CN101441840A - 显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示设备，该显示设备能够逐个像素地执行显示操作和光接收操作，且抑制孔径比或者亮度的下降。该显示设备具有显示元件和彩色滤光器，彩色滤光器的至少一部分具有作为光电转换元件的功能。

Description

显示设备
相关申请的交叉引用
本发明包括与于2007年11月20日在日本专利局提交的日本专利申请JP2007-300150相关的主题，将其整个内容完全包括于此并作为参考。
技术领域
本发明涉及例如液晶显示器和有机EL(电致发光)显示设备的显示设备。
背景技术
在现有技术的某些显示设备中，在液晶显示器或者有机EL显示设备的单个像素中形成了包括一个显示元件的显示单元和包括光接收元件的一个光接收单元。使得能够逐个像素地执行显示操作和光接收操作(例如，参考日本未审专利申请公开No.2006-127212，[0034]，[0062]和图1)。光接收单元是具有作为光接收元件的光电转换元件(例如光电二极管)以及作为开关元件的TFT(薄膜晶体管)的光学传感器电路。该光电二极管被连同开关TFT一起安装在透明衬底上。
发明内容
然而，对于来自液晶显示器设备的背光的直射光，且对于来自例如有机EL或者LED(发光二极管)的自发光显示设备的发光元件所发出的光来说，该光电转换元件对孔径比和亮度都没有做出贡献。该光电转换元件的位置可以引起显示设备的亮度下降。
期望提供一种显示设备，其能够逐个像素地执行显示操作和光接收操作，并且抑制孔径比或者亮度的下降。
根据本发明的实施例，提供了一种具有显示元件和彩色滤光器的显示设备。该彩色滤光器的至少一部分具有光电转换元件的功能。
在本发明实施例的显示设备中，彩色滤光器的至少一部分用作光电转换元件，且因此将透光性赋予该光电转换元件，由此抑制显示设备的孔径比或者亮度的下降。这使得能够逐个像素地进行显示操作和光接收操作，还使得能够抑制孔径比或者亮度的下降。
从下面的描述更加全面地了解本发明的其它和另外的目的、特征和优点。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的显示设备的总体结构图；
图2示出了图1所示的显示部分的结构的实例的视图；
图3示出了如图2所示的显示光接收单元的结构的截面图；
图4示出了显示光接收单元的另一结构的截面图；以及
图5示出了显示光接收单元的另一结构的截面图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明的实施例的显示设备的示意性结构。显示设备是用于例如液晶电视的中型和大型显示设备，或者例如蜂窝电话或者游戏机的出于可移动目的的液晶显示设备。例如，该显示设备具有显示部分1，背光光源2，显示信号发生部分21，显示信号保持控制器22，显示侧扫描器23，显示信号驱动器24，光接收控制器31，光接收侧扫描器32，光接收信号接收器33，光接收信号保持部分34和位置检测部分35。
显示部分1具有以矩阵形式在其整个表面上排列的多个像素11，并在执行线顺序操作的同时显示例如预定图形和字符的图像。每一像素11由显示光接收单元CWR形成，该显示光接收单元CWR设置有包括一个显示元件的显示单元CW和包括光接收元件的一个光接收单元CR。
背光光源2是一种用于照射光到显示部分1的光源，且包括，例如，LED，CCFL(冷阴极荧光灯)，或者可选的，有机或无机EL元件。
基于由未示出的CPU(中央处理器)等产生并从CPU提供的数据，显示信号发生部分21产生用于逐帧地显示图像平面帧的显示信号。显示信号发生部分21向显示信号保持控制器22提供所产生的显示信号。
显示信号保持控制器22逐帧地将从显示信号发生部分21提供的显示信号存储并保持由SRAM(静态随机存取存储器)等构成的帧存储器中。显示信号保持控制器22还控制显示侧扫描器23和显示信号驱动器24的工作，其中该显示侧扫描器23和显示信号驱动器24驱动各个显示单元CW。具体地说，显示信号保持控制器22提供用于向显示侧扫描器23指示显示时序的显示时序控制信号41，且还基于在帧存储器中保持的显示信号，提供对应于一条水平线的显示信号给显示信号驱动器24。另外，显示信号保持控制器22通过提供开启时序控制信号42给背光光源2从而控制背光光源2中的发光时序。显示信号保持控制器22还控制随后描述的光接收控制器31的工作时序。具体地说，显示信号保持控制器22向光接收控制器31提供指示帧时序的垂直同步信号43，指示背光光源2是否开启的信号，和指示整个显示部分1的显示选择信号的扫描是否终止的信号。
显示侧扫描器23根据从显示信号保持控制器22输出的显示时序控制信号41选择被驱动的显示单元CW。具体地说，显示侧扫描器23通过连接到显示部分1的各个像素11的显示栅极线提供显示选择信号。
显示信号驱动器24根据从显示信号保持控制器22输出的对应于一条水平线的显示信号，提供显示数据给被驱动的显示单元CW。具体地说，显示信号驱动器24通过连接到显示部分1的各个像素11的数据供应线提供对应于显示数据的电压到由显示侧扫描器23选择的像素11。
光接收控制器31控制整个显示部分1的光接收操作。具体地说，从显示信号保持控制器22将垂直同步信号43，指示背光光源2是否开启的信号，和指示整个显示部分1的显示选择信号的扫描是否终止的信号提供到光接收控制器31。基于这些信号的任何一个，光接收控制器31提供光接收时序控制信号44到光接收侧扫描器32。
光接收侧扫描器32根据从光接收控制器31输出的光接收时序控制信号44选择驱动的光接收单元CR。光接收侧扫描器32通过连接到这些像素11的光接收栅极线将光接收选择信号提供到显示部分1的各个像素11。光接收侧扫描器32还通过将光接收块控制信号45输出到光接收信号接收器33和光接收信号保持部分34，从而分别控制光接收信号接收器33和光接收信号保持部分34。
根据从光接收侧扫描器32输出的光接收块控制信号45，光接收信号接收器33捕捉从每个光接收单元CR输出的对应于一条水平线的光接收信号。光接收信号接收器33还将对应于一条水平线的所捕捉的光接收信号输出到光接收信号保持部分34。
根据从光接收侧扫描器32输出的光接收块控制信号45，光接收信号保持部分34将从光接收信号接收器33输出的光接收信号重新配置为每图像平面帧的光接收信号，并随后在由SRAM等构成的帧存储器中存储并保持该信号。将存储在光接收信号保持部分34中的光接收信号数据输出到位置检测部分35。可选的，光接收信号保持部分34可以由除了存储器之外的存储元件形成，使得其可以，例如，保持如模拟数据的光接收信号数据。
基于从光接收信号保持部分34输出的光接收信号数据，位置检测部分35执行信号处理以确定在光接收单元CR中检测到的对象的位置，由此使得能够确定接触或者邻接对象(例如，用户的手指)的位置。当光接收信号保持部分34存储如模拟数据的光接收信号数据时，位置检测部分35执行模拟/数字(A/D)转换，之后执行信号处理。
可选的，可以根据需要，将驱动(未示出)通过接口(未示出)连接到显示信号保持控制器22和光接收控制器31。该驱动用于读取存储在安装的磁盘，光盘，磁光盘或者半导体存储器中的程序，并提供该程序到显示信号保持控制器22或者光接收控制器31。
图2示出了显示部分1的结构的实例的视图。显示部分1具有以矩阵形式排列的像素11，例如，在水平线方向的m个像素和在垂直线方向的n个像素和总共(m×n)个像素。例如，作为用于PC(个人电脑)的通用显示标准的XGA(扩展图形阵列)标准的显示部分1具有m＝1024×3(RGB)和n＝768和总共2,359,296个像素11。
显示部分1中的总共(m×n)个像素11的每一个包括显示光接收单元CWR11到CWRmn。取决于像素11的数目，显示部分1设置有m条数据供应线DW(DW1到DWm)，m条数据读取线DR(DR1到DRm)，n条显示栅极线GW(GW1到GWn)和n条光接收栅极线GR(GR1到GRn)。在图2中，箭头X指示显示栅极线GW和光接收栅极线GR的扫描方向。
该数据供应线DW，数据读取线DR，显示栅极线GW和光接收栅极线GR分别连接到显示信号驱动器24，光接收信号接收器33，显示侧扫描器23和光接收侧扫描器32。一条数据供应线DW，一条数据读取线DR，一条显示栅极线GW和一条光接收栅极线GR连接到这些显示光接收单元CWR中的每一个。
例如，一条数据供应线DW1和一条数据读取线DR1公共地连接到一条垂直线上的显示光接收单元CWR11，CWR12，...，CWRln。例如，一条显示栅极线GW1和一条光接收栅极线GR1公共地连接到一条水平线上的显示光接收单元CWR11，CWR21，...，CWRml。
图3示出了一个显示光接收单元CWR的截面结构的实例。显示光接收单元CWR在每个由例如玻璃的透明材料构成的衬底110和相对衬底120之间具有显示单元CW、彩色滤光器CF和光接收单元CR。显示单元CW是这样的液晶显示元件，其在安装在TFT衬底110上的显示元件像素电极131和安装在相对衬底120上的显示元件公共电极132之间具有液晶层133。显示元件晶体管134连接到显示元件像素电极131。
光接收单元CR具有，例如，光电转换元件141和相对地排列且在其间具有光电转换元件141的一对光电转换元件透明电极142A和142B。光接收元件晶体管143分别连接到光电转换元件透明电极142A和142B。
彩色滤光器CF使得能够在显示单元CW中进行彩色显示。彩色滤光器CF包括光电转换材料，具体地说具有增感染料，且在光接收单元CR中具有光电转换元件141的功能。因此，该显示设备能够逐个像素地执行显示操作和光接收操作，且还可以抑制孔径比或者亮度的下降。
通过允许在由氧化物半导体材料构成的多孔层中携带增感染料而形成彩色滤光器CF。
作为氧化物半导体材料，只要光电转换元件141(彩色滤光器CF)的CB(传导能带)低于增感染料的LUMO，任何已知的材料都是可用的。氧化物半导体材料的实例包括例如Ti，Zn，Nb，Zr，Sn，Y，La和Ta的金属氧化物，和基于钙钛矿的氧化物，例如SrTiO3和CaTiO3。
增感染料由如下分子构成，所述分子可见光区域中表现出吸收性，具有与氧化物半导体材料键合的功能基团，并导致电子迅速地从光学激发态变化到氧化物半导体材料。增感染料可以是液态，凝胶态(半固态)和固态的任何一种。与氧化物半导体材料键合的功能基团的实例包括Ru(bby)络合物(complex)，卟啉衍生物和具有羧基基团、磺酸盐基团或者羟基基团的邻吡喃酮衍生物。
显示元件像素电极131，显示元件公共电极132和光电转换元件透明电极142A和142B包括例如ITO(氧化铟锡)的透明导电材料。显示元件像素电极131和显示元件公共电极132具有形成在其各自的表面上的对准膜(未示出)。液晶层133可以由任何液晶材料形成。
当显示元件晶体管134和光接收元件晶体管143用于例如液晶电视的中型和大型显示设备时，显示元件晶体管134和光接收元件晶体管143由非晶硅TFT形成，且当它们用于例如蜂窝电话和游戏机的移动目的时，其由低温多晶硅TFT形成。并不限制这些非晶硅TFT和低温多晶硅TFT的成分。数据供应线DW和显示栅极线GW(图3中未示出，参见图2)连接到显示元件晶体管134。数据读取线DR和光接收栅极线GR(图3中未示出，参见图2)连接到光接收元件晶体管143。
例如，在衬底110的相同表面上形成显示元件晶体管134和光接收元件晶体管143，且通过在其间插入由OC(覆盖)材料或者氮化物膜构成的绝缘层111而在这些晶体管上形成彩色滤光器CF。OC材料的实例包括例如环氧树脂和丙烯酸树脂的热固性树脂。
通过举例方式而并非限制的方式，显示单元CW，光接收单元CR和彩色滤光器CF当中的部件的位置关系如图3所示。可选的，如图4所示，可以在衬底110上形成显示元件晶体管134，且可以在显示元件晶体管134上形成彩色滤光器CF和光接收元件晶体管143，且在其间具有绝缘层111。
可选的，如图5所示，可以在衬底110上形成显示元件晶体管134，且可以在相对衬底120上形成彩色滤光器CF和光接收晶体管143。在这种情况下，通过在其间插入由与上述绝缘层111相同的OC材料构成的绝缘层121，从而在彩色滤光器CF和光接收元件晶体管143上形成显示元件公共电极132。在图3到5所示的结构中，图4所示的结构似乎是以最容易的工艺形成的，图5所示的结构似乎在成品率方面是有益的，且图3所示的结构似乎在显示性能方面是有益的。
例如，可以以下面的方式制造本发明的显示设备。在下面，将描述制造具有图3所示的结构的显示设备的情况。
首先，根据通常的薄膜半导体工艺，在由上述材料构成的衬底110上，形成显示元件晶体管134和光接收元件晶体管143，在其上形成由上述材料构成的绝缘层111。
随后，形成由上述材料构成的光电转换元件透明电极142A，并随后通过绝缘层111中设置的连接孔将其连接到光接收元件晶体管143。
随后，通过对由上述氧化物半导体材料构成的半导体颗粒进行烧结从而在光电转换元件透明电极142A上形成多孔层。通过在例如乙醇，甲醇或者甲苯的溶剂中溶解上述增感染料来制备增感染料溶液。在加热衬底110时，将增感染料溶液滴在多孔层上并随后烘干，使得在氧化物半导体材料中携带增感染料，由此形成光电转换元件141(彩色滤光器CF)。
此后，在光电转换元件141周围形成绝缘层111，且在光电转换元件141上形成光电转换元件透明电极142B。此时，通过在绝缘层111中设置的连接孔将光电转换元件透明电极142B连接到光接收元件晶体管143。
在形成光电转换元件透明电极142B之后，在其上形成绝缘层111，且形成由上述材料构成的显示元件像素电极131，并随后通过在绝缘层111中设置的连接孔将其连接到显示元件晶体管134。
制备由上述材料构成的相对衬底12，且在相对衬底120的表面上形成由上述材料构成的公共电极132。相对地布置衬底110和相对衬底120，且在其周围形成封闭层(未示出)。然后，通过在这两个衬底之间注入液晶而形成液晶层133。至此，完成了图3所示的显示设备。
在上述显示设备中，当将显示选择信号从显示侧扫描器23施加到预定像素11时，在像素11中执行与从显示信号驱动器24提供的电压相对应的显示操作。由于由显示侧扫描器23和显示信号驱动器24这样执行的线顺序操作，在显示部分1上显示了对应于任意显示数据的图像。
当根据从光接收控制器31输出的光接收时序控制信号44从光接收侧扫描器32提供光接收选择信号到预定像素11时，从像素11将与由像素11的光电转换元件141检测的光的量相对应的光接收信号输出到光接收信号接收器33。将光接收信号重新配置为每图像平面(逐帧地)的光接收信号并存储在帧存储器中，且还由光接收信号保持部分34将该信号输出到位置检测部分35。基于从光接收信号保持部分134输出的光接收信号数据，位置检测部分35执行信号处理以确定在光接收单元CR中检测到的对象的位置。这使得能够确定接触或者邻接对象的位置。
这里，通过包括例如增感染料作为光电转换材料，彩色滤光器CF被配为具有光电转换元件141的功能，从而使得将透光性给予彩色滤光器CF，由此抑制显示设备的孔径比或者亮度的下降。
由此，在本实施例中，彩色滤光器CF被配置为包含增感染料作为光电转换材料且具有光电转换元件141的功能。这使得各个像素11能够执行显示操作和光接收操作，且还抑制孔径比或者亮度的下降。具体来说，与使用光电二极管作为光电转换元件的现有技术的结构相比，该液晶显示器的应用需要较少数目的用于保证亮度的背光光源2部件。
尽管上面已经基于实施例描述了本发明，可以进行各种修改而不限于上述实施例。例如，代替整个彩色滤光器CF，彩色滤光器CF的一部分可以具有光电转换元件141的功能。可选的，仅红色、绿色和蓝色彩色滤光器CF中的特定颜色(例如，蓝色)的彩色滤光器CF可以具有作为光电转换元件141的功能。在这种情况下，可以在这些彩色滤光器CF中具有光电转换元件141的功能的区域处形成光电转换元件透明电极142A和142B。光接收元件晶体管143可以通过光电转换元件透明电极142A和142B连接到这些彩色滤光器CF中具有作为光电转换元件141的功能的区域。
在某些反射-透射类型的液晶显示器中，为了亮度校正目的，反射部分的一部分未设置有彩色滤光器CF。
本发明还可应用于其中仅显示部分1的一部分设置彩色滤光器CF的情况。并且在这种情况下，整个彩色滤光器CF可以具有光电转换元件141的功能，或者可选的，仅红色、绿色和蓝色彩色滤光器CF当中特定颜色(例如，蓝色)的彩色滤光器CF可以具有作为光电转换元件141的功能。
可以对于每个像素11提供彩色滤光器CF，或者可选的，在多个像素11上连续地提供。
在上述实施例中，已经通过举例的方式无限定地描述了整个显示设备和显示部分1的特定结构。例如，在显示光接收单元CWR中，显示栅极线和光接收栅极线分离地连接以使得可以彼此独立地执行显示操作和光接收操作。显示光接收单元CWR的电路结构不限于此。
尽管上述实施例涉及其中本发明应用于液晶显示设备的情况，本发明还可应用于使用其他显示元件的情况，所述其他显示元件例如是有机或者无机EL，FED(场致发射显示)或者PDP(等离子显示面板)。具体来说，当应用于例如EL的自发光元件时，能够保证足够的发光区域以抑制用于获得必要亮度的必要的电流量，由此导致其较长的寿命。
本发明可广泛地应用到使用彩色滤光器的各种显示设备。显示设备之外，本发明还可应用到用于转换光为电信号的光传感器(图像传感器)，其广泛地用于数字静物相机，视频相机，例如指纹传感器和静脉传感器的生物测量标识传感器，传真机，扫描仪和复印机。在硅晶片上形成这些现有技术的图像传感器(光传感器)。与这些现有技术的图像传感器相比，本发明的优点在于成本，且使得能够以当前建立的制造薄膜晶体管的工艺制造它们。因此，还可以预期对于新的通信设备的应用。
本领域技术人员应该理解根据设计要求及其他因素可以进行各种修改，组合，子组合和变更，只要它们在所附的权利要求或者其等效的范围之内。

Claims (5)

1.一种具有显示元件和彩色滤光器的显示设备，所述彩色滤光器的至少一部分具有光电转换元件的功能。
2.根据权利要求1的显示设备，其中，所述彩色滤光器的具有光电转换元件功能的区域包含增感染料。
3.根据权利要求1或2的显示设备，其中，在衬底的相同表面上形成连接到显示元件的显示元件晶体管和连接到彩色滤光器的具有光电转换元件功能的所述区域的光接收元件晶体管，且在所述显示元件晶体管和所述光接收元件晶体管上形成彩色滤光器，并在其间具有绝缘层。
4.根据权利要求1或2的显示设备，其中，在衬底上形成连接到显示元件的显示元件晶体管，且在所述显示元件晶体管上形成彩色滤光器和连接到彩色滤光器的具有光电转换元件功能的区域的光接收元件晶体管，并在其间具有绝缘层。
5.根据权利要求1或2的显示设备，其中，在一对衬底之一上形成连接到显示元件的显示元件晶体管，且在该对衬底的另一个上形成彩色滤光器和连接到彩色滤光器的具有光电转换元件功能的区域的光接收元件晶体管。
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