CN102081482B - 传感器装置、传感器元件驱动方法、显示装置和电子单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了传感器装置、传感器元件的驱动方法、显示装置以及电子单元。该传感器装置包括以矩阵形式配置的传感器元件和驱动传感器元件的传感器驱动部。每个传感器元件均包括生成电荷的光电转换元件、蓄积电荷从而示出根据蓄积的电荷而波动的电压的蓄积节点、使蓄积节点中的电压复位的复位晶体管、读取从蓄积节点中蓄积的电荷产生的电压值从而输出产生的电压值的读出部。传感器驱动部控制复位晶体管,从而将传感器元件行上的传感器元件的蓄积节点同时复位为预定复位电压,然后,在经过预定曝光期间后执行读取控制,从而使得从配置在每个传感器元件行中的各传感器元件顺次输出传感器检测信号。
Description
相关申请的参考
本申请包含于2009年11月27日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-270423中所公开的主题,其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及通过使用传感器元件检测接近物体的位置等的传感器装置、应用于这样的传感器装置的传感器元件的驱动方法、具有传感器功能(输入功能)和显示功能的显示装置,以及包括这样的显示装置的电子单元。
背景技术
先前,已知检测接触或接近显示装置显示表面的物体的位置的技术。例如,存在提供如下结构的已知技术,即,将薄膜状透明触摸面板设置为平铺在显示面板上。作为这样的触摸面板的方式,压敏型和电容型是先前已知的。
此外,已经开发了显示像素和光检测器在显示面板内以矩阵形式配置的显示装置,使得显示面板自身具有光学传感器功能(见日本未审查专利申请公开第2006-276223号和第2008-233257号)。
发明内容
在具有如上所述的光学传感器功能的显示装置中,光电转换元件,例如PIN光电二极管用作光检测器。根据接收的光量生成并且从光电转换元件提供的电荷蓄积在蓄积节点中,并且读出根据蓄积节点的蓄积的电荷量的电压值并将其输出为传感器检测信号。进入光电转换元件的光量根据接近面板表面的物体的位置、距离、尺寸等而变化,因此传感器检测信号也变化。因此,可以通过合适地处理来自以矩阵形式配置的光检测器中的每个的传感器检测信号,检测接近面板表面的物体的位置等。在这样的装置中,在光电转换元件的预定光接收(曝光)期间后执行读取操作,然后,将在蓄积节点的电压值复位为复位电压后,重复光接收和读取操作。
顺便提及,已知在光电转换元件中,即使在没有入射光的情况下也有暗电流(热激励电流)流过。该暗电流随温度而变化,并具有温度越高流过的电流量越大的特性。出于这个原因,存在如下情况,即,即使当入射光量恒定时,如果温度不同,则蓄积节点的电压也会变化,这对检测结果造成不利影响。特别地,存在当温度变高时暗电流的影响增大的可能性,这使蓄积节点的电压升高,由此导致蓄积节点的饱和状态。因此,期望采取某些措施来降低伴随温度变化的暗电流的这种影响,但以前的措施是不够的。
鉴于上述,期望提供能够通过降低伴随温度变化的暗电流的影响来执行稳定的检测操作的传感器装置、传感器元件的驱动方法、具有输入功能的显示装置以及电子元件。
根据本发明的实施方式,提供了一种传感器装置,其具有以矩阵形式配置的多个传感器元件,以及驱动多个传感器元件的传感器驱动部。多个传感器中元件中的每个均包括根据接收的光量生成电荷的光电转换元件、蓄积由光电转换元件生成的电荷从而示出根据蓄积的电荷而波动的电压的蓄积节点、具有连接到光电转换元件一端的一端并将蓄积节点中的电压 复位为预定复位电压的复位晶体管、读取从蓄积节点中蓄积的电荷产生的电压值从而将产生的电压值输出为传感器检测信号的读出部。传感器驱动部控制复位晶体管,从而将多个传感器元件行上的传感器元件的蓄积节点同时复位为预定复位电压,然后,在经过预定曝光期间后,执行读取控制,以使得从配置在每个传感器元件行中的各传感器的元件顺次输出传感器检测信号。这里,在经过曝光期间后,传感器驱动部可对多个传感器元件行上的传感器元件同时执行保持蓄积节点中的电压的控制,以防止蓄积节点中的电压因光电转换元件中生成的电荷而波动,并且当蓄积节点中的电压维持在这样的保持状态下时,传感器驱动部可执行读取控制,以使得从配置在每个传感器元件行中的各传感器检测元件顺次输出传感器检测信号。
根据本发明另一实施方式,提供了一种传感器元件的驱动方法,该方法包括以下步骤:设置以矩阵形式配置的多个传感器元件,每个传感器元件均包括根据接收的光量生成电荷的光电转换元件、蓄积光电转换元件生成的电荷从而示出根据蓄积的电荷而波动的电压的蓄积节点、具有连接到光电转换元件一端的一端并将蓄积节点中的电压复位为预定复位电压的复位晶体管、读取在蓄积节点中蓄积的电荷产生的电压值从而将得到的电压值输出为传感器检测信号的读出部;以及控制复位晶体管从而将多个传感器元件行上的传感器元件的蓄积节点同时复位为预定复位电压,然后,在经过预定曝光期间后,执行读取控制,以使得从配置在每个传感器元件行中的各传感器元件顺次输出传感器检测信号。这里,该方法可还包括以下步骤,在经过预定曝光期间后,对多个传感器元件行上的传感器元件同时执行保持蓄积节点中的电压的控制,以防止蓄积节点中的电压因光电转换元件中生成的电荷而波动,并且当蓄积节点中的电压维持在这样的保持状态下时,执行读取控制,以使得从配置在每个传感器元件行中的各传感器检测信号顺次输出传感器检测信号。
根据本发明的另一实施方式,提供了一种具有输入功能的显示装置,该显示装置具有显示面板,该显示面板设置有以矩阵形式配置的多个显示像素和以矩阵形式配置的多个传感器元件,该显示装置具有驱动多个显示像素的显示驱动部以及驱动多个传感器元件的传感器驱动部。以类似于根据本发明的上述实施方式的传感器装置中的传感器驱动部的方式控制多个传感器元件中的每个。
根据本发明的另一实施方式,提供了一种电子单元,其包括具有根据本发明上述实施方式的输入功能的显示装置。
在根据本发明实施方式的传感器装置、传感器元件的驱动方法、具有输入功能的显示装置或电子元件中,在光电转换元件中根据接收的光量生成电荷。此外,通过光电转换元件转换的电荷蓄积在蓄积节点中,并且将根据蓄积在蓄积节点中的电荷的电压值输出为传感器检测信号。蓄积节点的电压值通过复位晶体管复位为预定复位电压。此时,控制复位晶体管,从而在多个行上使传感器元件同时复位。随后,在经过预定曝光期间后,执行读取控制,以从配置在每个行中的传感器元件顺次输出传感器检测信号。
在根据本发明实施方式的传感器装置、传感器元件的驱动方法、具有输入功能的显示装置或电子元件中,执行在多个行上使传感器元件的蓄积节点同时复位为预定复位电压的控制,随后,在经过预定曝光期间后,执行读取控制,以从配置在每个行中的传感器元件顺次输出传感器检测信号。因此,可以通过降低伴随温度变化的暗电流的影响来执行稳定的检测操作。
此外,在经过预定曝光期间后,将在多个行上的传感器元件的蓄积节点的电压值同时控制在维持的状态下,从而防止蓄积节点的电压值因光电转换元件中生成的电荷而波动,并且在维持电压值的状态下,执行读取控 制,以从配置在每个行中的传感器元件顺次输出传感器检测信号。因此,可以执行更稳定的检测操作。
本发明的其他和进一步的目标、特征和优点将通过下面的描述而变得更加显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施方式的具有输入功能的显示装置的构造实例的框图;
图2是示出了图1中示出的I/O显示面板的构造实例的框图;
图3是示出了图2中示出的显示区域(传感器区域)中的像素配置的实例的平面图;
图4是示出了图3中示出的像素配置中的传感器元件(图像拾取像素)和信号线之间的连接关系的实例的示意平面图;
图5是示出了图1中示出的显示装置中的传感器元件的构造实例的电路图;
图6是示出了传感器元件的配线布局的构造实例的电路图;
图7是示出了对应于图6中的配线布局的配线结构的平面图;
图8是示出了形成图7中的配线结构的电容器C1的部分的结构的截面图;
图9是表示图1中示出的显示装置中的传感器操作(图像拾取操作)的实例的时序图;
图10是表示比较例中的传感器操作(图像拾取操作)的实例的时序图;
图11A和图11B分别是,示出了当在图1中示出的显示装置中存在强外部光时,接近物体在传感器区域中的状态的示图,以及示出了处于这样的状态下的传感器输出电压的实例的示图;
图12A和图12B分别是,示出了当在图1示出的显示装置中存在弱外部光时,接近物体在传感器区域中的状态的示图,以及示出了处于这样的状态下的传感器输出电压的实例的示图;
图13是示出了用于描述通过使用差分图像检测接近物体的方法的图像的示图;
图14是示出了由于传感器元件中温度升高引起的蓄积节点的电压变化特性的示图;
图15是单独示出了光电转换元件的温度特性的示图;
图16是示出了当通过图9中示出的驱动方法执行传感器驱动时的曝光时间的说明图;
图17是示出了当通过根据图10中示出的比较例的驱动方法执行传感器驱动时的曝光时间的说明图;
图18是示出了根据比较例的传感器元件的构造实例的电路图;
图19是示出了传感器元件的控制缓冲器的电源线的构造实例的说明图;
图20A和图20B分别是,示出了保持控制缓冲器和复位控制缓冲器的比较例的构造实例的电路图,以及示出了输入图20A中的电路的输入信号波形的示图;
图21A和图21B分别是,示出了保持控制缓冲器和复位控制缓冲器的第一构造实例的电路图,以及示出了输入图21A中的电路的输入信号波形的示图;
图22A和图22B分别是,示出了保持控制缓冲器和复位控制缓冲器的第二构造实例的电路图,以及示出了输入图22A中的电路的输入信号波形的示图;
图23是示出了表示传感器操作(图像拾取操作)的第一修改例的定时波形的示图;
图24是示出了根据第二修改例的传感器元件的构造实例的电路图;
图25是示出了在考虑根据第二修改例的传感器元件读取侧上的晶体管Tr2和Tr3的特性变化时,传感器检测信号的输出电压特性的示图;
图26是示出了连接到传感器检测信号读出线的恒定电流源的I-V曲线的示图;
图27是表示传感器操作的第二修改例的时序图;
图28是示出了根据偏置电压的有无的传感器检测信号的输出电压特性的示图;
图29A和图29B是示出了蓄积节点P1的电压特性的示图,以及示出了在光电转换元件和保持开关晶体管Tr4之间的连接节点P2的电压特性的示图;
图30是示出了根据第三修改例的传感器元件的构造实例的电路图;
图31是在部分(A)中表示比较例的传感器操作的时序图并且在部分(B)中表示第三修改例的传感器操作的时序图的示图;
图32A和图32B分别是示出了通过在图1中示出的显示装置中使用接近物体检测处理的结果执行应用程序的第一实施例和第二实施例的说明图;
图33是示出了通过使用接近物体检测处理的结果执行应用程序的第三实施例的说明图;
图34是示出了通过使用接近物体检测处理的结果执行应用程序的第四实施例的说明图;
图35是示出了通过使用接近物体检测处理的结果执行应用程序的第五实施例的说明图;
图36是图1中示出的显示装置的第一应用例的外部透视图;
图37A和图37B分别是当从正面和背面观察时第二应用例的外部透视图;
图38是第三应用例的外部透视图;
图39是第四应用例的外部透视图;
图40A至图40G是示出了第五应用例的示图,即,图40A和图40B分别是打开状态下的正视图和侧视图,并且图40C至图40G分别是关闭状态下的正视图、左侧视图、右侧视图、顶视图和底视图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的实施方式。
[具有输入功能的显示装置的整体结构]
图1示出了根据本发明实施方式的具有输入功能的显示装置(显示图像拾取器件)的整体结构的实例。该显示装置包括I/O显示面板20、背光15、显示驱动电路12、光检测驱动电路13、图像处理部14以及应用程序执行部11。
例如,I/O显示面板20是液晶显示(LCD)面板。如后述的图3所示,I/O显示面板20包括以矩阵形式配置的多个显示像素31RGB,并且具有当线序(line-sequential)操作这些显示像素时,基于显示数据显示诸如图形和文字的预定图像的功能(显示功能)。如后述的图3所示,I/O显示面板20还包括以矩阵形式作为图像拾取像素而配置的多个传感器元件33,并且具有用作检测和成像接触或接近面板表面的物体(接近物体)的传感器面板(检测功能、图像拾取功能)的功能。
背光15是I/O显示面板20中用于显示和检测的光源,例如包括配置的多个发光二极管。背光15由显示驱动电路12驱动和控制,并能够基于与后述的I/O显示面板20的操作定时同步的预定定时,高速执行开启-关闭(开灯和关灯)操作。背光15从I/O显示面板20的背侧向面板表面周期性地发出照明光Lon。
显示驱动电路12是驱动I/O显示面板20的显示像素31RGB的电路(即,执行线序显示操作的驱动),从而基于显示数据在I/O显示面板20上显示图像(即,从而执行显示操作)。显示驱动电路12也执行背光15的开启-关闭(开灯和关灯)控制。
光检测驱动电路13是驱动I/O显示面板20的电路(即,执行线序图像拾取操作的驱动),以从I/O显示面板20的传感器元件(图像拾取像素)33中的每个获得传感器检测信号(图像拾取信号)(即,从而对物体进行检测或成像)。顺便提及,来自各传感器元件33的传感器检测信号(图像拾取信号)存储在帧存储器13A中(例如以帧为单位,并作为检测图像(拾取图像)输出至图像处理部14。
图像处理部14基于从光检测驱动电路13输出的拾取图像执行预定图像处理(运算处理)。例如,作为执行图像处理的结果,图像处理部14检测和获得关于向I/O显示面板20接近等的物体的物体信息(位置坐标数据、关于该物体形状和尺寸的数据等)。
基于通过图像处理部14获得的检测结果,应用程序执行部11根据预定的一份应用软件而执行处理。作为该处理的实例,存在包括待显示在I/O显示面板20上的显示数据中的检测物体的位置坐标的处理。顺便提及,向显示驱动电路12提供由应用程序执行部11产生的显示数据。
[I/O显示面板20的构造实例]
图2示出I/O显示面板20的构造实例。I/O显示面板20包括显示区域(传感器区域)21、显示H驱动器22、显示V驱动器23、传感器读取H驱动器25和传感器V驱动器24。
在图1和图2中结合的光检测驱动电路13、传感器V驱动器24和传感器读取H驱动器25是根据本发明实施方式的“传感器驱动部”的具体实例。结合的显示驱动电路12、显示H驱动器22和显示V驱动器23是根据本发明实施方式的“显示像素驱动部”的具体实例。I/O显示面板20是根据本发明实施方式的“显示面板”和“传感器面板”的具体实例。结合的光检测驱动电路13和图像处理部14是根据本发明实施方式的“信号处理部”的具体实例。
显示区域(传感器区域)21是用来调制来自背光15的光,并将调制的光作为照射光(在下文中指包括显示光和通过例如红外光源(未示出)发出的用于检测的照射光的光)发出的区域。显示区域(传感器区域)21也是用来检测(成像)接触或接近该区域的物体的区域。在显示区域(传感器区域)21中,后述的显示像素31RGB(例如,液晶显示器元件)和传感器元件33各自以矩阵形式配置。
基于由显示驱动电路12提供的用于驱动显示的显示信号和控制时钟,显示H驱动器22与显示V驱动器23一起线序驱动显示区域21内的显示像素31RGB。
根据光检测驱动电路13进行的驱动控制,传感器读取H驱动器25和传感器V驱动器24一起线序驱动用作显示区域21内的图像拾取像素的传感器元件33,并获得检测信号(图像拾取信号)。光检测驱动电路13被配置为当从背光15向接近物体发出照射光时执行驱动控制,从而根据从照射光产生的反射光量和环境光(外部光)的量的总和而蓄积用于在传感器元件33中充电的电荷。而且,光检测驱动电路13被配置为当不从背光15发出照射光时执行驱动控制,从而根据环境光量蓄积用于在传感器元件33中充电的电荷。传感器读取H驱动器25被配置为当背光15开启和关闭时向光检测驱动电路13输出传感器检测信号(图像拾取信号)(其通过这些种类的驱动控制而从传感器元件33获得)。
图3示出了显示区域(传感器区域)21中的每个像素的详细构造实例。例如,如图3所示,显示区域21的像素31包括显示像素31RGB、用作图像拾取像素的传感器元件33和形成有用于传感器元件33的配线的配线部32。显示像素31RGB均包括红色(R)显示像素31R、绿色(G)显示像素31G和蓝色(B)显示像素31B。显示像素31RGB、传感器元件33和配线部32以矩阵形式配置在显示区域(传感器区域)21上。此外,将传感器元件33和用于驱动传感器元件33的配线部32配置为周期性地相互分离。由于这样的配置,包括传感器元件33和配线部32的传感器区 域相对于显示像素31RGB极难辨认,并且将显示像素31RGB中的开口率降低抑制为最小。此外,在将配线部32设置在不影响显示像素31RGB开口的区域(例如,通过黑底遮蔽光的区域或反射区域)中时,可以在不降低显示质量的情况下设置光接收电路。
顺便提及,例如,如图4所示,复位控制信号线Reset_1至Reset_n和读取控制信号线Read_1至Read_n沿水平线方向连接到每个传感器元件33。而且,保持控制信号线Hold_1至Hold_n沿水平线方向连接到每个传感器元件33。
[传感器元件33的构造实例]
例如,如图5所示,传感器元件33包括光电转换元件PD1、复位晶体管Tr1、蓄积节点P1、放大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3。传感器元件33还包括保持开关晶体管Tr4和电容器C1。
光电转换元件PD1根据入射光量生成电荷,并且该光电转换元件PD1为例如PIN光电二极管。PIN光电二极管具有p型半导体区、n型半导体区和在p型半导体区与n型半导体区之间形成的本征半导体区(i区)。光电转换元件PD1具有阳极电极、阴极电极和栅极电极。当光电转换元件PD1是PIN光电二极管时,阳极电极连接到p型半导体区,并且阴极电极连接到n型半导体区。光电转换元件PD1的阴极电极连接到提供电源电压VDD的电源线。光电转换元件PD1的阳极电极连接到复位晶体管Tr1的一端(漏极)。
当保持开关晶体管Tr4处于导通状态时,蓄积节点P1经保持开关晶体管Tr4电连接到光电转换元件PD1的阳极电极和复位晶体管Tr1的漏极。在蓄积节点P1中,蓄积通过光电转换元件PD1转换的电荷,并且电压根据蓄积的电荷而变化。在蓄积节点P1中,蓄积电容由配线引起的寄生电容等等价地形成,并且可基于蓄积电容来蓄积电荷。然而,在本实施 方式中,设置用于蓄积电荷的电容器C1,并且电容器C1的一端连接至蓄积节点P1。电容器C1的另一端接地。
复位晶体管Tr1、放大晶体管Tr2、选择/读取晶体管Tr3和保持开关晶体管Tr4均包括薄膜晶体管(TFT)等。
复位晶体管Tr1的栅极连接到复位控制信号线Reset(见图4和图5),并且复位晶体管Tr1的源极连接到复位电压Vrst1的供给线。复位晶体管Tr1的漏极和放大晶体管Tr2的栅极连接到蓄积节点P1。放大晶体管Tr2的漏极连接到提供电源电压VDD的电源线。放大晶体管Tr2的源极连接到选择/读取晶体管Tr3的漏极。选择/读取晶体管Tr3的栅极连接到提供读取控制信号的读取控制信号线Read,并且选择/读取晶体管Tr3的源极连接到读出线41。
复位晶体管Tr1用来复位蓄积节点P1的电压值,从而使电压Vrst1复位(从而释放蓄积在蓄积节点P1(电容器C1)中的电荷)。例如,将提供给复位晶体管Tr1的复位电压Vrst1设定在0(V)。
放大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3形成源极跟随器(follower),并且读取根据蓄积在蓄积节点P1(电容器C1)中的电荷的电压值,并将读取的电压值输出为传感器检测信号。当选择/读取晶体管Tr3响应于施加至栅极的读取控制信号而导通时,该传感器检测信号输出至读出线41。结合的放大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3是根据本发明的“读出部”的具体实例。
保持开关晶体管Tr4***以下两者之间:光电转换元件PD1和复位晶体管Tr1之间的连接点;以及蓄积节点P1。保持开关晶体管Tr4是用于选择性地在电学上引起光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的高阻抗的开关晶体管。保持开关晶体管Tr4的源极连接到光电转换元件PD1和复位晶体管Tr1之间的连接点。保持开关晶体管Tr4的栅极连接到保持控制信 号线Hold,并受到来自光检测驱动电路13的保持控制信号进行的导通-截止控制。
光检测驱动电路13通过执行保持开关晶体管Tr4的导通-截止控制来控制光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗。此外,光检测驱动电路13控制复位晶体管Tr1,从而将在多个行上的传感器元件33同时复位。随后,在经过预定曝光期间后,光检测驱动电路13执行控制,从而同时对于多个行上的传感器元件33,在电学上使光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗为高,并且在高阻抗状态下,光检测驱动电路13还执行读出控制,以从每个行中配置的传感器元件33顺次输出传感器检测信号。
[传感器元件33的配线布局]
图6示出了传感器元件33的配线布局的构造实例。图7示出了对应于图6中的配线布局的配线结构。在图6和图7中,SVDD是提供电源电压VDD的电源线。SVSS是提供复位电压Vrst1的供给线。Ssig是读出线41,传感器检测信号向其输出。
图8示出了形成图7中的配线结构中的电容器C1的一部分的截面结构(沿图7中的线AA截取的截面)。电容器C1被配置为具有由蓄积节点P1形成的第一电极42,以及形成为在具有预定间隔的上侧和下侧之间夹持蓄积节点P1的第二电极。在图8中,第二电极由配置在第一电极42上方(其间具有预定间隔)的上部电极43、设置在第一电极42下方(其间具有预定间隔)的下部电极44、以及使上部电极43和下部电极44导通的接触电极45形成。上部电极43和接触电极45例如由Al(铝)制成,而下部电极44例如由Mo(钼)制成。第一电极42例如由多晶(poly,多晶硅)制成。
只要如图8所示的电容器C1中的第二电极的结构使蓄积节点P1处于被遮蔽的状态下,就可以减少进入蓄积节点P1的杂音(stray noise)。
[控制缓冲器的构造实例]
图19示出了传感器元件33的控制缓冲器的电源线的构造实例。光检测驱动电路13对于每个行均具有读取控制缓冲器26、保持控制缓冲器(开关控制缓冲器)27以及复位控制缓冲器28。读取控制缓冲器26对每个行输出用于控制传感器元件33的选择/读取晶体管Tr3的读取控制信号。保持控制缓冲器27对每个行输出用于控制保持开关晶体管Tr4的开关控制信号。复位控制缓冲器28对每个行输出用于控制复位晶体管Tr1的复位控制信号。
在图19中,SVDD2是缓冲器正电源线,并且SVSS2是缓冲器负电源线。期望将读取控制缓冲器26连接到独立于保持控制缓冲器27和复位控制缓冲器28的负电源线。在图19中,缓冲器负电源线SVSS2分为缓冲器第一负电源线SVSS2-1和缓冲器第二负电源线SVSS2-2。缓冲器第一负电源线SVSS2-1用作专用于读取控制缓冲器26的负电源线。结果,可以减小在后述的复位期间的处理时和在保持期间的处理时产生的、施加在蓄积节点P1上的电源噪声的影响。
图21A示出了保持控制缓冲器27和复位控制缓冲器28的第一构造实例。图20A示出了保持控制缓冲器27和复位控制缓冲器28的比较例。
图20A中的比较例的电路包括使输出信号为高的第一晶体管Tr11和使输出信号为低的第二晶体管Tr12。图20B示出了输入到该电路中的输入信号的波形。在图20A中,在第一和第二晶体管Tr11和Tr12旁边的数值(160、180)均表示晶体管元件的W长度。
图21A中的第一构造实例的电路包括使输出信号为高的第一晶体管Tr21和使输出信号为低的第二晶体管Tr22,以及具有高于第二晶体管Tr22的电流驱动能力、并使输出信号为低的第三晶体管Tr23。图21B示出了输入到该电路中的输入信号的波形。在图21A中,在第一、第二和第三晶 体管Tr21、Tr22和Tr23旁边的数值(160、20、160)均表示晶体管元件的W长度。第三晶体管Tr23被配置为具有大于第二晶体管Tr22的W长度,并因此具有更高的电流驱动能力。
图22A示出了保持控制缓冲器27和复位控制缓冲器28的第二构造实例。类似于图21A中的第一构造实例,该第二构造实例的电路也包括使输出信号为高的第一晶体管Tr31和使输出信号为低的第二晶体管Tr32,以及具有高于第二晶体管Tr32的电流驱动能力、并使输出信号为低的第三晶体管Tr33。两条正电源线SVDD2和SVDD3和一条负电源线SVSS2连接到该第二构造实例的电路。第一晶体管Tr31、第二晶体管Tr32和第三晶体管Tr33分别连接到不同电源电压的电源线。图22B示出输入该电路的输入信号的波形。在图22A中,在第一、第二和第三晶体管Tr31、Tr32和Tr33旁边的数值(160、20、180)均表示晶体管元件的W长度。第三晶体管Tr33被配置为具有大于第二晶体管Tr32的W长度,并因此具有更高的电流驱动能力。
在图21A中的第一构造实例中,当输出信号从高反转为低时,首先使第二晶体管Tr22导通,随后使第三晶体管Tr23导通,从而逐步执行信号反转。同样在图22A中的第二构造实例中相似地执行反转。这使得可以减小当信号电压改变时流过的电流,并减小电源噪声。
[显示装置的操作]
首先,将描述该显示装置的显示操作和物体检测操作(图像拾取操作)的概要。
在该显示装置中,基于由应用程序执行部11提供的显示数据,显示装置驱动电路12生成用于显示的驱动信号。基于该驱动信号,I/O显示面板20被线序驱动,并且显示图像。此时,背光15也通过显示驱动电路12而驱动,从而与I/O显示面板20同步执行周期性的开启和关闭操作。
当存在接触或接近I/O显示面板20的物体(接近物体,例如手指)时,由I/O显示面板20中的传感器元件(图像拾取像素)33通过光检测驱动电路13进行的线序图像拾取驱动对该物体进行检测(成像)。从I/O显示面板20向光检测驱动电路13提供来自每个传感器元件33的检测信号(图像拾取信号)。光检测驱动电路13对于一帧积累传感器元件33的检测信号,并将积累的检测信号作为拾取图像输出至图像处理部14。这里,向图像处理部14输出两帧图像,即,基于当背光15处于开启状态时获得的来自传感器元件33的传感器检测信号的图像,以及基于当背光15处于关闭状态时获得的来自传感器元件33的传感器检测信号的图像。
图像处理部14通过基于该拾取图像执行预定图像处理(运算处理),而获得关于接触或接近I/O显示面板20的该物体的信息(例如位置坐标数据和关于物体形状和尺寸的数据)。例如,执行运算处理从而确定在光检测驱动电路13中产生的差分图像的重心,并且识别接触(接近)中心。随后,从图像处理部14向应用程序执行部11输出检测接近物体的结果。如后所述,应用程序执行部11执行应用程序。
[传感器操作的详述]
图9示出了在该显示装置中的传感器操作(图像拾取操作)的实例。在图9上部示出的顶部向底部延伸的每个箭头示意性地示出I/O显示面板20中的传感器元件33的驱动定时。横方向对应于时间,而纵方向对应于I/O显示面板20的扫描线。在该驱动时序图的下部,示意性地示出背光15的开启-关闭状态。在示出背光15的开启-关闭状态的部分中,黑色部分表示背光15关闭。顺便提及,在图9中,“H”对应于一条水平线的图像拾取(检测)期间。该实例示出在垂直方向上设置用于60条线的传感器元件33的情况。因此,例如,60H对应于一个屏幕的线序成像(检测)执行过程的期间。
首先,在初始状态下,光检测驱动电路13(图1)执行用预定复位电压Vrst1,顺次从上线到下线使传感器元件33中的蓄积节点P1的电压值复位的处理(复位期间)。然而,该初始复位期间可省略。此外,该初始复位期间的操作可以是用类似于接下来的复位期间的方式而同时将多条线(多个行)一起复位的操作。
接下来,从上线到下线,用预定复位电压Vrst1执行使每个行中的传感器元件33中的蓄积节点P1的电压值同时一起复位的处理(复位期间)。随后,在背光15开启的状态下,执行曝光(在蓄积节点P1(电容器C1)中蓄积通过光电转换元件PD1转换的电荷)(曝光期间(亮))。顺便提及,在每个行中的传感器元件33中,在复位期间和曝光期间(明)中,将保持开关晶体管Tr4控制为导通。
随后,从上线到下线,将保持开关晶体管Tr4控制为截止。结果,对于每个行中的传感器元件33,在电学上将光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗同时一起控制为变得高于曝光期间的阻抗。通过允许高阻抗状态,控制蓄积节点P1的电压值以保持电压,从而即使当由于暗电流等的影响在光电转换元件PD1中生成电荷时,仍可以防止蓄积节点P1的电压值波动。在该高阻抗状态下(维持电压值的状态),从上线到下线顺次执行将传感器元件33中的蓄积节点P1的电压值读取为传感器检测信号的处理(保持期间和读取期间)。
接下来,再一次,从上线到下线,用预定复位电压Vrst1执行使每个行中的传感器元件33中的蓄积节点P1的电压值同时一起复位的处理(复位期间)。随后,在背光15关闭的状态下,执行曝光(在蓄积节点P1(电容器C1)中蓄积通过光电转换元件PD1转换的电荷)(曝光期间(灭))。顺便提及,在每个行中的传感器元件33中,在复位期间和曝光期间(灭)期间,将保持开关晶体管Tr4控制为导通。
随后,再一次,从上线到下线,将保持开关晶体管Tr4控制为截止。结果,对于每个行中的传感器元件33,在电学上将光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗同时一起控制为变得高于曝光期间的阻抗。通过引起高阻抗状态,将蓄积节点P1的电压值控制为处于维持状态,从而即使当通过暗电流等的影响在光电转换元件PD1中生成电荷时,蓄积节点P1的电压值也不改变。在该高阻抗状态下(维持电压值的状态),从上线到下线顺次执行将传感器元件33中的蓄积节点P1的电压值读取为传感器检测信号的处理(保持期间和读取期间)。
如上所述,在背光15开启的状态下执行曝光,并在背光15关闭的状态下执行曝光,同时一起复位的复位期间设置在这两个曝光之间。此外,当在电学上将光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗控制为高时(从而处于维持电压值、使得蓄积节点P1的电压值不会由于光电转换元件PD1中生成电荷而改变的状态下),执行各种状态下的读取传感器检测信号的处理。然后,顺次重复这一系列的处理。
图10示出了与图9中的传感器操作(图像拾取操作)比较的比较例。该比较例示出了在如图18所示构造的传感器元件33的情况下的操作。在图18中示出的传感器元件33A中,与图5A中传感器元件33中的结构相比,省略了保持开关晶体管Tr4和电容器C1。在根据该比较例的传感器元件33A中,蓄积电容C0通过配线引起的寄生电容等在蓄积节点P1中等价地形成。基于该蓄积电容C0而蓄积电荷。
在图9中的传感器操作中,执行将每个行中的传感器元件33中的蓄积节点P1的电压值同时一起复位的处理。相反,在图10的比较例中,从上线到下线顺次执行用预定复位电压Vrst1将传感器元件33A中的蓄积节点P1的电压值复位的处理(复位期间)。随后,在背光15开启的状态下,执行曝光(在蓄积节点P1中蓄积通过光电转换元件PD1转换的电荷)(曝光期间(亮))。接下来,从上线到下线顺次执行将传感器元件33A中的蓄积节点P1的电压值读取为传感器检测信号的处理(读取期间)。顺便提及, 在根据比较例的传感器元件33A中,由于未设置保持开关晶体管Tr4,因此不执行图9中的传感器操作中的保持期间的处理。
接下来,再一次,从上线到下线顺次执行用预定复位电压Vrst1将传感器元件33A中的蓄积节点P1的电压值复位的处理(复位期间)。随后,在背光15关闭的状态下,执行曝光(在蓄积节点P1中蓄积通过光电转换元件PD1转换的电荷)(曝光期间(灭))。接下来,从上线到下线顺次执行将传感器元件33A中的蓄积节点P1的电压值读取为传感器检测信号的处理(读取期间)。
如上所述,在图10的比较例中,在背光15开启的状态下执行曝光,并在背光15关闭的状态下执行曝光,同时复位期间设置在这两个曝光之间。因此,执行每种状态下的读取传感器检测信号的处理。然后,顺次重复这一系列的处理。
[接近物体检测的具体实例]
图11A示出了如下状态,即,当存在强外部光L0时,接近物体(手指f)在I/O显示面板20的传感器区域21中,并且图11B示出了在这样的状态下的传感器输出电压(光检测输出电压)的实例。例如,当如图11A所示,外部入射光(环境光)L0强烈时,在背光15开启的状态下的光检测输出电压Von101如图11B所示。换言之,光检测输出电压Von101是,在面板上的传感器区域21内的除了手指f接触部分以外的任何部分中几乎仅对应于环境光L0的强度的电压值Va。此外,在手指f接触的部分,光检测输出电压Von101降低到对应于从背光15发出并由手指f表面反射回的照射光Lon的强度的电压值Vb。相反,类似地,在背光15关闭的状态下的光检测输出电压Von101是,对应于除手指f接触部分之外的部分中的外部光L0的强度的电压值Va,但在手指f接触的部分,外部光L0几乎处于被遮挡的状态下,因此,光检测输出电压Von101是处于极低水平的电压值Vc。
图12A示出了如下状态,即,当显示装置的外部光L0微弱时,接近物体(手指f)在I/O显示面板20的传感器区域21中,并且图12B示出在这样的状态下的传感器输出电压(光检测输出电压)的实例。例如,如图12A所示,在入射的外部光L0微弱(接近无)的状态下,在背光15开启状态下的光检测输出电压Von201如图12B所示。换言之,因为外部光L0微弱,所以在传感器区域21内除了手指f接触的部分之外的任何部分中,光检测输出电压Von201是处于极低水平的电压值Vc。此外,在传感器区域21中手指f接触的部分,光检测输出电压Von201升高到对应于从背光15发出并由手指f表面反射回的照射光Lon的强度的电压值Vb。相反,在手指f接触的部分和其他部分,在背光15关闭的状态下的光检测输出电压Von201都保持在极低水平的电压值Vc不变。
因此,在传感器区域21中手指f未接触的部分,在外部光L0存在时和外部光L0不存在时之间的光检测输出电压方面,存在很大差异。相反,在传感器区域21中手指f接触的部分,当背光15开启时的电压值Vb和当背光15关闭时的电压值Vc仍保持大致相等,而与外部光L0的有无无关。因此,通过检测当背光15开启时的电压Vb和当背光15关闭时的电压之间的差,可以确定具有不低于某一水平(例如电压值Vb和电压值Vc之间的差)的差的部分是具有物体接近等的部分。
在图像处理部14(图1)中,例如,获得如图13所示的差分图像C。图像B是基于在背光15发出照明光Lon的状态下获得的来自传感器元件33的传感器检测信号的图像的实例。图像A是基于在背光15未发出照明光Lon的状态下获得的来自传感器元件33的传感器检测信号的图像的实例。可以基于图像A和图像B之间的差分图像C检测物体的位置等。
[温度引起的特性改变]
图14示出了传感器元件33中蓄积节点P1的电压随温度升高的变化。顺便提及,图14示出了传感器元件33中不存在入射光的状态(暗状态) 下的特性。横轴表示温度,而纵轴表示蓄积节点P1的电压。图14示出了当光电转换元件PD1中存在温度升高时蓄积节点P1的电压变化,以及在复位晶体管Tr1中存在温度升高时蓄积节点P1的电压变化。从图14显而易见,光电转换元件PD1中的温度升高影响蓄积节点P1的电压。另一方面,复位晶体管Tr1中的温度升高几乎不影响蓄积节点P1的电压。
图15单独示出了光电转换元件PD1的温度特性。顺便提及,图15示出了光电转换元件PD1中不存在入射光的状态(暗状态)下的特性。即,图15示出了在光电转换元件PD1中暗电流的温度特性。如图15所示,即使在没有入射光的状态下,光电转换元件PD1中仍流过暗电流(热激励电流)。然而,该暗电流具有暗电流随温度变化以及流过的电流量随温度的升高而增大的特性。由于该暗电流存在,因此发生因温度引起的蓄积节点P1的电压变化,如图14所示。具体地,当温度变高时,暗电流的影响变大,提高蓄积节点P1的电压,并因此导致蓄积节点P1的饱和状态,该状态可能对用作传感器的检测操作产生不利影响。
在本实施方式中,通过由图9所示的驱动方法执行传感器驱动来减小伴随该温度变化的暗电流的影响。
图16示出了当由图9所示的驱动方法执行传感器驱动时的曝光时间。图17示出了通过根据图10所示的比较例的驱动方法执行传感器驱动时的曝光时间。在根据该比较例的驱动方法中,不包括保持期间,因此在读取期间在蓄积节点P1中也发生由外部光L0和暗电流引起的电荷蓄积。相反,在图9所示的驱动方法中,读取期间也用作保持期间,并且在电学上将光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗控制为高。结果,抑制了暗电流等引起的电荷蓄积。
这样,根据具有本实施方式的输入功能的显示装置,传感器元件33被控制为在多个行上同时复位,然后,在经过预定曝光期间后,对于多个行上的传感器元件33在电学上将光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间 的阻抗同时控制为高(从而处于为了防止蓄积节点P1的电压值由于光电转换元件PD1中生成的电荷而变化,维持该电压值的状态)。同时,在这样的高阻抗状态下,执行读出控制,以从配置在每个行中的传感器元件33顺次输出传感器检测信号,因此,可以降低伴随温度变化的暗电流的影响,从而可执行稳定的检测操作。顺便提及,可仅执行这样的控制:不进行在电学上使光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗高的控制,仅同时执行使多个行上的传感器元件33复位的控制。同样在这种情况下,与图10中的比较例相比,特别地,关于配置在上侧的线中的传感器元件33,复位期间缩短。结果,与图10中的比较例相比,特别地,关于配置在上侧的线中的传感器元件33,消除了无用曝光时间,这使得可以降低伴随温度变化的暗电流的影响。
顺便提及,在传感器元件33中,存在如下问题,即,当施加预定复位电压Vrst1时,在蓄积节点P1中发生因元件和配线之间的电容耦合引起的电压降。在本实施方式中,蓄积节点P1设置有电容器C1,因此,还可以降低由该电压降引起的充电电压的影响。
<修改例>[第一修改例(驱动定时的修改例)]
图23示出了表示传感器操作(图像拾取操作)第一修改例的定时波形。在图9中的驱动的以上描述中,对于从上线到下线的所有行同时一起执行复位期间的处理和保持期间的处理,但可以将处理分成多个部分并执行。在图23中的修改例中,对配置在奇数行中的传感器元件33和配置在偶数行中的传感器元件33独立地执行:复位晶体管Tr1的控制(在复位期间的处理)以及在电学上使光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗高的控制(在保持期间的处理)。
图23的部分(A)中的V(Reset)(Odd)表示配置在奇数行中的传感器元件33的复位控制信号电压的定时。图23的部分(B)中的V(Reset)(Even)表示配置在偶数行中的传感器元件33的复位控制信号电压的定 时。图23的部分(C)中的V(Hold)(Odd)表示配置在奇数行中的传感器元件33的保持控制信号电压的定时。图23的部分(D)中的V(Hold)(Even)表示配置在偶数行中的传感器元件33的保持控制信号电压的定时。图23的部分(E)、(F)和(F)中的V(Read1)、V(Read2)和V(Read60)均表示每个行的读取控制信号的定时。
如图23的部分(A)和(B)所示,在奇数行的复位处理开始后,可以基于与一条水平线的1H图像拾取(检测)期间相对应的持续时间的延迟而使偶数行的复位处理开始。类似地,如图23的部分(C)和(D)所示,在奇数行的保持处理开始后,可基于与1H期间相对应的持续时间的延迟而使偶数行的保持处理开始。
[第二修改例]
图24示出了根据第二修改例的传感器元件33B的构造实例。该传感器元件33B的基本结构基本上类似于图5中的传感器元件33的基本结构,但电容器C1的另一端与复位晶体管Tr1的源极一起连接到复位电压Vrst1的供给线。在该传感器元件33B中,恒定电流源81连接到读出线41。放大来自传感器元件33B的传感器检测信号(读取信号)的放大器82也连接到读出线41。在复位晶体管Tr1中,在元件配线之间产生耦合电容C30。在保持晶体管Tr4中,在元件配线之间产生耦合电容C20。在放大晶体管Tr2中,在元件配线之间产生耦合电容C40。
图25示出了当考虑传感器元件33B的读取侧上的晶体管Tr2和Tr3的特性变化时,传感器检测信号的输出电压特性。纵轴表示传感器检测信号电压(读取信号电压)Ssig,而横轴表示在曝光期间之前的复位期间施加的复位电压Vrst1。顺便提及,图25示出了在不存在入射到光电转换元件PD1上的光的状态(对应于图9中的曝光期间(灭))下的输出电压特性。在图25中,相互比较用作晶体管的特性优良的情况(TFT Best)、特性标准的情况(TFT Typ)和特性低劣的情况(TFT Worst)。
图26示出了恒定电流源81的I(电流)-V(电压)曲线。图26中的横轴表示输入电压,但该输入电压是传感器检测信号电压Ssig。图26示出了多个的恒定电流值的特性。对于多个恒定电流值中的每个,为了获得稳定固定的恒定电流特性,预定输入电压(在图26的实例中不低于-4V)可能是必需的。这里,当考虑图25中的输出电压特性时,为了获得-4V以上的稳定输入电压(传感器检测信号电压Ssig),在标准特性(TFT Typ)的情况下,0V以上对于在复位期间施加的复位电压Vrst1就够了。然而,在用作晶体管元件的特性低劣(TFT Worst)的情况下,当施加0V左右的复位电压Vrst1时,难以获得反映图26中恒定电流源81的I-V曲线的考虑的稳定输入电压。
因此,为解决这样的问题,在本修改例中执行如下驱动控制。图27在部分(A)至(C)中示出了表示传感器操作的第二修改例的时序图。图27的部分(A)至(C)示出了多个传感器元件33B中的任意一个的时序图。该多个传感器元件33B的全部操作都与图9中的类似。图27的部分(A)示出了施加给复位晶体管Tr1的栅极的复位控制信号电压V(Reset)的定时波形。图27的部分(B)示出了施加给保持开关晶体管Tr4的栅极的保持控制信号电压V(Hold)的定时波形。图27的部分(C)示出了施加给选择/读取晶体管Tr3的栅极的读取控制信号电压V(Read)的定时波形。图27的部分(F)示出了复位电压Vrst1的定时波形。图27的部分(G)示出了蓄积节点P1的电压V(P1)的定时波形。图27的部分(D)和(E)示出了用作图27的(F)和(G)的比较例的定时波形。
首先,光检测驱动电路13(图1)使复位晶体管Tr1导通,由此执行用预定复位电压Vrst1(0V)将蓄积节点P1的电压值复位的处理(图27的部分(A))。而且,当复位晶体管Tr1被导通时,光检测驱动电路13使保持开关晶体管Tr4导通(图27的部分(B)),并且执行曝光(在蓄积节点P1(电容器C1)中蓄积由光电转换元件PD1转换的电荷)(图27的部分(C),曝光期间)。随后,光检测驱动电路13使保持开关晶体管Tr4关 闭,并控制光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗变为高(图27的部分(B))。然后,光检测驱动电路13使选择/读取晶体管Tr3开启(图27的部分(C)),并执行将蓄积节点P1(电容器C1)的电压值读取为传感器检测信号的处理。
这里,当执行如图27的部分(A)至(C)所示的驱动控制以及传感器元件33B中的每个晶体管的导通-截止操作时,蓄积节点P1的电压V(P1)受到每个晶体管的电容耦合的影响,因此电压波动。现在,将讨论该蓄积节点P1的电压波动。
首先,将描述当复位电压Vrst1为如图27的部分(D)中的比较例所示的恒定电压(0V)时蓄积节点P1的电压波动(图27的部分(E))。首先,当复位晶体管Tr1从导通状态变为截止状态时(图27的部分(A)),蓄积节点P1的电压V(P1)经由耦合电容C30下降。随后,蓄积节点P1的电压V(P1)在曝光期间根据由光电转换元件PD1生成的电荷而升高,但当保持开关晶体管Tr4从导通状态变为截止状态时(图27的部分(B)),蓄积节点P1的电压V(P1)经由耦合电容C20下降。此外,当选择/读取晶体管Tr3从导通状态变为截止状态时(图27的部分(C)),选择/读取晶体管Tr3用作电阻分量,并因此在放大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3之间的连接节点P3产生电压降。作为连接节点P3处的电压降的结果,蓄积节点P1的电压V(P1)经由放大晶体管Tr2的耦合电容C40下降。最终读出的传感器检测信号电压Ssig是在这些电压降之后的蓄积节点P1的电压V(P1)。
因此,在本修改例中,为了降低这些电压降的影响,光检测驱动电路13(图1)使复位电压Vrst1临时升高(例如,升高1V),如图27的部分(F)所示,并且执行经由电容器C1的另一端将预定偏置电压施加至蓄积节点P1的电压值的控制。开始升高复位电压Vrst1的定时是在经过曝光期间(在使保持开关晶体管Tr4截止之后)之后、并在读取传感器检测信号 (使选择/读取晶体管Tr3导通)之前的时刻。结果,在将预定偏置电压施加至蓄积节点P1的电压值之后,在经过曝光期间后,将被施加了预定偏置电压的电压值读取为传感器检测信号。顺便提及,此时,复位晶体管Tr1和开关晶体管Tr4处于截止状态,因此,不从复位晶体管Tr1和开关晶体管Tr4侧将复位电压Vrst1施加至蓄积节点P1。例如,通过经由电容器C1的另一端施加从0V升高至1V的复位电压Vrst1,可以使蓄积节点P1的电压值偏移大约0.8V,而不使由光电转换元件PD1蓄积的电荷复位(图27的部分(G))。结果,减轻了上述的电压降的影响。顺便提及,在对于所有行读取传感器检测信号后,升高的复位电压Vrst1返回到原始的预定电压值(0V)。
图28示出了当执行施加偏置电压的控制时(图27的部分(F)和(G))和当不施加偏置电压时(图27的部分(D)和(E))的传感器检测信号的输出电压特性。顺便提及,图28示出了对应于图25中用作晶体管元件的特性低劣(TFT Worst)的情况的特性。从图28显而易见,即使当用作晶体管元件的特性低劣时,仍可以通过执行施加偏置电压的控制,获得更接近标准特性的特性。
[第三修改例]
图30示出了根据第三修改例的传感器元件33B的构造实例。该第三修改例在组件和电路元件之间的连接关系方面类似于图24中的第二修改例,但执行驱动控制的方式部分地不同。
图31的部分(A)示出了表示比较例的传感器操作的时序图,而图31的部分(B)示出了表示第三修改例的传感器操作的时序图。在图31的部分(A)和(B)的每个中,示出了多个传感器元件33B中的任意一个的时序图。图31的部分(A)对应于图9所示的多个传感器元件33B的全部操作。
图29A示出了当执行图31的部分(A)中示出的传感器操作时蓄积节点P1的电压特性。图29B示出了当执行图31的部分(A)中所示的传感器操作时,光电转换元件PD1和保持开关晶体管Tr4之间的连接节点P2的电压特性。在图31的部分(A)中所示的传感器操作中,使保持开关晶体管Tr4在曝光期间后截止。结果,当在电学上将光电转换元件PD1和蓄积节点P1之间的阻抗控制为高(将蓄积节点P1的电压值控制为处于维持状态下,从而蓄积节点P1的电压值不会因光电转换元件PD1中的电荷生成而变化)的同时,读出传感器检测信号(保持期间和读取期间)。在这种情况下,如图29A所示,蓄积节点P1的电压值在曝光期间根据光电转换元件PD1中生成的电荷而升高,并在保持期间和读取期间保持恒定。另一方面,在光电转换元件PD1侧的连接节点P2中,在曝光期间后,电压在保持期间和读取期间也根据在光电转换元件PD1中生成的电荷而继续升高,并且当入射光量大时最终进入饱和状态。当连接节点P2以该方式进入饱和状态时,存在如下可能性,即,可能影响接下来的曝光期间后的读取操作。此外,例如,可使配置在不同线中的传感器元件33B之间传感器检测信号不同。在这种情况下,可以通过使复位电压更长,用预定复位电压Vrst1(0V)使连接节点P2与蓄积节点P1一起复位。同时,在该显示装置中,通过使用在背光15开启(曝光期间(亮))状态下获得的传感器检测信号和在背光15关闭(曝光期间(暗))状态下获得的传感器检测信号之间的差,来检测物体。出于这个原因,期望曝光期间(亮)和曝光期间(暗)之间的时间间隔短。
因此在本修改例中,为了解决连接节点P2进入饱和状态的问题,执行如图31的部分(B)所示的驱动控制。更具体地,在本修改例中,在曝光期间(亮)后的保持期间和读取期间,光检测驱动电路13(图1)使复位晶体管Tr1导通,由此执行通过施加预定复位电压Vrst1(0V)使连接节点P2的电压值复位的处理。顺便提及,在保持期间,保持开关晶体管Tr4处于截止状态,并且光电转换元件PD1和复位晶体管Tr1与蓄积节点P1之间的阻抗在电学上高。因此,在保持期间,即使当复位晶体管Tr1 进入导通状态时,也不从复位晶体管Tr1侧将复位电压Vrst1施加到蓄积节点P1。即,蓄积节点P1不复位。随后,在经过保持期间和读取期间后,在正常复位期间执行蓄积节点P1的复位操作。结果,可以改善连接节点P2的饱和状态,而不考虑曝光期间(亮)和曝光期间(暗)之间的时间间隔与图31的部分(A)中的传感器操作中的时间间隔相同的事实。
[执行应用程序的实例]
接下来,将参考图32至图35,描述通过应用程序执行部11执行应用程序的某些实例,其中,使用上述通过接近物体检测处理检测到的物体的位置信息等。
图32A中示出的第一实例是指尖61接触I/O显示面板20表面的实例,并且接触点的轨迹在该表面上显示为绘制线611。
在图32B中示出的第二实例是通过使用手的形状来识别手势的实例。具体地,识别接触(或接近)I/O显示面板20的手62的形状,识别出的手的形状显示为显示物体,并且显示物体的移动621用来执行某些处理。
在图33中示出的第三实例是闭合的手63A变为打开的手63B、通过I/O显示面板20执行各种手的接触或接近的图像识别、并且执行基于图像识别的处理的实例。通过基于图像识别的处理,可以给出方向,例如缩放。另外,由于可以给出这样的方向,因此,例如当I/O显示面板20连接到个人计算机时,在该个人计算机上通过操纵开关命令的输入可由通过图像识别的输入代替,并因此可更自然地输入方向。
在图34中示出的第四实例是准备两块I/O显示面板20并通过某些传输部相互连接的实例。在该结构中,通过检测一块I/O显示面板20上的接触或接近而获得的图像可传输到另一块I/O显示面板20,并然后由另一块I/O显示面板20显示,并且操作各I/O显示面板20的用户可相互通信。 例如,如图34所示,可以执行这样的处理:使一块I/O显示面板20通过图像识别获得手65的形状的图像,并将获得的图像传输至另一块I/O显示面板20,以使其从而显示与手65的形状相同的手形状642。也可以执行如下处理,诸如使在另一I/O显示面板20上显示为由手64的接触带来的结果的轨迹641传输到另一块I/O显示面板20,并然后由其进行显示。这样,将绘制的状态作为移动图像而传输,并且将手写字符或图形发送到相对部分,这为I/O显示面板20成为新的通信工具而创造了可能。例如,I/O显示面板20可应用于移动电话的显示面板。顺便提及,图34示出了准备两块I/O显示面板20的实例,但也可以通过用传输部使三块以上I/O显示面板20相互连接来执行类似处理。
此外,如图35的第五实例所示,毛笔66通过与I/O显示面板20的表面接触,而用来在I/O显示面板20表面上书写字符,并且毛笔66接触的点在I/O显示面板20上显示为图像661,因此使通过毛笔进行手写输入成为可能。在这种情况下,可以辨认和识别毛笔的非常细微的接触。例如,在以前的手写识别的情况下,通过某些数字转换器中的电场检测来实现特殊笔的倾斜。然而,在本实例中,检测由真正的毛笔接触的表面,因此可用更逼真的感觉来输入信息。
<模块和应用例>
接下来,讲参考图36至图40G,描述具有上述输入功能的显示装置的应用例。该显示装置可应用于所有领域中的将外部输入的视频信号或内部产生的视频信号显示为静止或移动图像的电子单元。例如,显示装置可应用于电子单元,例如电视接收机、数码相机、膝上型计算机、诸如移动电话的便携式终端装置和摄像机。
(应用例1)
图36示出了用作电子单元第一实例的电视接收机的外部视图。例如,该电视接收机具有包括前面板511和滤色玻璃512的视频显示画面部510。具有上述的输入功能的显示装置可应用于该电视接收机的视频显示画面部510。
(应用例2)
图37A和37B是用作电子单元第二实例的数码相机的外部视图。例如,该数码相机包括闪光发射部521、显示部522、菜单开关523和快门按钮524。具有上述输入功能的显示装置可应用于该数码相机的显示部522。
(应用例3)
图38是用作电子单元第三实例的膝上型计算机的外部视图。例如,该膝上计算机包括主体531、用于输入文字等的键盘532以及显示图像的显示部533。具有上述输入功能的显示装置可应用于该膝上型计算机的显示部533。
(应用例4)
图39是用作电子单元第四实例的摄像机的外部视图。例如,该摄像机包括主体541、设置在主体541的正面上从而拍摄物体图像的镜头542、拍摄时使用的开始/停止开关543以及显示部544。具有上述输入功能的显示装置可应用于该摄像机的显示部544。
(应用例5)
图40A至图40G是用作电子单元第五实例的移动电话的外部视图。例如,该移动电话包括上壳体710、下壳体720、使上壳体710和下壳体720相互连接的连接部(铰链部)731、显示器740、副显示器750、背景 灯760和相机770。具有上述输入功能的显示装置可应用于该移动电话的显示器740和副显示器750。
<其他实施方式>
本发明可用各种方式进行修改和实施,而不限于上述实施方式和应用例。例如,上面通过例举具有设置有背光15的液晶显示面板的I/O显示面板20的情况来描述实施方式等,但作为检测光的显示器的背光可以加倍,或可设置专用于检测的光。此外,当设置检测光时,优选使用可见光范围之外的波长范围中的光(例如,红外线)。
此外,以上已经通过采用具有输入功能的显示装置描述了实施方式等,该显示装置具有包括显示像素31RGB和传感器元件33的显示面板(I/O显示面板20),但本发明还可应用于除显示装置之外的任何装置。例如,本发明可应用于没有显示功能的单纯的传感器装置。在这种情况下,例如,替代I/O显示面板20,可提供仅在单个平面内以矩阵形式配置传感器元件33、而不设置显示像素31RGB的传感器面板。
本领域的技术人员应当理解,根据设计需求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合以及变形,只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内。
Claims (17)
1.一种传感器装置,具有以矩阵形式配置的多个传感器元件以及驱动所述多个传感器元件的传感器驱动部,所述多个传感器元件中的每个包括:
光电转换元件,根据接收的光量生成电荷;
蓄积节点,蓄积所述光电转换元件生成的电荷,从而示出根据所蓄积的电荷而波动的电压;
复位晶体管,具有连接到所述光电转换元件一端的一端,并使所述蓄积节点中的电压复位为预定复位电压;以及
读出部,读取所述蓄积节点中的所蓄积的电荷产生的电压值,从而将产生的所述电压值输出为传感器检测信号,
其中,所述传感器驱动部控制所述复位晶体管,从而将多个传感器元件行上的所述传感器元件的所述蓄积节点同时复位为所述预定复位电压,然后,在经过预定曝光期间后,执行读取控制,以使得从配置在每个所述传感器元件行中的各所述传感器元件顺次输出所述传感器检测信号,
其中,在经过所述曝光期间后,所述传感器驱动部对多个传感器元件行上的所述传感器元件同时执行保持所述蓄积节点中的所述电压的控制,以防止所述蓄积节点中的所述电压因所述光电转换元件中生成的所述电荷而波动,以及
当将所述蓄积节点中的所述电压维持在该保持状态下时,所述传感器驱动部执行读取控制,以使得从配置在每个所述传感器元件行中的各所述传感器元件顺次输出所述传感器检测信号。
2.根据权利要求1所述的传感器装置,其中,
在经过所述曝光期间后,所述传感器驱动部将预定偏置电压施加至所述蓄积节点,以将所述偏置电压加到所述蓄积节点中的所述电压,并然后执行读出由所述偏置电压的施加所产生的电压值、并将读取的所述电压值输出为所述传感器检测信号的读取控制。
3.根据权利要求1所述的传感器装置,其中,
在将所述蓄积节点中的所述电压控制为维持在所述保持状态下之后,所述传感器驱动部将预定偏置电压施加至所述蓄积节点,以将所述偏置电压加到所述蓄积节点中的所述电压,然后执行读出所述偏置电压的施加所产生的电压值、并将所读取的所述电压值输出为所述传感器检测信号的读取控制。
4.根据权利要求1所述的传感器装置,其中,
在经过所述曝光期间后,所述传感器驱动部通过在电学上将所述光电转换元件和所述蓄积节点之间的阻抗控制为高于所述曝光期间的阻抗,从而将所述蓄积节点中的所述电压控制为维持在所述保持状态下。
5.根据权利要求4所述的传感器装置,其中,
每个所述多个传感器元件还包括***所述光电转换元件和所述复位晶体管间的连接点与所述蓄积节点之间的开关晶体管,所述开关晶体管在电学上使得所述光电转换元件和所述蓄积节点之间的阻抗高,以及
所述传感器驱动部通过对所述开关晶体管的开关控制,来控制所述光电转换元件和所述蓄积节点之间的阻抗。
6.根据权利要求5所述的传感器装置,其中,
在经过所述曝光期间后,所述传感器驱动部对所述多个传感器元件行上的所述传感器元件同时执行保持所述蓄积节点中的所述电压的控制,并执行通过控制所述复位晶体管将所述复位电压施加至所述光电转换元件和所述开关晶体管之间的连接节点的控制。
7.根据权利要求4所述的传感器装置,其中,
所述传感器驱动部执行所述复位晶体管的控制以及在电学上使得所述光电转换元件和所述蓄积节点之间的阻抗高的控制,对配置在奇数行中的所述传感器元件和配置在偶数行中的所述传感器元件独立地执行这两种控制。
8.根据权利要求1所述的传感器装置,其中,
所述多个传感器元件中的每个还包括电容器,所述电容器具有连接到所述蓄积节点的一端。
9.根据权利要求8所述的传感器装置,其中,
所述电容器包括由所述蓄积节点形成的第一电极,以及将所述蓄积节点夹在具有预定间隔的上侧和下侧之间的第二电极。
10.根据权利要求5所述的传感器装置,其中,所述传感器驱动部包括:
读取控制缓冲器,对每行输出用于控制所述读出部的读取控制信号;
复位控制缓冲器,对每行输出用于控制所述复位晶体管的复位控制信号;以及
开关控制缓冲器,对每行输出用于控制所述开关晶体管的开关控制信号;以及
所述读取控制缓冲器连接到负电源线,所述负电源线独立于所述复位控制缓冲器和所述开关控制缓冲器的电源线。
11.根据权利要求10所述的传感器装置,其中,所述复位控制缓冲器和所述开关控制缓冲器均包括:
第一晶体管,使所述复位控制缓冲器或所述开关控制缓冲器的输出信号为高;
第二晶体管,使所述输出信号为低;以及
第三晶体管,使所述输出信号为低,所述第三晶体管具有高于所述第二晶体管的电流驱动能力,
通过使所述第二晶体管首先导通,并随后使所述第三晶体管导通而逐步执行所述输出信号从高到低的反转。
12.根据权利要求11所述的传感器装置,其中,所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管连接到提供的电源电压彼此不同的各电源线。
13.根据权利要求1所述的传感器装置,还包括:
背光,从传感器面板的背侧向所述传感器面板表面周期性发出照明光,所述传感器面板上设置有在预定传感器区域中以矩阵形式配置的所述多个传感器元件;以及
信号处理部,所述信号处理部基于当所述传感器元件受来自所述背光的所述照明光照射时从所述传感器元件获得的所述传感器检测信号与当所述传感器元件未受到来自所述背光的所述照明光照射时从所述传感器元件获得的所述传感器检测信号之间的差,检测接近所述传感器面板的表面的物体。
14.根据权利要求1所述的传感器装置,其中,所述光电转换元件是PIN光电二极管,所述PIN光电二极管包括阳极电极、阴极电极、连接到所述阳极电极的p型半导体区、连接到所述阴极电极的n型半导体区、以及在所述p型半导体区和所述n型半导体区之间形成的本征半导体区。
15.一种传感器元件的驱动方法,包括以下步骤:
设置以矩阵形式配置的多个传感器元件,每个所述传感器元件包括:
光电转换元件,根据接收的光量生成电荷;
蓄积节点,蓄积所述光电转换元件生成的电荷,从而示出根据所蓄积的电荷而波动的电压;
复位晶体管,具有连接到所述光电转换元件一端的一端,并将所述蓄积节点中的电压复位为预定复位电压;以及
读出部,读取从所述蓄积节点中的所蓄积的电荷产生的电压值,从而将所产生的所述电压值输出为传感器检测信号,以及控制所述复位晶体管,从而将多个传感器元件行上的所述传感器元件的所述蓄积节点同时复位为所述预定复位电压,然后在经过预定曝光期间后执行读取控制,以使得从配置在每个所述传感器元件行中的各所述传感器元件顺次输出所述传感器检测信号,
所述驱动方法还包括以下步骤:
在经过所述曝光期间后,对所述多个传感器元件行上的所述传感器元件同时执行保持所述蓄积节点中的所述电压的控制,以防止所述蓄积节点中的所述电压因所述光电转换元件中生成的所述电荷而波动,以及
当所述蓄积节点中的所述电压维持在该保持状态下时,执行读取控制,以使得从配置在每个所述传感器元件行中的各所述传感器元件顺次输出所述传感器检测信号。
16.一种具有输入功能的显示装置,所述显示装置具有显示面板,所述显示面板设置有以矩阵形式配置的多个显示像素和以矩阵形式配置的多个传感器元件,并且所述显示装置具有驱动所述多个显示像素的显示驱动部以及驱动所述多个传感器元件的传感器驱动部,所述多个传感器元件中的每个包括:
光电转换元件,根据接收的光量生成电荷;
蓄积节点,蓄积所述光电转换元件生成的电荷,从而示出根据所蓄积的电荷而波动的电压;
复位晶体管,具有连接到所述光电转换元件一端的一端,并将所述蓄积节点中的所述电压复位为预定复位电压;以及
读出部,读取所述蓄积节点中的所蓄积的电荷产生的电压值,从而将所产生的所述电压值输出为传感器检测信号,
其中,所述传感器驱动部控制所述复位晶体管,从而将多个传感器元件行上的所述传感器元件的所述蓄积节点同时复位为所述预定复位电压,然后,在经过预定曝光期间后,执行读取控制,以使得从配置在每个所述传感器元件行中的各所述传感器元件顺次输出所述传感器检测信号,
其中,在经过所述曝光期间后,所述传感器驱动部对多个传感器元件行上的所述传感器元件同时执行保持所述蓄积节点中的所述电压值的控制,以防止所述蓄积节点中的所述电压值因所述光电转换元件中生成的所述电荷而波动,以及
当所述蓄积节点中的所述电压维持在该保持状态下时,所述传感器驱动部执行读取控制,以使得从配置在每个所述传感器元件行中的各所述传感器元件顺次输出所述传感器检测信号。
17.一种电子单元,包括根据权利要求16所述的具有输入功能的显示装置。
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