JP2005242841A - 電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 携帯電話機(電子機器)10は、携帯電話機10本来の主要な機能を表示するための必要不可欠な画像表示部であるメインディスプレイ11と、特定の付加情報(例えば、電話やメールの着信を報知する文字情報や簡易な画像等)を通知するための補助的な画像表示部であるサブディスプレイ12と、を備え、サブディスプレイ11部分に、画像表示機能を実現するための画像表示部200sに加え、個人認証に係る画像(例えば、指紋画像)を読み取る画像読取機能を実現するための画像読取部(指紋読取センサ)100を備えた構成を有している。
【選択図】 図2
Description
しかしながら、上述したような利便性の向上の反面、携帯型の電子機器においては、個人情報が漏洩したり、重要な機密情報が盗まれたりするという危険性が高いという問題点も有している。そのため、このような各種の情報の盗難や漏洩を防止し、当該情報へのアクセスを制限するために、当該電子機器において使用者本人を識別、認証する個人認証機能の搭載が重要になってきている。
図14は、従来技術における指紋読取装置を搭載した携帯型の電子機器の一例を示す概略構成図である。
図14(a)、(b)に示す装置構成は、例えば、特許文献1等に記載されているように、携帯電話機(電子機器)10P、10Qが本来備えている表示パネル(画像表示部)11P、11Qとは別に、指紋読取センサ(指紋読取装置)12P、12Qを、該携帯電話機10P、10Qの筐体に独立して設けた構成を有している。しかしながら、このような構成においては、携帯電話機(電子機器)10P、10Qの大きさが増大してしまい、携帯型の電子機器に対する小型薄型化等の要望に十分応えることができないという問題があった。
例えば、特許文献2には、バックライトを備えた液晶表示パネル上にプリズムを設けて、指紋画像(被写体画像)をフォトセンサに導くようにした構成が記載されており、また、特許文献3には、液晶表示パネルの各表示画素内に、画素トランジスタ(TFT)とともにフォトダイオードを内蔵するようにした構成が記載されている。
すなわち、特許文献2等に記載された装置構成のように、液晶表示パネル上にプリズム等の光学部材を設け、側面に設けたフォトセンサに被写体画像を導くようにした構成においては、被写体画像をフォトセンサまで導くための、プリズム等の光学部材の厚みが比較的大きくなり、また、一部の光学部品(ミラー)やフォトセンサ等を液晶表示パネルの設置領域の外部に設ける必要があり、電子機器を十分に小型薄型化することが困難であるという問題を有している。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の電子機器において、前記読取画素は、透過性を有する基板上に、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成された透過性を有する電極材料からなるソース電極及びドレイン電極と、前記チャネル領域の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された透過性を有する電極材料からなる第1のゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された遮光性を有する電極材料からなる第2のゲート電極と、前記第1のゲート電極の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成され、前記被写体が載置される前記検知面と、を有するフォトセンサであることを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1乃至4記載の電子機器において、前記画像表示手段は、少なくとも、発光素子を含む前記表示画素を二次元配列した自己発光型の表示パネルを備えていることを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項7記載の電子機器において、前記画像読取手段は、前記画像表示領域の一部の領域に対応する前記画像読取領域と、前記画像読取領域を除く領域であって、前記画像読取領域と同一の構成を有するダミー画素が前記読取画素と同一の間隔で配列されている領域と、を有することを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項9記載の電子機器において、前記画像読取手段を構成する前記ドライバ回路は、前記画像読取領域の周辺領域であって、かつ、前記被写体が前記画像読取領域上の前記検知面に載置された状態における、前記被写体の延在方向を除く領域に配置されていることを特徴とする。
請求項12記載の発明は、請求項1乃至11のいずれかに記載の電子機器において、前記電子機器は、前記主表示部の背面側に前記副表示部が配置され、前記主表示部の視野方向が前記副表示部の視野方向と相反する方向に設定されていることを特徴とする。
ここで、画像読取部は、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサ(ダブルゲート型フォトセンサ)を、透明な基板上に2次元配列したセンサアレイ(フォトセンサアレイ)を適用することができる。
また、副表示部に設けられる画像読取部として、ダブルゲート型フォトセンサ及び透明な基板からなる透過型のフォトセンサアレイを適用することができるので、画像読取部の構成を、プリズム等を適用した光学式の画像読取装置(指紋読取センサ)に比較して大幅に薄型化することができ、電子機器の大型化を抑制することができる。
さらに、副表示部を構成する画像表示部の視野側に、画像読取部(フォトセンサアレイ)を平面的に重ね合わせた構成を有しているので、既存の画像表示部や画像読取部における製造技術や設計資産をそのまま流用することができるとともに、製品の歩留まりを向上させて製造コストの削減を図ることができる。
これにより、副表示部(サブディスプレイ)が被写体の大きさに対して、小さい場合や大きい場合であっても、被写体画像の認証処理等に適切な大きさ(広がり)の画像読取エリアを設定することができ、良好な被写体画像の読取動作及び認証処理を実現することができる。
これにより、画像表示エリアに対応する画像読取部の全域において、画像表示部から放射される光の透過率を均一化することができるので、画像表示部に表示された画像情報の明るさのムラ(表面輝度のバラツキ)を抑制することができ、表示画質の劣化を抑制することができる。
ここで、前者の構成においては、画像読取エリア(検知面)に被写体が載置された状態において、ドライバ回路(集積回路チップ)が、被写体の延在方向以外の領域に配置された構成を適用することができる。
また、後者の構成においては、ドライバ回路を薄く構成することができるとともに、画像読取エリア(フォトセンサアレイ)とドライバ回路を一体的に形成することができるので、被写体を良好に検知面に密着させて、良好な画像読取動作及び認証処理を実現することができるとともに、電子機器の一層の小型薄型化を図ることができる。
<全体構成>
図1は、本発明に係る電子機器の一実施形態を示す全体構成図である。ここで、図1(a)は、本実施形態に係る電子機器(携帯電話機)の操作面(内面)側を示す図であり、図1(b)は、電子機器の背面(外面)側を示す図である。なお、本実施形態においては、電子機器の一例として携帯電話機を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の画像表示部(ディスプレイ)を備えるものであれば、携帯情報端末(PDA)等の他の電子機器であってもよい。また、以下に示す実施形態においては、各種の携帯電話機のうち、近年主流である折りたたみ式の筐体構造を有するものを示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、旧来のバー型のものや、いわゆるリボルバ型等の特殊な筐体構造を有しているものであってもよい。
図1(a)、(b)に示すように、本実施形態に係る携帯電話機10は、概略、ヒンジ部14を中心にして、操作ボタン13等が配置された基部筐体BASと、メインディスプレイ11、サブディスプレイ12等が配置された表示部筐体DISと、が折りたたみ可能なように構成されている。
このような構成を有する携帯電話機10において、本発明においては、特に、上記サブディスプレイ11部分に、画像表示機能に加え、個人認証に係る画像(例えば、指紋画像)を読み取る画像読取機能を備えた構成を有している。
図2は、本実施形態に係る携帯電話機(電子機器)の要部構成例を示す概略断面図である。ここで、図2においては、図示の都合上、表示部筐体要部の断面部分を表すハッチングの一部を省略する。なお、本実施形態においては、携帯電話機(電子機器)10の表示部筐体DISの操作面(筐体内面)側に配置されたメインディスプレイ11の背面側に、サブディスプレイ12(画像表示部200s)及び個人認証用の画像読取部(指紋読取センサ)100が設けられた構成を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子機器の筐体の特定の位置に複数のディスプレイが独立して配置され構成を有するものであればよい。
<画像読取部>
図3は、本実施形態に係る携帯電話機(電子機器)に適用される画像読取部の一構成例を示す要部構成図である。
図3に示すように、本実施形態に係る画像読取部(指紋読取センサ)100は、大別して、多数のフォトセンサ(読取画素)PSを、例えば、n行×m列(n、mは任意の自然数)のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ110と、各フォトセンサPSのトップゲート端子TGを行方向に接続して伸延するトップゲートラインLtと、各フォトセンサPSのボトムゲート端子BGを行方向に接続して伸延するボトムゲートラインLbと、各フォトセンサPSのソース端子Sを列方向に接続して伸延するソースライン(データライン)Lsと、ドレイン端子Dを所定の低電位電圧(例えば、接地電位)Vssに共通に接続するドレインライン(コモンライン)Ldと、各トップゲートラインLtに接続されたトップゲートドライバ120と、各ボトムゲートラインLbに接続されたボトムゲートドライバ130と、各ソースラインLsに接続されたソースドライバ140と、を有して構成されている。
図4は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なフォトセンサの素子構造を示す概略断面図である。
上述した画像読取部100(フォトセンサアレイ110)に適用可能なフォトセンサPSは、概略、図4に示すように、励起光(ここでは、可視光)の入射により電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体層(チャネル領域)101と、該半導体層101の両端に、各々n+シリコンからなる不純物層(オーミックコンタクト層)107、108を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なソース電極102(ソース端子S)及びドレイン電極103(ドレイン端子D)と、半導体層101の上方(図面上方)にブロック絶縁膜(ストッパ膜)104及び上部ゲート絶縁膜105を介して形成され、酸化スズ膜やITO膜(インジウム−スズ酸化膜)等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極TGx(第1のゲート電極;トップゲート端子TG)と、半導体層101の下方(図面下方)に下部ゲート絶縁膜106を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なボトムゲート電極BGx(第2のゲート電極;ボトムゲート端子BG)と、を有して構成されている。
図5は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なトップゲートドライバ又はボトムゲートドライバの一構成例を示す概略ブロック図である。ここで、トップゲートドライバ120及びボトムゲートドライバ130は、略同等の構成を有しているので、以下の説明においては、主に、トップゲートドライバの構成について説明する。
図6は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なソースドライバの一構成例を示す概略ブロック図である。
ソースドライバ140は、例えば、図6に示すように、概略、図示を省略したシステムコントローラ等からソース制御信号として供給されるスタート信号STs、2相の基準クロック信号ACK、ACKb、出力イネーブル信号OEs等に基づいて、スタート信号STsを所定のタイミングで順次シフトしつつ、各ソースラインLsに対応するシフト信号ASout1、ASout2、・・・ASoutmを出力するシフトレジスタ回路部141と、ソース制御信号として供給されるプリチャージ信号φpgに基づくタイミング(後述するプリチャージ期間)で、各ソースラインLsに所定のプリチャージパルス(プリチャージ電圧Vpg)を一斉に印加するプリチャージ回路部145と、ソース制御信号として供給されるサンプリング信号φsrに基づくタイミング(後述する読み出し期間)で、各ソースラインLsを介して各フォトセンサPSに蓄積されたキャリヤに対応するソースライン電圧VD(データ電圧Vrd)を並列的に読み出して保持するサンプリング回路部144と、上記サンプリング回路部144により読み出された(保持された)ソースライン電圧VDを所定の信号レベルに増幅するソースフォロワ回路部143と、上記シフトレジスタ回路部141から順次出力されるシフト信号ASout1、ASout2、・・・ASoutmに基づくタイミングで、ソースフォロワ回路部143から出力されるデータ電圧を時系列的に取り出してシリアル信号に変換し、読取データ信号Vdataとして出力するパラレル−シリアル変換回路部142と、を有して構成されている。
次いで、上述した画像読取部(フォトセンサアレイ)の駆動制御方法について、図面を参照して簡単に説明する。
図7は、本実施形態に係る画像読取部(フォトセンサアレイ)における駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。また、図8は、本実施形態に係る画像読取部を指紋読取センサに適用した場合の指紋画像の読み取り動作を示す概念図である。ここで、図8においては、図示の都合上、フォトセンサアレイ110の断面部分を表すハッチングの一部を省略する。
図7に示すように、まず、リセット期間Trstにおいては、トップゲートドライバ120によりトップゲートラインLtを介して、i行目(iは1≦i≦nの任意の自然数)のフォトセンサPSのトップゲート端子TGにリセットパルス(例えば、トップゲート電圧(=リセットパルス電圧)Vtg=+15Vのハイレベル)φTiを印加して、半導体層101に蓄積されているキャリヤ(ここでは、正孔)を放出するリセット動作(初期化動作)を実行する。
ここで、電荷蓄積期間Taにおいては、図8に示すように、図4に示したフォトセンサPSが形成された透明な基板SUB1の下方に設けられたバックライトBL(本実施形態に係る携帯電話機10においては、図2に示したサブディスプレイ12を構成するバックライトBL2)から(画像表示部200sを透過して)、フォトセンサアレイ110の上面の検知面DTCに密着して載置された指(被写体)FGに対して照射光Lxが照射され、その反射光Lyが透明電極層からなるトップゲート電極TGxを通過して半導体層101に入射する。これにより、電荷蓄積期間Ta中に半導体層101に入射した光量に応じて、半導体層101の入射有効領域(キャリヤ発生領域)で電子−正孔対が生成され、半導体層101とブロック絶縁膜104との界面近傍(チャネル領域周辺)に正孔が蓄積される。
次いで、読み出し期間Treadにおいては、上記プリチャージ期間Tprchを経過した後、ボトムゲートドライバ130によりボトムゲートラインLbを介して、ボトムゲート端子BGに読み出しパルス(例えば、ボトムゲート電圧(=読み出しパルス電圧)Vbg=+10Vのハイレベル)φBiを印加することにより、電荷蓄積期間Taにチャネル領域に蓄積されたキャリヤ(正孔)に応じたソースライン電圧VD(データ電圧Vrd;電圧信号)をソースドライバ140により読み出す読み出し動作が実行される。
図9は、本実施形態に係る携帯電話機(電子機器)に適用される画像表示部の一構成例を示す要部構成図である。ここで、本実施形態に適用されるメインディスプレイ11及びサブディスプレイ12はいずれも、周知の液晶表示装置と略同等の構成を適用することができるので、以下の説明においては、本発明特有の構成に関連するサブディスプレイ12の構成を示して簡単に説明する。
データドライバ230は、概略、図示を省略したLCDコントローラ等から出力される水平制御信号に基づいて、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)各色の表示データを1行単位で取り込んで保持し、上記ゲートドライバ220により選択状態に設定された行の表示画素Px群に対して、保持した表示データに対応する表示信号電圧を、各データラインDLを介して一括して印加する。
また、図示を省略したバックライトBL2(又は、BL3)は、図2に示したように、冷陰極線管からなる光源LGT2と導光板GDP2(又は、光源LGT3と導光板GDP3)を適用した周知の構成のバックライトのほか、例えば、有機EL素子を2次元配列した構成や、発光ダイオード(LED)等の点光源からの光を導光板により拡散して放射するようにした構成等を適用するものであってもよい。
次いで、本実施形態に係る画像読取部(指紋読取センサ)における画像読取エリア(検知エリア)と、画像表示部(サブディスプレイ)における画像表示エリアとの関係について、図面を参照して説明する。
図10は、本実施形態に係る画像読取部(指紋読取センサ)における画像読取エリア(画像読取領域)と、画像表示部(サブディスプレイ)における画像表示エリア(画像表示領域)との関係を示す概念図である。なお、図10においては、画像読取エリア(検知エリア)を明確にするために便宜的にハッチングを施した。
このような構成は、サブディスプレイ12が被写体(指)に対して、十分大きい面積を有する場合や、被写体のごく一部の領域の画像読取動作のみで、良好に個人認証処理を実行することができる場合等に、有効に適用することができる。
さらに、サブディスプレイを構成する画像表示部の視野側に、別個に製造した画像読取部(フォトセンサアレイ)を平面的に重ね合わせた構成を有しているので、既存の画像表示部や画像読取部における製造技術や設計資産をそのまま流用することができるとともに、製品の歩留まりを向上させて製造コストの削減を図ることができる。
次いで、本実施形態に係る画像表示部(サブディスプレイ)における表示画質について、図面を参照して説明する。
図11は、本実施形態に係る画像表示部(サブディスプレイ)における表面輝度の分布を示す概念図と、該表面輝度を均一化するための構成例を示す概略図である。なお、図11においては、画像表示エリアの各領域における表面輝度を、明確にするために便宜的にハッチングを施した。
これにより、図11(a)に示すように、サブディスプレイ12における表面輝度にバラツキが生じ、画像表示部200sに表示された画像情報の明るさにムラが生じ、サブディスプレイに表示される画像情報によっては、表示画質の著しい低下を招く可能性がある。
次いで、本実施形態に係る画像読取部に適用されるドライバICチップの実装構造について、図面を参照して説明する。
図12は、本実施形態に係る携帯電話機に適用される画像読取部(指紋読取センサ)に被写体(指)を載置した状態を示す概略図であり、図13は、本実施形態に係る携帯電話機に適用される画像読取部のドライバICチップの実装レイアウト構造の一例を示す概略図である。
11 メインディスプレイ
12 サブディスプレイ
100 画像読取部
110 フォトセンサアレイ
120 トップゲートドライバ
130 ボトムゲートドライバ
140 ソースドライバ
200、200m、200s 画像表示部
210 液晶画素アレイ
PS フォトセンサ
Px 液晶画素
SUB1 基板
SUB21、SUB31 主基板
LGT2、LGT3 バックライト
Claims (12)
- 少なくとも、機能動作上、必要不可欠な情報を表示する主表示部と、付加的な情報を表示する副表示部を備えた電子機器において、
前記副表示部は、前記表示する情報に応じた階調の光を視野側に放射する複数の表示画素が、二次元配列された画像表示領域を有する画像表示手段と、
前記画像表示手段の前記視野側に、少なくとも前記画像表示領域の全域を覆って積層配置され、被写体が載置される検知面と、該検知面に載置された被写体の画像を読み取る複数の読取画素が二次元配列された画像読取領域を有する画像読取手段と、
を具備し、
前記画像読取手段は、前記画像表示領域に配列された前記表示画素から放射される光を前記視野側に透過するように構成されていることを特徴とする電子機器。 - 前記画像読取手段は、前記画像表示手段の前記表示画素から放射され、該画像読取手段を透過し、前記検知面に載置された前記被写体により反射された光を前記読取画素により受光して、前記被写体画像を読み取ることを特徴とする請求項1記載の電子機器。
- 前記読取画素は、透過性を有する基板上に、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成された透過性を有する電極材料からなるソース電極及びドレイン電極と、前記チャネル領域の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された透過性を有する電極材料からなる第1のゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された遮光性を有する電極材料からなる第2のゲート電極と、前記第1のゲート電極の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成され、前記被写体が載置される前記検知面と、を有するフォトセンサであることを特徴とする請求項1又は2記載の電子機器。
- 前記読取画素は、前記第1のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ソース電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第2のゲート電極に読み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、前記チャネル領域に入射した光の量に応じて蓄積された電荷の量に対応する電圧信号を出力して前記被写体画像を読み取ることを特徴とする請求項3記載の電子機器。
- 前記画像表示手段は、少なくとも、面光源を構成し、特定の一面方向に光を放射する発光手段と、前記発光手段の前記一面側に配置され、液晶画素を二次元配列した透過型の液晶表示パネルと、を備えていることを特徴とする請求項1乃至4記載の電子機器。
- 前記画像表示手段は、少なくとも、発光素子を含む前記表示画素を二次元配列した自己発光型の表示パネルを備えていることを特徴とする請求項1乃至4記載の電子機器。
- 前記画像読取手段における前記画像読取領域は、少なくとも前記画像表示手段における前記画像表示領域の一部に対応する領域を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の電子機器。
- 前記画像読取手段は、前記画像表示領域の一部の領域に対応する前記画像読取領域と、前記画像読取領域を除く領域であって、前記画像読取領域と同一の構成を有するダミー画素が前記読取画素と同一の間隔で配列されている領域と、を有することを特徴とする請求項7記載の電子機器。
- 前記画像読取手段は、少なくとも、前記画像読取領域を構成する前記読取画素を駆動するためのドライバ回路を備え、
前記ドライバ回路は、集積回路チップの形態を有し、前記読取画素が形成された前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の電子機器。 - 前記画像読取手段を構成する前記ドライバ回路は、前記画像読取領域の周辺領域であって、かつ、前記被写体が前記画像読取領域上の前記検知面に載置された状態における、前記被写体の延在方向を除く領域に配置されていることを特徴とする請求項9記載の電子機器。
- 前記画像読取手段は、少なくとも、前記画像読取領域を構成する前記読取画素を駆動するためのドライバ回路を備え、
前記ドライバ回路は、薄膜積層構造を有する機能素子により構成され、前記読取画素とともに前記基板上に一体的に形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の電子機器。 - 前記電子機器は、前記主表示部の背面側に前記副表示部が配置され、前記主表示部の視野方向が前記副表示部の視野方向と相反する方向に設定されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の電子機器。
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