具有画面输入功能的图像显示装置转让专利
申请号 : CN200710165845.6
文献号 : CN101191968B
文献日 : 2010-12-15
发明人 : 木下将嘉 , 景山宽
申请人 : 株式会社日立显示器
摘要 :
本发明提供一种具有画面输入功能的图像显示装置，能不降低像素开口率地实现直接画面输入。通过串联连接接受从液晶显示面板的画面上入射的光的光检测TFT(61)和以黑底等遮蔽的不接受从液晶显示面板的画面上入射的光的开关TFT(60)而构成。在光检测TFT(61)的源极电极上连接保持电容(CST)和液晶元件的像素电极。液晶元件以电容(CLC)标记。在光检测TFT(61)的栅极电极上连接传感器控制线(140)，在开关TFT(60)的栅极电极上连接选通线(120)。在开关TFT(60)的漏极电极连接数据线(110)，在保持电容(CST)的一端连接存储线(150)，对液晶元件(CLC)的像素电极(ITO)提供图像信号。另外，光检测TFT(61)通过数据线(110)，将感光生成的光检测电流(Isig)传送至传感器信号处理电路。
权利要求 :
1.一种具有画面输入功能的图像显示装置，通过对形成于绝缘基板上的画面的像素区域的触摸操作来输入信息，其特征在于：在上述绝缘基板的主面，在由构成上述画面的多个像素组成的像素区域中的该各像素的每一个中，具有来自上述像素面侧的光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管和与上述第一薄膜晶体管串联连接并接受上述光的照射的第二薄膜晶体管，包括：
与上述第一薄膜晶体管的栅极电极连接的选通线；
与上述第二薄膜晶体管的栅极电极连接的传感器控制线；
与上述第一薄膜晶体管的漏极电极或源极电极连接的数据线；
一个电极与上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的保持电容；以及与该保持电容并联连接的、像素的一个电极与上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的像素电极，在与上述像素的图像显示期间不同的期间，利用从上述传感器控制线施加的传感期间选择信号使上述第二薄膜晶体管导通来进行预充电，然后，关断上述第二薄膜晶体管，对该第二薄膜晶体管照射光，将由该第二薄膜晶体管感光产生的光检测电流作为电荷积蓄在上述保持电容内，通过上述第一薄膜晶体管将上述积蓄电荷作为光检测电流读取到上述数据线，进行电压变换而作为上述触摸操作的检测信号。
2.根据权利要求1所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：具有连接上述保持电容的另一个电极的存储线。
3.根据权利要求1所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：在上述像素区域之外，具有生成根据上述触摸操作的检测信号判断触摸操作的有无的判断信号的传感器信号处理电路。
4.根据权利要求3所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：上述判断信号为2值信号，被发送到上述图像显示装置的上位控制电路，执行对所触摸的像素区域的坐标所设定的指令。
5.根据权利要求1所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：在上述数据线上具有进行显示信号和触摸操作检测信号的切换的切换开关。
6.根据权利要求1所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：上述传感器控制线由在上述选通线的排列方向上相邻的2个像素共用。
7.根据权利要求2所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：以上述存储线代替上述传感器控制线。
8.根据权利要求1所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：与上述图像显示期间不同的期间是1帧期间内的消隐期间。
9.一种具有画面输入功能的图像显示装置，通过对绝缘基板的画面的像素区域的触摸操作来输入信息，其特征在于：在上述绝缘基板的主面，在上述画面上构成有由将红色像素、绿色像素、蓝色像素、白色像素作为1组的多个组组成的像素区域，除了构成上述各组的红色像素、绿色像素、蓝色像素、白色像素中的1个像素，其它的3个像素分别由外来光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管构成，上述各组中的1个像素由来自上述像素侧的光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管和与上述第一薄膜晶体管串联连接并接受上述外来光的照射的第二薄膜晶体管构成，包括：
与上述第一薄膜晶体管的栅极电极连接的选通线；
与上述第二薄膜晶体管的栅极电极连接的传感器控制线；
与上述第一薄膜晶体管的漏极电极或源极电极连接的数据线；
一个电极与构成上述3个像素的每一个的上述第一薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的第一保持电容；
一个电极与上述各组中的上述1个像素内的上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的第二保持电容；
与上述第一保持电容并联连接的、像素的一个电极与构成上述3个像素的每一个的上述第一薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的第一像素电极；以及与上述第二保持电容并联连接的、像素的一个电极与上述各组中的上述1个像素内的上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的第二像素电极，在与上述像素的图像显示期间不同的期间，利用从上述传感器控制线施加的传感期间选择信号使上述第二薄膜晶体管导通来进行预充电，然后，关断上述第二薄膜晶体管，对该第二薄膜晶体管照射光，将由该第二薄膜晶体管感光产生的光检测电流作为电荷积蓄在上述第二保持电容内，通过上述各组中的上述1个像素内的上述第一薄膜晶体管将上述积蓄电荷作为光检测电流读取到上述数据线，进行电压变换而作为上述触摸操作的检测信号。
10.根据权利要求9所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：具有连接上述第二保持电容的另一个电极的存储线。
11.根据权利要求9所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：在上述像素区域之外，具有生成根据上述触摸操作的检测信号判断触摸操作的有无的判断信号的传感器信号处理电路。
12.根据权利要求11所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：上述判断信号为2值信号，被发送到上述图像显示装置的上位控制电路，执行对所触摸的像素区域的坐标所设定的指令。
13.根据权利要求9所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：在与构成上述1个像素的上述第一薄膜晶体管连接的上述数据线上，具有进行显示信号和触摸操作检测信号的切换的切换开关。
14.根据权利要求9所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：上述传感器控制线由在上述选通线的排列方向上相邻的2个像素共用。
15.根据权利要求10所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：以上述存储线代替上述传感器控制线。
16.根据权利要求9所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：与上述图像显示期间不同的期间是1帧期间内的消隐期间。
17.根据权利要求9所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：上述3个像素是红色像素、绿色像素、蓝色像素，上述1个像素是白色像素。
18.根据权利要求1所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：具有使主面与上述绝缘基板的主面相对、并粘合的另一绝缘基板，在该另一绝缘基板与上述绝缘基板之间封入了液晶。
19.根据权利要求18所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：在上述其它绝缘基板的主面上具有在与上述像素电极之间产生电场的对置电极，在上述像素电极与上述对置电极之间封入了液晶。
20.根据权利要求1所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：以上述多个像素的像素电极作为一个电极，分别在该一个电极的上层具有有机EL发光层，还具有覆盖这些有机EL发光层而形成的另一个电极。
21.根据权利要求20所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：上述有机EL发光层在上述多个像素的每一个上发光色不同。
22.根据权利要求2所述的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：具有与上述保持电容并联连接的光信号积蓄电容，上述光信号积蓄电容的一个电极连接在上述第一薄膜晶体管和上述第二薄膜晶体管之间，上述光信号积蓄电容的另一个电极与上述存储线连接。
说明书 :
技术领域
本发明涉及在显示面板内内置光学传感器的图像显示装置，尤其涉及可不降低像素的开口率地进行直接画面输入的具有画面输入功能的图像显示装置。
背景技术
具有以使用者的手指在画面进行触摸操作(以下，仅称为触摸)而在上方进行输入的画面输入功能的图像显示装置，被广泛用于PDA等具有触摸传感器的便携终端、自动柜员机等固定式顾客向导终端。在具有这样的图像触摸输入功能的图像显示装置中，公知有检测以触摸所按压的部分的电阻值变化或电容变化的方式、检测由触摸所遮蔽的部分的光量变化的方式等。
特别是近年来，正在开发在构成画面的像素构造中检测外来光的光量变化而检测出触摸部分的坐标的方式。例如，在专利文献1中公开有在构成液晶显示装置的液晶显示面板的像素单位用薄膜晶体管(TFT)形成光传感元件(光传感器)。
图20是说明在像素电位形成光传感器的一般的液晶显示面板的现有例的像素结构的等效电路图，被公开在上述专利文献1中。该液晶显示面板包括多条选通线GL、多条数据线DL，电连接选通线GL和数据线DL的第一开关元件Q1、连接第一开关元件Q1的液晶电容CLC、以及第一存储电容CST1。还包括第一电压线VL1、第二电压线VL2、检测外来光的强度而变换为电流的第二开关元件TS1、保存由从第二开关元件TS1提供的电流形成的电荷的第二存储电容CST2、输出被保存在第二存储电容CTS2中的电荷的第三开关元件TS2、以及读出线ROL。上述第二开关元件TS1、第二存储电容CTS2、以及第三开关元件TS2形成一种光传感部。
专利文献1：日本特开2005-129948号公报
特别是近年来，正在开发在构成画面的像素构造中检测外来光的光量变化而检测出触摸部分的坐标的方式。例如，在专利文献1中公开有在构成液晶显示装置的液晶显示面板的像素单位用薄膜晶体管(TFT)形成光传感元件(光传感器)。
图20是说明在像素电位形成光传感器的一般的液晶显示面板的现有例的像素结构的等效电路图，被公开在上述专利文献1中。该液晶显示面板包括多条选通线GL、多条数据线DL，电连接选通线GL和数据线DL的第一开关元件Q1、连接第一开关元件Q1的液晶电容CLC、以及第一存储电容CST1。还包括第一电压线VL1、第二电压线VL2、检测外来光的强度而变换为电流的第二开关元件TS1、保存由从第二开关元件TS1提供的电流形成的电荷的第二存储电容CST2、输出被保存在第二存储电容CTS2中的电荷的第三开关元件TS2、以及读出线ROL。上述第二开关元件TS1、第二存储电容CTS2、以及第三开关元件TS2形成一种光传感部。
专利文献1：日本特开2005-129948号公报
发明内容
专利文献1中公开的光传感器结构需要每个像素包括多个薄膜晶体管的元件数量，因此用于显示的像素的开口率变低，元件数量增加，功耗增大。开口率的降低使图像的亮度恶化，功耗的增大尤其在便携式终端中会导致工作时间缩短。
本发明的目的在于提供一种具有可不降低像素的开口率地进行直接画面输入的画面输入功能的图像显示装置。
为实现上述目的，以液晶显示装置为例公开本发明的代表性结构和动作如下。本发明的具有画面输入功能的图像显示装置在玻璃基板等绝缘基板上的像素区域形成由薄膜晶体管构成的光传感器，以形成后述那样的构造和进行后述那样的动作。
(1)在从画面的显示面侧所输入的光被遮蔽的开关用薄膜晶体管(开关TFT)的漏极电极或源极电极(这里为漏极电极)上，连接接受从画面的显示面侧输入的光的光传感器用薄膜晶体管(光检测TFT)的源极电极或漏极电极(这里为源极电极)，从而将两个TFT串联连接。
(2)在光检测TFT的源极电极或漏极电极连接辅助电容和像素电极。
(3)在光检测TFT的栅极电极连接传感器控制线，在开关TFT的栅极电极连接像素选择用选通线。
(4)在开关TFT的漏极电极或源极电极(这里为源极电极)连接数据线。
(5)在光检测TFT的漏极电极或源极电极(这里为漏极电极)并联连接保持电容的一个电极和像素电极。
(6)在存储线连接上述保持电容的另一个电极。
(7)在触摸期间(传感期间)中，以由传感器控制线施加的传感期间选择信号使光检测TFT导通，光检测TFT感受到的光检测电流作为电荷被积蓄在保持电容中。
(8)经由开关TFT将该积蓄电荷作为光检测电流读出到数据线上，将电压变换后的信号传送到设置在像素区域之外的传感器信号处理电路。
(9)传感器信号处理电路生成根据传送的电压信号判断有无触摸的2值信号等判断信号。
(10)表示有无触摸的判断信号被传送到图像显示装置的上位控制电路，执行在所触摸的像素区域的坐标(触摸按键的位置等)上所设定的指令。
薄膜晶体管TFT的源极电极和漏极电极在显示面板的动作中相互替换，但为了便于说明，如上述那样，固定源极电极和漏极电极来进行说明。
本发明适用于有源驱动的液晶显示装置，但也能够适用于同为有源驱动的有机EL显示装置、其它同样的图像显示装置、以及光传感器应用设备。以下，记述本发明的特征结构的例子。
本发明是通过对绝缘基板的像素区域的触摸操作来输入信息的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
在上述绝缘基板的主面，在由构成上述画面的多个像素组成的像素区域中的该各像素的每一个中，具有来自外来光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管和与第一薄膜晶体管串联连接并接受上述外来光的照射的第二薄膜晶体管，
包括：
与上述第一薄膜晶体管的栅极电极连接的选通线；
与上述第二薄膜晶体管的栅极电极连接的传感器控制线；
与上述第一薄膜晶体管的漏极电极或源极电极连接的数据线；
一个电极与上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的保持电容、以及
与该保持电容并联连接的、像素的一个电极与上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的像素电极，
在与上述像素的图像显示期间不同的期间，利用从上述传感器控制线施加的传感期间选择信号使上述第二薄膜晶体管导通，将由该第二薄膜晶体管感光产生的光检测电流作为电荷积蓄在上述保持电容内，
通过上述第一薄膜晶体管将上述积蓄电荷作为光检测电流读取到上述数据线，进行电压变换而作为触摸信号。
本发明的特征在于：具有连接上述保持电容的另一个电极的存储线，在上述像素区域之外，具有生成根据上述触摸信号判断触摸的有无的判断信号的传感器信号处理电路，上述判断信号为2值信号，被发送到上述图像显示装置的上位控制电路，执行对所触摸的像素区域的坐标所设定的指令。
本发明的特征在于：在上述数据线上具有进行显示信号和触摸信号的切换的切换开关，上述传感器控制线由在上述选通线的排列方向上相邻的2个像素共用，以上述存储线代替上述传感器控制线，与上述图像显示期间不同的期间是1帧期间内的消隐期间。
另外，本发明的特征在于：
在上述绝缘基板的主面，在上述画面上构成有由将红色像素、绿色像素、蓝色像素、白色像素作为1组的多个组组成的像素区域，
除了构成上述各组的红色像素、绿色像素、蓝色像素、白色像素中的1个像素，其它的3个像素由外来光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管构成，
上述各组中的上述1个像素由外来光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管和与上述第一薄膜晶体管串联连接并接受上述外来光的照射的第二薄膜晶体管构成，
包括：
与上述第一薄膜晶体管的栅极电极连接的选通线；
与上述第二薄膜晶体管的栅极电极连接的传感器控制线；
与上述第一薄膜晶体管的漏极电极或源极电极连接的数据线；
一个电极与构成上述3个像素的上述第一薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的辅助电容；以及
与该辅助电容并联连接的、像素的一个电极与构成上述3个像素的上述第一薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的像素电极，
在与上述像素的图像显示期间不同的期间，利用从上述传感器控制线施加的传感器期间选择信号使上述第二薄膜晶体管导通，将由该第二薄膜晶体管感光产生的光检测电流作为电荷积蓄在上述保持电容内，
通过上述第一薄膜晶体管将上述积蓄电荷作为光检测电流读取到上述数据线，进行电压变换而作为上述触摸信号。
本发明的特征在于：具有连接上述保持电容的另一个电极的存储线，在上述像素区域之外，具有生成根据上述触摸信号判断触摸的有无的判断信号的传感器信号处理电路，上述判断信号为2值信号，被发送到上述图像显示装置的上位控制电路，执行对所触摸的像素区域的坐标所设定的指令。
本发明的特征在于：在与构成上述1个像素的上述第一薄膜晶体管连接的上述数据线上，具有进行显示信号和触摸信号的切换的切换开关。
本发明的特征在于：上述传感器控制线由在上述选通线的排列方向上相邻的2个像素共用，以上述存储线代替上述传感器控制线。
本发明的特征在于：与上述图像显示期间不同的期间是1帧期间内的消隐期间。
本发明的特征在于：上述3个像素是红色像素、绿色像素、蓝色像素，上述1个像素是白色像素。
另外，本发明的特征在于：具有使主面与上述绝缘基板的主面相对、并粘合的另一绝缘基板，在该另一绝缘基板与上述绝缘基板之间封入了液晶，在上述其它绝缘基板的主面上具有在与上述像素电极之间产生电场的对置电极，在上述像素电极与上述对置电极之间封入了液晶。
另外，本发明的特征在于：以上述多个像素的像素电极作为一个电极，分别在该一个电极的上层具有有机EL发光层，还具有覆盖这些有机EL发光层而形成的另一个电极，上述有机EL发光层在上述多个像素的每一个上发光色不同。
本发明除了图像显示所必需的开关TFT、辅助电容、数据线、选通线、存储线之外，仅增加1个光检测TFT和1条传感器控制线，因此能够抑制光传感器内置于像素区域所带来的像素开口率的降低。另外，也能够避免由元件的增加引起的功耗(在液晶显示面板中也称为背光源功耗)的增大。
本发明的目的在于提供一种具有可不降低像素的开口率地进行直接画面输入的画面输入功能的图像显示装置。
为实现上述目的，以液晶显示装置为例公开本发明的代表性结构和动作如下。本发明的具有画面输入功能的图像显示装置在玻璃基板等绝缘基板上的像素区域形成由薄膜晶体管构成的光传感器，以形成后述那样的构造和进行后述那样的动作。
(1)在从画面的显示面侧所输入的光被遮蔽的开关用薄膜晶体管(开关TFT)的漏极电极或源极电极(这里为漏极电极)上，连接接受从画面的显示面侧输入的光的光传感器用薄膜晶体管(光检测TFT)的源极电极或漏极电极(这里为源极电极)，从而将两个TFT串联连接。
(2)在光检测TFT的源极电极或漏极电极连接辅助电容和像素电极。
(3)在光检测TFT的栅极电极连接传感器控制线，在开关TFT的栅极电极连接像素选择用选通线。
(4)在开关TFT的漏极电极或源极电极(这里为源极电极)连接数据线。
(5)在光检测TFT的漏极电极或源极电极(这里为漏极电极)并联连接保持电容的一个电极和像素电极。
(6)在存储线连接上述保持电容的另一个电极。
(7)在触摸期间(传感期间)中，以由传感器控制线施加的传感期间选择信号使光检测TFT导通，光检测TFT感受到的光检测电流作为电荷被积蓄在保持电容中。
(8)经由开关TFT将该积蓄电荷作为光检测电流读出到数据线上，将电压变换后的信号传送到设置在像素区域之外的传感器信号处理电路。
(9)传感器信号处理电路生成根据传送的电压信号判断有无触摸的2值信号等判断信号。
(10)表示有无触摸的判断信号被传送到图像显示装置的上位控制电路，执行在所触摸的像素区域的坐标(触摸按键的位置等)上所设定的指令。
薄膜晶体管TFT的源极电极和漏极电极在显示面板的动作中相互替换，但为了便于说明，如上述那样，固定源极电极和漏极电极来进行说明。
本发明适用于有源驱动的液晶显示装置，但也能够适用于同为有源驱动的有机EL显示装置、其它同样的图像显示装置、以及光传感器应用设备。以下，记述本发明的特征结构的例子。
本发明是通过对绝缘基板的像素区域的触摸操作来输入信息的具有画面输入功能的图像显示装置，其特征在于：
在上述绝缘基板的主面，在由构成上述画面的多个像素组成的像素区域中的该各像素的每一个中，具有来自外来光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管和与第一薄膜晶体管串联连接并接受上述外来光的照射的第二薄膜晶体管，
包括：
与上述第一薄膜晶体管的栅极电极连接的选通线；
与上述第二薄膜晶体管的栅极电极连接的传感器控制线；
与上述第一薄膜晶体管的漏极电极或源极电极连接的数据线；
一个电极与上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的保持电容、以及
与该保持电容并联连接的、像素的一个电极与上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的像素电极，
在与上述像素的图像显示期间不同的期间，利用从上述传感器控制线施加的传感期间选择信号使上述第二薄膜晶体管导通，将由该第二薄膜晶体管感光产生的光检测电流作为电荷积蓄在上述保持电容内，
通过上述第一薄膜晶体管将上述积蓄电荷作为光检测电流读取到上述数据线，进行电压变换而作为触摸信号。
本发明的特征在于：具有连接上述保持电容的另一个电极的存储线，在上述像素区域之外，具有生成根据上述触摸信号判断触摸的有无的判断信号的传感器信号处理电路，上述判断信号为2值信号，被发送到上述图像显示装置的上位控制电路，执行对所触摸的像素区域的坐标所设定的指令。
本发明的特征在于：在上述数据线上具有进行显示信号和触摸信号的切换的切换开关，上述传感器控制线由在上述选通线的排列方向上相邻的2个像素共用，以上述存储线代替上述传感器控制线，与上述图像显示期间不同的期间是1帧期间内的消隐期间。
另外，本发明的特征在于：
在上述绝缘基板的主面，在上述画面上构成有由将红色像素、绿色像素、蓝色像素、白色像素作为1组的多个组组成的像素区域，
除了构成上述各组的红色像素、绿色像素、蓝色像素、白色像素中的1个像素，其它的3个像素由外来光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管构成，
上述各组中的上述1个像素由外来光的照射被遮蔽的第一薄膜晶体管和与上述第一薄膜晶体管串联连接并接受上述外来光的照射的第二薄膜晶体管构成，
包括：
与上述第一薄膜晶体管的栅极电极连接的选通线；
与上述第二薄膜晶体管的栅极电极连接的传感器控制线；
与上述第一薄膜晶体管的漏极电极或源极电极连接的数据线；
一个电极与构成上述3个像素的上述第一薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的辅助电容；以及
与该辅助电容并联连接的、像素的一个电极与构成上述3个像素的上述第一薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接的像素电极，
在与上述像素的图像显示期间不同的期间，利用从上述传感器控制线施加的传感器期间选择信号使上述第二薄膜晶体管导通，将由该第二薄膜晶体管感光产生的光检测电流作为电荷积蓄在上述保持电容内，
通过上述第一薄膜晶体管将上述积蓄电荷作为光检测电流读取到上述数据线，进行电压变换而作为上述触摸信号。
本发明的特征在于：具有连接上述保持电容的另一个电极的存储线，在上述像素区域之外，具有生成根据上述触摸信号判断触摸的有无的判断信号的传感器信号处理电路，上述判断信号为2值信号，被发送到上述图像显示装置的上位控制电路，执行对所触摸的像素区域的坐标所设定的指令。
本发明的特征在于：在与构成上述1个像素的上述第一薄膜晶体管连接的上述数据线上，具有进行显示信号和触摸信号的切换的切换开关。
本发明的特征在于：上述传感器控制线由在上述选通线的排列方向上相邻的2个像素共用，以上述存储线代替上述传感器控制线。
本发明的特征在于：与上述图像显示期间不同的期间是1帧期间内的消隐期间。
本发明的特征在于：上述3个像素是红色像素、绿色像素、蓝色像素，上述1个像素是白色像素。
另外，本发明的特征在于：具有使主面与上述绝缘基板的主面相对、并粘合的另一绝缘基板，在该另一绝缘基板与上述绝缘基板之间封入了液晶，在上述其它绝缘基板的主面上具有在与上述像素电极之间产生电场的对置电极，在上述像素电极与上述对置电极之间封入了液晶。
另外，本发明的特征在于：以上述多个像素的像素电极作为一个电极，分别在该一个电极的上层具有有机EL发光层，还具有覆盖这些有机EL发光层而形成的另一个电极，上述有机EL发光层在上述多个像素的每一个上发光色不同。
本发明除了图像显示所必需的开关TFT、辅助电容、数据线、选通线、存储线之外，仅增加1个光检测TFT和1条传感器控制线，因此能够抑制光传感器内置于像素区域所带来的像素开口率的降低。另外，也能够避免由元件的增加引起的功耗(在液晶显示面板中也称为背光源功耗)的增大。
附图说明
图1是说明本发明实施例1的具有画面输入功能的液晶显示装置的展开立体图。
图2是说明本发明实施例1的图1所示的具有画面输入功能的液晶显示装置的1个像素的剖视图。
图3是说明照射薄膜晶体管的光的强度与漏极电流的关系的图。
图4是说明本发明实施例1的像素结构的等效电路图。
图5是将以图4说明的像素电路配置成矩阵状的实施例1的部分等效电路图。
图6是本发明实施例1的像素电路的驱动时序图。
图7是说明本发明的图像显示装置的整体电路结构的图。
图8是表示本发明实施例1的TFT基板上的布局的一个例子的图。
图9是说明本发明实施例1中的传感器信号处理电路的结构例的图。
图10是本发明实施例1中的触摸功能使用时的显示画面的说明图。
图11是表示使用本发明的图像显示装置的移动用电子设备的一个例子的图。
图12是将本发明实施例2的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。
图13是说明本发明实施例2的像素电路的动作的驱动时序图。
图14是说明本发明实施例的TFT基板上的布局的一个例子的图。
图15是将本发明的实施例3的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。
图16是明本发明实施例3的TFT基板上的布局的一个例子的图。
图17是将本发明的图像显示装置的实施例4中的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。
图18是说明本发明实施例4的像素电路的动作的驱动时序图。
图19是说明本发明实施例4的TFT基板上的布局的一个例子的图。
图20是说明在像素单位形成光传感器的一般的液晶显示面板的现有例的像素结构的等效电路图。
图21是说明图4的本发明实施例1的像素结构的变更例的图。
图2是说明本发明实施例1的图1所示的具有画面输入功能的液晶显示装置的1个像素的剖视图。
图3是说明照射薄膜晶体管的光的强度与漏极电流的关系的图。
图4是说明本发明实施例1的像素结构的等效电路图。
图5是将以图4说明的像素电路配置成矩阵状的实施例1的部分等效电路图。
图6是本发明实施例1的像素电路的驱动时序图。
图7是说明本发明的图像显示装置的整体电路结构的图。
图8是表示本发明实施例1的TFT基板上的布局的一个例子的图。
图9是说明本发明实施例1中的传感器信号处理电路的结构例的图。
图10是本发明实施例1中的触摸功能使用时的显示画面的说明图。
图11是表示使用本发明的图像显示装置的移动用电子设备的一个例子的图。
图12是将本发明实施例2的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。
图13是说明本发明实施例2的像素电路的动作的驱动时序图。
图14是说明本发明实施例的TFT基板上的布局的一个例子的图。
图15是将本发明的实施例3的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。
图16是明本发明实施例3的TFT基板上的布局的一个例子的图。
图17是将本发明的图像显示装置的实施例4中的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。
图18是说明本发明实施例4的像素电路的动作的驱动时序图。
图19是说明本发明实施例4的TFT基板上的布局的一个例子的图。
图20是说明在像素单位形成光传感器的一般的液晶显示面板的现有例的像素结构的等效电路图。
图21是说明图4的本发明实施例1的像素结构的变更例的图。
具体实施方式
以下，根据参照附图的实施例详细说明本发明的最佳实施方式。
[实施例1]
图1是说明本发明实施例1的具有画面输入功能的液晶显示装置的展开立体图。在图1中，在作为第一绝缘基板(TFT基板)的下部玻璃基板27的主面(形成薄膜晶体管(TFT)等的内表面)具有矩阵状排列着多个像素(以像素电极48表示)的显示区域(像素区域)16。该像素具有显示用的像素功能PIX和光检测功能SEN。另外，在该玻璃基板27的主面上，在像素区域16的外侧具有对构成像素的开关TFT(后述)的栅极电极施加选择信号的栅极驱动器12、对光检测TFT(后述)施加传感器控制信号的传感器驱动器14、与开关TFT的源极电极或漏极电极(这里为源极电极)连接的数据驱动器11、生成判断有无触摸的判断信号的传感器信号处理电路13。
栅极驱动器12、传感器驱动器14、数据驱动器11、传感器信号处理电路13与配置在外部的上位信息处理电路(主计算机)之间以在基板27上图案化的布线18和挠性印制基板17进行连接。
在作为第二绝缘基板的上部玻璃基板21的主面上，与在玻璃基板27的主面上形成的各像素对应地形成多个滤色片(以像素的开口50表示)，该多个滤色片以遮光膜(黑底)24划分。另外，在其上整个面地形成对置电极22。在该第二绝缘基板的主面和第一绝缘基板的主面的相对间隙内封入液晶25。在像素电极48以及对置电极和液晶的界面上形成赋予液晶取向控制能的取向膜，但省略图示。这在图2及以后的图中也是同样的。
在上部玻璃基板21的表面(观察面)粘合上偏振片20A，在下部玻璃基板27的表面(背面)粘合下偏振片20B，构成液晶显示面板。通常，上偏振片20A的光吸收轴和下偏振片20B的光吸收轴垂直交叉配置。在构成该液晶显示面板的下部玻璃基板27的背后设置有背光源29。
图1是使用在上部基板21的主面具有对置电极22的形成的液晶显示面板的液晶显示装置，但在将对置电极设置在下部玻璃基板27的主面这种形式的液晶显示面板的情况下，除了电极配置和电极形状，由光检测TFT和开关TFT构成的像素电路为相同结构。
图2是说明本发明实施例1的图1所示的具有画面输入功能的液晶显示装置的1个像素的剖视图。具有画面输入功能的液晶显示装置作为画面输入功能具有光传感器(光检测部件)。该光传感器形成在下部玻璃基板27的主面，由光检测薄膜晶体管(光检测TFT)61和开关TFT60的组合构成。此外，光检测TFT61和开关TFT60也控制像素显示。
图2示出操作者(使用者)的手指51等(以下，称为手指)触摸该像素时的上部分。形成在下部玻璃基板27的主面的光检测TFT61被配置在形成于上部玻璃基板21的主面的滤色片23的下方。来自背光源29的光LBL以手指反射作为反射光LREF，从上部玻璃基板21侧透过滤色片，入射至光检测TF61。来自背光源29的光LBL的一部分还从光检测TFT的下侧入射。
另一方面，同样形成在下部玻璃基板27的主面的开关TFT60被配置在形成于上部玻璃基板21的主面的黑底24的下方。在开关TFT60中，以手指51反射的来自背光源29的光LBL的反射光LREF被黑底24遮蔽，因此入射至开关TFT60的光仅为来自背面的背光源的光LBL。
图3是说明照射薄膜晶体管TFT的光的强度与漏极电流的关系的图。图3的(a)示出对于向TFT照射光时的光量的漏极电流的依赖性。横轴为照射TFT的光L的强度Ev，纵轴为TFT的漏极电流I。图3的(b)是TFT中的光照射和漏极电流的示意图。如图3的(b)所示，在TFT的漏极施加高电位VH，在源极施加低电位VL，使栅极和源极连接而成为二极管，从而产生暗电流引起的漏极电流Ioff。另外，通过照射光L时的光能，TFT的沟道中的电子被从价带激发到导带，流过依赖于光量L的漏极电流I。
设不对TFT照射光时的照度为0，随着对TFT照射的光L的照度依次增高为EV1、EV2、EV3，正比于光L的照度，漏极电流I成为Ioff、IEV1、IEV2、IEV3，依次增加。本实施例的图像显示装置利用在TFT流过依赖于光的光量的电流的特性，并将TFT制作在玻璃基板上，由此能够实现触摸面板功能等输入功能。
图4是说明本发明实施例1的像素结构的等效电路图。该像素如下构成，即：将接受从液晶显示面板的画面上(上部玻璃基板的表面侧)入射的光的光检测TFT61和以黑底等遮蔽的不接受从液晶显示面板的画面入射的光的开关TFT60串联连接。在光检测TFT61的源极电极连接保持电容CST和液晶元件的像素电极ITO。液晶元件以电容CLC进行标记。在光检测TFT61的栅极电极连接有传感器控制线140，在开关TFT60的栅极电极连接有选通线120。
在开关TFT60的漏极电极连接有数据线110，在保持电容CST的一端连接有存储线150，对液晶元件CLC的像素电极ITO提供图像信号。另外，光检测TFT61通过数据线110将感光而生成的光检测电流Isig传送至传感器信号处理电路(参照图1)。在图像信号的显示所需的开关TFT60、保持电容CST、数据线110、选通线120、存储线150的基础上，增加1个光检测TFT61和1条传感器控制线140，从而成为将光检测TFT61的光检测信号传送至传感器信号处理电路的结构，因此能够使像素结构变得简单，并能够抑制光传感器内置于图像显示装置所带来的像素开口率的下降以维持明亮的显示图像。
图5是将以图4说明的像素电路配置成矩阵状的实施例1的部分等效电路图。这里为了便于说明示出矩阵状配置3×2像素的情况。在图5中，将图4所示结构的像素电路配置成矩阵状，在数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)连接切换开关80(n)、80(n+1)、80(n+2)。利用这些切换开关80(n)、80(n+1)、80(n+2)的通断，对由后述的栅极驱动器和数据驱动器提供的驱动信号和图像信号的传送与向后述的传感器信号处理电路的光电流Isig的传送进行切换。
图6是本发明实施例1的像素电路的驱动时序图。这里为了便于说明将分辨率取为QVGA(240：R，G，B×垂直)。图像显示装置通常在60Hz的1帧期间1 F内输出1幅画面量的图像信号。1帧期间包括：在选通线120(1)～120(320)施加从VG(1)到VG(320)的控制信号(扫描信号)、在数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)输入图像信号VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)的显示期间TD和不显示图像、从第320像素回行到第1像素的消隐期间TB。这里，实施例1的光检测动作(光传感动作)在消隐期间TB内进行。
消隐期间TB分为初始化光检测TFT61和保持电容CST间的电位的预充电期间TP，和光检测TFT61的光检测电路Isig的发生、向光检测信号处理电路传送的光传感器期间TS。首先，说明显示期间TD。
对选通信号施加的扫描信号VG(1)～VG(320)分别从低电平变为高电平，从属于选通线120(1)的像素(第1线的像素)开始依次扫描到数据选通线120(320)的像素(第320线的像素)为止。此时，在传感器控制线140施加的电位VS总为高电平H，光检测TFT61处于导通状态。
由数据驱动器对数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)提供图像信号VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)，在画面上显示基于该图像信号的图像。
接着，说明预充电期间TP。在接着显示期间TD的预充电期间TP中，在选通线120(1)～120(320)施加的扫描信号VG(1)～VG(320)和在传感器控制线140施加的电压VS始终保持为高电平H状态。通过从数据驱动器在所有数据线代替图像信号VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)而输入高电平H，由此初始化辅助电容间的电位差。然后，将在传感器控制线140施加的电压VS和在数据线施加的电压VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)取为低电平L，从而在光检测TFT61的漏极施加低(L)电位，变为流过与接受到的光量对应的漏极电流的状态，从而预充电期间结束。
然后，说明光检测(传感)期间。在传感器控制线140施加的电压VS保持低电平L，切换开关80(n)、80(n+1)、80(n+2)的切换信号SW从高电平H变为低电平L，从而数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)从数据驱动器分离，与传感器信号处理电路导通。选通线120(1)～120(320)的电位VG(1)～VG(320)从低电平L变为高电平H，从而读出在此期间光检测TFT61感光而产生的漏极电流作为数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)上的信号VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)，并作为进行电压变换后而得到的电位差ΔVS传送至传感器信号处理电路。
另外，选通线120(1)～120(320)上的信号VG(1)～VG(320)从第1个像素开始扫描到第320个像素为止。这里，输入至光检测TFT的光的强度越强，电位差ΔVS越大。使用在后面以图9描述的传感器信号处理电路，根据该电位差ΔVS判断是否用手指触摸了画面。
图7是说明本发明的图像显示装置的整体电路结构的图。在作为TFT基板的玻璃基板上形成栅极驱动器12、数据驱动器11、传感器驱动器14和传感器信号处理电路13。在像素区域(显示区域)16沿图7的纸面的垂直方向从数据驱动器11布置多条数据线110(1)、110(2)，经由切换开关80连接在数据驱动器11上。沿纸面的水平方向，从栅极驱动器12布置多条数据线120，从传感器驱动器14布置多条传感器控制线140。图7示出在显示区域16显示预定图像的状态，配置有“#1”、“#2”、“#3”、“#4”这4个触摸按键的显示。在位于触摸按键中心的4个像素部内置有图4所示的像素结构。将在显示区域16内形成的光传感器的信号电压传送至传感器信号处理电路13。
图8是表示本发明实施例1的TFT基板上的布局的一个例子的图。各TFT的源极和漏极如图2所示，由多晶硅层形成。另外，数据线110(1)、110(2)、传感器控制线140(1)、140(2)、电容线(存储线)150(1)、150(2)、以及TFT的栅极电极用栅极金属层形成。另外，数据线110(1)、110(2)用金属布线层形成。图8中，PIX1、PIX2、PIX3......表示1个像素的区域。
显示电极48(ITO)占像素区域(例如为PIX2)的大部分，通过接触孔49，与构成光检测TFT61的源极、漏极的金属布线层连接。光检测TFT61和开关TFT60的源极电极、漏极电极之一相互串联连接在一起，因此不需要在二者的连接点A形成接触孔，能够缩小布局面积。
在开关TFT60上的滤色片基板配置有黑底24。在数据线110(1)、110(2)的金属布线层的下面用栅极金属层、光检测TFT61的半导体膜(多晶硅层)形成有保持电容CST71。
图9是说明本发明实施例1中的传感器信号处理电路的结构例的图。传感器信号处理电路13构成比较电路。与数据线110(1)、110(2)连接的端子SS1、SS2经由选择开关74和选择开关75与采样保持电路71连接，端子SW1、SW2分别与构成选择开关74、选择开关75的TFT的栅极电极连接，由传感器驱动器提供信号，控制选择开关74和选择开关75，选择输入至采样保持电路71的数据线110(1)、110(2)。
在数据线110(1)、110(2)产生的信号电压ΔVS被输入至采样保持电路71，在预定期间内进行采样，保持采样数据，在其间放大器72对采样数据和判断基准电压VREF的差ΔV进行放大，传送至锁存电路73。锁存电路73根据从放大电路72发送来的信号，最终输出2值的数字判断信号VOUT。
图10是本发明实施例1中的触摸功能使用时的显示画面的说明图。图10示出在显示区域16显示预定图像的状态，除了显示字符“选择A-D”，还显示有记载了“A”、“B”、“C”、“D”的开关状显示10。这是等待用户有选择地触摸输入“A”、“B”、“C”、或“D”的按钮的状态。由用户触摸了画面上的记载了“A”、“B”、“ C”、或“D”的按钮状的显示采用如下方式来确定，即将图4的像素电路内的光检测TFT61的信号电压ΔVS传送至传感器信号处理电路13，根据2值的判断信号VOUT进行有无触摸的判断。
图11是表示使用本发明的图像显示装置的移动用电子设备的一个例子的图。该移动用电子设备除了安装有构成显示画面3的图像显示装置2之外，还在操作部安装了十字键4。通过对该移动用电子设备应用本发明的具有画面输入功能的图像显示装置，以指尖触摸在图像显示装置的显示画面上显示的图标显示等，能够不需要与显示画面重叠地设置现有那样的专用触摸面板模块，能够得到重量轻、厚度薄、画面明亮的移动用电子设备。也能够使十字键4等操作键(按键)显示在画面内。
图12是将本发明实施例2的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。实施例2用“RED”(红)、“GREEN”(绿)、“BLUE”(蓝)、“ WHITE”(白)这4个像素构成1个彩色像素。在该图像显示装置中，使图4的像素电路内置在“WHITE”像素中。其它的结构与以图5说明的本发明的实施例1相同。
图13是说明本发明实施例2的像素电路的动作的驱动时序图。“WHITE”像素与图6的驱动时序同样地进行动作。在“RED”、“GREEN”、“BLUE”像素中，与通常的液晶显示装置的驱动相同，因此与图12一样省略重复的说明。
图14是说明本发明实施例的TFT基板上的布局的一个例子的图。在图14中，仅“WHITE”像素的结构与图8所示的实施例1的布局例相同。
图15是将本发明实施例3的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。在图15中，除了像素PIX1和PIX2这2个像素共用传感器线140(1)之外，结构与图5的实施例1相同。与实施例1不同，通过共用传感器线，能够削减每个像素的布线数量，能够进一步提高内置光传感器的图像显示装置的像素开口率。
图16是说明本发明实施例3的TFT基板上的布局的一个例子的图。在实施例3中，沿数据线的延伸方向的上下方向对称地布置像素PIX1和像素PIX2。采用该配置，能够共用与开关TFT60的数据线110的接触部分，进而，能够与开关线140的共用化相适应，与实施例1相比，能削减每个像素的布线数量，进一步提高内置光传感器的图像显示装置的像素开口率。
图17是将本发明的图像显示装置的实施例4中的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。与实施例1相比，除了以存储线代替传感器线150(1)、150(2)、150(3)(或以传感器线代替存储线)、在像素PIX2的光检测TFT61的栅极电极连接位于数据线的上游的传感器线150(2)的结构之外，结构与图5的实施例1相同。由于不需要存储线或传感器线中的任一者，因此与实施例2相比，能够削减每个像素的布线数量，进一步提高内置光传感器的图像显示装置的像素开口率。
图18是说明本发明实施例4的像素电路的动作的驱动时序图。图18所示的驱动时序，除了在存储线150施加的电压VST的驱动时序与对图6的传感器控制线140的施加电压VS相同之外，与图6的实施例1的驱动时序相同。
图19是说明本发明实施例4的TFT基板上的布局的一个例子的图。在实施例4中，与图16的实施例3相比，削减了对传感器控制线140的施加电压VS，因此，与实施例3相比，能够进一步削减1个像素的布线数量，能够进一步提高内置光传感器的图像显示装置的像素开口率。
以上的各实施例将本发明应用于液晶显示装置中，但本发明同样也能够应用于使用了在上述实施例中说明的TFT基板的、使用了其他显示原理的图像显示装置，例如有机EL显示装置。在有机EL显示装置的情况下，将像素电极作为一个电极，形成规定像素开口部的堤(bank)。在以堤所包围的内侧，在一个电极上层层叠有机EL发光层，进而覆盖其上层而形成另一个电极。堤使用光吸收性绝缘材料，具有黑底功能。
在该有机EL显示装置的情况下，在TFT基板具有的开关TFT和光检测TFT的串联电路中，开关TFT形成在以堤隐藏的区域内，将光检测TFT设置在像素的开口部，从而进行与液晶显示相同的动作。生成触摸操作的检测信号、并生成判断信号的传感器信号处理与实施例1～4说明的相同。
图21示出图4的本发明实施例1的像素结构的变更例。图4的光检测信号积蓄电容CINT的一个电极连接在光检测TFT61的漏极电极和开关TFT60的漏极电极之间，另一电极与存储线150连接，光信号积蓄电容CINT与保持电容CST并联连接。
通过设置光信号积蓄电容CINT，能够增加在像素内积蓄的光检测TFT61的光检测电流量，能够增加信号。
[实施例1]
图1是说明本发明实施例1的具有画面输入功能的液晶显示装置的展开立体图。在图1中，在作为第一绝缘基板(TFT基板)的下部玻璃基板27的主面(形成薄膜晶体管(TFT)等的内表面)具有矩阵状排列着多个像素(以像素电极48表示)的显示区域(像素区域)16。该像素具有显示用的像素功能PIX和光检测功能SEN。另外，在该玻璃基板27的主面上，在像素区域16的外侧具有对构成像素的开关TFT(后述)的栅极电极施加选择信号的栅极驱动器12、对光检测TFT(后述)施加传感器控制信号的传感器驱动器14、与开关TFT的源极电极或漏极电极(这里为源极电极)连接的数据驱动器11、生成判断有无触摸的判断信号的传感器信号处理电路13。
栅极驱动器12、传感器驱动器14、数据驱动器11、传感器信号处理电路13与配置在外部的上位信息处理电路(主计算机)之间以在基板27上图案化的布线18和挠性印制基板17进行连接。
在作为第二绝缘基板的上部玻璃基板21的主面上，与在玻璃基板27的主面上形成的各像素对应地形成多个滤色片(以像素的开口50表示)，该多个滤色片以遮光膜(黑底)24划分。另外，在其上整个面地形成对置电极22。在该第二绝缘基板的主面和第一绝缘基板的主面的相对间隙内封入液晶25。在像素电极48以及对置电极和液晶的界面上形成赋予液晶取向控制能的取向膜，但省略图示。这在图2及以后的图中也是同样的。
在上部玻璃基板21的表面(观察面)粘合上偏振片20A，在下部玻璃基板27的表面(背面)粘合下偏振片20B，构成液晶显示面板。通常，上偏振片20A的光吸收轴和下偏振片20B的光吸收轴垂直交叉配置。在构成该液晶显示面板的下部玻璃基板27的背后设置有背光源29。
图1是使用在上部基板21的主面具有对置电极22的形成的液晶显示面板的液晶显示装置，但在将对置电极设置在下部玻璃基板27的主面这种形式的液晶显示面板的情况下，除了电极配置和电极形状，由光检测TFT和开关TFT构成的像素电路为相同结构。
图2是说明本发明实施例1的图1所示的具有画面输入功能的液晶显示装置的1个像素的剖视图。具有画面输入功能的液晶显示装置作为画面输入功能具有光传感器(光检测部件)。该光传感器形成在下部玻璃基板27的主面，由光检测薄膜晶体管(光检测TFT)61和开关TFT60的组合构成。此外，光检测TFT61和开关TFT60也控制像素显示。
图2示出操作者(使用者)的手指51等(以下，称为手指)触摸该像素时的上部分。形成在下部玻璃基板27的主面的光检测TFT61被配置在形成于上部玻璃基板21的主面的滤色片23的下方。来自背光源29的光LBL以手指反射作为反射光LREF，从上部玻璃基板21侧透过滤色片，入射至光检测TF61。来自背光源29的光LBL的一部分还从光检测TFT的下侧入射。
另一方面，同样形成在下部玻璃基板27的主面的开关TFT60被配置在形成于上部玻璃基板21的主面的黑底24的下方。在开关TFT60中，以手指51反射的来自背光源29的光LBL的反射光LREF被黑底24遮蔽，因此入射至开关TFT60的光仅为来自背面的背光源的光LBL。
图3是说明照射薄膜晶体管TFT的光的强度与漏极电流的关系的图。图3的(a)示出对于向TFT照射光时的光量的漏极电流的依赖性。横轴为照射TFT的光L的强度Ev，纵轴为TFT的漏极电流I。图3的(b)是TFT中的光照射和漏极电流的示意图。如图3的(b)所示，在TFT的漏极施加高电位VH，在源极施加低电位VL，使栅极和源极连接而成为二极管，从而产生暗电流引起的漏极电流Ioff。另外，通过照射光L时的光能，TFT的沟道中的电子被从价带激发到导带，流过依赖于光量L的漏极电流I。
设不对TFT照射光时的照度为0，随着对TFT照射的光L的照度依次增高为EV1、EV2、EV3，正比于光L的照度，漏极电流I成为Ioff、IEV1、IEV2、IEV3，依次增加。本实施例的图像显示装置利用在TFT流过依赖于光的光量的电流的特性，并将TFT制作在玻璃基板上，由此能够实现触摸面板功能等输入功能。
图4是说明本发明实施例1的像素结构的等效电路图。该像素如下构成，即：将接受从液晶显示面板的画面上(上部玻璃基板的表面侧)入射的光的光检测TFT61和以黑底等遮蔽的不接受从液晶显示面板的画面入射的光的开关TFT60串联连接。在光检测TFT61的源极电极连接保持电容CST和液晶元件的像素电极ITO。液晶元件以电容CLC进行标记。在光检测TFT61的栅极电极连接有传感器控制线140，在开关TFT60的栅极电极连接有选通线120。
在开关TFT60的漏极电极连接有数据线110，在保持电容CST的一端连接有存储线150，对液晶元件CLC的像素电极ITO提供图像信号。另外，光检测TFT61通过数据线110将感光而生成的光检测电流Isig传送至传感器信号处理电路(参照图1)。在图像信号的显示所需的开关TFT60、保持电容CST、数据线110、选通线120、存储线150的基础上，增加1个光检测TFT61和1条传感器控制线140，从而成为将光检测TFT61的光检测信号传送至传感器信号处理电路的结构，因此能够使像素结构变得简单，并能够抑制光传感器内置于图像显示装置所带来的像素开口率的下降以维持明亮的显示图像。
图5是将以图4说明的像素电路配置成矩阵状的实施例1的部分等效电路图。这里为了便于说明示出矩阵状配置3×2像素的情况。在图5中，将图4所示结构的像素电路配置成矩阵状，在数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)连接切换开关80(n)、80(n+1)、80(n+2)。利用这些切换开关80(n)、80(n+1)、80(n+2)的通断，对由后述的栅极驱动器和数据驱动器提供的驱动信号和图像信号的传送与向后述的传感器信号处理电路的光电流Isig的传送进行切换。
图6是本发明实施例1的像素电路的驱动时序图。这里为了便于说明将分辨率取为QVGA(240：R，G，B×垂直)。图像显示装置通常在60Hz的1帧期间1 F内输出1幅画面量的图像信号。1帧期间包括：在选通线120(1)～120(320)施加从VG(1)到VG(320)的控制信号(扫描信号)、在数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)输入图像信号VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)的显示期间TD和不显示图像、从第320像素回行到第1像素的消隐期间TB。这里，实施例1的光检测动作(光传感动作)在消隐期间TB内进行。
消隐期间TB分为初始化光检测TFT61和保持电容CST间的电位的预充电期间TP，和光检测TFT61的光检测电路Isig的发生、向光检测信号处理电路传送的光传感器期间TS。首先，说明显示期间TD。
对选通信号施加的扫描信号VG(1)～VG(320)分别从低电平变为高电平，从属于选通线120(1)的像素(第1线的像素)开始依次扫描到数据选通线120(320)的像素(第320线的像素)为止。此时，在传感器控制线140施加的电位VS总为高电平H，光检测TFT61处于导通状态。
由数据驱动器对数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)提供图像信号VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)，在画面上显示基于该图像信号的图像。
接着，说明预充电期间TP。在接着显示期间TD的预充电期间TP中，在选通线120(1)～120(320)施加的扫描信号VG(1)～VG(320)和在传感器控制线140施加的电压VS始终保持为高电平H状态。通过从数据驱动器在所有数据线代替图像信号VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)而输入高电平H，由此初始化辅助电容间的电位差。然后，将在传感器控制线140施加的电压VS和在数据线施加的电压VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)取为低电平L，从而在光检测TFT61的漏极施加低(L)电位，变为流过与接受到的光量对应的漏极电流的状态，从而预充电期间结束。
然后，说明光检测(传感)期间。在传感器控制线140施加的电压VS保持低电平L，切换开关80(n)、80(n+1)、80(n+2)的切换信号SW从高电平H变为低电平L，从而数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)从数据驱动器分离，与传感器信号处理电路导通。选通线120(1)～120(320)的电位VG(1)～VG(320)从低电平L变为高电平H，从而读出在此期间光检测TFT61感光而产生的漏极电流作为数据线110(n)、110(n+1)、110(n+2)上的信号VD(n)、VD(n+1)、VD(n+2)，并作为进行电压变换后而得到的电位差ΔVS传送至传感器信号处理电路。
另外，选通线120(1)～120(320)上的信号VG(1)～VG(320)从第1个像素开始扫描到第320个像素为止。这里，输入至光检测TFT的光的强度越强，电位差ΔVS越大。使用在后面以图9描述的传感器信号处理电路，根据该电位差ΔVS判断是否用手指触摸了画面。
图7是说明本发明的图像显示装置的整体电路结构的图。在作为TFT基板的玻璃基板上形成栅极驱动器12、数据驱动器11、传感器驱动器14和传感器信号处理电路13。在像素区域(显示区域)16沿图7的纸面的垂直方向从数据驱动器11布置多条数据线110(1)、110(2)，经由切换开关80连接在数据驱动器11上。沿纸面的水平方向，从栅极驱动器12布置多条数据线120，从传感器驱动器14布置多条传感器控制线140。图7示出在显示区域16显示预定图像的状态，配置有“#1”、“#2”、“#3”、“#4”这4个触摸按键的显示。在位于触摸按键中心的4个像素部内置有图4所示的像素结构。将在显示区域16内形成的光传感器的信号电压传送至传感器信号处理电路13。
图8是表示本发明实施例1的TFT基板上的布局的一个例子的图。各TFT的源极和漏极如图2所示，由多晶硅层形成。另外，数据线110(1)、110(2)、传感器控制线140(1)、140(2)、电容线(存储线)150(1)、150(2)、以及TFT的栅极电极用栅极金属层形成。另外，数据线110(1)、110(2)用金属布线层形成。图8中，PIX1、PIX2、PIX3......表示1个像素的区域。
显示电极48(ITO)占像素区域(例如为PIX2)的大部分，通过接触孔49，与构成光检测TFT61的源极、漏极的金属布线层连接。光检测TFT61和开关TFT60的源极电极、漏极电极之一相互串联连接在一起，因此不需要在二者的连接点A形成接触孔，能够缩小布局面积。
在开关TFT60上的滤色片基板配置有黑底24。在数据线110(1)、110(2)的金属布线层的下面用栅极金属层、光检测TFT61的半导体膜(多晶硅层)形成有保持电容CST71。
图9是说明本发明实施例1中的传感器信号处理电路的结构例的图。传感器信号处理电路13构成比较电路。与数据线110(1)、110(2)连接的端子SS1、SS2经由选择开关74和选择开关75与采样保持电路71连接，端子SW1、SW2分别与构成选择开关74、选择开关75的TFT的栅极电极连接，由传感器驱动器提供信号，控制选择开关74和选择开关75，选择输入至采样保持电路71的数据线110(1)、110(2)。
在数据线110(1)、110(2)产生的信号电压ΔVS被输入至采样保持电路71，在预定期间内进行采样，保持采样数据，在其间放大器72对采样数据和判断基准电压VREF的差ΔV进行放大，传送至锁存电路73。锁存电路73根据从放大电路72发送来的信号，最终输出2值的数字判断信号VOUT。
图10是本发明实施例1中的触摸功能使用时的显示画面的说明图。图10示出在显示区域16显示预定图像的状态，除了显示字符“选择A-D”，还显示有记载了“A”、“B”、“C”、“D”的开关状显示10。这是等待用户有选择地触摸输入“A”、“B”、“C”、或“D”的按钮的状态。由用户触摸了画面上的记载了“A”、“B”、“ C”、或“D”的按钮状的显示采用如下方式来确定，即将图4的像素电路内的光检测TFT61的信号电压ΔVS传送至传感器信号处理电路13，根据2值的判断信号VOUT进行有无触摸的判断。
图11是表示使用本发明的图像显示装置的移动用电子设备的一个例子的图。该移动用电子设备除了安装有构成显示画面3的图像显示装置2之外，还在操作部安装了十字键4。通过对该移动用电子设备应用本发明的具有画面输入功能的图像显示装置，以指尖触摸在图像显示装置的显示画面上显示的图标显示等，能够不需要与显示画面重叠地设置现有那样的专用触摸面板模块，能够得到重量轻、厚度薄、画面明亮的移动用电子设备。也能够使十字键4等操作键(按键)显示在画面内。
图12是将本发明实施例2的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。实施例2用“RED”(红)、“GREEN”(绿)、“BLUE”(蓝)、“ WHITE”(白)这4个像素构成1个彩色像素。在该图像显示装置中，使图4的像素电路内置在“WHITE”像素中。其它的结构与以图5说明的本发明的实施例1相同。
图13是说明本发明实施例2的像素电路的动作的驱动时序图。“WHITE”像素与图6的驱动时序同样地进行动作。在“RED”、“GREEN”、“BLUE”像素中，与通常的液晶显示装置的驱动相同，因此与图12一样省略重复的说明。
图14是说明本发明实施例的TFT基板上的布局的一个例子的图。在图14中，仅“WHITE”像素的结构与图8所示的实施例1的布局例相同。
图15是将本发明实施例3的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。在图15中，除了像素PIX1和PIX2这2个像素共用传感器线140(1)之外，结构与图5的实施例1相同。与实施例1不同，通过共用传感器线，能够削减每个像素的布线数量，能够进一步提高内置光传感器的图像显示装置的像素开口率。
图16是说明本发明实施例3的TFT基板上的布局的一个例子的图。在实施例3中，沿数据线的延伸方向的上下方向对称地布置像素PIX1和像素PIX2。采用该配置，能够共用与开关TFT60的数据线110的接触部分，进而，能够与开关线140的共用化相适应，与实施例1相比，能削减每个像素的布线数量，进一步提高内置光传感器的图像显示装置的像素开口率。
图17是将本发明的图像显示装置的实施例4中的像素电路配置成矩阵状的部分等效电路图。与实施例1相比，除了以存储线代替传感器线150(1)、150(2)、150(3)(或以传感器线代替存储线)、在像素PIX2的光检测TFT61的栅极电极连接位于数据线的上游的传感器线150(2)的结构之外，结构与图5的实施例1相同。由于不需要存储线或传感器线中的任一者，因此与实施例2相比，能够削减每个像素的布线数量，进一步提高内置光传感器的图像显示装置的像素开口率。
图18是说明本发明实施例4的像素电路的动作的驱动时序图。图18所示的驱动时序，除了在存储线150施加的电压VST的驱动时序与对图6的传感器控制线140的施加电压VS相同之外，与图6的实施例1的驱动时序相同。
图19是说明本发明实施例4的TFT基板上的布局的一个例子的图。在实施例4中，与图16的实施例3相比，削减了对传感器控制线140的施加电压VS，因此，与实施例3相比，能够进一步削减1个像素的布线数量，能够进一步提高内置光传感器的图像显示装置的像素开口率。
以上的各实施例将本发明应用于液晶显示装置中，但本发明同样也能够应用于使用了在上述实施例中说明的TFT基板的、使用了其他显示原理的图像显示装置，例如有机EL显示装置。在有机EL显示装置的情况下，将像素电极作为一个电极，形成规定像素开口部的堤(bank)。在以堤所包围的内侧，在一个电极上层层叠有机EL发光层，进而覆盖其上层而形成另一个电极。堤使用光吸收性绝缘材料，具有黑底功能。
在该有机EL显示装置的情况下，在TFT基板具有的开关TFT和光检测TFT的串联电路中，开关TFT形成在以堤隐藏的区域内，将光检测TFT设置在像素的开口部，从而进行与液晶显示相同的动作。生成触摸操作的检测信号、并生成判断信号的传感器信号处理与实施例1～4说明的相同。
图21示出图4的本发明实施例1的像素结构的变更例。图4的光检测信号积蓄电容CINT的一个电极连接在光检测TFT61的漏极电极和开关TFT60的漏极电极之间，另一电极与存储线150连接，光信号积蓄电容CINT与保持电容CST并联连接。
通过设置光信号积蓄电容CINT，能够增加在像素内积蓄的光检测TFT61的光检测电流量，能够增加信号。