本発明は、自発光素子を用いた表示機能と、該自発光素子及び撮像素子を用いた読み取り機能を有する表示装置に関する。また表示面を表裏に有する表示装置に関する。
近年、表示装置として、液晶ディスプレイに代わり、エレクトロルミネッセンス素子等を代表とする発光素子を用いた表示装置の研究開発が進められている。この表示装置は、自発光型ゆえの高画質、広視野角、バックライトを必要としないことによる薄型、軽量等の利点を活かして、幅広く利用されている。そして、発光素子を用いた表示装置に、撮像素子も集積させて、表示機能及び読み取り機能を有する表示装置がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2002-176162号公報
また、表示面を有する電子機器のうち、携帯端末は特に普及が進み、さらなる高機能化、高付加価値化が求められている。従って、メインの表示面に加え、サブの表示面を有する携帯端末が開発されている。
メインの表示面に加え、サブの表示面を設けた電子機器は、バックライト等を含むモジュールが占める容積に加え、それらを駆動するコントロールIC等が占める容積も無視できないものになる。特に最近提供されている携帯端末は、軽薄短小化が著しく、高付加価値化とのトレードオフとなっている。
また、サブの表示面を設けた携帯端末は、表示面が表裏に背中合わせになっているため、折角2つの表示面を具備しているにも関わらず、携帯電話機を開けた状態、又は閉じた状態の両方の状態において、排他的に一方しか利用することができなかった。また、折り畳み型の電子機器の場合、内側の表示面を確認するためには、畳んだ状態から開いた状態にしなければならず、不便を感じることが多かった。
そこで本発明は、表裏に表示面を有し、且つ撮像素子を組み込むことで読み取り機能を有し、なお且つ容積が小さいパネルを用いることで、高機能化及び高付加価値化を実現した表示装置及び電子機器を提供することを課題とする。また、折り畳み型の電子機器において、開閉しなくても、表示面を確認することができる電子機器を提供することを課題とする。
上述した従来技術の課題を解決するために、本発明においては以下の手段を講じる。
本発明は、透光性を有する基板の一表面にマトリクス状に配置された複数の画素及び第1の表示面を有し、前記一表面と反対の表面に第2の表示面を有し、前記複数の画素の各々は、トランジスタ及び撮像素子、並びに前記基板の一表面及び前記一表面と反対の表面に発光する発光素子を有することを特徴とする。
また、前記表示装置は、前記第1又は前記第2の表示面において、通常表示、水平反転表示、180°回転表示及び垂直反転表示から一つを選択して表示する切り換え回路を有する。この切り換え回路は、上記の各表示の切り換えを任意にかつ簡単に行うことを可能にするものであり、これは、使用者が見る向きに応じた表示を簡単に見るために設けられる。
本発明は、透光性を有する基板の一方の面側にトランジスタを有し、前記トランジスタの上方に、前記基板の一表面及び前記一表面と反対の表面に光を発する発光素子を有し、前記発光素子の上方に、撮像素子を有し、前記基板の一方の面側に第1の表示面を具備し、前記基板の他方の面側に第2の表示面を具備することを特徴とする。
本発明は、透光性を有する基板の一方の面側にトランジスタ及び撮像素子を有し、前記トランジスタ及び前記撮像素子の上方に、前記基板の一表面及び前記一表面と反対の表面に光を発する発光素子を有し、前記基板の一方の面側に第1の表示面を具備し、前記基板の他方の面側に第2の表示面を具備することを特徴とする。
上記のように、トランジスタ、発光素子及び撮像素子の位置関係としては、主に、撮像素子を発光素子の上方の層に形成する場合と、撮像素子をトランジスタと同じ層に形成する場合が挙げられる。なお、撮像素子を構成する半導体としては、光導電率が優れていることから、非晶質半導体を用いることが好適である。また、撮像素子を構成する各半導体は、縦接合又は横接合で形成される。
さらに、上記発明を有する本発明は、前記発光素子から発せられた光は被写体において反射して、前記撮像素子に照射されることを特徴とする。このようにして、読み取り機能を用いることができる。また、この撮像素子とは、入射光に応答して、信号電荷を発生する素子に相当し、例えば、CCDイメージセンサ、MOSイメージセンサ、CMD、チャージインジェクションデバイス、バイポーラ型イメージセンサ、光導電膜イメージセンサ、密着型イメージセンサ、積層型CCD、赤外イメージセンサ等に相当する。
本発明における表示装置の第1及び前記第2の表示面は、偏光方向が異なる少なくとも2枚の偏光板により挟まれていることを特徴とする。また、前記2枚の偏光板の一方又は両方には複数の開口部が設けられていることを特徴とする。この開口部は、読み取り精度の向上のため、撮像素子の上方に設けられる。
上記構成を有する本発明は、表裏に表示面を有し、且つ撮像素子を組み込むことで読み取り機能を有し、なお且つ容積が小さいパネルを用いることで、高機能化及び高付加価値化を実現した表示装置及び電子機器を提供することができる。また、折り畳み型の電子機器において、開閉しなくても、表示面を確認することができる電子機器を提供することができる。
また、本発明の表示装置に具備される発光素子は、被写体の情報を読み取る際の光源としての役割と、画像を表示する役割の2つの役割を果たす。そして、本発明の表示装置は、被写体の情報を読み取るイメージセンサ機能と、画像を表示する表示機能の2つの機能を有する。このような2つの機能を有しているにも関わらず、イメージセンサ機能を用いる際には通常必要である光源や光散乱板を別個に設ける必要がないため、大幅な小型化、薄型化及び軽量化が実現する。
上記構成を有する本発明は、表裏に表示面を有し、且つ撮像素子を組み込むことで読み取り機能を有し、なお且つ容積が小さいパネルを用いることで、高機能化及び高付加価値化を実現した表示装置及び電子機器を提供することができる。また、折り畳み型の電子機器において、開閉しなくても、表示面を確認することができる電子機器を提供することができる。
また、本発明の表示装置に具備される発光素子は、被写体の情報を読み取る際の光源としての役割と、画像を表示する役割の2つの役割を果たす。そして、本発明の表示装置は、被写体の情報を読み取るイメージセンサ機能と、画像を表示する表示機能の2つの機能を有する。このような2つの機能を有しているにも関わらず、イメージセンサ機能を用いる際には通常必要である光源や光散乱板を別個に設ける必要がないため、大幅な小型化、薄型化及び軽量化が実現する。
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。また、以下の形態において、スイッチ素子や駆動素子として、結晶質半導体又は非晶質半導体を用いたトランジスタを例として挙げるが、本発明はこれに特に限定されない。例えば、有機材料、単結晶、カーボンナノチューブを用いたトランジスタ等を同様に用いてもよい。また、以下の形態において、撮像素子として、PIN接合を有するフォトダイオードを例として挙げるが、撮像素子とは、入射光の応答して信号電荷を発生する素子を指し、例えば、PN接合のフォトダイオード、CCDイメージセンサ、MOSイメージセンサ、CMD、チャージインジェクションデバイス、バイポーラ型イメージセンサ、光導電膜イメージセンサ、密着型イメージセンサ、積層型CCD、赤外イメージセンサ、電圧を上げて電子のなだれ現象を利用することで高感度にしたアバランツェダイオード(APD)等を用いてもよい。
また、本発明における表示装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、光源(照明装置含む)を含む。また、発光素子を有する画素部及び駆動回路を基板とカバー材との間に封入したパネル、前記パネルにFPCが取り付けられたモジュール、該FPCの先にドライバICが設けられたモジュール、パネルにCOG方式等によりドライバICが実装されたモジュール、モニターに用いるディスプレイなどを範疇に含む。
本実施の形態では、表裏に表示面(表示画面)を有し、且つ撮像素子が集積された本発明の表示装置の断面構造について、図1、2を用いて説明する。
まず、縦接合の撮像素子113が発光素子108の上方の層に形成された場合について図1(A)を用いて説明する。図1(A)において、透光性を有する基板100上に、結晶質半導体(ポリシリコン、ポリクリスタル)を含む駆動用トランジスタ102、第1の電極(画素電極)105、電界発光層106及び第2の電極(対向電極)107が設けられる。第1の電極105、電界発光層106及び第2の電極107の積層体が発光素子108に相当する。
本発明では、第1の電極105及び第2の電極107は透光性を有する材料により形成されることを特徴とする。従って、発光素子108は、基板100に向かう第1の方向と、第1の方向とは反対の第2の方向に発光し、2つの表示領域を有する。なお、第1の電極105及び第2の電極107を構成する透光性材料とは、ITO等の透明導電膜、又は光を透過できる厚さで形成されたアルミニウム等を用いたものを指す。また、基板100と、撮像素子113の上方に設けられる対向基板120も透光性を有することを特徴とする。
透光性を有する基板100上には、トランジスタ101、N型半導体110、I型半導体(真性半導体)111及びP型半導体112が設けられている。N型半導体110、I型半導体111及びP型半導体112の積層体が撮像素子113に相当する。I型半導体111は何もドープしていない純度の高い半導体である。
図1(A)に示す構成では、基板100上に、トランジスタ101と駆動用トランジスタ102が設けられ、これらの素子を覆うように絶縁膜140が設けられる。絶縁膜140上には、発光素子108の土手として機能する絶縁膜141が設けられ、当該絶縁膜141上には絶縁膜142が設けられ、当該絶縁膜142上には絶縁膜143が設けられる。発光素子108は絶縁膜140上に設けられ、撮像素子113は絶縁膜142上に設けられる。
次に、横接合の撮像素子103が結晶質半導体を含むトランジスタと同じ層に形成された場合を図1(B)に示す。図1(B)において、透光性を有する基板100上に、駆動用トランジスタ102、発光素子108が設けられている点は図1(A)と同じであるため、ここでは説明を省略する。そして、駆動用トランジスタ102と同じ層にN型半導体115、I型半導体116及びP型半導体117が設けられ、これらの半導体を有する素子が撮像素子103に相当する。
次に、横接合の撮像素子113が非晶質半導体(アモルファスシリコン)でチャネル部を形成するトランジスタと同じ層に形成された場合を図2に示す。図2において、透光性を有する基板100上に非晶質半導体を含む駆動用トランジスタ104、第1の電極105、電界発光層106及び第2の電極107が設けられる。そして、駆動用トランジスタ104と同じ層にN型半導体110、I型半導体111及びP型半導体112が設けられ、これらの積層体が撮像素子113に相当する。
図1(B)に示す構成では、基板100上に、駆動用トランジスタ102と撮像素子103が設けられ、これらの素子を覆うように絶縁膜144が設けられる。絶縁膜144上には、土手として機能する絶縁膜145が設けられる。
なお、発光素子と直列に接続された駆動用トランジスタは、電流能力の向上から、チャネル幅W/チャネル長L=1〜100(好ましくは5〜20)に設定することが好適である。具体的には、チャネル長を5〜15μm、チャネル幅Wを20〜1200μm(好ましくは40〜600μm)に設定することが好適である。なお、チャネル幅Wとチャネル長を上記のように設定すると、画素内におけるトランジスタの占有面積が大きくなってしまう場合があるため、そのような場合には、発光素子は基板100と反対の方向に出射する上面出射を行うことが好ましい。
また、上記のように、非晶質半導体を含むトランジスタを画素内に配置する場合、駆動回路も非晶質半導体を含むトランジスタで作成することは難しい。そこで、駆動回路として、ドライバICをTAB方式やCOG方式により実装させることが好適である。
上記の通り、撮像素子を構成する各半導体は、縦接合(図1(A)、図2)又は横接合(図1(B))で形成される。また、トランジスタ、発光素子及び撮像素子の位置関係としては、撮像素子を発光素子の上方の層に形成する場合(図1(A))、撮像素子をトランジスタと同じ層に形成する場合(図1(B)、図2)が挙げられる。また図示していないが、撮像素子を発光素子の下方の層に形成してもよい。上記のいずれの場合においても、トランジスタの上方に発光素子を形成する点は変わらない。なお、撮像素子を構成する半導体としては、光導電率が優れていることから、非晶質半導体を用いることが好適である。
上記構成を有する本発明の表示装置は、表裏に表示画面を有し、高機能化、高付加価値化を実現した表示装置及び電子機器を提供することができる。また、本発明の表示装置は、光源として発光素子、イメージセンサ素子として撮像素子を用いる。発光素子及び撮像素子は同一の基板上に配置され、発光素子から発せられる光は、被写体において反射して、その反射した光は撮像素子に入射する。そうすると、撮像素子の両電極間の電位差は変化し、その変化した電位差に応じて両電極間に電流が流れ、その流れた電流量を検知することで、被写体の情報を得ることができる。そして、その得られた情報は、発光素子により表示される。つまり、発光素子は、被写体の情報を読み取る際の光源としての役割と、画像を表示する役割の2つの役割を果たす。そして、本発明の表示装置は、被写体の情報を読み取るイメージセンサ機能と、画像を表示する表示機能の2つの機能を有する。このような2つの機能を有しているにも関わらず、イメージセンサ機能を用いる際には通常必要である光源や光散乱板を別個に設ける必要がないため、大幅な小型化、薄型化及び軽量化が実現する。
本実施例について、図14、16を用いて説明する。まず、本発明の表示装置の表裏に偏光板を配置する実施例について説明する(図14(A))。つまり、パネル401の表裏に偏光板403と偏光板405を配置する実施例について説明する。この場合、表裏に配置した2枚の偏光板は光の偏光方向が直交するように配置することで外光を遮断することができる。また、発光素子から発せられる光は1枚の偏光板のみを通過するため、表示を行うことができる。上記構成により、発光素子が点灯している部分以外は、非点灯となりどちらの側から見ても背景が透けて見えることがない。但し、発光素子から発せられる光は、偏光板を介することによって、光の減衰が生じてしまう。従って、読み取り機能を用いる場合、通常よりも発光輝度を高く設定するとよい。
また、読み取り精度の向上のため、偏光板403に開口部404を設けてもよい(図14(B))。このときの断面構造は、図14(C)に示す通りである。この構成は、被写体130から反射した光が、偏光板403により減衰されることがないため、読み取り精度が向上する。
なお、本実施例では、一枚の偏光板(偏光板403)にのみ開口部404を設けたが、本発明はこれに限定されない。表裏に設けられた各偏光板に開口部を設けてもよい。また、開口部の形状は、円状、矩形状等のどのような形状でもよく、また、そのサイズも特に限定されない。但し、開口部は、撮像素子103の上方に設けることが好適であり、また、撮像素子の形状と同様の形状が好適である。この開口部は、偏光板を通常の工程で作成後に物理的手段により形成するか、又はフォトリソグラフィ技術を用いて形成してもよい。
次に、画素電極に開口部を設ける実施例について説明する。画素部201には、マトリクス状に複数の画素202が配置され、該画素202には画素電極105が配置される(図16(B)(C))。各画素電極105は、開口部406を有する。開口部406を設ける箇所は、特に限定されず、中央部に設けたり(図16(B))、端部に設けたりするとよい(図16(C))。また、画素電極105に設ける開口部406は、偏光板403に設ける開口部404と重なるようにし、さらに、開口部404、406の下部に撮像素子103を設けるとよい。つまり、画素電極105に複数の開口部406を設ける場合は、一画素に複数の撮像素子103が設けられることになる。
なお、上記の断面構造では、基板100上に、駆動用トランジスタ102と撮像素子103が設けられ、これらの素子を覆うように絶縁膜146が設けられる。絶縁膜146上には、絶縁膜147が設けられ、当該絶縁膜147上には、土手として機能する絶縁膜148が設けられる。
なお、上記の断面構造では、画素電極105と偏光板403の両者に開口部が設けられているが、本発明はこれに限定されない。画素電極105のみ又は偏光板403のみに開口部を設けてもよい。また、画素電極105と偏光板403の一方又は両方に開口部を設ける場合でも、全ての画素に規則的に設けずに、数画素毎に設けたり、一部の領域のみに設けたりしてもよい。この開口部をどのように設けるかは、表示機能を用いる際の明るさや、読み取り機能を用いる際の読み取り精度とのトレードオフの関係になるため、本発明の表示装置の用途に従って設定するとよい。
本実施例は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
本実施例は、発光素子を含む副画素と、撮像素子を含む副画素の配置の方法について、図3、15を用いて説明する。
本発明の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素202を有する画素部201を具備し(図3(A))、各画素202は、発光素子を含む副画素と、撮像素子(センサ)を含む副画素を具備する。各画素202の形態は様々であり、例えば、RGBの各色の光を発する発光素子を含む副画素3個と、撮像素子を含む副画素3個の合わせて6個の副画素を1画素とする場合(図3(B))、RGBの各色の光を発する発光素子を含む副画素3個と、撮像素子を含む副画素の合わせて4個の副画素を1画素とする場合(図3(C))、白色の光を発する発光素子を含む副画素と、撮像素子を含む副画素の合わせて2個の副画素を1画素とする場合(図3(D))が挙げられる。また、RGBの各色の光を発する発光素子を含む副画素3個と、撮像素子を含む副画素6個の合わせて9個の副画素を1画素とする場合(図15(A)(B))、白色の光を発する発光素子を含む副画素1個と、撮像素子を含む副画素6個の合わせて7個の副画素を1画素とする場合(図15(C))が挙げられる。図15(A)(B)は、構成する副画素の個数は同じであるが、撮像素子を含む副画素の占有面積が異なる場合を示す。
本発明は、上記のいずれの場合を用いてもよく、センサの感度や、表示面の明るさなどを考慮にいれて選択するとよい。勿論、撮像素子を含む副画素の個数が多い方が、読み取り精度は向上する。また、撮像素子を含む副画素は、その占有面積の小さいものを多数設けた方が読み取り精度は向上する。
なお、図3(B)(C)、図15(A)(B)に示す画素はカラー表示を行い、図3(D)、図15(C)に示す画素はモノクロ表示を行う。モノクロ表示を行う表示機能を有する場合、その読み取り機能はモノクロに限定される。一方、カラー表示を行う表示機能を有する場合、その読み取り機能はモノクロ又はカラーとなる。なお、被写体の情報をカラーで読み取る際には、RGBの各色に対応した発光素子を順番に点灯させて、各々で被写体の情報を読み取る。その後、RGBの各色における読み取った情報を合成し、この合成された情報を用いると、カラー画像の表示を行うことができる。
次に、発光素子を含む副画素と、撮像素子を含む副画素を1画素としたときの等価回路図を図3(E)に示す。図3(E)において、発光素子214を含む副画素219と、撮像素子218を含む副画素220を1画素202とする。そして、列方向に信号線224、電源線226、信号線245、電源線227が配置され、行方向に走査線221、222、223が配置される。副画素219は、スイッチング用トランジスタ211、駆動用トランジスタ212及び容量素子213を含み、副画素220は、スイッチング用トランジスタ215、バッファ用トランジスタ216及びリセット用トランジスタ217を含む。なお、上記の等価回路図はあくまで一例であり、各副画素の構成は、上記記載に限定されない。公知の回路構成を用いることができる。
続いて、発光素子を用いたフルカラー化の手法について、図4を用いて説明する。まず、RGB塗り分け方式について、図4(A)を用いて説明する。この方式は、基板251上に形成された電極252と、電極253の間にRGBの各色の光を発光する材料を使用することで、直接RGBの発光を得るものである。この方式は、構造が簡単であり、他の方式と比較して発光効率が高いため、低消費電力であるという長所を有する。
次に、色変換(CCM)方式について、図4(B)を用いて説明する。この方式は、基板251上に形成された電極252と、電極253の間に青色の光を発光する材料を使用し、かつ青色の光を色変換層254で色変換を行って、RGBの発光を得るものである。この方式は、青色の光を発光する材料を全面に形成すればよく、作製工程の面で長所を有する。
次に、カラーフィルタ方式について、図4(C)を用いて説明する。この方式は、基板251上に形成された電極252と、電極253の間に白色の光を発光する材料を使用し、かつ白色の光をカラーフィルタ255に介することによって、RGBの発光を得るものである。但し、この白色の光は、発光素子の両電極間に挟まれた層を工夫する必要があり、例えば、RGBの各発光材料の積層構造や、青とオレンジの各発光材料の積層構造を採用するとよい。この方式は、液晶表示装置の技術が使用できるという長所を有する。
本発明の両面表示パネル250は、図4(D)に示すように、発光素子や撮像素子が集積された基板の一方の面側に第1の表示面を有し、他方の面側に第2の表示面を有する。第1及び第2の表示面は、モノクロ表示及びカラー表示のいずれかの表示を行うが、発光素子が有する発光材料や、カラーフィルタを含むか否かによって、下記に挙げるような5つの場合が挙げられる。これらの場合について、図4(E)を用いて説明する。
第1の場合として発光素子から得られる光は白色である場合が挙げられる。この場合、第1及び第2の表示面はモノクロ表示を行う。なお、図示していないが、この場合、発光素子から得られる光は単色であればよく、例えば、RGBのいずれかの光でも構わない。
第2の場合として発光素子から得られる光は白色であり、前記基板の一方の面側にカラーフィルタを有する場合が挙げられる。この場合、第1の表示面はモノクロ表示を行い、第2の表示面はカラー表示を行う。
第3の場合として発光素子から得られる光は白色であり、前記基板の他方の面側にカラーフィルタを有する場合が挙げられる。この場合、第1の表示面はカラー表示を行い、第2の表示面はモノクロ表示を行う。
第4の場合として発光素子から得られる光は白色であり、前記基板の一方の面側及び他方の面側の各々にカラーフィルタを有する場合が挙げられる。この場合、第1及び第2の表示面は両者ともカラー表示を行う。
第5の場合として、発光素子から得られる光は、赤色、青色及び緑色のいずれかである場合が挙げられる。この場合、第1及び第2の表示面は両者ともカラー表示を行う。
なお、図4(E)には、カラーフィルタ方式の場合を例に挙げて説明したが、勿論、上述したように色変換方式を用いてもよい。但し、色変換方式を用いる場合には、青色の光を発光する材料を用いる。従って、一方の面側にのみ色変換層を有する場合には、該色変換層が設けられた一方の表示面をメインの表示面として用いて、青の単色表示を行う他方の面側の表示面をサブの表示面として用いるとよい。
本発明は上記のいずれの場合を適用しても構わないが、薄型化を重視する場合には、カラーフィルタ又は色変換層を具備しない構成を選択すると好適である。また、読み取り機能は、その表示面がモノクロ表示又はカラー表示のどちらの表示を行うかに依存し、さらに、両面表示パネル250の構成によっては、一方の表示面がモノクロで、他方の表示面がカラーという場合が存在する。従って、被写体の情報をカラーで読み取る場合には、カラーの表示面を用いて、読み取りを行うことが必須である。
本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の表示装置の構成要素とそれらの関係、つまり本発明の表示装置のシステムについて、図5(A)のブロック図を用いて説明する。
まず、基幹となる構成要素として、イメージセンサ306を含む両面表示パネル250、CPU303が挙げられる。両面表示パネル250は、表裏に表示面を有し、且つ撮像素子が集積されたものであり、読み取り機能と表示機能の2つの機能を有する。この両面表示パネル250はコントローラ305により制御される。また、両面表示パネル250は、切り換え回路304を用いて、表裏に配置された第1及び第2の表示面のうち、どちらの画面に通常表示を行うかを制御し、かつ必要に応じて、水平反転表示、180°回転表示及び垂直反転表示のいずれかを選択する。
また、折り畳み型の電子機器に本発明の表示装置を適用した場合は、ヒンジ301を有し、該ヒンジ301は、ヒンジ用切り換え回路302に接続される。そして、ヒンジ用切り換え回路302を用いて、第1及び第2の表示面のうち、どちらの画面に通常表示を行うのかを制御し、かつ必要に応じて、水平反転表示、180°回転表示及び垂直反転表示のいずれかを選択する。
上記以外の構成要素としては、送受信回路311、揮発性メモリ312、不揮発性メモリ313、外部インターフェイス(外部IF)314、ハードディスク(HDD)315及び発光制御回路316が挙げられ、これらは、CPU303により集中して管理される。揮発性メモリ312と不揮発性メモリ313は、撮像素子により読み取られた被写体の情報を記憶する。また、電子機器の充電を行う充電手段317が挙げられ、この充電手段もCPU303により管理される。本発明の表示装置は、両面表示パネルと上記に挙げた構成要素もその範疇に含む。補正回路318は両面表示パネル250に供給する画像信号を補正する機能を有する。
また、本発明の表示装置を携帯電話機に適用した場合は、上記以外の構成要素として、送話部であるマイクロホン307、受話部であるスピーカ308、及び使用者が操作するボタン310が挙げられる。使用者が操作ボタン310を操作すると、CPU303及びコントローラ305を介して両面表示パネル250により情報が表示される。また、使用者が相手の話を聞く拡声器となるスピーカ308は、使用者の耳に届くまでに、以下のような回路を介する。まず、送受信回路311において、相手の話の情報を受け取り、その後、CPU303を介して音声コントローラ309に当該情報が供給される。そして、その情報がスピーカ308に供給されて、使用者の耳に届く。マイクロホン307を介して、自分の声を相手の携帯端末に供給する際には、逆の経路をたどる。なお、図5(A)には、携帯電話機の構成要素をいくつか挙げたが、本発明はこれに限定されず、その他の構成要素を具備してもよい。
ところで、一般的に、発光素子は、時間の経過とともに劣化し、輝度が低下する。特に、複数の画素の各々に発光素子を具備した表示装置の場合、各画素によって点灯頻度によって異なるため、必然的に各画素によって劣化の度合いが異なる。従って、点灯頻度の高い画素ほど劣化がひどく、焼き付き現象が生じて画質が劣化してしまう。そのため、図5(B)に示すように、使用状態ではない充電時などに、点灯頻度の低い画素を点灯させることによって、焼き付きを目立たなくさせることが可能となる。このときの表示内容としては、全ての画素の点灯、標準画像(待受画面等)の明暗を反転させた画像、点灯頻度の低い画素を検出して、該画素のみを点灯する画像などが挙げられる。
このときの動作を図5(A)のブロック図を用いて説明すると、まず、表示装置の筐体が充電手段317に接続すると、CPU303にその情報が供給され、コントローラ305と発光制御回路(発光制御手段)316により、両面表示パネル250に画像を表示する。このときの画像は、前述したように、焼き付きを低減する画像を表示する。なお、充電手段317とは充電器などを指す。また、発光制御回路316は、前記発光素子を点灯又は点滅させる制御プログラムが記録された記録媒体、又は通常表示面の明暗を反転させた反転表示面を点灯又は点滅させる制御プログラムが記録された記録媒体を含む。
上記構成を有する本発明は、通常の使用状態にあたらない、充電中等に焼き付き現象を低減する画像を表示する発光制御回路を具備するため、画質の劣化を抑制した表示装置を提供することができる。
本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることが可能である。
本発明の表示装置に搭載される両面表示パネルは、使用者が見る向きによっては、通常表示ではなく、水平反転表示、回転表示、垂直反転表示を簡単に見ることができる。そこで、本発明の表示装置は、それらの表示の切り換えを任意にかつ簡単に行うことが可能な切り換え回路を具備し、本実施例では、切り換え回路について、図6を用いて説明する。
両面表示パネルは、複数の画素202がマトリクス状に配置された画素部201と、該画素部201の周囲に配置された信号線駆動回路203と走査線駆動回路204を有する(図6(A))。信号線駆動回路203と走査線駆動回路204は、ヒンジ用切り換え回路302又は切り換え回路304に接続され、該回路からの信号に従って、スタートパルスを供給する箇所を決定する。より詳しくは、1列目から選択する場合はS-SP1を供給し、x列目から選択する場合はS-SP2を供給する。また、1行目から選択する場合はG-SP1を供給し、y行目から選択する場合はG-SP2を供給する。
そして、通常表示を行う場合は、1列1行目に配置された画素202が最初に選択されるように、スタートパルス(S-SP1、G-SP1)を供給する(図6(B))。水平反転表示を行う場合には、x列1行目に配置された画素202が最初に選択されるように、スタートパルス(S-SP2、G-SP1)を供給する(図6(C))。180°回転表示を行う場合には、x列y行目に配置された画素202が最初に選択されるように、スタートパルス(S-SP2、G-SP2)を供給する(図6(D))。垂直反転表示を行う場合には、1列y行目に配置された画素202が最初に選択されるように、スタートパルス(S-SP1、G-SP2)を供給する(図6(E))。このように、水平反転表示、180°回転表示、垂直反転表示を行う場合には、スタートパルスを供給する箇所を変更する。また同様に、信号線駆動回路203から供給するビデオ信号も適宜変更する。
本パネルに時間階調方式を適用する場合、ビデオ信号を記憶媒体に読み込んだ後に、時間階調用のビデオ信号に変換する。従って、水平反転表示と、180°回転表示及び垂直反転表示の各々の表示用にビデオ信号の読み込む順番を変えて、それらを記憶媒体に記憶させておくことで、各々の表示に対応させるとよい。
なお、切り換え回路304は、使用者によるボタンの操作に従って、切り換えを行う際に用いることが好適である。つまり、通常表示の向きを初期設定で定めておき、必要に応じて、表示の向きを変える際に用いることが好適である。また、ヒンジ用切り換え回路302は、折り畳み型の携帯端末に本発明の表示装置を適用する場合に有効であり、例えば、筐体を開けた状態では、内側の表示面が通常表示を行うように制御し、筐体を閉めた状態では、外側の表示面が通常表示を行うように制御する。
本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることが可能である。
本発明の両面表示パネルは、表示機能と読み取り機能の2つの機能を有する。本実施例では、表示機能と読み取り機能の切り換えの方法について、図7(A)のフローチャートを用いて説明する。
まず、両面表示パネルを有する表示装置を起動する。表示装置を起動すると、自動的に表示モードになり、表示部がオン、センサ部がオフになる。このとき、表示部とは発光素子を含む全ての副画素を指し、センサ部とは撮像素子を含む全ての副画素を指す。そして、表示部では、ヒンジ用切り換え回路302又は切り換え回路304から供給される信号に従って、通常表示、水平反転表示、180°回転表示又は垂直反転表示を行う。一方、ボタン310等の外部からの信号に従って、読み取りモードになると、表示部及びセンサ部は両者ともオンになる。そして、光源として表示部を用いて、センサ部は被写体の情報を読み取る。
このときの動作について、折り畳み型携帯端末の筐体320を用いて名刺を読み取る動作を例に挙げて、図7(B)(C)を用いて説明する。まず、読み取りモードの際は、表示パネル上に外光が入らないように名刺を置いて、該名刺の情報を読み取る(図7(B))。この読み取られた情報は、携帯端末内の記憶媒体に記憶される。続いて、表示モードの際は、読み取られた名刺の情報を基に、表示部により表示を行う(図7(C))。
このように、本発明の表示装置は、被写体の情報を読み取るイメージセンサ機能と、画像を表示する表示機能の2つの機能を有する。このような2つの機能を有しているにも関わらず、イメージセンサ機能を用いる際には通常必要である光源や光散乱板を別個に設ける必要がないため、大幅な小型化、薄型化及び軽量化が実現する。このとき、発光素子は、被写体の情報を読み取る際の光源としての役割と、画像を表示する役割の2つの役割を果たす。
続いて、この読み取り機能を活かした本人認証システムについて、図8(A)のフローチャートを用いて説明する。
まず、両面表示パネル内に設けられたイメージセンサを用いて、本人の生体情報を読み取る。ここで、生体情報とは、人間が生まれつき持っている身体的な特徴で、なおかつ人間の個体識別が可能な情報を意味する。代表的な生体情報としては、指紋、掌紋、声紋、手形、虹彩(アイリス)等が挙げられる。表示面のサイズを考慮すると、指紋、特に親指の指紋を生体情報として読み取ることが好ましい。また、この情報は、万人不同であり、終生不変であることからも、指紋を用いることは好適である。図8(B)(C)には、筐体320に具備された両面表示パネルを用いて、指紋を読み取る際の上面図と、断面図を示す。図示するように、正確な情報を得るためには、指をパネルに密接させた状態で読み取ることが好適である。このときの指紋の読み取りは、指に光を照射して、指内で散乱する光を読み取ることで、指紋の模様を読み取る仕組みとなっている。
得られた生体情報は、予め携帯端末内に設けられた記憶媒体に蓄えられた生体情報と、CPUを介して、比較照合される。ここで、2つの情報が合致すれば、使用者は本携帯端末の正しい所有者と認証されて、該使用者は続けて、処理(ここではインターネット接続処理)を行うことができる。そして、この処理が終わると、次の操作にうつることができる。なお、仮に得られた生体情報が、合致しなければ、再度読み取り動作を行う。
本実施例に示す本人認証システムは、例えば、課金制の通信処理や、携帯端末の記憶媒体の書き換え処理など、他人に操作されると困る全ての処理の前に行うことが好ましい。そうすることによって、携帯端末を用いた不正な処理を防ぐことができる。また認証システムには、サーバ側で個人番号とパスワードを用いて行う手法があるが、これは、ユーザの保管・管理が十分でなかったり、また比較的盗みやすかったりする。従って、本システムのように、指紋認識情報を用いると、個人情報の安全性が格段に高められる。さらに、読み取り方式としては、指でローラを回すことで読み取るローラ型、モジュールに指を当てた状態で少しずつずらしていく短冊型、そして本発明の指を押し当てる平面型がある。本発明で採用される平面型は、指を動かさずに読み取れるため、指紋の変形がほとんどない。また、ローラ型に比べて薄型であるという利点を有する。
次に、上記の本人認証システムに用いる、指紋照合の仕組みについて、図17を用いてより詳しく説明する。指紋は、紋様をつくる、盛り上がっているところを隆線とよび、この隆線が切れている部分を端点、分岐している部分を分岐点とよぶ(図17(A))。この端点と分岐点の両方を合わせて特徴点とよび、指紋照合の際は、この特徴点を基本情報として取り扱う。
そして、指紋照合の仕組みには大別して2つの方法があり(図17(B))、第1の方法として、最初に指紋の読み取りを行い、次に特徴点の情報を検出し、最後に入力した指紋の情報と、登録されている全ての指紋の情報のみで照合し、一致した指紋を探し出す方法がある。また、第2の方法として、最初に指紋の読み取りと同時にID番号の入力も行って、次に指紋データベースを検索し、最後にID番号から指紋を特定した上で、指紋照合を行って、個人を特定する方法がある。本発明では、そのどちらの方法を用いてもよい。
本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることが可能である。
本発明は、読み取られた被写体の情報を補正する補正方法について、図3(E)に示す画素の等価回路図と、図9を用いて説明する。
まず、図3(E)に示す撮像素子218を含む副画素220の動作について、以下に簡単に説明する。なおここでは、トランジスタ215、216はnチャネル型、トランジスタ217はpチャネル型とする。まず、走査線223を選択して、トランジスタ217をオンにする。そうすると、撮像素子218の両電極間の電位VPDは、電源線227の電位である高電位電圧VDDと同電位になる(図9中、A点)。そして、撮像素子218に光が照射されていると、VPDは低減する。そしてあるタイミングで走査線222が選択されると、そのときの撮像素子218の電位VPDに応じた信号が読み取られる(図9中、B点、C点)。そして、1フレームが終了すると、再度、走査線223が選択され、VPD=VDDとなる(図9中、E点)。
図9では、明るい光が照射されたときを実線、暗い光が照射されたときを破線で示しており、図示するように、光強度が大きい程、VPDの電位はVSSに早く近づく。また、蓄積時間が長い程、VPDの電位はVSSに早く近づく。これは、光強度が大きい程、照射された光により生成された電荷の蓄積量が多くなるためであり、また、蓄積時間が長い程、照射された光によって生成された電荷を蓄積することができるためである。また、明るい光が照射されると、暗い光が照射された場合に比べて早く飽和状態に達する(図9中、D点)。この飽和状態とは、撮像素子218の両電極間の電位差がゼロになった状態に相当し、一旦飽和状態になると、リセットされるまで、撮像素子218の両電極間の電位差は変化しない。
本発明の両面表示パネルで被写体を読み取る場合、光を表裏に発するために、余分な光が撮像素子218に照射され、この飽和状態が通常よりも早く達する。従って、補正方法として、通常よりも短い蓄積時間で被写体の読み取りを行う方法が挙げられる。例えば、通常では蓄積時間Bで読み取りを行っている場合、本パネルを用いた場合には短い蓄積時間Aで読み取るようにする。
また、上記とは異なる補正方法として、読み取られた被写体の情報(信号)を補正する方法が挙げられる。例えば、被写体の情報が、撮像素子218の両電極間の電位差VPDに応じた電流値に相当する場合、読み取られた電流値に例えば数アンペアの電流値を加算した値を被写体の情報とする。
このように、被写体を読み取る際に補正を行う方法か、読み取った被写体の情報を補正する方法の一方又は両方を用いると、より正確な被写体の情報を得ることができる。
本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることが可能である。
本実施例では、発光素子を含む副画素の構成例について、図13を用いて説明する。
図13(A)に示す画素は、列方向に信号線510及び電源線511〜513、行方向に走査線514が配置される。また、スイッチング用トランジスタ501、駆動用トランジスタ503、電流制御用トランジスタ504、容量素子502及び発光素子505を有する。
図13(C)に示す画素は、トランジスタ503のゲート電極が、行方向に配置された電源線513に接続される点が異なっており、それ以外は図13(A)に示す画素と同じ構成である。つまり、図13(A)(C)に示す両画素は、同じ等価回路図を示す。しかしながら、列方向に電源線512が配置される場合(図13(A))と、行方向に電源線512が配置される場合(図13(C))では、各電源線は異なる層の導電体で形成される。ここでは、トランジスタ503のゲート電極が接続される配線に注目し、これらを作製する層が異なることを表すために、図13(A)(C)として分けて記載する。
図13(A)(C)に示す画素の特徴として、画素内にトランジスタ503、504が直列に接続されており、トランジスタ503のチャネル長L3、チャネル幅W3、トランジスタ504のチャネル長L4、チャネル幅W4は、L3/W3:L4/W4=5〜6000:1を満たすように設定される点が挙げられる。一例としては、L3が500μm、W3が3μm、L4が3μm、W4が100μmの場合がある。
なお、トランジスタ503は、飽和領域で動作し発光素子505に流れる電流値を制御する役目を有し、トランジスタ504は線形領域で動作し発光素子505に対する電流の供給を制御する役目を有する。両トランジスタは同じ導電型を有していると作製工程上好ましい。またトランジスタ503には、エンハンスメント型だけでなく、ディプリーション型のトランジスタを用いてもよい。上記構成を有する本発明は、トランジスタ504が線形領域で動作するために、トランジスタ504のVGSの僅かな変動は発光素子505の電流値に影響を及ぼさない。つまり、発光素子505の電流値は、飽和領域で動作するトランジスタ503により決定される。上記構成を有する本発明は、トランジスタの特性バラツキに起因した発光素子の輝度ムラを改善して画質を向上させた表示装置を提供することができる。
図13(A)〜(D)に示す画素において、トランジスタ501は、画素に対するビデオ信号の入力を制御するものであり、トランジスタ501がオンして、画素内にビデオ信号が入力されると、容量素子502にそのビデオ信号が保持される。なお図13(A)(C)には、容量素子502を設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、ビデオ信号を保持する容量がゲート容量などでまかなうことが可能な場合には、明示的に容量素子502を設けなくてもよい。
発光素子505は、2つの電極間に電界発光層が挟まれた構造を有し、順バイアス方向の電圧が印加されるように、画素電極と対向電極の間(陽極と陰極の間)に電位差が設けられる。電界発光層は有機材料や無機材料等の広汎に渡る材料により構成され、この電界発光層におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と、三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)とが含まれる。
図13(B)に示す画素は、トランジスタ506と走査線515を追加している以外は、図13(A)に示す画素構成と同じである。同様に、図13(D)に示す画素は、トランジスタ506と走査線515を追加している以外は、図13(C)に示す画素構成と同じである。
トランジスタ506は、新たに配置された走査線515によりオン又はオフが制御される。トランジスタ506がオンになると、容量素子502に保持された電荷は放電され、トランジスタ506がオフする。つまり、トランジスタ506の配置により、強制的に発光素子505に電流が流れない状態を作ることができる。従って、図13(B)(D)の構成は、全ての画素に対する信号の書き込みを待つことなく、書き込み期間の開始と同時又は直後に点灯期間を開始することができるため、デューティ比を向上することが可能となる。
図13(E)に示す画素は、列方向に信号線550、電源線551、552、行方向に走査線553が配置される。また、スイッチング用トランジスタ541、駆動用トランジスタ543、容量素子542及び発光素子544を有する。図13(F)に示す画素は、トランジスタ545と走査線554を追加している以外は、図13(E)に示す画素構成と同じである。なお、図13(F)の構成も、トランジスタ545の配置により、デューティ比を向上することが可能となる。
本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることが可能である。
本発明を適用して作製される電子機器の一例として、ビデオカメラ、ディジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、カーオーディオなどの音響再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等)、家庭用ゲーム機などの記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDVD等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置、)などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図10〜図12に示す。
図10(A)〜(F)は折り畳み型携帯電話機を示し、スピーカ9301、ボタン9303、マイクロホン9304及び両面表示パネル9307等を含む。図10(A)〜(C)は開いた状態を示し、内側には第1の表示面9305、外側には第2の表示面9306を確認することができる。また、図10(D)〜(F)は閉じた状態を示し、外側の第2の表示面9306を確認することができる。表裏に配置された第1の表示面9305及び第2の表示面9306を含む表示装置として、本発明を適用することができる。
図11(A)(B)は携帯端末のうち、タブレットPCを示し、表示部9101、9102及びボタン9103等を含む。開いた状態では表示部9101を用いて、折り畳んだ状態では表示部9102等を用いる。この電子機器は、回転軸を中心に回転させて、表示部9101及び9102を兼用する。表裏に配置された表示部9101及び9102を含む表示装置として、本発明を適用することができる。図11(C)(D)は腕時計型携帯端末を示し、表示部9201及び9202、カメラ9203、ボタン9204、マイク9205及びスピーカ9206等を含む。表裏に配置された表示部9201及び9202を含む表示装置として、本発明を適用することができる。
図12(A)(B)にはディジタルビデオカメラを示し、表示部9401及び9402、レンズ9403、マイク9404及びヒンジ9405等を含む。表裏に配置された表示部9401及び9402を含む表示装置として、本発明を適用することができる。図12(C)〜(E)にはディジタルカメラを示し、表示部9501及び9502、レンズ9503及びヒンジ9504等を含む。表裏に配置された表示部9501及び9502を含む表示装置として、本発明を適用することができる。
本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることができる。
本発明の表示装置の断面構造を示す図。
本発明の表示装置の断面構造を示す図。
本発明の表示装置の画素を示す図と該画素の等価回路図。
発光素子を用いたフルカラー化の手法を説明する図。
本発明の表示装置のシステムを説明する図。
本発明の表示装置に具備される切り換え回路を説明する図。
表示モードと読み取りモードを説明する図。
指紋認証システムを説明する図。
補正システムを説明する図。
本発明の表示装置が適用される電子機器を説明する図。
本発明の表示装置が適用される電子機器を説明する図。
本発明の表示装置が適用される電子機器を説明する図。
本発明の表示装置の画素の等価回路図。
本発明の表示装置の構成を示す図。
本発明の表示装置の画素を示す図。
本発明の表示装置の断面構造を示す図。
指紋照合を説明する図。
符号の説明
100 基板、101 トランジスタ、102 駆動用トランジスタ、103 撮像素子、104 駆動用トランジスタ、105 第1の電極、106 電界発光層、107 第2の電極、108 発光素子、110 N型半導体、111 I型半導体、112 P型半導体、113 撮像素子、115 N型半導体、116 I型半導体、117 P型半導体、120 対向基板、130 被写体、140〜148 絶縁膜、201 画素部、202 画素、203 信号線駆動回路、211 スイッチング用トランジスタ、212 駆動用トランジスタ、213 容量素子、214 発光素子、215 スイッチング用トランジスタ、216 バッファ用トランジスタ、217 リセット用トランジスタ、218 撮像素子、219 副画素、220 副画素、221〜223 走査線、224 信号線、226 電源線、227 電源線、245 信号線、250 両面表示パネル、251 基板、252 電極、253 電極、254 色変換層、255 カラーフィルタ、401 パネル、403 偏光板、404 開口部、405 偏光板、406 開口部、501 スイッチング用トランジスタ、502 容量素子、503 駆動用トランジスタ、504 電流制御用トランジスタ、505 発光素子、506 トランジスタ、510 信号線、511〜513 電源線、514 走査線、515 走査線、541 スイッチング用トランジスタ、542 容量素子、543 駆動用トランジスタ、544 発光素子、545 トランジスタ、550 信号線、551 電源線、552 電源線、553 走査線、554 走査線