JP2007003553A - Matrix display device with area photosensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エリアフォトセンサとマトリックス表示素子を有するエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置に関するものである。 The present invention relates to a matrix display device with an area photosensor having an area photosensor and a matrix display element.
携帯電話やPDAに指紋認証機能等を搭載する際に、エリアフォトセンサとマトリックス表示素子を設けたエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置が用いられる。
図2は、従来のエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置の、例えば画素数を5×3としたブロック図である(例えば、特許文献1参照)。
エリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置のマトリックス表示素子は、表示センサ領域210の縦方向に伸びるソース配線212に画像信号であるソース信号を供給するソース・ドライバ回路202と横方向に伸びるゲート配線213を制御するゲート・ドライバ回路203により画像イメージを表示する。
When a fingerprint authentication function or the like is mounted on a mobile phone or PDA, a matrix display device with an area photosensor provided with an area photosensor and a matrix display element is used.
FIG. 2 is a block diagram of a conventional matrix display device with an area photosensor in which, for example, the number of pixels is 5 × 3 (see, for example, Patent Document 1).
The matrix display element of the matrix display device with an area photosensor controls a
一方、エリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置のエリアフォトセンサの画像イメージは、センサ選択配線214を制御するセンサ選択制御回路204とセンサ信号配線215に接続しているセンサ信号制御回路205により画像イメージを読込む。
On the other hand, the image image of the area photosensor of the matrix display device with an area photosensor is read by the sensor
上記4つの回路は、マトリクス表示装置の表示センサパネル10にマトリクス状配置された表示画素とフォトセンサを含むマトリックス・ユニット209に、配線を介して画像イメージを表示し画像イメージを読込む。この時、マトリックス・ユニット209に含まれる表示画素やフォトセンサへの配線は、表示画素とフォトセンサの間隙を通りそれぞれ個別に行われている。それ故、各制御回路はマトリックス・ユニット209の配列数に応じた入出力端子数を必要としている。なお。前記マトリックス・ユニット209の構成によっては、図2に記載されたマトリックス・ユニット209当たりの配線数が更に多数必要となることは明白である。
しかし、エリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置は、表示領域内にマトリクス表示用ソース配線212とエリアフォトセンサ用センサ信号配線215が個別に存在するため、マトリクス表示装置の画素面積が縮小し、マトリクス表示装置としての表示品質の低下を招いている。また、ソース・ドライバ回路202とセンサ信号制御回路205が分離された制御回路であるため、前記制御回路の入出力端子数と回路面積が大きくなり、高価な制御回路となっていた。更に、ゲート・ドライバ203とセンサ選択制御回路204が分離された制御回路であるため、前記制御回路の出力ノード数と回路面積が大きくなり、高価な制御回路となっていた。即ち、従来の技術では、高画質で安価なエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置を実現することは困難であった。
However, in the matrix display device with an area photosensor, since the matrix
本発明は、この様な課題を解決するために創案したもので、具体的には、ソース・ドライバ回路202とセンサ信号制御回路205を一体化して制御回路の入出力端子数を削減し、信号配線を共有することにより表示センサ領域210の配線本数を削減する。更に、ゲート・ドライバ回路203とセンサ選択制御回路204を一体化し、主要な回路素子を共有して制御回路の半導体チップ面積を縮小する。
The present invention was devised to solve such problems. Specifically, the
以上、本発明の制御回路を利用するマトリクス表示機能とエリアフォトセンサ機能を一体化したエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置において、配線領域の面積が少なく表示領域の面積が大きい広開口率な高画質マトリクス表示を実現し、前記表示装置を制御する制御回路の入出力端子数をほぼ半減し、更に制御回路の一部を共有することにより制御回路のチップ面積を縮小して、制御回路の製造コストの低減が図れる。このように、本発明の制御回路を利用すれば、高画質かつ低コストのエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置を提供することができる。 As described above, in the matrix display device with an area photosensor in which the matrix display function using the control circuit of the present invention and the area photosensor function are integrated, a high image quality matrix with a wide aperture ratio with a small wiring area and a large display area The number of input / output terminals of the control circuit for realizing the display and controlling the display device is almost halved, and further, by sharing a part of the control circuit, the chip area of the control circuit is reduced, thereby reducing the manufacturing cost of the control circuit. Reduction can be achieved. Thus, by using the control circuit of the present invention, a matrix display device with an area photosensor with high image quality and low cost can be provided.
以下、本発明の実施例について、図面に基づき説明する。図1は本発明の表示およびフォトセンサ制御回路1を含むエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置のブロック図である。本発明の表示およびフォトセンサ制御回路1は、制御回路8にその全体動作を制御されて、表示センサパネル10のマトリック状に配置された表示画素の表示を司り、同じく表示センサパネル10のマトリック状に配置されたフォトセンサの画像イメージを処理する。本発明の表示およびフォトセンサ制御回路1は、ソース・ドライバおよびセンサ信号制御回路2とゲート・ドライバおよびセンサ選択制御回路3の2ブロックから構成されている。本発明のマトリックス表示とエリアスキャナ制御回路は、表示センサパネル10にマトリックス状に多数配置されたユニット9を制御して、エリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置の画像イメージを表示し画像イメージを読込む。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a matrix display device with an area photosensor including a display and
図3は、ソース・ドライバおよびセンサ信号制御回路2の実施例ブロック図である。ソース・ドライバは、クロック、水平同期信号、垂直同期信号、書き込み制御信号、読み込み制御信号等の入出力制御信号102とコマンドと表示データ画像信号103を入力とした表示センサ制御回路101と、表示シフトレジスタ回路104と表示レベルシフタ回路105と表示マルチプレクサ回路106および表示出力バッファ108から構成されている。表示マルチプレクサ回路106には表示バイアス電圧107が接続されている。一方、センサ信号制御回路は、センサ入力スイッチ109とセンサ初期化回路110とセンサAD変換回路111とデータラッチ機能付きセンサシフトレジスタ回路112およびセンサデータ処理回路113からなる。センサデータ処理回路113は、表示センサ制御回路101に同期制御される。前記表示出力バッファ108からの出力されるソース信号と前記センサ入力スイッチ109へ入力されるフォトセンサ信号はデータ入出力端子Sを共有して後述のデータ線4に接続される。なお、図中のデータ入出力端子Snとは、n番目を意味し、データ入出力端子Sn+1とは、n+1番目のデータ入出力端子Sを意味する。
FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the source driver and sensor
図4は、ゲート・ドライバおよびセンサ選択制御回路3のブロック図である。ゲート・ドライバは、選択制御信号302の接続された選択制御回路301と選択シフトレジスタ回路303と選択レベルシフタ回路304と選択バイアス電圧306が接続されたマルチプレクサ305および画素選択バッファ307から構成されている。一方、センサ選択制御回路は、ゲート・ドライバと同様に、選択制御信号302の接続された選択制御回路301と選択シフトレジスタ回路303と選択レベルシフタ回路304と選択バイアス電圧306が接続されたマルチプレクサ305およびセンサ選択バッファ308から構成されている。ゲート・ドライバとセンサ選択制御回路は、バッファのみ固有回路素子として、他の回路素子を共有している。画像ゲート制御信号310dにより画素選択バッファ307が選択されると、表示画素を選択する画像ゲート信号は、ゲート線6に供給される。また、フォトゲート制御信号310sによりセンサ選択バッファ308が選択されると、フォトセンサを選択するフォトゲート信号はセンサ選択線309へ供給される。
FIG. 4 is a block diagram of the gate driver and sensor
図5は、本実施例で利用できるカラー対応のユニット9を示したものである。赤色画素401、緑色画素402、青色画素403をデルタ配置している例で、赤色画素401、緑色画素402、青色画素403に隣接してフォトダイオードなどの光センサ機能を有するフォトセンサ回路404が配置されている。赤色画素401、緑色画素402、青色画素403およびフォトセンサ回路404は、それを選択駆動する画素スイッチ例えば薄膜トランジスタTFTを用いたTFT407と、フォトセンサ回路404と、そのセンス信号を選択読取るセンサスイッチ例えばTFT408から構成されている。
FIG. 5 shows a color-
前記ユニット9は、データ信号(画像データであるソース信号とフォトセンサ信号)が往来するデータ線405と、ゲート端子Gpと接続されたゲート配線406と、フォトゲート端子Gsが往くセンサゲート配線409を通して、本発明のマトリックス表示とエリアスキャナ制御回路と信号やり取りを行う。
The
図6は、本発明のエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置のタイムチャート図である。横軸は時間を表し、縦軸は各信号の電圧を表している。 FIG. 6 is a time chart of the matrix display device with an area photosensor according to the present invention. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the voltage of each signal.
次に、図面を用いて本発明の作動について説明する。 Next, the operation of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3を用いてソース・ドライバおよびセンサ信号制御回路2の動作について説明する。表示センサ制御回路101に水平同期信号、垂直同期信号、クロック信号およびチップセレクト信号等の入出力制御信号102と表示画像データ信号103が入力されると、二重化されている一方の表示シフトレジスタ104aに画像データが順次送られる。一水平走査期間の画像データがすべて揃った際に、表示シフトレジスタ104aの出力が表示レベルシフタ回路105により高電圧化されて表示マルチプレクサ回路106を制御し、表示マルチプレクサ回路106が、複数の表示バイアス電圧107の中から指定された電圧を1つ表示出力バッファ108へ伝える。ここで、表示選択制御信号114a、114b、116a、116b、116cにより選択されている表示出力バッファ108を介して表示センサパネル10のデータ配線4へソース信号を出力する。データ入出力端子Snのnは、正の任意の整数でn本目のソース端子を意味する。シフトレジスタ104aとシフトレジスタ104bは、表示センサ制御回路101より画像データ取込みとその画像データを表示レベルシフタ回路105へ出力する役割を一水平走査期間ごとに交互に行う。本実施では、シフトレジスタ104aとシフトレジスタ104bと複数のシフトレジスタを利用しているが、このシフトレジスタの数は、本発明の要件ではない。
The operation of the source driver and sensor
次に、図3、図6を用いて画像読み込む動作について説明する。表示センサパネル10のデータ線4へ出力されるフォトセンサ信号は、図3のセンサ選択制御信号115a,115b,117a,117b,117cにより選択されたセンサ入力スイッチ109を介してセンサ初期化回路110に接続される。センサ初期化回路110は、図6の初期化時間tcの時、センサ初期化電位Viで、データ入出力端子Snのフォトセンサ信号の基準電位を設定する。これにより、センサA/D変換回路111の入力容量、データ線4の寄生容量内の電荷が初期化される。図6の読取時間tsの時、図3の初期化回路110は、ハイ・インピーダンスとなる。表示センサパネル10のフォトセンサ回路404のフォトセンサ信号Pnは、光電効果により電流となり、フォトゲート端子Gsnに接続されたセンサゲート配線409で選択されたTFT等のスイッチ素子408、データ線4を介して図3のセンサA/D変換回路111の入力電位Vsを上昇させる。その電位Vsを閾値電圧Vpになるまでの時間のクロックCLKをマスクしたクロックCLKpのパルスを計数することで光量をデジタル情報に変換し、アナログであるフォトセンサ信号Pnをラッチ機能付きシフトレジスタ112aにデジタル信号として変換記憶する。なお、クロックCLKpによらず読取時間ts内一定期間後の電位Vsの値を、センサA/D変換回路111の入力電位としてデジタル信号に変換記憶することもできる。次の水平走査期間に画像処理回路113へ送り演算処理によりフォトセンサ信号Pnを加工した後、画像処理回路へデータを送る。センサシフトレジスタ112aとセンサシフトレジスタ112bは、光量をデジタル情報に変換したデータの取り込みと制御回路208への出力を役割を交互に行う。このシフトレジスタの数も、本発明の要件ではない。
Next, the image reading operation will be described with reference to FIGS. The photosensor signal output to the data line 4 of the
ところで、図3の制御信号115a、115bは、奇数番あるいは偶数番の出力バッファ108やセンサ入力スイッチ109を選択できる。制御信号117a,117b,117cは、3n、3n+1、3n+2番の出力バッファ108やセンサ入力スイッチ109を選択できる。(n:任意の整数)制御信号115a、115b、117a,117b,117cの出力バッファ108やセンサ入力スイッチ109との接続関係は、図5の赤色画素401、緑色画素402、青色画素403およびフォトセンサ回路404の配列に従って設定される。
Incidentally, the control signals 115a and 115b in FIG. 3 can select the odd-numbered or even-numbered
図4、図5を用いて画像表示するためのゲート・ドライバ動作について説明する。制御回路301に水平同期信号、垂直同期信号およびチップセレクト信号などの入出力制御信号302が入力されると、垂直同期信号でシフトレジスタ303は、初期化された後、水平同期信号をクロックとして1つのHレベルデータを順番シフトしながら出力する。シフトレジスタ303の出力は、レベルシフタ回路304で高電圧化された後、マルチプレクサ305の制御入力に接続している。マルチプレクサ305は、バイアス配線選択の中から制御入力309とシフトレジスタ303の信号レベルに従って電圧を選択し、ゲート制御信号310dに従い出力バッファ307、ゲート端子Gpnを介して表示センサパネル10のゲート配線6へを出力し、画素TFT407を介して表示すべき表示画素401を選択する。ゲート端子Gpnは、正の任意の整数でn本目の画像ゲート端子を意味する。
The gate driver operation for displaying an image will be described with reference to FIGS. When an input / output control signal 302 such as a horizontal synchronizing signal, a vertical synchronizing signal, and a chip select signal is input to the
図3、図5を用いて、画像読み込みするためのフォトゲート・ドライバ動作について説明する。制御信号302の接続された制御回路301によりシフトレジスタ303は、初期化された後、パルス・データを順番シフトしながら出力する。パルス・データは、単発でも複数でも良い。シフトレジスタ303の出力は、レベルシフタ回路304で高電圧化された後、マルチプレクサ305の制御入力に接続している。マルチプレクサ305は、選択バイアス電圧306の中から制御入力309とレベルシフタ回路304で高電圧化されたシフトレジスタ303の信号レベルに従って必要な電圧を選択し、フォトゲート制御信号310sに従い出力バッファ308、フォトゲート端子Gsnを介して表示センサパネル10のセンサゲート配線409へ出力し、センサTFT408を介して検出すべきフォトセンサ回路404を選択する。フォトゲート端子Gsnは、正の任意の整数でn本目のフォトゲート端子を意味する。
A photogate driver operation for reading an image will be described with reference to FIGS. After being initialized by the
画像表示するためのゲート・ドライバ動作と画像読み込みするためのフォトゲート・ドライバ動作の違いは、ゲート端子Gpnの出力バッファ307とフォトゲート端子Gsnの出力バッファ308と選択バイアス電圧306から選択される電位の違い以外、同様の動作である。
The difference between the gate driver operation for displaying an image and the photogate driver operation for reading an image is that the potential selected from the
出力バッファ108と出力バッファ307およびセンサ入力スイッチ109と出力バッファ308はそれぞれ同期して動作する。
The
図6は、本発明のエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置のタイムチャート図である。クロックCLKは、本発明表示およびフォトセンサ制御回路1のシステム・クロックの一つである。図4の活性化したマルチプレクサ305の出力配線Gnから出力されるユニット選択信号は、画像データ時間tgnのパルス幅を有する。この画像データ時間tgnがゲート制御信号310dでマスクされたのが、画像表示するためのゲート端子Gpに印可されるゲート信号である。また、この画像データ時間tgnがフォトゲート制御信号310sでマスクされたのが、画像取り込みするためのフォトゲート端子Gsのフォトゲート信号である。ゲート端子Gpとフォトゲート端子Gsの出力信号の和がユニット選択配線Gnの信号のパルス幅となる画像データ時間tgnである。画像信号となるソース信号は、ゲート端子Gpの信号が選択状態の時間tdnの時に、データ線4上に出力される。また、フォトセンサ信号は、フォトゲート端子Gsの信号が選択状態のセンシング時間tsnの時に、データ線4上に出力される。電位Viは、フォトセンサ信号の初期基準電位でデータ線4上の電荷をゼロとしたときのデータ線4の電位である。電位Vpは、光量測定のために適当に定められたのデータ線4上の閾値電位である。クロックCLKpのパルス波形は、初期化時間tc終了後、クロックCLKをフォトセンサ信号が初期基準電位Viから閾値電位Vpに変化するに要した検出時間tmでマスクした波形である。前記検出時間tmに計数されるパルス数が、フォトセンサに入射した光量を決定する。明るい被写体のとき、ライトの役割をする画像表示の輝度を暗くし、暗い被写体のとき、ライトの役割をする画像表示の輝度を明るくすることで、ノイズの少ない広い階調特性のエリアフォトスキャンができる。画像ゲート端子Gpnの信号の出力時間tdnとフォトゲート端子Gsnのセンシング時間tsnの比率を変えることにより、画像表示を重視したり、エリアフォトスキャンを重視したりすることができる。例えば、画像ゲート端子Gpnの信号の出力時間tdnを0%にし、フォトゲート端子Gsnの信号のセンシング時間tsnを100%にすることで、画像イメージの読込み信号を広ダイナミックレンジ化することが可能とある。
FIG. 6 is a time chart of the matrix display device with an area photosensor according to the present invention. The clock CLK is one of the system clocks of the display and
データ線4の配線容量が製造プロセスに起因して大きくバラツキ、読取った画像イメージの品質悪化させることは良く知られている。これを防止するには、データ線4の配線容量を予め測定記録し、前記配線容量の測定記録を用いてイメージセンサから読取った画像イメージを補正することにより、画像イメージを高画質化できる。この補正方法を、図3,図4,図6を用いて、データ線の配線容量を予め測定記録し、画像データを補正し、高画質化する方法について説明する。 It is well known that the wiring capacity of the data line 4 varies greatly due to the manufacturing process and the quality of the read image is deteriorated. In order to prevent this, the image capacity of the data line 4 can be improved by preliminarily measuring and recording the wiring capacitance of the data line 4 and correcting the image image read from the image sensor using the measurement recording of the wiring capacitance. This correction method will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 6 in which the wiring capacity of the data line is previously measured and recorded, the image data is corrected, and the image quality is improved.
センサ入力スイッチ109を選択、出力バッファ108をハイ・インピーダンス化し、出力バッファ307と出力バッファ308を全マトリックス・ユニット9を非選択する定電位に固定後、初期化回路110で前記初期化時間tcの間、データ線4を初期基準電位Viに固定する。次に、読取時間trの間、初期化回路110より定電流をデータ線4へ供給する。A/D変換器111へ入力されるデータ線4の電位が前記閾値電位Vpに達するまでの前期検知時間tmを測定し、全データ線4の容量成分を測定する。この容量データをシフトレジスタ112a、112bを介してセンサデータ処理回路113へ送る。センサデータ処理回路113は、このデータ線4の容量データを元にエリアフォトセンサの画像データを補正し、高画質化を計る。
The
1 表示およびフォトセンサ制御回路
2 ソース・ドライバおよびセンサ信号制御回路
3 ゲート・ドライバおよびセンサ選択制御回路
8、208 制御回路
9、209 マトリックス・ユニット
10、210 表示センサパネル
101 表示センサ制御回路
102 入出力制御信号
103 表示画像データ信号
104 表示シフトレジスタ回路
105 表示レベルシフタ回路
106 表示マルチプレクサ回路
107 表示バイアス電圧
108 出力バッファ
109 センサ入力スイッチ
110 センサ初期化回路
111 センサA/D変換回路
112 センサシフトレジスタ回路
113 センサデータ処理回路
114 表示選択制御信号
115 センサ選択制御信号
116 表示選択制御信号
117 センサ選択制御信号
202 ソース・ドライバ回路
203 ゲート・ドライバ回路
204 センサ選択制御回路
205 センサ信号制御回路
301 選択制御回路
303 選択シフトレジスタ回路
304 選択レベルシフタ回路
305 マルチプレクサ
307 画素選択バッファ
308 センサ選択バッファ
401 表示画素
404 センサ
406 画素ゲート線
407 画素TFT
408 センサTFT
DESCRIPTION OF
408 Sensor TFT
Claims (5)
前記表示画素を制御する画像制御回路と、
前記フォトセンサを制御するセンサ制御回路と、
を備えたエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置において、
前記画像制御回路はソース・ドライバ回路とゲート・ドライバ回路を備え、
前記センサ制御回路はセンサ信号制御回路とセンサ選択制御回路を備え、
前記ソース・ドライバ回路と前記センサ信号制御回路とを一体化し、前記ゲート・ドライバ回路と前記センサ選択制御回路とを一体化して設けたことを特徴とするエリアフォトセンサ付きマトリクス表示装置。 A display panel in which a matrix unit composed of a pair of display pixels and a photosensor is arranged in a matrix;
An image control circuit for controlling the display pixels;
A sensor control circuit for controlling the photosensor;
In a matrix display device with an area photosensor comprising:
The image control circuit includes a source driver circuit and a gate driver circuit,
The sensor control circuit includes a sensor signal control circuit and a sensor selection control circuit,
A matrix display device with an area photosensor, wherein the source driver circuit and the sensor signal control circuit are integrated, and the gate driver circuit and the sensor selection control circuit are integrated.
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