(57)【要約】【課題】高Ｓ／Ｎ比で高速な光信号の読出しが可能な光センサ回路を備え、外乱光の影響が小さく、誤認識の少ないタッチパネル機能を有する画像表示装置を提供する。【解決手段】薄膜トランジスタを有する表示画素がマトリクス状に配列された表示部と、表示部内に複数の光検知画素とを具備する画像表示装置において、観測光を受ける第一の光検知素子と、観測光を受けない第二の光検知素子を電気的に接続し、その接続点における電位の変調を信号電圧として出力する光検知画素において、青のカラーフィルタと第一の光検知画素をオーバーラップさせ、緑または赤のカラーフィルタと第二の光検知画素をオーバーラップさせる構成とする。【選択図】図７
2007310628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の表示画素がマトリクス状に配列された表示部と、
前記表示画素に表示信号を書込む複数の表示信号線と、
前記表示部に配列された光入力を検知するための複数の光検知画素を有する光検知部と、
前記光検知部からの検知信号を受けて所定の信号処理を行う信号読取部と、
前記信号読取部で処理された処理信号を読み出すための光検知画素選択回路部とを具備して成り、
前記光検知部の複数の光検知画素は、観測光を受ける第一の光検知素子と前記観測光を受けない第二の光検知素子とを含み、
前記信号読取部は前記第一の光検知素子から生成される第一の検知信号と前記第二の光検知素子から生成される第二の検知信号とを受けて前記所定の信号処理を行い、
前記光検知画素選択回路部により選択された複数の前記光検知画素から前記信号処理された処理信号が出力されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記信号読取部は、前記第一の光検出素子から生成される前記第一の検知信号と、前記第二の光検知素子から生成される前記第二の検知信号との差分を増幅することを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１において、
複数の読み出し選択線を具備し、
前記光検知画素選択回路部は、読み出し選択スイッチと、出力信号線とで構成され、
前記読み出し選択スイッチの一方の端子と前記信号読取部とが接続され、前記読み出し選択スイッチの他方の端子と前記出力信号線とが接続され、前記読み出し選択線と前記読み出し選択スイッチとが接続されて前記出力信号線に読み出す複数の前記光検知画素が選択されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記光検知画素は、前記読み出し選択線を介して所定の期間に前記読み出し選択スイッチがオンすることで、前記信号読取部から選択的に前記出力信号線に読み出されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１において、前記光検知画素は、前記第一の光検知素子と前記第二の光検知素子が電気的に接続されて成り、
前記信号読取部で、前記第一の光検知素子と前記第二の光検知素子との接続ノードの電圧を受けて所定の信号処理が行われた処理信号が、出力されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記信号読取部は、増幅回路を具備し、
前記処理信号が前記増幅回路で増幅されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項５において、前記信号読取部は、容量と、増幅回路と、前記増幅回路の入出力端を短絡するリセットスイッチとを具備し、
前記光検知部と前記容量が接続され、前記容量と前記増幅回路の入力端子と前記スイッチの一方の端子とが接続され、前記増幅回路の出力端子と前記リセットスイッチの他方の端子とが接続されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記光検知画素選択回路部は、読み出し選択スイッチと、複数の読み出し選択線と、出力信号線とを具備し、
前記読み出し選択スイッチの一方の端子が前記信号読取部と接続され、
前記読み出し選択スイッチの他方の端子が前記出力信号線と接続され、
前記読み出し選択線が前記読み出し選択スイッチと接続され、
前記出力信号線に読み出される複数の前記光検知画素が前記読み出し選択線を介して選択されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記光検出画素は、前記読み出し選択線を介して所定の期間に前記読み出し選択スイッチがオンすることで、前記読取部の出力が選択的に前記出力信号線に読み出されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
赤、緑、青のカラーフィルタ及びブラックマトリクスで構成されるカラーフィルタ基板と、透明基板との間に液晶が狭持され、
前記透明基板上に、複数の表示画素がマトリクス状に配列された表示部と、
前記表示画素に表示信号を書込む複数の表示信号線と、
前記表示部に配列された光入力を検知するための複数の光検知画素とを具備する画像表示装置であって、
前記光検知画素は、観測光を受ける第一の光検知素子と観測光を受けない第二の光検知素子とを具備する光検知部を含み、
前記第一の光検知素子から生成される第一の検知信号と前記第二の光検知素子から生成される第二の検知信号を受けて所定の信号処理を行う信号読取部を含み、
前記信号読取部で前記処理された処理信号を読み出すための光検知画素選択回路部を具備して成り、
前記青のカラーフィルタと前記第一の光検知素子をオーバーラップさせ、前記緑または赤のカラーフィルタと前記第二の光検知素子とをオーバーラップさせ、前記緑または前記赤のカラーフィルタと前記信号読取部をオーバーラップさせることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記赤フィルタにオーバーラップして第一のサブ表示画素が形成され、前記緑フィルタにオーバーラップして第二のサブ表示画素が形成され、前記青フィルタにオーバーラップして第三のサブ表示画素が形成され、前記第一から第三のサブ表示画素に対して、一つの前記光検知画素が対になって形成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
第一の光検知素子と、第二の光検知素子と、増幅回路と、読み出し用スイッチとを具備し、
前記赤フィルタにオーバーラップして前記第一のサブ表示画素と前記第二の光検知素子が形成され、前記緑フィルタにオーバーラップして前記第二のサブ表示画素と前記増幅回路及び前記読み出し用スイッチが形成され、前記青フィルタにオーバーラップして前記第三のサブ表示画素と前記第一の光検出素子が形成されて成る一つの前記表示画素が、マトリクス状に配列されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１０において、
第一の光検知素子と、第二の光検知素子と、増幅回路、及び読み出し用スイッチを具備し、
前記緑フィルタにオーバーラップして前記第二のサブ表示画素と前記第二の光検知素子及び読み出し用スイッチが形成され、前記赤フィルタにオーバーラップして第一の前記サブ表示画素と前記第二の光検知素子が形成され、前記青フィルタにオーバーラップして前記第三のサブ表示画素と前記第一の光検知素子が形成されて成る一つの前記表示画素が、マトリクス状に配列されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１４】
請求項１０において、
第一の光検知素子と、第二の光検知素子と、増幅回路と、容量と、前記増幅回路の入出力端を短絡するリセットスイッチ、及び読み出し用スイッチを具備し、
前記赤フィルタにオーバーラップして前記第一のサブ表示画素と前記第二の光検知素子が形成され、前記緑フィルタにオーバーラップして前記第二のサブ表示画素と前記増幅回路と前記容量と前記リセットスイッチ及び前記読み出し用スイッチが形成され、前記青フィルタにオーバーラップして一つの前記第三のサブ表示画素と前記第一の光検出素子が形成されて成る一つの前記表示画素が、マトリクス状に配列されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１０において、
第一の光検知素子と、第二の光検知素子と、増幅回路と、容量と、前記増幅回路の入出力端を短絡するリセットスイッチ、及び読み出し用スイッチを具備し、
前記緑フィルタにオーバーラップして前記第二のサブ表示画素と前記第二の光検出素子と前記容量と前記リセットスイッチ及び読み出し用スイッチが形成され、前記赤フィルタにオーバーラップして前記第一のサブ表示画素と前記第二の光検知素子が形成され、前記青フィルタにオーバーラップして前記第三のサブ表示画素と前記第一の光検知素子が形成されて成る一つの前記表示画素が、マトリクス状に配列されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１６】
請求項１または請求項２において、
金属配線層を具備し、
前記第二の光検知素子の前記金属配線層で、前記第二の光検知素子の上がオーバーラップされていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
請求項１または請求項２において、
複数の光検知画素と、複数の出力信号線と、複数のライン選択スイッチと、比較回路とを含むセンス出力部と、ライン選択信号線と、基準電圧とを具備し、
前記センス出力部と複数の前記出力信号線が接続され、複数の前記出力信号線と複数のライン選択スイッチの一端が接続され、
複数の前記ライン選択スイッチと前記ライン選択信号線とが接続され、
複数の前記ライン選択スイッチの他端が前記比較回路の一方の入力端子に接続され、
前記比較回路の他方の入力端子に前記基準電圧が接続されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
複数の前記出力信号線を伝わって前記センス出力部に前記光検知画素の出力信号が伝送され、前記ライン選択信号線を介して所定の期間に複数の前記ライン選択スイッチの内一つの前記ライン選択スイッチがオンされ、前記ライン選択スイッチが導通し、複数の前記出力信号線から一本の前記出力信号線が選択され、選択された前記出力信号線に伝送された前記出力信号が前記比較回路に入力され、前記出力信号と所定の基準電圧とが比較されて、その比較結果に基づく２値の論理信号が出力される一連の処理を、複数の前記出力信号線の本数にあたる回数行うことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
請求項１または請求項２において、
前記表示画素は液晶表示画素であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２０】
請求項１または請求項２において、
前記表示画素はＥＬ表示画素であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記表示画素は有機ＥＬ発光ダイオードであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２２】
請求項１または請求項２において、
前記光検知素子は薄膜ダイオードであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２３】
請求項１または請求項２において、
前記光検知素子は薄膜トランジスタであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２４】
請求項２３において、
前記光検知素子がダイオード接続された薄膜トランジスタであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２５】
請求項２３において、
前記光検知素子と電源配線を具備し、
前記光検知素子と前記電源配線が接続され、前記電源配線に可変電圧が印加されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２６】
請求項１または請求項２において、
前記表示画素及び前記光検知画素を構成する全ての素子が、ｎチャネルＴＦＴで構成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２７】
請求項１または請求項２において、
前記表示画素及び前記光検知画素を構成する複数の素子は、ｎチャネルＴＦＴ、ｐチャネルＴＦＴ、または複数のｎチャネルＴＦＴとｐチャネルＴＦＴ、のいずれかで構成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２８】
請求項１０において、
前記カラーフィルタ基板は、ストライプ配列で形成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２９】
請求項１０において、
前記カラーフィルタ基板はモザイク配列で形成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３０】
請求項１０において、
前記カラーフィルタ基板は、デルタ配列で形成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３１】
複数の表示画素がマトリクス状に配列された表示部と、
前記表示画素に表示信号を書込む複数の表示信号線と、
前記表示部に配列された光入力を検知するための複数の光検知画素を有する光検知部と、
前記表示部に配列された光入力を遮光する遮光部と、
前記光検知部からの検知信号を受けて所定の信号処理を行う信号読取部と、
前記信号読取部で処理された処理信号を読み出すための光検知画素選択回路部とを具備して成り、
前記光検知部の複数の光検知画素は、観測光を受ける第一の光検知素子と前記遮光部を介した観測光を受ける第二の光検知素子とを含み、
前記信号読取部は前記第一の光検知素子から生成される第一の検知信号と前記第二の光検知素子から生成される第二の検知信号とを受けて前記所定の信号処理を行い、
前記光検知画素選択回路部により選択された複数の前記光検知画素から前記信号処理された処理信号が出力されることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高Ｓ／Ｎ比の光信号入力が可能な入力機能内蔵の画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶などを用いた画像表示装置は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点があることから、パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡなどの表示画面として広く用いられている。さらに、タッチパネルやペン入力といった画面入力機能を備えることで、その用途の拡大が進んでおり、画面入力機能の技術の開発が盛んになってきている。しかしながら、画面入力機能を備えるためには、そのための部品を追加することとなり、コストが上がってしまうこととなる。さらに、従来は、ディスプレイとタッチパネルはそれぞれが別々に開発・設計されて、セットメーカーに持ち込まれていた。このため、ディスプレイとタッチパネルとを統合する事による歩留まりの低下や、機械強度の低下があるなどの問題があった。
【０００３】
従来、画素毎に配置されたスイッチング素子を駆動するための駆動回路は、スイッチング素子が集積された透明基板に対して、外付け部品として構成されていたが、この駆動回路を透明基板上に取り込み可能とする技術が開発された。これと同様にして、画面入力機能に必要な部品を透明基板上に取り込むことにより、トータルコストを抑えることができ、さらにディスプレイ端末の画面の狭額縁化や、さらなる薄型化が実現できる。
【０００４】
以下に図２６を用いて、従来の技術に関して説明する。
始めに従来例１の構造について説明する。図２６に、光信号入力が可能な従来例１の液晶画像表示装置の回路構成を示す。表示部２１０に設けられた各画素は表示画素ＴＦＴ(Thin Film Transistor)２０２及び液晶容量２０１より構成されている。表示画素ＴＦＴ２０２のゲートはゲート線走査回路２１２に接続され、表示画素ＴＦＴ２０２のソース−ドレイン経路の一端は液晶容量２０１に接続され、他端は信号出力回路２１１に接続されている。
【０００５】
また表示部２１０には、上下にゲートを有するＴＦＴで形成された光検出ＴＦＴ２０３が設けられている。光検出ＴＦＴ２０３の一端は接地され、下ゲートはボトムゲート走査回路２１４に、上ゲートはトップゲート走査回路２１５に、光検出ＴＦＴ２０３の他端はプリチャージ回路２１６及び光信号センス回路２１３にそれぞれ接続されている。また信号出力回路２１１、ゲート線走査回路２１２、光信号センス回路２１３、ボトムゲート走査回路２１４、トップゲート走査回路２１５は、制御回路２１７により制御される。
【０００６】
次に、本従来例の動作について説明する。
ゲート線走査回路２１２によって選択された所定の表示画素ＴＦＴ２０２がオンすると、信号出力回路２１１から出力された表示信号が選択された表示画素ＴＦＴ２０２を介して所定の画素の液晶容量２０１に書込まれ、これによって表示部２１０に映像を表示することができる。またボトムゲート走査回路２１４及びトップゲート走査回路２１５によって選択された光検出ＴＦＴ２０３の光信号出力が、プリチャージ回路２１６によって予めプリチャージされた配線に読み出されると、この光信号は光信号センス回路２１３によって読み出され、表示部２１０に入力された書き込み光信号パタンを検知することができる。
【０００７】
従来例１によれば、表示部２１０上に映像を表示することに加えて、表示部２１０を用いて二次元の光信号パタンを検知することが可能である。このような例としては、例えば特開２０００−２５９３４６号公報（特許文献１）などに、より詳しく記載されている。
【０００８】
一般的に知られている画像読取機能を有する表示装置は、液晶駆動用ＴＦＴが形成されるガラス基板上に光センサが形成され、液晶素子とバックライトの間に配置される。このような配置関係にした場合には、バックライトがガラス基板上の光センサを照射し、画面上に設置した検出対象物で反射した光の他に、バックライトが照射した光が光センサに直接入射することとなる。バックライトから光センサに直接入射した光は、検出対象物で反射した光とは関係なく光センサに電流を発生させることとなり、検出対象物で反射した光の強度を検知する感度であるＳ／Ｎ比を低下させる要因となる。
【０００９】
また従来例２として、上記Ｓ／Ｎ比の低下を避けるため、光センサを内蔵した画像表示装置において、ガラス基板の表面がバックライト側方向を向くように配置する構成が知られている。このような配置にすることにより、画面をタッチした指の反射光は偏光板とガラス基板を通過するだけで光センサに到達することになるので、検出対象物で反射した光の光量が低下することがなくなり、光センサのＳ／Ｎ比を向上することが可能となる。このような例としては、例えば特開２００４−１４０３３８号公報（特許文献２）などがある。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２５９３４６号公報
【特許文献２】特開２００４−１４０３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来例１では、画像入力と表示とを両立させる構造であるけれども、光センサのＳ／Ｎ比の向上が難しいという課題が残る。光センサを大きくして高感度化すると、センサ領域が拡大し、表示画素の開口率が低下するという問題が生じる。
【００１２】
特に、液晶表示装置の場合にはバックライトの影響が強く、場合によっては表示部に入射する光の数十倍以上の強度のバックライト光が光センサ素子に入射してしまう。その他画面上から入射する太陽光や照明光などの強い外乱光、及び光センサのフォトダイオードの中で光の強度に応じて発生する電子以外にも熱的に電子／正孔対が発生する暗電流などの影響が大きい。
【００１３】
このため光センサから読み出される光信号出力のＳ／Ｎ比は非常に小さくなり、高感度、高速な読出しが困難であった。したがって、光センサの検出精度が悪く、誤認識などの原因となっている。
【００１４】
そこで、光センサを大きくして高感度化すると、センサ領域が拡大し、バックライト側を遮光するため、表示画素開口率は実質的には低下し、同等の画質を得るためには、バックライト輝度を上げなければならず、装置の消費電力が増加し、バックライトの寿命劣化に繋がる。また小型化や高解像度化が困難になる。
【００１５】
例えば従来例２では、検出対象物で反射した光の光量の低下が小さく、光センサのＳ／Ｎ比を向上させるが、画像表示装置のフロント（画面）側から太陽光や照明光などの外乱光が照射したときには、ガラス基板を挟んでガラス基板上に形成されたＴＦＴや金属配線において外乱光が反射して画面上に現れるため、視認性など画質の劣化に影響を及ぼすため、画像入力と表示を両立させることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本明細書において開示される発明のうち、代表的手段の一例を示せば下記のとおりである。すなわち、本発明に係る画像表示装置は、複数の表示画素がマトリクス状に配列された表示部と、前記表示画素に表示信号を書込む複数の表示信号線と、前記表示部に配列された光入力を検知するための複数の光検知画素を有する光検知部と、前記光検知部からの検知信号を受けて所定の信号処理を行う信号読取部と、前記信号読取部で処理された処理信号を読み出すための光検知画素選択手段とを具備して成り、
前記光検知部の複数の光検知画素は、観測光を受ける第一の光検知素子と観測光を受けない第二の光検知素子とを含み、前記信号読取部は前記第一の光検知素子から生成される第一の検知信号と前記第二の光検知素子から生成される第二の検知信号とを受けて前記所定の信号処理を行い、前記光検知画素選択手段により選択された複数の前記光検知画素から前記信号処理された処理信号が出力されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、バックライト光の照度や暗電流のノイズにかかわらず、高Ｓ／Ｎ比で、高速な光信号の読出し行うことができ誤認識の少ないタッチパネル機能を内蔵した画像表示装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る画像表示装置の好適な実施例について、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
以下、図１〜図１３を用いて、本発明の第一の実施例について、その構成及び動作について順次説明する。
【００２０】
図１に、本発明に係る画像表示装置の構造を分解斜視図で示す。ガラス基板２７の表面には、ＴＦＴを用いて形成された信号出力回路１１、ゲート線走査回路１２、センス回路１３、センサゲート線選択回路１４で構成され、表示領域１６にはＴＦＴ製造工程で作製された表示画素回路ＰＩＸと光センサ回路ＳＥＮがマトリクス状に配列され形成されている。
ガラス基板２７にはフィルム状基板１７（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）が貼り付けられており、外部からの電圧信号及び回路駆動に必要な電圧はフィルム状基板１７を通して供給される。
【００２１】
フィルム状基板１７、信号出力回路１１、ゲート線走査回路１２、センス回路１３、センサゲート線選択回路１４、及び表示領域１６間を接続する配線１８は、ＴＦＴ形成プロセスで用いられる金属配線層を利用して形成されている。表示電極４８が各表示画素回路ＰＩＸ及び光センサ回路ＳＥＮにオーバーラップして、形成されている。
【００２２】
ガラス基板２７は、厚さ数μｍの液晶（不図示）を挟んで、もう１枚のカラーフィルタ側ガラス基板２１と張り合わされる。液晶の厚さは、球状のスペーサ（不図示）をガラス基板２７上に散布することで一定に保つことができる。カラーフィルタ側ガラス基板２１の下側の表面には、対向電極２２が形成されており、この対向電極２２と、各表示画素回路ＰＩＸの表示電極４８との間に液晶を挟持することによって、液晶素子２５が形成される。ここで、図１では代表的に１対の表示画素４８と対向電極２２において液晶素子２５を図示しているが、実際にはすべての表示画素４８と対向電極２２対に対して形成されている。
【００２３】
対向電極２２は、ガラス基板２７上の表示領域１６外に設けられた接続端子１９と接続することで、フィルム状基板１７を通して対向電極電圧が供給される。
カラーフィルタ側ガラス基板２１の内側表面を張り合わせたときに表示電極４８と重なる位置には、開口部５０が設けられている。開口部５０以外の領域には遮光層であるブラックマトリクス２４が塗布されており、開口部５０以外の領域で光が透過しないようにしてある。また、開口部５０に、赤、緑、青（ＲＧＢ）のカラーフィルタ（不図示）が設けられ、これによりカラー表示が可能となる。
【００２４】
ガラス基板２７の下側には偏光板（下部偏光板）２８が貼り付けられ、カラーフィルタ側ガラス基板２２のガラス基板２７と反対側の表面には対向側偏光板（上部偏光板）２０が貼り付けられている。また、ガラス基板２７の下側から蛍光灯（不図示）及び導光板（不図示）からなるバックライト２９を、導光板で均一な面光源に変換した蛍光灯白色光が、ガラス基板２７の下側から照射される。
【００２５】
図２は、第一の実施例の画像表示装置で用いる光センサ回路ＳＥＮの断面構造を示している。
第一の実施例の画像表示装置は、対向側偏光板２０、カラーフィルタ側ガラス基板２１、カラーフィルタ２３、ブラックマトリクス２４、対向電極２２、液晶素子２５、ガラス基板２７、下部偏光板２８、及びバックライト２９で構成される。画像表示装置の画面を指５１で触れている状態を示している。
【００２６】
光センサ回路ＳＥＮは、ガラス基板２７上に形成された第一の光検出ＴＦＴ３と第二の光検出ＴＦＴ４との組み合わせによって構成される。第一の光検出ＴＦＴ３はカラーフィルタ２３の下に配置され、カラーフィルタ２３を透過した光が光検出ＴＦＴ３に入射される。したがって、第一の光検出ＴＦＴ３は画面に入ってくる太陽光や部屋の照明光及び画面をタッチした指の反射光に感光して入射光の光量に応じた電流を出力する。
【００２７】
一方、第二の光検出ＴＦＴ４はブラックマトリクス２４の下に配置され、画面に入って来る太陽光や、部屋の照明光及び画面をタッチした指の反射光が画面上から光センサ回路ＳＥＮに向かって入射する光は、ブラックマトリクス２４により遮光されるので第二光検出ＴＦＴ４には上側からの光は入射されず、後述するように、第二の光検出ＴＦＴ４の下側から入射するバックライトからの光だけとなる。
【００２８】
ガラス基板２７上に酸化シリコンでできた絶縁膜４０が形成され、その上にポリシリコン層４１が形成され、ポリシリコン層４１にｎ型の不純物をドープすることによって光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４のｎ型のチャネル層４９が形成される。その上に、酸化シリコンでできたゲート絶縁膜４２を挟んでゲートメタル層４３が形成されている。また更にその上に、酸化シリコンでできた層間絶縁膜４４を挟んで金属配線層４５が形成されており、金属配線層４５は、コンタクトホール４６でゲート絶縁膜４２及び層間絶縁膜４４を貫いて開けられ、ｎ型の不純物がドープされたポリシリコン層４１に接続され、電極が形成されている。さらに金属層４５の上に、平坦化絶縁膜４７を挟んで表示電極４８が形成される。
【００２９】
バックライト２９から発せられる白色光Ｌｂｌが下部偏光板２８とガラス基板２７を透過して光検出ＴＦＴ３、光検出ＴＦＴ４のチャネル層４９の下側を照射する。
一方、バックライト２９の光Ｌｂｌが、下部偏光板２８、ガラス基板２７、ＴＦＴ基板２６、液晶素子２５、対向電極２２、カラーフィルタ２３、カラーフィルタ側ガラス基板２１、カラーフィルタ側偏光板２０を透過し、画面上をタッチする指５１で反射したタッチ反射光Ｌｒｅｆが、再びＴＦＴ基板２６の方向に反射し、カラーフィルタ側偏光板２０、カラーフィルタ側ガラス基板２１、カラーフィルタ２３、対向電極２２、液晶素子２５を通過してＴＦＴ基板２６に入射する。
【００３０】
光検出ＴＦＴ３方向に反射した光Ｌｒｅｆ３は、光検出ＴＦＴ３のゲート電極４３とゲート絶縁膜４２の間を反射してチャネル層４９に入射する。光検出ＴＦＴ４側へ反射した光Ｌｒｅｆ４は、光検出ＴＦＴ４上を覆ったブラックマトリクス２４で遮光されるため、光検出ＴＦＴ４のチャネル層４９には入射しない。ゆえに、光検出ＴＦＴ３に照射される光は、光検出ＴＦＴ３の下側から入射するバックライト光Ｌｂｌと、光検出ＴＦＴ３の上側から入射するタッチ反射光Ｌｒｅｆ３である。
一方、光検出ＴＦＴ４に照射される光は、光検出ＴＦＴ４の下側から入射するバックライト光Ｌｂｌのみである。
【００３１】
図３の（ａ）は、ＴＦＴに光が照射したときの、光量に対するドレイン電流の依存性を示している。横軸はＴＦＴを照射する光Ｌの照度Ｅｖ、縦軸はＴＦＴのドレイン電流Ｉである。図３（ｂ）に示すように、ＴＦＴのドレインに高電位ＶＨ、ソースに低電位ＶＬを印加して、ゲートとソースをダイオード接続させることで、暗電流に起因したドレイン電流Ｉｏｆｆが生じ、また光Ｌを照射した時の光のエネルギにより，ＴＦＴのチャネル中の電子が価電子帯から伝導帯に直接励起されて、光量Ｌに依存したドレイン電流Ｉが流れる。このときＴＦＴに光が照射されないときを０とし、ＴＦＴに照射する光Ｌの照度がＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３と高くなっていくにつれ、光Ｌの照度に比例してドレイン電流ＩがＩｏｆｆ、ＩＥＶ１、ＩＥＶ２、ＩＥＶ３と増加する。
【００３２】
本実施例の画像表示装置は、ＴＦＴに光の光量に依存した電流が流れる特性を利用し、ＴＦＴが光センサとして機能する光センサ回路ＳＥＮをガラス基板２７上に作製する。これにより、タッチパネル機能を始めとする入力機能が可能となる。
【００３３】
図４に本実施例に用いられる光検出回路ＰＳの回路図を示す。光検出ＴＦＴ３のドレイン−ソース経路の一端と電源ＶＤＤとをノードＡ１で接続し、光検出ＴＦＴ３のゲートとドレイン−ソース経路の他端とをノードＡでダイオード接続し、その接続ノードＡに光検出ＴＦＴ４のドレイン−ソース経路の一端を接続し、光検出ＴＦＴ４のゲートと他端とをノードＡ２でダイオード接続し、接地（ＧＮＤ）する。
【００３４】
本実施例では、画像表示装置の画面方向から、光検出回路ＰＳの光検出ＴＦＴ３、光検出ＴＦＴ４に向かって照射されるタッチ反射光Ｌｒｅｆと、バックライト２９からガラス基板２７を介して、光検出ＴＦＴ３、光検出ＴＦＴ４の下側から照射されるバックライト光Ｌｂｌとがある。
光検出ＴＦＴ３には、バックライト光Ｌｂｌとタッチ反射光Ｌｒｅｆが照射される。光検出ＴＦＴ４には、バックライト光Ｌｂｌが照射されるが、タッチ反射光Ｌｒｅｆは光検出ＴＦＴ４上に配置されたブラックマトリクス２４で遮光されるため、光検出ＴＦＴ４に対しては照射されない。
このように光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４に光が照射されると、その光の照度に依存した光電流が光検出ＴＦＴ３に電流Ｉｐ３、光検出ＴＦＴ４に電流Ｉｐ４が流れ、ノードＡの電圧は、電流Ｉｐ３とＩｐ４の電流値に依存して、ノードＡの電圧がＧＮＤレベルからＶＤＤレベルの間で変化する。
【００３５】
図５は、本実施例の画像表示装置の画面側から光が照射されない条件下で、バックライト光Ｌｂｌの照度が変化したときの光検出回路ＰＳの端子Ａにおける電流ＩＡと電位ＶＡの関係を示す図である。Ｉｐ３とＩｐ４はそれぞれバックライト光Ｌｂｌの照度ＬＶ１における光検出ＴＦＴ３と光検出ＴＦＴ４の電流であり、Ｉｐ３'とＩｐ４'はそれぞれバックライト光Ｌｂｌの照度ＬＶ２における光検出ＴＦＴ３と光検出ＴＦＴ４の電流である。
光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４に流れる暗電流に起因したリーク電流をＩｏｆｆ、照度ＬＶ１のバックライト光Ｌｂｌが照射したときの光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４に流れる光電流をＩＬＶ１、照度ＬＶ２のバックライト光Ｌｂｌが照射したときの光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４に流れる光電流をＩＬＶ２とすると、電流Ｉｐ３、Ｉｐ４、Ｉｐ３'、Ｉｐ４'は、
Ｉｐ３＝Ｉｏｆｆ＋ＩＬＶ１、
Ｉｐ４＝Ｉｏｆｆ＋ＩＬＶ１、
Ｉｐ３'＝Ｉｏｆｆ＋ＩＬＶ２、
Ｉｐ４'＝Ｉｏｆｆ＋ＩＬＶ２、で表される。
ここで、照度ＬＶ２は照度ＬＶ１より高いものとする。
【００３６】
照度ＬＶ１のバックライト光Ｌｂｌがガラス基板２７の下側から照射されると、光検出ＴＦＴ３で光電流Ｉｐ３が流れ、光検出ＴＦＴ４で光電流Ｉｐ４が流れ、ノードＡ２の電圧ＶＡが電位ＶＡ１で安定する。次に、バックライト光Ｌｂｌの照度がＬＶ１からＬＶ２に増加して、同じ光量のバックライト光Ｌｂｌが光検出ＴＦＴ３と光検出ＴＦＴ４に照射されることにより、同じ電流量だけ増加した光電流Ｉｐ３'、Ｉｐ４'になるため、電圧ＶＡの電位はＶＡ１のままである。なお、図５においてΔＩは光照射による電流増加分を示している。したがって、本実施例の画像表示装置の画面上から、光が照射されない条件下においては、バックライト光の照度が変化しても光検出回路ＰＳの端子Ａの電圧は変化しない。
【００３７】
図６は、本実施例の画像表示装置の画面側から光が照射されたときの光検出回路ＰＳの端子Ａにおける電流ＩＡと電位ＶＡの関係を示す図である。Ｉｐ３とＩｐ４はそれぞれバックライト光Ｌｂｌの照度ＬＶ１における光検出ＴＦＴ３と光検出ＴＦＴ４の電流であり、Ｉｐ３”は画像表示装置の画面をタッチした指５１の反射光Ｌｒｅｆが光センサ回路ＳＥＮに向かって入射したときに光検出ＴＦＴ３に流れる電流である。
【００３８】
画面上に光Ｌｒｅｆが入射したときに光検出ＴＦＴ３に流れる光電流をＩｒｅｆとすると、電流Ｉｐ３”は、Ｉｐ３”＝Ｉｏｆｆ＋ＩＬＶ１＋Ｉｒｅｆで表される。
照度ＬＶ１のバックライト光Ｌｂｌがガラス基板２７の下側から照射されると、光検出ＴＦＴ３で光電流Ｉｐ３が流れ、光検出ＴＦＴ４で光電流Ｉｐ４が流れて、ノードＡの電圧ＶＡが電位ＶＡ１で安定する。次に、画面上に光Ｌｒｅｆが光検出ＴＦＴ３に照射されることにより、光電流Ｉｐ３”に増加するため、電圧ＶＡの電位はＶＡ１からＶＡ２に変調される。
【００３９】
したがって、バックライト光Ｌｂｌが光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４の下側から照射された状態で、なおかつバックライト２９の照度によらず、画面を照射した光の照度に依存して光検出ＴＦＴ３の電流が増加し、光検出回路ＰＳの端子Ａの電圧が変調される。
【００４０】
図５、図６より、本実施例の画像表示装置における光検出回路ＰＳは、バックライト光Ｌｂｌの影響を光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４で相殺し、画面をタッチした指５１の反射光Ｌｒｅｆが光検出回路に照射されたときのタッチ反射光Ｌｒｅｆの照度の変化分に係わる端子Ａの電圧の変化分を出力する。これにより、バックライト２９の光Ｌｂｌの照度や、光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４の暗電流に起因する電流Ｉｏｆｆに依存せず、タッチ反射光Ｌｒｅｆの変化をセンスすることが可能となる。
【００４１】
図７は、本実施例の画像表示装置における光センサ回路ＳＥＮの回路図である。本実施例の光センサ回路ＳＥＮは、光検出ＴＦＴ３と光検出ＴＦＴ４からなる光検出回路ＰＳと、容量６、インバータアンプ７、リセットＴＦＴ８、読み出しＴＦＴ５で構成され、ＲＳＴ、ＳＥＬ、Ｓの三つの端子が設けられている。さらに光センサ回路ＳＥＮの出力信号配線１０が端子Ｓに接続され、出力信号配線１０に寄生容量Ｃｐが生じる。
【００４２】
光検出回路ＰＳの接続ノードＡと容量６の一端を接続し、ノードＢで、容量６の他端とインバータアンプ７の入力端とリセットＴＦＴ８のソース−ドレイン経路の一端とを接続し、リセットＴＦＴ８の他端をインバータアンプ７の出力端に接続し、その接続ノードＣに読み出しＴＦＴ５のソース−ドレイン経路の一端を接続し、他端を端子Ｓに接続する。
【００４３】
リセットＴＦＴ８のゲート電極には、端子ＲＳＴを介して所定の周期でオンするリセット信号が入力される。読み出しＴＦＴ５のゲート電極に、端子ＳＥＬを介して所定の周期でオンする読み出し信号が入力され、インバータアンプ７の出力端に接続された端子Ｓの電圧が出力信号線１０に読み出され、寄生容量Ｃｐに端子Ｓの電圧が保持される。
【００４４】
図８は、光センサ回路ＳＥＮに供給される電圧波形（ＲＳＴ、ＳＥＬ）と、光センサ回路ＳＥＮで発生する電圧波形（ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＳ）を示すタイミングチャートである。電圧波形ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＳは、それぞれ図７の光センサ回路ＳＥＮのノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｓにおける電圧波形である。
時間ｔ１〜ｔ５は画面をタッチしていない期間、時間ｔ５〜ｔ８は画面をタッチした期間、時間ｔ８〜ｔ１０は画面をタッチしていない期間である。
【００４５】
画面をタッチしていない期間（時間ｔ１〜ｔ５の期間）について説明する。
時間ｔ１で、リセット信号ＲＳＴの電圧がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がり、リセットＴＦＴ８がオンし、ＶＢ、ＶＣがインバータアンプのしきい値電圧に等しいリセット電圧ＶＭ［Ｖ］になり、ＶＡの電位がＶＡ１［Ｖ］で安定していることから、容量６にＶＭ−ＶＡ１［Ｖ］の電位差が生じる。
【００４６】
時間ｔ２で、リセット信号ＲＳＴの電圧がハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち下がり、リセットＴＦＴ８がオフし、ノードＢがフローティングになるが、ＶＡは電位ＶＡ１［Ｖ］のまま変化はなく、ＶＢ、ＶＣはリセット電圧ＶＭ［Ｖ］から変化しない。リセット信号ＲＳＴ１がロー電圧ＶＬである間は、ノードＢはフローティングの状態が続く。
一方、読み出し信号ＳＥＬ１はロー電圧ＶＬを維持しているため、読み出しＴＦＴ５はオフしており、出力信号線１０の寄生容量Ｃｐには、読み出しＴＦＴ５がオンしたときのＶＳの電位ＶＭ［Ｖ］の状態が保持されている。
【００４７】
時間ｔ３で、読み出し信号ＳＥＬがロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がり、読み出しＴＦＴ５がオンすることでノードＣと端子Ｓが導通し、ＶＳが電圧ＶＣの電位ＶＭ［Ｖ］として出力信号線１０に読み出され、電位ＶＭ［Ｖ］がサンプリングされる。
時間ｔ４で、読み出し信号ＳＥＬがハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち下がり、読み出しＴＦＴ５がオフすることで、出力信号線１０の寄生容量Ｃｐに、読み出しＴＦＴ５がオンしたときのＶＳの電位ＶＭ［Ｖ］の状態が保持される。
【００４８】
画面をタッチした期間（時間ｔ５〜ｔ８の期間）について説明する。
時間ｔ５で、画像表示装置の画面を指５１でタッチすることで、バックライト光Ｌｂｌが画面をタッチした指５１に反射して光Ｌｒｅｆ３が光センサ回路ＳＥＮに入射する。これにより、光検出回路ＰＳのＶＡの電位がＶＡ１［Ｖ］からＶＡ２［Ｖ］に変調され、ＶＢはＶＡに追従して電位がＶＡ２＋ＶＭ−ＶＡ１［Ｖ］に変調する。そのため、ＶＢの入力信号の振幅ＶＡ２−ＶＡ１［Ｖ］がインバータアンプ７に入力され、ＶＣの電位ＶＣ１はＶＭ＋ＡＧ（ＶＡ２−ＶＡ１）［Ｖ］となる。ここで、ＡＧはインバータアンプ７のしきい値電圧ＶＭにおける増幅率である。
【００４９】
このように、ＶＡの変調電位ＶＡ２−ＶＡ１［Ｖ］が、インバータアンプ７で増幅されてＶＭ＋ＡＧ（ＶＡ２−ＶＡ１）［Ｖ］となる。したがって、インバータアンプ７の増幅率ＡＧが大きい程、しきい値電圧ＶＭのばらつきの影響が小さくなるため、ガラス基板２７上にマトリクス状に作製した光センサ回路ＳＥＮの個々のインバータアンプ７の移動度やしきい値ばらつきの影響を抑える事が可能となる。
【００５０】
時間ｔ６で、読み出し信号ＳＥＬがハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち上がり、読み出しＴＦＴ５がオンすることで、ノードＣと端子Ｓが導通し、ＶＳがＶＣの電位ＶＣ１［Ｖ］として出力信号線１０に読み出され、電位ＶＣ１［Ｖ］がサンプリングされる。
時間ｔ７で、読み出し信号ＳＥＬがハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち下がり、読み出しＴＦＴ５がオフすることで、出力信号配線１０の寄生容量Ｃｐに読み出しＴＦＴ５がオンしたときのＶＳの電位ＶＣ１［Ｖ］の状態が保持される。
【００５１】
画面をタッチしていない期間（時間ｔ８〜ｔ１０の期間）について説明する。
時間ｔ８で、画面をタッチした指５１を画面から離すことで、ＶＡの電位がＶＡ２からＶＡ１に変調され、容量６に保持された電位差を保ったまま、ＶＢは電位ＶＭ［Ｖ］に変化し、ＶＣの電位ＶＭ［Ｖ］となる。
【００５２】
時間ｔ９で、読み出し信号ＳＥＬがロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がり、読み出しＴＦＴ５がオンすることで、ノードＣと端子Ｓが導通し、ＶＳがＶＣの電位ＶＭ［Ｖ］として出力信号線１０に読み出され、電位ＶＭ［Ｖ］がサンプリングされる。
時間ｔ１０で、読み出し信号ＳＥＬがハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち下がり、読み出しＴＦＴ５がオフすることで、出力信号線１０の寄生容量Ｃｐには、読み出しＴＦＴ５がオンしたときのＶＳの電位ＶＭ［Ｖ］の状態が保持される。
【００５３】
以上の動作により、本実施例の光センサ回路ＳＥＮは、前後の時間における光検出回路ＰＳの端子Ａの電位変調を容量６の電位差として記憶して、変化分をインバータアンプ７で増幅するため、画面タッチによる指５１の反射光Ｌｒｅｆが極めて微小な変化であっても、インバータアンプ７で変化分を増幅して端子Ｓに出力信号電圧ＶＳとして出力する。
【００５４】
図７、図８より、本実施例の画像表示装置における光センサ回路ＳＥＮは、バックライト光Ｌｂｌの影響を光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４で相殺し、画面をタッチした指５１の反射光Ｌｒｅｆが光検出回路を照射したときのタッチ反射光Ｌｒｅｆの照度の変化分に係わる端子Ａの電圧の変化分を出力することにより、バックライト２６の光Ｌｂｌの照度や、光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４の暗電流に起因する電流Ｉｏｆｆに依存せず、タッチ反射光Ｌｒｅｆの変化をセンスすることができる。さらに端子Ａの電位の変調をインバータアンプに伝送し、即座に増幅された出力電圧として信号線に読み出すことが可能である。また、信号電荷の蓄積とリセット動作が必要ないため、タッチするタイミングによって出力電圧が得られないといった問題がなく、高Ｓ／Ｎ比かつ高速な光センスが可能な画像表示装置を提供することができる。
【００５５】
図９に本実施例の画像表示装置の回路構成を示す。
ガラス基板２７上に、データドライバ回路１１と、走査回路１２と、センス回路１３と、センサゲート線選択回路１４が形成されている。ガラス基板２７は低温ポリシリコン製造プロセスで一般的に用いられる基板であるが、表面の絶縁性が得られるならば基板の材料はガラスに限定されるものではない。表示領域１６には、データドライバ回路１１から複数のデータ線Ｄ１、Ｄ２、及びセンス回路１３に接続されたセンサ出力信号線Ｓ１、Ｓ２が縦方向に、走査回路１２から複数のゲート線Ｇ１、Ｇ２、及びセンサゲート線選択回路１４から複数のセンサリセットゲート線ＲＳＴ１、ＲＳＴ２と、複数のセンサゲート線ＳＥＬ１、ＳＥＬ２が横方向に配線される。
【００５６】
これら縦方向の配線と、横方向の配線の交差部ごとに、表示画素回路ＰＩＸ１１、ＰＩＸ１２、ＰＩＸ２１、ＰＩＸ２２と、光センサ回路ＳＥＮ１１、ＳＥＮ１２、ＳＥＮ２１、ＳＥＮ２２がそれぞれ対になって配置される。ここでは説明を簡単にするために、データ線の本数が２本、ゲート線の本数が２本、表示画素回路ＰＩＸの個数が２×２＝４個、光検出回路の個数が２×２＝４個、リセット信号線が２本、読み出し信号線が２本で記載してあるが、実際の画像表示装置では縦横ともに数１００以上あり、例えば画像表示装置がカラー表示で解像度がＶＧＡである場合、データ線の本数は６４０×３（ＲＧＢ）＝１９２０本、ゲート線の本数が４８０本、表示画素回路ＰＩＸ及び光センサ回路ＳＥＮの個数は、それぞれ６４０×３×４８０＝９２１６００となる。
【００５７】
ここで、表示画素回路ＰＩＸ１１、ＰＩＸ１２、ＰＩＸ２１、ＰＩＸ２２は同じ構成であり、各表示画素回路ＰＩＸは表示画素ＴＦＴ１と液晶２及び蓄積キャパシタ９で構成される。そして、電圧波形Ｇ１が表示画素回路ＰＩＸ１１、ＰＩＸ１２の表示画素ＴＦＴ１のゲート電極Ｇに入力され、電圧波形Ｇ２が表示画素回路ＰＩＸ２１、ＰＩＸ２２の表示画素ＴＦＴ１のゲート電極Ｇに入力され、電圧波形Ｄ１が表示画素回路ＰＩＸ１１、ＰＩＸ２１の表示画素ＴＦＴ１のドレイン電極Ｄに入力され、電圧波形Ｄ２が表示画素回路ＰＩＸ１２、ＰＩＸ２２の表示画素ＴＦＴ１のドレイン電極Ｄに入力される。
【００５８】
また光センサ回路ＳＥＮ１１、ＳＥＮ１２、ＳＥＮ２１、ＳＥＮ２２は、図７の光センサ回路ＳＥＮと同じ構成である。ゲート線選択回路１４からリセット信号線ＲＳＴ１及び読み出し信号線ＳＥＬが、光センサ回路ＳＥＮ１１と光センサ回路ＳＥＮ１２の端子ＲＳＴ及び端子ＳＥＬにそれぞれ接続される。同様に、ゲート線選択回路１４からリセット信号線ＲＳＴ２及び読み出し信号線ＳＥＬ２が、光センサ回路ＳＥＮ２１と光センサ回路ＳＥＮ２２の端子ＲＳＴ及び端子ＳＥＬ１に、それぞれ接続される。
【００５９】
そして、出力信号線Ｓ１が光センサ回路ＳＥＮ１１、ＳＥＮ２１の端子Ｓと接続され、光センサ回路ＳＥＮの出力電圧ＶＳ１をセンス回路１３に伝送し、出力信号線Ｓ２が光センサ回路ＳＥＮ１２、ＳＥＮ２２の端子Ｓと接続され、光センサ回路ＳＥＮの出力電圧ＶＳ２がセンス回路１３に伝送される。
【００６０】
以上の構成において、表示画素回路ＰＩＸは、走査回路１２から出力されるゲート信号を周期的なパルスとして供給することでゲート電極Ｇをオンし、ドレイン電極Ｄにデータ電圧を供給して、表示電極４８の電圧ＶＬＣと対向電極２２の電圧ＶＣＯＭの間に電位差が生じ、図２に示した表示電極４８と対向電極２２の間に電界を加えることで、液晶２５の液晶分子の並び方が変化し、さらに下部偏光板２８と上部偏光板２０の２枚の偏光板によりバックライト２９の光Ｌｂｌのオンとオフの制御を行って、画像を表示する。
光センサ回路ＳＥＮは、画像表示装置の画面をタッチした指５１の反射光Ｌｒｅｆの光量の変化をガラス基板２７上に形成した光センサ回路ＳＥＮによって電圧の変化として出力信号線Ｓ１，Ｓ２に読み出し、センス回路１３に出力電圧ＶＳを伝送して、画面がタッチされたことの有無を検出することができる。
【００６１】
図１０に、表示画素回路ＰＩＸを駆動する電圧波形（Ｇ１，Ｇ２，Ｄ１，Ｄ２）と、表示画素回路ＰＩＸで発生する電圧波形（ＶＬＣ１１，ＶＬＣ１２，ＶＬＣ２１，ＶＬＣ２２）を示す。
ここでは説明を簡単にするため、本実施例の画像表示装置は、ノーマリーブラックモードのＴＮ型液晶において、フレーム毎に画像の極性を反転したフレーム反転方式の駆動方法であるとする。したがって、データ線Ｄ１、Ｄ２が、第１フレーム期間ＦＲＭ１（ｔＦ１〜ｔＦ２、）、第２フレーム期間ＦＲＭ２（ｔＦ２〜ｔＦ３の時間）ごとに極性が反転し、データ線Ｄ２は、データ線Ｄ１の逆相となる電圧が入力されている。
【００６２】
第１フレーム（ｔＦ１〜ｔＦ２）の駆動タイミングについて説明する。
時間ｔＦ１において、表示画素回路ＰＩＸ１１及びＰＩＸ１２のデータの書き換えを行う。ゲート線Ｇ１がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がることで、ゲート線Ｇ１に接続された表示画素回路ＰＩＸ１１、ＰＩＸ１２のゲート電極がオンになる。データ線Ｄ１の電位が、ハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬになることで、表示画素回路ＰＩＸ１１のドレイン電極にＶＬが供給され、データ線Ｄ２の電位がＶＬからＶＨになることで表示画素回路ＰＩＸ１２のドレイン電極にＶＨが供給される。
【００６３】
そして、表示画素回路ＰＩＸ１１、ＰＩＸ１２のそれぞれの液晶の蓄積キャパシタ９に電荷が注入され、表示画素回路ＰＩＸ１１の表示電極電位ＶＬＣ１１はデータ線Ｄ１の電位ＶＬと同レベルになり、表示画素回路ＰＩＸ１２の表示電極電位ＶＬＣ１２はデータ線Ｄ２の電位ＶＨと同レベルになる。
【００６４】
表示画素回路ＰＩＸ１１は、ゲート線Ｇ１がハイ電圧ＶＨのときデータ線Ｄ２の電位がＶＬであるため、表示画素ＰＩＸ１１は表示電極の電位ＶＬＣ１１と対向電極の電圧ＶＣＯＭとの間に負の電位差ＶＬが生じ、液晶物質に電界が加わらなく、バックライト光が画面上に透過しないため、黒の映像が画面に映し出される。
表示画素ＰＩＸ１２は、ゲート線Ｇ１がハイ電圧ＶＨのときデータ線Ｄ１の電位がＶＨであるため、ＰＩＸ１２は表示電極の電位ＶＬＣ１２と対向電極の電圧ＶＣＯＭとの間に正の電位差が生じて、液晶物質に電界が加わり、バックライト光が画面上に透過するため、白の映像が画面に映し出される。
【００６５】
時間ｔ１'において、ゲート線Ｇ１がハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち下がることで、ゲート線Ｇ１に接続された表示画素回路ＰＩＸ１１、ＰＩＸ１２のゲート電極がオフになり、データ線Ｄ１、Ｄ２から電圧は供給されず、時間ｔＦ２まで保持容量９に電荷が保持される。
【００６６】
時間ｔ２'において、表示画素回路ＰＩＸ２１及びＰＩＸ２２のデータの書き換えを行う。ゲート線Ｇ２がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨになると、ゲート線に接続された表示画素回路ＰＩＸ２１、ＰＩＸ２２のゲート電極がオンになった時の、データ線Ｄ１の電位はＶＬ、データ線Ｄ２の電位はＶＨであるため、表示画素回路ＰＩＸ２１のドレイン電極にＶＬが供給され、表示画素回路ＰＩＸ２２のドレイン電極にＶＨが供給される。そして、表示画素回路ＰＩＸ２１、ＰＩＸ２２のそれぞれの液晶の蓄積キャパシタ９に電荷が注入され、表示画素回路ＰＩＸ２１の表示電極電位ＶＬＣ２１はデータ線Ｄ１の電位ＶＬと同レベルになり、表示画素回路ＰＩＸ２２の表示電極電位ＶＬＣ２２はデータ線Ｄ２の電位ＶＨと同レベルになる。
【００６７】
表示画素回路ＰＩＸ２１は、ゲート線Ｇ１の電位がＶＨのときデータ線Ｄ２の電位がＶＬであるため、表示電極の電位ＶＬＣ２１と対向電極の電圧ＶＣＯＭとの間に負の電位差ＶＬが生じ、液晶物質に電界が加わらなく、バックライト光が画面上に透過しないため、黒の映像が画面に映し出される。
表示画素ＰＩＸ２２は、ゲート線Ｇ１がハイ電圧ＶＨのときデータ線Ｄ１の電位がＶＨであるため、ＰＩＸ２２は表示電極の電位ＶＬＣ２２と対向電極の電圧ＶＣＯＭとの間に電位差ＶＨが生じて、バックライト光が画面上に透過するため、白の映像が画面に映し出される。
【００６８】
時間ｔ３'において、ゲート線Ｇ１がハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち下がることで、ゲート線Ｇ１に接続された表示画素回路ＰＩＸ２１、ＰＩＸ２２のゲート電極がオフになり、データ線Ｄ１、Ｄ２から電圧は供給されず、時間ｔＦ２まで保持容量９に電荷が保持される。
時間ｔＦ２でＧ１がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨになり、Ｄ１及びＤ２の極性が反転し、表示画素回路ＰＩＸ１１、ＰＩＸ２１にあたる画面の映像が白表示から黒表示に反転する。
【００６９】
時間ｔ４'でＧ２がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨになり、時間ｔＦ２で極性反転し、表示画素回路ＰＩＸ１１、２１にあたる画面の映像が白表示から黒表示に反転する。このようにして、白と黒のストライプ状の映像を画面上に表示する事ができる。
以上が第１フレーム（ｔＦ１〜ｔＦ２）における動作である。第２フレーム（ｔＦ２〜ｔＦ３）においては、第１フレームに対してデータ線Ｄ１とＤ２の極性が反転し、それに伴い、表示電極の電圧ＶＬＣ１１〜ＶＬＣ２２の電圧が反転すること以外は、第１フレームと同様の動作を繰り返すことによって、複数の画素からなる表示部１６に表示信号による映像の表示を行うことができる。以上のようにフレームを繰り返して、データ信号の電圧に応じた画像が表示される。
【００７０】
図１１は、図９に示した本実施例の画像表示装置の光センサ回路ＳＥＮ１１〜ＳＥＮ２２で反射光Ｌｒｅｆを検出するときの動作波形である。リセット信号線ＲＳＴ１、ＲＳＴ２、読み出し信号線ＳＥＬ１、ＳＥＬ２は、センサゲート線選択回路１４から光センサ回路ＳＥＮ１１〜ＳＥＮ２２の各端子に入力され、出力信号ＶＳ１、ＶＳ２は光センサ回路ＳＥＮ１１〜ＳＥＮ２２から信号出力線Ｓ１、Ｓ２に出力され、センス回路１３に伝送される。
【００７１】
図１１において、（ａ）はＰＩＸ１１で表示される画面上の箇所を指でタッチした時にＳＥＮ１１及びＳＥＮ１２から出力される出力信号ＶＳ１、ＶＳ２の動作波形、（ｂ）はＰＩＸ２１で表示される画面上の箇所を指５１でタッチした時にＳＥＮ２１及びＳＥＮ２２から出力される出力信号ＶＳ１、ＶＳ２の動作波形、（ｃ）はＰＩＸ１２で表示される画面上の箇所を指５１でタッチした時にＳＥＮ１１及びＳＥＮ１２から出力される出力信号ＶＳ１、ＶＳ２の動作波形、（ｄ）はＰＩＸ２２で表示される画面上の箇所を指５１でタッチした時に、ＳＥＮ２１及びＳＥＮ２２から出力される出力信号ＶＳ１、ＶＳ２の動作波形である。
【００７２】
まず（ａ）のＰＩＸ１１で表示される画面上の箇所を指でタッチしたときの信号線Ｓ１及びＳ２の動作波形について説明する。
時間ｔ１”〜ｔ２”の期間にかけては、図８の光センサ回路ＳＥＮに供給される電圧波形ＲＳＴの動作と同様であり、時間ｔ１”で、リセット信号ＲＳＴ１、ＲＳＴ２がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がり、時間ｔ２”で、リセット信号ＲＳＴ２がハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち下がることによって、光センサ回路ＳＥＮ１１〜ＳＥＮ２２の出力信号ＶＳ１がＶＭ［Ｖ］となる。
【００７３】
時間ｔ３”で、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がり、信号線Ｓ１には光センサ回路ＳＥＮ１１の出力信号ＶＳ１の電圧ＶＳ１１［Ｖ］が出力され、寄生容量Ｃｐ１にサンプリングされ、信号線Ｓ２には光センサ回路ＳＥＮ１２の出力信号ＶＳ２の電圧ＶＭ［Ｖ］が出力され、寄生容量Ｃｐ２にサンプリングされる。
また、読み出し信号ＳＥＬ２がロー電圧ＶＬであるため、信号線Ｓ１、Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ２１及びＳＥＮ２２の出力信号は出力されない。
【００７４】
時間ｔ４”で、読み出し信号ＳＥＬ１がハイ電圧ＶＨからロー電圧ＶＬに立ち下がると、信号線Ｓ１には、時間ｔ３”でサンプリングされた電圧ＶＳ１１［Ｖ］の状態を、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がる時間まで保持され、信号線Ｓ２には、時間ｔ３”でサンプリングされた電圧ＶＭ［Ｖ］の状態を、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がる時間まで保持される。
【００７５】
時間ｔ５”〜ｔ６”の期間にかけて、読み出し信号ＳＥＬ２がロー電圧ＶＬからハイ電圧ＶＨに立ち上がり、光センサ回路ＳＥＮ２１の出力信号ＶＳ１が信号線Ｓ１に出力されるため、信号線Ｓ１で保持されている光センサ回路ＳＥＮ１１の出力信号ＶＳ１の電圧ＶＣ１１［Ｖ］から光センサ回路ＳＥＮ２１の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］に変化し、信号線Ｓ２には、信号線Ｓ１で保持されている光センサ回路ＳＥＮ１２の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］から光センサ回路ＳＥＮ２２の出力信号の電圧に変化はなく、信号線Ｓ２で保持されている電圧ＶＭ［Ｖ］の状態を保つ。
また、読み出し信号ＳＥＬ１はロー電圧ＶＬであるため、信号線Ｓ１、Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ１１及びＳＥＮ１２の出力信号は出力されない。
【００７６】
（ｂ）のＰＩＸ２１で表示される画面上の箇所を指でタッチしたときの信号線Ｓ１及びＳ２の動作波形について説明する。
時間ｔ１”〜ｔ２”の期間にかけては、図８の光センサ回路ＳＥＮに供給される電圧波形ＲＳＴの動作と同様であり、光センサ回路ＳＥＮ１１〜ＳＥＮ２２の各出力信号電圧がリセット電位ＶＭ［Ｖ］になる。
時間ｔ３”で、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がり、信号線Ｓ１には、光センサ回路ＳＥＮ１１の出力信号Ｓ１の電圧ＶＭ［Ｖ］が出力され、寄生容量Ｃｐ１にサンプリングされ、信号線Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ１２の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］が出力され、寄生容量Ｃｐ２にサンプリングされる。
【００７７】
この時、読み出し信号ＳＥＬ２がロー電位ＶＬであるため、信号線Ｓ１、Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ２１及びＳＥＮ２２の出力信号ＶＳ１、ＶＳ２は出力されない。
時間ｔ４”で、読み出し信号ＳＥＬ１がハイ電位ＶＨからロー電位ＶＬに立ち下がると、信号線Ｓ１には、時間ｔ３”でサンプリングされた電圧ＶＭ［Ｖ］の状態が、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がる時間まで保持され、信号線Ｓ２には、時間ｔ３”で、サンプリングされた電圧ＶＭ［Ｖ］の状態が、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がる時間まで保持される。
【００７８】
時間ｔ５”〜ｔ６”の期間にかけて、読み出し信号ＳＥＬ２がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がり、光センサ回路ＳＥＮ２１の出力信号が信号線Ｓ１に出力されるため、信号線Ｓ１で保持されている光センサ回路ＳＥＮ１１の出力信号の電圧ＶＣ１１［Ｖ］から光センサ回路ＳＥＮ２１の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］に変化し、信号線Ｓ２には、信号線Ｓ１で保持されている光センサ回路ＳＥＮ１２の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］から光センサ回路ＳＥＮ２２の出力信号の電圧に変化はなく、信号線Ｓ２で保持されている電圧ＶＭ［Ｖ］の状態を保つ。
また、読み出し信号ＳＥＬ１はロー電位ＶＬであるため、信号線Ｓ１、Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ１１及びＳＥＮ１２の出力信号ＶＳ１、ＶＳ２は出力されない。
【００７９】
（ｃ）のＰＩＸ１２で表示される画面上の箇所を指でタッチしたときの信号線Ｓ１及びＳ２の動作波形について説明する。
時間ｔ１”〜ｔ２”の期間にかけては、図８の光センサ回路ＳＥＮに供給される電圧波形ＲＳＴの動作と同様であり、光センサ回路ＳＥＮ１１〜ＳＥＮ２２の各出力信号電圧がリセット電位ＶＭ［Ｖ］になる。
時間ｔ３”で、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がり、信号線Ｓ１には、光センサ回路ＳＥＮ１１の出力信号Ｓ１の電圧ＶＭ［Ｖ］が出力され、寄生容量Ｃｐ１にサンプリングされ、信号線Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ１２の出力信号の電圧ＶＣ１２［Ｖ］が出力され、寄生容量Ｃｐ２にサンプリングされる。
【００８０】
また、読み出し信号ＳＥＬ２がロー電位ＶＬであるため、信号線Ｓ１、Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ２１及びＳＥＮ２２の出力信号ＶＳ１、ＶＳ２は出力されない。
時間ｔ４”で、読み出し信号ＳＥＬ１がハイ電位ＶＨからロー電位ＶＬに立ち下がると、信号線Ｓ１には、時間ｔ３”でサンプリングされた電圧ＶＭ［Ｖ］の状態が、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がる時間まで保持され、信号線Ｓ２には、時間ｔ３”でサンプリングされた電圧ＶＳ１２［Ｖ］の状態が、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がる時間まで保持される。
【００８１】
時間ｔ５”〜ｔ６”の期間にかけて、読み出し信号ＳＥＬ２がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がり、光センサ回路ＳＥＮ２１の出力信号が信号線Ｓ１に出力されるため、信号線Ｓ１で保持されている光センサ回路ＳＥＮ１１の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］から光センサ回路ＳＥＮ２１の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］に変化し、信号線Ｓ２には、信号線Ｓ１で保持されている光センサ回路ＳＥＮ１２の出力信号の電圧ＶＳ１２［Ｖ］から光センサ回路ＳＥＮ２２の出力信号の電圧に変化はなく、信号線Ｓ２で保持されている電圧ＶＳ１２［Ｖ］の状態を保つ。
また、読み出し信号ＳＥＬ１はロー電位ＶＬであるため、信号線Ｓ１、Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ１１及びＳＥＮ１２の出力信号ＶＳ１、ＶＳ２は出力されない。
【００８２】
（ｄ）のＰＩＸ２２で表示される画面上の箇所を指でタッチしたときの信号線Ｓ１及びＳ２の動作波形について説明する。
時間ｔ１”〜ｔ２”の期間にかけては、図８の光センサ回路ＳＥＮに供給される電圧波形ＲＳＴの動作と同様であり、光センサ回路ＳＥＮ１１〜ＳＥＮ２２の各出力信号電圧がリセット電位ＶＭ［Ｖ］になる。
時間ｔ３”で、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がり、信号線Ｓ１には、光センサ回路ＳＥＮ１１の出力信号Ｓ１の電圧ＶＭ［Ｖ］が出力され、寄生容量Ｃｐ１にサンプリングされ、信号線Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ１２の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］が出力され、寄生容量Ｃｐ２にサンプリングされる。
【００８３】
この時、読み出し信号ＳＥＬ２がロー電位ＶＬであるため、信号線Ｓ１、Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ２１及びＳＥＮ２２の出力信号ＶＳ１、ＶＳ２は出力されない。
時間ｔ４”で、読み出し信号ＳＥＬ１がハイ電位ＶＨからロー電位ＶＬに立ち下がると、信号線Ｓ１には、時間ｔ３”でサンプリングされた電圧ＶＭ［Ｖ］の状態が、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がる時間まで保持され、信号線Ｓ２には、時間ｔ３”でサンプリングされた電圧ＶＭ［Ｖ］の状態が、読み出し信号ＳＥＬ１がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がる時間まで保持される。
【００８４】
時間ｔ５”〜ｔ６”の期間にかけて、読み出し信号ＳＥＬ２がロー電位ＶＬからハイ電位ＶＨに立ち上がり、光センサ回路ＳＥＮ２２の出力信号が信号線Ｓ１に出力されるため、信号線Ｓ１で保持されている光センサ回路ＳＥＮ１１の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］から光センサ回路ＳＥＮ２２の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］の状態が保持され、信号線Ｓ２には、信号線Ｓ１で保持されている光センサ回路ＳＥＮ１２の出力信号の電圧ＶＭ［Ｖ］から光センサ回路ＳＥＮ２２の出力信号が変化し、信号線Ｓ２で保持されている電圧ＶＳ２２［Ｖ］の状態を保つ。
また、読み出し信号ＳＥＬ１はロー電位ＶＬであるため、信号線Ｓ１、Ｓ２には、光センサ回路ＳＥＮ１１及びＳＥＮ１２の出力信号ＶＳ１、ＶＳ２は出力されない。
【００８５】
以上の動作を繰り返す事によって、光検出回路ＳＥＮ１１とＳＥＮ２１の出力端子Ｓが信号線Ｓ１に接続され、読み出し信号ＳＥＬ１とＳＥＬ２を時間的にずらして端子ＳＥＬに入力される事で、光検出回路ＳＥＮ１１とＳＥＮ２１の出力信号電圧ＶＳ１１とＶＳ２１が時間的にずれて信号線Ｓ１に読み出され、センス回路１３に伝送される。さらに、光検出回路ＳＥＮ１２とＳＥＮ２２の出力端子Ｓが信号線Ｓ１に接続され、読み出し信号ＳＥＬ１とＳＥＬ２を時間的にずらして端子ＳＥＬに入力される事で、光検出回路ＳＥＮ１２とＳＥＮ２２の出力信号電圧ＶＳ１２とＶＳ２２が時間的にずれて信号線Ｓ２に読み出され、センス回路１３に伝送される。
したがって、読み出し信号に対応した信号線Ｓ１とＳ２の出力信号電圧を読み取る事によって、タッチした画面上の座標が分かる。
【００８６】
図１２に、表示画素回路ＰＩＸ及び光センサ回路ＳＥＮのレイアウトの一例を示す。
各ＴＦＴのソース、ドレインは、図２に示したように、ポリシリコン層４９によって形成されている。また、電圧ＶＤＤ、ＶＳＳ、ＲＳＴ、ＳＥＬ、ゲート線Ｇの各配線、及び各トランジスタのゲート電極は、ゲートメタル層４３で形成されている。また、データ線Ｄ１、光検出回路出力線Ｓ、及び残りの配線は、金属配線層４５で形成されている。
【００８７】
表示電極４８は、表示画素回路ＰＩＸ及び光センサ回路ＳＥＮの構成要素の大部分にオーバーラップして形成され、コンタクトホール８１を通して金属配線層４５に接続されている。光センサ回路ＳＥＮの回路素子である光検出ＴＦＴ３、光検出ＴＦＴ４、読み出しＴＦＴ５、リセットＴＦＴ８、及びインバータアンプ７を構成する二つのＴＦＴ７は、ゲートメタル層４３の配線とポリシリコン層４９の配線をオーバーラップさせることによって形成され、それらの上部にはブラックマトリクス２４で画面上から照射される光を遮光している。
【００８８】
また、容量６はゲートメタル層４３と金属配線層４５で形成され、金属配線層４５はコンタクトホール４６を通して光検出ＴＦＴ４のポリシリコン層４９と接続される。また、すべてのＴＦＴに隣接するポリシリコン層４９にはリンがドープされており、ＴＦＴ３〜５、８、及びインバータアンプ７はｎチャネルＴＦＴとして機能する。
ここで図１２のＢ１−Ｂ２は、図２の光検出ＴＦＴ３を含むＢ１−Ｂ２における断面図であり、Ｂ３−Ｂ４は、図２の光検出ＴＦＴ３を含むＢ３−Ｂ４における断面図である。
【００８９】
図１３に、センス回路１３を示す。センス回路１３は、サンプルホールド回路７１と増幅器７２とラッチ回路７３、及び選択スイッチ７４と選択スイッチ７５で構成され、信号線Ｓ１、Ｓ２に接続された端子ＳＳ１、ＳＳ２と、選択スイッチ７４と選択スイッチ７５を制御する端子ＳＷ１、ＳＷ２と、サンプルホールド回路７１に入力する基準電圧Ｖｒｅｆ端子と、ラッチ回路７３からの出力端と接続された端子Ｖｓｉｇで構成される。すなわち、センス回路は比較回路を構成している。
【００９０】
信号線Ｓ１、Ｓ２に接続された端子ＳＳ１、ＳＳ２は、選択スイッチ７４及び選択スイッチ７５を介して、サンプルホールド回路７１に接続され、端子ＳＷ１、ＳＷ２はそれぞれ選択スイッチ７４、選択スイッチ７５のゲート電極と接続され、センサゲート線選択回路１４から信号が供給され、選択スイッチ７４と選択スイッチ７５を制御して、サンプルホールド回路７１に入力される信号電圧Ｓ１とＳ２を選択する。
【００９１】
サンプルホールド回路７１に信号電圧Ｓ１またはＳ２が入力されると、所定の期間中にサンプリングを行い、サンプリングデータを保持し、その間に増幅器７２がサンプリングデータと判定基準電圧Ｖｒｅｆとの差ΔＶを増幅してラッチ回路７３に伝達する。ラッチ回路７３は、増幅回路７２から送られてくる信号をもとに最終的に２値のデジタル判定信号Ｖｓｉｇを出力する。
【００９２】
本実施例の効果として、図７の光センサ回路ＳＥＮは、バックライト光Ｌｂｌの影響を光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４で相殺し、画面をタッチした指５１の反射光Ｌｒｅｆが光検出回路を照射したときのタッチ反射光Ｌｒｅｆの照度の変化分に係わる端子Ａの電圧の変化分を出力することにより、バックライト２６の光Ｌｂｌの照度や、光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４の暗電流に起因する電流Ｉｏｆｆに依存せず、タッチ反射光Ｌｒｅｆの変化をセンスすることができる。さらに、端子Ａの電位の変調をインバータアンプに伝送し、即座に増幅された出力電圧として信号線に読み出すことが可能である。
また、信号電荷の蓄積とリセット動作が必要ないため、タッチするタイミングによって出力電圧が得られないといった問題はない。
【００９３】
さらに、リセットＴＦＴの入力前後の時間における反射光量の変化を容量６の電位差として記憶して、変化分をインバータアンプで増幅するため、画面タッチによる指の反射光が極めて微小な変化であっても、インバータアンプで変化分を増幅してセンス回路に信号電圧として出力するので、読み出し信号に対応した信号線の出力信号電圧を読み取る事によって、タッチした画面上の座標が分かる。
【００９４】
本実施例の光センサ回路ＳＥＮを表示部１６に表示画素部と対になってマトリクス状に配置することによって、画面上の表示部１６内の任意の場所でもタッチしたことを認識することが可能である。
【００９５】
以上より、本発明の第一の実施例によれば、バックライト光の輝度や、暗電流のノイズに係わらず、高Ｓ／Ｎ比の光検出が可能な画像表示装置を提供できる。
また、光検出ＴＦＴで生じる光信号電流を蓄積容量で蓄積するので、リセット制御する必要がなく、より高速な光信号の読出しが可能な画像表示装置を提供できる。
さらに、本実施例の光センサ回路によれば、読み出し信号に対応した信号線の出力信号電圧を読み取る事によって、タッチした画面上の座標が分かる。
【００９６】
ゆえに、本発明によれば高Ｓ／Ｎ比、高速な光信号の読出しが可能で、画面に入ってくる太陽光や照明光などの外乱光の影響が小さく、誤認識の少ないタッチパネル機能を内蔵した画像表示装置を提供することができる。
【実施例２】
【００９７】
以下、図１４〜図１９を用いて、本発明に係る画像表示装置の第二の実施例について、その構成及び動作について順次説明する。
【００９８】
図１４に、本実施例の画像表示装置で用いられる一般的なカラーフィルタの光透過率の波長依存性を示す。横軸が光の波長λ、縦軸が光透過率である。
赤のカラーフィルタの光透過率は波長λＲでピークとなるカーブとなり、緑のカラーフィルタの光透過率は波長λＧでピークとなるカーブとなり、青のカラーフィルタの光透過率は光透過率は波長λＢでピークとなるカーブとなり、一般的にはλＢは４５０ｎｍ程度、λＧは５５０ｎｍ程度、λＲは６５０ｎｍ程度で、青、緑、赤のカラーフィルタの順で光透過率がピークとなる波長が大きくなる。
【００９９】
特に、液晶画像表示装置では、バックライト２９の白色光Ｌｂｌを赤、緑、青（ＲＧＢ）の各サブ画素に均一に照射し、ＲＧＢのカラーフィルタにより分光して着色する。この時、データ線から表示電極４８と対向電極２２間に印加した電圧により光透過率を調節する。これにより赤、緑、青の３原色を加色混合してカラー表示を行う。
【０１００】
本実施例の画像表示装置において、周囲光や画面をタッチした指５１の反射光Ｌｒｅｆが画面を照射し、ＴＦＴに向かって入射され、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタを透過する。Ｒフィルタ９１を透過した光は、波長λＲがピークとなる波長特性に合った光ＬＲｒｅｆに分光され、Ｇフィルタ９２を透過した光は波長λＧがピークとなる波長特性に合った光ＬＧｒｅｆに分光され、Ｂｌｕｅフィルタ９３を透過した光は波長λＢがピークとなる波長特性に合った光ＬＢｒｅｆに分光されて、光センサ回路ＳＥＮに入射される。
【０１０１】
図１５は、第二の実施例の画像表示装置で用いる光検出部ＳＥＮの断面構造を示している。本実施例の画像表示装置は、対向側偏光板２０、カラーフィルタ側ガラス基板２１で構成され、ガラス基板２１に青のカラーフィルタ９３と赤のフィルタ９１と、その間にブラックマトリクス２４が形成され、対向電極２２と、液晶素子２５と、ガラス基板２７と、下部偏光板２８と、バックライト２９で構成される。
【０１０２】
前述した第一の実施例で図７に示した光センサ回路ＳＥＮが、ガラス基板２７上に形成される。すなわち、ガラス基板２７上に酸化シリコンでできた絶縁膜４０が形成され、その上にポリシリコン層４１が形成され、ポリシリコン層４１にｎ型の不純物をドープすることによってｎ型のチャネル層４９が形成され、その上に酸化シリコンでできたゲート絶縁膜４２を挟んでゲートメタル層４３が形成され、更にその上に、酸化シリコンでできた層間絶縁膜４４を挟んで金属配線層４５が形成され、金属配線層４５は、コンタクトホール４６でゲート絶縁膜４２及び層間絶縁膜４４を貫いて開けられ、ｎ型の不純物をドープされたポリシリコン層４１に接続され、電極が形成され、さらに金属層４５の上に、平坦化絶縁膜４７を挟んで表示電極４８が形成され、図２に示した第一の実施例の画像表示装置と同じ構成である。
ここで、第一の実施例の構成と異なるのは、光検出ＴＦＴ３が青のカラーフィルタ９３の下に形成され、光検出ＴＦＴ４が赤のカラーフィルタ９１の下に形成される点である。
【０１０３】
バックライト２９から発せられる白色光Ｌｂｌが、下部偏光板２８とガラス基板２７を透過して光検出ＴＦＴ３、光検出ＴＦＴ４のチャネル層４９の下側を照射する。
まず、光検出ＴＦＴ４側を透過したバックライト２９の光Ｌｂｌは、下部偏光板２８、ガラス基板２７、ＴＦＴ基板２６、液晶素子２５、対向電極２２、赤のカラーフィルタ９１を通過し、赤の色成分に分光された光ＬＲがカラーフィルタ側ガラス基板２１、カラーフィルタ側偏光板２０を透過し、画面上をタッチする指５１に反射した光ＬＲｒｅｆが再び光検出ＴＦＴ４方向に入射され、カラーフィルタ側偏光板２０、カラーフィルタ側ガラス基板２１、赤のカラーフィルタ９１、対向電極２２、液晶素子２５を通過して光検出ＴＦＴ４のチャネル層４９に入射される。
【０１０４】
一方、光検出ＴＦＴ３側を透過したバックライト２９の光Ｌｂｌは、下部偏光板２８、ガラス基板２７、ＴＦＴ基板２６、液晶素子２５、対向電極２２、青のカラーフィルタ９３を通過し、青の色成分に分光された光ＬＢがカラーフィルタ側ガラス基板２１、カラーフィルタ側偏光板２０を透過し、画面上をタッチする指５１に反射した光ＬＢｒｅｆが再び光検出ＴＦＴ４方向に入射され、カラーフィルタ側偏光板２０、カラーフィルタ側ガラス基板２１、青のカラーフィルタ９１、対向電極２２、液晶素子２５を通過して光検出ＴＦＴ３のチャネル層４９に入射される。
【０１０５】
したがって、光検出ＴＦＴ３は、下側からバックライト光Ｌｂｌが照射され、上側からタッチ反射光ＬＢｒｅｆが照射される。光検出ＴＦＴ４は、下側からバックライト光Ｌｂｌが照射され、上側からタッチ反射光ＬＲｒｅｆが照射される。
【０１０６】
図１６の（ａ）は、ＴＦＴに光Ｌが照射され、赤フィルタ９１、緑フィルタ９２、青フィルタ９３を透過した波長λＲの光ＬＲ、波長λＧの光ＬＧ、波長λＢの光ＬＢの照度と、ドレイン電流Ｉの依存性を示している。横軸はＴＦＴに照射される光Ｌの照度、縦軸はＴＦＴのドレイン電流Ｉである。
第一の実施例の図３の（ｂ）で説明したのと同様、図１６の（ｂ）に示すようにＴＦＴのドレインに高電位ＶＨ、ソースに低電位ＶＬを印加して、ゲートとソースをダイオード接続させることで、暗電流に起因したドレイン電流Ｉｏｆｆに加えて、光ＬＲと、光ＬＧと、光ＬＢの照度に比例したドレイン電流Ｉが流れる。
【０１０７】
図１６では、ＴＦＴに波長λＲの光ＬＲｒｅｆが照射されたときのドレイン電流ＩＲと、ＴＦＴに波長λＧの光ＬＧｒｅｆが照射されたときのドレイン電流ＩＧと、ＴＦＴに波長λＢの光ＬＢｒｅｆが照射されたときのドレイン電流ＩＢを示している。ＴＦＴに光が照射されないときを０とし、ＴＦＴに照射される光Ｌｒｅｆの照度がＬＶ１、ＬＶ２、ＬＶ３と高くなっていくにつれ、ドレイン電流ＩＲがＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３、ドレイン電流ＩＧがＩＧ１、ＩＧ２、ＩＧ３、ドレイン電流ＩＢがＩＢ１、ＩＢ２、ＩＢ３と増加する。
【０１０８】
本実施例の画像表示装置の表示画素ＴＦＴ２及び光センサ回路ＳＥＮに用いられるＴＦＴは、主に低温ポリシリコンプロセスで作製される。ポリシリコン層は、膜厚５０ｎｍ程度であるため、照射される光の波長が短い程、ＴＦＴのポリシリコン層の吸収率が高い。したがって、波長λＢ、λＧ、λＲの順で光吸収率が低くなる。そのため、波長λＢの光ＬＢを照射したときのドレイン電流ＩＢに対して、波長λＧの光ＬＧを照射したときのドレイン電流ＩＧと、波長λＲの光ＬＲを照射したときのドレイン電流ＩＲは非常に電流値が小さい。
【０１０９】
ＴＦＴにおいて、光透過率がピークとなる波長λＲ付近に分光する赤フィルタ９１と、光透過率がピークとなる波長λＧ付近に分光する緑フィルタ９１は、ブラックマトリクス２４と同じく遮光層としての効果がある。
したがって、本実施例の光センサ検出回路ＰＳは、光透過率がピークとなる波長λＢ付近に分光する青フィルタ９３の下に光検出ＴＦＴ３を配置し、光透過率がピークとなる波長λＲ付近に分光する赤フィルタ９１下に光検出ＴＦＴ４を配置する。この配置により、第一の実施例の図４で述べた光検出回路ＰＳと同様の働きをし、しかも光検出ＴＦＴ４の上にブラックマトリクス２４を配置する必要がない。
【０１１０】
本実施例に用いられる光検出回路ＰＳの構成及び動作は、図４〜６で説明した第一の実施例の光検出回路ＰＳとほぼ同じ構成である。
本実施例の光検出回路ＰＳの端子Ａの電圧は、第一の実施例の図５の画面側から光が照射されない条件下で、バックライト光Ｌｂｌの照度が変化したときの光検出回路ＰＳの端子Ａにおける電流ＩＡと電位ＶＡの関係と同様であり、バックライトの光量が変化してもノードＡ２の電位が変調されない。
【０１１１】
本実施例では光検出ＴＦＴ４の遮光の役割が赤フィルタになる。画面上から光が照射される条件下でも、画面の上側からの光を赤フィルタが遮光するため、第一の実施例の図６の関係と同様に、画面の上側からの光は光検出ＴＦＴ３だけに照射される。光検出ＴＦＴ３のチャネル層４９に光が入射されることで、光電流が増加し、その結果ノードＡ２の電位が変調する。
【０１１２】
したがって、バックライト光Ｌｂｌが光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４の下側から照射された状態で、なおかつバックライトの照度によらず、画面上に光が照射された照度に依存して、光検出ＴＦＴ３の電流が増加し、光検出回路ＰＳの端子Ａの電圧が変調する。
以上より、第二の実施例においても、バックライト光Ｌｂｌの影響を光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４で相殺し、画面上をタッチした指の反射光が光検出ＴＦＴに照射されたときの光量の変化分のみを、光検出回路ＰＳの端子Ａの電圧の変化分として出力する。
【０１１３】
ゆえに、本実施例の光検出回路ＰＳは、第一の実施例の光検出回路ＰＳと同様に、バックライト光Ｌｂｌの影響を光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４で相殺し、画面をタッチした指５１の反射光Ｌｒｅｆが、光検出回路に照射されたときのタッチ反射光Ｌｒｅｆの照度の変化分に係わる端子Ａの電圧の変化分を出力することにより、バックライト２６の光Ｌｂｌの照度や、光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４の暗電流に起因する電流Ｉｏｆｆに依存せず、タッチ反射光Ｌｒｅｆの変化をセンスすることができる。
【０１１４】
図１７は、本実施例の画像表示装置における光センサ回路ＳＥＮの回路図である。
本実施例の光センサ回路ＳＥＮを構成する光検出ＴＦＴ３、光検出ＴＦＴ４、容量６、インバータアンプ７、リセットＴＦＴ８、読み出しＴＦＴ５と、ＲＳＴ端子、ＳＥＬ端子、Ｓ端子、出力信号配線１０、及び寄生容量Ｃｐと、各素子の接続関係は、図７の第一の実施例と同じ構成である。
第一の実施例と異なる点は、光検出ＴＦＴ３上に青フィルタ９３が、光検出ＴＦＴ４上に赤フィルタ９１がそれぞれ配置され、その他の素子は緑フィルタの下に配置されていることである。
【０１１５】
このような配置により、光検出ＴＦＴ４は、赤フィルタ９１で画面上に照射される光が遮光され、遮光用ＴＦＴとして機能し、光検出ＴＦＴ４の遮光目的のためにブラックマトリクス２４の領域を拡大する必要がない。さらに、画面上に照射される光の影響を受けさせたくない回路素子である容量６、インバータアンプ７、リセットＴＦＴ８、読み出しＴＦＴ５は、緑フィルタ９２により画面上に照射される光が遮光される。
【０１１６】
本実施例では、第一の実施例で、バックライト２９の光Ｌｂｌが金属層で反射して本来光検出ＴＦＴ３のバックライト光Ｌｂｌの感光信号電流Ｉｂｌと同等であるべき光検出ＴＦＴ４が感光してしまい、感光信号電流に差が出てしまうという問題はない。
さらに、光検出ＴＦＴ４を赤フィルタの下に配置することで、画素に入ってくる太陽光や部屋の照明光、及び画面タッチ反射光Ｌｒｅｆが、赤フィルタで分光された光ＬＲは、光検出ＴＦＴ４のチャネル内で吸収されずに透過する性質がある。このことは、チャネル上を遮光していることとほぼ同じ効果であることを意味している。
【０１１７】
そのため、チャネル層４９の遮光のために、ブラックマトリクス２４の領域を拡大する必要も無く、あるいは金属配線層を遮光のために広げるのにともなってチャネル長を大きくする必要がなく、光検出ＴＦＴ３と光検出ＴＦＴ４は同サイズで形成でき、かつ光検出ＴＦＴ４の面積が大きくなってしまうこともない。
【０１１８】
画面タッチによるバックライト光の指の反射光に対して感光する光検出ＴＦＴ３と、画面タッチによるバックライト光の指の反射光に対して感光しない光検出ＴＦＴ４を直列接続することで、第一の実施例の図７で説明したのと同様の動作が得られるとともに、感度が良い光検出回路が実現される。
【０１１９】
図１８は、本実施例の画像表示装置の回路構成図である。
本実施例の回路構成は、基本的には第一の実施例と同様であり、ガラス基板２７上に、データドライバ回路１１と、走査回路１２と、センス回路１３と、センサゲート線選択回路１４が形成され、表示領域１６には、データドライバ回路１１から複数のデータ線Ｄ１Ｒ、Ｄ１Ｇ、Ｄ１Ｂ、Ｄ２Ｒ、Ｄ２Ｇ、Ｄ２Ｂ、及びセンス回路１３に接続されたセンサ出力信号線Ｓ１、Ｓ２が縦方向に、走査回路１２から複数のゲート線Ｇ１、Ｇ２、及びセンサゲート線選択回路１４から複数のセンサリセットゲート線ＲＳＴ１、ＲＳＴ２と、複数のセンサゲート線ＳＥＬ１、ＳＥＬ２が横方向に配線される。
【０１２０】
これら縦方向の配線と、横方向の配線の交差部ごとに、表示画素回路ＰＩＸ１１Ｒ、ＰＩＸ１１Ｇ、ＰＩＸ１１ＢとＳＥＮ１１が対になって、ＰＩＸ１２Ｒ、ＰＩＸ１２Ｇ、ＰＩＸ１２ＢとＳＥＮ１２が対になって、ＰＩＸ２１Ｒ、ＰＩＸ２１Ｇ、ＰＩＸ２１ＢとＳＥＮ２１が対になって、ＰＩＸ２２Ｒ、ＰＩＸ２２Ｇ、ＰＩＸ２２ＢとＳＥＮ２２が対になって配置される。
【０１２１】
本実施例では、ＲＧＢのカラーフィルタの配列はストライプ配列であり、表示画素回路ＰＩＸ１１は、赤フィルタ９１の下に形成される表示画素回路ＰＩＸ１１Ｒと、緑フィルタ９２の下に形成される表示画素回路ＰＩＸ１１Ｇと、青フィルタ９３の下に形成される表示画素回路ＰＩＸ１１Ｂの３つのサブ画素と、１つの光センサ回路ＳＥＮ１１で構成される。
【０１２２】
同様に、表示画素ＰＩＸ１２は、ＰＩＸ１２Ｒ、ＰＩＸ１２Ｇ、ＰＩＸ１２Ｂの３つのサブ画素と、１つの光センサ回路ＳＥＮ１２で構成され、表示画素ＰＩＸ２１は、ＰＩＸ２１Ｒ、ＰＩＸ２１Ｇ、ＰＩＸ２１Ｂの３つのサブ画素と、１つの光センサ回路ＳＥＮ２１で構成され、表示画素ＰＩＸ２２は、ＰＩＸ２２Ｒ、ＰＩＸ２２Ｇ、ＰＩＸ２２Ｂの３つのサブ画素と、１つの光センサ回路ＳＥＮ２２で構成される。
【０１２３】
表示画素回路ＰＩＸは、第一の実施例と同様に表示画素ＴＦＴ１と液晶２及び蓄積キャパシタ９で構成される。そして、電圧波形Ｇ１が表示画素回路ＰＩＸ１１Ｒ、ＰＩＸ１１Ｇ、ＰＩＸ１１Ｂ、ＰＩＸ１２Ｒ、ＰＩＸ１２Ｇ、ＰＩＸ１２Ｂのゲート電極Ｇに入力され、電圧波形Ｇ２がＰＩＸ２１Ｒ、ＰＩＸ２１Ｇ、ＰＩＸ２１Ｂ、ＰＩＸ２２Ｒ、ＰＩＸ２２Ｇ、ＰＩＸ２２Ｂのゲート電極Ｇに入力され、電圧波形Ｄ１が表示画素回路ＰＩＸ１１Ｒ、ＰＩＸ１１Ｇ、ＰＩＸ１１Ｂ、ＰＩＸ２１Ｒ、ＰＩＸ２１Ｇ、ＰＩＸ２１Ｂのドレイン電極Ｄに入力され、電圧波形Ｇ２がＰＩＸ１２Ｒ、ＰＩＸ１２Ｇ、ＰＩＸ１２Ｂ、ＰＩＸ２２Ｒ、ＰＩＸ２２Ｇ、ＰＩＸ２２Ｂのドレイン電極Ｄに入力される。
【０１２４】
また、光センサ回路ＳＥＮ１１、ＳＥＮ１２へのリセット信号線ＲＳＴ１と読み出し信号線ＳＥＬ１の接続関係と、ＳＥＮ２１、ＳＥＮ２２へのリセット信号線ＲＳＴ１と読み出し信号線ＳＥＬ２の接続関係、さらには出力信号線Ｓ１と光センサ回路ＳＥＮ１１、ＳＥＮ２１の接続関係、出力信号線Ｓ２と光センサ回路ＳＥＮ１２、ＳＥＮ２２の接続関係は第一の実施例の図７と同じ構成である。
【０１２５】
以上の構成において、表示画素回路ＰＩＸは、走査回路１２から出力されるゲート信号を周期的なパルスとして供給することでゲート電極Ｇをオンし、ドレイン電極Ｄにデータ電圧を供給して、表示電極４８の電圧ＶＬＣと対向電極２２の電圧ＶＣＯＭの間に電位差が生じ、表示電極４８と対向電極２２の間に電界を加えられることで、液晶２５の液晶分子の並び方が変化し、さらに偏光板２８と上部偏光板２０の２枚の偏光板によってバックライト２９の光Ｌｂｌのオンとオフの制御を行って、カラー画像が表示される。
【０１２６】
光センサ回路ＳＥＮは、画像表示装置の画面をタッチした指５１の反射光Ｌｒｅｆの光量の変化をガラス基板２７上に形成した光センサ回路ＳＥＮによって電圧の変化として出力信号線に読み出し、センス回路１３に出力電圧ＶＳを伝送して、画面をタッチしたことの有無を検出することができる。
【０１２７】
本実施例の画素構造における表示画素回路ＰＩＸの駆動は、第一の実施例の図１０のデータ線電圧波形Ｄ１、Ｄ２が、Ｄ１Ｒ、Ｄ１Ｇ、Ｄ１Ｂ、Ｄ２Ｒ、Ｄ２Ｇ、Ｄ２Ｂに置き換えられ、第一の実施例と同様の波形を供給することで、表示画素電極４８にＶＬＣ１1Ｒ、ＶＬＣ1１Ｇ、ＶＬＣ1１Ｂ、ＶＬＣ1２Ｒ、ＶＬＣ1２Ｇ、ＶＬＣ1２Ｂ、ＶＬＣ２1Ｒ、ＶＬＣ２１Ｇ、ＶＬＣ２１Ｂ、ＶＬＣ２２Ｒ、ＶＬＣ２２Ｇ、ＶＬＣ２２Ｂに電圧が生じ、対向電極ＶＣＯＭとの電位差からデータ信号の電圧に応じた画像を表示する。
【０１２８】
本実施例の画素構造において、光センサ回路ＳＥＮ１1、ＳＥＮ1２、ＳＥＮ２1、ＳＥＮ２２で反射光を検出するときの動作波形については、図１１の第一の実施例と同じように動作する。
【０１２９】
図１９に、本実施例の表示画素回路ＰＩＸ及び光センサ回路ＳＥＮのレイアウトの一例を示す。青のカラーフィルタ９３の下に表示画素回路ＰＩＸ２２Ｂ、ＰＩＸ３２Ｂ、光センサ回路ＳＥＮ１２、ＳＥＮ２２の光検出ＴＦＴ３が配置され、赤のカラーフィルタ９１の下に表示画素回路ＰＩＸ２２Ｒ、ＰＩＸ３２Ｒ、光センサ回路ＳＥＮ１２、ＳＥＮ２２の光検出ＴＦＴ４が配置され、緑のカラーフィルタ９２の下に表示画素回路ＰＩＸ２２Ｇ、ＰＩＸ３２Ｇ、光センサ回路ＳＥＮ１２、ＳＥＮ２２の容量６、リセットＴＦＴ８、読み出しＴＦＴ５、インバータアンプ７が配置される。
【０１３０】
そして、ブラックマトリクス開口部５０に、ストライプ状に赤のカラーフィルタ９１と緑のカラーフィルタ９２と青のカラーフィルタ９３が形成され、それ以外の箇所はブラックマトリクス２４で覆われ、配線（Ｓ１、Ｓ２、Ｄ２Ｂ、Ｄ２Ｒ、Ｄ２Ｇ、Ｄ３Ｂ）及び表示画素ＴＦＴ１などが、太陽光などの画面上に照射される光を遮光する。
【０１３１】
各ＴＦＴのソース、ドレインは、ポリシリコン層４９によって形成されている。また、電圧ＶＤＤ、ＶＳＳ、ＲＳＴ１、ＲＳＴ２、ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ゲート線Ｇ２、Ｇ３の各配線、及び各トランジスタのゲート電極は、ゲートメタル層４３で形成されている。また、データ線Ｄ２Ｒ、Ｄ２Ｇ、Ｄ２Ｂ、Ｄ３Ｂ、光検出回路出力線Ｓ１、Ｓ２、及び残りの配線は、金属配線層４５で形成されている。
【０１３２】
表示電極４８は、表示画素回路ＰＩＸ及び光センサ回路ＳＥＮの構成要素の大部分にオーバーラップして形成され、コンタクトホール８１を通して金属配線層４５に接続されている。
【０１３３】
光検出ＴＦＴ３、光検出ＴＦＴ４、読み出しＴＦＴ５、リセットＴＦＴ８、及びインバータアンプ７を構成する二つのＴＦＴ７は、ゲートメタル層４３の配線とポリシリコン層４９の配線をオーバーラップさせることによって形成される。
また、容量６はゲートメタル層４３と金属配線層４５で形成され、金属配線層４５はコンタクトホール４６を通して光検出ＴＦＴ ４のポリシリコン層４９と接続される。
【０１３４】
ここで、図１９のＢ１−Ｂ２は、図１５の断面図に示した光検出ＴＦＴ３を含むＢ１−Ｂ２に対応する部分であり、Ｂ３−Ｂ４は、図１５の断面図に示した光検出ＴＦＴ３を含むＢ３−Ｂ４における断面図に対応する部分である。
【０１３５】
本実施例の画像表示装置は、第一の実施例の図１３のセンス回路１３と同じ構成と動作である。図１８の信号線Ｓ１、Ｓ２が、センス回路１３の端子Ｓ１、Ｓ２に接続され、選択スイッチ７４と選択スイッチ７５を制御する端子ＳＷ１、ＳＷ２と、サンプルホールド回路７１に入力する基準電圧Ｖｒｅｆ端子と、ラッチ回路７３からの出力端と接続された端子Ｖｓｉｇで構成される。
【０１３６】
サンプルホールド回路７１に信号電圧Ｓ１またはＳ２が入力されると、所定の期間中にサンプリングを行い、サンプリングデータが保持され、その間に増幅器７２がサンプリングデータと判定基準電圧Ｖｒｅｆとの差ΔＶを増幅してラッチ回路７３に伝達する。ラッチ回路７３は、増幅回路７２から送られてくる信号をもとに最終的に２値のデジタル判定信号Ｖｓｉｇを出力する。
【０１３７】
本実施例の画像表示装置における効果として、本実施例のセンサ検出回路ＰＳを、光透過率がピークとなる波長λＢ付近に分光する青フィルタ９３の下に光検出ＴＦＴ３を配置し、光透過率がピークとなる波長λＲ付近に分光する赤フィルタ９１の下に光検出ＴＦＴ４を配置することで、図４の第一の実施例の光検出回路ＰＳと同様の働きをする。
【０１３８】
さらに光検出ＴＦＴ４は、赤フィルタ９１で画面上に照射される光が遮光されるので、遮光用ＴＦＴとしての機能を成すため、光検出ＴＦＴ４の遮光目的のためにブラックマトリクス２４の領域を拡大する必要がない。
【０１３９】
同様に、画面上に照射される光の影響を受けさせたくない回路素子である容量６、インバータアンプ７、リセットＴＦＴ８、読み出しＴＦＴ５は、赤フィルタ９１または緑フィルタ９２の下に配置することによって、画面上に照射される光（外乱光）の影響を受けないため、外乱光の照射が原因となる誤動作、劣化などの問題もなく、しかも表示部に回路素子や光センサを内蔵する場合に、表示用に形成しているＲＧＢのカラーフィルタの形状を変える必要がない。
【０１４０】
図２０は、表示部１６に所定の画像が表示されている状態を示しており、“Ｓｅｌｅｃｔ Ａ−Ｄ”の文字と供に、“Ａ”、“Ｂ” 、“Ｃ”、“Ｄ”と記載されたスイッチ状の表示がなされている。これは、ユーザによって、“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”、または“Ｄ”のスイッチが選択的にタッチ入力されることを待っている状態である。ユーザが画面上の“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”または、“Ｄ”と記載されたスイッチ状の表示部がタッチされたことは、表示部１６内に形成されている光センサ回路ＳＥＮの出力信号電圧をセンス回路１３に伝送し、２値の判定信号Ｖｓｉｇによってタッチの有無の判定が行われる。
【０１４１】
図２１は、本実施例または第一実施例の画像表示装置を適用したモバイル用電子機器を示している。モバイル用電子機器１５２には、本実施例または第一実施例の画像表示装置の表示部１６の他に、十字キー１５３を装備している。本発明に係る画像表示装置１５１を適用することで、画像表示装置１５１の表示画面上にアイコンなどの表示を指５１やスタイラスペンなどでタッチすることで、選択処理されるタッチパネル機能のユーザーインターフェースが可能となる。しかも、専用のタッチパネルモジュールを必要としない。
なお、本実施例では、カラーフィルタの配列はストライプ配列を例に説明したが、必ずしもストライプ配列である必要は無く、例えばトライアングル配列、モザイク配列などでも適用可能であることは言うまでもない。
【実施例３】
【０１４２】
以下、図２２〜図２３を用いて、本発明の第三の実施例について説明する。
図２２に、本実施例の表示画素回路ＰＩＸ及び光センサ回路ＳＥＮのレイアウトの一例図を示す。本実施例の表示画素回路ＰＩＸ及び光センサ回路ＳＥＮのレイアウト例の構成は、基本的には第一の実施例と同様である。
第一の実施例と比較した場合の相違点は、光検出ＴＦＴ４のゲート電極上に、ドレイン、ソース電極に接続されている金属配線が、図１２に対し距離ｘだけ、チャネル層４９が距離ｙだけ延長され、オーバーラップして外光から遮光されることにより、外光の光検出ＴＦＴ４のチャネル層４９への入射を防いでいる。ここで、距離ｘはゲートメタル４３と金属配線層４５のオーバーラップしている間隔で、距離ｙは金属配線層４５の配線間隔であり、チャネル層４９が外光から遮光されるようにオーバーラップされる距離であれば良く、製造プロセスを考慮して、例えばｘは４μｍ程度、ｙは４μｍ程度あればよい。
【０１４３】
図２３は、本第三の実施例に係わる画像表示装置の断面構造である。
本実施例の画像表示装置の断面構造は、基本的には図２の第一の実施例と同様である。第一の実施例と比較した場合の相違点は、ドレイン、ソース電極に接続された二つの金属配線層４５が、配線間隔距離ｙ以下にならないように、それぞれ距離ｘだけ伸び、それに伴って光検出ＴＦＴ４のチャネル層４９の長さが伸びるため、図２の第一の実施例に対して、光検出ＴＦＴ４の面積が大きくなっていることである。
【０１４４】
バックライト２９から発せられる白色光Ｌｂｌは、下部偏光板２８とガラス基板２７を透過して光検出ＴＦＴ３、光検出ＴＦＴ４のチャネル層４９の下側に照射される。
一方、バックライト２９の光Ｌｂｌは、下部偏光板２８、ガラス基板２７、ＴＦＴ基板２６、液晶素子２５、対向電極２２、カラーフィルタ２３、カラーフィルタ側ガラス基板２１、カラーフィルタ側偏光板２０を透過し、画面上をタッチする指５１に反射されたタッチ反射光Ｌｒｅｆが、再びＴＦＴ基板２６の方向に反射され、カラーフィルタ側偏光板２０、カラーフィルタ側ガラス基板２１、カラーフィルタ２３、対向電極２２、液晶素子２５を通過してＴＦＴ基板２６に入射される。光検出ＴＦＴ３方向に反射された光Ｌｒｅｆ３は、光検出ＴＦＴ３のゲート電極４３とゲート絶縁膜４２の間を反射してチャネル層４９に入射される。光検出ＴＦＴ４側へ反射された光Ｌｒｅｆ４は光検出ＴＦＴ４上を覆った金属増４５で遮光されるため、光検出ＴＦＴ４のチャネル層４９には入射されない。
【０１４５】
したがって、第一の実施例と同様に、光検出ＴＦＴ３に照射される光は、光検出ＴＦＴ３の下側から入射されるバックライト光Ｌｂｌと、光検出ＴＦＴ３の上側から入射されるタッチ反射光Ｌｒｅｆ３であり、光検出ＴＦＴ４に照射される光は、光検出ＴＦＴ４の下側から入射されるバックライト光Ｌｂｌである。
【０１４６】
本実施例によれば、第一の実施例のように光センサ回路ＳＥＮ上にブラックマトリクスを形成する必要がなく、さらには、第二の実施例のようにカラーフィルタの配置にかかわらず、光センサ回路ＳＥＮの配置が可能である。そのため、第一及び第二の実施例に比べ、選択スイッチの配置が制限されず、光センサ回路ＳＥＮの集積度の向上が見込まれる。
【実施例４】
【０１４７】
以下、図２４〜図２５を用いて、本発明の第四の実施例について説明する。
図２４は、第四の実施例の光検出回路ＰＳの回路構成図である。本実施例の画像表示装置の構成及び動作は、基本的には第一の実施例と同様である。
【０１４８】
第一の実施例と比較した場合の相違点は、光検出回路ＰＳにおける光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４が、フォトダイオード１６３、フォトダイオード１６４に置き換えられていることであるため、以下これについてのみ説明する。
【０１４９】
第四の実施例で用いられるフォトダイオードは、第一の実施例で用いられる光検出ＴＦＴと同様に光が入射されることによって、チャネル層における光吸収量に応じた光信号電流が生じるため、図４の第一の実施例の光検出回路ＰＳと同様の動作を行い、同様の効果が得られる。
【０１５０】
図２５は、本実施例の画像表示装置の断面構造である。
対向側偏光板２０、カラーフィルタ側ガラス基板２１、カラーフィルタ２３、ブラックマトリクス２４、対向電極２２、液晶素子２５、ガラス基板２７、下部偏光板２８、バックライト２９同様の構成であり、画像表示装置への光の照射方向は、図２の第一の実施例と同様である。
【０１５１】
光センサ部２６の構造について説明する。
ガラス基板２７上に、酸化シリコンでできた絶縁膜４０が形成され、その上にポリシリコン層４１が形成され、ポリシリコン層４１にｐ型及びｎ型の不純物をドープすることによって光検出ＴＦ３及び光検出ＴＦＴ４に、ｐ型及びｎ型のチャネル層４９が形成され、その上に酸化シリコンでできたゲート絶縁膜４２を挟んでゲートメタル層４３が形成されている。また更にその上に、酸化シリコンでできた層間絶縁膜４４を挟んで金属配線層４５が形成されている。金属配線層４５は、コンタクトホール４６でゲート絶縁膜４２及び層間絶縁膜４４を貫いて開けられ、ｎ型の不純物をドープされたポリシリコン層４１に接続され、電極が形成されている。さらに金属層４５の上に、平坦化絶縁膜４７を挟んで表示電極４８が形成される。なお、図２５において、ＴＦＴ１６３、１６４のチャネル層となるＩ層は、ノンドープのポリシリコン層である。
【０１５２】
本実施例によれば、図２５の光検出ＴＦＴ１６２及び光検出ＴＦＴ１６４のゲート電極が必要でないため、図２の第一の実施例の光検出ＴＦＴ３及び光検出ＴＦＴ４に比べると、画面をタッチした指の反射光の集光率が高く、高Ｓ／Ｎ比な光センサ回路ＳＥＮが実現できる。したがって、光検出ＴＦＴ１６２及び光検出ＴＦＴ１６４のサイズを小さくすることも可能である。
【０１５３】
本実施例では画像表示デバイスとして、第一の実施例で説明した液晶画像表示装置を用いたが、これ以外にも本発明の主旨を満足する例えば有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイなどその他の構造を有する表示パネルを用いることも明らかに可能である。
【０１５４】
なお、本発明の第一から第四の実施例では、ＴＦＴはポリシリコン薄膜を用いて形成したが、ポリシリコンに拘らずにその他の有機／無機半導体薄膜をトランジスタに用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明に係る画像表示装置の構造を示す分解斜視図。
【図２】第一の実施例の光センサ回路の断面構造図。
【図３】ＴＦＴに照射される光の照度とドレイン電流の依存性を示す図。
【図４】第一の実施例に用いられる光検出回路ＰＳの回路図。
【図５】第一の実施例の画面側から光が照射されない条件下で、バックライト光照度が変化したときの光検出回路ＰＳの端子Ａにおける電流と電位の関係を示す図。
【図６】第一の実施例の画面側から光が照射されたときの光検出回路ＰＳの端子Ａにおける電流と電位の関係を示す図。
【図７】第一の実施例の光センサ回路ＳＥＮの回路図。
【図８】光センサ回路の電圧波形を示すタイミングチャート。
【図９】第１の実施例の画像表示装置の回路構成を示す図。
【図１０】表示画素回路ＰＩＸを駆動する電圧波形を示す図。
【図１１】第一の実施例の光センサ回路ＳＥＮの検出動作を示す図。
【図１２】第一の実施例のレイアウトの一例を示す図。
【図１３】本第一の実施例のセンス回路の構成を示す図。
【図１４】一般的なカラーフィルタの光透過率の波長依存性を示す図。
【図１５】第二の実施例の光検出部ＳＥＮの断面構造を示す図。
【図１６】ＴＦＴに照射した光の照度とドレイン電流の依存性を示す図。
【図１７】第二の実施例の光センサ回路ＳＥＮの回路図。
【図１８】第二の実施例の画像表示装置の回路構成図。
【図１９】第二の実施例のレイアウトの一例を示す図。
【図２０】表示部に所定の画像が表示されている状態を示す図。
【図２１】本発明に係る画像表示装置を適用したモバイル用電子機器を示す図。
【図２２】第三の実施例の表示が祖回路と光センサ回路のレイアウト図。
【図２３】第三の実施例の画像表示装置の断面構造を示す図。
【図２４】第四の実施例の光検出回路ＰＳの回路構成図。
【図２５】第四の実施例の画像表示装置の断面構造を示す図。
【図２６】従来技術１の光信号入力が可能な液晶画像表示装置の回路構成図。
【符号の説明】
【０１５６】
１…表示画素ＴＦＴ、２…液晶キャパシタ、３…光検出ＴＦＴ３、４…光検出ＴＦＴ４、５…読み出しＴＦＴ、６…容量、７…インバータアンプ、８…リセットＴＦＴ、９…保持容量、１０…出力信号線、１１…データドライバ回路、１２…走査回路、１３…センス回路、１４…センサゲート線選択回路、１６…表示領域、１７…フィルム状基板、１８…金属配線、１９…接続端子、２０…対向側偏光板、２１…カラーフィルタ側ガラス基板、２２…対向電極、２３…カラーフィルタ、２４…ブラックマトリクス、２５…液晶素子、２６…ＴＦＴ基板、２７…ガラス基板、２８…下部偏光板、２９…バックライト、４０…絶縁膜、４１…ポリシリコン層、４２…ゲート絶縁膜、４３…ゲートメタル層、４４…層間絶縁膜、４５…金属配線層、４６…コンタクトホール、４７…平坦化絶縁膜、４８…表示電極、４９…チャネル層、５０…開口部、５１…指、７１…サンプルホールド回路、７２…増幅器、７３…ラッチ回路、７４…選択スイッチ、７５…選択スイッチ、８１…コンタクトホール、９１…赤フィルタ、９２…緑フィルタ、９３…青フィルタ、８１…コンタクトホール、１５１…画像表示装置、１５２…モバイル用電子機器、１５３…十字キー。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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