WO2009104667A1 - 光センサ付き表示装置 - Google Patents

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WO2009104667A1
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display
data
display device
liquid crystal
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章純 藤岡
章敬 久保田
正樹 植畑
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a display device, and more particularly to a display device in which a plurality of optical sensors are provided on a display panel.
  • a method for detecting the touch position in the display screen a method is known in which a plurality of optical sensors are provided on the display panel, and a shadow image formed when a finger or the like approaches the screen is detected using the optical sensor.
  • a shadow image when the illuminance of outside light is low (the surroundings are dark), it is difficult to distinguish the shadow image from the background in the image obtained by the optical sensor, and the touch position may not be detected correctly. Therefore, for a display device provided with a backlight, a method is also known in which a reflected image when backlight light hits a finger is detected using an optical sensor.
  • the display device can be used as an image input device.
  • the display device can be used as an image input device.
  • the business card image is taken into the mobile phone via the liquid crystal panel by holding the business card over the surface of the liquid crystal panel and giving an image input instruction. be able to.
  • Patent Document 1 A display device in which a plurality of photosensors are provided on a display panel is described in Patent Document 1, for example. Further, in Patent Document 2, in order to improve the detection accuracy of the optical sensor, the backlight is turned on in the display period for displaying the display data on the display unit, and the backlight is turned on in the sense period for reading the sensor output from the sensor unit. A display device that turns off the light is described. Japanese Patent Laid-Open No. 11-326954 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-317682
  • the conventional display device with an optical sensor has a problem that display data is mixed as noise in the output data of the optical sensor, and the detection accuracy of the touch position and the accuracy of image input are lowered.
  • display data is mixed as noise in the output data of the optical sensor, and the detection accuracy of the touch position and the accuracy of image input are lowered.
  • a liquid crystal display device with an optical sensor light transmitted through the liquid crystal panel is incident on an optical sensor provided on the liquid crystal panel (see FIGS. 4A and 4B described later).
  • the amount of light detected by the optical sensor varies depending on the light transmittance of the liquid crystal panel, and the output data of the optical sensor is affected by the display data.
  • the charge applied to the data signal line at the time of writing affects the read data. Influenced by display data. For this reason, display data is mixed as noise in the output data of the optical sensor.
  • the amount of light detected by the optical sensor decreases. Detection accuracy and image input accuracy are significantly reduced.
  • an object of the present invention is to provide a display device that can perform image input and touch position detection with high accuracy regardless of a display image.
  • a first aspect of the present invention is a display device including a plurality of optical sensors, A display panel including a plurality of pixel circuits and a plurality of photosensors arranged two-dimensionally; A drive circuit that performs an operation of writing a signal corresponding to display data to the pixel circuit and an operation of reading a signal corresponding to the amount of received light from the optical sensor; A display data switching unit that switches display data used before reading by the drive circuit to fixed data suitable for image input.
  • the fixed data is data representing a monochrome image.
  • the fixed data is data representing a single color image including many color components with high light receiving sensitivity of the photosensor.
  • the fixed data is data representing a white image.
  • the display panel is a liquid crystal panel formed of CG (Continuous Grain) silicon,
  • the fixed data is data representing a blue image.
  • the image processing apparatus further includes an image recognition processing unit that performs an image recognition process for detecting an object included in the scan image on the scan image based on the signal read from the optical sensor.
  • a seventh aspect of the present invention is the sixth aspect of the present invention, Further comprising a backlight for irradiating the back of the display panel,
  • the image recognition processing unit detects at least a reflected image of the object.
  • the display data switching unit is included in an image processing unit provided in a preceding stage of the drive circuit.
  • the display data switching unit is included in the drive circuit.
  • a tenth aspect of the present invention is a method of driving a display device including a display panel including a plurality of pixel circuits and a plurality of photosensors arranged two-dimensionally, Writing a signal corresponding to display data into the pixel circuit; Reading a signal corresponding to the amount of received light from the optical sensor; Switching display data used before reading to fixed data suitable for image input.
  • An eleventh aspect of the present invention is an apparatus having an image display function and an image input function, A display device and a display control unit;
  • the display device A display panel including a plurality of pixel circuits and a plurality of photosensors arranged two-dimensionally;
  • a drive circuit that performs an operation of writing a signal corresponding to display data given from the display control unit to the pixel circuit and an operation of reading a signal corresponding to the amount of received light from the photosensor,
  • the display control unit when giving an image input instruction to the display device, gives fixed data suitable for image input as the display data.
  • display data before reading is switched to fixed data, and image input using an optical sensor is performed after displaying an image based on the fixed data.
  • image input using an optical sensor is performed after displaying an image based on the fixed data.
  • the light transmittance of the display panel and the state of pixel circuits and signal lines included in the display device are not affected by the previous display image. Therefore, by using fixed data, display an image suitable for image input, such as a single color image or an image containing a large amount of color components with high photosensitivity, and then display the image. It is possible to eliminate the influence of the image, perform image input with high accuracy regardless of the display image, output the obtained image, and perform touch position detection with high accuracy based on the image.
  • image input using the optical sensor is performed after displaying a monochromatic image.
  • a monochromatic image is displayed, the light transmittance of the display panel and the state of pixel circuits and signal lines included in the display device become uniform. Therefore, by performing image input after displaying a monochrome image using fixed data, it is possible to eliminate the influence of the display image and align the internal state of the display device to perform image input and touch position detection with high accuracy. Can do.
  • image input using an optical sensor is performed after displaying a monochromatic image containing many color components with high light receiving sensitivity of the optical sensor.
  • the optical sensor operates with high light receiving sensitivity. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the display image, align the internal state of the display image, increase the light receiving sensitivity of the optical sensor, and perform image input and touch position detection with high accuracy.
  • the fourth aspect of the present invention by using data representing a white image as fixed data, the influence of the display image is eliminated, the internal state of the display image is made uniform, and the light receiving sensitivity of the photosensor is increased. It is possible to perform image input and touch position detection with high accuracy.
  • the light receiving sensitivity of the photosensor is increased with blue light, and therefore data representing a blue image is used as fixed data.
  • the influence of the display image can be eliminated, the internal state of the display image can be made uniform, and the light receiving sensitivity of the photosensor can be increased to perform image input and touch position detection with high accuracy.
  • an object included in the scanned image can be detected by the display device by performing image recognition processing on the scanned image.
  • the seventh aspect of the present invention when a reflected image of an object is detected, a problem that the scan image becomes dark and the detection accuracy of the touch position decreases becomes significant.
  • By inputting an image after displaying an image suitable for image input using it is possible to eliminate the influence of display data and perform image input and touch position detection with high accuracy regardless of the display image.
  • an image suitable for image input is displayed using fixed data by switching display data before reading to fixed data in an image processing unit provided in the previous stage of the drive circuit.
  • Image input can be performed later. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the display data and perform image input and touch position detection with high accuracy regardless of the display image.
  • the ninth aspect of the present invention it is possible to perform image input after displaying an image suitable for image input using fixed data by switching display data before reading to fixed data by the drive circuit. Thereby, it is possible to eliminate the influence of the display data and perform image input and touch position detection with high accuracy regardless of the display image.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the detailed structure of the liquid crystal panel of the apparatus shown in FIG. It is a figure which shows the cross section of the liquid crystal panel of the apparatus shown in FIG. 1, and the arrangement position of a backlight. It is a figure which shows the principle of the method of detecting the image in the apparatus shown in FIG. It is a figure which shows the principle of the method of detecting the reflected image in the apparatus shown in FIG. It is a figure which shows the example of the scanning image containing the image of a finger
  • FIG. 2 is a flowchart showing an operation when an output control signal of the apparatus shown in FIG. 1 is at a high level.
  • 2 is a flowchart showing an operation when an output control signal of the apparatus shown in FIG. 1 is at a low level.
  • It is a table which shows collectively operation
  • It is a timing chart of the apparatus shown in FIG.
  • It is a block diagram which shows the structure of the liquid crystal display device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • It is a flowchart which shows operation
  • It is a block diagram which shows the structure of the business card reading apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
  • a liquid crystal display device 10 shown in FIG. 1 includes a sensor built-in liquid crystal panel 11, an image processing unit 12, an A / D converter 13, a backlight power supply circuit 14, and a backlight 15.
  • the image processing unit 12 includes a frame memory 16.
  • the sensor built-in liquid crystal panel 11 (hereinafter referred to as the liquid crystal panel 11) includes a panel drive circuit 17 and a pixel array 18, and the pixel array 18 includes a plurality of pixel circuits and a plurality of photosensors arranged two-dimensionally ( Details will be described later).
  • the liquid crystal display device 10 has a touch position detection function and an image input function in addition to the image display function.
  • Display data D1 and an output control signal OC are input to the liquid crystal display device 10 from the outside.
  • the image processing unit 12 performs a frame rate conversion process on the display data D1 using the frame memory 16 to obtain the display data D2.
  • the image processing unit 12 performs display data switching processing (details will be described later) on the display data D2, and outputs display data D3.
  • the panel drive circuit 17 writes a voltage corresponding to the display data D3 in the pixel circuit of the liquid crystal panel 11. As a result, an image based on the display data D3 is displayed on the liquid crystal panel 11.
  • the backlight 15 is composed of, for example, a white LED (Light Emitting Diode), and irradiates the back surface of the liquid crystal panel 11 with light (backlight light).
  • the backlight power supply circuit 14 switches whether to supply a power supply voltage to the backlight 15 according to the backlight control signal BC output from the image processing unit 12.
  • the backlight power supply circuit 14 supplies a power supply voltage when the backlight control signal BC is at a high level and does not supply a power supply voltage when the backlight control signal BC is at a low level.
  • the backlight 15 is turned on while the backlight control signal BC is at a high level, and is turned off while the backlight control signal BC is at a low level.
  • the configuration of the backlight 15 may be arbitrary, and the backlight 15 may be configured with a combination of red, green, and blue LEDs, or with a cold cathode tube (CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp).
  • CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamp
  • the panel drive circuit 17 performs an operation of reading a voltage corresponding to the amount of received light from the optical sensor of the liquid crystal panel 11 in addition to an operation of writing a voltage to the pixel circuit of the liquid crystal panel 11.
  • the output signal of the optical sensor is output to the outside of the liquid crystal panel 11 as a sensor output signal SS.
  • the A / D converter 13 converts the analog sensor output signal SS into a digital signal.
  • the image processing unit 12 generates a digital image (hereinafter referred to as a scanned image) based on the digital signal output from the A / D converter 13.
  • the scanned image may include an image of an object to be detected (for example, a finger or a pen; hereinafter referred to as an object) near the surface of the liquid crystal panel 11.
  • the image processing unit 12 When the output control signal OC is at a high level, the image processing unit 12 performs image recognition processing for detecting the target object on the scanned image, obtains the position of the target object in the scanned image, and indicates the touch position. Coordinate data Co is output. On the other hand, when the output control signal OC is at a low level, the image processing unit 12 does not perform the image recognition process and outputs the scanned image as it is as the imaging data SD.
  • the liquid crystal display device 10 performs either an operation of displaying an image based on the display data D2 or an operation of inputting a scan image at each frame time.
  • a frame time for displaying an image is referred to as a “display period”
  • a frame time for inputting an image is referred to as a “sensing period”.
  • the liquid crystal display device 10 switches between image display and image input in each frame time in accordance with the output control signal OC.
  • the output control signal OC when the output control signal OC is at a high level, the liquid crystal display device 10 alternately performs image display and image input every frame time, and when the output control signal OC is at a low level, the image input is performed at all frame times. Shall be performed.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the liquid crystal panel 11.
  • the pixel array 18 includes m scanning signal lines G1 to Gm, 3n data signal lines SR1 to SRn, SG1 to SGn, SB1 to SBn, and (m ⁇ 3n) pixels.
  • a circuit 1 is provided.
  • the pixel array 18 includes (m ⁇ n) photosensors 2, m sensor readout lines RW1 to RWm, and m sensor reset lines RS1 to RSm.
  • the liquid crystal panel 11 is formed using CG (Continuous Grain) silicon.
  • the scanning signal lines G1 to Gm are arranged in parallel to each other.
  • the data signal lines SR1 to SRn, SG1 to SGn, and SB1 to SBn are arranged in parallel to each other so as to be orthogonal to the scanning signal lines G1 to Gm.
  • the sensor readout lines RW1 to RWm and the sensor reset lines RS1 to RSm are arranged in parallel with the scanning signal lines G1 to Gm.
  • the pixel circuit 1 is provided one by one near the intersection of the scanning signal lines G1 to Gm and the data signal lines SR1 to SRn, SG1 to SGn, SB1 to SBn.
  • the pixel circuits 1 are arranged two-dimensionally as a whole, m in the column direction (vertical direction in FIG. 2) and 3n in the row direction (horizontal direction in FIG. 2).
  • the pixel circuit 1 is classified into an R pixel circuit 1r, a G pixel circuit 1g, and a B pixel circuit 1b depending on how many color filters are provided.
  • the three types of pixel circuits 1r, 1g, and 1b are arranged side by side in the row direction, and three pixels form one pixel.
  • the pixel circuit 1 includes a TFT (Thin Film Transistor) 3 and a liquid crystal capacitor 4.
  • the gate terminal of the TFT 3 is connected to the scanning signal line Gi (i is an integer from 1 to m), and the source terminal is connected to one of the data signal lines SRj, SGj, SBj (j is an integer from 1 to n).
  • the drain terminal is connected to one electrode of the liquid crystal capacitor 4.
  • a common electrode voltage is applied to the other electrode of the liquid crystal capacitor 4.
  • the data signal lines SG1 to SGn connected to the G pixel circuit 1g are referred to as G data signal lines
  • the data signal lines SB1 to SBn connected to the B pixel circuit 1b are referred to as B data signal lines.
  • the pixel circuit 1 may include an auxiliary capacitor.
  • the light transmittance (subpixel luminance) of the pixel circuit 1 is determined by the voltage written in the pixel circuit 1.
  • a high level voltage TFT3 is turned on
  • the voltage to be written may be applied to the data signal line SXj.
  • the optical sensor 2 includes a capacitor 5, a photodiode 6, and a sensor preamplifier 7, and is provided for each pixel.
  • One electrode of the capacitor 5 is connected to the cathode terminal of the photodiode 6 (hereinafter, this connection point is referred to as a node P).
  • the other electrode of the capacitor 5 is connected to the sensor readout line RWi, and the anode terminal of the photodiode 6 is connected to the sensor reset line RSi.
  • the sensor preamplifier 7 includes a TFT having a gate terminal connected to the node P, a drain terminal connected to the B data signal line SBj, and a source terminal connected to the G data signal line SGj.
  • a predetermined voltage is applied to the sensor readout line RWi and the sensor reset line RSi, and the B data signal line SBj is applied.
  • the power supply voltage VDD may be applied.
  • the power supply voltage VDD When the power supply voltage VDD is applied to the B data signal line SBj, the voltage at the node P is amplified by the sensor preamplifier 7, and the amplified voltage is output to the G data signal line SGj. Therefore, the amount of light detected by the optical sensor 2 can be obtained based on the voltage of the G data signal line SGj.
  • a scanning signal line driving circuit 31 a data signal line driving circuit 32, a sensor row driving circuit 33, p sensor output amplifiers 34 (p is an integer of 1 to n), and a plurality of Switches 35 to 38 are provided.
  • the scanning signal line driving circuit 31, the data signal line driving circuit 32, and the sensor row driving circuit 33 correspond to the panel driving circuit 17 in FIG.
  • the data signal line driving circuit 32 has 3n output terminals corresponding to 3n data signal lines.
  • One switch 35 is provided between each of the G data signal lines SG1 to SGn and n output terminals corresponding thereto, and the B data signal lines SB1 to SBn and n output terminals corresponding thereto are provided.
  • One switch 36 is provided between each switch.
  • the G data signal lines SG1 to SGn are divided into p groups, and the kth (k is an integer of 1 to p) G data signal lines and the input terminals of the kth sensor output amplifier 34 in the group.
  • One switch 37 is provided between each switch.
  • the B data signal lines SB1 to SBn are all connected to one end of the switch 38, and the power supply voltage VDD is applied to the other end of the switch 38.
  • the number of switches 35 to 37 included in FIG. 2 is n, and the number of switches 38 is one.
  • the circuit shown in FIG. 2 performs different operations depending on whether it is a display period or a sensing period and whether it is the first half or the second half (see FIG. 9 described later).
  • the scanning signal line driving circuit 31 and the data signal line driving circuit 32 operate in the first half of the display period and the first half of the sensing period. At this time, the switches 35 and 36 are turned on, and the switches 37 and 38 are turned off.
  • the scanning signal line drive circuit 31 selects one scanning signal line from the scanning signal lines G1 to Gm for each one line time according to the timing control signal C1, and applies a high level voltage to the selected scanning signal line. Then, a low level voltage is applied to the remaining scanning signal lines.
  • the data signal line driving circuit 32 drives the data signal lines SR1 to SRn, SG1 to SGn, and SB1 to SBn in a line sequential manner based on the display data DR, DG, and DB output from the image processing unit 12.
  • the data signal line driving circuit 32 stores the display data DR, DG, and DB for at least one row, and applies a voltage corresponding to the display data for one row for each line time to the data signal lines SR1 to SR1. Applied to SRn, SG1 to SGn, and SB1 to SBn. Note that the data signal line driving circuit 32 may drive the data signal lines SR1 to SRn, SG1 to SGn, and SB1 to SBn in a dot sequential manner.
  • the sensor row driving circuit 33 and the sensor output amplifier 34 operate in the latter half of the sensing period.
  • the switches 35 and 36 are turned off, the switch 38 is turned on, and the switch 37 is turned on in a time division manner so that the G data signal lines SG1 to SGn are sequentially connected to the input terminals of the sensor output amplifier 34 for each group. It becomes a state.
  • the sensor row driving circuit 33 selects one signal line for each one line time from the sensor readout lines RW1 to RWm and the sensor reset lines RS1 to RSm according to the timing control signal C2, and selects the selected sensor readout line and sensor.
  • a predetermined read voltage and a reset voltage are applied to the reset line, and voltages different from those at the time of selection are applied to the other signal lines.
  • the sensor output amplifier 34 amplifies the voltage selected by the switch 37 and outputs it as sensor output signals SS1 to SSp.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross section of the liquid crystal panel 11 and an arrangement position of the backlight 15.
  • the liquid crystal panel 11 has a structure in which a liquid crystal layer 42 is sandwiched between two glass substrates 41a and 41b.
  • One glass substrate 41a is provided with three color filters 43r, 43g, 43b, a light shielding film 44, a counter electrode 45, and the like, and the other glass substrate 41b is provided with a pixel electrode 46, a data signal line 47, an optical sensor 2, and the like. Is provided.
  • the photodiode 6 included in the optical sensor 2 is provided in the vicinity of the pixel electrode 46 provided with the blue color filter 43b (the reason will be described later).
  • An alignment film 48 is provided on the opposing surfaces of the glass substrates 41a and 41b, and a polarizing plate 49 is provided on the other surface.
  • a polarizing plate 49 is provided on the other surface.
  • the surface on the glass substrate 41a side is the surface
  • the surface on the glass substrate 41b side is the back surface.
  • the backlight 15 is provided on the back side of the liquid crystal panel 11.
  • the liquid crystal display device 10 uses either a method for detecting a shadow image or a method for detecting a reflected image (or both a shadow image and a reflected image) when detecting a touch position in the display screen.
  • 4A is a diagram illustrating the principle of a method for detecting a shadow image
  • FIG. 4B is a diagram illustrating the principle of a method for detecting a reflected image.
  • the optical sensor 2 including the photodiode 6 detects external light 51 transmitted through the glass substrate 41a, the liquid crystal layer 42, and the like.
  • the object 53 such as a finger is near the surface of the liquid crystal panel 11, the external light 51 to be incident on the optical sensor 2 is blocked by the object 53. Therefore, it is possible to detect a shadow image of the object 53 by the external light 51 using the optical sensor 2.
  • the optical sensor 2 including the photodiode 6 detects the reflected light of the backlight 52. More specifically, the backlight light 52 emitted from the backlight 15 passes through the liquid crystal panel 11 and exits from the surface of the liquid crystal panel 11 to the outside. At this time, if the object 53 is near the surface of the liquid crystal panel 11, the backlight 52 is reflected by the object 53. For example, the belly of a human finger reflects light well. The reflected light of the backlight light 52 passes through the glass substrate 41a, the liquid crystal layer 42, etc., and enters the optical sensor 2. Therefore, it is possible to detect a reflection image of the object 53 by the backlight 52 using the optical sensor 2.
  • both a shadow image and a reflected image can be detected. That is, by using the optical sensor 2, a shadow image of the object 53 by the external light 51 and a reflection image of the object 53 by the backlight light 52 can be detected simultaneously.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams illustrating an example of a scanned image including a finger image.
  • the scan image shown in FIG. 5A includes a finger image
  • the scan image shown in FIG. 5B includes a finger image and a reflection image of the finger belly.
  • the image processing unit 12 performs image recognition processing on such a scanned image and outputs coordinate data Co indicating the touch position, or outputs the scanned image as it is as the imaging data SD.
  • the light receiving sensitivity of the photodiode 6 is higher for blue light than for red light or green light. Therefore, in order to make it easy to receive blue light, the photodiode 6 is provided in the vicinity of the pixel electrode 46 corresponding to the blue color filter 43b as shown in FIG. By disposing the photodiode 6 at a position where it is easy to receive light of a color with high light reception sensitivity in this way, the amount of light detected by the photodiode 6 can be increased and the light reception sensitivity of the optical sensor 2 can be increased.
  • the image processing unit 12 performs a frame rate conversion process, a display data switching process, an operation mode selection process, a backlight control process, a scan image generation process, and an image recognition process. Functions as a recognition processing unit.
  • the image processing unit 12 uses the frame memory 16 as necessary to perform processing (frame rate conversion processing) for matching the frame rate of the display data D1 with the frame rate used for driving the liquid crystal panel 11. For example, when the frame rate of the display data D1 is 30 frames / second and the frame rate used for driving the liquid crystal panel 11 is 60 frames / second, the image processing unit 12 once writes the display data D1 into the frame memory 16, Display data is read from the frame memory 16 at twice the speed of writing. As a result, display data D2 having a frame rate twice that of display data D1 is obtained. Note that when the frame rate of the display data D1 matches the frame rate used for driving the liquid crystal panel 11 from the beginning, the image processing unit 12 does not perform the frame rate conversion process.
  • the image processing unit 12 performs a process (display data switching process) of switching display data used before reading by the panel drive circuit 17 to fixed data Df suitable for image input.
  • the panel drive circuit 17 performs writing to the pixel circuit 1 in the first half of the display period and the first half of the sensing period, and performs reading from the photosensor 2 in the second half of the sensing period.
  • the image processing unit 12 outputs the display data D2 after the frame rate conversion as the display data D3 in the first half of the display period, and outputs the fixed data Df as the display data D3 in the first half of the sensing period.
  • the fixed data Df is fixed data (data not dependent on the display data D1) determined in advance so as to be suitable for image input.
  • data representing a single color image is preferably used as the fixed data Df.
  • data representing a white image can be used as the fixed data Df.
  • the liquid crystal panel 11 is made of CG silicon, the light receiving sensitivity of the photodiode 6 is increased by blue light, so that data representing a blue image can be used as the fixed data Df.
  • the image processing unit 12 detects a shadow image of the object (hereinafter referred to as a shadow image mode), or detects a reflection image of the object (or both a shadow image and a reflected image) (hereinafter referred to as a reflected image mode). (Operation mode selection process) is selected. For example, the image processing unit 12 selects the shadow image mode when the illuminance of external light detected by an illuminance sensor (not shown) is equal to or greater than a predetermined threshold, and selects the reflected image mode otherwise.
  • the image processing unit 12 performs processing (backlight control processing) for controlling the backlight 15 depending on whether the display data is switched to fixed data and whether the display mode is the shadow image mode or the reflection image mode. Specifically, the image processing unit 12 controls the backlight control signal BC to a high level during the display period and the sensing period in the reflected image mode to turn on the backlight 15, and during the sensing period in the image mode, the backlight control signal. The backlight 15 is turned off by controlling BC to a low level.
  • backlight control processing for controlling the backlight 15 depending on whether the display data is switched to fixed data and whether the display mode is the shadow image mode or the reflection image mode.
  • the image processing unit 12 controls the backlight control signal BC to a high level during the display period and the sensing period in the reflected image mode to turn on the backlight 15, and during the sensing period in the image mode, the backlight control signal.
  • the backlight 15 is turned off by controlling BC to a low level.
  • the image processing unit 12 performs a process of generating a scan image (scan image generation process) based on the digital signal output from the A / D converter 13. Further, the image processing unit 12 performs image recognition processing for detecting the target object on the scanned image, and outputs coordinate data Co representing the position of the target object. In the shadow image mode, a shadow image of the object is detected, and in the reflection image mode, a reflection image of the object (or both a shadow image and a reflection image) is detected. When the output control signal OC is at a low level, the image processing unit 12 does not perform the image recognition process and outputs the scanned image as it is as the imaging data SD.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the liquid crystal display device 10 when the output control signal OC is at a high level. As described above, when the output control signal OC is at a high level, the liquid crystal display device 10 alternately performs image display and image input every frame time. Of the steps shown in FIG. 6, steps S101 to S103 are performed in the first half of the display period, steps S105 to S107 are performed in the first half of the sensing period, and steps S108 to S109 are performed in the second half of the sensing period.
  • the image processing unit 12 first controls the backlight control signal BC to a high level to turn on the backlight 15 (step S101). Next, the image processing unit 12 outputs the display data D2 after the frame rate conversion as the display data D3 to the panel drive circuit 17 (step S102). The panel drive circuit 17 writes a voltage corresponding to the display data D3 into the pixel circuit 1 (step S103). As a result, an image based on the display data D2 is displayed on the liquid crystal panel 11.
  • the image processing unit 12 selects an operation mode from the shadow image mode and the reflection image mode (step S104), and controls the backlight 15 according to the selected operation mode (step S105).
  • the backlight control signal BC is at a low level (indicating extinction) in the shadow image mode, and is at a high level (indicating lighting) in the reflection image mode.
  • the image processing unit 12 outputs fixed data Df as display data D3 to the panel drive circuit 17 (step S106).
  • the panel drive circuit 17 writes a voltage corresponding to the fixed data Df to the pixel circuit 1 (step S107). Thereby, an image (for example, a white image or a blue image) based on the fixed data Df is displayed on the liquid crystal panel 11.
  • the image processing unit 12 reads a voltage corresponding to the amount of received light from the optical sensor 2 (step S108).
  • the A / D converter 13 converts the analog sensor output signal SS output from the liquid crystal panel 11 into a digital signal (step S109).
  • the image processing unit 12 generates a scanned image based on the digital signal obtained in step S109 (step S110).
  • the image processing unit 12 performs image recognition processing on the scan image generated in step S110, and obtains the position of the object in the scan image (step S111).
  • the image processing unit 12 outputs coordinate data Co indicating the touch position to the outside of the liquid crystal display device 10 (step S112).
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the liquid crystal display device 10 when the output control signal OC is at a low level. As described above, when the output control signal OC is at a low level, the liquid crystal display device 10 performs image input for all frame times. As shown in FIG. 7, the liquid crystal display device 10 performs the same operations as steps S104 to S110 (FIG. 6) in steps S121 to S127. Following step S127, the image processing unit 12 outputs the scan image generated in step S127 as it is as the imaging data SD (step S128).
  • FIG. 8 displaying an image based on the display data D2 is described as “image display”, and displaying an image based on the fixed data Df is described as “fixed display”.
  • FIG. 9 is a timing chart of the liquid crystal display device 10 when the output control signal OC is at a high level.
  • the vertical synchronization signal VSYNC becomes a high level every frame time, and each frame time alternately becomes a display period and a sensing period.
  • the sense signal SC is a signal that becomes low level in the first half of the frame time and becomes high level in the second half.
  • the fixed data Df is data representing a white image, and the backlight 15 is turned off during the sensing period.
  • the switches 35 and 36 are turned on, and the data signal lines SR1 to SRn, SG1 to SGn, and SB1 to SBn are all connected to the data signal line driving circuit 32.
  • the voltage of the scanning signal line G1 becomes high level
  • the voltage of the scanning signal line G2 becomes high level
  • the voltages of the scanning signal lines G3 to Gm sequentially become high level.
  • the data signal lines SR1 to SRn, SG1 to SGn, and SB1 to SBn have voltages (displays) to be written in the 3n pixel circuits 1 connected to the scanning signal line Gi.
  • a voltage corresponding to the data D2 is applied.
  • the sensor row drive circuit 33 does not operate. Therefore, in this latter half, the readout voltage and the reset voltage are not applied to the sensor readout lines RW1 to RWm and the sensor reset lines RS1 to RSm.
  • the voltages of the scanning signal lines G1 to Gm change in the same manner as in the first half of the display period, and the data signal lines SR1 to SRn, SG1 to SGn, and SB1 to SBn have data representing a white image. A corresponding voltage is applied.
  • the switch 38 is turned on, and the switch 37 is turned on in a time division manner. Therefore, the power supply voltage VDD is fixedly applied to the B data signal lines SB1 to SBn, and the G data signal lines SG1 to SGn are connected to the input terminals of the sensor output amplifier 34 in a time division manner.
  • the sensor readout line RW1 and the sensor reset line RS1 are selected, then the sensor readout line RW2 and the sensor reset line RS2 are selected, and thereafter, the sensor readout lines RW3 to RWm and the sensor reset lines RS3 to RSm are selected. Are selected one by one in order.
  • a readout voltage and a reset voltage are applied to the selected sensor readout line and sensor reset line, respectively. While the sensor readout line RWi and the sensor reset line RSi are selected, the G data signal lines SG1 to SGn have a voltage corresponding to the amount of light detected by the n photosensors 2 connected to the sensor readout line RWi. Is output.
  • the backlight control signal BC is at a high level during the display period and is at a low level during the sensing period. For this reason, the backlight 15 is turned on during the display period and is turned off during the sensing period.
  • the output control signal OC is at the low level, only the signal waveform in the sensing period shown in FIG. 9 appears repeatedly.
  • liquid crystal display device 10 display data (display data in the first half of the sensing period) used before reading by the panel drive circuit 17 is switched to the fixed data Df, and image input using the optical sensor 2 is converted to the fixed data Df. This is done after displaying the based image.
  • display data display data in the first half of the sensing period
  • image input using the optical sensor 2 is converted to the fixed data Df. This is done after displaying the based image.
  • the light transmittance of the liquid crystal panel 11 and the state of the pixel circuits 1 and signal lines included in the liquid crystal display device 10 are not affected by the previous display image.
  • the light transmittance of the liquid crystal panel 11 and the states of the pixel circuits 1 and signal lines included in the liquid crystal display device 10 are uniform. Become. Therefore, by inputting an image after displaying a monochromatic image, it is possible to eliminate the influence of the display image and align the internal state of the liquid crystal display device 10 to perform image input and touch position detection with high accuracy.
  • the optical sensor 2 when data representing a single color image including many color components with high light reception sensitivity of the optical sensor 2 is used as fixed data, the optical sensor 2 operates with high light reception sensitivity when an image is input after the image is displayed. . Therefore, it is possible to eliminate the influence of the display image, align the internal state of the display image, increase the light receiving sensitivity of the optical sensor 2, and perform image input and touch position detection with high accuracy. Specifically, the above effect can be obtained by using data representing a white image as fixed data. Further, when the liquid crystal panel 11 is formed of CG silicon, the light receiving sensitivity of the optical sensor 2 is increased by blue light. Therefore, the above effect can be obtained even when data representing a blue image is used as fixed data.
  • the liquid crystal display device 10 can detect an object (such as a finger) included in the scanned image.
  • an object such as a finger
  • the problem that the scan image becomes dark and the detection accuracy of the touch position is reduced becomes significant. Even in such a case, it is suitable for image input using the fixed data Df.
  • the display data switching process is performed in the image processing unit 12 provided in the previous stage of the panel drive circuit 17.
  • the liquid crystal display device 10 switches between image display and image input alternately or only image input in accordance with the output control signal OC.
  • the frequency may be determined arbitrarily.
  • the liquid crystal display device may perform image display and image input at a ratio of 3: 1 when the output control signal OC is at a high level, and alternately perform image display and image input when the output control signal OC is at a low level. You may go.
  • the liquid crystal display device may determine the timing for performing image input by itself, or may perform image input when receiving an image input instruction from the outside.
  • the image processing unit 12 may perform backlight control other than that shown in FIG.
  • the image processing unit may turn on the backlight in the second half of the sensing period, and may not perform the backlight control.
  • the image processing unit may perform only one of the image mode processing and the reflection image mode processing without performing the operation mode selection processing.
  • the image processing unit may perform the frame rate conversion process and the display data switching process as one process.
  • the image processing unit has a plurality of fixed data in advance, and may switch the fixed data according to the situation. For example, the image processing unit may use fixed data suitable for detecting a shadow image in the image mode, and may use fixed data suitable for detecting a reflected image in the reflection image mode.
  • the panel drive circuit 17 is formed integrally with the liquid crystal panel 11, but all or part of the panel drive circuit 17 may be provided outside the liquid crystal panel.
  • the optical sensor 2 is provided for each pixel in the liquid crystal panel 11, the optical sensor 2 may be provided for each of a plurality of pixels or for each sub-pixel.
  • the liquid crystal panel 11 is made of another semiconductor, the light receiving sensitivity of the photodiode 6 is higher for green light than, for example, red light or blue light. Therefore, in this case, a similar liquid crystal display device may be configured by replacing blue with green.
  • the light receiving sensitivity of the photodiode 6 is higher with red light than with green light or blue light
  • a similar liquid crystal display device may be configured by replacing blue with red.
  • the liquid crystal display device according to these modifications also has the same effect as the liquid crystal display device 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention.
  • a liquid crystal display device 20 illustrated in FIG. 10 includes a sensor built-in liquid crystal panel 21, an image processing unit 22, an A / D converter 13, a backlight power supply circuit 14, and a backlight 15.
  • the sensor built-in liquid crystal panel 21 (hereinafter referred to as the liquid crystal panel 21) includes a panel drive circuit 27 and a pixel array 18.
  • the same components as those already described are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the image processing unit 22 performs frame rate conversion processing, operation mode selection processing, backlight control processing, scan image generation processing, and image recognition processing, and performs display data switching.
  • a switching determination process is performed instead of the process. More specifically, the image processing unit 22 outputs the display data D2 after the frame rate conversion to the panel drive circuit 27, and outputs a switching control signal CC indicating whether or not to switch the display data to fixed data. To do.
  • the switching control signal CC is at a low level during the display period and is at a high level during the sensing period.
  • the panel drive circuit 27 is obtained by adding a display data switching function to the panel drive circuit 17 according to the first embodiment. More specifically, like the panel drive circuit 17, the panel drive circuit 27 operates to write a voltage corresponding to the display data D2 to the pixel circuit of the liquid crystal panel 21, and to respond to the amount of light received from the optical sensor of the liquid crystal panel 21. The voltage reading operation is performed. However, when the switching control signal CC is at the high level, the panel drive circuit 27 writes not the display data D2 but the voltage corresponding to the fixed data Df suitable for image input to the pixel circuit of the liquid crystal panel 21. For this reason, in the first half of the sensing period, an image (for example, a white image or a blue image) based on the fixed data Df is displayed on the liquid crystal panel 21.
  • an image for example, a white image or a blue image
  • the display data switching process is performed by the panel drive circuit 27, and the panel drive circuit 27 also functions as a display data switching unit. Even in the liquid crystal display device 20 configured in this way, display data (display data in the first half of the sensing period) used before reading by the panel drive circuit 17 is switched to the fixed data Df, and an image using the optical sensor 2 is displayed. The input is performed after displaying an image based on the fixed data Df. Therefore, according to the liquid crystal display device 20 according to the present embodiment, as with the liquid crystal display device 10 according to the first embodiment, image input and touch position detection can be performed with high accuracy regardless of the display image. In addition, also about this embodiment, various modifications can be comprised similarly to 1st Embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a business card reading apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • a business card reading device 60 shown in FIG. 11 includes the liquid crystal display device 10 according to the first embodiment and a display control unit 61.
  • the display control unit 61 is a control unit of the liquid crystal display device 10 and includes a CPU 62 and a main memory 63.
  • the main memory 63 stores a business card reading program 64, and the CPU 62 executes the business card reading program 64 on the main memory 63.
  • the display control unit 61 configured in this manner outputs display data D1 and an output control signal OC to the liquid crystal display device 10, and also outputs the coordinate data Co and the imaging data SD output from the liquid crystal display device 10. Perform predetermined processing.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the business card reading device 60.
  • the business card reading device 60 first displays an initial screen (step S201).
  • step S ⁇ b> 201 the display control unit 61 outputs initial screen data and a high-level output control signal OC to the liquid crystal display device 10.
  • the liquid crystal display device 10 displays an initial screen on the liquid crystal panel 11 based on the initial screen data.
  • the initial screen includes a message such as “Please set a business card”.
  • the user places a business card to be read at a position covering the pixel array 18 of the liquid crystal panel 11 (hereinafter referred to as a reading position).
  • the business card reading device 60 detects that a business card has been placed (step S202).
  • the scan image generated by the image processing unit 12 has a feature indicating that the business card is placed on the liquid crystal panel.
  • the liquid crystal display device 10 detects that this feature has appeared in the scanned image, the liquid crystal display device 10 notifies the display control unit 61 accordingly. Upon receiving this notification, the display control unit 61 performs the subsequent processing.
  • step S203 the business card reading device 60 displays an image based on the fixed data (step S203).
  • step S ⁇ b> 203 the display control unit 61 outputs a low level output control signal OC to the liquid crystal display device 10. While the output control signal OC is at the low level, all the frame times become a sensing period, and the image processing unit 12 writes a voltage corresponding to the fixed data Df suitable for image input to the pixel circuit of the liquid crystal panel 11. Therefore, in the first half of each frame time, an image (for example, a white image or a blue image) based on the fixed data Df is displayed on the liquid crystal panel 11.
  • a white image or a blue image for example, a white image or a blue image
  • the business card reading device 60 reads a business card image (step S204).
  • the output control signal OC remains at a low level.
  • the liquid crystal display device 10 generates a scan image based on the signal read from the pixel array 18 and outputs the generated scan image as imaging data SD.
  • the display control unit 61 treats the imaging data SD output from the liquid crystal display device 10 as business card image data.
  • step S205 the business card reading device 60 displays a business card image (step S205).
  • step S ⁇ b> 205 the display control unit 61 outputs business card image data and a high-level output control signal OC to the liquid crystal display device 10.
  • the liquid crystal display device 10 displays a business card image on the liquid crystal panel 11 based on the business card image data. The user looks at the business card image and confirms that the business card has been read correctly.
  • the display data used before the reading by the panel drive circuit 17 is switched to the fixed data Df, and the optical sensor 2 is turned on.
  • the used image input is performed after an image based on the fixed data Df is displayed. In this way, an image suitable for image input is displayed using the fixed data Df, and then the image input is performed, thereby eliminating the influence of the display image and inputting the business card image with high accuracy regardless of the display image. be able to.
  • an arbitrary device having an image display function and an image input function can be configured by the method described above.
  • a QR (Quick Response) code reading device a fingerprint authentication device, or the like can be configured.
  • the liquid crystal display device 20 according to the second embodiment or the liquid crystal display device according to the modified example of the first and second embodiments may be used. Good. These devices also have the same effects as the business card reading device 60 according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a business card reading apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a business card reading device 70 shown in FIG. 13 includes a liquid crystal display device 71 and a display control unit 73.
  • the liquid crystal display device 71 is obtained by replacing the image processing unit 12 with the image processing unit 72 in the liquid crystal display device 10 according to the first embodiment.
  • the image processing unit 72 is obtained by deleting the display data switching process from the image processing unit 12.
  • the image processing unit 72 performs a frame rate conversion process similar to that of the image processing unit 12 on the display data D1, and outputs the obtained display data D2 to the panel drive circuit 17.
  • the display control unit 73 includes a CPU 62 and a main memory 63 like the display control unit 61 according to the third embodiment. However, the CPU 62 executes a business card reading program 74 different from the business card reading program 64 according to the third embodiment.
  • the business card reading device 70 performs the operation shown in FIG. 12 in the same manner as the business card reading device 60 according to the third embodiment.
  • the display control unit 73 outputs a low-level output control signal OC to the liquid crystal display device 71, and provides fixed data Df as display data D1. That is, when giving an image input instruction to the liquid crystal display device 71, the display control unit 73 gives fixed data Df suitable for image input as the display data D1. Therefore, while the image input instruction is given, an image (for example, a white image or a blue image) based on the fixed data Df is displayed on the liquid crystal panel 11 of the liquid crystal display device 71.
  • the display control unit 73 gives an image input instruction to the liquid crystal display device 71
  • the fixed data Df suitable for image input is displayed as the display data D1.
  • display data used before reading by the panel drive circuit 17 is fixed data Df
  • image input using the optical sensor 2 is performed after displaying an image based on the fixed data Df.
  • an image suitable for image input is displayed using the fixed data Df, and then the image input is performed, thereby eliminating the influence of the display image and inputting the business card image with high accuracy regardless of the display image. be able to.
  • various modifications can be configured as in the third embodiment.
  • an image suitable for image input is displayed using fixed data, and then the image input is performed, thereby eliminating the influence of the display image and displaying.
  • Image input and touch position detection can be performed with high accuracy regardless of the image.
  • a display device other than the liquid crystal display device can be formed by the above-described method.
  • the display device of the present invention has a feature that image input and touch position detection can be performed with high accuracy regardless of the display image, it can be used for various display devices including a liquid crystal display device.

Abstract

 本発明は、表示パネルに複数の光センサを設けた表示装置に関する。 センサ内蔵液晶パネル(11)は、画素アレイ(18)内に、2次元状に配置された複数の画素回路と複数の光センサを含む。 パネル駆動回路(17)は、表示データD3に応じた信号を画素回路に書き込み、受光量に応じた信号を光センサから読み出す。 画像処理部(12)は、パネル駆動回路(17)による読み出しの前に用いられる表示データを画像入力に適した固定データに切り替える。 固定データには、白色画像データや青色画像データを使用する。 本発明によると、固定データを用いて画像入力に適した画像を表示した後に画像入力を行うことにより、表示画像の影響を排除して、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。 本発明の表示装置は、液晶表示装置に利用することができる。

Description

光センサ付き表示装置
 本発明は、表示装置に関し、特に、表示パネルに複数の光センサを設けた表示装置に関する。
 近年、指やペンなどで画面に触れることにより操作可能な電子機器が普及している。また、表示画面内のタッチ位置を検出する方法として、表示パネルに複数の光センサを設け、指などが画面に接近したときにできる影像を光センサを用いて検知する方法が知られている。影像を検知する方法では、外光の照度が低い(周囲が暗い)ときに、光センサで得られた画像内で影像と背景の区別が困難になり、タッチ位置を正しく検出できないことがある。そこで、バックライトを備えた表示装置については、バックライト光が指に当たったときの反射像を光センサを用いて検知する方法も知られている。
 また、光センサで得られた信号に基づく画像をそのまま出力すれば、表示装置を画像入力装置として使用することができる。例えば、複数の光センサを設けた液晶パネルを携帯電話のディスプレイとして使用する場合、液晶パネルの表面に名刺をかざして、画像入力指示を与えることにより、名刺画像を液晶パネル経由で携帯電話に取り込むことができる。
 表示パネルに複数の光センサを設けた表示装置については、例えば特許文献1に記載されている。また、特許文献2には、光センサの検出精度を向上させるために、表示部に表示データを表示するための表示期間ではバックライトを点灯させ、センサ部からのセンサ出力を読み出すセンス期間ではバックライトを消灯させる表示装置が記載されている。
日本国特開平11-326954号公報 日本国特開2006-317682号公報
 しかしながら、従来の光センサ付き表示装置には、光センサの出力データに表示データがノイズとして混入し、タッチ位置の検出精度や画像入力の精度が低下するという問題がある。例えば光センサ付き液晶表示装置では、液晶パネルに設けた光センサには液晶パネルを透過した光が入射する(後述する図4Aおよび図4Bを参照)。このため、光センサで検知される光量は液晶パネルの光透過率によって変化し、光センサの出力データは表示データの影響を受ける。また、画素回路への書き込みと光センサからの読み出しとで同じデータ信号線を使用する液晶パネルでは、書き込み時にデータ信号線に与えた電荷が読み出しデータに影響を与えるため、光センサの出力データは表示データの影響を受ける。このような理由により、光センサの出力データには表示データがノイズとして混入する。
 特に、表示階調が暗いときや、光センサの受光感度の高い色が表示データに少量しか含まれていないときには、光センサで検知される光量が少なくなるので、表示データの混入によってタッチ位置の検出精度や画像入力の精度は著しく低下する。
 それ故に、本発明は、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行える表示装置を提供することを目的とする。
 本発明の第1の局面は、複数の光センサを備えた表示装置であって、
 2次元状に配置された複数の画素回路および複数の光センサを含む表示パネルと、
 表示データに応じた信号を前記画素回路に書き込む動作と、受光量に応じた信号を前記光センサから読み出す動作とを行う駆動回路と、
 前記駆動回路による読み出しの前に用いられる表示データを画像入力に適した固定データに切り替える表示データ切替部とを備える。
 本発明の第2の局面は、本発明の第1の局面において、
 前記固定データは、単色画像を表すデータであることを特徴とする。
 本発明の第3の局面は、本発明の第2の局面において、
 前記固定データは、前記光センサの受光感度が高い色の成分を多く含む、単色画像を表すデータであることを特徴とする。
 本発明の第4の局面は、本発明の第3の局面において、
 前記固定データは、白色画像を表すデータであることを特徴とする。
 本発明の第5の局面は、本発明の第3の局面において、
 前記表示パネルはCG(Continuous Grain)シリコンで形成された液晶パネルであり、
 前記固定データは、青色画像を表すデータであることを特徴とする。
 本発明の第6の局面は、本発明の第1の局面において、
 前記光センサから読み出した信号に基づくスキャン画像に対して、前記スキャン画像に含まれる対象物を検知するための画像認識処理を行う画像認識処理部をさらに備える。
 本発明の第7の局面は、本発明の第6の局面において、
 前記表示パネルの背面に光を照射するバックライトをさらに備え、
 前記画像認識処理部は、少なくとも前記対象物の反射像を検知することを特徴とする。
 本発明の第8の局面は、本発明の第1の局面において、
 前記表示データ切替部は、前記駆動回路の前段に設けられた画像処理部に含まれていることを特徴とする。
 本発明の第9の局面は、本発明の第1の局面において、
 前記表示データ切替部は、前記駆動回路に含まれていることを特徴とする。
 本発明の第10の局面は、2次元状に配置された複数の画素回路および複数の光センサを含む表示パネルを備えた表示装置の駆動方法であって、
 表示データに応じた信号を前記画素回路に書き込むステップと、
 受光量に応じた信号を前記光センサから読み出すステップと、
 読み出しの前に用いられる表示データを画像入力に適した固定データに切り替えるステップとを備える。
 本発明の第11の局面は、画像表示機能と画像入力機能とを有する装置であって、
 表示装置と表示制御部とを備え、
 前記表示装置は、
  2次元状に配置された複数の画素回路および複数の光センサを含む表示パネルと、
  前記表示制御部から与えられた表示データに応じた信号を前記画素回路に書き込む動作と、受光量に応じた信号を前記光センサから読み出す動作とを行う駆動回路とを含み、
 前記表示制御部は、前記表示装置に画像入力指示を与えるときには、前記表示データとして画像入力に適した固定データを与えることを特徴とする。
 本発明の第1、第10または第11の局面によれば、読み出し前の表示データは固定データに切り替えられ、光センサを用いた画像入力は固定データに基づく画像を表示した後に行われる。固定データに基づく画像を表示すると、表示パネルの光透過率や表示装置に含まれる画素回路や信号線などの状態は、以前の表示画像の影響を受けなくなる。したがって、固定データを用いて、単色画像や光センサの受光感度が高い色の成分を多く含む画像などのように、画像入力に適した画像を表示し、その後に画像入力を行うことにより、表示画像の影響を排除して、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力を行い、得られた画像を出力することや、当該画像に基づき高い精度でタッチ位置検出を行うことができる。
 本発明の第2の局面によれば、光センサを用いた画像入力は、単色画像を表示した後に行われる。単色画像を表示すると、表示パネルの光透過率や表示装置に含まれる画素回路や信号線などの状態は均一になる。したがって、固定データを用いて単色画像を表示した後に画像入力を行うことにより、表示画像の影響を排除すると共に、表示装置の内部状態を揃えて、高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。
 本発明の第3の局面によれば、光センサを用いた画像入力は、光センサの受光感度が高い色の成分を多く含む単色画像を表示した後に行われる。このような特性を有する単色画像を表示した後に画像入力を行うと、光センサは高い受光感度で動作する。したがって、表示画像の影響を排除し、表示画像の内部状態を揃えると共に、光センサの受光感度を高くして、高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。
 本発明の第4の局面によれば、白色画像を表すデータを固定データとして用いることにより、表示画像の影響を排除し、表示画像の内部状態を揃えると共に、光センサの受光感度を高くして、高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。
 本発明の第5の局面によれば、複数の光センサを含む液晶パネルをCGシリコンで形成した場合、光センサの受光感度は青色光で高くなるので、青色画像を表すデータを固定データとして用いることにより、表示画像の影響を排除し、表示画像の内部状態を揃えると共に、光センサの受光感度を高くして、高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。
 本発明の第6の局面によれば、スキャン画像に対して画像認識処理を行うことにより、スキャン画像に含まれる対象物を表示装置で検知することができる。
 本発明の第7の局面によれば、対象物の反射像を検知するときには、スキャン画像が暗くなり、タッチ位置の検出精度が低下する問題が顕著になるが、そのようなときでも、固定データを用いて画像入力に適した画像を表示した後に画像入力を行うことにより、表示データの影響を排除し、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。
 本発明の第8の局面によれば、駆動回路の前段に設けられた画像処理部で読み出し前の表示データを固定データに切り替えることにより、固定データを用いて画像入力に適した画像を表示した後に画像入力を行うことができる。これにより、表示データの影響を排除して、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。
 本発明の第9の局面によれば、駆動回路で読み出し前の表示データを固定データに切り替えることにより、固定データを用いて画像入力に適した画像を表示した後に画像入力を行うことができる。これにより、表示データの影響を排除して、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。
本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 図1に示す装置の液晶パネルの詳細な構成を示すブロック図である。 図1に示す装置の液晶パネルの断面とバックライトの配置位置を示す図である。 図1に示す装置における影像を検知する方法の原理を示す図である。 図1に示す装置における反射像を検知する方法の原理を示す図である。 指の影像を含むスキャン画像の例を示す図である。 指の影像と指の腹の反射像を含むスキャン画像の例を示す図である。 図1に示す装置の出力制御信号がハイレベルのときの動作を示すフローチャートである。 図1に示す装置の出力制御信号がローレベルのときの動作を示すフローチャートである。 図1に示す装置の動作をまとめて示すテーブルである。 図1に示す装置のタイミングチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第3の実施形態に係る名刺読み取り装置の構成を示すブロック図である。 図11に示す装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第4の実施形態に係る名刺読み取り装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
 1…画素回路
 2…光センサ
 6…フォトダイオード
 10、20、71…液晶表示装置
 11、21…センサ内蔵液晶パネル
 12、22、72…画像処理部
 13…A/D変換器
 14…バックライト電源回路
 15…バックライト
 16…フレームメモリ
 17、27…パネル駆動回路
 18…画素アレイ
 31…走査信号線駆動回路
 32…データ信号線駆動回路
 33…センサ行駆動回路
 34…センサ出力アンプ
 35~38…スイッチ
 51…外光
 52…バックライト光
 53…対象物
 60、70…名刺読み取り装置
 61、73…表示制御部
 62…CPU
 64、74…名刺読み取りプログラム
 (第1の実施形態)
 図1は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図1に示す液晶表示装置10は、センサ内蔵液晶パネル11、画像処理部12、A/D変換器13、バックライト電源回路14、および、バックライト15を備えている。画像処理部12は、フレームメモリ16を含んでいる。センサ内蔵液晶パネル11(以下、液晶パネル11という)はパネル駆動回路17と画素アレイ18を含み、画素アレイ18は2次元状に配置された複数の画素回路と複数の光センサを含んでいる(詳細は後述)。液晶表示装置10は、画像表示機能に加えてタッチ位置検出機能と画像入力機能を有する。
 液晶表示装置10には、外部から表示データD1と出力制御信号OCが入力される。画像処理部12は、フレームメモリ16を用いて表示データD1に対してフレームレート変換処理を行い、表示データD2を求める。次に、画像処理部12は、表示データD2に対して表示データ切替処理(詳細は後述)を行い、表示データD3を出力する。パネル駆動回路17は、液晶パネル11の画素回路に表示データD3に応じた電圧を書き込む。これにより、液晶パネル11には表示データD3に基づく画像が表示される。
 バックライト15は、例えば白色LED(Light Emitting Diode)で構成され、液晶パネル11の背面に光(バックライト光)を照射する。バックライト電源回路14は、画像処理部12から出力されたバックライト制御信号BCに従い、バックライト15に電源電圧を供給するか否かを切り替える。以下、バックライト電源回路14は、バックライト制御信号BCがハイレベルのときには電源電圧を供給し、バックライト制御信号BCがローレベルのときには電源電圧を供給しないものとする。バックライト15は、バックライト制御信号BCがハイレベルである間は点灯し、バックライト制御信号BCがローレベルである間は消灯する。なお、バックライト15の構成は任意でよく、赤色、緑色および青色LEDを組み合わせて、あるいは、冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp )でバックライト15を構成してもよい。
 パネル駆動回路17は、液晶パネル11の画素回路に電圧を書き込む動作に加えて、液晶パネル11の光センサから受光量に応じた電圧を読み出す動作を行う。光センサの出力信号は、センサ出力信号SSとして液晶パネル11の外部に出力される。A/D変換器13は、アナログのセンサ出力信号SSをデジタル信号に変換する。画像処理部12は、A/D変換器13から出力されたデジタル信号に基づき、デジタル画像(以下、スキャン画像という)を生成する。このスキャン画像には、液晶パネル11の表面付近にある検知すべき物体(例えば、指やペンなど。以下、対象物という)の像が含まれていることがある。画像処理部12は、出力制御信号OCがハイレベルのときには、スキャン画像に対して対象物を検知するための画像認識処理を行い、スキャン画像内での対象物の位置を求め、タッチ位置を示す座標データCoを出力する。一方、出力制御信号OCがローレベルのときには、画像処理部12は画像認識処理を行わず、スキャン画像をそのまま撮像データSDとして出力する。
 液晶表示装置10は、各フレーム時間において、表示データD2に基づく画像を表示する動作と、スキャン画像を入力する動作のいずれかを行う。以下、画像表示を行うフレーム時間を「表示期間」、画像入力を行うフレーム時間を「センシング期間」という。また、液晶表示装置10は、出力制御信号OCに応じて、各フレーム時間において画像表示と画像入力のいずれを行うかを切り替える。以下、液晶表示装置10は、出力制御信号OCがハイレベルのときには、画像表示と画像入力を1フレーム時間ごとに交互に行い、出力制御信号OCがローレベルのときには、すべてのフレーム時間で画像入力を行うものとする。
 図2は、液晶パネル11の詳細な構成を示すブロック図である。図2に示すように、画素アレイ18は、m本の走査信号線G1~Gm、3n本のデータ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBn、および、(m×3n)個の画素回路1を備えている。これに加えて画素アレイ18は、(m×n)個の光センサ2、m本のセンサ読み出し線RW1~RWm、および、m本のセンサリセット線RS1~RSmを備えている。液晶パネル11は、CG(Continuous Grain)シリコンを用いて形成される。
 走査信号線G1~Gmは、互いに平行に配置される。データ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBnは、走査信号線G1~Gmと直交するように互いに平行に配置される。センサ読み出し線RW1~RWmとセンサリセット線RS1~RSmは、走査信号線G1~Gmと平行に配置される。
 画素回路1は、走査信号線G1~Gmとデータ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBnの交点近傍に1個ずつ設けられる。画素回路1は、列方向(図2では縦方向)にm個ずつ、行方向(図2では横方向)に3n個ずつ、全体として2次元状に配置される。画素回路1は、何色のカラーフィルタを設けるかによって、R画素回路1r、G画素回路1gおよびB画素回路1bに分類される。3種類の画素回路1r、1g、1bは、行方向に並べて配置され、3個で1個の画素を形成する。
 画素回路1は、TFT(Thin Film Transistor)3と液晶容量4を含んでいる。TFT3のゲート端子は走査信号線Gi(iは1以上m以下の整数)に接続され、ソース端子はデータ信号線SRj、SGj、SBj(jは1以上n以下の整数)のいずれかに接続され、ドレイン端子は液晶容量4の一方の電極に接続される。液晶容量4の他方の電極には、共通電極電圧が印加される。以下、G画素回路1gに接続されたデータ信号線SG1~SGnをGデータ信号線、B画素回路1bに接続されたデータ信号線SB1~SBnをBデータ信号線という。なお、画素回路1は補助容量を含んでいてもよい。
 画素回路1の光透過率(サブ画素の輝度)は、画素回路1に書き込まれた電圧によって定まる。走査信号線Giとデータ信号線SXj(XはR、G、Bのいずれか)に接続された画素回路1にある電圧を書き込むためには、走査信号線Giにハイレベル電圧(TFT3をオン状態にする電圧)を印加し、データ信号線SXjに書き込むべき電圧を印加すればよい。表示データD3に応じた電圧を画素回路1に書き込むことにより、サブ画素の輝度を所望のレベルに設定することができる。
 光センサ2は、コンデンサ5、フォトダイオード6およびセンサプリアンプ7を含み、画素ごとに設けられる。コンデンサ5の一方の電極は、フォトダイオード6のカソード端子に接続される(以下、この接続点を節点Pという)。コンデンサ5の他方の電極はセンサ読み出し線RWiに接続され、フォトダイオード6のアノード端子はセンサリセット線RSiに接続される。センサプリアンプ7は、ゲート端子が節点Pに接続され、ドレイン端子がBデータ信号線SBjに接続され、ソース端子がGデータ信号線SGjに接続されたTFTで構成される。
 センサ読み出し線RWiやBデータ信号線SBjなどに接続された光センサ2で光量を検知するためには、センサ読み出し線RWiとセンサリセット線RSiに所定の電圧を印加し、Bデータ信号線SBjに電源電圧VDDを印加すればよい。センサ読み出し線RWiとセンサリセット線RSiに所定の電圧を印加した後、フォトダイオード6に光が入射すると、入射光量に応じた電流がフォトダイオード6に流れ、節点Pの電圧は流れた電流の分だけ低下する。Bデータ信号線SBjに電源電圧VDDを印加すると、節点Pの電圧はセンサプリアンプ7で増幅され、Gデータ信号線SGjには増幅後の電圧が出力される。したがって、Gデータ信号線SGjの電圧に基づき、光センサ2で検知された光量を求めることができる。
 画素アレイ18の周辺には、走査信号線駆動回路31、データ信号線駆動回路32、センサ行駆動回路33、p個(pは1以上n以下の整数)のセンサ出力アンプ34、および、複数のスイッチ35~38が設けられる。走査信号線駆動回路31、データ信号線駆動回路32およびセンサ行駆動回路33は、図1ではパネル駆動回路17に相当する。
 データ信号線駆動回路32は、3n本のデータ信号線に対応して3n個の出力端子を有する。Gデータ信号線SG1~SGnとこれに対応したn個の出力端子との間にはスイッチ35が1個ずつ設けられ、Bデータ信号線SB1~SBnとこれに対応したn個の出力端子との間にはスイッチ36が1個ずつ設けられる。Gデータ信号線SG1~SGnはp本ずつのグループに分けられ、グループ内でk番目(kは1以上p以下の整数)のGデータ信号線とk番目のセンサ出力アンプ34の入力端子との間にはスイッチ37が1個ずつ設けられる。Bデータ信号線SB1~SBnは、いずれもスイッチ38の一端に接続され、スイッチ38の他端には電源電圧VDDが印加される。図2に含まれるスイッチ35~37の個数はn個であり、スイッチ38の個数は1個である。
 液晶表示装置10では、1フレーム時間は、画素回路1に信号(表示データなどに応じた電圧信号)を書き込む前半部と、光センサ2から信号(受光量に応じた電圧信号)を読み出す後半部とに分割される。図2に示す回路は、表示期間かセンシング期間か、および、前半部か後半部かに応じて異なる動作を行う(後述する図9を参照)。
 走査信号線駆動回路31とデータ信号線駆動回路32は、表示期間の前半部とセンシング期間の前半部で動作する。このときには、スイッチ35、36はオン状態、スイッチ37、38はオフ状態となる。走査信号線駆動回路31は、タイミング制御信号C1に従い、走査信号線G1~Gmの中から1ライン時間ごとに1本の走査信号線を選択し、選択した走査信号線にはハイレベル電圧を印加し、残りの走査信号線にはローレベル電圧を印加する。データ信号線駆動回路32は、画像処理部12から出力された表示データDR、DG、DBに基づき、データ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBnを線順次方式で駆動する。より詳細には、データ信号線駆動回路32は、表示データDR、DG、DBを少なくとも1行分ずつ記憶し、1ライン時間ごとに1行分の表示データに応じた電圧をデータ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBnに印加する。なお、データ信号線駆動回路32は、データ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBnを点順次方式で駆動してもよい。
 一方、センサ行駆動回路33とセンサ出力アンプ34は、センシング期間の後半部で動作する。このときには、スイッチ35、36はオフ状態、スイッチ38はオン状態となり、スイッチ37はGデータ信号線SG1~SGnがグループごとに順にセンサ出力アンプ34の入力端子に接続されるように時分割でオン状態となる。センサ行駆動回路33は、タイミング制御信号C2に従い、センサ読み出し線RW1~RWmとセンサリセット線RS1~RSmの中から1ライン時間ごとに信号線を1本ずつ選択し、選択したセンサ読み出し線とセンサリセット線には所定の読み出し用電圧とリセット用電圧を印加し、それ以外の信号線には選択時と異なる電圧を印加する。センサ出力アンプ34は、スイッチ37によって選択された電圧を増幅し、センサ出力信号SS1~SSpとして出力する。
 図3は、液晶パネル11の断面とバックライト15の配置位置を示す図である。液晶パネル11は、2枚のガラス基板41a、41bの間に液晶層42を挟み込んだ構造を有する。一方のガラス基板41aには3色のカラーフィルタ43r、43g、43b、遮光膜44、対向電極45などが設けられ、他方のガラス基板41bには画素電極46、データ信号線47、光センサ2などが設けられる。図3に示すように、光センサ2に含まれるフォトダイオード6は、青色カラーフィルタ43bを設けた画素電極46の近傍に設けられる(理由は後述)。ガラス基板41a、41bの対向する面には配向膜48が設けられ、他方の面には偏光板49が設けられる。液晶パネル11の2枚の面のうちガラス基板41a側の面が表面になり、ガラス基板41b側の面が背面になる。バックライト15は、液晶パネル11の背面側に設けられる。
 液晶表示装置10は、表示画面内のタッチ位置を検知するときに、影像を検知する方法と反射像(あるいは、影像と反射像の両方)を検知する方法のいずれかを使用する。図4Aは影像を検知する方法の原理を示す図であり、図4Bは反射像を検知する方法の原理を示す図である。影像を検知する方法(図4A)では、フォトダイオード6を含む光センサ2は、ガラス基板41aや液晶層42などを透過した外光51を検知する。このときに指などの対象物53が液晶パネル11の表面付近にあると、光センサ2に入射すべき外光51が対象物53によって遮られる。したがって、光センサ2を用いて、外光51による対象物53の影像を検知することができる。
 反射像を検知する方法(図4B)では、フォトダイオード6を含む光センサ2は、バックライト光52の反射光を検知する。より詳細には、バックライト15から出射されたバックライト光52は、液晶パネル11を透過して液晶パネル11の表面から外部に出る。このときに対象物53が液晶パネル11の表面付近にあると、バックライト光52は対象物53で反射する。例えば、人間の指の腹は光をよく反射する。バックライト光52の反射光は、ガラス基板41aや液晶層42などを透過して光センサ2に入射する。したがって、光センサ2を用いて、バックライト光52による対象物53の反射像を検知することができる。
 また、上記2つの方法を併用すれば、影像と反射像の両方を検知することができる。すなわち、光センサ2を用いて、外光51による対象物53の影像と、バックライト光52による対象物53の反射像とを同時に検知することができる。
 図5Aおよび図5Bは、指の像を含むスキャン画像の例を示す図である。図5Aに示すスキャン画像は指の影像を含み、図5Bに示すスキャン画像は指の影像と指の腹の反射像を含む。画像処理部12は、このようなスキャン画像に対して画像認識処理を行い、タッチ位置を示す座標データCoを出力するか、あるいは、スキャン画像をそのまま撮像データSDとして出力する。
 液晶パネル11をCGシリコンで構成した場合、フォトダイオード6の受光感度は、赤色光や緑色光に比べて青色光では高くなる。そこで青色光を受けやすくするために、フォトダイオード6は、図3に示すように、青色カラーフィルタ43bに対応した画素電極46の近傍に設けられる。このように受光感度が高い色の光を受けやすい位置にフォトダイオード6を配置することにより、フォトダイオード6で検知される光の量を多くし、光センサ2の受光感度を高めることができる。
 以下、画像処理部12の詳細を説明する。画像処理部12は、図1に示すように、フレームレート変換処理、表示データ切替処理、動作モード選択処理、バックライト制御処理、スキャン画像生成処理および画像認識処理を行い、表示データ切替部および画像認識処理部として機能する。
 画像処理部12は、必要に応じて、フレームメモリ16を用いて、表示データD1のフレームレートを液晶パネル11の駆動に用いるフレームレートに一致させる処理(フレームレート変換処理)を行う。例えば、表示データD1のフレームレートが30フレーム/秒で、液晶パネル11の駆動に用いるフレームレートが60フレーム/秒である場合、画像処理部12は、表示データD1を一旦フレームメモリ16に書き込み、書き込み時の2倍の速度でフレームメモリ16から表示データを読み出す。これにより、表示データD1の2倍のフレームレートを有する表示データD2が得られる。なお、表示データD1のフレームレートが液晶パネル11の駆動に用いるフレームレートに最初から一致している場合には、画像処理部12はフレームレート変換処理を行わない。
 また、画像処理部12は、パネル駆動回路17による読み出しの前に用いられる表示データを画像入力に適した固定データDfに切り換える処理(表示データ切替処理)を行う。上述したように、パネル駆動回路17は、表示期間の前半部とセンシング期間の前半部で画素回路1への書き込みを行い、センシング期間の後半部では光センサ2からの読み出しを行う。これに対応して画像処理部12は、表示期間の前半部では表示データD3としてフレームレート変換後の表示データD2を出力し、センシング期間の前半部では表示データD3として固定データDfを出力する。
 ここで、固定データDfとは、画像入力に適するように予め定められた固定のデータ(表示データD1に依存しないデータ)である。固定データDfには、例えば、単色画像を表すデータを使用することが好ましく、特に、光センサ2の受光感度が高い色の成分を多く含む、単色画像を表すデータを使用することが好ましい。具体的には、白色画像を表すデータを固定データDfとして使用することができる。また、液晶パネル11をCGシリコンで構成した場合には、フォトダイオード6の受光感度は青色光で高くなるので、青色画像を表すデータを固定データDfとして使用することができる。
 また、画像処理部12は、対象物の影像を検知するモード(以下、影像モードという)か、対象物の反射像(あるいは、影像と反射像の両方)を検知するモード(以下、反射像モードという)かを選択する処理(動作モード選択処理)を行う。例えば、画像処理部12は、照度センサ(図示せず)で検知された外光の照度が所定の閾値以上のときには影像モードを選択し、それ以外のときには反射像モードを選択する。
 また、画像処理部12は、表示データを固定データに切り替えるか否かと、影像モードか反射像モードか否かとに応じて、バックライト15を制御する処理(バックライト制御処理)を行う。具体的には、画像処理部12は、表示期間と反射像モードのセンシング期間ではバックライト制御信号BCをハイレベルに制御してバックライト15を点灯させ、影像モードのセンシング期間ではバックライト制御信号BCをローレベルに制御してバックライト15を消灯させる。
 また、画像処理部12は、A/D変換器13から出力されたデジタル信号に基づきスキャン画像を生成する処理(スキャン画像生成処理)を行う。また、画像処理部12は、スキャン画像に対して対象物を検出するための画像認識処理を行い、対象物の位置を表す座標データCoを出力する。影像モードでは対象物の影像が検知され、反射像モードでは対象物の反射像(あるいは、影像と反射像の両方)が検知される。なお、出力制御信号OCがローレベルのときには、画像処理部12は画像認識処理を行わず、スキャン画像をそのまま撮像データSDとして出力する。
 図6は、出力制御信号OCがハイレベルのときの液晶表示装置10の動作を示すフローチャートである。上述したように、出力制御信号OCがハイレベルのときには、液晶表示装置10は、画像表示と画像入力を1フレーム時間ごとに交互に行う。図6に示すステップのうち、ステップS101~S103は表示期間の前半部で、ステップS105~S107はセンシング期間の前半部で、ステップS108~S109はセンシング期間の後半部で行われる。
 画像処理部12は、まず、バックライト制御信号BCをハイレベルに制御して、バックライト15を点灯させる(ステップS101)。次に、画像処理部12は、パネル駆動回路17に対して表示データD3として、フレームレート変換後の表示データD2を出力する(ステップS102)。パネル駆動回路17は、表示データD3に応じた電圧を画素回路1に書き込む(ステップS103)。これにより、液晶パネル11には表示データD2に基づく画像が表示される。
 次に、画像処理部12は、影像モードと反射像モードの中から動作モードを選択し(ステップS104)、選択した動作モードに応じてバックライト15を制御する(ステップS105)。ステップS105では、バックライト制御信号BCは、影像モードではローレベル(消灯を示す)になり、反射像モードではハイレベル(点灯を示す)になる。次に、画像処理部12は、パネル駆動回路17に対して表示データD3として固定データDfを出力する(ステップS106)。パネル駆動回路17は、固定データDfに応じた電圧を画素回路1に書き込む(ステップS107)。これにより、液晶パネル11には固定データDfに基づく画像(例えば白色画像や青色画像)が表示される。
 次に、画像処理部12は、受光量に応じた電圧を光センサ2から読み出す(ステップS108)。次に、A/D変換器13は、液晶パネル11から出力されたアナログのセンサ出力信号SSをデジタル信号に変換する(ステップS109)。次に、画像処理部12は、ステップS109で求めたデジタル信号に基づきスキャン画像を生成する(ステップS110)。次に、画像処理部12は、ステップS110で生成したスキャン画像に対して画像認識処理を行い、スキャン画像内での対象物の位置を求める(ステップS111)。次に、画像処理部12は、タッチ位置を示す座標データCoを液晶表示装置10の外部に出力する(ステップS112)。
 図7は、出力制御信号OCがローレベルのときの液晶表示装置10の動作を示すフローチャートである。上述したように、出力制御信号OCがローレベルのときには、液晶表示装置10は、すべてのフレーム時間で画像入力を行う。図7に示すように、液晶表示装置10は、ステップS121~S127ではステップS104~S110(図6)と同じ動作を行う。画像処理部12は、ステップS127に続いて、ステップS127で生成したスキャン画像をそのまま撮像データSDとして出力する(ステップS128)。
 液晶表示装置10の動作をまとめると、図8に示すようになる。なお、図8では、表示データD2に基づく画像を表示することを「画像表示」、固定データDfに基づく画像を表示することを「固定表示」と記載した。
 図9は、出力制御信号OCがハイレベルのときの液晶表示装置10のタイミングチャートである。図9に示すように、垂直同期信号VSYNCは1フレーム時間ごとにハイレベルになり、各フレーム時間は交互に表示期間およびセンシング期間になる。センス信号SCは、フレーム時間の前半部ではローレベルになり、後半部ではハイレベルになる信号である。ここでは、固定データDfは白色画像を表すデータであり、センシング期間ではバックライト15は消灯するものとする。
 表示期間の前半部では、スイッチ35、36がオン状態になり、データ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBnはいずれもデータ信号線駆動回路32に接続される。この前半部では、まず走査信号線G1の電圧がハイレベルになり、次に走査信号線G2の電圧がハイレベルになり、それ以降は走査信号線G3~Gmの電圧が順にハイレベルになる。走査信号線Giの電圧がハイレベルである間、データ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBnには、走査信号線Giに接続された3n個の画素回路1に書き込むべき電圧(表示データD2に応じた電圧)が印加される。
 表示期間の後半部では、センサ行駆動回路33は動作しない。このため、この後半部では、センサ読み出し線RW1~RWmとセンサリセット線RS1~RSmに読み出し用電圧とリセット用電圧は印加されない。
 センシング期間の前半部では、走査信号線G1~Gmの電圧は表示期間の前半部と同様に変化し、データ信号線SR1~SRn、SG1~SGn、SB1~SBnには、白色画像を表すデータに応じた電圧が印加される。
 センシング期間の後半部では、スイッチ38がオン状態になり、スイッチ37は時分割でオン状態になる。このため、Bデータ信号線SB1~SBnには電源電圧VDDが固定的に印加され、Gデータ信号線SG1~SGnは時分割でセンサ出力アンプ34の入力端子に接続される。この後半部では、まずセンサ読み出し線RW1とセンサリセット線RS1が選択され、次にセンサ読み出し線RW2とセンサリセット線RS2が選択され、それ以降はセンサ読み出し線RW3~RWmとセンサリセット線RS3~RSmが1組ずつ順に選択される。選択されたセンサ読み出し線とセンサリセット線には、それぞれ、読み出し用電圧とリセット用電圧が印加される。センサ読み出し線RWiとセンサリセット線RSiが選択されている間、Gデータ信号線SG1~SGnには、センサ読み出し線RWiに接続されたn個の光センサ2で検知された光量に応じた電圧が出力される。
 バックライト制御信号BCは、表示期間ではハイレベルになり、センシング期間ではローレベルになる。このためバックライト15は、表示期間では点灯し、センシング期間では消灯する。なお、出力制御信号OCがローレベルのときのタイミングチャートには、図9に示すセンシング期間の信号波形のみが繰り返し現れる。
 以下、本実施形態に係る液晶表示装置10の効果を説明する。液晶表示装置10では、パネル駆動回路17による読み出しの前に用いられる表示データ(センシング期間の前半部の表示データ)は固定データDfに切り替えられ、光センサ2を用いた画像入力は固定データDfに基づく画像を表示した後に行われる。固定データDfに基づく画像を表示すると、液晶パネル11の光透過率や液晶表示装置10に含まれる画素回路1や信号線などの状態は、以前の表示画像の影響を受けなくなる。したがって、固定データDfを用いて画像入力に適した画像を表示し、その後に画像入力を行うことにより、表示画像の影響を排除して、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力を行い、得られたスキャン画像を出力することや、スキャン画像に基づき高い精度でタッチ位置検出を行うことができる。
 特に、固定データとして単色画像を表すデータを用いた場合には、単色画像を表示すると、液晶パネル11の光透過率や液晶表示装置10に含まれる画素回路1や信号線などの状態は均一になる。したがって、単色画像を表示した後に画像入力を行うことにより、表示画像の影響を排除すると共に、液晶表示装置10の内部状態を揃えて、高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。
 また、固定データとして光センサ2の受光感度が高い色の成分を多く含む単色画像を表すデータを用いた場合には、画像表示後に画像入力を行うと、光センサ2は高い受光感度で動作する。したがって、表示画像の影響を排除し、表示画像の内部状態を揃えると共に、光センサ2の受光感度を高くして、高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。具体的には、固定データとして白色画像を表すデータを用いれば、上記の効果が得られる。また、液晶パネル11をCGシリコンで形成した場合には、光センサ2の受光感度は青色光で高くなるので、固定データとして青色画像を表すデータを用いても、上記の効果が得られる。
 また、画像処理部12がスキャン画像に対して画像認識処理を行うことにより、スキャン画像に含まれる対象物(指など)を液晶表示装置10で検知することができる。また、対象物の反射像を検知するときには、スキャン画像が暗くなり、タッチ位置の検出精度が低下する問題が顕著になるが、そのようなときでも、固定データDfを用いて画像入力に適した画像を表示した後に画像入力を行うことにより、表示データの影響を排除し、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。液晶表示装置10では、表示データ切替処理は、パネル駆動回路17の前段に設けられた画像処理部12において行われる。
 なお、本実施形態に係る液晶表示装置10については、各種の変形例を構成することができる。以上の説明では、液晶表示装置10は、出力制御信号OCに従い、画像表示と画像入力を交互に行うか、画像入力のみを連続して行うかを切り替えることとしたが、画像入力を行うタイミングや頻度は任意に決定してもよい。例えば、液晶表示装置は、出力制御信号OCがハイレベルのときには画像表示と画像入力を3:1の割合で行ってもよく、出力制御信号OCがローレベルのときには画像表示と画像入力を交互に行ってもよい。また、液晶表示装置は、画像入力を行うタイミングを自ら決定してもよく、外部から画像入力指示を受けたときに画像入力を行ってもよい。
 また、画像処理部12は図8に示す以外のバックライト制御を行ってもよい。例えば、画像処理部は、センシング期間の後半部ではバックライトを点灯させてもよく、バックライト制御を行わなくてもよい。また、画像処理部は、動作モード選択処理を行わず、影像モードの処理と反射像モードの処理のいずれか一方のみを行ってもよい。また、画像処理部は、フレームレート変換処理と表示データ切替処理を1つの処理として行ってもよい。また、画像処理部は、複数の固定データを予め有しており、状況に応じて固定データを切り替えてもよい。例えば、画像処理部は、影像モードでは影像を検知するのに適した固定データを使用し、反射像モードでは反射像を検知するのに適した固定データを使用してもよい。
 また、液晶表示装置10では、パネル駆動回路17を液晶パネル11と一体に形成することとしたが、パネル駆動回路17の全部または一部を液晶パネルの外部に設けてもよい。また、液晶パネル11には光センサ2を画素ごとに設けることとしたが、光センサ2を複数の画素ごとに設けてもよく、サブ画素ごとに設けてもよい。また、液晶パネル11を他の半導体で構成した場合、フォトダイオード6の受光感度は、例えば赤色光や青色光に比べて緑色光では高くなる。したがって、この場合には、青色を緑色と読み替えて同様の液晶表示装置を構成すればよい。また、フォトダイオード6の受光感度が緑色光や青色光に比べて赤色光で高くなる場合には、青色を赤色と読み替えて同様の液晶表示装置を構成すればよい。これら変形例に係る液晶表示装置も、本実施形態に係る液晶表示装置10と同様の効果を奏する。
 (第2の実施形態)
 図10は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図10に示す液晶表示装置20は、センサ内蔵液晶パネル21、画像処理部22、A/D変換器13、バックライト電源回路14、および、バックライト15を備えている。センサ内蔵液晶パネル21(以下、液晶パネル21という)は、パネル駆動回路27と画素アレイ18を含んでいる。以下の各実施形態では、各実施形態の構成要素のうち、既に述べた実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
 画像処理部22は、第1の実施形態に係る画像処理部12と同様に、フレームレート変換処理、動作モード選択処理、バックライト制御処理、スキャン画像生成処理および画像認識処理を行い、表示データ切替処理に代えて切替判定処理を行う。より詳細には、画像処理部22は、パネル駆動回路27に対して、フレームレート変換後の表示データD2を出力すると共に、表示データを固定データに切り替えるか否かを示す切替制御信号CCを出力する。切替制御信号CCは、例えば、表示期間ではローレベルになり、センシング期間ではハイレベルになる。
 パネル駆動回路27は、第1の実施形態に係るパネル駆動回路17に表示データ切替機能を追加したものである。より詳細には、パネル駆動回路27は、パネル駆動回路17と同様に、液晶パネル21の画素回路に表示データD2に応じた電圧を書き込む動作と、液晶パネル21の光センサから受光量に応じた電圧を読み出す動作とを行う。ただし、パネル駆動回路27は、切替制御信号CCがハイレベルのときには、表示データD2ではなく、画像入力に適した固定データDfに応じた電圧を液晶パネル21の画素回路に書き込む。このため、センシング期間の前半部では、液晶パネル21には固定データDfに基づく画像(例えば白色画像や青色画像)が表示される。
 本実施形態に係る液晶表示装置20では、表示データ切替処理はパネル駆動回路27で行われ、パネル駆動回路27は表示データ切替部としても機能する。このように構成された液晶表示装置20でも、パネル駆動回路17による読み出しの前に用いられる表示データ(センシング期間の前半部の表示データ)は固定データDfに切り替えられ、光センサ2を用いた画像入力は固定データDfに基づく画像を表示した後に行われる。したがって、本実施形態に係る液晶表示装置20によれば、第1の実施形態に係る液晶表示装置10と同様に、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。なお、本実施形態についても、第1の実施形態と同様に、各種の変形例を構成することができる。
 (第3の実施形態)
 第3の実施形態では、第1および第2の実施形態に係る液晶表示装置の利用形態の一例を説明する。図11は、本発明の第3の実施形態に係る名刺読み取り装置の構成を示すブロック図である。図11に示す名刺読み取り装置60は、第1の実施形態に係る液晶表示装置10と表示制御部61を備えている。
 表示制御部61は、液晶表示装置10の制御部であり、CPU62とメインメモリ63を含んでいる。メインメモリ63は名刺読み取りプログラム64を記憶し、CPU62はメインメモリ63上の名刺読み取りプログラム64を実行する。このように構成された表示制御部61は、液晶表示装置10に対して表示データD1と出力制御信号OCを出力すると共に、液晶表示装置10から出力された座標データCoや撮像データSDに対して所定の処理を行う。
 図12は、名刺読み取り装置60の動作を示すフローチャートである。名刺読み取り装置60は、まず初期画面を表示する(ステップS201)。ステップS201では、表示制御部61は、液晶表示装置10に対して初期画面データとハイレベルの出力制御信号OCを出力する。液晶表示装置10は、初期画面データに基づき液晶パネル11に初期画面を表示する。初期画面には、例えば「名刺をセットして下さい」などのメッセージが含まれている。利用者は、初期画面を確認すると、読み取るべき名刺を液晶パネル11の画素アレイ18を覆う位置(以下、読み取り位置という)に置く。
 次に、名刺読み取り装置60は、名刺が置かれたことを検知する(ステップS202)。名刺が読み取り位置に置かれると、画像処理部12で生成されるスキャン画像には液晶パネルに名刺が置かれたことを示す特徴が現れる。液晶表示装置10は、スキャン画像にこの特徴が現れたことを検知すると、その旨を表示制御部61に通知する。表示制御部61は、この通知を受け取ると以降の処理を行う。
 次に、名刺読み取り装置60は、固定データに基づく画像を表示する(ステップS203)。ステップS203では、表示制御部61は、液晶表示装置10に対してローレベルの出力制御信号OCを出力する。出力制御信号OCがローレベルである間、すべてのフレーム時間はセンシング期間となり、画像処理部12は画像入力に適した固定データDfに応じた電圧を液晶パネル11の画素回路に書き込む。このため、各フレーム時間の前半部では、液晶パネル11には固定データDfに基づく画像(例えば白色画像や青色画像)が表示される。
 次に、名刺読み取り装置60は、名刺画像を読み取る(ステップS204)。ステップS204では、出力制御信号OCはローレベルのままである。液晶表示装置10は、画素アレイ18から読み出した信号に基づきスキャン画像を生成し、生成したスキャン画像を撮像データSDとして出力する。表示制御部61は、液晶表示装置10から出力された撮像データSDを名刺画像データとして扱う。
 次に、名刺読み取り装置60は、名刺画像を表示する(ステップS205)。ステップS205では、表示制御部61は液晶表示装置10に対して名刺画像データとハイレベルの出力制御信号OCを出力する。液晶表示装置10は、名刺画像データに基づき液晶パネル11に名刺画像を表示する。利用者は、名刺画像を見て、名刺が正しく読み取られていることを確認する。
 以上に示すように、本実施形態に係る名刺読み取り装置60によれば、液晶表示装置10では、パネル駆動回路17による読み出しの前に用いられる表示データは固定データDfに切り替えられ、光センサ2を用いた画像入力は固定データDfに基づく画像を表示した後に行われる。このように固定データDfを用いて画像入力に適した画像を表示し、その後に画像入力を行うことにより、表示画像の影響を排除して、表示画像にかかわらず高い精度で名刺画像を入力することができる。
 なお、上述した方法で、名刺読み取り装置以外にも、画像表示機能と画像入力機能とを有する任意の装置を構成することができる。例えば、QR(Quick Response)コード読み取り装置や指紋認証装置などを構成することができる。また、第1の実施形態に係る液晶表示装置10に代えて、第2の実施形態に係る液晶表示装置20や、第1および第2の実施形態の変形例に係る液晶表示装置を用いてもよい。これらの装置も、本実施形態に係る名刺読み取り装置60と同様の効果を奏する。
 (第4の実施形態)
 第4の実施形態では、第3の実施形態と同様の名刺読み取り装置を別の構成で実現する方法を説明する。図13は、本発明の第4の実施形態に係る名刺読み取り装置の構成を示すブロック図である。図13に示す名刺読み取り装置70は、液晶表示装置71と表示制御部73を備えている。
 液晶表示装置71は、第1の実施形態に係る液晶表示装置10において、画像処理部12を画像処理部72に置換したものである。画像処理部72は、画像処理部12から表示データ切替処理を削除したものである。画像処理部72は、表示データD1に対して画像処理部12と同様のフレームレート変換処理を行い、得られた表示データD2をパネル駆動回路17に対して出力する。
 表示制御部73は、第3の実施形態に係る表示制御部61と同様に、CPU62とメインメモリ63を含んでいる。ただし、CPU62は、第3の実施形態に係る名刺読み取りプログラム64とは異なる名刺読み取りプログラム74を実行する。
 名刺読み取り装置70は、第3の実施形態に係る名刺読み取り装置60と同様に、図12に示す動作を行う。ただし、ステップS203では、表示制御部73は、液晶表示装置71に対してローレベルの出力制御信号OCを出力すると共に、表示データD1として固定データDfを与える。すなわち、表示制御部73は、液晶表示装置71に画像入力指示を与えるときには、表示データD1として画像入力に適した固定データDfを与える。したがって、画像入力指示が与えられている間、液晶表示装置71の液晶パネル11には、固定データDfに基づく画像(例えば白色画像や青色画像)が表示される。
 以上に示すように、本実施形態に係る名刺読み取り装置70によれば、表示制御部73は、液晶表示装置71に画像入力指示を与えるときには、表示データD1として画像入力に適した固定データDfを与える。このため、液晶表示装置71では、パネル駆動回路17による読み出しの前に用いられる表示データは固定データDfとなり、光センサ2を用いた画像入力は固定データDfに基づく画像を表示した後に行われる。このように固定データDfを用いて画像入力に適した画像を表示し、その後に画像入力を行うことにより、表示画像の影響を排除して、表示画像にかかわらず高い精度で名刺画像を入力することができる。なお、本実施形態についても、第3の実施形態と同様に、各種の変形例を構成することができる。
 以上に示すように、本発明の液晶表示装置によれば、固定データを用いて画像入力に適した画像を表示し、その後に画像入力を行うことにより、表示画像の影響を排除して、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行うことができる。なお、上述した方法で液晶表示装置以外の表示装置を構成することもできる。
 本発明の表示装置は、表示画像にかかわらず高い精度で画像入力やタッチ位置検出を行えるという特徴を有するので、液晶表示装置を始めとする各種の表示装置に利用することができる。

Claims (11)

  1.  複数の光センサを備えた表示装置であって、
     2次元状に配置された複数の画素回路および複数の光センサを含む表示パネルと、
     表示データに応じた信号を前記画素回路に書き込む動作と、受光量に応じた信号を前記光センサから読み出す動作とを行う駆動回路と、
     前記駆動回路による読み出しの前に用いられる表示データを画像入力に適した固定データに切り替える表示データ切替部とを備えた、表示装置。
  2.  前記固定データは、単色画像を表すデータであることを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。
  3.  前記固定データは、前記光センサの受光感度が高い色の成分を多く含む、単色画像を表すデータであることを特徴とする、請求項2に記載の表示装置。
  4.  前記固定データは、白色画像を表すデータであることを特徴とする、請求項3に記載の表示装置。
  5.  前記表示パネルはCG(Continuous Grain)シリコンで形成された液晶パネルであり、
     前記固定データは、青色画像を表すデータであることを特徴とする、請求項3に記載の表示装置。
  6.  前記光センサから読み出した信号に基づくスキャン画像に対して、前記スキャン画像に含まれる対象物を検知するための画像認識処理を行う画像認識処理部をさらに備えた、請求項1に記載の表示装置。
  7.  前記表示パネルの背面に光を照射するバックライトをさらに備え、
     前記画像認識処理部は、少なくとも前記対象物の反射像を検知することを特徴とする、請求項6に記載の表示装置。
  8.  前記表示データ切替部は、前記駆動回路の前段に設けられた画像処理部に含まれていることを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。
  9.  前記表示データ切替部は、前記駆動回路に含まれていることを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。
  10.  2次元状に配置された複数の画素回路および複数の光センサを含む表示パネルを備えた表示装置の駆動方法であって、
     表示データに応じた信号を前記画素回路に書き込むステップと、
     受光量に応じた信号を前記光センサから読み出すステップと、
     読み出しの前に用いられる表示データを画像入力に適した固定データに切り替えるステップとを備えた、表示装置の駆動方法。
  11.  画像表示機能と画像入力機能とを有する装置であって、
     表示装置と表示制御部とを備え、
     前記表示装置は、
      2次元状に配置された複数の画素回路および複数の光センサを含む表示パネルと、
      前記表示制御部から与えられた表示データに応じた信号を前記画素回路に書き込む動作と、受光量に応じた信号を前記光センサから読み出す動作とを行う駆動回路とを含み、
     前記表示制御部は、前記表示装置に画像入力指示を与えるときには、前記表示データとして画像入力に適した固定データを与えることを特徴とする、装置。
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