具体实施方式
以下将结合附图来描述本发明的实施例。
<第一实施例>
图2是示出了根据本发明的第一实施例的液晶显示装置的配置实例的框图。
图3A~图3C是示出了图2的液晶显示装置中的有效像素区域单元的配置实例的示图:图3A示出了单元的矩阵排列,图3B是平面图,以及图3C是截面图。
图4是示出了根据本实施例的光检测电路的配置实例的示图。
如图2所示,液晶显示装置1包括作为显示单元的有效显示区域单元(图像显示部)2、光检测器(LDTC)3、垂直驱动电路(VDRV)4、水平驱动电路(HDRV)5和信号处理电路(SPRC)6。
本实施例的液晶显示设备1被配置为能够根据环境光的强度(亮度)来改变有效显示区域单元2的表面亮度(实际上,能够改变背光25的光发射强度)。即,本实施例的液晶显示装置1具有调光(light-dimming)功能。
在有效显示区域单元2中,以矩阵形式排列每个均用作显示像素且每个均包括显示电路210的多个显示单元21。有效显示区域单元2用作显示屏幕。
光检测器3被配置为与有效显示区域单元2相邻(靠近)。
如稍后关于本发明的第二实施例所述,光检测器3还可以与有效显示区域单元2整体形成,而不必在有效显示区域单元2外部(在显示区域单元的有效区域外部的非显示区域中)与有效显示区域单元2相邻形成。
如图4所示,光检测器3具有第一光传感器单元31、第二光传感器单元32、重置开关33、比较器34和电容器C31。
第一光传感器单元31包括光接收元件(光传感器、调光侧传感器)311,并检测有效显示区域单元2的环境光的强度。
第二光传感器单元32包括光接收元件321。在至光接收元件321的光学路径上配置红外滤光片FLT321,以便可以检测在遮光时出现的暗电流和由于对近红外区的灵敏度而产生的漏电流。
如稍后的详细描述,通过堆叠至少两种滤色片来形成此红外滤光片FLT321。更具体地,通过堆叠如三原色的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的滤色片中的至少两个来形成红外滤光片FLT321,且该滤色片具有由红色滤色片FLT-R和蓝色滤色片FLT-B组成的多层结构、由红色滤色片FLT-R和绿色滤色片FLT-G组成的多层结构以及由红色滤色片FLT-R、绿色滤色片FLT-G和蓝色滤色片FLTB组成的多层结构中的任何结构。
第一光传感器单元31和第二光传感器单元32置于上面没有保留遮光物体(例如,用户的手指)且其中可以接收到环境光并且可以检测到环境光的级别的区域中。
在图4的光检测器3中,第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)和第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)在电源电位VDD与参考电位VSS(例如,地电位GND)之间彼此靠近(接近)彼此串联连接。
通过使用比较器34,光检测器3将参考电压与通过从由第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)检测到的电流分量中减去作为由第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)检测到的电流分量而获得的红外分量后得到的信号进行比较。因此,光检测器3得到外部光强度信号并将其作为检测信号S3输出到信号处理电路6。
通过光检测器3的检测信号S3由消除调光侧传感器(光接收元件311)检测到的红外区域分量产生。
如上所述,光检测器3具有与对第一光传感器单元的检测信号和第二光传感器单元的检测信号执行差分处理的信号处理器相同的功能。
信号处理电路6根据光检测器3得到的检测信号S3来控制提供给有效显示区域单元2的光量。
在本实施例中,信号处理电路6根据光检测器3基于检测信号S3的输出电平的控制信号CTL来改变有效显示区域单元(屏幕显示部)2的表面亮度。
以下将进一步详细描述有效显示区域单元2。
例如,在有效显示区域单元2的预定区域中,在从图3的左侧开始按顺序排列对应于三原色的红色显示单元21R、绿色显示单元21G和蓝色显示单元21B。例如,在中间具有或不具有遮光掩模(黑色掩模)(未图示)的情况下重复这个配置。
另外,如图3B所示,在有效显示区域单元2中,在红色显示单元21R、绿色显示单元21G和蓝色显示单元21B的排列区域中分别形成红色滤光片FLT-R、绿光滤光片FLT-G和蓝色滤光片FLT-B。
如图3C所示,在有效显示区域单元2中,形成液晶层24并将其密封在由(例如)玻璃组成的TFT基板(第一透明基板)22与相对基板(第二透明基板)23之间。例如,在TFT基板22的底部表面221附近放置背光25。
在TFT基板22的基板表面222上形成各个显示单元21的显示电路210。
另一方面,在相对基板23的基板表面231上形成滤光片FLT-R、FLT-G和FLT-B。
如图3A所示,每个显示单元21中的显示电路210由作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)211、像素电极连接至TFT 211的漏电极(或源电极)的液晶单元(LC)212和一个电极连接至TFT 211的漏电极的保持电容器(Cs)213组成。
对于各个显示单元21,沿像素排列方向逐行放置扫描线(栅极线)7-1~7-m,并且沿像素排列方向逐列放置显示信号线(栅极线)8-1~8-n。
相同行上的各个显示单元21的TFT 211的栅电极连接至扫描线7-1~7-m的相同扫描线(栅极线)。相同列上的各个显示单元21的TFT 211的源电极(或漏电极)连接至显示信号线8-1~8-n的相同显示信号线。
在图3A的配置中,扫描线7-1~7-m连接至垂直驱动电路4并且由垂直驱动电路4驱动。
对应于显示单元21配置的显示信号线8-1~8-n连接至水平驱动电路5并且由水平驱动电路5驱动。
另外,在一般液晶显示装置中,单独放置像素保持电容器互连(Cs)9-1~9-m,并且在像素保持电容器互连9-1~9-m与连接电极之间形成保持电容器。
另外,例如,通过公共互连将预定的DC电压作为公共电压VCOM施加给每个像素部的显示单元21中的液晶单元212的相对电极和/或保持电容器213的其他电极。
可选地,将在每个水平扫描周期(1H)极性反转的公共电压VCOM施加给每个显示单元21中的液晶单元212的相对电极或保持电容器213的其他电极。
垂直驱动电路4接收垂直开始信号VST、垂直时钟VCK和由时钟产生器(未图示)产生的启动信号ENB,并进行在每个场周期沿垂直方向(行方向)扫描的处理,从而连续选择逐行连接至扫描线7-1~7-m的各个显示单元21。
具体地,在将扫描脉冲SP1从垂直驱动电路4提供给扫描线7-1时,选择第一行上的各列的像素,并且在将扫描脉冲SP2提供给扫描线7-2时,选择第二行上的各列的像素。类似,将扫描脉冲SP3、…、SPm连续提供给扫描线7-3、…、7-m。
水平驱动电路5通过接收水平开始脉冲HST和由时钟产生器(未图示)产生的水平时钟HCK来产生取样脉冲。水平开始脉冲HST指示水平扫描的开始,以及水平时钟HCK用作水平扫描的基础并且具有彼此相反的相位。水平驱动电路5响应所产生的取样脉冲来连续取样输入的图像数据R(红色)、G(绿色)和B(蓝色),并将所取样的图像数据提供给各个显示信号线8-1~8-n作为将写入各个显示单元21的数据信号。
以下将进一步详细描述光检测器3中的第一传感器单元31和第二传感器单元32的配置。
图5是示出了由TFT形成第一光传感器单元和第二光传感器单元的光传感器(光接收元件)的结构实例的截面图。
在TFT基板22(透明绝缘基板,例如,玻璃基板)上,形成由栅极绝缘膜331覆盖的栅电极332。通过沉积诸如钼(Mo)或钽(Ta)的金属或通过溅射等得到的合金来形成栅电极。
在栅极绝缘膜331上形成半导体膜(通道形成区域)333。形成一对n-扩散层(LDD区域)334和335以及一对n+扩散层(源极和漏极区域)336和337,以将半导体膜333夹于其间。形成夹层绝缘膜338以覆盖栅极绝缘膜331、半导体层(通常形成区域)333、n-扩散层(LDD区域)334和335以及n+扩散层(源极和漏极区域)336和337。形成夹层绝缘膜339以覆盖夹层绝缘膜338。例如,夹层绝缘膜339由SiN或SiO2组成。
源极电极341通过形成在夹层绝缘膜338和339中的接触孔340a连接至一个n+扩散层336。漏极电极342通过形成在夹层绝缘膜338和339中的接触孔340b连接至另一个n+扩散层337。
例如,通过图样化铝(Al)形成源极电极341和漏极电极342。
在夹层绝缘膜338、源极电极341、漏极电极342和夹层绝缘膜339上形成平坦化膜343。
在将液晶层24置于显示区域单元的有效显示区域或非显示区域上的情况下,在平坦化膜343上形成液晶层24。
在本实施例中,在形成在(例如)第二光传感器单元32的黑色掩模BMSK中的孔中形成由滤光片的多层结构形成的红外滤光片FLT321。
以下将结合附图来描述根据本实施例的红外滤光片FLT321的配置实例和制造方法。
图6示出了红色滤光片FLT-R、绿色滤光片FLT-G和蓝色滤光片FLT-B的各个滤光片CF的可见区域(VIS)和红外区域NIR的吸收光谱。
在图6中,横坐标指示波长且纵坐标指示吸收率。
图7是示出了红外滤光片的第一配置实例的示图。
图8是示出了图7的红外滤光片的光谱特性的示图。
在图8中,横坐标指示波长且纵坐标指示透射率。
通过在黑色掩模BMSK的孔BMSK321中堆叠红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的两个滤色片形成图7的红外滤光片FLT321-1。
对图8所示的红外区域,红外滤光片FLT321-1具有良好的透射特性。
在图7的实例中,在第一光传感器单元31的黑色掩模BMSK的孔BMSK311中形成一个绿色滤光片FLT-G,以变可以将可见光顺利地导向光接收元件(光传感器)311。同样还可以省去用于第一光传感器单元31的绿色滤光片FLT-G。
图9A~9L是示出了图7的滤光片的制造过程的示图。
首先,如图9A所示,在玻璃基板(相对基板)23上涂覆黑色光致抗蚀层401。
接着,如图9B所示,在黑色光致抗蚀层401上形成光掩模402,且选择性地露出黑色光致抗蚀层401。
随后,如图9C所示,显影黑色图样。
接着,如图9D所示,涂覆绿色光致抗蚀层403。
如图9E所示,在绿色光致抗蚀层403上形成光掩模404,且选择性地露出绿色光致抗蚀层403。
随后,如图9F所示,显影绿色图样。
接着,如图9G所示,涂覆红色光致抗蚀层405。
如图9H所示,在红色光致抗蚀层405上形成光掩模406,且选择性地露出红色光致抗蚀层405。
随后,如图9I所示,显影红色图样。
接着,如图9J所示,涂覆蓝色光致抗蚀层407。
如图9K所示,在蓝色光致抗蚀层407上形成光掩模408,且选择性地露出蓝色光致抗蚀层407。
随后,如图12L所示,显影蓝色图样。
通过上述制造过程,形成第二光传感器单元32的红外滤光片FLT321-1和第一光传感器单元31的绿色滤光片FLT-G。
图10是示出了红外滤光片的第二配置实例的示图。
图11是示出了图10的红外滤光片的光谱特性的示图。
在图11中,横坐标指示波长且纵坐标指示透射率。
通过在黑色掩模BMSK的孔BMSK321中堆叠绿色滤光片FLT-G、红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的三个滤色片来形成图10的红外滤光片FLT321-2。
对图11所示的红外区域,红外滤光片FLT321-2具有良好的透射特性。
在图10的实例中,与图7的实例类似,在第一光传感器单元31的黑色掩模BMSK的孔BMSK311中形成一个绿色滤光片FLT-G,以便可以将可见光顺利地导向光接收元件(光传感器)311。同样也可以省去用于第一光传感器单元31的绿色滤光片FLT-G。
图12A~图12L是示出了图10的滤光片的制造过程的示图。
首先,如图12A所示,在玻璃基板(相对基板)23上涂覆黑色光致抗蚀层411。
接着,如图12B所示,在黑色光致抗蚀层411上形成光掩模412,且选择性地露出黑色光致抗蚀层411。
随后,如图12C所示,显影黑色图样。
接着,如图12D所示,涂覆绿色光致抗蚀层413。
如图12E所示,在绿色光致抗蚀层413上形成光掩模414,且选择性地露出绿色光致抗蚀层413。
随后,如图12F所示,显影绿色图样。
接着,如图12G所示,涂覆红色光致抗蚀层415。
如图12H所示,在红色光致抗蚀层415上形成光掩模416,且选择性地露出红色光致抗蚀层415。
随后,如图12I所示,显影红色图样。
接着,如图12J所示,涂覆蓝色光致抗蚀层417。
如图12K所示,在蓝色光致抗蚀层417上形成光掩模418,且选择性地露出蓝色光致抗蚀层417。
随后,如图12L所示,显影蓝色图样。
通过上述制造过程,形成第二光传感器单元32的红外滤光片FLT321-2和第一光传感器单元31的绿色滤光片FLT-G。
图13是示出了红外滤光片的第三配置实例的示图。
图14是示出了图13的红外滤光片的光谱特性的示图。
在图14中,横坐标指示波长且纵坐标指示透射率。
与图7的第一配置实例类似,通过在黑色掩模BMSK的孔BMSK321中堆叠红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的两个滤色片来形成图13的红外滤光片FLT321-3。
对图14所示的红外区域,红外滤光片FLT321-3具有良好的透射特性。
在图13的实例中,与图7的实例不同,在第一光传感器单元31的黑色掩模BMSK的孔BMSK311中并没有形成绿色滤光片FLT-G。
图15A~图15L是示出了图13的滤光片的制造过程的示图。
首先,如图15A所示,在玻璃基板(相对基板)23上涂覆黑色光致抗蚀层421。
接着,如图15B所示,在黑色光致抗蚀层421上形成光掩模422,且选择性地露出黑色光致抗蚀层411。
随后,如图15C所示,显影黑色图样。
接着,如图15D所示,涂覆绿色光致抗蚀层423。
如图15E所示,在绿色光致抗蚀层423上形成光掩模424,且选择性地露出绿色光致抗蚀层423。
随后,如图15F所示,显影绿色图样。
接着,如图15G所示,涂覆红色光致抗蚀层425。
如图15H所示,在红色光致抗蚀层425上形成光掩模426,且选择性地露出红色光致抗蚀层425。
随后,如图15I所示,显影红色图样。
接着,如图15J所示,涂覆蓝色光致抗蚀层427。
如图15K所示,在蓝色光致抗蚀层427上形成光掩模428,且选择性地露出蓝色光致抗蚀层427。
随后,如图15L所示,显影蓝色图样。
通过上述制造过程,形成第二光传感器单元32的红外滤光片FLT321-3和第一光传感器单元31的孔BMSK311。
图16是示出了红外滤光片的第四配置实例的示图。
图17是示出了图16的红外滤光片的光谱特性的~图。
在图17中,横坐标指示波长且纵坐标指示透射率。
与图10的第二配置实例类似,通过在黑色掩模BMSK的孔BMSK321中堆叠绿色滤光片FLT-G、红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的三个滤色片来形成图16的红外滤光片FLT321-4。
对图17所示的红外区域,红外滤光片FLT321-4具有良好的透射特性。
在图16的实例中,与图10的实例不同,在第一光传感器单元31的黑色掩模BMSK的孔BMSK311中并没有形成绿色滤光片FLT-G。
图18A~图18L是示出了图16的滤光片的制造过程的示图。
首先,如图18A所示,在玻璃基板(相对基板)23上涂覆黑色光致抗蚀层431。
接着,如图18B所示,在黑色光致抗蚀层431上形成光掩模432,且选择性地露出黑色光致抗蚀层431。
随后,如图18C所示,显影黑色图样。
接着,如图18D所示,涂覆绿色光致抗蚀层433。
如图18E所示,在绿色光致抗蚀层433上形成光掩模434,且选择性地露出绿色光致抗蚀层433。
随后,如图18F所示,显影绿色图样。
接着,如图18G所示,涂覆红色光致抗蚀层435。
如图18H所示,在红色光致抗蚀层435上形成光掩模436,且选择性地露出红色光致抗蚀层435。
随后,如图18I所示,显影红色图样。
接着,如图18J所示,涂覆蓝色光致抗蚀层437。
如图18K所示,在蓝色光致抗蚀层437上形成光掩模438,且选择性地露出蓝色光致抗蚀层437。
随后,如图18L所示,显影蓝色图样。
通过上述制造过程,形成第二光传感器单元32的红外滤光片FLT321-4和第一光传感器单元31的孔BMSK311。
图19是示出了具有第一~第四配置实例的红外滤光片的第二光传感器单元的红外灵敏度特性的一个实例的示图。
在图19中,示出了以下情况(A)至(D)中的红外灵敏度特性:(A)不形成红外滤光片;(B)仅形成绿色滤光片FLT-G的一个滤色片;(C)堆叠有红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的两个滤色片;以及(D)堆叠有绿色滤光片FLT-G、红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的三个滤色片。
从图19清楚看出,当不形成红外滤光片时和当仅形成绿色滤光片FLT-G的一个滤色片时,对近红外区域的灵敏度不利。
相反,当堆叠有红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的两个滤色片时和当堆叠有绿色滤光片FLT-G、红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的三个滤色片时,对近红外区域的灵敏度有利。
鉴于此,显然应该堆叠两个或两个以上不同颜色的滤色片,以实现具有对近红外区域的良好灵敏度的红外滤光片。
在以上描述中,堆叠红色滤光片FLT-R和蓝色滤光片FLT-B的两个滤色片作为各个实例中的两层结构的红外滤光片。可选地,如图20和21所示,可以使用通过堆叠绿色滤光片FLT-G和红色滤光片FLT-R的两个滤色片获得的红外滤光片FLT321-5。
用于此情况的制造过程与以上所述类似,且因此省略其详细描述。
同样,在此情况下,对近红外区域的灵敏度有利。
在具有上述配置的光检测器3中,第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)和第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)在电源电位VDD与参考电位VSS(例如,地电位GND)之间彼此靠近(接近)彼此串联连接。
在光检测器3中,入射在有效显示区域单元2上的环境光被第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)直接接收或被(例如)一个绿色滤光片FLT-G接收。另一方面,第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)接收由通过红外滤光片FLT321的通路所产生的红外区域的光。
通过使用比较器34,光检测器3将参考电压与通过从由第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)检测到的电流分量中减去作为由第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)检测到的电流分量而获得的红外分量后得到的信号进行比较。比较结果作为外部光强度信号被获得并被作为检测信号S3输出到信号处理电路6。
通过光检测器3的检测信号S3来自于由消除调光侧传感器(光接收元件311)检测到的红外区域分量。
信号处理电路6根据光检测器3得到的检测信号S3的输出电平基于控制信号CTL来控制有效显示区域单元(屏幕显示部)2的表面亮度。
如上所述,根据第一实施例,光检测器3具有:第一光传感器单元,包括光接收元件311并检测显示区域的环境光的强度;和第二光传感器单元32,在到光接收元件321的光学路径上放置红外滤光片FLT321。另外,光检测器3具有从第一光传感器单元31中减去由第二光传感器单元32检测到并且等于至少红外分量的分量的功能。另外,红外滤光片FLT321通过堆叠至少两种滤色片形成。因此,可以实现以下优点。
具体地,在本实施例中,可以消除近红外灵敏度以及传感器的个别差异,且因此可以精确地估计可见区域的环境亮度。
另外,可以与现有滤色片同时形成红外滤光片。因此,不会影响制造过程并且不会导致成本增加。
此外,使用光刻过程来形成红外滤光片,且因此滤光片形成的位置精确度高。因此,即使将传感器置于显示区域附近,显示区域与传感器之间也不存在干扰,这样不会对传感器的配置强加限制。
此外,可以在不需要在电源启动时的校正操作的情况下抑制噪音的影响并增强光接收***的SN比。
<第二实施例>
图22是示出了根据本发明的第二实施例的液晶显示装置的配置实例的框图。
图23A~图23C是示出了图22的液晶显示装置中的有效像素区域单元的配置实例的示图:图23A示出了单元的矩阵排列,图23B是平面图,且图23C是截面图。
第二实施例的液晶显示装置1A与第一实施例的上述液晶显示装置1不同。具体地,在第二实施例中,与将光检测器3形成为在有效显示区域单元2外部(在显示区域单元的有效区域外部的非显示区域中)与有效显示区域单元2相邻的第一实施例相反,光检测器3A与有效显示区域单元2A整体形成。
如图22所示,液晶显示装置1A包括作为显示单元的有效显示区域单元(图像显示部)2A、与有效显示区域单元2整体形成的光检测器3A、垂直驱动电路(VDRV)4、水平驱动电路(HDRV)5、信号处理电路(SPRC)6A和光接收控制电路(RCTL)10。
第二实施例的液晶显示设备1A被配置为能够根据环境光的强度(亮度)来改变有效显示区域单元2A的表面亮度(实际上,能够改变背光25的发光强度)。即,本实施例的液晶显示装置1A具有调光功能。
在有效显示区域单元2A中,以矩阵形式排列每个均用作显示像素且每个均包括显示电路210的多个显示单元21。有效显示区域单元2A用作显示屏幕。
在有效显示区域单元2A的预定区域中,配置包括第一光传感器单元31和第二光传感器单元32的光检测器3A。
光检测器3A的基本配置与第一实施例中的光检测器3的基本配置类似。
具体地,第一光传感器单元31包括光接收元件(光传感器、调光侧传感器)311,并检测有效显示区域单元2A的环境光的强度。
第二光传感器单元32包括光接收元件321。在至光接收元件321的光学路径上配置红外滤光片FLT321,以便可以检测到在遮光时出现的暗电流和由于对近红外区域的灵敏度而产生的漏电流。
如上所述,通过堆叠至少两种滤色片来形成此红外滤光片FLT321。更具体地,通过堆叠如三原色的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的至少两个滤色片来形成红外滤光片FLT321,且该滤光片具有由红色滤色片FLT-R和蓝色滤色片FLT-B组成的多层结构、由红色滤色片FLT-R和绿色滤色片FLT-G组成的多层结构以及由红色滤色片FLT-R、绿色滤色片FLT-G和蓝色滤色片FLTB组成的多层结构中的任一个。
将第一光传感器单元31和第二光传感器单元32置于上面没有保留遮光物体(例如,用户的手指)且可以接收到环境光并且可以检测到环境光的级别的区域中。
例如,在有效显示区域单元2A的预定区域中,在从图23的左侧开始按顺序排列对应于三原色的红色显示单元21R、绿色显示单元21G和蓝色显示单元21B,光检测器3A经放置与显示单元21B相邻。
另外,例如,接着光检测器3A,排列红色显示单元21R、绿色显示单元21G和蓝色显示单元21B。
在图23的光检测器3A中,与第一实施例类似,第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)和第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)在电源电位VDD与参考电位VSS(例如,地电位GND)之间彼此靠近(接近)彼此串联连接。
通过使用比较器34,光检测器3A将参考电压与通过从由第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)检测到的电流分量中减去作为由第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)检测到的电流分量而获得的红外分量后得到的信号进行比较。因此,光检测器3A获得外部光强度信号并将其作为检测信号S3A输出到信号处理电路6A。
通过光检测器3的检测信号S3A由消除调光侧传感器(光接收元件311)检测到的红外区域分量产生。
信号处理电路6A根据通过光检测器3A的检测信号S3A来控制提供给有效显示区域单元2A的光量。
在本实施例中,信号处理电路6A根据光检测器3A的检测信号S3A的输出电平基于控制信号CTL来改变有效显示区域单元(屏幕显示部)2A的表面亮度。
以下将进一步详细描述有效显示区域单元2A。
在光检测器3A的排列区域上形成具有遮光功能的黑色掩模(遮光掩模)BMSK3。
在第一光传感器单元31中所包括的黑色掩模BMSK3中,形成用于使光入射到光接收元件311上的孔BMSK311。例如,在孔BMSK311中,在某些情况下形成诸如绿色滤色片FLT-G的一种滤色片。
类似,在第二光传感器单元32中所包括的黑色掩模BMSK3中,形成用于使光入射到光接收元件321上的孔BMSK321。在孔BMSK321中,形成由滤色片的多层结构形成的红外过滤器FLT321。
红外过滤器FLT321的结构等如以上所述。
如图23C所示,与图3C的结构类似,在有效显示区域单元2A中,形成液晶层24并将其密封在由(例如)玻璃组成的TFT基板(第一透明基板)22与相对基板(第二透明基板)23之间。例如,在TFT基板22的底部表面221附近放置背光25。
在TFT基板22的基板表面222上,形成各个显示单元21的显示电路210和光检测器3A的读出电路350和光接收元件(光传感器)311(321)。
另一方面,如图23C所示,在相对基板23的基板表面231上形成滤光片FLT-R、FLT-G和FLT-B、黑色掩模BMSK3和红外滤光片FLT321。
各个显示单元21的显示电路210与第一实施例中的电路类似,且因此省略其描述。
在有效显示区域单元2A中,对应于光检测器3A放置光接收信号线11。
光接收信号线11连接至信号处理电路6A,并将在光接收控制电路10的控制下读出的检测信号S3A传输到信号处理电路6A。
对光检测器3A,沿像素排列方向放置第一控制线(重置信号线)12和第二控制线(读出信号线)13。
第一控制线12和第二控制线13的驱动由光接收控制电路10来控制。
图24是示出了根据本实施例的第一光传感器单元(第二光传感器单元)的基本配置实例的电路图,并且是图23A的电路的放大图。在图24中,还示出了相邻显示单元中的显示电路210。
除了第一光传感器单元31的光接收元件311和第二光传感器单元32的光接收元件321外,第二实施例的光检测器3A包括重置TFT 351、放大TFT 352、选择(读出)TFT 353、用于聚集光接收信号的电容器354和包括在读出电路350中的节点ND351。
光接收元件311和321由TFT、二极管等形成。
光接收元件311和光接收元件321彼此串联连接在电源电位VDD与参考电位VSS之间。具体地,光接收元件311的阴极耦合至电源电位VDD,其阳极连接至光接收元件321的阴极。光接收元件321的阳极耦合至参考电位VSS。光接收元件311的阳极与光接收元件321的阴极之间的连接节点连接至重置TFT 351的漏极。
例如,重置TFT 351由n通道晶体管形成。其源极耦合至参考电位VSS(例如,地电位GND),以及其漏极连接至节点ND351。重置TFT 351的栅电极连接至置于对应行上的第一控制线12。
放大TFT 352的栅极连接至节点ND351。其漏极连接至电源电位VDD,且其源极连接至选择TFT 353的漏极。选择TFT353的栅极连接至第二控制线13,且其源极连接至置于对应列上的光接收信号线11。
所谓的源极跟随器由放大TFT 353和选择TFT 353形成。因此,电流源连接至光接收信号线11。例如,在本实施例中的信号处理电路6A中形成此电流源。
此外,将用于聚集光接收信号的电容器354连接于节点ND351与参考电位VSS之间。
图25是根据第二实施例的第一光传感器单元31的示意性截面图,并且是图23C的第一光传感器单元31的放大图。
图26是根据第二实施例的第二光传感器单元32的示意性截面图,并且是图23C的第二光传感器单元32的放大图。
如图25和26所示,光检测器3A的第一光传感器单元31和第二光传感器单元31基本上形成在由透明绝缘基板(例如,玻璃基板)形成的TFT基板22的基板表面222上。光检测器3A由读出电路350和光接收元件(光传感器)311和321组成。
在由透明绝缘基板(例如,玻璃基板)形成的相对基板23的基板表面上形成黑色掩模BMSK3。在与光接收元件(光传感器)311和321的形成区域相对的黑色掩模BMSK3上,形成用于将环境光导向光接收元件(光传感器)311和321的孔BMSK311。
将液晶层24密封在TFT基板22与相对基板23之间。例如,在TFT基板22的底部表面221附近配置背光25。
在TFT基板22的底部表面221上形成极化滤光片26,并且在相对基板23的前表面(光入射表面)232上形成极化滤光片27。
光接收元件(光传感器)311和321和读出电路350由低温多晶硅(LTPS)TFT形成。
另外,如以上结合图5所述,第一光传感器单元和第二光传感器单元的光传感器(光接收元件)可以由TFT形成。
在本实施例中,在第二光传感器单元32的孔BMSK321中形成由滤色片的多层结构形成的红外滤光片FLT321。
根据本实施例的红外滤光片FLT321的配置实例和制造过程与第一实施例相同,且因此省略其描述。
以下将进一步详细描述显示装置的配置和功能。
第一控制线12和第二控制线13连接至光接收控制电路10。
光接收控制电路10在预定定时将重置脉冲RST施加给第一控制线12。
由于此施加,光检测器3A中的重置TFT351在预定周期处于打开状态,以重置节点ND351。
换句话说,例如,在光检测器3A中,连接至节点ND351的电容器354的电荷被放电且节点ND351的电位被设置为参考电位,以使光检测器3A变为初始状态。
如果光接收元件311和321在此状态下接收预定量的光,那么光接收元件311和321导通。因此,节点ND351的电位由于通过从由第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)检测到的电流分量中减去作为由第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)检测到的电流分量而获得的红外分量后得到的信号而增大。因此,电荷聚集在电容器354中。
此时,通过光接收控制电路10将高电平的读出信号RD施加给第二控制线13,以使选择TFT 353保持导通状态。由于此操作,通过放大TFT 352将聚集在电容器354中的电荷放大为电信号,接着通过选择TFT 353将其作为光接收信号输出到光接收信号线11。
将通过光接收信号线11传输的检测信号S3A输入到信号处理电路6A,且信号处理电路6A根据检测信号S3A的电平基于(例如)控制信号CTL来改变有效显示区域单元(屏幕显示部)2A的表面亮度。
第二实施例可以实现与上述第一实施例相同优点。
在第一和第二实施例中,将第一光传感器单元31的调光侧传感器(光接收元件311)和第二光传感器单元32的遮光侧传感器(光接收元件321)配置成彼此接近,并在光检测器中执行用于去除红外分量的差分处理。
然而,本发明的实施例并不限于此。例如,如图27所示,同样可以使用将调光侧传感器(光接收元件311)的检测信号和遮光侧传感器(光接收元件321)的检测信号彼此分别读出并通过置于有效显示区域单元2B外部的信号处理电路6去除红外分量的配置。
在此情况下,如图27所示,在第一光传感器单元31中,调光侧传感器(光接收元件311)的阴极耦合至电源电位VDD,而其阳极连接至节点ND351。
类似,在第二光传感器单元32中,遮光侧传感器(光接收元件321)的阴极耦合至电源电位VDD且其阳极连接至节点ND351。
其他配置和功能与第二实施例基本上类似,且因此省略其详细描述。
以上描述已讨论具有调光功能(具体地,能够根据环境光的强度(亮度)来改变有效显示区域单元2、2A和2B的表面亮度(实际上,能够改变背光25的光发射强度))的液晶显示装置。
然而,本发明的实施例并不限于调光功能,而是可以同样适用于(例如)关于来自背光的反射光的检测***,如图28所示。
在此情况下,将第一光传感器单元31用作检测单元,而将第二光传感器单元32用作参考单元。
以下,将描述通过用于第一光传感器单元31的检测信号和第二光传感器单元32的检测信号的差分信号处理获得由反射噪音的影响的极度抑制产生的信号、当遮光时的暗电流、由于对近红外区域的灵敏度的漏电流和第一光传感器单元31中的偏移噪音的特性。
以下描述将讨论形成作为如图28所示的关于来自背光的反射光的检测***的实例。
图29A和图29B是用于阐述根据本实施例的为何可以通过用于第一光传感器单元31和第二光传感器单元32的输出信号的差分信号处理来消除噪音的原因的示图。图29A是示出了第一光传感器单元的状态的示图,以及图29B是示出了第二光传感器单元的状态的示图。
在图29A和29B中,箭头A指示检测物体光,且箭头B指示噪音光。
如图28和图29A所示,在用于来自背光的反射光的检测***中的第一光传感器单元31中,来自背光25的检测物体光A通过极化滤光片26、TFT基板22、液晶层24、置于预定位置(坐标位置)处的第一光传感器单元31的黑色掩模BMSK3的孔BMSK311、相对基板23和有效显示区域单元2A中的极化滤光片27,以被置于相对基板23的前表面侧232上的用户的检测物体(例如,手指)反射。
通过极化滤光片27、相对基板23和液晶层24的反射光A被由(例如)TFT形成的光接收元件(光传感器)311的有效区域(通道区域)通过第一光传感器单元31的黑色掩模BMSK3的孔BMSK311接收,以作为光学电流被提取出。
例如,在第一光传感器单元31中,作为来自背光25的光,除了检测物体光A外还存在以下种类的光:在被极化膜343与液晶层24之间的界面反射之后进入光接收元件311的噪音光B1;和直接进入光接收元件311的噪音光B2。此外,由于对近红外区域的灵敏度而产生漏电流。
即,第一光传感器单元31的输出信号包括检测物体光A、噪音光B1和B2等所引起的分量。
在第二光传感器单元32中,在黑色掩模BMSK3的孔BMSK321中形成红外滤光片FLT321。因此,作为来自背光25的光,不存在检测物体光A但是存在以下种类的光:在被极化膜343与液晶层24之间的界面反射之后进入光接收元件321的噪音光B1;和直接进入光接收元件321的噪音光B2。此外,通过红外滤光片FLT321的近红外光进入光接收元件321。
具体地,第二光传感器单元32的检测信号(输出信号)包括由噪音光B1和B2引起的分量和由对近红外区域的灵敏度引起的漏电流分量(也包括在第一光传感器单元31的检测信号(输出信号)中)。
在图29的显示中,噪音光B2在直接通过TFT的栅电极之后直接进入通道区域。然而,实际上,在从背光到TFT的通道区域的光学路径上形成底部栅极TFT的栅电极。因此,此显示意味着光被栅电极反射且围绕栅电极行进以在某些情况下变为噪音光B2。
因此,基本上可以通过对光检测器3、3A和信号处理电路6中第一光传感器单元31的检测信号和第二光传感器单元32的检测信号执行差分处理来消除噪音分量。
因此,通过差分处理获得的检测信号等于由反射噪音的影响的极度抑制、当遮光时产生的暗电流、由对近红外区域的灵敏度产生的漏电流和第一光传感器单元31中的偏移噪音所产生的信号。
如上所述,根据本实施例的检测***具有每个均具有显示电路210的多个显示单元21、包括光接收元件311并检测到显示区域的环境光的强度的第一光传感器单元31和在到光接收元件321的光学路径上放置红外滤光片FLT321的第二光传感器单元32。另外,检测***具有从第一光传感器单元31中减去由第二光传感器单元32检测到并且等于至少红外分量的分量的功能。另外,红外滤光片FLT321通过堆叠至少两种滤色片形成。因此,可以实现以下优点。
具体地,在本实施例中,可以消除近红外灵敏度以及传感器中的个别差异,且因此可以精确估计可见区域的环境亮度。
另外,红外滤光片可以与现有滤色片同时形成。因此,不会影响制造过程并且不会导致成本增加。
此外,使用光刻处理来形成红外滤光片,且因此滤光片形成的位置精确度高。因此,即使将传感器置于显示区域附近,显示区域与传感器之间也不存在干扰,这样不会对传感器的配置强加限制。
此外,可以在不需要电源启动时的校正操作的情况下抑制噪音的影响并增强光接收***的SN比。
另外,在用于通过利用来自背光并由检测物体反射的光来实现触板、图像传感器等的***中,可以消除由黑色掩模下的层内部反射的光引起的噪音影响和由对近红外区域的灵敏度引起的漏电流,这样可以增强SN比。
在使用背光的上述***和环境光成像***中,可以消除光接收元件(光传感器)和像素电路的偏移噪音,且因此可以增强SN比。
在使用背光的上述***和环境光成像***中,可以消除来自显示器的干扰噪音,且因此可以增强SN比。
由于可以即时消除上述噪音,所以可以实现具有良好温度特性并且不受时间变化的高可靠性***。
鉴于与上述原因同样的原因,不需要电源启动时的校正操作。
每多个像素可以配置一个光接收元件,或者可以为R、G和B中的每一个配置一个光接收元件。或者,可以每一个像素配置一个光接收元件。
在本说明书中,当应用本发明的该实施例时,对显示装置中的光接收元件的排列方式并没有作出特别参考。将本发明的实施例应用于如上并入了光接收元件的显示装置能够使用包括对处理后的噪音具有微弱影响的光接收信号,并能够在防止显示侧信号混合到成像侧信号中的同时执行光接收(成像)。
根据本发明实施例的显示装置包括具有如图30所示的平坦模形状的显示模块。
例如,如下获得此显示模块。在绝缘基板22上设置每个均包括液晶元件、薄膜晶体管、薄膜电容器、光接收元件等的像素整体地形成为矩阵的像素阵列部。另外,粘合剂经放置以包围此像素阵列部(像素矩阵部),并将由玻璃等组成的相对基板23粘结至该基板。
透明相对基板23可以根据需要配备有(例如)滤色片、保护膜和遮光膜。显示模块可以配备有(例如)作为用于信号等从外部输入到像素阵列部/从像素阵列部输出到外部的连接器CNT的柔性印刷电路(FPC)。
根据本发明的上述实施例的显示装置可以应用于图31~图35所示的各种电子设备。具体地,可以将显示装置用作基于输入到电子设备或在电子设备中产生的视频信号来显示图像和视频的任何领域中的电子设备中的显示装置,诸如数码照相机、笔记本式个人计算机、便携式电话所代表的便携式终端装置和摄像机。
以下将描述应用本发明实施例的电子设备的各个实例。
图31是示出了应用本发明实施例的电视机的透视图。
根据本应用实例的电视机500包括由前面板520、滤光片玻璃530等组成的视频显示平面510,并且通过使用根据本发明实施例的显示装置作为视频显示屏幕510来制造。
图32是示出了应用本发明实施例的数码照相机的透视图:图32A是前视图,以及图32B是后视图。
根据本应用实例的数码照相机500A包括用于闪光的发光器511、显示部512、菜单开关513、快门按钮514等,并且通过使用根据本发明实施例的显示装置作为显示部512来制造。
图33是示出了应用本发明实施例的笔记本式个人计算机的透视图。
在根据本应用实例的笔记本式个人计算机500B的主体521中包括在字符等的输入时操作的键盘522、用于图像显示的显示部523等。笔记本式个人计算机500B通过使用根据本发明实施例的显示装置作为显示部523来制造。
图34是示出了应用本发明的该实施例的摄像机的透视图。
根据本应用实例的摄像机500C包括主体531、置于相机的前侧上并且用以捕获物体图像的透镜532、用于成像操作的开始/停止开关533、显示部534等。摄像机500C是通过使用根据本发明的该实施例的显示装置作为显示部534来制造。
图35是示出了应用本发明实施例的作为便携式终端装置的便携式电话的示图:图35A和35B分别是打开状态的前视图和侧视图,以及图35C、35D、35E、35F和35G分别是关闭状态的前视图、左视图、右视图、顶视图和底视图。
根据本应用实例的便携式电话500D包括上部外壳541、下部外壳542、连接件(铰链)543、显示器544、子显示器545、相片光546、照相机547等。便携式电话500D通过使用根据本发明实施例的显示装置作为显示器544和子显示器545来制造。
另外,可以将根据本发明实施例的显示装置应用于以下显示和成像装置。可以将此显示和成像装置应用于上述的各种电子设备。
图36是示出了显示和成像设备的整体配置的示图。
显示和成像设备1000包括I/O显示面板2000、背光1500、显示驱动电路1200、光接收驱动电路1300、图像处理器1400和应用程序执行单元1100。
I/O显示面板2000由在整个表面上以矩阵形式排列多个像素的液晶面板(液晶显示器(LCD))形成。I/O显示面板2000具有通过线性连续操作基于显示数据来显示诸如图形和字符的预定图像的功能,并且具有如后所述拍摄接触或接近I/O显示面板2000的物体的图像的功能(成像功能)。
背光1500是用于I/O显示面板2000的光源,并且包括(例如)多个发光二极管。如后所述,以与I/O显示面板2000的操作定时同时的预定定时高速打开和关闭背光1500。
显示驱动电路1200驱动用于基于I/O显示面板2000上的显示数据(用于I/O显示面板2000的显示操作)进行显示的I/O显示面板2000(驱动I/O显示面板2000的线性连续操作)。
光接收驱动电路1300驱动用于通过I/O显示面板2000获取光接收数据(用于由I/O显示面板2000来成像物体)的I/O显示面板2000(驱动I/O显示面板2000的线性连续操作)。例如,使各个像素的光接收数据逐帧地累积在帧存储器1300A中,并将其作为拍摄图像输出到图像处理器1400。
图像处理器1400基于从光接收驱动电路1300输出的拍摄图像来执行预定图像处理(算术处理),并检测和获取关于接触或接近I/O显示面板2000的物体的信息(位置坐标数据、与物体的形状或大小有关的数据等)。稍后将详细描述检测处理的细节。
应用程序执行单元1100基于图像处理器1400的检测结果来执行对应于预定应用软件的处理。处理实例包括用于将检测到的物体的位置坐标并入到显示数据中从而在I/O显示面板2000上显示物体的实例。
将应用程序执行单元1100所产生的显示数据提供给显示驱动电路1200。
以下将参看图37来描述I/O显示面板2000的详细配置实例。I/O显示面板2000包括显示区域(传感器区域)2100、显示器H驱动器2200、显示器V驱动器2300、传感器读出H驱动器2500和传感器V驱动器2400。
显示区域(传感器区域)2100是用于通过来自背光1500的光的调制来发出显示光并拍摄接触或接近此区域的物体的图像的区域。在此区域中,在矩阵中排列稍后将描述的作为发光元件(显示元件)和发光元件(成像元件)的液晶元件。
显示器H驱动器2200连同显示器V驱动器2300一起,基于从显示器驱动电路1200提供的用于显示驱动的显示信号和控制脉冲来线性连续驱动显示区域2100中的各个像素的液晶元件。
传感器读出H驱动器2500连同传感器V驱动器2400一起,线性连续驱动传感器区域2100中的各个像素的光接收元件,从而获取光接收信号。
以下将参看图38来描述显示区域2100中的每个像素的详细配置实例。图38所示的像素3100包括作为显示元件的液晶元件和光接收元件。
具体地,在显示元件侧上,在沿水平方向延伸的栅电极3100h与沿垂直方向延伸的漏极电极3100i的相交处放置由(例如)薄膜晶体管(TFT)形成的开关元件3100a。在开关元件3100a与相对电极之间放置包括液晶的像素电极3100b。
开关元件3100a基于通过栅电极3100h提供的驱动信号而导通或截止。当开关元件3100a处于导通状态时,基于通过漏极电极3100i提供的显示信号来将像素电压施加到像素电极3100b,以设置显示状态。
另一方面,在与显示元件相邻的光接收元件侧上,放置由(例如)光电二极管形成的光接收传感器3100c并向其提供电源电压VDD。
将重置开关3100d和电容器3100e连接至光接收传感器3100c。取决于光接收量的电荷累积在电容器3100e中,并通过重置开关3100d来重置电荷。
在读出开关3100g打开时,通过缓冲放大器3100f将所累积的电荷提供给信号输出电极3100j以输出到外部。重置开关3100d的打开和关闭状态由从重置电极3100k提供的信号控制。读出开关3100g的打开和关闭状态由从读出控制电极3100m提供的信号控制。
参看图39,以下将描述显示区域2100中的各个像素与传感器读出H驱动器2500之间的连接关系。在显示区域2100中,排列用于红色(R)的像素3100、用于绿色(G)的像素3200和用于蓝色(B)的像素3300。
通过缓冲放大器3100f、3200f和3300f来分别放大累积在连接至各个像素中的光接收传感器3100c、3200c和3300c的电容器中的电荷,以在读出开关3100g、3200g和3300g打开时通过信号输出电极将电荷提供给传感器读出H驱动器2500。
将恒定电流源4100a、4100b和4100c连接至各个信号输出电极,因此通过具有良好灵敏度的传感器读出H驱动器2500来检测取决于光接收量的信号。
以下将详细描述显示和成像装置的操作。
首先,以下将描述显示和成像装置的基本操作,即,像素中的显示操作和物体成像操作。
在此显示和成像装置中,基于从应用程序执行单元1100提供的显示数据来在显示器驱动电路1200中产生用于显示的驱动信号,并由此驱动信号来执行I/O显示面板2000的线性连续显示驱动,以显示图像。
此时,背光1500也由显示器驱动电路1200来驱动,以执行与I/O显示面板2000同时的光打开和光关闭操作。
结合图40,以下将描述背光1500的开/关状态与I/O显示面板2000的显示状态之间的关系。
例如,在图像显示具有1/60秒的帧周期的情况下,背光1500停止发光(处于关闭状态),且因此在每个帧周期的较早周期期间(在1/120秒期间)不执行显示。另一方面,在每个帧周期的较晚周期期间,背光1500发光(处于打开状态),并且将显示信号提供给各个像素,以显示对应于此帧周期的图像。
如上所述,每个帧周期的较早周期是从I/O显示面板2000不发出显示光的光不存在周期。另一方面,每个帧周期的较晚周期是从I/O显示面板2000发出显示光的光存在周期。
当存在接触或接近I/O显示面板2000的物体(诸如手指)时,由I/O显示面板2000中的各个像素的光接收元件基于光接收驱动电路1300的线性连续光接收驱动来拍摄物体的图像,并将来自各个光接收元件的光接收信号提供给光接收驱动电路1300。对应于一个帧的像素的光接收信号累积在光接收驱动电路1300中,以作为拍摄图像输出到图像处理器1400。
图像处理器1400基于此拍摄图像执行预定图像处理(算术处理),以检测关于接触或接近I/O显示面板2000的物体的信息(位置坐标数据、与物体的形状或大小有关的数据等)。
本领域的技术人员应了解,根据设计要求和其他因素,可以有多种修改、组合、再组合和改进,均应包括在随附权利要求或等同物的范围之内。