JP2011034540A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した表示パネルにおいて、薄膜トランジスタの特性バラツキにより、センサ出力電圧が変動するのを防止する。
【解決手段】複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、前記表示パネルは、前記光センサの出力を取り出す出力線を有し、前記光センサは、受光部と、容量素子と、前記受光部と前記容量素子の接続点と前記出力線との間に接続されるスイッチグングトランジスタとを有し、1フレーム期間後に、前記スイッチングトランジスタをオンとして、前記出力線から前記光センサの出力を取り出す。
【選択図】図9
【解決手段】複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、前記表示パネルは、前記光センサの出力を取り出す出力線を有し、前記光センサは、受光部と、容量素子と、前記受光部と前記容量素子の接続点と前記出力線との間に接続されるスイッチグングトランジスタとを有し、1フレーム期間後に、前記スイッチングトランジスタをオンとして、前記出力線から前記光センサの出力を取り出す。
【選択図】図9
Description
本発明は、表示装置に係わり、特に、光センサ内蔵の表示装置に関する。
光センサ方式タッチパネルは、抵抗膜方式と同じく、さわった、さわってないと言うような2階調のものから、光の強度によって、数十や数百階調と言うスキャナーに流用できるものまでの用途が考えられる。
また、センサ部の解像度についても画面上のアイコンとして触る部分のみに必要な数だけ配置する場合や、各画素(ドット)に配置される場合もある。
いずれにしても、光センサを、表示パネルに内蔵する場合は、表示に必要となる回路を、薄膜トランジスタで作成すると同時に、光センサも作成することが必要である。これにより抵抗膜方式とは異なり、薄型の表示パネルを実現することができる。
また、センサ部の解像度についても画面上のアイコンとして触る部分のみに必要な数だけ配置する場合や、各画素(ドット)に配置される場合もある。
いずれにしても、光センサを、表示パネルに内蔵する場合は、表示に必要となる回路を、薄膜トランジスタで作成すると同時に、光センサも作成することが必要である。これにより抵抗膜方式とは異なり、薄型の表示パネルを実現することができる。
図1は、従来の1画素に光センサが組み込まれた液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図1に示すように、従来の1画素に光センサが組み込まれた液晶表示パネルは、液晶用の走査線(ゲート線ともいう)GLと、映像線(ドレイン線、あるいはソース線ともいう)DLと、液晶用の薄膜トランジスタTr2と、保持容量Cの他に、光センサPSと、センサ制御線(複数の場合有り)PSLと、センサ出力線OUTを有する。センサ制御線PSLと、センサ出力線OUTは、液晶用の走査線GLや、映像線DLと共用することも可能な場合がある。
光センサPSの出力は、液晶表示パネル外に出力され、外部のドライバ(液晶データ制御IC等)DRVへ入力される。これにより、光センサPSの出力が、液晶データとして液晶表示パネル上に反映される。なお、図1、および後述する図3において、矢印FAは、液晶表示パネルの外側を示している。
図2は、図1に示す光センサが組み込まれた1画素の断面構造を示す模式断面図であり、図2(a)が、薄膜トランジスタTr2の断面構造を、図2(b)が光センサPSの断面構造を示す。
図2において、Sはソース、Gはゲート、Dはドレイン、SMは半導体層、Kはカソード、Aはアノードである。光センサPSは、例えば、PIN構造とされ、光に対する電流を発生する。また、バックライトからの光が入射されないように、光センサPSの下側には遮光膜BPSが設けられる。
図1に示すように、従来の1画素に光センサが組み込まれた液晶表示パネルは、液晶用の走査線(ゲート線ともいう)GLと、映像線(ドレイン線、あるいはソース線ともいう)DLと、液晶用の薄膜トランジスタTr2と、保持容量Cの他に、光センサPSと、センサ制御線(複数の場合有り)PSLと、センサ出力線OUTを有する。センサ制御線PSLと、センサ出力線OUTは、液晶用の走査線GLや、映像線DLと共用することも可能な場合がある。
光センサPSの出力は、液晶表示パネル外に出力され、外部のドライバ(液晶データ制御IC等)DRVへ入力される。これにより、光センサPSの出力が、液晶データとして液晶表示パネル上に反映される。なお、図1、および後述する図3において、矢印FAは、液晶表示パネルの外側を示している。
図2は、図1に示す光センサが組み込まれた1画素の断面構造を示す模式断面図であり、図2(a)が、薄膜トランジスタTr2の断面構造を、図2(b)が光センサPSの断面構造を示す。
図2において、Sはソース、Gはゲート、Dはドレイン、SMは半導体層、Kはカソード、Aはアノードである。光センサPSは、例えば、PIN構造とされ、光に対する電流を発生する。また、バックライトからの光が入射されないように、光センサPSの下側には遮光膜BPSが設けられる。
図3は、光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルの等価回路を示す回路図である。
図3に示す光センサPSは、ホトダイオードD1と、ホトダイオードD1の電流を電圧に変換する容量素子C1と、読み出し回路の薄膜トランジスタ(Tr1,Tr3)とで構成される。なお、薄膜トランジスタTr3ついては、共用として使うため1垂直読み出しラインに1つの構成となる。また、CLK1,CLK2はクロック線、Vbはバイアス線である。
図3の光センサ部及び読み出し回路部を抜き出すと図4の通りとなる。図4に示すように、Tr1とTr3の薄膜トランジスタは、ソースホロア回路を構成しており、容量素子C1の光に対する電圧変化をインピーダンス変換して、センサ出力SOUTとして出力している。
また、図3に示す回路では、液晶用の走査線GLや、映像線DLを共用していないため、光センサの動作は、液晶の表示と非同期で行う事ができる。
図3に示す光センサPSは、ホトダイオードD1と、ホトダイオードD1の電流を電圧に変換する容量素子C1と、読み出し回路の薄膜トランジスタ(Tr1,Tr3)とで構成される。なお、薄膜トランジスタTr3ついては、共用として使うため1垂直読み出しラインに1つの構成となる。また、CLK1,CLK2はクロック線、Vbはバイアス線である。
図3の光センサ部及び読み出し回路部を抜き出すと図4の通りとなる。図4に示すように、Tr1とTr3の薄膜トランジスタは、ソースホロア回路を構成しており、容量素子C1の光に対する電圧変化をインピーダンス変換して、センサ出力SOUTとして出力している。
また、図3に示す回路では、液晶用の走査線GLや、映像線DLを共用していないため、光センサの動作は、液晶の表示と非同期で行う事ができる。
図5は、図4に示す回路のタイミングチャートである、以下、図5を用いて、図4に示す回路の動作について説明する。
始めに、クロック線CLK2の電圧をHighレベル(以下、Hレベル)にして、容量素子C1に電荷を蓄積する。そして、クロック線CLK2の電圧がLowレベル(以下、Lレベル)となった時点から、光センサの動作(受光によるセンス)が開始する。
ホトダイオードD1に光が照射されることにより、容量素子C1に蓄積された電荷が、クロック線CLK2へはき出され、結果として容量素子C1の電圧Voが下がる。これが、センサ動作時間により積分されて、照射光の変化が容量素子C1の電圧Voとして出力される。
次に、クロック線CLK1がHレベルの電圧となった時に、Tr1とTr3の薄膜トランジスタで構成されるソースホロア回路が動作を開始し、その時の容量素子C1の電圧Voがソースホロア回路を介してセンサ出力SOUTとなる。
よって、クロック線CLK2の電圧がLレベルとなってから、クロック線CLK1がHレベルとなる時点までがセンサ受光時間となる。
なお、図5の容量素子C1の電圧Vo、センサ出力SOUTの波線は、光が照射されない暗状態の時の出力となり、この差が照射光に対する電圧変化となる。
始めに、クロック線CLK2の電圧をHighレベル(以下、Hレベル)にして、容量素子C1に電荷を蓄積する。そして、クロック線CLK2の電圧がLowレベル(以下、Lレベル)となった時点から、光センサの動作(受光によるセンス)が開始する。
ホトダイオードD1に光が照射されることにより、容量素子C1に蓄積された電荷が、クロック線CLK2へはき出され、結果として容量素子C1の電圧Voが下がる。これが、センサ動作時間により積分されて、照射光の変化が容量素子C1の電圧Voとして出力される。
次に、クロック線CLK1がHレベルの電圧となった時に、Tr1とTr3の薄膜トランジスタで構成されるソースホロア回路が動作を開始し、その時の容量素子C1の電圧Voがソースホロア回路を介してセンサ出力SOUTとなる。
よって、クロック線CLK2の電圧がLレベルとなってから、クロック線CLK1がHレベルとなる時点までがセンサ受光時間となる。
なお、図5の容量素子C1の電圧Vo、センサ出力SOUTの波線は、光が照射されない暗状態の時の出力となり、この差が照射光に対する電圧変化となる。
半導体層として、多結晶シリコン膜、あるいはアモルファスシリコン膜を使用する薄膜トランジスタのバラツキ(例えば、閾値電圧など)は、通常のシリコンウエハで作成するトランジスタより大きくなり、結果として製品の特性バラツキを引き起こす元となる。
前述の図3、図4に示す回路は、図6(a)に示すように、アナログ回路であるソースホロア回路を内蔵している。なお、図6はソースホロア回路を説明するための図である。
仮に、図6(b)に示すように、薄膜トランジスタTr3を定電流源とした等価回路を考えると、入力電圧(容量素子C1の電圧)Vinと出力電圧Voutとは、下記(1)式で表される。
Vout=Vin−(Vth+√(2×I/β)
β=μC×W/L ・・・・・・・・・・・ (1)
ここで、Vthは薄膜トランジスタTr1の閾値電圧、μは薄膜トランジスタTr1のゲート酸化膜誘電率、Cは薄膜トランジスタTr1の酸化膜容量(μm2)、Wは薄膜トランジスタTr1のゲート幅、Lは薄膜トランジスタTr1のゲート長である。
前述の(1)式の通り、光センサPSの出力電圧Voutは、薄膜トランジスタTr1の各特性バラツキ値により直接変わってしまう。さらに、実際の回路では、等価回路で電流源とした薄膜トランジスタTr3の特性バラツキも重畳されることになる。
前述の図3、図4に示す回路は、図6(a)に示すように、アナログ回路であるソースホロア回路を内蔵している。なお、図6はソースホロア回路を説明するための図である。
仮に、図6(b)に示すように、薄膜トランジスタTr3を定電流源とした等価回路を考えると、入力電圧(容量素子C1の電圧)Vinと出力電圧Voutとは、下記(1)式で表される。
Vout=Vin−(Vth+√(2×I/β)
β=μC×W/L ・・・・・・・・・・・ (1)
ここで、Vthは薄膜トランジスタTr1の閾値電圧、μは薄膜トランジスタTr1のゲート酸化膜誘電率、Cは薄膜トランジスタTr1の酸化膜容量(μm2)、Wは薄膜トランジスタTr1のゲート幅、Lは薄膜トランジスタTr1のゲート長である。
前述の(1)式の通り、光センサPSの出力電圧Voutは、薄膜トランジスタTr1の各特性バラツキ値により直接変わってしまう。さらに、実際の回路では、等価回路で電流源とした薄膜トランジスタTr3の特性バラツキも重畳されることになる。
以上説明したように、従来の光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した液晶表示パネルでは、薄膜トランジスタの特性バラツキにより、センサ出力電圧が変動するという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した表示パネルにおいて、薄膜トランジスタの特性バラツキにより、センサ出力電圧が変動するのを防止することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した表示パネルにおいて、薄膜トランジスタの特性バラツキにより、センサ出力電圧が変動するのを防止することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、前記表示パネルは、前記光センサの出力を取り出す出力線を有し、前記光センサは、受光部と、容量素子と、前記受光部と前記容量素子の接続点と前記出力線との間に接続されるスイッチグングトランジスタとを有し、1フレーム期間後に、前記スイッチングトランジスタをオンとして、前記出力線から前記光センサの出力を取り出す。
(2)(1)において、前記スイッチングトランジスタの制御電極に接続されるセンサ制御線を有し、1フレーム期間後にセンサ制御線に選択電圧を供給し、前記スイッチングトランジスタをオンとする。
(3)(1)または(2)において、前記1フレーム期間後に前記出力線から前記光センサの出力を取り出す前に、前記出力線にプリチャージ電圧を供給する。
(4)(3)において、前記受光部と前記容量素子の他端は、基準電圧に接続され、前記1フレーム期間後に前記出力線から前記光センサの出力を取り出した後に、前記スイッチングトランジスタを介して、前記出力線から前記受光部と前記容量素子の接続点にリセット電圧を入力し、前記容量素子をリセット電圧に充電する。
(1)複数の画素を有する表示パネルを有し、前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、前記表示パネルは、前記光センサの出力を取り出す出力線を有し、前記光センサは、受光部と、容量素子と、前記受光部と前記容量素子の接続点と前記出力線との間に接続されるスイッチグングトランジスタとを有し、1フレーム期間後に、前記スイッチングトランジスタをオンとして、前記出力線から前記光センサの出力を取り出す。
(2)(1)において、前記スイッチングトランジスタの制御電極に接続されるセンサ制御線を有し、1フレーム期間後にセンサ制御線に選択電圧を供給し、前記スイッチングトランジスタをオンとする。
(3)(1)または(2)において、前記1フレーム期間後に前記出力線から前記光センサの出力を取り出す前に、前記出力線にプリチャージ電圧を供給する。
(4)(3)において、前記受光部と前記容量素子の他端は、基準電圧に接続され、前記1フレーム期間後に前記出力線から前記光センサの出力を取り出した後に、前記スイッチングトランジスタを介して、前記出力線から前記受光部と前記容量素子の接続点にリセット電圧を入力し、前記容量素子をリセット電圧に充電する。
(5)(3)または(4)において、前記少なくとも1つの画素は、第1の色のサブピクセルを有し、前記表示パネルは、第1の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第1映像線を有し、前記第1映像線は、前記出力線を兼用する。
(6)(5)において、1フレーム期間後の1水平走査期間の後半に前記センサ制御線に選択電圧を供給し、前記スイッチングトランジスタをオンとする。
(7)(5)または(6)において、前記少なくとも1つの画素は、第1の色のサブピクセルと、第2の色のサブピクセルと、第3の色のサブピクセルとを有し、前記表示パネルは、第1の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第1映像線と、第2の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第2映像線と、第3の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第3映像線とをそれぞれ有する。
(8)(5)ないし(7)の何れかにおいて、前記第1映像線は、映像線駆動回路に接続され、前記映像線駆動回路は、比較回路と、前記第1映像線に接続されるスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路は、前記光センサの出力を前記比較回路に入力する動作と、前記第1映像線にプリチャージ電圧と表示データを供給する動作とを有する。
(9)(7)において、前記表示パネルは、1水平走査期間中に、前記第1ないし第3映像線を順次映像線駆動回路に接続するRGBスイッチ回路を有し、前記第1ないし第3映像線は、前記RGBスイッチ回路を介して映像線駆動回路に接続され、前記映像線駆動回路は、比較回路と、前記RGBスイッチ回路に接続されるスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路は、前記光センサの出力を前記比較回路に入力する動作と、前記RGBスイッチ回路にプリチャージ電圧と表示データを供給する動作とを有する。
(6)(5)において、1フレーム期間後の1水平走査期間の後半に前記センサ制御線に選択電圧を供給し、前記スイッチングトランジスタをオンとする。
(7)(5)または(6)において、前記少なくとも1つの画素は、第1の色のサブピクセルと、第2の色のサブピクセルと、第3の色のサブピクセルとを有し、前記表示パネルは、第1の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第1映像線と、第2の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第2映像線と、第3の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第3映像線とをそれぞれ有する。
(8)(5)ないし(7)の何れかにおいて、前記第1映像線は、映像線駆動回路に接続され、前記映像線駆動回路は、比較回路と、前記第1映像線に接続されるスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路は、前記光センサの出力を前記比較回路に入力する動作と、前記第1映像線にプリチャージ電圧と表示データを供給する動作とを有する。
(9)(7)において、前記表示パネルは、1水平走査期間中に、前記第1ないし第3映像線を順次映像線駆動回路に接続するRGBスイッチ回路を有し、前記第1ないし第3映像線は、前記RGBスイッチ回路を介して映像線駆動回路に接続され、前記映像線駆動回路は、比較回路と、前記RGBスイッチ回路に接続されるスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路は、前記光センサの出力を前記比較回路に入力する動作と、前記RGBスイッチ回路にプリチャージ電圧と表示データを供給する動作とを有する。
(10)(8)または(9)において、前記表示パネルは、前記映像線駆動回路に接続されるダミーの映像線を有し、前記映像線駆動回路は、ダミーの映像線に接続される第2のスイッチ回路を有し、前記第2のスイッチ回路は、前記ダミーの映像線にプリチャージ電圧を供給、あるいは、前記スイッチングトランジスタをオンとして、前記出力線から前記光センサの出力を取り出すときに、前記比較回路の一方の端子に前記ダミーの映像線上のプリチャージ電圧を供給する。
(11)(5)ないし(10)の何れかにおいて、同じ1本の前記出力線に接続されると共に、同じ1本の前記センサ制御線に接続される複数個の前記光センサを有し、1フレーム期間後にセンサ制御線に選択電圧を供給し、前記複数個の前記光センサの各スイッチングトランジスタをオンとすることにより、前記出力線から前記複数個の前記光センサの出力を取り出す。
(12)(5)ないし(10)の何れかにおいて、前記光センサは、少なくとも1つの第2の容量素子と少なくとも1つの第2のスイッチングトランジスタとを有し、前記第2の容量素子は、前記光センサが有する前記容量素子と並列に接続され、前記第2のスイッチングトランジスタの制御電極と、前記光センサが有する前記スイッチグングトランジスタの制御電極とは、同じ前記センサ制御線に接続され、前記第2のスイッチングトランジスタの出力と、前記前記光センサが有する前記スイッチグングトランジスタの出力とは、同じ前記出力線に接続されている。
(13)(1)ないし(12)の何れかにおいて、前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、前記液晶表示パネルは、バックライトから出射するバックライト光が照射され、前記受光部は、前記バックライト光を遮光する遮光膜を有する。
(14)(1)ないし(13)の何れかにおいて、前記受光部は、ホトダイオードで構成されている。
(11)(5)ないし(10)の何れかにおいて、同じ1本の前記出力線に接続されると共に、同じ1本の前記センサ制御線に接続される複数個の前記光センサを有し、1フレーム期間後にセンサ制御線に選択電圧を供給し、前記複数個の前記光センサの各スイッチングトランジスタをオンとすることにより、前記出力線から前記複数個の前記光センサの出力を取り出す。
(12)(5)ないし(10)の何れかにおいて、前記光センサは、少なくとも1つの第2の容量素子と少なくとも1つの第2のスイッチングトランジスタとを有し、前記第2の容量素子は、前記光センサが有する前記容量素子と並列に接続され、前記第2のスイッチングトランジスタの制御電極と、前記光センサが有する前記スイッチグングトランジスタの制御電極とは、同じ前記センサ制御線に接続され、前記第2のスイッチングトランジスタの出力と、前記前記光センサが有する前記スイッチグングトランジスタの出力とは、同じ前記出力線に接続されている。
(13)(1)ないし(12)の何れかにおいて、前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、前記液晶表示パネルは、バックライトから出射するバックライト光が照射され、前記受光部は、前記バックライト光を遮光する遮光膜を有する。
(14)(1)ないし(13)の何れかにおいて、前記受光部は、ホトダイオードで構成されている。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した表示パネルにおいて、薄膜トランジスタの特性バラツキにより、センサ出力電圧が変動するのを防止することが可能となる。
本発明によれば、光センサが組み込まれた画素をアレイ状に配置した表示パネルにおいて、薄膜トランジスタの特性バラツキにより、センサ出力電圧が変動するのを防止することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
[本発明の原理]
図7(a)に示すように、入力電圧(容量素子C1の電圧)Vinを、別容量Csへの電圧変動として変換し、その時の別容量Csの電圧を出力電圧Voutとするものとする。また、Voutは、直ちに外部のドライバICへ入力し、微小電圧として読み出すものとする。
図7(b)に、図7(a)の等価回路を示すが、別容量Csの初期の電圧Voutが0(Vout=0)Vならば、入力電圧Vinと、出力電圧Voutとの関係は、下記(2)式で表される。
Vout=Vin×(1−exp(−t/Cs×Ron))
・・・・・・・・・・・ (2)
ここで、tは時間、Ronはスイッチングトランジスタとして機能する薄膜トランジスタTr4のオン抵抗である。
前述の(2)式から分かるように、薄膜トランジスタTr4の特性がばらついたとしても、当該バラツキを見越して、t(時間)を長く取るか、あるいはオン抵抗Ronを小さく設計すれば、薄膜トランジスタTr4がばらついたとしても、そのバラツキにより、出力電圧Voutが変動するのを防止することできる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
[本発明の原理]
図7(a)に示すように、入力電圧(容量素子C1の電圧)Vinを、別容量Csへの電圧変動として変換し、その時の別容量Csの電圧を出力電圧Voutとするものとする。また、Voutは、直ちに外部のドライバICへ入力し、微小電圧として読み出すものとする。
図7(b)に、図7(a)の等価回路を示すが、別容量Csの初期の電圧Voutが0(Vout=0)Vならば、入力電圧Vinと、出力電圧Voutとの関係は、下記(2)式で表される。
Vout=Vin×(1−exp(−t/Cs×Ron))
・・・・・・・・・・・ (2)
ここで、tは時間、Ronはスイッチングトランジスタとして機能する薄膜トランジスタTr4のオン抵抗である。
前述の(2)式から分かるように、薄膜トランジスタTr4の特性がばらついたとしても、当該バラツキを見越して、t(時間)を長く取るか、あるいはオン抵抗Ronを小さく設計すれば、薄膜トランジスタTr4がばらついたとしても、そのバラツキにより、出力電圧Voutが変動するのを防止することできる。
[本発明の光センサ]
図8は、本発明の光センサの等価回路を示す回路図である。図8(a)に示すように、本発明では、ホトダイオード(本発明の受光部)D1と容量素子C1とが並列に接続され、ホトダイオードD1と容量素子C1との接続点が、スイッチトランジスタとして機能する薄膜トランジスタTr1を介して、出力線OUTに接続される。
本発明では、下記の手順で光センサの出力が読み出される。
[センサの初期化]
予め、薄膜トランジスタTr1をオンとして出力線OUTから、光センサの容量素子C1に初期電圧Vsを書き込む。(Q=Vs*C1の電荷を蓄える。)なお、図8(b)に示すように、ホトダイオードD1のアノードAに、クロック線CLK2を接続し、所定のタイミングで、このクロック線CLK2にVsの電圧を供給することにより、容量素子C1に初期電圧Vsを書き込むようにしてもよい。
[受光と光電変換]
光照射により、ホトダイオードD1の逆方向電流が発生し、光の照射量に従って予め蓄積した容量素子C1の電荷量が減少していく。
[読み出し]
出力線OUTを適当な電圧(ここでは、Vs)に固定し、その後、出力線OUTをフローティングにする。(出力線OUTの電圧はVsとなる)
薄膜トランジスタTr1がオンすることにより、容量素子C1と、出力線OUTが接続される。これにより、フローティング状態の出力線OUTの電圧Vsが変動する。
この電圧変動を、液晶表示パネル外部のドライバDRVで読み取ることにより光の強度を電圧として出力する。
図8は、本発明の光センサの等価回路を示す回路図である。図8(a)に示すように、本発明では、ホトダイオード(本発明の受光部)D1と容量素子C1とが並列に接続され、ホトダイオードD1と容量素子C1との接続点が、スイッチトランジスタとして機能する薄膜トランジスタTr1を介して、出力線OUTに接続される。
本発明では、下記の手順で光センサの出力が読み出される。
[センサの初期化]
予め、薄膜トランジスタTr1をオンとして出力線OUTから、光センサの容量素子C1に初期電圧Vsを書き込む。(Q=Vs*C1の電荷を蓄える。)なお、図8(b)に示すように、ホトダイオードD1のアノードAに、クロック線CLK2を接続し、所定のタイミングで、このクロック線CLK2にVsの電圧を供給することにより、容量素子C1に初期電圧Vsを書き込むようにしてもよい。
[受光と光電変換]
光照射により、ホトダイオードD1の逆方向電流が発生し、光の照射量に従って予め蓄積した容量素子C1の電荷量が減少していく。
[読み出し]
出力線OUTを適当な電圧(ここでは、Vs)に固定し、その後、出力線OUTをフローティングにする。(出力線OUTの電圧はVsとなる)
薄膜トランジスタTr1がオンすることにより、容量素子C1と、出力線OUTが接続される。これにより、フローティング状態の出力線OUTの電圧Vsが変動する。
この電圧変動を、液晶表示パネル外部のドライバDRVで読み取ることにより光の強度を電圧として出力する。
さらに詳細に、読み出し部のみの回路と読み出し電圧について説明する。
図8の回路を、実際に則して書くと図9に示すようになる。図9において、Csは出力線OUTの寄生容量である。この寄生容量は、出力線OUTの下地あるいは上層との交差等により、意図せず付加されるものである。
図10は、図9に示す回路を簡略化した等価回路であり、薄膜トランジスタTr1は、スイッチSWとして表記されている。
図10(a)は、光センサに光が照射された状態における等価回路を示す図であり、容量素子C1の初期電圧は、Vsであったが受光により、容量素子C1の電圧はV1(初期電圧Vsが光により減少した電圧)となっている。この時、容量素子C1に蓄積された電荷量Q1は、下記(3)式で表される。
Q1=C1*V1 ・・・・・・・・・・・・ (3)
(V1:初期電位(Vs)が光により減少した電圧)
出力線OUTは、読み出し直前に、電圧Vsを与えてからフローティング状態とする。そのため、寄生容量Csの電圧Vsとなる。
このとき、寄生容量Csに蓄積された電荷量Q2は、下記(4)式で表される。
Q2=Cs*Vs ・・・・・・・・・・・・・ (4)
図8の回路を、実際に則して書くと図9に示すようになる。図9において、Csは出力線OUTの寄生容量である。この寄生容量は、出力線OUTの下地あるいは上層との交差等により、意図せず付加されるものである。
図10は、図9に示す回路を簡略化した等価回路であり、薄膜トランジスタTr1は、スイッチSWとして表記されている。
図10(a)は、光センサに光が照射された状態における等価回路を示す図であり、容量素子C1の初期電圧は、Vsであったが受光により、容量素子C1の電圧はV1(初期電圧Vsが光により減少した電圧)となっている。この時、容量素子C1に蓄積された電荷量Q1は、下記(3)式で表される。
Q1=C1*V1 ・・・・・・・・・・・・ (3)
(V1:初期電位(Vs)が光により減少した電圧)
出力線OUTは、読み出し直前に、電圧Vsを与えてからフローティング状態とする。そのため、寄生容量Csの電圧Vsとなる。
このとき、寄生容量Csに蓄積された電荷量Q2は、下記(4)式で表される。
Q2=Cs*Vs ・・・・・・・・・・・・・ (4)
図10(b)は、光センサの読み出し時の等価回路を示す図であり、スイッチSWが導通し(薄膜トランジスタTr1がオン)、薄膜トランジスタTr1のオン抵抗Ronを介して、容量素子C1が出力線OUTに接続されるため、容量素子C1と寄生容量Csとの間で電荷の移動が発生する。
十分時間を経た時、容量素子C1と寄生容量Csの新たな電圧がVoとなる。読み出し直前の出力線OUTの電圧Vsと電圧Voとの差「ΔV」は、下記(5)式で表される。
ΔV=Vs−Vo
=C1×(Vs−V1)/(C1+Cs) ・・・・・・・・ (5)
この(5)式から分かるように、光センサの出力電圧V1が、容量素子C1と寄生素子Csとの比で、出力線OUTへ出力電圧ΔVとして読み出されることとなる。このΔVの電圧を外部のドライバDRVで読み出す。
但し、容量素子C1と寄生素子Csとの間で電荷移動を行うため、十分な時間が必要であり、薄膜トランジスタTr1のバラツキも含めたオン抵抗Ronの最大値を考えた設計が必要となるが、これを十分余裕をもって設計すれば、薄膜トランジスタTr1自体のバラツキは出力電圧ΔVに現れないことになる。ここで、容量素子C1と寄生素子Csとの間で電荷移動を行うための時間は、2μsec以上が必要である。
なお、前述の説明、および、これ以降の実施例では、『容量素子C1の初期電圧=出力線OUTの読み出し前の電圧=Vs』とするが、『容量素子C1の初期電圧』と『出力線OUTの読み出し前の電圧』とは、同じ電圧である必要はない。
しかし、この様に設定すると、ホトダイオードD1に光の照射により、容量素子C1の電圧変位量ΔVphは、『ΔVph=Vs−V1』となるので、前述の(5)式のように表される。ここで、C1/(C1+Cs)を容量比、(Vs−Vo)をホトダイオード感度とするとき、出力電圧『ΔV』、すなわち読み出し電圧は、ホトダイオード感度、あるいは容量素子C1の容量値が大きい、あるいは、寄生素子Csの容量値が小さいことが条件であることが分かる。
十分時間を経た時、容量素子C1と寄生容量Csの新たな電圧がVoとなる。読み出し直前の出力線OUTの電圧Vsと電圧Voとの差「ΔV」は、下記(5)式で表される。
ΔV=Vs−Vo
=C1×(Vs−V1)/(C1+Cs) ・・・・・・・・ (5)
この(5)式から分かるように、光センサの出力電圧V1が、容量素子C1と寄生素子Csとの比で、出力線OUTへ出力電圧ΔVとして読み出されることとなる。このΔVの電圧を外部のドライバDRVで読み出す。
但し、容量素子C1と寄生素子Csとの間で電荷移動を行うため、十分な時間が必要であり、薄膜トランジスタTr1のバラツキも含めたオン抵抗Ronの最大値を考えた設計が必要となるが、これを十分余裕をもって設計すれば、薄膜トランジスタTr1自体のバラツキは出力電圧ΔVに現れないことになる。ここで、容量素子C1と寄生素子Csとの間で電荷移動を行うための時間は、2μsec以上が必要である。
なお、前述の説明、および、これ以降の実施例では、『容量素子C1の初期電圧=出力線OUTの読み出し前の電圧=Vs』とするが、『容量素子C1の初期電圧』と『出力線OUTの読み出し前の電圧』とは、同じ電圧である必要はない。
しかし、この様に設定すると、ホトダイオードD1に光の照射により、容量素子C1の電圧変位量ΔVphは、『ΔVph=Vs−V1』となるので、前述の(5)式のように表される。ここで、C1/(C1+Cs)を容量比、(Vs−Vo)をホトダイオード感度とするとき、出力電圧『ΔV』、すなわち読み出し電圧は、ホトダイオード感度、あるいは容量素子C1の容量値が大きい、あるいは、寄生素子Csの容量値が小さいことが条件であることが分かる。
[実施例1]
図11は、本発明の実施例1の液晶表示パネルの1画素の等価回路を示す回路図である。
図11に示すように、本実施例では、1画素は、赤(R)、緑(G)、青(B)のサブピクセルと、光センサを有する。赤(R)のサブピクセルは、薄膜トランジスタ(Tr2R)と、液晶容量LCと、保持容量Cとを有する。同様に、緑(G)のサブピクセルは、薄膜トランジスタ(Tr2G)と、液晶容量LCと、保持容量Cとを有し、青(B)のサブピクセルは、薄膜トランジスタ(Tr2B)と、液晶容量LCと、保持容量Cとを有する。
Tr2R,Tr2G,Tr2Bの各薄膜トランジスタのゲートは、走査線φGnに接続される。また、Tr2Rの薄膜トランジスタのドレイン(または、ソース)は映像線DRnに、Tr2Gの薄膜トランジスタのドレイン(または、ソース)は映像線DGnに、Tr2Bの薄膜トランジスタのドレイン(または、ソース)は映像線DBnに接続される。
光センサは、ホトダイオードD1と、容量素子C1と、薄膜トランジスタTr1とを有する。スイッチングトランジスタとして機能する薄膜トランジスタTr1のゲートは、センサ制御線φGSnに接続され、薄膜トランジスタTr1のドレイン(または、ソース)は、光センサの出力線OUTを兼用する映像線DBnに接続される。なお、図11において、Vcomは対向電極に共通電圧を入力する共通線である。
また、液晶表示パネルの外部に配置されるドライバDRVは、DRnとDGnの映像線には、DATA(R)と、DATA(G)の表示データを供給するが、DBnの映像線には、I/Oセレクタ回路SELが接続される。
このI/Oセレクタ回路SELは、DBnの青の映像線に、DATA(B)の表示データと、Vsのプリチャージ電圧を供給するとともに、DBnの映像線からの光センサの出力を比較回路COPに出力するスイッチ回路SWを有する。
図11は、本発明の実施例1の液晶表示パネルの1画素の等価回路を示す回路図である。
図11に示すように、本実施例では、1画素は、赤(R)、緑(G)、青(B)のサブピクセルと、光センサを有する。赤(R)のサブピクセルは、薄膜トランジスタ(Tr2R)と、液晶容量LCと、保持容量Cとを有する。同様に、緑(G)のサブピクセルは、薄膜トランジスタ(Tr2G)と、液晶容量LCと、保持容量Cとを有し、青(B)のサブピクセルは、薄膜トランジスタ(Tr2B)と、液晶容量LCと、保持容量Cとを有する。
Tr2R,Tr2G,Tr2Bの各薄膜トランジスタのゲートは、走査線φGnに接続される。また、Tr2Rの薄膜トランジスタのドレイン(または、ソース)は映像線DRnに、Tr2Gの薄膜トランジスタのドレイン(または、ソース)は映像線DGnに、Tr2Bの薄膜トランジスタのドレイン(または、ソース)は映像線DBnに接続される。
光センサは、ホトダイオードD1と、容量素子C1と、薄膜トランジスタTr1とを有する。スイッチングトランジスタとして機能する薄膜トランジスタTr1のゲートは、センサ制御線φGSnに接続され、薄膜トランジスタTr1のドレイン(または、ソース)は、光センサの出力線OUTを兼用する映像線DBnに接続される。なお、図11において、Vcomは対向電極に共通電圧を入力する共通線である。
また、液晶表示パネルの外部に配置されるドライバDRVは、DRnとDGnの映像線には、DATA(R)と、DATA(G)の表示データを供給するが、DBnの映像線には、I/Oセレクタ回路SELが接続される。
このI/Oセレクタ回路SELは、DBnの青の映像線に、DATA(B)の表示データと、Vsのプリチャージ電圧を供給するとともに、DBnの映像線からの光センサの出力を比較回路COPに出力するスイッチ回路SWを有する。
本実施例の光センサにおけるセンサ受光時間(図6に示すセンサ受光時間)は、1フレームとなる。すなわち、1フレーム期間内の該当する1水平走査期間内に、『液晶データ書き込み』+『光センサ受光データ読み込み』+『光センサ初期電位設定』を行った後、直ちに、図6で示すセンサ受光時間が開始する。このセンサ受光時間は、次のフレームの該当する1水平走査期間内の受光データが読み出されるまで続くこととなる。
図12は、本実施例の液晶表示パネルの動作を説明するためのタイミングチャートである。以下、図12を用いて、本実施例の液晶表示パネルの動作を説明する。
[t0〜t1]
走査線φGnの電圧がHレベルとなり、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタがオンとなる。同時に、DRn、DGnの赤、緑の各信号線には、DATA(R)、DATA(G)の表示データが、ドライバDRVから供給される。DBn青の信号線には、ドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELのスイッチ回路SWから、DATA(B)の表示データが供給される。
[t1〜t2]
走査線φGnの電圧がLレベル、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタがオフとなる。これにより、液晶表示パネルの各画素への、DATA(R)、DATA(G)、DATA(B)の表示データの書き込みが完了し確定する。
[t2〜t3]
DATA(R)、DATA(G)の表示データは、無効(invalid)であり、また、走査線φGnの電圧もLレベルであり何も動作に寄与しない。
外部のドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELのスイッチSWが切り替わり、DBnの青の信号線には、プリチャージ電圧(Vs)を供給する。これにより、DBnの青の信号線は、Vsの電圧に固定される。
図12は、本実施例の液晶表示パネルの動作を説明するためのタイミングチャートである。以下、図12を用いて、本実施例の液晶表示パネルの動作を説明する。
[t0〜t1]
走査線φGnの電圧がHレベルとなり、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタがオンとなる。同時に、DRn、DGnの赤、緑の各信号線には、DATA(R)、DATA(G)の表示データが、ドライバDRVから供給される。DBn青の信号線には、ドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELのスイッチ回路SWから、DATA(B)の表示データが供給される。
[t1〜t2]
走査線φGnの電圧がLレベル、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタがオフとなる。これにより、液晶表示パネルの各画素への、DATA(R)、DATA(G)、DATA(B)の表示データの書き込みが完了し確定する。
[t2〜t3]
DATA(R)、DATA(G)の表示データは、無効(invalid)であり、また、走査線φGnの電圧もLレベルであり何も動作に寄与しない。
外部のドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELのスイッチSWが切り替わり、DBnの青の信号線には、プリチャージ電圧(Vs)を供給する。これにより、DBnの青の信号線は、Vsの電圧に固定される。
[t3〜t4]
ドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELのスイッチSWは、DBnの青の信号線との接続を切断する。これにより、DBnの青の信号線は、Vsの電圧に固定されたフローティング状態となる。
センサ制御線φGSnの電圧がHレベルになり、薄膜トランジスタTr1がオンとなる。この時、センサの容量素子C1と、DBnの青の信号線の寄生容量との間で電荷の移動が発生し、DBnの青の信号線の電圧がVsからVoへ低下する。これにより、前述の(5)式の状態が発生する。
ドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELは、DBnの青の信号線と比較回路COPとを接続する。これにより、比較回路COPによって、DBnの青の信号線の電圧変動ΔV(=Vs−Vo)を読み取る。なお、比較回路COPは、一例であり、電圧変動ΔVの値を読み取れば他の回路でも良い。これによって、センサ出力を読み取り確定させる。
[t4〜t5]
ドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELのスイッチSWは、Vsのプリチャージ電圧に切り替わり、DBnの青の信号線に、Vsのプリチャージ電圧を供給する。センサ制御線φGSnの電圧はHレベルのままであり、薄膜トランジスタTr1がオンしているため、容量素子C1には、DBnの青の信号線を介して初期電圧Vsが書き込まれる。
[t5〜]
センサ制御線PSLの電圧φGSnがLレベルとなり、この水平期間の動作が完了する。
ドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELのスイッチSWは、DBnの青の信号線との接続を切断する。これにより、DBnの青の信号線は、Vsの電圧に固定されたフローティング状態となる。
センサ制御線φGSnの電圧がHレベルになり、薄膜トランジスタTr1がオンとなる。この時、センサの容量素子C1と、DBnの青の信号線の寄生容量との間で電荷の移動が発生し、DBnの青の信号線の電圧がVsからVoへ低下する。これにより、前述の(5)式の状態が発生する。
ドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELは、DBnの青の信号線と比較回路COPとを接続する。これにより、比較回路COPによって、DBnの青の信号線の電圧変動ΔV(=Vs−Vo)を読み取る。なお、比較回路COPは、一例であり、電圧変動ΔVの値を読み取れば他の回路でも良い。これによって、センサ出力を読み取り確定させる。
[t4〜t5]
ドライバDRVのI/Oセレクタ回路SELのスイッチSWは、Vsのプリチャージ電圧に切り替わり、DBnの青の信号線に、Vsのプリチャージ電圧を供給する。センサ制御線φGSnの電圧はHレベルのままであり、薄膜トランジスタTr1がオンしているため、容量素子C1には、DBnの青の信号線を介して初期電圧Vsが書き込まれる。
[t5〜]
センサ制御線PSLの電圧φGSnがLレベルとなり、この水平期間の動作が完了する。
[実施例2]
図13は、本発明の実施例2の液晶表示パネルの1画素の等価回路を示す回路図である。
本実施例は、RGBスイッチ回路SRGBを設け、ドライバDRVから、DATA(R)の表示データをDRn,DRn+1の赤の映像線に、DATA(G)の表示データをDGn,DGn+1の緑の映像線に、DATA(B)の表示データをDBn,DBn+1の青の映像線に、時分割で供給するようにしたものである。
本実施例では、ドライバDEVのI/Oセレクタ回路SEL内のスイッチ回路SWは、DATA(R)、DATA(G)、DATA(B)の表示データと、Vsのプリチャージ電圧のRGBスイッチ回路SRGBへの出力と、光センサの出力の比較回路COPへの入力との切り替えを行う。
本実施例では、1水平走査期間内の第1期間に、スイッチ回路SWが、DATA(R)、DATA(G)、DATA(B)の表示データを出力し、それに同期してRGBスイッチ回路SRGBが、DATA(R)、DATA(G)、DATA(B)の表示データを、それぞれDRn,DRn+1の赤の映像線と、DGn,DGn+1の緑の映像線と、DBn,DBn+1の青の映像線に供給する。この第1期間では、走査線、例えば、φGnの走査線の電圧がHレベルとなり、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタがオンとなる。また、φGSnのセンサ制御線の電圧がLレベルであり、Tr1の薄膜トランジスタはオフである。
図13は、本発明の実施例2の液晶表示パネルの1画素の等価回路を示す回路図である。
本実施例は、RGBスイッチ回路SRGBを設け、ドライバDRVから、DATA(R)の表示データをDRn,DRn+1の赤の映像線に、DATA(G)の表示データをDGn,DGn+1の緑の映像線に、DATA(B)の表示データをDBn,DBn+1の青の映像線に、時分割で供給するようにしたものである。
本実施例では、ドライバDEVのI/Oセレクタ回路SEL内のスイッチ回路SWは、DATA(R)、DATA(G)、DATA(B)の表示データと、Vsのプリチャージ電圧のRGBスイッチ回路SRGBへの出力と、光センサの出力の比較回路COPへの入力との切り替えを行う。
本実施例では、1水平走査期間内の第1期間に、スイッチ回路SWが、DATA(R)、DATA(G)、DATA(B)の表示データを出力し、それに同期してRGBスイッチ回路SRGBが、DATA(R)、DATA(G)、DATA(B)の表示データを、それぞれDRn,DRn+1の赤の映像線と、DGn,DGn+1の緑の映像線と、DBn,DBn+1の青の映像線に供給する。この第1期間では、走査線、例えば、φGnの走査線の電圧がHレベルとなり、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタがオンとなる。また、φGSnのセンサ制御線の電圧がLレベルであり、Tr1の薄膜トランジスタはオフである。
また、1水平走査期間内の第1期間に続く第2期間に、スイッチ回路SWが、Vsのプリチャージ電圧を出力し、RGBスイッチ回路SRGBが、Vsのプリチャージ電圧を青の映像線に出力する。この第2期間では、φGn,φGn+1の走査線の電圧がLレベルとなり、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタがオフとなる。また、Tr1の薄膜トランジスタは依然オフである。
また、1水平走査期間内の第2期間に続く第3期間に、RGBスイッチ回路SRGBとスイッチ回路SWを介して、光センサの出力を比較回路COPへ入力する。この第3期間では、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタはオフである。また、φGSnのセンサ制御線の電圧がHレベルとなり、Tr1の薄膜トランジスタがオンとなる。
さらに、1水平走査期間内の第3期間に続く第4期間に、スイッチ回路SWが、Vsの初期電圧を出力し、RGBスイッチ回路SRGBが、Vsのプリチャージ電圧を青の映像線に出力し、容量素子C1に初期電圧Vsが書き込む。この第4期間では、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタはオフである。また、Tr1の薄膜トランジスタもオンである。
また、1水平走査期間内の第2期間に続く第3期間に、RGBスイッチ回路SRGBとスイッチ回路SWを介して、光センサの出力を比較回路COPへ入力する。この第3期間では、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタはオフである。また、φGSnのセンサ制御線の電圧がHレベルとなり、Tr1の薄膜トランジスタがオンとなる。
さらに、1水平走査期間内の第3期間に続く第4期間に、スイッチ回路SWが、Vsの初期電圧を出力し、RGBスイッチ回路SRGBが、Vsのプリチャージ電圧を青の映像線に出力し、容量素子C1に初期電圧Vsが書き込む。この第4期間では、Tr2R,TR2G,Tr2Bの薄膜トランジスタはオフである。また、Tr1の薄膜トランジスタもオンである。
[実施例3]
図14は、本発明の実施例3の液晶表示パネルの1画素の等価回路を示す回路図である。
本実施例では、1水平走査期間内に、センサ制御線を2本同時に選択するようにしたものである。
本実施例において、光センサの出力線の電圧変動ΔV(=Vs−Vo)は、前述(5)式により決定される。そして、前述したように、『ホトダイオードD1の感度が大きい』、あるいは『容量素子C1の容量値が大きい』、あるいは『寄生容量Csの容量値が小さい』ことで、電圧変動ΔV(=Vs−Vo)が大きくなる。
よって、複数水平ラインの容量素子C1を、同じ映像線(図14では、DBn,DBn+1の青の映像線)に接続することにより、見かけの容量素子C1の容量値を大きくすることができる。
図14では、DBn,DBn+1の青の映像線に接続され、センサ制御線φGSnにより制御される薄膜トランジスタTr1の数が2個であり、2水平ラインの容量素子C1が、同時にDBn,DBn+1の青の映像線に接続される。
前述の(5)式と同じ様に、ΔVを計算すると、(7)式が得られる。
ΔV=Vs−Vo
=2×C1×(Vs−V1)/(2×C1+Cs) ・・・・・・・・ (7)
図14は、本発明の実施例3の液晶表示パネルの1画素の等価回路を示す回路図である。
本実施例では、1水平走査期間内に、センサ制御線を2本同時に選択するようにしたものである。
本実施例において、光センサの出力線の電圧変動ΔV(=Vs−Vo)は、前述(5)式により決定される。そして、前述したように、『ホトダイオードD1の感度が大きい』、あるいは『容量素子C1の容量値が大きい』、あるいは『寄生容量Csの容量値が小さい』ことで、電圧変動ΔV(=Vs−Vo)が大きくなる。
よって、複数水平ラインの容量素子C1を、同じ映像線(図14では、DBn,DBn+1の青の映像線)に接続することにより、見かけの容量素子C1の容量値を大きくすることができる。
図14では、DBn,DBn+1の青の映像線に接続され、センサ制御線φGSnにより制御される薄膜トランジスタTr1の数が2個であり、2水平ラインの容量素子C1が、同時にDBn,DBn+1の青の映像線に接続される。
前述の(5)式と同じ様に、ΔVを計算すると、(7)式が得られる。
ΔV=Vs−Vo
=2×C1×(Vs−V1)/(2×C1+Cs) ・・・・・・・・ (7)
一般に、同じ映像線に接続され、センサ制御線φGSnにより制御される薄膜トランジスタTr1の数がn個の場合に、ΔVを計算すると、下記(8)式が得られる。
ΔV=Vs−Vo
=n×C1×(Vs−V1)/(n×C1+Cs) ・・・・・・・・ (8)
このように、複数の水平ラインの容量素子C1を同時に出力線に接続することで、電圧変動ΔVを大きくすることができる。なお、同時に選択するセンサ制御線は、液晶表示パネル外、あるいは液晶表示パネル内の回路によって、自由に設定できるようにすることも可能である。但し、本実施例のような多段接続では、垂直方向の光センサ読み取りの垂直解像度は悪くなる(1/nとなる)。
なお、本実施例では、光センサの読み出し時に、ホトダイオードD1と容量素子C1を1組として、複数の水平ラインを同時に出力線(図14では、DBn,DBn+1の青の映像線)に接続したが、図15に示すように、同時に出力線に接続するホトダイオードD1は1走査ラインのみ、容量素子C1は複数の走査ラインとすることも可能である。
図15のA部に示す光センサでは、ホトダイオードD1が省略され、容量素子C1のみとなっている。これは、光センサの読み出し時に、同時に出力線に接続される2水平ラインの中の1本は、「ホトダイオードD1+容量素子C1」の組み合わせで、もう1本は、容量素子C1のみの組み合わせとなる。
ΔV=Vs−Vo
=n×C1×(Vs−V1)/(n×C1+Cs) ・・・・・・・・ (8)
このように、複数の水平ラインの容量素子C1を同時に出力線に接続することで、電圧変動ΔVを大きくすることができる。なお、同時に選択するセンサ制御線は、液晶表示パネル外、あるいは液晶表示パネル内の回路によって、自由に設定できるようにすることも可能である。但し、本実施例のような多段接続では、垂直方向の光センサ読み取りの垂直解像度は悪くなる(1/nとなる)。
なお、本実施例では、光センサの読み出し時に、ホトダイオードD1と容量素子C1を1組として、複数の水平ラインを同時に出力線(図14では、DBn,DBn+1の青の映像線)に接続したが、図15に示すように、同時に出力線に接続するホトダイオードD1は1走査ラインのみ、容量素子C1は複数の走査ラインとすることも可能である。
図15のA部に示す光センサでは、ホトダイオードD1が省略され、容量素子C1のみとなっている。これは、光センサの読み出し時に、同時に出力線に接続される2水平ラインの中の1本は、「ホトダイオードD1+容量素子C1」の組み合わせで、もう1本は、容量素子C1のみの組み合わせとなる。
[実施例4]
図16は、本発明の実施例4の液晶表示パネルの1画素の等価回路を示す回路図である。
本実施例の液晶表示パネルでは、ダミー映像線DDuMが1本設けられる。このダミー映像線DDuMは、液晶表示パネルの外部のドライバDRVと接続されており、内部でスイッチSW−Dに接続される。スイッチSW−Dは、Vsの電圧のプリチャージと、I/Oセレクタ回路SEL、及び接続無しの切り替えとなる。
図17は、本実施例の液晶表示パネルにおける、ダミー映像線DDuMの電圧と、スイッチSW−Dの切り替えを示すタイミングチャートである。
各水平期間で、スイッチSW−Dは、Vsの電圧のプリチャージ、接続無し、I/Oセレクタ回路SELへ接続、Vsの電圧のプリチャージを行う。
[t0〜t1]
この期間では、スイッチSW−Dは、ダミー映像線DDuMに対して、Vsの電圧のプリチャージを行う。
[t2〜t3]
この期間では、スイッチSW−Dは接続無しの状態となる。
図16は、本発明の実施例4の液晶表示パネルの1画素の等価回路を示す回路図である。
本実施例の液晶表示パネルでは、ダミー映像線DDuMが1本設けられる。このダミー映像線DDuMは、液晶表示パネルの外部のドライバDRVと接続されており、内部でスイッチSW−Dに接続される。スイッチSW−Dは、Vsの電圧のプリチャージと、I/Oセレクタ回路SEL、及び接続無しの切り替えとなる。
図17は、本実施例の液晶表示パネルにおける、ダミー映像線DDuMの電圧と、スイッチSW−Dの切り替えを示すタイミングチャートである。
各水平期間で、スイッチSW−Dは、Vsの電圧のプリチャージ、接続無し、I/Oセレクタ回路SELへ接続、Vsの電圧のプリチャージを行う。
[t0〜t1]
この期間では、スイッチSW−Dは、ダミー映像線DDuMに対して、Vsの電圧のプリチャージを行う。
[t2〜t3]
この期間では、スイッチSW−Dは接続無しの状態となる。
[t3〜t4]
この期間では、スイッチSW−Dは、I/Oセレクタ回路SELへ接続する。ダミー映像線DDuMに対して、Vsの電圧のプリチャージを行う。本実施例では、ダミー映像線DDuMをI/Oセレクタ回路SELに接続し、光センサの出力を検出する比較回路COPの比較電位Vsをダミー映像線DDuMから供給する。これにより、他のクロック等から映像線へのノイズをキャンセルする効果を期待できる。
[t4〜t5]
この期間では、スイッチSW−Dは、ダミー映像線DDuMに対して、Vsの電圧のプリチャージを行う。
なお、図16では、1画面に対して1ダミー映像線DDuMであるが、当然複数のダミー映像線DDuMを持つことも可能である。例えば、ホトダイオードD1と容量素子1と接続される各映像線に隣接してダミー映像線DDuMを配置すればより効果が高い。
この期間では、スイッチSW−Dは、I/Oセレクタ回路SELへ接続する。ダミー映像線DDuMに対して、Vsの電圧のプリチャージを行う。本実施例では、ダミー映像線DDuMをI/Oセレクタ回路SELに接続し、光センサの出力を検出する比較回路COPの比較電位Vsをダミー映像線DDuMから供給する。これにより、他のクロック等から映像線へのノイズをキャンセルする効果を期待できる。
[t4〜t5]
この期間では、スイッチSW−Dは、ダミー映像線DDuMに対して、Vsの電圧のプリチャージを行う。
なお、図16では、1画面に対して1ダミー映像線DDuMであるが、当然複数のダミー映像線DDuMを持つことも可能である。例えば、ホトダイオードD1と容量素子1と接続される各映像線に隣接してダミー映像線DDuMを配置すればより効果が高い。
以上説明したように、本実施例では、光センサの読み出し時に、ソースホロワ回路から成るアナログアンプを使用せず、容量素子の充放電だけで行う。そして、十分な充放電時間を取ることにより、薄膜トランジスタの特性バラツキにより、センサ出力電圧が変動するのを防止することができる。
なお、前述の説明では、薄膜トランジスタTr1は、n型の薄膜トランジスタで構成されているが、n型の薄膜トランジスタに代えてp型の薄膜トランジスタを使用することも可能である。但し、薄膜トランジスタTr1を、p型の薄膜トランジスタで構成する場合には、バイアス電圧の電圧値を適宜変更する必要があることはいうまでもない。
また、前述の説明では、薄膜トランジスタTr1は、半導体層が多結晶シリコン膜で構成される薄膜トランジスタの場合について説明したが、薄膜トランジスタTr1は、半導体層がアモルファスシリコン膜で構成される薄膜トランジスタであってもよい。
さらに、前述の説明では、本発明を液晶表示パネルに適用した実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明は、有機EL表示パネルなどにも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
なお、前述の説明では、薄膜トランジスタTr1は、n型の薄膜トランジスタで構成されているが、n型の薄膜トランジスタに代えてp型の薄膜トランジスタを使用することも可能である。但し、薄膜トランジスタTr1を、p型の薄膜トランジスタで構成する場合には、バイアス電圧の電圧値を適宜変更する必要があることはいうまでもない。
また、前述の説明では、薄膜トランジスタTr1は、半導体層が多結晶シリコン膜で構成される薄膜トランジスタの場合について説明したが、薄膜トランジスタTr1は、半導体層がアモルファスシリコン膜で構成される薄膜トランジスタであってもよい。
さらに、前述の説明では、本発明を液晶表示パネルに適用した実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明は、有機EL表示パネルなどにも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
GL,φG 走査線(ゲート線)
DL,DR,DG,DB 映像線(ドレイン線、あるいはソース線)
DDuM ダミー映像線
Tr1,Tr2,Tr3,Tr4 薄膜トランジスタ
LC 液晶容量
C 保持容量
PS 光センサ
PSL,φGS センサ制御線
OUT センサ出力線
DRV ドライバ
S ソース
G ゲート
D ドレイン
SM 半導体層
K カソード
A アノード
BPS 遮光膜
D1 ホトダイオード
C1 容量素子
CLK1,CLK2 クロック線
Vb バイアス線
SW,SW−D スイッチ
SRGB RGBスイッチ
DL,DR,DG,DB 映像線(ドレイン線、あるいはソース線)
DDuM ダミー映像線
Tr1,Tr2,Tr3,Tr4 薄膜トランジスタ
LC 液晶容量
C 保持容量
PS 光センサ
PSL,φGS センサ制御線
OUT センサ出力線
DRV ドライバ
S ソース
G ゲート
D ドレイン
SM 半導体層
K カソード
A アノード
BPS 遮光膜
D1 ホトダイオード
C1 容量素子
CLK1,CLK2 クロック線
Vb バイアス線
SW,SW−D スイッチ
SRGB RGBスイッチ
Claims (14)
- 複数の画素を有する表示パネルを有し、
前記複数の画素の中の少なくとも1つの画素は光センサを有する表示装置であって、
前記表示パネルは、前記光センサの出力を取り出す出力線を有し、
前記光センサは、受光部と、
容量素子と、
前記受光部と前記容量素子の接続点と前記出力線との間に接続されるスイッチグングトランジスタとを有し、
1フレーム期間後に、前記スイッチングトランジスタをオンとして、前記出力線から前記光センサの出力を取り出すことを特徴とする表示装置。 - 前記スイッチングトランジスタの制御電極に接続されるセンサ制御線を有し、
1フレーム期間後にセンサ制御線に選択電圧を供給し、前記スイッチングトランジスタをオンとすることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記1フレーム期間後に前記出力線から前記光センサの出力を取り出す前に、前記出力線にプリチャージ電圧を供給することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置。
- 前記受光部と前記容量素子の他端は、基準電圧に接続され、
前記1フレーム期間後に前記出力線から前記光センサの出力を取り出した後に、前記スイッチングトランジスタを介して、前記出力線から前記受光部と前記容量素子の接続点にリセット電圧を入力し、前記容量素子をリセット電圧に充電することを特徴とする請求項3に記載の表示装置。 - 前記少なくとも1つの画素は、第1の色のサブピクセルを有し、
前記表示パネルは、第1の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第1映像線を有し、
前記第1映像線は、前記出力線を兼用することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の表示装置。 - 1フレーム期間後の1水平走査期間の後半に前記センサ制御線に選択電圧を供給し、前記スイッチングトランジスタをオンとすることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
- 前記少なくとも1つの画素は、第1の色のサブピクセルと、第2の色のサブピクセルと、第3の色のサブピクセルとを有し、
前記表示パネルは、第1の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第1映像線と、
第2の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第2映像線と、
第3の色のサブピクセルに映像電圧を入力する第3映像線とをそれぞれ有することを特徴とする請求項5または請求項6に記載の表示装置。 - 前記第1映像線は、映像線駆動回路に接続され、
前記映像線駆動回路は、比較回路と、
前記第1映像線に接続されるスイッチ回路を有し、
前記スイッチ回路は、前記光センサの出力を前記比較回路に入力する動作と、前記第1映像線にプリチャージ電圧と表示データを供給する動作とを有することを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。 - 前記表示パネルは、1水平走査期間中に、前記第1ないし第3映像線を順次映像線駆動回路に接続するRGBスイッチ回路を有し、
前記第1ないし第3映像線は、前記RGBスイッチ回路を介して映像線駆動回路に接続され、
前記映像線駆動回路は、比較回路と、
前記RGBスイッチ回路に接続されるスイッチ回路を有し、
前記スイッチ回路は、前記光センサの出力を前記比較回路に入力する動作と、前記RGBスイッチ回路にプリチャージ電圧と表示データを供給する動作とを有することを特徴とする請求項7に記載の表示装置。 - 前記表示パネルは、前記映像線駆動回路に接続されるダミーの映像線を有し、
前記映像線駆動回路は、ダミーの映像線に接続される第2のスイッチ回路を有し、
前記第2のスイッチ回路は、前記ダミーの映像線にプリチャージ電圧を供給、あるいは、前記スイッチングトランジスタをオンとして、前記出力線から前記光センサの出力を取り出すときに、前記比較回路の一方の端子に前記ダミーの映像線上のプリチャージ電圧を供給することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の表示装置。 - 同じ1本の前記出力線に接続されると共に、同じ1本の前記センサ制御線に接続される複数個の前記光センサを有し、
1フレーム期間後にセンサ制御線に選択電圧を供給し、前記複数個の前記光センサの各スイッチングトランジスタをオンとすることにより、前記出力線から前記複数個の前記光センサの出力を取り出すことを特徴とする請求項5ないし請求項10のいずれか1項に記載の表示装置。 - 前記光センサは、少なくとも1つの第2の容量素子と少なくとも1つの第2のスイッチングトランジスタとを有し、
前記第2の容量素子は、前記光センサが有する前記容量素子と並列に接続され、
前記第2のスイッチングトランジスタの制御電極と、前記光センサが有する前記スイッチグングトランジスタの制御電極とは、同じ前記センサ制御線に接続され、
前記第2のスイッチングトランジスタの出力と、前記前記光センサが有する前記スイッチグングトランジスタの出力とは、同じ前記出力線に接続されていることを特徴とする請求項5ないし請求項10のいずれか1項に記載の表示装置。 - 前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、
前記液晶表示パネルは、バックライトから出射するバックライト光が照射され、
前記受光部は、前記バックライト光を遮光する遮光膜を有することを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の表示装置。 - 前記受光部は、ホトダイオードで構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009183214A JP2011034540A (ja) | 2009-08-06 | 2009-08-06 | 表示装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013206456A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Samsung Display Co Ltd | 光センサを含む表示装置及びその駆動方法 |
CN113867023A (zh) * | 2020-06-30 | 2021-12-31 | 敦泰电子股份有限公司 | 指纹显示设备及驱动其之整合集成电路及方法 |
-
2009
- 2009-08-06 JP JP2009183214A patent/JP2011034540A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013206456A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Samsung Display Co Ltd | 光センサを含む表示装置及びその駆動方法 |
CN103365486A (zh) * | 2012-03-29 | 2013-10-23 | 三星显示有限公司 | 包括光传感器的显示装置 |
CN103365486B (zh) * | 2012-03-29 | 2017-10-17 | 三星显示有限公司 | 包括光传感器的显示装置 |
CN113867023A (zh) * | 2020-06-30 | 2021-12-31 | 敦泰电子股份有限公司 | 指纹显示设备及驱动其之整合集成电路及方法 |
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