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JP4501995B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置、有機EL(Electroluminescence )表示装置などの表示装置に関する。
従来、液晶または有機ELなどの表示装置の各画素に、一つの表示素子を含む表示セルと、一つの受光素子を含む受光セルとを形成し、画素ごとに表示動作と共に受光動作も可能としたものがある(例えば、特許文献1参照。)。受光セルは、受光素子として例えばフォトダイオードなどの光電変換素子と、スイッチング素子としてのTFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)とを含んで構成された光センサ回路である。フォトダイオードは、スイッチング用のTFTと共に透明基板上に作製される。
特開2006−127212号公報(段落0034、0062、図1)
しかしながら、光電変換素子は、液晶表示装置であればバックライトからの直接光、また、有機ELあるいはLED(Light Emitting Diode)などの自発光表示装置であれば発光素子からの発光光に対して、開口率または輝度に寄与せず、その配置部位については表示装置の輝度低下の原因となってしまうという問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、各画素で表示動作および受光動作を可能とすると共に、開口率または輝度の低下を抑制することができる表示装置を提供することにある。
本発明による表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置された表示部を有し、複数の画素の各々は、表示素子画素電極および表示素子共通電極の間に液晶層を有する液晶表示素子よりなる表示セルと、光電変換素子を間にして一対の光電変換素子透明電極を対向配置した受光セルと、表示セルにおけるカラー表示を可能とすると共に、増感色素を含み、受光セルにおける光電変換素子としての機能を有するカラーフィルタとを有する表示受光セルにより構成されているものである。
本発明の表示装置では、カラーフィルタが、表示セルにおけるカラー表示を可能とすると共に、増感色素を含み、受光セルにおける光電変換素子としての機能を有しているので、光電変換素子に光透過性が付与され、表示装置の開口率または輝度の低下が抑制される。
本発明の表示装置によれば、カラーフィルタが、表示セルにおけるカラー表示を可能とすると共に、増感色素を含み、受光セルにおける光電変換素子としての機能を有しているようにしたので、各画素で表示動作および受光動作を可能とすると共に、開口率または輝度の低下を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る表示装置の概略構成を表したものである。この表示装置は、液晶テレビなどの中型ないし大型の表示装置、または携帯電話機あるいはゲーム機などのモバイル用途に用いられる液晶表示装置であり、例えば、表示部1,バックライト光源2,表示信号生成部21,表示信号保持制御部22,表示側スキャナ23,表示信号ドライバ24,受光制御部31,受光側スキャナ32,受光信号レシーバ33,受光信号保持部34,位置検出部35を有している。
表示部1は、複数の画素11が全面にわたりマトリクス上に配置され、線順次動作をしながら所定の図形や文字などの画像を表示するものである。各画素11は、一つの表示素子を含む表示セルCWと、一つの受光素子を含む受光セルCRとを有する表示受光セルCWRにより構成されている。
バックライト光源2は、表示部1に光を照射する光源であり、例えば、LED、CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp :冷陰極傾向ランプ)、または有機もしくは無機EL素子などを含んで構成されている。
表示信号生成部21は、図示しないCPU(Central Processing Unit )などにより生成され、CPUから供給されたデータに基づいて、例えば1画面ごと(1フレームごと)に、画面(フレーム)を表示するための表示信号を生成するものである。表示信号生成部21は、生成した表示信号を表示信号保持制御部22に供給する。
表示信号保持制御部22は、表示信号生成部21から供給された表示信号を1画面ごと(1フレームごと)に、例えばSRAM(Static Random Access Memory )などから構成されるフレームメモリに格納して保持するものである。また、表示信号保持制御部22は、各表示セルCWを駆動する表示側スキャナ23および表示信号ドライバ24の動作を制御する。具体的には、表示信号保持制御部22は、表示側スキャナ23に、表示のタイミングを指示する表示タイミング制御信号41を供給すると共に、表示信号ドライバ24に、フレームメモリに保持されている表示信号に基づいて、1水平ライン分の表示信号を供給する。更に、表示信号保持制御部22は、バックライト光源2に点灯タイミング制御信号42を供給することにより、バックライト光源2の発光のタイミングを制御する。加えて、表示信号保持制御部22は、後述する受光制御部31の動作タイミングを制御する。具体的には、表示信号保持制御部22は、受光制御部31に、フレームのタイミングを示す垂直同期信号43、バックライト光源2が点灯されたか否かを示す信号、および、表示部1の全体の表示用選択信号の走査が終了したか否かを示す信号を供給する。
表示側スキャナ23は、表示信号保持制御部22から出力される表示タイミング制御信号41に応じて駆動対象の表示セルCWを選択する。具体的には、表示側スキャナ23は、表示部1の各画素11に接続された表示用ゲート線を介して表示用選択信号を供給する。
表示信号ドライバ24は、表示信号保持制御部22から出力される1水平ライン分の表示信号に応じて駆動対象の表示セルCWに表示データを供給するものである。具体的には、表示信号ドライバ24は、表示部1の各画素11に接続されたデータ供給線を介して、表示側スキャナ23により選択された画素11に表示データに対応する電圧を供給する。
受光制御部31は、表示部1全体の受光動作を制御するものである。具体的には、受光制御部31には、表示信号保持制御部22から、垂直同期信号43、バックライト光源2が点灯されたか否かを示す信号、および、表示部1の全体の表示用選択信号の走査が終了したか否かを示す信号が供給される。受光制御部31は、これらの信号のいずれかに基づいて、受光側スキャナ32に受光タイミング制御信号44を供給する。
受光側スキャナ32は、受光制御部31から出力される受光タイミング制御信号44に応じて駆動対象の受光セルCRを選択するものである。受光側スキャナ32は、表示部1の各画素11に接続されている受光用ゲート線を介して、各画素11に受光用選択信号を供給する。また、受光側スキャナ32は、受光信号レシーバ33および受光信号保持部34に対して、受光ブロック制御信号45を出力することにより、受光信号レシーバ33および受光信号保持部34を制御するものである。
受光信号レシーバ33は、受光側スキャナ32から出力される受光ブロック制御信号45に応じて、各受光セルCRから出力された1水平ライン分の受光信号を取得する。また、受光信号レシーバ33は、取得した1水平ライン分の受光信号を、受光信号保持部34に出力する。
受光信号保持部34は、受光側スキャナ32から出力される受光ブロック制御信号45に応じて、受光信号レシーバ33から出力される受光信号を1画面ごと(1フレームの表示ごと)の受光信号に再構成し、例えばSRAMなどにより構成されるフレームメモリに格納して保持する。受光信号保持部34に格納された受光信号のデータは、位置検出部35へ出力される。なお、受光信号保持部34はメモリ以外の記憶素子により構成されていてもよく、例えば受光信号のデータをアナログデータとして保持しておくことも可能である。
位置検出部35は、受光信号保持部34から出力される受光信号のデータに基づいて信号処理を行い、受光セルCRにおいて検出されたものが存在する位置を特定する。これにより、接触あるいは近接するもの(例えば、使用者の指)の位置を特定することが可能となる。なお、受光信号保持部34が受光信号のデータをアナログデータとして格納している場合には、位置検出部35においてアナログ/デジタル(A/D)変換を行ったのちに信号処理を実行する。
なお、表示信号保持制御部22および受光制御部31には、必要に応じてドライブ(図示せず)がインタフェース(図示せず)を介して接続されていてもよい。このドライブには、装着された磁気ディスク,光ディスク,光磁気ディスクまたは半導体メモリ等に記録されたプログラムを読み出し、表示信号保持制御部22または受光制御部31に供給して実行させるものである。
図2は、表示部1の構成の一例を表す図である。表示部1は、例えば、水平ライン方向にm個、垂直ライン方向にn個、合計で(m×n)個の画素11がマトリクス状に配置されたものである。例えばPC(Personal Computer )などの一般的なディスプレイ規格であるXGA(eXtended Graphics Array )規格の表示部1は、m=1024×3(RGB),n=768の合計2359296個の画素11を有することになる。
表示部1内の合計(m×n)個の画素11は、それぞれ、表示受光セルCWR11〜CWRmnを含んでいる。また、表示部1には、画素11の数に応じて、m本のデータ供給線DW(DW1〜DWm)およびm本のデータ読出線DR(DR1〜DRm)と、n本の表示用ゲート線GW(GW1〜GWn)およびn本の受光用ゲート線GR(GR1〜GRn)とが設けられている。なお、図2において矢印Xは、表示用ゲート線GWおよび受光用ゲート線GRのスキャン(走査)方向を表している。
データ供給線DW,データ読出線DR,表示用ゲート線GWおよび受光用ゲート線GRは、それぞれ、表示信号ドライバ24、受光信号レシーバ33、表示側スキャナ23および受光用スキャナ32に接続されている。また、各表示受光セルCWRには、それぞれ一本ずつのデータ供給線DW,データ読出線DR,表示用ゲート線GWおよび受光用ゲート線GRが接続されている。
更に、例えば1垂直ラインの表示受光セルCWR11,CWR12,…,CWR1nに対しては、1本のデータ供給線DW1および1本のデータ読出線DR1が共通に接続されている。例えば1水平ラインの表示受光セルCWR11,CWR21,…,CWRm1に対しては、1本の表示用ゲート線GW1および1本の受光用ゲート線GR1が共通に接続されている。
図3は、一つの表示受光セルCWRの断面構成の一例を表したものである。表示受光セルCWRは、例えば、ガラスなどの透明材料よりなる基板110および対向基板120の間に、表示セルCWと、カラーフィルタCFと、受光セルCRとを有している。
表示セルCWは、例えば、基板110に設けられた表示素子画素電極131と、対向基板120に設けられた表示素子共通電極132との間に、液晶層133を有する液晶表示素子である。表示素子画素電極131には、表示素子トランジスタ134が接続されている。
受光セルCRは、例えば、光電変換素子141と、この光電変換素子141を間にして対向配置された一対の光電変換素子透明電極142A,142Bとを有している。光電変換素子透明電極142A,142Bには、受光素子トランジスタ143が接続されている。
カラーフィルタCFは、表示セルCWにおけるカラー表示を可能とするものである。また、カラーフィルタCFは、光電変換材料、具体的には増感色素を含んで構成され、受光素子CRにおける光電変換素子141としての機能を有している。これにより、この表示装置では、各画素で表示動作および受光動作を可能とすると共に、開口率または輝度の低下を抑制することができるようになっている。
このようなカラーフィルタCFは、酸化物半導体材料よりなる多孔質層に増感色素を担持させたものにより構成されている。
酸化物半導体材料は、増感色素のLUMOよりも光電変換素子141(カラーフィルタCF)のCB(Conduction Band ;伝導帯)が低ければ公知のものを任意に用いることができる。具体的には、酸化物半導体材料としては、Ti,Zn,Nb,Zr,Sn,Y,LaあるいはTaなどの金属酸化物、または、SrTiO3あるいはCaTiO3等のペロブスカイト系酸化物などが挙げられる。
増感色素は、可視光域に吸収を持ち、酸化物半導体材料に結合するための官能基を有し、光励起による状態から速やかに酸化物半導体材料に電子移動が起こる分子である。増感色素は、液状,ゲル状(半固体状)または固体のいずれでもよく、具体的には、酸化物半導体材料に結合するための官能基としてカルボキシル基,スルホン酸基または水酸基などを有する、Ru(bby)錯体,ポルフィリン誘導体またはクマリン誘導体などが挙げられる。
表示素子画素電極131、表示素子共通電極132および光電変換素子透明電極142A,142Bは、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料により構成されている。表示素子画素電極131および表示素子共通電極132の表面には、それぞれ配向膜(図示せず)が設けられている。液晶層133を構成する液晶材料は特に限定されない。
表示素子トランジスタ134および受光素子トランジスタ143は、例えば、液晶テレビなどの中型〜大型表示装置ではアモルファスシリコンTFT、携帯電話あるいはゲーム機などのモバイル用途では低温ポリシリコンTFTにより構成されている。これらアモルファスシリコンTFTまたは低温ポリシリコンTFTの構成は特に限定されない。表示素子トランジスタ134には、データ供給線DWおよび表示用ゲート線GW(図3には図示せず、図2参照。)が接続されている。受光素子トランジスタ143には、データ読出線DRおよび受光用ゲート線GR(図3には図示せず、図2参照。)が接続されている。
表示素子トランジスタ134および受光素子トランジスタ143は、例えば、基板110の同一面に形成され、それらの上に、OC(overcoat)材または窒化膜などよりなる絶縁層111を間にして、カラーフィルタCFが形成されている。なお、OC材としては例えばエポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂などの熱硬化樹脂が挙げられる。
表示セルCW,受光セルCRおよびカラーフィルタCFの構成要素の位置関係は、図3に示した例には限定されない。例えば、図4に示したように、基板110上に、表示素子トランジスタ134が形成され、その上に、絶縁層111を間にして、カラーフィルタCFと、受光素子トランジスタ143とが形成されていてもよい。
あるいは、図5に示したように、基板110に表示素子トランジスタ134が形成され、対向基板120に、カラーフィルタCFと、受光素子トランジスタ143とが形成されていてもよい。この場合、カラーフィルタCFおよび受光素子トランジスタ143上には、上述した絶縁層111と同様のOC材よりなる絶縁層121を間にして、表示素子共通電極132が形成されている。なお、図3ないし図5に示した構成のうち、プロセス面で最も形成しやすいと考えられるのは、図4に示した構成である。ただし、歩留まりで考えれば図5、表示面で考えると図3に示した構成が最も有利であると考えられる。
この表示装置は、例えば、次のようにして製造することができる。なお、以下の説明では、図3に示した構造の表示装置を製造する場合について説明する。
まず、上述した材料よりなる基板110に、通常の薄膜半導体プロセスにより、表示素子トランジスタ134および受光素子トランジスタ143を形成し、その上に、上述した材料よりなる絶縁層111を形成する。
次いで、上述した材料よりなる光電変換素子透明電極142Aを形成すると共に、絶縁層111に設けた接続孔を介して、光電変換素子透明電極142Aを受光素子トランジスタ143に接続する。
続いて、光電変換素子透明電極142Aの上に、上述した酸化物半導体材料よりなる半導体粒子を焼結することにより多孔質層を形成する。また、上述した増感色素をエタノール,メタノールまたはトルエン等の溶媒に溶解して増感色素溶液を調製し、基板110を加熱しながら、増感色素溶液を多孔質層に滴下し、乾燥させることにより、増感色素を酸化物半導体材料に担持させる。これにより、光電変換素子141(カラーフィルタCF)が形成される。
そののち、光電変換素子141の周囲に絶縁層111を形成し、光電変換素子141の上に光電変換素子透明電極142Bを形成する。このとき、絶縁層111に設けた接続孔を介して、光電変換素子透明電極142Bを受光素子トランジスタ143に接続する。
光電変換素子透明電極142Bを形成したのち、その上に絶縁層111を形成し、上述した材料よりなる表示素子画素電極131を形成すると共に、絶縁層111に設けた接続孔を介して、表示素子画素電極131を表示素子トランジスタ134に接続する。
また、上述した材料よりなる対向基板120を用意し、その表面に上述した材料よりなる共通電極132を形成する。基板110と対向基板120とを対向配置し、周囲に封止層(図示せず)を形成したのち、内部に液晶を注入して液晶層133を形成する。以上により、図3に示した表示装置が完成する。
この表示装置では、表示側スキャナ23から、所定の画素11に表示用選択信号が印加されると、その画素11において、表示信号ドライバ24から供給された電圧に対応した表示動作がなされる。このような表示側スキャナ23および表示信号ドライバ24による線順次動作により、任意の表示データに対応する画像が表示部1に表示される。
また、受光制御部31から出力される受光タイミング制御信号44に応じて、受光側スキャナ32から所定の画素11に受光用選択信号が供給されると、その画素11から、その画素11の光電変換素子141によって検出された光量に対応する受光信号が受光信号レシーバ33に出力される。この受光信号は、受光信号保持部34において1画面ごと(1フレームごと)の受光信号に再構成され、フレームメモリに格納されると共に、位置検出部35に出力される。位置検出部35では、受光信号保持部34から出力された受光信号のデータに基づいて信号処理を行い、受光セルCRにおいて検出されたものが存在する位置を特定する。これにより、接触または近接するものの位置を特定することが可能となる。
ここでは、カラーフィルタCFが、光電変換材料として例えば増感色素を含んで構成され、光電変換素子141としての機能を有しているので、カラーフィルタCFに光透過性が付与されている。よって、表示装置の開口率または輝度の低下が抑制される。
このように本実施の形態では、カラーフィルタCFを、光電変換材料である増感色素を含んで構成し、光電変換素子141としての機能を持たせるようにしたので、各画素11において表示動作および受光動作を可能とすると共に、開口率または輝度の低下を抑制することができる。特に液晶表示装置では、光電変換素子としてフォトダイオードを用いる従来構造にくらべて、輝度確保のためのバックライト光源2の部品点数の増加を抑えることができる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、カラーフィルタCFの全体が、光電変換素子141としての機能を有している場合について説明したが、カラーフィルタCFの一部が光電変換素子141としての機能を有していてもよい。例えば、赤色,緑色および青色のカラーフィルタCFのうち、特定の色(例えば青色)のカラーフィルタCFのみが、光電変換素子141としての機能を有していてもよい。その場合、光電変換素子透明電極142A,142Bは、カラーフィルタCFのうち光電変換素子141としての機能を有する領域に形成されていればよい。また、受光素子トランジスタ143は、光電変換素子透明電極142A,142Bを介して、カラーフィルタCFのうち光電変換素子141としての機能を有する領域に接続されていればよい。
また、例えば反射・透過併用型の液晶表示装置の場合には、輝度補正のため、反射部の一部にカラーフィルタCFを設けないようにしている場合がある。そのように表示部1の一部のみにカラーフィルタCFを設けている場合にも、本発明は適用可能である。この場合も、カラーフィルタCFの全体が光電変換素子141としての機能を有するようにしてもよいし、カラーフィルタCFのうち特定の色(例えば青色)のカラーフィルタCFのみが光電変換素子141としての機能を有するようにしてもよい。
更に、例えば、カラーフィルタCFは、各画素11ごとに設けられていてもよいし、複数の画素11にわたって連続した形状で設けられていてもよい。
加えて、例えば、上記実施の形態では、表示装置全体および表示部1の構成について具体的に説明したが、他の構成でもよい。例えば、表示受光セルCWRにおいては、ゲート線を表示用および受光用で別個に接続し、表示動作と受光動作とを独立して動作させることを可能とした場合について説明したが、表示受光セルCWRの回路構成は必ずしもこれに限られない。
更にまた、例えば、上記実施の形態では、本発明を液晶表示装置に適用した場合について説明したが、本発明は、有機あるいは無機EL,FED(Field Emission Display)またはPDP(Plasma Display Panel)など、他の表示素子を用いる場合にも適用可能である。特に、EL等の自発光素子の場合、発光面積をとることができるので、必要な輝度を得るために必要な電流量を抑えることができ、寿命を向上させることができる。
加えてまた、本発明は、カラーフィルタを用いる表示装置であれば広く適用することができるが、必ずしも表示装置に限られない。例えば、光を電気信号に変換するフォトセンサ(イメージセンサ)は、デジタルスチルカメラ,ビデオカメラ,指紋センサまたは静脈センサ等のバイオメトリクス認証センサ,ファクシミリ,スキャナあるいは複写機に広く用いられているが、これら従来のイメージセンサ(フォトセンサ)は、シリコンウェハー上に形成されている。本発明は、このようなシリコンウェハー上に形成される従来のイメージセンサに比べて、コスト的にも有利であり、現在確立されている薄膜トランジスタ製造プロセスで生産することができ、新規の通信機器への適用も期待できる。
本発明の一実施の形態に係る表示装置の全体構成を表す図である。 図1に示した表示部の構成の一例を表す図である。 図2に示した表示受光セルの構成を表す断面図である。 表示受光セルの他の構成を表す断面図である。 表示受光セルの他の構成を表す断面図である。
符号の説明
1…表示部、2…バックライト光源、110…基板、111,121…絶縁層、120…対向基板、131…表示素子画素電極、132…表示素子共通電極、133…液晶層、134…表示素子トランジスタ、141…光電変換素子、142A,142B…光電変換素子透明電極、143…受光素子トランジスタ、CF…カラーフィルタ、CR…受光セル、CW…表示セル、CWR…表示受光セル

Claims (5)

  1. 複数の画素がマトリクス状に配置された表示部を有し、前記複数の画素の各々は、
    表示素子画素電極および表示素子共通電極の間に液晶層を有する液晶表示素子よりなる表示セルと、
    光電変換素子を間にして一対の光電変換素子透明電極を対向配置した受光セルと、
    前記表示セルにおけるカラー表示を可能とすると共に、増感色素を含み、前記受光セルにおける光電変換素子としての機能を有するカラーフィルタと
    を有する表示受光セルにより構成されている
    示装置。
  2. 前記カラーフィルタは、酸化物半導体材料よりなる多孔質層に増感色素を担持させたものである
    請求項1記載の表示装置。
  3. 一対の基板の一方の同一面に、前記表示素子画素電極に接続された表示素子トランジスタと、前記一対の光電変換素子透明電極に接続された受光素子トランジスタとが形成され、前記表示素子トランジスタおよび前記受光素子トランジスタの上に、絶縁層を間にして、前記カラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタの上に、絶縁層を間にして前記表示素子画素電極が設けられ、前記一対の基板の他方に前記表示素子共通電極が設けられている
    求項1または2記載の表示装置。
  4. 一対の基板の一方に、前記表示素子画素電極に接続された表示素子トランジスタが形成され、前記表示素子トランジスタの上に、絶縁層を間にして、前記カラーフィルタと、前記一対の光電変換素子透明電極に接続された受光素子トランジスタとが形成され、前記カラーフィルタおよび前記受光素子トランジスタの上に、絶縁層を間にして前記表示素子画素電極が設けられ、前記一対の基板の他方に前記表示素子共通電極が設けられている
    求項1または2記載の表示装置。
  5. 一対の基板の一方に、前記表示素子画素電極に接続された表示素子トランジスタが形成され、前記表示素子トランジスタの上に、絶縁層を間にして表示素子画素電極が設けられ、前記一対の基板の他方に、前記一対の光電変換素子透明電極に接続された受光素子トランジスタが形成され、前記受光素子トランジスタの上に、絶縁層を間にして前記カラーフィルタが設けられ、前記カラーフィルタの上に、絶縁層を間にして表示素子共通電極が設けられている
    求項1または2記載の表示装置。
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