TWI437472B - 感測器裝置，驅動感測器元件之方法，具有輸入功能之顯示裝置及電子單元 - Google Patents

感測器裝置，驅動感測器元件之方法，具有輸入功能之顯示裝置及電子單元 Download PDF

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Description

感測器裝置，驅動感測器元件之方法，具有輸入功能之顯示裝置及電子單元
本發明有關於藉由使用感測器元件來偵測附近物體之位置之類的感測器裝置、驅動施加至此一感測器裝置之感測器元件的方法、包括感測器功能(輸入功能)及顯示功能之顯示裝置、及包括此一顯示裝置之電子單元。
有偵測物體觸碰或近接顯示裝置之顯示表面的位置之已知技術。在此類技術之中，有具有觸碰板之顯示裝置，其為典型且普遍。
有各種的觸碰板，在這些中大致上可普遍取得一種偵測電容值的觸碰板。此種觸碰板組態成當手指觸碰觸碰板時藉由捕捉觸碰板之表面電荷的改變來偵測物體的位置之類的。因此，這類觸碰板的使用讓使用者可進行直覺性操作。
此外，日本末審查專利申請案公開案2004-127727號及2006-276223號的每一個已提出一種顯示裝置，其包括顯示區(顯示影像讀取板)，具有顯示影像之顯示功能及成像(偵測)物體之影像讀取功能(偵測、感測器功能)。
若使用描述於日本未審查專利申請案公開案2004-127727號中之顯示裝置，當例如有諸如像手指之物體近接顯示影像讀取板之動作時，可依據藉由使用從顯示影像讀取板發射並接著自物體反射之光而讀取的影像來偵測物體位置。因此，此顯示裝置的使用讓在簡單結構中偵測物體位置之類的變成可能而無需在顯示影像讀取板上額外提供諸如觸碰板的構件。
然而，當如上述般使用自物體反射的光時，會有其中由外部光線(周遭光線)、受光元件之特徵變異之類的因素導致問題的情形。詳言之，會有其中因為接收的光線強度隨外部光線的亮度改變而難以依據讀取的影像來偵測物體位置之類的情形。亦會有其中因為諸如受光元件之特徵的變異變成固定的雜訊之因素而難以依據讀取的影像來偵測物體位置之類的情形。
因此，在日本未審查專利申請案公開案2006-276223號中，藉由獲取在發光狀態中所得之影像(藉由使用自物體反射之光線所得之影像)及在光熄滅狀態中所得之影像間的差來移除上述外部光線或固定雜訊之影響。
更詳言之，當例如入射外部光線(周遭光線)L0為強烈時，如第32A圖中所示，在其中背光105為開啟的狀態中之接收光輸出電壓Von101係如第32B圖中所示。換言之，接收光輸出電壓Von101為在除了被手指f觸碰的部分外之顯示區101的任何部分中根據周遭光線L0的亮度之電壓值Va。此外，在顯示區域101中被手指f觸碰的部分，接收光輸出電壓Von101減少成電壓值Vb，其相應於來自背光105的輻射光線Lon從那時候觸碰該部分的物體(手指f)之表面反射的反射率。相反地，在其中背光105為關閉的狀態中之接收光輸出電壓Voff101為，類似地，在除了被手指f觸碰的部分外之顯示區101的任何部分中根據周遭光線L0的亮度之電壓值Va，但在被手指f觸碰的部分，周遭光線L0處於被遮擋的狀態中，因此，接收光輸出電壓Voff101為在極低位準之電壓值Vc。
此外，在其中入射周遭光線L0為微弱(幾乎沒有)的情況中，如第33A圖中所示，在其中背光105為開啟的狀態中之接收光輸出電壓Von201係如第33B圖中所示。換言之，在除了被手指f觸碰的部分外之顯示區101的任何部分中，接收光輸出電壓Von201為在極低位準之電壓值Vc，因為缺少周遭光線L0。此外，在顯示區101中被手指f觸碰的部分，接收光輸出電壓Von201增加至電壓值Vb，其相應於來自背光105的輻射光線Lon從那時候觸碰該部分的物體(手指f)之表面反射的反射率。相反地，在由手指f觸碰的部分及其他部分兩者，在其中背光105為關閉之狀態中的接收光輸出電壓Voff201維持不變地在極低位準之電壓值Vc。
因此，在顯示區101中未被手指f觸碰的部分，接收光輸出電壓在有周遭光線L0及沒有周遭光線L0時之間會有很大的差異。相反地，在顯示區101中被手指f觸碰的部分，當背光105為開啟時之電壓值Vb及當背光105為關閉時之電壓值Vc無論有或沒有周遭光線L0皆維持大約相同。因此，藉由偵測當背光105為開啟時之電壓及當背光105為關閉時之電壓間的差，可判斷一個部分，其中該差不低於如電壓值Vb及電壓值Vc間之差的特定位準，為物體近接之類的部分。例如，可設想到將可偵測物體位置之類的而不受到外部光線或固定雜訊之影響，如第34圖中所示的差別影像C。
然而，在藉由使用差別影像C來偵測物體的方法中，得提供針對兩個影像的訊框記憶體之類的：當背光關閉時所得之影像(影像A)及當背光開啟時所得之影像(影像B)，如第34圖中所示，其增加構件的成本。
如上述，根據過去的技術，難以穩定地偵測觸碰或近接面板之物體而不仰賴使用情況，同時抑制生產成本，所以這些技術還有待改善。
因此，可設想得到提供例如一種方法：提供充電用之第一光二極體、放電用之第二光二極體、及電容元件、施行第一及第二光二極體之交替的開一關控制、及與開一關控制同步地以時分方式發射用於偵測近接物體之輻射光線。在此方法中，當輻射光線發射至近接物體時，根據輻射光線造成之反射光線量及周遭光線量的總和，將充電用之電荷透過第一光二極體儲存在電容元件中。另一方面，當沒有發射輻射光線時，根據周遭光線量，從電容元件透過第二光二極釋放放電用之電荷。經過重複這類充電及放電操作，在電容元件中儲存電荷，其係基於僅代表來自近接物體所反射之光線的成份並減去代表周遭光線的成份。擷取根據基於僅代表反射光線之成分的電荷之信號作為感測器元件之偵測信號。藉此，可獲得關於近接物體之資訊而不受周遭光線的影響。理論上，在此方法中，獲得已移除周遭光線後之偵測信號，因此無需如上述般之針對兩影像的訊框記憶體，且取而代之地，單一訊框記憶體已足夠。
當使用這類具有充電用之第一光二極體及放電用之第二光二極體的感測器元件時，若以作為二極體之響應特徵而言在充電時之操作及放電時之操作間有差異，則難以充分地減去代表周遭光線之成分。結果係會有無法達成令人滿意的偵測之可能性。為了實施穩定偵測操作，最好能施行抑制兩二極體間之響應特徵的差異之控制。
有鑑於上述，最好能提供一種感測器裝置、驅動感測慶元件之方法、具有輸入功能之顯示裝置、及電子單元，其能夠施行穩定偵測操作。
根據本發明之一實施例，提供一種感測器裝置，包括：一或更多感測器元件，各包括第一二極體元件及第二二極體元件，該第一及第二二極體元件各具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極，該第二二極體元件以一種方式串聯連接至該第一二極體元件，使得該第二二極體元件之該陰極電極連接至該第一二極體元件之該陽極電極、以及感測器驅動區，組態成在固定陰極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第一二極體元件之開-關狀態，以及在固定陽極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第二二極體元件之開-關狀態，藉此驅動該些感測器元件。該感測器驅動區驅動該第二二極體元件，同時維持由下列條件(1)所表示之電位關係，並在從該第二二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg2(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(1A)所表示之電位關係，在該第二二極體元件上施行過驅動，其中Vp2、Vg2(on)及Vg2(off)分別表示該第二二極體元件之該陽極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on)...(1)
Vg2(on)<Vg2(od)...(1A)
此外，該感測器驅動區驅動該第一二極體元件同時維持由下列條件(2)所表示之電位關係，並在從該第一二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg1(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(2A)所表示之電位關係，在該第一二極體元件上施行過驅動，其中Vp1、Vg1(on)及Vg1(off)分別表示該第一二極體元件之該陰極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓。
Vg1(on)<Vn1<Vg1(off)...(2)
Vg1(od)<Vg1(on)...(2A)
根據本發明之該實施例的感測器裝置可進一步包括輻射光源，其被控制成與該第一及第二二極體元件之該開一關狀態同步地開或關，且發射用於偵測近接該感測器元件的近接物體之輻射光、以及信號處理區，其基於從該感測器元件所獲取之偵測信號來取得物體資訊，包括該近接物體之位置、形狀、及尺寸的至少一者。
順帶一提，「近接物體」不限於此詞之字面意義，但指例如在其中藉由在單一平面內以矩陣形式配置兩或更多感測器元件而形成感測器板的情況中物體處於觸碰感測器板的狀態中。
根據本發明之一實施例，提供一種用於驅動感測器元件之方法，包括下列步驟：提供一或更多感測器元件，各包括第一二極體元件及第二二極體元件，該第一及第二二極體元件各具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極，該第二二極體元件以一種方式串聯連接至該第一二極體元件，使得該第二二極體元件之該陰極電極連接至該第一二極體元件之該陽極電極、以及在固定陰極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第一二極體元件之開-關狀態，以及在固定陽極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第二二極體元件之開-關狀態，藉此驅動該些感測器元件。驅動該第二二極體元件，同時維持由下列條件(1)所表示之電位關係，並在從該第二二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg2(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(1A)所表示之電位關係，過驅動該第二二極體元件，其中Vp2、Vg2(on)及Vg2(off)分別表示該第二二極體元件之該陽極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on)...(1)
Vg2(on)<Vg2(od)...(1A)
根據本發明之一實施例，提供一種具有輸入功能之顯示裝置，包括：包括複數顯示畫素及複數感測器元件之顯示板，該些感測器元件的每一者包括第一二極體元件及第二二極體元件，該第一及第二二極體元件各具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極，該第二二極體元件以一種方式串聯連接至該第一二極體元件，使得該第二二極體元件之該陰極電極連接至該第一二極體元件之該陽極電極、驅動該些顯示畫素之顯示畫素驅動區；以及感測器驅動區，其係組態成在固定陰極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第一二極體元件之開-關狀態，以及在固定陽極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第二二極體元件之開-關狀態，藉此驅動該些感測器元件。此外，在該複數感測器元件的每一個上施行與上述感測器裝置之感測器驅動區所施行的類似之驅動控制。
根據本發明之一電施例，提供包括上述具有輸入功能的顯示裝置之電子單元。
在根據本發明之實施例的該感測器裝置、驅動感測器元件之該方法、具有輸入功能之該顯示裝置或電子單元中，藉由使用不同電壓來分別驅動及控制該感測器元件之該第一二極體元件及第二二極體元件。針對該第一二極體元件，透過在固定陰極電壓之條件下改變閘極電壓來控制開-關狀態。針對該第二二極體元件，透過在固定陽極電壓之條件下改變閘極電壓來控制開-關狀態。在抑制兩二極體元件間之響應特徵的差異之預定電壓條件下適當地控制閘極電壓之每一者。
在根據本發明之實施例的該感測器裝置、驅動感測器元件之該方法、具有輸入功能之該顯示裝置或電子單元中，當控制該感測器元件中之該兩二極體元件的開-關狀態時，施加抑制該些二極體元件間之響應特徵的差異之適當閘極電壓，因此可施行穩定偵測操作，同時抑制兩二極體元件間之響應特徵的差異。
本發明之其他及進一步的目的、特性、及優點將從下列說明中更完整地出現。
將參照圖示於下詳細說明本發明之實施例。
[具有輸入功能之顯示裝置的全部組態]
第1圖描繪根據本發明之一實施例的具有輸入功能之顯示裝置(顯示影像讀取裝置)的全部組態之一範例。此顯示裝置包括I/O顯示板20、背光15、顯示驅動電路12、受光驅動電路13、影像處理區14、及應用程式執行區11。
I/O顯示板20為例如液晶顯示(LCD)板。I/O顯示板20包括如第3圖中所示般以矩陣形式配置之複數顯示畫素31RGB，其將於後說明，並具有依據影像資料顯示諸如圖形或字符之預定影像同時線序式操作這些顯示畫素的功能(顯示功能)。I/O顯示板20進一步包括如第3圖中所示般以矩陣形式配置成影像讀取畫素之感測器元件33，其將於後說明，並具有藉由偵測觸碰或接近板之表面的物體(近接物體)之影像讀取功能(偵測功能、影像讀取功能)。
背光15為在I/O顯示板20中用於顯示並偵測之光源，並包括例如配置的複數發光二極體。背光15係由顯示驅動電路12驅動並控制，並能夠基於與I/O顯示板20之操作時序同步化的預定時序以高速來執行開-關(on-off)(照明及不照明)操作，其將於後說明。
顯示驅動電路12為驅動I/O顯示板20之顯示畫素31RGB的電路(執行線序式顯示操作之驅動)，使得基於顯示資料在I/O顯示板20上顯示影像。顯示驅動電路12亦執行背光15之開-關(照明及不照明)控制。
受光驅動電路13為驅動I/O顯示板20之電路(執行線序式影像讀取操作之驅動)，以從I/O顯示板20之每一感測器元件(影像讀取畫素)33獲得偵測信號(影像讀取信號)(以偵測或成像一物體)。將來自個別感測器元件33之偵測信號(影像讀取信號)例如每一訊框地儲存在訊框記憶體13A中，並輸出至影像處理區14作為已偵測之影像(已讀取之影像)。
影像處理區14基於從受光驅動電路13輸出之已讀取影像來執行預定影像處理(算術處理)。作為執行影響處理的結果，影像處理區14偵測並獲得例如關於接近I/O顯示板20或之類的物體之物體資訊(位置座標資料、有關於物體形狀及大小之資料、及之類的)。
基於由影像處理區14所獲得之偵測結果，應用程式執行區11根據預定應用軟體部分來施行處理。作為此處理之一範例，將已偵測物體之位置座標包括在顯示於I/O顯示板20上之顯示資料中的處理。順帶一提，由應用程式執行區11所產生之顯示資料係供應至顯示驅動電路12。
[I/O顯示板20之組態範例]
第2圖描繪I/O顯示板20之一組態範例。I/O顯示板20包括顯示區域(感測器區域)21、顯示H驅動器22、顯示V驅動器23、感測器H驅動器25、及感測器V驅動器24。
第1圖及第2圖中的受光驅動電路13、感測器H驅動器25、及感測器V驅動器24的組合為本發明之「用於驅動感測器元件之機構」的一特定範例。顯示驅動電路12、顯示H驅動器22、及顯示V驅動器23的組合為本發明之「用於驅動顯示畫素之機構」的一特定範例。I/O顯示板20為本發明之「顯示板」的一特定範例。背光15為本發明之「輻射光源」的一特定範例。受光驅動電路13及影像處理區14的組合為本發明之「用於處理信號之機構」的一特定範例。
顯示區域(感測器區域)21為調變來自背光15之光線並發射經調變光線作為輻射光線(此後指包括由例如紅外線光源(未圖示)所發射之顯示光線及偵測用的輻射光線)的區域。顯示區域(感測器區域)21亦為偵測(成像)觸碰或接近此區域的物體之區域。在顯示區域(感測器區域)21中，顯示畫素31RGB(如液晶顯示元件)及於後說明之感測器元件33係以矩陣形式配置。
基於由顯示驅動電路12所供應的用於驅動顯示之顯示信號及控制時脈，顯示H驅動器22，連同顯示V驅動器23，線序式驅動顯示區域21內之顯示畫素31RGB。
根據藉由受光驅動電路13之驅動控制，感測器H驅動器25，連同感測器V驅動器24，線序式驅動感測器元件33以充當感測器區域21內之影像讀取畫素，並獲得偵測信號(影像讀取信號)。受光驅動電路13組態成當從背光15發射輻射光線至近接物體時，進行驅動控制，以根據輻射光線造成之反射光線量及周遭光線(外部光線)量之總和來在感測器元件33中儲存充電用之電荷。並且，受光驅動電路13組態成當不從背光15發射輻射光線，進行驅動控制，以根據周遭光線量來從感測器元件33釋放放電用之電荷。感測器H驅動器25組態成輸出透過這類驅動控制而從感測器元件33獲得之偵測信號(影像讀取信號)至受光驅動電路13。
第3圖詳細描繪顯示區域(感測器區域)21中之每一畫素的一組態範例。例如，如第3圖中所示，顯示區域21之畫素31包括顯示畫素31RGB、充當影像讀取畫素之感測器元件33、及其中形成用於感測器元件33之電線的電線區32。顯示畫素31RGB之每一者包括紅(R)之顯示畫素31R、綠(G)之顯示畫素31G、藍(B)之顯示畫素31B。顯示畫素31RGB、應器元件33、及電線區32以矩陣形式配置在顯示區域(感測器區域)21上。此外，感測器元件33及驅動感測器元件33之電線區32為週期性互相分開配置。藉由這類配置，相較於顯示畫素31RGB非常難以察覺出包括電線區32及感測器元件33的感測器區域，並將顯示畫素31RGB中之開口率(aperture ratio)的下降抑制至最小的程度。此外，當電線區32設置在不貢獻至顯示畫素31RGB之開口的區域(例如被黑矩陣遮蔽而無光之區域，或反射區域)中時，可設置受光裝置而不減少顯示品質。順帶一提，例如，如第4圖中所示，重設信號線Reset_1至Reset_n及讀取信號線Read_1至Read_n沿著水平線方向連接至感測器元件33的每一者。
[感測器元件33之組態範例]
例如，如第5圖中所示，感測器元件33包括第一二極體元件PD1、第二二極體元件PD2、充當電容元件之電容器C1、第一電晶體Tr1、第二電晶體Tr2、及第三電晶體Tr3。
第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一個為光電轉換元件，其根據入射光線來產生電荷。尤其，第一二極體元件PD1根據入射光線來產生充電用之電荷，且第二二極體元件PD2根據入射光線來產生放電用之電荷。第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一個為例如PIN光二極體。PIN光二極體具有p型半導體區域、n型半導體區域、及形成在p型半導體區域與n型半導體區域間之本質半導體區域(i區域)。第一二極體元件PD1具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極。類似地，第二二極體元件PD2具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極。當第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一個為PIN光二極體時，陽極電極連接至p型半導體區域，且陰極電極連接至n型半導體區域。
當第一二極體元件PD1之陽極電極連接至第二二極體元件PD2之陰極電極時，第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2互相串聯連接。電容器C1之一端連接至第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之間的連結點P1。電容器C1之另一端連接至電源來源VDD。
第一電晶體Tr1至Tr3之每一個包括例如薄膜電晶體(TFT)之類的。第一電晶體Tr1之閘極連接至重設信號線Reset(參見第4圖)，且第一電晶體Tr1之源極連接至重設電壓來源Vrst。第一電晶體Tr1之汲極與第二電晶體Tr2之閘極，連同電容器C1之該一端連接至第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之間的連結點P1。第二電晶體Tr2之源極，連同電容器C1之該另一端連接至電源來源VDD。第二電晶體Tr2之汲極連接至第三電晶體Tr3之汲極。第三電晶體Tr3之閘極連接至讀取信號線Read，且第三電晶體Tr3之源極連接至讀出線41。重設電壓來源Vrst設定至能讓儲存在電容器C1中之所有電荷在感測器元件33中釋放出來之電壓(重設電壓)。
在感測器元件33中，藉由在其中陰極電壓Vn1為固定的狀態中改變閘極電壓Vg1來控制第一二極體元件PD1之開-關狀態。藉由在其中陽極電壓Vp2為固定的狀態中改變閘極電壓Vg2來控制第二二極體元件PD2之開-關狀態。在感測器元件33中，當第一二極體元件PD1在開狀態中且第二二極體元件PD2在關狀態中時，第一二極體元件PD1中產生之充電用的電荷係儲存在電容器C1中。相反地，當第二二極體元件PD2在開狀態中且第一二極體元件PD1在關狀態中時，從電容器C1釋放出在第二二極體元件PD2中產生之放電用的電荷。受光驅動電路13個別地控制第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2的每一者之開-關狀態，以交替執行這類儲存操作及放電操作。
[顯示裝置之操作]
首先，將說明藉由此顯示裝置之影像顯示操作及物體偵測操作(影像讀取操作)之概述。
在此顯示裝置中，基於由應用程式執行區11供應之顯示資料，顯示驅動電路12產生顯示用之信號。基於此驅動信號，線序式驅動I/O顯示板20，並顯示影像。此時，亦由顯示驅動電路12驅動背光15，以與I/O顯示板20同步地施行開及關操作。
當有物體(近接物體，如手指)觸碰或接近I/O顯示板20時，透過藉由受光驅動電路13之線序式影像讀取驅動來由I/O顯示板20中之感測器元件(影像讀取畫素)33偵測(成像)物體。將來自感測器元件33之每一者的偵測信號(影像讀取信號)從I/O顯示板20供應至受光驅動電路13。受光驅動電路13累積一訊框之感測器元件33的信號並輸出儲存的偵測信號至影像處理區14作為已讀取影像。
影像處理區14藉由基於此已讀取影像而施行預定的影像處理來獲得關於觸碰或接近I/O顯示板20之物體之物體資訊(如位置座標資料及關於物體之形狀及大小的資料)。例如，施行判斷受光驅動電路13中所產生之一訊框的已讀取影像之重心的算術處理，並辨別接觸(接近)中心。之後，從影像處理區14輸出偵測近接物體之結果至應用程式執行區11。應用程式執行區11執行應用程式，此將於後說明。
接下來，參照第8圖至第10圖來說明藉由此顯示裝置之偵測操作(影像讀取操作)。第8圖之部份(A)至(F)使用時序波形來描繪由此顯示裝置施行之偵測操作(在感測器元件33之一中的偵測或影像讀取操作)的一範例。第8圖之部份(A)描繪重設信號電壓V(Reset)之時序波形的一範例，且部份(B)描繪讀取信號電壓V(Read)之時序波形的一範例。第8圖之部份(C)描繪感測器元件33的第一二極體元件PD1中之閘極電壓Vg1的時序波形(實質上，代表第一二極體元件PD1之開-關狀態的時序波形)之一範例。第8圖之部份(D)描繪感測器元件33的第二二極體元件PD2中之閘極電壓Vg2的時序波形(實質上，代表第二二極體元件PD2之開-關狀態的時序波形)之一範例。第8圖之部份(E)描繪在感測器元件33中之連結點(儲存點)P1的電位(儲存電位)之時序波形的一範例，且第8圖之部份(F)描繪在讀出線41中的電位V41(讀取電位)之時序波形的一範例。
在第8圖之部份(A)及(B)中所示之重設信號電壓V(Reset)及讀取信號電壓V(Read)的每一者分別藉由線序式操作而在高(H)狀態中。在I/O顯示板20中，於每一水平線上之感測器元件33，從當重設信號電壓V(Reset)進入H狀態時開始至當讀取信號電壓V(Read)進入H狀態時的時期為一水平線的暴露時期。在此暴露時期，如第8圖之部份(C)及(D)中所示，與每一感測器元件33中之第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2的開-關狀態同步地，背光15交替地切換於開狀態(照明)及關狀態(不照明)之間。更詳言之，當背光15在開狀態中時，第一二極體元件PD1在開狀態中且第二二極體元件PD2在關狀態中。另一方面，當背光15在關狀態中時，第一二極體元件PD1在關狀態中且第二二極體元件PD2在開狀態中。
例如，當重設信號電壓V(Reset)在時間t10在H狀態中時，感測器元件33中之第一電晶體Tr1處於開狀態中，使得在連結點P1之電位VP1(儲存電位)重設成任意設定之重設電壓Vrst。
針對從時間t11至時間t12的下個時間時期，背光15在開狀態中。此時，第一二極體元件PD1在開狀態中且第二二極體元件PD2在關狀態中，以施行在電容器C1中儲存充電用之電荷的儲存操作(充電操作)。結果係透過第9圖中所示之充電電流I11的路徑，根據反射光線Lon(其為從背光15發射並自近接物體反射之輻射光線)的量及外部光線(周遭光線)L0的量之總和，將充電用之電荷儲存在電容器C1中，並且儲存電位VP1上升。
在從時間t12至時間t13的下個時間時期，背光15在關狀態中。此時，第一二極體元件PD1在關狀態中且第二二極體元件PD2在開狀態中，以施行從電容器C1釋放放電用之電荷的釋放操作(放電操作)。結果係透過第10圖中所示之放電電流I12的路徑，根據外部光線(周遭光線)L0的量，從電容器C1釋放放電用之電荷，並且儲存電位VP1下降。
之後，在時間t14之前(於暴露時期中)進行數次儲存充電用之電荷的儲存操作及釋放放電用之電荷的釋放操作間的切換。此後，讀出在那個時間中儲存在電容器C1中的電荷作為偵測信號(影像讀取信號)。詳言之，在時間t14，讀取信號電壓V(Read)進入H狀態，使感測器元件33之第三電晶體Tr3進入開狀態。之後，在從時間t15至時間t16的時間時期中，從讀出線41讀取儲存電位VP1之電壓。依此方式，在進行數次儲存充電用之電荷的儲存操作及釋放放電用之電荷的釋放操作間的切換之後讀出偵測信號，使暴露時期變更長，導致偵測信號之信號成分(儲存電位VP1)的增加，如第8圖之部份(E)所示。此外，在此所得之影像讀取信號值為類比，且因此該影像讀取信號受到受光驅動電路13中之類比至數位(A/D)轉換。順帶一提，之後，在時間t16重設信號電壓V(Reset)進入H狀態，以重複與從時間t10至時間t16所進行之操作類似的操作。
依此方式，在本實施例中之近接物體偵測處理中，當發射來自背光15的輻射光線至近接物體時，根據來自輻射光線造成之反射光線的量及周遭光線(外部光線)L0的量之總和，在感測器元件33的每一個中儲存充電用之電荷。另一方面，當不發射輻射光線時，根據周遭光線L0的量從感測器元件33的每一個釋放放電用之電荷。結果為從感測器元件33之每一者獲得偵測信號(影像讀取信號)。此外，影像處理區14藉由使用基於從感測器元件33的每一個所獲得的影像讀取信號之已讀取影像來獲得物體資訊，包括近接物體之位置、形狀、及大小的至少一者。結果為，自從感測器元件33的每一個所得之影像讀取信號減去周遭光線L0所導致之成分，並因而可獲得關於近接物體之物體資訊而不受到周遭光線L0的影響。
此外，由於基於儲存充電用之電荷之儲存操作及釋放放電用之電荷的釋放操作從感測器元件33的每一個獲得影像讀取信號，基於受光驅動電路13中之影像讀取信號來產生已讀取影像的訊框記憶體13A可比以往的更少。例如，第34圖中所示之相關技藝具有針對兩影像之訊框記憶體，亦即，當背光為關閉時所得之影像(影像A)及當背光為打開時所得之影像(影像B)。相反地，根據本實施例之顯示裝置具有針對僅一訊框之影像記憶體。因此，可穩定地偵測物體而不依賴使用情況，同時抑制生產成本。
另外，基於在進行儲存充電用之電荷的儲存操作及釋放放電用之電荷的釋放操作間的切換數次之後所獲取之影像讀取信號來獲得物體資訊，可使暴露時期變長。依此，可藉由增加影像讀取信號之信號成分(儲存電位VP1)來改善敏感度，且同時，可自由設定暴露時間，並因而可增進信號對雜訊比。
順帶一提，在本實施例中之近接物體偵測處理中，不僅可獲得關於單一近接物體之物體資訊，但可類似地獲得關於同時放置在I/O顯示板20之顯示區域21附近的兩或更多近接物體之物體資訊。
[控制二極體元件PD1及PD2之開-關狀態的細節]
感測器元件33中之第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2在結構上相同。然而，第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2在分別施加至閘極電極、陰極電極、及陽極電極的電壓間的關係上互不相同，以分別控制第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之個別的開-關狀態。
如第6A圖中所示，第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一者的陽極電極、陰極電極、及閘極電極分別假設為Vp、Vn、及Vg，且從陰極流至陽極的光電流假設為Inp。此時，第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一者中的I-V曲線係例如在第6B圖中所示般表示。當改變Vg時，Vp<Vg<Vn之電壓範圍為開操作範圍α，其中第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一者在開狀態中。順帶一提，確切而言，隨著諸如半導體層中之劑量之條件，開操作範圍α的上及下限與Vn及Vp不同。然而，在本實施例中，為了簡化說明，該上及下限分別假設為Vn及Vp。在此情況中，Vn<Vg的電壓範圍為第一關操作範圍β1，其中第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一者在關狀態中。Vg<Vp的電壓範圍為第二關操作範圍β2，其中第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一者在關狀態中。藉由使用此一特質，改變陰極電極與閘極電極之間的電位關係或陽極電極與閘極電極之間的電位關係，使第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2可受不同電壓範圍中之開-關控制。
更詳言之，例如，如第7C圖中所示般設定電壓範圍。在此，如第7A圖中所示，第一二極體元件PD1之陽極電極、陰極電極、及閘極電極分別假設為Vp1、Vn1、及Vg1。並且，第二二極體元件PD2之陽極電極、陰極電極、及閘極電極分別假設為Vp2、Vn2、及Vg2。作為第一二極體元件PD1之閘極電壓Vg1，施加如第7B圖中所示般之其中電壓Vg11及電壓Vg12交替改變的矩形波。類似地，作為第二二極體元件PD2之閘極電壓Vg2，施加如第7B圖中所示般之其中電壓Vg21及電壓Vg22交替改變的矩形波。
針對第一二極體元件PD1，藉由在其中陰極電壓Vn1為固定的狀態中改變閘極電壓Vg1來控制開-關狀態。此時，如第7C圖中之電壓範圍P41所示，交替地施加在開操作範圍α中之一電壓及第一關操作範圍β1中之一電壓作為閘極電壓Vg1。換言之，藉由使用開操作範圍α及第一關操作範圍β1來控制第一二極體元件PD1之開-關狀態。當假設第7B圖及第7C圖中所示之電壓Vg11為第一二極體元件PD1之關狀態中之閘極電壓Vg1(off)，且當假設第7B圖及第7C圖中所示之電壓Vg12為第一二極體元件PD1之開狀態中之閘極電壓Vg1(on)時，基於滿足下列條件(2)之電位關係來驅動第一二極體元件PD1。
Vg1(on)<Vn1<Vg1(off)...(2)
針對第二二極體元件PD2，藉由在其中陽極電壓Vp2為固定的狀態中改變閘極電壓Vg2來控制開-關狀態。此時，如第7C圖中之電壓範圍P42所示，交替地施加在開操作範圍α中之一電壓及第二關操作範圍β2中之一電壓作為閘極電壓Vg2。換言之，藉由使用開操作範圍α及第二關操作範圍β2來控制第二二極體元件PD2之開-關狀態。當假設第7B圖及第7C圖中所示之電壓Vg21為第二二極體元件PD2之開狀態中之閘極電壓Vg2(on)，且當假設第7B圖及第7C圖中所示之電壓Vg22為第二二極體元件PD2之關狀態中之閘極電壓Vg2(off)時，基於滿足下列條件(1)之電位關係來驅動第二二極體元件PD2。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on)...(1)
[藉由過驅動之操作]
如上述，根據本實施例，在感測器元件33中，第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2受不同電壓範圍中之開-關控制，且交替重複充電操作及放電操作，以偵測近接物體。在此情況中，將於下說明，當第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之間的響應特徵(暫態響應)有差異時，難以施行令人滿意的偵測操作。為了改善此情形，最好能在驅動第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2時採用過驅動。
首先，將參照第11A圖至第14B圖說明不採用過驅動時會發生的缺點。第11A圖描繪當第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2在感測器元件33中之理想狀態中操作時所得之儲存節點(第5圖之連結點P1)的電壓波形。順帶一提，第11A圖描繪當缺少來自近接物體之反射光線Lon時之電壓波形。在本實施例中之近接物體偵測處理中，當如第9圖中所示般從背光15發射輻射光線至近接物體時，根據輻射光線所造成的反射光線Lon的量及周遭光線(外部光線)L0的量之總和，將充電用之電荷儲存在電容器C1中。相反地，當如第10圖中所示般不發射輻射光線時，根據周遭光線L0的量而從感測器元件33釋放放電用之電荷。因此，在完成充電操作及放電操作後的狀態中減去周遭光線L0所導致之成分，並因此，僅偵測根據來自近接物體之反射光線Lon的電壓作為差異。依此，當沒有反射光線Lon時，作為在完成充電操作及放電操作一次之後的狀態中之差異而得的電壓理論上為零。在此情況中，理論上，儲存節點之電壓理想上具有如第11A圖中所示般之波形，其中充電操作所導致之已充電量及放電操作所導致之已放電量相等。
相反地，第11B圖描繪當將第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2間之響應特徵的差異納入考量時儲存節點之實際電壓波形。如同第11A圖，第11B圖描繪當缺少輻射光線所造成之反射光線Lon時之電壓波形。即使缺少反射光線Lon，當重複充電操作及放電操作時在儲存節點會導致充電，藉此逐漸增加電壓。這意味著第一二極體元件PD1之充電能力優於第二二極體元件PD2的放電能力，且整體而言在儲存節點發生充電。此一狀態造成感測器元件33之故障，其並非樂見。
在此，將說明為何會造成第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2間之充電及放電能力的差異。第13圖描繪在第一二極體元件PD1中流動之陽極電流Ip及在第二二極體元件PD2中流動之陰極電流In之間的比較。第13圖顯示當基於第12A圖及第12B圖中所示之電壓值來驅動第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2時每一元件的特徵。換言之，針對第一二極體元件PD1，如第12A圖中所示，假設陽極電壓Vp1為零、陰極電壓Vn1為3V之固定電壓、假設在開時閘極電壓Vg1(on)為2V、且假設在關時閘極電壓Vg1(off)為5V。針對第二二極體元件PD2，如第12B圖中所示，假設陰極電壓Vn2為零、陽極電壓Vp2為-3V之固定電壓、假設在開時閘極電壓Vg2(on)為-2V、且假設在關時閘極電壓Vg2(off)為-5V。
從第13圖中可見，在第一二極體元件PD1中流動之陽極電流Ip比在第二二極體元件PD2中流動之陰極電流In更快飽和。因此，第一二極體元件PD1之充電能力大於第二二極體元件PD2之放電能力。
第14A圖描繪當第一二極體元件PD1受到第12A圖中所示之電壓狀態中的開一關控制時每一元件的開及關操作點。第14A圖顯示第一二極體元件PD1之I-V曲線。如參照第7C圖所示，在開時之閘極電壓Vg1(on)、在關時之閘極電壓Vg1(off)、及為第一二極體元件PD1之固定電壓的陰極電壓Vn1係基於下列條件(2)互相關聯。
Vg1(on)<Vn1<Vg1(off)...(2)
在此情況中，在第一二極體元件PD1，在關時，將滿足上述條件(2)之關係中的電壓Vg1(off)施加至閘極電極，以在一通道(在PIN光二極體之情況中主要為i區域)收集電子，藉此終止光學載子。在開時，將滿足上述條件(2)之關係中的電壓Vg1(on)施加至閘極電極，使通道耗盡，這會帶出其中有效地移除光學載子之狀態。
第14B圖描繪當第二二極體元件PD2受到第12B圖中所示之電壓狀態中的開-關控制時每一元件的開及關操作點。第14B圖顯示第二二極體元件PD2之I-V曲線。如參照第7C圖所示，在開時之閘極電壓Vg2(on)、在關時之閘極電壓Vg2(off)、及為第二二極體元件PD2之固定電壓的陽極電壓Vp2係基於下列條件(1)互相關聯。
Vg2(off)<Vp2<Vg2(on)...(1)
在此情況中，在第二二極體元件PD2，在關時，將滿足上述條件(1)之關係中的電壓Vg2(off)施加至閘極電極，以在一通道(在PIN光二極體之情況中主要為i區域)收集正電洞，藉此終止光學載子。在開時，將滿足上述條件(1)之關係中的電壓Vg2(on)施加至閘極電極，使通道耗盡，這會帶出其中有效地移除光學載子之狀態。
依此方式，第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2受到不同電壓範圍中之開-關控制，並因此在關時收集的載子會不同。換言之，第一二極體元件PD1以電子充當載子，而第二二極體元件PD2以正電洞作為載子。相反地，當從關狀態切換至開狀態時，會有下列之關係。
(通道耗盡前之時間)=(在關時收集之載子終止前之時間)
依此，由於在關時收集之載子類型不同，因此耗盡前之時間不同，發生從關狀態至開狀態之響應特徵的差異。
可藉由施行如第15A圖及第15B圖中所示之過驅動來解決上述缺點。
第15A圖描繪當第一二極體元件PD1受到第12A圖中所示之電壓狀態中的開-關控制並經歷過驅動時每一元件之開及關操作點。第15A圖顯示第一二極體元件PD1之I-V曲線。當從關狀態移動至開狀態時，藉由暫時施加在滿足下列條件(2A)之電位關係中的閘極電壓Vg1(od)至第一二極體元件PD1的閘極電極來施行第一二極體元件PD1之過驅動。
Vg1(od)<Vg1(on)...(2A)
更詳言之，當在例如第12A圖中所示之電壓狀態中進行開-關控制時，在過驅動時刻施加的閘極電壓Vg1(od)最好在例如0V的附近。此外，假設在某數十微秒的週期中進行開狀態及關狀態之間的切換，過驅動的持續時間較佳在約1-10μsec，且更佳在約4-6μsec。順帶一提，第一二極體元件PD1之開操作範圍中的特徵隨著諸如半導體層中之劑量的條件而移動。根據元件的操作範圍而適當地設定在過驅動時適合充當閘極電壓Vg1(od)的電壓值。
在此情況中，在第一二極體元件PD1中，在關時，將滿足上述條件(2)之關係中的電壓Vg1(off)施加至閘極電極，以在一通道(在PIN光二極體之情況中主要為i區域)收集電子，藉此終止光學載子。之後，施加滿足上述條件(2A)之關係中的閘極電壓Vg1(od)作為過驅動電壓，以終止在通道收集之電子(帶出其中無法輕易聚集電子之狀態)。在施加此過驅動電壓後，將滿足上述條件(2)之關係中的在開時之電壓Vg1(on)施加至閘極電極，使通道耗盡，這會帶出其中有效地移除光學載子之狀態。
第15B圖描繪當第二二極體元件PD2受到第12B圖中所示之電壓狀態中的開-關控制並經歷過驅動時每一元件之開及關操作點。第15B圖顯示第二二極體元件PD2之I-V曲線。當從關狀態移動至開狀態時，藉由暫時施加在滿足下列條件(1A)之電位關係中的閘極電壓Vg2(od)至第二二極體元件PD2的閘極電極來施行第二二極體元件PD2之過驅動。
Vg2(on)<Vg2(od)...(1A)
更詳言之，當在例如第12B圖中所示之電壓狀態中進行開-關控制時，在過驅動時刻施加的閘極電壓Vg2(od)最好在例如0V的附近。此外，假設在某數十微秒的週期中進行開狀態及關狀態之間的切換，過驅動的持續時間較佳在約1-10μsec，且更佳在約4-6μsec。順帶一提，第二二極體元件PD2之開操作範圍中的特徵隨著諸如半導體層中之劑量的條件而移動。根據元件的操作範圍而適當地設定在過驅動時適合充當閘極電壓Vg2(od)的電壓值。
在此情況中，在第二二極體元件PD2中，在關時，將滿足上述條件(1)之關係中的電壓Vg2(off)施加至閘極電極，以在一通道(在PIN光二極體之情況中主要為i區域)收集正電洞，藉此終止光學載子。之後，施加滿足上述條件(1A)之關係中的閘極電壓Vg2(od)作為過驅動電壓，以終止在通道收集之正電洞(帶出其中無法輕易聚集正電洞之狀態)。在施加此過驅動電壓後，將滿足上述條件(1)之關係中的在開時之電壓Vg2(on)施加至閘極電極，使通道耗盡，這會帶出其中有效地移除光學載子之狀態。
依此方式，藉由在從關狀態移動至開狀態時施行過驅動，做出終止載子(電子或正電洞)之時間。藉此，可減少通道耗盡之前的時間常數。結果係改善從關狀態移動至開狀態時之響應特徵。
順帶一提，在放電側(第二二極體元件PD2)上之響應特徵比充電側(第一二極體元件PD1)上的更差(具有較長時間常數)，因此最好至少第二二極體元件PD2受到過驅動。
[過驅動之具體範例]
第16A圖至第16C圖描繪當發生從關狀態至開狀態之移動時施加至第一二極體元件PD1的電壓值之具體範例。尤其，第16A圖描繪其中未施行過驅動的範例。此外，第16B圖描繪其中施行過驅動的第一範例，且第16C圖描繪其中施行過驅動的第二範例。在第16A圖中所示之驅動範例中，如同第12A圖中所示之電壓值，假設陽極電壓Vp1為零、陰極電壓Vn1為3V、假設在開時閘極電壓Vg1(on)為2V、且假設在關時閘極電壓Vg1(off)為5V。在第16B圖中所示之過驅動的第一範例中，當有從關狀態至開狀態之移動時，施加0V之閘極電壓Vg1(on)。在第16C圖中所示之過驅動的第二範例中，當有從關狀態至開狀態之移動時，施加-0.5V之閘極電壓Vg1(od)。
第17A圖至第17C圖描繪當發生從關狀態至開狀態之移動時施加至第二二極體元件PD2的電壓值之具體範例。尤其，第17A圖描繪其中未施行過驅動的範例。此外，第17B圖描繪其中施行過驅動的第一範例，且第17C圖描繪其中施行過驅動的第二範例。在第17A圖中所示之驅動範例中，如同第12B圖中所示之電壓值，假設陽極電壓Vp2為-3V、陰極電壓Vn2為0、假設在開時閘極電壓Vg2(on)為-2V、且假設在關時閘極電壓Vg2(on)為-5V。在第17B圖中所示之過驅動的第一範例中，當有從關狀態至開狀態之移動時，施加0V之閘極電壓Vg2(od)。在第17C圖中所示之過驅動的第二範例中，當有從關狀態至開狀態之移動時，施加0.5V之閘極電壓Vg2(od)。
第18A圖顯示當互相比較第16A圖至第16C圖中之驅動範例時在第一二極體元件PD1中流動的陽極電流Ip。在第18A圖中，由「無過驅動」所指示之曲線相應於第16A圖中之驅動範例。由「過驅動1」所指示之曲線相應於第16B圖中之過驅動的第一範例，且由「過驅動2」所指示之曲線相應於第16C圖中之過驅動的第二範例。
第18B圖顯示當互相比較第17A圖至第17C圖中之驅動範例時在第二二極體元件PD2中流動的陰極電流In。在第18B圖中，由「無過驅動」所指示之曲線相應於第17A圖中之驅動範例。由「過驅動1」所指示之曲線相應於第17B圖中之過驅動的第一範例，且由「過驅動2」所指示之曲線相應於第17C圖中之過驅動的第二範例。
從第18A及18B圖中可見，在第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2兩者中，當施行過驅動時比當未施行過驅動時之電流飽和速度較高(電流時間常數較小)。藉由使用此特徵，適當調整當施行過驅動時之所施加的閘極電壓Vg1(od)及Vg2(od)，以抑制第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之間在響應特徵(暫態響應)上之差異，並藉此使該特徵一致。當使在充電操作時及在放電操作時充當二極體的響應特徵變得一致時，在其中採用第5圖中所示之感測器元件33的情況中，可充分地減去周遭光線L0造成之成分，並可進行令人滿意的信號偵測。
在此，第16A圖至第17C圖中所示之驅動範例及第18A圖及第18B圖中所示之電流特徵為當把第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2的每一者視為單一元件時之驅動範例及特徵。因此，之後將說明在其中第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2為互相連接的狀態中之驅動範例。
第19圖描繪其中第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2為互相連接之電路的一範例。第20圖及第21圖描繪代表在第19圖中之電路的組態中在第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2間的連結點(儲存節點)P1之儲存電壓Vm的波形之模擬。尤其，第20圖描繪當無過驅動地驅動第19圖中所示之電路時之儲存電壓Vm(Vm0)，而第21圖描繪當第19圖中所示之電路受到過驅動時之儲存電壓Vm(Vm1)。在第21圖中，施加0V作為過驅動之閘極電壓Vg1(od)及Vg2(od)的每一者。
第22圖描繪第20圖中所示之儲存電壓Vm0的波形與第21圖中所示之儲存電壓Vm1的波形間(當放大這些波形時)的比較。在第19圖之電路中，在第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2之每一者產生耦合電容Cm。在第20圖及第21圖中，儲存電壓Vm0及Vm1的每一者看似為由高位準及低位準所構成之簡單矩形波形。然而事實上，在代表耦合電容Cm的矩形波上，重疊第11A圖及第11B圖中所示之充電及放電波形。此外，此重疊之充電及放電波形為，像參照第11A圖及第11B圖所述之情況般，當缺少來自近接物體之反射光線Lon時之波形。從第22圖可見，在代表第20圖中之驅動範例的儲存電壓Vm0之波形中，像第11B圖中所示之情況般，當重複充電操作及放電操作時在儲存節點發生充電，導致電壓逐漸增加。相反地，在代表第21圖中之過驅動的情況中之儲存電壓的波形中，重疊具有接近第11A圖中所示之理想充電及放電波形的波形之電壓，並因此電壓值為穩定。
依此方式，在根據本實施例的具有輸入功能之顯示裝置中，當控制該兩二極體元件PD1及第二二極體元件PD2的每一者之開-關狀態時，施加抑制二極體元件之間響應特徵上之差異的適當閘極電壓。依此，可抑制第一二極體元件PD1及第二二極體元件PD2間之響應特徵的差異，藉此施行穩定偵測操作。
[執行應用程式的範例]
接下來，參照第23A圖至第26圖，將說明藉由應用程式執行區11執行應用程式的一些範例，其中使用由上述近接物體偵測程序所偵測的物體之位置資訊及之類的。
在第23A圖中所示之第一範例為其中由手指尖61觸碰I/O顯示板20之表面且在該表面上顯示觸碰點的軌跡為畫線611的範例。
在第23B圖中所示之第二範例為其中識別藉由使用手的形狀之手勢的範例。詳言之，識別觸碰(或接近)I/O顯示板20的手62之形狀，顯示已識別的手形狀作為顯示物體，並使用顯示物體之移動621來進行一些處理。
在第24圖中所示之第三範例為其中握住的手63A改變成張開的手63B之範例，由I/O顯示板20施行每一手之觸碰或接近的影像識別，並基於影像識別來執行處理。透過基於影像識別之處理，可提供如放大之方向。此外，由於可提供這類方向，當例如I/O顯示板20係連接至個人電腦時，可由透過影像識別的輸入取代透過操縱個人電腦上之切換命令的輸入，因此可更自然地輸入方向。
在第25圖中所示之第四範例為其中準備兩I/O顯示板20並透過某傳送機構互相連接之範例。在此結構中，藉由偵測觸碰或接近I/O顯示板20之一所得的影像可傳送至I/O顯示板20的另一者並接著由I/O顯示板20的另一者顯示，並且操作個別I/O顯示板20之使用者可互相通訊。例如，在第25圖中所示，可施行這類處理，以令I/O顯示板20之該一者透過影像識別來獲得手65之形狀的影像，並傳送所得之影像至I/O顯示板20的該另一者，其則顯示與手65之形狀一樣的手形狀642。亦可施行處理，諸如令顯示在I/O顯示板20之該另一者上作為手64之觸碰結果的軌跡641被傳送至I/O顯示板20之該一者並接著由I/O顯示板20之該一者顯示。依此方式，傳送繪圖狀態為移動影像並發送手寫字符或圖形至對方，這創造出I/O顯示板20可變成新的通訊工具之可能性。例如，可施加I/O顯示板20至可攜式電話的顯示板。順帶一提，第25圖描繪其中準備兩I/O顯示板20之範例，但藉由以傳送機構互相連接三或更多I/O顯示板20來施行類似處理為可能。
此外，如第26圖之第五範例中所示，使用毛筆66來在I/O顯示板20表面上書寫字符，藉由令其觸碰I/O顯示板20之表面，並且顯示毛筆66所觸碰的點為I/O顯示板20上之影像661，並因此讓由毛筆來手寫的輸入變得可能。在此情況中，可識別並認識到即使毛筆的微弱觸碰。在過去手寫識別的情況中，例如，由電場偵測來實現特殊筆的傾斜。然而，在本範例中，偵測由真實毛筆所觸碰的表面，並因此以更逼真的感覺來輸入資訊。
<模組及應用範例>
接下來，參照第27圖至第31圖，將說明上述具有輸入功能的顯示裝置之應用範例。此顯示裝置可應用至所有領域中的電子單元，其顯示外部輸入之視頻信號或內部產生之視頻信號為靜態或移動影像。例如，顯示裝置可應用至電子單元，如電視接收器、數位相機、膝上型電腦、諸如可攜式電話之可攜式終端裝置、及視頻攝影機。
(應用範例1)
第27圖描繪充當電子單元之第一範例的電視接收器之外部圖。此電視接收器具有例如視頻顯示畫面區510，其包括前板511及濾光玻璃512。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此電視接收器的視頻顯示畫面區510。
(應用範例2)
第28A及28B圖為充當電子單元之第二範例的數位相機之外部圖。此數位相機包括例如閃光發射區521、顯示區522、選單開關523、及快門釋放按鈕524。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此數位相機之顯示區522。
(應用範例3)
第29圖為充當電子單元之第三範例之膝上型電腦的外部圖。此膝上型電腦包括例如主區531、用來輸入字符之類的鍵盤532、及顯示影像之顯示區533。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此膝上型電腦的顯示區533。
(應用範例4)
第30圖為充當電子單元之第四範例之視頻攝影機的外部圖。此視頻攝影機包括例如主區541、設置在主區541的前面上以拍攝物體之影像的透鏡542、在拍攝時使用之開始/停止開關543、及顯示區544。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此視頻攝影機的顯示區544。
(應用範例5)
第31A至31G圖為充當電子單元之第五範例之可攜式電話的外部圖。此可攜式電話包括例如上殼710、下殼720、將上殼710及下殼720互相耦合之耦合區(樞紐區)731、顯示740、子顯示750、圖畫光760、及相機770。上述具有輸入功能的顯示裝置可應用至此可攜式電話的顯示740或子顯示750。
<其他實施例>
可修改並以各種方式實施本發明而不限制在上述實施例及應用範例。
例如，已藉由具有設置有背光15之液晶顯示板的I/O顯示板20之情況作為範例來說明實施例之類的，但顯示用之背光可同時作為偵測用之光，或可設置專門用以偵測之光。此外，當設置偵測用之光時，較佳使用在非可見光範圍的波長範圍中之光。
此外，已藉由其中在背光15的單一開時期或關時期中針對一條線的感測器元件33施行重設操作及讀出操作之情況(其中以高頻率施行打開及關閉背光之操作的情況)作為範例來說明實施例之類的，但本發明不限於此情況。換言之，例如，可在背光15的單一開時期或關時期中針對兩或更多條線的感測器元件33施行重設操作及讀出操作(以低頻率施行打開及關閉背光之操作)。
另外，已藉由採用具有輸入功能之顯示裝置來說明實施例之類的，該顯示裝置具有顯示板(I/O顯示板20)，其包括顯示畫素31RGB及感測器元件33，但本發明可應用至除了該顯示裝置外的任何裝置。例如，取代I/O顯示板20，可設置感測器板，其中僅在單一平面以矩陣形式設置感測器元件33，同時不設置顯示畫素31RGB。
本申請書含有關於揭露於在2009年8月19日向日本專利局申請的日本優先權專利申請案JP 2009-190110中之標的，其全部內容以引用方式含括在此。
熟悉此技藝人士應了解到可隨著設計需求及其他因素來做出各種修改、組合、子組合、及替換，而不背離所附之申請專利範圍及其等效者的範疇。
11．．．應用程式執行區
12．．．顯示驅動電路
13．．．受光驅動電路
13A．．．訊框記憶體
14．．．影像處理區
15．．．背光
20．．．I/O顯示板
31．．．畫素
31RGB．．．顯示畫素
32．．．電線區
33．．．感測器元件
21．．．顯示區域(感測器區域)
22．．．顯示H驅動器
23．．．顯示V驅動器
24．．．感測器V驅動器
25．．．感測器H驅動器
41．．．讀出線
61．．．手指尖
62．．．手
63A．．．握住的手
63B．．．張開的手
64．．．手
65．．．手
66．．．毛筆
101．．．顯示區域
105．．．背光
510．．．視頻顯示畫面區
511．．．前板
512．．．濾光玻璃
521．．．閃光發射區
522．．．顯示區
523．．．選單開關
524．．．快門釋放按鈕
531．．．主區
532．．．鍵盤
533．．．顯示區
541．．．主區
542．．．透鏡
543．．．開始/停止開關
544．．．顯示區
611．．．畫線
621．．．移動
641．．．軌跡
642．．．手形狀
661．．．影像
710．．．上殼
720．．．下殼
731．．．耦合區(樞紐區)
740．．．顯示
750．．．子顯示
760．．．圖畫光
770．．．相機
C1．．．電容器
Cm．．．耦合電容
I11．．．充電電流
I12．．．放電電流
In．．．陰極電流
Ip．．．陽極電流
P1．．．連結點
PD1．．．第一二極體元件
PD2．．．第二二極體元件
Read．．．讀取信號線
Reset．．．重設信號線
Tr1．．．第一電晶體
Tr2．．．第二電晶體
Tr3．．．第三電晶體
V41．．．電位
VDD．．．電源來源
Vg、Vg1、Vg2．．．閘極電壓
Vg11、Vg12、Vg21、Vg22．．．電壓
Vn、Vn1、Vn2．．．陰極電壓
Vp、Vp1、Vp2．．．陽極電壓
VP1．．．電位
Vrst．．．重設電壓來源
Vm．．．儲存電壓
第1圖為描繪根據本發明之一實施例的具有輸入功能之顯示裝置的一組態範例之區塊圖；
第2圖為描繪第1圖中所示之I/O顯示板之一組態範例的區塊圖；
第3圖為描繪第2圖中所示之顯示區域(感測器區域)中之畫素配置的一範例之平面圖；
第4圖為描繪第3圖中所示之畫素配置中的感測器元件(影像讀取畫素)與信號線之間的連結關係的一範例之示意平面圖；
第5圖為描繪第1圖中所示之顯示裝置中的一感測器元件之一組態範例的電路圖；
第6A及6B圖為用於解釋感測器元件內之二極體元件的開操作範圍及關操作範圍之圖；
第7A至7C圖為用於解釋感測器元件內之二極體元件的開操作範圍及關操作範圍之圖；
第8圖為描繪第1圖中所示之顯示裝置中的近接物體偵測處理(影像讀取操作)的一範例之時序波形圖；
第9圖為用於解釋第8圖中所示之近接物體偵測處理中的充電操作之電路圖；
第10圖為用於解釋第8圖中所示之近接物體偵測處理中的放電操作之電路圖；
第11A及11B圖為分別描繪當兩二極體元件在理想狀態中操作時所得之儲存節點的電壓波形及當考量兩二極體元件間之響應特徵的差異時所得的儲存節點之實際電壓波形之波形圖；
第12A及12B圖分別為描繪施加一電壓值至第一二極體元件的範例及施加一電壓值至第二二極體元件的範例之圖；
第13圖為描繪在第一二極體元件中流動之陽極電流Ip及在第二二極體元件中流動之陰極電流In之間的比較之圖；
第14A及14B圖為分別描繪當二極體元件受到開-關控制而無過驅動時第一二極體元件之開-關控制中的操作點及第二二極體元件之開-關控制中的操作點之說明圖；
第15A及15B圖為分別描繪當二極體元件受到有過驅動之開-關控制時第一二極體元件之開-關控制中的操作點及第二二極體元件之開-關控制中的操作點之說明圖；
第16A至16C圖為分別描繪施加電壓值至第一二極體元件而無過驅動之一範例、施加具有過驅動的電壓值至第一二極體元件之第一範例、施加具有過驅動的電壓值至第一二極體元件之第二範例及的波形圖；
第17A圖至第17C圖為分別描繪施加電壓值至第二二極體元件而無過驅動之一範例、施加具有過驅動的電壓值至第二二極體元件之第一範例、施加具有過驅動的電壓值至第二二極體元件之第二範例及的波形圖；
第18A及18B圖為描繪當互相比較第16A圖至第16C圖中之驅動範例時在第一二極體元件中流動的陽極電流Ip，及當互相比較第17A圖至第17C圖中之驅動範例時在第二二極體元件中流動的陰極電流In之特徵圖；
第19圖為描繪用於模擬之感測器元件的一組態之電路圖；
第20圖為描繪當無過驅動地操作第19圖中所示之電路時每一部份的操作電壓之一範例的波形圖；
第21圖為描繪當以過驅動操作第19圖中所示之電路時每一部份的操作電壓之一範例的波形圖；
第22圖為描繪第20圖中所示之儲存電壓Vm0與第21圖中所示之儲存電壓Vm1(當放大這些電壓時)間的比較之波形圖；
第23A及23B圖為分別描繪藉由使用第1圖中所示之顯示裝置中的近接物體偵測處理的結果來執行應用程式之第一範例及第二範例的說明圖；
第24圖為描繪藉由使用近接物體偵測處理的結果來執行應用程式之第三範例的說明圖；
第25圖為描繪藉由使用近接物體偵測處理的結果來執行應用程式之第四範例的說明圖；
第26圖為描繪藉由使用近接物體偵測處理的結果來執行應用程式之第五範例的說明圖；
第27圖為第1圖中所示之顯示裝置的第一應用範例的透視外部圖；
第28A及28B圖為第二應用範例當分別從前面及後面看去時之透視外部圖；
第29圖為第三應用範例的透視外部圖；
第30圖為第四應用範例的透視外部圖；
第31A至31G圖分別為描繪第五應用範例的圖，亦即第31A及31B圖為在打開狀態中之前視圖及側視圖，以及第31C至31G圖為在關閉狀態中之前視圖、左側視圖、右側視圖、上視圖、及下視圖；
第32A及32B圖為描繪由相關技藝中之具有輸入功能的顯示裝置來偵測近接物體的方法之一範例的特徵圖；
第33A及33B圖為描繪在相關技藝中由具有輸入功能的顯示裝置來偵測近接物體的方法之另一範例的特徵圖；以及
第34圖顯示用於說明在相關技藝中藉由使用差別影像來偵測近接物體之方法的照片。
33．．．感測器元件
Vn1．．．陰極電壓
Vg1、Vg2．．．閘極電壓
PD1、PD2．．．第一二極體元件
P1．．．連結點
Vp2．．．陽極電壓
C1．．．電容器
Reset．．．重設信號線
Vrst．．．重設電壓來源
Tr1．．．第一電晶體
Tr2．．．第二電晶體
Tr3．．．第三電晶體
VDD．．．電源來源
Read．．．讀取信號線
41．．．讀出線

Claims (9)

  1. 一種感測器裝置，包含：一或更多感測器元件，各包括第一二極體元件及第二二極體元件，該第一及第二二極體元件各具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極，該第二二極體元件以一種方式串聯連接至該第一二極體元件，使得該第二二極體元件之該陰極電極連接至該第一二極體元件之該陽極電極；以及感測器驅動區，組態成在固定陰極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第一二極體元件之開-關(on-off)狀態，以及在固定陽極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第二二極體元件之開-關狀態，藉此驅動該些感測器元件，其中該感測器驅動區驅動該第二二極體元件，同時維持由下列條件(1)所表示之電位關係，並在從該第二二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg2(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(1A)所表示之電位關係，在該第二二極體元件上施行過驅動，其中Vp2、Vg2(on)及Vg2(off)分別表示該第二二極體元件之該陽極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓Vg2(off)<Vp2<Vg2(on)...(1) Vg2(on)<Vg2(od)...(1A)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感測器裝置，其中該感測器驅動區驅動該第一二極體元件同時維持由下 列條件(2)所表示之電位關係，並在從該第一二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg1(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(2A)所表示之電位關係，在該第一二極體元件上施行過驅動，其中Vp1、Vg1(on)及Vg1(off)分別表示該第一二極體元件之該陰極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓Vg1(on)<Vn1<Vg1(off)...(2) Vg1(od)<Vg1(on)...(2A)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之感測器裝置，其中該感測器元件進一步包括連接至該第一及第二二極體元件的接面之電容元件，該第一及第二二極體元件各根據入射光的量來產生電荷，以及該感測器驅動區個別地在該第一及第二二極體元件上施行開-關控制，使得當該第一二極體元件進入該開狀態且該第二二極體元件進入該關狀態時，於該電容元件中儲存由該第一二極體元件所產生之該電荷，而當該第二二極體元件進入該開狀態且該第一二極體元件進入該關狀態時，自該電容元件釋放由該第二二極體元件所產生之該電荷。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之感測器裝置，進一步包含：輻射光源，其被控制成與該第一及第二二極體元件之 該開-關狀態同步地開或關，且發射用於偵測近接該感測器元件的近接物體之輻射光；以及信號處理區，基於從該感測器元件獲取之偵測信號，取得物體資訊，其包括該近接物體之位置、形狀、及尺寸的至少一者，其中該感測器驅動區控制該第一及第二二極體元件的該些開-關狀態，使得當從該輻射光源發射該輻射光時根據衍生自該輻射光之反射光的量及外部光之量的總和在該電容元件中儲存該電荷，並當不從該輻射光源發射該輻射光時根據外部光之量從該電容元件釋放該電荷。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之感測器裝置，其中該第一及第二二極體元件的每一者為PIN光二極體，其包括連接至該陽極電極之p型半導體區域、連接至該陰極電極之n型半導體區域、及形成在該p型半導體區域與該n型半導體區域之間的本質半導體區域。
  6. 一種驅動感測器元件之方法，包含下列步驟：提供一或更多感測器元件，各包括第一二極體元件及第二二極體元件，該第一及第二二極體元件各具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極，該第二二極體元件以一種方式串聯連接至該第一二極體元件，使得該第二二極體元件之該陰極電極連接至該第一二極體元件之該陽極電極；以及在固定陰極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第一二極體元件之開-關(on-off)狀態，以及在固定陽 極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第二二極體元件之開-關狀態，藉此驅動該些感測器元件，其中驅動該第二二極體元件，同時維持由下列條件(1)所表示之電位關係，並在從該第二二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg2(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(1A)所表示之電位關係，過驅動該第二二極體元件，其中Vp2、Vg2(on)及Vg2(off)分別表示該第二二極體元件之該陽極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓Vg2(off)<Vp2<Vg2(on)...(1) Vg2(on)<Vg2(od)...(1A)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中驅動該第一二極體元件同時維持由下列條件(2)所表示之電位關係，並在從該第一二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg1(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(2A)所表示之電位關係，過驅動該第一二極體元件，其中Vp1、Vg1(on)及Vg1(off)分別表示該第一二極體元件之該陰極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓Vg1(on)<Vn1<Vg1(off)...(2) Vg1(od)<Vg1(on)...(2A)。
  8. 一種具有輸入功能之顯示裝置，該顯示裝置包含：顯示板，包括複數顯示畫素及複數感測器元件，該些感測器元件的每一者包括第一二極體元件及第二二極體元 件，該第一及第二二極體元件各具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極，該第二二極體元件以一種方式串聯連接至該第一二極體元件，使得該第二二極體元件之該陰極電極連接至該第一二極體元件之該陽極電極；顯示畫素驅動區，驅動該些顯示畫素；以及感測器驅動區，組態成在固定陰極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第一二極體元件之開-關(on-off)狀態，以及在固定陽極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第二二極體元件之開-關狀態，藉此驅動該些感測器元件，其中該感測器驅動區驅動該第二二極體元件，同時維持由下列條件(1)所表示之電位關係，並在從該第二二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg2(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(1A)所表示之電位關係，在該第二二極體元件上施行過驅動，其中Vp2、Vg2(on)及Vg2(off)分別表示該第二二極體元件之該陽極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓Vg2(off)<Vp2<Vg2(on)...(1) Vg2(on)<Vg2(od)...(1A)。
  9. 一種包含具有輸入功能之顯示裝置的電子單元，該顯示裝置包含：顯示板，包括複數顯示畫素及複數感測器元件，該些感測器元件的每一者包括第一二極體元件及第二二極體元 件，該第一及第二二極體元件各具有陽極電極、陰極電極、及閘極電極，該第二二極體元件以一種方式串聯連接至該第一二極體元件，使得該第二二極體元件之該陰極電極連接至該第一二極體元件之該陽極電極；顯示畫素驅動區，驅動該些顯示畫素；以及感測器驅動區，組態成在固定陰極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第一二極體元件之開-關(on-off)狀態，以及在固定陽極電壓的條件下透過改變閘極電壓來控制該第二二極體元件之開-關狀態，藉此驅動該些感測器元件，其中該感測器驅動區驅動該第二二極體元件，同時維持由下列條件(1)所表示之電位關係，並在從該第二二極體元件之關狀態至開狀態的過渡中，透過暫時施加閘極電壓Vg2(od)至該閘極電極同時維持由下列條件(1A)所表示之電位關係，在該第二二極體元件上施行過驅動，其中Vp2、Vg2(on)及Vg2(off)分別表示該第二二極體元件之該陽極電壓、在該開狀態中之閘極電壓、及在該關狀態中之閘極電壓Vg2(off)<Vp2<Vg2(on)...(1) Vg2(on)<Vg2(od)...(1A)。
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