CN1751284A - 交互式显示系统 - Google Patents

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    • G02F1/133512—Light shielding layers, e.g. black matrix

Abstract

在显示器件(1)内的TFT(10)例如通过在所谓的黑色矩阵层(33)上制作针孔(34)而被有意地做成对来自外部光源的辐射是敏感的。跨越像素(8)或相关的电容器上的电压在照射时下降。在刚好在下一个刷新周期期间刷新像素内容之前感知这个电压下降，有可能把有意地照射的像素(8)或像素图案(37，38)与未照射的像素(8)区分开。

Description

交互式显示系统
本发明涉及交互式显示系统，该系统包括至少一个带有多个图像单元和具有用于把驱动电压经由薄膜晶体管施加到所述图像单元的显示器件的装置。
本发明还涉及显示器件和用于这样的交互式显示系统的输入装置。显示器件例如是(有源矩阵)液晶显示器件(AMLCD)。液晶显示器件在计算机工业和在从移动电话和价格标签一直到掌上电脑和组织器等手持式设备中已经找到了广泛的应用。触摸敏感的显示器件通常使用设在显示设备的正面的触摸敏感屏。另外，与诸如触笔(stylus)那样的触摸器件的组合也找到了广泛的应用，同时也感觉到有这样的需要，即经由显示屏提供输入方式。在技术上已提出了由手指直接触摸而不用触笔。
使用在显示设备的正面的触摸敏感屏通常大大地增加触摸敏感的显示器件的成本。而且，这样的额外的屏在液晶显示器件的情形下，会减小对比度、视角和亮度。再者，指印会留在屏幕上，这进一步减小要被显示的图像的可观看性。
本发明的一个目的是至少部分克服上述的问题。为此，按照本发明的交互式显示系统还包括能够提供电磁辐射的输入装置，显示器件包括分层图案，该分层图案把所述电磁辐射有选择地传送到薄膜晶体管(TFT)的半导体层。
与通过引入光遮蔽来克服TFT-矩阵中的薄膜晶体管的光敏感性的缺点这种通常的实践完全相反，现在以受控制的方式来利用这种光敏感性，这是例如通过在薄膜晶体管的区域上提供开孔或通过在薄膜晶体管的区域上制作对于给定范围的波长不透光的图案来达到的。
例如激光指点器(pointer)的输入装置可被编程或可以用手移动，以生成不同种类的图案，例如，圆圈、十字、箭头等等，这些图案相应于要由设备执行的某些功能(变焦、复位、分页)，而不用触及该设备。
本发明的几个实施例可被使用于任何给定的尺寸的AMLCD器件或其它有源器件。在诸如例如在组织器、移动电话、掌上电脑中出现的那些小尺寸的显示器件中，使用光笔相对于使用触摸屏的优点为：
AMLCD屏幕保持没有手印，可观看性增强。
由于不必添加触摸敏感屏，显示器件具有改进的对比度、视角、和亮度特性。而且，节省了购买和安装触摸屏的成本。
照明器件(背光或侧光)可以以较低的功率电平工作，节省宝贵的电池功率。
集成到现有的AMLCD板是直截了当的，只有非工作的盖板需要修改，因此，可预期在短时间内推向市场。
在诸如例如在PC和笔记本电脑中见到的那种中等体积的显示器件中，进一步的优点例如是：
取代鼠标、触摸板、和键盘中的一个或多个的可能性，因为可以用传统的手写方式可来输入数据。
使用熟知的用于执行给定的图标功能的双击功能的可能性得以保持。也就是，类似于双击功能的双击(激光)光脉冲特性可以在使用安装在(激光)光笔上的开关时方便地启用。
在台式计算机上，(激光)光笔可以有助于阻止RSI。
在诸如LCDTV或其它大屏幕中使用的那种大尺寸的显示器件中，本发明的优点为：
在非常大的尺寸下可以避免那些不想要的屏幕触摸。(激光)光笔能够借助于光来“触及”屏幕。
使用软件驱动的对光写入的图案的识别，光笔可用作为遥控器。
类似于计算机控制那样的特性(通常例如变焦功能和功能按钮)的实施方案可被附加到通常只具有显示功能的屏幕上。
优选地，可以使用个性化的(激光)光笔。这不单为按照本发明的显示设备的任何可能的应用增加了保密性，而且也避免受到第三方对屏幕上呈现的信息的不想要的扰乱/干扰。
通过参考此后作为例子描述的非限制性实施例将明白和将阐述本发明的这些和其它方面。
在图上：
图1示意地显示按照本发明的(液晶)显示器件，
图2显示(液晶)显示器件的一部分的截面，
而同时
图3显示在按照图1的显示器件中使用的晶体管的特性，以及
图4显示按照本发明的显示器件的平面图。
这些图是示意的以及不是按比例画的。相应的元件通常用相同的标注数字表示。
图1是其中可应用本发明的(显示)器件的一部分的等效电路图。在一个可能的实施例中它包括在行或选择电极7与列或数据电极6的交点的区域中各图像单元或像素8的矩阵。行电极借助于行驱动器4被接连地选择，而列电极经由数据寄存器5被提供以数据。为此，进入的数据2在如有必要时首先在处理器3中被处理。在行驱动器4与数据寄存器5之间的互相同步经由驱动线9实施。
来自行驱动器4的信号经由薄膜晶体管(TFT)10选择图像电极，这些薄膜晶体管的栅极被电连接到行电极7而源极被电连接到列电极。出现于列电极6的信号经由TFT传送到被耦合到漏极的像素8的图像电极上。另外各图像电极例如被连接到一个或多个公共计数电极。在图1上，仅仅画出5个薄膜晶体管(TFT)10，只是作为例子。数据寄存器5还包含开关11，通过该开关，或者进入的数据可被传送到列电极6(在位置11a)，或者可以在传感阶段期间感知TFT10的状态(开关11处在位置11b)，正如在后面解释的。
图2显示具有底部基片20和上部基片30的液晶显示器件的一部分的截面。触摸敏感的液晶器件具有在底部基片20上的图像电极21和在另外那个基片30上的图像电极31。TFT10在底部基片20上实现以及(在本例中)以通常已知的方式包括非晶硅层22、通过绝缘层(栅极介质)27而与硅层22隔离的栅极23、以及源极和漏极24，25，它们使列电极互联到图像电极21(取决于栅极电压)。
上部基片30还包括滤色层32和所谓的黑色矩阵层33。(显示)器件1还包括输入装置12，在下面将进一步讨论。
TFT10是包含源极，漏极和栅极的三端器件，见图3(a)。如果把适当的电压加到TFT的栅极23，则可以激励电荷载流子流，正如在图3(a)上用电流源40示意地表示的。
如果正电压加到TFT的栅极，则电子被积聚在刚好处在栅极下面的半导体材料中。积聚的电子形成穿过半导体的导电通道。在一侧，半导体可被连接到源极，源极例如可被连接到列电极。在另一侧，半导体可被连接到漏极。在漏极与像素串联连接并连接到公共地以及在半导体层中存在导电通道的情形下，电荷可以从源极流动到漏极。因此，可以驱动单独一个像素。在关断的情形下，负电压加到栅极。因此，源极处存在的电荷与漏极处存在的电荷互相隔离，从而在像素处的信息被保持。TFT10的这种正常功能由图3(b)上的它的ID-VGD曲线作为连续的线a被给出。
诸如多晶硅、非晶硅、或有机半导体那样的半导体材料的另一个特性是光电现象，这意味着，当它暴露在光线下时，在材料内生成电子-空穴对。这在TFT中引起光感应泄漏电流，它在关断状态下是明显可看见的，这在图3(b)上以虚线b给出。所以，在传统的液晶器件中的TFT10例如借助于黑色矩阵层33，34使它免受任何入射光(可能是环境光，也可能是由液晶器件的背光源或前光源故意发射的光)的照射(图2)。另外，TFT的半导体层通常被选择成尽可能薄，以使得会造成TFT不能正常工作的不想要的光感应电流的生成最小化。
按照本发明，以前描述的半导体材料的光电特性通过使得TFT10对于(特定的)外部光敏感而有意地用于TFT板的应用上。这可以通过例如在黑色矩阵层33中制作开孔34(针孔)(图2)，或通过用另一种被做成对于给定的波长为不透明的材料代替黑色矩阵材料而完成。对于黑色矩阵材料，可以使用金属，但也可以使用PEDOT材料。
在黑色矩阵层中的开孔34(针孔)的情形下，来自激光指点器12的(聚焦的)(激光)光束可以局部地照射给定的TFT。因此，存储在与所述相关TFT的显示单元有关的电容器的电荷往源极和/或栅极泄漏。同时，在照射时生成电子-空穴对。因为电荷存储在电容器上，电子和空穴被分开，湮灭了存储在电容器板上的正负号相反的电荷。因此，在照射时电容器上的电压下降。在下一个写入周期期间，在写入新的信息之前感知这个电压下降时(开关11处在位置11b)，有可能将故意照射的像素和未照射的像素区分开。
感知的信息被存储在处理器3，以及通过使用专用软件可以把功能指定给检测到的被照射的像素的图案。检测可以通过把传感放大器合并到数据寄存器5中或在所述处理器3中而被完成。在使用专用软件时，可以将功能指定给检测到的图案。例如，被照射的图像单元(像素)的(填充了的)圆圈37(见图4)，可被解释为在(激光)照射的圆圈内的内容在尺寸上应该被放大，即，引入非接触和远程变焦功能。另一方面，来自激光指点器12的图案可以这样的方式被加密，使得显示器仅仅在与提供某些图案的激光指点器的相组合时才起作用。
另一个图案可以是十字形38。十字形可被解译为复位命令，即，变焦功能或任何其它指定的功能被关断。将会看到，可以用这种方式来实现许多其它图案和许多其它功能。
在再一个实施例中，黑色矩阵层33由只对给定的波长范围(例如，1300-1500nm)的辐射是不透明的材料制成。优选地，使用经常存在于器件中的、用于彩色掩膜的红色或绿色部分的材料。这样的不透明层的优点是，TFT的光敏感区域被放大，同时TFT对于非垂直入射的光也变得更敏感。这对于更大尺寸的显示器可能是重要的。
本发明的保护范围不限于所描述的实施例，而本发明也可以应用于其它显示器件，例如(O)LED显示器。
在使用人眼不可见的光源来照射TFT(不透明的薄膜)的情形下附加第二光源作为对于眼睛的引导(借助于可见光源)，可以是进一步有用的。激光器工作在1300-1500nm范围的情形下，这可以是倍频器。
虽然在图3的例子中显示了所谓的TFT10的底层栅极配置，但将会看到，本发明也可以应用于顶层栅极配置。辐射敏感性现在是通过调整TFT结构以使得它成为光敏感的(例如，通过给图2的栅极23(它现在事实上位于半导体层的顶层)提供孔径36或通过使用一个全ITO栅极)而达到的。
本发明在于每个新颖的特征特性和各个特征特性的组合。在权利要求中的标注数字不限制它们的保护范围。动词“包括”及其派生字的使用不排除与权利要求中阐述的单元不同的单元的存在。在单元前面使用冠词“一个”不排除多个这样的单元的存在。

Claims (11)

1.一种交互式显示系统，包括至少一个带有多个图像单元(8)以及具有经由薄膜晶体管(10)把驱动电压加到所述图像单元的装置(3，4，5)的显示器件(1)，交互式显示系统还包括能够提供电磁辐射的输入装置(12)，显示器件包括分层图案(23，33)，分层图案有选择地把所述电磁辐射传递到薄膜晶体管(10)的半导体层(22)。
2.按照权利要求1的交互式显示系统，其中分层图案(23，33)包括在薄膜晶体管的区域上的开孔(34，36)。
3.按照权利要求1的交互式显示系统，其中分层图案(23，33)在薄膜晶体管(10)的区域上对于给定的波长范围是不透明的，输入装置能够提供基本上在所述波长范围内的电磁辐射。
4.按照权利要求2或3的交互式显示系统，其中分层图案包括薄膜晶体管的栅极(23)或黑色矩阵(33)。
5.按照权利要求2或3的交互式显示系统，还包括用于检测被照射的薄膜晶体管的图案的装置(3，11)。
6.显示器件(1)，带有多个图像单元(2)和具有用于经由薄膜晶体管(10)把驱动电压加到所述图像单元的装置(3，4，5)，该显示器件包括分层图案(23，33)，该分层图案有选择地把所述电磁辐射传递到薄膜晶体管(10)的半导体层(22)。
7.按照权利要求6的显示器件，其中分层图案(23，33)包括处在薄膜晶体管区域上的开孔(34，36)。
8.按照权利要求6的显示器件，其中分层图案(23，33)在薄膜晶体管(10)的区域上对于给定的波长范围是不透明的，输入装置能够提供基本上在所述波长范围内的电磁辐射。
9.按照权利要求7或8的显示器件，其中分层图案包括薄膜晶体管的栅极(23)或黑色矩阵(33)。
10.用于按照权利要求1的交互式显示系统的输入装置(12)，该输入装置(12)能够提供聚焦的电磁辐射的图案。
11.按照权利要求12的输入装置具有加密特性。
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