CN101688998A - 显示设备 - Google Patents

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Abstract

图像质量和位置检测精度被改善。基于外部光传感器元件(32b)获得的接收光数据来控制从液晶面板(200)的一个表面侧向显示区域(PA)输出照明光的背光(300)的运行。基于设置在显示区域(PA)中的外部光传感器元件(32b)获得的接收光数据来控制背光(300)的运行。

Description

显示设备
技术领域
本发明涉及显示设备。具体地，本发明涉及这样的显示设备，在该显示设备中在从显示面板的另一个表面侧进入的光被外部光传感器元件接收后，基于外部光传感器元件获得的接收光数据，控制部分控制发射照明光的照明部分的运行。
背景技术
例如液晶显示设备和有机EL显示设备的显示设备具有薄、重量轻和功耗低的优点。
在这样的显示设备中，液晶显示设备具有作为显示面板的液晶面板，该液晶面板包括填充在成对基板之间的液晶层。例如，液晶面板为透射型，其中液晶面板调制从照明设备发射的照明光并使调制的照明光经由其透射，该照明设备例如为提供在液晶面板的后表面上的背光。然后，用调制的照明光在液晶面板的前表面上进行图像显示。
该液晶面板例如为有源矩阵型并且包括TFT阵列基板，TFT阵列基板上的多个薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)用作像素开关元件。在液晶面板中，相对基板以相对的关系设置以面对TFT阵列基板，液晶层提供在TFT阵列基板相对基板之间。在该有源矩阵型的液晶面板中，像素开关元件给像素电极输入电势以使施加给液晶层的电压变化，由此控制透射通过像素的光的透射因数以调制光。
在如上所述的液晶面板中，已经提出了这样的液晶面板，其中除了如上所述用作像素开关元件的TFT外，在显示区域中还内置了接收光以获得接收光数据的光接收元件以作为位置传感器元件。
因为如上所述将光接收元件内置为位置传感器元件的液晶面板可以用作用户界面，所以它被称为I/O触摸面板(输入/输出触摸面板)。在这种类型的液晶面板中，消除了在液晶面板的前表面上单独安装电阻膜型或电容型触摸面板的必要性。因此，可以容易地实现设备的小型化，并且有助于减少液晶面板的厚度。此外，在安装电阻膜型或电容型触摸面板的情形下，由于透射通过显示区域的光有时因为触摸面板而减小，或者使该光受到干扰，所以有时显示图像的图片质量下降。然而，通过在液晶面板中以上述方式内置光接收元件作为位置传感器，可以防止这样的问题出现。
在如上所述的液晶面板中，与液晶面板的前表面接触的检测目标物(例如，用户的手指或触摸笔)反射的光中的可见光被内置为位置传感器元件的光接收元件接收。因此，根据内置为位置传感器元件的光接收元件获得的接收光数据可以确定检测目标物触摸的位置，并由液晶显示设备自身或由连接到液晶显示设备的不同电子设备来执行对应于所确定的位置的运行。
在如上所述内置为位置传感器元件的光接收元件用于检测检测目标物位置的情形下，由于包括在外部光中的可见光的影响，光接收元件获得的接收光数据有时包括大量的噪声。此外，在显示区域中执行黑显示的情形下，提供在TFT阵列基板上的光接收元件难以接收从检测目标物发射的可见光。因此，有时难以精确地检测位置。
为了纠正如上所述的缺点，已经提出了使用诸如红外光的不可见光而不是可见光的技术。这里，内置为位置传感器元件的光接收元件接收诸如红外光的不可见光来获得接收光数据，并且根据获得的数据来确定检测目标物的位置(例如，参考日本专利公开No.2005-275644、日本专利公开No.2004-318819和日本专利公开No.2006-301864)。
此外，已经知道了这样的技术，形成用作外部光传感器的光接收元件来接收包括可见光的外部光，并且根据外部光传感器元件获得的接收光数据来控制诸如背光的照明设备发射照明光时的运行。这里，用作外部光传感器元件的光接收元件形成在位于显示面板的显示区域周围的周边区域中。例如，如果外部光传感器接收到高亮度的光，则控制照明设备的运行以使照明设备可以发射较高亮度的照明光。另一方面，如果外部光传感器接收到低亮度的光，则控制照明设备的运行以使照明设备可以发射较低亮度的照明光。从而，可以纠正显示图像的质量受外部光的影响而下降的缺点，并且可以抑制功耗的增加。
然而，在前述的情形下，因为用作外部光传感器元件的光接收元件形成在位于显示面板的显示区域周围的周边区域中，所以有时难以高精度地调节进入显示区域的外部光的影响。因此，有时不易于纠正因外部光影响而使显示图像质量降低的缺点。此外，因为诸如外部光的光经受多路反射(multipathreflection)，并且有时会产生杂散光，所以位置检测的精度有时会降低。
这样，有时会发生图像质量的下降或位置检测精度的下降。
因此，本发明提供能实现图像质量和位置检测精度改善的显示设备。
发明内容
根据本发明，所提供的显示设备包括显示面板和照明部分，显示面板具有设置在其显示区域中的多个像素，照明部分从显示面板的一个表面侧向显示区域发射照明光，该显示设备具有外部光传感器元件和控制部分，外部光传感器元件接收从显示面板的另一个表面侧进入的光，控制部分根据外部光传感器元件接收的光获得的接收光数据控制照明部分的运行以发射照明光，外部光传感器元件设置在显示区域中。
在本发明中，从显示面板的另一个表面侧进入的光由显示区域中的外部光传感器元件接收。
根据本发明，可以提供改善图像质量和位置检测精度的显示设备。
附图说明
图1是示出在根据本发明的实施例1中液晶显示设备的构造的截面图。
图2是示出在根据本发明的实施例1中液晶面板的平面图。
图3是示意性示出在根据本发明的实施例1中光接收元件在显示区域中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
图4是示意性示出在根据本发明的实施例1中提供在液晶面板的显示区域中的像素P的概要的截面图。
图5是示意性示出在根据本发明的实施例1中提供在液晶面板的显示区域中的像素P的概要的平面图。
图6是示出在根据本发明的实施例1中像素开关元件的截面的放大截面图。
图7是示出FFS(场边缘切换)结构的截面图。
图8是示意性示出在根据本发明的实施例1中提供在液晶面板的显示区域中的像素的概要的截面图。
图9是示意性示出在根据本发明的实施例1中提供在液晶面板的显示区域中的像素的概要的截面图。
图10是概念性示出控制部分的主要部件与其它构件之间的数据输入/输出的框图。
图11是示出在根据本发明的实施例1中显示图像时的运行的电路图。
图12是示出在根据本发明的实施例1中检测检测目标物与液晶面板的显示区域接触的位置或在液晶面板的显示区域中移动的位置的方式的截面图。
图13是示出在根据本发明的实施例1中当检测目标物与液晶面板的显示区域接触或在液晶面板的显示区域中移动时的运行的电路图。
图14是示出在根据本发明实施例1中位置传感器电路的平面图，提供该位置传感电路以检测检测目标物与液晶面板的显示区域接触的位置或在液晶面板的显示区域中移动的位置。
图15是示出在根据本发明的实施例1中当外部光传感器元件检测外部光时的运行的电路图。
图16是示出在根据本发明的实施例1中接收的外部光的亮度L(lx)和背光的红外光源的功耗W(mW)之间关系的示意图。
图17是示出在根据本发明的实施例1中外部光传感器元件提供在显示区域中的情形下以及外部光传感器元件形成在周边区域中的另一情形下获得的接收光数据强度的示意图。
图18是示出在根据本发明的实施例1中外部光传感器元件提供在显示区域PA中的情形下以及外部光传感器元件形成在周边区域中的情形下外部光进入的方式的示意图。
图19是示出在根据本发明的实施例1中外部光传感器元件提供在显示区域PA中的情形下以及外部光传感器元件形成在周边区域中的情形下外部光进入的方式的示意图。
图20是示出在根据本发明的实施例1中外部光传感器元件提供在显示区域PA中的情形下以及外部光传感器元件形成在周边区域中的情形下外部光进入的方式的示意图。
图21是示出在根据本发明的实施例1中时间与背光的红外光源的功耗W(mW)之间的关系的示意图。
图22是关于在根据本发明的实施例2中硅半导体的带隙的示范性示意图。
图23是示出在根据本发明的实施例2中采用红外光进行位置坐标检测的效果的示意图。
图24是示意性示出在根据本发明的实施例3中光接收传感器元件设置在液晶面板的显示区域中的方式的示意图。
图25是概念性示出在根据本发明的实施例3中控制部分的主要部件与不同构件之间的数据输入/输出的框图。
图26是示意性示出在根据本发明的实施例3中提供在液晶面板的显示区域中的像素的部分的概要的截面图，在像素的该部分处提供了红外滤光器。
图27是示出在根据本发明的实施例中像素开关元件的构造的修改形式的截面图。
图28是示意性示出在根据本发明的实施例中光接收元件在显示区域中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
图29示意性示出在根据本发明的实施例中光接收元件在显示区域中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
图30示意性示出在根据本发明的实施例中光接收元件在显示区域中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
图31示意性示出在根据本发明的实施例中光接收元件在显示区域PA中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
图32是示出应用根据本发明实施例的任何液晶显示设备的电子设备的示意图。
图33是示出应用根据本发明实施例的任何液晶显示设备的另一个电子设备的示意图。
图34是示出应用根据本发明实施例的任何液晶显示设备的再一个电子设备的示意图。
图35是示出应用根据本发明实施例的任何液晶显示设备的又一个电子设备的示意图。
图36是示出应用根据本发明实施例的任何液晶显示设备的又一个电子设备的示意图。
具体实施方式
现在，描述根据本发明实施例的示例。
<实施例1>
[液晶显示设备的构造]
图1是示出在根据本发明的实施例1中液晶显示设备100的构造的截面图。
如图1所示，本实施例的液晶显示设备100具有液晶面板200、背光300和数据处理部分400。将依次描述各部件。
液晶面板200为有源矩阵型，并且具有TFT阵列基板201、相对基板(opposing substrate)202和液晶层203，如图1所示。
在该液晶面板200中，TFT阵列基板201和相对基板202以设置在其间的距离彼此相对。液晶层203提供为夹持在TFT阵列基板201和相对基板202之间。
此外，如图1所示，在液晶面板200中，第一偏光板206和第二偏光板207以彼此相对的方式安装在液晶面板200的相对表面侧。这里，第一偏光板206设置在TFT阵列基板201侧，第二偏光板207设置在相对基板202侧。
这里，液晶面板200为透射型，并且背光300设置为位于TFT阵列基板201侧。在液晶面板200中，TFT阵列基板201与相对于相对基板202的表面相反的表面被从背光300发射的照明光照射。该液晶面板200包括显示区域PA，设置有多个像素(未示出)以显示图像。设置在液晶面板200的后表面侧的背光300发射的照明光从后表面经由第一偏光板206而被接收，并且从后表面接收的光在显示区域PA中被调制。具体地讲，多个TFT以对应于TFT阵列基板201上的像素的方式提供为像素开关元件(未示出)。从而，用作像素开关元件的TFT进行开关控制以调制从后表面接收的照明光。然后，调制的照明光经由第二偏光板207发射到前表面侧，并在显示区域PA中显示图像。
在本实施例中，液晶面板200是所谓的I/O触摸面板。因此，下面还会详细描述，光接收元件(未示出)形成为位置传感器元件，用于当检测目标物接触或接近液晶面板200的前表面时检测检测目标物的位置，液晶面板200的前表面在设置有背光300的后表面的相对侧。例如，位置传感器元件形成为包括光电二极管，并且用于检测检测目标物(例如用户的手指或触摸笔)的位置。形成位置传感器元件的光接收元件接收液晶面板200的前表面侧上由检测目标物反射的反射光。具体地讲，光接收元件接收从相对基板202侧指向TFT阵列基板201侧的反射光。然后，形成位置传感器元件的光接收元件进行光电转换以产生接收光数据。
此外，在本实施例中，在下文还会详细描述，液晶面板200的光接收元件形成为外部光传感器元件(未示出)，该光接收元件接收从液晶面板200的前表面侧进入的外部光。例如，外部光传感器元件形成为包括光电二极管。这里，外部光传感器元件接收从相对基板202侧进入而朝向TFT阵列基板201侧的外部光。然后，形成外部光传感器元件的光接收元件进行光电转换以产生接收光数据。
如图1所示，背光300与液晶面板200的后表面相对，并且发射照明光到液晶面板200的显示区域PA。这里，如图1所示，背光300具有光源301和导光板302，导光板302散射从光源301照射的光，以将光转换为平面光，并将平面光照射到液晶面板200的显示区域PA的整个区域。具体地讲，背光300设置为在组成液晶面板200的TFT阵列基板201和相对基板202中邻近TFT阵列基板201。平面光照射在TFT阵列基板201与相对于相对基板202的表面相反的侧的表面上。换言之，背光300照射平面光以从TFT阵列基板201侧指向相对基板202侧。
在本实施例中，背光300的光源301例如包括可见光源301a和红外光源301b，如图1所示。可见光源301a和红外光源301b提供在导光板302的相对端，并且发射可见光和不可见光作为照明光。具体地讲，可见光源301a是白光LED，提供在导光板302的一端，并且从其照射面(irradiating face)照射白色可见光。同时，红外光源301b为红外LED，以其照射面与可见光源301a的照射面相对的方式提供在导光板302的另一端，并从照射面照射红外光。从可见光源301a照射的白色可见光和从红外光源301b照射的红外光被导光板302散射，并作为平面光照射到液晶面板200的后表面。
数据处理部分400具有控制部分401和位置检测部分402，如图1所示。数据处理部分400包括计算机，并且构造为计算机通过程序来运行各部分。
数据处理部分400的控制部分401包括计算机，并且构造为控制液晶面板200和背光300的运行。控制部分401给液晶面板200提供控制信号，从而控制提供在液晶面板200上的多个像素开关元件(未示出)以在液晶面板200的显示区域PA中显示图像。例如，控制部分401使液晶面板200执行逐行驱动(1ine-sequential driving)来显示图像。
此外，控制部分401给液晶面板200提供控制信号，以控制提供在液晶面板200上并用作光接收元件的多个位置传感器元件的运行，从而从位置传感器元件收集接收光数据。例如，控制部分401使液晶面板200执行逐行驱动来收集接收光数据。
此外，控制部分401给液晶面板200提供控制信号，以控制提供在液晶面板200上并用作光接收元件的多个外部光传感器元件的运行，从而从外部光传感器元件收集接收光数据。
此外，控制部分401给背光300提供控制信号，以控制背光300的运行，从而从背光300照射照明光。
这里，控制部分401控制背光300的运行，以根据由外部光传感器元件的接收光获得的接收光数据来发射照明光。
在下文还会详细描述，在本实施例中，如果由外部光传感器元件的接收光获得的接收光数据表明接收光的亮度高，则给背光300提供高的功率，以使背光300照射较高亮度的照明光。另一方面，如果接收光的亮度低，则给背光300提供较低的功率，以使背光300照射较低亮度的照明光。
根据作为位置传感器元件而提供在液晶面板200上的多个光接收元件收集的接收光数据，位置检测部分402检测液晶面板200的显示区域中检测目标物接触或接近液晶面板200的位置。
[液晶面板的总体构造]
现在，详细描述液晶面板200。
图2是示出在根据本发明的实施例1中液晶面板200的平面图。
如图2所示，液晶面板200具有显示区域PA和周边区域CA。
在液晶面板200中，多个像素P沿水平方向x和垂直方向y设置在显示区域PA中，从而它们并置为(juxtapose)如图2所示的矩阵以显示图像。
这里，每个像素P都具有形成其中的像素开关元件(未示出)，下面还会详细描述。此外，像素P形成为包括用作位置传感器元件或外部光传感器元件的光接收元件(未示出)。
图3是示意性示出在根据本发明的实施例中每个光接收元件在显示区域PA中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的示意图。
在本实施例中，如图3所示，用作位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b的光接收元件32设置在显示区域PA中，使位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b单独表示为方格图案(diced pattern)。具体地讲，设置位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b，以使它们单独地交替并置在水平方向x和垂直方向y的每一个中。
在液晶面板200中，周边区域CA提供为使其围绕显示区域PA的周边，如图2所示。在周边区域CA中，形成选择开关12、垂直驱动器13、显示驱动器14和传感器驱动器15。所述电路由TFT和半导体元件形成，TFT用作上述的像素开关元件，半导体元件以与用作位置传感器元件32a的光接收元件32类似的方式形成。电路驱动提供在显示区域PA中的像素开关元件(未示出)以执行图像显示，并且驱动提供在显示区域PA中的光接收元件32以收集接收光数据。
具体地讲，选择开关12和垂直驱动器13根据从显示驱动器14给其提供的驱动信号来逐行驱动单独为显示区域PA中的像素P提供的像素开关元件(未示出)，以进行图像显示。
此外，选择开关12和垂直驱动器13根据从传感器驱动器15提供的驱动信号来从提供在显示区域PA中作为位置传感器元件32a的光接收元件32读出接收光数据，并且输出接收光数据到位置检测部分402。然后，根据从位置传感器元件32a输出的接收光数据，位置检测部分402检测在液晶面板200的显示区域PA中检测目标物(例如，用户的手指或触摸笔)接触或接近显示区域PA的位置。
类似地，选择开关12和垂直驱动器13根据从传感器驱动器15给其提供的驱动信号来从提供在显示区域PA中作为外部光传感器元件32b的光接收元件32读出接收光数据，并且输出接收光数据到控制部分401。然后，控制部分401控制背光300的运行，以根据从外部光传感器元件32b输出的接收光数据发射照明光。
[液晶面板的显示区域的构造]
图4是示意性示出在本发明的实施例1中提供在液晶面板200的显示区域PA中的像素P的概要的截面图。图5是示意性示出在本发明的实施例中提供在液晶面板200的显示区域PA中的像素P的概要的平面图。图4示出了与图5中的X1-X2部分对应的部分，并且在该部分处光接收元件32形成为图3中的位置传感器元件32a。
如图4所示，液晶面板200具有TFT阵列基板201、相对基板202和液晶层203。在液晶面板200中，TFT阵列基板201和相对基板202以间隔物(未示出)彼此隔开，并且通过密封材料(未示出)彼此粘合，而液晶层203提供在TFT阵列基板201和相对基板202之间的空间中。
此外，如图4和5所示，在液晶面板200中，像素P包括光透射区域TA和光阻挡区域RA。
在光透射区域TA中，背光300发射的照明光从TFT阵列基板201侧到相对基板202侧通过。这里，在光透射区域TA中，彩色滤光器层(color filterlayer)21形成为如图4和5所示，从背光300发射的照明光被彩色滤光器层21着色，并且从TFT阵列基板201侧到相对基板202侧通过。
同样，在光阻挡区域RA中，黑矩阵层21K形成为如图4和5所示，背光300照射的光被围绕彩色滤光器层21的黑矩阵层21K阻挡。
在该光阻挡区域RA中，光接收区域SA形成为如图4和5所示。
在该光接收区域SA中，光接收元件32形成为位置传感器元件32a，以在TFT阵列基板201相对于相对基板202的表面上接收从相对基板202侧朝向TFT阵列基板201侧行进的光。具体地讲，如图4所示，液晶面板200形成为使从相对基板202侧朝向TFT阵列基板201侧行进并且通过形成在黑矩阵层21K中的开口21a的光被位置传感器元件32a接收。作为光接收元件32的位置传感器元件32a接收从液晶面板200的前表面侧的相对基板202侧被检测目标物(例如，用户手指)反射的反射光，如图4所示。
现在描述液晶面板200的各部件。
下面描述TFT阵列基板201。
TFT阵列基板201是其间通过光的绝缘体基板，例如由玻璃形成。TFT阵列基板201具有形成在其相对于相对基板202的表面上的像素开关元件31、辅助电容元件Cs、位置传感器元件32a以及像素电极62，如图4所示。
应当注意的是，在图4中，示出了像素P的彩色滤光器层21的点区域(dot region)对应于红色滤光器层21R。尽管没有示出，但是在对应于绿色滤光器层21G和蓝色滤光器区域21B的点区域中，位置传感器元件32a之外的其它构件以与对应于红色滤光器层21R的点区域的情形类似的方式形成。
现在描述TFT阵列基板201的各部件。
像素开关元件31形成在TFT阵列基板201相对于相对基板202的侧的表面上，其间插设有绝缘层42，如图4所示
图6是示出在根据本发明的实施例1中像素开关元件31的截面的放大截面图。
如图6所示，像素开关元件31形成为LDD(轻掺杂漏极)结构的底栅型TFT，包括栅极电极45、栅极绝缘膜46g和半导体层48。
具体地讲，在像素开关元件31中，栅极电极45采用金属材料(例如，钼)形成。
同样，在像素开关元件31中，栅极绝缘膜46g采用绝缘材料(例如，二氧化硅膜)形成。
此外，在像素开关元件31中，半导体层48采用例如低温多晶硅形成。此外，在半导体层48上，沟道形成区域48C形成为对应于栅极电极45，并且成对的源极/漏极区域48A和48B形成为将沟道形成区域48C夹在其间。成对的源极/漏极区域48A和48B具有形成其上的成对的低浓度杂质区域48AL和48BL，以将沟道形成区域48C夹在其间。此外，形成杂质浓度高于源极/漏极区域48AL和48BL的成对的高浓度杂质区域48AH和48BH，以将成对的低浓度杂质区域48AL和48BL夹在其间。
在像素开关元件31中，源极电极53和漏极电极54的每个这样形成：将诸如铝的导电材料填充到提供在覆盖半导体层48的绝缘层49中的开口中，并且进行图案化。
辅助电容元件Cs形成在TFT阵列基板201相对于相对基板202的侧的表面上，其间插设有绝缘层42，如图4所示。在本实施例中，辅助电容元件Cs形成为使电介质膜46c夹在上电极44a和下电极44b之间，如图4所示。这里，上电极44a以类似于像素开关元件31的栅极电极45的步骤形成。然后，电介质膜46c以类似于像素开关元件31的栅极绝缘膜46g的步骤形成，并且下电极44b以类似于半导体层48的步骤形成。形成辅助电容元件Cs，以与液晶层203的静电电容(static capacitance)并联连接并且保持施加给液晶层203的数据信号的电荷。
位置传感器元件32a为光接收元件32，并且形成在TFT阵列基板201相对于相对基板202的侧的表面上，其间插设有绝缘层42，如图4所示。这里，位置传感器元件32a提供在TFT阵列基板201上，以使其接收从相对基板202侧朝向TFT阵列基板201侧行进通过液晶层203的光，如图4所示。例如，该位置传感器元件32a为PIN传感器(包括PIN结构的光电二极管)，并且包括控制电极43、提供在控制电极43上的绝缘膜46s和半导体膜47，半导体膜47与控制电极43相对，其间插设有绝缘膜46s。位置传感器元件32a接收从光接收区域SA进入的光并进行光电转换，以产生被读出的接收光数据。
具体地讲，在位置传感器元件32a中，控制电极43采用金属材料(例如，钼)形成。同样，绝缘膜46s采用绝缘材料(例如，二氧化硅膜)形成。此外，半导体膜47由低温多晶硅形成并且构造为使其具有PIN结构，其中尽管在图4中未示出，高电阻的i层插设在p型层和n型层之间。阳极电极51阴极电极52通过将铝填充到提供在绝缘层49中的开口中而形成。
像素电极62形成为覆盖层间绝缘膜60，层间绝缘膜60形成为覆盖TFT阵列基板201相对于相对基板202的表面，如图4所示。这里，如图4所示，像素电极62形成在层间绝缘膜60上，以对应于光透射区域TA，并且连接到液晶层203。像素电极62是所谓的透明电极，并且例如采用ITO形成。像素电极62与对向电极23一起给液晶层203施加电压，以调制背光300照射的光。应当注意的是，多个这样的像素电极62以矩阵设置在显示区域PA中，以使它们分别对应于多个像素P。
现在描述相对基板202。
与TFT阵列基板201的情形相类似，相对基板202是光通过其间的绝缘体基板，并且由玻璃形成。相对基板202以隔开的关系与TFT阵列基板201相对，如图1所示。相对基板202具有形成其中的彩色滤光器层21、黑矩阵层21K、平坦化膜22和对向电极23，如图4所示。
现在描述相对基板202的各部件。
彩色滤光器层21形成在相对基板202相对于TFT阵列基板201的侧的表面上，如图4所示。彩色滤光器层21具有以与光透射区域TA对应的关系形成其上的红色滤光器层21R、绿色滤光器层21G和蓝色滤光器区域21B，如图5所示。这里，红色滤光器层21R、绿色滤光器层21G和蓝色滤光器区域21B分别具有矩形形状，并形成为在水平方向x上彼此并置。例如，彩色滤光器层21采用聚酰亚胺树脂形成，聚酰亚胺树脂包括着色剂，诸如染料或颜料。这里，彩色滤光器层21形成为使红、绿和蓝的三基色成组。彩色滤光器层21使背光300照射的照明光着色。
黑矩阵层21K形成在光阻挡区域RA中，以使其限定显示区域PA中的多个像素P(如图4所示)并阻挡光。这里，黑矩阵层21K形成在相对基板202相对于TFT阵列基板201的侧的表面上。此外，黑矩阵层21K具有形成其中的对应于光接收区域SA的开口21a，以允许光通过。简言之，如图4和5所示，黑矩阵层21K形成为对应于光接收区域SA之外的光阻挡区域RA的区域。例如，黑矩阵层21K采用黑色的金属氧化物膜形成。
平坦化膜22形成在相对基板202相对于TFT阵列基板201的侧的表面上，以对应于光透射区域TA和光阻挡区域RA，如图4所示。这里，平坦化膜22由透明绝缘材料形成。平坦化膜22覆盖彩色滤光器层21和黑矩阵层21K，以使相对基板202相对于TFT阵列基板201的表面侧平坦化。
对向电极23形成在相对基板202相对于TFT阵列基板201的侧的表面上，如图4所示。这里，对向电极23形成为覆盖平坦化膜22。对向电极23是所谓的透明电极并且例如采用ITO形成。对向电极23与多个像素电极62相对，并且用作公共电极。
现在描述液晶层203。
液晶层203夹设在TFT阵列基板201和相对基板202之间(如图4所示)，并且处于取向被处理的状态。例如，液晶层203填充在TFT阵列基板201和相对基板202之间，TFT阵列基板201和相对基板202之间通过间隔物(未示出)而保持预定的距离。液晶层203通过形成在TFT阵列基板201和相对基板202上的液晶取向膜(未示出)取向。例如，液晶层203形成为使液晶分子垂直取向。
应当注意的是，对于液晶面板200，除了上述结构外，作为横向电场模式之一的FFS(边缘场切换)结构可用作如图7所示的应用示例。这里，液晶层203形成为使液晶分子水平取向。此外，取代上述的对向电极23，例如由ITO在TFT阵列基板201上形成公共电极23c。层间绝缘膜Sz形成为覆盖公共电极23c，并且像素电极62形成在层间绝缘膜Sz上。换言之，像素电极62和公共电极23c二者都形成在TFT阵列基板201上，并且构造为通过横向电场来给液晶层203施加电压。
图8和9是示意性示出在本发明的实施例1中提供在液晶面板200的显示区域PA中的像素P的概要的截面图。尽管图8和9示出了与图5中的X1-X2部分对应的部分，但是与图4的情形不同，光接收元件32不是形成为位置传感器元件32a而是形成为外部光传感器元件32b。此外，图8示出了作为多个外部光传感器元件32b之一的第一外部光传感器元件32ba。同样，图9示出了第二外部光传感器元件32bb，其在如图3所示的多个外部光传感器元件32b当中与图8所示的外部光传感器元件32ba分开(separately)形成。
如图8和9所示，在本实施例中，第一外部光传感器元件32ba和第二外部光传感器元件32bb形成为外部光传感器元件32b。
如图8所示，与图4所示的位置传感器元件32a相类似，第一外部光传感器元件32ba形成在TFT阵列基板201相对于相对基板202的侧的表面上，其间插设有绝缘膜42。具体地讲，例如，第一外部光传感器元件32ba为PIN传感器并且提供在TFT阵列基板201上，以使其接收从相对基板202侧朝向TFT阵列基板201侧行进通过液晶层203的光，如图8所示。第一外部光传感器元件32ba接收从光接收区域SA进入的作为外部光的自然光并进行光电转换，以产生接收光数据。
如图9所示，与图4所示的位置传感器元件32a相类似，第二外部光传感器元件32bb形成在TFT阵列基板201相对于相对基板202的侧的表面上，其间插设有绝缘膜42。例如，第二外部光传感器元件32bb以与上述外部光传感器元件32ba(图9中未示出)并置并彼此相邻的关系提供在水平方向x上。具体地讲，例如，第二外部光传感器元件32bb为PIN传感器并且提供在TFT阵列基板201上，以使其接收从相对基板202侧到TFT阵列基板201侧行进通过液晶层203的光，如图9所示。然而，与位置传感器元件32a或第一外部光传感器元件32ba的情形不同，在相对基板202对应于第二外部光传感器元件32bb的区域中，没有提供光接收区域SA，从相对基板202侧朝向TFT阵列基板201侧行进的光被阻挡。因此，第二外部光传感器元件32bb接收光阻挡区域RA中泄漏的光并进行光电转换，以产生接收光数据。
[控制部分的构造]
图10是概念性示出在根据本实施例的实施例1中控制部分401的主要部件和其它构件之间的数据输入/输出的框图。
如图10所示，在本实施例中，控制部分401包括可见光源控制部分411和红外光源控制部分412。换言之，控制部分401构造为使计算机基于程序而用作可见光源控制部分411和红外光源控制部分412。
控制部分401的可见光源控制部分411构造为根据由外部光传感器元件32b的光接收获得的接收光数据D来控制可见光源301a，以使可见光源301a发射可见光。
如图10所示，可见光源控制部分411接收由外部光传感器元件32b的光接收获得的接收光数据D，其中外部光传感器元件32b接收包括可见光VR和红外光IR的外部光GH。在下文还会详细描述，在本实施例中，采用由形成外部光传感器元件32b的第一外部光传感器元件32ba和第二外部光传感器元件32bb获得的接收光数据来产生接收光数据D。此后，可见光源控制部分411响应于接收光数据D而输出控制数据CTa到可见光源301a。这里，控制可见光源控制部分411，以使得当接收光的亮度高时，可见光源301a照射较高亮度的可见光，而当接收光的亮度低时，可见光源301a照射较低亮度的可见光。
例如，可见光源控制部分411在其存储器(未示出)中存储查找表格(lookup table)，在该查找表格中接收光数据D和控制数据CTa(表示要提供给可见光源301a的功率的值)彼此关联。可见光源控制部分411利用查找表格，且可见光源控制部分411进行控制。具体地讲，可见光源控制部分411在获得接收光数据D后进行从查找表格提取对应于接收光数据D的控制数据CTa的数据处理。然后，可见光源控制部分411根据提取的控制数据CTa控制可见光源301a的运行。
控制部分401的红外光源控制部分412构造为基于由外部光传感器元件32b的光接收获得的接收光数据D控制背光300的红外光源301b的运行，以发射红外光，如图10所示。
如图10所示，红外光源控制部分412接收由外部光传感器元件32b的外部光GH接收获得的接收光数据D，其中外部光GH包括可见光VR和红外光IR。此后，红外光源控制部分412响应于接收光数据D而输出控制数据CTb到红外光源301b。这里，控制红外光源控制部分412，以使得当接收光的亮度高时，红外光源301b发射较高亮度的红外光，而当接收光的亮度低时，红外光源301b发射较低亮度的红外光。
例如，红外光源控制部分412在其存储器(未示出)中存储查找表格，在该查找表格中控制数据CTb(表示要给红外光源301b提供的功率的值)和接收光数据D彼此关联。红外光源控制部分412利用该查找表格，且可见光源控制部分411进行控制。具体地讲，红外光源控制部分412在获得接收光数据D后进行从查找表格提取对应于接收光数据D的控制数据CTb的数据处理。然后，红外光源控制部分412基于提取的控制数据CTb来控制红外光源301b的运行。
[图像显示运行]
下面，描述上述液晶显示设备100显示图像时的运行。
图11是示出在根据本发明的实施例1中显示图像时的运行的电路图。
如图11所示，像素开关元件31和辅助电容元件Cs提供在数据线S1和栅极线G1的交叉点附近，数据线S1在显示区域PA中沿垂直方向y延伸，栅极线G1在显示区域PA中沿水平方向x延伸。像素开关元件31以其栅极电极连接到栅极线G1，以其源极电极连接到数据线S1，并且以其漏极电极连接到辅助电容元件Cs和液晶层203。同样，辅助电容元件Cs以其一个电极连接到辅助电容线，并且以其另一个电极连接到像素开关元件31的源极电极，如图11所示。此外，栅极线G1连接到垂直驱动器13，数据线S1连接到用作水平驱动器的选择开关12，如图11所示。
因此，在要显示图像时，选择脉冲从垂直驱动器13提供给栅极线G1，以使像素开关元件31进入导通状态。与此同时，图像信号从选择开关12提供给数据线S1，并且像素开关元件31将图像信号写入辅助电容元件Cs和液晶层203。换言之，施加电压至液晶层203。从而，改变了液晶层203中的液晶分子的方向，背光发射的照明光被液晶层203调制并从其通过。因此，在液晶面板的前表面上进行图像显示。
[位置检测运行]
下面，描述上述液晶显示设备100当检测检测目标物(例如，用户手指)与液晶面板200的显示区域PA接触的位置或在显示区域PA中移动到的位置时的运行。
图12是示出在根据本发明实施例1中当检测检测目标物与液晶面板200的显示区域PA接触的位置或在显示区域PA中移动到的位置时的方式的截面图。
如果检测目标物F(例如，用户手指)接触或移动到液晶面板200的显示区域PA，则检测目标物F反射的反射光被形成在液晶面板200上的位置传感器元件32a接收，如图12所示。
这里，背光300发射作为平面光的照明光R(包括可见光VR和红外光IR)到液晶面板200的后表面上。然后，照明光R经由液晶面板200照射到检测目标物F上并被检测目标物F反射。然后，检测目标物F反射的反射光H被位置传感器元件32a接收。
此时，照明光R中的可见光VR被液晶面板200的各部分吸收，并且以强度减小的状态被位置传感器元件32a接收。相反，照明光R中的红外光IR以高于可见光VR的强度被位置传感器元件32a接收，这是因为红外光IR被液晶面板200的各部分吸收的比率低于可见光VR。
然后，在位置传感器元件32a产生信号强度对应于接收光强度的接收光数据后，接收光数据被周边电路读出。然后，根据从其读出接收数据的位置传感器元件32a的位置以及从位置传感器元件32a读出的接收光数据的信号强度，位置检测部分402(参考图1)检测检测目标物F与显示区域PA接触的位置。
图13是示出在根据本发明的实施例1中当检测检测目标物与液晶面板200的显示区域PA接触的位置或在显示区域PA中移动到的位置时的运行的电路图。图14是示意性示出在根据本发明的实施例1中位置传感器电路的构造的平面图，该位置传感器电路提供为检测检测目标物与液晶面板200的显示区域PA接触的位置或在显示区域PA中移动到的位置。在图14中，根据形成构件的材料采用不同的斜线，并且耦接构件的接触的位置用键(key)表示。
如图13和14所示，在本实施例中，除了作为光接收元件的位置传感器元件32a外，在显示区域PA中还提供了复位晶体管33、放大晶体管35和选择晶体管36。这里，位置传感器电路由位置传感器元件32a、复位晶体管33、放大晶体管35和选择晶体管36形成。
这里，在作为光接收元件的位置传感器元件32a中，控制电极43连接到由铝(Al)形成的电源电压线HD，并且电源电压VDD被提供。同时，阳极电极51连接到浮置扩散FD。此外，阴极电极52连接到电源电压线HD，并且电源电压VDD被提供。
此外，复位晶体管33为TFT，包括例如钼的栅极电极和多晶硅的半导体层。复位晶体管33以其一端连接到由铝(Al)形成的参考电压线HS，并且参考电压VSS被提供。此外，复位晶体管33以其另一端连接到浮置扩散FD。复位晶体管33以其栅极连接到由铝(Al)形成的复位信号线HR，并且当将复位信号施加给栅极电极时使浮置扩散FD的电势复位。
放大晶体管35为TFT，包括例如钼的栅极电极和多晶硅的半导体层，并且以其一端连接到电源电压线HD，从而电源电压VDD被提供。放大晶体管35以其另一端连接到选择晶体管36。此外，放大晶体管35以其栅极电极连接到浮置扩散FD，并且形成源极跟随电路。
选择晶体管36例如为TFT，包括钼的栅极电极和多晶硅的半导体层，并且以其一端连接到放大晶体管35，以其另一端连接到数据线S2。此外，栅极电极连接到由铝(Al)形成的读出线HRe，从而读出信号(Read)被提供。构造选择晶体管36，以使得如果读出信号提供给栅极电极，则其进入导通状态并将放大晶体管35放大的接收光数据输出到数据线S2。
这里，电容34在浮置扩散FD和施加参考电压VSS的参考电压线HS之间产生，并且浮置扩散FD的电压响应于累积在电容34中的电荷量而变化。
在本实施例中，传感器驱动器15输出驱动信号到选择开关12和垂直驱动器13以驱动位置传感器电路，从而从显示区域PA中提供为位置传感器元件32a的光接收元件32读出接收光数据，并将接收光数据输出到位置检测部分402(参考图1和2)。具体地讲，垂直驱动器13通过复位信号线HR陆续提供复位信号(Reset)，并且还通过读出线HRe陆续提供读出信号(Read)。然后，选择开关12通过数据线S2陆续读出接收光数据。然后，根据从位置传感器元件32a输出的接收光数据，位置检测部分402检测检测目标物(例如，用户的手指或触摸笔)接触液晶面板200的显示区域PA或或移动到显示区域PA的位置。
[背光控制运行]
下面，描述上述液晶显示设备100当检测外部光并控制背光300时的运行。
图15是示出在根据本发明的实施例1中当外部光传感器元件检测外部光时的运行的电路图。
如图15所示，在本实施例中，第一外部光传感器元件32ba的接收光数据和第二外部光传感器元件32bb的接收光数据用于检测外部光，其中第一外部光传感器元件32ba接收从光接收区域SA进入的外部光并且第二外部光传感器元件32bb接收从光阻挡区域RA泄漏的光。此外，传感器驱动器15(参考图2)具有开关SW1和SW2(用于在第一外部光传感器元件32ba和第二外部光传感器元件32bb之间进行对换)、比较器(comparator)CP和差分数学运行电路(difference mathematical operation circuit)SE。这里，第一外部光传感器元件32ba的接收光数据的输出和第二外部光传感器元件32bb的接收光数据的输出由开关SW1和SW2进行对换，并且同一比较器CP用于分时读出输出。然后，差分数学运行电路SE输出第一外部光传感器元件32ba的接收光数据和第二外部光传感器元件32bb的接收光数据之间的差分数据。因此，能够消除比较器CP的错误，并且还能实现减少电路区域的效果。
具体地讲，第一外部光传感器元件32ba的开关SW1截止(OFF)，第二外部光传感器元件32bb的开关SW2导通(ON)。在此情形下，第二外部光传感器元件32bb的复位被导通/截止一次，以检测光来获得接收光数据。因为第二外部光传感器元件32bb处于光被阻挡的状态，所以测量光被阻挡的状态下的暗电流，并且第二外部光传感器元件32bb的接收光数据被传输到比较器CP。
然后，由差分数学运行电路SE计时间(例如，步数)，直到启动第二外部光传感器元件32bb的光接收后光接收数据的检测值超过预定参考值后，并存储在存储器中。
然后，第二外部光传感器元件32bb的开关SW2变为截止，第一外部光传感器元件32ba的开关SW1导通。在此状态下，第一外部光传感器元件32ba的复位被导通/截止一次，以检测光来获得接收光数据。因为第一外部光传感器元件32ba不处于光被阻挡的状态，并且可以接收外部光，所以测量当光不被阻挡时到比较器CP的电流。然后，接收光数据传输到比较器CP。
然后，差分数学运行电路SE计时间(例如，步数)，直到第一外部光传感器元件32ba的光接收开始后接收光数据的检测值超过预定参考值后，并且将该时间存储到存储器中。
然后，读出存储在差分数学运行电路SE的存储器中的第一外部光传感器元件32ba的检测结果和第二外部光传感器元件32bb的检测结果。然后，差分数学运行电路SE进行差分数学运行处理，从第一外部光传感器元件32ba的检测结果减掉第二外部光传感器元件32bb的检测结果，并且输出差分数据。换言之，差分数学运行电路SE输出差分数据，该差分数据通过从光不被阻挡时的检测结果减掉暗电流来获得。
然后，控制部分401接收由外部光传感器元件32b获得的作为接收光数据D的差分数据(参考图10)并且控制背光300的运行。具体地讲，当差分数据大时，因为接收的外部光强度高，所以控制部分401控制背光300以发射较高强度的照明光。另一方面，如果差分数据小，则因为接收光的强度低，所以控制部分401控制背光300以发射较低强度的照明光。这样，两个外部光传感器元件32ba和32bb获得的接收光数据通过单个的比较器CP彼此比较，并且控制部分401根据差分计算获得的差分数据来控制背光300的运行，其中采用通过比较获得的数值来进行差分计算。因此，因为对比较器CP的特性没有差量影响(influence of dispersion)，并且改善了S/N比，所以可以准确地进行光量检测。
在本实施例中，根据作为外部光传感器元件32b的接收光数据D而获得的差分数据，控制背光300的红外光源301b的运行，如上面参考图10所描述的。
例如，如果接收的外部光亮度高，则红外光源控制部分412进行控制，以使得红外光源301b发射较高亮度的红外光。另一方面，如果接收的外部光亮度低，则红外光源控制部分412进行控制，以使得红外光源301b发射较低亮度的红外光。
图16是示出在根据本发明的实施例1中接收的外部光的亮度L(lx)与背光300的红外光源301b的功耗W(mW)之间的关系的示意图。这里，示出了液晶面板为3.5型WVGA的情形下的评估值。
如图16所示，例如，如果外部光亮度L为100lx，则给背光300的红外光源301b提供50mW的功率。另一方面，例如，如果外部光的亮度L为10,000lx，则给背光300的红外光源301b提供125mW的功率。这样，如果光量低于外部光传感器元件32b的检测极限并且在外部光进入的运行区域内(例如，在100至1,000,000lx的范围内)，则响应于光量而给背光300的红外光源301b提供功率。应当注意的是，如果光量超过外部光传感器元件32b检测极限的光在外部光提供的饱和亮度区域(saturation luminance region)内(例如，在超过100,000lx的范围内)，则提供固定的功率，例如，300mW。
此外，在本实施例中，除了背光300的红外光源301b外，以与上述相同的方式，根据作为外部光传感器元件32b的接收光数据D而获得的差分数据，可见光源控制部分411进行背光300的可见光源301a的运行控制。尽管没有示出，控制可见光源控制部分411，以使得如果接收光的亮度高，则可见光源301a发射较高亮度的可见光，而如果接收光的亮度低，则可见光源301a发射较低亮度的可见光。
如上所述，在本实施例中，包括第一外部光传感器元件32ba和第二外部光传感器元件32bb的外部光传感器元件32b设置在显示区域PA中，如图3所示。因此，在本实施例中，与外部光传感器元件32b提供在周边区域CA中的替代情形相比，改善了S/N比。
图17是示出在根据本发明的实施例1中外部光传感器元件32b形成在显示区域PA中的情形下以及外部光传感器元件32b形成在周边区域CA中的另一情形下获得的接收光数据的强度的示意图。在图17中，横坐标轴表示外部光的亮度(lx)，而纵坐标轴表示外部光传感器元件32b接收外部光时获得的接收光数据以作为输出亮度，输出亮度是接收光数据的外部光亮度转换值。在该图17中，外部光传感器元件32b形成在显示区域PA中的情形下的输出亮度由实线表示，并且外部光传感器元件32b形成在周边区域CA中的情形下的输出亮度由虚线表示。
如图17所示，如果进入1,000lx的外部光，则对于外部光传感器元件32b形成在周边区域CA中的情形，获得对应于约100lx的亮度的接收光数据。相反，对于外部光传感器元件32b形成在显示区域PA中的情形，获得对应于1,000lx的亮度的接收光数据。这样，通过在显示区域PA中提供外部光传感器元件32b，可以接收到高强度的光。
图18至20是示出外部光传感器元件32b形成在显示区域PA中以及外部光传感器元件32b形成在周边区域CA中外部光进入的方式的示意图。这里，图18是俯视平面图。图19和20是示出部分侧表面的侧视图。
如图18和19所示，隔光板(light parting plate)HM设置在液晶面板200的前表面上。该隔光板HM由阻挡光的挡光材料形成。隔光板HM在其对应于显示区域PA的部分处敞开，并且被设置为覆盖部分的周边区域CA。因此，如图18(a)和图19(a)所示，在外部光传感器元件32b设置在在周边区域CA中的情形下，部分进入外部光传感器元件32b的光有时被隔光板HM阻挡。具体地讲，从左侧进入外部光传感器元件32b的光被阻挡，而只有从右侧进入外部光传感器元件32b的光被外部光传感器元件32b接收，如图18(a)和图19(a)所示。另一方面，在外部光传感器元件32b设置在显示区域PA中的情形下，进入外部光传感器元件32b的光不被隔光板HM阻挡，如图18(b)和图19(b)所示。
此外，如图20所示，挡光黑色层(light blocking black layer)BK提供在液晶面板200的相对基板202上。该挡光黑色层BK形成为类似于黑矩阵层21K，并且阻挡光。此外，类似于隔光板HM，该挡光黑色层BK形成为覆盖部分周边区域CA。因此，如果外部光传感器元件32b设置在周边区域CA中，如图20(a)所示，则部分进入外部光传感器元件32b的光有时被挡光黑色层BK阻挡。具体地讲，例如，从左侧进入外部光传感器元件32b的光被阻挡，而只有从右侧进入外部光传感器元件32b的光被外部光传感器元件32b接收，如图20(a)所示。另一方面，如果外部光传感器元件32b设置在显示区域PA中，如图20(b)所示，则进入外部光传感器元件32b的光不被挡光黑色层BK阻挡。
因此，在本实施例中，通过如上所述将外部光传感器元件32b设置在显示区域PA中，可以接收高强度的光。
从而，对于本实施例，因为可以以高精度调整进入显示区域PA的外部光的影响，所以可以防止由于外部光的影响而使图像显示质量下降的问题发生。
更具体地讲，在本实施例中，用于接收包括可见光的外部光的外部光传感器元件32b设置在显示区域PA中，并且外部光传感器元件32b检测信号振幅(与外部光的亮度成比例增加)，以作为电压或电流值。因此，控制部分401利用检测数据来进行背光300的亮度调整。通常，在外部光(特别是阳光)进入的环境下，有时因显示区域PA中的反射而难以识别图像。然而，在本实施例中，控制背光300的可见光源301a，以使得例如发射亮度高于反射亮度的光作为输出光。因此，可以防止显示图像质量下降的问题发生。
此外，尽管在外部光较暗的状态下(如黑天的情形下)，抑制了图像质量的下降，但是在此情形下，控制背光300的可见光源301a发射的作为照明光的可见光的亮度以使其下降。具体地讲，在本实施例中，在外部光传感器元件32b接收外部光后，例如在户外使用的情形下外部光的强度高，则控制背光的运行以增加背光的亮度。另一方面，在外部光强度低的环境中使用(例如，室内使用)的情形下，则控制背光的运行以实现背光亮度低的状态。因此，对于本实施例，除了上述效果之外，还可以减少功耗。
此外，在本实施例中，因为能够防止光(例如，外部光)在显示面板中多次反射并能够防止产生杂散光，所以可以改善位置检测的精度。此外，就本实施例而言，因为不提供电阻式触摸面板，所以可以减小总厚度。
此外，在本实施例中，红外光源301b发射红外光时的运行由控制部分401根据外部光传感器元件32b的光接收获得的接收光数据来控制。这里，如上所述(参考图16)，控制部分401这样来进行控制，接收光的亮度高时，红外光源301b发射较高亮度的红外光，而接收光的亮度低时，红外光源301b发射较低亮度的红外光。因此，本实施例还具有可以减少液晶显示设备的功耗的优点。
图21是示出在根据本发明的实施例1中时间T和背光300的红外光源301b的功耗W(mW)之间的关系的示意图。这里，示出了液晶面板为3.5型WVGA的情形下的评估值。
通常，自然光包括红外光，其光强度基本上等于可见光。因此，例如，当时间约为12:00时，包括红外光(强度高于由检测目标物(例如，手指)反射的红外光的反射光)的自然光有时进入到位置传感器元件32a中，并且有时难以以高精度进行检测目标物的位置检测。因此，在本实施例中，如图21所示，根据外部光传感器元件32b的光接收获得的接收光数据而给红外光源301b提供较高的功率(例如，300mW)。
相反，对于时间范围为0:00至12:00或18:00至24:00的情形，因为自然光的光强度较低并且通常是户内使用，所以外部光不会包括大量的红外光。因此，例如，在这些时间区域内，强度比红外光被检测目标物反射的光高的外部光不会进入位置传感器元件32a，并且可以以高精度进行检测目标物的位置检测，而不受外部光影响。因此，在本实施例中，根据外部光传感器元件32b的光接收获得的接收光数据而给红外光源301b提供低于上述情形的功率(例如，50mW)。
传统上，为了防止包括高强度的红外光的自然光进入而引起的问题发生，给红外光源301b提供高的功率(例如，300mW)，如图21中的点线所示。然而，在本实施例中，根据由外部光传感器元件32b的光接收获得的接收光数据，调整提供给红外光源301b的功率。因此，如图21中的长短交替的短划线所示，在本实施例的情形下平均功耗的值低于传统的功耗值。
从而，在本实施例中，可以减少功耗。
另外，在本实施例中，红外光(诸如液晶层和玻璃基板的构件对其的吸收率较低)被位置传感器元件32a接收。因此，因为可以使获得任意检测信号的背光亮度低于可见光时的背光亮度，所以本实施例可以进一步减少功耗。
此外，在本实施例中，设置位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b，以使它们在水平方向x和垂直方向y的每一个上交替地并置。换言之，外部光传感器元件32b均匀地设置在整个显示区域PA上。因此，可以易于在整个显示区域PA上调整进入的外部光的影响(面板表面亮度等)。
此外，可以通过相同的制造工艺形成外部光传感器元件的光接收元件和具有高S/N比的位置传感器元件，外部光传感器元件的光接收元件用于精确测量人眼看到的可见光的量并将该量反馈到可见光的背光。
<实施例2>
下面，描述根据本发明的实施例2。
在本实施例中，位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b的半导体层的带隙彼此不同。除了这一点，本实施例与实施例1类似。因此，省略了重复部分的描述。
在本实施例中，位置传感器元件32a接收且光电转换检测目标物的反射光的半导体层和外部光传感器元件32b接收且光电转换外部光的另一个半导体层具有彼此不同的带隙。
这里，进行光电转换的位置传感器元件32a的半导体层形成为使其具有窄于进行光电转换的外部光传感器元件32b的半导体层的带隙。
图22是在根据本发明的实施例2中有关硅半导体的带隙的示意图。参考图22，纵坐标轴表示能量E(eV)，横坐标轴表示态密度(DENSITY OFSTATES)(cm-3eV-1)。应当注意的是，该图引自“S.M.SZE，Physics ofSemiconductor Devices，USA，John Wiley & Sons Inc，1981/092ndEdition，page722，Fig.40”。应当注意的是，图22是带隙概念的解释性示意图，并且带隙由下面的公式表示：EFC-EFV＝hv＝hx1/λ＝Eg.
位置传感器元件32a接收包括在检测目标物反射的反射光中的红外光。因此，进行光电转换的位置传感器元件32a的半导体层由多晶硅或晶体硅形成，其带隙较窄，如图22所示。例如，该半导体层形成为带隙为1.1eV。
另一方面，外部光传感器元件32b接收可见光，其波长范围限定为350nm至700nm。因此，由进行光电转换的外部光传感器元件32b的半导体层由非晶硅或微晶硅形成，其光学带隙分布较宽。例如，该半导体层形成为带隙为1.6eV。
这样，在本实施例中，进行光电转换的位置传感器元件32a的半导体层形成为其带隙窄于进行光电转换的外部光传感器元件32b的半导体层的带隙。因此，在本实施例中，包括在检测目标物反射的反射光中的红外光可以以高的灵敏度被位置传感器元件32a接收。同样，包括在外部光中的可见光可以以高的灵敏度被外部光传感器元件32b接收。
图23是示出在根据本发明的实施例2中采用红外光进行位置坐标检测的效果的示意图。参考图23，(a)示出了位置信息检测图像，其由显示区域PA中的红外光接收产生的接收光数据来获得，如本实施例。此外，参考图23，(b)示出了位置信息检测图像，其仅由显示区域PA中的可见光接收产生的接收光数据来获得。这里，获得接收数据的部分由白色表示，任何其它部分由黑色表示。
如图23所示，在本实施例中采用红外光的情形下(参考图23(a))，可以检测到检测目标物，这与采用可见光而不采用红外光的替代情形不同(参考图23(b))。
从而，就本实施例而言，因为可以以高的精度调整进入到显示区域PA中的外部光的影响，所以可以防止外部光的影响决定显示图像质量的问题发生。此外，因为可以防止光(例如，外部光)在显示面板中多次反射并且可以防止产生杂散光，所以可以改善位置检测的精度。
<实施例3>
下面，描述根据本发明的实施例3。
图24是示意性示出在根据本发明的实施例3中光接收元件32设置在液晶面板200c的显示区域PA中的方式的平面图。
同时，图25是概念性示出在根据本发明的实施例3中控制部分401的主要部件和其它构件之间的数据输入/输出的框图。
本实施例与实施例1的区别在于，红外滤光器IRF提供为对应于光接收元件32中的一些外部光传感器元件32b。此外，本实施例与实施例1的区别在于，控制部分401的主要部件与到/自其它构件的输入/输出数据之间的部分关系。除此之外，本实施例与实施例1相类似。因此，省略重复的描述。
现在描述光接收元件32。
如图24所示，光接收元件32当中的多个位置传感器元件32a和多个外部光传感器元件32b设置在显示区域PA中，从而它们可以表示成方格图案，与实施例1的情形相类似。换言之，设置多个位置传感器元件32a和多个外部光传感器元件32b，以使它们在水平方向x和垂直方向y的每一个上交替地并置。
这里，如图24所示，为多个外部光传感器元件32b中的一些提供红外滤光器IRF，而对其余的外部光传感器元件32b不提供红外滤光器IRF。例如，设置红外滤光器IRF，以使得在水平方向x和垂直方向y上可以交替地呈现红外滤光器IRF的存在和不存在，如图24所示。
图26是示意性示出在本发明的实施例3中在提供在液晶面板200c的显示区域PA中的像素P内提供有红外滤光器IRF的部分的概要的截面图。图26示出了外部光传感器元件32b的第一外部光传感器元件32ba，其中与图8相类似红外滤光器IRF提供在对应于图5的X1-X2部分的部分上。
应当注意的是，尽管未示出，但是在提供有红外滤光器IRF的外部光传感器元件32b中，与图9相类似，第二外部光传感器元件32bb与第一外部光传感器元件32ba分开提供。
如图26所示，红外滤光器IRF形成在相对基板202相对于TFT阵列基板201的侧的表面上，并且构造为使红外光比可见光多地通过其间。
这里，红外滤光器IRF包括红色滤光器层21Rs和蓝色滤光器层21Bs，如图26所示，并且红色滤光器层21Rs和蓝色滤光器层21Bs从相对基板202侧依次层叠。
在本实施例中，红外滤光器IRF提供在开口21a中，开口21a提供在相对基板202上的黑矩阵层21K中。
该红外滤光器IRF以与形成红色滤光器层21R和蓝色滤光器区域21B的步骤相同的步骤形成，红色滤光器层21R和蓝色滤光器区域21B形成彩色滤光器层21。
例如，对于包括彩色滤光器层21的红色滤光器层21R的形成区域以及红外滤光器IRF的红色滤光器层21Rs的形成区域的整个区域，通过旋涂来涂敷包括红色着色颜料和光致抗蚀剂材料的涂覆液，以形成红色抗蚀剂膜(未示出)。然后，通过光刻技术图案化红色抗蚀剂膜，以形成彩色滤光器层21的红色滤光器层21R和红外滤光器IRF的红色滤光器层21Rs。
此后，对于包括彩色滤光器层21的蓝色滤光器层21B的形成区域以及红外滤光器IRF的蓝色滤光器层21Bs的形成区域的整个区域，通过旋涂来涂敷包括蓝色着色颜料和光致抗蚀剂材料的涂覆液，以形成蓝色抗蚀剂膜(未示出)。然后，通过光刻技术图案化蓝色抗蚀剂膜，以形成彩色滤光器层21的蓝色滤光器层21B和红外滤光器IRF的蓝色滤光器层21Bs。这里，进行图案化以使得蓝色滤光器层21Bs层叠在红色滤光器层21Rs上。
应当注意的是，通过层叠三基色的红色滤光器层、绿色滤光器层和蓝色滤光器层中的至少两个，可见光VR可以而被适当地吸收。因此，彩色滤光器叠层21ST的构造并不限于采用红色滤光器层和蓝色滤光器层来形成。例如，可以层叠三基色的所有红色滤光器层、绿色滤光器层和蓝色滤光器层，以形成彩色滤光器叠层21ST。
现在描述控制部分401。
如图25所示，在控制部分401中，与实施例1的情形类似，可见光源控制部分411接收由外部光传感器元件32b接收包括可见光VR和红外光IR的外部光GH而获得的接收光数据D。此后，可见光源控制部分411响应于接收光数据D而输出控制数据CTa到可见光源301a，以控制可见光源301a的运行。
例如，在可见光源控制部分411中，与实施例1相类似，查找表格存储在存储器(未示出)中，在该查找表格中表示提供给可见光源301a的功率值的控制数据CTa与接收光数据D彼此关联。红外光源控制部分412利用该查找表格，并且可见光源控制部分411进行控制。
另一方面，在控制部分401中，与实施例1的情形不同，红外光源控制部分412接收由外部光传感器元件32b接收经由红外滤光器IRF进入的外部光GH而获得的接收光数据Db，如图25所示。如图25所示，包括可见光VR和红外光IR的外部光GH进入红外滤光器IRF。此后，包括在外部光GH中的红外光IR比可见光VR多地通过红外滤光器IRF。因此，外部光传感器元件32b接收到包括大量红外光IR的外部光GH，并且产生接收光数据Db。然后，红外光源控制部分412响应于接收光数据Db而输出控制数据CTb到红外光源301b，以控制红外光源301b的运行。
例如，在红外光源控制部分412中，查找表格存储在存储器(未示出)中，在该查找表格中表示提供给红外光源301b的功率值的控制数据CTb和接收光数据Db彼此关联。红外光源控制部分412利用该查找表格，并且可见光源控制部分411进行控制。
如上所述，在本实施例中，红外光源控制部分412基于由外部光传感器元件32b接收包括大量红外光IR的外部光GH产生的接收光数据Db来控制红外光源301b的运行。因此，因为可以以高精度控制红外光的亮度，所以可以以高精度进行检测目标物(例如，手指)的检测。此外，与此同时，与实施例1相类似，可以抑制功耗的增加。
应当注意的是，在本发明的实施过程中，并不限于上述实施例，而是可以采用各种修改形式。换言之，本发明的各种具体项可以被适当地替换或结合。
例如，尽管在上述实施例中，PIN传感器提供在光接收元件32中，但是本发明不限于此。例如，即使包括PDN(P型掺杂-N+N型)结构光电二极管的PDN传感器形成为光接收元件32时，也可以显示出类似的效果。另外，例如，光敏晶体管可以形成为光接收元件32。
此外，尽管在上述实施例中，发射照明光以使其包括诸如红外光的不可见光，但是本发明不限于此。例如，本发明也可以应用于发射仅包括可见光而不包括不可见光的照明光的情形。附带地，不可见光是指波长大于700nm的红外光和波长为10nm至400nm的紫外光。
此外，尽管在上述实施例中，发射照明光以使其包括作为不可见光的红外光，但是本发明不限于此。例如，可以发射照明光以使其包括作为不可见光的紫外光。
此外，尽管在上述实施例中，像素开关元件31形成为底栅型薄膜晶体管，但是本发明不限于此。
图27是示出根据本发明实施例的像素开关元件31的构造的修改形式的截面图。
如图27所示，例如，顶栅型TFT可以形成为像素开关元件31。
此外，尽管在上述实施例中，多个光接收元件32提供为对应于多个像素P，但是本发明不限于此。例如，可以为多个像素P提供一个光接收元件32，或者相反地，可以为一个像素P提供多个光接收元件32。
此外，在上述实施例中，用作位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b的光接收元件32设置在显示区域PA中，以使得位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b呈现为方格图案，如图3所示。然而，本发明不限于此。
图28是示意性示出在根据本发明的实施例中光接收元件在显示区域PA中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
如图28所示，多个位置传感器元件32a可以设置在显示区域PA的中央，而多个外部光传感器元件32b沿着显示区域PA的周边设置以围绕位置传感器元件32a。
在此情形下，外部光传感器元件32b当中用于接收经由挡光的黑矩阵进入的光的第二外部光传感器元件32bb没有形成在显示区域PA的中央，而是围绕该中央形成。因此，因为显示图像的亮度没有下降，所以可以改善图像质量。
图29是示意性示出在根据本发明的实施例中光接收元件在显示区域PA中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
如图29所示，外部光传感器元件32b可以设置在矩形显示区域PA的四个角部分的任何一个处，而位置传感器元件32a设置在其它区域中。
具体地讲，外部光传感器元件32b可以设置在矩形显示区域PA的四个角部分中的位于上部的两个角部分处，如图29(a)所示。或者，外部光传感器元件32b可以设置在矩形显示区域PA的四个角部分中的位于下部的两个角部分处，如图29(b)所示。或者，外部光传感器元件32b可以设置在矩形显示区域PA的全部四个角部分处，如图29(c)所示。或者，外部光传感器元件32b可以设置在矩形显示区域PA的四个角部分中的两个对角的角部分处，如图29(d)。或者，尽管未示出，外部光传感器元件32b可以设置在矩形显示区域PA的四个角部分中的一个处。
同样，在此情形下，可以改善图像质量，与前述相类似。
图30是示意性示出在根据本发明的实施例中光接收元件在显示区域PA中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
如图30所示，外部光传感器元件32b可以沿着限定矩形显示区域PA的一条边设置，而位置传感器元件32a设置在其它位置。
具体地讲，多个外部光传感器元件32b可以沿着限定矩形显示区域PA的四条边中在垂直方向上延伸的边设置，如图30(a)所示。或者，多个外部光传感器元件32b可以沿着限定矩形显示区域PA的四条边中在水平方向上延伸的边设置，如图30(b)所示。
同样，在此情形下，可与上述类似地改善图像质量。此外，进入外部光传感器元件32b的外部光有时被外壳阻挡，该外壳安装为围绕显示区域PA。然而，如果多个外部光传感器元件32b设置为沿着较少受外壳影响的边，则可以精确接收外部光。因此，可以适当地进行对背光300的后续运行的控制。
图31是示意性示出在根据本发明的实施例中光接收元件在显示区域PA中设置为位置传感器元件或外部光传感器元件的方式的平面图。
如图31所示，外部光传感器元件32b可以设置为沿着限定矩形显示区域PA并彼此平行延伸的两条边，而位置传感器元件32a设置在其它位置。
具体地讲，多个外部光传感器元件32b可以设置为沿着限定矩形显示区域PA的四条边中在垂直方向上延伸的两条边，如图31(a)所示。或者多个外部光传感器元件32b可以设置为沿着限定矩形显示区域PA的四条边中在水平方向上延伸的两条边，如图31(b)所示。
同样，在此情形下，可以获得与上述类似的效果。
此外，本实施例的液晶显示设备100可应用为各种电子设备的一部分。
图32至36是示出应用根据本发明任何一个实施例的液晶显示设备100的电子设备的示意图。
如图32所示，液晶显示设备100可应用为电视接收机(televisionreceiver)的显示设备，用于接收和显示电视广播，在该显示设备中接收图像显示在显示屏上，并且操作者的操作指令被输入。
如图33所示，液晶显示设备100可以用作数字静物照相机的显示设备，在该显示设备中图像(例如，数字静物相机捕获的图像)显示在显示屏上，并且操作者的操作指令被输入。
如图34所示，液晶显示设备100可以用作笔记本型个人电脑的显示设备，在该显示设备中图像(例如，运行图像)显示在显示屏上，并且操作者的操作指令被输入。
如图35所示，液晶显示设备100可以用作便携式电话机的显示设备，在该显示设备中图像(例如，运行图像)显示在显示屏上，并且操作者的操作指令被输入。
如图36所示，液晶显示设备100可以用作摄像机的显示设备，在该显示设备中图像(例如，运行图像)显示在显示屏上，并且操作者的操作指令被输入。
此外，尽管在上述实施例中，提供在显示区域PA中的多个光接收元件32构造为使其每一个用作位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b之一，但是本发明不限于此。提供在显示区域PA中的多个光接收元件32还可以形成为使其每一个用作位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b二者。换言之，每个光接收元件可以构造为用作位置传感器元件32a和外部光传感器元件32b二者。例如，提供切换每个光接收元件的开关，以使得光接收元件用作位置传感器元件32a时获得的接收光数据输出到位置检测部分402，而光接收元件用作外部光传感器元件32b时获得的接收数据输出到控制部分401。此外，该开关可以构造为其运行被控制。
此外，尽管在上述实施例中，第一外部光传感器元件32ba和第二外部光传感器元件32bb提供为外部光传感器元件32b，但是本发明不限于此。例如，仅提供第一外部光传感器元件32ba时也可以获得类似的效果。此外，从外部光传感器元件32b获得接收光数据的电路构造也不限于上述形式。例如，可以应用类似于位置传感器元件32a的电路构造。
此外，尽管在上述实施例中，作为外部光传感器元件32b的第一外部光传感器元件32ba和第二外部光传感器元件32bb二者都提供为对应于像素P的每一个，但是本发明不限于此。例如，对于两个第一外部光传感器元件32ba可以设置一个第二外部光传感器元件32bb。在此情形下，优选采用这样的构造，例如，从分别由两个第一外部光传感器元件32ba获得的接收数据减去由一个第二外部光传感器元件32bb获得的接收光数据。通过这样的构造，能够减少光接收元件占据的面积，因此，可以改善用于图像显示的透射光的光透射因数。此外，第一外部光传感器元件32ba和第二外部光传感器元件32bb之一可以提供为对应于像素P的每一个。在此情形下，第一外部光传感器元件32ba和第二外部光传感器元件32bb可以设置为在水平方向x和垂直方向y的每一个上交替并置。
此外，在该些实施例中，红色滤光器层21R、绿色滤光器层21G和蓝色滤光器区域21B形成条状，并且形成为在水平方向x上并置。此外，光接收区域SA形成为相邻于红色滤光器层21R，以使其与红色滤光器层21R、绿色滤光器层21G和蓝色滤光器区域21B并置(参考图5)。然而，本发明不限于此。例如，红色滤光器层21R、绿色滤光器层21G、蓝色滤光器区域21B和光接收区域SA可以用于形成一个组，以使得红色滤光器层21R、绿色滤光器层21G、蓝色滤光器区域21B和光接收区域SA的四个元件设置为2×2的矩阵。
此外，本发明可以应用于各种类型的液晶面板，如IPS(面内转换)型和FFS(边缘场转换)型。此外，本发明也可以应用于其它显示设备，如有机EL显示装置和电子纸。
应当注意的是，上述各实施例中的位置传感器元件32a对应于本发明中的位置传感器元件。此外，上述各实施例中的外部光传感器元件32b对应于本发明中的外部光传感器元件。此外，上述各实施例中的液晶显示设备100对应于本发明中的显示设备。此外，上述各实施例中的液晶面板200对应于本发明中的显示面板。此外，上述各实施例中的背光300对应于本发明中的照明部分。此外，上述各实施例中的TFT阵列基板201对应于本发明中的第一基板。此外，上述各实施例中的相对基板202对应于本发明中的第二基板。此外，上述各实施例中的液晶层203对应于本发明中的液晶层。此外，上述各实施例中的控制部分401对应于本发明中的控制部分。此外，上述各实施例中的位置检测部分402对应于本发明中的位置检测部分。此外，上述各实施例中的显示区域PA对应于本发明中的显示区域。此外，上述各实施例中的红外滤光器IRF对应于本发明中的不可见光滤光器。此外，上述各实施例中的可见光源控制部分411对应于本发明中的可见光源控制部分。此外，上述各实施例中的红外光源控制部分412对应于本发明中的不可见光源控制部分。

Claims (11)

1、一种显示设备，包括：
显示面板，具有设置在显示区域中的多个像素；
照明部分，用于从所述显示面板的一个表面侧向所述显示区域发射照明光；
外部光传感器元件，用于接收从所述显示面板的另一个表面侧进入的光；以及
控制部分，用于基于由所述外部光传感器元件的光接收获得的接收光数据来控制所述照明部分的运行，以发射所述照明光；
所述外部光传感器元件设置在所述显示区域中。
2、根据权利要求1所述的显示设备，还包括：
多个位置传感器元件，设置在所述显示区域中，用于接收所述显示面板的所述另一个表面侧上的检测目标物反射的光；以及
位置检测部分，用于基于由所述位置传感器元件的光接收获得的接收光数据来检测所述检测目标物在所述显示区域中的位置。
3、根据权利要求2所述的显示设备，其中：
所述照明部分具有用于发射不可见光的不可见光源，并且构造为至少发射作为所述照明光的所述不可见光；
所述位置传感器元件接收所述显示面板的所述另一个表面侧上的检测目标物反射的所述不可见光；并且
所述控制部分具有不可见光源控制部分，用于基于所述接收光数据来控制所述不可见光源的运行，以发射所述不可见光。
4、根据权利要求3所述的显示设备，其中所述不可见光源控制部分控制所述不可见光源的运行，从而在所述外部光传感器元件接收的光的亮度高的情形下，相较于亮度低的情形，从所述不可见光源发射的不可见光的亮度更高。
5、根据权利要求3所述的显示设备，其中
所述照明部分具有发射可见光的可见光源，并且构造为发射作为所述照明光的所述可见光；
所述显示面板是透射型的液晶面板，并且用从所述可见光源照射到所述显示区域上的所述可见光来在所述显示区域中进行图像显示；并且
所述控制部分具有可见光源控制部分，用于基于所述接收光数据来控制所述可见光源的运行以发射所述可见光以及控制所述不可见光源的运行以发射所述不可见光。
6、根据权利要求5所述的显示设备，其中
所述可见光源控制部分控制所述可见光源的运行，从而在所述外部光传感器元件接收的光的亮度高的情形下，相较于亮度低的情形，从所述可见光源发射的可见光的亮度更高；并且
所述不可见光源控制部分控制所述不可见光源的运行，从而在所述外部光传感器元件接收的光的亮度高的情形下，相较于亮度低的情形，从所述不可见光源发射的不可见光的亮度更高。
7、根据权利要求5所述的显示设备，还包括：
不可见光滤光器，相较于所述可见光，该不可见光滤光器更多地透射所述不可见光，其中
多个所述外部光传感器元件，设置在所述显示区域中，并且构造为所述外部光传感器元件中的一些接收经由所述不可见光滤光器进入的光；
基于通过接收经由所述不可见光滤光器进入的光而获得的接收光数据，所述不可见光源控制部分控制所述不可见光源的运行，以发射所述不可见光；并且
基于通过接收不经由所述不可见光滤光器进入的光而获得的接收光数据，所述可见光源控制部分控制所述可见光源的运行，以发射所述可见光。
8、根据权利要求7所述的显示设备，其中
所述不可见光源控制部分控制所述不可见光源的运行，从而在经由所述不可见光滤光器进入的光的亮度高的情形下，相较于亮度低的情形，从所述不可见光源发射的不可见光的亮度更高；并且
所述可见光源控制部分控制所述可见光源的运行，从而在没有经由所述不可见光滤光器进入的光的亮度高的情形下，相较于亮度低的情形，从所述可见光源发射的可见光的亮度更高。
9、根据权利要求1至8中任何一个所述的显示设备，其中所述不可见光源构造为发射作为所述不可见光的红外光。
10、根据权利要求7所述的显示设备，其中
所述外部光传感器元件具有第一半导体层，用于接收并光电转换从所述显示面板的所述另一表面侧进入的光；
所述位置传感器元件具有第二半导体层，用于接收并光电转换从所述显示面板的所述另一表面侧进入的光；并且
所述第二半导体层形成为其带隙窄于所述第一半导体层的带隙。
11、根据权利要求10所述的显示设备，其中所述第一半导体层由非晶硅或微晶硅制成，并且所述第二半导体层由多晶硅或晶体硅制成。
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