CN101491086B - 成像设备、该成像设备的驱动方法、显示设备和电子装置 - Google Patents

Abstract

在配有成像元件的成像设备中，提供了不需要太多布局空间并且使连线数量减少的驱动器结构。该成像设备配有排列成矩阵或行的成像元件(1)、和沿着矩阵的垂直方向或沿着行延伸的方向排列，以控制成像元件(1)的驱动的单个驱动电路(6)。该驱动电路(6)具有作为重置成像元件的重置驱动器和从成像元件中读出信号的读取驱动器的功能。

Description

成像设备、该成像设备的驱动方法、显示设备和电子装置

技术领域

本发明涉及含有成像元件的成像设备、该成像设备的驱动方法、显示设备和电子装置。

背景技术

通常，诸如CCD(电荷耦合器件)传感器、CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器等的光电转换元件被广泛认为是适合捕获图像的成像元件。近年来，人们提出让薄膜晶体管(下文缩写成“TFT”)、电容器和其它部件的组合起光电转换元件的作用。其例子是，例如，在排列成矩阵的每个像素中包括液晶显示元件、适合起光电转换元件作用的TFT和其它部件的显示设备。该显示设备进一步包括作为光源的背光或前光，和通过液晶显示元件发送来自光源的光来显示图像。另一方面，该显示设备允许利用照射在TFT上的入射光输入信息(参照，例如，日本专利公开第2002-268615号)。如上所述配置的显示设备允许在相同屏幕区上显示图像和输入信息。因此，预计这样的显示设备可以用作取代触摸面板和其它设备的信息输入/输出设备。

顺便说一下，如果将适合起光电转换元件作用的TFT或其它元件排列成矩阵，则要求例如图10所示的驱动电路控制每个TFT或其它元件的驱动。也就是说，需要为在其中TFT或其它元件排列成矩阵的传感器群111配备重置驱动器112、读取驱动器113和源极电压驱动器114，作为沿着矩阵的垂直方向配置的垂直驱动器。重置驱动器112重置传感器群111的电荷存储条件。读取驱动器113读出存储的电荷。源极电压驱动器114控制施加的电压。并且，还要求水平驱动器115沿着矩阵的水平方向。在这些驱动器当中，重置驱动器112包括如图11所示与矩阵排列中的行相关联的移位寄存器。重置驱动器112响应作为触发信号的来自较高级电路(未示出)的重置信号(ResetVST)，依次对每一行进行重置操作。此外，类似地，读取驱动器113响应作为触发信号的来自该较高级电路的读取信号(ReadVST)，从每一行中依次进行信号读出操作。然后，如图12所示，在重置驱动器112响应重置信号(ResetVST)对传感器群111的每一行依次进行重置操作之后，读取驱动器113根据读取信号(ReadVST)的接收依次进行信号读出操作，以便读出重置之后存储在传感器群111中的电荷。

但是，上述传统驱动电路配置需要多个驱动电路112、113等作为垂直驱动器。因此，由于如下原因，这种配置不是最好的。也就是说，多个驱动电路112、113等需要大的布局空间。这可能导致围绕有效屏幕区域的较大所谓框架区域(frame region)。并且，多个驱动电路112、113等导致更多的连线。这可能导致在每个像素中难以保证一开口面积(opening area)。并且，例如，如果将多个驱动电路112、113等配置在传感器群111的一侧上，则还需要提供连线，以便这些连线跨过至少一个驱动电路。这可能导致布局效率极低。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供能够实现不需要更多布局空间，保证连线数量减少和防止连线跨过任何驱动电路的驱动器配置的成像设备、和它的驱动方法、显示设备和电子装置。

发明内容

本发明是设计成实现上述目的的成像设备。该成像设备的特征在于，该成像设备包括成像元件和单个驱动电路。成像元件排列成矩阵或行。驱动电路沿着矩阵的垂直方向或沿着行延伸的方向配置，以控制成像元件的驱动。驱动电路用作适合重置成像元件的重置驱动器和适合从成像元件中读出信号的读取驱动器的双重功能。

在如上所述配置的成像设备中，单个驱动电路用作重置驱动器和读取驱动器的双重功能。因此，可以将传统上分立的驱动电路组合成单个电路。

如上所述，本发明将驱动电路组合成单个电路，因此保证了布局空间小于传统成像设备。这有助于减小框架区域。并且，本发明使用了较少的控制信号，因此含有较少的连线。更进一步，可以将处在一侧的框架区域中的驱动电路组合成单个电路。这样就不需要配备跨过驱动电路的连线，因此保证了高的布局效率。

附图说明

图1是例示根据本发明的成像设备的示意性配置的例子的电路图；

图2是例示包括在根据本发明的成像设备中的主要部件的例子的电路图；

图3是例示根据本发明的成像设备的主要部件的操作例子的时序图；

图4是例示根据本发明的成像设备中的重置/读取驱动器的配置的电路图；

图5是例示根据本发明的成像设备的驱动方法的驱动过程的例子的时序图；

图6是例示根据本发明另一个实施例的成像设备的示意性配置的例子的电路图；

图7是例示包括在根据本发明另一个实施例的成像设备中的主要部件的例子的电路图(第1部分)；

图8是例示包括在根据本发明另一个实施例的成像设备中的主要部件的例子的电路图(第2部分)；

图9是例示根据本发明另一个实施例的成像设备的操作例子的时序图；

图10是例示传统成像设备的示意性配置的例子的电路图；

图11是例示包括在传统成像设备中的主要部件的例子的电路图；

图12是传统成像设备的操作例子的时序图；

图13是例示根据本发明的显示设备的模块化配置的平面图；

图14是例示含有根据本发明的显示设备的电视机的透视图；

图15是例示含有根据本发明的显示设备的数字照相机的透视图；

图16是例示含有根据本发明的显示设备的膝上型个人计算机的透视图；

图17是例示含有根据本发明的显示设备的移动终端设备的透视图；和

图18是例示含有根据本发明的显示设备的便携式摄像机的透视图。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本发明的成像设备、它的驱动方法、显示设备和电子装置。

首先描述根据本发明的成像设备的示意性配置。图1是例示根据本发明的成像设备的示意性配置的例子的电路图。图2是例示包括在该成像设备中的主要部件的例子的电路图。图3是例示主要部件的操作例子的时序图。

本实施例所述的成像设备包括如图1所示的传感器群1。传感器群1包括排列成矩阵的多个像素部分。传感器群1被配置成一方面允许利用入射光输入信息，另一方面允许显示图像。也就是说，成像设备也起显示设备的作用。

因此，如图2所示，每个像素部分1a包括显示元件部分2和传感元件部分3。

显示元件部分2旨在实现所谓低温多晶硅液晶的功能。更具体地说，显示部分2包括在多晶体硅(多晶硅)基底上形成的液晶显示元件。液晶显示元件有选择地发送来自光源的光(背光或前光)以显示图像。应注意的是有关低温多晶硅液晶的细节是众所周知的。因此，在本说明书中省略对它的描述。多晶体硅比非晶硅更易导电。这有助于较高的液晶响应速度。并且，可以缩小用于控制液晶的晶体管的尺寸。由于开口面积增大，这有助于较高的亮度。

传感元件部分3包括在低温多晶硅基底上形成的传感晶体管(下文缩写成“Tr”)3a、重置Tr3b、电容器3c、源极跟随电路3d和读取Tr3e。然后，如图3所示，在电容器3c的电荷随着该电容器3c被重置Tr3b重置而放电成它的初始状态之后，随着接收的光量而变的传感Tr3a的漏电流对电容器3c充电。然后，由存储的电荷量产生的电容器3c的电压经源极跟随电路3d阻抗转换。在给定时间间隔之后，读取Tr3e导通，将传感器输出读出到信号线上，以便传感元件部分3起光电转换元件的作用。

通过在低温多晶硅基底上形成包括如上所述的薄膜晶体管的组合的传感元件部分3，传感器群1建成集成有源像素传感器阵列。集成有源像素传感器阵列包括用于相同基底上的每个像素部分1a的显示元件部分2和传感元件部分3。

驱动电路控制如上所述配置的传感器群的驱动。也就是说，传感器群1中的显示元件部分2和传感元件部分3的每个部件都经由分别沿着像素矩阵的垂直和水平方向延伸的连线与驱动电路连接。

但是，应注意的是与传统成像设备不同，本实施例所述的成像设备包括水平驱动器4、源极电压驱动器5和重置/读取驱动器6作为如图1所示的驱动电路。在这些驱动电路当中，水平驱动电路4沿着传感器群1的像素矩阵的水平方向配置。应注意的是水平驱动器4与传统的水平驱动器相同。因此，这里省略对它的详细描述。另一方面，源极电压驱动器5和重置/读取驱动器6沿着传感器群1的像素矩阵的垂直方向配置。也就是说，这些驱动器起垂直驱动器的作用。但是，应注意的是这些驱动器分别配置在传感器群1的不同侧上，和多种垂直驱动器未配置在传感器群1的一侧上。

在起垂直驱动器作用的驱动电路当中，源极电压驱动器5控制施加在每个像素部分1a中的传感元件部分3的部件上的电压的提供。

另一方面，重置/读取驱动器6通过在矩阵排列中逐行将电容器3c放电成它的初始状态顺序进行重置操作。重置/读取驱动器6还通过读出由存储在电容器3c中的电荷量产生的电容器3c的电压作为传感器输出进行信号读出操作。也就是说，重置/读取驱动器6用作适合重置传感元件部分3的重置驱动器和适合从传感元件部分3中读出信号的读取驱动器的双重功能。

这里，将进一步详细描述重置/读取驱动器6。图4是例示根据本发明的成像设备中的重置/读取驱动器的配置例子的电路图。

与传统重置驱动器12和读取驱动器13(参照图11)一样，重置/读取驱动器6包括用于传感器群1的矩阵排列中的数行的多个移位寄存器6a。但是，应注意的是起动信号(SVST)从较高级电路(未示出)馈送到移位寄存器6a。起动信号只需对应于传统重置信号(ResetVST)和传统读取信号(ReadVST)的逻辑和。也就是说，起动信号可以根据重置和读取信号生成。应注意的是起动信号可以由较高级电路或重置/读取驱动器6生成。

并且，重置/读取驱动器6还包括配备成与多个移位寄存器6a相联系的选择电路6b。选择电路6b根据来自较高级电路的选择信号(ENB2)，切换来自每个移位寄存器6a的输出信号，用作适合在每个像素部分1a中的传感元件部分3上执行重置操作的信号，或用作适合从传感元件部分3执行信号读出操作的信号。应注意的是选择电路6b的详细配置，即，适合切换信号的配置可以利用诸如比较器等的众所周知技术实现。因此，这里省略对它的描述。

如上所述，重置/读取驱动器6可以接收用作启动操作的触发信号的起动信号(SVST)和适合选择要启动的操作的选择信号(ENB2)。一旦接收到起动信号，重置/读取驱动器6就使每个像素部分1a中的传感元件部分3根据在那时刻接收的选择信号进行重置操作或信号读取操作。其结果是，重置/读取驱动器6在一个单元中合并了作为重置驱动器和读取驱动器的两种功能。

接着描述如上所述配置的成像设备的操作控制过程，即，根据本发明的成像设备的驱动方法。应注意的是这里主要描述传感器群1的每个像素部分1a中的传感元件部分3的操作控制。显示元件部分2的操作控制只需以与传统成像设备相同的方式进行。因此，省略对它的描述。

图5是例示根据本发明的成像设备的驱动方法的驱动过程的例子的时序图。如图5所示，当在与从较高级电路提供的参考时钟信号(SVCK)同步工作的同时供给起动信号(SVST)和选择信号(ENB2)时，重置/读取驱动器6使每个像素部分1a中的传感元件部分3响应作为触发信号的起动信号进行重置操作或信号读取操作。此时，当提供了起动信号时，重置/读取驱动器6根据选择信号的状态，在重置操作与信号读出信号之间切换要启动的操作。更具体地说，如果选择信号处在高电平(Hi)状态，则重置/读取驱动器6启动重置操作。也就是说，移位寄存器6a响应作为触发信号的起动信号，将相互延迟的信号分别输出到排列成矩阵的像素部分1a中的行，因此使每个像素部分1a中的传感元件部分3的电容器3c放电成它的初始状态。另一方面，如果选择信号处在低电平(Low)状态，则重置/读取驱动器6启动信号读出操作。也就是说，移位寄存器6a响应作为触发信号的起动信号，将相互延迟的信号分别输出到排列成矩阵的像素部分1a中的行，因此读出电容器3c的电压。

如上所述，根据上述配置的成像设备和它的驱动方法，其为单个驱动电路的重置/读取驱动器6用作重置驱动器和读取驱动器的双重功能。这样就将传统上分立的驱动电路组合成单个电路，因此保证了布局空间小于传统成像设备。这有助于减小框架区域。并且，如上所述配置的成像设备和它的驱动方法使用了较少的控制信号，因此含有较少的连线。更进一步，可以将处在一侧的框架区域中的驱动电路组合成单个电路。这样就不需要配备跨过任何驱动电路的连线，因此保证了高的布局效率。

此外，重置/读取驱动器6接收用作启动操作的触发信号的起动信号和适合选择要启动的操作的选择信号。并且，一旦接收到起动信号，重置/读取驱动器6就使每个像素部分1a中的传感元件部分3根据在那时刻接收的选择信号进行重置操作或信号读出操作。也就是说，选择性操作使得可以将原来分立的重置驱动器和读取驱动器的功能组合成单个单元。即使在那种情况下，所需的信号数量也不会以使系统配置变复杂的方式增加很多。

接着描述本发明的另一个实施例。图6是例示根据本发明另一个实施例的成像设备的示意性配置的例子的电路图。图7和8是例示包括在根据本发明另一个实施例的成像设备中的主要部件的电路图。图9是例示该成像设备的操作例子的时序图。

作为另一个实施例描述的成像设备与根据上述实施例配置的成像设备的不同之处在于传感元件部分3′的配置，和如图6所示，成像设备只包括重置/读取/源极电压驱动器7作为垂直驱动器。

传感元件部分3′包括在低温多晶硅基底上形成的传感Tr3a、电容器3c、源极跟随电路3d和读取Tr3e。但是，未形成重置Tr3b。传感Tr3a含有与它的栅极连接的偏置线Bias和与它的漏极连接的电源线VDD。然后，如果经由偏置线Bias施加的电压值等于给定阈值或更小，则传感Tr3a起光电转换元件的作用。也就是说，如果在设置了给定阈值之后，将等于给定阈值或更小的电压施加在偏置线Bias上，以便传感Tr3a具有作为传感器的最佳灵敏度和S/N(信噪比)，则传感Tr3a将起光电转换元件的作用。另一方面，如果施加的电压值等于阈值或更大，则传感Tr3a将起开关TFT的作用。因此，传感Tr3a使电容器3c放电，以便将它重置成它的初始状态。也就是说，如果将等于给定阈值或更大的电压施加在偏置线Bias上，同时，如果将电源线VDD的电压降低到地(GND)电位，则传感Tr3a将起重置TFT的作用。如上所述，即使成像设备如根据上述实施例的配置那样不包括重置Tr3b，只要从偏置线Bias和电源线VDD施加在传感Tr3a上的电压随时间而变，传感Tr3a也将起光电转换元件或重置TFT的作用。

因为成像设备如根据上述实施例的配置那样不包括源极电压驱动器5，所以施加在偏置线Bias和电源线VDD上的电压的提供通过重置/读取/源极电压驱动器7控制。也就是说，除了重置驱动器和读取驱动器的功能之外，重置/读取/源极电压驱动器7还用作适合控制施加在传感Tr3a上的电压的源极电压驱动器的功能。

由于这个原因，如图8所示，除了像根据上述实施例的配置那样包括多个移位寄存器7a和选择电路7b之外，重置/读取/源极电压驱动器7还包括适合切换施加在电源线VDD上的电压的开关电路7c。开关电路7c响应选择电路7b切换的信号，选择是否将施加在电源线VDD上的电压设置成地电位。应注意的是开关电路7c的详细配置可以利用众所周知的技术实现。因此，这里省略对它的描述。

如图9所示，如上所述配置的重置/读取/源极电压驱动器7响应作为触发信号的来自较高级电路的起动信号，依次将用于重置操作的重置信号(Reset1、2和3等)或用于信号读出操作的读取信号(Read1、2和3等)输出到各自行上的传感元件部分3。此时，当提供了起动信号时，重置/读取/源极电压驱动器7根据选择信号的状态，在重置信号与读取信号之间切换。更具体地说，如果选择信号处在高电平(Hi)状态，则重置/读取/源极电压驱动器7输出重置信号。如果选择信号处在低电平(Low)状态，则重置/读取/源极电压驱动器7输出读取信号。

并且，重置/读取/源极电压驱动器7响应作为触发信号的重置或读取信号，在地电位与电源电位之间切换施加在电源线VDD上的电压。应注意的是例如，对于第一电源线VDD，重置/读取/源极电压驱动器7响应作为触发信号施加在第三重置信号线上的重置信号的前沿开始施加电源电位，和重置/读取/源极电压驱动器7响应作为触发信号施加在第三读取信号线上的读取信号的前沿将施加在第一电源线VDD上的电压切换成地电位。这种逐行延迟旨在即使在逐行依次处理的情况下，也可以消除信号重叠在相同行的任何可能性，因此提供了足够的操作裕度。

如上所述，在根据本发明另一个实施例的配置中，除了重置驱动器和读取驱动器的功能之外，作为单个驱动电路的重置/读取/源极电压驱动器7还用作源极电压驱动器的功能。因此，这有助于进一步缩小布局空间，从而使该实施例非常适合于保证高布局效率。

应注意的是尽管在上述实施例中描述了本发明的优选例子，但本发明不局限于此，而是可以在不偏离本发明范围的前提下作适当修改。

例如，在上述每个实施例中将包括显示元件部分2的成像设备被排列成矩阵和将传感元件部分3配备成与每个像素部分1a中的每个显示元件部分2相联系以便使成像设备适合用作信息输入/输出设备的情况取作例子。但是，本发明不局限于此，而是可以以任何方式排列或配置这些部分。也就是说，传感元件部分3无需配备在每个像素部分1a中。并且，像素部分1a可以排列成行而不是矩阵。

更进一步，在上述每个实施例中将重置/读取驱动器6中的选择电路6b或重置/读取/源极电压驱动器7中的选择电路7b是被供给有选择信号(ENB2)的AND(“与”)电路的情况取作例子。但是，本发明不局限于此，而是可以通过逻辑合成优化选择电路6b或7b。

更进一步，如图13所示，根据本发明的成像设备(或显示设备)包括模块形式的平板设备。例如，配备了包括通过集成在绝缘基底上而形成的像素的像素阵列部分。排列成矩阵的每个像素包括液晶元件、薄膜晶体管、薄膜电容器、光接收元件和其它部件。应用粘合剂来封闭像素阵列部分(像素矩阵部分)。最后，贴上由，例如，玻璃等制成的相对基底以形成显示模块。如有必要，可以在透明相对基底上配备滤色片、保护膜、遮光膜或其它薄膜。例如，可以在显示模块上配备FPC(柔性印刷电路)，作为允许在外部装置与像素阵列部分之间交换信号或其它信息的连接器。

上述的显示设备具有平板的形式，可用作涵盖包括数字照相机、膝上型个人计算机、移动电话、便携式摄像机等所有领域的电子装置的显示器。这些装置被设计成显示馈送到电子装置或在电子装置内生成的视频信号的图像或视频。

下面给出含有这样显示设备的电子装置，即，应用了本发明的电子装置的特例。

图14例示了应用本发明的电视机。该电视机包括由例如前板12构成的视频显示屏11、滤光玻璃13和其它部分。该电视机通过使用根据本发明的显示设备作为视频显示屏11制成。

图15例示了应用本发明的数字照相机。上面的图示出了数字照相机的前视图。下面的图显示了数字照相机的后视图。该数字照相机包括成像透镜、闪光发出部分15、显示部分16、控制开关、菜单开关、快门19和其它部分。该数字照相机通过使用根据本发明的显示设备作为显示部分16制成。

图16例示了应用本发明的膝上型个人计算机。该膝上型个人计算机在主体20中包括适合为输入文本或其它信息而操纵的键盘。它的主体盖包括适合显示图像的显示部分22。该膝上型个人计算机通过使用根据本发明的显示设备作为显示部分22制成。

图17例示了应用本发明的移动终端设备。左侧的图示出了处在打开位置上的移动终端设备，而右侧的图示出了处在闭合位置上的移动终端设备。该移动终端设备包括上外壳23、下外壳24、连接部分(在本例中，铰链部分)25、显示器26、辅助显示器27、画面灯28、照相机29和其它部分。该移动终端设备通过使用根据本发明的显示设备作为显示器26和辅助显示器27制成。

图18例示了应用本发明的便携式摄像机。该便携式摄像机包括主体部分30、配备在前面侧表面上使对象成像的透镜34、成像开始/停止开关35、监视器36和其它部分。该便携式摄像机通过使用根据本发明的显示设备作为监视器36制成。

Claims (7)

1.一种成像设备，包含：

排列成矩阵或行的成像元件；和

沿着矩阵的垂直方向或沿着行延伸的方向放置，以控制成像元件的驱动的单个驱动电路，其中，

该驱动电路用作重置驱动器和读取驱动器，具有重置和读取的双重功能，适合在所述矩阵或行中逐行将成像元件的电容器放电成它的初始状态，顺序进行重置操作，以及从成像元件中读出信号。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，

该驱动电路接收用作启动操作的触发信号的起动信号和适合选择要启动的操作的选择信号，

一旦接收到该起动信号，该驱动电路就使成像元件根据在那时刻接收的该选择信号进行重置操作或信号读出操作。

3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，

该成像元件包括薄膜晶体管，和根据施加在该薄膜晶体管上的电压的电平，在两种操作，即将光辐射产生的光电流转换成电压的一种操作和将存储的电荷重置成参考电平的另一种操作之间切换，

该驱动电路还用作适合控制施加在该薄膜晶体管上的电压的源极电压驱动器的功能。

4.根据权利要求1所述的成像设备，包含排列成矩阵的图像显示元件，其中，

该成像元件被配置成与该图像显示元件相联系。

5.一种成像设备的驱动方法，该成像设备包括排列成矩阵或行的成像元件，该驱动方法包含：

将用作启动操作的触发信号的起动信号和适合选择要启动的操作的选择信号提供给沿着矩阵的垂直方向或沿着行延伸的方向放置的单个驱动电路，以控制该成像元件的驱动；

响应作为触发信号的起动信号启动在所述矩阵或行中逐行将成像元件的电容器放电成它的初始状态的顺序重置操作，以重置该成像元件，或启动信号读出操作，以从该成像元件中读出信号；和

当提供了该起动信号时，根据该选择信号的状态在重置操作和信号读出操作之间切换要启动的操作。

6.一种显示设备，包含：

排列成矩阵的图像显示元件；

配备成与该图像显示元件相联系的成像元件；和

沿着矩阵的垂直方向放置，以控制该成像元件的驱动的单个驱动电路，其中，

该驱动电路用作重置驱动器和读取驱动器，具有重置和读取的双重功能，适合在所述矩阵中逐行将成像元件的电容器放电成它的初始状态，顺序进行重置操作，以及从该成像元件中读出信号。

7.一种包括适合显示图像的显示设备的电子装置，该显示设备包含：

排列成矩阵的图像显示元件；

配备成与该图像显示元件相联系的成像元件；和

沿着矩阵的垂直方向放置，以控制该成像元件的驱动的单个驱动电路，其中，

该驱动电路用作重置驱动器和读取驱动器，具有重置和读取的双重功能，适合在所述矩阵中逐行将成像元件的电容器放电成它的初始状态，顺序进行重置操作，以及从该成像元件中读出信号。

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