JP5246795B2 - センサ装置、センサ素子の駆動方法、入力機能付き表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
そして、センサ駆動手段が、第1のダイオード素子については、カソード電圧を固定電圧にした状態でゲート電圧を変化させることによりオン・オフ状態を制御し、第2のダイオード素子については、アノード電圧を固定電圧にした状態でゲート電圧を変化させることによりオン・オフ状態を制御するようにしたものである。また、第2のダイオード素子のアノード電圧をVp2、オン時のゲート電圧をVg2(on)、オフ時のゲート電圧をVg2(off)としたとき、以下の条件(1)を満たすような電位関係で第2のダイオード素子を駆動するようにしたものである。さらに、第2のダイオード素子をオフ状態からオン状態へと移行させる際に、以下の条件(1A)を満たすような電位関係となるゲート電圧Vg2(od)をゲート電極に一時的に印加して第2のダイオード素子のオーバドライブ駆動を行うようにしたものである。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on) ……(1)
Vg2(on)<Vg2(od) ……(1A)
Vg1(on)<Vn1<Vg1(off) ……(2)
Vg1(od)<Vg1(on) ……(2A)
なお、「近接物体」とは、文字通り近接する物体だけではなく、例えば複数のセンサ素子を1つの面内にマトリクス状に配置してセンサパネルを形成した場合において、そのセンサパネルに対して接触状態にある物体をも含む意味である。
特に、第2のダイオード素子のアノード電圧をVp2、オン時のゲート電圧をVg2(on)、オフ時のゲート電圧をVg2(off)としたとき、以下の条件(1)を満たすような電位関係で第2のダイオード素子を駆動するようにしたものである。さらに、第2のダイオード素子をオフ状態からオン状態へと移行させる際に、以下の条件(1A)を満たすような電位関係となるゲート電圧Vg2(od)をゲート電極に一時的に印加して第2のダイオード素子のオーバドライブ駆動を行うようにしたものである。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on) ……(1)
Vg2(on)<Vg2(od) ……(1A)
図1は、本発明の一実施の形態に係る入力機能付き表示装置(表示撮像装置)の全体構成の一例を表すものである。この表示装置は、I/Oディスプレイパネル20と、バックライト15と、表示ドライブ回路12と、受光ドライブ回路13と、画像処理部14と、アプリケーションプログラム実行部11とを備えている。
図2は、I/Oディスプレイパネル20の構成例を示している。I/Oディスプレイパネル20は、表示エリア(センサエリア)21と、表示用Hドライバ22と、表示用Vドライバ23と、センサ読み出し用Hドライバ25と、センサ用Vドライバ24とを有している。
センサ素子33は、例えば図5に示したように、第1のダイオード素子PD1と、第2のダイオード素子PD2と、容量素子としてのコンデンサC1と、第1のトランジスタTr1と、第2のトランジスタTr2と、第3のトランジスタTr3とで構成されている。
まず、この表示装置による画像の表示動作および物体の検出動作(撮像動作)の概要について説明する。
センサ素子33における第1のダイオード素子PD1と第2のダイオード素子PD2は、構成としては同じものである。ただし、ゲート電極、カソード電極およびアノード電極に印加される電圧の関係を、2つのダイオード素子PD1,PD2で互いに異ならせることにより、それぞれ異なる電圧領域でオン・オフ状態の制御が行われるようになっている。
Vg1(on)<Vn1<Vg1(off) ……(2)
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on) ……(1)
以上で説明したように、本実施の形態ではセンサ素子33において、第1および第2のダイオード素子PD1,PD2を別々の電圧領域でオン・オフ制御し、充電動作と放電動作とを交互に繰り返すことで、近接物体の検出を行う。この場合において、以下で説明するように第1および第2のダイオード素子PD1,PD2の応答特性(過渡特性)に違いがあると、良好な検出動作を行うことができなくなる。これを改善するために、第1および第2のダイオード素子PD1,PD2を駆動する際に、オーバドライブ駆動を行うことが好ましい。
Vg1(on)<Vn1<Vg1(off) ……(2)
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on) ……(1)
(チャネルが空乏化するまでの時間)=(オフ時に集めたキャリアが消滅するまでの時間)
という関係がある。したがって、オフ時に集めたキャリアの種類が異なると空乏化するまでの時間が異なり、オフ状態からオン状態への応答特性に違いが生ずることになる。
Vg1(od)<Vg1(on) ……(2A)
より具体的には、例えば図12(A)に示した電圧状態でオン・オフ制御する場合、オーバドライブ駆動時に印加するゲート電圧Vg1(od)は、例えば0V前後にすることが好ましい。また、オーバドライブ駆動を行う期間は、例えば数10μ(sec)の周期でオン・オフ状態を切り換えるものとすると、1〜10μ(sec)程度、好ましくは4〜6μ(sec)程度であると良い。なお、第1のダイオード素子PD1におけるオン動作領域は、半導体層におけるドーズ量などの条件により特性がシフトする。オーバドライブ駆動時のゲート電圧Vg1(od)として好ましい電圧値は、素子の動作領域に応じて適宜適切な値に設定される。
Vg2(on)<Vg2(od) ……(1A)
より具体的には、例えば図12(B)に示した電圧状態でオン・オフ制御する場合、オーバドライブ駆動時に印加するゲート電圧Vg2(od)は、例えば0V前後にすることが好ましい。また、オーバドライブ駆動を行う期間は、例えば数10μ(sec)の周期でオン・オフ状態を切り換えるものとすると、1〜10μ(sec)程度、好ましくは4〜6μ(sec)程度であると良い。なお、第2のダイオード素子PD2におけるオン動作領域は、半導体層におけるドーズ量などの条件により特性がシフトする。オーバドライブ駆動時のゲート電圧Vg2(od)として好ましい電圧値は、素子の動作領域に応じて適宜適切な値に設定される。
図16(A)〜(C)は、オフ状態からオン状態へと移行する際に、第1のダイオード素子PD1に印加される電圧値の具体例を示している。特に図16(A)はオーバドライブ駆動を行わない場合の例を示している。また、図16(B)はオーバドライブ駆動を行った第1の例、図16(C)はオーバドライブ駆動を行った第2の例を示している。図16(A)の駆動例では、図12(A)に示した電圧状態と同様、アノード電圧Vp1=0、カソード電圧Vn1=3V、オン時のゲート電圧Vg1(on)=2V、オフ時のゲート電圧Vg1(off)=5Vとしている。図16(B)のオーバドライブ駆動の第1の例では、オフ状態からオン状態へと移行する際に、0Vのゲート電圧Vg1(od)を印加している。図16(C)のオーバドライブ駆動の第2の例では、オフ状態からオン状態へと移行する際に、−0.5Vのゲート電圧Vg1(od)を印加している。
次に、図23〜図26を参照して、上述した近接物体の検出処理によって検出された物体の位置情報等を利用した、アプリケーションプログラム実行部11によるアプリケーションプログラム実行例について、いくつか説明する。
次に、図27〜図31を参照して、以上で説明した入力機能付き表示装置の適用例について説明する。この表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。例えば以下で説明するようなテレビジョン装置,デジタルカメラ,ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどの電子機器に適用することが可能である。
図27は、電子機器の第1の例としてのテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル511およびフィルターガラス512を含む映像表示画面部510を有している。このようなテレビジョン装置における映像表示画面部510に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
図28(A),(B)は、電子機器の第2の例としてのデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部521、表示部522、メニュースイッチ523およびシャッターボタン524を有している。このようなデジタルカメラにおける表示部522に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
図29は、電子機器の第3の例としてのノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体531,文字等の入力操作のためのキーボード532および画像を表示する表示部533を有している。このようなノート型パーソナルコンピュータにおける表示部533に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
図30は、電子機器の第4の例としてのビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部541,この本体部541の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ542,撮影時のスタート/ストップスイッチ543および表示部544を有している。このようなビデオカメラにおける表示部544に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
図31(A)〜(G)は、電子機器の第5の例としての携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体710と下側筐体720とを連結部(ヒンジ部)730で連結したものであり、ディスプレイ740,サブディスプレイ750,ピクチャーライト760およびカメラ770を有している。このような携帯電話機におけるディスプレイ740またはサブディスプレイ750に、上述の入力機能付き表示装置を適用することが可能である。
本発明は、上記実施の形態、およびその適用例に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記実施の形態等では、バックライト15を備えた液晶パネルからなるI/Oディスプレイパネル20の場合で説明したが、表示用のバックライトが検出用照明を兼ねてもよいし、検出専用の照明を設けてもよい。また、検出用照明に設ける場合には、可視光領域以外の波長領域の光(例えば、赤外光)を用いるのがより好ましい。
Claims (9)
- 1または複数のセンサ素子と、
前記センサ素子を駆動するセンサ駆動手段と
を備え、
前記センサ素子は、
アノード電極、カソード電極およびゲート電極を含む第1のダイオード素子と、
アノード電極、カソード電極およびゲート電極を含み、自身の前記カソード電極が前記第1のダイオード素子のアノード電極に接続されることにより前記第1のダイオード素子に対して直列接続された第2のダイオード素子と
を有し、
前記センサ駆動手段は、
前記第1のダイオード素子については、カソード電圧を固定電圧にした状態でゲート電圧を変化させることによりオン・オフ状態を制御し、前記第2のダイオード素子については、アノード電圧を固定電圧にした状態でゲート電圧を変化させることによりオン・オフ状態を制御するようになされ、
前記第2のダイオード素子のアノード電圧をVp2、オン時のゲート電圧をVg2(on)、オフ時のゲート電圧をVg2(off)としたとき、以下の条件(1)を満たすような電位関係で前記第2のダイオード素子を駆動し、
かつ、前記第2のダイオード素子をオフ状態からオン状態へと移行させる際に、以下の条件(1A)を満たすような電位関係となるゲート電圧Vg2(od)をゲート電極に一時的に印加して前記第2のダイオード素子のオーバドライブ駆動を行う
ようになされているセンサ装置。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on) ……(1)
Vg2(on)<Vg2(od) ……(1A) - さらに、前記第1のダイオード素子のカソード電圧をVn1、オン時のゲート電圧をVg1(on)、オフ時のゲート電圧をVg1(off)としたとき、以下の条件(2)を満たすような電位関係で前記第1のダイオード素子を駆動し、
かつ、前記第1のダイオード素子をオフ状態からオン状態へと移行させる際に、以下の条件(2A)を満たすような電位関係となるゲート電圧Vg1(od)をゲート電極に一時的に印加して前記第1のダイオード素子のオーバドライブ駆動を行う
ようになされている請求項1に記載のセンサ装置。
Vg1(on)<Vn1<Vg1(off) ……(2)
Vg1(od)<Vg1(on) ……(2A) - 前記センサ素子は、前記第1のダイオード素子と前記第2のダイオード素子との接続部分に接続された容量素子をさらに有し、
前記第1のダイオード素子は、入射光量に応じた充電電荷を発生するものであり、
前記第2のダイオード素子は、入射光量に応じた放電電荷を発生するものであり、
前記センサ駆動手段は、前記第1のダイオード素子で発生した充電電荷が、前記第1のダイオード素子がオン状態となると共に前記第2のダイオード素子がオフ状態になることにより前記容量素子へ蓄積される一方、前記第2のダイオード素子で発生した放電電荷が、前記第2のダイオード素子がオン状態となると共に前記第1のダイオード素子がオフ状態になることにより前記容量素子から放出されるように、前記第1のダイオード素子と第2のダイオード素子とを個別にオン・オフ制御する
ようになされている請求項1または2に記載のセンサ装置。 - 前記第1のダイオード素子および前記第2のダイオード素子のオン・オフ状態に同期して点灯・消灯状態が制御され、前記センサ素子に近接する近接物体に対して検出用の照射光を発する照射光源と、
前記センサ素子から得られる検出信号に基づいて、前記近接物体の位置、形状または大きさの少なくとも1つを含む物体情報を取得する信号処理手段と
をさらに備え、
前記センサ駆動手段は、前記照射光源から照射光が照射されているときに、この照射光による反射光と外光との合算光量に応じて前記容量素子に充電電荷が蓄積されると共に、前記照射光源から照射光が照射されていないときに、外光の光量に応じて前記容量素子から放電電荷が放出されるように前記第1のダイオード素子および前記第2のダイオード素子のオン・オフ状態を制御する
ようになされている請求項3に記載のセンサ装置。 - 前記第1のダイオード素子と前記第2のダイオード素子はそれぞれ、アノード電極に接続されたp型半導体領域と、カソード電極に接続されたn型半導体領域と、前記p型半導体領域と前記n型半導体領域との間に形成された真性半導体領域とを有するPIN型のフォトダイオードである
請求項1または2に記載のセンサ装置。 - アノード電極、カソード電極およびゲート電極を含む第1のダイオード素子と、アノード電極、カソード電極およびゲート電極を含み、自身の前記カソード電極が前記第1のダイオード素子のアノード電極に接続されることにより前記第1のダイオード素子に対して直列接続された第2のダイオード素子とを有する1または複数のセンサ素子を駆動する際に、
前記第1のダイオード素子については、カソード電圧を固定電圧にした状態でゲート電圧を変化させることによりオン・オフ状態を制御し、前記第2のダイオード素子については、アノード電圧を固定電圧にした状態でゲート電圧を変化させることによりオン・オフ状態を制御し、
前記第2のダイオード素子のアノード電圧をVp2、オン時のゲート電圧をVg2(on)、オフ時のゲート電圧をVg2(off)としたとき、以下の条件(1)を満たすような電位関係で前記第2のダイオード素子を駆動し、
前記第2のダイオード素子をオフ状態からオン状態へと移行させる際に、以下の条件(1A)を満たすような電位関係となるゲート電圧Vg2(od)をゲート電極に一時的に印加して前記第2のダイオード素子のオーバドライブ駆動を行う
ようにしたセンサ素子の駆動方法。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on) ……(1)
Vg2(on)<Vg2(od) ……(1A) - さらに、前記第1のダイオード素子のカソード電圧をVn1、オン時のゲート電圧をVg1(on)、オフ時のゲート電圧をVg1(off)としたとき、以下の条件(2)を満たすような電位関係で前記第1のダイオード素子を駆動し、
かつ、前記第1のダイオード素子をオフ状態からオン状態へと移行させる際に、以下の条件(2A)を満たすような電位関係となるゲート電圧Vg1(od)をゲート電極に一時的に印加して前記第1のダイオード素子のオーバドライブ駆動を行う
ようにした請求項6に記載のセンサ素子の駆動方法。
Vg1(on)<Vn1<Vg1(off) ……(2)
Vg1(od)<Vg1(on) ……(2A) - 複数の表示画素と複数のセンサ素子とが配置された表示パネルと、
前記表示画素を駆動する表示駆動手段と、
前記センサ素子を駆動するセンサ駆動手段と
を備え、
前記複数のセンサ素子はそれぞれ、
アノード電極、カソード電極およびゲート電極を含む第1のダイオード素子と、
アノード電極、カソード電極およびゲート電極を含み、自身の前記カソード電極が前記第1のダイオード素子のアノード電極に接続されることにより前記第1のダイオード素子に対して直列接続された第2のダイオード素子と
を有し、
前記センサ駆動手段は、
前記第1のダイオード素子については、カソード電圧を固定電圧にした状態でゲート電圧を変化させることによりオン・オフ状態を制御し、前記第2のダイオード素子については、アノード電圧を固定電圧にした状態でゲート電圧を変化させることによりオン・オフ状態を制御するようになされ、
前記第2のダイオード素子のアノード電圧をVp2、オン時のゲート電圧をVg2(on)、オフ時のゲート電圧をVg2(off)としたとき、以下の条件(1)を満たすような電位関係で前記第2のダイオード素子を駆動し、
かつ、前記第2のダイオード素子をオフ状態からオン状態へと移行させる際に、以下の条件(1A)を満たすような電位関係となるゲート電圧Vg2(od)をゲート電極に一時的に印加して前記第2のダイオード素子のオーバドライブ駆動を行う
ようになされている入力機能付き表示装置。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on) ……(1)
Vg2(on)<Vg2(od) ……(1A) - 請求項8に記載の入力機能付き表示装置を備えた電子機器。
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