CN101464753A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示装置，包括显示表面、多个像素区域、多个传感器区域、滤光部、遮光部和运算部，其可以在显示表面上显示诸如图像或字符的信息，并且可以检测到接触或靠近显示表面的待检测物体。

Description

显示装置
相关申请的相关参考
本发明包含于2007年12月19日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-328069的主题，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及显示装置，其包括显示表面且可以在显示表面上显示诸如图像或字符的信息，且更具体地，本发明涉及可以检测到接触或靠近显示表面的待检测物体的显示装置。
背景技术
作为均能在其上显示诸如图像或字符的信息的显示装置，液晶显示装置、有机EL(电致发光)显示装置和利用电泳方法的显示装置是已知的。
随着显示装置变薄的改进，显示装置需要许多功能，包括具有用于输入来自用户的指令等的输入单元等的功能以及显示图像、字符等的原始功能。作为与此要求相对应的显示装置，能够检测到用户的手指或用户所操纵的触针笔(所谓的触笔等)接触或靠近显示屏幕的显示装置是已知的。
可以使用利用电阻膜系统或静电电容系统的触摸面板来进行接触的检测。同样，具有触摸面板的显示装置也是已知的，该触摸面板加到诸如液晶面板的显示面板的显示表面侧。
然而，将触摸面板加到显示面板的显示表面侧对显示面板变薄的改进是不利的，且引起显示装置的成本增加。特别地，在触摸面板使用电阻膜系统的情况下，除非用一定程度的力来按压屏幕，否则不会检测到电阻膜的电阻值的改变。鉴于此原因，显示表面变形。此外，触摸面板使用电阻膜系统的的一般原理是一点检测。因此，触摸面板的应用受到限制。
作为不需要触摸面板、利用指示的位置检测系统的显示装置，具有光学位置检测功能和嵌入显示面板中用于检测指示位置的光接收元件的显示装置是已知的。例如，在日本专利公开第2005-275644号和第2006-301864号中描述了此显示装置。
在光学位置检测中，通常使用基于所接收的外部光的量来检测人的手指等的影子的系统。在外部光入射到显示表面上时存在物体(诸如人的手指，或人所操作的触针笔，以下都将称为“待检测物体”)的情况下，由于存在待检测物体的影子，而使得来自用于检测外部光的光接收元件的输出信号的电平低。因此，基于来自光接收元件的输出信号来识别要检测物体的位置。
另外，日本专利公开第2006-301864号中所描述的显示装置具有光接收元件(以下称为“光学传感器”)，该光学传感器对液晶(或有机EL)显示面板内提供的非可见光具有灵敏度。
在液晶显示面板的情况下，在液晶显示面板的一个主表面(背表面)侧上设置背光。来自背光的光中含有可见光组分和非可见光组分。来自背光的光在透射通过液晶显示面板以从另一个主表面(前表面或显示表面)发射时，经历与液晶层中的输入视频信号相对应的调制。调制发射的光中的可见光组分，从而在显示表面上显示预定图像。
当存在与液晶显示面板的显示表面侧接触或靠近的物体(待检测物体)时，发射的光中的一部分由待检测物体反射变成反射光，反射光又被依次引导至光学传感器侧。光学传感器特别地检测来自要检测物体的反射光中的非可见光组分。设置可见光阻隔(非可见光选择)滤光片，这样就与其中设置光学传感器的区域相对应。同样，在此区域中，没有透射的光经历与视频信号相对应的调制。鉴于此原因，可以在不受显示状态影响且不受环境亮度程度影响的情况下检测待检测物体。规则地(离散地且二维地)配置大量光学传感器，这样可以检测出待检测物体的位置和大小。
有机EL显示装置不需要背光，且像素本身发射光。在此情况下，在面板的显示区域内以预定间隔配置用于发射非可见光的光发射元件和用于接收非可见光的光接收元件。检测待检测物体的方法本身与上述液晶显示装置的情况下相同。从光发射元件发射的非可见光被待检测物体反射。同样，反射光的量的差异由离散、二维配置的多个光接收元件检测，从而使得检测出待检测物体的位置和大小成为可能。
在日本专利公开第2005-2756644号所描述的显示装置中，在隔离片(液晶层通过其被分开)的背光侧上配置光学传感器，以与像素相对应。在与光学传感器的散射区域不同的像素内的区域中，设置了对可见光具有灵敏度的光接收元件的区域(以下称为“可见光传感器”)，和可以改变施加给液晶层的电压使得与视频信号相对应且因此可以调制透射光的区域(以下称为“光调制区域”)。
在日本专利公开第2005-275644号所描述的显示装置中，可以基于非可见光和可见光来检测由诸如人的手指或人所操纵的触针笔的待检测物体所反射的光。
根据日本专利公开第2005-275644号和第2006-301864号中所描述的技术，通过使用非可见光来检测物体，对显示的图像不造成影响，因为其对于人而言不可见。因此，如显示黑色图片的情况下，当可见光的从背表面穿到前表面的透射光的量大约为零时，可以在黑色显示的同时检测到待检测物体，因为即使当非可见光透射到前表面侧，对显示也不造成影响。因此，可以检测物体而与周围是亮还是暗无关。
发明内容
在日本专利公开第2006-301864号所描述的显示装置中，配置了用于阻隔可见光并选择性透射非可见光的滤光片(选择性透过滤光片)，且其周围部分被黑底(black matrix)所光遮蔽。
在日本专利公开第2006-301864号中未提及用于黑底的材料等。然而，通常，在许多情况下通过在滤光层中含有金属或将与滤光层不同的层与金属膜组合来实现黑底的功能。
现在，本专利申请的申请者提出涉及检测显示装置的显示表面上的位置的技术。此技术陈述如下。也就是说，成对地设置两个传感器，且从由第一传感器(光电传感器)获得的检测值中减去由第二传感器(噪声去除传感器)获得的检测值，从而提高用于待检测物体的检测信号的S/N比。例如，在日本专利公开第2007-306896号中描述了此技术。
在使用来自成对提供的两个传感器的输出信号之间的差分的技术的情况下，从传感器的背表面直接到达传感器的光，和未到达待检测物体而通过面板内的重复反射等返回到传感器的杂散光变成噪声组分。因此，可以通过用于传感器输出信号的减法运算来彼此抵消这些噪声组分。
使用此技术，将两个传感器彼此靠近配置，为了使相同的噪声组分入射到这两个传感器。两个传感器的靠近配置对于统一这两个传感器的光接收装置特性的观点而言成为必要。
同样，需要对第二传感器进行光遮蔽，以防止来自待检测物体的反射光入射到第二传感器。
然而，例如，假定将日本专利公开第2006-301864号中所描述的黑底用于光遮蔽。在此情况下，如果在黑底中来自传感器侧的光的反射率与在选择性透过滤光片中来自传感器侧的光的反射率之间存在差异，那么即使在将两个传感器彼此靠近配置时，在某些情况下也会在噪声组分之间产生差异。
例如，当选择性透过滤光片由几乎不反射光的材料制成，且因此具有比黑底低的反射率时，在与黑底相对应位置配置的第二传感器中，通过反射返回的光导致噪声组分每个都大。相反，在第一传感器中，反射导致噪声组分每个都小。
第一和第二传感器中的那些噪声组分之间的大小差异降低了用于获得传感器输出信号之间的差分的检测结果的精度。
另一方面，在日本专利公开第2005-275644号所描述的显示装置中，称为“BM层”的遮光层覆盖传感器的背表面，从而减少直接入射到传感器的噪声组分。
然而，用于背表面侧上的大区域的光遮蔽减少了物体检测中使用的非可见光的量。如果假定从背表面入射到两个传感器的非可见光的量彼此相等，那么当在背表面侧上设置遮光层时，传感器输出信号的每个信号组分本身均变小。这种情况还导致S/N比的降低。
在使用两个传感器输出信号之间的差分的技术的情况下，因为分别直接入射到两个传感器的光为均一的，所以无需将传感器的背表面侧光遮蔽太多。然而，需要光遮蔽第二传感器的显示表面侧，来自物体的反射光入射到该第二传感器。然而，在此情况下，即使对第二传感器遮蔽来自显示表面侧的光，来自背表面侧的光也不会被遮蔽。因此，当在诸如黑底的遮光部和与其相邻配置的选择性透过滤光部之间来自背表面侧的光的反射率存在差异时，不可避免在第一和第二传感器之间产生噪声组分的差异。
根据本发明的实施例，提供了一种显示装置，包括：
显示表面，其上显示信息；
多个像素区域，分别包括光学元件，光学元件中的每一个均适于产生具有与输入的数据相对应的强度的光并将光输出到显示表面；
多个传感器区域，传感器区域中的每一个均包括一对光接收元件，光接收元件中的每一个均适于接收入射光并对入射光进行光电转换；
滤光部，在多个传感器区域中的相应传感器区域内配置在第一光接收元件和显示表面之间，该滤光部适于吸收和遮蔽可见光带中的入射光，并透射非可见光带中的入射光；
遮光部，具有光吸收性质，在多个传感器区域中配置在相应传感器区域内靠近第一光接收元件配置的第二光接收元件和显示表面之间，该遮光部适于吸收和遮蔽入射光；以及
运算部，用于获得来自第一光接收元件的输出信号和来自第二光接收元件的输出信号之间的差分。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种显示装置，包括：
显示表面，其上显示信息；
多个像素区域，分别包括光学元件，光学元件中的每一个均适于产生具有与输入的数据相对应的强度的光并将光输出到显示表面；
多个传感器区域，传感器区域中的每一个均包括一对光接收元件，光接收元件中的每一个均适于接收入射光并对入射光进行光电转换；
滤光部，在多个传感器区域中的相应传感器区域内配置在第一光接收元件和显示表面之间，该滤光部适于吸收和遮蔽可见光带中的入射光，并透射非可见光带中的入射光；
波长选择镜部，在多个传感器区域中的相应传感器区域内配置在靠近第一光接收元件配置的第二光接收元件和显示表面之间，该波长选择镜部适于反射从显示表面侧入射到其的特定波长带中的非可见光，也适用于透射除特定波长带之外的波长带中的光以及透射从与显示表面侧相对的一侧入射到其的光；以及
运算部，用于获得来自第一光接收元件的输出信号和来自第二光接收元件的输出信号之间的差分。
根据本发明，由于分别由滤光部和遮光部(或波长选择镜部)反射的光组分不存在或非常小，所以获得在运算部中获得的检测结果的S/N比高的优点。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一至第三实施例的透射型液晶显示装置的整体结构的示意性截面图，其中部分为框图；
图2是示出了图1所示的液晶面板的更详细的结构的截面图；
图3是示出了图1所示的透射型液晶显示装置的结构的分解透视图；
图4是示出了根据本发明的第一至第三实施例的透射型液晶显示装置中的液晶面板内设置的驱动电路的构造实例的示意性框图；
图5A和图5B分别是根据本发明的第一至第三实施例的透射型液晶显示装置中的光学传感器部的顶视平面图，和与图5A所示的图样相对应的光学传感器部的等效电路图；
图6是与根据本发明的第一至第三实施例的透射型液晶显示装置中的像素相对应的TFT阵列基板部的顶视平面图；
图7A和图7B分别是根据本发明的第一至第三实施例的透射型液晶显示装置中具有PIN结构的光电二极管和具有PDN结构的光带二极管的示意图；
图8是阐述根据本发明的第一实施例的透射型液晶显示装置中的液晶面板的操作的图2的更详细的截面图；
图9是示出了颜料黑层和炭黑层的光谱透射率特性的示图；
图10是阐述根据本发明的第二实施例的透射型液晶显示装置的液晶面板的操作的图2的更详细的截面图；
图11是示出了颜料黑层和红外吸收滤光层的层压膜(复合膜)光谱透射率特性的示图；
图12是阐述根据本发明的第三实施例的透射型液晶显示装置的液晶面板的操作的图2的更详细的截面图；
图13A和图13B分别是示出了根据本发明的第三实施例的透射型液晶显示装置中的胆甾型选择反射膜的示意性结构的示图；
图14是示出了根据本发明的第三实施例的透射型液晶显示装置中的胆甾型选择反射膜的光谱透射率特性的示图；
图15是示出了与根据本发明的第一实施例的修改例4的光接收数据的输入光的强度相关的变化的示图；以及
图16A和图16B分别是示出了当在不应用外部光传感器的显示区域内配置的情况下检测指尖时的检测结果，以及当在应用外部光传感器的显示区域内配置的情况下检测指尖时的检测结果的示图。
具体实施方式
以下，将参考附图基于液晶显示装置来描述本发明的实施例，使用本发明的实施例可以基于红外(IR)光来检测待检测物体的位置、大小等。应注意，尽管可以在本发明中基于非可见光来检测待检测物体的位置、大小等，但是在实施例中现在将主要以基于IR光的检测为示例。如稍后将描述，还可以基于除IR光之外的非可见光来检测待检测物体的位置、大小等。
[第一实施例]
本发明的第一实施例涉及具有背光的透射型液晶显示装置。
图1是示出了透射型液晶显示装置的整体结构的示意性截面图，其中部分为框图。此外，图2是示出了图1所示的液晶面板200的更详细的结构的截面图。
图1所示出的液晶显示装置100包括具有显示表面200A的液晶面板200、背光300和数据处理部400。
图2示出了当从液晶面板200的显示表面200A观察时表面内区域的有效显示区域PA。将有效显示区域PA划分为像素区域PA1和传感器区域PA2，稍后将描述详情。
如图1和图2所示，液晶面板200包括TFT阵列基板201、作为所谓的“相对基板”的滤色基板202(以下称为“CF基板”)和液晶层203。在此情况下，TFT阵列基板201和CF基板被配置为彼此面对。同样，液晶层203具有封闭在TFT阵列基板201和CF基板202之间限定的空间内的液晶。液晶面板200被配置为面对背光300，以使得TFT阵列基板201位于背光300侧上，且CF基板202位于与背光300相对的一侧上。
以下，沿液晶面板200的厚度方向的背光300侧将被描述为“背表面侧”，而与背表面侧相对的一侧将被描述为“显示表面侧”或“前侧”。
TFT阵列基板201具有作为基底的玻璃基板208。在玻璃基板208上以层压形式设置多个部件。
特别地，将用于将光转换为偏振光的偏光板206粘到玻璃基板208的背表面侧。此外，在像素区域PA1中，在液晶层203侧上的玻璃基板208的表面上，以靠近玻璃基板208的次序层压平坦化膜209、像素电极40R、40G和40B以及取向膜210。在此情况下，平坦化膜209将形成像素电极40R、40G和40B引起的不规则进行平坦化。像素电极40R、40G和40B被设置为分别与像素PIXr、PIXg和PIXb相对应，以向液晶层203施加合适的电压。同样，取向膜210确定液晶层203中的液晶分子的方向。
另外，应注意，在TFT阵列基板201中设置数据电极、TFT、电容器等。在此情况下，通常，数据电极在一些情况下也被称为X电极、数据信号线或源极信号线。TFT充当用于驱动液晶的开关元件。同样，电容器充当用于有源矩阵操作的信号保持电容器(因为其对液晶的电容有所辅助，所以其也可以被称为辅助电容器)。参考图1和图2，在TFT阵列基板201上合适的位置分别设置保护膜、绝缘膜等。
如图1所示，液晶面板200的前表面上的保护膜的表面被特别称为“显示表面200A”。
CF基板202具有作为基底的玻璃基板212。在玻璃基板212上以层压形式设置多个部件。特别地，将光转换为偏振光的偏光板207粘到玻璃基板212的显示表面侧。此外，在液晶层203侧上的玻璃基板212的表面上以靠近玻璃基板212侧的次序层压红色滤光片21R、绿色滤光片21G和蓝色滤光片21B(以下在一些情况下称为“滤色片21”)、平坦化膜213、公共电极211以及取向膜214。在此情况下，红色滤光片21R、绿色滤光片21G和蓝色滤光片21B被设置为分别与像素PIXr、PIXg和PIXb相对应。平坦化膜213将形成滤色片21引起的不规则进行平坦化。对多个像素PIXr、PIXg和PIXb共同地设置公共电极211，以向液晶层203施加合适的电压。同样，取向膜214确定液晶层203中的液晶分子的方向。
滤色片21形成在滤色层204中，且透射具有在预定波长带中的波长的可见光(具有预定颜色的光)并吸收具有除预定波长带之外的波长带中的波长的可见光。稍后将描述具有除可见光波长的波长带之外的波长带中的波长的光，尤其是红外光(IR光)。
关于可见光的预定波长带，例如，在Commission Internationalede l’Eclairage(CIE)中，定义红色单色光的波长为700nm，绿色单色光的波长为546.1nm，且蓝色单色光的波长为435.8nm。因此，红色滤光片21R、绿色滤光片21G和蓝色滤光片21B这样形成，即它们的透射率在含有上述波长或靠近上述波长的波长带(例如，在约50nm～120nm的范围中)中变高(尽管基本上基于波长中的透射率的相对高度来掌握高度，但是例如将60nm以上设置为绝对高度)。滤色片21可以为使用颜料的滤色片或使用染料的滤色片。
另一方面，在传感器区域PA2中，如图1所示，在直接面对液晶层203的TFT阵列基板201的显示表面上设置具有“光学传感器”的光学传感器部1。图2所示的传感器区域PA2示出了光学传感器部1的截面。
稍后将描述光学传感器部1的详情。
为了对液晶面板200的内部提供所谓的触摸面板的功能而形成光学传感器部1。当从显示表面200A(前表面)侧观察液晶面板200时，可以了解光学传感器部1被规则配置在有效显示区域PA内。
图1示出了液晶面板200的截面，其中在有效显示区域PA中的矩阵中配置光学传感器部1。图1中，以相等间隔配置多个光学传感器部1(在此情况下，仅示出四个传感器部1)。对于位置检测，沿一个方向必须配置数目充分地大于四个的光学传感器部1。为了便于说明，图1示出了光学传感器部1的较少显示数目，即，四个光学传感器部1。当位置检测的功能限于一部分有效显示区域PA时，在因此受限的显示区域中规则地进行配置光学传感器部。
如图1所示，当从显示表面200A的有效显示区域PA观察时，将其中形成有光学传感器部1的液晶面板200的区域定义为“传感器区域PA2”，且将液晶面板200的其他区域定义为“像素区域PA2”。应注意，这些区域为包括面板的厚度方向的三维区域。
图2中，像素电极40R、40G和40B以及公共电极211分别由透明电极材料制成。
应注意，在利用稍后将描述的FFS系统的液晶显示装置等中，与图2的情况不同，所有像素共有的公共电极211形成在TFT阵列基板201的显示表面侧(液晶层侧)上，但是在一些情况下形成在像素电极40的与液晶层203相对的一侧上以面对像素电极40。
形成用于光调制的结构，包括像素电极40、相对电极、液晶层203和辅助电容器以及开关元件(未示出)。在一些情况下，将用于每个像素、包括用于光调制的部件和材料的结构称为“液晶元件”。在此实施例中，液晶元件与“光学元件”的实例相对应，因为其具有产生具有与根据通过连接到各种控制线的控制来输入的数据相对应的强度的光、从而向显示表面输出光的功能。
构成多个颜色分别与其相对应的多个像素组成的单元(即，“像素单元”)，其包括图2所示的像素PIXr、PIXg和PIXb。当光学传感器部1与像素电路的比为1:1时，光学传感器部1的配置密度变为最大。在此实施例中，光学传感器部1的配置密度可以采用上述最大值，或可以小于最大值。
在TFT阵列基板201的背表面侧上配置背光300。背光300面对液晶面板200的背表面，且向液晶面板200的有效显示区域PA发射照明光。
图1中举例的背光300具有光源301和导光板302，该导光板用于扩散从光源301照射到其的光以将光转换为平面光。尽管将侧光型背光、正下方(just-below)型背光等用作与光源301相对于导光板302所配置的位置相对应的背光300，但是在此情况下将侧光型背光作为示例。
在液晶面板200的背表面侧和沿液晶面板200的背表面方向的一侧或两侧上配置光源301。换言之，当从显示表面200A(前表面)观察时，沿液晶面板200的一侧或相对的两侧配置光源301。然而，可以沿液晶面板200的三个或更多侧配置光源301。
例如，光源301由冷阴极管灯构成。具体地，在光源301中，玻璃管内的低压汞蒸汽中的电弧所产生的紫外线被转换为待发射的荧光体可见光。应注意，光源301决不限于冷阴极管灯，且因此，例如，光源301可以由LED(发光二极管)或EL元件构成。
在此情况下，光源301由LED构成。图1例举了其中分别在相对的两侧上配置诸如白色LED的可见光源301a和IR光源301b的情况。
例如，导光板302由半透明丙烯酸树脂板构成。导光板302沿表面引导从光源301发射的光(以沿液晶面板200的背表面的方向从一侧到另一侧)同时全反射从光源301发射的光。在导光板302的背表面上设置例如与导光板302整合形成或由与导光板302的部件不同的部件形成的点图样(由多个突起构成)(未示出)。因此，被引导的光被点图样散射以照射到液晶面板200。应注意，可以在导光板302的背表面侧上设置用于反射光的反射片，或可以在导光板302的前表面侧上设置散射片或棱镜片。
由于背光300具有上述结构，所以其将几乎均匀的平面光照射到液晶面板200的有效显示区域PA的整个表面。
<液晶显示装置的组件>
图3是示出了图1所示的透射型液晶显示装置的结构的分解透视图。
对于液晶面板200的组件而言，在像素电路后形成取向膜210(参考图2)，且在TFT阵列基板201的显示表面侧上形成稍后将描述的传感器读出电路等。在TFT阵列基板201的另一个表面上形成滤色层204(参考图1和图2)和取向膜214(参考图2)，且形成隔离片(未示出)。在此之后，将两片基板201和202彼此相粘以使得形成表面侧面对TFT阵列基板201的另一个表面。随后，将液晶封闭在由待密封的隔离片界定的两片基板201和202之间的空间内。在TFT阵列基板201的一个表面上配置偏光板206，且在CF基板202的另一个表面上配置偏光板207。
电路板17通过连接体18电连接到液晶面板200。将多个IC等预先安装到电路板17。在此情况下，例如，多个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，或接收用于检测用户从液晶面板200对显示表面200A进行的操纵的电信号作为其输入。每个IC均包括控制部(CPU)。电路板17设置有柔性板16，液晶显示装置100通过柔性板16连接到安装有液晶显示装置100设备中的母板。
<液晶面板的电路构造>
图4是示出了根据本发明的第一至第三实施例的透射型液晶显示装置中的液晶面板内的驱动电路的构造实例的示意性框图。
如图4所示，液晶面板200包括显示部10，其中像素以矩阵形式进行配置。显示部10是包括面板的厚度方向的三维液晶面板200的部件。
同样如图1所示，周围区域CA存在于有效显示区域PA的周围。周围区域CA意味着TFT阵列基板201中除有效显示区域PA之外的区域。如图4所示，在周围区域CA中形成几个功能组块所代表的驱动电路，包括与有效显示区域PA内的TFT共同形成的TFT。
液晶面板200包括垂直驱动器(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、以及DC/DC转换器(DC/DC.CNV.)15作为驱动电路。
垂直驱动器11是具有移位寄存器等的功能的电路，用于垂直扫描为了选择像素线而水平配线的各种控制线。
显示驱动器12是具有通过取样视频信号的数据电位来产生数据信号振幅，并将数据信号振幅发送(discharge)到列方向的像素所共有的信号线的功能的电路。
传感器驱动器13是与垂直驱动器11的情况相类似，用于扫描用于光学传感器部1(其以预定密度分布式地配置在像素的配置区域内)的控制线，并收集与用于控制线的扫描同步的传感器输出信号(检测数据)的电路。
选择开关阵列14是由多个TFT开关构成用于由显示驱动器12控制数据信号振幅的发送，并控制来自显示部10的传感器输出信号的电路。
同样，DC/DC转换器15是用于产生具有驱动液晶面板200所必需的电位的各种D.C.(直流)电压的电路。
通过液晶面板200中设置的柔性基板16(参考图3)来执行向/自显示驱动器12和传感器驱动器13的输入和输出的信号的交换，以及液晶显示面板200的内部和外部之间的其他信号的交换。
应注意，可以将液晶驱动IC(与显示驱动器12相对应)、用于驱动传感器并读出传感器输出信号的IC(与传感器驱动器13等相对应)和图像处理IC SOG-安装到液晶面板200的内部。同样，可以将用于驱动传感器并读出传感器输出信号的IC和图像处理IC整合为一个IC。在此情况下，可以通过SOG安装端在液晶面板200内部执行每两个IC之间的输入和输出信号的交换等。
除图4所示的电路之外，驱动电路中还包括用于产生时钟信号或从外部接收信号作为其输入的构造等。
<像素部和光学传感器部>
此实施例的液晶显示装置100的特征之一为具有两个传感器，用于检测由显示表面侧上待检测物体反射而返回到液晶面板200的内部的IR光，即，第一光接收元件(以下称为“第一传感器”)和第二光接收元件(以下称为“第二传感器”)。
如图2所示，第一传感器S1和第二传感器S2被配置在玻璃基板208上彼此靠近。在一些情况下，将第一和第二传感器S1和S2简称为“传感器S”。
因为第一和第二传感器S1和S2由相同半导体薄膜制成，因此其光接收特性需要均一，所以将第一和第二传感器S1和S2配置成彼此靠近。
第一和第二传感器S1和S2可以由不同材料制成。然而，优选的是，第一和第二传感器S1和S2由相同材料制成以具有相同图样，从而使其光接收特性均一，且入射光的光谱特性被改变，从而使得第一传感器S1和第二传感器S2被分配给“物体检测应用”和“噪声组分检测应用”。
鉴于此原因，在此实施例中，在滤色层204中，在与第一传感器S1相对应的位置配置滤光部60，且在与第二传感器S2相对应的位置形成遮光部70。稍后将描述滤光部60和遮光部70。
图5A是示出了传感器S的顶视平面图，且图5B是与图5A所示的图样相对应的传感器S的等效电路图。所示的传感器S是第一或第二传感器S1或S2，且第一和第二传感器S1和S2具有相同结构。
图5B所示的传感器S由三个晶体管(在此情况下为N通道TFT)和光电二极管PD构成。
这三个晶体管为重置晶体管TS、放大晶体管TA、读出晶体管TR。
光电二极管PD的阳极连接到存储节点SN，且其阴极连接到用于电源电压VDD的电源线(以下称为“VDD线”)31。如稍后将描述，光电二极管PD具有PIN结构或PDN结构，且包括用于通过绝缘膜向本征(I)区域(PIN结构的本征半导体区域)或掺杂(D)区域(PDN结构的N-型区域)施加电场的控制栅极CG。光电二极管PD用于相反偏压的状态中，且用其控制栅极CG来控制此时的耗尽程度，从而可以最佳化(通常最大化)敏感度。以上述方式构成光电二极管PD。
应注意，可以将光电二极管PD视为“光接收元件”的实例。
重置晶体管TS的漏极连接到存储节点SN，其源极连接到用于基准电压VSS的电源线(以下称为“VSS线”)31，且其栅极连接到用于重置信号(RESET)的电源线(以下称为“重置线”)33。重置晶体管TS将存储节点SN从浮置状态切换到连接到VSS线32的状态，以将积累在存储节点SN中的电荷放电，从而重置所积累电荷的量。
放大晶体管TA的漏极连接到VDD线31，其源极通过读出晶体管TR连接到用于检测电位Vdet(或检测电流Idet)的输出线(以下称为“检测线”)，且其栅极连接到存储节点SN。
读出晶体管TR的漏极连接到放大晶体管TA的源极，其源极连接到检测线35，且其栅极连接到用于读取控制信号(READ)的电源线(以下称为“读取控制线”)34。
当在光电二极管PD中产生的正电荷积累在存储节点SN(其在完成重置之后再次变为浮置状态)中时，放大晶体管TA具有用于放大所积累的正电荷的量的作用。读出晶体管TR是用于控制将放大晶体管TA所放大的光接收电位发送到检测线35的时刻的晶体管。在经过给定积累时间之后，激活读取控制信号(READ)以导通读出晶体管TR。因此，分别向放大晶体管TA的源极和漏极施加合适的电压。因此，放大晶体管TA使与其栅极电位相对应的电流通过其流动。因此，在检测线35上出现了具有增加的振幅的电位改变，以与光接收电位相对应。同样，此电位改变以检测电位Vdet的形式从检测线35输出到光学传感器部1的外部。或者，检测电流Idet(其值与接收的光电位相对应地改变)被从检测线35输出到光学传感器部1的外部。
图5A示出了在将TFT阵列基板201粘到CF基板202之前的TFT阵列基板201的顶视平面图，且液晶被封闭在图4所示的TFT阵列基板201和CF基板202之间界定的空间内。
因为在图5A所示的图样示图中，图5B所示的元件和节点分别由相同参考数字和参考符号来指示，所以显然应了解每两个元件之间的电连接。
例如，VDD线31、VSS线32和检测线35中的每一个均由铝(Al)制成的配线层形成。同样，重置线33和读取控制线34中的每一个均由栅极金属(GM)(例如，钼(Mo))制成的配线层形成。在比铝(Al)制成的配线层低的层中形成栅极金属(GM)层。在形成在栅极金属(GM)层上且在铝(Al)层下的层中的隔离中配置四个多晶硅(PS)层。重置晶体管TS、读出晶体管TR、放大晶体管TA和光电二极管PD分别具有PS层。
重置晶体管TS、读出晶体管TR和放大晶体管TA中的每一个均具有晶体管结构，其中N型杂质被引入与栅极金属(GM)层相交的PS层部分的一侧和另一侧中的每一个，从而分别形成源极和漏极。
另一方面，因为P型杂质和N型杂质分别被引入PS层所形成的薄膜半导体层的一侧和另一侧，所以光电二极管PD具有二极管结构。P型杂质区域构成光电二极管PD的阳极(A)区域或存储节点SN。N型杂质区域构成光电二极管PD的阴极(K)区域，且通过触点连接到上部VDD线31。
应注意，尽管在图5A所示的顶视平面图中，三个晶体管TR、TS和TA分别具有的光接收区域(I区域或D区域)的背光侧被三个晶体管TR、TS和TA分别具有的电极所光遮蔽，但是也需要对其前侧遮蔽外部的光。
鉴于与上述相同的原因，对像素PIX中的开关元件SW的前表面侧也进行光遮蔽。
图6示出了具有使用边缘场开关(FFS)系统的液晶的像素PIX中的TFT阵列基板201的俯视图。使用FFS系统的液晶的另一个名称为“使用‘面内开关(IPS)-Pro’系统的液晶”。
图6示出了由作为基底的TFT阵列基板201、各种配线、开关元件SW和每两个元件之间的连接形成的像素电极40。
像素电极40由透明电极层(TE)形成，且具有多个缝隙。尽管未具体示出，但是在像素电极40下形成公共电极以正好面对像素电极40。公共电极由所有像素共有的透明电极层(TE)形成。
像素电极40通过触点41连接到作为底层的由铝(Al)等制成的内部配线42。内部配线42连接到开关元件SW中由多晶硅(PS)制成的薄膜半导体层43中形成的源极和漏极中的一个。由铝(Al)制成的信号线45连接到薄膜半导体层43中形成的源极和漏极中的另一个。与薄膜半导体层43下的层相交的垂直扫描线44由诸如钼(Mo)的栅极金属(GM)制成，且以与信号线45垂直相交的方向而配置。
应注意，在具有图6所示的各种图样的TFT阵列基板201上(一部分(未示出))配置CF基板202。同样，在TFT阵列基板201和CF基板202(参考图1)之间界定的空间内封闭液晶层203。此外，偏光板206和偏光板207被配置为将TFT阵列基板201和CF基板202夹于其间。
在此，液晶层203由向列的液晶构成。以相交尼科尔方式来配置通过粘合剂分别紧密设置在TFT阵列基板201和CF基板202上的偏光板206和偏光板207。
可使用铝(Al)、钼(Mo)、铬(Cr)、钨(W)、钛(Ti)或铅(Pb)或其复合层(诸如Ti/Al)或其合金层作为用于信号线45和垂直扫描线44(栅极金属(GM))中的每一个的材料。
<光电二极管PD的结构和光接收特性>
图7A示出了具有PIN结构的光电二极管PD，且图7B示出了具有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，具有光接收灵敏度的区域为在PIN结构(参考图7A)中无杂质引入其中的I区域，以及为在PDN结构(参考图7B)中具有以低浓度引入其中的N型杂质的D区域(N-型区域)。
例如，当向图7A或图7B所示的薄膜半导体层36施加反偏压时，耗尽层在I区域或D区域内扩展。为了促进耗尽层的扩展，执行背栅控制(通过控制栅极(G)来进行电场的控制)。然而，耗尽层从PIN结构中的P+区域最多扩展为约10μm。另外，PDN结构具有光接收灵敏度的区域更加宽的优点，因为D区域的整个区域几乎完全被耗尽。
在此实施例中，可以采用PIN结构和PDN结构两者。
具有此结构的作为位置传感器的光电二极管PD被设计为对非可见光(例如，红外光)具有灵敏度。优选的是，光电二极管PD对红外光具有大的灵敏度。然而，当对可见光或近紫外光具有灵敏度时，最佳的是组合光电二极管和选择性地透射红外光的IR滤光片。
例如，非可见光含有红外光或紫外光。应注意，紫外光(其也为非可见光的实例)和可见光之间的波长边界被设置在360nm～400nm的范围中，且可见光和红外光之间的波长边界被设置在760nm～830nm的范围中。然而，实际上，可以将具有350nm以下的波长的光设置为紫外光，且可以将具有700nm以上的波长的光设置为红外光。在此情况下，非可见光的波长范围被设置为等于或小于350nm，或等于或大于700nm。然而，在此实施例中，非可见光的波长边界可以在上述360nm～400nm的范围和760nm～830nm的范围内任意调节。
当将红外光(IR光)用作非可见光时，对IR光具有灵敏度的光电二极管PD的薄膜半导体层36(参考图7)优选地由多晶硅或晶态硅制成。在此情况下，多晶硅或晶态硅的价带和导带之间的能带间隙为1.1eV，其小于可见光的光接收元件的能带间隙(例如，1.6eV)。由Eg＝hν计算能带间隙Eg的光学值，其中h为普朗克常量，且ν＝1/λ(λ是光的波长)。
另外，当薄膜半导体层36(参考图7)由非晶硅或微晶硅制成时，其在紫外光以及红外光中具有光接收能力(灵敏度)，因为此半导体材料的能级分布在带隙内。因此，由此半导体材料制成的光电二极管PD不仅在可见光中而且在诸如红外光和紫外光的非可见光中具有光接收能力。因此，可以利用光电二极管PD作为用于可见光和非可见光两者的光接收元件。
从上述，在可以合适地用于此实施例的光电二极管PD中，其薄膜半导体层36由多晶硅、晶态硅、非晶硅或微晶硅制成。在任何情况下，较佳的是，此实施例中的光电二极管PD选择半导体材料并进行这样的设计，使得红外光的吸收系数变得比设计用于接收可见光的普通光电二极管的吸收系数大。当难以进行此设计时，也可以在存在滤光部60(滤光部)的情况下使用普通光电二极管。
<运算部>
如图2所示，在液晶显示装置100中设置运算部403。在此情况下，运算部403接收从第一传感器S1发射的第一检测电位Vdet1和从第二传感器S2发射的第二检测电位Vdet2作为其输入，并获得第一检测电位Vdet1和第二检测电位Vdet2之间的差分以产生检测信号Sdet。在数据处理部400中设置运算部403。在此情况下，可以例如基于控制部401的运算功能来实现或者可以例如以位置检测部402中的电路形式来实现运算部403。
通常，采用以下方法来进行在运算部403中执行的运算。也就是说，将来自第一传感器S1的输出信号和来自第二传感器S2的输出信号连续输入到运算部403，并将这些输入信号分别保持在比较器的输入中。同样，当这两个输出信号分别在比较器的输入中聚集时，比较器获得两个输出信号之间的差分，且放大所得差分，从而产生检测信号Sdet。或者，可以采用另一个方法，以使得通过控制比较器的阈值来检测到输出信号的电平，且随后获得两个输出信号之间的差分。或者，可以采用另一个方法以将两个输出信号分别转换为数字值，算术地运算所得两个数字值之间的差分。基于与时钟信号同步的给定时间周期的电荷积累来确定两个输出信号的电平。
<用于滤光部和遮光部的材料>
现在，将给出作为此实施例的重要特征的关于用于滤光部和遮光部的材料和这些材料引起的特性差异的描述。
通常，“滤光片”意味着用于选择性地透射或反射具有上述波长带中的波长的光的滤光片。
另一方面，此实施例中的滤光部60(参考图2)由几乎不反射可见光但是吸收和遮蔽可见光，且几乎不反射一部分非可见光(即，具有上述波长带中的波长的非可见光)但是透射此非可见光的材料制成。
通常，术语“光遮蔽”意味着没有光从一个表面透射到另一个表面，且因此，反射或吸收光来进行光遮蔽是不成问题的。因此，诸如可以形成在滤色层204中的黑底的遮光部件可以反射和遮蔽光。
另一方面，此实施例中的遮光部件70(参考图2)由不反射但是吸收可见光和非可见光从而遮蔽可见光和非可见光这两者的材料制成。
为了以此方式选择性地透射(吸收)具有特定波长带中的波长的光，使用分散有颜料的抗蚀剂是有效的。在此情况下，通过将用于选择性地透射(吸收)具有特定波长带中的波长的光的颜料分散到具有感光性的抗蚀剂材料中来获得分散有颜料的抗蚀剂。
换言之，此实施例中的滤光部60由分散有颜料的抗蚀剂(以下当在任何其他实施例中引用时被称为“分散有第一颜料的抗蚀剂”)制成。在此情况下，通过将选择性地吸收具有特定波长带中的波长的光并将具有其他波长中的波长的光透射的有机颜料分散到抗蚀剂中来获得分散有第一颜料的抗蚀剂。除此之外，此实施例中的遮光部70由分散有颜料的抗蚀剂(以下当在任何其他实施例中引用时被称为“分散有第二颜料的抗蚀剂”)制成。在此情况下，通过将对光的整个波长带具有吸收能力的有机或无机颜料分散到抗蚀剂中来获得分散有第二颜料的抗蚀剂。
在此实施例中，滤光部60和遮光部70分别具有单层结构是基本的。然而，并不排除提供用于背表面侧上抗反射的整个波长透射膜。
可以使用丙烯酸树脂抗蚀剂、聚酰亚胺系抗蚀剂、酚醛清漆系抗蚀剂等作为滤光部60中所使用的抗蚀剂材料。可以使用偶氮颜料化合物(例如，由SANYO COLOR WORKS，Ltd.等制造)作为用于选择性透射具有IR波长带中的波长的IR光的有机颜料。
此外，使用半导体处理技术作为用于形成滤光部60的基本技术。也就是说，分散有颜料的抗蚀剂被涂布到基板上，且进行掩模曝光处理、显影处理和烘干处理，从而获得所要的图样形状。
可以使用丙烯酸树脂抗蚀剂、聚酰亚胺系抗蚀剂、酚醛清漆系抗蚀剂等作为遮光部70中所使用的抗蚀剂材料。
可以使用诸如炭黑或钛黑的颜料作为对整个波长具有吸收性质的有机或无机颜料。
与滤光部60的情况类似，在形成遮光部70的方法中使用半导体处理技术。也就是说，分散有颜料的抗蚀剂被涂布到基板上，且进行掩模曝光处理、显影处理和烘干处理，从而获得所要的图样形状。
(实施例)
图8是阐述根据本发明的第一实施例的透射型液晶显示装置中液晶面板的操作的图2的更详细的截面图。同样，图8与通过提取图2的一部分获得的部分相对应。
在此实施例中，在滤光部60中使用通过将有机颜料分散到抗蚀剂中获得的分散有第一颜料的抗蚀剂(图8中说明为“颜料黑层61”)以遮蔽可见光，并透射红外光。将铜酞菁化合物(蓝色和绿色)和偶氮颜料化合物(红色)用作用于颜料黑层61的有机颜料。同样，将丙烯酸树脂感光性抗蚀剂用作抗蚀剂。
在此实施例中，在遮光部70中使用通过将碳颗粒分散到丙烯酸树脂感光性抗蚀剂中获得的分散有颜料的抗蚀剂以遮蔽可见光和红外光。图8中，将涉及的分散有颜料的抗蚀剂示为“炭黑层71”。
图9示出了颜料黑层61和炭黑层71的光谱透射率特性。
从图9的示图了解，颜料黑层61选择性地透射红外光，且炭黑层71遮蔽整个波长带中的光。
(操作)
接着，将参考图1～图8来描述透射型液晶显示装置100的操作实例。
将从安装在液晶面板200的背表面侧上的背光300发射的照明光入射到液晶面板200的内部。同样，照明光依次透射通过偏光板206、TFT阵列基板201、液晶层203、滤色层204、CF基板202和偏光板207，从而从液晶面板200的前表面发射到外部。
照明光在透射期间经历光的偏振和调制，从而使得照明光的偏振面、光强度等改变。
在图8的情况下，来自背光300的照明光透射通过偏光板206以入射到TFT阵列基板201。
如图8所示，在TFT阵列基板201中形成第一和第二传感器S1和S2。在此情况下，将照明光入射到TFT阵列基板201的背光侧。因此，在第一和第二检测电位Vdet1和Vdet2中产生噪声组分。然而，那些噪声组分在第一传感器S1和第二传感器S2之间水平相同，因为它们由来自均一的照明光的直射光引起，且因此通过运算部403来消除。
例如，其他光通过光学传感器部1内由图5A的虚线指示的开口部和图6所示的像素PIX内每两个配线之间界定的开口部，并被从TFT阵列基板201输出。
从TFT阵列基板201输出的光透射通过液晶层203、滤色层204、CF基板202和偏光板207(参考图1)，以从显示表面200A输出到外部用于显示图片。
为了此透射，透射光在透射通过偏光板206时以第一方向发生偏振。当光透射通过液晶层203时，由于液晶分子的光学各向异性，使透射光的偏振方向沿液晶的分子排列方向改变预定角度。同样，将透射光在透射通过偏光板207时以与第一方向偏移预定角度的第二方向偏振。
在三次偏光操作中，通过控制与输入的视频信号的电位相对应的、施加给液晶层203的电场强度，在透射通过液晶层203期间的偏振角度彼此独立地改变，以与像素相对应。鉴于此原因，通过各像素的光经过了调制，光经调制改变为具有与视频信号的电位相对应的强度，以从液晶面板200的显示表面200A发射来用于显示预定图像。
如先前所述，液晶面板200具有上面显示图像的有效显示区域PA和配置在有效显示区域PA的每个像素区域PA1中的多个像素。同样，为了实现所谓触摸面板的功能，在有效显示区域PA的传感器区域PA2中配置包括光接收元件(用于检测诸如人的手指或人所操作的触针笔的待检测物体)的光学传感器部1。
与光透射通过像素的情况一样，通过光学传感器部1的光从液晶面板200的显示表面200A直接发射，而不经历电信号的调制。
例如，所显示内容可以促使用户发出与在图像显示中间的应用相对应的指令。在此情况下，如图8所示，用户用他/她的手指(或者通过使用触针等)来轻触显示屏幕。
当诸如手指或触针笔的待检测物体接触或靠近显示屏幕时，从液晶面板200发射的光由待检测物体反射以返回到液晶面板200的内部。返回的光(反射的IR光(IR_R)和反射的可见光(VL_R))由液晶面板200内诸如层界面和配线的反射物体反复折射和反射。
因此，通常，反射光传播并前进。因此，尽管取决于视待检测物体的大小，但是反射光到达第一传感器S1，因为其可以透射通过颜料黑层61。另外，每个均到达炭黑层71的反射光被吸收从而得以遮蔽。
当使每个均到达第一传感器S1的一部分反射光入射到具有施加到其的预定反偏压的光电二极管PD时，光电二极管PD执行光电转换以输出例如从其正极(A)电极产生的电荷。此时，大量电荷表示与一些接收的IR光成比例的接收光数据。从先前所述的图5B所示的读出电路的检测线35，以检测电位Vdet(或检测电流Idet)的形式输出接收光数据(大量电荷)。
另一方面，第二传感器S2也执行与第一传感器S1的操作相同的检测操作。然而，来自待检测物体的任何反射光都被遮蔽，且因此，变为噪声组分的诸如杂散光的光入射到第二传感器S2。由于第二传感器S2中的噪声组分与第一传感器S1中的噪声组分水平相同，所以可以通过算术操作部403来将这些噪声组分彼此消除。
如先前所述，此时的噪声组分不被颜料黑层61和炭黑层71反射。或者，如果存在反射，那么由于被反射的每个噪声组分实际上均为小地可以忽略，所以此时来自颜料黑层61和炭黑层71的反射光不含在噪声组分内。
如果引起了反射且来自颜料黑层61和炭黑层71的反射光之间存在反射率差异，那么由于第一传感器S1中的噪声组分和第二传感器S2中的噪声组分彼此不同，所以检测精度减小。然而，在此实施例中的颜料黑层61(滤光部60)和炭黑层71(遮光部70)中，至少防止了引起在背表面侧上的反射。因此，防止了检测精度被反射而减小。
更具体地，检测电位Vdet由图4所示的开关阵列14发送给传感器驱动器13侧，且被收集在其中作为接收的光数据。将所得接收的光数据进一步输入到图1所示的数据处理部400内的位置检测部402。位置检测部402或控制部401从液晶面板200侧实时相继接收用于每个检测电位Vdet或检测电流Idet的一组行地址和列地址作为其输入。鉴于此原因，在数据处理部400中，将待检测物体的板内位置信息(检测电位Vdet或检测电流Idet)与行地址信息和列地址信息相关联，并存储在存储器(未示出)中。
例如，较佳的是，图2所示的运算部403产生检测信号Sdet(在存储器中存储之前)，并将检测信号Sdet存储在存储器中。
液晶显示装置100可以基于存储在存储器中的信息，通过将待检测物体的位置信息和显示信息彼此组合来确定“用户用他/她的手指或触针笔基于显示的信息来发出指令”还是“用户通过在显示屏幕上移动触针笔等来输入预定信息”。也就是说，在液晶显示装置100中，可以通过其上没有添加触摸面板的薄显示面板来实现对液晶面板200添加触摸面板的情况下相同的功能。此显示面板被称为“内嵌式触摸面板”。
根据本发明的此实施例，将从背光发射的直射目标(红外光和可见光)入射到用于噪声消除的光接收传感器。同样，观察表面侧上的可见光和红外光被炭黑层阻隔。另外，将从背光发射的直射光(红外光和可见光)和观察表面侧上的红外光(信号)入射到用于红外光的光接收传感器。同样，可见光被颜料黑层阻隔。
使用此结构，从由用于红外光的光接收传感器发送的信号中减去由用于噪声消除的光接收传感器发送的信号，以抵消从背光发射的直射光，从而使得可以获得红外光(信号)。
此时，滤光部60和遮光部70至少不反射在背表面侧上的光。因此，获得物体检测操作得到进一步增强的优点。
[第二实施例]
图10是阐述根据本发明第二实施例的透射型液晶显示装置中液晶面板的操作的图2的更详细的截面图。同样，图10与通过提取图2的一部分获得的部分相对应。
将与第一实施例中相同的颜料黑层61用作滤光部60。
另一方面，遮光部70具有与颜料黑层61相同的层，且在遮光部70的背表面侧上层压红外吸收滤光层72。红外吸收滤光层72是“分散有第二颜料的抗蚀剂的层”的实例。
换言之，第二实施例的特征在于此实施例的遮光部70“包括分散有第一颜料的抗蚀剂的层(颜料黑层61)和分散有第三颜料的抗蚀剂的层(红外吸收滤光层72)，该分散有第三颜料的抗蚀剂的层配置在与颜料黑层61的显示表面相对的一侧上，且通过将用于选择性吸收具有第二波长带(IR波长带)中的波长的光并透射具有其他第一波长带中的波长的光的有机颜料分散到抗蚀剂中来获得”。
将通过吸收红外光的有机颜料分散到抗蚀剂中获得的分散有颜料的抗蚀剂用作红外吸收滤光层72。
将钛/铝/铁酞菁化合物用作吸收红外光的有机颜料，且将丙烯酸树脂感光性抗蚀剂用作抗蚀剂。
图11示出了颜料黑层61和红外吸收滤光层72的层压膜的光谱透射率特性。
从图11的示图了解，颜料黑层61选择性地透射红外光，且红外吸收滤光层72遮蔽红外光。
其他组成元件，即，用图2的组成元件的相同参考数字和参考符号指示的图10的组成元件、图1至图7示出的其他组成元件和基本操作，与第一实施例中的那些是相同的。
与第一实施例的情况类似，将从背光300发射的直射光(红外光和可见光)入射到第二传感器S2。同样，观察表面侧上(显示表面侧上)的可见光(包括外部光)被颜料黑层61阻隔，且红外光被红外吸收滤光层72阻隔。
另一方面，将从背光300发射的直射光(红外光和可见光)和观察表面侧上的红外光(信号)入射到第一传感器S1。同样，可见的噪声光被颜料黑层61阻隔。
此时，在颜料黑层61的背表面侧和红外吸收滤光层72的背表面侧上不会引起反射。或者，如果在这些侧上引起了反射，那么由于所涉及的反射实际上为小地可以忽略，所以从图2所示的运算部403获得的检测信号Sdet的精度得到提高。
[第三实施例]
图12是阐述根据本发明的第三实施例的透射型液晶显示装置中液晶面板的操作的图2的更详细的截面图。同样，图12与通过提取图2的一部分获得的部分相对应。
在滤光部60中使用与第一和第二实施例中的每一个相同的颜料黑层61。此外，在第二传感器S2上选择性地配置作为“波长选择镜部”的一部分的胆甾型选择反射膜73。
图13A和图13B示出了胆甾型选择反射膜73的结构。此外，图14示出了胆甾型选择反射膜73的光谱透射率特性。
胆甾型选择反射膜73的选择反射波长λ被设置为850nm。同样，可以使用具有顺时针胆甾型旋转方向或逆时针胆甾型旋转方向的一层结构(参考图13A)和具有顺时针胆甾型旋转方向和逆时针胆甾型旋转方向的两层发光结构(参考图13B)中的一个。在图13A的情况下，例如，可以在图2所示的液晶面板200外部或在取向膜214和偏光板207之间配置诸如VA(垂直取向)或ECB(电控制的双折射)的λ/4板。
当在其中配置有λ/4板的模式中使用对红外光具有充分偏光度的偏光板207等时，即使一层结构也是足够的，因为平面入射光变为圆偏振光。当不能达到上述条件时，使用两层结构是有效的。
可以如下来图样化胆甾型选择反射膜73。即，抗蚀剂被涂布到胆甾型选择反射膜73上，且进行掩模曝光处理、显影处理和抗蚀剂剥离处理，从而获得所要图样。此外，还可以采用一个处理使得胆甾型液晶具有感光性，且在掩模曝光处理中形成图样。
其他组成元件，即，用图2的组成元件的相同参考数字和参考符号指示的图10的组成元件、图1至图7示出的其他组成元件和基本操作与第一实施例中的相同。
图12中，将从背光300发射的直射光(红外光和可见光)入射到第二传感器S2。同样，观察表面侧上的可见光被颜料黑层61阻隔(反射)，且红外光被胆甾型选择反射膜73阻隔(反射)。
另一方面，将从背光300发射的直射光(红外光和可见光)和观察表面侧上的红外光(信号)入射到第一传感器S1。同样，可见的噪声光被颜料黑层61阻隔。
使用此结构，从由用于红外光的光接收传感器发送的信号中减去由用于噪声消除的光接收传感器发送的信号，以抵消从背光发射的直射光，从而使得可以获得红外光信号。
根据本发明的显示装置决不限于上述实施例，且可以进行以下各种修改。
<修改例1>
在第一实施例中，可以在获得遮光部70的方法中使用金属薄膜。将铬、钛等用作金属薄膜的材料。对于抗反射而言，由氧化膜等形成介电多层膜从而执行所要波长带中的抗反射是有效的。对于所得的抗反射膜而言，确定多层膜结构和材料以使得抗反射膜特别是在背表面侧上具有光吸收性质。
如下描述图样化金属薄膜的方法。即，抗蚀剂被涂布到金属薄膜上，且进行掩模曝光处理、显影处理和抗蚀剂剥离过程，从而获得所要图样。
<修改例2>
同样可以将第一至第三实施例中的任何实施例应用到反射型液晶显示装置。
在一般的反射型液晶面板中，在图1所示的液晶显示装置100中不设置背光300，而在液晶层203和显示表面200A之间配置照明部(前光)来替代背光300。
同样在此情况下，从前侧透射到传感器配置区域并转换为杂散光的光由滤光部60和遮光部70吸收，且没有光从滤光部60和遮光部70反射。因此，转换为第一传感器S1中的噪声组分的一些光和转换为第二传感器S2中的噪声组分的一些光变成彼此相等，且因此检测灵敏度得到进一步提高。
<修改例3>
在第三实施例中，同样可以将使用作为胆甾型选择反射膜73的介电多层膜的干涉的方法、或基于胆甾型液晶的手性间距来控制选择反射波长的方法应用作为反射具有特定波长带中的波长的光的方式。
<修改例4>
修改例4示出了这样一个实例，其中除了作为用于接收非可见光的光接收元件的光电二极管PD之外，检测其中含有可见光作为主要组分的外部光，且从图1所示的背光300输出的光强度与检测结果相对应。尽管在此情况下，现在将描述第一实施例的修改例，但是也可以将修改例4应用于任何其他实施例，只要其具有诸如背光的照明部。
尽管未特别说明，但是在图1所示的液晶面板200中的有效显示区域PA中或在周围区域CA中配置用于检测外部光的外部光传感器。任意设置所配置的外部光传感器的位置和外部光传感器的数目。
当将外部光传感器配置在有效显示区域PA内时，可以类似于用于接收非可见光的光学传感器(光电二极管PD)的情况，将外部光传感器以矩阵形式配置。在此情况下，将外部光传感器分别配置在与存在于其周围的多个光学传感器等距离的位置处。例如，优选的是，配置例如光电二极管PD和外部传感器以在有效显示区域PA的平面图中形成棋盘形图样。
尽管未形成棋盘形图样，但是可以以相等间隔配置外部光传感器。除此之外，外部光传感器可以配置在有效显示区域PA的四个角附近、可以排列配置在有效显示区域PA的外部侧的至少一侧附近的位置上等。因此，对外部光传感器的配置和外部光传感器的数目没有限制。
关于外部光传感器的基本结构，可以应用与图5A和图5B所示的那些类似的等效电路和平面图样。然而，用于作为外部光传感器的光电二极管的薄膜半导体层的材料等可以与作为光学传感器的光电二极管PD的不同。例如，较佳的是，用于外部光传感器的薄膜半导体层由非晶硅或微晶硅制成，其具有广泛分布的能带间隙，以对具有在350nm～700nm的范围中调整的波长的可见光具有灵敏度。例如，可以将具有1.6eV的能带间隙的材料用于外部光传感器的薄膜半导体层。
应注意，先前已陈述，可以将用于薄膜半导体层的诸如非晶硅或微晶硅的材料用于光电二极管PD以及非可见光传感器。然而，将形成为其红外吸收特性彼此不同的层分别用作此情况下的薄膜半导体层和用于外部光传感器的薄膜半导体层，因为其能带间隙彼此不同。然而，尽管由于不同的能带间隙使得灵敏度稍低，但是可以将多晶硅或晶态硅用作可见光传感器和光学传感器的薄膜半导体层的材料。在此情况下，优选使滤光片侧具有波长选择性。
图1所示的数据处理部400基于从外部光传感器获得的接收光数据来控制由背光300发射的照明光的操作。在控制部401的控制下工作的位置检测部402基于接收的光数据(即，电压值(检测电位Vdet)或电流值(检测电流Idet))来检测与外部光的亮度成比例的信号的振幅(所积累的电荷的量)。控制部401基于检测结果来调节从液晶显示装置100的背光300发射的光的发射强度。
因此，当在从外部光传感器获得的接收光数据中接收的光的强度大时，控制背光300以将具有较大强度的照明光照射到液晶面板200，且当从外部光传感器获得的接收光数据中接收的光的强度小时，控制背光300以将具有较小强度的照明光照射到液晶面板200。
在具有由薄膜晶体管构成的像素开关的显示装置中，通常，在外部光(特别地，太阳光)从外部突入的情况下，由于外部光从显示面板的表面层的反射，显示装置中对比度降低。因此，在一些情况下可能不能令人满意地识别出图像。鉴于此原因，需要使从显示面板自身发射到其表面外部的光的照度大于或等于来自显示面板表面的反射光的亮度。为了达到该目标，更强地控制来自背光300(其将光从背表面照射到显示面板)的光发射强度。
此外，在外部光的强度如同在黑暗等中一样非常低的状态下，不会发生来自显示面板表面的反射光引起的图像质量降低(对比度降低)。因此，需要减小来自背光300的光发射强度。在修改例4中，可以减小显示装置的表面亮度，这样可以降低背光300的功耗。
修改例4的优点在于可以根据外部光量的改变来适合地控制图像质量的降低(对比度的降低)和功耗的降低。
图15是示出了在有效显示区域PA中形成外部光传感器(应用显示区域内配置)的情况下获得的接收光数据相对于输入光的强度的改变，和在周围区域CA中形成外部光传感器(不应用显示区域内配置)的情况下获得的接收光数据相对于输入光的强度的改变。图15中，横坐标轴表示外部光的照度(单位：lux[lx])，而纵坐标轴表示从外部光传感器获得的接收光数据值被转换为的输出照度(单位：lux[lx])。图15中，实线指示应用外部光传感器的显示区域内配置的情况下的曲线，而虚线指示不应用显示区域内配置的情况下的曲线。
例如，如图15所示，当将具有1000lx的照度的外部光入射到液晶面板200时，在周围区域CA中形成外部光传感器的情况下，获得与约100lx的照度相对应的接收光数据。另一方面，在有效显示区域PA中形成外部光传感器的情况下，获得与约1000lx的照度相对应的接收光数据。假设外部光传感器以此方式在有效显示区域PA中，从而使得可以接收具有高强度的光。
因此，从图15的示图了解，优选的是在有效显示区域PA内配置外部光传感器。
图16A示出了在不应用修改例4的情况下检测指尖时的图，而图16B示出了在应用修改例4的情况下检测指尖时的图。
图16A和图16B中的每个图分别是用以下方式获得：以对检测(白色)和不检测(黑色)的点显示的形式表示来自精确配置在矩阵中的多个光学传感器部的输出信号，且将所得点绘制在图上。
还从图16A和图16B的视图了解到，在有效显示区域PA中配置外部光传感器的情况下的检测精度比在周围区域CA中配置外部光传感器的情况下的检测精度高。
根据修改例4，提供可以根据外部光量的改变来适合地控制图像质量的降低(对比度的降低)和功耗的降低的优点。除此之外，还提供可以更好地防止或抑制产生可见光的杂散光的优点，因为尤其是当周围的一些外部光较少时，不会将多于需要的来自背光300的一些光入射到液晶面板200。这样提供了当作为图7A和图7B所示的光学传感器的光电二极管PD等除了对非可见光(诸如IR光)具有灵敏度之外还对可见光具有灵敏度时，可以提高位置检测的精度的优点。
应注意，在修改例4中，当确定外部光传感器检测到的外部光的强度大到一定程度时，可以从来自光学传感器部1的输出信号和来自输出光传感器的输出信号检测到外部光所引起的待检测物体的影子。同样，也可以基于检测结果来检测待检测物体的存在或不存在、位置或大小。
<修改例5：其他可修改点>
尽管主要将红外光(IR光)用作第一至第三实施例和其修改例4的描述中的非可见光，但是也可以将紫外光用作非可见光。
背光300决不限于具有光源和导光部件的背光。例如，可以采用仅具有光源的背光，如具有多个二维配置的LED的背光的情况。此外，背光300决不限于表面光源，而因此可以为线光源或点光源。导光部件决不限于具有板形状的导光板(导光板302)。例如，导光部件可以为具有超长矩形平行六面体的形状或立方体形状的导光部件。
也可以将在读出电路(参考图5B)中的光电二极管PD、重置晶体管TS、放大晶体管TA和读出晶体管TR中，以及在像素电路中的开关元件SW中的所有TFT结构和具有控制栅极CG的薄膜二极管(TFD)结构每个均形成为顶栅型。在此情况下，优选的是，至少TFD的光接收区域(I区域或D区域)背表面侧和TFT的通道形成区域覆盖有遮光层，从而防止来自背光300的直射光入射到这些光接收区域和通道形成区域。
<修改例6>
通常可以将第一至第三实施例和其修改例应用于诸如有机EL显示装置的自发光型显示装置、适用于电子纸等的使用电子浮动的显示装置以及液晶显示装置。
使用电子浮动的显示装置在相对基板(透明基板)中包括的像素电极和公共电极之间设置有电子油墨。电子油墨被用以替代图1所示的液晶层203的使用，且包括使液体变得浑浊的具有带正电荷的白色颗粒和带负电荷的黑色颗粒的多个微体。在电子浮动中，当施加在像素电极和公共电极上的电场的极性为正和负时，移动到像素电极侧的颗粒和移动到公共电极侧的颗粒在白色和黑色之间反转。因此，发现当一定比例的许多颗粒移动到透明电极侧时，对于观察者而言看到像素是明亮的。因此，使得与输入数据相对应的像素的分级显示成为可能。鉴于此原因，除了如何光学调制液晶层之外，可以将上述第一至第三实施例的描述近似、同样地应用于修改例6。
另一方面，有机EL显示装置利用不需要背光的现象，且层压显示面板内的每个像素的有机材料膜自身发射具有与施加到其的电场大小相对应的亮度的光。除此方面之外，可以将上述第一至第三实施例的描述几乎同样地应用于修改例6。
<每个均应用有显示装置的产品的实例>
可以将第一至第三实施例和其修改例1至6应用于以下产品的字符和图像的显示装置。
具体地，可以将上述第一至第三实施例和其修改例1至6应用于电视接收机、个人计算机等的显示器装置、具有图像再生功能的移动设备(诸如移动电话、游戏机或PDA)、诸如照相机或摄像机的摄影设备、诸如汽车导航系统的车载设备等。
根据上述第一至第三实施例和其修改例1至6，获得以下优点。
不需要提供配置在显示面板的前表面侧上的具有两层导电膜或薄玻璃的电阻式或电容式触摸面板。即，可以实现包括显示面板内的触摸面板功能的“内嵌式触摸面板”。鉴于此原因，可以使显示装置紧密(特别是，变薄)。
由于将关于检测位置的接收光数据和其位置彼此组合进行存储，所以可以同时检测多个相离的部分。此外，不仅可以检测待检测物体的位置，而且可以检测其大小。
此时，可以由装置结构来解决关于由从背光直接入射到传感器的直射入射光和取决于显示图样的杂散光引起的噪声问题。在此情况下，使用该装置结构，从背光发射的直射入射光(可见光和红外光)、外部光(可见光)和来自表面的显示光的散射光(可见光)彼此隔离，从而使得可以仅提取从观察表面入射的红外光。因此，可提供可以与环境和显示图样无关地可靠检测待检测物体的位置的集成了输入功能图像显示装置。
在修改例4中，可以在显示装置的显示区域中实施基于可见光的外部光的检测。实际上，当在有效显示区域内配置外部光传感器时，与在显示区域外部配置外部光传感器的系统的情况相比，可以更精确地测量显示装置上的表面亮度。因此，用于背光中的发射强度的控制精度得到进一步提高。
本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在随附权利要求或等同物的范围之内。

Claims (7)

1.一种显示装置，包括：
显示表面，其上显示信息；
多个像素区域，分别包括光学元件，所述光学元件中的每一个均适于产生具有与输入的数据相对应的强度的光并将所述光输出到所述显示表面；
多个传感器区域，所述传感器区域中的每一个均包括一对光接收元件，所述光接收元件中的每一个均适于接收入射光并对所述入射光进行光电转换；
滤光部，在所述多个传感器区域中的相应传感器区域内配置在第一光接收元件和所述显示表面之间，所述滤光部适于吸收和遮蔽可见光带中的所述入射光，并透射非可见光带中的所述入射光；
遮光部，具有光吸收性质，在所述多个传感器区域中的相应传感器区域内配置在靠近所述第一光接收元件配置的第二光接收元件和所述显示表面之间，所述遮光部适于吸收和遮蔽所述入射光；以及
运算部，用于获得来自所述第一光接收元件的输出信号和来自所述第二光接收元件的输出信号之间的差分。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中
所述滤光部由分散有第一颜料的抗蚀剂制成，所述分散有第一颜料的抗蚀剂通过将用于选择性地吸收特定波长带中的光并透射其他波长带中的光的有机颜料分散到抗蚀剂中而获得；以及
所述遮光部由分散有第二颜料的抗蚀剂制成，所述分散有第二颜料的抗蚀剂通过将对于整个波长带的光具有吸收性质的有机或无机颜料分散到抗蚀剂中而获得。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述滤光部由分散有第一颜料的抗蚀剂制成，所述分散有第一颜料的抗蚀剂通过将用于选择性地吸收特定第一波长带中的光并透射其他第二波长带中的光的有机颜料分散到抗蚀剂中而获得；以及
所述遮光部包括：
由分散有第一颜料的抗蚀剂制成的层；以及
由分散有第三颜料的抗蚀剂制成的层，所述分散有第三颜料的抗蚀剂通过分散用于选择性地吸收所述第二波长带中的光并透射所述第一波长带中的光的有机颜料而获得，所述由分散有第三颜料的抗蚀剂制成的层配置在所述由分散有第一颜料的抗蚀剂制成的层的与所述显示表面相对的一侧上。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述滤光部由分散有第一颜料的抗蚀剂制成，所述分散有第一颜料的抗蚀剂通过将用于选择性地吸收特定第一波长带中的光并透射其他第二波长带中的光的有机颜料分散到抗蚀剂中而获得；以及
所述遮光部包括：
金属膜；以及
抗反射膜，至少形成在所述金属膜上与所述显示表面相对的表面上。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述抗反射膜为具有用于削弱入射光的光吸收性质的膜。
6.一种显示装置，包括：
显示表面，其上显示信息；
多个像素区域，分别包括光学元件，所述光学元件中的每一个均适于产生具有与输入的数据相对应的强度的光并将所述光输出到所述显示表面；
多个传感器区域，所述传感器区域中的每一个均包括一对光接收元件，所述光接收元件中的每一个均适于接收入射光并对所述入射光进行光电转换；
滤光部，在所述多个传感器区域中的相应传感器区域内配置在第一光接收元件和所述显示表面之间，所述滤光部适于吸收和遮蔽可见光带中的所述入射光，并透射非可见光带中的所述入射光；
波长选择镜部，在所述多个传感器区域中的相应传感器区域内配置在靠近所述第一光接收元件配置的第二光接收元件和所述显示表面之间，所述波长选择镜部适于反射从显示表面侧入射到其的特定波长带中的非可见光，也适用于透射除所述特定波长带之外的波长带中的光以及透射从与所述显示表面侧相对的一侧入射到其的光；以及
运算部，用于获得来自所述第一光接收元件的输出信号和来自所述第二光接收元件的输出信号之间的差分。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其中，所述波长选择镜部包括其中含有胆甾型液晶合成物的层，以用于选择性地反射从所述显示表面侧入射到其的特定波长带中的非可见光，并透射除所述特定波长带之外的波长带中的非可见光、从所述显示表面侧入射到其的可见光以及从与所述显示表面侧相对的一侧入射到其的光。
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