画面入力機能付き画像表示装置
【課題】画素の開口率を下げる画素ごとの素子数や周辺回路規模を増大させることなく、高速、高精度の直接画面入力を可能とした画面入力機能付き画像表示装置を提供する。
【解決手段】第1画素回路PIXSと第2画素回路PIXRを水平方向に交互に配列する。第1と第2のデータ線D1、D2はデータドライバ11とセンサ信号処理回路13に接続され、データドライバ11の入力端に、切り替えスイッチ80A、80Bが接続される。データドライバ11から第1と第2のデータ線D1、D2に階調電圧VD(1)、VD(2)が伝送され、第1光センサSENA、第2光センサSENBの信号がセンサ信号処理回路13に伝送される。
【解決手段】第1画素回路PIXSと第2画素回路PIXRを水平方向に交互に配列する。第1と第2のデータ線D1、D2はデータドライバ11とセンサ信号処理回路13に接続され、データドライバ11の入力端に、切り替えスイッチ80A、80Bが接続される。データドライバ11から第1と第2のデータ線D1、D2に階調電圧VD(1)、VD(2)が伝送され、第1光センサSENA、第2光センサSENBの信号がセンサ信号処理回路13に伝送される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表示パネル内に光学センサを内蔵した画像表示装置に係り、特に画素の開口率を下げることなく直接画面入力を可能とした高速且つ高精度の画面入力機能付き画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
画面に使用者の指などをタッチ操作(以下、単にタッチとも称する)して情報を入力するが画面入力機能を備えた画像表示装置は、PDAなどの携帯端末、無人受付機等の据置型顧客案内端末に用いられている。このような画面タッチ入力機能を備えた画像表示装置では、タッチ操作で押圧された部分の抵抗値変化、あるいは容量変化を検出する方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する方式などが知られている。
【0003】
特に、近年は、画面を構成する画素構造に外光の光量変化を検知してタッチ部分の座標を検出する方式が開発されている。例えば、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの画素単位に薄膜トランジスタ(TFT)で光感知素子(光センサ)を形成したものが特許文献1に開示されている。
【0004】
図15は、画素内に光センサを形成した画面入力機能付き従来の画像表示装置の画素構成例を説明する概念図である。画像表示装置2は画素内に光センサ(第3の光センサ、図示せず)を有する液晶表示パネルで構成される。画像表示装置2の表示領域16内の上端に基準光センサPSA(第1の光センサ)が配置される。また、画像表示装置2の表示領域16の外に基準光センサPSB(第2の光センサ)が配置される。第1の光センサは観察面側から入射する光(外部光)およびバックライト光を検出する。第2の光センサは観察面側から入射する光からは遮光され、バックライト光を検出する。
【0005】
すなわち、上記従来技術では、光検出を外部光とバックライト光に依存する第1の光センサと、外部光から遮断されてバックライト光にのみに依存する光検出を行う第2の光センサと、外光およびバックライトを受けて使用者の接触による光に依存する第3の光センサを有する。そして、第1、2、3の光センサから第1、2、3の感知信号を受けて、信号処理を行う信号読取部と、信号読み取り部から処理された第1、第2の感知信号に基づいて、第3の光センサの感知信号を調節する信号処理部を有する。このように、従来技術では、第1の光センサ及び第2の光センサの感知信号を利用して第3の光センサの感知信号を調整することによって、外部環境が変わっても画面に対する使用者の指等の接触による接触情報を判断する。
【0006】
図16は、画素単位に光センサを形成した画面入力機能付き画像表示装置の従来例の画素構成を説明する等価回路図である。この画像表示装置は液晶表示パネルを用いたものであり、下記の特許文献1に開示されたものである。液晶表示パネルで構成される画像表示装置は、複数のゲートライン(GL)、複数のデータライン(DL)、ゲートラインとデータラインに電気的に連結された第1スイッチング素子(Q1)、第1スイッチング素子(Q1)に連結された液晶CLC)及び第1ストレージキャパシタ(保持容量、CST1)を含む。また、第1電圧ライン(VL1)、第2電圧ライン(VL2)、外部光Lの強さを検出して電流に変換させる第2スイッチング素子(TS1)、第2スイッチング素子(TS1)から提供された電流によって形成された電荷を保存する第2ストレージキャパシタ(CST2)、第2ストレージキャパシタ(CST2)に保存された電荷を出力する第3スイッチング素子(TS2)及び読み出しライン(R)を含む。前記第2スイッチング素子(TS1)、第2ストレージキャパシタ(CST2)及び第3スイッチング素子(TS2)は一種の光感知部を形成する。
【特許文献1】特開2005−129948号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に開示された光センサ構造は、以下のような課題を有する。すなわち、
(1)第1、第2の光センサが、表示領域外または表示領域内の端部に配置されるため、第1、2の光センサの温度特性の差や素子特性ばらつきの影響を被り、表示中心部などの外光状態を感知するための精度が低い。
(2)第1、第2の光センサと第3の光センサの配置位置が離れて形成されているため、各光センサの光検出信号を伝送する信号線の抵抗値に差が生じ、検出信号の伝送精度が低くなる。
(3)表示装置内の光センサの感知信号を、周辺回路である信号読取部で判断信号に変換し、さらに信号制御部で制御信号に変換し、パネル画面内に配置する検出用光センサの感度を調整するため、処理時間の高速化が難しい。
(4)信号読取回路、信号制御回路などの搭載により、周辺回路の規模が増大する。
【0008】
また、(5)上記従来技術では、画素毎に多くの薄膜トランジスタを含めた素子を必要とするため、表示のための画素の開口率が低くなり、また素子数増加で消費電力が増大する。開口率の低下は画面の明るさを劣化させ、消費電力の増大は特に携帯型端末では稼動時間の短縮をもたらす。また、画素選択線(ゲートライン)、表示データ線(信号線、データライン)および読み出しライン(センス線)によって定義される領域に横方向(水平方向、第1の方向)に複数配列された光検知素子の光漏洩電流を読み出しライン順にスイッチング素子により順次縦方向(垂直方向、第2の方向)読み出す。そのため、縦横2次元の光信号を得るために必要な時間は、光検知素子とスイッチング素子の数が増えるほど長くなる。したがって、高精細化するほど検出速度が遅くなる。
【0009】
本発明の目的は、画素の開口率を下げる画素ごとの素子数や周辺回路規模を増大させることなく、高速、高精度の直接画面入力の位置情報の検出を可能とした画面入力機能付き画像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】
【0010】
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT)からなる光センサをガラス基板上に形成したものとして、X線検出用のフラットパネルディテクタ(FPD)が広く知られている。本発明は、画像表示装置のガラス基板上に作製される回路素子と同一のプロセスで上記のような光センサを製作することにより、入力機能を有する画像表示装置を実現する。
【0011】
上記目的を達成するため、本発明の代表的構成と動作の概略について、以下(1)〜(5)に記述する。
(1)画像表示装置を構成する液晶表示パネルの表面(観察面)から入射する外部からの光を受ける光センサを複数個有する検出信号線と、パネル表面から入射する外部光から遮蔽される光センサを複数個有する基準信号線を設ける。光を受けない光センサは、当該光センサの上方(観察面側)を金属層などで遮光する。
(2)検出信号線と、基準信号線は、データ線で兼用し、表示信号のブランキング期間中に検出信号を周辺部に設けた検出回路(センサ信号処理回路)に伝送する。
(3)複数個の光を受ける光センサと検出信号線、および複数個の光を受けない光センサと基準信号線を互いに隣接させ、表示領域(画素領域)内に形成する。
(4)表示領域の周辺部に設けた差動増幅回路によって、検出信号線を伝送する光検出信号電圧と基準信号線を伝送する基準電圧の差を増幅し、センサ信号処理回路に伝送する。
(5)センサ信号処理回路にてAD変換された出力信号によってタッチの有無を判定する。
【発明の効果】
【0012】
本発明の構成により、
(1)バックライトが光センサを照射することで発生する信号電流成分を除去できる。
(2)表示領域の中央に位置する信号線と、表示領域の両端に位置する信号線(検出信号線、基準信号線)の温度特性の違いやバックライト光の照射強度のむらの影響を除去できる。
(3)隣接する検出信号線上の信号と基準線上の信号の差をとることで、画素選択線(ゲート線)などの信号線以外の配線とのクロストークの影響を除去でき、小信号の検出が容易となる。
(4)検出信号線と基準信号線を隣接させることによって、配線長を揃え易くなり、配線抵抗の差による誤差の影響を小さくできる。
(5)検出信号線と基準信号線を、表示データを伝送するデータ線で兼用することによって、画素構造が単純化され、画像表示装置への光センサ内蔵化に伴う画素開口率の低下を抑制することができる。
(6)検出速度の高速化が実現でき、温度補正、バックライト光の補正処理に必要な回路、部品の追加が必要ない。さらに、光センサの内蔵化によるバックライトの消費電力を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の最良の実施形態につき、添付図面を参照した実施例により詳細に説明する。
【実施例1】
【0014】
図1は、本発明による画像表示装置の実施例1を説明する画面入力機能付き液晶表示装置の展開斜視図である。図1において、第1の絶縁基板(TFT基板)である下ガラス基板27の主面(薄膜トランジスタ(TFT)等を形成する内面)に複数の画素(画素電極48で示す)をマトリクス配列してなる表示領域(画素領域)16を有する。表示領域16を形成する画素PIXには表示の機能と共に光検知機能SENを有するものもある。また、このガラス基板27の主面上で画素領域16の外側には、画素表示用のスイッチTFT(第1の薄膜トランジスタ、後述)のソース電極又はドレイン電極(ここではソース電極)に接続するデータドライバ11、画素を構成する画素スイッチ用TFTのゲート電極に選択信号を印加するゲートドライバ12、タッチされた画素の検出信号の読み出しを行うセンサドライバ(センサ読み出し回路)14、読み出された検出信号を処理してタッチされた画素を検出するセンサ信号処理回路13を有する。センサ信号処理回路13は表示領域16を挟んで上記データドライバ11とは反対側に設けることもできる。
【0015】
データドライバ11、ゲートドライバ12、センサ信号処理回路13、センサドライバ14と外部に配置した制御回路15(後述)およびデータ源や上位情報処理回路(ホストコンピュータ、図示せず)との間は下ガラス基板27にパターニングされた配線18とフレキシブルプリント基板(FPC)17で接続される。なお、制御回路15(後述)を下ガラス基板27上に形成することもできる。
【0016】
第2の絶縁基板である上ガラス基板21の主面には、下ガラス基板27の主面上に形成された各画素に対応して複数のカラーフィルタ(画素の開口50で示す)が遮光膜(ブラックマトリクス)24で区画して形成されている。また、この上に対向電極(コモン電極)22がべた形成されている。この上ガラス基板21の主面と下ガラス基板27の主面の対向間隙に液晶25が封入されている。画素電極48および対向電極22と液晶25との界面には液晶配向制御能を付与した配向膜が形成されているが、図示は省略してある。これは、図2以下においても同様である。対向電極22は下ガラス基板27に設けた接続端子19から対向電極電圧が印加される。
【0017】
上ガラス基板21の表面(観察面)には上偏光板20Aが貼付され、下ガラス基板27の表面(背面)には下偏光板20Bが貼付されて液晶表示パネルを構成している。通常、上偏光板20Aの光吸収軸と下偏光板20Bの光吸収軸とはクロスニコル配置される。この液晶表示パネルを構成する下ガラス基板27の裏面にバックライト29が設置されている。
【0018】
なお、図1は上ガラス基板21の主面に対向電極(共通電極)22を有する形式の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置であるが、対向電極22を下ガラス基板27の主面に設けた形式の液晶表示パネルの場合でも、電極配置や電極形状を除いて、光検出TFT(第2の薄膜トランジスタ)とスイッチTFT(第1の薄膜トランジスタ)からなる光検知機能SENを有する画素回路PIXは同様の構成となる。
【0019】
図2は、本発明による画像表示装置の実施例1を説明する図1に示した画面入力機能付き液晶表示装置の1画素の断面図である。この画素は観察面側からの外光からは遮断された光センサを有する画素である。画面入力機能付き液晶表示装置は、画面入力機能として光センサ(光検出手段)を備える。この光センサは、下ガラス基板27の主面に形成され、光検出薄膜トランジスタ(光検出TFT、センサTFT)61とスイッチTFT60との組み合わせによって構成される。
【0020】
図2では、この画素に操作者(利用者)の指51等(以下、指)がタッチされたときの状態を示している。下ガラス基板27の主面に形成される光検出TFT61は、上ガラス基板21の主面に形成されるカラーフィルタ23の下方に配置されている。バックライト29からの光LBLは指51で反射して反射光LREFとして上ガラス基板21側からカラーフィルタ23を透過し、光検出TFT61に入射する。なお、バックライト29からの光LBLの一部も光検出TFTの下側から入射する。
【0021】
一方、同様に、下ガラス基板27の主面に形成されるスイッチTFT60は、上ガラス基板21の主面に形成されるブラックマトリクス24の下方に配置されている。スイッチTFT60では、指51で反射したバックライト29からの光LBLの反射光LREFはブラックマトリクス24により遮光されるため、スイッチTFT60に入射するのは背面からのバックライトから到来する光LBLだけとなる。
【0022】
なお、図2中の参照符号40は絶縁膜(酸化シリコン、窒化シリコン膜からなる下地膜)、41はポリシリコン層、42はゲート絶縁膜、43はゲート電極、44は層間絶縁膜45はソース電極・ドレイン電極用の金属層、46はコンタクトホール、47は平坦化絶縁膜を示す。
【0023】
図3は、薄膜トランジスタに照射した光の照度Evとドレイン電流Iの依存性を示す図である。図3の(a)は、TFTに光Lが照射したときの、照度Evに対するドレイン電流Iの依存性を示している。横軸はTFTを照射する光Lの照度Ev、縦軸はTFTのドレイン電流Iである。図3(b)に示すように、TFTのドレインに高電位VH、ソースに低電位VLを印加して、ゲートとソースを短絡させることで、暗電流に起因したドレイン電流Ioffが生じ、また光Lを照射した時の光のエネルギにより、TFTのチャネル中の電子が価電子帯から伝導帯に直接励起されて、光量Lに依存したドレイン電流Iが流れる。TFTに光Lが照射されないときの照度を0とし、TFTに照射する光Lの照度がEV1、EV2、EV3と高くなっていくにつれ、光Lの照度Evに比例してドレイン電流IがIoff、IEV1、IEV2、IEV3と増加する。本実施例の画像表示装置は、TFTに光の照度に依存した電流が流れる特性を利用し、TFTをガラス基板上に作製することによって、タッチパネル機能を始めとする入力機能を可能とした。
【0024】
図4は、本発明による画像表示装置の実施例1を説明する回路構成図である。ここでは、画素回路を2×2のマトリクス状に配列したものとして説明する。画素回路は、観察面側から入射する外光から遮蔽されない第1光センサ(外光を受ける光センサ)SENAとスイッチTFT1と保持容量CSTと液晶(図示せず)で構成される第1画素回路PIXS(第1画素)と、遮光された第2光センサ(外光を受けない光センサ)SENBとスイッチTFT1と保持容量CSTト液晶(図示せず)で構成される第2画素回路PIXR(第2画素)で構成される。第1画素回路PIXSは、第1光センサSENBとスイッチTFT1が直列接続され、スイッチTFT1の一端と検出信号線を兼用する第1のデータ線D1が接続され、液晶の画素電極(図示せず)がスイッチTFT2と接続され、スイッチTFT2の一端と第1のデータ線D1が接続される。なお、液晶部分は液晶容量と保持容量CSTの並列回路で表記されるが、ここでは液晶容量の一方の電極である画素電極への接続を矢印で示してある。このことは以下に説明する図9、図10、図12でも同様である。
【0025】
第2の画素回路PIXRは、第1の画素回路PIXSにおける第1光センサSENAに代えて観察面から入射する外光から遮蔽された第2光センサSENBになっていて、スイッチTFT1の一端と検出信号線を兼用する第2のデータ線D2が接続され、スイッチTFT2の一端と同第2のデータ線D2が接続されていること以外は第1画素回路PIXSと同構成である。また、実際には、第1画素回路PIXSと第2画素回路PIXRが水平方向(図4の横方向)に一列置きに(交互に)配列される。表示データを供給する信号線である第1と第2のデータ信号線D1、D2はデータドライバ11とセンサ信号処理回路13に接続され、データドライバ11の入力端に、切り替えスイッチ80A、80Bが接続される。データドライバ11から第1と第2のデータ線D1、D2に階調電圧VD(1)、VD(2)が伝送され、後述する駆動タイミングにおいて、第1光センサSENA、第2光センサSENBの信号がセンサ信号処理回路13に伝送される。
【0026】
センサ信号処理回路13は、差動アンプAD、マルチプレクサMPX、ADコンバータADCで構成され、第1画素回路PIXSに接続される第1のデータ線D1と、第1画素回路PIXRに接続される第2のデータ線D2が接続され、信号電圧がセンサ信号処理回路13に形成された差動アンプADに入力される。また、差動アンプADの出力にはマルチプレクサMPXが接続され、複数の差動アンプが選択されてADコンバータADCに伝送される。また、画素選択線であるゲート線G1、G2はゲートドライバ12に接続され、ゲート電圧VG(1)、VG(2)が伝送される。さらに、光センサに接続されるスイッチTFT1のゲート電極に、読み出し線R1、R2が接続され、センサドライバ14から読み出し信号VR(1)、VR(2)が伝送される。制御回路15は、データドライバ11、ゲートドライバ12、センサドライバ14に制御信号を伝送し、検出回路から処理信号が伝送される。
【0027】
図5は、本発明による画像表示装置の実施例1の駆動タイミング図である。画像表示装置は、通常60Hzの1フレーム期間(1F)内に、1画面分の映像信号(画像信号)が出力される。1フレーム期間は、ゲート線G1、G2にVG(1)、VG(2)の制御信号(走査信号)が印加され、第1と第2のデータ線D1、D2に画像信号VD(1)、VD(2)が入力される表示期間TDと、画像表示せずに2画素から1画素に帰線するブランキング期間TBとからなる。
【0028】
実施例1の光検出動作(光センス動作)は、ブランキング期間TB内で行われる。まず、表示期間TDについて説明する。ゲート線G1、G2に印加される走査信号VG(1)〜VG(2)が、それぞれローレベル(L)からハイレベル(H)になって、当該ゲート線G1に属する画素(第1ラインの画素)からゲート線G2に属する画素(第2ラインの画素)までを順に走査する。このとき、読み出し線R1、R2に印加される電位VR(1)、VR(2)は常にローレベル(L)であり、スイッチTFT2はオフ状態にある。第1と第2のデータ線D1、D2にはデータドライバ11から画像信号VD(1)、VD(2)が供給されており、画面にはこの画像信号に基づく画像が表示される。
【0029】
次に、光検出(センス)期間について説明する。切り替えスイッチ80A、80Bの切り替え信号φSWがハイレベル(H)からローベル(L)になることで、第1と第2のデータ線D1、D2は、データドライバ11から分離される。この期間で、読み出し線R1、R2に印加される電位VR(1)、VR(2)は、ローレベル(L)からハイレベル(H)になり、この走査をする間に第1光センサSENAがタッチ反射光LREFとバックライトLBLを感光して生じた光電流と、遮光された第2光センサSENBがバックライトLBLを感光して生じた光電流とが、第1と第2のデータ線D1、D2上の信号VD(1)、VD(2)として読み出される。そして、電圧変換された電位差ΔVD、またはΔVSとして検出回路13に伝送される。
【0030】
ここで、ΔVDはバックライト光LBLの信号成分からなる電位差であり、図2に示したように、ΔVSはバックライト光LBLおよびタッチ反射光LREFの信号成分からなる電位差である。光検出TFT61に入射する光LREFの強度が強いほど、電位差ΔVSは大きくなる。図4のセンサ信号処理回路13では、第1のデータ線D1と第2のデータ線D2の信号電圧VD(1)、VD(2)の差、特に使用者が画面をタッチしたときの第1と第2のデータ線D1、D2の差ΔVS−ΔVDを、差動アンプADで増幅し、アナログ‐デジタル変換器ADCでデジタル変換された信号値を、制御回路15に伝送し、最終的に画面を指で触れたことの判断と触れた画素位置のアドレス(二次元座標)検出をする。
【0031】
図6は、図4で説明した画素回路内の光センサの構成である。図6(a)は、光センサが光を受けるTFTで構成され、ゲート電極とソース電極を短絡したダイオード接続されており、ドレイン(D)、ソース(S)端子を有する。図6(b)は、光センサがPINダイオードで構成され、ドレイン(D)、ソース(S)端子を有する。図6(c)は、光センサが光を受けるTFTと蓄積容量CSの並列接続で構成され、ドレイン(D)、ソース(S)端子を有する。これにより、光を受けるTFTに光が照射されて生じる光電流が蓄積容量CSに充電される。図6(d)は、図6(c)の光を受けるTFTがPINダイオードで構成される。なお、図4の遮光された第2光センサPIXRは、第1光センサPIXSに対して光を受けるTFTが光を受けないTFTに変わること以外は、同構成であるため、説明は省略する。
【0032】
図7は、本発明による画像表示装置の実施例1のブロック図である。ガラス基板上に、ゲートドライバ12と、データドライバ11と、センサドライバ14、およびセンサ信号処理回路13が形成されている。ここでは、表示領域16にタッチ選択のための所定の画像が表示されている状態を示している。ここでの画像は、“A”、“B”、“C”、“D”と記載されたスイッチ状の表示である。これは、ユーザによって、“A”、“B”、“C”、または“D”のスイッチが選択的にタッチ入力されることを待っている状態である。ユーザが画面上の“A”、“B”、“C”または、“D”と記載されたスイッチ状の表示がタッチされたことは、帰線期間におけるセンサドライバ14からの読み出し線R1、R2上の読み出し信号に基づいて第1のデータ線D1(検出信号線)、第2のデータ線D2(基準信号線)を通して信号電圧がセンサ信号処理回路13に伝送される。センサ信号処理回路13でデジタル変換された判定信号は制御回路15に伝送され、制御回路15でタッチの有無の判定と、タッチされた画像表示の2次元アドレス(XY座標)の抽出が行われる。
【0033】
図8は、光センサの動作と機能の説明図である。図8(a)は、図8(b)に示す薄膜トランジスタ(TFT)に光Lが照射されて、Redフィルタ91、Greenフィルタ92、Blueフィルタ93を透過した赤色光の波長λ(R)の光LR、緑色光の波長λ(G)の光LG、青色光の波長λ(B)の光LBの照度と、ドレイン電流Iの依存性を示している。横軸はTFTに照射される光Lの照度(EV)、縦軸はTFTのドレイン電流(I)である。実施例1を説明する図3(b)での説明と同様に、図8(b)に示すように、TFTのドレインに高電位VH、ソースに低電位VLを印加して、ゲートとソースをダイオード接続させることで、暗電流に起因したドレイン電流Ioffに加えて、光LRと、光LGと、および光LBの照度に比例したドレイン電流Iが流れる。
【0034】
図8では、TFTに波長λ(R)の光LRrefが照射されたときのドレイン電流IRと、TFTに波長λ(G)の光LGrefが照射されたときのドレイン電流IGと、TFTに波長λ(B)の光LBrefが照射されたときのドレイン電流IBを示している。TFTに光が照射されないときを0とし、TFTに照射される光Lrefの照度がLV1、LV2、LV3と高くなって行くにつれ、ドレイン電流IRがIR1、IR2、IR3、ドレイン電流IGがIG1、IG2、IG3、ドレイン電流IBがIB1、IB2、IB3と増加する。
【0035】
実施例1の画像表示装置の表示画素TFT2及び光センサ回路SENに用いられるTFTは、主に低温ポリシリコンまたはアモルファスシリコンプロセスで作製される。ポリシリコン層は、膜厚50nm程度であるため、照射される光の波長が短い程、TFTのポリシリコン層の吸収率が高い。したがって、波長λ(B)、λ(G)、λ(R)の順で光吸収率が低くなる。そのため、波長λ(B)の光LBを照射したときのドレイン電流IBに対して、波長λ(G)の光LGを照射したときのドレイン電流IGと、波長λ(R)の光LRを照射したときのドレイン電流IRは非常に電流値が小さい。TFTにおいて、光透過率がピークとなる波長λ(R)付近に分光する赤色(Red)フィルタ91と、光透過率がピークとなる波長λ(G)付近に分光する緑色(Green)フィルタ92は、ブラックマトリクス24と同じく遮光層としての効果がある。
【実施例2】
【0036】
図9は、本発明による画像表示装置の実施例2を説明する回路構成図である。実施例2は、実施例1に対して、Red、Green、Blueのサブ画素からなる画像表示装置に光センサを形成している点で異なる。その他は同構成であるため、同構成部分の説明は省略する。ここでは説明の関係上、画素回路をサブ3画素×2のマトリクス状に配列する。Red、Green、Blue3色のカラーフィルタが垂直方向(図9の上下方向)にストライプ状に配列されて対向基板(カラーフィルタ基板)上に作製される。
【0037】
図8で説明した特性を利用して、実施例2では、観察面から入射する外光を受ける第1光センサSENAを有する第1画素PIXSを光透過率がピークとなる波長λ(B)付近に分光するBlue画素に配置することで、TFTがタッチ反射光LREFを検出する。また、同様の第1画素PIXSを光透過率がピークとなる波長λ(R)付近に分光するRed画素に配置すると、TFTがタッチ反射光LREFの検出レベルが低いことで、実質的な遮光状態を作ることができる。また、Greenのサブ画素には光センサを有しない画素回路PIXを配置する。以上の配置とすることにより、実施例1のように光検出TFTの上に遮光用のブラックマトリクス等を配置することなく、実施例1と同様の効果を得ることができる。
【実施例3】
【0038】
図10は、本発明による画像表示装置の実施例3を説明する回路構成図である。実施例3の特徴は、実施例2に対して水平方向(図10の左右方向)に検出信号を出力する構成を追加した点にある。ここでは、この特徴点についてのみ説明し、実施例2と重複する構成については説明を省略する。図10において、Redサブ画素の1列目のスイッチTFT1がデータ線DRと接続され、Blueサブ画素の2列目のスイッチTFT2がデータ線DBに接続される。さらに、これらデータ線がXアドレス検出回路(センサ信号処理回路)13Xに接続されることによって、Redサブ画素の1列目、およびBlueサブ画素の2列目から読み出される信号がXアドレス検出回路13Xに伝送される。
【0039】
次に、Redサブ画素の2列目のスイッチTFT1が読み出し信号線R2、に接続され、TFT2がデータ線DRに接続され、Blueサブ画素の1列目のスイッチTFT1が読み出し信号線R1に接続される。さらに、これら読み出し信号線R1、R2をYアドレス検出回路(センサ信号処理回路)13Yに接続することによって、Redサブ画素の2列目、およびBlueサブ画素の1列目から読み出される信号がYアドレス検出回路13Yに伝送される。
【0040】
これにより、読み出し線R1、R2は走査する必要がなく、1フレームあたり1回の読み出しで、光検出信号を水平と垂直(X、Y)方向に読み出すことができる。読み出し線の走査が必要でなくなるということは、センサドライバ14にシフトレジスタ等の走査回路を構成する必要がなく、回路の簡略化が可能で、かつ検出時間を高速化することができるなどの効果がある。なお、詳細の駆動タイミングについては図11で説明する。
【0041】
図11は、本発明による画像表示装置の実施例3の駆動タイミング図である。図5の実施例1の駆動タイミングと同様に、1フレーム(1F)は表示期間TDとブランキング期間TBに分けられる。表示期間TDについては実施例1と同様であるため説明は省略する。また、光検出動作は、実施例1と同様にブランキング期間TDで行われるが、動作が異なるため、この点のみ説明する。
【0042】
まず、切り替えスイッチ80A、80B、80Cの切り替え信号φSWがハイレベル(H)からローベル(L)になることで、データ線DR、DG、DGは、データドライバ11から分離される。それと同時に、読み出し線R1、R2の読み出しクロックVR1、VR2が、ローレベル(L)からハイレベル(H)になることで、全画素内から読み出された信号電流が、データ線DR、DG、DG上の信号電圧VDR、VDG、VDB、および読み出し信号線Y1、Y2上の信号電圧VSIG、VREFに変換されてXアドレス検出回路13X、Yアドレス検出回路13Yにそれぞれ伝送される。
【0043】
ここで、ΔVDはバックライト光LBLの信号成分からなる電位差で、ΔVSはバックライト光LBLおよびタッチ反射光LREF信号成分からなる電位差である。光検出TFT61に入射する光LREFの強度が強いほど、電位差ΔVSは大きくなる。図10のセンサ信号処理回路13Xはデータ線DRとデータ線DBの信号電圧VDR、VDBの差を、差動アンプADで増幅し、アナログ‐デジタル変換器ADCでデジタル変換された信号値を、制御回路15に伝送する。同時に、センサ信号処理回路13Yは信号線Y1と信号線Y2の信号電圧VSIG、VREFの差を、差動アンプADで増幅し、アナログ‐デジタル変換器ADCでデジタル変換された信号値を、制御回路15に伝送する。
【0044】
以上より、Xアドレス検出回路13X、Yアドレス検出回路13Yで処理された信号値を基に画面を指で触れたかの判断情報と、アドレス情報(二次元座標)が同時に制御回路15に伝送されるため、検出時間の高速化が可能となる。
【実施例4】
【0045】
図12は、本発明による画像表示装置の実施例4を説明する回路構成図である。実施例4は、図4で説明した実施例1のセンサ信号処理回路13をXアドレス検出回路(センサ信号処理回路)13Xとし、図10の実施例3に示したYアドレス検出回路(センサ信号処理回路)13Yを追加したものである。なお、図12には説明を簡素化するため、2×2の画素のみを示す。
【0046】
実施例4では、画面の観察面から入射する外部光を受ける第1光センサSENAを備えた第1画素と、該外部光から遮蔽された第2光センサSENBを備えた第2画素とからなる画素回路を備える。そして、前記画素回路を接続して第1の方向に延在するゲート線G1、G2と、前記第1の方向に交差する第2の方向に延在し、前記第1画素のみを接続する第1のデータ線D1と、前記第2画素のみを接続する第2のデータ線D2と、前記第1画素と前記第2画素を交互に接続して前記第1の方向に延在するセンサ読み出し線Y1,Y2とを設けている。
【0047】
前記ゲート線に画素選択信号を印加するゲートドライバ12と、前記画素選択信号で選択された画素に前記データ線を通して表示データを供給するデータドライバ11と、前記第1のデータ線D1と前記第2のデータ線D2とに接続するXアドレス検出回路13Xと前記センサ読み出し線Y1,Y2に接続されたYアドレス検出回路13Y、およびセンサドライバ14とを有する。さらに、光センサに接続されるスイッチTFT1のゲート電極に、読み出し線R1、R2が接続され、センサドライバ14から読み出し信号VR(1)、VR(2)が伝送される。
【0048】
実施例4では、実施例3と同様に、Xアドレス検出回路13Xと前記センサ読み出し線Y1,Y2に接続されたYアドレス検出回路13Yで処理された信号値を基に画面を指で触れたか否かの判断情報と、アドレス情報(二次元座標)が同時に制御回路15に伝送されるため、検出時間の高速化が可能となる。
【実施例5】
【0049】
図13は、本発明による画像表示装置の実施例5を説明する回路構成図である。実施例5が実施例2と異なる点は、周辺回路の構成にある。ここでは、この点について説明し、実施例2と同じ構成についての説明は省略する。主にトランジスタの移動度が高い低温ポリシリコンTFTプロセスでは、ガラス基板上に、Red、Green、Blueの信号ラインの切り替えを行うRGB切り替えスイッチ80が形成され、データドライバを構成するドライバIC90へ接続する出力端子数を従来の1/3にすることができる。RGB切り替えスイッチ80は、TFT―S1、TFT―S2、TFT―S3で構成される。
【0050】
RGB切り替えスイッチ80は、上記したように、TFTなどを用いた単純なアナログスイッチで構成が可能である。本実施例では、これを利用して、データ線の端子にデータドライバ11とセンサ信号処理回路13を接続し、映像信号の伝送と検出信号の伝送とを出力端子81からデータドライバ11とセンサ信号処理回路13とに分けて切り換える。この切り換えには、切り換えスイッチ91と92も関与する。データドライバ、検出回路13はドライバIC内に作製され、それぞれに切り替えスイッチ80を介して出力端子に接続する。
【0051】
実施例1〜4においては、センサ信号処理回路を接続するために、ガラス基板に出力端子を別途設ける必要があったが、実施例5においては、ガラス基板上に作製する出力端子数を追加することなくセンサ信号処理回路を設けることが可能である。なお、駆動タイミングについては、図5で説明した実施例1の駆動タイミングと同様である。
【0052】
図14は、本発明に係る画像表示装置を適用したモバイル用電子機器を示す図である。モバイル用電子機器1には、本発明の画像表示装置2の他に、十字キー4を装備している。本発明に係る画像表示装置を適用することで、画像表示装置2の表示画面3上にアイコンなどの表示を指でタッチすることで、専用のタッチパネルモジュールを必要とすることなく、選択処理されるタッチパネル機能のユーザーインターフェースを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明による画像表示装置の実施例1を説明する画面入力機能付き液晶表示装置の展開斜視図である。
【図2】本発明による画像表示装置の実施例1を説明する図1に示した画面入力機能付き液晶表示装置の1画素の断面図である。
【図3】薄膜トランジスタに照射した光の照度Evとドレイン電流Iの依存性を示す図である。
【図4】本発明による画像表示装置の実施例1を説明する回路構成図である。
【図5】本発明による画像表示装置の実施例1の駆動タイミング図である。
【図6】図4の画素回路内の第1光センサPIXSの構成である。
【図7】本発明による画像表示装置の実施例1のブロック図である。
【図8】光センサの動作と機能の説明図である。
【図9】本発明による画像表示装置の実施例2を説明する回路構成図である。
【図10】本発明による画像表示装置の実施例3を説明する回路構成図である。
【図11】本発明による画像表示装置の実施例3の駆動タイミング図である。
【図12】本発明による画像表示装置の実施例4を説明する回路構成図である。
【図13】本発明による画像表示装置の実施例5を説明する回路構成図である。
【図14】本発明に係る画像表示装置を適用したモバイル用電子機器を示す図である。
【図15】画素内に光センサを形成した画面入力機能付き従来の画像表示装置の画素構成例を説明する概念図である。
【図16】画素単位に光センサを形成した画面入力機能付き画像表示装置の従来例の画素構成を説明する等価回路図である。
【符号の説明】
【0054】
11・・・データドライバ、13・・・センサ信号処理回路、14・・・センサ読み出し回路(センサドライバ)、15・・・制御回路15、80A,80B・・・切り替えスイッチ、AD・・・差動アンプ、MPX・・・マルチプレクサ、ADC・・・ADコンバータ、また、G1、G2・・・ゲート線、R1、R2・・・読み出し線。
【技術分野】
【0001】
本発明は、表示パネル内に光学センサを内蔵した画像表示装置に係り、特に画素の開口率を下げることなく直接画面入力を可能とした高速且つ高精度の画面入力機能付き画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
画面に使用者の指などをタッチ操作(以下、単にタッチとも称する)して情報を入力するが画面入力機能を備えた画像表示装置は、PDAなどの携帯端末、無人受付機等の据置型顧客案内端末に用いられている。このような画面タッチ入力機能を備えた画像表示装置では、タッチ操作で押圧された部分の抵抗値変化、あるいは容量変化を検出する方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する方式などが知られている。
【0003】
特に、近年は、画面を構成する画素構造に外光の光量変化を検知してタッチ部分の座標を検出する方式が開発されている。例えば、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの画素単位に薄膜トランジスタ(TFT)で光感知素子(光センサ)を形成したものが特許文献1に開示されている。
【0004】
図15は、画素内に光センサを形成した画面入力機能付き従来の画像表示装置の画素構成例を説明する概念図である。画像表示装置2は画素内に光センサ(第3の光センサ、図示せず)を有する液晶表示パネルで構成される。画像表示装置2の表示領域16内の上端に基準光センサPSA(第1の光センサ)が配置される。また、画像表示装置2の表示領域16の外に基準光センサPSB(第2の光センサ)が配置される。第1の光センサは観察面側から入射する光(外部光)およびバックライト光を検出する。第2の光センサは観察面側から入射する光からは遮光され、バックライト光を検出する。
【0005】
すなわち、上記従来技術では、光検出を外部光とバックライト光に依存する第1の光センサと、外部光から遮断されてバックライト光にのみに依存する光検出を行う第2の光センサと、外光およびバックライトを受けて使用者の接触による光に依存する第3の光センサを有する。そして、第1、2、3の光センサから第1、2、3の感知信号を受けて、信号処理を行う信号読取部と、信号読み取り部から処理された第1、第2の感知信号に基づいて、第3の光センサの感知信号を調節する信号処理部を有する。このように、従来技術では、第1の光センサ及び第2の光センサの感知信号を利用して第3の光センサの感知信号を調整することによって、外部環境が変わっても画面に対する使用者の指等の接触による接触情報を判断する。
【0006】
図16は、画素単位に光センサを形成した画面入力機能付き画像表示装置の従来例の画素構成を説明する等価回路図である。この画像表示装置は液晶表示パネルを用いたものであり、下記の特許文献1に開示されたものである。液晶表示パネルで構成される画像表示装置は、複数のゲートライン(GL)、複数のデータライン(DL)、ゲートラインとデータラインに電気的に連結された第1スイッチング素子(Q1)、第1スイッチング素子(Q1)に連結された液晶CLC)及び第1ストレージキャパシタ(保持容量、CST1)を含む。また、第1電圧ライン(VL1)、第2電圧ライン(VL2)、外部光Lの強さを検出して電流に変換させる第2スイッチング素子(TS1)、第2スイッチング素子(TS1)から提供された電流によって形成された電荷を保存する第2ストレージキャパシタ(CST2)、第2ストレージキャパシタ(CST2)に保存された電荷を出力する第3スイッチング素子(TS2)及び読み出しライン(R)を含む。前記第2スイッチング素子(TS1)、第2ストレージキャパシタ(CST2)及び第3スイッチング素子(TS2)は一種の光感知部を形成する。
【特許文献1】特開2005−129948号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に開示された光センサ構造は、以下のような課題を有する。すなわち、
(1)第1、第2の光センサが、表示領域外または表示領域内の端部に配置されるため、第1、2の光センサの温度特性の差や素子特性ばらつきの影響を被り、表示中心部などの外光状態を感知するための精度が低い。
(2)第1、第2の光センサと第3の光センサの配置位置が離れて形成されているため、各光センサの光検出信号を伝送する信号線の抵抗値に差が生じ、検出信号の伝送精度が低くなる。
(3)表示装置内の光センサの感知信号を、周辺回路である信号読取部で判断信号に変換し、さらに信号制御部で制御信号に変換し、パネル画面内に配置する検出用光センサの感度を調整するため、処理時間の高速化が難しい。
(4)信号読取回路、信号制御回路などの搭載により、周辺回路の規模が増大する。
【0008】
また、(5)上記従来技術では、画素毎に多くの薄膜トランジスタを含めた素子を必要とするため、表示のための画素の開口率が低くなり、また素子数増加で消費電力が増大する。開口率の低下は画面の明るさを劣化させ、消費電力の増大は特に携帯型端末では稼動時間の短縮をもたらす。また、画素選択線(ゲートライン)、表示データ線(信号線、データライン)および読み出しライン(センス線)によって定義される領域に横方向(水平方向、第1の方向)に複数配列された光検知素子の光漏洩電流を読み出しライン順にスイッチング素子により順次縦方向(垂直方向、第2の方向)読み出す。そのため、縦横2次元の光信号を得るために必要な時間は、光検知素子とスイッチング素子の数が増えるほど長くなる。したがって、高精細化するほど検出速度が遅くなる。
【0009】
本発明の目的は、画素の開口率を下げる画素ごとの素子数や周辺回路規模を増大させることなく、高速、高精度の直接画面入力の位置情報の検出を可能とした画面入力機能付き画像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】
【0010】
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT)からなる光センサをガラス基板上に形成したものとして、X線検出用のフラットパネルディテクタ(FPD)が広く知られている。本発明は、画像表示装置のガラス基板上に作製される回路素子と同一のプロセスで上記のような光センサを製作することにより、入力機能を有する画像表示装置を実現する。
【0011】
上記目的を達成するため、本発明の代表的構成と動作の概略について、以下(1)〜(5)に記述する。
(1)画像表示装置を構成する液晶表示パネルの表面(観察面)から入射する外部からの光を受ける光センサを複数個有する検出信号線と、パネル表面から入射する外部光から遮蔽される光センサを複数個有する基準信号線を設ける。光を受けない光センサは、当該光センサの上方(観察面側)を金属層などで遮光する。
(2)検出信号線と、基準信号線は、データ線で兼用し、表示信号のブランキング期間中に検出信号を周辺部に設けた検出回路(センサ信号処理回路)に伝送する。
(3)複数個の光を受ける光センサと検出信号線、および複数個の光を受けない光センサと基準信号線を互いに隣接させ、表示領域(画素領域)内に形成する。
(4)表示領域の周辺部に設けた差動増幅回路によって、検出信号線を伝送する光検出信号電圧と基準信号線を伝送する基準電圧の差を増幅し、センサ信号処理回路に伝送する。
(5)センサ信号処理回路にてAD変換された出力信号によってタッチの有無を判定する。
【発明の効果】
【0012】
本発明の構成により、
(1)バックライトが光センサを照射することで発生する信号電流成分を除去できる。
(2)表示領域の中央に位置する信号線と、表示領域の両端に位置する信号線(検出信号線、基準信号線)の温度特性の違いやバックライト光の照射強度のむらの影響を除去できる。
(3)隣接する検出信号線上の信号と基準線上の信号の差をとることで、画素選択線(ゲート線)などの信号線以外の配線とのクロストークの影響を除去でき、小信号の検出が容易となる。
(4)検出信号線と基準信号線を隣接させることによって、配線長を揃え易くなり、配線抵抗の差による誤差の影響を小さくできる。
(5)検出信号線と基準信号線を、表示データを伝送するデータ線で兼用することによって、画素構造が単純化され、画像表示装置への光センサ内蔵化に伴う画素開口率の低下を抑制することができる。
(6)検出速度の高速化が実現でき、温度補正、バックライト光の補正処理に必要な回路、部品の追加が必要ない。さらに、光センサの内蔵化によるバックライトの消費電力を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の最良の実施形態につき、添付図面を参照した実施例により詳細に説明する。
【実施例1】
【0014】
図1は、本発明による画像表示装置の実施例1を説明する画面入力機能付き液晶表示装置の展開斜視図である。図1において、第1の絶縁基板(TFT基板)である下ガラス基板27の主面(薄膜トランジスタ(TFT)等を形成する内面)に複数の画素(画素電極48で示す)をマトリクス配列してなる表示領域(画素領域)16を有する。表示領域16を形成する画素PIXには表示の機能と共に光検知機能SENを有するものもある。また、このガラス基板27の主面上で画素領域16の外側には、画素表示用のスイッチTFT(第1の薄膜トランジスタ、後述)のソース電極又はドレイン電極(ここではソース電極)に接続するデータドライバ11、画素を構成する画素スイッチ用TFTのゲート電極に選択信号を印加するゲートドライバ12、タッチされた画素の検出信号の読み出しを行うセンサドライバ(センサ読み出し回路)14、読み出された検出信号を処理してタッチされた画素を検出するセンサ信号処理回路13を有する。センサ信号処理回路13は表示領域16を挟んで上記データドライバ11とは反対側に設けることもできる。
【0015】
データドライバ11、ゲートドライバ12、センサ信号処理回路13、センサドライバ14と外部に配置した制御回路15(後述)およびデータ源や上位情報処理回路(ホストコンピュータ、図示せず)との間は下ガラス基板27にパターニングされた配線18とフレキシブルプリント基板(FPC)17で接続される。なお、制御回路15(後述)を下ガラス基板27上に形成することもできる。
【0016】
第2の絶縁基板である上ガラス基板21の主面には、下ガラス基板27の主面上に形成された各画素に対応して複数のカラーフィルタ(画素の開口50で示す)が遮光膜(ブラックマトリクス)24で区画して形成されている。また、この上に対向電極(コモン電極)22がべた形成されている。この上ガラス基板21の主面と下ガラス基板27の主面の対向間隙に液晶25が封入されている。画素電極48および対向電極22と液晶25との界面には液晶配向制御能を付与した配向膜が形成されているが、図示は省略してある。これは、図2以下においても同様である。対向電極22は下ガラス基板27に設けた接続端子19から対向電極電圧が印加される。
【0017】
上ガラス基板21の表面(観察面)には上偏光板20Aが貼付され、下ガラス基板27の表面(背面)には下偏光板20Bが貼付されて液晶表示パネルを構成している。通常、上偏光板20Aの光吸収軸と下偏光板20Bの光吸収軸とはクロスニコル配置される。この液晶表示パネルを構成する下ガラス基板27の裏面にバックライト29が設置されている。
【0018】
なお、図1は上ガラス基板21の主面に対向電極(共通電極)22を有する形式の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置であるが、対向電極22を下ガラス基板27の主面に設けた形式の液晶表示パネルの場合でも、電極配置や電極形状を除いて、光検出TFT(第2の薄膜トランジスタ)とスイッチTFT(第1の薄膜トランジスタ)からなる光検知機能SENを有する画素回路PIXは同様の構成となる。
【0019】
図2は、本発明による画像表示装置の実施例1を説明する図1に示した画面入力機能付き液晶表示装置の1画素の断面図である。この画素は観察面側からの外光からは遮断された光センサを有する画素である。画面入力機能付き液晶表示装置は、画面入力機能として光センサ(光検出手段)を備える。この光センサは、下ガラス基板27の主面に形成され、光検出薄膜トランジスタ(光検出TFT、センサTFT)61とスイッチTFT60との組み合わせによって構成される。
【0020】
図2では、この画素に操作者(利用者)の指51等(以下、指)がタッチされたときの状態を示している。下ガラス基板27の主面に形成される光検出TFT61は、上ガラス基板21の主面に形成されるカラーフィルタ23の下方に配置されている。バックライト29からの光LBLは指51で反射して反射光LREFとして上ガラス基板21側からカラーフィルタ23を透過し、光検出TFT61に入射する。なお、バックライト29からの光LBLの一部も光検出TFTの下側から入射する。
【0021】
一方、同様に、下ガラス基板27の主面に形成されるスイッチTFT60は、上ガラス基板21の主面に形成されるブラックマトリクス24の下方に配置されている。スイッチTFT60では、指51で反射したバックライト29からの光LBLの反射光LREFはブラックマトリクス24により遮光されるため、スイッチTFT60に入射するのは背面からのバックライトから到来する光LBLだけとなる。
【0022】
なお、図2中の参照符号40は絶縁膜(酸化シリコン、窒化シリコン膜からなる下地膜)、41はポリシリコン層、42はゲート絶縁膜、43はゲート電極、44は層間絶縁膜45はソース電極・ドレイン電極用の金属層、46はコンタクトホール、47は平坦化絶縁膜を示す。
【0023】
図3は、薄膜トランジスタに照射した光の照度Evとドレイン電流Iの依存性を示す図である。図3の(a)は、TFTに光Lが照射したときの、照度Evに対するドレイン電流Iの依存性を示している。横軸はTFTを照射する光Lの照度Ev、縦軸はTFTのドレイン電流Iである。図3(b)に示すように、TFTのドレインに高電位VH、ソースに低電位VLを印加して、ゲートとソースを短絡させることで、暗電流に起因したドレイン電流Ioffが生じ、また光Lを照射した時の光のエネルギにより、TFTのチャネル中の電子が価電子帯から伝導帯に直接励起されて、光量Lに依存したドレイン電流Iが流れる。TFTに光Lが照射されないときの照度を0とし、TFTに照射する光Lの照度がEV1、EV2、EV3と高くなっていくにつれ、光Lの照度Evに比例してドレイン電流IがIoff、IEV1、IEV2、IEV3と増加する。本実施例の画像表示装置は、TFTに光の照度に依存した電流が流れる特性を利用し、TFTをガラス基板上に作製することによって、タッチパネル機能を始めとする入力機能を可能とした。
【0024】
図4は、本発明による画像表示装置の実施例1を説明する回路構成図である。ここでは、画素回路を2×2のマトリクス状に配列したものとして説明する。画素回路は、観察面側から入射する外光から遮蔽されない第1光センサ(外光を受ける光センサ)SENAとスイッチTFT1と保持容量CSTと液晶(図示せず)で構成される第1画素回路PIXS(第1画素)と、遮光された第2光センサ(外光を受けない光センサ)SENBとスイッチTFT1と保持容量CSTト液晶(図示せず)で構成される第2画素回路PIXR(第2画素)で構成される。第1画素回路PIXSは、第1光センサSENBとスイッチTFT1が直列接続され、スイッチTFT1の一端と検出信号線を兼用する第1のデータ線D1が接続され、液晶の画素電極(図示せず)がスイッチTFT2と接続され、スイッチTFT2の一端と第1のデータ線D1が接続される。なお、液晶部分は液晶容量と保持容量CSTの並列回路で表記されるが、ここでは液晶容量の一方の電極である画素電極への接続を矢印で示してある。このことは以下に説明する図9、図10、図12でも同様である。
【0025】
第2の画素回路PIXRは、第1の画素回路PIXSにおける第1光センサSENAに代えて観察面から入射する外光から遮蔽された第2光センサSENBになっていて、スイッチTFT1の一端と検出信号線を兼用する第2のデータ線D2が接続され、スイッチTFT2の一端と同第2のデータ線D2が接続されていること以外は第1画素回路PIXSと同構成である。また、実際には、第1画素回路PIXSと第2画素回路PIXRが水平方向(図4の横方向)に一列置きに(交互に)配列される。表示データを供給する信号線である第1と第2のデータ信号線D1、D2はデータドライバ11とセンサ信号処理回路13に接続され、データドライバ11の入力端に、切り替えスイッチ80A、80Bが接続される。データドライバ11から第1と第2のデータ線D1、D2に階調電圧VD(1)、VD(2)が伝送され、後述する駆動タイミングにおいて、第1光センサSENA、第2光センサSENBの信号がセンサ信号処理回路13に伝送される。
【0026】
センサ信号処理回路13は、差動アンプAD、マルチプレクサMPX、ADコンバータADCで構成され、第1画素回路PIXSに接続される第1のデータ線D1と、第1画素回路PIXRに接続される第2のデータ線D2が接続され、信号電圧がセンサ信号処理回路13に形成された差動アンプADに入力される。また、差動アンプADの出力にはマルチプレクサMPXが接続され、複数の差動アンプが選択されてADコンバータADCに伝送される。また、画素選択線であるゲート線G1、G2はゲートドライバ12に接続され、ゲート電圧VG(1)、VG(2)が伝送される。さらに、光センサに接続されるスイッチTFT1のゲート電極に、読み出し線R1、R2が接続され、センサドライバ14から読み出し信号VR(1)、VR(2)が伝送される。制御回路15は、データドライバ11、ゲートドライバ12、センサドライバ14に制御信号を伝送し、検出回路から処理信号が伝送される。
【0027】
図5は、本発明による画像表示装置の実施例1の駆動タイミング図である。画像表示装置は、通常60Hzの1フレーム期間(1F)内に、1画面分の映像信号(画像信号)が出力される。1フレーム期間は、ゲート線G1、G2にVG(1)、VG(2)の制御信号(走査信号)が印加され、第1と第2のデータ線D1、D2に画像信号VD(1)、VD(2)が入力される表示期間TDと、画像表示せずに2画素から1画素に帰線するブランキング期間TBとからなる。
【0028】
実施例1の光検出動作(光センス動作)は、ブランキング期間TB内で行われる。まず、表示期間TDについて説明する。ゲート線G1、G2に印加される走査信号VG(1)〜VG(2)が、それぞれローレベル(L)からハイレベル(H)になって、当該ゲート線G1に属する画素(第1ラインの画素)からゲート線G2に属する画素(第2ラインの画素)までを順に走査する。このとき、読み出し線R1、R2に印加される電位VR(1)、VR(2)は常にローレベル(L)であり、スイッチTFT2はオフ状態にある。第1と第2のデータ線D1、D2にはデータドライバ11から画像信号VD(1)、VD(2)が供給されており、画面にはこの画像信号に基づく画像が表示される。
【0029】
次に、光検出(センス)期間について説明する。切り替えスイッチ80A、80Bの切り替え信号φSWがハイレベル(H)からローベル(L)になることで、第1と第2のデータ線D1、D2は、データドライバ11から分離される。この期間で、読み出し線R1、R2に印加される電位VR(1)、VR(2)は、ローレベル(L)からハイレベル(H)になり、この走査をする間に第1光センサSENAがタッチ反射光LREFとバックライトLBLを感光して生じた光電流と、遮光された第2光センサSENBがバックライトLBLを感光して生じた光電流とが、第1と第2のデータ線D1、D2上の信号VD(1)、VD(2)として読み出される。そして、電圧変換された電位差ΔVD、またはΔVSとして検出回路13に伝送される。
【0030】
ここで、ΔVDはバックライト光LBLの信号成分からなる電位差であり、図2に示したように、ΔVSはバックライト光LBLおよびタッチ反射光LREFの信号成分からなる電位差である。光検出TFT61に入射する光LREFの強度が強いほど、電位差ΔVSは大きくなる。図4のセンサ信号処理回路13では、第1のデータ線D1と第2のデータ線D2の信号電圧VD(1)、VD(2)の差、特に使用者が画面をタッチしたときの第1と第2のデータ線D1、D2の差ΔVS−ΔVDを、差動アンプADで増幅し、アナログ‐デジタル変換器ADCでデジタル変換された信号値を、制御回路15に伝送し、最終的に画面を指で触れたことの判断と触れた画素位置のアドレス(二次元座標)検出をする。
【0031】
図6は、図4で説明した画素回路内の光センサの構成である。図6(a)は、光センサが光を受けるTFTで構成され、ゲート電極とソース電極を短絡したダイオード接続されており、ドレイン(D)、ソース(S)端子を有する。図6(b)は、光センサがPINダイオードで構成され、ドレイン(D)、ソース(S)端子を有する。図6(c)は、光センサが光を受けるTFTと蓄積容量CSの並列接続で構成され、ドレイン(D)、ソース(S)端子を有する。これにより、光を受けるTFTに光が照射されて生じる光電流が蓄積容量CSに充電される。図6(d)は、図6(c)の光を受けるTFTがPINダイオードで構成される。なお、図4の遮光された第2光センサPIXRは、第1光センサPIXSに対して光を受けるTFTが光を受けないTFTに変わること以外は、同構成であるため、説明は省略する。
【0032】
図7は、本発明による画像表示装置の実施例1のブロック図である。ガラス基板上に、ゲートドライバ12と、データドライバ11と、センサドライバ14、およびセンサ信号処理回路13が形成されている。ここでは、表示領域16にタッチ選択のための所定の画像が表示されている状態を示している。ここでの画像は、“A”、“B”、“C”、“D”と記載されたスイッチ状の表示である。これは、ユーザによって、“A”、“B”、“C”、または“D”のスイッチが選択的にタッチ入力されることを待っている状態である。ユーザが画面上の“A”、“B”、“C”または、“D”と記載されたスイッチ状の表示がタッチされたことは、帰線期間におけるセンサドライバ14からの読み出し線R1、R2上の読み出し信号に基づいて第1のデータ線D1(検出信号線)、第2のデータ線D2(基準信号線)を通して信号電圧がセンサ信号処理回路13に伝送される。センサ信号処理回路13でデジタル変換された判定信号は制御回路15に伝送され、制御回路15でタッチの有無の判定と、タッチされた画像表示の2次元アドレス(XY座標)の抽出が行われる。
【0033】
図8は、光センサの動作と機能の説明図である。図8(a)は、図8(b)に示す薄膜トランジスタ(TFT)に光Lが照射されて、Redフィルタ91、Greenフィルタ92、Blueフィルタ93を透過した赤色光の波長λ(R)の光LR、緑色光の波長λ(G)の光LG、青色光の波長λ(B)の光LBの照度と、ドレイン電流Iの依存性を示している。横軸はTFTに照射される光Lの照度(EV)、縦軸はTFTのドレイン電流(I)である。実施例1を説明する図3(b)での説明と同様に、図8(b)に示すように、TFTのドレインに高電位VH、ソースに低電位VLを印加して、ゲートとソースをダイオード接続させることで、暗電流に起因したドレイン電流Ioffに加えて、光LRと、光LGと、および光LBの照度に比例したドレイン電流Iが流れる。
【0034】
図8では、TFTに波長λ(R)の光LRrefが照射されたときのドレイン電流IRと、TFTに波長λ(G)の光LGrefが照射されたときのドレイン電流IGと、TFTに波長λ(B)の光LBrefが照射されたときのドレイン電流IBを示している。TFTに光が照射されないときを0とし、TFTに照射される光Lrefの照度がLV1、LV2、LV3と高くなって行くにつれ、ドレイン電流IRがIR1、IR2、IR3、ドレイン電流IGがIG1、IG2、IG3、ドレイン電流IBがIB1、IB2、IB3と増加する。
【0035】
実施例1の画像表示装置の表示画素TFT2及び光センサ回路SENに用いられるTFTは、主に低温ポリシリコンまたはアモルファスシリコンプロセスで作製される。ポリシリコン層は、膜厚50nm程度であるため、照射される光の波長が短い程、TFTのポリシリコン層の吸収率が高い。したがって、波長λ(B)、λ(G)、λ(R)の順で光吸収率が低くなる。そのため、波長λ(B)の光LBを照射したときのドレイン電流IBに対して、波長λ(G)の光LGを照射したときのドレイン電流IGと、波長λ(R)の光LRを照射したときのドレイン電流IRは非常に電流値が小さい。TFTにおいて、光透過率がピークとなる波長λ(R)付近に分光する赤色(Red)フィルタ91と、光透過率がピークとなる波長λ(G)付近に分光する緑色(Green)フィルタ92は、ブラックマトリクス24と同じく遮光層としての効果がある。
【実施例2】
【0036】
図9は、本発明による画像表示装置の実施例2を説明する回路構成図である。実施例2は、実施例1に対して、Red、Green、Blueのサブ画素からなる画像表示装置に光センサを形成している点で異なる。その他は同構成であるため、同構成部分の説明は省略する。ここでは説明の関係上、画素回路をサブ3画素×2のマトリクス状に配列する。Red、Green、Blue3色のカラーフィルタが垂直方向(図9の上下方向)にストライプ状に配列されて対向基板(カラーフィルタ基板)上に作製される。
【0037】
図8で説明した特性を利用して、実施例2では、観察面から入射する外光を受ける第1光センサSENAを有する第1画素PIXSを光透過率がピークとなる波長λ(B)付近に分光するBlue画素に配置することで、TFTがタッチ反射光LREFを検出する。また、同様の第1画素PIXSを光透過率がピークとなる波長λ(R)付近に分光するRed画素に配置すると、TFTがタッチ反射光LREFの検出レベルが低いことで、実質的な遮光状態を作ることができる。また、Greenのサブ画素には光センサを有しない画素回路PIXを配置する。以上の配置とすることにより、実施例1のように光検出TFTの上に遮光用のブラックマトリクス等を配置することなく、実施例1と同様の効果を得ることができる。
【実施例3】
【0038】
図10は、本発明による画像表示装置の実施例3を説明する回路構成図である。実施例3の特徴は、実施例2に対して水平方向(図10の左右方向)に検出信号を出力する構成を追加した点にある。ここでは、この特徴点についてのみ説明し、実施例2と重複する構成については説明を省略する。図10において、Redサブ画素の1列目のスイッチTFT1がデータ線DRと接続され、Blueサブ画素の2列目のスイッチTFT2がデータ線DBに接続される。さらに、これらデータ線がXアドレス検出回路(センサ信号処理回路)13Xに接続されることによって、Redサブ画素の1列目、およびBlueサブ画素の2列目から読み出される信号がXアドレス検出回路13Xに伝送される。
【0039】
次に、Redサブ画素の2列目のスイッチTFT1が読み出し信号線R2、に接続され、TFT2がデータ線DRに接続され、Blueサブ画素の1列目のスイッチTFT1が読み出し信号線R1に接続される。さらに、これら読み出し信号線R1、R2をYアドレス検出回路(センサ信号処理回路)13Yに接続することによって、Redサブ画素の2列目、およびBlueサブ画素の1列目から読み出される信号がYアドレス検出回路13Yに伝送される。
【0040】
これにより、読み出し線R1、R2は走査する必要がなく、1フレームあたり1回の読み出しで、光検出信号を水平と垂直(X、Y)方向に読み出すことができる。読み出し線の走査が必要でなくなるということは、センサドライバ14にシフトレジスタ等の走査回路を構成する必要がなく、回路の簡略化が可能で、かつ検出時間を高速化することができるなどの効果がある。なお、詳細の駆動タイミングについては図11で説明する。
【0041】
図11は、本発明による画像表示装置の実施例3の駆動タイミング図である。図5の実施例1の駆動タイミングと同様に、1フレーム(1F)は表示期間TDとブランキング期間TBに分けられる。表示期間TDについては実施例1と同様であるため説明は省略する。また、光検出動作は、実施例1と同様にブランキング期間TDで行われるが、動作が異なるため、この点のみ説明する。
【0042】
まず、切り替えスイッチ80A、80B、80Cの切り替え信号φSWがハイレベル(H)からローベル(L)になることで、データ線DR、DG、DGは、データドライバ11から分離される。それと同時に、読み出し線R1、R2の読み出しクロックVR1、VR2が、ローレベル(L)からハイレベル(H)になることで、全画素内から読み出された信号電流が、データ線DR、DG、DG上の信号電圧VDR、VDG、VDB、および読み出し信号線Y1、Y2上の信号電圧VSIG、VREFに変換されてXアドレス検出回路13X、Yアドレス検出回路13Yにそれぞれ伝送される。
【0043】
ここで、ΔVDはバックライト光LBLの信号成分からなる電位差で、ΔVSはバックライト光LBLおよびタッチ反射光LREF信号成分からなる電位差である。光検出TFT61に入射する光LREFの強度が強いほど、電位差ΔVSは大きくなる。図10のセンサ信号処理回路13Xはデータ線DRとデータ線DBの信号電圧VDR、VDBの差を、差動アンプADで増幅し、アナログ‐デジタル変換器ADCでデジタル変換された信号値を、制御回路15に伝送する。同時に、センサ信号処理回路13Yは信号線Y1と信号線Y2の信号電圧VSIG、VREFの差を、差動アンプADで増幅し、アナログ‐デジタル変換器ADCでデジタル変換された信号値を、制御回路15に伝送する。
【0044】
以上より、Xアドレス検出回路13X、Yアドレス検出回路13Yで処理された信号値を基に画面を指で触れたかの判断情報と、アドレス情報(二次元座標)が同時に制御回路15に伝送されるため、検出時間の高速化が可能となる。
【実施例4】
【0045】
図12は、本発明による画像表示装置の実施例4を説明する回路構成図である。実施例4は、図4で説明した実施例1のセンサ信号処理回路13をXアドレス検出回路(センサ信号処理回路)13Xとし、図10の実施例3に示したYアドレス検出回路(センサ信号処理回路)13Yを追加したものである。なお、図12には説明を簡素化するため、2×2の画素のみを示す。
【0046】
実施例4では、画面の観察面から入射する外部光を受ける第1光センサSENAを備えた第1画素と、該外部光から遮蔽された第2光センサSENBを備えた第2画素とからなる画素回路を備える。そして、前記画素回路を接続して第1の方向に延在するゲート線G1、G2と、前記第1の方向に交差する第2の方向に延在し、前記第1画素のみを接続する第1のデータ線D1と、前記第2画素のみを接続する第2のデータ線D2と、前記第1画素と前記第2画素を交互に接続して前記第1の方向に延在するセンサ読み出し線Y1,Y2とを設けている。
【0047】
前記ゲート線に画素選択信号を印加するゲートドライバ12と、前記画素選択信号で選択された画素に前記データ線を通して表示データを供給するデータドライバ11と、前記第1のデータ線D1と前記第2のデータ線D2とに接続するXアドレス検出回路13Xと前記センサ読み出し線Y1,Y2に接続されたYアドレス検出回路13Y、およびセンサドライバ14とを有する。さらに、光センサに接続されるスイッチTFT1のゲート電極に、読み出し線R1、R2が接続され、センサドライバ14から読み出し信号VR(1)、VR(2)が伝送される。
【0048】
実施例4では、実施例3と同様に、Xアドレス検出回路13Xと前記センサ読み出し線Y1,Y2に接続されたYアドレス検出回路13Yで処理された信号値を基に画面を指で触れたか否かの判断情報と、アドレス情報(二次元座標)が同時に制御回路15に伝送されるため、検出時間の高速化が可能となる。
【実施例5】
【0049】
図13は、本発明による画像表示装置の実施例5を説明する回路構成図である。実施例5が実施例2と異なる点は、周辺回路の構成にある。ここでは、この点について説明し、実施例2と同じ構成についての説明は省略する。主にトランジスタの移動度が高い低温ポリシリコンTFTプロセスでは、ガラス基板上に、Red、Green、Blueの信号ラインの切り替えを行うRGB切り替えスイッチ80が形成され、データドライバを構成するドライバIC90へ接続する出力端子数を従来の1/3にすることができる。RGB切り替えスイッチ80は、TFT―S1、TFT―S2、TFT―S3で構成される。
【0050】
RGB切り替えスイッチ80は、上記したように、TFTなどを用いた単純なアナログスイッチで構成が可能である。本実施例では、これを利用して、データ線の端子にデータドライバ11とセンサ信号処理回路13を接続し、映像信号の伝送と検出信号の伝送とを出力端子81からデータドライバ11とセンサ信号処理回路13とに分けて切り換える。この切り換えには、切り換えスイッチ91と92も関与する。データドライバ、検出回路13はドライバIC内に作製され、それぞれに切り替えスイッチ80を介して出力端子に接続する。
【0051】
実施例1〜4においては、センサ信号処理回路を接続するために、ガラス基板に出力端子を別途設ける必要があったが、実施例5においては、ガラス基板上に作製する出力端子数を追加することなくセンサ信号処理回路を設けることが可能である。なお、駆動タイミングについては、図5で説明した実施例1の駆動タイミングと同様である。
【0052】
図14は、本発明に係る画像表示装置を適用したモバイル用電子機器を示す図である。モバイル用電子機器1には、本発明の画像表示装置2の他に、十字キー4を装備している。本発明に係る画像表示装置を適用することで、画像表示装置2の表示画面3上にアイコンなどの表示を指でタッチすることで、専用のタッチパネルモジュールを必要とすることなく、選択処理されるタッチパネル機能のユーザーインターフェースを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明による画像表示装置の実施例1を説明する画面入力機能付き液晶表示装置の展開斜視図である。
【図2】本発明による画像表示装置の実施例1を説明する図1に示した画面入力機能付き液晶表示装置の1画素の断面図である。
【図3】薄膜トランジスタに照射した光の照度Evとドレイン電流Iの依存性を示す図である。
【図4】本発明による画像表示装置の実施例1を説明する回路構成図である。
【図5】本発明による画像表示装置の実施例1の駆動タイミング図である。
【図6】図4の画素回路内の第1光センサPIXSの構成である。
【図7】本発明による画像表示装置の実施例1のブロック図である。
【図8】光センサの動作と機能の説明図である。
【図9】本発明による画像表示装置の実施例2を説明する回路構成図である。
【図10】本発明による画像表示装置の実施例3を説明する回路構成図である。
【図11】本発明による画像表示装置の実施例3の駆動タイミング図である。
【図12】本発明による画像表示装置の実施例4を説明する回路構成図である。
【図13】本発明による画像表示装置の実施例5を説明する回路構成図である。
【図14】本発明に係る画像表示装置を適用したモバイル用電子機器を示す図である。
【図15】画素内に光センサを形成した画面入力機能付き従来の画像表示装置の画素構成例を説明する概念図である。
【図16】画素単位に光センサを形成した画面入力機能付き画像表示装置の従来例の画素構成を説明する等価回路図である。
【符号の説明】
【0054】
11・・・データドライバ、13・・・センサ信号処理回路、14・・・センサ読み出し回路(センサドライバ)、15・・・制御回路15、80A,80B・・・切り替えスイッチ、AD・・・差動アンプ、MPX・・・マルチプレクサ、ADC・・・ADコンバータ、また、G1、G2・・・ゲート線、R1、R2・・・読み出し線。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
画面の観察面から入射する外部光を受ける第1光センサを備えた第1画素と、該外部光から遮蔽された第2光センサを備えた第2画素とからなる画素回路と、
前記画素回路を接続して第1の方向に延在するゲート線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に延在し、前記第1画素のみを接続する第1のデータ線と、前記第2画素のみを接続する第2のデータ線と、
前記第1画素と前記第2画素を交互に接続して前記第1の方向に延在するセンサ読み出し線と、
前記ゲート線に画素選択信号を印加するゲートドライバと、
前記画素選択信号で選択された画素に前記データ線を通して表示データを供給するデータドライバと、
前記センサ読み出し線に接続されたセンサドライバと、
前記第1のデータ線と前記第2のデータ線とに接続するセンサ信号処理回路と、
を有し、
前記センサ信号処理回路が前記第1のデータ線と前記第2のデータ線を通して入力する前記第1光センサと前記第2光センサの信号に基づいて前記画面のタッチ操作された二次元座標を検知することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記センサ信号処理回路に差動増幅回路を備え、前記第1のデータ線の信号と前記第2のデータ線の信号を基準信号として前記二次元座標を生成することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項3】
請求項1において、
前記第1のデータ線および前記第2のデータ線と前記データドライバの間に、表示期間と帰線期間を切り換える切り替えスイッチを備えることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項4】
請求項3において、
前記切り替えスイッチにより切り換えられた帰線期間に前記二次元座標の生成のための前記第1光センサと前記第2光センサの信号を前記センサ信号処理回路に取り込むことを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項5】
請求項1において、
前記第1画素のみを接続し、垂直方向に延在する第1のデータ線と、
前記第2画素のみを接続し、垂直方向に延在する第2のデータ線と、
前記第1画素のみを接続し、水平方向に延在する第1の信号線と、
前記第2画素のみを接続し、水平方向に延在する第2の信号線と、
を有し、
前記第1のデータ線と前記第2のデータ線とに接続するセンサ信号処理回路と、
前記第1の信号線と前記第2の信号線とに接続するセンサ信号処理回路と、
を有し、
前記センサ信号処理回路が、前記第1のデータ線と前記第2のデータ線を通して入力する前記第1光センサと前記第2光センサの信号に基づいて、前記画面のタッチ操作された二次元座標を検知することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項6】
請求項1または請求項5において、
前記画素は液晶表示画素であることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項7】
請求項1または請求項5において、
前記画素はEL表示画素であることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項8】
請求項7において、
前記画素は有機EL発光ダイオードであることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項9】
請求項1または請求項5において、
前記第1光センサおよび第2光センサはPINダイオードからなり、
前記PINダイオードはドレインおよびソース端子を有することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項10】
請求項9において、
前記PINダイオードの前記ドレインおよびソース端子に、並列に容量が接続されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項11】
請求項1または請求項5において、
前記第1光センサおよび第2光センサは薄膜トランジスタからなり、
前記薄膜トランジスタはドレインおよびゲートおよびソース端子を有することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項12】
請求項11において、
前記薄膜トランジスタの前記ゲートおよびソース端子が短絡されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項13】
請求項11において、
前記薄膜トランジスタの前記ドレインおよびソース端子に、並列に容量が接続されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項14】
画面の観察面から入射する外部光の赤色光を受ける光センサを備えた第1画素からなる第1画素回路と、光センサを有しない第2画素からなる第2画素回路と、前記外部光の青色光を受ける光センサを備えた第3画素からなる第3画素回路と
前記第1画素回路と前記第2画素回路および前記第3画素回路を接続して第1の方向に延在するゲート線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に延在し、前記第1画素回路のみを接続する第1のデータ線と、前記第2画素回路のみを接続する第2のデータ線と、前記第3画素回路のみを接続する第3のデータ線と、
前記第1画素と前記第3画素を接続して前記第1の方向に延在するセンサ読み出し線と、
前記ゲート線に画素選択信号を印加するゲートドライバと、
前記画素選択信号で選択された画素に前記第1のデータ線と前記第2のデータ線および前記第3のデータ線を通して赤色表示データと緑色表示データおよび青色表示データを供給するデータドライバと、
前記センサ読み出し線に接続されたセンサドライバと、
前記第1のデータ線と前記第3のデータ線に接続するセンサ信号処理回路と、
を有し、
前記センサ信号処理回路が前記第1のデータ線と前記第3のデータ線を通して入力する前記第1画素回路の光センサと前記第3画素回路の光センサの信号に基づいて前記画面のタッチ操作された二次元座標を検知することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項15】
請求項14において、
前記センサ信号処理回路に差動増幅回路を備え、前記第1のデータ線の信号を基準信号として前記第3のデータ線の信号から前記二次元座標を生成することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項16】
請求項15において、
前記切り替えスイッチにより切り換えられた帰線期間に前記二次元座標の生成のための前記第1光センサと前記第3光センサの信号を前記センサ信号処理回路に取り込むことを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項17】
請求項14において、
前記第1のデータ線と前記第2のデータ線および前記第3のデータ線と前記データドライバの間に、表示期間と帰線期間を切り換える切り替えスイッチをそれぞれ備えることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項18】
請求項14において、
前記画素は液晶表示画素であることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項19】
請求項14において、
前記画素はEL表示画素であることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項20】
請求項19において、
前記画素は有機EL発光ダイオードであることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項21】
請求項14において、
前記第1光センサおよび第2光センサはPINダイオードからなり、
前記PINダイオードはドレインおよびソース端子を有することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項22】
請求項21において、
前記PINダイオードの前記ドレインおよびソース端子に、並列に容量が接続されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項23】
請求項14において、
前記第1光センサおよび第2光センサは薄膜トランジスタからなり、
前記薄膜トランジスタはドレインおよびゲートおよびソース端子を有することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項24】
請求項23において、
前記薄膜トランジスタの前記ゲートおよびソース端子が短絡されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項25】
請求項23において、
前記薄膜トランジスタの前記ドレインおよびソース端子に、並列に容量が接続されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項1】
画面の観察面から入射する外部光を受ける第1光センサを備えた第1画素と、該外部光から遮蔽された第2光センサを備えた第2画素とからなる画素回路と、
前記画素回路を接続して第1の方向に延在するゲート線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に延在し、前記第1画素のみを接続する第1のデータ線と、前記第2画素のみを接続する第2のデータ線と、
前記第1画素と前記第2画素を交互に接続して前記第1の方向に延在するセンサ読み出し線と、
前記ゲート線に画素選択信号を印加するゲートドライバと、
前記画素選択信号で選択された画素に前記データ線を通して表示データを供給するデータドライバと、
前記センサ読み出し線に接続されたセンサドライバと、
前記第1のデータ線と前記第2のデータ線とに接続するセンサ信号処理回路と、
を有し、
前記センサ信号処理回路が前記第1のデータ線と前記第2のデータ線を通して入力する前記第1光センサと前記第2光センサの信号に基づいて前記画面のタッチ操作された二次元座標を検知することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記センサ信号処理回路に差動増幅回路を備え、前記第1のデータ線の信号と前記第2のデータ線の信号を基準信号として前記二次元座標を生成することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項3】
請求項1において、
前記第1のデータ線および前記第2のデータ線と前記データドライバの間に、表示期間と帰線期間を切り換える切り替えスイッチを備えることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項4】
請求項3において、
前記切り替えスイッチにより切り換えられた帰線期間に前記二次元座標の生成のための前記第1光センサと前記第2光センサの信号を前記センサ信号処理回路に取り込むことを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項5】
請求項1において、
前記第1画素のみを接続し、垂直方向に延在する第1のデータ線と、
前記第2画素のみを接続し、垂直方向に延在する第2のデータ線と、
前記第1画素のみを接続し、水平方向に延在する第1の信号線と、
前記第2画素のみを接続し、水平方向に延在する第2の信号線と、
を有し、
前記第1のデータ線と前記第2のデータ線とに接続するセンサ信号処理回路と、
前記第1の信号線と前記第2の信号線とに接続するセンサ信号処理回路と、
を有し、
前記センサ信号処理回路が、前記第1のデータ線と前記第2のデータ線を通して入力する前記第1光センサと前記第2光センサの信号に基づいて、前記画面のタッチ操作された二次元座標を検知することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項6】
請求項1または請求項5において、
前記画素は液晶表示画素であることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項7】
請求項1または請求項5において、
前記画素はEL表示画素であることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項8】
請求項7において、
前記画素は有機EL発光ダイオードであることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項9】
請求項1または請求項5において、
前記第1光センサおよび第2光センサはPINダイオードからなり、
前記PINダイオードはドレインおよびソース端子を有することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項10】
請求項9において、
前記PINダイオードの前記ドレインおよびソース端子に、並列に容量が接続されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項11】
請求項1または請求項5において、
前記第1光センサおよび第2光センサは薄膜トランジスタからなり、
前記薄膜トランジスタはドレインおよびゲートおよびソース端子を有することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項12】
請求項11において、
前記薄膜トランジスタの前記ゲートおよびソース端子が短絡されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項13】
請求項11において、
前記薄膜トランジスタの前記ドレインおよびソース端子に、並列に容量が接続されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項14】
画面の観察面から入射する外部光の赤色光を受ける光センサを備えた第1画素からなる第1画素回路と、光センサを有しない第2画素からなる第2画素回路と、前記外部光の青色光を受ける光センサを備えた第3画素からなる第3画素回路と
前記第1画素回路と前記第2画素回路および前記第3画素回路を接続して第1の方向に延在するゲート線と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に延在し、前記第1画素回路のみを接続する第1のデータ線と、前記第2画素回路のみを接続する第2のデータ線と、前記第3画素回路のみを接続する第3のデータ線と、
前記第1画素と前記第3画素を接続して前記第1の方向に延在するセンサ読み出し線と、
前記ゲート線に画素選択信号を印加するゲートドライバと、
前記画素選択信号で選択された画素に前記第1のデータ線と前記第2のデータ線および前記第3のデータ線を通して赤色表示データと緑色表示データおよび青色表示データを供給するデータドライバと、
前記センサ読み出し線に接続されたセンサドライバと、
前記第1のデータ線と前記第3のデータ線に接続するセンサ信号処理回路と、
を有し、
前記センサ信号処理回路が前記第1のデータ線と前記第3のデータ線を通して入力する前記第1画素回路の光センサと前記第3画素回路の光センサの信号に基づいて前記画面のタッチ操作された二次元座標を検知することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項15】
請求項14において、
前記センサ信号処理回路に差動増幅回路を備え、前記第1のデータ線の信号を基準信号として前記第3のデータ線の信号から前記二次元座標を生成することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項16】
請求項15において、
前記切り替えスイッチにより切り換えられた帰線期間に前記二次元座標の生成のための前記第1光センサと前記第3光センサの信号を前記センサ信号処理回路に取り込むことを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項17】
請求項14において、
前記第1のデータ線と前記第2のデータ線および前記第3のデータ線と前記データドライバの間に、表示期間と帰線期間を切り換える切り替えスイッチをそれぞれ備えることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項18】
請求項14において、
前記画素は液晶表示画素であることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項19】
請求項14において、
前記画素はEL表示画素であることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項20】
請求項19において、
前記画素は有機EL発光ダイオードであることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項21】
請求項14において、
前記第1光センサおよび第2光センサはPINダイオードからなり、
前記PINダイオードはドレインおよびソース端子を有することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項22】
請求項21において、
前記PINダイオードの前記ドレインおよびソース端子に、並列に容量が接続されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項23】
請求項14において、
前記第1光センサおよび第2光センサは薄膜トランジスタからなり、
前記薄膜トランジスタはドレインおよびゲートおよびソース端子を有することを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項24】
請求項23において、
前記薄膜トランジスタの前記ゲートおよびソース端子が短絡されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【請求項25】
請求項23において、
前記薄膜トランジスタの前記ドレインおよびソース端子に、並列に容量が接続されていることを特徴とする画面入力機能付き画像表示装置。
【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14】
【図15】
【図16】
【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14】
【図15】
【図16】
【公開番号】特開2008−203504(P2008−203504A)
【公開日】平成20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−39181(P2007−39181)
【出願日】平成19年2月20日(2007.2.20)
【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20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年2月20日(2007.2.20)
【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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