JP6276685B2 - Photosensor pixel circuit for display device and display device - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置あるいは有機EL表示装置の光センサ画素回路に関し、特に、ディスプレイ表示面にイメージスキャナ用の光センサを内蔵させる技術に関する。 The present invention relates to a photosensor pixel circuit of a liquid crystal display device or an organic EL display device, and more particularly to a technique for incorporating a photosensor for an image scanner in a display display surface.
モバイル機器の高性能化、無線通信環境の高度化、指紋認証S/Wの高度化などにより、携帯端末から指紋認証可能な携帯機器が販売され始めた。この指紋認証のようなイメージスキャナに用いられる光センサを制御する従来技術が、種々提案されている(例えば、特許文献1、2参照)
Due to the high performance of mobile devices, the advancement of wireless communication environment, and the advancement of fingerprint authentication S / W, mobile devices that can perform fingerprint authentication from mobile terminals have begun to be sold. Various conventional techniques for controlling an optical sensor used in an image scanner such as fingerprint authentication have been proposed (see, for example,
図7は、特許文献1における従来の画素回路を示した図であり、図8は、特許文献1における従来の画素回路の各部の動作波形を示した説明図である。この特許文献1によると、ゲート線とは別にリセット信号RSTと、読み出し信号RESを追加している。そして、これら2つの信号は、ゲート線とは異なる電源とTimingで駆動されている。
FIG. 7 is a diagram showing a conventional pixel circuit in
この特許文献1によれば、センサからの信号を読み出す場合に、データ線の1つを電源として、また、他方のデータ線を読み出し線として用いている。従って、特許文献1は、読み出し時の配線としてデータ線を用いている点で、新たな配線の追加がなく、開口率低下を抑制することができる。
According to
また、図9は、特許文献2における従来の画素回路を示した図であり、図10は、特許文献2における従来の画素回路の各部の動作波形を示した説明図である。この特許文献2によると、リセットにCLK2信号、読み出しにSGND信号、電源線にCLK1信号をそれぞれ追加し、光センサの制御を実現している。 FIG. 9 is a diagram showing a conventional pixel circuit in Patent Document 2, and FIG. 10 is an explanatory diagram showing operation waveforms of each part of the conventional pixel circuit in Patent Document 2. In FIG. According to Patent Document 2, the CLK2 signal is added to reset, the SGND signal is added to reading, and the CLK1 signal is added to the power supply line, thereby realizing control of the optical sensor.
この特許文献2は、追加された各信号線が、ゲート線の制御とは異なっている。また、読み出し系は、CLK1とSOUT線を用いて駆動されている。 In Patent Document 2, each added signal line is different from the control of the gate line. The readout system is driven using the CLK1 and SOUT lines.
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献1、2は、両方ともほぼ同一の素子構成で、異なる制御方式を提案しているものである。しかしながら、特許文献1は、駆動振幅、タイミングが、ゲート線とは異なっているため、光センサの制御が複雑化し、専用駆動系(専用ICあるいはDDIへの組み込み)が必要となる。
However, the prior art has the following problems.
また、特許文献2は、光センサの制御用に追加配線が必要となり、追加配線によって、開口率が低下し、表示性能(解像度、輝度、消費電力)が低下する課題がある。 Further, Patent Document 2 requires additional wiring for controlling the optical sensor, and there is a problem that the additional wiring reduces the aperture ratio and decreases display performance (resolution, luminance, power consumption).
このように、光センサを用いた表示装置では、制御の簡単化と、開口率低減の抑制が課題として挙げられる。そして、このような課題を解決するには、ディスプレイ表示面にセンサを内蔵することが考えられる。しかしながら、このようなディスプレイ表示面にセンサを内蔵した製品は、未だ発売には至ってないのが現状である。 Thus, in a display device using an optical sensor, simplification of control and suppression of aperture ratio reduction can be cited as problems. And in order to solve such a subject, it is possible to incorporate a sensor in a display display surface. However, at present, such a product having a sensor built in the display surface has not yet been released.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、制御の簡単化と開口率低減の抑制を実現できる表示装置用の光センサ画素回路および表示装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a photosensor pixel circuit for a display device and a display device that can realize simplification of control and suppression of aperture ratio reduction. To do.
本発明に係る表示装置用の光センサ画素回路は、ディスプレイ面の少なくとも一部に光センサが内蔵された表示装置用の光センサ画素回路であって、光センサが内蔵されたnライン目の光センサ画素のそれぞれにおいて、光センサの制御線として、ゲート線(n+1)をリセット信号として使用し、ゲート線(n)を読み出し信号として使用し、光センサの出力線として、データ線とは異なる一対の配線を透明電極で新たに形成し、光センサによる検知信号を出力する構成を備え、それぞれの光センサ画素は、カソードがゲート線(n)に接続され、アノードがゲート線(n+1)に接続され、光量検出を行う1つのフォトダイオードと、ゲートがゲート線(n)に接続され、ソースおよびドレインのそれぞれが、一対の配線の間に接続され、ゲート線(n)を介してゲートに入力される読み出し信号に応じてフォトダイオードによる検知信号を出力する1つの薄膜トランジスタとを含んで構成されるものである。 An optical sensor pixel circuit for a display device according to the present invention is an optical sensor pixel circuit for a display device in which an optical sensor is incorporated in at least a part of a display surface, and the n-th line light in which the optical sensor is incorporated. In each of the sensor pixels, the gate line (n + 1) is used as a reset signal as the control line of the photosensor, the gate line (n) is used as a readout signal, and the output line of the photosensor is a pair different from the data line. The wiring is newly formed with a transparent electrode, and a detection signal from the photosensor is output . Each photosensor pixel has a cathode connected to the gate line (n) and an anode connected to the gate line (n + 1). One photodiode for detecting the amount of light, the gate is connected to the gate line (n), and each of the source and drain is connected between a pair of wirings. Those configured to include a single thin film transistor which outputs a detection signal by the photo diode in response to a read signal input to the gate via the gate line (n).
本発明によれば、光センサの制御(リセット、読み出し)にゲート線を採用することで、特別な駆動ICを不要としている。さらに、制御線については、新たな追加配線を不要とし、出力線については、透明配線を用いることで、開口率の低下を防止している。このような構成を採用することで、ディスプレイ面に光センサを内蔵することが可能となり、部品点数低減によるコスト低下、顧客への新機能提供が可能となる。この結果、制御の簡単化と開口率低減の抑制を実現できる表示装置用の光センサ画素回路および表示装置を得ることができる。 According to the present invention, the use of the gate line for the control (reset, readout) of the optical sensor eliminates the need for a special drive IC. Furthermore, a new additional wiring is not required for the control line, and a transparent wiring is used for the output line, thereby preventing the aperture ratio from being lowered. By adopting such a configuration, it is possible to incorporate an optical sensor on the display surface, and it is possible to reduce costs by reducing the number of parts and provide new functions to customers. As a result, it is possible to obtain a photosensor pixel circuit for a display device and a display device that can realize simplification of control and suppression of reduction in aperture ratio.
以下、本発明の表示装置用の光センサ画素回路および表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a photosensor pixel circuit and a display device for a display device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における光センサ画素回路の構成図である。図1に示された光センサ画素回路は、光センサである1つのフォトダイオードPD、1つのキャパシタCss、および1つの薄膜トランジスタM1を備えて構成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a photosensor pixel circuit according to
この図1のような光センサ画素回路において、フォトダイオードPDは、カソードがキャパシタCssを介してゲート線(n)に接続され、アノードがゲート線(n+1)に接続されており、光量検出を行う。また、薄膜トランジスタM1は、ゲートがキャパシタCssを介してゲート線(n)に接続され、ソースおよびドレインのそれぞれが、一対の配線VrovとVrolの間に接続されている。 In the photosensor pixel circuit as shown in FIG. 1, the photodiode PD has a cathode connected to the gate line (n) via the capacitor Css and an anode connected to the gate line (n + 1), and detects the amount of light. . The thin film transistor M1 has a gate connected to the gate line (n) through the capacitor Css, and a source and a drain connected between the pair of wirings Vrov and Vrol.
フォトダイオードPDは、ゲート(n)が立ち上がることで読み出しが開始され、ゲート(n+1)が立ち上がることで、リセットされる。また、光センサ出力時は、Vrovに、あるVsvol電位(High電位)が供給され、この電位とVsro電位との間の電位が、OUTとして出力される。 The photodiode PD starts reading when the gate (n) rises, and is reset when the gate (n + 1) rises. At the time of optical sensor output, a certain Vsvol potential (High potential) is supplied to Vrov, and a potential between this potential and the Vsro potential is output as OUT.
光センサを用いることに伴って、VrovとVrolの一対の配線が新たに追加されることとなる。そして、これらの配線は、センサ出力時以外は、フローティングである。 Along with the use of the optical sensor, a pair of wires of Vrov and Vrol will be newly added. These wirings are floating except at the time of sensor output.
図2は、本発明の実施の形態1における光センサ画素回路の、センシング時および読み出し時の各信号の波形を示した図である。ゲート線Gate(n+1)が立ち上がることで、ノードVsの初期値が、Vgh−Vthpdにリセットされる。
Vsini=Vgh − Vthpd
FIG. 2 is a diagram showing waveforms of signals during sensing and reading in the photosensor pixel circuit according to
Vsini = Vgh−Vthpd
それ以後、フォトダイオードPDが逆バイアス状態になり、光量に従った電流がゲート線Gate(n+1)に流れ、ノードVsの電位は、低下する。そして、この状態は、次のゲート線Gate(n)が活性化されるまで続き、ゲート線Gate(n)の立ち上がりで、薄膜トランジスタM1のゲート電位Vsに応じた電位が、OUTから出力される。 Thereafter, the photodiode PD is in a reverse bias state, a current according to the amount of light flows to the gate line Gate (n + 1), and the potential of the node Vs decreases. This state continues until the next gate line Gate (n) is activated, and a potential corresponding to the gate potential Vs of the thin film transistor M1 is output from OUT at the rise of the gate line Gate (n).
このような図1の光センサ画素回路の特徴をまとめると、以下のようになる。
(特徴1)光センサの制御(リセット、読み出し)に、ゲート線を流用することで、特別な駆動ICを不要としている。この結果、部品点数の増加を防止できるとともに、制御の簡素化を実現できる。
The characteristics of the photosensor pixel circuit of FIG. 1 are summarized as follows.
(Feature 1) A special drive IC is not required by diverting the gate line to the control (reset, readout) of the optical sensor. As a result, an increase in the number of parts can be prevented and simplification of control can be realized.
(特徴2)制御線については、新たな追加配線を不要とし、出力線については、VrovとVrolが新たに追加されている。しかしながら、これらの追加配線に関しては、透明配線を用いることで、開口率の低下を防止することができる。 (Feature 2) New additional wiring is not required for the control line, and Vrov and Vrol are newly added for the output line. However, regarding these additional wirings, a decrease in the aperture ratio can be prevented by using transparent wiring.
次に、このような特徴を備えた光センサ画素回路を応用した3つの実施例について、具体的に説明する。 Next, three examples in which the photosensor pixel circuit having such characteristics is applied will be described in detail.
[実施例1]
図3は、実施例1におけるディスプレイの全体構成を示した模式図である。実施例1では、図3に示すように、1つのディスプレイを2分割し、上部分は、ディスプレイのみとして駆動し、下部分は、ディスプレイとともに光センサを活性化している。
[Example 1]
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the display according to the first embodiment. In Example 1, as shown in FIG. 3, one display is divided into two, the upper part is driven as the display only, and the lower part activates the optical sensor together with the display.
具体的には、ゲート1からゲートXまでをディスプレイのみの『ディスプレイモード』として駆動し、ゲートX+1以降をディスプレイとともに光センサを活性化する『ディスプレイ&センサ出力モード』として駆動する構成を採用している。
Specifically, a configuration is adopted in which
なお、図3に示した分割は、一例であり、全画面の中の一部のゲートライン群を『ディスプレイ&センサ出力モード』として駆動する構成とすることも可能である。 The division shown in FIG. 3 is merely an example, and a configuration in which a part of the gate line group in the entire screen is driven as the “display & sensor output mode” is also possible.
図4は、実施例1における図3に示したディスプレイの各部における駆動波形を示した図である。ゲート1からゲートXは、『ディスプレイモード』として駆動されている。一方、ゲートX+1以降は、センサ出力開始信号(Vsst)とともに、読み出し制御信号(Vrocont)が活性化されることで、センサ出力が開始される様子を示している。
FIG. 4 is a diagram showing drive waveforms in each part of the display shown in FIG. 3 in the first embodiment. The
[実施例2]
本実施例2では、先の実施例1で示した光センサ画素回路をさらに応用した具体例について説明する。図5は、実施例2における光センサ画素回路の画素構成図である。図5に示すように、本実施例2では、それぞれの画素が、RGBW構成で構成されている。そして、『ディスプレイ&センサ出力モード』として駆動するゲートラインの領域では、White画素を、センサ画素に置き換えている。
[Example 2]
In the second embodiment, a specific example in which the photosensor pixel circuit shown in the first embodiment is further applied will be described. FIG. 5 is a pixel configuration diagram of the photosensor pixel circuit according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, in the second embodiment, each pixel is configured in an RGBW configuration. In the area of the gate line that is driven as the “display & sensor output mode”, the white pixel is replaced with a sensor pixel.
このように、White画素を利用することで、ディスプレイ面に光センサを内蔵する構成を実現し、上述した特徴1、2を得ることができる。
In this way, by using the White pixel, it is possible to realize a configuration in which the optical sensor is built in the display surface, and to obtain the above-described
[実施例3]
本実施例3では、先の実施例1で示した光センサ画素回路におけるセンサ出力配線の具体例について説明する。図6は、実施例3における光センサ画素回路のセンサ出力配線の配置を示した断面図である。この図6の例では、誘電体III層と同一層に、新たに追加される出力線としての配線Vrov、Vrolを形成している。
[Example 3]
In this third embodiment, a specific example of sensor output wiring in the photosensor pixel circuit shown in the first embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the arrangement of the sensor output wiring of the photosensor pixel circuit according to the third embodiment. In the example of FIG. 6, wirings Vrov and Vrol as output lines to be newly added are formed in the same layer as the dielectric III layer.
以上のように、実施の形態1によれば、光センサの制御(リセット、読み出し)にゲート線を採用することで、特別な駆動ICを不要としている。さらに、制御線については、新たな追加配線を不要とし、出力線については、透明配線を用いることで、開口率の低下を防止している。 As described above, according to the first embodiment, the use of the gate line for the control (reset and readout) of the optical sensor eliminates the need for a special driving IC. Furthermore, a new additional wiring is not required for the control line, and a transparent wiring is used for the output line, thereby preventing the aperture ratio from being lowered.
このような構成を採用することで、ディスプレイ面に光センサを内蔵することが可能となり、部品点数低減によるコスト低下、顧客への新機能提供が可能となる。この結果、制御の簡単化と開口率低減の抑制を実現できる表示装置用の光センサ画素回路および表示装置を得ることができる。 By adopting such a configuration, it is possible to incorporate an optical sensor on the display surface, and it is possible to reduce costs by reducing the number of parts and provide new functions to customers. As a result, it is possible to obtain a photosensor pixel circuit for a display device and a display device that can realize simplification of control and suppression of reduction in aperture ratio.
なお、光センサであるフォトダイオードとしては、PIN型ダイオード、アモルファスダイオード、n型ダイオードなどを用いることができる。 Note that a PIN diode, an amorphous diode, an n-type diode, or the like can be used as a photodiode that is an optical sensor.
M1 薄膜トランジスタ、PD フォトダイオード、Vrov、Vrol 一対の配線(出力線)、Gate(n)、Gate(n+1) ゲート線(制御線)。 M1 Thin film transistor, PD photodiode, Vrov, Vrol A pair of wirings (output lines), Gate (n), Gate (n + 1) Gate lines (control lines).
Claims (7)
前記光センサが内蔵されたnライン目の光センサ画素のそれぞれにおいて、
前記光センサの制御線として、ゲート線(n+1)をリセット信号として使用し、ゲート線(n)を読み出し信号として使用し、
前記光センサの出力線として、データ線とは異なる一対の配線を透明電極で新たに形成し、前記光センサによる検知信号を出力する
構成を備え、
それぞれの前記光センサ画素は、
カソードが前記ゲート線(n)に接続され、アノードが前記ゲート線(n+1)に接続され、光量検出を行う1つのフォトダイオードと、
ゲートが前記ゲート線(n)に接続され、ソースおよびドレインのそれぞれが、前記一対の配線の間に接続され、前記ゲート線(n)を介して前記ゲートに入力される前記読み出し信号に応じて前記フォトダイオードによる検知信号を出力する1つの薄膜トランジスタと
を含んで構成される表示装置用の光センサ画素回路。 An optical sensor pixel circuit for a display device in which an optical sensor is built in at least a part of a display surface,
In each of the n-th line photosensor pixels in which the photosensor is incorporated,
As a control line of the photosensor, a gate line (n + 1) is used as a reset signal, a gate line (n) is used as a readout signal,
As the output line of the photosensor, a pair of wirings different from the data line is newly formed with a transparent electrode, and the detection signal from the photosensor is output .
Each of the photosensor pixels
One photodiode having a cathode connected to the gate line (n) and an anode connected to the gate line (n + 1) and performing light amount detection;
A gate is connected to the gate line (n), a source and a drain are connected between the pair of wirings, and the read signal is input to the gate via the gate line (n). One thin film transistor for outputting a detection signal from the photodiode;
An optical sensor pixel circuit for a display device comprising:
請求項1に記載の表示装置用の光センサ画素回路。 The output line is in a floating state with no potential fixed except when the photosensor is activated, and when activated, one of the pair of wirings supplies a high potential and the other is The photosensor pixel circuit for a display device according to claim 1, which plays a role of outputting the detection signal.
前記フォトダイオードの前記アノード、および前記薄膜トランジスタの前記ゲートが、1つのキャパシタを介して前記ゲート線(n)に接続されている
請求項1または2に記載の表示装置用の光センサ画素回路。 Each of the photosensor pixels
Said anode and said gate of said thin film transistor, one photosensor pixel circuit for a display device according to claim 1 or 2 is connected to the gate line (n) through capacitor of the photodiode.
請求項1から3のいずれか1項に記載の表示装置用の光センサ画素回路。 The photosensor pixel circuit for a display device according to claim 1, wherein the photodiode is any one of a PIN diode, an amorphous diode, and an n-type diode.
請求項1から4のいずれか1項に記載の表示装置用の光センサ画素回路。 Each of the optical sensor pixel, when one pixel for display is composed of four pixels of RGBW, the display according to claims 1, which consists of replacing the W pixel in any one of 4 Photosensor pixel circuit for the device.
請求項1から5のいずれか1項に記載の表示装置用の光センサ画素回路。 The photosensor pixel circuit for a display device according to any one of claims 1 to 5 , wherein each of the photosensor pixels is formed in a part of a gate line group in the entire screen.
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