CN107153283B - 液晶显示装置以及光线检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种液晶显示装置以及应用于该液晶显示装置的光线检测方法，涉及显示技术领域。该液晶显示装置包括：包括相对设置的阵列基板和对向基板，以及所述阵列基板和所述对向基板之间的液晶层；第一偏光片，位于所述阵列基板面对所述对向基板的一侧；第二偏光片，位于所述对向基板背离所述阵列基板的一侧；以及，光电检测器，设于所述阵列基板上，用于检测光照强度。本公开可提升环境光照度的检测准确度。

Description

液晶显示装置以及光线检测方法

技术领域

本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种液晶显示装置以及应用于该液晶显示装置的光线检测方法。

背景技术

随着光学技术和半导体技术的发展，以液晶显示装置(Liquid Crystal Display，液晶)为代表的平板显示装置具有轻薄、能耗低、反应速度快、色纯度佳、以及对比度高等特点，在显示领域占据了主导地位。

液晶显示的基本原理如图1所示，在阵列基板101和对向基板102之间设置液晶层100，通过电场控制液晶层100中液晶分子的排布，并利用液晶分子的旋光作用改变偏振光的偏振态，从而达到控制第一偏光片103与第二偏光片104之间光路通断的目的。在此基础上，由于光电检测器可将光信号转换为电信号，因此将光电检测器集成于液晶显示装置中，即可实现对环境光照度的检测，从而为基于环境光照度检测的诸多检测功能提供了基础。现有技术中已有将光电检测器集成在液晶显示面板中的先例，但是对于来自背光中的杂散光干扰，大多采用滤光片、挡光板等进行屏蔽，其结构复杂且工艺难度较大，因此在实际应用中阻碍了技术方案的实施。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种液晶显示装置以及应用于该液晶显示装置的光线检测方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种液晶显示装置，包括相对设置的阵列基板和对向基板，以及所述阵列基板和所述对向基板之间的液晶层；还包括：

第一偏光片，位于所述阵列基板面对所述对向基板的一侧；

第二偏光片，位于所述对向基板背离所述阵列基板的一侧；以及，

光电检测器，设于所述阵列基板上，用于检测光照强度。

本公开的一种示例性实施例中，所述光电检测器为光电二极管。

本公开的一种示例性实施例中，所述液晶显示装置包括阵列排布的多个亚像素，所述光电二极管与所述亚像素对应设置；

其中，所述光电二极管在所述阵列基板上的正投影位于所述亚像素在所述阵列基板上的正投影内。

本公开的一种示例性实施例中，所述亚像素包括红色亚像素、绿色亚像素、蓝色亚像素。

本公开的一种示例性实施例中，所述液晶显示装置还包括：

检测芯片，与所述光电检测器相连，用于接收所述光电检测器根据光信号转换而得的电信号。

本公开的一种示例性实施例中，所述液晶显示装置还包括：背光模组，位于所述阵列基板背离所述对向基板的一侧。

根据本公开的一个方面，提供一种使用上述液晶显示装置的光线检测方法；所述光线检测方法包括：

光电检测器获取背光中的杂散光照度；

控制液晶层中的液晶分子偏转以使环境光依次穿过第二偏光片、对向基板、液晶层、第一偏光片而入射至所述光电检测器，所述光电检测器获取所述环境光照度。

本公开的一种示例性实施例中，所述光电检测器获取背光中的杂散光照度具体包括；

所述第一偏光片的透过轴与所述第二偏光片的透过轴相互平行；

在垂直于所述阵列基板表面的方向上，控制所述液晶层中的液晶分子的长轴方向逐渐扭曲并从所述第一偏光片到所述对向基板旋转90°。

本公开的一种示例性实施例中，所述光电检测器获取背光中的杂散光照度具体包括：

所述光电检测器获取背光中的杂散光照度具体包括；

所述第一偏光片的透过轴与所述第二偏光片的透过轴相互垂直；

控制液晶层中的液晶分子的初始长轴方向垂直于所述第一偏光片的透过轴或者平行于所述第一偏光片的透过轴。

本公开的一种示例性实施例中，所述光线检测方法还包括：

根据所述显示装置中任意亚像素的实际显示亮度、最大显示亮度、以及所述环境光照度获取实际环境光照度。

本公开示例性实施方式所提供的液晶显示装置以及应用于该液晶显示装置的光线检测方法，通过将第一偏光片即下偏光片设置在阵列基板与液晶层之间，并在阵列基板上设置感光面向上的光电检测器，这样便可以在环境光照度检测时对背光中的杂散光进行补偿，从而消除杂散光对环境光的干扰。基于此，在第一电场状态下，利用液晶层控制外界的环境光在经过第二偏光片后无法穿过第一偏光片，以使光电检测器仅能接收到来自于背光中反射的杂散光；在第二电场状态下，利用液晶层控制外界的环境光可同时穿过第二偏光片和第一偏光片，以使光电检测器能够接收到外界的环境光以及来自于背光中反射的杂散光；这样一来，通过对比上述两种状态下检测到的入射光照度，即可排除背光中杂散光的干扰，获得准确的环境光照度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出现有技术中液晶显示装置的结构示意图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中液晶显示装置的结构示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中光线检测的第一状态示意图；

图4示意性示出本公开示例性实施例中光线检测的第二状态示意图；

图5示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的伏安特性曲线；

图6示意性示出本公开示例性实施例中光线检测器的设置位置示意图；

图7示意性示出本公开示例性实施例中光线检测方法的流程图。

附图标记：

100-液晶层；101-阵列基板；102-对向基板；103-第一偏光片；104-第二偏光片；205-光电检测器；206-薄膜晶体管；207-黑矩阵。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免使本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本示例实施方式提供了一种液晶显示装置，如图2所示，包括对盒设置的阵列基板101和对向基板102，以及位于二者之间的液晶层100。在阵列基板101面对对向基板102的一侧设置有第一偏光片103，在对向基板102背离阵列基板101的一侧设置有第二偏光片104，第一偏光片103的透过轴方向和第二偏光片104的透过轴方向可以相互平行或者相互垂直。

在此基础上，所述阵列基板101还可以包括用于检测光照强度的光电检测器205，且所述光电检测器205的感光面面向对向基板102一侧；其中，所述光电检测器205是一种可将光信号转换为电信号的半导体器件，其感光面用于接收入射光。

需要说明的是：第一偏光片103和第二偏光片104的透过轴方向不是固定的，二者的夹角取决于液晶材料以及驱动方案的选取，例如TN(Twisted Nematic，扭曲向列型)模式、IPS((In-Plane Switching，平面切换型)模式、以及ADS(Advanced DimensionalSwitching，高级超维场转换型)模式等。

本公开示例性实施方式所提供的液晶显示装置，通过将第一偏光片103即下偏光片设置在阵列基板101与液晶层100之间，并在阵列基板101上设置感光面向上的光电检测器205，这样便可以在环境光照度检测时对背光中的杂散光进行补偿，从而消除杂散光对环境光的干扰。基于此，在第一电场状态下，如图3所示，利用液晶层100控制外界的环境光(图中指向朝下的箭头代表的光线)在经过第二偏光片104后无法穿过第一偏光片103，以使光电检测器205仅能接收到来自于背光(图中指向朝上的箭头代表的光线)中反射的杂散光(图中虚线箭头代表的光线)；在第二电场状态下，如图4所示，控制液晶层100的液晶分子旋转，使得外界的环境光可同时穿过第二偏光片104和第一偏光片103(图中指向朝下的箭头代表的光线)，以使光电检测器205能够接收到外界的环境光以及来自于背光中反射的杂散光(图中虚线箭头代表的光线)；这样一来，通过对比上述两种状态下检测到的入射光照度，即可排除背光中杂散光的干扰，获得准确的环境光照度。在此基础上，在上述的第二电场状态下，利用液晶层100还可控制背光同时穿过第一偏光片103和第二偏光片104，因此本实施例中的环境光照度检测可在正常显示状态下完成。

基于上述描述可知，所述显示装置还可以包括一用于提供背光源的背光模组，其设置在阵列基板101背离对向基板102的一侧。该背光模组可以采用点光源例如LED(LightEmitting Diode，发光二极管)、线光源例如CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp，冷阴极荧光灯管)、以及面光源例如EL(Electro Luminescence，电致发光片)中的任一种，本实施例对于背光源的具体类型不做限定。

本示例实施方式中，所述光电检测器205可以为光电二极管，其核心部分为PN结。其中，所述光电二极管在反向电压作用下受到光照便会产生光电流，该光电流受入射光照度的控制，并随入射光照度的增大而增大，其伏安特性曲线如图5所示。由此可知，本实施例通过检测光电流的大小即可达到检测入射光照度的目的。

基于此，所述显示装置还可以包括检测芯片，该检测芯片与光电检测器205相连，用于接收光电检测器205根据光信号转换而得的电信号即上述的光电流，并通过检测光电流的大小来实现对入射光照度的检测。

需要说明的是：这里的光电二极管不应理解为对光电检测器205类型的限制，只要是能够实现光电检测功能的器件，均可用作上述的光电检测器205。

本示例实施方式中，所述显示装置可以包括阵列排布的多个亚像素以及位于每个亚像素中的薄膜晶体管206。其中，所述光电二极管可与所述亚像素对应设置，且所述光电二极管在阵列基板101上的正投影位于所述亚像素在阵列基板101上的正投影内。

由于光电二极管和薄膜晶体管206均为半导体器件，二者的制备工艺相似，因此采用光电二极管作为光电检测器205，可与现有的工艺制程具有较高的匹配度，故实施难度较低。

需要说明的是：光电二极管的数量可以与薄膜晶体管206的数量相同，即光电二极管一一对应的设置在每个亚像素中，但本公开不限于此，即光电二极管的数量也可以少于薄膜晶体管206的数量。

示例的，如图6所示，所述光电二极管可以设置在阵列基板101上的一个亚像素中，其具体可以设置在该亚像素的有效显示区内，即未被黑矩阵遮挡的彩色滤光区对应的正投影区域内，这样有利于高效的接收入射光并能提升入射光照度的检测准确度。

在实际应用中，所述光电二极管无需与所有亚像素一一对应设置也可实现其检测功能，因此本实施例优选在一预设区域内仅设置一个光电二极管，且该光电二极管可以设置在该预设区域内的中心亚像素中；其中，所述预设区域的大小可以与一触控单元的大小相近。

在本示例实施方式中，所述亚像素至少可以包括红色亚像素、绿色亚像素和蓝色亚像素。其中，所述对向基板102可以为彩膜基板，其相应的可以包括红色滤光区、绿色滤光区和蓝色滤光区；其中，相邻的滤光区之间还设置有黑矩阵207，且该彩膜基板中黑矩阵207的位置与阵列基板101中薄膜晶体管206的位置相对应。

由于各个彩色滤光区对应设置有不同颜色的滤光片，因此光电检测器205实际检测到的环境光为经过滤光片滤色后的单色光。基于此，本实施例可以根据实际需求设置不同颜色的滤光片，从而实现对不同光谱的检测。

下面结合图3和图4以TN型液晶显示装置为例对光线检测原理进行详细的阐述。其中，该TN型液晶显示装置为常黑模式，第一偏光片103的透过轴与第二偏光片104的透过轴相互平行，且液晶层100中液晶分子的初始长轴方向逐渐扭曲并自下而上(自阵列基板101至对向基板102)旋转90°。在阵列基板101上设置有条状的像素电极，在对向基板102上设置有板状的公共电极，像素电极和公共电极之间的电压差可控制电场的大小。此外，光电检测器205采用光电二极管。

如图3所示，未加电场时，液晶分子呈现初始状态即初始长轴方向逐渐扭曲并自下而上旋转90°，其可以改变入射光的偏振方向，故光线无法同时穿过两层偏光片而实现黑态。在此情况下，经过第一偏光片103入射的背光具有沿第一方向的偏振态，由于液晶分子的旋光作用，该第一方向的偏振光在到达第二偏光片104时偏振方向改变了90°，因此无法穿过第二偏光片104，则液晶显示器无图像显示；同理，经过第二偏光片104入射的环境光也具有沿第一方向的偏振态，且该第一方向的偏振光在到达第一偏光片103时偏振方向也改变了90°，因此无法穿过第一偏光片103，则环境光无法照射到光电二极管。在此基础上，背光的开启会导致部分背光光线反射到光电二极管的感光面，即来自背光中的杂散光会干扰光电二极管的正常检测，此时光电二极管检测到的第一照度Ec为背光的杂散光照度Esl，即Ec＝Esl。

如图4所示，施加电场时，液晶分子的长轴方向垂直于基板表面，其不改变入射光的偏振方向，故光线可以同时穿过两层偏光片。在此情况下，经过第一偏光片103入射的背光能够穿过第二偏光片104；同理，经过第二偏光片104入射的环境光也能够穿过第一偏光片103，则环境光能够照射到光电二极管。在此基础上，背光的开启依然会导致部分背光光线反射到光电二极管的感光面，即来自背光中的杂散光仍会干扰光电二极管的正常检测，此时光电二极管检测到的第二照度Eo为环境光照度Eal与背光的杂散光照度Esl之和，即Eo＝Eal+Esl。

基于此，通过对比上述两种电场状态下光电二极管所检测到的入射光照度，即可得出环境光照度为上述两次检测照度之差，即Eal＝Eo-Ec。由此可知，本实施例通过控制液晶层100的开启与关断，即可达到控制检测光路通断的目的，从而实现对外界环境光的检测。

进一步的，由于显示装置在显示图像时，显示画面时显示装置各个区域液晶的偏转角度不同，即不同区域下液晶层100的透过率不同，因此相同的环境光条件也会导致光电二极管接收到的环境光照度不同。假设显示图像时光电二极管所在亚像素的显示灰阶为GL，光电二极管检测到的环境光照度为Eal，则此时的实际环境光照度应为E＝Eal/(GL/GLmax)；其中，GLmax为液晶显示的最大显示灰阶。

需要说明的是：上述的环境光照度Eal为光电二极管检测到的照度，其在液晶层完全开启(最大显示灰阶)状态下等于实际环境光照度，在液晶层未完全开启(非最大显示灰阶)状态下小于实际环境光照度。

本示例实施方式中，所述液晶显示装置还可以为其它模式，例如IPS模式或者ADS模式。在此情况下，第一偏光片103的透过轴与第二偏光片104的透过轴可以相互垂直设置，且液晶层100中的液晶分子的初始长轴方向可以垂直于第一偏光片的透过轴或者平行于第一偏光片的透过轴。

其中，基于IPS模式或者ADS模式的显示装置的光线检测原理可以参考TN模式的显示装置的光线检测原理，这里不再赘述。

在本示例实施方式中，所述显示装置例如可以包括手机、平板电脑、电视机、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

本示例实施方式还提供了一种使用上述液晶显示装置的光线检测方法。如图7所示，所述光线检测方法可以包括：

S1、控制液晶层中的液晶分子处于第一偏转态以切断环境光的传播路径，光电检测器获取经第一偏光片反射的背光中的杂散光照度；

S2、控制液晶层中的液晶分子处于第二偏转态以开通环境光的传播路径，环境光依次穿过第二偏光片、对向基板、液晶层、第一偏光片而入射至光电检测器，光电检测器获取环境光照度；

S3、根据所述显示装置中任意亚像素的实际显示亮度、最大显示亮度、以及环境光照度获取实际环境光照度。

其中，所述环境光照度是指环境光入射液晶显示装置之后的照度，即光电检测器检测到的照度；而所述实际环境光照度是指环境光入射液晶显示装置之前的照度，即环境光到达液晶显示装置出光面时的照度。

基于此可知，在最大显示灰阶条件下，所述环境光照度即为实际环境光照度，因此仅根据步骤S1-S2即可得到环境光的实际照度；在非最大显示灰阶条件下，所述环境光照度小于实际环境光照度，因此需要根据步骤S1-S3来得到环境光的实际照度。

需要说明的是：以上步骤S1-S3中的具体检测以及换算过程可参考上述的具体实施例，这里不再赘述。

本示例实施方式所提供的光线检测方法，不仅可应用于环境光照度的检测，还能应用于手势检测或者距离检测等功能。以手势检测为例，利用设置在阵列基板上的多个光电检测器检测环境光照度的变化，并以此判断手指预操作的位置，从而达到手势检测的目的，该方法可以为触控装置提供一种全新的思路。此外，距离检测也可利用相同的原理实现，因此不再赘述。

需要说明的是：所述光线检测方法中的具体细节已经在对应的显示装置中进行了详细描述，这里不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种液晶显示装置的光线检测方法；所述液晶显示装置包括相对设置的阵列基板和对向基板，设于所述阵列基板和所述对向基板之间的液晶层，位于所述阵列基板面对所述对向基板的一侧的第一偏光片，位于所述对向基板背离所述阵列基板的一侧的第二偏光片，以及设于所述阵列基板上且位于所述第一偏光片入光侧的光电检测器；其特征在于，所述光线检测方法包括：

在第一电场状态下，利用液晶层控制环境光经过所述第二偏光片后无法穿过第一偏光片，使光电检测器获取背光中的杂散光照度；

在第二电场状态下，控制液晶层中的液晶分子偏转以使环境光依次穿过第二偏光片、对向基板、液晶层、第一偏光片而入射至所述光电检测器，所述光电检测器获取环境光照度和来自于背光中反射的杂散光照度；

比较两种电场状态下所述光电检测器获取的结果，得到所述环境光照度。

2.根据权利要求1所述的光线检测方法，其特征在于，所述光电检测器获取背光中的杂散光照度具体包括：

所述第一偏光片的透过轴与所述第二偏光片的透过轴相互平行；

在垂直于所述阵列基板表面的方向上，控制所述液晶层中的液晶分子的长轴方向逐渐扭曲并从所述第一偏光片到所述对向基板旋转90°。

3.根据权利要求1所述的光线检测方法，其特征在于，所述光电检测器获取背光中的杂散光照度具体包括；

所述第一偏光片的透过轴与所述第二偏光片的透过轴相互垂直；

控制液晶层中的液晶分子的初始长轴方向垂直于所述第一偏光片的透过轴或者平行于所述第一偏光片的透过轴。

4.根据权利要求1所述的光线检测方法，其特征在于，所述光线检测方法还包括：

采用以下公式根据所述液晶显示装置中任意亚像素的实际显示灰阶、最大显示灰阶、以及所述环境光照度获取实际环境光照度；其中，所述环境光照度为所述光电检测器检测到的环境光照度，所述实际环境光照度指环境光入射所述液晶显示装置之前的照度；

E＝Eal/(GL/GLmax)

其中，GL表示所述亚像素的实际显示灰阶，Eal表示所述光电检测器检测到的环境光照度，GLmax表示液晶显示装置的最大显示灰阶。

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