CN102511025A - 显示装置 - Google Patents
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Abstract
在像素区域(4)配置多个传感器像素电路(10),传感器像素电路(10)包含:2个光电二极管(D1、D2);1个存储节点,其存储与光量相应的电荷;以及读出晶体管(M1),其具有连接到存储节点的控制端子。按照时钟信号(CLK),在背光源点亮时,晶体管(T1)导通,电流流过光电二极管(D1),存储节点的电位下降。在背光源熄灭时,晶体管(T2)导通,电流流过光电二极管(D2),存储节点的电位上升。可以使用时钟信号(CLK)使2个光电二极管的灵敏度特性变化。使用这样的传感器像素电路探测在背光源点亮时入射的光量和在背光源熄灭时入射的光量之差。由此,提供具有不依赖于光环境的输入功能的显示装置。
Description
技术领域
本发明涉及显示装置,特别是涉及在像素区域配置有多个光传感器的显示装置。
背景技术
以往关于显示装置已知如下方法:在显示面板中设有多个光传感器,提供触摸面板、笔输入、扫描仪等的输入功能。为了将该方法应用于在各种光环境下所使用的移动设备,需要排除光环境的影响。因此,也已知如下方法:从由光传感器探测到的信号除去依赖于光环境的成分,求出原来应输入的信号。
在专利文献1中记载了如下情况:在与各个显示元件对应地设有受光元件的输入输出装置中,在1帧期间使背光源亮灭1次,为了在1帧期间从所有的受光元件取得背光源点亮期间的光量和背光源熄灭期间的光量,针对受光元件按线顺序进行复位和读出。
图31是示出专利文献1所记载的背光源的点亮和熄灭定时、以及针对受光元件的复位和读出定时的图。如图31所示,背光源在1帧期间的前半点亮,在后半熄灭。在背光源点亮期间,针对受光元件的复位按线顺序进行(实线箭头),然后,从受光元件的读出按线顺序进行(虚线箭头)。在背光源熄灭期间也同样进行针对受光元件的复位和读出。
在专利文献2中记载了具备图32所示的单位受光部的固体摄像装置。图32所示的单位受光部包含1个光电转换部PD和2个电荷存储部C1、C2。当接受来自发光装置的光的基于物体的反射光和外界光两者时,第1采样栅极SG1导通,由光电转换部PD所生成的电荷存储于第1电荷存储部C1。当仅接受外界光时,第2采样栅极SG2导通,由光电转换部PD所生成的电荷存储于第2电荷存储部C2。求出存储于2个电荷存储部C1、C2的电荷量之差,由此能求出来自发光装置的光的基于物体的反射光的量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4072732号公报
专利文献2:日本专利第3521187号公报
发明内容
发明要解决的问题
一般,在显示面板设有多个光传感器的显示装置中,从光传感器的读出按线顺序进行。另外,移动设备用的背光源以画面整体的形式同时点亮,同时熄灭。
专利文献1记载的输入输出装置在1帧期间使背光源亮灭1次,在背光源点亮期间,在不重复的期间进行复位和读出,在背光源熄灭期间也在不重复的期间进行复位和读出。因此,需要在1/4帧期间以内(例如,当帧率为60帧/秒时,在1/240秒以内)进行从受光元件的读出。但是,进行这样的高速读出实际上相当困难。
另外,在背光源点亮期间由受光元件探测光的期间(图31所示的B1)与在背光源熄灭期间由受光元件探测光的期间(图31所示的B2)之间,具有1/2帧期间的偏差。因此,相对于移动输入的跟随性随输入方向而变动。另外,该输入输出装置在复位完成紧后开始读出,在读出完成紧后开始复位。因此,不能自由决定背光源点亮期间、背光源熄灭期间的长度、间隔。
另外,该输入输出装置利用相同的受光元件检测背光源点亮期间的光量和背光源熄灭期间的光量。因此,当在某受光元件中检测背光源点亮期间的光量时,在从该受光元件读出检测到的光量之前,在该受光元件中不能开始背光源熄灭期间的光量的检测。
另外,该输入输出装置分别探测背光源点亮期间的光量和背光源熄灭期间的光量。因此,当任一光量饱和时,不能准确地求出两者之差。作为防止光量的饱和的方法,考虑到降低光传感器的灵敏度的方法、缩短光闸速度(存储时间)的方法。但是,当降低光传感器的灵敏度时,光量的检测精度降低。另外,因为帧率被预先决定的情况较多,所以难以调整光闸速度。
因此,本发明的目的在于:解决上述问题,提供具有不依赖于光环境的输入功能的显示装置。
用于解决问题的方案
本发明的第1方面是一种显示装置,其特征在于,在像素区域配置有多个光传感器,具备:
显示面板,其包含多个显示像素电路和多个传感器像素电路;以及
驱动电路,其针对上述传感器像素电路输出表示是光源点亮时还是光源熄灭时的控制信号,
上述传感器像素电路包含:
第1光传感器;
第2光传感器;
1个存储节点,其存储与探测到的光量相应的电荷;以及
读出晶体管,其具有连接到上述存储节点的控制端子,
构成为:按照上述控制信号,在光源点亮时利用流过上述第1光传感器的电流使上述存储节点的电位在规定方向变化,在光源熄灭时利用流过上述第2光传感器的电流使上述存储节点的电位在相反方向变化。
本发明的第2方面是在本发明的第1方面中,
上述传感器像素电路还包含:
第1开关元件,其设于流过上述第1光传感器的电流的路径上,按照上述控制信号在光源点亮时导通;以及
第2开关元件,其设于流过上述第2光传感器的电流的路径上,按照上述控制信号在光源熄灭时导通。
本发明的第3方面的特征在于,在本发明的第2方面中,
上述第1光传感器设于上述存储节点与上述第1开关元件的一端之间,
上述第2光传感器设于上述存储节点与上述第2开关元件的一端之间,
上述第1开关元件的另一端连接到复位线,
上述第2开关元件的另一端被施加规定的电位。
本发明的第4方面的特征在于,在本发明的第2方面中,
上述第1开关元件设于上述存储节点与上述第1光传感器的一端之间,
上述第2开关元件设于上述存储节点与上述第2光传感器的一端之间,
上述第1光传感器的另一端连接到复位线,
上述第2光传感器的另一端被施加规定的电位。
本发明的第5方面是在本发明的第3方面中,
上述传感器像素电路还包含:
第3开关元件,其一端连接到上述第1光传感器的上述第1开关元件侧的端子,按照上述控制信号在光源熄灭时导通;
第4开关元件,其一端连接到上述第2光传感器的上述第2开关元件侧的端子,按照上述控制信号在光源点亮时导通;
第5开关元件,其对上述第3开关元件的另一端赋予与上述存储节点的电位相应的电位;以及
第6开关元件,其对上述第4开关元件的另一端赋予与上述存储节点的电位相应的电位。
本发明的第6方面是在本发明的第2方面中,
上述传感器像素电路还包含设于上述存储节点与读出线之间的电容器。
本发明的第7方面的特征在于,在本发明的第1方面中,
上述第1光传感器和第2光传感器具有如下灵敏度特性:按照上述控制信号,在光源点亮时流过上述第1光传感器的电流比流过上述第2光传感器的电流多,在光源熄灭时流过上述第2光传感器的电流比流过上述第1光传感器的电流多。
本发明的第8方面的特征在于,在本发明的第7方面中,
传输上述控制信号的控制线通过电容与设于上述第1光传感器和第2光传感器的遮光膜连接。
本发明的第9方面的特征在于,在本发明的第7方面中,
传输上述控制信号的控制线与设于上述第1光传感器和第2光传感器的遮光膜电连接。
本发明的第10方面的特征在于,在本发明的第7方面中,
上述第1光传感器和第2光传感器的灵敏度特性以相互不同的形态根据上述控制信号而变化,上述第1光传感器和第2光传感器被赋予相同的控制信号。
本发明的第11方面的特征在于,在本发明的第7方面中,
上述第1光传感器和第2光传感器的灵敏度特性以相同的形态根据上述控制信号而变化,上述第2光传感器被赋予对上述第1光传感器赋予的控制信号的“非”信号。
本发明的第12方面的特征在于,在本发明的第7方面中,
上述传感器像素电路还包含:
电容器,其设于上述存储节点与读出线之间;以及
开关元件,其设于上述存储节点与上述第2光传感器的一端之间,在上述读出线被施加读出用电位时截止,
上述第1光传感器设于上述存储节点与复位线之间,
上述第2光传感器的另一端被施加规定的电位。
本发明的第13方面的特征在于,在本发明的第1方面中,
上述驱动电路将表示光源点亮时和光源熄灭时的信号作为上述控制信号在1帧期间各输出多次。
本发明的第14方面的特征在于,是配置于显示装置的像素区域的传感器像素电路,具备:
第1光传感器;
第2光传感器;
1个存储节点,其存储与探测到的光量相应的电荷;以及
读出晶体管,其具有连接到上述存储节点的控制端子,
构成为:按照表示是光源点亮时还是光源熄灭时的控制信号,在光源点亮时利用流过上述第1光传感器的电流使上述存储节点的电位在规定方向变化,在光源熄灭时利用流过上述第2光传感器的电流使上述存储节点的电位在相反方向变化。
发明效果
根据本发明的第1方面,传感器像素电路包含2个光传感器和1个存储节点,存储节点的电位在光源点亮时和光源熄灭时在相反方向变化。因此,能使用1个传感器像素电路探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差,提供不依赖于光环境的输入功能。另外,因为由1个传感器像素电路探测光量之差,所以与分别探测2种光量的情况相比,能防止光量的饱和,准确求出光量之差。另外,与由1个传感器像素电路依次探测2种光量的情况相比,能减少从传感器像素电路的读出次数,降低读出速度,削减装置的功耗。另外,不需要依次探测2种光量的情况下所需的用于存储先探测到的光量的存储器。另外,决定光源的点亮和熄灭定时、以及针对传感器像素电路的复位和读出定时时的自由度变大。另外,如果使用合适的驱动方法,能消除光源点亮时的探测期间与光源熄灭时的探测期间之间的偏差,防止相对于移动输入的跟随性随输入方向而变动。另外,通过由1个传感器像素电路求出光量之差,能同时进行温度补偿。
根据本发明的第2方面,在光源点亮时,第1开关元件导通,电流流过第1光传感器,在光源熄灭时,第2开关元件导通,电流流过第2光传感器。因此,能构成如下传感器像素电路:通过适当决定复位线的电位和规定电位,使存储节点的电位在光源点亮时和光源熄灭时在相反方向变化,能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。
根据本发明的第3方面,通过在存储节点上连接2个光传感器,在此之前连接在光源点亮时导通的开关元件和在光源熄灭时导通的开关元件,能构成如下传感器像素电路:其能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。
根据本发明的第4方面,通过在存储节点与一方光传感器之间设置在光源点亮时导通的开关元件,在存储节点与另一方光传感器之间设置在光源熄灭时导通的开关元件,能构成如下传感器像素电路:其能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。另外,在使存储节点的电位变化而进行读出时,使截止的开关元件侧的光传感器从存储节点电分离。因此,能在进行读出时减小存储节点的电容,使存储节点的电位容易变化。
根据本发明的第5方面,通过在控制信号变化时对与光传感器的存储节点相反的一侧的端子施加与存储节点的电位相应的电位,能立刻切断流过光传感器的电流,提高检测精度。
根据本发明的第6方面,通过对读出线施加读出用电位,能使存储节点的电位变化,从传感器像素电路读出与探测到的光量相应的信号。
根据本发明的第7方面,流过2个光传感器的电流的大小关系在光源点亮时和光源熄灭时不同。因此,能构成如下传感器像素电路:通过适当决定复位线的电位和规定电位,使存储节点的电位在光源点亮时和光源熄灭时在相反方向变化,能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。
根据本发明的第8方面,通过将光传感器的遮光膜通过电容连接到控制线,在控制线的电位变化时,遮光膜的电位变化,光传感器的灵敏度特性变化。因此,能构成如下传感器像素电路:在光源点亮时和光源熄灭时流过2个光传感器的电流的大小关系不同,能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。
根据本发明的第9方面,通过使光传感器的遮光膜与控制线电连接,在控制线的电位变化时,遮光膜的电位变化,光传感器的灵敏度特性变化。因此,能构成如下传感器像素电路:在光源点亮时和光源熄灭时流过2个光传感器的电流的大小关系不同,能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。
根据本发明的第10方面,能构成如下传感器像素电路:通过使用相同的控制信号控制具有不同的灵敏度特性的2个光传感器,使得在光源点亮时和光源熄灭时流过2个光传感器的电流的大小关系不同,能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。
根据本发明的第11方面,能构成如下传感器像素电路:通过使用不同的控制信号控制具有相同的灵敏度特性的2个光传感器,使得在光源点亮时和光源熄灭时流过2个光传感器的电流的大小关系不同,能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。
根据本发明的第12方面,通过在存储节点上连接光传感器和开关元件,在开关元件之前连接其它光传感器,能构成如下传感器像素电路:能探测光源点亮时的光量和光源熄灭时的光量之差。另外,因为在探测期间2个光传感器始终与存储节点电连接,所以能防止基于电荷残留的错误,提高检测精度。
根据本发明的第13方面,通过将光源点亮时的探测光的动作和光源熄灭时的探测光的动作在1帧期间各进行多次,能防止光量的饱和,准确求出光量之差。另外,能消除光源点亮时的探测期间与光源熄灭时的探测期间之间的偏差,防止相对于移动输入的跟随性随输入方向而变动。
根据本发明的第14方面,能构成上述第1方面的显示装置所包含的传感器像素电路,提供具有不依赖于光环境的输入功能的显示装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的显示装置的构成的框图。
图2是示出图1所示的显示装置所包含的显示面板中的传感器像素电路的配置的图。
图3是示出图1所示的显示装置中的背光源的点亮和熄灭定时、以及针对传感器像素电路的复位和读出定时的图。
图4是图1所示的显示装置所包含的显示面板的信号波形图。
图5是示出图1所示的显示装置所包含的传感器像素电路的概略构成的图。
图6是本发明的第1实施方式的传感器像素电路的电路图。
图7A是图6所示的传感器像素电路的布局图。
图7B是图6所示的传感器像素电路的其它布局图。
图8是示出图6所示的传感器像素电路的动作的图。
图9是图6所示的传感器像素电路的信号波形图。
图10是本发明的第2实施方式的传感器像素电路的电路图。
图11A是图10所示的传感器像素电路的布局图。
图11B是图10所示的传感器像素电路的其它布局图。
图12是示出图10所示的传感器像素电路的动作的图。
图13是本发明的第3实施方式的传感器像素电路的电路图。
图14A是图13所示的传感器像素电路的布局图。
图14B是图13所示的传感器像素电路的其它布局图。
图15是示出图13所示的传感器像素电路的动作的图。
图16是本发明的第4实施方式的传感器像素电路的电路图。
图17A是图16所示的传感器像素电路的布局图。
图17B是图16所示的传感器像素电路的其它布局图。
图18是示出光电二极管的状态根据遮光膜的电位而变化的情况的图。
图19是示出遮光膜的电位和流过光电二极管的电流的关系的图。
图20是示出图16所示的传感器像素电路所包含的光电二极管的灵敏度特性的图。
图21是示出图16所示的传感器像素电路的动作的图。
图22是本发明的第5实施方式的传感器像素电路的电路图。
图23A是图22所示的传感器像素电路的布局图。
图23B是图22所示的传感器像素电路的其它布局图。
图24A是第1实施方式的第1变形例的传感器像素电路的电路图。
图24B是第1实施方式的第2变形例的传感器像素电路的电路图。
图24C是第1实施方式的第3变形例的传感器像素电路的电路图。
图24D是第1实施方式的第4变形例的传感器像素电路的电路图。
图24E是第1实施方式的第5变形例的传感器像素电路的电路图。
图24F是第1实施方式的第6变形例的传感器像素电路的电路图。
图24G是第1实施方式的第7变形例的传感器像素电路的电路图。
图25A是第2实施方式的第1变形例的传感器像素电路的电路图。
图25B是第2实施方式的第2变形例的传感器像素电路的电路图。
图25C是第2实施方式的第3变形例的传感器像素电路的电路图。
图25D是第2实施方式的第4变形例的传感器像素电路的电路图。
图25E是第2实施方式的第5变形例的传感器像素电路的电路图。
图25F是第2实施方式的第6变形例的传感器像素电路的电路图。
图25G是第2实施方式的第7变形例的传感器像素电路的电路图。
图26A是第3实施方式的第1变形例的传感器像素电路的电路图。
图26B是第3实施方式的第2变形例的传感器像素电路的电路图。
图26C是第3实施方式的第3变形例的传感器像素电路的电路图。
图26D是第3实施方式的第4变形例的传感器像素电路的电路图。
图26E是第3实施方式的第5变形例的传感器像素电路的电路图。
图26F是第3实施方式的第6变形例的传感器像素电路的电路图。
图26G是第3实施方式的第7变形例的传感器像素电路的电路图。
图27A是第4实施方式的第1变形例的传感器像素电路的电路图。
图27B是第4实施方式的第2变形例的传感器像素电路的电路图。
图27C是第4实施方式的第3变形例的传感器像素电路的电路图。
图27D是第4实施方式的第4变形例的传感器像素电路的电路图。
图27E是第4实施方式的第5变形例的传感器像素电路的电路图。
图27F是第4实施方式的第6变形例的传感器像素电路的电路图。
图27G是第4实施方式的第7变形例的传感器像素电路的电路图。
图28A是第5实施方式的第1变形例的传感器像素电路的电路图。
图28B是第5实施方式的第2变形例的传感器像素电路的电路图。
图28C是第5实施方式的第3变形例的传感器像素电路的电路图。
图28D是第5实施方式的第4变形例的传感器像素电路的电路图。
图28E是第5实施方式的第5变形例的传感器像素电路的电路图。
图28F是第5实施方式的第6变形例的传感器像素电路的电路图。
图28G是第5实施方式的第7变形例的传感器像素电路的电路图。
图29A是第4实施方式的第8变形例的传感器像素电路的电路图。
图29B是第5实施方式的第8变形例的传感器像素电路的电路图。
图30是示出图29A和图29B所示的传感器像素电路所包含的光电二极管的灵敏度特性的图。
图31是示出现有的输入输出装置中的背光源的点亮和熄灭定时、以及针对受光元件的复位和读出定时的图。
图32是现有的固体摄像装置所包含的单位受光部的电路图。
具体实施方式
图1是示出本发明的实施方式的显示装置的构成的框图。图1所示的显示装置具备显示控制电路1、显示面板2以及背光源3。显示面板2包含像素区域4、栅极驱动电路5、源极驱动电路6以及传感器行驱动电路7。像素区域4包含多个显示像素电路8和多个传感器像素电路9。该显示装置具有在显示面板2上显示图像的功能和探测入射到显示面板2的光的功能。下面,将x设为2以上的整数,将y设为3的倍数,将m和n设为偶数,将显示装置的帧率设为60帧/秒。
从外部对图1所示的显示装置提供视频信号Vin和定时控制信号Cin。显示控制电路1基于这些信号针对显示面板2输出视频信号VS和控制信号CSg、CSs、CSr,针对背光源3输出控制信号CSb。视频信号VS可以与视频信号Vin相同,也可以是对视频信号Vin实施信号处理的信号。
背光源3是对显示面板2照射光的光源。更详细地,背光源3设于显示面板2的背面侧,对显示面板2的背面照射光。背光源3在控制信号CSb为高电平时点亮,在控制信号CSb为低电平时熄灭。
在显示面板2的像素区域4,(x×y)个显示像素电路8和(n×m/2)个传感器像素电路9分别配置成二维状。更详细地,在像素区域4设有x条栅极线GL1~GLx和y条源极线SL1~SLy。栅极线GL1~GLx相互平行地配置,源极线SL1~SLy以与栅极线GL1~GLx正交的方式相互平行地配置。(x×y)个显示像素电路8配置于栅极线GL1~GLx和源极线SL1~SLy的交点附近。各显示像素电路8连接到1条栅极线GL和1条源极线SL。显示像素电路8被分类为红色显示用、绿色显示用以及蓝色显示用。这3种显示像素电路8在栅极线GL1~GLx的延伸方向排列配置,构成1个彩色像素。
在像素区域4,与栅极线GL1~GLx平行地设有n条时钟线CLK1~CLKn、n条复位线RST1~RSTn以及n条读出线RWS1~RWSn。另外,有时在像素区域4与栅极线GL1~GLx平行地设有其它信号线、电源线(未图示)。当从传感器像素电路9进行读出时,从源极线SL1~SLy中选择的m条被用作电源线VDD1~VDDm,其它的m条被用作输出线OUT1~OUTm。
图2是示出像素区域4中的传感器像素电路9的配置的图。如图2所示,(n×m/2)个传感器像素电路9配置于第奇数条时钟线CLK1~CLKn-1和第奇数条输出线OUT1~OUTm-1的交点附近、以及第偶数条时钟线CLK2~CLKn和第偶数条输出线OUT2~OUTm的交点附近。
栅极驱动电路5驱动栅极线GL1~GLx。更详细地,栅极驱动电路5基于控制信号CSg从栅极线GL1~GLx中依次选择1条栅极线,对选择的栅极线施加高电平电位,对剩余的栅极线施加低电平电位。由此,连接到所选择的栅极线的y个显示像素电路8一起被选择。
源极驱动电路6驱动源极线SL1~SLy。更详细地,源极驱动电路6基于控制信号CSs对源极线SL1~S1y施加与视频信号VS相应的电位。此时源极驱动电路6可以进行线顺序驱动,也可以进行点顺序驱动。对源极线SL1~Sly施加的电位写入由栅极驱动电路5所选择的y个显示像素电路8。这样,通过使用栅极驱动电路5和源极驱动电路6向所有的显示像素电路8写入与视频信号VS相应的电位,能在显示面板2上显示期望的图像。
传感器行驱动电路7驱动时钟线CLK1~CLKn、复位线RST1~RSTn以及读出线RWS1~RWSn等。更详细地,传感器行驱动电路7基于控制信号CSr,在背光源3点亮时针对时钟线CLK1~CLKn施加高电平电位,在背光源3熄灭时针对时钟线CLK1~CLKn施加低电平电位。另外,传感器行驱动电路7基于控制信号CSr从复位线RST1~RSTn中每次1条地依次选择复位线,对选择的复位线施加复位用的高电平电位,对剩余的复位线施加低电平电位。由此,连接到所选择的复位线的(m/2)个传感器像素电路9一起复位。
另外,传感器行驱动电路7基于控制信号CSr从读出线RWS1~RWSn中每次1条地依次选择读出线,对选择的读出线施加读出用的高电平电位,对剩余的读出线施加低电平电位。由此,连接到所选择的读出线的(m/2)个传感器像素电路9一起处于可读出状态。此时源极驱动电路6针对电源线VDD1~VDDm施加高电平电位。由此,从处于可读出状态的(m/2)个传感器像素电路9对输出线OUT1~OUTm输出与由各传感器像素电路9探测到的光量相应的信号(下面称为传感器信号)。
源极驱动电路6将输出到输出线OUT1~OUTm的传感器信号放大,将放大后的信号依次作为传感器输出Sout输出到显示面板2的外部。通过这样使用源极驱动电路6和传感器行驱动电路7从所有的传感器像素电路9读出传感器信号,能探测入射到显示面板2的光。图1所示的显示装置为了探测入射到显示面板2的光,进行下面所示的连续驱动。
图3是示出背光源3的点亮和熄灭定时、以及针对传感器像素电路9的复位和读出定时的图。如图3所示,背光源3在1帧期间点亮多次,并熄灭多次。在下面的说明中,假设背光源3在1帧期间点亮4次,,并熄灭4次。点亮期间的长度和熄灭期间的长度相同。针对传感器像素电路9的复位按线顺序进行1帧期间(实线箭头)。从传感器像素电路9的读出在从复位算起大致1帧期间后(更详细地,在经过比1帧期间短的时间后)进行(虚线箭头)。
图4是显示面板2的信号波形图。如图4所示,栅极线GL1~GLx的电位在1帧期间依次在规定时间成为高电平各1次。时钟线CLK1~CLKn的电位在相同定时变化,在1帧期间成为高电平和低电平各4次。时钟线CLK1~CLKn的电位的高电平期间的长度和低电平期间的长度相同。复位线RST1~RSTn的电位在1帧期间依次仅在规定时间成为高电平各1次。读出线RWS1~RWSn的电位也在1帧期间依次仅在规定时间成为高电平各1次。在读出线RWS1的电位从高电平变为低电平后,复位线RST1的电位马上从低电平变为高电平。复位线RST2~RSTn的电位也与其同样。因此,传感器像素电路9探测光的期间(从复位至读出的期间:图3所示的A0)的长度大致等于1帧期间。
图5是示出传感器像素电路9的概略构成的图。如图5所示,传感器像素电路9包含2个光电二极管D1、D2和1个存储节点ND。光电二极管D1从存储节点ND抽出与在背光源3点亮的期间入射的光量相应的电荷。另一方面,光电二极管D2对存储节点ND施加与在背光源3熄灭的期间入射的光量相应的电荷。因此,存储节点ND的电位Vint根据在背光源3的点亮期间入射的光量(信号+噪声)而下降,根据在背光源3的熄灭期间入射的光量(噪声)而上升。从传感器像素电路9读出与2种光量之差相应的传感器信号。
此外,设于像素区域4的传感器像素电路9的个数可以是任意的。例如,可以在像素区域4设置(n×m)个传感器像素电路9。或者,可以在像素区域4设置与彩色像素相同数量的(即,(x×y/3)个)传感器像素电路9。或者,可以在像素区域4设置比彩色像素更少的个数的(例如,彩色像素的几分之一~几十分之一的)传感器像素电路9。
这样,本发明的实施方式的显示装置是在像素区域4配置多个光电二极管(光传感器)的显示装置,具备:显示面板2,其包含多个显示像素电路8和多个传感器像素电路9;以及传感器行驱动电路7(驱动电路),其针对传感器像素电路9输出表示是背光源点亮时还是背光源熄灭时的时钟信号CLK1~CLKn(控制信号)。下面,说明该显示装置所包含的传感器像素电路9的详情。在下面的说明中,将传感器像素电路简称为像素电路,为了识别信号线上的信号,使用与信号线相同的名称(例如,将时钟线CLK上的信号称为时钟信号CLK)。像素电路连接到时钟线CLK、复位线RST、读出线RWS、电源线VDD以及输出线OUT,接受电位VC的提供。电位VC是比复位用的高电平电位更高的电位。
(第1实施方式)
图6是本发明的第1实施方式的像素电路的电路图。图6所示的像素电路10包含晶体管T1、T2、M1、光电二极管D1、D2以及电容器C1。晶体管T1、M1是N型TFT(Thin Film Transistor:薄膜晶体管),晶体管T2是P型TFT。
如图6所示,晶体管T1、T2的栅极连接到时钟线CLK。晶体管T 1的源极连接到复位线RST,漏极连接到光电二极管D1的阳极。晶体管T2的源极被施加电位VC,漏极连接到光电二极管D2的阴极。光电二极管D1的阴极和光电二极管D2的阳极连接到晶体管M1的栅极。晶体管M1的漏极连接到电源线VDD,源极连接到输出线OUT。电容器C1设于晶体管M1的栅极与读出线RWS之间。在像素电路10中,连接到晶体管M1的栅极的节点为存储与探测到的光量相应的电荷的存储节点,晶体管M1作为读出晶体管而执行功能。
图7A是像素电路10的布局图。如图7A所示,像素电路10通过在玻璃基板上依次形成遮光膜LS、半导体层(斜线部)、栅极配线层(点图案部)以及源极配线层(涂白部)而构成。在连接半导体层和源极配线层的部位、以及在连接栅极配线层和源极配线层的部位设有连接器(用白圆示出)。晶体管T1、T2、M1通过交叉地配置半导体层和栅极配线层而形成。光电二极管D1、D2通过并排地配置P层、I层以及N层的半导体层而形成。电容器C1通过重叠地配置半导体层和栅极配线层而形成。遮光膜LS由金属形成,防止从玻璃基板的里侧进入的光入射到光电二极管D1、D2。
图7B是像素电路10的其它布局图。在图7B所示的布局中,对覆盖布局面的屏蔽件SH(透明电极:用粗虚线示出)施加电位VC,在连接屏蔽件SH和源极配线层的部位设有连接器(用黑圆示出)。此外,可以将像素电路10布局成上述以外的形式。
图8是示出像素电路10的动作的图。如图8所示,像素电路10在1帧期间进行(a)复位、(b)背光源点亮时的存储、(c)背光源熄灭时的存储、以及(d)读出。背光源点亮时的存储和背光源熄灭时的存储在1帧期间各进行4次。
图9是像素电路10的信号波形图。在图9中,BL表示背光源3的亮度,Ipd表示流过光电二极管的电流,Vint表示存储节点的电位(晶体管M1的栅极电位)。在图9中,时刻t1~时刻t2为复位期间、时刻t2~时刻t3为存储期间,时刻t3~时刻t4为读出期间。
在复位期间,时钟信号CLK为高电平,读出信号RWS为低电平,复位信号RST为复位用的高电平。此时,晶体管T1导通,晶体管T2截止。因此,电流(光电二极管D1的正向电流)从复位线RST经由晶体管T1和光电二极管D1流过存储节点(图8(a)),电位Vint复位为规定电平。
在存储期间,复位信号RST和读出信号RWS为低电平,时钟信号CLK成为高电平和低电平各4次。在时钟信号CLK为高电平的期间,晶体管T1导通,晶体管T2截止。此时,当光入射到光电二极管D1、D2时,电流(光电二极管D1的光电流)从存储节点经由光电二极管D1和晶体管T1流过复位线RST,从存储节点抽出电荷(图8(b))。因此,电位Vint根据在时钟信号CLK为高电平的期间(背光源3的点亮期间)入射的光量而下降。
另一方面,在时钟信号CLK为低电平的期间,晶体管T1截止,晶体管T2导通。此时,当光入射到光电二极管D1、D2时,电流(光电二极管D2的光电流)从具有电位VC的配线经由晶体管T2和光电二极管D2流过存储节点,对存储节点注入电荷(图8(c))。因此,电位Vint根据在时钟信号CLK为低电平的期间(背光源3的熄灭期间)入射的光量而上升。
在读出期间,时钟信号CLK为高电平,复位信号RST为低电平,读出信号RWS为读出用的高电平。此时,晶体管T1导通,晶体管T2截止。此时电位Vint仅上升读出信号RWS的电位的上升量的(Cq/Cp)倍(此处,Cp为像素电路10的整体的电容值,Cq为电容器C1的电容值)。晶体管M1构成以源极驱动电路6所包含的晶体管(未图示)为负载电路的源极跟随器放大电路,根据电位Vint驱动输出线OUT(图8(d))。
如上所述,本实施方式的像素电路10包含:2个光电二极管D1、D2(第1和第2光传感器);1个存储节点,其存储与探测到的光量相应的电荷;晶体管M1(读出晶体管),其具有连接到存储节点的栅极;晶体管T1(第1开关元件),其设于流过光电二极管D1的电流的路径上,按照时钟信号CLK在背光源点亮时导通;以及晶体管T2(第2开关元件),其设于流过光电二极管D2的电流的路径上,按照时钟信号CLK在背光源熄灭时导通。光电二极管D1设于存储节点与晶体管T1的一端之间,光电二极管D2设于存储节点与晶体管T2的一端之间,晶体管T1的另一端连接到复位线RST,晶体管T2的另一端被施加规定的电位VC。
在背光源点亮时,晶体管T1导通,由于流过光电二极管D1的电流,存储节点的电位下降,在背光源熄灭时,晶体管T2导通,由于流过光电二极管D2的电流,存储节点的电位上升。这样,存储节点的电位在背光源点亮时和背光源熄灭时在相反方向变化。因此,根据像素电路10,能使用1个传感器像素电路探测背光源点亮时的光量和背光源熄灭时的光量之差,提供不依赖于光环境的输入功能。
另外,因为由1个传感器像素电路探测光量之差,所以与分别探测2种光量的情况相比,能防止光量的饱和,准确求出光量之差。另外,与由1个传感器像素电路依次探测2种光量的情况相比,能减少从传感器像素电路的读出次数,降低读出速度,削减装置的功耗。另外,不需要依次探测2种光量的情况下所需的用于存储先探测到的光量的存储器。另外,决定背光源的点亮和熄灭定时、以及针对传感器像素电路的复位和读出定时时的自由度变大。另外,通过将背光源点亮时的探测光的动作和背光源熄灭时的探测光的动作在1帧期间各进行多次,能消除背光源点亮时的探测期间与背光源熄灭时的探测期间之间的偏差,防止相对于移动输入的跟随性随输入方向而变动。另外,通过由1个传感器像素电路求出光量之差,能同时进行温度补偿。
另外,像素电路10还包含设于存储节点与读出线RWS之间的电容器C1。因此,通过对读出线RWS施加读出用的高电平电位,能使存储节点的电位变化,从像素电路10读出与探测到的光量相应的信号。
(第2实施方式)
图10是本发明的第2实施方式的像素电路的电路图。图10所示的像素电路20包含晶体管T1、T2、M1、光电二极管D1、D2以及电容器C1。晶体管T1、M1是N型TFT,晶体管T2是P型TFT。
如图10所示,晶体管T1、T2的栅极连接到时钟线CLK。光电二极管D1的阳极连接到复位线RST,阴极连接到晶体管T1的源极。光电二极管D2的阴极被施加电位VC,阳极连接到晶体管T2的源极。晶体管T1、T2的漏极连接到晶体管M1的栅极。晶体管M1的漏极连接到电源线VDD,源极连接到输出线OUT。电容器C1设于晶体管M1的栅极与读出线RWS之间。在像素电路20中,连接到晶体管M1的栅极的节点为存储节点,晶体管M1作为读出晶体管而执行功能。
图11A和图11B是像素电路20的布局图。这些附图的说明与第1实施方式同样。在图11B所示的布局中,对覆盖布局面的屏蔽件SH施加电位VC。
图12是示出像素电路20的动作的图。如图12所示,像素电路20在1帧期间进行(a)复位、(b)背光源点亮时的存储、(c)背光源熄灭时的存储、以及(d)读出。背光源点亮时的存储和背光源熄灭时的存储在1帧期间各进行4次。像素电路20的信号波形图与第1实施方式相同(图9)。像素电路20与第1实施方式的像素电路10同样地进行动作。
如上所述,本实施方式的像素电路20与第1实施方式的像素电路10同样,包含2个光电二极管D1、D2、1个存储节点、晶体管M1、在背光源点亮时导通的晶体管T1、以及在背光源熄灭时导通的晶体管T2。晶体管T1设于存储节点与光电二极管D1的一端之间,晶体管T2设于存储节点与光电二极管D2的一端之间,光电二极管D1的另一端连接到复位线RST,光电二极管D2的另一端被施加规定的电位VC。
在背光源点亮时,晶体管T1导通,由于流过光电二极管D1的电流,存储节点的电位下降,在背光源熄灭时,晶体管T2导通,由于流过光电二极管D2的电流,存储节点的电位上升。这样,存储节点的电位在背光源点亮时和背光源熄灭时在相反方向变化。因此,根据像素电路20,能使用1个传感器像素电路探测背光源点亮时的光量与背光源熄灭时的光量之差,提供不依赖于光环境的输入功能。由此,得到与第1实施方式同样的效果。
另外,在使存储节点的电位变化而进行读出时,截止的晶体管T2侧的光电二极管D2从存储节点电分离。因此,能在进行读出时减小存储节点的电容,使存储节点的电位容易变化。
(第3实施方式)
图13是本发明的第3实施方式的像素电路的电路图。图13所示的像素电路30包含晶体管T1~T6、M1、光电二极管D1、D2以及电容器C1。晶体管T1、T4、T5、M1是N型TFT,晶体管T2、T3、T6是P型TFT。对像素电路30除了提供电位VC,还提供比复位用的高电平电位高的电位VDDP。电位VDDP可以是与电位VC相同的电位。
如图13所示,晶体管T1~T4的栅极连接到时钟线CLK。晶体管T1的源极连接到复位线RST,漏极连接到光电二极管D1的阳极和晶体管T3的漏极。晶体管T2的源极被施加电位VC,漏极连接到光电二极管D2的阴极和晶体管T4的漏极。光电二极管D1的阴极和光电二极管D2的阳极连接到晶体管M1的栅极。晶体管M1的漏极连接到电源线VDD,源极连接到输出线OUT。电容器C1设于晶体管M1的栅极与读出线RWS之间。晶体管T5、T6的栅极连接到晶体管M1的栅极。晶体管T5的漏极被施加电位VDDP,源极连接到晶体管T3的源极。晶体管T6的漏极连接到复位线RST,源极连接到晶体管T4的源极。在像素电路30中,连接到晶体管M1的栅极的节点为存储节点,晶体管M1作为读出晶体管而执行功能。
图14A和图14B是像素电路30的布局图。这些附图的说明与第1实施方式同样。图14B所示的布局在施加电位VC作为电位VDDP的情况下使用。在图14B所示的布局中,对覆盖布局面的屏蔽件SH施加电位VC(=VDDP)。
图15是示出像素电路30的动作的图。如图15所示,像素电路30在1帧期间进行(a)复位、(b)背光源点亮时的存储、(c)背光源熄灭时的存储、以及(d)读出。背光源点亮时的存储和背光源熄灭时的存储在1帧期间各进行4次。像素电路30的信号波形图与第1实施方式相同(图9)。
像素电路30除了下面的方面,与第1实施方式的像素电路10同样地进行动作。晶体管T3与晶体管T2同样地导通/截止,晶体管T4与晶体管T1同样地导通/截止。当在存储期间时钟信号CLK从低电平变为高电平时,晶体管T4从截止变为导通。在该瞬间,连接到光电二极管D2的阴极的节点N2通过晶体管T4、T6以与晶体管M1的栅极电位Vint相应的电位被充电(图15(b)的白箭头)。因此,当时钟信号CLK从低电平变为高电平时,流过光电二极管D2的电流立刻被切断。
另一方面,当在存储期间时钟信号CLK从高电平变为低电平时,晶体管T3从截止变为导通。在该瞬间,连接到光电二极管D1的阳极的节点N1通过晶体管T3、T5以与晶体管M1的栅极电位Vint相应的电位被充电(图15(c)的白箭头)。因此,当时钟信号CLK从高电平变为低电平时,流过光电二极管D1的电流立刻被切断。
如上所述,本实施方式的像素电路30是对第1实施方式的像素电路10追加了如下的电路:晶体管T3(第3开关元件),其一端连接到光电二极管D1的晶体管T1侧的端子,按照时钟信号CLK在背光源熄灭时导通;晶体管T4(第4开关元件),其一端连接到光电二极管D2的晶体管T2侧的端子,按照时钟信号CLK在背光源点亮时导通;晶体管T5(第5开关元件),其对晶体管T3的另一端赋予与存储节点的电位相应的电位;以及晶体管T6(第6开关元件),其对晶体管T4的另一端赋予与存储节点的电位相应的电位。
根据像素电路30,除了具有第1实施方式的像素电路10的效果以外,通过在时钟信号CLK变化时对光电二极管D1、D2的与存储节点相反的一侧的端子施加与存储节点的电位相应的电位,能立刻切断流过光电二极管D1、D2的电流,提高检测精度。
(第4实施方式)
图16是本发明的第4实施方式的像素电路的电路图。图16所示的像素电路40包含晶体管T1、M1、光电二极管D1、D2以及电容器C1。晶体管T1是P型TFT,晶体管M1是N型TFT。
如图16所示,光电二极管D1的阳极连接到复位线RST。光电二极管D2的阴极被施加电位VC,阳极连接到晶体管T1的源极。光电二极管D1的阴极和晶体管T1的漏极连接到晶体管M1的栅极。晶体管M1的漏极连接到电源线VDD,源极连接到输出线OUT。电容器C1设于晶体管M1的栅极与读出线RWS之间。晶体管T1的栅极连接到读出线RWS。在像素电路40中,连接到晶体管M1的栅极的节点为存储节点,晶体管M1作为读出晶体管而执行功能。关于时钟线CLK和遮光膜LS将后述。
图17A和图17B是像素电路40的布局图。这些附图的说明除了下面的方面,与第1实施方式同样。时钟线CLK以与光电二极管D1、D2的遮光膜LS交叉的方式配置。在时钟线CLK和光电二极管D1的遮光膜LS交叉的位置形成有电容器CA1,在时钟线CLK和光电二极管D2的遮光膜LS交叉的位置形成有电容器CA2。这样,光电二极管D1、D2的遮光膜LS分别通过电容器CA1、CA2与时钟线CLK耦合。在图17B所示的布局中,对覆盖布局面的屏蔽件SH施加电位VC。
一般,光电二极管的灵敏度根据设于光电二极管的下层的遮光膜的电位而变动。下面,参照图18和图19对该方面进行说明。图18是示出光电二极管的状态根据遮光膜的电位而变化的情况的图。如图18所示,在包括P层、I层以及N层的光电二极管中,将阳极电位设为Va,将阴极电位设为Vc,将遮光膜(未图示)的电位设为Vg。另外,在设想以P层为源极·漏极区域、以遮光膜为栅极电极、以设于半导体层与遮光膜之间的绝缘膜(未图示)为栅极绝缘膜的P型MOS晶体管的情况下,将阈值电压设为Vth_p,在设想以N层为源极·漏极区域、以遮光膜为栅极电极、以上述绝缘膜为栅极绝缘膜的N型MOS晶体管的情况下,将阈值电压设为Vth_n。
光电二极管的状态根据遮光膜的电位Vg满足下式(1)~(3)中的任1个而变化。下面,将电位Vg满足式(1)的情况称为模式A,将电位Vg满足式(2)的情况称为模式B,将电位Vg满足式(3)的情况称为模式C。
(Va+Vth_p)<Vg<(Vc+Vth_n)...(1)
Vg<(Va+Vth_p)<(Vc+Vth_n)...(2)
(Va+Vth_p)<(Vc+Vth_n)<Vg...(3)
在模式A中,在I层的两界面附近,容易产生自由电子和空穴的移动(图18(a))。因此,在模式A中,电流顺利流过光电二极管的内部。与此相对,在模式B中,仅在I层的N层侧的界面附近容易产生自由电子和空穴的移动(图18(b))。在模式C中,仅在I层的P层侧的界面附近容易产生自由电子和空穴的移动(图18(c))。因此,在模式B和模式C中,电流的流动被I层妨碍。
图19是示出遮光膜的电位和流过光电二极管的电流的关系的图。在图19中,横轴表示遮光膜的电位,纵轴表示流过光电二极管的电流。如图19所示,光电二极管的光电流和暗电流根据遮光膜的电位而变动。模式A中的光电流比模式B和模式C中的光电流更大。
如上所述,像素电路40所包含的光电二极管D1、D2的遮光膜LS分别通过电容器CA1、CA2连接到时钟线CLK。因此,当时钟线CLK的电位变化时,光电二极管D1、D2的遮光膜LS的电位也变化,伴随于此,光电二极管D1、D2的灵敏度也变化。另外,一般通过在形成光电二极管时调整半导体层的掺杂量,能调整光电二极管的灵敏度。
图20是示出光电二极管D1、D2的灵敏度特性的图。如图20所示,光电二极管D1、D2构成为通过调整半导体层的掺杂量而具备不同的灵敏度特性。更详细地,当将时钟信号CLK为高电平时的遮光膜LS的电位设为VG1、将时钟信号CLK为低电平时的遮光膜LS的电位设为VG2时,光电二极管D1、D2构成为:当遮光膜LS的电位为VG1时光电二极管D1的灵敏度比光电二极管D2的灵敏度高,当遮光膜LS的电位为VG2时光电二极管D1的灵敏度比光电二极管D2的灵敏度低。下面,当遮光膜LS的电位位于VG1附近时,光电二极管D 1以模式A进行动作,光电二极管D2以模式C进行动作,当遮光膜LS的电位位于VG2附近时,光电二极管D1以模式B进行动作,光电二极管D2以模式A进行动作。
图21是示出像素电路40的动作的图。如图21所示,像素电路40在1帧期间进行(a)复位、(b)背光源点亮时的存储、(c)背光源熄灭时的存储、以及(d)读出。背光源点亮时的存储和背光源熄灭时的存储在1帧期间各进行4次。像素电路40的信号波形图与第1实施方式相同(图9)。
在复位期间,时钟信号CLK为高电平,读出信号RWS为低电平,复位信号RST为复位用的高电平。此时,晶体管T1导通。另外,电流(光电二极管D1的正向电流)从复位线RST经由光电二极管D1流过存储节点(图21(a)),电位Vint复位为规定电平。
在存储期间,复位信号RST和读出信号RWS为低电平,时钟信号CLK成为高电平和低电平各4次。此时,晶体管T1导通。在时钟信号CLK为高电平的期间,光电二极管D1以模式A进行动作,光电二极管D2以模式C进行动作。此时,当光入射到光电二极管D1、D2时,电流I1a(以模式A进行动作时的光电流)从存储节点经由光电二极管D1流过复位线RST,从存储节点抽出电荷。伴随于此,电流I2c(以模式C进行动作时的光电流)从具有电位VC的配线经由光电二极管D2和晶体管T 1流过存储节点,对存储节点注入电荷(图21(b))。因为I1a>I2c,所以电位Vint根据在时钟信号CLK为高电平的期间(背光源3的点亮期间)入射的光量而下降。
另一方面,在时钟信号CLK为低电平的期间,光电二极管D1以模式B进行动作,光电二极管D2以模式A进行动作。此时,当光入射到光电二极管D1、D2时,电流I1b(以模式B进行动作的光电流)从存储节点经由光电二极管D1流过复位线RST,从存储节点抽出电荷。伴随于此,电流I2a(以模式A进行动作时的光电流)从具有电位VC的配线经由光电二极管D2和晶体管T1流过存储节点,对存储节点注入电荷(图21(c))。因为I1b<I2a,所以电位Vint根据在时钟信号CLK为低电平的期间(背光源3的熄灭期间)入射的光量而上升。
在读出期间,时钟信号CLK为高电平,复位信号RST为低电平,读出信号RWS为读出用的高电平。此时,晶体管T1截止。此时电位Vint仅上升读出信号RWS的电位的上升量的(Cq/Cp)倍(此处,Cp为像素电路40的整体的电容值,Cq为电容器C1的电容值)。晶体管M1构成源极跟随器放大电路,根据电位Vint驱动输出线OUT(图21(d))。
当将时钟信号CLK为高电平时的光电流设为Ion、将时钟信号CLK为低电平时的光电流设为Ioff、将基于背光源的光的光电流设为Ix、将基于外界光的光电流设为Iy时,时钟信号CLK为高电平时下式(4)成立,时钟信号CLK为低电平时下式(5)成立。另外,对于时钟信号CLK为高电平时的光电二极管D1,下式(6)成立,对于时钟信号CLK为低电平时的光电二极管D2,下式(7)成立。
Ion=I1a-I2c ...(4)
Ioff=I2a-I1b...(5)
I1a=Ix+Iy ...(6)
I2a=Iy ...(7)
在此,关于光电二极管D1、D2,当模式B的灵敏度等于模式C的灵敏度、模式A的灵敏度为模式B、C的灵敏度的7倍时,从I2c=(1/7)×I1a、I1b=(1/7)×I2a导出下式(8)。
Ion-Ioff=(6/7)×I1a-(6/7)×I2a
=(6/7)×(Ix+Iy)-(6/7)×Iy
=(6/7)×Ix...(8)
这样,时钟信号CLK为高电平时和为低电平时的光电流之差(Ion-Ioff)不包含基于外界光的光电流Iy。因此,通过求出光电流之差(Ion-Ioff),能准确地仅检测基于背光源的光的光电流。
如上所述,本实施方式的像素电路40包含:光电二极管D1、D2(第1和第2光传感器);1个存储节点,其存储与探测到的光量相应的电荷;以及晶体管M1(读出晶体管),其具有连接到存储节点的栅极。传输时钟信号CLK的时钟线CLK(控制线)通过电容连接到设于光电二极管D1、D2上的遮光膜LS。光电二极管D1、D2的灵敏度特性以相互不同的形态根据时钟信号CLK而变化,光电二极管D1、D2被赋予相同的时钟信号CLK。
通过电容使光电二极管D1、D2的遮光膜LS与时钟线CLK连接,由此在时钟线CLK的电位变化时,遮光膜LS的电位变化,光电二极管D1、D2的灵敏度特性变化。因此,通过使用相同的时钟信号CLK控制具有图20所示的灵敏度特性的光电二极管D1、D2,在背光源点亮时,流过光电二极管D1的电流比流过光电二极管D2的电流多,由于流过光电二极管D1的电流,存储节点的电位下降。另一方面,在背光源熄灭时,流过光电二极管D2的电流比流过光电二极管D1的电流多,由于流过光电二极管D2的电流,存储节点的电位上升。这样,存储节点的电位在背光源点亮时和背光源熄灭时在相反方向变化。因此,根据像素电路40,能使用1个传感器像素电路探测背光源点亮时的光量和背光源熄灭时的光量之差,提供不依赖于光环境的输入功能。由此,得到与第1实施方式同样的效果。
另外,像素电路40包含:电容器C1,其设于存储节点与读出线RWS之间;以及晶体管T1(开关元件),其设于存储节点与光电二极管D2的一端之间,在对读出线RWS施加读出用的高电平电位时截止。光电二极管D1设于存储节点与复位线RST之间,光电二极管D2的另一端被施加规定的电位VC。因此,因为在探测期间光电二极管D1、D2始终与存储节点电连接,所以能防止基于电荷残留的错误,提高检测精度。另外,也具有不需要对光电二极管D1、D2的遮光膜LS设置连接器的效果。
(第5实施方式)
图22是本发明的第5实施方式的像素电路的电路图。图22所示的像素电路50包含晶体管T1、M1、光电二极管D1、D2以及电容器C1。晶体管T1是P型TFT,晶体管M1是N型TFT。晶体管T1、M1、光电二极管D1、D2以及电容器C1连接成与第4实施方式的像素电路40同样的形式。
图23A和图23B是像素电路50的布局图。这些附图的说明除了下面的方面,与第1实施方式同样。时钟线CLK以与光电二极管D1、D2的遮光膜LS交叉的方式配置。在时钟线CLK和光电二极管D1的遮光膜L S交叉的部位、以及在时钟线CLK与光电二极管D2的遮光膜LS交叉的部位分别设有连接器(以带叉的圆表示)。这样,时钟线CLK通过连接器与光电二极管D1、D2的遮光膜LS电连接。在图23B所示的布局中,对覆盖布局面的屏蔽件SH施加电位VC。
与第4实施方式同样,光电二极管D1、D2构成为通过调整半导体层的掺杂量而具有不同的灵敏度特性(图20)。像素电路50的信号波形图与第1实施方式相同(图9)。像素电路50与第4实施方式的像素电路40同样地进行动作(图21)。
如上所述,本实施方式的像素电路50与第4实施方式的像素电路40同样,包含2个光电二极管D1、D2、1个存储节点以及晶体管M1。传输时钟信号CLK的时钟线CLK(控制线)与设于光电二极管D1、D2上的遮光膜L S电连接。光电二极管D1、D2的灵敏度特性以相互不同的形态根据时钟信号CLK而变化,光电二极管D1、D2被赋予相同的时钟信号CLK。
通过使光电二极管D1、D2的遮光膜LS与时钟线CLK电连接,在时钟线CLK的电位变化时,遮光膜LS的电位变化,光电二极管D1、D2的灵敏度特性变化。因此,通过使用具有图20所示的灵敏度特性的光电二极管D1、D2,与第4实施方式的像素电路40同样,存储节点的电位在背光源点亮时和背光源熄灭时在相反方向变化。因此,根据像素电路50,能使用1个传感器像素电路探测背光源点亮时的光量和背光源熄灭时的光量之差,提供不依赖于光环境的输入功能。由此,得到与第1实施方式同样的效果。
另外,与第4实施方式的像素电路40同样,能防止基于电荷残留的错误,提高检测精度。另外,与第4实施方式的像素电路40相比,在时钟线CLK的电位变化时,遮光膜LS的电位大大变化,光电二极管D1、D2的灵敏度大大变化。因此,即使使用振幅小的时钟信号CLK,也能使光电二极管D1、D2的灵敏度大大变化,探测背光源点亮时的光量和背光源熄灭时的光量之差。
(实施方式的变形例)
本发明的各实施方式能构成下面所示的变形例。图24A~图24G分别是第1实施方式的第1~第7变形例的像素电路的电路图。图24A~图24G所示的像素电路11~17通过针对第1实施方式的像素电路10进行下面的变形而得到。
图24A所示的像素电路11是将像素电路10所包含的电容器C 1置换为作为P型TFT的晶体管TC。在像素电路11中,晶体管TC的一方导通端子连接到光电二极管D1的阴极和光电二极管D2的阳极,另一方导通端子连接到晶体管M1的栅极,栅极连接到读出线RWS。这样连接的晶体管TC在对读出线RWS施加读出用的高电平时,使存储节点的电位比原像素电路更大地变化。因此,能将强光入射时的存储节点的电位和弱光入射时的存储节点的电位之差放大,使像素电路11的灵敏度提高。当对第2~第5实施方式进行同样的变形时,得到图25A所示的像素电路21、图26A所示的像素电路31、图27A所示的像素电路41以及图28A所示的像素电路51。
图24B所示的像素电路12是将像素电路10所包含的光电二极管D1、D2置换为光电晶体管TD1、TD2、将晶体管T2置换为作为N型TFT的晶体管T7的电路。在像素电路12中,晶体管T7的漏极被施加电位VC,源极连接到光电晶体管TD2的阴极,栅极连接到传输时钟信号CLK的“非”信号的时钟线CLKB。由此,像素电路12所包含的晶体管均为N型。因此,能使用仅能制造N型晶体管的单沟道工艺制造像素电路12。当对第2~第5实施方式进行同样的变形时,得到图25B所示的像素电路22、图26B所示的像素电路32、图27B所示的像素电路42以及图28B所示的像素电路52。此外,对于图26B所示的像素电路32,需要将像素电路30所包含的所有的P型晶体管T2、T3、T6置换为N型晶体管T7、T8、T9。
图24C所示的像素电路13是将像素电路10所包含的光电二极管D1、D2反向连接的电路。对像素电路13提供通常为高电平、在复位时为复位用的低电平的复位信号RST、和比复位用的低电平电位更低的低电平电位VC。晶体管T1的漏极连接到复位线RST,晶体管T 1的源极连接到光电二极管D1的阴极。晶体管T2的漏极被施加电位VC,源极连接到光电二极管D2的阳极。光电二极管D1的阳极和光电二极管D2的阴极连接到晶体管M1的栅极。由此,得到像素电路的变形。当对第2~第5实施方式进行同样的变形时,得到图25C所示的像素电路23、图26C所示的像素电路33、图27C所示的像素电路43以及图28C所示的像素电路53。
图24D所示的像素电路14是将像素电路10所包含的光电二极管D1、D2反向连接、并删除了电容器C1的电路。对像素电路14提供与像素电路13同样的复位信号RST和电位VC。但是,复位信号RST在读出时为读出用的高电平。当复位信号RST为读出用的高电平时,存储节点的电位(晶体管M1的栅极电位)上升,与存储节点的电位相应的电流流过晶体管M1。这样,像素电路14不具备电容器C1。因此,能将开口率增大电容器C1的程度,使像素电路的灵敏度提高。当对第2~第5实施方式进行同样的变形时,得到图25D所示的像素电路24、图26D所示的像素电路34、图27D所示的像素电路44以及图28D所示的像素电路54。
图24E所示的像素电路15是对像素电路10追加了晶体管TS的电路。晶体管TS是N型TFT,作为选择用开关元件而执行功能。在像素电路15中,对电容器C1的一方电极施加高电平电位VDD。晶体管M1的源极连接到晶体管TS的漏极。晶体管TS的源极连接到输出线OUT,栅极连接到选择线SEL。选择信号SEL在从像素电路15进行读出时为高电平。由此,得到像素电路的变形。当对第2~第5实施方式进行同样的变形时,得到图25E所示的像素电路25、图26E所示的像素电路35、图27E所示的像素电路45以及图28E所示的像素电路55。此外,在图27E和图28E所示的像素电路45、55中,不需要晶体管T1。
图24F所示的像素电路16是对像素电路10追加了晶体管TR的电路。晶体管TR是N型TFT,作为复位用开关元件而执行功能。在像素电路16中,晶体管TR的源极被施加低电平电位VSS,漏极连接到晶体管M1的栅极,栅极连接到复位线RST。另外,对晶体管T1的源极施加低电平电位COM。由此,得到像素电路的变形。当对第2~第5实施方式进行同样的变形时,得到图25F所示的像素电路26、图26F所示的像素电路36、图27F所示的像素电路46以及图28F所示的像素电路56。
图24G所示的像素电路17是对像素电路10追加了上述晶体管TS、TR的电路。晶体管TS、TR的连接形式与像素电路15、16相同。但是,在像素电路17中,对晶体管TR的漏极施加高电平电位VDD。由此,得到像素电路的变形。当对第2~第5实施方式进行同样的变形时,得到图25G所示的像素电路27、图26G所示的像素电路37、图27G所示的像素电路47以及图28G所示的像素电路57。
图29A是第4实施方式的第8变形例的像素电路的电路图。图29B是第5实施方式的第8变形例的像素电路的电路图。图29A所示的像素电路48和图29B所示的像素电路58除了连接到时钟线CLK,还连接到传输时钟信号CLK的“非”信号的时钟线CLKB。
在像素电路48、58中,时钟线CLK以与光电二极管D1的遮光膜交叉、与光电二极管D2的遮光膜不交叉的方式配置。时钟线CLKB以与光电二极管D2的遮光膜交叉、与光电二极管D1的遮光膜不交叉的方式配置。另外,在像素电路58中,时钟线CLK通过连接器与光电二极管D1的遮光膜电连接。时钟线CLKB通过连接器与光电二极管D2的遮光膜电连接。
图30是示出像素电路48、58所包含的光电二极管D1、D2的灵敏度特性的图。如图30所示,光电二极管D1、D2构成为具有相同的灵敏度特性。当将时钟信号CLK为高电平(时钟信号CLKB为低电平)时的遮光膜LS的电位设为VG1、将时钟信号CLK为低电平(时钟信号CLKB为高电平)时的遮光膜LS的电位设为VG2时,光电二极管D1、D2构成为:在遮光膜LS的电位为VG1时灵敏度相对变高,在遮光膜LS的电位为VG2时灵敏度相对变低。
通过使用不同的时钟信号CLK、CLKB控制具有图30所示的灵敏度特性的光电二极管D1、D2,在背光源点亮时,流过光电二极管D1的电流比流过光电二极管D2的电流变多,由于流过光电二极管D1的电流,存储节点的电位下降。另一方面,在背光源熄灭时,流过光电二极管D2的电流比流过光电二极管D1的电流变多,由于流过光电二极管D2的电流,存储节点的电位上升。这样,存储节点的电位在背光源点亮时和背光源熄灭时在相反方向变化。因此,根据像素电路48、58,与像素电路40、50同样,能使用1个传感器像素电路探测背光源点亮时的光量和背光源熄灭时的光量之差。
另外,第1~第5实施方式只要不违反上述变形的性质就能使上述变形任意组合,构成各种变形例。
如上所述,根据本发明的实施方式及其变形例的显示装置,因为能使用包含2个光传感器、1个存储节点以及读出用晶体管的传感器像素电路探测背光源点亮时的光量和背光源熄灭时的光量之差,所以能解决现有的问题,提供不依赖于光环境的输入功能。
此外,在本发明中,设于显示装置中的光源的种类没有特别限定。因此,例如,可以使为显示用而设置的可见光背光源在1帧期间点亮和熄灭多次。或者,可以与显示用的可见光背光源分开地将光探测用的红外光背光源设于显示装置中。在这样的显示装置中,可以使可见光背光源始终点亮,仅使红外光背光源在1帧期间点亮和熄灭多次。
工业上的可利用性
本发明的显示装置因为具有如下特征:具有不依赖于光环境的输入功能,所以能利用于在显示面板中设有多个光传感器的各种显示装置。
附图标记说明
1:显示控制电路
2:显示面板
3:背光源
4:像素区域
5:栅极驱动电路
6:源极驱动电路
7:传感器行驱动电路
8:显示像素电路
9:传感器像素电路
10~17、20~27、30~37、40~48、50~58:像素电路
Claims (14)
1.一种显示装置,其特征在于,在像素区域配置有多个光传感器,具备:
显示面板,其包含多个显示像素电路和多个传感器像素电路;以及
驱动电路,其针对上述传感器像素电路输出表示是光源点亮时还是光源熄灭时的控制信号,
上述传感器像素电路包含:
第1光传感器;
第2光传感器;
1个存储节点,其存储与探测到的光量相应的电荷;以及
读出晶体管,其具有连接到上述存储节点的控制端子,
构成为:按照上述控制信号,在光源点亮时利用流过上述第1光传感器的电流使上述存储节点的电位在规定方向变化,在光源熄灭时利用流过上述第2光传感器的电流使上述存储节点的电位在相反方向变化。
2.根据权利要求1所述的显示装置,
上述传感器像素电路还包含:
第1开关元件,其设于流过上述第1光传感器的电流的路径上,按照上述控制信号在光源点亮时导通;以及
第2开关元件,其设于流过上述第2光传感器的电流的路径上,按照上述控制信号在光源熄灭时导通。
3.根据权利要求2所述的显示装置,其特征在于,
上述第1光传感器设于上述存储节点与上述第1开关元件的一端之间,
上述第2光传感器设于上述存储节点与上述第2开关元件的一端之间,
上述第1开关元件的另一端连接到复位线,
上述第2开关元件的另一端被施加规定的电位。
4.根据权利要求2所述的显示装置,其特征在于,
上述第1开关元件设于上述存储节点与上述第1光传感器的一端之间,
上述第2开关元件设于上述存储节点与上述第2光传感器的一端之间,
上述第1光传感器的另一端连接到复位线,
上述第2光传感器的另一端被施加规定的电位。
5.根据权利要求3所述的显示装置,
上述传感器像素电路还包含:
第3开关元件,其一端连接到上述第1光传感器的上述第1开关元件侧的端子,按照上述控制信号在光源熄灭时导通;
第4开关元件,其一端连接到上述第2光传感器的上述第2开关元件侧的端子,按照上述控制信号在光源点亮时导通;
第5开关元件,其对上述第3开关元件的另一端赋予与上述存储节点的电位相应的电位;以及
第6开关元件,其对上述第4开关元件的另一端赋予与上述存储节点的电位相应的电位。
6.根据权利要求2所述的显示装置,
上述传感器像素电路还包含设于上述存储节点与读出线之间的电容器。
7.根据权利要求1所述的显示装置,其特征在于,
上述第1光传感器和第2光传感器具有如下灵敏度特性:按照上述控制信号,在光源点亮时流过上述第1光传感器的电流比流过上述第2光传感器的电流多,在光源熄灭时流过上述第2光传感器的电流比流过上述第1光传感器的电流多。
8.根据权利要求7所述的显示装置,其特征在于,
传输上述控制信号的控制线通过电容与设于上述第1光传感器和第2光传感器的遮光膜连接。
9.根据权利要求7所述的显示装置,其特征在于,
传输上述控制信号的控制线与设于上述第1光传感器和第2光传感器的遮光膜电连接。
10.根据权利要求7所述的显示装置,其特征在于,
上述第1光传感器和第2光传感器的灵敏度特性以相互不同的形态根据上述控制信号而变化,上述第1光传感器和第2光传感器被赋予相同的控制信号。
11.根据权利要求7所述的显示装置,其特征在于,
上述第1光传感器和第2光传感器的灵敏度特性以相同的形态根据上述控制信号而变化,上述第2光传感器被赋予对上述第1光传感器赋予的控制信号的“非”信号。
12.根据权利要求7所述的显示装置,其特征在于,
上述传感器像素电路还包含:
电容器,其设于上述存储节点与读出线之间;以及
开关元件,其设于上述存储节点与上述第2光传感器的一端之间,在上述读出线被施加读出用电位时截止,
上述第1光传感器设于上述存储节点与复位线之间,
上述第2光传感器的另一端被施加规定的电位。
13.根据权利要求1所述的显示装置,其特征在于,
上述驱动电路将表示光源点亮时和光源熄灭时的信号作为上述控制信号在1帧期间各输出多次。
14.一种传感器像素电路,其特征在于,配置于显示装置的像素区域,具备:
第1光传感器;
第2光传感器;
1个存储节点,其存储与探测到的光量相应的电荷;以及
读出晶体管,其具有连接到上述存储节点的控制端子,
构成为:按照表示是光源点亮时还是光源熄灭时的控制信号,在光源点亮时利用流过上述第1光传感器的电流使上述存储节点的电位在规定方向变化,在光源熄灭时利用流过上述第2光传感器的电流使上述存储节点的电位在相反方向变化。
Applications Claiming Priority (3)
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