JP2007271782A - 画像取込機能付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素に光センサを内蔵した画像取込機能付き表示装置において、画像表示の際に各画素におけるそれぞれの副画素領域を通過する光の量を調整し表示性能としてのホワイトバランスを維持することを課題とする。
【解決手段】光センサ素子３０ａを３色の映像信号を表示するための３つの副画素領域３Ｒ、３Ｇ、３Ｂを横断して配置することで、３つの副画素それぞれの開口率が調整され、画像表示の際に各画素３においてそれぞれの副画素領域を通過する光の量をより近いものにすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像取込機能付き表示装置に関し、特に画素毎に光センサを備え、光を媒介にして画面からの情報の入力が可能な画像取込機能を備えた表示装置に関する。

近年、画素毎に光センサを備え、各光センサにより画面から入力された光を検出することで、画像を取り込む機能を備えた表示装置（以下、画像取込機能付き表示装置と称する）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、従来の画像取込機能付き表示装置の表示領域において光センサが内蔵された一画素のレイアウト図である。同図に示すように、画素は、赤色の映像信号を表示するための副画素１０３Ｒと、緑色の映像信号を表示するための副画素１０３Ｇと、青色の映像信号を表示するための副画素１０３Ｂと、副画素１０３Ｇに対応して配置された光センサ１０３ａとを備える。また、それぞれの副画素には表示する映像信号の色に対応した色相を有する図示しないカラーフィルタが配置される。

このような構成により、各副画素領域において通過する光を利用して、赤、緑、青色の映像信号が表示され、画素が複数配列された表示領域においてカラー表示が実現される。一方で、画像を取り込む際には、画面上の表示領域に例えば人の指が近づいた際に、各画素に内蔵された光センサにより、指で反射した画面からの光が受光され、受光量に応じた電流を流す。この検知された電流値を基にして、画面上の表示領域において指が位置する領域を認識可能な撮像画像を得ることができる。
特開２００４−９３８９４号公報

しかしながら、図７に示すような従来の画像取込機能付き表示装置では、画像を取り込むために各画素に配置された光センサ１０３ａにおいて最も多くの面積を占める光センサ素子１３０が、単一の副画素１０３Ｇに対応して配置されている。

このため、光センサ素子１３０が存在する副画素１０３Ｇと、存在しない副画素１０３Ｒ及び１０３Ｂとでは画像表示の際に通過する光の量に差が生じてしまう。その結果、表示性能としてのホワイトバランスが崩れてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、画素に光センサを内蔵した画像取込機能付き表示装置において、画像表示の際に各画素におけるそれぞれの副画素領域を通過する光の量を調整し表示性能としてのホワイトバランスを維持することを課題とする。

第１の本発明に係る画像取込機能付き表示装置は、赤色、緑色、青色それぞれの映像信号を表示するための３つの副画素で構成される画素が複数配列された表示領域と、画素毎に設けられた光センサと、を備え、光センサが３つの副画素領域を横断して配置されることを特徴とする。

本発明にあっては、光センサを３色の映像信号を表示するための３つの副画素領域を横断して配置することで、３つの副画素それぞれの開口率が調整され、画像表示の際に各画素においてそれぞれの副画素領域を通過する光の量をより近いものにすることができる。

第２の本発明に係る画像取込機能付き表示装置は、赤色、緑色、青色それぞれの映像信号を表示するための３つの副画素で構成される画素が複数配列された表示領域と、画素毎に設けられた光センサと、を備え、光センサが３つの副画素領域の少なくともいずれか１つに対応して配置されると共に光センサが配置されない副画素領域に対応してダミーパターンが配置されることを特徴とする。

本発明にあっては、光センサを、３色の映像信号を表示するための３つの副画素領域の少なくともいずれか１つに対応して配置すると共に光センサが配置されない副画素領域に対応してダミーパターンを配置することで、３つの副画素それぞれの開口率が調整され、画像表示の際に各画素においてそれぞれの副画素領域を通過する光の量をより近いものにすることができる。

第３の本発明に係る画像取込機能付き表示装置は、赤色、緑色、青色それぞれの映像信号を表示するための３つの副画素で構成される画素が複数配列された表示領域と、画素毎に設けられた光センサと、を備え、光センサが３つの副画素領域のいずれか１つに対応して配置されると共にその副画素領域の面積が、光センサが配置されない副画素領域の面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明にあっては、３色の映像信号を表示するための３つの副画素のうち光センサを配置した副画素の面積を、残りの２つの副画素の面積よりも大きくすることで、画像表示の際に各画素においてそれぞれの副画素領域を通過する光の量をより近いものにすることができる。

本発明の画像取込機能付き表示装置によれば、画像表示の際に各画素におけるそれぞれの副画素領域を通過する光の量を調整し表示性能としてのホワイトバランスを維持することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１のブロック図に示すように、第１の実施の形態に係る画像取込機能付き表示装置は、ガラス製のアレイ基板１上の中央に配置された表示領域２と、その周辺に配置された周辺回路群を備えている。

表示領域２は、光センサを内蔵した画素３が複数配列されている。更に画素３は、交差して配線された複数の走査線Ｙ及び信号線Ｘの各交差部に配置されている。ここでは一例としてＸＧＡ型の表示パネルとして７６８本の走査線Ｙ（１）〜Ｙ（７６８）及び３０７２本の信号線Ｘ（１）〜Ｘ（３０７２）が交差して配線されている。

表示領域２の下端には信号線駆動回路４及びプリチャージ回路５及びアナログスイッチ６が配置される。信号線駆動回路４は、信号線Ｘを通じて画素３に映像信号を供給する。プリチャージ回路５は、信号線Ｘを通じてプリチャージ電圧を画素３に内蔵された光センサに供給する。アナログスイッチ６は、信号線Ｘと信号線駆動回路４の出力線及びプリチャージ回路５の出力線のどちらか一方に接続を切り換える。

表示領域２の右端には走査線駆動回路７と、リセット制御信号線駆動回路８とが配置される。走査線駆動回路７は、走査線Ｙを通じて各画素に制御信号を供給する。リセット制御信号線駆動回路８は、内部にシフトレジスタ及びバッファ回路を備え、シフトレジスタを順に伝搬するシフトパルスに基づいてバッファ回路からリセット制御信号線を通じて光センサにリセット制御信号を供給する。

表示領域２の左端には内部にシフトレジスタ及びバッファ回路を備えた出力制御信号線駆動回路９が配置される。出力制御信号線駆動回路９は、シフトレジスタを順に伝搬するシフトパルスに基づいてバッファ回路から出力制御信号線を通じて光センサに出力制御信号を供給する。

表示領域２の上端にはコンパレータを備えたアナログ・デジタル変換回路１０と、内部にシフトレジスタ及びバッファ回路を備えたデータ出力回路１１とが配置されている。コンパレータが光センサの出力電位と基準電位とを比較した結果を出力し、シフトレジスタが結果を格納する。バッファ回路により、シフトレジスタが格納したデータが出力される。

次に、表示領域２に配列された画素３の詳細について図２を用いて説明する。同図に示すように画素３は、赤色の映像信号を表示するための副画素３Ｒと、緑色の映像信号を表示するための副画素３Ｇと、青色の映像信号を表示するための副画素３Ｂと、画像を取り込むための光センサ３ａとを備える。

副画素３Ｒは、走査線Ｙ（ｍ）及び信号線Ｘ（ｎ）の交差部に配置された画素ＴＦＴと、補助容量ＣＳと、液晶容量ＬＣとを備える。ｍは走査線の順番を示す１〜７６８の整数を、ｎは信号線の順番を示す１〜３０７２の整数をそれぞれ表している。

画素ＴＦＴには、例えばｎチャネル型のＭＯＳ−ＦＥＴを使用し、ドレイン端子が補助容量ＣＳと液晶容量ＬＣに接続され、ソース端子が信号線Ｘ（ｎ）に接続され、ゲート端子が走査線Ｙ（ｍ）に接続される。また、アレイ基板１に対向して配置された図示しない対向基板上には副画素領域３Ｒに対応して赤色の色相を有するカラーフィルタが配置されている。

副画素３Ｇは、走査線Ｙ（ｍ）及び信号線Ｘ（ｎ＋１）の交差部に配置された画素ＴＦＴと、補助容量ＣＳと、液晶容量ＬＣとを備える。画素ＴＦＴとして使用されるｎチャネル型のＭＯＳ−ＦＥＴのドレイン端子が補助容量ＣＳと液晶容量ＬＣに接続され、ソース端子が信号線Ｘ（ｎ＋１）に接続され、ゲート端子が走査線Ｙ（ｍ）に接続される。図示しない対向基板上には副画素領域３Ｇに対応して緑色の色相を有するカラーフィルタが配置されている。

副画素３Ｂは、走査線Ｙ（ｍ）及び信号線Ｘ（ｎ＋２）の交差部に配置された画素ＴＦＴと、補助容量ＣＳと、液晶容量ＬＣとを備える。画素ＴＦＴとして使用されるｎチャネル型のＭＯＳ−ＦＥＴのドレイン端子が補助容量ＣＳと液晶容量ＬＣに接続され、ソース端子が信号線Ｘ（ｎ＋２）に接続され、ゲート端子が走査線Ｙ（ｍ）に接続される。図示しない対向基板上には副画素領域３Ｂに対応して青色の色相を有するカラーフィルタが配置されている。

ここでＣＳ（ｍ）は各画素ＴＦＴに接続された補助容量ＣＳ及び液晶容量ＬＣの一方の電極に所定の周期で所定の共通電圧を供給する共通電圧供給線である。

このような構成により、副画素３Ｒにおいては信号線Ｘ（ｎ）を通じて供給された赤色の映像信号に相当する電圧が補助容量ＣＳ及び液晶容量ＬＣで保持されると共に、赤色のカラーフィルタを通過する光により赤色の表示が行われる。同様にして副画素３Ｇ、副画素３Ｂにおいても緑色、青色の表示がそれぞれ行われる。このように一画素においてそれぞれの副画素領域を通過する光を利用して赤、緑、青色の映像信号が表示され、表示領域においてカラー表示が実現される。

光センサ３ａは、プリチャージ制御用スイッチング素子としてのＴＦＴ１と、センサ容量Ｃと、光センサ素子３０ａと、ソースフォロワ回路としてのＴＦＴ２と、出力制御用スイッチング素子としてのＴＦＴ３とを備えた構成である。ここでもＴＦＴ１〜ＴＦＴ３にはｎチャネル型のＭＯＳ−ＦＥＴを使用する。

ここでＣＲＴ（ｍ）は、プリチャージ制御用スイッチング素子であるＴＦＴ１のオン・オフを制御するためのリセット制御信号線である。ＴＦＴ１がオンした場合には、センサ容量Ｃにプリチャージが行われる。光センサ素子３０ａは、光に感応して受光した光量に応じた電流を流す。ＴＦＴ２は、増幅素子として機能する。また、ＯＰＴ（ｍ）は、センサ容量Ｃの電位を出力する際の出力制御用スイッチング素子であるＴＦＴ３をオンするための出力制御信号線である。ＴＦＴ３がオンした場合には、センサ容量Ｃからプリチャージされた電荷が放出される。

このような構成により、例えば、画面上の表示領域に例えば人の指が近づいた際に、各画素に内蔵された光センサ３ａ内部の光センサ素子３０ａにより、指で反射した画面からの光が受光され、受光量に応じた電流が流れる。この検知された電流値を基にして、表示領域において指が位置する領域を認識可能な撮像画像を得ることができ、画像を取り込むことが可能になる。

次に、光センサ３ａの詳細な構成について図３の一画素のレイアウト図を用いて説明する。同図に示すように、画素３において光センサ３ａを３つの副画素領域を横断して配置する。ここでは光センサ３ａにおいて最も多くの面積を占める光センサ素子３０ａが、３つの副画素領域３Ｒ、３Ｇ、３Ｂを横断するように分割して配置されている。

光センサ素子３０ａには、ｐ領域及びｉ領域及びｎ領域を備えたゲート制御型のＰＩＮダイオードを使用する。ここでは例えばｐ領域としてのｐ＋領域と、ｉ領域としてのｐ−領域と、ｎ領域としてのｎ＋領域とを順に配置した構成にして受光感度を高くしている。

次に、上記構成の画素３が配列された表示領域において画像を表示した場合について図４のＸＹＺ表色系色度図を用いて説明する。同図の比較例は図７に示した従来のセンサ内蔵画素により白色を表示した場合の白色度を、実施例は画素３により白色を表示した際の白色度をそれぞれ示している。

同図に示すように、比較例の場合には単一の副画素１０３Ｇに光センサ素子１３０が配置されているため、副画素１０３Ｇの開口率が他の副画素１０３Ｒ、１０３Ｂに比べて低下する。この結果、ホワイトバランスが崩れてしまい、紫がかった白色が表示される。
一方で実施例の場合には、３つの副画素それぞれの開口率が近い値に調整されるので、画像表示の際にそれぞれの副画素領域を通過する光の量がより近いものになる。この結果、ホワイトバランスが維持され、より良好な白が表示される。

したがって、本実施の形態によれば、光センサ素子３０ａを３色の映像信号を表示するための３つの副画素領域３Ｒ、３Ｇ、３Ｂを横断して配置することで、３つの副画素それぞれの開口率が調整され、画像表示の際に各画素３においてそれぞれの副画素領域を通過する光の量をより近いものにすることができる。よって、画像表示の際の表示性能としてのホワイトバランスを維持することができる。

［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る画像取込機能付き表示装置の概略的な構成及び表示領域に配列された画素の回路構成については、第１の実施の形態で説明したものと基本的な構成は同様である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

第１の実施の形態と異なる点は、図５の一画素のレイアウト図に示すように、光センサ３ｂを、緑色の映像信号を表示するための副画素領域３Ｇに対応して配置すると共に光センサ３ｂが配置されない副画素領域３Ｒ、３Ｂそれぞれに対応してダミーパターン１２を配置する点である。ここでは光センサ３ｂにおいて最も多くの面積を占める光センサ素子３０ｂを副画素領域３Ｇに対応して配置すると共に副画素領域３Ｒ、３Ｂに対応してダミーパターン１２を配置している。ダミーパターン１２は、画像表示の際にバックライトの光などの外光を遮る遮光帯として機能する。

このような構成にしたことで、３つの副画素それぞれの開口率が調整され、それぞれの副画素領域を通過する光の量をより近くすることができる。

したがって、本実施の形態によれば、光センサ３ｂを、緑色の映像信号を表示するための副画素領域３Ｇに対応して配置すると共に光センサ３ｂが配置されない赤色の映像信号を表示するための副画素領域３Ｒ、青色の映像信号を表示するための３Ｂそれぞれに対応してダミーパターン１２を配置することで、３つの副画素それぞれの開口率が調整され、画像表示の際に各画素においてそれぞれの副画素領域を通過する光の量をより近いものにすることができる。よって、画像表示の際の表示性能としてのホワイトバランスを維持することができる。

尚、本実施の形態においては、光センサ３ｂを、副画素領域３Ｇに対応して配置すると共に副画素領域３Ｒ、３Ｂそれぞれに対応してダミーパターン１２を配置するような構成にしたが、これに限られるものではない。光センサ３ｂを３つの副画素領域３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの少なくともいずれか１つに対応して配置すると共に光センサ３ｂが配置されない副画素領域に対応してダミーパターンを配置する構成であれば、本実施の形態と同様な効果を奏することができる。

［第３の実施の形態］
以下、第の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る画像取込機能付き表示装置の概略的な構成及び表示領域に配列された画素の回路構成については、第１の実施の形態で説明したものと基本的な構成は同様である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

第１の実施の形態と異なる点は、図６の一画素のレイアウト図に示すように、光センサ３ｃを副画素領域３Ｇに対応して配置すると共に、その副画素領域３Ｇの面積を光センサが配置されない副画素領域３Ｒ、３Ｂの面積よりも大きくする点である。ここでは副画素領域３Ｒ、３Ｇ、３Ｂのそれぞれの画素ピッチを４６：６３．５：４３．５の比率になるようにして、光センサ素子３０ｃを備えた光センサ３ｃが配置された副画素領域３Ｇの面積を、副画素領域３Ｒ、３Ｂの面積よりも大きくしている。

このような構成にしたことで、それぞれの副画素領域を通過する光の量をより近くすることができる。

したがって、本実施の形態によれば、光センサ３ｃを配置した副画素領域３Ｇの面積を光センサ３ｃが配置されない副画素領域３Ｒ、３Ｂの面積よりも大きくすることで、画像表示の際に各画素においてそれぞれの副画素領域を通過する光の量をより近いものにすることができる。よって、画像表示の際の表示性能としてのホワイトバランスを維持することができる。

尚、本実施の形態においては、光センサ３ｃを配置した副画素領域３Ｇの面積を、光センサが配置されない副画素領域３Ｒ、３Ｂの面積よりも大きくする構成としたが、これに限られるものではない。光センサを３つの副画素領域のいずれか１つに対応して配置すると共にその副画素領域の面積が、光センサが配置されない副画素領域の面積よりも大きくする構成であれば、本実施の形態と同様な効果を奏することができるので、例えば、光センサ３ｃを副画素領域３Ｒ又は３Ｂに対応して配置すると共に、光センサ３ｃが配置された副画素領域の面積を他の副画素よりも大きくする構成にしてもよい。

尚、上記の各実施の形態における光センサ素子３０には、ｐ領域及びｉ領域及びｎ領域を備えたゲート制御型のＰＩＮダイオードを使用し、ｐ領域としてｐ＋領域と、ｉ領域としてｐ−領域と、ｎ領域としてｎ＋領域とを順に配置した構成にして、受光感度を高くするような構成にしたが、これに限られるものではない。

例えばゲート制御型のＰＩＮダイオードにおいてｐ領域としてｐ型不純物の濃度が高いｐ＋領域と、ｉ領域としてｐ型不純物の濃度が低いｐ−領域及びｎ型不純物の濃度が低いｎ−領域と、ｎ領域としてｎ型不純物の濃度が高いｎ＋領域とを順に配置して受光感度を低くする構成にしてもよいし、分割したＰＩＮダイオードの受光感度をそれぞれ異なるような構成にしてもよい。

第１の実施の形態に係る画像取込機能付き表示装置の概略的な構成を示す図である。 上記画像取込機能付き表示装置の表示領域に配列された光センサを内蔵した一画素の回路図である。 上記画素のレイアウトを示した図である。 上記画素が配列された表示領域において白色を表示した際の白色度をＸＹＺ表色系色度図で示した図である。 第２の実施の形態に係る画像取込機能付き表示装置の表示領域に配列された一画素のレイアウトを示した図である。 第３の実施の形態に係る画像取込機能付き表示装置の表示領域に配列された一画素のレイアウトを示した図である。 従来の画像取込機能付き表示装置の表示領域において光センサが内蔵された一画素のレイアウト図である。

符号の説明

１…アレイ基板
２…表示領域
３…光センサ内蔵画素
３Ｒ…副画素（赤）
３Ｇ…副画素（緑）
３Ｂ…副画素（青）
３ａ…光センサ（実施例１）
３ｂ…光センサ（実施例２）
３ｃ…光センサ（実施例３）
４…信号線駆動回路
５…プリチャージ回路
６…アナログスイッチ
７…走査線駆動回路
８…リセット制御信号線駆動回路
９…出力信号線駆動回路
１０…アナログ・デジタル変換回路
１１…データ出力回路
１２…ダミーパターン
３０ａ…光センサ素子（実施例１）
３０ｂ…光センサ素子（実施例２）
３０ｃ…光センサ素子（実施例３）
１０３…従来の光センサ内蔵画素
１０３Ｒ…従来の副画素（赤）
１０３Ｇ…従来の副画素（緑）
１０３Ｂ…従来の副画素（青）
１０３ａ…従来の画素に内蔵された光センサ
１３０…従来の光センサ内部の光センサ素子
Ｙ…走査線
Ｘ…信号線
ＣＳ…補助容量
ＬＣ…液晶容量
ＣＲＴ…リセット制御信号線
ＯＰＴ…出力制御信号線
ＣＳ…共通電圧供給線
ｍ…走査線の順番を示す１〜７６８の整数
ｎ…信号線の順番を示す１〜３０７２の整数
Ｃ…センサ容量
ＴＦＴ１…プリチャージ制御用スイッチング素子としての薄膜トランジスタ
ＴＦＴ２…ソースフォロワ回路としての薄膜トランジスタ
ＴＦＴ３…出力制御用スイッチング素子としての薄膜トランジスタ

Claims (3)

1. 赤色、緑色、青色それぞれの映像信号を表示するための３つの副画素で構成される画素が複数配列された表示領域と、
   前記画素毎に設けられた光センサと、を備え、
   前記光センサが前記３つの副画素領域を横断して配置されることを特徴とする画像取込機能付き表示装置。
2. 赤色、緑色、青色それぞれの映像信号を表示するための３つの副画素で構成される画素が複数配列された表示領域と、
   前記画素毎に設けられた光センサと、を備え、
   前記光センサが前記３つの副画素領域の少なくともいずれか１つに対応して配置されると共に前記光センサが配置されない副画素領域に対応してダミーパターンが配置されることを特徴とする画像取込機能付き表示装置。
3. 赤色、緑色、青色それぞれの映像信号を表示するための３つの副画素で構成される画素が複数配列された表示領域と、
   前記画素毎に設けられた光センサと、を備え、
   前記光センサが前記３つの副画素領域のいずれか１つに対応して配置されると共に当該副画素領域の面積が、前記光センサが配置されない副画素領域の面積よりも大きいことを特徴とする画像取込機能付き表示装置。