CN102096523B - 半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是在具有利用光传感器的成像功能的显示面板中降低起因于设置于各像素的光传感器的特性的不均匀性的噪音，而进行高精度的成像。一种显示装置，包括：光传感器被配置为矩阵状的显示面板；以及图像处理电路，其中，所述光传感器进行黑色图像以及检测对象的图像的成像，并且，所述图像处理电路使用所述黑色图像的图像数据X以及所述检测对象的图像的图像数据Y来生成具有图像数据(Y-X)的图像。
Description
技术领域
本发明的技术领域涉及一种显示装置及该显示装置的驱动方法。此外，还涉及一种半导体装置及该半导体装置的驱动方法。
背景技术
近年来，装载有具有光传感器的显示面板的显示装置引人注目。
当检测对象接触于或接近显示面板时，照射到显示面板的光的量变化。通过利用光传感器来检测光的量的变化，可以检测出检测对象的接触或接近。
作为这种显示装置的一例，可以举出如下显示装置：通过将贴紧型区域传感器配置到显示面板，来具备成像功能(例如，参照专利文件1)。此外，作为不具有显示面板的装置的一例，可以举出诸如图像传感器等的半导体装置。
在显示装置中，通过如下步骤进行成像。当检测对象接触于或接近显示面板时，光从显示面板照射到检测对象，并且，一部分的光被检测对象反射。在显示面板的像素中设置有光传感器，通过检测出被反射的光并将它转换为电信号而取得图像数据，来生成图像。
为了进行高精度的成像，而需要降低由于设置在显示面板的像素中的光传感器的特性的不均匀性而发生的噪音。由于噪音的影响，而存在有不能生成正常的图像的缺损像素。
已知校正缺损像素的图像数据的技术(例如，参照专利文件2)。
[专利文件1]日本专利申请公开2001-292276号公报
[专利文件2]日本专利申请公开2002-262132号公报
在专利文件2中，通过使用与缺损像素相邻的像素的图像数据，生成正常的图像数据，来校正缺损像素的图像数据。因此，有如下问题：在缺损像素存在于广范围的情况下，很难校正图像数据。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的之一是即使不进行使用与缺损像素相邻的像素的校正，也能降低图像数据的噪音，而进行高精度的成像。
在显示面板的像素中配置有光传感器，并且，在进行通常的图像的成像之前，预先进行校正用图像的成像。并且，在进行通常的图像的成像时，使用校正用图像进行校正，生成降低了噪音的图像。具有噪音的像素也被称为缺损像素。
光传感器通过在复位工作时输入规定的信号被复位。至于校正用像素，也可以利用复位工作时输入的信号来生成图像数据而进行成像。通过设定复位工作时的信号的大小，可以自动地进行所希望的图像的成像。
作为校正用图像，既可以进行一个成像，又可以进行多个成像来使用。
本发明的一种方式是一种显示装置，包括：光传感器被配置为矩阵状的显示面板；以及图像处理电路，其中，所述光传感器进行黑色图像以及检测对象的图像的成像，并且，所述图像处理电路使用所述黑色图像的图像数据X以及所述检测对象的图像的图像数据Y来生成具有图像数据(Y-X)的图像。
本发明的一种方式是一种显示装置，包括：光传感器被配置为矩阵状的显示面板；以及图像处理电路，其中，所述光传感器进行白色图像以及检测对象的图像的成像，并且，所述图像处理电路将灰度级的最大值设定为MAX，使用所述白色图像的图像数据X以及所述检测对象的图像的图像数据Y，来生成具有图像数据(Y+(MAX-X))的图像。
本发明的一种方式是一种显示装置，包括：光传感器被配置为矩阵状的显示面板；以及图像处理电路，其中，所述光传感器进行黑色图像、白色图像以及检测对象的图像的成像，并且，所述图像处理电路将灰度级的最大值设定为MAX，使用所述黑色图像的图像数据X、所述白色图像的图像数据Y以及所述检测对象的图像的图像数据Z，来生成具有图像数据(MAX×(Z-X)/(Y-X))的图像。
此外，本发明的特征是具有一种用来容纳由光传感器成像的图像的存储装置。
此外，本发明的特征是如下：黑色图像及白色图像是校正用图像，并且，它们在光传感器进行复位工作时被成像。
根据本发明，可以提供一种能够进行高精度的成像的显示装置。
附图说明
图1是说明显示装置的结构的图；
图2是说明显示装置的结构的图；
图3是说明显示装置的结构的图；
图4是时序图；
图5是说明显示装置的结构的图；
图6是时序图；
图7是显示装置的截面图；
图8是显示装置的截面图；
图9是示出显示装置的结构的图；
图10A至10D是示出使用显示装置的电子设备的一例的图；
图11A至11C是示出图像处理方法的一例的图；
图12是显示装置的截面图；
图13是示出使用显示装置的电子设备的一例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行详细说明。但是，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是下面的实施方式可以以多个不同方式来实施，其方式及详细内容可以被变换为各种各样的形式，而不脱离本发明的宗旨及范围。从而，本发明不应该被解释为仅限定在以下实施方式所记载的内容中。注意，在用来说明实施方式的所有的附图中，使用相同的附图标记来表示相同的部分或者具有相同的功能的部分，并且，省略其重复说明。
实施方式1
在本实施方式中，参照图1至图5而说明显示装置。
参照图1而说明显示面板的结构。显示面板100包括像素电路101、显示元件控制电路102以及光传感器控制电路103。像素电路101包括在行和列方向上配置为矩阵状的多个像素104。各像素104包括显示元件105和光传感器106。注意，光传感器106也可以设置在像素104的外部。此外，光传感器106的个数也可以与显示元件105的个数不同。
显示元件105包括薄膜晶体管(Thin Film Transistor：TFT)、存储电容器以及液晶元件等。薄膜晶体管具有控制对存储电容器注入电荷或者从存储电容器排出电荷的功能。存储电容器具有保持相当于施加到液晶元件的电压的电荷的功能。通过对液晶元件施加电压，控制光的透过或非透过，进行灰度级显示。作为透过液晶元件的光，使用利用光源(背光灯)从液晶显示装置的背面照射的光。
注意，作为进行彩色图像显示的方式，有使用彩色滤光片的方式，即，彩色滤光片方式。在这个方式中，通过使透过液晶层的光经过彩色滤光片，可以实现特定颜色(例如，红(R)、绿(G)、蓝(B))的灰度级。在此，当使用滤光片方式时，将具有发射红(R)、绿(G)、蓝(B))中的任一种颜色的光的功能的像素104分别称为R像素、G像素、B像素。
此外，作为进行彩色图像显示的另一个方式，有场序制方式，即，利用特定颜色(例如，红(R)、绿(G)、蓝(B))的光源构成背光灯，并且依次使各个颜色发光的方式。在场序制方式中，通过在各个颜色的光源发光的期间中形成透过液晶层的光的明暗，可以形成该颜色的灰度级。
注意，以上说明了显示元件105具有液晶元件的情况，但是也可以具有发光元件等的其他元件。发光元件是其亮度由电流或电压控制的元件，具体地可以举出发光二极管、OLED(有机发光二极管，OrganicLight Emitting Diode)等。
光传感器106包括具有通过接收光来生成电信号的功能的元件(也称为接收元件)、薄膜晶体管。作为接收元件，可以使用光电二极管等。注意，光传感器106所接收的光是：从显示装置的内部(背光灯等)发射并被检测对象反射的光；被检测对象反射的外光等；检测对象本身发射的光；或者被检测对象遮蔽的外光等(影子)。
显示元件控制电路102是用来控制显示元件105的电路，它包括显示元件驱动电路107和显示元件驱动电路108。显示元件驱动电路107通过视频数据信号线等的信号线(也称为“源极信号线”)对显示元件105输入信号，并且，显示元件驱动电路108通过扫描线(也称为“栅极信号线”)对显示元件105输入信号。例如，扫描线一侧的显示元件驱动电路108具有选择配置于特定行的像素所具有的显示元件的功能。此外，信号线一侧的显示元件驱动电路107具有对所选择的行的像素所具有的显示元件施加任意的电位的功能。注意，在被扫描线一侧的显示元件驱动电路108施加高电位的显示元件中，薄膜晶体管成为导电状态，并且，接收由信号线一侧的显示元件驱动电路107供应的电荷。
光传感器控制电路103是用来控制光传感器106的电路，并且，它包括光传感器输出信号线、光传感器基准信号线等信号线一侧的光传感器读出电路109、以及扫描线一侧的光传感器驱动电路110。扫描线一侧的光传感器驱动电路110具有对配置于特定的行的像素所具有的光传感器106进行后述的复位工作及选择工作的功能。此外，信号线一侧的传感器读出电路109具有提取被选择的行的像素所具有的光传感器106的输出信号的功能。注意，作为信号线一侧的光传感器读出电路109，可以采用如下结构：通过利用运算放大器，将模拟信号的光传感器106的输出不加改变地提取到显示面板的外部的结构；通过利用A/D转换电路，将该输出转换为数字信号，然后，提取到显示面板的外部的结构。
利用图2而说明像素104的电路图。像素104包括具有晶体管201、存储电容器202和液晶元件203的显示元件105以及具有光电二极管204、晶体管205和晶体管206的光传感器106。
晶体管201的栅极与栅极信号线207电连接，晶体管201的源极和漏极中的一个与视频数据信号线210电连接，并且晶体管201的源极和漏极中的另一个与存储电容器202的一个电极以及液晶元件203的一个电极电连接。存储电容器202的另一个电极和液晶元件203的另一个电极被保持为一定的电位。液晶元件203是包括一对电极和该一对电极之间的液晶层的元件。
当对栅极信号线207施加“H”时，晶体管201对存储电容器202和液晶元件203施加视频数据信号线210的电位。存储电容器202保持上述施加的电位。液晶元件203根据上述施加的电位而改变光透过率。
光电二极管204的一个电极与光电二极管复位信号线208电连接，光电二极管204的另一个电极与晶体管205的栅极电连接。晶体管205的源极和漏极中的一个与光传感器基准信号线212电连接，晶体管205的源极和漏极中的另一个与晶体管206的源极和漏极中的一个电连接。晶体管206的栅极与栅极信号线209电连接，晶体管206的源极和漏极中的另一个与光传感器输出信号线211电连接。
接着，参照图3而说明传感器读出电路109的结构。在图3中，一列像素的传感器读出电路300包括p型晶体管301、存储电容器302。此外，传感器读出电路300包括一列该像素的光传感器输出信号线211和预充电信号线303。
在光传感器读出电路300中，在像素内的光传感器工作之前将光传感器输出信号线211的电位设定为基准电位。在图3中，通过将预充电信号线303的电位设定为“L”，可以将光传感器输出信号线211的电位设定为作为基准电位的高电位。注意，当光传感器输出信号线211的寄生电容大时，就并不需要设置存储电容器302。注意，也可以采用基准电位为低电位的结构。在此情况下，通过利用n型晶体管，并且将预充电信号线303的电位设定为“H”，可以将光传感器输出信号线211的电位设定为作为基准电位的低电位。
接下来，参照图4的时序图而说明本显示面板中的光传感器的读出工作。在图4中，信号401至信号404相当于图2中的光电二极管复位信号线208的电位、与晶体管206的栅极连接的栅极信号线209的电位、与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位、光传感器输出信号线211的电位。另外，信号405相当于图3中的预充电信号线303的电位。
在时刻A中，当将光电二极管复位信号线208的电位(信号401)设定为“H”(复位工作)时，光电二极管204成为导通状态，从而与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号403)成为“H”。另外，当将预充电信号线303的电位(信号405)设定为“L”时，光传感器输出信号线211的电位(信号404)被预充电为“H”。
在时刻B中，当将光电二极管复位信号线208的电位(信号401)设定为“L”(累积工作)时，由于光电二极管204的截止电流，与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号403)开始下降。当被照射光时，光电二极管204的截止电流增大，因此与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号403)根据被照射的光的量而变化。也就是说，晶体管205的源极和漏极之间的电流变化。
在时刻C中，当将栅极信号线209的电位(信号402)设定为“H”(选择工作)时，晶体管206成为导通状态，并且光传感器基准信号线212与光传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管206成为导通状态。于是，光传感器输出信号线211的电位(信号404)下降。注意，在时刻C之前，将预充电信号线303的电位(信号405)设定为“H”，来结束光传感器输出信号线211的预充电。在此，光传感器输出信号线211的电位(信号404)的下降速度取决于晶体管205的源极和漏极之间的电流。也就是说，光传感器输出信号线211的电位的下降速度根据照射到光电二极管204的光的量而变化。
在时刻D中，当将栅极信号线209的电位(信号402)设定为“L”时，晶体管206被截止，从而在时刻D之后，光传感器输出信号线211的电位(信号404)成为一定值。在此，该一定值根据照射到光电二极管204的光的量而变化。因此，通过得到光传感器输出信号线211的电位，可以知道照射到光电二极管204的光的量。
如上所述，通过反复进行复位工作、累积工作、选择工作，来实现各个光传感器的工作。此外，通过对显示面板的所有的行及列的像素的光传感器依次进行上述的工作，来依次得到当时得到的光传感器输出信号线211的电位，而可以生成成像图像。
设置于各个像素的光传感器由于制造上的不均匀性而具有特性上的不均匀性。作为制造上的不均匀性，有光电二极管的光电流、晶体管的阈值或导通电流、光传感器输出信号线的布线电阻或寄生电容等。由于这些不均匀性，导致发生如下情况：虽然所取得的成像图像本来应该是黑色图像，但是却混入有带有白色的花纹；反之，虽然所取得的成像图像本来应该是白色图像，但是却混入有带有黑色的花纹。此外，在信号线一侧的光传感器读出电路109中装载有运算放大器、A/D转换电路的情况下，由于这些不均匀性，导致成像图像混入有条纹。由于这些噪音，而使最终成像图像的质量受到损害。
一般地说，通过放大构成光传感器的光电二极管、晶体管的尺寸，加宽信号布线的宽度，增大层间绝缘膜的膜厚度，可以减轻上述制造上的不均匀性。此外，也可以在光传感器中装载不均匀性校正电路。然而，因为在显示面板中需要确保像素的开口率，所以对光电二极管、晶体管的元件的尺寸及元件的数量有严格的限制，因此，不容易实现元件的尺寸的放大、信号布线的加宽、校正电路的引入等。此外，也不容易实现层间绝缘膜的膜厚度的增大，因为这会导致制造成本的增加、像素的透过率的降低。于是，提出通过如下方法来提高成像图像的质量的技术方案。就是说，在最终成像之前，进行黑色图像和白色图像中的至少一方的成像，并将其用作用来校正最终成像图像的图像。然后通过将黑纸或白纸放在显示面板上并进行成像，可以容易得到黑色图像或白色图像。
作为图像校正的具体方法，有如下方法：(1)以从对黑色图像成像的第一图像数据X和作为成像图像的第二图像数据Y得到的图像数据(Y-X)为第三图像数据，并且以此为最终成像图像；(2)以从对白色图像成像的第一图像数据X和作为成像图像的第二图像数据Y得到的图像数据(Y+(灰度级数-X)为第三图像数据，并且以此为最终成像图像；(3)以从对黑色图像成像的第一图像数据X、对白色图像成像的第二图像数据Y、作为成像图像的第三图像数据Z，并将第三图像数据Z以线形的方式分配在分别以第一图像数据X、第二图像数据Y为最小值、最大值的范围内而得到的图像数据((Z-X)/(Y-X)x(灰度级数))为第四图像数据，并且以此为最终成像图像。在此，图像数据X(Y、Z)是指该图像中的各像素的灰度级由数值表示的数据(灰度级数据)。此外，作为对图像数据的四则运算，进行图像数据的各像素的灰度级数据之间的四则运算。例如，在图像数据(Y-X)中，通过取得图像数据X的各像素的灰度级数据与图像数据Y的各像素的灰度级数据之差，得到各像素的灰度级数据。此外，将灰度级数据设定为其值随明亮度增大。再者，至于彩色图像，各像素的灰度级数据由R、G、B的灰度级值构成，并且，对R、G、B分别进行四则运算。灰度级数是指成像图像的灰度级数，并且，在彩色图像的情况下是指R、G、B各自的灰度级数。
(1)的方法对在黑色图像上容易引起噪音的制造上的不均匀性是很有效的，例如在图2所示的光传感器106中，对晶体管205的导通电流的不均匀性大的情况以及对光电二极管204的暗电流或者弱光中的光电流的不均匀性大的情况等是很有效的。注意，当噪音产生在整个黑色图像中时，最终成像图像成为泛白色的图像。因此，通过对所有的像素数据加上一定值，可以调整最终成像图像的亮度。此外，在彩色图像的情况下，对R、G、B分别加上不同的一定值是很有效的。
(2)的方法对在白色图像上容易引起噪音的制造上的不均匀性是很有效的，例如在图2所示的光传感器106中，对晶体管205的阈值的不均匀性大的情况以及对光电二极管204的强光中的光电流的不均匀性大的情况等是很有效的。注意，当噪音产生在整个白色图像中时，最终成像图像成为泛黑色的图像。因此，通过从所有的像素数据减去一定值，可以调整最终成像图像的亮度。此外，在彩色图像的情况下，从R、G、B分别减去不同的一定值是很有效的。
(3)的方法是比(1)、(2)的方法更实用化的方法，其对光传感器的各种不均匀性是很有效的。此外，它不是对以线形进行分配的方式有效而是对更一般的以非线形进行分配的方式有效。注意，以线形的方式进行分配是指检测对象的图像数据(例如，图像数据Z)的变化与受到校正的图像数据的变化成比例。此外，以非线形的方式进行分配是指图像数据Z的变化与受到校正的图像数据不成比例。
注意，当利用(1)至(3)的方法时，对去掉图像数据X、Y、Z的起因于热噪声等而随机发生在成像图像中的噪音(以下，称为随机噪音)是很有效的。为了去掉随机噪音，采用平滑化处理等一般的图像处理、用于得到连续进行成像的多个成像图像的平均值、中间值的演算处理等是很有效的。
图5示出进行上述校正的显示面板系统500。在此，显示面板系统500包括显示面板100、控制电路501、图像处理电路502、储存图像数据的存储装置503。控制电路501生成用来驱动显示面板100的各种时序信号。图像处理电路502对利用光传感器得到的成像数据进行如上所述的演算处理，而生成图像数据。此外，将后面的图像处理所需要的图像数据容纳在存储装置503中，并且，根据需要而读取容纳在存储装置503中的图像数据，进行演算处理。
在图5所示的结构中，当使用(1)、(2)的方法时，对存储装置503仅储存黑色图像数据和白色图像数据中的一个即可，所以存储装置503的电容需要的量少。
此外，在显示面板100的制造上的不均匀性少的情况下，可以限定黑色图像数据及白色图像数据中的各像素的灰度级数据的范围。在此情况下，可以采用如下结构：将指定灰度级数据的范围的数据储存在另行准备的存储装置中，并且，对存储装置503仅储存所限定的范围的灰度级数据。当进行上述(1)至(3)的方法中的演算时，可以从各个存储装置分别读出指定灰度级数据的范围的数据和所限定的范围的灰度级数据，并且，使用它们并利用图像处理电路502进行演算。注意，可以将灰度级数据的高位比特、低位比特分别设定为指定各个灰度级数据的范围的数据和所限定的范围的灰度级数据。通过采用这种结构，可以削减存储装置503的电容，所以是很有效的。
接着，参照图11A至11C而说明(1)至(3)的方法的具体实例。
在图11A至11C中，为使说明简单化，而示出纵3×横3的九个像素的实例。各像素内的数字表示图像数据。像素的数量不局限于此。
图11A示出(1)的方法的次序。
首先，取得对黑色图像成像的图像数据X。其中数值0的像素表示黑色被准确地成像，并且，像素2001包括噪音的情况。噪音值为4，成为稍微发白色的图像。该包括噪音的黑色图像数据X被容纳在存储装置503中。
接着，取得对检测对象的图像成像的图像数据Y。在此，像素2001包括噪音值4，没有准确地进行检测对象的成像。该检测对象的图像数据Y被容纳在存储装置503中。
并且，在图像处理电路502中，使用黑色图像数据X及检测对象的图像数据Y进行图像处理，来生成包括图像数据(Y-X)的图像。所生成的图像是在像素2001中去掉噪音值4的正确的成像图像。如上所述，可以校正包括噪音的图像。
图11B示出(2)的方法的次序。
首先，取得对白色图像进行成像的图像数据X。数值15的像素表示白色被准确地成像，并且，像素2002包括噪音的情况。噪音值为6，成为稍微发黑色的图像。该包括噪音的白色图像数据被容纳在存储装置503中。
接着，取得对检测对象进行成像的图像数据Y。在此，像素2002包括噪音值6，没能准确地进行检测对象的成像。该检测对象的图像数据Y被容纳在存储装置503中。
并且，在图像处理电路502中，使用白色图像数据X及检测对象的图像数据Y进行图像处理，来生成具有图像数据(Y+(MAX-X))的图像。所生成的图像是在像素2002中去掉噪音值6的正确的成像图像。如上所述，可以校正包括噪音的图像。MAX表示16灰度级的最大值，并且，在此，MAX＝15。上述灰度级数具有与该MAX相同的意思。
图11C示出(3)的方法的次序。
首先，取得对黑色图像成像的图像数据X、对白色图像成像的图像数据Y。与图11A和11B同样，黑色图像在像素2003中成为泛白色的图像，并且，白色图像在像素2003中成为泛黑色的图像。这些图像数据X及Y被容纳在存储装置503中。
接着，取得对检测对象成像的图像数据Z。在此，像素2003包括噪音值4及噪音值6，没有准确地进行检测对象的成像。该检测对象的图像数据Z被容纳在存储装置503中。
并且，在图像处理电路502中，使用黑色图像数据X、白色图像数据Y及检测对象的图像数据Z进行图像处理，来生成包括图像数据(MAX×(Z-X)/(Y-X))的图像。所生成的图像是去掉噪音值4及噪音值6的正确的成像图像。如上所述，可以校正包括噪音的图像。与(2)的方法同样，MAX＝15。
注意，虽然在本实施方式中使用了单色图像，但是也可以使用由R、G、B的值构成的彩色图像。在此情况下，对R、G、B分别进行上述图像处理，即可。此外，也可以将RGB值转换为HSV值(H：色调、S：彩度、V：明度)来进行处理。
此外，虽然进行了4比特显示(16灰度级显示)，但是也可以采用其他比特数。
通过采用如上所述的方式，可以提供能够进行高精度的图像成像的显示面板。
注意，虽然在本实施方式中说明了具有光传感器的显示装置，但是也可以容易应用于具有光传感器的半导体装置。就是说，从本实施方式的显示装置去掉显示所需要的电路，具体地说，显示元件控制电路102、显示元件105，可以构成半导体装置。作为该半导体装置，例如可以举出图像传感器。这种半导体装置可以与上述同样地检测出接触于或接近设置有光传感器的输入部的检测对象。
本实施方式可以与其他实施方式或实施例适当地组合来实施。
实施方式2
在本实施方式中，参照图6的时序图而说明与实施方式1所说明的方法不同的黑色图像或白色图像的成像方法。在图6的时序图中，信号601、信号402、信号603、信号604相当于图2中的光电二极管复位信号线208、与晶体管206的栅极连接的栅极信号线209、与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213、光传感器输出信号线211的电位。此外，信号405相当于图3中的预充电信号线303的电位。下面，对图6与图4所示的时序图不同之处进行说明。
在时刻A中，将光电二极管复位信号线208的电位(信号601)设定为特定的电位(复位工作)。在此，当对黑色图像成像时，特定的电位是指与图4的时序图中的“H”相同的电位的第一电位。此外，当对白色图像成像时，特定的电位理想地是指对图2中的晶体管205的阈值加上光电二极管204的正向电压下降的电位的第二电位。实际上，将光电二极管204能够导通的最小电位设定为第二电位。此时，与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号603)成为比第一电位低光电二极管204的正向电压下降的值。此外，当将预充电信号线303的电位(信号405)设定为“L”时，光传感器输出信号线211的电位(信号604)被预充电为“H”。
在时刻B中，光电二极管复位信号线208的电位(信号601)保持时刻A的电位。就是说，与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号603)也不变化。
在时刻C中，当将栅极信号线209的电位(信号402)设定为“H”(选择工作)时，晶体管206成为导电状态，并且光传感器基准信号线212与光传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管206成为导通状态。于是，光传感器输出信号线211的电位(信号604)下降。注意，在时刻C之前，将预充电信号线303的电位(信号405)的电位设定为“H”，来结束光传感器输出信号线211的预充电。在此，光传感器输出信号线211的电位(信号604)的下降速度取决于晶体管205的源极和漏极之间的电流。也就是说，光传感器输出信号线211的电位(信号604)的下降速度根据在复位工作中施加到光电二极管复位信号线208的电压而变化。具体而言，在对光电二极管复位信号线208施加第一电位的情况下，光传感器输出信号线211的电位(信号604)与图4的时序图中的照射到光电二极管204的光的量少的情况，即对黑色图像成像的情况同样地变化。此外，在对光电二极管复位信号线208施加第二电位的情况下，光传感器输出信号线211的电位(信号604)与图4的时序图中的照射到光电二极管204的光的量少的情况，即对白色图像成像的情况同样地变化。
在时刻D中，当将栅极信号线209的电位(信号402)设定为“L”时，晶体管206被截止，从而在时刻D之后，光传感器输出信号线211的电位(信号604)成为一定值。在此，该一定值根据在复位工作中施加到光电二极管复位信号线208的电压而变化。因此，通过得到光传感器输出信号线211的电位，可以知道相当于对黑色图像或白色图像成像时的成像数据。
通过采用如上所述的方式，当对校正用的黑色图像或白色图像成像时，可以省略将黑纸或白纸放在显示面板上并进行成像的工序，而提供能够进行高精度的成像的显示装置。
本实施方式可以与其他实施方式或实施例适当地组合来实施。
实施方式3
图7表示显示面板的截面图的一例。在图7所示的显示面板中，在具有绝缘表面的衬底(TFT衬底)1001上设置有光电二极管1002、晶体管1003、存储电容器1004、液晶元件1005。
光电二极管1002和存储电容器1004可以在制造晶体管1003的步骤中与晶体管1003一起形成。光电二极管1002是横向结型的pin二极管，其中，光电二极管1002所具有的半导体膜1006包括具有p型导电性的区域(p层)、具有i型导电性的区域(i层)和具有n型导电性的区域(n层)。注意，虽然在本实施方式中，示出了光电二极管1002为pin二极管的情况，但是光电二极管也可以是pn二极管。通过将赋予p型的杂质和赋予n型的杂质分别添加到半导体膜1006的特定区域中，可以形成横向结型的pin结或pn结。
此外，通过利用蚀刻等将形成在TFT衬底1001上的一个半导体膜加工(构图)为所希望的形状，可以一起形成光电二极管1002的岛状的半导体膜、晶体管1003的岛状的半导体膜，而不需要通常追加到面板制造工序的工序，从而可以降低成本。
液晶元件1005包括像素电极1007、液晶1008和对置电极1009。像素电极1007被形成在衬底1001上，并且通过导电膜1010电连接到晶体管1003及存储电容器1004。此外，对置电极1009被形成在衬底(对置衬底)1013上，并在像素电极1007和对置电极1009之间夹有液晶1008。注意，虽然在本实施方式中，未图示用于光传感器的晶体管，但是该晶体管也可以在制造晶体管1003的步骤中与晶体管1003一起形成在衬底(TFT衬底)1001上。
像素电极1007和对置电极1009之间的单元间隙可以利用间隔物1016来控制。在图7中，使用通过光刻法选择性地形成的柱状间隔物1016来控制单元间隙，但是，也可以通过将球状间隔物分散在像素电极1007和对置电极1009之间来控制单元间隙。
另外，液晶1008在衬底(TFT衬底)1001和衬底(对置衬底)1013之间被密封材料围绕。作为液晶1008的注入方法，既可以利用分配器方式(滴落方式)，又可以利用浸渍方式(泵浦方式)。
作为像素电极1007，可以使用具有透光性的导电材料，例如，铟锡氧化物(ITO)、含有氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)、有机铟、有机锡、氧化锌、含有氧化锌的铟锌氧化物(IZO)、含有镓(Ga)的氧化锌、氧化锡(SnO2)、含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物、含有氧化钛的铟锡氧化物等。
另外，在本实施方式中，以透过型的液晶元件1005为例子，所以与像素电极1007同样，对置电极1009也可以使用上述具有透光性的导电材料。
在像素电极1007和液晶1008之间设置有取向膜1011，并在对置电极1009和液晶1008之间设置有取向膜1012。取向膜1011和取向膜1012可以使用聚酰亚胺、聚乙烯醇等的有机树脂而形成，并对其表面进行了摩擦(rubbing)等用来使液晶分子向一定的方向排列的取向处理。通过在对取向膜施加压力的同时，使缠绕有尼龙等的布的滚筒转动，而沿一定方向摩擦上述取向膜的表面，可以进行摩擦处理。注意，也可以不进行取向处理，而使用氧化硅等的无机材料通过蒸镀法直接形成具有取向特性的取向膜1011和取向膜1012。
另外，在衬底(对置衬底)1013上与液晶元件1005重叠地形成能够透过特定波长区域的光的彩色滤光片1014。可以将分散有颜料的丙烯酸树脂等的有机树脂涂敷到衬底1013上，然后利用光刻法选择性地形成彩色滤光片1014。此外，也可以将分散有颜料的聚酰亚胺树脂涂敷到衬底1013上，然后利用蚀刻法选择性地形成彩色滤光片1014。或者，也可以通过利用喷墨法等的液滴喷射法选择性地形成彩色滤光片1014。
另外，在衬底(对置衬底)1013上与光电二极管1002重叠地形成能够遮挡光的遮挡膜1015。通过设置遮挡膜1015，可以防止透过衬底(对置衬底)1013而入射到显示面板内的来自背光灯的光直接照射到光电二极管1002，并可以防止由于像素之间的液晶1008的取向混乱而导致的旋错(disclination)被识别到。作为遮挡膜1015可以使用碳黑、低维氧化钛等的包含黑色颜料的有机树脂。此外，也可以利用使用铬的膜形成遮挡膜1015。
另外，在衬底(TFT衬底)1001的与形成有像素电极1007的表面相反的表面上设置偏振片1017，并在衬底1013的与形成有对置电极1009的表面相反的表面上设置偏振片1018。
作为液晶元件，除了TN(Twisted Nematic：扭转向列)型之外，还可以采用VA(Virtical Alignment：垂直定向)型、OCB(opticallycompensated Birefringence：光学补偿弯曲)型、IPS(In-PlaneSwitching：平面内切换)型等。注意，虽然在本实施方式中以具有在像素电极1007和对置电极1009之间夹有液晶1008的结构的液晶元件1005为例子进行了说明，但是根据本发明的一个方式的显示面板不局限于该结构。也可以使用如IPS型那样一对电极的双方都设置在衬底(TFT衬底)1001一侧的液晶元件。
另外，在本实施方式中示出了使用薄膜半导体膜形成光电二极管1002、晶体管1003、存储电容器1004的例子，但是，也可以使用单晶半导体衬底、SOI衬底等来形成光电二极管1002、晶体管1003、存储电容器1004。
在本实施方式所示的截面结构中，来自背光灯的光从衬底(对置衬底)1013一侧照射。就是说，如箭头1020所示，穿过液晶元件1005而照射到位于衬底(TFT衬底)1001一侧的检测对象1021。并且，被检测对象1021反射的以箭头1022表示的光入射到光电二极管1002。
此外，在本实施方式的显示装置中，光传感器(光电二极管1002)的受光面的方向与显示面板的显示面(衬底1001一侧)的方向相同。因此，在显示面板中，可以对检测对象成像，这比设置CCD图像传感器等的情况有效。
通过采用如上所述的方式，可以提供能够进行高精度的图像成像的显示面板。
本实施方式可以与其他实施方式或实施例适当地组合来实施。
实施方式4
图8示出与实施方式3不同的显示面板的截面图的一例。图8所示的显示面板与图7所示的显示面板不同点是如下：在光电二极管1002中，使用构成晶体管1003的栅电极的导电膜1019来构成遮挡膜2019。通过在光电二极管1002中设置遮挡膜2019，可以防止来自背光灯的光直接入射到具有i型的导电性的区域(i层)，并且，可以有效地仅检测出来自检测对象的反射光。
另外，在将横向结型的pin二极管用作光电二极管1002的情况下，当形成具有p型导电性的区域(p层)和具有n型导电性的区域(n层)时，通过将遮挡膜用作掩模，可以以自对准的方式形成这些区域。这在形成微小光电二极管的情况下是很有效的，并且这对像素尺寸的缩小、开口率的提高是很有效的。
通过采用如上所述的方式，可以提供能够进行高精度的图像成像的显示装置。
本实施方式可以与其他实施方式或实施例适当地组合来实施。
实施方式5
图12示出与实施方式3不同的显示面板的截面图的另一个例子。图12所示的显示面板与图7所示的显示面板不同点是如下：来自背光灯的光从衬底(TFT衬底)1001一侧照射。就是说，如箭头2020所示，背光灯的光穿过液晶元件1005而照射到位于衬底(对置衬底)1013一侧的检测对象1021。并且，被检测对象1021反射的以箭头2022表示的光入射到光电二极管1002。在此情况下，诸如在光电二极管1002的上部的遮挡膜1015中设置开口等，使被检测对象1021反射的光入射到光电二极管1002，即可。
在本实施方式中，在光电二极管1002的下部设置遮挡膜2015。通过设置遮挡膜2015，可以防止透过衬底(TFT衬底)1001而入射到显示面板中的来自背光灯的光直接照射到光电二极管1002，而可以提供能够进行高精度的图像成像的显示面板。作为遮挡膜2015，可以使用包括碳黑、低维氧化钛等的黑色颜料的有机树脂。此外，也可以利用使用铬的膜形成遮挡膜515。
此外，在本实施方式的显示装置中，光传感器(光电二极管1002)的受光面的方向与显示面板的显示面(衬底1013一侧)的方向相同。因此，在显示面板中，可以对检测对象成像，这比设置CCD图像传感器等的情况有效。
本实施方式可以与其他实施方式或实施例适当地组合来实施。
实施方式6
示出使用具有光传感器的显示面板的记录板(黑板、白板等)的例子。
例如，图13示出具有光传感器的显示面板。
显示面板9696具有光传感器和显示元件。
在此，在显示面板9696的表面上，可以利用记号笔(marker pen)等自由写入。
注意，当使用不包含固定剂的记号笔等时，容易去掉文字。
此外，为了容易去掉记号笔的墨油，使显示面板9696的表面具有足够的平滑性，即可。
例如，当显示面板9696的表面为玻璃衬底等时，平滑性是足够的。
此外，也可以将透明的合成树脂薄片等贴合到显示面板9696的表面。
作为合成树脂，例如优选使用丙烯酸树脂等。在此情况下，优选使合成树脂薄片的表面平滑化。
并且，因为显示面板9696具有显示元件，所以可以在显示特定的图像的同时，在显示面板9696的表面上用记号笔记载文字。
此外，因为显示面板9696具有光传感器，所以当将它连接到打印机等时，可以读出并打印出用记号笔写入的文字。
再者，因为显示面板9696具有光传感器和显示元件，所以也可以在显示图像的情况下用记号笔将文字、图形等写在显示面板9696的表面上，并将通过光传感器读出的记号笔的痕迹和图像合成而显示。
注意，在使用电阻膜式、电容式等的感测方式时，只可以在用记号笔等写入时进行感测。
另一方面，在使用光传感器的情况下，因为可以在用记号笔等写入后的任何时候诸如过了很久以后进行感测，所以是优越的。
本实施方式可以与其他实施方式或实施例适当地组合来实施。
实施例1
在本实施例中，说明本发明的显示面板中的面板和光源的配置。
图9是示出本发明的显示面板的结构的立体图的一例。图9所示的显示面板包括在一对衬底之间形成有包括液晶元件、光电二极管、薄膜晶体管等的像素的面板1601、第一扩散板1602、棱镜片1603、第二扩散板1604、导光板1605、反射板1606、包括多个光源1607的背光灯1608以及电路衬底1609。
依次层叠有面板1601、第一扩散板1602、棱镜片1603、第二扩散板1604、导光板1605、反射板1606。光源1607设置在导光板1605的端部，并且扩散到导光板1605的内部的来自光源1607的光通过第一扩散板1602、棱镜片1603以及第二扩散板1604从对置衬底一侧均匀性地照射到面板1601。
注意，虽然在本实施例中使用第一扩散板1602和第二扩散板1604，但是扩散板的数量不局限于此，而可以是一个或者三个以上。并且，在导光板1605和面板1601之间设置扩散板，即可。因此，既可以只在比棱镜片1603接近于面板1601的一侧设置扩散板，又可以只在比棱镜片1603接近于导光板1605的一侧设置扩散板。
此外，棱镜片1603的截面不局限于图9所示的锯齿状的形状，而只要是具有能够将来自导光板1605的光聚焦到面板1601一侧的形状，即可。
在电路衬底1609设置有生成输入到面板1601的各种信号的电路、对这些信号进行处理的电路、对从面板1601输出的各种信号进行处理的电路等。并且，在图9中，电路衬底1609与面板1601通过FPC(柔性印刷电路)1611连接。注意，上述电路可以利用COG(玻璃上芯片安装)法连接到液晶面板1601，或者也可以利用COF(薄膜覆晶封装)法将上述电路的一部分连接到FPC1611。
图9示出在电路衬底1609设置有用来控制光源1607的驱动的控制类电路，并且该控制类电路与光源1607通过FPC1610连接的例子。但是，上述控制类电路也可以形成在面板1601上，并且在此情况下，面板1601与光源1607通过FPC等连接。
注意，图9例示在面板1601的端部配置光源1607的边缘照光型光源，但是根据本发明的显示面板也可以是在面板1601的正下面配置光源1607的正下型。
例如，当检测对象的手指1612从TFT衬底一侧接近面板1601时，来自背光灯1608的光穿过面板1601，并且该光的一部分被手指1612反射，而再次入射到面板1601。使对应于各个颜色的光源1607按顺序发光，并且得到每个颜色的成像数据，来可以得到检测对象的手指1612的彩色成像数据。
本实施例可以与其他实施方式或实施例适当地组合来实施。
实施例2
根据本发明的一个方式的显示面板可以进行高精度的成像。因此，使用根据本发明的一个方式的显示面板的电子设备通过将显示面板追加为其结构构件，可以装载具有更高功能的应用程序。本发明的显示面板可以适用于显示装置、笔记本式个人计算机、具备记录媒体的图像再现装置(典型地是，能够再现记录媒体如数字通用磁盘(DVD)等并具有可以显示其图像的显示器的装置)。此外，作为可以使用根据本发明的一个方式的显示面板的电子设备，可以举出移动电话、便携式游戏机、便携式信息终端、电子图书、摄像机、数码相机、护目镜型显示器(头盔显示器)、导航系统、音频再现装置(车载音响、数字音频播放器等)、复印机、传真机、打印机、复合式打印机、自动取款机(ATM)、自动售货机等。图10示出这些电子设备的具体例子。
图10A是显示装置，包括框体5001、显示部5002、支撑台5003等。根据本发明的一个方式的显示面板可以用于显示部5002。通过将根据本发明的一个方式的显示面板用于显示部5002，可以进行高精度的成像，从而可以提供具有更高功能的应用程序的显示装置。另外，显示装置包括用于个人计算机、TV播放接收、广告显示等的所有信息显示用显示装置。
图10B是便携式信息终端，包括框体5101、显示部5102、开关5103、操作键5104、红外线端口5105等。根据本发明的一个方式的显示面板可以用于显示部5102。通过将根据本发明的一个方式的显示面板用于显示部5102，可以进行高精度的成像，从而可以提供具有更高功能的应用程序的便携式信息终端。
图10C是自动取款机，包括框体5201、显示部5202、硬币投入口5203、纸币投入口5204、卡片放入口5205、存款簿放入口5206等。根据本发明的一个方式的显示面板可以用于显示部5202。通过将根据本发明的一个方式的显示面板用于显示部5202，可以进行高精度的成像，从而可以提供具有更高功能的应用程序的自动取款机。而且，使用根据本发明的一个方式的显示面板的自动取款机能够以更高精度读出用于生物认证的生物信息，诸如指纹、脸、掌印、掌纹及手静脉的形状、虹膜等。因此，可以降低在生物认证时本人被误认为非本人的本人拒绝率和别人被误认为本人的别人接纳率。
图10D是便携式游戏机，包括框体5301、框体5302、显示部5303、显示部5304、麦克风5305、扬声器5306、操作键5307、触屏笔5308等。根据本发明的一个方式的显示面板可以用于显示部5303或显示部5304。通过将根据本发明的一个方式的显示面板用于显示部5303或显示部5304，可以进行高精度的成像，从而可以提供具有更高功能的应用程序的便携式游戏机。另外，图10D所示的便携式游戏机具有显示部5303和显示部5304的两个显示部，但是便携式游戏机所具有的显示部的数目不局限于此。
本实施例可以与其他实施方式或实施例适当地组合来实施。
本说明书根据2009年11月12日在日本专利局受理的日本专利申请编号2009-258667而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
Claims (20)
1.一种显示装置，包括：
具有光传感器的显示面板；以及
在工能上连接到所述显示面板的图像处理电路，
其中，所述光传感器俘获白色图像以及检测对象的图像，
并且，所述图像处理电路产生具有数据(Y+(MAX-X))的图像，
并且，MAX表示灰度级的最大值，
并且，X表示所述白色图像的数据，
并且，Y表示所述检测对象的图像的数据。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述光传感器在复位工作中俘获所述白色图像。
3.根据权利要求1所述的显示装置，还包括储存所述白色图像和所述检测对象的图像的存储装置。
4.一种显示装置，包括：
具有光传感器的显示面板；以及
在工能上连接到所述显示面板的图像处理电路，
其中，所述光传感器俘获黑色图像、白色图像以及检测对象的图像，
并且，所述图像处理电路产生具有数据(MAX×(Z-X)/(Y-X))的图像，
并且，MAX表示灰度级的最大值，
并且，X表示所述黑色图像的数据，
并且，Y表示所述白色图像的数据，
并且，Z表示所述检测对象的图像的数据。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述光传感器在复位工作中俘获所述黑色图像和所述白色图像。
6.根据权利要求4所述的显示装置，还包括储存所述检测对象的图像、所述黑色图像和所述白色图像的存储装置。
7.一种半导体装置，包括：
具有光传感器的输入部；以及
在工能上连接到所述输入部的图像处理电路，
其中，所述光传感器俘获白色图像以及检测对象的图像，
并且，所述图像处理电路产生具有数据(Y+(MAX-X))的图像，
并且，MAX表示灰度级的最大值，
并且，X表示所述白色图像的数据，
并且，Y表示所述检测对象的图像的数据。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中，所述光传感器在复位工作中俘获所述白色图像。
9.根据权利要求7所述的半导体装置，还包括储存所述白色图像和所述检测对象的图像的存储装置。
10.一种半导体装置，包括：
具有光传感器的输入部；以及
在工能上连接到所述输入部的图像处理电路，
其中，所述光传感器俘获黑色图像、白色图像以及检测对象的图像，
并且，所述图像处理电路产生具有数据(MAX×(Z-X)/(Y-X))的图像，
并且，MAX表示灰度级的最大值，
并且，X表示所述黑色图像的数据，
并且，Y表示所述白色图像的数据，
并且，Z表示所述检测对象的图像的数据。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述光传感器在复位工作中俘获所述黑色图像和所述白色图像。
12.根据权利要求10所述的半导体装置，还包括储存所述检测对象的图像、所述黑色图像和所述白色图像的存储装置。
13.一种半导体装置的驱动方法，包括如下步骤：
利用光传感器俘获黑色图像、白色图像和检测对象的图像；以及
利用在工能上连接到所述光传感器的图像处理电路产生具有数据(MAX×(Z-X)/(Y-X))的图像，
其中，X表示所述黑色图像的数据，
并且，Y表示所述白色图像的数据，
并且，Z表示所述检测对象的图像的数据。
14.根据权利要求13所述的半导体装置的驱动方法，其中，在所述光传感器的复位工作中进行俘获所述黑色图像的步骤。
15.一种显示装置，包括：
包括多个像素的显示面板，每个像素具有光传感器和显示元件；以及
在工能上连接到所述显示面板的图像处理电路，
其中，所述光传感器包括：
第一晶体管，该第一晶体管的源极和漏极中的一个与光传感器基准信号线电连接；
光电二极管，该光电二极管的第一端子与所述第一晶体管的栅极电连接，光电二极管的第二端子与光电二极管复位信号线电连接；以及
第二晶体管，该第二晶体管的源极和漏极中的一个与光传感器输出信号线电连接，第二晶体管的栅极与栅极信号线电连接，
并且，所述光传感器俘获白色图像以及检测对象的图像，
并且，所述图像处理电路产生具有数据(Y+(MAX-X))的图像，
并且，MAX表示灰度级的最大值，
并且，X表示所述白色图像的数据，
并且，Y表示所述检测对象的图像的数据。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其中，所述光传感器在该光传感器的复位工作中俘获黑色图像和所述白色图像。
17.根据权利要求16所述的显示装置，还包括储存所述黑色图像和检测对象的图像的存储装置。
18.根据权利要求15所述的显示装置，其中，所述显示元件包括：
第三晶体管，该第三晶体管的源极和漏极中的一个与电容器电连接；以及
与所述第三晶体管及所述电容器电连接的液晶元件。
19.根据权利要求15所述的显示装置，其中，所述光传感器输出信号线与光传感器读出电路连接。
20.根据权利要求19所述的显示装置，还包括与所述光传感器读出电路电连接的预充电信号线。
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