JP3436629B2 - 表示および撮像のための装置 - Google Patents

表示および撮像のための装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示機能と撮像機
能とを達成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】典型的な先行技術は、図２７に示されて
いる。このテレビジョン電話装置１は、パーソナルコン
ピュータ２とテレビカメラ３とを備える。パーソナルコ
ンピュータ２は、中央処理装置を含むパーソナルコンピ
ュータ本体４と、テンキーを含む操作されるキーボード
５と、陰極線管などの表示装置６とを備える。表示装置
６には、テレビジョン電話の相手の顔などの画像が電話
回線を介して受信されて表示される。操作者である自己
の顔は、表示装置６の上方に設けられたテレビカメラ３
によって撮像されてその信号が電話回線を介して送信さ
れる。さらにパーソナルコンピュータ２に関連して、テ
レビの音声を出力するスピーカ７と自己の音声を送信す
るためのマイクロホン８とが備えられる。
【０００３】図２７に示される先行技術では、操作者は
表示装置６の画面を見ており、したがってテレビカメラ
３は、操作者が常にうつむいた顔を撮像することにな
る。そのため操作者の正面から見た顔の表情をテレビカ
メラ３によって撮像することができず、テレビジョン電
話装置の機能が劣ることになる。
【０００４】他の先行技術は、特開平５−１４８８０に
開示されている。この先行技術では、画像表示装置の側
部に電荷結合素子（略称ＣＣＤ）を用いた２次元イメー
ジセンサから成る固体撮像素子が設けられる。この固体
撮像素子によって表示画面を見ている操作者の顔のやや
側部を撮像することになり、顔の正面を撮像することは
できない。
【０００５】さらに他の先行技術は、特開平６−２４５
２０９に開示される。このカメラ一体形ディスプレイ装
置では、液晶表示部の背後に設けてある偏光板に孔を設
け、この孔から取込んだ光をテレビカメラに入光して撮
像する。
【０００６】この先行技術によれば、液晶表示部を見て
いる操作者の顔を正面からテレビカメラによって撮像す
ることができるという利点がある。しかしながら上述の
ように偏光板にテレビカメラへの入光のための孔が形成
されているので、表示画面に欠陥が生じてしまうという
点がある。
【０００７】他の先行技術は、特開平１−１０６４６７
および特開平５−２７６３１３に開示されている。これ
らの先行技術は、パーソナルコンピュータおよびワード
プロセッサなどに接続され、原稿に密着して原稿を読取
って表示する機能を有する。したがってテレビジョン電
話装置などの用途において、撮像位置から離間した操作
者の画像などの対象物を撮像することはできず、用途が
限定される。
【０００８】従来からの撮像装置では、撮像素子に入力
される受光量、したがって露出の調整は、口径を変化す
る機械的構造を有する絞り機構を用いる。この構成によ
れば、大形化することは明らかであり、製品のコストダ
ウンを妨げる主な原因になる。
【０００９】従来からのいわゆる電子アイリス機能を有
するＣＣＤなどのイメージセンサでは、受光感度の制御
を電子シャッターによって達成するものであり、本格的
な露光調節機能とは異なる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、表示
機能を達成する構成と、撮像機能を達成する構成とを一
体化し、表示品質を低下させることなく撮像を行うこと
ができるようにし、しかも構成を小形化、簡略化するこ
とができるようにした表示および撮像のための装置を提
供することである。
【００１１】本発明の他の目的は、撮像時における受光
量の調整を容易に行うことができるようにした表示およ
び撮像のための装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）一対の
各基板の対向する各表面に電極をそれぞれ形成して画素
を構成し、各基板間に誘電体を介在し、前方で見ること
ができる表示機能を達成するとともに、 （ｂ）前記表面に、多数の受光素子を配置し、これらの
受光素子は、前方の光を受光し、 （ｃ）各受光素子の出力を個別的に導出して撮像機能を
達成する出力手段を備え、前記出力手段は、各列毎の受
光素子の出力を並列に読出し、かつ直列ビットで列方向
にシフトし、電荷結合素子を用いて走査する構成を有す
る列シフトレジスタと、各列シフトレジスタの出力を、
共通の出力端子に直列ビットで、各列シフトレジスタ毎
に順次的に導出し、電荷結合素子を用いて走査する構成
を有する行シフトレジスタとを含み、前記受光素子の受
光面上に、透光性を有する受光量調整用個別電極が形成
され、前記受光素子が形成されている基板に対向するも
う１つの基板に形成されている電極との間の電圧に依存
する誘電体の光の透過率を変化して、その誘電体を介す
る受光面への受光量を調整することを特徴とする表示お
よび撮像のための装置である。また本発明は、前記一方
の基板の前記表面上に、ソースラインに沿って隣接して
受光量調整用ラインと、受光素子とが形成され、この受
光量調整用ラインに、受光量調整用個別電極が接続され
ることを特徴とする。また本発明は、受光量調整用個別
電極は、画素電極に比べて、共通電極との間隔が小さく
選ばれるとともに、ソースラインに接続され、ソースラ
インには、時間が交互に設定される表示期間と受光量調
整期間とにおいて、電圧が印加され、この受光量調整期
間の電圧は、表示期間の表示用電圧よりも低くかつ画素
電極と共通電極との間に存在する誘電体が活性化されな
い値に選ばれることを特徴とする。また本発明は、後方
側の一方の基板１２における前方側の他方の基板１３に
対向する前記表面上に、行列状に配置された画素電極
と、列方向に延びる複数のゲートラインと、行方向に延
びる複数のソースラインとが形成され、ゲートラインと
ソースラインとの交差点に対応して薄膜トランジスタが
設けられ、この薄膜トランジスタは、ソースラインに接
続されるソース電極と、ゲートラインに接続されるゲー
ト電極と、画素電極に接続されるドレン電極とを有し、
ゲートラインに与えられる一方レベル電圧でソース電極
とドレン電極とが導通し、他方レベル電圧で遮断し、前
記他方の基板の前記一方の基板に対向する前記表面上
に、画素電極に対向する共通電極が形成され、ソースラ
インと共通電極との間に、誘電体を活性化するしきい値
以上の表示用電圧を与え、ゲートラインに薄膜トランジ
スタが導通または遮断する制御電圧を与える手段を含
み、受光素子の受光面上に、透光性を有する受光量調整
用個別電極が形成され、受光量調整用個別電極は、ソー
スラインに接続され、ソースラインには、時間が交互に
設定される表示期間と受光量調整期間とにおいて、電圧
が印加され、この受光量調整期間には、ゲートラインに
薄膜トランジスタが遮断したままになる電圧が与えられ
ることを特徴とする。また本発明は、一対の各基板は、
透光性を有し、受光素子よりも後方側に、遮光層が形成
されることを特徴とする。
【００１３】本発明の表示および撮像のための装置は、
たとえばテレビジョン電話装置、テレビジョン会議シス
テムおよび建物の玄関と建物内部とで相互に相手の顔の
画像を見ながら通話を行うことができるドアホンなどの
テレビジョン通信装置などを含むテレビジョン通信装置
の用途に好適に実施することができる。本発明に従え
ば、前方で見ることができる表示機能を達成するために
一対の各基板の対向する各表面に電極を形成して画素を
構成し、誘電体、たとえば好ましくは液晶、エレクロト
ルミネセンス材料およびプラズマ表示を達成する材料な
どを介在して構成し、この表面には前方の光を受光する
多数の受光素子、たとえばホトダイオードを、行列状に
規則正しく配置し、または分散してランダムに配置し、
これらの受光素子の出力を個別的に出力手段によって導
出する。したがってたとえばテレビジョン通信装置の用
途では、通話中の相手の顔の画像が表示された状態で、
その相手の顔の画像を見ながら相手と同じ目線で自然に
形で撮像が行われ、対話することができるようになる。
本発明に従えば、前記出力手段は、半導体によって構成
される列および行の各シフトレジスタを用い、たとえば
ＣＣＤ（電荷結合素子）による走査機能によって、受光
素子の出力を転送して出力し、構成の小形化を図ること
ができるとともに、受光素子による表示品質の低下を招
来することがない。本発明に従えば、表示機能を達成す
るために液晶などの誘電体を用い、いわゆるダイナミッ
ク表示を行うアクティブマトリクス表示を達成する構成
を有する。後方側の一方の基板１２における前方側の他
方の基板１３に対向する表面上には、画素電極に表示駆
動のための電圧を与えるために、たとえば金属酸化物電
界効果トランジスタ（略称ＭＯＳ ＦＥＴ）などから成
る薄膜トランジスタ（略称ＴＦＴ）が設けられ、あるい
はまた予め定めるしきい値以上の電圧を印加することに
よって導通するＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）素子
などのスイッチング素子、およびその他のスイッチング
素子が用いられてもよい。これらの薄膜トランジスタな
どのスイッチング素子と、受光素子とは、画素電極に隣
接してそれぞれ設けられることができる。さらに本発明
に従えば、受光素子の受光面上に、透光性の受光量調整
用個別電極を形成して誘電体の光の透過率を変化し、受
光面への受光量の調整を行うことができ、本格的な露出
調節機能を提供することができる。この構成は、在来の
前述した電子アイリス機能を備えるＣＣＤなどのイメー
ジセンサとは原理が全く異なり、本発明によって簡略な
電気的構成で機械式と同等の本格的な露出調整機能を実
現することができる。受光量調整用個別電極に受光量調
整のための電圧を印加するにあたり、受光量調整用ライ
ンを基板の前記表面に形成してもよいが、他の実施の形
態では、基板の構成をさらに簡単化するために、受光量
調整用個別電極とそれに対向する共通電極との間の間隔
を、画素電極と共通電極との間の間隔未満に選び、これ
によって表示期間では表示のための画素電極と共通電極
との間に比較的高い表示用電圧を印加して表示機能を達
成し、受光量調整期間では誘電体が活性化されるしきい
値未満の比較的低い電圧を受光量調整用個別電極と共通
電極との間に印加して表示機能を達成し、こうして基板
の表面に形成された薄膜トランジスタのためのソースラ
インを、表示と受光量調整のために共用化し、構成の簡
略化を図ることができる。さらに本発明に従えば、背後
にバックライトと称される光源を配置していわゆる透過
形表示のための構造とし、この構成において、光源から
の光によって受光素子が誤動作することを防ぐために、
受光素子の背後（受光素子よりも後方）、すなわち受光
素子と光源との間に金属、たとえばアルミニウムまたは
遮光性合成樹脂層などから成る遮光層を設ける。上述の
本発明に従う表示および撮像のための装置をテレビジョ
ン通信装置の用途において用いることによって、相手と
同じ目線で相手の顔の像を見ながら対話を自然な形で行
うことができるようになる。本件表示および撮像のため
の装置では、一対の基板のうち、操作者側の前方に配置
された一方の基板よりも前方には、表示／受光面の多数
の受光素子にわたって操作者のたとえば顔などの画像を
結像する集光レンズが配置される。これによって受光素
子は、結像された画像の各部分の光強度に対応するレベ
ルを有する電気信号を導出する。この集光レンズによっ
て、操作者は、表示された画像を拡大して見ることがで
きるという効果もまた、達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態の表
示および撮像のための装置１１の一部の平面図であり、
図２はその装置１１の図１における切断面線ＩＩ−ＩＩ
から見た簡略化した断面図である。たとえばテレビジョ
ン電話装置などのテレビジョン通信装置において、ダイ
ナミック駆動される透過形アクティブマトリクス形液晶
表示装置にホトダイオードである受光素子を備えた撮像
のための装置が一体的に複合されて、本発明に従う表示
および撮像のための装置が実現される。一対の間隔をあ
けて配置された透光性、たとえば透明なガラスなどの電
気絶縁性材料から成る各基板１２，１３の対向する各表
面には、表示機能を達成するための画素電極１４と、こ
れらの画素電極１４に共通の共通電極１５とがそれぞれ
形成される。各基板１２，１３間には、誘電体である液
晶１６が介在される。各基板１２，１３の外表面上に
は、偏光板１７，１８が形成される。
【００１５】操作者側である前方（図２の上方）には、
集光レンズ１９が設けられ、これによって撮像されるべ
き操作者などの顔の実像が、基板１２の液晶１６に臨む
表面にわたって結像されるとともに、液晶１６によって
表示される画像がたとえば拡大されて前方で見ることが
できる。基板１２の背後（図２の下方）には、バックラ
イトとしての機能を果たす面状光源２０が配置される。
【００１６】再び図１を参照して、画素電極１４は、一
方の基板１２の液晶１６に臨む表面に行列状に配置され
る。液晶電極１４と共通電極１５とは、透光性を有する
導電性材料、たとえばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）な
どから成る。複数のゲートライン２１は、列方向に延
び、また複数のソースライン２２は行方向に延びて、基
板１２の表面に形成される。
【００１７】金属酸化膜電界効果トランジスタ（略称Ｍ
ＯＳ ＦＥＴ）から成る半導体スイッチング素子である
薄膜トランジスタ２３は、ソースライン２２に接続され
るソース電極２５と、ゲートライン２１に接続されるゲ
ート電極２４と、画素電極１４に接続されるドレン電極
２６とを有する。この薄膜トランジスタ２３は、ゲート
ライン２１からゲート電極２４に選択的に与えられる一
方レベルの制御電圧によって、ソース電極２５とドレン
電極２６とが導通してソースライン２２の表示用電圧が
個別電極１４に印加される。ゲートライン２１に他方レ
ベルの電圧が与えられることによって薄膜トランジスタ
２３は遮断し、ソースライン２２の電圧は画素電極１４
に与えられない。こうして各ソースライン２２に順次的
に表示用電圧が与えられている期間において、表示すべ
き画像に対応してゲートライン２１に前記一方レベルの
制御電圧が順次的に選択して印加されて走査されること
によって、希望する画素電極１４と共通電極１５との間
に介在されている液晶１６が活性化されて画素毎の表示
が行われる。ソースライン２２に与えられる表示用電圧
は、液晶を活性化するしきい値以上の電圧に選ばれる。
【００１８】画素電極１４の列方向（図２の上下方向）
に隣接するソースライン２２との間に、薄膜トランジス
タ２３と、撮像のためのホトダイオードである受光素子
２７とが配置される。受光素子２７は、画素電極１４と
同様に、規則正しく行列状に配置される。
【００１９】受光素子２７の出力を個別的に導出するた
めに、次に述べる出力手段２８が設けられる。
【００２０】図３は一方の基板１２の液晶１６側から見
た簡略化した平面図であり、前述の図１はこの図３に示
される構成の一部を拡大した平面図である。出力手段２
８は、半導体から成る。この出力手段２８は、各列毎の
受光素子２７の出力を並列に読出し、かつ直列ビットで
列方向に図１および図２の上方から下方に転送してシフ
トする列シフトレジスタ２９と、各列シフトレジスタ２
９の出力を、直列ビットで各列シフトレジスタ２９毎に
順次的に導出する単一の行シフトレジスタ３０とを含
む。行シフトレジスタ３０は、出力端子３１に、各列シ
フトレジスタからの出力、したがって全ての各受光素子
２７の出力を導出する。こうしていわゆるインタライン
転送方式が実現される。
【００２１】図４は、出力手段２８の構成を簡略化して
示す平面図である。各列シフトレジスタ２９は、その各
列シフトレジスタ２３に対応する列方向に配置された受
光素子２７の出力を矢符３２で示されるように各列毎に
一斉に読出し、各列シフトレジスタ毎に、行シフトレジ
スタ３０に矢符３３で示されるように転送して導出す
る。行シフトレジスタ３０と出力端子３１との間に、半
導体素子によって実現される増幅回路３４が介在され
る。
【００２２】図５は、図４に示される撮像のための受光
素子２７からの信号を出力する構成をさらに具体的に示
す電気回路図である。受光素子２７で発生した信号の電
荷は、電荷蓄積動作によって、各接合容量に蓄積され
る。蓄積期間が終わると、これらの信号電荷を、全画素
同時に隣の垂直転送用の列シフトレジスタ２９に送る。
信号電荷は、その後、列シフトレジスタ２９に加えられ
る列クロックパルスφｖ１〜φｖ４に同期して図４およ
び図５の下方に転送される。出力端子３１への読出し
は、列シフトレジスタ２９の一列分ずつの電荷を、埋込
みチャネルを用いた水平転送のための行シフトレジスタ
３０に送り、順次出力する。行シフトレジスタ３０によ
る信号電荷の転送のために、行クロックパルスφｈ１〜
φｈ４が用いられる。１フィールド分の信号電荷が読出
されると、再び受光素子２７に蓄積された次のフィール
ドの信号電荷を、上述と同様に順次出力端子３１に転送
して読出す。このようにして全画面が繰返して走査され
る。
【００２３】図６は受光素子２７と列シフトレジスタ２
９との具体的な構成を示す平面図であり、理解の便宜の
ために部分的に斜線を施して示す。図７は、図６の切断
面線Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄから見た断面図である。列シフトレ
ジスタ２９および行シフトレジスタ３０はいずれも、２
層ポリＳｉ重合せゲート電極構造による埋込みチャネル
ＣＣＤであって、４層駆動方式で転送を行う。増幅回路
３４は、浮遊拡散層による電荷検出ダイオードと２段ソ
ースホロワによって構成される。奇数番目の受光素子２
７（２ｉ＋１）と偶数番目の受光素子２７（２ｉ）の合
計２個が列シフトレジスタ１ビットに対応する。ｉは自
然数である。
【００２４】一方の基板１２上において、列シフトレジ
スタ２９が形成されるべき位置には、Ｓｉなどの半導体
から成るｎ層３７が形成され、その上にｐウエル層３８
が形成される。受光素子２７は、ｐウエル層３８に形成
されたｎ- 領域３９と、その上に形成されたｎ+ 層４０
が形成されて、ｎ+ｎ-ｐｎ構造によって構成される。ｎ
- 領域３９は、強い光の入射時に発生する過剰電荷のｎ
層３７への排出経路となるとともに、中波長管路の構造
と分光管路の変動の軽減に寄与する。このようなｎ+ｎ-
ｐｎ構造では、ブルーミング抑圧時においてもｎ- 層３
９の下端まで実効光電変換領域が確保されることにな
る。
【００２５】また電荷転送のための埋込みチャネルＣＣ
Ｄを構成するために、ｐウエル層３８にｎ-領域４１が
形成される。さらに受光素子２７からの電荷を転送する
ための電極４２と、構造する電極４３，４４，４５が部
分的に重なって順次的に形成される。さらに遮光のため
のたとえばアルミニウムなどの材料から成る遮光層４６
が形成される。
【００２６】これらの半導体層上には、図７の参照符４
８に示されるように、透光性電気絶縁層が形成され、た
とえばＳｉＯ2などから成る。各列毎の受光素子２７に
近接してチャネルストップ層４９が形成され、相互の干
渉が防がれる。また上下のポリＳｉ層５０，５１が形成
されている。このチャネルストップ層４９は、クロック
配線にフィールドプレートの機能を持たせ、列シフトレ
ジスタ２９に沿って線状に形成され、画素を水平方向
に、すなわち図６の左右方向に分離する。出力端子３１
から導出される画像の各画素毎の出力信号は、たとえば
ＮＴＳＣおよびＰＡＬなどのテレビジョン映像信号とし
て生成され、水平方向１ラインおきにインタレース走査
され、奇数フィールドと偶数フィールドとの合計２つの
フィールドによって１フレームが構成される。
【００２７】図８は、図７に示される受光素子２７に関
連する各部分のチャネル電位を時間経過に伴って示して
おり、これらの図８（２）〜図８（４）にそれぞれ示さ
れる時刻ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３は、図９の各時刻に対応
する。図９（１）〜図９（４）は、列シフトレジスタ２
９に与えられる列クロックパルスφｖ１〜φｖ４であ
り、これらの各列クロックパルスは、電圧ＶＨ，ＶＩ，
ＶＬ（ただしＶＨ＞ＶＩ＞ＶＬ）の各値に時間経過に伴
って定められる。ｐウエル層３８は、ｎ層３７との間に
印加された逆バイアス電圧による空乏化し、これによっ
てブルーミングだけでなく、スミアも抑圧される。受光
素子２７の下部のｐウエル層３８だけでなく、列シフト
レジスタ２９の下部のｐウエル層３８も浅いので、この
部分に完全に空乏化することによって、光電変換によっ
て発生した電気の列シフトレジスタ２９への流入が防止
され、スミアが抑制される。
【００２８】受光素子２７から列シフトレジスタ２９へ
の電子のドリフトによる導入のために、隣接するｎ+ 領
域４０からクロックφｖ１が与えられる電極４２を介し
てドリフト流入させ、こうして導入された電子に対して
ポテンシャル移動が図１の上から下に向かって（すなわ
ち図６の上から下に向かって、図７および図８（１）の
右から左に向かって）転送される。図８（２）〜図８
（４）の斜線を施して示す部分は、ポテンシャル移動の
電子を示している。時刻ｔ１において、受光素子２７に
最も近接している電極４２にクロックパルスφｖ１が電
圧ＶＨで与えられることによって、受光素子２７から列
シフトレジスタ２９に電荷が読出され、その後、時刻ｔ
２，ｔ３，…の各時刻における列クロックパルスφｖ１
〜φｖ４によって電荷が順次的に転送される。多数の列
シフトレジスタ２９のうちの１つから転送されてきた電
荷は、行シフトレジスタ３０によって行クロックパルス
φｈ１〜φｈ４に同期して増幅回路３４に与えられて増
幅され、出力端子３１から読出される。
【００２９】図１０は、受光素子２７からの出力が出力
端子３１から読出される全体の動作を簡略化して示す図
である。図１０（１）は、前述の図８（２）および図９
における時刻ｔ１の時刻に対応しており、各列の受光素
子２７の出力を１つの列レジスタ２９に一斉に読出して
ラッチする動作を示す。図１０（２）〜図１０（５）
は、行方向に隣接する合計ｎ個の列シフトレジスタ２９
毎に各列シフトレジスタ２９にストアされている受光素
子２７の出力を図４および図５の下方に順次的にシフト
する動作を示している。行シフトレジスタ３０は、図１
０（６）に示されるように、行クロックパルスφｈ１〜
φｈ４に応答して直列ビットで順次的に、各列シフトレ
ジスタ２９からの出力を導出する。こうして出力端子３
１からは、図１０（７）に示されるように受光素子２７
の受光量に対応したレベルを有する信号が得られる。
【００３０】図１１は本発明の実施の他の形態の一部の
平面図であり、図１２は図１１に示される形態の切断面
線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た簡略化した断面図である。こ
の実施の形態は、前述の図１〜図１０に示される形態に
類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目す
べきはこの実施の形態では、受光素子２７の受光面上
に、透光性を有する受光量調整用個別電極５３が形成さ
れ、この個別電極２３は、たとえばＩＴＯなどの材料か
ら成ってもよい。個別電極５３は、導体５４を介して受
光量調整用ライン５５に接続される。この受光量調整用
ライン５５は、基板１２の個別電極１４および受光素子
２７が形成されている側の表面上で、ソースライン２２
に沿って隣接して形成される。導体５４は、絶縁層４８
（前述の図７参照）を介してソースライン２２と電気的
に絶縁される。こうして受光量調整用個別電極５３は、
受光素子２７の受光面に、透光性を有する電気絶縁膜を
介して形成される。
【００３１】受光量調整用個別電極５３には、受光量調
整用ライン５５を介して全ての個別電極５３に同一の受
光量調整用信号が印加され、このような受光量調整動作
は、液晶表示動作とは独立して制御回路によって制御さ
れる。たとえば受光素子２７と出力手段２８とによって
構成される受光素子２７の出力端子３１から得られる出
力をモニタして検出し、その受光素子２７から得られる
出力電圧が高すぎたり、受光素子２７または増幅回路３
４が飽和しているときには、受光量調整用信号の電圧を
高く変化し、これによって受光素子２７上に形成された
個別電極５３と共通電極１５との間に介在されている液
晶２２を活性化して光の透過率を小さくし、すなわち濃
く印加させる。これによって受光素子２７に入射する受
光量を少なくし、受光素子２７の出力電圧を低下するこ
とができる。これとは逆に受光素子２７の出力電圧が低
すぎる場合には、受光量調整用ライン５５に与える受光
量調整電圧を低く変化し、これによって受光素子２７上
に存在する液晶２２を不能動化して光の透過率を大きく
し、濃度を薄く変化させ、これによって受光素子２７に
入射する受光量を多くし、受光素子２７の出力電圧を上
昇する。このような受光量調整用電圧は、連続的に変化
させ、受光素子２７の出力電圧を連続的に調節すること
ができる。
【００３２】図１３は、図１１および図１２に示される
本発明の実施の一態様の動作を説明するための簡略化し
た波形図である。図１３（１）に示されるように、時刻
ｔ２１〜時刻ｔ２４においてハイレベルとなる受光量調
整用電圧を受光量調整用ライン５５に与え、これによっ
て受光量調整用個別電極５３と共通電極１５との間に介
在されている液晶１６の光透過率を変化した状態とす
る。この状態で、画素電極１４から列シフトレジスタ２
９への読込みのために図１３（２）に示されるパルスが
列シフトレジスタ２９に与えられ、こうして得られた列
シフトレジスタ２９の受光素子２７の出力は、図１３
（３）〜図１３（６）に示される列クロックパルスφｖ
１〜φｖ４を用いて直列ビットで順次的にシフトされて
ゆく。その後、列シフトレジスタ２９からの出力は行シ
フトレジスタ３０によって転送され、その行シフトレジ
スタ３０を含む出力手段２８から増幅回路３４には図１
３（７）に示される信号が導出される。出力端子３１に
は、図１３（８）に示される読出し信号に応答して、各
受光素子２７の受光量に対応したレベルを有する信号が
読出される。図１１〜図１３に示される本発明の実施の
一形態のその他の構成と動作は、前述の実施の形態と同
様である。
【００３３】図１４は本発明の実施の他の形態の図１お
よび図１１に対応する平面図であり、図１５は図１４の
切断面線ＸＶ−ＸＶから見た一部の断面図である。この
実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部
分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の一
形態では、ソースライン２２に受光量調整用個別電極５
３が導体５７を介して電気的に接続されており、前述の
図１１〜図１３に関連して述べた実施の一形態における
受光量調整用ライン５５が省略され、これによって本件
装置の小形化を可能とし、画素電極１４および受光素子
２７の実装密度を大きくすることができる。
【００３４】図１７は、図１４〜図１６に示される本発
明の実施の一形態の動作を説明するための簡略化した波
形図である。複数ｎのゲートライン２１には、図１７
（１）〜図１７（４）に示される波形を有する薄膜トラ
ンジスタ２３が導通するための制御信号を与え、これら
の制御信号は、たとえば図１７（１）では時刻ｔ３１〜
ｔ３２の期間Ｗ１だけ継続し、また図１７（２）に示さ
れるように時刻ｔ３３〜ｔ３４の期間Ｗ１だけ継続す
る。こうして期間Ｗ１は、画素電極１４と共通電極１５
との間の液晶１６が活性化されて表示が行われる表示期
間である。液晶１６に印加される電圧は、図１７（６）
に示される。
【００３５】これらの表示期間Ｗ１の相互間である時刻
ｔ３２〜ｔ３３において、受光量調整期間Ｗ２が設定さ
れる。こうして表示期間Ｗ１と受光量調整期間Ｗ２とが
交互に時間経過に伴って設定されることになる。ソース
ライン２２には、共通電極１５に対して表示期間Ｗ１で
は表示用電圧Ｖ１が印加され、受光量調整期間Ｗ２では
受光量調整用電圧Ｖ２が印加される。この１つのソース
ライン２２に図１７に示される電圧が印加される状態
は、各ソースライン２２毎に順次的に走査され、１つの
ソースライン２２に電圧が印加されている状態で、上述
のように複数のゲートライン２１に制御電圧が順次的に
走査される。
【００３６】受光量調整期間Ｗ２において、液晶１６の
光透過率に対応する受光量調整用電圧Ｖ２がソースライ
ン２２および導体５７を経て受光量調整用個別電極５３
に印加され、この期間Ｗ２において、受光素子２７の受
光量に対応する出力は、図１７（６）に示される読出し
クロック信号によって列シフトレジスタ２９にシフトさ
れて読出され、その後、表示期間Ｗ１において列シフト
レジスタ２９を経てシフトされて転送される。その他の
動作は、前述の実施の一態様と同様である。
【００３７】この図１４〜図１７に示される本発明の実
施の一態様では、受光量調整期間Ｗ２では、ゲートライ
ン２１には制御電圧が印加されず、したがって薄膜トラ
ンジスタ２４は遮断している。この期間Ｗ２において、
受光素子２７において希望する受光量が得られるように
するための液晶１６の光透過率が達成される電圧が選択
してソースライン２２から印加される。
【００３８】本発明の実施のさらに他の形態では、図１
５において、受光量調整用個別電極５３は、画素電極１
４に比べて共通電極１５との間隔が小さく選ばれ、すな
わち受光量調整用個別電極５３と共通電極１５との間隔
をｄ２とし、画素電極１４と共通電極１５との間隔をｄ
１とするとき、 ｄ１＞ｄ２ …（１） に選ばれる。
【００３９】したがって図１６に示されるように、受光
量調整用個別電極５３と共通電極１５との間に印加され
る実効値電圧と液晶１６のコントラストとの関係を表す
特性は、ラインＬ２で示され、また画素電極１４と共通
電極１５との間に印加される実行値電圧と液晶１６のコ
ントラストとの関係を示す特性はラインＬ１で示され
る。受光量調整用電圧Ｖ２は、画素電極１４の表示用電
圧Ｖ１よりも低く定められる。すなわち Ｖ１＞Ｖ２ …（２） この受光量調整用電圧Ｖ２の印加時において、画素電極
１４と共通電極１５との間の液晶１６は活性化されない
値に選ばれている。
【００４０】前述の式１による液晶１６の活性化するた
めのしきい値電圧の違いを利用して、図１８に示される
動作が達成されてもよい。この図１８（１）〜図１８
（７）の各波形は、前述の図１７（１）〜図１７（７）
にそれぞれ対応している。注目すべきはこの発明の実施
の一形態では、各ゲートライン２１には、図１８（１）
〜図１８（４）に示されるように常時制御電圧が順次的
に印加されるように構成されており、画素電極１４と共
通電極１５との間には、図１８（６）に示される電圧が
常時印加される。ソースライン２２には、受光量調整期
間Ｗ２において、間隔ｄ１を有する画素電極１４と共通
電極１５との間の液晶１６が活性化されない前記電圧Ｖ
２が印加され、液晶表示が行われることはない。その他
の構成と動作は、前述の実施の各形態と同様である。
【００４１】図１４〜図１７の本発明の実施の一形態に
おいて、ｄ１＝ｄ２に選ばれてもよい。
【００４２】図１９は本発明の実施のさらに他の形態の
前述の図１に対応する一部の平面図であり、図２０は図
１９の切断面線ＸＸ−ＸＸから見た断面図である。この
実施の一形態の構成は、前述の図１〜図１０に関連して
説明した実施の一形態と類似するけれども、注目すべき
はこの実施の一形態では、一方の基板１２には、受光素
子２７の背後に遮光層５８が形成される。遮光層５８
は、たとえばアルミニウムなどの金属蒸着膜などから成
ってもよく、または遮光性合成樹脂から成ってもよい。
これによって受光素子２７には、光源２０からの光が照
射されて誤動作することはない。
【００４３】図２１は、図１９および図２０に示される
本発明の実施の一形態における光源２０からの光の進む
経路を示している。細かい点で示される領域５９は、光
源２０からの光が進んでいる領域を示し、白抜きの領域
６０は、光源２０からの光が照射されない部分を示して
いる。この図２１の図面からもまた、遮光層５８によっ
て受光素子２７に光源２０からの光が照射されないこと
が理解される。これによって受光素子２７の誤動作が防
がれる。
【００４４】図２２は、本発明の実施の他の形態の一部
の断面図である。この実施の一形態では、図１９〜図２
１の形態に類似するけれども、注目すべきは遮光層６１
は基板１２の液晶１６に臨む表面に形成され、この表面
に形成された遮光層６１の上に、受光素子２７が電気絶
縁層を介して形成される。
【００４５】図２３は、本発明の実施のさらに他の形態
の断面図である。この実施の形態は、図１９〜図２２の
各形態に類似し、注目すべきは受光素子２７には、基板
１２上の遮光層６１だけでなく、さらに受光素子２７の
両側部においても遮光層６２，６３が形成される。その
他の構成は、前述の実施の形態と同様である。遮光層６
１〜６３は、金属蒸着層であってもよいけれども、導電
性のない顔料分散形の黒色有機材料などを用いてもよ
い。遮光層５８，６１〜６３は、図１１〜図１８の本発
明の各形態に関連して実施されてもよい。
【００４６】図２４は図１〜図１０に示される表示／撮
像装置１１が搭載されたいわゆるノート形パーソナルコ
ンピュータ形のテレビジョン電話装置６４の簡略化した
斜視図である。この装置１１は、本体６５と蓋体６６と
を有し、水平軸線を有するヒンジ６７によって開閉可能
に設けられる。本体６５には、操作者が操作するテンキ
ーなどを含むキーボード６８が搭載される。蓋体６６に
は、操作者に臨んで本発明に従う表示／撮像装置１１が
装着される。さらに蓋体６６には、スピーカ６９と操作
者の音声を電気信号に変換するマイクロホン７０とが設
けられる。操作者は、電話回線を介して受信されて装置
１１に表示される相手の顔などの画像を見ながら通話す
ることができる。操作者の顔などの画像は、装置１１に
よって撮像され、公衆電話回線７５を介して相手に送信
される。
【００４７】図２５は、図２４に示されるテレビジョン
電話装置６４の電気的構成を示すブロック図である。通
信回線である公衆電話回線７５は、制御回路７６におけ
る結合回路７７を介して、受信回路７８に接続され、相
手の顔などの画像信号は受信回路７８から駆動回路７９
に与えられ、表示／撮像装置１１においてその画像が表
示される。表示／画像装置１１によって撮像された操作
者の顔などの画像信号は、読取り手段８０を経て、送信
回路８１から結合回路７７に与えられ、公衆電話回線７
５に送信される。マイクロホン７０による操作者の音声
の信号は増幅回路８２によって増幅され、送信回路８１
を経て、結合回路７７から公衆電話回線７５に送信され
る。相手方の音声信号は、受信回路７８から駆動回路８
３に与えられ、スピーカ６９が駆動される。これらの各
構成要素７７〜８３は、マイクロコンピュータなどによ
って実現される処理回路８４によって制御され、この処
理回路８４には、キーボード６８からのダイアル信号な
どが与えられて、その動作の制御が行われる。
【００４８】本発明は、薄膜トランジスタなどのスイッ
チング素子を用いるアクティブマトリクス表示装置に関
連して実施されるだけでなく、多数の行電極と多数の列
電極とが液晶などの誘電体を介して垂直に交差して構成
されるいわゆる単純マトリクス形表示装置に関連しても
また、実施される。
【００４９】図２６は、本発明の実施のさらに他の形態
のテレビジョン電話装置７１の簡略化した斜視図であ
る。この実施の一形態でもまた本発明に従う表示／撮像
装置１１が本体７２に装着され、スピーカ６９とマイク
ロホン７０が設けられる。表示装置１１はまたテンキー
を含む入力手段を兼用しており、入力点７３の接触また
は押圧操作によってまたは操作者の手の指などの操作に
よって、ダイヤル番号などの入力操作を行うことができ
る。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、一対の各基板の対向す
る各表面に画素を構成するための電極をそれぞれ形成
し、これらの基板間に誘電体を介在して前方から見るこ
とができる表示を行うようにし、しかもこれらの対向す
る表面に、前方の光を受光する多数の受光素子を配置し
て各受光素子の出力を出力手段によって個別的に導出し
て撮像機能を達成することができる。したがって表示機
能を達成する表示領域と同一領域内で撮像を行うことが
できるようになり、これによってたとえばテレビジョン
通信装置などにおいて、たとえば相手の顔が表示された
画像を見ながら操作者である自己の顔が撮像されること
になり、したがって相手と同じ目線で自然な状態で対話
することなどが達成され、こうして先行技術に比べて一
層自然なユーザ・インタフェイスおよびマン・マシン・
インタフェイスを実現することができる。
【００５１】本発明によれば、受光素子の出力を導出す
る出力手段は、たとえばＣＣＤなどの電荷転送デバイス
によって実現し、構成の小形化を図ることができる。特
に受光素子の出力を並列に読出して直列ビットでシフト
する列シフトレジスタと、各シフトレジスタの出力を共
通の出力端子に直列ビットでシフトして導出する行シフ
トレジスタとを用いて、たとえばインタライン伝送方式
で各受光素子の出力を転送することによって、構成の簡
略化を図ることができる。
【００５２】さらに本発明によれば、表示機能を達成す
るために、後方側の一方の基板１２における前方側の他
方の基板１３に対向する表面上に、たとえば薄膜トラン
ジスタなどの半導体スイッチング素子を設けてダイナミ
ック駆動によるアクティブマトリクス表示を達成し、そ
の薄膜トランジスタなどの半導体スイッチング素子と受
光素子とを各画素電極に隣接して配置し、表示品質の向
上を図るとともに、その画素電極の数とほぼ同一数の受
光素子を用いて撮像品質の向上もまた図ることができ
る。
【００５３】さらに本発明によれば、受光素子の受光面
上に透光性を有する受光量調整用個別電極を形成して、
共通電極との間に介在されている表示機能をも達成する
誘電体の光の透過率を変化して、その受光面への受光量
を調整する。これによって前述の先行技術に関連して述
べた電子シャッタを用いるＣＣＤのアイリス機能の入射
光量増設構造とは本質的に異なる本格的な受光量、すな
わち露出の調整機能を、従来からのカメラに用いられて
いる機械的絞り機構と比較して小形かつローコストで軽
量な構成で提供することができる。また本発明によれ
ば、機械的な駆動部分がないので、信頼性の向上を図る
ことができる。
【００５４】本発明によれば、受光量調整用個別電極に
電圧を与えるために、受光量調整用ラインを表示のため
のソースラインに沿って隣接して設けるようにしてもよ
いけれども、特に本発明ではその表示のためのソースラ
インなどのラインを受光量調整のためにも共用するよう
にし、この目的で受光量調整用個別電極と共通電極との
間隔を、画素電極と共通電極との間隔に比べて小さく選
び、受光量調整期間において表示期間における表示用電
圧よりも低い電圧を受光量調整用個別電極に与えて画素
電極と共通電極との間の誘電体が活性化されず、しかも
受光量調整用個別電極と共通電極との間の誘電体を活性
化してその光の透過率を変化し、こうして構成をさらに
一層簡略化して受光量の調整を行うことができるように
なる。
【００５５】さらに本発明によれば、表示を行うため
に、背後にバックライトである光源を配置したいわゆる
透過形表示を行う構成において、その光源からの光を、
遮光層によって受光素子に到達することを防ぎ、これに
よって受光素子が誤動作することを防ぐことができる。
これによって液晶などによる表示とイメージセンサ機能
とを組合わせた一層高性能である複合装置が実現され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の表示および撮像のため
の装置１１の一部の平面図である。
【図２】表示および撮像のための装置１１の図１におけ
る切断面線ＩＩ−ＩＩから見た簡略化した断面図であ
る。
【図３】一方の基板１２の液晶１６側から見た簡略化し
た平面図である。
【図４】出力手段２８の構成を簡略化して示す平面図で
ある。
【図５】図４に示される受光素子２７からの信号を出力
する構成をさらに具体的に示す電気回路図である。
【図６】受光素子２７と列シフトレジスタ２９との具体
的な構成を示す平面図である。
【図７】図６の切断面線Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄから見た断面図
である。
【図８】図７に示される受光素子２７に関連する各部分
のチャネル電位を時間経過に伴って示す図である。
【図９】出力手段３０の動作を説明するための簡略化し
た波形図である。
【図１０】受光素子２７からの出力が出力端子３１から
読出される全体の動作を簡略化して示す図である。
【図１１】本発明の実施の他の形態の一部の平面図であ
る。
【図１２】図１１の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た簡
略化した断面図である。
【図１３】図１１および図１２に示される本発明の実施
の一形態の動作を説明するための簡略化した波形図であ
る。
【図１４】本発明の実施のさらに他の形態の図１および
図１１に対応する平面図である。
【図１５】図１４の切断面線ＸＶ−ＸＶから見た一部の
断面図である。
【図１６】液晶に印加される実効値電圧とコントラスト
との関係を示すグラフである。
【図１７】図１４〜図１６に示される本発明の実施の一
形態の動作を説明するための簡略化した波形図である。
【図１８】図１４〜図１７に示される実施の一形態に類
似する本発明の実施のさらに他の形態の動作を説明する
ための簡略化した波形図である。
【図１９】本発明の実施のさらに他の形態の前述の図１
に対応する一部の平面図である。
【図２０】図１９の切断面線ＸＸ−ＸＸから見た断面図
である。
【図２１】図１９および図２０に示される本発明の実施
の一形態における光源２０からの光の進む経路を示す簡
略化した断面図である。
【図２２】本発明の実施の他の形態の一部の断面図であ
る。
【図２３】本発明の実施のさらに他の形態の一部の断面
図である。
【図２４】図１〜図１０に示される表示および撮像のた
めの装置１１が搭載されたテレビジョン電話装置の簡略
化した斜視図である。
【図２５】図２４に示されるテレビジョン電話装置の電
気的構成を示す簡略化したブロック図である。
【図２６】本発明の実施のさらに他の形態のテレビジョ
ン電話装置７１の簡略化した斜視図である。
【図２７】先行技術の斜視図である。
【符号の説明】
１１ 表示および撮像のための装置 １２，１３ 基板 １４ 画素電極 １５ 共通電極 １６ 液晶 １７，１８ 偏光板 １９ 集光レンズ ２０ 面状光源 ２１ ゲートライン ２２ ソースライン ２３ 薄膜トランジスタ ２４ ゲート電極 ２５ ソース電極 ２６ ドレン電極 ２７ 受光素子 ２８ 出力手段 ２９ 列シフトレジスタ ３０ 行シフトレジスタ ３１ 出力端子 ３４ 増幅回路 ５３ 受光量調整用個別電極 ５５ 受光量調整用ライン ５８，６１，６２，６３ 遮光層 ６４，７１ テレビジョン電話装置 ６９ スピーカ ７０ マイクロホン ｄ１ 画素電極１４と共通電極１５との間隔 ｄ２ 受光量調整用個別電極５３と共通電極１５との間
隔 φｖ１〜φｖ４ 列クロックパルス φｈ１〜φｈ４ 行クロックパルス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−6861（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−132513（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−210765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−193058（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−762（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−14880（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/148 H01L 27/146

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）一対の各基板の対向する各表面に
    電極をそれぞれ形成して画素を構成し、各基板間に誘電
    体を介在し、前方で見ることができる表示機能を達成す
    るとともに、 （ｂ）前記表面に、多数の受光素子を配置し、 これらの受光素子は、前方の光を受光し、 （ｃ）各受光素子の出力を個別的に導出して撮像機能を
    達成する出力手段を備え、 前記出力手段は、 各列毎の受光素子の出力を並列に読出し、かつ直列ビッ
    トで列方向にシフトし、電荷結合素子を用いて走査する
    構成を有する列シフトレジスタと、 各列シフトレジスタの出力を、共通の出力端子に直列ビ
    ットで、各列シフトレジスタ毎に順次的に導出し、電荷
    結合素子を用いて走査する構成を有する行シフトレジス
    タとを含み、 前記受光素子の受光面上に、透光性を有する受光量調整
    用個別電極が形成され、 前記受光素子が形成されている基板に対向するもう１つ
    の基板に形成されている電極との間の電圧に依存する誘
    電体の光の透過率を変化して、その誘電体を介する受光
    面への受光量を調整することを特徴とする表示および撮
    像のための装置。
  2. 【請求項２】 前記一方の基板の前記表面上に、ソース
    ラインに沿って隣接して受光量調整用ラインと、受光素
    子とが形成され、 この受光量調整用ラインに、受光量調整用個別電極が接
    続されることを特徴とする請求項１記載の表示および撮
    像のための装置。
  3. 【請求項３】 受光量調整用個別電極は、 画素電極に比べて、共通電極との間隔が小さく選ばれる
    とともに、ソースラインに接続され、 ソースラインには、時間が交互に設定される表示期間と
    受光量調整期間とにおいて、電圧が印加され、この受光
    量調整期間の電圧は、表示期間の表示用電圧よりも低く
    かつ画素電極と共通電極との間に存在する誘電体が活性
    化されない値に選ばれることを特徴とする請求項１記載
    の表示および撮像のための装置。
  4. 【請求項４】 後方側の一方の基板１２における前方側
    の他方の基板１３に対向する前記表面上に、 行列状に配置された画素電極と、 列方向に延びる複数のゲートラインと、 行方向に延びる複数のソースラインとが形成され、 ゲートラインとソースラインとの交差点に対応して薄膜
    トランジスタが設けられ、この薄膜トランジスタは、ソ
    ースラインに接続されるソース電極と、ゲートラインに
    接続されるゲート電極と、画素電極に接続されるドレン
    電極とを有し、ゲートラインに与えられる一方レベル電
    圧でソース電極とドレン電極とが導通し、他方レベル電
    圧で遮断し、 前記他方の基板の前記一方の基板に対向する前記表面上
    に、画素電極に対向する共通電極が形成され、 ソースラインと共通電極との間に、誘電体を活性化する
    しきい値以上の表示用電圧を与え、ゲートラインに薄膜
    トランジスタが導通または遮断する制御電圧を与える手
    段を含み、 受光素子の受光面上に、透光性を有する受光量調整用個
    別電極が形成され、 受光量調整用個別電極は、ソースラインに接続され、 ソースラインには、時間が交互に設定される表示期間と
    受光量調整期間とにおいて、電圧が印加され、 この受光量調整期間には、ゲートラインに薄膜トランジ
    スタが遮断したままになる電圧が与えられることを特徴
    とする請求項１記載の表示および撮像のための装置。
  5. 【請求項５】 一対の各基板は、透光性を有し、 受光素子よりも後方側に、遮光層が形成されることを特
    徴とする請求項１〜４のうちの１つに記載の表示および
    撮像のための装置。
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