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Abstract
光センサを画素内に有する画像取り込み機能付きの表示装置であって、特に、消費電力を抑制しつつ画像取り込みが可能な表示装置である。アクティブマトリクス基板の画素領域に設けられた光センサおよびセンサ配線と、前記光センサを1行ずつ選択するセンサロウドライバと、選択された行の光センサから信号電荷を読み出すセンサ画素読み出し回路と、前記光センサの各列に対応する数のアンプを備え、センサ出力電圧を生成するセンサカラムアンプと、前記センサ画素読み出し回路で読み出された信号電荷を1列ずつ選択して前記センサカラムアンプへ出力させるセンサカラム走査回路と、前記センサカラムアンプ(42)の後段に設けられたバッファアンプ(6)とを備え、前記センサカラムアンプ(42)または前記バッファアンプ(6)に、スタンバイ信号に従って当該アンプの後段への出力を抑制するスタンバイ切替回路を備える。
Description
本発明は、光センサを画素内に有する画像取り込み機能付きの表示装置に関し、特に、消費電力を抑制しつつ画像取り込みが可能な表示装置に関する。
従来、例えばフォトダイオード等の光センサを画素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の表示装置が提案されている。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。
従来の画像取り込み機能付き表示装置では、アクティブマトリクス基板において、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半導体プロセスによって形成する際に、同時に、フォトダイオードを画素内に作り込む(例えば、特開2006−3857号公報、および、“A Touch Panel Function Integrated LCD Including LTPS A/D Converter”, T.Nakamura等, SID 05 DIGEST, pp1054−1055, 2005を参照)。
上記した従来の画像取り込み機能付き表示装置では、画素内に設けられた光センサから信号電荷を読み出すために、表示用画素を駆動するための信号線および走査線とは別に、光センサの配置に応じてマトリクス状に形成された光センサ用の配線と、この配線に駆動信号を供給するための光センサ用駆動回路とを備えている。また、光センサから読み出した信号を、信号処理回路へ順次出力するためのバッファ回路が必要とされる。
上記した従来の画像取り込み機能付き表示装置では、全ての光センサから出力された信号電荷を光センサ用駆動回路とバッファ回路とで処理するため、光センサ用駆動回路とバッファ回路における消費電力が大きいという問題があった。
そこで、本発明は、上記の課題を鑑み、光センサを画素内に有する画像取り込み機能付きの表示装置であって、特に、消費電力を抑制しつつ画像取り込みが可能な表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するために、アクティブマトリクス基板を備えた表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板の画素領域に設けられた光センサと、前記光センサの配置に応じてマトリクス状に設けられたセンサ配線と、前記センサ配線に接続され、前記光センサを1行ずつ選択するセンサロウドライバと、前記センサロウドライバにより選択された行の光センサから信号電荷を読み出すセンサ画素読み出し回路と、前記光センサの各列に対応する数のアンプを備え、前記信号電荷に応じたセンサ出力電圧を生成するセンサカラムアンプと、前記センサ画素読み出し回路で読み出された信号電荷を、1列ずつ選択して前記センサカラムアンプへ出力させるセンサカラム走査回路と、前記センサカラムアンプの後段に設けられたバッファアンプとを備え、前記センサカラムアンプまたは前記バッファアンプに、スタンバイ信号に従って当該アンプの後段への出力を抑制するスタンバイ切替回路を備えたことを特徴とする。
上記の構成によれば、スタンバイモードの場合は、スタンバイ信号に従って、前記センサカラムアンプまたは前記バッファアンプにおいて当該アンプの後段への出力を抑制することにより、これらのアンプにおける消費電力を抑制することができる。
上記の表示装置は、例えば、前記センサカラムアンプがバイアストランジスタを含み、前記スタンバイ切替回路が、前記バイアストランジスタのゲートへの供給電圧を切り替える構成であっても良いし、前記バッファアンプがバイアストランジスタを含み、前記スタンバイ切替回路が、前記バイアストランジスタのゲートへの供給電圧を切り替える構成であっても良い。
前記センサカラム走査回路は、前記光センサの列をインタレース走査するものであっても良いし、前記光センサの列を多相駆動する構成であっても良い。
また、本発明にかかる表示装置は、前記アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と対向基板との間に挟持された液晶とをさらに備えた構成とすることができる。
以上のとおり、本発明によれば、光センサを画素内に有する画像取り込み機能付きの表示装置であって、特に、消費電力を抑制しつつ画像取り込みが可能な表示装置を提供できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態は、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や、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]
図1は、本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置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、ガラス基板上に、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、バッファアンプ6、FPCコネクタ7を少なくとも備えている。また、FPCコネクタ7およびFPC(図示省略)を介して、画素領域1内の光センサ(後述)で取り込まれた画像信号を処理するための信号処理回路8が接続されている。
図1は、本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置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、ガラス基板上に、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、バッファアンプ6、FPCコネクタ7を少なくとも備えている。また、FPCコネクタ7およびFPC(図示省略)を介して、画素領域1内の光センサ(後述)で取り込まれた画像信号を処理するための信号処理回路8が接続されている。
なお、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。アクティブマトリクス基板100は、全面に対向電極が形成された対向基板(図示せず)と貼り合わされ、その間隙に液晶材料が封入される。
画素領域1は、画像を表示するために、複数の画素が形成された領域である。本実施形態では、画素領域1における各画素内には、画像を取り込むための光センサが設けられている。図2は、アクティブマトリクス基板100の画素領域1における画素と光センサとの配置を示す等価回路図である。図2の例では、1つの画素が、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の絵素によって形成され、この3絵素で構成される1つの画素内に、1つの光センサが設けられている。画素領域1は、M行×N列のマトリクス状に配置された画素と、同じくM行×N列のマトリクス状に配置された光センサとを有する。なお、上述のとおり、絵素数は、M×3Nである。
このため、図2に示すように、画素領域1は、画素用の配線として、マトリクス状に配置されたゲート線GLおよびソース線COLを有している。ゲート線GLは、ディスプレイゲートドライバ2に接続されている。ソース線COLは、ディスプレイソースドライバ3に接続されている。なお、ゲート線GLは、画素領域1内にM行設けられている。以下、個々のゲート線GLを区別して説明する必要がある場合は、GLi(i=1〜M)のように表記する。一方、ソース線COLは、上述のとおり、1つの画素内の3絵素にそれぞれ画像データを供給するために、1画素につき3本ずつ設けられている。ソース線COLを個々に区別して説明する必要がある場合は、COLrj,COLgj,COLbj(j=1〜N)のように表記する。
ゲート線GLとソース線COLとの交点には、画素用のスイッチング素子として、薄膜トランジスタ(TFT)M1が設けられている。なお、図2では、赤色、緑色、青色のそれぞれの絵素に設けられている薄膜トランジスタM1を、M1r,M1g,M1bと表記している。薄膜トランジスタM1のゲート電極はゲート線GLへ、ソース電極はソース線COLへ、ドレイン電極は図示しない画素電極へ、それぞれ接続されている。これにより、図2に示すように、薄膜トランジスタM1のドレイン電極と対向電極(VCOM)との間に液晶容量LCが形成される。また、液晶容量LCと並列に補助容量LSが形成されている。
図2において、1本のゲート線GLiと1本のソース線COLrjとの交点に接続された薄膜トランジスタM1rによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように赤色のカラーフィルタが設けられ、ソース線COLrjを介してディスプレイソースドライバ3から赤色の画像データが供給されることにより、赤色の絵素として機能する。また、ゲート線GLiとソース線COLgjとの交点に接続された薄膜トランジスタM1gによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように緑色のカラーフィルタが設けられ、ソース線COLgjを介してディスプレイソースドライバ3から緑色の画像データが供給されることにより、緑色の絵素として機能する。さらに、ゲート線GLiとソース線COLbjとの交点に接続された薄膜トランジスタM1bによって駆動される絵素は、この絵素に対応するように青色のカラーフィルタが設けられ、ソース線COLbjを介してディスプレイソースドライバ3から青色の画像データが供給されることにより、青色の絵素として機能する。
なお、図2の例では、光センサは、画素領域1において、1画素(3絵素)に1つの割合で設けられている。ただし、画素と光センサの配置割合は、この例のみに限定されず、任意である。例えば、1絵素につき1つの光センサが配置されていても良いし、複数画素に対して1つの光センサが配置された構成であっても良い。
光センサは、図2に示すように、フォトダイオードD1、コンデンサC1、トランジスタM2〜M4から構成される。図2の例では、ソース線COLに平行に、センサカラムドライバ4から定電圧VSS,VDDを光センサへ供給するための配線VSS,VDDが形成されている。また、同じくソース線COLに平行に、光センサ出力VSOUTを出力するための配線OUTが形成されている。配線OUTは、センサカラムドライバ4のセンサ画素読み出し回路41に接続されている。これらの配線VSS,VSD,OUTは、1列毎に設けられているので、以降、各配線を区別する必要がある場合は、VSSj,VSDj,OUTj(j=1〜N)のように表記する。
また、光センサのトランジスタM4には、リセット信号を供給するための配線RSTが接続されている。トランジスタM3には、読み出し信号を供給するための配線RWSが接続されている。配線RST,RWSは、センサロウドライバ5に接続されている。これらの配線RST,RWSは1行毎に設けられているので、以降、各配線を区別する必要がある場合は、RSTi,RWSi(i=1〜M)のように表記する。
センサカラムドライバ4は、図1に示すように、センサ画素読み出し回路41と、センサカラムアンプ42と、センサカラム走査回路43とを含む。センサ画素読み出し回路41には、画素領域1から光センサ出力VSOUTを出力する配線SOUTが接続されている。図1において、配線SOUTj(j=1〜N)により出力される光センサ出力を、VSOUTjと表記している。センサ画素読み出し回路41は、光センサ出力VSOUTjのピークホールド電圧VSjを、センサカラムアンプ42へ出力する。センサカラムアンプ42は、画素領域1のN列の光センサにそれぞれ対応するN個のカラムアンプを内蔵しており、個々のカラムアンプでピークホールド電圧VSj(j=1〜N)を増幅し、VCOUTとしてバッファアンプ6へ出力する。センサカラム走査回路43は、センサカラムアンプ42のカラムアンプをバッファアンプ6への出力へ順次接続するために、カラムセレクト信号CSj(j=1〜N)を、センサカラムアンプ42へ出力する。
ここで、センサロウドライバ5の内部構成の一例について、図3を参照しながら説明する。図3に示す構成にかかるセンサロウドライバ5は、シフトレジスタからなるセンサロウ走査回路52と、センサロウレベルシフタ51とを備えている。センサロウ走査回路52は、所定の時間間隔trowにより、図2に示した配線RSTi、RWSiを順次選択していく。これにより、画素領域1において信号電荷を読み出すべき光センサの行(row)が順次選択される。
ここで、画素領域1からの光センサ出力の読み出しについて、図4〜図7を参照しながら説明する。図4および図5に示すように、光センサは、リセット信号RSTがトランジスタM4へ印加されたときの初期電圧VINTから、フォトダイオードD1における受光量に応じて電圧が徐々に低下し、読み出し信号RWSがONになったときに、光センサ出力VSOUTが読み出される。なお、図4に示すトランジスタM5は、各列の最後に設けられている。
図6に示すように、読み出し信号RWSがON(ハイレベル)になったとき、トランジスタM3が導通することにより、トランジスタM2,M5によりソースフォロアアンプが形成され、光センサ出力VSOUTがサンプルキャパシタCSAMに蓄積される。読み出し信号RWSがOFF(ローレベル)になった後も、その行の選択期間(trow)中、センサ画素読み出し回路41からの出力電圧VSは、図7に示すように、光センサ出力VSOUTのピーク値と等しいレベルに保持される。
次に、センサカラムアンプ42の動作について、図8および図9を参照しながら説明する。センサカラムアンプ42には、図8に示すように、センサ画素読み出し回路41から、各列の出力電圧VSj(j=1〜N)が、N個のカラムアンプへ入力される。図8に示すように、出力電圧VSjが入力される1つのカラムアンプは、トランジスタM6,M7から構成されている。センサカラム走査回路43によって生成されるカラムセレクト信号CSjが、図9に示すように、1つの行の選択期間(trow)中に、N列のカラムのそれぞれに対して順次ONとなることにより、センサカラムアンプ42中のN個のカラムアンプのうちいずれか1つのみのトランジスタM6がONとなり、そのトランジスタM6を介して、各列の出力電圧VSj(j=1〜N)のいずれかのみが、センサカラムアンプ42からの出力VCOUTとしてバッファアンプ6へ出力される。
ただし、図8に示すように、センサカラムアンプ42において、トランジスタM6とバッファアンプへの出力端との間に、カラムソースフォロアバイアストランジスタM8が接続されている。カラムソースフォロアバイアストランジスタM8は、バッファアンプ6の近傍に、全カラム(列)に共通に設けられている。トランジスタM6,M7,M8は、ソースフォロアアンプを構成する。また、センサカラムアンプ42内には、カラムソースフォロアバイアストランジスタM8への供給電圧をスタンバイ信号STBに従って切り替えるスタンバイ切替回路が設けられている。このスタンバイ切替回路は、スタンバイ信号STBに従うスイッチの切替によって、スタンバイ信号STBがハイレベル(スタンバイON)の場合はカラムソースフォロアバイアストランジスタM8のゲートへ定電圧VDDAを印加し、スタンバイ信号STBがローレベル(スタンバイOFF)の場合はカラムソースフォロアバイアストランジスタM8のゲートへバイアス電圧VB1を印加するように構成されている。
スタンバイモードの場合、スタンバイ信号STBがハイレベルにセットされることにより、スイッチS1が閉じ、スイッチS2が開く。このとき、カラムソースフォロアバイアストランジスタM8のゲートへ定電圧VDDAが印加されるので、カラムソースフォロアバイアストランジスタM8はオフになる。カラムソースフォロアバイアストランジスタM8がオフになると、センサカラムアンプ42中を電流が流れないので、電力消費は発生しない。一方、非スタンバイモードでは、スタンバイ信号STBがローレベルにセットされることにより、スイッチS1が開き、スイッチS2が閉じる。このとき、参照バイアス電圧VB1が、カラムソースフォロアバイアストランジスタM8のゲートへ印加される。これにより、センサカラムアンプ42は非スタンバイモードで動作し、バッファアンプ6へVCOUTを出力する。バッファアンプ6は、センサカラムアンプ42から出力されたVCOUTをさらに増幅し、VOUTとして信号処理回路8へ出力する。以上のとおり、スタンバイ信号STBをハイレベルにセットすることにより、センサカラムアンプ42における消費電力を低減することができる。
信号処理回路8では、VOUTとして出力される光センサ画像を取得し、スタンバイ信号STBの切り替え制御を行う。すなわち、画素領域1には、M×N個の光センサが存在するので、これらの光センサから、M×N個のセンサ画素値がVOUTから得られる。信号処理回路8は、M×N個のVOUTをそれぞれAD変換し、得られたセンサ画素値を所定の閾値と比較し、閾値を越えたセンサ画素値の数が所定の数を超えない場合は、表示装置の画面の近傍に物体がないと判断し、消費電力を低減するために、スタンバイ信号STBをハイレベル(スタンバイON)に維持する。一方、閾値を越えたセンサ画素値の数が所定の数を超えた場合は、表示装置の画面に何らかの物体が近接したものと判断し、より高解像度で物体画像を取得するために、信号処理回路8は、スタンバイ信号STBをローレベル(スタンバイOFF)に切り替える。なお、スタンバイ信号STBの切り替えは、この例に限らず、これ以外の種々の基準で切り替えを行うように構成し得る。
[第2の実施形態]
上述の第1の実施形態として、センサカラムアンプ42内にスタンバイ切替回路が設けられた構成を例示した。これに対して、第2の実施形態にかかる表示装置は、図10に示すように、センサカラムアンプ42の代わりにセンサカラムアンプ42aを備えると共に、バッファアンプ6の代わりにスタンバイ切替回路を有するバッファアンプ6aを備えた構成である。なお、図11に示すように、センサカラムアンプ42aは、スタンバイ切替回路を有しない点において、第1の実施形態のセンサカラムアンプ42と異なっている。
上述の第1の実施形態として、センサカラムアンプ42内にスタンバイ切替回路が設けられた構成を例示した。これに対して、第2の実施形態にかかる表示装置は、図10に示すように、センサカラムアンプ42の代わりにセンサカラムアンプ42aを備えると共に、バッファアンプ6の代わりにスタンバイ切替回路を有するバッファアンプ6aを備えた構成である。なお、図11に示すように、センサカラムアンプ42aは、スタンバイ切替回路を有しない点において、第1の実施形態のセンサカラムアンプ42と異なっている。
図10に示すように、バッファアンプ6には、スタンバイ信号STBがハイレベル(スタンバイON)の場合にバイアストランジスタM11,M9へ定電圧VSSAを供給し、スタンバイ信号STBがローレベル(スタンバイOFF)の場合にバイアストランジスタM11,M9へ参照バイアス電圧VB2を供給するようスイッチングするスタンバイ切替回路が設けられている。
スタンバイモードの場合、スタンバイ信号STBがハイレベルにセットされることにより、スイッチS3が閉じ、スイッチS4が開く。このとき、バイアストランジスタM11,M9のゲートへ定電圧VSSAが印加され、バイアストランジスタM11,M9はオフになる。バイアストランジスタM11,M9がオフになると、バッファアンプ6a中を電流が流れないので、電力消費は発生しない。一方、非スタンバイモードでは、スタンバイ信号STBがローレベルにセットされることにより、スイッチS3が開き、スイッチS4が閉じる。このとき、参照バイアス電圧VB2が、バイアストランジスタM11,M9のゲートへ印加される。これにより、バッファアンプ6aは非スタンバイモードで動作し、信号処理回路8へVOUTを出力する。以上のとおり、スタンバイ信号STBをハイレベルにセットすることにより、バッファアンプ6aにおける消費電力を低減することができる。
なお、上記の第1または第2の実施形態において、センサカラム走査回路43が、光センサの列を1列ずつ走査するようにしても良いし、光センサの列をインタレース走査する構成としても良い。また、センサカラム走査回路43が、例えば4相等の多相駆動走査回路として形成されていても良い。
本発明は、光センサを画素内に有する画像取り込み機能付きの表示装置であって、特に、消費電力を抑制しつつ画像取り込みが可能な表示装置として、産業上利用可能である。
Claims (6)
- アクティブマトリクス基板を備えた表示装置であって、
前記アクティブマトリクス基板の画素領域に設けられた光センサと、
前記光センサの配置に応じてマトリクス状に設けられたセンサ配線と、
前記センサ配線に接続され、前記光センサを1行ずつ選択するセンサロウドライバと、
前記センサロウドライバにより選択された行の光センサから信号電荷を読み出すセンサ画素読み出し回路と、
前記光センサの各列に対応する数のアンプを備え、前記信号電荷に応じたセンサ出力電圧を生成するセンサカラムアンプと、
前記センサ画素読み出し回路で読み出された信号電荷を、1列ずつ選択して前記センサカラムアンプへ出力させるセンサカラム走査回路と、
前記センサカラムアンプの後段に設けられたバッファアンプとを備え、
前記センサカラムアンプまたは前記バッファアンプに、スタンバイ信号に従って当該アンプの後段への出力を抑制するスタンバイ切替回路を備えた表示装置。 - 前記センサカラムアンプがバイアストランジスタを含み、
前記スタンバイ切替回路が、前記バイアストランジスタのゲートへの供給電圧を切り替える、請求項1に記載の表示装置。 - 前記バッファアンプがバイアストランジスタを含み、
前記スタンバイ切替回路が、前記バイアストランジスタのゲートへの供給電圧を切り替える、請求項1に記載の表示装置。 - 前記センサカラム走査回路が、前記光センサの列をインタレース走査する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記センサカラム走査回路が、前記光センサの列を多相駆動する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、
前記アクティブマトリクス基板と対向基板との間に挟持された液晶とをさらに備えた、請求項1〜5のいずれか一項に記載の表示装置。
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