CN101251783B - 带画面输入功能的图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带画面输入功能的图像显示装置，能够不增大使像素的开口率降低的各像素的元件数和外围电路规模而实现高速、高精度的直接画面输入。在水平方向上交替配置第一像素电路(PIXS)和第二像素电路(PIXR)。第一数据线(D1)和第二数据线(D2)与数据驱动器(11)和传感器信号处理电路(13)连接，在数据驱动器(11)的输入端子上连接有切换开关(80A、80B)。从数据驱动器(11)向第一数据线(D1)、第二数据线(D2)传送灰度电压(VD(1)、VD(2))，第一光传感器(SENA)、第二光传感器(SENB)的信号被传送到传感器信号处理电路(13)。
Description
技术领域
本发明涉及在显示板内内置有光学传感器的图像显示装置，尤其涉及不降低像素的开口率而使直接画面输入成为可能的高速且高精度的带画面输入功能的图像显示装置。
背景技术
通过使用者的手指等在画面上进行触摸操作(以下也简称为触摸)来输入信息的带有画面输入功能的图像显示装置被用于PDA等便携终端、自助受理机等固定式顾客引导终端上。这样的带有画面输入功能的图像显示装置已知有检测由触摸操作被按下部分的电阻值变化或电容变化的方式、和检测被触摸所屏蔽的部分的光量变化的方式。
尤其是，近年来开发出通过在构成画面的像素结构中检测外部光的光量变化而检测触摸部分的坐标的方式。例如，专利文献1中公开了一种在构成液晶显示装置的液晶显示板的像素单位上用薄膜晶体管(TFT)来形成光感知元件(光传感器)的技术。
图15是说明在像素内形成光传感器的带画面输入功能的现有的图像显示装置的像素结构例的概念图。图像显示装置2由在像素内具有光传感器(第三光传感器，未图示)的液晶显示板构成。在图像显示装置2的显示区域16内的上端配置有基准光传感器PSA(第一光传感器)。另外，在图像显示装置2的显示区域16的外侧配置有基准光传感器PSB(第二光传感器)。第一光传感器检测从观测面一侧入射的光(外部光)和背光源的光。第二光传感器检测背光源的光，而从观察面侧入射的光被屏蔽。
即，在上述现有技术中具有光检测依赖于外部光和背光源的光的第一光传感器、外部光被屏蔽而仅依赖于背光源的光进行光检测的第二光传感器、以及接收外部光和背光源的光并依赖于基于使用者的接触的光的第三传感器。而且，具有：从第一光传感器、第二光传感器、第三光传感器接收第一感知信号、第二感知信号、第三感知信号，进行信号处理的信号读取部；以及根据来自信号读取部的进行了处理的第一感知信号、第二感知信号来调节第三光传感器的感知信号的信号处理部。这样，在现有技术中，利用第一光传感器的感知信号和第二光传感器的感知信号来调整第三光传感器的感知信号，由此即使外部环境发生变化也能判断基于使用者手指等对画面的接触的接触信息。
图16是说明在像素单位上形成光传感器的带画面输入功能的图像显示装置的现有例的像素结构的等价电路图。该图像显示装置使用液晶显示板，并公开在下述专利文献1中。由液晶显示板构成的图像显示装置包括多条栅极线GL、多条数据线DL、与栅极线和数据线电连接的第一开关元件Q1、与第一开关元件Q1连接的液晶CLC和第一存储电容(保持电容)CST1。还包括第一电压线VL1、第二电压线VL2、检测外部光L的强度而使其转换成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、输出保存在第二存储电容CST2内的电荷的第三开关元件TS2、以及读出线R。上述第二开关元件TS1、第二存储电容CST2和第三开关元件TS2形成一种光感知部。
专利文献1：日本特开2005-129948号公报
发明内容
专利文献1公开的光传感器结构具有以下的课题。
(1)第一光传感器、第二光传感器配置在显示区域外或显示区域内的端部，因此受到第一光传感器、第二光传感器的温度特性的差异、元件特性的偏移的影响，用于感知显示中心部等的外部光状态的精度较低。
(2)第一光传感器、第二传感器与第三传感器的配置位置分离而形成，因此在传送各光传感器的光检测信号的信号线的电阻值上产生差异，检测信号的传送精度变低。
(3)在作为外围电路的信号读取部将显示装置内的光传感器的感知信号转换成判断信号，进一步在信号控制部转换成控制信号，调整配置在显示板画面内的检测用光传感器的灵敏度，因此难于进行处理时间的高速化。
(4)由于搭载了信号读取电路、信号控制电路等，因此外围电路的规模增大。
(5)另外，在上述现有技术中，由于各像素需要具有多个薄膜晶体管的元件，因此显示用的像素开口率变低，还由于元件数目的增加而增加功耗。开口率的降低使画面的亮度发生劣化，功耗的增大导致尤其是便携终端的工作时间的缩短。另外，按读出线的顺序通过开关元件依次在纵向(垂直方向、第二方向)上读出在由像素选择线(栅极线)、显示数据线(信号线、数据线)和读出线(感知线)定义的区域内在横向(水平方向，第一方向)上配置多列的光检测元件的光泄漏电流。为此，光检测元件和开关元件的数目越多，为了得到纵横二维的光信号所需的时间也越长。因此，越高精细化，检测速度就越慢。
本发明的目的在于提供一种带画面输入功能的图像显示装置，能不增大使像素开口率降低的各像素的元件数和外围电路的规模而实现高速、高精度的直接画面输入的位置信息的检测。
本发明作为在玻璃基板上形成由薄膜晶体管(TFT)构成的光传感器的方案，周知有X射线检测用的平板检测器(FPD)。本发明通过以与被制作在图像显示装置的玻璃基板上的电路元件相同的工艺制作上述的光传感器，从而实现具有输入功能的图像显示装置。
为了实现上述目的，本发明的代表性的结构和动作概略如下述(1)～(5)。
(1)设置检测信号线和基准信号线，该检测信号线具有多个接收从构成图像显示装置的液晶显示板的表面(观察面)入射的来自外部的光的光传感器，该基准信号线具有多个从面板表面入射的外部光被屏蔽的光传感器。不接收光的光传感器用金属层等对该光传感器的上方(观察面一侧)进行屏蔽。
(2)数据线兼用作检测信号线和基准信号线，在显示信号的消隐期间内将检测信号传送给设置在外围部的检测电路(传感器信号处理电路)。
(3)使多个接收光的光传感器与检测信号线相互连接，使多个不接收光的光传感器与基准信号线相互连接，并形成在显示区域(像素区域)内。
(4)利用在显示区域的外围部设置的差动放大电路，对检测信号线传送的光检测信号和基准信号线传送的基准电压之差进行放大，并传送到传感器信号处理电路。
(5)根据在传感器信号处理电路进行了AD转换的输出信号来判断有无触摸。
根据本发明的结构，能够实现如下效果。
(1)可除去由于背光源照射光传感器而产生的信号电流成分。
(2)能够消除位于显示区域中央的信号线和位于显示区域的两端的信号线(检测信号线、基准信号线)的温度特性的差异、背光源光照射强度不均的影响。
(3)通过得到相邻检测信号线上的信号和基准线上的信号之差，能够消除与像素选择线(栅极线)等信号线以外的布线的串扰的影响，易于进行小信号的检测。
(4)能够通过使检测信号线和基准信号线邻接，从而易于使布线长度一致，减小因布线电阻差造成的误差的影响。
(5)能够通过使传送显示数据的数据线兼用检测信号线和基准信号线，从而简化像素结构，抑制伴随着光传感器内置于图像显示装置的像素开口率的降低。
(6)能够实现检测速度的高速化，而不需要追加用于温度补偿、背光源的光的补偿处理所需的电路、部件。并且，能够降低因内置光传感器而造成的背光源功耗。
附图说明
图1是说明本发明的图像显示装置的实施例1的带画面输入功能的液晶显示装置的展开立体图。
图2是在说明本发明的图像显示装置的实施例1的图1中示出的带画面输入功能的液晶显示装置的一个像素的剖视图。
图3是表示照射到薄膜晶体管上的光照度Ev和漏电流I的依赖关系的图。
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是本发明的图像显示装置的实施例1的驱动时序图。
图6是图4的像素电路内的第一光传感器PIXS的结构。
图7是本发明的图像显示装置的实施例1的框图。
图8是光传感器的动作和功能的说明图。
图9是说明本发明的图像显示装置的实施例2的电路结构图。
图10是说明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3的驱动时序图。
图12是说明本发明的图像显示装置的实施例4的电路结构图。
图13是说明本发明的图像显示装置的实施例5的电路结构图。
图14是表示应用了本发明的图像显示装置的移动电子设备的图。
图15是说明在像素内形成了光传感器的带画面输入功能的现有的图像显示装置的像素结构例的概念图。
图16是说明在像素单位上形成了光传感器的带画面输入功能的现有例的像素结构例的等价电路图。
具体实施方式
下面，通过参照了附图的实施例来详细说明本发明的实施方式。
[实施例1]
图1是说明本发明的图像显示装置的实施例1的带画面输入功能的液晶显示装置的展开立体图。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)上有矩阵排列多个像素(用像素电极48表示)而构成的显示区域(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(这里为源电极)连接的数据驱动器11、对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、读出被触摸的像素的检测信号的传感器驱动器(传感器读出电路)14、处理被读出的检测信号而检测被触摸的像素的传感器信号处理电路13。传感器信号处理电路13也可以隔着显示区域16设置在与上述数据驱动器11相对的一侧。
数据驱动器11、栅极驱动器12、传感器信号处理电路13、传感器驱动器14与配置在外部的控制电路15(后述)、数据源和上位信息处理电路(主机，未图示)之间，利用在下玻璃基板27上被图案化的布线18和挠性印刷线路板(FPC)17连接。另外，也可以在下玻璃基板27上形成控制电路15(后述)。
在作为第二绝缘基板的上玻璃基板21的主面上，与形成在下玻璃基板27的主面上的各像素对应而形成有多个以遮光膜(黑底)24划区的滤色片(用像素的开口50表示)。另外，在其上全面形成有对置电极(公共电极)22。在该上玻璃基板21的主面和下玻璃基板27的主面的相对的间隙内封入液晶25。在像素电极48和液晶25的界面以及对置电极22和液晶25的界面形成了具有液晶取向控制功能的取向膜，在此省略图示。这在图2之后也如此。对置电极22被设置在下玻璃基板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)上粘贴有上偏振片20A，在下玻璃基板27的表面(背面)上粘贴有下偏振片20B，由此构成液晶显示板。通常，上偏振片20A的光吸收轴和下偏振片20B的光吸收轴被正交配置。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。
另外，虽然图1是使用了在上玻璃基板21的主面上具有对置电极(公共电极)22这种形式的液晶显示板的液晶显示装置，但是即使是对置电极22设置在下玻璃基板27的主面上这种形式的液晶显示板时，不考虑电极配置和电极形状，由光检测TFT(第二薄膜晶体管)和开关TFT(第一薄膜晶体管)构成的具有光检测功能SEN的像素电路PIX也为同样的结构。
图2是在说明本发明的图像显示装置的实施例1的图1中示出的带画面输入功能的液晶显示装置的一个像素的剖视图。该像素具有来自观察面一侧的外部光被屏蔽的光传感器。带画面输入功能的液晶显示装置作为画面输入功能具有光传感器(光检测装置)。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)61和开关TFT60的组合构成。
图2示出了操作者(使用者)的手指51等(以下简称为手指)触摸该像素时的状态。形成在下玻璃基板27的主面上的光检测TFT61配置于形成在上玻璃基板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，作为反射光LREF从上玻璃基板21一侧透过滤色片23，入射到光检测TFT61。另外，来自背光源29的光LBL的一部分也从光检测TFT的下侧入射到光检测TFT。
另一方面，同样，形成在下玻璃基板27的主面上的开关TFT60被配置于形成在上玻璃基板21的主面上的黑底24的下方。在开关TFT60，手指51反射的来自背光源29的光LBL的反射光LREF被黑底24屏蔽，因此入射到开关TFT60的光仅为从背面的背光源射来的光LBL。
另外，图2中的标号40表示绝缘膜(由氧化硅、氮化硅构成的基底膜)，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、漏电极用金属层，46表示接触孔，47表示平坦化绝缘膜。
图3是表示照射到薄膜晶体管上的光的照度Ev和漏电流I的依赖关系的图。图3的(a)表示光L照射到TFT上时的漏电流I与照度Ev的依赖关系。横轴为照射TFT的光L的照度E，纵轴为TFT的漏电流I。如图3的(b)所示，对TFT的漏极施加高电位VH、对源极施加低电位VL，并使栅极和源极短路，由此产生由暗电流引起的漏电流Ioff，另外，利用照射光L时的光能，TFT的沟道中的电子被直接从价电子带激励到导带，流过依赖于光量L的漏电流I。设TFT上没有照射光L时的照度为0，随着照射到TFT上的光L的照度增大为EV1、EV2、EV3，与光L的照度Ev成比例地漏电流I增加为Ioff、IEV1、IEV2、IEV3。本实施例的图像显示装置利用TFT上流过依赖于光的照度的电流这一特性，将TFT制作在玻璃基板上，从而能够实现以触摸屏功能为代表的输入功能。
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，以2×2矩阵状配置像素电路为例进行说明。像素电路由第一像素电路PIXS(第一像素)和第二像素电路PIXR(第二像素)构成，其中，第一像素电路PIXS(第一像素)由从观察面一侧入射的外部光没有被屏蔽的第一光传感器(接收外部光的光传感器)SENA、开关TFT1、保持电容CST以及液晶(未图示)构成，第二像素电路PIXR(第二像素)由被屏蔽的第二光传感器(不接收外部光的光传感器)SENB、开关TFT1、保持电容CST、以及液晶(未图示)构成。第一像素电路PIXS的第一光传感器SENA与开关TFT1串联连接，开关TFT1的一端与兼作检测信号线的第一数据线D1连接，液晶的像素电极(未图示)与开关TFT2连接，开关TFT2的一端与第一数据线D1连接。另外，液晶部分以液晶电容和保持电容CST的并联电路来表示，但在这里以箭头表示了对液晶电容的一个电极即像素电极的连接。该情况在下面说明的图9、10、12中也是同样的。
第二像素电路PIXR除了以下几点之外其余的都与第一像素电路PIXS相同，即与第一像素电路PIXS的不同点在于：从观察面入射的外部光被屏蔽的第二光传感器SENB代替第一像素电路PIXS中的第一光传感器SENA；开关TFT1的一端与兼作检测信号线的第二数据线D2连接；开关TFT2的一端与该第二数据线D2连接。另外，实际上，第一像素电路PIXS和第二像素电路PIXR在水平方向上(图4的横向)每隔一列(交替)而配置。作为提供显示数据的信号线的第一数据信号线D1和第二数据信号线D2与数据驱动器11和传感器信号处理电路13连接，在数据驱动器11的输入端上连接有切换开关80A、80B。从数据驱动器11向第一数据线D1和第二数据线D2传送灰度电压VD(1)、VD(2)，在后述的驱动时序中，第一光传感器SENA的信号、第二光传感器SENB的信号被传送到传感器信号处理电路13。
传感器信号处理电路13由差动放大器AD、多路复用器MPX、AD转换器ADC构成，与连接在第一像素电路PIXS上的第一数据线D1和连接在第一像素电路PIXR上的第二数据线D2连接，信号电压被输入到形成在传感器信号处理电路13中的差动放大器AD。另外，在差动放大器AD的输出上连接有多路复用器MPX，多个差动放大器被选择并被传送至AD转换器ADC。另外，作为像素选择线的栅极线G1、G2与栅极驱动器12连接，被传送栅极电压VG(1)、VG(2)。在连接有光传感器的开关TFT1的栅电极上连接有读出线R1、R2，从传感器驱动器14传送读出信号VR(1)、VR(2)。控制电路15向数据驱动器11、栅极驱动器12、传感器驱动器14传送控制信号，被从检测电路传送处理信号。
图5是本发明的图像显示装置的实施例1的驱动时序图。图像显示装置在通常60Hz的一帧期间(1F)内，输出一幅画面的视频信号(图像信号)。一帧期间由对栅极线G1、G2施加VG(1)、VG(2)的控制信号(扫描信号)、向第一数据线D1和第二数据线D2输入图像信号VD(1)、VD(2)的显示期间TD和不显示图像而从第2像素回扫至第1像素的消隐期间TB构成。
实施例1的光检测动作(光感知动作)在消隐期间TB内进行。首先，说明显示期间TD。施加在栅极线G1、G2上的扫描信号VG(1)～VG(2)分别从低电平(L)变为高电平(H)，从属于该栅极线G1的像素开始(第一行的像素)依次扫描到属于栅极线G2的像素(第二行的像素)。此时，施加在读出线R1、R2上的电位VR(1)、VR(2)始终为低电平(L)，开关TFT2处于截止状态。第一数据线D1和第二数据线D2被供给来自数据驱动器11的图像信号VD(1)、VD(2)，画面上显示基于该图像信号的图像。
接着，说明光检测(感知)期间。切换开关80A、80B的切换信号φSW从高电平(H)变为低电平(L)，由此第一数据线D1和第二数据线D2从数据驱动器11分离。在该期间，施加在读出线R1、R2上的电位VR(1)、VR(2)从低电平(L)变成高电平(H)，在该进行扫描的期间，第一光传感器SENA对触摸反射光LREF和背光源的光LBL感光而产生的光电流和、被屏蔽的第二光传感器SENB对背光源的光LBL感光而产生的光电流，作为第一数据线D1和第二数据线D2上的信号VD(1)、VD(2)而被读出。而且，作为进行了电压转换的电位差ΔVD或ΔVS而被传送到检测电路13。
这里，ΔVD是由背光源的光LBL的信号成分构成的电位差，如图2所示，ΔVS是由背光源的光LBL和触摸反射光LREF的信号成分构成的电位差。入射到光检测TFT61的光LREF的强度越强，电位差ΔVS越大。在图4的传感器信号处理电路13中，由差动放大器AD对第一数据线D1和第二数据线D2的信号电压VD(1)、VD(2)之差、尤其是使用者触摸画面时的第一数据线D1和第二数据线D2之差ΔVS-ΔVD进行放大，将由模拟-数字转换器ADC进行了数字转换的信号值传送至控制电路15，最后进行手指触摸画面这种情况的判断和检测被触摸的像素位置的地址(二维坐标)。
图6是在图4中说明过的像素电路内的光传感器的结构。图6的(a)中，光传感器由接收光的TFT构成，并进行了使栅电极和源电极短路的二极管连接，具有漏极端子(D)和源极端子(S)。图6的(b)中，光传感器由PIN二极管构成，具有漏极端子(D)和源极端子(S)。图6的(c)中，光传感器由接收光的TFT和积蓄电容CS并联连接而构成，具有漏极端子(D)和源极端子(S)。由此，光照射到接收光的TFT上而产生的光电流对积蓄电容CS进行充电。图6的(d)中，由PIN二极管构成图6(c)的接收光的TFT。另外，图4的被屏蔽的第二光传感器PIXR除了相对于第一光传感器PIXS接收光的TFT变成不接收光的TFT之外，其余的结构相同，因此省略说明。
图7是本发明的图像显示装置的实施例1的框图。在玻璃基板上形成有栅极驱动器12、数据驱动器11、传感器驱动器14、以及传感器信号处理电路13。在此，显示区域16示出了显示着用于触摸选择的预定图像的状态。在此的图像是标记为“A”、“B”、“C”、“D”的按键状的显示。这是等待由用户有选择地触摸输入“A”、“B”、“C”、或“D”按键的状态。用户触摸画面上标记为“A”、“B”、“C”、或“D”的按键状的显示是根据在回扫期间内来自传感器驱动器14的读出线R1、R2上的读出信号，通过第一数据线D1(检测信号线)、第二数据线D2(基准信号线)将信号电压传送至传感器信号处理电路13。在传感器信号处理电路13中进行了数字转换的判断信号被传送至控制电路15，在控制电路15进行有无触摸的判断和被触摸的图像显示的二维地址(XY坐标)的提取。
图8是光传感器的动作和功能的说明图。图8的(a)表示光L照射到图8的(b)所示的薄膜晶体管(TFT)上，透过红色滤色片91、绿色滤色片92和蓝色滤色片93的红光的波长λ(R)的光LR的照度、绿光的波长λ(G)的光LG的照度、蓝光的波长λ(B)的光LB的照度与漏电流I的依赖关系。横轴表示照射到TFT上的光L的照度(EV)，纵轴表示TFT的漏电流(I)。与在说明实施例1的图3的(b)中说明的相同，如图8的(b)所示，在TFT的漏极上施加高电位VH、在源极上施加低电位VL，并使栅极和源极进行二极管连接，由此，除了流过因暗电流引起的漏电流Ioff，还流过与光LR的照度、光LG的照度以及光LB的照度成比例的漏电流I。
图8中示出了波长λ(R)的光LRref照射到TFT上时的漏电流IR、波长λ(G)的光LGref照射到TFT上时的漏电流IG以及波长λ(B)的光LBref照射到TFT上时的漏电流IB。设TFT上没有照射光时为0，随着照射到TFT上的光Lref的照度增大为LV1、LV2、LV3，漏电流IR增加为IR1、IR2、IR3，漏电流IG增加为IG1、IG2、IG3，漏电流IB增加为IB1、IB2、IB3。
实施例1的图像显示装置的显示像素TFT2和光传感器电路SEN中使用的TFT主要由低温多晶硅或非晶硅工艺制作。多晶硅层的膜厚为50nm左右，因此照射的光的波长越短，TFT的多晶硅层的吸收率越高。因而，按波长λ(B)、λ(G)、λ(R)的顺序光吸收率降低。为此，相对于照射波长λ(B)的光LB时的漏电流IB，照射波长λ(G)的光LG时的漏电流IG和照射波长λ(R)的光LR时的漏电流IR的电流值非常小。在TFT中，在光透射率为峰值的波长λ(R)附近进行分光的红色(Red)滤色片91和在光透射率为峰值的波长λ(G)附近进行分光的绿光(Green)滤色片92，与黑底24相同地具有遮光层的效果。
[实施例2]
图9是说明本发明的图像显示装置的实施例2的电路结构图。实施例2与实施例1不同点在于由Red、Green、Blue的子像素构成的图像显示装置中形成着光传感器。其他的为相同的结构，因此省略相同结构的部分的说明。在此，为了便于说明，将像素电路按子像素3×2矩阵状来进行配置。Red、Green、Blue三色的滤色片在垂直方向(图9的上下方向)带状地进行配置，并被制作在对置基板(滤色片基板)上。
利用在图8中说明过的特性，在实施例2中，将第一像素PIXS配置为在光透射率成为峰值的波长λ(B)附近分光的Blue像素，由此TFT检测触摸反射光LREF，其中，第一像素PIXS具有接收从观察面入射的外部光的第一传感器SENA。另外，将同样的第一像素PIXS配置为在光透射率成为峰值的波长λ(R)附近分光的Red像素时，TFT检测触摸反射光LREF的电平较低，因此能产生实质上遮光的状态。另外，在Green子像素配置没有光传感器的像素电路PIX。通过以上的配置，能够不需要如实施例1那样在光检测TFT上配置遮光用的黑底等而取得与实施1相同的效果。
[实施例3]
图10是说明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的特征在于，相对于实施例2在水平方向(图10的左右方向)上追加了输出检测信号的结构。在此，仅说明该特征点，而省略对与实施例2重复的结构的说明。在图10中，Red子像素的第一列的开关TFT1与数据线DR连接，Blue子像素的第二列的开关TFT2与数据DB连接。将这些数据线与X地址检测电路(传感器信号处理电路)13X连接，由此将从Red子像素的第一列和Blue子像素的第二列读出的信号传送到X地址检测电路13X。
接着，Red子像素的第二列的开关TFT1与读出信号线Y2连接，开关TFT2与数据线DR连接，Blue子像素的第一列的开关TFT1与读出信号线Y1连接。将这些读出信号线Y1、Y2与Y地址检测电路(传感器信号处理电路)13Y连接，由此将从Red子像素的第二列和Blue子像素的第一列读出的信号传送到Y地址检测电路13Y。
由此，读出线R1、R2不需要进行扫描，而通过进行每帧一次的读出，就能在水平和垂直(X、Y)方向上检测出光检测信号。不需要进行读出线的扫描，就不需要在传感器驱动器14上设置移位寄存器等扫描电路，从而具有能简化电路并提高检测时间的效果。另外，在图11中说明详细的驱动时序。
图11是本发明的图像显示装置的实施例3的驱动时序图。与图5的实施例1的驱动时序同样的，一帧期间(1F)分为显示期间TD和消隐期间TB。对于显示期间TD，由于与实施例1相同，因此省略说明。另外，光检测动作与实施1同样的在消隐期间TD进行，但由于动作不同，因此仅对该不同点进行说明。
首先，切换开关80A、80B、80C的切换信号φSW从高电平(H)变为低电平(L)，由此数据线DR、DG、DB从数据驱动器11分离。与此同时，读出线R1、R2的读出时钟VR1、VR2从低电平(L)变为高电平(H)，由此从全部像素内读出的信号电流被转换为数据线DR、DG、DB上的信号电压VDR、VDG、VDB和读出信号线Y1、Y2上的信号电压VSIG、VREF，并分别被传送至X地址检测电路13X、Y地址检测电路13Y。
在此，ΔVD是由背光源的光LBL的信号成分构成的电位差，ΔVS是由背光源的光LBL和触摸反射光LREF信号成分构成的电位差。入射到光检测TFT61上的光LREF的强度越强，电位差ΔVS越大。图10的传感器信号处理电路13X以差动放大器AD对数据线DR和数据线DB的信号电压VDR、VDB的差进行放大，将由模拟-数字转换器ADC进行数字转换后的信号传送至控制电路15。同时，传感器信号处理电路13Y以差动放大器AD对信号线Y1和信号线Y2的信号电压VSIG、VREF的差进行放大，将由模拟-数据转换器ADC进行了数字转换后的信号值传送至控制电路15。
由此，根据以X地址检测电路13X、Y地址检测电路13Y进行了处理的信号值，将手指是否触摸过画面的判断信息和地址信号(二维坐标)同时传送至控制电路15，因此可使检测时间高速化。
[实施例4]
图12是说明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是将图4中说明的实施例1的传感器信号处理电路13作为X地址检测电路(传感器信号处理电路)13X，并追加了图10的实施例3所示的Y地址检测电路(传感器信号处理电路)13Y的例子。另外，在图12中为了简化说明，仅示出2×2的像素。
在实施例4中具有由第一像素和第二像素构成的像素电路，其中，第一像素具有接收从画面的观察面入射的外部光的第一光传感器SENA，第二像素具有该外部光被屏蔽的第二光传感器SENB。而且，设置有与上述像素电路连接并在第一方向上延伸的栅极线G1、G2、在与上述第一方向交叉的第二方向上延伸并仅连接上述第一像素的第一数据线D1、在与上述第一方向交叉的第二方向上延伸并仅连接上述第二像素的第二数据线D2、以及交替与上述第一像素和上述第二像素连接并在上述第一方向上延伸的传感器读出线Y1、Y2。
具有向上述栅极线施加像素选择信号的栅极驱动器12、通过上述数据线向由上述像素选择信号选择出的像素供给显示数据的数据驱动器11、与上述第一数据线D1和上述第二数据线D2连接的X地址检测电路13X和与上述传感器读出线Y1、Y2连接的Y地址检测电路13Y、以及传感器驱动器14。并且，在与光传感器连接的开关TFT1的栅电极上连接有读出线R1、R2，从传感器驱动器14传送读出信号VR(1)、VR(2)。
实施例4与实施例3同样地，根据在X地址检测电路13X和与上述传感器读出线Y1、Y2连接的Y地址检测电路13Y中进行了处理的信号值，将手指是否触摸过画面的判断信息和地址信息(二维坐标)同时地传送至控制电路15，因此能使检测时间高速化。
[实施例5]
图13是说明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的不同之处在于外围电路的结构。在此说明该不同之处，与实施例2相同的结构的说明作以省略。主要是在晶体管的迁移率高的低温多晶硅TFT工艺中，在玻璃基板上形成用于切换Red、Green、Blue信号线的RGB切换开关80，能够将对构成数据驱动器的驱动器IC90进行连接的输出端子数减少到原来的三分之一。RGB切换开关80由TFT-S1、TFT-S2、TFT-S3构成。
RGB切换开关80如上述那样，可以由使用了TFT等的简单的模拟开关构成。在本实施例中，利用该特点，在数据线的端子上连接数据驱动器11和传感器信号处理电路13，将视频信号的传送和检测信号的传送从输出端子81分开切换至数据驱动器11和传感器信号处理电路13。切换开关91和92也参与该切换。数据驱动器、检测电路13被制造在驱动器IC内，分别通过切换开关80与输出端子连接。
在实施例1～4中，为了连接传感器信号处理电路，需要另外在玻璃基板上设置输出端子，但在实施例5中，可以不追加在玻璃基板上制造的输出端子数而设置传感器信号处理电路。另外，驱动时序与图5中说明过的实施例1的驱动时序相同。
图14是表示应用了本发明的图像显示装置的移动用电子设备的图。在移动用电子设备1上，除了本发明的图像显示装置2之外，还有十字键4。通过应用本发明的图像显示装置，可以提供一种借助在图像显示装置2的显示画面3上用手指触摸图标等的显示，就可以不需要专用的触摸模块而进行选择处理的触摸功能的用户接口。
Claims (23)
1.一种带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
包括
由第一像素和第二像素构成的像素电路，其中，上述第一像素具有接收从画面的观察面入射的外部光的第一光传感器，上述第二像素具有该外部光被屏蔽的第二光传感器；
与上述第一像素和上述第二像素连接并在第一方向上延伸的栅极线；
在与上述第一方向交叉的第二方向上延伸的仅与上述第一像素连接的第一数据线和仅与上述第二像素连接的第二数据线；
在上述第一方向上延伸的传感器读出线，上述传感器读出线与开关的栅电极连接，该开关与上述第一光传感器和上述第二光传感器连接；
对上述栅极线施加像素选择信号的栅极驱动器；
经由上述第一数据线或上述第二数据线对由上述像素选择信号选择出的像素供给显示数据的数据驱动器；
与上述传感器读出线连接的传感器驱动器；以及
与上述第一数据线和上述第二数据线连接的传感器信号处理电路，
上述传感器信号处理电路根据经由上述第一数据线和上述第二数据线输入的上述第一光传感器的信号和上述第二光传感器的信号，来检测上述画面的被触摸操作了的二维坐标，
上述传感器信号处理电路中包括差动放大电路，以上述第一数据线的信号和上述第二数据线的信号为基准信号而生成上述二维坐标。
2.根据权利要求1所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
在上述第一数据线以及上述第二数据线与上述数据驱动器之间，具有切换显示期间和回扫期间的切换开关。
3.根据权利要求2所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
在由上述切换开关所切换的回扫期间，将用于生成上述二维坐标的上述第一光传感器的信号和上述第二光传感器的信号取入到上述传感器信号处理电路。
4.根据权利要求1所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
还包括
仅与部分上述第一像素连接，并在水平方向上延伸的第一信号线；
仅与部分上述第二像素连接，并在水平方向上延伸的第二信号线；以及
与上述第一信号线和上述第二信号线连接的传感器信号处理电路，
其中，上述第二方向为垂直方向。
5.根据权利要求1或4所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述像素是液晶显示像素。
6.根据权利要求1或4所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述像素是EL显示像素。
7.根据权利要求6所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述像素是有机EL发光二极管。
8.根据权利要求1所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述第一光传感器和上述第二光传感器由PIN二极管构成，
上述PIN二极管具有漏极端子和源极端子。
9.根据权利要求8所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述PIN二极管的上述漏极端子和上述源极端子上并联连接有电容。
10.根据权利要求1所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述第一光传感器和上述第二光传感器由薄膜晶体管构成，
上述薄膜晶体管具有漏极端子、栅极端子以及源极端子。
11.根据权利要求10所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述薄膜晶体管的上述栅极端子和上述源极端子被短路。
12.根据权利要求10所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
在上述薄膜晶体管的上述漏极端子和上述源极端子上并联连接有电容。
13.一种带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
包括
由具有接收从画面的观察面入射的外部光的红光的第一光传感器的第一像素构成的第一像素电路，由不具有光传感器的第二像素构成的第二像素电路，由具有接收上述外部光的蓝光的光传感器的第三像素构成的第三像素电路；
与上述第一像素电路、上述第二像素电路以及上述第三像素电路连接并在第一方向上延伸的栅极线；
在与上述第一方向交叉的第二方向上延伸的仅与上述第一像素电路连接的第一数据线、仅与上述第二像素电路连接的第二数据线、仅与上述第三像素电路连接的第三数据线；
与上述第一像素和上述第三像素连接，并在上述第一方向上延伸的传感器读出线；
对上述栅极线施加像素选择信号的栅极驱动器；
经由上述第一数据线、上述第二数据线以及上述第三数据线对由上述像素选择信号选择出的像素供给红色显示数据、绿色显示数据以及蓝色显示数据的数据驱动器；
与上述传感器读出线连接的传感器驱动器；以及
与上述第一数据线和上述第三数据线连接的传感器信号处理电路，
上述传感器信号处理电路根据经由上述第一数据线和上述第三数据线输入的上述第一像素电路的光传感器的信号和上述第三像素电路的光传感器的信号，来检测上述画面的被触摸操作了的二维坐标，
上述传感器信号处理电路中包括差动放大电路，以上述第一数据线的信号为基准信号，根据上述第三数据线的信号生成上述二维坐标。
14.根据权利要求13所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于，包括：
在上述第一数据线、上述第二数据线以及上述第三数据线与上述数据驱动器之间，分别具有切换显示期间和回扫期间的切换开关。
15.根据权利要求14所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
在由切换开关所切换的回扫期间，将用于生成上述二维坐标的上述第一光传感器的信号和上述第三光传感器的信号取入到上述传感器信号处理电路。
16.根据权利要求13所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述像素是液晶显示像素。
17.根据权利要求13所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述像素是EL显示像素。
18.根据权利要求17所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述像素是有机EL发光二极管。
19.根据权利要求13所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述第一光传感器和上述第二光传感器由PIN二极管构成，
上述PIN二极管具有漏极端子和源极端子。
20.根据权利要求19所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
在上述PIN二极管的上述漏极端子和上述源极端子上并联连接有电容。
21.根据权利要求13所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述第一光传感器和上述第二光传感器由薄膜晶体管构成，
上述薄膜晶体管具有漏极端子、栅极端予以及源极端子。
22.根据权利要求21所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
上述薄膜晶体管的上述栅极端子和上述源极端子被短路。
23.根据权利要求21所述的带画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
在上述薄膜晶体管的上述漏极端子和上述源极端子上并联连接有电容。
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