CN102576164A - 光传感器和显示装置 - Google Patents

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Abstract

在液晶显示装置中，降低照射至光传感器元件的噪声光，提高S/N比。液晶显示装置包括：设置有像素电路的第一基板(100)；以夹着液晶层(30)与第一基板(100)相对的方式配置的第二基板(101)；设置在第一基板(100)的光检测元件(17)；和检测光滤光片(18)，其设置在该光检测元件(17)与液晶层(30)之间，滤去光检测元件(17)所检测的信号光波段以外的波段的光。

Description

光传感器和显示装置
技术领域
本发明涉及具有光电二极管或光电晶体管等光检测元件的光传感器和带该光传感器的显示装置。
背景技术
历来，例如提案有在像素内具有光电二极管等光检测元件、能够检测外部光的明亮度、能够取得接近显示器的物体的图像的带光传感器的显示装置。作为这样的带光传感器的显示装置，例如已知有如下结构：从背光源向显示器射出光，利用光传感器检测在接触显示器或接近显示器的手指等检测对象物体处反射后的光。此外，作为这样的结构，例如提案有包括具有发出非可见光区域的光的光源和发出可见光的光源的背光源的带传感器显示装置的结构(例如，参照日本特开2008-262204号公报)。在该带传感器显示装置中，可见光区域的光作为显示光从显示面射出，另一方面，从显示面射出后在检测对象物体处反射的非可见光区域的光被受光元件接收。由此，能够减轻对光传感器的显示状态的影响和周围的状况等的影响。
发明内容
但是，在上述现有的带传感器显示装置中，有选择地使非可见光区域的光透过的选择透过滤光片设置在CF基板，受光单元(传感器)设置在TFT基板。因此，例如在进行CF基板与TFT基板的贴合工序时，由于对位误差，传感器与选择透过滤光片容易发生偏离。外部光等噪声光从因该偏离而产生的间隙射入传感器。此外，由于在传感器与选择透过滤光片之间存在液晶层等，因此，该液晶层的内部反射光等成为噪声成分的光射入传感器。由于这样的噪声光，S/N比变低。
因此，在本发明中，目的在于提供能够减少照射至光检测元件的噪声光而提高S/N比的带光传感器的液晶显示装置。
本发明的一个实施方式的液晶显示装置包括：
设置有像素电路的第一基板；
夹着液晶层与上述第一基板相对配置的第二基板；
设置在上述第一基板的光检测元件；和
检测光滤光片，其设置在上述光检测元件与上述液晶层之间，滤去上述光检测元件所检测的信号光波段以外的波段的光。
根据本发明，能够减少照射至光检测元件的噪声光而提高S/N比。
附图说明
图1是表示第一实施方式的液晶显示装置的TFT基板的概略结构的框图。
图2是表示TFT基板的像素区域的像素和光传感器的配置的等效电路图。
图3是表示液晶显示装置的时序图的一个例子的图。
图4A是表示第一实施方式的液晶显示装置的像素区域1的一个像素的量的区域的顶视图(上表面图)。
图4B是图4A的x2-x’2线截面图。
图4C是图4A的y2-y’2线截面图。
图5A是将包括光电二极管17的传感器放大表示的上表面透视图。
图5B是图5A的A-A’线截面图。
图6是表示在对置基板一侧设置有红外光透过滤光片的液晶显示装置的结构的截面图。
图7是用于说明第一实施方式的液晶显示装置的光线的例子的图。
图8A是表示光传感器的灵敏度的波长特性的一个例子的图表。
图8B是表示从红外LED射出的光的波长特性的一个例子的图表。
图8C是表示红外光透过滤光片的滤光片特性的一个例子的图表。
图8D是表示太阳光的波长特性的一个例子的图表。
图9是表示背光源的第一结构例的图。
图10是表示背光源的第二结构例的图。
图11是表示背光源的第三结构例的图。
图12是表示背光源的第四结构例的图。
图13是表示背光源的第五结构例的图。
图14是表示图13所示的背光源的截面图。
图15是表示第二实施方式的液晶显示装置的截面图。
图16是表示红外光透过滤光片和用于滤去不需要的红外光域的滤光片的通过特性的一个例子的图表。
图17A是表示第三实施方式的液晶显示装置的像素区域1的一个像素的量的区域的顶视图。
图17B是图17A的x3-x’3线截面图。
图17C是图17A的y3-y’3线截面图。
具体实施方式
本发明的一个实施方式的液晶显示装置包括：
设置有像素电路的第一基板；
夹着液晶层与上述第一基板相对配置的第二基板；
设置在第一基板的光检测元件；和
检测光滤光片，其设置在该光检测元件与上述液晶层之间，滤去上述光检测元件所检测的信号光波段以外的波段的光(第一结构)。
通过如上述结构那样在光检测元件与液晶层之间设置滤去信号光波段以外的波段的光的检测光滤光片，能够缩短光检测元件与检测光滤光片之间的距离。由此，能够减少作为噪声光入射至光检测元件的光，因此能够提高S/N比。
在上述第一结构中，优选还包括：背光源，其具有射出上述信号光波段的光的发光体，设置在上述第一基板的与上述液晶层相反的一侧；和遮蔽部，其设置在上述光检测元件与上述背光源之间，阻止该背光源的光直接到达上述光检测元件(第二结构)。由此，能够防止从背光源的发光体射出的光直接到达光检测元件。因此，能够利用光检测元件仅检测反射光。
在上述第一结构中，优选还包括：背光源，其具有射出上述信号光波段的光的发光体和射出与该信号光波段不同的波段且用于显示的光的其它的发光体，并设置在上述第一基板的与上述液晶层相反的一侧；和遮蔽部，其设置在上述光检测元件与上述背光源之间，阻止上述背光源的光直接到达上述光检测元件(第三结构)。由此，光检测元件不检测从背光源射出的光中为了显示而射出的光，因此能够防止受到该为了显示而射出的光的影响。而且，能够通过遮蔽部防止背光源的光直接到达光检测元件。因此，能够利用光检测元件仅检测从背光源射出的信号光波段的光中的反射光。
在上述第一至第三结构中任一结构中，也可以在上述第一基板设置有彩色滤光片(第四结构)。
在上述第一至第四结构中的任一结构中，优选上述信号光波段在红外线波段内(第五结构)。
本发明的一个实施方式的液晶显示装置的制造方法包括以下工序：
在第一基板形成像素电路和光检测元件；
在上述第一基板，以覆盖上述光检测元件的方式形成滤去上述光检测元件所检测的信号光波段以外的波段的光的检测光滤光片；和
将形成有上述检测光滤光片的上述第一基板与第二基板以彼此相对的方式贴合，在上述第一基板与第二基板之间封入液晶(第六方法)。
根据上述制造方法，在形成有像素电路和光检测元件的第一基板形成检测光滤光片，因此能够不使工序复杂地形成光检测滤光片。此外，在第一基板与第二基板的贴合工序中，不需要进行光检测滤光片与光检测元件的对位，因此能够高效地制造液晶显示装置。
在上述第六方法中，在上述第一基板形成上述检测光滤光片的工序中，也可以在上述第一基板还形成彩色滤光片(第七方法)。通过这样在形成检测光滤光片的工序中还形成彩色滤光片，能够高效地制造液晶显示装置。
以下，参照附图对具体的实施方式进行说明。另外，以下的实施方式是表示本发明的一个实施方式的显示装置为液晶显示装置的情况下的结构例的方式。另外，本发明的一个实施方式的显示装置由于具有光传感器，因此推断用作检测接近画面的物体而进行输入操作的带触摸面板的显示装置、或具备显示功能和摄像功能的双向通信用显示装置等。
此外，为了便于说明，以下参照的各图是在实施方式的构成部件中、仅对为了说明所需的主要部件简略地进行表示的图。因此，本发明的一个实施方式的显示装置能够具备本说明书参照的各图未图示的任意的构成部件。此外，各附图中的部件的尺寸并未忠实地表示实际的构成部件的尺寸和各部件的尺寸比率等。
(第一实施方式)
首先，参照图1和图2对第一实施方式的液晶显示装置所具备的TFT基板的结构进行说明。
[TFT基板的结构]
图1是表示第一实施方式的液晶显示装置所具备的TFT基板100的概略结构的框图。如图1所示，TFT基板100在玻璃基板上至少包括像素区域1、显示器栅极驱动器2、显示器源极驱动器3、传感器列(column)驱动器4、传感器行(row)驱动器5、缓冲放大器6和FPC连接器7。此外，用于对利用像素区域1内的光传感器(后述)取得的图像信号进行处理的信号处理电路8，经由上述FPC连接器7和FPC(Flexible Printed Circuit：挠性印制电路)9与TFT基板100连接。
像素区域1是形成有像素电路的区域，该像素电路包括用于显示图像的多个像素。在本实施方式中，在像素电路的各像素内设置有用于取得图像的光传感器。像素电路通过m个栅极线G1～Gm与显示器栅极驱动器2连接，通过3n个源极线Sr1～Srn、Sg1～Sgn、Sb1～Sbn与显示器源极驱动器3连接。此外，像素电路通过m个复位信号线RS1～RSm和m个读出信号线RW1～RWm与传感器行驱动器5连接，经由n个传感器输出线SS1～SSn与传感器列驱动器4连接。
另外，TFT基板100的上述构成部件还能够通过半导体处理在玻璃基板上形成为单片。或者，也可以为将上述构成部件中的放大器和/或驱动器类例如利用COG(Chip On Glass：玻璃基芯片)技术等安装在玻璃基板上的结构。或者，图1的TFT基板100的上述构成部件中的至少一部分也可以安装在FPC9上。TFT基板100与在整个面形成有对置电极的对置基板(未图示)贴合。而且，在TFT基板100与对置基板之间形成的间隙内封入液晶材料。
在TFT基板100的背面设置有背光源10。背光源10包括射出白色光(可见光)的白色LED(Light Emitting Diode：光电二极管)11和射出红外光(红外线)的红外LED12。在本实施方式中，作为一个例子，红外LED12作为射出光传感器的信号光波段的光的发光体使用。白色LED11作为射出用于显示的光的其它发光体使用。另外，背光源的发光体并不仅限于上述例子。例如，作为可见光的发光体，也可以使用红色LED、绿色LED和蓝色LED的组合。此外，也可以使用冷阴极荧光灯(CCFL：Cold Cathode Fluorescent Lamp)代替LED。
[显示电路的结构]
图2是表示TFT基板100的显示区域1的像素和光传感器的配置关系的等效电路图。在图2的例子中，一个像素包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三个颜色的子像素。在包括该三个子像素的一个像素内，设置有一个光传感器。像素区域1具有m行×n列的呈矩阵状配置的像素和同样m行×n列的呈矩阵状配置的光传感器。另外，如上所述，用于一个像素具有三个颜色的子像素，因此子像素数为m×3n。
如图2所示，像素区域1具有呈矩阵状配置的栅极线G和源极线Sr、Sg、Sb作为像素用的配线。栅极线G与显示器栅极驱动器2连接。源极线SL与显示器源极驱动器3连接。另外，栅极线G在显示区域1内设置有m行。以下，在需要对各个栅极线G进行区别说明的情况下，标记为Gi(i＝1～M)。另一方面，源极线Sr、Sg、Sb如上述那样为了对一个像素内的三个子像素分别供给图像数据而按每一个像素设置三个。在需要对源极线Sr、Sg、Sb进行区别说明的情况下，标记为Srj、Sgj、Sbj(j＝1～N)。
在栅极线G与源极线Sr、Sg、Sb的交点，作为像素用的开关元件设置有薄膜晶体管(TFT)M1。另外，在图2中，将红色、绿色、蓝色的各个子像素中设置的薄膜晶体管M1标记为M1r、M1g、M1b。薄膜晶体管M1的栅极电极与栅极线G连接，源极电极与源极线连接，漏极电极与未图示的像素电极连接。由此，如图2所示，在薄膜晶体管M1的漏极电极与对置电极(VCOM)之间形成液晶电容CLC。此外，在漏极电极与TFTCOM之间形成有辅助电容CLS。
在图2中，在由与一个栅极线Gi和一个源极线Srj的交点连接的薄膜晶体管M1r驱动的子像素，以与该子像素对应的方式设置有红色的彩色滤光片。该子像素经由源极线Srj从显示器源极驱动器3被供给红色的图像数据，由此作为红色的子像素发挥作用。
此外，在由与栅极线Gi和源极线Sgj的交点连接的薄膜晶体管M1g驱动的子像素，以与该子像素对应的方式设置有绿色的彩色滤光片。该子像素经由源极线Sgj从显示器源极驱动器3被供给绿色的图像数据，由此作为绿色的子像素发挥作用。
进一步，在由与栅极线Gi和源极线Sbj的交点连接的薄膜晶体管M1b驱动的子像素，以与该子像素对应的方式设置有蓝色的彩色滤光片。该子像素经由源极线Sbj从显示器源极驱动器3被供给蓝色的图像数据，由此作为蓝色的子像素发挥作用。
另外，在图2的例子中，光传感器在像素区域1按一个像素(三个子像素)设置一个的比例设置。像素与光传感器的配置比例并不仅限于该例，是任意的。例如，既可以对一个子像素配置一个光传感器，也可以对多个像素配置一个光传感器。
[光传感器电路的结构]
如图2所示，光传感器包括作为光检测元件的一个例子的光电二极管D1和作为开关元件的一个例子的晶体管M2。在光电二极管D1的阳极连接有供给复位信号的复位信号线RS，另一方面，在光电二极管D1的阴极连接有晶体管M2的栅极。在上述图2中，将连结光电二极管D1和晶体管M2的栅极的配线上的节点标记为存储节点INT。在存储节点INT，还连接有电容器C1的一个电极。电容器C1的另一个电极与供给读出信号的读出信号线RW连接。晶体管M2的漏极与配线VDD连接，源极与配线OUT连接。配线VDD是向光传感器供给恒定电压VDD的配线。配线OUT是输出光传感器输出信号的输出配线的一个例子。
在图2所示的电路中，当从复位信号线RS供给复位信号时，存储节点INT的电位VINT被初始化。在供给复位信号后，光电二极管D1成为反偏压。当从读出信号线RW经由电容器C1向存储节点INT供给读出信号时，存储节点INT的电位VINT上升，晶体管M2成为导通状态。由此，向配线OUT输出与存储节点INT的电位VINT相应的输出信号。此处，在从结束供给复位信号起至开始供给读出信号为止的期间(积分期间)，在光电二极管D1流动与受光量相应的电流，与该电流相应的电荷被存储在电容器C1中。因此，在供给读出信号时，存储节点INT的电位VINT与光电二极管D1中流动的电流相应地发生变化。因为向配线OUT输出与存储节点INT的电位VINT相应的输出信号，所以输出信号反映光电二极管D1的受光量。另外，传感器电路的结构并不仅限于上述例子。
在图2所示的例子中，源极线Sr兼作用于从传感器列驱动器4向光传感器供给恒定电压VDD的配线VDD。此外，源极线Sg兼作传感器输出用的配线OUT。复位信号线RS和读出信号线RW与传感器行驱动器5连接。因为这些复位信号线RS和读出信号线RW在每一行设置，所以，在以下的说明中，在需要区别各配线的情况下，标记为RSi或RWi(i＝1～M)。
传感器行驱动器5，以规定的时间间隔trow，依次选择图2所示的复位信号线RSi和读出信号线RWi。由此，在像素区域1，应该读出信号电荷的光传感器的行(row)依次被选择。
另外，如图2所示，在配线OUT的端部连接有晶体管M3的漏极。晶体管M3例如为绝缘栅极型电场效应晶体管。在该晶体管M3的漏极连接有输出配线SOUT，晶体管M3的漏极的电位VSOUT作为来自光传感器的输出信号向传感器列驱动器4输出。晶体管M3的源极与配线VSS连接。晶体管M3的栅极，经由参照电压配线VB，与参照电压电源(未图示)连接。
[动作例]
图3是表示液晶显示装置的时序图的一个例子的图。在图3所示的例子中，垂直同步信号VSYNC按每1帧时间成为高电平。1帧时间被分割为显示期间和传感期间。信号SC是用于区别显示期间和传感期间的信号，在显示期间成为低电平，另一方面在传感期间成为高电平。
在显示期间，从显示器源极驱动器3向源极线Sr、Sg、Sb供给显示数据的信号。在显示期间，显示器栅极驱动器2依次使栅极线G1～Gm的电压为高电平。在栅极线Gi的电压为高电平的期间，源极线Sr1～Srn、Sg1～Sgn、Sb1～Sbn分别被施加与和栅极线Gi连接的3n个子像素各自的灰度等级(像素值)对应的电压。
在传感期间，恒定电压VDD被施加至源极线Sg1～Sgn。在传感期间，传感器行驱动器5，以规定的时间间隔trow，依次选择复位信号线RSi和读出信号线RWi的行。所选择的行的复位信号线RSi和读出信号线RWi，分别被施加复位信号和读出信号。与由和所选择的行的读出信号线RWi连接的n个光传感器检测出的光量相应的电压，被输出至源极线Sb1～Sbn。
[液晶显示装置的结构例]
图4A是表示本实施方式的液晶显示装置的像素区域1的一个像素的量的区域的顶视图。图4B是图4A的x2-x’2线截面图，图4C是图4A的y2-y’2线截面图。如图4B和图4C所示，本实施方式的液晶显示装置包括液晶面板103和背光源10。液晶面板103具有如下结构：设置有像素电路的第一基板(TFT基板100)和设置有彩色滤光片23g、23b、23r的第二基板(对置基板101)夹着液晶层30相对配置。在本实施方式中，液晶面板103的对置基板101一侧的面为表面，TFT基板100一侧的面为背面。背光源10设置在液晶面板103的背面侧。此外，在液晶面板103的背面和表面分别设置有偏光板13a、13b。
在对置基板101，在玻璃基板14b的液晶层30一侧的面形成有包括彩色滤光片23g、23b、23r和黑矩阵22的层。以覆盖该层的方式形成有对置电极21和取向膜20b。
在TFT基板100，在玻璃基板14b的与各子像素23g、23b、23r对应的位置形成有包括光传感器的像素电路。具体而言，由设置在玻璃基板14a上的遮光层16和设置在该遮光层16上的光电二极管17形成光传感器。遮光层16是为了防止来自背光源10的出射光对光电二极管17的动作赋予直接影响而设置的遮蔽部的一个例子。在玻璃基板14a上，形成有构成像素电路的TFT M1、栅极线G和源极线S。
在光电二极管17与液晶层30之间设置有吸收红外光域以外的光的红外光透过滤光片18。红外光透过滤光片18以覆盖在玻璃基板14a上形成的光传感器的方式形成。作为红外光透过滤光片18，能够使用与彩色滤光片23g、23b、23r同样的树脂滤光片。例如，能够利用使颜料和/或碳分散在丙烯酸树脂和/或聚酰亚胺树脂等基底树脂中而得到的负型感光性抗蚀剂，来形成红外光透过滤光片18、彩色滤光片。具体而言，红外光透过滤光片18例如能够通过将红色彩色滤光片和蓝色彩色滤光片重叠来实现。
在红外光透过滤光片18之上，设置有经由接触孔与TFT M1连接的像素电极19。在像素电极19之上设置有取向膜20a。
红外光透过滤光片18是将光检测元件(此处为光电二极管17)所检测的信号光波段以外的波段的光滤去的检测光滤光片的一个例子。即，通过以覆盖光传感器的方式设置的红外光透过滤光片18，噪声光向光电二极管17的射入得到抑制。因为红外光透过滤光片18设置在光电二极管17与液晶层30之间，所以与将红外光透过滤光片18设置在对置基板101一侧的情况相比，噪声光的射入的抑制效果变高。此外，在图4A～图4C所示的例子中，红外光透过滤光片18例如按照以一个膜覆盖分别与红色子像素、蓝色子像素和绿色子像素对应地设置的三个光电二极管17的方式形成。由此，能够进一步有效地抑制成为噪声成分的光的射入。
[光传感器部的结构例]
图5A是将包括光电二极管17的光传感器放大表示的上表面透视图。图5B是图5A的A-A’线截面图。光电二极管17在作为覆盖遮光膜16的绝缘膜的基底膜31上形成。此外，光电二极管17由与遮光膜16电绝缘的硅膜形成。在该硅膜沿面方向依次形成有n型半导体区域(n层)17n、本征半导体区域(i层)17i和p型半导体区域(p层)17p。
以覆盖光电二极管17的方式设置有栅极绝缘膜32。在该栅极绝缘膜32上形成有与TFT的栅极电极相同的层的配线36。进一步，以覆盖配线36的方式在栅极绝缘膜32上设置有层间绝缘膜33。在该层间绝缘膜33上设置有与TFT的源极电极相同的层的配线35。光电二极管17的p层17p通过接触孔37与层间绝缘膜33上的配线35连接。该配线35通过接触孔37与栅极绝缘膜32上的配线36连接。n层17n与相同的层的配线34连接。
[制造方法]
接着，对本实施方式的液晶显示装置的制造方法进行说明。在TFT基板100的制造工序中，首先，在作为基板材料的一个例子的母玻璃上，在多个成为液晶显示面板的区域的各个区域，形成构成像素电路的电极、TFT和光电二极管。
此处，对图5A和图5B所示的光传感器的制造工序进行说明。首先，通过在玻璃基板14a上利用溅射形成金属膜而形成遮光层16。接着，利用CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)形成SiO2的基底膜31。接着，利用CVD将用于形成光电二极管17的半导体层成膜，形成p层17p、n层17n、i层17i和配线34。接着，利用CVD形成栅极绝缘膜32后，利用溅射形成金属膜，在与TFT的栅极电极相同的层形成配线36。接着，利用CVD形成层间绝缘膜33后，形成接触孔37。通过利用溅射以覆盖接触孔37的方式形成金属膜，形成与TFT的源极电极相同的层的配线35。然后，利用抗蚀剂涂敷、曝光、显影和烘焙(bake)来形成红外光透过滤光片18。
在对置基板101的制造工序中，例如在透明的母玻璃上形成彩色滤光片、黑矩阵、对置电极和取向膜等。作为彩色滤光片，例如在多个液晶显示面板的显示区域的每个显示区域形成红色、绿色、蓝色三个颜色的滤光片层。
将这样形成的TFT基板100和对置基板101通过密封部件贴合，在该TFT基板100与对置基板101之间封入液晶，由此制作液晶显示面板103。在该液晶面板103的背面安装有背光源10。
[效果的说明、其它]
图6是表示在对置基板一侧设置有红外光透过滤光片的液晶显示装置的结构例的截面图。在图6所示的结构中，在对置基板201一侧的与彩色滤光片83r相同的层形成有红外光透过滤光片88。在图6所示的结构中，以红外光透过滤光片88配置在与光电二极管17对应的位置的方式完成对置基板201与TFT基板200的对位。
在图6所示的例中，如以实线箭头X1所示，从背光源10射出的红外光，从液晶面板的表面发出，在检测对象物K处反射，通过红外光透过滤光片88向光电二极管17射入。该入射光对光电二极管而言成为信号光。另一方面，存在如下情况：如在图6中以虚线箭头Y1所示，从设置有彩色滤光片83r的像素开口部射入的外部光射入光电二极管17。该外部光对光电二极管17而言成为噪声成分。当由于TFT基板200与对置基板201的贴合工序中的对位的误差，而引起光电二极管17与红外光透过滤光片88的位置偏离时，成为噪声成分的光进一步增加。此外，由于在TFT基板200与对置基板201之间存在液晶层30等间隙，因此，例如存在如图6的虚线箭头Y2所示那样、从像素开口部射入的外部光或从背光源10射入的光在内部反射而到达光电二极管17的情况。这样的光对光电二极管17而言也成为噪声成分的光。
图7是用于说明本实施方式的液晶显示装置的光线的例子的图。作为一个例子，如实线箭头X2所示，从背光源10的红外LED12射出的红外光从液晶面板103的表面向外部射出。此时，当手指等检测对象物K位于液晶面板103的表面或表面附近时，红外光在检测对象物K处反射，通过玻璃基板14b、液晶层30和红外光透过滤光片18等而向光电二极管17射入。该入射光对光电二极管17(光传感器)而言成为信号光。即，背光源中包含的红外光中仅被检测对象物K反射的光射入光传感器。因此，光传感器能够检测基于红外光的检测对象物K的反射像。
如图7所示，在光电二极管17与液晶层30之间，以覆盖光电二极管17的方式设置红外光透过滤光片18，由此，成为噪声成分的外部光(例如以虚线箭头Y1表示的光)和/或内部反射光(例如以虚线箭头Y2表示的光)被红外光透过滤光片18滤去。此外，即使在红外光透过滤光片18与光电二极管17的对位方面发生偏离，也因为红外光以外的光被该红外光透过滤光片18滤去，所以噪声光难以增加。例如，即使在红外光透过滤光片18从光电二极管17的正上方偏离，在俯视时在该红外光透过滤光片与光传感器之间产生间隙的情况下，也能够通过上述结构抑制从间隙射入的外部光等成为噪声光而到达光电二极管17的现象。其结果是，光电二极管17的S/N比变高。即，通过上述结构，能够抑制由于贴合TFT基板100与对置基板101时的对位误差而产生的光电二极管17S/N比的下降。
此外，在图7所示的例子中，也可以不设置用于在彩色滤光片上设置红外光透过滤光片的开口部(光传感器用开口部)，因此，像素开口率(液晶面板的透过率)变高。进一步，在图7所示的例子中，因为没有上述开口部，所以能够降低从开口部漏出的光，能够实现液晶面板的对比度的提高。
此外，根据上述结构，能够消除红外光透过滤光片18与光传感器之间的不需要的间隙。由此，内部反射光等成为光传感器的噪声成分的光变少，S/N比变高。
另外，在上述图7所示的例子中，说明了对从背光源10射出而在检测对象物K处反射的光进行检测的情况，但是检测对象物的检测方法并不仅限于此。例如，在外部光包括红外光(光传感器的信号光)的环境(例如，受到屋外或卤素灯的光的照射的状况)下，能够利用外部光中含有的红外光对检测对象物K进行检测。在这种情况下，当检测对象物位于液晶显示面板103的表面附近时，射入液晶面板的表面的外部光被遮挡。即，能够使用光传感器，检测基于外部光中含有的红外光的检测对象物的影像。例如，能够以光电二极管17的受光量为基础判定检测对象物的有无。
还能够将上述利用光传感器检测背光源的反射光的方法和检测外部光的方法这两个方法一并使用。例如，在外部光中包含红外光的情况下，在熄灭背光源10的状态，利用外部光检测检测对象物的影像，另一方面，在外部光不含红外光的情况下，在点亮背光源10的状态，检测基于背光源的红外光的反射像。
[红外光透过滤光片与传感器的关系]
图8A是表示本实施方式使用的光传感器的灵敏度的波长特性的一个例子的图表。这样，光传感器在全波段具有灵敏度，因此为了传感器用而设置的光源的波长以外的波段的光(例如外部光、太阳光等)成为噪声。因此，在本实施方式中，通过红外光透过滤光片18(检测光滤光片的一个例子)滤去光传感器所检测的信号光波段以外的波段的光、即成为噪声的波段的光。此外，在本实施方式中，作为一个例子，对光传感器所检测的信号光波段为红外光的波段的情况进行说明，但是信号光波段并不仅限于红外光。
在使用光传感器检测背光源的反射光的方法的情况下，信号光波段由光传感器用的光源的出射光的波长决定。因此，例如如图8A所示，在使用红外光的波段的灵敏度比其周边的波段高的光传感器的情况下优选对光传感器用的光源使用射出红外光波段的光的光源。由此，能够将信号光波段设定在光传感器的灵敏度好的波段。图8B是表示从本实施方式中使用的红外LED射出的光的波长特性的一个例子的图表。
此外，检测光滤光片优选透过光传感器用光源的光而滤去其以外的波长的光。图8C是表示本实施方式中使用的红外光透过滤光片的滤光片特性的一个例子的图表。图8C所示的滤光片特性的滤光片例如在光传感器用光源射出红外光的情况下使用。
[红外LED]
接着，对包括红外LED12的背光源10的结构进行详细说明。如上所述，在射向光传感器的光入射路径上设置有红外光透过滤光片18(例如参照图7)。因此，作为红外LED12，使用射出透过红外光透过滤光片18的波段的红外光的LED。例如，作为红外LED12，使用射出与硅的基础吸收端波长(约1100nm)相比波长短的红外光的LED。通过使用这样的红外LED，在利用多晶硅形成像素电路和光传感器的情况下，能够利用光传感器检测从红外LED12射出的红外光。
此外，作为红外LED，也可以使用射出在大气的吸收光谱中具有峰值波长的红外光的LED，更加优选射出在860nm以上且960nm以下的范围具有峰值波长的红外光的LED。图8D是表示一般的太阳光的光谱的图。所谓的大气的吸收光谱是指，太阳光由于大气而衰减的光谱，具体而言，是指以800nm为衰减峰的从780nm至820nm的波段、或以920nm为衰减峰的从860nm至960nm的波段等。在这些波段，太阳光由于因氮分子、氧分子为主要成分的空气和气溶胶引起的散射衰减或因水蒸气、此外的臭氧、氧分子、二氧化碳引起的吸收而衰减。
太阳光由于大气的吸收而在从大气中通过的期间衰减，在地表面，光量与大气圈外相比变小。特别是从860nm至960nm的波段的红外光被大气中的水蒸气吸收而大幅衰减。这样，在使用射出太阳光中被衰减后的波段的红外光的LED12的情况下，通过将以该红外光的波段为通过带域的带域通过滤光片设置在射向光传感器的光入射路径上，能够减小扫描图像从太阳光受到的影响，能够以高的精度检测触摸位置。
图9～图13分别是表示背光源10的第一结构例至第五结构例的图。在图9～图13所示的背光源10a～10e中，在导光板64或74的一个面设置有两个透镜片61、62和扩散片63，在另一个面设置有反射片65或72。
在图9和图10所示的背光源10a、10b，将白色LED11以一维状配置而得的饶性印刷基板66设置在导光板64的侧面，并且红外光源设置在导光板64的反射片65一侧。在背光源10a，作为红外光源设置有将红外LED12呈二维状配置而得的电路基板67。在背光源10b，红外光源包括导光板68、将红外LED12呈一维状配置而得的饶性印刷基板69(设置在导光板68的侧面)和反射片70。作为反射片65能够使用透过红外光反射可见光的片材(例如由聚酯类树脂形成的反射片)。此外，作为反射片70，能够使用反射红外光的片材。这样，通过对射出可见光的背光源追加红外光源，例如能够直接使用已有的可见光背光源来构成射出可见光和红外光双方的背光源10。
在图11所示的背光源10c，具有在一条线上交替配置的白色LED11和红外LED12的饶性印刷基板71，设置在导光板64的侧面。在反射片72，能够使用反射可见光和红外光的双方的片材。这样，通过沿着导光板64的侧面混合配置白色LED11和红外LED12，能够利用与仅包括白色LED11的背光源同样的结构，构成射出可见光和红外光的双方的背光源10。
在图12所示的背光源10d，白色LED11和红外LED12被封入树脂封装件75内，并且该树脂封装件75在饶性印刷基板73上配置在一条线上。该饶性印刷基板73设置在导光板64的侧面。这样，通过将白色LED11和红外LED12封入一个树脂封装件75内，能够在狭窄的空间高效地配置多个LED发光体。另外，在一个树脂封装件75内，既可以各封入一个白色LED11和红外LED12，也可以封入多个。
在图13所示的背光源10e，白色LED11呈一维状配置而得的饶性印刷基板66设置在导光板74的一个侧面。在该背光源10e，红外LED12呈一维状配置而得的饶性印刷基板69设置在导光板74的相对的另一个侧面。图14是背光源10e的截面图。导光板74以使得从一个侧面射入的白色光和从相反一侧的侧面射入的红外光传播的方式构成。这样，通过将白色LED11和红外LED12沿导光板74的相对的两个侧面分别配置，能够对两种LED共用导光板等背光源部件。
[第二实施方式]
图15是第二实施方式的液晶显示装置的截面图。图15所示的液晶显示装置在图1所示的结构中构成为，用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a与红外光透过滤光片18重叠设置。用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a是将红外光透过滤光片18的透过带域中的、对光传感器而言不需要的带域的光滤去的滤光片。用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a通过使用了吸收对光传感器而言不需要的带域的红外线的光吸收材料的滤光片来实现。具体而言，用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a例如含有包括磷酸酯的红外光吸收组成物。通过将用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a重叠于红外光透过滤光片18，能够将设定为光传感器用的波长以外的成为噪声的波段进一步除去，提高S/N比。
在图15所示的结构中，用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a设置在红外光透过滤光片18之下，但是叠层的顺序也可以替换。此外，红外光透过滤光片18和用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a的叠层工序也可以替换。此外，也可以进一步重叠多个用于滤去不需要的红外光域的滤光片。
图16是表示红外光透过滤光片18和用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a的通过特性的一个例子的图表。在图16所示的图表中，虚线f2表示红外光透过滤光片18的特性，实线f1在图16的例子中表示用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a的特性。例如，在用于光传感器的光源为射出在860nm以上960nm以下的范围具有峰值波长的红外光的光源(例如红外LED)的情况下，适合使用具有图16所示的图表那样的特性的红外光透过滤光片18和用于滤去不需要的红外光域的滤光片18a的组合。
这样，通过组合作为高通滤光片发挥作用的滤光片和作为低通滤光片发挥作用的滤光片构成检测光滤光片，能够构成使包括光传感器用的光源的波长的范围的光透过而滤去其以外的范围的波长的光的滤光片。
[第三实施方式]
图17A是表示第三实施方式的液晶显示装置的像素区域1的一个像素的量的区域的顶视图。图17B是图17A的x3-x’3线截面图，图17C是图17A的y3-y’3线截面图。在上述第一实施方式中，彩色滤光片设置在对置基板101一侧，与此相对，在本实施方式中，彩色滤光片设置在TFT基板101a一侧。如图17A～图17C所示，在TFT基板100a，由设置在玻璃基板14a上的遮光层16和设置在该遮光层16上的光电二极管17形成光传感器。在玻璃基板14a上，进一步形成有构成像素电路的TFT M1、栅极线G和源极线S。此外，在TFT基板100a，以覆盖光电二极管17的方式设置有红外光透过滤光片18。在该红外光透过滤光片18上设置有绿色的彩色滤光片23g、蓝色的彩色滤光片23b和红色的彩色滤光片23r。各彩色滤光片23g、23b、23r分别在与各子像素23g、23b、23r对应的位置形成。在彩色滤光片23g、23b、23r之上分别设置有像素电极19。
根据本实施方式，因为将彩色滤光片设置在TFT基板100a一侧，所以不需要黑矩阵或者能够将黑矩阵减小，因此开口率变高。
此外，在本实施方式中也为如下情形：与上述第一实施方式和第二实施方式同样，红外光透过滤光片18在光传感器的正上方形成，因此能够抑制从像素开口部射入的外部光在内部反射而成为光传感器的噪声成分的情况。此外，根据上述结构，能够消除红外光透过滤光片18与光传感器之间的不需要的间隙。由此，能够减少内部反射光等成为光传感器的噪声成分的光，能够提高S/N比。
在将彩色滤光片23g、23b、23r和红外光透过滤光片18设置在对置基板一侧的结构的情况下，成为红外光透过滤光片18占据像素开口部的一部分的结构。与此相对，在本实施方式中，根据上述结构，不需要用于设置红外光透过滤光片18的开口部，因此像素开口率(液晶面板的透过率)变高。进一步，根据上述结构，也不需要光传感器用开口部，因此能够减少从开口部漏出的光，能够提高液晶面板的对比度。
此外，根据上述结构，能够消除在对置基板101a与TFT基板100a的贴合工序时发生的彩色滤光片的对位误差。其结果是，不存在由于红外光透过滤光片18的位置从光传感器的正上方偏离而外部光等成为噪声成分的光射入的问题，S/N比变高。
红外光透过滤光片18和彩色滤光片23g、23b、23r一起由使颜料和/或碳分散在基底树脂中而得的负型感光性抗蚀剂形成。在制造工序中，红外光透过滤光片18和彩色滤光片23g、23b、23r的双方均在TFT基板100a的制造工序中形成。因此，能够高效地制造TFT基板100a。
在本实施方式中，光检测元件并不仅限于光电二极管，例如也可以为光电晶体管等。
产业上的可利用性
本发明作为在TFT基板的像素区域内具有传感器电路的显示装置，能够在产业上加以利用。

Claims (7)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
设置有像素电路的第一基板；
夹着液晶层与所述第一基板相对配置的第二基板；
设置在所述第一基板的光检测元件；和
检测光滤光片，其设置在所述光检测元件与所述液晶层之间，滤去所述光检测元件所检测的信号光波段以外的波段的光。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，还包括：
背光源，其具有射出所述信号光波段的光的发光体，设置在所述第一基板的与所述液晶层相反的一侧；和
遮蔽部，其设置在所述光检测元件与所述背光源之间，阻止所述背光源的光直接到达所述光检测元件。
3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，还包括：
背光源，其具有射出所述信号光波段的光的发光体和射出与所述信号光波段不同的波段且用于显示的光的其它发光体，并设置在所述第一基板的与所述液晶层相反的一侧；和
遮蔽部，其设置在所述光检测元件与所述背光源之间，阻止所述背光源的光直接到达所述光检测元件。
4.如权利要求1至3中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
在所述第一基板设置有彩色滤光片。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述信号光波段在红外线的波段内。
6.一种液晶显示装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
在第一基板形成像素电路和光检测元件；
在所述第一基板，以覆盖所述光检测元件的方式形成滤去所述光检测元件所检测的信号光波段以外的波段的光的检测光滤光片；和
将形成有所述检测光滤光片的所述第一基板和第二基板以彼此相对的方式贴合，在所述第一基板与第二基板之间封入液晶。
7.如权利要求6所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于：
在所述第一基板形成所述检测光滤光片的工序中，在所述第一基板还形成彩色滤光片。
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