(57)【要約】画素輝度を検知し維持するために使用するものと同じまたは異なるセンサを用いて、ＯＬＥＤディスプレイ等の発光ディスプレイへのタッチまたは光入力を受け取り又は検知するためのシステム、装置および方法。ディスプレイ用のペンライトおよびタッチスクリーンのデータ入力システムおよび方法。側方光照射ディスプレイおよびタッチパネルの入力装置。ディスプレイ画素発光および周囲輝度レベルを読み取るための方法および装置。輝度安定化およびユーザ光またはタッチスクリーンの入力のための検知を有する発光ディスプレイ。フォトンセンサが、画素内部に配置され、画素内でのエミッタにより放出されたフォトンおよび画素外の光源により放出された周囲フォトンを検知するように動作し、検知した内部放出フォトンが輝度フィードバック制御に用いられ、検知とた周囲フォトンが外部光源を検出するために用いられることを特徴とする発光画素ディスプレイ装置。
2007535728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積化した輝度センサおよび入力センサを有する発光画素デバイスであって、
発光デバイスと、
該発光デバイスを、画像電圧に対応した所定の輝度に駆動する電流を発生し、フレーム時間中に駆動電流を発光デバイスに印加する画素エミッタ駆動回路と、
発光デバイス近傍に配置され、入射フォトン束の変化に応答して電気的特性の変化を示す少なくとも１つのフォトセンサであって、（ｉ）発光デバイスが発光状態にある場合、測定可能なフォトン束を遮って、（ｉｉ）発光デバイスが発光状態でない場合、画素外の光源からの測定可能なフォトン束を検出するようにしたフォトセンサと、
少なくとも１つの電圧、電流および電荷の読み取り回路であって、
（ｉ）フォトセンサ装置によって発生した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷を、非発光状態での非発光時間の第１部分の終わりに測定し、測定した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷は、該期間の第１部分における画素外の光源から放出された測定輝度の表示であり、
（ｉｉ）フォトセンサ装置によって発生した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷を発光状態での発光時間の第２部分の終わりに測定し、測定した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷は、該期間の第２部分における画素から放出された測定輝度の表示であるようにした読み取り回路と、を備える発光画素デバイス。
【請求項２】
センサと連結して、電荷を蓄積又は放出し、ある静電容量電荷およびある時間での電荷に比例した電圧を示すための少なくとも１つの電荷蓄積装置と、
発光状態および非発光状態の期間の少なくとも１つの際に、該少なくとも１つのフォトセンサ装置の電気的特性での変化に応じて、該少なくとも１つの電荷蓄積装置の充電及び／又は放電を制御する制御回路と、をさらに備える請求項１記載の発光画素デバイス。
【請求項３】
制御回路は、発光状態および非発光状態の期間に、該少なくとも１つのフォトセンサ装置の電気的特性での変化に応じて、該少なくとも１つの電荷蓄積装置の充電及び／又は放電を制御するようにした請求項２記載の発光画素デバイス。
【請求項４】
フォトセンサ装置は、光抵抗性センサを備える請求項３記載の発光画素デバイス。
【請求項５】
フォトセンサ装置は、少なくとも１つの電荷蓄積装置をさらに備える請求項４記載の発光画素デバイス。
【請求項６】
フォトセンサ装置によって発生した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷は、該少なくとも１つの電荷蓄積装置の充電状態に基づいて測定されるようにした請求項５記載の発光画素デバイス。
【請求項７】
フォトセンサ装置によって発生した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷は、該少なくとも１つの電荷蓄積装置の充電状態に基づいて測定されるようにした請求項６記載の発光画素デバイス。
【請求項８】
第１の発光期間は、ディスプレイフレーム時間の部分であり、第２の非発光期間は、行アドレス時間の少なくとも１つの部分、第１の期間とは異なるフレーム時間であって、画素に入射した輝度を測定するための第２のフレーム時間の部分、ディスプレイ垂直帰線時間のための期間の部分、ディスプレイ水平帰線時間のための期間の部分からなる第２の期間のセットから選択されるようにした請求項７記載の発光画素デバイス。
【請求項９】
少なくとも１つの電荷蓄積装置は、第１および第２の電荷蓄積装置を備え、第１の電荷蓄積装置は、第１の期間の部分のときに画素から放出される測定輝度の表示を提供し、第２の電荷蓄積装置は、第２の期間のときに画素に入射する測定輝度の表示を提供するようにした請求項８記載の発光画素デバイス。
【請求項１０】
少なくとも１つの電荷蓄積装置での電圧、電流および電荷は、制御回路が電荷蓄積装置の充電または放電を許可したフレーム時間の部分のときの積分フォトン束を表現している請求項８記載の発光画素デバイス。
【請求項１１】
少なくとも１つの電荷蓄積装置での電圧、電流および電荷は、制御回路が電荷蓄積装置の充電または放電を許可したフレーム時間の部分のときの積分フォトン束を表現している請求項９記載の発光画素デバイス。
【請求項１２】
電圧、電流または電荷の読み取り回路は、電圧、電流または電荷の読み取りおよび目標の画素輝度に対応した参照値を受けて、目標の画素輝度と測定輝度との間の差を表現する差信号を発生する比較回路を備える請求項１１記載の発光画素デバイス。
【請求項１３】
読み取り回路は、電荷増幅回路を有する電荷アンプ／相互インピーダンス増幅器として構成される請求項１２記載の発光画素デバイス。
【請求項１４】
発光デバイスは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイス、エレクトロルミネセントデバイス、プラズマ発光デバイス、および制御可能なフォトン放出デバイスからなるセットから選択された発光デバイスを備える請求項８記載の発光画素デバイス。
【請求項１５】
ディスプレイでの複数の画素に関して、第２の期間のとき画素に入射する測定輝度の表示を比較して、あるエリアでの測定輝度が、隣接または周囲の画素についての測定輝度よりも大きい又はより小さな所定の大きさとなる場所を識別するための比較手段をさらに備える請求項８記載の発光画素デバイス。
【請求項１６】
画素は、外部の光源からディスプレイに入射する周囲光からのフォトンの少なくとも一部を減衰する光シールドを含む請求項８記載の発光画素デバイス。
【請求項１７】
光シールドは、外部の光源からディスプレイに入射する周囲光からのフォトンの少なくとも一部が、画素に入るのを許容するアパーチャまたは孔を含む請求項１６記載の発光画素デバイス。
【請求項１８】
集積化した輝度センサおよび入力センサを有する発光画素デバイスの動作方法であって、
発光デバイスを、画像電圧に対応した所定の輝度に駆動する電流を発生し、フレーム時間中に駆動電流を発光デバイスに印加することと、
電荷を蓄積又は放出して、ある静電容量電荷およびある時間での電荷に比例した電圧を示すために、少なくとも１つの電荷蓄積デバイスを該センサと連結することと、
入射フォトン束の変化に応答して電気的特性の変化を示すセンサを、第１の期間および第２の期間に、発光デバイスによって放出されたフォトンに露出することと、
該センサと連結した少なくとも１つの電荷蓄積デバイスに対して、電荷を蓄積（充電）し又はそこから排出（放電）することであって、該センサは、第１の期間および第２の期間に、電荷の蓄積または放出のレートを制御する構成部分を含むものであり、
第１の期間および第２の期間のある部分の終わりに、電荷蓄積デバイスに存在する電荷から生ずる電圧または電流を測定することであって、第１の期間の該部分において測定した電圧または電流は、第１の期間の該部分において画素から放出された実際輝度の表示であり、第２の期間の該部分において測定した電圧または電流は、第２の期間の該部分において外部光源から画素センサ入射した実際輝度の表示であり、
測定した電圧または電流に関連した、画素から放出された実際輝度を、画素エミッタ画像電圧および画素エミッタ駆動電流についての参照目標画素輝度と比較して、差分値を発生することと、
次のフレーム時間中に、差分値をフィードバック入力として、同一画素についての画像電圧および駆動電流を修正する補正回路へ印加することと、
第２の期間の該部分において画素センサに入射する実際輝度を、ディスプレイの少なくとも１つの他の画素についての実際輝度と比較して、ディスプレイでのタッチ入力またはライトペン入力の場所を識別すること、とを備える方法。
【請求項１９】
２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための方法であって、
フォトン検知エレメントを、２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接して設けることと、
所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出することと、
検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生することと、
検知した信号を解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別することと、を備える方法。
【請求項２０】
各複数の検知エレメントは、これに整列して対応するＯＬＥＤ画素を有する請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
フォトン検知エレメントは、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の各々に近接して設けられている請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
各画素配置に近接して設けられた検知エレメントは、画素配置での各画素構造の内部に設けられた検知エレメントを備える請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
フォトン検知エレメントは、全Ｎ行と全Ｍ列の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置に近接して設けられ、ＮおよびＭは、１と、Ｎに関する行寸法およびＭに関する列寸法での最大画素数との間の正の整数として、独立に選択される請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
検知エレメントは、ディスプレイの行寸法および列寸法での１０番目ごとに設けられる請求項１９記載の方法。
【請求項２５】
ディスプレイは、複数の異なるカラー画素を有するカラーディスプレイである請求項１９記載の方法。
【請求項２６】
検知エレメントは、フォトン束積分器として動作する請求項１９記載の方法。
【請求項２７】
検知エレメントは、所定の特定エミッタ色を有する画素に関してのみ設けられる請求項１９記載の方法。
【請求項２８】
検知エレメントは、予め定めた又は動的に決定したセンサ間隔、画素の色または他の規則的や不規則なパターンに従って設けてられる請求項１９記載の方法。
【請求項２９】
集積化した輝度センサおよび入力センサを有する発光画素デバイスの動作方法であって、
各画素での発光デバイスを、画像電圧に対応した所定の輝度に駆動する電流を発生し、フレーム時間中に駆動電流を発光デバイスに印加することと、
入射フォトン束の変化に応答して電気的特性の変化を示す少なくとも１つのフォトセンサであって、（ｉ）発光デバイスが発光状態にある場合、測定可能なフォトン束を遮って、（ｉｉ）発光デバイスが発光状態でない場合、画素外の光源からの測定可能なフォトン束を検出するフォトセンサを、各画素での発光デバイス近傍に設けることと、
（ｉ）非発光状態での非発光時間の第１部分の終わりに、フォトセンサ装置によって発生した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷であって、測定した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷は、該期間の第１部分における画素外の光源から放出された測定輝度の表示であるもの、（ｉｉ）発光状態での発光時間の第２部分の終わりに、フォトセンサ装置によって発生した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷であって、測定した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷は、該期間の第２部分における画素から放出された測定輝度の表示であるもの、を表す電圧、電流および電荷の測定値のうちの少なくとも１つを読み取ること、とを備える方法。
【請求項３０】
２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための方法であって、
フォトン検知エレメントを、２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接して設けることと、
所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出することと、
検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生することと、
検知した信号を解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別すること、とを備える方法。
【請求項３１】
第１の複数のフォトン検知エレメントは、外部ユーザからの入力に関係しない背景輝度の大きさおよびユーザからの入力に関係する異なる輝度の大きさを検知するのに適合している請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
より大きな輝度は、ディスプレイ表面に入射する拡散背景輝度より高い輝度を持つディスプレイ装置の内側に配置されたフォトンエミッタから発生するようにした請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
ディスプレイ装置の内側に配置されたフォトンエミッタから放出されたフォトンは、第１の透過媒体の内部に実質的に完全に含まれており、センサエレメントに入射しないで、フォトンがユーザ入力場所において第１の透過媒体から出るようにした請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
フォトンは、ディスプレイエミッタとユーザとの間に配置されたプレート内部で、全内部反射によって第１の透過媒体内に全体としてまたは実質的に完全に含まれており、フォトンは、プレートの表面の性質や特性を変化させることによって、あるいは第２の媒体から第３の媒体へのプレート表面の界面を変化させることによって、第１の透過媒体から出るようにした請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
第２の媒体は、ガス状の媒体を含み、第３の媒体は、非ガス状の媒体を含む請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
第２の媒体は、空気である請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
第３の媒体は、実質的に不透明な固体のスタイラスを備える請求項３５記載の方法。
【請求項３８】
第１の媒体から出た光が、ディプレイに対して外部の物体によって散乱して、散乱したフォトンの少なくとも一部が、散乱または反射してディプレイに戻り、センサエレメントに入射するようにした請求項３４記載の方法。
【請求項３９】
フォトン検知エレメントは、スタイラス移動の外部フォトンエミッタにより放出されたフォトン波長（エネルギー）および輝度の大きさを検知するように適合している請求項３０記載の方法。
【請求項４０】
フォトン検知エレメントは、外部フォトンエミッタによって照射されていないフォトン検知エレメントで受けた周囲の背景輝度の大きさより高くなる、スタイラス移動の外部フォトンエミッタから受けた輝度の大きさを検知するように適合している請求項３０記載の方法。
【請求項４１】
スタイラス移動の外部フォトンエミッタは、ライトペンを備える請求項３０記載の方法。
【請求項４２】
スタイラス移動の外部フォトンエミッタは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える請求項３０記載の方法。
【請求項４３】
スタイラス移動の外部フォトンエミッタは、白熱フォトンエミッタを備える請求項３０記載の方法。
【請求項４４】
スペクトル選択性のフィルタが、周囲光の光源と検知エレメントの間の光学（光）経路中に配置されている請求項３０記載の方法。
【請求項４５】
スペクトル選択性のフィルタは、赤色光を実質的に透過するフィルタである請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
周囲光は、全内部反射によりプレート内に含まれ、界面の変化により検知エレメントに向かう赤色サイド光からの光（フォトン）である請求項４４記載の方法。
【請求項４７】
周囲光は、検知エレメントに向かう赤色レーザ光または赤色発光ダイオードからの光（フォトン）である請求項４４記載の方法。
【請求項４８】
スペクトル選択性のフィルタが、周囲光の光源と検知エレメントとの間の光学（光）経路中に配置され、光入力装置は、スペクトル選択性フィルタの通過帯域内の波長を放出し、フォトン検知エレメントは、ディスプレイ垂直帰線時間の際に読み出されるセンサを備えるようにした請求項４４記載の方法。
【請求項４９】
フォトン検知エレメントは、スタイラス移動の外部フォトンエミッタにより放出されたフォトン波長、エネルギーおよび輝度の大きさを検知するように適合している請求項３０記載の方法。
【請求項５０】
フォトン検知エレメントは、外部フォトンエミッタによって照射されていないフォトン検知エレメントで受けた周囲の背景輝度の大きさより高くなる、スタイラス移動の外部フォトンエミッタから受けた輝度の大きさを検知するように適合している請求項３０記載の方法。
【請求項５１】
スタイラス移動の外部フォトンエミッタは、ライトペンを備える請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
外部フォトンエミッタは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える請求項５０記載の方法。
【請求項５３】
外部フォトンエミッタは、白熱フォトンエミッタを備える請求項５０記載の方法。
【請求項５４】
２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための装置であって、
２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接したフォトン検知エレメントと、
所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出する少なくとも１つの検出回路と、
検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生する少なくとも１つの測定回路と、
検知した信号を比較し解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別する比較回路と、を備える装置。
【請求項５５】
第１の複数のフォトン検知エレメントは、外部ユーザからの入力に関係しない背景輝度の大きさおよびユーザからの入力に関係する異なる輝度の大きさを検知するのに適合している請求項５５記載の装置。
【請求項５６】
より大きな輝度は、ディスプレイ表面に入射する拡散背景輝度より高い輝度を持つディスプレイ装置の内側に配置されたフォトンエミッタから発生するようにした請求項５５記載の装置。
【請求項５７】
ディスプレイ装置の内側に配置されたフォトンエミッタから放出されたフォトンは、第１の透過媒体の内部に実質的に完全に含まれており、センサエレメントに入射しないで、フォトンがユーザ入力場所において第１の透過媒体から出るようにした請求項５６記載の装置。
【請求項５８】
フォトンは、ディスプレイエミッタとユーザとの間に配置されたプレート内部で、全内部反射によって第１の透過媒体内に全体としてまたは実質的に完全に含まれており、フォトンは、プレートの表面の性質や特性を変化させることによって、あるいは第２の媒体から第３の媒体へのプレート表面の界面を変化させることによって、第１の透過媒体から出るようにした請求項５７記載の装置。
【請求項５９】
フォトン検知エレメントは、スタイラス移動の外部フォトンエミッタにより放出されたフォトン波長（エネルギー）および輝度の大きさを検知するように適合している請求項５４記載の装置。
【請求項６０】
スペクトル選択性のフィルタが、周囲光の光源と検知エレメントの間の光学（光）経路中に配置されている請求項５４記載の装置。
【請求項６１】
スペクトル選択性のフィルタが、周囲光の光源と検知エレメントとの間の光学（光）経路中に配置され、光入力装置は、スペクトル選択性フィルタの通過帯域内の波長を放出し、フォトン検知エレメントは、ディスプレイ垂直帰線時間の際に読み出されるセンサを備えるようにした請求項５４記載の装置。
【請求項６２】
フォトン検知エレメントは、スタイラス移動の外部フォトンエミッタにより放出されたフォトン波長、エネルギーおよび輝度の大きさを検知するように適合している請求項５４記載の装置。
【請求項６３】
フォトン検知エレメントは、外部フォトンエミッタによって照射されていないフォトン検知エレメントで受けた周囲の背景輝度の大きさより高くなる、スタイラス移動の外部フォトンエミッタから受けた輝度の大きさを検知するように適合している請求項５４記載の装置。
【請求項６４】
２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための方法であって、
フォトン検知エレメントを、２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接して設けることと、
所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出することと、
検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生することと、
検知した信号を解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別すること、とを備える方法。
【請求項６５】
２次元アレイは、複数の行および複数の列を有するフレームとして配置され、
各行は、行の画素が書き込まれる行書き込み時間、および複数の行および列を含むディスプレイの全ての画素が書き込まれる書き込みフレーム時間を有し、
各行の検知エレメントは、各行書き込み時間の一部で読み取られるようにした請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
各行書き込み時間の一部は、行アドレス時間の０．００１〜０．９の何れかの部分である請求項６５記載の方法。
【請求項６７】
２次元アレイは、複数の行および複数の列を有するフレームとして配置され、
各行は、行の画素が書き込まれる行書き込み時間、および複数の行および列を含むディスプレイの全ての画素が書き込まれる書き込みフレーム時間を有し、
各行は、行の検知エレメントが読み出される行読み出しアドレス時間を有し、行読み出しアドレス時間は、画素エミッタ書き込み時間から分離したセンサ読み出しフレーム時間の際に発生し、
全ての行の検知エレメントは、書き込みフレーム時間とは重ならない読み出しフレーム時間のときに、複数の行読み出しアドレス時間の際に読み出され、読み出しフレーム時間は、複数の検知エレメントの読み出しに確保される請求項６４記載の方法。
【請求項６８】
複数の検知エレメントは、専用のセンサ読み出しフレームの際に読み出され、該専用のセンサ読み出しフレーム時間は、所定の入力を受け取るディスプレイスクリーン上でのみ生ずるようにした請求項６４記載の方法。
【請求項６９】
所定の入力は、ディスプレイスクリーンの表面との物理的接触を含む請求項６８記載の方法。
【請求項７０】
物理的接触は、指による物理的タッチをを含む請求項６９記載の方法。
【請求項７１】
物理的接触は、ツールによる物理的タッチをを含む請求項６９記載の方法。
【請求項７２】
所定の入力は、ディスプレイスクリーンの表面の一部に関するフォトン束または輝度の所定の大きさの変化を含む請求項６４記載の方法。
【請求項７３】
所定の入力は、ディスプレイスクリーン表面に近接したパラメータでの非接触変化を含む請求項６４記載の方法。
【請求項７４】
非接触変化は、局所的な温度変化、静電容量や電荷密度の変化、磁束の変化、局所的なより高い又はより低いフォトン束や輝度の変化、及び／又はこれらの２つ以上のいずれかの組合せからなる変化の組から選択される請求項７３記載の方法。
【請求項７５】
検知エレメントは、連続的なディスプレイフレーム間での垂直帰線時間の際に読み出される請求項６４記載の方法。
【請求項７６】
検知エレメントは、画素発光輝度を読み出すために用いたものとは別個のセンサラインによって読み出され、センサの読み出しは、トランジスタのゲート端子を通じて制御される別個のタッチセンサラインによって制御される請求項７５記載の方法。
【請求項７７】
検知エレメントは、ライン書き込み間のディスプレイ水平帰線時間の際に読み出される請求項６４記載の方法。
【請求項７８】
ディスプレイ画素フォトン放出を検知するため、および画素輝度を示す積分フォトン束を発生するための複数の第１検知エレメントと、外部タッチ入力および外部光入力の少なくとも１つを検知するため、および入力を示す信号を発生するための複数の第２検知エレメントと、を提供する請求項６４記載の方法。
【請求項７９】
２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための装置であって、
２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接したフォトン検知エレメントと、
所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出する少なくとも１つの検出回路と、
検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生する少なくとも１つの測定回路と、
検知した信号を比較し解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別する比較回路と、を備える装置。
【請求項８０】
２次元アレイは、複数の行および複数の列を有するフレームとして配置され、
各行は、行の画素が書き込まれる行書き込み時間、および複数の行および列を含むディスプレイの全ての画素が書き込まれる書き込みフレーム時間を有し、
各行の検知エレメントは、各行書き込み時間の一部で読み取られるようにした請求項７９記載の装置。
【請求項８１】
２次元アレイは、複数の行および複数の列を有するフレームとして配置され、
各行は、行の画素が書き込まれる行書き込み時間、および複数の行および列を含むディスプレイの全ての画素が書き込まれる書き込みフレーム時間を有し、
各行は、行の検知エレメントが読み出される行読み出しアドレス時間を有し、行読み出しアドレス時間は、画素エミッタ書き込み時間から分離したセンサ読み出しフレーム時間の際に発生し、
全ての行の検知エレメントは、書き込みフレーム時間とは重ならない読み出しフレーム時間のときに、複数の行読み出しアドレス時間の際に読み出され、読み出しフレーム時間は、複数の検知エレメントの読み出しに確保される請求項７９記載の装置。
【請求項８２】
複数の検知エレメントは、専用のセンサ読み出しフレームの際に読み出され、該専用のセンサ読み出しフレーム時間は、所定の入力を受け取るディスプレイスクリーン上でのみ生ずるようにした請求項７９記載の装置。
【請求項８３】
所定の入力は、ディスプレイスクリーンの表面との物理的接触を含む請求項８２記載の装置。
【請求項８４】
所定の入力は、ディスプレイスクリーンの表面の一部に関するフォトン束または輝度の所定の大きさの変化を含む請求項７９記載の装置。
【請求項８５】
所定の入力は、ディスプレイスクリーン表面に近接したパラメータでの非接触変化を含み、該非接触変化は、局所的な温度変化、静電容量や電荷密度の変化、磁束の変化、局所的なより高い又はより低いフォトン束や輝度の変化、及び／又はこれらの２つ以上のいずれかの組合せからなる変化の組から選択される請求項７９記載の装置。
【請求項８６】
検知エレメントは、連続的なディスプレイフレーム間での垂直帰線時間の際に読み出され、検知エレメントは、画素発光輝度を読み出すために用いたものとは別個のセンサラインによって読み出され、センサの読み出しは、トランジスタのゲート端子を通じて制御される別個のタッチセンサラインによって制御される請求項７９記載の装置。
【請求項８７】
検知エレメントは、ライン書き込み間のディスプレイ水平帰線時間の際に読み出される請求項７９記載の装置。
【請求項８８】
ディスプレイ画素フォトン放出を検知するため、および画素輝度を示す積分フォトン束を発生するための複数の第１検知エレメントと、外部タッチ入力および外部光入力の少なくとも１つを検知するため、および入力を示す信号を発生するための複数の第２検知エレメントと、をさらに備える請求項７９記載の装置。
【請求項８９】
複数の画素を有するタイプの発光画素ディスプレイ装置であって、
各画素が、発光デバイスおよびディスプレイ画素を駆動するための駆動信号を発生する駆動回路を有し、
少なくとも１つのフォトンセンサが、ディスプレイ装置の画素内に配置され、画素内でのエミッタにより放出されたフォトンおよびディスプレイ装置の外部の光源により放出された周囲フォトンを検知するように動作し、検知した内部発光フォトンは、ディスプレイ輝度フィードバック制御用であり、検知した周囲フォトンは、外部光源またはディスプレイへ入力される影を検出するために用いられることを特徴とする発光画素ディスプレイ装置。
【請求項９０】
各画素での少なくとも１つのフォトンセンサは、内部エミッタにより放出されたフォトンおよび外部の光源からの周囲フォトンの両方を検知する単一のセンサであることを特徴とする請求項８９記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置。
【請求項９１】
各画素での少なくとも１つのフォトンセンサは、少なくとも第１のセンサおよび第２のセンサを備え、第１のセンサは、内部エミッタにより放出されたフォトンを検知し、第２のセンサは、外部の光源からの周囲フォトンを検知することを特徴とする請求項９０記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置。
【請求項９２】
該エミッタは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を備え、少なくとも１つのセンサは、ＯＬＥＤを備えることを特徴とする請求項９１記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置。
【請求項９３】
少なくとも１つのフォトンセンサは、センサに当たるフォトン束の変化に応じて、電気抵抗率または導電性の変化を示すフォトンセンサを備えることを特徴とする請求項９０記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置。
【請求項９４】
少なくとも１つのフォトンセンサは、電荷蓄積装置に連結され、電荷蓄積装置は、センサの抵抗率または導電性に応じて異なるレートで充電または放電して、電荷蓄積装置での電荷から導かれる測定は、ある期間での積分フォトン束および輝度の表示を提供することを特徴とする請求項９３記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置。
【請求項９５】
複数の画素を有し、各画素が、発光デバイスを有し、ディスプレイ画素を駆動するために駆動回路から駆動信号を受け取るタイプの発光画素ディスプレイ装置において、
少なくとも１つのフォトンセンサが、各ディスプレイ装置の画素内部に配置され、
各ディスプレイ画素は、少なくとも１つのフォトンセンサが、画素内部の発光エミッタにより放出されたフォトンおよびディスプレイ装置の外側にある光源により放出された周囲フォトンを検知するように、動作し、
検知された内部放出フォトンの測定値を用いて、少なくともフィードバック制御の成分として各画素の輝度を制御し、
検知した外部光源の測定値を用いて、画素ディスプレイ装置への外部ユーザ入力を検出することを特徴とするディスプレイ装置の動作方法。
【請求項９６】
請求項９５記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置において、各画素での少なくとも１つのフォトンセンサは、内部エミッタにより放出されたフォトンおよび外部の光源からの周囲フォトンの両方を検知する単一のセンサであることを特徴とする方法。
【請求項９７】
請求項９６記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置において、各画素での少なくとも１つのフォトンセンサは、少なくとも第１のセンサおよび第２のセンサを備え、第１のセンサは、内部エミッタにより放出されたフォトンを検知し、第２のセンサは、外部の光源からの周囲フォトンを検知することを特徴とする方法。
【請求項９８】
請求項９７記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置において、該エミッタは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を備え、少なくとも１つのセンサは、ＯＬＥＤを備えることを特徴とする方法。
【請求項９９】
請求項９５記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置において、少なくとも１つのフォトンセンサは、センサに当たるフォトン束の変化に応じて、電気抵抗率または導電性の変化を示すフォトンセンサを備えることを特徴とする方法。
【請求項１００】
請求項９８記載のタイプの発光画素ディスプレイ装置において、少なくとも１つのフォトンセンサは、電荷蓄積装置に連結され、電荷蓄積装置は、センサの抵抗率または導電性に応じて異なるレートで充電または放電して、電荷蓄積装置での電荷から導かれる測定は、ある期間での積分フォトン束および輝度の表示を提供することを特徴とする方法。
【請求項１０１】
ディスプレイスクリーンとして２次元アレイで配列した複数の発光デバイスと、
複数の発光デバイスを所定の輝度に駆動する画素エミッタ駆動回路と、
各発光デバイスに関連して、入射フォトンの変化に応答して電気的特性の変化を示す少なくとも１つのフォトセンサであって、（ｉ）発光デバイスが発光状態にある場合、フォトンを遮って、（ｉｉ）発光デバイスが発光状態でない場合、画素外の光源からのフォトンを検出するフォトセンサと、
（ｉ）画素およびディスプレイに対して外部の光源から放出された輝度の表示として、非発光時間に、フォトセンサに関連した第１の電気パラメータを測定し、（ｉｉ）画素およびディスプレイに対して内部の画素から放出された輝度の表示として、発光時間に、フォトセンサに関連した第２の電気パラメータを測定するための少なくとも１つの電圧、電流および電荷読み出し回路と、を備える発光画素ディスプレイ装置。
【請求項１０２】
２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための方法であって、
フォトン検知エレメントを、２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接して設けることと、
所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出することと、
検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生することと、
検知した信号を解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別することと、を備える方法。
【請求項１０３】
別個にアドレス可能な画素は、外部の光源からディスプレイに入射する周囲光からのフォトンの少なくとも一部を減衰する光シールドを含む請求項１０２記載の方法。
【請求項１０４】
光シールドは、金属製で実質的に不透明な層を備える請求項１０２記載の方法。
【請求項１０５】
光シールドは、各フォトン検知エレメントに近接した変更部を含み、周囲光の減衰が光シールドの包囲部分よりも小さな減衰であるようにした請求項１０２記載の方法。
【請求項１０６】
該変更部は、外部の光源からのフォトンがフォトン検知エレメントに衝突するのを許容した、各画素配置における光シールドのアパーチャである請求項１０５記載の方法。
【請求項１０７】
該アパーチャは、フォトン検知エレメントの面積より小さな面積を有するようにした請求項１０６記載の方法。
【請求項１０８】
アパーチャは、光シールドでの孔を備える請求項１０６記載の方法。
【請求項１０９】
別個にアドレス可能な画素配置の各々は、実質的に透明な基板表面によって支持され、第１不透明電極と第２透明電極の間に挟まれた発光材料層を備えるフォトンエミッタを備え、該材料は、透明電極および実質的に透明な基板を通して下向きに光を放出し、フォトン検知エレメントがフォトンエミッタと基板との間に配置され、フォトンエミッタからの放出フォトンの一部を遮るようにした請求項１０２記載の方法。
【請求項１１０】
該エミッタは、ＯＬＥＤエミッタを備える請求項１０９記載の方法。
【請求項１１１】
別個にアドレス可能な画素配置の各々は、基板表面によって支持され、第１透明電極と第２透明電極の間に挟まれた発光材料層を備えるフォトンエミッタを備え、該材料は、第１透明電極を通して上向きに光を放出し、第２透明電極を通して基板に向けて下向きに光を放出し、フォトン検知エレメントがフォトンエミッタと基板との間に配置され、フォトンエミッタからの下向き発光の光の一部を遮るようにした請求項１０２記載の方法。
【請求項１１２】
別個にアドレス可能な画素配置の各々は、基板表面によって支持され、第１透明電極と第２不透明電極の間に挟まれた発光材料層を備えるフォトンエミッタを備え、該材料は、第１透明電極を通して上向きに光を放出し、そして下向きに第２不透明電極によって反射し戻って第１透明電極を通して光を放出し、フォトン検知エレメントがフォトンエミッタに隣接して配置され、フォトンエミッタからの側方発光の一部を遮るようにした請求項１１１記載の方法。
【請求項１１３】
該エミッタは、ＯＬＥＤエミッタを備える請求項１１２記載の方法。
【請求項１１４】
第１の複数のフォトン検知エレメントは、外部ユーザからの入力に関係しない背景輝度の大きさおよびユーザからの入力に関係する異なる輝度の大きさを検知するのに適合している請求項１０２記載の方法。
【請求項１１５】
異なる輝度の大きさは、より大きな大きさである請求項１１４記載の方法。
【請求項１１６】
より大きな大きさの輝度は、ディスプレイ表面に入射した拡散背景輝度より高い輝度を有するディスプレイ装置の外側に配置された外部フォトンエミッタから発生するようにした請求項１１５記載の方法。
【請求項１１７】
異なる輝度の大きさは、より小さな大きさである請求項１１５記載の方法。
【請求項１１８】
より小さな大きさの輝度は、ディスプレイ表面に近接して配置された、影を生成してディスプレイ表面に入射する拡散背景輝度の一部を阻止または減衰する受動的に減衰する物体によって発生するようにした請求項１１７記載の方法。
【請求項１１９】
受動的に減衰する物体は、実質的に不透明な物体を備える請求項１１８記載の方法。
【請求項１２０】
受動的に減衰する物体は、実質的に不透明な点状スタイラスを備える請求項１１８記載の方法。
【請求項１２１】
受動的に減衰する物体は、ペン形状の物体を備える請求項１１８記載の方法。
【請求項１２２】
受動的に減衰する物体は、外部の人間の指を備える請求項１１８記載の方法。
【請求項１２３】
２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための装置であって、
２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接したフォトン検知エレメントと、
所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出する少なくとも１つの検出回路と、
検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生する少なくとも１つの測定回路と、
検知した信号を比較し解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別する比較回路と、を備える装置。
【請求項１２４】
別個にアドレス可能な画素は、外部の光源からディスプレイに入射する周囲光からのフォトンの少なくとも一部を減衰させる光シールドを含み、
該光シールドは、金属製で実質的に不透明な層を備え、各フォトン検知エレメントに近接した変更部を含み、周囲光の減衰が光シールドの包囲部分よりも小さな減衰であるようにしており、
該光シールドは、外部の光源からのフォトンがフォトン検知エレメントに衝突するのを許容した、各画素配置における光シールドのアパーチャであるようにした請求項１２３記載の装置。
【請求項１２５】
別個にアドレス可能な画素配置の各々は、実質的に透明な基板表面によって支持され、第１不透明電極と第２透明電極の間に挟まれた発光材料層を備えるフォトンエミッタを備え、該材料は、透明電極および実質的に透明な基板を通して下向きに光を放出し、フォトン検知エレメントがフォトンエミッタと基板との間に配置され、フォトンエミッタからの放出フォトンの一部を遮るようにした請求項１２３記載の装置。
【請求項１２６】
別個にアドレス可能な画素配置の各々は、基板表面によって支持され、第１透明電極と第２透明電極の間に挟まれた発光材料層を備えるフォトンエミッタを備え、該材料は、第１透明電極を通して上向きに光を放出し、第２透明電極を通して基板に向けて下向きに光を放出し、フォトン検知エレメントがフォトンエミッタと基板との間に配置され、フォトンエミッタからの下向き発光の光の一部を遮るようにした請求項１２３記載の装置。
【請求項１２７】
別個にアドレス可能な画素配置の各々は、基板表面によって支持され、第１透明電極と第２不透明電極の間に挟まれた発光材料層を備えるフォトンエミッタを備え、該材料は、第１透明電極を通して上向きに光を放出し、そして下向きに第２不透明電極によって反射し戻って第１透明電極を通して光を放出し、フォトン検知エレメントがフォトンエミッタに隣接して配置され、フォトンエミッタからの側方発光の一部を遮るようにした請求項１２３記載の装置。
【請求項１２８】
第１の複数のフォトン検知エレメントは、外部ユーザからの入力に関係しない背景輝度の大きさおよびユーザからの入力に関係する異なる輝度の大きさを検知するのに適合しており、
異なる輝度の大きさは、より大きな大きさ、又は、より小さな大きさである請求項１２３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、下記出願について米国特許法第１１９条及び／又は第１２０条の優先権の利益を主張する。米国仮(Provisional)特許出願番号６０／５４７３５８、２００４年２月２４日出願、名称「フラットパネルディスプレイ用ペンライト・タッチスクリーン・データ入力システム」。米国仮特許出願番号６０／５３８７４４、２００４年６月２９日出願、名称「ハイインピーダンス／ローインピーダンス変換」。米国特許出願番号１１／０１５６３８、２００４年１２月１７日出願、名称「フィードバック制御システムおよび高性能安定化アクティブマトリクス発光ディスプレイの動作方法」。これらの出願は参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
本願はまた、下記出願と関連している。米国特許出願番号＿＿／＿＿＿＿＿＿（代理人事件番号３４１３５／ＵＳ／２）、２００５年２月８日出願、名称「フラットパネルディスプレイ用ペンライト・タッチスクリーン・データ入力システムおよび方法」。米国特許出願番号＿＿／＿＿＿＿＿＿（代理人事件番号３４１３５／ＵＳ／３）、２００５年２月８日出願、名称「サイドライト照明フラットパネルディスプレイおよびタッチパネル入力装置」。米国特許出願番号＿＿／＿＿＿＿＿＿（代理人事件番号３４１３５／ＵＳ／４）、２００５年２月８日出願、名称「ディスプレイ画素発光および周囲輝度レベルの読取り方法および装置」。米国特許出願番号＿＿／＿＿＿＿＿＿（代理人事件番号３４１３５／ＵＳ／５）、２００５年２月８日出願、名称「輝度安定化およびユーザライトまたはタッチスクリーン入力の検知を有する発光ディスプレイ装置」。米国特許出願番号＿＿／＿＿＿＿＿＿（代理人事件番号３４１３５／ＵＳ／６）、２００５年２月８日出願、名称「シールドまたは部分シールドされたセンサを用いてユーザのスクリーン入力を検出するフラットパネル発光ディスプレイ用の方法および装置」。これらの出願は参照によりここに組み込まれる。
【０００３】
本発明は、一般に、発光ディスプレイ装置の表面への接触または非接触の入力を受け取り又は検知するためのシステム、装置および方法に関し、特に、画素輝度を検知して維持するために用いられるものと同じまたは異なるセンサを用いて、フラットパネル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイパネルへのタッチ入力または光入力を受け取り又は検知するためのシステム、装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
例えば、ＰＤＡ(personal data assistant)、ＧＰＳ(global positioning system)、ＧＰＳを組み込んだナビゲーションシステム、航空チェックイン端末、公共コンピュータキオスク(kiosk)、そして種々の他のシステムおよび装置などの多くのディスプレイ応用は、ユーザが、データアイテムやアクションのためのアイコンやグラフィックを効率的に観察できるように、情報表示パネル上に付加されたタッチスクリーンを含み、これらのアイコン上で指やスタイラスを押圧することによって、データデータアイテムやアクションを選択する。
【０００５】
従来の装置は、お決まりのように、ディスプレイ上部に配置された別個のタッチパネルを設けて、ユーザはディスプレイスクリーンにタッチしたと信じていても、実際には、ディスプレイパネルに装着された別個の装置、またはユーザとディスプレイパネルの間に介在した別のものへの入力を提供している。
【０００６】
従って、これらの装置は、タッチ入力および情報表示のための２つのパネルを含むだけでなく、例えば、タッチ入力パネルおよびディスプレイパネル用に、別々のドライバ、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムソフトウエアなど、別々の電子回路およびインタフェイスを該装置に設けなければならない。組み立ておよびメンテナンスコストも一般には増加する。これらの追加コンポーネントの全ては、装置コストに追加され、競争が厳しく、利益マージンが小さい場合、追加のコストは歓迎されない。幾つかの装置では、オリジナル製造後に追加した場合、タッチパネルをディスプレイパネルに追加するコストは、ディスプレイパネル単体と比べてコストが２倍になり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、集積化した単一の低コストのディスプレイ装置に対するニーズがあり、これは、該装置によって生成された２次元のシンボルおよびグラフィック情報を表示または出力可能なだけでなく、ユーザから位置検知入力を受け取って、こうした位置情報を該装置へ伝達できるセンサアレイを含む。
【０００８】
ディスプレイの製造の際、ディスプレイと一体化可能なセンサアレイに対するニーズもあり、タッチスクリーンとして入力センサアレイを製造し配給するための追加コストは、通常のコストとなる。
【０００９】
ペンライト入力方式など、非接触入力を提供するための環境にもニーズがあり、入力装置への繰り返しタッチ圧力に起因する擦り傷や他の摩滅、損傷が減少して、過酷な使用環境での装置寿命を延ばす。周囲光やライトペンなどの外部光源に頼らない接触入力を提供することにもニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、発光ディスプレイ装置の表面への接触入力および非接触入力（例えば、ライトペン入力）を受け取り又は検知するためのシステム、ディスプレイ装置、画素およびセンサの構造、方法を提供するものであり、特に、画素輝度を検知して維持するために用いられるものと同じまたは異なるセンサを用いて、フラットパネルディスプレイ、例えば、フラットパネル有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイまたは他の発光ディスプレイパネルなどへのタッチ入力または光入力を受け取り又は検知するためのシステム、装置および方法を提供する。
【００１１】
一態様において、本発明は、フラットパネルディスプレイ用のペンライトおよびタッチスクリーンのデータ入力システムおよび方法を提供する。他の態様において、本発明は、サイドライト照明のフラットパネルディスプレイおよびタッチパネル入力装置を提供する。他の態様において、本発明は、ディスプレイ画素発光および周囲輝度レベルの読取り方法および装置を提供する。他の態様において、本発明は、輝度安定化およびユーザライト入力またはタッチスクリーン入力の検知を有する発光ディスプレイ装置を提供する。他の態様において、本発明は、シールドまたは部分シールドされたセンサを用いてユーザのスクリーン入力を検出するフラットパネル発光ディスプレイ用の方法および装置を提供する。
【００１２】
他の態様において、本発明は、複数の画素を有し、各画素が、発光デバイスおよびディスプレイ画素を駆動するための駆動信号を発生する駆動回路を持つタイプの発光画素ディスプレイ装置であって、少なくとも１つのフォトンセンサが、ディスプレイ装置の画素内部に配置され、画素内のエミッタにより放出されたフォトンおよびディスプレイ装置外側にある光源により放出された周囲フォトンを検知するように動作し、検知された内部放出フォトンは、輝度(luminance)フィードバック制御に用いられ、検知された周囲フォトンは、外部光源、ディスプレイへの光源入力や影入力を検出するために用いられることを特徴とする発光画素ディスプレイ装置を提供する。
【００１３】
さらに他の態様において、本発明は、集積化した輝度センサおよび入力センサを有する方法、ディスプレイ、画素構造、発光画素デバイスを提供するものであり、該画素デバイスは、発光デバイスと、該発光デバイスを画像電圧に対応した所定の輝度に駆動する電流を発生し、フレーム時間中に駆動電流を発光デバイスに印加する画素エミッタ駆動回路と、発光デバイス近傍に配置され、入射フォトン束の変化に応答して電気的特性の変化を示す少なくとも１つのフォトセンサであって、（ｉ）発光デバイスが発光状態にある場合、測定可能なフォトン束を遮って、（ｉｉ）発光デバイスが発光状態でない場合、画素外の光源からの測定可能なフォトン束を検出するようにしたフォトセンサと、少なくとも１つの電圧、電流および電荷の読み取り回路であって、（ｉ）フォトセンサ装置によって発生した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷を、非発光状態での非発光時間の第１部分の終わりに測定し、測定した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷は、該期間の第１部分における画素外の光源から放出された測定輝度の表示であり、（ｉｉ）フォトセンサ装置によって発生した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷を発光状態での発光時間の第２部分の終わりに測定し、測定した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷は、該期間の第２部分における画素から放出された測定輝度の表示であるようにした読み取り回路とを含む。
【００１４】
さらに他の態様において、本発明は、集積化した輝度センサおよび入力センサを有する発光画素デバイスの動作方法を提供するものであり、該方法は、発光デバイスを画像電圧に対応した所定の輝度に駆動する電流を発生し、フレーム時間中に駆動電流を発光デバイスに印加することと、電荷を蓄積又は放出して、ある静電容量電荷およびある時間での電荷に比例した電圧を示すために、少なくとも１つの電荷蓄積デバイスを該センサと連結することと、入射フォトン束の変化に応答して電気的特性の変化を示すセンサを、第１の期間および第２の期間に、発光デバイスによって放出されたフォトンに露出することと、該センサと連結した少なくとも１つの電荷蓄積デバイスに対して、電荷を蓄積（充電）し又はそこから排出（放電）することと、該センサは、第１の期間および第２の期間に、電荷の蓄積または放出のレートを制御する構成部分を含むものであり、第１の期間および第２の期間のある部分の終わりに、電荷蓄積デバイスに存在する電荷から生ずる電圧または電流を測定することと、第１の期間の該部分において測定した電圧または電流は、第１の期間の該部分において画素から放出された実際輝度の表示であり、第２の期間の該部分において測定した電圧または電流は、第２の期間の該部分において外部光源から画素センサ入射した実際輝度の表示であり、測定した電圧または電流に関連した、画素から放出された実際輝度を、画素エミッタ画像電圧および画素エミッタ駆動電流についての参照目標画素輝度と比較して、差分値を発生することと、次のフレーム時間中に、差分値をフィードバック入力として、同一画素についての画像電圧および駆動電流を修正する補正回路へ印加することと、第２の期間の該部分において画素センサに入射する実際輝度を、ディスプレイの少なくとも１つの他の画素についての実際輝度と比較して、ディスプレイでのタッチ入力またはライトペン入力の場所を識別することとを備える。
【００１５】
さらに他の態様において、本発明は、２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための装置および方法を提供するものであり、該方法は、フォトン検知エレメントを、２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接して設けることと、所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出することと、検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生することと、検知した信号を解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別することとを含む。
【００１６】
さらに他の態様において、本発明は、集積化した輝度センサおよび入力センサを有する発光画素デバイスの動作方法を提供するものであり、該方法は、各画素での発光デバイスを画像電圧に対応した所定の輝度に駆動する電流を発生し、フレーム時間中に駆動電流を発光デバイスに印加することと、入射フォトン束の変化に応答して電気的特性の変化を示す少なくとも１つのフォトセンサであって、（ｉ）発光デバイスが発光状態にある場合、測定可能なフォトン束を遮って、（ｉｉ）発光デバイスが発光状態でない場合、画素外の光源からの測定可能なフォトン束を検出するフォトセンサを、各画素での発光デバイス近傍に設けることと、（ｉ）非発光状態での非発光時間の第１部分の終わりに、フォトセンサ装置によって発生した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷であって、測定した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷は、該期間の第１部分における画素外の光源から放出された測定輝度の表示であるもの、（ｉｉ）発光状態での発光時間の第２部分の終わりに、フォトセンサ装置によって発生した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷であって、測定した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷は、該期間の第２部分における画素から放出された測定輝度の表示であるもの、を表す電圧、電流および電荷の測定値のうちの少なくとも１つを読み取ることとを含む。
【００１７】
さらに他の態様において、本発明は、２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための装置を提供するものであり、該装置は、２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接したフォトン検知エレメントと、所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出する少なくとも１つの検出回路と、検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生する少なくとも１つの測定回路と、検知した信号を比較し解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別する比較回路とを備える。
【００１８】
さらに他の態様において、本発明は、本発明は、２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための装置および方法を提供するものであり、該装置は、２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接したフォトン検知エレメントと、所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出する少なくとも１つの検出回路と、検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生する少なくとも１つの測定回路と、検知した信号を比較し解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別する比較回路とを備える。
【００１９】
さらに他の態様において、本発明は、発光画素ディスプレイ装置を提供するものであり、該装置は、ディスプレイスクリーンとして２次元アレイで配列した複数の発光デバイスと、複数の発光デバイスを所定の輝度に駆動する画素エミッタ駆動回路と、各発光デバイスに関連して、入射フォトンの変化に応答して電気的特性の変化を示す少なくとも１つのフォトセンサであって、（ｉ）発光デバイスが発光状態にある場合、フォトンを遮って、（ｉｉ）発光デバイスが発光状態でない場合、画素外の光源からのフォトンを検出するフォトセンサと、（ｉ）画素およびディスプレイに対して外部の光源から放出された輝度の表示として、非発光時間に、フォトセンサに関連した第１の電気パラメータを測定し、（ｉｉ）画素およびディスプレイに対して内部の画素から放出された輝度の表示として、発光時間に、フォトセンサに関連した第２の電気パラメータを測定するための少なくとも１つの電圧、電流および電荷読み出し回路とを備える。
【００２０】
さらに他の態様において、本発明は、画素構造およびデバイス、センサ構造およびデバイス、および回路の実施形態を組み込んだディスプレイ装置またはパネル、ならびにこれらに関連した動作方法および手順を提供するものである。例えば、本発明は、計算機、エンターテイメント、テレビジョン、ＰＤＡ、自動車ディスプレイ装置、グラッフィックディスプレイ装置、家庭電気器具、及び／又は他の情報またはディスプレイ装置に使用されるフラットパネルディスプレイ装置を提供する。
【００２１】
本発明の他の態様、特徴および利点は、文章に記載され、図面に図示され、あるいは請求項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
米国特許出願番号１０／８７２２６８、２００４年６月１７日出願、名称「制御されたパッシブディスプレイおよび装置ならびにパッシブディスプレイを制御し製作する方法」、米国特許出願番号１０／８４１１９８、２００４年５月６日出願、名称「光源を制御する方法および装置」、米国特許出願番号１０／５１５５７５、２００４年１１月１９日出願、名称「パッシブマトリクス発光安定化フラットパネルディスプレイ」、米国特許出願番号１０／８７２３４４、２００４年６月１７日出願、名称「アクティブマトリクスディスプレイを制御する方法および装置」は、いろいろな態様のフラットディスプレイパネル技術、特に、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ技術を記載している。これらの特許出願の各々は参照によりここに組み込まれる。
【００２３】
記載した構造、方法および特徴には、ＯＬＥＤディスプレイの画素アレイに対して１対１でマッチした光センサアレイを構築するための構造が含まれる。各ＯＬＥＤ画素につき１つの光検知デバイスが存在する。フィードバック安定化したディスプレイは、内蔵したセンサアレイを有するため、光センサアレイを用いて、ＯＬＥＤディスプレイを制御し駆動するコンピュータや他の装置や回路へデータを入力する機会がある。こうして光センサアレイは、ディスプレイを安定化するだけでなく、光入力やタッチスクリーンとしても使用することができる。
【００２４】
光センサアレイを入力手段として用いる幾つかの別々のアプローチが可能である。一実施形態では、ＯＬＥＤディスプレイの明るさ(brightness)、輝度(luminance)及び／又は他の画素発光または伝送特性を安定化するために既に設けられ使用されている光センサアレイを、タッチスクリーン、スタイラス(stylus)またはペンライトの入力装置として使用するために、ラインアドレス期間の一部が、光センサを走査して、アレイにおいてどのセンサが、例えば、ＬＥＤベースのペンライト装置または光散乱タッチプレートなどの入力装置からの光に対して露出されたかを検出するために用いられる。その代わりに、多くの動作環境では周囲光が定常的に光センサに入ることがあるため、センサまたは検知回路によって検出された周囲光に起因して、画素フィードバック回路に現れる背景電圧が、事実上、常に存在している。影がアレイセンサの１つ又はグループに入った場合、入力データまたは周囲光を検出するようにしたラインアドレス区間中にアレイセンサが走査されたときに、この影は検出されることになる。
【００２５】
多くの典型的なディスプレイは、１秒当り３０〜６０フレーム（ｆｐｓ）のリフレッシュレートを使用している。６０ｆｐｓのリフレッシュレートは、フレームアドレス時間が１６．６７ミリ秒（１／６０）であることを意味する。もしディスプレイが１００ラインを有する場合は、ラインアドレス時間は１６．６７÷１００または１６７マイクロ秒となる。各ライン走査の初期は、ライン状の画素がオフになり、光センサアレイでのライン上の光だけが、ディスプレイ動作環境の周囲光（室内光など）または光入力装置（例えば、発光ペンまたは散乱プレートから散乱した光から）から来ることになる。例えば、ライン書き込み時間の２０％または１／５（１６７÷５＝３３．４）が、センサ用のフィードバック回路での電圧を走査するために用いられる場合、約３３マイクロ秒の時間スロットまたは期間（またはその端数）が、外部光入力の検出のために用いることができる。このことは、約１３４マイクロ秒がライン書き込み用になる。フィードバック回路での電圧を検出するための回路要素は、ディスプレイを駆動し、ディスプレイ輝度の制御および安定化のためのフィードバック回路を管理するのに用いられる駆動集積回路（ＩＣ）の電子回路およびロジック回路に組み込まれる。このタイプの回路要素の詳細は、電気技術分野において、電子分野で教育され訓練された人間にとって周知であり、ここでは詳しく記載していない。
【００２６】
センサが豊富なディスプレイスクリーンへ光情報を入力するための多くの構造および方法がある。下記のものは、一連の例が例として用意され、制限するものではなく、多くの他の構造および方法が実施可能である点は、ここで用意した記載の観点で理解される。
【００２７】
第１の例示的実施形態において、インクまたは他のマーキング材料の代わりに、通常のインクペンまたはスタイラスの形状をした入力装置が用いられ、ペンは、光またはフォトンの流れを放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。こうしたＬＥＤの例は、可視または赤外波長で発光するＬＥＤ、例えば、赤色ＬＥＤや赤外ＬＥＤ等である。代わりに、他の白色、単色性、多色性、またはカラーＬＥＤも使用することができ、及び／又はＬＥＤは、ある波長範囲で発光してもよく、多色性のものでもよい。しかしながら、光入力の最適な組合せを、その波長ではない他の周囲光の抑圧とともに可能にすることから、単色のＬＥＤが好ましい。他の実施形態は、白熱光源を使用することができる。ファイバ光学系及び／又はレンズ系を、ライトペンの内部または外部の光源からの光をペン先端へ伝送するために使用してもよい。ペン及び／又はペン先端の内部にある光学レンズ系は、光を、光センサアレイ上で微細な点に集光する。
【００２８】
その代わりに、光学系は、ペンの先端近傍または先端で出てくる実質的に平行化されたビームを発生してもよい。ペンは、好都合には、ガラスプレート内面または他の透明な表面上にセンサアレイを有するディスプレイの正面ガラスプレートの表面上で動くように、設計してもよい。ペンが外表面で動いて、可能な限り小さなスポットを提供するように内面で都合良く集光することから、一実施形態では、ペンベースのレンズ系の焦点距離は、実質的に、レンズ系からセンサアレイまでの距離、あるいはほぼガラスの厚さであってもよい。
【００２９】
種々の光学技術が、画像を中継し、スポットを空間で所望の距離に発生するための分野で知られており、光学系は、ライトペンの先端に配置された簡単なレンズである必要はない。従って、該分野で知られたいずれの光学系または技術が、所望のスポット、集光ビーム、平行化ビーム、あるいは１つまたは少数のセンサと接して検出可能な他のフォトン集光を生成するために適用できると理解されるであろう。ペン先端からセンサアレイまでの距離は固定されているため、レンズ系も固定のままでもよく、高価な調整可能な設計を取り入れる必要はない。
【００３０】
好都合には、暗シールド(dark shield)が、光を阻止または減衰させるために、センサアレイの個々について設けられ、周囲光の全部または重要な部分を排除またはマスクするために用いられ、ディスプレイでの各画素により放出された輝度またはフォトンの流れを検出するために実施される検知は、周囲光の条件によって著しくは妨害されない。暗シールドは、センサと周囲または外部の光源との間に介在する不透明な構造であり、画素エミッタにより放出される光を妨害しない。暗シールドは、しばしば成膜した金属で構成され、好都合には、不透明な色素性材料、例えば、該産業で知られているポリイミド材料で形成できる。暗シールドは、周囲光の大部分を阻止して、例えば、赤色として認識される７１０ｎｍ波長など、スペクトルでの狭いバンドを通過させるフィルタ材料で形成することも可能である。
【００３１】
従って、暗シールドは、光入力システムとの組合せで使用した場合、絶対に不透明ではなく、実際には、周囲光の大部分を阻止または減衰させて、ペン内のＬＥＤの特定波長に整合または実質的に通過させる光を通すようなフィルタ材料であることが好都合である。例えば、ＬＥＤが、約７１０ｎｍで発光する赤色ＬＥＤである場合、暗シールドは、７１０ｎｍのノッチフィルタ、またはこうしたノッチフィルタに近い製造可能なものであることが好都合である。ＬＥＤは、いずれの色のものでも可能であり、マッチングフィルタは、ペン内のＬＥＤ波長に一致または実質的に一致する限りにおいて、いずれの波長のものでも可能である。当然ながら、フィルタ通過波長範囲およびＬＥＤ発光波長範囲は、少なくとも、あるスペクトル波長範囲のオーバーラップを有する必要がある。
【００３２】
ペンライト入力システムの分解能は、ディスプレイ自体の画素分解能と同じ程度に高くすることができる。このことは、入力システムが、ブロック体または筆記体の手書き、または他のグラフィックやシンボルのデータや、指紋などの情報を正確に記録するために使用できることを意味する。
【００３３】
第２の実施形態において、人間の指は、周囲光からセンサアレイに影を付けるために使用できる。これは、比較的粗い入力システムではあるが、ディスプレイ上のアイコンを活性化するのに充分に正確である。さらに、周囲光は、影無しのセンサと比べて影が検出可能なように、ディスプレイ上で充分な強度である必要がある。
【００３４】
第３の実施形態において、面内での全内部反射の減少を利用している。光学濃度（屈折率）の広い範囲で任意の透明材料で製作されたプレートのエッジに入った光は、プレートの光学濃度およびプレートに接触した材料が適切に選択されていれば、プレートの上面および底面から出ることなく、プレートの一端から他端へ進行するようになる。
【００３５】
より高い光学濃度の透明材料によって囲まれた普通のガラスが、うまく動作する。ガラスまたはメタアクリル酸メチルのプラスチックのプレートが、ＯＬＥＤディスプレイおよびセンサアレイの正面に装着できる。赤色ＬＥＤは、いずれのＬＥＤ光もセンサアレイに入射することなく、光をプレートの一端へ入れることができる。障害物が存在していないため、光は、プレート内部で全体として伝搬するようになる。しかしながら、ある物体がプレートに接触している場合、２つの材料間の光学界面での変化により、プレートに接触したポイントにおいて光がプレートの面から出てくるようになり、プレートに接触している物体を照明する。物体が、反射性材料（例えば、白色材料やプレートでの光の波長に対して高反射となる色）で製作されていたり、コートされている場合、光は、散乱して、散乱プレートが接触されたポイントに最も近いアレイ状センサに入る。このタイプの光入力は、ライトペンのような比較的高い分解能を有していないが、狭い先端のスタイラスを用いれば、分解能は、比較的大きな指の先端を用いる場合より良くなる。指は、側方で入力された光を散乱させるためにも使用できる。この入力システムの利点は、不活性(inert)な物体をスタイラスや指として使用でき、周囲光の条件は、影作成テクニックにおいて重要でない点である。
【００３６】
第４の実施形態において、像は、単にスクリーン上の場所というより、入力とすることができる。例えば、指紋の像は、光学センサアレイへの入力となって、ディスプレイガラスの表面に像を配置する（例えば、インクを用いたり、指の水分や油分を取り出すことによって）ことによって取り込んで、その像を通じていずれかの外部光源からの光に影を付けることができる。外部光源として平行化した光を用いれば、分解能は増加することは理解できるであろう。この直接入力の代替として、セロファン(cellophane)などの薄い材料を、片側に配給ロール、反対側に巻取りロールを持つディスプレイの正面に装着して、システムを実施することができる。セロファンとディスプレイガラスとの間には、散乱プレートの光学濃度に一致する、グリセリンなどの光学媒体が設けられる。セロファンは、散乱プレートとセロファンの両方に接触するグリセリン層の上または内部で動く。これにより、セロファンは光含有の上壁となる。指がセロファンに対して押圧されると、光は、指紋を規定する隆起から散乱して、センサアレイに記録される。ディスプレイ表面で光の領域を生成したり、例えば、画像の形式で、複数の光の領域を生成するための他の手段および方法を使用することもできる。
【００３７】
追加の実施形態は、本明細書を通じて、図面および請求項において説明しており、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されない。さらに、発明の構造および方法の種々の態様および特徴は、別個にまたは任意の組合せで使用することができ、一定の実施形態は、性能または動作可能性を改善するが、必須ではない光学的特徴とともに記載されていることは、ここで用意した説明の観点で理解されよう。
【００３８】
ここで、センサアレイの幾つかの実施形態に着目する。図１は、センサプレート１に整列した、ＯＬＥＤディスプレイ基板１００などのディスプレイパネル基板の一実施形態を示す。センサプレート１には、センサエレメント２が設けられる。ＯＬＥＤディスプレイ基板１００は、その上にＯＬＥＤ画素７のアレイを配置している。センサプレート１は、その上に光（フォトン）のセンサアレイ２０または光学センサ２を配置している。（その代わりに、センサプレート１は、物理的に分離したプレートを必要しないで、ディスプレイ基板と一体化して形成することもできる。）光学センサは、光レベルや輝度の変化またはフォトン束の変化に応答して検知または測定できる検出可能な変化を受ける、光抵抗器、光ダイオード、光トランジスタまたは他のデバイスとすることができる点は理解されるであろう。光学的に活性な材料は、数多くの材料から選択することができ、これに限定されないが、シリコン、アモルファスシリコン、セレン化カドミウム、ポリシリコンのいずれか又は組合せを含む。センサおよびこのアレイについての他の発明の特徴の不明瞭化を防止するため、例えば、絶縁した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）またはセンサ間のクロストークを防止する他のデバイスや回路など、検知動作に直接関連していない回路素子は図示していない。こうした構造は、一緒に係属中している、ここで特定して組み込んだ特許出願に図示されていたり、あるいは当業者によって知られている。
【００３９】
センサアレイ２０は、センサアレイ基板およびＯＬＥＤディスプレイ基板を一緒に合わせた場合、接点パッド１０，１１とそれぞれ合体または接続される電気接点５，６を有する。センサアレイ２０は、ＯＬＥＤディスプレイの駆動回路部へのフィードバックを発生して、ディスプレイにおいて安定した明るさ(brightness)および均一性を維持するように動作する。こうした駆動回路の例は、米国特許出願番号１０／８７２２６８、２００４年６月１７日出願、名称「制御されたパッシブディスプレイおよび装置ならびにパッシブディスプレイを制御し製作する方法」、米国特許出願番号１０／８４１１９８、２００４年５月６日出願、名称「光源を制御する方法および装置」、米国特許出願番号１０／５１５５７５、２００４年１１月１９日出願、名称「パッシブマトリクス発光安定化フラットパネルディスプレイ」、米国特許出願番号１０／８７２３４４、２００４年６月１７日出願、名称「アクティブマトリクスディスプレイを制御する方法および装置」の１つ又はそれ以上に記載されており、この分野で知られている従来の駆動回路も使用できる。
【００４０】
本発明は、ＯＬＥＤや他のディスプレイの明るさまたは輝度の均一性を制御するだけでなく、コンピュータタッチスクリーンやライトペン入力装置にある程度類似して動作する入力装置としても使用できるセンサアレイを記載している。センサアレイは、例えば、ガラス基板上のセンサシステムの変更せずにタッチスクリーンとして使用できる。換言すると、発光フィードバックの動作を伴うアクティブマトリクスに関して、タッチスクリーン検知システムは、同時に発光フィードバックセンサシステムとすることができ、逆も同様である。
【００４１】
従って、一態様では、本発明は、２次元アレイとして配列した、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置を有するディスプレイ装置に対する入力を検出するための方法を提供するものである。一実施形態では、該方法は、フォトン検知エレメントを、２次元アレイ状の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の少なくとも幾つかに近接して設けることと、所定の検出期間中に、各検知エレメントに衝突するフォトンを検出することと、検出したフォトンの個数またはエネルギーに対応して、各フォトン検知エレメントについての検知信号を発生することと、検知した信号を解析して、入力を受け取った少なくとも１つの画素配置を識別することとを含む。
【００４２】
他の実施形態では、該方法は、複数の検知エレメントは、これに整列した、対応のＯＬＥＤ画素を有することを提供してもよい。フォトン検知エレメントは、第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置の各々に近接して設けてもよい。各画素配置に近接した設けられた検知エレメントは、画素配置において各画素の構造の内部に設けられた検知エレメントであってもよい。フォトン検知エレメントは、全Ｎ行と全Ｍ列の第１の複数の別個にアドレス可能な画素配置に近接して設けてもよく、ＮおよびＭは、１と、Ｎに関する行寸法およびＭに関する列寸法での最大画素数との間の正の整数として、独立に選択される。検知エレメントは、単独で、または他のエレメントとの組合せで、フォトン束積分器として動作してもよい。
【００４３】
一実施形態では、検知エレメントは各画素配置ごとに設けているが、全ての画素に設ける必要はなく、別々の場所に設けてもよい。この配置は、行および列についての異なる画素間隔でもよく、あるいは同じ間隔でもよい。実施形態は、検知エレメントが、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、第１０、第２０、第５０または他の数値の間隔につき、該値とディスプレイの行および列のより大きい方の値との間で設けられる例を提供している。その代わりに、検知エレメントは、予め定めた又は動的に決定したセンサ間隔、画素の色または他の規則的や不規則なパターンに従って設けてもよい。
【００４４】
ディスプレイは、白黒、モノクロ、または複数の異なるカラー画素を持つカラーディスプレイでもよい。複数の異なるカラー画素は、赤色、緑色、青色の画素あるいは他のカラーセット、特に、ディスプレイの視聴者に対して任意の色を発生する組合せが可能なカラーでもよい。検知エレメントは、予め定めた特定のエミッタ色（例えば、赤色、緑色、青色のエミッタ）を有する画素だけに設けてもよく、あるいは全てのエミッタ色画素に設けてもよい。
【００４５】
画素検知エレメントは、変更しなくてもよく、あるいは光阻止シールド（暗シールド）への変更を付与してもよい。例えば、変更は、孔、アパーチャ、あるいは不透明がより少ない（より透明）領域であってもよく、幾らかの光が画素に入ったり、センサに当たるようになる。この孔や他の変更は、例えば、ライトペンからの周囲光より明るい光、あるいは不透明または部分的に透明または半透明の物体による周囲光より暗い投影など、外部光信号がセンサに到達し、検知または検出可能になるために、特に有用である。
【００４６】
本発明の実施形態はまた、あるいは代替として、幾つかの画素が孔なしの光阻止暗シールドを有し、他の画素が、光が画素の外側とディスプレイ装置の外側から入るように、孔、アパーチャまたは他の変更を有するようにしてもよい。例えば、別個にアドレス可能な画素は、外部光源からディスプレイに入射する少なくとも幾つかの画素（あるいは全ての画素）において、周囲光からのフォトンの少なくとも一部を減衰させる光シールドを含んでもよい。光シールドは、金属製の実質的に不透明な層または非金属層を備えてもよい。光シールドは、スペクトル上で中間色(neutral)または選択性あるフィルタ材料を備えてもよく、幅広スペクトルの周囲の室内光や環境光（例えば、白色光）は完全にまたは実質的に阻止されたり減衰され、一方、光入力装置からの幅狭スペクトルの光（例えば、７１０ｎｍレーザ）は、暗シールドを通過してセンサや検知エレメントに伝送される。一実施形態では、異なる不透明シールド及び／又はフィルタを別々の画素において別個に使用してもよい。
【００４７】
代わりに、光シールドは、周囲光の減衰が光シールドの周囲部分より小さい減衰となるように、各フォトン検知エレメントの内部、そこ、近接または近くに変更を含んでもよい。変更は、外部光源からのフォトンがフォトン検知エレメントに入射可能なように、各画素配置における光シールドでのアパーチャでもよい。変更は、フォトン検知エレメントの面積より小さい面積を有するアパーチャでもよい。変更は、光シールドでの孔を備えるアパーチャでもよい。孔またはアパーチャは、検知時間または積分時間中に適切な光量（フォトン数）がセンサに到達して、光または影の入力が検出できるように、サイズや寸法を決めてもよい。
【００４８】
図２は、ライトペン６０入力センサ装置およびシステムとして、センサ２のセンサアレイ２０を用いるための機能的な概略の実施形態を示す。ここでは、光検知装置およびシステムの動作に関与するデバイスおよび回路だけを図示し説明している。本質的に伝統的な従来のデバイスおよび回路エレメントは、本発明の不明瞭化を避けるために、ここでは説明していない。そして、例示的なアレイマトリクスディスプレイ光発生および画素駆動回路および方法は、ここで参照により組み込んだ、一緒に係属している前述の米国特許出願において、あるいはこの分野で知られた従来のものにおいて記載されている。
【００４９】
データ読み出し回路７１は、分圧抵抗２５とセンサエレメント２の間の分圧器に、絶縁ＴＦＴ４０を通じて接続されている。分圧器は、電圧源とグランドとの間に直列で介在した２つの抵抗を含む。電圧源からグランドへの電圧降下が総電圧となる。２つの抵抗間のノードでの電圧は、総電圧に比例し、２つの抵抗の合計抵抗に対する各定稿の比率によって決まる。例えば、１０Ｖ電源とグランドとの間の２つの直列抵抗の合計抵抗が２０オームで、２０オームが１０オームからなる２つの抵抗で構成される場合、抵抗間のノードでの電圧は、１０Ｖ−（１０オーム／２０オーム）×１０Ｖ＝５Ｖである。１０Ｖ電源と第２抵抗との間の抵抗の抵抗値が、例えば、５オームに減少した場合、抵抗間のノードでの電圧は、１０Ｖ電源に近づいて、即ち、１０Ｖ−（５オーム／１５オーム）×１０Ｖ＝６．７Ｖとなる。光抵抗器が、１０Ｖ電源と第２抵抗との間に介在した抵抗である場合、光抵抗器の抵抗値は、光抵抗器に入射するフォトン流の強度に依存して、抵抗間のノードでの電圧は、輝度レベルに依存して１０Ｖ電源に近づいたり、遠くなったりする。
【００５０】
従って、センサアレイ２０の実施形態は、ライトペンまたは他の発光装置から投影された周囲の追加光を検知するために、あるいは、例えば、尖ったスタイラスや他のポインティング機器などの物体からの影によって生じた、周囲に対する光の減少を検出するために使用することができる。従って、画素センサは、光または影駆動の入力装置として使用できる。一実施形態では、フォトン検知エレメントは、ライトペンなどのスタイラス移動の外部フォトンエミッタにより放出されたフォトン波長（エネルギー）および輝度の大きさを検知するように適合している。他の実施形態では、フォトン検知エレメントは、外部フォトンエミッタによって照射されていないフォトン検知エレメントで受けた周囲の背景輝度の大きさより高くなる、スタイラス移動の外部フォトンエミッタから受けた輝度の大きさを検知するように適合している。他の実施形態では、フォトン検知エレメントは、外部フォトンエミッタによって照射されていないフォトン検知エレメントで受けた周囲の背景輝度の大きさより低くなる、スタイラス移動の外部フォトンエミッタから受けた輝度の大きさを検知するように適合している。スタイラス移動の外部フォトンエミッタは、例えば、ライトペンであってもよい。外部フォトンエミッタは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ライトバルブなどの白熱フォトンエミッタ、あるいは他の発光デバイスであってもよい。
【００５１】
通常のディスプレイ動作モード、例えば、画像や画素データがディスプレイへ送られる動作モードでは、各行でのＴＦＴ４０がライン走査される。従って、第１のディスプレイアレイライン（例えば、ライン１）がオンに切り替わると、ライン１における絶縁ＴＦＴ４０が、ＴＦＴ４０のゲート端子４１と同時に光学センサ２の第１端子エンド４４（図示した実施形態では、ＴＦＴ４０と直列の光抵抗器の２つの端子４４，４５）に印加されたターンオン電圧、例えば、正の１０Ｖ（あるいは他の電圧）によってオンになる。図示した実施形態では、ＴＦＴ４０のゲート端子４１は、センサ２に連結され、光学センサは、絶縁ＴＦＴのドレイン４３と絶縁ＴＦＴ４０のゲート４１との間で直列となっている。
【００５２】
ライン１（適当な時間では他のライン）でのＯＬＥＤ画素が、明るさ（輝度）を増やすと、センサ２の抵抗値が減少し（あるいはコンダクタンスが増加）、各分圧器における検知した電圧３０を、選択駆動回路１６によって供給される正の１０Ｖ（あるいは他のターンオン電圧）に向かって増加させる。本実施形態では、この検知した電圧３０は、画素が適正な明るさ（輝度）を獲得した時期を決定するために用いられる。ここで説明した動作は、第１の表示ラインまたはライン１をアドレス指定するものとして知られている。ライン１がアドレス指定されると、走査はライン２へ移り、全てのライン（または任意に指定したラインセット）が第１フレームでの画像で活性化されるまで続く。
【００５３】
各ラインのアドレス指定に割り当てられた期間が存在する。アドレス時間は、典型的には、ディスプレイでのライン数で割算した秒当りのフレーム数の逆数で定義される。従って、２４０ライン、６０フレーム／秒のレートを有するＱＶＧＡディスプレイでは、ラインアドレス時間は、約７０マイクロ秒となる。発明のシステム、装置および方法は、種々のディスプレイタイプおよびサイズとともに使用でき、７０マイクロ秒のアドレス時間は単なる例示である。
【００５４】
好都合には、センサアレイ２０をライトペン６０の入力装置として使用するために、アドレス時間の一部が、ライトペン入力のための期間として確保してもよい。例えば、例示した７０マイクロ秒のアドレス時間を有する装置、システムおよび方法において、ラインアドレス時間の最初の１０マイクロ秒をライトペン入力のために用いてもよい。この時間（この時間の一部）の間は、アドレスされるべきラインでの全ての画素は、オフに切り替わり、ＯＬＥＤまたは他のディスプレイタイプの画素から放出される光が、アドレスされるラインでのセンサ２に入射しない。（ＯＬＥＤディスプレイは、本発明から利益を得るディスプレイタイプのたった１つの例に過ぎない。）アドレスされるべきラインでの全ての画素がオフに切り替わって、ＯＬＥＤからの光が放出されない時間の部分または絶対的な期間は、ゲートラインイネーブルライン抵抗（例えば、図１３を参照）×（ある行での全ての画素でのＴ１およびＴ３の全てのゲートの合計静電容量）からなるＲＣ時定数などの要素に基づいて決定される。他の要素は、データライン抵抗×容量Ｃ１からなるＲＣ時定数である。ゲートイネーブルラインについての典型的なＲＣ時定数は、１〜１０マイクロ秒である。このようなＲＣ時定数は、データラインについても適用可能であろう。データが数マイクロ秒で転送可能なように、ラインは同時にアクティブとなるため、これら２つのＲＣ時定数は共に加算する必要はない。ＲＣ時定数の動作およびこれらがどのように駆動ディスプレイへ適用されるかは、フラットパネルディスプレイ設計者により周知である。
【００５５】
例えば、期間は、光量（輝度またはフォトン束）を考えた場合、検知した信号が充分に大きくなるが、センサ２を飽和させない程度に充分な長さとすべきである。充分なアドレス時間は、画像を表示するために残して、ディスプレイ輝度が許容レベルで維持されるようにして、一般には、行アドレス時間は、１フレーム長さである画素のオン時間のほんの小さな部分（例えば、ライン数の逆数）に選ばれて、画像行アドレスに確保する時間は、通常、画素またはディスプレイの輝度レベルを持つには極めて少ないようにするのが好都合である。（例えば、１００ラインのディスプレイは、約１％の行アドレス時間を有する。）
【００５６】
従って、タッチ検知および画像アドレスに割り当てられた時間は、通常、検知測定を行うのに要する時間および画像データを画素へ伝送するのに要する時間に依存する。例えば、画像データの伝送に１０マイクロ秒を要する場合、センサデータの測定に１０マイクロ秒を要する。１つは、最初に、画素から前回の画像データを消去することによって、画素を暗くする必要があろう。一実施形態では、これは、画像データを画素に伝送してオフにするのに匹敵し、１０マイクロ秒を消費し、そして１つがセンサを読み取って他の１０マイクロ秒を消費し、センサ読み取り部分に関して合計２０マイクロ秒を消費する。そして、１つが画像データを伝送するためののこのアドレス時間を有し、この場合、１０マイクロ秒だけになるであろう。１０マイクロ秒は、単なる例示である。
【００５７】
この時点で、ラインでのセンサ２に入る何れかの光が、ライトペンまたは他の光やフォトン放出装置６０から放出された光線やフォトン６２から来ることになる。データ読み出し器７１は、分圧抵抗２５で発生した電圧を読み出して、読み出した検知電圧データがデータバッファ７０に保存される。これは、この分野で知られた従来のデータバッファでもよい。データバッファ７０でのデータは、処理または計算部（または別個のプロセッサ、コンピュータや他の論理回路）７２に配置されたソフトウエアや他の手段によって、問合せ(query)、読み取り、及び／又は解析が行われる。発明のシステム、装置および方法は、処理または計算部に組み込んでもよく、あるいは外部の処理または計算環境と連結して通信してもよい。処理または計算部の詳細は、こうした処理、計算または他のハードウエア及び／又はソフトウエア、論理回路はこの分野で周知であるため、ここでは図示したり説明していない。
【００５８】
データがデータ読み出し器７１によって読み出されると、読み出し器７１は、任意の形態のスイッチやスイッチング論理回路を用いて、回路から切り離され、システムは、アドレス時間に残る残余の６０マイクロ秒だけ通常のディスプレイモードに戻る。一実施形態では、ディスプレイは、秒当り６０回のレートでリフレッシュされる。このリフレッシュレートは、ペンライト入力に必要なものよりかなり高速である。ペンまたは他の光源からの光ビームの入力や運動は、約０．０１秒から数秒、より典型的には、測定の繰り返し用に、約０．１秒から約１秒、即ち、約６フレームから約６０フレームのオーダーである人間の手動の運動レートで行われる。ユーザは、０．１秒より高速のレートでペンライトを動かすとともに、典型的なユーザは、スクリーン上での入力場所を識別すると、ペンライト６０の運動を停止することに留意する。その代わり、期間は長くても短くてもよく、本発明はいずれの特定の範囲に制限されるものでなく、例えば、必要ならば、入力システムは連続的な運動を追跡することができ、連続運動の所望の取り込みを達成するのに必要であれば、光入力検知周波数を高くしてもよい。
【００５９】
これは、データ読み出し器７１によって読み出されたデータが、ペンライトの使用中に、多くの回数、更新可能であることを意味し、従って、検知データは、任意であるが好都合には、時間（または複数の読み出しサイクル）に関して積分してもよく、より明瞭で比較的ノイズ無しの読み出しができる。連続した運動や経路を取り込む場合など、より高い読み取りレートが望ましいときは、スムージング(smoothing)アルゴリズムを任意に適用して、ノイズから由来するカーブでの凹凸(jerkiness)を最小化してもよい。ペンライト入力（または影入力）の間に収集される情報は、グレーの影を必要としない１またはゼロの値を持つデジタルまたは２値の入力であることに留意する。本発明の他の実施形態は、入力範囲またはグレーの影を提供することができ、圧力または場所および他のあるデータを入力してもよい。
【００６０】
センサを読み取るための種々の異なる機構は、本発明の範囲内で採用してもよいことと理解できよう。これらの機構は、ディスプレイ行アドレス時間の際のセンサの読み取り、センサ入力のためのフレームの際のセンサの読み取り、スクリーンがタッチされたときに選択された専用のフレームの際のセンサの読み取り、垂直帰線時間の際のセンサの読み取り、及び／又は水平帰線時間の際のセンサの読み取りのうち何れか１つを含んでもよい。
【００６１】
一実施形態では、センサは、ディスプレイフレーム行アドレス時間の際に読み取られる。例えば、２次元のディスプレイアレイは、複数の行および複数の列を有するフレームとして配置してもよく、各行は、行の画素が書き込まれる行書き込み時間と、複数の行および列を含むディスプレイの全ての画素が書き込まれるフレーム時間を有し、各行の検知エレメントは、各行書き込み時間の一部で読み取られる。読み取りは、各行書き込み時間の全部または何れかの一部で行ってもよい。例えば、これに限定されないが、各行書き込み時間の一部は、行アドレス時間の０．００１〜０．５の何れかの部分、行アドレス時間の０．０１〜０．２の何れかの部分、行アドレス時間の０．０１〜０．１の何れかの部分、または行アドレス時間の０．１〜０．５の何れかの部分でも構わない。
【００６２】
他の実施形態では、センサは、センサ入力に確保されたフレームの際に読み取られる。例えば、２次元アレイは、複数の行および複数の列を有するフレームとして配置してもよく、各行は、行の画素が書き込まれる行書き込み時間および複数の行および列を含むディスプレイの全ての画素が書き込まれる書き込みフレーム時間を有し、各行は、行の検知エレメントが読み出される行読み出しアドレス時間を有し、行読み出しアドレス時間は、画素エミッタ書き込み時間から分離したセンサ読み出しフレーム時間の際に発生し、全ての行の検知エレメントは、書き込みフレーム時間とは重ならない読み出しフレーム時間のときに、複数の行読み出しアドレス時間の際に読み出され、読み出しフレーム時間は、複数の検知エレメントの読み出しに確保される。
【００６３】
他の実施形態では、センサは、スクリーンがタッチされ、またはライトペンで照射されたときに選択される特定のフレームの際に読み出される。例えば、複数の検知エレメントは、専用のセンサ読み出しフレームの際に、読み出してもよい。この専用のセンサ読み出しフレームは、定期的に、または所定の入力を受け取るディスプレイスクリーン上で生ずるように発生してもよい。例えば、所定の入力は、ディスプレイスクリーンの表面との物理的接触であっても、それを含むものでもよい。物理的接触は、指またはツールやスタイラス状の物体による物理的タッチでもよい。物理的接触は、ツール、指またはスタイラスによる物理的タッチを含む。
【００６４】
その代わりに、所定の入力は、ディスプレイスクリーンの表面の一部に関するフォトン束または輝度の所定の大きさの変化でも、それを含むものでもよく、所定の入力は、ディスプレイスクリーン表面に近接したパラメータでの非接触変化を含む。非接触変化は、局所的な温度変化、静電容量や電荷密度の変化、磁束の変化、局所的なより高い又はより低いフォトン束や輝度の変化、及び／又はこれらの２つ以上のいずれかの組合せからなる変化の組から選択してもよい。
【００６５】
他の実施形態では、センサは、連続的なディスプレイフレーム間での垂直帰線時間の際に読み出される。垂直帰線時間は、連続的なフレーム間の時間であり、水平帰線時間は、連続したライン（または行）の書き込みの間の時間であることに留意する。（ＯＬＥＤディスプレイなどのフラットパネルディスプレイに直接に適用可能ではないが、従来のＣＲＴディスプレイでの垂直帰線時間は、電子ビームがＣＲＴチューブの底部からＣＲＴチューブの上部へ移動するのに要する時間である。）
【００６６】
センサが、垂直帰線時間の際に読み出される実施形態に関して、分離しまたは追加したセンサラインが好都合に設けられる。ディスプレイの垂直帰線時間の際に読み出しに適合した回路は、既に説明したものと同一のフォトン束積分回路であるが、変更があってもよい。ＴＦＴ  Ｔ３（センサＴＦＴ）が、Ｔ１についてのゲートラインが接続される同一ライン（Ｌ２）に接続される代わりに、ＴＦＴ  Ｔ３に特化した他の別個のゲートラインが存在する。この構造では、発光輝度制御のための通常のフィードバック検知がラインアドレス時間の際に行われ、そして、全てのラインが書き込まれると、次のフレームが始まる前にいずれかのタッチや光／影の入力を検知するために、全てのセンサが読み出される。典型的には、垂直帰線時間は、全フレーム時間の１０％〜５０％とすることができるが、それよりながくても短くてもよい。一実施形態では、検知エレメントは、画素発光輝度を読み出すために用いたものとは別個のセンサラインによって読み出され、センサの読み出しは、トランジスタのゲート端子を通じて制御される別個のタッチセンサラインによって制御される。
【００６７】
他の実施形態では、センサは、水平帰線時間の際に読み出される。別個のセンサおよび制御ラインは、好都合には、水平帰線時間の検知のために使用してもよい。一実施形態では（例えば、図１１を参照）、Ｔ４についてのゲートラインは水平ラインＬ５に接続され、ラインＬ５は、センサ読み出しの際にＴ４のゲートを動作させるために確保した追加のラインである。
【００６８】
図２に図示したシステムおよび装置の実施形態は、ペンライトからの光のフィルタリング無しでの任意のペンライトまたは光源６０の使用を示す。この動作モードでは、センサアレイ２０は、周囲光６３に、更に典型的には、より高い輝度のペンライト６２に露出され、あるいはディスプレイスクリーン面近くに配置または位置決めされた物体からのより低い輝度の影付きのディスプレイ部分に露出される。
【００６９】
比較して、図３に図示した実施形態は、同一のセンサアレイ構造ではあるが、センサアレイ２０での１つのセンサ２上に、影付きまたは減衰した信号を投射する光学的に高濃度の物体６４の使用を示しており、出力ビーム６２にビーム状のフォトンを放つライトペン６０などの別個の光源を必要としない。この影付きを実施するための手順は、上述したライトペンタイプの入力と実質的に同じであるが、この影付き実施形態の成功は、センサアレイ２０のセンサ２における影６１と周囲光６３との間の明るさ（輝度）での相対的な差に依存している。好都合には、光学的に高濃度な物体は微細な点を持つべきであり、あるいはディスプレイ上で小さなエリア内の影の局所化を可能とすべきである。一実施形態では、光学的に高濃度または不透明な部分は、先端に設けられるだけであり、スタイラスまたは先端を運ぶハンドルの残部は、最小化され、または光学的に透明な材料または強い影を投射しない構造で形成される。影がスタイラスまたはハンドルから投射されたときに、先端での意図した入力が容易に識別できるように、アルゴリズムを、必要に応じて、末端ポイントまたは知られたスタイラス形状の先端を検出するために適用してもよい。
【００７０】
従って、ライトペンまたは他の光やフォトン放出装置からの輝度の増加を検知する装置および方法に加えて、センサ２およびセンサアレイ２０を影の入力を検知するために代替として用いてもよいことは理解されよう。少なくとも１つの実施形態では、装置および方法は、背景に対してより高い及び／又はより低い輝度の入力を同時に検知してもよい。他の実施形態では、ユーザは、ディスプレイがペンライト入力から影入力へ変化するように、パラメータを変更してもよい。
【００７１】
従って、本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、フォトン検知エレメントは、スタイラス移動の外部フォトンエミッタにより放出されたフォトン波長、エネルギーおよび輝度の大きさを検知するように適合してもよい。他の実施形態では、フォトン検知エレメントは、スタイラス移動の外部フォトンエミッタから受けた輝度の大きさであって、フォトン検知エレメントによって受光され、外部フォトンエミッタによって照射されない周囲の背景輝度の大きさより高い輝度の大きさを検知するように適合してもよい。スタイラス移動の外部フォトンエミッタは、ライトペンを含んでもよく、外部フォトンエミッタは、発光ダイオード（ＬＥＤ）または白熱フォトンエミッタを含んでもよい。これらの実施形態のいずれにおいて、屈折及び／又は屈折光学系を搭載する光学システムまたは列を、光の経路およびディスプレイ面または検知エレメントにおける光の分布を整形または制御するために使用してもよい。例えば、光学レンズ系は、ＬＥＤから放出された光を受光して、ディスプレイスクリーンの正面またはその下方でのセンサ面で光スポットを集光するために使用できる。
【００７２】
図４は、図２および図３の実施形態と同じまたは実質的に同じセンサアレイおよび回路要素を有する本発明の実施形態を示す。ペンライト６０は、狭いスペクトル波長バンドの光、例えば、赤色光６５（フォトン源特性のため、及び／又はペンライト内部のスペクトルフィルタリングから）を放出する。これは、スペクトル波長フィルタ７２を通過して、センサアレイ２０でのセンサ２に入射する。ペンライトの構造を示していないが、その構造において、ＬＥＤや他の光源からの光を鋭いポイントまたは狭いくびれたビームに集光する光学レンズ系を使用できる。これは、ある時間で１つの画素センサを照射し、極めて高い分解能を生成する。
【００７３】
実際、高分解能の光学システムは、手書きを認識するための基礎を検知し提供するために使用できる。手書きの取り込みおよび認識のためにペンライトを用いる一実施形態では、ペンライトまたは他の発光スタイラス装置は、ディスプレイのガラスまたは他の表面に対して保持され、均一または実質的に均一なセンサアレイからの距離が維持されつつ、被験者は、署名や他の手書きメッセージなど、印刷又は筆記体の手書きのサンプルをトレースする。フィルタの使用は、周囲光の全てまたは一部からセンサアレイを保護する暗シールドとして採用される。周囲光とライトペンやスタイラス光との間の所望の差分を提供するために、エミッタおよびフィルタの種々の組合せが採用できる。
【００７４】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、ＯＬＥＤ画素エミッタは、カラーディスプレイの所望の画像特性が生成できるように選ばれる。同一のセンサ２が、ライトペン入力を検知するためと、ディスプレイ画素の所望の明るさや輝度のレベルを検知し維持するために用いられるため、ペンライトのスペクトルは、センサのスペクトル応答の範囲内である必要がある。しかしながら、ペンライトエミッタは、ＯＬＥＤや他のディスプレイ画素エミッタと同じスペクトル特性を有する必要はない。ペンライトのスペクトルは、例えば、何れかの単色または多色スペクトルでもよく、センサ２は、赤外スペクトル成分などの不可視成分を検知してもよく、こうした赤外ペンライトエミッタを採用してもよい。
【００７５】
フィルタは、センサと整列させ、周囲光を阻止しつつ、特定の色の指向性のレーザやＬＥＤまたは特定の色やスペクトルのサイド光からの光が入るようにしてもよいことは、ここでの説明から明らかであろう。指向および散乱したサイド光の実施形態は、本明細書の別の場所で説明している。よって、本発明の実施形態は、スペクトル選択性のフィルタを、周囲光の光源と検知エレメントの間の光学（光）経路中に配置して、フィルタの通過帯域でない大部分の周囲光を阻止し、入力光源からの光を透過または通過させるようにしてもよい。一実施形態では、スペクトル選択性のフィルタは、赤色光を実質的に透過するフィルタでもよい。他の実施形態では、特定の光の実質的な透過率は、少なくとも５０％、少なくとも７０％、少なくとも９０％、あるいは少なくとも９５％の透過率でもよい。他の実施形態では、実質的な透過率は、少なくとも、約１０％〜約１００％の間の透過率である。透過した特定のスペクトル光は、何れの色でもよく、例えば、赤色、緑色、青色または他の色でもよい。一実施形態では、スペクトル選択性のフィルタは、実質的に７００ｎｍ〜７１０ｎｍの範囲の赤色波長を持つフォトンを透過するフィルタである。一実施形態では、スペクトル選択性のフィルタは、実質的に４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の波長を持つフォトンを透過するフィルタである。
【００７６】
一実施形態では、ポインティング用の入力信号を提供する周囲光は、全内部反射によりプレート内に含まれ、界面の変化により検知エレメントに向かう赤色サイド光からの光（フォトン）を含む。他の実施形態では、ポインティング用の入力信号を提供する周囲光は、検知エレメントに向かう赤色レーザ光または赤色発光ダイオードからの光（フォトン）を含む。
【００７７】
一実施形態では、カラーまたはスペクトルフィルタは、何れかのセンサ読み出し機構との組合せでもよい。例えば、発明の装置および方法の一実施形態では、スペクトル選択性のフィルタは、周囲光や光入力の光源と検知エレメントとの間の光学（光）経路中に配置され、光入力装置は、スペクトル選択性フィルタの通過帯域内の波長を放出し、フォトン検知エレメントは、ディスプレイ垂直帰線時間の際に読み出されるセンサを備える。
【００７８】
図５を参照して、本発明の他の実施形態が図示されており、パッシブスタイラス６８が、情報をセンサアレイ２０に入力するために用いられる。このシステムは、ガラスプレート６７のエッジ６６からの光６９を有するガラスプレート６７（または何れかの透明材料）を採用している。一実施形態では、エッジ照射は、ガラスプレート６７の１つのエッジ６６に導入された赤色ＬＥＤアレイ６９からの赤色光として提供される。ガラスプレート６７または他の透明材料が、比較的清浄な表面を有している限りは、赤色ＬＥＤ光は、プレート６７を真直ぐに通過し、光がプレート６７から外れたり、センサアレイ２０に入射することはない。スタイラス６８のポイントがガラスプレート６７に対して押圧されると、空気（スタイラスが接触していないとき）からスタイラス６８（スタイラスが接触しているとき）への光学濃度および屈折率の変化により、光は、ガラスプレート６７の正面から出現または出てきて、光を表面から出させるスタイラス６８のポイントを含む、出口ポイント近くの表面から散乱し、この散乱した光の一部がセンサアレイ２０に入射して、既に説明したセンサおよび検知回路によって検出される。このシステムは、夜間の自動車室内など、照明室内や全体に暗い周囲環境で動作するようになる。微細な先端のスタイラスについて図示したが、複数の表示されたグラフィックアイコンから選択する場合など、粗いポインティング精度が必要になる場合は、例えば、人間の指先端など、比較的より大きなポインティングデバイスをスタイラス６８の代わりに用いてもよい。
【００７９】
従って、発明の装置および方法の実施形態は、ガラスやポリマーのプレート中で進むサイド光やエッジ光と、検知エレメントへの光の方向転換や散乱をもたらすガラスやポリマーのプレートの接触との組合せにより、画素センサを利用してもよい。例えば、ディスプレイおよび方法は、外部ユーザからの入力に関係しない背景輝度の大きさおよびユーザからの入力に関係する異なる輝度の大きさを検知するのに適合した、第１の複数のフォトン検知エレメントを提供することができ、異なる輝度の大きさは、より大きな輝度（例えば、光源から）でもよく、より小さな輝度（例えば、影から）でもよい。より大きな輝度は、ディスプレイ表面に入射する拡散背景輝度より高い輝度を持つディスプレイ装置の内側に配置されたフォトンエミッタから発生してもよい。ディスプレイ装置の内側に配置されたフォトンエミッタから放出されたフォトンは、第１の透過媒体（例えば、ガラスやポリマーのプレートから）の内部に実質的に完全に含まれていてもよく、センサエレメントに入射しないで、フォトンがユーザ入力場所において第１の透過媒体から出るようにしてもよい。フォトンは、ディスプレイエミッタとユーザとの間に配置されたプレート内部で、全内部反射によって第１の透過媒体内に全体としてまたは実質的に完全に含まれていてもよく、フォトンは、プレートの表面の性質や特性を変化させることによって、あるいは第２の媒体から第３の媒体へのプレート表面の界面を変化させることによって、第１の透過媒体から出るようにしてもよい。
【００８０】
一実施形態では、第２の媒体はガス状の媒体を含んでもよく、第３の媒体は非ガス状の媒体を含んでもよい。この第２の媒体は、例えば、空気や他のガス、流体でもよい。第３の媒体は、例えば、不透明、部分透明、または実質的に不透明な受動的に減衰する物体、例えば、固体の実質的または部分的に不透明な点状スタイラス、ペン状の物体、ポインティングデバイス、外部の人間の指、などでもよい。一実施形態では、第１の媒体から出た光が、ディプレイに対して外部の物体によって散乱して、散乱したフォトンの少なくとも一部が、散乱または反射してディプレイに戻り、センサエレメントに入射する。ディプレイに向かって戻り、センサエレメントに入るフォトンの方向付けは、物体の表面によるものでもよい。
【００８１】
種々の検知構造および方法を説明したが、本発明のシステム、装置および方法は、画素の輝度を測定し制御するため、そして接触または光入力を検知するための両方に、画素センサを多くの手法で利用していもよいことは明らかであろう。ディスプレイアレイの第１の複数のフォトン検知エレメントは、外部ユーザからの入力に関係しない輝度の大きさと、ユーザからの入力に関係した異なる輝度の大きさを検知するように適合してもよい。この異なる輝度の大きさは、より大きな輝度でもよく、より小さな輝度でもよい。より大きな輝度は、ディスプレイ表面に入射する拡散背景輝度より高い輝度を有するディスプレイ装置の外側に配置された外部のフォトンエミッタから発生してもよく、及び／又は、より小さな輝度は、１００％未満の透過率を有し、ディスプレイ表面に近接して配置された、影を生成してディスプレイ表面に入射する拡散背景輝度の一部を阻止または減衰する受動的に減衰する物体によって発生してもよい。
【００８２】
本発明は、アクティブおよびパッシブのディスプレイタイプの両方に適用可能である。パッシブアレイは、典型的には、パッシブディスプレイではＴＦＴを必要としないため、ＴＦＴを構築し設置する複雑さ無しで構成でき、パッシブディスプレイは、生産するのに高価でなく、商業的なシステムや装置で高い経済性を有する。パッシブセンサおよびパッシブセンサアレイがペンライト入力または他の光やフォトン検知デバイスとして動作するためには、ペンライトからディスプレイパネル上で光の位置を配置するための手段を設ける必要がある。
【００８３】
一実施形態では、パッシブＯＬＥＤディスプレイは、１回に１ラインだけを有するようにしてライン走査される。この動作の特徴は、ラインは上部（第１の行）から底部（最後の行）への順序で走査されるため、ディスプレイ上の入力の第１次元の場所（例えば、垂直次元または行の場所）を決定するための手段についての機能的な基礎を提供する。当然ながら、逆の順序や他の順序を用いてもよく、本発明はその順序にも適合できるが、ここでの説明は典型的な動作に専念することにする。これらのセンサは、ディスプレイ画素の輝度フィードバックシステムおよび方法の一部として動作してもよいことに留意されたい。
【００８４】
図６に示した実施形態を参照して、パッシブディスプレイ７７でのディスプレイ画素７６の各列７５は、各列７５の長さ分のストリップまたはラダー(ladder)のセンサ２Ｖを有し、ラダーセンサ２Ｖに入射する何れかの光は、その場所のディスプレイ列成分を決定したり識別することができるが、その場所のディスプレイ行成分を決定したり識別することはできない。パッシブディスプレイを画像表示モードで動作させる場合、アクティブディスプレイタイプで可能な局所化(localization)とは対照的に、全部の行および列の場所は、ライン（または行）走査場所と列場所との組合せによって決まる。
【００８５】
図６に示すストリップセンサ構成において、互いに９０度の角度で配置された２つのトリップセンサ２Ｖ，２Ｈが設けられる。従って、ディスプレイ画素当り、ストリップセンサの特定の１ペアが存在する。（本発明の実施形態は、例えば、１０個の行および列ごとにセンサエレメントを設ける実施形態など、画素ポインティング精度より低い場合、センサエレメントまたはラダーを各行および列に設けてなくてもよいことに留意する。）光がディスプレイに入射して、少なくとも２つのセンサライン（１つの水平と１つの垂直）が照射された場合、これらのセンサラインの交点は、ディスプレイ上の正確（ｘ，ｙ）または（行，列）座標の場所を識別しまたはピンポイントで定める。
【００８６】
図７は、ラダーセンサを有するパッシブディスプレイの実施形態を示す。垂直入力および水平入力の両方を示すことに関連した複雑さおよび可能性ある混乱を避けるため、ここでは垂直入力だけを示し説明している。（よって、この図示した構成は、それ自体でユーザ入力の場所を決められないが、発光フィードバックシステムのラダーセンサとしてのみ機能する。図６の実施形態で図示したように両方については、水平センサのセットが必要であろう。）ストリップセンサおよびラダーセンサは交換可能であることは理解されよう。ストリップセンサは、ラダーの桟(rung)を厚くして、接触し、連続的またはほぼ連続したストリップを形成すると、ラダーセンサのように見ることができる。
【００８７】
この行と列の場所の組合せは、必ずしもペンライト入力モードの動作に利用可能であるわけではない。理由は、ペンライトからの光がセンサアレイに入射したとき、列番号が容易に決まるが、ディスプレイの全てのライン（または行）がデータ入力時間中に暗いモードになって（上記参照）、ライン番号が決まらないからである。この問題を克服するため、第２セットの水平ストリップセンサ２Ｈが、垂直センサ２Ｖに対して直交する向きで、センサガラスや基板上に配置される。一実施形態では、誘電体層（不図示）が、第１セットおよび第２セットのセンサ２Ｖ，２Ｈを分離している。第１セットの垂直配向センサは、入力の列場所を決定し、第２セットまたは直交した水平配向センサは、入力の垂直場所を決定する。
【００８８】
図７は、センサエレメント２を含むパッシブアレイ１５の実施形態を示す。破線１２，１３は、センサアレイエレメントに整列した分離構造として、パッシブセンサアレイエレメント２の下方の層にあるＯＬＥＤアレイを示す。図示した実施形態では、いずれか特定の列での各センサ２は、第１および第２の導体３，４の間に接続されたセンサエレメント２を有するセンサラダー形状で配置される。導体３は、駆動ライン電圧（例えば、１０Ｖまたは他の規定電圧）の駆動ラインに接続され、導体４は、分圧抵抗２３の第１端子２２に接続され、続いてグランド２７の第２端子２４に接続される。各列は、上述したラダー形状のセンサ２のセットを有する。ＯＬＥＤエミッタ（交差した破線で示す）の列につき１つのラダーが存在する。図示したセンサ２は、個別の相互接続されたセンサエレメントでもよく、あるいはセンサ２の幅（及び／又は他の寸法）は、桟状のセンサ２が接触し、あるいは実質的に接触して、列の長さだけ延びた連続ストリップのセンサ材料を形成するまで増加してもよいことは理解されよう（例えば、図６に示した実施形態を参照）。
【００８９】
ペンライト入力データを読み出すためのラインアドレス時間の際、分圧抵抗２３の電圧は、データ読み出し回路７１からデータバッファ７０に入力される。上述したように、行および列による入力データの位置を正確に決めるために、図７に示した構造では情報が充分でない。これを達成するため、相補的な直交するセットの千さよび回路を追加する必要がある。図２に示した構成は、ＯＬＥＤのためのフィードバックシステムとして動作するだけであるが、上記理由により完全なペンライト入力システムとしては動作しない。図６に図示したセンサおよび回路は、両方の直交成分を示す構成を示して、完全なペンライト入力システムおよび装置の構造を提供している。
【００９０】
図６は、完全なペンライト入力システムとして動作する構成の実施形態を示す図である。この構成では、センサラダーは、複数の交差した直交の垂直および水平の単一ストリップセンサ２Ｖ，２Ｈで置換され、各行につき１つの水平センサ２Ｈと、各列につき１つの垂直センサ２Ｖとなる。ストリップセンサの一方の端または端子は、電源３、例えば、１０Ｖの電源に接続される。他方の端または端子は、分圧抵抗または他の分圧回路２３に接続される。垂直センサ２Ｖおよび水平センサ２Ｈの両方は、同じように構成された分圧器２３に接続してもよく、１つの分圧抵抗２３を各水平および垂直のライン用とすることに留意する。
【００９１】
図６に図示した実施形態では、列２および行２は、ペンライトや他の光源からの光ビーム６５によって活性化される。一実施形態では、ストリップセンサ２Ｖ，２Ｈは、好都合には、約１０００対１（１０００：１）の幅および長さのアスペトク比を有する。一方、他の実施形態では、アスペトク比は約４０：１またはそれ以上である。ここで用いたように、幅の寸法は、垂直センサ２Ｖに関する列に沿って延び、水平センサ２Ｈに関する行にに沿って延びる、より大きな寸法であり、これらは高い感度を有するようになる。両方の寸法について光スポットの場所を決定するのに充分な感度を有する限りは、他のアスペトク比も使用することができる。
【００９２】
アスペトク比を計算する１つの方法は、一方が水平または垂直センサについて計算するか否かに応じて、ディスプレイの高さや幅を１つの寸法とすることであることに留意する。他方の寸法は、画素エリアのどれぐらいをセンサによって影付きとするによって決定される。例えば、簡明の目的で、１００列×１００行のディスプレイは、１ｍｍ×１ｍｍの画素を有し、画素エリアの２０％を影にしたいだけと仮定すると、各センサラインは、０．１ｍｍの幅を塞ぎ又は占めるだけであり、水平センサラインは１０％を塞ぎ、垂直センサラインは１０％を塞ぎ、合計で２０％となる。おおよそ、交差する領域は２倍として計算しているため）。全体のディスプレイの高さおよび幅が１００ｍｍで、センサの幅が０．１ｍｍだけであるため、アスペトク比は、この例では１０００対１となる。
【００９３】
この構成の重要な態様の１つは、ディスプレイ上の光スポットの位置を決めるために、充分な数および向きのストリップセンサが存在することである。好都合には、こうした局所化を可能にする、直交する水平および垂直のセンサアレイが存在する。前述の実施形態では、ストリップセンサのセットが、互いに直交している。従って、ペンライトからの光ビーム６５が、少なくとも１つの垂直センサ２Ｖおよび少なくとも１つの水平センサ２Ｈに入射すると、ｘ−ｙマトリクスで光６５の場所を決める。上述した他のタイプの入力全ては、この構成で上手く作動する。このパッシブディスプレイ装置の実施のための読み出しプロセスは、アクティブディスプレイ装置について既に説明したものと同じまたは実質的に同じである。データ読み出し回路７１は、分圧抵抗２３での電圧を読み取って、データバッファ７０に入れ、そして、データバッファからのデータは、データバッファ７０と連結したコンピュータ、プロセッサまたは他の論理回路によって、読み取られて解析される。光が別の２つのセンサに入射し又は溢れ出ると、コンピュータ、プロセッサまたは他の論理回路によって、センサ信号の強度に基づいたある論理が用いられ、スポット中心について最も確からしい場所を選択する。
【００９４】
データバッファ７０およびデータ読み出し器７１は、いろいろな方法で実施でき、多くの回路形式が当業者によって実施できる。従って、これらの回路や他のバッファ、データ読み出し器は、ここでは詳細に説明していない。
【００９５】
図８を参照して、上方発光ＯＬＥＤ画素２０２の構造の例示的な実施形態を図示している。ＯＬＥＤエミッタ２０４は、カソードまたはアノードとなる２つの透明電極２０５，２０６を含む。透明電極間にあるＯＬＥＤまたはエレクトロルミネセント材料２０７で発生した光２０８は、ランベルト(Lambertian)拡散により実質的に全ての方向に放射される。光の大部分は、画素の上部２０９から逃げて出るが、幾らかは下向き（下向き矢印）２１０に進んで、センサ２１１に衝突する。ＯＬＥＤ材料２０７は、透明または少なくとも部分的に透明であることから、周囲光２１２も、透明電極２０５，２０６およびＯＬＥＤ材料２０７を通過して、センサ２１１に衝突し得る。従って、行センサのデータは、ＯＬＥＤ発光の輝度および周囲輝度レベルとの組合せになる。２つの（発光と周囲）輝度データストリームの関与を分離または区別するために、周囲輝度２１２の読み出しの際は、ＯＬＥＤ発光２０９がオフになる。ＯＬＥＤ駆動ＴＦＴ２１５は上部ゲート構造であり、ゲート２１６が、ＯＬＥＤからの発光光からＴＦＴチャネル２１７をシールドしていることに留意する。この構造の利点は、画素エリアのほぼ全てがＯＬＥＤ発光面を有する点であり、ＴＦＴ回路要素は、ＯＬＥＤまたは他のエレクトロルミネセントエミッタ構造の下部に押し込まれている。
【００９６】
発明のシステム、装置および方法は、上向き発光または上部発光の構造での画素センサの使用を提供することは明らかであろう。こうした構造において、別個にアドレス可能な画素配置の各々は、基板表面によって支持され、第１透明電極と第２透明電極の間に挟まれた発光材料層を備えるフォトンエミッタを備え、該材料は、第１透明電極を通して上向きに光を放出し、第２透明電極を通して基板に向けて下向きに光を放出し、フォトン検知エレメントがフォトンエミッタと基板との間に配置され、フォトンエミッタからの下向き発光の光の一部を遮る。エミッタは、ＯＬＥＤエミッタや他のタイプのエミッタを備えてもよい。
【００９７】
図９は、例示として、下向き発光または底部発光のＯＬＥＤディスプレイ画素３０２を示す。この実施形態では、上部電極３０５が不透明であり、ランベルト拡散で発生した光は、不透明なカソード電極３０５に当たって、下向きまたはＯＬＥＤ材料３０７に向かって戻り、下向きまたは底部発光光３０９の残りとともに透明下部電極３０６を通して構造底部から出る。
【００９８】
本実施形態でのＯＬＥＤ構造３０２は、電流駆動ＴＦＴチャネル３２０に渡って延びておらず、センサ３１１がＯＬＥＤ発光光の直接経路にあることに留意する。しかしながら、センサは、基板３２４を通して入る周囲光からセンサ３１１を保護する暗シールド３２２を有する。従って、暗シールドは、適切な輝度フィードバック信号の検知および発生を妨害し得る周囲光からセンサを保護するものであるが、この構造は、ここで説明したようなタッチスクリーンシステムにとって、一般には適切ではないかもしれない。
【００９９】
下向き発光または底部発光の画素構造について１つの可能性ある不具合は、画素の発光エリアが、一般に、上部発光画素構造と比べて減少することである。従って、ＯＬＥＤは、より高い瞬間発光レベルで駆動して同じ外部輝度を達成する必要があり、これは、一般に、寿命が短くなる。下向きまたは底部エミッタは、現時点でディスプレイとして最も一般的な構造である。理由は、産業が最初に不透明なカソードを開発したからであるが、プロセスの困難さにより、適切に構造化ができなかった。産業は、透明なカソードおよび適切に構造化できるカソードを生産するための開発段階にある。タッチスクリーンシステムでの使用に適切な下向きエミッタの実施形態は、図１０に関連して図示し説明している。
【０１００】
従って、発明のシステム、装置および方法が、下向きエミッタまたは底部エミッタの構造での画素センサの使用を提供してもよいことは明らかであろう。こうした構造では、各別個にアドレス可能な画素配置は、実質的に透明な基板表面によって支持され、第１透明電極と第２透明電極との間に挟まれた発光材料層を備えたフォトンエミッタを含み、該材料は、透明電極および実質的に透明な基板を通じて下向きに光を放出する。フォトン検知エレメントは、フォトンエミッタと基板との間に配置され、フォトンエミッタからの発光フォトンの一部を遮る。エミッタは、ＯＬＥＤエミッタまたは他のタイプのエミッタを備えてもよい。
【０１０１】
孔、アパーチャ、または他の透明または部分的に透明な領域がセンサのための暗シールドの中に構造化された底部または下向き発光ＯＬＥＤ画素３６２の実施形態は、図１０に示している。この構造は、図９に関連して図示し説明した構造と実質的に同じでもよく、孔、アパーチャ、または他の透明または部分的に透明な領域３６４が暗シールドの中に構造化されて、少なくとも幾らかの周囲光がセンサに当たるようになっている点を除いて、同様な構造は同様な番号を付している。一実施形態では、孔３６４が暗シールド３１１の中に設けられ、周囲光の最大量がセンサ３１１に当たるようにしている。（孔３６４のサイズは、センサのサイズに対して縮尺を合わせて示していない。）一実施形態では、孔は、センサの約１０％〜約５０％で露出するように形成されしているが、これらの範囲は固定ではなく、より小さい割合でもより大きく割合でも構わない。
【０１０２】
孔、アパーチャ、または他の透明または部分的に透明な領域の代替の１つは、暗シールド３２２を除去することである（上述した上部エミッタ構造の場合に行ったように）。暗シールド無しでも、隣接する画素からの差を読み取るセンサを有することによって、タッチセンサやライトペンセンサは、影または光スポットがどこにあるかを示す。しかし、暗シールドを有することに関連した幾つかの利点があり、これは、金属材料（バイアス印加が望ましい場合）、非金属材料、あるいは、周囲光の大部分をフィルタ除去し、ペンライトや他の光入力の波長を除去しないようなフィルタ材料で形成するのが好都合である。暗シールド３２２は、好都合には、バイアスを印加すべきであり、よって光トランジスタの特性を有する。暗シールド３２２は、金属製である場合、バイアスを印加して、センサ３１１の暗電流を最小化することができる。ＴＦＴは、ゼロ付近でゼロでないある電圧において最小の漏れを有することはよく知られている。例えば、ｎチャネルＴＦＴは、約−３Ｖ〜約−１０Ｖで最小の漏れとなり、ｐチャネルＴＦＴは、正の数Ｖで最小の漏れとなる。
【０１０３】
図１１を参照して、画素およびセンサに関連して、各画素において２つのセンサＳ１，Ｓ２および２つの別々の電荷アンプ(amp)相互インピーダンス(transimpedance)増幅器を利用するための画素の概略を示している。センサＳ１は、ディスプレイ発光特性を安定化するために、画素ＯＬＥＤ発光データについてのフィードバック信号を測定し発生するために用いられる。センサＳ２は、タッチスクリーンシステムに用いられる。これは、ＯＬＥＤ発光およびタッチデータを検知するための周囲の影形成の同時測定が達成できることを意味する。
【０１０４】
図１１に示した回路および構造に類似の回路が、共に係属中の米国特許出願番号１１／０１５６３８、２００４年１２月１７日出願、名称「フィードバック制御システムおよび高性能安定化アクティブマトリクス発光ディスプレイの動作方法」の関連およびこの特許出願の図８に記載されている。これらの出願は、参照により全体としてここに組み込まれる。
【０１０５】
この回路の構造および動作の態様は、ＯＬＥＤ発光センサＳ１およびタッチ／ペンライトセンサＳ２がより明瞭に理解されるように、ここに含まれている。本発明は、何れか特定の画素エミッタおよびエミッタ検知構造に制限されるものでなく、エミッタセンサ構造が、本発明に関連して実用化できることは理解されよう。
【０１０６】
発明の画素構造の一態様は、高いインピーダンスから低いインピーダンスへの変換を提供する。高いインピーダンスから低いインピーダンスへの変換は、発光センサキャパシタＣ２の構造、構成及び／又は動作のため、少なくとも部分的に生ずる。センサは、ギガオーム（１０９Ω）の抵抗値を有することから、センサキャパシタＣ２を充電し放電するセンサＳ１の動作は高インピーダンス動作である。この充電または放電の際、センサラインは、センサＳ１のトランジスタＴ３により、高インピーダンスから絶縁されている。読み出し時間の際、センサトランジスタＴ３は開いて、センサキャパシタＣ２（これはセンサラインから分離されていた）をセンサラインＬ４に接続する。
【０１０７】
センサキャパシタＣ２とセンサラインＬ４との間のインピーダンスは、センサラインの抵抗値だけであり、通常は、典型的な実施では約３ＫΩだけである。従って、インピーダンスの差は、１００万対１（１０６：１）のオーダーである。ノイズからの妨害は、ナノアンペアの電流をもたらし、これはギガオームインピーダンス系においてボルトのオーダーのノイズに達し、キロオームインピーダンス系においてマイクロボルトに達する。典型的なディスプレイの実施においてセンサラインＬ４の大きな長さがノイズ妨害を拾い上げることから、好ましくは、センサラインが高インピーダンス系に接続されている場合に、測定は行なうべきでない。センサＳ１が、センサＴＦＴ  Ｔ３によって分離されている場合、センサＳ１に影響を及ぼす何れのノイズは、画素回路の極めて短いラインによって拾い上げられる必要がある。従って、センサキャパシタの充電または放電に影響を及ぼすノイズはほとんど無い。これらのスイッチングおよびインピーダンス特性は、画素およひセンサ回路要素の成功する動作に貢献する。
【０１０８】
特定の画素エミッタ、センサおよび回路の接続関係(topology)を、この画素の実施形態に関連して説明したが、本発明は、この特定の回路やデバイス構造だけに限定されず、例えば、制御デバイスのタイプを変えて、特定のトランジスタ、ＴＦＴ、ダイオードなど以外のものとしたり、２端子や３端子制御やスイッチング手段を代用したりすることによって、設計および特定の電気回路デバイスでの変更が可能であることは理解されよう。
【０１０９】
トランジスタは、ＴＦＴタイプのトランジスタであるが、本発明は、ＴＦＴタイプのトランジスタに限定されない。さらに、追加の回路要素を加えたりするなど、本発明の精神および範囲から逸脱しないで画素回路の接続関係への別の変更も可能である。発光デバイスのタイプもまた、ＯＬＥＤエミッタ以外のものに変更してもよく、例えば、これに限定しないが、無機フォトン発光デバイスや構造を含む任意のアクティブエミッタが使用できる。センサの特性は、変更してもよく、光抵抗性(photoresistive)や光導電性(photoconductive)のデバイスに加えて、入射フォトン束に応答して変化する任意のセンサデバイスに代用してもよい。
【０１１０】
回路の利点の１つは、ＯＬＥＤディスプレイなど、発光フィードバック安定化フラットパネルディスプレイのための高インピーダンスから低インピーダンスの変換システムを提供することである。該回路は、これを、フレーム時間の際に生ずる発光フォトン束積分動作の際、オフディスプレイのガラスや基板の回路要素（例えば、電圧コンパレータ増幅器ＶＣ１と、スイッチングトランジスタＴＦＴ  Ｔ４）を、画素でのセンサＳ１の高インピーダンスから分離することによって提供する。回路設計は、センサラインＬ４でのノイズを防止し、センサラインＬ４が高インピーダンス源に接続されていても構わない。
【０１１１】
これに関して、高インピーダンスに接続された導電ラインは、環境からの電磁気妨害を拾い上げることは良く知られている。これは、空中でオープンのプラスとマイナスのリードを持つボルトメータの挙動を観察することによって容易に説明できる。電圧は、ラジオおよびＴＶの妨害に起因して、正の数ボルトから負の数ボルトに連続的に変動するようになる。センサＳ１は、ギガオーム範囲およびそれ以上のある抵抗値を有することから、もしＬ４がセンサキャパシタＣ２の利益なしでセンサＳ１に直接に接続されている場合、センサラインＬ４に対してオープン回路のように動作する。センサＳ１のフォトン束積分時間の際、センサＴＦＴ  Ｔ３は、オフになる。この特定の画素回路構成において、電源ラインＬ１がセンサＳ１から絶縁されていないが、電源ラインＬ１上のノイズは画素やディスプレイの動作に影響を及ぼさない。理由は、パワーＴＦＴ  Ｔ２が飽和モードで動作しているからであり、ノイズに起因した、パワーＴＦＴ  Ｔ２を横断する電圧の変化（ボルトのオーダーであっても）は、ＴＦＴ  Ｔ２を流れる電流を変化させず、従って、ディスプレイ中の全画素に関する画素ダイオードエミッタＤ１からのフォトン発光は安定した状態になる。
【０１１２】
さらに、フレーム時間の際、センサキャパシタＣ２がセンサＳ１を通じて充電されるとき、電源ラインＬ１によって拾い上げられたノイズは、ゼロボルト付近で上下しており（即ち、平均して、ゼロボルト付近で実質的に等価な正および負の変動を有する）、従って、ノイズは打ち消し合って、フレーム時間の終了後、センサキャパシタＣ２での電圧は、フォトンが遮られた場合に、センサＳ１の放電レートにのみ起因する。
【０１１３】
行アドレス時間の際、ライン選択電圧ラインＬ２での電圧はハイとなり、駆動ＴＦＴ  Ｔ１およびセンサＴＦＴ  Ｔ３をオンにして、発光センサキャパシタＣ２での電圧は、Ｐ１でのセンサ入力において電圧比較増幅器ＶＣ１によって読み出される。このＰ１でのセンサ入力は、他方の入力でのＰ２において参照電圧と比較され、差または誤差の電圧を出力Ｐ３において発生する。センサキャパシタＣ２に存在する電圧の読み出しの際、ノイズは妨害しない。理由は、ノイズによって誘導される電流がナノアンペア範囲にあり、せいぜいキャパシタＣ２での電荷に僅かな変化を生じさせるだけであり、事実上は、高インピーダンスを流れる電流が無いと、ノイズ妨害の低レベルからの由来する電圧も無い。
【０１１４】
該回路は、グランドと、アドレス時間中にセンサＴＦＴ  Ｔ３  ３３０およびＴＦＴ  Ｔ４  ３４０のトランジスタを通じてセンサキャパシタＣ２に供給または伝送されるＶｃａｐ３５５の電圧とが参照される。グランドに接続された発光デバイス（ＯＬＥＤダイオードなど）は、制御された電流源（ＴＦＴトランジスタＴ２など）によって駆動される。電圧形式の画素データ値は、制御端子（ＴＦＴゲート）に印加され、画素発光（フォトン数）がその意図した積分フォトン束に関連するようにしている。センサＳ１  ３２４およびキャパシタＣ２  ３２７が、フォトン束積分装置３３９として、画素発光エレメント（ＯＬＥＤダイオード）に接続され（支援する回路要素とともに）、エミッタから放出された、代表的で測定可能な数のフォトンがセンサに入射し、センサとキャパシタとの組合せがフォトンカウントを生成する。センサＳ１とキャパシタＣ２の組合せは、所定の期間（一実施形態では、ディスプレイフレーム時間１６．７ミリ秒）中に集められたフォトン総数を積分または計数する。この積分したフォトン束は有用な測定量である。理由は、より大きな信号の振幅であれば、いずれの瞬間測定量よりも、より大きな再現性とノイズから不可侵性を提供するからである。フォトン束の積分した性質は、人間の視覚システムの比較的遅い応答と待ち時間(latency)に起因して人間観測者によって認知される積分フォトン束のより代表的なものになり得る。
【０１１５】
参照の積分フォトン束が確定すると、センサ信号は、制御システムに伝送されて、次の較正期間（次のフレームなど）のときに、制御デバイスに印加されるデータ信号を調整するための参照として用いられ、実際の画素積分フォトン束（実際には、ＯＬＥＤダイオードや他のエミッタによって放出されるフォトン）が、所望の積分フォトン束（較正中に識別されたフォトン数）に一致するようになる。
【０１１６】
例示的な画素回路の幾つかの機能的な面を説明したが、ここでは、図１１の回路の実施形態のより詳細な説明に注目する。図１１に関連して、エミッタ、発光センサ、フォトン束の積分および制御の構成部分を持つディスプレイ画素の実施形態について説明する。画素ダイオード駆動トランジスタＴ１  ３１０は、そのドレイン（ＤＴ１）端子３１１で画像電圧ラインＬ３  ３０１と接続され、蓄積キャパシタＣ１  ３１４の第１端子３１５と接続され、そのソース（ＳＴ１）端子３１２でパワー制御トランジスタＴＦＴ  Ｔ２  ３２０のゲート端子（ＧＴ２）３２３と接続され、そのゲート（ＧＴ１）または制御端子３１３でライン選択電圧ラインＬ２  ３０２と接続される。パワーＴＦＴトランジスタＴ２  ３２０は、そのドレイン端子３２１で電源電圧ラインＬ１  ３０１と接続される。蓄積キャパシタＣ１  ３２４の第２端子３１６は、パワーＴＦＴ  Ｔ２  ３２０のソース端子３２２と接続され、エミッタ（ＯＬＥＤダイオード）の入力端子３３７と接続される。ＯＬＥＤエミッタ３３６の出力端子３３８は、グランド３０５に接続される。ＯＬＥＤエミッタ３３６の出力端子３３８は、センサキャパシタＣ２  ３２７の第２端子３２９に接続された、センサＳ１  ３２４の第２端子３２６にも接続される。較正読み出し電圧（Ｖｃａｌ）は、３２５でのセンサＳ１入力とセンサキャパシタ端子３２８との接続により規定されるノードにおいて、測定または読み出される。この読み出しノードはまた、センサＴＦＴ  Ｔ３  ３３０のソース端子３３１にも接続される。センサＴＦＴ  Ｔ３  ３３０はまた、そのソース端子において、電圧コンパレータＶＣ１  ３５０の入力ポートＰ１  ３５１で入力信号を供給するセンサラインＬ４  ３０４と接続される。電圧コンパレータ３５０は、第２の入力ポート３５２で参照電圧を受けて、Ｐ１  ３５１とＰ２  ３５２の入力間の差として計算した、差または誤差の信号Ｐ３  ３５３を発生する。この実施形態では、電圧コンパレータＶＣ１  ３５０への入力として印加されるセンサ出力は、Ｖｃａｐ  ＴＦＴ  Ｔ４３４０のドレイン端子３４１の入力として、コモンノード３５１にも印加される。Ｖｃａｐ  ＴＦＴ  Ｔ４３４０のソース端子３４２は、キャパシタ充電電源（Ｖｃａｐ）３５５、例えば、＋１０Ｖ（あるいは他の任意の電圧値）と接続され、そのゲート端子３４３で制御信号３４４を受ける。これらのトランジスタは、ある時間で画素エレメントと接続し、同じまたは異なる時間で他の画素エレメントを分離するスイッチングを提供して、小さな電圧、電流、電荷及び／又はフォトンカウントについての厳しい管理、制御及び／又は測定が正確に精密に行えるようにしている。ＴＦＴのソースおよびドレイン端子の意義は、ＴＦＴトランジスタに用いられるｎ型またはｐ型の材料に応じて反転させても構わないことに留意する。
【０１１７】
説明した回路のあるエレメントが、画素エミッタ、フォトン束積分器の動作、測定および較正の動作に協力し関与するとともに、幾つかの適切なカテゴリーは、本発明の理解する態様における読み出し器を支援するために開発してもよいが、これらのカテゴリー化は、本発明の範囲を限定するために適用すべきない。本明細書で詳細に説明したように、説明した回路のエレメントは、ある場合には１つ以上のカテゴリーに関与し、別の場合には必ずしもそうでない。これを考慮すると、駆動ＴＦＴ  Ｔ１、蓄積キャパシタＣ１、パワー制御ＴＦＴ  Ｔ２およびダイオードＤ１は、主としてＯＬＥＤダイオードエミッタの動作に関与することができ、センサＳ１、センサキャパシタＣ２およびセンサＴＦＴ  Ｔ３は、主として積分フォトン束測定の決定や発生の動作に関与し、本実施形態での電圧コンパレータＶＣ１、Ｖｃａｐ  ＴＦＴ  Ｔ４  ３４０は、主として積分フォトン束測定の読み出しと、その測定値と参照値との間の差の決定に関与して、補正は、測定した積分フォトン束で示されるように、画素エミッタ輝度を調整するために適用することができる。
【０１１８】
図１１での回路エレメントの一般的な接続関係および連結性について説明したが、その動作に注目して、本発明の追加の態様および利点がより良く理解されるであろう。典型的には１０〜１５Ｖの範囲である電源電圧（ＶＰＳ）がラインＬ１  ３０１に印加され、ＯＬＥＤ  Ｄ１  ３３６の電源およびセンサキャパシタＣ２  ３２７の充電源の両方として機能する。本発明は、何れか特定の範囲に限定されず、より高く、より低い電圧がデバイス特性に適合するように使用できる。このとき、ライン選択電圧（ＶＬＳ）がラインＬ２  ３０２に印加されて、データ駆動ＴＦＴ  Ｔ１  ３０１をオンにする。同時に、画像電圧として表示、参照されるべき画像を表現する画像電圧（ＶＩＭ）がラインＬ３  ３０３に印加され、データ駆動ＴＦＴ  Ｔ１  ３０１がオン（または導通）となることにより、この画像電圧（ＶＩＭ）が、ＴＦＴ  Ｔ１によって、パワー制御ＴＦＴ  Ｔ２  ３２０および蓄積キャパシタＣ１  ３１４へ供給される。これにより、デバイス電流（ＩＤ１）がＴＦＴ  Ｔ２  ３２０によってＯＬＥＤ  Ｄ１  ３３６へ供給され、画像が必要とする適切な発光（ＥＣＡＬＣ）として計算される特定の発光レベルが、ＯＬＥＤ  Ｄ１  ３３６から放出される。ディスプレイが、製造者によって新たに調整される場合、画像電圧は、補正画素／ＯＬＥＤ発光値を生成することになる。一実施形態では、最適な光学結合のために、センサＳ１  ３２４は、ＯＬＥＤ  Ｄ１  ３３６の半導体アノード側と接触するように物理的に配置され、センサＳ１が、発光の際にＯＬＥＤにより放出された光の少なくとも一部を集めたり遮るようになり、好ましくは、可能な限り多くのフォトンを集めて、積分フォトンカウントおよび信号強度を改善する。輝度に関して、本実施形態では、センサＳ１は、ＯＬＥＤ画素が放出するのと同じまたは実質的に同じ輝度を受光している。理由は、画素（画素のセンサ部分）に当たる束密度が、画素（画素のエミッタ部分）により放出される束密度と同じであり、全体として、この部分が、好ましくは（必須ではない）、接触しているからである。（他の実施形態は、センサＳ１を、有用なセンサ信号を提供するのに充分な光を集めたり遮るように、ＯＬＥＤ近くに物理的に配置しているが、ＯＬＥＤ  Ｄ１のアノード側とは接触していない。）一実施形態では、センサＳ１は、ＯＬＥＤエミッタにより放出されるフォトン束密度が増加すると抵抗値が減少する光抵抗性（または光導電性）センサである。
【０１１９】
秒当り６０フレーム（ｆｐｓ）で１６．７ｍｓのフレーム期間（ＴＦＲ）に、ＯＬＥＤ  Ｄ１  ３３６  から放出される光はセンサＳ１  ３２４に当たって、センサＳ１  ３２４の抵抗成分（ＲＳ１）３４７を光（フォトン）の放出密度に比例して減少させる。表示フレーム時間のときは、センサキャパシタＣ２  ３２７が、ＴＦＴ  Ｔ４  ３４０によりセンサラインを通じて所定の電圧に充電され、キャパシタ充電電源（Ｖｃａｐ）は、センサＳ１  ３２４を通じて放電される。フレーム期間およびフレーム時間中のセンサＳ１の平均抵抗値（Ｒａｖｅ）３４８は、センサキャパシタＣ２により放電される電荷量を決定する。センサキャパシタＣ２での電圧は、Ｇ２  ３０６でのグランド電圧に向かって動く。センサキャパシタＣ２により放電される電荷量は、重要なパラメータである。理由は、これが、センサキャパシタＣ２  ３２８とセンサＴＦＴ  Ｔ３の端子３３１との間に接続された読み出し較正電圧ノードでの電圧（ＶＣＡＬ）を制御または決定するからである。従って、ＯＬＥＤ  Ｄ１からのフォトン束発光が大きくなると、センサＳ１の抵抗値が低くなり、フレーム時間においてより多くの電流が放電され、読み出し時間でセンサキャパシタＣ２が測定されるときに、センサキャパシタＣ２に残留する電圧が低くなる。この読み出し較正電圧は、補正を決定する回路または他の論理回路に送られる読み出し値となる。この補正は、通常動作中のディスプレイの均一性およびカラーバランスを較正し維持するために用いられる。（本発明の異なる実施形態では、本明細書中で他に説明した異なる読み出し回路を提供している。）センサキャパシタＣ２とセンサＴＦＴ  Ｔ３との間の読み出し較正電圧ノードで測定された電圧が低くなると、センサＳ１によって検出され遮られるフォトン束（画素輝度）がより多くなる点に注意することが重要である。
【０１２０】
一実施形態では、第２のセンサＳ２  ３７４が、センサキャパシタＣ４  ３７７と並列接続され、第２の別個のフォトン束積分器を形成している。センサＳ２とセンサキャパシタＣ４との並列結合は、一方のノード３７６でグランドＧ１  ３０５に接続され、他方のノード３７５でＴＦＴ  Ｔ５  ３１０のドレインに接続される。トランジスタＴ５のゲート３７３は、ラインＬ５  ３９０からの入力を受けるとともに、Ｔ５のソース端子３７２は、ラインＬ６と接続して、検知信号をタッチ回路３８６の相互インピーダンス増幅回路へ伝送される。タッチ回路（または光入力検出回路）の出力は、サンプルホールド回路へ伝送される。入力３８６のためのこのタッチまたは光検知回路は、フィードバック回路３５６と実質的に同じように動作し、ここでは別に詳細には説明していない。
【０１２１】
図１１での回路は、ここでは、米国特許出願番号１１／０１５６３８でのフォトン積分回路を持つフィードバックシステムとは主として下記の点で相違しており、ここでは２つのフォトン積分回路が存在し、第２のフォトン積分回路は、第２のタッチ／ペンライトセンサＳ２および、タッチ／ペンライトセンサ用の第２のタッチ／ペンライトセンサキャパシタＣ４を含み、ＯＬＥＤ発光センサＳ１およびＯＬＥＤ発光センサを含む単一のフォトン積分回路ではない。第１のフォトン積分回路は、ＯＬＥＤ発光動作の検知を提供し、第２のフォトン積分回路は、タッチ／ペンライトの検知を提供している。
【０１２２】
他の相違点は、水平ラインＬ５が追加されて、トランジスタＴ１，Ｔ３から独立してトランジスタＴ４を制御して、タッチセンサＳ２の読み出しを可能にするＴＦＴ  Ｔ４を制御している点である。垂直導電ラインＬ６もまた、タッチセンサ専用の読み出しラインとして追加されている。図１１の実施形態はまた、センサＳ１，Ｓ２の両方からデータを読み出すために用いられる電荷増幅器を提供する。
【０１２３】
動作中は、１０Ｖ（または他の所望の充電電圧）が電荷増幅器ＣＡ１，ＣＡ２の正のリード端子に印加される。この動作により、産業で良く知られているように、１０ＶがラインＬ４，Ｌ５に現れるようになる。ノードＰ３，Ｐ４で現れる電圧はゼロに近く、オフセット電圧と称される。Ｔ３，Ｔ４のゲート端子がハイになり、即ち、ラインＬ２とラインＬ５が通電されると、トランジスタＴ３，Ｔ４が１０Ｖに再充電（またはリセット）される。これを行うのに必要な電荷量は、電荷増幅器のキャパシタＣ３，Ｃ５から除去され、電荷増幅器ＣＡ１，ＣＡ２の負のリード上の電圧を降下させる。これらの条件下で、電荷増幅器ＣＡ１，ＣＡ２の正と負のリード間の電圧差が存在するため、この差にオフセット電圧を加えたものと等しい電圧がノードＰ３，Ｐ４に現れる。この電圧は、更なる処理のためにサンプルホールド回路へ送られる（サンプルホールド回路は、産業で周知であり、ここでは更に詳細には図示、説明しない）。
【０１２４】
本発明は、画素エミッタ輝度のフィードバック制御用、そしてタッチまたは光入力の検知用に用いられる、同じセンサ（Ｓ１）、センサキャパシタ（Ｃ２）およびフォトン束積分回路のエレメントを提供する構造および方法を含むことは、前述した説明から理解されよう。本発明はまた、別々のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）、センサキャパシタ（Ｃ２，Ｃ４）および別々のフォトン束積分回路のエレメントが、画素エミッタ輝度のフィードバック制御用およびタッチまたは光入力の検知用に用いられる実施形態を含む。２つのセンサの実施において、装置および方法は、ディスプレイ画素フォトン放出を検知するため、および画素輝度を示す積分フォトン束を発生するための複数の第１検知エレメントと、外部タッチ入力および外部光入力の少なくとも１つを検知するため、および入力を示す信号を発生するための複数の第２検知エレメントと、を提供する。２つの別個のフォトン束積分器の使用は、蓄積したフォトン束に関連した電圧、電流または電荷を読み出す時間での追加の自由度(flexibility)の機会を提供する。単一のセンサおよび検知キャパシタの実施形態では、別々の測定は、通常、非オーバーラップ期間のとき行うことができる。
【０１２５】
本発明の多くの実施形態について説明したが、一実施形態は、複数の画素を有するタイプの発光画素ディスプレイ装置であって、各画素が、発光デバイスおよびディスプレイ画素を駆動するための駆動信号を発生する駆動回路を有し、発光画素ディスプレイ装置は、少なくとも１つのフォトンセンサが、ディスプレイ装置の画素内に配置され、画素内でのエミッタにより放出されたフォトンおよびディスプレイ装置の外部の光源により放出された周囲フォトンを検知するように動作し、検知した内部発光フォトンは、ディスプレイ輝度フィードバック制御用であり、検知した周囲フォトンは、外部光源またはディスプレイへ入力される影を検出するために用いられることを特徴としたものを提供することは、これまでの説明の観点から明らかであろう。
【０１２６】
本発明はまた、積分輝度および入力センサを有する方法、ディスプレイ、画素構造および発光画素デバイスであって、画素デバイスは、発光デバイスと、該発光デバイスを、画像電圧に対応して予め定めた輝度に駆動し、フレーム時間の際に駆動電流を発光デバイスに印加する画素エミッタ駆動回路と、入射フォトン束の変化に応答して電気的特性の変化を示す少なくとも１つのフォトセンサであって、（ｉ）発光デバイスが発光状態にある場合、測定可能なフォトン束を遮って、（ｉｉ）発光デバイスが発光状態でない場合、画素外の光源からの測定可能なフォトン束を検出するように、発光デバイス近傍に配置されたフォトセンサと、少なくとも１つの電圧、電流および電荷の読み取り回路であって、（ｉ）フォトセンサ装置によって発生した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷を、非発光状態での非発光時間の第１部分の終わりに測定し、測定した第１の電圧、第１の電流または第１の電荷は、該期間の第１部分における画素外の光源から放出された測定輝度の表示であり、（ｉｉ）フォトセンサ装置によって発生した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷を発光状態での発光時間の第２部分の終わりに測定し、測定した第２の電圧、第２の電流または第２の電荷は、該期間の第２部分における画素から放出された測定輝度の表示であるようにした読み取り回路とを含むものを提供することは、これまでの説明の観点から明らかであろう。
【０１２７】
図１２を参照して、例示的なＯＬＥＤ画素５０１を断面で図示しており、ＯＬＥＤ材料の一部が、逆バイアスのセンサまたはフォトダイオードとして用いられる。ＯＬＥＤ画素の構造は、画素輝度安定化用にＯＬＥＤ発光および周囲光の両方を測定する目的のために、逆バイアスダイオードとして用いてもよい。（図１２に示した実施形態は、上部エミッタ構造であるが、その代わりに、ここで説明した構造および原理に従って底部エミッタ構造で構成してもよい。）ブラックカソード層５１０は、円で示すように、ＯＬＥＤダイオード構造５２０の両側で中断されていることに留意する。これは、ＯＬＥＤダイオード５２０のカソード５１０が、発光ＯＬＥＤ部分５３０から独立してバイアス印加が可能になる。
【０１２８】
ＯＬＥＤを発光させるために、ＯＬＥＤ画素は、順方向にバイアスが印加され、この順方向バイアスにより、ホール電流がホール輸送層（ＨＴＬ）５１４に流れ（図１４を参照）、電子電流が電子輸送層（ＥＴＬ）５１２に流れ、再結合層５１３において結合する。電子電流５４０およびホール電流５４１が結合すると、光がフォトン５４２の形態で生成され、その波長（色）は、ホールと電子の間のエネルギー差に依存する。
【０１２９】
本実施形態では、上部層はカソード５１０であり、この例では、カソード５１０は、ゼロボルトのバイアスが印加され、画素構造５０１の発光部分５３０および検知部分５２０の両方に共通である。次のＥＴＬ層５１２もまた、発光部分５３０および検知部分５２０の両方に共通である。電子輸送層は、再結合層５１３に続いており、そこでは、光５４２の放出が、電子輸送層（ＥＴＬ）５１２からの電子とホール輸送層（ＨＴＬ）５１４からのホールとの再結合により発生する。次の下の層は、ホール輸送層（ＨＴＬ）５１４である。この例示的実施形態では、２つの別々のインジウム錫酸化物ＩＴＯ層５１５，５１６が存在する。ＯＬＥＤの発光部分でのＩＴＯ電極５１６は、順バイアス電圧（本実施形態では、＋６Ｖの順バイアス電圧）を有し、ＯＬＥＤを順バイアスして発光モードにする。一方、ＯＬＥＤの検知部分でのＩＴＯ電極５１５は、逆バイアス（本実施形態では、−１０Ｖの逆バイアス電圧）を有し、検知部分を逆バイアスしている。いずれのダイオードにおいて、逆バイアスされると、広い空間電荷領域が生成される。フォトンが空間電荷領域に入ると。ホールと電子が発生して、空間電荷領域で生成した高い電界により、すぐに反対方向に運び去られる。これにより、空間電荷領域に入ったフォトン束に依存した大きさのフォトン電流が生ずる。このフォトン発生電流は、束積分キャパシタＣ２を充電するために用いられ、例えば、共に係属中の米国特許出願番号１１／０１６３７２、２００４年１２月１７日出願、名称「アクティブマトリクスィスプレイおよびフィードバック安定化フラットパネルディスプレイ用の画素構造」で記載された方法が用いられ、この出願は参照によりここに組み込まれる。
【０１３０】
図１３は、例えば、図１２の画素領域５２０に対応したセンサなど、例示的なＯＬＥＤダイオードセンサについての画素回路の概略を示す。ＯＬＥＤデバイスは、フォトンエミッタおよびフォトンセンサの両方として使用してもよい。この場合、センサライン５５０は、ＴＦＴ  Ｔ３を通じて負のセンサ電圧を供給する。この特定の例では、負の電圧が−１０Ｖであるが、異なる電圧でも構わない。逆ダイオードＤ２が、キャパシタＣ２に接続されているため、ダイオードＤ２はキャパシタＣ２をグランドへ放電するようになる。Ｄ２がキャパシタＣ２を放電するレートは、ＯＬＥＤ発光ダイオードＤ１から検知ダイオードＤ２で受けるフォトン（輝度）に依存する。従って、フレーム積分時間後にキャパシタＣ２に残留する電圧は、フレーム時のダイオードＤ１（または他の検知エレメント）の平均輝度レベルに対応している。
【０１３１】
ＯＬＥＤが光を放出するために、ＯＬＥＤは順バイアスが印加され、図１４に示すように、ホールおよび電子の電流がＯＬＥＤ構造の発光層に流れ込むようになる。これは、図１４のＯＬＥＤエミッタ部分において生ずる。再結合エリアにおいて、ホールおよび電子の電流が結合すると、光が発生する。フォトン発光は、実質的にランダムで全方向に拡散し、一部は、図１４のＯＬＥＤセンサ部分の空間電荷領域に対して側方に再結合エリアから出る。フォトンが空間電荷領域に入ると、電子／ホール対が発生して、既述したホール光電流および電子光電流に分離される。キャパシタＣ２は、−１０Ｖに予め充電されているフォトン積分器キャパシタである。これは、ＯＬＥＤを逆バイアスする電荷である。光電流が発生すると、キャパシタＣ２での電荷を減少させる。理由は、正のフォトンホール電流がキャパシタＣ２の負側に進行し、負の光電子電流がキャパシタＣ２の正側に進行するためである。その結果、Ｃ２での全ての電荷が、光発生電流によって打ち消し合うようになる。キャパシタＣ２のサイズは、通常、ダイオードＤ１からの最大輝度がキャパシタＣ２の９０％放電になるように設計される。従って、ダイオードＤ１によって放出される階調(grayscale)輝度の全レベルが、階調ゼロのフル充電と階調２５５の間のいずれかで、キャパシタＣ２に電荷を残すようになる。実際には、この９０％放電レベルが上手く作動するが、その代わりに他の放電レベルを採用してもよく、対応した階調範囲を生成するようになる。
【０１３２】
図１５を参照して、センサ、フォトン束積分器、およびセンサ読み出し用の電荷増幅回路の図示に加えて、バイアス印加された暗シールドゲートおよび暗シールドバイアスラインを有するセンサ画素回路の実施形態を示している。ここでは単一センサの実施を図示しているが、図１１の実施形態に類似して、二重(dual)または複数のセンサ構成を設けてもよい。
【０１３３】
前述の説明は、説明の目的で、特定の学術用語を用いて、本発明の完全な理解を提供している。しかしながら、特定の詳細が、本発明を実用化するためには必要でないことは当業者に明らかであろう。他の例では、根本的な発明から不必要な散漫を避けるために、周知の回路およびデバイスをブロック図や概略的形態で示している。こうして本発明の特定の実施形態の前述の説明が、図示および説明のために提示されている。これらは、本発明を、徹底して、開示した正確な形態に限定することは意図しておらず、上記の技術の見地から、明らかに多くの変更および変形が可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実用的応用を最も良く説明するために、選択し説明しており、これにより、当業者は、想定される特定の使用に適合するように、種々の変更を伴って本発明および種々の実施形態を利用できる。本発明の範囲は、下記の請求項およびそれらの等価物によって規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】ガラス基板上の光センサアレイと整列した、ガラス基板上のＯＬＥＤ画素アレイの一実施形態を示す図である。
【図２】パッシブセンサアレイ（黒線）がＯＬＥＤアレイの上部に整列した、パッシブ駆動されるＯＬＥＤ（破線）の一実施形態を示す図である。
【図３】ペンライトのレーザポインタがアレイ状のセンサの１つを活性化している、センサアレイの一実施形態を示す図である。
【図４】周囲光に対して露出し、指またはスタイラスなどの光学的に高濃度の物体によって影が付けられた、センサアレイの一実施形態を示す図である。
【図５】赤色ＬＥＤまたはレーザペンライトが、赤色フィルタを通してアレイ状のセンサを露光している、センサアレイの一実施形態を示す図である。
【図６】ガラスプレートを用いて、赤色光をガラスプレートの一端に導入する赤色ＬＥＤを有し、スタイラスが赤色フィルタを通して赤色光を散乱させて、アレイ状の１つのセンサを活性化するようにした、センサアレイの一実施形態を示す図である。
【図７】列の全長に延びるセンサおよび行の全長に延びる列センサに対して直交する一組の追加センサを使用し、赤色ペンライトが１つの列および１つの行を活性化して、ペンライトの場所が決定されるようにした、センサアレイの一実施形態を示す図である。
【図８】上部発光ＯＬＥＤ画素構造の一実施形態を示す図である。
【図９】底部発光ＯＬＥＤ画素構造の一実施形態を示す図である。
【図１０】背景周囲光を阻止する光ブロック暗シールドにおける孔を持つ、底部発光ＯＬＥＤ画素構造の一実施形態を示す図である。
【図１１】センサ、フォトン束積分器、センサ読み取りに用いられる電荷増幅回路を示す２つのセンサ画素回路の一実施形態を示す図である。
【図１２】タッチセンサについての発光光および周囲光の両方のためのセンサとして、逆バイアスダイオード光検出器としてＯＬＥＤ材料を利用した上部発光ＯＬＥＤ画素構造の一実施形態を示す図である。
【図１３】逆バイアスＯＬＥＤ光ダイオードについての概略を特に示す画素回路構成の一実施形態を示す図である。
【図１４】バイアス印加の態様を含むＯＬＥＤデバイスの概略を示す図である。
【図１５】センサ、フォトン束積分器、センサ読み取りに用いられる電荷増幅回路に加えて、バイアスされた暗シールドゲートおよび暗シールドバイアスラインを有するセンサ画素回路の一実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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