JP3585368B2 - Liquid crystal display device with image reading function, image reading method, and manufacturing method - Google Patents

Liquid crystal display device with image reading function, image reading method, and manufacturing method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT)、およびフォトダイオード等の受光素子が設けられたアクティブマトリクスパネルと液晶層とを備えた画像読み取り機能付き液晶表示装置、そのような液晶表示装置を用いた画像読み取り方法、およびそのような液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、画像の表示装置の小型化を図るため、液晶を使用した表示装置が多く用いられ、特に、TFTを有するアクティブマトリクスパネルを備えた液晶表示装置は、単純マトリクス型の液晶表示装置に比べて高い画質を容易に得ることができるため、盛んに研究されている。
【0003】
一方、原稿画像等の読み取り装置の小型化を図るために、2次元に配列したイメージセンサに原稿を密着させるようにして、原稿やセンサ部のスキャン機構を用いることなく画像を読み取り得るようにしたものが知られている。
【0004】
また、上記のような画像の表示装置と読み取り装置とを組み合わせて、画像の表示を行うとともに原稿画像等を読み取って画像データを得られるようにすることにより、装置全体の小型化や操作性の向上を図るものも提案されている。
【0005】
この種の装置は、具体的には、例えば特開平4−282609号公報に開示されているように、液晶表示装置におけるTFTおよび透明画素電極が形成された透明基板の裏面側に、イメージセンサが形成された透明基板を配置して構成されている。
【0006】
また、カラー画像の表示や読み取りができる装置は、白色光のバックライト光源と、各画素ごとに赤、緑、または青の光を透過させる領域が形成されたマイクロカラーフィルタとを備え、各色の光の透過率を制御することによりカラー画像を表示する一方、原稿から反射された各色の光の光量を検出することにより、カラー画像の読み取りを行うようになっている。すなわち、赤、緑、および青の3つの画素(以下、各画素を「単体画素」と称する。)を合わせて、所定の色の1つの画素(以下「カラー画素」と称する。)の表示、および読み取りが行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにTFT等が形成された透明基板とイメージセンサが形成された透明基板とを重ねて配置する構成では、バックライト光や原稿からの反射光の透過率が低下するため、画像の視認性や読み取り特性が低下する。
【0008】
このような視認性等の低下を防止する手段としては、例えば特開平5−145699号公報に開示されているように、画像読み取り装置を開閉自在に設けたものも提案されているが、この場合には、開閉機構を設けるために構造の複雑化や信頼性の低下を招くうえ、画像の読み取りを行うごとに開閉操作を必要とするために、かえって操作性の低下をも招くという問題点を有している。
【0009】
なお、前記特開平4−282609号公報には、具体的な構成は記載されていないものの、TFT等とイメージセンサとを同一の透明基板上に実装してもよい旨の記載があるが、一般にこのように構成する場合、表示用のTFTを制御するための配線パターンに加えてイメージセンサの制御用の配線パターンも同一基板上に形成する必要があるため、画像の有効表示面積が減少して、やはり視認性の低下を招くことになる。
【0010】
また、一般に、表示画像に比べて読み取り画像の方が高い画素密度を必要とされる場合が多いが、マイクロカラーフィルタを備えてカラー画像の読み取りを行う装置の場合、上記のように赤、緑、および青の3つの単体画素を合わせて1つのカラー画素の画像データが得られるため、高い画素密度でカラー画像を読み取ることができないという問題点を有していた。また、マイクロカラーフィルタを透過した色の光だけが、表示や原稿の照明に用いられるために、これらの光量を増大させるためには、バックライト光源の発光量を大きくする必要がある。したがって、マイクロカラーフィルタを備えることによる製造コストの増大に加えて、消費電力が大きくなるという問題点をも有していた。
【0011】
本発明は、上記の点に鑑み、視認性の低下等を招くことなく、装置の小型化や操作性の向上、および製造コストの低減を図ることのできる画像読み取り機能付き液晶表示装置、そのような液晶表示装置を用いた画像読み取り方法、およびそのような液晶表示装置の製造方法の提供を目的としている。
【0012】
また、さらに、高い読み取り画素密度がえられ、しかも、製造コストや消費電力の低減も図ることができる画像読み取り機能付き液晶表示装置、そのような液晶表示装置を用いた画像読み取り方法の提供を目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像読み取り機能付き液晶表示装置は、画素電極用の第1のトランジスタが接続されるソースライン、およびゲートラインに、受光素子用の第2のトランジスタを接続するとともに、第1のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値と、第2のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値とが、少なくとも第2のトランジスタだけをオン状態にし得るように設定されている。
【0014】
このように構成することにより、受光素子の一端側に接続される第2のトランジスタ専用のソースラインやゲートラインを設けることなく、各画素電極に接続される第1のトランジスタと共通のソースライン、およびゲートラインによって、第2のトランジスタだけをオン状態にし、受光素子により検出された原稿画像を読み取ることができるので、画像の有効表示面積の減少による視認性の低下を招くことなく、装置の小型化や操作性の向上、および製造コストの低減を図ることができる。
【0015】
上記のように第2のトランジスタだけをオン状態にし得るようにするためには、例えば第1のトランジスタとしてnチャネルのトランジスタを用いる一方、第2のトランジスタとしてpチャネルのトランジスタを用いるなど、互いに逆極性のトランジスタを用いればよい。これにより、ゲートラインに印加する電圧の極性を切り換えることによって、第1のトランジスタ、および第2のトランジスタを独立してオン状態にすることができる。しかも、このように構成する場合には、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値やゲートラインに印加する電圧の製造上のばらつきなどに対する許容度が高いので、製造コストの低減が容易になる。
【0016】
また、上記受光素子として電荷蓄積型のものを用い、上記液晶として電界が作用したときに透光状態になるものを用いるとともに、第1のトランジスタと第2のトランジスタとを同時にオン状態にすることもできるように構成してもよい。
【0017】
この場合には、第1のトランジスタと第2のトランジスタとを同時にオン状態にして、液晶を透光状態にするとともに、受光素子に露光に先立つ電荷の保持を行わせることができるので、原稿画像読み取りのための制御を簡素化して、やはり製造コストの低減を図ることができる。
【0018】
ここで、第1のトランジスタと第2のトランジスタとを同時にオン状態にすることもできるようにするためには、例えばこれらのトランジスタとして、nチャネルどうし、またはpチャネルどうしの同極性のトランジスタで、かつ、第2のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値の絶対値が、第1のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値の絶対値よりも低いものを用いればよい。
【0019】
すなわち、例えば第1のトランジスタの閾値がVL 、第2のトランジスタの閾値がVD で、ともにnチャネルのトランジスタである場合、ゲートラインに印加される電圧Vg がVD <Vg <VL であれば、第2のトランジスタだけをオン状態にすることができる一方VL <Vg であれば、双方のトランジスタをともにオン状態にすることができる。
【0020】
一方、液晶に電界が作用したときに、その液晶が透光状態になるようにするためには、例えば誘電異方性が負の90°のツイストネマティック(TN)液晶を用いるとともに、液晶の両面側に設けられる1対の偏光板を、一方の偏光板の偏光方向と液晶の配向方向とが互いに平行で、かつ、両偏光板の偏光方向が互いに直交するようにするか、または誘電異方性が正の90°のTN液晶を用いるとともに、液晶の配向方向、および両偏光板の偏光方向が互いに平行になるようにすればよい。
【0021】
また、画像の表示時に第1のトランジスタとともに第2のトランジスタがオン状態になる場合などに、受光素子を介して流れる電流による表示画像への影響を防止するためには、例えば受光素子としてフォトダイオードが用いられる場合には、画像の表示時に逆バイアスの電圧が印加されるように上記フォトダイオードを接続すればよい。また、画像の表示時に受光素子の他端側に接続された他端側ラインに、ソースラインと等しい電圧が印加されるようにすれば、理論的にも表示画像への影響を確実に防止することができる。
【0022】
さらに、受光素子の他端側に接続される他端側ラインとして、受光素子と同一の基板上に形成された導電性の遮光膜を用いるようにしてもよく、また、画素電極と対向電極とが同一の基板上に形成された面内スイッチング方式を適用する場合には、その対向電極を用いるようにしてもよい。このようにすれば、新たな配線パターンを設ける必要がないので、やはり、画像の有効表示面積の減少による視認性の低下を防止できるうえ、製造コストの低減も図ることができる。
【0023】
また、液晶の表面側に、原稿の設置状態を検出するタッチセンサを設けることにより、原稿が載置されていることを確認できるようにしたり、原稿の載置が検出されたときに自動的に画像の読み取りが開始されるようにしたり、また、載置された原稿の大きさを検出して、これに応じた画像データを得られるようにしたりすることができる。
【0024】
本発明の画像読み取り方法は、上記のような画像読み取り機能付き液晶表示装置を用いて、液晶を透光状態にするとともに、所定の電荷が保持された受光素子を原稿からの反射光で露光した後に、第2のトランジスタだけをオン状態にすることにより、受光素子の露光量を検出するものである。
【0025】
これにより、原稿画像の読み取り時に、受光素子だけがソースラインに接続されるので、画素電極に保持されている電荷の影響などを受けることなく、原稿画像を読み取ることができる。
【0026】
ここで、第1のトランジスタと第2のトランジスタとを同時にオン状態にすることができる画像読み取り機能付き液晶表示装置を用いる場合には、液晶を透光状態にする際に、同時に受光素子に所定の電荷を保持させることにより、画像読み取り時間の短縮を図ることもできる。
【0027】
また、本発明の画像読み取り機能付き液晶表示装置の製造方法は、上記のような画像読み取り機能付き液晶表示装置を製造する際に、受光素子の他端側に接続される他端側ラインを、第1のトランジスタ、または第2のトランジスタの少なくとも何れか一方のゲート電極を形成する工程で形成するものである。
【0028】
これにより、通常の液晶表示装置と同じ工程で画像読み取り機能を備えた液晶表示装置を製造することができるので、製造コストの低減を容易に図ることができる。
【0029】
また、各画素電極に対応して、それぞれ所定の色の光を透過させる領域が形成されたカラーフィルタを備えることにより、カラー画像の表示や読み取りができるようにすることもできる。
【0030】
さらに、それぞれ互いに異なる色の光を発する複数の背面光源を備えることにより、各画素ごとに、複数の色の光を原稿に照射して反射光量を検出することができるので、高い画素密度でカラー画像を読み取ることができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の画像読み取り機能付き液晶表示装置として、図1に示すように、画像の表示面がほぼ水平方向になるように設置されて用いられる液晶表示装置の例を説明する。
【0032】
(1)液晶表示装置の全体構成
この液晶表示装置は、偏光フィルタ層11、後に詳述するガラス基板12上に透明画素電極24等が形成されたアクティブマトリクスパネル13、液晶層14、透明対向電極15が形成された対向ガラス基板16、および偏光フィルタ層17が積層されて構成されている。また、偏光フィルタ層11の下方にはバックライト18が設けられる一方、偏光フィルタ層17の上方にはタッチパネルユニット19が設けられている。
【0033】
なお、例えばパーソナルコンピュータなどのように画像の表示面を傾斜させて用いる装置に適用される場合などには、画像表示領域の周辺部に断面形状がL字状や、コの字状、直線状などの原稿ガイド等を設けたりしてもよく、また、画像の読み取り時に、同図のように表示面がほぼ水平方向になるように回動させ得るようにしてもよい。
【0034】
上記液晶層14は、アクティブマトリクスパネル13と透明対向電極15との間に設けられた所定のギャップに90°のツイストネマティック液晶が封入されて形成される。この液晶としては、誘電異方性が負のものが用いられるとともに、偏光フィルタ層11と偏光フィルタ層17とが、一方の偏光フィルタ層の偏光方向と液晶の配向方向とが互いに平行で、かつ、両偏光フィルタ層11・17の偏光方向が互いに直交する方向(クロスニコル)に配置されることにより、電界が作用したときに、液晶層14(より詳しくは偏光フィルタ層11・17および液晶層14)が透光状態になるようになっている。
【0035】
透明対向電極15は所定の電位Vpに設定されるが、駆動電圧を低減するために、各1水平走査期間、または各1フィールド期間ごとにその電位Vpを反転するようにしてもよい。
【0036】
また、タッチパネルユニット19としては、接触型や静電容量型など種々のものが適用できる。なお、このタッチパネルユニット19は必ずしも設ける必要はないが、これを設けることにより、原稿が載置されていることを確認することができるほか、原稿の載置が検出されたときに自動的に画像の読み取りが開始されるようにしたり、載置された原稿の大きさを検出して、これに応じた画像データを得られるようにしたりすることができる。
【0037】
(2)アクティブマトリクスパネル13に形成された回路の構成
アクティブマトリクスパネル13には、図2に示すように、表示・読み取り部21と、その周辺に配置される駆動回路部31と、駆動回路部31およびバックライト18の動作を制御する制御部71が設けられている。なお、制御部71はアクティブマトリクスパネル13の外部に設けられてもよい。
【0038】
表示・読み取り部21には、互いに直交する方向のソースライン22とゲートライン23とが設けられている。また、ソースライン22とゲートライン23との各交差部に対応して、透明画素電極24、フォトダイオード25、透明画素電極24用のTFT(L) 26、およびフォトダイオード25用のTFT(D) 27が設けられている。
【0039】
ここで、TFT(L) 26はnチャネルのTFTに形成される一方、TFT(D) 27はpチャネルのTFTに形成されている。すなわち、ゲートライン23に正の電圧VL または負の電圧VD を印加することにより、それぞれ独立してオン状態に制御し得るようになっている。なお、TFT(L) 26およびTFT(D) 27の極性はそれぞれ逆でもよいが、一般に、透明画素電極24に接続されるTFT(L) 26をnチャネルにする方が表示速度の高速化が容易になる。
【0040】
上記各TFT(L) 26、およびTFT(D) 27のソース電極26a・27aは、ソースライン22に接続され、ゲート電極26b・27bは、ゲートライン23に接続されている。
【0041】
また、TFT(L) 26のドレイン電極26cは、透明画素電極24に接続される一方、TFT(D) 27のドレイン電極27cは、フォトダイオード25のカソード側に接続されている。フォトダイオード25のアノード側は、遮光電極28を介して接地されている。すなわち、フォトダイオード25は、逆バイアスが印加されるように接続されている。
【0042】
なお、表示画質の向上を図るために、透明画素電極24および透明対向電極15と並列に容量素子等を設けたり、各透明画素電極24と、隣り合う画素のゲートライン23との間に容量を持たせたりしてもよい。
【0043】
駆動回路部31には、シフトレジスタ32、TFT制御回路33、シフトレジスタ34、充電電圧出力回路35、および読み取り回路36が設けられている。
【0044】
シフトレジスタ32は、1垂直走査期間ごとに1回入力される垂直同期信号Vsynkのパルスを、垂直クロックでもある水平同期信号Hsynkに同期して順次シフトし、タイミング信号としてTFT制御回路33に出力するようになっている。
【0045】
TFT制御回路33は、上記タイミング信号と、TFT(L) 26またはTFT(D) 27の選択を指示するTFT選択信号とに応じて、電圧がVL (正)またはVD (負)のゲート電圧Vg の駆動パルスを各ゲートライン23に順次出力し、各水平走査ラインごとのTFT(L) 26およびTFT(D) 27をオン状態にするようになっている。
【0046】
シフトレジスタ34は、1水平走査期間ごとに1回入力される水平同期信号Hsynkのパルスを水平クロックHckに同期して順次シフトし、各画素の表示画像データの取り込み、および読み取り画像データの出力のタイミング信号を充電電圧出力回路35、および読み取り回路36に出力するようになっている。
【0047】
また、充電電圧出力回路35は、ラインメモリ35a、およびD/Aコンバータ(ディジタル−アナログ変換器)35bが設けられて構成されている。
【0048】
上記ラインメモリ35aは、シフトレジスタ34からのタイミング信号に応じて、1水平走査ライン分の各画素ごとの表示画像データを保持するようになっている。
【0049】
D/Aコンバータ35bは、ラインメモリ35aに保持されている表示画像データに応じたソース電圧Vs (例えば0〜6V)をソースライン22に出力し、透明画素電極24と透明対向電極15との間、またはフォトダイオード25に所定の電荷を蓄積するようになっている。
【0050】
一方、読み取り回路36は、A/Dコンバータ(アナログ−ディジタル変換器)36aと、ラインメモリ36bとが設けられて構成されている。
【0051】
A/Dコンバータ36aは、ソースライン22に接続され、原稿からの反射光によるフォトダイオード25の露光量を検出し、各画素ごとの読み取り画像データを出力するものである。より詳しくは、例えばあらかじめD/Aコンバータ35bから出力された所定の電圧(例えば5〜6V)によってフォトダイオード25に蓄積された電荷が原稿からの反射光の露光によって放電された後、この放電された電荷を補充する際にその補充に要した電荷の量を検出し、これに対応するディジタルデータを出力するようになっている。なお、このように電荷の補充に要した電荷の量を検出するものに限らず、上記放電後のフォトダイオード25の両端の電圧を検出するなどしてもよい。
【0052】
ラインメモリ36bは、A/Dコンバータ36aから出力された1水平走査ライン分の各画素ごとの読み取り画像データを一旦保持し、シフトレジスタ34からのタイミング信号に応じて順次出力するようになっている。
【0053】
(3)アクティブマトリクスパネル13の具体的な構成と製造方法
アクティブマトリクスパネル13は、例えば図3および図4に示すように、ガラス基板12上に透明画素電極24、フォトダイオード25、TFT(L) 26、およびTFT(D) 27等が配置されて構成されている。
【0054】
上記フォトダイオード25は、半導体層25aと25bとから構成されている。
【0055】
また、TFT(L) 26、およびTFT(D) 27は、ソース電極26a・27a、ゲート電極26b・27b、ドレイン電極26c・27c、半導体層26d・27d、オーミック層26e・27e、およびゲート絶縁膜43から構成されている。なお、図3においては、便宜上ゲート絶縁膜43は省略されて描かれている。上記ソース電極26a・27a、およびゲート電極26b・27bは、それぞれソースライン22またはゲートライン23に形成された凸部により構成されている。
【0056】
上記のようなアクティブマトリクスパネル13は、例えば図5に示すようにして製造される。
【0057】
(a)ガラス基板12上にスパッタ法で100nmのクロム層41を堆積する。
【0058】
(b)エッチングにより上記クロム層41をパターニングして、ゲート電極26b・27b、および遮光電極28を形成する。上記ゲート電極26b・27bは、図示しない断面においてゲートライン23を構成している。また、遮光電極28は、フォトダイオード25のアノード側の配線パターンを構成している。
【0059】
(c)ガラス基板12上にスパッタ法で100nmの透明電極であるITO層42を堆積する。
【0060】
(d)エッチングによりITO層42をパターニングして、透明画素電極24を形成する。
【0061】
(e)プラズマCVD法でSiN(例えばSi )またはSiO などから成る400nmのゲート絶縁膜43を堆積した後、エッチングにより遮光電極28の上方の部分、および透明画素電極24におけるドレイン電極26cとのコンタクト部24aの上方の部分を除去する。
【0062】
(f)プラズマCVD法で100nmの非晶質シリコン(a−Si)層を堆積し、エキシマレーザーを用いた結晶化により多結晶シリコン(p−Si)層を形成した後、エッチングによりパターニングして、TFT(L) 26およびTFT(D) 27用の半導体層26d・27d、並びにフォトダイオード25用の半導体層25aを形成する。
【0063】
また、上記半導体層26dは、イオン注入やイオンシャワーによりリン等の不純物を注入してnチャネルに形成する一方、半導体層27d、および半導体層25aは、ボロン等の不純物を注入してpチャネルに形成する。なお、この場合において、不純物を選択的に注入する代わりに、nチャネルの半導体層26dと、pチャネルの半導体層27dおよび半導体層25aとを2回に分けて作り分けても良い。
【0064】
(g)上記半導体層26d…と同様に、半導体層26d・27dにおけるソース領域およびドレイン領域の上に50nmのオーミック層26e・27eを形成する。また、半導体層25aの上にはnのp−Siによるオーミック層25bを形成してフォトダイオード25を構成する。
【0065】
(h)スパッタ法で700nmのアルミニウム層を堆積した後、エッチングによりパターニングして、ソース電極26a・27a、ドレイン電極26c・27cを形成し、TFT(L) 26およびTFT(D) 27を構成する。
【0066】
上記ソース電極26a・27aは、図示しない断面においてソースライン22を構成している。また、TFT(L) 26のドレイン電極26cは前記透明画素電極24のコンタクト部24aに接続される一方、TFT(D) 27のドレイン電極27cはフォトダイオード25のオーミック層25bに接続される。
【0067】
最後に、ソース電極26a、ドレイン電極26c、および半導体層26d等の上方にパッシベイション膜44を形成する。
【0068】
なお、上記の製造方法においては、主として表示・読み取り部21について説明したが、特に上記のように多結晶シリコンプロセスを用いる場合には、駆動回路部31を構成するトランジスタや配線等も、同一のプロセスで同時に作り込むことも容易にできる。一方、アモルファスシリコンプロセスを用いる場合には、ドライバICをガラス基板12上に直接実装したり、フレキシブル基板を用いて実装したりして、駆動回路部31を構成するなどしてもよい。
【0069】
(4)画像表示時の動作
水平同期信号Hsynkのパルスがシフトレジスタ34に入力された後、水平クロックHckに同期して各画素ごとの表示画像データがラインメモリ35aに入力されると、ラインメモリ35aは1水平走査ライン分の表示画像データを順次保持し、D/Aコンバータ35bは各表示画像データに応じた電圧を各ソースライン22に出力する。
【0070】
また、シフトレジスタ32に、垂直同期信号Vsynkのパルスが入力された後、垂直クロックVck(水平同期信号Hsynk)が入力されるとともに、TFT制御回路33に、TFT(L) 26の選択を指示するTFT選択信号が入力されると、TFT制御回路33は、1水平走査ライン目に対応するゲートライン23に電圧VL (正)の駆動パルスを出力する。
【0071】
そこで、上記ゲートライン23に接続されている各TFT(L) 26がオン状態になり、各透明画素電極24と透明対向電極15との間に、D/Aコンバータ35bから出力される電圧に応じた電荷が蓄積されて電界が形成される。すなわち、各透明画素電極24に対応する部分の液晶層14が、バックライト18からの光の偏光面を回転させ、各表示画像データに応じた輝度の透光状態になる。この状態は次のフィールドで同じゲートライン23に再度駆動パルスが印加されるまで保持される。
【0072】
なお、上記のように、表示画像データに応じた電圧を各ソースライン22に同時に出力せず、水平クロックHck等に同期して、1水平走査ライン内の各画素ごとに順次出力するようにしてもよい。
【0073】
以下、水平同期信号Hsynkが入力されるごとに各水平走査ラインについて同様の動作が行われることにより、1画面分の画像が表示される。
【0074】
(5)画像読み取り時の動作
液晶表示装置に原稿が載置され、タッチパネルユニット19によって原稿の載置が検出された状態で、図示しない画像読み取りスイッチが操作されると、下記表1および以下に示すようにして原稿画像の読み取りが行われる。
【表1】

Figure 0003585368
(a)上記画像表示時と同じ動作により、すべての画素に対応する部分の液晶層14が透光状態にされる。
【0075】
すなわち、TFT制御回路33にTFT(L) 26の選択を指示するTFT選択信号が入力され、TFT制御回路33から、ゲート電圧Vg =VL (正)がゲートライン23に出力されてTFT(L) 26がオン状態になるとともに、D/Aコンバータ35bから、最大輝度に対応するソース電圧Vs =VsLmax がソースライン22に出力され、透明画素電極24と透明対向電極15との間に電荷が蓄積されて、液晶層14が透光状態になる。
【0076】
(b)上記画像表示時とはゲート電圧Vg およびソース電圧Vs が異なる動作によって、フォトダイオード25に所定の電荷が蓄積される。
【0077】
すなわち、TFT制御回路33にTFT(D) 27の選択を指示するTFT選択信号が入力され、TFT制御回路33から、ゲート電圧Vg =VD (負)がゲートライン23に出力されてTFT(D) 27がオン状態になるとともに、表示画像データとして、フォトダイオード25に印加する所定のソース電圧Vs =VsD
に対応したデータがラインメモリ35aに入力されて、D/Aコンバータ35bから、上記所定のソース電圧Vs =VsD がソースライン22に出力される。そこで、フォトダイオード25は逆バイアスが印加された状態となり、所定の電荷が蓄積される。
【0078】
また、バックライト18は、少なくともこの時点までに消灯される。
【0079】
(c)次に、バックライト18が所定時間点灯されると、バックライト18から発せられた光が液晶層14を介して原稿に照射され、その反射光によってフォトダイオード25が露光される。
【0080】
そこで、フォトダイオード25には、入射された光量に応じて、蓄積された電荷を相殺する電荷が発生し、蓄積電荷量が減少する。すなわち原稿画像の明度が高い(濃度が薄い)部分ほど、蓄積電荷量が多く減少する一方、明度が低い(濃度が濃い)部分では、蓄積電荷量はあまり減少しない。
【0081】
(d)バックライト18が消灯された後、上記(b)と同様に、TFT制御回路33からゲートライン23にゲート電圧Vg =VD (負)が出力されて、TFT(D) 27がオン状態になる。なお、このときには、充電電圧出力回路35のD/Aコンバータ35bの出力はハイインピーダンス状態に保たれる。
【0082】
そこで、A/Dコンバータ36aは、フォトダイオード25の蓄積電荷の減少量に応じた読み取り画像データをラインメモリ36bに出力し、ラインメモリ36bは、1水平走査ライン分の各画素ごとの読み取り画像データを一旦保持し、シフトレジスタ34からのタイミング信号に応じて、順次上記読み取り画像データを出力する。
【0083】
なお、上記の例では、液晶層14として誘電異方性が負のものを用いるとともに、偏光フィルタ層11と偏光フィルタ層17とを、一方の偏光フィルタ層の偏光方向と液晶の配向方向とが互いに平行で、かつ、両偏光フィルタ層11・17の偏光方向が互いに直交する方向(クロスニコル)に配置することにより、電界が作用したときに液晶層14が透光状態になる例を示したが、誘電異方性が正の液晶を用いるとともに、偏光フィルタ層11と偏光フィルタ層17とを、液晶の配向方向、および両偏光フィルタ層11・17の偏光方向が互いに平行な方向(パラニコル)になるように配置しても同様である。
【0084】
このように電界が作用したときに液晶層14が透光状態になるように構成する場合には、透明画素電極24およびフォトダイオード25に印加する電圧VsLmax とVD とを等しく設定することもでき、特に、これらのソース電圧Vs をD/Aコンバータ35bによらずに所定の電圧源から直接供給する場合などには、電圧源の種類を減らして回路の簡素化が容易になるなどの利点がある。
【0085】
一方、誘電異方性が負の90°のツイストネマティック液晶を用いるとともに、偏光フィルタ層11と偏光フィルタ層17とを、偏光方向が平行な方向(パラニコル)になるように配置するか、または、誘電異方性が正の液晶を用いるとともに、偏光フィルタ層11と偏光フィルタ層17とを、偏光方向が直交する方向(クロスニコル)に配置するようにしてもよい。すなわち、この場合には、液晶層14は、電界が作用していないときに透光状態になるので、上記ソース電圧Vs =VsLmax に代えてVs =VsLmin を印加し、透明画素電極24と透明対向電極15との間に蓄積されている電荷を放電させるようにすればよい。
【0086】
また、バックライト18は露光時以外には消灯する例を示したが、点灯状態でもフォトダイオード25に電荷を十分蓄積させ得る場合には、点灯したままにするようにしてもよい。ただし、この場合には、各TFT(D) 27がオフ状態になりしだい放電が始まるので、それぞれオフ状態になった時点から等しいディレイタイムで、読み出しを行うか、または一旦液晶層14を遮光状態にするなどして、各フォトダイオード25の露光時間が同じになるようにする必要があるが、バックライト18を点灯、消灯させる場合に比べて、露光時間の正確な制御が容易になる。
【0087】
さらに、下記表2に示すように、フォトダイオード25に電荷を蓄積させた後に、液晶層14を透光状態にするようにしてもよい。また、この場合にも、液晶層14の遮光効果が十分であれば、バックライト18を点灯したままにしてもよい。ただし、その場合には、上記の場合のように各フォトダイオード25の露光時間が同じになるようにする必要がある。一方、バックライト18を消灯した状態でフォトダイオード25に電荷を蓄積する場合において、載置された原稿の背面から透過する光の影響があまりない場合には、同表に示すようにフォトダイオード25に電荷を蓄積する際に液晶層14を遮光状態にしておく必要は必ずしもない。
【表2】
Figure 0003585368
【0088】
また、上記の例では、全画素を対象として、1サイクルのフォトダイオード25等への電荷の蓄積、フォトダイオード25の露光、画像データの出力の動作を行わせることにより、画像データの読み取りを行う例を示したが、各画素ごとに上記サイクルの動作を繰り返すことにより画像データを読み取るようにしてもよい。すなわち、前者の場合には、上記1サイクルの動作によって画像データの読み取りが行われるので、速い読み取り速度が得られるのに対し、後者の場合には、各画素ごとにバックライト18からの光が原稿に照射されるので、原稿における周辺の画素からの反射光がフォトダイオード25に入射することによるクロストークが防止され、したがって、高い解像度が容易に得られる。また、1本のソースライン22(またはゲートライン23)に添った1ライン分の画素ごとに、上記サイクルの動作を繰り返すことにより、画像データを読み取るようにしてもよい。この場合には、上記ソースライン22(またはゲートライン23)に垂直な方向のクロストークが防止されるので、解像度をある程度高くするとともに、読み取り速度も比較的速くすることができる。さらに、複数個おきの画素や、1ラインおきの画素ごとに上記サイクルの動作を繰り返すことによっても、高解像度化および読み取り速度の高速化を図ることができる。
【0089】
また、上記各構成材料や、製造プロセスにおける各工程の順序、プロセス条件等は、一例であり、これらに限定するものではない。
【0090】
(実施の形態2)
画像読み取り機能付き液晶表示装置を構成するアクティブマトリクスパネル13の他の例として、遮光電極28上にTFT(L) 26およびTFT(D) 27が形成されるとともに、半導体層26d・27dの上方にゲート電極26b・27bが設けられたスタガ型のTFTが用いられる例を説明する。なお、以下、前記実施の形態1と同一の機能を有する構成要素については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【0091】
ガラス基板12上には、図6および図7に示すように、遮光電極28が形成され、その上に、例えばSiO から成る絶縁膜29を介して、TFT(L) 26またはTFT(D) 27の半導体層26d・27dが形成されている。なお、フォトダイオード25の半導体層25aは、実施の形態1と同様に遮光電極28上に直接形成され、遮光電極28がアノード側の配線パターンを構成するようになっている。
【0092】
半導体層26d・27dの上方には、オーミック層26e・27e、ソース電極26a・27a、およびドレイン電極26c・27cが形成され、さらに、ゲート絶縁膜43を介して、ゲート電極26b・27bが形成されている。
【0093】
このように遮光電極28によってフォトダイオード25の配線パターンを構成することにより、通常の液晶表示装置と同じ工程で画像読み取り機能を備えた液晶表示装置を製造することができるので、製造コストの低減を容易に図ることができる。
【0094】
(実施の形態3)
TFT(L) 26、およびTFT(D) 27がともにnチャネルのTFTに形成され、TFT(L) 26のゲートの閾値電圧VL0がTFT(D) 27のゲートの閾値電圧VD0よりも高く設定されている例を説明する。
【0095】
すなわち、VD0<Vg <VL0であるゲート電圧Vg がゲートライン23に印加された場合には、TFT(D) 27だけがオン状態になる一方、VL0<Vg であるゲート電圧Vg が印加された場合には、TFT(L) 26、およびTFT(D) 27がともにオン状態になるようになっている。このような閾値電圧の設定は、半導体層26d・27dにリン等の不純物を注入する際に、その濃度を調節するなど、公知の種々の方法により行うことができる。
【0096】
上記のようなTFT(L) 26およびTFT(D) 27を備えた画像読み取り機能付き液晶表示装置は、下記表3および以下に示すようにして原稿画像の読み取りが行われる。
【表3】
Figure 0003585368
(a)VL0<Vg であるゲート電圧Vg がゲートライン23に出力されると、TFT(L) 26がオン状態になり、その時にソースライン22に出力されているソース電圧Vs =VsLmax によって、透明画素電極24と透明対向電極15との間に電荷が蓄積され、すべての画素に対応する部分の液晶層14が透光状態にされる。
【0097】
また、その際にはTFT(D) 27もオン状態になり、フォトダイオード25にも同様にソース電圧Vs =VsLmax によって電荷が蓄積されるので、VsLmax =VsDに設定する場合には、次のフォトダイオード25だけに電荷を蓄積するステップを省略することができる。
【0098】
(b)VD0<Vg <VL0であるゲート電圧Vg がゲートライン23に出力されると、TFT(D) 27だけがオン状態になるので、上記ソース電圧Vs =VsLmax とは異なる電圧VsDにより所定の電荷の蓄積が行われる。
【0099】
また、バックライト18は、少なくともこの時点までに消灯される。
【0100】
(c)次に、Vg <VD0であるゲート電圧Vg がゲートライン23に出力され、TFT(L) 26およびTFT(D) 27が何れもオフ状態になるとともに、バックライト18が所定時間点灯されると、バックライト18から発せられた光が液晶層14を介して原稿に照射され、反射光によってフォトダイオード25が露光され、フォトダイオード25は原稿画像の濃度に応じた蓄積電荷量になる。
【0101】
(d)バックライト18が消灯された後、上記(b)と同様に、VD0<Vg <VL0であるゲート電圧Vg がゲートライン23に出力され、TFT(D) 27だけがオン状態になって、読み取り画像データが得られる。
【0102】
なお、この実施の形態3においても、前記実施の形態1で説明したように、電荷の蓄積時と同じタイミングで画像データの読み出しを行うことにより各フォトダイオード25の露光時間が同じになるようにして、バックライト18を点灯したままにするようにしてもよい。
【0103】
また、実施の形態3のような構成では、画像の表示時、すなわちTFT(L) 26をオン状態にする際には、必ずTFT(D) 27もオン状態になるが、通常、フォトダイオード25のアノード側の電位を接地電位にしておけば、フォトダイオード25には逆バイアスの電圧が印加されるだけで、ほとんど電流が流れないので、表示画像に対する影響はほとんどない。
【0104】
このようにフォトダイオード25に逆バイアスの電圧が印加されるようにすれば、画像の表示時にフリッカレスにして画質の向上を図るために、ソース電圧Vs の極性を1水平走査期間ごとに反転させたり、互いに隣り合うソースライン22ごとに反転させる公知の手法を適用することも可能である。すなわち、この場合には、各画素のフォトダイオード25ごとに、印加されるソース電圧Vs に応じて逆バイアスになるように接続したり、図8に示すように、ソース電圧Vs が正負何れの場合でも逆バイアスになるようにフォトダイオード25を接続したりすればよい。
【0105】
なお、フォトダイオード25のアノード側に負の電圧を印加することにより、表示の応答速度の向上に寄与させることも可能である。
【0106】
また、図9に示すように、切り換えスイッチ51を設けて、画像の表示時にはフォトダイオード25のアノード側にソース電圧Vs を印加するようにすれば、理論的にも表示画像に対する影響を皆無にすることができる。なお、この場合、フォトダイオード25のアノード側に接続される配線を各ソースライン22ごとに独立して設けるか、または、すべてのアノード側の配線を共通にする場合には、充電電圧出力回路35からは各ソースライン22に順次択一的にソース電圧Vs を印加する一方、他のソースライン22はハイインピーダンス状態になるようにすればよい。
【0107】
また、上記各実施の形態では、透明対向電極15が対向ガラス基板16に形成されている例を示したが、これに限らず、例えば図10に模式的に示すように、同一の基板上に透明画素電極24と透明対向電極15とが設けられる、いわゆる面内スイッチング方式(IPS)の液晶表示装置にも同様に適用することができる。この場合、上記透明対向電極15をフォトダイオード25のアノード側の配線として用いるようにしてもよい。
【0108】
また、画像の読み取り時における透明画素電極24と透明対向電極15との間や、フォトダイオード25への電荷の蓄積は、通常の画像表示時と異なり、全画素に同一の電圧を印加して行うので、すべてのゲートライン23に同時に駆動パルスを出力して電荷を蓄積させるようにしてもよい。
【0109】
また、受光素子としては、フォトダイオード25に限らず、電荷蓄積型の種々の受光素子が適用可能である。さらに、電荷蓄積型以外のフォトセンサを用いても、同様に原稿画像を読み取ることはできる。この場合には、露光に先立って電荷を蓄積するステップは不要であるとともに、A/Dコンバータ36aとして、受光素子の両端の電圧を検出するものや、受光素子に流れる電流を検出するものなどを用いることができる。
【0110】
また、画像の表示、および読み取りは、それぞれ画面の全面にわたって行うものに限らず、表示領域と読み取り領域とに分けて、画像の表示と読み取りとを同時に行い得るようにしてもよい。すなわち、前述のようにバックライト18を常時点灯させ得るように構成する場合や、バックライト18の消灯時間が短く設定される場合などには、各領域ごとに、前記画像表示動作、または画像読み取り動作を行わせることにより、画像の表示と読み取りとを行わせることができる。さらに、上記画像の読み取り領域は、あらかじめ設定してもよいし、タッチパネルユニット19によって原稿の載置が検出された領域を読み取り領域にするなどしてもよい。
【0111】
(実施の形態4)
カラー画像の表示、および読み取りができる液晶表示装置の例を説明する。
【0112】
この液晶表示装置は、図11に示すように、対向ガラス基板16と透明対向電極15との間に、各透明画素電極24に対応して赤、緑、または青の光を透過させる領域が形成されたマイクロカラーフィルタ61を備えている。その他の構成は、前記モノクロームの液晶表示装置(実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3)と同様である。
【0113】
このように構成されることによって、前記モノクロームの液晶表示装置と同じ動作により、カラー画像の表示、および読み取りが行われる。すなわち、表示画像データとして、それぞれ赤、青、または緑の画像データが入力されると、加法混色によりカラー画像が表示される。また、各透明画素電極24ごとに、マイクロカラーフィルタ61を介して、赤、青、または緑の光が原稿に照射され、原稿画像における各色の成分に応じた反射光量が検出されるので、カラーの画像データが読み取られる。
【0114】
このようなカラーの液晶表示装置を構成する場合でも、前記モノクロームの液晶表示装置と同様に、TFT(L) 26とTFT(D) 27とが共通のソースライン22およびゲートライン23によって制御され、TFT(D) 27専用のゲートライン等を必要としないので、画像の有効表示面積を大きくして、高い視認性を得ることができる。
【0115】
なお、この液晶表示装置においては、各3つの透明画素電極24を透過する光の加法混色によって、所定の色の1つの画素(カラー画素)が構成される。そこで、各透明画素電極24に対応する画素(単体画素)の画素密度がモノクロームの液晶表示装置における画素密度と同じである場合(例えば透明画素電極24の大きさが同じ場合)には、カラー画素の画素密度(実質的な表示および読み取りの画素密度)は、モノクロームの液晶表示装置における画素密度の1/3になる。
【0116】
(実施の形態5)
カラー画素の画素密度が単体画素の画素密度と等しい場合、すなわち、例えば透明画素電極24の大きさがモノクロームの液晶表示装置と同じ場合であっても、モノクロームの液晶表示装置における画素密度と同じカラー画素の画素密度が得られる液晶表示装置の例を説明する。
【0117】
この液晶表示装置は、図12に示すように、バックライト18が、それぞれ赤、青、または緑の単色光を発する単色光源18a〜18cを備えて構成されている。これらの単色光源18a〜18cは、図示しない制御部によって、それぞれ独立して点灯、消灯が制御されるようになっている。その他の構成は、前記モノクロームの液晶表示装置と同様である。
【0118】
以下、画像表示時の動作、および画像読み取り時の動作について説明する。
【0119】
(1)画像表示時の動作
赤、青、および緑の単色光源18a〜18cが、順次選択的に点灯し、各点灯期間に、それぞれ赤、青、または緑の表示画像データに基づいて、前記モノクロームの画像表示装置と同じ表示動作が行われる。すなわち、各単体画素ごとに、時分割で赤、青、および緑の成分が表示され、視覚の残像効果によりカラー画像の表示が行われる。このように、単色光源18a〜18cによって時分割で各色の画像を表示することにより、1つの単体画素をカラー画素として作用させることができ、カラー画素の画素密度を単体画素の画素密度と等しくすることができる。
【0120】
(2)画像読み取り時の動作
赤、青、および緑の単色光源18a〜18cが順次用いられ、各単色光源18a…ごとに、前記モノクロームの液晶表示装置と同じ読み取り動作が行われることにより、それぞれ原稿画像における各色の成分の画像データが読み取られる。より詳しくは、まず、赤の単色光源18aが用いられ、赤の光が全ての透明画素電極24を介して原稿に照射されて、原稿画像における赤の成分に応じた反射光量が検出される。次に、青の単色光源18bが用いられて、青の成分の画像が読み取られ、さらに緑の単色光源18cが用いられて、緑の成分の画像が読み取られる。このように、単色光源18a〜18cについて前記読み取り動作が3回繰り返されることにより、カラーの画像データが読み取られる。このように、単色光源18a〜18cを順次用いることによって、各単体画素ごとに赤、青、および緑の成分の画像が読み取られるので、マイクロカラーフィルタを用いる場合に比べて、3倍の画素密度でカラー画像を読み取ることができる。
【0121】
なお、前記モノクロームの液晶表示装置と同様に、TFT(L) 26とTFT(D) 27とが共通のソースライン22およびゲートライン23によって制御され、TFT(D) 27専用のゲートライン等を必要としないことにより、画像の有効表示面積を大きくして、高い視認性を得ることができるが、TFT(D) 27専用のゲートライン等を設ける場合でも、画素密度を高くする効果は同様に得られる。
【0122】
(実施の形態6)
マイクロカラーフィルタを備え、かつ、読み取り画素密度の高い液晶表示装置の例を説明する。
【0123】
この液晶表示装置は、図13に示すように、対向ガラス基板16と透明対向電極15との間に、各透明画素電極24に対応して赤、緑、または青の光を透過させてカラー画像の表示を行うための表示用領域61aと、全ての色の光を透過させて原稿を照明するための照明用領域61bとが形成されたマイクロカラーフィルタ61を備えている。
【0124】
また、透明対向電極15は、上記マイクロカラーフィルタ61の表示用領域61aまたは照明用領域61bに対応する領域が、それぞれ互いに接続された表示用対向電極15aと照明用対向電極15bとに分割されている。上記照明用対向電極15bは、図示しない制御回路によって制御されるスイッチ62により、表示用対向電極15aに接続されるか、またはハイインピーダンス状態になるようになっている。なお、必ずしも表示用対向電極15aに接続されなくても、所定の電位に保たれるようにしてもよい。
【0125】
一方、ガラス基板12上に形成された透明画素電極24は、図14および図15に示すように、前記モノクロームの液晶表示装置における透明画素電極24と同様にTFT(L) 26に接続された表示用画素電極24aと、ソースライン22に接続された照明用画素電極24bとに分割されている。
【0126】
さらに、バックライト18は、前記実施の形態5と同様に、それぞれ赤、青、または緑の単色光を発する単色光源18a〜18cを備えて構成されている。
【0127】
その他の構成は、前記モノクロームの液晶表示装置と同様である。
【0128】
以下、画像表示時の動作、および画像読み取り時の動作について説明する。
【0129】
(1)画像表示時の動作
画像表示時には、赤、青、および緑の単色光源18a〜18cが同時に点灯され、白色光源として作用する。また、スイッチ62は開いて照明用対向電極15bがハイインピーダンス状態に保たれ、照明用画素電極24bの電位、すなわちソースライン22の電位に係らず、照明用対向電極15bと照明用画素電極24bとの間に電荷が蓄積されないようにされて、常にバックライト18からの光が遮光されるように制御される。なお、液晶層14に電圧が印加されていないときに光が透過状態になるノーマリホワイトの液晶表示装置を構成する場合には、照明用対向電極15bをハイインピーダンス状態ではなく、絶対値が十分大きな所定の電圧が印加されるようにすればよい。
【0130】
この状態で、前記実施の形態4と同じ動作が行われることにより、カラー画像の表示が行われる。すなわち、画素における照明用画素電極24bの部分に入射する光が常に遮光される点を除き、実施の形態4と同じ作用によって、各表示用画素電極24a、液晶層14、およびマイクロカラーフィルタ61の表示用領域61aを透過する光の加法混色によりカラー画像が表示される。
【0131】
この液晶表示装置においては、画素における照明用画素電極24bの部分が遮光状態になるために、開口率が若干低下するが、実施の形態5の液晶表示装置が時分割により表示が行われるのに対して、各単体画素は常に画像データに応じた発光状態になるので、フリッカを生じることなくフレーム周期を所望の長さに設定することができる。
【0132】
(2)画像読み取り時の動作
画像の読み取り時には、下記表4〜6に示すように、前記モノクロームの液晶表示装置の動作に比べて以下の点が異なる動作が行われる。ただし、原稿の照明に関しては、実施の形態5と同様に、赤、青、および緑の単色光源18a〜18cが順次用いられる。
【表4】
Figure 0003585368
【表5】
Figure 0003585368
【表6】
Figure 0003585368
【0133】
すなわち、前記表1〜3において透明画素電極24と透明対向電極15との間に電荷が蓄積されるステップでは、ソース電圧Vs =VsLmin がソースライン22に出力され、表示用画素電極24aと表示用対向電極15aとの間の電荷が放電されて、画素における表示用画素電極24aの部分は遮光状態にされる。これにより、マイクロカラーフィルタ61における表示用領域61aの赤、青、または緑の光だけを透過させる作用は、画像の読み取りには影響しなくなる。
【0134】
また、原稿からの反射光によってフォトダイオード25が露光されるステップでは、照明用対向電極15bがスイッチ62を介して表示用対向電極15aに接続されるとともに、最大輝度に対応するソース電圧Vs =VsLmax が、ソースライン22を介して照明用画素電極24bに印加され、画素における照明用画素電極24bの部分が透光状態になる。そこで、マイクロカラーフィルタ61の照明用領域61bは前記のように全ての色の光を透過させるようになっているので、赤、青、または緑の何れの単色光源18a〜18cから発せられた単色光も、そのまま原稿に照射される。それゆえ、前記実施の形態5と同様に、赤、青、および緑の単色光源18a〜18cが順次用いられ、各単色光源18a…ごとに、前記モノクロームの液晶表示装置と同じ読み取り動作が行われることにより、それぞれ原稿画像における各色の成分の画像データが読み取られる。
【0135】
上記のように、画像の表示時には、マイクロカラーフィルタを用いた3つの単体画素の加法混色によりカラー画像を表示する一方、画像の読み取り時には、各単体画素ごとに、赤、青、および緑の単色光源18a〜18cを用いて各色の成分を読み取ることにより、表示時の3倍の画素密度で原稿画像を読み取ることができる。
【0136】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0137】
すなわち、受光素子の一端側に接続される第2のトランジスタ用のソースラインやゲートラインを設けることなく、各画素電極に接続される第1のトランジスタと共通のソースライン、およびゲートラインによって、第2のトランジスタだけをオン状態にし、受光素子により検出された原稿画像を読み取ることができるので、画像の有効表示面積の減少による視認性の低下を招くことなく、装置の小型化や操作性の向上、および製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の画像読み取り機能付き液晶表示装置の外観構成を示す斜視図である。
【図2】実施の形態1のアクティブマトリクスパネル13の回路構成を示す説明図である。
【図3】実施の形態1のアクティブマトリクスパネル13の具体的な構成を示す平面図である。
【図4】図3のA−A矢視およびB−B矢視断面図である。
【図5】実施の形態1のアクティブマトリクスパネル13の製造方法を示す説明図である。
【図6】実施の形態2のアクティブマトリクスパネル13の具体的な構成を示す平面図である。
【図7】図6のA−A矢視およびB−B矢視断面図である。
【図8】実施の形態3の画像読み取り機能付き液晶表示装置の変形例(フォトダイオード25の他の接続例)を示す回路図である。
【図9】実施の形態3の画像読み取り機能付き液晶表示装置の他の変形例(フォトダイオード25のアノード側にソース電圧を印加する例)を示す回路図である
【図10】面内スイッチング方式の液晶表示装置を構成した場合の例を示す説明図である。
【図11】実施の形態4の画像読み取り機能付き液晶表示装置の外観構成を示す斜視図である。
【図12】実施の形態5の画像読み取り機能付き液晶表示装置の外観構成を示す斜視図である。
【図13】実施の形態6の画像読み取り機能付き液晶表示装置の外観構成を示す斜視図である。
【図14】実施の形態6のアクティブマトリクスパネル13の具体的な構成を示す平面図である。
【図15】図14のA−A矢視およびB−B矢視断面図である。
【符号の説明】
11 偏光フィルタ層
12 ガラス基板
13 アクティブマトリクスパネル
14 液晶層
15 透明対向電極
15a 表示用対向電極
15b 照明用対向電極
16 対向ガラス基板
17 偏光フィルタ層
18 バックライト
18a 赤の単色光源
18b 青の単色光源
18c 緑の単色光源
19 タッチパネルユニット
21 表示・読み取り部
22 ソースライン
23 ゲートライン
24 透明画素電極
24a 表示用画素電極
24b 照明用画素電極
25 フォトダイオード
26 TFT(L)
27 TFT(D)
28 遮光電極
31 駆動回路部
32 シフトレジスタ
33 TFT制御回路
34 シフトレジスタ
35 充電電圧出力回路
35a ラインメモリ
35b D/Aコンバータ
36 読み取り回路
36a A/Dコンバータ
36b ラインメモリ
61 マイクロカラーフィルタ
61a 表示用領域
61b 照明用領域
62 スイッチ
71 制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device having an image reading function provided with an active matrix panel provided with a light receiving element such as a thin film transistor (TFT) and a photodiode, and a liquid crystal layer, and an image reading method using such a liquid crystal display device. And a method for manufacturing such a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to reduce the size of an image display device, a display device using a liquid crystal is often used. In particular, a liquid crystal display device including an active matrix panel having a TFT is compared with a simple matrix type liquid crystal display device. Since high image quality can be easily obtained, it has been actively studied.
[0003]
On the other hand, in order to reduce the size of a reading device for reading a document image or the like, the document is brought into close contact with a two-dimensionally arranged image sensor so that the image can be read without using a scanning mechanism of the document or the sensor unit. Things are known.
[0004]
Further, by combining the image display device and the reading device as described above to display an image and to obtain image data by reading a document image or the like, the overall device can be reduced in size and operability can be improved. Improvements have also been proposed.
[0005]
Specifically, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-282609, an image sensor is provided on the back side of a transparent substrate on which a TFT and a transparent pixel electrode are formed in a liquid crystal display device. It is configured by arranging the formed transparent substrate.
[0006]
In addition, a device capable of displaying and reading a color image includes a backlight light source of white light, and a micro color filter in which a region for transmitting red, green, or blue light is formed for each pixel, and a device for each color is provided. A color image is displayed by controlling the light transmittance, and a color image is read by detecting the amount of light of each color reflected from the document. That is, display of one pixel of a predetermined color (hereinafter, referred to as “color pixel”) by combining three pixels of red, green, and blue (hereinafter, each pixel is referred to as “single pixel”). And reading is performed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a configuration in which the transparent substrate on which a TFT or the like is formed and the transparent substrate on which an image sensor is formed as described above are placed one on top of the other, the transmittance of backlight light and light reflected from a document is reduced, so that image quality is reduced. Visibility and reading characteristics are deteriorated.
[0008]
As means for preventing such a decrease in visibility or the like, for example, as disclosed in JP-A-5-145699, a device in which an image reading device is provided so as to be freely opened and closed has been proposed. However, there is a problem that the provision of the opening / closing mechanism causes the structure to be complicated and lowers the reliability, and also requires the opening / closing operation every time an image is read, which in turn causes a reduction in operability. Have.
[0009]
Although a specific configuration is not described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-282609, there is a description that a TFT or the like and an image sensor may be mounted on the same transparent substrate. In such a configuration, the wiring pattern for controlling the image sensor in addition to the wiring pattern for controlling the TFT for display needs to be formed on the same substrate, so that the effective display area of the image is reduced. This also leads to a decrease in visibility.
[0010]
In general, a read image often requires a higher pixel density than a display image.However, in the case of an apparatus that reads a color image with a micro color filter, as described above, red and green are used. , And blue, the image data of one color pixel can be obtained, so that a color image cannot be read at a high pixel density. Further, since only the light of the color transmitted through the micro color filter is used for display and illumination of the original, it is necessary to increase the light emission amount of the backlight light source in order to increase the light amount. Therefore, in addition to an increase in manufacturing cost due to the provision of the micro color filter, there is a problem that power consumption is increased.
[0011]
In view of the above, the present invention provides a liquid crystal display device with an image reading function that can reduce the size and operability of the device and reduce the manufacturing cost without reducing the visibility. It is an object of the present invention to provide an image reading method using a simple liquid crystal display device and a method for manufacturing such a liquid crystal display device.
[0012]
Further, it is another object of the present invention to provide a liquid crystal display device with an image reading function that can obtain a high read pixel density and can reduce the manufacturing cost and the power consumption, and an image reading method using such a liquid crystal display device. And
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the liquid crystal display device with an image reading function of the present invention, a second transistor for a light receiving element is connected to a source line and a gate line to which a first transistor for a pixel electrode is connected, and the first transistor The threshold value of the gate voltage and the threshold value of the gate voltage of the second transistor are set so that at least only the second transistor can be turned on.
[0014]
With this configuration, a source line common to the first transistor connected to each pixel electrode can be provided without providing a dedicated source line or gate line for the second transistor connected to one end of the light receiving element. Further, since only the second transistor is turned on by the gate line and the original image detected by the light receiving element can be read, the visibility can be reduced due to a reduction in the effective display area of the image, and the size of the device can be reduced. And improvement in operability and reduction in manufacturing cost.
[0015]
To enable only the second transistor to be turned on as described above, for example, an n-channel transistor is used as the first transistor, and a p-channel transistor is used as the second transistor. A polar transistor may be used. Thus, by switching the polarity of the voltage applied to the gate line, the first transistor and the second transistor can be independently turned on. In addition, in the case of such a configuration, the tolerance of the threshold of the gate voltage in the first transistor and the second transistor and the variation in the voltage applied to the gate line in the manufacturing are high, so that the manufacturing cost can be reduced. It will be easier.
[0016]
In addition, a charge storage type device is used as the light receiving element, a liquid crystal device that is in a light transmitting state when an electric field is applied is used, and the first transistor and the second transistor are simultaneously turned on. It may be configured so that
[0017]
In this case, the first transistor and the second transistor are turned on at the same time, the liquid crystal is made to be in a light-transmitting state, and the light-receiving element can hold electric charges prior to exposure. The control for reading can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
[0018]
Here, in order to enable the first transistor and the second transistor to be simultaneously turned on, for example, as these transistors, n-channel transistors or p-channel transistors having the same polarity are used. In addition, the absolute value of the threshold value of the gate voltage of the second transistor may be lower than the absolute value of the threshold value of the gate voltage of the first transistor.
[0019]
That is, for example, when the threshold value of the first transistor is VL and the threshold value of the second transistor is VD, and both are n-channel transistors, if the voltage Vg applied to the gate line is VD <Vg <VL, Only two transistors can be turned on, while if VL <Vg, both transistors can be turned on.
[0020]
On the other hand, when an electric field is applied to the liquid crystal, a twisted nematic (TN) liquid crystal having a negative dielectric anisotropy of 90 ° is used to make the liquid crystal in a light transmitting state. The pair of polarizing plates provided on the sides are arranged such that the polarizing direction of one of the polarizing plates and the orientation direction of the liquid crystal are parallel to each other and the polarizing directions of both polarizing plates are orthogonal to each other, or What is necessary is to use a TN liquid crystal having a positive 90 ° and make the alignment direction of the liquid crystal and the polarization directions of both polarizing plates parallel to each other.
[0021]
In order to prevent the current flowing through the light receiving element from affecting the displayed image when the second transistor is turned on together with the first transistor when displaying an image, for example, a photodiode is used as the light receiving element. Is used, the photodiode may be connected so that a reverse bias voltage is applied when an image is displayed. Further, when the same voltage as that of the source line is applied to the other end line connected to the other end of the light receiving element when displaying an image, the effect on the display image is theoretically surely prevented. be able to.
[0022]
Furthermore, a conductive light-shielding film formed on the same substrate as the light-receiving element may be used as the other end-side line connected to the other end of the light-receiving element. When applying the in-plane switching method formed on the same substrate, the counter electrode may be used. With this configuration, it is not necessary to provide a new wiring pattern, so that the visibility can be prevented from lowering due to the reduction in the effective display area of the image, and the manufacturing cost can be reduced.
[0023]
In addition, by providing a touch sensor on the front side of the liquid crystal to detect the installation state of the original, it is possible to confirm that the original is placed, or automatically when the placement of the original is detected. Image reading can be started, or the size of a placed document can be detected so that image data corresponding to the size can be obtained.
[0024]
The image reading method of the present invention uses a liquid crystal display device with an image reading function as described above to make the liquid crystal transmissive and to expose a light receiving element holding a predetermined charge with light reflected from a document. Thereafter, the exposure amount of the light receiving element is detected by turning on only the second transistor.
[0025]
Thus, at the time of reading the document image, only the light receiving element is connected to the source line, so that the document image can be read without being affected by the charge held in the pixel electrode.
[0026]
Here, in the case where a liquid crystal display device with an image reading function capable of simultaneously turning on the first transistor and the second transistor is used, when the liquid crystal is made to be in the light-transmitting state, a predetermined amount of light is simultaneously applied to the light receiving element. By holding the charges, the image reading time can be shortened.
[0027]
Further, the method for manufacturing a liquid crystal display device with an image reading function of the present invention, when manufacturing the liquid crystal display device with an image reading function as described above, the other end line connected to the other end side of the light receiving element, The gate electrode is formed in a step of forming a gate electrode of at least one of the first transistor and the second transistor.
[0028]
Accordingly, a liquid crystal display device having an image reading function can be manufactured in the same process as a normal liquid crystal display device, so that manufacturing costs can be easily reduced.
[0029]
In addition, a color image can be displayed or read by providing a color filter in which a region for transmitting light of a predetermined color is formed corresponding to each pixel electrode.
[0030]
Furthermore, by providing a plurality of back light sources that emit light of different colors from each other, it is possible to irradiate the document with multiple colors of light for each pixel and detect the amount of reflected light. Images can be read.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
As the liquid crystal display device with an image reading function according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, an example of a liquid crystal display device installed and used so that a display surface of an image is substantially horizontal will be described.
[0032]
(1) Overall configuration of liquid crystal display device
This liquid crystal display device includes a polarizing filter layer 11, an active matrix panel 13 in which a transparent pixel electrode 24 and the like are formed on a glass substrate 12, which will be described in detail later, a liquid crystal layer 14, and a counter glass substrate 16 in which a transparent counter electrode 15 is formed. , And the polarization filter layer 17 are laminated. A backlight 18 is provided below the polarization filter layer 11, and a touch panel unit 19 is provided above the polarization filter layer 17.
[0033]
In addition, for example, when applied to an apparatus such as a personal computer that uses an image display surface inclined, an L-shaped, U-shaped, or linear cross-sectional shape is formed around the image display area. A document guide or the like may be provided. When reading an image, the document may be rotated so that the display surface is substantially horizontal as shown in FIG.
[0034]
The liquid crystal layer 14 is formed by enclosing a 90 ° twisted nematic liquid crystal in a predetermined gap provided between the active matrix panel 13 and the transparent counter electrode 15. As the liquid crystal, one having a negative dielectric anisotropy is used, and the polarization filter layer 11 and the polarization filter layer 17 are arranged such that the polarization direction of one of the polarization filter layers and the orientation direction of the liquid crystal are parallel to each other, and Since the polarization directions of the two polarization filter layers 11 and 17 are arranged in a direction (crossed Nicols) perpendicular to each other, the liquid crystal layer 14 (more specifically, the polarization filter layers 11 and 17 and the liquid crystal layer 14) is in a light-transmitting state.
[0035]
Although the transparent counter electrode 15 is set to a predetermined potential Vp, the potential Vp may be inverted every horizontal scanning period or each field period in order to reduce the driving voltage.
[0036]
Further, as the touch panel unit 19, various types such as a contact type and a capacitance type can be applied. The touch panel unit 19 is not necessarily provided. However, by providing the touch panel unit 19, it is possible to confirm that the original is placed, and the image is automatically displayed when the placement of the original is detected. , Or the size of a placed document can be detected so that image data corresponding to the size can be obtained.
[0037]
(2) Configuration of Circuit Formed on Active Matrix Panel 13
As shown in FIG. 2, the active matrix panel 13 includes a display / read unit 21, a drive circuit unit 31 disposed around the display / read unit 21, and a control unit 71 that controls operations of the drive circuit unit 31 and the backlight 18. Is provided. Note that the control unit 71 may be provided outside the active matrix panel 13.
[0038]
The display / read unit 21 is provided with a source line 22 and a gate line 23 in directions orthogonal to each other. The transparent pixel electrode 24, the photodiode 25, the TFT (L) 26 for the transparent pixel electrode 24, and the TFT (D) for the photodiode 25 correspond to each intersection of the source line 22 and the gate line 23. 27 are provided.
[0039]
Here, the TFT (L) 26 is formed on an n-channel TFT, while the TFT (D) 27 is formed on a p-channel TFT. That is, by applying a positive voltage VL or a negative voltage VD to the gate line 23, the gate lines 23 can be controlled to be independently turned on. The polarity of the TFT (L) 26 and the polarity of the TFT (D) 27 may be opposite to each other. However, in general, when the TFT (L) 26 connected to the transparent pixel electrode 24 has n channels, the display speed is increased. It will be easier.
[0040]
The source electrodes 26a and 27a of the TFTs (L) 26 and TFT (D) 27 are connected to the source line 22, and the gate electrodes 26b and 27b are connected to the gate line 23.
[0041]
The drain electrode 26c of the TFT (L) 26 is connected to the transparent pixel electrode 24, while the drain electrode 27c of the TFT (D) 27 is connected to the cathode side of the photodiode 25. The anode side of the photodiode 25 is grounded via the light-shielding electrode 28. That is, the photodiode 25 is connected so that a reverse bias is applied.
[0042]
In order to improve the display quality, a capacitance element or the like is provided in parallel with the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15, or a capacitance is provided between each transparent pixel electrode 24 and the gate line 23 of an adjacent pixel. You may have it.
[0043]
The drive circuit unit 31 includes a shift register 32, a TFT control circuit 33, a shift register 34, a charging voltage output circuit 35, and a reading circuit 36.
[0044]
The shift register 32 sequentially shifts the pulse of the vertical synchronizing signal Vsync input once every one vertical scanning period in synchronization with the horizontal synchronizing signal Hsync which is also a vertical clock, and outputs it to the TFT control circuit 33 as a timing signal. It has become.
[0045]
The TFT control circuit 33 generates a gate voltage Vg having a voltage of VL (positive) or VD (negative) according to the timing signal and a TFT selection signal instructing selection of the TFT (L) 26 or the TFT (D) 27. Are sequentially output to each gate line 23, and the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 for each horizontal scanning line are turned on.
[0046]
The shift register 34 sequentially shifts the pulse of the horizontal synchronizing signal Hsync input once every one horizontal scanning period in synchronization with the horizontal clock Hck, takes in the display image data of each pixel, and outputs the read image data. The timing signal is output to the charging voltage output circuit 35 and the reading circuit 36.
[0047]
The charging voltage output circuit 35 includes a line memory 35a and a D / A converter (digital-analog converter) 35b.
[0048]
The line memory 35a stores display image data for each pixel for one horizontal scanning line according to a timing signal from the shift register 34.
[0049]
The D / A converter 35b outputs a source voltage Vs (for example, 0 to 6V) corresponding to the display image data held in the line memory 35a to the source line 22, and outputs a signal between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15. Alternatively, a predetermined charge is stored in the photodiode 25.
[0050]
On the other hand, the reading circuit 36 is provided with an A / D converter (analog-digital converter) 36a and a line memory 36b.
[0051]
The A / D converter 36a is connected to the source line 22, detects the amount of exposure of the photodiode 25 due to light reflected from the document, and outputs read image data for each pixel. More specifically, for example, the electric charge accumulated in the photodiode 25 by a predetermined voltage (for example, 5 to 6 V) previously output from the D / A converter 35b is discharged by the exposure of the reflected light from the original, and then the discharged electric charge is discharged. When replenishing the charge, the amount of charge required for replenishment is detected, and corresponding digital data is output. It is to be noted that the voltage at both ends of the photodiode 25 after the above-described discharge may be detected without being limited to detecting the amount of charge required for replenishing the charge.
[0052]
The line memory 36b temporarily holds the read image data for each pixel for one horizontal scanning line output from the A / D converter 36a, and sequentially outputs the read image data according to a timing signal from the shift register 34. .
[0053]
(3) Specific configuration and manufacturing method of active matrix panel 13
The active matrix panel 13 is configured by arranging a transparent pixel electrode 24, a photodiode 25, a TFT (L) 26, a TFT (D) 27, etc. on a glass substrate 12, as shown in FIGS. 3 and 4, for example. ing.
[0054]
The photodiode 25 includes semiconductor layers 25a and 25b.
[0055]
The TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 include a source electrode 26a / 27a, a gate electrode 26b / 27b, a drain electrode 26c / 27c, a semiconductor layer 26d / 27d, an ohmic layer 26e / 27e, and a gate insulating film. 43. In FIG. 3, the gate insulating film 43 is omitted for convenience. The source electrodes 26a and 27a and the gate electrodes 26b and 27b are formed by convex portions formed on the source line 22 or the gate line 23, respectively.
[0056]
The active matrix panel 13 as described above is manufactured, for example, as shown in FIG.
[0057]
(A) A 100 nm chromium layer 41 is deposited on a glass substrate 12 by a sputtering method.
[0058]
(B) The chromium layer 41 is patterned by etching to form the gate electrodes 26b and 27b and the light shielding electrode 28. The gate electrodes 26b and 27b form a gate line 23 in a cross section (not shown). The light-shielding electrode 28 forms a wiring pattern on the anode side of the photodiode 25.
[0059]
(C) An ITO layer 42 as a transparent electrode having a thickness of 100 nm is deposited on the glass substrate 12 by a sputtering method.
[0060]
(D) The ITO layer 42 is patterned by etching to form the transparent pixel electrode 24.
[0061]
(E) SiN by plasma CVD X (For example, Si 3 N 4 ) Or SiO 2 After depositing a 400 nm gate insulating film 43 made of, for example, the portion above the light shielding electrode 28 and the portion of the transparent pixel electrode 24 above the contact portion 24a with the drain electrode 26c are removed.
[0062]
(F) An amorphous silicon (a-Si) layer having a thickness of 100 nm is deposited by a plasma CVD method, a polycrystalline silicon (p-Si) layer is formed by crystallization using an excimer laser, and then patterned by etching. The semiconductor layers 26d and 27d for the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 and the semiconductor layer 25a for the photodiode 25 are formed.
[0063]
The semiconductor layer 26d is formed into an n-channel by implanting impurities such as phosphorus by ion implantation or ion shower, while the semiconductor layer 27d and the semiconductor layer 25a are implanted into a p-channel by implanting impurities such as boron. Form. In this case, instead of selectively implanting the impurities, the n-channel semiconductor layer 26d and the p-channel semiconductor layer 27d and the semiconductor layer 25a may be separately formed twice.
[0064]
(G) Similarly to the semiconductor layers 26d, 50-nm ohmic layers 26e and 27e are formed on the source and drain regions in the semiconductor layers 26d and 27d. Further, n is formed on the semiconductor layer 25a. + Is formed by forming an ohmic layer 25b of p-Si.
[0065]
(H) After depositing a 700 nm aluminum layer by sputtering, patterning is performed by etching to form source electrodes 26a and 27a and drain electrodes 26c and 27c, thereby forming the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27. .
[0066]
The source electrodes 26a and 27a constitute a source line 22 in a cross section (not shown). The drain electrode 26c of the TFT (L) 26 is connected to the contact portion 24a of the transparent pixel electrode 24, while the drain electrode 27c of the TFT (D) 27 is connected to the ohmic layer 25b of the photodiode 25.
[0067]
Finally, a passivation film 44 is formed above the source electrode 26a, the drain electrode 26c, the semiconductor layer 26d, and the like.
[0068]
In the above-described manufacturing method, the display / read section 21 has been mainly described. However, especially when the polycrystalline silicon process is used as described above, the transistors and wirings constituting the drive circuit section 31 are also the same. It can be easily made at the same time in the process. On the other hand, when an amorphous silicon process is used, the driver IC may be mounted directly on the glass substrate 12 or may be mounted using a flexible substrate to form the drive circuit unit 31.
[0069]
(4) Operation when displaying images
After the pulse of the horizontal synchronizing signal Hsync is input to the shift register 34 and then the display image data for each pixel is input to the line memory 35a in synchronization with the horizontal clock Hck, the line memory 35a stores data for one horizontal scanning line. The display image data is sequentially held, and the D / A converter 35b outputs a voltage corresponding to each display image data to each source line 22.
[0070]
After the pulse of the vertical synchronization signal Vsync is input to the shift register 32, the vertical clock Vck (horizontal synchronization signal Hsync) is input, and the TFT control circuit 33 is instructed to select the TFT (L) 26. When the TFT selection signal is input, the TFT control circuit 33 outputs a drive pulse of the voltage VL (positive) to the gate line 23 corresponding to the first horizontal scanning line.
[0071]
Then, each TFT (L) 26 connected to the gate line 23 is turned on, and the voltage between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15 is changed according to the voltage output from the D / A converter 35b. The accumulated charges are accumulated to form an electric field. That is, the portion of the liquid crystal layer 14 corresponding to each transparent pixel electrode 24 rotates the plane of polarization of the light from the backlight 18 and enters a light-transmitting state with a luminance corresponding to each display image data. This state is maintained until a drive pulse is applied again to the same gate line 23 in the next field.
[0072]
As described above, the voltage corresponding to the display image data is not output to each source line 22 at the same time, but is output sequentially for each pixel in one horizontal scanning line in synchronization with the horizontal clock Hck or the like. Is also good.
[0073]
Hereinafter, the same operation is performed for each horizontal scanning line every time the horizontal synchronization signal Hsync is input, whereby an image for one screen is displayed.
[0074]
(5) Operation when reading an image
When an image reading switch (not shown) is operated in a state where the document is placed on the liquid crystal display device and the placement of the document is detected by the touch panel unit 19, the document image is read as shown in Table 1 below and below. Is performed.
[Table 1]
Figure 0003585368
(A) By the same operation as that at the time of displaying an image, the liquid crystal layer 14 in a portion corresponding to all pixels is made to be in a light transmitting state.
[0075]
That is, a TFT selection signal instructing selection of the TFT (L) 26 is input to the TFT control circuit 33, and a gate voltage Vg = VL (positive) is output from the TFT control circuit 33 to the gate line 23 and the TFT (L) 26 is turned on, the source voltage Vs = VsLmax corresponding to the maximum luminance is output from the D / A converter 35b to the source line 22, and charges are accumulated between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15. Thus, the liquid crystal layer 14 is in a light transmitting state.
[0076]
(B) A predetermined charge is accumulated in the photodiode 25 by an operation in which the gate voltage Vg and the source voltage Vs are different from those during the image display.
[0077]
That is, a TFT selection signal instructing selection of the TFT (D) 27 is input to the TFT control circuit 33, and a gate voltage Vg = VD (negative) is output from the TFT control circuit 33 to the gate line 23 and the TFT (D) 27 is turned on, and a predetermined source voltage Vs = VsD applied to the photodiode 25 as display image data.
Is input to the line memory 35a, and the predetermined source voltage Vs = VsD is output to the source line 22 from the D / A converter 35b. Therefore, the photodiode 25 is in a state where a reverse bias is applied, and a predetermined charge is accumulated.
[0078]
The backlight 18 is turned off at least up to this point.
[0079]
(C) Next, when the backlight 18 is turned on for a predetermined time, the light emitted from the backlight 18 is applied to the document via the liquid crystal layer 14, and the photodiode 25 is exposed by the reflected light.
[0080]
Therefore, in the photodiode 25, charges that cancel the accumulated charges are generated in accordance with the incident light amount, and the accumulated charge amount decreases. That is, the higher the brightness (lower density) of the document image, the more the stored charge decreases, while the lower the brightness (high density), the less the stored charge.
[0081]
(D) After the backlight 18 is turned off, the gate voltage Vg = VD (negative) is output from the TFT control circuit 33 to the gate line 23 as in (b) above, and the TFT (D) 27 is turned on. become. At this time, the output of the D / A converter 35b of the charging voltage output circuit 35 is kept in a high impedance state.
[0082]
Therefore, the A / D converter 36a outputs read image data corresponding to the amount of charge reduction of the photodiode 25 to the line memory 36b, and the line memory 36b reads the read image data for each pixel for one horizontal scanning line. Is temporarily held, and the read image data is sequentially output according to the timing signal from the shift register 34.
[0083]
In the above example, the liquid crystal layer 14 having a negative dielectric anisotropy is used, and the polarization filter layer 11 and the polarization filter layer 17 are arranged such that the polarization direction of one of the polarization filter layers and the alignment direction of the liquid crystal are different. The liquid crystal layer 14 is in a light-transmitting state when an electric field is applied by arranging the polarizing filter layers 11 and 17 in parallel (crossed Nicols) in which the polarization directions of the polarizing filter layers 11 and 17 are perpendicular to each other. However, while using a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy, the polarization filter layer 11 and the polarization filter layer 17 are arranged so that the alignment direction of the liquid crystal and the polarization directions of the two polarization filter layers 11 and 17 are parallel to each other (paranicol). It is the same even if it arrange | positions so that it may become.
[0084]
When the liquid crystal layer 14 is configured to be in a light transmitting state when an electric field is applied in this manner, the voltages VsLmax and VD applied to the transparent pixel electrode 24 and the photodiode 25 can be set to be equal. In particular, when these source voltages Vs are directly supplied from a predetermined voltage source without using the D / A converter 35b, there is an advantage that the number of types of the voltage sources is reduced and the circuit is simplified easily. .
[0085]
On the other hand, a twisted nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy of 90 ° is used, and the polarization filter layer 11 and the polarization filter layer 17 are arranged so that the polarization directions are parallel (paranicol). A liquid crystal having a positive dielectric anisotropy may be used, and the polarization filter layer 11 and the polarization filter layer 17 may be arranged in a direction in which the polarization directions are orthogonal (crossed Nicols). That is, in this case, the liquid crystal layer 14 is in a light-transmitting state when no electric field is applied. Therefore, Vs = VsLmin is applied instead of the source voltage Vs = VsLmax, and the liquid crystal layer 14 is transparently opposed to the transparent pixel electrode 24. What is necessary is just to discharge the electric charge accumulated between the electrodes 15.
[0086]
Also, an example has been described in which the backlight 18 is turned off except during exposure. However, even when the backlight 18 is turned on, if the photodiode 25 can sufficiently store charges, the backlight 18 may be kept turned on. However, in this case, discharge starts as soon as each TFT (D) 27 is turned off, so that reading is performed with the same delay time from the time when each TFT (D) 27 is turned off, or the liquid crystal layer 14 is temporarily shielded from light. For example, it is necessary to make the exposure times of the photodiodes 25 equal to each other, but accurate control of the exposure time becomes easier as compared with the case where the backlight 18 is turned on and off.
[0087]
Further, as shown in Table 2 below, the liquid crystal layer 14 may be made to be in a light transmitting state after the charge is accumulated in the photodiode 25. Also in this case, if the light blocking effect of the liquid crystal layer 14 is sufficient, the backlight 18 may be kept on. However, in that case, it is necessary to make the exposure time of each photodiode 25 the same as in the above case. On the other hand, in the case where electric charges are accumulated in the photodiode 25 with the backlight 18 turned off, if there is little influence of light transmitted from the back of the placed document, as shown in the table, It is not always necessary to keep the liquid crystal layer 14 in a light-shielding state when accumulating electric charges in the liquid crystal layer.
[Table 2]
Figure 0003585368
[0088]
Further, in the above example, the image data is read by performing the operations of accumulating the charge in the photodiode 25 and the like, exposing the photodiode 25, and outputting the image data in one cycle for all the pixels. Although an example has been described, image data may be read by repeating the above-described operation for each pixel. That is, in the former case, the image data is read by the above-described one-cycle operation, so that a high reading speed can be obtained. In the latter case, the light from the backlight 18 is emitted for each pixel. Since the document is illuminated, crosstalk due to reflected light from peripheral pixels in the document being incident on the photodiode 25 is prevented, so that high resolution can be easily obtained. Further, the image data may be read by repeating the above-described operation for each pixel of one line along one source line 22 (or gate line 23). In this case, since crosstalk in the direction perpendicular to the source line 22 (or the gate line 23) is prevented, the resolution can be increased to some extent and the reading speed can be relatively increased. Further, by repeating the operation of the above-described cycle for every plural pixels or every other line, it is possible to increase the resolution and the reading speed.
[0089]
In addition, the above-described constituent materials, the order of each step in the manufacturing process, the process conditions, and the like are merely examples, and the present invention is not limited thereto.
[0090]
(Embodiment 2)
As another example of the active matrix panel 13 that constitutes the liquid crystal display device with an image reading function, a TFT (L) 26 and a TFT (D) 27 are formed on a light-shielding electrode 28, and above the semiconductor layers 26d and 27d. An example in which a staggered TFT provided with gate electrodes 26b and 27b is used will be described. In the following, components having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
[0091]
As shown in FIGS. 6 and 7, a light-shielding electrode 28 is formed on the glass substrate 12. 2 Semiconductor layers 26d and 27d of the TFT (L) 26 or the TFT (D) 27 are formed via an insulating film 29 made of. The semiconductor layer 25a of the photodiode 25 is formed directly on the light-shielding electrode 28 as in the first embodiment, and the light-shielding electrode 28 forms an anode-side wiring pattern.
[0092]
Above the semiconductor layers 26d and 27d, ohmic layers 26e and 27e, source electrodes 26a and 27a, and drain electrodes 26c and 27c are formed, and further, gate electrodes 26b and 27b are formed via a gate insulating film 43. ing.
[0093]
By configuring the wiring pattern of the photodiode 25 with the light-shielding electrodes 28 in this manner, a liquid crystal display device having an image reading function can be manufactured in the same process as a normal liquid crystal display device, so that manufacturing costs can be reduced. It can be easily achieved.
[0094]
(Embodiment 3)
The TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 are both formed as n-channel TFTs, and the threshold voltage VL0 of the gate of the TFT (L) 26 is set higher than the threshold voltage VD0 of the gate of the TFT (D) 27. Will be described.
[0095]
That is, when the gate voltage Vg satisfying VD0 <Vg <VL0 is applied to the gate line 23, only the TFT (D) 27 is turned on, while the gate voltage Vg satisfying VL0 <Vg is applied. , Both the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 are turned on. Such a setting of the threshold voltage can be performed by various known methods such as adjusting the concentration when impurities such as phosphorus are implanted into the semiconductor layers 26d and 27d.
[0096]
The liquid crystal display device with the image reading function provided with the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 as described above reads a document image as shown in Table 3 and below.
[Table 3]
Figure 0003585368
(A) When the gate voltage Vg satisfying VL0 <Vg is output to the gate line 23, the TFT (L) 26 is turned on, and the source voltage Vs = VsLmax output to the source line 22 at that time makes the TFT (L) transparent. Electric charges are accumulated between the pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15, and the liquid crystal layer 14 corresponding to all pixels is made to be in a light transmitting state.
[0097]
At this time, the TFT (D) 27 is also turned on, and electric charges are similarly stored in the photodiode 25 by the source voltage Vs = VsLmax. Therefore, when setting VsLmax = VsD, the next photo The step of accumulating charges only in the diode 25 can be omitted.
[0098]
(B) When the gate voltage Vg that satisfies VD0 <Vg <VL0 is output to the gate line 23, only the TFT (D) 27 is turned on, so that a predetermined voltage VsD different from the source voltage Vs = VsLmax is used. Charge accumulation is performed.
[0099]
The backlight 18 is turned off at least up to this point.
[0100]
(C) Next, the gate voltage Vg satisfying Vg <VD0 is output to the gate line 23, the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 are both turned off, and the backlight 18 is turned on for a predetermined time. Then, the light emitted from the backlight 18 is applied to the document via the liquid crystal layer 14, and the reflected light exposes the photodiode 25, and the photodiode 25 has an accumulated charge amount corresponding to the density of the document image.
[0101]
(D) After the backlight 18 is turned off, the gate voltage Vg satisfying VD0 <Vg <VL0 is output to the gate line 23, and only the TFT (D) 27 is turned on, as in (b) above. Thus, read image data is obtained.
[0102]
In the third embodiment as well, as described in the first embodiment, the image data is read out at the same timing as when the electric charges are accumulated, so that the exposure times of the photodiodes 25 become the same. Thus, the backlight 18 may be kept on.
[0103]
In the configuration as in the third embodiment, the TFT (D) 27 is always turned on when displaying an image, that is, when the TFT (L) 26 is turned on. If the potential on the anode side is set to the ground potential, only a reverse bias voltage is applied to the photodiode 25 and almost no current flows, so that there is almost no effect on the displayed image.
[0104]
When a reverse bias voltage is applied to the photodiode 25 in this manner, the polarity of the source voltage Vs is inverted every horizontal scanning period in order to improve image quality without flickering during image display. Alternatively, a known method of inverting the source lines 22 adjacent to each other may be applied. That is, in this case, each photodiode 25 of each pixel is connected so as to be reverse biased in accordance with the applied source voltage Vs, or when the source voltage Vs is either positive or negative as shown in FIG. However, the photodiode 25 may be connected so as to be reverse biased.
[0105]
Note that by applying a negative voltage to the anode side of the photodiode 25, it is possible to contribute to an improvement in the response speed of display.
[0106]
Further, as shown in FIG. 9, if a changeover switch 51 is provided so that the source voltage Vs is applied to the anode side of the photodiode 25 at the time of displaying an image, there is theoretically no influence on the displayed image. be able to. In this case, the wiring connected to the anode side of the photodiode 25 is provided independently for each source line 22, or the charge voltage output circuit 35 is used when all the wirings on the anode side are shared. After that, the source voltage Vs may be sequentially and selectively applied to each source line 22, while the other source lines 22 may be brought into a high impedance state.
[0107]
In each of the above embodiments, the example in which the transparent counter electrode 15 is formed on the counter glass substrate 16 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, as illustrated schematically in FIG. The present invention can be similarly applied to a so-called in-plane switching (IPS) liquid crystal display device in which the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15 are provided. In this case, the transparent counter electrode 15 may be used as a wiring on the anode side of the photodiode 25.
[0108]
In addition, unlike the normal image display, the same voltage is applied to all the pixels between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15 and the charge accumulation in the photodiode 25 when reading an image. Therefore, a drive pulse may be simultaneously output to all the gate lines 23 to accumulate charges.
[0109]
The light receiving element is not limited to the photodiode 25, and various charge storage type light receiving elements can be applied. Further, even if a photosensor other than the charge accumulation type is used, the original image can be read similarly. In this case, the step of accumulating the electric charges prior to the exposure is unnecessary, and the A / D converter 36a may be a type that detects the voltage across the light receiving element, a type that detects the current flowing through the light receiving element, or the like. Can be used.
[0110]
Further, display and reading of an image are not limited to being performed over the entire screen, respectively, and display and reading of an image may be performed simultaneously in a display region and a reading region. That is, in the case where the backlight 18 is configured to be always lit as described above, or in the case where the turning-off time of the backlight 18 is set to be short, the image display operation or the image reading operation is performed for each region. By performing the operation, display and reading of an image can be performed. Further, the image reading area may be set in advance, or the area where the placement of the document is detected by the touch panel unit 19 may be set as the reading area.
[0111]
(Embodiment 4)
An example of a liquid crystal display device capable of displaying and reading a color image will be described.
[0112]
In this liquid crystal display device, as shown in FIG. 11, a region for transmitting red, green, or blue light corresponding to each transparent pixel electrode 24 is formed between the opposite glass substrate 16 and the transparent opposite electrode 15. The micro color filter 61 is provided. Other configurations are the same as those of the monochrome liquid crystal display device (Embodiment 1, Embodiment 2, or Embodiment 3).
[0113]
With this configuration, a color image is displayed and read by the same operation as that of the monochrome liquid crystal display device. That is, when red, blue, or green image data is input as display image data, a color image is displayed by additive color mixture. In addition, for each transparent pixel electrode 24, red, blue, or green light is emitted to the original via the micro color filter 61, and the amount of reflected light corresponding to each color component in the original image is detected. Is read.
[0114]
Even when such a color liquid crystal display device is configured, similarly to the monochrome liquid crystal display device, the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 are controlled by the common source line 22 and gate line 23, Since a gate line or the like dedicated to the TFT (D) 27 is not required, an effective display area of an image can be increased and high visibility can be obtained.
[0115]
In this liquid crystal display device, one pixel (color pixel) of a predetermined color is formed by additive color mixture of light transmitted through each of the three transparent pixel electrodes 24. Therefore, when the pixel density of the pixel (single pixel) corresponding to each transparent pixel electrode 24 is the same as the pixel density in the monochrome liquid crystal display device (for example, when the size of the transparent pixel electrode 24 is the same), the color pixel (Substantial display and reading pixel density) is 1/3 of the pixel density in a monochrome liquid crystal display device.
[0116]
(Embodiment 5)
When the pixel density of a color pixel is equal to the pixel density of a single pixel, that is, for example, even when the size of the transparent pixel electrode 24 is the same as that of a monochrome liquid crystal display, the same color as the pixel density in the monochrome liquid crystal display is used. An example of a liquid crystal display device that can obtain a pixel density of pixels will be described.
[0117]
In this liquid crystal display device, as shown in FIG. 12, the backlight 18 includes monochromatic light sources 18a to 18c that emit red, blue, or green monochromatic light, respectively. These monochromatic light sources 18a to 18c are individually turned on and off by a control unit (not shown). Other configurations are the same as those of the monochrome liquid crystal display device.
[0118]
Hereinafter, the operation at the time of displaying an image and the operation at the time of reading an image will be described.
[0119]
(1) Operation when displaying images
The red, blue, and green monochromatic light sources 18a to 18c are sequentially turned on selectively, and in each lighting period, the same display as the monochrome image display device is performed based on the display image data of red, blue, or green, respectively. The operation is performed. That is, red, blue, and green components are displayed in a time-division manner for each single pixel, and a color image is displayed by a visual afterimage effect. In this way, by displaying images of each color in a time-division manner by the monochromatic light sources 18a to 18c, one single pixel can act as a color pixel, and the pixel density of the color pixel is made equal to the pixel density of the single pixel. be able to.
[0120]
(2) Operation when reading an image
The red, blue, and green single-color light sources 18a to 18c are sequentially used, and the same reading operation as that of the monochrome liquid crystal display device is performed for each of the single-color light sources 18a. The data is read. More specifically, first, a red monochromatic light source 18a is used, and red light is irradiated on the document via all the transparent pixel electrodes 24, and the amount of reflected light corresponding to the red component in the document image is detected. Next, the blue component image is read using the blue monochromatic light source 18b, and the green component image is read using the green monochromatic light source 18c. By repeating the reading operation three times for the monochromatic light sources 18a to 18c, color image data is read. As described above, by sequentially using the monochromatic light sources 18a to 18c, the image of the red, blue, and green components is read for each single pixel, so that the pixel density is three times that of the case of using the micro color filter. Can read a color image.
[0121]
Note that, similarly to the monochrome liquid crystal display device, the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 are controlled by the common source line 22 and the gate line 23, and a gate line or the like dedicated to the TFT (D) 27 is required. By not doing so, the effective display area of the image can be increased and high visibility can be obtained. However, even when a gate line or the like dedicated to the TFT (D) 27 is provided, the effect of increasing the pixel density is similarly obtained. Can be
[0122]
(Embodiment 6)
An example of a liquid crystal display device having a micro color filter and a high read pixel density will be described.
[0123]
As shown in FIG. 13, the liquid crystal display device transmits a red, green, or blue light corresponding to each transparent pixel electrode 24 between a counter glass substrate 16 and a transparent counter electrode 15 to form a color image. And a micro color filter 61 formed with a display area 61a for performing the above-mentioned display and an illumination area 61b for illuminating the original by transmitting light of all colors.
[0124]
In the transparent counter electrode 15, a region corresponding to the display region 61a or the illumination region 61b of the micro color filter 61 is divided into a display counter electrode 15a and an illumination counter electrode 15b connected to each other. I have. The illumination opposing electrode 15b is connected to the display opposing electrode 15a or is brought into a high impedance state by a switch 62 controlled by a control circuit (not shown). In addition, even if it is not necessarily connected to the display counter electrode 15a, it may be maintained at a predetermined potential.
[0125]
On the other hand, as shown in FIGS. 14 and 15, the transparent pixel electrode 24 formed on the glass substrate 12 has a display connected to a TFT (L) 26 like the transparent pixel electrode 24 in the monochrome liquid crystal display device. Pixel electrode 24a and an illumination pixel electrode 24b connected to the source line 22.
[0126]
Further, similarly to the fifth embodiment, the backlight 18 includes monochromatic light sources 18a to 18c that emit red, blue, or green monochromatic light, respectively.
[0127]
Other configurations are the same as those of the monochrome liquid crystal display device.
[0128]
Hereinafter, the operation at the time of displaying an image and the operation at the time of reading an image will be described.
[0129]
(1) Operation when displaying images
During image display, the red, blue, and green monochromatic light sources 18a to 18c are simultaneously turned on, and function as white light sources. Further, the switch 62 is opened to keep the lighting counter electrode 15b in a high impedance state, and the lighting counter electrode 15b and the lighting pixel electrode 24b are connected regardless of the potential of the lighting pixel electrode 24b, that is, the potential of the source line 22. During this time, the electric charge is not accumulated, and the light from the backlight 18 is always controlled to be shielded. When a normally white liquid crystal display device in which light is transmitted when a voltage is not applied to the liquid crystal layer 14 is formed, the illumination counter electrode 15b is not in a high impedance state but has a sufficient absolute value. What is necessary is just to make it apply a large predetermined voltage.
[0130]
In this state, a color image is displayed by performing the same operation as in the fourth embodiment. That is, the same operation as in the fourth embodiment is performed except that the light incident on the illumination pixel electrode 24b in the pixel is always shielded, and the display pixel electrode 24a, the liquid crystal layer 14, and the micro color filter 61 A color image is displayed by the additive color mixture of the light transmitted through the display area 61a.
[0131]
In this liquid crystal display device, since the portion of the pixel electrode 24b for illumination in the pixel is in a light-shielding state, the aperture ratio is slightly reduced. However, the liquid crystal display device of the fifth embodiment performs display by time division. On the other hand, since each single pixel always emits light according to the image data, the frame period can be set to a desired length without causing flicker.
[0132]
(2) Operation when reading an image
At the time of reading an image, as shown in Tables 4 to 6, operations different from the operations of the monochrome liquid crystal display device in the following points are performed. However, as for the illumination of the original, red, blue, and green monochromatic light sources 18a to 18c are sequentially used as in the fifth embodiment.
[Table 4]
Figure 0003585368
[Table 5]
Figure 0003585368
[Table 6]
Figure 0003585368
[0133]
That is, in the step of accumulating charges between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15 in Tables 1 to 3, the source voltage Vs = VsLmin is output to the source line 22, and the display pixel electrode 24a is connected to the display pixel electrode 24a. Electric charges between the counter electrode 15a and the display pixel electrode 24a in the pixel are shielded from light. Thus, the effect of transmitting only the red, blue, or green light of the display area 61a in the micro color filter 61 does not affect image reading.
[0134]
In the step of exposing the photodiode 25 by the reflected light from the original, the illumination counter electrode 15b is connected to the display counter electrode 15a via the switch 62, and the source voltage Vs = VsLmax corresponding to the maximum luminance. Is applied to the illumination pixel electrode 24b via the source line 22, and the illumination pixel electrode 24b in the pixel enters a light transmitting state. Therefore, since the illumination area 61b of the micro color filter 61 transmits light of all colors as described above, any one of the monochromatic light sources 18a to 18c emitted from the monochromatic light sources 18a to 18c of red, blue, or green is used. The light is also directly irradiated on the original. Therefore, as in the fifth embodiment, red, blue, and green monochromatic light sources 18a to 18c are sequentially used, and the same reading operation as that of the monochrome liquid crystal display device is performed for each monochromatic light source 18a. Thereby, the image data of each color component in the document image is read.
[0135]
As described above, when an image is displayed, a color image is displayed by additive color mixing of three single pixels using a micro color filter. On the other hand, when an image is read, a single color of red, blue, and green is displayed for each single pixel. By reading the components of each color using the light sources 18a to 18c, a document image can be read with a pixel density three times as high as that in display.
[0136]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
[0137]
That is, without providing a source line and a gate line for the second transistor connected to one end of the light receiving element, a source line and a gate line common to the first transistor connected to each pixel electrode are used. Since only the second transistor is turned on and the original image detected by the light receiving element can be read, the size of the apparatus can be reduced and the operability can be improved without lowering the visibility due to a decrease in the effective display area of the image. , And the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating an external configuration of a liquid crystal display device with an image reading function according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a circuit configuration of an active matrix panel 13 according to the first embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing a specific configuration of an active matrix panel 13 according to the first embodiment.
4 is a sectional view taken along arrows AA and BB in FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a method for manufacturing the active matrix panel 13 of the first embodiment.
FIG. 6 is a plan view showing a specific configuration of an active matrix panel 13 according to a second embodiment.
FIG. 7 is a sectional view taken along arrows AA and BB of FIG. 6;
FIG. 8 is a circuit diagram showing a modification (another connection example of the photodiode 25) of the liquid crystal display device with an image reading function according to the third embodiment.
FIG. 9 is a circuit diagram showing another modification (an example in which a source voltage is applied to the anode side of the photodiode 25) of the liquid crystal display device with an image reading function according to the third embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a case where an in-plane switching type liquid crystal display device is configured.
FIG. 11 is a perspective view illustrating an external configuration of a liquid crystal display device with an image reading function according to a fourth embodiment.
FIG. 12 is a perspective view illustrating an external configuration of a liquid crystal display device with an image reading function according to a fifth embodiment.
FIG. 13 is a perspective view showing an external configuration of a liquid crystal display device with an image reading function according to a sixth embodiment.
FIG. 14 is a plan view showing a specific configuration of an active matrix panel 13 according to a sixth embodiment.
15 is a sectional view taken along arrows AA and BB in FIG.
[Explanation of symbols]
11 Polarization filter layer
12 Glass substrate
13 Active matrix panel
14 Liquid crystal layer
15 Transparent counter electrode
15a Counter electrode for display
15b Counter electrode for lighting
16 Opposite glass substrate
17 Polarization filter layer
18 Backlight
18a Red monochromatic light source
18b Blue monochromatic light source
18c Green monochromatic light source
19 Touch panel unit
21 Display / read unit
22 source lines
23 Gate line
24 Transparent pixel electrode
24a Display pixel electrode
24b Illumination pixel electrode
25 Photodiode
26 TFT (L)
27 TFT (D)
28 Shielding electrode
31 Drive circuit section
32 shift register
33 TFT control circuit
34 shift register
35 Charge voltage output circuit
35a line memory
35b D / A converter
36 reading circuit
36a A / D converter
36b line memory
61 Micro Color Filter
61a Display area
61b Lighting area
62 switch
71 Control unit

Claims (15)

画像信号を伝達する複数のソースラインと、
上記ソースラインと交差する方向に設けられ、走査信号を伝達する複数のゲートラインと、
ソースラインとゲートラインとの各交差部に対応して設けられた画素電極と、
各画素電極に接続されるとともに、ソースライン、およびゲートラインに接続された第1のトランジスタと、
画素電極に対向して設けられた対向電極と、
画素電極と対向電極との間に設けられた液晶と、
各画素電極に対応して設けられ、原稿からの反射光量を検出する受光素子とを備えた画像読み取り機能付き液晶表示装置において、さらに、
上記受光素子は、あらかじめ保持された電荷が原稿からの反射光によって放電されることにより、原稿からの反射光量を検出する受光素子であり、
受光素子の一端側に接続されるとともに、上記ソースライン、およびゲートラインに接続された第2のトランジスタと、
受光素子の他端側に接続された他端側ラインとを備え、
上記第1のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値と、第2のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値とが、少なくとも第2のトランジスタだけをオン状態にし得るように設定されているとともに、第1のトランジスタと第2のトランジスタとを同時にオン状態にすることもできるように設定されており、
上記液晶が、電界が作用したときに透光状態になるように構成されていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
A plurality of source lines for transmitting image signals,
A plurality of gate lines provided in a direction intersecting with the source line and transmitting a scanning signal;
A pixel electrode provided corresponding to each intersection of the source line and the gate line;
A first transistor connected to each pixel electrode and connected to a source line and a gate line;
A counter electrode provided to face the pixel electrode;
A liquid crystal provided between the pixel electrode and the counter electrode,
A liquid crystal display device with an image reading function, which is provided corresponding to each pixel electrode and includes a light receiving element for detecting the amount of reflected light from a document,
The light receiving element is a light receiving element that detects the amount of light reflected from the document by discharging a previously held charge by reflected light from the document,
A second transistor connected to one end of the light receiving element and connected to the source line and the gate line;
A second line connected to the other end of the light receiving element,
The threshold value of the gate voltage of the first transistor and the threshold value of the gate voltage of the second transistor are set so that at least only the second transistor can be turned on . It is set so that it can be turned on simultaneously with the transistor of
A liquid crystal display device with an image reading function, wherein the liquid crystal is configured to be in a light transmitting state when an electric field is applied .
請求項1の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、
上記第1のトランジスタと、第2のトランジスタとが、nチャネルどうし、またはpチャネルどうしの同極性のトランジスタであるとともに、
第2のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値の絶対値が、第1のトランジスタにおけるゲート電圧の閾値の絶対値よりも低く設定されていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1 ,
The first transistor and the second transistor are n-channel or p-channel transistors having the same polarity;
A liquid crystal display device with an image reading function, wherein the absolute value of the threshold value of the gate voltage of the second transistor is set lower than the absolute value of the threshold value of the gate voltage of the first transistor.
請求項1または請求項2の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、
上記液晶の誘電異方性が負であるとともに、
上記液晶の両面側に偏光方向が互いに異なる1対の偏光板が設けられていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1 or 2 ,
The dielectric anisotropy of the liquid crystal is negative,
A liquid crystal display device with an image reading function, wherein a pair of polarizing plates having different polarization directions is provided on both sides of the liquid crystal.
請求項1または請求項2の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、
上記液晶の誘電異方性が正であるとともに、
上記液晶の両面側に偏光方向が互いに等しい1対の偏光板が設けらていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1 or 2 ,
The dielectric anisotropy of the liquid crystal is positive,
A liquid crystal display device with an image reading function, wherein a pair of polarizing plates having the same polarization direction are provided on both sides of the liquid crystal.
上記受光素子としてのフォトダイオードを備えた請求項1ないし請求項4の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、
上記フォトダイオードが、画像の表示時にソースラインから第2のトランジスタを介して逆バイアスの電圧が印加されるように接続されていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1, further comprising a photodiode as the light receiving element.
A liquid crystal display device with an image reading function, wherein the photodiode is connected so that a reverse bias voltage is applied from a source line via a second transistor when an image is displayed.
請求項1ないし請求項5の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、
画像の表示時に、上記受光素子の他端側に接続された他端側ラインに、ソースラインと等しい電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1 , wherein:
A liquid crystal display device with an image reading function, wherein a voltage equal to that of a source line is applied to the other end line connected to the other end of the light receiving element when displaying an image.
請求項1ないし請求項6の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、
上記受光素子と同一の基板上に形成された遮光電極が、受光素子の他端側に接続された他端側ラインであることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1 , wherein
A liquid crystal display device with an image reading function, wherein a light-shielding electrode formed on the same substrate as the light-receiving element is a line on the other end connected to the other end of the light-receiving element.
画素電極と対向電極とが同一の基板上に形成された面内スイッチング方式の請求項1ないし請求項7の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、
上記対向電極が、受光素子の他端側に接続された他端側ラインであることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
8. The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1, wherein the pixel electrode and the counter electrode are formed on the same substrate and are of an in-plane switching type.
A liquid crystal display device with an image reading function, wherein the counter electrode is a line on the other end connected to the other end of the light receiving element.
さらに、液晶の表面側に、原稿の設置状態を検出するタッチセンサが設けられたことを特徴とする請求項1ないし請求項8の画像読み取り機能付き液晶表示装置。9. The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1 , further comprising a touch sensor provided on a front side of the liquid crystal for detecting an installation state of the document. 上記受光素子が、あらかじめ保持された電荷が原稿からの反射光によって放電されることにより、原稿からの反射光量を検出する受光素子である請求項1ないし請求項の画像読み取り機能付き液晶表示装置を用いた画像読み取り方法であって、
ソースラインに所定の第1の電圧を印加するとともに、少なくとも第1のトランジスタをオン状態にして、液晶を透光状態にするステップと、
ソースラインに所定の第2の電圧を印加するとともに、少なくとも第2のトランジスタをオン状態にして、受光素子に所定の電荷を保持させるステップと、
受光素子を原稿からの反射光で露光するステップと、
上記受光素子を露光するステップの後に、第2のトランジスタだけをオン状態にすることにより、ソースラインを介して受光素子の露光量を検出するステップとを有することを特徴とする画像読み取り方法。
The light-receiving element, by charges stored in advance are discharged by the reflected light from the original, the image reading function liquid crystal display according to claim 1 to claim 9 which is a light receiving element for detecting the amount of light reflected from the document An image reading method using
Applying a predetermined first voltage to the source line, turning on at least the first transistor, and bringing the liquid crystal into a light-transmitting state;
Applying a predetermined second voltage to the source line, turning on at least the second transistor, and holding a predetermined charge in the light receiving element;
Exposing the light receiving element with reflected light from the document;
Detecting the exposure amount of the light receiving element via the source line by turning on only the second transistor after the step of exposing the light receiving element.
請求項1ないし請求項5の画像読み取り機能付き液晶表示装置を用いた請求項10の画像読み取り方法であって、
上記第1の電圧と第2の電圧とが互いに等しい電圧であるとともに、
液晶を透光状態にするステップと、受光素子に所定の電荷を保持させるステップとが、同時に行われることを特徴とする画像読み取り方法。
An image reading method according to claim 10 , wherein the liquid crystal display device with an image reading function according to any one of claims 1 to 5 is used.
The first voltage and the second voltage are equal to each other,
An image reading method, wherein the step of causing the liquid crystal to transmit light and the step of causing the light receiving element to hold a predetermined charge are performed simultaneously.
請求項1ないし請求項9の画像読み取り機能付き液晶表示装置の製造方法であって、上記受光素子の他端側に接続される他端側ラインが、第1のトランジスタ、または第2のトランジスタの少なくとも何れか一方のゲート電極を形成する工程で形成されることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置の製造方法。10. The method of manufacturing a liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1, wherein the other end of the light receiving element is connected to a first transistor or a second transistor. A method of manufacturing a liquid crystal display device with an image reading function, which is formed in a step of forming at least one gate electrode. 請求項1の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、さらに、
上記画素電極に対応して、それぞれ所定の色の光を透過させる領域が形成されたカラーフィルタを備え、
画像の表示時には、上記カラーフィルタにおける各色の領域を透過する光の加法混色によりカラー画像を表示し、
画像の読み取り時には、上記カラーフィルタにおける各色の領域を透過して原稿に照射され、反射された光の光量を検出することによりカラー画像を読み取るように構成されていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1, further comprising:
Corresponding to the pixel electrode, a color filter in which a region for transmitting light of a predetermined color is formed,
At the time of image display, a color image is displayed by an additive color mixture of light transmitted through each color region in the color filter,
When reading an image, an image reading function is configured to read a color image by detecting the amount of reflected light that is transmitted to the original through the respective color regions of the color filter and reflected. With LCD display.
請求項1の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、さらに、
それぞれ互いに異なる色の光を発する複数の背面光源を備え、
画像の表示時には、上記各背面光源を順次選択的に点灯させて、時分割で各色の画像を表示させることによりカラー画像を表示し、
画像の読み取り時には、上記各背面光源を順次選択的に点灯させて、各色の光を原稿に照射し、原稿からの各色の光の反射光量を検出することによりカラー画像を読み取るように構成されていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1, further comprising:
Equipped with multiple back light sources that emit light of different colors from each other,
At the time of displaying an image, a color image is displayed by selectively illuminating each of the back light sources sequentially and displaying images of each color in a time division manner.
At the time of reading an image, each of the back light sources is sequentially selectively turned on to irradiate the original with light of each color, and a color image is read by detecting the amount of reflected light of each color of light from the original. A liquid crystal display device with an image reading function.
請求項1の画像読み取り機能付き液晶表示装置であって、さらに、
各画素に対応して、それぞれ所定の色の光を透過させる表示用領域、および全ての色の光を透過させる照明用領域が形成されたカラーフィルタと、
それぞれ互いに異なる色の光を発するとともに、同時に点灯したときに白色光を発する複数の背面光源とを備え、
画像の表示時には、上記カラーフィルタの照明用領域に対応する部分の液晶を遮光状態にする一方、表示用領域に対応する部分の液晶を画像信号に応じた透光状態にするとともに、上記全ての背面光源を点灯させて、上記カラーフィルタにおける各色の表示用領域を透過する光の加法混色によりカラー画像を表示し、
原稿画像の読み取り時には、上記カラーフィルタの表示用領域に対応する部分の液晶を遮光状態にする一方、照明用領域に対応する部分の液晶を透光状態にするとともに、上記各背面光源を順次選択的に点灯させて、各色の光を上記カラーフィルタにおける照明用領域を介して原稿に照射し、原稿からの各色の光の反射光量を検出することによりカラー画像を読み取るように構成されていることを特徴とする画像読み取り機能付き液晶表示装置。
The liquid crystal display device with an image reading function according to claim 1, further comprising:
For each pixel, a color filter in which a display area that transmits light of a predetermined color and an illumination area that transmits light of all colors are formed,
Each emits light of a different color from each other, and includes a plurality of back light sources that emit white light when lit simultaneously.
At the time of displaying an image, while the liquid crystal in the portion corresponding to the illumination region of the color filter is in a light-shielding state, the liquid crystal in the portion corresponding to the display region is in a light-transmitting state in accordance with an image signal, Turn on the back light source, display a color image by additive color mixture of light transmitted through the display area of each color in the color filter,
At the time of reading the original image, the liquid crystal in the portion corresponding to the display area of the color filter is set in a light-shielding state, while the liquid crystal in the portion corresponding to the illumination area is set in a light-transmitting state, and each of the back light sources is sequentially selected. The color image is read by illuminating the original, irradiating the original with the light of each color through the illumination area in the color filter, and detecting the amount of reflected light of each color from the original. A liquid crystal display device having an image reading function.
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