CN102667687A - 带光传感器的显示装置 - Google Patents

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Abstract

液晶显示装置具备包括多个光传感器的液晶面板（20）、白色背光源（31）和红外背光源（32）。红外背光源（32）在规定的时刻点亮和熄灭。光传感器的一部分在红外背光源（32）点亮时检测光。光传感器的一部分被指定进行动作的光传感器。液晶面板（20）的驱动电路包括黑插入部（11），以与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示的方式驱动液晶面板（20）。由此，使显示装置所包括的光传感器的有效区域变宽。

Description

带光传感器的显示装置
技术领域
本发明涉及显示装置，特别涉及在显示面板设置有多个光传感器的带光传感器的显示装置。
背景技术
近年来，能够通过以手指、笔等触碰画面进行操作的电子设备越来越普及。此外，作为检测显示画面内的触摸位置的方法，已知有在显示面板设置有多个光传感器，对使用光传感器得到的输入图像进行图像处理的方法。在这样的带光传感器的显示装置中，被要求未受外光影响地以高精度检测触摸位置。
提高触摸位置的检测精度的方法历来具有各种提案。例如在专利文献1中记载有设置射出红外光的背光源的方法，在专利文献2中记载有设置在光射入光传感器的路径上使红外光透过且遮断可见光的滤光片的方法。在专利文献3中记载有在某个时刻显示黑图像、在其它时刻显示与黑图像相比具有高的亮度的图像（例如，蓝色图像）的方法。在专利文献4中记载有如下方法：设置发出非可见光的第一发光单元和发出可见光的第二发光单元，并列地执行两个发光单元的发光控制。在专利文献5记载有如下方法：在1场内的规定期间依次扫描液晶显示元件并写入显示视频信号，在1场内的其它期间依次扫描液晶显示元件，写入表示蓝色图像等的读取视频信号。在专利文献6记载有将在读出之前使用的显示数据切换为表示蓝色图像等的固定数据的方法。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2009/110294号手册
专利文献2：国际公开第2009/110293号手册
专利文献3：日本特开2008-286914号公报
专利文献4：日本特开2009-157605号公报
专利文献5：日本特开2008-209645号公报
专利文献6：国际公开第2009/104667号手册
发明内容
发明所要解决的问题
一般在具备背光源的显示装置中，从背光源射出的光（背光源光）在显示面板的内部反射。此外，射入显示面板的外光（外部光）也在被背光源的表面反射后，在显示面板的内部反射。因此，在带光传感器的显示装置中，存在在显示面板的内部反射的光的一部分作为噪声光射入光传感器、触摸位置的检测所需的光传感器的有效区域（能够利用的光量的范围）变窄的问题。
该问题在由非晶硅形成光传感器的情况下变得显著。图20是表示由多晶硅、微晶硅和非晶硅形成的光传感器的分光灵敏度特性的图。如图20所示，波长850nm时的灵敏度与波长550nm时的灵敏度的比在由多晶硅形成的光传感器中为约1∶100，在由非晶硅形成的光传感器中为约1∶10000。因此，在以相对于红外光的灵敏度为相同程度的方式、由多晶硅和非晶硅形成光传感器的情况下，相对于由非晶硅形成的光传感器的白色光的灵敏度为由多晶硅形成的光传感器的约100倍。因此，在由非晶硅形成光传感器的情况下，如果白色背光源光或外光中包括的可见光成分在显示面板的内部反射即使少量地射入光传感器，则光传感器的输出也饱和。基于这样的理由，当在触摸位置的检测中使用红外光时，使用由非晶硅形成的光传感器是极为困难的。
在专利文献1～6中记载的现有的带光传感器的显示装置中，也不能解决在显示面板的内部反射的光射入光传感器、光传感器的有效区域变窄的问题。在专利文献5和6中记载有显示白色图像和/或蓝色图像的方法，但是这样的亮度即使显示包括高的颜色成分的图像也不能防止光射入光传感器。
因此，本发明的目的在于提供光传感器的有效区域宽广的带光传感器的显示装置。
用于解决问题的方式
本发明的第一方面是包括多个光传感器的显示装置，其特征在于，包括：
包含配置为二维状的多个光传感器的显示面板；
向上述显示面板的背面照射光的光源；和
根据输入视频信号驱动上述显示面板的驱动电路，
上述光传感器的一部分被指定为进行动作的光传感器，
上述驱动电路以与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示的方式驱动上述显示面板。
本发明的第二方面的特征在于：在本发明的第一方面，
作为上述光源，包括射出可见光的第一光源和射出红外光的第二光源，
在上述光传感器中，包含在第一检测期间检测光的光传感器和在第二检测期间检测光的光传感器，
上述第一光源与第一范围对应地熄灭，该第一范围包含在上述第一检测期间和第二检测期间进行动作的光传感器，
上述第二光源与第二范围对应地点亮，在上述第二检测期间全部熄灭，其中，该第二范围包含在上述第一检测期间进行动作的光传感器。
本发明的第三方面的特征在于：在本发明的第二方面，
上述第一检测期间和第二检测期间在1帧期间以相同长度各被设定一次。
本发明的第四方面的特征在于：在本发明的第二方面，
上述第一光源在上述第一检测期间和第二检测期间全部熄灭。
本发明的第五方面的特征在于：在本发明的第二方面，
上述第二光源在上述第一检测期间全部点亮。
本发明的第六方面的特征在于：在本发明的第二方面，
上述第一光源与在上述第一检测期间和第二检测期间进行动作的光传感器对应地部分熄灭。
本发明的第七方面的特征在于：在本发明的第二方面，
上述第二光源与在上述第一检测期间进行动作的光传感器对应地部分点亮。
本发明的第八方面的特征在于：在本发明的第一方面，
上述驱动电路，包括将上述输入视频信号的一部分置换为用于黑显示的数据的黑插入部，根据从上述黑插入部输出的视频信号驱动上述显示面板。
本发明的第九方面的特征在于：在本发明的第一方面，
用于指定进行动作的光传感器的检测区域具有与检测对象物相应的尺寸。
本发明的第十方面的特征在于：在本发明的第一方面，
用于指定进行动作的光传感器的检测区域在检测对象物接近上述显示面板时被设定。
本发明的第十一方面的特征在于：在本发明的第一方面，
作为上述光源，包括射出可见光的第一光源和射出红外光的第二光源，
上述第一光源与在显示画面内沿规定方向移动的带状区域对应地部分熄灭，
与上述带状区域对应的光传感器检测光。
本发明的第十二方面的特征在于：在本发明的第十一方面，
上述第二光源全部点亮。
本发明的第十三方面的特征在于：在本发明的第十一方面，
上述第二光源与上述带状区域对应地部分点亮。
本发明的第十四方面的特征在于：在本发明的第一方面，
上述光传感器由非晶硅形成。
本发明的第十五方面的特征在于：在本发明的第一方面，
上述光传感器由微晶硅形成。
本发明的第十六方面的特征在于：在本发明的第一方面，
上述光传感器由多晶硅形成。
发明的效果
根据本发明的第一方面，通过与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示，能够防止在显示面板的内部反射的光传感器射入进行动作的光传感器，扩大光传感器的有效区域。
根据本发明的第二方面，通过检测第二光源点亮时的光量和第二光源熄灭时的光量，能够求取两者的差，得到未受外光影响的输入图像。此外，第一光源与在包括第一和第二检测期间进行动作的光的光传感器的范围对应地熄灭，由此，能够防止从第一光源射出的可见光射入进行动作的光传感器，可靠地扩大光传感器的有效范围。
根据本发明的第三方面，通过将第一检测期间和第二检测期间在1帧期间以相同长度各被设定一次，能够按每帧期间得到未受外光影响的输入图像。
根据本发明的第四方面，能够容易地构成第一光源。
根据本发明的第五方面，能够容易地构成第二光源。
根据本发明的第六方面，第一光源与进行动作的光传感器对应地部分熄灭，由此，能够在其它部分使第一光源点亮而进行显示，减少对显示的影响。
根据本发明的第七方面，第二光源与进行动作的光传感器对应地部分点亮，由此，能够减少第二光源的消耗电力。
根据本发明的第八方面，通过使用黑插入部，能够容易地构成部分地进行黑显示的显示装置。
根据本发明的第九方面，通过与检测对象物相应地切换检测区域的尺寸，能够适当地切换进行黑显示的范围，与检测对象物相应地适当地减少对显示的影响。
根据本发明的第十方面，在检测对象物显示装置接近显示面板时设定检测区域，由此，能够与检测对象物与显示面板之间的距离相应地适当地减少对显示的影响。
根据本发明的第十一方面，第一光源与带状区域对应地熄灭，与带状区域对应的光传感器检测光，由此，能够防止从第一光源射出的可见光射入光检测中的光传感器，可靠地扩大光传感器的有效范围。
根据本发明的第十二方面，能够容易地构成第二光源。
根据本发明的第十三方面，第二光源与带状区域对应地部分熄灭，由此，能够减少第二光源的消耗电力。
根据本发明的第十四方面，通过由非晶硅形成光传感器，能够提高光传感器的灵敏度，适用于需要高灵敏度的利用方式。
根据本发明的第十五方面，通过由微晶硅形成光传感器，能够形成灵敏度一定程度地升高、线形区域一定程度扩大的光传感器，适用于各种利用方式。
根据本发明的第十六方面，通过由多晶硅形成光传感器，能够扩大光传感器的线形区域，适用于需要宽大的有效区域的利用方式。
附图说明
图1是表示构成本发明的第一实施方式的液晶显示装置的结构的框图。
图2A是图1所示的液晶面板的放大平面图。
图2B是图2A的X-X’线截面图。
图2C是图2A的Y-Y’线截面图。
图3是表示图1所示的液晶显示装置的传感器像素电路的配置的图。
图4是表示图1所示的液晶显示装置的各种处理的时刻的图。
图5是图1所示的液晶显示装置的传感器像素电路的电路图。
图6是图1所示的液晶显示装置的液晶面板的信号波形图。
图7是表示图1所示的液晶显示装置的传感器像素电路的动作的图。
图8是图1所示的液晶显示装置的传感器像素电路的信号波形图。
图9A是表示图1所示的液晶显示装置的背光源的结构例的图。
图9B是图1所示的液晶显示装置的背光源的其它结构例的图。
图9C是图1所示的液晶显示装置的背光源的其它结构例的图。
图9D是图1所示的液晶显示装置的背光源的其它结构例的图。
图9E是图1所示的液晶显示装置的背光源的其它结构例的图。
图9F是图1所示的液晶显示装置的背光源的其它结构例的图。
图9G是图9F所示的背光源的截面图。
图10是表示图1所示的液晶显示装置的检测区域的设定例的图。
图11是表示图1所示的液晶显示装置中向光传感器入射的光的路径的图。
图12是表示由非晶硅形成的光传感器的有效区域的图。
图13是表示图1所示的液晶显示装置的第一应用例的图。
图14是表示图1所示的液晶显示装置的第二应用例的图。
图15A是串联结构的背光源的立体图。
图15B是串联结构的背光源的截面图。
图15C是表示串联型导光板的图。
图16是表示本发明的第三实施方式的液晶显示装置的传感器像素电路的配置的图。
图17是表示第三实施方式的液晶显示装置的各种处理的时刻的图。
图18是表示第三实施方式的液晶显示装置的光检测范围的图。
图19是第三实施方式的液晶显示装置的传感器像素电路的电路图。
图20是表示由各种材料形成的液晶面板的分光灵敏度特性的图。
具体实施方式
（第一实施方式）
图1是表示本发明的第一实施方式的液晶显示装置的结构的框图。图1所示的液晶显示装置包括显示控制电路10、液晶面板20和背光源30。该液晶显示装置具有在液晶面板20显示图像的功能和对射入液晶面板20的光进行检测的功能。以下，令x和y为2以上的整数，令m和n为偶数，令液晶显示装置的帧频为60帧/秒。此外，为了识别信号线上的信号而使用与信号线相同的名称（例如，将时钟线CLK上的信号称为时钟信号CLK）。
在图1所示的液晶显示装置，从外部被供给视频信号Vin、时刻控制信号Cin和检测区域控制信号Ca。显示控制电路10根据这些信号对液晶面板20输出视频信号VS和控制信号CSg、CSs、CSr，对背光源30输出控制信号CSb1、CSb2。为了在显示画面的一部分进行黑显示，显示控制电路10包括黑插入部11。黑插入部11根据检测区域控制信号Ca将视频信号Vin（或对视频信号Vin实施信号处理后得到的信号）的一部分置换为用于黑显示的数据（以下称为黑数据），输出黑插入后的视频信号VS（详细情况后述）。
背光源30设置在液晶面板20的背面侧，向液晶面板20的背面照射光。在背光源30包括射出显示用白色光（可见光）的白色背光源31和射出光检测用红外光的红外背光源32。白色背光源31作为第一光源发挥作用，红外背光源32作为第二光源发挥作用。白色背光源31在控制信号CSb1为高电平时点亮，红外背光源32在控制信号CSb2为高电平时点亮。
液晶面板20包括显示区域21、栅极驱动器电路22、源极驱动器电路23和传感器行驱动器24。在显示区域21，设置有x个栅极线GL1～GLx、y个源极线SL1～Sly、（x×y）个显示像素电路25和（n×m/2）个传感器像素电路26。栅极线GL1～GLx相互平行地配置，源极线SL1～Sly以与栅极线GL1～GLx正交的方式相互平行地配置。（x×y）个显示像素电路25配置在栅极线GL1～GLx与源极线SL1～Sly的交叉点附近。
在显示区域21，与栅极线GL1～GLx平行地设置有n个时钟线CLK1～CLKn、n个复位线RST1～RSTn和n个读出线RWS1～RWSn。在从传感器像素电路26进行读出时，从源极线SL1～Sly中选择的m个作为电源线VDD1～VDDm使用，另m个作为输出线OUT1～OUTm使用。
图2A是液晶面板20的放大平面图。图2B是图2A的X-X’线截面图，图2C是图2A的Y-Y’线截面图。如图2B和图2C所示，液晶面板20具有在两个玻璃基板201、202之间夹入液晶层203的结构。在背面侧的玻璃基板201，设置有像素电极211、TFT（Thin FilmTransistor：薄膜晶体管）212、栅极线213、源极线214、光传感器215、遮光层216等。遮光层216防止从背光源30射出的光直接射入光传感器215。在显示面侧的玻璃基板202，具有对置电极221、黑矩阵222、彩色滤光片223等。黑矩阵222具有位于与光传感器215对应的位置的开口224。在开口224也可以填充波长选择滤光片和/或白色滤光片。此外，为了将液晶显示装置作为彩色扫描设备来使用，也可以在三个开口224分别填充RGB三色的彩色滤光片。在玻璃基板201、202的相对的面分别设置有取向膜218、228，在玻璃基板201、202的不相对的面分别设置有偏光板219、229。
图3是表示显示区域21的传感器像素电路26的配置的图。在（n×m/2）个传感器像素电路26，包括在红外背光源32点亮时检测光的第一传感器像素电路26a和在红外背光源32熄灭时检测光的第二传感器像素电路26b。第一传感器像素电路26a和第二传感器像素电路26b数量相同。如图3所示，（n×m/4）个第一传感器像素电路26a配置在第奇数个时钟线CLK1～CLKn-1与第奇数个输出线OUT1～OUTm-1的交叉点附近。（n×m/4）个第二传感器像素电路26b配置在第偶数个时钟线CLK2～CLKn与第偶数个输出线OUT2～OUTm的交叉点附近。
栅极驱动器电路22、源极驱动驱电路23和传感器行驱动器24与显示控制电路10共同构成液晶面板20的驱动电路。栅极驱动器电路22根据控制信号CSg从栅极线GL1～GLx中依次选择一个栅极线，对所选择的栅极线施加高电平电位。由此，与所选择的栅极线连接的y个显示像素电路25被一并选择。源极驱动器电路23根据控制信号CSs对源极线SL1～Sly施加与视频信号VS相应的电位。被施加至源极线SL1～Sly的电位被写入由栅极驱动器电路22选择的y个显示像素电路25。这样，通过对所有的显示像素电路25写入与视频信号VS相应的电位能够在液晶面板20显示所期望的图像。
传感器行驱动器24根据控制信号CSr对时钟线CLK1～CLKn施加高电平电位和低电平电位（详细情况后述）。此外，传感器行驱动器24根据控制信号CSr，对第奇数个复位线RST1～RSTn-1和第偶数个复位线RST2～RSTn、在不同的时刻施加复位用高电平电位。由此，第一传感器像素电路26a在某个时刻被一并复位，第二传感器像素电路26b在另一时刻被一并复位。
此外，传感器行驱动器24根据控制信号CSr从读出线RWS1～RWSn中依次选择相邻的两个读出线，对所选择的读出线施加读出用的高电平电位。由此，与所选择的两个读出线连接的m个传感器像素电路26一并成为能够读出的状态。此时，源极驱动器电路23对电源线VDD1～VDDm施加高电平电位。由此，从处于能够读出的状态的m个传感器像素电路26向输出线OUT1～OUTm输出与在各传感器像素电路26检测到的光的量相应的信号（以下称为传感器信号）。
源极驱动器电路23包括求取第一传感器像素电路26a的输出信号与第二传感器像素电路26b的输出信号的差的差分电路（未图示）。源极驱动器电路23将由差分电路求得的光量放大，将放大后的信号作为传感器输出Sout向液晶面板20的外部输出。这样，通过从所有的传感器像素电路26读出传感器信号，能够检测射入液晶面板20的光。
图4是表示红外背光源32的点亮和熄灭的时刻以及对传感器像素电路26进行的复位和读出时刻的图。如图4所示，红外背光源32在1帧期间仅在规定时间点亮一次，在此外的期间熄灭。具体而言，红外背光源32在1帧期间内的时刻tb点亮、在时刻tc熄灭。
在时刻tb，对所有的第一传感器像素电路26a进行复位，第一传感器像素电路26a检测在从时刻tb至时刻tc为止的期间A1（红外背光源32的点亮期间）射入的光。此外，在时刻ta，对所有的第二传感器像素电路26b进行复位，第二传感器像素电路26b检测在从时刻ta至时刻tb为止的期间A2（红外背光源32的熄灭期间）射入的光。期间A1与期间A2长度相同。来自第一传感器像素电路26a的读出和来自第二传感器像素电路26b的读出在时刻tc以后并列地依线顺序进行。
白色背光源31在第一传感器像素电路26a的光检测期间A1和第二传感器像素电路26b的光检测期间A2熄灭，在此外的期间点亮。具体而言，白色背光源31在1帧期间内的时刻ta熄灭，在时刻tc点亮。
图5是传感器像素电路26的电路图。如图5所示，在第一传感器像素电路26a，光电二极管D1a的阳极与复位线RSTa连接，阴极与晶体管T1a的源极连接。晶体管T1a的栅极与时钟线CLKa连接，漏极与晶体管M1a的栅极连接。晶体管M1a的漏极与电源线VDDa连接，源极与输出线OUTa连接。电容器C1a设置在晶体管M1a的栅极与读出线RWSa之间。在第一传感器像素电路26a，与晶体管M1a的栅极连接的节点成为存储与所检测出的光量相应的电荷的存储节点。光电二极管D1a作为图2B所示的光传感器215发挥作用。第二传感器像素电路26b具有与第一传感器像素电路26a相同的结构。
图6是液晶面板20的信号波形图。如图6所示，栅极线GL1～GLx的电位各在1帧期间依次成为一次规定时间的高电平。第奇数个时钟信号CLK1～CLKn-1在1帧期间、在期间A1（更详细而言，从时刻tb至时刻tc的稍前为止）成为一次高电平。第偶数个时钟信号CLK2～CLKn在1帧期间、在期间A2（更详细而言，从时刻ta至时刻tb的稍前为止）成为一次高电平。第奇数个复位信号RST1～RSTn-1各在1帧期间、在期间A1之初成为一次仅规定时间的高电平。第偶数个复位信号RST2～RSTn各在1帧期间、在期间A2之初成为一次仅规定时间的高电平。读出线RWS1～RWSn每两个成为一对，（n/2）对读出信号各在时刻tc以后依次成为规定时间的高电平。
图7是表示第一传感器像素电路26a的动作的图。如图7所示，第一传感器像素电路26a在1帧期间进行（a）复位、（b）存储、（c）保持和（d）读出。第二传感器像素电路26b与第一传感器像素电路26a同样动作。
图8是传感器像素电路26的信号波形图。在图8，W-BL表示白色背光源31的亮度，Ir-BL表示红外背光源32的亮度，Vinta表示第一传感器像素电路26a的存储节点的电位，Vintb表示第二传感器像素电路26b的存储节点的电位。对于第一传感器像素电路26a，时刻t4～时刻t5为复位期间，时刻t5～时刻t6为存储期间，时刻t6～时刻t7为保持期间，时刻t7～时刻t8为读出期间。对于第二传感器像素电路26b，时刻t1～时刻t2为复位期间，时刻t2～时刻t3为存储期间，时刻t3～时刻t7为保持期间，时刻t7～时刻t8为读出期间。
在第一传感器像素电路26a的复位期间，时钟信号CLKa为高电平，读出信号RWSa为低电平，复位信号RSTa为复位用的高电平。此时，晶体管（三极管）T1a导通。因此，电流从复位线RSTa经由光电二极管D1a和晶体管T1a流到存储节点（图7（a）），电位Vinta复位至规定电平。
在第一传感器像素电路26a的存储期间，时钟信号CLKa为高电平，复位信号RSTa和读出信号RWSa为低电平。此时，晶体管T1a导通。如果此时光射入光电二极管D1a，则电流从存储节点经由晶体管T1a和光电二极管D1a流到复位线RSTa，电荷从存储节点被带走（图7（b））。因此，电位Vinta与在时钟信号CLKa为高电平的期间射入的光的量相应地下降。
在第一传感器像素电路26a的保持期间，时钟信号CLKa、复位信号RSTa和读出信号RWSa为低电平。此时，晶体管T1a断开。即使此时光射入光电二极管D1a，晶体管T1a也断开，因此电位Vinta不变化（图7（c））。
在第一传感器像素电路26a的读出期间，时钟信号CLKa和复位信号RSTa为低电平，读出信号RWSa为读出用的高电平。此时，晶体管T1a断开。电位Vinta上升读出信号RWSa的电位的上升量的（Cqa/Cpa）倍（其中，Cpa为第一传感器像素电路26a的整体的电容（容量）值，Cqa为电容器C1a的电容值）的量。晶体管M1a构成以源极驱动器电路23所包括的晶体管（未图示）为负载的源随器（源跟踪器源极输出器）放大电路，根据电位Vinta驱动输出线OUTa（图7（d））。
这样，从第一传感器像素电路26a读出与在时钟信号CLKa为高电平期间（红外背光源32点亮时的检测期间）射入的光的量相应的传感器信号。同样，从第二传感器像素电路26b读出与在时钟信号CLKb为高电平期间（红外背光源32熄灭时的检测期间）射入的光的量相应的传感器信号。通过使用源极驱动器电路23所包括的差分电路，求取第一传感器像素电路26a的输出信号与第二传感器像素电路26b的输出信号的差，能够求取红外背光源32点亮时的光量与红外背光源32熄灭时的光量的差，得到未受外光影响的输入图像。
图9A～图9F是表示背光源30的结构例的图。图9A～图9F所示的背光源30a～30f包括射出白色光的白色LED（Light Emitting Diode：发光二极管）301和射出红外光的红外LED302。在本实施方式中，在控制信号CSb1为高电平时，所有的白色LED301点亮，在控制信号CSb2为高电平时，所有的红外LED302点亮。
在图9A所示的背光源30a，在导光板314的一个面设置有两个透镜片311、312和扩散片313，在导光板314的另一个面设置有反射片315。在导光板314的侧面设置有将白色LED301配置为一维状的挠性印刷基板316。在导光板314的设置有反射片315的一侧设置有将红外LED302配置为二维状的电路基板317。在反射片315使用使红外光透过并反射可见光的反射片。在图9B所示的背光源30b，在导光板314的设置有反射片315的一侧设置有导光板321和反射片323。在导光板321的侧面设置有将和LED302配置为一维状的挠性印刷基板322。在反射片323使用反射红外光的反射片。
在图9C所示的背光源30c，在导光板314的侧面设置有将白色LED301和红外LED302混合地配置为一维状的挠性印刷基板331。在导光板314的未设置扩散片313一侧的面设置有反射可见光和红外光的反射片332。图9D所示的背光源30d包括将白色LED301和红外LED302呈二维状混合配置的电路基板341。在电路基板341的一个面设置有两个透镜片311、312和扩散片313，在另一个面设置有反射片332。
在图9E所示的背光源30e，在导光板314的侧面设置有将白色LED301和红外LED302一同封入同一树脂封装件351内而得到的部件配置为一维状的挠性印刷基板352。在图9F所示的背光源30f，在导光板361的一个侧面设置有将白色LED301配置为一维状的挠性印刷基板316，在导光板361的相对的侧面设置有将红外LED302配置为一维状的挠性印刷基板362。图9G是背光源30f的截面图。导光板361以使从一个侧面射入的白色光和从相反一侧的侧面射入的红外光都传播的方式被加工。
这样，在本实施方式的液晶显示装置中，期间A1、A2在1帧期间以相同长度各被设定一次，在传感器像素电路26包括在期间A1检测光的第一传感器像素电路26a和在期间A2检测光的第二传感器像素电路26b。白色背光源31在期间A1、A2全部熄灭，在此外的期间全部点亮。红外背光源32在期间A1全部点亮，在此外的期间全部熄灭。
在本实施方式的液晶显示装置中，设置在液晶面板20的多个光传感器215的一部分被指定为进行动作的光传感器。为了指定进行动作的光传感器，在显示画面设定检测区域。检测区域使用检测区域控制信号Ca被设定。图10是表示检测区域的设定例的图。使用检测区域控制信号Ca对图10（a）所示的显示画面41指定两个点P1、P2的坐标，由此设定长方形的检测区域42。在显示画面设定的检测区域例如按每一帧期间变化。检测区域的形状可以是任意的，在一个显示画面设定的检测区域的个数也可以是任意的。
黑插入部11将视频信号Vin中与所设定的检测区域对应的部分替换为黑数据。在图10所示的例子中，黑插入部11将视频信号Vin中与检测区域42对应的部分替换为黑数据。在这种情况下，根据黑插入后的视频信号VS，在与检测区域42对应的位置显示包括黑区域43的显示画面41’（参照图10（b））。由此，与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示。另外，在黑数据中，优选使用与完全的黑色对应的数据（所有的颜色成分为最低灰度等级的数据），也可以使用与接近黑色的颜色对应的数据。
以下，对本实施方式的液晶显示装置的效果进行说明。图11是表示向光传感器入射的光的路径的图。图11所示的检测对象物TG是与液晶面板20的表面接近的手指或笔等。在本实施方式的液晶显示装置，从背光源30射出的光的一部分（光La）透过液晶面板20，在检测对象物TG反射，向设置在背面的玻璃基板201的光传感器215入射。在黑矩阵222设置有开口224，理想的是仅通过开口224的光射入光传感器215。
但是，实际上从背光源30射出的光的令一部分（光Lx）在设置于显示面侧的玻璃基板202的对置电极221反射，不通过开口224地射入光传感器215。此外，向液晶面板20入射的外光的一部分（光Ly）在背光源30的表面反射，在对置电极221再次反射，不通过开口224地射入光传感器215。这样，在液晶面板20的内部反射的光的一部分作为噪声光射入光传感器215，触摸位置的检测所需的光传感器的有效区域（能够利用的光量的范围）变窄。即使在开口224填充波长选择滤光片或白色彩色滤光片也不能解决该问题。
因此，本实施方式的液晶显示装置包括将视频信号Vin的一部分置换为黑数据的黑插入部11，与进行动作的光传感器215对应地部分进行黑显示。此时，液晶面板203在进行黑显示的部分不使光通过。因此，在液晶面板20的内部反射的光La、Lb不射入动作中的光传感器215。因此，根据本实施方式的液晶显示装置，能够使光传感器215的有效区域变宽。由此，能够使能够检测触摸位置的照度的范围变宽。该效果在适合于对白色光的灵敏度高的非晶硅形成光传感器215的情况下显著。
此外，白色背光源31在第一传感器像素电路26a检测光的期间A1和第二传感器像素电路26b检测光的期间A2全部熄灭。因此，不会发生从白色背光源31射出的白色背光源光在液晶面板20的内部反射而射入光检测中的光传感器215的情况。因此，能够可靠地使光传感器215的有效区域变宽。
列举具体的例子说明上述的效果。图12是表示由非晶硅形成的光传感器的有效区域。光传感器需要在输出（检测光量）与输入（入射光量）相应地以线形进行变化的范围（线形区域）内使用。此处，由非晶硅形成的光传感器成为具有470灰度等级的线形取样。
首先，不考虑外光在背光源反射而向光传感器入射的情况地进行说明。在白色背光源和红外背光源点亮时，从光传感器的线形区域减去白色背光源光的反射光的光量和红外背光源光的反射光的光量的量，由此能够求取光传感器的有效区域。此处，白色背光源光的反射光的光量相当于160灰度等级，红外背光源光的反射光的光量相当于10灰度等级，要检测的信号相当于40灰度等级。在这种情况下，有效区域的宽度为300灰度等级（=470-160-10）（图12（a））。
因为要检测的信号在有效区域中所占比例大，所以，为了提高触摸位置的检测精度，考虑使有效区域变宽。作为使有效区域变宽的方法，考虑将白色背光源熄灭的方法。使用该方法，有效区域的宽度成为460灰度等级（=470-10）（图12（b））。
但是，实际上，因为外光在背光源反射而向光传感器入射，所以在求取光传感器的有效区域时，需要进一步减去该反射光的光量的量。例如，在液晶面板的透过率为10%、背光源的光的反射率为50%、外光的照度为10万勒克斯的情况下，外光中在背光源反射的光的照度为5000勒克斯。如果令白色背光源的照度为16000勒克斯，则外光中在背光源反射的光的光量相当于50灰度等级（=160×5000/16000）。因此，即使将白色背光源熄灭，有效区域的宽度实际上也仅为410灰度等级（=470-50-10）（图12（c））。当外光的照度变化时，外光中在背光源反射的光的光量在0～50灰度等级的范围变化。该灰度等级的变化量为与要检测的信号的强度相同的程度。因此，如果外光的照度变化，则触摸位置的检测精度下降。
为了解决该问题，本实施方式的液晶显示装置与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示。因此，外光中在背光源反射的光不射入光传感器，因此有效区域的宽度成为460灰度等级（图12（b））。因此，即使考虑外光中的由背光源引起的反射光，也能够确保光传感器的有效区域，提高触摸位置的检测精度。
如上所述，根据本实施方式的液晶显示装置，与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示，由此，能够防止在显示面板的内部反射的光（背光源光或外光中在背光源反射的光）射入进行动作的光传感器，能够使光传感器的有效区域变宽。此外，提高检测红外背光源的点亮时的光量和红外背光源的熄灭时的光量，能够求取两者的差，得到未受外光影响的输入图像。此外，白色背光源与包括在期间A1、A2进行动作的光传感器的范围对应地熄灭，由此，能够防止从白色背光源射出的可见光射入进行动作的光传感器，能够可靠地使光传感器的有效范围变宽。此外，通过使用全部点亮/全部熄灭的白色背光源和全部点亮/全部熄灭的红外背光源，能够容易地构成各背光源。此外，通过在液晶面板的驱动电路设置黑插入部，能够容易地构成部分进行黑显示的液晶显示装置。此外，白色背光源在1帧期间中的规定期间全部熄灭，由此，与插入黑图像的情况同样，能够提高活动画面显示品质。
以下，说明本实施方式的液晶显示装置的应用例。作为第一应用例，有根据检测对象物（手指或笔等）的尺寸切换检测区域的尺寸的方法（参照图13）。根据液晶显示装置的利用方式，存在使用光传感器得到的输入图像的检测对象物的尺寸为已知的情况。例如，令输入图像中的手指的尺寸为（30×30）像素，笔的尺寸为（8×8）像素的情况为已知。在这种情况下，在检测手指时，设定与（30×30）个传感器像素电路相同尺寸的检测区域44，在检测区域44进行黑显示（图13（a））。在检测笔时，设定与（8×8）个传感器像素电路相同尺寸的检测区域45，在检测区域45进行黑显示（图13（b））。通过这样根据检测对象物切换检测区域的尺寸，能够恰当地切换进行黑显示的范围，与检测对象物相应地减少对显示施加的影响。
作为第二应用例，有在检测对象物接近液晶面板时设定检测区域的方法（参照图14）。在初始状态，不在显示画面46设定检测区域，而在整个显示画面46进行通常的显示（图14（a））。在该状态，在整个显示画面46中检测大致的触摸位置。在以该状态对输入图像进行图像处理、对检测对象物的接近进行检测时，根据检测对象物的尺寸和位置对显示画面46设定交检测区域47（图14（b））。为了在检测区域47内检测触摸位置，在检测区域47进行黑显示。通过这样在检测对象物接近液晶面板时设定检测区域，能够根据检测对象物与液晶面板之间的距离恰当地减少对显示施加的影响。
（第二实施方式）
本发明的第二实施方式的液晶显示装置具有与第一实施方式的液晶显示装置相同的结构，并同样地动作（参照图1～图8）。本实施方式的液晶显示装置，在两种背光源中的至少一种背光源部分点亮/部分熄灭这方面，与两种背光源均全部点亮/全部熄灭的第一实施方式的液晶显示装置不同。以下对本实施方式与第一实施方式的不同的进行说明。
本实施方式的背光源30具有包括全部点亮/全部熄灭的白色背光源31和能够部分点亮的红外背光源32的结构（A型）、包括能够部分熄灭的白色背光源31和全部点亮/全部熄灭的红外背光源32的结构（B型）、包括能够部分熄灭的白色背光源31和能够部分点亮的红外背光源32的结构（C型）中的任一结构。
作为能够部分点亮/部分熄灭的背光源，已知有图15A～图15C所示的串联结构的背光源。串联结构的背光源通过将多个串联型导光板371配置为二维状并对各串联型导光板371设置LED372而构成（图15A和图15B）。串联型导光板371具有导光部373和发光部374（图15C）。串联型导光板371以发光部374成为一个平面的方式配置，LED372设置在导光部373的端部。
在背光源30，使用图9A～图9F所示的背光源30a～30f，或者将它们变形而得到的背光源。在A型背光源30，例如使用背光源30a。或者，也可以使用在背光源30b令红外背光源32为串联型的背光源。在B型背光源30，例如使用在背光源30a、30b令白色背光源31为串联型的背光源。或者，也可以使用在背光源30a将白色LED301和红外LED302相反地配置而得到的背光源。在后者的情况下，在反射片315使用使可见光透过而反射红外光的反射片。在C型背光源30，例如使用背光源30d。或者，也可以使用在背光源30a令白色背光源31为串联型的背光源和/或在背光源30b、30c、30e、30f令两种背光源为串联型的背光源。
在使用能够部分熄灭的白色背光源31的情况下，显示控制电路10输出多个控制信号CSb1，各控制信号CSb1对应一个或多个白色LED301。白色背光源31依照多个控制信号CSb1部分熄灭。在使用能够部分点亮的红外背光源32的情况下，显示控制电路10输出多个控制信号CSb2，各控制信号CSb2对应一个或多个红外LED302。红外背光源32依照多个控制信号CSb2部分点亮。
在本实施方式中，也与第一实施方式同样，白色背光源31在期间A1（第一传感器像素电路26a的光检测期间）和期间A2（第二传感器像素电路26b的光检测期间）熄灭，在此外的期间熄灭。红外背光源32在期间A1点亮，在此外的期间熄灭。不过，在白色背光源31具有部分熄灭的功能的情况下，白色背光源31在期间A1、A2与检测区域对应地部分熄灭。此外，在红外背光源32具有部分点亮的功能的情况下，红外背光源32在期间A1与检测区域对应地部分点亮。例如，在显示图10（b）所示的显示画面41’时，在与检测区域42对应的黑区域43，能够部分熄灭的白色背光源31部分熄灭，能够部分点亮的红外背光源32部分点亮。
如上所示，本实施方式的液晶显示装置包括在期间A1、A2与在显示画面被设定的检测区域对应地部分熄灭的白色背光源31、在期间A1与在显示画面被设定的检测区域对应地部分点亮的红外背光源32、或者其双方。通过白色背光源31与检测区域对应地部分熄灭，能够在检测区域以外的区域使白色背光源31点亮而进行显示，减少对显示施加的影响。此外，通过红外背光源32与检测区域对应地部分点亮，能够减少红外背光源32的消耗电力。
另外，在本实施方式中，也能够构成与第一实施方式相同的应用例。具体而言，在图13和图14所示的例子中，也可以在检测区域44、45、47进行黑显示，并且，在这些检测区域，白色背光源31部分熄灭，红外背光源32部分点亮。
（第三实施方式）
本发明的第三实施方式的液晶显示装置具有与第一实施方式的液晶显示装置相同的结构（参照图1）。第一实施方式的液晶显示装置使用两种传感器像素电路26检测红外背光源32点亮时的光量和红外背光源32熄灭时的光量。与此相对，本实施方式的液晶显示装置使用一种传感器像素电路26检测红外背光源32点亮时的光量。以下对本实施方式与第一实施方式的不同点进行说明。
图16是表示显示区域21的传感器像素电路26的配置的图。在本实施方式的显示区域21设置有（n×m/2）个传感器像素电路26c。如图16所示，（n×m/2）个传感器像素电路26c配置在第奇数个时钟线CLK1～CLKn-1与第奇数个输出线OUT1～OUTm-1的交叉点附近、和第偶数个时钟线CLK2～CLKn与第偶数个输出线OUT2～OUTm的交叉点附近。
图17是表示对显示像素电路25的写入时刻、白色背光源31的点亮和熄灭时刻、以及对传感器像素电路26c的复位和读出时刻的图。如图17所示，对传感器像素电路26c的复位在1帧期间按照线顺序各进行一次。更详细而言，在1帧期间的最初对第一行传感器像素电路26c进行复位，接着对第二行传感器像素电路26c进行复位，然后依次对第三行以后的传感器像素电路26c进行复位。
来自第i行（i为1以上n以下的整数）的传感器像素电路26c的读出，在从对第i行传感器像素电路26c进行复位起经过规定时间后进行。对各传感器像素电路26c而言，从复位至读出为止的期间为光检测期间。例如，在图17，在时刻td对第i行传感器像素电路26c进行复位，在时刻te进行来自第i行传感器像素电路26c的读出。第i行传感器像素电路26c在从时刻td至时刻te为止的期间Bi检测光。
图18是表示光传感器215的光检测范围的图。通过在上述时刻对传感器像素电路26c进行复位和读出，光传感器215的光检测范围成为图18所示的带状区域51。带状区域51在显示画面内向下方移动。
白色背光源31与图18所示的带状区域51对应地部分熄灭。这样的白色背光源31例如能够利用与第二实施方式相同的方法构成。或者，也可以将多个冷阴极管并列配置，将它们依次熄灭。红外背光源32总全部点亮。如图17所示，对白色背光源31新熄灭的部分进行对显示像素电路25的写入。
图19是传感器像素电路26c的电路图。如图19所示，在传感器像素电路26c，光电二极管D1的阳极与复位线RST连接，阴极与晶体管M1的栅极连接。晶体管M1的漏极与电源线VDD连接，源极与输出线OUT连接。在传感器像素电路26c，与晶体管M1的栅极连接的节点为根据所检测到的光量存储电荷的存储节点。光电二极管D1作为图2B所示的光传感器215发挥作用。另外，因为传感器像素电路26c不与读出线连接，所以不需要在本实施方式的液晶面板20设置读出线。
在本实施方式的液晶显示装置中，与第一实施方式的液晶显示装置同样，也为如下情形：设置在液晶面板20的多个光传感器215的一部分被指定为进行动作的光传感器，黑插入部11将视频信号Vin中与被设定为检测区域对应的部分替换为黑数据。与此，与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示。
如上所示，在本实施方式的液晶显示装置中，白色背光源31与在显示画面内沿规定方向移动的带状区域51对应地部分熄灭，与带状区域51对应的光传感器215检测光。此外，该液晶显示装置与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示。因此，在本实施方式中，与第一实施方式同样，也能够防止在液晶面板的内部反射的光射入进行动作的光传感器，使光传感器的有效区域变宽。
另外，在以上的说明中，红外背光源32总全部点亮。由此，能够容易地构成红外背光源32。代替这种方式，也可以为红外背光源32与带状区域51对应地部分点亮。由此能够减少红外背光源32的消耗电力。
对本发明的各实施方式的液晶显示装置，能够构成各种变形例。例如，设置在显示区域21的传感器像素电路26的个数可以是任意的。此外，也可以不仅在显示控制电路10的内部设置黑插入部11，而且在显示控制电路10的前级和/或源极驱动器电路23的内部设置黑插入部11。此外，液晶显示装置也可以为如下方式：将1帧期间分割为前半部分和后半部分，在1帧期间的前半部分，对所有的显示像素电路25写入与视频信号相应的电位，在1帧期间的后半部分，对位于与黑区域对应的位置的显示像素电路25写入与黑色对应的电位。
此外，在以上的说明中，液晶显示装置具备包含白色背光源31和红外背光源32的背光源30，但是作为液晶显示装置的背光源也可以仅具备白色背光源。在不具备射出红外光的光源而具备射出可见光的光源的带光传感器的液晶显示装置中，也能够通过与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示，防止在显示面板的内部反射的光射入进行动作的光传感器，使光传感器的有效区域变宽。这样，本发明不仅能够应用于检测红外光的显示装置，而且能够应用于检测外光的显示装置。
此外，光传感器能够使用多晶硅、非晶硅、非晶硅等形成。这些材料具有不同的结晶性，因此由各材料形成的光传感器具有不同的灵敏度特性。由多晶硅形成的光传感器具有宽的线形区域，因此能够适用于需要宽的有效区域的利用方式（例如，移动式设备用途）。由微晶硅形成的光传感器具有高至一定程度的灵敏度和宽至一定程度的线形区域，因此能够适用于各种利用方式。由非晶硅形成的光传感器具有高的灵敏度，因此能够适用于需要高的灵敏度的利用方式。
产业上的可利用性
本发明的带光传感器的显示装置一位具有光传感器的有效区域宽的特征，所以能够在带光传感器的液晶显示装置等各种显示装置中加以利用。
附图标记的说明
10    显示控制电路
11    黑插入部
20    液晶面板
21    像素区域
22    栅极驱动器电路
23    源极驱动器电路
24    传感器行驱动器电路
25    显示像素电路
26    传感器像素电路
30    背光源
31    白色背光源
32    红外背光源
41、46    显示画面
43    黑区域
42、44、45、47    检测区域
51    带状区域
215   光传感器
222   黑矩阵
224   开口

Claims (16)

1.一种显示装置，其特征在于：
其是包括多个光传感器的显示装置，
所述显示装置包括：
包含配置为二维状的多个光传感器的显示面板；
向所述显示面板的背面照射光的光源；和
根据输入视频信号驱动所述显示面板的驱动电路，
所述光传感器的一部分被指定为进行动作的光传感器，
所述驱动电路以与进行动作的光传感器对应地部分进行黑显示的方式驱动所述显示面板。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
作为所述光源，包括射出可见光的第一光源和射出红外光的第二光源，
在所述光传感器中，包含在第一检测期间检测光的光传感器和在第二检测期间检测光的光传感器，
所述第一光源与第一范围对应地熄灭，该第一范围包含在所述第一检测期间和第二检测期间进行动作的光传感器，
所述第二光源与第二范围对应地点亮，并在所述第二检测期间全部熄灭，其中，所述第二范围包含在所述第一检测期间进行动作的光传感器。
3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于：
所述第一检测期间和第二检测期间在1帧期间以相同长度各被设定一次。
4.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于：
所述第一光源在所述第一检测期间和第二检测期间全部熄灭。
5.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于：
所述第二光源在所述第一检测期间全部点亮。
6.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于：
所述第一光源与在所述第一检测期间和第二检测期间进行动作的光传感器对应地部分熄灭。
7.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于：
所述第二光源与在所述第一检测期间进行动作的光传感器对应地部分点亮。
8.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
所述驱动电路包含将所述输入视频信号的一部分置换为用于黑显示的数据的黑插入部，根据从所述黑插入部输出的视频信号驱动所述显示面板。
9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
用于指定进行动作的光传感器的检测区域具有与检测对象物相应的尺寸。
10.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
用于指定进行动作的光传感器的检测区域在检测对象物接近所述显示面板时被设定。
11.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
作为所述光源，包括射出可见光的第一光源和射出红外光的第二光源，
所述第一光源与在显示画面内沿规定方向移动的带状区域对应地部分熄灭，
与所述带状区域对应的光传感器检测光。
12.如权利要求11所述的显示装置，其特征在于：
所述第二光源全部点亮。
13.如权利要求11所述的显示装置，其特征在于：
所述第二光源与所述带状区域对应地部分点亮。
14.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
所述光传感器由非晶硅形成。
15.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
所述光传感器由微晶硅形成。
16.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
所述光传感器由多晶硅形成。
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