显示装置的制作方法
专利名称：显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有光电二极管或光电晶体管等光检测元件的带光传感器的显示装 置，特别涉及在像素区域内设置有光传感器的显示装置。
背景技术：
历来，提案有例如通过在像素内设置光电二极管等光检测元件，能够检测外光的 明亮度、或取入接近显示器的物体的图像的带光传感器的显示装置。这样的带光传感器的 显示装置被设想为作为双方向通信用显示装置、带触摸面板功能的显示装置使用。在现有的带光传感器的显示装置中，在利用半导体工艺在有源矩阵基板形成信号 线和扫描线、TFTCThin Film Transistor 薄膜晶体管)、像素电极等公知的构成要素时， 同时在有源矩阵基板上制作光电二极管等(参照日本特开2006-3857号公报，“A Touch Panel Function Integrated LCD Including LTPS A/D Converter，，，T. Nakamura 等，SID 05DIGEST,ppl054-1055,2005)。图9表示形成在有源矩阵基板上的现有的光传感器(参照国际公开第 2007/145346号小册子，国际公开第2007/145347号小册子)的一个例子。图9所示的现有 的光传感器包括光电二极管D1、电容器C2和晶体管M2。在光电二极管Dl的阳极(anode) 连接有用于供给复位信号的配线RST。在光电二极管Dl的阴极(athode)连接有电容器C2 的一个电极和晶体管M2的栅极。晶体管M2的漏极与配线VDD连接，源极与配线OUT连接。 电容器C2的另一个电极与用于供给读出信号的配线RWS连接。在该结构中，通过分别在规定的定时向配线RST供给复位信号、向配线RWS供给读 出信号，能够获得与在光电二极管Dl接收的光的光量相应的传感器输出VPIX。在此，参照图 10说明图9所示的现有的光传感器的动作。另外，将复位信号的低电平(例如-4V)表示为 VKSu，将复位信号的高电平(例如0V)表示为VKST.H，将读出信号的低电平(例如0V)表示为 V^，将读出信号的高电平(例如8V)表示为VKWS.H。首先，当向配线RST供给高电平的复位信号VKST.HW，光电二极管Dl成为正向偏压， 晶体管M2的栅极电位Vint能够由下述的式⑴表示。Vint = Veslh-Vf ……(1)在式(1)中，Vf是光电二极管Dl的正向电压，AVkst是复位信号的脉冲的高度(VKST. H-VKSu)，CPD是光电二极管Dl的电容。(^是电容器C2的电容、光电二极管Dl的电容Cpd和 晶体管M2的电容Ctft的总和。此时的Vint比晶体管M2的阈值电压低，因此晶体管M2在复 位期间处于非导通状态。接着，复位信号返回低电平VKSu(图10中t = RST的时刻)，由此，光电流的积分 期间(图10所示的Vint的期间)开始。在积分期间，与射向光电二极管Dl的光入射量成 比例的光电流流入电容器C2，使电容器C2放电。由此，积分期间结束时的晶体管M2的栅极 电位Vint能够由下述的式(2)表示。Vint 一 VEST_ H-Vf- Δ Vest · CPD/CT_Iphoto · Tint/Ct ......(2)
在式O)中，IP_是光电二极管Dl的光电流，Tint是积分期间的长度。在积分期 间，Vint也比晶体管M2的阈值电压低，因此晶体管M2成为非导通状态。当积分期间结束时，读出信号RWS在图10所示的t = RffS的时刻上升，由此，读出 期间开始。另外，读出期间在读出信号RWS为高电平的期间继续。在此，对电容器C2注入 电荷。其结果是，晶体管M2的栅极电位Vint能够由下述的式(3)表示。Vint 一 VEST_ H-Vf- Δ Vest · CPD/CT_ Iphoto · Tint/Ct+ Δ Vews ‘ CINT/CT……(3)Δ Vews是读出信号的脉冲的高度(VKWS. H-Vews. J。由此，晶体管Μ2的栅极电位Vint比 阈值电压高，因此，晶体管Μ2成为导通状态，与在各列设置于配线OUT的端部的偏压晶体管 M3共同作为源输出放大器(source follower amplifier)发挥作用。即，来自晶体管M2的 传感器输出电压Vpix与积分期间的光电二极管Dl的光电流的积分值成比例。另外，在图10中，以虚线表示的波形表示射入光电二极管Dl的光较少的情况下的 电位Vint的变化，以实线表示的波形表示在外光射入光电二极管Dl的情况下的电位Vint的 变化。图10的Δ V是与射入光电二极管Dl的光的量成比例的电位差。
发明内容
但是，上述图9所示的现有的光传感器实际上如图9所示在源极线和与之交叉的 各种线之间存在寄生电容Cp。因此，从晶体管M2输出的光电流也被充电于这些寄生电容 Cp。因此，如图11中实线所示，传感器输出电压VpixW上升不是充分急剧。因此，存在传感 器输出电压Vpix在读出期间(读出信号RWS为高电平的期间)内达不到本来应该达到的正 确的电压(图11的虚线)的情况。该问题在像素数多的显示装置中特别显著。这是因为，在像素数多的显示装置中， 由于每1个像素的读出期间的长度变短并且源极线数多，因此寄生电容Cp的总量也必然变 大。或者，在晶体管M2是像例如非晶硅TFT那样的电流驱动能力低的元件的情况下， 存在为了对源极线的寄生电容Cp充电而不能供给充分的电流的问题。本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，提供一种缩短读出来自光传感 器的传感器输出所需要的时间的带光传感器的显示装置。为了解决上述问题，本发明的显示装置的特征在于在有源矩阵基板的像素区域 设置有光传感器，上述光传感器包括光检测元件，其接收入射光；电容，其一个电极与上 述光检测元件连接，并存储来自上述光检测元件的输出电流；复位信号配线，其向该光传感 器供给复位信号；读出信号配线，其向该光传感器供给读出信号；传感器开关元件，其根据 上述读出信号读出在从供给上述复位信号起至供给上述读出信号为止的期间存储在上述 电容的输出电流；和导电性配线，其沿着用于读出上述输出电流的读出配线设置，并且在上 述像素区域内与上述光检测元件和上述像素区域的像素开关元件均不连接。发明的效果根据本发明，能够提供缩短读出来自光传感器的传感器输出所需要的时间的带光 传感器的显示装置。
图1是表示本发明的一个实施方式的显示装置的概略结构的框图。图2是表示本发明的第一实施方式的显示装置中一个像素的结构和列驱动电路 的结构的等价电路图。图3是向第一实施方式的显示装置供给的各种信号的时序图。图4是表示本发明的第二实施方式的显示装置中一个像素的结构和列驱动电路 的结构的等价电路图。图5是表示第二实施方式的光传感器的输入信号(RST，RWS)与Vint的关系的波形 图。图6是表示本发明的第三实施方式的显示装置中一个像素的结构和列驱动电路 的结构的等价电路图。是表示传感器像素读出电路的内部结构的电路图。图7是表示对第三实施方式的光传感器施加的各种信号与Vint的关系的波形图。图8是表示作为比较例在第二实施方式的结构中复位信号RST的电位下降不急剧 的情况下的Vint的变化的波形图。图9是表示现有的光传感器的结构例的等价电路图。图10是对现有的光传感器施加复位信号RST和读出信号RWS的情况下的Vint的 波形图。图11是表示在现有的光传感器中，由于寄生电容而使得读出期间的光传感器输 出不充分的情况下的状态的波形图。
具体实施例方式本发明的一个实施方式的显示装置是在有源矩阵基板的像素区域设置有光传感 器的显示装置，上述光传感器设置有光检测元件，其接收入射光；电容，其一个电极与上 述光检测元件连接，并存储来自上述光检测元件的输出电流；复位信号配线，其向该光传感 器供给复位信号；读出信号配线，其向该光传感器供给读出信号；传感器开关元件，其根据 上述读出信号读出在从供给上述复位信号起至供给上述读出信号为止的期间存储在上述 电容的输出电流；和导电性配线，其沿用于读出上述输出电流的读出配线设置，并且在上述 像素区域内与上述光检测元件和上述像素区域的像素开关元件均不连接。根据该结构，上述导电性配线能够发挥使读出配线免受寄生电容的影响的作用。 由此，能够降低读出配线周边的寄生电容，因此能够缩短读出来自光传感器的传感器输出 所需要的时间。此外，因为传感器输出的读出在短时间内完成，所以能够实现像素数多的带 光传感器的显示装置。在上述显示装置中，优选在上述导电性配线连接有使该导电性配线的电位与上述 读出配线的电位相同的单位增益放大器。此外，也可以使用增益比1大的放大器代替上述 单位增益放大器。根据这样的结构，能够实质性地消除导电性配线与读出配线之间的寄生 电容，因此能够进一步缩短传感器输出的读出时间。在上述显示装置中，优选上述读出配线兼作向上述像素区域的像素开关元件供给 图像信号的源极线。这是因为，通过减少配线数，能够提高开口率。在上述显示装置中，能够由非晶硅TFT或微晶硅TFT构成上述传感器开关元件。即，因为在上述显示装置中对传感器开关元件也可以不要求高的驱动能力，所以不限于高 迁移率的多晶硅TFT，也能够由非晶硅TFT或微晶硅TFT形成传感器开关元件。由此，能够 廉价地提供带光传感器的显示装置。在上述显示装置中，作为光检测元件，在光电二极管以外还能够使用光电晶体管。 此外，能够利用非晶硅TFT或微晶硅TFT实现该光电晶体管。此外，该光电晶体管也可以为 栅极和源极与上述复位信号配线连接的结构。或者也可以构成为在栅极连接有上述复位 信号配线，在源极连接有在该晶体管成为断开状态后产生电位下降的第二复位信号配线。 根据后者的结构，能够抑制由晶体管的双方向导电性引起的、在复位时发生的栅极电位的 下降，能够提供动态范围宽的光传感器。进一步，上述显示装置还能够作为进一步包括与上述有源矩阵基板相对的对置基 板和夹持在上述有源矩阵基板与对置基板之间的液晶的液晶显示装置适当地实施，但是， 并不仅限于此。以下，参照
本发明的更具体的实施方式。另外，以下的实施方式表示在将 本发明的显示装置作为液晶显示装置实施的情况下的结构例，但是，本发明的显示装置并 不仅限于液晶显示装置，还能够适用于使用有源矩阵基板的任意的显示装置。另外，本发明 的显示装置被设想用作带触摸面板的显示装置、或具备显示功能和摄像功能的双方向通信 用显示装置等，其中，该带触摸面板的显示装置通过具有光传感器，能够检测接近画面的物 体而进行输入操作。此外，为了便于说明，以下参照的各附图是仅将在本发明的实施方式的构成部件 中为了说明本发明而需要的主要部件进行简化表示的图。因此，本发明的显示装置能够包 括在本说明书参照的各附图中未进行表示的任意的构成部件。此外，各附图中的部件的尺 寸并不是忠实地表示实际的构成部件的尺寸和各部件的尺寸比例等的尺寸。(第一实施方式)首先，参照图1和图2，说明本发明的第一实施方式的液晶显示装置具备的有源矩 阵基板的结构。图1是表示本发明的一个实施方式的液晶显示装置具备的有源矩阵基板100的概 略结构的框图。如图1所示，有源矩阵基板100在玻璃基板上至少设置有像素区域1、显示 器栅极驱动器2、显示器源极驱动器3、传感器读出电路4、和传感器行(row)驱动器5。传 感器读出电路4和传感器行驱动器5作为列(column)驱动电路6被安装。另外，虽然未图 示，但是用于处理由像素区域1内的光检测元件(后述)取入的图像信号的信号处理电路 经由FPC等与有源矩阵基板100连接。另外，有源矩阵基板100上的上述构成部件也能够利用半导体工艺在玻璃基板上 形成为单片。或者也可以利用例如COG (Chip On Glass 玻璃基芯片)技术等将上述构成 部件中的放大器、驱动器类安装在玻璃基板上。或者也能够考虑如下方式在图1中表示在 有源矩阵基板100上的上述构成部件的至少一部分安装在FPC上。有源矩阵基板100与在 整个面上形成有对置电极的对置基板(未图示)贴合，在其间隙封入有液晶材料。像素区域1是为了显示图像而形成有多个像素的区域。在本实施方式中，在像素 区域1中的各像素内设置有用于取入图像的光传感器。图2是表示有源矩阵基板100的像 素区域1中的像素和光传感器的配置的等价电路图。在图2的例子中，1个像素由R(红)、6G (绿)、B (蓝)3种颜色的图像元素形成，在由该3个图像元素构成的1个像素内，设置有 包括光电二极管D1、电容器C2和薄膜晶体管M2的1个光传感器。像素区域1具有配置为 M行XN列的矩阵状的像素和同样配置为M行XN列的矩阵状的光传感器。另外，如上所 述，图像元素数是MX 3N。因此，如图2所示，像素区域1具有配置为矩阵状的栅极线GL和源极线SL作为像 素用配线。栅极线GL与显示器栅极驱动器2连接。源极线SL与显示器源极驱动器3连接。 另外，栅极线GL在像素区域1内设置有M行。以下，在有必要对各个栅极线GL进行区别说 明的情况下，标记为GLi (i = 1 M)。另一方面，源极线SL为了如上述那样向一个像素内 的3个图像元素分别供给图像数据，针对每个像素，各设置有3根。在有必要分别区别说明 源极线SL的情况下，标记为SLrj、SLgj、SLbj (j = 1 N)。在栅极线GL与源极线SL的交点，作为像素用开关元件，设置有薄膜晶体管(TFT) Ml。另外，在图2中，将在红色、绿色、蓝色各自的图像元素设置的薄膜晶体管Ml标记为Mir、 Mlg、Mlb。薄膜晶体管Ml的栅极电极连接至栅极线GL、源极电极连接至源极线SL、漏极电 极连接至未图示的像素电极。由此，如图2所示，在薄膜晶体管Ml的漏极电极与对置电极 (VCOM)之间形成有液晶电容CLC。此外，在漏极电极与TFTCOM之间形成有辅助电容Cl。在图2中，由与1根栅极线GLi和1根源极线SLrj的交点连接的薄膜晶体管Mlr 驱动的图像元素以与该图像元素对应的方式设置有红色的彩色滤光片，并从显示器源极驱 动器3经由源极线SLrj供给红色的图像数据，由此作为红色的图像元素发挥作用。此外， 由与栅极线GLi和源极线SLgj的交点连接的薄膜晶体管Mlg驱动的图像元素以与该图像 元素对应的方式设置有绿色的彩色滤光片，并从显示器源极驱动器3经由源极线SLgj供给 绿色的图像数据，由此作为绿色的图像元素发挥作用。进一步，由与栅极线GLi和源极线 SLbj的交点连接的薄膜晶体管Mlb驱动的图像元素以与该图像元素对应的方式设置有蓝 色的彩色滤光片，并从显示器源极驱动器3经由源极线SLbj供给蓝色的图像数据，由此作 为蓝色的图像元素发挥作用。另外，在图2的例子中，光传感器在像素区域1中以1个像素(3个图像元素)对1 个光传感器的比例设置。但是，像素与光传感器的配置比例并不限于该例子，而是任意的。 例如，既可以每1个图像元素配置1个光传感器，也可以对于多个像素配置1个光传感器。此外，与图9比较可知，本实施方式的显示装置在各像素区域内设置有以沿着源 极线SLr的方式形成的导电性配线(以下称为保护线)ML。其中，保护线ML优选在源极线 的上层作为导电性的金属层形成。另外，也可以利用在液晶显示装置中经常使用的透明电 极(ITO)形成保护线ML。或者，使用与源极线相同的材料在与源极线相同的平面上(以与 源极线相邻的方式)与源极线同时形成保护线ML。该保护线ML在后面进行说明，能够获得 缩短传感器输出的读出时间的效果。在此，参照图2说明列驱动电路6的结构。如上所述，列驱动电路6内置有用于控 制像素的显示的显示器源极驱动器3和用于控制来自光传感器的传感器输出读出的传感 器读出电路4。在以下的说明中，将列驱动电路6的构成要素不分成显示器源极驱动器3和 传感器读出电路4地进行说明。如图2所示，列驱动电路6包括数字-模拟转换器(DAC)单位增益放大器；显示 器试样栅极开关S1、S2、S3 ；传感器列开关S4、S5、S6 ；保护线开关S7 ；控制对单位增益放大器的输入的开关S8、S9 ；和列偏压晶体管M3。DAC将显示器用数字输入信号转换为向像素写入的模拟电压。单位增益放大器在 (a)对像素的写入期间，为了驱动源极线而缓冲DAC输出，在(b)传感器读出期间，驱动保护 线ML，使得其电压与源极线SLr的电位为相同电位。另外，源极线SLr在传感器读出期间作 为从晶体管M2读出传感器输出的配线发挥作用。显示器试样栅极开关Si、S2、S3在ΦΙ 、Φ6、ΦΒ期间(参照后面说明的图3)，以 将单位增益放大器的输出分别连接至红、绿、蓝的列线的方式进行动作。传感器列开关S4在传感器读出期间(图3的(tS)，以将传感器输出的读出配线 (SLr)连接至晶体管M2的方式进行动作。传感器列开关S5在传感器读出期间，以将源极线 SLg连接至VDD的方式进行动作。传感器列开关S6在传感器读出期间，以将源极线SLb连 接至VSS的方式进行动作。保护线开关S7以在传感器读出期间将单位增益放大器的输出连接向保护线ML的 方式动作。开关S8在传感器读出期间将单位增益放大器的输入连接至传感器输出VPIX。开 关S9在对像素写入的期间(图3的Φ )将单位增益放大器的输入连接至DAC输出。在此，参照图3说明图2所示的电路的动作。在对像素的写入期间(Φ )中，在 ΦΚ ΦΒ的各个之间，与红、绿、蓝的各像素对应的显示用的输入数据分别被依次地施 加给各个DAC的输入。在该写入期间，开关S9关闭，因此DAC生成与输入的数字数据对应 的模拟输出电压。单位增益放大器接收由DAC生成的模拟输出电压并进行缓冲。S卩，单位 增益放大器具有将与进入输入端子的电压相同的电压向输出端子输出的功能。为了驱动源 极线和像素的寄生电容，这是必须的。由此，在期望的源极线与单位增益放大器的输出连接 的期间，能够对像素施加期望的电压。显示器试样栅极开关Sl S3的各个如按ΦΙ 、Φ6、 ΦΒ的顺序所定义的那样按该顺序被选择，使得源极线SLr、SLg、SLb根据显示用的输入数 据与单位增益放大器依次连接。在传感器读出期间Φ S，单位增益放大器的输入经由开关S8与传感器输出Vpix连 接。而且，传感器列开关S4 S6被切换为导通。在读出信号线RWS为高电平的期间，晶体 管Μ2成为导通状态，与列偏压晶体管Μ3共同形成源输出放大器。此时，晶体管Μ2的栅极 电压和传感器输出Vpix成为与由光电二极管Dl检测出的光量相应的大小。在本实施方式的结构中，沿源极线SLr设置的保护线ML使源极线SLr免受寄生电 容的影响。另外，在该结构中，在源极线SLr与保护线ML之间存在比较大的寄生电容Cre。 但是，单位增益放大器驱动保护线ML，使得其成为与源极线SLr相同的电位，因此晶体管M2 不需要向该寄生电容Cre供给充电电流。因此具有能够进一步缩短传感器输出的读出时间、 并且对晶体管M2也可以不要求高驱动能力的优点。因此，不限于高迁移率的多晶硅TFT，也 能够由非晶硅TFT或微晶硅TFT形成晶体管M2。此外，因为传感器输出的读出在短时间内 完成，所以能够实现像素数多的带光传感器的显示装置。在本实施方式中例示了设置有单位增益放大器的结构，根据情况，也可以优选使 用增益大于1的放大器代替单位增益放大器。例如，在设源极线SL的寄生电容为Cp、源极线SL与保护线ML之间的电容为Cg、 传感器像素读出电路的试样电容器为Cs时，在没有保护线ML的情况下检测需要的电荷量 为
(数学式1)
权利要求
1.一种显示装置，其特征在于在有源矩阵基板的像素区域设置有光传感器， 所述光传感器包括 光检测元件，其接收入射光；电容，其一个电极与所述光检测元件连接，并存储来自所述光检测元件的输出电流； 复位信号配线，其向该光传感器供给复位信号； 读出信号配线，其向该光传感器供给读出信号；传感器开关元件，其根据所述读出信号读出在从供给所述复位信号起至供给所述读出 信号为止的期间存储在所述电容的输出电流；和导电性配线，其沿用于读出所述输出电流的读出配线设置，并且在所述像素区域内与 所述光检测元件和所述像素区域的像素开关元件均不连接。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于在所述导电性配线连接有使该导电性配线的电位与所述读出配线的电位相同的单位 增益放大器。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于为了使该导电性配线的电位与所述读出配线的电位相同，在所述导电性配线连接有增 益比1大的放大器。
4.如权利要求1至3中任一项所述的显示装置，其特征在于所述读出配线兼用作向所述像素区域的像素开关元件供给图像信号的源极线。
5.如权利要求1至4中任一项所述的显示装置，其特征在于 所述传感器开关元件是非晶硅TFT或微晶硅TFT。
6.如权利要求1至4中任一项所述的显示装置，其特征在于 所述光检测元件是光电晶体管。
7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于 所述光检测元件是非晶硅TFT或微晶硅TFT。
8.如权利要求6或7所述的显示装置，其特征在于所述光检测元件的栅极和源极与所述复位信号配线连接。
9.如权利要求6或7所述的显示装置，其特征在于在所述光检测元件的栅极连接有所述复位信号配线，在该光检测元件的源极连接有在 该光检测元件成为断开状态后产生电位下降的第二复位信号配线。
10.如权利要求1至9中任一项所述的显示装置，其特征在于，包括 与所述有源矩阵基板相对的对置基板；和夹持在所述有源矩阵基板与对置基板之间的液晶。
全文摘要
本发明提供一种显示装置，其在有源矩阵基板(100)的像素区域(1)设置有光传感器，该光传感器包括光检测元件(D1)，其接收入射光；电容(C2)，其一个电极与光检测元件(D1)连接，并存储来自光检测元件(D1)的输出电流；复位信号配线(RST)，其向该光传感器供给复位信号；读出信号配线(RWS)，其向该光传感器供给读出信号；传感器开关元件(M2)，其根据上述读出信号，读出在从供给上述复位信号起至供给上述读出信号为止的期间存储在上述电容(C2)的输出电流；和导电性配线(ML)，其沿着用于读出上述输出电流的读出配线(SLr)设置，并且在上述像素区域内与上述光检测元件(D1)和上述像素区域的像素开关元件(M1)均不连接。
文档编号G09F9/00GK102047308SQ20098011935
公开日2011年5月4日 申请日期2009年4月28日 优先权日2008年6月3日
发明者C·布朗, 加藤浩巳 申请人:夏普株式会社
技术领域：
本发明涉及具有光电二极管或光电晶体管等光检测元件的带光传感器的显示装 置，特别涉及在像素区域内设置有光传感器的显示装置。
背景技术：
历来，提案有例如通过在像素内设置光电二极管等光检测元件，能够检测外光的 明亮度、或取入接近显示器的物体的图像的带光传感器的显示装置。这样的带光传感器的 显示装置被设想为作为双方向通信用显示装置、带触摸面板功能的显示装置使用。在现有的带光传感器的显示装置中，在利用半导体工艺在有源矩阵基板形成信号 线和扫描线、TFTCThin Film Transistor 薄膜晶体管)、像素电极等公知的构成要素时， 同时在有源矩阵基板上制作光电二极管等(参照日本特开2006-3857号公报，“A Touch Panel Function Integrated LCD Including LTPS A/D Converter，，，T. Nakamura 等，SID 05DIGEST,ppl054-1055,2005)。图9表示形成在有源矩阵基板上的现有的光传感器(参照国际公开第 2007/145346号小册子，国际公开第2007/145347号小册子)的一个例子。图9所示的现有 的光传感器包括光电二极管D1、电容器C2和晶体管M2。在光电二极管Dl的阳极(anode) 连接有用于供给复位信号的配线RST。在光电二极管Dl的阴极(athode)连接有电容器C2 的一个电极和晶体管M2的栅极。晶体管M2的漏极与配线VDD连接，源极与配线OUT连接。 电容器C2的另一个电极与用于供给读出信号的配线RWS连接。在该结构中，通过分别在规定的定时向配线RST供给复位信号、向配线RWS供给读 出信号，能够获得与在光电二极管Dl接收的光的光量相应的传感器输出VPIX。在此，参照图 10说明图9所示的现有的光传感器的动作。另外，将复位信号的低电平(例如-4V)表示为 VKSu，将复位信号的高电平(例如0V)表示为VKST.H，将读出信号的低电平(例如0V)表示为 V^，将读出信号的高电平(例如8V)表示为VKWS.H。首先，当向配线RST供给高电平的复位信号VKST.HW，光电二极管Dl成为正向偏压， 晶体管M2的栅极电位Vint能够由下述的式⑴表示。Vint = Veslh-Vf ……(1)在式(1)中，Vf是光电二极管Dl的正向电压，AVkst是复位信号的脉冲的高度(VKST. H-VKSu)，CPD是光电二极管Dl的电容。(^是电容器C2的电容、光电二极管Dl的电容Cpd和 晶体管M2的电容Ctft的总和。此时的Vint比晶体管M2的阈值电压低，因此晶体管M2在复 位期间处于非导通状态。接着，复位信号返回低电平VKSu(图10中t = RST的时刻)，由此，光电流的积分 期间(图10所示的Vint的期间)开始。在积分期间，与射向光电二极管Dl的光入射量成 比例的光电流流入电容器C2，使电容器C2放电。由此，积分期间结束时的晶体管M2的栅极 电位Vint能够由下述的式(2)表示。Vint 一 VEST_ H-Vf- Δ Vest · CPD/CT_Iphoto · Tint/Ct ......(2)
在式O)中，IP_是光电二极管Dl的光电流，Tint是积分期间的长度。在积分期 间，Vint也比晶体管M2的阈值电压低，因此晶体管M2成为非导通状态。当积分期间结束时，读出信号RWS在图10所示的t = RffS的时刻上升，由此，读出 期间开始。另外，读出期间在读出信号RWS为高电平的期间继续。在此，对电容器C2注入 电荷。其结果是，晶体管M2的栅极电位Vint能够由下述的式(3)表示。Vint 一 VEST_ H-Vf- Δ Vest · CPD/CT_ Iphoto · Tint/Ct+ Δ Vews ‘ CINT/CT……(3)Δ Vews是读出信号的脉冲的高度(VKWS. H-Vews. J。由此，晶体管Μ2的栅极电位Vint比 阈值电压高，因此，晶体管Μ2成为导通状态，与在各列设置于配线OUT的端部的偏压晶体管 M3共同作为源输出放大器(source follower amplifier)发挥作用。即，来自晶体管M2的 传感器输出电压Vpix与积分期间的光电二极管Dl的光电流的积分值成比例。另外，在图10中，以虚线表示的波形表示射入光电二极管Dl的光较少的情况下的 电位Vint的变化，以实线表示的波形表示在外光射入光电二极管Dl的情况下的电位Vint的 变化。图10的Δ V是与射入光电二极管Dl的光的量成比例的电位差。
发明内容
但是，上述图9所示的现有的光传感器实际上如图9所示在源极线和与之交叉的 各种线之间存在寄生电容Cp。因此，从晶体管M2输出的光电流也被充电于这些寄生电容 Cp。因此，如图11中实线所示，传感器输出电压VpixW上升不是充分急剧。因此，存在传感 器输出电压Vpix在读出期间(读出信号RWS为高电平的期间)内达不到本来应该达到的正 确的电压(图11的虚线)的情况。该问题在像素数多的显示装置中特别显著。这是因为，在像素数多的显示装置中， 由于每1个像素的读出期间的长度变短并且源极线数多，因此寄生电容Cp的总量也必然变 大。或者，在晶体管M2是像例如非晶硅TFT那样的电流驱动能力低的元件的情况下， 存在为了对源极线的寄生电容Cp充电而不能供给充分的电流的问题。本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，提供一种缩短读出来自光传感 器的传感器输出所需要的时间的带光传感器的显示装置。为了解决上述问题，本发明的显示装置的特征在于在有源矩阵基板的像素区域 设置有光传感器，上述光传感器包括光检测元件，其接收入射光；电容，其一个电极与上 述光检测元件连接，并存储来自上述光检测元件的输出电流；复位信号配线，其向该光传感 器供给复位信号；读出信号配线，其向该光传感器供给读出信号；传感器开关元件，其根据 上述读出信号读出在从供给上述复位信号起至供给上述读出信号为止的期间存储在上述 电容的输出电流；和导电性配线，其沿着用于读出上述输出电流的读出配线设置，并且在上 述像素区域内与上述光检测元件和上述像素区域的像素开关元件均不连接。发明的效果根据本发明，能够提供缩短读出来自光传感器的传感器输出所需要的时间的带光 传感器的显示装置。
图1是表示本发明的一个实施方式的显示装置的概略结构的框图。图2是表示本发明的第一实施方式的显示装置中一个像素的结构和列驱动电路 的结构的等价电路图。图3是向第一实施方式的显示装置供给的各种信号的时序图。图4是表示本发明的第二实施方式的显示装置中一个像素的结构和列驱动电路 的结构的等价电路图。图5是表示第二实施方式的光传感器的输入信号(RST，RWS)与Vint的关系的波形 图。图6是表示本发明的第三实施方式的显示装置中一个像素的结构和列驱动电路 的结构的等价电路图。是表示传感器像素读出电路的内部结构的电路图。图7是表示对第三实施方式的光传感器施加的各种信号与Vint的关系的波形图。图8是表示作为比较例在第二实施方式的结构中复位信号RST的电位下降不急剧 的情况下的Vint的变化的波形图。图9是表示现有的光传感器的结构例的等价电路图。图10是对现有的光传感器施加复位信号RST和读出信号RWS的情况下的Vint的 波形图。图11是表示在现有的光传感器中，由于寄生电容而使得读出期间的光传感器输 出不充分的情况下的状态的波形图。
具体实施例方式本发明的一个实施方式的显示装置是在有源矩阵基板的像素区域设置有光传感 器的显示装置，上述光传感器设置有光检测元件，其接收入射光；电容，其一个电极与上 述光检测元件连接，并存储来自上述光检测元件的输出电流；复位信号配线，其向该光传感 器供给复位信号；读出信号配线，其向该光传感器供给读出信号；传感器开关元件，其根据 上述读出信号读出在从供给上述复位信号起至供给上述读出信号为止的期间存储在上述 电容的输出电流；和导电性配线，其沿用于读出上述输出电流的读出配线设置，并且在上述 像素区域内与上述光检测元件和上述像素区域的像素开关元件均不连接。根据该结构，上述导电性配线能够发挥使读出配线免受寄生电容的影响的作用。 由此，能够降低读出配线周边的寄生电容，因此能够缩短读出来自光传感器的传感器输出 所需要的时间。此外，因为传感器输出的读出在短时间内完成，所以能够实现像素数多的带 光传感器的显示装置。在上述显示装置中，优选在上述导电性配线连接有使该导电性配线的电位与上述 读出配线的电位相同的单位增益放大器。此外，也可以使用增益比1大的放大器代替上述 单位增益放大器。根据这样的结构，能够实质性地消除导电性配线与读出配线之间的寄生 电容，因此能够进一步缩短传感器输出的读出时间。在上述显示装置中，优选上述读出配线兼作向上述像素区域的像素开关元件供给 图像信号的源极线。这是因为，通过减少配线数，能够提高开口率。在上述显示装置中，能够由非晶硅TFT或微晶硅TFT构成上述传感器开关元件。即，因为在上述显示装置中对传感器开关元件也可以不要求高的驱动能力，所以不限于高 迁移率的多晶硅TFT，也能够由非晶硅TFT或微晶硅TFT形成传感器开关元件。由此，能够 廉价地提供带光传感器的显示装置。在上述显示装置中，作为光检测元件，在光电二极管以外还能够使用光电晶体管。 此外，能够利用非晶硅TFT或微晶硅TFT实现该光电晶体管。此外，该光电晶体管也可以为 栅极和源极与上述复位信号配线连接的结构。或者也可以构成为在栅极连接有上述复位 信号配线，在源极连接有在该晶体管成为断开状态后产生电位下降的第二复位信号配线。 根据后者的结构，能够抑制由晶体管的双方向导电性引起的、在复位时发生的栅极电位的 下降，能够提供动态范围宽的光传感器。进一步，上述显示装置还能够作为进一步包括与上述有源矩阵基板相对的对置基 板和夹持在上述有源矩阵基板与对置基板之间的液晶的液晶显示装置适当地实施，但是， 并不仅限于此。以下，参照
本发明的更具体的实施方式。另外，以下的实施方式表示在将 本发明的显示装置作为液晶显示装置实施的情况下的结构例，但是，本发明的显示装置并 不仅限于液晶显示装置，还能够适用于使用有源矩阵基板的任意的显示装置。另外，本发明 的显示装置被设想用作带触摸面板的显示装置、或具备显示功能和摄像功能的双方向通信 用显示装置等，其中，该带触摸面板的显示装置通过具有光传感器，能够检测接近画面的物 体而进行输入操作。此外，为了便于说明，以下参照的各附图是仅将在本发明的实施方式的构成部件 中为了说明本发明而需要的主要部件进行简化表示的图。因此，本发明的显示装置能够包 括在本说明书参照的各附图中未进行表示的任意的构成部件。此外，各附图中的部件的尺 寸并不是忠实地表示实际的构成部件的尺寸和各部件的尺寸比例等的尺寸。(第一实施方式)首先，参照图1和图2，说明本发明的第一实施方式的液晶显示装置具备的有源矩 阵基板的结构。图1是表示本发明的一个实施方式的液晶显示装置具备的有源矩阵基板100的概 略结构的框图。如图1所示，有源矩阵基板100在玻璃基板上至少设置有像素区域1、显示 器栅极驱动器2、显示器源极驱动器3、传感器读出电路4、和传感器行(row)驱动器5。传 感器读出电路4和传感器行驱动器5作为列(column)驱动电路6被安装。另外，虽然未图 示，但是用于处理由像素区域1内的光检测元件(后述)取入的图像信号的信号处理电路 经由FPC等与有源矩阵基板100连接。另外，有源矩阵基板100上的上述构成部件也能够利用半导体工艺在玻璃基板上 形成为单片。或者也可以利用例如COG (Chip On Glass 玻璃基芯片)技术等将上述构成 部件中的放大器、驱动器类安装在玻璃基板上。或者也能够考虑如下方式在图1中表示在 有源矩阵基板100上的上述构成部件的至少一部分安装在FPC上。有源矩阵基板100与在 整个面上形成有对置电极的对置基板(未图示)贴合，在其间隙封入有液晶材料。像素区域1是为了显示图像而形成有多个像素的区域。在本实施方式中，在像素 区域1中的各像素内设置有用于取入图像的光传感器。图2是表示有源矩阵基板100的像 素区域1中的像素和光传感器的配置的等价电路图。在图2的例子中，1个像素由R(红)、6G (绿)、B (蓝)3种颜色的图像元素形成，在由该3个图像元素构成的1个像素内，设置有 包括光电二极管D1、电容器C2和薄膜晶体管M2的1个光传感器。像素区域1具有配置为 M行XN列的矩阵状的像素和同样配置为M行XN列的矩阵状的光传感器。另外，如上所 述，图像元素数是MX 3N。因此，如图2所示，像素区域1具有配置为矩阵状的栅极线GL和源极线SL作为像 素用配线。栅极线GL与显示器栅极驱动器2连接。源极线SL与显示器源极驱动器3连接。 另外，栅极线GL在像素区域1内设置有M行。以下，在有必要对各个栅极线GL进行区别说 明的情况下，标记为GLi (i = 1 M)。另一方面，源极线SL为了如上述那样向一个像素内 的3个图像元素分别供给图像数据，针对每个像素，各设置有3根。在有必要分别区别说明 源极线SL的情况下，标记为SLrj、SLgj、SLbj (j = 1 N)。在栅极线GL与源极线SL的交点，作为像素用开关元件，设置有薄膜晶体管(TFT) Ml。另外，在图2中，将在红色、绿色、蓝色各自的图像元素设置的薄膜晶体管Ml标记为Mir、 Mlg、Mlb。薄膜晶体管Ml的栅极电极连接至栅极线GL、源极电极连接至源极线SL、漏极电 极连接至未图示的像素电极。由此，如图2所示，在薄膜晶体管Ml的漏极电极与对置电极 (VCOM)之间形成有液晶电容CLC。此外，在漏极电极与TFTCOM之间形成有辅助电容Cl。在图2中，由与1根栅极线GLi和1根源极线SLrj的交点连接的薄膜晶体管Mlr 驱动的图像元素以与该图像元素对应的方式设置有红色的彩色滤光片，并从显示器源极驱 动器3经由源极线SLrj供给红色的图像数据，由此作为红色的图像元素发挥作用。此外， 由与栅极线GLi和源极线SLgj的交点连接的薄膜晶体管Mlg驱动的图像元素以与该图像 元素对应的方式设置有绿色的彩色滤光片，并从显示器源极驱动器3经由源极线SLgj供给 绿色的图像数据，由此作为绿色的图像元素发挥作用。进一步，由与栅极线GLi和源极线 SLbj的交点连接的薄膜晶体管Mlb驱动的图像元素以与该图像元素对应的方式设置有蓝 色的彩色滤光片，并从显示器源极驱动器3经由源极线SLbj供给蓝色的图像数据，由此作 为蓝色的图像元素发挥作用。另外，在图2的例子中，光传感器在像素区域1中以1个像素(3个图像元素)对1 个光传感器的比例设置。但是，像素与光传感器的配置比例并不限于该例子，而是任意的。 例如，既可以每1个图像元素配置1个光传感器，也可以对于多个像素配置1个光传感器。此外，与图9比较可知，本实施方式的显示装置在各像素区域内设置有以沿着源 极线SLr的方式形成的导电性配线(以下称为保护线)ML。其中，保护线ML优选在源极线 的上层作为导电性的金属层形成。另外，也可以利用在液晶显示装置中经常使用的透明电 极(ITO)形成保护线ML。或者，使用与源极线相同的材料在与源极线相同的平面上(以与 源极线相邻的方式)与源极线同时形成保护线ML。该保护线ML在后面进行说明，能够获得 缩短传感器输出的读出时间的效果。在此，参照图2说明列驱动电路6的结构。如上所述，列驱动电路6内置有用于控 制像素的显示的显示器源极驱动器3和用于控制来自光传感器的传感器输出读出的传感 器读出电路4。在以下的说明中，将列驱动电路6的构成要素不分成显示器源极驱动器3和 传感器读出电路4地进行说明。如图2所示，列驱动电路6包括数字-模拟转换器(DAC)单位增益放大器；显示 器试样栅极开关S1、S2、S3 ；传感器列开关S4、S5、S6 ；保护线开关S7 ；控制对单位增益放大器的输入的开关S8、S9 ；和列偏压晶体管M3。DAC将显示器用数字输入信号转换为向像素写入的模拟电压。单位增益放大器在 (a)对像素的写入期间，为了驱动源极线而缓冲DAC输出，在(b)传感器读出期间，驱动保护 线ML，使得其电压与源极线SLr的电位为相同电位。另外，源极线SLr在传感器读出期间作 为从晶体管M2读出传感器输出的配线发挥作用。显示器试样栅极开关Si、S2、S3在ΦΙ 、Φ6、ΦΒ期间(参照后面说明的图3)，以 将单位增益放大器的输出分别连接至红、绿、蓝的列线的方式进行动作。传感器列开关S4在传感器读出期间(图3的(tS)，以将传感器输出的读出配线 (SLr)连接至晶体管M2的方式进行动作。传感器列开关S5在传感器读出期间，以将源极线 SLg连接至VDD的方式进行动作。传感器列开关S6在传感器读出期间，以将源极线SLb连 接至VSS的方式进行动作。保护线开关S7以在传感器读出期间将单位增益放大器的输出连接向保护线ML的 方式动作。开关S8在传感器读出期间将单位增益放大器的输入连接至传感器输出VPIX。开 关S9在对像素写入的期间(图3的Φ )将单位增益放大器的输入连接至DAC输出。在此，参照图3说明图2所示的电路的动作。在对像素的写入期间(Φ )中，在 ΦΚ ΦΒ的各个之间，与红、绿、蓝的各像素对应的显示用的输入数据分别被依次地施 加给各个DAC的输入。在该写入期间，开关S9关闭，因此DAC生成与输入的数字数据对应 的模拟输出电压。单位增益放大器接收由DAC生成的模拟输出电压并进行缓冲。S卩，单位 增益放大器具有将与进入输入端子的电压相同的电压向输出端子输出的功能。为了驱动源 极线和像素的寄生电容，这是必须的。由此，在期望的源极线与单位增益放大器的输出连接 的期间，能够对像素施加期望的电压。显示器试样栅极开关Sl S3的各个如按ΦΙ 、Φ6、 ΦΒ的顺序所定义的那样按该顺序被选择，使得源极线SLr、SLg、SLb根据显示用的输入数 据与单位增益放大器依次连接。在传感器读出期间Φ S，单位增益放大器的输入经由开关S8与传感器输出Vpix连 接。而且，传感器列开关S4 S6被切换为导通。在读出信号线RWS为高电平的期间，晶体 管Μ2成为导通状态，与列偏压晶体管Μ3共同形成源输出放大器。此时，晶体管Μ2的栅极 电压和传感器输出Vpix成为与由光电二极管Dl检测出的光量相应的大小。在本实施方式的结构中，沿源极线SLr设置的保护线ML使源极线SLr免受寄生电 容的影响。另外，在该结构中，在源极线SLr与保护线ML之间存在比较大的寄生电容Cre。 但是，单位增益放大器驱动保护线ML，使得其成为与源极线SLr相同的电位，因此晶体管M2 不需要向该寄生电容Cre供给充电电流。因此具有能够进一步缩短传感器输出的读出时间、 并且对晶体管M2也可以不要求高驱动能力的优点。因此，不限于高迁移率的多晶硅TFT，也 能够由非晶硅TFT或微晶硅TFT形成晶体管M2。此外，因为传感器输出的读出在短时间内 完成，所以能够实现像素数多的带光传感器的显示装置。在本实施方式中例示了设置有单位增益放大器的结构，根据情况，也可以优选使 用增益大于1的放大器代替单位增益放大器。例如，在设源极线SL的寄生电容为Cp、源极线SL与保护线ML之间的电容为Cg、 传感器像素读出电路的试样电容器为Cs时，在没有保护线ML的情况下检测需要的电荷量 为
(数学式1)
权利要求
1.一种显示装置，其特征在于在有源矩阵基板的像素区域设置有光传感器， 所述光传感器包括 光检测元件，其接收入射光；电容，其一个电极与所述光检测元件连接，并存储来自所述光检测元件的输出电流； 复位信号配线，其向该光传感器供给复位信号； 读出信号配线，其向该光传感器供给读出信号；传感器开关元件，其根据所述读出信号读出在从供给所述复位信号起至供给所述读出 信号为止的期间存储在所述电容的输出电流；和导电性配线，其沿用于读出所述输出电流的读出配线设置，并且在所述像素区域内与 所述光检测元件和所述像素区域的像素开关元件均不连接。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于在所述导电性配线连接有使该导电性配线的电位与所述读出配线的电位相同的单位 增益放大器。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于为了使该导电性配线的电位与所述读出配线的电位相同，在所述导电性配线连接有增 益比1大的放大器。
4.如权利要求1至3中任一项所述的显示装置，其特征在于所述读出配线兼用作向所述像素区域的像素开关元件供给图像信号的源极线。
5.如权利要求1至4中任一项所述的显示装置，其特征在于 所述传感器开关元件是非晶硅TFT或微晶硅TFT。
6.如权利要求1至4中任一项所述的显示装置，其特征在于 所述光检测元件是光电晶体管。
7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于 所述光检测元件是非晶硅TFT或微晶硅TFT。
8.如权利要求6或7所述的显示装置，其特征在于所述光检测元件的栅极和源极与所述复位信号配线连接。
9.如权利要求6或7所述的显示装置，其特征在于在所述光检测元件的栅极连接有所述复位信号配线，在该光检测元件的源极连接有在 该光检测元件成为断开状态后产生电位下降的第二复位信号配线。
10.如权利要求1至9中任一项所述的显示装置，其特征在于，包括 与所述有源矩阵基板相对的对置基板；和夹持在所述有源矩阵基板与对置基板之间的液晶。
全文摘要
本发明提供一种显示装置，其在有源矩阵基板(100)的像素区域(1)设置有光传感器，该光传感器包括光检测元件(D1)，其接收入射光；电容(C2)，其一个电极与光检测元件(D1)连接，并存储来自光检测元件(D1)的输出电流；复位信号配线(RST)，其向该光传感器供给复位信号；读出信号配线(RWS)，其向该光传感器供给读出信号；传感器开关元件(M2)，其根据上述读出信号，读出在从供给上述复位信号起至供给上述读出信号为止的期间存储在上述电容(C2)的输出电流；和导电性配线(ML)，其沿着用于读出上述输出电流的读出配线(SLr)设置，并且在上述像素区域内与上述光检测元件(D1)和上述像素区域的像素开关元件(M1)均不连接。
文档编号G09F9/00GK102047308SQ20098011935
公开日2011年5月4日 申请日期2009年4月28日 优先权日2008年6月3日
发明者C·布朗, 加藤浩巳 申请人:夏普株式会社
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