JP2010026467A - 表示装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】参照用受光素子への外部からの光を十分に遮蔽することができ、ノイズによる影響を小さくでき、受光システムのＳＮ比を向上することが可能な表示装置および電子機器を提供する。
【解決手段】受光素子３１１を含み表示領域における外光の強度を検出する第１の光センサ部３１と、受光素子３２１への光路に遮光膜ＣＴＬ３２１が配置された第２の光センサ部３２と、第１の光センサ部３１の検出信号と第２の光センサ部３２の検出信号との差分処理を行う信号処理機能と、を有し、遮光膜ＣＴＬ３２１は、配線と同層の金属膜により形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、表示画素部や額縁上に光センサを備えた表示装置および電子機器に関するものである。
フォトセンサで外光の照度を検出することにより、環境照度が明るい場合は、画面輝度を上げ、環境照度が暗い場合は逆に画面輝度を下げる技術が知られている。
この技術を用いることで画面が見やすくなるばかりでなく、液晶表示装置などのようにバックライトシステムにより表示している場合などは、バックライトシステムの消費電力の削減になり、携帯電話等のモバイルアプリケーションの電池寿命へ貢献できる。このことからこの種技術が種々検討されている。
また、表示装置自体に座標入力機能を設けた技術がいくつか提案されている。
具体的には、たとえば、感圧式タッチパネル（特許文献１，２を参照）方式による表示装置や電磁誘導型タッチパネル方式（特許文献３を参照）による表示装置などが知られている。
しかし、上記のような座標入力機能付随の表示装置は小型化するのが困難であり、通常の表示装置と比較し、コストが高くなってしまうという問題点があった。
そこで、近年、上記の問題を解決すべく表示装置の各画素に受光素子を設け、受光素子への入射光を検知することにより表示装置内の座標を特定する表示装置の開発が盛んに行われている（特許文献４，５を参照）。
上記のように、受光素子を設けることによって表示装置内の座標入力を可能とした装置は、座標入力機能を設けた表示装置と比較し、小型化が可能でコストも低減できるという利点を有するだけでなく、多点座標入力や面積入力も可能である。
特開２００２-１４９０８５号公報 特開２００２-４１２４４号公報 特開平１１-１３４１０５号公報 特開２００４-３１８０６７号公報 特開２００４-３１８８１９号公報
ところで、この種の表示装置においては、光センサの様々な特性ドリフトをキャンセルする。このために、光センサと全く同じ構造を持つ参照用の受光素子を光が照射されない位置に配置し、光センサの出力と参照用の素子の差分を取ることで、特性ドリフトをキャンセルする方法が提案されてきた。
参照用の受光素子（光センサ）は外部からの光を十分遮蔽する必要があるが、これまではカラーフィルタのブラックを配置する程度でセル内から入ってくる迷光が素子に入射してしまい、ノイズの原因となっていた。
本発明は、参照用受光素子への外部からの光を十分に遮蔽することができ、ノイズによる影響を小さくでき、受光システムのＳＮ比を向上することが可能な表示装置および電子機器を提供することにある。
本発明の第１の観点の表示装置は、受光素子を含み、表示領域における外光の強度を検出する第１の光センサ部と、受光素子を含み、当該受光素子への光路に遮光膜が配置された第２の光センサ部と、上記第１の光センサ部の検出信号と上記第２の光センサ部の検出信号との差分処理を行う信号処理部と、を有し、上記遮光膜は、遮光機能を含む層と同層の部材により形成されている。
好適には、上記第２の光センサ部は、上記受光素子が、薄膜トランジスタまたはＰＩＮダイオードにより形成され、電極が上層の配線層に接続された構造を有し、上記遮光膜は、上記上層の配線層と同層で同部材により形成されている。
好適には、表示光を上記表示領域に照射するバックライトを有し、上記薄膜トランジスタまたはＰＩＮダイオードのゲート電極は、受光素子の受光部よりバックライト側に形成されて、遮光機能を有する。
好適には、上記表示領域は表面輝度が変更可能であり、上記信号処理部は、上記差分信号処理結果に応じて上記表示部の表面輝度を変化させる。
好適には、表示光を上記表示領域に照射するバックライトを有し、上記信号処理部は、上記バックライトによる表示光のレベルを制御する。
好適には、上記第１の光センサ部は、物体からの反射光を検出可能であり、上記信号処理部は、上記第１の光センサ部の検出信号と上記第２の光センサ部の検出信号との差分処理結果により上記第１の光センサ部に物体があるか否かを示す信号を出力する。
本発明の第２の観点は、表示装置を有する電子機器であって、上記表示装置は、受光素子を含み、表示領域における外光の強度を検出する第１の光センサ部と、受光素子を含み、当該受光素子への光路に遮光膜が配置された第２の光センサ部と、上記第１の光センサ部の検出信号と上記第２の光センサ部の検出信号との差分処理を行う信号処理部と、を有し、上記遮光膜は、遮光機能を含む層と同層の部材により形成されている。
本発明によれば、第２の光センサ部の遮光膜で外光が遮光される。そして、信号処理部において、第１の光センサ部の検出信号と第２の光センサ部の検出信号の対する差分処理が行われる。その処理結果の信号は、第１の光センサ部内の反射ノイズや遮光時の暗電流やオフセットノイズの影響を極めて小さく抑えた信号となる。
本発明によれば、参照用受光素子への外部からの光を十分に遮蔽することができ、ノイズによる影響を小さくでき、受光システムのＳＮ比を向上することができる。
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、図２の液晶表示装置における有効表示領域部の構成例を示す図であって、図２（Ａ）はセルのマトリクス配列を、図２（Ｂ）は平面図を、図２（Ｃ）は断面図をそれぞれ示している。
また、図３は、本実施形態に係る光検出回路の構成例を示す図である。
液晶表示装置１は、図１に示すように、表示部としての有効表示領域部（画像表示部）２、光検出部（ＬＤＴＣ）３、垂直駆動回路（ＶＤＲＶ）４、水平駆動回路（ＨＤＲＶ）５、および信号処理回路（ＳＰＲＣ）６を有している。
本実施形態の液晶表示装置１は、たとえば外光の強度（照度）に応じて有効表示領域部２の表面輝度を変更可能（実際にはバックライト２５の発光強度を変更可能）に構成されている。すなわち、本実施形態の液晶表示装置１は、たとえば調光機能を有する。
有効表示領域部２は、表示画素を形成する表示回路２１０を含む複数の表示セル２１がマトリクス状に配列されている。有効表示領域部２は、表示画面を形成する。
そして、有効表示領域部２に隣接（近接）して光検出部３が配置されている。
なお、光検出部３は、有効表示領域部２外部（表示領域部の有効領域外の非表示領域部）に隣接して形成する代わりに、有効表示領域部２と一体的に形成することも可能である。
光検出部３は、図３に示すように、第１の光センサ部３１、第２の光センサ部３２、リセット用スイッチ３３、コンパレータ３４、およびキャパシタＣ３１を有する。
第１の光センサ部３１は、受光素子（フォトセンサ、光センサ）３１１を含み、有効表示領域部２における外光の強度を検出する。
第２の光センサ部３２は、受光素子３２１を含み、この受光素子３２１への光路に後で説明するような、配線と同じ金属（たとえばＡｌ）に形成される遮光膜ＣＴＬ３２１が配置され、外部からの光を十分に遮蔽するように構成されている。
なお、遮光膜は、配線層に限定されず、画素電極の金属層や他のＴＦＴ基板側にある遮光性のある膜により形成することが可能である。
なお、第１の光センサ部３１および第２の光センサ部３２は、たとえば遮光物体（たとえばユーザの指）が上部にかざされず、かつ、外光を受光してその外光レベルを検出可能な領域に配置される。
図３の光検出部３においては、第１の光センサ部３１の光センサ３１１と第２の光センサ部３２の遮光側センサ３２１とが、電源電位ＶＤＤと基準電位ＶＳＳ（たとえば接地電位ＧＮＤ）との間に、直近で（近接させて）直列に接続されている。
そして、光検出部３は、第１の光センサ部３１の光センサ３１１の検出電流成分から第２の光センサ部３２の遮光側センサ３２１の検出電流成分（たとえば暗電流成分）を取り除いた信号を、コンパレータ３４を用いて参照電圧との比較結果し外光強度信号を得る。光検出部３は、この得られた信号を、検出信号Ｓ３として信号処理回路６に出力する。
光検出部３による検出信号Ｓ３は、光センサ３１１が検出した赤外域の検出成分が除去されている。
このように、光検出部３は、第１の光センサ部の検出信号と第２の光センサ部の検出信号との差分処理を行う信号処理部としての機能を有している。
そして、信号処理回路６は、たとえば光検出部３による検出信号Ｓ３に応じて、有効表示領域部２に与える光量を制御する。
本実施形態においては、信号処理回路６は、光検出部３の検出信号Ｓ３の出力レベルに応じて、制御信号ＣＴＬにより、有効表示領域部（画面表示部）２の表面輝度を変化させる。
有効表示領域部２の説明に戻る。
たとえば、有効表示領域部２の所定領域において、図２中の左から、色の三原色に対応したＲ色の表示セル２１Ｒ、Ｇ色の表示セル２１Ｇ、Ｂ色の表示セル２１Ｂが配列され、たとえば図示しない遮光マスク（ブラックマスク）を介して、あるいはブラックマスクを介さずにこの配列が繰り返される。
また、有効表示領域部２においては、図２（Ｂ）に示すように、Ｒ色の表示セル２１Ｒの配置領域にはＲ色フィルタＦＬＴ−Ｒ、Ｇ色の表示セル２１Ｇの配置領域にはＧ色フィルタＦＬＴ−Ｇ、Ｂ色の表示セル２１Ｂの配置領域にはＢ色フィルタＦＬＴ−Ｂが形成されている。
有効表示領域部２においては、図２（Ｃ）に示すように、たとえばガラスにより形成されたＴＦＴ基板（第１透明基板）２２と対向基板（第２透明基板）２３との間に液晶層２４が封入されて形成されている。また、たとえばＴＦＴ基板２２の底面２２１側にバックライト２５が配置されている。
また、ＴＦＴ基板２２の基面２２２側には各表示セル２１の表示回路２１０が形成されている。
一方、対向基板２３の基面２３１には各種フィルタＦＬＴ−Ｒ，ＦＬＴ−Ｇ，ＦＬＴ−Ｂが形成されている。
各表示セル２１における表示回路２１０は、図２（Ａ）に示すように、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；thin film transistor）２１１を有する。
表示回路２１０は、ＴＦＴ２１１のドレイン電極（またはソース電極）に画素電極が接続された液晶セル（ＬＣ）２１２と、ＴＦＴ２１１のドレイン電極に一方の電極が接続された保持容量（Ｃｓ）２１３とにより構成されている。
これら表示セル２１の各々に対して、走査線（ゲート線）７−１〜７−ｍが各行ごとにその画素配列方向に沿って配線され、表示信号線８−１〜８−ｎが列ごとにその画素配列方向に沿って配線されている。
そして、各表示セル２１のＴＦＴ２１１のゲート電極は、各行単位で同一の走査線（ゲート線）７−１〜７−ｍにそれぞれ接続されている。また、各表示セル２１のＴＦＴ２１１のソース電極（または、ドレイン電極）は、各列単位で同一の表示信号線８−１〜８−ｎに各々接続されている。
図２（Ａ）の構成においては、走査線７−１〜７−ｍは垂直駆動回路４に接続されて、この垂直駆動回路４により駆動される。
また、表示セル２１に対応した配線された表示信号線８−１〜８−ｎは水平駆動回路５に接続され、この水平駆動回路５により駆動される。
さらに、一般的な液晶表示装置においては、画素保持容量配線（Ｃｓ）９−１〜９−ｍが独立に配線され、この画素保持容量配線９−１〜９−ｍと接続電極との間に保持容量２１３が形成されている。
そして、各画素部２０の表示セル２１の液晶セル２１２の対向電極および／または保持容量２１３の他方の電極には、コモン配線（共通配線）を通してたとえば所定の直流電圧がコモン電圧ＶＣＯＭとして与えられる。
あるいは、各表示セル２１の液晶セル２１２の対向電極および保持容量２１３の他方の電極には、たとえば１水平走査期間（１Ｈ）毎に極性が反転するコモン電圧ＶＣＯＭが与えられる。
垂直駆動回路４は、図示しないクロックジェネレータにより生成された垂直スタート信号ＶＳＴ、垂直クロックＶＣＫ、イネーブル信号ＥＮＢを受けて、１フィールド期間ごとに垂直方向（行方向）に走査する。そして、垂直駆動回路４は、走査線７−１〜７−ｍに接続された各表示セル２１を行単位で順次選択する処理を行う。
すなわち、垂直駆動回路４から走査線７−１に対して走査パルスＳＰ１が与えられたときには第１行目の各列の画素が選択され、走査線７−２に対して走査パルスＳＰ２が与えられたときには第２行目の各列の画素が選択される。以下同様にして、走査線７−３，…，７−ｍに対して走査パルスＳＰ３，…，ＳＰｍが順に与えられる。
水平駆動回路５は、図示しないクロックジェネレータにより生成された水平走査の開始を指令する水平スタートパルスＨＳＴ、水平走査の基準となる互いに逆相の水平クロックＨＣＫを受けてサンプリングパルスを生成する。
入力される画像データＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を、生成したサンプリングパルスに応答して順次サンプリングして、各表示セル２１に書き込むベきデータ信号として各表示信号線８−１〜８−ｎに供給する。
以下に、光検出部３における第１の光センサ部３１および第２の光センサ部３２の構成についてさらに詳細に説明する。
図４は、第１の光センサ部および第２の光センサ部のフォトセンサ（受光素子）をＴＦＴにより形成した構造例を示す断面図である。
ＴＦＴ基板２２（透明絶縁基板、たとえばガラス基板）上にゲート絶縁膜３３１で覆われたゲート電極３３２が形成されている。ゲート電極は、たとえばモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）などの金属または合金をスパッタリングなどの方法で成膜して形成される。
ゲート絶縁膜３３１上に半導体膜（Ｉ層、チャネル形成領域）３３３、並びに半導体膜３３３を挟んで一対のｎ＋拡散層３３４、３３５(ソース、ドレイン領域)が形成されている。
さらに、ゲート絶縁膜３３１、半導体層（チャネル形成領域）３３３、ｎ＋拡散層３３４，３３５(ソース、ドレイン領域)を覆うように層間絶縁膜３３６が形成されている。層間絶縁膜３３６は、たとえばＳｉＮ、ＳｉＯ２等により形成される。
一方のｎ＋拡散層３３４には、層間絶縁膜３３６に形成されたコンタクトホール３３７ａを介してソース電極３３８が接続され、他方のｎ＋拡散層３３５には、層間絶縁膜３３６に形成されたコンタクトホール３３７ｂを介してドレイン電極３３９が接続される。
ソース電極３３８およびドレイン電極３３９は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）をパターニングしたものである。
層間絶縁膜３３６、ソース電極３３８、ドレイン電極３３９上に平坦化膜３４０が形成されている。
そして、たとえば表示領域部の有効表示領域あるいは、非表示領域に配置される場合には、この平坦化膜３４９上に液晶層２４が形成される。
そして、本実施形態においては、たとえば図４に示すように、第２の光センサ部３２の外部光の入射光路に、受光部であるＩ層３３３の上部に配線に用いているＡｌからなる遮光膜３５０が形成され、外部からの迷光を遮光するように構成される。
参考のために図５に第２の光センサ部３２の平面図を示す。
以下に、本実施形態に係る配線と同層による遮光膜を有する第２の光センサ部の形成方法を図６（Ａ）〜（Ｇ）および図７（Ｈ）〜（Ｋ）に関連付けて説明する。
図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ガラス基板２２上にゲート電極４０１を形成し、その上部にゲート絶縁膜４０２をＣＶＤ装置によって成膜する。ゲート絶縁膜４０２は積層構造を有し、ガラス基板２２側からＳｉＮ、ＳｉＯ２膜である。
次に、図６（Ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜４０２上にはアモルファスシリコン４０３を成膜した後にエキシマレーザーを照射し（レーザーアニール）、シリコン膜を多結晶化する。
次に、トランジスタの閾値制御のために多結晶シリコン膜にイオン注入機によって不純物を注入する。そして、図６（Ｅ）に示すように、多結晶シリコン膜４０４の上部にはＣＶＤ装置によってＳｉＯ２膜４０５を成膜する。
その後フォトリソグラフィー技術によりＳｉＯ２膜上にレジストをパターニングし、図６（Ｆ）に示すように、イオン注入機によってアノード・カソードを形成する。
その後、レジストを剥離した後基板をアニール炉に入れ不純物を活性化する。
次に、図６（Ｇ）に示すように、再びレジストパターンを形成しドライエッチャーによって多結晶シリコン膜とＳｉＯ２をパターニングする。
次に、図７（Ｈ）に示すように、ＣＶＤ装置によって層間絶縁膜４０６であるＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯ２膜を成膜し、アニール炉にて多結晶シリコン中のダングリングボンドを水素によって終端化させる。
次に、図７（Ｉ）に示すように、フォトリソグラフィーによりレジストをパターニングし、エッチングによりソース、ドレイン部の多結晶シリコンとゲート電極に対しコンタクトホール４０７を形成する。
その後、図７（Ｊ）に示すように、信号配線となるＡｌ４０８を成膜し、図７（Ｋ）に示すように、フォトリソグラフィーとエッチングによってパターニングする。
なお、以上の説明では、光センサ部の受光素子をＴＦＴで形成した例を示したが、ＴＦＴに限らず、図８（Ａ）および（Ｂ）に示すような構造を有するＰＩＮダイオードにより形成することも可能である。
なお、理解を容易にするために、図４および図５と同様の構成部分には、同一符号をもって表している。
異なる部分は、ｎ＋拡散層３３４の代わりにｐ＋拡散層３４１ソース電極に代わりにアノード電極３４２が形成され、ドレイン電極の代わりにカソード電極３４４が形成されている点である。
以上の構成を有する光検出部３においては、第１の光センサ部３１の光センサ３１１と第２の光センサ部３２の遮光側センサ３２１とが、電源電位ＶＤＤと基準電位ＶＳＳ（たとえば接地電位ＧＮＤ）との間に、直近で（近接させて）直列に接続されている。
光検出部３においては、有効表示領域部２に照射される外光が第１の光センサ部３１の光センサ３１１で受光される。
そして、光検出部３は、第１の光センサ部３１の光センサ３１１の検出電流成分から第２の光センサ部３２の遮光側センサ３２１の検出電流成分である暗電流成分が取り除かれた信号が、コンパレータ３４を用いて参照電圧と比較される。その比較結果が、外光強度信号として得られ、検出信号Ｓ３として信号処理回路６に出力される。
光検出部３による検出信号Ｓ３は、光センサ３１１が検出した赤外域の検出成分が除去されている。
そして、信号処理回路６は、光検出部３の検出信号Ｓ３の出力レベルに応じて、制御信号ＣＴＬにより、有効表示領域部（画面表示部）２の表面輝度を変化させる。
たとえば、バックライト２５による表示光のレベルを制御する。
なお、光検出部３は、有効表示領域部２外部（表示領域部の有効領域外の非表示領域部）に隣接して形成する代わりに、図９に示すように、有効表示領域部２と一体的に形成することも可能である。
その他の構成および機能は、基本的に前述した実施形態と同様であることから、その詳細な説明は省略する。
また、以上の説明では、外光の強度（照度）に応じて有効表示領域部２，２Ａ，２Ｂの表面輝度を変更可能（実際にはバックライト２５の発光強度を変更可能）な調光機能を有する液晶表示装置について説明した。
本発明は調光機能に限定されず、図１０に示すような、バックライトの反射光の検出システム等にも適用可能である。
以上説明したように、本実施形態によれば、光検出部３は、受光素子３１１を含み表示領域における外光の強度を検出する第１の光センサ部３１と、受光素子３２１への光路に遮光膜ＣＴＬ３２１が配置された第２の光センサ部３２と、を有する。
そして、第１の光センサ部３１の出力から第２の光センサ部３２の検出した少なくとも暗電流成分に相当する成分を取り除く機能を有し、遮光膜ＣＴＬ３２１は、信号配線と同じ層により形成されていることから、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態によれば、参照用第２の光センサ部３２の受光素子への外部からの光を十分に遮蔽することができ、ノイズによる影響を小さくでき、受光システムのＳＮ比を向上することができる。
また、電源投入時のキャリブレーション動作を要することなく、ノイズによる影響を小さくでき、受光システムのＳＮ比を向上することが可能となる。
上記バックライトを用いたシステム、もしくは外光の撮像システムにおいて、受光素子（フォトセンサ）および画素回路のオフセットノイズを除去できるため、高ＳＮ比化を実現できる。
上記バックライト光を用いたシステム、もしくは外光の撮像システムにおいて、ディスプレイからの干渉ノイズを除去できるため、高ＳＮ比化を実現できる。
上記ノイズをリアルタイムでキャンセルできるため、温度特性、時間変動に強い高信頼性システムを実現できる。
上記と同一の理由により、電源投入時のキャリブレーション動作が不要になる。
なお、複数画素に対して、一つの受光素子を配置する構成でも構わないし、受光素子はＲＧＢそれぞれに対し一つずつが配置されていても構わないし、一画素に対して受光素子が一つ配置されていても構わない。
本発明を適用する場合の表示装置内の受光素子配置は特に言及しないものとする。このように、本発明を受光素子内蔵の表示装置に適用することにより、ノイズの影響の少ない受光信号を後処理で用いることが可能となる。また、表示側信号の撮像側信号への混入を防ぎつつ、受光（撮像）を行うことが可能となる。
本実施形態に係る表示装置は、図１１に示すようにフラット型のモジュール形状のものを含む。
たとえば絶縁性の基板２２上に、液晶素子、薄膜トランジスタ、薄膜容量、受光素子等からなる画素をマトリックス状に集積形成した画素アレイ部を設ける。この画素アレイ部（画素マトリックス部）を囲むように接着剤を配し、ガラス等の対向基板を貼り付けて表示モジュールとする。
この透明な対向基板２３には必要に応じて、カラーフィルタ、保護膜、遮光膜等を設けてもよい。表示モジュールには、外部から画素アレイ部への信号等を入出力するためのコネクタＣＮＴとしてたとえばＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）を設けてもよい。
以上説明した本実施形態に係る表示装置は、図１２〜図１６に示す様々な電子機器、たとえば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなどに適用可能である。これら電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。
以下に、本実施形態が適用される電子機器の一例について説明する。
図１２は、本実施形態が適用されるテレビジョンを示す斜視図である。
本適用例に係るテレビジョン５００は、フロントパネル５２０やフィルタガラス５３０等から構成される映像表示画面部５１０を含み、その映像表示画面部５１０として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
図１３は、本実施形態が適用されるデジタルカメラを示す斜視図であり、図１３（Ａ）は表側から見た斜視図、図１３（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。
本適用例に係るデジタルカメラ５００Ａは、フラッシュ用の発光部５１１、表示部５１２、メニュースイッチ５１３、シャッターボタン５１４等を含み、その表示部５１２として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
図１４は、本実施形態が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータ５００Ｂは、本体５２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード５２２、画像を表示する表示部５２３等を含み、その表示部５２３として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
図１５は、本実施形態が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。
本適用例に係るビデオカメラ５００Ｃは、本体部５３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ５３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ５３３、表示部５３４等を含み、その表示部５３４として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
図１６は、本実施形態が適用される携帯端末装置、たとえば携帯電話機を示す図であり、図１６（Ａ）は開いた状態での正面図、図１６（Ｂ）はその側面図、図１６（Ｃ）は閉じた状態での正面図、図１６（Ｄ）は左側面図、図１６（Ｅ）は右側面図、図１６（Ｆ）は上面図、図１６（Ｇ）は下面図である。
本適用例に係る携帯電話機５００Ｄは、上側筐体５４１、下側筐体５４２、連結部（ここではヒンジ部）５４３、ディスプレイ５４４、サブディスプレイ５４５、ピクチャーライト５４６、カメラ５４７等を含む。携帯電話機５００Ｄは、そのディスプレイ５４４やサブディスプレイ５４５として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
また、本実施形態に係る表示装置は、以下のような表示撮像装置に適用可能である。また、この表示撮像装置は、先に説明した各種電子機器に適用可能である。
図１７は、表示撮像装置の全体構成を示す図である。
この表示撮像装置１０００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００と、バックライト１５００と、表示用ドライブ回路１２００と、受光ドライブ回路１３００と、画像処理部１４００と、アプリケーションプログラム実行部１１００とを有している。
Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００は、複数の画素が全面にわたってマトリクス状に配置された液晶パネル（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））を有し、線順次動作をしながら表示データに基づく所定の図形や文字などの画像を表示する機能（表示機能）を含む。Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００は、後述するようにこのＩ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体を撮像する機能（撮像機能）を有する。
また、バックライト１５００は、たとえば複数の発光ダイオードが配置されてなるＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の光源である。バックライト１５００は、後述するようにＩ／Ｏディスプレイ２０００の動作タイミングに同期した所定のタイミングで、高速にオン・オフ動作を行うようになっている。
表示用ドライブ回路１２００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００において表示データに基づく画像が表示されるように（表示動作を行うように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の駆動を行う（線順次動作の駆動を行う）回路である。
受光ドライブ回路１３００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００において受光データが得られるように（物体を撮像するように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の駆動を行う（線順次動作の駆動を行う）回路である。なお、各画素での受光データは、たとえばフレーム単位でフレームメモリ１３００Ａに蓄積され、撮像画像として画像処理部１４へ出力される。
画像処理部１４００は、受光ドライブ回路１３００から出力される撮像画像に基づいて所定の画像処理（演算処理）を行う。画像処理部１４００は、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）を検出し、取得するものである。なお、この検知する処理の詳細については後述する。
アプリケーションプログラム実行部１１００は、画像処理部１４００による検知結果に基づいて所定のアプリケーションソフトに応じた処理を実行する。この場合、たとえば検知した物体の位置座標を表示データに含むようにし、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００上に表示させるものなどが挙げられる。
なお、このアプリケーションプログラム実行部１１００で生成される表示データは表示用ドライブ回路１２００へ供給される。
次に、図１８を参照してＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の詳細構成例について説明する。このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００は、表示エリア（センサエリア）２１００と、表示用Ｈドライバ２２００と、表示用Ｖドライバ２３００と、センサ読み出し用Ｈドライバ２５００と、センサ用Ｖドライバ２４００とを有している。
表示エリア（センサエリア）２１００は、バックライト１５００からの光を変調して表示光を出射すると共にこのエリアに接触または近接する物体を撮像する領域である。そして、発光素子（表示素子）である液晶素子と後述する受光素子（撮像素子）とがそれぞれマトリクス状に配置されている。
表示用Ｈドライバ２２００は、表示用ドライブ回路１２００から供給される表示駆動用の表示信号および制御クロックに基づいて、表示用Ｖドライバ２３００と共に表示エリア２１００内の各画素の液晶素子を線順次駆動するものである。
センサ読み出し用Ｈドライバ２５００は、センサ用Ｖドライバ２４００と共にセンサエリア２１００内の各画素の受光素子を線順次駆動し、受光信号を取得するものである。
次に、図１９を参照して、表示エリア２１００における各画素の詳細構成例について説明する。この図１９に示した画素３１００は、表示素子である液晶素子と受光素子とから構成されている。
具体的には、表示素子側には、水平方向に延在するゲート電極３１００ｈと垂直方向に延在するドレイン電極３１００ｉとの交点に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）などからなるスイッチング素子３１００ａが配置されている。また、このスイッチング素子３１００ａと対向電極との間に液晶を含む画素電極３１００ｂが配置されている。
そして、ゲート電極３１００ｈを介して供給される駆動信号に基づいてスイッチング素子３１００ａがオン・オフ動作し、オン状態のときにドレイン電極３１００ｉを介して供給される表示信号に基づき画素電極３１００ｂに画素電圧が印加され、表示状態が設定される。
一方、表示素子に隣接する受光素子側には、たとえばフォトダイオードなどからなる受光用のセンサ３１００ｃが配置され、電源電圧ＶＤＤが供給される。
また、この受光センサ３１００ｃには、リセットスイッチ３１００ｄとキャパシタ３１００ｅが接続され、リセットスイッチ３１００ｄによってリセットされながら、キャパシタ３１００ｅにおいて受光量に対応した電荷が蓄積される。
そして、蓄積された電荷は読み出しスイッチ３１００ｇがオンとなるタイミングで、バッファアンプ３１００ｆを介して信号出力用電極３１００ｊに供給され、外部へ出力される。
また、リセットスイッチ３１００ｄのオン・オフ動作はリセット電極３１００ｋにより供給される信号により制御され、読み出しスイッチ３１００ｇのオン・オフ動作は、読出し制御電極３１００ｋにより供給される信号により制御される。
次に、図２０を参照して、表示エリア２１００内の各画素とセンサ読み出し用Ｈドライバ２５００との接続関係について説明する。この表示エリア２１００では、赤（Ｒ）用の画素３１００と、緑（Ｇ）用の画素３２００と、青（Ｂ）用の画素３３００とが並んで配置されている。
各画素の受光センサ３１００ｃ，３２００ｃ，３３００ｃに接続されたキャパシタに蓄積された電荷は、それぞれのバッファアンプ３１００ｆ，３２００ｆ，３３００ｆで増幅される。そして、読み出しスイッチ３１００ｇ，３２００ｇ，３３００ｇがオンになるタイミングで、信号出力用電極を介してセンサ読み出し用Ｈドライバ２５００へ供給される。
なお、各信号出力用電極には定電流源４１００ａ，４１００ｂ，４１００ｃがそれぞれ接続され、センサ読み出し用Ｈドライバ２５００で感度良く受光量に対応した信号が検出される。
次に、表示撮像装置の動作について詳細に説明する。
まず、この表示撮像装置の基本動作、すなわち画像の表示動作および物体の撮像動作について説明する。
この表示撮像装置では、アプリケーションプログラム実行部１１００から供給される表示データに基づいて、表示用ドライブ回路１２００において表示用の駆動信号が生成される。この駆動信号により、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に対して線順次表示駆動がなされ、画像が表示される。
また、このときバックライト１５００も表示用ドライブ回路１２００によって駆動され、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００と同期した点灯・消灯動作がなされる。
ここで、図２１に関連付けて、バックライト１５００のオン・オフ状態とＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の表示状態との関係について説明する。
まず、たとえば１／６０秒のフレーム周期で画像表示がなされている場合、各フレーム期間の前半期間（１／１２０秒間）にバックライト１５００が消灯し（オフ状態となり）、表示が行われない。一方、各フレーム期間の後半期間には、バックライト１５００が点灯し（オン状態となり）、各画素に表示信号が供給され、そのフレーム期間の画像が表示されるようになっている。
このように、各フレーム期間の前半期間は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００から表示光が出射されない無光期間である一方、各フレーム期間の後半期間は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００から表示光が出射される有光期間となっている。
ここで、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００に接触または近接する物体（たとえば、指先など）がある場合、受光ドライブ回路１３００による線順次受光駆動により、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００における各画素の受光素子でその物体が撮像される。そして、各受光素子からの受光信号が受光ドライブ回路１３００へ供給される。受光ドライブ回路１３００では、１フレーム分の画素の受光信号が蓄積され、撮像画像として画像処理部１４へ出力される。
そして画像処理部１４００では、この撮像画像に基づいて、以下説明する所定の画像処理（演算処理）を行い、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）が検出される。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。 図１の液晶表示装置における有効画素領域の構成例を示す図である。 本実施形態に係る光検出部の構成例を示す回路図である。 第１の光センサ部および第２の光センサ部のフォトセンサ（受光素子）をＴＦＴにより形成した構造例を示す断面図である。 第２の光センサ部の平面図である。 第２の光センサ部に製造プロセスを示す第１図である。 第２の光センサ部に製造プロセスを示す第２図である。 光センサ部の受光素子をＰＩＮダイオードで形成する例を示す図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の他の構成例を示すブロック図である。 バックライトの反射光の検出システムを模式的に示す図である。 フラット型のモジュール形状の例を示す模式図である。 本実施形態が適用されるテレビを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるデジタルカメラを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。 本実施形態が適用される携帯端末装置、たとえば携帯電話機を示す図である。 本発明の実施形態に係る表示撮像装置の構成を表すブロック図である。 図１７に示したＩ／Ｏディスプレイパネルの構成例を表すブロック図である。 各画素の構成例を表す回路図である。 各画素とセンサ読み出し用Ｈドライバとの接続関係を説明するための回路図である。 バックライトのオン・オフ状態と表示状態との関係について説明するためのタイミング図である。
符号の説明
１，１Ａ・・・液晶表示装置、２，２Ａ，２Ｂ・・・有効表示領域部、３，３Ａ・・・光検出部、４・・・垂直駆動回路（ＶＤＲＶ）、５・・・水平駆動回路（ＨＤＲＶ）、６，６Ａ・・・信号処理回路（ＳＰＲＣ）、１１・・・受光信号線、１０・・・受光制御回路（ＲＣＴＬ）、１２・・・第１の制御線、１３・・・第２の制御線、２１・・・表示セル、３１・・・第１の光センサ部、３２・・第２の光センサ部、３１１，３２１・・・受光素子（フォトセンサ）、ＣＴＬ３２１・・・遮光膜。

Claims (7)

  1. 受光素子を含み、表示領域における外光の強度を検出する第１の光センサ部と、
    受光素子を含み、当該受光素子への光路に遮光膜が配置された第２の光センサ部と、
    上記第１の光センサ部の検出信号と上記第２の光センサ部の検出信号との差分処理を行う信号処理部と、を有し、
    上記遮光膜は、
    遮光機能を含む層と同層の部材により形成されている
    表示装置。
  2. 上記第２の光センサ部は、
    上記受光素子が、薄膜トランジスタまたはＰＩＮダイオードにより形成され、
    電極が上層の配線層に接続された構造を有し、
    上記遮光膜は、上記上層の配線層と同層で同部材により形成されている
    請求項１記載の表示装置。
  3. 表示光を上記表示領域に照射するバックライトを有し、
    上記薄膜トランジスタまたはＰＩＮダイオードのゲート電極は、受光素子の受光部よりバックライト側に形成されて、遮光機能を有する
    請求項２記載の表示装置。
  4. 上記表示領域は表面輝度が変更可能であり、
    上記信号処理部は、
    上記差分信号処理結果に応じて上記表示部の表面輝度を変化させる
    請求項２記載の表示装置。
  5. 表示光を上記表示領域に照射するバックライトを有し、
    上記信号処理部は、
    上記バックライトによる表示光のレベルを制御する
    請求項４記載の表示装置。
  6. 上記第１の光センサ部は、
    物体からの反射光を検出可能であり、
    上記信号処理部は、
    上記第１の光センサ部の検出信号と上記第２の光センサ部の検出信号との差分処理結果により上記第１の光センサ部に物体があるか否かを示す信号を出力する
    請求項１記載の表示装置。
  7. 表示装置を有する電子機器であって、
    上記表示装置は、
    受光素子を含み、表示領域における外光の強度を検出する第１の光センサ部と、
    受光素子を含み、当該受光素子への光路に遮光膜が配置された第２の光センサ部と、
    上記第１の光センサ部の検出信号と上記第２の光センサ部の検出信号との差分処理を行う信号処理部と、を有し、
    上記遮光膜は、
    遮光機能を含む層と同層の部材により形成されている
    電子機器。
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