CN101025519A - 显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于降低同时(或交替)并行实施发光和光接收的显示器中的功率消耗。一种显示器配备有显示面板配置，其包括：多个显示元件，其被设置在矩阵中；以及多个光接收元件，其被邻近所述多个显示元件设置并且接收入射到显示平面上的光。另外，该显示器包括位置检测器，其基于由光接收元件的光接收所产生的光接收信号来确定接触或接近该显示平面的位置。此外，该显示器包括控制器，如果该位置检测器已经在预定状态下确定接触或接近的存在，则该控制器将显示状态或位置检测状态从低功率消耗模式转换到正常操作模式。

Description

显示器
相关申请的交叉引用
本发明的实施例包含关于2005年12月14日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-360810的主题，其全部内容在此被引用以用作参考。
技术领域
本发明涉及适宜用于例如液晶显示器和电致发光(EL)显示器的显示器，特别是涉及一种允许光接收与发光并行的显示技术。
背景技术
在现有的例如电视接收器(在其显示屏幕上具有触摸面板，可以通过接触其屏幕来操作该触摸面板)等显示器中，触摸面板被置于显示屏幕上并且作为与该显示器分离的实体。
采用触摸面板作为独立实体的配置的示例包括透明且薄的输入检测装置附着在显示屏幕上的配置。该装置为采用导电薄膜的触摸传感器。该装置的类型包括用来检测压力的压敏型装置以及用来检测静电电容的静电电容型装置等，其取决于与人体的接触而改变。此外，所述类型还包括其中使用专用的笔来输入位置的被称作电磁感应型装置的装置。在这些装置中，一个用于位置检测的独立专用面板被层叠在显示面板的表面上。
在采用附着在其显示面板上的检测面板的显示器中，触摸检测的原理是简单的。不过，该显示器必然包含显示质量的降低，因为任一部件都被层叠在其显示面板上。此外，检测电容的变化是该显示器中用于检测的主要方法，这使得难以同时检测两个或更多位置的输入。
作为没有在显示面板上采用附加面板的触摸面板系统，光学触摸面板系统是可以获得的。在该系统中，发光元件(例如发光二极管)和光电晶体管的组合在整个面板上设置，并且基于手指等等的光屏蔽来检测位置。在这样一个光学系统中，不会发生显示质量的劣化。不过，需要在该显示器周围提供大尺寸装置，这使得该光学系统不适宜用于便携设备。
为了解决这些现有触摸面板的缺点，近年来已经提出一种配置，在该配置中，显示器的屏幕自身允许被用作触摸面板而不用提供独立的触摸面板。日本专利公开No.2004-127272披露了这样一种实现发光与光接收并行的显示器。
作为实现发光与光接收并行的显示器的一个示例，提出以下显示器。特别地，在该显示器中，间歇地实施通过用于图像显示的显示(发光)元件所进行的显示，所述显示元件被设置在被形成为例如液晶显示器的显示平面上。此外，在其间显示(发光)暂时停止的时间段内，被设置成与发光元件邻近的光接收元件接收光，从而依靠所接收光的电荷在光接收元件中被累积。另外，液晶显示器所必需的背光与显示和光接收相关地被反复打开和关断。或者，在EL显示器的情形下，发光元件自身可被用作光接收元件，并且其间发光元件的发光被暂时停止的时间段被定义为光接收周期。
然而，在已经提出的并行实施发光和光接收的显示器中，为了检测与其屏幕的接触，需要驱动邻近发光元件的光接收元件(或者驱动发光元件使得它们在发光暂停周期期间用作光接收元件)并且检测来自光接收元件的输出。因此，该显示器的问题在于，其比仅实施发光的显示器具有更高的功率消耗。
特别在需要背光的液晶显示器中，为了增强对所接收光的检测的精确度，通常获得在背光开状态下所接收的光与背光关状态下所接收的光之间的差异的数据，从而根据该差异数据来检测所接收光。然而，在需要背光照明用于光接收的配置中，即使在不需显示的时间段内仍需要打开背光，这导致额外的功率消耗的问题。
发明内容
鉴于上述问题而提出本发明，即需要本发明来降低同时(或交替)并行实施发光和光接收的显示器的功率消耗。
根据本发明的一个实施例，提供了一种同时或交替实施图像显示和光接收的显示器。该显示器包括：多个显示元件，其被排列在矩阵中；多个光接收元件，其分别被邻近所述多个显示元件设置并且接收入射到显示平面上的光；位置检测器，其基于由所述光接收元件的光接收而产生的光接收信号来确定接触或接近显示平面的位置；以及控制器，如果该位置检测器已经在预定状态下确定接触或接近的存在，则该控制器将显示状态或位置检测状态从低功率消耗模式转换到正常操作模式。
由于该配置，例如，如果在一定时间量内持续没有检测到接触，则操作模式被改变到低功率消耗模式，从而使得显示或位置检测的状态不同于正常状态。此外，如果检测到接触，则操作模式被改变为正常操作模式，从而实施正常状态下的显示和位置检测。这种模式切换可以降低在接触持续缺失的状态下的功率消耗。
根据该实施例，如果在一定时间量内持续没有检测到接触，则操作模式被保持在低功率消耗模式，并且当检测到接触时，操作模式返回到正常操作模式。因此，在接触持续缺失时的功率消耗得以降低。例如，功率消耗降低可以通过如下方式实现：在低功率消耗模式下，关断背光以停止显示或检测来自光接收元件的输出的周期长于正常周期。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施例的显示器的配置示例的框图。
图2示出了根据该实施例的显示面板的一个示例的配置的配置图。
图3示出了根据该实施例的像素的一个配置示例的连接图。
图4示出了根据该实施例的显示和光接收定时的一个示例的时序图。
图5示出了根据该实施例的一个装置形状示例的透视图。
图6示出了根据该实施例的发光状态(透射型液晶显示器)的一个示例的示意图。
图7示出了根据该实施例的发光状态(半透射型液晶显示器)的一个示例的示意图。
图8示出了根据该实施例的发光状态(反射型液晶显示器)的一个示例的示意图。
图9示出了根据该实施例的模式改变的一个示例的流程图。
图10示出了根据该实施例的对应模式操作的一个示例(示例1)的说明图。
图11示出了根据该实施例的对应模式操作的一个示例(示例2)的说明图。
图12示出了根据该实施例的对应模式操作的一个示例(示例3)的说明图。
图13示出了图12所示示例的感应区域限制的一个示例的说明图。
图14示出了根据本发明的另一实施例的显示器的一个配置示例的框图。
图15示出了根据该另一实施例的像素的一个配置示例的连接图。
具体实施方式
接下来将参考图1-图13描述本发明的一个实施例。
该实施例应用于被构造成液晶显示器等的显示器。在该实施例中，邻近于包含在液晶显示器中的对应的发光元件而提供光接收元件，从而发光(显示)和光接收(读取)可以并行实施。在下文中将把本实施例的可以并行实施发光和光接收的显示器称作I/O显示器，这是因为它允许同时向其输入图像(光接收)以及从中输出图像(显示)。如随后将要描述的那样，本实施例的I/O显示器不仅能检测作为对象对屏幕的触摸的接触，而且也能检测对象对屏幕的接近。因此，在接下来的描述中，如没有特殊说明，“接触检测”或类似表述也包含对于接近的检测。
图1示出了本实施例的显示器的一个配置示例的框图。根据由中央处理单元(CPU)11所执行的应用，CPU11执行处理以便显示图像。此外，CPU11检测对显示面板的接触，并且根据在该显示面板上的接触位置来执行处理。CPU11包括通信单元11a并且因而允许经由外部网络通信，控制器11b执行应用程序等等。来自CPU11的关于图像显示的指令被传送到显示信号处理电路12，从而显示信号处理电路12使I/O显示面板20显示图像。
I/O显示面板20被构造为液晶显示器。具体地说，在面板20中，透明电极等等被设置在例如玻璃基板的透明基板上，并且多个像素(显示元件)在显示区域(传感器区域)21上形成矩阵。此外，背光16被设置在面板20的背面上。在本实施例中，作为一个示例，使用了由多个所设置的发光二极管形成的背光。因而，背光的打开和关断能相对高速地被控制。对于背光打开和关断的控制与由显示信号处理电路12进行的显示驱动相关联。在由显示信号处理电路12驱动液晶显示器的过程中，驱动电压信号被施加到包含在该显示器中的像素电极。
在I/O显示面板20中，除了显示元件外还设置有多个光接收元件。具体地说，光接收元件被设置在矩阵中以便邻近例如显示区域(传感器区域)21中的对应显示像素。此外，取决于光接收元件所接收的光量而累积的信号电荷基于由光接收信号处理器13进行的驱动而被读出。
由光接收信号处理器13读出并确定的光接收信号(下面将要描述的差异图像信号)被传送到输入信息分析器14，在该处基于图像来确定接触状态等。在该确定过程中，接触状态的改变也通过确定与前一帧的确定结果的差异而被检测。例如与预定帧周期之前的接触位置的改变之类的信息被存储在存储装置15中。将该确定结果作为预定消息传送到CPU11。CPU11根据执行中的应用来执行预定处理。
接下来将参考图2对本实施例I/O显示面板20中的驱动器的一个设置示例加以描述。如图2所示，在其中心处具有透明显示区域(传感器区域)21的I/O显示面板20中，显示器水平驱动器22、显示器垂直驱动器23、传感器垂直驱动器24以及传感器水平驱动器25沿者显示区域21的四边设置。作为用于显示的数据的显示信号和控制时钟被提供到显示器水平驱动器22和显示器垂直驱动器23，使得显示区域21中的设置在矩阵中的显示像素被驱动。读出时钟被提供到传感器垂直驱动器24和传感器水平驱动器25，使得同步于所述时钟被读出的光接收信号经由光接收信号线被提供到光接收信号处理器13。
图3示出了设置在显示区域21中的一个像素的配置图。作为被包括在一个像素31中的用于显示的组件，栅极电极31h和漏极电极31i分别沿水平方向和垂直方向设置。此外，开关元件31a被设置在这两个电极的交叉点处，并且连接到像素电极31b。开关元件31a的接通和关断由通过栅极电极31h获得的信号控制。像素电极31b的显示状态由通过漏极电极31i提供的信号定义。
此外，在邻近于像素电极31b的位置处设置有光接收传感器(光接收元件)31c。电源电压VDD被据供到光接收传感器31c。光接收传感器(光接收元件)31c连接到复位开关31d和电容器31e，从而在由复位开关31d复位后，取决于所接收光量的电荷在电容器31e中累积。在读出开关31g的接通定时下，与所累积电荷成比例的电压经由缓冲放大器31f被提供到信号输出电极31j，以便被输出到外部。复位开关31d的接通和关断由通过复位电极31k获得的信号控制。读出开关31g的接通和关断由通过读出控制电极31m获得的信号控制。
图4示出了图像显示(发光)和光接收在每个帧周期内被实施的状态的图示。在图4中，横坐标指示时间、而纵坐标指示扫描线(水平线)的位置，在这些位置中实施显示或光接收。在图4所示的示例中，显示信号的重写和光接收信号的读取以如下方式执行：扫描线从一屏中的最低线向上顺序改变，因此最高线(第一线)最后被扫描。图4示出了在可以是任何特定帧位置的第n帧的周期中的处理，以及在作为第n帧的下一帧的第n+1帧的周期中的处理。类似的处理也在第n+1帧周期的处理之后继续执行。
一个帧周期被设置到例如1/60周期，并且如图4所示被分成第一半和第二半。将第一半定义为背光打开的周期、而第二半被定义为背光关断的周期。对于光接收信号的读出在每个背光打开周期和背光关断周期内完成。
此外，每背光打开周期和背光关断周期被分成两半。在第n帧周期中，用于显示的像素电极驱动线G1在背光打开周期的第一半中扫描屏幕的下半部分，从而这些线的显示状态被重写到相应于第n帧周期的图像。与此相对，将背光打开周期的第二半定义为其间扫描线不改变的暂停周期。此外，在背光关断周期的第一半中，驱动线G1扫描屏幕的上半部分，从而这些线的显示状态被重写到相应于第n帧周期的图像。与此相对，将背光关断周期的第二半定义为其间扫描线不改变的暂停周期。
对于光接收处理，将执行以下操作。具体地说，在第n帧周期内，在背光打开周期的第一半中执行用于顺序复位所有线的光接收信号的处理RS1。在背光打开周期的第二半中，执行用于顺序读出所有线的光接收信号的处理RD1，从而读出在特定周期内在对应传感器中累积的光接收信号。类似地，在背光关断周期的第一半中，执行用于顺序复位所有线的光接收信号的处理RS2。在背光关断周期的第二半中，执行用于顺序读出所有线的光接收信号的处理RD2，从而读出在特定周期内在对应传感器中累积的光接收信号。
按照上述方式，在一帧中执行了两次对光接收信号的读取：当背光处于打开状态时的读出并且因而发光，以及当背光处于关断状态时的读出并且因而其发光停止。从一帧中的两次读出所产生的信号被输入到光接收信号处理器13中的帧存储器(未示出)，并且检测每个像素位置的该信号的差异。差异信号被传送到输入信息分析器14以作为差异光接收信号，其中已经从所述差异光接收信号中消除了噪声。
图5示出了本实施例的显示器的形状的一个示例图。图5的示例被构造成例如小且薄的适于用户携带的显示器。用户(操作者)用他/她的手指f1和f2触摸I/O显示面板20的显示区域21的显示平面，这使得用户能够操作该显示器。
接下来将参考图6-图8描述液晶显示器的显示状态的示例。图6示出了透射型液晶显示器。图7示出了半透射型液晶显示器。图8示出了反射型液晶显示器。这些图示意性地示出了对应系统的显示状态(发光状态)。
先来看图6，在透射型液晶显示器中，来自背光16的光进入I/O显示面板20的背面，使得部分入射光作为来自I/O显示面板20的显示光而被输出。
接下来看图7，在半透射型液晶显示器中，来自背光16的光进入I/O显示面板20’的背面，使得部分入射光作为来自I/O显示面板20’的显示光而被输出。此外，入射到I/O显示面板20’的表面上的外部光的反射也作为显示光而被输出。
接下来看图8，在反射型液晶显示器中，入射到I/O显示面板20”的表面上的外部光的反射作为其显示光而被输出。
尽管图1所示的配置包括背光16，但是本实施例可应用到具有图6、7和8所示的任何配置的液晶显示器。
接下来将参考图9所示的流程图描述本实施例的显示器中的显示和接触检测等的处理状态的一个示例。在图9所示示例中，两种操作模式定义为：正常操作模式和低功率消耗模式。这些模式的设置例如在控制器11b的控制下执行。先看图9所示流程图，最初，一旦响应于对显示器的加电而激活该显示器，该显示器进入正常操作模式并且因而基于正常操作实施图像显示和接触检测(步骤S11)。此外，该显示器确定在从该显示器激活到经过预定时间段t的这段时间内是否检测到接触(步骤S12)。例如，确定是否连续几分钟没有检测到接触。
如果确定已经检测到接触，则继续步骤S11中的正常操作模式下的操作。相反，如果在经过了预定时间t的这段时间内持续没有检测到接触，则操作模式被改变到低功率消耗模式(步骤S13)。在低功率消耗模式中，也确定是否检测到接触(步骤S14)。如果没有检测到接触，则维持步骤S13中的低功率消耗模式。相反，如果检测到接触，则操作模式返回到步骤S11的正常操作模式。
接下来参考图10-图12描述正常操作模式和低功率消耗模式下的操作设置的示例。在图10所示的示例(示例1)中，在正常操作模式和低功率消耗模式下都将实施对输入图像的正常显示以作为显示面板的图像显示操作。此外，在正常操作模式下，基于对所接收光的检测的接触检测以与显示相关的周期(例如图4所示周期)来实施。相反，在低功率消耗模式下，基于所接收光量的接触检测以长于正常操作模式下的周期的周期被实施。例如，每两帧执行一次接触检测，或者以更长的周期执行。
根据图10所示的模式设置，如果其中对显示面板没有接触(或接近)的状态已经持续到一定程度，则用于接触检测的光接收处理的周期变得更长，这可以相应地降低同时实施显示(输出)和接触检测(输入)的显示器的功率消耗。
在图11所示示例(示例2)中，在正常操作模式下，对输入图像的正常显示被实施为显示面板的图像显示操作。在低功率消耗模式下，该显示停止，并且背光16也被关断。对于根据所接收光的检测的接触检测，在正常操作模式下，在正常状态下执行该检测。“正常状态下的检测”这一表达方式指的是用于通过检测差异而精确地检测接触的处理，所述差异为当背光16处于打开状态时的光接收数据与当背光16处于关断状态时的光接收数据之间的差异(如图4所示)。相反，在低功率消耗模式下，背光16保持在关断状态。因此，在背光关断状态下执行接触检测。这种状态下的接触检测等效于检测由于外部光的输入状态改变而导致的所接收光量改变的处理，因此与通过获得差异数据的前述处理而执行的检测相比，背光关断状态下的接触检测的检测精确度较差。然而，仍然可以在一定程度上检测到接触。
根据图11所示的模式设置，如果对显示面板没有接触(或接近)的状态持续到一定程度，则不实施显示，这样可以相应地降低同时实施显示(输出)和接触检测(输入)的显示器的功率消耗。
在图12所示的示例(示例3)中，在正常操作模式和低功率消耗模式下都实施输入图像的正常显示以作为显示面板的图像显示操作。此外，在正常操作模式下，基于所接收光的检测的接触检测以与显示相关的周期(即图4所示周期)对整个屏幕执行。相反，在低功率消耗模式下，基于所接收光量的接触检测仅在屏幕21的特定区域内执行。具体地说，例如参考图13，在正常操作模式下，图像被显示在整个显示区域21上。此外，整个显示区域21用作传感器区域，从而使得对显示区域21的表面上的任何位置的接触都能被检测到。相反，在低功率消耗模式下，类似于正常操作模式来实施显示。然而，接触检测仅在屏幕21的一角的特定区域21a处执行。因此，光接收操作不会在该特定区域21a以外的区域执行。
根据图12所示的模式设置，如果对显示面板没有接触(或接近)的状态持续到一定程度，则接触检测仅在特定区域内执行，这样可以相应地减少在光接收以及转换成光接收信号的过程中所消耗的功率。因此，在同时实施显示(输出)和接触检测(输入)的显示器中的功率消耗可以被降低。在图13所示的处理中，可以在特定区域21a中设置一个按钮指示以作为屏幕21上的显示，并且例如可以向用户指示诸如“请触摸本区域以进行操作”的通知。
可以组合图10-图12中所示的各种处理以便定义对应模式下的操作。具体地说，例如，在根据图11的设置的低功率消耗模式下的背光关断周期期间，基于光接收的接触检测的周期可以长于正常操作模式下的周期。此外，在根据图12的设置仅在特定区域内进行接触检测时，基于光接收的接触检测的周期可以长于正常操作模式下的周期。
在上述实施例的一个设置示例中，背光在低功率消耗模式下被关断。或者，背光亮度可以低于正常模式下的背光亮度，而不是将其关断。
作为显示面板的一个示例，上述实施例应用于液晶显示器。然而，本发明的实施例也可应用于基于其它配置的显示器中，只要该显示器包括光接收元件。
例如，本发明的实施例可应用于EL显示器。图14示出了显示器作为EL显示器时的一个配置示例的框图。图14中的与图1所示的液晶显示器中的相同组件具有相同的附图标记。在EL显示器中，显示信号处理电路12’驱动EL显示面板(I/O显示面板)40，并且光接收信号处理器13’执行检测来自EL显示面板40中的光接收元件的信号的处理。EL显示面板40为自发光显示单元并且因此不需要背光，这与图1所示的配置不同。
图15示出了其中应用本发明实施例的EL显示器中的每个像素的一个配置示例图。在图15中，有机EL显示器的发光元件41被表示为发光二极管，并且寄生电容器42被包含在发光二极管41中。为了显示图像，显示数据从显示数据信号线43经由开关SW1被提供到发光元件41。因此，显示周期(发光周期)被定义为开关SW1的接通周期。
另一方面，在发光元件41的发光停止的周期内，取决于入射到显示面板的表面上的光量，电荷被累积在的发光元件41的寄生电容器42中。响应于接通开关SW2，所累积的电荷被读出到接收数据信号线45。在光接收周期开始时，已经累积在寄生电容器42中的电荷在发光时应当通过即刻接通复位开关SW3而被放电。开关SW2的接通和关断由通过读出线选择引线44获得的信号控制。
构造这样一个有机EL显示器类型的I/O显示面板允许用于检测对正显示图像的面板的接触或接近的处理。在该配置中，通过将每一个场周期分成两个周期并且分别把这两个周期定义为显示周期和光接收周期来实现显示处理和光接收处理。通过使用具有该配置的I/O显示面板并且在参考图9-图12描述的正常操作模式和低功率消耗模式下执行处理，类似的功率消耗降低得以实现。
尽管已经使用特定术语描述了本发明的优选实施例，但是这种描述只用于说明的目的，应当理解，可以在不背离所附权利要求书的精神和范围的前提下做出各种改动和变动。

Claims (5)

1、一种同时或交替实施图像显示和光接收的显示器，包括：
多个显示元件，其被设置在矩阵中；
多个光接收元件，其分别被邻近所述多个显示元件设置并且接收入射到显示平面上的光；
位置检测器，其基于由所述光接收元件的光接收而产生的光接收信号来确定接触或接近该显示平面的位置；以及
控制器，如果该位置检测器已经在预定状态下确定接触或接近的存在，则该控制器将显示状态或位置检测状态从低功率消耗模式转换到正常操作模式。
2、根据权利要求1的显示器，进一步包括：
背光，其被设置在其上设置有所述显示元件的表面的背面上，其中
在低功率消耗模式下该背光被保持在关断状态或者该背光的亮度被降低，在正常操作模式下该背光被保持在打开状态。
3、根据权利要求1的显示器，其中
所述显示元件和光接收元件由交替实施显示和光接收的公共元件提供，以及
在低功率消耗模式下停止该显示元件的显示，在正常操作模式下实施该显示元件的显示。
4、根据权利要求1的显示器，其中
在低功率消耗模式下，以长于正常操作模式下的接触或接近检测的周期的周期来实施基于由所述光接收元件的光接收所产生的光接收信号的接触或接近检测。
5、根据权利要求1的显示器，其中
在低功率消耗模式下，仅利用由处于所述显示平面上的特定区域内的所述光接收元件的光接收所产生的光接收信号来实施基于由所述光接收元件的光接收所产生的光接收信号的接触或接近检测，以及
在正常操作模式下，利用由所有光接收元件的光接收所产生的光接收信号来实施接触或接近检测。
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