CN101751188A - 内置感应的显示装置 - Google Patents

Abstract

一种内置感应的显示装置，包括显示屏，其特征是：所述显示装置还包括光感应装置和监测装置；光感应装置包括多个感光器件；感光器件感应入射光的变化，并产生感光信号；监测装置对每个感光器件的电信号进行监测，当监测到某个感光器件产生的感光信号时，提取监测装置中存储的该感光器件的位置坐标信息，并对外反馈出该感光器件的位置坐标信息。本发明在操控时，能够感应显示屏表面某个位置的光环境的变化，实现位置信息的输入，从而达到信息输入的目的。优选通过操作光束发生装置产生操作光束照射在显示屏显示面特定位置，进行操控，实现了遥控与点控交互相结合的功能。优选采用内嵌式的光感应装置，感光器件共享了薄膜晶体管所需的膜层结构。

Description

内置感应的显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，具体地说，涉及一种能够感应表面的光环境的变化、以达到信息输入目的的显示装置。

背景技术

当前的影音娱乐技术，已由传统的依赖于电视信号和硬体媒体介质(如光盘)的简单系统，逐渐发展为依赖于互联网和软体媒体介质的多媒体系统，其应用内容也由传统的影音播放逐渐丰富化，延伸出了网络、游戏等功能。为此，各相关厂家都推出了相应的技术，如微软在2005率先推出了“Win XP Media Center Edition 2005”操作系统，通过将安装了该操作系统的主机结合到影音娱乐系统中，可以很方便地欣赏照片、电影、音乐以及电视等数码娱乐内容，除了支持个人电脑使用的鼠标和键盘进行操作外，还支持使用传统的遥控器进行操作。国内也有很多厂家推出了由MP4等相关技术发展而来的播放小终端(如各类硬盘播放器)，这些播放小终端也可以很好地融入到现有的影音娱乐系统中，初步实现软体媒体介质的播放功能。互联网电视也是一种实现影音娱乐系统具有普及化意义的概念，其优点是集合了传统的电视和宽带数字电视，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，是一种具有极大市场潜力的电视技术。

对于上述影音娱乐技术及其相关技术，由于其功能越来越强大，所涉及的媒体资源越来越多，其操控方式也越来越复杂，用户与影音娱乐系统所需的交互性越来越强，因而需要一套更加强大的交互装置。而对于上述影音娱乐系统，至今为止采用的依然是传统的交互装置(如键盘、鼠标、遥控器)，这些交互装置在使用上基本上都缺乏方便性，例如：键盘需要占据较多的空间；鼠标操控起来并不直接；遥控器能够实现的功能太少，往往需要通过多重指令才可以达到操控的目的。

苹果公司于2007年推出了iphone手机，其采用先进的操控方式，改变了整个手机业界的技术主流，使得触控手机代替传统的按键手机成为一种趋势。iphone手机操控方式的特点为：在某种情况下，仅将需要操控的若干个可选项分别显示在显示屏的特定位置上，并通过触摸屏获取手指在显示屏上所触摸的位置的坐标信息，来判断用户对这些可选项的输入，以达到交互的目的，这种交互方式称为点控交互。

借鉴于上述iphone手机的点控交互方式，如果在影音娱乐系统中加入大尺寸的触控屏，也可以实现相应的功能，但是触摸屏(如电阻式触摸屏、电容式触摸屏)的操控信号输入必须依靠手指或笔尖等触摸显示屏，因此无法进行一定距离的遥控，由此可见，通过触控方式实现点控交互，对于影音娱乐系统来说是不实用的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种内置感应的显示装置，这种显示装置在操控时，能够感应显示屏表面某个位置的光环境的变化，实现位置信息的输入，从而达到信息输入的目的。采用的技术方案如下：

一种内置感应的显示装置，包括显示屏，其特征是：所述显示装置还包括光感应装置和监测装置；光感应装置包括多个感光器件，各感光器件设置在显示屏的显示面上或者设置在与显示屏的显示面相互平行的面上；感光器件感应入射光的变化，并产生感光信号；监测装置对每个感光器件的电信号进行监测，当监测到某个感光器件产生的感光信号时，提取监测装置中存储的该感光器件的位置坐标信息，并对外反馈出该感光器件的位置坐标信息。

上述监测装置所提取的该感光器件的位置坐标信息即为入射光变化所在位置的坐标信息。

上述感光器件能够感应入射到感光器件的光及其变化。当感光器件感应到入射光的变化时，将其转换为电信号的变化，这个电信号的变化即为感光信号。

每个感光器件都通过一定的电路连接到监测装置，监测装置可以对每个感光器件的电信号进行监测，监测装置中存储有各感光器件的位置坐标信息(通常一个感光器件对应一个位置坐标信息，该位置坐标信息可包含X轴坐标和Y轴坐标，也可只包含X轴坐标或只包含Y轴坐标)。当监测到某个感光器件出现感光信号(即电信号发生变化)时，则可以提取监测装置中存储的该感光器件的位置坐标信息并对外反馈，从而对外反馈出入射光变化所在位置的坐标信息。

上述显示屏具有传统意义上的显示屏所具有的功能，用于图文信息的显示。

本发明的显示装置可采用下述两种工作方式之一进行工作：

工作方式一：采用小面积、且具有一定强度或颜色的操作光束进行操控，当操作光束照射到显示屏的显示面上的某个位置时，入射该位置上的感光器件的光强度相对环境光产生了增强，或者光的波长分布相对环境光产生了变化，使得该感光器件产生感光信号；而监测装置可以检测到操作光束所照射到的感光器件的感光信号，从而确定了操作光束照射到的感光器件，提取监测装置中存储的该感光器件的位置坐标信息，得到操作光束照射在显示屏上的位置的坐标信息，实现了通过操作光束对显示屏上位置坐标的选择与输入。一般来说，优选操作光束为激光束；更优选采用至少能发射两种颜色激光的装置，这样可以通过对感光器件波长选择性的设计，使得其中一种颜色的激光不产生感光信号，仅用于操作者通过其反射光进行的定位，而其他颜色的光则用于产生至少一种感光信号，实现位置信息甚至更多类型的操作信息的输入。

工作方式二：采用较小面积的遮掩物进行操控，当遮掩物接近或者接触显示屏的显示面上的某个位置时，使得该位置上的感光器件的入射环境光消失或者减弱，这种光的变化也会使感光器件产生电信号的变化，使得该感光器件产生感光信号；而监测装置可以检测到遮掩物所遮掩的的感光器件的感光信号，从而确定了遮掩物在显示屏上的位置，提取监测装置中存储的所遮掩的感光器件的位置坐标信息，得到遮掩物在显示屏上的位置的坐标信息，实现了通过遮掩物对显示屏上位置坐标的选择与输入。

优选本发明的显示装置采用工作方式一进行工作，在这种情况下，优选上述显示装置还包括操作光束发生装置，操作光束发生装置产生操作光束，当操作光束照射在某个感光器件所在位置上时，入射到该感光器件的光发生变化，该感光器件产生感光信号。通常可采用下述两种方式使感光器件产生感光信号：(1)操作光束使入射到该感光器件的光的光强度相对环境光产生增强；或者(2)操作光束使入射到该感光器件的光的波长分布相对环境光产生变化。在操控时，通过操作光束发生装置(如激光笔等)产生操作光束，改变显示屏显示面特定位置的光环境，使相应位置上的感光器件产生感光信号，并且由监测装置获得该被照射感光器件的位置坐标信息，则可以实现位置坐标信息的输入，从而实现了遥控与点控交互相结合的功能，集合了传统遥控器和触摸屏的优点。

上述感光器件可采用现有的光敏电阻、感光二极管等器件，也可采用其它结构的感光器件。上述显示屏可以采用现有的各种显示器，如液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OELD)、阴极射线管显示器等。

上述光感应装置可以设置在显示屏的前方并贴近显示屏(即采用外挂式)，光感应装置与显示屏之间相互独立的。

上述光感应装置也可采用内嵌式，也就是说，将光感应装置结合在显示屏中，此时光感应装置可共享显示屏的某些结构，可简化整个显示装置的制造过程，并且使操作者可以更加准确地在显示画面中操作到所需输入的位置。

优选显示屏是包含有源器件的平板显示屏，所述有源器件是薄膜晶体管(TFT)，薄膜晶体管在平板显示屏中作为控制像素的开关器件，这样，平板显示屏包括薄膜晶体管层，薄膜晶体管层包括一层硅薄膜层以及若干个金属导电层，薄膜晶体管层包含多个薄膜晶体管；其中硅薄膜的材料可以为非晶硅、多晶硅、单晶硅或微晶硅。另外，平板显示屏通常还包括至少一个透明导电层，透明导电层可用于形成驱动电极，一般采用ITO等透明材料。平板显示屏可以采用任何可实现平板显示的结构，如液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OELD)，其中液晶显示器可以采用TN、STN、VA、IPS等任何一种液晶显示模式。

本发明的优选方案中，光感应装置采用内嵌式，利用了形成开关器件所需的硅薄膜的光照漏电特性来实现感光器件的功能。上述感光器件包含硅薄膜，在硅薄膜上设置有两个引出电极，两个引出电极之间光能够照射到的硅薄膜内部区域构成感光沟道，在硅薄膜上方光能够进入感光沟道的区域构成感光窗口；感光器件中的硅薄膜采用薄膜晶体管层中的硅薄膜层形成，也就是说，感光器件中的硅薄膜与薄膜晶体管中的硅薄膜是同一层的薄膜。上述硅薄膜和引出电极通常都为沉积在基底(可采用平板显示屏中的透明基板作为基底)上的薄膜。更优选感光器件中的两个引出电极采用平板显示屏中的一个透明导电层或薄膜晶体管层中的一个金属导电层形成。上述感光器件的工作原理是：硅薄膜在光照的条件下，会产生光致载流子，从而改变了感光器件的导电特性；当两个引出电极间存在电压时，感光沟道中的电场将会导致光致载流子的漂移，形成电流；一般来说，在保持电压一定的情况下，漂移电流正比于光致载流子的浓度；而对于一定波长的光，光致载流子的浓度与由感光窗口进入感光沟道的光子数(即光的亮度)也是成正比的；因此，在两个引出电极之间加上一定电压，并且检测通过引出电极的电流，可以间接地得到进入感光窗口的光的亮度的信息，从而实现感光器件的功能。采用上述结构的感光器件的优点在于：第一、由于感光器件共享了薄膜晶体管所需的膜层结构，使得在有源矩阵显示器的制造过程中，可以同时形成上述结构的感光器件，从而大大地简化了整个显示装置的制造过程；第二、一般来说，有源器件显示器的画面都显示在薄膜晶体管所在的平面上，即薄膜晶体管所在的平面为显示平面，而由于本发明的感光器件与薄膜晶体管处于同一膜层结构上，使得感光器件准确地内置在显示器的显示平面上，这将使操作者可以更加准确地在画面中操作到所需输入的位置。

感光器件的位置可以按照需要随意设置(通常与显示屏的像素位置相对应)。优选将感光器件按矩阵的方式进行排列，称为感光阵列。更优选将感光阵列中每个感光器件设置在像素阵列的像素上，可以在若干像素中设置一个感光器件，也可以在一个像素中设置一个、甚至多个感光器件。上述像素是指显示屏中可以独立控制显示的最小单元。

对于感光阵列，可采用下述两种基本的引线方式，将感光阵列的信号引出到监测装置。

第一种引线方式称为结点引出方式，其特征为：为感光阵列配置与之相对应的信号线，包括多条X方向信号线和多条Y方向信号线，感光阵列中同一行的感光器件的一个引出电极均共同连接到同一与之对应的X方向信号线上，而感光阵列中同一列的感光器件的另一个引出电极均共同连接到同一与之对应的Y方向信号线上；这些X方向信号线和Y方向信号线电性上不相互连接。可利用薄膜晶体管所必需的金属导电层来形成这些信号线，因而实际上这些信号线并不增加器件制造工艺的复杂度。这些信号线最终需要连接到具有运算处理功能的监测装置上，并且采用一定的方式对其进行监测。基于结点引出方式，本发明提供了一种最基本的监测信号的方法，称为互动监测法，互动检测法的特征为：监测的总过程是按照监测周期T不断循环的，每个监测周期T内至少包含跟X方向信号线的数量相同的多个等间距小时间段t；在每个监测周期T内按顺序逐一给每条X方向信号线施加恒压高电平信号，并且每条X方向信号线施加恒压高电平的总时间是相同的，均为t，而未被施加恒压高电平的其它时间内均接地；每条Y方向信号线都与相对独立的一个直流电流采样器一端相连，直流电流采样器的另一端通过一个电阻串连接地，即可在每条X方向信号线施加恒压高电平的时间内采样到Y方向上的多路相对独立的监测信号，并将这些监测信号与基准参考信号进行比对运算，监测信号超出基准参考信号波动范围即判定为异常监测信号，异常监测信号所在Y方向信号线便可判定为显示面上被选中的Y方向信号线位置；而该异常监测信号获取时，所对应的被施加恒压高电平的X方向信号线便可判定为显示面上被选中的X方向信号线位置；如此，每完成一次监测周期T的信号监测与比对运算后，便可监测出显示面上被选中的所有监测点的具体坐标位置。基准参考信号可以(但不限于)在显示装置启动后，进行软硬件校正时，不选择显示面上的任何一个点，在此种状态下进行如上至少一个监测周期T的信号监测，所采样到的监测信号取平均值，将该平均值保存为基准参考信号。

第二种引线方式称为串联引出方式，其特点为感光阵列包含Y感光子矩阵和X感光子矩阵两套相互嵌套的子矩阵，两套子矩阵分别由Y感光器件和X感光器件组成，并为Y感光子矩阵配置X方向信号线，为X感光子矩阵配置Y方向信号线。Y感光子矩阵中，每行的Y感光器件通过该行的X方向信号线串连，并将其从矩阵左右两端引出；X感光子矩阵中，每列的X感光器件通过Y方向信号线串连，并将其从矩阵上下两端引出。可利用薄膜晶体管所必需的金属导电层来形成X方向信号线和Y方向信号线，因而实际上这些信号线不会增加器件制造工艺的复杂度。这些信号线最终需要连接到具有运算处理功能的监测装置上，并且采用一定的方式对其进行监测。基于串联引出方式，本发明提供了一种最基本的监测信号的方法，称为独立监测法，独立监测法的特征为：任何一条信号线的一端施加直流恒压源，另一端与相对独立的一个直流电流采样器一端相连，直流电流采样器的另一端通过一个电阻串连接地，即可得到该信号线上相对独立的监测信号；监测的总过程是按照一定周期时间T不断循环监测，每个监测周期T内至少包含跟X方向信号线和Y方向信号线的总数量相同的多个等间距小时间段t；在监测周期T内按顺序逐一监测每条X方向信号线的信号，然后再按顺序逐一监测每条Y方向信号线的信号，并且每条信号线监测的时间均t，而信号线未被监测的其它时间内均接地；监测时每条X方向信号线和Y方向信号线均相互独立；任何一条信号线的一端施加直流恒压源，另一端与相对独立的一个直流电流采样器一端相连，直流电流采样器的另一端通过一个电阻串连接地，即可得到该信号线上相对独立的监测信号。

对于上述两种引线方式及其相关的监测信号的方法，当任何一条信号线进行监测采样时，得到的相对独立的监测信号将被存储起来；完成一次监测周期的信号采集之后，从所有信号线上获取的这些监测信号将进行一定的比对运算，即可判定出显示面上被选中的监测点的具体位置(即产生感光信号的感光器件所在的位置)；监测出的具体坐标位置将被传输给上位机用于运算控制，用于控制显示屏做出相应的反应。

本发明在操控时，能够感应显示屏表面某个位置的光环境的变化，实现位置信息的输入，从而达到信息输入的目的。优选方案中，通过操作光束发生装置产生操作光束照射在显示屏显示面特定位置，进行操控，实现位置坐标信息的输入，能够进行一定距离的遥控，从而实现了遥控与点控交互相结合的功能，可应用在影音娱乐系统、个人计算机、笔记本、掌上设备(如手机)、GPS终端等。优选方案中，采用内嵌式的光感应装置，由于感光器件共享了薄膜晶体管所需的膜层结构，使得在有源矩阵显示器的制造过程中，可以同时形成上述结构的感光器件，从而大大地简化了整个显示装置的制造过程；并且由于本发明的感光器件与薄膜晶体管处于同一膜层结构上，使得感光器件准确地内置在显示器的显示平面上，这将使操作者可以更加准确地在画面中操作到所需输入的位置。

附图说明

图1是本发明实施例1的总体结构及操控示意图；

图2是本发明实施例1中显示屏的结构示意图；

图3是本发明实施例1中显示屏中薄膜晶体管层的结构示意图；

图4是本发明实施例1中显示屏中像素的局部(薄膜晶体管)的结构示意图；

图5是本发明内置式感光器件的一种基本结构示意图；

图6是本发明内置式感光器件的另一种基本结构示意图；

图7是本发明实施例1中感光器件的结构示意图；

图8是图7的俯视图(省略保护层)；

图9是本发明实施例1中感光阵列在像素中的一种位置设置示意图；

图10是本发明实施例1中感光阵列在像素中的另一种位置设置示意图；

图11是本发明实施例1中感光阵列的信号线配置示意图(结点引出方式)；

图12是本发明实施例1像素中感光器件的设置及引出的布局方式示意图；

图13是本发明实施例1像素中感光器件的设置及引出的另一种布局方式示意图；

图14是本发明实施例1中感光阵列的监测信号方法(互动监测法)的时序示意图；

图15是本发明实施例2中感光阵列的信号线配置示意图(串联引出方式)；

图16是本发明实施例2像素中感光器件的设置及引出的布局方式示意图；

图17是本发明实施例2像素中感光器件的设置及引出的另一种布局方式示意图；

图18是本发明实施例2中感光阵列的监测信号方法(独立监测法)的时序示意图；

图19是本发明实施例3中感光器件的结构示意图；

图20是图19的俯视图(省略保护层)；

图21是本发明实施例4中感光器件的结构示意图；

图22是图21的俯视图；

图23是本发明实施例5中感光器件的结构示意图；

图24是本发明实施例6中显示屏中像素的局部(感光器件)的结构示意图；

图25是本发明实施例7像素结构(包含感光器件)的示意图。

具体实施方式

实施例1

参考图1，这种内置感应的显示装置包括显示屏1、光感应装置、监测装置和操作光束发生装置2。

光感应装置包括多个感光器件3，各感光器件3设置在显示屏1的显示面上。感光器件3能够感应入射到感光器件3的光及其变化。当感光器件3感应到入射光的变化时，将其转换为电信号的变化，即产生感光信号。

操作光束发生装置2可以采用激光笔(也可以是其它可产生光束的装置)，操作光束发生装置2产生操作光束4(如激光束)，当操作光束4照射在某个感光器件3所在位置上时，入射到该感光器件3的光发生变化，该感光器件3产生感光信号。

监测装置对每个感光器件3的电信号进行监测，当监测到某个感光器件3产生的感光信号(即电信号发生变化)时，提取监测装置中存储的该感光器件的位置坐标信息，并对外反馈出该感光器件的位置坐标信息(例如将位置坐标信息上传给具有运算控制功能的上位机，然后由上位机发出驱动信号控制显示屏的显示)。

显示屏1用于图文信息的显示。本实施例中，显示屏1是包含有源器件的液晶显示器，所述有源器件是薄膜晶体管(TFT)，薄膜晶体管在液晶显示器中作为控制像素的开关器件。如图2所示，本实施例中，显示屏1为有源像素矩阵(像素是指显示屏中可以独立控制显示的最小单元)，包括依次叠合的前偏振片5、前基板6、前透明导电层7(公共电极设置在前透明导电层7上)、前配向层8、液晶层9、后配向层10、后透明导电层11(像素电极设置在后透明导电层11上)、保护层12、薄膜晶体管层13、后基板14和后偏振片15；另外，显示屏1还可以带有彩色滤光膜，以实现彩色显示的功能。前透明导电层7和后透明导电层11采用ITO薄膜。前基板6、后基板14都为透明基板，优选采用玻璃或石英材料制成，本说明书中，前基板6是指处于显示屏1朝向观察者一面的基板，后基板14是指处于显示屏1远离观察者一面的基板。薄膜晶体管层13包含多个薄膜晶体管16，每个像素17对应至少一个薄膜晶体管16。

如图3所示，薄膜晶体管层13是复合层结构，自后至前依次包括第一金属层131、绝缘薄膜层132、硅薄膜层133、欧姆接触薄膜层134和第二金属层135。上述硅薄膜层133的材料可为非晶硅、多晶硅、单晶硅或微晶硅；上述欧姆接触薄膜层134优选为重掺杂的硅材料薄膜，更优选为N型重掺杂硅材料薄膜。

如图4所示，薄膜晶体管16包括栅极161、源极162、漏极163、硅薄膜164、绝缘层165、欧姆接触层166；其中，栅极161设置在硅薄膜164下方，绝缘层165设于栅极161与硅薄膜164之间，绝缘层165将栅极161与硅薄膜164隔开，源极162和漏极163设置在硅薄膜164上方，欧姆接触层166设置在源极162及漏极163与硅薄膜164之间。保护层12覆盖在薄膜晶体管16上面，并且在漏极163延伸出薄膜晶体管16的部位上面的保护层12设置保护层开孔41，使得像素电极可以通过保护层开孔41连接到漏极163上。薄膜晶体管16中，栅极161采用第一金属层131形成；源极162、漏极163均采用第二金属层135形成；硅薄膜164采用硅薄膜层133形成；绝缘层165采用绝缘薄膜层132形成；欧姆接触层166采用欧姆接触薄膜层134形成。

在像素矩阵中，同处一行的薄膜晶体管16的栅极161通过同一扫描信号线连接在一起并引出到像素矩阵外部；同处一列的薄膜晶体管16的源极162通过同一数据信号线引出到像素矩阵外部；每个薄膜晶体管16的漏极163连接到所在像素17的像素电极上；像素电极与覆盖在前基板6内侧面的公共电极的重叠区域构成了每个像素17的显示面积部分，其中所有像素17的公共电极在电气上是相互导通的。扫描信号线19设置在第一金属层131上(即扫描信号线19利用第一金属层131形成)；数据信号线18设置在第二金属层135上(即数据信号线18利用第二金属层135形成)。

图5和图6分别表示出光感应装置采用内嵌式时感光器件3的两种基本结构；如图5和图6所示，感光器件3包含硅薄膜31，在硅薄膜31上设置有两个引出电极(即第一引出电极32和第二引出电极33)，第一引出电极32和第二引出电极33之间光能够照射到的硅薄膜31内部区域构成感光沟道34，在硅薄膜31上方光能够进入感光沟道34的区域构成感光窗口35；感光器件3中的硅薄膜31与薄膜晶体管中的硅薄膜164采用同一层薄膜(即硅薄膜31和硅薄膜164均利用硅薄膜层133形成)。上述硅薄膜31和引出电极通常都沉积在基底30上；图5所示的感光器件3中，硅薄膜31和引出电极依次沉积在基底30的上表面上；图6所示的感光器件3中，硅薄膜31和引出电极依次沉积在基底30的下表面上。

本实施例中，感光器件3利用薄膜晶体管层13形成。如图7所示，感光器件3包括遮光板36、绝缘层37、硅薄膜31、第一引出电极32、第二引出电极33和欧姆接触层38；其中，遮光板36设置在硅薄膜31下方，绝缘层37设置在遮光板36和硅薄膜31之间，绝缘层37将遮光板36和硅薄膜31隔开，第一引出电极32、第二引出电极33设置在硅薄膜31上方，欧姆接触层38设置在两引出电极(即第一引出电极32和第二引出电极33)与硅薄膜31之间。感光器件3中，遮光板36采用第一金属层131形成，其作用为遮挡由显示屏1背面的光进入，保证了感光器件3只感应来自显示屏1前面的光；绝缘层37采用绝缘薄膜层132形成；硅薄膜31采用硅薄膜层133形成；第一引出电极32、第二引出电极33均采用第二金属层135形成；欧姆接触层38采用欧姆接触薄膜层134形成。由此可见，感光器件3中各个部分均采用薄膜晶体管层13中的相应膜层形成。上述感光器件3中，两个引出电极(即第一引出电极32和第二引出电极33)之间光能够照射到的硅薄膜31内部区域构成感光沟道34，在硅薄膜31上方光能够进入感光沟道34的区域构成感光窗口35。本实施例中采用显示屏1中的后基板14兼做基底。

如图8所示，感光窗口35将被确定在第一引出电极32和第二引出电极33之间的空隙，硅薄膜31的宽度小于两个引出电极(即第一引出电极32和第二引出电极33)的宽度，使得感光窗口35的宽度被界定在硅薄膜31以内，并利用其控制感光器件3对光的敏感度。

保护层12覆盖在薄膜晶体管16和感光器件3上，也就是说，感光器件3的保护层采用与薄膜晶体管16的保护层同一层的薄膜。

感光器件3按矩阵的方式进行排列，称为感光阵列；如图9所示，感光阵列中，每个感光器件3都设置在若干个像素17(如四个像素17)的固定位置上；如图10所示，每个感光器件3都设置在一个像素17的固定位置上；另外，也可以在一个像素17中设置多个感光器件3。这样，感光矩阵自然而然地与像素矩阵套合。

本实施例中，采用结点引出方式将感光阵列的信号引出到监测装置(此时监测装置中存储各感光器件3的位置坐标信息，一个感光器件3对应一个位置坐标信息，该位置坐标信息包含X轴坐标和Y轴坐标)，如图11所示，其特征为：为感光阵列配置与之相对应的信号线，包括多条X方向信号线Xn(Xn1、Xn2、Xn3……)和多条Y方向信号线Ym(Ym1、Ym2、Ym3……)，感光阵列中同一行的感光器件3的第一引出电极32均共同连接到同一与之对应的X方向信号线上，而感光阵列中同一列的感光器件3的第二引出电极33均共同连接到同一与之对应的Y方向信号线上；这些X方向信号线和Y方向信号线电性上不相互连接；这些信号线最终需要连接到具有运算处理功能的监测装置上，并且采用一定的方式对其进行监测。Y方向信号线利用第二金属层135形成，并且平行于数据信号线18，X方向信号线利用第一金属层131形成，并平行于扫描信号线19。

显示装置中，不同层之间的线路通过过孔方式(常用的有单层过孔和双层过孔)实现电连接，过孔方式属本领域常用的技术手段，在此不作详细说明。

基于像素开口率的最优化设计，感光器件3设置在像素17中并引出的布局方式如图12(单层过孔方式)和图13(双层过孔方式)所示，其特征为：Y方向信号线Ym与数据信号线18分别设置在感光器件3所处的像素17的左右两边，X方向信号线Xn与扫描信号线19分别设置在像素17的上下两边，因而使得薄膜晶体管16和感光器件3分别处于像素17的对角上。

下面简述一下本显示装置的工作原理：

操作光束发生装置2产生小面积、且具有一定强度或颜色的操作光束4，进行操控；

当操作光束4照射到显示屏1的显示面上的某个位置时，入射该位置上的感光器件3的光强度相对环境光产生了增强，或者光的波长分布相对环境光产生了变化，使得该感光器件3产生感光信号；

监测装置检测到操作光束4所照射到的感光器件3的感光信号，从而确定了操作光束4照射到的感光器件3，提取监测装置中存储的该感光器件3的位置坐标信息，得到操作光束4照射在显示屏1上的位置坐标信息，实现了通过操作光束4对显示屏1上位置坐标的选择与输入。基于结点引出方式，可采用互动监测法监测信号，如图14所示，具体为：监测的总过程是按照监测周期T不断循环的，每个监测周期T内至少包含跟X方向信号线Xn的数量相同的多个等间距小时间段t；在每个监测周期T内按顺序逐一给每条X方向信号线Xn施加恒压高电平信号，并且每条X方向信号线Xn施加恒压高电平的总时间是相同的，均为t，而未被施加恒压高电平的其它时间内均接地；每条Y方向信号线Ym都与相对独立的一个直流电流采样器一端相连，直流电流采样器的另一端通过一个电阻串连接地，即可在每条X方向信号线Xn施加恒压高电平的时间内采样到Y方向上的多路相对独立的监测信号，并将这些监测信号与基准参考信号进行比对运算，监测信号超出基准参考信号波动范围即判定为异常监测信号，异常监测信号所在Y方向信号线Ym便可判定为显示面上被选中的Y方向信号线Ym位置；而该异常监测信号获取时，所对应的被施加恒压高电平的X方向信号线Xn便可判定为显示面上被选中的X方向信号线Xn位置；如此，每完成一次监测周期T的信号监测与比对运算后，便可监测出显示面1上被选中的所有监测点(即操作光束4照射到的感光器件3)的具体坐标位置，从而得到该感光器件3的位置坐标信息。基准参考信号可以(但不限于)在显示装置启动后，进行软硬件校正时，不选择显示面1上的任何一个点，在此种状态下进行如上至少一个监测周期T的信号监测，所采样到的监测信号取平均值，将该平均值保存为基准参考信号。

监测装置监测出的具体坐标位置(即对应的感光器件3的位置坐标信息)被传输给上位机用于运算控制，用于控制显示屏1做出相应的反应。

感光器件3的工作原理是：硅薄膜31在光照的条件下，会产生光致载流子，从而改变了感光器件3的导电特性；当第一引出电极32和第二引出电极33之间存在电压时，感光沟道34中的电场将会导致光致载流子的漂移，形成电流；在保持电压一定的情况下，漂移电流正比于光致载流子的浓度；而对于一定波长的光，光致载流子的浓度与由感光窗口35进入感光沟道34的光子数(即光的亮度)也是成正比的；因此，在第一引出电极32和第二引出电极33之间加上一定电压，并且检测通过引出电极的电流，可以间接地得到进入感光窗口35的光的亮度的信息，从而实现感光器件3的功能。

实施例2

本实施例中，采用串联引出方式将感光阵列的信号引出到监测装置，如图15所示，其特点为：感光阵列包含Y感光子矩阵和X感光子矩阵两套相互嵌套的子矩阵，两套子矩阵分别由Y感光器件3-1和X感光器件3-2组成(一个感光器件3对应一个位置坐标信息，其中Y感光器件3-1的位置坐标信息只包含Y轴坐标，X感光器件3-2只包含X轴坐标)，并为Y感光子矩阵配置X方向信号线Xn(Xn1、Xn2、Xn3……)，为X感光子矩阵配置Y方向信号线Ym(Ym1、Ym2、Ym3……)；Y感光子矩阵中，每行的Y感光器件3-1通过该行的X方向信号线Xn串连，并将其从矩阵左右两端引出；X感光子矩阵中，每列的X感光器件3-2通过Y方向信号线Ym串连，并将其从矩阵上下两端引出。可利用薄膜晶体管16所必需的金属导电层来形成X方向信号线和Y方向信号线，这些信号线最终需要连接到具有运算处理功能的监测装置上，并且采用一定的方式对其进行监测。

对X感光器件3-2、Y感光器件3-1的位置，以及感光器件3(包括X感光器件3-2和Y感光器件3-1)与信号线的连接方式作下述设置：

X感光器件3-2、Y感光器件3-1设置在同一个像素17的不同位置，也可以分开设置在确定位置的不同的像素17中，因而X感光矩阵和Y感光矩阵都自然而然地与像素矩阵套合。

本实施例采用将X感光器件3-2、Y感光器件3-1设置在同一个像素17的设计，基于像素开口率的最优化设计，感光器件3(包括X感光器件3-2和Y感光器件3-1)设置在像素17中并引出的布局方式如图16(单层过孔方式)和图17(双层过孔方式)所示，其特征为：Y方向信号线Ym与数据信号线18分别设置在感光器件3所处的像素17的左右两边，X方向信号线Xn与扫描信号线19分别设置在像素17的上下两边，因而使得薄膜晶体管16和感光器件3分别处于像素17的对角上。

本实施例中，显示屏1、薄膜晶体管16、感光器件3采用与实施例1相同的结构。

基于串联引出方式，可采用独立监测法监测信号，如图18所示，具体为：任何一条信号线(包括X方向信号线Xn和Y方向信号线Ym)的一端施加直流恒压源，另一端与相对独立的一个直流电流采样器一端相连，直流电流采样器的另一端通过一个电阻串连接地，即可得到该信号线上相对独立的监测信号；监测的总过程是按照一定周期时间T不断循环监测，每个监测周期T内至少包含跟X方向信号线Xn和Y方向信号线Ym的总数量相同的多个等间距小时间段t；在监测周期T内按顺序逐一监测每条X方向信号线Xn的信号，然后再按顺序逐一监测每条Y方向信号线Ym的信号，并且每条信号线监测的时间均t，而信号线未被监测的其它时间内均接地；监测时每条X方向信号线Xn和Y方向信号线Ym均相互独立；任何一条信号线的一端施加直流恒压源，另一端与相对独立的一个直流电流采样器一端相连，直流电流采样器的另一端通过一个电阻串连接地，即可得到该信号线上相对独立的监测信号。当某个X感光器件3-2所在的Y方向信号线和Y感光器件3-1所在的X方向信号线均监测到异常监测信号时，即可分别判定为显示面1上被选中像素17的Y方向信号线Ym和X方向信号线Xn的位置，从而确定操作光束4照射点的X轴坐标和Y轴坐标。如此，每完成一次监测周期T的信号监测与比对运算后，便可监测出显示面1上被选中的所有监测点(即操作光束4照射到的像素17)的具体坐标位置，从而得到其位置坐标信息。

实施例3

在实施例1的基础上，仅将感光器件3的结构作改进，如图19和图20所示，感光器件3的特征为：在两个引出电极(即第一引出电极32和第二引出电极33)和硅薄膜之间都设置有欧姆接触层38，并且令欧姆接触层38部分延伸至感光窗口。

由于欧姆接触层38的延伸部分381具有透光性和导电性，故光可以透过该延伸部分381射到感光沟道34中并激发出光致载流子，光致载流子可以垂直运动至欧姆接触层38的延伸部分381，并且由欧姆接触层38的导电性将其导入引出电极。采用这种设计方案可以提高两个电极之间的光致漏电流的强度，具有改善感光信号或缩小感光器件的尺寸优点。

本实施例的其余结构及工作原理与实施例1相同。

另外，本实施例的感光器件3也可结合到实施例2。

实施例4

本实施例与实施例1的不同点在于：感光器件3的引出电极(即第一引出电极32和第二引出电极33)采用后透明导电层11形成，其结构如图21和图22所示：感光器件3包括遮光板36、绝缘层37、硅薄膜31、第一引出电极32和第二引出电极33；其中，遮光板36设置在硅薄膜31下方，绝缘层37设置在遮光板36和硅薄膜31之间，绝缘层37将遮光板36和硅薄膜31隔开，第一引出电极32、第二引出电极33设置在硅薄膜31上方。

由于后透明导电层11的透光性和导电性，故光可以透过引出电极直接入射到感光沟道中并激发出光致载流子，光致载流子可以垂直运动至引出电极；相对于实施例1、2中的感光器件3，可避免电流必须流经金属引出电极以下没有产生光致载流子的区域，从而提高了光致漏电流的强度；而相比于实施例3的感光器件3，则简化了器件的结构(即减少了欧姆接触层38)。

上述结构的感光器件3可与结点引出方式相结合，也可与串联引出方式相结合。下面以结点引出方式作说明，其引线可以采用下述几种方式：方式一、X方向信号线Xn设置在第一金属层131，Y方向信号线Ym设置在第二金属层135；方式二、X方向信号线Xn设置在第一金属层131，Y方向信号线Ym设置在后透明导电层11；方式三、X方向信号线Xn设置在后透明导电层11，Y方向信号线Ym设置在第二金属层135。

考虑到后透明导电层11所采用的材料，其电阻率比金属层大，故在本实施例优选采用方式一进行引线，而引出电极与X方向信号线Xn的连接需要采用双层过孔方式(即绝缘层、保护层双层过孔)，与Y方向信号线Ym的连接需要采用保护层过孔方式。其在像素中的布局及引出方式可参照图12进行，使得薄膜晶体管16和感光器件3分别处于像素17的对角上。

实施例5

优选采用至少能发射两种颜色光束的装置，这样可以通过对感光器件波长选择性的设计，使得其中一种颜色的激光不产生感光信号，仅用于操作者通过其反射光进行的定位，而其他颜色的光则用于产生至少一种感光信号，实现位置信息甚至更多类型的操作信息的输入。为了实现这种功能，在本实施例中，在感光器件3的感光窗口35上覆盖上一层对光具有波长选择性透过的滤色层，则可以实现感光器件3对入射光颜色的选择性，从而使得只有某种颜色的光才能使感光器件3产生感光信号。

如图23所示，本实施例的感光器件3在实施例1的感光器件3的基础上进行改进，即在感光器件3的感光窗口35上覆盖有一层滤色膜39；优选滤色膜39设置在保护层12之上。类似的，在实施例3～4的感光器件3的基础上进行上述改进，也是可行的，在此不做重复说明。

滤色膜39在操作光束4的波长附近具有较高透光率，而在定位光束的波长附近具有较低透光率。在操作光束发生装置2可以发射操作光束4和定位光束的情况下，可以区分出操作光束4和定位光束，并在操作光束4的作用下产生感光信号，而在定位光束的照射下不产生感光信号。这样定位光束只用于定位，操控时，先使操作光束发生装置2发射定位光束，对准显示屏1上所要选择的位置后，在使操作光束发生装置2发射操作光束4进行控制。

考虑到光子对载流子的激发作用，一般采用光子能量高的光束作为操作光束，而光子能量低的光束作为定位光束。这里提供一种实现方案：令操作光束为波长532nm左右的绿色激光，定位光束为波长665nm左右的红色激光，而滤色膜39采用对绿色激光透光率较高、而对红色激光的透光率较低的材料，可采用“有机树脂+染料”来实现，优选其对绿色激光的透光率＞50％，而对红色激光的透光率＜10％。当红色激光作为定位光束照射在显示屏1上时候，当光照射到某个感光器件3时，在进入感光窗口35前已被滤色膜39吸收掉大部分光子，只有少量的光子能够进入感光沟道34并导致极小的漏电流，通过对上述基准参考信号波动范围的设置，使得该漏电流不会被认为是有效的感光信号；而对于绿色激光作为操作光束4照射的情况，由于大量的光子都不会被滤色膜39吸收掉，从而可以进入感光沟道34，激发了较多的载流子，导致了较大的漏电流，并且通过对上述基准参考信号波动范围的设置使得该漏电流被认为是有效的感光信号，从而产生了操控动作。

上述仅仅提到采用光的颜色进行定位光束和操作光束4的区分，而实际使用上，还可以优选通过合理配置两种光束的强度、结合其颜色来达到更加准确的区分。

实际上，如果显示屏1采用了三基色彩色滤光膜的透射型或透反型彩色液晶显示器，并且彩色滤光膜设置在保护层12之上，在制造上是很容易将本实施例的感光器件3结合到其中的，具体做法为：选用其中一种颜色的彩色滤光膜作为感光器件3的滤色膜39。

另外，操作光束4可以包含两种以上颜色的光，用于产生两种以上种感光信号，实现位置信息甚至更多类型的操作信息的输入。

实施例6

在显示屏1为采用了三基色彩色滤光膜的透射型或透反型彩色液晶显示器、并且三基色彩色滤光膜设于前基板6上的情况下，可采用三基色彩色滤光膜中的某个彩色滤光膜40作为感光器件3的滤色层，以达到简化设计和工艺的目的。如图24所示，此时可对感光器件3作如下改进：彩色滤光膜40设于前基板6上，优选彩色滤光膜40设置在前透明导电层7与前基板6之间；感光器件3的感光窗口35与彩色滤光膜40相应部位(该部位构成感光器件3的滤色膜39)的面积对应。

本实施例可采用与实施例5相同的方式进行操控(即操作光束发生装置2发射操作光束4和定位光束)。

实施例7

对于实施例5、6，如果将显示屏1的彩色滤光膜的三种基色分别按照一定的排列规律，设置为不同感光器件3的滤色膜，则构成了可以感应并辨认彩色操作光束的显示装置。

本实施例在实施例6的基础上进行改进，使得每个像素17都包含一个感光器件3，其特征为：每个感光器件3的滤色膜与所处像素17的彩色滤光膜40采用的是相同的材料及膜层。因而，感光阵列也就依照三种原色的像素阵列被分为三种原色的感光子阵列，在三种原色为红色、绿色、蓝色的情况下，将相应的感光子阵列称为R感光子阵列、G感光子阵列、B感光子阵列，相应的感光器件称为R感光器件3R、G感光器件3G、B感光器件3B，相应的像素分为红色像素17R、绿色像素17G、蓝色像素17B；也就是说，R感光子阵列采用显示屏1本身具有的红色滤光膜作为滤色膜，G感光子阵列采用显示屏1本身具有的绿色滤光膜作为滤色膜，B感光子阵列采用显示屏1本身具有的蓝色滤光膜作为滤色膜。本实施例中，包含感光器件3的像素结构如图25所示。

以上实施例1-7均采用内嵌式光感应装置。其它实施方式中，各感光器件也可设置在与显示屏的显示面相互平行的面上，例如，光感应装置可以设置在显示屏的前方并贴近显示屏(即采用外挂式)，光感应装置与显示屏之间相互独立的；感光器件可采用现有的光敏电阻、感光二极管等器件，也可采用其它结构的感光器件；显示屏可以采用现有其它类型的各种显示器，如无源驱动液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OELD)、阴极射线管显示器等。

另外，感光器件的位置可以按照需要随意设置(通常与显示屏的像素位置相对应)，并不局限于矩阵形式的排列。

在其它实施方式中，也可采用较小面积的遮掩物进行操控，当遮掩物接近或者接触显示屏的显示面上的某个位置时，使得该位置上的感光器件的入射环境光消失或者减弱，这种光的变化也会使感光器件产生电信号的变化，使得该感光器件产生感光信号；而监测装置可以检测到遮掩物所遮掩的的感光器件的感光信号，从而确定了遮掩物在显示屏上的位置，并得到遮掩物在显示屏上的位置坐标信息，实现了通过遮掩物对显示屏上位置坐标的选择与输入。

Claims (10)

1.一种内置感应的显示装置，包括显示屏，其特征是：所述显示装置还包括光感应装置和监测装置；光感应装置包括多个感光器件，各感光器件设置在显示屏的显示面上或者设置在与显示屏的显示面相互平行的面上；感光器件感应入射光的变化，并产生感光信号；监测装置对每个感光器件的电信号进行监测，当监测到某个感光器件产生的感光信号时，提取监测装置中存储的该感光器件的位置坐标信息，并对外反馈出该感光器件的位置坐标信息。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征是：所述显示装置还包括能够产生操作光束的操作光束发生装置。

3.根据权利要求1或2所述的显示装置，其特征是：所述显示屏是包含薄膜晶体管的平板显示屏，平板显示屏包括薄膜晶体管层和至少一个透明导电层；薄膜晶体管层包括一层硅薄膜层以及若干个金属导电层，薄膜晶体管层包含多个薄膜晶体管；所述感光器件包含硅薄膜，在硅薄膜上设置有两个引出电极，两个引出电极之间光能够照射到的硅薄膜内部区域构成感光沟道，在硅薄膜上方光能够进入感光沟道的区域构成感光窗口；感光器件中的硅薄膜采用薄膜晶体管层中的硅薄膜层形成。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征是：所述感光器件中的两个引出电极采用平板显示屏中的一个透明导电层或薄膜晶体管层中的一个金属导电层形成。

5.根据权利要求3所述的显示装置，其特征是：所述显示屏包括依次叠合的前偏振片、前基板、前透明导电层、前配向层、液晶层、后配向层、后透明导电层、保护层、薄膜晶体管层、后基板和后偏振片；薄膜晶体管层自后至前依次包括第一金属层、绝缘薄膜层、硅薄膜层、欧姆接触薄膜层和第二金属层；薄膜晶体管包括栅极、源极、漏极、硅薄膜、绝缘层、欧姆接触层，栅极设置在硅薄膜下方，绝缘层设于栅极与硅薄膜之间，源极和漏极设置在硅薄膜上方，欧姆接触层设置在源极及漏极与硅薄膜之间，栅极采用第一金属层形成，源极、漏极均采用第二金属层形成，硅薄膜采用硅薄膜层形成，绝缘层采用绝缘薄膜层形成；欧姆接触层采用欧姆接触薄膜层形成。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征是：所述感光器件包括遮光板、绝缘层、硅薄膜、第一引出电极、第二引出电极和欧姆接触层，遮光板设置在硅薄膜下方，绝缘层设置在遮光板和硅薄膜之间，第一引出电极、第二引出电极设置在硅薄膜上方，欧姆接触层设置在两引出电极与硅薄膜之间；感光器件中，遮光板采用第一金属层形成，绝缘层采用绝缘薄膜层形成，硅薄膜采用硅薄膜层形成，第一引出电极、第二引出电极均采用第二金属层形成，欧姆接触层采用欧姆接触薄膜层形成。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征是：所述硅薄膜的宽度小于两个引出电极的宽度。

8.根据权利要求6所述的显示装置，其特征是：所述欧姆接触层部分延伸至感光窗口。

9.根据权利要求5所述的显示装置，其特征是：所述感光器件包括遮光板、绝缘层、硅薄膜、第一引出电极和第二引出电极，遮光板设置在硅薄膜下方，绝缘层设置在遮光板和硅薄膜之间，第一引出电极、第二引出电极设置在硅薄膜上方；遮光板采用第一金属层形成，绝缘层采用绝缘薄膜层形成，硅薄膜采用硅薄膜层形成，第一引出电极和第二引出电极采用后透明导电层形成。

10.根据权利要求6所述的显示装置，其特征是：所述感光器件的感光窗口上覆盖有一层滤色膜。

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