CN101452136A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示装置，包括：显示部分，具有显示表面，并能够在显示表面上显示信息；以及光存储部分，能够接收包括可见光的入射光，吸收入射光的一部分，并将该入射光的该部分输出为包括非可见光的余辉；其中光传感器设置在显示部分内，光传感器配置成基于来自光存储部分的输出光中的非可见光成分来探测显示表面侧的被探测物。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及一种显示装置，该显示装置具有显示表面并可以在该显示表面上显示诸如图像、字符等的信息。本发明特别涉及一种显示装置，该显示装置配置成能够探测接触或靠近显示表面的目标。
背景技术
液晶显示装置、有机EL(电致发光)显示装置和使用电泳的显示装置是已知的能够显示诸如图像、字符等的信息的显示装置。
随着显示装置厚度的减小，期望显示装置变成多功能的，结合显示视频和文字信息等的原始功能以及向其输入用户指示等的输入装置等的功能。已知探测用户手指或记录笔(称作触摸笔等)接触或靠近显示表面的显示装置是满足该期望的显示装置。
接触探测可以通过电阻膜型或电容型触摸面板来执行。具有添加到诸如液晶面板等的显示面板的显示表面侧的触摸面板的显示装置是已知的。
然而，触摸面板的添加对于减小显示面板的厚度是不利的，并且是成本增加的一个因素。特别是，除非用一定程度的力按压屏幕，电阻膜型触摸面板不能探测电阻值的改变，因此显示表面被扭曲。另外，电阻膜型触摸面板原则上执行单点探测，从而限制了其使用。
已知通过在显示面板中包括用于指示位置探测的光接收元件而具有光学位置探测功能的显示装置为不需要触摸面板的指示位置探测系统(参看日本专利申请公开No.2005-275644和日本专利申请公开No.2006-301864，以下分别称作专利文献1和2)。
通过光接收元件来探测外来光的阴影的系统广泛用在光学位置探测中。
另一方面，专利文献2中描述的显示装置在液晶(或有机EL)显示面板内包括对非可见光具有敏感性的光接收元件(以下称作光传感器)。在液晶显示面板的情况中，背光设置在液晶显示面板的一个主平面(背)侧。来自背光的光包括可见光成分和非可见光成分。来自背光的光在经过液晶显示面板时根据输入视频信号在液晶层中受到调制，随后从另一主平面(前或显示表面)发射。通过调制发射的光(出射光)的可见光成分来显示预定图像。
当有目标(即人的手指、记录笔等，以下称作被探测物)接触或靠近液晶显示面板的显示表面侧时，一部分发射的光被被探测物反射，并随后作为反射光被导向光传感器侧。光传感器探测来自被探测物的反射光的特别是非可见光成分。提供可见光阻挡(非可见光选择)滤光器以对应于设置光传感器的区域，并且在此区域中透射光没有受到根据视频信号的调制。因此，可以执行对被探测物的探测而不影响显示状态并且不受周围亮度的影响。被探测物的位置和尺寸可以通过规则地(分散地及二维地)布置大量的光传感器来探测。
有机EL显示装置不需要背光。在有机EL显示装置中像素自身发光。在此情况中，非可见光发射元件和光接收元件在面板的显示区内按预定间隔布置。探测被探测物的方法本身类似于上述液晶显示装置。来自发光元件的非可见光被被探测物反射。通过分散地并二维地布置的多个光接收元件来探测此时反射光的量之间的差别，从而探测被探测物的位置和尺寸。
专利文献1中描述的显示装置对于每个像素包括在分隔液晶层的间隔物(spacer)的背光侧的光传感器。像素内的设置光传感器的区域之外的区域包括，配置成设置对可见光敏感的光接收元件(以下称作可见光传感器)的区域，以及可以改变施加到液晶层的电压从而根据视频信号来调制透射光的区域(该区域以下被称作光调制区域)。
专利文献1中描述的显示装置配置成能够探测被诸如人的手指、记录笔等被探测物反射的光的可见光成分和非可见光成分。
根据专利文献1和2中描述的技术，使用非可见光来执行目标探测，非可见光对于人眼是不可见的从而不影响显示的视频。因此，在如黑屏显示中从背侧透射到前侧的可见光的透射光的量基本接近零的情况中，即使非可见光透射到前侧也不影响显示。因此即使在黑显示的时候也可以探测被探测物。不论周围是暗还是亮都可以探测目标。
[非专利文献1]
S.Klein et al.Journal of Applied Physics 98，24905，(2005)
[非专利文献2]
K.H.Jun et al.Physical Review B 66，15301，(2002)
发明内容
然而，例如，尽管专利文献1和2中描述的显示装置为处理分配功率并执行用于信息显示的操作，但是在用于背光等的照明电源被关闭以后，不能进行通过手指、记录笔等的信息输入或指示操作。例如，在具有照明部分的透光型或反光型显示装置的情况中，照明电源可能意外关闭而使显示装置在完全黑暗的环境中使用。在此情况中，如果在照明电源关闭之后，通过手指、记录笔等的信息输入或指示操作还能进行一段时间，则会很方便。
另外，用在移动装置等中的显示装置可能会在预定的时间内不进行操作时改变到节电模式，并可能自动关闭照明电源。在此情况中，当用户期望恢复操作时，该用户触摸显示表面上的位置以取消节电模式，随后恢复操作。
然而，当在完全黑暗的环境中关闭照明电源时，触摸显示表面上的位置的操作需要通过感觉来进行，因此可用性差。
另一方面，发射型显示装置会引起这样的不便：当该显示装置在黑暗环境中以很低的发光强度使用的过程中忽然被移动到明亮的环境中时，会瞬时变得难以看清屏幕，从而被迫停止诸如信息输入、指示等的操作。这种不便对透光型和反光型显示装置都是常见的。
本发明提出一种新的显示装置，该显示装置即使在周围环境亮度和显示表面亮度之间的对应忽然改变时，也能够通过手指、记录笔等(被探测物)来进行信息输入和指示。
根据本发明实施例(第一实施例)的显示装置包括：显示部分，具有显示表面，并能够在显示表面上显示信息；以及光存储部分，能够接收包括可见光的入射光，吸收入射光的一部分，并将入射光的该部分输出为包括非可见光的余辉(afterglow)；其中光传感器设置在显示部分内，光传感器配置成基于从光存储部分输出的光的非可见光成分来探测显示表面一侧的被探测物。
根据本发明的另一实施例(第二实施例)，在根据第一实施例的显示装置中，光存储部分设置在显示部分内。
在根据本发明另一实施例(第三实施例)的显示装置中，除了上述第二实施例，此外，显示部分包括：照明部分，配置成产生包括可见光的照明光；光存储部分，由光存储材料形成，并能够吸收照明光的一部分、将除照明光的吸收的部分之外的余下的照明光输出、并将照明光的吸收的部分输出为包括非可见光的余辉；光调制部分，配置成接收从光存储部分入射到光调制部分上的输出光，根据输入信号来调制入射的输出光，并发射调制的输出光；显示表面，将具有通过光调制部分的调制而添加到输出光的信息的输出光发射到外部；以及光传感器，配置成探测来自反射光的非可见光，反射光是由被显示表面侧的被探测物反射的输出光产生的。
在根据本发明另一实施例(第四实施例)的显示装置中，除了上述第三实施例，此外，照明部分包括光源以及配置成将来自光源的光转换成平面状的照明光的光导板，照明部分设置在显示部分的显示表面侧的相反侧，并且光存储部分形成在照明部分的一侧和光调制部分之间。
在根据本发明另一实施例(第五实施例)的显示装置中，除了上述第二实施例，此外，显示部分包括：显示表面；光存储部分，由光存储材料形成，并能够吸收从显示表面入射到光存储部分的外来光的一部分、将剩余的外来光输出、并将外来光的吸收的部分输出为包括非可见光的余辉；反射表面，用于反射来自光存储部分的输出光，以将输出光从显示表面发射到外部；光调制部分，配置成在来自光存储部分的输出光被反射表面反射并从显示表面发射的中途的光路中根据输入信号来调制该输出光；以及光传感器，配置成探测来自反射光的非可见光，反射光是由来自光存储部分的被显示表面侧的被探测物反射的输出光产生的。
在根据本发明另一实施例(第六实施例)的显示装置中，除了上述第二实施例，此外，在显示部分中，从显示表面观察，配置成设置像素的多个像素区和配置成设置光传感器的多个传感器区规则地确定，并且光存储部分形成在像素区的每个中。
在根据本发明另一实施例(第七实施例)的显示装置中，除了上述第六实施例，此外，非可见光是红外光，光传感器是对红外光具有敏感性的红外光传感器，并且光存储部分通过使红光透射滤光器包含光存储材料而形成。
在根据本发明另一实施例(第八实施例)的显示装置中，除了上述第二实施例，此外，在显示部分中，从显示表面观察，配置成设置像素的多个像素区和配置成设置光传感器的多个传感器区规则地确定，并且光存储部分形成在传感器区的每个中。
除了上述第一实施例，此外，根据本发明另一实施例(第九实施例)的显示装置包括作为附件的记录笔，该记录笔在包括笔尖的区域中具有光存储部分。
在根据本发明另一实施例(第十实施例)的显示装置中，除了上述第九实施例，此外，显示部分包括：照明部分，配置成产生包括可见光的照明光；光调制部分，配置成接收入射到光调制部分上的照明光，根据输入信号来调制入射的照明光，并发射调制的照明光；以及显示表面，用于将被光调制部分调制的照明光发射到外部。
根据前述第一到第十实施例，显示装置具有光存储部分。例如，当包括紫外到可见光的光入射到光存储部分上时，光存储部分可以例如吸收包括紫外到可见光的入射光的一部分并暂时保留入射光的该部分。剩余的入射光按原样发射。吸收的光变成包括非可见光的余辉。即，即使在光能供给停止之后，余辉也可以在一段时间内从光存储部分输出。
被探测物可以基于来自光存储部分的输出光来探测。
例如，当被探测物接触或靠近配置成显示信息的显示部分的显示表面侧时，来自光存储部分的输出光输入到显示部分内的光传感器中。入射到光传感器上的输出光包括非可见光成分。光传感器基于该非可见光成分来探测被探测物。
光存储部分具有光存储功能，因此即使在光入射停止以后也能在一段时间内输出光(通常是“荧光”或者“磷光”，以下将会称作“余辉”)。该余辉包括非可见光。因此，即使在光能供给停止以后，探测被探测物的位置、尺寸等在一定时间内也可以被光传感器探测。
另外，因为有来自光存储部分的余辉，所以即使在光能供给停止以后，例如在照明电源关闭以后，光存储部分仍发光以对人眼可见。该光可以用作照明显示部分的照明光。
光存储部分提供在显示部分内(第二实施例)或者记录笔内(第九实施例)。
在第二实施例中，显示部分包括照明部分、光存储部分、光调制部分、显示表面和光传感器(第三实施例)。在本实施例中，光存储部分用于基于来自照明部分的照明光而将非可见光供给到光传感器，并还用于照明部分的辅助光源。因此即使在停止对照明部分的电源之后，也能在一段时间内探测被探测物的位置、尺寸等并显示信息。
作为第三实施例的布置的具体实例，第四实施例展现了布置的实例，其中照明部分起到背光的作用。在此情况中，光存储部分形成在照明部分的光导板的发光表面和光调制部分之间。这样，光存储部分接收平面状的照明光。当照明部分点亮时，光存储部分存储照明光的一部分，并将其他光供给为要在显示部分侧调制的光。在关闭对照明部分的电源之后，来自光存储部分的光用作探测被探测物的位置、尺寸等的光以及辅助照明光。
另一方面，称作照明部分的前光设置(front light disposition)可以作为第三实施例(第五实施例)的布置的另一个具体实例。在此情况中，显示部分包括显示表面、光存储部分、反射表面、光调制部分和光传感器。是否提供照明部分是任意决定的。由于光存储材料存储光的量是有限的，所以外来光的一部分被存储以后，所有来自光存储部分的输出光被用作要调制的光。来自光存储部分的输出光在被反射表面反射并返回显示表面侧的过程中受到光调制部分的调制，从而向输出光添加信息。因此，信息可以从显示表面显示。同时，来自光存储部分的输出光中的非可见光成分用于被探测物的位置、尺寸等的探测。
在前光设置中，反射表面可以位于光调制部分的背侧，而光存储部分和显示表面可以位于前侧。因此外来光易于入射到光存储部分。另外，光存储部分和光传感器可以紧靠显示表面设置。因此，即使输出的非可见光的量小，也能保证被探测物被光传感器探测。
第六实施例和第八实施例展现了从显示表面观察的光存储部分布置的实例。第七实施例展现了这样的具体实例，其中第六实施例中光存储部分的功能提供给所谓的滤色器。
第九实施例和第十实施例说明了光存储部分形成在记录笔笔尖的部分的情况。
根据本发明，可以提供一种显示装置，其使得即使在周围环境亮度和显示表面亮度之间的对应突然变化时也能够实现通过手指、记录笔等(被探测物)的信息输入和指示。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的透射型液晶显示装置的总体构造的示意图；
图2是图1所示的构造的分解透视图；
图3是示出根据本发明实施例的液晶面板内的驱动电路构造实例的方块图；
图4是根据本发明实施例的黑矩阵图案的实例的平面图；
图5A和5B涉及本发明的实施例，图5A是光传感器部分的平面图，而图5B是对应于图5A的图案的光传感器部分的等效电路的示意图；
图6是根据本发明实施例的对应像素的TFT阵列基板部分的平面图；
图7A和7B是示意性示出根据本发明实施例的PIN结构(A)和PDN结构(B)的光电二极管的示意图；
图8是根据本发明第一实施例的显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释IR光产生器；
图9是根据第二实施例的显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释IR光产生器；
图10是根据第三实施例的显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释IR光产生器；
图11是根据第四实施例的显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释IR光产生器；
图12是没有应用本发明的液晶显示装置中的对比实例的截面图，该截面图示出与图11基本相同的部分；
图13是根据第五实施例的显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释IR光产生器；
图14是根据第六实施例的显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释IR光产生器；
图15涉及本发明实施例的修改的第一实例，并且是示出接收的光数据关于输入光强度改变的示意图；以及
图16A和16B是示出在没有应用显示区内设置外来光传感器的情况中(A)以及在应用显示区内设置外来光传感器的设置的情况中(B)探测指尖时的探测结果的示意图。
具体实施方式
通过将能够通过红外(IR)光来探测被探测物的位置、尺寸等的液晶显示装置作为实例，以下将参考附图来描述本发明的优选实施例。附带提及，尽管在本发明中被探测物的位置、尺寸等的探测是基于非可见光来执行的，实施例中将主要说明基于IR光的探测。被探测物的位置、尺寸等的探测也可以基于IR光之外的非可见光来执行，这将在之后描述。
<第一实施例>
本发明涉及一种具有背光的透射型液晶显示装置。
图1是透射型液晶显示装置的总体构造的示意图。
图1中所示的液晶显示装置100包括作为“显示部分”的液晶面板200、作为“照明部分”的背光300、数据处理部分400和光存储部分60。
液晶显示装置100的特征之一是液晶显示装置100具有光存储部分60。光存储部分60是光致发光构件，其在材料内存储光并即使在光能供给停止以后仍继续发光，即发射“余辉”。
光存储部分60形成为能够接收入射到光存储部分60上的例如包括紫外光到可见光的光，吸收一部分入射光，并输出包括可见光和非可见光的“余辉”。尽管光存储部分60可以按分散的方式设置在液晶面板200内，图1中的光存储部分60形成为例如与其他构造分隔开的片状构造。在图1的实例中，光存储部分60形成在液晶面板200和背光300之间。光存储部分60可以形成在液晶面板200中，或者可以形成在背光300中。
后面将会描述用于光存储的材料，在该材料中光存储部分60从入射光产生“余辉”，以及光存储部分60的更详细的作用和效果。
如图1所示，液晶面板200包括TFT阵列基板201、称作“对向基板”的滤色器基板(以下称作CF基板)202、以及液晶层203。以液晶层203为中心，在液晶面板200的厚度方向的背光300侧将被称作“一个表面侧”或“背侧”，而与该一个表面侧相反的一侧将被称作“另一表面侧”或“前侧”。
TFT阵列基板201和CF基板202以一段间隔彼此面对。液晶层203形成为夹设在TFT阵列基板201和CF基板202之间。虽然未在图1中具体示出，用于将液晶层203中液晶分子的排列方向配向的一对配向膜形成为将液晶层203夹在之间。
滤色器204形成在液晶层203侧的CF基板202的表面中。
第一偏振器206和第二偏振器207在液晶面板200的两侧彼此面对设置。第一偏振器206设置在TFT阵列基板201的背侧。第二偏振器207设置在CF基板202的前侧。
如图1所示，具有“光传感器”的光传感器部分1设置在TFT阵列基板201的面向液晶层203的另一表面侧。将在以后详细描述，光传感器部分1包括作为“光传感器”的光接收元件以及光接收元件的读出电路(readoutcircuit)。
光传感器部分1形成为向液晶面板200内提供称作触摸面板的功能。当从显示表面200A侧(前侧)观察液晶面板200时，光传感器部分1规则地布置在有效显示区PA内。
图1示出液晶面板200的包括以矩阵形式布置在有效显示区PA中的光传感器部分1的部分。在图1中，多个光传感器部分1(仅示出五个光传感器部分1)以相等的间隔布置。出于位置探测的目的，在一个方向上的光传感器部分1的数目需要比五足够大。图1中光传感器部分1的数目减小到五是为了图示方便。当位置探测的功能限制在有效显示区PA的一部分时，光传感器部分1规则地布置在该限制的显示区中。
如图1所示的从显示表面200A的有效显示区PA观察，液晶面板200的其中形成光传感器部分1的区域将被定义为“传感器区(PA2)”，而液晶面板200的其他区将被定义为“像素区(PA1)”。附带提及，这些区是包括面板厚度方向的三维区域。
像素区(PA1)是像素布置区，其中例如为每个像素分配多种颜色诸如红(R)、绿(G)和蓝(B)。颜色的分配由与像素相对的滤色器的透射波长特性确定。
虽然在图1中未示出，像素电极和公共电极(也称作对向电极)形成在像素布置区(像素区(PA1))中。像素电极和公共电极由透明电极材料形成。在TFT阵列基板201的另一表面侧(液晶层侧)且在像素电极的液晶层侧的相反侧形成所有像素公用的公共电极以与的像素电极相对。可选地，像素电极可以形成在TFT阵列基板201的该另一表面侧，而公共电极可以形成为位于CF基板202侧的为所有像素公用的电极，在像素电极和公共电极之间插入液晶层203。
虽然在图1中未示出，在根据像素构造的像素布置区中还形成，辅助位于像素电极和对向电极之间的液晶电容的辅助电容、用于根据输入视频信号的电位来控制施加到像素电极的电位的开关元件等。
“光调制部分”的一种模式形成为包括像素电极、对向电极、液晶层203以及辅助电容和开关元件。
设想由多个的各自对应多种颜色中一种的像素形成的单元是“像素单元”，则光传感器部分1的布置密度当光传感器部分1与像素单元的比率为1:1时为最大。在本实施例中，光传感器部分1的布置密度可以是上述最大值，也可以较小。
背光300设置在TFT阵列基板201的背侧。背光300面向液晶面板200的背侧，并向液晶面板200的有效显示区PA发射照明光。
图1所示的背光300具有光源301和光导板302，光导板302通过将光源301发射的光漫射来将光源301发射的光转换成平面光。根据光源301关于光导板302的设置位置，背光300包括直接背光和侧背光。然而，在此情况中示出侧背光。
光源301设置在液晶面板200的背部并且在沿液晶面板200背部的方向的一侧或两侧。换言之，从显示表面200A(前侧)观察，光源301沿液晶面板200的一个边或两个相反的边设置。然而，背光301可以沿液晶面板200的三个或更多个边设置。
光源301例如由冷阴极管灯形成。具体地，光源301通过磷光体将由玻璃管内低压汞蒸气中的弧光放电产生的紫外线转换成可见光，并照射可见光。附带提及，光源301并不限于冷阴极管灯，而是也可以由例如LED或EL元件形成。
在此情况中，光源301由LED形成。图1示出诸如白LED等的可见光源301a和IR光源301b沿两个相对侧布置的情况。
导光板302例如由半透明丙烯酸板形成。光导板302沿表面(在沿液晶面板200背部的方向上从一侧到另一侧)引导来自光源301的光并影响光的总的反射。光导板302的背部例如提供有图中未示出的点图案(多个突起部分)，该点图案与光导板302一体地形成或者由不同于光导板302的构件形成。引导的光被该点图案散射，并发射到液晶面板200。附带提及，用于反射光的反射片可以提供在光导板302的背侧，而漫射片或棱镜片可以提供在光导板302的前侧。
由于背光300具有以上构造，背光300用基本均匀的平面光照射液晶面板200的有效显示区PA的整个表面。
<液晶显示装置的组装>
图2是图1所示的构造的分解透视图。
像素电路、传感器读出电路等形成在液晶面板200的TFT阵列基板201的另一表面侧，其后在相同表面上形成配向膜和间隔物(未示出)。滤色器204(参看图1)和配向膜(未示出)形成在CF基板202的一个表面侧。两个基板彼此层叠从而使其上形成滤色器204和配向膜的表面侧面向TFT阵列基板201的另一表面侧。其后，液晶密封在相对的基板之间的由间隔物形成的空间中。第一偏振器206设置在TFT阵列基板201的一个表面侧。第二偏振器207设置在CF基板202的另一表面侧。
电路板17通过连接器18电连接到液晶面板200。多个IC等预先安装在电路板17上，例如，这些IC将用于在液晶面板200上显示图像的电信号输出到液晶面板200，或者将用于探测显示表面200A上的用户操作的电信号从液晶面板200输入到这些IC。这些IC包括控制部分(CPU)。为电路板17提供柔性板16，柔性板16用于连接到其中安装液晶显示装置100的装置的母板。
<液晶面板的电路构造>
图3是示出液晶面板内的驱动电路构造实例的方块图。
如图3所示，液晶面板200具有其中像素(PIX)以矩阵形式布置的显示部分10。显示部分10是包括面板厚度方向的液晶面板200的三维部分。
同样如图1所示，有围绕有效显示区PA的外围区CA。外围区CA指除TFT阵列基板201的有效显示区PA之外的其他区域。如图3所示，在外围区CA中形成由几个功能块表示的驱动电路，包括总体与有效显示区PA内的TFT一起形成的TFT。
作为驱动电路，液晶面板200具有垂直驱动器(V.DRV.)11、显示驱动器(D-DRV.)12、传感器驱动器(S-DRV.)13、选择开关阵列(SEL.SW.)14和DC/DC转换器(DC/DC.CNV.)15。
垂直驱动器11是具有移位寄存器等的功能的电路，其在垂直方向扫描在水平方向布置的不同的控制线以选择像素线。
显示驱动器12是具有例如以下功能的电路：对视频信号的数据电位取样、产生数据信号幅度、以及释放数据信号幅度到由列方向的像素公用的信号线。
传感器驱动器13是这样的电路，其为像素布置区内以预定密度分散布置的光传感器部分1与垂直驱动器11类似地扫描控制线，并且与控制线的扫描同步地收集来自光传感器部分1的传感器输出(探测数据)。
开关阵列14由多个TFT形成。开关阵列14是控制显示驱动器12的数据信号幅度的释放并且控制来自显示部分10的传感器输出的电路。
DC/DC转换器15是从输入电源电压产生用以驱动液晶面板200所须电位的不同直流电压的电路。
显示驱动器12和传感器驱动器13的输入和输出信号以及在液晶显示面板200的内部和外部之间的其他的信号的交换是通过设置到液晶面板200的柔性板16(参看图2)来执行的。
附带提及，液晶驱动IC(对应显示驱动器12)、用于驱动传感器并读取传感器输出的IC(对应传感器驱动器13等)以及图像处理IC可以SOG安装在液晶面板200内。用于驱动传感器并读取传感器输出的IC和图像处理IC可以集成为一个IC。在此情况中，在IC之间的上述输入和输出信号等的交换通过液晶面板200内的SOG安装端子来执行。
除了图3所示的电路，例如用于产生时钟信号或外部输入的构造也包括在驱动电路中。
<像素和光传感器部分之间组合的实例>
如上所述，像素和光传感器部分规则地布置在有效显示区PA内。尽管布置规则是任意的，也期望将多个像素和一个光传感器部分组合成一组，并在有效显示区PA内以矩阵形式布置这样的组。
以下将描述其中三个像素R、G和B以及一个光传感器部分1形成一组的布置实例。
图1所示的滤色器204从平面图中看其尺寸基本对应于像素(PIX)。滤色器204具有滤光器和黑矩阵，滤光器选择性地透射各波长区R、G和B，黑矩阵遮挡滤光器的外围(所有边界部分)并具有固定的宽度以避免混色(color mixture)。
图4示出黑矩阵图案的实例。
图4所示的黑矩阵21K根据黑矩阵21K的图案形成四个开口。三种颜色的滤光器设置在四个开口中的三个像素开口XA中。
更具体地，红滤光器21R、绿滤光器21G和蓝滤光器21B依次布置在一个方向。红滤光器21R和绿滤光器21G通过具有固定宽度的黑矩阵21K而彼此分离，绿滤光器21G和蓝滤光器21B通过具有固定宽度的黑矩阵21K而彼此分离。由于三个滤光器设置在相同的像素线上，所以三个滤光器具有固定的高度(垂直方向尺寸)。
具有与像素(PIX)相同高度的光传感器部分1设置在红滤光器21R侧或蓝滤光器21B侧(在此情况中在红滤光器21R侧)。图4中，没有滤光器形成在光传感器部分1中的黑矩阵的传感器开口SA。这是由于从诸如人的手指等的被探测物反射的光需要穿过。当反射光是IR光时，选择性透射IR光的IR滤光器可以设置在光传感器部分1的开口。
附带提及，黑矩阵21K不是必需的构造。三种颜色的滤光器可以二维地布置以彼此重叠，并且三种颜色的滤光器都彼此重叠的部分可以用作替代黑矩阵21K的遮光层。
可以在传感器开口SA提供阻挡可见光并透射非可见光(IR光)的“黑滤光器”。
<像素部分和光传感器部分>
图5A是光传感器部分1的平面图的实例。图5B示出对应于图5A的图案的光传感器部分1的等效电路的实例。
图5B示出的光传感器部分1具有光电二极管PD和三个晶体管(在此情况中是N沟道型TFT)。
三个晶体管是复位晶体管TS、放大晶体管TA和读出晶体管TR。
光电二极管PD是“光传感器”的实例。光电二极管PD具有连接到存储节点SN的阳极和连接到供给电源电压VDD的线31(该线以下将被称作VDD线)的阴极。以后将会描述，光电二极管PD具有PIN结构或PDN结构，并具有通过绝缘膜施加电场到I(本征)区(PIN结构的本征半导体区)或D(掺杂)区(PDN结构的N-区)的控制栅极CG。光电二极管PD在反向偏置状态下使用，其结构允许通过由控制栅极CG控制那时的耗尽程度来优化(通常是最大化)光电二极管PD的灵敏度。
复位晶体管TS具有连接到存储节点SN的漏极、连接到供给参考电压VSS的线32(该线以下被称作VSS线)的源极、以及连接到供给复位信号(RESET)的线33(该线以下将被称作复位线)的栅极。复位晶体管TS将存储节点SN从浮置状态改变到连接到VSS线32的状态，为存储节点SN放电，从而将存储节点SN的积累的电荷的量复位。
放大晶体管TA具有连接到VDD线31的漏极、通过读出晶体管TR连接到用于输出探测电位Vdet(或探测电流Idet)的线35(该线以下将被称作探测线)的源极、以及连接到存储节点SN的栅极。
读出晶体管TR具有连接到放大晶体管TA源极的漏极、连接到探测线35的源极、以及连接到供给读取控制信号(READ)的线34(该线以下将被称作读取控制线)的栅极。
放大晶体管TA具有这样的功能，当在光电二极管PD中产生的正电荷积累在被复位之后重新处在浮置状态的存储节点SN时，放大晶体管TA将在存储节点SN积累的电荷(接收的光电位)的量放大。读出晶体管TR控制将由放大晶体管TA放大的接收的光电位释放到探测线35的计时。在经过一定积累时间之后，激活读取控制信号(READ)以导通读出晶体管TR。这样，电压施加到放大晶体管TA的源极和漏极，并且放大晶体管TA在那时通过对应栅极电位的电流。从而在探测线35中出现对应于接收的光电位且幅度增大的电位改变。该电位改变作为探测电位Vdet从探测线35输出到光传感器部分1之外。可选地，其值根据接收的光电位而改变的探测电流Idet从探测线35输出到光传感器部分1之外。
图5A是在如图2所示将TFT阵列基板201和CF基板202彼此层叠并密封进液晶之前的TFT阵列基板201的俯视图。
图5B中所示的元件和节点在图5A的图案示意图中由相同的附图标记来识别，从而元件之间的电连接是清楚的。
VDD线31、VSS线32和探测线35由例如铝(Al)的布线层形成。复位线33和读取控制线34由栅极金属(GM)例如钼Mo形成。栅极金属(GM)形成在低于铝(Al)的布线层的层中。四个多晶硅(PS)层以彼此分离的状态设置为高于栅极金属(GM)层且低于铝(Al)层的层。复位晶体管TS、读出晶体管TR、放大晶体管TA和光电二极管PD都具有PS层。
在晶体管具有的晶体管结构中，N型杂质被引入PS层的交叉栅极金属(GM)的一个部分和另一部分中以形成源极和漏极。
另一方面，在光电二极管PD中，P型杂质和N型杂质，即相反导电类型的杂质被引入由PS层形成的薄膜半导体层36的一个部分和另一部分中，因此光电二极管PD具有二极管结构。P型杂质区形成存储节点SN或光电二极管PD的阳极(A)区。N型杂质区形成光电二极管PD的阴极(K)区，并通过接触(contact)连接到较高层中的VDD线31。
附带提及，在图5A的平面图中，三个晶体管(TR、TS和TA)所拥有的光接收区(I区或D区)的背光侧被每个晶体管所拥有的电极遮挡住光。然而，前侧也需要遮挡住外来光。因此，在图4所示的黑矩阵21K的平面图案中，例如，虽然在图中未具体示出，传感器开口SA的一部分实际上由与黑矩阵21K等相同的遮光材料来遮挡光。
由于类似的原因，像素(PIX)的开关元件SW的前侧也遮挡光。
图6是在FFS(边缘场切换，Fringe Field Switching)系统的液晶的像素(PIX)中的TFT阵列基板201的俯视图。FFS系统的液晶也称作“面内切换-Pro(In Plane Switching(IPS)-Pro)”系统的液晶。
图6示出以TFT阵列基板201为基底而形成的像素电极40，各种布线，开关元件SW，以及像素电极40、各种布线、开关元件SW的连接。
像素电极40由透明电极层(TE)形成，并具有多个狭缝。虽然在图中未具体示出，公共电极以面向像素电极40的方式形成在像素电极40之下。公共电极由所有像素公用的透明电极层(TE)形成。
像素电极40通过接触41连接到由铝(Al)等形成在较低层中的内部布线42。内部布线42连接到形成在由多晶硅(PS)形成的开关元件SW的薄膜半导体层43中的源极和漏极之一。薄膜半导体层43的源极和漏极中另一个与由铝(Al)形成的信号线45连接。在比薄膜半导体层43更低的层中交叉的垂直扫描线44由诸如钼(Mo)等的栅极金属(GM)形成，并设置在与信号线45正交的方向。
附带提及，CF基板202平放在具有图6所示的各种图案的TFT阵列基板201之上(图6中未示出的部分)，而液晶层203形成在该两个基板之间(参看图1)。另外，第一偏振器206和第二偏振器207设置在该两个基板上。
此情况中的液晶层203由向列型液晶(nematic liquid crystal)形成。以通过粘合剂紧密粘合到TFT阵列基板201和CF基板202的外表面的状态提供的第一偏振器206和第二偏振器207设置为正交尼科耳(crossed Nicols)的状态。
可用于信号线45和垂直扫描线44(栅极金属(GM))的材料包括铝(Al)、钼(Mo)、铬(Cr)、钨(W)、钛(Ti)、铅(Pb)、它们的复合层(例如Ti/Al)或它们的合金层。
<光电二极管PD的结构和光接收特性>
图7A示出PIN结构的光电二极管PD，而7B示出PDN结构的光电二极管PD。
在光电二极管PD的薄膜半导体层36中的具有光接收敏感性的区域在PIN结构(图7A)中是没有引入杂质的I区，而在PDN结构(图7B)中是以低浓度引入N型杂质的D区(N-区)。
当如图所示施加反向偏置到薄膜半导体层36时，例如，耗尽层在I区或D区内扩展。执行背栅极控制(通过控制栅极CG的电场控制)来促进耗尽。然而，在PIN结构中发生从P+区的最大约10[μm]的耗尽。PDN结构基本耗尽整个D区，从而提供具有相应较宽的有光接收敏感性的区域的优点。
PIN结构和PDN结构都可以用在本实施例中。
作为此种结构的位置传感器的光电二极管PD设计为对非可见光例如红外光具有敏感性。期望光电二极管PD对红外光具有高灵敏度。然而，当光电二极管PD对可见光和近紫外光具有高灵敏度时，期望光电二极管PD与选择性透射红外光的IR滤光器结合使用。
非可见光例如包括红外光或紫外光。附带提及，根据国际照明协会(CIE：Commission Internationale de l’Eclairage)，紫外光(这也是非可见光的实例)和可见光之间的波长边界是360[nm]到400[nm]，而可见光和红外光之间的波长边界是760[nm]到830[nm]。然而实际上，等于或小于350[nm]的波长可以认为是紫外光，而等于或大于700[nm]的波长可以认为是红外光。在此情况中，假设非可见光的波长范围是350[nm]到700[nm]。然而在本实施例中，非可见光的波长边界可以任意限定在以上的360[nm]到400[nm]和760[nm]到830[nm]的范围内。
当红外光(IR光)用作非可见光时，具有对IR光的敏感性的峰的光电二极管PD的薄膜半导体层36(图7A和7B)期望由价带和导带之间的能带隙为1.1[eV]的晶态硅或多晶硅形成，1.1[eV]的能带隙是比接收可见光的光接收元件的能带隙(例如1.6[eV])小的值。能带隙Eg的最优值由Eg＝hv(h是普朗克常数，v＝1/λ(λ是光的波长))计算。
另一方面，当薄膜半导体层36(图7A和7B)由非晶硅或微晶硅形成时，这些半导体材料的能带隙水平具有分布，因此这些半导体材料具有接收红外光和紫外光的能力(敏感性)。因此，由这些半导体材料形成的光电二极管PD具有不仅接收可见光而且接收红外线和紫外线的非可见光的能力，并因此可用作可见光和非可见光的光接收元件。
根据以上描述，适用于本实施例的光电二极管PD的薄膜半导体层36由多晶硅、晶态硅、非晶硅或微晶硅形成。在任何情况中，在本实施例中用于光电二极管PD的半导体材料期望被选择和设计为比设计为接收可见光的光电二极管具有更高的吸收系数。当这样的设计困难时，光电二极管PD可以与IR选择滤光器结合使用。
<光存储和光存储材料>
图8是液晶显示装置100的示意性截面图，该截面图辅助解释用于位置探测的IR光产生器。
如图8和图1所示，例如，光致发光构件(光存储部分60)形成在背光300和液晶面板之间。
当背光300点亮时，光存储部分60吸收从背光300施加的背光的光的紫外到可见光(例如，波长为250[nm]到780[nm])，并发射包括非可见光和可见光的输出光。在背光300关闭之后，光存储部分60产生包括可见光和IR光(大于780[nm])的余辉。该作用被称作“光存储”。
图8示出余辉输出的时间。该余辉包括非可见光成分或红外光成分(IR)，以及可见光成分(VL)。
根据形成光存储部分60的光存储材料，余辉的持续时间范围从量级为微秒的持续时间到几十小时(大约一天)的长的持续时间。“余辉”的长的持续时间的成分称作“磷光”，其不同于持续时间在纳秒量级的“荧光”。附带提及，“余辉”包括“磷光”就可以了，而余辉可以进一步包括“荧光”。
光存储部分60的光存储效应使得能够减少图1所示的IR光源301b的数目，或者在某些情况中完全消除IR光源301b的需要。结果，可以实现成本降低。
另外，由于余辉包括可见光成分(VL)，即使在黑暗中将背光300关闭，可见光成分(VL)也从光存储材料输出，使得能够供给用于显示图像和字符的调制光。此外，可见光成分(VL)可以用作在探测被探测物的时候将手照亮的照明光。
从光存储部分60输出的红外光成分(IR)是波长大于780[nm]的光且人眼对其不具有敏感性。包括硅作为薄膜半导体层36的主要成分的光电二极管PD对在780[nm]到1100[nm]的波长区中的红外光成分(IR)具有高灵敏度(获得匹配)。因此，期望选择材料等用于光存储部分60，以使得余辉包括波长大于780[nm]的光，更优选波长为780[nm]到1100[nm]。
红外光致发光材料诸如有机荧光(磷光)材料、无机磷光体、无机光存储材料等可以用作吸收背光或环境光(外来光)的紫外光到可见光(波长为250[nm]到780[nm])并发射包括IR光的光(波长大于750[nm])的材料。
光存储部分60可以如下形成为独立的结构或者有效地包括在另一结构中。
(1)光存储部分60通过将光存储材料制成板状或者将多个片层叠为多层来形成。
(2)上述红外光致发光材料分散在荧光管背光中。
(3)IR光源301b自身由白LED形成，并且红外光致发光材料置于被玻璃等密封的封装内作为磷光体。
(4)红外光致发光材料分散在光导板302的材料内。
(5)红外光致发光材料在光导板302上被图案化为漫射材料，或者漫射片用红外光致发光材料涂覆并随后将该片层叠到光导板302上。图案化或片层叠可以在光导板302的发光表面的位置或者比作为与发射表面相对的表面的反射表面更靠近光导板302的位置执行。
(6)红外光致发光材料以亚微米级的颗粒分散到用于驱动的薄膜晶体管的平坦化膜中。
诸如有机荧光材料、有机磷光材料、无机荧光材料、无机磷光材料等的光存储材料可以用作光致发光材料。在这些红外光致发光材料当中，无机光存储材料的耐热性和耐光性优异，并使得能够在没有光源驱动的长时间的黑暗环境中实现位置探测。
通过向氧化铝添加稀土元素等形成的硫化锌型(ZnS:Cu)或者氧化物材料可以用作无机光存储材料。通过向氧化铝添加稀土元素等形成的氧化物材料是所期望的，这是因为余辉的长的持续时间。具体地，通过将稀土金属结合到铝酸锶而形成的LumiNova(专利商品名)长时间发射高亮度的光，因此特别期望用作光存储部分60的无机光存储材料。
<操作>
接下来将参考图1到7B和图8来描述液晶显示装置100的操作实例。
来自置于液晶面板200背侧的背光300的照明光从光存储部分60入射到液晶面板200的内部，依次经过第一偏振器206、TFT阵列基板201、液晶层203、滤色器204、CF基板202和第二偏振器207，随后从前侧向外部发射。
照明光在通过的过程中受到偏振和调制，以改变偏振面、光强等。另外，根据光存储部分的实现形式，光存储部分吸收部分照明光，并能够在关闭照明之后产生余辉。
在图1和图8的情况中，来自背光300的照明光通过光存储部分60和第一偏振器206入射到TFT阵列基板201上，并有效地经过提供在光传感器部分1内的开口。
如图8所示，光电二极管PD形成在TFT阵列基板201上。光电二极管PD的背光侧被电极覆盖，从而使得难以影响照明光的入射。从而，光通过例如图5A所示的光传感器部分1内的开口和图6所示的像素(PIX)内的各布线之间的开口，而从TFT阵列基板201输出。
从TFT阵列基板201输出的光经过液晶层203、滤色器204、CF基板202和第二偏振器207(图1)，随后从显示表面200A输出到外部以用于屏幕显示。
在通过的过程中，透射光在经过第一偏振器206的时候在第一方向被偏振。当光经过液晶层203内部时，透射光的偏振方向由于液晶分子的光学各向异性效应而沿液晶的分子配向方向改变预定的角度。在经过第二偏振器207的时候，透射光在从第一方向偏移预定角度的第二方向被偏振。
通过根据输入视频信号的电位来控制施加到液晶层203的电场强度，在三次偏振作用的过程中通过液晶层203的偏振光的方向对每个像素独立改变。因此，经过每个像素的光受到调制以根据视频信号的电位来改变亮度，并随后从液晶面板200发射以用于预定的图像显示。
正如已经描述的，液晶面板200具有用于显示图像的有效显示区PA，并具有布置在有效显示区PA的像素区(PA1)中的多个像素。光传感器部分1设置在有效显示区PA的传感器区(PA2)中，包括光接收元件的光传感器部分1探测被探测物诸如人的手指、记录笔等以实现称作触摸面板的功能。
经过光传感器部分1的光不像经过像素的光那样受到电信号的调制而按原样从液晶面板200的显示表面200A发射。
有一种情况例如根据在图像显示过程中根据请求的显示内容提示用户指示。在这种情况中，如图8所示，用户用手指(或记录笔等)轻触显示屏幕。
当诸如手指、记录笔等被探测物接触或靠近显示屏幕时，从液晶面板200发射的光被被探测物反射，随后返回液晶面板200的内部。该返回光(反射光(RL))被液晶面板200内的层界面和诸如布线等的反射体重复折射和反射。因此，反射光通常传播为在液晶面板200中展开。这样，尽管依赖于被探测物的尺寸，反射光到达多个光电二极管PD的至少之一。
当反射光到达光电二极管PD的一部分入射到被施加预定反向偏置的光电二极管PD上时，例如，该光电二极管PD执行光电转换并随后从阳极(A)电极输出电荷。这时的电荷量代表与接收的IR光的量成比例的接收的光数据。接收的光数据(电荷量)从以上已经描述的图5B所示的读出电路的探测线35输出为探测电位Vdet或探测电流Idet。
探测电位Vdet或探测电流Idet通过图3所示的开关阵列14传送到传感器驱动器13侧。探测电位Vdet或探测电流Idet在传感器驱动器13中被收集为接收的光数据。此外，探测电位Vdet或探测电流Idet输入到图1所示的数据处理部分400内的位置探测部分402。对每个探测电位Vdet或探测电流Idet的行和列的成组的地址顺次从液晶面板200侧实时输入到位置探测部分402或控制部分401。这样，用于被探测物的面板内位置信息(探测电位Vdet或探测电流Idet)与行和列直接地址信息相联系，并随后存储在数据处理部分400内的图中未示出的存储器中。
通过基于存储器内的信息而将被探测物的位置信息和显示信息彼此叠加，液晶显示装置100可以确定“用户使用手指、记录笔等基于显示信息作出了指示”或者“用户通过在显示屏幕上移动记录笔等输入了预定信息”。也就是说，液晶显示装置100可以通过没有附加的触摸面板的薄显示面板来实现与当触摸面板添加到液晶面板200时获得的功能相似的功能。这样的显示面板将称为单元内触摸面板(in-cell touch panel)。
根据本实施例，即使如图8所示当背光的光关闭时，包括在余辉中的红外光成分(IR)也被被探测物(手指等)反射，并随后入射到光电二极管PD上。因此可以探测被探测物的位置和尺寸。
余辉还包括可见光成分(VL)。因此，即使当背光电源关闭时，具有液晶层203作为其中心的光调制部分被微暗地照明，从而显示图像等是可见的。这样用户就可以继续用于操作申请等的指示输入或由手指、记录笔等的信息输入。
即使背光电源没有关闭，背光也可能用在黑暗的环境中并且背光的亮度极低。这时，当环境忽然变得明亮，可能由于背光缺乏亮度而难以看清图像直到眼睛适应环境亮度。即使在这种情况中，从光存储部分60输出的可见光成分(VL)成为辅助照明光以减轻看清图像的难度。
<第二实施例>
本实施例涉及反射型液晶显示装置。
典型的反射型液晶面板不具有图1中的背光300，而是具有设置在液晶层203和显示表面200A之间的照明部分(前光)。
图9是根据本实施例的液晶显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释用于位置探测的IR光产生器。
图9所示的液晶显示装置100A包括在反射型液晶面板的显示表面200A侧的具有前光功能的光致发光构件(光存储部分60A)。另外，反射表面200B提供在与显示表面200A相反的一侧。
光存储部分60A通过使用如第一实施例中阐述的发射可见光和红外光的光存储材料来形成。
如图9所示，从光存储部分60A发射的照明光包括可见光成分(VL)和红外光成分(IR)。照明光经过CF基板202、液晶层203和TFT阵列基板201，被反射表面200B反射，再次经过相同路径，经过光存储部分60A内部，随后从显示表面200A发射到外部。
照明光的可见光成分(VL)根据输入信号在这样的路径的中间经受调制，从而将信息添加到可见光成分(VL)以用于显示。
另一方面，照明光的红外光成分(IR)经过相似的路径并从显示表面200A向外发出，然而当诸如手指等的被探测物接触或靠近显示表面200A时，反射红外光成分(IR_R)被被探测物反射并返回。反射红外光成分(IR_R)从CF基板202入射，经过液晶层203，随后被光电二极管PD接收。从而能如第一实施例一样探测被探测物的位置和尺寸。
与第一实施例中一样，第二实施例的构造也使得能够在关闭照明光以后实现位置探测。即，在本实施例中，即使当还用作照明部分的光存储部分60A上的发光控制停止时，也可以通过即使在发光停止控制以后的余辉的红外光成分(IR)来探测被探测物的位置和尺寸。另外，如第一实施例一样，第二实施例提供便于在关闭照明以后继续操作的优点以及减轻在环境亮度改变的时候瞬时发生的看清显示图像困难的优点。
在图8所示的第一实施例中，由于光存储部分60和显示表面200A之间的构件的吸收和反射，红外光成分(IR)有相对大的损失。
另一方面，在第二实施例中，如图9所示，光存储部分60A设置为靠近显示表面200A，从而导致红外光成分(IR)使用的高效率以及位置探测的高的S/N比。
附带提及，第二实施例中的光存储部分60A也可以用作图像显示装置表面的保护板。，红外光致发光材料可以以亚微米级的颗粒分散在形成保护板的显示表面的保护层材料中的状态来使用。
当前光的光量不足时，可以与光存储部分60A分开提供照明部分(前光)，并且来自光存储部分60A的光可以用作照明部分的辅助照明光。
<第三实施例>
图10是根据本实施例的液晶显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释用于位置探测的IR光产生器。
在图10所示的液晶显示装置100B中，彼此分离的多个光存储部分60B被图案化在液晶面板的CF基板202的滤色器侧。CF基板202的其上形成光存储部分60B的表面可以是在图10所示的液晶层203侧的表面，或者可以是显示表面200A侧的表面。
在本实施例中，光存储部分60B可以仅设置在必须的位置。从而不仅可能获得与第一实施例类似的优点，还可以改善位置探测的精度。
另外，例如，与滤色器结合使得设计能够改善IR光探测的精度。
随后要描述的第四实施例和第五实施例是第三实施例的更具体的实施例。
附带提及，虽然在第三到第五实施例中照明部分是必需的，但光存储部分在关闭照明时起到简单辅助光的作用。
<第四实施例>
图11是根据第四实施例的液晶显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释用于位置探测的IR光产生器。图12是没有应用本发明的液晶显示装置中的对比实例的截面图，该截面图示出与图11基本相同的部分。
图12所示的对比实例具有阻挡可见光成分(VL)并透射包括反射红外光成分(IR_R)在内的红外线的IR透射滤光器(IRPF)。IR透射滤光器(IRPF)形成在传感器区(PA2)或光传感器部分1中。例如当黑矩阵21K具有图4所示的平面图案时，IR透射滤光器(IRPF)设置在光传感器部分1中的黑矩阵21K的传感器开口SA内。如图12和图4所示，红滤光器21R、绿滤光器21G和蓝滤光器21B设置在IR透射滤光器(IRPF)周围。这四种滤光器和黑矩阵21K形成滤色器204。
图11所示的根据本实施例的液晶显示装置100C具有光致发光构件(光存储部分60C)来替代图12所示的IR透射滤光器(IRPF)，该光致发光构件能够输出包括红外线的余辉。
由于当可见光成分(VL)透射到光电二极管PD侧时S/N比退化，本实施例中的光存储部分60C需要具有阻挡可见光成分(VL)的滤光器功能，该滤光器功能类似于图12中的IR透射滤光器(IRPF)。具体来说，期望光存储部分60C形成为双层结构，并在光电二极管PD侧提供具有类似于IR透射滤光器(IRPF)的可见光阻挡功能的层而另一层提供为具有光存储功能。
然而，光存储功能并不一定需要通过提供光存储层来实现。光致发光材料可以分散在阻挡可见光并透射红外线的层中，或者该层的与显示表面200A侧相反的表面可以用光致发光材料涂覆。
根据第四实施例，可以获得与第一实施例类似的优点，并通过在光电二极管PD附近的必要位置对现有的滤色器204作小的改变来实现光存储功能。
另外，许多红外光致发光材料(红外光存储材料)都是有色的，这是因为红外光致发光材料吸收可见光。然而，由于红外光致发光材料选择性地设置在阻挡可见光的区域中，所以可以避免面板的透射率减小。
<第五实施例>
图13是根据第五实施例的液晶显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释用于位置探测的IR光产生器。
在图12所示的结构中的红滤光器21R的位置，如图13所示的液晶显示装置100D具有结合红滤光器21R的功能和光存储功能的滤光器光存储部分60D来替代红滤光器21R。具体来说，光存储功能可以通过将红外光致发光材料分散到常规的红滤光器21R中来提供。
附带提及，当采用该构造时，期望光致发光材料不在红区中发射光。即，期望光致发光材料不吸收红区中的可见光成分(VL)而是透射红区中的可见光成分(VL)，从而不损害用于红色显示的像素的功能。因此，期望滤光器光存储部分60D由吸收可见光的蓝区和绿区的光致发光材料形成。从而可以避免液晶面板透射率的减小。
为红滤光器(图12中的红滤光器21R)提供光存储功能以形成滤光器光存储部分60D的原因是红滤光器材料在红外区中具有高的透射率，因此透射率特性可以易于控制，并可以增大余辉的反射红外光成分(IR_R)的发光效率，并因此可以提高位置探测的精度(S/N比)。然而，当可以控制透射率特性时，可以为绿滤光器21G或蓝滤光器21B提供光存储功能。
根据第五实施例，可以获得与第一实施例类似的优点，并通过在光电二极管PD附近的必要位置对现有的滤色器204作小的改变来实现光存储功能。
附带提及，IR透射滤光器(IRPF)形成在传感器区(PA2)中，因此阻挡可见光的功能性足够高。
<第六实施例>
图14是根据第六实施例的液晶显示装置的示意性截面图，该截面图辅助解释用于位置探测的IR光产生器。
图14所示的液晶显示装置100E具有作为附件的记录笔101，记录笔101是被探测物。
提供在记录笔101中的包括笔尖的区域中的光存储部分60E由与第一实施例中光存储部分60相似的光存储材料(光致发光材料)形成。当用户给出响应于显示在液晶面板200上的请求的显示内容的指示时，或者输入信息时，以形成有光存储部分60E的笔尖接触或靠近液晶面板200的显示表面200A来使用记录笔101。
液晶面板200包括用于探测非可见光(例如IR光)的光电二极管PD，该光电二极管PD形成在TFT阵列基板201上。由于图14示出液晶显示装置的实例，液晶显示装置具有液晶层203和CF基板202，并另外需要照明部分等。然而，当显示面板是例如发射型有机EL面板而不是液晶面板时，照明部分不是必需的。
本实施例提供与第一实施例类似的优点。另外，即使在显示面板内不存在诸如照明部分等的产生非可见光(在此情况中是IR光)的装置，用于探测(目标探测)被探测物的位置、尺寸等的非可见光(IR光)从形成在笔尖的光存储部分60E通过显示表面200A供给到显示面板内部。因此，在显示面板内并不必须有用于目标探测的光源，并且当产生用于目标探测的光时记录笔101不需要电源，从而整个显示装置的成本可以降低。
当记录笔101提供有光存储部分60E时，记录笔101的探测使用非可见光的直接光(探测光)，而不使用产生在显示面板内的或者通过显示面板内部输出到外部的非可见光的反射。这样，到达光电二极管PD的非可见光(探测光)包括小量的杂散光成分，该杂散光成分是当非可见光在显示面板内重复反射时引起的。另外，光电二极管PD可以设置为靠近显示表面200A。由于该两个原因，基于光电二极管PD的输出的位置探测的精度很高。
根据本实施例的显示装置不限于以上描述，而可以进行以下各种修改。
<修改的第一实例>
修改的第一实例包括作为用于接收非可见光的光接收元件的光电二极管PD，并探测包括可见光作为主要成分的外来光并根据探测结果来控制从图1所示的背光300输出的光的强度。尽管以下将会描述图1到8所示的第一实施例的修改的实例，但是只要修改的第一实例具有诸如背光等的照明部分，修改的第一实例也可应用于其他实施例。
虽然未具体示出，构造为探测外来光的外来光传感器设置在图1所示的液晶面板200中的有效显示区PA或外围区CA中。外来光传感器的布置位置和数目是任意的。
当外来光传感器设置在有效显示区PA内时，外来光传感器可以与用于接收非可见光的光传感器(光电二极管PD)一样以矩阵形式布置。在此情况中，每个外来光传感器设置为与存在于外来光传感器周围的多个光传感器距离相等。例如，期望光电二极管PD和外来光传感器在有效显示区PA的平面图中形成方格(checkered)图案。
如果不在方格图案中，则外来光传感器可以按等间隔布置。另外，外来光传感器可以布置在有效显示区PA的四个角落，或者外来光传感器可以在靠近有效显示区PA的至少一个外侧的位置布置成线。因此，不限制外来光传感器的布置和数目。
类似图5A和5B的等效电路和平面图案可以应用于外来光传感器的基本构造。然而，外来光传感器的光电二极管可以包括例如与作为光传感器的光电二极管PD不同的材料用于薄膜半导体层。例如，期望外来光传感器的薄膜半导体层由能带隙分布宽的非晶硅或微晶硅形成，从而外来光传感器对限定在350[nm]到700[nm]波长范围中的可见光具有敏感性的峰值。例如，能带隙为1.6[eV]的材料可以用作外来光传感器的薄膜半导体层。
附带提及，正如已经描述的，非晶硅或微晶硅可以用作非可见光传感器中光电二极管PD的薄膜半导体层的材料。形成为具有不同能带隙并因此具有不同红外吸收特性的材料被用于这种情况中的光电二极管PD的薄膜半导体层以及外来光传感器的薄膜半导体层。然而，具有不同能带隙并具有稍低的敏感性的多晶硅或晶态硅可以用作可见光传感器和光传感器的薄膜半导体层的材料。在这种情况中，波长敏感性可以赋予滤光器侧。
图1所示的数据处理部分400基于由外来光传感器获得的接收的光数据来控制发射照明光的背光300的操作。受控制部分401控制的位置探测部分402通过接收的光数据即电压值(探测电位Vdet)或电流值(探测电流Idet)来探测与外来光亮度成比例的信号幅度(积累的电荷量)。控制部分401基于探测结果来调节液晶显示装置的背光300的发光强度。
这样，当由外来光传感器获得的接收的光数据表明接收的光具有高强度时，控制背光300以施加较高强度的照明光。当由外来光传感器获得的接收的光数据表明接收的光具有低强度时，控制背光300以施加较低强度的照明光。
通常，在外来光(特别是日光)进入具有薄膜晶体管的像素开关的显示装置的环境中，显示装置的对比度可能被显示面板的表面层的反射降低，从而可能不能很好地识别图像。因此，从显示面板自身发射到显示面板表面外部的光的亮度需要比显示面板表面上的反射亮度高。因此，从背面照射显示面板的背光300的发光强度被控制为较高。
在外来光强度很低的黑暗等的条件下，被显示面板表面反射的光不引起图像质量下降(对比度降低)，因此需要降低背光300的发光强度。修改的第一实例可以降低显示装置的表面亮度，从而减小背光300的功耗。
修改的第一实例具有能够根据外来光量的改变而适应性地控制图像质量的这种下降(对比度降低)以及减小功耗的优点。
图15是示出接收的光数据关于输入光强改变的示意图，该图是在修改的第一实例中在外来光传感器形成在有效显示区PA中(应用在显示区内的设置)的情况中以及外来光传感器形成在外围区CA中(不应用在显示区内的设置)的情况中获得的。图15中，横坐标轴表示外来光的照度(illuminance)(单位：勒克斯(lux))，而纵坐标轴表示从外来光传感器获得的接收的光数据的值转换成的照度(单位：[lx])。图15中，实线是应用在显示区内设置外来光传感器的情况中的曲线，而虚线是没有应用在显示区内设置外来光传感器的情况中的曲线。
如图15所示，例如，当入射1000[lx]的外来光时，在外来光传感器形成在外围区CA中的情况中获得对应于大约100[lx]照度的接收的光数据，而在外来光传感器形成在有效显示区PA中的情况中获得对应于大约1000[lx]照度的接收的光数据。因此，可以通过在有效显示区PA中提供外来光传感器来获得高强度的光。
因此，图15示出外来光传感器优选设置在有效显示区PA内。
图16A示出没有应用修改的第一实例的探测指尖时的屏幕，而图16B示出应用修改的第一实例的探测指尖时的屏幕。
图16A和16B所示的屏幕是这样获得的，通过将以矩阵形式细微地布置的多个光传感器部分各自的输出转换成探测(白)和非探测(黑)的点显示并将这些点显示映射到屏幕上。
图16A和16B也显示出当外来光传感器设置在有效显示区PA内时探测精度较高。
根据修改的第一实例，除了能够根据外来光量的改变而适应性地控制图像质量下降(对比度降低)以及减小功耗的优点之外，特别是当有小量的环境外来光时，避免了比所必需的更大量的背光300的光进入液晶面板，从而可以相应地避免或抑制杂散可见光的发生。这带来的优点是，当图7A和7B等示出的作为光传感器的光电二极管PD不仅对非可见光(例如IR光)还对可见光具有敏感性时，能够改善位置探测的精度。
附带提及，在修改的第一实例中，当确定由外来光传感器探测的外来光强度有些高时，可以从光传感器部分1的输出和外来光传感器的输出来探测阻挡外来光的被探测物的阴影，并且可以基于该探测结果来探测被探测物的存在或不存在、位置或者尺寸。
<修改的第二实例：其他可修改的点>
尽管在对前述实施例及其修改的第一实例的描述中主要使用红外线(IR光)来作为非可见光，也可以使用紫外线来作为非可见光。
背光300不限于具有光源和光导构件的背光，而可以是仅具有光源的背光，例如具有二维地布置的多个LED的背光。另外，背光300不限于面光源，而可以是线光源或点光源。光导构件不限于板状(光导板302)，而可以是例如长的长方体或立方体。
包括光电二极管PD，读出电路的复位晶体管TS、放大晶体管TA和读出晶体管TR(图5A和5B)及像素电路中的开关元件SW的所有TFT结构以及具有控制栅极CG的TFD(薄膜二极管)结构都可以形成为顶栅极型。在此情况中，期望至少TFD的光接收区(I区或D区)的背侧和TFT的沟道形成区被遮光层覆盖，从而来自背光300的直接光不进入光接收区和沟道形成区。
由图4中的滤光器(21R、21G和21B)所示的像素单元的构造(布置和颜色类型)以及对应光传感器部分的传感器开口SA对像素单元的邻近的位置关系不限于图4所示的构造和邻近的位置关系。
<修改的第三实例>
前述实施例以及修改的第一和第二实例不限于液晶显示装置而是可以广泛应用于诸如有机EL显示装置等的发射型显示装置、使用可用于电子纸的电泳的显示装置等。
使用电泳的显示装置具有在像素电极和提供到对向基板(透明基板)的公共电极之间的电子墨水。电子墨水是图1中的液晶层203的替代品。电子墨水具有包括悬浮在液体中的带正电荷的白颗粒和带负电荷的黑颗粒的多个微胶囊。通过利用移动到像素电极侧和公共电极侧的颗粒对于施加到像素电极和公共电极之间的正电场和负电场而在白和黑之间转化，并且从观察者来看当大部分白颗粒移动到透明基板侧时像素显得明亮的事实，电泳使得能够根据输入数据进行像素的层次(gradation)显示。因此，除了液晶层203的光调制方法之外可以按基本相同的方式来应用前述实施例。
另一方面，有机EL显示装置不需要背光300。有机EL显示装置利用其中层叠在显示面板内每个像素中的有机材料膜的以对应于所施加电场的幅度的亮度而自身发光的现象。因此，例如，期望通过层内透镜层形成聚光透镜。另外，可以按基本相同的方式应用前述实施例。
<将显示装置应用到产品的实例>
实施例以及修改的第一到第三实例可以用作以下各种产品中的用于显示字符和图像的显示部分。
具体来说，前述实施例以及修改的第一到第三实例例如可以应用于电视接收机，个人计算机等的监视器装置，具有视频复制功能的移动装置诸如移动电话、游戏机、PDA等，摄影装置诸如静物照相机、视频摄影机等，以及车载装置诸如汽车导航系统等。
根据前述实施例及其修改实例，可以获得以下优点。
使得不需要设置在显示面板前侧的具有两层导电膜或薄玻璃的电阻型或电容型触摸面板。也就是说，可以实现显示面板内的具有触摸面板功能的“单元内触摸面板”。这样，显示装置可以小型化，特别是减小厚度。
由于接收的光数据和探测的位置的地址成组地存储在存储器中，所以可以同时探测多个分开的位置。另外，不仅可以探测被探测物的位置还可以探测该被探测物的尺寸。
在提供照明部分的情况中，即使当通过识别诸如手指、记录笔等的被探测物来输入指示或信息时而照明被关闭以后，或者即使在节能模式中自动关闭功能启动以后，也可以在一段时间内(最大约一天)探测被探测物。另外，由于可以由余辉提供照明，即使在黑暗中也不妨碍操作。
在提供照明部分的情况和不提供照明部分的情况中，都通过余辉的辅助照明来避免或减轻当环境亮度突然改变时的瞬时的看清屏幕的困难。
可以解决当屏幕全黑显示时不能探测手指或记录笔的问题，而不需要增加探测光的光源。
由于可以通过余辉进行辅助照明，所以可以减小照明部分的成本。当仅限于在黑暗环境中使用时，照明部分自身变得不必要。
修改的第一实例使得基于可见光的外来光探测能够在显示装置的显示区中进行。当外来光传感器设置在有效显示区内时，与外来光传感器设置在显示区之外的系统相比，可以更精确地测量显示装置的表面亮度，从而改善对背光的发光强度的控制精度。
上述根据本发明的显示装置可以应用于各种电子装置的显示装置，即，将输入到其中的视频信号或在其中产生的视频信号显示为图像或视频的所有领域的电子装置，例如数码相机、笔记本个人计算机、诸如移动电话等的移动终端装置、以及视频摄影机。
本领域技术人员应当理解，在所附权利要求或其等同特征的范围内，可以根据设计要求和其他因素来进行各种修改、组合、子组合及替换。
本发明包含涉及于2007年12月5日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-315286的主题内容，将其全部内容引用结合于此。

Claims (10)

1.一种显示装置，包括：
显示部分，具有显示表面，并能够在所述显示表面上显示信息；以及
光存储部分，能够接收包括可见光的入射光，吸收所述入射光的一部分，并将所述入射光的所述部分输出为包括非可见光的余辉；
其中光传感器设置在所述显示部分内，所述光传感器配置成基于来自所述光存储部分的输出光中的非可见光成分来探测所述显示表面侧的被探测物。
2.如权利要求1所述的显示装置，
其中所述光存储部分设置在所述显示部分内。
3.如权利要求2所述的显示装置，
其中所述显示部分包括
照明部分，配置成产生包括可见光的照明光，
所述光存储部分，由光存储材料形成，并能够吸收所述照明光的一部分、将除所述照明光的吸收的所述部分之外的剩余的所述照明光输出、并将所述照明光的吸收的所述部分输出为包括非可见光的余辉，光调制部分，配置成接收从所述光存储部分入射到所述光调制部分的输出光、根据输入信号来调制入射的输出光、并发射调制的输出光，所述显示表面，将具有通过所述光调制部分的调制而添加到所述输出光的所述信息的所述输出光发射到外部，以及
所述光传感器，配置成探测来自反射光的非可见光，所述反射光是由所述输出光被所述显示表面侧的所述被探测物的反射产生的。
4.如权利要求3所述的显示装置，
其中所述照明部分包括
光源，以及
光导板，配置成将来自所述光源的光转换成平面状的所述照明光，
所述照明部分设置在所述显示部分的显示表面侧的相反侧，并且所述光存储部分形成在所述照明部分的一侧和所述光调制部分之间。
5.如权利要求2所述的显示装置，
其中所述显示部分包括
所述显示表面，
所述光存储部分，由光存储材料形成，并能够吸收从所述显示表面入射到所述光存储部分的外来光的一部分、将剩余的所述外来光输出、并将所述外来光的吸收的所述部分输出为包括非可见光的余辉，反射表面，用于反射来自所述光存储部分的输出光，以将所述输出光从所述显示表面发射到外部，
光调制部分，配置成根据输入信号在来自所述光存储部分的所述输出光被所述反射表面反射并从所述显示表面发射的中途的光路中调制所述输出光，以及
所述光传感器，配置成探测来自反射光的非可见光，所述反射光是由来自所述光存储部分的输出光被所述显示表面侧的所述被探测物反射而产生的。
6.如权利要求2所述的显示装置，
其中在所述显示部分中，从所述显示表面观察，配置成设置像素的多个像素区和配置成设置所述光传感器的多个传感器区规则地确定，并且
所述光存储部分形成在所述像素区的每个中。
7.如权利要求6所述的显示装置，
其中所述非可见光是红外光，
所述光传感器是对红外光具有敏感性的红外光传感器，并且
所述光存储部分通过使红光透射滤光器包含光存储材料而形成。
8.如权利要求2所述的显示装置，
其中在所述显示部分中，从所述显示表面观察，配置成设置像素的多个像素区和配置成设置所述光传感器的多个传感器区规则地确定，并且
所述光存储部分形成在所述传感器区的每个中。
9.如权利要求1所述的显示装置，还包括
作为附件的记录笔，所述记录笔在包括笔尖的区域中具有所述光存储部分。
10.如权利要求9所述的显示装置，
其中所述显示部分包括
照明部分，配置成产生包括可见光的照明光，
光调制部分，配置成接收入射到所述光调制部分上的所述照明光、根据输入信号来调制入射的照明光，并发射调制的照明光，以及
所述显示表面，用于将被所述光调制部分调制的所述照明光发射到外部。
11.一种显示装置，包括：
显示器，具有显示表面，并能够在所述显示表面上显示信息；以及
光存储器，能够接收包括可见光的入射光、吸收所述入射光的一部分、并将所述入射光的所述部分输出为包括非可见光的余辉；
其中光传感器设置在所述显示器内，所述光传感器配置成基于来自所述光存储器的输出光中的非可见光成分来探测所述显示表面侧的被探测物。
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