JP2009065498A - 表示撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで量産性に優れた視線一致型の表示撮像装置を提供すること。
【解決手段】光透過型有機ＥＬ表示体５は、ガラス基板等の透明基板５ａ上に、透明な導電性素材による第１電極５ｂ、有機ＥＬ発光層５ｃ、透明な導電性素材による第２電極５ｅが順に積層されて形成される。前記有機ＥＬ表示体５の表示機能面の裏面側には、表示体５の非表示時における当該有機ＥＬ表示体を介した透過像を撮像する撮像手段２が配置されている。前記有機ＥＬ表示体５による画像表示と、前記撮像手段２による撮像動作とが、時分割により異なったタイミングで実行されるように動作する。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えばテレビ電話やテレビ会議などの対話型の映像通信システムにおいて好適に用いられ、相手方との視線が一致した状態で会話を可能にする視線一致型の表示撮像装置に関する。

通信技術の発展により、インターネットや携帯型電話の通信手段を利用したテレビ電話などの映像通信サービスが急速に普及しており、前記したテレビ電話に用いる各端末機器には表示装置（ディスプレイ）と撮像装置（カメラ）とがそれぞれ具備される。図１はその一例を示したものであり、符号１はディスプレイを符号２はカメラを示し、符号３はディスプレイ１を直視する利用者の目を模式的に示している。

従来の前記したテレビ電話に用いる端末機器においては、図１に示したようにカメラ２をディスプレイ１の上部に配置する例が多く、したがってディスプレイ１を直視した状態で会話等を行うと、カメラ２の光軸と視線との間で角度βが発生し、両者共に下向きの顔がディスプレイに表示されることになる。このような問題を解消するために、例えばハーフミラーを用いてディスプレイとカメラの位置を光学的に重ね合わせることで、視線を一致させる手段（特許文献１および２参照）が提案されている。

また、放送分野においても例えばアナウンサが視聴者に視線を向けて話しかける状態を演出するために、テレビカメラに向かって放送原稿を読むためのプロンプタが提供されており、このプロンプタにおいても、ハーフミラーを用いてディスプレイとカメラの位置を光学的に重ね合わせる例（特許文献３参照）が提案されている。
特開平５−１９９５１８号公報 特開２００４−１３５２７４号公報 特開平８−１３６８５０号公報

前記のようにハーフミラーを用いた視線一致型の表示撮像装置においては、ハーフミラーを含む光学的な機構が必要であり、この場合ディスプレイサイズと同等、もしくはそれ以上の大きさのハーフミラーが必要になるために装置が大型化することは避けられない。そこで、ハーフミラーを使用しない視線一致型の表示撮像装置（特許文献４参照）が提案されている。
特開平７−１４３４６９号公報

前記特許文献４に開示の視線一致型の表示撮像装置は、透明状態に制御可能なフラットパネルディスプレイを用い、このディスプレイの裏面にカメラを配置するというものである。そして、透明状態に制御可能な前記ディスプレイとして、液晶表示装置を用いることが示されている。

なお、特許文献４においては、前記したとおり液晶表示装置の裏面にカメラを配置するという点についての記載はあるものの、液晶表示装置の構成を含む具体例については十分な開示がなされていない。そこで、図２は液晶表示装置の裏面にカメラを配置した基本構成例を示したものであり、液晶表示装置４は、液晶パネル４ａの表裏にそれぞれ偏光板４ｂ，４ｃが配置され、さらにその裏面には、その全体にバックライトを導く導光板４ｄを配置した構成にされる。

前記した構造の液晶表示装置の裏面にカメラを配置する場合には、前記導光板４ｄが光学的な妨げになるために、その一部に開口を形成し、前記開口にカメラ２が臨むように配置する必要がある。

ところで、図２に示した構成によると、液晶パネル４ａの表裏にそれぞれ配置された偏光板４ｂ，４ｃは透過光量を著しく減衰させるため、カメラ２の実質的なＦ値（明るさ）を低下させるという問題が生ずる。これに加えて、前記偏光板４ｂ，４ｃは透過映像に対して妨害を与え、撮像画像の解像度を甚だしく低下させることになる。

さらに、図２に示した構成によると、液晶による画像表示とカメラ２による撮像とを時分割で行う際に、時分割に同期してバックライトを点滅させることは不可能であり、バックライトがカメラ２の撮像画像にハレーションを与えるなど、現実的に種々の問題点が発生する。

この発明は、前記した問題点に着目してなされたものであり、カメラの実質的なＦ値（明るさ）の低下や解像度への影響を大幅に低減することができ、また前記した液晶表示装置特有のバックライトによる影響を受けることのない低コストで量産性に優れた視線一致型の表示撮像装置を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる表示撮像装置は、請求項１に記載のとおり、透明基板上に、透明な導電性素材による第１電極、有機ＥＬ発光層、透明な導電性素材による第２電極が順に積層されて形成された光透過型有機ＥＬ表示体と、前記有機ＥＬ表示体の表示機能面の裏面側に配置され、前記有機ＥＬ表示体の非表示時における当該有機ＥＬ表示体を介した透過像を撮像する撮像手段とが具備され、前記有機ＥＬ表示体による画像表示と、前記撮像手段による撮像動作とが、時分割により異なったタイミングで実行されるように構成した点に特徴を有する。

以下、この発明にかかる表示撮像装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図３はその一例を断面図により示した模式図であり、符号５は光透過型有機ＥＬ表示体を示している。

この光透過型有機ＥＬ表示体５は、例えばガラス基板等の透明基板５ａを基体とし、この透明基板５ａ上に形成されている。すなわち、前記透明基板５ａ上には、透明な導電性素材、例えばＩＴＯもしくはＩＺＯなどによる第１電極５ｂが形成されている。この実施の形態においては、前記第１電極５ｂは、複数の電極線が縦方向（図の上下方向）に向かうようにストライプ状に形成されており、これは一般的なフォトリソ法を利用することで基板５ａ上にパターニングすることができる。

前記第１電極５ｂが形成された基板５ａ上には、有機ＥＬ発光層５ｃが例えば蒸着手段により形成されている。この有機ＥＬ発光層５ｃは、有機発光層の単一層、有機正孔輸送層と有機発光層からなる二層構造、また有機正孔輸送層と有機発光層および有機電子輸送層からなる三層構造、さらにこれらの適切な層間に電子もしくは正孔の注入層を挿入した多層構造になされる場合もある。

また、前記有機ＥＬ発光層５ｃの上には、例えばＩＴＯもしくはＩＺＯなどの透明な導電性素材による第２電極５ｄが形成されている。前記第２電極５ｄは、複数の電極線が横方向（図３の紙面に直交する方向）に向かうようにストライプ状に形成されており、これにより、前記第１電極５ｂと第２電極５ｄとの各交点位置における有機ＥＬ発光層５ｃが発光画素となるパッシブマトリクス型ＥＬ表示体が構成されている。

なお、前記した透明基板５ａの周縁部には、第１電極５ｂ、発光層５ｃ、第２電極５ｄを裏面から覆う例えばガラス製の封止部材５ｅが取り付けられ、有機ＥＬ表示体５は全体としてフラットパネル状に形成されている。

前記有機ＥＬ表示体（ディスプレイ）５は、前記透明基板５ａの前面側が表示機能面として機能し、したがって有機ＥＬ表示体５を直視する利用者の目は、符号３で示したように透明基板５ａの前面側に位置することになる。そして、前記表示体５の裏面側のほぼ中央部には、前記有機ＥＬ表示体５の非表示時における当該表示体を介した透過像を撮像する撮像手段（カメラ）２が配置され、これにより表示撮像装置が構成されている。

前記した光透過型の有機ＥＬ表示体５は、第１電極５ｂおよび第２電極５ｄが透明な導電性素材により構成され、また有機ＥＬ発光層５ｃは非表示時においては可視光の吸収度合いが少ないことから、表示体５の全体において可視光の透過率は高く、また透過像に歪みを与える度合いも少ない。

したがって、表示体５の裏面に配置された前記撮像手段２による表示体５を介した透過像の撮像にはそれ程支障はなく、撮像手段２は有機ＥＬ表示体５を直視する利用者の顔を、正面から撮影することができる。

図４は図３に示した構成の表示撮像装置を互いに用いて対話型の映像通信システム、すなわちテレビ電話を実現させる場合における動作タイミングの一例を説明するものである。すなわち、図４においては、（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれの通話者側におけるディスプレイ５による表示タイミングおよびカメラ２による撮像のタイミングを示している。

図４に示すように（Ａ）側においては、カメラ２による利用者の撮像はｔ１，ｔ３，ｔ５，……において間欠的に実行され、これは（Ｂ）側に伝送される。また（Ａ）側のディスプレイ５による（Ｂ）側から伝送される画像の表示はｔ２，ｔ４，ｔ６，……において間欠的に実行される。すなわち（Ａ）側および（Ｂ）側のそれぞれの表示撮像装置は、同期をとってディスプレイ５による画像表示と、カメラ２による撮像動作とが、時分割により異なったタイミングで実行される。

この場合、カメラ２による撮像動作とディスプレイ５による画像表示は、例としてそれぞれ５ｍｓｅｃ毎に切り換えるように動作する。すなわち、互いのディスプレイ５における画像表示は１０ｍｓｅｃで切換わることになる。ディスプレイ５としての前記した有機ＥＬ表示体の応答速度は、通常０．０１ｍｓｅｃと非常に高速であり、有機ＥＬ表示体は前記したインターバルでの画像表示には支障なく表示動作を行うことができる。

前記した対話型の映像通信システム等に好適に採用されるこの発明にかかる表示撮像装置によると、液晶表示パネルをディスプレイとして用いた従来例に比較して、カメラの実質的なＦ値（明るさ）を低下させるという問題、ならびに偏光板による撮像画像に対する妨害などの問題を克服することができる。

加えて、液晶表示パネル特有のバックライトにより撮像画像にハレーションを与えるなどの影響を受けることのない低コストで量産性に優れた視線一致型の表示撮像装置を提供することができる。

図５は、前記した光透過型有機ＥＬ表示体（ディスプレイ）５における画素の構成例を示したものであり、これはアクティブ駆動方式の最も基本的な構成例を示している。なお、図５においては紙面の都合により有機ＥＬ素子を含む１つの画素の構成を示しているが、これは同一構成の多数の画素が表示体５の全面にわたって縦横方向にマトリクス状に配設される。

図５に示すようにディスプレイ５に配設された画素６は、データ書き込みトランジスタＴ１、駆動トランジスタＴ２、電荷保持用キャパシタＣｓ、有機ＥＬ素子Ｅ１より構成されている。そして、データ書き込みトランジスタＴ１のソースにはデータドライバ７より映像信号に対応したデータ信号が供給されるように構成され、またデータ書き込みトランジスタＴ１のゲートには、ゲートドライバ８より書き込みパルスが供給されるように構成されている。

前記データ書き込みトランジスタＴ１のドレインは、前記駆動トランジスタＴ２のゲートに接続されると共に、電荷保持用キャパシタＣｓの一方の端子に接続されている。そして、前記駆動トランジスタＴ２のソースは、前記キャパシタＣｓの他方の端子に接続されると共に、電源供給ラインより駆動電圧Ｖｃｃが供給されるように構成されている。前記駆動トランジスタＴ２のドレインは、発光素子としての有機ＥＬ素子Ｅ１のアノード端子に接続され、この有機ＥＬ素子Ｅ１のカソード端子は、ディスプレイパネルの基準電位点（グランド）に接続されている。

図５に示した画素６の構成において、制御トランジスタＴ１のゲートには、データ書き込み期間においてゲートドライバ８より書き込みパルスが供給される。この時、データドライバ７から供給されるデータ信号（書き込みデータ）が画素を点灯させるデータである場合においては、制御トランジスタＴ１のソース・ドレインを介して、データ信号に対応した電流がキャパシタＣｓに流れ、キャパシタＣｓは充電される。

そして、その充電電圧が駆動トランジスタＴ２のゲートに供給されて、トランジスタＴ２はそのゲート電圧とドレインに供給される駆動電圧Ｖｃｃに対応した電流を前記ＥＬ素子Ｅ１に流し、これによりＥＬ素子Ｅ１は発光（点灯）する。

前記制御トランジスタＴ１のゲートに対する前記書き込みパルスの印加が停止されると、トランジスタＴ１はいわゆるカットオフとなる。しかしながら、キャパシタＣｓに蓄積された電荷により駆動トランジスタＴ２のゲート電圧が保持され、これによりＥＬ素子Ｅ１への駆動電流が維持される。

したがって、ＥＬ素子Ｅ１は次のデータ書き込み動作に至る期間、すなわち１フレーム期間もしくは１サブフレーム期間（以下、これを単位フレーム期間と称する。）において、前記書き込みデータ信号に対応した点灯状態を継続することができる。それ故、前記したデータ書き込み期間において、データドライバ７から供給されるデータ信号に応じて画素の点灯もしくは消灯制御がなされ、これにより各画素の単位フレーム期間における点灯動作が制御される。

図６および図７は、図５に示したディスプレイ５によってなされる画素の非発光制御の動作例と、画素の非発光状態において前記撮像手段（カメラ）２によって撮像を行う好ましい動作例を説明するものである。

先ず図６は図５に示したディスプレイ５における全ての画素６を単位フレーム期間、すなわちこの例では１フレーム期間において非発光状態にする例を示している。前記した動作を実行する場合においては、図６に示すように１フレーム期間においてＤ１〜Ｄｎで示す連続した非発光データが、データドライバ７より各画素６に書き込みデータとして供給される。

図６にＤ１〜Ｄｎで示す非発光データは、ディスプレイ５に例えば水平方向に配列された各画素単位で順次書き込まれるために、図６にＫ１〜Ｋｎで示したように非発光状態になされる画素は、時間経過にしたがって順にずれを生ずる。これにより、１フレーム期間において連続する非発光データＤ１〜Ｄｎを供給しても、非発光になされる画素の領域はディスプレイ５を斜めに横切る帯状の領域となる。

一方、図７に示すように前記した撮像手段（カメラ）２を、ディスプレイ５の裏面中央部に配置した場合においては、撮像手段２の視野内にある前記有機ＥＬ素子による画素は、図７にＦｖで示した領域となる。すなわち、前記視野Ｆｖで示す領域を前記したディスプレイ５を斜めに横切る帯状の非発光領域がカバーした時に、カメラ２によって撮像することで、表示画素の妨害を受けることなく、ディスプレイ５を透過した正面の像を撮像することができる。

したがって、図６に示す１フレーム期間において供給される連続する非発光データＤ１〜Ｄｎの時間的なほぼ中央部、すなわちＤｍで示す非発光データが発生するタイミングを含むその前後の期間において、カメラ２によって撮像することが望ましいことになる。

図８はこの発明において好適に採用し得る有機ＥＬ表示体（ディスプレイ）５におけるアクティブ駆動方式の画素の他の構成例を示したものである。なお、この図８においても紙面の都合により有機ＥＬ素子を含む１つの画素の構成を示しているが、これは同一構成の多数の画素が表示体５の全面にわたって縦横方向にマトリクス状に配設される。そして、図８においてはすでに説明した図５に示す画素構成において、同一の機能を果たす部分を同一の符号で示しており、したがってその説明は省略する。

図８に示す画素構成は、ＳＥＳ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｅｒａｓｉｎｇ Ｓｃａｎ）駆動方式とも呼ばれており、発光対象にされる画素を、１フレームもしくは１サブフレーム期間の途中において非点灯（消灯）状態に制御することで多階調表現が実現できるように構成されている。すなわち、図８に示す画素の構成例は、図５に示した画素の構成に加えて消去用トランジスタＴ３がさらに具備されている。

そして、消去用トランジスタＴ３のソースおよびドレインは電荷保持用キャパシタＣｓの両端にそれぞれ接続されており、そのゲートには消去ドライバ９より消去パルスが供給されるように構成されている。

前記した画素の構成において、トランジスタＴ１およびＴ２の働きは、図５に示した例と同様である。一方、消去トランジスタＴ３のゲートには、前記ＥＬ素子Ｅ１の点灯期間の途中（この実施の形態においては、１フレーム期間の途中）のタイミングにおいて、前記消去ドライバ９よりトランジスタＴ３をオンさせる消去パルスが供給される。

これにより、キャパシタＣｓにチャージされている電荷は瞬時にして消去（放電）される。この結果、駆動トランジスタＴ２はカットオフ状態となり、ＥＬ素子Ｅ１は直ちに消灯される。換言すれば、消去ドライバ９からの消去パルスの出力タイミングを制御することで、ＥＬ素子Ｅ１の１フレーム期間中における点灯期間が制御され、これにより多階調表現を実現させることができる。

前記したＳＥＳ駆動方式によるディスプレイ５を採用した場合においては、１フレーム期間中において、データドライバ７からのデータの書き込みタイミングに同期して、消去ドライバ９より順次連続して消去パルスを発生することで、図６に示した非発光データＤ１〜Ｄｎをデータドライバ７から連続して供給する場合と同様の作用効果を与えることができる。

次に図９は前記した光透過型有機ＥＬ表示体（ディスプレイ）５における他の構成例を示したものであり、これは周知のパッシブ駆動方式の構成を示している。なお、図９においては紙面の都合によりダイオードのマークで示した有機ＥＬ素子による画素を縦横方向にそれぞれ２つ配置した例を示しているが、これは表示体５の全面にわたって多数の素子が縦横方向にマトリクス状に配設される。

図９に示すパッシブ駆動方式のディスプレイ５は、画素を構成する各有機ＥＬ素子が、縦方向に配列された複数のデータ線と横方向に配列された複数の走査線との各交点位置に形成されている。そして、データドライバ１１より、各データ線に対して適宜定電流を供給するように構成され、走査ドライバ１２は各走査線を順次走査電位に設定することで、ディスプレイ５に配置された各ＥＬ素子は選択的に点灯され、これにより画像表示が行われる。

図１０は図９に示したディスプレイ５によってなされる画素の発光制御の動作例と、画素の非発光状態において前記撮像手段（カメラ）２によって撮像を行う好ましい例を説明するものである。

図１０に示すＤ１〜Ｄｎは、１フレーム期間において走査に同期してデータドライバ１１から各データ線に対して供給される発光データを示している。一方、Ｋ１〜Ｋｎは、走査ドライバ１２によって各走査線に対して順次走査電位を供給する状態を示したものである。前記したパッシブ駆動方式においては、走査対象となる走査線に接続されたＥＬ素子が発光駆動されることになり、他の走査線に接続されたＥＬ素子が同時に発光駆動されることはない。

したがって、前記したパッシブ駆動方式のディスプレイ５を採用し、すでに説明した図７に示すように撮像手段（カメラ）２を、ディスプレイ５の裏面中央部に配置した場合においては、前記撮像手段の視野Ｆｖ内にあるＥＬ素子が非発光状態になされた期間において、前記撮像手段によって撮像を行われる。すなわち、視野Ｆｖに対応するＥＬ素子の走査されるタイミング外において、カメラ２により撮像することにより、表示画素の妨害を受けることなく、ディスプレイ５を透過した正面の像を撮像することができる。

図１１は、図９に示したディスプレイ５によってなされる画素の発光制御の他の動作例を説明するものである。この図１１に示す例においては、一走査期間にわたり全ての有機ＥＬ素子が非発光状態になされる非発光期間が設定されている。すなわち、図１１に示すように１フレーム期間の最後に、ダミーの走査期間が設定されており、この期間（Ｄｄ）においては、各走査線に例えば逆バイアス電圧を印加するように動作する。

したがって、この期間においてはディスプレイ５に配列された各ＥＬ素子は、全て非発光状態になされる。このタイミングにおいて、カメラ２により撮像することにより、表示画素の妨害を受けることなく、ディスプレイ５を透過した正面の像を撮像することができる。

以上説明したこの発明にかかる表示撮像装置は、前記したようにテレビ電話などに代表される対話型の映像通信システムに好適に採用することができるが、前述したとおり放送分野において、テレビカメラに向かって放送原稿を読むためのプロンプタにも応用することができ、さらには鏡の代用として利用することで正面に視線が向いた自然な自画像を表示することが可能な表示撮像装置にも応用することができる。

従来の表示撮像装置の例を示した模式図である。 従来の表示撮像装置の他の例を示した模式図である。 この発明にかかる表示撮像装置の実施の形態を示した模式図である。 図３に示した表示撮像装置を用いて対話型の映像通信システムを実現させる場合の動作例を説明するタイミング図である。 表示撮像装置を構成するディスプレイにおける画素の構成例を示した回路構成図である。 図５に示したディスプレイによってなされる画素の非発光制御の動作例を示したタイミング図である。 撮像手段によって撮像を行う場合の撮像手段の視野について説明する模式図である。 表示撮像装置を構成するディスプレイにおける画素の他の構成例を示した回路構成図である。 同じくディスプレイにおける画素のさらに他の構成例を示した回路構成図である。 図９に示したディスプレイによってなされる画素の発光制御の動作例を示したタイミング図である。 同じく図９に示したディスプレイによってなされる画素の発光制御の他の動作例を示したタイミング図である。

符号の説明

２ 撮像手段（カメラ）
３ 利用者の目
５ 光透過型有機ＥＬ表示体（ディスプレイ）
５ａ 透明基板
５ｂ 第１電極
５ｃ 有機ＥＬ発光層
５ｄ 第２電極
５ｅ 封止部材
６ 画素
７ データドライバ
８ ゲートドライバ
９ 消去ドライバ
Ｃｓ 電荷保持用キャパシタ
Ｅ１ 有機ＥＬ素子
Ｆｖ カメラの視野
Ｔ１ データ書き込みトランジスタ
Ｔ２ 駆動トランジスタ
Ｔ３ 消去トランジスタ

Claims (5)

1. 透明基板上に、透明な導電性素材による第１電極、有機ＥＬ発光層、透明な導電性素材による第２電極が順に積層されて形成された光透過型有機ＥＬ表示体と、前記有機ＥＬ表示体の表示機能面の裏面側に配置され、前記有機ＥＬ表示体の非表示時における当該有機ＥＬ表示体を介した透過像を撮像する撮像手段とが具備され、
   前記有機ＥＬ表示体による画像表示と、前記撮像手段による撮像動作とが、時分割により異なったタイミングで実行されるように構成したことを特徴とする表示撮像装置。
2. 前記光透過型有機ＥＬ表示体がフラットパネル状に形成され、その裏面中央部に前記撮像手段が配置されていることを特徴とする請求項１に記載された表示撮像装置。
3. 前記光透過型有機ＥＬ表示体における各有機ＥＬ素子が、書き込みデータに基づいて単位フレーム期間において発光制御を行うアクティブ駆動動作がなされるように構成され、少なくとも前記単位フレーム期間において全ての前記有機ＥＬ素子が非発光状態になされる非発光期間が設定されると共に、前記非発光期間に基づいて前記撮像手段の視野内にある前記有機ＥＬ素子が非発光状態になされた場合において、前記撮像手段によって撮像を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された表示撮像装置。
4. 前記光透過型有機ＥＬ表示体における各有機ＥＬ素子が、複数のデータ線と複数の走査線との各交点位置に形成され、前記走査線を順次走査電位に設定することで、前記有機ＥＬ素子の発光制御を行うパッシブ駆動動作がなされるように構成され、前記撮像手段の視野内にある前記ＥＬ素子が非発光状態になされた期間において、前記撮像手段によって撮像を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された表示撮像装置。
5. 前記光透過型有機ＥＬ表示体における各有機ＥＬ素子が、複数のデータ線と複数の走査線との各交点位置に形成され、前記走査線を順次走査電位に設定することで、前記有機ＥＬ素子の発光制御を行うパッシブ駆動動作がなされるように構成され、少なくとも一走査期間にわたり全ての前記有機ＥＬ素子が非発光状態になされる非発光期間が設定されると共に、前記非発光期間において前記撮像手段によって撮像を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された表示撮像装置。

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