(57)【要約】【課題】  発光と受光を並行して同時に行う場合の、受光信号の検出を感度良く行う。【解決手段】  印加される電圧に応じて発光と受光とが切替え可能な素子を発光素子として使用し、発光期間と受光期間を交互に設定するようにした表示装置において、表示輝度に対応した発光用電圧を、発光期間に発光素子に印加する第１のスイッチと、受光期間に、前記発光素子に逆バイアス電圧を印加する第２のスイッチと、第２のスイッチで逆バイアス電圧が印加されてから所定期間後の受光期間に、発光素子に蓄積した信号を読み出す第３のスイッチとを、それぞれの発光素子が備えるようにした。【選択図】      図１
2006267696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加される電圧に応じて発光と受光とが切替え可能な素子を発光素子として使用し、発光期間と受光期間を交互に設定するようにした表示装置において、
表示輝度に対応した発光用電圧を、発光期間に前記発光素子に印加する第１のスイッチと、
受光期間に、前記発光素子に逆バイアス電圧を印加する第２のスイッチと、
前記第２のスイッチで逆バイアス電圧が印加されてから所定期間後の受光期間に、前記発光素子に蓄積した信号を読み出す第３のスイッチとを、
それぞれの発光素子が備えたことを特徴とする
表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の表示装置において、
前記発光素子はマトリクス状に複数配置してあり、
１フレームの発光期間の途中に、各発光素子で異なる前記受光期間を設定して、前記第３のスイッチで信号を読み出すことを特徴とする
表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の表示装置において、
前記逆バイアス電圧は、前記発光用電圧とは極性が反転した電圧であることを特徴とする
表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の表示装置において、
前記発光素子と並列に、受光電荷蓄積用のコンデンサを接続したことを特徴とする
表示装置。
【請求項５】
印加される電圧に応じて発光と受光とが切替え可能な素子を発光素子として使用し、発光期間と受光期間を交互に設定するようにした表示方法において、
表示輝度に対応した発光用電圧を、発光期間に前記発光素子に印加する発光処理と、
受光期間に、前記発光素子に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加処理と、
前記逆バイアス電圧印加処理で逆バイアス電圧が印加されてから所定期間後の受光期間に、前記発光素子に蓄積した信号を読み出す読み出し処理を行うことを特徴とする
表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば有機ＥＬ（electro-luminescence）ディスプレイに適用して好適な表示装置及び表示方法に関し、特に、発光と並行して受光も可能な表示技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テレビジョン受像機などの表示装置の表示画面上に、その画面に触れることで操作が可能なタッチパネルを構成させる場合、表示装置とは別体のタッチパネルを表示画面上に重ねる構成としてあった。これに対して、近年、別体のタッチパネルを設けることなく、表示装置の画面がそのままタッチパネルとして機能するようにしたものが提案されている。
【０００３】
例えば、有機ＥＬディスプレイを構成する発光素子に電荷を蓄積させて、その電荷を読み出すことで、表示のための発光だけでなく、受光についても出来るようにしたものが提案されている。図１１、図１２は、この構成の原理を示したものである。
【０００４】
図１１は、画像を表示する際の１画素を示している。ＴＦＴトランジスタ１のゲート電極１ｇにゲート線３から正方向の電圧が印加され、オンにされたとき、実線矢印で示されるように、ソース線２により印加された電圧に応じて、アルファモスシリコンやポリシリコンからなる活性半導体層（チャネル）中を、ソース電極１ｓからドレイン電極１ｄ方向に電流が流れる。
【０００５】
ＴＦＴトランジスタ１のドレイン電極１ｄには、ＥＬ素子４のアノード電極４ａが接続されており、ＥＬ素子４のカソード電極４ｃが、対向電極５に接続してある。ここで、ＴＦＴトランジスタ１のドレイン電極１ｄから供給された電流がＥＬ素子４間を流れたとき、その電流に応じて、電界発光素子であるＥＬ素子４が発光する。
【０００６】
このようにして発光された光が表示装置１の外部に出射され、画像の１つの画素が表示される。なお、図１１においては、説明の便宜上、ＥＬ素子４から、白抜き矢印で示されるように図の右方向に光が出射されているが、実際には、アノード電極４ａまたはカソード電極４ｃのいずれかが透明電極により構成され、その透明電極を透過して、ＥＬ素子４により発光された光が外部に出射される。
【０００７】
一方、ゲート線３からＴＦＴトランジスタ１のゲート電極１ｇに逆方向の電圧が印加され、ゲートがオフにされたとき、ソース線２により電圧が印加された場合であっても活性半導体層中に電流が流れず、結果として、ＥＬ素子４に電流が流れないため発光が生じない。この状態において、図１２の白抜き矢印で示されるように、外部から光が照射されたとき、ＴＦＴトランジスタ１の活性半導体層の光伝導性により、微量ではあるがドレイン電極１ｄからソース電極１ｓ方向にリーク電流（オフ電流）が発生する。また、ＥＬ素子４も、同様に、逆方向の電圧が印加された状態において光が照射されたとき、発光することなく、逆方向の電流を発生する。
【０００８】
このようにして発生した電流が外部に読み出されることで、図１２の画素に外部から光が照射されたことが検出され、すなわち、受光を検出することができる。発光と受光とを交互に行うことで、発光させながら、同時に受光が可能となる。なお、図１１、図１２は原理説明の図であり、受光信号を読み出す信号線などは省略してある。
【０００９】
特許文献１には、このような発光と受光を並行して行う表示装置についての開示がある。
【特許文献１】特開２００４−１２７２７２号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この種の発光と受光を同時に行う装置の場合、図１２の受光原理から判るように、受光時に光電効果で発生する電流は、非常に微弱な電流であり、感度良く検出する必要があるが、従来の技術では十分な検出が行えているとは言えない状況であった。特に、発光による動画像の表示と受光を同時に行うことを想定した場合、１／６０秒などの１フィールド期間中に、短時間の受光期間を設定することになり、十分な受光期間が確保できないことになり、各画素で十分な電荷を溜めることが困難であり、検出感度の向上が困難である。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、発光と受光を並行して同時に行う場合の、受光信号の検出を感度良く行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、印加される電圧に応じて発光と受光とが切替え可能な素子を発光素子として使用し、発光期間と受光期間を交互に設定するようにした表示装置において、表示輝度に対応した発光用電圧を、発光期間に発光素子に印加する第１のスイッチと、受光期間に、前記発光素子に逆バイアス電圧を印加する第２のスイッチと、第２のスイッチで逆バイアス電圧が印加されてから所定期間後の受光期間に、発光素子に蓄積した信号を読み出す第３のスイッチとを、それぞれの発光素子が備えるようにしたものである。
【００１３】
このようにしたことで、受光期間に印加される逆バイアス電圧で、発光素子の電圧が低い電圧とされた状態で、その逆バイアス電圧の印加に続いた期間に蓄積された電荷を読み出すことで、受光量の違いを検出することが容易な信号として読み出されるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、受光期間に印加される逆バイアス電圧で、発光素子の電圧が低い電圧とされた状態で、その逆バイアス電圧の印加に続いた期間に、発光素子に蓄積された電荷が読み出されるため、受光量の違いを検出することが容易な信号として読み出される。従って、発光期間と交互に設定されるために、受光期間が非常に短い期間に制限されるような場合でも、受光感度を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図１０を参照して説明する。
【００１６】
本例においては、有機ＥＬディスプレイとして構成された表示装置に適用したものであり、その有機ＥＬディスプレイを構成する各発光素子を、受光素子としても使用して、発光（表示）と受光（読み取り）とを同時に行えるように構成したものである。
【００１７】
図１は、本例の表示装置１の構成例を示すブロック図である。表示装置１は、制御部１５を備えて、図示しないＲＯＭ(Read Only Memory)などに記憶されている制御プログラムに基づいて表示装置１の全体の動作を制御し、例えば、所定のチャンネルの番組の映像の表示、所定のサイトにアクセスしてそのサイトの画面を表示など、リモートコントローラなどよりなる入力部１６からの、ユーザの指示に対応した表示処理を実行する。
【００１８】
信号処理部１２は、制御部１５による制御に基づいて、アンテナ１１において受信されるテレビジョン放送波の中から所定のチャンネルの放送信号を取得し、そのチャンネルにより放送される番組のデータを制御部１５に出力する。通信部１３は、インターネットなどのネットワークを介して、各種の機器と有線または無線により通信し、取得したデータを制御部１５に出力する。
【００１９】
記憶部１４は、例えばハードディスクなどより構成され、外部の情報処理端末から転送されたデータ、テレビジョン放送番組の番組データ、通信部１３により取得されたデータなど、各種のデータを記憶する。また、後述する受光で検出したデータを記憶してもよい。
【００２０】
画像信号生成部１７は、制御部１５等から供給されるデータに対応する画像を表示するための画像信号を生成し、生成した画像信号を、表示部３０の駆動を制御するコントローラ１８に出力する。
【００２１】
また、本例の画像信号生成部１７は、読み取り処理部２２で読み取られた画像データが供給される場合には、その読み取られた画像を制御部１５側から供給される画像に重畳させた画像信号、又は読み取られた画像だけによる画像信号を生成して、それを表示用のコントローラ１８に出力して、表示させることもできる。
【００２２】
表示部３０は、マトリクス状に複数の画素が配置してある。表示用のコントローラ１８は、表示部３０の各画素に配設される、ＴＦＴトランジスタのゲート電極に印加される電圧を制御するゲートドライバ１９、および、ゲートドライバ１９の駆動に連動して、ＴＦＴトランジスタのソース電極−ドレイン電極間の電圧を制御するソースドライバ１９の駆動を制御する。ＴＦＴトランジスタは、表示制御用のスイッチであり、そのＴＦＴトランジスタを介して、各画素単位で表示データも供給される。ソースドライバ１９で駆動される各ラインが、後述する表示データ信号線に相当する。
【００２３】
また本例においては、受光期間に、各画素に蓄積した信号を読み出すための、読み出しラインドライバ２４が用意されて、その読み出しラインドライバ２４で、各画素から信号を読み出す処理が行われる。さらに本例においては、逆バイアス電圧ドライバ２５が用意されて、各画素の受光信号の読み出し期間に、逆バイアス信号を印加するようにしてある。これらの受光期間の処理の詳細は後述する。
【００２４】
検出部２３では、各画像の受光期間に読み出された電荷を検出して、受光して得た信号の検出を行う。検出部２３での検出処理タイミングは、コントローラ１８から設定される。検出された信号は、読み取り処理部２２に供給されて、各画素の受光量に応じた読み取り画像データを生成させて、その読み取り画像データを、データ処理部２１に供給する。
【００２５】
図２は、表示部３０の各画素の構成を示した図である。図２では、トランジスタなどのスイッチ手段を、スイッチとして図示してある。図２の構成について説明すると、表示データが供給される表示データ信号線３２は、各画素毎に用意された補正回路３３を介してスイッチＳＷ１の一端に接続してある。補正回路３３は、スイッチＳＷ１を構成するトランジスタなど特性の不均一を補正する回路である。スイッチＳＷ１の他端は、ＥＬディスプレイの発光素子３１に接続してある。本例の場合、発光素子３１は、発光ダイオードとして示してあり、その発光ダイオード３１のアノードが、スイッチＳＷ１の他端と接続してある。発光ダイオード３１のカソードは、表示部３０のカソード電極に接続する。カソード電極の電圧Ｖ_cathodeは、例えば０Ｖに設定してある。発光ダイオード３１には、寄生容量Ｃ_e1が生じている。ここまでが、発光素子３１を発光させる構成であり、スイッチＳＷ１がオンとなっている状態のとき、発光ダイオード３１のアノードに、発光輝度に対応した電圧が印加されて、発光素子３１が発光し、オフのとき発光が停止する。
【００２６】
次に、図２に示した発光素子３１を、受光素子として使用する画素構成について説明すると、発光ダイオード３１のアノードが、スイッチＳＷ２を介して受信データ信号線３５に接続してあり、この受信データ信号線３５に得られる信号を、図１に示した検出部２３で検出する。スイッチＳＷ２のオン・オフは、読み出し信号線３４により制御される。読み出し信号線３４は、図１に示した読み出しラインドライバ２４により駆動されるラインである。
【００２７】
そして本例においては、発光ダイオード３１のアノードとスイッチＳＷ２との間に、スイッチＳＷ３の一端を接続し、そのスイッチＳＷ３の他端を、表示部３０のリセット電極に接続する。スイッチＳＷ３のオン・オフは、図１に示した逆バイアス電圧ドライバ２５により制御される。リセット電極の電位Ｖ_resetは、本例の場合には−側に比較的大きく設定した電位（例えば−８Ｖ）としてある。このように接続されるスイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２をオンして受光信号を読み出す直前にオンさせる構成としてある。
【００２８】
次に、図２に示した各画素のスイッチの制御状態を、図３を参照して説明する。本例においては、１フィールド（ここでは１／６０秒）周期で画像を表示させながら、その１フィールド期間の途中に、受光期間を設定する。受光期間は、１フィールド期間に比べて非常に短い期間であり、各フィールド期間毎に、受光期間が設定される水平ラインを順に変化させて、順に全ての水平ラインに受光期間が設定されるようにしてある。即ち、例えば図４に表示画面３０ａのあるタイミングでの状態を示すと、１画面中の特定の１つ又は複数の水平ラインが読み取り領域（受光期間）として設定され、残りの水平ラインは、発光領域として設定されている。この読み取り領域の水平ラインが、例えば複数のフィールド期間をかけて、画面の上から下まで変化する。読み取り領域となっている期間は、該当するラインは発光していないが、この画面３０ａを見ている者にとっては、目の残像効果で、連続的に発光しているように見え、読み取り領域（受光期間）があることは判らない。
【００２９】
ここで、図４に破線で示すように、例えば指ｆで表示画面３０ａを触れるか、或いは指ｆを画面に近接させたとき、そのことが受光期間の読み取りで検出される。このような処理を行うことで、例えば、表示画面３０ａに比較的明るい画像を表示させると、読み取り領域の上下のラインから自発光した光（表示用の像光）が、指ｆで反射して、その反射光量を受光期間に検出して、指ｆが触れた位置（又は接近した位置）を特定することができる。
【００３０】
図３の説明に戻ると、図３では１フィールド期間の状態を示してあり、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す各スイッチの状態は、ハイレベルの状態がオンであり、ローレベルの状態がオフである。図３（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１は、発光期間だけオン状態となり、受光期間はオフ状態になり、図３（ｄ）に示した発光期間と一致する。なお、１フィールド期間の末尾のオフ期間は、いわゆるブランキング期間である。発光期間中は、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３は、オフ状態である。そして、図３（ｄ）に示した１フィールド期間中の受光期間（読み出し期間）になると、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３がオン状態となる。読み出し期間が始まると、最初にスイッチＳＷ３が短時間だけオン状態となり、所定時間αが経過した後に、スイッチＳＷ２がオン状態となる。スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ２がオン状態になる時間差αは、例えば３０μ秒程度の時間である。
【００３１】
図５は、この読み出し期間の３つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の状態を拡大して示すと共に、発光素子３１のアノード電圧波形の変化を示した図である。図５に示すように、スイッチＳＷ１がオンしている発光期間では、発光輝度に対応したアノード電圧となる。この発光期間のアノード電圧は、カソード電圧Ｖ_cathodeよりも高い電圧である。例えば、図５の例では、カソード電圧Ｖ_cathodeを０Ｖとした場合に、アノード電圧Ｖａを１０Ｖ程度の比較的高い電圧としてあり、比較的明るく発光させた状態の例としてある。
【００３２】
このような状態で、スイッチＳＷ１がオフして、発光が停止する読み出し期間が始まると、スイッチＳＷ３がオン状態となり、リセット電圧Ｖ_resetまで、アノード電圧に逆バイアスが印加された電位Ｖｂとなる。図５の例では、リセット電圧Ｖ_reset（アノード電圧Ｖｂ）として−８Ｖとしてある。
【００３３】
このアノード電圧Ｖｂまで逆バイアスが印加された状態は一瞬であり、その逆バイアス電圧は、寄生容量Ｃ_e1に充電されて保持される。その状態で、発光素子３１への受光があると、受光光量に応じて蓄積した電荷を読み出すことができるアノード電圧Ｖｃとなる。このアノード電圧Ｖｃとなった状態で、スイッチＳＷ２をオンして、受光光量に対応して蓄積した電荷を、電流値として読み出すことになる。
【００３４】
図６は、読み出し期間に印加される逆バイアス電圧が、カソード電圧Ｖ_cathodeとほぼ等しい場合の、アノード電圧の変化を参考までに示した図である。この図６に示すように、逆バイアス電圧がカソード電圧Ｖ_cathodeと等しい場合には、アノード電圧Ｖｃ′が、カソード電圧Ｖ_cathodeから僅かしか高くならず、電圧０Ｖの近傍での電流変化しか発生せず、受光光量に応じた電流変化が非常に僅かである。これに対して本例の場合には、逆バイアス電圧をカソード電圧Ｖ_cathodeよりも大幅に低い電圧としてあるので、受光光量に応じた電流変化が比較的大きく現れる。
【００３５】
図７は、有機ＥＬディスプレイで構成される発光素子３１の、電圧-電流特性の例を示す。発光素子は、電流Ａ，Ｂとして示すように、順バイアスをかけると電流が増える。これに対して、電圧０Ｖ以下の領域では、受光する光の有無で、流れる電流値が変わる。即ち、光を当てない時の電流Ｃに対し、光を当てた場合の電流Ｄは，電流が多く流れるという基本的な特性がある。多くの電流が流れるという事は、光電現象によって発生する電荷の量が多いということになる。つまり、素子の受光光量に対応して、電流Ｄのラインの傾きが変化する。そして、電圧が低ければ低いほど、電流値の変化（光を当てない時の電流Ｃとの差）が大きく現れることになる。図１に示した検出部２３では、この電流値の変化を、受光光量として検出する。
【００３６】
従って、本例のように逆バイアス電圧として、カソード電圧Ｖ_cathodeよりも大幅に低い電圧を設定し、その後に素子が受光した信号を検出することで、本例の如き短期間の受光期間であっても、受光感度を向上させることができ、表示画面に触れた状態や、画面に近接した物体を読み出し画像として良好に検出できることになる。
【００３７】
なお、図２のスイッチＳＷ２から受信データ信号線３５に読み出される信号については、増幅回路で増幅するようにしてもよい。即ち、例えば図８に示すように、スイッチＳＷ２から受信データ信号線３５との間に、増幅回路３６を接続して、その増幅回路３６で増幅した信号を、受信データ信号線３５に接続された検出部で検出するようにしてもよい。この場合、増幅回路３６として、例えば、入力インピーダンスの高い回路、例えばソース・フォロワのような電圧増幅回路を設けた場合、発光素子（受光素子）に蓄積した電荷が抜けないため、受光によって発生した電荷を効率よく用いる事が出来る。また、増幅回路の入力インピーダンスの低い回路、例えばカレントミラーのような電流増幅回路の場合、アノードに蓄積した電荷を一瞬で流して増幅させるので、増幅後の波形がパルス状になり、検出の際もその一瞬を捉える事が要求される。
【００３８】
また、発光素子（受光素子）には、その素子が持つ寄生容量Ｃ_e1とは別に、発光素子と並列に、付加容量を加えるようにして、受光時に蓄積できる電荷量を増やすようにしてもよい。即ち、例えば図９に示すように、発光素子３１と並列にコンデンサＣａを接続して、発光素子３１が持つ寄生容量Ｃ_e1と、そのコンデンサＣａとで受光時の電荷蓄積を行う構成としてもよい。
【００３９】
また、ここまで説明した例では、有機ＥＬディスプレイとして構成された表示装置に適用した例としたが、表示のための素子と、受光のための素子が別体の場合にも適用可能である。即ち、例えば図１０に示すように、表示データ信号線５１と画素書込み選択線５２との交点に、スイッチＳＷ４を介して画素電極５３を接続して、その画素電極５３への表示データの印加で表示を行う構成とする。そして、この画素電極５３とは独立して、受光素子（ＰＩＮダイオード）５４を、画素電極５３と隣接した位置に設ける。この受光素子５４には、並列にコンデンサＣｂを接続する。受光素子５４のカソード側は、０Ｖなどのカソード電圧Ｖ_cathodeとする。そして、受光素子５４のアノード側は、スイッチＳＷ２を介して受信データ信号線５６に接続するとともに、スイッチＳＷ３を介して、カソード電圧Ｖ_cathodeよりも低い、逆バイアス電圧であるリセット電圧Ｖ_resetが印加される構成とする。スイッチＳＷ２については、読み出しライン選択線５５から供給される信号で制御する。各スイッチＳＷ２、ＳＷ３，ＳＷ４の制御タイミングとしては、上述した図２の例のスイッチＳＷ１のタイミングと同様のタイミングで、スイッチＳＷ４を制御して、スイッチＳＷ２、ＳＷ３については同様のタイミングに設定することで、受光素子５４で受光した電荷の読み出しが可能になる。このような画素電極５３と受光素子５４とを個別に配置した表示装置としては、例えば液晶表示パネル（フォトセンサ内蔵型の液晶表示パネル）がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態による表示装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による発光素子の接続例を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態による発光期間と読み取り期間の例を示したタイミング図である。
【図４】本発明の一実施の形態による１画面中の発光領域と受光領域の例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態による読み取り期間の詳細を示すタイミング図である。
【図６】読み取り期間の逆バイアス電圧を低くしなかった場合の例を示すタイミング図である。
【図７】本発明の一実施の形態による発光素子の電圧・電流特性の例を示す特性図である。
【図８】本発明の他の実施の形態による発光素子の接続例を示す構成図である。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態による発光素子の接続例を示す構成図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態による発光素子と受光素子を分けた場合の接続例を示す構成図である。
【図１１】発光状態の例を示す説明図である。
【図１２】受光状態の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１２…信号処理部、１５…制御部、１７…画像信号生成部、１８…コントローラ、１９…ソースドライバ、２０…ゲートドライバ、２１…データ処理部、２２…読み取り処理部、２３…検出部、２４…読み出しラインドライバ、２５…逆バイアス電圧ドライバ、３０…表示部、３０ａ…表示画面、３１…発光素子、３２…表示データ信号線、３３…補正回路、３４…読み出しライン選択線、３５…受信データ信号線、３６…増幅回路、５１…表示データ信号線、５２…読み出しライン選択線、５３…画素電極、５４…発光素子、５５…読み出しライン選択線、５６…受信データ信号線、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４…スイッチ
【図１】
2006267696.tif 000003
【図２】
2006267696.tif 000004
【図３】
2006267696.tif 000005
【図４】
2006267696.tif 000006
【図５】
2006267696.tif 000007
【図６】
2006267696.tif 000008
【図７】
2006267696.tif 000009
【図８】
2006267696.tif 000010
【図９】
2006267696.tif 000011
【図１０】
2006267696.tif 000012
【図１１】
2006267696.tif 000013
【図１２】
2006267696.tif 000014