WO2012060303A1 - 光センサ付き表示装置 - Google Patents

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display device
image
photosensor
light
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奈留 臼倉
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シャープ株式会社
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0425—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means using a single imaging device like a video camera for tracking the absolute position of a single or a plurality of objects with respect to an imaged reference surface, e.g. video camera imaging a display or a projection screen, a table or a wall surface, on which a computer generated image is displayed or projected
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
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    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
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    • G09G3/3648—Control of matrices with row and column drivers using an active matrix
    • G—PHYSICS
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    • G09G2360/14—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors
    • G09G2360/145—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light originating from the display screen
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/62—Control of parameters via user interfaces

Definitions

  • the present invention relates to a display device with an optical sensor capable of capturing an image such as a document.
  • a display device with a photosensor that can detect the brightness of external light or capture an image of an object close to a display by providing a photosensor such as a photodiode in a pixel. Proposed.
  • a so-called scanner function that can capture an image from a document or the like placed on the front surface of a display device with a photosensor.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-153329 discloses a display device capable of capturing a color image as a conventional display device with an optical sensor capable of capturing such an image.
  • the display device disclosed in this publication acquires information on each color of R, G, and B by sequentially turning on R, G, and B display pixels.
  • a conventional display device with an optical sensor there is generally an optical distance on the order of several hundreds ⁇ m between the optical sensor and an image capture target (for example, a document surface).
  • an image capture target for example, a document surface.
  • reflected light incident from an oblique direction also enters.
  • the reflected light incident from an oblique direction becomes a noise component, causing blurring of the sensor image and a decrease in resolution.
  • an object of the present invention is to provide a display device with an optical sensor that can suppress blurring of a sensor image and a decrease in resolution.
  • a display device with a touch sensor includes an active matrix substrate including a plurality of pixel electrodes, a counter substrate including a counter electrode facing the plurality of pixel electrodes, and the active matrix.
  • a display device with an optical sensor comprising: a display medium layer provided between a substrate and the counter substrate; and an optical sensor provided in a pixel region of the active matrix substrate, wherein the optical sensor captures an image
  • the display medium layer immediately above the photosensor is shielded from light, and the display medium layer positioned obliquely above the photosensor is translucent.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photosensor built-in liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an arrangement relationship between the pixel circuit and the photosensor in the photosensor built-in liquid crystal display device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an example of an image pattern displayed on the display pixel while the image capturing operation by the optical sensor is performed in the optical sensor built-in liquid crystal display device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a timing chart showing the timing of display by display pixels and image capturing operation by the optical sensor.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing a state of incident light to the optical sensor that performs an image capturing operation in the optical sensor built-in liquid crystal display device according to the first embodiment
  • FIG. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the mode of the incident light to the optical sensor which performs image capturing operation in the liquid crystal display device as an example.
  • FIG. 6 is another example of an image pattern displayed on the display pixel while the image capturing operation by the optical sensor is performed in the optical sensor built-in liquid crystal display device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an example of an image pattern displayed on the display pixel while the image capturing operation by the optical sensor is performed in the optical sensor built-in liquid crystal display device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is another example of an image pattern displayed on the display pixel while the image capturing operation by the optical sensor is performed in the optical sensor built-in liquid crystal display device according to the second embodiment.
  • a display device with a touch sensor includes an active matrix substrate including a plurality of pixel electrodes, a counter substrate including a counter electrode facing the plurality of pixel electrodes, the active matrix substrate, and the counter substrate.
  • a display medium layer provided between and a photosensor provided in a pixel region of the active matrix substrate, wherein the photosensor performs an image capturing operation.
  • the display medium layer directly above the photosensor is in a light-shielding state, and the display medium layer positioned obliquely above the photosensor is in a translucent state (first configuration).
  • the image capturing of the optical sensor is performed based only on light incident obliquely from above the optical sensor, the effective light capturing range can be reduced. As a result, it is possible to provide a display device with an optical sensor that can acquire a clear sensor image with less blur.
  • the first configuration may further include an image correction unit that subtracts data obtained from the photosensor from the data obtained by the image capturing operation with the entire display medium layer being shielded from light.
  • Preferred (second configuration) Preferred (second configuration).
  • the second configuration even when the display medium layer is in a light-shielding state, if there is still leakage light, noise due to leakage light can be offset. As a result, a clearer sensor image from which noise components have been removed can be obtained.
  • the optical sensor may be a light detection element that receives visible light (third configuration).
  • the third configuration it is preferable to further include a backlight, and a configuration in which the light emitted from the light source of the backlight includes a visible light component (fourth configuration).
  • a configuration (fifth configuration) is further provided above the photosensor, a color image can be captured as a sensor image.
  • the image capturing operation is performed within a blanking period (sixth configuration). This is because the original image display is not affected.
  • the display medium layer is preferably a liquid crystal layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photosensor built-in liquid crystal display device 1 according to the present embodiment.
  • the optical sensor built-in liquid crystal display device 1 includes a liquid crystal layer 4 between a counter substrate (also referred to as a color filter substrate) 2 and an active matrix substrate 3.
  • a backlight 7 is disposed on the back surface of the active matrix substrate 3.
  • optical films 5 and 6 are attached to the surface opposite to the liquid crystal layer 4. That is, in the configuration of FIG. 1, the counter substrate 2, the active matrix substrate 3, the liquid crystal layer 4, and the optical films 5 and 6 are main components of the liquid crystal panel 9.
  • FIG. 1 only shows a schematic configuration of the liquid crystal display device 1 with a built-in optical sensor, and an arbitrary configuration not shown in FIG. 1 can be added when implementing the present invention.
  • the mode of the liquid crystal panel 9 is not particularly limited and is arbitrary, but in this embodiment, a vertical alignment (VA) mode is used.
  • VA vertical alignment
  • optical films 5 and 6 films appropriately adjusted according to the liquid crystal mode of the liquid crystal panel 9 can be used.
  • a polarizing plate, a phase difference plate, a viewing angle compensation plate, and the like are provided as necessary.
  • optical film 6 on the active matrix substrate 3 side for example, a polarizing plate, a retardation plate, a viewing angle compensation plate, a reflective polarizing film, and the like are provided as necessary.
  • This reflective polarizing film has an effect of improving the utilization efficiency of the light emitted from the backlight 7 by preventing the light emitted from the backlight 7 from being absorbed by the polarizing plate of the optical film 6.
  • the backlight 7 includes a light guide plate 71, an optical film 72, a reflection plate 73, an LED 74, and the like.
  • the backlight 7 shown in FIG. 1 is a so-called edge light type backlight in which an LED 74 as a light source is disposed on a side surface of the light guide plate 71.
  • Prism and lens-shaped patterns are formed on the upper and lower surfaces of the light guide plate 71. Thereby, the light emitted from the LED 74 is emitted to the liquid crystal panel 9 side while propagating through the inner surface of the light guide plate 71.
  • the LED 74 is exemplified as the light source, but a cold cathode tube may be used instead of the LED.
  • the light source may be arranged not only on one side surface of the light guide plate 71 but also on two side surfaces. Further, a direct type backlight may be employed as the backlight 7.
  • a reflective plate 73 is laminated on the surface of the light guide plate 71 opposite to the liquid crystal panel 9.
  • a silver sheet, a reflection film of a polyester resin, a white polyethylene terephthalate (PET) film, or the like can be used as the reflection plate 73.
  • An optical member 72 is disposed on the surface of the light guide plate 71 on the liquid crystal panel 9 side.
  • a diffusion plate, a brightness enhancement film, or the like is provided as necessary.
  • a laminate of two brightness enhancement films and two diffusion plates may be used.
  • the liquid crystal display device 1 with a built-in photosensor includes a plurality of pixel circuits and a plurality of photosensors arranged two-dimensionally in the pixel array of the active matrix substrate 3.
  • Each pixel circuit includes a pixel electrode and a thin film transistor (TFT).
  • TFT thin film transistor
  • a photodiode can be used as the optical sensor. The photodiode can be formed simultaneously with the TFT in the semiconductor process for forming the TFT of the pixel circuit.
  • the liquid crystal molecules are aligned between the counter electrode and the pixel electrode of the counter substrate 2 according to the signal voltage, and the pixel Can be in a desired gradation display state.
  • a protective plate 8 is preferably disposed on the upper surface of the liquid crystal panel 9.
  • the thickness of the protective plate 8 was 0.2 mm, and the protective plate 8 and the outermost surface of the liquid crystal panel 9 were bonded together with an adhesive.
  • the photosensor built-in liquid crystal display device 1 can also function as a scanner.
  • a black and white scanner is realized using a white diode as the LED 74.
  • a color scanner by using R, G, B color diodes as the LEDs 74 or arranging color filters on the diodes.
  • An infrared LED can be used as the LED 74.
  • the liquid crystal display device 1 with a built-in optical sensor is assumed to be a 4 type FWVGA (width 480 ⁇ length 854), and one light sensor is arranged for each of 16 (length 4 ⁇ width 4) pixel circuits. It is assumed that That is, in the present embodiment, the resolution of the image acquired by the optical sensor is 120 ⁇ 213 in the horizontal direction. However, this is merely an example, and the number of pixel circuits and the number of photosensors can be set arbitrarily.
  • a group consisting of a total of nine photosensors that is, horizontal 120 ⁇ vertical 213 photosensors, horizontal (column direction) 3 ⁇ vertical (row direction) 3. It is divided into Then, in one image capturing operation, an image is acquired by only one of the nine optical sensors in each group. Furthermore, the pixel immediately above the photosensor that acquires the image is displayed in black (light-shielded state), and the pixel located at a location away from the photosensor is displayed in white (transmitted state).
  • the area a indicated by a rectangle in FIG. 2 represents an area where one photosensor is arranged. That is, there are 16 pixel circuits of 4 vertical pixels ⁇ 4 horizontal pixels in each of the regions a in FIG.
  • the area in the first row of the leftmost column in FIG. In the same row as the region a (i, j), the region existing on the right side in FIG. 2 is a (i + 1, j), a (i + 2, j), a (i + 3, j), a (i + 4, j).
  • the region existing on the lower side in FIG. 2 is a (i, j + 1), a (i, j + 2), a (i, j + 3), a (i, j + 4).
  • the region a (() out of the eight regions a surrounding the region a (k, m). Only the pixels of (k-1, m-1) are displayed in white, and the other seven pixels in the area a are displayed in black.
  • the image capturing operation is continuously performed while changing the position of the region a to be displayed in white until all of the nine optical sensors belonging to one group complete capturing of the image.
  • the regions a (i + 1, j + 1), a (i + 2, j + 1), a (i + 3, j + 1), a (i + 1, j + 2), a (i + 2, j + 2), a (i + 3, j + 2) ), A (i + 1, j + 3), a (i + 2, j + 3), and a (i + 3, j + 3), nine regions of optical sensors form one group.
  • the optical sensors in these nine areas sequentially perform image capturing operations.
  • the optical sensor in the area a (i + 1, j + 1) captures an image from the document 10 based on the reflected light.
  • an image p1 as shown in FIG. 3A is displayed on the liquid crystal panel 9. That is, all the display pixels in the area a (i, j) are displayed in white.
  • the optical sensor in the area a (i + 1, j + 1) captures an image, of the eight areas a surrounding this area
  • the area a located at the upper left on the diagonal of the area a (i + 1, j + 1) only i, j
  • the other seven areas namely, a (i + 1, j), a (i + 2, j), a (i, j + 1), a (i + 2, j + 1), a ( i, j + 2), a (i + 1, j + 2), and a (i + 2, j + 2) are all displayed in black.
  • the optical sensor in the region a (i + 2, j + 1) captures an image.
  • the liquid crystal panel 9 displays an image p2 as shown in FIG. That is, the display pixels in the region a (i + 1, j) diagonally located in the region a (i + 2, j + 1) on the upper left are displayed in white.
  • regions other than the white display region a (i + 1, j), that is, a (i + 2, j), a (i + 3, a) j), a (i + 1, j + 1), a (i + 3, j + 1), a (i + 1, j + 2), a (i + 2, j + 2), a (i + 3, j + 2) are all displayed in black.
  • the optical sensor in the region a (i + 3, j + 1) captures an image.
  • the liquid crystal panel 9 displays an image p3 as shown in FIG.
  • the display pixels in the region a (i + 2, j) diagonally above the region a (i + 3, j + 1) in the region a (i + 2, j) are displayed in white.
  • the optical sensor in the region a (i + 1, j + 2) captures an image.
  • the liquid crystal panel 9 displays an image p4 as shown in FIG. That is, the display pixels in the region a (i, j + 1) located on the upper left diagonally in the region a (i + 1, j + 2) are displayed in white.
  • regions other than the white display region a (i, j + 1) that is, a (i + 1, j + 1), a (i + 2, j + 1), a (i, j + 2), a (i + 2, j + 2), a (i, j + 3), a (i + 1, j + 3), and a (i + 2, j + 3) are all displayed in black.
  • image capturing is performed by the respective optical sensors in the regions a (i + 2, j + 2), a (i + 3, j + 2), a (i + 1, j + 3), a (i + 2, j + 3), and a (i + 3, j + 3). I do.
  • FIG. 4 is a timing chart showing the timing of the display by the display pixel and the image capturing operation by the optical sensor.
  • the image p1 is being written
  • the image is captured by the first photosensor of each group.
  • image capture by the second photosensor of each group is performed, and data reading from the first photosensor of each group is performed.
  • the image capturing by the third photosensor and the data reading from the second photosensor are performed.
  • the above-described image capturing operation by the optical sensor is performed during a period when the original image display is not performed (such as a blanking period).
  • a period when the original image display is not performed such as a blanking period.
  • it is preferable to increase the exposure time of the optical sensor for example, several hundred milliseconds. Therefore, it is preferable to lengthen the exposure time within the blanking period by suppressing the original image display frequency and taking a long blanking period.
  • nine image capturing operations may be performed over a plurality of blanking periods.
  • the configuration of the present embodiment prevents the reflected light from the document surface directly above the optical sensor from entering the optical sensor, and detects only the reflected light from obliquely above by the optical sensor, thereby capturing the resolution of the captured image. Can be improved.
  • the optical sensor s1 is assumed to be an optical sensor that exists in a region a (k, m) and performs an image capturing operation.
  • the pixels are displayed in black, and therefore this region of the light emitted from the backlight 7 is displayed.
  • Light incident on a (k, m) does not pass through the liquid crystal panel 9. Therefore, there is no light that is reflected by the original 10 immediately above the optical sensor s1 and enters the optical sensor s1.
  • the optical sensor s1 that performs the image capturing operation is backed up.
  • both the reflected light L2 from the original 10 immediately above it and the reflected light L1 from the oblique direction are incident. This is because there is an optical distance on the order of several hundred ⁇ m between the optical sensor and the original surface.
  • the reflected light from the oblique direction becomes a blur component (noise), and a blurred image is obtained. End up.
  • an effective image capturing range (FIG. 5A) is detected by detecting only incident light from an oblique direction without intentionally reflecting reflected light from directly above. ) Can be reduced, and an accurate sensor image can be obtained.
  • the effective image capturing range in FIG. 5B is the region P2.
  • the pattern of the display image while the image capturing operation is performed by one optical sensor is not limited to the example shown in FIG.
  • the pattern of the display image during the image capturing operation is arbitrarily determined on the condition that only an oblique distance from the area where white display is made can enter the optical sensor that captures the image. It ’s fine.
  • image capturing operations of nine photosensors are performed in the order described with reference to FIG. 3, an image pattern as shown in FIG. 6 is also a preferable example.
  • the number of photosensors belonging to one group is not limited to nine and is arbitrary. Further, the execution order of the image capturing operation of the photosensors in one group is not limited to the above-described order, and may be arbitrarily determined.
  • a liquid crystal display device with a built-in optical sensor according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the same referential mark is attached and the detailed description is abbreviate
  • the liquid crystal display device 1 with a built-in photosensor performs an image capturing operation by the photosensor in a state where an image with the whole being displayed in black is displayed, and performs offset removal based on the obtained data. This is different from the first embodiment.
  • an image p10 that is entirely displayed as shown in FIGS. 7 and 8 is also used. Then, the data acquired from the optical sensor using the image p10 is subtracted from the data acquired by each optical sensor using each of the images p1 to p9. Thereby, the offset due to the leaked light can be removed. This is because even if the display pixel is in the black display state, the light emitted from the backlight 7 cannot be completely blocked, and there is a possibility that some light leaks.
  • noise removal data acquisition is performed using the image p10 that is displayed in black as a whole.
  • the timing for performing data acquisition using p10 is not limited to this, and is arbitrary.
  • the present invention can be industrially used as a liquid crystal display device with a built-in optical sensor capable of capturing an image from the outside.

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Abstract

　センサ画像のボケや解像度の低下を抑制し得る、光センサ付き表示装置を提供する。複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた表示媒体層と、前記アクティブマトリクス基板において画素領域内に設けられた光センサとを備えた光センサ付き表示装置である。光センサ（例えば領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋１））が画像取り込み動作を行う際に、当該光センサの直上の表示媒体層が遮光状態とされ、当該光センサに対して斜め上方に位置する表示媒体層（領域ａ（ｉ，ｊ））が透光状態とされる。

Description

光センサ付き表示装置
　本発明は、原稿等の画像を取り込むことが可能な光センサ付き表示装置に関する。
　従来、例えばフォトダイオード等の光センサを画素内に備えたことにより、外光の明るさを検出したり、ディスプレイに近接した物体の画像を取り込んだりすることが可能な、光センサ付き表示装置が提案されている。特に、近年は、光センサ付き表示装置のディスプレイ前面に配置された原稿等から画像を取り込むことが可能な、いわゆるスキャナ機能の実現に対する要望も高まっている。
　そのような画像の取り込みが可能な従来の光センサ付き表示装置として、例えば、特開２００４－１５３３２９号公報には、カラー画像の取り込みが可能な表示装置が開示されている。この公報に開示された表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂの表示画素を順次点灯することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の情報を取得する。
　従来の光センサ付き表示装置においては、一般的に、光センサと画像の取り込み対象（例えば原稿面）との間に、数百μｍオーダの光学距離が存在するので、画像の取り込み対象からの直接的な反射光だけではなく、斜め方向から入射する反射光も入射する。この場合、斜め方向から入射する反射光はノイズ成分となり、センサ画像のボケや解像度の低下を引き起こす。
　本発明は、上記の課題を鑑み、センサ画像のボケや解像度の低下を抑制し得る光センサ付き表示装置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、ここに開示するタッチセンサ付き表示装置は、複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた表示媒体層と、前記アクティブマトリクス基板において画素領域内に設けられた光センサとを備えた光センサ付き表示装置であって、前記光センサが画像取り込み動作を行う際に、当該光センサの直上の表示媒体層が遮光状態とされ、当該光センサに対して斜め上方に位置する表示媒体層が透光状態とされる構成である。
　ここに開示する構成によれば、センサ画像のボケや解像度の低下を抑制し得る光センサ付き表示装置を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、第１の実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置における、画素回路と光センサとの配置関係を示す模式図である。 図３は、第１の実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置において、光センサによる画像取り込み動作が行われている間に、表示画素が表示する画像パターンの一例である。 図４は、表示画素による表示と、光センサによる画像取り込み動作とのタイミングを示すタイミングチャートである。 図５の（ａ）は、第１の実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置において、画像取り込み動作を行う光センサへの入射光の様子を示す断面模式図であり、（ｂ）は、比較例としての液晶表示装置において、画像取り込み動作を行う光センサへの入射光の様子を示す断面模式図である。 図６は、第１の実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置において、光センサによる画像取り込み動作が行われている間に、表示画素が表示する画像パターンの他の例である。 図７は、第２の実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置において、光センサによる画像取り込み動作が行われている間に、表示画素が表示する画像パターンの一例である。 図８は、第２の実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置において、光センサによる画像取り込み動作が行われている間に、表示画素が表示する画像パターンの他の例である。
　本発明の一実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置は、複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた表示媒体層と、前記アクティブマトリクス基板において画素領域内に設けられた光センサとを備えた光センサ付き表示装置であって、前記光センサが画像取り込み動作を行う際に、当該光センサの直上の表示媒体層が遮光状態とされ、当該光センサに対して斜め上方に位置する表示媒体層が透光状態とされる構成である（第１の構成）。
　この構成によれば、光センサの画像取り込みは、当該光センサに対して斜め上方から入射する光のみに基づいて行われるので、実効的な光取り込み範囲を小さくすることができる。この結果、ボケの少ない鮮明なセンサ画像を取得可能な、光センサ付き表示装置を提供することが可能となる。
　前記第１の構成において、前記表示媒体層の全体を遮光状態として前記光センサから得られたデータを、前記光センサが前記画像取り込み動作によって得たデータから差し引く画像補正部をさらに備えたことが好ましい（第２の構成）。
　この第２の構成によれば、表示媒体層を遮光状態とした場合であってもなお漏れ光が存在する場合に、漏れ光によるノイズをオフセットすることができる。この結果、ノイズ成分が除去された、より鮮明なセンサ画像を得ることができる。
　前記第１または第２の構成において、前記光センサは、可視光を受光する光検出素子であっても良い（第３の構成）。また、この第３の構成において、バックライトをさらに備え、前記バックライトの光源からの出射光が、可視光成分を含む構成（第４の構成）とすることが好ましい。さらに、この第３または第４の構成において、前記光センサの上方にカラーフィルタをさらに備えた構成（第５の構成）とすれば、センサ画像としてカラー画像を取り込むことも可能となる。
　また、前記第１～第５の構成において、前記画像取り込み動作を帰線期間内に行うことが好ましい（第６の構成）。本来の画像表示に影響を与えないからである。
　また、前記第１～第６の構成において、前記表示媒体層が液晶層である構成とすることも好ましい。
　以下、本発明のさらに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。
　[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液晶表示装置１の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、光センサ内蔵液晶表示装置１は、対向基板（カラーフィルタ基板とも言う。）２とアクティブマトリクス基板３との間に、液晶層４を備えている。アクティブマトリクス基板３の背面には、バックライト７が配置される。対向基板２とアクティブマトリクス基板３のそれぞれにおいて、液晶層４とは反対側の表面に、光学フィルム５，６が貼り付けられている。すなわち、図１の構成においては、対向基板２、アクティブマトリクス基板３、液晶層４、および光学フィルム５，６が、液晶パネル９の主要な構成要素となっている。なお、図１は、光センサ内蔵液晶表示装置１の概略構成を示すものにすぎず、本発明の実施に際しては、図１に示されていない任意の構成を追加することができる。
　液晶パネル９のモードは特に限定されず、任意であるが、本実施形態においては、垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードを用いる。
　光学フィルム５，６としては、液晶パネル９の液晶モードに応じて適宜に調整されたフィルムを使用することができる。対向基板２側の光学フィルム５としては、例えば、偏光板、位相差板、および視野角補償板等が、必要に応じて設けられる。アクティブマトリクス基板３側の光学フィルム６としては、例えば、偏光板、位相差板、視野角補償板、および反射型偏光フィルム等が、必要に応じて設けられる。この反射型偏光フィルムは、バックライト７からの出射光が光学フィルム６の偏光板に吸収されることを妨げることにより、バックライト７からの出射光の利用効率を向上させる効果を有する。
　バックライト７は、導光板７１、光学フィルム７２、反射板７３、およびＬＥＤ７４等を備えている。図１に示したバックライト７は、光源としてのＬＥＤ７４が導光板７１の側面に配置された、いわゆるエッジライト型のバックライトである。導光板７１の上下面には、プリズムやレンズ形状のパターンが形成されている。これにより、ＬＥＤ７４から出射された光が導光板７１の内面を伝搬しながら液晶パネル９側へ出射する。
　なお、図１の構成においては、光源としてＬＥＤ７４を例示したが、ＬＥＤの代わりに冷陰極管を使用しても良い。また、光源を、導光板７１の１側面だけではなく、２側面に配置しても良い。また、バックライト７として、直下型バックライトを採用しても良い。
　導光板７１において液晶パネル９とは反対側の表面には、反射板７３が積層されている。反射板７３としては、銀シート、ポリエステル系樹脂の反射フィルム、または白色のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等を用いることができる。
　導光板７１の液晶パネル９側の表面には、光学部材７２が配置されている。光学部材７２としては、例えば、拡散板や輝度上昇フィルム等が、必要に応じて設けられる。例えば、光学部材７２として、輝度上昇フィルム２枚と拡散板２枚とを積層したものを用いても良い。
　光センサ内蔵液晶表示装置１は、アクティブマトリクス基板３の画素アレイ内に、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とを含む。画素回路のそれぞれは、画素電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とを備えている。光センサとしては、例えばフォトダイオードを用いることができる。フォトダイオードは、画素回路のＴＦＴを形成する半導体プロセスにおいて、ＴＦＴと同時に形成することができる。
　アクティブマトリクス基板３のＴＦＴを介して、画素電極へ所望の信号電圧が供給されると、対向基板２の対向電極と画素電極との間において、信号電圧に応じて液晶分子が配向し、当該画素を所望の階調表示状態とすることができる。
　液晶パネル９の保護のため、液晶パネル９の上面には、保護板８が配置されることが好ましい。本実施形態においては、保護板８の厚みは０．２ｍｍとし、保護板８と液晶パネル９の最表面とは粘着剤で貼り合わせた。
　液晶パネル９の表面で、バックライト７とは反対側の面上に原稿１０を配置し、バックライト７を点灯すると、バックライト７からの出射光が原稿で反射され、その反射光がアクティブマトリクス基板３の光センサに到達する。原稿１０の面が黒色の場合は反射光が少なく、白色の場合には反射光が多い。したがって、光センサの受光量を基に階調信号を得ることにより、光センサ内蔵液晶表示装置１がスキャナとしての機能も果たすことができる。
　なお、本実施形態においては、ＬＥＤ７４としては白色ダイオードを用いて白黒スキャナを実現した。しかし、光センサ内蔵液晶表示装置１において、ＬＥＤ７４としてＲ，Ｇ，Ｂの各色のダイオードを用いたり、ダイオード上にカラーフィルタを配置したりすることで、カラースキャナを実現することも可能である。なお、ＬＥＤ７４として、赤外線ＬＥＤを使用することも可能である。
　ここで、図面を参照しながら、本実施形態の光センサ内蔵液晶表示装置１における画像取り込み動作について説明する。以下の説明においては、光センサ内蔵液晶表示装置１は、４型ＦＷＶＧＡ（横４８０×縦８５４）であるものとし、１６個（縦４×横４）の画素回路毎に１つの光センサが配置されているものとする。すなわち、本実施形態において光センサによって取得される画像の解像度は、横１２０×縦２１３となる。ただし、これはあくまでも一例であり、画素回路の個数および光センサの個数は、それぞれ任意に設定することができる。
　本実施形態の光センサ内蔵液晶表示装置１においては、横１２０×縦２１３個の光センサが、横（列方向）３個×縦（行方向）３個の合計９個の光センサからなるグループに分割されている。そして、１回の画像取り込み動作において、各グループの９個の光センサのうち１個の光センサのみで画像を取得する。さらに、画像を取得する光センサの直上にある画素を黒表示（遮光状態）とし、当該光センサから離れた箇所にある画素を白表示（透光状態）とする。
　図２に矩形で示す領域ａは、１個の光センサが配置されている領域を表す。すなわち、図２における領域ａのそれぞれに、縦４個×横４個の１６個の画素回路が存在する。なお、以下では、図２における領域ａを個々に区別するために、図２において一番左側の列の一行目にある領域をａ（ｉ，ｊ）と表記する。そして、この領域ａ（ｉ，ｊ）と同じ行において、図２において右側に存在する領域を、ａ（ｉ＋１，ｊ），ａ（ｉ＋２，ｊ），ａ（ｉ＋３，ｊ），ａ（ｉ＋４，ｊ）のように表記する。また、領域ａ（ｉ，ｊ）と同じ列において、図２において下側に存在する領域を、ａ（ｉ，ｊ＋１），ａ（ｉ，ｊ＋２），ａ（ｉ，ｊ＋３），ａ（ｉ，ｊ＋４）のように表記する。
　光センサ内蔵液晶表示装置１においては、領域ａ（ｋ，ｍ）の光センサが画像の取り込みを行うときは、その領域ａ（ｋ，ｍ）を取り囲む８個の領域ａのうち、領域ａ（ｋ－１，ｍ－１）の画素のみを白表示とし、他の７個の領域ａの画素は黒表示とする。そして、１つのグループに属する９個の光センサの全てが画像の取り込みを完了するまで、白表示とする領域ａの位置を変えながら、画像の取り込み動作を連続して行う。
　ここで、図３および図４を参照しながら、光センサによる画像の取り込み動作のより具体的な例を説明する。例えば、図３に示す例では、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋１，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋１，ｊ＋３）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋３）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋３）、の９個の領域の光センサが、１つのグループを形成している。これらの９個の領域の光センサは、順次、画像の取り込み動作を行う。
　図３の例では、最初に、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋１）における光センサが、原稿１０から反射光に基づいて画像を取り込む。その間、液晶パネル９には、図３の（ａ）に示すような画像ｐ１が表示される。つまり、領域ａ（ｉ，ｊ）にある表示画素は、全て白表示とされる。すなわち、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋１）における光センサが画像を取り込む間は、この領域を囲む８個の領域ａのうち、この領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋１）の対角線上で左上に位置する領域ａ（ｉ，ｊ）のみが白表示とされ、他の７個の領域、すなわち、ａ（ｉ＋１，ｊ）、ａ（ｉ＋２，ｊ）、ａ（ｉ，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋１）、ａ（ｉ，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋１，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋２）は、全て黒表示とされる。
　なお、図３の（ａ）において、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋１）の光センサと同時に、図３に示されている範囲においては、他のグループに属する領域ａ（ｉ＋４，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋１，ｊ＋４）、ａ（ｉ＋４，ｊ＋４）の光センサも同時に画像取り込み動作を行っている。このため、これらの領域ａのそれぞれの対角線上で左上に位置する領域ａ（ｉ＋３，ｊ）、ａ（ｉ，ｊ＋３）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋３）も白表示とされている。
　次に、領域ａ（ｉ＋２，ｊ＋１）における光センサが画像を取り込む。この間、液晶パネル９は、図３の（ｂ）に示すような画像ｐ２を表示する。すなわち、領域ａ（ｉ＋２，ｊ＋１）に対角線上で左上に位置する領域ａ（ｉ＋１，ｊ）にある表示画素が、白表示とされる。また、領域ａ（ｉ＋２，ｊ＋１）を囲む８個の領域ａのうち、前記白表示の領域ａ（ｉ＋１，ｊ）以外の７個の領域、すなわち、ａ（ｉ＋２，ｊ）、ａ（ｉ＋３，ｊ）、ａ（ｉ＋１，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋１，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋２）は、全て黒表示とされる。
　次に、領域ａ（ｉ＋３，ｊ＋１）における光センサが画像を取り込む。その間、液晶パネル９は、図３の（ｃ）に示すような画像ｐ３を表示する。すなわち、領域ａ（ｉ＋３，ｊ＋１）に対角線上で左上に位置する領域ａ（ｉ＋２，ｊ）にある表示画素が、白表示とされる。また、領域ａ（ｉ＋３，ｊ＋１）を囲む８個の領域ａのうち、前記白表示の領域ａ（ｉ＋２，ｊ）以外の７個の領域、すなわち、ａ（ｉ＋３，ｊ）、ａ（ｉ＋４，ｊ）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋４，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋４，ｊ＋２）は、全て黒表示とされる。
　次に、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋２）における光センサが画像を取り込む。その間、液晶パネル９は、図３の（ｄ）に示すような画像ｐ４を表示する。すなわち、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋２）に対角線上で左上に位置する領域ａ（ｉ，ｊ＋１）にある表示画素が、白表示とされる。また、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋２）を囲む８個の領域ａのうち、前記白表示の領域ａ（ｉ，ｊ＋１）以外の７個の領域、すなわち、ａ（ｉ＋１，ｊ＋１）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋１）、ａ（ｉ，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋２）、ａ（ｉ，ｊ＋３）、ａ（ｉ＋１，ｊ＋３）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋３）は、全て黒表示とされる。
　以降、同様にして、領域ａ（ｉ＋２，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋２）、ａ（ｉ＋１，ｊ＋３）、ａ（ｉ＋２，ｊ＋３）、ａ（ｉ＋３，ｊ＋３）のそれぞれの光センサにより、画像取り込みを行う。
　領域ａ（ｉ＋２，ｊ＋２）の光センサが画像取り込みを行う間は、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋１）の表示画素が白表示とされる。領域ａ（ｉ＋３，ｊ＋２）の光センサが画像取り込みを行う間は、領域ａ（ｉ＋２，ｊ＋１）の表示画素が白表示とされる。領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋３）の光センサが画像取り込みを行う間は、領域ａ（ｉ，ｊ＋２）の表示画素が白表示とされる。領域ａ（ｉ＋２，ｊ＋３）の光センサが画像取り込みを行う間は、領域ａ（ｉ＋１，ｊ＋２）の表示画素が白表示とされる。領域ａ（ｉ＋３，ｊ＋３）の光センサが画像取り込みを行う間は、領域ａ（ｉ＋２，ｊ＋２）の表示画素が白表示とされる。
　図４は、表示画素による表示と、光センサによる画像取り込み動作とのタイミングを示すタイミングチャートである。図４に示すように、画像ｐ１の書き込みが行われている間に、各グループの１個目の光センサによる画像取り込みが行われる。そして、次に画像ｐ２の書き込みが行われている間に、各グループの２個目の光センサによる画像取り込みが行われると共に、各グループの１個目の光センサからのデータ読み出しが行われる。以降、同様にして、次の画像ｐ３の書き込みが行われている間に、３個目の光センサによる画像取り込みと２個目の光センサからのデータ読み出しとが行われる。
　上述の光センサによる画像取り込み動作は、本来の画像表示が行われない期間（帰線期間等）に行われる。ただし、コントラスト比の大きい画像を取り込むためには、光センサの露光時間を長く（例えば数百ミリ秒レベル）とることが好ましい。したがって、本来の画像表示の周波数を抑えて、帰線期間を長くとることにより、帰線期間内の露光時間を長くすることが好ましい。また、１つの帰線期間内に９回の画像取り込み動作を行うことが難しい場合には、複数の帰線期間にわたって９回の画像取り込み動作を行うようにしても良い。
　以上のとおり、本実施形態においては、領域ａ（ｋ，ｍ）の光センサが画像の取り込みを行うときは、その領域ａ（ｋ，ｍ）を取り囲む８個の領域ａのうち、領域ａ（ｋ－１，ｍ－１）の画素のみを白表示とし、他の７個の領域ａの画素は黒表示とする。すなわち、本実施形態の構成は、光センサの直上の原稿面からの反射光が光センサに入らないようにし、斜め上からの反射光のみを光センサで検知することにより、取り込んだ画像の解像度を向上させることができる。
　この効果について、図５を参照しながら説明する。図５（ａ）において、光センサｓ１は、領域ａ（ｋ，ｍ）に存在し、画像取り込み動作を行う光センサであるものとする。本実施形態の構成によれば、画像取り込み動作を行う光センサｓ１の領域ａ（ｋ，ｍ）においては、画素が黒表示とされているので、バックライト７から出射した光のうち、この領域ａ（ｋ，ｍ）へ入射した光は、液晶パネル９を透過しない。したがって、光センサｓ１の直上にある原稿１０で反射して光センサｓ１へ入射する光は存在しない。
　一方、領域ａ（ｋ－１，ｍ－１）の画素は白表示とされているので、バックライト７から出射して領域ａ（ｋ－１，ｍ－１）へ入射した光Ｌｂは、この領域を透過して原稿１０で反射される。そして、原稿１０から反射された光の一部が、図５（ａ）において参照符号Ｌ１として示すように、光センサｓ１へ斜め方向から入射することとなる。
　これに対して、画像取り込み動作を行う間に、画素全体を白表示としている従来の構成によれば、図５（ｂ）に示すように、画像取り込み動作を行う光センサｓ１に対して、バックライト７からの出射光Ｌｂによる反射光のうち、その直上にある原稿１０からの反射光Ｌ２と、斜め方向からの反射光Ｌ１との両方が入射する。これは、光センサと原稿面との間に、数百μｍオーダの光学距離が存在するからである。このように、直上からの反射光Ｌ２と斜め方向からの反射光Ｌ１との両方が光センサへ入射する場合、斜め方向からの反射光はボケ成分（ノイズ）となり、ぼやけた画像が得られる結果となってしまう。
　一方で、本実施形態の構成によれば、あえて直上からの反射光を取り入れずに、斜め方向からの入射光のみを光センサで検出することにより、実効的な画像取り込み範囲（図５（ａ）における領域Ｐ１）を小さくすることができ、精度の良いセンサ画像が得られるという利点がある。なお、図５（ｂ）における実効的な画像取り込み範囲は、領域Ｐ２である。領域Ｐ１とＰ２との大きさを比較することにより、本実施形態の構成が、実効的な画像取り込み範囲が小さくなっていることが分かる。
　なお、１つの光センサで画像取り込み動作を行っている間の表示画像のパターンは、図３に示した例に限定されない。画像取り込み動作を行っている間の表示画像のパターンは、画像取り込みを行う光センサへ白表示がなされる領域からの斜め光のみが入射する距離が適度に確保できることを条件として、任意に決定すれば良い。例えば、図３を参照しながら説明した順序で、９個の光センサの画像取り込み動作を行う場合、図６に示すような画像パターンとすることも、一つの好適な例である。
　また、１つのグループに属する光センサの数も９個に限定されず、任意である。さらに、１つのグループ内における光センサの画像取り込み動作の実行順序も、上述の順序に限定されず、任意に決定すれば良い。
　[第２の実施形態]
　本発明の第２の実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置について、図面を参照しながら以下に説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
　本実施形態にかかる光センサ内蔵液晶表示装置１は、全体を黒表示とした画像を表示した状態で、光センサによる画像取り込み動作を行い、この結果得られたデータに基づいて、オフセット除去を行う点において、第１の実施形態と異なっている。
　本実施形態では、第１の実施形態において例えば図３および図６に示した表示画像のパターンに加えて、図７および図８に示すように、全体が黒表示の画像ｐ１０も用いる。そして、画像ｐ１～ｐ９のそれぞれを用いて各光センサで取得されたデータから、画像ｐ１０を用いて光センサから取得されたデータを差し引く。これにより、漏れ光によるオフセットを除去することができる。なぜならば、表示画素を黒表示状態としたとしても、バックライト７の出射光を完全に遮蔽できずに、若干の漏れ光が存在する可能性があるからである。
　なお、図７および図８に示した例では、画像ｐ１～ｐ９のそれぞれを用いて光センサで画像取り込みを行った後に、全体を黒表示とした画像ｐ１０が表示されているときの光センサのデータを取得し、画像取り込みで得られたデータから差し引く。これにより、漏れ光成分によるノイズ（オフセット）が除去された、精度の高いセンサ画像を得ることが可能となる。
　なお、図７および図８では、１つのグループに属する９個の光センサによる画像取り込み動作を行った後に、全体を黒表示とした画像ｐ１０を用いたノイズ除去用のデータ取得を行うが、画像ｐ１０を用いたデータ取得を行うタイミングはこれに限定されず、任意である。
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記はあくまでも具体例にすぎず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。
　本発明は、外部から画像を取り込むことが可能な光センサ内蔵液晶表示装置として、産業上の利用が可能である。

Claims (7)

  1. 　複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、
    　前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板と、
    　前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた表示媒体層と、
    　前記アクティブマトリクス基板において画素領域内に設けられた光センサとを備えた光センサ付き表示装置であって、
    　前記光センサが画像取り込み動作を行う際に、当該光センサの直上の表示媒体層が遮光状態とされ、当該光センサに対して斜め上方に位置する表示媒体層が透光状態とされる、光センサ付き表示装置。
  2. 　前記表示媒体層の全体を遮光状態として前記光センサから得られたデータを、前記光センサが前記画像取り込み動作によって得たデータから差し引く画像補正部をさらに備えた、請求項１に記載の光センサ付き表示装置。
  3. 　前記光センサが、可視光を受光する光検出素子である、請求項１または２に記載の光センサ付き表示装置。
  4. 　バックライトをさらに備え、
    　前記バックライトの光源からの出射光が、可視光成分を含む、請求項３に記載の光センサ付き表示装置。
  5. 　前記光センサの上方にカラーフィルタをさらに備えた、請求項３または４に記載の光センサ付き表示装置。
  6. 　前記画像取り込み動作を帰線期間内に行う、請求項１～５のいずれか一項に記載の光センサ付き表示装置。
  7. 　前記表示媒体層が液晶層である、請求項１～６のいずれか一項に記載の光センサ付き表示装置。
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