JP2004045879A - Display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像取込み機能を備えた表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、信号線、走査線及び画素TFTが列設されたアレイ基板と、信号線及び走査線を駆動する駆動回路とを備えている。最近の集積回路技術の進歩発展により、駆動回路の一部をアレイ基板上に形成するプロセス技術が実用化されている。これにより、液晶表示装置全体を軽薄短小化することができ、携帯電話やノート型コンピュータなどの各種の携帯機器の表示装置として幅広く利用されている。
【0003】
ところで、アレイ基板上に、画像取込みを行う密着型エリアセンサを配置した表示装置が提案されている(特開2001−292276公報、特開2001−339640公報を参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の従来の表示装置は、画素ごとにフォトダイオードを1個ずつ設けており、スキャナの解像度が低いため、画像は粗く、実用性に乏しい。
【0005】
また、液晶表示装置用の駆動TFTとして広く用いられているポリシリコンTFTは、電気的特性を均一化させるのが技術的に難しく、センサ出力を高精度にA/D変換するのが困難である。
【0006】
また、画像取込みの対象である紙面とセンサとの間の距離が、ガラス厚0.7mm+光学フィルム厚0.4mmの和1.1mmであるため、紙面での拡散光が隣接センサに入射してしまい、ノイズの原因になる。
【0007】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高解像度で高精度の画像取込みが可能な表示装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、縦横に列設される信号線及び走査線の各交点付近に形成される表示素子と、前記表示素子のそれぞれに対応して複数個ずつ設けられ、それぞれが異なる範囲の入射光を受光して受光量に応じた電荷を蓄積するセンサと、を備え、前記センサは、受光量に応じた電気信号を出力する光電変換部と、前記電気信号に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に初期電荷を蓄積させるか否かを切り替える初期化制御部と、前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた信号を出力するか否かを切り替える出力制御部と、を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る表示装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0010】
(第1の実施形態)
図1は本発明に係る表示装置の第1の実施形態の概略構成図であり、アレイ基板上の構成を示している。図1の表示装置は、信号線及び走査線が列設される画素アレイ部1と、信号線を駆動する信号線駆動回路2と、走査線を駆動する走査線駆動回路3と、画像を取り込んで出力する検出回路&出力回路4と、画像取込み用のセンサを制御するセンサ制御回路5とを備えている。
【0011】
図2は画素アレイ部1の一部を詳細に示したブロック図である。図2の画素アレイ部1は、縦横に列設される信号線及び走査線の各交点付近に形成される画素TFT11と、画素TFT11の一端とCs線との間に接続される液晶容量C1及び補助容量C2と、各画素TFT11ごとに2個ずつ設けられる画像取込み用のセンサ12a,12bとを有する。センサ12a,12bは、不図示の電源線及び制御線に接続されている。
【0012】
図3は図2の一部を詳細に示した回路図である。図3に示すように、センサ12a,12bはそれぞれフォトダイオードD1,D2とセンサ切替用トランジスタQ1,Q2とを有する。フォトダイオードD1,D2は、受光した光の光量に応じた電気信号を出力する。センサ切替用トランジスタQ1,Q2は、1画素内の複数のフォトダイオードD1,D2のいずれか一つを交互に選択する。
【0013】
各画素は、2つのセンサ12a,12bと、同一画素内の2つのセンサ12a,12bで共用されるキャパシタC3と、キャパシタC3の蓄積電荷に応じた2値データを格納するバッファ13と、バッファ13への書込み制御を行うトランジスタQ3と、バッファ13及びキャパシタC3を初期化するリセット用トランジスタQ4とを有する。
【0014】
バッファ13は、スタティックRAM(SRAM)で構成され、例えば、図4に示すように、直列接続された2つのインバータIV1,IV2と、後段のインバータIV2の出力端子と前段のインバータIV1の入力端子との間に配置されるトランジスタQ5と、後段のインバータの出力端子に接続される出力用トランジスタQ6とを有する。
【0015】
信号SPOLBがハイレベルのときに、トランジスタQ5はオンし、2つのインバータIV1,IV2は保持動作を行う。信号OUTiがハイレベルのときに、保持しているデータが検出線に出力される。
【0016】
本実施形態の表示装置は、通常の表示動作を行うこともできるし、スキャナと同様の画像取込みを行うこともできる。通常の表示動作を行う場合は、トランジスタQ3はオフ状態に設定され、バッファ13には有効なデータは格納されない。この場合、信号線には、信号線駆動回路2からの信号線電圧が供給され、この信号線電圧に応じた表示が行われる。
【0017】
一方、画像取込みを行う場合は、図5に示すようにアレイ基板21の上面側に画像取込み対象物(例えば、紙面)22を配置し、バックライト23からの光を対向基板24とアレイ基板21を介して紙面22に照射する。紙面22で反射された光はアレイ基板21上のセンサ12a,12bで受光され、画像取込みが行われる。取り込んだ画像データは、バッファ13に格納された後、検出線を介して不図示のCPUに送られる。このCPUは、本実施形態の表示装置から出力されるデジタル信号を受けて、データの並び替えやデータ中のノイズの除去などの演算処理を行う。なお、CPUは一つの半導体チップで構成してもよいし、複数の半導体チップで構成してもよい。
【0018】
図6は画像取込み時の動作タイミング図である。まず、センサ12a,12b信号PARがハイレベルであるため、1画素内の左側のトランジスタが選択される。
【0019】
次に、図6の時刻t1〜t2では、画素アレイ部1を1行ずつ順に駆動し、全画素を同一色(例えば白色)に設定する。
【0020】
次に、時刻t3では、信号RST,SPOLA,SPOLBをいずれもハイレベルに設定して、トランジスタQ3,Q4,Q5をいずれもオンさせる。これにより、バッファ13とキャパシタC3に初期値が設定される。
【0021】
信号RSTがローレベルになると(時刻t4)、センサ12a,12bは画像取り込みを開始する。紙面22からの反射光がセンサ12a,12b内のフォトダイオードD1,D2で受光されると、キャパシタC3に蓄積された電荷がフォトダイオードD1,D2を通って接地端子GNDに流れる。すなわち、リーク電流が流れる。これにより、キャパシタC3の蓄積電荷が減少する。
【0022】
時刻t5になると、信号SPOLAがハイレベルになり、キャパシタC3の蓄積電荷に応じた2値データがバッファ13に格納される。
【0023】
その後、時刻t6になると、信号SPOLBがハイレベルになり、バッファ13が保持動作を開始する。その後、時刻t7になると、バッファ13に格納されたデータが各画素ごとに順に検出線に供給されて不図示のCPUに送られる。
【0024】
図6において、各画素ごとにバッファ13を設ける理由は以下の通りである。キャパシタC3の蓄積電荷は、センサ12a,12b内のフォトダイオードD1,D2を流れる電流によりリークする以外に、画素内のTFTを流れる電流によってもリークする。このため、時間がたつにつれて、キャパシタC3の蓄積電荷は少なくなり、キャパシタC3の両端電圧も低下してしまう。このため、各画素ごとにバッファ13を設け、キャパシタC3の蓄積電荷がリークする前にバッファ13に転送すれば、キャパシタC3のリークによる影響を受けずに画像取込みを行うことができる。
【0025】
なお、バッファ13としてSRAMを用いる理由は、SRAMは数十万ルクスの光が照射されても、論理反転などの誤動作を起こすおそれがないためである。
【0026】
時刻t8以降は、センサ切替信号PARがローレベルになり、センサ12a,12bを切り替えて画像取込みを行う。
【0027】
本実施形態のアレイ基板21上に形成される各構成部分は、nチャネルTFTとpチャネルTFTを用いて形成される。
【0028】
図7はnチャネルTFTの製造工程図、図8はpチャネルTFTの製造工程図である。まず、ガラス基板31上にSiNxやSiOx等からなるアンダーコート層をCVD法により形成する。アンダーコート層を形成する理由は、ガラス基板31上に形成される素子に不純物が拡散しないようにするためである。
【0029】
次に、PECVD法やスパッタリング法等により、ガラス基板31上に非晶質シリコン膜を形成した後、非晶質シリコン膜にレーザを照射して結晶化させ、多結晶シリコン膜32を形成する。
【0030】
次に、多結晶シリコン膜32をパターニングした後、PECVD法やECR−CVD法等で形成したSiOx膜からなる第1絶縁層33を形成する。そして、多結晶シリコン膜32の所定箇所に低濃度のボロンを注入する(図7(a)、図8(a))。
【0031】
次に、レジスト等34をマスクとして、所定箇所にリンをイオン注入する(図7(b)、図8(b))。次に、レジスト等34をマスクとして、nチャネルTFTの形成箇所にボロンをイオン注入する(図7(c))。
【0032】
次に、Mo−TaやMo−W等の第1メタルを成膜してパターニングし、ゲート電極35を形成する。次に、レジスト等34をマスクとして、イオン注入法を用いて、nチャネルTFTの形成箇所にリンイオンを注入し(図7(d))、pチャネルTFTの形成箇所にボロンイオンを注入する(図8(c))。
【0033】
次に、レジスト等34をマスクとして、pチャネルTFTの形成箇所に低濃度リンをイオン注入する(図8(d))。
【0034】
次に、SiOxからなる第2絶縁層36を形成した後、電極を形成するためのコンタクトホールを開口した後、第2メタル37を成膜してソース・ドレイン電極をパターニングするする(図7(e)、図8(e))。最後に、パッシベーション膜としてSiN膜を成膜してnチャネルTFTとpチャネルTFTが完成する。
【0035】
図2に示したセンサ12a,12b内のフォトダイオードD1,D2は、p+層、p−層、n−層及びn+層からなるPIN構造にするのが望ましい。PIN構造は、空乏層が広く、光−電流変換効率がよいためである。
【0036】
図9はPIN構造のフォトダイオードD1,D2の製造工程図である。まず、ガラス基板31上に第1絶縁層33を形成した後、その上面に低濃度のボロンをイオン注入してp−層を形成する(図9(a))。
【0037】
次に、レジスト等34をマスクとしてリンをイオン注入し、第1絶縁層33の一部にn+層を形成する(図9(b))。次に、レジスト等34をマスクとしてボロンをイオン注入し、第1絶縁層33の一部にp+層を形成する(図9(c))。
【0038】
次に、ゲート電極35となる第1メタルを形成した後、レジスト等34をマスクとして低濃度リンをイオン注入する(図9(d))。次に、第2絶縁層36を形成してコンタクトホールを開け、第2メタル37を所定形状に形成する(図9(e))。
【0039】
本実施形態の表示装置は、図5に示したように、アレイ基板21とバックライト23との間に対向基板24を配置している。その理由は、仮に図10に示すように対向基板24とバックライト23との間にアレイ基板21を配置すると、アレイ基板21上に形成されたすべての素子がバックライト23からの光を直接受けるとともに、紙面22からの反射光が弱くなるため、反射光の強弱を精度よく検出できない。これに対して、本実施形態の場合、図11に示すように、バックライト23からの直接光をアレイ基板21上の第1及び第2メタル37で遮ることができ、紙面22からの反射光のみをポリシリコン層に入射することができる。
【0040】
センサ12a,12bの内部構成は、図3に示した回路に限定されない。図12はセンサ12a,12bの内部構成の変形例を示す図である。Type−Aは、図3と同様の回路構成であり、キャパシタC3に蓄積された電荷を、光を受光したフォトダイオードD1を介して接地端子VSS1にリークさせるものである。
【0041】
Type−Bは、Type−Aとは逆に、光を受光したフォトダイオードD1からキャパシタC3に電流を流して電荷を蓄積するものである。
【0042】
Type−Cは、光を受光したフォトダイオードD1からキャパシタC3に電流を流して電荷を蓄積し、光を受光しない場合は、キャパシタC3からバイアス用トランジスタQ7を介してゆっくり電荷をリークさせるものである。
【0043】
Type−Eは、光の強度に応じた電圧を取り出すものである。
【0044】
このように、本実施形態では、各画素ごとに複数のセンサ12a,12bを設けて画像取込みを行うため、高解像度で画像取込みを行うことができる。また、センサ12a,12bで取り込んだ画像データをバッファ13に格納するため、フォトダイオードD1,D2で受光した光量を正確に検出できる。
【0045】
さらに、アレイ基板21、対向基板24及びバックライト23の順に配置するため、バックライト23からの直接光がフォトダイオードD1,D2に入射されなくなり、紙面22からの反射光の強弱をフォトダイオードD1,D2にて精度よく検出できる。
【0046】
図2では、1画素に2個のセンサ12a,12bを設ける例を説明したが、センサ12a,12bの数は2個に限定されず、3個以上でもよい。センサ12a,12bの数が増えるほど、画像取込み時の解像度を上げることができる。
【0047】
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、バッファの代わりに、A/D変換を行う検出回路を設けるものである。
【0048】
図13は表示装置の第2の実施形態の概略構成を示すブロック図である。図13の表示装置は、図3と比較すればわかるように、バッファの代わりにA/D変換を行う検出回路41を備えており、キャパシタC3の蓄積電荷は、トランジスタQ3と検出線を介して検出回路41に供給される。検出回路41は、アレイ基板の額縁部分に設けられる。
【0049】
図13のような構成にすると、画素内の素子数が少なくなる。透過型液晶表示装置のように背面に光源を備え、各画素内の表示素子を制御して各画素の明暗を制御して表示を行う表示装置では、画素開口部の面積の割合(開口率)を大きくでき、光源の輝度を比較的低くできることから、光源で消費される消費電力を削減できる。
【0050】
また、密着センサとしての動作を考えた場合、光源の光が画素内の素子にそれほど遮られずに、有効に撮像対象に到達反射するため、センサの動作時にも光源の輝度を比較的低くして光源で消費される消費電力を削減できる。
【0051】
また、画素内にバッファを設けない場合は、センサの信号を検出線を介して額縁部に設けられたA/D変換回路に伝達しなければならない。画素内に設けられるセンサ出力保持用のキャパシタC3の容量は、開口率確保の制約などから高々1pF程度であり、検出線の容量Coutは、表示装置の場合、画素電極やその他素子・配線電極などと容量結合するため20pF程度である(4“QVGAの場合)。
【0052】
画素内の1pFの容量に仮に5Vが蓄積された場合、20pFの検出線の容量Coutに導かれた途端に非常に微弱な振幅になってしまう。その大きさは、電荷保存則により容易に推定できるように、もとの信号振幅のC3/(C3+Cout)程度となる。この場合、1[pF]/(1[pF]+20[pF])となりもとの信号振幅の5%未満の微小振幅になると見積もられる。そこで、額縁部のA/D変換回路は、微小な電位差をはっきりとした電位差に増幅できることが必要である。
【0053】
しかしながら、シリコン基板上に形成されるトランジスタ回路の場合と異なり、絶縁基板上に低温ポリシリコンプロセスを用いて形成されるLTPS素子(Low Temperature Poly−Si素子)の場合、同一チップ上でも素子特性のVthばらつきが1V程度になることがある。このため、シリコン基板上のA/D変換回路でよく用いられる差動回路(オペアンプ)をそのまま用いることができず、Vthばらつきの補償手段を有したA/D変換回路が必要となる。オペアンプを普通に用いると、素子のVthばらつきなどにより、あるセンサ出力電位が、ある検出回路でハイレベルに変換され、別の検出回路ではローレベルに変換されるなどして実用にならないためである。
【0054】
以下では、とくにLTPS素子を用いて表示装置のアレイ基板上に一体形成する場合に特に有効なVthばらつき補償手段を有したA/D変換回路を備えた検出回路について述べる。
【0055】
図14は検出回路41の詳細構成を示す回路図である。図14の検出回路41は、各検出線ごとに、トランジスタQ7,Q8と、キャパシタC4及びインバータIV1からなるアンプ42と、インバータIV2と、ラッチ43と、トランジスタQ9と、トランジスタQ10及びレジスタ回路44からなるシフトレジスタ45とを有する。
【0056】
トランジスタQ7のゲートにはいずれも信号/PRCが入力され、トランジスタQ8のゲートにはいずれも信号PRCが入力される。まず最初は、所定期間だけ信号PRCをハイレベルにする。これにより、トランジスタQ8がオンし、アンプ42の入力端は、電圧VPRCに初期化される。電圧VPRCは、センサのハイレベルの出力が検出線に導かれた場合の検出線電圧と、センサのローレベルの出力が検出線に導かれた場合の検出線電圧との間の電圧に設定される。アンプ42内のインバータIV1の入出力端子間にスイッチSW1が接続されており、電圧PRCがハイレベルのときは、このスイッチSW1がオンするため、インバータIV1の入力端(=キャパシタ素子C4の下側の端)にはインバータの動作しきい値が保持される。このとき、アンプ42は増幅動作を行わない。この動作により、Vthのキャンセルが行われる。Vthがばらついても、インバータIV1の入力端にはインバータIV1の動作閾値が保持される。
【0057】
次に、信号/PRCをハイレベル(信号PRCをローレベル)にすると、検出線の電圧が電圧VPRCより高いか否かがそのままキャパシタ素子C4を介して、インバータIV1の入力端に動作閾値に対して高いか否かの電圧に置き換わるように入力され、インバータIV1の出力端に反転増幅出力が確実に出力される。このようにして、Vthばらつきが1V程度あるような場合でも確実にA/D変換が行われる。
【0058】
その後、所定のタイミングで、ラッチ43はラッチ動作を行う。その後、信号Aがハイレベルになると、ラッチ43の出力がシフトレジスタ45の各レジスタ回路44に書き込まれる。その後、信号Aがローレベルになると、トランジスタQ10がオンし、各レジスタ回路44は縦続接続され、クロックCLKに同期して、データは1段ずつ右側にシフトされ、右端のレジスタ回路44からCPUに供給される。
【0059】
なお、場合によっては、ラッチ43を省略することも可能である。検出線の出力を直接シフトレジスタ45に導いてやればよい。ただし、シフトレジスタ45がCPUにデータを出力し終えたちょうど良いタイミングで、検出線の出力をシフトレジスタ45に供給する必要がある。シフトレジスタ45にデータを格納し終わるまでに検出回路41の出力が変化しないようにするためである。
【0060】
これに対し、図14のようにラッチ43を設けると、シフトレジスタ45の動作にかかわらず、A/D変換の出力をラッチ43に保持し続けることができ、迅速に次の検出動作に入ることができる利点がある。
【0061】
図14では、アンプ42をキャパシタC4とインバータIV1の一個ずつで構成しているが、図15に示すように、キャパシタC4とインバータIV1を複数個ずつ縦続接続してもよい。これにより、アンプ42の利得制御の精度を向上できる。縦続接続数が多いほど、A/D変換可能な検出線の最小振幅をより小さくでき、A/D変換機の感度を高めることができることになる。
【0062】
このように、第2の実施形態では、アレイ基板の額縁部分に設けられた検出回路41により、キャパシタC2の蓄積電荷をA/D変換するため、画素内にバッファを設ける必要がなくなり、画素の構造を簡略化でき、その分、センサの解像度向上が図れる。
【0063】
図13では、画素アレイ部内にバッファを設けずに、アレイ基板の額縁部分に検出回路41を設ける例を説明したが、画素アレイ部に図3と同様のバッファを設けてもよい。これにより、二重にA/D変換を行うことになるが、バッファの出力振幅を小さくすることができることから、消費電力の削減が図れる。
【0064】
すなわち、表示装置の場合、検出線は前述のように、表示画素電極などと容量結合するため、バッファの駆動負荷として大きくなる。検出線を駆動するための消費電力は、検出線の容量をCout、検出線が駆動される周波数をfout、検出線の振幅をVaとしたとき、Cout×fout×Va×Vaで表すことができるため、Vaを検出回路が判別できる程度に小さくすることは消費電力低減に有効である。例えば、検出線を5V振幅で駆動する場合に対し、1V振幅で駆動する場合には、バッファ部の検出線駆動のための消費電力は25分の1に削減される。
【0065】
上述した図13では、各検出線ごとに検出回路41を設ける例を説明したが、複数のセンサで同一の検出回路41を共有してもよい。
【0066】
図16は複数の検出線で同一の検出回路41を共有する場合の検出回路41aの回路図である。図14の検出回路41と比較して、それぞれ異なる検出線に接続されるトランジスタQ11,Q12を有する検出線選択回路が新たに設けられている。
【0067】
検出線選択回路内のトランジスタQ11,Q12は、信号KIRの論理によりいずれか一方がオンし、2つの検出線上の信号のいずれか一方をトランジスタQ7に供給する。
【0068】
このように、複数の検出線で同一の検出回路41aを共有することにより、検出回路41aの数を削減でき、額縁部分の占有面積の削減と消費電力の削減が可能になる。
【0069】
なお、3本以上の検出線で同一の検出回路を共有してもよい。同一の検出回路を共有する検出線の数が増えるほど、検出回路の占有面積と消費電力の削減が図れる。
【0070】
上述した実施形態では、撮像対象物の反射光をフォトダイオードなどのアレイ基板上の素子のリーク電流に光電変換する密着センサ一体型表示装置の検出回路として説明したが、センサ部が素子の光応答を利用するものでなくても同様に適用可能である。例えば、TFT素子のドレイン−ソース電極間を適当な電位に設定し,指などがゲート電極に接近したか否かをドレイン−ソース間電流に変換するようなセンサの検出回路としても有効である。
【0071】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、光電変換部から出力された電気信号に応じて電荷蓄積部の蓄積電荷を可変制御するため、センサでの受光量を精度よく検出できる。
【0072】
また、本発明によれば、センサでの受光量をA/D変換するA/D変換部を絶縁基板の額縁部分に設けるため、画素表示領域の構造を簡易化しつつ、センサでの受光量を精度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る表示装置の一実施形態の概略構成図。
【図2】画素アレイ部の一部を詳細に示したブロック図。
【図3】図2の一部を詳細に示した回路図。
【図4】バッファの内部構成を示す回路図。
【図5】表示装置の構造を示す簡易的な断面図。
【図6】画像取込み時の動作タイミング図。
【図7】nチャネルTFTの製造工程図。
【図8】pチャネルTFTの製造工程図。
【図9】PIN構造のフォトダイオードの製造工程図。
【図10】アレイ基板と対向基板の位置関係を変えた場合の断面図。
【図11】本実施形態の断面図。
【図12】センサの内部構成の変形例を示す図。
【図13】表示装置の第2の実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図14】検出回路41の詳細構成を示す回路図。
【図15】アンプの変形例を示す回路図。
【図16】複数の検出線で同一の検出回路を共有する場合の検出回路の回路図。
【符号の説明】
1 画素アレイ部
2 信号線駆動回路
3 走査線駆動回路
4 検出回路41&出力回路
5 センサ制御回路
11 画素TFT
12a,12b センサ
13 バッファ
21 アレイ基板
22 紙面
23 バックライト
24 対向基板
41 検出回路
42 アンプ
43 ラッチ
45 シフトレジスタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device having an image capturing function.
[0002]
[Prior art]
The liquid crystal display device includes an array substrate on which signal lines, scanning lines, and pixel TFTs are arranged in rows, and a driving circuit that drives the signal lines and scanning lines. With the recent advancement and development of integrated circuit technology, a process technology for forming a part of a drive circuit on an array substrate has been put to practical use. As a result, the entire liquid crystal display device can be made lighter, thinner and smaller, and is widely used as a display device for various portable devices such as a mobile phone and a notebook computer.
[0003]
By the way, there has been proposed a display device in which a close contact type area sensor for capturing an image is arranged on an array substrate (see JP-A-2001-292276 and JP-A-2001-339640).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this type of conventional display device, one photodiode is provided for each pixel, and the resolution of the scanner is low, so that the image is coarse and the utility is poor.
[0005]
In addition, polysilicon TFTs widely used as driving TFTs for liquid crystal display devices are technically difficult to make electrical characteristics uniform, and it is difficult to A / D convert sensor outputs with high accuracy. .
[0006]
In addition, since the distance between the sensor and the paper surface to be captured is 1.1 mm, which is the sum of the glass thickness of 0.7 mm and the optical film thickness of 0.4 mm, diffused light on the paper surface enters the adjacent sensor. It causes noise.
[0007]
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a display device capable of capturing images with high resolution and high accuracy.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a display element formed near each intersection of a signal line and a scanning line arranged in rows and columns, and a plurality of display elements corresponding to each of the display elements. A sensor that receives incident light in different ranges and accumulates charges according to the amount of light received, the sensor includes: a photoelectric conversion unit that outputs an electric signal according to the amount of received light; A charge accumulating unit that accumulates the corresponding charge, an initialization control unit that switches whether or not to accumulate the initial charge in the charge accumulating unit, and whether to output a signal corresponding to the accumulated charge of the charge accumulating unit. And an output control unit for switching.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a display device according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0010]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a display device according to the present invention, showing a configuration on an array substrate. The display device shown in FIG. 1 includes a pixel array section 1 in which signal lines and scanning lines are arranged in a row, a signal
[0011]
FIG. 2 is a block diagram showing a part of the pixel array unit 1 in detail. The pixel array unit 1 in FIG. 2 includes a pixel TFT 11 formed near each intersection of a signal line and a scanning line arranged vertically and horizontally, a liquid crystal capacitor C1 connected between one end of the pixel TFT 11 and a Cs line, and It has an auxiliary capacitor C2 and two
[0012]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a part of FIG. 2 in detail. As shown in FIG. 3, the
[0013]
Each pixel includes two
[0014]
The
[0015]
When the signal SPOLB is at a high level, the transistor Q5 is turned on, and the two inverters IV1 and IV2 perform a holding operation. When the signal OUTi is at a high level, the held data is output to the detection line.
[0016]
The display device of the present embodiment can perform a normal display operation, and can also perform image capture similar to a scanner. When a normal display operation is performed, the transistor Q3 is turned off, and no valid data is stored in the
[0017]
On the other hand, when performing image capture, an image capture target (for example, a paper surface) 22 is disposed on the upper surface side of the
[0018]
FIG. 6 is an operation timing chart at the time of image capture. First, since the signals PAR of the
[0019]
Next, from time t1 to t2 in FIG. 6, the pixel array unit 1 is sequentially driven row by row, and all pixels are set to the same color (for example, white).
[0020]
Next, at time t3, the signals RST, SPOLA, and SPOLB are all set to the high level, and all the transistors Q3, Q4, and Q5 are turned on. As a result, initial values are set in the
[0021]
When the signal RST goes low (time t4), the
[0022]
At time t5, the signal SPOLA goes high, and the binary data corresponding to the charge stored in the capacitor C3 is stored in the
[0023]
Thereafter, at time t6, the signal SPOLB goes high, and the
[0024]
In FIG. 6, the reason why the
[0025]
The reason why the SRAM is used as the
[0026]
After time t8, the sensor switching signal PAR becomes low level, and switches between the
[0027]
Each component formed on the
[0028]
FIG. 7 is a manufacturing process diagram of an n-channel TFT, and FIG. 8 is a manufacturing process diagram of a p-channel TFT. First, an undercoat layer made of SiNx, SiOx, or the like is formed on a
[0029]
Next, after an amorphous silicon film is formed on the
[0030]
Next, after patterning the
[0031]
Next, phosphorus is ion-implanted into a predetermined portion using the resist 34 as a mask (FIGS. 7B and 8B). Next, using the resist or the like 34 as a mask, boron is ion-implanted into a portion where the n-channel TFT is to be formed (FIG. 7C).
[0032]
Next, a first metal such as Mo-Ta or Mo-W is deposited and patterned to form a
[0033]
Next, low-concentration phosphorus is ion-implanted into a portion where the p-channel TFT is to be formed using the resist 34 as a mask (FIG. 8D).
[0034]
Next, after a second insulating
[0035]
The photodiodes D1 and D2 in the
[0036]
FIG. 9 is a manufacturing process diagram of the photodiodes D1 and D2 having the PIN structure. First, after the first insulating
[0037]
Next, phosphorus is ion-implanted using the resist 34 as a mask to form an n + layer in a part of the first insulating layer 33 (FIG. 9B). Next, boron ions are implanted using the resist 34 as a mask to form ap + layer in a part of the first insulating layer 33 (FIG. 9C).
[0038]
Next, after the first metal to be the
[0039]
In the display device of the present embodiment, as shown in FIG. 5, an opposing
[0040]
The internal configuration of the
[0041]
Type-B is a type that, contrary to Type-A, causes a current to flow from the photodiode D1 that has received light to the capacitor C3 to accumulate charges.
[0042]
Type-C is a device that causes a current to flow from the photodiode D1 that has received light to the capacitor C3 to accumulate charges, and when no light is received, charges are slowly leaked from the capacitor C3 via the biasing transistor Q7. .
[0043]
Type-E is for extracting a voltage corresponding to the intensity of light.
[0044]
As described above, in the present embodiment, since a plurality of
[0045]
Further, since the
[0046]
FIG. 2 illustrates an example in which two
[0047]
(Second embodiment)
In the second embodiment, a detection circuit for performing A / D conversion is provided instead of the buffer.
[0048]
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the display device. The display device of FIG. 13 includes a
[0049]
With the configuration as shown in FIG. 13, the number of elements in a pixel is reduced. In a display device, such as a transmissive liquid crystal display device, which has a light source on the back surface and controls the display element in each pixel to control the brightness of each pixel to perform display, the ratio of the area of the pixel opening (aperture ratio) Can be increased and the luminance of the light source can be made relatively low, so that the power consumption of the light source can be reduced.
[0050]
Also, when considering the operation as a contact sensor, the light from the light source is effectively not reflected by the elements in the pixels but reaches and reflects on the imaging target effectively. Power consumption of the light source can be reduced.
[0051]
If no buffer is provided in the pixel, the signal of the sensor must be transmitted to the A / D conversion circuit provided in the frame portion via the detection line. The capacitance of the sensor output holding capacitor C3 provided in the pixel is at most about 1 pF due to restrictions on securing an aperture ratio, and the capacitance Cout of the detection line is, for a display device, a pixel electrode or other element / wiring electrode. It is about 20 pF due to capacitive coupling (in the case of 4 "QVGA).
[0052]
If 5 V is temporarily stored in the capacitance of 1 pF in the pixel, the amplitude becomes extremely weak as soon as the voltage is guided to the capacitance Cout of the detection line of 20 pF. The magnitude is about C3 / (C3 + Cout) of the original signal amplitude so that it can be easily estimated by the law of conservation of charge. In this case, it is estimated that the amplitude becomes 1 [pF] / (1 [pF] +20 [pF]), which is less than 5% of the original signal amplitude. Therefore, it is necessary that the A / D conversion circuit in the frame part can amplify a minute potential difference to a clear potential difference.
[0053]
However, unlike a transistor circuit formed on a silicon substrate, an LTPS element (Low Temperature Poly-Si element) formed on an insulating substrate by using a low-temperature polysilicon process has the same element characteristics even on the same chip. Vth variation may be about 1V. For this reason, a differential circuit (operational amplifier) often used in an A / D conversion circuit on a silicon substrate cannot be used as it is, and an A / D conversion circuit having means for compensating for Vth variation is required. This is because if an operational amplifier is used normally, a certain sensor output potential is converted to a high level by a certain detection circuit and is converted to a low level by another detection circuit due to a variation in Vth of the element, which is not practical. .
[0054]
Hereinafter, a detection circuit including an A / D conversion circuit having Vth variation compensation means particularly effective when integrally formed on an array substrate of a display device using an LTPS element will be described.
[0055]
FIG. 14 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the
[0056]
The signal / PRC is input to all the gates of the transistor Q7, and the signal PRC is input to all the gates of the transistor Q8. First, the signal PRC is set to a high level for a predetermined period. As a result, the transistor Q8 turns on, and the input terminal of the
[0057]
Next, when the signal / PRC is set to the high level (the signal PRC is set to the low level), whether or not the voltage of the detection line is higher than the voltage VPRC is directly applied to the input terminal of the inverter IV1 via the capacitor element C4. And an inverted amplified output is reliably output to the output terminal of the inverter IV1. In this way, A / D conversion is performed reliably even when the Vth variation is about 1 V.
[0058]
Thereafter, the
[0059]
In some cases, the
[0060]
On the other hand, when the
[0061]
In FIG. 14, the
[0062]
As described above, in the second embodiment, since the
[0063]
FIG. 13 illustrates an example in which the buffer is not provided in the pixel array unit and the
[0064]
That is, in the case of the display device, the detection line is capacitively coupled to the display pixel electrode and the like as described above, and thus becomes a large driving load for the buffer. The power consumption for driving the detection line can be expressed as Cout × fout × Va × Va, where Cout is the capacitance of the detection line, fout is the frequency at which the detection line is driven, and Va is the amplitude of the detection line. Therefore, reducing Va to such a degree that the detection circuit can determine it is effective for reducing power consumption. For example, when the detection line is driven with a 5 V amplitude, when the detection line is driven with a 1 V amplitude, the power consumption for driving the detection line of the buffer unit is reduced by a factor of 25.
[0065]
In FIG. 13 described above, an example in which the
[0066]
FIG. 16 is a circuit diagram of a
[0067]
One of the transistors Q11 and Q12 in the detection line selection circuit is turned on by the logic of the signal KIR, and supplies one of the signals on the two detection lines to the transistor Q7.
[0068]
As described above, by sharing the
[0069]
Note that the same detection circuit may be shared by three or more detection lines. As the number of detection lines sharing the same detection circuit increases, the area occupied by the detection circuit and the power consumption can be reduced.
[0070]
In the above-described embodiment, the detection circuit of the contact sensor integrated display device that photoelectrically converts the reflected light of the imaging target into a leak current of an element on an array substrate such as a photodiode has been described. The present invention can be similarly applied even if it does not use. For example, the present invention is also effective as a detection circuit of a sensor that sets the potential between the drain and source electrodes of a TFT element to an appropriate potential and converts whether or not a finger or the like approaches the gate electrode into a drain-source current.
[0071]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the amount of charge stored in the charge storage unit is variably controlled according to the electric signal output from the photoelectric conversion unit, so that the amount of light received by the sensor can be accurately detected.
[0072]
Further, according to the present invention, since the A / D converter for A / D converting the amount of light received by the sensor is provided in the frame portion of the insulating substrate, the amount of light received by the sensor can be reduced while simplifying the structure of the pixel display area. Accurate detection is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a display device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a part of a pixel array unit in detail.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a part of FIG. 2 in detail;
FIG. 4 is a circuit diagram showing an internal configuration of a buffer.
FIG. 5 is a simplified cross-sectional view illustrating a structure of a display device.
FIG. 6 is an operation timing chart at the time of image capture.
FIG. 7 is a manufacturing process diagram of an n-channel TFT.
FIG. 8 is a manufacturing process diagram of a p-channel TFT.
FIG. 9 is a manufacturing process diagram of a photodiode having a PIN structure.
FIG. 10 is a sectional view when the positional relationship between an array substrate and a counter substrate is changed.
FIG. 11 is a sectional view of the embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a modification of the internal configuration of the sensor.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a second embodiment of the display device.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a
FIG. 15 is a circuit diagram showing a modification of the amplifier.
FIG. 16 is a circuit diagram of a detection circuit when the same detection circuit is shared by a plurality of detection lines.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12a,
Claims (11)
前記表示素子のそれぞれに対応して複数個ずつ設けられ、それぞれが異なる範囲の入射光を受光して受光量に応じた電荷を蓄積するセンサと、を備え、
前記センサは、
受光量に応じた電気信号を出力する光電変換部と、
前記電気信号に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に初期電荷を蓄積させるか否かを切り替える初期化制御部と、前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた信号を出力するか否かを切り替える出力制御部と、を有することを特徴とする表示装置。A display element formed near each intersection of signal lines and scanning lines arranged in rows and columns;
A plurality of sensors provided for each of the display elements, each of which receives a different range of incident light and accumulates a charge corresponding to a received light amount,
The sensor is
A photoelectric conversion unit that outputs an electric signal according to the amount of received light,
A charge accumulation unit that accumulates charge according to the electric signal;
An initialization control unit that switches whether to store the initial charge in the charge storage unit, and an output control unit that switches whether to output a signal corresponding to the charge stored in the charge storage unit. Display device.
前記光電変換部は、前記電荷蓄積部に対して、前記初期電荷から前記光電変換部での受光量に応じた電荷分だけ放電させることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。The initialization control unit, before the operation of the sensor, previously store the initial charge in the charge storage unit,
2. The display device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit discharges the charge storage unit from the initial charge by an amount corresponding to an amount of light received by the photoelectric conversion unit. 3.
前記光電変換部は、前記電荷蓄積部に対して、前記初期電荷から前記光電変換部での受光量に応じた電荷分だけ充電させることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。The initialization control unit, before the operation of the sensor, previously store the initial charge in the charge storage unit,
2. The display device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit charges the charge accumulation unit from the initial charge by an amount corresponding to an amount of light received by the photoelectric conversion unit. 3.
前記表示素子のそれぞれに対応して複数個ずつ設けられ、それぞれが異なる範囲の入射光を受光して受光量に応じた電荷を蓄積するセンサと、を備え、
前記センサは、
受光量に応じた電気信号を出力する光電変換部と、
前記電気信号に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の蓄積電荷を所定量ずつ継続して放電させる放電制御部と、
前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた信号を出力するか否かを切り替える出力制御部と、を有し、
前記光電変換部は、前記電荷蓄積部に対して、前記初期電荷から前記光電変換部での受光量に応じた電荷部だけ充電または放電させることを特徴とする表示装置。A display element formed near each intersection of signal lines and scanning lines arranged in rows and columns;
A plurality of sensors provided for each of the display elements, each of which receives a different range of incident light and accumulates a charge corresponding to a received light amount,
The sensor is
A photoelectric conversion unit that outputs an electric signal according to the amount of received light,
A charge accumulation unit that accumulates charge according to the electric signal;
A discharge control unit that continuously discharges the stored charge of the charge storage unit by a predetermined amount,
An output control unit that switches whether to output a signal according to the accumulated charge of the charge accumulation unit,
The display device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit charges or discharges the charge storage unit only from a charge portion corresponding to an amount of light received by the photoelectric conversion unit from the initial charge.
前記表示素子のそれぞれに対応して複数個ずつ設けられ、それぞれが異なる範囲の入射光を受光して受光量に応じた電荷を蓄積するセンサと、を備え、
前記センサは、
受光量に応じた電気信号を出力する、直列接続された複数の光電変換部と、
前記電気信号に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に初期電荷を蓄積させるか否かを切り替える初期化制御部と、前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた信号を出力するか否かを切り替える出力制御部と、を有することを特徴とする表示装置。A display element formed near each intersection of signal lines and scanning lines arranged in rows and columns;
A plurality of sensors provided for each of the display elements, each of which receives a different range of incident light and accumulates a charge corresponding to a received light amount,
The sensor is
A plurality of serially connected photoelectric conversion units that output an electric signal according to the amount of received light,
A charge accumulation unit that accumulates charge according to the electric signal;
An initialization control unit that switches whether to store the initial charge in the charge storage unit, and an output control unit that switches whether to output a signal corresponding to the charge stored in the charge storage unit. Display device.
前記表示画面内に設けられるセンサと、
前記センサの出力信号をA/D変換するA/D変換器と、を備え、
前記A/D変換部は、前記信号線及び走査線と、前記表示素子と、前記センサとが形成される絶縁基板の額縁部分に形成されることを特徴とする表示装置。A display element constituting a display screen formed near each intersection of signal lines and scanning lines arranged in rows and columns;
A sensor provided in the display screen,
An A / D converter for A / D converting an output signal of the sensor,
The display device, wherein the A / D converter is formed in a frame portion of an insulating substrate on which the signal line and the scanning line, the display element, and the sensor are formed.
前記電荷蓄積部の蓄積電荷に応じた信号を供給する検出線上に直列接続される第1トランジスタ、キャパシタ、アンプ、第2トランジスタ、及びシフトレジスタと、
前記第1トランジスタと前記キャパシタとの接続経路の電圧を所定電圧に設定するか否かを切り替える第3トランジスタと、を有することを特徴とする請求項6に記載の表示装置。The A / D converter comprises:
A first transistor, a capacitor, an amplifier, a second transistor, and a shift register connected in series on a detection line for supplying a signal corresponding to the charge stored in the charge storage unit;
The display device according to claim 6, further comprising a third transistor that switches whether to set a voltage of a connection path between the first transistor and the capacitor to a predetermined voltage.
前記A/D変換器は、前記出力選択部のそれぞれごとに設けられ、対応する前記出力選択部の出力をA/D変換することを特徴とする請求項6及至9のいずれかに記載の表示装置。An output selector that is provided for each of the plurality of display elements and that can select any one of output signals of the sensors corresponding to the plurality of display elements,
The display according to any one of claims 6 to 9, wherein the A / D converter is provided for each of the output selection units, and A / D converts an output of the corresponding output selection unit. apparatus.
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