专利名称：包含输入传感器的显示装置及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及使用液晶或发光元件的平板显示装置，特别涉及包含输入传感器的含输入传感器的显示装置。
背景技术：
液晶显示装置包括阵列基板，其中信号线、扫描线和像素晶体管(例如薄膜晶体管)排列成一条直线，还包括驱动信号线和扫描线的驱动电路。近来集成电路技术的进步和发展已经用于实践，利用先进技术形成阵列基板上驱动电路的一部分。这种技术用来减小重量、厚度以及整个液晶显示装置的大小。因此，液晶显示装置广泛应用于各种便携设备，例如蜂窝电话和笔记本电脑。
已经提出了一种液晶显示装置，其中光电转换元件设置在阵列基板上，以提供附加的图像载入(image loading)功能(例如参见KOKAI公开的第2001-292276号和2001-339640号的日本专利申请)。
在这种液晶显示装置中，与光电转换元件相连的电容器中的电荷数量随由光电转换元件接收的光量的变化而变化。通过检测穿过电容器的电压执行图像载入。
近来，利用多硅工艺在玻璃基板上形成像素晶体管和驱动电路的技术已经发展起来。也可使用多硅工艺容易地形成与每个像素晶体管相邻的光电转换元件。
如果将显示元件和光电转换元件(光传感器)做成液晶显示装置，必须具备用于驱动显示元件的显示数据处理装置和用于处理从光电转换元件读取的数据的数据处理装置。此外，如果通过显示元件由图像显示的内容与读取的数据(获得的图像数据)内容(时序、坐标位置及其它类似内容)相关，则需要一种处理其关系的相关数据处理装置。进一步地，由于读取的数据内容根据使用者的操作而变化，相关数据处理装置具有各种应用是很重要的。
进一步地，如果数据要从光电转换元件读取，其读取速度会产生问题。例如，当将显示装置用作操作面板时，触摸操作可高速地频繁执行。为了感应这种高速触摸操作，数据读取也必须以高速传送。
此外，上述光传感器由低温多硅薄膜晶体管(Poly-Si-TFT)组成。为了从光传感器获得输出，因为只有小电流用于光响应，通常使用放大器。但是，在显示装置中，由于TFT放大器设置在玻璃基板上，放大器之间具有显著的特性(或检测性能)差异。由于这种放大器之间显著的特性差异，检测结果是不可靠的。这会引起检测结果的不正确识别。因此，产品的可靠性会降低。
发明内容
因此，按照本发明的一个方面，提供一种显示装置，包括输入传感器(例如光电转换元件)，该装置可灵活地处理数据而且具有各种应用，同时能有效处理显示数据、读取数据以及关于显示数据和图像拾取数据之间关系的数据。
按照本发明的另一个方面，提供了一种包括输入传感器(例如光电转换元件)的显示装置，该装置可提高数据读取速度。
按照本发明的另一个方面，可能避免由于获得光传感器输出的放大器之间特性差异产生的检测特别不稳定的结果，从而实现稳定读取。进一步地，提供了一种驱动包含输入装置的显示装置(input device containing display device)的方法，该方法通过有效利用固定用于输入显示信号的信号线实施，并且不需增加元件数量。
本发明的一个实施例包括一组以矩阵形式排列的显示元件，一组以矩阵形式排列的传感器，向显示元件组的每列提供显示信号而且向显示元件组的每行提供驱动信号的显示驱动电路，读取电路，定义了光传感器组的行和列，以识别一个光传感器用于从该光传感器读取传感信号，读取信号处理装置，依据请求执行应用的指令，用于处理读取电路输出的传感信号以及界面部分，将请求执行应用的指令传送到读取信号处理装置。
如上所述，该显示装置具有读取信号处理装置，依据请求执行应用的指令，用于处理读取电路输出的传感信号，以及界面部分，将请求执行该应用的指令传送到读取信号处理装置。因此，可执行各种处理以提高灵活性。
本发明的另一个实施例包括显示元件电路组，包括多个以矩阵形式排列的多个显示元件，传感器电路组，包括以矩阵形式排列的光传感器，向显示元件电路组的列方向提供显示信号而且向显示元件电路组的行方向提供驱动信号的显示驱动电路；读取电路，它为一帧内的一个特定水平周期的一部分，定义光传感器电路组的一个行方向和多个列方向，从而指定多个光传感器电路的一组，以从该多个光传感器读取传感信号，作为运算输出，读取信号处理装置，用于处理读取电路输出的传感信号。
由读取电路输出的传感信号是来自多个光传感器的传感信号的运算输出。与从每个光传感器读取传感信号的情况相比，读取速度急剧增大。
按照本发明的另一个方面，本发明基本包括放大器(或放大元件)，用于将来自传感器的信号放大成像素，该传感器与放大器的输入相连，将每个放大器的输入电压设为该放大器操作阙值的装置，以及用于在放大器输出信号之前将放大器的输入电压以预定值转换的装置。
本发明的另一个方面包括传感器部分，其中电容器和光电二极管构成并联电路，和放大晶体管，具有与传感器选择部分的一个电极相连的栅极，差异消除(difference canceling)晶体管，在放大器晶体管的一个电极和传感器部分的一个电极之间串联，和I/O晶体管，具有与放大晶体管的一个电极相连的电极，与I/O晶体管的其它电极相连的第一信号线，与放大器晶体管的其它电极相连的第二信号线，与传感器部分的其它电极相连的第三信号线，与差异消除晶体管的控制栅极相连的第一栅极线，与I/O晶体管的控制栅极相连的第二栅极线，在电容器的预充电压周期内，用于向第一信号线提供第一预定电势同时向第二和第三信号线提供零电压的装置，以便经过第二栅极线接通差异消除晶体管，同时经过第二栅极线接通I/O晶体管，在预充电压周期之后的差异消除周期内，用于经过第一栅极线接通差异消除晶体管，同时经过第二栅极线关断I/O晶体管的装置，在图像获取周期内，用于经过第一栅极线关断差异消除晶体管，同时经过第二栅极线关断I/O晶体管的装置；在读取周期内，用于向第一信号线提供第一预定电势、同时向第二信号线提供零电压和向第三信号线提供电势的装置，该电势约为传感器部分预设的最大变化范围的一半，以便经过第一信号线关断差异消除晶体管，同时经过第二栅极线接通I/O晶体管。
在差异消除周期内，上述装置将电容的起始电势设置为等于放大体管的阙值Vth。因此，依据光检测，穿过电容器的电压是否变化可以依靠电容器的电势基本是否保持在阙值Vth或减小而确定。在读取周期内，执行基于这种确定的检测。在这种情况下，该装置确定信号线的预定电势是否变化，即放大晶体管是否仍然关断还是导通。
本发明的其它目的和优越性在下面的描述中提出，部分通过描述是显而易见的，或可由本发明的实施得到。本发明的目的和优越性可特别地通过以下指出的手段和组合实现并得到。
附图与说明书一起，构成说明书的一部分，阐明了发明的实施例，与上面的发明概述和下面实施例的具体描述一起，用于解释本发明的原理。
图1是表示本发明一个实施例的框图；图2是表示图1中显示和图像获取数据处理部分的结构的框图；图3是概括表示按照本发明的显示器和传感器部分100的框图；图4A和图4B表示像素电路和传感器电路及其操作的特定实例的图表；图5是表示按照本发明实施例的每一帧显示和图像获取时序的图表；图6是表示按照本发明的像素电路和传感器电路的另一个特定实例的图表；图7是概括表示图6中电路元件的结构图；图8A和8B是表示为了描述按照本发明的装置的操作实例，图像和采样时序的图表；图9是表示包含在按照本发明的装置的操作实例中的噪声测量实例的图表；图10是按照本发明的另一方面该装置的显示和图像获取数据处理部分的功能框架结构图；图11表示包含在按照本发明的装置的操作实例中的另一个噪声测量实例的图表；图12A和图12B是表示恢复适当的预充电压的方法的实例的图表，该预充电压与按照本发明的装置执行的图像获取操作相连接；图13是表示在输入界面上，利用图12所示的方法确定适当的预充电压分布的实例图；图14是表示按照本发明包括输入传感器的显示装置(input sensor containingdisplay device)的外观的实例图；图15A和15B表示如果从传感器电路中读取电荷，信号线上的电压是如何变化的；图16A和图16B是表示按照本发明的像素电路和传感器电路的另一个特定实例的图表；图17表示图16的电路中每一帧的显示和图像获取时序的图表；图18A是表示按照本发明的像素电路和传感器电路的另一个特定实例的图表；图18B是表示图18A中电路操作的时序图；图19是表示图18A电路中每一帧的显示和图像获取时序的图表；图20表示如果从传感器电路读取电荷，信号线上的电压是如何变化的；图21是表示图3所示的像素电路和传感器电路的另一个特定实例的图表；图22是表示图21中的像素电路和传感器电路的操作时序的图表；图23是对图21中的像素电路和传感器电路进行控制的控制部分的流程图；图24是表示按照本发明的装置中的每一帧的显示和图像获取时序的图表；图25是表示按照本发明的装置中的每一帧的显示和图像获取时序的另一个实例的图表。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的实施例进行描述。图1表示按照本发明一个实施例的包含输入传感器的显示装置(input sensor containing display device)的总体结构。参考标号100表示使用例如液晶的显示器和传感器部分。该显示器和传感器部分100包含以矩阵形式二维排列的显示元件以及以矩阵形式二维排列的传感元件。这种结构将在后面详细描述。
参考标号200表示系统控制部分，控制包含输入传感器的显示装置的((inputsensor containing display device))每个部分，或外部独立提供的系统控制部分(计算机设备)。该系统控制部分与本发明相关。该系统控制部分200在主板上构成。该系统控制部分具有微计算机201和各种控制部分202，可基于微计算机201执行各种控制操作和应用程序。基本程序存储在ROM 203中。各种应用程序存储在RAM 204中。时序器205为该装置产生参考时间信息。参考标号206表示输入输出控制数据(指令的输入输出)和图像数据的外部控制界面和数据界面。该外部控制界面和数据界面可连接到外部设备、机顶盒、调谐器、调制解调器、个人电脑或类似设备。
参考标号300表示显示和图像获取数据处理部分，响应系统控制部分200的指令，它实现显示器和传感器部分100的显示状态和图像拾取状态，并提供显示和获取时序以及区域设置。该显示和图像获取数据处理部分300具有写/读禁止处理部分301。显示和图像获取数据处理部分300可将获取的图像数据和要显示的图像数据暂时保存在存储器(SRAM)311中。此外，显示和图像获取数据处理部分300具有开关和LED处理部分313。该开关和LED处理部分313可处理外部开关输入(例如用于灵敏性和亮度调节的操作信号)并驱动发光元件(LEDs)，以通知用户系统的状态。
该写/读专用处理部分312包括读信号处理部分和写信号处理部分。该读信号处理部分可将显示器和传感器部分100的传感信号转换为基于应用的各种状态。该写信号处理部分执行向显示器和传感器部分100传送显示信号的过程。
该写/读禁止处理部分312经过继电器板400与显示器和传感器部分100相连。电源电路、用于显示器的转换图像数据的数模转换器以及类似设备安装在继电器板400上。
提供给显示器和传感器部分100的信号粗略地分为显示控制信号，显示RGB图像数据以及图像获取控制数据。从显示器和传感器部分100读取的信号为图像获取数据。
图2表示显示和图像获取数据处理部分300的基本功能框图，特别是写/读禁止处理部分301。参考标号302表示与系统控制部分200的界面206、开关和LED处理部分313相连的数字界面。载入界面302的数据具有可通过数据分离和数据传送部分303识别的类型。外部传送的信号存储在指令寄存器304中。
图像获取条件和图像获取形式查询表305存储关于多个图像获取条件(预充电压、图像获取时间及其它)的信息。该信息可经过该界面由系统控制部分200写入，并可由系统控制部分200读取。进一步地，可能监视由写/读时序控制部分和数据I/O部分306产生的时序信号，以便控制例如由写/读时序控制部分和数据I/O部分306输出的时序信号的相位。
基于来自图像获取条件和图像获取形式查询表305的控制数据，写/读时序控制部分和数据I/O部分306输出图像获取控制信号和显示控制信号。此外，响应指令寄存器304的指令，写/读时序控制部分和数据I/O部分306可经过数据分离和数据传送部分303向外部设备输出图像获取数据。进一步地，为了在SRAM 311中存储图像获取数据，写/读时序控制部分和数据I/O部分306可向SRAM控制部分307传送数据。此外，写/读时序控制部分和数据I/O部分306可接收显示图像数据并将其发送到显示器和传感器部分100。当存储在SRAM311中的数据用作显示图像数据时，该图像数据经过DRAM控制部分307发送到写/读时序控制部分和数据I/O部分306。当外部数据用作显示图像数据时，该图像数据经过数据分离和数据传送部分303发送到写/读时序控制部分和数据I/O部分306。
SRAM控制部分307执行控制，以使经过写/读时序控制部分和数据I/O部分306载入的图像获取数据存储在SRAM 311中。SRAM控制部分307还执行控制，以使存储在SRAM 311中的图像数据经过写/读时序控制部分和数据I/O部分306发送到显示器和传感器部分。此外，SRAM控制部分307可执行例如编辑存储在SRAM 311中的图像数据的过程以及依据指令开关图像的过程。进一步地，SRAM控制部分307可经过数据分离和数据传送部分303和界面302将图像数据从SRAM 311发送到外部设备。
此外，SRAM控制部分307可存储经过界面302和数据分离和数据传送部分303外部发送的图像和控制数据。SRAM控制部分307还可利用图像获取数据确定用户是否计算过特定坐标并触摸了显示器界面。
因此，微处理器嵌入每个SRAM控制部分307，写/读时序控制部分和数据I/O部分306，以及图像获取条件和图像获取形式查询表305。这些微处理器中的数据处理操作是同步的。
指令寄存器304存储指令。下面的描述的处理依据指令执行。可执行一个复位处理。在模式描述1中，普通显示模式可切换到输入使能模式，反之亦然。在输入使能模式中，设置这样一种状态，其中从显示器和传感器部分100读取图像获取数据并进行处理。仅在普通显示模式的情况下，显示器和传感器部分100不输出任何图像数据，因此节约能耗。
在模式描述2中，生成图像获取状态可切换到标准图像获取状态，反之亦然。在标准图像获取状态，显示器和传感器部分100可关闭(关断)显示元件部分，使该装置用于图像获取。因此可能获得减小图像获取非一致性所需的数据。
关闭显示元件部分意味着该显示元件不起作用，从而使例如背光的光在整个显示器界面上不均匀地输出。在这种状态下，该传感器电路中的光电转换元件仅接收来自前面的光。阻光膜在该光电转换元件后面形成，以阻挡背光的光。
进一步地，下述操作依据指令执行。
关于参考信号用于视频信号的相位信号经过写/读时序控制部分和数据I/O部分306，或者利用显示器和传感器部分100的最优时序导致写/读时序控制部分和数据I/O部分306执行信号处理。进一步地，如果两个显示屏的图像数据保存在SRAM 111中，即时切换该显示屏。如果图像获取条件和图像获取形式查询表305以及切换传送模式(信号交换(HS)/脉冲)的SRAM控制部分307将预定单元的数据传送到数据分离和数据传送部分303和界面302，则设定传送方法、传送速率及其它。规定采样时序，即规定用于通过显示器和传感器部分100采样图像获取数据输出的时序。执行来自系统控制部分200的写允许指令，即对于图像获取条件和图像获取形式查询表305和SRAM控制部分307允许经过界面302数据写入。
响应系统控制部分200的指令，界面302在指令寄存器304上执行写处理。进一步地，界面302从系统控制部分200接收设置图像获取条件和图像获取形式所需的数据。界面302进一步将数据发送到图像获取形式查询表305。界面302还从系统控制部分200接收要写入SRAM 311的图像数据。界面302进一步将数据发送到SRAM控制部分307。界面302还从SRAM控制部分307接收计算结果例如坐标和触摸信息。界面302进一步将该结果发送到系统控制部分200。
该发送模式包括信号交换(HS)(等于1.5Kbps)。数据以该速率写入指令寄存器304和图像获取条件和图像获取形式查询表305。该发送模式还包括字符串传发送(等于160Mbps)。在该模式下，数据从图像获取条件和图像获取形式查询表305读取，以及将数据写入SRAM 311并从中读取。这些发送模式可以选择应用。
显示和图像获取数据处理部分300接收存储在系统控制部分200的各种控制部分202的各种应用和从系统控制部分200接收基于该应用的各种指令。
因此，按照本发明的该装置可用于依据应用的各种方式。显示和图像获取数据处理部分300，系统控制部分200，以及显示器和传感器部分100可集成在一起。或者，显示和图像获取数据处理部分300和显示器和传感器部分100可集成在一起，同时系统控制部分200可独立于部分300和100。
这样，按照本发明，可能提供各种类型的显示和图像获取数据处理部分300，特别是数字界面302。特别地，USB或无线调制解调器单元可用于外部连接。此外，数字界面302可连接到蜂窝电话的数据I/O部分。另外，可为RGB终端或YIQ终端提供视频信号。
图3是显示器和传感器部分100的功能框图。参考标号130表示像素和传感器阵列部分，具有一组以矩阵形式排列的显示元件和一组以矩阵形式排列的光传感器。像素和传感器阵列部分130的像素和传感器电路将在后面描述。
显示栅极线驱动电路112和读取栅极线驱动电路122在像素和传感器阵列部分130的一侧(图的左边)形成。显示栅极线驱动电路112驱动以矩阵形式排列的显示元件组的每一行。读取栅极线驱动电路122驱动以矩阵形式排列的光传感器组的每一行。
信号线驱动电路和预充电压电路114在像素和传感器阵列部分130下面形成。信号线驱动电路和预充电压电路114包括信号线驱动电路和预充电压电路。
当在像素电路中设置像素数据时，信号线驱动电路向以矩阵形式排列的显示元件组的每一列提供像素数据。预充电压电路在以矩阵形式排列的光传感器组的每个电容器中预充电预定电势。信号线和预充电压信号以及图像获取信号两者之间的关系。
模数转换电路123和数据I/O电路124在像素和传感器阵列部分130上方形成。模数转换电路123将从信号线至光传感器组读取的模拟信号转换为数字信号。模数转换电路123将数字信号传送到数据输出电路124。数据输出电路124将载入的数据转换为串行数据，并输出图像获取数据125。
在这种情况下，将来自显示和图像获取数据处理部分300的图像获取控制信号121经过继电器板400提供给读取栅极线驱动电路122。进一步地，将来自显示和图像获取数据处理部分300的显示控制信号111经过继电器板400提供给显示栅极线驱动电路121。此外，将来自显示和图像获取数据处理部分300的R、G、B图像数据经过继电器板400提供给信号线驱动电路和预充电压电路114。该R、G、B图像数据由继电器板400上的数模转换电路(DAC)转换为适于液晶单元灰度显示的模拟电压。然后该模拟电压经过信号线驱动电路写到预定信号线上，然后写到由显示栅极线驱动电路121定义的以行排列的像素中。进一步地，将预充电压控制信号115提供给指定传感器电路的电容器。液晶的灰度级别显示可基于帧速率控制系统。
像素和传感器(也可称为读/写像素)部分由显示像素电路(或显示元件电路)1311和读取传感器电路1312组成。
图4A表示读/写像素电路结构的实例。CS表示电压线，它在预定周期将预定电势提供给每个辅助电容器Csk和液晶LC的一个电极。Gate(m)表示在像素电路1311中可控地接通或关断薄膜晶体管(TFT；下面称为驱动晶体管)的栅极线。CRT(m)表示可控地接通或关断组成传感器电路1312的薄膜晶体管nt1的复位信号线。当晶体管nt1打开时，传感器电容器CP预充电压。JVss表示地线。SFB(m)表示为了读取传感器电容CP的电势，接通薄膜晶体管nt3的传感器输出控制线。薄膜晶体管nt2起放大元件的作用。
PD表示对光敏感的光电二极管，产生与光通量对应的电流。这使得已经填入传感器电容器CP的电荷发射。Sig(n)和Sig(n+1)表示信号线。
如果光电二极管PD由大量的光照射，从传感器电容器CP放电大量的电。相反，如果光电二极管PD由少量光照射，从传感器电容器CP放电大量电的少量。光电二极管PD和背光(未示出)接受光阻处理。因此，光电二极管PD仅对从前面入射的光敏感，而对来自背光的直射光不敏感。
如图3所示，信号线Sig(n)和Sig(n+1)连接到信号线驱动电路114和模数转换电路123。进一步地，电压线Cs和栅极线Gate(m)连接到显示栅极线驱动电路112。复位信号线CRT(m)、地线JVss以及传感器输出控制线SFB(m)连接到读取栅极线驱动电路122。
图4B是表示上述电路操作的时序图。在该电路中，如下面所述，对在一个垂直周期(一个帧周期)内的一个特定水平周期进行设置。该特定水平周期意味着在该周期中，对水平线进行特定访问，在该水平线上提出像素电路1311和传感器电路1312。因此，当对提出传感器电路1312的水平线进行访问时，一个水平周期在图4B所示的时序图中表示。像素电路(或显示元件电路)和传感器电路的操作。
像素电路1311将一个水平周期(1H)分为第一空周期(HT1)，普通反转时序周期(HT2)，写周期(HT3)以及第二空周期(HT4)。与这四个周期相联系，传感器电路1312将一个水平周期(1H)分为输出周期(HT1)，普通反转时序周期(HT2)，空周期(HT3)以及预充电压周期(HT4)。在一个垂直帧(一个帧周期)内的周期而不是特定周期中，像素电路1311在显示周期中，同时传感器电路1312在图像获取周期中。现在，对像素电路1311和传感器电路1312的操作给予描述。
写周期在像素电路1311中，图像信号通过如箭头a1所示的路径在写周期(HT3)中经过信号线Sig(n)写入辅助电容器Csk。按照电容Csk上的电压值驱动该液晶LC，以提供灰度级别显示。
写周期至预充电压周期在该空周期(对像素电路来说是写周期)之后，传感器电路1321接通晶体管nt1以对电容器CP预充电压。信号线Sig(n)也用于这种情况(如箭头b1和c1所示的路径)。即写周期(HT3)和预充电压周期(HT4)相互偏离，以有效利用信号线Sig(n)。
图像获取周期至输出周期在图像获取周期，当电流流经光电二极管PD时，预充电压发生变化。然后，在下一个第一帧周期，晶体管nt3在输出周期(HT1)接通。然后，传感器电容CP的电压由晶体管nt2放大，并经过信号线Sig(n+1)(见箭头d1和e1所示的路径)得到。在邻接的像素和传感器(也可称为读/写像素)部分，在该水平周期内执行类似操作。经过信号线Sig(n+2)读取邻接的传感器电路的输出。在下一个水平扫描周期，在下一个扫描线上执行类似操作。
在预充电压之后和开始读取之前，从传感器电容CP获得的电压根据光电二极管被遮蔽的时间而变化。如果光电二极管未被遮蔽，该读取电压足够低。如果光电二极管被遮蔽很长时间，则可获得高电压。这样可以确认是否有输入。
图5是表示上述每帧(第N帧和第N+1帧)操作的图表。(1)，(2)，……(n)表示第一水平扫描周期，第二水平扫描周期，……，第n水平扫描周期。
像素和传感器部分的结构不限于上述实施例。
图6表示像素和传感器部分的结构的另一个实例。该结构具有作为像素电路的蓝像素电路132B、绿像素电路132G和红像素电路132R。因此，提供信号线Sig(n)B、Sig(n)G和Sig(n)R与各自的电路132B、132G和132R相关联。电压线Cs，栅极线Gate(m)，复位信号线CRT(m)以及传感器输出控制线SFB(m)与在图4A所示电路中所起的作用相同。
传感器电路1312由晶体管nt1，电容器CP，光电二极管PD，起放大器作用的晶体管nt2以及获得输出的晶体管nt3组成。
在该电路中，信号线也得到了有效利用。这将参照图4B和图5所示的时序图在下面进行描述。信号线Sig(n)B、Sig(n)G和Sig(n)R用于向相应的电容器Cs写入视频信号。信号线Sig(n)R用于在预充电压周期将电容CP预充电压至预定电势。信号线Sig(n)G用于在图像获取周期发射流经光电二极管PD的电流。该电流发射操作可通过利用该周期的一部分而执行，从而在图像获取周期设置信号线Sig(n)G的电势。信号线Sig(n)B用于放大和读取电容CP的电压，同时输出图像获取信号。
对于像素电路132B、132G和132R，除了在特定水平周期(写周期)，晶体管13a关断；这些电路132B、132G和132R处于显示周期。
图7表示元件分布的一个实例，其中图6的电路在基板上形成。相应部分由相应的参考标号表示。
读取图像获取数据经过继电器板400载入写/读禁止处理部分312，如图1所示。在这种情况下，写/读禁止处理部分312有效地载入图像获取数据。
图8A和8B表示该情况的一个实例，其中写/读禁止处理部分312载入图像获取数据。例如，数字键可如图8A显示，该图像获取信号可表示已经触摸任一键的状态。在这一情况下，有用的图像获取数据主要是来自光传感器的输出，该光传感器位于显示该数字键的部分。
这样，在按照本发明的装置中，对写/读禁止处理部分312进行设置，这样仅对图8B所示的与十个键显示的位置对应的区域(r1至r12)进行采样。对于采样时序，在从图像获取条件和图像获取形式查询表305选择的表格的基础上，可生成如图8B所示的采样脉冲HGP和VGP，以利用基于这些采样脉冲的时序识别图像获取数据。这样可以在最小化所需采样数据的基础上有效地处理数据。按照本发明，实施了各种改进以提高识别图像获取数据的精确度。
图9表示利用帧的相关来确定是否在图8A和图8B所示的任一键上执行了触摸操作的实例。例如，提供给传感器电容CS的预充电压对于每帧(例如在4-帧周期)都不同。接着，如果在数字键上没有执行操作，如果在帧上执行相关处理(帧间相关90)，接着读取电压(图像获取数据)显示对应于预充电压中变量的相关性(确定过程91，确定结果92)。但是，当对数字键之一进行操作时，可能要识别一种现象，即没有得到对应于预充电压中的变量(预定相关性)的相关性(确定结果93)。
图10表示图1和图2所示的显示和图像获取数据处理部分300的另一实施例。该实例提供有显示区域和时序设置数据表353和显示数据输出部分35。还提供有图像获取区域和时序设置数据表361和图像获取数据处理部分362。显示区域和时序设置数据以及图像获取区域和时序设置数据经过数字界面351和设置数据载入部分352载入相应的表格。
例如前面描述的十个键图像数据可存储在显示数据输出部分354中。进一步地，为了显示十个键图像数据，产生相应时序信号所需的数据存储在表格353中。图像获取数据在图像获取区域和通过图像获取区域和时序设置数据表361输出的时序设置数据的基础上载入。该图像获取数据由图像获取数据处理部分362进行处理，如图8A、图8B和图9所示。还执行确定内容的处理。
图像获取数据必须根据应用转换为显示数据。例如，如果输入手写字符，可将其转换为用于显示的显示数据。在这种情况下，将图像获取数据转换为显示数据的转换处理部分363执行转换处理。然后转换处理部分363将最终的显示数据传送到显示数据输出部分354。
进一步地，图像获取数据或通过处理图像获取数据得到的数据可传送到外部设备。在这种情况下，该数据累积在图像获取数据和处理数据发送部分364中，然后经过数字界面输出到外部设备。总的来说，提供了用于每个单元的操作时序，输出和输入的门控在微处理单元(MPU)370的控制下执行。此外，ROM 371在显示器和传感器部分100上存储版本信息，并在系统上存储可由该装置处理的信息。该信息包括例如水平分辨率、垂直分辨率、时钟频率以及电源电压特定信息。该系统控制部分可读取版本信息，以选择可由显示器和传感器部分100处理的应用。
图11表示按照本发明的装置的另一个实施例。该装置特别适于精确读写信号。笔600的尖端具有多重圆环的式样。因此，当笔尖接触该传感器阵列时，该传感器阵列按照笔尖上的式样捕捉多重圆环的图案。由于式样不同，图像获取数据处理部分362能够分析并轻易识别该图案。由于圆环不受使用者握笔角度的影响，因此特别适于这种图案。相同的图像可在使用者握笔时倾斜的任意角度获取。
可使用多重矩形或多重三角形的式样代替多重圆环的式样。可选地，多重圆环可作为例如红(R)输入处理，多重矩形可作为例如蓝(B)输入处理，多重三角形可作为例如绿(G)输入处理。该颜色可在图案和线间距结合的基础上识别。即当具有多重线式样的笔用于画线时，该图案和多重线间距可在线的起点检测到。因此，图案的多重线间距可用于识别信息。例如，可利用多重圆环的式样确定线间距P1为红，线间距P2为绿，线间距P3为蓝。
(按照图像获取系统的第二实施例)第二实施例的特征在于传感器电容CP的预充电压在校准图像获取结果的基础上随传感器而变化。在该校准图像获取中，例如不均匀地施加来自背光的光。在这种情况下，即使在同一芯片上，在玻璃基板上形成的光传感器(光电二极管)PD或晶体管nt2之间会有显著不同。这样，不利地，图像的某些部分会适当显示从指示组件例如白色的手指反射的光，同时显示黑暗中反射光的缺失，而其它部分会因照射不足或过度照射而阻止正确检测的指示部分。这是由于流经光传感器的电流之间的差异或晶体管nt2的阈值之间的差异。在这种情况下，通过增大每个传感器电路的传感器电容的预充电压可避免照射不足或过度照射。
特别地，使用下述方法。首先，为了校准图像获取，将固态均匀白纸与显示表面紧密接触，并在传感器电容的预充电压统一设为5伏时获取图像。为了校准图像获取，这可通过使用装置的盖子150轻易实现，按照本发明的显示装置(显示器和传感器部分100)与该装置连为一体，盖子150内部喷涂为白色，如图4所示。
首先，利用两个预充电压电平(5伏和4伏)执行该校准图像获取。图12A和图12B表示获得图像的实例。
在图12B中，尽管该电容已经预充电压到4伏的低电压，获取的图像的右侧仍然过于黑暗。因为例如在光照射下，很小的电流流经相应光传感器，所以很难向这一部分输出白色。这样，为了实际的图像获取，对应于显示屏右侧的传感器电路的传感器电容预充电压到3.5伏。因此该预充电压减小到使白色易于输出。
相反地，很难向该部分输出黑色，因为例如在光照射下，很大的电流流经相应光传感器。这样，为了实际的图像获取，对应于显示屏右侧的传感器电路的传感器电容预充电压到例如4.5伏。因此该预充电压增大到使其很难输出。
获取图像的中心部分与光传感器相对应，合适的电流流经该光传感器。这样，为了实际的图像获取，对应于显示屏中央部分的传感器电路的传感器电容预充电压到4.0伏。
图13表示上述内容的综合。上述图像获取可以避免故障，即避免不能识别或错误识别指示组件例如手指。每个传感器电路的传感器电容预充电压值的信息保存在SRAM 311中，在校准图像获取结果的基础上确定该值。该信息可经过数字界面302传送到系统控制部分，以便在激活系统时将该所需的信息载入SRAM 311。可通过利用继电器板上的DAC和信号线驱动电路执行该传感器电容的预充电压。这是因为对每行实施预充电压而没有视频信息写入，如图4t3和图5所示(如果对所有传感器电容同时预充电压，不可能增大或减小每个像素的预充电压)。该传感器电容可预充电压而无须附加多重电平或者向帧部分附加预充电压电路。
在上述实例中，利用两个预充电压电平(5伏和4伏)进行校准图像获取。但是，电平数量和电压值不限于此。两个或更多电压电平也是有效的。电压电平数量越多，图像校正越需谨慎。
在上述实例中，利用三个预充电压电平(5伏、4.0伏和3.5伏)进行实际图像获取。但是，电压电平数量越多，图像校正越需谨慎。
为了实际图像获取，每个像素或任意分组的每组像素的预充电压可增大或减小。如果使用十个键显示例如图8所示的情况用于检测指示组件是否接触了任一数字键，仅将上述预充电压校正应用于显示数字键的像素的传感器电路的传感器电容已经足够。这可通过考虑应用、系统资源及其它来确定。
将给出每个部分的特征和每个上述实施例的总体特征的简要描述。本发明包括一组以矩阵形式排列的显示元件，一组以矩阵形式排列的光传感器，向显示元件组的每行提供显示信号并向显示元件组的每行提供驱动信号的显示驱动电路，和读取电路，定义了光传感器组的行和列，以识别一个光传感器用于从该光传感器读取传感信号。通过读取电路输出的传感信号称为读取信号处理部分，它依据请求执行应用的指令，执行处理。
在这种情况下，读取信号处理部分提供有指令寄存器和界面部分，用于接收请求执行应用的指令，向指令寄存器发送指令。这提供了一种执行各种处理过程的足够灵活的的装置。
读取信号处理部分可包括生成基于传感信号的图像数据的装置。读取信号处理部分还可包括生成对应于传感信号的光传感器上的坐标数据的装置。读取信号处理部分还可包括生成对应于传感信号的图像数据并将图像数据反馈到显示驱动电路的装置。这样就可能在显示图像中反射输入信息。
本发明还提供了一种为读取电路设定操作时序的驱动方法。该方法包括为每个像素电路构成显示元件组，分别在水平周期的前半周期和后半周期设定第一和第二空周期，在第一和第二空周期之间设定视频写入周期，在第二空周期之后和下一个帧周期之前设定显示周期，并为每个传感器电路构成传感器组，将对应于一个水平周期的第一空周期的周期设定为读取周期，将对应于第二空周期的周期设定为预充电压周期，在读取周期和预充电压周期之间设置一个空周期，在预充电压周期之后和下一个帧周期之前设置一个图像获取周期。这样无须影响显示就可能实现写入(图像获取)。
结果，如图4A和图4B所示，用于写入显示数据的信号线Sig(n)和Sig(n+1)有效利用为图像获取的读取线。
也就是说，向显示元件组的每行提供显示信号(图像数据)并向显示元件组的每行提供驱动信号的显示驱动电路包括输出驱动信号的显示栅极线驱动电路112和输出显示信号的数据输出电路(信号线驱动电路和预充电压电路114)。输出显示信号的信号线与像素电路的辅助电容相连接，并通过开关与光传感器相连接(见图4A、图4B和图6)。
信号线还用于对与该光传感器并联的电容预充电压(见图4A和图4B)。信号线还用作通过放大器和开关获得与光传感器并联的电容的电压变化的第二信号线(见图4A和图4B)。
像素电路由每个具有信号线的R、G、B的像素电路组成。传感器电路包括光传感器和与光传感器并联的电容，其特征在于利用第一信号线预充电压，利用第二信号线在图像获取期间放电，利用第三信号线读取电容电压(见图6)。当然，该传感器电路可提供有R、G、B像素电路中的每一个。
读取信号处理部分还包括用于采样传感信号的特定周期的采样装置(见图8)。该采样装置的特征在于，为在显示元件组和显示驱动电路上形成的显示图像的特定周期(特定区域)中的采样设定特定周期。进一步地，显示图像显示数字键，和与键显示位置对应的特定周期。
该光传感器组的单个传感器包含在传感器电路中，该传感器电路包括与光传感器并联的电容，对电容预充电压的输入开关以及向信号线输出电容电势的输出开关。预充电压电路与信号线相连，电容经过开关与该信号线相连。该预充电压电路具有可改变预充电压电势的预充电压变化装置(见图9，图12A，图12B，图13)。
用于光传感器的预充电压的特征在于，随光传感器组的多个二维区域变化(见图9，12A，12B和13)。该区域间的预充电压差异用于弥补多个光传感器或多个输出放大器中的灵敏度和特性差异。
进一步地，按照本发明的装置中，透明保护玻璃(或透明保护层如合成树脂)位于光传感器组和显示元件组的顶部表面。该装置的特征在于，如果对光传感器组设置为手写输入，则使用尖端具有特定式样的笔(见图11)。在这种情况下，整个图案的区域是这样的，使该图案覆盖多个光传感器，以对其进行识别。
提高读取速度的改进技术按照本发明的该装置进行了改进，使图像获取信号能在短时间内读取。为此目的，如果要读取图像获取信号，从多行传感器电路同时或连续读取电荷。
图15A表示如果从一行中的一个传感器电路中读取电荷，一条信号线上的电压是如何变化的。读取该电荷之前，将该信号线充电至预定电压Vpre。然后，如前面所述，电荷经过薄膜晶体管nt2和nt3从电容CP中释放出来。电压VO1表示黑色输出变化。电压VO2表示灰色(等于黑色和白色总色调的一半)输出变化。电压VO3表示白色输出变化。相反地，图15B表示当来自10个传感器电路中的10行电荷在同一条信号线上同时输出时，观察到的输出变化。电压VO11表示黑色输出变化。电压VO22表示灰色(等于黑色和白色总色调的一半)输出变化。电压VO33表示白色输出变化。
在这种情况下，来自多个传感器电路的10行输出集中在一起。因此，从传感器电路组的输出信号的输出起始直到输出信号的检测的时间总量相对图15A可以减少。此外，如果要获得一帧中的图像获取信号，可能减少要检测的输出信号的数量。这意味着可以在对读取图像获取信号的处理中获得充足的时间总量，以确定获取图像的内容。
图16A和图16B表示用于同时读取位于一条信号线上的来自10行传感器电路的电荷，然后将该电荷置于该信号线上。图16B是表示该电路操作的流程图。基本地，该操作类似于图4至图6中描述的操作。图16A中的电路除了信号线Sig(n)R、Sig(n)B、Sig(n)G的排列之外，与图6中所示的电路相同。图16A中的电路是一个实例，其中电荷从电容CP读取并置于一条信号线Sig(n)B上。但是，实际上，同时读取来自传感器电路的10行电荷，并将该电荷置于信号线Sig(n)B上。进一步地，该图表示一条信号线Sig(n)B。但是，实际上，存在大量信号线Sig(n)B。
当开关晶体管13a接通时，信号线Sig(n)B、Sig(n)G和Sig(n)R用于将视频信号写入相应的电容Cs。如果视频信号已经写入电容Csk，则电容Csk驱动液晶LC。图像在多个集成液晶LC的驱动状态的基础上进行显示。在这种情况下，图像与输入传感器相关。例如，显示数字键或开关的图像。
这种符号图像仅通过一个像素是不能实现的。一整套多个符号形成符号图像。这样，本发明注意到这一事实，即这种符号图像适于通过在多个像素上执行每个写操作而获得。因此，通过在多行的像素上执行每个写操作将视频信号写入。该图仅表示一行中一个电路具有三个显示元件。然而，实际上，将10行视频信号以时分方式写入例如显示元件电路(显示元件组)的电容Csk。
此外，按照本发明，读取10行图像获取信号的每个处理在例如传感器电路(传感器电路组)上执行。该传感器电路的操作将在下面描述。
信号线Sig(n)R用于在预充电压周期内对传感器电路1321的电容CP预充电压至预定电势。该图仅表示一行中的一个传感器电路，但实际上，经过信号线Sig(n)R对10行传感器电路(传感器电路组)的电容CP预充电压。
信号线Sig(n)G用于在图像获取周期中发出流经光电二极管PD的电流。这种电流发出操作可通过适当设定信号线Sig(n)G的电势执行。当光射在光电二极管PD上时，产生对应于光量的电流。最终，电容CP的电势减小。当输出图像获取信号时，信号线Sig(n)B用于放大并读取电容CP的电压。在此情况下，信号Sig(n)B预充电压至例如5伏。假定电容CP预充电压至5伏且该电压没有减小，信号线Sig(n)B的电势在输出周期(黑色输出)内保持不变。如果已经预充电压的电容CP的电压在输出周期内从5伏衰减，信号线Sig(n)B的电势改变(半色调输出或白色输出)。通过模数转换电路和数据输出电路读取该电势。
图17表示每一帧(第N帧和第N+1帧)的上述操作。图17表示的内容与图5几乎相同。然而，在该实例中，在10行中执行每个读取操作。最终，在一帧内从传感器电路组读取信息所需的时间(1/10)TPF是在一行上执行每个读取操作所需的时间TPF的十分之一。这样，在处理从该传感器电路得到的检测信号中可以获得充足的时间。对该处理过程提供充足的时间是很重要的。这是因为对从该传感器电路组得到的信息进行各种逻辑决定需要充足的时间。与视频信号的写相连，例如数字键或开关的符号图像仅用一个像素是不能实现的。一套多个符号形成符号图像。因此，本发明注意到这一事实，即这种符号图像适于通过在多个像素上执行每个写操作而获得。因此，将视频信号写入多行中的像素。还对写处理提供了充足的时间。如果要写入视频信号，则例如写电路(信号线驱动电路和预充电压电路114)以时分方式在视频写入周期内(如图16B和图17B所示)分别向信号线Sig(n)R、Sig(n)B、Sig(n)G输出10行视频信号R、G、B。该信号线驱动电路和预充电压电路114包括开关和为了完成这些操作将信号线电势设置到适当值的功能。本发明不限于上述实施例。
图18A和图18B表示本发明的另一个实施例。该实施例与图16A和图16B所示的实施例的不同在于，后续并连续地从该传感器电路组对例如读取图像获取信号中的10行进行读取的方法(输出周期)。特别地，以时分方式重复进行从传感器电路读取10行电荷的操作，然后重复进行测量该信号线上电势的操作。该方法的其余部分与图16A和图16B所示的实施例相同。因此，省略该相同部分的描述。
图19表示图18A所示的每一帧(第N帧和第N+1帧)的操作。在每个读取操作期间读取来自传感器电路的10行输出。因此，在一帧内从该传感器电路组读取信息所需的时间(1/10)TPF是在一行上执行每个读取操作所需的时间TPF的十分之一，每个读操作之后是测量操作。这样，在处理从该传感器电路得到的检测信号中可以获得充足的时间。
图20表示各种实例，从中获得来自该传感器电路组的10行输出。该图表示当来自传感器电路的10行电荷连续输出到同一条信号线时，输出是如何变化的。电压VO41表示黑色输出变化。电压VO42表示灰色(等于黑色和白色总色调的一半)输出变化。电压VO43表示白色输出变化。在这种情况下，输出来自传感器的10行输出的平均值。
上述图像获取信号通过模数转换电路数字化。然后，经过数据输出电路输出最终的图像获取数据。该图像获取数据载入写/读禁止处理部分312。写/读禁止处理部分312有效地载入该图像获取数据。
下面将简要描述上述实施例的特征。
按照本发明的该装置具有显示元件电路组，包括以矩阵形式排列的多个显示元件和传感器电路组，该传感器电路组包括以矩阵形式排列的光传感器。在这种情况下，显示驱动电路向显示元件电路组的列方向提供显示信号并向显示元件电路组的行方向提供驱动信号。读取电路对一个帧的一个特定水平周期的一部分定义了光传感器电路组的一个列方向和多个行方向，以识别一组多个光传感器电路，从而从多个光传感器读取传感信号作为运算输出。读取信号处理装置对读取电路输出的传感信号进行处理。
进一步地，读取电路具有用于控制该传感器电路组的装置，以使该运算输出导向该显示元件电路组使用的信号线。或者，该读取电路可具有用于控制该光传感器组的装置，以在一个帧的一个特定水平周期的一部分中从多个光传感器同时读取传感信号作为运算输出。
或者，该读取电路可具有用于控制该光传感器组的装置，以在一个帧的一个特定水平周期的一部分中从多个光传感器连续读取传感信号作为时分输出。
或者，该读取电路可包括在从多个光传感器读取传感信号作为运算输出之前将载入该传感信号的信号线设置在预定电势的装置。
不受放大器特征差异影响而得到稳定图像获取输出的改进措施如上所述，像素和传感器(也可称为读/写像素)部分由显示像素电路1311和读取传感器电路1312组成。下面将对用于取消构成该传感器电路1312的放大器元件中阙值电势差异的装置进行描述。
图21表示用于读/写像素的基本电路结构的实例。Cs表示在预定周期内向每个辅助电容Csk和液晶LC的一个电极提供预定电势的电压线。Gate(m)表示可控地接通或关断像素电路1311的薄膜晶体管(TFT，以下称为驱动晶体管)13a的栅极线。
在该图中，像素电路1311可显示颜色。即在该图中，像素电路1311由像素电路132R、132G和132B组成。Sig(n)R、Sig(n)G、Sig(n)B表示在各自像素电路132R、132G、132B的水平位置形成的信号线。信号线Sig(n)R、Sig(n)G、Sig(n)B在信号线驱动电路和预充电压电路114以及模数转换电路之间连接。
如图3所示，显示图像数据R、G、B经过信号线驱动电路和预充电压电路114提供给相应的信号线。然后，当将位于数据显示位置的栅极线Gate(m)接通时，将图像数据R、G、B写入相应的辅助电容Csk。这使得对应于图像数据R、G、B的液晶LC被驱动。
进一步地，CRT(m)表示可控地接通或关断构成传感器电路1312的薄膜晶体管nt1的栅极线(在这种情况下，晶体管nt1起到差异中止晶体管的作用)。OPT(m)表示可控地接通或关断构成传感器电路1312的薄膜晶体管nt3的栅极线(在这种情况下，晶体管nt3起到I/O晶体管的作用)。
电压线CS和栅极线Gate(m)与显示栅极线驱动电路112相连接。栅极线CRT(m)与读取栅极线驱动电路122相连接。
参考标号133表示形成传感器电路1312的传感器部分。在该传感器部分中，电容Cp和光电二极管PD形成并联电路。该传感器部分133的一个电极与薄膜晶体管nt2的栅极相连接(在这种情况下，晶体管nt2起到放大晶体管的作用)。该传感器部分133的另一个电极与例如信号线Sig(n)B相连接。
差异中止晶体管nt1在放大晶体管nt2的一个电极和传感器部分133的一个电极之间串联连接。I/O晶体管nt3的一个电极与放大晶体管nt2的一个电极相连接。I/O晶体管nt3的另一个电极与第一信号线Sig(n)R相连接。放大晶体管nt2的另一个电极与第二信号线Sig(n)G相连接。传感器部分133的另一个电极与第二信号线Sig(n)B相连接。
如果光电二极管PD被大量的光照射，传感器电容Cp释放大量电流。相反地，如果光电二极管PD被少量的光照射，则传感器电容Cp释放少量电流。光在光电二极管PD和背光(未示出)之间被阻挡。光电二极管PD不受背光影响。
信号线驱动电路和预充电压电路114与信号线Sig(n)R、Sig(n)G、Sig(n)B相连接。信号线驱动电路和预充电压电路114还包括和涉及电压设定电路1140。因此信号线驱动电路和预充电压电路114可控地开关信号线Sig(n)R、Sig(n)G、Sig(n)B的电势。此外，响应序列发生器1141的序列控制信号，信号线驱动电路和预充电压电路114可获得电势开关时序。序列发生器1141的序列信号是基于显示和图像获取数据处理部分300的控制信号。
图22是表示像素电路1311和传感器电路1312的操作的时序图。
在一个帧周期内的特定水平周期，执行将图像数据写入像素电路132R、132G、132B，并从传感器电路1312读取图像获取信号。对于像素电路(也可称为显示元件电路)1311，将一个水平周期(1H)分为第一空周期，普通反转时序周期，写周期以及第二空周期。与这四个周期相联系，对于传感器电路1312，将一个水平周期分为输出周期，普通反转时序周期，空周期以及预充电压和差异中止周期。在一个垂直周期(一个帧周期)的周期内而不是特定的周期中，像素电路1311在显示周期中，同时传感器电路1312在图像获取周期中。
此外，特别地，具体描述传感器电路1312的操作。
在电容Cp的预充电压周期，第一预定电势(例如5伏)提供到第一信号线Sig(n)R。零电势提供给第二和第三信号线Sig(n)G和Sig(n)B。经过第一栅极线CRT(m)同时或者连续地接通差异中止晶体管nt1。进一步地，经过第二栅极线OPT接通I/O晶体管nt3。然后，在预充电压之后的差异中止周期，经过第一栅极线CRT(m)接通差异中止晶体管nt1。进一步地，经过第二栅极线OPT关断I/O晶体管nt3。
然后，在差异中止周期，将电容Cp的初始电势设置为与放大晶体管nt2的阙值Vth相等。特别地，当在充电后电容Cp立即具有高电势时，接通晶体管nt2以预充电流。然后电势下降到晶体管nt2的阙值Vth。在差异中止周期，将电容Cp的初始电势设置为与放大晶体管nt2的阙值Vth相等。
在这种状态下，在随后的图像获取周期，经过第一栅极线CRT(m)关断差异中止晶体管nt1。进一步地，经过第二栅极线OPT(m)关断I/O晶体管nt3。在这种状态下(图像获取周期＝(一个帧周期)-(一个水平周期)(特定水平周期))，如果例如来自触摸手指的反射光照射光电二极管PD，传感器电容Cp进一步释放电流。相反地，如果没有光照射光电二极管PD，则禁止传感器电容Cp进一步释放电流。
在读周期中，在第一信号线Sig(n)R上执行第一预定电势(5伏)的采样。第二信号线Sig(n)R提供有零电势。第三信号线Sig(n)B的电势约为传感器部分133的预设最大变化范围的一半，例如0.5伏。然而，该值可根据TFT特性或寄生电容进行调整。该值低于传感器部分的最大变化范围。对该值进行设定相当于在读取之前经过电容Cp按照预定值转移输入到放大晶体管nt2。
同时，经过第一栅极线CRT(m)关断差异中止晶体管nt1。进一步地，经过第二栅极线OPT(m)I/O接通I/O晶体管nt3。词语“采样”使用在特定装置中，该装置的信号线连接到5伏电源线，以将该信号线电势设为5伏，然后将该信号线与5伏电源线电分离。
假定在图像获取周期，电容Cp的电势(5伏)按照1伏减小。然后，在读周期中，采样晶体管nt2的栅极电压为(Vth-0.5V)。对于这一电势，由于第三信号线Sig(n)B提供有0.5伏的变化，将(-1)+0.5＝-0.5加到Vth。如果电容Cp不再释放电流，放大晶体管nt2的栅极电压为(Vth+0.5V)。
这样，当第三信号线Sig(n)B提供有如上所述的0.5伏时，第一信号线Sig(n)R提供有第一预定电势(5V)(采样)，并且第二信号线Sig(n)G提供有零电势，如果电容Cp不再释放电流，则晶体管nt2接通。另一方面，如果电容Cp进一步释放电流，则晶体管nt2继续保持打开。
结果，信号Sig(n)R的电压确实根据电容Cp是否释放电流而变化。也就是说，可以避免晶体管nt2中的特性差异的不利影响，以可靠的从该传感器电路获得输出。
如上所述，在差异中止周期，将该电容的初始电势设为与该放大晶体管的阙值Vth相等。因此，对于光检测，穿过电容的电势是否变化可根据电容上的电势是否基本维持在阙值Vth或从该值开始减小而确定。在读周期中执行基于该确定的检测。在这种情况下，该装置确定第一信号线Sig(n)R的预定电势是否变化，即该放大晶体管是否保持关断或接通。
图23是表示由序列发生器1142执行的处理步骤的流程图，为了执行上述操作，特别提供序列发生器1142用于驱动传感器电路1312。序列发生器1141可与信号线驱动电路和预充电压电路114结合在一起，如图3所示，或者提供在时序控制器306中，如图2所示。步骤SA1至SA3与前面所述的预充电压和差异中止周期相对应。步骤SA3之后的步骤SA4与图像获取周期相对应。步骤SA4之后的步骤SA5、SA6、SA7与上述读周期相对应。根据第一信号线Sig(n)R的预定电势是否变化确定是否已经有输入。
图24表示每一帧的上述操作(第N帧和第N+1帧)。
可对本发明进行改进，以在短时间内得到图像获取信号。这样，按照本发明，如果要读取图像获取信号，则从传感器电路同时或连续读取多行电荷。
例如，按照本发明，在10行传感器电路(传感器电路组)上执行读取图像获取信号的每个操作。该传感器电路的操作将在下面描述。
图25表示每一帧的上述操作(第N帧和第N+1帧)。图25表示的内容与图24基本相同。但是，在该实例中，在10行上执行每个读取操作。因此，在一个帧内从传感器电路组读取信息所需的时间(1/10)TPF是在一个行上执行每个读取操作所需的时间TPF的十分之一。这样，在处理从该传感器电路得到的检测信号中可以获得充足的时间。对该处理过程提供充足的时间是很重要的。这是因为对从该传感器电路组得到的信息进行的各种逻辑决定需要充足的时间。通过与视频信号的写相连，例如数字键或开关的符号图像仅通过一个像素是不能实现的。因此，本发明注意到这一事实，即这种符号图像适于通过在多个像素上执行每个写操作而获得。因此，将视频信号写入多行中的像素。还对写处理提供了充足的时间。如果要写入视频信号，则例如写电路(信号线驱动电路和预充电压电路114)以时分方式在视频写入周期内分别向信号线Sig(n)R、Sig(n)B、Sig(n)G输出10行视频信号R、G、B。该信号线驱动电路和预充电压电路114包括开关和为了完成这些操作将信号线电势设置到适当值的功能。
本发明不限于上述实施例。在实施中，本发明可通过改变该实施例中的元件而不脱离本发明的实质而实施。进一步地，可通过上述实施例披露的多个元件的适当组合形成各种发明。例如，该实施例中所示的所有元件中的一些可以忽略。此外，从不同实施例中选择的元件可适当组合在一起。因此，通过将上述多个实施例组合得到的结构落入本发明的范围之内。
其它优越性和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明更宽泛的方面不限于这里的特殊细节和所述实施例。因此，可以进行各种修改而不偏离由附加的权利要求及其同等描述所定义的总的原理的主旨或范围。
权利要求
1.一种包含输入传感器的显示装置，其特征在于，包括一组以矩阵形式排列的像素电路(1311)；一组以矩阵形式排列的传感器电路(1312)；显示驱动电路(112，114)，向显示元件组的每列提供显示信号并且向显示元件组的每行提供驱动信号；读取电路(122，123，124)，定义了光传感器电路组的行和列，以识别一个光传感器用于从该光传感器读取传感信号；读取信号处理部分(300)，依据请求执行应用的指令，处理读取电路输出的传感信号；指令寄存器(304)，设置在读取信号处理部分中；界面部分(302)，设置在读取信号处理部分中，当请求执行应用的指令传送到界面部分时，将该指令传送到该寄存器(304)。
2.按照权利要求1所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，读取信号处理部分包括用于生成基于该传感信号的图像数据的装置(307)。
3.按照权利要求1所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，读取信号处理部分包括用于在该光传感器上生成对应于传感信号的坐标数据的装置(307)。
4.按照权利要求1所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，读取信号处理部分包括生成对应于传感信号的图像数据并将该图像数据反馈至显示驱动电路的装置(307，306)。
5.按照权利要求1所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，该显示驱动电路包括向像素电路组的每行输出驱动信号的显示栅极线驱动电路112；和向像素电路组的每列输出显示信号的信号线驱动电路和预充电压电路(114)。
6.按照权利要求1所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，信号线与沿该信号线设置的像素电路的辅助电容器相连接，并通过开关与沿该信号线设置的光传感器电路相连接，其中显示信号输出到所述信号线，而且该信号线还用于使信号线驱动电路和预充电压电路(114)对与每个光传感器电路并联的电容器预充电压。
7.按照权利要求1所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，读取电路(122，123，124，1140，1141)为一帧内的一个特定水平周期的一部分定义光传感器电路组的一个列线和多个行线，以识别一组多个光传感器电路从而读取来自多个光传感器的传感信号，作为运算输出；和读取信号处理部分(300)，用于处理读取电路输出的传感信号。
8.按照权利要求7所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，读取电路具有用于控制传感器电路组的装置，使得该运算输出导向由显示元件电路组使用的信号线。
9.按照权利要求7所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，读取电路具有用于控制光传感器组的装置，使得在一帧的特定水平周期的部分中，从多个光传感器同时读取传感信号作为运算输出。
10.按照权利要求7所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，读取电路具有用于控制该光传感器组的装置，使得在一帧的特定水平周期的部分中，从多个光传感器连续读取传感信号作为时分输出。
11.按照权利要求7所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，读取电路包括在从多个光传感器读取传感信号作为运算输出之前，在预定电势上设置作为行线的信号线的装置。
12.按照权利要求1所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，进一步包括放大器(nt2)，用于放大来自像素电路中光传感器的信号；该光传感器与该放大器的输入相连；将每个放大器的输入电压设为该放大器的一个操作阙值的装置(nt1，nt3，CRT(m)，OPT(m)，1140，1141)；和用于在放大器输出信号之前将放大器的输入电压转变预定值的装置(nt1，nt3，CRT(m)，OPT(m)，1140，1141)。
13.按照权利要求12所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，将预定值设为小于光传感器的信号变化范围。
14.按照权利要求1所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，每个传感器电路包括传感器部分(133)，其中电容器和光电二极管构成并联电路；放大晶体管(nt2)，具有与该传感器部分的一个电极相连的栅极；差异消除(difference canceling)晶体管(nt1)，在该放大晶体管的一个电极和该传感器部分的一个电极之间串联；I/O晶体管(nt3)，具有与该放大晶体管的一个电极相连的一个电极；与I/O晶体管的另一个电极相连的第一信号线(Sig(n)R)；与放大晶体管的另一个电极相连的第二信号线(Sig(n)G)；与传感器部分的另一个电极相连的第三信号线(Sig(n)B)；与差异消除晶体管的控制栅极相连的第一栅极线(CRT(m))；与I/O晶体管的控制栅极相连的第二栅极线(OPT(m))；用于在电容器的预充电压周期内，在向第一信号线提供第一预定电势的同时向第二和第三信号线提供零电压的装置(114，1140，1141)，以便通过第二栅极线接通差异消除晶体管，同时通过第二栅极线接通I/O晶体管；用于在预充电压周期之后的差异消除周期内，通过第一栅极线接通差异消除晶体管，同时通过第二栅极线关断I/O晶体管的装置(114，1140，1141)；用于在图像获取周期内，通过第一栅极线关断差异消除晶体管，同时通过第二栅极线关断I/O晶体管的装置(114，1140，1141)；用于在读取周期内，向第一信号线提供第一预定电势、同时向第二信号线提供零电压、向第三信号线提供电势的装置，该电势约为传感器部分预设最大变化范围的一半，以便通过第一信号线关断差异消除晶体管，同时通过第二栅极线接通I/O晶体管。
15.按照权利要求14所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，进一步包括用于在读取周期中读取第一信号线的电势变化的装置。
16.按照权利要求15所述的包含输入传感器的显示装置，其特征在于，该第一、第二和第三信号线与相应的红(R)像素电路、绿(G)像素电路、蓝(B)像素电路相连接，以输入显示信号。
17.一种用于驱动显示装置的方法，该显示装置具有一组以矩阵形式排列的像素电路，一组以矩阵形式排列的传感器电路，向每列显示元件组提供显示信号并向每行显示元件组提供驱动信号的显示驱动电路，定义了光传感器电路组的行和列的读取电路，以识别一个光传感器用于从该光传感器读取传感信号，以及依据请求执行应用的指令，用于处理读取电路输出的传感信号的读取信号处理部分，该方法包括对于像素电路组一个扫描行上的像素电路，为一个水平周期的前半周期设定第一空周期；在该第一空周期之后设定视频写入周期；在该视频写入周期之后设定第二空周期；在该第二空周期之后和存取下一帧的一个水平周期到达之前设定显示周期；以及对于光传感器电路组一个扫描行上的光传感器电路，将对应于该第一空周期的周期设定为读取周期；将该视频写入周期设定为一个空周期；将对应于该第二空周期的周期设定为预充电压周期；在该读取周期和该预充电压周期之间设置一个空周期；在该预充电压周期之后和存取下一帧的一个水平周期到达之前设置一个图像获取周期。
18.按照权利要求17所述的用于驱动包含输入传感器的显示装置的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤为一帧内的一个特定水平周期的一部分，定义光传感器电路组的一个列线和多个行线，以便识别一组多个光传感器电路，用于从该多个光传感器读取传感信号，作为运算输出；和利用信号处理电路，处理读取电路输出的传感信号。
19.按照权利要求18所述的用于驱动包含输入传感器的显示装置的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤在从多个光传感器读取传感信号作为运算输出之前，在预定电势上设置为列线的信号线。
20.按照权利要求17所述的用于驱动包含输入传感器的显示装置的方法，其特征在于，传感器电路具有传感器部分，其中电容器和光电二极管构成并联电路，放大晶体管，具有与传感器部分的一个电极相连的栅极，差异消除晶体管，在放大器晶体管的一个电极和传感器部分的一个电极之间串联；I/O晶体管，具有与放大晶体管的一个电极相连的一个电极，与I/O晶体管的另一个电极相连的第一信号线，与放大晶体管的另一个电极相连的第二信号线，与传感器部分的另一个电极相连的第三信号线，与差异消除晶体管的控制栅极相连的第一栅极线，以及与I/O晶体管的控制栅极相连的第二栅极线，该驱动方法包括在电容的预充电压周期内，向第一信号线提供第一预定电势、同时向第二和第三信号线提供零电压，以便通过第二栅极线接通差异消除晶体管，同时通过第二栅极线接通I/O晶体管；在预充电压周期之后的差异消除周期内，通过第一栅极线接通差异消除晶体管，同时通过第二栅极线关断I/O晶体管；在图像获取周期内，通过第一栅极线关断差异消除晶体管，同时通过第二栅极线关断I/O晶体管；在读取周期内，向第一信号线提供第一预定电势、同时向第二信号线提供零电压、向第三信号线提供电势，该电势约为传感器部分预设最大变化范围的一半，以便通过第一栅极线关断差异消除晶体管，同时通过第二栅极线接通I/O晶体管。
全文摘要
本发明提供了一种包括输入传感器(例如光电转换元件)的显示装置，该装置可有效并灵活地处理显示数据、读取数据和关联数据。该显示装置具有一组以矩阵形式排列的像素电路(1311)，一组以矩阵形式排列的传感器电路(1312)，向显示元件组的每列提供显示信号并向显示元件组的每行提供驱动信号的显示驱动电路(112，114)，读取电路(122，123，124)，确定光传感器以从该光传感器读取传感信号，读取信号处理部分(306)，用于依据指令，处理读取电路输出的传感信号。该读取信号处理部分具有界面部分(302)，当把应用的请求执行指令设置在界面部分时，将该指令传送到指令寄存器(306)。
文档编号G02F1/133GK1700270SQ200510081749
公开日2005年11月23日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年3月29日
发明者中村卓, 吉田征弘, 林宏宜 申请人:东芝松下显示技术有限公司