(57)【要約】【課題】  開口率を低下することなく高解像度で画像取込みを行うことができる表示装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る表示ユニット２５の一端には表示ユニット２５を画素配置領域の左右方向に移動させる駆動部２６が配置され、他端には板バネ等からなる弾性部材２７が配置されている。駆動部２６と表示ユニット２５の間には支点部２８が配置され、弾性部材２７と表示ユニット２５の間にも支点部２９が配置されている。駆動部２６により表示ユニット２５を左右方向に少しずつずらしながら画像取込みを繰り返すため、隣接する光電変換素子１２の間隔が広くても、高解像度で画像取込を行うことができ、開口率を低下させずに高解像度の画像取込が可能となる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦横に列設される信号線及び走査線の各交点付近に形成される画素それぞれの内部に設けられる表示素子と、所定の間隔で配置されてそれぞれが被写体の所定範囲の撮像を行う複数の光電変換素子と、を有する画素アレイ部を備えた表示装置であって、
隣接する２つの前記光電変換素子の間隔以下の距離だけ前記画素アレイ部を画素配置領域の左右方向および上下方向の少なくとも一方向に移動させる駆動手段と、
前記画素アレイ部の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段で検出された位置に同期させて、前記駆動手段の動作を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、
前記画素アレイ部を画素配置領域の左右または上下に移動させる駆動部と、
前記画素アレイ部を挟んで前記駆動部に対向配置される弾性部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記駆動部は、
長手方向に伸縮可能な板状の圧電材料と、
前記圧電材料に貼り付けられ前記圧電材料とともに弓状に変形可能な金属板と、を有することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記駆動部は、
画素配置領域の左右または上下方向に積層された複数の圧電材料と、
前記複数の圧電材料それぞれに接続された電極と、を有することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項５】
前記駆動手段により前記画素アレイ部の位置を移動させながら前記複数の光電変換素子で撮像した複数の画像取込画像を合成する画像合成手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
縦横に列設される信号線及び走査線の各交点付近に形成される画素それぞれの内部に設けられる表示素子と、所定の間隔で配置されてそれぞれが被写体の所定範囲の撮像を行う複数の光電変換素子と、を有する画素アレイ基板と、
前記画素アレイ基板の下方に配置されるバックライトと、
前記画素アレイ基板と前記バックライトとの間に配置され、前記バックライトからの光を前記画素アレイ基板上に集光させる複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを画素配置領域の左右および上下方向の少なくとも一方向に移動させる駆動手段と、
前記マイクロレンズアレイの位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段で検出された位置に同期させて、前記駆動手段の動作を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
隣接する２つの前記マイクロレンズの間隔は、隣接する２つの前記光電変換素子の間隔よりも長いことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
隣接する２つの前記マイクロレンズの間隔は、隣接する２つの前記光電変換素子の間隔のｎ倍（ただし、ｎは２以上の整数）であることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像取込機能を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、信号線、走査線及び画素ＴＦＴが列設されたアレイ基板と、信号線及び走査線を駆動する駆動回路とを備えている。最近の集積回路技術の進歩発展により、駆動回路の一部をアレイ基板上に形成するプロセス技術が実用化されている。これにより、液晶表示装置全体を軽薄短小化することができ、携帯電話やノート型コンピュータなどの各種の携帯機器の表示装置として幅広く利用されている。
【０００３】
ところで、アレイ基板上に、画像取込みを行う密着型エリア光電変換素子（光電変換素子）を配置した画像取込み機能を備えた表示装置が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。
【０００４】
この種の画像取込み機能を備えた従来の表示装置は、光電変換素子に接続されたキャパシタの電荷量を光電変換素子での受光量に応じて変化させるようにし、キャパシタの両端電圧を検出することで、画像取込みを行っている。
【０００５】
最近では、画素TFTや駆動回路を同一のガラス基板上に多結晶シリコン（ポリシリコン）プロセスで形成する技術が進んでおり、上述した光電変換素子もポリシリコンプロセスで形成することにより、各画素内に容易に形成可能である。
【特許文献１】特開2001-292276号公報
【特許文献２】特開2001-339640号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
画像取込みの解像度を上げるには、１画素内に設けられる光電変換素子の数を増やさなければならない。しかしながら、１画素内の光電変換素子の数を増やすと、各画素の開口率が低下し、液晶表示画面が暗くなるという問題がある。また、光電変換素子の数を増やすほど、製造上の歩留まりも悪くなり、コストアップになる。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、開口率を低下することなく高解像度で画像取込みを行うことができる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、縦横に列設される信号線及び走査線の各交点付近に形成される画素それぞれの内部に設けられる表示素子と、所定の間隔で配置されてそれぞれが被写体の所定範囲の撮像を行う複数の光電変換素子と、を有する画素アレイ部を備えた表示装置であって、隣接する２つの前記光電変換素子の間隔以下の距離だけ前記画素アレイ部を画素配置領域の左右方向および上下方向の少なくとも一方向に移動させる駆動手段と、前記画素アレイ部の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段で検出された位置に同期させて、前記駆動手段の動作を制御する駆動制御手段と、を備える。
【０００９】
また、本発明は、縦横に列設される信号線及び走査線の各交点付近に形成される画素それぞれの内部に設けられる表示素子と、所定の間隔で配置されてそれぞれが被写体の所定範囲の撮像を行う複数の光電変換素子と、を有する画素アレイ基板と、前記画素アレイ基板の下方に配置されるバックライトと、前記画素アレイ基板と前記バックライトとの間に配置され、前記バックライトからの光を前記画素アレイ基板上に集光させる複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイを画素配置領域の左右および上下方向の少なくとも一方向に移動させる駆動手段と、前記マイクロレンズアレイの位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段で検出された位置に同期させて、前記駆動手段の動作を制御する駆動制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光電変換素子を有する画素アレイ部を駆動手段で移動させながら、光電変換素子で画像取込を行うため、光電変換素子の数よりも見かけの解像度を向上できる。すなわち、開口率を下げずに高解像度で画像取込を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る表示装置、光電変換素子およびその製造方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る表示装置の第１の実施形態の概略構成図であり、画像取込み機能を備えている。図１の表示装置は、ガラス基板３１と半導体基板３２とで構成されている。ガラス基板３１上には、信号線及び走査線が列設される画素アレイ部１と、信号線を駆動する信号線駆動回路２と、走査線を駆動する走査線駆動回路３と、画像を取り込んで出力する検出出力回路４とが設けられている。これらの回路は、例えばポリシリコンＴＦＴにより形成されている。信号線駆動回路２は、デジタル画素データを表示素子の駆動に適したアナログ電圧に変換する不図示のD/A変換回路を有する。D/A変換回路は公知の構成でよい。半導体基板３２上には、表示制御及び画像取込制御を行うロジックＩＣ３３が実装されている。ガラス基板３１と半導体基板３２とは、例えばＦＰＣを介して各種信号の送受を行う。
【００１３】
図２は画素アレイ部１の一部を示したブロック図である。図２の画素アレイ部１は、縦横に列設される信号線及び走査線の各交点付近に形成される画素ＴＦＴ１１と、画素ＴＦＴ１１の一端とＣs線との間に接続される液晶容量Ｃ１及び補助容量Ｃ２と、各画素ＴＦＴ１１ごとに１個ずつ設けられる画像取込み用の光電変換素子１２とを有する。光電変換素子１２は、不図示の電源線及び制御線に接続されている。
【００１４】
図２では、各画素ごとに１個の光電変換素子１２を設ける例を示しているが、光電変換素子１２の数に特に制限はない。例えば、複数画素に１個の割合で光電変換素子１２を設けてもよいし、逆に１画素に複数個の光電変換素子１２を設けてもよい。
【００１５】
図３は図２の一部を詳細に示した回路図である。図３に示すように、光電変換素子１２は、受光した光量に応じた電気信号を出力するフォトダイオードＤ１と、フォトダイオードＤ１から出力される電気信号に応じた電荷を蓄積するキャパシタＣ３と、キャパシタＣ３の蓄積電荷に応じた２値データを検出線に出力するバッファ（BUF）１３と、バッファ１３への書込み制御を行うトランジスタＱ３と、バッファ１３及びキャパシタＣ３を初期化するリセット用トランジスタＱ４とを有する。
【００１６】
バッファ１３は、スタティックＲＡＭ（SRAM）で構成され、例えば、図４に示すように、直列接続された２つのインバータＩＶ１，ＩＶ２と、後段のインバータＩＶ２の出力端子と前段のインバータＩＶ１の入力端子との間に配置されるトランジスタＱ５と、後段のインバータの出力端子に接続される出力用トランジスタＱ６とを有する。
【００１７】
信号SPOLBがハイレベルのときに、トランジスタＱ５はオンし、２つのインバータＩＶ１，ＩＶ２は保持動作を行う。信号OUTiがハイレベルのときに、保持しているデータが検出線に出力される。
【００１８】
本実施形態の表示装置は、通常の表示動作を行うこともできるし、スキャナと同様の画像取込みを行うこともできる。通常の表示動作を行う場合は、トランジスタＱ３はオフ状態に設定され、バッファ１３には有効なデータは格納されない。この場合、信号線には、信号線駆動回路２からの信号線電圧が供給され、この信号線電圧に応じた表示が行われる。
【００１９】
一方、画像取込みを行う場合は、図５に示すようにアレイ基板２１の上面側に画像取込み対象物（例えば、紙面）２２を配置し、バックライト２０からの光を対向基板２４とアレイ基板２１を介して紙面２２に照射する。紙面２２で反射された光はアレイ基板２１上の光電変換素子１２で受光され、画像取込みが行われる。この際、画像取り込みのための動作によって、表示が影響されることが無い。
【００２０】
取り込んだ画像データは、図３に示すようにバッファ１３に格納された後、検出線を介して、図１に示すロジックＩＣ３３に送られる。このロジックＩＣ３３は、本実施形態の表示装置から出力されるデジタル信号を受けて、データの並び替えやデータ中のノイズの除去などの演算処理を行う。
【００２１】
アレイ基板２１と対向基板２３は、間に液晶層２４を挟んで封止される。以下では、封止されたユニットを表示ユニット２５と呼ぶ。図５に示すように、表示ユニット２５の一端には表示ユニット２５を画素配置領域の左右方向に移動させる駆動部２６が配置され、他端には板バネ等からなる弾性部材２７が配置されている。駆動部２６と表示ユニット２５の間には支点部２８が配置され、弾性部材２７と表示ユニット２５の間にも支点部２９が配置されている。
【００２２】
図６は表示ユニット２５の平面図である。図６の駆動部２６は、画面の上下方向に伸縮する板状の圧電材料３１に金属板３２を貼り付けたものである。圧電材料３１に印加する電圧を制御することで、駆動部２６は画素配置領域の左右方向に弓状に移動する。これにより、駆動部２６が表示ユニット２５を左右方向に押す力が変化し、表示ユニット２５は左右方向に移動する。より詳しくは、駆動部２６が表示ユニット２５を押す力が板バネ２７の付勢力よりも強ければ、表示ユニット２５は右方向に移動し、板バネ２７の付勢力の方が強ければ表示ユニット２５は左方向に移動する。
【００２３】
駆動部２６と板バネ２７は筐体３０に接続されている。この筐体３０は、図５に示すように表示ユニット２５とバックライトを収納するものである。
【００２４】
図７は本実施形態の表示装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。この制御系は、図６の筐体３０に収納してもよいし、筐体３０とは別個に設けてもよい。図７の制御系は、表示ユニット２５の位置を非接触で検出する位置検出センサ４１と、位置検出センサ４１からの信号により表示ユニット２５の位置を示す信号を出力する位置検出器４２と、位置検出器４２からの信号により駆動部２６の動作を制御するサーボ回路４３と、光電変換素子１２からの撮像信号に対して信号処理を行う撮像処理回路４４と、撮像処理回路４４で処理された撮像信号を合成する画像合成器４５と、サーボ回路４３と撮像処理回路４４を制御するコントローラ４６とを有する。
【００２５】
図８は図７の制御系の処理動作を示すフローチャートである。まず、コントローラ４６はサーボ回路４３を初期化する（ステップＳ１）。次に、位置検出器４２は、位置検出センサ４１の値を検出する（ステップＳ２）。次に、撮像処理回路４４は、信号処理を行った後の撮像データを出力する（ステップＳ３）。コントローラ４６は、撮像回数を計測する変数ｉを「１」カウントアップする（ステップＳ４）。次に、変数ｉが予め定めた値Ｎ以上か否かを判定し（ステップＳ５）、Ｎ未満であれば、サーボ回路４３の制御により、駆動部２６が表示ユニット２５を所定距離Δｘ（μｍ）だけ移動させた後（ステップＳ６）、ステップＳ２以降の処理を行う。
【００２６】
表示ユニット２５の移動範囲は、隣接する２つの光電変換素子１２の間隔以下である。同間隔の間に例えばｎ回（ｎは２以上の整数）画像取込を行うとすると、見かけ上、実際の光電変換素子１２の数のｎ倍の解像度が得られる。したがって、駆動部２６やサーボ回路４３の精度にもよるが、１画素内に配置する光電変換素子１２の数を増やすよりも、はるかに高精度に画像取込を行うことができる。
【００２７】
一方、ステップＳ５で変数ｉがＮ以上と判定されると、Ｎ枚の画像を合成して１枚にする（ステップＳ７）。
【００２８】
このように、本実施形態では、駆動部２６により表示ユニット２５を左右方向に少しずつずらしながら画像取込みを繰り返すため、隣接する光電変換素子１２の間隔が広くても、高解像度で画像取込を行うことができ、開口率を低下させずに高解像度の画像取込が可能となる。
【００２９】
なお、駆動部２６により、表示ユニット２５を画素配置領域の上下方向にずらしながら画像取込を行ってもよい。この場合も、左右方向にずらす場合と同様に画像取込時の解像度向上が図れる。上下方向にずらす場合の駆動部２６の設置場所は、表示ユニット２５の上辺か下辺が望ましく、対向する辺に弾性部材２７を設ければよい。
【００３０】
上述した実施形態では、板状の圧電素子と金属板を貼り合わせた駆動部２６を用いる例を説明したが、駆動部２６の構造は上述したものに限定されない。例えば、図９は電極５１，５２を間に挟んで複数の圧電材料５３を積層させた駆動部２６の概略構成を示す図である。各圧電材料５３の一端には共通の電源電圧が印加される第１電極５１が接続され、他端には共通の接地電圧が印加される第２電極５２が接続されている。
【００３１】
第１および第２電極に印加する電圧を制御することにより、駆動部２６は圧電素子の長手方向に伸縮する。したがって、駆動部２６の長手方向の一端に表示ユニット２５を配置することで、表示ユニット２５を画素配置領域の左右方向に移動させることができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、バックライト２０からの光を表示ユニット２５上に集光させるマイクロレンズアレイを移動させるものである。
【００３３】
図１０は本発明に係る表示装置の第２の実施形態の断面構造を示す図である。図１０の表示装置は、バックライト２０と表示ユニット２５との間に配置されて画素配置領域の左右方向に移動可能なマイクロレンズアレイ６１と、マイクロレンズアレイ６１を移動させる駆動部２６とを備えている。マイクロレンズアレイ６１は、隣接配置された複数のマイクロレンズ６２を有する。駆動部２６は、図６や図９と同様に構成されている。この他、図１０の表示装置は、図７と同様の制御系を備えている。
【００３４】
図１１はマイクロレンズアレイ６１と表示ユニット２５の一部を拡大した図である。バックライト２０からの光は、各マイクロレンズ６２で屈折されて、表示ユニット２５の上面に置かれた画像取込対象物２２上で結像する。画像取込対象物２２（多くの場合、紙）は、完全拡散面であるため、集光した光を照射しても、その反射光は拡散光として四方八方に散らばる。この拡散光を表示ユニット２５内の光電変換素子１２は検出する。
【００３５】
マイクロレンズアレイ６１の移動に伴って、画像取込対象物２２に照射される光の照射位置も移動するため、画像取込対象物２２の全域を光電変換素子１２で撮像することができる。解像度は、マイクロレンズアレイ６１で光を集光して画像取込対象物２２上に形成されるスポット径で定まる。
【００３６】
隣接するマイクロレンズ６２の間隔ｉ１は、隣接する光電変換素子１２の間隔ｉ２よりも広い方が望ましく、可能であれば、ｉ１はｉ２のｎ倍（ｎは２以上の整数）であるのが望ましい。
【００３７】
画像取込対象物２２で反射されて散乱した光は、完全放射とはいえ、マイクロレンズ６２の距離によって光電変換素子１２までの距離が異なる。このため、白色原稿にて、各マイクロレンズ位置での光強度を補正データとしてもつことで、階調性能を向上できる。
【００３８】
このように、第２の実施形態では、バックライト２０と表示ユニット２５の間に配置されるマイクロレンズアレイ６１を、画素配置領域の左右方向に移動させながら光電変換素子１２にて画像取込を繰り返すため、光電変換素子１２の数を増やさずに画像取込時の解像度を高くすることができる。また、表示ユニット２５を移動させる必要がないため、通常表示時に表示ユニット２５のずれにより画像の表示位置がずれる等の不具合が起きない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る表示装置の第１の実施形態の概略構成図。
【図２】画素アレイ部１の一部を示したブロック図。
【図３】図２の一部を詳細に示した回路図。
【図４】バッファの内部構成を示す回路図。
【図５】画像取込の仕組みを説明する図。
【図６】表示ユニット２５の平面図。
【図７】本実施形態の表示装置の制御系の概略構成を示すブロック図。
【図８】図７の制御系の処理動作を示すフローチャート。
【図９】複数の圧電材料を積層させた駆動部の概略構成を示す図。
【図１０】本発明に係る表示装置の第２の実施形態の断面構造を示す図。
【図１１】マイクロレンズアレイ６１と表示ユニット２５の一部を拡大した図。
【符号の説明】
【００４０】
１  画素アレイ部
２  信号線駆動回路
３  走査線駆動回路
４  検出回路＆出力回路
１２  光電変換素子
２１  アレイ基板
２３  対向基板
２５  表示ユニット
２６  駆動部
２７  弾性部材
２８，２９  支点部
３０  筐体
４１  位置検出センサ
４２  位置検出器
４３  サーボ回路
４４  撮像処理回路
４５  画像合成器
４６  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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