CN101583990A - 显示装置、显示控制方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示装置、显示控制方法以及电子设备，以用于明显减小检测元件的寄生电容，从而在光量检测时抑制检测元件本身的寄生电容的影响。根据本发明，提供了一种显示装置，该显示装置包括：检测显示区域的环境光量的光传感器PS；将光传感器PS的输出与预定基准值进行比较的比较器(102)；以及根据比较器(102)的比较结果而控制提供给显示区域的光量的背光控制器(105)，在该显示装置中，用于控制施加预充电电势的开关SW连接至存在于光传感器PS的光接收部附近的金属，该光接收部与该金属之间夹有绝缘膜。

Description

显示装置、显示控制方法以及电子设备
技术领域
本发明涉及一种显示预定视频的显示装置、用于控制该显示装置的显示控制方法、以及采用显示装置的电子设备。
背景技术
以前，对于通过形成在作为液晶显示装置的TFT面板中的光传感器测量光照度(例如，参照日本专利公开第2006-106294号)，存在其中将比较器连接至如图16所示的传感器输出并且在电容器中积累由于光接收所产生的电荷(包括暗电流泄漏)，从而测量达到基准电压的时间的方法。
图17是示出了该光传感器的结构的示意图。该光传感器具有其中由多晶硅所构成的光接收部与金属相对且中间夹有绝缘膜的结构，并且根据通过光接收部所捕获的光量而输出电荷。
发明内容
然而，在通过这种结构的光量读出中，因为电荷在电容器中积累，所以光传感器元件本身的高寄生电容导致电荷在电容器中积累的时间延长的问题。具体地，在如图17所示的光传感器结构中，在中间夹有绝缘膜的光接收部和金属之间的寄生电容高，因此上述电荷积累时间延长，这阻碍了快速的光量检测。
为了解决这个问题，做出了本发明。具体地，根据本发明，提供了一种显示装置，其包括：检测元件，其检测显示区域的环境光量；比较器，其将检测元件的输出与预定基准值进行比较；以及控制装置，其根据比较器的比较结果来控制提供给显示区域的光量，在该显示装置中，用于控制施加预充电电势的开关连接至存在于检测元件的光接收部附近的金属，该光接收部与该金属之间夹有绝缘膜。
在本发明中，为存在于检测元件的光接收部附近的金属提供用于控制施加预充电电势的开关，该光接收部与该金属之间夹有绝缘膜。因此，当通过该开关将预充电电势施加给与检测元件的光接收部相对的金属时，通过预充电电势电荷在光接收部和金属之间的寄生电容中积累，使得可以明显减小寄生电容。
连接至金属并且控制对该金属施加预充电电势的开关的实例包括模拟开关和具有高电阻的元件。
此外，根据本发明，在通过检测元件检测显示区域的环境光量并基于检测值和预定基准值之间的比较结果而控制提供给显示区域的光量的显示控制方法中，在开始通过检测元件检测光量之前，将预充电电势施加给存在于检测元件的光接收部附近的金属，该光接收部与该金属之间夹有绝缘膜，并且使金属的电势在光量检测中呈浮置状态。
在本发明中，在开始通过检测元件检测光量之前，将预充电电势施加给与光接收部相对的金属。因此，通过预充电电势电荷在光接收部和金属之间的寄生电容中积累，使得寄生电容可以明显减小。
此外，根据本发明，提供了一种电子设备，其包括设置在壳体中的显示装置，该显示装置包括：检测元件，其检测显示区域的环境光量；比较器，其将检测元件的输出与预定基准值进行比较；以及控制装置，其根据比较器的比较结果来控制提供给显示区域的光量。另外，用于控制施加预充电电势的开关连接至存在于检测元件的光接收部附近的金属，该光接收部与该金属之间夹有绝缘膜。
在本发明中，为存在于检测元件的光接收部附近的金属提供用于控制施加预充电电势的开关，该光接收部与该金属之间夹有绝缘膜。因此，当通过该开关将预充电电势施加给与检测元件的光接收部相对的金属时，通过预充电电势电荷在光接收部和金属之间的寄生电容中积累，使得寄生电容可以明显减小。
本发明提供了以下优点。具体地，因为检测元件的寄生电容可以明显减小，所以在光量检测时可以抑制检测元件本身的寄生电容的影响，并且可以缩短电荷积累时间从而允许快速光量检测。
附图说明
图1为根据本发明实施方式的显示装置的示意性构造图。
图2为用于说明根据本发明实施方式的显示装置的主要部分的电路图。
图3为用于说明本发明实施方式的显示装置的显示控制方法的时序图。
图4为用于说明利用两个光传感器实施显示控制的结构的电路图；
图5为示出了平面模块形状的一个实例的示意图。
图6为示出了应用本发明实施方式的电视机的透视图；
图7为示出了应用本发明实施方式的数码相机的透视图。
图8为示出了应用本发明实施方式的笔记本个人计算机的透视图。
图9为示出了应用本发明实施方式的视频摄像机的透视图。
图10为示出了应用本发明实施方式的便携式终端设备(具体地，例如手机)的示图；
图11为示出了根据本发明的第一实施方式的显示成像装置的结构的框图。
图12为示出了在图1中所示的I/O显示面板的构造实例的框图。
图13为示出了每个像素的构造实例的电路图；
图14为用于说明在各个像素和传感器读出H驱动器之间的连接关系的电路图。
图15为用于说明在背光的接通/断开状态和显示状态之间的关系的时序图。
图16为用于说明传统实例的示图。
图17为用于说明光传感器的结构的示意性截面图。
具体实施方式
下文中，将基于附图描述本发明的实施方式。
<显示装置的概述>
图1为根据本发明实施方式的显示装置的示意性构造图。具体地，作为本发明实施方式的显示装置的显示面板10包括：显示区域(传感器区域)11；选择开关12，其执行沿着H(水平)方向的扫描以用于显示；V驱动器13，其执行沿着V(垂直)方向的扫描以用于显示；显示驱动器14；传感器驱动器15；以及多个光传感器PS。
显示区域(传感器区域)11对来自未在附图中示出的背光的光进行调制，并且输出显示光。多个光传感器PS设置在显示区域11的外围并且由传感器驱动器15驱动。显示驱动器14和传感器驱动器15集合在集成电路中并且作为芯片元件安装在基板上。
基于从显示驱动器14所提供的显示信号和用于显示驱动的控制时钟，选择开关12连同V驱动器13一起顺序地驱动显示区域11中的各个像素的液晶元件。
在显示区域11的周围，设置了多个光传感器PS。光传感器PS由二极管构成或者晶体管构成形成，并且例如形成在与在显示区域11中形成的驱动元件的相同基板上。
显示面板10经由电缆连接至外部界面(例如，显示界面、CPU界面)和背光控制装置，并且基于来自这些单元的控制信号和视频信号被驱动。
尽管在图1所示的实例中对应于显示区域11的角落设置了四个光传感器PS，但是设置至少一个光传感器就足够。如果设置两个光传感器，则其中之一可以检测环境光量而另一个可以检测当光被阻挡时出现的暗电流，使得可以基于在这两个光传感器之间的差来消除与暗电流相对应的检测值。在本发明实施方式中，控制单元(背光控制器)基于通过该光传感器的检测结果来控制背光的光量。下文中，将描述该光传感器的具体应用实例。
图2为用于说明根据本发明实施方式的显示装置的主要部分的电路图。具体地，该显示装置包括：作为检测元件的光传感器PS，其检测显示区域的环境光量；比较器102，其将光传感器PS的输出与预定基准值进行比较；以及控制器(背光控制器105)，其根据比较器102的比较结果来控制提供给显示区域的光量。
而且，尤其是，光传感器PS具有在本发明实施方式中的图12所示的结构。具体地，用于控制施加预充电电势的开关SW连接至存在于光传感器PS的光接收部附近的金属，该光接收部和该金属之间夹有绝缘膜。
连接至金属的开关SW可以为模拟开关。可替换地，其可以为具有高电阻的元件。通过接通(闭合)该开关SW，预充电电势施加给光传感器PS的金属，使得电荷在金属和光接收部之间形成的寄生电容中积累。在这种状态下断开(打开)开关SW，从而使金属电势处于浮置状态，并且通过光接收部检测光量。通过这种方式，光传感器PS的金属和光接收部之间的明显寄生电容被减小，这可以缩短在光量检测时的电荷积累时间，因此允许了快速检测。
<根据本发明实施方式的显示装置的显示控制方法：基本控制方法>
图3为用于说明本发明实施方式的显示装置的显示控制方法的时序图。下文中，将描述用于测量照度的操作。首先，对图2所示的整个电路执行复位。在复位中，接通复位晶体管Tr-reset，并且接通连接至光传感器PS的金属的开关SW。通过这种操作，将作为光传感器PS的输出线路的节点A固定至复位电势。
此外，由于开关SW的接通，连接至光传感器PS的金属的配线的节点B被固定至预充电电势。
这种复位操作在例如在区域11(参见图1)上显示视频的垂直消隐期间(vertical blanking period)中执行。这可以防止复位操作影响视频显示。
关于复位的解除，断开复位晶体管Tr-reset并且断开开关。该复位解除使得节点B的电势处于浮置状态，因此，节点B继续保持在复位中积累的预充电电势。
如果光在这种状态下入射到光传感器PS的光接收部上，则电荷根据光量产生并且积累在作为输出线路的节点A的电容(寄生电容)中。
此外，节点A输入到比较器102并且与基准电势进行比较。当节点A的电势超过基准电势时，比较器输出(输出)反转。可以基于从复位到输出反转的时间来测量光量。
下文中，将考虑关于节点A的寄生电容，节点A等价于光传感器PS的输出线路。在复位时，因为节点A经由光传感器PS的绝缘膜连接至节点B(＝预充电电势)，所以在节点A处出现高电容。然而，当复位解除时，尽管因为节点B以其间夹有绝缘膜的形式存在所以在节点A处存在电容，但是因为节点B的电势处于浮置状态，所以节点B跟随节点A而变化。因此，从节点A的视点来看，没有电容。因此，使用这种电路可以明显地减小在光传感器读出时传感器输出的寄生电容。
通过光传感器PS的检测从复位解除开始。作为通过比较器102比较的结果，计算直到检测值超过预定基准值的定时的时间(例如，步骤的数量)并且将其存储在背光控制器105的存储器中。
此后，基于通过光传感器PS的检测结果，通过背光控制器105控制发射到显示区域11(参见图1)上的背光的光量，并将其存储在背光控制器105的存储器中。例如，当环境光量较大时，增加背光的光量，而当环境光量较小时，减少背光的光量。
以上述方式，可以减小光传感器PS的输出的寄生电容，这可以缩短检测时间，因此允许背光的光量的快速控制。
<根据本发明实施方式的显示装置的显示控制方法：利用两个光传感器>
图4为用于说明用于利用两个光传感器执行显示控制的结构的电路图。具体地，在该结构中，使用检测显示区域环境光量的第一光传感器PS1和检测当光被遮挡时所产生的暗电流的第二光传感器PS2，并且利用一个比较器102执行通过这些光传感器的检测结果和预定基准值之间的比较。为此，执行在第一光传感器PS1和第二光传感器PS2之间的切换，并且以时间分割方式操作比较器102。对于光传感器PS1和PS2中的每一个，均设置了用于控制施加预充电电压的上述开关(未示出)。
最初，断开第一光传感器PS1的转换开关SW1，而接通第二光传感器PS2的转换开关SW2。在这种状态下，执行第二光传感器PS2的复位。通过该复位，接通连接至第二光传感器PS2的金属的开关，使得连接线路(节点B)被固定至预充电电势。
随后，第二传感器PS2的复位被解除。这种复位解除使得节点B处于浮置状态，因而节点B继续保持在复位中所积累的预充电电势。此外，在复位解除后开始光量检测。因为对第二光传感器PS2设置了黑色滤色片，所以该检测等价于当光被阻挡时产生的暗电流的测量。将检测结果发送至比较器102的一个输入端。向比较器102的另一输入端输入当选择第二光传感器PS2时所使用的预定基准值。
随后，计算从检测开始至第二光传感器PS2的检测值超过预定基准值的定时的时间(例如，步骤的数量)，并将其存储在差分计算电路104的存储器中。
随后，断开第二光传感器PS2的转换开关SW2，而接通第一光传感器PS1的转换开关SW1。在这种状态下，执行第一光传感器PS1的复位。通过该复位，接通连接至第一光传感器PS1的金属的开关，使得连接线路(节点B)被固定至预充电电势。
随后，第一光传感器PS1的复位被解除。该复位解除使得节点B处于浮置状态，因而节点B继续保持在复位中所积累的预充电电势。此外，在复位解除后开始光量检测。第一光传感器PS1可以接收环境光，因此该检测等价于在光照射时产生的电流的测量。将检测结果发送至比较器102的一个输入端。向比较器102的另一输入端输入当选择第一光传感器PS1时所使用的预定基准值。
随后，计算从检测开始至第一光传感器PS1的检测值超过预定基准值的定时的时间(例如，步骤的数量)，并将其存储在差分计算电路104的存储器中。
随后，读出存储在差分计算电路104存储器中的第一光传感器PS1的检测结果和第二光传感器PS2的检测结果，并且差分计算电路104执行从第一光传感器PS1的检测结果减去通过第二光传感器PS2的检测结果的运算。这允许实现通过从在光照射时所获得的检测结果减去与暗电流相对应的分量而产生的结果。基于该计算结果，通过背光控制装置来控制发射到显示区域11(参见图1)上的背光的光量。例如，当环境光量较大时，增加背光的光量，而当环境光量较小时，减少背光的光量。
以这种方式，通过使用一个比较器102而比较两个光传感器PS1和PS2的检测结果，并且利用这些值进行计算。因此，可以精确地执行光量检测同时而不会受到比较器102的特性变化的影响。
<电子设备>
根据本发明实施方式的显示装置包括如图5所示的具有平面模块形状的一种。例如，该显示模块如下获得。将其中每一个均包括液晶元件、薄膜晶体管、薄膜电容器、光接收元件等的像素整体形成为矩阵的像素阵列部设置在绝缘基板上。此外，粘合剂被设置为包围该像素阵列部(像素矩阵部)，并且将由玻璃等构成的相对基板(counter substrate)结合至绝缘基板。该透明相对基板根据需要可以设置有滤色片、保护膜、遮光膜等。显示模块可以设置有例如FPC(柔性印刷电路)，作为用于从外部向像素阵列部输入信号/从像素阵列部向外部输出信号的连接器等。
可以将根据上述本发明实施方式的显示装置应用于这样的显示装置，其包括在任何领域中的电子设备中并且基于输入至该电子设备或者在该电子设备中产生的视频信号而显示图像或者视频。具体地，该显示装置可以应用于图6～图10所示的各种电子设备，如数码相机、笔记本个人计算机、便携式终端设备例如手机、以及摄像机。下文中，将描述应用本发明实施方式的电子设备的实例。
图6为示出了应用本发明实施方式的电视机的透视图。根据本应用实例的电视机包括由前面板120、滤色玻璃130等构成的视频显示屏幕110，并且通过使用根据本发明实施方式的显示装置作为视频显示屏幕110而生产该电视机。
图7为示出了应用本发明实施方式的数码相机的透视图；(A)为前侧透视图而(B)为背侧透视图。根据本应用实例的数码相机包括：用于闪光灯的发光单元111、显示部112、菜单开关113、快门按钮114等，并且通过使用根据本发明实施方式的显示装置作为显示部112而生产该数码相机。
图8为示出了应用本发明实施方式的笔记本个人计算机的透视图。根据本应用实例的笔记本个人计算机在其主体121中包括：在输入字符等时操作的键盘122、用于图像显示的显示部123等。通过使用根据本发明实施方式的显示装置作为显示部123而生产该笔记本个人计算机。
图9为示出了应用本发明实施方式的视频摄像机的透视图。根据本应用实例的视频摄像机包括：主体131；镜头132，设置在朝向前侧的侧表面上并且用于拍摄物体图像；开始/停止开关133，在成像时使用；显示部134等。通过使用根据本发明实施方式的显示装置作为显示部134而生产该摄像机。
图10为示出了应用本发明实施方式的便携式终端设备的示图，具体地，例如为手机：(A)和(B)分别为打开状态的正视图和侧视图，而(C)、(D)、(E)、(F)和(G)分别为关闭状态的正视图、左侧视图、右侧视图、顶视图和底视图。根据本应用实例的手机包括：上壳体141、下壳体142、连接机构(在本实例中为铰链)143、显示器144、副显示器145、图片灯146、相机147等。通过使用根据本发明实施方式的显示装置作为显示器144和副显示器145而生产该手机。
<显示成像装置>
根据本发明实施方式的显示装置可以应用于以下显示成像装置。这种显示成像装置可以应用于上述各种电子设备。图11示出了显示成像装置的整体结构。该显示成像装置包括：I/O显示面板2000、背光1500、显示驱动电路1200、光接收驱动电路1300、图像处理单元1400以及应用程序执行单元1100。
I/O显示面板2000由其中在整个表面上以矩阵形式配置多个像素的液晶面板(LCD(液晶显示器))而形成。I/O显示面板2000具有通过线序操作而基于显示数据显示诸如图形和字符的预定图像的功能(显示功能)，并且具有捕获与稍后所述的I/O显示面板2000接触或者在其附近的物体的图像的功能(成像功能)。背光1500通过配置例如多个发光二极管而获得并且用作I/O显示面板2000的光源。背光1500在与如稍后所述的I/O显示面板2000的操作定时同步的预定定时处以高速执行接通/断开操作。
显示驱动电路1200驱动I/O显示面板2000(驱动线序操作)，以基于显示数据在I/O显示面板2000上显示图像(用于显示操作)。
光接收驱动电路1300驱动I/O显示面板2000(驱动线序操作)，以通过I/O显示面板2000获取光接收数据(用于物体成像)。各个像素的光接收数据例如逐帧地积累在帧存储器1300A中，并且作为捕获图像输出至图像处理单元14。
图形处理单元1400基于从光接收驱动电路1300所输出的捕获图像而执行预定的图像处理(算术处理)，并且检测和获取关于与I/O显示面板2000接触或者在其附近的物体的信息(位置坐标数据，关于物体的形状和尺寸的数据等)。
应用程序执行单元1100基于图像处理单元1400的检测结果而执行与预定应用软件相对应的处理。处理的实例包括用于将检测物体的位置坐标整合到显示数据中，从而在I/O显示面板2000上显示物体的处理。将通过应用程序执行单元1100产生的显示数据提供给显示驱动电路1200。
下文中，将参照图12描述I/O显示面板2000的详细构造实例。I/O显示面板2000包括显示区域(传感器区域)2100、显示H驱动器2200、显示V驱动器2300、传感器读出H驱动器2500、以及传感器V驱动器2400。
显示区域(传感器区域)2100为用于通过调制来自背光1500的光而输出显示光并且捕捉与该区域接触或者在该区域附近的物体的图像的区域。在该区域中，作为稍后描述的发光元件(显示元件)和光接收元件(成像元件)的液晶元件以矩阵形式配置。
基于从显示驱动电路1200提供的用于显示驱动的显示信号和控制时钟，显示H驱动器2200连同显示V驱动器2300一起线序驱动各个像素的液晶元件。
传感器读出H驱动器2500连同传感器V驱动器2400一起线序驱动在传感器区域2100中的各个像素的光接收元件，从而获得光接收信号。
下文中，将参照图13描述在显示区域2100中的每个像素的详细构造实例。如图13所示的像素3100包括作为显示元件的液晶元件、以及光接收元件。
具体地，在显示元件侧，由薄膜晶体管(TFT)等形成的开关元件3100a设置在沿着水平方向延伸的栅电极3100h和沿着垂直方向延伸的漏电极3100i的交叉部。包括液晶的像素电极3100b设置在开关元件3100a和相对电极之间。开关元件3100a基于经由栅电极3100h所提供的驱动信号来执行接通/断开操作。当开关元件3100a在接通状态时，基于经由漏电极3100i所提供的显示信号将像素电压施加至像素电极3100b，以设置显示状态。
另一方面，在与显示元件相邻的光接收元件侧，设置由例如光电二极管形成的光接收传感器3100c并且对其提供电源电压VDD。复位开关3100d和电容器3100e连接至光接收传感器3100c。在电容器3100e中积累取决于光接收量的电荷，并且电荷通过复位开关3100d复位。在读出开关3100g接通的定时，积累的电荷经由缓冲放大器3100f提供给信号输出电极3100j并输出至外部。复位开关3100d的接通/断开操作通过从复位电极3100k提供的信号而控制。读出开关3100g的接通/断开操作通过从读出控制电极3100k所提供的信号来控制。
参照图14，下文中，将描述在显示区域2100中的各个像素和传感器读出H驱动器2500之间的连接关系。在该显示区域2100中，配置用于红色(R)的像素3100、用于绿色(G)的像素3200、以及用于蓝色(B)的像素3300。
在连接至在各个像素中的光接收传感器3100c、3200c以及3300c的电容器中所积累的电荷分别通过缓冲放大器3100f、3200f、3300f而放大，并且经由信号输出电极分别在读出开关3100g、3200g以及3300g接通的定时输出至传感器读出H驱动器2500。恒电流源4100a、4100b以及4100c连接至各个信号输出电极，由此通过传感器读出H驱动器2500高灵敏度地检测取决于光接收量的信号。
下文中，将详细描述显示成像装置的操作。
首先，以下将描述该显示成像装置的基本操作，即，在像素中的显示操作和物体成像操作。
在该显示成像装置中，基于从应用程序执行单元1100所提供的显示数据，在显示驱动电路1200中产生用于显示的驱动信号，并且通过该驱动信号来执行I/O显示面板2000的线序显示驱动，从而显示图像。此时，还通过显示驱动电路1200来驱动背光1500，以便执行与I/O显示面板2000同步的发光和发光停止操作。
参照图15，下文中，将描述在背光1500的接通/断开状态和I/O显示面板2000的显示状态之间的关系。
首先，在以例如1/60秒的帧周期显示图像的情况下，背光1500停止发光(处于断开状态)，因此在每个帧周期的前期(1/120秒)期间不执行显示。另一方面，在每个帧周期的后期期间，背光1500执行发光(处于接通状态)并且将显示信号提供给各个像素，从而显示与该帧周期相对应的图像。
如上所述，每个帧周期的前期为无光期，其间不从I/O显示面板2000输出显示光。另一方面，每个帧周期的后期为有光期，其间从I/O显示面板2000输出显示光。
当存在与I/O显示面板2100接触或者在其附近的物体(如指尖)时，通过光接收驱动电路的线序光接收驱动，在I/O显示面板2000中的各个像素的光接收元件捕获物体的图像，并且来自各个光接收元件的光接收信号被提供给光接收驱动电路1300。与一帧相对应的像素的光接收信号在光接收驱动电路1300中积累并且作为捕获图像而输出至图像处理单元14。
图像处理单元1400基于该捕获图像执行预定的图像处理(算术处理)，从而检测关于与I/O显示面板2000接触或者在其附近的物体的信息(位置坐标数据、关于该物体的形状和尺寸的数据等)。

Claims (3)

1.一种显示装置，包括：
检测元件，检测显示区域的环境光量；
比较器，将所述检测元件的输出与预定基准值进行比较；
以及
控制装置，用于根据所述比较器的比较结果而控制提供给所述显示区域的光量，其中
用于控制施加预充电电势的开关连接至存在于所述检测元件的光接收部附近的金属，所述光接收部与所述金属之间夹有绝缘膜。
2.一种显示控制方法，通过检测装置检测显示区域的环境光量并且基于检测值和预定基准值之间的比较结果来控制提供给所述显示区域的光量，其中
在开始通过所述检测元件检测光量之前，将预充电电势施加给存在于所述检测元件的光接收部附近的金属，所述光接收部与所述金属之间夹有绝缘膜，并且使得所述金属的电势在所述光量检测中处于浮置状态。
3.一种电子设备，包括设置在壳体中的显示装置，所述显示装置包括：
检测元件，检测显示区域的环境光量；
比较器，将所述检测元件的输出与预定基准值进行比较；以及
控制装置，根据所述比较器的比较结果而控制提供给所述显示区域的光量，其中
用于控制施加预充电电势的开关连接至存在于所述检测元件的光接收部附近的金属，所述光接收部与所述金属之间夹有绝缘膜。
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