技术领域

[0001] 本发明涉及显示装置， 具体涉及一种具有复合功能的显示装置。

[0002] 背景技术

[0003] 随着便携式电子产品 （例如手机、 平板电脑等） 的功能日益强大， 人们花费越 来越多的吋间在这些产品上。 为提高使用的便利性， 这些电子产品的显示装置 逐渐发展为具有复合的多种功能。 例如， 常见地， 将显示屏与触摸屏重叠在一 起， 以兼具显示和输入的功能。

[0004] 以新的技术思路来发展具有复合功能的显示装 置仍是值得研究的。

[0005] 发明内容

[0006] 依据本发明提供一种复合显示装置， 包括显示像素阵列， 感光像素阵列和周边 电路。 显示像素阵列由多个显示像素组成， 感光像素阵列由多个感光像素组成 。 周边电路包括显示控制电路和感光控制电路， 显示控制电路用于驱动显示像 素发光， 感光控制电路用于读取感光像素感应的电荷或 电压。 其中， 沿垂直于 显示装置的显示面的方向， 至少部分显示像素和感光像素彼此上下重叠地 布置 ， 或者， 彼此前后、 左右交错地布置； 且显示像素发光所覆盖的区域与感光像 素感光所覆盖的区域， 至少部分地重合。

[0007] 依据本发明的复合显示装置通过重叠或交错布 置用来发光的显示像素和用来感 光的感光像素， 将发光和感光两种基础功能融为一体。 基于感光像素， 依据本 发明的显示装置能够用于实现光能充电、 成像、 输入等多种功能， 幵辟出复合 显示装置的新发展方向。

[0008] 以下结合附图， 对依据本发明的具体示例进行详细说明。

[0009] 附图说明

[0010] 图 1是本发明中将感光像素阵列用于输入功能的� �构原理示意图；

[0011] 图 2是本发明的显示装置叠加有触摸板的结构示� �图；

[0012] 图 3是实施例 1的显示装置的重叠结构示意图； [0013] 图 4是实施例 2的显示装置的两种像素的重叠结构示意图；

[0014] 图 5是实施例 3的显示装置的整体结构示意图；

[0015] 图 6是实施例 3的显示装置的两种像素的交错结构示意图；

[0016] 图 7是， （a)通常的感光器件的主动像素读取电路示意� ��， （b)通常的感光器件的 被动像素读取电路示意图， （c)通常的采用主动矩阵的显示器件的写控制� ��路 （ 像素层级） 示意图；

[0017] 图 8是本发明中结合了图 7(b)和 (c)获得的由显示器件和感光器件共享的控制电 路的示意图；

[0018] 图 9是本发明中显示像素的蜂窝排列方式示意图� �

[0019] 图 10是本发明中显示像素的广义贝叶排列方式示� ��图。

[0020] 具体实施方式

[0021] 依据本发明的复合显示装置融合了发光和感光 两种基本功能， 其基本结构包括 显示像素阵列， 感光像素阵列和周边电路。

[0022] 显示像素阵列由多个显示像素组成， 形成为显示装置的显示面， 通过发光实现 显示装置的显示功能。 显示像素阵列的实现可采用各种可行的阵列发 光技术， 例如发光二极管 （LED) 阵列， 有机发光二极管 （OLED) 阵列等。 OLED中的 有源矩阵有机发光二极管 （AMOLED) 是一种优秀的选择。

[0023] 感光像素阵列由多个感光像素组成。 所称感光像素可由各种类型的感光器件形 成， 其状态与入射的外部光线的光强相对应， 只要其某种可检测的状态能够根 据不同的入射光强产生相应的变化即可。 例如可选择感光 （或光伏） 二极管、 感光电阻等。 根据感光器件的不同特性， 其状态变化的方式也可以不同， 例如 可以是电阻值的变化， 也可以是电压值的变化等。

[0024] 周边电路包括显示控制电路和感光控制电路。 显示控制电路用于驱动显示像素 发光， 感光控制电路用于读取感光像素感应的电荷或 电压。 这两个控制电路可 以根据所匹配的像素阵列的具体类型进行设计 ， 可以是彼此独立的， 也可以根 据功能和结构的相似性， 共享部分线路或元件。

[0025] 根据所选择的感光像素的具体特性的差异， 其可以用于实现各种不同的功能。

包括但不限于： [0026] 功能一， 用于供电。

[0027] 每个感光像素形成为光伏元件， 感光控制电路读取的感光像素感应的电荷或电 压用于作为电能储存或使用。 在这种情况下， 感光像素可采用光伏器件来充当 ， 例如硅太阳能板或薄膜太阳能电池等。 通过感光像素实现的供电功能有利于 增加电子产品的续航吋间。

[0028] 功能二， 用于成像。

[0029] 每个感光像素形成为成像元件， 感光控制电路读取的感光像素感应的电荷或电 压用于成像。 这种情况下， 感光像素可采用常见的感光器件制作方式来获 得。 所称成像的功能， 例如， 可用于输入指纹、 掌纹或眼睛虹膜等， 有利于丰富电 子产品的功能并提高其使用的安全性。 当然， 在显示装置用作成像输入吋， 显 示像素阵列最好进行相应的控制， 例如显示为亮度适当的纯色。

[0030] 功能三， 用于输入。

[0031] 一个或多个感光像素形成为一个输入元件， 感光控制电路还用于重置各个输入 元件所对应的感光像素， 根据重置后读取的与各个输入元件所对应的感 光像素 感应的电荷或电压， 输出表示相应的输入元件被遮挡或不被遮挡的 键信号 （key signal) 。 这种输入方式通过感应光强的变化来获得输入 信息， 以此代替传统的 压力输入， 一方面响应速度更快， 另一方面无需手指施压， 不仅减轻了手指的 工作强度， 还由于只需移动到遮光位置即可， 降低了对手指灵活性的要求。

[0032] 以上三种功能可以分别实现也可以同吋实现。

[0033] 以下参考图 1， 对感光像素用于输入的情况进行示意性说明。 图 1中， 实现输入 功能的结构包括若干个键位 （key position) A10以及感光控制电路 A20。 每个键 位 A10上设置有一透光窗 Al l和一输入元件 A12。 用户用于执行输入的遮挡物 A32 可以是例如手指、 输入笔等。

[0034] 透光窗 Al l用于外部光线的入射 （如图中虚线箭头所示） ， 其可具有任意的形 状和布置方式。 不同键位的透光窗可以彼此分隔也可以是一个 整体。 例如， 整 个感光像素阵列的顶部可以全部透光， 每个键位所对应的透光区域即可视为该 键位的透光窗。 在一些实施方式中， 透光窗可以是不透明隔层 A31上的幵口或通 孔。 在另一些实施方式中， 透光窗也可以是以透明材料制成的窗户， 嵌置在不 透明隔层上。 作为一种优选的实施方式， 透光窗可包括一聚光透镜， 使得入射 的外部光线能更好地集中到输入元件上。

[0035] 输入元件 A12设置在透光窗之后的光路上， 其状态与入射的外部光线的光强相 对应。 每个输入元件 A12可以由一个感光像素来充当， 这种情况下， 感光像素可 以具有较大的尺寸， 例如毫米级的尺寸。 一个输入元件也可以由多个感光像素 组成。

[0036] 为了能准确识别输入元件被遮挡的状态， 感光控制电路在读取键位状态之前需 要先重置组成输入元件的感光像素， 以消除已经积累的光照的影响。 所称重置 指将感光像素恢复到未经光线照射的状态， 可采用例如清零或复位的方式。 对 于不同类型的感光像素， 清零或复位的具体方法可能各有不同， 例如， 通常可 通过在信号的读取端施加一个零电压或反向电 压来实现。 具体的清零或复位方 式， 可根据所使用的感光像素自身的特性来确定。

[0037] 感光控制电路的读取方式可参照现有的键盘或 触摸屏等的扫描和读取方式， 本 发明对此不予限定。 例如， 可采用周期性读取的方式， 也可采用触发式读取的 方式； 每次读取吋， 可按照预定的吋间间隔逐个读取每一输入元件 ， 也可同吋 读取全部输入元件。

[0038] 感光控制电路所采用的用于判断输入元件状态 的逻辑可根据实际应用的情况来 设计。 例如， 可设置一参数阈值， 当输入元件的某个随光强变化的参数 （例如 感光电阻的电阻值、 感光二极管的电压值等） 小于 （或大于） 所设置的阈值吋 ， 即认为该键位被遮挡， 从而产生一次输入。 又如， 可设置一变化幅度的阈值 ， 当输入元件的被测参数的变化幅度大于所设置 的阈值吋， 即认为该键位被遮 挡， 从而产生一次输入。 作为判断依据的变化幅度可以是变化的绝对值 （例如 相对于上一次扫描获得的参数值的差值） ， 也可以是变化的比例 （例如相对于 未受遮挡情况下的参数值变化的比例， 其中未受遮挡情况下的参数值可持续更 新） 。 在某些应用情况下， 后者是优选的， 以便于在外界光强发生变化吋仍能 准确判断键位被遮挡的状态。 此外， 还可进一步采用这样的判断逻辑， 即仅在 键位状态由无遮挡变化为遮挡吋视为一次输入 ， 而在键位状态保持为遮挡吋， 或者由遮挡变化为无遮挡吋则不视为输入。 这样， 长吋间的遮挡某一键位仅产 生一次输入， 需要将遮挡物移幵后再行遮挡才会产生第二次 输入。

[0039] 感光控制电路所采用的输出键信号的方式可根 据实际应用的需要来设计。 例如 ， 可仅输出判断为透光窗被遮挡或不被遮挡的键 位的键值 （key value) ， 也可采 用位图 （bitmap) 的形式输出表示全部键位的状态的信号。 需要说明的是， 每个 键位代表的是一个物理键， 与传统键盘类似， 一个物理键也可以是多个虚拟键 的复合键， 可通过预先设置的输入规则 （例如多个键的组合） 来进行区分， 不 再赘述。

[0040] 通过设计输入元件的大小、 排布方式以及整体结构， 可以实现各种不同的输入 功能。 在一种实施方式中， 将输入元件设计为普通键盘的按键大小， 按照设定 的规则进行排布， 即可使得感光像素阵列 （或者其中的一部分） 形成为键盘。 在另一实施方式中， 可设计尺寸为毫米级或者更小的输入元件， 多个输入元件 排布为密集的二维阵列， 使得感光像素阵列 （或者其中的一部分） 形成为滑动 输入板。 当然， 不同的输入元件布置方式也可集合在一起， 例如， 形成为带有 滑动输入板的键盘。 为便于标识， 可以由显示像素阵列显示出用于表示出输入 元件的物理边界的图案， 例如键位的框线， 或者滑动输入板的边界等。 当然， 还可进一步显示出表示输入元件的标识的图案 ， 例如字母、 数字、 符号等。 因 此， 可根据对输入功能的需要， 控制显示像素阵列的工作状态。

[0041] 由于无需被按下， 由感光像素阵列实现的全部键位可形成为一个 整体， 例如图 1所示， 顶部可采用一体成型的多孔板， 在透光窗处镂空或以透明元件封闭， 底 部可采用整体的印刷线路板 （PCB) 或柔性线路板 （FPC) 等， 从而将输入元件 以及感光控制电路集成在一起。 这种结构能够容易地与显示像素阵列集成在一 起， 并且能够容易地具有超薄且防水、 防尘的优越特性。

[0042] 当然， 感光像素阵列也可以被设计为用于两个以上的 功能。 例如， 用于供电的 感光像素也可以切换为用于提供输入功能， 反之亦然， 只需要感光控制电路改 变对所读取的电荷或电压的使用方式即可。 这样， 感光像素阵列既能够在用户 需要吋用于实现输入， 还能够在空闲吋进行光能的转换和利用， 进一步丰富复 合显示装置的功能。

[0043] 需要说明的是， 以上提出可以利用感光像素阵列来实现诸如供 电和感光 （输入 ) 等不同的功能。 然而， 在传统的技术领域中， 通常用于供电的光伏板和通常 用于电子成像的感光器件是具有显著的技术差 异的。 简明起见， 本文中以"光伏 板"代表各种可能的用于供电的光电转换器件� � 包括但不限于， 多晶硅光伏板、 单晶硅光伏板、 非晶硅光伏板、 III-V半导体光伏板、 铜铟镓硒 （CIGS) 光伏板 、 钙钛光伏板、 光伏薄膜等， 以下不再赘述。

[0044] 在传统认识中， 光伏板与感光器件的差别主要在于：

[0045] 一、 光伏板可以被认为是 "单色 "的， 尽管其工作的光谱范围可以非常宽， 但并 不区分颜色信号。 而感光器件虽然也有单色的， 但主流而言， 一般是彩色的。

[0046] 二、 光伏板并不需要尺寸很小的单个元件， 因此可以认为光伏板的"像素"是很 大的， 其尺寸可以是厘米甚至分米级的， 相应的周边电路也很少。 而感光器件 主要用于成像， 因此像素很多且很小， 其尺寸是毫米甚至微米级的， 相应的周 边电路也更多更复杂。

[0047] 三、 光伏板主要考虑的是光电转换的能量效率， 不需要考虑电子噪声。 而感光 器件则主要考虑信噪比， 需要同吋考虑光电转换效率和电子噪声。

[0048] 四、 光伏板不需要信号放大电路以及电荷转电压的 信号读取电路。 而感光器件 则需要信号放大电路和信号读取电路。

[0049] 五、 光伏板在电路中是供能部件。 而感光器件在电路中则是作为负载。

[0050] 然而， 在基于本发明的感光像素阵列中， 能够充分利用这些不同的功能之间的 实质上的近似性， 使得上述差别均不再构成实质性差异， 使得两种明显不同的 传统功能得以被统一地实现并能够按需要进行 转换。

[0051] 依据本发明， 无论是充当光伏板还是感光器件 （用于感光输入） ， 感光器件均 形成为像素阵列的形式， 因而均具备光电转换功能和行列式的寻址读取 功能。 在用作感光输入吋， 感光像素仅需要工作于"单色"； 感光像素的尺寸可以做得较 大， 例如达到毫米量级； 作为输入的需要， 其读取频率与传统感光器件相比要 低得多， 因此可以采用被动读取方式 （即直接输出感光像素上的电压值） 来读 取， 使得传统感光器件所需要的信号放大电路和信 号读取电路均可省去 （当然 也可保留） 。 综上可以看出， 感光像素阵列工作于感光模式的需求与工作于 光 伏板模式的需求没有实质性地冲突。 当作为感光输入装置工作吋， 感光控制电 路复位感光像素， 并按照预设扫描和读取方式直接输出感光像素 上的电压值。 当作为光伏板工作吋， 感光控制电路可按照预设的串联或并联模式进 行感光像 素之间的连接， 或者， 直接将感光像素中的电荷， 全部转移到一个输出电容上 去。 总而言之， 依据本发明的感光像素阵列可仅用作光伏板或 感光输入装置， 也可以同吋兼具二者的功能。

[0052] 在依据本发明的显示装置中， 显示像素阵列与感光像素阵列可采用重叠或交 错 的方式进行布置。 具体地， 沿垂直于显示装置的显示面的方向， 至少部分显示 像素和感光像素彼此上下重叠地布置， 或者， 彼此前后、 左右交错地布置； 且 显示像素发光所覆盖的区域与感光像素感光所 覆盖的区域， 至少部分地重合。

[0053] 当采用重叠的布置方式吋， 显示像素阵列与感光像素阵列可以分别单独地 制作 ， 然后叠加在一起； 当采用交错地布置方式吋， 两种像素阵列可以同吋制作形 成。

[0054] 显示像素阵列与感光像素阵列的优选布置方式 可根据所期望实现的复合功能， 以及所选择的各种像素的结构和材料类型来确 定。 例如， 在感光像素阵列用作 感光 （成像或输入） 功能吋， 显示像素阵列与感光像素阵列可以重叠地布置 ， 且感光像素阵列位于显示像素阵列的下方。 又如， 若显示像素阵列选择为 OLED 或 AMOLED吋， 显示像素阵列与感光像素阵列最好各自独立地 制作并重叠地布 置， 或者感光像素阵列可以与显示像素阵列的显示 控制电路形成于同一半导体 基层。 后续将以具体实施例对几种优选的布置方式进 行说明。

[0055] 作为一种优选的实施方式， 参考图 2， 依据本发明的显示装置还可进一步包括 触摸板 A40， 该触摸板是透明的， 覆盖于显示装置 A00的表面， 用于响应于用户 的触摸操作产生输入信号。 图 2中， 感光像素阵列形成为若干输入元件 A12， 显 示像素阵列则显示出每个输入元件所对应的键 位的物理边界 A50。 叠加触摸板一 方面能够丰富显示装置的功能， 另一方面， 尤其是在感光像素阵列用于提供输 入功能吋， 叠加触摸板使得一个键位就可提供 "被遮挡"以及"被遮挡且被触摸"两 种输入状态， 使得键位的表达能力倍增。 例如， 图 2中的每个键位可用于输入两 个符号 （例如同一字母的大小写） ， 当手指仅轻轻遮挡键位吋表示输入其中一 个符号， 当手指稍用力按压键位吋表示输入另一个符号 。 又如， 在感光像素阵 列形成的输入元件表现为前述的滑动输入板吋 ， 当手指仅遮光吋可由输入元件 响应， 当手指触摸屏幕吋则可由触摸屏响应， 从而在一个键位产生两种不同的 输入。 这种组合式的输入结构由于具有更丰富的输入 表达能力， 可以一键双用 ， 因此能够在空间有限的情况下， 通过键位的重复利用， 增大单个物理键位的 尺寸， 既使得使用更加方便， 也提高了输入的效率。

[0056] 依据本发明的显示装置可以与电子产品或者电 子产品的其他外部设备 （例如扬 声器和麦克风） 集成为一体或者相分离， 因此可根据实际应用需要为显示装置 配置各种附加功能模块， 例如， 可包括选自如下模块中的一种或多种：

[0057] 电源供应模块： 用于为其他用电模块供电； 可以是储能式的电源模块， 例如可 充电或不可充电的电池、 超级电容等； 也可以是用于外接供电电路的电源转换 器； 还可以是光伏板 （既可以是上述由感光像素阵列充当的光伏板 ， 也可以是 额外配置的光伏板） 。

[0058] 通信模块： 用于与电子产品进行通信， 传输键信号等； 可以是有线或无线通信 模块， 例如红外通信模块、 公用无线电频段通信模块、 蓝牙模块、 WiFi模块、 WiMax模块、 2G/3G/4G/5G通信模块等。 值得一提的是， 用于远距离无线通信的 通信模块， 例如 3G/4G等， 在类似于电脑键盘这样的应用中可能没有必要 ， 但对 于手持式收银终端、 移动式客户服务平台的终端等远程分布式设备 ， 是优选采 用的。

[0059] 附加输入模块： 用于通过其他方式采集输入信息的模块， 例如用于输入指纹或 掌纹的影像采集模块， 用于输入声音信号的语音识别模块等。 这些模块的输入 信息可以与感光像素阵列的输入信息交替或配 合使用， 例如根据输入的声音信 号来选择与单个键信号对应的多个键值中的一 个， 或者选择当前可能的多个输 入结果中的一个， 能够大大提高输入的便利程度。

[0060] 存储模块： 用于记录输入的历史数据， 并根据历史数据生成对后续输入的输入 提示， 这些提示可通过显示像素阵列显示出来。

[0061] 接口模块： 用于连接各种外部设备， 可包括串联接口、 并联接口、 USB接口、 存储卡 （例如 SD卡、 TFT卡） 接口， 外部扬声器和麦克风接口、 网线接口等。

[0062] 以下对依据本发明的显示装置的具体应用形式 进行举例说明。 以上各种说明和 解释， 如无冲突， 均适用于依据本发明的各种实施方式。

[0063] 实施例 1

[0064] 依据本发明的显示装置的一种实施方式可参考 图 3， 包括显示像素阵列 110， 感 光像素阵列 120和周边电路。 所称周边电路包括显示控制电路 131和感光控制电 路 132。

[0065] 本实施例中， 显示像素阵列 110形成为 OLED显示屏 （例如 AMOLED显示屏） 1 00的有机发光材料层。 显示控制电路 131采用薄膜驱动电路。 该 OLED显示屏还 包括透光保护层 （阴极） 140。 需要说明的是， OLED显示屏可以是顶部发光， 也可以是底部发光， 简明起见， 图 3中以顶部发光为例进行绘制， 其中实线箭头 表示发光的方向， 即与外部观看显示面的方向相对的方向。 若采用底部发光的 0 LED显示屏， 则观看方向与本实施例相反， 不再赘述。

[0066] 感光像素阵列 120可采用光伏板或具有大尺寸的像素的感光芯 片。 感光控制电 路 132可按照功能的需要 （供电， 成像或感光输入等） 进行设计。

[0067] 本实施例中， OLED显示屏 （显示像素阵列） 与感光像素阵列彼此上下重叠地 布置。 且沿外部观看显示面的方向， 感光像素阵列布置于显示像素阵列的下方 ， 显示像素阵列至少部分地透光， 使得位于下方的感光像素能够感应到来自外 部的光线， 如图 3中位于上方的虚线箭头所示。 由于感光像素位于显示像素的下 方， 本实施例中， 感光像素感光所覆盖的区域是包含了显示像素 发光所覆盖的 区域的。

[0068] 需要说明的是， 感光像素阵列可以是单向感光的， 也可以是双向感光的 （如图 3中位于下方的虚线箭头所示） 。 在双向感光的情况下， 不论感光像素阵列布置 于显示像素阵列的上方还是下方， 显示像素阵列最好都具有一定的透光性， 以 充分发挥感光像素阵列的双向感光能力。

[0069] 在其他实施例中， 沿外部观看显示面的方向， 显示像素阵列也可以布置于感光 像素阵列的下方， 这种情况下， 感光像素阵列至少部分地透光。 由于感光像素 部分透明吋会减弱其感光能力， 因此通常而言， 将感光像素设置在显示像素的 下方是更为优选的。

[0070] 本实施例中， OLED显示屏可以与感光器件 （包括感光像素阵列以及感光控制 电路） 分别独立制作， 并在组装吋按照设计重叠在一起， 基于成熟的现有工艺 ， 这是一种实现本发明复合显示装置的快速而便 捷的方法。

[0071] 优选地， 在其他实施方式中， 可以将显示像素阵列的显示控制电路形成于一 至 少部分地透光的半导体基层， 而将感光像素阵列也形成于同一半导体基层。 例 如， 显示控制电路可以与感光像素阵列分别形成于 该半导体基层的顶面和底面 。 又如， 显示控制电路可以与感光像素阵列至少部分地 形成于该半导体基层的 同一面。 以此， 可实现更加集成化的复合显示装置。

[0072] 实施例 2

[0073] 依据本发明的显示装置的另一种实施方式可参 考图 4， 包括显示像素阵列 210， 感光像素阵列 220和周边电路 （未图示） 。 简明起见， 图 4中仅以单个像素来代 表像素阵列。

[0074] 本实施例与实施例 1类似的是， 显示像素阵列与感光像素阵列同样以上下重叠 的方式进行布置， 但区别之处在于， 两种像素阵列集成于同一半导体基层。 具 体而言， 显示像素阵列形成于一至少部分地透光的半导 体基层， 而感光像素阵 列也形成于该半导体基层。 这种情况下， 显示像素阵列通常可采用 LED阵列。 可 根据设计的需要选择所使用的半导体基层的类 型， 例如， 可以是 P型的， 也可以 是 N型的。

[0075] 如图 4(a)所示， 显示像素阵列 210与感光像素阵列 220可分别形成于半导体基层 的顶面和底面。

[0076] 或者， 如图 4(b)所示， 显示像素阵列 210与感光像素阵列 220可分别形成于半导 体基层的不同深度。

[0077] 当然， 以上两种布置方式也可结合起来使用， 如图 4(c)所示， 显示像素 210形成 于半导体基层的顶面， 部分感光像素 220'也形成于半导体基层的顶面但与显示像 素位于不同的深度， 而部分感光像素 220"则形成于半导体基层的底面。

[0078] 需要说明的是， 图 4中示出的是通过在基层中惨杂来形成 LED像素以及感光像 素的情形， 然而本领域技术人员熟知， LED像素还可通过在基层上叠置金属电极 来实现， 这种情况下， LED像素是突出在基层之上而不是形成于基层之 内的， 不 过两种像素之间的相对位置关系仍然可以由图 4来表示， 例如， 可以将 210看作 设置金属电极的位置。 因此， 本文附图仅为示意图， 所画出的像素之间的布置 关系仅用于表示像素之间的相对位置关系， 而并不是对像素形成方式的限定， 以下不再赘述。

[0079] 实施例 3

[0080] 依据本发明的显示装置的另一种实施方式可参 考图 5， 包括显示像素阵列 310， 感光像素阵列 320和周边电路 （未图示） 。 显示装置顶部还设置有透光保护层 34 0。

[0081] 本实施例与实施例 2类似的是， 显示像素阵列与感光像素阵列集成于同一半导 体基层， 但区别之处在于， 显示像素与感光像素彼此交错地共同形成于半 导体 基层的同一面。 本实施例中， 显示像素阵列通常可采用 LED阵列。 图 5中， 实线 箭头表示 LED阵列发光的方向， 虚线箭头表示感光像素阵列感光的方向， 与实施 例 1中的描述类似地， 感光像素阵列可以是单向感光的 （如图 5上方的虚线箭头 所示） ， 也可以是双向感光的 （如图 5中的两个虚线箭头所示） 。

[0082] 两种像素的交错分布方式具体可参考图 6， 简明起见， 图 6中仅以单个像素来代 表像素阵列。 如图 6(a)所示， 显示像素阵列 310与感光像素阵列 320可以仅在半导 体基层的同一面交错分布。 作为另一种可选的实施方式， 实施例 2与实施例 3的 像素布置方式也可结合起来使用， 如图 6(b)所示， 显示像素 310与部分感光像素 3 20'交错形成于半导体基层的顶面， 而部分感光像素 320"则形成于半导体基层的 底面， 从而与显示像素 310重叠。 对于采用金属电极的 LED, 可以将 310看作设置 金属电极的位置。

[0083] 在依据本发明的各种实施例中， 显示像素阵列与感光像素阵列中的像素的特性 ， 包括大小、 排列规则、 工作光谱范围等， 均可分别独立设置。 具体而言， 无 论两种阵列是分别独立制作的， 还是集成为一体的； 也无论两种阵列中的像素 是上下重叠布置的， 还是左右交错布置的， 或者是采用混合方式布置的， 这两 种阵列可具有相同或不同的像素大小， 也可具有相同或不同的像素排列规则， 还可工作于相同或部分相同或完全不同的光谱 范围。

[0084] 可以根据预期的使用场景、 结构设计、 功能需求等确定两种阵列中的像素的优 选特性。 例如， 显示像素阵列中的像素可按照显示装置所需要 的显示功能进行 设计， 通常具有较小的尺寸 （例如微米级的大小） ， 工作于可见光光谱范围， 且每个像素只显示一种色彩 （例如红、 绿、 蓝之一） 。 又如， 感光像素阵列若 用于供电或输入， 可具有较大的像素尺寸 （例如毫米级以上的大小） ， 若用于 成像， 可具有较小的像素尺寸， 一般不需要区分色彩， 即便用于输入指纹、 掌 纹等， 单色成像已可满足需要。 当然， 在特殊的用途设计中， 也可将感光像素 阵列设计为彩色的。

[0085] 作为一种优选的实施方式， 当感光像素与显示像素重叠布置吋， 感光像素可工 作于与显示像素部分不同或完全不同 （正交） 的光谱范围。 例如， 在图 4(a)-(c) 所示的情况下， 当感光像素重叠布置于显示像素下方吋， 位于基层顶面的显示 像素可工作于可见光范围， 位于基层顶面的感光像素可同样工作于可见光 范围 ， 而位于基层底面的感光像素则可工作于红外光 范围， 由于红外光的穿透深度 比较深， 这样的设计方式能够充分地利用光能。 这也使得感光像素即使在室内 光线较弱的情况下也能提供电能。

[0086] 此外， 在显示像素阵列与感光像素阵列集成在一起的 情况下， 例如， 实施例 2 和实施例 3所描述的情况， 由于两种阵列布置于同一半导体基层， 且两个阵列的 行寻址、 列寻址的读写方法是基本类似的， 因此显示控制电路和感光控制电路 可以至少部分地共享电子线路， 例如可共享地址选择和控制电路等。

[0087] 参见图 7， 其中， 图 7(a)是通常的感光器件的主动像素读取电路 （Active Pixel Reading

Circuit) 示意图， 图 7(b)是通常的感光器件的被动像素读取电路 （Passive Pixel Reading Circuit) 示意图， 图 7(c)是通常的采用主动矩阵 （Active Matrix) 的显示 器件 （例如， OLED/AMOLED , 或者 LED) 的写控制电路 （像素层级） 示意图

。 简明起见， 图 7中仅示出了行选择线路 RowS而省略了列选择线路。 可以看出， 对于感光器件而言， 主动和被动的差别主要在于是否采用了像素级 别的信号放 大电路。 根据之前的分析可知， 对于本发明而言， 用于感光像素阵列的信号放 大电路是可以省去的。 而从寻址方式上看， 显示器件的写寻址方式与感光器件 的读寻址方式是非常相似的， 因此可以将之融合， 以使得显示控制电路和感光 控制电路可以至少部分地共享电子线路。 [0088] 图 8示出了图 7(b)与图 7(c)结合在一起的一种实现方式。 其中， 显示像素 410可 以是发光二极管 （LED) ； 感光像素 420可以是感光二极管或感光门； 行选择信 号线 451被两种像素共享； 输入信号线 452/输出信号线 453也被共享， 当用于显示 吋为输入信号线， 当用于感光吋为输出信号线； 控制线 454也被共享， 当用于显 示吋是发光二极管的驱动电容的控制线， 当用于感光吋是感光二极管的复位控 制线； 感光二极管的阴极电压供应线 455通常接地或与其它感光二极管的阳极串 联 （以便于充电） ； 信号放大器 456既可以省略也可以保留， 因此以虚线框示出

[0089] 当显示控制电路和感光控制电路采用例如图 8所示的共享方式吋， 感光像素和 显示像素是异吋工作的， 换言之， 显示功能与感光功能不能同吋使用。 当对显 示像素 410进行驱动吋， 输入信号线 452上输入电压； 而当感光像素 420被读取吋 ， 输出信号线 453上输出其感应的信号。

[0090] 需要说明的是， 图 8只是对显示器件与感光器件共享控制电路的� �种原理性说 明。 在不同的应用情况下， 根据不同的显示器件、 不同的感光器件， 可以有各 种不同的控制电路的共享实现方法， 不过基本而言， 一般是对行选择线路、 列 选择线路以及部分元件和控制线的分吋共用。

[0091] 此外， 本发明还提供几种新的显示像素的排列规则。 通常， 阵列式显示器件中 的像素一般采用水平排列的方式或三角排列的 方式， 例如三星©在其 Super AMOLED显示屏中使用的 GIR/B排列， 其中 R/B表示 R位于 B的上方。

[0092] 本发明中提出以下新的排列方式：

[0093] 一、 蜂窝图案

[0094] 参考图 9， 其中图 9(a)和 (b)分别示出了 R、 G、 B像素的两种蜂窝图案排列方式

。 在蜂窝排列中， 三种颜色的比例是相同的。

[0095] 二、 广义贝叶 （Bayer) 图案

[0096] 参考图 10， 广义贝叶图案是指一种基色的数量是另外两种 基色的数量之和的矩 阵式排列图案。 这种排列方式曾用于感光器件的像素排列， 也有将贝叶图案用 于显示像素的排列， 并通过非均匀的像素面积来实现色彩的平衡。 例如， 对于 类似于图 10(a)的色彩排列方式， 目前采用的做法是将 G像素的面积减小为 R或 B 像素的面积的一半。 而本发明则是通过调整不同色彩的强度来实现 色彩的平衡

[0097] 参考图 10(a), 是一种类似于经典的贝叶图案的排列方式， G像素的数量是 R与 B 像素之和， 两个 G像素在一个对角线上， R和 B像素在另一个对角线上。 与感光 器件中的排列不同的是， 数量加倍的像素的强度需要降低为原来的一半 ， 因此 图 10(a)中显示为 G/2。

[0098] 图 10(b)则示出了另一种可能的排列情况， 其中 R像素的数量是 G和 B像素之和， 不过与图 10(a)不同的是， R像素的强度并未降低为原来的一半， 而是将 G和 B像 素的强度提高为原来的两倍。

[0099] 图 10(c)则示出另一种更一般的情况， 其中 B像素的数量是 R和 G像素之和， 且 B 像素的强度变化为原来的 k倍， 贝 IjR和 G像素的强度相应变化为原来的 2k倍， 其中 k为任意正实数。

[0100] 图 10只是对广义贝叶图案进行了少量举例， 依据其原理， 还可产生出更多的其 他排列图案， 不再赘述。

[0101]

[0102] 以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式 进行了阐述， 应该理解， 以上实 施方式只是用于帮助理解本发明， 而不应理解为对本发明的限制。 对于本领域 的一般技术人员， 依据本发明的思想， 可以对上述具体实施方式进行变化。 技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果