ПАНЕЛЬ ОТОБРАЖЕНИЯ СО ВСТРОЕННЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ ДАТЧИКАМИ И УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ
DISPLAY PANEL WITH BUILT-IN OPTICAL SENSORS AND DISPLAY DEVICE BASED ON SAID PANEL

Область техники
Настоящее изобретение относится к панели отображения со встроенными оптическими датчиками, которая содержит фотодетекторные элементы, например фотодиоды, расположенные в пикселях, и которую можно использовать в качестве сканера или сенсорной панели, а также к устройству отображения на ее основе.
Предшествующий уровень техники
Известно устройство отображения с функцией захвата изображения, которое может захватывать изображение объекта, находящегося вблизи с ним, благодаря включению в его состав фотодетекторных элементов, например фотодиодов, находящихся в пиксельной области (см., например, документ JP 2007-81870А). Фотодетекторные элементы, находящиеся в пиксельной области, сформированы на подложке активной матрицы одновременно с созданием таких хорошо известных составляющих элементов, как линии передачи сигнала, линии опроса, тонкопленочные транзисторы (TFT) и пиксельные электроды, с использованием хорошо известной технологии производства полупроводниковых приборов. Предполагается, что такие устройства отображения с функцией захвата изображения используются в качестве устройств отображения для двусторонней связи и устройств отображения с функцией сенсорного ввода.
В общем случае выходной сигнал таких фотодетекторных элементов, как фотодиоды, включает в себя компоненты помех из-за влияния факторов различного типа, например изменения температуры окружающей среды и паразитной емкости проводных соединений, по которым передается сигнал. В частности, в случае фотодиодов выходной ток изменяется в соответствии с изменениями окружающей температуры. Исходя из этого, в упомянутом выше Патентном документе раскрывается конфигурация, в которой для детектирования компонентов шума установлены светозащищенные датчики за пределами пиксельной области. Светозащищенные датчики идентичны фотодетекторным элементам, находящимся в пиксельной области, но их рабочие поверхности, принимающие свет, защищены таким образом, чтобы свет на них не падал. Так как эти рабочие поверхности, принимающие свет, защищены от света, флуктуации в выходном сигнале от светозащищенных датчиков характеризуют компоненты шума, возникающие в результате изменений температуры окружающей среды и из-за влияния других факторов. Соответственно, коррекция выходного сигнала фотодетекторных элементов, находящихся в пиксельной области, с использованием выходного сигнала светозащищенных датчиков позволяет получить выходной сигнал датчика, в котором уменьшено влияние компонентов шума.
В известном устройстве отображения, описанном в документе JP 2007-81870А, светозащищенные датчики предусмотрены за пределами области отображения вдоль, по меньшей мере, одной из четырех сторон этой области, как показано на фиг.1, 3 и 5 в этом документе. Как следствие, выходные сигналы светозащищенных датчиков используются для коррекции сигналов изображения от датчиков захвата изображения, расположенных в тех же строках или столбцах. Например, в конфигурации, показанной на фиг.1 документа JP 2007-81870А, выходной сигнал от светозащищенного датчика, расположенного в первой строке, вычитается из сигнала изображения от датчика захвата изображения, расположенного в первой строке области отображения, что позволяет получить сигнал изображения, из которого удалены компоненты шума.
Однако распределение температуры в области отображения не обязательно является равномерным. Например, основными источниками тепла в устройстве отображения являются источник света задней подсветки и управляющие схемы (усилители и т.д.). Если говорить более конкретно, градиент температур в области отображения соответствует, например, расстоянию от источников тепла и различиям в теплопроводности составляющих элементов. По этой причине, в общем случае, датчики захвата изображения, находящиеся в непосредственной близости от этих источников тепла, легко подвержены влиянию тепла, созданного данными источниками. С другой стороны, источники тепла мало влияют на датчики захвата изображения, находящиеся на большем удалении от этих источников. Кроме того, в случае использования панели отображения со встроенными оптическими датчиками в качестве сенсорной панели, если температура пальца выше температуры поверхности панели, то температура места, которого касается палец, станет выше температуры тех мест, которых палец не касается. И наоборот, если температура пальца ниже температуры поверхности панели, то температура места, которого касается палец, станет ниже температуры тех мест, которых палец не касается. Таким образом, упомянутое выше известное устройство отображения обладает тем недостатком, что компоненты шума нельзя точным образом удалить в случаях, когда, например, расстояние от источника тепла до датчика захвата изображения, являющегося целью для коррекции, отличается от расстояния от источника тепла до светозащищенного датчика, или палец касается места над датчиком захвата изображения, но не касается места над светозащищенным датчиком. Кроме того, существует проблема, заключающаяся в следующем: так как паразитная емкость проводных соединений и тому подобного также является частью компонентов шума, то компоненты шума, порожденные паразитной емкостью проводных соединений, нельзя точным образом удалить, просто вычитая выходной сигнал от светозащищенного датчика из сигналов изображения от датчиков захвата изображения, длины проводных соединений от выходного контакта датчика для которых различаются.
Краткое изложение сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание панели отображения с встроенными оптическими датчиками, которая позволяет точным образом удалять компонент шума в сигнале изображения от датчика захвата изображения в области отображения, без влияния на это расстояния от источника тепла, либо расстояния от зоны касания пальца или от выходного контакта датчика, а также создание устройства отображения на ее основе.
Для достижения указанной выше задачи, согласно настоящему изобретению предложена панель отображения со встроенными оптическими датчиками, содержащая подложку активной матрицы, имеющую пиксельную область, в которой пиксели размещены в матрице, причем оптические датчики сформированы, по меньшей мере, в части пиксельной области, при этом среди оптических датчиков в пиксельной области, имеются датчики захвата изображения и светозащищенные датчики, которые защищены от света, при этом панель отображения со встроенными оптическими датчиками дополнительно содержит схему коррекции, которая корректирует выходной сигнал датчиков создания изображения с использованием выходного сигнала светозащищенных датчиков. Отметим, что схема коррекции может быть расположена внутри панели (на подложке активной матрицы), либо может быть расположена снаружи панели.
Панель отображения информации со встроенными оптическими датчиками согласно настоящему изобретению позволяет точным образом удалять компонент шума, имеющийся в сигнале изображения от датчика захвата изображения, без влияния на это расстояния от источника тепла, либо расстояния от зоны касания пальца или от выходного контакта датчика, а также предлагается устройство отображения на ее основе.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 - структурная схема подложки активной матрицы, которая включена в состав панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
фиг.2А - вид сверху воспринимающего пикселя в пиксельной области;
фиг.2В - вид в поперечном сечении по стрелке А-А' на фиг.2А;
фиг.3А - вид сверху пикселя со светозащищенным датчиком, находящегося в пиксельной области;
фиг.3В - поперечное сечение по стрелке плоскостью А-А' на фиг.3А;
фиг.4 - эквивалентная схема оптического датчика, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
фиг.5 - принципиальная схема примерного расположения воспринимающих пикселей и пикселей со светозащищенным датчиком в одном из вариантов реализации настоящего изобретения;
фиг.6А - принципиальная схема схемы коррекции выходного сигнала датчика, поступающего от воспринимающих пикселей, при расположении пикселей, показанном на фиг.5;
фиг.6В - временная диаграмма, на которой приведены моменты включения/выключения переключателей, показанных на фиг.6А.
фиг.7А - вид в разрезе панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
фиг.7В - вид в разрезе панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
фиг.8 - принципиальная схема другого примерного расположения воспринимающих пикселей и пикселей со светозащищенным датчиком в одном из вариантов реализации настоящего изобретения;
фиг.9 - принципиальная схема примерной конфигурации схемы коррекции выходного сигнала датчика, поступающего от воспринимающих пикселей, при расположении пикселей, показанном на фиг.8;
фиг.10 - принципиальная схема еще одного примерного расположения воспринимающих пикселей и пикселей со светозащищенным датчиком в одном из вариантов реализации настоящего изобретения;
фиг.11 - принципиальная схема примерной конфигурации схемы коррекции выходного сигнала датчика, поступающего от воспринимающих пикселей, при расположении пикселей, показанном на фиг.10;
фиг.12 - принципиальная схема еще одной примерной конфигурации схемы коррекции выходного сигнала датчика, поступающего от воспринимающих пикселей, при расположении пикселей, показанном на фиг.10;
фиг.13А - вид сверху пикселя со светозащищенным датчиком, находящегося в пиксельной области;
фиг.13В - вид в поперечном сечении по стрелке плоскостью А-А' на фиг.3А.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Панель отображения со встроенными оптическими датчиками по одному из вариантов реализации настоящего изобретения представляет собой панель отображения со встроенными оптическими датчиками, содержащую подложку активной матрицы, имеющую пиксельную область, в которой пиксели размещены в матрицу, причем оптические датчики сформированы, по меньшей мере, в части пиксельной области, при этом среди оптических датчиков, расположенных в пиксельной области, имеются датчики захвата изображения и светозащищенные датчики, которые защищены от света, и панель отображения со встроенными оптическими датчиками дополнительно содержит схему коррекции, которая корректирует выходной сигнал датчиков захвата изображения с использованием выходного сигнала светозащищенных датчиков. Схема коррекции может быть расположена внутри панели (на подложке активной матрицы), либо может быть расположена снаружи панели.
Кроме того, в панели отображения информации со встроенными оптическими датчиками, соответствующей варианту реализации настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы светозащищенные датчики располагались в пиксельной области в заранее определенном порядке, и схема коррекции корректирует выходной сигнал датчиков захвата изображения с использованием выходного сигнала светозащищенных датчиков, расположенных в пределах заранее определенного диапазона в непосредственной близости от датчиков захвата изображения.
В панели отображения информации со встроенными оптическими датчиками, соответствующей упомянутому варианту реализации настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы светозащищенные датчики располагались в пиксельной области в заранее определенных строках или столбцах, и схема коррекции корректирует выходной сигнал датчиков захвата изображения с использованием выходного сигнала светозащищенных датчиков, расположенных в заранее определенных строке или столбце в непосредственной близости от датчиков захвата изображения.
В панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей упомянутому варианту реализации настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы датчики захвата изображения и светозащищенные датчики располагались в пиксельной области в чередующихся столбцах, и схема коррекции корректирует выходной сигнал датчиков захвата изображения с использованием выходного сигнала светозащищенных датчиков, расположенных в соседнем столбце относительно датчиков захвата изображения.
В панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей упомянутому варианту реализации настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы датчики захвата изображения и светозащищенные датчики располагались в пиксельной области в чередующихся строках, и схема коррекции корректирует выходной сигнал датчиков захвата изображения с использованием выходного сигнала светозащищенных датчиков, расположенных в соседней строке относительно датчиков захвата изображения.
В панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей упомянутому варианту реализации настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы датчики захвата изображения и светозащищенные датчики располагались в пиксельной области с чередованием как в направлении по строкам, так и в направлении по столбцам, и схема коррекции корректирует выходной сигнал датчиков захвата изображения с использованием выходного сигнала, по меньшей мере, от любого из светозащищенных датчиков, расположенных рядом с датчиками захвата изображения.
Ниже приведено описание конкретных вариантов реализации настоящего изобретения со ссылками на чертежи. Отметим, что хотя в приведенных далее вариантах реализации настоящего изобретения описана примерная конфигурация, согласно которой устройство отображения, соответствующее изобретению, воплощено в виде устройства отображения на основе жидких кристаллов, устройство отображения, соответствующее настоящему изобретению, не ограничивается устройством отображения на основе жидких кристаллов и может представлять собой любое устройство отображения, в котором используется подложка активной матрицы. Отметим, что из-за наличия функции захвата изображения предполагается, что устройство отображения, соответствующее настоящему изобретению, используется в качестве устройства отображения с сенсорной панелью, в котором операции ввода данных выполняются путем детектирования объекта, находящегося поблизости от экрана, в качестве сканера, который считывает изображение документа или тому подобного, который размещен на экране, в качестве устройства отображения для двусторонней связи, которое снабжено функцией отображения и функцией создания изображения, и т.п.
Кроме того, для удобства чертежи, на которые далее в описании производится ссылка, упрощены таким образом, чтобы продемонстрировать из числа всех элементов, входящих в состав вариантов реализации настоящего изобретения, только основные элементы, необходимые для раскрытия настоящего изобретения. Таким образом, устройство отображения, соответствующее настоящему изобретению, может включать в себя любые составляющие его элементы, не показанные на чертежах, на которые производится ссылка в представленном описании. Кроме того, не соблюдается точное соответствие размеров элементов, приведенных на чертежах, реальным размерам составляющих элементов, соотношение между размерами элементов и т.п.
Вариант 1
Сначала со ссылкой на фиг.1 и 2 рассмотрим конфигурацию панели отображения со встроенными оптическими датчиками, которая включена в состав устройства информации на основе жидких кристаллов, соответствующего варианту 1 реализации настоящего изобретения.
На фиг.1 показана структурная схема подложки 100 активной матрицы, которая включена в состав панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей данному варианту реализации настоящего изобретения. Подложка 100 активной матрицы содержит на стеклянной подложке (не показана), по меньшей мере, пиксельную область 1, в которой пиксели размещены в матрицу, схему 2 управления затворами устройства отображения, схему 3 управления истоками устройства отображения, схему 4 управления столбцами датчиков и схему 5 управления строками датчиков. Кроме того, с подложкой 100 активной матрицы через разъем гибкой печатной платы (FPC-разъем) и гибкую печатную плату (плату FPC) (не показаны) соединена схема 8 обработки сигнала, предназначенная для генерации сигнала для управления пикселями, находящимися в пиксельной области 1, а также для обработки выходного сигнала от оптического датчика 11, находящегося в пиксельной области 1.
Упомянутые выше составляющие элементы на подложке 100 активной матрицы могут также быть изготовлены как единое целое на стеклянной подложке с использованием технологии производства полупроводниковых приборов. В качестве альтернативы возможна конфигурация, при которой усилители и схемы управления из числа упомянутых составляющих элементов выполняют на стеклянной подложке с использованием технологии монтажа кристалла на стекло (COG) или тому подобной. В качестве другой альтернативы, по меньшей мере, часть упомянутых составляющих элементов, показанных на фиг.1 находящимися на подложке 100 активной матрицы, может быть установлена на плате FPC.
Пиксельная область 1 представляет собой область, в которой множество пикселей размещено в матрице. В данном варианте реализации настоящего изобретения в каждом из пикселей, находящихся в пиксельной области 1, имеется один оптический датчик 11. Необходимо отметить, что пиксельная область 1 в данном варианте реализации настоящего изобретения содержит пиксели (далее называемые "воспринимающими пикселями"), сконфигурированные таким образом, чтобы на оптический датчик 11 падал свет, а также пиксели (далее называемые "пикселями со светозащищенным датчиком"), защищенные от света, в результате чего свет на оптический датчик 11 не падает.
На фиг.2А показан вид сверху воспринимающего пикселя 12S, находящегося в пиксельной области 1. На фиг.2В показан вид в поперечном сечении плоскостью А-А' на фиг.2А. Воспринимающий пиксель 12S образован тремя элементами изображения, а именно красным элементом изображения, зеленым элементом изображения и голубым элементом изображения. Красный элемент изображения содержит тонкопленочный транзистор 13R и пиксельный электрод 14R, который управляется тонкопленочным транзистором 13R. В слое выше пиксельного электрода 14R расположен фильтр красного цвета. Аналогичным образом зеленый элемент изображения содержит пиксельный электрод 14G, который управляется тонкопленочным транзистором 13G, и в слое выше пиксельного электрода 14G расположен фильтр зеленого цвета. Кроме того, голубой элемент изображения содержит пиксельный электрод 14B, который управляется тонкопленочным транзистором 13B, и в слое выше пиксельного электрода 14В расположен фильтр 32В голубого цвета (см. фиг.2В).
В пикселе 12, в голубом элементе изображения сформирован фотодиод 11а, являющийся фотодетекторным элементом оптического датчика 11. Кроме того, в зеленом элементе изображения сформирована схема 11b выходного сигнала (подробно описана ниже), предназначенная для обнаружения электрического заряда от фотодиода 11а, и генерации выходного сигнала датчика. Фотодиод 11а располагается на подложке 100 активной матрицы одновременно с тонкопленочными транзисторами 13R, 13G и 13В при помощи технологии производства полупроводниковых приборов для создания этих тонкопленочных транзисторов. Хотя на фиг.2А показана примерная конфигурация, при которой фотодиод 11а сформирован в голубом элементе изображения, а схема 16 выходного сигнала сформирована в зеленом элементе изображения, фотодиод 11а может быть сформирован в любом элементе изображения, находящемся в воспринимающем пикселе 12S.
Как показано на фиг.2В, фотодиод 11а сформирован на стеклянной подложке 21 подложки 100 активной матрицы таким образом, что между этими фотодиодом 11а и подложкой 21 находится светозащитный слой 22. Светозащитный слой 22 обеспечен, чтобы предотвратить попадание света на фотодиод 11а от задней подсветки (не показана), расположенной на обратной стороне стеклянной подложки 21.
На фиг.2В ссылочным номером 23 обозначен металлический затвор, а ссылочным номером 24 обозначена изолирующая пленка. Подложка 100 активной матрицы прикреплена к противоположной подложке 200, содержащей противоэлектрод 33 и ориентированную пленку 34, сформированную на всей его поверхности, и в зазоре между ними расположен жидкокристаллический материал (не показан). Противоположная подложка 200 содержит на стеклянной подложке 31 слой 32 цветного фильтра, который конфигурирован черной матрицей 32ВМ и фильтром 32В голубого цвета. Как показано на фиг.2А и 2В, в голубом элементе изображения черная матрица 32ВМ закрывает все области, кроме части апертуры пикселя и фотодиода 11а. Кроме того, как показано на фиг.2А, в красном элементе изображения и зеленом элементе изображения черная матрица закрывает все области, кроме части апертуры пикселя.
На фиг.3А показан вид сверху пикселя 12В со светозащищенным датчиком, находящегося в пиксельной области 1. На фиг.3В показан вид в поперечном сечении по стрелке А-А', показанной на фиг.3А. Сравнение фиг.2 и фиг.3 показывает, что пиксель 12В со светозащищенным датчиком отличается от воспринимающего пикселя 12S только тем, что фотодиод 11а сверху закрыт черной матрицей 32ВМ. Другие особенности конфигурации пикселя 12В со светозащищенным датчиком те же, что и у воспринимающего пикселя 12S. Как показано на фиг.3В, в связи с тем, что в пикселе 12В со светозащищенным датчиком фотодиод 11а сверху закрыт черной матрицей 32ВМ, свет, поступающий со стороны противоположной подложки 200, не падает на фотодиод 11а.
Далее со ссылками на фиг.1 и 4 будет описана конструкция и работа оптического датчика 11, имеющегося в каждом пикселе (воспринимающие пиксели 12S и пиксели 12В со светозащищенным датчиком), находящемся в пиксельной области 1. На фиг.4 показана структурная схема оптического датчика 11. Конструкция оптического датчика 11 является общей для воспринимающего пикселя 12S и пикселя 12В со светозащищенным датчиком, и, как показано на фиг.4, оптический датчик 11 содержит фотодиод D1 (фотодиод 11а, показанный на фиг.2 и 3), конденсатор С и предварительный усилитель М2 датчика. Если говорить более конкретно, конденсатор С и предварительный усилитель М2 датчика входят в состав схем 11b выходного сигнала, показанных на фиг.2А и 3А. Анод фотодиода D1 соединен со схемой 5 управления строками датчиков посредством линии RS сброса. Катод фотодиода D1 соединен с одним из электродов конденсатора С. Другой электрод конденсатора С соединен со схемой 5 управления строками датчиков посредством линии RW чтения сигнала. Отметим, что число пар линий RS сброса и линий RW чтения сигнала равно числу пикселей в направлении по строкам в пиксельной области 1.
Как показано на фиг.1 и 4, катод фотодиода D1 соединен с затвором предварительного усилителя М2 датчика. Исток предварительного усилителя М2 датчика соединен с линией Bline истоков для управления голубым элементом изображения (описан позднее). Сток предварительного усилителя М2 датчика соединен с линией Gline истоков для управления зеленым элементом изображения (описан позднее). Во время периода записи в элементы изображения переключатели SR, SG и SB, через которые передается выходной сигнал от схемы 3 управления истоками на линию Rline истоков для управления красным элементом изображения (описан позднее) и линии Gline и Bline истоков, замкнуты, а переключатели SS и SDD разомкнуты. Соответственно, сигналы изображения от схемы 3 управления истоками записываются в элементы изображения. С другой стороны, в течение заранее определенного периода (периода измерения) между периодами записи переключатели SR, SG и SB разомкнуты, а переключатель SS и переключатель SDD замкнуты. Переключатель SS соединяет сток предварительного усилителя М2 датчика и линию Gline истоков со схемой 4 управления столбцами датчиков. Переключатель SDD соединяет источник VDD постоянного напряжения с линией Bline. Отметим, что хотя на фиг.1 и 4 показан пример конфигурации, в которой линии Gline и Bline истоков также играют роль линий управления для предварительного усилителя М2 датчика, то, какие линии истоков используются в качестве линий управления для предварительного усилителя М2 датчика, является вопросом выбора разработчика. Кроме того, вместо линий истоков, дополнительно играющих роль линий управления для предварительного усилителя М2 датчика, возможна конфигурация, в которой для этого усилителя М2 может быть предусмотрена линия управления, отдельная от линий истоков.
В оптическом датчике 11 период восприятия начинается при подаче сигнала сброса от линии RS сброса. После начала восприятия потенциал VINT на катоде фотодиода D1 в воспринимающем пикселе 12S уменьшается в соответствии с количеством принятого света. После этого в момент подачи сигнала чтения от линии RW чтения сигнала потенциал VINT на катоде фотодиода D1 считывается, а затем усиливается предварительным усилителем М2 датчика. С другой стороны, как показано на фиг.3А и 3В, фотодиод D1 в пикселе 12В со светозащищенным датчиком защищен от света черной матрицей 32ВМ и поэтому колебания в потенциале VINT катода фотодиода D1 в пикселе 12В со светозащищенным датчиком отражают составляющую изменений в характеристиках фотодиода D1, которые соответствуют изменениям в температуре окружающей среды.
Выходной сигнал от предварительного усилителя М2 датчика (выходной сигнал датчика) посылается в схему 4 управления столбцами датчиков по линии Gline сигнала. Схема 4 управления столбцами датчиков дополнительно усиливает выходной сигнал датчика и выводит получаемый в результате выходной сигнал датчика в схему 8 обработки сигнала.
На фиг.5 показано расположение воспринимающих пикселей 12S (фиг.2А и 2В) и пикселей 12В со светозащищенным датчиком (фиг.3А и 3В) в пиксельной области 1 для данного варианта реализации настоящего изобретения. На фиг.5 каждый прямоугольник представляет собой один пиксель, состоящий из трех элементов изображения. Кроме того, на фиг.5 фотодиод 11а в каждом воспринимающем пикселе 12S для наглядности изображен в виде небольшого пустого прямоугольника, расположенного внутри прямоугольника, представляющего собой пиксель, а фотодиод 11а, который защищен от света, в каждом пикселе 12В со светозащищенным датчиком для наглядности изображен в виде небольшого заштрихованного прямоугольника, расположенного внутри прямоугольника, представляющего собой пиксель.
В пиксельной области 1 панели отображения информации со встроенными оптическими датчиками, соответствующей данному варианту реализации настоящего изобретения, пиксели размещены в m строк в вертикальном направлении и n столбцов в горизонтальном направлении. Пиксели 12В со светозащищенным датчиком расположены в столбцах с нечетными номерами (столбец 1, столбец 3, столбец 5,…), а воспринимающие пиксели 12S расположены в столбцах с четными номерами (столбец 2, столбец 4, столбец 6,…). При такой конфигурации выходной сигнал датчика, поступающий от пикселей 12S со светозащищенным датчиком, расположенных в столбце с нечетным номером, используется для удаления шума в выходном сигнале датчика, поступающего от воспринимающих пикселей 12S, находящихся в соседнем столбце с четным номером.
Здесь выходной сигнал датчика, поступающий от каждого пикселя, находящегося в пиксельной области 1, обозначен S(x,y), где x (x=1…n) представляет собой номер столбца, а y (y=1…m) представляет собой номер строки. В данном варианте реализации настоящего изобретения выходной сигнал S(2k,y) от воспринимающих пикселей 12S, находящихся в столбце с четным номером (столбец 2k), корректируется путем вычитания из выходного сигнала S(2k-1,y) от воспринимающих пикселей 12В, находящихся в столбце с четным номером (столбец 2k) выходного сигнала S(2k-1,y), от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, находящихся в столбце с нечетным номером (столбец 2k-1), который является соседним.
n/2
n/2
Как показано на фиг.6А, в данном варианте реализации настоящего изобретения имеются переключатели Sk (k=1…n/2) для последовательного выбора пары, состоящей из линии Gline истоков (фиг.1), работающей как линия выходного сигнала датчика пикселей 12В со светозащищенным датчиком, находящихся в столбце с нечетным номером (столбец (2k-1)), и линии Gline истоков, работающей как линия выходного сигнала датчика воспринимающих пикселей 12S, находящихся в соседнем столбце с четным номером (столбец 2k). Если говорить более конкретно, то переключатели S2, S3,… S (фиг.6В) находятся в разомкнутом состоянии, когда переключатель S1 замкнут, а когда затем замыкается переключатель S2, размыкаются переключатели S1, S3,… S. Таким образом, в соответствии с выбором строки, выполненным схемой 5 управления строками датчиков (фиг.1), из пикселей, находящихся на двух линиях Gline истоков, которые соединены с замкнутым переключателем Sk, в схему 4 управления столбцами датчиков выводятся выходные сигналы S(2k,y) и S(2k-1,y).
Как показано на фиг.6А, внутри схемы 4 управления столбцами датчиков имеется схема 41 вычисления и АЦП 42 (ADC, Analog-to-Digital Converter - Аналого-цифровой преобразователь). Схема 41 вычисления вычитает из выходного сигнала S(2k,y) датчика, поступившего от воспринимающих пикселей 12S, находящихся в столбце с четным номером (столбец 2k), выходного сигнала S(2k-1,y) датчика, поступившего от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, находящихся в соседнем столбце с нечетным номером (столбец (2k-1)), как описано выше. Результат вычитания преобразуется АЦП 42 в цифровой сигнал и затем выводится в схему 8 обработки сигнала (фиг.1).
Согласно данному варианту реализации настоящего изобретения, выходной сигнал датчиков, поступивший от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, находящихся в столбце с нечетным номером, вычитается из выходного сигнала датчиков, поступившего от воспринимающих пикселей 12S, находящихся в соседнем столбце с четным номером, что позволяет корректировать выходной сигнал датчиков воспринимающих пикселей 12S. Соответственно, удаление шума можно выполнить с использованием выходного сигнала от светозащищенного датчика, который расположен очень близко к воспринимающему пикселю 12S, являющемуся целью коррекции, что позволяет точным образом удалять компоненты шума в выходном сигнале датчиков, поступившем от воспринимающих пикселей, без влияния на это расстояния от источника тепла или расстояния от выходного контакта датчика.
Хотя на фиг.6 показан пример конфигурации, при которой операцию вычитания выполняют при помощи схемы 41 вычисления, а последующее преобразование в цифровой сигнал выполняют при помощи АЦП 42, причем последовательность соединения схемы 41 вычисления и АЦП 42 может быть изменена на обратную.
Как показано на фиг.7А и 7В, панель 10 отображения информации со встроенными оптическими датчиками, соответствующая данному варианту реализации настоящего изобретения, который описан выше, конфигурирована путем прикрепления подложки 100 активной матрицы к противоположной подложке 200 и заполнения зазора между ними жидким кристаллом. Задняя подсветка 20 расположена на задней поверхности панели отображения информации со встроенными оптическими датчиками 10, конфигурируя таким образом устройство отображения на основе жидких кристаллов, относящееся к пропускающему типу. Отметим, что на обеих поверхностях панели отображения со встроенными оптическими датчиками 10 расположена пара поляризующих пластин 41 и 42, которые работают как поляризатор и фотодетектор, оптические компенсационные пленки различного типа и т.п. С целью облегчить понимание конструкции, фиг.7А и 7В представляют собой виды, иллюстрирующие внутреннюю конфигурацию панели отображения со встроенными оптическими датчиками 10 в увеличенном масштабе.
Отметим, что это устройство отображения на основе жидких кристаллов, относящееся к пропускающему типу, может иметь конфигурацию, в которой, как показано на фиг.7А, воспринимающими пикселями 12S, расположенными в пиксельной области 1, детектируется теневое изображение (изображение, которое темнее его окрестностей), возникшее из-за внешнего света, когда рядом с экраном панели отображения находится объект, например палец человека, либо конфигурацию, при которой, как показано на фиг.7В, детектируется отраженное изображение (изображение, более яркое, чем его окрестности), возникшее из-за поступления света от задней подсветки 20, отражаемого объектом. Причем то, какое изображение детектируется, теневое или отраженное, определяется способом обработки сигнала, выполняемым в схеме 8 обработки сигнала. Соответственно, также возможна конфигурация, при которой в процессе обработки, выполняемой в схеме 8 обработки сигнала, происходит переключение между режимом детектирования теневого изображения и режимом детектирования отраженного изображения.
Отметим, что так как выходной сигнал датчика считывается из воспринимающего пикселя 12S, являющегося целью коррекции, и пикселя 12В со светозащищенным датчиком одновременно, то вариант 1 обладает тем преимуществом, что можно точным образом корректировать нарушения, связанные со временем, такие как циклические колебания в источнике энергии. Кроме того, так как операция вычитания может быть выполнена для считанного выходного сигнала датчика почти в реальном времени, нет необходимости предусматривать память линии в схеме обработки, находящейся в схеме 4 управления столбцами датчиков, в отличие от других вариантов реализации настоящего изобретения, которые описаны позднее. Таким образом, данный вариант реализации настоящего изобретения обладает преимуществом, заключающимся в простой конфигурации схем. Также имеется преимущество, заключающееся в превосходном плоскостном разрешении в направлении по оси Y.
Кроме того, в данном варианте реализации настоящего изобретения описана примерная конфигурация, при которой пиксели со светозащищенным датчиком расположены в столбцах с нечетными номерами, а воспринимающие пиксели расположены в столбцах с четными номерами. Однако возможна конфигурация, при которой, наоборот, пиксели со светозащищенным датчиком расположены в столбцах с четными номерами, а воспринимающие пиксели расположены в столбцах с нечетными номерами. Кроме того, хотя для данного варианта реализации настоящего изобретения в качестве примера описан случай, когда выходной сигнал датчика одновременно считывается из двух систем, число систем может составлять три или более.
Вариант 2
Далее приведено описание конфигурации панели отображения со встроенными оптическими датчиками, которая включена в состав устройства отображения на основе жидких кристаллов, соответствующего варианту 2 реализации настоящего изобретения. Отметим, что те части конфигурации, которые аналогичны частям конфигурации, описанной в варианте 1, обозначены теми же ссылочными номерами, что и их подробное описание опущено.
Как показано на фиг.8, в пиксельной области 1 панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей данному варианту реализации настоящего изобретения, пиксели 12В со светозащищенным датчиком расположены в строках с нечетными номерами (строка 1, строка 3, строка 5,…), а воспринимающие пиксели 12S расположены в строках с четными номерами (строка 2, строка 4, строка 6,…). При этой конфигурации выходной сигнал от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, расположенных в строке с нечетным номером, используется для удаления шума в выходном сигнале от воспринимающих пикселей 12S, расположенных в соседней строке с четным номером.
В данном варианте реализации изобретения выходной сигнал S(x,2k) от воспринимающих пикселей 12S, расположенных в строке с четным номером (строка 2k), корректируется путем вычитания из него выходного сигнала S(x,2k-1) от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, расположенных в соседней строке с нечетным номером (строка 2k-1).
По этой причине сравнение с конфигурацией, показанной на фиг.6 для варианта 1, выявляет отличие панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей данному варианту реализации настоящего изобретения, которая показана на фиг.9, с точки зрения внутренней конфигурации схемы 4 управления столбцами датчиков. Как показано на фиг.9, схема 4 управления столбцами датчиков в данном варианте реализации настоящего изобретения включает буфер 43 на 1 линию в дополнение к схеме 41 вычисления и АЦП 42. Буфер 43 на 1 линию представляет собой линейный буфер, который может хранить выходной сигнал датчиков для одной строки.
n/2
n/2
При этой конфигурации во время последовательного замыкания переключателей S1, S2, S3,… S в схему 4 управления столбцами датчиков выводятся выходные сигналы S(2k-1,y) и S(2k,y) от пикселей, находящихся на двух линиях Gline истоков, соединенных с переключателем Sk, который замкнут, в соответствии с выбором строки (в данном случае предполагается, что выбирается строка y (где y - четный номер)), выполняемым схемой 5 управления строками датчиков (фиг.1). Этот выходной сигнал датчиков преобразуется в цифровую форму АЦП 42, а затем последовательно сохраняется в буфере на 1 линию. При этом после того, как переключатели S1-S были последовательно замкнуты, в буфере на 1 линию хранится выходной сигнал датчиков для одной строки.
n/2
Далее, схема 5 управления строками датчиков выбирает следующую строку (строку (y-1)) и последовательно замыкает переключатели S1, S2, S3,… S, в результате чего в схему 4 управления столбцами датчиков выводятся выходные сигналы S(2k-1,y-1) и S(2k,y-1). Этот выходной сигнал датчиков посылается в схему 41 вычисления. В схеме 41 вычисления выходной сигнал S(2k-1,y-1) вычитается из выходного сигнала S(2k-1,y), извлеченного из буфера 43 на 1 линию. Аналогичным образом выходной сигнал S(2k,y-1) вычитается из выходного сигнала S(2k,y). Таким образом выходной сигнал от воспринимающих пикселей 12S, расположенных в строке с четным номером, корректируется с использованием выходного сигнала датчиков от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, расположенных в соседней строке с нечетным номером. Результат вычитания выводится из схемы 41 вычисления в схему 8 обработки сигнала (фиг.1).
Как описано выше, в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения выходной сигнал от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, расположенных в строке с нечетным номером, вычитается из выходного сигнала от воспринимающих пикселей 12S, расположенных в соседней строке с четным номером, что позволяет корректировать выходной сигнал от воспринимающих пикселей 12S. Таким образом, удаление шума можно выполнять с использованием выходного сигнала от светозащищенного датчика, который расположен очень близко к воспринимающему пикселю 12S, являющемуся целью коррекции, что позволяет точным образом удалять компоненты шума в выходном сигнале датчиков, поступившем от воспринимающих пикселей, без влияния на это расстояния от источника тепла или расстояния от выходного контакта датчика.
Отметим, что панель отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующая данному варианту реализации настоящего изобретения, по сравнению с вариантом 1 обладает тем преимуществом, что, несмотря на необходимость наличия буфера 43 на 1 линию в схеме управления 4 столбцами датчиков, можно удалять не только шум, обусловленный изменениями в температуре окружающей среды, но также и системный шум (например, бросок обратного напряжения, вызванный напряжением смещения между переключателями и усилителем) на линиях (Gline)выходного сигнала датчиков. Также имеется преимущество, заключающееся в обеспечении превосходного плоскостного разрешения в направлении по оси Х.
Кроме того, для данного варианта описана примерная конфигурация, при которой пиксели со светозащищенным датчиком расположены в строках с нечетными номерами, а воспринимающие пиксели расположены в строках с четными номерами. Однако возможна конфигурация, при которой, наоборот, пиксели со светозащищенным датчиком расположены в строках с четными номерами, а воспринимающие пиксели расположены в строках с нечетными номерами.
Вариант 3
Далее приведено описание конфигурации панели отображения со встроенными оптическими датчиками, которая включена в состав устройства отображения на основе жидких кристаллов, соответствующего Варианту 3 реализации настоящего изобретения. Отметим, что те части, которые аналогичны частям конструкции, описанной в вариантах 1 и 2, обозначены теми же ссылочными номерами.
Как показано на фиг.10, в пиксельной области 1 панели отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующей данному варианту реализации настоящего изобретения, пиксели 12В со светозащищенным датчиком и воспринимающие пиксели 12S расположены с чередованием в направлении как по строкам, так и по столбцам. Каждый воспринимающий пиксель 12S окружен четырьмя пикселями 12В со светозащищенным датчиком с четырех сторон, а именно сверху, снизу, слева и справа. Соответственно, панель отображения со встроенными оптическими датчиками, соответствующая данному варианту реализации настоящего изобретения, корректирует выходной сигнал, поступивший от воспринимающего пикселя 12S, с использованием выходного сигнала, поступившего, по меньшей мере, от одного из этих четырех пикселей со светозащищенным датчиком.
Например, в конфигурации, показанной на фиг.11, выходной сигнал S(x,y), поступивший от воспринимающего пикселя 12S, корректируется с использованием выходного сигнала S(x-1,y) или S(x+1,y), поступившего от пикселя 12В со светозащищенным датчиком, находящегося в соседнем столбце, расположенном слева или справа от воспринимающего пикселя 12S. Если говорить более конкретно, при конфигурации, показанной на фиг.11, схема 41 вычисления корректирует выходной сигнал S(x,y), поступивший от воспринимающих пикселей 12S, находящихся в строках с нечетными номерами (y=1, 3, 5,…, m-1), путем вычитания из него выходного сигнала S(x-1,y), поступившего от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, находящихся в столбце слева. Кроме того, что касается выходного сигнала S(x,y), поступившего от воспринимающих пикселей 12S, находящихся в строках с четными номерами (y=2, 4, 6,…, m), то схема 41 вычисления корректирует его путем вычитания из него выходного сигнала S(x+1,y), поступившего от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, находящихся в столбце справа. Отметим, что при конфигурации, показанной на фиг.11, последовательность соединения схемы 41 вычисления и АЦП 42 также может быть изменена на обратную.
Кроме того, в конфигурации, показанной на фиг.12, выходной сигнал S(x,y), поступивший от воспринимающего пикселя 12S, корректируется с использованием выходного сигнала S(x,y-1) или S(x,y+1), поступившего от пикселя 12В со светозащищенным датчиком, находящегося в соседней строке, расположенной выше или ниже воспринимающего пикселя 12S. Если говорить более конкретно, при конфигурации, показанной на фиг.12, схема 41 вычисления корректирует выходной сигнал S(x,y), поступивший от воспринимающих пикселей 12S, находящихся в столбцах с нечетными номерами (х=1, 3, 5,…, n-1), путем вычитания из него выходного сигнала S(x,y-1), поступившего от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, находящихся строкой выше. Кроме того, что касается выходного сигнала S(x,y), поступившего от воспринимающих пикселей 12S, находящихся в столбцах с четными номерами (х=2, 4, 6,…, n), то схема 41 вычисления корректирует его путем вычитания из него выходного сигнала S(x,y+1), поступившего от пикселей 12В со светозащищенным датчиком, находящихся строкой ниже.
Помимо этого, вариантом реализации настоящего изобретения также является панель отображения со встроенными оптическими датчиками, которая выполнена с возможностью переключения между режимом коррекции с использованием выходного сигнала от пикселей со светозащищенным датчиком, находящихся в соседних столбцах (слева/справа), как показано на фиг.11, и режимом коррекции с использованием выходного сигнала от пикселей со светозащищенным датчиком, находящихся в соседних строках (выше/ниже), как показано на фиг.12. В этом случае достаточно, чтобы конфигурация была такой, при которой схема 4 управления столбцами датчиков содержала как схемы, показанные на фиг.11, так и схемы, показанные на фиг.12, и в соответствии с режимом работы происходило переключение между используемыми схемами.
Как описано выше, в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения выходной сигнал от воспринимающих пикселей также корректируется с использованием выходного сигнала от пикселей со светозащищенным датчиком, находящихся в соседних строках или соседних столбцах, что позволяет точным образом удалять компоненты шума в выходном сигнале от воспринимающих пикселей без влияния на это расстояния от источника тепла или расстояния от выходного контакта датчика. Кроме того, имеет место преимущество, заключающееся в возможности удалять также и системный шум (например, бросок обратного напряжения, вызванный напряжением смещения между переключателями и усилителем) на линиях (Gline) выходного сигнала датчиков. Также имеется преимущество, заключающееся в обеспечении превосходного плоскостного разрешения как в направлении по оси Х, так и в направлении по оси Y.
Хотя выше описаны определенные варианты реализации настоящего изобретения, это изобретение не ограничивается только рассмотренными выше конкретными примерами, и возможны различные модификации, не выходящие за пределы его объема.
Например, в приведенных выше вариантах реализации настоящего изобретения описана примерная конфигурация, в которой светозащищенные датчики созданы с использованием черной матрицы противоположной подложки, как показано на фиг.2А и 2В. Однако светозащищенные датчики могут быть созданы путем размещения отражающей металлической пленки 27 или тому подобного со стороны подложки 100 активной матрицы, как показано на фиг.13А и 13В. Отметим, что способ защиты датчиков от света этими подходами не ограничивается и может быть использовано множество хорошо известных технологий.
Кроме того, в рассмотренных выше вариантах реализации настоящего изобретения приведены примерные конфигурации, при которых каждый пиксель снабжен одним оптическим датчиком 11. Однако оптический датчик не обязательно должен быть установлен в каждом пикселе. Например, возможна конфигурация, при которой оптические датчики созданы в каждой второй строке или каждом втором столбце, и подобная конфигурация также не выходит за пределы объема настоящего изобретения. Помимо этого, отношение между количеством воспринимающих пикселей и количеством пикселей со светозащищенным датчиком не обязательно должно выражаться четным числом. Например, возможна конфигурация, при которой пиксели со светозащищенным датчиком расположены в каждой третьей строке или каждом третьем столбце, и выходной сигнал от пикселей со светозащищенным датчиком, находящихся в каждой такой строке или каждом таком столбце, используется для коррекции выходного сигнала от воспринимающих пикселей, находящихся с обеих сторон этой строки или этого столбца.
Далее, возможна конфигурация, при которой выходной сигнал от одного пикселя со светозащищенным датчиком используется для коррекции выходного сигнала от множества воспринимающих пикселей, находящихся в его окрестностях в непосредственной близости от него.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение можно применить в промышленности в качестве устройства отображения, содержащего оптические датчики.