JP3251964B2 - 光検知・表示駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、一般に検出・表示装置に関し、
とくに入力信号の検出（入力）と画素データの表示（出
力）のいずれも可能であって、ポーリングサイクル期間
中の任意の時点で起る光入射を示し、入出力機能いずれ
にもセル当たりのアドレスにもデータラインにも最低限
の数しか使わず、しかもその回路構成として利得が提供
出来る装置である。

【０００２】本発明の背景として、たとえば対話形アレ
イのような現行の検出・表示装置には大抵百万個以上の
画像要素（いわゆる画素）が含まれ、各画素には一般に
要素の配列指定または要素とその配列指定との双方を含
んでいる。各セルが検出要素と表示駆動要素との機能の
双方の役割を果たせる場合をここで取り扱う。

【０００３】各セルには大抵離散的な検出部分が含ま
れ、この検出部分にはよく吟味された回路機構と入射光
に応じて変化する電流電圧特性を有する感光性要素とが
備えられている。光検出セルの一般論や新規な光検出セ
ルに関する特定の議論としては同時に出願されたハック
（Ｈａｃｋ）等の米国特許出願を参照されたい。また各
セルは、大方の場合離散的な表示部分を備え、通常そこ
にはたとえば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とかダイオー
ドとかの制御手段を伴っていて能動表示マトリクスの画
素の状態を制御している。能動表示マトリクスおよびこ
のマトリクスの個々の画素の制御に関する一般論は、本
出願にも参考として組み入れられている米国電気電子学
会論文集（ＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）「超大型ＬＣ
Ｄ現像機の製作（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｈｕｒ
ｄｌｅｓ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ Ｌａｒｇｅ−ＬＣＤ
Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒｓ），１９８９年９月の３６頁ない
し４０頁を参照されたい。検出および表示部分の一体化
の例としては、データが表示パネルを介して入力される
ようになっているトガシ（Ｔｏｇａｓｈｉ）等の１９８
７年４月７日の米国特許第４，６５５，５５２号を参照
されたい。

【０００４】公知の検出装置には多数の欠点が在る。た
とえば或る検出装置では、光がセルに入射すると同時に
ポーリング（光入射が有ったことを確認する動作）をす
ることが必要であり、また別の検出装置ではそれぞれの
セルに３個以上の独立した内部結線が必要であり、利得
提供可能の回路機構とその他の装置との間に互換性が無
いと云ったことが有り、それらの詳細についてはハック
等の前述の同時出願に述べてある。

【０００５】さらに検出部分と表示部分との一体化には
別な問題も在る。たとえば一体化すれば内部結線の必要
数、回路寸法、回路の複雑さなどは増えるのに機能は反
って低下する。これと絡んでくるのがセンサ部分と表示
部分との一体化の程度を制限するセンサ回路機構をやめ
て配線から検出部分を独立させたいと云う要求である。
しかも検出部分と表示部分との部品の性質が違うため、
両者の製造は、混成集積回路化やその他の込み入った製
造技術の一方かまたは両方ともが必要である違う製法や
共用出来ない製法であったりする。

【０００６】これらおよび他の問題を本発明ではあらゆ
る角度から検討しつぎに纏めて詳述する。

【０００７】本発明は、各セルとその駆動・復号用電子
部品とを接続する金属配線を最低の数に絞った検出・表
示装置を提供出来るようにすることが強く望まれるとし
てその実現に努めた過程の産物である。本発明によって
機械的・電気的故障率も減るので装置の稼働率も向上す
る。このように本発明は、セル当たり必要な内部接続配
線が２個だけで済む新しい検出・表示装置を提供するこ
とである。

【０００８】在来の２次元アレイの内部接続配線には、
セルの水平方向の列と典型的にそれぞれ結び付いた列ア
ドレス配線と行データ配線とが在る。これら２配線はと
もにアレイ内のどのセルにも個々にポーリングしたりア
ドレスしたりすることが出来る。本発明の他の目的は、
各列アドレス配線の設計にあたり同時に二つの用途に使
えるようにすることである。第１にこの配線の役割は、
センサと表示装置の回路をセル列の各セルと結び付け入
射光情報がこの列から読み込めるようにすること、第２
にこの配線の役割は、すぐ前の列のセルの各センサ回路
をこれらのセルのセンサ回路が光を検知出来る状態にリ
セットすることである。

【０００９】表示装置駆動配線に印加される高圧がセン
サ回路機構にも印加されたら、入射光の検出が出来なく
なってしまうことは明らかである。たとえば電圧や電流
の過渡状態がセンサ回路で生成されるかもしれず、これ
は許容できない程長く設定を行うものであり、そのよう
な条件でのセンサ出力には意味が無い。また検出・表示
装置部分を適当なタイミングが観測できなければ、この
表示装置の駆動にあたって検出部分の光入射データとし
て正しく解釈出来ない。しかし、検出・表示駆動装置部
分の間隔を過大に採れば不必要に大きく複雑な形状の回
路になってしまうし、検出・表示駆動装置部分の間隔を
一時的に大きく離しておくにしても検出に遅れが出たり
表示がちらついたり等の現象が生じる。したがって本発
明の他の目的は、検出・表示装置部分の間隔を最小限度
に抑え、しかも表示駆動電位が検出回路に印加されても
異常の発生を防ぐに足る電気絶縁性を有する一体化した
検出・表示駆動装置を提供することである。さらに本発
明の他の目的は、検出・表示駆動を短い時間枠内で動作
可能にし、かつ必要な検出・表示駆動機能の分離の維持
を可能とするタイミング体系を有する一体化した検出・
表示駆動装置を提供することである。

【００１０】本発明はまた、任意の時刻にセルに入射し
た光をセル自体のポーリングのタイミングとは独立に検
出出来るようにすることが強く望まれるとしてその実現
に努めた過程の産物である。こうして本発明の他の目的
は、ポーリングサイクル期間中の任意の時刻に入射光を
検知出来る、検出・表示組み合わせ装置において使用可
能な新規な光検出回路を提供することである。このよう
な目的に関連しているのが、本発明ではセル毎の一義的
な照明光情報が事後の処理の為に独立に保存されている
という態様である。

【００１１】さらに検出・表示駆動装置をモノリシック
の形で製作出来れば、とくに当該装置がアモルファスシ
リコンで形成されれば、大規模集積化と本発明による大
型の光検出・表示駆動装置のアレイの生産が図れ、しか
もアモルファスシリコン処理工程で使われる簡易にして
廉価かつ低温度の製造技術の利用が可能になるからきわ
めて望ましいことは明らかである。したがって、本発明
の更に他の目的は、ここに開示した回路機構を、当業者
周知のアモルファスシリコン処理技法でアモルファスシ
リコンでモノリシック的に形成することである。

【００１２】カラー方式での動作の可能性は検出機能と
表示駆動機能の一方でも両者であっても単色検出・表示
装置の可能性を大いに強める。かくして本発明の更に他
の目的であるカラー検出装置は、特定の光検出回路の感
光性要素上に１個以上のカラーフィルタを形成、沈積も
しくは配置して得られる。このようなカラー検出装置で
はたとえば異なる光源等の差異を識別するような用途が
在るかもしれない。

【００１３】本発明の更に他の目的は、装置の表示部分
が標準的な能動マトリクスＬＣＤと互換性があると云う
ことである。さらに本出願で開示した検出・表示装置
に、本発明の表示装置制御の考え方で表示装置にカラー
フィルタ装置を結合して提供することはカラー表示の制
御と云うさらに他の本発明の目的を構成することにな
る。

【００１４】本発明では、先行技術に存する多数の欠陥
や制約を取り払うため、とくに入力端末、出力端末、前
記入出力端末を交互接続する導体要素、多重状態検出装
置、前記検出装置の初期設定状態を設定するための手
段、前記検出装置に接続してその初期設定状態を入射す
る電磁輻射またはイオン流輻射に応じて変化させる手
段、前記導電性要素と前記検出装置とに接続して前記導
電性要素の導電率を前記検出装置の状態の関数として補
正する手段、前記入出力端末に接続された表示駆動要素
を備えた組合せ型センサ・表示駆動装置を提供するもの
である。本発明をさらに分りやすくするため以下図を用
いて詳細に説明する。

【００１５】図１には本出願で開示され図２ないし図５
と関連して取り扱われる型のセンサ・表示駆動装置を有
する２次元アレイを図示する。

【００１６】図２には本発明の一実施例によるセンサ・
表示駆動回路の詳細な模式図を図示する。

【００１７】図３には本発明の指針に基づく図２の実施
例に関する別のセンサ・表示駆動回路の実施例の模式部
分図を図示する。

【００１８】図４には本発明の別な実施例によるセンサ
・表示駆動回路の詳細な模式図を図示する。

【００１９】図５には本発明の指針に基づく図４の実施
例に関する別のセンサ・表示駆動回路の実施例の模式部
分図を図示する。

【００２０】図６には以下詳細な説明が行われる本発明
の一つ以上の実施例にしたがい各種配線の相互間とクロ
ック信号に関するタイミングおよび状態を図示する。

【００２１】図１に図示するのは２次元のセンサ・表示
駆動アレイ４であって、アドレス手段６、復号／駆動手
段８、複数のセル１０、格子状のパターンとを含み、こ
のパターンのうち水平方向の導電性配線すなわち内部結
線はあとでＡ₁ 、Ａ₂ 、・・・Ａ_n 、Ａ_n+1 、・・・と
呼ぶ列アドレス配線に、垂直方向の導電性配線すなわち
内部結線はあとでＤ₁ 、Ｄ₂ 、・・・Ｄ_s 、・・・と呼
ぶ行データ配線になる。この様なアレイ４では各セル１
０は個々にアドレス出来なければならない。この個別的
にアドレスする方法は便利なので図示の格子状のパター
ンの交互接続配線により容易に実施される。この個別的
にアドレスする方法では、アレイ４はセル１０のポーリ
ングサイクル期間中の任意の時刻に生じるセル毎の光入
射を検出する機能を持つことになる。さらにこのような
アレイ４は、たとえば能動マトリクスＬＣＤ（図示せ
ず）の様な表示装置をセル毎に駆動することが可能であ
る。アレイ４の要素のそれぞれがセンサ装置であり、同
時に表示駆動装置として働くセル１０の二重機能に焦点
を当てて、より詳細な説明をここで行うことにする。

【００２２】図１と図２とが示すように各セル１０を２
次元アレイ４に纏めているのは、第１の列アドレス配線
Ａ_n と第２列アドレス配線Ａ_n+1 と少なくとも１個の行
データ配線Ｄ_s である。２次元アレイ４の典型的セル１
０は図２に図示されそこでは同じ参照数字はどの図にお
いても本発明での同じ要素を表している。

【００２３】ここで図２を参照する。説明の都合上セル
１０は３個の領域に分割されている。第１はフォトセン
サ回路領域１２、第２は導電領域１４、第３は表示駆動
領域１５である。図２の実施例のフォトセンサ回路領域
１２は、多重状態の（離散的または連続的な）光電検出
手段１６と２個の制御手段としてのトランジスタ１８と
２６とから構成されている。多重状態光電検出手段１６
（または単に光電検出手段１６）は、広い範囲にわたる
前記種類のセンサの一つであって、少なくとも２個の状
態からなり、オン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）とがその状
態の一例である。たとえば光電検出手段１６は、ハック
等の同時出願特許（代理人事件整理番号Ｄ／８９２２
４）「オフセットゲートで制御されるギャップセル薄膜
素子をフォトセンサとして利用する方法（Ｍｅｔｈｏｄ
ｏｆ Ｕｓｉｎｇ ＯｆｆｓｅｔＧａｔｅｄ Ｇａｐ
−Ｃｅｌｌ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ ＤｅｖｉｃｅＡｓＡ
Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｏｒ）」記載の形式のセンサであ
って本出願の参考として含まれている。このオン（Ｏ
Ｎ）状態は、光電検出手段１６が導通状態または電流発
生状態のどちらかに在る状態である。さらに光電検出手
段１６とトランジスタ１８とは後述のフォトダイオード
１２’のような単一の光起電力素子で置き換えることも
出来る。

【００２４】トランジスタ１８と２６とは、本出願で触
れるあらゆるトランジスタ同様、別に注釈がなければ、
制御端末すなわちゲート電極と、電流通路ないし前記制
御端末で制御され第１および第２チャンネル電極にそれ
ぞれ接続された第１端および第２端を有する電流通路す
なわちチャンネルを含む形式のトランジスタである。一
般にこの種トランジスタは、電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）系統に属するが本出願で述べたのと同一または類
似の効果の他の形式のトランジスタ素子を使用してもよ
い。このアレイがアモルファスシリコンから作られた場
合には、この種のトランジスタは、一般にはＮチャンネ
ルトランジスタであるが、多結晶シリコン基板装置のよ
うな変形例では必要に応じてＮチャンネルでもＰチャン
ネルでも使うことが出来る。

【００２５】トランジスタ１８の接続態様は、ゲート電
極と第１のチャンネル電極とが列アドレス配線Ａ_n+1 に
接続されている。第２チャンネル電極は第１結節点２０
に接続されている。光電検出手段１６の接続態様は、そ
の一方の端末が列アドレス配線Ａ_n+1 に接続され第２端
末の側は第１結節点２０に接続されている。トランジス
タ２６のゲートは結節点２０に接続され、その第１チャ
ンネル電極は第２結節点２４に接続され、第２チャンネ
ル電極は第３の結節点２８に接続されている。

【００２６】図２図示の本発明の実施例の導通領域１４
にはコンデンサ２２が含まれ、その一方の端末は列アド
レス配線Ａ_n に、第２の端末は第２結節点２４に接続さ
れている。導通領域１４にはまたトランジスタ３０が含
まれ、その一方のチャンネル電極は結節点２８に接続さ
れている。トランジスタ３０のゲートは結節点２４に接
続され、他方このチャンネル電極の他端は列アドレス配
線Ａ_n に接続されている。第３のトランジスタ３２の第
１チャンネル電極はやはり結節点２８に接続され、ゲー
トは列アドレス配線Ａ_n に、第２チャンネル電極は行デ
ータ配線Ｄ_s にそれぞれ接続されている。

【００２７】図２図示の実施例における表示駆動領域１
５にはトランジスタ４０が含まれ、そのゲートは列アド
レス配線Ａ_n に、一方のチャンネル電極は行データ配線
Ｄ_s に、他方のチャンネル電極は能動マトリクス液晶表
示装置（ＬＣＤ）の画素の一部を形成する電極にそれぞ
れ接続されている。この種の能動マトリクスＬＣＤに
は、とくに液晶材料を挟む２枚のガラス板が含まれてい
て、それぞれに電極が取り付けられている。ガラス板間
の液晶材料は、電極間で誘電体として作動するから、そ
れぞれの画素毎に分離したコンデンサ４２が形成されて
いることになる。トランジスタ４０はスイッチとして動
作し、行データ配線に与えられた電圧を１フレーム（フ
レームリフレシュ信号の時間間隔）の間だけ画素のキャ
パシタンスに保存し、それ以外の時にはデータ配線と当
該画素とをいつも絶縁している。図２図示の実施例の場
合には、コンデンサ４２の一方の板電極はトランジスタ
４０の一方のチャンネル電極と接続されており、コンデ
ンサ４２の別の板電極には適当な電位たとえば表面ガラ
ス板電位Ｖ_fpが与えられている。

【００２８】上述の要素および内部結線のそれぞれを広
い領域に亘って配列したものが、アモルファスシリコン
技術による比較的簡単かつ廉価な処理工程で製造できる
のであり、セル１０のすべてのこの種の要素をモノリシ
ックな製法で同一材料から製造する。さらにアモルファ
スシリコン技法でこの種要素および内部結線とを大型で
廉価なサブストレートたとえばガラス上に生成すること
も可能である。こうして本発明の回路は、アモルファス
シリコンから製造すればガラス板を用いて直接ＬＣＤの
表面に形成することができる。しかし、セル１０の要素
全部または相当な部分を単結晶または多結晶のシリコン
またはゲルマニウム等から製造して表示装置と回路機構
とを当業者周知の適当な手段で結合すれば同等の結果が
得られしかも特定の設計目的も達成できる。

【００２９】素子の動作順序はつぎの通りである。各セ
ル１０の作動サイクルは二つのモードに分割される。第
１のモードは検出モードであり、第２のモードは表示駆
動モードである。これらのモードは制御回路（図示せ
ず）で制御される。この制御回路は、アドレス手段６と
復号／駆動手段８とのインターフェイスの役目をしてお
りクロック信号（同じく図示せず）で同期化されてい
る。

【００３０】まず検出モードに着目する。アドレス手段
６（図１）の役割の一つは、順序を追ってアレイ中の各
列アドレス配線を一定の電圧レベルにまで立ち上げるこ
とである。たとえば或る時刻の列アドレス配線をまず配
線Ａ₁ から出発して逐次Ａ₂ 、Ａ₃ などと立ち上げる。
列アドレス配線は、立ち上げられてあらかじめ設定され
た時間だけ高電圧に保持され、ついで低電圧に復帰す
る。適当な時間経過後、つぎの列アドレス配線の電圧が
立ち上げられてあらかじめ設定された時間だけ高電圧に
保持される。これらの処理手順は図６に図示されてお
り、（ａ）ではＡ_n あり（ｂ）ではＡ_n+1 である。ただ
し、このモードでは行データ配線の方はどれも低電位に
保持されている。

【００３１】一般的に云えば、セル１０は列アドレス配
線と行データ配線との間に在り、フォトセンサ回路領域
１２からの検出状態情報でスイッチングされるスイッチ
ング可能な電流通路として作動する。とくに光がセル１
０に入射すると、列アドレス配線の関連配線Ａ_n が高電
圧に立ち上げられ、電流が当該列アドレス配線Ａ_n と関
連行データ配線Ｄ_s との間を通過できるようになる。け
れども光がセル１０に入射しなければ、列アドレス配線
Ａ_n と行データ配線Ｄ_s 間の電流通過は遮られる。こう
して電流が、復号／駆動手段８の役割を一部担っている
データアドレス配線Ｄ_sをどう流れるのか吟味すること
で、光がセル１０に入射したかどうかを検証することが
できる。

【００３２】とくに領域１４の導通がセルへの光入射の
関数として取り扱えるようになるためには、帯電がアド
レス配線によって設定され、アドレス配線はまたフォト
センサ回路領域１２への光入射の関数として保持または
解除される。この帯電の設定は、これから以後はセル１
０の「初期設定」として参照することとする。本実施例
について云えば、セル１０はトランジスタ２６のゲート
チャンネルキャパシタンスの帯電によって初期化される
ことになる。上述のように、各セル１０は２個の列アド
レス配線Ａ_n とＡ_n+1 とに接続されている。今まで述べ
てきたことから、単一の列アドレス配線だけが一定の時
刻に高電圧になる。これによってセルの一義的な識別が
可能となる。云い換えれば検出モードで各画素の照明光
状態の一義的な識別が出来るようになる。セルと関連し
た列アドレス配線が同じセルのすぐ上の配線であるのが
普通であり、それが図２では、セル１０と列アドレス配
線Ａ_n とのことある。しかし、本発明によると各列アド
レス配線は、当該配線のすぐ上のセルを初期化する働き
もする。つまりセル１０は、配線Ａ_n+1 への電圧の印加
で初期化される。

【００３３】説明上、トランジスタ２６のゲートとチャ
ンネルとが同一電位であり、列アドレス配線Ａ_n+1 の電
圧に比して低電圧であると仮定する。つぎに、それぞれ
の列アドレス配線に電圧を循環的に印加し、接地に対し
て正の電圧たとえば１０ボルト以上を列アドレス配線Ａ
_n+1 に印加すると仮定する。つまり、列アドレス配線Ａ
_n+1 は高電圧であると仮定する。ついで高電圧がトラン
ジスタ１８のゲートに印加される。トランジスタ１８の
第２チャンネル電極はこうしてゲートに較べて低電圧に
なり、トランジスタ１８のチャンネルを導通にする（つ
まりトランジスタ１８は「オン（ＯＮ）状態」に移
る）。この動作は、トランジスタ１８の第１チャンネル
電極を、ひいてはトランジスタ２６のゲートを、第２チ
ャンネル電極を介して高電圧の列アドレス配線Ａ_n+1 に
接続する。そのためトランジスタ２６のゲート対チャン
ネルキャパシタンスは、列アドレス配線Ａ_n+1 の高電圧
近くまで帯電される。列アドレス配線Ａ_n+1 が低電圧状
態に復帰すると、トランジスタ１８のチャンネルは導通
を止め（つまりトランジスタ１８はオフ状態に転じ）チ
ャンネル電極間の接続は断たれる。こうして効果的にト
ランジスタ２６のゲートはチャンネルとの間の高電圧か
ら絶縁されてこのセルを初期化する。

【００３４】アレイの各列アドレス配線の循環的な電圧
の立ち上げを続ければ、列アドレス配線Ａ_n に到達す
る。検出モードと表示駆動モードといずれの場合も、当
該配線の電圧の立ち上げによってこのセル１０のその配
線への下側からの接続が「可能」になる。検出モードで
は、特定セル１０を下側接続可能にする効果は、セルが
初期化されて接続可能状態になっている時間内に光がセ
ル１０の光電検出手段１６に入射しているかどうかで決
まる。

【００３５】まず或る時点で光が光電検出手段１６に入
射したと仮定する。光入射の結果は光電検出手段１６の
特性によるが、説明の都合上、入射光は手段１６を導電
性にすると仮定する。その結果トランジスタ２６のゲー
トの高電圧と配線Ａ_n+1 の低電圧の間に電流の通路が生
じる。トランジスタ２６のゲートとチャンネルの間に畜
えられた電荷は放電されゲートと第１および第２チャン
ネル電極とはほぼ同じ電圧となる。このことはトランジ
スタ２６のチャンネルが事実上非導電性になったことを
意味する。キャパシタンス２２の役割は、列アドレス配
線Ａ_n をトランジスタ３０のゲートと弱結合することで
ある。こうすればＡ_n が高電圧状態になると同じくトラ
ンジスタ３０のゲートもコンデンサ２２による容量結合
のため同じ高電圧状態になる。トランジスタ２６は、実
質的に結節点２４と２８との間の開路であるから（トラ
ンジスタ固有の漏洩電流はある程度あるが）トランジス
タ３０のゲートと行データ配線Ｄ_s の低電圧（または接
地電圧）との間に直流通路は無い。この結果、トランジ
スタ３０のゲートと第１チャンネル電極との間に充分な
高電位差が与えられ、そのためこのチャンネルを導電性
にすることが出来る。トランジスタ３２のチャンネル
（詳細は後述）は、そのゲートが列アドレス配線Ａ_n の
高電圧になり、その第１チャンネルが行データ配線Ｄ_s
の低電圧になるのでやはり導電性になる。したがって、
電流通路は列アドレス配線Ａ_n と行データ配線Ｄ_s との
間に設けられる。この時点で行データ配線Ｄ_s のポーリ
ングは、所定の時間内（マイクロ秒程度が典型的）に電
流（マイクロアンペア程度が典型的）が流れることを示
し、適切な回路機構（図示せず）を用いれば充分な光が
セル１０に入射したことを示すものとして解釈されるこ
とになる。

【００３６】但し、光が光電検出手段１６へセンサモー
ド時間内に、つまり回路の初期設定と列アドレス配線Ａ
_n の電圧立ち上げとの間に入射しなければ、トランジス
タ２６のゲートチャンネル間電位差は高電圧のままであ
る。トランジスタ２６のチャンネルはそのとき導通にな
っている。このことはトランジスタ３０のゲートと第１
チャンネル電極を近似的に同じ低電圧に置くから、トラ
ンジスタ３０のチャンネルは非導通になる。そこで列ア
ドレス配線Ａ_n と行データ配線Ｄ_s の間にのみ許されて
いた有効電流通路が、直流電流はキャパシタンス２２を
通過出来ないため阻止されてしまう。この時点で行デー
タ配線Ｄ_s のポーリングは、きわめて低い電流が流れる
ことを示し、適切な回路機構（図示せず）を用いればセ
ル１０に充分な光が入射しなかったものとして解釈され
ることになる。

【００３７】図３図示の本発明の実施例を参照する。セ
ルの動作は実質的に前記と変らないが以下の点で異な
る。光電検出手段１６とトランジスタ１８とが単一の光
起電力素子すなわちフォトダイオード１２’で置き換え
られており、列アドレス配線Ａ_n+1 が高電圧ならば順方
向バイアスが掛かるように接続されている。この場合に
は、トランジスタ２６のゲートチャンネル間キャパシタ
ンスの電荷は前述したと同様になる。列アドレス配線Ａ
_n+1 が低電圧に復帰すると、トランジスタ２６のゲート
は絶縁されて元の電荷は漏洩し、トランジスタのゲート
チャンネル間のキャパシタンスは帯電のままにとどま
る。光がフォトダイオードに入射すると、電子正孔対が
生起して光電流が流れトランジスタ２６のゲートチャン
ネルキャパシタンスを放電させる。光電流は入射光強度
に比例する。こうしてセル１０のポーリングは前記同様
照明光状態の情報を与えることになる。

【００３８】オフ（ＯＦＦ）状態（つまりチャンネルの
電流が阻止されていても）であっても漏洩電流がある程
度あるのが前述のようなセルに使用したトランジスタの
特性である。この問題は二つの見地から重要である。第
１にこのことはコンデンサ２２のキャパシタンスを選択
する際に念頭に置かなければならない点である。トラン
ジスタ３０のゲートとチャンネルとの間の電位差（トラ
ンジスタ２６の漏洩電流のために）の放電が早すぎない
ように、コンデンサ２２のキャパシタンスが充分大きく
なければならない。しかし、トランジスタ２６がオン
（ＯＮ）状態のときは早く放電してしまうように充分小
さくなければならない。第２に漏洩電流は、セルがポー
リングされていない時は行データ配線Ｄ_s の状態に影響
しないよう遮られなければならない。非常に沢山のセル
が他にもあって行データ配線Ｄ_s を共有していること
と、行データ配線Ｄ_s で検知されることになっている電
流がマイクロアンペアの程度であることから、データ配
線Ｄ_s に収集される漏洩電流は検知する目的の有効デー
タに対して過剰になるおそれがある。トランジスタ３２
は、列アドレス配線Ａ_n が高電圧状態に在る時以外いつ
も非導通であるが、検出モードでセル１０がポーリング
されている時以外はセル１０を行データ配線Ｄ_s から絶
縁している。（後で述べるようにトランジスタ３２は表
示制御モードではすこし違う役割を演ずる。）

【００３９】ここで図４を参照するが、図中では前に使
った参照数字で同様の要素を参照している。図示されて
いるのは本発明の別の実施例である。図４のセル１０’
が前述のセル１０と異なる点は、ゲートと一方のチャン
ネル電極とが電気的に列アドレス配線Ａ_n に接続され、
しかも第２のチャンネル電極が結節点２４に電気的に接
続されているトランジスタ３４でコンデンサ２２が置換
されていることだけである。トランジスタ３４の役割の
一つは、コンデンサ２２−−の役割と同じく列アドレス
配線Ａ_n をトランジスタ３０のゲートと弱結合すること
である。しかし、この変更の機能面での違いは、セル１
０’への入力に対する応答をもっと線形にしようと云う
ことである。つまり図２の実施例はデジタル応答により
好適であり、それは充分な光がセンサ１６に入射すれば
一定の電流がアドレス配線Ａ_n とデータ配線Ｄ_s との間
に流れるからである（アナログ応答も所望なら得られる
が）。しかし、図４の実施例では一定のアナログ応答、
云い換えればアドレス配線Ａ_n とデータ配線Ｄ_s との間
の電流が入射光のレベルの関数として変化するようなグ
レースケール分解能を得るのにより好適である。

【００４０】本実施例におけるトランジスタ２６のゲー
トチャンネル間キャパシタンスの帯電は前述の通りであ
る。さらに光がセンサ１６に入射した時の本実施例の動
作も前述の通りである。事実、図４の実施例の動作は光
がセンサ１６に入射しなかった場合でも前述の通りであ
って、異なるのは図２の実施例でのコンデンサ２２が直
流を阻止するのに反してトランジスタ３４は直流電流の
通過を許すので、この実施例では、トランジスタ３０の
チャンネルを通る動的電流通路を制限しなければならな
いと云う設計上の考慮が必要になる点である。トランジ
スタ２６は、トランジスタ３０のゲートチャンネル間の
電位差を制御するのに用いられる。この制御を遂行する
ため、トランジスタ２６と３４との電流搬送容量を慎重
に決める必要がある。本質的に、列アドレス配線Ａ_n が
高電圧に立ち上げられるとトランジスタ３４はオン（Ｏ
Ｎ）状態に移行する。こうして列アドレス配線Ａ_n は結
節点２４を高電圧にしようとする。しかし、光がセンサ
１６に入射しなければトランジスタ２６のゲートチャン
ネル間電位は高くなり電流がそのチャンネルを通って流
れるようになる。こうして結節点２４を高電圧に引き上
げようとする（トランジスタ３４を介して）列アドレス
配線Ａ_n に抗して、行データ配線Ｄ_s は（トランジスタ
２６と３２を介して）結節点２４を低電圧へ引き下げよ
うとする傾向をもつ。トランジスタ３４と２６とのそれ
ぞれのアスペクトレシオを適当に選択すれば、これらト
ランジスタの電流容量は決定されて、トランジスタ３４
を通る電流は照明光が当たらなければ行データ配線Ｄ_s
の検知の限界値以下に成るが、照明光が当たれば結節点
２４を列アドレス配線Ａ_n と同じ高電圧にまで立ち上げ
るよう充分な大きさになる。さらにトランジスタ２６の
電流容量がトランジスタ３４の電流容量より遥かに大き
くしてあれば、データ配線Ｄ_s により結節点２４の電圧
を引き上げることは、アドレス配線Ａ_n により結節点２
４の電圧を引き上げることより勝り、したがって回路は
結節点２４を低電圧の状態に設定される。このような場
合には、トランジスタ３０のゲートチャンネル間電位差
はそのオン移行の限界値以下となって電流は列アドレス
配線Ａ_n と行データ配線Ｄ_s 間に流れず、光がセンサ１
６に入射しない場合の所望結果と同じになる。

【００４１】列アドレス配線Ａ_n をトランジスタ３０の
ゲートに弱結合するという、コンデンサ２２とトランジ
スタ３４の役割は、図５図示の抵抗３４’のように抵抗
も使うことにより果たすことが出来る。図５の装置の動
作は、トランジスタ３４に関する前述のそれとほとんど
同じである。こちらの実施例の場合、前記同様各種素子
の電流容量のことを配慮する必要がある。

【００４２】一般にグレースケールでの検出はつぎのよ
うにセル１０’を用いて行われる。トランジスタ２６の
ゲートチャンネル間の電位差は、センサ１６に入射する
光量で制御される。つまりセンサ１６の入射光量が多け
れば多いほどトランジスタ２６のゲートチャンネル間の
最終電位差は低くなる。さらに放電レベルがトランジス
タ２６のチャンネルを流れる電流の量を制御する。こう
した機能はトランジスタ３４の働きで行われるものであ
ってトランジスタ２６のチャンネルに電流を通すことが
出来、このことはコンデンサ２２による電流の阻止と対
照的なことである。その結果トランジスタ３０のゲート
と結節点２８と接続するチャンネル電極との間の電位差
が制御される。最後に入射光量によってトランジスタ３
０のチャンネルを流れる電流が制御される。この時点で
データ配線Ｄ_s のポーリングは、センサ１６の入射光量
で確定された電流の値を得ることになる。

【００４３】つぎに表示制御モードに注目することとす
る。各列アドレス配線は、それぞれあらかじめ決められ
た時間内は高電圧に保たれており、この時間とは、二つ
の前述モードにさらに第３の放電モードを加えたモード
にしたがって分割された時間である。コンデンサ４２
は、セル１０の検出直前に帯電しているので、このコン
デンサを放電しておくことが必要であって、そうすれば
電流に対する配線Ｄ_s の測定に影響しないで済む。この
仕事は、トランジスタ４０を導通にすればよく、配線Ｄ
_s の方は低電圧に抑えるかさもなければ接地する。つい
でコンデンサ４２をトランジスタ４０のチャンネルを介
して放電させる。図６を参照するとこの状況は（ａ）と
（ｃ）の領域１００に表されている。領域１０２では検
出モードでの配線Ａ_n の状態が表され、他方、領域１０
４では配線Ａ_n に対する表示駆動モードが表されてい
る。この期間中、データ配線Ｄ_s は復号／駆動手段８に
よって適当な電圧に駆動されており、この電圧がトラン
ジスタ４０を介してコンデンサ４２に転送されＡ_n が低
電圧になってもコンデンサ４２は所望の電圧に留るよう
にしてある。

【００４４】このことはトランジスタ３２の別の機能を
表している。表示駆動モードでの配線Ｄ_s の駆動電圧は
充分高いので（たとえば１０ボルト以上）、セルの初期
設定とポーリングとの間でフォトセンサ回路領域１２と
電流導通領域１４の両方またはどちらか一方の結節点と
キャパシタンスとを帯電でき、そこで生じる過渡状態は
反対に回路の状態に影響を与える筈である。こうしてト
ランジスタ３２は、セル１０の初期設定時とポーリング
時との間に、フォトセンサ回路領域１２と電流導通領域
１４とを配線Ｄ_s から絶縁するように設定される。初期
設定時とポーリング時との間の時間は、列アドレス配線
Ａ_n が低電圧である時に対応する（但し行データ配線Ｄ
_s が低電圧に保持されている時、センサモードに予定さ
れている時間１００は別にして）ので、トランジスタ３
２がフォトセンサ回路領域１２と電流導通領域１４とを
配線Ｄ_s の状態から絶縁している時間とはＡ_n が低電圧
になっている時間である。こうしてトランジスタ３２の
ゲートが配線Ａ_n に接続される。行データ配線Ｄ_s は時
間１００の間中は表示駆動モードとして帯電されないか
ら、トランジスタ３２はフォトセンサ回路領域１２と電
流導通領域１４とを絶縁が必要な全期間に亘って絶縁す
る。

【００４５】以上の結果から得られるセル１０はタイミ
ングに無関係な検出・表示装置であって、セル当たりの
所要内部結線は２個のみである。このことは各アドレス
配線の下にセルのセンサ・表示回路を設置し、そして各
アドレス配線の上でセルの各センサ回路をリセットする
ようにセルを構成すれば達成できる。この構造を採用し
た結果、検出・表示部分間での物理的分離は最小限で済
み、しかも電気的絶縁は充分に維持されるから、検出回
路機構に表示駆動電位が出力されることによる有害な作
用を防ぐことが出来、その上短い時間内に検出と表示駆
動とのどちらに対しても時間を適切に割り振ることが出
来る。

【００４６】表示駆動領域１５の作動要素ＴＦＴ４０は
フォトセンサ回路領域１２と電流導通領域１４に関して
述べたＴＦＴについての説明や作動と同様である。こう
してＴＦＴ４０がアモルファスシリコンで形成できるだ
けでなく、セル１０の全体も（但しＬＣＤは除いて）大
面積形式で比較的簡単かつ廉価なアモルファスシリコン
技法を利用した処理工程を用いてモノリシックに形成す
ることが出来る。けれども前述したように、セル１０の
全要素の内の相当部分または全体を単結晶または多結晶
シリコン、ゲルマニウム等で製造しても同等の結果が得
られるし、なお特殊な設計のものも実現出来る。

【００４７】一般に、本発明に関係ある当業者にとって
は、本発明の構造を変えたり大幅に違う形の実施例や応
用を本発明の思想と適用範囲とを逸脱せずに考えること
が出来る。たとえば、カラーフィルタで本発明のセンサ
個々、センサアレイの一部さもなければセンサアレイの
全体を覆うことによって特定の波長の光を選択的に感知
することは可能である。たとえば、画素に青色フィルタ
を掛ければこの画素は赤色光の入射に対して比較的感度
が鈍くなる。この性質はカラー画像をデジタル化した
り、多重ペンシステムの使用に際して異なる「色の」光
ペンの間の区別をつけたり、あるいはその他の色の区別
をすることが重要な役割を演じる場合に役に立つ。さら
にセンサ自体の特性でスペクトルの可視域外の電磁輻射
または電離放射線が入射したときでも検出することが出
来る。たとえば、センサにはＸ線放射、赤外線放射、中
性子入射などの検出に適した種類もある。さらに特定の
フィルタを用いると可視域外の電磁スペクトルの特定の
部分だけを検出できるようにも出来る。カラー表示装置
としてはやはりＬＣＤの画素にカラーフィルタを選択的
に載せれば本発明が適用出来る。

【００４８】上述の例を別途変形したものにトランジス
タ４０に制御電位を選択させて表示素子に接続しこの制
御電位に表示素子の光学特性を調整させるよう利用する
ものがある。こうしてたとえばエレクトロルミネセンス
素子、ＬＥＤ等のような別種の表示装置もＬＣＤの代り
に用いることが出来る。

【００４９】実際にはダイオードのようなある種の非線
形要素をＴＦＴの代りに使ってもよい。さらに状況によ
っては、検出装置をどのセルにも配置するのでなくたと
えば一つおきに配置する方が望ましい場合もある。

【００５０】これまでに提示した着想の様々な展開はす
べて可能なものであり本発明の意図する範囲に属する。
これらの各種具体例は実現に移された実施例によってお
り、本開示に基づく当業者の一技術範囲に属する。この
ようにここで行った開示と記述は例示的なものであり、
いかなる意味でも本記述の内容は本発明に制限を課する
ものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本出願で開示され図２ないし図５と関連して
取り扱われる型のセンサ・表示駆動装置を有する２次元
アレイを図示する。

【図２】 本発明の一実施例によるセンサ・表示駆動回
路の詳細な模式図を図示する。

【図３】 本発明の指針に基づく図２の実施例に関する
別のセンサ・表示駆動回路の実施例の部分的模式図を図
示する。

【図４】 本発明の別な実施例によるセンサ・表示駆動
回路の詳細な模式図を図示する。

【図５】 本発明の指針に基づく図４の実施例に関する
別のセンサ・表示駆動回路の実施例の部分的模式図を図
示する。

【図６】 以下詳細な説明が行われる本発明の一つ以上
の実施例にしたがい各種配線の相互間でのおよびクロッ
ク信号に関するタイミングおよび状態を図示する。

【符号の説明】

４ センサ・表示駆動アレイ、６ アドレス手段、８
復号／駆動手段、 １０，１０’ セル、１２ フォト
センサ回路領域、１２’フォトダイオード、１４導電領
域、１５ 表示駆動領域、１６ 光電検出手段、１８，
２６，３０，３２，３４，４０ トランジスタ、２０，
２４，２８ 結節点、２２，４２ コンデンサ、３４’
抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン・ジー・ルイス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94087 サニーベール サウスメアリア ベニュー 1610 (72)発明者 リチャード・エイチ・ブルース アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94024 ロスアルトス アルフォードア ベニュー 1956 (56)参考文献 特開 昭52−32624（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−129783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−256580（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−44796（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−85792（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−243675（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加された初期設定信号によって放電可
   能な電荷が設定されることにより初期化され、輻射線の
   入射に応じた前記電荷の放電レベルにより検出状態情報
   を得ることができ、かつ、印加された動作可能信号によ
   って動作可能とされる画像検出のための画像検出手段
   （１２）と、 印加された動作可能信号によって動作可能とされ、印加
   された駆動信号に応じて表示を駆動する表示駆動手段
   （１５）と、 前記画像検出手段と前記表示駆動手段とに対して、動作
   可能信号を送るための第１内部結線手段（Ａn）と、 前記画像検出手段に初期設定信号を送るための第２内部
   結線手段（Ａn+1）と、 前記画像検出手段からの前記検出状態情報を受信すると
   ともに、前記表示駆動手段に駆動信号を送る第３の内部
   結線手段(Ｄｓ)と、輻射線の入射に応じて画像検出手段の初期状態を変化さ
   せる光電検出手段（１６，１２’）と、 前記第１内部結線手段と第３内部結線手段とを接続する
   導電領域（１４）と、 前記導電領域に接続され、前記光電検出手段の状態の関
   数として前記導電領域のコンダクタンスを変化させるた
   めの手段（２６） とを備えたことを特徴とする光検知・
   表示駆動装置。