TWI514874B - 半導體裝置、顯示裝置及半導體裝置的驅動方法 - Google Patents

半導體裝置、顯示裝置及半導體裝置的驅動方法 Download PDF

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Description

半導體裝置、顯示裝置及半導體裝置的驅動方法
本發明的所屬之技術領域係關於一種顯示裝置及該顯示裝置的驅動方法。此外，還關於一種半導體裝置及該半導體裝置的驅動方法。
近年來，裝載有具有光感測器的顯示面板的顯示裝置引人注目。
當檢測物件接觸於或接近顯示面板時，照射到顯示面板的光的量變化。藉由利用光感測器來檢測光的量的變化，可以檢測出檢測物件的接觸或接近。
作為這種顯示裝置的一例，可以舉出如下顯示裝置：藉由將貼緊型區域感測器配置到顯示面板，來具備成像功能(例如，參照專利檔案1)。此外，作為不具有顯示面板的裝置的一例，可以舉出諸如圖像感測器等的半導體裝置。
在顯示裝置中，藉由如下步驟進行成像。當檢測物件接觸於或接近顯示面板時，光從顯示面板照射到檢測物件，並且，一部分的光被檢測物件反射。在顯示面板的像素中設置有光感測器，藉由檢測出被反射的光並將它轉換為電信號而取得圖像資料，來生成圖像。
為了進行高精度的成像，而需要降低由於設置在顯示面板的像素中的光感測器的特性的不均勻性而發生的噪音。由於噪音的影響，而存在有不能生成正常的圖像的缺損像素。
已知校正缺損像素的圖像資料的技術(例如，參照專利檔案2)。
[專利檔案1]　日本專利申請公開第2001-292276號公報
[專利檔案2]　日本專利申請公開第2002-262132號公報
在專利檔案2中，藉由使用與缺損像素相鄰的像素的圖像資料，生成正常的圖像資料，來校正缺損像素的圖像資料。因此，有如下問題：在缺損像素存在於廣範圍的情況下，很難校正圖像資料。
鑒於上述問題，本發明的目的之一是即使不進行使用與缺損像素相鄰的像素的校正，也能降低圖像資料的噪音，而進行高精度的成像。
在顯示面板的像素中配置有光感測器，並且，在進行通常的圖像的成像之前，預先進行校正用圖像的成像。並且，在進行通常的圖像的成像時，使用校正用圖像進行校正，生成降低了噪音的圖像。具有噪音的像素也被稱為缺損像素。
光感測器藉由在重設操作時輸入規定的信號被重設。至於校正用像素，也可以利用重設操作時輸入的信號來生成圖像資料而進行成像。藉由設定重設操作時的信號的大小，可以自動地進行所希望的圖像的成像。
作為校正用圖像，既可以進行一個成像，又可以進行多個成像來使用。
本發明的一個實施例是一種顯示裝置，包括：光感測器被配置為矩陣狀的顯示面板；以及圖像處理電路，其中，所述光感測器進行黑色圖像以及檢測物件的圖像的成像，並且，所述圖像處理電路使用所述黑色圖像的圖像資料X以及所述檢測物件的圖像的圖像資料Y來生成具有圖像資料(Y-X)的圖像。
本發明的一個實施例是一種顯示裝置，包括：光感測器被配置為矩陣狀的顯示面板；以及圖像處理電路，其中，所述光感測器進行白色圖像以及檢測物件的圖像的成像，並且，所述圖像處理電路將灰度級的最大值設定為MAX，使用所述白色圖像的圖像資料X以及所述檢測物件的圖像的圖像資料Y，來生成具有圖像資料(Y+(MAX-X))的圖像。
本發明的一個實施例是一種顯示裝置，包括：光感測器被配置為矩陣狀的顯示面板；以及圖像處理電路，其中，所述光感測器進行黑色圖像、白色圖像以及檢測物件的圖像的成像，並且，所述圖像處理電路將灰度級的最大值設定為MAX，使用所述黑色圖像的圖像資料X、所述白色圖像的圖像資料Y以及所述檢測物件的圖像的圖像資料Z，來生成具有圖像資料(MAX×(Z-X)/(Y-X))的圖像。
此外，本發明的特徵是具有一種用來容納由光感測器成像的圖像的記憶裝置。
此外，本發明的特徵是如下：黑色圖像及白色圖像是校正用圖像，並且，它們在光感測器進行重設操作時被成像。
根據本發明，可以提供一種能夠進行高精度的成像的顯示裝置。
下面，參照附圖對實施例模式進行詳細說明。但是，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是下面的實施例模式可以以多個不同方式來實施，其方式及詳細內容可以被變換為各種各樣的形式，而不脫離本發明的宗旨及範圍。從而，本發明不應該被解釋為僅限定在以下實施例模式所記載的內容中。注意，在用來說明實施例模式的所有的附圖中，使用相同的附圖標記來表示相同的部分或者具有相同的功能的部分，並且，省略其重複說明。
實施例模式1
在本實施例模式中，參照圖1至圖5而說明顯示裝置。
參照圖1而說明顯示面板的結構。顯示面板100包括像素電路101、顯示元件控制電路102以及光感測器控制電路103。像素電路101包括在行和列方向上配置為矩陣狀的多個像素104。各像素104包括顯示元件105和光感測器106。注意，光感測器106也可以設置在像素104的外部。此外，光感測器106的個數也可以與顯示元件105的個數不同。
顯示元件105包括薄膜電晶體(Thin Film Transistor：TFT)、儲存電容器以及液晶元件等。薄膜電晶體具有控制對儲存電容器植入電荷或者從儲存電容器排出電荷的功能。儲存電容器具有保持相當於施加到液晶元件的電壓的電荷的功能。藉由對液晶元件施加電壓，控制光的透過或非透過，進行灰度級顯示。作為透過液晶元件的光，使用利用光源(背光燈)從液晶顯示裝置的背面照射的光。
注意，作為進行彩色圖像顯示的方式，有使用彩色濾光片的方式，即，彩色濾光片方式。在這個方式中，藉由使透過液晶層的光經過彩色濾光片，可以實現特定顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的灰度級。在此，當使用濾光片方式時，將具有發射紅(R)、綠(G)、藍(B))中的任一種顏色的光的功能的像素104分別稱為R像素、G像素、B像素。
此外，作為進行彩色圖像顯示的另一個方式，有場循序方式，即，利用特定顏色(例如，紅(R)、綠(G)、藍(B))的光源構成背光燈，並且依次使各個顏色發光的方式。在場循序方式中，藉由在各個顏色的光源發光的期間中形成透過液晶層的光的明暗，可以形成該顏色的灰度級。
注意，以上說明了顯示元件105具有液晶元件的情況，但是也可以具有發光元件等的其他元件。發光元件是其亮度由電流或電壓控制的元件，具體地可以舉出發光二極體、OLED(有機發光二極體，Organic Light Emitting Diode)等。
光感測器106包括具有藉由接收光來生成電信號的功能的元件(也稱為接收元件)、薄膜電晶體。作為接收元件，可以使用光電二極體等。注意，光感測器106所接收的光是：從顯示裝置的內部(背光燈等)發射並被檢測物件反射的光；被檢測對象反射的外光等；檢測物件本身發射的光；或者被檢測物件遮蔽的外光等(影子)。
顯示元件控制電路102是用來控制顯示元件105的電路，它包括顯示元件驅動電路107和顯示元件驅動電路108。顯示元件驅動電路107藉由視頻資料信號線等的信號線(也稱為“源極電極信號線”)對顯示元件105輸入信號，並且，顯示元件驅動電路108藉由掃描線(也稱為“閘極信號線”)對顯示元件105輸入信號。例如，掃描線一側的顯示元件驅動電路108具有選擇配置於特定列的像素所具有的顯示元件的功能。此外，信號線一側的顯示元件驅動電路107具有對所選擇的列的像素所具有的顯示元件施加任意的電位的功能。注意，在被掃描線一側的顯示元件驅動電路108施加高電位的顯示元件中，薄膜電晶體成為導電狀態，並且，接收由信號線一側的顯示元件驅動電路107供應的電荷。
光感測器控制電路103是用來控制光感測器106的電路，並且，它包括光感測器輸出信號線、光感測器基準信號線等信號線一側的光感測器讀出電路109、以及掃描線一側的光感測器驅動電路110。掃描線一側的光感測器驅動電路110具有對配置於特定的列的像素所具有的光感測器106進行後述的重設操作及選擇操作的功能。此外，信號線一側的感測器讀出電路109具有提取被選擇的列的像素所具有的光感測器106的輸出信號的功能。注意，作為信號線一側的光感測器讀出電路109，可以採用如下結構：藉由利用運算放大器，將模擬信號的光感測器106的輸出不加改變地提取到顯示面板的外部的結構；藉由利用A/D轉換電路，將該輸出轉換為數位信號，然後，提取到顯示面板的外部的結構。
利用圖2而說明像素104的電路圖。像素104包括具有電晶體201、儲存電容器202和液晶元件203的顯示元件105以及具有光電二極體204、電晶體205和電晶體206的光感測器106。
電晶體201的閘極與閘極信號線207電連接，電晶體201的源極電極和汲極電極中的一個與視頻資料信號線210電連接，並且電晶體201的源極電極和汲極電極中的另一個與儲存電容器202的一個電極以及液晶元件203的一個電極電連接。儲存電容器202的另一個電極和液晶元件203的另一個電極被保持為一定的電位。液晶元件203是包括一對電極和該對電極之間的液晶層的元件。
當對閘極信號線207施加“H”時，電晶體201對儲存電容器202和液晶元件203施加視頻資料信號線210的電位。儲存電容器202保持上述施加的電位。液晶元件203根據上述施加的電位而改變光透過率。
光電二極體204的一個電極與光電二極體重設信號線208電連接，光電二極體204的另一個電極與電晶體205的閘極電連接。電晶體205的源極電極和汲極電極中的一個與光感測器基準信號線212電連接，電晶體205的源極電極和汲極電極中的另一個與電晶體206的源極電極和汲極電極中的一個電連接。電晶體206的閘極與閘極信號線209電連接，電晶體206的源極電極和汲極電極中的另一個與光感測器輸出信號線211電連接。
接著，參照圖3而說明感測器讀出電路109的結構。在圖3中，一行像素的光感測器讀出電路300包括p型電晶體301、儲存電容器302。此外，光感測器讀出電路300包括一行該像素的光感測器輸出信號線211和預充電信號線303。
在光感測器讀出電路300中，在像素內的光感測器操作之前將光感測器輸出信號線211的電位設定為基準電位。在圖3中，藉由將預充電信號線303的電位設定為“L”，可以將光感測器輸出信號線211的電位設定為作為基準電位的高電位。注意，當光感測器輸出信號線211的寄生電容大時，就並不需要設置儲存電容器302。注意，也可以採用基準電位為低電位的結構。在此情況下，藉由利用n型電晶體，並且將預充電信號線303的電位設定為“H”，可以將光感測器輸出信號線211的電位設定為作為基準電位的低電位。
接下來，參照圖4的時序圖而說明本顯示面板中的光感測器的讀出操作。在圖4中，信號401至信號404相當於圖2中的光電二極體重設信號線208的電位、與電晶體206的閘極連接的閘極信號線209的電位、與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位、光感測器輸出信號線211的電位。另外，信號405相當於圖3中的預充電信號線303的電位。
在時間A中，當將光電二極體重設信號線208的電位(信號401)設定為“H”(重設操作)時，光電二極體204成為導通狀態，從而與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位(信號403)成為“H”。另外，當將預充電信號線303的電位(信號405)設定為“L”時，光感測器輸出信號線211的電位(信號404)被預充電為“H”。
在時間B中，當將光電二極體重設信號線208的電位(信號401)設定為“L”(累積操作)時，由於光電二極體204的截止電流，與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位(信號403)開始下降。當被照射光時，光電二極體204的截止電流增大，因此與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位(信號403)根據被照射的光的量而變化。也就是說，電晶體205的源極電極和汲極電極之間的電流變化。
在時間C中，當將閘極信號線209的電位(信號402)設定為“H”(選擇操作)時，電晶體206成為導通狀態，並且光感測器基準信號線212與光感測器輸出信號線211藉由電晶體205和電晶體206成為導通狀態。於是，光感測器輸出信號線211的電位(信號404)下降。注意，在時間C之前，將預充電信號線303的電位(信號405)設定為“H”，來結束光感測器輸出信號線211的預充電。在此，光感測器輸出信號線211的電位(信號404)的下降速度取決於電晶體205的源極電極和汲極電極之間的電流。也就是說，光感測器輸出信號線211的電位的下降速度根據照射到光電二極體204的光的量而變化。
在時間D中，當將閘極信號線209的電位(信號402)設定為“L”時，電晶體206被截止，從而在時間D之後，光感測器輸出信號線211的電位(信號404)成為一定值。在此，該一定值根據照射到光電二極體204的光的量而變化。因此，藉由得到光感測器輸出信號線211的電位，可以知道照射到光電二極體204的光的量。
如上所述，藉由反復進行重設操作、累積操作、選擇操作，來實現各個光感測器的操作。此外，藉由對顯示面板的所有的行及列的像素的光感測器依次進行上述的操作，來依次得到當時得到的光感測器輸出信號線211的電位，而可以生成成像圖像。
設置於各個像素的光感測器由於製造上的不均勻性而具有特性上的不均勻性。作為製造上的不均勻性，有光電二極體的光電流、電晶體的臨界值或導通電流、光感測器輸出信號線的佈線電阻或寄生電容等。由於這些不均勻性，導致發生如下情況：雖然所取得的成像圖像本來應該是黑色圖像，但是卻混入有帶有白色的花紋；反之，雖然所取得的成像圖像本來應該是白色圖像，但是卻混入有帶有黑色的花紋。此外，在信號線一側的光感測器讀出電路109中裝載有運算放大器、A/D轉換電路的情況下，由於這些不均勻性，導致成像圖像混入有條紋。由於這些噪音，而使最終成像圖像的品質受到損害。
一般地說，藉由放大構成光感測器的光電二極體、電晶體的尺寸，加寬信號佈線的寬度，增大層間絕緣膜的膜厚度，可以減輕上述製造上的不均勻性。此外，也可以在光感測器中裝載不均勻性校正電路。然而，因為在顯示面板中需要確保像素的孔徑比，所以對光電二極體、電晶體的元件的尺寸及元件的數量有嚴格的限制，因此，不容易實現元件的尺寸的放大、信號佈線的加寬、校正電路的弓入等。此外，也不容易實現層間絕緣膜的膜厚度的增大，因為這會導致製造成本的增加、像素的透過率的降低。於是，提出藉由如下方法來提高成像圖像的品質的技術方案。就是說，在最終成像之前，進行黑色圖像和白色圖像中的至少一方的成像，並將其用作用來校正最終成像圖像的圖像。然後藉由將黑紙或白紙放在顯示面板上並進行成像，可以容易得到黑色圖像或白色圖像。
作為圖像校正的具體方法，有如下方法：(1)以從對黑色圖像成像的第一圖像資料X和作為成像圖像的第二圖像資料Y得到的圖像資料(Y-X)為第三圖像資料，並且以此為最終成像圖像；(2)以從對白色圖像成像的第一圖像資料X和作為成像圖像的第二圖像資料Y得到的圖像資料(Y+(灰度級數-X)為第三圖像資料，並且以此為最終成像圖像；(3)以從對黑色圖像成像的第一圖像資料X、對白色圖像成像的第二圖像資料Y、作為成像圖像的第三圖像資料Z，並將第三圖像資料Z以線形的方式分配在分別以第一圖像資料X、第二圖像資料Y為最小值、最大值的範圍內而得到的圖像資料((Z-X)/(Y-X)x(灰度級數))為第四圖像資料，並且以此為最終成像圖像。在此，圖像資料X(Y、Z)是指該圖像中的各像素的灰度級由數值表示的資料(灰度級數據)。此外，作為對圖像資料的四則運算，進行圖像資料的各像素的灰度級數據之間的四則運算。例如，在圖像資料(Y-X)中，藉由取得圖像資料X的各像素的灰度級數據與圖像資料Y的各像素的灰度級數據之差，得到各像素的灰度級數據。此外，將灰度級數據設定為其值隨明亮度增大。再者，至於彩色圖像，各像素的灰度級數據由R、G、B的灰度級值構成，並且，對R、G、B分別進行四則運算。灰度級數是指成像圖像的灰度級數，並且，在彩色圖像的情況下是指R、G、B各自的灰度級數。
(1)的方法對在黑色圖像上容易引起噪音的製造上的不均勻性是很有效的，例如在圖2所示的光感測器106中，對電晶體205的導通電流的不均勻性大的情況以及對光電二極體204的暗電流或者弱光中的光電流的不均勻性大的情況等是很有效的。注意，當噪音產生在整個黑色圖像中時，最終成像圖像成為泛白色的圖像。因此，藉由對所有的像素資料加上一定值，可以調整最終成像圖像的亮度。此外，在彩色圖像的情況下，對R、G、B分別加上不同的一定值是很有效的。
(2)的方法對在白色圖像上容易引起噪音的製造上的不均勻性是很有效的，例如在圖2所示的光感測器106中，對電晶體205的臨界值的不均勻性大的情況以及對光電二極體204的強光中的光電流的不均勻性大的情況等是很有效的。注意，當噪音產生在整個白色圖像中時，最終成像圖像成為泛黑色的圖像。因此，藉由從所有的像素資料減去一定值，可以調整最終成像圖像的亮度。此外，在彩色圖像的情況下，從R、G、B分別減去不同的一定值是很有效的。
(3)的方法是比(1)、(2)的方法更實用化的方法，其對光感測器的各種不均勻性是很有效的。此外，它不是對以線形進行分配的方式有效而是對更一般的以非線形進行分配的方式有效。注意，以線形的方式進行分配是指檢測物件的圖像資料(例如，圖像資料Z)的變化與受到校正的圖像資料的變化成比例。此外，以非線形的方式進行分配是指圖像資料Z的變化與受到校正的圖像資料不成比例。
注意，當利用(1)至(3)的方法時，對去掉圖像資料X、Y、Z的起因於熱雜訊等而隨機發生在成像圖像中的噪音(以下，稱為隨機噪音)是很有效的。為了去掉隨機噪音，採用平滑化處理等一般的圖像處理、用於得到連續進行成像的多個成像圖像的平均值、中間值的演算處理等是很有效的。
圖5示出進行上述校正的顯示面板系統500。在此，顯示面板系統500包括顯示面板100、控制電路501、圖像處理電路502、儲存圖像資料的記憶裝置503。控制電路501生成用來驅動顯示面板100的各種時序信號。圖像處理電路502對利用光感測器得到的成像資料進行如上所述的演算處理，而生成圖像資料。此外，將後面的圖像處理所需要的圖像資料容納在記憶裝置503中，並且，根據需要而讀取容納在記憶裝置503中的圖像資料，進行演算處理。
在圖5所示的結構中，當使用(1)、(2)的方法時，對記憶裝置503僅儲存黑色圖像資料和白色圖像資料中的一個即可，所以記憶裝置503的電容需要的量少。
此外，在顯示面板100的製造上的不均勻性少的情況下，可以限定黑色圖像資料及白色圖像資料中的各像素的灰度級數據的範圍。在此情況下，可以採用如下結構：將指定灰度級數據的範圍的資料儲存在另行準備的記憶裝置中，並且，對記憶裝置503僅儲存所限定的範圍的灰度級數據。當進行上述(1)至(3)的方法中的演算時，可以從各個記憶裝置分別讀出指定灰度級數據的範圍的資料和所限定的範圍的灰度級數據，並且，使用它們並利用圖像處理電路502進行演算。注意，可以將灰度級數據的高階位元、低階位元分別設定為指定各個灰度級數據的範圍的資料和所限定的範圍的灰度級數據。藉由採用這種結構，可以削減記憶裝置503的電容，所以是很有效的。
接著，參照圖11A至11C而說明(1)至(3)的方法的具體實例。
在圖11A至11C中，為使說明簡單化，而示出縱3×橫3的九個像素的實例。各像素內的數位表示圖像資料。像素的數量不侷限於此。
圖11A示出(1)的方法的次序。
首先，取得對黑色圖像成像的圖像資料X。其中數值0的像素表示黑色被準確地成像，並且，像素2001包括噪音的情況。噪音值為4，成為稍微發白色的圖像。該包括噪音的黑色圖像資料X被容納在記憶裝置503中。
接著，取得對檢測物件的圖像成像的圖像資料Y。在此，像素2001包括噪音值4，沒有準確地進行檢測物件的成像。該檢測物件的圖像資料Y被容納在記憶裝置503中。
並且，在圖像處理電路502中，使用黑色圖像資料X及檢測物件的圖像資料Y進行圖像處理，來生成包括圖像資料(Y-X)的圖像。所生成的圖像是在像素2001中去掉噪音值4的正確的成像圖像。如上所述，可以校正包括噪音的圖像。
圖11B示出(2)的方法的次序。
首先，取得對白色圖像進行成像的圖像資料X。數值15的像素表示白色被準確地成像，並且，像素2002包括噪音的情況。噪音值為6，成為稍微發黑色的圖像。該包括噪音的白色圖像資料被容納在記憶裝置503中。
接著，取得對檢測對象進行成像的圖像資料Y。在此，像素2002包括噪音值6，沒能準確地進行檢測對象的成像。該檢測物件的圖像資料Y被容納在記憶裝置503中。
並且，在圖像處理電路502中，使用白色圖像資料X及檢測物件的圖像資料Y進行圖像處理，來生成具有圖像資料(Y+(MAX-X))的圖像。所生成的圖像是在像素2002中去掉噪音值6的正確的成像圖像。如上所述，可以校正包括噪音的圖像。MAX表示16灰度級的最大值，並且，在此，MAX=15。上述灰度級數具有與該MAX相同的意思。
圖11C示出(3)的方法的次序。
首先，取得對黑色圖像成像的圖像資料X、對白色圖像成像的圖像資料Y。與圖11A和11B同樣，黑色圖像在像素2003中成為泛白色的圖像，並且，白色圖像在像素2003中成為泛黑色的圖像。這些圖像資料X及Y被容納在記憶裝置503中。
接著，取得對檢測對象成像的圖像資料Z。在此，像素2003包括噪音值4及噪音值6，沒有準確地進行檢測物件的成像。該檢測物件的圖像資料Z被容納在記憶裝置503中。
並且，在圖像處理電路502中，使用黑色圖像資料X、白色圖像資料Y及檢測物件的圖像資料Z進行圖像處理，來生成包括圖像資料(MAX×(Z-X)/(Y-X))的圖像。所生成的圖像是去掉噪音值4及噪音值6的正確的成像圖像。如上所述，可以校正包括噪音的圖像。與(2)的方法同樣，MAX=15。
注意，雖然在本實施例模式中使用了單色圖像，但是也可以使用由R、G、B的值構成的彩色圖像。在此情況下，對R、G、B分別進行上述圖像處理，即可。此外，也可以將RGB值轉換為HSV值(H：色調、S：彩度、V：明度)來進行處理。
此外，雖然進行了4位元顯示(16灰度級顯示)，但是也可以採用其他位元數。
藉由採用如上所述的方式，可以提供能夠進行高精度的圖像成像的顯示面板。
注意，雖然在本實施例模式中說明了具有光感測器的顯示裝置，但是也可以容易應用於具有光感測器的半導體裝置。就是說，從本實施例模式的顯示裝置去掉顯示所需要的電路，明確地說，顯示元件控制電路102、顯示元件105，可以構成半導體裝置。作為該半導體裝置，例如可以舉出圖像感測器。這種半導體裝置可以與上述同樣地檢測出接觸於或接近設置有光感測器的輸入部的檢測物件。
本實施例模式可以與其他實施例模式或實施例適當地組合來實施。
實施例模式2
在本實施例模式中，參照圖6的時序圖而說明與實施例模式1所說明的方法不同的黑色圖像或白色圖像的成像方法。在圖6的時序圖中，信號601、信號402、信號603、信號604相當於圖2中的光電二極體重設信號線208、與電晶體206的閘極連接的閘極信號線209、與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213、光感測器輸出信號線211的電位。此外，信號405相當於圖3中的預充電信號線303的電位。下面，對圖6與圖4所示的時序圖不同之處進行說明。
在時間A中，將光電二極體重設信號線208的電位(信號601)設定為特定的電位(重設操作)。在此，當對黑色圖像成像時，特定的電位是指與圖4的時序圖中的“H”相同的電位的第一電位。此外，當對白色圖像成像時，特定的電位理想地是指對圖2中的電晶體205的臨界值加上光電二極體204的正向電壓下降的電位的第二電位。實際上，將光電二極體204能夠導通的最小電位設定為第二電位。此時，與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位(信號603)成為比第一電位低光電二極體204的正向電壓下降的值。此外，當將預充電信號線303的電位(信號405)設定為“L”時，光感測器輸出信號線211的電位(信號604)被預充電為“H”。
在時間B中，光電二極體重設信號線208的電位(信號601)保持時間A的電位。就是說，與電晶體205的閘極連接的閘極信號線213的電位(信號603)也不變化。
在時間C中，當將閘極信號線209的電位(信號402)設定為“H”(選擇操作)時，電晶體206成為導電狀態，並且光感測器基準信號線212與光感測器輸出信號線211藉由電晶體205和電晶體206成為導通狀態。於是，光感測器輸出信號線211的電位(信號604)下降。注意，在時間C之前，將預充電信號線303的電位(信號405)的電位設定為“H”，來結束光感測器輸出信號線211的預充電。在此，光感測器輸出信號線211的電位(信號604)的下降速度取決於電晶體205的源極電極和汲極電極之間的電流。也就是說，光感測器輸出信號線211的電位(信號604)的下降速度根據在重設操作中施加到光電二極體重設信號線208的電壓而變化。明確而言，在對光電二極體重設信號線208施加第一電位的情況下，光感測器輸出信號線211的電位(信號604)與圖4的時序圖中的照射到光電二極體204的光的量少的情況，即對黑色圖像成像的情況同樣地變化。此外，在對光電二極體重設信號線208施加第二電位的情況下，光感測器輸出信號線211的電位(信號604)與圖4的時序圖中的照射到光電二極體204的光的量少的情況，即對白色圖像成像的情況同樣地變化。
在時間D中，當將閘極信號線209的電位(信號402)設定為“L”時，電晶體206被截止，從而在時間D之後，光感測器輸出信號線211的電位(信號604)成為一定值。在此，該一定值根據在重設操作中施加到光電二極體重設信號線208的電壓而變化。因此，藉由得到光感測器輸出信號線211的電位，可以知道相當於對黑色圖像或白色圖像成像時的成像資料。
藉由採用如上所述的方式，當對校正用的黑色圖像或白色圖像成像時，可以省略將黑紙或白紙放在顯示面板上並進行成像的製程，而提供能夠進行高精度的成像的顯示裝置。
本實施例模式可以與其他實施例模式或實施例適當地組合來實施。
實施例模式3
圖7表示顯示面板的截面圖的一例。在圖7所示的顯示面板中，在具有絕緣表面的基板(TFT基板)1001上設置有光電二極體1002、電晶體1003、儲存電容器1004、液晶元件1005。
光電二極體1002和儲存電容器1004可以在製造電晶體1003的步驟中與電晶體1003一起形成。光電二極體1002是橫向接面型的pin二極體，其中，光電二極體1002所具有的半導體膜1006包括具有p型導電性的區域(p層)、具有i型導電性的區域(i層)和具有n型導電性的區域(n層)。注意，雖然在本實施例模式中，示出了光電二極體1002為pin二極體的情況，但是光電二極體也可以是pn二極體。藉由將賦予p型的雜質和賦予n型的雜質分別添加到半導體膜1006的特定區域中，可以形成橫向接面型的pin結或pn接面。
此外，藉由利用蝕刻等將形成在TFT基板1001上的一個半導體膜加工(構圖)為所希望的形狀，可以一起形成光電二極體1002的島狀的半導體膜、電晶體1003的島狀的半導體膜，而不需要通常追加到面板製造製程的製程，從而可以降低成本。
液晶元件1005包括像素電極1007、液晶1008和對置電極1009。像素電極1007被形成在基板1001上，並且藉由導電膜1010電連接到電晶體1003及儲存電容器1004。此外，對置電極1009被形成在基板(對置基板)1013上，並在像素電極1007和對置電極1009之間夾有液晶1008。注意，雖然在本實施例模式中，未圖示用於光感測器的電晶體，但是該電晶體也可以在製造電晶體1003的步驟中與電晶體1003一起形成在基板(TFT基板)1001上。
像素電極1007和對置電極1009之間的單元間隙可以利用間隔物1016來控制。在圖7中，使用藉由光微影法選擇性地形成的柱狀間隔物1016來控制單元間隙，但是，也可以藉由將球狀間隔物分散在像素電極1007和對置電極1009之間來控制單元間隙。
另外，液晶1008在基板(TFT基板)1001和基板(對置基板)1013之間被密封材料圍繞。作為液晶1008的植入方法，既可以利用分配器方式(滴落方式)，又可以利用浸漬方式(泵浦方式)。
作為像素電極1007，可以使用具有透光性的導電材料，例如，銦錫氧化物(ITO)、含有氧化矽的銦錫氧化物(ITSO)、有機銦、有機錫、氧化鋅、含有氧化鋅的銦鋅氧化物(IZO)、含有鎵(Ga)的氧化鋅、氧化錫(SnO2 )、含有氧化鎢的銦氧化物、含有氧化鎢的銦鋅氧化物、含有氧化鈦的銦氧化物、含有氧化鈦的銦錫氧化物等。
另外，在本實施例模式中，以透過型的液晶元件1005為例子，所以與像素電極1007同樣，對置電極1009也可以使用上述具有透光性的導電材料。
在像素電極1007和液晶1008之間設置有取向膜1011，並在對置電極1009和液晶1008之間設置有取向膜1012。取向膜1011和取向膜1012可以使用聚醯亞胺、聚乙烯醇等的有機樹脂而形成，並對其表面進行了摩擦(rubbing)等用來使液晶分子向一定的方向排列的取向處理。藉由在對取向膜施加壓力的同時，使纏繞有尼龍等的布的滾筒轉動，而沿一定方向摩擦上述取向膜的表面，可以進行摩擦處理。注意，也可以不進行取向處理，而使用氧化矽等的無機材料藉由蒸鍍法直接形成具有取向特性的取向膜1011和取向膜1012。
另外，在基板(對置基板)1013上與液晶元件1005重疊地形成能夠透過特定波長區域的光的彩色濾光片1014。可以將分散有顏料的丙烯酸樹脂等的有機樹脂塗敷到基板1013上，然後利用光微影法選擇性地形成彩色濾光片1014。此外，也可以將分散有顏料的聚醯亞胺樹脂塗敷到基板1013上，然後利用蝕刻法選擇性地形成彩色濾光片1014。或者，也可以藉由利用噴墨法等的液滴噴射法選擇性地形成彩色濾光片1014。
另外，在基板(對置基板)1013上與光電二極體1002重疊地形成能夠遮擋光的遮擋膜1015。藉由設置遮擋膜1015，可以防止透過基板(對置基板)1013而入射到顯示面板內的來自背光燈的光直接照射到光電二極體1002，並可以防止由於像素之間的液晶1008的取向混亂而導致的旋錯(disclination)被識別到。作為遮擋膜1015可以使用碳黑、低維氧化鈦等的包含黑色顏料的有機樹脂。此外，也可以利用使用鉻的膜形成遮擋膜1015。
另外，在基板(TFT基板)1001的與形成有像素電極1007的表面相反的表面上設置偏光板1017，並在基板1013的與形成有對置電極1009的表面相反的表面上設置偏光板1018。
作為液晶元件，除了TN(Twisted Nematic：扭轉向列)型之外，還可以採用VA(Virtical Alignment：垂直定向)型、OCB(optically compensated Birefringence：光學補償彎曲)型、IPS(In-Plane Switching：平面內切換)型等。注意，雖然在本實施例模式中以具有在像素電極1007和對置電極1009之間夾有液晶1008的結構的液晶元件1005為例子進行了說明，但是根據本發明的一個實施例的顯示面板不侷限於該結構。也可以使用如IPS型那樣一對電極的兩者都設置在基板(TFT基板)1001一側的液晶元件。
另外，在本實施例模式中示出了使用薄膜半導體膜形成光電二極體1002、電晶體1003、儲存電容器1004的例子，但是，也可以使用單晶半導體基板、SOI基板等來形成光電二極體1002、電晶體1003、儲存電容器1004。
在本實施例模式所示的截面結構中，來自背光燈的光從基板(對置基板)1013一側照射。就是說，如箭頭1020所示，穿過液晶元件1005而照射到位於基板(TFT基板)1001一側的檢測對象1021。並且，被檢測物件1021反射的以箭頭1022表示的光入射到光電二極體1002。
此外，在本實施例模式的顯示裝置中，光感測器(光電二極體1002)的受光面的方向與顯示面板的顯示面(基板1001一側)的方向相同。因此，在顯示面板中，可以對檢測物件成像，這比設置CCD圖像感測器等的情況有效。
藉由採用如上所述的方式，可以提供能夠進行高精度的圖像成像的顯示面板。
本實施例模式可以與其他實施例模式或實施例適當地組合來實施。
實施例模式4
圖8示出與實施例模式3不同的顯示面板的截面圖的一例。圖8所示的顯示面板與圖7所示的顯示面板不同點是如下：在光電二極體1002中，使用構成電晶體1003的閘極電極的導電膜1019來構成遮擋膜2019。藉由在光電二極體1002中設置遮擋膜2019，可以防止來自背光燈的光直接入射到具有i型的導電性的區域(i層)，並且，可以有效地僅檢測出來自檢測物件的反射光。
另外，在將橫向接面型的pin二極體用作光電二極體1002的情況下，當形成具有p型導電性的區域(p層)和具有n型導電性的區域(n層)時，藉由將遮擋膜用作掩模，可以以自對準的方式形成這些區域。這在形成微小光電二極體的情況下是很有效的，並且這對像素尺寸的縮小、孔徑比的提高是很有效的。
藉由採用如上所述的方式，可以提供能夠進行高精度的圖像成像的顯示裝置。
本實施例模式可以與其他實施例模式或實施例適當地組合來實施。
實施例模式5
圖12示出與實施例模式3不同的顯示面板的截面圖的另一個例子。圖12所示的顯示面板與圖7所示的顯示面板不同點是如下：來自背光燈的光從基板(TFT基板)1001一側照射。就是說，如箭頭2020所示，背光燈的光穿過液晶元件1005而照射到位於基板(對置基板)1013一側的檢測對象1021。並且，被檢測物件1021反射的以箭頭2022表示的光入射到光電二極體1002。在此情況下，諸如在光電二極體1002的上部的遮擋膜1015中設置開口等，使被檢測對象1021反射的光入射到光電二極體1002，即可。
在本實施例模式中，在光電二極體1002的下部設置遮擋膜2015。藉由設置遮擋膜2015，可以防止透過基板(TFT基板)1001而入射到顯示面板中的來自背光燈的光直接照射到光電二極體1002，而可以提供能夠進行高精度的圖像成像的顯示面板。作為遮擋膜2015，可以使用包括碳黑、低維氧化鈦等的黑色顏料的有機樹脂。此外，也可以利用使用鉻的膜形成遮擋膜515。
此外，在本實施例模式的顯示裝置中，光感測器(光電二極體1002)的受光面的方向與顯示面板的顯示面(基板1013一側)的方向相同。因此，在顯示面板中，可以對檢測物件成像，這比設置CCD圖像感測器等的情況有效。
本實施例模式可以與其他實施例模式或實施例適當地組合來實施。
實施例模式6
示出使用具有光感測器的顯示面板的記錄板(黑板、白板等)的例子。
例如，圖13示出具有光感測器的顯示面板。
顯示面板9696具有光感測器和顯示元件。
在此，在顯示面板9696的表面上，可以利用記號筆(marker pen)等自由寫入。
注意，當使用不包含固定劑的記號筆等時，容易去掉文字。
此外，為了容易去掉記號筆的墨油，使顯示面板9696的表面具有足夠的平滑性，即可。
例如，當顯示面板9696的表面為玻璃基板等時，平滑性是足夠的。
此外，也可以將透明的合成樹脂薄片等貼合到顯示面板9696的表面。
作為合成樹脂，例如較佳使用丙烯酸樹脂等。在此情況下，較佳使合成樹脂薄片的表面平滑化。
並且，因為顯示面板9696具有顯示元件，所以可以在顯示特定的圖像的同時，在顯示面板9696的表面上用記號筆記載文字。
此外，因為顯示面板9696具有光感測器，所以當將它連接到印表機等時，可以讀出並列印出用記號筆寫入的文字。
再者，因為顯示面板9696具有光感測器和顯示元件，所以也可以在顯示圖像的情況下用記號筆將文字、圖形等寫在顯示面板9696的表面上，並將藉由光感測器讀出的記號筆的痕跡和圖像合成而顯示。
注意，在使用電阻膜式、電容式等的感測方式時，只可以在用記號筆等寫入時進行感測。
另一方面，在使用光感測器的情況下，因為可以在用記號筆等寫入後的任何時候諸如過了很久以後進行感測，所以是優越的。
本實施例模式可以與其他實施例模式或實施例適當地組合來實施。
實施例1
在本實施例中，說明本發明的顯示面板中的面板和光源的配置。
圖9是示出本發明的顯示面板的結構的立體圖的一例。圖9所示的顯示面板包括在一對基板之間形成有包括液晶元件、光電二極體、薄膜電晶體等的像素的面板1601、第一擴散板1602、稜鏡片1603、第二擴散板1604、導光板1605、反射板1606、包括多個光源1607的背光燈1608以及電路基板1609。
依次層疊有面板1601、第一擴散板1602、稜鏡片1603、第二擴散板1604、導光板1605、反射板1606。光源1607設置在導光板1605的端部，並且擴散到導光板1605的內部的來自光源1607的光藉由第一擴散板1602、稜鏡片1603以及第二擴散板1604從對置基板一側均勻性地照射到面板1601。
注意，雖然在本實施例中使用第一擴散板1602和第二擴散板1604，但是擴散板的數量不侷限於此，而可以是一個或者三個以上。並且，在導光板1605和麵板1601之間設置擴散板，即可。因此，既可以只在比稜鏡片1603接近於面板1601的一側設置擴散板，又可以只在比稜鏡片1603接近於導光板1605的一側設置擴散板。
此外，稜鏡片1603的截面不侷限於圖9所示的鋸齒狀的形狀，而只要是具有能夠將來自導光板1605的光聚焦到面板1601一側的形狀，即可。
在電路基板1609設置有生成輸入到面板1601的各種信號的電路、對這些信號進行處理的電路、對從面板1601輸出的各種信號進行處理的電路等。並且，在圖9中，電路基板1609與面板1601藉由FPC(撓性印刷電路)1611連接。注意，上述電路可以利用COG(玻璃上晶片安裝)法連接到液晶面板1601，或者也可以利用COF(薄膜覆晶封裝)法將上述電路的一部分連接到FPC 1611。
圖9示出在電路基板1609設置有用來控制光源1607的驅動的控制類電路，並且該控制類電路與光源1607藉由FPC 1610連接的例子。但是，上述控制類電路也可以形成在面板1601上，並且在此情況下，面板1601與光源1607藉由FPC等連接。
注意，圖9例示在面板1601的端部配置光源1607的邊緣照光型光源，但是根據本發明的顯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，當檢測對象的手指1612從TFT基板一側接近面板1601時，來自背光燈1608的光穿過面板1601，並且該光的一部分被手指1612反射，而再次入射到面板1601。使對應於各個顏色的光源1607按順序發光，並且得到每個顏色的成像資料，來可以得到檢測物件的手指1612的彩色成像資料。
本實施例可以與其他實施例模式或實施例適當地組合來實施。
實施例2
根據本發明的一個實施例的顯示面板可以進行高精度的成像。因此，使用根據本發明的一個實施例的顯示面板的電子設備藉由將顯示面板追加為其結構構件，可以裝載具有更高功能的應用程式。本發明的顯示面板可以適用於顯示裝置、筆記本式個人電腦、具備記錄媒體的圖像再現裝置(典型地是，能夠再現記錄媒體如數位通用磁片(DVD)等並具有可以顯示其圖像的顯示器的裝置)。此外，作為可以使用根據本發明的一個實施例的顯示面板的電子設備，可以舉出行動電話、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、電子圖書、攝像機、數位相機、護目鏡型顯示器(頭盔顯示器)、導航系統、音頻再現裝置(車載音響、數位音頻播放器等)、影印機、傳真機、印表機、複合式印表機、自動取款機(ATM)、自動售貨機等。圖10示出這些電子設備的具體例子。
圖10A是顯示裝置，包括框體5001、顯示部5002、支撐台5003等。根據本發明的一個實施例的顯示面板可以用於顯示部5002。藉由將根據本發明的一個實施例的顯示面板用於顯示部5002，可以進行高精度的成像，從而可以提供具有更高功能的應用程式的顯示裝置。另外，顯示裝置包括用於個人電腦、TV播放接收、廣告顯示等的所有資訊顯示用顯示裝置。
圖10B是可攜式資訊終端，包括框體5101、顯示部5102、開關5103、操作鍵5104、紅外線埠5105等。根據本發明的一個實施例的顯示面板可以用於顯示部5102。藉由將根據本發明的一個實施例的顯示面板用於顯示部5102，可以進行高精度的成像，從而可以提供具有更高功能的應用程式的可攜式資訊終端。
圖10C是自動取款機，包括框體5201、顯示部5202、硬幣投入口5203、紙幣投入口5204、卡片放入口5205、存款簿放入口5206等。根據本發明的一個實施例的顯示面板可以用於顯示部5202。藉由將根據本發明的一個實施例的顯示面板用於顯示部5202，可以進行高精度的成像，從而可以提供具有更高功能的應用程式的自動取款機。而且，使用根據本發明的一個實施例的顯示面板的自動取款機能夠以更高精度讀出用於生物認證的生物資訊，諸如指紋、臉、掌印、掌紋及手靜脈的形狀、虹膜等。因此，可以降低在生物認證時本人被誤認為非本人的本人拒絕率和別人被誤認為本人的別人接納率。
圖10D是可攜式遊戲機，包括框體5301、框體5302、顯示部5303、顯示部5304、麥克風5305、揚聲器5306、操作鍵5307、觸屏筆5308等。根據本發明的一個實施例的顯示面板可以用於顯示部5303或顯示部5304。藉由將根據本發明的一個實施例的顯示面板用於顯示部5303或顯示部5304，可以進行高精度的成像，從而可以提供具有更高功能的應用程式的可攜式遊戲機。另外，圖10D所示的可攜式遊戲機具有顯示部5303和顯示部5304的兩個顯示部，但是可攜式遊戲機所具有的顯示部的數目不侷限於此。
本實施例可以與其他實施例模式或實施例適當地組合來實施。
100．．．顯示面板
101．．．像素電路
102．．．顯示元件控制電路
103．．．光感測器控制電路
104．．．像素
105．．．顯示元件
106．．．光感測器
107．．．顯示元件驅動電路
108．．．顯示元件驅動電路
109．．．光感測器讀出電路
110．．．光感測器驅動電路
201．．．電晶體
202．．．儲存電容器
203．．．液晶元件
204．．．光電二極體
205．．．電晶體
206．．．電晶體
207．．．閘極信號線
208．．．光電二極體重設信號線
209．．．閘極信號線
210．．．視頻資料信號線
211．．．光感測器輸出信號線
212．．．光感測器基準信號線
213．．．閘極信號線
300．．．光感測器讀出電路
301．．．p型電晶體
302．．．儲存電容器
303．．．預充電信號線
401．．．信號
402．．．信號
403．．．信號
404．．．信號
405．．．信號
500．．．顯示面板系統
501．．．控制電路
502．．．圖像處理電路
503．．．記憶裝置
2001．．．像素
2002．．．像素
2003．．．像素
603．．．信號
604．．．信號
601．．．信號
1001．．．基板
1002．．．光電二極體
1003．．．電晶體
1004．．．儲存電容器
1005．．．液晶元件
1006．．．半導體膜
1007．．．像素電極
1008．．．液晶
1009．．．對置電極
1010．．．導電膜
1013．．．基板
1011．．．取向膜
1012．．．取向膜
1014．．．彩色濾光片
1015．．．遮擋膜
1016．．．間隔物
1017．．．偏光板
1018．．．偏光板
1020．．．箭頭
1021．．．檢測對象
1022．．．箭頭
1019．．．導電膜
2019．．．遮擋膜
2020．．．箭頭
2022．．．箭頭
2015．．．遮擋膜
9696．．．顯示面板
1601．．．面板
1602．．．第一擴散板
1603．．．稜鏡片
1604．．．第二擴散板
1605．．．導光板
1606．．．反射板
1607．．．光源
1608．．．背光燈
1609．．．電路基板
1610．．．FPC(撓性印刷電路)
1611．．．FPC(撓性印刷電路)
1612．．．手指
5001．．．框體
5002．．．顯示部
5003．．．支撐台
5101．．．框體
5102．．．顯示部
5103．．．開關
5104．．．操作鍵
5105．．．紅外線埠
5201．．．框體
5202．．．顯示部
5203．．．硬幣投入口
5204．．．紙幣投入口
5205．．．卡片放入口
5206．．．存款簿放入口
5301．．．框體
5302．．．框體
5303．．．顯示部
5304．．．顯示部
5305．．．麥克風
5306．．．揚聲器
5307．．．操作鍵
5308．．．觸屏筆
在附圖中：
圖1是說明顯示裝置的結構的圖；
圖2是說明顯示裝置的結構的圖；
圖3是說明顯示裝置的結構的圖；
圖4是時序圖；
圖5是說明顯示裝置的結構的圖；
圖6是時序圖；
圖7是顯示裝置的截面圖；
圖8是顯示裝置的截面圖；
圖9是示出顯示裝置的結構的圖；
圖10A至10D是示出使用顯示裝置的電子設備的一例的圖；
圖11A至11C是示出圖像處理方法的一例的圖；
圖12是顯示裝置的截面圖；以及
圖13是示出使用顯示裝置的電子設備的一例的圖。
100．．．顯示面板
101．．．像素電路
102．．．顯示元件控制電路
103．．．光感測器控制電路
104．．．像素
105．．．顯示元件
106．．．光感測器
107．．．顯示元件驅動電路
108．．．顯示元件驅動電路
109．．．光感測器讀出電路
110．．．光感測器驅動電路

Claims (8)

  1. 一種顯示裝置，包含：具有光感測器的顯示面板；以及可操作地連接到該顯示面板的圖像處理電路，其中，該光感測器俘獲黑色圖像、白色圖像、以及檢測物件的圖像，其中，該圖像處理電路產生具有以公式：(MAX×(Z-X)/(Y-X))表示的資料的圖像，其中，MAX表示灰度級的最大值，其中，X表示該黑色圖像的資料，其中，Y表示該白色圖像的資料，以及其中，Z表示該檢測物件的圖像的資料。
  2. 如申請專利範圍第1項的顯示裝置，其中，該光感測器在重設操作中俘獲該黑色圖像和該白色圖像。
  3. 如申請專利範圍第1項的顯示裝置，還包含儲存該檢測物件的圖像、該黑色圖像和該白色圖像的記憶裝置。
  4. 一種半導體裝置，包含：具有光感測器的輸入部；以及可操作地連接到該輸入部的圖像處理電路，其中，該光感測器俘獲黑色圖像、白色圖像、以及檢測物件的圖像，其中，該圖像處理電路產生具有以公式：(MAX×(Z-X)/(Y-X))表示的資料的圖像，其中，MAX表示灰度級的最大值， 其中，X表示該黑色圖像的資料，其中，Y表示該白色圖像的資料，以及其中，Z表示該檢測物件的圖像的資料。
  5. 如申請專利範圍第4項的半導體裝置，其中，該光感測器在重設操作中俘獲該黑色圖像和該白色圖像。
  6. 如申請專利範圍第4項的半導體裝置，還包含儲存該檢測物件的圖像、該黑色圖像、和該白色圖像的記憶裝置。
  7. 一種半導體裝置的驅動方法，包含：利用光感測器俘獲黑色圖像、白色圖像、以及檢測物件的圖像；利用可操作地連接到該光感測器的圖像處理電路產生具有以公式：(MAX×(Z-X)/(Y-X))表示的資料的圖像，其中，MAX表示灰度級的最大值，其中，X表示該黑色圖像的資料，其中，Y表示該白色圖像的資料，以及其中，Z表示該檢測物件的圖像的資料。
  8. 如申請專利範圍第7項的半導體裝置的驅動方法，其中，在該光感測器的重設操作中進行該黑色圖像和該白色圖像的俘獲。
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