CN101135795A - 显示装置、其制造方法、其控制方法以及光电装置 - Google Patents
显示装置、其制造方法、其控制方法以及光电装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种显示装置,包括一液晶显示面板、一背光模块以及一光感测装置。背光模块配置于液晶显示面板下方,且背光模块适于提供一面光源。光感测装置内建于液晶显示面板中,且光感测装置具有多个照度感测能力不同的光感测元件,而背光模块根据其中一个光感测元件的感测结果调变面光源的输出强度。因此,本发明的显示装置能够精准地根据环境光的变化而调整背光源强度,以提升显示装置的显示对比度及节省电能。另外,本发明还公开了显示装置的制造方法、其控制方法以及光电装置。
Description
技术领域
本发明是涉及一种显示装置,且尤其涉及一种能随环境光的强度而调整其背光模块的亮度的显示装置。
背景技术
随着科技进步,液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)及等离子显示器(Plasma Display Panel,PDP)等平面式显示器(flat panel display)已渐渐取代早期的阴极射线管显示器(Cathode Ray Tube,CRT)而成为显示器商品的主流。现今的平面式显示器商品大多以液晶显示器为主,而目前液晶显示器以薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid CrystalDisplay,TFT-LCD)最为普遍。
随着液晶面板的大型化及低价化,液晶电视逐渐普及到一般家庭的客厅中。人们对液晶电视的性能和质量也有更多的要求,其中显示对比(contrastratio)便是一项重要的项目。由于,液晶显示器所显示画面的对比会受到周遭环境光的影响,因此有必要依据周遭环境的光线亮度来调节背光源的光强度,以提升显示对比及节省电能。尤其在此能源价格高涨且地球温室效应日益严重的今日,节省电能已成为当前科技发展的重要课题。
美国专利第6,710,318号揭露了将光感测元件置于显示装置上,以检测环境光的设计。图1为现有技术的具有光感测元件的显示装置。请参照图1,显示装置100包括显示面板110以及两个光感测元件120。光感测元件120置于显示装置100上,且靠近显示面板110。光感测元件120乃用来检测环境光。
由于光感测元件120接收到光线时,会产生对应的光电流,所以可以通过这些光电流的强度来调整背光源的强弱。然而,每件光感测元件120仅能针对某一段的光强度具有较高的敏感度,也就是每件光感测元件120感测照度的能力有限。例如当对微弱光线有高敏感度的光感测元件120接收到一般光强度与很高光强度的光线时,此光感测元件120几乎都只能输出其极大值(饱和值)的光电流,因此对一般光强度以上的光线不具准确的分辨性。相对地,对强烈光线有高敏感度的光感测元件120则对一般光强度以下的微弱光线不具准确的分辨性,因为其产生的光电流太小,极易受噪声电流干扰而失真。
然而,在真实的环境中,从白天到黑夜以及随使用者使用照明设备的情形不同都会使环境光发生大幅的变化。因此,光感测元件120若能准确地检测不同光强度的光线,则更有助于提高显示装置100的显示对比并且达到节能的功效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种显示装置,其能够精准地检测环境光,并进而调整背光源强度,以提升显示装置的显示对比及节省电能。
本发明另一目的在于提供一种显示装置的制造方法,可制造高显示对比且低电能损耗的显示装置。
本发明又一目的在于提供一种显示装置的控制方法,可使显示装置的背光模块依据不同环境状况而提供适当强度的光源。
本发明又一目的在于提供一种光电装置,其可依据外界环境光的强度变化而适度地调整显示亮度。
为实现上述目的,本发明提供一种显示装置,其包括一液晶显示面板、一背光模块以及一光感测装置。背光模块配置于液晶显示面板下方,且背光模块适于提供一面光源。光感测装置内建于液晶显示面板中,光感测装置具有多个照度感测能力不同的光感测元件,其中背光模块根据其中一个光感测元件的感测结果调变面光源的输出强度。
而且,本发明另提供一种光电装置,其包含如上所述的显示装置。
而且,本发明再提供一种显示装置的制造方法。此显示装置的制造方法包括提供一液晶显示面板,于液晶显示面板中内建一光感测装置,以及提供一背光模块。光感测装置具有多个照度感测能力不同的光感测元件,而背光模块配置于液晶显示面板下方,且背光模块提供一面光源。背光模块根据其中一个光感测元件的感测结果调变面光源的输出强度。
而且,本发明又提出一种显示装置的控制方法,适于控制如上所述的显示装置。此显示装置的控制方法包括通过光感测元件感测环境光线,以及根据其中一个光感测元件的感测结果调变面光源的输出强度。
本发明的效果:本发明的显示装置中,光感测装置由多个适于感测不同照度范围的光感测元件构成,因此,光感测装置可以感测各种照度范围的环境光变化。也就是说,无论环境光在很强烈或是很微弱的情形下,光感测装置都可以正确地感测,而背光模块则可依据光感测装置的感测结果适当地调变面光源的强度。所以,本发明的显示装置在不同强度的环境光下都可以具有良好的显示对比。此外,背光模块所提供的光线可以适当的调整也有助于降低能源的损耗。再进一步来说,本发明的光感测装置不需以其它工艺,而以既有的液晶显示面板工艺就可制作于液晶显示面板中,因此不会造成工艺成本及工艺步骤的增加。
附图说明
图1为现有技术的具有光感测元件的显示装置;
图2为本发明一实施例的显示装置的剖面示意图;
图3为本发明一实施例的显示装置内各元件的方块图。
其中,附图标记:
100、200:显示装置 110:显示面板
120、232a~232e:光感测元件 210:液晶显示面板
212:主动元件阵列基板 214:对向基板
216:液晶层 220:背光模块
230:光感测装置 240:彩色滤光层
240a、240b、240c:彩色滤光薄膜 250:偏光板
340:电流检测单元 350:控制单元
P:开口
具体实施方式
图2为本发明一实施例的显示装置的剖面示意图。请参照图2,显示装置200包括液晶显示面板210、背光模块220以及一光感测装置230。背光模块220配置于液晶显示面板210下方,且背光模块220适于提供一面光源,其中面光源中的所使用的光源种类,包含荧光灯管(如:冷阴极荧光灯管、热阴极荧光灯管、外部电极荧光灯管、平面荧光灯管、或其它灯管、或上述的组合)、点光源(如:无机发光二极管、有机小分子磷光/荧光发光二极管、有机高分子磷光/荧光发光二极管、或其它二极管、或上述的组合)、等离子型面板光源、纳米碳管光源、或其它类型光源、或上述的组合。光感测装置230内建于液晶显示面板210中,光感测装置230具有照度感测能力不同的多个光感测元件232a~232e,其中背光模块220根据其中一个光感测元件232a~232e的感测结果调变面光源的输出强度。
具体来说,显示装置200的制造方法包括提供一液晶显示面板210,于液晶显示面板210中内建一光感测装置230,以及提供一背光模块220。背光模块220例如可通过框架等固定构件(未绘示),而配置于液晶显示面板230下方,且背光模块220用以提供一面光源。此面光源的输出强度可以依照不同的状况而改变。
在本实施例中,各个光感测元件232a~232e适于感测不同照度范围的光线,也就是说每个光感测元件232a~232e对于光线的感测能力不全然相同。其中,部分光感测元件232a~232e,例如是光感测元件232a在低照度的环境光下较敏感,而部分光感测元件232a~232e,例如是光感测元件232e在高照度环境光下较敏感。值得一提的是,各个光感测元件232a~232e可感测的光线照度范围可以是有部分相互重迭的。
当环境光很微弱时(例如光照度低于某一设定值),光感测元件232a的感测结果可信度较高,而背光模块220可以根据光感测元件232a的感测结果适度地来调降面光源的输出强度,以节省电能。反之,当环境光线较强烈时,(也就是光照度高于某一设定值),光感测元件232e的感测结果可信度较高,而背光模块220可根据光感测元件232e的感测结果来适度地调升面光源的输出强度以提高显示装置200的显示对比。如此一来,不论环境光的照度大小为何,背光模块220都可以对应地输出不同强度的面光源。
具体来说,光感测装置230感测环境光以使背光模块220调整面光源的方法如下所述。图3为本发明一实施例的显示装置内各元件的方块图。请参照图3,显示装置200包括液晶显示面板210、光感测装置230、电流检测单元340、控制单元350以及背光模块220。电流检测单元340与光感测装置230连接,而控制单元350连接于电流检测单元340与背光模块220之间。
电流检测单元340检测到光感测装置230中各光感测元件232a~232e产生的光电流时,会依内部设定值来决定出最可信赖的光电流值,并回授对应的感应电流至控制单元350。此时,控制单元350便可依据电流检测单元340所传送的感应电流的大小,来调变背光模块220的面光源的输出强度。因此,各光感测元件232a~232e所感应出来的光电流是决定背光模块220的面光源如何调变的关键。光感测元件232a~232e所感应出来的光电流达到饱和或是过于微弱时,都会使背光模块220的面光源得不到正确的调变。然而,在其它实施例中,也可不使用电流检测单元340,而将各光感测元件232a~232e产生的光电流直接传递至控制单元350来计算及判断要传输至背光模块220的电压/电流,以调变背光模块220的面光源的输出强度。
一般来说,应用于液晶显示装置200中的光感测元件232a~232e可以由半导体元件构成。若以晶体管作为光感测元件232a~232e时,光感测元件232a~232e接受到光线后,所产生光电流的大小可用下列公式表示。
其中,Iph为光感测元件232a~232e所产生的光电流;W为光感测元件232a~232e中的半导体通道宽度;L为光感测元件232a~232e中的半导体通道长度;Nph为光子数目;而θRGB为光电转换效率,Tcoef为温度系数。
由此公式可知,光电流Iph的大小会受到光子数目Nph以及光感测元件232a~232e的半导体通道宽长比W/L的影响。在固定的半导体通道宽长比W/L之下,光感测元件232a~232e接受的光子数目Nph越多可产生越大的光电流Iph。理论上,一个光感测元件232a~232e就可以感测环境光的变化。
但是,在固定的半导体通道宽长比W/L之下,光感测元件232a~232e所能产生的光电流Iph仅限于一定的范围之内。也就是说,光感测元件232a~232e所能产生的光电流Iph有一定的饱和度,无法无限制地增加。另外,当光电流Iph太微弱时又会因其它噪声的影响而无法正确反应光感测元件232a~232e接收到的光子数目Nph。因此,光子数目Nph超过一定数量或是少于一定数量时,光感测元件232a~232e都无法对应光子数目Nph产生正确的光电流Iph。本发明遂在此提出利用单层或多层滤光薄膜来减少通过的光子数目Nph,或是改变光感测元件232a~232e的规格,例如是半导体通道宽长比W/L便可以定义出对应多种照度范围都有良好感测能力的光感测装置230。
请再参照图2,液晶显示面板210还包括彩色滤光层240以及偏光板250,且彩色滤光层240以及偏光板250位于至少部分光感测元件232c~232e上方。彩色滤光层240包括多个彩色滤光薄膜240a、240b以及240c,且彩色滤光层240例如具有一开口P。其中,光感测元件232a位于彩色滤光层240及偏光板250之外,光感测元件232b~232e都位于偏光板250下方,且光感测元件232c~232e更同时位于彩色滤光层240下方为实施范例。具体来说,液晶显示面板210中,光感测元件232a与232b位于彩色滤光层240的开口P下方,所以光感测元件232a与232b上方无任何对应的彩色滤光薄膜240a、240b以及240c。光感测元件232c上方对应有一层彩色滤光薄膜240a。光感测元件232d上方对应有彩色滤光薄膜240a以及240b共两层相迭。光感测元件232e上方则对应有彩色滤光薄膜240a、240b以及240c共三层相迭。然而,在其它实施例中,光感测元件232a也可设置于偏光板250下方且其它感测元件上方也可对应有彩色滤光薄膜240a以及240b共两层相迭或彩色滤光薄膜240a、240b以及240c共三层相迭,而光感测元件232b则依显示面板设计需求设置于偏光板的下及/或彩色滤光薄膜之下。必需注意的是,本发明的实施例是以三种颜色为实施例,但也可使用一种、二种、四种、五种、六种颜色等等。
实务上,偏光板250与这些彩色滤光薄膜240a、240b以及240c对于白光的穿透度不同。举例来说,当彩色滤光薄膜240a、240b以及240c分别是红色、绿色及蓝色的彩色滤光薄膜240a、240b以及240c时,各彩色滤光薄膜240a、240b以及240c及不同层数的彩色滤光薄膜240a、240b以及240c对于白光的穿透度与偏光板250对于白光的穿透度如表1所示。
表1:使用D65的白光光源的光在穿透偏光板、不同颜色的彩色滤光薄膜240a、240b以及240c及不同层数的彩色滤光薄膜240a、240b以及240c后的穿透率量测值。
薄膜 | 无 | 偏光板 | 红 | 绿 | 蓝 | 红+绿 | 绿+蓝 | 红+蓝 | 红+绿+蓝 |
穿透率(%) | 100 | 45~55 | 44.2 | 41.4 | 33.7 | 13.3 | 12.6 | 3.3 | 0.5 |
光线经过偏光板250之后,仅有特定偏振方向的光线可以通过,而进入液晶显示面板210中,因此偏光板250的配置也会影响光线的穿透度。换句话说,在相同照度的环境光之下,光感测元件232a接收到的光子数目Nph最多,光感测元件232b次之,而光感测元件232c~232e更少。若光感测元件232a~232e为相同规格的薄膜晶体管或是其它半导体元件,则环境光照度实质上大于一特定数值(例如:5000~10000流明(Lux)、大于等于10000流明(Lux),或其它数值)时,会使光感测元件232a的光敏感度下降,而所产生的光电流增加量变小。也即光感测元件232a到达光照度与光敏感度的图形的曲线段(较不可信赖的区段)。但是,同样环境光照度下,光感测元件232b~232e中至少其中一个所产生的光电流Iph增加量不一定变小,也即仍在光照度与光敏感度的图形的直线段(可信赖的区段)。因此,无论环境光照度的强弱,本实施例中,至少有一个光感测元件232a~232e可以精准对应环境光的变化而感应出适当的光电流。
详细来说,光感测元件232c~232e所对应的彩色滤光层240的穿透度分别为T1、T2以及T3,由表1可知T1>T2>T3。在光感测元件232c~232e为相同的规格设计时,光感测元件232c、232d及232e可感测的环境光照度分别为L1、L2以及L3,则L1<L2<L3。也就是说,光感测元件232e所对应的彩色滤光层240的穿透度较低或是对应较多层彩色滤光薄膜240a、240b或240c因而适于感测较高照度的环境光。
更进一步说明,各个光感测元件232a~232e所接受到的光子数目Nph有极大的不同。根据表1的数据,当环境光极强时,三层彩色滤光薄膜240a、240b及240c可滤掉约99.5%的光,因此光感测元件232a所接受的光子数目Nph约为光感测元件232e所接受的光子数目Nph的200倍。此时,光感测元件232e的光电流Iph不容易达到饱和,而能提供较准确的感测值。相对之下,此时光感测元件232a、232b、232c甚至是232d所产生的光电流Iph可能都已达饱和值,所以感测元件232a、232b、232c甚至是232d便无法提供准确的感测值。反之,当环境光很微弱时,可能就只有光感测元件232a能够较正确的产生对应的光电流Iph。
在此,本发明并不限定以特定颜色的彩色滤光薄膜240a、240b及240c与光感测元件232a~232e对应配置。在其它实施例中,各种不同颜色的彩色滤光薄膜240a、240b及240c都可互相置换而配置于所对应的光感测元件232a~232e上方。此外,光感测元件232a~232e的数量也不限定于五个,在不同的设计之下,可以内建二个、三个、四个、六个或更多个光感测元件232a~232e于液晶显示面板210中。实务上,全部光感测元件232a~232e可以都位于液晶显示面板210的显示区中,或是全部位于液晶显示面板210的非显示区中。光感测元件232a~232e的设置位置也可以是部份光感测元件232a~232e位于液晶显示面板210的显示区中而另一部份光感测元件232a~232e位于液晶显示面板210的非显示区中。
当然,欲使各光感测元件232a~232e感测不同照度范围的环境光,也可以通过其它方式以达成相同的效果。举例来说,以晶体管作为光感测元件232a~232e时,晶体管的半导体通道宽长比W/L会影响到光感测元件232a~232e所产生的光电流的大小,即如公式1所述。当半导体通道宽长比W/L越大时,较少量的光子数目就可以产生足够的光电流Iph,因此可感测低照度的环境光。反之,欲检测高照度的环境光时,可使半导体通道宽长比W/L减小,以避免光感测元件232a~232e所感应的光电流Iph达到或超过饱和值,而失去准确性。
值得一提的是,不同规格的光感测元件232a~232e也可以搭配不同光线穿透度的膜层,例如彩色滤光层240及/或偏光板250等而使光感测装置230感测各种照度范围的环境光线。如此一来,无论外界环境光的变化如何,背光模块220都可以精确地调整面光源的强度。换言之,背光模块220可以提供适当的亮度以在强光下使液晶显示装置200具有良好的显示对比,而在微光下节省背光模块220的能源损耗。
进一步来说,液晶显示面板210包括一主动元件阵列基板212、一对向基板214以及一液晶层216。对向基板214配置于主动元件阵列基板212上方。液晶层216配置于主动元件阵列基板212与对向基板214之间,其中这些光感测元件232a~232e配置于主动元件阵列基板212上,彩色滤光层240配置于对向基板214上为范例,但不限于此,光感测元件232a~232e也可设置于主动元件阵列基板212的中或下方。在其它实施例中,彩色滤光层240也可以配置于主动元件阵列基板212上,而使液晶显示面板210为一彩色滤光层240在主动元件阵列上(Color filter on array,COA)或是主动元件阵列在彩色滤光层240上(Array on color filter,AOC)的结构。当本实施例的光感测元件232a~232e是由薄膜晶体管所构成时,可以在形成主动元件阵列时,将光感测元件232a~232e制作于主动元件阵列基板212上。因此,光感测元件232a~232e的制作可以与既有的主动元件阵列基板212制程兼容。
另外,本发明的上述实施例所述的显示装置200,可以跟电子元件电连接而组合成一光电装置。电子元件包括如:控制元件、操作元件、处理元件、输入元件、存储元件、驱动元件、发光元件、保护元件、感测元件、检测元件、或其它功能元件、或前述的组合。而光电装置的类型包括可携式产品(如手机、摄影机、照相机、笔记型计算机、游戏机、手表、音乐播放器、电子信件收发器、地图导航器、数字相片、或类似的产品)、影音产品(如影音放映器或类似的产品)、屏幕、电视、广告牌、投影机内的面板等。此外,本发明上述实施例的液晶显示面板210,以其像素电极的型态及液晶分子的型态的至少一者来分类,包含穿透型、半穿透型、反射型、垂直配向型(VA)、水平切换型(IPS)、多域垂直配向型(MVA)、扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、图案垂直配向型(PVA)、超级图案垂直配向型(S-PVA)、先进大视角型(ASV)、边缘电场切换型(FFS)、连续焰火状排列型(CPA)、轴对称排列微胞型(ASM)、光学补偿弯曲排列型(0CB)、超级水平切换型(S-IPS)、先进超级水平切换型(AS-IPS)、极端边缘电场切换型(UFFS)、高分子稳定配向型、双视角型(dual-view)、三视角型(triple-view)、或其它型面板、或前述的组合。
必需说明的,本发明的上述实施例所述的薄膜晶体管或是其它半导体元件的材质,包含多晶硅、非晶硅、单晶硅、微晶硅、含锗的硅合物、或其它材质、或上述的组合。
综上所述,本发明的显示装置至少具有以下所述的优点。本发明的显示装置中,光感测装置由多个适于感测不同照度范围的光感测元件构成,因此,光感测装置可以感测各种照度范围的环境光变化。也就是说,无论环境光在很强烈或是很微弱的情形下,光感测装置都可以正确地感测,而背光模块则可依据光感测装置的感测结果适当地调变面光源的强度。所以,本发明的显示装置在不同强度的环境光下都可以具有良好的显示对比。此外,背光模块所提供的光线可以适当的调整也有助于降低能源的损耗。再进一步来说,本发明的光感测装置不需以其它工艺,而以既有的液晶显示面板工艺就可制作于液晶显示面板中,因此不会造成工艺成本及工艺步骤的增加。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (17)
1.一种显示装置,其特征在于,包括:
一液晶显示面板;
一背光模块,配置于该液晶显示面板下方,且该背光模块提供一面光源;以及
一光感测装置,内建于该液晶显示面板中,该光感测装置具有多个照度感测能力不同的光感测元件,其中该背光模块根据其中一个光感测元件的感测结果调变该面光源的输出强度。
2.根据权利要求1所述的显示装置,其特征在于,还包括至少一电流检测单元,连接该光感测装置,用以检测各该光感测元件所产生的一感应电流。
3.根据权利要求2所述的显示装置,其特征在于,还包括至少一控制单元,电性连接于该电流检测单元与该背光模块,以根据该电流检测单元的感测结果调变该背光模块的该面光源的输出强度。
4.根据权利要求1所述的显示装置,其特征在于,还包括至少一控制单元,电性连接于该背光模块,以调变该背光模块的该面光源的输出强度。
5.根据权利要求1所述的显示装置,其特征在于,该液晶显示面板具有至少一偏光板,且该偏光板位于至少部分该些光感测元件上方。
6.根据权利要求1所述的显示装置,其特征在于,该液晶显示面板具有一彩色滤光层,且该彩色滤光层位于至少部分该些光感测元件上方。
7.根据权利要求6所述的显示装置,其特征在于,该彩色滤光层包括多个彩色滤光薄膜,且位于该彩色滤光层下方的该些光感测元件所对应的该些彩色滤光薄膜的穿透度不同。
8.根据权利要求6所述的显示装置,其特征在于,该彩色滤光层还包括至少一开口,其中该开口的位置对应于部分该些光感测元件的位置。
9.根据权利要求6所述的显示装置,其特征在于,该液晶显示面板包括:
一主动元件阵列基板;
一对向基板,配置于该主动元件阵列基板上方;以及
一液晶层,配置于该主动元件阵列基板与该对向基板之间,其中该些光感测元件配置于该主动元件阵列基板上,该彩色滤光层配置于该对向基板上。
10.根据权利要求6所述的显示装置,其特征在于,该液晶显示面板包括:
一主动元件阵列基板;
一对向基板,配置于该主动元件阵列基板上方;以及
一液晶层,配置于该主动元件阵列基板与该对向基板之间,该些光感测元件以及该彩色滤光层配置于该主动元件阵列基板上。
11.根据权利要求6所述的显示装置,其特征在于,该些光感测元件包括一第一光感测元件以及一第二光感测元件,该第一光感测元件适于感测L1的照度,该第二光感测元件适于感测L2的照度,其中L1大于L2,且该第一光感测元件所对应的该彩色滤光层的穿透度为T1,该第二光感测元件所对应的该彩色滤光层的穿透度为T2,其中T1小于T2。
12.根据权利要求1所述的显示装置,其特征在于,该些光感测元件包括多个半导体元件。
13.根据权利要求12所述的一种显示装置,其特征在于,该些光感测元件包括多个晶体管,且各该晶体管具有一通道长宽比,照度感测能力不同的各该晶体管具有不同的通道长宽比。
14.根据权利要求13所述的显示装置,其特征在于,该些光感测元件中,适于检测低照度范围的光感测元件的信道长宽比小于适于检测高照度范围的光感测元件的信道长宽比。
15.一种光电装置,包含根据权利要求1所述的显示装置。
16.一种显示装置的制造方法,其特征在于,包括:
于一液晶显示面板中内建一光感测装置,该光感测装置具有多个照度感测能力不同的光感测元件;以及
提供一背光模块,配置于该液晶显示面板下方,且该背光模块提供一面光源,其中该背光模块根据其中一个光感测元件的感测结果调变该面光源的输出强度。
17.一种显示装置的控制方法,适于控制根据权利要求1所述的显示装置,其特征在于,该显示装置的控制方法包括:
通过该光感测装置中的该些光感测元件感测环境光线;以及
根据其中一个光感测元件的感测结果调变该面光源的输出强度。
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