CN101825973B - 带位置检测功能的显示装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了带位置检测功能的显示装置和电子设备，其可改良位置检测用的受光元件的构成并实现小型化及低成本化。带位置检测功能的显示装置100具有光学式位置检测装置10和图像生成装置200，作为光学式位置检测装置10的受光元件15，采用在电光面板20形成的受光元件。因而，不必外装受光元件。另外，受光元件15在电光面板20的图像显示区域20R的内侧形成，因此可以可靠地接受对象物体Ob反射的位置检测用红外光L2a～L2d。

Description

带位置检测功能的显示装置和电子设备
技术领域
本发明涉及具备光学式位置检测装置的带位置检测功能的显示装置及具备该带位置检测功能的显示装置的电子设备。
背景技术
最近，在便携电话、导航仪、个人电脑、售票机、银行的终端等的电子设备中，在液晶装置等的图像生成装置的前面采用配置了触摸面板的带位置检测功能的显示装置，该带位置检测功能的显示装置中，参照图像生成装置显示的图像的同时进行信息的输入。这样的触摸面板构成为用于检测检测区域内对象物体的位置的位置检测装置。
该位置检测装置的检测方式已知有电阻膜方式、超声波方式、静电电容方式、光学式等。电阻膜方式成本低，但是与静电电容方式一样透过率低，超声波方式和静电电容方式具有高响应速度，但是耐环境性低下。相对地，光学式具有可提高耐环境性、透过率、响应速度的特征(参照专利文献1、2)。
专利文献1：日本特开2004-295644号公报。
专利文献2：日本特开2004-303172号公报。
但是，专利文献1、2记载的光学式位置检测装置中，采用了对电光面板外装受光元件的构成，因此，至少存在搭载受光元件的空间量使得厚度方向或者外形上光学式位置检测装置的尺寸大型化的问题。另外，对电光面板外装受光元件的构成中，也存在成本增大的问题。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的课题是提供可改良位置检测用的受光元件的构成并实现小型化及低成本化的带位置检测功能的显示装置及具备该带位置检测功能的显示装置的电子设备。
为了解决上述课题，本发明的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，具有：光学式位置检测装置，其具备交替出射光量沿规定的方向衰减的位置检测用红外光和光量沿上述规定的方向的逆方向衰减的位置检测用红外光的位置检测用光源和接收由检测区域内的对象物体反射的上述位置检测用红外光的受光元件，并根据该受光元件的光量的检测结果来检测对象物体的位置；和图像生成装置，其在与上述检测区域重叠的区域具备电光面板的图像显示区域；上述受光元件包括在上述电光面板形成的半导体元件。
本发明中，利用具有光学式位置检测装置和图像生成装置的情况，作为光学式位置检测装置的受光元件，采用在电光面板形成的半导体元件。因而，不必外装受光元件，从而，搭载受光元件的空间量可以使带位置检测功能的显示装置及光学式位置检测装置的厚度方向或者外形的尺寸小型化。另外，不必对电光面板等外装受光元件，因此可以低成本化。
本发明中，上述受光元件最好在上述电光面板中形成了像素电极的基板上形成。在上述电光面板中形成了像素电极的基板上，也形成像素开关用的晶体管等，因此，可以利用像素开关用的晶体管的制造工序的一部分来形成受光元件。从而，即使在电光面板形成受光元件，也可以将制造工序数的增大抑制在最小限度。
本发明中，上述受光元件最好在上述电光面板的上述图像显示区域的内侧形成。由于电光面板的图像显示区域和光学式位置检测装置的检测区域重叠，因此，若在图像显示区域内形成受光元件，则可以可靠地接受对象物体反射的位置检测用红外光。
本发明中，上述受光元件有在上述电光面板形成一个的情况，也有在电光面板形成多个的情况。
本发明中，最好上述受光元件在上述电光面板形成多个，由上述多个受光元件独立接受上述检测区域内的2个以上的对象物体各自反射的上述位置检测用红外光，从而检测该2个以上的对象物体的各自位置。根据该构成，由于可检测检测区域内的2个以上的对象物体的各自位置，因此可以进行利用了2个以上的对象物体的相对动作的信息输入。
本发明中，最好上述电光面板具有与不同的多个色对应的像素，上述受光元件在与同一色对应的像素内形成。若采用该构成，例如，在形成了受光元件的像素中即使像素开口率(像素内可出射显示光的区域所占比例)低，由于可以进行对与相应色的像素对应的图像信号进行补正来提高辉度等的对策，因此可以显示高品质的彩色图像。另外，在存在红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的像素时，这3色中，若在观察性最高的绿色(G)的像素中形成受光元件，则即使绿色(G)的像素的像素开口率低，也可以显示高品质的彩色图像。
本发明中，最好相对于上述电光面板，在上述检测区域的位置侧的相反侧，上述光学式位置检测装置具有：具备从上述位置检测用光源出射的上述位置检测用红外光向内部入射的光入射面和从该光入射面入射的上述位置检测用红外光向上述检测区域出射的光出射面的导光板。若按照该构成，则位置检测用红外光从导光板的光出射面出射并由在导光板的出射侧配置的对象物体反射后，该反射光由受光元件进行检测。这里，位置检测用红外光在导光板中传播到出射为止的衰减率因位置而异。从而，根据受光元件的检测结果，可以检测对象物体的位置。因此，由于不必沿检测区域配置大量光学元件，因此可以低成本地构成位置检测装置。
本发明中，作为上述位置检测用光源，最好具有出射上述第1位置检测用红外光的第1位置检测用光源和出射上述第2位置检测用红外光的第2位置检测用光源。若按照该构成，则根据基于第1位置检测用光源的检测结果和基于第2位置检测用红外光的检测结果的光量比、相位差等，可以正确检测第1位置检测用光源和第2位置检测用光源的相离方向上对象物体的接近位置。
本发明中，最好具备2组上述第1位置检测用光源和上述第2位置检测用光源组成的光源对，该2组光源对朝向出射光轴交差的方向。若按照该构成，则根据基于一方的光源对的第1位置检测用光源的检测结果和基于第2位置检测用红外光的检测结果的光量比、相位差等，可以检测一方的光源对中第1位置检测用光源和第2位置检测用光源的相离方向上对象物体的接近位置。另外，根据基于另一方的光源对的第1位置检测用光源的检测结果和基于第2位置检测用红外光的检测结果的光量比、相位差等，可以检测另一方的光源对中第1位置检测用光源和第2位置检测用光源的相离方向上对象物体的接近位置。
本发明的带位置检测功能的显示装置用于便携电话、导航仪、个人电脑、售票机、银行的终端等的电子设备。
附图说明
图1是示意表示本发明第1实施方式的带位置检测功能的显示装置的构成的分解立体图。
图2(a)、(b)分别是示意表示本发明第1实施方式的带位置检测功能的显示装置的截面构成的截面图及表示导光板内的位置检测用红外光的衰减状态的说明图。
图3是表示本发明第1实施方式的带位置检测功能的显示装置的电光面板的电气构成的说明图。
图4是表示本发明第1实施方式的带位置检测功能的显示装置的电光面板的像素构成的截面图。
图5是示意表示本发明第2实施方式的带位置检测功能的显示装置的构成的分解立体图。
图6是示意表示本发明第2实施方式的带位置检测功能的显示装置的截面构成的截面图。
图7是表示本发明第2实施方式的带位置检测功能的显示装置的电光面板的电气构成的说明图。
图8是采用了本发明的带位置检测功能的显示装置的电子设备的说明图。
符号说明
10  光学式位置检测装置，10R  检测区域，11  照明用光源，12A、12B、12C、12D  位置检测用光源，13  导光板，13a、13b、13c、13d  光入射部，13s  光出射面，15  受光元件，15a  受光部，20  电光面板，20a  像素，20R  图像显示区域，21  元件基板，22  对向基板，41  照明用光源，43  照明用导光板，200  图像生成装置，L2a、L2b、L2c、L2d  位置检测用红外光，L4  照明光。
具体实施方式
接着，参照附图详细说明本发明的实施方式。
[第1实施方式]
(全体构成)
图1是示意表示本发明第1实施方式的带位置检测功能的显示装置的构成的分解立体图。图2(a)、(b)分别是示意表示本发明第1实施方式的带位置检测功能的显示装置的截面构成的截面图及导光板内的位置检测用红外光的衰减状态的说明图。
在图1和图2(a)中，本方式的带位置检测功能的显示装置100具有光学式位置检测装置10和图像生成装置200，光学式位置检测装置10根据例如由图像生成装置200显示的图像，在指等的对象物体Ob接近检测区域10R时，检测对象物体Ob的平面位置。
该光学式位置检测装置10具有：发出位置检测用红外光L2a～L2d的位置检测用光源12A～12D；在周围的端面部具有入射位置检测用红外光L2a～L2d的光入射部13a～13d的导光板13；以及在检测区域10R朝向受光部15a的受光元件15；导光板13在一方的表面(图示的上表面)具备出射在内部传播的位置检测用红外光L2a～L2d的光出射面13s。位置检测用光源12A～12D配置为与光入射部13a～13d对向，最好配置为与光入射部13a～13d紧密接触。
导光板13包括聚碳酸酯、丙烯酸树脂等的透明树脂板。导光板13中，在光出射面13s或光出射面13s的相反侧的背面13t，设置表面凹凸构造、棱镜构造、散射层(未图示)等，通过这样的光散射构造，从光入射部13a～13d入射并在内部传播的光随着进入该传播方向而逐渐偏向，从光出射面13s出射。在导光板13的背后配置由反射片等构成的反射板14，反射板14起到使从导光板13的背面13t出射的位置检测用红外光L2a～L2d返回导光板13的内部的功能。
本方式中，导光板13具有具备4个边部13i～13l的近似四边形的平面形状，四边形的4个角部13e～13h分别成为光入射部13a～13d。这里，光入射部13a～13d由例如除去导光板13的角部13e～13h后形成的端面(光入射面)构成。
位置检测用光源12A～12D由例如LED(发光二极管)等的发光元件构成，根据从驱动电路(未图示)输出的驱动信号，发出位置检测用红外光L2a～L2d。这里，位置检测用红外光L2a～L2d最好具有可通过指、触摸笔等的对象物体Ob高效地反射的波段。例如，对象物体Ob如果是指等的人体，则期望是在人体的表面反射率高的红外线，例如波长850nm附近的近红外线。
位置检测用光源12A～12D本质上设置多个，构成为从互异位置发出位置检测用红外光。本方式中，4个位置检测用光源12A～12D中，任意的2个位置检测用光源成对地构成第1光源对，其他2个位置检测用光源成对构成第2光源对。本方式中，在导光板13的对角位置配置的位置检测用光源12A、12B构成第1光源对，其他2个位置检测用光源12C、12D构成第2光源对。该场合，第1光源对中，2个位置检测用光源12A、12B的一方用作第1位置检测用光源，另一方用作第2位置检测用光源。从而，第1光源对中，位置检测用红外光L2a与第1位置检测用红外光相当，位置检测用红外光L2b与第2位置检测用红外光相当。另外，导光板13的光入射部13a、13b的一方与第1光入射部相当，另一方与第2光入射部相当。因而，第1源对中，第1位置检测用光源12A和第2位置检测用光源12B处于夹着导光板13而对向的状态。
另外，第2光源对中，2个位置检测用光源12C、12D的一方用作第1位置检测用光源，另一方用作第2位置检测用光源。从而，第2光源对中，位置检测用红外光L2c与第1位置检测用红外光相当，位置检测用红外光L2d与第2位置检测用红外光相当。另外，导光板13的光入射部13c、13d的一方与第1光入射部相当，另一方与第2光入射部相当。因而，第2光源对中，第1位置检测用光源12C和第2位置检测用光源12D处于夹着导光板13而对向的状态。
这样构成的带位置检测功能的显示装置100中，第1光源对中的中心光轴和第2光源对中的中心光轴相互交差。因而，第1位置检测用红外光L2a和第2位置检测用红外光L2b在导光板13的内部，沿着箭头X所示方向相互逆向传播，沿这些传播方向逐渐从光出射面13s出射。相对地，第1位置检测用红外光L2c和第2位置检测用红外光L2d沿着与箭头X所示方向交差的方向(箭头Y所示方向)相互逆向传播，沿这些传播方向逐渐从光出射面13s出射。
本方式的带位置检测功能的显示装置100中，在导光板13的光出射侧，根据需要，配置用于实现位置检测用红外光L2a～L2d的均一化的光学片16。本方式中，作为光学片16，采用与导光板13的光出射面13s对向的第1棱镜片161、在导光板13位置侧的相反侧与第1棱镜片161对向的第2棱镜片162以及在导光板13位置侧的相反侧与第2棱镜片162对向的光散射板163。另外，相对于光学片16，在导光板13位置侧的相反侧，矩形框状的遮光片17配置在光学片16的周围。该遮光片17防止从位置检测用光源12A～12D出射的位置检测用红外光L2a～L2d泄漏。
(图像生成装置200的构成)
图像生成装置200，相对于光学片16(第1棱镜片161、第2棱镜片162及光散射板163)在导光板13位置侧的相反侧具有电光面板20。详细情况参照图3及图4如后述，电光面板20是透射型的液晶面板，具有由密封材料23贴合元件基板21和对向基板22并在基板间填充液晶24的构造。本方式中，电光面板20是有源矩阵型液晶面板，在元件基板21形成透光性的像素电极、数据线、扫描线、像素开关用的晶体管(未图示)，在对向基板22形成透光性的共用电极(未图示)。另外，像素电极及共用电极的双方也可以在元件基板21形成。该电光面板20中，经由扫描线对各像素输出扫描信号，经由数据线输出图像信号后，在多个像素中分别控制液晶24的取向。结果，在图像显示区域20R形成图像。
电光面板20中，在元件基板21设置从对向基板22的外形向周围延伸的基板延伸部21t。在该基板延伸部21t的表面上安装构成驱动电路等的电子部件25。另外，基板延伸部21t与挠性布线基板(FPC)等的布线部件26连接。另外，在元件基板21自身构成驱动电路时，在基板延伸部21t上仅仅安装布线部件26。另外，根据需要，在元件基板21及对向基板22的外面侧配置偏光板(未图示)。
这里，为了检测对象物体Ob的平面位置，必须将位置检测用红外光L2a～L2d向对象物体Ob进行操作的观察侧出射，电光面板20配置在导光板13及光学片16的观察侧(操作侧)。从而，电光面板20中，图像显示区域20R以可透过位置检测用红外光L2a～L2d的方式构成。
图像生成装置200具备用于照明电光面板20的照明装置40。本方式中，相对于导光板13，在电光面板20的位置侧的相反侧，照明装置40配置在导光板13和反射板14之间。
照明装置40具有照明用光源41和传播并出射从该照明用光源41发出的照明光的照明用导光板43，照明用导光板43具有矩形的平面形状。照明用光源41由例如LED(发光二极管)等的发光元件构成，根据从驱动电路(未图示)输出的驱动信号，发出例如白色的照明光L4。本方式中，照明用光源41沿照明用导光板43的边部43a排列多个。
如图2(a)所示，照明用导光板43在与边部43a邻接的光出射侧的表面部分(光出射面43s的边部43a侧的外周部)设置倾斜面43g，照明用导光板43向边部43a逐渐增加厚度。通过具有该倾斜面43g的入光构造，设有光出射面43s的部分的厚度的增加被抑制，同时使边部43a的高度与照明用光源41的光发出面的高度对应。
该照明装置40中，从照明用光源41出射的照明光，从照明用导光板43的边部43a入射到照明用导光板43的内部后，在照明用导光板43的内部向相反侧的外缘部43b传播，从一方的表面即光出射面43s出射。这里，照明用导光板43具有：从边部43a侧朝向相反侧的外缘部43b，相对于内部传播光，从光出射面43s出射的光的光量比率单调增加的导光构造。该导光构造通过沿着上述内部传播方向逐渐提高例如在照明用导光板43的光出射面43s或背面43t形成的光偏向用或光散射用的微细凹凸形状的折射面的面积、印刷的散射层的形成密度等来实现。通过设置这样的导光构造，从边部43a入射的照明光L4从光出射面43s大致均一地出射。
本方式中，照明用导光板43在电光面板20的观察侧的相反侧配置成与电光面板20的图像显示区域20R平面重叠，起所谓背光的功能。但是，也可以在电光面板20的观察侧配置照明用导光板43，构成所谓的前光功能。另外，本方式中，照明用导光板43配置在导光板13和反射板14之间，但是，也可以将照明用导光板43配置在光学片16和导光板13之间。另外，照明用导光板43和导光板13也可以构成为共用的导光板。另外，本方式中，在位置检测用红外光L2a～L2d和照明光L4之间共用光学片16。但是，在照明用导光板43的光出射侧，也可以配置与上述的光学片16独立的其他专用的光学片。这是因为，照明用导光板43中，为了使从光出射面43s出射的照明光L4的平面辉度均-化，往往采用具有充分光散射作用的光散射板，但是，位置检测用的导光板13中，如果从光出射面13s出射的位置检测用红外光L2a～L2d散射，则妨碍位置检测。因而，由于必须不设置光散射板或者采用具有比较轻度的光散射作用的光散射板，光散射板最好作为照明用导光板43的专用品。但是，棱镜片(第1棱镜片161、第2棱镜片162)等具有会聚作用的光学片也可以共用。
(检测区域的结构)
如图2(a)所示，在电光面板20的观察侧(操作侧)配置具有光透过性的安装板30，在安装板30的观察侧(操作侧)，配置由用于保持固定带位置检测功能的显示装置100的框体或搭载带位置检测功能的显示装置100的电子设备的筐体等构成的表面板31(图2(a)中用点划线表示)。在表面板31，形成使安装板30中的光学式位置检测装置10的检测区域10R及电光面板20的图像显示区域20R露出的开口部31a。
检测区域10R是位置检测用红外光L2a～L2d向观察侧(操作侧)出射的平面范围，是对象物体Ob的反射光可产生的平面范围。本方式中，检测区域10R的平面形状是矩形，具有四个边部。邻接的各边的角部的内角形成90度，该内角与导光板13的角部13e～13h的内角为同一角度。但是，角部的内角由表面板31的开口部31a的角部规定，因此，可以与导光板13的角部13e～13h的内角独立地进行设定。
本方式中，检测区域10R由表面板31的开口部31a规定，但是，对于由导光板13的光出射面13s自身规定的构成、由电光面板20的位置检测用红外光的透过区域规定的构成、由其他遮光部件规定的构成等，只要是结果为位置检测用红外光向观察侧(操作侧)出射的范围，其方式没有特别限定。另外，也可以不设置安装板30或表面板31。例如，也可以采用不设置安装板30而使电光面板20直接露出的构造。
本方式中，电光面板20的图像显示区域20R是电光面板20中使显示图像显示的平面范围。本方式中，图像显示区域20R是具有四个边的矩形，具有与检测区域10R相同的形状，其位置与检测区域10R在平面上完全一致。但是，检测区域10R和图像显示区域20R也可以至少一部分在平面上重叠。
(电光面板20的构成)
图3是表示本发明实施方式1的带位置检测功能的显示装置100的电光面板20的电气构成的说明图。
参照图1及图2(a)说明的图像生成装置200中，电光面板20是透射型的液晶面板，如图3所示，其中央区域形成由多个像素20a矩阵状排列的图像显示区域20R。该电光面板20中，在元件基板21上，多根数据线6a及多根扫描线3a纵横延伸，在它们的交点对应的位置构成像素20a。在多个像素20a中，分别形成作为像素开关元件的薄膜晶体管20t及像素电极9a。薄膜晶体管20t的源极与数据线6a电气连接，薄膜晶体管20t的栅极与扫描线3a电气连接，薄膜晶体管20t的漏极与像素电极9a电气连接。
该元件基板21中，数据线6a与数据线驱动电路101连接，扫描线3a与扫描线驱动电路104连接。这里，数据线驱动电路101及扫描线驱动电路104除了由与薄膜晶体管20t同时形成的晶体管构成外，也有内置于图1所示电子部件25的情况。
各像素20a中，像素电极9a与在图1所示的对向基板22上形成的共用电极隔着液晶对向，构成液晶电容20c。另外，为了防止由液晶电容20c保持的图像信号泄漏，在各像素20a附加了与液晶电容20c并排的保持电容20e。本方式中，为了构成保持电容20e，以与扫描线3a并排的方式形成电容线3b，该电容线3b与共用电位线(未图示)连接，保持在规定的电位。另外，保持电容20e也有在前级的扫描线3a之间形成的情况。
(像素结构)
图4是表示本发明第1实施方式的带位置检测功能的显示装置100的电光面板20的像素构成的截面图。如图4所示，元件基板21中，在玻璃等的透光性基板21d的表面形成包括硅氧化膜等的基层保护膜21e，并且在其表面侧，在与像素电极9a重叠的位置形成N沟道型的薄膜晶体管20t。薄膜晶体管20t中，在岛状的半导体膜1a形成源极区域1d及漏极区域1e。在半导体膜1a的上层形成包括硅氧化膜等的栅极绝缘膜21f，在栅极绝缘膜21f的上层形成扫描线3a。扫描线3a的一部分作为栅极电极，隔着栅极绝缘膜21f与沟道形成区域1b对向。
在薄膜晶体管20t的上层侧，形成层间绝缘膜21g、21h。在层间绝缘膜21h的表面形成数据线6a及漏极电极6b，数据线6a经由在层间绝缘膜21h形成的接触孔与源极区域1d电气连接。在层间绝缘膜21g的表面形成包括ITO膜的像素电极9a。像素电极9a经由在层间绝缘膜21g形成的接触孔与漏极电极6b电气连接，该漏极电极6b经由在层间绝缘膜21g及栅极绝缘膜21f形成的接触孔与漏极区域1e电气连接。与扫描线3a同层的电容线3b作为上电极，隔着与栅极绝缘膜21f同时形成的绝缘膜(电介质膜)与从漏极区域1e的延伸部分1f(下电极)对向，从而构成保持电容20e。
对向基板22中，在玻璃等的透光性基板22d上与像素电极9a间隔对向的位置形成称为黑矩阵等的遮光膜22a，在由该遮光膜22a包围的区域形成滤色器22e。对向基板22中，在遮光膜22a及滤色器22e的上层侧形成包括ITO膜的共用电极22f。在该对向基板22和元件基板21之间保持液晶24。
这样构成的电光面板20中，如图3所示，多个像素20a通过滤色器22e起到与红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)对向的子像素的功能。
(受光元件15的构成)
图1、图2(a)、图3及图4中，本方式的带位置检测功能的显示装置100中，光学式位置检测装置10的受光元件15包括在电光面板20形成的光电二极管。本方式中，受光元件15在元件基板21中的图像显示区域20R的内侧，形成于多个像素20a中的1个像素20a内。因而，在本方式的带位置检测功能的显示装置100及光学式位置检测装置10中未采用外装的受光元件。
构成该受光元件15时，本方式中，如图4所示，在元件基板21中的基层保护膜21e与栅极绝缘膜21f的层间形成PIN接合型光电二极管(半导体元件)。受光元件15中，在半导体膜1w上顺序排列N型区域1x、本征区域1y及P型区域1z。另外，相对于受光元件15，在层间绝缘膜21g的上层形成的布线6h、6i分别经由接触孔与N型区域1x及P型区域1z电气连接。相对于半导体膜1w，在透光性基板21d的位置侧，本方式中，在透光性基板21d与基层保护膜21e的层间，以与受光元件15重叠的方式形成钼膜、铝膜、钛膜、钨膜、钽膜、铬膜等的包括单层膜或者层叠膜等的遮光膜21i。因而，从导光板13出射的位置检测用红外光L2a～L2d不会直接入射本征区域1y。
该受光元件15中，半导体膜1w是与构成薄膜晶体管20t的半导体膜1a同时形成的多晶硅膜。N型区域1x是在形成薄膜晶体管20t的高浓度N型区域的同时形成的高浓度N型区域。P型区域1z是高浓度P型区域。在元件基板21上形成互补型薄膜晶体管的场合，在形成互补型薄膜晶体管的高浓度P型区域的同时形成P型区域1z。布线6h、6i是与数据线6a及漏极电极6b同时形成的金属膜。
这样构成的受光元件15，可检测从对向基板22的侧入射的位置检测用红外光L2a～L2d。这里，为了使受光元件15仅仅感应红外光而不感应可见光，例如，在本征区域1y中相对于位于对向基板22侧的受光部15a，在与对向基板22侧重叠的区域设置波长选择用的滤光器1u即可。
(检测原理)
参照图1及图2(a)、(b)，说明根据受光元件15的检测取得对象物体Ob的位置信息的方法。该位置信息的取得方法可以考虑各种方法，例如，作为一例，可例举根据二个位置检测用红外光的检测光量的比率求出它们的衰减系数的比率，根据该衰减系数的比率求出两位置检测用红外光的传播距离，从而求出连接对应的二个光源的方向的位置坐标的方法。
以下，以将位置检测用光源12A、12B分别用作第1位置检测用光源及第2位置检测用光源和将位置检测用红外光L2a、L2b分别用作第1位置检测用红外光及第2位置检测用红外光的情况为中心进行说明。
本方式的带位置检测功能的显示装置100中，从位置检测用光源12A～12D发出的位置检测用红外光L2a～L2d分别从光入射部13a～13d入射导光板13的内部，在导光板13的内部传播的同时，逐渐从光出射面13s出射。结果，位置检测用红外光L2a～L2d从光出射面13s面状发出。
例如，位置检测用红外光L2a从光入射部13a朝向光入射部13b在导光板13的内部传播的同时，逐渐从光出射面13s发出。另外，位置检测用红外光L2b从光入射部13b朝向光入射部13a在导光板13的内部传播的同时，逐渐从光出射面13s发出。
然后，位置检测用红外光L2a～L2d透过光学片16及电光面板20，从整个检测区域10R出射到安装板30的观察侧(操作侧)。从而，如果在安装板30的观察侧(操作侧)配置指等的对象物体Ob，则上述位置检测用红外光L2a～L2d通过对象物体Ob反射，该反射光的一部分由上述受光元件15进行检测。
此时，如图2(b)所示，从位置检测用光源12A、12B出射的位置检测用红外光L2a、L2b分别从导光板13的光出射面13s出射并前行。因而，出射到检测区域10R的位置检测用红外光L2a的光量如图2(b)的实线所示，随着离位置检测用光源12A的距离而衰减，出射到检测区域10R的位置检测用红外光L2b的光量如图2(b)的虚线所示，与离位置检测用光源12B的距离成正比例关系而衰减。
这里，若令第1位置检测用光源12A的控制量(例如电流量)、变换系数及发出光量为Ia、k及Ea，第2位置检测用光源12B的控制量(电流量)、变换系数及发出光量为Ib、k及Eb，则
Ea＝k·Ia
Eb＝k·Ib
另外，若令第1位置检测用红外光L2a的衰减系数及检测光量为fa及Ga，第2位置检测用红外光L2b的衰减系数及检测光量为fb及Gb，则
Ga＝fa·Ea＝fa·k·Ia
Gb＝fb·Eb＝fb·k·Ib
从而，若可检测受光元件15中两位置检测用红外光的检测光量的比即Ga/Gb，则成为
Ga/Gb＝(fa·Ea)/(fb·Eb)＝(fa/fb)·(Ia/Ib)
因此，若知道与发出光量的比Ea/Eb及控制量的比Ia/Ib相当的值，则知道衰减系数的比fa/fb。由于在该衰减系数的比与两位置检测用红外光的传播距离的比之间具有正相关，因此通过预先设定该相关关系，可以获得对象物体Ob的位置信息(从第1位置检测用光源朝向第2位置检测用光源的方向的位置坐标)。
作为求出上述衰减系数的比fa/fb的方法，例如，在使第1位置检测用光源12A和第2位置检测用光源12B反相闪烁(例如，使矩形波状或正弦波状的驱动信号通过可忽视由传播距离的差导致的相位差的频率而相互具有180度的相位差的动作)的基础上，解析检测光量的波形。更现实地，例如，固定一方的控制量Ia(Ia＝Im)，控制另一方的控制量Ib，使得检测波形成为无法观测即检测光量的比Ga/Gb成为1，从此时的控制量Ib＝Im·(fa/fb)导出上述衰减系数的比fa/fb。
另外，也可以控制使两控制量的和总是一定，即，满足下式
Im＝Ia+Ib
该场合，下式
Ib＝Im·fb/(fa+fb)
成立，因此，若令
fb/(fa+fb)＝α
则通过下式
fa/fb＝(1-α)/α
求出衰减系数的比。
本实施方式中，对象物体Ob的箭头X方向的位置信息通过相互反相驱动第1位置检测用光源12A和第2位置检测用光源12B而取得。另外，对象物体Ob的箭头Y方向的位置信息通过相互反相驱动第1位置检测用光源12C和第2位置检测用光源12D而取得。从而，控制系中可依次进行上述A向和B向的检测动作，取得对象物体Ob在平面上的位置坐标。
另外，在将位置检测用光源12A、12C作为第1位置检测用光源同相驱动、将位置检测用光源12B、12D作为第2位置检测用光源同相驱动、将第1位置检测用光源和第2位置检测用光源相互反相驱动进行检测的情况和将位置检测用光源12A、12D作为第1位置检测用光源同相驱动、将位置检测用光源12B、12C作为第2位置检测用光源同相驱动、将第1位置检测用光源和第2位置检测用光源相互反相驱动进行检测的情况之间切换，顺序求出坐标，也可以取得对象物体Ob在平面上的位置坐标。若采用同时点亮多个这样的位置检测用光源的构成，则与点亮1个位置检测用光源的构成相比，例如从第1位置检测用光源朝向对向的第2位置检测用光源的方向或者其逆方向的出射光量分布(位置检测用红外光的明暗倾斜分布)可在更广的范围适用，因此可以进行更准确的位置检测。
如上所述，根据由受光元件15检测的第1位置检测用红外光和第2位置检测用红外光的光量比取得对象物体Ob在检测区域10R内的平面位置信息时，例如，可以采用以微处理器单元(MPU)作为信号处理部，从而通过执行规定的软件(动作程序)进行处理的构成。另外，也可以采用由采用了逻辑电路等硬件的信号处理部进行处理的构成。该信号处理部可以作为带位置检测功能的显示装置100的一部分嵌入，也可以在搭载带位置检测功能的显示装置100的电子设备的内部构成。
另外，作为位置信息的取得方法，除了上述基于与导光板13的内部的传播距离对应的第1位置检测用红外光和第2位置检测用红外光的光量比的方法外，例如，也可以考虑基于与上述传播距离对应的第1位置检测用红外光和第2位置检测用红外光的相位差的方法。该场合，根据该相位差的大小和上述传播距离的差的关系，算出对象物体Ob的平面位置信息。
(本方式的主要效果)
如上所述，本方式的带位置检测功能的显示装置100，采用具有光学式位置检测装置10和图像生成装置200的装置，作为光学式位置检测装置10的受光元件15，采用在电光面板20形成的受光元件(光电二极管)。因而，不必外装受光元件，从而搭载受光元件的空间量可以使带位置检测功能的显示装置100及光学式位置检测装置10的厚度方向或者外形的尺寸小型化。另外，由于不必对电光面板20等外装受光元件，因此可以实现低成本化。
另外，受光元件15在电光面板20中形成了像素电极9a的元件基板21上形成。因而，可以利用像素开关用的薄膜晶体管20t的制造工序的一部分形成受光元件。从而，即使在电光面板20形成受光元件15，也可以将制造工序数的增大抑制在最小限度。
而且，受光元件15在电光面板20的图像显示区域20R的内侧形成，该图像显示区域20R和检测区域10R重叠。因而，若在图像显示区域20R内形成受光元件15，则可以可靠地接受对象物体Ob反射的位置检测用红外光L2a～L2d。
[第2实施方式]
图5是示意表示本发明第2实施方式的带位置检测功能的显示装置的构成的分解立体图。图6是示意表示本发明第2实施方式的带位置检测功能的显示装置的截面构成的截面图。另外，图6中，与多个受光元件15对应的布线6h、i用1根线简略表示。另外，本方式的基本构成与第1实施方式同样，共用部分附上同一符号，其说明省略。
如图5及图6所示，本方式的带位置检测功能的显示装置100也与实施方式1同样，具备光学式位置检测装置10和图像生成装置200，光学式位置检测装置10例如根据图像生成装置200显示的图像，在指等的对象物体Ob接近检测区域10R时，检测对象物体Ob的平面位置。另外，光学式位置检测装置10的受光元件15与第1实施方式同样，包括在电光面板20形成的受光元件(光电二极管)。
本方式中，受光元件15在电光面板20的元件基板21上形成多个，分别检测将检测区域10R分割后的多个区域10Ra中的对象物体Ob的位置。因而，如图6示意表示，对象物体Ob接近2个区域10Ra的各个时，受光元件15可以独立接受自身所属区域10Ra的对象物体Ob反射的位置检测用红外光L2a～L2d。因此，根据本方式，可以进行利用了检测区域10R内的2个以上的对象物体Ob的相对动作的信息输入。该场合，多个受光元件15的区域10Ra最好以不相互重叠的方式配置受光元件15。
构成该带位置检测功能的显示装置100时，本方式中，如图6，多个受光元件15都形成在绿色(G)的像素20a上。因而，绿色(G)对应的像素20a中，像素开口率(像素内可出射显示光的区域所占比例)低，但是本方式中，补正供给与绿色(G)对应的像素20a的图像信号，以补正像素开口率的降低导致的辉度降低。另外，本方式中，由于在观察性最高的绿色(G)的像素20a中形成受光元件15，因此即使绿色(G)的像素20a的像素开口率低，通过图像信号的补正，也可以确保绿色(G)光的充分辉度。因此根据本方式，可以显示高品质的彩色图像。
[其他实施方式]
本发明的光学式位置检测装置及带位置检测功能的显示装置100当然不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内可以进行各种变更。例如，上述实施方式中，在电光面板20的像素20a内形成受光元件15，但是也可以在电光面板20中像素显示区域20R外的区域形成受光元件15。另外，上述实施方式中，在电光面板20的元件基板21形成受光元件15，但是也可以在对向基板22形成受光元件15。而且，上述实施方式中，对向基板22相对于元件基板21在显示光的出射侧配置，但是，元件基板21相对于对向基板22在显示光的出射侧配置的情况也适用本发明。
另外，上述实施方式中，采用液晶面板作为电光面板20，但是，也可以采用有机电致发光面板等其他种类的电光面板。该有机电致发光面板中，由于也在元件基板上形成像素开关用的薄膜晶体管、像素电极，因此可以利用它们的制造工序的一部分来形成受光元件15。
[对电子设备的搭载例]
接着，说明适用上述实施方式的带位置检测功能的显示装置100的电子设备。图8(a)表示具有带位置检测功能的显示装置100的移动型的个人电脑的构成。个人电脑2000具有作为显示单元的带位置检测功能的显示装置100和本体部2010。在本体部2010设置电源开关2001及键盘2002。图8(b)表示具有带位置检测功能的显示装置100的便携电话的构成。便携电话3000具有多个操作按钮3001、滚动按钮3002以及作为显示单元的带位置检测功能的显示装置100。通过操作滚动按钮3002，使带位置检测功能的显示装置100显示的画面滚动。图8(c)表示适用了带位置检测功能的显示装置100的信息便携终端(PDA：个人数字助理)的构成。信息便携终端4000具有多个操作按钮4001、电源开关4002以及作为显示单元的带位置检测功能的显示装置100。操作电源开关4002后，住所记录、日程表这样的各种信息在带位置检测功能的显示装置100显示。
另外，作为采用了带位置检测功能的显示装置100的电子设备，除了图8所示以外，还有数码相机、液晶电视、取景器型、显示器直视型的录像机、导航仪装置、寻呼机、电子记事本、计算器、字处理器、工作站、电视电话、POB终端、银行终端等的电子设备等。作为这些各种电子设备的显示部，可采用前述带位置检测功能的显示装置100。

Claims (11)

1.一种带位置检测功能的显示装置，其特征在于，具有：
光学式位置检测装置，其具备交替出射光量沿规定的方向衰减的位置检测用红外光和光量沿上述规定的方向的逆方向衰减的位置检测用红外光的位置检测用光源和接收由检测区域内的对象物体反射的上述位置检测用红外光的受光元件，并根据该受光元件的光量的检测结果来检测上述对象物体的位置；和
图像生成装置，其在与上述检测区域重叠的区域具备电光面板的图像显示区域；
上述受光元件包括在上述电光面板形成的半导体元件，
上述光学式位置检测装置，根据两个位置检测用红外光的检测光量的比率，求出上述两个位置检测用红外光的衰减系数的比率，根据上述衰减系数的比率与上述两个位置检测用红外光的传播距离的比率之间的预先设定的正相关关系，获得上述对象物体的位置信息。
2.权利要求1所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
上述受光元件在上述电光面板中形成有像素电极的基板上形成。
3.权利要求1或2所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
上述受光元件在上述电光面板的上述图像显示区域的内侧形成。
4.权利要求1或2所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
上述受光元件在上述电光面板形成多个。
5.权利要求4所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
通过由上述多个受光元件独立接收上述检测区域内的2个以上的对象物体各自反射的上述位置检测用红外光，来检测该2个以上的对象物体的各自位置。
6.权利要求4所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
上述电光面板具有与不同的多个色对应的像素，
上述受光元件在与同一色对应的像素内形成。
7.权利要求5所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
上述电光面板具有与不同的多个色对应的像素，
上述受光元件在与同一色对应的像素内形成。
8.权利要求1或2所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
相对于上述电光面板，在上述检测区域的位置侧的相反侧，上述光学式位置检测装置具有导光板，该导光板具备从上述位置检测用光源出射的上述位置检测用红外光向内部入射的光入射面和从该光入射面入射的上述位置检测用红外光向上述检测区域出射的光出射面。
9.权利要求1或2所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
作为上述位置检测用光源，具有出射第1位置检测用红外光的第1位置检测用光源和出射第2位置检测用红外光的第2位置检测用光源。
10.权利要求9所述的带位置检测功能的显示装置，其特征在于，
具有2组包括上述第1位置检测用光源和上述第2位置检测用光源的光源对，
该2组光源对朝向出射光轴交差的方向。
11.一种电子设备，其特征在于，具有：
权利要求1至10的任一项所述的带位置检测功能的显示装置。
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