JP4060757B2

JP4060757B2 - Liquid crystal display device with image reading function and image reading method

Info

Publication number: JP4060757B2
Application number: JP2003161580A
Authority: JP
Inventors: 隆史岡田; 義尚武富; 小川　　一文; 新三郎石川
Original assignee: 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2018-04-20
Also published as: JP2004029788A

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、およびそのような液晶表示装置を用いた画像読み取り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】
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。
【０００８】
しかしながら、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。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑み、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の提供を目的としている。
【００１０】
本発明の画像読み取り機能付き液晶表示装置は、画素電極と、画像信号を伝達するソースラインと、前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ゲートラインと、前記走査信号に応じて前記ソースラインと前記画素電極とを断接する第１のＴＦＴ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、前記走査信号に応じて前記ソースラインと前記受光素子とを断接する第２のＴＦＴと、前記画素電極に対向して設けられた対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に設けられた液晶と、を備える。前記第１及び第２のＴＦＴの閾値電圧は異なり、前記第１及び第２のＴＦＴと前記受光素子とは同時に作り込まれてなる画像読み取り機能付き液晶表示装置において、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。
【００１１】
これにより、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。しかも、カラーフィルタを設ける必要がないので、製造コストを低減することができるとともに、背面光源の光がカラーフィルタによって減衰されることがないので、背面光源の発光量を小さく抑え、消費電力を低減することもできる。
【００１８】
【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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
（ｅ）プラズマＣＶＤ法でＳｉＮ_X（例えばＳｉ₃ Ｎ₄）またはＳｉＯ₂ 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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
（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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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】

（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。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。
【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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】

【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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。
【００７８】
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ＳｉＯ₂ 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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
（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。
【００８２】
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。
【００８３】
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】

（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。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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。
【００８７】
（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。
【００８８】
（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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
（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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
（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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
（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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
（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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
（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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
（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】

【表５】

【表６】

【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
【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。
【０１２４】
すなわち、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。
【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
２６ＴＦＴ(L)
２７ＴＦＴ(D)
２８遮光電極
３１駆動回路部
３２シフトレジスタ
３３ＴＦＴ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
３５ｂＤ／Ａコンバータ
３６読み取り回路
３６ａＡ／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]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device with an image reading function including 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 image reading using such a liquid crystal display device. It is about the method.
[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 liquid crystal display device. Since high image quality can be easily obtained, it has been actively researched.
[0003]
On the other hand, in order to reduce the size of a document image reading device, the document is brought into close contact with a two-dimensionally arranged image sensor so that the image can be read without using the scanning mechanism of the document or the sensor unit. Things are known.
[0004]
Further, by combining an image display device and a reading device as described above to display an image and read an original image or the like to obtain image data, the entire device can be reduced in size and operability. Some improvements have been proposed.
[0005]
Specifically, in this type of device, as disclosed in, for example, Japanese Patent 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. The formed transparent substrate is arranged.
[0006]
Further, an apparatus capable of displaying and reading a color image includes a white light backlight source and a micro color filter in which a region that transmits red, green, or blue light is formed for each pixel. 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 done.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the read image often requires a higher pixel density than the display image.
[0008]
However, in the case of an apparatus that reads a color image with a micro color filter, image data of one color pixel can be obtained by combining three single pixels of red, green, and blue as described above. There is a problem that a color image cannot be read at a 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 amount of light. 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.
[0009]
An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device with an image reading function capable of obtaining a high reading pixel density and reducing the manufacturing cost and power consumption.
[0010]
The liquid crystal display device with an image reading function of the present invention includes a pixel electrode, A source line for transmitting an image signal, a gate line provided in a direction crossing the source line, and a first TFT for connecting and disconnecting the source line and the pixel electrode according to the scanning signal When, A light receiving element provided corresponding to each pixel electrode for detecting the amount of light reflected from the document; A second TFT for connecting and disconnecting the source line and the light receiving element in response to the scanning signal; A counter electrode provided to face the pixel electrode; a liquid crystal provided between the pixel electrode and the counter electrode; Is provided. The threshold voltages of the first and second TFTs are different, and the first and second TFTs and the light receiving element are formed at the same time. The liquid crystal display device with an image reading function further includes a plurality of back light sources that emit light of different colors, and when the image is displayed, the respective back light sources are selectively turned on sequentially, and the images of the respective colors are time-divided. By displaying the color image, when reading the image, the respective back light sources are selectively turned on sequentially to irradiate the light of each color onto the document and detect the amount of reflected light of each color from the document. Thus, a color image is read.
[0011]
As a result, the amount of reflected light can be detected by irradiating the document with light of a plurality of colors for each pixel, so that a color image can be read with a high pixel density. In addition, since it is not necessary to provide a color filter, the manufacturing cost can be reduced, and the light from the back light source is not attenuated by the color filter. You can also
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
As an example of the liquid crystal display device with an image reading function according to the first embodiment of the present invention, an example of a liquid crystal display device that is installed and used so that an image display surface is in a substantially horizontal direction will be described.
[0019]
(1) Overall configuration of the 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 described in detail later, a counter glass substrate 16 in which a liquid crystal layer 14 and a transparent counter electrode 15 are formed. , And a polarizing filter layer 17 are laminated. A backlight 18 is provided below the polarizing filter layer 11, and a touch panel unit 19 is provided above the polarizing filter layer 17.
[0020]
For example, when applied to an apparatus using an image display surface inclined such as a personal computer, the cross-sectional shape is L-shaped, U-shaped, or linear at the periphery of the image display area. A document guide or the like may be provided, or when the image is read, the display surface may be rotated so as to be substantially horizontal as shown in FIG.
[0021]
The liquid crystal layer 14 is formed by sealing 90 ° twisted nematic liquid crystal in a predetermined gap provided between the active matrix panel 13 and the transparent counter electrode 15. As this liquid crystal, one having a negative dielectric anisotropy is used, and the polarizing filter layer 11 and the polarizing filter layer 17 are such that the polarization direction of one polarizing filter layer and the alignment direction of the liquid crystal are parallel to each other, and When the polarization directions of the polarizing

filter layers

11 and 17 are arranged in a direction orthogonal to each other (crossed Nicols), when an electric field is applied, the liquid crystal layer 14 (more specifically, the polarizing

filter layers

11 and 17 and the liquid crystal layer). 14) is in a translucent state.
[0022]
The transparent counter electrode 15 is set to a predetermined potential Vp, but the potential Vp may be inverted every one horizontal scanning period or each one field period in order to reduce the driving voltage.
[0023]
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 a document is placed and automatically detect when the placement of the document is detected. Can be started, or the size of the placed document can be detected, and image data corresponding to this can be obtained.
[0024]
(2) Configuration of circuits formed on the active matrix panel 13
As shown in FIG. 2, the active matrix panel 13 includes a display / reading unit 21, a driving circuit unit 31 disposed around the display / reading unit 21, and a control unit 71 that controls operations of the driving circuit unit 31 and the backlight 18. Is provided. The control unit 71 may be provided outside the active matrix panel 13.
[0025]
The display / reading unit 21 is provided with a source line 22 and a gate line 23 in directions orthogonal to each other. Further, corresponding to each intersection of the source line 22 and the gate line 23, 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 27 is provided.
[0026]
Here, the TFT (L) 26 is formed in an n-channel TFT, while the TFT (D) 27 is formed in a p-channel TFT. That is, by applying a positive voltage VL or a negative voltage VD to the gate line 23, each can be controlled to be turned on independently. Although the polarities of the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 may be reversed, in general, the display speed can be increased by using the TFT (L) 26 connected to the transparent pixel electrode 24 as an n-channel. It becomes easy.
[0027]
The

source electrodes

26 a and 27 a of the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 are connected to the source line 22, and the

gate electrodes

26 b and 27 b are connected to the gate line 23.
[0028]
The drain electrode 26 c of the TFT (L) 26 is connected to the transparent pixel electrode 24, while the drain electrode 27 c 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.
[0029]
In order to improve the display image quality, a capacitive 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 the adjacent pixel. You may have it.
[0030]
The drive circuit unit 31 is provided with a shift register 32, a TFT control circuit 33, a shift register 34, a charging voltage output circuit 35, and a reading circuit 36.
[0031]
The shift register 32 sequentially shifts the pulse of the vertical synchronizing signal Vsynk inputted once every vertical scanning period in synchronization with the horizontal synchronizing signal Hsynk which is also a vertical clock, and outputs it to the TFT control circuit 33 as a timing signal. It is like that.
[0032]
The TFT control circuit 33 has a gate voltage Vg having a voltage VL (positive) or VD (negative) according to the timing signal and a TFT selection signal for instructing the selection of the TFT (L) 26 or TFT (D) 27. Are sequentially output to the gate lines 23 to turn on the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 for each horizontal scanning line.
[0033]
The shift register 34 sequentially shifts the pulse of the horizontal synchronizing signal Hsynk input once every horizontal scanning period in synchronization with the horizontal clock Hck, and 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.
[0034]
The charging voltage output circuit 35 includes a line memory 35a and a D / A converter (digital-analog converter) 35b.
[0035]
The line memory 35a holds display image data for each pixel for one horizontal scanning line in accordance with a timing signal from the shift register 34.
[0036]
The D / A converter 35 b outputs a source voltage Vs (for example, 0 to 6 V) corresponding to the display image data held in the line memory 35 a to the source line 22, and between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15. Alternatively, a predetermined charge is accumulated in the photodiode 25.
[0037]
On the other hand, the reading circuit 36 includes an A / D converter (analog-digital converter) 36a and a line memory 36b.
[0038]
The A / D converter 36a is connected to the source line 22, detects the exposure amount of the photodiode 25 by the reflected light from the document, and outputs read image data for each pixel. More specifically, for example, after the charge accumulated in the photodiode 25 is discharged by exposure of reflected light from the document by a predetermined voltage (for example, 5 to 6 V) output from the D / A converter 35b in advance, this discharge is performed. When a charge is replenished, the amount of charge required for the replenishment is detected, and digital data corresponding to this amount is output. It should be noted that the present invention is not limited to detecting the amount of charge required for charge replenishment, and the voltage across the photodiode 25 after the discharge may be detected.
[0039]
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 it according to the timing signal from the shift register 34. .
[0040]
(3) Specific configuration and manufacturing method of active matrix panel 13
For example, as shown in FIGS. 3 and 4, 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, and the like on a glass substrate 12. ing.
[0041]
The photodiode 25 is composed of

semiconductor layers

25a and 25b.
[0042]
The TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 include

source electrodes

26a and 27a,

gate electrodes

26b and 27b,

drain electrodes

26c and 27c, semiconductor layers 26d and 27d,

ohmic layers

26e and 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.
[0043]
The active matrix panel 13 as described above is manufactured, for example, as shown in FIG.
[0044]
(A) A 100 nm chromium layer 41 is deposited on the glass substrate 12 by sputtering.
[0045]
(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 constitute a gate line 23 in a cross section (not shown). The light shielding electrode 28 constitutes a wiring pattern on the anode side of the photodiode 25.
[0046]
(C) An ITO layer 42 which is a 100 nm transparent electrode is deposited on the glass substrate 12 by sputtering.
[0047]
(D) The ITO layer 42 is patterned by etching to form the transparent pixel electrode 24.
[0048]
(E) SiN by plasma CVD method _X (For example, Si _Three N _Four ) Or SiO ₂ After depositing a 400 nm gate insulating film 43 made of, for example, a portion above the light shielding electrode 28 and a portion above the contact portion 24a of the transparent pixel electrode 24 with the drain electrode 26c are removed.
[0049]
(F) A 100 nm amorphous silicon (a-Si) layer is deposited by plasma CVD, and a polycrystalline silicon (p-Si) layer is formed by crystallization using an excimer laser, and then patterned by etching. Then, semiconductor layers 26d and 27d for the TFT (L) 26 and TFT (D) 27 and a semiconductor layer 25a for the photodiode 25 are formed.
[0050]
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 the p-channel by implanting impurities such as boron. Form. In this case, instead of selectively implanting impurities, the n-channel semiconductor layer 26d, the p-channel semiconductor layer 27d, and the semiconductor layer 25a may be separately formed in two steps.
[0051]
(G) 50 nm

ohmic layers

26e and 27e are formed on the source and drain regions in the semiconductor layers 26d and 27d in the same manner as the semiconductor layers 26d. In addition, n is formed on the semiconductor layer 25a. ⁺ The photodiode 25 is formed by forming an ohmic layer 25b of p-Si.
[0052]
(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, and TFT (L) 26 and TFT (D) 27 are formed. .
[0053]
The

source electrodes

26a and 27a constitute the source line 22 in a cross section (not shown). The drain electrode 26 c of the TFT (L) 26 is connected to the contact portion 24 a of the transparent pixel electrode 24, while the drain electrode 27 c of the TFT (D) 27 is connected to the ohmic layer 25 b of the photodiode 25.
[0054]
Finally, a passivation film 44 is formed over the source electrode 26a, the drain electrode 26c, the semiconductor layer 26d, and the like.
[0055]
In the above manufacturing method, the display / reading unit 21 has been mainly described. However, particularly when the polycrystalline silicon process is used as described above, the transistors, wirings, and the like constituting the driving circuit unit 31 are the same. It can be easily built in the process at the same time. On the other hand, when using an amorphous silicon process, the driver IC may be mounted directly on the glass substrate 12 or may be mounted using a flexible substrate to configure the drive circuit unit 31.
[0056]
(4) Operation during image display
After the pulse of the horizontal synchronizing signal Hsynk is input to the shift register 34, when 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 is equivalent to one horizontal scanning line. The display image data is sequentially held, and the D / A converter 35 b outputs a voltage corresponding to each display image data to each source line 22.
[0057]
Further, after a pulse of the vertical synchronization signal Vsynk is input to the shift register 32, a vertical clock Vck (horizontal synchronization signal Hsynk) 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 voltage VL (positive) to the gate line 23 corresponding to the first horizontal scanning line.
[0058]
Therefore, each TFT (L) 26 connected to the gate line 23 is turned on, and a voltage output from the D / A converter 35b between each transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15 is determined. The electric charge is accumulated and an electric field is formed. That is, the portion of the liquid crystal layer 14 corresponding to each transparent pixel electrode 24 rotates the polarization plane of the light from the backlight 18 and enters a light-transmitting state with luminance corresponding to each display image data. This state is maintained until the drive pulse is applied again to the same gate line 23 in the next field.
[0059]
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 sequentially output for each pixel in one horizontal scanning line in synchronization with the horizontal clock Hck or the like. Also good.
[0060]
Thereafter, every time the horizontal synchronization signal Hsynk is input, the same operation is performed for each horizontal scanning line, thereby displaying an image for one screen.
[0061]
(5) Operation during image reading
When an image reading switch (not shown) is operated in a state where an original is placed on the liquid crystal display device and the placement of the original is detected by the touch panel unit 19, reading of the original image is performed as shown in Table 1 below. Is done.
[Table 1]

(A) The liquid crystal layer 14 corresponding to all the pixels is brought into a light-transmitting state by the same operation as in the image display.
[0062]
That is, a TFT selection signal for instructing the selection of the TFT (L) 26 is input to the TFT control circuit 33, and the gate voltage Vg = VL (positive) is output from the TFT control circuit 33 to the gate line 23, so that the TFT (L) 26 is turned on, and the source voltage Vs = VsLmax corresponding to the maximum luminance is output from the D / A converter 35 b to the source line 22, and charges are accumulated between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15. As a result, the liquid crystal layer 14 becomes translucent.
[0063]
(B) Predetermined charges are 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.
[0064]
That is, a TFT selection signal for instructing the selection of the TFT (D) 27 is input to the TFT control circuit 33, and the gate voltage Vg = VD (negative) is output from the TFT control circuit 33 to the gate line 23, so that the TFT (D). 27 is turned on, and as the display image data, data corresponding to a predetermined source voltage Vs = VsD applied to the photodiode 25 is input to the line memory 35a, and the predetermined source is supplied from the D / A converter 35b. The voltage Vs = VsD is output to the source line 22. Therefore, the photodiode 25 is in a state where a reverse bias is applied, and a predetermined charge is accumulated.
[0065]
The backlight 18 is turned off at least by this time.
[0066]
(C) Next, when the backlight 18 is turned on for a predetermined time, the light emitted from the backlight 18 is irradiated onto the document through the liquid crystal layer 14, and the photodiode 25 is exposed by the reflected light.
[0067]
Therefore, in the photodiode 25, charges that cancel the accumulated charges are generated according to the amount of incident light, and the amount of accumulated charges decreases. That is, the amount of stored charge decreases more as the brightness of the document image is higher (lightness is low), while the amount of stored charge does not decrease much in the portion where the lightness is low (density is high).
[0068]
(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, and the TFT (D) 27 is turned on, as in (b) above. 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.
[0069]
Therefore, the A / D converter 36a outputs read image data corresponding to the amount of decrease in the accumulated charge 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 in accordance with the timing signal from the shift register 34.
[0070]
In the above example, the liquid crystal layer 14 having a negative dielectric anisotropy is used, and the polarizing filter layer 11 and the polarizing filter layer 17 are arranged so that the polarization direction of one polarizing filter layer and the alignment direction of the liquid crystal are An example is shown in which the liquid crystal layer 14 is in a translucent state when an electric field is applied by arranging the polarization filter layers 11 and 17 in directions parallel to each other and in a direction orthogonal to each other (crossed Nicols). However, a liquid crystal having positive dielectric anisotropy is used, and the polarizing filter layer 11 and the polarizing filter layer 17 are arranged so that the alignment direction of the liquid crystal and the polarizing directions of the polarizing filter layers 11 and 17 are parallel to each other (paranicol). Even if it arrange | positions so that it may become, it is the same.
[0071]
When the liquid crystal layer 14 is configured to be in a translucent state when an electric field is applied in this way, the voltages VsLmax and VD applied to the transparent pixel electrode 24 and the photodiode 25 can be set equal to each other. In particular, when these source voltages Vs are directly supplied from a predetermined voltage source without using the D / A converter 35b, there are advantages such as simplifying the circuit by reducing the types of voltage sources. .
[0072]
On the other hand, a twisted nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy of 90 ° is used, and the polarizing filter layer 11 and the polarizing filter layer 17 are arranged so that the polarization directions are parallel to each other (Paranicol), or While using a liquid crystal having positive dielectric anisotropy, the polarizing filter layer 11 and the polarizing filter layer 17 may be arranged in a direction (cross Nicol) in which the polarization directions are orthogonal. That is, in this case, since the liquid crystal layer 14 is in a light-transmitting state when no electric field is applied, Vs = VsLmin is applied instead of the source voltage Vs = VsLmax, and the transparent pixel electrode 24 is transparently opposed. What is necessary is just to discharge the electric charge accumulated between the electrodes 15.
[0073]
Further, although the backlight 18 is turned off except during exposure, the backlight 18 may be kept lit when sufficient charge can be accumulated in the photodiode 25 even in the lit state. However, in this case, since each TFT (D) 27 begins to discharge as soon as it is turned off, reading is performed with an equal delay time from the time when each TFT (D) 27 is turned off, or the liquid crystal layer 14 is temporarily shielded from light. However, it is necessary to make the exposure time of each photodiode 25 the same, but the exposure time can be controlled more accurately than when the backlight 18 is turned on and off.
[0074]
Further, as shown in Table 2 below, after the charge is accumulated in the photodiode 25, the liquid crystal layer 14 may be in a translucent state. Also in this case, if the light shielding effect of the liquid crystal layer 14 is sufficient, the backlight 18 may remain 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 charges are accumulated in the photodiode 25 with the backlight 18 turned off, if there is not much influence from the light transmitted from the back side of the placed document, the photodiode 25 is shown in the same table. It is not always necessary to keep the liquid crystal layer 14 in a light-shielding state when accumulating electric charges.
[Table 2]

[0075]
In the above example, the image data is read by performing the operation of accumulating charges in one cycle of the photodiode 25, exposing the photodiode 25, and outputting the image data for all pixels. Although an example is shown, the image data may be read by repeating the operation of the above cycle for each pixel. That is, in the former case, since the image data is read by the operation of the above-described one cycle, a high reading speed can be obtained, whereas in the latter case, the light from the backlight 18 is emitted for each pixel. Since the document is irradiated, crosstalk due to the reflected light from the surrounding pixels in the document entering the photodiode 25 is prevented, and thus high resolution can be easily obtained. Alternatively, the image data may be read by repeating the above-described cycle operation for each pixel of one line along one source line 22 (or gate line 23). In this case, crosstalk in the direction perpendicular to the source line 22 (or gate line 23) is prevented, so that the resolution can be increased to some extent and the reading speed can be made relatively high. Furthermore, the resolution can be increased and the reading speed can be increased by repeating the operation of the above cycle for every plurality of pixels or every other line of pixels.
[0076]
In addition, the above constituent materials, the order of each step in the manufacturing process, the process conditions, and the like are examples, and the present invention is not limited to these.
[0077]
(Embodiment 2)
As another example of the active matrix panel 13 constituting the liquid crystal display device with an image reading function, a TFT (L) 26 and a TFT (D) 27 are formed on the 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 description, components having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
[0078]
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 TFT (L) 26 or 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 constitutes a wiring pattern on the anode side.
[0079]
Ohmic layers 26e and 27e,

source electrodes

26a and 27a, and

drain electrodes

26c and 27c are formed above the semiconductor layers 26d and 27d, and

gate electrodes

26b and 27b are formed via the gate insulating film 43. ing.
[0080]
By configuring the wiring pattern of the photodiode 25 with the light shielding electrode 28 in this manner, a liquid crystal display device having an image reading function can be manufactured in the same process as that of a normal liquid crystal display device. It can be easily achieved.
[0081]
(Embodiment 3)
The TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 are both formed in an n-channel TFT, 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. An example will be described.
[0082]
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. The TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 are both turned on. Such a threshold voltage can be set by various known methods, such as adjusting the concentration when impurities such as phosphorus are implanted into the semiconductor layers 26d and 27d.
[0083]
The liquid crystal display device with an image reading function including the TFT (L) 26 and the TFT (D) 27 as described above reads an original image as shown in Table 3 below.
[Table 3]

(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 is transparent. Charges are accumulated between the pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15, and the liquid crystal layer 14 corresponding to all the pixels is made transparent.
[0084]
At that time, the TFT (D) 27 is also turned on, and charges are similarly accumulated in the photodiode 25 by the source voltage Vs = VsLmax. Therefore, when VsLmax = VsD is set, the next photo The step of accumulating charges only in the diode 25 can be omitted.
[0085]
(B) When the gate voltage Vg satisfying 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 set. Charge accumulation is performed.
[0086]
The backlight 18 is turned off at least by this time.
[0087]
(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 lit for a predetermined time. Then, the light emitted from the backlight 18 is applied to the original through the liquid crystal layer 14, and the photodiode 25 is exposed by the reflected light. The photodiode 25 has an accumulated charge amount corresponding to the density of the original image.
[0088]
(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. Read image data is obtained.
[0089]
In the third embodiment, as described in the first embodiment, the exposure time of each photodiode 25 is made the same by reading the image data at the same timing as the charge accumulation. Thus, the backlight 18 may be kept on.
[0090]
In the configuration of 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 anode side potential 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 influence on the display image.
[0091]
If a reverse bias voltage is applied to the photodiode 25 in this way, the polarity of the source voltage Vs is inverted every horizontal scanning period in order to improve flickerlessness during image display and to improve image quality. It is also possible to apply a known method of inverting each of the adjacent source lines 22. That is, in this case, each photodiode 25 of each pixel is connected so as to be reverse-biased according to the applied source voltage Vs, or the source voltage Vs is positive or negative as shown in FIG. However, the photodiode 25 may be connected so as to be reverse biased.
[0092]
Note that it is possible to contribute to an improvement in display response speed by applying a negative voltage to the anode side of the photodiode 25.
[0093]
Further, as shown in FIG. 9, if the 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 image display, the influence on the display image is theoretically eliminated. be able to. In this case, if the wiring connected to the anode side of the photodiode 25 is provided independently for each source line 22, or if all the wirings on the anode side are made common, the charging voltage output circuit 35 is provided. The source voltage Vs is alternatively applied to each source line 22 sequentially, while the other source lines 22 are in a high impedance state.
[0094]
In each of the above embodiments, the transparent counter electrode 15 is formed on the counter glass substrate 16. However, the present invention is not limited to this. For example, as schematically shown 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.
[0095]
In addition, the charge accumulation between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 15 at the time of image reading or in the photodiode 25 is performed by applying the same voltage to all the pixels, unlike in the case of normal image display. Therefore, it is possible to output the drive pulse to all the gate lines 23 at the same time to accumulate the charges.
[0096]
The light receiving element is not limited to the photodiode 25, and various charge storage type light receiving elements are applicable. Further, even if a photosensor other than the charge storage type is used, the original image can be read similarly. In this case, the step of accumulating charges prior to exposure is not necessary, and the A / D converter 36a detects a voltage across the light receiving element, detects a current flowing through the light receiving element, and the like. Can be used.
[0097]
Further, the display and reading of the image are not limited to being performed over the entire screen, and the display and reading of the image may be performed simultaneously by dividing the display area and the reading area. That is, when the backlight 18 is always turned on as described above or when the turn-off time of the backlight 18 is set short, the image display operation or image reading is performed for each area. By performing the operation, it is possible to display and read an image. Further, the image reading area may be set in advance, or an area where the placement of the document is detected by the touch panel unit 19 may be set as the reading area.
[0098]
(Embodiment 4)
An example of a liquid crystal display device capable of displaying and reading a color image will be described.
[0099]
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 counter glass substrate 16 and the transparent counter 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).
[0100]
With this configuration, a color image is displayed and read by the same operation as 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 mixing. Further, for each transparent pixel electrode 24, red, blue, or green light is irradiated 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. Image data is read.
[0101]
Even in the case of configuring such a color 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 as in the case of the monochrome liquid crystal display device. Since a gate line dedicated for the TFT (D) 27 is not required, the effective display area of the image can be increased and high visibility can be obtained.
[0102]
In this liquid crystal display device, one pixel (color pixel) of a predetermined color is configured by additive color mixing 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. The pixel density (substantial display and reading pixel density) is 1/3 of the pixel density in the monochrome liquid crystal display device.
[0103]
(Embodiment 5)
Even when the pixel density of the color pixels is equal to the pixel density of the single pixel, that is, when the size of the transparent pixel electrode 24 is the same as that of the monochrome liquid crystal display device, for example, the same color as the pixel density of the monochrome liquid crystal display device An example of a liquid crystal display device capable of obtaining the pixel density of pixels will be described.
[0104]
In this liquid crystal display device, as shown in FIG. 12, the backlight 18 includes monochromatic light sources 18 a to 18 c that emit monochromatic light of red, blue, or green, respectively. These monochromatic light sources 18a to 18c are controlled to be turned on and off independently by a control unit (not shown). Other configurations are the same as those of the monochrome liquid crystal display device.
[0105]
Hereinafter, an operation at the time of image display and an operation at the time of image reading will be described.
[0106]
(1) Operation during image display
The red, blue, and green monochromatic light sources 18a to 18c are selectively turned on sequentially, and the same display as that of the monochrome image display device is performed in each lighting period based on the display image data of red, blue, or green, respectively. Operation is performed. That is, for each single pixel, red, blue, and green components are displayed in a time-sharing manner, and a color image is displayed by a visual afterimage effect. In this way, by displaying each color image in a time division manner using the single color 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.
[0107]
(2) Operation during image reading
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. Data is read. More specifically, first, a red monochromatic light source 18a is used, and red light is irradiated onto the original through all the transparent pixel electrodes 24, and a reflected light amount corresponding to a red component in the original image is detected. Next, a blue monochromatic light source 18b is used to read a blue component image, and a green monochromatic light source 18c is used to read a green component image. Thus, the color image data is read by repeating the reading operation three times for the single color light sources 18a to 18c. In this way, by sequentially using the monochromatic light sources 18a to 18c, images of red, blue, and green components are read for each single pixel, so that the pixel density is three times that when using a micro color filter. Can read a color image.
[0108]
As in the case of 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, and a gate line dedicated for the TFT (D) 27 is required. In this case, it is possible to increase the effective display area of the image and obtain high visibility. However, even when a gate line dedicated for the TFT (D) 27 is provided, the effect of increasing the pixel density is obtained in the same manner. It is done.
[0109]
(Embodiment 6)
An example of a liquid crystal display device including a micro color filter and having a high reading pixel density will be described.
[0110]
As shown in FIG. 13, this 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 produce a color image. Is provided with a display area 61a for illuminating the display and an illumination area 61b for illuminating the original by transmitting light of all colors.
[0111]
The transparent counter electrode 15 is divided into a display counter electrode 15a and an illumination counter electrode 15b, which are connected to each other, in a region corresponding to the display region 61a or the illumination region 61b of the micro color filter 61. Yes. The illumination counter electrode 15b is connected to the display counter electrode 15a by a switch 62 controlled by a control circuit (not shown) or is in a high impedance state. Note that it is not always necessary to connect the display counter electrode 15a to the predetermined potential.
[0112]
On the other hand, the transparent pixel electrode 24 formed on the glass substrate 12, as shown in FIGS. 14 and 15, is connected to the TFT (L) 26 in the same manner as the transparent pixel electrode 24 in the monochrome liquid crystal display device. The pixel electrode 24 a for illumination and the pixel electrode 24 b for illumination connected to the source line 22 are divided.
[0113]
Further, the backlight 18 includes monochromatic light sources 18a to 18c that emit monochromatic light of red, blue, or green, respectively, as in the fifth embodiment.
[0114]
Other configurations are the same as those of the monochrome liquid crystal display device.
[0115]
Hereinafter, an operation at the time of image display and an operation at the time of image reading will be described.
[0116]
(1) Operation during image display
At the time of 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 so that the illumination counter electrode 15b is kept in a high impedance state, and regardless of the potential of the illumination pixel electrode 24b, that is, the potential of the source line 22, the illumination counter electrode 15b and the illumination pixel electrode 24b During this period, no charge is 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 no voltage is applied to the liquid crystal layer 14 is configured, the lighting counter electrode 15b is not in a high impedance state, and the absolute value is sufficient. A large predetermined voltage may be applied.
[0117]
In this state, a color image is displayed by performing the same operation as in the fourth embodiment. That is, the display pixel electrode 24a, the liquid crystal layer 14, and the micro color filter 61 are operated in the same manner as in the fourth embodiment except that the light incident on the illumination pixel electrode 24b is always blocked. A color image is displayed by additive color mixing of light transmitted through the display area 61a.
[0118]
In this liquid crystal display device, the aperture ratio is slightly reduced because the portion of the pixel electrode for illumination 24b in the pixel is in a light-shielded state, but 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.
[0119]
(2) Operation during image reading
When reading an image, as shown in Tables 4 to 6 below, operations different from the operations of the monochrome liquid crystal display device are performed as follows. However, as for the illumination of the document, as in the fifth embodiment, red, blue, and green monochromatic light sources 18a to 18c are sequentially used.
[Table 4]

[Table 5]

[Table 6]

[0120]
That is, in the steps in which charges are accumulated 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 and the display pixel are displayed. The electric charge between the counter electrode 15a and the counter electrode 15a is discharged, and the portion of the display pixel electrode 24a in the pixel is in a light-shielded state. Thus, the action of transmitting only red, blue, or green light in the display region 61a in the micro color filter 61 does not affect the reading of the image.
[0121]
In the step where the photodiode 25 is exposed by the reflected light from the document, 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 through the source line 22, and the portion of the illumination pixel electrode 24b in the pixel becomes translucent. Therefore, since the illumination region 61b of the micro color filter 61 transmits light of all colors as described above, the single color emitted from any one of the red, blue, and green single-color light sources 18a to 18c. The light is also irradiated onto the document as it is. 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. As a result, the image data of each color component in the original image is read.
[0122]
As described above, when displaying an image, a color image is displayed by additive color mixing of three single pixels using a micro color filter, while when reading an image, red, blue, and green single colors are used for each single pixel. By reading the components of each color using the light sources 18a to 18c, it is possible to read a document image with a pixel density three times that at the time of display.
[0123]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form as described above, and has the following effects.
[0124]
In other words, by providing a plurality of back light sources that emit light of different colors, it is possible to detect the amount of reflected light by irradiating the document with light of a plurality of colors for each pixel. The image can be read.
[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.
2 is an explanatory diagram illustrating a circuit configuration of an active matrix panel 13 according to Embodiment 1. FIG.
3 is a plan view showing a specific configuration of an active matrix panel 13 according to Embodiment 1. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along arrows AA and BB in FIG. 3;
5 is an explanatory diagram showing a method of 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 Embodiment 2. FIG.
7 is a cross-sectional view taken along arrows AA and BB in FIG. 6;
8 is a circuit diagram showing a modification of the liquid crystal display device with an image reading function of Embodiment 3 (another connection example of the photodiode 25). FIG.
FIG. 9 is a circuit diagram showing another modification of the liquid crystal display device with an image reading function according to the third embodiment (an example in which a source voltage is applied to the anode side of a photodiode 25).
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example in a case where an in-plane switching type liquid crystal display device is configured;
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 showing 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 illustrating 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 Embodiment 6. FIG.
15 is a cross-sectional view taken along arrows AA and BB in FIG. 14;
[Explanation of symbols]
11 Polarizing 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 illumination
16 Opposed glass substrate
17 Polarizing 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 / reading unit
22 Source line
23 Gate line
24 Transparent pixel electrode
24a Display pixel electrode
24b Pixel electrode for illumination
25 photodiode
26 TFT (L)
27 TFT (D)
28 Light-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

A pixel electrode;
A source line for transmitting image signals;
A gate line provided in a direction crossing the source line and transmitting a scanning signal;
A first TFT that connects and disconnects the source line and the pixel electrode in response to the scanning signal;
A light receiving element that is provided corresponding to each pixel electrode and detects the amount of light reflected from the document ;
A second TFT for connecting and disconnecting the source line and the light receiving element according to the scanning signal;
A counter electrode opposed to the pixel electrode,
And a liquid crystal disposed between the opposing electrode and the pixel electrode,
In the liquid crystal display device with an image reading function in which the threshold voltages of the first and second TFTs are different and the first and second TFTs and the light receiving element are formed at the same time ,
A plurality of back light sources each emitting light of a different color,
When displaying an image, each of the back light sources is selectively turned on sequentially to display a color image by displaying each color image in a time-sharing manner,
At the time of image reading, each of the back light sources is selectively turned on sequentially, light of each color is irradiated on the document, and a color image is read by detecting the amount of reflected light of each color from the document. A liquid crystal display device with an image reading function.

A pixel electrode;
A source line for transmitting image signals;
A gate line provided in a direction crossing the source line and transmitting a scanning signal;
A first TFT that connects and disconnects the source line and the pixel electrode in response to the scanning signal;
A light receiving element that is provided corresponding to each pixel electrode and detects the amount of light reflected from the document ;
A second TFT for connecting and disconnecting the source line and the light receiving element according to the scanning signal;
A counter electrode opposed to the pixel electrode,
A liquid crystal provided between the counter electrode and the pixel electrode,
A plurality of back light sources each emitting light of different colors ,
The first and second TFTs have different threshold voltages, and the image reading method using the liquid crystal display device with an image reading function in which the first and second TFTs and the light receiving element are formed at the same time. ,
A step of displaying a color image by displaying each color image in a time-sharing manner by selectively turning on each of the back light sources in order when displaying the image; and
A step of selectively turning on each of the back light sources in order to irradiate the original with light of each color and detecting a reflected light amount of the light of each color from the original when reading the image. An image reading method characterized by the above.