TWI396889B - Display devices and electronic machines - Google Patents

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Takayuki Nakanishi
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Description

顯示裝置及電子機器
本發明係關於顯示特定影像之顯示裝置、控制其顯示裝置之顯示控制方法及使用顯示裝置之電子機器。
先前，有如此方法：形成於液晶顯示裝置之TFT面板內之光感測器(例如，日本特開2006-106294號公報)中，在測定光之照度之情形時，如圖16於感測器輸出端連接比較器，儲存將受光產生之電荷(含暗電流洩漏)儲存於電容，測定達到基準電壓所需之時間。
圖17係光感測器之構造之概略模式圖。光感測器構成為多晶矽構成之受光部介以絕緣膜而與金屬相對向，根據受光部所受之光的量輸出電荷。
然而，根據如此構成讀取光量時，由於電容會儲存電荷，若光感測器之元件自體之寄生電容大，將產生將電荷儲存於電容之時間延長之問題。即，圖17所示之光感測器之構造中，由於受光部與夾著絕緣膜之金屬之間的寄生電容較大，故導致如上述之電荷之儲存時間延長，而妨礙光量之迅速檢測。
本發明係為解決如此問題而為者。即，本發明之顯示裝置具備：檢測元件，其係檢測顯示區域之周邊的光量；比較器，其係進行檢測元件之輸出與特定基準值之比較；及控制機構，其係根據比較器之比較結果控制賦與顯示區域之光量；其中，在與檢測元件之受光部介以絕緣膜而設之金屬上，連接有控制預充電電位之施加的開關。
如此之本發明中，由於在與檢測元件之受光部介以絕緣膜而設之金屬上連接有控制預充電電位之施加的開關，若藉由該開關對與檢測元件之受光部相對向之金屬施加預充電電位，則因預充電電位使得於受光部與金屬之間之寄生電容儲存電荷，故外觀上可降低寄生電容。
此處，作為連接於金屬、控制對金屬之預充電電位之施加的開關，可舉例有類比開關或使用高電阻之元件。
又，本發明之顯示控制方法係藉由檢測元件檢測顯示區域之周邊的光量，再根據該檢測值與特定之基準值之比較結果控制賦與顯示區域的光量者，其中，在開始用檢測元件檢測光量前，對與檢測元件之受光部介以絕緣膜而設之金屬施加預充電電位，且在進行光量之檢測時使金屬之電位浮動。
如此之本發明中，由於在開始用檢測元件檢測光量前，對與受光部相對向之金屬施加預充電電位，故因預充電電位使得於受光部與金屬之間之寄生電容儲存電荷，故外觀上可降低寄生電容。
又，本發明之電子機器係於框體設有顯示裝置者，該顯示裝置具備檢測元件，檢測顯示區域之周邊的光量；比較器，進行檢測元件之輸出與特定基準值之比較；及控制機構，根據比較器之比較結果控制賦與顯示區域之光量；其中，在與檢測元件之受光部介以絕緣膜而設之金屬上，連接有控制預充電電位之施加的開關。
如此之本發明中，由於在與檢測元件之受光部介以絕緣膜而設之金屬上連接有控制預充電電位之施加的開關，若藉由該開關對與檢測元件之受光部相對向之金屬施加預充電電位，因預充電電位使得於受光部與金屬之間之寄生電容儲存電荷，故外觀上可降低寄生電容。
根據本發明具有以下效果。即，由於可外觀上降低檢測元件之寄生電容，故可抑制光量檢測時檢測元件自體之寄生電容的影響，進而可縮短電荷之儲存時間而進行迅速的光量檢測。
以下茲佐根據圖示說明本發明之實施形態。
<顯示裝置之概要>
圖1係本實施形態之顯示裝置之概略構成圖。即，本實施形態之顯示裝置之顯示面板10具備：顯示區域(感測器區域)11；進行顯示用H(水平)方向之掃描之選擇開關12；掃描顯示用V(垂直)方向之V驅動器13；顯示器驅動器14；感測器驅動器15；及複數之光感測器PS。
顯示區域(感測器區域)11將來自未圖示之背光之光加以調變並出射顯示光。將複數之光感測器PS配置於顯示區域11之周邊，並由感測器驅動器15驅動。顯示器驅動器14與感測器驅動器15已積體電路化，作為晶片構件而安裝於基板上。
選擇開關12根據由顯示器驅動器14供給之顯示驅動用顯示信號及控制時脈，與V驅動器13一同以線順序驅動顯示區域11內之各像素之液晶元件。
顯示區域11之周邊配置有複數之光感測器PS。該光感測器PS係由二極體構造或電晶體構造構成，例如，與形成於顯示區域11之驅動元件形成於同一基板上。
顯示面板10藉由電纜而連接於外部之介面(例如，顯示器介面、CPU介面)與背光控制器，且藉由來自該等之控制信號或影像信號加以驅動。
圖1之例中，對應顯示區域11之角部設有4個光感測器PS，然而，只要至少設1個光感測器即可，此外在設有2個光感測器之情形中，亦可為用其中1個檢測周圍之光量，用另一個檢測遮光時之暗電流，藉由兩者之差分而抵銷暗電流成分。本實施形態根據如此光感測器之檢測結果，由控制部(背光控制器)控制背光之光量。以下，說明該光感測器之具體的應用例。
圖2係說明本實施形態之顯示裝置之主要部分的電路圖。即，該顯示裝置具備：光感測器PS，其為檢測顯示區域之周邊之光量的檢測元件；比較器102，進行光感測器PS之輸出與特定之基準值之比較；及控制部(背光控制器105)，根據比較器102之比較結果控制賦與顯示區域之光量。
又，尤其在本實施形態中，光感測器PS為圖12所示之構造，且在與光感測器PS之受光部介以絕緣膜而設之金屬上連接有控制預充電電位之施加的開關SW。
此處，作為連接於金屬之開關SW，除類比開關以外，亦可為具備高電阻之元件。藉由開啟(閉路)該開關SW，於光感測器PS之金屬施加預充電電位，使電荷儲存於金屬與受光部之間形成之寄生電容。於該狀態關閉(開路)開關SW而使金屬之電位浮動，並藉由受光部進行光量之檢測。藉此，可降低光感測器PS之金屬與受光部之間之外觀上的寄生電容，縮短光量檢測時之電荷的儲存時間，進行迅速的檢測。
<本實施形態之顯示裝置之顯示控制方法：基本控制方法>
圖3係說明本實施形態之顯示裝置之顯示控制方法的時序圖。此處說明測定照度之動作。首先，重置圖2所示之電路全體。重置係將重置電晶體Tr-reset開啟，且將連接於光感測器PS之金屬之開關SW開啟。藉此，使光感測器PS之輸出線node A固定於重置電位。
又，藉由開關SW開啟，使與光感測器PS之金屬連接之配線node B固定於預充電電位。
該重置動作例如於顯示區域11(參考圖1)之影像顯示之垂直遮沒期間進行。藉此，可使重置動作不對影像顯示造成影響。
且，藉由重置之解除，關閉重置電晶體Tr-reset，且關閉開關。藉由該重置之解除，使node B之電位為浮動狀態，且持續保持重置時儲存之預充電電位。
且，該狀態下若光照射於光感測器PS之受光部，則根據光量將產生電荷，並儲存於輸出線node A之電容(寄生電容)。
又，node A被輸入比較器102，與基準電位比較。且，當node A之電位超過基準電位時比較器輸出(output)將反轉，可藉由從重置至輸出反轉之時間計測光之量。
此處，考慮關於光感測器PS之輸出線nodeA之寄生電容。重置時，由於node A介以光感測器PS之絕緣膜而與node B(=預充電電位)連接，故有較大電容產生。然而，重置解除時，雖然因node A介以絕緣膜連接node B而存在電容，但由於node B之電位為浮動，故node B亦會配合node A之變化而隨之變化。因此，從node A看不到電容。由此，使用該電路可於光感測器讀取時外觀上降低感測器輸出之寄生電容。
其後，隨重置解除開始光感測器PS之檢測，根據比較器102之比較結果，計算檢測值超過特定基準值為止所需之時間(例如，步驟數)，並記憶於背光控制器105之記憶體。
其後，根據記憶於背光控制器105之記憶體之光感測器PS的檢測結果，藉由背光控制器105控制照射於顯示區域11(參考圖1)之背光的光量。例如，周圍之光量越多則增加背光之光量，相反的，周圍之光量越少則減少背光之光量。
如此，由於可降低光感測器PS之輸出之寄生電容，而能夠縮短檢測時間，進行迅速之背光光量控制。
<本實施形態之顯示裝置之顯示控制方法：使用2個光感測器之情形>
圖4係使用2個光感測器進行顯示控制之構成的電路圖。即，該構成中，使用檢測顯示區域之周邊之光量的第1光感測器PS1、與檢測遮光時之暗電流的第2光感測器PS2，以一個比較器102進行該等檢測結果與特定基準值的比較。因此，其係進行第1光感測器PS1與第2光感測器PS2之切換，且以時間區分使比較器102動作。各光感測器PS1、PS2設有控制如先前說明之預充電電壓之施加的開關(未圖示)。
首先，關閉第1光感測器PS1之切換開關SW1，開啟第2光感測器PS2之切換開關SW2。於該狀態下進行第2光感測器PS2之重置。藉由該重置，開啟與第2光感測器PS2之金屬連接之開關，使連接線(node B)固定於預充電電位。
其次，解除第2光感測器PS2之重置。藉由該重置之解除，使node B成浮動狀態，且持續保持重置時儲存之預充電電位。其後，隨重置之解除開始光量之檢測。第2光感測器PS2設有黑色彩色濾光器，計測遮光時之暗電流。將檢測結果傳送到比較器102之一者之輸入端。又，對比較器102之另一者之輸入端輸入選擇第2光感測器PS2時使用之特定基準值。
其後，計算從檢測開始至第2光感測器PS2之檢測值超過特定基準值的時間(例如，步驟數)，並記憶於差分運算電路104之記憶體。
其後，關閉第2光感測器PS2之切換開關SW2，開啟第1光感測器PS1之切換開關SW1。於該狀態下進行第1光感測器PS1之重置。藉由該重置，開啟與第1光感測器PS1之金屬連接之開關，使連接線(node B)固定於預充電電位。
其後，解除第1光感測器PS1之重置。藉由該重置之解除，使node B成浮動狀態，且持續保持重置時儲存之預充電電位。其後，隨重置之解除開始光量之檢測。第1光感測器PS1可接受周圍之光，計測明光時之電流。檢測結果被傳送到比較器102之一者之輸入端。又，對比較器102之另一者之輸入端輸入選擇第1光感測器PS1時使用之特定基準值。
其後，計算從檢測開始至第1光感測器PS1之檢測值超過特定基準值的時間(例如，步驟數)，並記憶於差分運算電路104之記憶體。
其後，讀取記憶於差分運算電路104之記憶體之第1光感測器PS1之檢測結果與第2光感測器PS2之檢測結果，並藉由差分運算電路104進行從第1光感測器PS1之檢測結果減去第2光感測器PS2之檢測結果的演算。藉此，可獲得從明光時之檢測結果減去暗電流成分之結果。其後，根據該演算結果，藉由背光控制器控制照射於顯示區域11(參考圖1)之背光的光量。例如，周圍之光量越多則增加背光之光量，相反，周圍之光量越少則減少背光之光量。
如此，藉由一個比較器102比較關於2個光感測器PS1、PS2之檢測結果，使用其值演算，可進行正確之光量檢測，而不受比較器102之特性偏差的影響。
<電子機器>
本實施形態之顯示裝置如圖5所示含有平面型之模組形狀者。例如在絕緣性之基板上，設有將液晶元件、薄膜電晶體、薄膜電容、受光元件等構成之像素以矩陣狀積體形成之像素陣列部，以包圍該像素陣列部(像素矩陣部)而配置接著劑，貼合玻璃等對向基板而成為顯示模組。該透明之對向基板根據需要可設彩色濾光器、保護膜、遮光膜等。顯示模組可設用以由外部向像素陣列部輸出入信號等之連接器，如FPC(撓性印刷電路)。
以上說明之本實施形態之顯示裝置，可適用於如圖6~圖10所示之各種電子機器，如數位相機、筆記型電腦、行動電話等之行動終端裝置、攝像機等，將輸入電子機器之影像信號或在電子機器內生成之影像信號作為圖像或影像進行顯示之所有領域之電子機器的顯示裝置。以下說明使用本實施形態之電子機器的一例。
圖6係使用本實施形態之電視機的立體圖。本應用例之電視機含有由前面板120或濾光玻璃130等構成之影像顯示畫面部110，該影像顯示畫面部110係用本實施形態之顯示裝置製成。
圖7係使用本實施形態之數位相機的立體圖，(A)係從前側所見之立體圖，(B)係從後側所見之立體圖。本應用例之數位相機含有閃光燈用發光部111、顯示部112、選單開關113、及快門按鈕114等，該顯示部112係採用本實施形態之顯示裝置製成。
圖8係使用本實施形態之筆記型電腦的立體圖。本應用例之筆記型電腦之本體121含有輸入文字等時操作之鍵盤122、顯示圖像之顯示部123等，該顯示部123係採用本實施形態之顯示裝置製成。
圖9係使用本實施形態之攝像機的立體圖。本應用例之攝像機含有本體部131、朝向前方之側面上之被攝體攝影用鏡頭132、攝影時之開始/停止開關133、及顯示部134等，該顯示部134係採用本實施形態之顯示裝置製成。
圖10係使用本實施形態之行動終端裝置、如行動電話的圖，(A)為開啟狀態之正面圖，(B)為其側面圖，(C)為關閉狀態之正面圖，(D)為左側面圖，(E)為右側面圖，(F)為俯視圖，(G)為仰視圖。本應用例之行動電話含有上側框體141、下側框體142、連結部(此處為鉸鏈部)143、顯示器144、子顯示器145、補光燈146、及相機147等，該顯示器144或子顯示器145係採用本實施形態之顯示裝置製成。
<顯示攝像裝置>
本實施形態之顯示裝置可使用於如下之顯示攝像裝置。且，該顯示攝像裝置可使用於先前說明之各種電子機器。圖11表示顯示攝像裝置之全體構成。該顯示攝像裝置具備I/O顯示面板2000、背光1500、顯示驅動電路1200、受光驅動電路1300、圖像處理部1400、及應用程式實行部1100。
I/O顯示面板2000係由以矩陣狀跨全面配置複數之像素之液晶面板(LCD(Liquid Crystal Display))構成，具有一面進行線順序動作並根據顯示資料顯示特定之圖形或文字等之圖像的功能(顯示功能)，且如後述具有將接觸或接近該I/O顯示面板2000之物體攝像的功能(攝像功能)。又，背光1500為配置有複數之發光二極體之I/O顯示面板2000的光源，且如後述依與I/O顯示面板2000之動作時序同步之特定時序進行高速開/關動作。
顯示驅動電路1200係為於I/O顯示面板2000根據顯示資料顯示圖像(進行顯示動作)，而進行該I/O顯示面板2000之驅動(進行線順序動作之驅動)之電路。
受光驅動電路1300係為於I/O顯示面板2000獲得受光資料(將物體攝像)，而進行該I/O顯示面板2000之驅動(進行線順序動作之驅動)之電路。另，各像素之受光資料以幀單位儲存而儲存於幀記憶體1300A，並作為攝像圖像而輸出到圖像處理部1400。
圖像處理部1400根據由受光驅動電路1300輸出之攝像圖像進行特定之圖像處理(演算處理)，檢測並獲得關於接觸或接近I/O顯示面板2000之物體的資訊(關於位置座標資料、物體之形狀或大小之資料等)。
應用程式實行部1100根據圖像處理部1400之檢測結果，實行應對特定之應用軟件的處理，例如，將檢測之物體之位置座標包含於顯示資料，並顯示於I/O顯示面板2000上。另，使該應用程式實行部1100生成之顯示資料供給到顯示驅動電路1200。
次後，參考圖12說明I/O顯示面板2000之詳細構成例。該I/O顯示面板2000具有顯示區域(感測器區域)2100、顯示用H驅動器2200、顯示用V驅動器2300、感測器讀取用H驅動器2500、及感測器用V驅動器2400。
顯示區域(感測器區域)2100係將來自背光1500之光加以調變而出射顯示光、及將接觸或接近該區域之物體攝像之區域，作為發光元件(顯示元件)之液晶元件與後述受光元件(攝像元件)分別以矩陣狀配置。
顯示用H驅動器2200根據由顯示驅動電路1200供給之顯示驅動用顯示信號及控制時脈，與顯示用V驅動器2300一同以線順序驅動顯示區域2100內之各像素的液晶元件。
感測器讀取用H驅動器2500與感測器用V驅動器2400一同以線順序驅動感測器區域2100內之各像素的受光元件，並取得受光信號。
其後，參考圖13說明顯示區域2100之各像素的詳細構成例。該圖13所示之像素3100係由顯示元件之液晶元件與受光元件構成。
具體而言，在顯示元件側，於延伸於水平方向之閘極電極3100h與延伸於垂直方向之汲極電極3100i之交點配置有包含薄膜電晶體(TFT：Thin Film Transistor)等構成之開關元件3100a，且於該開關元件3100a與對向電極之間配置有含液晶之像素電極3100b。並，根據介以閘極電極3100h而供給之驅動信號使開關元件3100a作開/關動作，於開啟狀態時根據介以汲極電極3100i而供給之顯示信號，向像素電極3100b施加像素電壓，並設定顯示狀態。
另一方面，在鄰接於顯示元件之受光元件側，配置有由光電二極體等構成之受光用感測器3100c，且供給有電源電壓VDD。又，該受光感測器3100c連接有重置開關3100d與電容器3100e，藉由重置開關3100d予以重置，並於電容器3100e儲存與受光量對應之電荷。而所儲存之電荷於讀取開關3100g成為開啟之時序，介以緩衝放大器3100f而供給到信號輸出用電極3100j，並輸出到外部。又，重置開關3100d之開/關動作藉由重置電極3100k供給之信號予以控制，讀取開關3100g之開/關動作藉由讀取控制電極3100k供給之信號予以控制。
其後，參考圖14說明顯示區域2100內之各像素與感測器讀取用H驅動器2500的連接關係。該顯示區域2100並排配置有紅色(R)用像素3100、綠色(G)用像素3200、及藍色(B)用像素3300。
連接於各像素之受光感測器3100c、3200c、3300c之電容器所儲存之電荷，分別經緩衝放大器3100f、3200f、3300f予以放大，並於讀取開關3100g、3200g、3300g成為開啟之時序，介以信號輸出用電極而供給到感測器讀取用H驅動器2500。另，各信號輸出用電極分別連接有定電流源4100a、4100b、4100c，且由感測器讀取用H驅動器2500以高感度檢測與受光量對應的信號。
其後，詳細說明顯示攝像裝置之動作。
首先，說明該顯示攝像裝置之基本動作，即圖像之顯示動作及物體之攝像動作。
該顯示攝像裝置根據由應用程式實行部1100供給之顯示資料，於顯示用驅動電路1200生成顯示用之驅動信號，藉由該驅動信號對I/O顯示面板2000進行線順序顯示驅動，使圖像顯示。又，此時背光1500亦藉由顯示驅動電路1200驅動，使其進行與I/O顯示面板2000同步之點亮/熄滅動作。
此處參考圖15，說明背光1500之開/關狀態與I/O顯示面板2000之顯示狀態的關係。
首先，以1/60秒之幀週期進行圖像顯示之情形，於各幀期間之前半期間(1/120秒間)使背光1500熄滅(成關閉狀態)，不進行顯示。另一方面，於各幀期間之後半期間使背光1500點亮(成開啟狀態)，向各像素供給顯示信號，使該幀期間之圖像顯示。
如此，各幀期間之前半期間為無顯示光從I/O顯示面板2000出射之無光期間，另一方面，各幀期間之後半期間為顯示光從I/O顯示面板2000出射之有光期間。
此處，當有物體(例如指尖等)接觸或接近I/O顯示面板2000時，藉由受光驅動電路1300之線順序受光驅動，於該I/O顯示面板2000之各像素之受光元件中攝像該物體，且將來自各受光元件之受光信號供給到受光驅動電路1300。在受光驅動電路1300儲存1幀像素之受光信號，並作為攝像圖像輸出到圖像處理部1400。
而在圖像處理部1400，根據該攝像圖像進行特定之圖像處理(演算處理)，並檢測關於接觸或接近I/O顯示面板2000之物體的資訊(關於位置座標資料、物體之形狀或大小之資料等)。
10．．．顯示面板
11．．．顯示區域
12．．．選擇開關
13．．．V驅動器
14．．．顯示裝置驅動器
15．．．感測器驅動器
102．．．比較器
104．．．差分運算電路
105．．．背光控制器
110．．．影像顯示畫面部
111．．．快閃用發光部
112．．．顯示部
113．．．選單開關
114．．．快門按鈕
120．．．前面板
121．．．本體
122．．．鍵盤
123．．．顯示部
130．．．濾光玻璃
131．．．本體部
132．．．鏡頭
133．．．開始/停止開關
134．．．顯示部
141．．．上側框體
142．．．下側框體
143．．．連接部
144．．．顯示器
145．．．副顯示器
1100．．．應用程式實行部
1200．．．顯示驅動電路
1300．．．受光驅動電路
1300A．．．幀記憶體
1400．．．圖像處理部
1500．．．背光
2000．．．I/O顯示面板
2100．．．顯示區域
2200．．．顯示用H驅動器
2300．．．顯示用V驅動器
2400．．．感測器用V驅動器
2500．．．感測器讀取用H驅動器
3100．．．紅色(R)用像素
3200．．．綠色(G)用像素
3300．．．藍色(B)用像素
PS．．．光感測器
SW．．．開關
VDD．．．電源電壓
圖1係本實施形態之顯示裝置之概略構成圖。
圖2係說明本實施形態之顯示裝置之主要部分的電路圖。
圖3係說明本實施形態之顯示裝置之顯示控制方法的時序圖。
圖4係使用2個光感測器進行顯示控制之構成的電路圖。
圖5係平面型之模組形狀之顯示裝置之例的模式圖。
圖6係應用本實施形態之電視機的立體圖。
圖7(A)、(B)係應用本實施形態之數位相機的立體圖。
圖8係應用本實施形態之筆記型電腦的立體圖。
圖9係應用本實施形態之攝像機的立體圖。
圖10(A)-(G)係應用本實施形態之行動終端裝置、如行動電話的圖。
圖11係本發明之第1實施形態之顯示攝像裝置之構成的方塊圖。
圖12係圖1所示之I/O顯示面板之構成例的方塊圖。
圖13係各像素之構成例的電路圖。
圖14係說明各像素與感測器讀取用H驅動器之連接關係的電路圖。
圖15係說明背光之開啟/關閉狀態與顯示狀態之關係的時序圖。
圖16係先前例之說明圖。
圖17係說明光感測器之構造的模式剖面圖。
102．．．比較器
105．．．背光控制器
PS．．．光感測器
SW．．．開關

Claims (2)

  1. 一種顯示裝置，其具備檢測元件，其係檢測顯示區域之周邊的光量；比較器，其係進行上述檢測元件之輸出與特定基準值之比較；及控制機構，其係根據上述比較器之比較結果控制賦與上述顯示區域之光量；其特徵在於：在與上述檢測元件之受光部介以絕緣膜而設之金屬上，連接有控制預充電電位之施加的開關。
  2. 一種電子機器，其係於框體設有顯示裝置者，且上述顯示裝置具備：檢測元件，其係檢測顯示區域之周邊的光量；比較器，其係進行上述檢測元件之輸出與特定基準值之比較；及控制機構，其係根據上述比較器之比較結果控制賦與上述顯示區域之光量；其特徵在於：在與上述檢測元件之受光部介以絕緣膜而設之金屬上，連接有控制預充電電位之施加的開關。
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