TWI437473B - 感測器裝置，感測器元件之驅動方法，具有輸入功能之顯示裝置及電子裝置 - Google Patents

感測器裝置，感測器元件之驅動方法，具有輸入功能之顯示裝置及電子裝置 Download PDF

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Description

感測器裝置，感測器元件之驅動方法，具有輸入功能之顯示裝置及電子裝置
本發明關於一種藉由使用感測器元件偵測一鄰近物體之位置等的感測器裝置；一種被施加至此種感測器裝置的感測器元件之驅動方法；一種包括感測器功能(輸入功能)及顯示功能之顯示裝置；及一種包括此種顯示裝置之電子設備。
先前，已知道有偵測技術，用以偵測觸碰或接近一顯示裝置之顯示表面之物體的位置等。例如，知道有一種技術，提供將膜狀透明觸控面板設置成覆蓋在顯示面板上的結構。先前已知道有壓感式及電容式作為此種顯示面板的系統。
進一步而言，已開發出其中顯示像素及光接收元件係在顯示面板中以矩陣形式配置的顯示裝置，使得該顯示面板本身具有光感測器功能(見日本未審查專利申請案公開號第2006-276223及第2008-233257)。
在以上所述之具有光感測器功能的顯示裝置中，將光電轉換元件(諸如PIN光二極體)用來作為光接收元件。將依據接收光的量所產生且自光電轉換元件所供應的電荷儲存於儲存節點中，且將依據該儲存節點之儲存電荷的電壓值讀出並輸出作為感測器偵測信號。進入光電轉換元件的光量依據接近一面板表面之物體的位置、距離、大小等而改變，因此感測器偵測信號亦改變。因此，可能藉由適當處理來自各個以矩陣形式配置之光接收元件的感測器偵測信號，偵測接近面板表面之物體的位置等。在此種裝置中，讀取操作係在預定光接收(曝光)期間後由光電轉換元件加以進行，且接著在將儲存節點的電壓值重設成重設值後，重複光接收及讀取之操作。
附帶地，已知道在光電轉換元件中，即使在沒有入射光的狀態中，會有暗電流(熱激發電流)流動。此暗電流隨溫度改變，且具有溫度愈高，流動的電流量愈大之特性。為此原因，會有即使當入射光的量為常數時，如果溫度不同，儲存節點的電壓會改變的情況，這對偵測結果有不利影響。尤其，有可能當溫度變更高時，暗電流的影響增加，這使儲存節點的電壓提高，而導致該儲存節點的飽和狀態。因此，所想要的是採取一些措施以此減少暗電流伴隨溫度改變的影響，但過去的措施並不充足。
考慮前述情況，所想要的是：提供一種感測器裝置、一種感測器元件之驅動方法、一種具有輸入功能之顯示裝置、及一種電子設備，彼等能夠藉由減少暗電流伴隨溫度改變的影響而實施穩定的偵測操作。
一些實施例關於一種光電轉換方法。自實質上已屏蔽光的第一光電轉換元件接收第一偵測信號。根據該第一偵測信號，在暴露於光之第二光電轉換元件的儲存節點重設電壓。第二偵測信號係根據該第二光電轉換元件所接收的光而產生。一些實施例關於一種包括重設電壓控制電路之設備。該重設電壓控制電路接收來自第一光電轉換元件的第一偵測信號，該第一光電轉換元件實質上已屏蔽光；且根據該第一偵測信號控制待重設之第二光電轉換元件的儲存節點電壓。該第二光電轉換元件係暴露於光。一些實施例關於一種顯示裝置，其包括I/O顯示面板及光接收驅動電路。該I/O顯示面板包括：複數個顯示像素；及複數個光電轉換元件，其包括實質上已屏蔽光的第一光電轉換元件及暴露於光的第二光電轉換元件。該光接收驅動電路接收來自該第一光電轉換元件的第一偵測信號，且根據該第一偵測信號重設該第二光電轉換元件。一些實施例關於一種包含該顯示裝置之電子設備。
一些實施例關於一種光電轉換方法，其包括偵測光電轉換元件的特性改變。該光電轉換元件受控制以補償該等特性改變。偵測信號係根據該光電轉換元件所接收的光而產生。一些實施例關於一種包括偵測電路之設備，該偵測電路偵測光電轉換元件的特性改變。該設備也包括控制電路，其根據該等特性改變控制待重設的光電轉換元件。
在依據本發明實施例之感測器裝置、感測器元件之驅動方法、具有輸入功能之顯示裝置、或電子設備中，用以重設感測器元件中儲存節點之電壓值的重設電壓係依據由於溫度的光電轉換元件的特性改變而加以可變動地控制。因此，可能藉由減少暗電流伴隨溫度變化的影響而實施穩定的偵測操作。
由下列說明將更充分顯現本發明其他及進一步之目的、特徵及優點。
本發明之實施例將參照圖式而詳細描述於下。
具有輸入功能之顯示裝置的整體組態
第1圖示出依據本發明實施例之具有輸入功能之顯示裝置(顯示影像拾取裝置)的整體組態實例。此顯示裝置包括I/O顯示面板20、背光15、顯示驅動電路12、光接收驅動電路13、影像處理區14、及應用程式執行區11。
I/O顯示面板20為例如液晶顯示(LCD)面板。I/O顯示面板20包括複數個顯示像素31RGB，彼等如第3圖中所示以矩陣形式配置而將於稍後描述，且I/O顯示面板具有之功能為：當以線序方式操作這些顯示像素時，根據影像資料而顯示(顯示功能)諸如圖形及字元的預定影像。I/O顯示面板20進一步包括感測器元件33，彼等如第3圖中所示以矩陣形式配置作為影像拾取像素而將於稍後描述，且I/O顯示面板具有之功能為：當作偵測觸碰或接近面板表面之物體(鄰近物體)及將該物體成像的感測器面板(偵測功能、影像拾取功能)。進一步而言，在I/O顯示面板20中，將至少一個監測感測器33M(第6圖及第7圖)設置在與感測器元件33所設置之區域不同的區域中。
背光15為用於I/O顯示面板20中的顯示及偵測之光源，且該背光包括例如經配置的複數個發光二極體。背光15由顯示驅動電路12所驅動及控制，且能夠根據與I/O顯示面板20之操作時序同步的預定時序，以高速實施開-閉(照明及不照明)操作，這將於稍後描述。背光15自I/O顯示面板20的後側朝該面板表面週期地發射照明光Lon。
顯示驅動電路12為驅動I/O顯示面板20之顯示像素31RGB的電路(即實施線序式顯示操作的驅動)，使得影像根據顯示資料而顯示在I/O顯示面板20上(即使得顯示操作被實施)。顯示驅動電路12也實施背光15的開-閉(照明及不照明)控制。
光接受驅動電路13為驅動I/O顯示面板20(即實施線序式影像拾取操作之驅動)的電路，使得自I/O顯示面板20的各個感測器元件(影像拾取像素)33獲得感測器偵測信號(影像拾取信號)(即使得物體被偵測或被成像)。附帶地，來自個別感測器元件33的感測器偵測信號(影像拾取信號)例如以每一訊框方式儲存於訊框記憶體13A中，且輸出至影像處理區14作為偵測的影像(拾取的影像)。光接受驅動電路13包括重設電壓控制區16(第8圖)，其將於稍後描述。
影像處理區14根據自光接收驅動電路13所輸出之拾取的影像而實施預定影像處理(算術處理)。由於實施該影像處理，影像處理區14偵測且獲得例如有關靠近I/O顯示面板20等之物體的物體資訊(位置座標資料、關於該物體之形狀及大小的資料等)。
根據由影像處理區14所獲得之偵測結果，應用程式執行區11實施依據一預定應用軟體的處理。此處理舉例而言為：將受偵測物體之位置座標含括於待顯示在I/O顯示面板20上的顯示資料中的處理。附帶地，將應用程式執行區11所產生的顯示資料供應至顯示驅動電路12。
I/O顯示面板20之組態實例
第2圖示出I/O顯示面板20之組態實例。I/O顯示面板20包括顯示區域(感測器區域)21、顯示H驅動器22、顯示V驅動器23、感測器讀取H驅動器25、及感測器V驅動器24。
第1圖及第2圖中的光接收驅動電路13、感測器V驅動器24、及感測器讀取H驅動器25合起來為依據本發明實施例的「驅動感測器元件之機構」的具體實例。顯示驅動電路12、顯示H驅動器22、及顯示V驅動器23合起來為依據本發明實施例的「驅動複數個顯示像素之機構」的具體實例。I/O顯示面板20為依據本發明實施例之「顯示面板」及「感測器面板」的具體實例。光接收驅動電路13及影像處理區14合起來為依據本發明實施例的「處理信號之機構」的具體實例。
顯示區域(感測器區域)21為：調變來自背光15之光且發射受調變光作為照射光(此後稱為包括顯示光及例如由紅外線光源(未圖示)所發射以供偵測之照射光的光)的區域。顯示區域(感測器區域)21亦為：偵測觸碰或接近此區域之物體(或將該物體成像)的區域。在顯示區域(感測器區域)21中，將例如當作顯示像素31RGB的液晶顯示元件及將於稍後描述的感測器元件33以個別矩陣形式配置。
根據由顯示驅動電路12所供應之用於顯示驅動的顯示信號及控制時脈，顯示H驅動器22連同顯示V驅動器23以線序方式驅動顯示區域21內的顯示像素31RGB。
依據光接受驅動電路13的驅動控制，感測器讀取H驅動器25連同感測器V驅動器24以線序方式驅動當作感測器區域21內之影像拾取像素的感測器元件33，且獲得偵測信號(影像拾取信號)。光接收驅動電路13經組態成當照射光自背光15發射至鄰近物體時進行驅動控制，以依據該照射光導致的反射光量與周圍光(外部光)量之和將用於充電的電荷儲存於感測器元件33中。並且，光接收驅動電路13經組態成當沒有照射光自背光15發射時進行驅動控制，以依據周圍光量將用於充電的電荷儲存於感測器元件33中。感測器讀取H驅動器25經組態成當背光15為開啓的時候將偵測信號(影像拾取信號)輸出至光接收驅動電路13，且在背光15為關閉的時候將偵測信號(影像拾取信號)輸出至光接收驅動電路13，該等信號係經由這種驅動控制由感測器元件33所獲得。
第3圖示出在顯示區域(感測器區域)21中各個像素之詳細組態實例。例如，如第3圖中所示，該顯示區域21的像素31包括：顯示像素31RGB、當作影像拾取像素的感測器元件33、及其中形成用於感測器元件33之佈線的佈線區32。各個顯示像素31RGB包括用於紅色(R)的顯示像素31R、用於綠色(G)的顯示像素31G及用於藍色(B)的顯示像素31B。將顯示像素31RGB、感測器元件33及佈線區32以個別矩陣形式配置在顯示區域(感測器區域)21上。進一步而言，將感測器元件33及用以驅動感測器元件33的佈線區32配置成彼此週期地分隔。幸虧此種配置，相對於顯示像素31RGB，極難辨別包括感測器元件33及佈線區32的感測器區域，且將顯示像素31RGB中開口率的減少抑制到最小。此外，當佈線區32設置在對顯示像素31RGB之開口沒有貢獻的區域(例如，由黑色矩陣將光屏蔽的區域、或反射區域)中時，可能以不減少顯示品質的方式設置光接收電路。附帶地，如第4圖中所示，將例如重設控制信號線Reset_1至Reset_n及讀取控制信號線Read_1至Read_n沿水平線方向連接至各個感測器元件33。
感測器元件33之組態實例
例如，如第5圖中所示，感測器元件33包括光電轉換元件PD1、重設電晶體Tr1、儲存節點P1、放大電晶體Tr2及選擇/讀取電晶體Tr3。
光電轉換元件PD1依據入射光量產生電荷，且為例如PIN光二極體。PIN二極體具有p-型半導體區域、n-型半導體區域及形成在p-型半導體區域與n-型半導體區域之間的本質(intrinsic)半導體區域(i區域)。光電轉換元件PD1具有陽極電極、陰極電極及閘極電極。當光電轉換元件PD1為PIN二極體時，陽極電極連接至p-型半導體區域，且陰極電極連接至n-型半導體區域。光電轉換元件PD1之陰極電極連接至用以供應電源供應電壓VDD的電源供應線。光電轉換元件PD1之陽極電極連接至重設電晶體Tr1的一端(汲極)。
儲存節點P1連接至光電轉換元件PD1之陽極電極及重設電晶體Tr1的汲極。在儲存節點P1中，由光電轉換元件PD1所轉換的電荷被儲存，且電壓依據所儲存的電荷而改變。在儲存節點P1中，儲存電容C0係藉由佈線導致之寄生電容等而等量地形成。根據此儲存電容C0儲存電荷。
重設電晶體Tr1、放大電晶體Tr2及選擇/讀取電晶體Tr3各包括例如薄膜電晶體(TFT)等。
重設電晶體Tr1之閘極連接至重設控制信號線Reset(見第4圖)，且重設電晶體Tr1之源極連接至重設電壓Vrst1。重設電晶體Tr1之汲極及放大電晶體Tr2之閘極連接至儲存節點P1。放大電晶體Tr2之源極連接至用以供應電源供應電壓VDD的電源供應線。放大電晶體Tr2之汲極連接至選擇/讀取電晶體Tr3之汲極。選擇/讀取電晶體Tr3之閘極連接至用以供應讀取控制信號的讀取控制信號線Read，且選擇/讀取電晶體Tr3之源極連接至讀出線41。
重設電晶體Tr1用來將儲存節點P1的電壓值重設至重設電壓Vrst1(以釋放儲存節點P1所儲存之電荷)。由重設電壓控制區16(第8圖)可變動地控制供應至重設電晶體Tr1之重設電壓Vrst1，重設電壓控制區將於稍後描述。
放大電晶體Tr2及選擇/讀取電晶體Tr3形成源極隨耦器，且讀取依據儲存節點P1中所儲存之電荷的電壓值並輸出所讀取的電壓值作為感測器偵測信號。在選擇/讀取電晶體Tr3回應於施加至閘極之讀取控制信號而被開啓的時候，將感測器偵測信號輸出至讀出線41。放大電晶體Tr2及選擇/讀取電晶體Tr3合起來為依據本發明實施例的「讀取機構」的具體實例。
監測感測器33M之組態實例
第6圖示出監測感測器33M之放置位置及電路組態。在重設電壓控制區16中，設置監測感測器33M以監測溫度，使得監測感測器33M之重設電壓Vrst1的值依據該溫度而可變動地受控制。在I/O顯示面板20中，將至少一個監測感測器33M設置在與感測器元件33所設置之顯示區域(感測器區域)21不同的區域中。例如，將監測感測器33M設置在面板上部分20A及面板下部分20B之至少一者中。
至於電路組態，監測感測器33M具有與感測器元件33相同的結構。換句話說，類似感測器元件33，監測感測器33M包括光電轉換元件PD1、儲存節點P1、重設電晶體Tr1、放大電晶體Tr2及選擇/讀取電晶體Tr3。然而，為了監測光電轉換元件PD1中由於溫度導致之特性改變(暗電流的改變)的影響，監測感測器33M經組態成由屏蔽體37將外部光L0屏蔽。
第7圖示出監測感測器33M所設置之部分的剖面結構。I/O顯示面板20包括像素基板34及頂面基板(facing substrate)35，該等自背光15側以此順序配置。在像素基板34上，形成感測器元件33及監測感測器33M等。例如，在像素基板34上，設置光電轉換元件PD1，且將用以驅動及控制感測器元件33及監測感測器33M之佈線區36設置在光電轉換元件PD1之上。屏蔽體37形成在頂面基板35之內表面側上，且自外側屏蔽光電轉換元件PD1。自第7圖顯然的是，監測感測器33M已屏蔽外部光L0，但由背光15所發射的照明光Lon會進入。因此，關於入射光，在除了外部光L0以外的條件方面監測感測器33M與感測器元件33等效。
重設電壓控制區16之組態實例
第8圖功能性示出關於重設電壓Vrst1之可變動控制的電路。重設電壓控制區16包括回授算術區17及重設電壓產生區18。重設電壓控制區16經組態成自監測感測器33M獲得電壓值，該電壓值對應於光電轉換元件PD1中出現的暗電流所導致之儲存節點P1的充電電壓。進一步而言，重設電壓控制區16經組態成依據所獲得的電壓值，實施感測器元件33及監測感測器33M中重設電壓Vrst1的可變動控制。
第9圖示出重設電壓控制區16之具體電路組態實例。第9圖中此具體電路組態實例為：用以實現第16圖中所示流程(其將於稍後描述)代表之重設電壓的可變動控制實例。重設電壓控制區16包括放大器50、類比至數位(A/D)轉換器51、隨機存取記憶體(RAM)52、放大器53、及A/D轉換器54。重設電壓控制區16進一步包括差值裝置55、加法器56、乘法器57、RAM 58、加法器59、及D/A轉換器60。
顯示裝置之操作
首先，將描述此顯示裝置之影像顯示操作及物體偵測操作(影像拾取操作)的概要。
在此顯示裝置中，根據由應用程式執行區11所供應之顯示資料，顯示驅動電路12產生用於顯示的驅動信號。根據此驅動信號，以線序方式驅動I/O顯示面板20，且顯示影像。此時，亦由顯示驅動電路12驅動背光15，使得用與I/O顯示面板20同步之方式，週期地實施背光15之開啓及關閉操作。
當有物體(鄰近物體，諸如手指)觸碰或接近I/O顯示面板20時，該物體經由光接收驅動電路13的線序式影像拾取驅動而由I/O顯示面板20中的感測器元件33加以偵測(成像)。將來自各個感測器元件33之偵測信號(影像拾取信號)自I/O顯示面板20供應至光接收驅動電路13。光接收驅動電路13對一個訊框累積感測器元件33之偵測信號，且輸出累積的偵測信號至影像處理區14作為拾取的影像。此處，將二個訊框影像輸出至影像處理區14，即，一個影像根據當背光15在「開啓」狀態中時所獲得之來自感測器元件33的感測器偵測信號，且一個影像根據當背光15在「關閉」狀態中時所獲得之來自感測器元件33的感測器偵測信號。
影像處理區14藉由根據此拾取的影像實施預定影像處理(算術處理)，獲得有關觸碰或接近I/O顯示面板20之物體的物體資訊(諸如位置座標資料及關於該物體之形狀與大小的資料)。例如，實施用以決定光接收驅動電路13中所產生的差分影像之重心的算術處理，且辨別接觸(靠近)中心。隨後，將偵測鄰近物體的結果自影像處理區14輸出至應用程式執行區11。應用程式執行區11執行應用程式，此將於稍後描述。
感測器操作之細節
第10圖示出此顯示裝置中感測器操作(影像拾取操作)的實例。第10圖上方部分中所示之自頂端延伸至底端的各箭頭以略圖顯示I/O顯示面板20中感測器元件33及監測感測器33M的驅動時序。橫向方向對應於時間，而垂直方向對應於I/O顯示面板20的掃描線。在此驅動時序圖之下方部分中，以略圖示出背光15的開啓-關閉狀態。在顯示背光15之開啓-關閉狀態的部分中，黑色部分指出背光15為關閉。在第10圖的下方部分中，以略圖示出重設電壓Vrst1之可變動控制(其將於稍後描述)中所使用的信號獲取時序。附帶地，在第10圖中，「H」對應於一個水平線的影像拾取(偵測)期間。此實例顯示感測器元件33及監測感測器33M在垂直方向中設置60條線的情況。因此，例如，60H對應於對單一螢幕實施線序式成像(偵測)的期間。
首先，在初始狀態中，所實施的處理為：以預定參考重設電壓(Vrst=0(V))重設感測器元件33及監測感測器33M各者中的儲存節點P1的電壓值，且讀出儲存節點P1的電壓值作為感測器偵測信號(重設及讀取期間)。自I/O顯示面板20的上方線至下方線而循序實施此處理。
其次，自上方線至下方線循序實施的處理為：以重設電壓Vrst1重設感測器元件33及監測感測器33M各者中的儲存節點P1的電壓值(重設期間)。隨後，在背光15為開啓的狀態中，實施曝光(儲存由光電轉換元件PD1所轉換之電荷於儲存節點P1中)(曝光期間(明亮))。隨後，自上方線至下方線循序實施的處理為：讀取感測器元件33及監測感測器33M各者中的儲存節點P1的電壓值作為感測器偵測信號(讀取期間)。
其次，再度自上方線至下方線循序實施的處理為：以重設電壓Vrst1重設感測器元件33及監測感測器33M各者中的儲存節點P1的電壓值(重設期間)。隨後，在背光15為關閉的狀態中，實施曝光(儲存由光電轉換元件PD1所轉換之電荷於儲存節點P1中)(曝光期間(滅光))。之後，自上方線至下方線循序實施的處理為：讀取感測器元件33及監測感測器33M各者中的儲存節點P1的電壓值作為感測器偵測信號(讀取期間)。
如上所述，實施背光15為開啓之狀態中的曝光及背光15為關閉之狀態中的曝光，而重設期間設置在二者之間，且實施各狀態中的感測器偵測信號之讀取處理。之後，循序重複此一系列的處理。附帶地，每當一系列的重設期間、曝光期間及讀取期間被重複預定次數後設置重設及讀取期間。
偵測鄰近物體之具體實例
第11A圖示出當有強外部光L0時鄰近物體(手指f)在I/O顯示面板20之感測器區域21中的狀態，且第11B圖示出在此狀態中的感測器輸出電壓(接收光輸出電壓)的實例。例如，當如第11A圖中所示為強入射外部光(周圍光)L0時，在背光15為開啓之狀態中的接收光輸出電壓Von101如第11B圖中所示。換句話說，接收光輸出電壓Von101為電壓值Va，其在該面板上之感測器區域21內除了手指f所觸碰之部分以外的任何部分中幾乎只對應於周圍光L0的強度。進一步而言，在手指f所觸碰之部分，接收光輸出電壓Von101減少至電壓值Vb，其對應於自背光15發射且反射離開手指f之表面的照明光Lon。相反地，在背光15為關閉之狀態中的接收光輸出電壓Voff101類似地為該電壓值Va，其在除了手指f所觸碰之部分以外的部分中對應於周圍光L0的強度，但在手指f所觸碰的部分，周圍光L0幾乎被阻擋，且因此接收光輸出電壓Voff101為電壓值Vc，其在極低位準。
第12A圖示出當有弱外部光L0時鄰近物體(手指f)在I/O顯示面板20之感測器區域21中的狀態，且第12B圖示出在此狀態中的感測器輸出電壓(接收光輸出電壓)的實例。例如，在如第12A圖中所示為弱入射周圍光L0(幾乎不存在)的狀態中，在背光15為開啓之狀態中的接收光輸出電壓Von201如第12B圖中所示。換句話說，在感測器區域21內除了手指f所觸碰之部分以外的任何部分中，接收光輸出電壓Von201為電壓值Vc，其在極低位準，因為弱周圍光L0。此外，在感測器區域21中手指f所觸碰之部分，接收光輸出電壓Von201增加至電壓值Vb，其對應於自背光15發射且反射離開手指f之表面的照明光Lon。相反地，在手指f所觸碰之部分及其他部分二者，在背光15為關閉之狀態中的接收光輸出電壓Voff201維持不變，其在極低位準之電壓值Vc。
因此，在感測器區域21中手指f未觸碰之部分，就接收光輸出電壓而言在周圍光L0存在時與周圍光L0不存在時之間有巨大差異。相反地，在感測器區域21中手指f所觸碰之部分，在背光15為開啓時的電壓值Vb及在背光15為關閉時的電壓值Vc大約恆定，無論周圍光L0存在或不存在。因此，藉由偵測在背光15為開啓時的電壓與在背光15為關閉時的電壓間的差異，可能決定其中有不低於某一位準(諸如電壓值Vb與電壓值Vc間的差異)之差異的部分為有物體靠近等的部分。
在影像處理區14(第1圖)中，例如獲得如第13圖中所示之差分影像C。影像B為根據來自感測器元件33之感測器偵測信號的影像實例，該等感測器偵測信號在由背光15發射照明光Lon的狀態中獲得。影像A為根據來自感測器元件33之感測器偵測信號的影像實例，該等感測器偵測信號在背光15沒有發射照明光Lon的狀態中獲得。可能根據影像A與影像B間的差分影像C而偵測物體的位置等。
由於溫度之特性改變
第14圖示出隨感測器元件33溫度上升之儲存節點P1的電壓改變。附帶地，第14圖顯示在感測器元件33中入射光不存在之狀態(黑暗狀態)中的特性。水平軸指示溫度，而垂直軸指示儲存節點P1的電壓。第14圖示出當光電轉換元件PD1中有溫度上升時儲存節點P1的電壓改變，及當重設電晶體Tr1中有溫度上升時儲存節點P1的電壓改變。自第14圖顯然的是，光電轉換元件PD1中的溫度上升影響儲存節點P1的電壓。另一方面，重設電晶體Tr1中的溫度上升對儲存節點P1的電壓幾乎沒有影響。
第15圖單獨顯示光電轉換元件PD1的溫度特性。附帶地，第15圖顯示在光電轉換元件PD1中入射光不存在之狀態(黑暗狀態)中的特性。換句話說，第15圖顯示在光電轉換元件PD1中的暗電流的溫度特性。如第15圖所示，即使在沒有入射光的狀態中，會有暗電流(熱激發電流)在光電轉換元件PD1中流動。此暗電流具有暗電流隨溫度改變，且流動的電流量隨溫度上升而增加的這種特性。因為此暗電流存在，如第14圖所示發生由於溫度之儲存節點P1的電壓改變。尤其，當溫度變高時，暗電流的影響變大，增加儲存節點P1的電壓，因此導致儲存節點P1的飽和狀態，這可對當作感測器的偵測操作有不利影響。在本實施例中，為了減少暗電流伴隨溫度改變的影響，藉由利用監測感測器33M獲得對應於由於暗電流之儲存節點P1的充電電壓的電壓值，且如下所述根據所獲得之電壓值實施重設電壓Vrst1的可變動控制。
重設電壓控制區16之控制操作的具體實例
第16圖示出一流程，其代表由第8圖及第9圖中所示電路所實現的重設電壓Vrst1的可變動控制。重設電壓控制區16假設在監測感測器33M中的感測器偵測信號的參考電壓值為Vsig0，該參考電壓值在儲存節點P1的電壓值以預定參考重設電壓(Vrst1=0(V))加以重設的期間被讀出(步驟S1及S2)。在第9圖的電路中，這些步驟對應於放大器50、A/D轉換器51及RAM 52的處理。
進一步而言，由重設電晶體Tr1重設儲存節點P1的電壓值之後，在經過預定曝光期間之後所讀出的感測器偵測信號的電壓值假設為Vsig(步驟S3)。在第9圖的電路中，此步驟對應於放大器53及A/D轉換器54的處理。所想要的是：電壓值Vsig為在背光15沒有發射照明光的狀態中經過曝光期間(第10圖中的曝光期間(滅光))之後所讀出的值。
隨後，決定由Vsig0-Vsig=α所表示之差值α為對應於由於暗電流之儲存節點P1的充電電壓的電壓值(步驟S4)。在第9圖的電路中，此步驟對應於差值裝置55的處理。附帶地，當有二或更多個監測感測器33M時，可實施例如一種程序，其採用根據個別監測感測器33M所決定之差值α的平均值，且使用此平均值作為後處理中的差值α。
其次，重設電壓控制區16將預定補償值β疊加於差值α上，且乘以1或更小的預定係數k，使得值k(α+β)被決定(步驟S5及S6)。在第9圖的電路中，此步驟對應於加法器56及乘法器57的處理。提供係數k以便使對改變的回應較小(以防止重設電壓Vrst1的突變)。將係數k設定在例如約0.25。將β設定在例如約-1.5至0的值。
隨後，緊接在之前的重設電壓Vrst1假設為(Vrst1_old)且與值k(α+β)相加，使得下列值被決定。
Vrst1=Vrst_old+k(α+β)
輸出此值作為新重設電壓Vrst1(步驟S7)。在第9圖的電路中，此步驟對應於RAM 58、加法器59及D/A轉換器60的處理。
隨後，實施一種處理，其中獲得以新重設電壓Vrst1重設之後的感測器偵測信號的電壓值Vsig，且再度決定差值α(步驟S8及S9)。然後，實施重複步驟S5至S7之處理的迴圈。藉由重複此迴圈，實施該控制，使得差值α落在預定補償值-β的範圍內。換句話說，實施該控制，使得儲存節點的電壓變成-β。進一步而言，每次以類似於步驟S1之方式重複預定數量的迴圈時，再次實施獲得參考電壓值Vsig0的處理(步驟S10)。藉由這樣做，可能處理由於溫度改變之參考電壓值Vsig0的改變。
以此方式，重設電壓控制區16實施回授控制，其中將預定補償值β疊加於差值α上，且乘以1或更小的預定係數k，使得值k(α+β)被決定，且將值k(α+β)反映在感測器元件33及監測感測器33M之各者中的重設電壓Vrst1上。結果，實施該控制，使得監測感測器33M中的感測器偵測信號的電壓值Vsig落在預定補償值β的範圍內。
第17圖示出一實例，其中當溫度低於參考溫度時實施第16圖中所示之重設電壓Vrst1的可變動控制。第18圖示出一狀態，其中當溫度低於參考溫度的狀態中實施第16圖中所示之重設電壓Vrst1的可變動控制時，感測器輸出電壓的差值α收斂在預定補償值-β。附帶地，在第17圖及第18圖中，水平軸代表經過時間，單位為訊框數量。訊框數量在此處意指在第16圖所示之流程中，在經過第一曝光期間之後所獲得的偵測信號(影像拾取訊框)假設為訊框1，且在經過第N(N為2或更大的整數)曝光期間之後所獲得的偵測信號(影像拾取訊框)假設為訊框N。
第19圖示出一實例，其中當溫度高於參考溫度時實施第16圖中所示之重設電壓Vrst1的可變動控制。第20圖示出一狀態，其中當溫度高於參考溫度的狀態中實施第16圖中所示之重設電壓的可變動控制時，感測器輸出電壓的差值α收斂在預定補償值-β。在第19圖及第20圖中，水平軸代表經過時間，單位為訊框數量。
以此方式，依據本實施例之具有輸入功能的顯示裝置，用以重設感測器元件33中的儲存節點P1的電壓值的重設電壓值Vrst1依據光電轉換元件由於溫度的特性改變而可變動地受控制，因此可能藉由減少暗電流伴隨溫度改變的影響而實施穩定的偵測操作。
附帶地，由背光15所發射且由光電轉換元件PD1所接收之照明光Lon不僅包括自鄰近物體所反射之光，而且包括直接進入光電轉換元件PD1的分量以及進一步包括由於面板內的內部反射而進入的分量。會有自背光15直接進入的光線分量或內部反射的光線分量儲存於儲存節點P1中的問題。藉由實施重設電壓Vrst1的可變動控制，可能減少直接進入的光或內部反射的光所導致之充電電壓的影響。進一步而言，會有在感測器元件33中當給定重設電壓Vrst1時，由於元件與佈線間的電容耦合而在儲存節點P1中出現電壓下降的問題。藉由實施重設電壓Vrst1的可變動控制，也可能減少此電壓下降所導致之充電電壓的影響。
執行應用程式之實例
其次，參照第21A圖至第24圖，將描述由應用程式執行區11執行應用程式的一些實例，其中使用上述由鄰近物體偵測處理所偵測之物體的位置資訊等。
第21A圖中所示之第一實例為一實例，其中I/O顯示面板20的表面由手指尖61所觸碰，且觸碰點的軌跡顯示在該表面上，如同畫線611。
第21B圖中所示之第二實例為一實例，其中藉由利用手的形狀識別手勢。具體而言，識別觸碰(或鄰近)I/O顯示面板20之手62的形狀，將識別的手形狀顯示為顯示物體，且將該顯示物體的移動621用來進行一些處理。
第22圖中所示之第三實例為一實例，其中握住的手63A改變成張開的手63B，由I/O顯示面板20實施每一手之觸碰或靠近的影像識別，且執行基於該影像識別的處理。經由基於該影像識別的處理，可能給予諸如放大的指示。此外，由於可能給予此種指示，當例如I/O顯示面板20連接至個人電腦時，經由操縱該個人電腦上的切換命令的輸入可被經由影像識別的輸入所替代，且因此可更自然地輸入指示。
第23圖中所示之第四實例為一實例，其中準備二個I/O顯示面板20且藉由一些傳輸手段互相連接。在此結構中，可將藉由偵測觸碰或靠近該等I/O顯示面板20之一者所獲得的影像傳輸至I/O顯示面板20之另一者然後由I/O顯示面板20之該另一者加以顯示，且操作個別I/O顯示面板20的使用者可互相通訊。例如，如第23圖中所示，可能實施一處理，其使該I/O顯示面板20之一者經由影像識別而獲得手65之形狀的影像，且傳輸所獲得之影像至該I/O顯示面板20之另一者，使該另一者接著顯示與手65的形狀相同的手形狀642。也可能實施一處理，諸如使由於手64觸碰在I/O顯示面板20之該另一者上所顯示的軌跡641傳輸至I/O顯示面板20之該一者，然後由I/O顯示面板20之該一者加以顯示。以此方式，傳輸描畫狀態作為移動影像，且傳送手寫字元或圖形至對方，這創造I/O顯示面板20可變成新通訊工具的可能性。例如，I/O顯示面板20可應用至可攜式電話的顯示面板。附帶地，第23圖示出其中準備二個I/O顯示面板20的實例，但可能藉由以傳輸手段互相連接三或更多個I/O顯示面板20而實施類似處理。
進一步而言，如第24圖的第五實例中所示，將毛筆66用來藉由使之觸碰I/O顯示面板20的表面而書寫字元於I/O顯示面板20的表面上，且顯示毛筆66所觸碰的點作為I/O顯示面板20上的影像661，因此讓毛筆的手寫輸入有可能。在此情況中，可能識別及實現即使是毛筆的微弱觸碰。在過去手寫識別的情況中，例如，特殊筆的傾斜度由一些數化器中的電場偵測加以實現。然而，在本實例中，偵測由真實毛筆所觸碰之表面，因此以更逼真的感覺輸入資訊。
模組及應用實例
其次，參照第25圖至第29G圖，將描述上述具有輸入功能之顯示裝置的應用實例。此顯示裝置可應用至所有領域中的電子設備，彼等顯示外部輸入的視訊信號或內部產生的視訊信號作為靜態或移動影像。例如，顯示裝置可應用至電子設備，諸如電視接收器、數位相機、膝上型電腦、諸如可攜式電話的可攜式終端裝置、及視訊攝影機。
(應用實例1)
第25圖示出當作電子設備之第一實例的電視接收器的外部圖。此電視接收器具有例如視訊顯示螢幕區510，其包括前面板511及濾光玻璃512。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此電視接收器的視訊顯示螢幕區510。
(應用實例2)
第26A圖及第26B圖示出當作電子設備之第二實例的數位相機的外部圖。此數位相機包括例如閃光發射區521、顯示區522、選單切換523、及快門釋放鈕524。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此數位相機的顯示區522。
(應用實例3)
第27圖示出當作電子設備之第三實例的膝上型電腦的外部圖。此膝上型電腦包括例如主區531、用來輸入字元等的鍵盤532、及顯示影像的顯示區533。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此膝上型電腦的顯示區533。
(應用實例4)
第28圖示出當作電子設備之第四實例的視訊攝影機的外部圖。此視訊攝影機包括例如主區541、設置在主區541之前面上以拍攝物體的影像的鏡頭542、拍攝時使用的開始/停止開關543、及顯示區544。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此視訊攝影機的顯示區544。
(應用實例5)
第29A圖至第29G圖示出當作電子設備之第五實例的可攜式電話的外部圖。此可攜式電話包括例如上殼710、下殼720、將上殼710及下殼720互相耦接的耦接區(樞紐區)730、顯示器740、子顯示器750、閃光燈760、及相機770。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此可攜式電話的顯示器740或子顯示器750。
其他實施例
本發明可用各種方式加以修改及實施，而不限於上述實施例及應用實例。
例如，該等實施例等已藉由將具有設有背光15之液晶顯示面板I/O顯示面板20的情況作為實例而加以描述於上，但顯示器的背光可兼作偵測光，或可設置偵測專用的光。此外，當設置偵測光時，較佳為使用可見光範圍以外的波長範圍(例如，紅外線)的光。
進一步而言，該等實施例等已藉由採用具有輸入功能的顯示裝置而加以描述於上，該顯示裝置具有顯示面板(I/O顯示面板20)，該顯示面板包括顯示像素31RGB及感測器元件33，但本發明可應用至該顯示裝置以外的任何裝置。例如，本發明可應用至不具有顯示功能的感測器裝置。在此情況中，例如可替代I/O顯示面板20而設置感測器面板，在該感測器面板中只有感測器元件33以矩陣形式配置於單一平面內，而沒有設置顯示像素31RGB。
本申請案含有關於揭示於2009年11月13日向日本專利局所申請之日本優先權專利申請案JP2009-260255中的標的，其全部內容以引用方式含括於此。
熟悉此技藝人士應理解可視設計需求及其他因素而出現各種修改、組合、子組合及替換，只要該等修改、組合、子組合及替換在所附申請專利範圍及其等效物之範疇內。
11．．．應用程式執行區
12．．．顯示驅動電路
13．．．光接收驅動電路
13A．．．訊框記憶體
14．．．影像處理區
15．．．背光
16．．．重設電壓控制區
17．．．回授算術區
18．．．重設電壓產生區
20．．．I/O顯示面板
20A．．．面板上部分
20B．．．面板下部分
21．．．顯示區域(感測器區域)
22．．．顯示H驅動器
23．．．顯示V驅動器
24．．．感測器V驅動器
25．．．感測器讀取H驅動器
31．．．像素
31RGB．．．顯示像素
32、36．．．佈線區
33．．．感測器元件
33M．．．監測感測器
34．．．像素基板
35．．．頂面基板
37．．．屏蔽體
41．．．讀出線
50、53．．．放大器
51、54．．．類比至數位轉換器
52、58．．．隨機存取記憶體
55．．．差值裝置
56、59．．．加法器
57．．．乘法器
510．．．視訊顯示螢幕區
511．．．前面板
512．．．濾光玻璃
521．．．閃光發射區
522、533、544．．．顯示區
523．．．選單切換
524．．．快門釋放鈕
531、541．．．主區
532．．．鍵盤
542．．．鏡頭
543．．．開始/停止開關
710．．．上殼
720．．．下殼
730．．．耦接區(樞紐區)
740．．．顯示器
750．．．子顯示器
760．．．閃光燈
770．．．相機
605．．．數位至類比轉換器
61．．．指尖
611．．．畫線
62、64、65．．．手
621．．．移動
63A．．．握住的手
63B．．．張開的手
641．．．軌跡
642．．．手形狀
66．．．毛筆
661．．．影像
第1圖為示出依據本發明實施例之具有輸入功能之顯示裝置的組態實例方塊圖；
第2圖為示出第1圖中所示之I/O顯示面板的組態實例方塊圖；
第3圖為示出第2圖中所示之顯示區域(感測器區域)中的像素配置實例的平面圖；
第4圖為示出第3圖中所示之像素配置中的感測器元件(影像拾取像素)與信號線之間的連接關係實例的概略平面圖；
第5圖為代表第1圖中所示之顯示裝置中的感測器元件組態實例的電路圖；
第6圖為監測感測器之放置位置的說明圖；
第7圖為示出監測感測器所設置之部分的結構的剖面圖；
第8圖為功能性示出關於重設電壓之可變動控制的電路的方塊圖；
第9圖為示出重設電壓控制區之具體電路組態實例的電路圖；
第10圖為代表第1圖中所示之顯示裝置中的感測器操作(影像拾取操作)實例的時序波形圖；
第11A及11B圖分別為示出第1圖中所示之顯示裝置中，當有強外部光時鄰近物體在感測器區域中的狀態的圖式，及示出在此狀態中的感測器輸出電壓實例的圖式；
第12A及12B圖分別為示出第1圖中所示之顯示裝置中，當有弱外部光時鄰近物體在感測器區域中的狀態的圖式，及示出在此狀態中的感測器輸出電壓實例的圖式；
第13圖為顯示用以描述藉由利用差分影像偵測鄰近物體之方法的影像的圖式；
第14圖為示出顯示由於感測器元件中溫度上升之儲存節點的電壓改變的特性曲線圖；
第15圖為單獨示出光電轉換元件的溫度特性曲線圖；
第16圖為示出重設電壓之可變動控制的流程的說明圖；
第17圖為一說明圖，示出其中當溫度低於參考溫度時實施第16圖中所示之重設電壓的可變動控制的實例；
第18圖為一說明圖，示出其中當溫度低於參考溫度的狀況中實施第16圖中所示之重設電壓的可變動控制時，感測器輸出電壓的差值α收斂在預定補償值-β的狀態；
第19圖為一說明圖，示出其中當溫度高於參考溫度時實施第16圖中所示之重設電壓的可變動控制的實例；
第20圖為一說明圖，示出其中當溫度高於參考溫度的狀況中實施第16圖中所示之重設電壓的可變動控制時，感測器輸出電壓的差值α收斂在預定補償值-β的狀態；
第21A及21B圖為說明圖，分別示出藉由利用第1圖所示之顯示裝置中的鄰近物體偵測處理的結果而執行應用程式的第一實例及第二實例；
第22圖為一說明圖，示出藉由利用鄰近物體偵測處理的結果而執行應用程式的第三實例；
第23圖為一說明圖，示出藉由利用鄰近物體偵測處理的結果而執行應用程式的第四實例；
第24圖為一說明圖，示出藉由利用鄰近物體偵測處理的結果而執行應用程式的第五實例；
第25圖為第1圖中所示之顯示裝置的第一應用實例的外部透視圖；
第26A及26B圖為分別自前視及後視時第二應用實例的外部透視圖；
第27圖為第三應用實例的外部透視圖；
第28圖為第四應用實例的外部透視圖；
第29A至29G圖為示出第五應用實例的圖式，即，第29A及29B圖分別為打開狀態中的前視圖及側視圖，第29C至29G分別為閉合狀態中的前視圖、左側視圖、右側視圖、俯視圖、及仰視圖。
16．．．重設電壓控制區
17．．．回授算數區
18．．．重設電壓產生區
20．．．I/O顯示面板
33．．．感測器元件
33M．．．監測感測器

Claims (18)

  1. 一種光電轉換方法，包含：接收來自第一光電轉換元件的第一偵測信號，該第一光電轉換元件實質上已屏蔽光；根據該第一偵測信號重設第二光電轉換元件之儲存節點處的電壓，該第二光電轉換元件係暴露於光；根據該第二光電轉換元件處所接收的光，產生第二偵測信號；決定該儲存節點處由暗電流所造成的電壓值；將預定電壓值與由暗電流所造成的該電壓值相加；及將該預定電壓值與由暗電流所造成的該電壓值之和乘以小於一的常數，以產生相乘值。
  2. 如申請專利範圍第1項之光電轉換方法，其中該第一偵測信號表示暗電流的效應。
  3. 如申請專利範圍第1項之光電轉換方法，其中該第一偵測信號隨溫度改變。
  4. 如申請專利範圍第1項之光電轉換方法，進一步包含：根據該第一偵測信號計算重設值；及根據該重設值重設該儲存節點。
  5. 如申請專利範圍第1項之光電轉換方法，進一步包含：將先前重設值與該相乘值相加，以產生新重設值。
  6. 如申請專利範圍第5項之光電轉換方法，其中該第 二光電轉換元件係根據該新重設值而重設。
  7. 如申請專利範圍第1項之光電轉換方法，進一步包含：根據先前重設電壓及該第一偵測信號，施加重設值至該儲存節點。
  8. 如申請專利範圍第1項之光電轉換方法，其中I/O顯示面板包含複數個第二光電轉換元件及一或更多個發光裝置，且該方法進一步包含：利用該一或更多個發光裝置顯示影像；及利用該複數個第二光電轉換元件之一或更多者，偵測操作該I/O顯示面板之物體的位置。
  9. 如申請專利範圍第8項之光電轉換方法，其中該第一偵測信號係在產生該第二偵測信號的相同時段期間產生。
  10. 如申請專利範圍第8項之光電轉換方法，其中該第一偵測信號係在關閉該一或更多個發光裝置的時段期間產生。
  11. 如申請專利範圍第10項之光電轉換方法，進一步包含：在開啟該一或更多個發光裝置的時段期間，藉由該第一光電轉換元件產生第三偵測信號。
  12. 如申請專利範圍第11項之光電轉換方法，進一步包含：根據該第一及第三偵測信號決定差分影像。
  13. 如申請專利範圍第12項之光電轉換方法，進一步包含：利用該差分影像偵測該物體的位置。
  14. 一種偵測設備，包含：重設電壓控制電路，其接收來自第一光電轉換元件的第一偵測信號，該第一光電轉換元件實質上已屏蔽光；及根據該第一偵測信號控制待重設之第二光電轉換元件的儲存節點電壓，其中該第二光電轉換元件係暴露於光，其中該重設電壓控制電路包含：回授算術電路，其根據先前重設值及該第一偵測信號決定新重設值；及重設電壓產生電路，其根據該新重設值產生新重設電壓。
  15. 如申請專利範圍第14項之偵測設備，其中該第一偵測信號表示暗電流在該第一光電轉換元件上的效應。
  16. 如申請專利範圍第14項之偵測設備，其中該第一偵測信號隨溫度改變。
  17. 如申請專利範圍第14項之偵測設備，其中該回授算術電路決定由暗電流所造成之該第一光電轉換元件之儲存節點的電壓值，且決定用以至少部份補償由暗電流所造成之該電壓值的新重設值。
  18. 如申請專利範圍第14項之偵測設備，其中該重設電壓控制電路提供重設值以重設該儲存節點電壓，且其中該第二光電轉換元件的該儲存節點電壓係根據該重設值而 重設。
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