JP4372070B2 - 平面表示装置及びその調整方法 - Google Patents
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Description
まず、液晶表示装置の構成と、各回路の詳細について説明する。
本実施形態の液晶表示装置の構成について図1と図2に基づいて説明する。
回路基板17上には、アレイ基板11の各回路を制御するコントロールIC(図示せず)、画像データ等を記憶するメモリ(図示せず)と、アレイ基板11及び回路基板17で使用する各種の直流電圧を出力する電源回路(図示せず)とを実装している。また、回路基板17上には、表示制御及び画像取込制御を行う映像信号処理回路21が実装されている。アレイ基板11と回路基板17とは、例えばフレキシブル基板(FPC)20を介して各種信号の送受を行う。映像信号処理回路21からの出力映像信号はソースドライバ回路14に印加される。
図3は画素16を中心として詳細に示したブロック図である。
表示画素26は、縦横に列設されるソース信号線23及び表示用ゲート信号線22aの各交点近傍に形成される。表示画素26は、表示制御用の低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(以下、表示用TFTという)32と(図4参照)、表示用TFT32の一端に形成された画素電極61と、この画素電極61と対向する対向電極36と画素電極61との間に構成される液晶容量34、共通信号線31との間に接続される表示用補助容量35から構成される。
ホトセンサ画素27は図5に示されるように、例えばTFTからなるホトセンサ64と、プリチャージ電圧を保持するコンデンサ63と、ソースフォロワとして動作する第2TFT62bと、プリチャージ電圧をコンデンサ63に印加するスイッチング素子として動作する第1TFT62aと、第2TFT62bのソースフォロワ出力をホトセンサ出力信号線25に選択して出力する第3TFT62cとから構成される。ホトセンサ64などの一端子は、共通信号線31に接続され接地されている。なお、第1TFT62a、第2TFT62b、第3TFT62c、ホトセンサ64とは、表示用TFT32と共にアレイプロセスの同一工程で形成する。特にアレイプロセスは、低温ポリシリコン、高温ポリシリコンなどのポリシリコン技術を用いることが好ましい。
ホトセンサ画素27は、少なくとも1個乃至複数個の表示画素26毎に配置され、例えば、図4では、ホトセンサ画素27は表示画素26に対応してそれぞれに形成されている。つまり、表示画素26の形成数とホトセンサ画素27の形成数とは同一である。
ホトセンサ画素27の等価回路について図5、図6に基づいて説明する。
以下、上記構成のホトセンサ画素27の等価回路の動作内容について説明する。
第2ゲート信号線22cにオン電圧が印加されると、第1TFT62aがオンする。すると、プリチャージ電圧信号線24に印加されたプリチャージ電圧がコンデンサ63の一端子に印加される。プリチャージ電圧は、例えば1フレーム(1画面の書き換え周期)毎に印加される。もちろん、複数フレームに1回印加してもよい。また、複数水平走査期間に1回印加してもよい。また、1フレームに複数回印加してもよい。
コンデンサ63は、プリチャージ電圧を蓄積する。
ホトセンサ64に光が照射されると、コンデンサ63に蓄積された電荷がホトセンサ64のチャンネル間を通じて放電される。この放電された放電電圧値によって、第2TFT62bがオンまたはオフ状態となる。この放電電圧値は、ホトセンサ64は光の強度に応じた光リーク量により決まる。
第3ゲート信号線22bにオン電圧が印加されると、第3TFT62cがオンする。第3TFT62cをオンさせるタイミングは、プリチャージ電圧を印加するタイミングと同期をとって実施される。
ここで、以下で使用する「露光時間」について定義しておく。露光時間とは、第1TFT62aをオン状態にして第2TFT62bのゲート端子にプリチャージ電圧を印加した時刻から、第3TFT62cをオン状態にしてホトセンサ出力信号線25に出力を取り出すまでの時間である。
以上のように、ホトセンサ出力信号線25の電荷の変化を検出すれば、第2TFT62bがオン状態か、中間的なオン状態か、もしくはオフ状態かを検出することができる。つまり、この検出は第2TFT62bのゲート端子の電位を検出していることになる。第2TFT62bのゲート端子電圧は、プリチャージ電圧の大きさと、ホトセンサ64に照射された光の強度(液晶層の透過率を含む)及び露光時間により変化する。すなわち、プリチャージ電圧の大きさ、露光時間の長さ、ホトセンサ64の光リーク量からホトセンサ64に照射されている光の強弱を検出することができる。
図8は、画素16の周辺部を図示した構成図である。
次に、コンパレータ回路233について図8に基づいて説明する。
表示方法と撮像方法について、図10に基づいて説明する。
次に、露光時間について説明する。露光時間については、上記でも説明したが、さらに詳しく説明する。
ホトセンサ64の端子電圧は、ホトセンサ64に印加するプリチャージ電圧の大きさと、ホトセンサ64に照射される外光の強度などによって変化する。この変化を図11に示している。図11のA期間にプリチャージ電圧が印加される。
プリチャージ電圧を変化させることにより、外光に対する感度を調整している。また、露光時間に対してもプリチャージ電圧を変化させることにより感度を調整している。
ホトセンサ64は、表示画素26と同一工程で形成される。使用するプロセスは、ポリシリコン形成技術である。ポリシリコン形成技術による半導体膜は、例えばレーザーアニール技術等の結晶化技術を用いて形成される。したがって、レーザー光等のエネルギー線の温度分布により特性が大きくばらつく。そこで、図13に示すように、マトリックス処理を実施している。
以下、図14、図15を参照しながら、読み込み方法について説明する。
図14に示すように、アレイ基板11側に指あるいはイメージスキャナ対象物(画像紙)である物体141が配置されているとする。
図15は、物体141で外光151aを遮光し、ホトセンサ64で影と、光照射部を形成し、物体141の影のイメージ分布を形成するものである。外光151とは室内光、太陽光などである。
(1)プリチャージ電圧とオン画素数割合との関係
図16に示すように、露光時間Tcを一定とし、プリチャージ電圧Vprcを可変したとき、オン画素数割合(%)が変化する。ホトセンサ画素27の第2TFT62bがNチャンネルの場合は、プリチャージ電圧Vprcが高くなるにしたがって、オン画素数割合(%)が増加する。オン画素数割合(%)の増加が開始するプリチャージ電圧Vprcを原点電圧V0とする。原点電圧V0からA電圧でオン画素数割合(%)が100%となる。A電圧の幅は、0.4以上0.8V程度である。
図18は、外部照度とオン画素数割合(%)の関係を示している。図18(a)は図17(a)のグラフである。図18(b)は外光照度とプリチャージ電圧Vprcとの関係を示している。なお、図18において、説明を容易にするため、オン画素数割合(%)を0%(あるいはわずかにオン画素数割合(%)が発生する位置)を例示して説明する。
上記のようにして求めたプリチャージ電圧Vk=0.8Vを、撮像用プリチャージ電圧として印加して、上記で説明した撮像を行う。このプリチャージ電圧の補正を行うタイミングとしては、所定時間毎(例えば、1秒毎)に行えば、外光の強度が変化しても対応できる。
(1)m、nの値を求める方法
図18で説明したように、最適なプリチャージ電圧(すなわち、キャリブレーション電圧)Vprc=Vkを商品出荷前に設定するため、m、nの比率、または、VL0とVL02との差、VL02とVkとの差を精度よく求める必要がある。以下、説明を容易にするため、m、nの値を求めるとして説明する。
図28では、横軸を外光照度の絶対値としたが、m、nなどの値の算出のためには、外光照度の絶対値は不要である。つまり、相対値であればよい。例えば、図28において、15000Lxの位置を1としてプリチャージ電圧VprcのD点を測定する。また、光量を2/3に減衰させる減光フィルタ731を光路中に挿入する。この時のプリチャージ電圧VprcのD点を測定する。以下同様に、光量を1/3に減衰させる減光フィルタ731を光路中に挿入する。この時のプリチャージ電圧VprcのB点を測定する。
nの値を精度よく設定するためには、図23に図示するような、調整ツール681を用いる。図23は、調整ルール681は、階段状の形状をしている。階段は複数の平面(A、B、C)を有している。各平面は、表示パネル148のホトセンサ画素27の形成面から異なる距離で位置するように構成されている。例えば、平面Aは、1mmであり、平面Bは5mmであり、平面Cは10mmである。なお、平面A、B、Cは光151を遮光する物で構成されている。
図19に示すように、上記で行う調整時に表示領域10の一部に遮光板641あるいはフィルム641をキャリブレーション時に配置する。遮光板641は支点で回転し、キャリブレーション時以外は、表示領域10から取り除けるように構成されている。遮光板641を、キャリブレーション時に表示パネルの表面に実装される。
調整時のプリチャージ電圧Vprcは、表示領域10の所定箇所に所定プリチャージ電圧Vprcを印加することに限定するものではない。
例えば、図20に示すようにフレーム毎に、表示領域10の各箇所に印加するプリチャージ電圧Vprcを変化させてもよい。
図20は、表示領域10を少なくとも3つの領域に分割した実施形態であった。この実施形態に限定されない。例えば、図21に示すように、処理ブロック691で選択したプリチャージ電圧Vprcを印加し、各処理ブロック691で選択するプリチャージ電圧Vprcを変化させてもよい。
各パネルでのm、nの値を安定して測定するためには、安定した光発生手段が必要である。そのため、その光発生手段について説明する。
第1の光発生手段は、図22に示すように、1つあるいは複数のLED672から構成される光発生手段を用いて、各パネルに光151を照射する。
図25は、LED672などの光発生手段の出射側に正レンズ701を配置した構成である。LED672の発光強度はボリウムVR(VR1、VR2、VR3)により調整することができる。LED672からの光は、レンズ701により略平衡光に変換される。略平衡光とは、主光線の指向角が5度(DEG)以下の狭指向性の光である。狭指向性の光は、表示パネル148の指定する処理ブロック691に入射する。
なお、調整用の処理ブロック691を指定して光照射を行うとしたがこれに限定するものではない。
図28、図29では、複数の外光照度に対して、プリチャージ電圧Vprcを調整するとしたが、図18に説明したように、1つの外光照度に対して、複数に露光時間Tcを変化させ、それぞれにオン画素数割合が同一になるようにプリチャージ電圧Vprcを調整することにより、m、nあるいはこれに関係する数値が求まる。したがって、関係式を求める必要はない。しかし、図28、図29に示すように、関係式を求めることにより、m、nなどの算出精度が向上する。
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。
11 アレイ基板
16 画素
26 表示画素
27 ホトセンサ画素
31 共通信号線
61 画素電極
62a 第1TFT
62b 第2TFT
62c 第3TFT
63 コンデンサ(補助容量)
64 ホトセンサ
Claims (11)
- 縦横に列設される信号線及び第1ゲート線と、前記信号線及び前記第1ゲート線の各交点に対応して配置される表示画素と、前記表示画素に対応して設けられる複数のホトセンサ画素とを表示領域に一体的に備えた平面表示装置において、
予め決められた外光照度に対して、前記複数のホトセンサ画素の中で予め決められた割合のホトセンサ画素が前記外光に反応するように、前記ホトセンサ画素の撮像時の撮像パラメータを記憶した記憶手段を有する
ことを特徴とする平面表示装置。 - 前記撮像パラメータは、前記ホトセンサ画素が撮像を行うときに前記ホトセンサ画素へ供給されるプリチャージ電圧である
ことを特徴とする請求項1記載の平面表示装置。 - 露光時間を一定にした状態で、複数の外光照度に対して調整用撮像パラメータをそれぞれ求め、
前記複数の調整用撮像パラメータに基づいて前記撮像時の撮像パラメータを求める
ことを特徴とする請求項1記載の平面表示装置。 - 前記撮像パラメータは、前記表示領域を複数のブロックに区画し、前記ブロックのそれぞれについて求められている
ことを特徴とする請求項1記載の平面表示装置。 - 前記外光照度には、遮光状態の照度含まれる
ことを特徴とする請求項1記載の平面表示装置。 - 前記外光照度は、一定の照度で、かつ、均一な分布の外光に基づく照度である
ことを特徴とする請求項1記載の平面表示装置。 - 前記ホトセンサ画素を構成するホトセンサが、非晶質または多結晶半導体膜から構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の平面表示装置。 - 前記ホトセンサ画素を構成するホトセンサが、多結晶シリコン膜から構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の平面表示装置。 - 前記ホトセンサ画素は、
前記第1ゲート信号線と平行に配された第2ゲート信号線からの第2ゲート信号によってオン/オフする第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子がオン状態のときに、前記信号線と平行に配されたプリチャージ電圧供給線から所定のプリチャージ電圧が印加されて電荷が蓄積されるコンデンサと、
前記コンデンサにより蓄積された電荷を光の強弱に応じて光リーク量を変化させて放電するホトセンサと、
前記コンデンサからの放電電圧に基づいてオン/オフする第2スイッチング素子と、
前記第1ゲート信号線と平行に配された第3ゲート信号線からの第3ゲート信号によって、前記第2スイッチング素子とホトセンサ信号出力線との間をオン/オフする第3スイッチング素子と、
を有している
ことを特徴とする請求項1記載の平面表示装置。 - 前記ホトセンサ画素が前記絶縁基板上にマトリックス状に複数配され、
前記マトリックス状に配された複数のホトセンサ画素で一つのブロックを構成し、
前記ブロックが前記絶縁基板上に複数設けられ、
前記ブロック毎にオン状態、または、オフ状態の前記ホトセンサの数をカウントし、前記カウントした数によって前記ブロックにおける前記ホトセンサがオン状態、または、オフ状態であるかを判断するホトセンサ処理手段を有する
ことを特徴とする請求項9記載の平面表示装置。 - 縦横に列設される信号線及び第1ゲート線と、前記信号線及び前記第1ゲート線の各交点に対応して配置される表示画素と、前記表示画素に対応して設けられる複数のホトセンサ画素とを表示領域に一体的に備えた平面表示装置の調整方法において、
予め決められた外光照度に対して、前記複数のホトセンサ画素の中で予め決められた割合のホトセンサ画素が前記外光に反応するように、前記ホトセンサ画素の撮像時の撮像パラメータを調整する
ことを特徴とする平面表示装置の調整方法。
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