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Description
具体的には、たとえば、感圧式タッチパネル(特許文献1,2を参照)方式による表示装置や電磁誘導型タッチパネル方式(特許文献3を参照)による表示装置などが知られている。
そこで、近年、上記の問題を解決すべく表示装置の各画素に受光素子を設け、受光素子への入射光を検知することにより表示装置内の座標を特定する表示装置の開発が盛んに行われている(特許文献4,5を参照)。
また、上記バックライト光によるシステム、もしくは外光による撮像システムにおいて、ディスプレイ部からの干渉ノイズをリアルタイムで除去できない。
また、このような理由のため、温度特性、時間変動に強い高信頼性システムが実現できない。
また、高信頼性システムを実現使用とすると、電源投入時のキャリブレーション動作が必要になる。
図2(A)〜(C)は、図1の液晶画像表示装置における有効画素領域部の第1の構成例を示す図であって、図2(A)はセルのマトリクス配列を、図2(B)は平面図を、図2(C)は断面図をそれぞれ示している。
そして、有効画素領域2においては、隣接した3つの表示セル21ごとに受光セル22、参照セル23が交互に配列されている。
具体的には、図2中の左から、色の三原色に対応したR色の表示セル21R、G色の表示セル21G、B色の表示セル21Bが配列されていて、この表示セル21Bに隣接して受光セル22が配列されている。そして、この受光セル22に続いて、R色の表示セル21R、G色の表示セル21G、B色の表示セル21Bが配列されていて、この表示セル21Bに隣接して参照セル23が配列されている。第1の構成例の有効画素領域部2は、この配列系が周期的に繰り返されて形成されている。
このような配列において、受光セル22と参照セル23は、近接(受光セルと参照セルとしては隣接)して配置されたセルをペアとして出力の差分処理が行われる。
受光セル22の配置領域には遮光機能を有するブラックマスク(遮光マスク)BMSK22が形成され、参照セル23の配置領域には遮光機能を有するブラックマスク(遮光マスク)BMSK23が形成されている。
受光セル22に形成されたブラックマスクBMSK22には、受光素子に光を入射させるための開口部BMSK221が形成されている。
これに対して、参照セル23に形成されたブラックマスクBMSK23には開口部が形成されていない。
また、TFT基板24の基面242側には各表示セル21の表示回路210、受光セル22の読み出し回路220および受光素子(フォトセンサ)221、並びに参照セル23の読み出し回路230および受光素子(フォトセンサ)231が形成されている。
一方、対向基板25の基面251には各種フィルタFLT−R,FLT−G,FLT−B、ブラックマスクBMSK22,BMSK23が形成されている。
そして、各表示セル21のTFT211のゲート電極は、各行単位で同一の走査線(ゲート線)7−1〜7−mにそれぞれ接続されている。また、各表示セル21のTFT211のソース電極(または、ドレイン電極)は、各列単位で同一の表示信号線8−1〜8−nに各々接続されている。
また、表示セル21に対応した配線された表示信号線8−1〜8−nは水平駆動回路4に接続され、この水平駆動回路4により駆動される。
そして、各画素部20の表示セル21の液晶セル212の対向電極および/または保持容量213の他方の電極には、コモン配線(共通配線)を通してたとえば所定の直流電圧がコモン電圧VCOMとして与えられる。
あるいは、各表示セル21の液晶セル212の対向電極および保持容量213の他方の電極には、たとえば1水平走査期間(1H)毎に極性が反転するコモン電圧VCOMが与えられる。
受光信号線10−1〜10−p、受光信号処理回路6に接続され、受光制御回路5の制御の下に読み出される信号を受光信号処理回路6に伝搬する。
すなわち、垂直駆動回路3から走査線7−1に対して走査パルスSP1が与えられたときには第1行目の各列の画素が選択され、走査線7−2に対して走査パルスSP2が与えられたときには第2行目の各列の画素が選択される。以下同様にして、走査線7−3,…,7−mに対して走査パルスSP3,…,SPmが順に与えられる。
また、受光セル22および参照セル23は、電源電位VDDおよび基準電位VSSに接続される。
受光素子221は、TFT、ダイオード等により形成される。
また、受光セル22(参照セル23)の読み出し回路220(230)は、リセットTFT222、増幅TFT223、選択(読み出し)TFT224、キャパシタ225、およびノードND221を有している。
増幅TFT223のゲートがノードND221に接続され、ドレインが電源電位VDDに接続され、ソースが選択TFT224のドレインに接続されている。選択TFT224のゲートが第2の受光信号制御線12に接続され、ソースが対応する列に配線された受光信号線10に接続されている。
この増幅TFT223と選択TFT224により、いわゆるソースフォロワが形成されている。したがって、受光信号線10には電流源が接続される。この電流源は、本実施形態においては、たとえば受光信号処理回路6に形成される。
また、キャパシタ(受光信号蓄積容量)215がノードND221と基準電位VSSとの間に接続されている。
対向基板透明絶縁基板(たとえばガラス基板)により形成された対向基板25の基面251側にはブラックマスクBMSK22が形成され、フォトセンサ221の形成領域と対抗するブラックマスクBMSK22には外光をフォトセンサ221に導く開口部BMSK221が形成されている。
そして、TFT基板24と対向基板25との間に液晶層26が封入されている。また、たとえばTFT基板24の底面241側にバックライト27が配置されている。
また、このTFT基板24の底面241には偏光フィルタ28が形成され、対向基板25の前面(光入射面)252に偏光フィルタ29が形成されている。
ゲート絶縁膜302上に半導体膜(チャネル形成領域)303、並びに半導体膜303を挟んで一対のn―拡散層(LDD領域)304,305、n+拡散層306,307(ソース、ドレイン領域)が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜302、半導体層(チャネル形成領域)303、n―拡散層(LDD領域)304,305、n+拡散層306,307(ソース、ドレイン領域)を覆うように層間絶縁膜308が形成され、層間絶縁膜308を覆うように層間絶縁膜309が形成されている。層間絶縁膜309は、たとえばSiN、SiO2等により形成される。
一方のn+拡散層306には、層間絶縁膜308,309に形成されたコンタクトホール310aを介してソース電極311が接続され、他方のn+拡散層307には、層間絶縁膜308,309に形成されたコンタクトホール310bを介してドレイン電極312が接続される。
ソース電極311およびドレイン電極312は、たとえばアルミニウム(Al)をパターニングしたものである。
層間絶縁膜309、ソース電極311、ドレイン電極312、層間絶縁膜309上に平坦化膜313が形成されている。
そして、この平坦化膜313上に液晶層26が形成される。
受光制御回路5は、所定のタイミングでリセットパルスRSTを第1の受光セル制御線11−1〜11−mに印加する。
これにより、各表示セル22のリセット用TFT222が一定期間オンし、ノードND221がリセットされる。換言すれば、表示セル22は、たとえばノードND221に接続された受光信号蓄積容量の電荷が放電されて、ノードND221の電位が基準電位にセットされ、受光セル22が初期の状態となる。
この状態で受光素子221が所定の光量を受光すると、受光素子221が導通し、ノードND221の電位が上昇し、キャパシタ(受光信号蓄積容量)225に電荷が蓄積される。
このとき、受光制御回路5により読み出し信号RDがハイレベルで第2に受光セル制御線12に印加されて選択TFT224がオン状態に保持される。これにより、キャパシタ225の蓄積された電荷が電気信号として増幅TFT223で増幅され、選択TFT224を介して受光信号として受光信号配線10に出力される。
図7は、本実施形態に係る受光信号処理回路の第2の構成例を示す回路図である。
各オペアンプ62は、受光セル22の出力信号を非反転入力(+)に入力し、この受光セル22に隣接する参照セル23の出力信号を反転入力(−)に入力し、両入力信号の差分処理を行って、受光セル22内の反射ノイズおよびオフセットノイズの影響を極めて小さく抑えた信号を後段の処理回路に出力する。
なお、ここでは、図8に示すように、バックライトの反射光の検出システムとして構成された場合を例に説明する。
図9(A),(B)において、矢印Aが検出対象光を示す、矢印Bのノイズ光を示している。
この反射光Aが、偏光フィルタ29、対向基板25、液晶層26を透過して受光セル22のブラックマスクBMSK22の開口部BMSK221を通して、たとえばTFTからなる受光素子(フォトセンサ)221のアクティブ領域(チャネル領域)で受光され、フォト電流として取り出される。
すなわち、受光セル22の出力信号には、検出対象光Aおよびノイズ光B1、B2を含む。
すなわち、受光セル22の出力信号には、ノイズ光B1、B2を含む。
その結果、オペアンプ62の出力は、受光セル22内の反射ノイズおよびオフセットノイズの影響を極めて小さく抑えた信号となる。
上記バックライトを用いたシステム、もしくは外光の撮像システムにおいて、受光素子(フォトセンサ)および画素回路のオフセットノイズを除去できるため、高SN比化を実現できる。
上記バックライト光を用いたシステム、もしくは外光の撮像システムにおいて、ディスプレイからの干渉ノイズを除去できるため、高SN比化を実現できる。
上記ノイズをリアルタイムでキャンセルできるため、温度特性、時間変動に強い高信頼性システムを実現できる。
上記と同一の理由により、電源投入時のキャリブレーション動作が不要になる。
たとえば、図10に示すように、上述した第1配列系(グループ)に隣接されるグループは、受光セルおよび参照セルの配置領域に単なるブラックマスクBMSK(BM)、もしくは外部の接続されないブラックマスクBMSK(BM)下に形成された参照セルおよび、または受光セルを設ける第2配列系(グループ)とし、この第1グループと第2グループを交互に配置する、あるいは第2グループを複数連続的に配列させる、あるいは第1グループを複数連続的に配列させて第2グループを配列させる等の構成も可能である。
また、複数のグループをユニットとして各ユニットに参照セル23を一つ設け、そのユニット内では、各受光セル22の出力信号とその一つの参照セル23の出力信号との差分信号処理を行うように構成することも可能である。
あるいは、有効画素領域部2全体で一つの参照セルを設けて、各受光セル22の出力信号とその一つの参照セル23の出力信号との差分信号処理を行うように構成することも可能である。
本発明を適用する場合の表示装置内の受光素子配置は特に言及しないものとする。このように、本発明を図2に示すような受光素子内蔵の表示装置に適用することにより、ノイズの影響の少ない受光信号を後処理で用いることが可能となり、また、表示側信号の撮像側信号への混入を防ぎつつ、受光(撮像)を行うことが可能となる。
Claims (14)
- 表示回路を有する少なくとも一つの表示セルと、
受光素子を含む少なくとも一つの受光セルと、
上記受光セルと等価な構成を有し、受光素子への光の入射が遮断されている少なくとも一つの参照セルと、
上記受光セルの出力信号と上記参照セルの出力信号との差分信号処理を行う信号処理回路と
を有する表示装置。 - 有効画素領域部に、
複数の上記表示セルがマトリクス状に配列され、
上記表示セルのマトリクス配列に混在して、上記受光セルおよび参照セルが配列されている
請求項1記載の表示装置。 - 上記有効画素領域部において、
少なくとも一つの表示セルに隣接して上記受光セルが配列され、当該受光セルに隣接した少なくとも一つの表示セルが配列され、当該配列された表示セルに隣接して上記参照セルが配列される配列系が周期的に繰り返されている
請求項2記載の表示装置。 - 上記有効画素領域部において、
少なくとも一つの表示セルに隣接して上記受光セルが配列され、当該受光セルに隣接した少なくとも一つの表示セルが配列され、当該配列された表示セルに隣接して上記参照セルが配列される第1配列系と、
少なくとも一つの表示セルに隣接して出力が取り出せない第1ダミーセルが配列され、当該第1ダミーセルに隣接した少なくとも一つの表示セルが配列され、当該配列された表示セルに隣接して出力が取り出せない第2ダミーセルが配列される第2プ配列系と、を含む
請求項2記載の表示装置。 - 上記第1配列系と上記第2配列系が隣接し、かつ周期的に繰り返すように配列されている
請求項4記載の表示装置。 - 上記受光セルは、
遮光マスクに受光素子に検出対象光を導く開口部が形成され、
上記参照セルは、
受光素子を含めて検出対象光の入射が遮蔽されている
請求項1から5のいずれか一に記載の表示装置。 - 上記信号処理回路は、
隣接して配列された上記受光セルと上記参照セル同士の出力信号の差分信号処理を行う
請求項2から6のいずれか一に記載の表示装置。 - 複数の表示セルがマトリクス状に配列され、上記表示セルのマトリクス配列に混在して、受光素子を含む少なくとも一つの受光セル、および上記受光セルと等価な構成を有し、受光素子への光の入射が遮断されている少なくとも一つの参照セルが配列されている有効画素領域部と、
上記受光セルの出力信号と上記参照セルの出力信号との差分信号処理を行う信号処理回路と、
上記有効画素領域部に光を照射するバックライトと
を有する表示装置。 - 上記有効画素領域部は、
上記バックライトに対向して配置され、セル回路および受光素子が形成される第1透明基板と、
上記第2透明基板と対向して配置される第2透明基板と、
上記第1透明基板および上記第2透明基板間に配置された液晶層と、
上記受光セルおよび上記参照セルに形成されて検出対象光を遮蔽するめの遮光マスクと、を有し、
上記受光セルの遮光マスクには、検出対象光を受光素子に導くための開口部が形成されている
請求項8記載の表示装置。 - 上記受光セルおよび上記参照セルを含む上記第1透明基板にはボトムゲート型薄膜トランジスタが形成され、当該薄膜トランジスタのゲート電極が、少なくとも上記バックライトからの光の上記受光セルおよび上記参照セルの受光素子への光路に形成され、当該ゲート電極が上記バックライトからの光を遮光する機能を有する
請求項9記載の表示装置。 - 上記有効画素領域部において、
少なくとも一つの表示セルに隣接して上記受光セルが配列され、当該受光セルに隣接した少なくとも一つの表示セルが配列され、当該配列された表示セルに隣接して上記参照セルが配列される配列系が周期的に繰り返されている
請求項8記載の表示装置。 - 上記有効画素領域部において、
少なくとも一つの表示セルに隣接して上記受光セルが配列され、当該受光セルに隣接した少なくとも一つの表示セルが配列され、当該配列された表示セルに隣接して上記参照セルが配列される第1配列系と、
少なくとも一つの表示セルに隣接して出力が取り出せない第1ダミーセルが配列され、当該第1ダミーセルに隣接した少なくとも一つの表示セルが配列され、当該配列された表示セルに隣接して出力が取り出せない第2ダミーセルが配列される第2プ配列系と、を含む
請求項8記載の表示装置。 - 上記第1配列系と上記第2配列系が隣接し、かつ周期的に繰り返すように配列されている
請求項12記載の表示装置。 - 上記信号処理回路は、
隣接して配列された上記受光セルと上記参照セル同士の出力信号の差分信号処理を行う
請求項8から13のいずれか一に記載の表示装置。
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