ＬＳと容量素子Ｃが形成されている。本実施例において、光センサ素子ＬＳはホトダイオードで形成されている。容量素子Ｃは光センサ素子ＬＳによって検出される電流を電圧に変換するようになっている。また、光センサ素子ＬＳと容量素子Ｃの中間接続点にゲート電極が接続された薄膜トランジスタＴｒ２を備え、この薄膜トランジスタＴｒ２は第１制御信号線ＣＬＫ１と信号線ＬＬとの間に接続されている。表示領域ＡＲの外側には、前記信号線ＬＬと接地線ＧＮＤとの間に接続される薄膜トランジスタＴｒ３が形成されている。なお、薄膜トランジスタＴｒ２は、薄膜トランジスタＴｒ３とともに読み出し回路を構成するようになっている。前記読み出し回路における薄膜トランジスタＴｒ２と薄膜トランジスタＴｒ３の中間接続点からはセンサ回路の出力が外部回路ＤＲＶに出力されるようになっている。この外部回路ＤＲＶはたとえば前記ドレイン信号線ＤＬに映像信号を供給する機能も有している。第１制御信号線ＣＬＫ１、第２制御信号線ＣＬＫ２、および接地線ＧＮＤは図中ｘ方向に走行され、ｘ方向に並設される各画素ＰＩＸで共通になっている。信号線ＬＬは図中ｙ方向に走行され、ｙ方向に並設される各画素ＰＩＸで共通になっている。尚、薄膜トランジスタＴｒ３のゲート電極には、薄膜トランジスタＴｒ３をオンにする所定のバイアス電圧Ｖｂが印加される。
【００３６】
このように構成した光センサ回路は、画素ＰＩＸを駆動するゲート信号線ＧＬおよびドレイン信号線ＤＬと共用させていないことから、液晶表示と非同期で行うことができる。しかし、センサ回路をゲート信号線ＧＬおよびドレイン信号線ＤＬと共用させ、液晶表示と同期させた構成とするようにしてもよい。
【００３７】
ここで、前記光センサ素子ＬＳを備えたセンサ回路の動作を説明する。図３は、図２に示した回路のうち、光センサ素子ＬＳ、容量素子Ｃ、薄膜トランジスタＴｒ２、薄膜トランジスタＴｒ３を抜き出して示した図である。薄膜トランジスタＴｒ２と薄膜トランジスタＴｒ３を含む図中点線で囲まれた部分はソースホロアを構成し、光センサ素子ＬＳの光に対する電位変化をインピーダンス変換して出力させるようになっている。なお、図４は、前記センサ回路のタイミング図を示し、各箇所のタイミングは、図３に示した符号（ＣＬＫ１、Ｖｏ等）に対応させて示している。図３、図４において、第２制御信号線ＣＬＫ２をハイ（Ｈｉｇｈ）にして容量素子Ｃに電荷を蓄積させ、第２制御信号線ＣＬＫ２をロウ（Ｌｏｗ）になった時点からセンサ回路の動作（受光による検知）が開始する。光センサ素子ＬＳが受光することによって、容量素子Ｃに蓄積された電荷が第２制御信号線ＣＬＫ２にはき出され、容量素子Ｃの電位が下がるようになる。この電位の減少はセンサ回路の動作時間によって積分され、容量素子Ｃの電位は、動作時間中に受光した光の量に対応した値となる。そして、第１制御信号線ＣＬＫ１がハイ（Ｈｉｇｈ）となった際に、薄膜トランジスタＴｒ２と薄膜トランジスタＴｒ３とからなるソースホロアが動作を開始し、その時のＶｏ電位がソースホロアを介してセンサ出力ＯＵＴとなる。このことから、第２制御信号線ＣＬＫ２がロウ（Ｌｏｗ）になった時点から第１制御信号線ＣＬＫ１がハイ（Ｈｉｇｈ）となる時点までがセンサ受光時間Ｔとなる。図４のＶｏ、ＯＵＴに示す点線は、光が照射されていない時（暗状態）の出力となり、この差が受光した光の量に対応する。
【００３８】
なお、図５は、光センサ素子ＬＳの構成を示した概略的な断面図で、薄膜トランジスタＴｒ１と比較して示している。薄膜トランジスタＴｒ１は、たとえばトップゲート構造のＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）トランジスタとなっており、その半導体層ＳＣ'はアモルファスＳｉあるいはポリＳｉ等が用いられている。図中符号ＧＴはゲート電極、ＤＴはドレイン電極、ＳＴはソース電極である。なお、図２に示した薄膜トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３も同様の構成となっている。光センサ素子ＬＳは、ダイオードとして形成され、その形成においては薄膜トランジスタＴｒ１の形成と並行して形成されるのが通常となる。このため、半導体層ＳＣは薄膜トランジスタＴｒ１の半導体層ＳＣ'の材料と同様となる。図中符号ＫＴはカソード電極、ＡＴはアノード電極である。また、半導体層ＳＣは中央においてｉ型層が形成され、たとえば、カソード電極ＫＴに接続される領域はｐ型層、アノード電極ＡＴに接続される領域はｎ型層となっている。なお、光センサ素子ＬＳは、図中上側からの光Ｌのみを受光できるようにし、図示しないバックライトからの光を遮光させるために、基板ＳＵＢ１と光センサ素子ＬＳとの間に遮光膜ＬＩが形成されている。
【００３９】
（光センサ素子ＬＳの受光タイミングおよび出力読み出し）
図６は、液晶表示パネルＰＮＬの表示領域ＡＲにおける光センサＬＳの配列状態を示した図である。光センサＬＳは、上述したように、たとえば液晶表示に係る各画素に形成されていることから、各画素と同様に、表示領域ＡＲ面にマトリックス状に形成される。
【００４０】
図中ｘ方向に並設される各画素からなる画素群には、それぞれ、共通の制御信号線ＣＬＫ（図２に示した制御信号線ＣＬＫ１、ＣＬＫ２）が形成され、これら制御信号線ＣＬＫによってセンサ制御線群ＳＣＧを構成している。図中ｙ方向に並設される各画素からなる画素群には、それぞれ、共通の信号線ＬＬ（図２に示した信号線ＬＬ）が形成され、これら信号線ＬＬによってセンサ読み出し線群ＳＲＧを構成している。一つの制御信号線ＣＬＫによって制御される各画素（図中ｘ方向に並設される各画素）は、受光を開始し、その出力が各信号線ＬＬを通して読み出されるようになる。各光センサ素子ＬＳの受光タイミングおよび出力読み出しは、液晶表示に係る画素への映像信号の書き込みの駆動と同様に、図中ｘ方向に並設される各画素の画素群において、たとえば、……、ｎ-１、ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３、ｎ＋４、……、の順に行われるようになっている。
【００４１】
図７は、光センサ素の受光（検知）のタイミングと読み出しのタイミングとを、模式的に示す図である。図６は、図中上方においてセンサ読み出し期間ＳＲのタイミングを、図中下方においてセンサ受光期間ＳＤのタイミングを示している。まず、フレーム周波数ｆ＝６０Ｈｚのパネルとした場合に、１垂直期間Ｔｖはいわゆる帰線期間をも含めて約１６．６ｍｓになる。そして、図６において示した画素群の行のうち、便宜上、ｎ-１、ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３、ｎ＋４の各行を考えた場合、この６行分の各光センサ素子ＬＳにおけるセンサ読み出し期間ＳＲは、１垂直期間Ｔｖのうちの一部の期間（図中Ｔｏで示す）においてなされることになる。この場合、上述した６行分の各光センサ素子ＬＳにおけるセンサ読み出し期間ＳＲは、（ｎ-１）行から（ｎ＋４）行にそれぞれ対応する１水平走査期間Ｔｈ内にそれぞれ割り当てられて行われる。すなわち、各行における光センサ素子ＬＳの読み出しも、各行における画素の駆動と同様に、この１水平走査期間Ｔｈ内で行われるようになっている。ここで、光センサ素子ＬＳから読み出されるデータ（出力）は、その読み出しの前までに当該光センサ素子ＬＳが受光した光量によるデータとなっている。図７では、各行における光センサ素子ＬＳにおいて、たとえば４水平走査期間前の時点でセンサ受光時間Ｔ（図４において符号Ｔに相当する）が開始され、各行における光センサ素子ＬＳによって読み出されるデータは、この４水平走査期間内に受けた光量の積分値に相当する値になる。この実施例では、センサ受光時間としてたとえば４水平走査期間を採用しているが、この期間に限定されることはない。光センサ素子ＬＳの感度、バックライトの光量、あるいは外部光の光量によって任意に変更し得る期間である。
【００４２】
（バックライトの変調およびこれに伴う光センサ素子の非動作）
本実施例では、外部光あるいはバックライト光の明るさの程度に拘わらず、遮光体の検知を確実に行うことのできるようにするため、バックライト光の明るさを所定の周期で変調させ、更に、光センサを、感度を持った状態と感度を持たない状態とを切り替えて動作させている。
【００４３】
図１は、上記動作を模式的に示す図である。図１は、バックライトの明るさの変調のタイミングを明確にするため、図７に示した図と併せて描画している。このため、図１において、図中上方においてセンサ読み出し期間ＳＲのタイミングを、図中真中においてセンサ受光期間ＳＤのタイミングを、図中下方においてバックライトの光量ＢＬｑを示している。
【００４４】
図１に示すように、バックライトの光量ＢＬｑは、１水平走査期間Ｔｈごとに光量が大きい状態（Ｈ、第１の強度）と光量が小さい状態（Ｌ、第２の強度）とを交互に繰り返すように変調されている。この場合、バックライトの平均的な明るさはＨとＬの中間値に設定されることになる。
【００４５】
そして、各行における光センサ素子ＬＳのセンサ受光期間ＳＤにおいて、感度を持たせる状態（光センサ動作状態、図中ハッチで示している）と感度を持たせない状態（光センサ非動作状態、図中符号ＮＳで示している）とを１水平走査期間毎に形成している。これにより、たとえば（ｎ-１）行の光センサ素子ＬＳは、バックライトの光量ＢＬｑがＨである４水平走査期間前および２水平走査期間前において感度を持った状態となり、バックライトの光量ＢＬｑがＬである３水平走査期間前および１水平走査期間前において感度を持たない状態となっている。また、たとえばｎ行の光センサ素子ＬＳは、バックライトの光量ＢＬｑがＬである４水平走査期間前および２水平走査期間前において感度を持った状態となり、バックライトの光量ＢＬｑがＨである３水平走査期間前および１水平走査期間前において感度を持たない状態となっている。
【００４６】
このことから明らかとなるように、（ｎ-１）行の光センサ素子ＬＳの出力は、バックライトの光量ＢＬｑがＨの際のデータのみとなり、ｎ行の光センサ素子ＬＳの出力は、バックライトの光量ＢＬｑがＬの際のデータのみとなる。このことは、パネル全体において、奇数の行の各光センサ素子ＬＳと偶数の行の各光センサ素子ＬＳは異なった光量のバックライトに対して受光データを出力することになる。
【００４７】
図８は、光センサ素子ＬＳにおいて、感度を持った状態と感度を持たない状態を切り替え可能な回路構成を示す図で、図３と対応させて描画している。図８において、図３の場合と比較して異なる構成は、光センサ素子ＬＳと容量素子Ｃとの間にスイッチＳＷを形成し、このスイッチＳＷのオン・オフによって、それぞれ、光センサ素子ＬＳに感度を持った状態と感度を持たない状態を切り替えるようにしている。図８に示す光センサ回路は、上述したように、まず初期値として容量素子Ｃに電荷を蓄積させ、受光期間では、光センサＬＳが受けた光による光リークによって蓄積された前記電荷が抜け、結果として容量素子Ｃの両端の電位の変化を取り出すようになっている。このため、容量素子Ｃと光センサＬＳの経路を前記スイッチＳＷによって断つことにより、光センサＬＳの感度を無くす構成を容易に形成することができる。
【００４８】
図９は、図８と対応させて描画した図であり、図８に示した前記スイッチＳＷを、薄膜トランジスタＴｒ５によって構成していることを示している。薄膜トランジスタＴｒ５は、上述した薄膜トランジスタＴｒ１ないしＴｒ４と同様のＭＩＳ型トランジスタであり、製造の工程において、薄膜トランジスタＴｒ１ないしＴｒ４の形成と並行して形成することができる。
【００４９】
（バックライト）
バックライトＢＬは、たとえば、液晶表示パネルＰＮＬに対向して配置される基板の前記液晶表示パネルＰＮＬ側の面に、複数の発光ダイオードを並設させたものを用いることができる。このようなバックライトは、電流制御によってバックライトの光量のコントロールを極めて簡単に行うことができるようになる。バックライトの光量の変調は充分に早い周期で行うことによって目視で感じることは無くなる。すなわち、バックライトの光量の変調の周期は１６ｍｓ以下が好適となる。また、バックライトの光量の変調は、点灯および消灯を繰り返す、いわゆる±１００％調光が好適である。しかし、これに限ることはない。
【００５０】
（本実施例の効果）
上述した構成において、図１３を再び用いて、本実施例の効果を説明する。図１３に示したように、外部光Ａは、図中（５）に示す経路を経て光センサ素子ＬＳ２に入射される。バックライト光Ｂは、図中（１）ないし（４）に示す経路を経て光センサ素子ＬＳ３に入射される。
【００５１】
本実施例では、上述したように、偶数行における光センサ素子ＬＳの受光時、および寄数行における光センサ素子ＬＳの受光時において、バックライトＢＬの光量が変化するようになっている。
【００５２】
このため、たとえば偶数行における光センサ素子ＬＳの受光時に、図中（５）の経路を経て光センサ素子ＬＳ２が取得する外部光Ａのデータと、図中（１）ないし（４）の経路を経て光センサ素子ＬＳ３が取得するバックライト光Ｂのデータがたとえ同一であったとしても、次の偶数行における光センサ素子ＬＳの受光時には、光センサ素子ＬＳ２が取得する外部光Ａのデータと光センサ素子ＬＳ３が取得するバックライト光Ｂのデータとが同一とならないようにすることができる。したがって、後者の場合において、光センサ素子ＬＳは、遮光体ＩＴＬの検知を確実に行うことができるようになる。
【００５３】
なお、このような構成は、バックライトＢＬの光量を変化させていることから、光センサが光を検知する精細度が垂直方向では１／２となってしまうが、たとえばタッチパネル用の光センサ素子として用いた場合においても、実用上差し支えない範囲となる。
【実施例２】
【００５４】
上述した実施例では、１水平走査期間毎に、バックライトの光量の変調を行い、また、光センサ素子の感度の有無を変えるように構成したものである。しかし、これに限定されることはなく、たとえば、１水平走査期間の整数倍の期間毎に、バックライトの光量の変調を行い、また、光センサ素子の感度の有無を変えるように構成しても同様の効果が得られる。
【００５５】
特に、光センサ素子の出力読み出しを、液晶表示に係る画素の駆動と非同期で行う場合においては、液晶表示に係る画素の駆動に関係なく行うことができる。すなわち、バックライトの光量の変調と光センサ素子の感度の有無が同期しておればよく、バックライトの光量の変調、および光センサ素子の感度の有無の切り替えは、一定時間ごとに行うようにできる。
【実施例３】
【００５６】
上述した実施例では、光センサ素子ＬＳは、液晶表示パネルＰＮＬの表示領域ＡＲにおける各画素に、それぞれ対応させて設けるようにしたものである。しかし、これに限らず、表示領域ＡＲの一部の領域において、光センサ素子ＬＳをマトリックス状に配置させ、この一部の領域においてのみタッチパネルの機能をもたせるように構成するようにしてもよい。この場合、表示領域ＡＲの一部は、該表示領域ＡＲの周辺の少なくとも一部であってもよい。表示領域ＡＲの周辺はいわゆるソフトスイッチを複数表示する場合が多く、このソフトスイッチを選択する場合において指等の近接あるいは接触によって行うことが考えられるからである。
【００５７】
以上、本発明を実施例を用いて説明してきたが、これまでの各実施例で説明した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、それぞれの実施例で説明した構成は、互いに矛盾しない限り、組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
ＳＵＢ１、ＳＵＢ２……基板、ＬＣ……液晶、ＢＬ……バックライト、Ａ……外部光、Ｂ……バックライト光、ＩＴＬ……遮光体、ＳＲ……センサ読み出し期間、ＳＤ……センサ受光期間、ＢＬｑ……バックライト光量、Ｔｖ……１垂直期間、Ｔｈ……１水平走査期間、ＰＮＬ……液晶表示パネル、ＡＲ……表示領域、ＰＩＸ……画素、Ｔｒ１〜Ｔｒ４……薄膜トランジスタ、ＬＳ、ＬＳ１〜ＬＳ４……光センサ素子、Ｃ１……保持容量、Ｃ……容量素子、ＧＬ……ゲート信号線、ＤＬ……ドレイン信号線、ＣＬＫ１……第１制御信号線、ＣＬＫ２……第２制御信号線、ＧＮＤ……接地線、ＬＬ……信号線、ＬＩ……遮光膜、ＧＴ……ゲート電極、ＤＴ……ドレイン電極、ＳＴ……ソース電極、ＫＴ……カソード電極、ＡＴ……アノード電極、ＳＣ、ＳＣ'……半導体層、ＳＣＧ……センサ制御線群、ＳＲＧ……センサ読み出し線群、ＳＷ……スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルとこの液晶表示パネルと対向配置されるバックライトを備える液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、表示領域にマトリックス状に配置された複数の画素と、前記表示領域に配置された複数の複数の光センサ回路とを備えて構成され、
前記複数の光センサ回路の各々は光センサ素子を有し、
前記バックライトの光強度は、第１の強度と前記第１の強度と異なる第２の強度とを有し、
前記第１の強度と前記第２の強度とは、所定の期間毎に周期的に切り替わることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記光センサ回路は、光量を検知する受光期間と、前記受光期間に検知した光量を読み出す読み出し期間とを有し、
前記受光期間は、前記所定の期間の整数倍であり、
前記光センサ素子は、前記受光期間に、光に対する感度を持つ光センサ動作状態と光に対する感度を持たない光センサ非動作状態とを有し、
前記光センサ動作状態と前記光センサ非動作状態とは、前記バックライトの光強度の切り替わりに同期して、前記所定の期間毎に周期的に切り替わることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記読み出し期間は、前記所定の期間であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記複数の光センサ回路は、マトリクス状に配置され、
前記複数の光センサ回路のうち、同一列に配置された複数の光センサ回路は、順次前記読み出し期間をとり、
前記同一列に配置された複数の光センサ回路は、前記光センサ素子が前記光センサ動作状態のときの前記バックライトの光強度が、奇数行に配置された光センサ回路と偶数行に配置された光センサ回路とで異なることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶表示パネルは複数のゲート信号線を有し、
前記複数のゲート信号線は、１水平走査期間毎に順次走査信号が入力され、
前記所定の期間は前記１水平走査期間であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶表示パネルは複数のゲート信号線を有し、
前記複数のゲート信号線は、１水平走査期間毎に順次走査信号が入力され、
前記所定の期間は１水平走査期間の整数倍であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記バックライトは光源を有し、
前記第１の強度は前記光源が点灯した状態であり、前記第２の強度は前記光源が消灯した状態であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記光センサ回路は、前記光センサ素子と容量素子とスイッチとを有し、
前記光センサ素子と前記容量素子は、前記スイッチを介して直列接続されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記スイッチは薄膜トランジスタによって形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記光センサ回路は、前記複数の画素のそれぞれに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記光センサ回路は、前記表示領域の一部の領域に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
液晶表示パネルとこの液晶表示パネルと対向配置されるバックライトを備える液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、表示領域にマトリックス状に配置された複数の画素と、前記表示領域に配置された複数の複数の光センサ回路とを備えて構成され、
前記複数の光センサ回路の各々は光センサ素子を有し、
前記バックライトの光強度は、第１の強度と前記第１の強度と異なる第２の強度とを有し、
前記第１の強度と前記第２の強度とは、所定の期間毎に周期的に切り替わることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記光センサ回路は、光量を検知する受光期間と、前記受光期間に検知した光量を読み出す読み出し期間とを有し、
前記受光期間は、前記所定の期間の整数倍であり、
前記光センサ素子は、前記受光期間に、光に対する感度を持つ光センサ動作状態と光に対する感度を持たない光センサ非動作状態とを有し、
前記光センサ動作状態と前記光センサ非動作状態とは、前記バックライトの光強度の切り替わりに同期して、前記所定の期間毎に周期的に切り替わることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記読み出し期間は、前記所定の期間であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記複数の光センサ回路は、マトリクス状に配置され、
前記複数の光センサ回路のうち、同一列に配置された複数の光センサ回路は、順次前記読み出し期間をとり、
前記同一列に配置された複数の光センサ回路は、前記光センサ素子が前記光センサ動作状態のときの前記バックライトの光強度が、奇数行に配置された光センサ回路と偶数行に配置された光センサ回路とで異なることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶表示パネルは複数のゲート信号線を有し、
前記複数のゲート信号線は、１水平走査期間毎に順次走査信号が入力され、
前記所定の期間は前記１水平走査期間であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶表示パネルは複数のゲート信号線を有し、
前記複数のゲート信号線は、１水平走査期間毎に順次走査信号が入力され、
前記所定の期間は１水平走査期間の整数倍であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記バックライトは光源を有し、
前記第１の強度は前記光源が点灯した状態であり、前記第２の強度は前記光源が消灯した状態であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記光センサ回路は、前記光センサ素子と容量素子とスイッチとを有し、
前記光センサ素子と前記容量素子は、前記スイッチを介して直列接続されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記スイッチは薄膜トランジスタによって形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記光センサ回路は、前記複数の画素のそれぞれに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記光センサ回路は、前記表示領域の一部の領域に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２７７３７８（Ｐ２０１０−２７７３７８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２９９２０（Ｐ２００９−１２９９２０）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
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