JP2008083109A - Display device - Google Patents

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Miyuki Ishikawa
美由紀 石川
Taku Nakamura
卓 中村
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Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid a decrease in display quality due to specular reflection by wiring while making a display device adaptive to light pen input, and also to make the display device cope with semi-transmission. <P>SOLUTION: An optical sensor 10 is disposed in each pixel and detects light from a spot light source (light pen 60). An array substrate 2 having driving transistors of respective pixels formed on a back light (rear light source) 7 emitting backlight and an opposite substrate 3 where color filters are formed are stacked in this order, and optical sensors 10 are formed on the array substrate 2. In the optical sensor 10, the backlight is not intercepted. Further, in the optical sensor 10, an exposure condition is so set that the difference between the white pixel rate of a background part and the white pixel rate of a light irradiated part irradiated with light from a light pen 60 is ≥30%. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等の表示装置に関するものであり、特に、画素内に光センサを内蔵した読み取り機能内蔵型の表示装置に関する。   The present invention relates to a display device such as a liquid crystal display device, and more particularly to a display device with a built-in reading function in which a photosensor is built in a pixel.

例えば平面表示装置の1種である液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の特徴を有するために、OA機器、情報端末、時計、テレビ等、様々な分野に応用されている。特に、薄膜トランジスタ素子(TFT素子)を用いた液晶表示装置は、応答性にも優れることから、携帯電話、テレビやコンピュータ等、数多くの電子機器において表示装置として用いられている。   For example, a liquid crystal display device, which is one type of flat display device, has features such as light weight, thinness, and low power consumption, and is therefore applied to various fields such as OA equipment, information terminals, watches, and televisions. In particular, a liquid crystal display device using a thin film transistor element (TFT element) is excellent in responsiveness, and thus is used as a display device in many electronic devices such as a mobile phone, a television, and a computer.

近年、平面表示装置の用途は益々拡大する傾向にあり、例えば光ペン入力による入力機能を付加した表示装置や、画像取り込み機能を備えた表示装置も開発されている。表示装置の画面に直接入力することができれば、ユーザーインターフェースを格段に向上することが可能である。   In recent years, applications of flat display devices tend to expand more and more. For example, display devices with an input function using a light pen input and display devices with an image capturing function have been developed. If the user can input directly on the screen of the display device, the user interface can be greatly improved.

前述の入力機能、あるいは画像読み取り機能を備えた表示装置としては、例えば特許文献1に開示されるように、画素毎に光センサ素子を備え、各光センサ素子により画面から入力された光を検出するようにした表示装置が知られている。特許文献1には、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少なくとも1個ずつ設けられ、それぞれが指定された範囲の入射光を受光して電気信号に変換する光電変換部を備えた表示装置が開示されているが、当該表示装置では、画像読み取り対象物(例えば紙面)で反射された光がアレイ基板上のセンサ(光電変換部)で受光され、画像読み取りが行われる。   As a display device having the above-described input function or image reading function, for example, as disclosed in Patent Document 1, each pixel includes a photosensor element, and each photosensor element detects light input from the screen. Such a display device is known. In Patent Document 1, at least one display element is provided corresponding to each of the display elements formed near the intersections of the signal lines and the scanning lines arranged in rows and columns, and each of the display elements is designated. A display device including a photoelectric conversion unit that receives incident light in a range and converts it into an electrical signal is disclosed. In the display device, light reflected by an image reading object (for example, a paper surface) is reflected on an array substrate. The sensor (photoelectric conversion unit) receives the light and reads the image.

例えば液晶表示装置においては、従来、外付け部品であった駆動回路を、薄膜トランジスタ(TFT)を集積して透光性基板(ガラス基板)の一主面上に作り込むことによって、トータルコストを低減させる技術が開発されている。したがって、この技術を応用し、ガラス基板上に光センサ素子を作り込み、読み取り機能を駆動回路と同時に作り込むことが可能であれば、入力機能を備えた液晶表示装置のトータルコストを低減し、付加価値を向上することができるものと期待される。
特開2004−93894号公報
For example, in a liquid crystal display device, the drive circuit that was previously an external component is integrated on a main surface of a light-transmitting substrate (glass substrate) by integrating thin film transistors (TFTs), thereby reducing the total cost. Technology to make it develop. Therefore, if this technology is applied to create a photo sensor element on a glass substrate and a reading function can be built at the same time as the driving circuit, the total cost of the liquid crystal display device having an input function is reduced. It is expected that added value can be improved.
JP 2004-93894 A

ところで、光センサにより画面から入力された光を検出する表示装置では、駆動回路が作り込まれたアレイ基板が前面に配置され、カラーフィルターが形成された対向基板が背面側に配置される。そして、前記光センサは、アレイ基板上に形成されている。これは、光センサの下部にバックライト光を遮光するために遮光層を形成する必要があるからである。従来は、バックライト光が直接光センサに入力されると、光センサによる前記入射光の検出に支障をきたすものと考えられ、前記構造を採用している。アレイ基板を前面に配置し、ここに光センサを作り込むと、光センサを構成するフォトダイオードのゲート電極や配線電極が遮光層として機能し、バックライト光がフォトダイオードに照射されることはない。   By the way, in a display device that detects light input from a screen by an optical sensor, an array substrate on which a drive circuit is built is disposed on the front surface, and a counter substrate on which a color filter is formed is disposed on the back surface side. The optical sensor is formed on the array substrate. This is because it is necessary to form a light shielding layer in the lower part of the optical sensor in order to shield the backlight light. Conventionally, when backlight light is directly input to an optical sensor, it is considered that the detection of the incident light by the optical sensor is hindered, and the above structure is employed. When the array substrate is placed on the front surface and a photosensor is built here, the gate electrode and wiring electrode of the photodiode that constitutes the photosensor function as a light shielding layer, and the backlight is not irradiated to the photodiode. .

しかしながら、前記構造を採用した場合、フォトダイオードや駆動回路(薄膜トランジスタ)の配線等が液晶層の前面に配置されるアレイ基板に形成されていることから、金属の鏡面反射によってぎらつき、表示品質を大きく損なうという問題がある。また、アレイ基板を液晶層の前面に配置する構造では、半透過型の構成を採用することができないという問題もある。半透過型の液晶表示装置の場合、反射領域に対応して反射電極を形成する必要があるが、液晶層の前面に配置されるアレイ基板に反射電極を形成すると、この部分が遮光される形になり、表示を行うことができなくなるからである。   However, in the case of adopting the above structure, since the photodiode and the wiring of the driving circuit (thin film transistor) are formed on the array substrate disposed on the front surface of the liquid crystal layer, glare is caused by the mirror reflection of the metal, and the display quality is improved. There is a problem of serious damage. Further, the structure in which the array substrate is disposed on the front surface of the liquid crystal layer has a problem that a transflective configuration cannot be adopted. In the case of a transflective liquid crystal display device, it is necessary to form a reflective electrode corresponding to the reflective region. However, when the reflective electrode is formed on the array substrate arranged in front of the liquid crystal layer, this portion is shielded from light. This is because the display cannot be performed.

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、光ペン入力に対応しながら、配線の鏡面反射による表示品質の低下を回避することができ、半透過にも対応可能な表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and can cope with optical pen input, while avoiding deterioration in display quality due to mirror reflection of wiring, and can also cope with semi-transmission. An object is to provide a simple display device.

前述の目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、各画素内に光センサが配置され、点光源からの光を前記光センサにより検出する表示装置であって、バックライト光を照射する背面光源上に各画素の駆動トランジスタが形成されたアレイ基板とカラーフィルタが形成された対向基板がこの順で重ねられ、前記光センサはアレイ基板上に形成されるとともに、前記背面光源から照射されるバックライト光が遮光されていないことを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, a display device according to the present invention is a display device in which a photosensor is disposed in each pixel, and light from a point light source is detected by the photosensor, and is irradiated with backlight light. An array substrate on which a driving transistor for each pixel is formed on a back light source and a counter substrate on which a color filter is formed are stacked in this order, and the photosensor is formed on the array substrate and irradiated from the back light source. The backlight light to be emitted is not shielded.

本発明の表示装置では、アレイ基板が背面側、対向基板が前面側に配置されることになる。したがって、アレイ基板に形成された光センサや駆動回路(薄膜トランジスタ)等の配線が直接視認されることがなくなり、鏡面反射によるぎらつきが解消される。特に、カラーフィルタが形成される対向基板には、各画素の境界部分にブラックマトリクスが形成されており、前記配線は前面に配置された対向基板のブラックマトリクスで隠蔽される形になるので、表示品質が低下することはない。また、アレイ基板が背面側に配置されるので、アレイ基板上に反射電極を形成しても表示の妨げになることはなく、半透過型の表示にも対応可能である。   In the display device of the present invention, the array substrate is disposed on the back side, and the counter substrate is disposed on the front side. Therefore, the optical sensors and driving circuits (thin film transistors) formed on the array substrate are not directly recognized, and glare due to specular reflection is eliminated. In particular, the counter substrate on which the color filter is formed has a black matrix formed at the boundary between the pixels, and the wiring is concealed by the black matrix of the counter substrate disposed on the front surface. Quality does not deteriorate. In addition, since the array substrate is disposed on the back side, even if a reflective electrode is formed on the array substrate, display is not hindered, and transflective display can be supported.

一方、本発明の表示装置においては、光センサが形成されたアレイ基板が背面側(背面光源の直上)に配置され、また形成される光センサの構造から、背面光源からのバックライト光が光センサに直接照射されることになる。これまで、光センサへのバックライト光の照射は、光センサにおける本来の入射光の検出の妨げになるものと考えられてきたが、本発明者らが検討を重ねた結果、光センサの露光条件を適正に設定することで、光ペンライト等の点光源から入射される検出光と背面光源からのバックライト光のS/N比が確保されることがわかった。したがって、本発明の表示装置では、光センサにおいて背面光源から照射されるバックライト光が遮光されていないが、検出光(信号S)とバックライト光(ノイズN)とでS/N比が確保されているので、検出光が的確に検出される。   On the other hand, in the display device of the present invention, the array substrate on which the photosensor is formed is disposed on the back side (directly above the back light source), and the backlight light from the back light source is light from the structure of the photo sensor formed. The sensor will be irradiated directly. Until now, it has been considered that irradiation of backlight light to an optical sensor hinders detection of original incident light in the optical sensor. However, as a result of repeated studies by the present inventors, exposure of the optical sensor is performed. It was found that by setting the conditions appropriately, the S / N ratio between the detection light incident from a point light source such as an optical penlight and the backlight light from the back light source is secured. Therefore, in the display device of the present invention, the backlight light emitted from the back light source is not shielded by the optical sensor, but the S / N ratio is ensured by the detection light (signal S) and the backlight light (noise N). Therefore, the detection light is accurately detected.

また、本発明の表示装置では、光センサの受光部に常に背面光源からのバックライト光が照射され、光電流が流れる。これはデバイス(光センサ)の信頼性の点で有利である。何故ならば、全ての光センサが、ほぼ均等なバイアス履歴を経験するからである。従来の入力機能付き表示装置のように、光センサをバックライト光を遮光してしまう構成では、フロント側から強い光が照射されている光センサでは常に光電流が発生するのに対して、光が照射されていない光センサでは光電流が発生せず、光センサのバイアス履歴に偏りが生ずる。その結果、読み取り感度に感度ムラが生じ、適正な読み取りができなくなるおそれがある。   Further, in the display device of the present invention, the light receiving portion of the photosensor is always irradiated with the backlight light from the back light source, and a photocurrent flows. This is advantageous in terms of the reliability of the device (light sensor). This is because all photosensors experience a nearly uniform bias history. In the configuration in which the light sensor blocks the backlight light as in the conventional display device with an input function, a photocurrent is always generated in the light sensor irradiated with strong light from the front side, whereas the light is generated. No photocurrent is generated in a photosensor that is not irradiated with light, and the bias history of the photosensor is biased. As a result, sensitivity unevenness occurs in the reading sensitivity, and proper reading may not be performed.

本発明によれば、ペン入力された光(点光源からの光)を確実に検出することができ、しかも、配線の鏡面反射による表示品質の低下を回避することが可能で、半透過型の表示にも対応可能な表示装置を提供することが可能である。   According to the present invention, light input from a pen (light from a point light source) can be detected with certainty, and deterioration in display quality due to specular reflection of wiring can be avoided. It is possible to provide a display device that can handle display.

以下、本発明を適用した表示装置(ここでは液晶表示装置)について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a display device (here, a liquid crystal display device) to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明を適用した液晶表示装置の一例を示すものである。液晶表示装置1においては、一対の光透過性絶縁基板で液晶セルを構成し、その間隙に液晶材料を封入して液晶層が形成されている。具体的には、アレイ基板2と対向基板3との間に液晶層4が封入されている。   FIG. 1 shows an example of a liquid crystal display device to which the present invention is applied. In the liquid crystal display device 1, a liquid crystal cell is formed by a pair of light-transmitting insulating substrates, and a liquid crystal material is sealed in a gap between them to form a liquid crystal layer. Specifically, a liquid crystal layer 4 is sealed between the array substrate 2 and the counter substrate 3.

アレイ基板2は、例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板を支持基板とし、この光透過性絶縁基板上に、互いにほぼ平行且つ等間隔に配列される走査線や、これら走査線とほぼ直交して配列された信号線、走査線と信号線との間に介在されこれらを電気的に絶縁する層間絶縁膜(透明絶縁膜)、走査線と信号線との交点近傍に配置されたスイッチング素子としての駆動トランジスタ(薄膜トランジスタ:TFT)等が形成されている。   The array substrate 2 uses, for example, a light-transmissive insulating substrate made of glass or the like as a support substrate. On the light-transmissive insulating substrate, scanning lines arranged substantially parallel to each other at equal intervals, or substantially orthogonal to these scanning lines. Signal lines arranged in layers, an interlayer insulating film (transparent insulating film) that is interposed between the scanning lines and the signal lines to electrically insulate them, and a switching element disposed near the intersection of the scanning lines and the signal lines Drive transistors (thin film transistors: TFTs) are formed.

また、アレイ基板2においては、前記層間絶縁膜21に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子に電気的に接続された画素電極22がマトリクス状に配列形成されている。前記画素電極22は透明電極として形成されるが、本実施形態の場合、画素電極22の一部が反射電極23とされ、半透過型の液晶表示装置とされている。なお、アレイ基板2の光透過性絶縁基板と画素電極22との間には、層間絶縁膜21の他、前述の通り信号線や走査線、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子等が配置されているが、図1においては、これらの図示は省略する。さらに、アレイ基板2の画素電極22が設けられた面のほぼ全体に配向膜が設けられるが、これについても、ここでは図示は省略する。   In the array substrate 2, pixel electrodes 22 electrically connected to the switching elements through through holes formed in the interlayer insulating film 21 are arranged in a matrix. The pixel electrode 22 is formed as a transparent electrode. In the present embodiment, a part of the pixel electrode 22 is used as a reflective electrode 23 to form a transflective liquid crystal display device. In addition to the interlayer insulating film 21, switching elements such as signal lines, scanning lines, and thin film transistors are disposed between the light-transmissive insulating substrate of the array substrate 2 and the pixel electrode 22, as described above. In FIG. 1, these illustrations are omitted. Furthermore, an alignment film is provided on almost the entire surface of the array substrate 2 on which the pixel electrodes 22 are provided, but this is also omitted here.

一方、前記対向基板3も例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板を支持基板とするものであり、その液晶層4側の面には、各画素に対応してカラーフィルタ層31が形成されるとともに、その表面を覆ってITO等の透明導電材料からなる透明対向電極(図示は省略する。)が全面に形成されている。カラーフィルタ層31は、顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、例えばR,G,Bの各色のフィルタ層が組み合わされて構成されている。また、図示は省略するが、各カラーフィルタ層31の画素境界部分には、コントラスト向上等を目的として、いわゆるブラックマトリクス層が形成されている。   On the other hand, the counter substrate 3 also has a light transmissive insulating substrate made of glass or the like as a support substrate, and a color filter layer 31 is formed on the surface on the liquid crystal layer 4 side corresponding to each pixel. In addition, a transparent counter electrode (not shown) made of a transparent conductive material such as ITO is formed on the entire surface so as to cover the surface. The color filter layer 31 is a resin layer colored in colors with pigments or dyes, and is configured by combining filter layers of R, G, and B colors, for example. Although not shown, a so-called black matrix layer is formed at the pixel boundary portion of each color filter layer 31 for the purpose of improving the contrast.

前述の構成を有する液晶表示装置1では、前記アレイ基板2及び対向基板3の外側に偏光板5,6がぞれぞれ設けられ、背面側に配されたバックライト(背面光源)7を光源として、画像表示が行われる。また、前記アレイ基板2と対向基板3の配置であるが、アレイ基板2が背面側、対向基板3が前面側とされている。したがって、本実施形態の液晶表示装置1では、背面側からバックライト7、偏光板5、アレイ基板2、液晶層4、対向基板3、偏光板6の順に配置されている。   In the liquid crystal display device 1 having the above-described configuration, polarizing plates 5 and 6 are provided outside the array substrate 2 and the counter substrate 3, respectively, and a backlight (back light source) 7 disposed on the back side is used as a light source. As shown in FIG. The array substrate 2 and the counter substrate 3 are arranged in such a manner that the array substrate 2 is on the back side and the counter substrate 3 is on the front side. Therefore, in the liquid crystal display device 1 of this embodiment, the backlight 7, the polarizing plate 5, the array substrate 2, the liquid crystal layer 4, the counter substrate 3, and the polarizing plate 6 are arranged in this order from the back side.

以上が液晶表示装置1の基本的な構成であるが、本実施形態の液晶表示装置1は、点光源である光ペンを用いて座標入力等が行われる光ペン入力パネルとして構成されており、アレイ基板2上にペン光を検出する光センサ10が各画素毎に設置されている。   The above is the basic configuration of the liquid crystal display device 1, but the liquid crystal display device 1 of the present embodiment is configured as a light pen input panel in which coordinate input or the like is performed using a light pen as a point light source, An optical sensor 10 for detecting pen light is installed on the array substrate 2 for each pixel.

前記光センサ10は、アレイ基板2に直接作り込まれており、例えばアレイ基板2上において駆動回路を構成する薄膜トランジスタと同様、例えば低温ポリシリコン技術を用い、これら薄膜トランジスタと同時に形成されている。   The optical sensor 10 is directly formed on the array substrate 2 and is formed at the same time as these thin film transistors using, for example, a low-temperature polysilicon technique, for example, similarly to the thin film transistors constituting the drive circuit on the array substrate 2.

図2は、アレイ基板2上に形成される光センサ10の構成例を示すものであり、ここでは前記光センサ10として用いられるPINダイオードの構成を示す。   FIG. 2 shows a configuration example of the optical sensor 10 formed on the array substrate 2, and here shows a configuration of a PIN diode used as the optical sensor 10.

アレイ基板2においては、ガラス基板24上にアンダーコート層25を介して多結晶半導体層(ポリシリコン層)11が形成され、当該多結晶半導体層11がチャンネル層として利用されている。ここで、アンダーコート層25は、ガラス基板24の表面の傷や穴等を塞いで平坦化すること、ガラス基板24に含まれる不純物の多結晶半導体層11への拡散を防止すること等を目的に形成されている。アンダーコート層25は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を成膜することにより形成されるが、例えば、熱処理により流動化する流動化樹脂からなる平坦化層と、不純物の拡散を防止する被覆層とからなる積層構造とすることも可能である。あるいは、前記ガラス基板24が平坦化に優れ、含まれる不純物も少ない場合には、前記アンダーコート層25を省略することも可能である。   In the array substrate 2, a polycrystalline semiconductor layer (polysilicon layer) 11 is formed on a glass substrate 24 via an undercoat layer 25, and the polycrystalline semiconductor layer 11 is used as a channel layer. Here, the purpose of the undercoat layer 25 is to block the surface of the glass substrate 24 by scratching or scratching the surface, to prevent the impurities contained in the glass substrate 24 from diffusing into the polycrystalline semiconductor layer 11. Is formed. The undercoat layer 25 is formed by forming a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like. For example, a planarization layer made of a fluidized resin that is fluidized by heat treatment, and a covering layer that prevents diffusion of impurities. It is also possible to have a laminated structure consisting of Alternatively, when the glass substrate 24 is excellent in planarization and contains a small amount of impurities, the undercoat layer 25 can be omitted.

前記アンダーコート層25上に形成される多結晶半導体層11は、例えばプラズマCVD法により成膜された非晶質シリコン(a−Si)をアニールした後、レーザ照射等によって多結晶化することにより形成されるものである。この多結晶半導体層11は、エッチングにより島状に素子分離され、各画素に対応してマトリクス状に配列されている。   The polycrystalline semiconductor layer 11 formed on the undercoat layer 25 is annealed with amorphous silicon (a-Si) formed by, for example, a plasma CVD method, and then polycrystallineized by laser irradiation or the like. Is formed. The polycrystalline semiconductor layer 11 is separated into islands by etching and arranged in a matrix corresponding to each pixel.

前記アンダーコート層25上の多結晶半導体層11には、p領域11a、p領域11b、n領域11c、n領域11dが形成されており、このようにp/p/n/nが横方向に形成されることによりダイオードが構成されている。 In the polycrystalline semiconductor layer 11 on the undercoat layer 25, ap + region 11a, ap region 11b, an n region 11c, and an n + region 11d are formed. Thus, p + / p / n A diode is configured by forming / n + in the horizontal direction.

なお、前記PINダイオード(光センサ10)においては、n領域11cを除いた構成にしても良く、また、図2に示すように横方向に各領域を形成しPINダイオードを形成するのではなく、これら領域を縦方向に積層することによりPINダイオードを構成するようにしても良い。PINダイオードにおいても、前記多結晶半導体層11上に第1絶縁層12や第2絶縁層13を介して第1メタル(ゲート電極)14や第2メタル15が形成されている。 Note that the PIN diode (photosensor 10) may be configured without the n region 11c. Instead of forming each region in the lateral direction and forming a PIN diode as shown in FIG. A PIN diode may be configured by laminating these regions in the vertical direction. Also in the PIN diode, a first metal (gate electrode) 14 and a second metal 15 are formed on the polycrystalline semiconductor layer 11 via a first insulating layer 12 and a second insulating layer 13.

次に、前述の液晶表示装置1における回路構成について説明する。液晶表示装置1の駆動回路は、図3に示すように、アレイ基板2上に形成される回路部と半導体基板40上に形成される回路部とにより構成されている。   Next, a circuit configuration in the liquid crystal display device 1 will be described. As shown in FIG. 3, the drive circuit of the liquid crystal display device 1 includes a circuit unit formed on the array substrate 2 and a circuit unit formed on the semiconductor substrate 40.

ここで、アレイ基板2上には、信号線及び走査線、さらには各画素に対応して前述の画素電極や薄膜トランジスタが形成される画素アレイ部41と、露光時間を制御する露光時間制御回路(光センサ調整手段に相当する。)42と、信号線を駆動する信号線駆動回路43と、走査線を駆動する走査線駆動回路44と、画像を取り込んで出力する検出及び出力回路45とが設けられている。アレイ基板2上の各回路は、例えばポリシリコンTFTによって形成されている。これら回路のうち、例えば信号線駆動回路43は、デジタル画像データを表示素子の駆動に適したアナログ電圧に変換するD/A変換回路を含んでいる。信号線駆動回路43のD/A変換回路には、公知のD/A変換回路を用いることが可能である。   Here, on the array substrate 2, a signal line and a scanning line, as well as the pixel array section 41 in which the above-described pixel electrode and thin film transistor are formed corresponding to each pixel, and an exposure time control circuit (which controls the exposure time) 42, a signal line drive circuit 43 that drives the signal lines, a scan line drive circuit 44 that drives the scan lines, and a detection and output circuit 45 that captures and outputs an image. It has been. Each circuit on the array substrate 2 is formed by, for example, a polysilicon TFT. Among these circuits, for example, the signal line drive circuit 43 includes a D / A conversion circuit that converts digital image data into an analog voltage suitable for driving the display element. A known D / A conversion circuit can be used as the D / A conversion circuit of the signal line driver circuit 43.

一方、半導体基板40上には、表示制御及び画像取り込み制御を行うロジックIC46が実装されている。アレイ基板2上の回路部と半導体基板40上の回路部は、例えばフレキシブルプリント基板(FPC)を介して各種信号の送受を行う。   On the other hand, a logic IC 46 that performs display control and image capture control is mounted on the semiconductor substrate 40. The circuit unit on the array substrate 2 and the circuit unit on the semiconductor substrate 40 transmit and receive various signals via, for example, a flexible printed circuit board (FPC).

図4は、画素アレイ部41の一部を詳細に示したブロック図である。各画素は、画素TFT51と、当該画素TFT51の一端に接続される液晶容量C1及び補助容量C2と、画像取り込み用の光センサ10を有する。画像取り込み用の光センサ10は、画素毎にサイズが異なっている。画素は、赤、緑、青等の各色があり、前記光センサ10は3画素それぞれに対応して少なくとも一個ずつ設けられている。各光センサ10は、それぞれが指定された範囲の入射光を受光して電気信号に変換する撮像部と、前記撮像部で変換された電気信号に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を一時的に格納する撮像結果格納部と、制御信号線の論理に応じて前記撮像結果格納部に格納された信号を出力するか否かを切替制御する出力切替部と、撮像の露光時間とプリチャージ電圧と称される前記電荷蓄積部に蓄積した電荷を環境光の照度に応じて変化させる量を可変できる機構を持つ。   FIG. 4 is a block diagram showing a part of the pixel array section 41 in detail. Each pixel includes a pixel TFT 51, a liquid crystal capacitor C1 and an auxiliary capacitor C2 connected to one end of the pixel TFT 51, and a photosensor 10 for capturing an image. The photosensor 10 for capturing an image has a different size for each pixel. The pixels have colors such as red, green, and blue, and at least one photosensor 10 is provided corresponding to each of the three pixels. Each optical sensor 10 receives an incident light in a specified range and converts it into an electrical signal, a charge storage unit that accumulates charges according to the electrical signal converted by the imaging unit, and Switching between an imaging result storage unit that temporarily stores a signal corresponding to the charge accumulated in the charge accumulation unit and whether to output a signal stored in the imaging result storage unit according to the logic of the control signal line It has an output switching unit to be controlled, and a mechanism that can vary the amount of charge accumulated in the charge accumulation unit called imaging exposure time and precharge voltage according to the illuminance of ambient light.

前記光センサ10は、前述の通りアレイ基板2上に直接作り込まれており、光センサ10から取り込んだデータは、半導体基板40上のロジックIC46で処理される。ロジックIC46は、平均階調計算できるようになっており、プリチャージ電圧や露光時間等の露光条件を設定して、対応する制御信号を、ガラス基板1上の、露光時間を制御する露光時間制御回路42に送信する。   The optical sensor 10 is directly formed on the array substrate 2 as described above, and data acquired from the optical sensor 10 is processed by the logic IC 46 on the semiconductor substrate 40. The logic IC 46 can calculate the average gradation, sets the exposure conditions such as the precharge voltage and the exposure time, and sends the corresponding control signal to the exposure time control for controlling the exposure time on the glass substrate 1. Transmit to circuit 42.

以上の構成を有する液晶表示装置1(光ペン入力パネル)では、ペン光や外光等の入射光を画像処理し、座標検出を行うため、露光時間と撮像信号増幅量とを適正に設定しないとS/N比が十分に得られない。S/N比は、信号とノイズの比であり、光ペン入力パネルでは、信号は光ペンの入射光の階調値であり、ノイズは光ペンの光が入射していない部分の階調値である。S/N比が大きいほど画像処理精度が向上する。   In the liquid crystal display device 1 (optical pen input panel) having the above configuration, incident light such as pen light or external light is subjected to image processing and coordinate detection is performed, so that the exposure time and the imaging signal amplification amount are not set appropriately. And a sufficient S / N ratio cannot be obtained. The S / N ratio is the ratio of signal to noise. In the light pen input panel, the signal is the gradation value of the incident light of the light pen, and the noise is the gradation value of the portion where the light of the light pen is not incident. It is. Image processing accuracy improves as the S / N ratio increases.

ここで、アレイ基板2と対向基板3の配置を考えた場合、例えば図5(a)に示すようにアレイ基板2を前面、対向基板3を背面側に配置すると、バックライト7からのバックライト光が第1メタル14や第2メタル15によって遮光され、アレイ基板2上に形成された光センサ10の感光部(PINダイオード)にバックライト光が照射されることはない。したがって、図5(b)に示すように、ノイズとなるバックグラウンドは前面から入射される外光のみであり、バックグラウンドレベル(ノイズレベル)が低く抑えられて、光ペン60からの光とのS/N比を大きくすることができる。ただし、アレイ基板2を前面、対向基板3を背面側に配置すると、アレイ基板2上の配線等が鏡面反射して表示品質を大きく損なう。また、半透過型液晶表示装置の構成が採れないという制約がある。   Here, when the arrangement of the array substrate 2 and the counter substrate 3 is considered, for example, as shown in FIG. 5A, when the array substrate 2 is arranged on the front surface and the counter substrate 3 is arranged on the back surface side, the backlight from the backlight 7 is displayed. The light is shielded by the first metal 14 and the second metal 15, and the photosensitive portion (PIN diode) of the photosensor 10 formed on the array substrate 2 is not irradiated with the backlight. Therefore, as shown in FIG. 5B, the background that becomes noise is only the external light incident from the front surface, the background level (noise level) is suppressed low, and the background from the light pen 60 is reduced. The S / N ratio can be increased. However, if the array substrate 2 is disposed on the front surface and the counter substrate 3 is disposed on the rear surface side, the wiring on the array substrate 2 is mirror-reflected and the display quality is greatly impaired. Further, there is a restriction that the configuration of the transflective liquid crystal display device cannot be adopted.

一方、前述の本発明の実施形態の液晶表示装置1の場合、図6(a)に示すように、アレイ基板2が背面側、対向基板3が前面側に配置されるが、この場合には、バックライト7からのバックライト光が光センサ10に照射され、図6(b)に示すように、バックグラウンドレベルが上昇する。バックライト光が照射される結果、外光とバックライト光を合わせた分がバックグラウンド(ノイズ)となるからである。   On the other hand, in the case of the above-described liquid crystal display device 1 according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6A, the array substrate 2 is arranged on the back side and the counter substrate 3 is arranged on the front side. Then, the backlight light from the backlight 7 is applied to the optical sensor 10, and the background level increases as shown in FIG. 6B. This is because, as a result of the backlight light irradiation, the amount of the outside light and the backlight light combined is the background (noise).

前記バックグラウンドの上昇は、S/N比を大きくする上では不利である。しかしながら、本発明者らが検討を重ねた結果、例えば光ペン入力の場合、比較的シグナルが強いので、露光条件を適正に設定することで十分に検出可能であるとの結論を得るに至った。   The increase in the background is disadvantageous for increasing the S / N ratio. However, as a result of repeated investigations by the present inventors, for example, in the case of light pen input, the signal is relatively strong, so the conclusion that it can be sufficiently detected by setting the exposure conditions appropriately has been reached. .

各画素に対応して設けられた光センサ10においては、「白」か「黒」のいずれかの値を出力する。光センサ10に照射される光が強ければ「白」、光が弱ければ「黒」となる。同じ強さの光を照射した場合には、露光時間が長くなると「白」を出力する光センサ10の割合が多くなる。すなわち、同じ強さの光に対しては、露光時間を調節することで「白」を出力する光センサ10の割合(白画素割合)を調節することができる。   The photosensor 10 provided corresponding to each pixel outputs a value of “white” or “black”. If the light applied to the optical sensor 10 is strong, it is “white”, and if the light is weak, it is “black”. When light of the same intensity is irradiated, the proportion of the optical sensor 10 that outputs “white” increases as the exposure time increases. That is, for light of the same intensity, the ratio (white pixel ratio) of the optical sensor 10 that outputs “white” can be adjusted by adjusting the exposure time.

図7は、背景部(外光及びバックライト光のみが照射される部分)における露光時間と白画素割合の関係、及びペン照射部(光ペンの光が照射される部分)における露光時間と白画祖割合の関係を示すものである。したがって、図7は、背景部とペン照射部における露光時間に対する応答性を示すものであり、白画素割合は階調に対応する。   FIG. 7 shows the relationship between the exposure time and the white pixel ratio in the background portion (portion irradiated only with external light and backlight light), and the exposure time and white in the pen irradiation portion (portion irradiated with light from the optical pen). This shows the relationship between the proportions of painters. Therefore, FIG. 7 shows responsiveness to the exposure time in the background portion and the pen irradiation portion, and the white pixel ratio corresponds to the gradation.

図7から明らかな通り、背景部の白画素割合が10%前後となる露光条件において、応答が敏感であることがわかる。すなわち、背景部の白画素割合が10%前後となる露光条件下では、わずかな光量の変化により白画素割合が大きく変化する。したがって、背景部の白画素割合が10%前後となるように露光条件を設定すれば、ペン照射部と背景部のS/N比(差)を大きく取ることができ、光ペンからの信号と背景(外光及びバックライト光)とを区別することができる。   As is apparent from FIG. 7, it can be seen that the response is sensitive under the exposure condition where the white pixel ratio in the background portion is around 10%. That is, under the exposure condition where the white pixel ratio in the background portion is around 10%, the white pixel ratio greatly changes due to a slight change in the amount of light. Therefore, if the exposure condition is set so that the white pixel ratio in the background portion is around 10%, the S / N ratio (difference) between the pen irradiation portion and the background portion can be increased, and the signal from the light pen The background (external light and backlight light) can be distinguished.

前記露光条件として、背景部の白画素割割合を何%にするのが適切かについては、光センサ10のサイジング(感度設計)等によっても異なるが、ペン照射部と背景部の白画素割合の差が最大になるように選ぶことが好ましい。例えば図7にペン照射部−背景部の白画素割合を示すが、前記背景部の白画素割合が10%前後となる場合にペン照射部−背景部の白画素割合も最大となる。具体的には、バックライト光及び外光が照射される背景部における白画素割合と点光源である光ペンからの光が照射される光照射部における白画素割合の差が30%以上となるように設定することが好ましい。前記露光条件とすることで、十分なS/N比を確保することができ、光ペンからの信号を検出することができる。   As the exposure condition, what percentage of the white pixel ratio in the background portion is appropriate depends on the sizing (sensitivity design) of the optical sensor 10, but the white pixel ratio in the pen irradiation portion and the background portion is different. It is preferable to choose to maximize the difference. For example, FIG. 7 shows the white pixel ratio of the pen irradiation portion to the background portion. When the white pixel ratio of the background portion is about 10%, the white pixel ratio of the pen irradiation portion to the background portion is also maximized. Specifically, the difference between the white pixel ratio in the background portion irradiated with backlight and external light and the white pixel ratio in the light irradiation portion irradiated with light from the light pen as a point light source is 30% or more. It is preferable to set so. By setting the exposure condition, a sufficient S / N ratio can be ensured, and a signal from the optical pen can be detected.

なお、前記背景部においては、外光やバックライト光の変動等によりバックグラウンドレベルが変動する。このような場合、バックグラウンドレベルの平均値を取り、前記背景部の白画素割合が所定の値となるように露光条件を設定すればよい。あるいは、バックグラウンドレベルについて、中央値等、他の統計情報を用いて前記露光条件を設定することも可能である。   In the background portion, the background level varies due to variations in external light, backlight light, and the like. In such a case, the exposure condition may be set so that the average value of the background level is taken and the white pixel ratio of the background portion becomes a predetermined value. Alternatively, it is possible to set the exposure condition using other statistical information such as a median value for the background level.

以上のように、本実施形態の液晶表示装置1においては、アレイ基板2に形成された光センサ10や駆動回路(薄膜トランジスタ)等の配線が直接視認されることがなく、鏡面反射によるぎらつき等による表示品質の低下を解消することがでいる。また、アレイ基板2が背面側に配置されるので、アレイ基板2上に反射電極を形成しても表示の妨げになることはなく、半透過型の表示にも対応可能である。   As described above, in the liquid crystal display device 1 of the present embodiment, the wiring of the optical sensor 10 and the drive circuit (thin film transistor) formed on the array substrate 2 is not directly visible, and glare due to specular reflection, etc. It is possible to eliminate the deterioration of the display quality due to. Further, since the array substrate 2 is arranged on the back side, even if a reflective electrode is formed on the array substrate 2, display is not hindered, and it is possible to cope with transflective display.

さらに、本実施形態の液晶表示装置1においては、検出光(信号S)とバックライト光(ノイズN)とのS/N比を確保することができ、例えば光ペンからの検出光を的確に検出することが可能である。また、本実施形態の液晶表示装置1では、光センサ10に常に背面光源からのバックライト光が照射されるので、全ての光センサ10がほぼ均等なバイアス履歴を経験し、デバイス(光センサ10)の信頼性を向上することができる。   Furthermore, in the liquid crystal display device 1 of the present embodiment, the S / N ratio between the detection light (signal S) and the backlight light (noise N) can be ensured. For example, the detection light from the optical pen can be accurately obtained. It is possible to detect. Further, in the liquid crystal display device 1 of the present embodiment, since the backlight light from the back light source is always radiated to the optical sensor 10, all the optical sensors 10 experience a substantially uniform bias history, and the device (optical sensor 10). ) Reliability can be improved.

本発明を適用した液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the liquid crystal display device to which this invention is applied. 光センサの構造例を示す要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing which shows the structural example of an optical sensor. 液晶表示装置の回路構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the circuit structure of a liquid crystal display device. 画素アレイ部を構成する画素の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structural example of the pixel which comprises a pixel array part. (a)はアレイ基板を前面側に配置した液晶表示装置の概略構成を示す図であり、(b)は光センサにおける信号強度(階調)を示す図である。(A) is a figure which shows schematic structure of the liquid crystal display device which has arrange | positioned the array board | substrate to the front side, (b) is a figure which shows the signal strength (gradation) in an optical sensor. (a)はアレイ基板を背面側に配置した液晶表示装置の概略構成を示す図であり、(b)は光センサにおける信号強度(階調)を示す図である。(A) is a figure which shows schematic structure of the liquid crystal display device which has arrange | positioned the array board | substrate on the back side, (b) is a figure which shows the signal strength (gradation) in an optical sensor. 背景部及びペン照射部における露光時間と白画素割合の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the exposure time in a background part and a pen irradiation part, and a white pixel ratio.

符号の説明Explanation of symbols

1 液晶表示装置、2 アレイ基板、3 対向基板、4 液晶層、5,6 偏光板、7 バックライト、10 光センサ、11 多結晶半導体層、14 第1メタル、15 第2メタル、22 画素電極、23 反射電極、31 カラーフィルタ層、40 半導体基板、41 画素アレイ部、42 露光時間制御回路、43 信号線駆動回路、44 走査線駆動回路、45 検出及び出力回路、46 ロジックIC DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal display device, 2 Array substrate, 3 Opposite substrate, 4 Liquid crystal layer, 5,6 Polarizing plate, 7 Backlight, 10 Optical sensor, 11 Polycrystalline semiconductor layer, 14 1st metal, 15 2nd metal, 22 Pixel electrode , 23 Reflective electrode, 31 Color filter layer, 40 Semiconductor substrate, 41 Pixel array section, 42 Exposure time control circuit, 43 Signal line drive circuit, 44 Scan line drive circuit, 45 Detection and output circuit, 46 Logic IC

Claims (3)

各画素内に光センサが配置され、点光源からの光を前記光センサにより検出する表示装置であって、
バックライト光を照射する背面光源上に各画素の駆動トランジスタが形成されたアレイ基板とカラーフィルタが形成された対向基板がこの順で重ねられ、
前記光センサはアレイ基板上に形成されるとともに、前記背面光源から照射されるバックライト光が遮光されていないことを特徴とする表示装置。
A photo sensor is disposed in each pixel, and the display device detects light from a point light source by the photo sensor,
The array substrate in which the drive transistor of each pixel is formed on the back light source that irradiates the backlight and the counter substrate in which the color filter is formed are stacked in this order,
The optical sensor is formed on an array substrate, and backlight light emitted from the back light source is not shielded.
前記光センサにおいては、バックライト光が照射される背景部における白画素割合と前記点光源からの光が照射される光照射部における白画素割合の差が30%以上となるように露光条件が設定されていることを特徴とする請求項1記載の表示装置。   In the optical sensor, the exposure condition is set so that a difference between a white pixel ratio in a background portion irradiated with backlight light and a white pixel ratio in a light irradiation portion irradiated with light from the point light source is 30% or more. The display device according to claim 1, wherein the display device is set. 前記光センサの露光条件を調整する光センサ調整手段を備え、当該光センサ調整手段により背景部における白画素割合が制御されることを特徴とする請求項2記載の表示装置。   The display device according to claim 2, further comprising an optical sensor adjustment unit that adjusts an exposure condition of the optical sensor, wherein the white pixel ratio in the background portion is controlled by the optical sensor adjustment unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011129159A1 (en) * 2010-04-16 2011-10-20 シャープ株式会社 Input display device, input device, and control method of input device
US9086751B2 (en) 2008-12-19 2015-07-21 Samsung Display Co., Ltd. Display device including a touch sensor

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