JP5253418B2 - 光センサ内蔵表示パネルおよびそれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォトダイオード等の光検出素子を画素内に有し、スキャナやタッチパネルとして利用可能な光センサ内蔵表示パネルと、それを用いた表示装置に関する。

従来、例えばフォトダイオード等の光検出素子を画素領域内に備えたことにより、ディスプレイに近接した物体の画像を取り込むことが可能な、画像取り込み機能付きの表示装置が提案されている（例えば特開２００７−８１８７０号公報参照）。画素領域内の光検出素子は、アクティブマトリクス基板上に、信号線および走査線、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、画素電極等の周知の構成要素を周知の半導体プロセスによって形成する際に、同時に形成される。このような画像取り込み機能付き表示装置は、双方向通信用表示装置や、タッチパネル機能付き表示装置としての利用が想定されている。

一般的に、フォトダイオード等の光検出素子は、環境温度の変化や信号配線の寄生容量等の種々の影響により、その出力にノイズ成分が含まれる。特に、フォトダイオードの場合、周囲温度の変化によって出力電流が変化する。そこで、上記の特許文献１には、ノイズ成分を検出するために、画素領域外に遮光センサを設けた構成が開示されている。遮光センサとは、画素領域内の光検出素子と同じ素子であるが、光が入射しないように受光面を遮光したものである。このような受光面が遮光されていることにより、遮光センサからの出力の変動は、環境温度の変化やその他の影響によるノイズ成分を表す。したがって、画素領域内の光検出素子の出力を、前記遮光センサの出力を用いて補正することにより、ノイズ成分の影響が低減されたセンサ出力が得られる。

特開２００７−８１８７０号公報に開示された従来の表示装置においては、当該公報の図１，図３，図５に示されているように、遮光センサは、表示領域の四辺の少なくとも一辺に沿うように、表示領域の外部に設けられている。そして、各遮光センサの出力信号を用いて、同じ行または列に配置された画像取り込みセンサの撮像信号を補正する。例えば、特開２００７−８１８７０号公報の図１に開示された構成では、表示領域の１行目に配置された画像取り込みセンサの撮像信号から、１行目の遮光センサからの出力信号を減算することにより、ノイズ成分が除去された撮像信号を得る。

しかしながら、表示領域における温度分布は必ずしも均一ではない。例えば、表示装置における主な熱源は、バックライト光源や駆動回路（アンプ等）である。すなわち、表示領域は、熱源からの距離や、構成部材の熱伝導率の差異等にしたがって、温度傾斜を有する。このため、一般的に、これらの熱源の近傍にある画像取り込みセンサは、熱源から発生する熱の影響を受け易い。一方で、熱源から離れた位置にある画像取り込みセンサは、熱源の影響をあまり受けない。また、光センサ内蔵表示パネルをタッチパネルとして使用する場合、パネルの表面温度よりも指の温度の方が高いと、指で触れた箇所の温度は指で触れていない箇所よりも高くなる。逆に、パネル表面温度よりも指の温度の方が低いと、指で触れた箇所の温度は指で触れていない箇所よりも低くなる。したがって、上記従来の表示装置では、例えば、熱源から補正対象の画像取り込みセンサまでの距離と、熱源から遮光センサまでの距離とが異なる場合や、画像取り込みセンサ上を指で触れていて遮光センサ上は指で触れていない場合などに、ノイズ成分を精度良く除去することができない、という問題を有する。また、配線の寄生容量等もノイズ成分に含まれるので、センサ出力端からの配線距離が互いに異なる複数の画像取り込みセンサの撮像信号から、遮光センサからの出力信号を減算しただけでは、配線の寄生容量に起因するノイズ成分を精度良く除去することができない、という問題がある。

本発明は、このような問題に鑑み、熱源からの距離や、指で触れているエリア、センサ出力端からの距離に影響されず、表示領域における画像取り込みセンサの撮像信号のノイズ成分を精度良く除去できる光センサ内蔵表示パネルと、これを用いた表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明にかかる光センサ内蔵表示パネルは、マトリクス状に画素が配置された画素領域を有するアクティブマトリクス基板を有し、前記画素領域の少なくとも一部に光センサが形成された光センサ内蔵表示パネルであって、前記画素領域内の光センサは、画像取り込み用センサと、遮光された遮光センサとを含み、前記遮光センサからのセンサ出力を用いて、前記画像取り込み用光センサのセンサ出力を補正する補正回路をさらに備えたことを特徴とする。なお、補正回路は、パネル内（アクティブマトリクス基板上）に配置されていても良いし、パネル外に配置されていても良い。

本発明によれば、熱源からの距離や指で触れているエリア、センサ出力端からの距離に影響されず、表示領域における画像取り込みセンサの撮像信号のノイズ成分を精度良く除去できる光センサ内蔵表示パネルと、これを用いた表示装置を提供できる。

図１は、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルが備えるアクティブマトリクス基板の概略構成を示すブロック図である。 図２Ａは、画素領域における１つのセンシング画素の概略構成を示す平面図である。 図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ−Ａ’矢視断面図である。 図３Ａは、画素領域における１つの遮光センサ画素の概略構成を示す平面図である。 図３Ｂは、図３ＡにおけるＡ−Ａ’矢視断面図である。 図４は、本実施形態にかかる光センサの等価回路図である。 図５は、本実施形態におけるセンシング画素と遮光センサ画素の配置の一例を示す模式図である。 図６Ａは、図５に示した画素配置の構成においてセンシング画素のセンサ出力を補正するための回路構成を示す回路図である。 図６Ｂは、図６Ａに示すスイッチのオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。 図７Ａは、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルの構成例を示す断面図である。 図７Ｂは、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルの構成例を示す断面図である。 図８は、本実施形態におけるセンシング画素と遮光センサ画素の配置の他の例を示す模式図である。 図９は、図８に示した画素配置の構成においてセンシング画素のセンサ出力を補正するための回路構成の一例を示す回路図である。 図１０は、本実施形態におけるセンシング画素と遮光センサ画素の配置のさらに他の例を示す模式図である。 図１１は、図１０に示した画素配置の構成においてセンシング画素のセンサ出力を補正するための回路構成の一例を示す回路図である。 図１２は、図１０に示した画素配置の構成においてセンシング画素のセンサ出力を補正するための回路構成の他の例を示す回路図である。 図１３Ａは、画素領域における１つの遮光センサ画素の概略構成を示す平面図である。 図１３Ｂは、図１３ＡにおけるＡ−Ａ’矢視断面図である。

本発明の一実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルは、マトリクス状に画素が配置された画素領域を有するアクティブマトリクス基板を有し、前記画素領域の少なくとも一部に光センサが形成された光センサ内蔵表示パネルであって、前記画素領域内の光センサは、画像取り込み用センサと、遮光された遮光センサとを含み、前記遮光センサからのセンサ出力を用いて、前記画像取り込み用光センサのセンサ出力を補正する補正回路をさらに備えた構成である。なお、補正回路は、パネル内（アクティブマトリクス基板上）に配置されていても良いし、パネル外に配置されていても良い。

また、本発明の一実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルにおいて、前記遮光センサは、前記画素領域に所定の規則性を持って配置され、前記補正回路は、前記画像取り込み用センサのセンサ出力を、当該画像取り込み用センサの近傍の所定の範囲に配置された遮光センサのセンサ出力を用いて補正することが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルにおいて、前記遮光センサは、前記画素領域の所定の行または列に配置され、前記補正回路は、前記画像取り込み用センサのセンサ出力を、当該画像取り込み用センサの近傍の所定の行または列に配置された遮光センサのセンサ出力を用いて補正することが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルにおいて、前記画像取り込み用センサと前記遮光センサとは、前記画素領域において、１列おきに交互に配置され、前記補正回路は、画像取り込み用センサのセンサ出力を、当該画像取り込み用センサに隣接する列に配置された前記遮光センサのセンサ出力を用いて補正することが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルにおいて、前記画像取り込み用センサと前記遮光センサとは、前記画素領域において、１行おきに交互に配置され、前記補正回路は、画像取り込み用センサのセンサ出力を、当該画像取り込み用センサに隣接する行に配置された前記遮光センサのセンサ出力を用いて補正することが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルにおいて、前記画像取り込み用センサと前記遮光センサとは、前記画素領域において、行方向および列方向の両方において交互に配置され、前記補正回路は、画像取り込み用センサのセンサ出力を、当該画像取り込み用センサに隣接する少なくともいずれかの遮光センサからのセンサ出力を用いて補正することが好ましい。

以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明にかかる表示装置を液晶表示装置として実施する場合の構成例を示したものであるが、本発明にかかる表示装置は液晶表示装置に限定されず、アクティブマトリクス基板を用いる任意の表示装置に適用可能である。なお、本発明にかかる表示装置は、画像取り込み機能を有することにより、画面に近接する物体を検知して入力操作を行うタッチパネル付き表示装置、画面に載置された書類等の画像を読み取るスキャナ、あるいは、表示機能と撮像機能とを具備した双方向通信用表示装置等としての利用が想定される。

また、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかる表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

［第１の実施形態］
最初に、図１および図２を参照しながら、本発明の第１の実施形態にかかる液晶表示装置が備える光センサ内蔵表示パネルの構成について説明する。

図１は、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルが備えるアクティブマトリクス基板１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、アクティブマトリクス基板１００は、ガラス基板（図示せず）上に、マトリクス上に画素が配置された画素領域１、ディスプレイゲートドライバ２、ディスプレイソースドライバ３、センサカラム（ｃｏｌｕｍｎ）ドライバ４、センサロウ（ｒｏｗ）ドライバ５を少なくとも備えている。また、画素領域１の画素を駆動するための信号を生成したり、画素領域１内の光センサ１１からのセンサ出力を処理したりするための信号処理回路８が、ＦＰＣコネクタやＦＰＣ（いずれも図示せず）を介して、アクティブマトリクス基板１００に接続されている。

アクティブマトリクス基板１００上の上記の構成部材は、半導体プロセスによってガラス基板上にモノリシックに形成することも可能である。あるいは、上記の構成部材のうちのアンプやドライバ類を、例えばＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）技術等によってガラス基板上に実装した構成としても良い。あるいは、図１においてアクティブマトリクス基板１００上に示した上記の構成部材の少なくとも一部が、ＦＰＣ上に実装されることも考えられる。

画素領域１は、複数の画素がマトリクス上に配置された領域である。本実施形態では、画素領域１における各画素内に、光センサ１１が１つずつ設けられている。ただし、本実施形態における画素領域１は、光センサ１１に光が入射するように構成された画素（以下、「センシング画素」と称する）と、光センサ１１に光が入射しないよう遮光された画素（以下、「遮光センサ画素」と称する）とを有する。

図２Ａは、画素領域１における１つのセンシング画素１２Ｓの概略構成を示す平面図である。図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ−Ａ’矢視断面図である。図２Ａの例では、１つのセンシング画素１２Ｓは、赤色の絵素、緑色の絵素、青色の絵素の３つの絵素によって形成されている。赤色の絵素は、ＴＦＴ１３Ｒと、これによって駆動される画素電極１４Ｒとを有している。画素電極１４Ｒの上層には、赤色のカラーフィルタが配置されている。同様に、緑色の絵素はＴＦＴ１３Ｇによって駆動される画素電極１４Ｇを有し、画素電極１４Ｇの上層には緑色のカラーフィルタが配置されている。また、青色の絵素はＴＦＴ１３Ｂによって駆動される画素電極１４Ｂを有し、画素電極１４Ｂの上層には青色のカラーフィルタ３２Ｂ（図２Ｂ参照）が配置されている。

画素１２においては、青色の絵素内に、光センサ１１の光検出素子であるフォトダイオード１１ａが形成されている。また、フォトダイオード１１ａからの電荷を読み出してセンサ出力を生成するための出力回路１１ｂ（詳細については後述）が、緑色の画素内に形成されている。フォトダイオード１１ａは、ＴＦＴ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを形成する半導体プロセスにより、これらのＴＦＴと同時に、アクティブマトリクス基板１００上に形成される。なお、図２Ａにおいては、青色の絵素内にフォトダイオード１１ａが形成され、緑色の絵素内に出力回路１６が形成された構造を例示したが、フォトダイオード１１ａが形成される場所は、センシング画素１２Ｓ内のどの絵素であっても良い。

なお、図２Ｂに示すように、フォトダイオード１１ａは、アクティブマトリクス基板１００のガラス基板２１上に、遮光層２２を介して形成されている。この遮光層２２は、ガラス基板２１の裏面に配置されるバックライト（図示せず）からの光がフォトダイオード１１ａへ入射しないようにするために設けられている。

図２Ｂにおいて、２３はゲートメタル、２４は絶縁膜である。アクティブマトリクス基板１００は、全面に対向電極３３と配向膜３４が形成された対向基板２００と貼り合わされ、その間隙に液晶材料（図示せず）が封入される。対向基板２００は、ガラス基板３１上に、ブラックマトリクス３２ＢＭと青色のカラーフィルタ３２Ｂとによって構成されるカラーフィルタ層３２を有している。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、青色の絵素においては、画素開口部とフォトダイオード１１ａ以外は、ブラックマトリクス３２ＢＭで覆われている。また、図２Ａに示すように、赤色の絵素および緑色の絵素においては、画素開口部以外はブラックマトリクスで覆われている。

一方、図３Ａは、画素領域１における１つの遮光センサ画素１２Ｂの概略構成を示す平面図である。図３Ｂは、図３ＡにおけるＡ−Ａ’矢視断面図である。図２と図３とを比較することから分かるように、遮光センサ画素１２Ｂは、フォトダイオード１１ａの上層がブラックマトリクス３２ＢＭで覆われている点のみにおいて、センシング画素１２Ｓと異なっている。遮光センサ画素１２Ｂのその他の構成は、センシング画素１２Ｓと同様である。図３Ｂに示すように、遮光センサ画素１２Ｂにおいては、フォトダイオード１１ａの上層がブラックマトリクス３２ＢＭで覆われているので、対向基板２００側から入射した光は、フォトダイオード１１ａへ入射しない。

ここで、図１および図４を参照し、画素領域１の各画素（センシング画素１２Ｓまたは遮光センサ画素１２Ｂ）に１つずつ設けられている光センサ１１の構造と動作について説明する。図４は、光センサ１１の等価回路図である。光センサ１１の構造は、センシング画素１２Ｓと遮光センサ画素１２Ｂとにおいて共通であり、図４に示すように、フォトダイオードＤ１（図２および図３に示すフォトダイオード１１ａ）と、コンデンサＣと、センサプリアンプＭ２とを有している。すなわち、コンデンサＣとセンサプリアンプＭ２とが、図２Ａおよび図３Ａに示す出力回路１１ｂに含まれる。フォトダイオードＤ１のアノードは、リセット配線ＲＳを介してセンサロウドライバ５に接続されている。フォトダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣの一方の電極に接続されている。コンデンサＣのもう一方の電極が、読み出し信号配線ＲＷを介してセンサロウドライバ５に接続されている。なお、リセット配線ＲＳと読み出し信号配線ＲＷとのペアの数は、画素領域１における行方向の画素数と等しい。

図１および図４に示すように、フォトダイオードＤ１のカソードは、センサプリアンプＭ２のゲートに接続されている。センサプリアンプＭ２のソースは、青色絵素（後述）を駆動するためのソースラインＢｌｉｎｅに接続されている。センサプリアンプＭ２のドレインは、緑色絵素（後述）を駆動するソースラインＧｌｉｎｅに接続されている。各絵素への書き込み期間には、赤色絵素（後述）を駆動するためのソースラインＲｌｉｎｅと、ソースラインＧｌｉｎｅ，Ｂｌｉｎｅへソースドライバ３からの出力を導通させるスイッチＳＲ，ＳＧ，ＳＢがオンにされ、スイッチＳＳとスイッチＳＤＤはオフにされる。これにより、ソースドライバ３からの映像信号が各絵素へ書き込まれる。一方、書き込み期間の合間の所定の期間（センシング期間）に、スイッチＳＲ，ＳＧ，ＳＢがオフにされ、スイッチＳＳとスイッチＳＤＤはオンにされる。スイッチＳＳは、センサプリアンプＭ２のドレインを、ソースラインＧｌｉｎｅをセンサカラムドライバ４へ導通させる。スイッチＳＤＤは、定電圧源ＶＤＤをＢｌｉｎｅに導通させる。なお、図１および図４においては、ソースラインＧｌｉｎｅ，Ｂｌｉｎｅが、センサプリアンプＭ２の駆動配線を兼ねている構成を例示したが、センサプリアンプＭ２の駆動配線としてどのソースラインを用いるかは、任意の設計事項である。また、ソースラインがセンサプリアンプＭ２の駆動配線を兼ねるのではなく、センサプリアンプＭ２の駆動配線をソースラインとは別個に敷設した構成としても良い。

光センサ１１は、リセット配線ＲＳからリセット信号が供給されることにより、センシング期間が開始される。センシング開始後、センシング画素１２ＳのフォトダイオードＤ１のカソードの電位ＶＩＮＴは、受光量に応じて低下する。その後、読み出し信号配線ＲＷから読み出し信号が供給されることにより、その時点におけるフォトダイオードＤ１のカソードの電位ＶＩＮＴが読み出され、センサプリアンプＭ２で増幅される。一方、遮光画素１２ＢのフォトダイオードＤ１は、図３Ａおよび図３Ｂに示したように、ブラックマトリクス３２ＢＭによって遮光されているので、遮光画素１２ＢのフォトダイオードＤ１のカソードの電位ＶＩＮＴの変動は、環境温度の変化等に伴うフォトダイオードＤ１の特性変化成分を表すこととなる。

センサプリアンプＭ２からの出力（センサ出力）は、信号配線Ｇｌｉｎｅを介してセンサカラムドライバ４へ送られる。センサカラムドライバ４は、センサ出力をさらに増幅し、信号処理回路８へ出力する。

ここで、本実施形態の画素領域１におけるセンシング画素１２Ｓ（図２Ａ、図２Ｂ参照）と遮光センサ画素１２Ｂ（図３Ａ、図３Ｂ参照）の配置を、図５に示す。図５においては、３つの絵素からなる１つの画素を、１つの矩形で表現した。また、図５においては、センシング画素１２Ｓのフォトダイオード１１ａを、画素を表す矩形の中に白抜きの小さな矩形で模式的に表現し、遮光センサ画素１２Ｂにおける遮光されたフォトダイオード１１ａを、画素を表す矩形の中にハッチング付きの小さな矩形で模式的に表現した。

図５に示すように、本実施形態の光センサ内蔵表示パネルの画素領域１には、垂直方向ｍ行、水平方向ｎ列の画素が設けられている。そして、奇数列（第１列、第３列、第５列、・・・）に遮光センサ画素１２Ｂが配置され、偶数列（第２列、第４列、第６列、・・・）にセンシング画素１２Ｓが配置されている。また、この構成においては、奇数列に配置された遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力を利用して、隣接する偶数列のセンシング画素１２Ｓのセンサ出力のノイズ除去を行う。

ここで、画素領域１における各画素からのセンサ出力を、列番号ｘ（ｘ＝１〜ｎ）と行番号ｙ（ｙ＝１〜ｍ）を用いてＳ（ｘ，ｙ）と表す。本実施形態では、偶数列（第２ｋ列）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（２ｋ，ｙ）から、これに隣接する奇数列（第２ｋ−１列）の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（２ｋ−１，ｙ）を減算することにより、偶数列（第２ｋ列）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（２ｋ，ｙ）を補正する。

このため、図６Ａに示すように、本実施形態では、奇数列（第（２ｋ−１）列）の遮光センサ画素１２Ｂのセンサ出力配線として機能するソースラインＧｌｉｎｅ（図１参照）と、これに隣接する偶数列（第２ｋ列）のセンシング画素１２Ｓのセンサ出力配線として機能するソースラインＧｌｉｎｅとを、１ペアずつ順に選択するためのスイッチＳｋ（ｋ＝１〜ｎ／２）が設けられている。つまり、図６Ｂに示すように、スイッチＳ１がオンになっている間、スイッチＳ２，Ｓ３，・・・Ｓ_ｎ／２はオフ状態であり、次にスイッチＳ２がオンにされると共に、スイッチＳ１，Ｓ３，・・・Ｓ_ｎ／２はオフにされる。これにより、オンにされたスイッチＳｋに接続されている２本のソースラインＧｌｉｎｅ上の画素から、ソースロウドライバ５（図１参照）による行選択に応じて、センサ出力Ｓ（２ｋ，ｙ）とＳ（２ｋ−１，ｙ）とが、センサカラムドライバ４へ出力される。

センサカラムドライバ４は、図６Ａに示すように、演算回路４１とＡＤ変換器（ＡＤＣ）４２とを内蔵している。演算回路４１は、上述のとおり、偶数列（第２ｋ列）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（２ｋ，ｙ）から、これに隣接する奇数列（第２ｋ−１列）の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（２ｋ−１，ｙ）を減算する。減算結果は、ＡＤ変換器４２でディジタル信号に変換され、信号処理回路８（図１参照）へ出力される。

以上のように、本実施形態によれば、偶数列に配置されたセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力から、これに隣接する奇数列の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力を減算することにより、センシング画素１２Ｓのセンサ出力を補正する。したがって、補正対象のセンシング画素１２Ｓのごく近傍に配置された遮光センサからの出力を用いてノイズ除去を行うので、熱源からの距離やセンサ出力端からの距離に影響されず、センシング画素からのセンサ出力のノイズ成分を精度良く除去することができる。

なお、図６においては、演算回路４１で減算処理を行ってからＡＤ変換器４２でディジタル信号への変換を行う構成を例示したが、演算回路４１とＡＤ変換器４２の接続順序はこの逆であってもよい。

なお、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、上述の本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネル１０は、アクティブマトリクス基板１００と対向基板２００とをはり合わせてその間隙に液晶を注入されて構成されている。この光センサ内蔵表示パネル１０の背面にバックライト２０を設置することにより、透過型の液晶表示装置が構成される。なお、光センサ内蔵表示パネル１０の両面には、偏光子および検光子として機能する一対の偏光板４１，４２や、図示しないが種々の光学補償フィルム等が配置される。なお、図７Ａおよび図７Ｂにおいては、構造をわかりやすく示すために、光センサ内蔵表示パネル１０の内部構成を拡大して図示している。

この透過型液晶表示装置は、画素領域１に配置されたセンシング画素１２Ｓにより、図７Ａに示すように、人間の指等の物体が表示パネル面に近接したときに、外光による影像（周囲に比べて暗くなっている像）を検出する構成としてもよいし、図７Ｂに示すように、バックライト２０からの出射光が物体で反射されて形成される反射像（周囲に比べて明るくなっている像）を検出する構成としてもよい。このように、影像と反射像のいずれを検出するかは、信号処理回路８における信号処理方法で決定される。したがって、信号処理回路８を、影像検出モードと反射像検出モードとの間で処理を切り替えられるように構成することも可能である。

なお、この第１の実施形態は、補正対象のセンシング画素１２Ｓと遮光センサ画素１２Ｂとから同時にセンサ出力を読み出すので、例えば周期的な電源変動などの、時間に起因する外乱を精度良く補正できるという利点がある。また、読み出したセンサ出力をほぼリアルタイムで減算処理できるので、後述の他の実施形態に比較してセンサカラムドライバ４内の処理回路にラインメモリを設ける必要がない。このため、回路構成が簡略であるという利点を有する。また、Ｙ方向の平面解像度に優れるという利点もある。

また、本実施形態では、奇数列に遮光センサ画素が配置され、偶数列にセンシング画素が配置された構成を例示した。しかし、その逆に、偶数列に遮光センサ画素が配置され、奇数列にセンシング画素が配置された構成であっても良い。また、本実施形態では、同時に読み出すセンサ出力が２系統の場合を例示したが、３系統以上であってもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態にかかる液晶表示装置が備える光センサ内蔵表示パネルの構成について説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成と同様の構成については、第１の実施形態と同じ参照符号を付記し、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態の光センサ内蔵表示パネルの画素領域１においては、奇数行（第１行、第３行、第５行、・・・）に遮光センサ画素１２Ｂが配置され、偶数行（第２行、第４行、第６行、・・・）にセンシング画素１２Ｓが配置されている。この構成においては、奇数行に配置された遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力を利用して、隣接する偶数行のセンシング画素１２Ｓのセンサ出力のノイズ除去を行う。

本実施形態では、偶数行（第２ｋ行）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（ｘ，２ｋ）から、これに隣接する奇数行（第２ｋ−１行）の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（ｘ，２ｋ−１）を減算することにより、偶数列（第２ｋ列）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（ｘ，２ｋ）を補正する。

このため、図９に示すように、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルは、第１の実施形態において図６に示した構成と比較することから分かるように、センサカラムドライバ４の内部構成が異なっている。図９に示すように、本実施形態のセンサカラムドライバ４は、演算回路４１およびＡＤ変換器４２にさらに加えて、１ラインバッファ４３を備えている。１ラインバッファ４３は、１行分のセンサ出力を保持することができるラインバッファである。

この構成において、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・Ｓ_ｎ／２が順次オンにされると、オンにされたスイッチＳｋに接続されている２本のソースラインＧｌｉｎｅ上の画素から、ソースロウドライバ５（図１参照）による行選択（ここでは第ｙ行（ｙは偶数）が選択されているものとする）に応じて、センサ出力Ｓ（２ｋ−１，ｙ）とＳ（２ｋ，ｙ）とが、センサカラムドライバ４へ出力される。これらのセンサ出力は、ＡＤ変換器４２でディジタル信号に変換され、１ラインバッファに順次保持される。こうして、スイッチＳ１からスイッチＳ_ｎ／２までが順次オンにされることにより、１ラインバッファには、１行分のセンサ出力が保持された状態となる。

続いて、ソースロウドライバ５が次の行（第（ｙ−１）行）を選択し、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・Ｓ_ｎ／２を順次オンにしていくことにより、センサ出力Ｓ（２ｋ−１，ｙ−１）とＳ（２ｋ，ｙ−１）とがセンサカラムドライバ４へ出力される。これらのセンサ出力は、演算回路４１へ送られる。演算回路４１においては、１ラインバッファ４３から取り出されたセンサ出力Ｓ（２ｋ−１，ｙ）からＳ（２ｋ−１，ｙ−１）を減算する。同様に、センサ出力Ｓ（２ｋ，ｙ）からＳ（２ｋ，ｙ−１）を減算する。これにより、偶数行にあるセンシング画素１２Ｓのセンサ出力が、隣接する奇数行の遮光画素１２Ｂのセンサ出力を用いて補正される。減算結果は、演算回路４１から信号処理回路８（図１参照）へ出力される。

以上のように、本実施形態によれば、偶数行に配置されたセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力から、これに隣接する奇数行の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力を減算することにより、センシング画素１２Ｓのセンサ出力を補正する。したがって、補正対象のセンシング画素１２Ｓのごく近傍に配置された遮光センサからの出力を用いてノイズ除去を行うので、熱源からの距離やセンサ出力端からの距離に影響されず、センシング画素からのセンサ出力のノイズ成分を精度良く除去することができる。

なお、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルは、第１の実施形態と比較して、センサカラムドライバ４内に１ラインバッファ４３を必要とするが、環境温度の変化に起因するノイズだけではなく、センサ出力配線（Ｇｌｉｎｅ）上の系統ノイズ（アンプオフセットやスイッチによるキックバック等）も除去できるという利点がある。また、Ｘ方向の平面解像度に優れるという利点がある。

また、本実施形態では、奇数行に遮光センサ画素が配置され、偶数行にセンシング画素が配置された構成を例示した。しかし、その逆に、偶数行に遮光センサ画素が配置され、奇数行にセンシング画素が配置された構成であっても良い。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態にかかる液晶表示装置が備える光センサ内蔵表示パネルの構成について説明する。なお、第１，２の実施形態で説明した構成と同様の構成については、第１，２の実施形態と同じ参照符号を付記し、詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態の光センサ内蔵表示パネルの画素領域１においては、遮光センサ画素１２Ｂとセンシング画素１２Ｓとが、行方向と列方向との両方において交互に配置されている。センシング画素１２Ｓは、上下左右の４方向を４つの遮光センサ画素１２Ｂで囲まれている。したがって、本実施形態の光センサ内蔵表示パネルは、１つのセンシング画素１２Ｓのセンサ出力を、これらの４つの遮光センサの少なくとも１つのセンサ出力を利用して補正する。

例えば、図１１に示す構成は、あるセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ）を、このセンシング画素１２Ｓに対して左または右に隣接する列の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（ｘ−１，ｙ）またはＳ（ｘ＋１，ｙ）を用いて補正する。すなわち、図１１の構成においては、演算回路４１が、奇数行（ｙ＝１，３，５，・・・，ｍ−１）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ）から、その左隣の列の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（ｘ−１，ｙ）を減算することにより、センシング画素１２Ｓのセンサ出力を補正する。また、偶数行（ｙ＝２，４，６，・・・ｍ）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ）については、演算回路４１が、このセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ）から、その右隣の列の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（ｘ＋１，ｙ）を減算することによって、センシング画素１２Ｓのセンサ出力が補正される。なお、図１１の構成においても、演算回路４１とＡＤ変換器４２との接続順序が逆であってもよい。

また、図１２に示す構成では、あるセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ）を、このセンシング画素１２Ｓに対して上または下に隣接する行の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ−１）またはＳ（ｘ，ｙ＋１）を用いて補正する。すなわち、図１２の構成においては、演算回路４１が、奇数列（ｘ＝１，３，５，・・・，ｎ−１）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ）から、その上の行の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ−１）を減算することにより、センシング画素１２Ｓのセンサ出力を補正する。また、偶数列（ｘ＝２，４，６，・・・ｎ）のセンシング画素１２Ｓからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ）については、演算回路４１が、このセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ）から、その下の行の遮光センサ画素１２Ｂからのセンサ出力Ｓ（ｘ，ｙ＋１）を減算することによって、センシング画素１２Ｓのセンサ出力が補正される。

また、図１１に示したように隣接列（左右）の遮光センサ画素のセンサ出力を用いて補正するモードと、図１２に示したように隣接行（上下）の遮光センサ画素のセンサ出力を用いて補正するモードとを切り替え可能な光センサ内蔵表示パネルも、本発明の一実施形態である。この場合、センサカラムドライバ４内において、図１１に示した回路と、図１２に示した回路とを併せ持つ態様とし、動作モードに応じて使用する回路を切り替えられる構成とすればよい。

以上のとおり、本実施形態によっても、隣接行または隣接列の遮光センサのセンサ出力を用いて、センシング画素のセンサ出力を補正するので、熱源からの距離やセンサ出力端からの距離などに影響されず、センシング画素からのセンサ出力のノイズ成分を精度良く除去することができる。また、センサ出力配線（Ｇｌｉｎｅ）上の系統ノイズ（アンプオフセットやスイッチによるキックバック等）も除去できるという利点がある。また、Ｘ方向とＹ方向の両方において、平面解像度に優れるという利点がある。

以上、本発明についての一実施形態を説明したが、本発明は上述の具体例にのみ限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態においては、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、対向基板のブラックマトリクスを用いて遮光センサを形成する構成を例示した。しかし、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、アクティブマトリクス基板１００側に、反射金属膜２７等を設けることによって、遮光センサを形成しても良い。なお、センサを遮光する方法は、これらにのみ限定されず、種々の公知の手法を用いることができる。

また、上記の各実施形態においては、全画素に光センサ１１が１つずつ設けられた構成を例示した。しかし、光センサは、必ずしも全画素に設けられている必要はない。例えば、１行おき、あるいは１列おきに光センサが形成された構成であってもよく、このような構成も、本発明の技術的範囲に属する。また、センシング画素と遮光センサ画素との比率は、必ずしも等分でなくても良い。例えば、遮光センサ画素が２行おきまたは２列おきに配置され、各行または各列の遮光センサ画素のセンサ出力を用いて、当該行または当該列の両側のセンシング画素のセンサ出力を補正するようにしても良い。

さらに、１つの遮光センサ画素のセンサ出力を用いて、その周囲近傍の複数のセンシング画素のセンサ出力を補正するようにしても良い。

本発明は、光センサを有する表示装置として、産業上利用可能である。

Claims (1)

1. マトリクス状に画素が配置された画素領域を有するアクティブマトリクス基板を有し、前記画素領域の少なくとも一部に光センサが形成された光センサ内蔵表示パネルであって、
   前記画素領域内の光センサは、画像取り込み用センサと、遮光された遮光センサとを含み、
   前記遮光センサからのセンサ出力を用いて、前記画像取り込み用光センサのセンサ出力を補正する補正回路をさらに備え、
   前記遮光センサは、前記画素領域に所定の規則性を持って配置され、
   前記画像取り込み用センサと前記遮光センサとは、前記画素領域において、行方向および列方向の両方において交互に配置され、
   前記補正回路は、画像取り込み用センサのセンサ出力を、当該画像取り込み用センサに隣接する少なくともいずれかの遮光センサからのセンサ出力を用いて補正する、光センサ内蔵表示パネル。

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