JP5679530B2

JP5679530B2 - 電子機器

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Publication number: JP5679530B2
Application number: JP2010256408A
Authority: JP
Inventors: 黒川　義元; 義元黒川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: CN102073416A; US9086760B2; EP2345954A3; US20110122098A1; TW201207685A; KR20110056232A; EP2345954B1; CN102073416B; KR101759493B1; TWI507934B; EP2345954A2; JP2011129108A

Description

本発明は、フォトセンサを有する表示装置と、その駆動方法に関する。特に、フォトセンサを有する画素がマトリックス状に配置された表示装置と、その駆動方法に関する。更には、当該表示装置を有する電子機器に関する。また、半導体装置及びその駆動方法に関する。

近年、タッチセンサを搭載した表示装置が注目されている。タッチセンサを搭載した表示装置は、タッチパネル又はタッチスクリーンなどと呼ばれている（以下、これを単に「タッチパネル」と呼ぶ）。タッチセンサには、動作原理の違いにより、抵抗膜方式、静電容量方式、光方式などがあり、被検出物（ペン、指など）が表示装置に接触したことを検出することができる。そのため、タッチセンサを入力装置として用い、表示装置の制御などを行うためのデータを入力することができる。また、光方式のタッチセンサを搭載した表示装置は、密着型エリアセンサとして用いることもできる（例えば、特許文献１）。

また、表示パネルを有さない装置の一例として、イメージセンサ等の半導体装置が挙げられる。

特開２００１−２９２２７６号公報

上記の様なタッチセンサを入力装置として用いた表示装置の場合、表示装置の表示パネルを被検出物で触れ続けることになる。したがって、表示パネルが汚れ易く、表示品質を損なうおそれがある。また、表示装置に相応の機械的強度が要求される。さらに、表示装置の表示パネルが硬い場合には、表示装置の利用者が疲労し易いなどの問題がある。

上記の問題に鑑み、表示パネルに対して被検出物が接触している時および非接触の時の両方において、検出を可能とすることを目的の一とする。

本発明の一態様は、画素にフォトセンサが配置された表示パネルを有する表示装置であって、被検出物が前記表示パネルに接触する場合及び非接触の場合に、前記フォトセンサによって前記被検出物を検出する機能を有し、前記接触する場合と、前記非接触の場合とにおいて、前記フォトセンサの感度を変更する機能を有することを特徴としている。

また、感度の変更の際、非接触の場合のフォトセンサの感度を、接触する場合のフォトセンサの感度より高くすることが好ましい。

感度の変更の手法としては、フォトセンサに印加される電圧を調整してもよい。

また、フォトセンサは、トランジスタ、及び前記トランジスタのゲートに電気的に接続されるフォトダイオードを有しており、前記フォトダイオードに印加される電圧を調整することで、フォトセンサの感度を変更してもよい。

また、上記トランジスタのソースとドレインとの間に印加される電圧を調整することで、フォトセンサの感度を変更してもよい。

また、フォトセンサは、リセット動作、累積動作、及び選択動作を行う機能を有し、接触する場合と非接触の場合とにおいて、累積動作に要する時間を変更することで、フォトセンサの感度を変更してもよい。これら感度の変更の手法を組み合わせて行うと好ましい。

また、本発明の他の一態様は、画素にフォトセンサが配置された表示パネルを有する表示装置であって、フォトセンサは、リセット動作、累積動作、及び選択動作を行う機能を有し、被検出物が表示パネルに接触する場合と非接触の場合とにおいて、当該リセット動作を共通して行う機能を有している。

被検出物が表示パネルに接触している場合及び非接触の場合に対して、検出機能を有する表示装置を提供することができる。また、接触している被検出物に対して、高品質で高速な画像撮像が可能で、且つ、非接触の被検出物に対して、高速で検出が可能な、表示装置を提供することができる。

表示装置の構成を説明する図。表示装置の構成を説明する図。表示装置の構成を説明する図。タイミングチャート。タイミングチャート。タイミングチャート。表示装置の断面図を説明する図。表示装置の断面図を説明する図。表示装置の断面図を説明する図。表示装置を用いた電子機器の一例を示す図。表示装置の構成を説明する図。表示装置を用いた電子機器の一例を示す図。

以下に、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、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、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、表示装置について図１〜図６を参照して説明する。

表示パネルの構成について、図１を参照して説明する。表示パネル１００は、画素回路１０１、表示素子制御回路１０２及びフォトセンサ制御回路１０３を有する。画素回路１０１は、行列方向にマトリクス状に配置された複数の画素１０４を有する。各々の画素１０４は、表示素子１０５とフォトセンサ１０６を有する。なお、フォトセンサ１０６は、画素１０４の外に設けてもよい。また、フォトセンサ１０６の個数は、表示素子１０５の個数と異なっていてもよい。

表示素子１０５は、薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）、保持容量、及び液晶素子などを有する。薄膜トランジスタは、保持容量への電荷の注入もしくは保持容量からの電荷の排出を制御する機能を有する。保持容量は、液晶素子に印加する電圧に相当する電荷を保持する機能を有する。液晶素子に電圧を印加し、光の透過又は非透過を制御することで、階調表示が行われる。液晶層を透過する光は、光源（バックライト）によって液晶表示装置の裏面から照射される光を用いる。

なお、表示素子１０５が液晶素子を有する場合について説明したが、発光素子などの他の素子を有していてもよい。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子であり、具体的には発光ダイオード、ＯＬＥＤ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等が挙げられる。

フォトセンサ１０６は、受光することで電気信号を生成する機能を有する素子（受光素子ともいう）と、トランジスタとを有する。受光素子としては、フォトダイオード等を用いることができる。なお、フォトセンサ１０６が受光する光は、表示装置の内部（バックライト等）から発せられ被検出物で反射されたもの、外光等が被検出物によって反射されたもの、被検出物自体から発せられたもの、又は、外光等が被検出物に遮られたもの（影）である。

表示素子制御回路１０２は、表示素子１０５を制御するための回路であり、ビデオデータ信号線などの信号線（「ソース信号線」ともいう。）を介して表示素子１０５に信号を入力する表示素子駆動回路１０７と、走査線（「ゲート信号線」ともいう。）を介して表示素子１０５に信号を入力する表示素子駆動回路１０８を有する。例えば、走査線に接続された表示素子駆動回路１０８は、特定の行に配置された画素が有する表示素子を選択する機能を有する。また、信号線に接続された表示素子駆動回路１０７は、選択された行の画素が有する表示素子に任意の電位を与える機能を有する。なお、走査線に接続された表示素子駆動回路１０８により高電位を印加された表示素子では、薄膜トランジスタが導通状態となり、信号線に接続された表示素子駆動回路１０７により与えられる電荷が供給される。

フォトセンサ制御回路１０３は、フォトセンサ１０６を制御するための回路であり、フォトセンサ出力信号線、フォトセンサ基準信号線等の信号線に接続されたフォトセンサ読み出し回路１０９と、走査線に接続されたフォトセンサ駆動回路１１０を有する。走査線に接続されたフォトセンサ駆動回路１１０は、特定の行に配置された画素が有するフォトセンサ１０６に対して、後述するリセット動作と選択動作とを行う機能を有する。また、信号線に接続されたフォトセンサ読み出し回路１０９は、選択された行の画素が有するフォトセンサ１０６の出力信号を取り出す機能を有する。なお、信号線に接続されたフォトセンサ読み出し回路１０９は、アナログ信号であるフォトセンサの出力を、ＯＰアンプを用いてアナログ信号のまま表示装置外部に取り出す構成や、Ａ／Ｄ変換回路を用いてデジタル信号に変換してから表示装置外部に取り出す構成が考え得る。

画素１０４の回路図について、図２を用いて説明する。画素１０４は、トランジスタ２０１、保持容量２０２及び液晶素子２０３を有する表示素子１０５と、フォトダイオード２０４、トランジスタ２０５及びトランジスタ２０６を有するフォトセンサ１０６とを有する。

トランジスタ２０１は、ゲートがゲート信号線２０７に、ソース又はドレインの一方がビデオデータ信号線２１０に、ソース又はドレインの他方が保持容量２０２の一方の電極と液晶素子２０３の一方の電極に電気的に接続されている。保持容量２０２の他方の電極と液晶素子２０３の他方の電極は一定の電位に保たれている。液晶素子２０３は、一対の電極と、該一対の電極の間に液晶層を含む素子である。

トランジスタ２０１は、ゲート信号線２０７に”Ｈ”（Ｈｉｇｈの電圧）が印加されると、ビデオデータ信号線２１０の電位を保持容量２０２と液晶素子２０３に印加する。保持容量２０２は、印加された電位を保持する。液晶素子２０３は、印加された電位により、光の透過率を変更する。

フォトダイオード２０４は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線２０８に、他方の電極がトランジスタ２０５のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ２０５は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線２１２に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ２０６のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。トランジスタ２０６は、ゲートが読み出し信号線２０９に、ソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線２１１に電気的に接続されている。

次に、フォトセンサ読み出し回路１０９の構成について、図３を用いて説明する。図３において、画素１列分のフォトセンサ読み出し回路３００は、ｐ型トランジスタ３０１、保持容量３０２、を有する。また、フォトセンサ読み出し回路１０９は当該画素列のフォトセンサ出力信号線２１１、プリチャージ信号線３０３を有する。

フォトセンサ読み出し回路３００では、画素内におけるフォトセンサの動作に先立ち、フォトセンサ信号線２１１の電位を基準電位に設定する。図３では、プリチャージ信号線３０３を”Ｌ”（Ｌｏｗの電圧）とすることで、フォトセンサ出力信号線２１１を基準電位である高電位に設定することができる。なお、保持容量３０２は、フォトセンサ出力信号線２１１の寄生容量が大きい場合には、特別に設けなくても良い。なお、基準電位は、低電位とする構成も可能である。この場合、ｎ型トランジスタを用いることで、プリチャージ信号線３０３を”Ｈ”とすることで、フォトセンサ出力信号線２１１を基準電位である低電位に設定することができる。

次に、本表示パネルにおけるフォトセンサの読み出し動作について、図４のタイミングチャートを用いて説明する。図４において、信号４０１〜信号４０４は、図２におけるフォトダイオードリセット信号線２０８、トランジスタ２０６のゲートが接続された読み出し信号線２０９、トランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３、フォトセンサ出力信号線２１１の電位に相当する。また、信号４０５は、図３におけるプリチャージ信号線３０３の電位に相当する。

時刻Ａにおいて、フォトダイオードリセット信号線２０８の電位（信号４０１）を”Ｈ”とする（リセット動作）と、フォトダイオード２０４が導通し、トランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３の電位（信号４０３）が”Ｈ”となる。また、プリチャージ信号線３０３の電位（信号４０５）を”Ｌ”とすると、フォトセンサ出力信号線２１１の電位（信号４０４）は”Ｈ”にプリチャージされる。

時刻Ｂにおいて、フォトダイオードリセット信号線２０８の電位（信号４０１）を”Ｌ”にする（累積動作）と、フォトダイオード２０４のオフ電流により、トランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３の電位（信号４０３）が低下し始める。フォトダイオード２０４は、光が照射されるとオフ電流が増大するので、照射される光の量に応じてトランジスタ２０５のゲートが接続されたゲート信号線２１３の電位（信号４０３）は変化する。すなわち、トランジスタ２０５のソースとドレイン間の電流が変化する。

時刻Ｃにおいて、読み出し信号線２０９の電位（信号４０２）を”Ｈ”にする（選択動作）と、トランジスタ２０６が導通し、フォトセンサ基準信号線２１２とフォトセンサ出力信号線２１１とが、トランジスタ２０５とトランジスタ２０６とを介して導通する。すると、フォトセンサ出力信号線２１１の電位（信号４０４）は、低下していく。なお、時刻Ｃ以前に、プリチャージ信号線３０３の電位（信号４０５）は”Ｈ”とし、フォトセンサ出力信号線２１１のプリチャージを終了しておく。ここで、フォトセンサ出力信号線２１１の電位（信号４０４）が低下する速さは、トランジスタ２０５のソースとドレイン間の電流に依存する。すなわち、フォトダイオード２０４に照射されている光の量に応じて変化する。

時刻Ｄにおいて、読み出し信号線２０９の電位（信号４０２）を”Ｌ”にすると、トランジスタ２０６が遮断され、フォトセンサ出力信号線２１１の電位（信号４０４）は、時刻Ｄ以後、一定値となる。ここで、一定値となる値は、フォトダイオード２０４に照射されている光の量に応じて変化する。したがって、フォトセンサ出力信号線２１１の電位を取得することで、フォトダイオード２０４に照射されている光の量を知ることができる。

上記のように、個々のフォトセンサの動作は、リセット動作、累積動作、選択動作を繰り返すことで実現される。表示装置において、全画素のリセット動作、累積動作、選択動作を実行することで、接触しているもしくは非接触の被検出物に対する画像撮像を実現することができる。

また、被検出物からの反射光が弱い場合は、フォトセンサに外光が入射しているか、あるいは、被検出物により外光が遮られているか、すなわち、影になっているか、を判別することで、被検出物を検出してもよい。反射光と外光を両方用いて被検出物を検出してもよい。

なお、一般的に、フォトセンサによる検出は、接触している被検出物よりも、非接触の被検出物の方が困難である。なぜならば、表示装置から照射した光の反射をフォトセンサで検出する場合、表示装置から被検出物が離れるに伴い、被検出物からの反射光の光の量が著しく減少するため、明暗の区別が困難になる。また、外光の入射もしくは遮断をフォトセンサで検出する場合、表示装置から被検出物が離れるに従い、光の回り込みにより影が薄くなり、やはり、明暗の区別が困難になる。

したがって、接触している被検出物と非接触の被検出物とを検出する際に、フォトセンサの光の量に対する感度を可変とし、各々の被検出物に対して最適な感度で検出を行うことが有効である。例えば、図２の構成では、フォトセンサに印加する電位（フォトダイオードリセット信号線２０８の電位、読み出し回路信号線２０９の電位、フォトセンサ基準信号線２１２の電位、プリチャージ信号線３０３の電位）を変更することで、光の量に対する感度を可変とすることができる。具体的に、感度を向上する手法の一例として、フォトダイオードリセット信号線２０８の電位を上げてフォトダイオード２０４に印加する電圧を大きくしてもよい。また、フォトセンサ基準信号線２１２の電位とプリチャージ信号線３０３の電位との電位差を大きくしてトランジスタ２０５のソースとドレインとの間に印加される電圧を大きくすることも有効である。

また、フォトセンサにおける累積動作の期間を変更することで、光の量に対する感度を可変とすることができる。例えば、図２の構成では、累積動作を長くすることで光を蓄積する時間が長くなるため感度を高くすることができる。なお、被検出物が非接触の場合、接触する場合に比べて明暗の区別が困難なため、累積動作を長くすることで感度を向上させることができる。これらの感度の変更の手法を組み合わせて実施することで、感度の調整をより厳密に行うことができる。

なお、接触している被検出物の検出に最適な第１の設定と、非接触の被検出物の検出に最適な第２の設定と、にフォトセンサの設定を定期的に変更し、第１の設定の際にフォトセンサで取得したデータは、接触している被検出物のデータとして用い、第２の設定の際にフォトセンサで取得したデータは、非接触の被検出物のデータとして用いることができる。このようにフォトセンサの感度の変更を定期的に行うことで、被検出物が表示パネルに接触している場合及び非接触の場合の、どちらの場合でも検出することができる。

前記のようにフォトセンサの感度を定期的に変更するには、表示パネルの全フォトセンサについて、図５に示すタイミングチャートのような駆動方法を用いることができる。図５において、信号５０１、信号５０２、信号５０３、信号５０４、信号５０５、信号５０６、信号５０７は、各々第１行、第２行、第（ｍ−１）行、第ｍ行、第（ｍ＋１）行、第（ｎ−１）行、第ｎ行のフォトダイオードリセット信号線２０８のタイミングチャートである。また、信号５１１、信号５１２、信号５１３、信号５１４、信号５１５、信号５１６、信号５１７は、各々第１行、第２行、第（ｍ−１）行、第ｍ行、第（ｍ＋１）行、第（ｎ−１）行、第ｎ行の読み出し信号線２０９のタイミングチャートである。期間５１８と期間５１９とは、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおける１回の撮像に要する期間である。なお、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とを含めた１回の撮像に要する期間は、期間５１８と期間５１９との和である。期間５２０と期間５２１とは、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおける第ｍ行のフォトセンサが動作を行っている期間である。期間５２２と期間５２３とは、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおける第ｍ行のフォトセンサがリセット動作を行っている期間である。期間５２４と期間５２５とは、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおける第ｍ行のフォトセンサが累積動作を行っている期間である。期間５２６と期間５２７とは、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおける第ｍ行のフォトセンサが選択動作を行っている期間である。

また、前記のようにフォトセンサの感度を定期的に変更するには、表示パネルの全フォトセンサについて、図５とは異なる図６に示すタイミングチャートのような駆動方法を用いることができる。図６において、信号６０１、信号６０２、信号６０３、信号６０４、信号６０５、信号６０６、信号６０７は、各々第１行、第２行、第（ｍ−１）行、第ｍ行、第（ｍ＋１）行、第（ｎ−１）行、第ｎ行のフォトダイオードリセット信号線のタイミングチャートである。また、信号６１１、信号６１２、信号６１３、信号６１４、信号６１５、信号６１６、信号６１７は、各々第１行、第２行、第（ｍ−１）行、第ｍ行、第（ｍ＋１）行、第（ｎ−１）行、第ｎ行の読み出し信号線のタイミングチャートである。期間６１８は、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とを含めた１回の撮像に要する期間である。期間６２０と期間６２１とは、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおける第ｍ行のフォトセンサが動作を行っている期間である。期間６２２は、フォトセンサの第１の設定と第２の設定との両者に共通で第ｍ行のフォトセンサがリセット動作を行っている期間である。期間６２４と期間６２５とは、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおける第ｍ行のフォトセンサが累積動作を行っている期間である。期間６２６と期間６２７とは、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおける第ｍ行のフォトセンサが選択動作を行っている期間である。

図６に示すタイミングチャートは、図５に示すタイミングチャートと比べて、フォトセンサの第１の設定と第２の設定とにおけるリセット動作を共通とし、両設定における撮像に要する期間を短縮している。したがって、図６に示すタイミングチャートの駆動方法を用いることで、高速な撮像を実現することができる。

なお、図５、図６に示すタイミングチャートの駆動方法を用いた場合、本来ならば第１の設定で撮像すべきである接触している被検出物の暗部について、第２の設定においても撮像できてしまう。そのため、接触している被検出物の暗部か、あるいは、非接触の被検出物か、の識別が困難となる場合が有り得る。その際には、第１の設定での撮像画像から、公知の画像処理方法を用いて接触している被検出物の輪郭を抽出し、接触している被検出物の領域を検出することで、接触している被検出物の領域以外の領域における、第２の設定における撮像画像を、非接触の被検出物の撮像画像とすることが有効である。

以上のような形態とすることで、接触している被検出物に対して、高品質で高速な画像撮像が可能で、且つ、非接触の被検出物に対して、高速で検出が可能な、表示装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では、フォトセンサを有する表示装置について説明したが、フォトセンサを有する半導体装置にも容易に応用できる。すなわち、本実施の形態における表示装置から、表示に要する回路、具体的には、表示素子制御回路１０２、表示素子１０５を取り除いて、半導体装置を構成することができる。当該半導体装置としては、例えばイメージセンサが挙げられる。このような半導体装置は、フォトセンサが設けられた入力部に接触または接近する被検出物を、上記と同様に検出することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
図７に、表示パネルの断面図の一例を示す。図７に示す表示パネルでは、絶縁表面を有する基板（ＴＦＴ基板）１００１上に、フォトダイオード１００２、トランジスタ１００３、保持容量１００４、液晶素子１００５が設けられている。

フォトダイオード１００２と、保持容量１００４とは、トランジスタ１００３を作製するプロセスにおいて、トランジスタ１００３と共に形成することが可能である。フォトダイオード１００２は横型接合タイプのｐｉｎダイオードであり、フォトダイオード１００２が有する半導体膜１００６は、ｐ型の導電性を有する領域（ｐ層）と、ｉ型の導電性を有する領域（ｉ層）と、ｎ型の導電性を有する領域（ｎ層）とを有している。なお、本実施の形態では、フォトダイオード１００２がｐｉｎダイオードである場合を例示しているが、フォトダイオード１００２はｐｎダイオードであっても良い。横型接合タイプのｐｉｎ接合またはｐｎ接合は、ｐ型を付与する不純物と、ｎ型を付与する不純物とを、それぞれ半導体膜１００６の特定の領域に添加することで、形成することが出来る。

また、ＴＦＴ基板１００１上に成膜した一の半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）することで、フォトダイオード１００２の島状の半導体膜と、トランジスタ１００３の島状の半導体膜とを一緒に形成することができ、通常のパネル作製プロセスに追加するプロセスが不要となり、コストを低減できる。

なお、横型接合タイプのフォトダイオードとせずに、ｐ層、ｉ層、及びｎ層を積層させた構造を採用することもできる。

液晶素子１００５は、画素電極１００７と、液晶１００８と、対向電極１００９とを有する。画素電極１００７は、基板１００１上に形成されており、トランジスタ１００３と、保持容量１００４と、導電膜１０１０を介して電気的に接続されている。また、対向電極１００９は、基板（対向基板）１０１３上に形成されており、画素電極１００７と対向電極１００９の間に、液晶１００８が挟まれている。なお、本実施の形態では、フォトセンサに用いられているトランジスタについては図示していないが、当該トランジスタも、トランジスタ１００３を作製するプロセスにおいて、トランジスタ１００３と共に基板（ＴＦＴ基板）１００１上に形成することが可能である。

画素電極１００７と、対向電極１００９の間のセルギャップは、スペーサー１０１６を用いて制御することが出来る。図７では、フォトリソグラフィーで選択的に形成された柱状のスペーサー１０１６を用いてセルギャップを制御しているが、球状のスペーサーを画素電極１００７と対向電極１００９の間に分散させることで、セルギャップを制御することも出来る。

また液晶１００８は、基板（ＴＦＴ基板）１００１と基板（対向基板）１０１３の間において、封止材により囲まれている。液晶１００８の注入は、ディスペンサ式（滴下式）を用いても良いし、ディップ式（汲み上げ式）を用いていても良い。

画素電極１００７には、透光性を有する導電性材料、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ガリウムを含む酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることが出来る。

また、本実施の形態では、透過型の液晶素子１００５を例に挙げているので、画素電極１００７と同様に、対向電極１００９にも上述した透光性を有する導電性材料を用いることが出来る。

画素電極１００７と液晶１００８の間には配向膜１０１１が、対向電極１００９と液晶１００８の間には配向膜１０１２が、それぞれ設けられている。配向膜１０１１、配向膜１０１２はポリイミド、ポリビニルアルコールなどの有機樹脂を用いて形成することができ、その表面には、ラビングなどの、液晶分子を一定方向に配列させるための配向処理が施されている。ラビングは、配向膜に圧力をかけながら、ナイロンなどの布を巻いたローラーを回転させて、上記配向膜の表面を一定方向に擦ることで、行うことが出来る。なお、酸化珪素などの無機材料を用い、配向処理を施すことなく、蒸着法で配向特性を有する配向膜１０１１、配向膜１０１２を直接形成することも可能である。

また、液晶素子１００５と重なるように、特定の波長領域の光を通すことができるカラーフィルタ１０１４が、基板（対向基板）１０１３上に形成されている。カラーフィルタ１０１４は、顔料を分散させたアクリル系樹脂などの有機樹脂を基板１０１３上に塗布した後、フォトリソグラフィーを用いて選択的に形成することができる。また、顔料を分散させたポリイミド系樹脂を基板１０１３上に塗布した後、エッチングを用いて選択的に形成することもできる。或いは、インクジェットなどの液滴吐出法を用いることで、選択的にカラーフィルタ１０１４を形成することもできる。

また、フォトダイオード１００２と重なるように、光を遮蔽することが出来る遮蔽膜１０１５が、基板（対向基板）１０１３上に形成されている。遮蔽膜１０１５を設けることで、基板（対向基板）１０１３を透過して表示パネル内に入射したバックライトからの光が、直接フォトダイオード１００２に当たるのを防ぐことができる他、画素間における液晶１００８の配向の乱れに起因するディスクリネーションが視認されるのを防ぐことができる。遮蔽膜１０１５には、カーボンブラック、低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、クロムを用いた膜で、遮蔽膜１０１５を形成することも可能である。

また、基板（ＴＦＴ基板）１００１の画素電極１００７が形成されている面とは反対の面に、偏光板１０１７を設け、基板（対向基板）１０１３の対向電極１００９が形成されている面とは反対の面に、偏光板１０１８を設ける。

液晶素子は、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型の他、ＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、ＯＣＢ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型、ＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）型等であっても良い。なお、本実施の形態では、画素電極１００７と対向電極１００９の間に液晶１００８が挟まれている構造の液晶素子１００５を例に挙げて説明したが、本発明の一態様に係る表示パネルはこの構成に限定されない。ＩＰＳ型のように、一対の電極が、共に基板（ＴＦＴ基板）１００１側に形成されている液晶素子であっても良い。

また、本実施の形態では、フォトダイオード１００２、トランジスタ１００３、保持容量１００４に、薄膜の半導体膜を用いている場合を例に挙げているが、単結晶半導体基板、ＳＯＩ基板などを用いて形成されていても良い。

バックライトからの光は、基板（対向基板）１０１３側から照射される。すなわち、矢印１０２０で示すように液晶素子１００５を通って、基板（ＴＦＴ基板）１００１側にある被検出物１０２１に照射される。そして、被検出物１０２１において反射された矢印１０２２で示す光は、フォトダイオード１００２に入射する。

また、外光を検出する場合、外光は基板（ＴＦＴ基板）１００１側から照射される。被検出物１０２１において外光が遮られるため、フォトダイオード１００２への入射光が遮られる。すなわち、フォトダイオード１００２は、被検出物の影を検出することになる。

以上のような形態とすることで、非接触の被検出物の動きを検出することで、データを入力することのできる表示パネルを提供することができる。

また、本実施の形態の表示装置は、被検出物が表示パネルから近接した距離にある場合にも検出することが可能である。その距離は３ｃｍ以下にすることができ、ＣＣＤイメージセンサ等を設けた場合に比べて有効である。

また、本実施の形態の表示装置は、フォトセンサ（フォトダイオード１００２）の受光面の向きと、表示パネルの表示面（基板１００１側）の向きとが同一である。そのため、表示パネルにおいて、被検出物を撮像することができ、ＣＣＤイメージセンサ等を設けた場合に比べて有効である。

（実施の形態３）
図８に、実施の形態２とは異なる表示パネルの断面図の一例を示す。図８に示す表示パネルでは、フォトダイオード１００２は、トランジスタ１００３のゲート電極を構成する導電膜１０１９で、遮蔽膜２０１９を構成している点が、図７と異なる。フォトダイオード１００２に遮蔽膜を構成することで、バックライトの光がｉ型の導電性を有する領域（ｉ層）に直接入射することを回避することができ、被検出物からの反射光のみを効率良く検出することができる。

また、フォトダイオード１００２を横型接合タイプのｐｉｎダイオードとする際には、ｐ型の導電性を有する領域（ｐ層）とｎ型の導電性を有する領域（ｎ層）とを形成する際に、遮蔽膜をマスクとして用いることで、セルフアラインで形成することができる。これは、微細なフォトダイオードを作製する際に有効であり、画素サイズの縮小や開口率の向上に有効である。

なお、図８では横型接合タイプのフォトダイオードを採用しているが、ｐ層、ｉ層、及びｎ層を積層させた構造を採用することもできる。

なお、フォトダイオード１００２への入射光について、被検出物と表示パネルとの距離について、及びフォトセンサの受光面と表示パネルの表示面との向きについては、実施の形態２と同様である。

（実施の形態４）
図９に、実施の形態２とは異なる表示パネルの断面図の別の一例を示す。図９に示す表示パネルでは、バックライトからの光が、基板（ＴＦＴ基板）１００１側から照射する点において、図７と異なる。すなわち、矢印２０２０で示すように液晶素子１００５を通って、基板（対向基板）１０１３側にある被検出物１０２１に照射される。そして、被検出物１０２１において反射された矢印２０２２で示す光は、フォトダイオード１００２に入射する。この場合、フォトダイオード１００２の上部の遮蔽膜１０１５に開口を設ける等、被検出物１０２１で反射された光がフォトダイオード１００２に入射するようにすればよい。

本実施の形態では、フォトダイオード１００２の下部に遮蔽膜２０１５を設ける。遮蔽膜２０１５を設けることで、基板（ＴＦＴ基板）１００１を透過して表示パネル内に入射したバックライトからの光が、直接フォトダイオード１００２に当たるのを防ぐことができ、高精度の画像撮像が可能な表示パネルを提供することができる。遮蔽膜２０１５には、カーボンブラック、低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、クロムを用いた膜で、遮蔽膜２０１５を形成することも可能である。

フォトダイオード１００２において赤外光を検出する場合、フォトダイオード１００２上に赤外光を透過させるカラーフィルタ１０１４を形成すればよい。その場合、異なる色のカラーフィルタの積層構造とすることが好ましい。

なお、図９では横型接合タイプのフォトダイオードを採用しているが、ｐ層、ｉ層、及びｎ層を積層させた構造を採用することもできる。

また、外光を検出する場合、外光は基板（対向基板）１０１３側から照射される。被検出物１０２１において外光が遮られるため、フォトダイオード１００２への入射光が遮られる。すなわち、フォトダイオード１００２は、被検出物の影を検出することになる。

被検出物と表示パネルとの距離について、及びフォトセンサの受光面と表示パネルの表示面との向きについては、実施の形態２と同様である。フォトセンサの受光面が表示パネルの表示面（基板１０１３側）に向いていることで、表示パネルにおいて被検出物を撮像できる。

（実施の形態５）
フォトセンサを有する表示パネルを用いたライティングボード（黒板、ホワイトボード等）の例を示す。

例えば、図１０の表示パネル９６９６の位置にフォトセンサを有する表示パネルを設ける。

表示パネル９６９６は、フォトセンサと表示素子とを有している。

ここで、表示パネル９６９６の表面にはマーカー等を用いて自由に書き込みができる。

なお、定着剤が含まれていないマーカー等を用いれば文字の消去が容易である。

また、マーカーのインクを落としやすくするため、表示パネル９６９６の表面は十分な平滑性を有していると良い。

例えば、表示パネル９６９６の表面がガラス基板等であれば平滑性は充分である。

また、表示パネル９６９６の表面に透明な合成樹脂シート等を貼り付けても良い。

合成樹脂としては例えばアクリル等を用いると好ましい。この場合、合成樹脂シートの表面を平滑にしておくと好ましい。

そして、表示パネル９６９６は、表示素子を有しているので、特定の画像を表示するとともに表示パネル９６９６の表面にマーカーで記載することができる。

また、表示パネル９６９６は、フォトセンサを有しているので、プリンター等と接続しておけばマーカーで記載した文字を読み取って印刷することも可能である。

さらに、表示パネル９６９６は、フォトセンサと表示素子を有しているので、画像を表示させた状態で表示パネル９６９６表面にマーカーで文字、図形等を書き込むことにより、フォトセンサで読み取ったマーカーの軌跡を画像と合成して映し出すこともできる。

なお、抵抗膜方式、静電容量方式等のセンシングを用いた場合、マーカー等での書き込みと同時にしかセンシングをすることができない。

一方、フォトセンサを用いた場合、マーカー等で書き込んだ後、時間が経った場合でもいつでもセンシングが可能な点で優れている。

本実施例では、パネルと光源の配置について説明する。図１１は、表示パネルの構造を示す斜視図の一例である。図１１に示す表示パネルは、一対の基板間に液晶素子、フォトダイオード、薄膜トランジスタなどを含む画素が形成されたパネル１６０１と、第１の拡散板１６０２と、プリズムシート１６０３と、第２の拡散板１６０４と、導光板１６０５と、反射板１６０６と、複数の光源１６０７を有するバックライト１６０８と、回路基板１６０９とを有している。

パネル１６０１と、第１の拡散板１６０２と、プリズムシート１６０３と、第２の拡散板１６０４と、導光板１６０５と、反射板１６０６とは、順に積層されている。光源１６０７は導光板１６０５の端部に設けられており、導光板１６０５内部に拡散された光源１６０７からの光は、第１の拡散板１６０２、プリズムシート１６０３及び第２の拡散板１６０４によって、対向基板側から均一にパネル１６０１に照射される。

なお、本実施例では、第１の拡散板１６０２と第２の拡散板１６０４とを用いているが、拡散板の数はこれに限定されず、単数であっても３以上であっても良い。そして、拡散板は導光板１６０５とパネル１６０１の間に設けられていれば良い。よって、プリズムシート１６０３よりもパネル１６０１に近い側にのみ拡散板が設けられていても良いし、プリズムシート１６０３よりも導光板１６０５に近い側にのみ拡散板が設けられていても良い。

またプリズムシート１６０３は、図１１に示した断面が鋸歯状の形状に限定されず、導光板１６０５からの光をパネル１６０１側に集光できる形状を有していれば良い。

回路基板１６０９には、パネル１６０１に入力される各種信号を生成もしくは処理する回路、パネル１６０１から出力される各種信号を処理する回路などが設けられている。そして図１１では、回路基板１６０９とパネル１６０１とが、ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）１６１１を介して接続されている。なお、上記回路は、ＣＯＧ（ＣｈｉｐＯＮＧｌａｓｓ）法を用いてパネル１６０１に接続されていても良いし、上記回路の一部がＦＰＣ１６１１にＣＯＦ（ＣｈｉｐＯＮＦｉｌｍ）法を用いて接続されていても良い。

図１１では、光源１６０７の駆動を制御する、制御系の回路が回路基板１６０９に設けられており、該制御系の回路と光源１６０７とがＦＰＣ１６１０を介して接続されている例を示している。ただし、上記制御系の回路はパネル１６０１に形成されていても良く、この場合はパネル１６０１と光源１６０７とがＦＰＣなどにより接続されるようにする。

なお、図１１は、パネル１６０１の端に光源１６０７を配置するエッジライト型の光源を例示しているが、本発明の表示パネルは光源１６０７がパネル１６０１の直下に配置される直下型であっても良い。

例えば、被検出物である指１６１２をＴＦＴ基板側からパネル１６０１に近づけると、バックライト１６０８からの光が、パネル１６０１を通過し、その一部が指１６１２において反射し、再びパネル１６０１に入射する。各色に対応する光源１６０７を順に点灯させ、色ごとに撮像データの取得を行うことで、被検出物である指１６１２のカラーの撮像データを得ることが出来る。

本実施例は、他の実施の形態又は実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本発明の一態様に係る表示装置は、高分解能である撮像データの取得を行うことができるという特徴を有している。よって、本発明の一態様に係る表示装置を用いた電子機器は、表示装置をその構成要素に追加することにより、より高機能のアプリケーションを搭載することができるようになる。本発明の表示装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ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有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１２に示す。

図１２（Ａ）は表示装置であり、筐体５００１、表示部５００２、支持台５００３等を有する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部５００２に用いることができる。表示部５００２に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、高分解能である撮像データの取得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された表示装置を提供することができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。

図１２（Ｂ）は携帯情報端末であり、筐体５１０１、表示部５１０２、スイッチ５１０３、操作キー５１０４、赤外線ポート５１０５等を有する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部５１０２に用いることができる。表示部５１０２に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、高分解能である撮像データの取得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯情報端末を提供することができる。

図１２（Ｃ）は現金自動預け入れ払い機であり、筐体５２０１、表示部５２０２、硬貨投入口５２０３、紙幣投入口５２０４、カード投入口５２０５、通帳投入口５２０６等を有する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部５２０２に用いることができる。表示部５２０２に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、高分解能である撮像データの取得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された現金自動預け入れ払い機を提供することができる。そして、本発明の一態様に係る表示装置を用いた現金自動預け入れ払い機は、指紋、顔、手形、掌紋及び手の静脈の形状、虹彩等の、生体認証に用いられる生体情報の読み取りを、より高精度で行うことが出来る。よって、生体認証における、本人であるにもかかわらず本人ではないと誤認識してしまう本人拒否率と、他人であるにもかかわらず本人と誤認識してしまう他人受入率とを、低く抑えることができる。

図１２（Ｄ）は携帯型ゲーム機であり、筐体５３０１、筐体５３０２、表示部５３０３、表示部５３０４、マイクロホン５３０５、スピーカー５３０６、操作キー５３０７、スタイラス５３０８等を有する。本発明の一態様に係る表示装置は、表示部５３０３または表示部５３０４に用いることができる。表示部５３０３または表示部５３０４に本発明の一態様に係る表示装置を用いることで、高分解能である撮像データの取得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯型ゲーム機を提供することができる。なお、図１２（Ｄ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部５３０３と表示部５３０４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。

１００表示パネル
１０１画素回路
１０２表示素子制御回路
１０３フォトセンサ制御回路
１０４画素
１０５表示素子
１０６フォトセンサ
１０７表示素子駆動回路
１０８表示素子駆動回路
１０９フォトセンサ読み出し回路
１１０フォトセンサ駆動回路
２０１トランジスタ
２０２保持容量
２０３液晶素子
２０４フォトダイオード
２０５トランジスタ
２０６トランジスタ
２０７信号線
２０８フォトダイオードリセット信号線
２０９信号線
２１０ビデオデータ信号線
２１１フォトセンサ出力信号線
２１２フォトセンサ基準信号線
２１３信号線
３００フォトセンサ読み出し回路
３０１ｐ型トランジスタ
３０２保持容量
３０３プリチャージ信号線
４０１〜４０５信号
５０１〜５０７信号
５１１〜５１７信号
５１８〜５２７期間
６０１〜６０７信号
６１１〜６１７信号
６１８期間
６２０〜６２２期間
６２４〜６２７期間
１００１基板
１００２フォトダイオード
１００３トランジスタ
１００４保持容量
１００５液晶素子
１００６半導体膜
１００７画素電極
１００８液晶
１００９対向電極
１０１０導電膜
１０１１配向膜
１０１２配向膜
１０１３基板
１０１４カラーフィルタ
１０１５遮蔽膜
１０１６スペーサー
１０１７偏光板
１０１８偏光板
１０１９導電膜
１０２０矢印
１０２１被検出物
１０２２矢印
１６０１パネル
１６０２第１の拡散板
１６０３プリズムシート
１６０４第２の拡散板
１６０５導光板
１６０６反射板
１６０７光源
１６０８バックライト
１６０９回路基板
１６１０ＦＰＣ
１６１１ＦＰＣ
１６１２指
２０１５遮蔽膜
２０１９遮蔽膜
２００１画素
２００２画素
２００３画素
２０１５遮蔽膜
２０１９遮蔽膜
２０２０矢印
２０２２矢印
５００１筐体
５００２表示部
５００３支持台
５１０１筐体
５１０２表示部
５１０３スイッチ
５１０４操作キー
５１０５赤外線ポート
５２０１筐体
５２０２表示部
５２０３硬貨投入口
５２０４紙幣投入口
５２０５カード投入口
５２０６通帳投入口
５３０１筐体
５３０２筐体
５３０３表示部
５３０４表示部
５３０５マイクロホン
５３０６スピーカー
５３０７操作キー
５３０８スタイラス
９６９６表示パネル

Claims

各画素にフォトセンサを有する電子機器であって、
前記フォトセンサは、被検出物を検出することができる機能を有し、
前記フォトセンサは、第１の期間と第２の期間とが交互に出現するように駆動され、
前記第１の期間における前記フォトセンサの累積動作に要する時間は、前記第２の期間における前記フォトセンサの累積動作に要する時間よりも短く、
前記第１の期間は、前記電子機器に接触した前記被検出物の検出に適しており、
前記第２の期間は、前記電子機器に非接触の前記被検出物の検出に適していることを特徴とする電子機器。
各画素にフォトセンサを有する電子機器であって、
前記フォトセンサは、被検出物を検出することができる機能を有し、
前記フォトセンサは、１回のリセット動作の後、第１の選択動作及び前記第１の選択動作の後の第２の選択動作を行い、
前記第１の選択動作は、前記リセット動作の後の第１の累積動作に続いて行われ、
前記第２の選択動作は、前記リセット動作の後の第２の累積動作に続いて行われ、
前記第１の累積動作に要する時間は、前記第２の累積動作に要する時間よりも短く、
前記第２の累積動作は、前記第１の累積動作と並行して行われる期間を有し、
前記第１の累積動作及び前記第１の選択動作は、前記電子機器に接触した前記被検出物の検出に適しており、
前記第２の累積動作及び前記第２の選択動作は、前記電子機器に非接触の前記被検出物の検出に適していることを特徴とする電子機器。
請求項１において、
前記第１の期間における第１の撮像画像より、前記被検出物の前記電子機器に対する接触領域を検出し、
前記第２の期間における第２の撮像画像から、前記接触領域を除くことで、非接触の前記被検出物の撮像画像とすることを特徴とする電子機器。
請求項２において、
前記第１の累積動作及び前記第１の選択動作で得られた第１の撮像画像より、前記被検出物の前記電子機器に対する接触領域を検出し、
前記第２の累積動作及び前記第２の選択動作で得られた第２の撮像画像から、前記接触領域を除くことで、非接触の被検出物の撮像画像とすることを特徴とする電子機器。