具体实施方式
<实施例1>
液晶显示设备的构造
图1是示出根据本发明实施例1的液晶显示设备100的构造的截面图。
参考图1,所示的液晶显示设备100包括液晶面板200、背光300和数据处理单元400。下面将依次描述这些部件。
液晶面板200为有源矩阵型,并且包括TFT阵列基板201、对向基板202和液晶层203。
在液晶面板200中,TFT阵列基板201和对向基板202以彼此隔开的关系而彼此相对。液晶层203以被夹持的状态设置在TFT阵列基板201和对向基板202之间。
如图1所示,背光300设置为相邻于液晶面板200的TFT阵列基板201。液晶面板200在其与TFT阵列基板201相对于对向基板202的面相反的面处接收从背光300发射出的照明光。
液晶面板200具有像素区域PA,其上设置了用于显示图像的多个像素(未示出)。液晶面板200在其背面接收从背光300发射出的照明光R并在像素区域PA中调制所接受的照明光R,背光300通过第一偏振片206设置在液晶面板的背面侧。
TFT阵列基板201具有以与像素相对应的关系而设置的多个图像显示元件(image display element)(未示出),从而单独地组成图像像素元件(imagepixel element)的像素开关元件(未示出)控制像素的转换以调制在液晶面板200的背面接收的照明光。然后,调制的照明光R通过第二偏振片207发射到正面侧,由此在像素区域PA中显示图像。简而言之,液晶面板200为透射型并在其正面侧显示彩色图像。
在本实施例中,液晶显示设备100的部件形成为使得液晶显示设备100可以为常黑型(normally black type)。具体地讲,液晶面板200的部件这样来构造:当没有给液晶层203施加电压时,液晶层203的透光率下降而使得液晶面板200执行黑显示,但是当给液晶层203施加电压时,透光率提高。
尽管细节将在下面描述,但是当使用液晶面板200时,诸如用户手指或者触摸笔的探测目标物体F要与液晶面板200的正面接触或者位于其正面附近,而液晶面板200的正面远离相邻于背光300设置的背面。液晶面板200包括设置其上的光敏元件(未示出),用于接收从探测目标物体F反射的反射光H以产生接收光数据。光敏元件例如以包括光电二极管(未示出)的形式形成。光电二极管接收从液晶面板200正面侧的诸如手指的探测目标物体F反射的反射光H。换言之,光电二极管接收从对向基板202侧指向TFT阵列基板201侧的反射光H。从而,光敏元件光电转换反射的光H以产生接收光数据。
背光300与液晶面板200的背面相对,并且向液晶面板200的像素区域PA发射照明光R。
具体地讲,设置背光300使其位于与组成液晶面板200的TFT阵列基板201和对向基板202中的TFT阵列基板201相邻的位置。背光300朝着TFT阵列基板201的与相对于对向基板202的面远离的面辐射照明光R。换言之,背光300以从TFT阵列基板201侧朝着对向基板202侧的方式辐照照明光R。
数据处理单元400包括控制部分401和位置探测部分402。数据处理单元400包括计算机,其根据程序而作为各种元件来运行。
数据处理单元400的控制部分401控制液晶面板200和背光300的运行。控制部分401根据从外部给其提供的驱动信号而给液晶面板200提供控制信号,以控制设置在液晶面板200上的像素开关元件(未示出)的运行。例如,控制部分401使得液晶面板200执行逐行驱动(line-sequential driving)。此外,控制部分401响应从外部给其提供的驱动信号而给背光300提供控制信号以控制背光300的运行,从而背光300照射照明光R。控制部分401控制液晶面板200和背光300的运行,以在液晶面板200的像素区域PA中显示图像。
此外,控制部分401响应从外部给其提供的驱动信号而给液晶面板200提供控制信号,以控制设置为位置传感器元件的光敏元件(未示出)的运行而收集来自光敏元件的接收光数据。例如,控制部分401使逐行驱动被执行以收集接收光数据。
数据处理单元400的位置探测部分402探测在液晶面板200正面的像素区域PA中的诸如用户手指或者触摸笔的探测目标物体F与液晶面板200进行接触或者位于其附近的位置。这里,位置探测部分402根据从设置在液晶面板200上的光敏元件(未示出)收集的接收光数据来探测位置。例如,接收光数据的信号强度高于基准值的坐标位置被探测为探测目标物体F与像素区域PA中的液晶面板200接触的坐标位置。
液晶面板的构造
现在描述液晶面板200的总体构造。
图2是示出根据本发明实施例1的液晶面板200的平面图。同时,图3A和3B分别是示出形成在液晶面板200的像素区域PA中的像素的图像显示元件30a和光敏元件30b的电路图。
参考图2,液晶面板200具有像素区域PA和周边区域CA。
在液晶面板200的像素区域PA中,多个像素P以图2所示的方式设置在像素区域PA的平面中。具体地讲,在像素区域PA中,多个像素P沿x方向和与x方向垂直的y方向设置,也就是设置成矩阵以形成图像。像素P的每一个都包括图像显示元件30a和光敏元件30b,如图3A和3B所示。
液晶面板200的周边区域CA以围绕像素区域PA的方式设置,如图2所示。在周边区域CA中,形成显示垂直驱动电路11、显示水平驱动电路12、传感器垂直驱动电路13和传感器水平驱动电路14,如图2所示。所述电路的每一个都由半导体元件组成,与前述的图像显示元件30a和光敏元件30b类似地形成。
以与像素区域PA中的像素P相对应的关系而形成的图像显示元件30a由显示垂直驱动电路11和显示水平驱动电路12驱动以执行图像显示。与此同时,以与像素区域PA中的像素相对应的关系而形成的光敏元件30b由传感器垂直驱动电路13和传感器水平驱动电路14驱动以收集接收光数据。
显示垂直驱动电路11提供在周边区域CA中,如图2所示。显示垂直驱动电路11电连接到沿x方向延伸的栅极线G1,如图3A所示。这里,显示垂直驱动电路11电连接到在y方向上彼此并列的多条栅极线G1。然后,显示垂直驱动电路11根据给其提供的控制信号而给在y方向上并列的栅极线G1相继提供选择脉冲。
显示水平驱动电路12以图2所示的方式提供在周边区域CA中。显示水平驱动电路12电连接到沿y方向延伸的第一数据线S1,如图3A所示。这里,显示水平驱动电路12电连接到在x方向上彼此并列的多条第一数据线S1。显示水平驱动电路12根据给其提供的控制信号而给在x方向上并列的第一数据线S1相继提供图像信号。
传感器垂直驱动电路13提供在周边区域CA中,如图2所示。传感器垂直驱动电路13电连接到沿x方向延伸的读出线Read,如图3B所示。这里,传感器垂直驱动电路13电连接到在y方向上彼此并列的多条读出线Read。传感器垂直驱动电路13根据给其提供的控制信号而给在y方向上彼此并列的读出线Read相继提供选择脉冲。
传感器水平驱动电路14提供在周边区域CA中,如图2所示。传感器水平驱动电路14电连接到沿y方向延伸的第二数据线S2,如图3B所示。这里,传感器水平驱动电路14电连接到在x方向上彼此并列的多条第二数据线S2。传感器水平驱动电路14根据给其提供的控制信号而通过在x方向上彼此并列的多条第二数据线S2相继读出从自光敏元件30b输出的接收光数据。
参考图3A,图像显示元件30a包括像素开关元件31和辅助电容元件Cs,如图3A所示。
在图像显示元件30a中,像素开关元件31和辅助电容元件Cs提供在沿y方向延伸的第一数据线S1与沿x方向延伸的栅极线G1间的交叉点附近,如图3A所示。
像素开关元件31可以为例如薄膜晶体管并且在其栅极处连接到栅极线G1,在其源极电极处连接到第一数据线S1,而在其漏极电极处连接到辅助电容元件Cs和液晶层203。
辅助电容元件Cs是具有施加有公共电势Vcom的一个电极和连接到像素开关元件31的漏极电极的另一个电极的电容。
在图像显示元件30a中,像素开关元件31根据从控制部分401给其提供的控制信号而由显示垂直驱动电路11和显示水平驱动电路12逐行驱动,以执行图像显示。
具体地讲,参考图2和3A,选择脉冲通过栅极线G1而从显示垂直驱动电路11提供给像素开关元件31的栅极,以使像素开关元件31进入导通状态。此时,随着图像信号从显示水平驱动电路12提供给第一数据线S1,像素开关元件31将该图像信号写入液晶层203。因此,对应于图像信号的电势被施加给像素电极62a,并因此电压被施加至液晶层203以执行图像显示。
参考图3B,光敏元件30b包括光接收元件32、复位晶体管33、放大晶体管35和选择晶体管36,如图3B所示。
光接收元件32为光电二极管并包括控制电极43、阳极电极51和阴极电极52。控制电极43连接到电源电压线HD并接收给其提供的电源电压VDD。阳极电极51连接到浮置扩散(floating diffusion)FD。阴极电极52连接到电源电压线HD并接收给其提供的电源电压VDD。
复位晶体管33在其一个接线端处连接到参考电压线HS并接收给其提供的参考电压VSS。此外,复位晶体管33在其另一个接线端处连接到浮置扩散FD。同时,复位晶体管33在其栅极电极处连接到复位信号线HR,从而,当通过复位信号线HR提供复位信号时复位晶体管33将浮置扩散FD的电势复位。
放大晶体管35在其一个接线端处连接到电源电压线HD并接收给其提供的电源电压VDD。此外,放大晶体管35在其另一个接线端处连接到选择晶体管36。同时,放大晶体管35在其栅极电极处连接到浮置扩散FD。
选择晶体管36在其一个接线端处连接到放大晶体管35并且在其另一个接线端处连接到第二数据线S2。选择晶体管36在其栅极电极处连接到读出线HRe并接收给其提供的读信号(Read)。如果读信号提供给选择晶体管36的栅极电极,则选择晶体管36进入导通状态,其中选择晶体管36将放大晶体管35放大的接收光数据输出到第二数据线S2。
这里,静电电容34产生在浮置扩散FD和提供有参考电压VSS的参考电压线HS之间,并且浮置扩散FD的电压响应累积在静电电容34中的电荷量而变化。
光敏元件30b由传感器垂直驱动电路13和传感器水平驱动电路14驱动以产生接收光数据,从而产生的接收光数据被读出。这里,例如,传感器垂直驱动电路13通过复位信号线HR提供复位信号(Reset)。其后,放大晶体管35放大在浮置扩散FD中波动的电势,该电势响应于光接收元件32接收和光电转换光时所产生的电荷而波动。然后,传感器水平驱动电路14给选择晶体管36的栅极提供读信号,并且传感器水平驱动电路14通过第二数据线S2读出作为接收光数据的电势。然后,该接收光数据输出到位置探测部分402。
液晶面板的像素区域的构造
图4是示意性示出设置在根据本发明实施例1的液晶面板200的像素区域PA中的部分像素P的截面图。
参考图4,液晶面板200包括TFT阵列基板201、对向基板202和液晶层203。
在本液晶面板200中,TFT阵列基板201和对向基板202如图4所示以彼此隔开的关系而彼此粘合,并且液晶层203设置在TFT阵列基板201和对向基板202之间的间隙中。例如,间隔物(未示出)插在TFT阵列基板201和对向基板202之间以提供间隙,从而TFT阵列基板201和对向基板202以彼此相对的关系而彼此隔开。TFT阵列基板201和对向基板202通过密封构件(未示出)彼此粘合。
在本实施例中,液晶面板200设置为用于FFS系统的显示模式。
在液晶面板200中,TFT阵列基板201为通过其透射光的绝缘材料基板并例如由玻璃形成。此外,如图4所示,在TFT阵列基板201与对向基板202相对的面上形成光接收元件32、像素电极62a、公共电极62b、第一数据线S1、第二数据线S2、电源电压线HD和参考电压线HS。此外,尽管图4中没有示出,但是在上述构件上设置了像素开关元件31、栅极线G1、复位晶体管33、放大晶体管35、选择晶体管36、复位信号线HR和读出线HRe。
在液晶面板200中,对向基板202是与TFT阵列基板201类似的通过其透射光的绝缘材料基板并例如由玻璃形成。对向基板202以隔开的关系与TFT阵列基板201相对,如图4所示。在对向基板202与TFT阵列基板201相对的面上形成滤色器层21和可见光削减滤色器层(visible ray cut filterlayer)21S,如图4所示。滤色器层21包括红、绿和蓝三个基本色的红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B。
在液晶面板200中,液晶层203夹在TFT阵列基板201和对向基板202之间,如图4所示。液晶层203由液晶取向膜(未示出)取向,液晶取向膜形成在TFT阵列基板201和对向基板202的相对表面上。在本实施例中,液晶层203中的液晶分子水平取向。换言之,液晶层203取向为使得液晶分子的纵向方向沿TFT阵列基板201和对向基板202彼此相对的xy平面的方向而延伸。
在液晶面板200中,像素P在TFT阵列基板201和对向基板202彼此相对的平面中分成显示区域TA和传感器区域RA。
在液晶面板200的显示区域TA中形成滤色器层21、像素开关元件31(图5)、像素电极62a、公共电极62b和第一数据线S1,如图4所示。
图5是示出本发明实施例1中的部分显示区域TA的平面图。参考图5,由图可见,不同材料的各构件由相应的不同符号截面线表示,并且示出了用于电连接构件的接触的位置。应当注意的是,在图5中,尽管示出了与图4所示的像素P中的红色滤色器层21R相对应的圆点区域,但是同样地在与绿色滤色器21G和蓝色滤色器21B对应的圆点区域中,各构件以与在对应于红色滤色器层21R的圆点区域中相类似的方式形成。
如图5所示,在显示区域TA中,除了图4所示的滤色器21、像素电极62a、公共电极62b和第一数据线S1之外,还形成像素开关元件31和栅极线G1。
在显示区域TA中,从背光300发射的照明光R从TFT阵列基板201侧透射到对向基板202侧以执行图像显示。
这里,第一数据线S1和栅极线G1由诸如铝或者钼的金属材料形成,从而他们遮断光。因此,在显示区域TA中,照明光R通过这些线限定的透光区域HA透射,以执行图像显示,如图4所示。
在本实施例中,因为液晶面板200的显示模式为前述的FFS型,所以横向电场从像素电极62a和公共电极62b施加给液晶层203,以显示图像。
同时,在液晶面板200的传感器区域RA中,形成可见光削减滤色器层21S、光接收元件32、第二数据线S2、电源电压线HD和参考电压线HS,如图4所示。
图6是示出在本发明实施例1中的部分传感器区域RA的平面图。在图6中,由图可见,不同材料的各构件由相应的不同符号截面线表示,并且示出了用于电连接构件的接触的位置。此外,可见光削减滤色器层21S由长、短交替的虚线表示。
如图6所示,在传感器区域RA中,除了图4所示的可见光削减滤色器21S、光接收元件32、第二数据线S2、电源电压线HD和参考电压线HS外,还形成了复位晶体管33、放大晶体管35、选择晶体管36、复位信号线HR和读出线HRe。
在传感器区域RA中,由液晶面板200正面侧的探测目标物体F反射的反射光H被光接收元件32接收,以产生接收光数据,如图4所示。
这里,第二数据线S2、电源电压线HD、参考电压线HS、复位信号线HR和读出线HRe的线由金属材料形成以遮断光。因此,在传感器区域RA中,反射光H被引导到由图4和6所示的线所限定的光接收区域SA中的光接收元件32的光接收面JSa。因此,在光接收区域SA中,通过可见光削减滤色器层21S进入的反射光H由光接收元件32的光接收面JSa接收,以产生接收光数据。
将依次描述设置在TFT阵列基板201上的部件。
在TFT阵列基板201中,像素开关元件31形成在液晶面板200的显示区域TA中,如图5所示。尽管图4中没有示出像素开关元件31,但是它与图4所示的光接收元件32相类似地形成在TFT阵列基板201与对向基板202相对的面上。
像素开关元件31设置为与红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21对应,红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21形成图4所示的像素P中的滤色器层21。
图7示出了本发明实施例中的像素开关元件31。
参考图7,像素开关元件31包括栅极电极45、栅极绝缘膜46g和半导体层48,并且形成为LDD(轻掺杂漏极)结构的底栅型TFT。
具体地讲,像素开关元件31的栅极电极45采用诸如钼的金属材料形成。这里,如图7所示,栅极电极45以通过栅极绝缘膜46g而与半导体层48的沟道区域48C相对的关系设置在TFT阵列基板201的表面上。
同时,像素开关元件31的栅极绝缘膜46g采用诸如氧化硅膜或者氮化硅膜的绝缘材料形成。栅极绝缘膜46g形成为覆盖在栅极电极45上,如图7所示。
此外,像素开关元件31的半导体层48例如由多晶硅形成。在半导体层48中,如图7所示,沟道区域48C以与栅极电极45对应的关系形成,并且形成成对的源-漏区域48A和48B以将沟道区域48C夹在其间。成对的低浓度杂质区域48AL和48BL形成在源-漏区域48A和48B上以将沟道区域48C夹在其间。此外,形成浓度高于低浓度杂质区域48AL和48BL的成对高浓度杂质区域48AH和48BH以将低浓度杂质区域48AL和48BL夹在其间。如图7所示,半导体层48被层间绝缘膜Sz覆盖。层间绝缘膜Sz例如由氮化硅膜或者氧化硅膜形成。
像素开关元件31的源极电极53和漏极电极54采用诸如铝的导电材料形成。这里,源极电极53和漏极电极54的每一个都这样形成:形成接触孔以延伸通过层间绝缘膜Sz,将导电材料埋入接触孔中,然后进行图案化。具体地讲,源极电极53以电连接的状态设置到源-漏区域48A,而漏极电极54电连接到另一个源-漏区域48B。
在TFT阵列基板201中,光接收元件32形成在TFT阵列基板201与对向基板202相对的面上,如图4所示。
这里,如图4所示,光接收元件32以与传感器区域RA中的光接收区域SA相对应的关系设置,从而它接收光接收区域SA中通过液晶层203而从对向基板202侧朝向TFT阵列基板201侧发射的光。然后,光接收元件32接收并光电转换从光接收区域SA入射的光,以形成接收光数据,从而读出所产生的接收光数据。
在本实施例中,如图4所示,当从背光300发射的照明光R照射在探测目标物体F上时,光接收元件32接收从探测目标物体F反射的从液晶面板正面侧到背面侧的反射光H,以产生接收光数据。例如,光接收元件32在其光接收面JSa上接收通过液晶层203入射的反射光H,以产生接收光数据。
图8是示出本发明实施例1中的光接收元件32的截面图。
参考图8,光接收元件32为PIN(P-本征-N)结构的光电二极管并且包括控制电极43、设置在控制电极43上的绝缘膜46s和通过插在其间的绝缘膜46s而与控制电极43相对的半导体层47。
具体地讲,光接收元件32的控制电极43采用诸如钼的金属材料形成。这里,控制电极43以与半导体层47的i层47i相对的关系形成在TFT阵列基板201的表面上,如图8所示。
光接收元件32的绝缘膜46s采用诸如氧化硅膜的绝缘材料形成。这里,绝缘膜46s形成为覆盖在控制电极43上,如图8所示。
此外,光接收元件32的半导体层47例如由多晶硅形成并且包括p层47p、n层47n和i层47i,如图8所示。半导体层47设置为使得具有较高电阻的i层47i插在p层47p和n层47n之间。i层47i具有接收光并进行光电转换的光接收面JSa。半导体层47被层间绝缘膜Sz覆盖,如图8所示。
光接收元件32的阳极电极51和阴极电极52采用铝形成。如图8所示,阳极电极51和阴极电极52这样形成:形成接触孔以延伸通过层间绝缘膜Sz,将导电材料埋入接触孔中,并且执行图案化。具体地讲,阳极电极51以与p层47p电连接的关系设置,阴极电极52电连接到n层47n。
在TFT阵列基板201上,复位晶体管33、放大晶体管35和选择晶体管36形成在液晶面板200的传感器区域RA中,如图6所示。复位晶体管33、放大晶体管35和选择晶体管36例如与像素开关元件31相类似地形成为底栅型TFT。
参考图4,像素电极62a形成在TFT阵列基板201与对向基板202相对的侧。
这里,像素电极62a设置在绝缘膜60c上,绝缘膜60c由绝缘材料形成使其覆盖TFT阵列基板201上的公共电极62b。例如,在形成为氮化硅膜的绝缘膜60c上形成像素电极62a。与形成如图4所示滤色器层21的红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B分别对应的关系设置像素电极62a。像素电极62a为透明电极并且例如采用ITO(氧化铟锡)形成。像素电极62a的每一个电连接到像素开关元件31的漏极电极54。像素电极62a与公共电极62相配合以通过给其提供的作为来自像素开关元件31的图像信号的电势而在其间产生横向电场,由此给液晶层203施加电压。
在本实施例中,因为液晶面板200为FFS型,所以像素电极62a以梳齿状形成,该梳齿形状沿TFT阵列基板201与对向基板202相对的xy面的方向。
具体地讲,参考图5,像素电极62a包括主干部分62ak和多个分支部分62ae。
主干部分62ak沿图5所示的x方向延伸。
分支部分62ae沿图5所示的y方向延伸。分支部分62ae以沿x方向的彼此并列和隔开关系而设置。分支部分62ae的每一个都在其一个端部连接到主干部分62ak,并且分支部分62ae沿y方向彼此平行地延伸。
参考图4,公共电极62b形成在TFT阵列基板201与对向基板202相对的面上。这里,公共电极62b设置在平坦化膜60b上,平坦化膜60b形成在TFT阵列基板201上以覆盖各条线。例如,平坦化膜60b由诸如压克力树脂的有机化合物形成。公共电极62b为透明电极并且例如采用ITO形成。公共电极62b通过绝缘膜60c而与对应于像素P设置的像素电极62a相对,绝缘膜60c插在它们之间。
在本实施例中,因为液晶面板200为FFS型的,所以公共电极62b以固态形成,使得它沿TFT阵列基板201相对于对向基板202的xy面的方向覆盖显示区域TA的整个表面,如图4所示。
图9是示出本发明实施例1中的公共电极62b的平面图。参考图9,沿着X1-X2线剖取的截面对应于图4。
如图9所示,在传感器区域RA中,公共电极62b具有形成在包括光接收面对应区域JT的第一区域A1中的开口,从而它被设置在除光接收面对应区域JT之外的区域中,光接收面对应区域JT与光接收元件32的光接收面JSa对应。
具体地讲,第一区域A1限定在光接收面对应区域JT的周边与传感器区域RA的周边之间从光接收面对应区域JT的周边朝向传感器区域RA的预定范围中,并且开口与第一区域A1对应地形成。具体地讲,如图9所示,公共电极62b没有形成在第一区域A1中,而形成在像素区域PA的第一区域A1之外的任何其它区域中。
参考图4,第一数据线S1形成在TFT阵列基板201与对向基板202相对的面上,如图4所示。这里,第一数据线S1设置在形成在TFT阵列基板201上的绝缘膜60a上以覆盖诸如光接收元件32的半导体元件。
参考图5,第一数据线S1的每一条沿y方向延伸并且采用诸如铝的金属材料形成。第一数据线S1电连接到像素开关元件31的源极电极。
参考图4,与第一数据线S1相类似,第二数据线S2、电源电压线HD和参考电压线HS形成在TFT阵列基板201与对向基板202相对的面上。第二数据线S2、电源电压线HD和参考电压线HS设置在形成在TFT阵列基板201上的绝缘膜60a上以覆盖诸如光接收元件32的半导体元件。
此外,参考图6,第二数据线S2、电源电压线HD和参考电压线HS沿y方向延伸并且采用诸如铝的金属材料形成。第二数据线S2电连接到选择晶体管36,如图6所示。电源电压线HD电连接到光接收元件32和放大晶体管35。参考电压线HS通过由钼形成的引线连接到复位晶体管33,如图6所示。
参考图4和6,第二数据线S2、电源电压线HD和参考电压线HS的各条线设置在传感器区域RA的除与光接收面JSa对应的光接收面对应区域JT之外的区域中。具体地讲,设置各条线以限定传感器区域RA中的光接收区域SA。
在TFT阵列基板201上,栅极线G1形成在液晶面板200的显示区域TA中,如图5所示。栅极线G1沿x方向延伸并且由诸如钼的金属材料形成。这里,栅极线G1电连接到像素开关元件31的栅极(如图5所示)并且与光接收元件32相类似地形成在TFT阵列基板201与对向基板202相对的侧的面上(如图4所示)。
在TFT阵列基板201上,复位信号线HR和读出线HRe形成在液晶面板200的传感器区域RA中,如图6所示。复位信号线HR和读出线HRe沿x方向延伸并且采用诸如钼的金属材料形成。复位信号线HR电连接到复位晶体管33的栅极,如图6所示。读出线HRe电连接到选择晶体管36的栅极,如图6所示。
下面,描述设置在对向基板202上的部件。
参考图4,滤色器层21形成在对向基板202与TFT阵列基板201相对的面上。滤色器层21包括红色、绿色和蓝色三个基本色的一套滤色器层,并且具体包括红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B。滤色器层21这样来形成:通过诸如旋涂的涂敷法涂敷包含与每个颜色对应的着色颜料和光致抗蚀剂材料的涂敷液以形成涂敷膜,然后通过光刻技术图案化该涂敷膜。这里,例如,聚酰亚胺树脂用作光致抗蚀剂材料。红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B构造为使得从背光300发射的照明光R因此而着色,并且通过其从TFT阵列基板201侧透射到对向基板202侧。具体地讲,红色滤色器层21R将照明光R着色为红色;绿色滤色器层21G将照明光R着色为绿色,而蓝色滤色器层21B将照明光R着色为蓝色,同时他们使照明光R从其间透射通过。
可见光削减滤色器层21S形成在对向基板202与TFT阵列基板201相对的面上,如图4所示。这里,如图4所示,可见光削减滤色器层21S以与传感器区域RA相对应的关系设置并且形成为使得在入射到传感器区域RA中的光接收元件32的光接收面JSa的光中通过其透射的红外光线的量大于可见光线的量。
在本实施例中,如图4所示,可见光削减滤色器层21S为包括红色滤色器层21Rs和蓝色滤色器层21Bs的滤色器叠层并且构造为使得红色滤色器层21Rs和蓝色滤色器层21Bs从对向基板202侧开始依次层叠。红色滤色器层21Rs和蓝色滤色器层21Bs的每一个都采用聚酰亚胺树脂形成,与滤色器层21相类似该聚酰亚胺树脂包含诸如颜料或者染料的着色剂。
图10图解了本发明实施例中的可见光削减滤色器层21S的光谱特性。参考图10,横坐标轴表示入射光的波长(nm),而纵坐标轴表示入射光的透射率(%)。
可见光削减滤色器层21S如上所述为包括红色滤色器层21Rs和蓝色滤色器层21Bs的滤色器叠层。这里,红滤色器层21Rs透射的在与可见光线的红颜色对应的波长区域中的光的量大于其它波长区域中的光的量。同样,蓝滤色器层21Bs透射的在与可见光线的蓝颜色对应的波长区域中的光的量大于其它波长区域中的光的量。因此,如图10所示,可见光削减滤色器层21S形成为使得在与红外线对应的波长区域中的光透射率大于在与可见光对应的波长区域中的光透射率。可见光削减滤色器层21S形成为对于中心波长为850nm的红外线来说光透射率约为80%,而对于可见光来说光透射率等于或小于约35%。
可见光削减滤色器层21S的形成步骤与组成滤色器层21的红色滤色器层21R和蓝色滤色器层21B的形成步骤相同。例如,通过诸如旋涂的涂敷法涂敷包含红色着色颜料和光致抗蚀剂材料的涂敷液以形成涂敷膜。其后,通过光刻技术等图案化该涂敷膜以形成滤色器层21的红色滤色器层21R和可见光削减滤色器层21S的红色滤色器层21Rs。此外,通过诸如旋涂的涂敷法涂敷包含蓝着色颜料和光致抗蚀剂材料的涂敷液以形成涂敷膜。其后,图案化该涂膜以形成滤色器层21的蓝色滤色器层21B和可见光削减滤色器层21S的蓝色滤色器层21Bs。这里,执行图案化使得可见光削减滤色器层21S的蓝色滤色器层21Bs层叠在可见光削减滤色器层21S的红色滤色器层21Rs上。
图11是示出本发明实施例1中的部分对向基板202的平面图。参考图11,沿着X1-X2线剖取的截面对应于图4。
组成滤色器层21的红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B形成为例如矩形形状,并且在x方向上并列。
可见光削减滤色器层21S具有例如与组成滤色器层21的红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B相类似的矩形形状并且在x方向上与红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B并列,如图11所示。
可见光削减滤色器层21S形成在传感器区域RA中,使得其包括与光接收元件32的光接收面JSa对应的光接收面对应区域JT,如图11所示。
这里,可见光削减滤色器层21S包括第一区域A1并且覆盖大于第一区域A1的第二区域A2,第一区域A1限定为大于像素区域PA中的光接收面对应区域JT。
具体地讲,第二区域A2限定为具有在第一区域A1的周边和传感器区域RA的周边之间从第一区域A1的周边延伸到传感器区域RA的周边的预定范围。可见光削减滤色器层21S形成为对应于第二区域A2。
在本实施例中,传感器区域RA设置为对应于像素区域PA中的第二区域A2,并且可见光削减滤色器层21S设置为覆盖整个传感器区域RA。
应当注意的是,在上述的液晶面板200中,尽管没有清楚地显示图3A所示的辅助电容元件Cs,但是如图4所示被像素电极62a和公共电极62b夹持的绝缘膜60c的一部分用作辅助电容元件Cs。
背光的构造
图12是示意性示出本发明实施例中的背光300的截面图。图13是示意性示出实施例1中的背光300的一部分的透视图。
参考图12,背光300包括光源301和导光板302,并且发射照明光R以照射液晶面板200的像素区域PA的整个区域。
光源301包括用于辐射光的发光面ES,并且设置为使得发光面ES与引入光的入射面IS相对。这里,光源301的发光面ES与设置在导光板302的侧面上的入射面IS相对。光源301接收从控制部分401给其提供的控制信号,并且根据控制信号执行发光运行。
在本实施例中,光源301包括可见光源301a和红外光源301b,如图13所示。
可见光源301a为例如白光LED(发光二极管)并且辐射白色可见光。如图13所示,可见光源301a设置为使得其发光面ES与导光板302的入射面IS相对,并且可见光从发光面ES辐射到导光板302的入射面IS。这里,设置多个这样的可见光源301a并以沿着导光板302的入射面IS并列的关系来配置。
红外光源301b为例如红外LED并且辐射红外线。如图13所示,红外光源301b设置为使得其发光面ES与导光板302的入射面IS相对,并且红外线从发光面ES辐射到导光板302的入射面IS。在此情况下,红外光源301b辐射中心频率为850nm的红外线。这里,设置一个红外光源301b并且以与可见光源301a并列的关系配置在设置有可见光源301a的导光板302的入射面IS上。在本实施例中,红外光源301b设置在设置有可见光源301a的导光板302的入射面IS的大致中心的位置。
参考图12,导光板302设置为使得光源301的发光面ES与其入射面IS相对,从发光面ES辐射的光被引入导光板302。导光板302引导入射到其入射面IS的光。然后,如此引导的光作为照明光R从设置为与入射面IS垂直的出射面PS1出射。导光板302以与液晶面板200的背面相对的关系设置,并且从其出射面PS1朝着液晶面板200的背面来辐射照明光R。导光板302采用诸如丙烯酸树脂的具有较高发光特性的透明材料通过注射成型法(injection molding)形成。
在本实施例中,导光板302在其入射面IS处接收从可见光源301a出射的可见光和从红外光源301b出射的红外线,并且引导在入射面IS处接收的可见光和红外线。然后,引导的可见光和红外线作为照明光R从出射面PS1出射。因此,图像显示在如上所述的透射型液晶面板200的像素区域PA中。
参考图12,导光板302包括光学膜303和反射膜304。
光学膜303以与出射面PS1相对的关系设置在导光板302上,如图12所示。光学膜303接收从导光板302的出射面PS1出射的照明光R并调制照明光R的光学特性。
在本实施例中,光学膜303包括从导光板302侧开始依次设置的散射片303a和棱镜片303b。散射片303a散射从导光板302的出射面PS1发射的光,而棱镜片303b聚集散射的光,使其沿着导光板302的出射面PS1的法线方向z取向。因此,光学膜303朝着液晶面板200的背面发射从导光板302发射的作为平面照明光R的光。
反射膜304以与导光板302远离出射面PS1的面相对的关系来设置。反射膜304接收从导光板302的面PS2发射的光并且朝着导光板302的出射面PS1侧反射该光,导光板302的面PS2位于与出射面PS1相对的侧。
运行
下面,描述当作为探测目标物体F的人手指与液晶显示设备100的像素区域PA进行接触或者位于其附近时上述液晶显示设备100根据从探测目标物体F获得的接收光数据来探测该探测目标物体F的位置的运行。
图14A、14B、15A和15B示意性地图解了当作为探测目标物体F的人手指与液晶显示设备100的像素区域PA接触或者位于其附近时根据从探测目标物体F获得的接收光数据来探测该探测目标物体F的位置的不同方式。具体地讲,图14A和14B图解了施加至液晶层203的电压为截止状态的方式,而图15A和15B图解了施加至液晶层203的电压为导通状态的方式。在图14A、14B、15A和15B中示出了液晶显示设备100的一部分而其它部分没有示出,并且图14A和15A为截面图而图14B和15B为平面图。
首先,描述当施加至液晶层203的电压为截止状态时的运行。
在此情况下,如图14A和14B所示,在液晶面板200的显示区域TA中,水平取向的液晶层203的液晶分子的纵向方向例如沿着y方向延伸。在本实施例中,用常黑显示方法作为显示方法。因此,在液晶面板200的显示区域TA中,从背光300辐射的照明光R的可见光VR不能透射通过第二偏振片207而是被其吸收,从而显示黑色。
同时,从背光300辐射的照明光R的红外线IR透射通过第二偏振片207。
另一方面,在液晶面板200的传感器区域RA中,从背光300辐射的照明光R的可见光VR被可见光削减滤色器层21S吸收并且不能透射通过液晶面板200,与显示区域TA相类似。
在传感器区域RA中,如上所述,电源电压线HD、参考电压线HS和第二数据线S2的多条线设置在除了第一区域A1的光接收面对应区域JT之外的区域中,在第一区域A1中设置有公共电极62b的开口。固定电势被施加至电源电压线HD和参考电压线HS的每一个。因此,电源电压线HD和参考电压线HS等线在各条线与公共电极62b的端部之间产生横向电场。因此,在液晶层203中水平取向的液晶分子的纵向方向有时发生改变,从而它沿着与图14A和14B所示的y方向不同的方向延伸。因此,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR有时透射通过液晶分子的纵向方向改变的液晶层203部分并且混合入黑色显示而使图像质量下降。
然而,在本实施例中,因为可见光削减滤色器层21S设置为对应于传感器区域RA,所以在液晶分子的纵向方向改变的液晶层203部分中可见光VR也被阻挡。
因此,由于可见光VR也没有透射通过液晶分子的纵向方向改变的液晶层203部分,所以可以防止图像质量的下降。
同时,从背光300照射的照明光R的红外线IR透射通过光接收区域SA中的第二偏振片207,如图14A所示。因此,当诸如人手指的探测目标物体F与像素区域PA接触或者位于其附近时,透射的红外线IR被探测目标物体F反射,如图14A和14B所示。然后,反射光H被设置在液晶面板200上的光接收元件32接收。
这里,朝向光接收面JSa的反射光H被在光接收元件32的光接收面JSa处接收,并且由光接收元件32进行光电转换。然后,通过周边电路读出光电转换产生的电荷的接收光数据。
然后,位置探测部分402使用以上述方式读出的接收光数据,以形成位于液晶面板200正面侧的像素区域PA中的探测目标物体F的图像。然后,位置探测部分402由如此形成的图像来探测该探测目标物体F的位置。
现在,描述当施加至液晶层203的电压为导通状态时的运行。
在此情况下,在液晶面板200的显示区域TA中,液晶层203的水平取向的液晶分子的纵向方向倾斜到不同于y方向的方向,如图15A和15B所示。因此,在液晶面板200的显示区域TA中,从背光300照射的照明光R的可见光VR透射通过第二偏振片207,以执行白色显示。此外,从背光300照射的照明光R的红外线IR也透射通过第二偏振片207。
相反,在液晶面板200的传感器区域RA中,从背光300照射的照明光R的可见光VR被可见光削减滤色器层21S吸收而不透射通过液晶面板200。
在传感器区域RA中,由于如上所述开口以与第一区域A1对应的关系设置在公共电极62b中并且没有设置像素电极62a,所以没有电压施加给液晶层203。因此,与在off状态下给液晶层203施加电压的情况相类似,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR被可见光削减滤色器层21S吸收并因此被其阻挡。
此外,与如上所述相类似,电源电压线HD和参考电压线HS等线在各条线和公共电极62b的端部之间产生水平电场。因此,如图15A和15B所示,液晶层203的水平取向的液晶分子的纵向方向有时发生改变以沿不同于y方向的方向延伸,因此图像质量有时下降。然而,在本实施例中,可见光削减滤色器层21S以与传感器区域RA相对应的关系设置。因此,即使在液晶分子的纵向方向发生改变的液晶层203部分中,可见光VR也被阻挡,因此可以防止图像质量的下降。
同时,从背光300照射的照明光R的红外线IR透射通过光接收区域SA中的第二偏振片207,如图15A所示。因此,当诸如人手指的探测目标物体F与像素区域PA接触或者位于其附近时,透射的红外线IR被探测目标物体F反射,如图15A和15B所示。然后,反射光H被设置在液晶面板200上的光接收元件32接收。然后指向光接收面JSa的反射光H在光接收元件32的光接收面JSa处被接收,并且由光接收元件32进行光电转换。然后,光电转换产生的电荷的接收光数据由周边电路读出。
然后,位置探测部分402利用从光接收元件32读出的接收光数据以形成位于液晶面板200正面侧的像素区域PA中的探测目标物体F的图像。然后,位置探测部分402由如此形成的图像来探测探测目标物体F的位置。
这样,在本实施例中,像素电极62a和公共电极62b形成在像素区域PA除了与光接收元件32的光接收面JSa对应的光接收面对应区域JT之外的区域中。因此,在本实施例中,可以防止给液晶层203施加电场的像素电极62a和公共电极62b与光接收元件32的耦合,因此可以防止大量的噪声被包括在接收光数据中,并可以改善S/N比。因此,可以容易地执行探测目标物体的位置的精确探测。
此外,在本实施例中,当给像素区域PA中的液晶层203施加电压以执行图像显示时,没有电压施加至在与光接收元件32的光接收面JSa相对应的光接收面对应区域JT中的液晶层203。因此,阻挡了包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR。此外,采用ITO在光接收面对应区域JT中形成像素电极62a和公共电极62b时,因为ITO具有高的折射率并在其界面上反射大量的光,所以减少了引入光接收元件32的光量。然而,在本实施例中,像素电极62a和公共电极62b形成在光接收面对应区域JT中。因此,引入光接收元件32的光量没有减少。
此外,在本实施例中,可见光削减滤色器层21S设置在像素区域PA中,从而通过其透射的红外线IR多于可见光VR。这里,在传感器区域RA中,可见光削减滤色器层21S设置为覆盖比没有形成像素电极62b的第一区域A1大的第二区域A2。因此,在本实施例中,可以防止在传感器区域RA中的漏光,因此可以改善图像质量。
<实施例2>
下面,将描述本发明的实施例2。
液晶面板的像素区域的构造
图16是示意性示出设置在根据本发明实施例2的液晶面板200的像素区域PA中的部分像素P的截面图。
参考图16,本实施例中的液晶面板200在构造上与上述实施例1中的液晶面板相类似。然而,本实施例中的像素P与实施例1中的像素的不同在于像素电极62a的形状和公共电极62b的位置,还在于它不包括绝缘膜60c。此外,在图16所示的液晶面板200中,液晶层203取向为使其液晶分子的纵向方向沿着TFT阵列基板201与对向基板202彼此相对的方向延伸。换言之,在本实施例中,各部件形成为使得显示模式对应于垂直取向模式。此外,第一偏振片206和第二偏振片207配置为正交Nicole布置,以用于常黑显示模式。
像素电极62a形成在TFT阵列基板201与对向基板202相对的面上。
这里的像素电极62a设置在平坦膜60b上,平坦膜60b由绝缘材料形成在TFT阵列基板201上以覆盖各条线。像素电极62a以与组成滤色器层21的红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B的每一个相对应的关系来设置,如图16所示。像素电极62a为透明电极,采用例如ITO形成,并且电连接到像素开关元件31的漏极电极54。像素电极62a采用提供为来自像素开关元件31的图像信号的电势来给插在像素电极62a和公共电极62b之间的液晶层203施加电压。
图17是示出本发明第二实施例2中的像素电极62a的平面图。参考图17,沿着X1-X2剖取的截面对应于图16。
在本实施例中,像素电极62a沿TFT阵列基板201与对向基板202相对的xy平面的方向形成为矩形形状,如图17所示。
具体地讲,像素电极62a由沿着x方向和y方向延伸的边限定,并且多个这样的像素电极62a以彼此并列的关系和彼此隔开的关系沿x方向设置。
回过来参考图16,公共电极62b设置为相邻于对向基板202与TFT阵列基板201相对的面。
这里,公共电极62b设置在平坦膜22上,平坦膜22形成在对向基板202上以覆盖滤色器21和可见光削减滤色器层21S。公共电极62b为透明电极,并且例如采用ITO形成。公共电极62b通过液晶层203与对应于像素P而单独设置的像素电极62a相对。
图18是示出本发明实施例2中的公共电极62b的平面图。参考图18,沿着X1-X2线剖取的截面对应于图16。
参考图18,在本实施例中,公共电极62b以固态形成,从而它沿对向基板202与TFT阵列基板201相对的xy平面的方向覆盖显示区域TA的整个区域。
同时,在传感器区域RA中,开口设置在包括公共电极62b的光接收面对应区域JT的第一区域A1中从而使其设置在除了光接收面对应区域JT之外的区域中,该光接收面对应区域JT与光接收元件32的光接收面JSa相对应。
具体地讲,与实施例1相类似,第一区域A1限定在光接收面对应区域JT的周边与传感器区域RA的周边之间从光接收面对应区域JT的周边朝着传感器区域RA的周边的预定范围内。开口设置为对应于第一区域A1。换言之,公共电极62b没有形成在像素区域PA中的第一区域A1中,而是形成在像素区域PA除了第一区域A1外的区域中。
运行
下面,描述当作为探测目标物体F的人手指与液晶显示设备100的像素区域PA接触或者位于其附近时上述液晶显示设备100根据从探测目标物体F获得的接收光数据来探测该探测目标物体F的位置的运行。
图19和20是示意性示出本发明实施例2中当作为探测目标物体的人手指与液晶面板200的像素区域PA接触或者位于其附近时根据从探测目标物体F获得的接收光数据来探测探测目标物体F的位置的不同方式的截面图。具体地讲,图19图解了施加至液晶层203的电压为截止状态时的运行,而图20图解了施加至液晶层203的电压为导通状态时的运行。
首先,描述施加至液晶层203的电压为截止状态时的运行。
在此情况下,如图19所示,在液晶面板200的显示区域TA中,在液晶层203中垂直取向的液晶分子的纵向方向例如沿z方向延伸。在本实施例中,各部件构造为使得常黑显示方法用作显示方法。因此,在显示区域TA中,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR没有透射通过第二偏振片207而是被其吸收,以执行黑色显示。
另一方面,包括在从背光300照射的照明光R中的红外线IR透射通过第二偏振片207。
相反,在液晶面板200的传感器区域RA中,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR被可见光削减滤色器层21S吸收而不透射通过液晶面板200。
同时,从背光300照射的照明光R的红外线IR在光接收区域SA中透射通过第二偏振片207,如图19所示。因此,如果诸如人手指的探测目标物体F与像素区域PA接触或者位于其附近,则透射的红外线IR被探测目标物体F反射,如图19所示。然后,反射光H被设置在液晶面板200上的光接收元件32接收。
这里,指向光接收面JSa的反射光H被光接收元件32的光接收面JSa接收并进行光电转换以产生电荷。然后,由周边电路根据产生的电荷读出接收光数据。
然后,位置探测部分402使用从光接收元件32读出的接收光数据来形成位于液晶面板200正面侧的像素区域PA中的探测目标物体F的图像,并且由如此形成的图像来探测该探测目标物体F的位置。
现在,描述施加至液晶层203的电压为导通状态时的运行。
在此情况下,如图20所示,在液晶面板200的显示区域TA中,在液晶层203中垂直取向的液晶分子的纵向方向倾斜到不同于z方向的方向。因此,在液晶面板200的显示区域TA中,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR透射通过第二偏振片207以执行白色显示。此外,从背光300照射的照明光R的红外线IR也透射通过第二偏振片207。
另一方面,在传感器区域RA中,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR被可见光削减滤色器层21S吸收而没有透射通过液晶面板200。
具体地讲,在传感器区域RA中,开口以与第一区域A1对应的关系设置在公共电极62b中并且没有设置像素电极62a,因此没有电压施加给液晶层203。因此,与施加给液晶层203的电压为截止状态的情况相类似,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR被可见光削减滤色器层21S吸收。
同时,与如上所示相类似从背光300照射的照明光R的红外线IR透射通过光接收区域SA中的第二偏振片207,如图20所示。因此,如果诸如人手指的探测目标物体F与液晶面板200的像素区域PA接触或者位于其附近,则透射的红外线IR被探测目标物体F反射,反射光H被设置在液晶面板200上的光接收元件32接收。然后,指向光接收面JSa的反射光H被光接收元件32的光接收面JSa接收并且由光接收元件32进行光电转换以产生接收光数据。因此,接收光数据由周边电路读出。
然后,位置探测部分402利用从光接收元件32读出的接收光数据来形成位于液晶面板200正面侧的像素区域PA中的探测目标物体F的图像,并如上所述由如此形成的图像来探测探测目标物体F的位置。
如上所述,在本实施例中,像素电极62a和公共电极62b与实施例1相类似地形成在像素区域PA除了与组成光敏元件30b的光接收元件32的光接收面JSa相对应的光接收面对应区域JT外的区域中。因此,在本实施例中,在这里与实施例1相类似,可以防止接收光数据包含大量的噪声,因此可以改善S/N比。因此,可以容易地执行探测目标物体的位置的精确探测。此外,在本实施例中,可以改善图像质量。
<实施例3>
下面,将描述根据本发明的实施例3。
图21是示意性地示出设置在本实施例的液晶面板200的像素区域PA中的部分像素P的截面图。
本实施例的液晶面板200与实施例2的液晶面板200相类似,但是与其不同在于像素P具有透明电极62T,如图21所示。
参考图21,透明电极62T与像素电极62a相类似地设置在平坦膜60b上,平坦膜60b形成为覆盖TFT阵列基板201与对向基板202相对的面上的各条线。
在本实施例中,透明电极62T沿TFT阵列基板201与对向基板202相对的xy面的方向形成。透明电极62T例如采用ITO形成。
图22是示出本发明实施例3中的像素电极62a和透明电极62T的平面图。参考图22,沿着X1-X2线剖取的截面对应于图21。
在本实施例中,与像素电极62a相类似,透明电极62T以矩形形状沿TFT阵列基板201与对向基板202相对的xy面的方向形成,如图22所示。这里,如图22所示,透明电极62T沿x方向以与像素电极62a隔开的关系并列设置。透明电极62T形成在传感器区域RA中从而覆盖包括光接收面对应区域JT的第一区域A1,光接收面对应区域JT与形成光敏元件30b的光接收元件32的光接收面JSa对应。
透明电极62T优选构造为使其不同于像素电极62a而被施加固定的电势或者接地。通过刚刚所描述的构造,可以消除透明电极62T与相邻像素的相对透明电极耦合的影响。因此,同样地,当给显示区域TA中的液晶层203施加电压以执行白色显示时,由于传感器区域RA中的液晶层203没有受到施加电压的影响,所以执行黑色显示,并且可以改善图像质量。
如上所述,在本实施例中,与实施例2不同,透明电极62T设置在传感器区域RA中。然而,与实施例2相类似地,公共电极62b形成在像素区域PA除了光接收面对应区域JT之外的区域中,光接收面对应区域JT与光接收元件32的光接收区域JSa相对应。因此,在本实施例中,与实施例2相类似,可以防止传感器区域RA产生漏光,因此可以改善图像质量。此外,在本实施例中,可以防止接收光数据包括大量的噪声,并且可以改善S/N比。因此,可以容易地执行探测目标物体的位置的精确探测。
<实施例4>
下面,将描述根据本发明的实施例4。
图23是示意性地示出设置在液晶面板200的像素区域PA中的部分像素P的截面图。
在本实施例中,液晶面板200与实施例3中的液晶面板200相类似但不相同。具体地讲,液晶层203在取向方向上与图23所示的不同。这里,液晶层203取向为使得液晶分子在TFT阵列基板201与对向基板202之间扭曲。具体地讲,在本实施例中,各部件形成为使得显示模式为NT(扭曲向列)模式。此外,第一偏振片206和第二偏振片207设置为例如正交Nicole布置,以用于常白显示。
将描述当作为探测目标物体F的人手指与液晶显示设备100的像素区域PA接触或者位于其附近时本实施例的液晶显示面板200根据从探测目标物体F获得的接收光数据来探测该探测目标物体F的位置的运行。
图24和25是示意性示出实施例4中当作为探测目标物体F的人手指与液晶显示面板200的像素区域PA接触或者位于其附近时根据从探测目标物体F获得的接收光数据来探测该探测目标物体F的位置的运行的不同方式的截面图。具体地讲,图24图解了施加至液晶层203的电压为截止状态时的运行,而图25图解了施加至液晶层203的电压为导通状态时的运行。
将描述施加至液晶层203的电压为截止状态时的运行。
在本实施例中,各部件形成为使得常白显示模式被采用。因此,当施加至液晶层203的电压为截止状态时,在显示区域TA中,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR透射通过第二偏振片207以执行白色显示。同样包括在从背光300照射的照明光R中的红外线IR透射通过第二偏振片207。
然而,在液晶面板200的传感器区域RA中,在从背光300照射的照明光R中的可见光VR被可见光削减滤色器层21S阻挡而没有透射通过液晶面板200。
另一方面,与如上所述相类似,从背光300照射的照明光R的红外线IR没有被阻挡而是透射通过光接收区域SA中的第二偏振片207,如图24所示。因此,如果诸如人手指的探测目标物体F与像素区域PA接触或者位于其附近,则透射的红外线IR被探测目标物体F反射,如图24所示,并且反射光H被设置在液晶面板200上的光接收元件32接收。然后,指向光接收面JSa的反射光H在光接收元件32的光接收面JSa处被接收并由光接收元件32进行光电转换而产生电荷,并且由周边电路读出信号强度对应于该电荷的接收光数据。
然后,如上所述,位置探测部分402利用从光接收元件32读出的接收光数据来形成位于液晶面板200正面侧的像素区域PA中的探测目标物体F的图像,并且由如此形成的图像来探测该探测目标物体F的位置。
现在,描述施加至液晶层203的电压为导通状态时的运行。
在本实施例中,各部件形成为使得常白显示模式被采用。因此,当施加至液晶层203的电压为导通状态时,在液晶面板200的显示区域TA中,包括在从背光300照射的照明光R中的可见光VR没有透射通过第二偏振片207而执行黑色显示。同时,包括在从背光300照射的照明光R中的红外线IR透射通过第二偏振片207。
另一方面,在液晶面板200的传感器区域RA中,从背光300照射的照明光R中的可见光被可见光削减滤色器层21S阻挡而没有透射通过液晶面板200。
另一方面,从背光300照射的照明光R的红外线IR透射通过光接收区域SA中的第二偏振片207,如图25所示。因此,如果诸如人手指的探测目标物体F与像素区域PA接触或者位于其附近,则透射的红外线IR被探测目标物体F反射,如图25所示。然后,设置在液晶面板200上的光接收元件32接收并光电转换反射光H,以产生信号强度对应于接收光量的接收光数据。其后,通过周边电路读出接收光数据。然后,如上所述,位置探测部分402利用从接收元件32读出的接收光数据来形成位于液晶面板正面侧的像素区域PA中的探测目标物体F的图像,并且由如此形成的图像来探测该探测目标物体F的位置。
如上所述,尽管在本实施例中与实施例3相类似透明电极62T设置在传感器区域RA中,但是公共电极62b形成在像素区域PA除了光接收面对应区域JT外的区域中,该光接收面对应区域JT与组成光敏元件30b的光接收元件32的光接收面JSa相对应。因此,在本实施例中,因为与实施例3相类似没有给传感器区域RA中的液晶层203施加电压,所以可以防止传感器区域RA漏光,并且因此可以改善图像质量。此外,在本实施例中,可以防止接受光数据包括大量的噪声,并且可以改善S/N比。因此,可以容易地执行探测目标物体的位置的精确探测。
应当注意的是,尽管在本实施例中采用了NT模式,但是当采用ECB(电控双折射)模式时也可以实现上述优点。
尽管已经描述了本发明的几个实施例,但是本发明的实施例不限于具体的实施例,而是可以以各种形式和修改来应用。
例如,尽管上述的可见光削减滤色器层21S由红色滤色器层21Rs和蓝色滤色器层21Bs的叠层形成,但是可见光削减滤色器层21S的构造不限于此。如果可见光削减滤色器层21S由红色滤色器层、绿色滤色器层、蓝色滤色器层、浅黄绿色滤色器层和鲜绿色滤色器层的至少两个的叠层形成,则它可以适当地吸收可见光并选择性地透射红外线。应当注意的是,鲜绿色滤色器层为形成为在470至560nm的波长带中显示出高透光率的滤色器层。微黄绿色滤色器层为形成为在480至560nm的另一个波长带中具有高透光率的滤色器层。红色滤色器层为形成为在625至740nm的频率带中具有高透光率的滤色器。绿色滤色器层为形成为具有500至565nm的高透光率的滤色器。蓝色滤色器层为形成为在430至485nm的波长带中具有高透光率的滤色器。
图26是示出可用在上述实施例中的可见光削减滤色器层21S的截面图。
参考图26,可见光削减滤色器层21S可以由全部的三种基本色滤色器层,即红色滤色器层21Rs、绿色滤色器层21Gs和蓝色滤色器层21Bs的叠层形成。这里,绿色滤色器层21Gs、红色滤色器层21Rs和蓝色滤色器层21Bs从对向基板202侧开始依次层叠。与滤色器层21相类似,绿色滤色器层21Gs、红色滤色器层21Rs和蓝色滤色器层21Bs的每一个都采用包含诸如颜料或者染料的着色剂的聚酰亚胺树脂形成。
图27图解了以参考图26的上述方式构造的可见光削减滤色器层21S的光谱特性。在图27中,横坐标轴表示入射光的波长(nm),而纵坐标轴表示入射光的透射率(%)。
可见光削减滤色器层21S为包括如上所述的绿色滤色器层21Gs、红色滤色器层21Rs和蓝色滤色器层21Bs的彩色膜叠层。这里,可见光削减滤色器层21S构造为使得绿色滤色器层21Gs通过其透射的波长范围与可见光当中的绿光对应的光量大于其它波长范围中的光量。同样,红色滤色器层21Rs通过其透射的波长范围与可见光当中的红光对应的光量大于其它波长范围的光量。此外,蓝色滤色器层21Bs通过其透射的波长范围与可见光当中的蓝光对应的光量大于其它波长范围的光量。因此,可见光削减滤色器层21S形成为使得在对应于红外线的波长范围中的透光率高于在对应于可见光波长范围中的透光率。具体地讲,可见光削减滤色器层21S构造为使得例如对于中心波长为850nm的红外线来说可见光削减滤色器层21S的透光率约为70%,而对于可见光来说透光率等于或者小于约30%,如图27所示。
可见光削减滤色器层21S的形成步骤与组成滤色器层21的红色滤色器层21R和蓝色滤色器层21B的形成步骤相同。例如,通过诸如旋涂的涂敷法涂敷包含绿色着色颜料和光致抗蚀剂材料的涂敷液以形成涂敷膜。其后,采用光刻技术执行涂敷膜的图案化以形成滤色器21的绿色滤色器层21G和可见光削减滤色器层21S的绿色滤色器层21Gs。然后,如上与实施例1有关的描述,通过诸如旋涂的涂敷法涂敷包含红色着色颜料和光致抗蚀剂材料的涂敷液以形成涂敷膜。其后,采用光刻技术执行涂敷膜的图案化以形成滤色器21的红色滤色器层21R和可见光削减滤色器层21S的红色滤色器层21Rs。然后,通过诸如旋涂的涂敷法涂敷包含蓝色着色颜料和光致抗蚀剂材料的涂敷液以形成涂敷膜。其后,采用光刻技术执行涂敷膜的图案化以形成滤色器21的蓝色滤色器层21B和可见光削减滤色器层21S的蓝色滤色器层21Bs。
此外,尽管在上述实施例中像素开关元件31由底栅型薄膜晶体管形成,但是像素开关元件31不限于此。
图28是像素开关元件31的可用在上述实施例中的修改形式的截面图。
参考图28,例如,顶栅型TFT可以形成为像素开关元件31。此外,光接收元件32可以形成为具有双栅结构。
此外,尽管在上述实施例中多个光接收元件32以与多个像素P对应的关系来设置,但是它们之间的关系不限于此。例如,对于多个像素P可以设置一个光接收元件32,或者反之,对于一个像素P可以设置多个光接收元件32。
此外,根据本发明实施例的液晶显示设备100可以用作各种电子设备的一部分。
图29至33示出了应用根据本发明上述任何一个实施例的液晶显示设备100的几个电子设备。
首先参考图29,接收和显示电视广播的电视机可以结合液晶显示设备100,以使液晶显示设备成为在显示屏上显示所接收的图像并且给其输入用户的运行指令的显示设备。
参考图30,数字静态照相机可以结合液晶显示设备100,以使液晶显示设备成为在其显示屏上显示图像(诸如由数字静态照相机所摄制的图像)并且给其输入运行者的运行指令的显示设备。
参考图31,笔记本型个人电脑可以结合液晶显示设备100,以使液晶显示设备成为在其显示屏上显示运行图像等并且给其输入运行者的运行指令的显示设备。
参考图32,便携式电话机可以结合液晶显示设备100,以使液晶显示设备成为在其显示屏上显示诸如运行图像等的图像并且给其输入运行者的运行指令的显示设备。
参考图33,摄像机可以结合液晶显示设备100,以使液晶显示设备成为在其显示屏上显示诸如运行图像的图像并且给其输入运行者的运行指令的显示设备。
此外,尽管在上述实施例中光接收元件32包括PIN型光电二极管,但是光接收元件32不限于此。当在i层中掺杂杂质的PDN结构的光电二极管形成为光接收元件32时也可以实现类似的优点。此外,光敏晶体管可以设置为光接收元件32。
此外,在上述实施例中,红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B形成为条状且沿x方向并列,并且光接收区域SA形成在红色滤色器层21R附近以与红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G和蓝色滤色器层21B并列。然而,它们的布置不限于此。例如,多套红色滤色器层21R、绿色滤色器层21G、蓝色滤色器层21B和光接收区域SA可以设置为两行×两列的矩阵。
此外,尽管在上述实施例中照明光照射为包括作为不可见光的红外线,但是不可见光不限于红外线。例如,照明光可以照射为包括作为不可见光的紫外线。
此外,本发明可以应用于除了上述显示模式外的诸如IPS(平面内转换)的各种类型的液晶面板。
应当注意的是,在上述实施例中,液晶显示设备100对应于根据本发明实施例的显示设备;液晶面板200对应于根据本发明实施例的显示设备的显示面板;TFT阵列基板201对应于根据本发明实施例的显示设备的第一基板;对向基板202对应于根据本发明实施例的显示设备的第二基板;液晶层203对应于根据本发明实施例的显示设备的液晶层;背光300对应于根据本发明实施例的显示设备的照明部分;位置探测部分402对应于根据本发明实施例的显示设备的位置探测部分;可见光削减滤色器层21S对应于根据本发明实施例的显示设备的滤色器层;红色滤色器层21Rs对应于根据本发明实施例的显示设备的红色滤色器层;绿色滤色器层21Gs对应于根据本发明实施例的显示设备的绿色滤色器层;蓝色滤色器层21Bs对应于根据本发明实施例的显示设备的蓝色滤色器层;光敏元件30b对应于根据本发明实施例的显示设备的光敏元件;绝缘膜60c对应于根据本发明实施例的显示设备的绝缘膜;像素电极62a对应于根据本发明实施例的显示设备的第一电极;公共电极62b对应于根据本发明实施例的显示设备的公共电极或者第二电极;透明电极62T对应于根据本发明实施例的显示设备的第一电极;第一区域A1对应于根据本发明实施例的显示设备的第一区域;第二区域A2对应于根据本发明实施例的显示设备的第二区域;光接收面JSa对应于根据本发明实施例的显示设备的光接收面;光接收面对应区域JT对应于根据本发明实施例的显示设备的光接收面对应区域;像素区域PA对应于根据本发明实施例的显示设备的显示面板像素区域;而像素P对应于根据本发明实施例的显示设备的像素。
本领域的技术人员应当理解,在所附权利要求或其等同特征的范围内,可以根据设计要求和其他因素来进行各种修改、组合、部分组合及替换。
本申请包含2008年4月28日提交至日本专利局的日本优先专利申请JP2008-117460所涉及的主题,将其全部内容引用结合于此。