TWI524320B - 半導體裝置及顯示裝置 - Google Patents

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Description

半導體裝置及顯示裝置
本案技術領域係有關顯示裝置及其驅動方法。具體來說，本案技術領域係有關包括光電感測器(光感測器)的顯示裝置及其驅動方法。此外，本案技術領域係有關半導體裝置及其驅動方法。
近年來，提供有觸控感測器的顯示裝置已經受到注目。提供有觸控感測器的顯示裝置被稱作觸控面板、觸控屏等(以下簡單地稱作觸控面板)。觸控感測器的示例包括電阻式觸控感測器、電容式觸控感測器和光學式觸控感測器，而它們的操作原理不同。有了觸控感測器，可檢測觸碰顯示裝置的物體(例如，筆和手指)。因此，用以控制顯示裝置的資料可藉由使用觸控感測器作為輸入裝置來予以輸入。另外，包括光學式觸控感測器的顯示裝置也可被使用作為接觸區域感測器(例如，專利文獻1)。
此外，作為沒有顯示面板的裝置的一個示例，可給出例如影像感測器等之半導體裝置。
[專利文獻]
[專利文獻1]　日本公告專利申請案No.2001-292276
包括光電感測器之此種顯示裝置的問題在於，當光電感測器上的入射光的強度過高或過低時，成像準確度降低。成像準確度降低，使得錯誤地識別所檢測到之物體的位置，或者所取得之影像不清晰。具體來說，顯示裝置容易受到來自外部的光線(外部光)所影響。
鑒於上述問題，一個目的在於執行高解析度影像的成像，而不管入射光的強度。
顯示裝置的一個實施例包括圖素中提供有光電感測器的顯示面板，並且具有入射光係藉由光電感測器來予以測量並且光電感測器的靈敏度(sensitivity)根據入射光而變化的功能。
或者，顯示裝置的另一個示例包括在圖素中提供有光電感測器的顯示面板，並且具有下列功能：第一成像係在光電感測器中執行，以便產生物體的影像，根據影像來測量光電感測器上的入射光，光電感測器的靈敏度按照入射光而變化，而後執行第二成像。
也就是說，在圖素中提供的光電感測器具有測量入射光的功能以及使物體成像的功能。作為用以測量入射光的方法，影像的明度(亮度)可採用成像影像的濃度直方圖(histogram)來檢測。
為了改變靈敏度，可調整施加到光電感測器的電壓。
或者，光電感測器包括電晶體以及電連接到電晶體的閘極的光電二極體，並且光電感測器的靈敏度可藉由調整施加到光電二極體的電壓來改變。
或者，光電感測器的靈敏度可藉由調整施加在電晶體的源極與汲極之間的電壓來予以改變。
或者，光電感測器具有執行重設操作、累積操作和選擇操作的功能，並且光電感測器的靈敏度可藉由調整累積操作的時間來改變。注意，累積操作是在重設操作中的初始化之後但在選擇操作中的讀取之前執行的操作。
或者，顯示裝置可包括影像處理部。當二值化(binarizing)處理在影像處理部中被執行時，成像的準確度可藉由二值化之閾值的變化來予以調整。
或者，顯示裝置的另一個實施例包括一種顯示面板，其中，設置有在圖素中提供的第一光電感測器以及在圖素的外部提供的第二光電感測器。顯示裝置的實施例具有下列功能：藉由第二光電感測器來測量入射光；以及在執行成像之前按照入射光而改變第一光電感測器的靈敏度。也就是說，在圖素中提供的第一光電感測器具有使物體成像的功能，並且在圖素外部提供的第二光電感測器具有測量入射光的功能。光電感測器的靈敏度按照與以上所述相同的方式來予以改變。
光電感測器的靈敏度藉由入射光的強度來確定，使得始終可執行高解析度影像的成像。具體來說，光電感測器的靈敏度能夠幾乎不受外部光所影響。
下面將參照附圖來詳細描述實施例。但是，以下所述的實施例可藉由許多不同的模式來予以體現，並且本領域的技術人員易於理解，模式和細節可藉由各種方式來予以修改，而沒有背離本發明的精神和範圍。因此，本發明不應當被解釋為限於實施例的以下描述。在用以描述實施例的附圖中，相同部分或者具有相似功能的部分係藉由相同的參考標號來予以表示，並且不再重複描述這些部分。
(實施例1)
在這個實施例中，參照圖1、圖2、圖3和圖4來描述顯示裝置。
將參照圖1來描述顯示面板的結構。顯示面板100包括圖素電路101、顯示元件控制電路102和光電感測器控制電路103。圖素電路101包括以列和行的矩陣方式而設置的多個圖素104。圖素104的每一個包括顯示元件105和光電感測器106。光電感測器106可對觸碰或接近顯示面板100的物體進行檢測和成像。注意，光電感測器106可被設置在圖素104的外部。此外，光電感測器106的數量可與顯示元件105的數量不同。
顯示元件105的每一個包括薄膜電晶體(TFT)、儲存電容器、液晶元件等。薄膜電晶體具有控制將電荷注入儲存電容器中或者從儲存電容器釋放電荷的功能。儲存電容器具有保持與施加到液晶元件的電壓相對應的電荷的功能。是否使光線透射過係藉由施加到液晶元件的電壓來予以控制，而使得顯示灰度級(grayscale)。光源(背光)從液晶顯示裝置的背面發出的光線用作為通過液晶層的光線。
注意，以上描述了顯示元件105的每一個包括液晶元件的情況；但是，可包括例如發光元件等的其他元件。發光元件是其中亮度藉由電流或電壓來予以控制的元件。具體來說，可給出發光二極體、OLED(有機發光二極體)等。
光電感測器106包括電晶體以及具有藉由接收光線來產生電信號的功能的元件(光接收元件)。作為光接收元件，可使用光電二極體等。注意，光電感測器106藉由採用入射到顯示面板100上的光線來判斷外部光是被物體遮擋而投射陰影還是外部光進入，以檢測物體。另外，也可使用從背光所發射出並且被物體反射的光線。外部光和反射光兩者均可被使用。
顯示元件控制電路102控制顯示元件105，並且包括：顯示元件驅動器電路107，它經由例如視頻資料信號線等信號線(又稱作源極信號線)而將信號輸入到顯示元件105；顯示元件驅動器電路108，它經由掃描線(又稱作閘極信號線)而將信號輸入到顯示元件105。例如，用以驅動掃描線的顯示元件驅動器電路108具有選擇放置在特定列中的圖素中所包含的顯示元件的功能。另外，用以驅動信號線的顯示元件驅動器電路107具有將預定電位施加到放置在所選擇到之列中的圖素中所包含的顯示元件的功能。注意，在被施加高電位的顯示元件(藉由用以驅動掃描線的顯示元件驅動器電路108而對其施加高電位)中，薄膜電晶體係處於導通狀態，使得該顯示元件被提供來自用以驅動信號線的顯示元件驅動器電路107的電荷。
光電感測器控制電路103控制光電感測器106，並且包括用以驅動例如光電感測器輸出信號線和光電感測器參考信號線等信號線的光電感測器讀取電路109以及用以驅動掃描線的光電感測器驅動器電路110。用以驅動掃描線的光電感測器驅動器電路110具有對放置在特定列中的圖素104中所包含的光電感測器106執行重設操作和選擇操作的功能，下面進行描述。此外，用以驅動信號線的光電感測器讀取電路109具有提取所選到之列中的圖素中所包含的光電感測器106的輸出信號的功能。注意，用以驅動信號線的光電感測器讀取電路109可具有一種結構，其中，作為類比信號的光電感測器的輸出藉由OP放大器作為類比信號而被提取到顯示裝置的外部；或者具有一種結構，其中，輸出藉由A/D轉換器電路而被轉換成數位信號，而後被提取到顯示裝置的外部。
將參照圖2來描述圖素104的電路圖。圖素104包括：包含電晶體201之顯示元件105、儲存電容器202和液晶元件203；以及光電感測器106，而光電感測器106包含光電二極體204、電晶體205和電晶體206。
電晶體201的閘極係電連接到閘極信號線207，電晶體201的源極和汲極的其中之一係電連接到視頻資料信號線210，而電晶體201的源極和汲極中的另一個係電連接到儲存電容器202的其中一個電極和液晶元件203的其中一個電極。儲存電容器202的另一個電極和液晶元件203的另一個電極係各自保持在某個電位。液晶元件203包括一對電極以及夾置在該對電極之間的液晶層。
當“H”(高位準電壓)被施加到閘極信號線207時，電晶體201將視頻資料信號線210的電位施加到儲存電容器202和液晶元件203。儲存電容器202保持所施加之電位。液晶元件203按照所施加之電位而改變透光率。
光電二極體204的其中一個電極係電連接到光電二極體重設信號線208，而光電二極體204的另一個電極係電連接到電晶體205的閘極。電晶體205的源極和汲極的其中之一係電連接到光電感測器參考信號線212，而電晶體205的源極和汲極中的另一個係電連接到電晶體206的源極和汲極的其中之一。電晶體206的閘極係電連接到讀取信號線209，而電晶體206的源極和汲極中的另一個係電連接到光電感測器輸出信號線211。
接下來，將參照圖3來描述光電感測器讀取電路109的結構。在圖3中，一行之圖素用的光電感測器讀取電路300包括p通道電晶體301和儲存電容器302。此外，光電感測器讀取電路109包括光電感測器輸出信號線211和預充電信號線303，它們係用於一行之圖素。
在光電感測器讀取電路300中，光電感測器輸出信號線211的電位在該圖素中的光電感測器的操作之前被設定成參考電位。在圖3中，藉由將預充電信號線303的電位設定成“L”(低位準電壓)，光電感測器輸出信號線211的電位可被設定成作為參考電位的高電位。注意，可接受的是，如果光電感測器輸出信號線211具有大的寄生電容，則不提供儲存電容器302。注意，參考電位也可以是低電位。在那種情況下，使用n通道電晶體，並且預充電信號線303的電位被設定成“H”，藉此，光電感測器輸出信號線211的電位可被設定成作為參考電位的低電位。
接下來，將參照圖4的時序圖來描述顯示面板的光電感測器的讀取操作。在圖4中，信號401對應於圖2中的光電二極體重設信號線208的電位，信號402對應於圖2中電晶體206的閘極與其連接的讀取信號線209的電位，信號403對應於圖2中電晶體205的閘極與其連接的閘極信號線213的電位，以及信號404對應於圖2中的光電感測器輸出信號線211的電位。此外，信號405對應於圖3中的預充電信號線303的電位。
在時間A，當光電二極體重設信號線208的電位(信號401)被設定成“H”(重設操作)時，光電二極體204係處於導通狀態，並且電晶體205的閘極與其連接的閘極信號線213的電位(信號403)變為“H”。此外，當預充電信號線303的電位(信號405)被設定成“L”時，光電感測器輸出信號線211的電位(信號404)被預充電到“H”。
在時間B，當光電二極體重設信號線208的電位(信號401)被設定成“L”(累積操作)時，電晶體205的閘極與其連接的閘極信號線213的電位(信號403)因光電二極體204的截止電流(off current)而開始下降。光電二極體204的截止電流在光線被傳遞到其中時增加；因此，電晶體205的閘極與其連接的閘極信號線213的電位(信號403)按照傳遞給光電二極體204的光線量而改變。也就是說，電晶體205的源極與汲極之間的電流改變。
在時間C，當讀取信號線209的電位(信號402)被設定成“H”(選擇操作)時，使電晶體206導通，並且光電感測器參考信號線212和光電感測器輸出信號線211藉由電晶體205和電晶體206而建立電連續性。然後，光電感測器輸出信號線211的電位(信號404)下降。注意，在時間C之前，預充電信號線303的電位(信號405)被設定成“H”，並且光電感測器輸出信號線211的預充電完成。在此，光電感測器輸出信號線211的電位(信號404)下降的速度係取決於電晶體205的源-汲電流。也就是說，光電感測器輸出信號線211的電位下降的速度按照傳遞給光電二極體204的光線量而改變。
在時間D，當讀取信號線209的電位(信號402)被設定成“L”時，使電晶體206關斷，並且光電感測器輸出信號線211的電位(信號404)在時間D之間具有常數值。在此，作為常數值的值按照傳遞給光電二極體204的光線量而改變。因此，傳遞給光電二極體204的光線量可藉由獲得到光電感測器輸出信號線211的電位而被找出。
如上所述，個別光電感測器的操作藉由重複重設操作、累積操作和選擇操作來予以實現。重設操作、累積操作和選擇操作在顯示裝置的所有圖素的光電感測器中執行，使得可對觸碰或靠近顯示面板的物體進行成像。
在此，在顯示面板100上的入射光的強度過高的情況下，成像的準確度降低，並且有可能影像不清晰。具體來說，成像的準確度易於受到作為外部環境的外部光所影響。
在這種情況下，光電感測器106的靈敏度按照顯示面板100上的入射光的強度而改變，使得成像的準確度可得以提高。
程序可如下所述：成像中在光電感測器106上的入射光根據物體的成像影像而被測量，光電感測器106的靈敏度按照入射光的強度而被最佳化，並且成像係藉由具有最佳化之靈敏度的光電感測器106而被再次執行。
入射光根據成像影像來測量，使得靈敏度可被自動調整為影像的最有利靈敏度。下面將描述改變靈敏度的方法。
首先，入射光的強度藉由成像物體的影像的亮度的直方圖來予以判斷。圖13示出直方圖，其中，垂直軸表示圖素的數量，而水平軸表示亮度的值。亮度的最小極限值為0，而亮度的最大極限值為255。
然後，從直方圖來判斷入射光的強度。例如，圖13中由實線1301所表示的直方圖具有亮度值的兩個分離峰值，亦即，指示物體的所檢測到之物體的位置的峰值1302和指示除了所檢測到之物體的位置之外的位置的峰值1303。也就是說，清楚地劃分成像影像的明度和暗度，使得斷定入射光是適當的。
此外，由虛線1311所表示的直方圖指示低強度的入射光。指示物體的所檢測到之物體的位置的峰值1302和指示除了所檢測到之物體的位置之外的位置的峰值1312的兩個亮度值相互接近。當兩個亮度值進一步相互接近時，可識別僅一個峰值。也就是說，由於成像影像的明度與暗度之間的區別不清楚，所以難以準確地識別物體，這會使得難以判斷所檢測到之物體的位置。
此外，由虛線1321所表示的直方圖指示高強度的入射光的情況。能夠識別指示除了所檢測到之物體的位置之外的位置的峰值1322的僅一個峰值。也就是說，由於成像影像的明度與暗度之間的區別不清楚，所以難以準確地識別物體，這可使得難以判斷所檢測到之物體的位置。
這樣，在直方圖中，當峰值的兩個亮度值相互接近或者能識別僅一個峰值時，斷定入射光的強度過低或過高。
顯示面板100上的入射光的強度可從成像影像的亮度來予以計算出。為入射光的強度而設置最大極限值和最小極限值。當所測量到之強度在最大極限值到最小極限值之間時，斷定入射光的強度是適當的。但是，當強度小於最小極限值(或最小極限值或以下)時，斷定入射光的強度過低。另一方面，當強度為最大極限值或以上時，斷定入射光的強度過高。
然後，當入射光的強度過低或過高時，改變光電感測器的靈敏度。靈敏度的變化有助於得到強度值的兩個分離峰值，使得影像會是清晰的。
作為改變靈敏度的一個特定方法，下列方法在圖2的結構中是有效的：(1)改變光電二極體重設信號線208的電位(信號401)，並且改變施加到光電二極體204的電壓，亦即，施加到電晶體205的閘極的電壓(信號403)；(2)改變光電感測器參考信號線212的電位與預充電信號線303的電位(信號405)之間的電位差，並且改變施加在電晶體205的源極與汲極之間的電壓；以及(3)改變用於光電感測器106的累積操作的時間長度(累積操作時間：時間B與時間C之間的時間)。此外，靈敏度藉由組合這些方法來予以改變也是有效的。
在方法(1)中，施加到光電二極體204的電壓增加，使得累積光的容量增大；因此，光電感測器106的靈敏度得以提高。在方法(2)中，施加在電晶體205的源極與汲極之間的電壓增加，使得光線的累積容量增大；因此，光電感測器106的靈敏度得以提高。然後，在方法(3)中，使累積時間更長，使得用於累積光線的時間變長；因此，光電感測器106的靈敏度得以提高。藉由方法(1)至(3)，甚至在入射光的強度由於低強度的外部光而很低時，光電感測器的靈敏度和成像的準確度也可得以提高。另外，在入射光的強度很高的情況下，用於處理的操作可相反地執行，以便減小光電感測器106的靈敏度，使得成像的準確度得以提高。
此外，不僅在使物體觸碰到顯示面板時，而且也在沒有使物體觸碰到顯示面板時，包括光電感測器的顯示裝置均可執行檢測。但是，與觸碰到的物體相比，更難檢測沒有觸碰到的物體。這是因為物體的陰影隨著物體離開顯示面板而消退；因而，變得難以區分明度與暗度。因此，靈敏度使用方法(1)至(3)而提高，使得高解析度影像的成像可相對於沒有觸碰到的物體而被執行。
注意，靈敏度的上述改變可藉由人工而手動地執行。在藉由人工而手動地執行的情況下，不一定測量入射光，並且方法(1)至(3)可考慮成像影像的明度等而被適當地執行。
注意，當測量入射光時，不一定使用物體的成像影像的亮度。例如，在成像之前，入射光可提前使用圖素中提供的光電感測器的部分或全部來予以測量。注意，入射光根據成像影像的亮度來測量的情況更為有效，因為靈敏度可按照影像來予以改變。
此外，從物體反射的光線的亮度可藉由調整背光的明度來予以調整。特別是在外部光的強度過低的環境下，該調整是有效的。
藉由採用此種模式，光電感測器的靈敏度按照入射光的強度或者陰影的厚度來予以改變，使得始終可執行高解析度影像的成像。
注意，在這個實施例中描述包括光電感測器的顯示裝置，並且這個實施例可易於應用到包括光電感測器的半導體裝置。也就是說，在這個實施例中，可形成半導體裝置，其方式是使得可從顯示裝置中去除顯示元件105以及顯示所需的電路、特別是顯示裝置控制電路102。作為半導體裝置的一個示例，可給出影像感測器。此種半導體裝置可檢測觸碰物體或者接近包括上述光電感測器的輸入部的物體。
此實施例可適當地與其他實施例和示例的任一個進行組合。
(實施例2)
在此實施例中，將參照圖5來描述與實施例1不同的測量入射光的方法。
圖5示出顯示面板的一個示例。圖5中的結構與圖1中的不同之處在於，第二光電感測器502係設置在圖素的外部。第二光電感測器502測量作為顯示面板100上的入射光的外部光。注意，第二光電感測器502可被設置在顯示面板100的外部。
在此實施例中，入射光提前採用第二光電感測器502測量，並且在圖素104中提供的第一光電感測器501的靈敏度按照入射光的強度，藉由使用實施例1中所述的方法而在檢測物體之前先被調整。靈敏度按照入射光來予以改變，使得可執行高解析度影像的成像。在這種情況下，根據成像影像的亮度來測量入射光的強度的過程可省略。
此外，第二光電感測器502的數量可以為一或更多個。在多個第二光電感測器502的情況下，能夠的情而適當地使用藉由多個第二光電感測器502所得到的入射光的強度的最大極限值、最小極限值或平均值。通常使用平均值，並且較佳的是，當最大極限值與最小極限值之間的差很大時使用最大極限值，這是因為第二光電感測器502的任一個極有可能被擋住。此外，當最大極限值和最小極限值均很小時，較佳的是使用最小極限值，這是因為外部光的強度很小係極有可能的。注意，當存在有一個第二光電感測器502時，有可能的是，在第二光電感測器502局部被擋住的情況下無法適當地調整靈敏度，因為入射光的強度被錯誤地認為很低。因此，較佳的是，可提供多個第二光電感測器502，以便避免這種錯覺。另外，較佳的是，為了防止這種錯覺，第二光電感測器502係設置在顯示面板100的至少四個角中，因為整個顯示面板100可採用第二光電感測器502而被完全檢測到。
這個實施例可適當地與其他實施例和示例的任一個進行組合。
(實施例3)
在這個實施例中，將描述其中之物體的成像影像係按照入射光的強度而受到影像處理的結構。
物體的成像影像受到作為影像處理的二值化處理。二值化處理是其中所檢測到之物體的成像影像在各圖素中相對於預定明度(閾值)被重新識別為亮部或暗部的處理。在此，二值化處理的閾值按照入射光的強度來予以改變，使得可執行具有高解析度影像的成像的成像。
下面將描述按照入射光的強度來改變二值化處理的閾值的方法的一個示例。圖6示出這個實施例的顯示裝置601的結構的一個示例。顯示裝置601至少包括顯示面板100和影像處理部602。
首先，如同實施例1中那樣，對各圖素測量由顯示面板100來成像的所檢測到之物體的影像的明度(亮度)。圖14中，峰值1401表示所檢測物體的位置的亮度，以及峰值1402表示除了所檢測到之物體的位置之外的位置的亮度。將亮度的資料傳送給影像處理部602。
在影像處理部602中，將各圖素的亮度與預先設置的閾值進行比較。然後，當圖素的各亮度總體為小於閾值的區域值或者其值為閾值或更大的區域值時，斷定入射光的強度過低或過高。然後，影像處理部602將控制信號提供給顯示面板100中的光電感測器106，以便按照入射到光電感測器106上的光線而改變光電感測器106的靈敏度。
例如，在圖14的直方圖中，亮度小於預先設定的閾值1403的圖素的數量為全部圖素的70%或更多。在這種情況下，斷定入射光的強度過低。因此，難以藉由採用閾值1403的二值化處理而獲得到清晰影像。相反地，在具有閾值或更大的亮度的圖素的數量為全部圖素的70%或更多(未示出)的情況下，斷定入射光的強度過高。
當入射光的強度過低或過高時，閾值發生變化。在圖14的情況下，閾值可從閾值1403改變成閾值1404，使得該閾值的亮度的圖素的數量小於全部圖素的70%。因此，閾值1404可被設在表示所檢測到之物體的位置的亮度的峰值1401與表示除了所檢測到之物體的位置之外的位置的亮度的峰值1402之間。然後，藉由採用閾值1404的二值化處理，將所檢測到之物體的位置和除了所檢測到之物體的位置之外的位置分別識別為暗部和明部。
此外，不僅在使物體觸碰到顯示面板時，而且也在沒有使物體觸碰到顯示面板時，均可執行檢測。在沒有觸碰到的物體的情況下，陰影比觸碰到的物體變得更淡，使得難以清楚地區分明度和暗度。閾值按照入射光來做改變，使得還可對沒有觸碰到的物體執行高解析度影像的成像。
如上所述，在入射光的強度過低或過高的情況下，影像處理按照入射光的強度來予以執行，使得成像的準確度可得以提高；因此，可防止所檢測到之物體的位置的錯覺或者所得影像會清晰。
注意，統計圖素的比例(proportion of gathering pixels)並不局限於70%，而是該比例可藉由所檢測到之物體的面積在整個影像中的比例或者成像的所需準確度來予以確定。此外，改變閾值的方法可使用除了上述之外的方法。例如，可使用閾值從閾值1403改變到作為兩個峰值1401與1402之間的谷值的閾值1404的方法、閾值改變成使得由閾值所分離的兩個部分的分佈變成最大的方法等。
或者，影像處理可以僅對圖素的特定區域來予以執行，這可使得能夠縮短處理時間。
這個實施例可適當地與其他實施例和示例的任一個進行組合。
(實施例4)
圖7示出顯示面板的剖面圖的一個示例。在圖7的顯示面板中，光電二極體1002、電晶體1003、儲存電容器1004和液晶元件1005係設置在具有絕緣表面的基板(TFT基板)1001之上。
光電二極體1002和儲存電容器1004可與在電晶體1003的製造過程中形成電晶體1003的同時被形成。光電二極體1002是橫向接面pin二極體。光電二極體1002中包含的半導體膜1006包括具有p型導電的區域(p型層)、具有i型導電的區域(i型層)以及具有n型導電的區域(n型層)。注意，雖然在這個實施例中示出光電二極體1002是pin二極體的情況，但是光電二極體1002可以是pn二極體。可形成橫向pin接面或橫向pn接面，其方式是使得將賦予p型導電的雜質和賦予n型導電的雜質添加到半導體膜1006的相對應之特定區域中。
此外，能夠藉由經由蝕刻等處理(圖案化)而在TFT基板1001之上形成的一個半導體膜為所想要的形狀，同時形成光電二極體1002的島狀半導體膜和電晶體1003的島狀半導體膜，因此，一般添加到面板製造過程的步驟是不必要的，使得成本可降低。
注意，p型層、i型層和n型層的疊層可用來代替橫向接面光電二極體。
液晶元件1005包括圖素電極1007、液晶1008和對置電極1009。圖素電極1007係形成在基板1001之上，並且藉由電晶體1003、儲存電容器1004和導電膜1010而相互電連接。此外，基板(對置基板)1013提供有對置電極1009，並且液晶1008係夾置在圖素電極1007與對置電極1009之間。注意，雖然在這個實施例中沒有示出用於光電感測器的電晶體，但是該電晶體可在基板(TFT)基板1001之上連同電晶體1003一起被形成在電晶體1003的製造過程中。
圖素電極1007與對置電極1009之間的單元間隙(cell gap)可藉由使用分隔件1016來予以控制。雖然單元間隙由藉由微影而被選擇性地形成並且在圖7中具有圓柱形狀的分隔件1016來予以控制，但是單元間隙或者可藉由分散在圖素電極1007與對置電極1009之間的球形分隔件來予以控制。
此外，在基板(TFT基板)1001與基板(對置基板)1013之間，液晶1008被密封材料所圍繞。液晶1008可藉由分送器方法(微滴方法)或浸漬方法(泵送方法)來予以注入。
對於圖素電極1007，可使用例如氧化銦錫(ITO)、包含氧化矽的氧化銦錫(ITSO)、有機銦、有機錫、氧化鋅、包含氧化鋅的氧化銦鋅(IZO)、包含鎵的氧化鋅、氧化錫、包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫等透光導電材料。
另外，由於透光液晶元件1005作為一個示例而給出，所以上述透光導電材料也可用於對置電極1009，如同圖素電極1007的情況中那樣。
配向膜(alignment film)1011係設置在圖素電極1007與液晶1008之間，並且配向膜1012係設置在對置電極1009與液晶1008之間。配向膜1011和配向膜1012可使用例如聚醯亞胺或聚乙烯醇等有機樹脂來予以形成。例如摩擦(rubbing)等配向處理在其表面上執行，以便使液晶分子沿某個方向排列。摩擦可藉由滾動包有尼龍布等的滾筒同時對配向膜施加壓力來執行，使得沿某個方向摩擦配向膜的表面。注意，藉由使用例如氧化矽等無機材料，各具有配向性質的配向膜1011和配向膜1012可藉由蒸鍍方法而被直接形成，而無需執行配向處理。
此外，能夠透射具有特定波長的光線的濾色器1014係形成在基板(對置基板)1013之上，以便與液晶元件1005重疊。濾色器1014可在其中分散色素的例如丙烯酸基樹脂等有機樹脂被塗敷到基板1013之後藉由微影而被選擇性地形成。或者，濾色器1014可在其中分散色素的聚醯亞胺基樹脂被塗敷到基板1013之後藉由蝕刻而被選擇性地形成。或者，濾色器1014可藉由例如噴墨方法等微滴排放方法而被選擇性地形成。
此外，能夠屏蔽光線的屏蔽膜1015係形成在基板(對置基板)1013上，以便與光電二極體1002重疊。屏蔽膜1015不僅防止來自背光之通過基板(對基板)1013並且進入顯示面板的光線直接傳遞到光電二極體1002，而且還防止因圖素之間的液晶1008的不正確配向而引起的向錯(disclination)而被可視地識別。包含例如碳黑或鈦的低氧化物等黑色素的有機樹脂可用於屏蔽膜1015。或者，鉻膜可被使用於屏蔽膜1015。
此外，極化板1017被形成在其上形成有圖素電極1007的基板(TFT基板)1001的相反側上，並且極化板1018被形成在其上形成有對置電極1009的基板(對置基板)1013的相反側上。
液晶元件可以是TN(扭轉向列)模式、VA(垂直配向)模式、OCB(光學補償雙折射)模式、IPS(共面轉換)模式等等。注意，雖然在這個實施例中示出其中液晶1008係夾置在圖素電極1007與對置電極1009之間的液晶元件1005的一個示例，但是在本發明的一個實施例中，顯示面板並不局限於這種結構。也可使用與IPS模式液晶元件相似的，其中，一對電極在基板(TFT基板)1001側形成的液晶元件。
另外，雖然在這個實施例中示出其中半導體薄膜被使用於光電二極體1002、電晶體1003和儲存電容器1004的一個示例，但是單晶半導體基板、SOI基板等可被使用於光電二極體1002、電晶體1003和儲存電容器1004。
另外，光線從基板(TFT基板)1001側傳遞，如箭頭1025所示。由於光線被物體1021遮擋，所以光電二極體1002上的入射光被遮擋。換言之，光電二極體1002檢測到物體的陰影。
此外，在使用來自背光的光線的情況下，光線藉由液晶元件1005而從基板(對置基板)1013側傳遞到基板(TFT基板)1001側之上的物體1021，並且進入光電二極體1002。也就是說，檢測從物體所反射出的光線。
此外，在這個實施例的顯示裝置中，光電感測器的光接收表面(光電二極體1002)和顯示面板的顯示表面(基板1001側)具有相同的方向。因此，可採用顯示面板而對物體成像，與提供CCD影像感測器等的情況相比，這對於成像是有效的。
這個實施例可適當地與其他實施例和示例的任一個進行組合。
(實施例5)
圖8示出與實施例2中不同的顯示面板的剖面圖。在圖8所示的顯示面板中，光電二極體1002與圖7中的不同之處在於，屏蔽膜2019使用用於電晶體1003的閘極電極的導電膜1019來予以形成。藉由光電二極體1002中的屏蔽膜，防止來自背光的光線直接進入作為本徵的區域(i型層)。
此外，在光電二極體1002用作橫向pin二極體的情況下，具有p型導電的區域(p型層)和具有n型導電的區域(n型層)可藉由使用屏蔽膜作為掩模而自動對齊。這在製造小光電二極體、降低圖素大小以及改進孔徑比方面是有效的。
藉由採用這種模式，可提供其中可藉由檢測無觸碰到物體的移動來輸入資料的顯示面板。
注意，雖然圖8中使用橫向接面光電二極體，但是或者可使用p型層、i型層和n型層的疊層。
注意，這個實施例在光電二極體1002的入射光以及顯示面板的顯示表面和光電感測器的光接收表面的方向的方面與實施例4相同。
這個實施例可適當地與其他實施例和示例的任一個進行組合。
(實施例6)
圖9示出與實施例2的顯示面板不同的顯示面板的剖面圖的另一個示例。圖9中的顯示面板與圖7中的不同之處在於，光線從基板(對基板)1013側傳遞，如箭頭2025所示。在這種情況下，例如開口可被形成在光電二極體1002上方的屏蔽膜1015中，使得光進入光電二極體1002。
在這個實施例中，屏蔽膜2015係設置在光電二極體1002之下。屏蔽膜2015防止來自背光之通過基板(TFT基板)1001並且進入顯示面板的光線直接傳遞到光電二極體1002，使得可提供能夠進行高解析度影像的成像的顯示面板。包含例如碳黑或低氧化鈦等黑色素的有機樹脂可被使用於屏蔽膜2015。或者，鉻膜可被使用於屏蔽膜2015。
注意，雖然圖9中使用橫向接面光電二極體，但是或者可使用p型層、i型層和n型層的疊層。
光電感測器的光接收表面(光電二極體1002)面向與顯示面板的顯示表面(到基板1013)相同的方向；因此，顯示面板可對物體進行成像。
此外，在使用來自背光的光線的情況下，光線藉由液晶元件1005而從基板(TFT基板)1001側傳遞到基板(對基板)1013側上的物體1021，並且進入光電二極體1002。也就是說，檢測到來自物體的反射光。
這個實施例可適當地與其他實施例和示例的任一個進行組合。
(實施例7)
將描述使用具有光電感測器的顯示面板的手寫板(例如，黑板和白板)的一個示例。
例如，包括光電感測器的顯示面板係設置在圖10的顯示面板9696的位置。
顯示面板9696具有光電感測器和顯示元件。
在此，能夠使用記號筆(marker pen)而在顯示面板9696的表面上隨意地書寫。
注意，如果在沒有定影劑(fixer)的情況下採用記號筆書字母，則易於擦除字母。
另外，較佳的是，顯示面板9696的表面充分平滑，以便可易於消除記號筆的墨水。
當玻璃基板等被使用於顯示面板9696的表面時，顯示面板9696的表面具有充分的平滑度。
或者，透明合成樹脂片等可被附接到顯示面板9696的表面上。
例如，丙烯酸樹脂較佳被使用作為合成樹脂。在這種情況下，合成樹脂片的表面最好是平滑的。
由於顯示面板9696具有顯示元件，所以特定影像可被顯示在顯示面板9696上，並且可採用記號筆而在顯示面板9696的表面上進行書寫。
此外，顯示面板9696具有光電感測器，使得如果顯示面板9696係連接到印表機等，則採用記號筆書寫的字母可被讀取和列印。
此外，由於顯示面板9696具有光電感測器和顯示元件，因此，藉由在顯示影像的顯示面板9696的表面上書寫文本、繪圖等，由光電感測器所讀取的記號筆的痕迹和影像可被合成並且顯示在顯示面板9696上。
注意，採用電阻式觸控感測器、電容式觸控感測器等的感測可以僅與採用記號筆等進行書寫的同時被執行。
另一方面，採用光電感測器進行感測是優良的，因為感測可在採用記號筆等書寫某種內容之後的任何時間來予以執行，即使時間已經逝去也可以。
這個實施例可適當地與其他實施例和示例的任一個進行組合。
[示例1]
在示例1中，將描述面板和光源的位置。圖11是示出顯示面板的結構的立體圖的一個示例。圖11所示的顯示面板包括：面板1601，其中，包括液晶元件、光電二極體、薄膜電晶體等的圖素係形成在一對基板之間；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1608；以及電路板1609。
面板1601、第一擴散板1602、稜鏡片1603、第二擴散板1604、導光板1605和反射板1606按照這種順序而被堆疊。光源1607係設置在導光板1605的端部。來自光源1607、擴散到導光板1605中的光線借助於第一擴散板1602、稜鏡片1603和第二擴散板1604而從對基板側均勻地傳遞到面板1601。
注意，雖然在示例1中使用第一擴散板1602和第二擴散板1604，但是擴散板的數量並不局限於此。擴散板的數量可以是1個，或者可以是3個或更多個。擴散板可被設置在導光板1605與面板1601之間。因此，擴散板可以僅在比稜鏡片1603更接近面板1601的一側設置，或者可以僅在比棱鏡片1603更接近導光板1605的一側設置。
此外，圖11所示的稜鏡片1603的剖面的形狀並不局限於鋸齒形狀；形狀可以是來自導光板1605的光線可被聚集到面板1601側的形狀。
電路板1609提供有用以產生或處理將要輸入到面板1601的各種信號的電路、用以處理將要從面板1601輸出的各種信號的電路等等。另外，圖11中，電路板1609和面板1601藉由FPC(可撓性印刷電路)1611而相互連接。注意，上述電路可藉由玻璃上晶片(COG)方法而被連接到面板1601，或者上述電路的一部分可藉由膜上晶片(COF)方法而被連接到FPC 1611。
圖11示出一個示例，其中，為電路板1609提供用以控制光源1607的驅動的控制電路，並且控制電路和光源1607藉由FPC 1610而相互連接。但是，上述控制電路可被形成在面板1601之上，並且在那種情況下，使面板1601和光源1607藉由FPC等而相互連接。
注意，雖然圖11示出其中光源1607被設置在面板1601的邊緣上之邊緣光式光源，但是根據本發明的一個實施例的顯示面板可以是直下式顯示面板，其中，光源1607直接被設置在面板1601的正下方。
例如，當手指1612，亦即，物體從TFT基板側接近面板1601時，從背光1608經過面板1601的光線的一部分從手指1612反射，並且再次進入面板1601。手指1612，亦即，物體的彩色影像資料可藉由依序點亮與各個顏色對應的光源1607並且獲得到每種顏色的影像資料來予以獲得。
這個實施例可適當地與其他實施例和其他示例的任一個進行組合。
[示例2]
根據本發明的一個實施例的顯示裝置的特徵在於獲得到高解析度度的影像資料。因此，藉由將顯示裝置添加為部件，使用根據本發明的一個實施例的顯示裝置的電子裝置可配備有更高功能性的應用。本發明的顯示裝置可被使用於顯示裝置、膝上型電腦或者提供有記錄媒體的影像再生裝置(通常為再生記錄媒體、如DVD(數位影音光碟)的內容並且具有用以顯示再生影像的顯示器的裝置)。除了上述示例之外，作為包括根據本發明的一個實施例的顯示裝置的電子裝置，可給出移動式電話、使攜式遊戲機、便攜式資訊終端、電子書閱讀器、攝像機、數位照相機、護目鏡式顯示器(頭戴式顯示器)、導航系統、音頻再生裝置(例如，汽車音頻部件和數位音頻播放器)、影印機、傳真機、印表機、多功能印表機、自動櫃員機(ATM)、售貨機等等。這種電子裝置的具體示例如圖12A至圖12D所示。
圖12A示出包括殼體5001、顯示部5002、支承底座5003等的顯示裝置。根據本發明的一個實施例的顯示裝置可被使用於顯示部5002。根據本發明的一個實施例的顯示裝置被使用於顯示部5002的用途可提供一種能夠獲得高解析度的影像資料並且能夠配備有較高功能性之應用的顯示裝置。注意，該顯示裝置包括用於顯示資訊的所有顯示裝置，例如用於個人電腦的顯示裝置、用以接收電視廣播的顯示裝置以及用以顯示廣告的顯示裝置。
圖12B示出包括殼體5101、顯示部5102、開關5103、操作按鍵5104、紅外線埠5105等的便攜式資訊終端。根據本發明的一個實施例的顯示裝置可被使用於顯示部5102。根據本發明的一個實施例的顯示面板被使用於顯示部5102的用途可提供一種能夠獲得高解析清晰度的影像資料並且能夠配備有較高功能性之應用的便攜式資訊終端。
圖12C示出包括殼體5201、顯示部5202、投幣口5203、紙幣投幣口5204、磁卡插槽5205、銀行存摺插槽5206等的自動櫃員機。根據本發明的一個實施例的顯示裝置可被使用於顯示部5202。根據本發明的一個實施例的顯示裝置被使用於顯示部5202的用途可提供一種能夠獲得高解析度的影像資料並且能夠配備有較高功能性之應用的自動櫃員機。使用根據本發明的一個實施例的顯示裝置的自動櫃員機可讀取例如指紋、臉部、手印、掌印、手紋圖案、虹膜等的生命體的資訊，它們可用於較高準確度的生物測定。因此，可抑制將待識別的人錯誤識別為不同的人所引起的錯誤不匹配率以及將不同的人錯誤識別為待識別的人所引起的錯誤接受率。
圖12D示出包括殼體5301、殼體5302、顯示部5303、顯示部5304、麥克風5305、揚聲器5306、操作按鍵5307、觸控筆5308等的便攜式遊戲機。根據本發明的一個實施例的顯示裝置可被使用於顯示部5303或者顯示部5304。根據本發明的一個實施例的顯示裝置被使用於顯示部5303或者顯示部5304的用途可提供一種能夠獲得高解析度的影像資料並且能夠配備有較高功能性之應用的便攜式遊戲機。注意，雖然圖12D所示的便攜式遊戲機包括兩個顯示部5303和5304，但是包含在便攜式遊戲機中的顯示部的數量並不局限於2個。
這個實施例可適當地與其他實施例和其他示例的任一個進行組合。
本申請案係基於2009年11月20日向日本專利局提交的日本專利案申請序號2009-264630，藉由引用而將其完整內容結合於此。
100．．．顯示面板
101．．．圖素電路
102．．．顯示元件控制電路
103．．．光電感測器控制電路
104．．．圖素
105．．．顯示元件
106．．．光電感測器
107．．．顯示元件驅動器電路
108．．．顯示元件驅動器電路
109．．．光電感測器讀取電路
110．．．光電感測器驅動器電路
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．．．讀取信號線
210．．．視頻資料信號線
211．．．光電感測器輸出信號線
300．．．光電感測器讀取電路
301．．．p通道電晶體
302．．．儲存電容器
303．．．預充電信號線
401,402,403,404,405．．．信號
501．．．第一光電感測器
502．．．第二光電感測器
601．．．顯示裝置
602．．．影像處理部
1001．．．TFT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．．．圖素電極
1008．．．液晶
1009．．．對置電極
1010．．．導電膜
1011．．．配向膜
1012．．．配向膜
1013．．．對置基板
1014．．．濾色器
1015．．．屏蔽膜
1016．．．分隔件
1017．．．極化板
1018．．．極化板
1019．．．導電膜
1021．．．物體
2015．．．屏蔽膜
2019．．．屏蔽膜
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
1609．．．電路板
1610．．．可撓性印刷電路(FPC)
1612．．．手指
5001．．．殼體
5002．．．顯示部
5003．．．支承底座
5101．．．殼體
5102．．．顯示部
5103．．．開關
5104．．．操作按鍵
5105．．．紅外線埠
5201．．．殼體
5202．．．顯示部
5203．．．投幣口
5204．．．紙幣投幣口
5205．．．磁卡插槽
5206．．．銀行存摺插槽
5301．．．殼體
5302．．．殼體
5303．．．顯示部
5304．．．顯示部
5305．．．麥克風
5306．．．揚聲器
5307．．．操作按鍵
5308．．．觸控筆
圖1是顯示裝置的結構的解說圖。
圖2是顯示裝置的結構的解說圖。
圖3是顯示裝置的結構的解說圖。
圖4是時序圖。
圖5是顯示裝置的結構的解說圖。
圖6是顯示裝置的結構的解說圖。
圖7是顯示裝置的剖面的解說圖。
圖8是顯示裝置的剖面的解說圖。
圖9是顯示裝置的剖面的解說圖。
圖10是使用顯示裝置的電子裝置的一個示例。
圖11是顯示裝置的結構的解說圖。
圖12A至圖12D是使用顯示裝置的電子裝置的示例。
圖13是直方圖。
圖14是直方圖。
100．．．顯示面板
101．．．圖素電路
102．．．顯示元件控制電路
103．．．光電感測器控制電路
104．．．圖素
105．．．顯示元件
106．．．光電感測器
107．．．顯示元件驅動器電路
108．．．顯示元件驅動器電路
109．．．光電感測器讀取電路
110．．．光電感測器驅動器電路

Claims (14)

  1. 一種半導體裝置，包括：包含光電感測器的輸入部，其中，物體影像之亮度的直方圖被組構成藉由檢測該光電感測器上的該亮度來予以取得，其中，該光電感測器的靈敏度被組構成按照在藉由該直方圖所測量到的該影像中該光電感測器上的入射光的強度而改變，並且其中，該光電感測器的該強度被組構成改變，而使得在該靈敏度的該改變後在直方圖中取得兩個分離的峰值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，當該直方圖中所檢測到的兩個峰值相互接近，該光電感測器的該靈敏度改變，而使得在該靈敏度的該改變後在該直方圖中取得該兩個分離的峰值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，該光電感測器的該靈敏度係藉由調整施加到該光電感測器的電壓來予以改變。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，該光電感測器包括電晶體以及電連接到該電晶體的閘極的光電二極體，並且其中，該光電感測器的該靈敏度係藉由調整施加到該光電二極體的電壓來予以改變。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，該光電感測器包括電晶體以及電連接到該電晶 體的閘極的光電二極體，並且其中，該光電感測器的該靈敏度係藉由調整施加在該電晶體的源極與汲極之間的電壓來予以改變。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，該光電感測器具有執行重設操作、累積操作和選擇操作的功能，並且其中，該光電感測器的該靈敏度係藉由調整用於該累積操作的時間來予以改變。
  7. 一種顯示裝置，包括：包含光電感測器的顯示面板，其中，物體影像之亮度的直方圖被組構成藉由檢測該光電感測器上的該亮度來予以取得，其中，該光電感測器的靈敏度被組構成按照在藉由該直方圖所測量到的該影像中該光電感測器上的入射光的強度而改變，並且其中，該光電感測器的該強度被組構成改變，而使得在該靈敏度的該改變之後，在直方圖中取得兩個分離的峰值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中，該顯示面板包括圖素，並且該光電感測器係設置在該圖素中。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中，該顯示面板包含圖素電路，而該圖素電路包含以矩陣方式配置的多個圖素，並且該光電感測器係設置在該圖素電路 的外部。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中，當該直方圖中所檢測到的兩個峰值相互接近，該光電感測器的該靈敏度改變，而使得在該靈敏度的該改變後在該直方圖中取得該兩個分離的峰值。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中，該光電感測器的該靈敏度係藉由調整施加到該光電感測器的電壓來予以改變。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中，該光電感測器包括電晶體以及電連接到該電晶體的閘極的光電二極體，並且其中，該光電感測器的該靈敏度係藉由調整施加到該光電二極體的電壓來予以改變。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中，該光電感測器包括電晶體以及電連接到該電晶體的閘極的光電二極體，並且其中，該光電感測器的該靈敏度係藉由調整施加在該電晶體的源極與汲極之間的電壓來予以改變。
  14. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中，該光電感測器具有執行重設操作、累積操作和選擇操作的功能，並且其中，該光電感測器的該靈敏度係藉由調整用於該累積操作的時間來予以改變。
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