JPWO2010032539A1

JPWO2010032539A1 - 光センサ内蔵表示パネル

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Publication number: JPWO2010032539A1
Application number: JP2010529681A
Authority: JP
Inventors: 章純藤岡; 貴博中山; 正樹植畑; 後藤　利充; 利充後藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2012-02-09
Also published as: EP2330489A4; EP2330489A1; WO2010032539A1; BRPI0919197A2; US20110169771A1; RU2469378C1; CN102160023A

Abstract

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（１）を有するアクティブマトリクス基板（１００）を有し、画素領域（１）の少なくとも一部に光センサ（１１）が形成されている。画素領域（１）内の光センサ（１１）は、互いに異なる特性を有する光センサとして、画素領域（１）に近接した物体の画像を取り込む画像取り込み用センサ（１１ａ）と、環境照度を検出する環境照度用センサ（１１ｂ）とを含む。画像取り込み用センサ（１１ａ）からの出力信号は、環境照度用センサ（１１ｂ）で検出された環境照度に応じて、信号処理回路（８）において処理される。

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（例えば特許文献１参照）。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（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、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。

また、従来、周囲光の明るさ（環境照度）を検知するために、液晶表示装置の筐体に取り付けられるディスクリート部品としての光検出素子も知られている（例えば特許文献２参照）。このような光検出素子によって検知された環境照度は、例えばバックライト装置の輝度制御等に用いられる。

特開２００７−８１８７０号公報特開平６−１１７１３号公報

特許文献１に開示されたような光センサ内蔵表示パネルにおいては、画素領域内に設けられた光検出素子による検出結果は、二次元の撮像信号として演算処理回路において処理される。ここで、環境照度の大きさに応じて演算処理回路における処理等を異ならせたい場合、画素領域内の光検出素子とは別の素子により、環境照度の検出を行うことが必要となる。そのような場合に、特許文献２に開示されているようなディスクリート部品としての光検出素子を、環境照度用のセンサとして画素領域外（液晶パネルの表面）に取り付けた構成とすることが考えられる。

しかしながら、このような構成とした場合、画素領域内に設けられた光検出素子に入射する光は、この光検出素子へ到達する前に、液晶パネルの構成要素の一部（例えば偏光板やガラス基板等）を透過することとなる。このように液晶パネルの構成要素の一部を透過した光は、透過前の光とは異なる分光特性を有する。したがって、上述のように、特許文献１に開示されたような光センサ内蔵表示パネルにおいて、環境照度用の光検出素子を画素領域外（液晶パネルの表面）に取り付けた構成においては、画素領域内の光検出素子に入射する光と、環境照度用の光検出素子に入射する光とは、分光特性が互いに異なる。このため、この構成によっては、環境照度に応じた制御を精度良く行うことが難しいという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑み、環境照度等に応じた精度の高い制御を行うことが可能な光センサ内蔵表示パネルと、これを利用した表示装置と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、前記画素領域内に、感度特性が互いに異なる光センサを備え、前記光センサのそれぞれの出力信号に応じた処理を行う信号処理回路をさらに備えたことを特徴とする。なお、信号処理回路は、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、環境照度等に応じた精度の高い制御を行うことが可能な光センサ内蔵表示パネルと、これを利用した表示装置とを提供できる。

図１は、本発明の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２は、第１の実施形態の画素領域における画像取り込み用センサと環境照度用センサとの配置分布の一例を示す平面模式図である。図３は、第１の実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルの断面構成を画素単位で示した断面図である。図４は、画像取り込み用センサと環境照度用センサの特性を示すグラフである。図５は、画像取り込み用センサおよび環境照度用センサの等価回路図である。図６は、信号処理回路の内部構成の一例を示すブロック図である。図７（ａ）は周囲環境が明るい場合の指像であり、図７（ｂ）は周囲環境がやや暗い場合の指像であり、図７（ｃ）は周囲環境が暗い場合の指像である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、光センサ内蔵表示パネルの影像モードと反射モードを示す断面模式図である。図９は、パネル面に指が接触した場合の、指の位置と画像取り込み用センサからのセンサ出力との相関関係を示す模式図であり、図９（ａ）は周囲環境が十分に明るい場合、図９（ｂ）は周囲環境がやや暗い場合、図９（ｃ）は周囲環境が暗い場合である。図１０は、第２の実施形態の画素領域における画像取り込み用センサと環境照度用センサとの配置分布の一例を示す平面模式図である。図１１は、第２の実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルの断面構成を画素単位で示した断面図である。図１２は、第２の実施形態の変形例にかかる光センサ内蔵表示パネルの断面構成を画素単位で示した断面図である。

上記の目的を達成するために、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、前記画素領域内に、感度特性が互いに異なる光センサを備え、前記光センサのそれぞれの出力信号に応じた処理を行う信号処理回路をさらに備えた構成である。なお、信号処理回路は、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。上記の構成によれば、信号処理回路が、感度特性が互いに異なる光センサからの出力信号に応じた処理を行うことにより、例えば環境照度等に応じた適切な処理を行うことができる。

上記の光センサ内蔵表示パネルにおいて、前記光センサは、前記画素領域に近接した物体の画像を取り込む画像取り込み用センサと、環境照度を検出する環境照度用センサとを含み、前記信号処理回路は、前記画像取り込み用センサからの出力信号を、前記環境照度用センサで検出された環境照度に応じて処理することが好ましい。この構成によれば、環境照度用センサが、画像取り込み用センサと同じく、画素領域内に設けられていることにより、環境照度用センサとして外付けセンサを用いる場合と比較して、環境照度用センサと画像取り込み用センサとに入射する光の条件をほぼ同一とすることができ、環境照度に応じた精度の高い制御が可能な光センサ内蔵表示パネルを提供できる。

上記の光センサ内蔵表示パネルにおいて、前記光センサが、前記アクティブマトリクス基板に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードに接続されたコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された電荷の読み出しを制御するスイッチング素子とを含み、前記画像取り込み用センサにおけるフォトダイオードと、前記環境照度用センサにおけるフォトダイオードとは、略同一の特性を有し、前記感度特性が互いに異なる光センサにおいて、前記コンデンサの容量が互いに異なる構成とすることも好ましい。このように、フォトダイオードからの光電流に応じた電荷を蓄積するコンデンサの容量を異ならせることにより、画素領域内に互いに特性が異なる光センサを形成することができる。

上記の光センサ内蔵表示パネルにおいて、前記光センサは、前記アクティブマトリクス基板に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードに接続されたコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された電荷の読み出しを制御するスイッチング素子とを含み、前記画像取り込み用センサにおけるフォトダイオードと、前記環境照度用センサにおけるフォトダイオードとは、略同一の特性を有し、前記環境照度用センサの入射光路上に、当該環境照度用センサへの入射光量を制限する光量制限部材を備えた構成としても良い。このように、環境照度用センサへの入射光量を制限する光量制限部材を備えることによっても、画素領域内に互いに特性が異なる光センサを形成することができる。

なお、前記光量制限部材は、前記環境照度用センサが設けられた画素の一部を覆う遮光膜またはカラーフィルタであっても良いし、前記環境照度用センサが設けられた画素の全体を覆う減光膜であっても良い。

前記環境照度用センサは、前記画素領域において表示に寄与しないダミー画素領域に設けられていても良いし、前記画素領域において表示に寄与する有効画素領域に設けられていても良い。後者の場合、光量制限部材を備えていない方が好ましい。有効画素領域における表示品位を劣化させることがないからである。

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］
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、マトリクス状に画素が配置された画素領域１、ゲートドライバ２、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（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）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上に実装された構成としても良い。

画素領域１は、複数の画素がマトリクス状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、画素領域１に設けられた光センサ１１は、近接した物体の画像を取り込む画像取り込み用センサと、環境照度を検出する環境照度用センサとの二種類を含む。

図２は、画素領域１における画像取り込み用センサと環境照度用センサとの配置分布の一例を示す平面模式図である。図２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２においては、画像取り込み用センサ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、環境照度用センサ１１ｂ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２に示す例では、画素領域１の四辺に沿って、画素領域１の最外周に環境照度用センサ１１ｂが設けられ、その内周側に画像取り込み用センサ１１ａが設けられている。なお、環境照度用センサ１１ｂが設けられた画素も、有効画素として画像信号が与えられ、画像表示に寄与する。すなわち、図２に示す例では、画素領域１の全体が有効画素領域として画像を表示し、画像取り込み用センサ１１ａが設けられた領域１ａが、画像取り込み領域として機能する。

図２に示す例では、１つの画素１２が、赤色の絵素１２Ｒ、緑色の絵素１２Ｇ、青色の絵素１２Ｂの３つの絵素によって形成されている。なお、図２においては、画素１２のそれぞれにおいて、光センサ１１が、３つの絵素１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの全体にまたがって形成されているかのように図示されているが、図２は光センサ１１の実際の物理的配置位置を示すものではない。実際には、光センサ１１は、次に説明する図３に示されるように、いずれか１つの絵素領域に形成される。

図３は、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルの断面構成を画素単位で示した断面図である。なお、本実施形態においては、各画素の断面概略構成は、光センサ１１が画像取り込み用センサ１１ａであるか、環境照度用センサ１１ｂであるかに関わらずほぼ同じである。したがって、ここでは、画像取り込み用センサ１１ａが配置された画素と環境照度用センサ１１ｂが配置された画素とを区別せずに、共通の図面（図３）を参照しながら、画素の構成について説明する。

図３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、アクティブマトリクス基板１００と対向基板２００との間に液晶層３０を挟時してなる液晶モジュールが、一対の偏光板４１，４２の間に配置された構成である。また、アクティブマトリクス基板１００の外側に、バックライト２０を備えている。

アクティブマトリクス基板１００は、ガラス基板２１の上に、ソース配線２５、画素電極１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ、光センサ１１、層間絶縁膜２３、および、配向膜２４等を備えている。なお図３には現れていないが、アクティブマトリクス基板１００は、ゲート配線やＴＦＴ等の周知の構成も含む。

対向基板２００は、ガラス基板３１の上に、カラーフィルタ層３２、対向電極３３、および配向膜３４等を備えている。カラーフィルタ層３２は、赤色フィルタ３２Ｒ、緑色フィルタ３２Ｇ、青色フィルタ３２Ｂ、ブラックマトリクス３２ＢＭを有している。

すなわち、画素１２において、赤色フィルタ３２Ｒに対応する画素電極１４Ｒに対して、ソース配線２５から赤色の絵素表示信号が与えられる。また、緑色フィルタ３２Ｇ、青色フィルタ３２Ｂに対応する画素電極１４Ｇ，１４Ｂに対しては、緑色および青色の絵素表示信号がそれぞれ与えられる。これにより、ＲＧＢのカラー表示が実現される。

図３に示した例においては、青色の絵素内に、光センサ１１が形成されている。しかし、光センサ１１が形成される場所は、緑色の絵素内であっても良いし、赤色の絵素内であっても良い。なお、図３においては、光センサ１１の詳細な構成の図示は省略されているが、例えば、光センサ１１の下側には、バックライト２０からの光が入射しないようにするための遮光層が設けられている。

図４は、画像取り込み用センサ１１ａと環境照度用センサ１１ｂとの特性を示すグラフである。図４に示すように、画像取り込み用センサ１１ａと、環境照度用センサ１１ｂとは、入射光に対して互いに異なる特性を有している。すなわち、画像取り込み用センサ１１ａは、０〜約１０，０００ルクスの間でセンサ出力電圧が急峻に変化する。つまり、画像取り込み用センサ１１ａは、比較的低い照度で飽和するが、０〜約１００００ルクスの間での明るさの変化を感度良く検出することが可能である。一方、環境照度用センサ１１ｂは、０〜約１００，０００ルクスの間で、センサ出力電圧がなだらかに変化する。つまり、環境照度用センサ１１ｂは、感度は高くないが、約１００，０００ルクスまで飽和せずに照度を検出することが可能である。

図５は、画像取り込み用センサ１１ａおよび環境照度用センサ１１ｂの等価回路図である。すなわち、光センサ１１の構造は、画像取り込み用センサ１１ａと環境照度用センサ１１ｂとにおいて共通であり、図５に示すように、フォトダイオードＤ１と、コンデンサＣと、センサプリアンプＭ２とを有している。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（図１参照）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。

なお、本実施形態においては、画像取り込み用センサ１１ａのコンデンサＣは、環境照度用センサ１１ｂのコンデンサＣよりも容量が小さくなるよう形成されている。これにより、画像取り込み用センサ１１ａは、環境照度用センサ１１ｂと比較して、入射光量に対して急峻な特性を有することとなる。

図１および図５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５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に対して、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、フォトダイオードＤ１のカソードの電位Ｖ_ＩＮＴ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Ｖ_ＩＮＴが読み出され、センサプリアンプＭ２で増幅される。

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。

なお、画像取り込み用センサ１１ａからのセンサ出力と、環境照度用センサ１１ｂからのセンサ出力とは、信号処理回路８において、別個に取り扱われる。すなわち、信号処理回路８は、環境照度用センサ１１ｂからのセンサ出力に基づいて環境照度を検出する。そして、検出した環境照度の大きさに応じて、画像取り込み用センサ１１ａからのセンサ出力の信号処理を異ならせる。例えば、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルがタッチパネルである場合、パネル面にタッチした指の像として画像取り込み用センサ１１ａから取り込まれた画像の信号処理を、周囲環境が明るい場合と暗い場合とにおいて、互いに異ならせることが好ましい。

ここで、図６を参照し、信号処理回路８の構成例について説明する。図６は、信号処理回路８の内部構成の一例を示すブロック図である。図６に示す例では、信号処理回路８は、Ａ／Ｄ変換器８１と、画像処理部８２と、ＭＰＵ８３とを備えている。Ａ／Ｄ変換器８１は、センサカラムドライバ４（図１参照）からのセンサ出力（アナログ信号）を、ディジタル信号に変換する。画像処理部８２は、表示データ中継処理部８２ａ、照度データ処理部８２ｂ、画像認識処理部８２ｃを備えている。表示データ中継処理部８２ａは、画素領域１に表示すべき画像の表示データを入力し、ＲＧＢ信号や各種のタイミング信号等の表示系信号を生成し、ソースドライバ３等へ出力する。なお、前記の表示データは、外部のホスト装置から供給される。照度データ処理部８２ｂは、Ａ／Ｄ変換器８１から入力されたディジタルセンサ出力信号に基づいて、各画素毎に光センサ１１から得られた照度データを生成する。ここで、画像取り込み用センサ１１ａのセンサ出力から得られた照度データは、画像認識処理部８２ｃへ送られる。一方、環境照度用センサ１１ｂのセンサ出力から得られた照度データは、動作モード選択処理部８３ａへ送られる。

動作モード選択処理部８３ａにおいては、環境照度用センサ１１ｂのセンサ出力から得られた照度データに基づいて環境照度の大きさを検出する。そして、動作モード選択処理部８３ａは、検出した環境照度の大きさに応じて、画像認識処理部８２ｃの処理モードを決定する。決定された処理モードは、処理モード毎に異なるモード信号によって、画像認識処理部８２ｃへ指示される。画像認識処理部８２ｃにおいては、動作モード選択処理部８３ａから指示された処理モードにしたがって、画像取り込み用センサ１１ａのセンサ出力から得られた照度データを処理する。

画像認識処理部８２ｃによる処理結果は、例えば、座標データ出力処理部８３ｂへ送られ、座標データとして出力される。この座標データとは、例えば、画像取り込み用センサ１１ａによって取り込まれた画像を所定の解像度の点の集合とし、各点の座標の輝度を示すものである。

以下、本実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルにおいて、環境照度用センサ１１ｂで検出された環境照度の大きさに応じて、画像認識処理部８２ｃの処理モードを切り換える例について説明する。

人間の指等の物体が表示パネル面に近接したとき、環境照度の大きさ（周囲環境の明るさ）によって、画像取り込み用センサ１１ａによって検出される指像の様子は互いに異なる。図７（ａ）は周囲環境が明るい場合の指像であり、図７（ｂ）は周囲環境がやや暗い場合の指像であり、図７（ｃ）は周囲環境が暗い場合の指像である。周囲環境が明るい場合は、図８（ａ）に示すように、指がある領域だけ外光の入射が遮られるので、指がある領域だけに濃い影（影像）ができ、影像の周囲は明るくなる。図７（ｂ）に示すように、周囲環境がやや暗い場合は、バックライト２０からの光が指の腹部分で反射された光が画像取り込み用センサ１１ａへ入射することにより（図８（ｂ）参照）、指の腹部分は白くなる。また、これと同時に、外光とのコントラストによって、指像の輪郭部分も、周囲部分に比べると黒く識別可能な状態となる。一方、周囲環境が暗い場合は、図７（ｃ）に示すように、バックライト２０からの光が指の腹部分で反射された光のみが画像取り込み用センサ１１ａで検出される。

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における信号処理を、影像検出モードと反射像検出モードとの間で切り替えられるように構成することが好ましい。

図９は、パネル面に指が接触した場合の、指の位置と画像取り込み用センサ１１ａからのセンサ出力との相関関係を示す模式図であり、図９（ａ）は周囲環境が十分に明るい場合、図９（ｂ）は周囲環境がやや暗い場合、図９（ｃ）は周囲環境が暗い場合のそれぞれにおいて、画像取り込み用センサ１１ａからのセンサ出力を示す。

図９（ａ）に示すように、周囲環境が十分に明るい場合には、指の腹がパネル面に密着する領域ａ１においては、バックライト２０からの光が指の腹で反射することにより、その反射光が画像取り込み用センサ１１ａで検知される。これにより、この領域ａ１における画像取り込み用センサ１１ａからのセンサ出力の信号レベルは、比較的白に近いレベルとなる。また、領域ａ１の近傍の領域ａ２，ａ３においては、バックライト２０からの光が指の腹で拡散反射した光と、斜めから入射する周囲環境光とが、画像取り込み用センサ１１ａへ若干入射するが、垂直方向からの周囲環境光は指で遮られる。このため、これらの領域ａ２，ａ３における画像取り込み用センサ１１ａの出力は、領域ａ１における出力よりも黒レベルに近くなる。一方、指幅よりも外側の領域ａ４，ａ５においては、画像取り込み用センサ１１ａへ周囲環境光が入射するので、これらの領域ａ４，ａ５における画像取り込み用センサ１１ａの出力は、白レベルに近くなる。

これに対して、周囲環境がやや暗い場合は、図９（ｂ）に示すように、領域ａ４，ａ５における画像取り込み用センサ１１ａの出力が、図９（ａ）の場合よりも、黒レベルに近くなる。このため、反射によるセンサ出力（領域ａ１）のレベルと、周囲環境光によるセンサ出力（領域ａ４，ａ５）のレベルがほぼ等しくなり、誤認識が生じやすくなる可能性がある。

また、周囲環境が暗い場合は、図９（ｃ）に示すように、領域ａ４，ａ５における画像取り込み用センサ１１ａの出力が、図９（ｂ）の場合よりもさらに黒レベルに近くなる。

図９（ａ）〜図９（ｃ）を互いに比較することから分かるように、領域ａ２と領域ａ４との境界および領域ａ３と領域ａ５との境界における画像取り込み用センサ１１ａの出力波形は、周囲環境の明るさによって大きく異なる。したがって、画像取り込み用センサ１１ａの出力から、指像のエッジ（領域ａ２と領域ａ４との境界および領域ａ３と領域ａ５との境界）を正確に検出するためには、環境照度用センサ１１ｂによって検出される周囲環境の明るさに応じて、画像認識処理部８２ｃの動作モードを切り換えることにより、閾値等の検出条件を異ならせることが好ましい。

なお、第１の実施形態は、本発明の範囲内で種々の変更を加えることができる。例えば図２の例では、画素領域１の四辺に沿った最外周に環境照度用センサ１１ｂを設けた構成を例示したが、さらに内周側にも環境照度用センサ１１ｂを設けた構成としても良い。あるいは、その逆に、環境照度用センサ１１ｂの数が少なくても良ければ、例えば、画素領域１の四隅のみに環境照度用センサ１１ｂを設けた構成等が考えられる。

以上のように、第１の実施形態では、環境照度用センサ１１ｂが、画像取り込み用センサ１１ａと同じく、画素領域１の画素内に設けられている。このため、環境照度用センサとしてパネル表面に取り付けられる外付けのセンサを用いる従来の構成と比較して、画像取り込み用センサ１１ａへの入射光と環境照度用センサ１１ｂへの入射光との分光特性に違いが生じにくい。したがって、環境照度に応じてセンサ出力を適切に処理することが可能な光センサ内蔵表示パネルを実現できる。

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルは、図１０に示すように、画素領域１の四辺に沿った最外周に、表示に寄与しないダミー画素が設けられており、その内周側の領域１ａのみが有効画素領域である。そして、有効画素領域である領域１ａには画像取り込み用センサ１１ａが設けられ、ダミー画素領域には環境照度用センサ１１ｂが設けられている。

図１１は、第２の実施形態にかかる光センサ内蔵表示パネルにおいて、環境照度用センサ１１ｂが形成されているダミー画素の構成を示した断面図である。なお、画像取り込み用センサ１１ａが設けられた画素の構成は、第１の実施形態において示した図３と同様であるため、説明を省略する。

図１１に示すように、環境照度用センサ１１ｂが形成されているダミー画素においては、１画素を構成する３つの絵素のうち、環境照度用センサ１１ｂが設けられた絵素を除く他の２つの絵素の上層に、ブラックマトリクス３２ＢＭが設けられている。その余の点については、第１の実施形態において示した図３と同様であるため、説明を省略する。なお、図１１の例では、環境照度用センサ１１ｂの上層に青色のカラーフィルタ３２Ｂが設けられているものとしたが、環境照度用センサ１１ｂが設けられた画素は表示に寄与しないので、環境照度用センサ１１ｂの上層に設けられるフィルタの色は任意である。

なお、第１の実施形態においては、コンデンサＣ（図５参照）の容量を異ならせることによって、画像取り込み用センサ１１ａと環境照度用センサ１１ｂとに異なる特性を持たせていたが、第２の実施形態では、画像取り込み用センサ１１ａと環境照度用センサ１１ｂのコンデンサＣの容量は略同一でよい。なお、ここで、「略同一」とは、製造条件のバラつき等に起因する微差を許容するという趣旨である。

第２の実施形態は、第１の実施形態のようにセンサの回路構成を異ならせるのではなく、ブラックマトリクス３２ＢＭによって環境照度用センサ１１ｂの開口率を小さくしたことに特徴がある。すなわち、第２の実施形態においては、環境照度用センサ１１ｂへの入射光量を、画像取り込み用センサ１１ａへの入射光量よりも低減させることにより、図４に示すような異なる特性の画像取り込み用センサ１１ａと環境照度用センサ１１ｂとを実現する。なお、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、環境照度用センサとしてパネル表面に取り付けられる外付けのセンサを用いる従来の構成と比較して、画像取り込み用センサ１１ａへの入射光と環境照度用センサ１１ｂへの入射光との分光特性に違いが生じにくい。したがって、環境照度に応じてセンサ出力を適切に処理することが可能な光センサ内蔵表示パネルを実現できるという効果を得られる、さらに、第２の実施形態によれば、光センサ１１を形成する際のプロセスやマスキングパターンなどが、画像取り込み用センサ１１ａと環境照度用センサ１１ｂとにおいて共通で良いので、製造プロセスが比較的容易であるという利点がある。

なお、図１１では、ブラックマトリクス３２ＢＭによって環境照度用センサ１１ｂへの入射光量を低減させる構成を例示した。しかし、この変形例として、図１２に示すように、環境照度用センサ１１ｂの上層を減光フィルタ４５で覆う構成も、本発明の一実施形態である。すなわち、図１２に示す構成においては、環境照度用センサ１１ｂが設けられた画素は、画像取り込み用センサ１１ａが設けられた画素と同様に、三色のカラーフィルタ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂを有しているが、偏光板４２の上層に形成された減光フィルタ４５によって、環境照度用センサ１１ｂへの入射光量が低減されている。この構成によっても、図１１に示した構成と同様に、図４に示すような異なる特性の画像取り込み用センサ１１ａと環境照度用センサ１１ｂとを実現することができる。

また、対向基板のブラックマトリクスを用いる代わりに、アクティブマトリクス基板１００側に、反射金属膜等を設けることによって、環境照度用センサ１１ｂへの入射光量を低減させる構成としても良い。

以上、本発明についての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。

本発明は、光センサを有する光センサ内蔵表示パネルと、それを用いた表示装置として、産業上利用可能である。

１００アクティブマトリクス基板
１画素領域
２ゲートドライバ
３ソースドライバ
４センサカラムドライバ
５センサロウドライバ
８信号処理回路
１１光センサ
１１ａ画像取り込み用センサ
１１ｂ環境照度用センサ
１４画素電極
２１ガラス基板
２３層間絶縁膜
２４配向膜
２５ソース配線
２００対向基板
３１ガラス基板
３２カラーフィルタ層
３２ＢＭブラックマトリクス
３３対向電極
３４配向膜
４１偏光板
４２偏光板
４５減光フィルタ

Claims

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、
前記画素領域内に、感度特性が互いに異なる光センサを備え、
前記光センサのそれぞれの出力信号に応じた処理を行う信号処理回路をさらに備えたことを特徴とする光センサ内蔵表示パネル。
前記光センサは、前記画素領域に近接した物体の画像を取り込む画像取り込み用センサと、環境照度を検出する環境照度用センサとを含み、
前記信号処理回路は、前記画像取り込み用センサからの出力信号を、前記環境照度用センサで検出された環境照度に応じて処理する、請求項１に記載の光センサ内蔵表示パネル。
前記光センサは、前記アクティブマトリクス基板に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードに接続されたコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された電荷の読み出しを制御するスイッチング素子とを含み、
前記画像取り込み用センサにおけるフォトダイオードと、前記環境照度用センサにおけるフォトダイオードとは、略同一の特性を有し、
前記感度特性が互いに異なる光センサにおいて、前記コンデンサの容量が互いに異なる、請求項１に記載の光センサ内蔵表示パネル。
前記光センサは、前記アクティブマトリクス基板に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードに接続されたコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された電荷の読み出しを制御するスイッチング素子とを含み、
前記画像取り込み用センサにおけるフォトダイオードと、前記環境照度用センサにおけるフォトダイオードとは、略同一の特性を有し、
前記環境照度用センサの入射光路上に、当該環境照度用センサへの入射光量を制限する光量制限部材を備えた、請求項１に記載の光センサ内蔵表示パネル。
前記光量制限部材は、前記環境照度用センサが設けられた画素の一部を覆う遮光膜である、請求項４に記載の光センサ内蔵表示パネル。
前記光量制限部材は、前記環境照度用センサが設けられた画素の一部を覆うカラーフィルタである、請求項４に記載の光センサ内蔵表示パネル。
前記光量制限部材は、前記環境照度用センサが設けられた画素の全体を覆う減光膜である、請求項４に記載の光センサ内蔵表示パネル。
前記環境照度用センサが、前記画素領域において表示に寄与しないダミー画素領域に設けられた、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光センサ内蔵表示パネル。
前記環境照度用センサが、前記画素領域において表示に寄与する有効画素領域に設けられた、請求項７に記載の光センサ内蔵表示パネル。