JP4725482B2 - フォトセンサ、フォトセンサの対象物検出方法及び表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フォトセンサ、フォトセンサの対象物検出方法及び表示装置に関する。
例えば、特許文献１に開示されているように、従来より、照射光に応じた電気エネルギーを生じるアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと略記する）を用いて薄膜トランジスタ（以下、ａ−Ｓｉ ＴＦＴと略記する）として形成した受光素子を複数隣接配置して構成したフォトセンサが知られている。
図７は、このようなフォトセンサに用いられるａ−Ｓｉ ＴＦＴの光−電気特性の一例を示す図である。（ＴＦＴサイズ（Ｗ/Ｌ）＝１８００００／９[μｍ]、各端子電圧：Ｖｓ＝０[Ｖ]、Ｖｄ＝１０[Ｖ]の条件で、照射光の照度をパラメータとしたときのＩｄｓ［Ａ］を測定したものである。）
この図より、照度に応じてドレインソース間電流Ｉｄｓが増大していることがわかる。特に逆バイアス領域（Ｖｇｓ＜０）におけるＩｄｓの増大が顕著であり、通常はこの領域の特性を用いて、照射光の照度をＩｄｓの変化として検出するフォトセンサとして用いられる。
また、例えば対象物としてのパチンコ玉や用紙の有無を検出する用途にフォトセンサ（光検出装置）は使われる。（例えば、特許文献２）。
このような用途で、光源以外の外乱光が入射すると検出精度が悪化し、誤動作を招くという問題がある。
例えば、特許文献２では、対象物に照射する光を出射する発光素子の発光タイミングと、受光素子の受光タイミングとを比較して、両者のタイミングが同期しているか否かにより、反射光を受光したのか外光を受光したのかを区別する検出方法が提案されている。
特開平６−２３６９８０号公報 特開２００２−１４８３５３号公報
しかしながら、上記特許文献２に開示されている検出方法では、複雑な検出回路や、厳密なタイミング制御を必要とする等の理由により、安価で誤動作のないフォトセンサを提供することができない。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、複雑な検出回路や厳密なタイミング制御を必要とせずに誤動作を防止できるフォトセンサ、フォトセンサの対象物検出方法及び表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るフォトセンサは、特定波長領域の光を出射する光出射手段と、前記特定波長領域と同じ波長領域の透過波長領域を持ち、前記光出射手段から出射された光を透過する第１のフィルタと、前記特定波長領域とは異なる波長領域の透過波長領域を持ち、前記光出射手段から出射された光を透過させない第２のフィルタと、を隣接して備え、前記光出射手段から出射された光を検出対象物に対して選択的に透過する照射光選択手段と、前記照射光選択手段の前記第１のフィルタを透過した光を受光する第１の受光素子と、前記透過光選択手段の前記第２のフィルタを透過した光を受光する第２の受光素子と、からなる複数の受光素子を、前記第１及び第２のフィルタに対応させて隣接して配置した受光素子アレイと、前記受光素子アレイからの出力により、前記検出対象物の有無を判別する判別手段と、を具備し、前記光出射手段から出射され、前記照射光選択手段を通して照射された光が前記検出対象物により反射されてなる反射光は、前記受光素子アレイのうち前記第１の受光素子のみが受光し、前記判別手段は、前記受光素子アレイのうち前記第１の受光素子からのみ所定の出力が得られたとき、前記検出対象物が存在すると判別することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフォトセンサにおいて、前記光出射手段以外からの外光は、前記照射光選択手段の前記第１及び第２のフィルタの両方を透過して、前記受光素子アレイの前記第１及び第２の受光素子の両方が受光し、前記判別手段は、前記受光素子アレイの前記第１及び第２の受光素子の両方から前記所定の出力が得られたとき、前記検出対象物が存在しないと判別することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のフォトセンサにおいて、前記判別手段は、前記受光素子アレイの前記第１及び第２の受光素子の何れからも前記所定の出力が得られないとき、前記検出対象物が存在しないと判別することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載のフォトセンサにおいて、前記第１の受光素子からの出力と、前記第２の受光素子からの出力と、をそれぞれ並列に接続して前記判別手段に入力することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載のフォトセンサにおいて、前記受光素子は、アモルファスシリコン薄膜トランジスタで形成されることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れかに記載のフォトセンサにおいて、前記受光素子は、ダブルゲート型アモルファスシリコン薄膜トランジスタで形成されることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れかに記載のフォトセンサにおいて、前記特定波長領域の光を出射する光出射手段は、白色光を出射する白色光源と、前記特定波長領域と同じ波長領域の透過波長領域を持ち、前記白色光源から出射された白色光を透過する第３のフィルタと、からなることを特徴とする。
請求項８に記載の発明に係るフォトセンサは、光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、前記第一の受光素子の前面側に配置され、所定の色成分の光を透過するとともに前記所定の色成分とは異なる他の色成分の光を遮断する第一のフィルタと、前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記所定の色成分の光を遮断するとともに前記他の色成分の光を透過させる第二のフィルタと、前記第一及び第二の受光素子の裏面側に配置され、前記所定の色成分を含むとともに前記他の色成分を含まない光を射出する光源と、前記光源が前記光を射出しているときに前記第一の受光素子により検出される前記第一のフィルタの透過光強度と前記第二の受光素子により検出される前記第二のフィルタの透過光強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項９に記載の発明に係るフォトセンサは、光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、前記第一の受光素子の前面側に配置され、特定波長領域の光を透過するとともに前記特定波長領域とは異なる他の波長領域の光を遮断する第一のフィルタと、前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記特定波長領域の光を遮断するとともに前記他の波長領域の光を透過する第二のフィルタと、前記第一及び第二の受光素子の裏面側に配置され、前記特定波長領域を含むとともに前記他の波長領域を含まない光を射出する光源と、前記光源が前記光を射出しているときに前記第一の受光素子により検出される前記第一のフィルタの透過光強度と前記第二の受光素子により検出される前記第二のフィルタの透過光強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載のフォトセンサにおいて、前記第一及び第二の受光素子は、前記光源からの射出光が、互いの受光素子間を通過可能に、所定の間隔を開けて隣接配置されていることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項８から１０の何れかに記載のフォトセンサにおいて、前記判別手段は、前記第一の受光素子により検出される光の強度が所定の第一閾値以上で且つ前記第二の受光素子により検出される光の強度が所定の第二閾値未満のときに、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物が有ると判別し、前記第一の受光素子により検出される光の強度が前記第一閾値以上で且つ前記第二の受光素子により検出される光の強度が前記第二閾値以上のとき、または、前記第一の受光素子により検出される光の強度が前記第一閾値未満で且つ前記第二の受光素子により検出される光の強度が前記第二閾値未満のときに、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物がないと判別することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明に係るフォトセンサの対象物検出方法は、光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、前記第一の受光素子の前面側に配置され、所定の色成分の光を透過するとともに前記所定の色成分とは異なる他の色成分の光を遮断する第一のフィルタと、前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記所定の色成分の光を遮断するとともに前記他の色成分の光を透過させる第二のフィルタと、を備えたフォトセンサの対象物検出方法であって、前記第一及び第二の受光素子の裏面側から前記第一及び第二のフィルタの前面側へ向けて、前記所定の色成分を含むとともに前記他の色成分を含まない光を射出する光出射ステップと、前記光出射ステップにより光が射出されている状態で、前記第一のフィルタを透過する光の強度を前記第一の受光素子で検出するとともに前記第二のフィルタを透過する光の強度を前記第二の受光素子で検出する光強度検出ステップと、前記光強度取得ステップで検出された前記第一のフィルタを透過する光の強度と前記第二のフィルタを透過する光の強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別ステップと、を含むことを特徴とする。
請求項１３に記載の発明に係るフォトセンサの対象物検出方法は、光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、前記第一の受光素子の前面側に配置され、特定波長領域の光を透過するとともに前記特定波長領域とは異なる他の波長領域の光を遮断する第一のフィルタと、前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記特定波長領域の光を遮断するとともに前記他の波長領域の光を透過する第二のフィルタと、を備えたフォトセンサの対象物検出方法であって、前記第一及び第二の受光素子の裏面側から前記第一及び第二のフィルタの前面側へ向けて、前記特定波長領域を含むとともに前記他の波長領域を含まない光を射出する光出射ステップと、前記光出射ステップにより光が射出されている状態で、前記第一のフィルタを透過する光の強度を前記第一の受光素子で検出するとともに前記第二のフィルタを透過する光の強度を前記第二の受光素子で検出する光強度検出ステップと、前記光強度取得ステップで検出された前記第一のフィルタを透過する光の強度と前記第二のフィルタを透過する光の強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別ステップと、を含むことを特徴とする。
請求項１４に記載の発明に係るフォトセンサの対象物検出方法は、特定波長領域の光を出射する光出射手段と、前記特定波長領域と同じ波長領域の透過波長領域を持ち、前記光出射手段から出射された光を透過する第１のフィルタと、前記特定波長領域とは異なる波長領域の透過波長領域を持ち、前記光出射手段から出射された光を透過させない第２のフィルタと、を隣接して備え、前記光出射手段から出射された光を検出対象物に対して照射する照射光選択手段と、前記照射光選択手段の前記第１のフィルタを透過した光を受光する第１の受光素子と、前記透過光選択手段の前記第２のフィルタを透過した光を受光する第２の受光素子と、からなる複数の受光素子を、前記第１及び第２のフィルタに対応させて隣接して配置した受光素子アレイと、前記受光素子アレイからの出力により、前記検出対象物の有無を判別する判別手段と、を備え、前記光出射手段により、特定波長領域の光を出射する光出射ステップと、前記光出射ステップで出射された光を前記照射光選択手段により検出対象物に対して照射する照射光選択ステップと、前記照射光選択ステップを経て、前記受光素子アレイで受光する受光ステップと、前記受光ステップにおける前記受光素子アレイの出力により、前記検出対象物の有無を判別する判別ステップと、を含み、前記出射光選択手段から照射された光が前記検出対象物により反射されてなる反射光は、前記受光素子アレイのうち前記第１の受光素子のみが受光し、前記受光素子アレイのうち前記第１の受光素子からのみ所定の出力が得られたとき、前記検出対象物が存在すると判別することを特徴とする。
請求項１５に記載の発明に係る表示装置は、表示部と操作スイッチとを備え、前記操作スイッチは、光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、前記第一の受光素子の前面側に配置され、所定の色成分の光を透過するとともに前記所定の色成分とは異なる他の色成分の光を遮断する第一のフィルタと、前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記所定の色成分の光を遮断するとともに前記他の色成分の光を透過させる第二のフィルタと、前記第一及び第二の受光素子の裏面側に配置され、前記所定の色成分を含むとともに前記他の色成分を含まない光を射出する光源と、前記光源が前記光を射出しているときに前記第一の受光素子により検出される前記第一のフィルタの透過光強度と前記第二の受光素子により検出される前記第二のフィルタの透過光強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項１６に記載の発明に係る表示装置は、表示部と操作スイッチとを備え、前記操作スイッチは、光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、前記第一の受光素子の前面側に配置され、特定波長領域の光を透過するとともに前記特定波長領域とは異なる他の波長領域の光を遮断する第一のフィルタと、前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記特定波長領域の光を遮断するとともに前記他の波長領域の光を透過する第二のフィルタと、前記第一及び第二の受光素子の裏面側に配置され、前記特定波長領域を含むとともに前記他の波長領域を含まない光を射出する光源と、前記光源が前記光を射出しているときに前記第一の受光素子により検出される前記第一のフィルタの透過光強度と前記第二の受光素子により検出される前記第二のフィルタの透過光強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、複雑な検出回路や厳密なタイミング制御を必要とせずに誤動作を防止できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るフォトセンサの構成例を示す図である。なお、図の簡略化のため、２つのａ−Ｓｉ ＴＦＴのみを図示する。
各ａ−Ｓｉ ＴＦＴは、透明のＴＦＴ基板１０上に形成されたゲート電極１２と、このゲート電極１２の上に形成された透明の絶縁膜１４と、この絶縁膜１４上に上記ゲート電極１２と対向させて形成されたａ−Ｓｉ１６と、このａ−Ｓｉ１６の上に形成されたソース電極及びドレイン電極１８とからなっている。そして、このようなａ−Ｓｉ ＴＦＴの上面を透明な絶縁膜１４により覆い、図示しないシール部材やギャップ材により所定の距離を確保した上で、その上に透明な対向基板２０を設けることで、フォトセンサを構成している。
なお、上記所定の距離は、隣接配置されたａ−Ｓｉ ＴＦＴ間の間隔と、該フォトセンサを構成する各部材の屈折率とに基づいて決まるものである。即ち、上記ＴＦＴ基板１０の裏面側に配した図示しない白色バックライトから上記隣接ａ−Ｓｉ ＴＦＴ間を通って上記対向基板２０側に照射されたバックライト光２２が上記対向基板２０上に載置された対象物、例えば指２４で反射されてなる反射光２６を、各ａ−Ｓｉ ＴＦＴのａ−Ｓｉ１６が正しく受光できるように、上記所定の距離が決められる。
なお、この所定距離分の領域は、空間として空気が存在していても良いし、後述のように、該フォトセンサをＴＦＴ−ＬＣＤパネルに一体的に組み込み形成する場合には、液晶が満たされていても構わない。
本実施形態に係るフォトセンサにおいては、透明のＴＦＴ基板１０の下面（白色バックライト側）に、特定波長領域の光、ここでは赤色の波長の光を透過させる赤色カラーフィルタ（以下、ＴＦＴ Ｒフィルタと記す）１００を形成すると共に、透明な対向基板２０の下面（ａ−Ｓｉ ＴＦＴ側）に、同様の赤色カラーフィルタ（以下、対向Ｒフィルタと記す）１０２と上記特定波長領域の光を遮断するカラーフィルタ、ここでは、緑色波長の光を透過させる緑色カラーフィルタ（以下、対向Ｇフィルタと記す）１０４とを形成している。この場合、対向Ｒフィルタ１０２は一方のａ−Ｓｉ ＴＦＴに対向するよう形成し、対向Ｇフィルタ１０４は他方のａ−Ｓｉ ＴＦＴに対向するよう形成する。そして、それら対向Ｒフィルタ１０２と対向Ｇフィルタ１０４との間には、樹脂や酸化Ｃｒ等の光吸収材料でなるブラックマスク１０６を形成している。なお、これらカラーフィルタ１００，１０２，１０４（及びブラックマスク１０６）も、半導体プロセスにより形成される。
次に、このような構成のフォトセンサの動作を、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）及び図２を参照して説明する。なお、図１（Ｂ）は、対象物としての指２４が対向基板２０上に接触された際の光の経路を説明するための図であり、図１（Ｃ）は、強い外光２８が入射したときの光の経路を説明するための図である。また、図２は、本フォトセンサの動作を説明するための模式図である。
即ち、本実施形態においては、図１（Ｂ）に示すように、図示しない白色バックライトから発光されたバックライト光は、上記ＴＦＴ基板１０の下面に形成されたＴＦＴ Ｒフィルタ１００により、その赤色成分２２Ｒのみが、隣接するａ−Ｓｉ ＴＦＴ間から対向基板２０方向へ照射される。
この赤色成分２２Ｒのバックライト光は、対向基板２０下部の対向Ｒフィルタ１０２を透過して、当該フォトセンサの外部へ出射される。そして、上記対向基板２０上部に接触している対象物である指２４で反射されて、赤色反射光２６Ｒとして、該フォトセンサ内へ戻される。この赤色反射光２６Ｒは、上記対向基板２０及び対向Ｒフィルタ１０２を透過して、上記対向Ｒフィルタ１０２下に設置されているａ−Ｓｉ ＴＦＴに照射される。
一方このとき、上記赤色成分２２Ｒのバックライト光は、対向Ｇフィルタ１０４では、赤色光の吸収や乱反射が起こり、その殆どが遮断されて、当該フォトセンサの外部へ出射されることはない。そして、僅かばかり出射された赤色成分２２Ｒのバックライト光が指２４で反射されて赤色反射光２６Ｒが得られたとしても、その赤色反射光２６Ｒは上記対向Ｇフィルタ１０４により再び殆どが遮断されることとなる。よって、結果として、上記対向Ｇフィルタ１０４下に設置されているａ−Ｓｉ ＴＦＴには、赤色光が殆ど照射されることはない。
従って、該フォトセンサに指２４が接触していると、図２の左側に示すように、対向Ｒフィルタ１０２下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ（ＴＦＴ１）は受光し、対向Ｇフィルタ１０４下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ（ＴＦＴ２）は受光しない状態が発生することになる。本実施形態では、この状態を該フォトセンサのＯＮ状態（対象物有りの状態）とする。
これに対して、図１（Ｃ）に示すように、日光のようなバックライト光よりも輝度の高い外光２８が該フォトセンサに照射された状態においては、対向Ｒフィルタ１０２下のａ−Ｓｉ ＴＦＴは外光の赤色成分２８Ｒを受光し、Ｇフィルタ下のａ−Ｓｉ ＴＦＴは外光の緑色成分２８Ｇを受光してしまう。つまり、図２の右側に示すように、ａ−Ｓｉ ＴＦＴが２つとも受光している状態が発生することになる。本実施形態では、この状態を該フォトセンサのＯＦＦ状態（対象物無しの状態）とする。
また、外光２８の輝度が低く、図２の中央に示すように、ａ−Ｓｉ ＴＦＴが２つとも受光しない状態も、本実施形態では、該フォトセンサのＯＦＦ状態（対象物無しの状態）とする。
以上の原理により、フォトセンサに指２４が接触した状態のみをＯＮ（対象物有りの状態）と識別し、それ以外の状態をＯＦＦ（対象物無しの状態）と認識する機構が実現できる。
本実施形態では、白色光源としての透明のＴＦＴ基板１０の下面の白色バックライトと、上記白色バックライトから出射された白色光を透過する第３のフィルタとしての赤色カラーフィルタ（ＴＦＴ Ｒフィルタ）１００とにより、特定波長領域の光を出射する光出射手段を構成している。
また、上記光出射手段から出射された光を透過する第１のフィルタとしての赤色カラーフィルタ（対向Ｒフィルタ）１０２と、特定波長領域とは異なる波長領域の透過波長領域を持ち、上記光出射手段から出射された光を透過させない第２のフィルタとしての緑色カラーフィルタ（対向Ｇフィルタ）１０４とが上記光出射手段から出射された光を検出対象物に対して選択的に透過する照射光選択手段を構成している。
そして、第１のフィルタを透過した光を受光する第１の受光素子としての上記対向Ｒフィルタ１０２下に設置されているａ−Ｓｉ ＴＦＴ（ＴＦＴ１）と、上記第２のフィルタを透過した光を受光する第２の受光素子としての対向Ｇフィルタ１０４下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ（ＴＦＴ２）と、からなる複数の受光素子が受光素子アレイを構成し、この受光素子アレイからの出力により、図示しない判別手段により上記のように検出対象物の有無を判別するようなフォトセンサを実現している。
このように、本実施形態によれば、外乱光がない場合と同様に、外乱光が強い場合も、フォトセンサに指２４が接触した状態のみをＯＮ（対象物有りの状態）と識別し、誤認識しないようにすることができるという効果がある。
図３は、このようなフォトセンサを複数個、一体的に組み込み形成したＴＦＴ−ＬＣＤパネルを示す図である。また、図４は、各フォトセンサの電気的な接続構成を示す図であり、図５は、センサＬＳＩに作り込まれた検出回路の回路図である。
ＴＦＴ−ＬＣＤパネル１０８は、ガラス（若しくはプラスチック）基板１１０上にＴＦＴ−ＬＣＤ１１２とＬＣＤ駆動ＬＳＩ１１４を半導体プロセスにより形成したものであるが、図３に示すように、同じ基板１１０上に、複数個のフォトセンサ１１６とセンサＬＳＩ１１８を形成することができる。この場合、フォトセンサ１１６のＴＦＴ基板１０は上記基板１１０に相当し、対向Ｒフィルタ１０２及び対向Ｇフィルタ１０４（及びブラックマスク１０６）は、ＴＦＴ−ＬＣＤ１１２と同一の部材、同一の工程で形成することができる。従って、工程的には、ＴＦＴ Ｒフィルタ１００の形成工程が増えるだけである。なお、白色バックライトは、ＴＦＴ−ＬＣＤ１１２のバックライトを利用することができる。
各フォトセンサ１１６は、縦横２次元に複数のａ−Ｓｉ ＴＦＴを隣接配置したものである。この場合、図４に示すように、対向Ｒフィルタ１０２と対向Ｇフィルタ１０４とが縦横交互に並ぶように形成する。そして、対向Ｒフィルタ１０２下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ同士を並列接続し、また、対向Ｇフィルタ１０４下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ同士を並列接続するように、ゲート電極１２、ソース電極及びドレイン電極１８、並びに配線を形成する。即ち、対向Ｒフィルタ１０２下の各ａ−Ｓｉ ＴＦＴのゲート電極１２は一つの配線Ｖｇに接続され、ドレイン電極は一つの配線Ｖｄに接続され、ソース電極は一つの配線Ｖｓ＿Ｒに接続されるよう形成される。同様に、対向Ｇフィルタ１０４下の各ａ−Ｓｉ ＴＦＴのゲート電極１２は一つの配線Ｖｇに（対向Ｒフィルタ１０２下のａ−Ｓｉ ＴＦＴのゲート電極と共通に）接続され、ドレイン電極は一つの配線Ｖｄに（対向Ｒフィルタ１０２下のａ−Ｓｉ ＴＦＴのドレイン電極と共通に）接続され、ソース電極は一つの配線Ｖｓ＿Ｇに接続されるよう形成される。
各配線Ｖｇ，Ｖｄ，Ｖｓ＿Ｒ，Ｖｓ＿Ｇは、センサＬＳＩ１１８に接続される。センサＬＳＩ１１８には、図５に示すような検出回路１２０が形成されている。ここで、センサＬＳＩ１１８には、上記並列接続された対向Ｒフィルタ１０２下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ用に１つと、同じく並列接続された対向Ｇフィルタ１０４下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ用に１つの、２つの同一構成の検出回路１２０が形成される。なお、図５では、並列接続された複数のａ−Ｓｉ ＴＦＴを纏めて、等価的に１個のａ−Ｓｉ ＴＦＴとして示している。即ち、複数のａ−Ｓｉ ＴＦＴの出力が合成されたものが、検出回路１２０の入力となる。
検出回路１２０は、電流−電圧変換回路１２２とコンパレータ１２４とから構成されている。ここで、電流−電圧変換回路１２２は、その非反転入力端子に所定の電圧が印加された反転増幅器１２６と、該反転増幅器１２６の出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還抵抗Ｒｆと、から構成され、上記ａ−Ｓｉ ＴＦＴからの配線Ｖｓ＿Ｒ又はＶｓ＿Ｇが上記反転増幅器１２６の反転入力端子に接続されるよう形成されている。コンパレータ１２４は、この電流−電圧変換回路１２２で変換された電圧値を所定の閾値電圧値と比較することで、当該ａ−Ｓｉ ＴＦＴが受光状態にあるか、非受光状態にあるかを示す出力信号Ｖｏｕｔを出力する。
センサＬＳＩ１１８には、特に図示はしていないが、更に、このような検出回路２つの出力信号Ｖｏｕｔの論理演算を行う論理回路が形成されており、図２を参照して説明したように、対向Ｒフィルタ１０２下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ側の出力信号が「１」、対向Ｇフィルタ１０４下のａ−Ｓｉ ＴＦＴ側の出力信号が「０」という状態が検出されたとき、当該フォトセンサ１１６のＯＮ状態とする。
このように、１つのフォトセンサ１１６は、複数個のａ−Ｓｉ ＴＦＴを隣接配置し、同じカラーフィルタ下のａ−Ｓｉ ＴＦＴは並列接続して合成出力をもってＯＮ／ＯＦＦ判定を行うことで、検出回路が少なくても正確にＯＮ／ＯＦＦ判定を行うことができる。
以上のように、本発明の第１実施形態に係るフォトセンサによれば、隣接するａ−Ｓｉ ＴＦＴの上部に各々対向Ｒフィルタ１０２と対向Ｇフィルタ１０４を配置し、赤色成分２２Ｒのみのバックライト光を一方のａ−Ｓｉ ＴＦＴに検知させて指２４の接触を認識する機構を有したことにより、外光２８（主に日光）による誤動作を防止できるという利点がある。
また、そのようなフォトセンサにおいては、ＴＦＴ Ｒフィルタ１００以外はＴＦＴ−ＬＣＤ１１２と同一の部材を用いて構成できるので、ＴＦＴ−ＬＣＤ１１２と一体形成できる（殆ど工程を増やすことなく、フォトセンサ付きＴＦＴ−ＬＣＤパネル１０８を製造できる）という利点がある。
さらに、フォトセンサの光出射手段としてのバックライトをＬＣＤの表示用のものと共通にできるという利点もある。
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係るフォトセンサの構成例を示す図である。なお、本実施形態に係るフォトセンサにおいて、上記第１実施形態に係るフォトセンサと同様の部分については、同じ参照番号を付すことで、その説明は省略する。また、図の簡略化のため、２つのａ−Ｓｉ ＴＦＴのみを図示する。
本第２実施形態に係るフォトセンサは、上記第１実施形態におけるａ−Ｓｉ ＴＦＴの代わりに、ダブルゲート型ａ−Ｓｉ ＴＦＴを採用したものである。
即ち、各ダブルゲート型ａ−Ｓｉ ＴＦＴは、透明のＴＦＴ基板１０上に形成されたゲート電極１２と、このゲート電極１２の上に形成された透明の絶縁膜１４と、この絶縁膜１４上に上記ゲート電極１２と対向させて形成されたａ−Ｓｉ１６と、このａ−Ｓｉ１６の上に形成されたソース電極及びドレイン電極１８と、これらａ−Ｓｉ１６、ソース電極及びドレイン電極１８の上面を覆う絶縁膜１４上の、上記ａ−Ｓｉ１６、ソース電極及びドレイン電極１８に対応する位置に設けられた透明の上部ゲート電極１２８と、から構成されるものである。
このようなダブルゲート型ａ−Ｓｉ ＴＦＴを用いたフォトセンサによれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られると共に、２つのゲートの制御タイミングをずらすことにより感度特性の制御が可能である、明暗の出力比が大きくとれるというメリットがある。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、対向基板２０下部に赤色及び緑色のカラーフィルタを形成しているが、他の色のカラーフィルタを用いても良い。その場合、一つのカラーフィルタの色とＴＦＴ基板１０下部のカラーフィルタの色とを合わせることは言うまでもない。また、色は２種類に限らず、更に多色としても構わない。その場合には、複数種類の単色光を照射できるように、ＴＦＴ基板１０下部のカラーフィルタも領域分割して複数色形成することが必要となる。
また、上記実施形態では、カラーフィルタを対向基板２０下部に配置しているが、これらを対向基板２０の上部に配置しても良いし、ａ−Ｓｉ１６を覆う透明な絶縁膜１４上に配置しても良い。
更に、上記実施形態では、特定波長領域の光を出射する光出射手段として、白色バックライトとＴＦＴ基板１０下部の赤色カラーフィルタを用いて赤色成分２２Ｒの単色光を生成しているが、そのようなカラーフィルタを形成する代わりに、単色光を照射可能なＬＥＤやＯＬＥＤ等の光源を用いて実現してもよい。
また、上記実施形態では、ａ−Ｓｉ ＴＦＴを並列接続して図５に示した検出回路１２０を各色に１個ずつ設けるものとしたが、１つのａ−Ｓｉ ＴＦＴにそれぞれ１個ずつ設けて個別にＯＮ／ＯＦＦ判定を行い、１つのフォトセンサ１１６を構成する全てのａ−Ｓｉ ＴＦＴの判定結果を集計して、最終的な当該フォトセンサ１１６のＯＮ／ＯＦＦ判定を行うようにしても良い。更に、検出回路は、図５に示した構成に限定されるものでないことは勿論である。
また、上記第２実施形態では、ダブルゲート型の場合を説明したが、より多くのゲート電極を持つマルチゲート型ａ−Ｓｉ ＴＦＴを採用することも可能である。
更には、ａ−Ｓｉ ＴＦＴだけでなく、ポリシリコンＴＦＴ等の他のＴＦＴを受光素子として用いても良い。
また、ＴＦＴ等のトランジスタに限らず、フォトダイオード等の他の受光素子であってもよい。
（Ａ）は本発明の第１実施形態に係るフォトセンサの構成例を示す図であり、（Ｂ）は指が対向基板上に接触された際の光の経路を説明するための図であり、（Ｃ）は強い外光が入射したときの光の経路を説明するための図である。 第１実施形態に係るフォトセンサの動作を説明するための模式図である。 第１実施形態に係るフォトセンサを複数個、一体的に組み込み形成したＴＦＴ−ＬＣＤパネルを示す図である。 各フォトセンサの電気的な接続構成を示す図である。 センサＬＳＩに作り込まれた検出回路の回路図である。 本発明の第２実施形態に係るフォトセンサの構成例を示す図である。 ａ−Ｓｉ ＴＦＴの光−電気特性を示す図である。
符号の説明
１０…ＴＦＴ基板、 １２…ゲート電極、 １４…絶縁膜、 １６…アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、 １８…ソース電極及びドレイン電極、 ２０…対向基板、 ２２…バックライト光、 ２２Ｒ…赤色成分、 ２４…指、 ２６…反射光、 ２６Ｒ…赤色反射光、 ２８…外光、 ２８Ｒ…赤色成分、 ２８Ｇ…緑色成分、 １００…赤色カラーフィルタ（ＴＦＴ、 Ｒフィルタ）、 １０２…赤色カラーフィルタ（対向Ｒフィルタ）、 １０４…緑色カラーフィルタ（対向Ｇフィルタ）、 １０６…ブラックマスク、 １０８…ＬＣＤパネル、 １１０…ガラス（若しくはプラスチック）基板、 １１２…ＴＦＴ−ＬＣＤ、 １１４…ＬＣＤ駆動ＬＳＩ、 １１６…フォトセンサ、 １１８…センサＬＳＩ、 １２０…検出回路、 １２２…電流−電圧変換回路、 １２４…コンパレータ、 １２６…反転増幅器、 １２８…上部ゲート電極。

Claims (16)

  1. 特定波長領域の光を出射する光出射手段と、
    前記特定波長領域と同じ波長領域の透過波長領域を持ち、前記光出射手段から出射された光を透過する第１のフィルタと、前記特定波長領域とは異なる波長領域の透過波長領域を持ち、前記光出射手段から出射された光を透過させない第２のフィルタと、を隣接して備え、前記光出射手段から出射された光を検出対象物に対して選択的に透過する照射光選択手段と、
    前記照射光選択手段の前記第１のフィルタを透過した光を受光する第１の受光素子と、前記透過光選択手段の前記第２のフィルタを透過した光を受光する第２の受光素子と、からなる複数の受光素子を、前記第１及び第２のフィルタに対応させて隣接して配置した受光素子アレイと、
    前記受光素子アレイからの出力により、前記検出対象物の有無を判別する判別手段と、
    を具備し、
    前記光出射手段から出射され、前記照射光選択手段を通して照射された光が前記検出対象物により反射されてなる反射光は、前記受光素子アレイのうち前記第１の受光素子のみが受光し、
    前記判別手段は、前記受光素子アレイのうち前記第１の受光素子からのみ所定の出力が得られたとき、前記検出対象物が存在すると判別することを特徴とするフォトセンサ。
  2. 前記光出射手段以外からの外光は、前記照射光選択手段の前記第１及び第２のフィルタの両方を透過して、前記受光素子アレイの前記第１及び第２の受光素子の両方が受光し、
    前記判別手段は、前記受光素子アレイの前記第１及び第２の受光素子の両方から前記所定の出力が得られたとき、前記検出対象物が存在しないと判別することを特徴とする請求項１に記載のフォトセンサ。
  3. 前記判別手段は、前記受光素子アレイの前記第１及び第２の受光素子の何れからも前記所定の出力が得られないとき、前記検出対象物が存在しないと判別することを特徴とする請求項１または２に記載のフォトセンサ。
  4. 前記第１の受光素子からの出力と、前記第２の受光素子からの出力と、をそれぞれ並列に接続して前記判別手段に入力することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のフォトセンサ。
  5. 前記受光素子は、アモルファスシリコン薄膜トランジスタで形成されることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のフォトセンサ。
  6. 前記受光素子は、ダブルゲート型アモルファスシリコン薄膜トランジスタで形成されることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のフォトセンサ。
  7. 前記特定波長領域の光を出射する光出射手段は、
    白色光を出射する白色光源と、
    前記特定波長領域と同じ波長領域の透過波長領域を持ち、前記白色光源から出射された白色光を透過する第３のフィルタと、
    からなることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のフォトセンサ。
  8. 光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、
    前記第一の受光素子の前面側に配置され、所定の色成分の光を透過するとともに前記所定の色成分とは異なる他の色成分の光を遮断する第一のフィルタと、
    前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記所定の色成分の光を遮断するとともに前記他の色成分の光を透過させる第二のフィルタと、
    前記第一及び第二の受光素子の裏面側に配置され、前記所定の色成分を含むとともに前記他の色成分を含まない光を射出する光源と、
    前記光源が前記光を射出しているときに前記第一の受光素子により検出される前記第一のフィルタの透過光強度と前記第二の受光素子により検出される前記第二のフィルタの透過光強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別手段と、
    を備えたことを特徴とするフォトセンサ。
  9. 光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、
    前記第一の受光素子の前面側に配置され、特定波長領域の光を透過するとともに前記特定波長領域とは異なる他の波長領域の光を遮断する第一のフィルタと、
    前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記特定波長領域の光を遮断するとともに前記他の波長領域の光を透過する第二のフィルタと、
    前記第一及び第二の受光素子の裏面側に配置され、前記特定波長領域を含むとともに前記他の波長領域を含まない光を射出する光源と、
    前記光源が前記光を射出しているときに前記第一の受光素子により検出される前記第一のフィルタの透過光強度と前記第二の受光素子により検出される前記第二のフィルタの透過光強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別手段と、
    を備えたことを特徴とするフォトセンサ。
  10. 前記第一及び第二の受光素子は、前記光源からの射出光が、互いの受光素子間を通過可能に、所定の間隔を開けて隣接配置されていることを特徴とする請求項８または９に記載のフォトセンサ。
  11. 前記判別手段は、
    前記第一の受光素子により検出される光の強度が所定の第一閾値以上で且つ前記第二の受光素子により検出される光の強度が所定の第二閾値未満のときに、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物が有ると判別し、
    前記第一の受光素子により検出される光の強度が前記第一閾値以上で且つ前記第二の受光素子により検出される光の強度が前記第二閾値以上のとき、または、前記第一の受光素子により検出される光の強度が前記第一閾値未満で且つ前記第二の受光素子により検出される光の強度が前記第二閾値未満のときに、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物がないと判別することを特徴とする請求項８から１０の何れかに記載のフォトセンサ。
  12. 光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、
    前記第一の受光素子の前面側に配置され、所定の色成分の光を透過するとともに前記所定の色成分とは異なる他の色成分の光を遮断する第一のフィルタと、
    前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記所定の色成分の光を遮断するとともに前記他の色成分の光を透過させる第二のフィルタと、
    を備えたフォトセンサの対象物検出方法であって、
    前記第一及び第二の受光素子の裏面側から前記第一及び第二のフィルタの前面側へ向けて、前記所定の色成分を含むとともに前記他の色成分を含まない光を射出する光出射ステップと、
    前記光出射ステップにより光が射出されている状態で、前記第一のフィルタを透過する光の強度を前記第一の受光素子で検出するとともに前記第二のフィルタを透過する光の強度を前記第二の受光素子で検出する光強度検出ステップと、
    前記光強度取得ステップで検出された前記第一のフィルタを透過する光の強度と前記第二のフィルタを透過する光の強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別ステップと、
    を含むことを特徴とするフォトセンサの対象物検出方法。
  13. 光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、
    前記第一の受光素子の前面側に配置され、特定波長領域の光を透過するとともに前記特定波長領域とは異なる他の波長領域の光を遮断する第一のフィルタと、
    前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記特定波長領域の光を遮断するとともに前記他の波長領域の光を透過する第二のフィルタと、
    を備えたフォトセンサの対象物検出方法であって、
    前記第一及び第二の受光素子の裏面側から前記第一及び第二のフィルタの前面側へ向けて、前記特定波長領域を含むとともに前記他の波長領域を含まない光を射出する光出射ステップと、
    前記光出射ステップにより光が射出されている状態で、前記第一のフィルタを透過する光の強度を前記第一の受光素子で検出するとともに前記第二のフィルタを透過する光の強度を前記第二の受光素子で検出する光強度検出ステップと、
    前記光強度取得ステップで検出された前記第一のフィルタを透過する光の強度と前記第二のフィルタを透過する光の強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別ステップと、
    を含むことを特徴とするフォトセンサの対象物検出方法。
  14. 特定波長領域の光を出射する光出射手段と、
    前記特定波長領域と同じ波長領域の透過波長領域を持ち、前記光出射手段から出射された光を透過する第１のフィルタと、前記特定波長領域とは異なる波長領域の透過波長領域を持ち、前記光出射手段から出射された光を透過させない第２のフィルタと、を隣接して備え、前記光出射手段から出射された光を検出対象物に対して照射する照射光選択手段と、
    前記照射光選択手段の前記第１のフィルタを透過した光を受光する第１の受光素子と、前記透過光選択手段の前記第２のフィルタを透過した光を受光する第２の受光素子と、からなる複数の受光素子を、前記第１及び第２のフィルタに対応させて隣接して配置した受光素子アレイと、
    前記受光素子アレイからの出力により、前記検出対象物の有無を判別する判別手段と、
    を備え、
    前記光出射手段により、特定波長領域の光を出射する光出射ステップと、
    前記光出射ステップで出射された光を前記照射光選択手段により検出対象物に対して照射する照射光選択ステップと、
    前記照射光選択ステップを経て、前記受光素子アレイで受光する受光ステップと、
    前記受光ステップにおける前記受光素子アレイの出力により、前記検出対象物の有無を判別する判別ステップと、
    を含み、
    前記出射光選択手段から照射された光が前記検出対象物により反射されてなる反射光は、前記受光素子アレイのうち前記第１の受光素子のみが受光し、
    前記受光素子アレイのうち前記第１の受光素子からのみ所定の出力が得られたとき、前記検出対象物が存在すると判別することを特徴とするフォトセンサの対象物検出方法。
  15. 表示部と操作スイッチとを備え、
    前記操作スイッチは、
    光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、
    前記第一の受光素子の前面側に配置され、所定の色成分の光を透過するとともに前記所定の色成分とは異なる他の色成分の光を遮断する第一のフィルタと、
    前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記所定の色成分の光を遮断するとともに前記他の色成分の光を透過させる第二のフィルタと、
    前記第一及び第二の受光素子の裏面側に配置され、前記所定の色成分を含むとともに前記他の色成分を含まない光を射出する光源と、
    前記光源が前記光を射出しているときに前記第一の受光素子により検出される前記第一のフィルタの透過光強度と前記第二の受光素子により検出される前記第二のフィルタの透過光強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別手段と、
    を備えたことを特徴とする表示装置。
  16. 表示部と操作スイッチとを備え、
    前記操作スイッチは、
    光の強度を検出する第一及び第二の受光素子と、
    前記第一の受光素子の前面側に配置され、特定波長領域の光を透過するとともに前記特定波長領域とは異なる他の波長領域の光を遮断する第一のフィルタと、
    前記第二の受光素子の前面側に配置され、前記特定波長領域の光を遮断するとともに前記他の波長領域の光を透過する第二のフィルタと、
    前記第一及び第二の受光素子の裏面側に配置され、前記特定波長領域を含むとともに前記他の波長領域を含まない光を射出する光源と、
    前記光源が前記光を射出しているときに前記第一の受光素子により検出される前記第一のフィルタの透過光強度と前記第二の受光素子により検出される前記第二のフィルタの透過光強度とに基づいて、前記第一及び第二のフィルタの前面側を覆う検出対象物の有無を判別する判別手段と、
    を備えたことを特徴とする表示装置。
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