CN102597922A - 显示装置 - Google Patents

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：1个光电二极管(D1)；1个存储节点，其存储与光量相应的电荷；读出晶体管(M1)，其具有连接到存储节点的控制端子；以及多个晶体管(T1～T4)，其按照时钟信号(CLK)导通/截止，切换流过光电二极管(D1)的电流的通过路径。按照时钟信号(CLK)，在背光源点亮时，电流从存储节点流出，存储节点的电位下降。在背光源熄灭时，电流流入存储节点，存储节点的电位上升。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

显示装置

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20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20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21所示的单位受光部的固体摄像装置。图21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20所示的B 1)与在背光源熄灭期间由受光元件探测光的期间(图20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到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：

1个光传感器；

1个存储节点，其存储与探测到的光量相应的电荷；

读出晶体管，其具有连接到上述存储节点的控制端子；以及

多个开关元件，其按照上述控制信号导通/截止，切换流过上述光传感器的电流的通过路径，

构成为：流过上述光传感器的电流按照上述控制信号，在光源点亮时相对于上述存储节点在规定方向流动，在光源熄灭时相对于上述存储节点在相反方向流动。

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包含：

第1开关元件，其设于复位线与上述光传感器的一端之间，在光源点亮时导通；

第2开关元件，其设于被施加规定电位的配线与上述光传感器的另一端之间，在光源熄灭时导通；

第3开关元件，其设于上述存储节点与上述光传感器的一端之间，在光源熄灭时导通；以及

第4开关元件，其设于上述存储节点与上述光传感器的另一端之间，在光源点亮时导通。

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开关元件和第3开关元件包括第1导电型的晶体管，

上述第2开关元件和第4开关元件包括第2导电型的晶体管，

上述第1开关元件和第2开关元件按照第1控制信号导通/截止，

上述第3开关元件按照第2控制信号导通/截止，

上述第4开关元件按照第3控制信号导通/截止，

上述第2控制信号和第3控制信号是上述第1控制信号的“非”信号，以与上述第1控制信号不同的定时变化。

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开关元件和第4开关元件包括第1导电型的晶体管，

上述第2开关元件和第3开关元件包括第2导电型的晶体管，

上述第1开关元件和第4开关元件按照第1控制信号导通/截止，

上述第2开关元件和第3开关元件按照第2控制信号导通/截止，上述第2控制信号与上述第1控制信号以不同的定时变为相同的方向。

本发明的第5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6方面的特征在于，在本发明的第2方面中，

上述第4开关元件在控制端子被施加读出用电位时将上述存储节点上的电位放大。

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8方面是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：

1个光传感器；

1个存储节点，其存储与探测到的光量相应的电荷；

读出晶体管，其具有连接到上述存储节点的控制端子；以及

多个开关元件，其按照表示是光源点亮时还是光源熄灭时的控制信号导通/截止，切换流过上述光传感器的电流的通过路径，

构成为：流过上述光传感器的电流按照上述控制信号，在光源点亮时相对于上述存储节点在规定方向流动，在光源熄灭时相对于上述存储节点在相反方向流动。

发明效果

根据本发明的第1方面，传感器像素电路包含1个光传感器和1个存储节点，在光源点亮时和光源熄灭时，电流相对于存储节点在相反方向流动，存储节点的电位在相反方向变化。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，还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开关元件和第4开关元件导通，形成经由光传感器、第1开关元件和第4开关元件的电流路径。在光源熄灭时，第2开关元件和第3开关元件导通，形成经由光传感器、第2开关元件和第3开关元件的电流路径。因此，通过适当决定复位线的电位和规定电位，能构成如下传感器像素电路：在光源点亮时和光源熄灭时，电流在相反方向流过存储节点，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，在光源点亮时，第1开关元件和第4开关元件导通，形成规定的电流路径，在光源熄灭时，第2开关元件和第3开关元件导通，形成不同的电流路径。另外，第2控制信号和第3控制信号以与第1控制信号不同的定时变化，所以能准确控制电流路径的存在期间，提高检测精度。

根据本发明的第4方面，在光源点亮时，第1开关元件和第4开关元件导通，形成规定的电流路径，在光源熄灭时，第2开关元件和第3开关元件导通，形成不同的电流路径。另外，通过使用2个控制信号，能削减控制信号的个数，提高开口率，提高传感器像素电路的灵敏度。

根据本发明的第5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6方面，在对第4开关元件的控制端子施加读出用电位时，存储节点的电位被放大。由此，能提高传感器像素电路的灵敏度。

根据本发明的第7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8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11是示出图10所示的传感器像素电路的动作的图。

图12是图10所示的传感器像素电路的信号波形图。

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是图13所示的传感器像素电路的信号波形图。

图17A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17B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17C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17D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17E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17F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17G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18A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18B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18C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18D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18E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18F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18G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19A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19B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19C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19D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19E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20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21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，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CS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的电位以相同的定时变化，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1个光电二极管D1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，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和时钟信号CLK的“非”信号的提供。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～T4、M1、光电二极管D1以及电容器C1。晶体管T1、T3、M1是N型TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)，晶体管T2、T4是P型TFT。像素电路10连接到3条时钟线CLK、CLKP、CLKQ。

如图6所示，晶体管T1、T2的栅极连接到时钟线CLK，晶体管T3的栅极连接到时钟线CLKQ，晶体管T4的栅极连接到时钟线CLKP。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D1的阴极和晶体管T4的漏极。晶体管T3、T4的源极连接到晶体管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～T4、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。

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，Vint表示存储节点的电位(晶体管M1的栅极电位)。时钟信号CLKP、CLKQ是时钟信号CLK的“非”信号。但是，时钟信号CLKP的低电平期间和时钟信号CLKQ的高电平期间为相同的长度，比时钟信号CLK的半周期短。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，时钟信号CLKP、CLKQ和读出信号RWS为低电平，复位信号RST为复位用的高电平。此时，晶体管T1、T4导通，晶体管T2、T3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、光电二极管D1以及晶体管T4流过存储节点(图8(a))，电位Vint复位为规定电平。

在存储期间中，复位信号RST和读出信号RWS为低电平，时钟信号CLK、CLKP、CLKQ成为高电平和低电平各4次。在时钟信号CLK为高电平、时钟信号CLKP、CLKQ为低电平的期间，晶体管T1、T4导通，晶体管T2、T3截止。此时，当光入射到光电二极管D1时，电流(光电二极管D1的光电流)从存储节点经由晶体管T4、光电二极管D1以及晶体管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、时钟信号CLKP、CLKQ为高电平的期间，晶体管T1、T4截止，晶体管T2、T3导通。此时，当光入射到光电二极管D1时，电流(光电二极管D1的光电流)从具有电位VC的配线经由晶体管T2、光电二极管D1以及晶体管T3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，时钟信号CLKP、CLKQ和复位信号RST为低电平，读出信号RWS为读出用的高电平。此时，晶体管T1、T4导通，晶体管T2、T3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为整个像素电路10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：1个光电二极管D1(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控制端子；以及晶体管T1～T4(多个开关元件)，其按照时钟信号CLK导通/截止，切换流过光电二极管D1的电流的通过路径。

晶体管T1设于复位线RST与光电二极管D1的一端之间，在背光源点亮时导通。晶体管T2设于施加规定电位VC的配线与光电二极管D1的另一端之间，在背光源熄灭时导通。晶体管T3设于存储节点与光电二极管D1的一端之间，在背光源熄灭时导通。晶体管T4设于存储节点与光电二极管D1的另一端之间，在背光源点亮时导通。晶体管T1、T3是N型(第1导电型)晶体管，晶体管T2、T4是P型(第2导电型)晶体管。晶体管T1、T2按照时钟信号CLK(第1控制信号)导通/截止，晶体管T3按照时钟信号CLKQ(第2控制信号)导通/截止，晶体管T4按照时钟信号CLKP(第3控制信号)导通/截止。时钟信号CLKP、CLKQ是时钟信号CLK的“非”信号，以与时钟信号CLK不同的定时变化。

在背光源点亮时，晶体管T1、T4导通，形成经由光传感器和晶体管T1、T4的电流路径，电流从存储节点流出。在背光源熄灭时，晶体管T2、T3导通，形成经由光传感器和晶体管T2、T3的电流路径，电流流入存储节点。这样，在背光源点亮时和背光源熄灭时，电流在相反方向流过存储节点，所以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和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，时钟信号CLKP、CLKQ以与时钟信号CLK不同的定时变化，所以能准确控制电流路径的存在期间，提高检测精度。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～T4、M1、光电二极管D1以及电容器C1。晶体管T1、T4、M1是N型TFT，晶体管T2、T3是P型TFT。像素电路20连接到2条时钟线CLK、CLKR。

如图10所示，晶体管T1、T4的栅极连接到时钟线CLK，晶体管T2、T3的栅极连接到时钟线CLKR。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的源极。晶体管T2的源极被施加电位VC，漏极连接到光电二极管D1的阴极和晶体管T4的源极。晶体管T3、T4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11是示出像素电路20的动作的图。如图11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。

图12是像素电路20的信号波形图。如图12所示，时钟信号CLKR与时钟信号CLK同样地导通/截止。但是，时钟信号CLKR的低电平期间比时钟信号CLK的半周期短。在图12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、CLKR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、T4导通，晶体管T2、T3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、光电二极管D1以及晶体管T4流过存储节点(图11(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、CLKR成为高电平和低电平各4次。在时钟信号CLK、CLKR为高电平的期间，晶体管T1、T4导通，晶体管T2、T3截止。此时，当光入射到光电二极管D1时，电流(光电二极管D1的光电流)从存储节点经由晶体管T4、光电二极管D1以及晶体管T1流过复位线RST，从存储节点抽出电荷(图11(b))。因此，电位Vin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、CLKR为低电平的期间，晶体管T1、T4截止，晶体管T2、T3导通。此时，当光入射到光电二极管D1时，电流(光电二极管D1的光电流)从具有电位VC的信号线经由晶体管T2、光电二极管D1以及晶体管T3流过存储节点，对存储节点注入电荷(图11(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、CLKR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、T4导通，晶体管T2、T3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20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11(d))。

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1个光电二极管D1、1个存储节点、晶体管M1以及晶体管T1～T4。在像素电路20中，晶体管T1、T4是N型(第1导电型)晶体管，晶体管T2、T3是P型(第2导电型)晶体管。晶体管T1、T4按照时钟信号CLK(第1控制信号)导通/截止，晶体管T2、T3按照时钟信号CLKR(第2控制信号)导通/截止。时钟信号CLKR与时钟信号以不同的定时变为相同的方向。

在像素电路20中，与第1实施方式的像素电路10同样，在背光源点亮时和背光源熄灭时电流在相反方向流过存储节点，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，通过使用2个时钟信号CLK、CLKR作为控制信号，能削减控制信号的个数，提高开口率，提高传感器像素电路的灵敏度。

(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～T4、M1和光电二极管D1。晶体管T1、T3、M1是N型TFT，晶体管T2、T4是P型TFT。像素电路30连接到2条时钟线CLK、CLKQ。

如图13所示，晶体管T1、T2的栅极连接到时钟线CLK，晶体管T3的栅极连接到时钟线CLKQ，晶体管T4的栅极连接到读出线RWS。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D1的阴极和晶体管T4的漏极。晶体管T3、T4的源极连接到晶体管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。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。晶体管T4在对栅极施加读出用的高电平电位时将存储节点的电位放大。

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。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。

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。

图16是像素电路30的信号波形图。如图16所示，时钟信号CLKQ是时钟信号CLK的“非”信号。另外，在存储期间，读出信号RWS为时钟信号CLK的“非”信号。但是，时钟信号CLKQ的高电平期间和存储期间中的读出信号RWS的低电平期间为相同的长度，比时钟信号CLK的半周期短。在图16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，时钟信号CLKQ和读出信号RWS为低电平，复位信号RST为复位用的高电平。此时，晶体管T1、T4导通，晶体管T2、T3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、光电二极管D1以及晶体管T4流过存储节点(图15(a))，电位Vint复位为规定电平。

在存储期间，复位信号RST为低电平，时钟信号CLK、CLKQ和读出信号RWS成为高电平和低电平各4次。在时钟信号CLK为高电平、时钟信号CLKQ和读出信号RWS为低电平的期间，晶体管T1、T4导通，晶体管T2、T3截止。此时，当光入射到光电二极管D1时，电流(光电二极管D1的光电流)从存储节点经由晶体管T4、光电二极管D1以及晶体管T1流过复位线RST，从存储节点抽出电荷(图15(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、时钟信号CLKQ和读出信号RWS为高电平的期间，晶体管T1、T4截止，晶体管T2、T3导通。此时，当光入射到光电二极管D1时，电流(光电二极管D1的光电流)从具有电位VC的信号线经由晶体管T2、光电二极管D1以及晶体管T3流过存储节点，对存储节点注入电荷(图15(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，时钟信号CLKQ和复位信号RST为低电平，读出信号RWS为读出用的高电平。此时，晶体管T1、T4导通，晶体管T2、T3截止。晶体管T4在栅极被施加读出用的高电平电位时将电位Vint放大。因此，电位Vint上升得比读出信号RWS的电位的上升量的(Cq/Cp)倍(此处，Cp为像素电路30的整体的电容值，Cq为电容器C 1的电容值)更大。晶体管M 1构成源极跟随器放大电路，根据电位Vint驱动输出线OUT(图15(d))。

如上所述，本实施方式的像素电路30与第1实施方式的像素电路10同样，包含1个光电二极管D1、1个存储节点、晶体管M1以及晶体管T1～T4。这些构成要素的特性和连接形式与第1实施方式的像素电路10相同。因此，得到与第1实施方式相同的效果。

另外，在像素电路30中，在对晶体管T4的栅极施加读出用电位时，存储节点的电位(晶体管M1的栅极电位)被放大。由此，能提高传感器像素电路的灵敏度。

(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17A～图17G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17A～图17G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17A所示的像素电路11是将像素电路10所包含的电容器C1置换为作为P型TFT的晶体管TC的电路。在像素电路11中，晶体管TC的一方导通端子连接到晶体管T3、T4的源极，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光量之差放大，使像素电路11的灵敏度提高。当对第2实施方式进行同样的变形时，得到图18A所示的像素电路21。

图17B所示的像素电路12是分别将像素电路10所包含的光电二极管D1置换为光电晶体管TD、将晶体管T2、T4置换为作为N型TFT的晶体管T7、T8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TD的阴极和晶体管T8的源极。晶体管T8的漏极与晶体管T3的源极一起连接到晶体管M1的栅极。晶体管T7的栅极连接到传输时钟信号CLK的“非”信号的时钟线CLKB。晶体管T8的栅极连接到传输时钟信号CLKP的“非”信号的时钟线CLKPB。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序制造像素电路12。当对第2和第3实施方式进行同样的变形时，得到图18B所示的像素电路22和图19A所示的像素电路32。

图17C所示的像素电路13是将像素电路10所包含的光电二极管D 1反向连接的电路1。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。光电二极管D1的阴极连接到晶体管T1、T3的源极，光电二极管D1的阳极连接到晶体管T2、T4的源极。由此，得到像素电路的变形。当对第2和第3实施方式进行同样的变形时，得到图18C所示的像素电路23和图19B所示的像素电路33。

图17D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实施方式进行同样的变形时，得到图18D所示的像素电路24。

图17E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1。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，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和第3实施方式进行同样的变形时，得到图18E所示的像素电路25和图19C所示的像素电路35。

图17F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COM，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的源极赋予低电平电位COM。由此，得到像素电路的变形。当对第2和第3实施方式进行同样的变形时，得到图18F所示的像素电路26和图19D所示的像素电路36。

图17G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。由此，得到像素电路的变形。当对第2和第3实施方式进行同样的变形时，得到图18G所示的像素电路27和图19E所示的像素电路37。

另外，对于第1～第3实施方式，只要不违反其性质就能将上述变形任意组合，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1个光传感器、1个存储节点、读出用晶体管以及多个开关元件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

本发明的显示装置具备具有不依赖于光环境的输入功能这样的特征，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、32、33、35～37：像素电路

Claims (8)

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：

1个光传感器；

1个存储节点，其存储与探测到的光量相应的电荷；

读出晶体管，其具有连接到上述存储节点的控制端子；以及

多个开关元件，其按照上述控制信号导通/截止，切换流过上述光传感器的电流的通过路径，

构成为：流过上述光传感器的电流按照上述控制信号，在光源点亮时相对于上述存储节点在规定方向流动，在光源熄灭时相对于上述存储节点在相反方向流动。

2.根据权利要求1所述的显示装置，

上述传感器像素电路包含：

第1开关元件，其设于复位线与上述光传感器的一端之间，在光源点亮时导通；

第2开关元件，其设于被施加规定电位的配线与上述光传感器的另一端之间，在光源熄灭时导通；

第3开关元件，其设于上述存储节点与上述光传感器的一端之间，在光源熄灭时导通；以及

第4开关元件，其设于上述存储节点与上述光传感器的另一端之间，在光源点亮时导通。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，

上述第1开关元件和第3开关元件包括第1导电型的晶体管，

上述第2开关元件和第4开关元件包括第2导电型的晶体管，

上述第1开关元件和第2开关元件按照第1控制信号导通/截止，

上述第3开关元件按照第2控制信号导通/截止，

上述第4开关元件按照第3控制信号导通/截止，

上述第2控制信号和第3控制信号是上述第1控制信号的“非”信号，以与上述第1控制信号不同的定时变化。

4.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，

上述第1开关元件和第4开关元件包括第1导电型的晶体管，

上述第2开关元件和第3开关元件包括第2导电型的晶体管，

上述第1开关元件和第4开关元件按照第1控制信号导通/截止，

上述第2开关元件和第3开关元件按照第2控制信号导通/截止，上述第2控制信号与上述第1控制信号以不同的定时变为相同的方向。

5.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。

6.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，

上述第4开关元件在控制端子被施加读出用电位时将上述存储节点上的电位放大。

7.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。

8.一种传感器像素电路，其特征在于，配置于显示装置的像素区域，具备：

1个光传感器；

1个存储节点，其存储与探测到的光量相应的电荷；

读出晶体管，其具有连接到上述存储节点的控制端子；以及

多个开关元件，其按照表示是光源点亮时还是光源熄灭时的控制信号导通/截止，切换流过上述光传感器的电流的通过路径，

构成为：流过上述光传感器的电流按照上述控制信号，在光源点亮时相对于上述存储节点在规定方向流动，在光源熄灭时相对于上述存储节点在相反方向流动。

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