CN101251780B - 具有屏幕输入功能的图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高精细的具有屏幕输入功能的图像显示装置，该图像显示装置不会降低像素的开口率且可进行高速直接屏幕输入。在不接收光的第一薄膜晶体管(60)的数据线(VD(1)、VD(2))连接切换开关(80Y)，在存储线(VST(1)、VST(2))连接切换开关(80X)。切换开关(80X、80Y)根据以切换线(VSK)从控制电路(15)供给的切换信号(φSW)进行接通、断开。利用该切换开关的接通、断开对从栅极线驱动电路(12)和数据线驱动电路(11)供给的驱动信号以及图像信号的传送、和向X地址检测电路(13)以及Y地址检测电路(14)的光信号的传送进行切换。
Description
技术领域
本发明涉及在显示面板内内置光学传感器的图像显示装置，尤其涉及能进行屏幕直接输入而不降低像素的开口率并的具有高速且高精度的屏幕输入功能的图像显示装置。
背景技术
具有由使用者的手指等对屏幕进行触摸操作(以下也仅称为触摸)从而进行信息输入的屏幕输入功能的图像显示装置，被用于PDA等具有触摸传感器的便携终端、自助受理机等固定式顾客引导终端。这样的具有屏幕触摸输入功能的图像显示装置，已知检测由触摸而被按压的部分的电阻值变化或电容变化的方式、检测由触摸而被遮挡的部分的光量变化的方式等。
特别是，近年来正在开发在构成屏幕的像素结构中检测外部光的光量变化来检测触摸部分的坐标的方式。例如，在专利文献1中公开了在构成液晶显示装置的液晶显示面板的像素单位用薄膜晶体管(TFT)形成光传感元件(光传感器)。
图24是说明在像素单位形成光传感器的一般的液晶显示面板的现有例的像素结构的等效电路图。该液晶显示面板公开在下述的专利文献1中，包括多条栅极线GL、多条数据线DL、与栅极线GL和数据线DL电连接的第一开关元件Q1、与第一开关元件Q1连接的液晶电容、以及第一存储电容CST1。另外，还包括第一电压线VL1、第二电压线VL2、检测外部光L的强度并使之变换为电流的第二开关元件TS1、保存由从第二开关元件TS1提供的电流形成的电荷的第二存储电容CST2、输出第二存储电容CST2所保存的电荷的第三开关元件TS2、以及读出线ROL。上述第二开关元件TS1、第二存储电容 CTS2、以及第三开关元件TS2形成一种光传感部。
专利文献1：日本特开2005-129948号公报
发明内容
专利文献1所公开的光传感器结构每个像素需要较多的包含了薄膜晶体管的元件数量，因此用于显示的像素开口率变低，另外因元件数量增加而功耗增大。开口率的降低使屏幕的亮度恶化，功耗的增大尤其在便携式终端中导致工作时间缩短。另外，按读出线的顺序利用开关元件依次读出在由栅极线、数据线以及读出线定义的区域内沿横向排列多个的光检测元件的光泄漏电流。因此，获得纵横2维的光信号所需的时间随着光检测元件和开关元件的数量增加而变长。因此，随着高精细化而检测速度变慢。
本发明的目的是提供一种能不降低像素的开口率地进行高速、高精度的屏幕直接输入的具有屏幕输入功能的图像显示装置。
为实现上述目的，以液晶显示装置为例公开本发明的代表性结构和动作如下。本发明的具有屏幕输入功能的图像显示装置在玻璃基板等绝缘基板上的像素区域形成由薄膜晶体管构成的光传感器，该光传感器具有如下结构并进行如下动作。
(1)使从屏幕的显示面侧输入的光被遮挡的开关用薄膜晶体管(开关TFT)的漏电极或源电极(此处为漏电极)与接收从屏幕的显示面侧输入的光的光传感器用薄膜晶体管(光检测TFT)的源电极或漏电极(此处为源电极)连接，将两个TFT串联连接。
(2)在光检测TFT的源电极或漏电极上连接辅助电容和像素电极。
(3)在光检测TFT的栅电极上连接传感器控制线，在开关TFT的栅电极上连接像素选择用栅极线。
(4)在开关TFT的漏电极或源电极(此处为源电极)上连接数据线。
(5)在光检测TFT的漏电极或源电极(此处为漏电极)上并联 连接保持电容的一个电极和像素电极。
(6)在存储线上连接上述保持电容的另一电极。
(7)并且，利用数据线和存储线(或共用线)进行显示信号的传送和光传感器的读出信号的传送。
(8)在传送光传感器的读出信号的数据线和存储线(或共用线)的一端连接切换开关，适当地切换显示信号的传送和光传感器的读出信号的传送。
(9)通过数据线将在垂直方向上排列的光传感器的读出信号传送至X地址检测电路，通过存储线(或共用线)将在水平方向上排列的光传感器的读出信号传送至Y地址检测电路。
(10)根据以读出信号为基础在X、Y地址检测电路进行了AD变换后的输出信号，判断有无触摸。
薄膜晶体管TFT的源电极和漏电极在显示板的动作中进行对调，但为了便于说明，以下将源电极和漏电极固定进行说明。另外，也可代替上述存储线而使用作为对置电极的供电线的共用线。
本发明适用于有源驱动的液晶显示装置，但同样也可适用于有源驱动的有机EL显示装置、其它相同的图像显示装置、光传感器应用设备。以下，记述本发明的代表性结构例。
本发明的具有屏幕输入功能的图像显示装置，以对形成于绝缘基板上的屏幕的像素区域进行的触摸操作来输入信息。在上述绝缘基板的主面上，由构成上述屏幕的多个像素构成的像素区域中的该各像素分别包括从上述屏幕侧入射的光的照射被遮挡的像素开关用第一薄膜晶体管、接受该光的光传感器用第二薄膜晶体管、保持电容以及像素电极。
并且其特征在于：
在上述第一薄膜晶体管的漏电极或源电极上串联连接有上述第二薄膜晶体管的源电极或漏电极，并且，
在上述第二薄膜晶体管的漏电极或源电极上并联连接有上述保持电容的一个电极和上述像素电极，
上述图像显示装置包括：
与上述第一薄膜晶体管的栅电极连接的像素选择用栅极线；
与上述第二薄膜晶体管的栅电极连接的传感器控制线；
与上述第一薄膜晶体管的源电极或漏电极连接的数据线；以及
与上述保持电容的另一电极连接的存储线，
依次进行下述工作：上述数据线和上述存储线进行施加在上述像素电极上的显示信号的传送、上述数据线对上述像素电极进行预充电电压的施加、上述数据线和上述存储线进行上述第二薄膜晶体管的读出信号的传送。
本发明的具有屏幕输入功能的图像显示装置还包括与上述数据线和上述存储线的一端连接的、切换上述显示信号的传送和上述读出信号的传送的切换开关。
本发明的具有屏幕输入功能的图像显示装置还包括：
X地址检测电路，通过上述数据线输入在上述像素区域的垂直方向上排列的上述第二薄膜晶体管的读出信号；以及
Y地址检测电路，通过上述存储线输入在上述像素区域的水平方向上排列的上述第二薄膜晶体管的读出信号。
本发明的具有屏幕输入功能的图像显示装置还包括控制电路，根据上述X地址检测电路的输出和上述Y地址检测电路的输出来抽取有无触摸的判断和其位置地址。
根据本发明，通过由数据线和存储线(或共用线)兼用于光传感器的信号布线，能够简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低。另外，在纵向(垂直方向，Y方向)和横向(水平方向，X方向)上传送光传感器信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光传感器信号，可得到所触摸的二维位置信息(地址)。
另外，通过抑制开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加，并且，能够通过缩短检测时间来实现触摸检测精度的提高。
附图说明
图1是说明本发明实施例1的具有屏幕输入功能的液晶显示装置的展开立体图。
图2是图1所示的具有屏幕输入功能的液晶显示装置的1个像素的剖视图。
图3是说明照射薄膜晶体管的光的照度和漏极电流的关系的图。
图4是说明本发明的图像显示装置的实施例1的电路结构图。
图5是图4所示的图像显示装置的实施例1的驱动时序图。
图6是图5中的X地址检测电路和Y地址检测电路的电路图。
图7是说明本发明的图像显示装置的结构的框图。
图8是说明本发明的图像显示装置的实施例2的电路结构的图。
图9是说明本发明的图像显示装置的实施例2的动作的时序图。
图10是本发明的图像显示装置的实施例3的电路结构图。
图11是本发明的图像显示装置的实施例4的电路结构图。
图12是本发明的图像显示装置的实施例5的电路结构图。
图13是本发明的图像显示装置的实施例6的电路结构图。
图14是本发明的图像显示装置的实施例7的电路结构图。
图15是本发明的图像显示装置的实施例8的电路结构图。
图16是本发明的图像显示装置的实施例9的电路结构图。
图17是说明适用于本发明各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第一结构例的电路图。
图18是说明适用于本发明各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第二结构例的电路图。
图19是说明适用于本发明的各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第三结构例的电路图。
图20是说明适用于本发明的各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第四结构例的电路图。
图21是说明适用于本发明的各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第五结构例的电路图。
图22是使用了本发明的图像显示装置的触摸面板使用时的显示 屏幕的说明图。
图23是表示使用了本发明的图像显示装置的移动用电子设备的示意外观图。
图24是说明在像素单位形成光传感器的一般的液晶显示面板的现有例的像素结构的等效电路图。
具体实施方式
以下，根据参照附图的实施例详细说明本发明的最佳实施方式。
[实施例1]
图1是说明本发明的实施例1的具有屏幕输入功能的液晶显示装置的展开立体图。在图1中，在作为第一绝缘基板(TFT基板)的下玻璃基板27的主面(形成薄膜晶体管(TFT)等的内表面)具有矩阵排列多个像素(用像素电极48表示)的显示区域(像素区域)16。形成显示区域16的像素PIX具有显示功能和光检测功能SEN。另外，在该玻璃基板27的主面上，在像素区域16的外侧具有与像素显示用的开关TFT(第一薄膜晶体管，后述)的源电极或漏电极(此处为源电极)连接的数据驱动器11、向构成像素的像素开关用TFT的栅电极施加选择信号的栅极驱动器12、检测光检测TFT(第二薄膜晶体管，后述)被触摸的像素的横向(水平方向、X方向)地址的X地址检测电路13、相同地检测纵向(垂直方向、Y方向)地址的Y地址检测电路14。
数据驱动器11、栅极驱动器12、X地址检测电路13、Y地址检测电路14与配置在外部的控制电路15(后述)、数据信号源、上位信息处理电路(主计算机，未图示)之间由在下玻璃基板27上被图形化的布线18和挠性基板(FPC)17进行连接。也可将控制电路15(后述)形成在下玻璃基板27上。
在作为第二绝缘基板的上玻璃基板21的主面上，与在下玻璃基板27的主面上形成的各像素对应地由遮光膜(黑底)24划分而形成有多个滤色片(用像素的开口50表示)。另外，在其上全面地形成 对置电极(共用电极)22。在该上玻璃基板21的主面和下玻璃基板27的主面的相对间隙封入了液晶25。在像素电极48以及对置电极22与液晶25的界面上形成有赋予了液晶取向控制能力的取向膜，但省略图示。这在图2以后的附图中也是同样的。对置电极22被从设置在下玻璃基板27上的连接端子19施加对置电极电压。
在上玻璃基板21的表面(观察面)上粘贴上偏振片20A，在下玻璃基板27的表面(背面)上粘贴下偏振片20B，从而构成液晶显示板。通常，上偏振片20A的光吸收轴和下偏振片20B的光吸收轴以正交偏振方式(Cross Nicol)配置。在构成该液晶显示板的下玻璃基板27的背面设置有背光源29。
图1是使用了在上玻璃基板21的主面上具有对置电极22的形式的液晶显示板的液晶显示装置，但即使是将对置电极22设置在下玻璃基板27的主面上的形式的液晶显示板，除电极配置、电极形状外，具有由光检测TFT(第二薄膜晶体管)和开关TFT(第一薄膜晶体管)构成的光检测功能SEN的像素电路PIX为相同的结构。
图2是说明本发明实施例1的图1所示的具有屏幕输入功能的液晶显示装置的1个像素的剖视图。具有屏幕输入功能的液晶显示装置作为屏幕输入功能具有光传感器(光检测单元)。该光传感器形成在下玻璃基板27的主面上，由光检测薄膜晶体管(光检测TFT、传感器TFT、第二薄膜晶体管)61和开关TFT60(第一薄膜晶体管)的组合构成。光检测TFT61和开关TFT60还具有控制像素的显示的功能。
在图2中，示出操作者(使用者)的手指51等(以下为手指)触摸到该像素时的状态。在下薄膜基板27的主面上形成的光检测TFT61被配置在形成于上玻璃基板21的主面上的滤色片23的下方。来自背光源29的光LBL由手指51反射而作为反射光LREF从上玻璃基板21侧透过滤色片23，入射至光检测TFT61。来自背光源29的光LBL的一部分也从光检测TFT的下侧入射。
另一方面，同样地，在下玻璃基板27的主面上形成的开关TFT60被配置在形成于上玻璃基板21的主面上的黑底24的下方。在开关 TFT60中，由手指51反射的来自背光源29的光LBL的反射光LREF被黑底24遮挡，因此入射至开关TFT60的仅为来自背面的从背光源发出的光LBL。
图2中的标号40表示绝缘膜(由氧化硅、氮化硅膜构成的基底膜)，41表示多晶硅层，42表示栅极绝缘膜，43表示栅电极，44表示层间绝缘膜，45表示源电极/漏电极用的金属层，46表示接触孔，47表示平坦化绝缘膜。
图3是说明照射薄膜晶体管(TFT)的光的照度和漏极电流的关系的图。图3的(a)示出在对TFT照射光时的光量与漏极电流的依赖性。横轴为照射TFT的光L的照度EV，纵轴为TFT的漏极电流I。图3的(b)是TFT处的光照射和漏极电流的示意图。如图3的(b)所示那样，在TFT的漏极施加高电位VH，在源极施加低电位VL，使栅极和源极进行二极管连接，由此产生由暗电流引起的漏极电流Ioff。另外，利用照射光L时的光能，将TFT的沟道中的电子从价带直接激发至导带，流过依赖于光量的漏极电流I。
将不对TFT照射光时的照度取为0，随着对TFT照射的光L的照度增加为Ev1、Ev2、Ev3，漏极电流I与光L的照度成比例地增加为Ioff、IEV1、IEV2、IEV3。本实施例的图像显示装置利用在TFT流过依赖于光的光量的电流的特性，在玻璃基板上制作TFT，由此能实现触摸板功能等的输入功能。
图4是说明本发明的图像显示装置的实施例1的电路结构图。这里，为了便于说明，取为2×2矩阵排列的像素。在图4中，以添加了阴影线的方形表示的薄膜晶体管是开关TFT，是在图1中说明的不接收光的第一薄膜晶体管60，以空白的方形表示的薄膜晶体管是传感器TFT(光检测TFT)。图中的各布线以该布线上的信号电压表示(以下的附图中也是同样的)。在图1中说明的不接收光的第一薄膜晶体管60的数据线VD(1)、VD(2)上连接切换开关80Y，在存储线VST(1)、VST(2)上连接切换开关80X。切换开关80X、80Y根据由切换线VSK 从控制电路15提供的切换信号φSW进行导通、截止。利用该切换开关的导通、截止，切换从栅极线驱动电路12和数据线驱动电路11提供的驱动信号和图像信号的传送、和向X地址检测电路13和Y地址检测电路14的光信号的传送。
接着，说明像素电路PIX。串联连接光检测TFT61和开关TFT61，其中，上述光检测TFT61接收从液晶显示板的屏幕上(上玻璃基板21)入射的光，上述开关TFT60由黑底等遮挡，不接收从液晶显示板的屏幕上入射的光。在光检测TFT61的源电极(或漏电极，以下相同)上连接辅助电容CST和像素电极(ITO)，在光检测TFT61的栅电极上连接传感器线VS，在开关TFT60的栅电极上连接栅极线VG(1)，在开关TFT60的漏电极上连接数据线VD(1)，在辅助电容CST的一端连接存储线VST(1)。在数据线VD(1)、VD(2)以及存储线VST(1)、VST(2)上产生寄生电容CLX、CLY。
图5是图4所示的图像显示装置的实施例1的驱动时序图。通常的图像显示装置在60Hz的1帧期间1F内输出1幅画面的图像信号。帧期间分为显示期间TD和消隐期间TB。本实施例的触摸读出动作在消隐期间TB内进行。消隐期间TB分为初始化像素电极电位VA的预充电期间TP和对X、Y地址检测电路传送光检测TFT的光信号的读出期间TS。首先，说明显示期间TD。当VG(1)、VG(2)分别从低(L)变为高(H)时，漏极电压VD(1)、VD(2)被分别读入像素电极。此时，VS、φSW始终保持为高(H)状态。通过从数据线驱动电路11对数据线VD(1)、VD(2)传送图像信号，在屏幕上显示图像。
接着，说明预充电期间TP。漏极线电压VD(1)、VD(2)、栅极线电压VG(1)、VG(2)、以及读出线电压VS变为高(H)，像素电极电位VA被初始化。并且，读出线电压VS变为低(L)，由此成为在光检测TFT61流过依赖于光量的漏极电流I的状态。
接着，说明读出期间TS。φSW从高(H)变为低(L)，由此数据线VD(1)、VD(2)和存储线VST(1)、VST(2)被从数据线驱动电路和控制电路断开。进而，栅极线电压VG(1)、VG(2)从低(L)变为高(H)，由此在各像素的光检测TFT61中产生的光电流Isig对数据线寄生电容CLX进行充电，电位差ΔVsigX(1)被传送至X地址检测电路13。与此同时，与像素电极电位VA的变动对应的电位变动经由像素电容CST，在存储线VST(1)、VST(2)中产生电位差ΔVsigY(1)，并被传送至Y地址检测电路14。入射至光检测TFT61的光的照度越高，电位差越大，检测越容易。
图6是图5中的X地址检测电路和Y地址检测电路的电路图。X地址检测电路13和Y地址检测电路14为相同结构，因此为避免重复说明，对X地址检测电路13进行说明。本电路主要由放大电路和AD变换器73构成。
与数据线VD(1)、VD(2)连接的端子SS1、SS2通过由薄膜晶体管构成的第一选择开关74和第二选择开关75与放大电路72连接，端子SW1、SW2分别与第一选择开关74、第二选择开关75的栅电极连接，图4所示的控制电路15控制第一选择开关74和第二选择开关75。当向放大电路72输入信号电压VsigX和基准电压VREF的差值电压ΔV时，则由放大电路放大的电压被传送至采样保持电路71，进一步，被传送至AD变换器73，输出被变换为数字值的数字判断信号VOUT。
图7是说明本发明的图像显示装置的结构的框图。在玻璃基板上形成有栅极线驱动电路12、数据线驱动电路11、X地址检测电路14、以及Y地址检测电路13。标号VG(1)、VG(2)表示栅极线，VD(1) 、VD(2)表示数据线，φSW表示由切换线VS提供的切换信号，80X、80Y表示切换开关。此处，示出在显示区域显示预定图像的状态，显示记载为“A”、“B”、“C”、“D”的按键状图像。这是等待由用户选择“A”、“B”、“C”或“D”的状态。
在用户触摸了被记载为“A”、“B”、“C”或“D”的按键状的任意一个显示后，图4的电路的信号电压VsigX(1)、VsigX(2)以及VsigY(1)、VsigY(2)被传送至X地址检测电路13、Y地址检测电路14。在X地址检测电路13和Y地址检测电路14进行AD变换后的判断信号VOUT被传送至控制电路15，由此提取出有无触摸的判断和触摸位置(地址)。
根据实施例1，通过由数据线和存储线(或共用线)兼用作光传感器的信号布线，能够简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加。另外，在纵(Y)向和横(X)向上传送光信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光信号，能得到所触摸的二维位置信息，由此能够通过缩短检测时间来提高触摸检测精度。
[实施例2]
图8是说明本发明的图像显示装置的实施例2的电路结构的图。在实施例2中，1个像素由3个RGB子像素和传感器电路构成。此处，为了便于说明，将像素取为2列排列。子像素(sub pixel)由开关TFT60和保持电容CST、液晶电容CLC构成。在开关TFT60的栅电极上连接栅极线VG(1)，在保持电容CST的一端连接存储线VST。这是与通常的液晶显示装置的像素电路相同的结构。对这些子像素呈带状地配置红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)的滤色片。
在Blue滤色片下的子像素附近配置横向传感器电路SENX、纵向传感器电路SENY。这些传感器电路由薄膜晶体管TFT构成，在横向传感器电路SENX的漏(D)电极上连接存储线VST，在源(S)电极(或漏电极)上连接信号线OUTX，光电流Isig对信号线OUTX的寄生电容CLX进行充电，电压VsigX被传送至X地址检测电路13。
接着，在纵向传感器电路SENY的漏(D)电极(或源电极)上连接存储线VST，在源(S)电极上连接信号线OUTY，光电流Isig对信号线OUTY的寄生电容CLY进行充电，电压VsigY被传送至Y地址检测电路14。这样，相当于触摸反射光LREF所入射的像素的X方向、Y方向的地址，根据在X地址检测电路和Y地址检测电路输出的判断信号VOUT提取出有无触摸的判断和触摸位置(地址)。
图9是说明本发明的图像显示装置的实施例2的动作的时序图。在图9中示出作为驱动像素电路PIX的电压波形的VG(1)、VG(2)、VDR、VDG、VDB、VCOM以及光信号电压VsigX、VsigY。这里，为了便 于说明，本发明的图像显示装置是在常黑模式的TN型液晶中逐帧反转像素极性的帧反转方式的驱动方法的图像显示装置。因此，VDR、VDG、VDB在第n帧Fn、第n+1帧Fn+1、第n+2帧Fn+2的各帧期间输入极性反转了的电压。该期间，对横向传感器电路SENX、纵向传感器电路SENY的漏电极(或源电极)供给VCOM电压，在光照射期间，在信号线OUTX、OUTY读出光电流Isig，对布线寄生电容CLX、CLY进行充电，由此变换为信号电压ΔVsigX、ΔVsigY，分别传送至X地址检测电路13、Y地址检测电路14。
根据实施例2，也能够简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加。另外，在纵(Y)向和横(X)向上传送光信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光信号，能得到所触摸的二维位置信息，由此能够通过缩短检测时间来提高触摸检测精度。
[实施例3]
图10是本发明的图像显示装置的实施例3的电路结构图。实施例3与实施例2的不同点仅在于，在横向传感器电路SENX和纵向传感器电路SENY的各个源电极(S)和信号线OUTX、OUTY之间分别连接由TFT构成的开关60X、60Y。此处，仅说明该不同点。在与横向传感器电路SENX连接的横向开关60X的栅电极上连接栅极线VG(1)，在源电极连接上信号线OUTX。
在与纵向传感器电路SENY连接的开关60Y的栅电极上连接栅极线VG(2)，在源电极(或漏电极)连接信号线OUTY。在信号线读出由栅极线驱动电路选择的传感器电路的光电流，不从非选择的传感器电路读出光电流。因此，存在如下优点：与实施例2相比，S/N比提高，并且可选择触摸区域。另外，在实施例3中，在开关60X、开关60Y的栅极上连接栅极线VG(1)、VG(2)，但不限于此。例如，也可以为如下结构：新设置专用的控制线和驱动电路，与显示用像素电路的驱动独立地进行触摸区域的选择。
根据实施例3，也能够简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加。另外，在纵(Y)向和横(X)向上传送光信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光信号，能得到所触摸的二维位置信息，由此能够通过缩短检测时间来提高触摸检测精度。
[实施例4]
图11是本发明的图像显示装置的实施例4的电路结构图。实施例4与实施例2的不同点在于，传感器电路SENX和SENY被配置在Red、Green、Blue滤色片下的子像素的滤色片下部。其它与实施例2相同，因此不进行重复说明。
根据实施例4，也能够简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加。另外，在纵(Y)向和横(X)向上传送光信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光信号，能得到所触摸的二维位置信息，由此能够通过缩短检测时间来提高触摸检测精度。
[实施例5]
图12是本发明的图像显示装置的实施例5的电路结构图。实施例5与实施例2的不同点在于，传感器电路SENX和SENY被配置在Blue滤色片下。传感器电路SENX、SENY由薄膜晶体管(TFT)构成，因此对于透过Blue滤色片的短波长的光的灵敏度比Green、Red透过光高，能期待提高检测精度。
根据实施例5，也能够简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加。另外，在纵(Y)向和横(X)向上传送光信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光信号，能得到所触摸的二维位置信息，由此能够通过缩短检测时间来提高触摸检测精度。
[实施例6]
图13是本发明的图像显示装置的实施例6的电路结构图。实施例6与实施例5的不同点在于，Red、Green、Blue的滤色片的排列从带状排列变为镶嵌排列。即水平方向的子像素以Red、Green、Blue的顺序配置，在垂直方向上配置成Red的下一个为Blue、Green的下一个为Red、Blue的下一个为Green。并且，在Blue滤色片之下配置有传感器电路SENX、SENY。
根据实施例6，也能与实施例5同样地简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加。另外，在纵(Y)向和横(X)向上传送光信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光信号，能得到所触摸的二维位置信息，由此能够通过缩短检测时间来提高触摸检测精度。
[实施例7]
图14是本发明的图像显示装置的实施例7的电路结构图。实施例7与实施例2的不同点在于，对4个子像素呈带状地配置Red、Green、Blue、White(白)滤色片，在White滤色片下配置传感器电路SENX和SENY。通过在White滤色片下形成传感器电路，使光检测TFT的灵敏度更高。
根据实施例7，也能够与实施例2同样地简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加。另外，在纵(Y)向和横(X)向上传送光信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光信号，能得到所触摸的二维位置信息，由此能够通过缩短检测时间来提高触摸检测精度。
[实施例8]
图15是本发明的图像显示装置的实施例8的电路结构图。实施例8与实施例7的不同点在于，在传感器电路SENX和SENY的各个 源电极(S)和信号线OUTX、OUTY之间连接开关TFT。
根据实施例8，也能够与实施例7同样地简化像素结构，抑制伴随于向图像显示装置内置光传感器的像素开口率的降低，能够减轻因图像显示装置内置光传感器而引起的背光源的功耗的增加。另外，在纵(Y)向和横(X)向上传送光信号，因此无需在纵(Y)向上进行区域分割而依次读出，利用在纵横方向上读出的光信号，能得到所触摸的二维位置信息，由此能够通过缩短检测时间来提高触摸检测精度。
[实施例9]
图16是本发明的图像显示装置的实施例9的电路结构图。实施例9与实施例2的不同点在于，传感器电路SENX和SENY具有栅电极，传感器电路SENX的栅电极(G)与栅极线VG(1)连接，传感器电路SENY的栅电极(G)与栅极线VG(2)连接。当栅极线VG(1)、VG(2)的时钟电压变为低(L)电平时，可向在图21中说明进行后述的光检测TFT的栅电极施加负偏压。其它效果与实施例2相同。
图17是说明适用于本发明的各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第一结构例的电路图。该传感器电路SEN由光检测TFT构成，取为使其栅电极和源电极短路了的二极管连接，具有漏极(D)端子和源极(S)端子。
图18是说明适用于本发明的各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第二结构例的电路图。该传感器电路SEN由PIN二极管构成，具有漏极(D)、源极(S)端子。
图19是说明适用于本发明的各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第三结构例的电路图。该传感器电路SEN由光检测TFT61和保持电容(也称为积蓄电容)CS的并联连接构成，具有漏极(D)端子和源极(S)端子。由此，对光检测TFT照射光而产生的光电流Isig对积蓄电容CS进行充电。
图20是说明适用于本发明的各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第四结构例的电路图。该传感器电路SEN代替图19的 薄膜晶体管而使用PIN二极管构成。除此之外与图19相同。
图21是说明适用于本发明的各实施例的横向传感器电路和纵向传感器电路的第五结构例的电路图。该传感器电路SEN由光检测TFT61构成，具有漏极(D)端子、栅极(G)端子、源极(S)端子。
图22是使用了本发明的图像显示装置的触摸面板使用时的显示屏幕的说明图。此处为了便于说明，排列有纵向8个像素(地址Y1～Y8)×横向7个像素(地址X1～X7)的传感器电路。触摸按键示出4个(10A、10B、10C、10D)。这些触摸按键的每个按键上配置有9处由传感器电路构成的检测区域。
在显示屏幕上显示2×2的4个触摸按键，是用手指触摸了左上方的触摸按键的状态。示出此时的X地址检测电路、Y地址检测电路的输出VOUTX、VOUTY和地址的关系图。纵轴以X地址检测电路、Y地址检测电路的数字输出VOUTX、VOUTY表示灰度值，横轴表示地址。在地址(X2、Y3)输出为最大值。这是由于在用手指触摸的中心部，触摸反射光LREF较大，产生了与此对应的光电流Isig。这样，通过对矩阵配置的传感器电路的输出值进行灰度表现，可高精度地判断手指触摸动作。也可在非手指触摸动作时，判断为外部光对图像显示装置的照射。
图23是表示使用了本发明的图像显示装置的移动用电子设备的示意外观图。该移动用电子设备1除本发明的图像显示装置2之外还具有十字键4。通过在移动用电子设备1上应用本发明的图像显示装置2，用手指触摸在图像显示装置2的显示屏幕3上显示的图标等，能够指示操作内容。由此，可不需要安装现有的触摸板模块而实现进行选择处理的触摸板功能的用户接口。
以上说明了在液晶显示装置中使用本发明的情况，但本发明同样也能够应用于使用了上述各实施例说明的TFT基板的、使用了其它显示原理的图像显示装置，例如有机EL显示装置。在有机EL显示装置的情况下，将像素电极取为一个电极，形成规定像素开口部的堤。 在以堤包围的内侧，在一个电极的上层层叠有机EL发光层，进一步 覆盖其上层而形成另一电极。堤使用光吸收性绝缘材料而具有黑底功能。
在该有机EL显示装置的情况下，在TFT基板所具有的开关TFT和光检测TFT的串联电路中，开关TFT形成在用堤隐藏的区域，在像素的开口部设置光检测TFT，从而使之进行与液晶显示相同的动作。触摸操作的检测信号的生成和生成判断信号的传感器信号处理与上述实施例的说明相同。
Claims (4)
1.一种具有屏幕输入功能的图像显示装置，以对形成在绝缘基板上的屏幕的像素区域进行触摸操作来输入信息，其特征在于：
在上述绝缘基板的主面上，由构成上述屏幕的多个像素构成的像素区域中的该各像素分别包括从上述屏幕侧入射的光的照射被遮挡的像素开关用第一薄膜晶体管、接受该光的光传感器用第二薄膜晶体管、保持电容以及像素电极，
在上述第一薄膜晶体管的漏电极或源电极上串联连接有上述第二薄膜晶体管的源电极或漏电极，并且，
在上述第二薄膜晶体管的漏电极或源电极上并联连接有上述保持电容的一个电极和上述像素电极，
上述图像显示装置包括
与上述第一薄膜晶体管的栅电极连接的像素选择用栅极线；
与上述第二薄膜晶体管的栅电极连接的传感器控制线；
与上述第一薄膜晶体管的源电极或漏电极连接的数据线；以及
与上述保持电容的另一电极连接的存储线，
依次进行下述工作：上述数据线和上述存储线进行施加在上述像素电极上的显示信号的传送、上述数据线对上述像素电极进行预充电电压的施加、上述数据线和上述存储线进行上述第二薄膜晶体管的读出信号的传送。
2.根据权利要求1所述的具有屏幕输入功能的图像显示装置，其特征在于：
还包括分别与上述数据线和上述存储线的一端连接的、切换上述显示信号的传送和上述读出信号的传送的切换开关。
3.根据权利要求1所述的具有屏幕输入功能的图像显示装置，其特征在于：
还包括
X地址检测电路，通过上述数据线输入在上述像素区域的垂直方向上排列的上述第二薄膜晶体管的读出信号；以及
Y地址检测电路，通过上述存储线输入在上述像素区域的水平方向上排列的上述第二薄膜晶体管的读出信号。
4.根据权利要求3所述的具有屏幕输入功能的图像显示装置，其特征在于：
还包括控制电路，根据上述X地址检测电路的输出和上述Y地址检测电路的输出来抽取有无触摸的判断和其位置地址。
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