CN1957471A - 在平板显示器中与传感器阵列集成的彩色滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种与传感器阵列集成的彩色滤波器及其制造方法。通过传感器阵列与彩色滤波器的集成，可以降低显示器的总体成本。此外，该集成允许传感器阵列用作数据输入的触摸屏。另一个优点是，该集成允许彩色滤波器用作光屏蔽，因此，传感器阵列不再需要单独的光屏蔽。

Description

在平板显示器中与传感器 阵列集成的彩色滤波器
技术领域
[003]本发明涉及平板显示器，具体涉及在平板显示器中与传感器阵列集成的彩色滤波器。
背景技术
[004]液晶显示器(LCD)已用于几乎所有类型的数字式装置或与其连接，从钟表到计算机到投影电视，LCD通常包含多个像素，每个像素有液晶盒(LCC)。LCD中图像的形成是通过加电场以改变显示器中每个LCC的化学性质，为的是改变LCC的光透射或吸收性质，因此，LCC根据控制器的要求改变背照光产生的图像。虽然终端输出可能是彩色的，但是LCC本身是单色的。添加彩色是通过滤波过程。现代的膝上型计算机显示器可以产生16,521,216个同时的彩色，其分辨率为800×600。同时彩色的数目或分辨率随不同的显示器而变化。
[005]在典型的LCD中，来自光源的光线传输通过用于偏振光的光偏振器，因此，可以由LCC阵列对它产生作用。偏振光传输通过LCC矩阵，和第二个偏振器(通常称之为分析器)，而LCC矩阵中每个像素的作用是光闸，它允许光透射，阻塞光，或降低光的亮度到某个程度。在彩色显示器中，LCC矩阵中的每个像素包含若干个子像素，例如，3个，该子像素是在相加光原理与彩色滤波器结合的工作下产生视在色。在光传输通过LCC矩阵之后，它传输通过由染色玻璃制成的一个彩色滤波器或一组彩色滤波器。在典型的红-绿-蓝(RGB)显示器中，彩色滤波器集成到上层玻璃中，该玻璃是微观地着色，它可以在每个像素中三个子像素的各自子像素上提供红，绿，和蓝滤波器单元。除了在该彩色单元范围内的光以外，每个彩色单元阻塞所有波长的光。在彩色滤波器单元之间的区域可以印制成黑色以提高对比度。传输通过与一个像素相关的这些彩色滤波器单元的各种光强度组合可以产生大部分的可见光谱彩色。
[006]彩色滤波器用在有源矩阵液晶显示器(AMLCD)中已有多年。在AMLCD中，每个LCC分别是由专用晶体管或二极管激励。现有的AMLCD技术包括薄膜晶体管(TFT)和金属-绝缘体-金属(MIM)。彩色滤波器还用在相对新的有机发光二极管(OLED)显示器中。例如，利用特别白的OLED和用于红，绿，和蓝基色的特别一组彩色滤波器，eMagin Corporation(Hopewell Junvtion，NJ)开发出一种全色OLED微显示器。
发明内容
[007]在一些显示器中，例如，在上述相关申请中所描述的显示器，包含的传感器是为了更好地控制像素亮度，提高图像质量，降低功率消耗，增加显示器寿命，和降低制造成本，每个传感器是与显示器中各自的像素或子像素相关，和其位置适合于接收从该像素或子像素发射的部分光。每个传感器还有相关的电参数，它取决于从各自像素接收的光发射强度，因此，与接收的光发射强度有关的电反馈可用于控制相关像素的亮度。显示器中的多个传感器排列成与显示器中像素对准的传感器阵列。
[008]本发明的实施例提供一种与传感器阵列集成的彩色滤波器及其制造方法。通过传感器阵列与彩色滤波器的集成，可以进一步降低显示器的总体成本。此外，该集成允许传感器阵列用作数据输入的触摸屏。通常，添加触摸屏可以使显示器的成本加倍。然而，若触摸特征是与彩色滤波器集成，则可以节省大量的成本。另一个优点是，该集成允许彩色滤波器用作光屏蔽，因此，传感器阵列不再需要单独的光屏蔽。光屏蔽用于减小入射到传感器阵列上的环境光量。
[009]在一个实施例中，彩色滤波器包括：形成在基片上并排列成组的多个彩色滤波器单元，一组中的每个彩色单元是与不同的颜色相关，以及与彩色滤波器单元对准并形成在基片上的第一阵列传感器。彩色滤波器单元形成在透明的基片上，并被第一层透明材料覆盖。第一阵列传感器形成在第一层透明材料上。彩色滤波器还包括：形成在第一层透明材料上并与各自行传感器接触的第一组导线。在显示器用作触摸屏的实施例中，彩色滤波器还包括：在第一阵列传感器上并与第一阵列传感器对准的第二阵列传感器。第二阵列传感器是由导线互连，该导线的布线(running)垂直于互连第一阵列传感器的导线。
[010]本发明的实施例还提供一种用于制作与传感器阵列集成的彩色滤波器的方法。该方法包括：在透明基片上形成多个彩色滤波器单元；利用第一层透明材料覆盖多个彩色滤波器单元；在第一层透明材料上形成第一阵列传感器；和在第一层透明材料上形成第一组导线，每条导线连接到一行传感器。在显示器是无源矩阵显示器的实施例中，该方法还包括：在第一层透明材料上形成第二组导线，每条导线连接到一行传感器。在显示器是有源矩阵显示器的另一个实施例中，该方法还包括：利用第二层透明材料覆盖多个传感器和第一层透明材料，并在第二层透明材料上形成第二组导线，第二组导线的布线方向垂直于第一组导线。在显示器用作触摸屏的另一个实施例中，该方法还包括：利用第二层透明材料覆盖多个传感器和第一层透明材料，并在第二层透明材料上形成第二阵列传感器。
[011]本发明的实施例还提供一种显示器，包括：显示器元件，该显示器元件包含排列成组并形成在第一基片上的多个子像素，一组中的每个子像素是与不同的颜色相关；和滤波器元件。该滤波器元件包含排列成组并形成在第二基片上的多个彩色滤波器单元，每组彩色滤波器单元对应于显示器元件中各自组的子像素，一组中的每个彩色单元是与不同的颜色相关，和形成在第二基片上并与多个子像素和多个彩色滤波器单元对准的阵列传感器。每个传感器有相关的电参数，它与从各自子像素接收的光发射强度有关，因此，与接收的光发射强度有关的电反馈参数或信号可用于控制各自子像素的亮度。
附图说明
[012]图1A是按照本发明一个实施例采用传感器阵列的显示器方框图。
[013]图1B是按照本发明一个实施例的显示器方框图，该显示器有形成在两个分开基片上的显示器元件和彩色滤波器元件。
[014]图2是图1中显示器的典型实施装置的电路图。
[015]图3是按照本发明一个实施例有源矩阵显示器中的显示器元件和彩色滤波器元件图。
[016]图4是按照本发明一个实施例无源显示器中的显示器元件和彩色滤波器元件图。
[017]图5是按照本发明一个实施例有触摸屏功能的显示器中的显示器元件和彩色滤波器元件图。
[018]图6A是按照本发明一个实施例部分无源显示器的剖面图。
[019]图6B是按照本发明一个实施例部分有源矩阵显示器的剖面图。
具体实施方式
[020]本发明的实施例提供一种与传感器阵列集成的彩色滤波器和及其制作方法。图1A是按照本发明一个实施例采用传感器阵列22的有源矩阵发射显示器11的方框图。如图1A所示，显示器11包括：多个像素，每个像素通过列线55连接到列控制电路44，并通过行线56连接到行控制电路46。传感器阵列22包括：多个传感器60，每个传感器通过传感器行线70连接到行控制电路46，并通过传感器列线71连接到列控制电路44。
[021]在一个实施例中，每个传感器60是与各自像素33相关，其位置适合于接收从该像素发射的部分光。像素通常可以是正方形，如图1A所示，但也可以是任何其他的形状，例如，矩形，圆形，椭圆形，六边形，多边形，或任何其他的形状。若显示器11是彩色显示器，则像素33还可以是排列成组的多个子像素，每组子像素对应一个像素。一组中的子像素应当包含若干个(例如，3个)子像素，每个子像素占有给对应像素指定的部分区域。例如，若每个像素是正方形，则子像素通常是与该像素有相同的高度，但仅仅是部分(例如，1/3)的正方形宽度。各个子像素可以有相同的尺寸和形状，或者，它们可以有不同的尺寸和形状。每个子像素可以包含与像素33相同的电路单元，且显示器中的各个子像素可以互相连接，并连接到列控制电路44和行控制电路46，如同图1A所示的像素33。在彩色显示器中，传感器阵列22应当有与每个子像素相关的传感器60。在以下的讨论中，我们涉及的像素可以是指像素或子像素。
[022]每个传感器60可以包含有相关电参数的传感器材料，它取决于从各自像素33中接收的光或光子发射强度，因此，与接收的光发射强度有关的电反馈参数或信号可以通过与传感器60连接的传感器列线71提供给列控制电路44。每个传感器60还可以包含传感器材料和电路元件。例如，在有源矩阵显示器中，每个传感器60可以包含隔离晶体管，用于防止各个传感器之间的串扰，如以下所详细讨论的。
[023]行控制电路46配置成激励选取行的传感器60，例如，通过升高选取传感器行线70上的电压，传感器行线70连接选取行传感器到行控制电路46。列控制电路44配置成检测与选取行传感器相关的电参数，并基于电参数的变化，控制对应行像素33的亮度。按照这种方法，基于来自传感器阵列的反馈，可以控制每个像素的亮度到特定的电平。在其他的实施例中，传感器60还可用于除了反馈控制像素亮度以外的其他目的，而传感器阵列可以包含多于或少于显示器中像素或子像素数目的传感器。
[024]传感器阵列和像素可以形成在相同的基片上，或者，它们可以形成多个不同的基片上。在一个实施例中，显示器11是包含彩色滤波器元件100和显示器元件110的彩色显示器，如图1B所示。显示器元件110包括：形成在第一基片112上的子像素33，列控制电路44，行控制电路46，列线55，和行线56。彩色滤波器元件100包括：形成在第二基片102上的传感器60，传感器行线70，和传感器列线71，在第二基片102上还形成多个彩色滤波器单元。彩色滤波器单元包括排列成组的彩色滤波器单元，每组有若干个(例如，3个)不同的彩色滤波器单元，例如，红色滤波器单元20，绿色滤波器单元30，和蓝色滤波器单元40。
[025]当这两个元件放在一起并形成显示器11时，显示器元件110上的电接触片或引线114是与滤波器/传感器板100上的电接触片104匹配，如虚线aa所示，为的是连接传感器行线70到行控制电路46。同样地，显示器元件110上的电接触片或引线116是与滤波器/传感器板100上的电接触片106匹配，如虚线bb所示，为的是连接传感器列线71到列控制电路44。应当明白，显示器元件110可以是一种任何类型的显示器，它包括，但它不限于，LCD，场致发光显示器，等离子体显示器，LED，OLED基显示器，微机电系统(MEMS)基显示器，例如，数字光投影仪，等等。为了便于说明，在图1B中仅画出显示器元件110的一组列线55和一组行线56。实际上，与显示器元件110相关的有多组列线和/或多组行线。例如，在OLED基有源矩阵发射显示器中，如以下所讨论的，显示器元件110可以包含另一组行线，它连接每个像素33到各自一个接触片114。
[026]图2表示一个实施例显示器11的一种实施装置。为了便于说明，在图2中没有画出彩色滤波器单元。如图2所示，显示器11包括：排列成行和列的多个像素33，第1行中的像素PIX1，1，PIX1，2等，第2行中的像素PIX2，1，PIX2，2等，以及显示器中的其他行。每个像素33包括：晶体管212，发光装置214，开关装置222，和电容器224。图2还展示包含排列成行和列的多个光传感器(OS)230的传感器阵列，每个OS 230对应于一个像素。
[027]每个OS 230可以是有可测量性质的任何合适传感器，例如，电阻，电容，电感，或类似的参数，性质或特征，它取决于接收的光发射。OS 230的一个例子是光敏电阻器，它的电阻是随入射的光子通量而变化。每个OS 230可以包含与光敏电阻器并联的电容器。作为另一个例子，每个OS 230是校准的光子通量积分器，例如，在2004年12月17日申请和共同转让的US Patent Application Serial Number11/016,372中所公开的一种积分器，其标题是“Active-Matrix Displayand Pixel Structure for Feedback Stabilized Flat Panel Display”，该申请全文合并在此供参考。因此，每个OS 230可以至少包含一种类型材料，它的一个或多个电特性是随入射到该材料表面上的辐射强度而变化。这种材料包括，但不限于，非晶硅(a-Si)，硒化镉(CdSe)，硅(Si)，和硒(Se)。还可以利用其他的辐射灵敏传感器，它包括，但不限于，光二极管，和/或光晶体管。
[028]任选地，可以提供诸如隔离晶体管的隔离装置232以防止各个OS 230之间可能的串扰。隔离晶体管232可以是任何类型的晶体管，该晶体管有第一端，第二端和控制端，其中第一端与第二端之间导电性是随控制端上所加的控制电压而变化。在一个实施例中，隔离晶体管232是TFT，其中第一端是漏极DR3，第二端是源极S3，和控制端是栅极G3。隔离晶体管232是与OS 230，源极S3，或漏极DR3串联连接，它连接到OS 230的一端，而控制端G3连接到OS 230的另一端。OS 230本身或OS 230与隔离晶体管232的组合可以包含在传感器60中。
[029]发光装置214通常可以是现有技术中已知的产生辐射的任何发光装置，例如，响应于电测量的光发射，其中电测量是通过该装置的电流或在该装置两端的电压。发光装置214的例子包括，但不限于，发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)，它可以发射任何波长或多个波长的光。可以利用其他的其他的发光装置，它包括：场致发光单元，无机发光二极管，和用在真空荧光显示器，场发射显示器和等离子体显示器中的发光装置。在一个实施例中，OLED用作发光装置214。
[030]以下，发光装置214有时称之为OLED 214。但是，应当理解，本发明不局限于利用OLED作为发光装置214。此外，虽然有时本发明的描述是相对于平板显示器，但是，应当理解，此处所描述实施例的许多特征可应用于非平板或制作成平板的显示器。
[031]晶体管212可以是有第一端，第二端和控制端的任何类型晶体管，其中第一端与第二端之间的电流取决于控制端上所加的控制电压。在一个实施例中，晶体管212是TFT，其中第一端是漏极D2，第二端是源极S2，和控制端是栅极G2。晶体管212和发光装置214是串联连接在电源VDD与地之间，其中晶体管212的第一端连接到VDD，晶体管212的第二端连接到发光装置214，和控制端连接到开关装置222。
[032]在一个实施例中，开关装置222有第一控制端G1a，第二控制端G1b，输入端DR1和输出端S2。作为一个非限制性例子，开关装置222可以是双栅极TFT，即，有单个通道而有两个栅极G1a和G1b的TFT。双栅极的作用类似于逻辑电路上的AND功能，其中为了使TFT 222导通，逻辑高电平需要同时加到这两个栅极上。虽然双栅极TFT是优选的，但是，具有逻辑电路上AND功能的任何开关装置适合于作为开关装置222。例如，两个串联连接的TFT或其他类型的晶体管可以用作开关装置222。利用双栅极TFT或具有逻辑电路上AND功能的其他装置作为开关装置222有助于减小各个像素之间的串扰，如果可以容许有一定量的串扰，则可以利用单栅极TFT或其他装置。
[033]显示器11还包括：行线VR1，VR2等和斜坡选择器(RS)610，它配置成接收斜坡电压VR和选取一条行线VR1，VR2等，并输出斜坡电压VR。在每个对应的行像素200中，每条行线VR1，VR2等连接到开关装置222的漏极DR1。电路100还包括：传感器行线Vos1，Vos2等，和线选择器(VosS)，它配置成接收线选取电压Vos和选取一条传感器行线Vos1，Vos2等，并输出线选取电压Vos。在每个对应的行像素33中，每个线Vos1，Vos2等连接到OS 230，和控制开关装置222的栅极G1a。在传感器阵列22制作在基片上的实施例中，该基片不同于形成像素的基片，如图1B所示，可以提供另一组或行线(未画出)，当两个基片匹配在一起时，可以使栅极G1a连接到接触片114和传感器行线Vos1，Vos2等。RS 610和VosS 620是部分的行控制电路46，它可以利用移位寄存器实现。
[034]图2还画出部分的行控制电路44，数据输入单元250，多个比较器244，每个比较器是与一列像素相关，和多个分压电阻器242，每个分压电阻器是与一个比较器244相关。每个分压电阻器242连接在每列传感器与地之间。每个比较器244有连接到数据输入单元250的第一输入端P1，连接到对应列中每个传感器60与分压电阻器242之间电路节点246的第二输入端P2，和连接到开关装置222中控制端G1b的输出端P3。
[035]图2还画出数据输入单元250，它包括：模数转换器(A/D)251，它配置成转换接收的图像电压数据到对应的数字值；连接到A/D251的任选灰度级计算器(GL)252，它配置成产生对应于数字值的灰度级；行和列跟踪器单元(RCNT)253，它配置成产生用于图像电压数据的行数和列数；连接到RCNT 253的校准查阅表寻址器(LA)254，它配置成输出对应于行数和列数的显示器11中地址；和连接到GL 252和LA 254的查阅表(LUT)255。数据输入单元250还包括：连接到LUT 255的数模转换器(DAC)256，和连接到DAC 256的线缓冲器(LB)257。
[036]在一个实施例中，LUT 255存储在校准过程中得到的校准数据，相对于有已知亮度的光源，用于校正显示器电路100中的每个传感器。有关的Patent Application Serial Number 10/872,344和Application Serial Number 10/841,198描述典型的校准过程，该申请和描述合并在此供参考。校准过程得到每个像素中电路节点246的分压器电压强度用于每个灰度级。作为一个非限制性例子，8位灰度级有0-256个亮度级，其中第255个电平是在选取的亮度级上，例如，电视屏幕上的300尼特。其余255个电平中每个亮度级是按照人眼的对数响应分配的。零电平对应于没有(或最小)发射。每个亮度值在OS 230与分压电阻器242之间的电路节点246上产生具体的电压。这些电压数值存储在查阅表LUT上作为校准数据。因此，基于LA 254提供的地址和GL 252提供的灰度级，LUT 255从存储的校准数据中产生校准的电压，并提供校准的电压到DAC 256，DAC 256把校准的电压转换成模拟电压值，并下载该模拟电压值到LB 257。LB 257提供模拟电压值到比较器244的输入端P1作为参考电压，它是与对应该地址的列相关。
[037]最初，所有的线Vos1，Vos2等是在零电压或甚至是负电压上，它取决于具体的应用。因此，每个像素33中的开关装置222是在关断状态，它与比较器244的输出端P3无关。此外，每个像素中的隔离晶体管232也是在关断状态，因此，没有传感器连接到比较器244的P2。还应当注意，电压比较器244的P2上的电压是零(或接地)，因为没有电流流过接地的电阻器242。在一个实施例中，比较器244是电压比较器，它比较其两个输入端P1和P2上的电压强度，当P1的电压大于P2的电压时，它在其输出端P3产生正的电压(例如，+10伏)；而当P1的电压等于或小于P2的电压时，它产生负的电压(例如，0伏)。正的电压对应于开关装置222中的逻辑高电平，而负的电压对应于开关装置222中的逻辑低电平。最初，在OLED 214发射光之前，OS 230有电流流动的最大电阻；而VC 244的输入端P2上的电压是最小值，因为分压电阻器242的电阻R小于OS 230的电阻。所以，当包含像素PIX1，1，PIX1，2等的第1行的参考电压写入到线缓冲器257中时，该像素中所有的栅极G1b是开路的，因为每个比较器244中的输入端P1是参考电压，而每个比较器244中的输入端P2是接地的，从而使比较器244在输出端P3产生正的电压。
[038]显示器11中第1行的图像数据电压串行地发送到A/D转换器630，和每个电压被转换成参考电压并存储在LB 257中，直至LB 1存储了该行中每个像素的参考电压。大约与此同时，移位寄存器Vos620发送Vos电压(例如，+10伏)到线Vos1，从而接通第1行中每个开关装置224的栅极G1b，因此，它接通开关装置222本身(因为栅极G1a已接通)。线Vos1上的电压Vos还加到每个第1行像素中每个像素的OS 230和晶体管232的栅极G3，从而使晶体管232导通，和电流流过OS 230。也是大约与此同时，移位寄存器RS 610发送斜坡电压VR(例如，从0伏至10伏)到线VR1，因为开关装置222是导通的，该斜坡电压加到存储电容器224和第1行中每个像素的晶体管212的栅极G2。当线VR1上的电压升高时，电容器224是不断地被充电，通过每个第1行像素中每个像素的晶体管212和OLED 214的电流就增大，因此，从OLED发射的光也增大。从第1行的每个像素中OLED 214增大的光发射落到与该像素相关的OS 230上时，它使与OS 230相关的电阻就减小，因此，电阻器242两端的电压或比较器244的输出端P2上的电压就增大。
[039]这种情况在第1行的每个像素中继续进行，因为该像素中OLED 214的亮度是随斜坡电压VR的增大而升高，直至OLED 214到达该像素的所需亮度，而输入端P2上的电压等于比较器244的输入端P1上的参考电压。与此响应的是，比较器244的输出端P3是从正电压改变成负电压，关断该像素中开关装置222的栅极G1b，因此，关断开关装置222本身。当开关装置222关断时，VR的进一步增大没有加到该像素中晶体管212的栅极G2，而晶体管212的栅极G2与第二端S2之间的电压由该像素中的电容器224保持恒定。所以，从该像素中OLED 214发射的光强度被冻结或固定在所需的强度上，它是由与该像素相关的电压比较器244的输入端P1上所加校准的参考电压所确定。
[040]斜坡电压VR1增大到其全值所需的持续时间称之为线寻址时间。在有120线和每秒60帧工作的显示器中，线寻址时间约为33微秒或更短。所以，在线寻址时间结束之前，第1行中的所有像素是在它们各自所需的发射强度上。因此，这在显示器11中完成第1行的写入。在写入第1行之后，两个水平移位寄存器VosS 620和RS 610分别关断线VR1和Vos1，它使开关装置222和隔离晶体管232被关断，从而锁住存储电容器224上的电压并隔离第1行中的OS 232与每列相关的电压比较器244。在发生这种情况时，每个比较器244的输入端P2上的电压就接地，因为在电阻器R中没有电流流过，从而使电压比较器244的输出端P3返回到正电压，而使每个有关像素中的开关装置222的栅极G1b返回到接通状态，准备写入显示器11中的第2行像素。应当明白，显示器如何工作的上述例子仅仅是一个例子，有许多方法可以实现有源型和无源型显示器，且其中任何一种显示器的工作都适用于本发明，它包括，但不限于，LCD，场致发光，等离子体，LED，OLED，诸如数字式光投影仪的MEMS，等等。
[041]如以上所讨论的，包含多个传感器60，传感器行线70，和传感器列线71的传感器阵列22可以制成在与制成像素，行线7和列线5的基片不同的基片上。在图3所示的一个实施例中，显示器11是彩色显示器，并包括彩色滤波器元件100和显示器元件110，其中彩色滤波器元件包含形成在透明基片10上并与多个彩色滤波器单元20，30，和40集成的传感器阵列22，而显示器元件110包含分成三个一组的多个子像素120。多个彩色滤波器单元20，30，和40也排列成三个一组。每组彩色滤波器单元对应于3个子像素的一组，并包含与三种不同颜色相关的彩色滤波器单元，例如，红色，绿色和蓝色，用于该组子像素中各自的子像素。对应关系是用虚线表示，它是从显示器元件110中的子像素120延伸到传感器阵列9中的传感器60，再延伸到彩色滤波器9中的彩色单元20。传感器阵列22中的传感器60连接到各自的传感器行线70和传感器列线71。
[042]参照图3，本发明的实施例提供沿互相垂直方向的传感器行线70和传感器列线71。这是一种用于有源矩阵显示器的合适安排，但在其他的应用中不必是这种安排。例如，在图4所示的无源显示器400中，其中传感器阵列22中的每个传感器60不需要被分别地寻址，线70和71可以是互相平行的行线或列线。这是相对简单的传感器阵列，其中传感器60是在导线70与71之间排列成梯子状的光敏电阻器。在这个实施例中，在光传输通过彩色滤波器9之前，传感器阵列22用于测量从子像素120输出的光。这种结构的优点是，传感器曝光在像素光发射的全光谱中，因此，它给出响应于像素光发射变化的最大电阻值变化。
[043]图5是有触摸屏功能的显示器500实施例。显示器500包括：与显示器11中相同的显示器元件110，和包含两个传感器阵列的滤波器元件100，其中第一传感器阵列150是在第二传感器阵列160之上。传感器阵列150和160包含与无源显示器400中相同的无源梯子状传感器结构，但是它们成互相直角的排列，因此，传感器阵列150是沿列的方向排列，并连接到列控制电路44，而传感器阵列160是沿行的方向排列，并连接到行控制电路46，反之亦然。
[044]图5所示的触摸屏实施例可用于更新像素或子像素，并利用光笔或光成影物体记录输入数据。当来自光笔的光入射到显示器500表面上的特定点时，列控制电路44中或与其相关的软件或硬件应当检测到，传感器阵列150中至少一列的至少一个光传感器被曝光在光笔的光中，而行控制电路46或与其相关的软件或硬件应当检测到，传感器阵列160中至少一行的至少一个光传感器被曝光在光笔的光中。可以组合该信息以确定光入射到显示器表面上的位置，它应当是该列和该行相交的位置。所以，当光笔在传感器阵列150和160上画出一条线时，这两个阵列被重复地扫描，因此，可以识别被光笔照明的传感器。
[045]成影操作是按照类似的方法工作的。当成影物体指向显示器500表面上的特定点时，列控制电路44中或与其相关的软件或硬件应当检测到，由于存在成影物体，传感器阵列150中至少一列的至少一个光传感器所接收的光发射已减小，而行控制电路46中或其相关的软件或硬件应当检测到，由于存在成影物体，传感器阵列160中至少一行的至少一个光传感器所接收的光发射已减小。可以组合该信息以确定显示器表面上成影物体指向的位置，它应当是该列和该行相交的位置。在通常的情况下，来自光笔的光或来自成影物体的阴影是沿多行和多列的方向，通过查找对传感器造成最大影响的光笔或成影物体，利用已知的算法可以精确地确定该位置。
[046]图6A表示按照本发明一个实施例无源显示器400中部分的彩色滤波器元件100和显示器元件110的剖面图。箭头指出在模块结构形成显示器400时互相匹配的这两个分开的元件。图示的显示器元件110包含与显示器像素相关的三个子像素120。子像素120形成在基片130上并被透明或基本透明的保护层140覆盖。图示的彩色滤波器元件100包含在彩色滤波器元件基片10上形成的三个基色彩色滤波器单元20，30和40，和在各自一个彩色滤波器单元20，30和40上形成的三个传感器60。透明材料层50分开彩色滤波器单元20，30和40与传感器60。还画出彩色滤波器元件100包含与各自传感器60相对侧面接触的导线70和71，另一个透明材料层80覆盖传感器60和导线70，71。
[047]虽然图6A中仅画出与一个像素相关的三个子像素。应当明白，在阵列中可以有许多这样的像素以形成完整的显示器。例如，VGA显示器有640列和480行的像素。每个像素有三色子像素。没有画出所有的彩色滤波器层，因为彩色滤波器的结构在本技术领域中是众所周知的。
[048]利用常规的技术，彩色滤波器单元20，30和40可以形成在透明基片10上。一旦形成彩色滤波器单元，利用诸如化学汽相沉积(CVD)，等离子体增强的化学汽相沉积(PECVD)，射频(RF)溅射，或专业人员熟知的其他半导体处理技术的方法，通过沉积一层透明介质材料，例如，二氧化硅和氮化硅，可以制成透明材料层50。另一种可能的透明介质过程可以包括阳极氧化金属钽或周期表中相同族的其他类似材料。另一种可能性是利用透明聚酰亚胺作为介质层50。
[049]在形成介质层50之后是在介质层50上沉积光敏材料。合适的光敏材料包括：非晶硅，多晶硅，硒化镉，碲和许多其他的材料。用于沉积光敏材料的技术包括：PECVD，和溅射，其中溅射是优选的。一旦沉积光敏材料之后，利用专业人员熟知的典型光刻技术制作图形，并利用等离子蚀刻或其他已知的技术进行蚀刻以制成各个传感器。
[050]在无源显示器400中，制作导线70和71是首先利用蒸发或溅射技术形成金属材料涂层，然后形成图形和蚀刻金属层以制成导线。利用专业人员熟知的技术，可以在导线70和71与传感器60之间实现良好的欧姆接触。在制成导线70和71之后，例如，利用与介质层50相同类型的透明介质沉积保护层80。
[051]在触摸屏实施例中，通过沉积另一层光敏材料和制作图形以形成第二传感器阵列中的传感器，和通过形成另一层金属材料和制作图形以形成第二传感器阵列中的导线，可以在透明层80上制成第二传感器阵列。第二传感器阵列中的导线方向垂直于以下传感器阵列中的导线70和71。
[052]图6B表示按照本发明一个实施例有源矩阵显示器中部分彩色滤波器元件100和显示器元件110的剖面图。图示的显示器元件110包含与显示器中一个像素相关的三个子像素120。子像素120形成在基片130上，并被透明保护层140覆盖。图示的彩色滤波器元件100包含形成在彩色滤波器透明基片10上的三个基色彩色滤波器单元20，30和40，和形成在各自彩色滤波器单元20，30和40上的三个传感器60。图示的每个传感器60包含与导体73串联连接的OS 230和TFT232。透明或基本透明的材料层50分开彩色滤波器单元20，30和40与传感器60。图示的彩色滤波器元件100还包含传感器列线71，每条列线接触一行TFT 232的一个侧面。透明材料层80覆盖传感器60和传感器列线71。
[053]有源矩阵显示器的彩色滤波器元件100还包含形成在透明材料层80上的传感器行线70。传感器行线70的方向垂直于传感器列线71，并借助于透明材料层80与传感器列线71隔离。彩色滤波器元件100还包含金属接触片74，它连接一行OS 230的一个侧面到传感器行线70，和TFT 232的导电栅极75。在一个实施例中，导电栅极75是部分的传感器行线70，并利用与传感器行线70相同的导电材料制成。传感器行线70和栅极75是被透明或基本透明材料制成的保护层(未画出)覆盖。
[054]同样地，虽然图6A和6B仅画出与一个像素相关的三个子像素。但是，应当明白，在阵列中有许多这样的像素以形成完整的显示器。此外，没有画出所有的彩色滤波器层，因为彩色滤波器的结构在专业人员中是众所周知的。本发明可应用于任何类型的彩色滤波器，它包括，但不限于，染料滤波器，折射滤波器，光谐振滤波器等，而任何类型的透明基片可以包括玻璃，石英，塑料等。
[055]利用常规的技术，在透明基片10上可以形成彩色滤波器单元20，30和40。一旦形成彩色滤波器单元，利用诸如化学汽相沉积(CVD)，等离子体增强的化学汽相沉积(PECVD)，射频(RF)溅射，或专业人员熟知的其他半导体处理技术的方法，通过沉积透明介质材料层，例如，二氧化硅和氮化硅，可以制成透明材料层50。另一个可能的透明介质过程可以包括阳极氧化金属钽或周期元素表中相同族的其他类似材料。另一种可能性是利用透明的聚酰亚胺以及其他的材料作为介质层50。
[056]在介质层50之后是沉积用于OS 230的光敏材料。合适的光敏材料包括：非晶硅，多晶硅，硒化镉，碲以及许多其他的材料。用于沉积光敏材料的技术包括：CVD，PECVD，溅射，和其他已知的技术。在一个实施例中，OS 230和TFT 232使用相同的光敏材料。因此，一旦沉积光敏材料之后，可以利用专业人员熟知的典型光刻技术制作图形，并利用等离子体蚀刻或其他已知技术进行蚀刻以形成各个OS230和用于TFT 232的基片231。
[057]利用蒸发或溅射技术形成第一个金属材料涂层，例如，铝，可以制成导线71，TFT 232与OS 230之间的导体73，和接触片74的底部，然后，形成图形和蚀刻第一个金属层以制成导线71，TFT 232与OS 230之间的导体73，和接触片74的底部。利用专业人员熟知的技术，可以在金属材料与光敏材料之间实现良好的欧姆接触。在此之后，例如，利用与介质层50所用相同类型的透明介质，可以沉积透明层80。在此之后，利用常规的技术，例如，光刻和等离子体蚀刻，在透明层80中形成用于接触片74的接触孔或沟槽。通过在透明层80上形成第二个金属材料涂层，可以制成导线70和栅极75。形成第二个金属涂层还应当填充接触孔或沟槽以形成接触片74。在此之后，通过在第二个金属涂层上形成图形，制成导线70和栅极75，并可以制成保护层(未画出)以覆盖导线70和栅极75。
[058]在显示器模块集成期间，显示器元件110是与彩色滤波器元件100对准的，因此，子像素可以与传感器单元或彩色滤波器单元互相一一匹配。
[059]如图6A和6B所示，传感器阵列22与彩色滤波器9集成的一个优点是，彩色滤波器单元20，30和40的位置可以阻塞来自基片10底部的环境光，因此，不再需要金属暗屏蔽，从而节省成本。
[060]根据以上的描述可以理解，虽然此处描述的本发明具体实施例是为了便于说明，但是在不偏离本发明精神和范围的条件下，可以作各种改动。因此，除了以下所附的权利要求书以外，本发明不受其他的限制。

Claims (27)

1.一种用在显示器中的彩色滤波器，包括：
形成在基片上并排列成组的多个彩色滤波器单元，一组中的每个彩色单元是与不同的颜色相关；和
与彩色滤波器单元对准并形成在基片上的第一阵列传感器。
2.按照权利要求1的彩色滤波器，其中在阵列传感器中的每个传感器包括：TFT。
3.按照权利要求1的彩色滤波器，还包括：覆盖彩色滤波器单元的第一透明层。
4.按照权利要求3的彩色滤波器，其中第一阵列传感器形成在第一透明层上。
5.按照权利要求4的彩色滤波器，还包括：形成在第一透明层上并与各自行的传感器相接触的第一组导线。
6.按照权利要求5的彩色滤波器，还包括：形成在第一透明层上并与各自行的传感器相接触的第二组导线。
7.按照权利要求4的彩色滤波器，还包括：与各自列的传感器相接触的第二组导线，借助于第二透明层，第二组导线与第一组导线相隔离。
8.按照权利要求1的彩色滤波器，其中每个传感器对应于显示器中的子像素和彩色单元。
9.按照权利要求1的彩色滤波器，还包括：在第一阵列传感器上并与第一阵列传感器对准的第二阵列传感器。
10.按照权利要求9的彩色滤波器，其中第二阵列传感器是通过导线互连，该导线的布线垂直于互连第一阵列传感器的导线。
11.按照权利要求1的彩色滤波器，其中基片是玻璃，或石英，或塑料。
12.按照权利要求1的彩色滤波器，其中传感器阵列包括光敏材料。
13.按照权利要求12的彩色滤波器，其中光敏材料是非晶硅，多晶硅，或硒化镉。
14.按照权利要求1的彩色滤波器，其中传感器阵列包括：光敏电阻器，光敏二极管，或光敏晶体管。
15.按照权利要求1的彩色滤波器，其中传感器阵列中的每个传感器包括隔离晶体管。
16.按照权利要求13的彩色滤波器，其中隔离晶体管包含非晶硅，多晶硅，或硒化镉。
17.一种用于制作与传感器阵列集成的彩色滤波器的方法，包括：
在透明基片上形成多个彩色滤波器单元；
利用第一层透明材料覆盖多个彩色滤波器单元；
在第一层透明材料上形成第一阵列传感器；和
在第一层透明材料上形成第一组导线，每条导线连接到一行传感器。
18.按照权利要求17的方法，还包括：
在第一层透明材料上形成第二组导线，每条导线连接到一行传感器。
19.按照权利要求17的方法，还包括：
利用第二层透明材料覆盖多个传感器和第一层透明材料。
20.按照权利要求19的方法，还包括：
在第二层透明材料中形成与传感器对准的接触片。
21.按照权利要求19的方法，还包括：
在第二层透明材料上形成第二组导线，第二组导线的布线方向垂直于第一组导线，并与接触片对准。
22.按照权利要求19的方法，还包括：
在第二层透明材料上形成多个TFT的栅极，每个TFT是与一个传感器相关。
23.照权利要求19的方法，还包括：
在第二层透明材料上形成第二阵列传感器；和
在第二层透明材料上形成第二组导线，每条导线连接到第二阵列传感器中的一列传感器，第二组导线的布线垂直于第一组导线。
24.一种显示器，包括：
显示器元件，包括：排列成组并形成在第一基片上的多个子像素，一组中的每个子像素是与不同的颜色相关；和
滤波器元件，包括：
排列成组并形成在第二基片上的多个彩色滤波器单元，每组彩色滤波器单元对应于显示器元件中各组的子像素，一组中的每个彩色单元是与不同的颜色相关；和
形成在第二基片上并与多个子像素和多个彩色滤波器单元对准的阵列传感器；和
其中每个传感器有相关的电参数，它取决于从各自子像素接收的光发射强度，因此，与接收的光发射强度有关的电反馈参数或信号用于控制各自子像素的亮度。
25.按照权利要求24的显示器，其中彩色滤波器元件还包括：形成在第二基片上并覆盖彩色滤波器单元的第一透明层，和
其中该阵列传感器形成在第一透明层上。
26.按照权利要求25的显示器，其中彩色滤波器元件还包括：形成在第一透明层上并与各行传感器接触的第一组导线。
27.按照权利要求26的显示器，其中彩色滤波器元件还包括：与各自列的传感器接触的第二组导线，借助于第二透明层，第二组导线与第一组导线相隔离。
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