带光传感器的显示装置的制作方法
专利名称：带光传感器的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示装置，特别涉及在显示面板中设置有多个光传感器的显示装置。
背景技术：
近几年，能通过以手指、笔等触摸屏幕来进行操作的电子设备正在普及。另外，作 为检测显示屏幕内的触摸位置的方法，已知有在显示面板中设置多个光传感器，利用光传 感器来检测当手指等接近屏幕时出现的影像的方法。在检测影像的方法中，当外光的照度 较低(周围较暗)时，在由光传感器得到的图像内区分影像与背景变得困难，有时不能正确 地检测触摸位置。因此，还已知在具备背光源的显示装置中利用光传感器来检测背光源的 光射中手指时的反射像的方法。在显示面板中设置多个光传感器的显示装置记载在例如专利文献1中。另外，在 专利文献2中，记载有如图17所示的具备像素部PP和红外线检测部ISP的液晶面板。在 像素部PP中设有第ITFT (Tl)、透明电极TE、反射电极RE等，在红外线检测部ISP中设有电 容器C、第2TFT(T2)等。在反射电极RE中设有用于露出透明电极TE的透射窗Wl和用于露 出电容器C内的焦电薄膜PE 1的开口窗W2。开口窗W2是为了容易地对焦电薄膜PEl施加 用户在液晶面板的外部刻意提供的红外线而设置的。专利文献1 日本特开2007-102154号公报专利文献2 日本特开2004-321685号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在以往的带光传感器的显示装置中，有时受动作环境所限，手指的识别比较 困难，不能正确地检测触摸位置。考虑以下情况例如如图18所示，具备带光传感器的液晶 面板91和背光源92的液晶显示装置在点亮的2个荧光灯93、94下动作。在该情况下，如 图19所示，当在带光传感器的液晶面板91上放置手指95时，得到包含由荧光灯93产生的 手指的影像和由荧光灯94产生的手指的影像的图像。在荧光灯个数较多的情况下、存在除 了荧光灯以外的光源的情况下，在由光传感器得到的图像中含有更多的手指图像。在此，从 由光传感器得到的全部图像中正确地识别手指比较困难，因此有时不能从图19所示的图 像中正确地检测触摸位置。这种以往的带光传感器的显示装置存在如下问题由光传感器 得到的图像受到外光、背光源的光的影响，触摸位置的检测精度降低。因此，本发明的目的在于提供不受外光、背光源的光的影响而能够以高精度来检 测触摸位置的带光传感器的显示装置。用于解决问题的方案本发明的第1方案是显示装置，具备多个光传感器，上述显示装置的特征在于具 备多个像素电路，其二维状配置；
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多个光传感器，其二维状配置在与上述像素电路同一平面上；以及过滤器部，其设置在向上述光传感器的光入射路径上，透过红外光而遮住可见光。本发明的第2方案基于本发明的第1方案，其特征在于还具备多种颜色的滤色器，上述像素电路和上述光传感器由多晶硅形成，上述过滤器部形成在上述滤色器的红色滤色器的内侧。本发明的第3方案基于本发明的第2方案，其特征在于还具备具有与上述像素电路对应的开口的遮光膜，上述过滤器部配置在上述红色滤色器的内部，并且是与上述遮光膜相邻的位置。本发明的第4方案基于本发明的第1方案，其特征在于还具备多种颜色的滤色器，上述像素电路和上述光传感器由多晶硅形成，上述过滤器部与上述滤色器分开形成，配置在当从与上述过滤器部垂直的方向看 时，与上述滤色器的红色滤色器重叠的位置。本发明的第5方案基于本发明的第4方案，其特征在于还具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口，上述过滤器部配置在当从与上述过滤器部垂直的方向看时，与上述红色滤色器重 叠、与上述遮光膜相邻的位置。本发明的第6方案基于本发明的第1方案，其特征在于上述过滤器部是树脂过滤器。本发明的第7方案基于本发明的第1方案，其特征在于上述过滤器部具有使入射光发生偏振的功能。本发明的第8方案基于本发明的第1方案，其特征在于上述过滤器部具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口，当从与上述像素电路垂直的方向看时，上述光传感器配置在与上述遮光膜重叠的 位置。发明效果根据本发明的第1方案，透过红外光而遮住可见光的过滤器部设置在向光传感器 的光入射路径上，因此由光传感器得到的图像不受不含红外光的外光(例如，来自荧光灯 的光等)、由在显示面附近的物体反射的背光源的光所包含的可见光的影响。因此，能够根 据未受到外光、背光源的光所大量包含的可见光的影响的图像，以高精度来检测触摸位置。根据本发明的第2方案，通过在滤色器上形成过滤器部，能够简化装置的结构。另 外，对于以多晶硅形成的光传感器的受光灵敏度，与绿色光、蓝色光相比，红色光的较低。因 此，通过将过滤器部形成在红色滤色器的内侧，即使在可见光不通过过滤器部而从斜方向 射入光传感器时，也能够使入射的可见光对由光传感器得到的图像造成的影响变小，以高 精度来检测触摸位置。根据本发明的第3方案，通过将过滤器部配置在红色滤色器的内侧，并且是与遮 住可见光的遮光膜相邻的位置，即使在可见光不通过过滤器部而从斜方向射入光传感器 时，也能够使入射的可见光对由光传感器得到的图像造成的影响变得更小，以更高精度来检测触摸位置。根据本发明的第4方案，通过分别形成过滤器部和滤色器，能够在各种形态下装 载过滤器部。另外，对于以多晶硅形成的光传感器的受光灵敏度，与绿色光、蓝色光相比，红 色光的较低。因此，通过将过滤器部配置在当从与过滤器部垂直的方向看时与红色滤色器 重叠的位置，即使当可见光不通过过滤器部而从斜方向射入光传感器时，也能够使入射的 可见光对由光传感器得到的图像造成的影响变小，以高精度来检测触摸位置。根据本发明的第5方案，通过将过滤器部配置在当从与过滤器部垂直的方向看时 与红色滤色器重叠，并且是与遮住可见光的遮光膜相邻的位置，即使当可见光不通过过滤 器部而从斜方向射入光传感器时，也能够使入射的可见光对由光传感器得到的图像造成的 影响变得更小，以更高精度来检测触摸位置。根据本发明的第6方案，使用树脂过滤器，能够容易地构成透过红外光而遮住可 见光的过滤器部。根据本发明的第7方案，在包含像素电路和光传感器的显示面板的显示面侧设有 偏振光板的情况下，通过将偏振光过滤器用作过滤器部，能够容易地构成透过红外光而遮 住可见光的过滤器部，所述偏振光过滤器具有使入射光在与该偏振光板的偏振光轴正交的 方向发生偏振的功能。根据本发明的第8方案，通过以遮光膜构成透过红外光而遮住可见光的过滤器 部，能够简化装置的结构，并且增大开口率。
图1是表示本发明的第1实施方式的液晶显示装置的结构的框图。图2是表示图1所示的装置的液晶面板的详细结构的框图。图3是表示图1的装置的时序图。图4是表示图1所示的装置的液晶面板的截面和背光源的配置位置的图。图5是表示图1所示的装置的液晶面板的布设图。图6是表示图1所示的装置的液晶面板的截面图。图7是表示图1所示的装置的液晶面板的其它布设图。图8A是表示图1所示的装置的检测影像的方法的原理的图。图8B是表示图1所示的装置的检测反射像的方法的原理的图。图9A是表示由图1所示的装置得到的扫描图像的例子的图。图9B是表示由图1所示的装置得到的扫描图像的其它例子的图。图IOA是表示本发明的变形例的液晶显示装置的液晶面板的截面图。图IOB是表示本发明的变形例的液晶显示装置的液晶面板的截面图。图IOC是表示本发明的变形例的液晶显示装置的液晶面板的截面图。图11是表示本发明的第2实施方式的液晶显示装置的结构的框图。图12是表示图11所示的装置的液晶面板的截面和背光源的配置位置的图。图13是表示图11所示的装置的液晶面板的布设图。图14是表示图11所示的装置的液晶面板的截面图。图15A是表示本发明的变形例的液晶显示装置的结构的框图。
图15B是表示本发明的变形例的液晶显示装置的结构的框图。图16是表示由以往的带光传感器的液晶显示装置得到的扫描图像的例子的图。图17是具有红外线检测部的以往的液晶面板的截面图。图18是表示带光传感器的液晶显示装置的动作环境的例子的图。图19是表示由以往的带光传感器的液晶显示装置得到的扫描图像的例子的图。附图标记说明1 像素电路；2 光传感器；3 红外光透射过滤器；4 白色LED ；5 红外LED ；6 红 外光透射遮光膜；10、60 液晶显示装置；11、61 传感器内置液晶面板；12 显示数据处理 部；13 :A/D变换器；14 传感器数据处理部；15、18 背光源；16 面板驱动电路；17、62 像 素阵列；24 光电二极管；41 玻璃基板；42 液晶层；43 遮光膜；44 滤色器；51 外光；52 背光源的光；53 对象物。
具体实施例方式(第1实施方式)图1是表示本发明的第1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10具备传感器内置液晶面板11、显示数据处理部12、A/D转换器13、传感器数 据处理部14以及背光源15。传感器内置液晶面板11(下面，称为液晶面板11)包含面板驱 动电路16和像素阵列17，像素阵列17包含二维状配置的多个像素电路1和多个光传感器 2。在光传感器2上设有透过红外光而遮住(吸收)可见光的红外光透射过滤器3。对液晶显示装置10输入来自外部的显示数据D1。显示数据处理部12按需要对显 示数据Dl进行颜色校正处理、帧率变换处理等，输出显示数据D2。面板驱动电路16对像素 电路1写入与显示数据D2对应的电压。由此，在液晶面板11中显示基于显示数据D2的图 像。背光源15根据从背光源电源电路(未图示)供给的电源电压对液晶面板11的背 面照射光(背光源的光)。背光源15的种类不限，但是优选射出可见光和红外光两者的背 光源。下面，背光源15采用包含射出白色光的白色LED (Light Emitting Diode 发光二极 管)4和射出红外光的红外LED 5的背光源。面板驱动电路16除了进行对像素电路1写入电压的动作之外还进行从光传感器2 读出与受光量对应的电压的动作。光传感器2的输出信号作为传感器输出信号SS输出到 液晶面板11的外部。A/D变换器13将模拟的传感器输出信号SS变换成数字信号。传感 器数据处理部14根据从A/D变换器13输出的数字信号，生成数字图像(下面，称为扫描图 像)。该扫描图像含有在液晶面板11的表面附近存在的要检测出的物体(例如，手指、笔 等。下面称为对象物)的像。传感器数据处理部14对扫描图像进行用于检测对象物的图 像识别处理，求出在扫描图像内的对象物的位置，输出表示触摸位置的坐标数据Co。图2是表示液晶面板11的详细结构的框图。如图2所示，像素阵列17具备m个 扫描信号线Gl Gm，3n个数据信号线SRl SRn、SGl SGn、SBl SBn以及(mX 3n)个 像素电路1。除此之外，像素阵列17具备(mXn)个光传感器2，m个传感器读出线RW 1 RWm以及m个传感器复位线RSl RSm。液晶面板11使用多晶硅形成。扫描信号线Gl Gm相互平行配置。数据信号线SRl SRn、SGl SGn、SBl SBn相互平行配置，与扫描信号线Gl Gm正交。传感器读出线RWl RWm和复位线RSl RSm配置成与扫描信号线Gl Gm平行。在扫描信号线Gl Gm与数据信号线SRl SRruSGl SGruSBl SBn的交点附 近均设置一个像素电路1。像素电路1在列方向(在图2中纵方向)上各配置m个，在行方 向(在图2中横方向)上各配置3η个，整体二维状配置。像素电路1根据设置何种颜色的 滤色器被分类成R像素电路Ir、G像素电路Ig以及B像素电路lb。这三种像素电路按照 G、B、R的顺序并列地配置在行方向上，以3个形成一个像素。像素电路1包含TFT (Thin Film Transistor 薄膜晶体管)21和液晶电容22。TFT 21的栅极端子与扫描信号线Gi (i是1以上m以下的整数)连接，源极端子与数据信号线 SRj、SGj、SBj(j是1以上η以下的整数)的其中之一连接，漏极端子与液晶电容22的一方 电极连接。在液晶电容22的另一方电极上施加有公共电极电压。下面，将与R像素电路Ir 连接的数据信号线SRl SRn称为R数据信号线，将与B像素电路Ib连接的数据信号线 SBl SBn称为B数据信号线。此外，像素电路1还可以包含辅助电容。像素电路1的光透过率(子像素的亮度)由写入到像素电路1的电压决定。为了 向与扫描信号线Gi和数据信号线SXj (X是R、G、B其中之一)连接的像素电路1写入某电 压，可以对扫描信号线Gi施加高电平电压(使TFT 21处于导通状态的电压)、对数据信号 线SXj施加要写入的电压。通过对像素电路1写入与显示数据D2对应的电压，能够将子像 素的亮度设定成所期望的水平。光传感器2含有电容器23、光电二极管24以及传感器前置放大器25，设置在每一 个像素中。电容器23的一方电极与光电二极管24的阴极端子连接(下面，将该连接点称 为节点P)。电容器23的另一方电极与传感器读出线RWi连接，光电二极管24的阳极端子 与传感器复位线RSi连接。传感器前置放大器25由TFT构成，所述TFT的栅极端子与节点 P连接，漏极端子与R数据信号线SRj连接，源极端子与B数据信号线SBj连接。为了以连接到传感器读出线RWi、B数据信号线SBj等的光传感器2检测光量，对 传感器读出线RWi和传感器复位线RSi施加规定的电压，对R数据信号线SRj施加电源电 压VDD即可。对传感器读出线RWi和传感器复位线RSi施加规定的电压之后，当光射入光电 二极管24时，与入射光量对应的电流流过光电二极管24，节点P的电压降低与流过的电流 的量相当的电压。在该定时，对传感器读出线RWi施加高电压，从而使节点P的电压上升， 使传感器前置放大器25的栅极电压成为阈值以上，在此基础上对R数据信号线SRj施加电 源电压VDD，则节点P的电压由传感器前置放大器25放大，对B数据信号线SBj输出放大后 的电压。由此，根据B数据信号线SBj的电压，能够求出由光传感器2检测出的光量。在像素阵列17的周边，设有扫描信号线驱动电路31、数据信号线驱动电路32、传 感器行驱动电路33，ρ个(ρ是1以上η以下的整数)传感器输出放大器34以及多个开关 35 38。扫描信号线驱动电路31、数据信号线驱动电路32以及传感器行驱动电路33相当 于图1的面板驱动电路16。数据信号线驱动电路32与3η个数据信号线对应而具有3η个输出端子。在B数 据信号线SBl SBn和与其对应的η个输出端子之间各设有一个开关35，在R数据信号线 SRl SRn和与其对应的η个输出端子之间各设有一个开关36。B数据信号线SBl SBn 分成每P个一组，在组内第k个(k是1以上ρ以下的整数)B数据信号线与第k个传感器输出放大器34的输入端子之间各设有一个开关37。在R数据信号线SRl SRn与电源电 压VDD之间各设有一个开关38。图2所含有的开关35 38的个数都是η个。在液晶显示装置10中，1帧时间分割成对像素电路写入信号(与显示数据对应的 电压信号)的显示期间和从光传感器读出信号(与受光量对应的电压信号)的感应期间， 图2所示的电路在显示期间和感应期间进行不同的动作。在显示期间中，开关35、36处于 导通状态，开关37、38处于截止状态。与此相对，在感应期间，开关35、36处于截止状态，开 关38处于导通状态，开关37分时处于导通状态，使得B数据信号线SBl SBn按每组按顺 序与传感器输出放大器34的输入端子连接。在显示期间中，扫描信号线驱动电路31和数据信号线驱动电路32动作。扫描信号 线驱动电路31根据定时控制信号Cl从扫描信号线Gl Gm中在每1行传输时间选择一个 扫描信号线，对选择的扫描信号线施加高电平电压，对剩余的扫描信号线施加低电平电压。 数据信号线驱动电路32根据从显示数据处理部12输出的显示数据DR、DG、DB以线顺次方 式驱动数据信号线SRl SRn、SGl SGn、SBl SBn。更为详细地，数据信号线驱动电路 32至少每次存储1行的量的显示数据DR、DG、DB，在每1行传输时间对数据信号线SRl SRn, SGl SGn、SBl SBn施加与1行的量的显示数据对应的电压。此外，数据信号线驱 动电路32也可以以点顺次方式驱动数据信号线SRl SRn、SGl SGn、SBl SBn。在感应期间中，传感器行驱动电路33和传感器输出放大器34动作。传感器行驱动 电路33根据定时控制信号C2，从传感器读出线RWl RWm和传感器复位线RSl RSm中在 每1行传输时间均选择一个信号线，对选择的传感器读出线和传感器复位线施加规定的读 出用电压和复位用电压，对除此以外的信号线施加与选择时不同的电压。此外，典型的是，1 行传输时间的长度在显示时间和感应时间是不同的。传感器输出放大器34放大由开关37 选择的电压，将其作为传感器输出信号SSl SSp输出。图3是液晶显示装置10的时序图。如图3所示，垂直同步信号VSYNC在每1帧时 间变成高电平，1帧时间分割成显示期间和感应期间。传感信号SC是表示是显示期间还是 感应期间的信号，在显示期间变成低电平，在感应期间变成高电平。在显示期间，开关35、36变成导通状态，数据信号线SRl SRruSGl SGruSBl SBn都与数据信号线驱动电路32连接。在显示期间中，首先扫描信号线Gl的电压变成高 电平，然后扫描信号线G2的电压变成高电平，之后扫描信号线G3 Gm的电压按顺序变成 高电平。在扫描信号线Gi的电压是高电平的期间，对数据信号线SRl SRn、SGl SGru SBl SBn施加要写入到与扫描信号线Gi连接的3η个像素电路1的电压。在感应期间中，开关38变成导通状态，开关37分时变成导通状态。因此，对R数 据信号线SRl SRn固定地施加电源电压VDD，B数据信号线SBl SBn分时与传感器输 出放大器34的输入端子连接。在感应期间中，首先选择传感器读出线RWl和传感器复位线 RS1，然后选择传感器读出线RW2和传感器复位线RS2，之后按顺序分别各选择一组传感器 读出线RW3 RWm和传感器复位线RS3 RSm。对选择的传感器读出线和传感器复位线分 别施加读出用电压和复位用电压。在选择传感器读出线RWi和传感器复位线RSi的期间， 于B数据信号线SBl SBn输出与由连接到传感器读出线RWi的η个光传感器2检测出的 光量对应的电压。图4是表示液晶面板11的截面和背光源15的配置位置的图。液晶面板11具有
8在2个玻璃基板41a、41b之间夹入液晶层42的构造。在一方玻璃基板41a中设有遮光膜 (黑矩阵)43、3种颜色的滤色器44r、44g、44b、对置电极45等，在另一方玻璃基板41b中设 有像素电极46、数据信号线47、光传感器2等。在玻璃基板41a、41b的对置的面中设有取 向膜48，在另一方面中设有偏振光板49。液晶面板11的2个面中的玻璃基板41a侧的面 是表面，玻璃基板41b侧的面是背面。背光源15设置在液晶面板11的背面侧。红外光透射过滤器3是与滤色器44r、44g、44b相同的树脂过滤器，形成在滤色器 44r、44g、44b上。红色滤色器44ι 设有开口，在该开口中设有红外光透射过滤器3。这样，红 外光透射过滤器3形成在红色滤色器44r的内侧。光传感器2所包含的光电二极管24设 置在红外光透射过滤器3的下方的玻璃基板41b上。在光电二极管24与玻璃基板41b之 间设有遮光层50。这样，设置在光传感器2的光入射路径上的红外光透射过滤器3防止可 见光射入光传感器2。此外，遮光层50是为了防止来自背光源15的射出光直接对光电二极 管24的动作造成影响而设置的。图5是液晶面板11的布设图。如图5所示，在遮光膜43中对应于1个像素设有3 个开口，在各开口的下方配置有TFT 21。在3个开口中从左按照顺序设有绿色滤色器44g、 蓝色滤色器44b以及红色滤色器44r。在红色滤色器44r中设有开口，在该开口设有红外光 透射过滤器3。光电二极管24配置在红外光透射过滤器3的下方。图6是图5的A-A’截 面图。图6还记述了设置在玻璃基板41b中的扫描信号线54。此外，如图7所示，也可以将 红外光透射过滤器3配置在红色滤色器44r的内部，并且是与遮光膜43相邻的位置(即， 使红外光透射过滤器3与遮光膜43的布设位置相邻)。当检测显示屏幕内的触摸位置时，液晶显示装置10使用检测影像的方法或者检 测反射像(或者，影像和反射像二者)的方法。图8A是表示检测影像的方法的原理的图， 图8B是表示检测反射像的方法的原理的图。此外，检测影像的方法是在外光包含红外光的 环境下(例如，接收屋外、卤素灯的光时)使用。在检测影像的方法(图8A)中，包含光电二极管24的光传感器2检测透过玻璃基 板41a、液晶层42等的外光51。此时，当手指等对象物53在液晶面板11的表面附近时，要 射入光传感器2的外光51被对象物53遮住。另外，由于红外光透射过滤器3的作用，仅外 光51所包含的红外光入射到光传感器2。因此，使用光传感器2能够检测由外光51所包含 的红外光造成的对象物53的影像。在检测反射像的方法(图8B)中，包含光电二极管24的光传感器2检测背光源的 光52的反射光。更为详细地，从背光源15射出的背光源的光52透过液晶面板11从液晶 面板11的表面到达外部。此时，当对象物53在液晶面板11的表面附近时，背光源的光52 由对象物53反射。例如，人手指的腹部含有红外光从而很好地反射光。背光源的光52的 反射光透过玻璃基板41a、液晶层42等射入光传感器2。另外，由于红外光透射过滤器3的 作用，仅背光源的光52所包含的红外光入射到光传感器2。因此，使用光传感器2能够检测 由背光源的光52所包含的红外光产生的对象物53的反射像。另外，并用上述两种方法，能够检测影像和反射像二者。即，利用光传感器2，能够 同时检测由外光51所包含的红外光产生的对象物53的影像和由背光源的光52所包含的 红外光造成的对象物53的反射像。图9A和图9B是表示包含手指的像的扫描图像的例子。图9A所示的扫描图像是当外光包含红外光时在使背光源15熄灭状态下得到的图像，包含手指的影像。如图9B所 示的扫描图像，是外光不包含红外光时在使背光源15点亮状态下得到的图像，包含手指的 腹部的反射像。传感器数据处理部14对这种扫描图像进行图像识别处理，输出表示触摸位 置的坐标数据Co。下面，说明本实施方式的液晶显示装置10的效果。如上所述，不具备红外光透射 过滤器的以往的带光传感器的显示装置存在如下问题由光传感器得到的图像受到外光、 背光源的光的影响(参照图19)，因此触摸位置的检测精度降低。与此相对，本实施方式的液晶显示装置10具备二维状配置的多个像素电路1和多 个光传感器2，在光传感器2的光入射路径上，具备红外光透射过滤器3。红外光透射过滤 器3透过红外光而遮住可见光，因此对光传感器2，红外光入射但是可见光不入射。因此，由 光传感器2得到的扫描图像不会受到由不包含红外光的外光(例如，来自荧光灯的光等)、 显示面附近的物体反射的背光源的光所包含的可见光的影响。例如，在图18所示的动作环 境下的液晶显示装置10也能够得到能够容易识别手指的扫描图像(参照图9B)。因此，根 据本实施方式的液晶显示装置10，能够根据未受到外光、背光源的光所大量包含的可见光 的影响的扫描图像，以高精度来检测触摸位置。另外，通过将树脂过滤器用作红外光透射过滤器3，能够容易地构成透过红外光而 遮住可见光的过滤器部。另外，通过将红外光透射过滤器3形成在滤色器44上，能够简化 装置的结构。另外，对于由CG硅形成的光传感器2的受光灵敏度，与绿色光、蓝色光相比， 红色光的受光灵敏度较低。因此，通过将红外光透射过滤器3形成在红色滤色器44r的内 侧，即使当可见光不通过红外光透射过滤器3而从斜方向射入光传感器2时，也能够使入射 的可见光对扫描图像造成的影响变小，以高精度来检测触摸位置。特别地，通过将红外光透 射过滤器3配置在红色滤色器44r的内侧，并且是与遮光膜43相邻的位置，能够使从斜方 向入射的可见光对扫描图像造成的影响变得更小，以更高精度来检测触摸位置。此外，在上面的说明中，将红外光透射过滤器3形成在滤色器44上，但是也可以代 替这个方案而如图IOA 图IOC所示，将红外光透射过滤器3与滤色器44分开形成，配置 在当从与红外光透射过滤器3垂直的方向看时与红色滤色器44r重叠的位置。例如，也可 以将红外光透射过滤器3与滤色器44分开形成，贴合二者。也可以当将贴合的2个过滤器 设置在玻璃基板41a中时，将红外光透射过滤器3配置在液晶面板11的背面侧(图10A)， 也可以红外光透射过滤器3配置在液晶面板11的表面侧(图10B)。另外，也可以将红外光 透射过滤器3与滤色器44分开形成，在设置有TFT 21的玻璃基板41b中设置红外光透射 过滤器3 (图10C)。在这些情况下，也可以将红外光透射过滤器3配置在当从与红外光透射 过滤器3垂直的方向看时与红色滤色器44r重叠、与遮光膜43相邻的位置(即，使红外光 透射过滤器3与遮光膜43的布设位置相邻)。这样，通过将红外光透射过滤器3和滤色器44分开形成，能够在各种方式下装载 红外光透射过滤器3。另外，通过将红外光透射过滤器3配置在当从与红外光透射过滤器3 垂直的方向看时与红色滤色器44r重叠的位置，即使当可见光不通过红外光透射过滤器3 而从斜方向射入光传感器2，也能够使入射的可见光对扫描图像造成的影响变小，以高精度 来检测触摸位置。特别地，通过将红外光透射过滤器3配置在当从与红外光透射过滤器3 垂直的方向看时与红色滤色器44r重叠、与遮光膜43相邻的位置，能够使从斜方向入射的可见光对扫描图像造成的影响变得更小，以更高精度来检测触摸位置。另外，红外光透射过滤器3只要是以透过红外光而遮住可见光为目的来设置即 可，没有必要完全遮住可见光，也可以透过例如数十个百分点左右的可见光。另外，红外光 透射过滤器3不仅可以透过红外光，也可以透过具有可见光外的长波长一侧的波长的光。(第2实施方式)图11是表示本发明的第2实施方式的液晶显示装置的结构的框图。图11所示的 液晶显示装置60是在第1实施方式的液晶显示装置10中将传感器内置液晶面板11替换 成传感器内置液晶面板61的显示装置。对于本实施方式的结构要素中的与第1实施方式 相同的要素，标注相同的参照附图标记而省略说明。传感器内置液晶面板61 (下面称为液晶面板61)包含面板驱动电路16和像素阵 列62，像素阵列62包含二维状配置的多个像素电路1和多个光传感器2，像素阵列62还包 含透过红外光而遮住(吸收)可见光的红外光透射遮光膜6，光传感器2配置在从与像素电 路1垂直的方向看时与红外光透射遮光膜6重叠的位置。红外光透射遮光膜6由例如树脂 形成。图12是表示液晶面板61的截面和背光源15的配置位置的图。图13是液晶面板 61的布设图，图14是图13的B-B’截面图。如图12 图14所示，红外光透射遮光膜6具 有与像素电路1对应的开口，光传感器2所包含的光电二极管24配置在当从与像素电路1 垂直的方向看时与红外光透射遮光膜6重叠的位置。在该例子中，光电二极管24设置在红 色滤色器44r的下方附近的玻璃基板41b上。这样，设置在向光传感器2的光入射路径上 的红外光透射遮光膜6与第1实施方式的红外光透射过滤器3相同，防止可见光射入光传 感器2。根据本实施方式的液晶显示装置60，与第1实施方式相同，根据未受到外光、背光 源的光所大量包含的可见光的影响的图像，能够以高精度来检测触摸位置。另外，通过由遮 光膜构成透过红外光而遮住可见光的过滤器部，能够简化装置的结构，并且增大开口率。此外，第1实施方式和第2实施方式的液晶显示装置具备包含白色LED 4和红外 LED 5的背光源15，但是本发明的液晶显示装置也可以具备任意种类的背光源，也可以不 具备背光源。图15A和图15B是表示本发明的变形例的液晶显示装置的结构的框图。如图 15A所示的液晶显示装置，具备仅含有白色LED 4作为光源的背光源18来代替背光源15。 如图15B所示的液晶显示装置不具备背光源。另外，也能够以同样的方法来构成具备红外 光透射遮光膜6的液晶显示装置。这种不具有射出红外光的功能的带光传感器液晶显示装置，在外光含有红外光的 环境下，使用检测影像的方法来检测触摸位置。在使不具备红外光透射过滤器的以往的液 晶显示装置在屋外动作的情况下，能够得到例如如图16所示的扫描图像。在如图16所示 的扫描图像中，手指的指根侧的影像由于太阳光而消除，仅留下指尖的影像。此外，在图16 中以虚线表示的手指的外形是用于参照而标注的，在实际的扫描图像中不包含。与此相对，在使具备红外光透射过滤器的本发明的液晶显示装置在屋外动作的情 况下，能够得到例如如图9A所示的扫描图像。在图9A所示的扫描图像中，手指的指根侧的 影像清楚地显现出来。红外光的波长比可见光的波长长，在空气中难以扩散，因此通过将红 外光透射过滤器配置在光传感器上，手指的影像变清楚。因此，在不具有射出红外光的功能
11的带光传感器液晶显示装置中，通过将红外光透射过滤器配置在光传感器上，也能够使手 指的影像变清楚，提高触摸位置的检测精度。另外，第1实施方式的液晶显示装置具备树脂制的红外光通过过滤器3，第2实施 方式的液晶显示装置具备由树脂等形成的红外光透射遮光膜6，但是本发明的液晶显示装 置也可以在向光传感器2的光入射路径上具备透过红外光而遮住可见光的任意过滤器部。 例如，本发明的液晶显示装置也可以具备偏振光过滤器来代替红外光透射过滤器3，所述偏 振光过滤器使入射光在与设置在滤色器44侧的玻璃基板41a中的偏振光板49 (设置在液 晶面板的显示面侧的偏振光板)的偏振光轴正交的方向发生偏振。这样，通过使用具有使 入射光偏振的功能的过滤器部，能够容易地构成透过红外光而遮住可见光的过滤器部。如上述所示，根据本发明的液晶显示装置，通过将红外光透射过滤器配置在光传 感器上，能够防止由光传感器得到的图像受到外光、背光源的光所包含的可见光的影响，能 够根据未受到外光、背光源的光所大量包含的可见光的影响的图像以高精度来检测触摸位 置。此外，还能够以上述的方法构成除了液晶显示装置以外的显示装置。工业上的可利用件本发明的带光传感器的显示装置具有不受外光、背光源的光的影响而能够以高精 度来检测触摸位置的特征，因此能够用于液晶显示装置等各种显示装置。
权利要求
一种显示装置，具备多个光传感器，其特征在于具备多个像素电路，其二维状配置；多个光传感器，其二维状配置在与上述像素电路同一平面上；以及过滤器部，其设置在向上述光传感器的光入射路径上，透过红外光而遮住可见光。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于 还具备多种颜色的滤色器，上述像素电路和上述光传感器由多晶硅形成， 上述过滤器部形成在上述滤色器的红色滤色器的内侧。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于还具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口， 上述过滤器部配置在上述红色滤色器的内部的、与上述遮光膜相邻的位置。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于 还具备多种颜色的滤色器，上述像素电路和上述光传感器由多晶硅形成，上述过滤器部与上述滤色器分开形成，配置在当从与上述过滤器部垂直的方向看时， 与上述滤色器的红色滤色器重叠的位置。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于还具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口，上述过滤器部配置在当从与上述过滤器部垂直的方向看时，与上述红色滤色器重叠、 与上述遮光膜相邻的位置。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于 上述过滤器部是树脂过滤器。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于 上述过滤器部具有使入射光发生偏振的功能。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述过滤器部具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口，当从与上述像素电路垂直的方向看时，上述光传感器配置在与上述遮光膜重叠的位
全文摘要
传感器内置液晶面板11在像素阵列17内包含二维状配置的多个像素电路1和多个光传感器2。在向光传感器2的光入射路径上，设置透过红外光而遮住可见光的红外光透射过滤器3。由此，能够防止由光传感器2得到的图像受到外光、背光源的光所包含的可见光的影响，根据未受到外光、背光源的光所大量包含的可见光的影响的图像，能够以高精度来检测触摸位置。也可以使用具有相同性质的遮光膜来代替红外光透射过滤器3。
文档编号G09F9/00GK101911159SQ20098010143
公开日2010年12月8日 申请日期2009年2月16日 优先权日2008年3月3日
发明者久保田章敬, 及部圭, 后藤利充, 藤冈章纯 申请人:夏普株式会社
技术领域：
本发明涉及显示装置，特别涉及在显示面板中设置有多个光传感器的显示装置。
背景技术：
近几年，能通过以手指、笔等触摸屏幕来进行操作的电子设备正在普及。另外，作 为检测显示屏幕内的触摸位置的方法，已知有在显示面板中设置多个光传感器，利用光传 感器来检测当手指等接近屏幕时出现的影像的方法。在检测影像的方法中，当外光的照度 较低(周围较暗)时，在由光传感器得到的图像内区分影像与背景变得困难，有时不能正确 地检测触摸位置。因此，还已知在具备背光源的显示装置中利用光传感器来检测背光源的 光射中手指时的反射像的方法。在显示面板中设置多个光传感器的显示装置记载在例如专利文献1中。另外，在 专利文献2中，记载有如图17所示的具备像素部PP和红外线检测部ISP的液晶面板。在 像素部PP中设有第ITFT (Tl)、透明电极TE、反射电极RE等，在红外线检测部ISP中设有电 容器C、第2TFT(T2)等。在反射电极RE中设有用于露出透明电极TE的透射窗Wl和用于露 出电容器C内的焦电薄膜PE 1的开口窗W2。开口窗W2是为了容易地对焦电薄膜PEl施加 用户在液晶面板的外部刻意提供的红外线而设置的。专利文献1 日本特开2007-102154号公报专利文献2 日本特开2004-321685号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在以往的带光传感器的显示装置中，有时受动作环境所限，手指的识别比较 困难，不能正确地检测触摸位置。考虑以下情况例如如图18所示，具备带光传感器的液晶 面板91和背光源92的液晶显示装置在点亮的2个荧光灯93、94下动作。在该情况下，如 图19所示，当在带光传感器的液晶面板91上放置手指95时，得到包含由荧光灯93产生的 手指的影像和由荧光灯94产生的手指的影像的图像。在荧光灯个数较多的情况下、存在除 了荧光灯以外的光源的情况下，在由光传感器得到的图像中含有更多的手指图像。在此，从 由光传感器得到的全部图像中正确地识别手指比较困难，因此有时不能从图19所示的图 像中正确地检测触摸位置。这种以往的带光传感器的显示装置存在如下问题由光传感器 得到的图像受到外光、背光源的光的影响，触摸位置的检测精度降低。因此，本发明的目的在于提供不受外光、背光源的光的影响而能够以高精度来检 测触摸位置的带光传感器的显示装置。用于解决问题的方案本发明的第1方案是显示装置，具备多个光传感器，上述显示装置的特征在于具 备多个像素电路，其二维状配置；
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多个光传感器，其二维状配置在与上述像素电路同一平面上；以及过滤器部，其设置在向上述光传感器的光入射路径上，透过红外光而遮住可见光。本发明的第2方案基于本发明的第1方案，其特征在于还具备多种颜色的滤色器，上述像素电路和上述光传感器由多晶硅形成，上述过滤器部形成在上述滤色器的红色滤色器的内侧。本发明的第3方案基于本发明的第2方案，其特征在于还具备具有与上述像素电路对应的开口的遮光膜，上述过滤器部配置在上述红色滤色器的内部，并且是与上述遮光膜相邻的位置。本发明的第4方案基于本发明的第1方案，其特征在于还具备多种颜色的滤色器，上述像素电路和上述光传感器由多晶硅形成，上述过滤器部与上述滤色器分开形成，配置在当从与上述过滤器部垂直的方向看 时，与上述滤色器的红色滤色器重叠的位置。本发明的第5方案基于本发明的第4方案，其特征在于还具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口，上述过滤器部配置在当从与上述过滤器部垂直的方向看时，与上述红色滤色器重 叠、与上述遮光膜相邻的位置。本发明的第6方案基于本发明的第1方案，其特征在于上述过滤器部是树脂过滤器。本发明的第7方案基于本发明的第1方案，其特征在于上述过滤器部具有使入射光发生偏振的功能。本发明的第8方案基于本发明的第1方案，其特征在于上述过滤器部具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口，当从与上述像素电路垂直的方向看时，上述光传感器配置在与上述遮光膜重叠的 位置。发明效果根据本发明的第1方案，透过红外光而遮住可见光的过滤器部设置在向光传感器 的光入射路径上，因此由光传感器得到的图像不受不含红外光的外光(例如，来自荧光灯 的光等)、由在显示面附近的物体反射的背光源的光所包含的可见光的影响。因此，能够根 据未受到外光、背光源的光所大量包含的可见光的影响的图像，以高精度来检测触摸位置。根据本发明的第2方案，通过在滤色器上形成过滤器部，能够简化装置的结构。另 外，对于以多晶硅形成的光传感器的受光灵敏度，与绿色光、蓝色光相比，红色光的较低。因 此，通过将过滤器部形成在红色滤色器的内侧，即使在可见光不通过过滤器部而从斜方向 射入光传感器时，也能够使入射的可见光对由光传感器得到的图像造成的影响变小，以高 精度来检测触摸位置。根据本发明的第3方案，通过将过滤器部配置在红色滤色器的内侧，并且是与遮 住可见光的遮光膜相邻的位置，即使在可见光不通过过滤器部而从斜方向射入光传感器 时，也能够使入射的可见光对由光传感器得到的图像造成的影响变得更小，以更高精度来检测触摸位置。根据本发明的第4方案，通过分别形成过滤器部和滤色器，能够在各种形态下装 载过滤器部。另外，对于以多晶硅形成的光传感器的受光灵敏度，与绿色光、蓝色光相比，红 色光的较低。因此，通过将过滤器部配置在当从与过滤器部垂直的方向看时与红色滤色器 重叠的位置，即使当可见光不通过过滤器部而从斜方向射入光传感器时，也能够使入射的 可见光对由光传感器得到的图像造成的影响变小，以高精度来检测触摸位置。根据本发明的第5方案，通过将过滤器部配置在当从与过滤器部垂直的方向看时 与红色滤色器重叠，并且是与遮住可见光的遮光膜相邻的位置，即使当可见光不通过过滤 器部而从斜方向射入光传感器时，也能够使入射的可见光对由光传感器得到的图像造成的 影响变得更小，以更高精度来检测触摸位置。根据本发明的第6方案，使用树脂过滤器，能够容易地构成透过红外光而遮住可 见光的过滤器部。根据本发明的第7方案，在包含像素电路和光传感器的显示面板的显示面侧设有 偏振光板的情况下，通过将偏振光过滤器用作过滤器部，能够容易地构成透过红外光而遮 住可见光的过滤器部，所述偏振光过滤器具有使入射光在与该偏振光板的偏振光轴正交的 方向发生偏振的功能。根据本发明的第8方案，通过以遮光膜构成透过红外光而遮住可见光的过滤器 部，能够简化装置的结构，并且增大开口率。
图1是表示本发明的第1实施方式的液晶显示装置的结构的框图。图2是表示图1所示的装置的液晶面板的详细结构的框图。图3是表示图1的装置的时序图。图4是表示图1所示的装置的液晶面板的截面和背光源的配置位置的图。图5是表示图1所示的装置的液晶面板的布设图。图6是表示图1所示的装置的液晶面板的截面图。图7是表示图1所示的装置的液晶面板的其它布设图。图8A是表示图1所示的装置的检测影像的方法的原理的图。图8B是表示图1所示的装置的检测反射像的方法的原理的图。图9A是表示由图1所示的装置得到的扫描图像的例子的图。图9B是表示由图1所示的装置得到的扫描图像的其它例子的图。图IOA是表示本发明的变形例的液晶显示装置的液晶面板的截面图。图IOB是表示本发明的变形例的液晶显示装置的液晶面板的截面图。图IOC是表示本发明的变形例的液晶显示装置的液晶面板的截面图。图11是表示本发明的第2实施方式的液晶显示装置的结构的框图。图12是表示图11所示的装置的液晶面板的截面和背光源的配置位置的图。图13是表示图11所示的装置的液晶面板的布设图。图14是表示图11所示的装置的液晶面板的截面图。图15A是表示本发明的变形例的液晶显示装置的结构的框图。
图15B是表示本发明的变形例的液晶显示装置的结构的框图。图16是表示由以往的带光传感器的液晶显示装置得到的扫描图像的例子的图。图17是具有红外线检测部的以往的液晶面板的截面图。图18是表示带光传感器的液晶显示装置的动作环境的例子的图。图19是表示由以往的带光传感器的液晶显示装置得到的扫描图像的例子的图。附图标记说明1 像素电路；2 光传感器；3 红外光透射过滤器；4 白色LED ；5 红外LED ；6 红 外光透射遮光膜；10、60 液晶显示装置；11、61 传感器内置液晶面板；12 显示数据处理 部；13 :A/D变换器；14 传感器数据处理部；15、18 背光源；16 面板驱动电路；17、62 像 素阵列；24 光电二极管；41 玻璃基板；42 液晶层；43 遮光膜；44 滤色器；51 外光；52 背光源的光；53 对象物。
具体实施例方式(第1实施方式)图1是表示本发明的第1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10具备传感器内置液晶面板11、显示数据处理部12、A/D转换器13、传感器数 据处理部14以及背光源15。传感器内置液晶面板11(下面，称为液晶面板11)包含面板驱 动电路16和像素阵列17，像素阵列17包含二维状配置的多个像素电路1和多个光传感器 2。在光传感器2上设有透过红外光而遮住(吸收)可见光的红外光透射过滤器3。对液晶显示装置10输入来自外部的显示数据D1。显示数据处理部12按需要对显 示数据Dl进行颜色校正处理、帧率变换处理等，输出显示数据D2。面板驱动电路16对像素 电路1写入与显示数据D2对应的电压。由此，在液晶面板11中显示基于显示数据D2的图 像。背光源15根据从背光源电源电路(未图示)供给的电源电压对液晶面板11的背 面照射光(背光源的光)。背光源15的种类不限，但是优选射出可见光和红外光两者的背 光源。下面，背光源15采用包含射出白色光的白色LED (Light Emitting Diode 发光二极 管)4和射出红外光的红外LED 5的背光源。面板驱动电路16除了进行对像素电路1写入电压的动作之外还进行从光传感器2 读出与受光量对应的电压的动作。光传感器2的输出信号作为传感器输出信号SS输出到 液晶面板11的外部。A/D变换器13将模拟的传感器输出信号SS变换成数字信号。传感 器数据处理部14根据从A/D变换器13输出的数字信号，生成数字图像(下面，称为扫描图 像)。该扫描图像含有在液晶面板11的表面附近存在的要检测出的物体(例如，手指、笔 等。下面称为对象物)的像。传感器数据处理部14对扫描图像进行用于检测对象物的图 像识别处理，求出在扫描图像内的对象物的位置，输出表示触摸位置的坐标数据Co。图2是表示液晶面板11的详细结构的框图。如图2所示，像素阵列17具备m个 扫描信号线Gl Gm，3n个数据信号线SRl SRn、SGl SGn、SBl SBn以及(mX 3n)个 像素电路1。除此之外，像素阵列17具备(mXn)个光传感器2，m个传感器读出线RW 1 RWm以及m个传感器复位线RSl RSm。液晶面板11使用多晶硅形成。扫描信号线Gl Gm相互平行配置。数据信号线SRl SRn、SGl SGn、SBl SBn相互平行配置，与扫描信号线Gl Gm正交。传感器读出线RWl RWm和复位线RSl RSm配置成与扫描信号线Gl Gm平行。在扫描信号线Gl Gm与数据信号线SRl SRruSGl SGruSBl SBn的交点附 近均设置一个像素电路1。像素电路1在列方向(在图2中纵方向)上各配置m个，在行方 向(在图2中横方向)上各配置3η个，整体二维状配置。像素电路1根据设置何种颜色的 滤色器被分类成R像素电路Ir、G像素电路Ig以及B像素电路lb。这三种像素电路按照 G、B、R的顺序并列地配置在行方向上，以3个形成一个像素。像素电路1包含TFT (Thin Film Transistor 薄膜晶体管)21和液晶电容22。TFT 21的栅极端子与扫描信号线Gi (i是1以上m以下的整数)连接，源极端子与数据信号线 SRj、SGj、SBj(j是1以上η以下的整数)的其中之一连接，漏极端子与液晶电容22的一方 电极连接。在液晶电容22的另一方电极上施加有公共电极电压。下面，将与R像素电路Ir 连接的数据信号线SRl SRn称为R数据信号线，将与B像素电路Ib连接的数据信号线 SBl SBn称为B数据信号线。此外，像素电路1还可以包含辅助电容。像素电路1的光透过率(子像素的亮度)由写入到像素电路1的电压决定。为了 向与扫描信号线Gi和数据信号线SXj (X是R、G、B其中之一)连接的像素电路1写入某电 压，可以对扫描信号线Gi施加高电平电压(使TFT 21处于导通状态的电压)、对数据信号 线SXj施加要写入的电压。通过对像素电路1写入与显示数据D2对应的电压，能够将子像 素的亮度设定成所期望的水平。光传感器2含有电容器23、光电二极管24以及传感器前置放大器25，设置在每一 个像素中。电容器23的一方电极与光电二极管24的阴极端子连接(下面，将该连接点称 为节点P)。电容器23的另一方电极与传感器读出线RWi连接，光电二极管24的阳极端子 与传感器复位线RSi连接。传感器前置放大器25由TFT构成，所述TFT的栅极端子与节点 P连接，漏极端子与R数据信号线SRj连接，源极端子与B数据信号线SBj连接。为了以连接到传感器读出线RWi、B数据信号线SBj等的光传感器2检测光量，对 传感器读出线RWi和传感器复位线RSi施加规定的电压，对R数据信号线SRj施加电源电 压VDD即可。对传感器读出线RWi和传感器复位线RSi施加规定的电压之后，当光射入光电 二极管24时，与入射光量对应的电流流过光电二极管24，节点P的电压降低与流过的电流 的量相当的电压。在该定时，对传感器读出线RWi施加高电压，从而使节点P的电压上升， 使传感器前置放大器25的栅极电压成为阈值以上，在此基础上对R数据信号线SRj施加电 源电压VDD，则节点P的电压由传感器前置放大器25放大，对B数据信号线SBj输出放大后 的电压。由此，根据B数据信号线SBj的电压，能够求出由光传感器2检测出的光量。在像素阵列17的周边，设有扫描信号线驱动电路31、数据信号线驱动电路32、传 感器行驱动电路33，ρ个(ρ是1以上η以下的整数)传感器输出放大器34以及多个开关 35 38。扫描信号线驱动电路31、数据信号线驱动电路32以及传感器行驱动电路33相当 于图1的面板驱动电路16。数据信号线驱动电路32与3η个数据信号线对应而具有3η个输出端子。在B数 据信号线SBl SBn和与其对应的η个输出端子之间各设有一个开关35，在R数据信号线 SRl SRn和与其对应的η个输出端子之间各设有一个开关36。B数据信号线SBl SBn 分成每P个一组，在组内第k个(k是1以上ρ以下的整数)B数据信号线与第k个传感器输出放大器34的输入端子之间各设有一个开关37。在R数据信号线SRl SRn与电源电 压VDD之间各设有一个开关38。图2所含有的开关35 38的个数都是η个。在液晶显示装置10中，1帧时间分割成对像素电路写入信号(与显示数据对应的 电压信号)的显示期间和从光传感器读出信号(与受光量对应的电压信号)的感应期间， 图2所示的电路在显示期间和感应期间进行不同的动作。在显示期间中，开关35、36处于 导通状态，开关37、38处于截止状态。与此相对，在感应期间，开关35、36处于截止状态，开 关38处于导通状态，开关37分时处于导通状态，使得B数据信号线SBl SBn按每组按顺 序与传感器输出放大器34的输入端子连接。在显示期间中，扫描信号线驱动电路31和数据信号线驱动电路32动作。扫描信号 线驱动电路31根据定时控制信号Cl从扫描信号线Gl Gm中在每1行传输时间选择一个 扫描信号线，对选择的扫描信号线施加高电平电压，对剩余的扫描信号线施加低电平电压。 数据信号线驱动电路32根据从显示数据处理部12输出的显示数据DR、DG、DB以线顺次方 式驱动数据信号线SRl SRn、SGl SGn、SBl SBn。更为详细地，数据信号线驱动电路 32至少每次存储1行的量的显示数据DR、DG、DB，在每1行传输时间对数据信号线SRl SRn, SGl SGn、SBl SBn施加与1行的量的显示数据对应的电压。此外，数据信号线驱 动电路32也可以以点顺次方式驱动数据信号线SRl SRn、SGl SGn、SBl SBn。在感应期间中，传感器行驱动电路33和传感器输出放大器34动作。传感器行驱动 电路33根据定时控制信号C2，从传感器读出线RWl RWm和传感器复位线RSl RSm中在 每1行传输时间均选择一个信号线，对选择的传感器读出线和传感器复位线施加规定的读 出用电压和复位用电压，对除此以外的信号线施加与选择时不同的电压。此外，典型的是，1 行传输时间的长度在显示时间和感应时间是不同的。传感器输出放大器34放大由开关37 选择的电压，将其作为传感器输出信号SSl SSp输出。图3是液晶显示装置10的时序图。如图3所示，垂直同步信号VSYNC在每1帧时 间变成高电平，1帧时间分割成显示期间和感应期间。传感信号SC是表示是显示期间还是 感应期间的信号，在显示期间变成低电平，在感应期间变成高电平。在显示期间，开关35、36变成导通状态，数据信号线SRl SRruSGl SGruSBl SBn都与数据信号线驱动电路32连接。在显示期间中，首先扫描信号线Gl的电压变成高 电平，然后扫描信号线G2的电压变成高电平，之后扫描信号线G3 Gm的电压按顺序变成 高电平。在扫描信号线Gi的电压是高电平的期间，对数据信号线SRl SRn、SGl SGru SBl SBn施加要写入到与扫描信号线Gi连接的3η个像素电路1的电压。在感应期间中，开关38变成导通状态，开关37分时变成导通状态。因此，对R数 据信号线SRl SRn固定地施加电源电压VDD，B数据信号线SBl SBn分时与传感器输 出放大器34的输入端子连接。在感应期间中，首先选择传感器读出线RWl和传感器复位线 RS1，然后选择传感器读出线RW2和传感器复位线RS2，之后按顺序分别各选择一组传感器 读出线RW3 RWm和传感器复位线RS3 RSm。对选择的传感器读出线和传感器复位线分 别施加读出用电压和复位用电压。在选择传感器读出线RWi和传感器复位线RSi的期间， 于B数据信号线SBl SBn输出与由连接到传感器读出线RWi的η个光传感器2检测出的 光量对应的电压。图4是表示液晶面板11的截面和背光源15的配置位置的图。液晶面板11具有
8在2个玻璃基板41a、41b之间夹入液晶层42的构造。在一方玻璃基板41a中设有遮光膜 (黑矩阵)43、3种颜色的滤色器44r、44g、44b、对置电极45等，在另一方玻璃基板41b中设 有像素电极46、数据信号线47、光传感器2等。在玻璃基板41a、41b的对置的面中设有取 向膜48，在另一方面中设有偏振光板49。液晶面板11的2个面中的玻璃基板41a侧的面 是表面，玻璃基板41b侧的面是背面。背光源15设置在液晶面板11的背面侧。红外光透射过滤器3是与滤色器44r、44g、44b相同的树脂过滤器，形成在滤色器 44r、44g、44b上。红色滤色器44ι 设有开口，在该开口中设有红外光透射过滤器3。这样，红 外光透射过滤器3形成在红色滤色器44r的内侧。光传感器2所包含的光电二极管24设 置在红外光透射过滤器3的下方的玻璃基板41b上。在光电二极管24与玻璃基板41b之 间设有遮光层50。这样，设置在光传感器2的光入射路径上的红外光透射过滤器3防止可 见光射入光传感器2。此外，遮光层50是为了防止来自背光源15的射出光直接对光电二极 管24的动作造成影响而设置的。图5是液晶面板11的布设图。如图5所示，在遮光膜43中对应于1个像素设有3 个开口，在各开口的下方配置有TFT 21。在3个开口中从左按照顺序设有绿色滤色器44g、 蓝色滤色器44b以及红色滤色器44r。在红色滤色器44r中设有开口，在该开口设有红外光 透射过滤器3。光电二极管24配置在红外光透射过滤器3的下方。图6是图5的A-A’截 面图。图6还记述了设置在玻璃基板41b中的扫描信号线54。此外，如图7所示，也可以将 红外光透射过滤器3配置在红色滤色器44r的内部，并且是与遮光膜43相邻的位置(即， 使红外光透射过滤器3与遮光膜43的布设位置相邻)。当检测显示屏幕内的触摸位置时，液晶显示装置10使用检测影像的方法或者检 测反射像(或者，影像和反射像二者)的方法。图8A是表示检测影像的方法的原理的图， 图8B是表示检测反射像的方法的原理的图。此外，检测影像的方法是在外光包含红外光的 环境下(例如，接收屋外、卤素灯的光时)使用。在检测影像的方法(图8A)中，包含光电二极管24的光传感器2检测透过玻璃基 板41a、液晶层42等的外光51。此时，当手指等对象物53在液晶面板11的表面附近时，要 射入光传感器2的外光51被对象物53遮住。另外，由于红外光透射过滤器3的作用，仅外 光51所包含的红外光入射到光传感器2。因此，使用光传感器2能够检测由外光51所包含 的红外光造成的对象物53的影像。在检测反射像的方法(图8B)中，包含光电二极管24的光传感器2检测背光源的 光52的反射光。更为详细地，从背光源15射出的背光源的光52透过液晶面板11从液晶 面板11的表面到达外部。此时，当对象物53在液晶面板11的表面附近时，背光源的光52 由对象物53反射。例如，人手指的腹部含有红外光从而很好地反射光。背光源的光52的 反射光透过玻璃基板41a、液晶层42等射入光传感器2。另外，由于红外光透射过滤器3的 作用，仅背光源的光52所包含的红外光入射到光传感器2。因此，使用光传感器2能够检测 由背光源的光52所包含的红外光产生的对象物53的反射像。另外，并用上述两种方法，能够检测影像和反射像二者。即，利用光传感器2，能够 同时检测由外光51所包含的红外光产生的对象物53的影像和由背光源的光52所包含的 红外光造成的对象物53的反射像。图9A和图9B是表示包含手指的像的扫描图像的例子。图9A所示的扫描图像是当外光包含红外光时在使背光源15熄灭状态下得到的图像，包含手指的影像。如图9B所 示的扫描图像，是外光不包含红外光时在使背光源15点亮状态下得到的图像，包含手指的 腹部的反射像。传感器数据处理部14对这种扫描图像进行图像识别处理，输出表示触摸位 置的坐标数据Co。下面，说明本实施方式的液晶显示装置10的效果。如上所述，不具备红外光透射 过滤器的以往的带光传感器的显示装置存在如下问题由光传感器得到的图像受到外光、 背光源的光的影响(参照图19)，因此触摸位置的检测精度降低。与此相对，本实施方式的液晶显示装置10具备二维状配置的多个像素电路1和多 个光传感器2，在光传感器2的光入射路径上，具备红外光透射过滤器3。红外光透射过滤 器3透过红外光而遮住可见光，因此对光传感器2，红外光入射但是可见光不入射。因此，由 光传感器2得到的扫描图像不会受到由不包含红外光的外光(例如，来自荧光灯的光等)、 显示面附近的物体反射的背光源的光所包含的可见光的影响。例如，在图18所示的动作环 境下的液晶显示装置10也能够得到能够容易识别手指的扫描图像(参照图9B)。因此，根 据本实施方式的液晶显示装置10，能够根据未受到外光、背光源的光所大量包含的可见光 的影响的扫描图像，以高精度来检测触摸位置。另外，通过将树脂过滤器用作红外光透射过滤器3，能够容易地构成透过红外光而 遮住可见光的过滤器部。另外，通过将红外光透射过滤器3形成在滤色器44上，能够简化 装置的结构。另外，对于由CG硅形成的光传感器2的受光灵敏度，与绿色光、蓝色光相比， 红色光的受光灵敏度较低。因此，通过将红外光透射过滤器3形成在红色滤色器44r的内 侧，即使当可见光不通过红外光透射过滤器3而从斜方向射入光传感器2时，也能够使入射 的可见光对扫描图像造成的影响变小，以高精度来检测触摸位置。特别地，通过将红外光透 射过滤器3配置在红色滤色器44r的内侧，并且是与遮光膜43相邻的位置，能够使从斜方 向入射的可见光对扫描图像造成的影响变得更小，以更高精度来检测触摸位置。此外，在上面的说明中，将红外光透射过滤器3形成在滤色器44上，但是也可以代 替这个方案而如图IOA 图IOC所示，将红外光透射过滤器3与滤色器44分开形成，配置 在当从与红外光透射过滤器3垂直的方向看时与红色滤色器44r重叠的位置。例如，也可 以将红外光透射过滤器3与滤色器44分开形成，贴合二者。也可以当将贴合的2个过滤器 设置在玻璃基板41a中时，将红外光透射过滤器3配置在液晶面板11的背面侧(图10A)， 也可以红外光透射过滤器3配置在液晶面板11的表面侧(图10B)。另外，也可以将红外光 透射过滤器3与滤色器44分开形成，在设置有TFT 21的玻璃基板41b中设置红外光透射 过滤器3 (图10C)。在这些情况下，也可以将红外光透射过滤器3配置在当从与红外光透射 过滤器3垂直的方向看时与红色滤色器44r重叠、与遮光膜43相邻的位置(即，使红外光 透射过滤器3与遮光膜43的布设位置相邻)。这样，通过将红外光透射过滤器3和滤色器44分开形成，能够在各种方式下装载 红外光透射过滤器3。另外，通过将红外光透射过滤器3配置在当从与红外光透射过滤器3 垂直的方向看时与红色滤色器44r重叠的位置，即使当可见光不通过红外光透射过滤器3 而从斜方向射入光传感器2，也能够使入射的可见光对扫描图像造成的影响变小，以高精度 来检测触摸位置。特别地，通过将红外光透射过滤器3配置在当从与红外光透射过滤器3 垂直的方向看时与红色滤色器44r重叠、与遮光膜43相邻的位置，能够使从斜方向入射的可见光对扫描图像造成的影响变得更小，以更高精度来检测触摸位置。另外，红外光透射过滤器3只要是以透过红外光而遮住可见光为目的来设置即 可，没有必要完全遮住可见光，也可以透过例如数十个百分点左右的可见光。另外，红外光 透射过滤器3不仅可以透过红外光，也可以透过具有可见光外的长波长一侧的波长的光。(第2实施方式)图11是表示本发明的第2实施方式的液晶显示装置的结构的框图。图11所示的 液晶显示装置60是在第1实施方式的液晶显示装置10中将传感器内置液晶面板11替换 成传感器内置液晶面板61的显示装置。对于本实施方式的结构要素中的与第1实施方式 相同的要素，标注相同的参照附图标记而省略说明。传感器内置液晶面板61 (下面称为液晶面板61)包含面板驱动电路16和像素阵 列62，像素阵列62包含二维状配置的多个像素电路1和多个光传感器2，像素阵列62还包 含透过红外光而遮住(吸收)可见光的红外光透射遮光膜6，光传感器2配置在从与像素电 路1垂直的方向看时与红外光透射遮光膜6重叠的位置。红外光透射遮光膜6由例如树脂 形成。图12是表示液晶面板61的截面和背光源15的配置位置的图。图13是液晶面板 61的布设图，图14是图13的B-B’截面图。如图12 图14所示，红外光透射遮光膜6具 有与像素电路1对应的开口，光传感器2所包含的光电二极管24配置在当从与像素电路1 垂直的方向看时与红外光透射遮光膜6重叠的位置。在该例子中，光电二极管24设置在红 色滤色器44r的下方附近的玻璃基板41b上。这样，设置在向光传感器2的光入射路径上 的红外光透射遮光膜6与第1实施方式的红外光透射过滤器3相同，防止可见光射入光传 感器2。根据本实施方式的液晶显示装置60，与第1实施方式相同，根据未受到外光、背光 源的光所大量包含的可见光的影响的图像，能够以高精度来检测触摸位置。另外，通过由遮 光膜构成透过红外光而遮住可见光的过滤器部，能够简化装置的结构，并且增大开口率。此外，第1实施方式和第2实施方式的液晶显示装置具备包含白色LED 4和红外 LED 5的背光源15，但是本发明的液晶显示装置也可以具备任意种类的背光源，也可以不 具备背光源。图15A和图15B是表示本发明的变形例的液晶显示装置的结构的框图。如图 15A所示的液晶显示装置，具备仅含有白色LED 4作为光源的背光源18来代替背光源15。 如图15B所示的液晶显示装置不具备背光源。另外，也能够以同样的方法来构成具备红外 光透射遮光膜6的液晶显示装置。这种不具有射出红外光的功能的带光传感器液晶显示装置，在外光含有红外光的 环境下，使用检测影像的方法来检测触摸位置。在使不具备红外光透射过滤器的以往的液 晶显示装置在屋外动作的情况下，能够得到例如如图16所示的扫描图像。在如图16所示 的扫描图像中，手指的指根侧的影像由于太阳光而消除，仅留下指尖的影像。此外，在图16 中以虚线表示的手指的外形是用于参照而标注的，在实际的扫描图像中不包含。与此相对，在使具备红外光透射过滤器的本发明的液晶显示装置在屋外动作的情 况下，能够得到例如如图9A所示的扫描图像。在图9A所示的扫描图像中，手指的指根侧的 影像清楚地显现出来。红外光的波长比可见光的波长长，在空气中难以扩散，因此通过将红 外光透射过滤器配置在光传感器上，手指的影像变清楚。因此，在不具有射出红外光的功能
11的带光传感器液晶显示装置中，通过将红外光透射过滤器配置在光传感器上，也能够使手 指的影像变清楚，提高触摸位置的检测精度。另外，第1实施方式的液晶显示装置具备树脂制的红外光通过过滤器3，第2实施 方式的液晶显示装置具备由树脂等形成的红外光透射遮光膜6，但是本发明的液晶显示装 置也可以在向光传感器2的光入射路径上具备透过红外光而遮住可见光的任意过滤器部。 例如，本发明的液晶显示装置也可以具备偏振光过滤器来代替红外光透射过滤器3，所述偏 振光过滤器使入射光在与设置在滤色器44侧的玻璃基板41a中的偏振光板49 (设置在液 晶面板的显示面侧的偏振光板)的偏振光轴正交的方向发生偏振。这样，通过使用具有使 入射光偏振的功能的过滤器部，能够容易地构成透过红外光而遮住可见光的过滤器部。如上述所示，根据本发明的液晶显示装置，通过将红外光透射过滤器配置在光传 感器上，能够防止由光传感器得到的图像受到外光、背光源的光所包含的可见光的影响，能 够根据未受到外光、背光源的光所大量包含的可见光的影响的图像以高精度来检测触摸位 置。此外，还能够以上述的方法构成除了液晶显示装置以外的显示装置。工业上的可利用件本发明的带光传感器的显示装置具有不受外光、背光源的光的影响而能够以高精 度来检测触摸位置的特征，因此能够用于液晶显示装置等各种显示装置。
权利要求
一种显示装置，具备多个光传感器，其特征在于具备多个像素电路，其二维状配置；多个光传感器，其二维状配置在与上述像素电路同一平面上；以及过滤器部，其设置在向上述光传感器的光入射路径上，透过红外光而遮住可见光。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于 还具备多种颜色的滤色器，上述像素电路和上述光传感器由多晶硅形成， 上述过滤器部形成在上述滤色器的红色滤色器的内侧。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于还具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口， 上述过滤器部配置在上述红色滤色器的内部的、与上述遮光膜相邻的位置。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于 还具备多种颜色的滤色器，上述像素电路和上述光传感器由多晶硅形成，上述过滤器部与上述滤色器分开形成，配置在当从与上述过滤器部垂直的方向看时， 与上述滤色器的红色滤色器重叠的位置。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于还具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口，上述过滤器部配置在当从与上述过滤器部垂直的方向看时，与上述红色滤色器重叠、 与上述遮光膜相邻的位置。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于 上述过滤器部是树脂过滤器。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于 上述过滤器部具有使入射光发生偏振的功能。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述过滤器部具备遮光膜，所述遮光膜具有与上述像素电路对应的开口，当从与上述像素电路垂直的方向看时，上述光传感器配置在与上述遮光膜重叠的位
全文摘要
传感器内置液晶面板11在像素阵列17内包含二维状配置的多个像素电路1和多个光传感器2。在向光传感器2的光入射路径上，设置透过红外光而遮住可见光的红外光透射过滤器3。由此，能够防止由光传感器2得到的图像受到外光、背光源的光所包含的可见光的影响，根据未受到外光、背光源的光所大量包含的可见光的影响的图像，能够以高精度来检测触摸位置。也可以使用具有相同性质的遮光膜来代替红外光透射过滤器3。
文档编号G09F9/00GK101911159SQ20098010143
公开日2010年12月8日 申请日期2009年2月16日 优先权日2008年3月3日
发明者久保田章敬, 及部圭, 后藤利充, 藤冈章纯 申请人:夏普株式会社
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