JP4042721B2 - 制御装置および方法、記録媒体、プログラム、並びに入出力装置 - Google Patents

制御装置および方法、記録媒体、プログラム、並びに入出力装置 Download PDF

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Description

本発明は、制御装置および方法、記録媒体、プログラム、並びに入出力装置に関し、特に、画像の表示と、外部から照射される光の検出が可能な入出力装置の動作を安定させることができるようにする制御装置および方法、記録媒体、プログラム、並びに入出力装置に関する。
近年、タッチパネルなどを重畳して設けることなく、表示装置に対して各種の情報を直接入力することができる技術が各種提案されている（特許文献１，２）。
例えば、特許文献２には、印加する電圧を制御することによって、それぞれの画素に、画像を表示する動作である発光動作と、外部からの光を検出する動作である受光動作を行わせることができるディスプレイが開示されている。このディスプレイにおいては、受光動作の際、発光動作のときと逆方向の電圧が印加され、そのような逆方向の電圧が印加された状態で光が照射されたときに画素内で発生されるリーク電流を用いて外部からの光が検出される。これにより、ユーザは、所定のデータを表す光をディスプレイに照射することによって、そのデータをディスプレイに直接入力することができる。
特許文献２に開示されているディスプレイと同様に、EL(Electroluminescence)素子が各画素に設けられたELディスプレイの動作を制御するものとして、特許文献３には、単純マトリクス駆動のELディスプレイにおいて、発光していない状態から、電圧を印可して発光した状態になるまでのEL素子の立ち上がりを改善させるために、発光させる直前に、EL素子の寄生容量に充電された電荷を抜き取る技術が開示されている。
また、有機EL素子の劣化を抑え、長寿命化を図ることを目的とするものとして、特許文献４には、寄生容量に充電した電荷をキャンセルする方向に電圧をかけるためのコンデンサを設ける技術が、特許文献５には、逆バイアスの電圧をかける技術がそれぞれ開示されている。
特許文献６には、発光素子である有機EL素子により、光入力された情報を検出する技術が開示されている。
特開平１１−５３１１１号公報 特開２００４−１２７２７２号公報 特開平９−２３２０７４号公報 特開２００３−１６２２５３号公報 特開２００３−１２２３０３号公報 特開平７−１７５４２０号公報
ところで、特許文献２に開示されているディスプレイのように、印加する電圧を制御することによって発光動作と受光動作を行わせることができるディスプレイにおいては、ある画素の動作方式を発光動作から受光動作に切り替える場合、それまでの発光動作の期間中にEL素子の寄生容量に充電された電荷が、受光動作に影響を与えてしまうことがあるという課題があった。
ここで、EL素子の動作の切り替えと、その切り替えに伴ってEL素子の寄生容量に充電される電荷について説明する。
図１および図２は、ELディスプレイを構成する各画素の回路構成と、その動作を示す図である。図１および図２に示すように、各画素は、EL素子と、EL素子に並列に接続される寄生容量C_elで表される。図１は発光動作について示し、図２は受光動作について示す。
正方向のバイアスを印加した場合、図１に示すように、EL素子に順方向の発光電流I_el１が流れ、素子が発光する。このとき、寄生容量C_elには、EL素子のアノード電極側、カソード電極側に、それぞれ発光電流I_el１の量に応じた量の正負の電荷が充電される。例えば、発光のレベルが高い程（輝度が高い程）、EL素子の両電極間にかかる電位差が大きいため、寄生容量C_elに充電される電荷の量も多くなる。
一方、逆方向のバイアスを印可した状態で外部から光が照射された場合、図２に示すように、発光電流I_el１と反対方向の受光電流I_el２（リーク電流）が流れる。このとき、EL素子は発光しない。また、発光電流I_el１と受光電流I_el２は向きが逆であるため、発光動作のときと反対の極性の電荷が寄生容量C_elに充電される。
従って、発光動作から受光動作に動作方式が切り替えられる場合（図１の状態から図２の状態に切り替えられる場合）、それまでの発光動作のときに図１のように寄生容量C_elに充電されていた電荷が、受光動作のときに発生される受光電流I_el２の一部を打ち消すように影響を与えてしまうことになる。
通常、受光電流I_el２は、発光時に流れる発光電流I_el１と較べても比較的小さいものであるため、このように、受光電流I_el２の一部が打ち消されることにより、受光電流I_el２に基づいて外部からの光を検出することが困難になる。
すなわち、発光動作から受光動作に動作方式が切り替えられた場合、発光動作のときに寄生容量C_elに充電されていた電荷が残っていることにより受光感度が落ちることになる。また、受光感度の落ち方も、発光のレベルに応じて（寄生容量C_elに充電される電荷の量に応じて）、すなわち、周囲の画素とともに表示した画像の内容により異なるものとなり、ばらつきがあることから、安定した動作を確保することができない。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、発光動作が、直後の受光動作に影響を及ぼさないようにすることにより、入出力が可能なディスプレイの動作を安定させることができるようにするものである。
本発明の制御装置は、印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置を制御する制御装置であって、所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷を抜き取る抜き取り手段と、抜き取り手段により寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む所定の画素からの出力に基づいて、入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
抜き取り手段は、所定の画素に含まれるEL素子の動作を発光動作から受光動作に切り替えるとき、寄生容量に充電された電荷を抜き取るようにすることができる。
検出手段は、抜き取り手段により寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子が光を受けることに応じて発生する電流を表す所定の画素からの出力に基づいて、入出力装置に対する外部からの光の入力を検出するようにすることができる。
検出手段は、抜き取り手段により寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子が光を受けることに応じて発生する電流と、そのEL素子を含む画素の動作を切り替えるTFTが光を受けることに応じて発生する電流とを表す所定の画素からの出力に基づいて、入出力装置に対する外部からの光の入力を検出するようにすることができる。
本発明の制御方法は、印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置を制御する制御装置の制御方法であって、所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷を抜き取る抜き取りステップと、抜き取りステップの処理により寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む所定の画素からの出力に基づいて、入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出ステップとを含むことを特徴とする。
本発明の記録媒体は、印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムが記録されている記録媒体であって、所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷の抜き取りを制御する抜き取り制御ステップと、抜き取り制御ステップの処理により寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む所定の画素からの出力に基づいて、入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出ステップとを含むコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されていることを特徴とする。
本発明のプログラムは、印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷の抜き取りを制御する抜き取り制御ステップと、抜き取り制御ステップの処理により寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む所定の画素からの出力に基づいて、入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出ステップとを含むことを特徴とする。
本発明の入出力装置は、印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置であって、各画素には、受光動作を行うとき、制御装置による制御に応じて、直前の発光動作のときにEL素子の寄生容量に充電された電荷を放電する放電手段と、外部から照射された光に応じて画素内で発生される電流を表す信号を出力する出力手段とが設けられることを特徴とする。
本発明の制御装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷が抜き取られ、寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む所定の画素からの出力に基づいて、入出力装置に対する外部からの光の入力が検出される。
本発明の入出力装置においては、各画素に、受光動作を行うとき、制御装置による制御に応じて、直前の発光動作のときにEL素子の寄生容量に充電された電荷を放電する放電手段と、外部から照射された光に応じて画素内で発生される電流を表す信号を出力する出力手段とが設けられる。
本発明によれば、画像の表示と、外部からの光の検出が可能になる。
また、本発明によれば、発光動作から受光動作に動作方式が切り替えられた場合でも、それまでの発光動作が受光動作に影響を与えてしまうことを防止することができる。
さらに、本発明によれば、入出力装置の安定した動作を確保することができる。
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本明細書に記載の発明と、発明の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、請求項に記載されている発明をサポートする実施の形態が本明細書に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、発明に対応するものとして、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が発明に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明以外の発明には対応しないものであることを意味するものでもない。
さらに、この記載は、本明細書に記載されている発明の全てを意味するものではない。換言すれば、この記載は、本明細書に記載されている発明であって、この出願では請求されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により追加される発明の存在を否定するものではない。
請求項１に記載の制御装置は、印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL(Electroluminescence)素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置（例えば、図３のI/Oディスプレイ１）を制御する制御装置（例えば、図３の制御装置２）であって、所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷を抜き取る抜き取り手段（例えば、図１９のステップＳ５の処理を行う図１８の受光制御部１２３）と、前記抜き取り手段により前記寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む前記所定の画素からの出力（例えば、EL素子のリーク電流、TFTのリーク電流のうちの少なくともいずれかの電流に対応する信号）に基づいて、前記入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出手段（例えば、図１８の検出部１２４）とを備えることを特徴とする。
請求項５に記載の制御方法は、印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置（例えば、図３のI/Oディスプレイ１）を制御する制御装置（例えば、図３の制御装置２）の制御方法であって、所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷を抜き取る抜き取りステップ（例えば、図１９のステップＳ５）と、前記抜き取りステップの処理により前記寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む前記所定の画素からの出力（例えば、EL素子のリーク電流、TFTのリーク電流のうちの少なくともいずれかの電流に対応する信号）に基づいて、前記入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出ステップ（例えば、図１９のステップＳ７）とを含むことを特徴とする。
請求項６に記載の記録媒体に記録されているプログラム、および、請求項７に記載のプログラムにおいても、各ステップが対応する実施の形態（但し一例）は、請求項５に記載の制御方法と同様である。
請求項８に記載の入出力装置は、印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置（例えば、図３のI/Oディスプレイ１）であって、各画素には、受光動作を行うとき、制御装置による制御に応じて、直前の発光動作のときにEL素子の寄生容量に充電された電荷を放電する放電手段（例えば、図１２のスイッチSW３）と、外部から照射された光に応じて画素内で発生される電流を表す信号（EL素子のリーク電流、TFTのリーク電流のうちの少なくともいずれかの電流に対応する信号）を出力する出力手段（例えば、図１２のスイッチSW４）とが設けられることを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図３は、本発明を適用したI/O（IN/OUT）ディスプレイ１の外観の例を示す図である。
I/Oディスプレイ１は、それを構成する各画素により、外部から照射された光を検出するIN機能（検出機能）と、所定の画像を表示するOUT機能（表示機能）を実現可能なディスプレイである。
図３の円の中に拡大して示すように、I/Oディスプレイ１を構成する各画素は、例えば、TFT(Thin Film Transistor)よりなるスイッチ１１、有機または無機のEL素子１２、EL素子１２に寄生する寄生容量１３で表される。すなわち、I/Oディスプレイ１は、アクティブマトリクス駆動が可能な自発光型のELディスプレイである。
I/Oディスプレイ１においては、その各画素の動作が制御装置２により制御され、IN機能とOUT機能が実現される。
ここで、IN機能とOUT機能について説明する。
図４および図５は、I/Oディスプレイ１の１画素に相当する回路の例を示す図である。
表示ライン選択線（ゲート線）によりTFTのゲート電極Ｇに正方向の電圧（バイアス）が印加されたとき、図４の実線矢印で示すように、表示データ信号線（ソース線）によりソース電極Ｓに印加された電圧に応じて、アモルファスシリコンやポリシリコンからなる活性半導体層（チャネル）中をソース電極Ｓからドレイン電極Ｄ方向に電流が流れる。
TFTのドレイン電極ＤにはEL素子のアノード電極が接続されており、TFTのチャネル中を電流が流れることにより生じるアノード−カソード電極間の電位差に応じて、図４の白抜き矢印で示すようにEL素子が発光する。
EL素子からの光はディスプレイの外部に出射される。従って、このような画素の動作により画像の表示、すなわち、OUT機能が実現される。
一方、TFTのゲート電極Ｇに０Ｖ近傍かまたは逆方向の電圧が表示ライン選択線により印加された場合、ソース電極Ｓに表示データ信号線により電圧が印加されているときでもチャネル中を電流が流れず、EL素子のアノード−カソード電極間には電位差が生じないから発光しない。
この状態で、外部からの光が白抜き矢印で示すように図５の画素を照射したとき、TFTのチャネルの光伝導性により、微量ではあるがドレイン電極Ｄからソース電極Ｓ方向にリーク電流（オフ電流）が発生する。また、同様に、EL素子においてもリーク電流が発生する。
このことから、０Ｖ近傍かまたは逆方向の電圧を印加した画素（TFT、EL素子）が発生するリーク電流を増幅してその有無を検出することによって、画素に対して外部から光が照射されたのか否かを識別することが可能になる。また、リーク電流の量によって、光の量も識別することが可能になる。すなわち、これによりIN機能が実現される。
例えば、ユーザは、このような画素からなるディスプレイに所定のデータを表す光を当てることによって、当てた光をディスプレイに検出させることができ、光を介してデータを入力することができる。
以下、図４に示すように正方向の電圧が印可されたときの画素（EL素子）の動作を発光動作と、図５に示すように、逆方向の電圧が印可され、外部から照射された光に応じてリーク電流を発生する画素の動作を受光動作という。
図６は、図４および図５に示す画素の電流特性を示す図である。縦軸は画素中の電流を表し、横軸はゲート電極Ｇに印加された電圧を表す。
計測結果を表す線Ｌ１は、正方向の電圧が印加された状態で光が照射されたときに画素で検出される電流（TFTのチャネル中を流れる電流と、EL素子中を流れる電流）の値を表しており、線Ｌ２は、正方向の電圧が印加された状態で光が照射されていないときに画素で検出される電流の値を表している。
この線Ｌ１およびＬ２により、正方向の電圧が印加されている場合は、外部からの光の有無に関わらず、検出される電流値には差がみられないことがわかる。
一方、図６の線Ｌ３は、逆方向の電圧が印加されている状態で外部から光が照射されたときに、その画素で検出された電流の値を表しており、線Ｌ４は、逆方向の電圧が印加されている状態で外部から光が照射されていないときに、その画素で検出された電流の値を表している。
線Ｌ３と線Ｌ４を比較してわかるように、逆方向の電圧が印加されている場合、外部から光が照射されたときと、照射されていないときとで、その画素で検出される電流に差が生じている。例えば、約−５ボルトの電圧（逆方向の電圧）が印加されている状態において、外部から所定の光量の光が照射された場合、「１Ｅ−８（Ａ）」程度の電流（TFTの活性半導体層中において発生した電流と、EL素子が発生した電流）が発生する。
図６においては、外部から光が照射されていない場合であっても、「１Ｅ−１０（Ａ）」程度の微小な電流が発生していることが線Ｌ４により示されているが、これは計測中のノイズによるものである。なお、RGBのうちのいずれの色を発光するEL素子の画素であっても、図６に示すものとほぼ同様の計測結果が得られる。
図７は、図６の０Ｖ近傍を拡大して示す図である。
図７の線Ｌ３と線Ｌ４により示されるように、０Ｖ近傍の電圧が印加されている状態でも、光が照射されている場合と、照射されていない場合とで、その電流値に差が検出される。
従って、０Ｖ近傍の電圧を印加している状態でも、発生した電流を増幅させることで、この差、すなわち、光が照射されているか否かの検出が可能となる。
このことから、積極的に逆方向の電圧を印加することなく、ゲート電圧が０Ｖ近傍の値になるように制御することで、ある画素に受光動作を行わせることができる。
ゲート電圧が０Ｖ近傍の値になるように制御して受光動作を行わせるようにすることにより、逆方向の電圧を印加してその動作を行わせる場合に較べて、逆方向の電圧の分だけ消費電力を抑えることができる。
また、制御する電圧の数が少なくなるため、その制御、さらにはシステム構成が容易になる。すなわち、ゲート電圧が０Ｖ近傍の値になるように制御することは、正方向の電圧が印加されないように制御することでもあるから、正方向の電圧が印加されるようにゲート電圧を制御する制御線や電源回路だけをもって実現することができる（逆方向の電圧が印加されるようにゲート電圧を制御する制御線を別に設ける必要がない）。
これにより、ディスプレイの駆動基板やシステム基板上の電源回路の構成を簡略化することができ、低消費電力化を実現することができるだけでなく、基板上の限られたスペースの効率的な利用も実現することができる。
さらに、逆方向の電圧を印加しないようにすることにより、逆方向の電圧を印加したときに生じることのあるTFTやEL素子の破壊を回避することができる。例えば、チャネル長（Ｌ長）を長くすることでTFTの耐電圧性を高めることができるが、この場合、導通時の電流が下がってしまい、十分な電流を確保するためには、チャネル幅（Ｗ長）を大きくする必要がある。
この結果、TFTを流れる電流値を変えることなく耐電圧性を高めるためには、１つのTFTのサイズを大きくする必要があり、各画素のサイズが小さい高精細なディスプレイの各画素に、そのTFTを配置することが困難となる。
従って、逆方向の電圧をなくすことで、TFTやEL素子の耐圧設計が容易になり、かつ、TFTやEL素子そのもののサイズを小さくすることができ、これにより、高精細なディスプレイを実現することが可能になる。
以上のように、各画素にTFTとEL素子が設けられているI/Oディスプレイ１によっては、画像の表示だけでなく、０Ｖ近傍か、それより逆方向の電圧を印加することによって、画素を用いて外部からの光を検出させることが可能になる。
ところで、このように発光動作と受光動作が可能な画素からなるディスプレイにおいては、発光動作から受光動作に動作方式が切り替えられた場合、上述のように、それまでの発光動作のときにEL素子の寄生容量に充電されていた電荷により受光感度が落ちることになるが、図３のI/Oディスプレイ１においては、発光動作の後、受光動作の前に、それまでの発光動作のときにEL素子の寄生容量に充電されていた電荷をキャンセルする（抜き取る）ことが行われる。すなわち、寄生容量から電荷を抜き取るためのパスが各画素に設けられる。
ここで、図８乃至図１１を参照して、発光から受光までの回路の一連の動作について説明する。図３の回路と対応する構成には同一の符号を付してある。
この例においては、外部からの光の検出がEL素子１２が発生するリーク電流のみに基づいて行われるものとする。また、受光動作は、逆方向のバイアスを積極的に印可するのではなく、スイッチ１１（TFT）に印可する電圧を０Ｖ近傍とすること（スイッチ１１を非導通にすること）により行われるものとする。
図８は、発光動作（画像の表示）を行う回路の状態の例を示す図である。
図８に示すように、スイッチ１１を導通状態とし、正方向のバイアスを印加した場合、EL素子１２に順方向の発光電流I_el１が流れ、素子が発光する。このとき、寄生容量１３には、EL素子１２のアノード電極側に正電荷が、カソード電極側に負電荷が、それぞれ発光電流I_el１の量に応じた量だけ充電される。例えば、発光電流I_el１の量が多く、発光のレベルが高い程（輝度が高い程）、EL素子１２の両電極間にかかる電位差が大きくなり、寄生容量１３に充電される電荷の量も多くなる。
図９は、発光動作をオフにした直後の回路の状態の例を示す図である。
スイッチ１１を非導通状態にすることによって発光動作をオフにした直後には、図９に示すように、それまでの発光動作（図８）により寄生容量１３に充電された電荷がそのまま残留した状態になる。もちろん、カソード電極側のインピーダンスがアノード電極側と較べて低い場合、カソード電極側の電荷は抜けることになるが、少なくとも、アノード電極側には寄生容量１３に残った電荷を放電するパスが無いため、電荷は残留することになる。従って、この残留している電荷が受光動作に影響を与えることを排除するべく、次に、電荷を抜き取る動作が行われる。
図１０は、電荷の抜き取りを行う回路の状態の例を示す図である。
例えば、図示せぬパスから寄生容量１３に残留していた電荷を抜き取ることにより、図１０に示すように、発光動作のときに寄生容量１３に充電された電荷が消去され、その後、受光動作が行われる。
図１１は、受光動作を行う回路の状態の例を示す図である。
図１１に示すように、０Ｖ近傍のバイアスを印可した状態（スイッチ１１を非導通にした状態）で外部から光が照射された場合、発光電流I_el１と反対方向の受光電流I_el２が発生し、この受光電流I_el２が増幅等され、取り出されることによって外部からの光の入力が制御装置２により検出される。
なお、０Ｖ近傍のバイアスを印可した状態ではEL素子１２は発光しない。また、発光電流I_el１と受光電流I_el２は向きが逆であるため、発光動作のときと反対の極性の電荷が寄生容量１３に充電される。
このように、受光動作の前に、それまでの発光動作により寄生容量１３に充電された電荷を抜き取るようにしたため、寄生容量１３に充電されている電荷が、受光動作のときに発生する受光電流I_el２に影響を与えることを防止することができる。すなわち、受光感度が落ちることを防止することができる。
また、このような電荷の抜き取りを行わない場合、発光動作のときに寄生容量１３に充電される電荷の量はEL素子１２の発光のレベルによって異なり、そのことが、受光動作のときの受光感度にばらつきを生じさせることになるが、受光動作の前に電荷を抜き取るようにすることによって、表示する画像の内容によって左右されない、常に一定の受光感度で外部からの入力を検出させることができる。従って、どのような画像を表示させた直後でも、照射された光の量に応じた受光電流を取り出すことが可能となり、I/Oディスプレイ１の動作を安定させることができる。
さらに、例えば、それまで明るいレベルで発光させていた場合には、その直後の受光動作で検出される受光電流を十分に増幅させ、一方、比較的暗いレベルで発光させていた場合には、その直後の受光動作で検出される受光電流をあまり増幅させないなどのように、表示する画像の内容（発光のレベル）を考慮して受光電流に補正をかけることによっても、表示する画像の内容に左右されない検出が可能となるが、寄生容量に充電された電荷を抜き取ってから受光動作を行わせるようにすることにより、そのような補正を行う回路を例えば画素の外部に別に設ける必要がない。
次に、図１２乃至図１６を参照して、発光から受光までの一連の動作を、より具体的な回路の例を用いて説明する。
図１２は、I/Oディスプレイ１を構成する各画素内の回路の例を示す図である。図８等に対応する構成には同一の符号を付してある。
スイッチSW１乃至SW４は、アモルファスシリコンやポリシリコンなどで形成されるスイッチング素子である。
このうちのスイッチSW１（例えば、図８のスイッチ１１に対応する）は、表示ライン選択線２２によりその導通／非導通が制御され、導通状態のとき、表示データ信号線２１から供給される、表示データを表す信号を回路群３１に出力する。表示データを表す信号は、例えば、制御装置２から供給されてくるものである。
スイッチSW２は、制御装置２によるEL素子発光制御に従って、その導通／非導通が制御され、スイッチSW３は、制御装置２によるキャンセル制御に従って、その導通／非導通が制御される。このスイッチSW３により画素の外部（V_cancel）に向かうパスが、上述した、寄生容量１３に充電された電荷を解放するパスに相当する。すなわち、図１２は、EL素子１２のカソード電極側のインピーダンスが低く、発光動作のときにカソード電極側に充電された電荷が自動的に抜けるため、寄生容量１３のアノード電極側に充電された電荷のみを抜き取るパスを形成する場合の例を示している。
スイッチSW４は、読み出しライン選択線２３によりその導通／非導通が制御され、導通状態のとき、EL素子１２が光の照射を受けることにより発生したリーク電流を回路群３２に供給する。すなわち、スイッチSW４は、受光動作のときに導通状態にされるスイッチである。なお、EL素子１２だけでなく、スイッチSW１（TFT１１）で発生したリーク電流にも基づいて外部からの光を検出するようになされている場合、スイッチSW１で発生した電流もスイッチSW４を介して回路群３２に供給されるように回路が構成される。
回路群３１は、例えば、表示データ書き込み回路、閾値ばらつき補正回路などからなる。表示データ書き込み回路は、スイッチSW１から供給されてきた信号を一時的に充電し、EL素子１２を発光させるためのI/V（電流／電圧）変換を行う回路である。閾値ばらつき補正回路は、例えば、スイッチSW１からの出力に現れる信号のばらつきを補正する回路（TFTの閾値補正回路）である。
回路群３２は、例えば、読み出し回路、電流・電圧増幅回路、A/D(Analog/Digital)変換回路などからなる。読み出し回路は、EL素子１２で発生された受光信号をスイッチSW４を介して読み出す回路であり、電流・電圧増幅回路は、受光電流や、受光電流に対応する電圧を増幅させる回路である。A/D変換回路は、電流・電圧増幅回路により増幅された電流値、電圧値をディジタルデータ（受光データ）に変換し、受光データ信号線２４に出力する。受光データ信号線２４に出力された受光データは制御装置２に供給され、制御装置２により外部からの光の入力が検出される。
図１２においては、スイッチSW１乃至SW４がいずれも非導通の状態である。この状態は、発光動作、受光動作のいずれの動作も行われていない状態である。
このような状態の画素に発光動作を行わせる場合、始めに、図１３に示すように、表示ライン選択線２２によりスイッチSW１が導通状態にされる。このとき、表示データ信号線２１から供給されてきた表示データを表す信号がスイッチSW１を介して回路群３１に入力される。回路群３１においてはI/V変換やばらつきの補正が行われる。
次に、図１４に示すように、スイッチSW１が非導通状態にされた後に、制御装置２によりEL素子発光制御が行われ、スイッチSW２が導通状態にされることに応じて、表示データに相当する発光電流I_el１が回路群３１からEL素子１２に流れる。これにより、表示データに応じたレベルでEL素子１２が発光する。
このとき、EL素子１２のアノード−カソード電極間には、発光のレベルに相当する電位差、すなわち表示データに相当する電位差がかかっており、電位差に応じた電荷が寄生容量１３に充電される。この図１４の状態が、図８の状態に相当する。
次に、図１５に示すように、スイッチSW２が非導通状態にされた後、制御装置２によりキャンセル制御が行われ、スイッチSW３が導通状態になる。これにより、EL素子１２の寄生容量１３に充電されていた電荷（アノード電極側の正電荷）が抜き取られ、寄生容量１３には電圧V_cancelに応じた電荷が充電される。ここで、電圧V_cancelをEL素子１２のカソード電圧とすると、寄生容量１３から電荷が消去される。この図１５の状態が、図１０の状態に相当する。
次に、図１６に示すように、読み出しライン選択線２３によりスイッチSW４が導通状態にされ、光の照射を受けることでEL素子１２により発生された受光信号I_el２がスイッチSW４を介して回路群３２に供給される。回路群３２においては、供給されてきた受光信号I_el２に対して増幅等の所定の処理が施され、得られた受光データが受光データ信号線２４を介して制御装置２に出力される。この図１６の状態が、図１１の状態に相当する。
以上の動作により、発光動作のときに寄生容量１３に充電された電荷が受光電流I_el２に影響を与えてしまうことを防止することが可能になる。このように各画素の動作を制御する制御装置２の処理についてはフローチャートを参照して後述する。
図１７は、制御装置２の構成例を示すブロック図である。
CPU(Central Processing Unit)１０１は、ROM(Read Only Memory)１０２に記憶されているプログラム、または、記憶部１０６からRAM(Random Access Memory)１０３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM１０３にはまた、CPU１０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなどが適宜記憶される。
CPU１０１、ROM１０２、およびRAM１０３は、バス１０４を介して相互に接続されている。このバス１０４にはまた、入出力インタフェース１０５も接続されている。
入出力インタフェース１０５には、I/Oディスプレイ１の他、ハードディスクなどより構成される記憶部１０６、ネットワークを介しての通信処理を行う通信部１０７などが接続される。
入出力インタフェース１０５にはまた、必要に応じてドライブ１０８が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア１０９が適宜装着され、それから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部１０６にインストールされる。
図１８は、制御装置２の機能構成例を示すブロック図である。
図１８に示す構成の少なくとも一部は、図１７のCPU１０１により所定のプログラムが実行されることで実現される。
制御部１２１は、例えば、取得した表示データを表示制御部１２２に出力し、発光動作を行うI/Oディスプレイ１の画素を用いて表示データを表示させる（表示データに対応するレベルで発光させる）。
また、制御部１２１は、受光制御部１２３を制御して、I/Oディスプレイ１の所定の画素に受光動作を行わせる。制御部１２１は、検出部１２４から受光データが供給されてきたとき、それに基づいて所定の処理を行う。
表示制御部１２２は、制御部１２１から供給されてきた表示データに基づいて、発光動作を行わせる画素のラインを表示ライン選択線２２により選択し、表示データを表す信号を表示データ信号線２１から供給させることによって、選択したラインの画素に発光動作を行わせる。また、表示制御部１２２は、所定のタイミングでEL素子発光制御を行い、スイッチSW２を導通状態にさせる。
受光制御部１２３は、制御部１２１による制御に従って、受光動作を行わせる画素のラインを読み出しライン選択線２３により選択し、選択したラインの画素に受光動作を行わせる。また、受光制御部１２３は、所定のタイミングでキャンセル制御を行い、スイッチSW３を導通状態にさせる。
検出部１２４は、受光データ信号線２４を介して供給されてくる受光データに基づいて、光を介して外部から入力されたデータを検出し、検出した受光データを制御部１２１に出力する。
次に、図１９のフローチャートを参照して、以上のような構成を有する制御装置２により行われるI/Oディスプレイ１の制御処理について説明する。例えば、図１２に示すような状態で、制御部１２１から表示制御部１２２に表示データが供給されたときにこの処理が開始される。
ステップＳ１において、表示制御部１２２は、制御部１２１から供給されてきた表示データに基づいて、発光動作を行わせる画素のラインを表示ライン選択線２２により選択し、選択したラインの画素のスイッチSW１を導通状態（ON）にさせる（図１３）。
また、表示制御部１２２は、ステップＳ２において、発光動作を行わせる画素に対して、表示データを表す信号を表示データ信号線２１から供給し、ステップＳ３に進み、EL素子発光制御を行う。これによりスイッチSW２が導通状態になり、回路群３１において所定の処理が施されることによって得られた発光電流I_el１がEL素子１２に流れ、EL素子１２が発光する（図１４）。
なお、表示制御部１２２によっては、EL素子発光制御の前にスイッチSW１を非導通状態（OFF）にすること、および、EL素子１２を発光させた後にスイッチSW２を非導通状態にすることも行われる。
表示制御部１２２は、ステップＳ４において、発光動作を行わせた画素の動作を受光動作に切り替えるか否かを判定し、切り替えないと判定した場合、ステップＳ１に戻り、上述した処理を繰り返す。
ステップＳ４において、発光動作を行わせた画素の動作を受光動作に切り替えると表示制御部１２２により判定された場合、処理はステップＳ５に進む。
ステップＳ５において、受光制御部１２３は、キャンセル制御を行い、スイッチSW３を導通状態にさせる。これにより、それまでの発光動作により寄生容量１３に充電されていた電荷が抜き取られる（図１５）。
ステップＳ６において、受光制御部１２３は、受光動作を行わせた画素のラインを読み出しライン選択線２３により選択し、選択したラインの画素のスイッチSW４を導通状態にすることで、EL素子１２が光の照射を受けることよって発生した受光電流I_el２を回路群３２に供給させる。回路群３２に供給された受光電流I_el２に対しては、増幅等の所定の処理が施され、得られた受光データが受光データ信号線２４を介して制御装置２の検出部１２４に供給される（図１６）。
ステップＳ７において、検出部１２４は、受光データ信号線２４を介して供給されてきた受光データを検出し、検出した受光データを制御部１２１に出力する。
ステップＳ８において、受光制御部１２３は、受光動作を終了させるか否かを判定し、終了させないと判定した場合、ステップＳ６に戻り、それ以降の処理を行わせ、一方、終了させると判定した場合、処理を終了させる。
以上の処理をそれぞれの画素に繰り返し行わせることによって、画像の表示と光の検出を行わせることができる。また、発光動作のときに寄生容量１３に充電された電荷が受光電流I_el２に影響を与えてしまうことを防止することが可能になる。
以上においては、発光動作から受光動作に動作方式が切り替わるときにのみ、寄生容量に充電された電荷の抜き取りが行われるとしたが、電荷の抜き取りは、受光動作から発光動作に動作方式が切り替わるときにも行われるようにしてもよい。これにより、受光動作のときに寄生容量に充電された電荷が、その後の発光動作に影響を与えることを防止することができる。
また、電荷の抜き取りのタイミングは、動作方式が切り替わるときだけに限られず、例えば、繰り返し行われる受光動作の前に、毎回行われるようにしてもよい。受光動作のときに寄生容量に充電される電荷の量は、受光電流の量、すなわち、外部から照射された光の量に異なるものになり、繰り返して受光動作を行う場合、先の受光動作のときに寄生容量に充電された電荷が、次の受光動作のときに生じる受光電流に影響を与えることがあるが、このように、受光動作の前に、常に電荷の抜き取りを行うようにすることによっても、安定した動作を確保することが可能となる。
さらに、以上においては、EL素子のアノード電極側にのみ、寄生容量に充電された電荷を抜き取るパスを設けるものとしたが、それに加えて、カソード電極側にもパスを設けることも可能である。
また、図３に示したように、制御装置２はI/Oディスプレイ１に内蔵されるとしたが、当然、I/Oディスプレイ１の外部に設けられるようにしてもよい。
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。
一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば、汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
この記録媒体は、図１７に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)，DVD(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク（MD（登録商標）(Mini-Disk)を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア１０９により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM１０２や、記憶部１０６に含まれるハードディスクなどで構成される。
なお、本明細書において、各ステップは、記載された順序に従って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
画素内に設けられる回路の動作を示す図である。 画素内に設けられる回路の他の動作を示す図である。 本発明を適用したI/Oディスプレイの外観の例を示す図である。 OUT機能について示す図である。 IN機能について示す図である。 電流特性の例を示す図である。 図６の０Ｖ近傍を拡大して示す図である。 画素内に設けられる回路の動作を示す図である。 画素内に設けられる回路の他の動作を示す図である。 画素内に設けられる回路のさらに他の動作を示す図である。 画素内に設けられる回路の動作を示す図である。 回路の具体例を示す図である。 図１２の回路の動作を示す図である。 図１２の回路の他の動作を示す図である。 図１２の回路のさらに他の動作を示す図である。 図１２の回路の動作を示す図である。 制御装置の構成例を示すブロック図である。 制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 制御装置の制御処理を説明するフローチャートである。
符号の説明
１ I/Oディスプレイ， ２ 制御装置， １１ スイッチ， １２ EL素子， １３ 寄生容量， １２１ 制御装置， １２２ 表示制御部， １２３ 受光制御部， １２４ 検出部

Claims (8)

  1. 印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL(Electroluminescence)素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置を制御する制御装置において、
    所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷を抜き取る抜き取り手段と、
    前記抜き取り手段により前記寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む前記所定の画素からの出力に基づいて、前記入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出手段と
    を備えることを特徴とする制御装置。
  2. 前記抜き取り手段は、前記所定の画素に含まれるEL素子の動作を発光動作から受光動作に切り替えるとき、前記寄生容量に充電された電荷を抜き取る
    ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記検出手段は、前記抜き取り手段により前記寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子が光を受けることに応じて発生する電流を表す前記所定の画素からの出力に基づいて、前記入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  4. 前記検出手段は、前記抜き取り手段により前記寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子が光を受けることに応じて発生する電流と、そのEL素子を含む画素の動作を切り替えるTFTが光を受けることに応じて発生する電流とを表す前記所定の画素からの出力に基づいて、前記入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  5. 印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL(Electroluminescence)素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置を制御する制御装置の制御方法において、
    所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷を抜き取る抜き取りステップと、
    前記抜き取りステップの処理により前記寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む前記所定の画素からの出力に基づいて、前記入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出ステップと
    を含むことを特徴とする制御方法。
  6. 印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL(Electroluminescence)素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムが記録されている記録媒体において、
    所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷の抜き取りを制御する抜き取り制御ステップと、
    前記抜き取り制御ステップの処理により前記寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む前記所定の画素からの出力に基づいて、前記入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出ステップと
    を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
  7. 印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL(Electroluminescence)素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
    所定の画素に含まれるEL素子に受光動作を行わせるとき、そのEL素子による直前の発光動作のときに寄生容量に充電された電荷の抜き取りを制御する抜き取り制御ステップと、
    前記抜き取り制御ステップの処理により前記寄生容量から電荷が抜き取られたEL素子を含む前記所定の画素からの出力に基づいて、前記入出力装置に対する外部からの光の入力を検出する検出ステップと
    を含むことを特徴とするプログラム。
  8. 印加される電圧に応じて発光動作と受光動作の切り替えが可能なEL(Electroluminescence)素子を含む画素からなるアクティブマトリクス駆動の入出力装置であって、
    各画素には、
    受光動作を行うとき、制御装置による制御に応じて、直前の発光動作のときにEL素子の寄生容量に充電された電荷を放電する放電手段と、
    外部から照射された光に応じて画素内で発生される電流を表す信号を出力する出力手段と
    が設けられることを特徴とする入出力装置。
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