液晶显示设备的制作方法

专利名称：液晶显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示设备，特别是一种包括这样的液晶显示面板的 液晶显示设备，其中多个用于检测光的光接收元件形成在显示区域中，在该 显示区域中用于显示图像的多个像素设置为基于光接收元件检测的光来检 测液晶显示面板的与检测目标物体接触的表面的位置。
背景技术：
液晶显示设备的优点在于薄、轻和功耗低。因此，液晶显示设备广泛地 应用于包括例如手提电话机和数字相机等移动设备的各种用途的电子设备中。
该液晶显示设备包括液晶显示面一反，该面板包括一对基板和填充在该对 基板之间的液晶层。典型地，液晶显示设备调制从平面光源辐射的光并且使 调制光透射经过其中，该平面光源例如为液晶显示面板后侧面上提供的背光 单元。调制光透射通过液晶面板从而在液晶面板的前侧面上显示图像。
例如，液晶面板为有源矩阵型，其中用作像素开关元件的的薄膜晶体管
(TFT)形成在用于显示图像的显示区域中。当给像素电极施加电压时，对 应的像素开关元件变化施加给液晶层的电压，以控制光透射通过像素的透射 因数，由此来调制光。
已经提出了这样的液晶显示设备，其中除了上述用作该像素开关元件的 TFT外还内置光接收元件。例如，已经提出了在TFT阵列基板上形成例如 用作光接收元件的TFT,其中用作像素开关元件的多个TFT以阵列形式形 成在TFT阵列基板上。上述的液晶面板公开在例如日本专利公开No. 2007-18458中。
在上述液晶显示设备中内置光接收元件的情况下，因为可以实现用户界 面的功能，所以消除了单独在液晶面板的前表面上提供触摸屏的必要性。因 此，容易实现用户界面的小型化。从而该液晶面板称为1/0触摸屏(一体化 光学触摸屏)。
在该液晶显示面板中，通过内置的光接收元件检测检测与液晶面板的前 表面接触的目标物体图像的光，该目标物体例如为使用者的手指或者触摸 笔。例如，从相对TFT阵列基板设置在前表面侧上的相对基板侧朝向设置在
后表面侧上的TFT阵列基板侧的光所通过的开口与光接收区域对应设置，并 且光接收元件与该开口形成为对应关系。因此，透射通过光接收区域的光由
晶面板接触的位置。然后，液晶显示设备自身或者连接到液晶显示设备的一 些其它电子设备进行对应于该确定位置的操作。上述类型的液晶显示设备例 如公开在日本专利公开No. 2006-330578中。
然而，在上述液晶面板中，因为光接收区域形成有开口以允许光透射， 所以从背面辐射的背光单元有时会在光接收区域中透射到前表面侧而影响 图像质量。
上述问题有时会发生，尤其是为了保持光接收元件所接收的光的亮度， 在显示区域中形成的黑矩阵层中形成对应于光接收元件的开口 ，以透射来自 液晶面板的前表面侧的光的情况下。具体地讲，围绕光接收区域的周边区域 由黑矩阵区域遮蔽来挡光，而在光接收区域中，从背后辐射的背光单元透射 而没有被阻挡。因此，在显示区域中有时发生"光泄漏"。在发生这样的光 泄漏的情况下，除像素以外的部分变得明亮，导致显示区域中显示的图像质 量下降。
为了消除该缺点，可以以与光接收区域对应的关系形成挡光层，使得来 自背光单元的光不能透射到液晶面板的前表面侧。然而，在形成有光接收元 件的TFT阵列基板上形成挡光层因布局设计上的限制有时是困难的。此外， 在相对于TFT阵列基板的相对基板上提供挡光层时，必须考虑相对电极安装 在形成有光接收元件的TFT阵列基板上时的误差。这就必须增加挡光层的表 面积，从而导致显示区域的数值孔径的下降，并且有时使图像质量变坏。
这样，在包括内置光接收元件的液晶显示设备中，有时由于其光接收区 域而使图像质量变坏。
因此，需要设置在其光接收区域中防止"光泄漏"并且可以改善图像质 量的液晶显示设备。

发明内容
根据本发明的实施例，提供这样的液晶显示设备，包括液晶面板，具
有用于显示图像的显示区域，并且具有设置在该区域中的多个像素；以及一 对第一和第二偏光片，通过显示区域彼此相对地设置；该液晶面板包括第一
基板、以相隔的关系与第 一基板相对的第二基板以及夹设在第 一和第二基板
间并且配向的液晶层；该液晶面板具有光接收区域，其中光接收元件形成在 彼此相对的第一和第二基板的表面之一上以接收从第二基板侧朝向第一基 板侧前进的光；该第一和第二偏光片以及液晶层设置为使得从第一基板侧朝 向第二基板侧前进的光在该光接收区域中被阻挡。
优选地，该液晶面板还包括黑矩阵层，其形成为分隔显示区域中的像素 并且挡光，该黑矩阵层形成为使得用于透光的开口对应于光接收区域，该液 晶面板形成为使得光接收元件接收从第二基板侧朝向第一基板侧前进的光 中透射通过黑矩阵层中形成的开口的光，该液晶层形成为阻挡从第一基板侧 朝向第二基板侧前进的光使其不透射通过黑矩阵层中形成的开口 。
还优选，该光接收元件设置在第一基板上，从而接收从第二基板侧朝向 第 一基板侧通过液晶层前进的光。
还优选，该液晶显示设备还包括照明部分，以相邻于第一基板与液晶面 板的表面相对的关系设置，并且构造为辐射从第一基板侧朝向第二基板侧前 进的光，液晶面板构造为使得像素调制从照明部分辐射的光以在显示区域中 显示图像，并且液晶层阻挡光接收区域中从照明部分辐射的光。
还优选，液晶面板构造为使得在显示区域中以常黑模式显示图像，并且 在显示区域显示图像时，没有向光接收区域中的液晶层施加电压。
还优选，该液晶显示设备还包括导电层，其以与光接收区域对应的关系 形成，并且连接到液晶层，该导电层设置为接地状态。
或者，该液晶显示设备还可以包括第一电极和第二电极，该第一电极以 与光接收区域对应的关系形成在第 一基板的相对于第二基板的表面上，并且 连接到液晶层，而该第二电极以与第 一 电极通过液晶层相对的关系形成在第 二基板的相对于第一基板的表面上，并且连接到液晶层，而且其中，在显示 区域显示图像时，给第一和第二电极输入彼此相等的电位，从而没有向液晶 层》包力口电压。
还优选，第一和第二电极之一设置为接地状态，而第一和第二电极的另 一个设置为浮置状态。
优选地，该液晶面板构造为使得在显示区域中以常白模式显示图像，并 且在显示区域中显示图像时，向光接收区域中的液晶层施加电压。
还优选，该液晶显示设备还包括第一电极和第二电极，该第一电极以与 光接收区域对应的关系形成在第 一基板的与第二基板相对的表面上，并且连 接到液晶层，而该第二电极以与第一电极通过液晶层相对的关系形成在第二 基板的相对于第一基板的表面上，并且连接到液晶层，而且其中，在显示区 域中显示图像时，给第 一 和第二电极输入彼此不同的电位。
在该液晶显示设备中，第一偏光片、第二偏光片和液晶层阻挡了光接收 区域中从第 一基板侧朝向第二基板侧前进的光。
就该液晶显示设备而言，可以防止光接收区域中的"光泄漏"，并且因 此可以改善显示图像的图像质量。
结合附图，通过下面的描述和所附的权利要求本发明上述的和其它的特征和优点将变变得明显易懂


图1为显示根据本发明第一实施例的液晶显示设备的构造的截面图2为显示图1中液晶显示设备的液晶面板的平面图3为显示在图2中液晶显示面板的显示区域中形成的部分电路的电路
图4为示意性显示在显示区域截取的图2中的显示面板的横截面的截面
图5为示意性显示图2中液晶面板的显示区域的平面的示意图； 图6为显示在TFT阵列基板上形成的像素电极和导电层以及在图2中液
晶面板的相对基板上形成的相对电极的分解透视图7A和7B为示意性图示图2中液晶面板的驱动方式的截面图； 图8A和8B为示意性图示图2中液晶面板的驱动方式的平面图； 图9为显示根据本发明第二实施例的液晶显示设备的液晶面板的分解透
视图10为显示根据本发明第三实施例的液晶显示设备的液晶面板的分解
透视图11为显示根据本发明第四实施例的液晶显示设备的液晶面板的分解
透视图12为显示图11中的液晶面板的截面图； 图13为显示实施例的液晶显示设备的变型的平面图；以及 图14、 15、 16、 17和18为显示可以应用于根据本发明实施例的液晶显 示设备的电子设备的示意图。
具体实施例方式
<第一实施例> (液晶显示设备的总体构造)
图1显示了根据本发明第一实施例的液晶显示设备100的构造。
参照图1，所示的液晶显示设备100包括液晶面板200、背光单元300 和控制部分400。下面顺序描述该些部件。
液晶面板200包括TFT阵列基板201、相对基板202和液晶层203 。
在液晶面板200中，TFT阵列基板201和相对基板202以相隔的关系彼 此相对。液晶层203夹设在TFT阵列基板201和相对基板202之间。
此外，第一偏光片206和第二偏光片207以^f皮此相对关系设置在液晶面 板200的相对表面侧上。这里，第一偏光片206相邻于TFT阵列基板201 设置，而第二偏光片207相邻于相对基板202设置。
背光单元300设置为相邻于液晶面板200的TFT阵列基板201 ，使得从 背光单元300发射的光辐射在TFT阵列基板201不与相对基板202相对的表 面上。液晶面板200具有显示图像的显示区域PA，并且从背面侧通过第一 偏光片206接收从设置在液晶面板200的背面侧上的背光单元300发射的光， 以及在显示区域PA中调制从背面侧接收的光。然后，所调制的光通过第二 偏光片207呈现到前表面侧，以在显示区域PA中显示图像。
在本实施例中，液晶面板200为上文所述的1/0触摸屏，并且包括没有 示出的光接收元件，其形成为接收从相对基板202 —侧朝向TFT阵列基板 201 —侧前进的光，如下文所详细描述。具体地讲，当例如使用者的手指或 者触摸笔的检测目标物体与液晶面板200的前表面接触时，光接收元件接收 检测目标物体的图像并且输出光接收信号，所述前表面远离靠近背光单元 300设置的背面。
背光单元300以相对的关系设置到液晶面板200的后面，并且将光辐射 在液晶面板200的显示区域PA上。背光单元300包括未示出的可为LED等
单元300将平面光形式的白光辐射在液晶面板200的显示区域PA的整个区域上。
在本实施例中，在形成液晶面板200的TFT阵列基板201和相对基板 202中，背光单元300相邻TFT阵列基板201设置。背光单元300因此将平 面光辐射在TFT阵列基板201的不与相对基板202相对的表面上。换言之， 背光单元300辐射光使得该光从TFT阵列基板201 —侧朝向相对基板202
一侧前进。
控制部分400包括应用程序执行部分411、显示驱动电路412、光接收 驱动电^各413和图像处理部分414。
控制部分400的应用程序4丸行部分411包括计算机，其执行应用程序并 且给液晶显示设备100的各部件输出控制信号来控制该些部件。显示驱动电 路412驱动液晶面板200,以根据从应用程序执行部分411输出的控制信号 执行图像显示操作。例如，显示驱动电路412驱动液晶面板200以执行线序 驱动(line-sequential driving )。光接收驱动电路413驱动设置在液晶面板200 上的光接收元件，以根据从应用程序执行部分411输出的控制信号来读出光 接收元件产生的光接收信号。例如，显示驱动电路412驱动液晶面板200以 执行线序驱动。图像处理部分414根据从应用程序执行部分411输出的控制 信号执行图像处理。这里，图像处理部分414分析例如使用者的手指或者触 摸笔接触检测目标物体的位置，以根据光接收驱动电路413读出的光接收信 号产生分析数据。
(液晶面板的总体构造)
现在，详细描述液晶面板200。
图2示出了液晶面板200的平面图，而图3示出了形成在显示区域PA 中的部分电路。
参照图2，液晶面板200包括显示垂直驱动电路11、显示水平驱动电路 12、传感器垂直驱动电路13和传感器读出水平驱动电路14。所有的显示垂 直驱动电路ll、显示水平驱动电路12、传感器垂直驱动电路13和传感器读 出水平驱动电路14都形成在围绕显示区域PA设置的周边区域CA中。
在液晶面板200的对应于显示区域PA的区域中，多个像素P设置成矩
阵，其中像素P在水平方向x和垂直方向y上并列设置。这里，每个像素P 形成为使其包括如图3所示的像素电路30a和传感器电路30b。 下面顺序描述上述部件。
参照图3，显示垂直驱动电路11连接到形成为在水平方向x上延伸并且 在垂直方向y上并列设置的多个栅极线Gl。显示垂直驱动电5各11根据从显 示驱动电路412提供的驱动信号顺序向在垂直方向y上并列设置的栅极线 Gl提供选择脉沖。
显示水平驱动电路12连接到形成为在垂直方向y上延伸并且在水平方 向x上并列设置的多个第一数据线Sl。显示水平驱动电路12根据从显示驱 动电路412提供的驱动信号向并列设置在水平方向x上的第一数据线Sl顺 序提供图像信号。
传感器垂直驱动电路13连接到形成为在水平方向x上延伸并且在垂直 方向y上并列设置的多个读出线Read。传感器垂直驱动电路13向在垂直方 向y上并列设置的读出线Read顺序提供选择脉沖。
传感器读出水平驱动电路14连接到形成为在垂直方向y上延伸并且在 水平方向x上并列设置的多个第二数据线S2。传感器读出水平驱动电路14 顺序读出来自水平方向x上并列设置的第二数据线S2的光接收信号。
像素电路30a包括像素开关元件(pixel switching member ) 31和辅助电 容元件Cs，并且驱动像素P。
像素电路30a的像素开关元件31和辅助电容元件Cs设置在用于显示并 且在垂直方向y上延伸的第一数据线Sl和在水平方向x上延伸的柵极线Gl 的交叉点附近，如图3所示。像素开关元件31的栅极电极连接到栅极线Gl, 其源极连接到第一数据线Sl,并且其漏极电极连接到辅助电容元件Cs和液 晶层203。同时，辅助电容元件Cs的一端连接到辅助电容线，并且其另一 端连接到像素开关元件31的漏极电极。此外，栅极线G1连接到显示垂直驱 动电路11,并且第一数据线Sl连接到显示水平驱动电路12。
因此，在选择脉沖从显示垂直驱动电路11提供给栅极线Gl以使像素开 关元件31处于导通状态后，如果通过显示水平驱动电路12给第一数据线 Sl提供图像信号，则像素开关元件31将图像信号写入辅助电容元件Cs和 液晶层203。
传感器电路30b包括光接收元件32、复位晶体管33、电容器34、放大 晶体管35和选择晶体管36。
光接收元件32的源极连接到参考电位Vss，并且其漏极连接到浮置扩散 1'，D ( floating diffusion FD )。低于光接收元件32的阈值电压的电压Vg施加 到光接收元件32的^f册极。
复位晶体管33的漏极连接到电源电压，并且其源极连接到浮置扩散FD。 如果复位信号(Reset)施加给复位晶体管33的栅极，则浮置扩散FD的电 位被复位。
电容器34连接在浮置扩散FD和参考电位Vss之间。浮置扩散FD上的 电位根据聚集在电容器34中的电荷量而变化。
放大晶体管35的栅极连接到浮置扩散FD,其漏极连接到电源电压Vdd， 并且其源极连接到选^^晶体管36的漏极，以由此形成源极跟随电路(source follower circuit )。
选择晶体管36的漏极连接到放大晶体管35的源极，并且其源极连接到 第二数据线S2。如果读出(Read)信号从传感器垂直驱动电路13提供给选 择晶体管36的栅极，则选择晶体管36处于导通状态，并且由放大晶体管35 放大的信号输出到第二数据线S2。
在传感器电路30b中，如果复位信号提供给复位晶体管33的栅极，则 复位晶体管33处于导通状态，并且电荷聚集在电容器34中，而浮置扩散 FD达到对应于电源电压Vdd的值。这样，如果光接收元件32接收光，则产 生对应于接收光量的泄漏电流或者偏离电流(off current )。因此，释放了聚 集在电容器34中的电荷，并且浮置扩散FD的电压下降。然后，浮置扩散 FD的电压通过放大晶体管35被放大，并且读取信号从传感器垂直驱动电路 13提供给选择晶体管36的栅极，因此作为信号电压读出到第二数据线S2。 然后，被读出进入第二数据线S2的信号电压达到对应于光接收元件32所接 收光量的值。其后，信号电压送给传感器读出水平驱动电路14。 (液晶面板的具体构造)
图4示意性地示出了在显示区域PA上截取的图2中的显示面板200的 横截面，而图5示意性地示出了图2中液晶面板的显示区域PA的平面。图 4特别示出了沿着图5的IV-IV线剖取的横截面。
首先参照图4，液晶面板200包括TFT阵列基板201 、相对基板202和
液晶层203。在液晶面板200中，TFT阵列基板201和相对基板202彼此粘 接并且两者间由未示出的间隔物保持间隔。液晶层203设置在TFT阵列基板 201和相对基板202之间的间隔中。
参照图4和5,液晶面板200包括透光区域TA和挡光区域RA。
在透光区域TA中，从背光单元300发射的光从TFT阵列基板201 —侧 透射到相对基板202 —侧。彩色滤光片层21形成在透光区域TA中，如图4 和5所示，并使从背光单元300辐射的光具有颜色，且使具有颜色的光从 TFT阵列基板201 —侧透射到相对基板202 —侧。
另一方面，在挡光区域RA中，黑矩阵层21K形成为如图4所示，并且 阻挡背光单元300辐射在彩色滤光片层21周围的光。
液晶面板200包括如图4和5所示的光接收区域SA。
在光接收区域SA中，光接收元件32形成在TFT阵列基板201的相对 于相对基板202的表面上，以接收从相对基板202 —侧朝向TFT阵列基板 201 —侧前进的光。光接收元件32中的每一个都接收来自图4所示的相对基 板202 —侧的例如使用者的手指等检测目标物体的图像光。
尽管下文将描述详细情况，但是在光接收区域SA中，液晶层203形成 为阻挡光从TFT阵列基板201 —侧朝向相对基板202 —侧前进。
这里，如图4所示，光接收元件32形成为接收从相对基板202 —侧朝 向TFT阵列基板201前进的光中透射通过形成在黑矩阵层21K中的开口 21a 的光。此外，液晶层203形成为阻挡从TFT阵列基板201 —侧朝向相对基板 202前进的光使其不通过形成在黑矩阵层21K中的开口 21a透射。更具体地 讲，液晶面板200的液晶层203形成为使得在显示区域PA中从背光单元300 发射的光被调制以显示图像，而在光接收区域SA中从背光单元300发射的 光被阻挡。
在本实施例中，液晶面板200根据常黑模式在显示区域PA中显示图像， 并且液晶面板200构造为当在显示区域PA中显示图像时不向光接收区域SA 中的液晶层施加电压，在下文将描述具体情况。
下面将描述液晶面板200的部件。
首先，描述TFT阵列基板201。
TFT阵列基板201为绝缘材料制成的基板，其透射通过其中的光，并且 例如由玻璃形成。在TFT阵列基板201中，像素开关元件31、辅助电容元
件Cs、光接收元件32和像素电极62形成在TFT阵列基板201的相对于相 对基板202的表面上，如图4所示。
应当注意的是，尽管上述的复位晶体管33、电容器34、放大晶体管35 和选择晶体管36以集成的方式形成在挡光区域RA中，但是为了简要起见 而省略了该些元件的图示。此外，尽管在图4中示出了对应于显示区域PA 的彩色滤光层的红色滤光层21R的点区域(dotregion)，但是在对应于其它 滤光层即绿色滤光层21G和蓝色滤光层21B的点区域中，除了光学传感器 电路例如光接收元件32外，类似对应于红色滤光层21R的点区域的情况形 成其它构件。
现在描述TFT阵列基板201的部件。
参照图4，像素开关元件31形成在TFT阵列基板201的相对于相对基 板202的表面202的表面上，同时绝缘层42设置在其间。像素开关元件31 包括栅极电极45、 4册极绝缘膜46g和半导体层48,并且形成为例如底栅型 TFT。
具体地讲，采用金属材料例如钼形成栅极电极45。同时，采用绝缘材料 例如二氧化硅膜形成栅极绝缘膜46g。采用半导体材料例如多晶硅形成半导 体层48。在半导体层48中，沟道形成区域对应于^f册极电极45形成，并且一 对源/漏区域形成为使得沟道形成区域夹设其间。通过在覆盖半导体层48的 绝缘层49中形成的开口中埋设导电材料(例如铝)并且对该导电材料进行 构图，在该开口中形成漏极电极53和源极电极54。
辅助电容元件Cs形成在TFT阵列基板201的相对于相对基板202的表 面202的表面上，并且绝缘层42设置在其间。在本实施例中，辅助电容元 件Cs形成为使得介电薄膜46c夹设在上电极44a和下电极44b间。这里， 上电极44a以与形成像素开关元件31的栅极电极45相同的工艺形成，介电 薄膜46C以与形成像素开关元件31的栅极绝缘膜46g相同的工艺形成，而 下电极44b以与形成半导体层48相类似的工艺形成。辅助电容元件Cs形成 为通过液晶层203并联连接到静电电容，并且存储施加到液晶层203的数据 信号所提供的电荷。
光接收元件32形成在TFT阵列基板201的相对于相对基板202的表面 202的表面上，并且绝缘层42设置在其间。这里，光接收元件32设置在TFT 阵列基板201上，使其接收通过液晶层203从相对基板202 —侧朝向TFT
阵列基板201 —侧前进的光，如图4所示。该光接收元件32为光敏晶体管， 并包括栅极电极43、栅极绝缘膜46s和半导体层47，且形成为例如底栅型 TFT。光接收元件32接收并且光电转换从光接收区域SA进入的光，以产生
光接收信号。
具体地讲，在光接收元件32中，采用例如钼等金属材料形成栅极电极 43。采用例如二氧化硅膜等绝缘材料形成栅极绝缘膜46s。采用例如多晶硅 等半导体材料形成半导体层47。在半导体层47中，对应于栅极电极43形成 沟道形成区域，并且形成一对源/漏区域使得沟道形成区域被夹设在其间。源 极电极51和漏极电极52通过在绝缘层49中形成的开口中埋设铝而形成。 这里，以与形成像素开关元件31相同的工艺形成所述的部件。
以覆盖层间绝缘膜60的方式形成像素电极62,该层间绝缘膜60形成为 覆盖TFT阵列基板201的与相对基板202的表面202相对的表面。这里，像 素电极62对应于透光区域TA形成在层间绝缘膜60上，并且连接到液晶层 203。此外，像素电极62为例如采用ITO形成的透明电极。像素电极62与 相对电极23共同作用向液晶层203施加电压，以便调制背光单元300辐射 的光。应当注意的是，多个这样的像素电极62以矩阵设置在显示区域中， 使得它们分别对应于各个像素P。
导电层63形成在层间绝缘膜60上，该层间绝缘膜60形成为覆盖TFT 阵列基板201的与相对基板202相对的表面，如图4所示。这里，导电层63 形成为对应于光接收区域SA，并且连接到液晶层203。这里，导电层63形 成为覆盖层间绝缘60的与光接收区域SA对应的部分，并且连接到液晶层 203。导电层63类似于像素电极62采用例如ITO形成，并且与像素电极62 间隔开^f皮构图。
现在描述相对基板202。
类似于TFT阵列基板201,相对基板202为绝缘材料制成的基板，其透 射通过其中的光，并且由玻璃形成。相对基板202以相隔的关系与TFT阵列 基板201相对，如图1所示。如图4所示，彩色滤光层21、黑矩阵层21K、 平整层(flattening layer ) 22和相对电才及23形成在相对基4反202上。
现在描述相对基板202的部件。
彩色滤光层21形成在相对基板202的与TFT阵列基板201相对的表面 上。参照图5，彩色滤光层21包括与透光区域TA对应的红滤光层21R、绿
滤光层21G和蓝滤光层21B。这里，红滤光层21R、绿滤光层21G和蓝滤光 层21B具有矩形形状，并且形成为并列设置在水平方向x上。彩色滤光层 21采用包含例如颜料或者染料等着色剂的聚酰亚胺树脂形成。这里，用于红、 绿和蓝三原色的滤光片形成为一組。彩色滤光层21使得从背光单元300发 射的光具有各种颜色。
黑矩阵层21K以如图4所示分隔显示区域PA中多个像素P的方式形成 在挡光区域RA中，并且阻挡光线。这里，黑矩阵层21K形成在相对基板 202的与TFT阵列基板201相对的表面上。此外，彩色滤光层21的用于透 光的开口 21a以与光接收区域SA对应的关系形成。换言之，黑矩阵层21K 形成为使其对应于挡光区域RA中除光接收区域SA之外的区域，如图4和 5所示。黑矩阵层21K采用例如黑色金属氧化物膜形成。
平整层22以与透光区域TA和挡光区域RA对应的关系形成在相对基板 202的与TFT阵列基板201相对的表面上。这里，平整层22由具有透光特 性的绝缘材料形成。平整层22覆盖彩色滤光层21和黑矩阵层21K，以平整 相对基板202的与TFT阵列基板201相对的表面。
这里，相对电极23形成为覆盖平整层22。相对电极23为透明电极，并且由 例如ITO形成。
图6示出了形成在TFT阵列基板201上的像素电极62和导电层63以及 形成在液晶面板200的相对基板202上的相对电极23。
参照图6,相对电极23设置为在显示区域PA中的透光的透光区域TA 中对应于与像素p对应形成的多个像素电极62，并且用作像素P公用的公 共电极。
中在光接收区域SA外从透光区域TA连续延伸并且覆盖挡光区域RA，而在 光接收区域SA中不形成相对电极23 。
具体地讲，如图6所示，在透光区域TA以及除了光接收区域SA外的 挡光区域RA中，与像素电极62和相对电极23相类似地，多个导电层以彼 此相对的关系设置，并且其间设置有液晶层203。相反，在光接收区域SA 中，导电层63仅形成在一侧上，而在光接收区域SA中通过液晶层203与导 电层63相对的位置没有形成导电层。此外，导电层63形成为接地状态
(GND)，如图6所示。
现在描述液晶层203。
回过来参照图4,液晶层203夹设在TFT阵列基板201和相对基板202 之间，并且为配向(orientated)状态。例如，液晶层203被围绕在TFT阵列 基板201和相对基板202之间形成的并且由未示出的间隔物保持预定距离的 间隔中。液晶层203由形成在TFT阵列基板201和相对基板202上的未示出 的液晶配向膜配向。在本实施例中，液晶层203配向为使得液晶面板200根 据常黑模式在显示区域PA中显示图像。例如，液晶层203形成为使得液晶 分子垂直配向，并且第一偏光片206和第二偏光片207设置为使得在没有向 液晶层203施加电压的状态下阻挡来自背光单元300的光而在显示区域PA 中显示黑色。
具体地讲，如下面所描述，在这样的光学设计中形成各部件。例如，设 置在下侧上的第一偏光片206和设置在上侧上的第二偏光片207采用圓形偏 光片。这里，例如，采用线性偏光片，其粘接有对A^ 550nm的光为140nm 的相差膜。此时，相差膜和线性偏光片粘接为使得由膜的慢轴和线性偏光片 的吸收轴限定的角度形成为45°。此外，为了实现常黑显示，垂直配向的液 晶用作液晶材料。因此，在没有向液晶材料施加电压的状态下，可以实现黑 色显示。
这时，光接收元件可以接收在TFT阵列基板201和相对基板202彼此相 对的表面上的光接收区域SA中从相对基板202 —侧朝向TFT阵列基板201 一侧前进的光。此外，从TFT阵列基板201 —侧朝向相对基板202前进的光 在光接收区域SA中受到阻挡。 (操作)
下面，将描述当液晶显示设备100检测例如使用者的手指的检测目标物 体与液晶面板200的显示区域PA接触的位置或者检测目标物体移动到的位 置的操作情况。
如果例如使用者的手指的检测目标物体与显示区域PA接触或者在其中 移动，则对应于液晶面板200上的光接收区域SA形成的光接收元件32接收 检测目标物体的图像光。
这里，检测目标物体F图像的光由第二偏振片207变为圓偏振光，并且 当其通过液晶层203时被透射并保持偏振状态，其后，由光接收元件32接
收。
然后，光接收元件32产生具有对应于所接收光强度的信号强度的光接
收信号。其后，光接收信号由传感器垂直驱动电路13和传感器读出水平驱 动电路14读出，并且根据光接收元件32的位置和从光接收元件32读出的 光接收信号的强度计算检测目标物体F与显示区域PA接触的位置。
下面，描述当驱动液晶面板200时的液晶显示设备100的操作。
图7A、 7B、 8A和8B图示了液晶面板200受驱动时的方式。
这里，图7A和7B为示意性图示液晶面板200受驱动时的方式的截面 图。同样，图8A和8B为图示液晶面板200受驱动时的方式的平面图。此 外，图7A至8B以放大比例示意性地示出了液晶面板200的光接收区域SA 和周围对应部分，并且图7A和8A图示了没有向液晶面^反200的液晶层203 施加电压的状态，而图7B和8B图示了给液晶面板200的液晶层203施加 电压的另一种状态。
在没有向液晶面板200施加电压的状态下，因为如上所述本实施例的液 晶显示设备100采用常黑模式，所以液晶层203的配向状态在透光区域TA 和挡光区域RA二者中保持类似，如图7A所示。
因此，在像素电极62和相对电极23彼此相对的透光区域TA中，阻挡 来自背光单元300的光以进行如图8A所示的黑色显示。同样，在挡光区域 RA中，如图8A所示，黑矩阵层21K阻挡了来自背光单元300的光，并且 在黑矩阵层21K中形成开口 21a的光接收区域SA中，来自背光单元300的 光也被阻挡而没有透射。
具体地讲，从背光单元300发射的光通过第一偏振片206转换成圆偏振 光，并且通过液晶层203透射并且偏振状态没有改变。其后，光的偏振状态 由第二偏振片207从圓偏振变为线偏振。此时，因为光的振动轴与第二偏振 片207的吸收轴一致，所以光没有透射到前表面侧。因此，从光接收区域 SA中的后表面侧辐射的光没有透射到前表面侧。
换言之，如图8A所示，在透光区域TA和挡光区域RA二者中来自背 光单元300的光被阻挡而没有透射。因此，因为在挡光区域RA的整个区域 上阻挡了光，所以防止了在光接收区域SA中产生"光泄漏"。
另一方面，在向液晶面板200的液晶层203施加电压的状态下，因为显 示模式为常黑模式，所以在透光区域TA中，响应像素电极62和相对电极
23之间的电位差而向液晶层203施加电压，如图7B所示。因此，液晶层203 的配向状态发生变化。另一方面，尽管在挡光区域RA中导电层63以与光 接收区域SA对应的关系形成在TFT阵列基板201 —侧上，但是因为在相对 基板202的与导电层63相对的部分上没有形成导电层，所以没有向液晶层 203施加电压，并且因此保持了液晶层203的配向。
因此，在像素电极62和相对电极23彼此相对的透光区域TA中，从背 光单元300发射的光被透射，以实现如图8B所示的彩色显示。相反，在挡 光区域RA中，因为与上面参照图8A描述的情况类似，所以如图8B所示黑 矩阵层21K阻挡了从背光单元300发射的光。此外，在黑矩阵层21K中形 成开口 21a的光接收区域SA中，来自背光单元300的光也被阻挡而没有透 射。因此，因为在挡光区域RA的整个区域上阻挡了光，所以防止了在光接 收区域SA中产生"光泄漏'，。
此外，在本实施例中，因为导电层63以与光接收区域SA对应的关系形 成在TFI，阵列基板201上，所以可以阻挡朝向光接收元件32的电场噪声。
如上所述，在本实施例中，液晶层203、第一偏光片206和第二偏光片 207被光学设计成在光接收区域SA中阻挡从背光单元300发射以从TFT 阵列基板201 —侧朝向相对基板202前进的光，使其没有从相对基板202 — 侧透射。这里，从背光单元300发射的光被阻挡而没有通过在黑矩阵层21K 中的与光接收区域SA对应形成的开口 21a透射。具体地讲，在本实施例中， 根据常黑模式在显示区域PA中显示图像。此外，在显示区域PA中显示图 像时，没有向光接收区域SA中的液晶层203施加电压。从而，在本实施例 中，如上所述防止了在光接收区域SA中产生"光泄漏"。
此外，如上所述，因为导电层63以与光接收区域SA对应的关系形成在 'ITT阵列基板201 —侧上，所以可以阻挡到光接收元件32的电场噪声。
从而，就本实施例的液晶显示设备100而言，可以改善显示图像的图像 质量。
<第二实施例>
图9示出了根据本发明第二实施例的液晶显示设备的液晶面板210。 参照图9,本实施例中的液晶面^反210与图6所示的液晶面斧反200的不 同在于形成在相对基板202上的相对电极23的形状，以及单独形成在相 对基板202上的导电层64。本实施例的液晶显示设备除了上述的区别外类似
于第 一 实施例，并且为简洁起见在此省略了对相同构造的重复描述。
在本实施例中，相对电极23设置成在显示区域PA的透光区域TA中对 应于与像素P对应形成的多个像素电极62。
另一方面，在显示区域PA中的挡光的挡光区域RA中，导电层64以与 TFT阵列基板201上的光接收区域SA对应的关系形成的导电层63相对的 关系形成在相对基板202的对应于光接收区域SA的部分。
具体地讲，在光接收区域SA中， 一对导电层63和64以其间夹设液晶 层203的方式形成。
此外，类似于第一实施例，形成在TFT阵列基板201上的导电层63构 造成设定为接地(GND)状态。另一方面，形成在相对基板202上的导电层 64构造成设定为浮置状态。换言之，导电层63和64防止电压施加到液晶层 203。
因此，在本实施例中，来自背光单元300的光被阻止，而没有在黑矩阵 层21K中形成开口 21a的光接收区域SA中透射。
从而，就本实施例的液晶显示设备而言，类似于第一实施例的液晶显示 设备，因为防止了光接收区域SA中产生"光泄漏"，所以可以改善显示图像
的图像质量。
<第三实施例〉
图10示出了根据本发明第三实施例的液晶显示设备的液晶面板220。 参照图10,与图9所示的液晶面板210比较可知，类似于第二实施例的 液晶显示设备，相对基板23和导电层64形成在相对基板202上。然而，本 实施例中的液晶面板220与第二实施例不同之处在于形成在TFT阵列基板 201上的导电层63没有被设定为接地(GND)状态。此外，本实施例中的 液晶面板220与第二实施例不同之处在于形成在相对基板202上的导电层 64没有被设定为浮置状态。除了上述区别外，本实施例的液晶显示设备类似 于第二实施例，并且为简明省略了对相同构造的重复描述。
参照图10,在本发明的液晶面板220中，形成在TFT阵列基板201上 的导电层63没有被设定为接地(GND)状态，而是被设定到使其具有预定 电位的状态。另一方面，形成在相对基板202上的导电层64没有被设定为 浮置状态，而是被设定为使其电位等于形成在TFT阵列基板201上的导电层 63的电位。换言之，液晶面板220被构造为没有向液晶层203施加电压。
因此，在本实施例中，来自背光单元300的光被阻挡，而没有在黑矩阵
层21K中形成开口 21a的光接收区域SA中透射。
从而，就本实施例的液晶显示设备而言，与第二实施例的液晶显示设备 相类似，因为防止了在光接收区域SA中产生"光泄漏"，所以可以改善显示 图像的图像质量。
<第四实施例>
图11示出了根据本发明第四实施例的液晶显示设备的液晶面板230。同 样，图12示出了图11的液晶面板230的截面图，并且以放大比例部分示出 了光接收区域SA和在液晶面板230上进行图像显示的部分周围部分。
首先参照图11,与图10所示的液晶面板220比较可知，本实施例中的 液晶面板230与第三实施例类似之处在于相对电极23和导电层64形成在 相对基板202上。然而，本实施例中的液晶面板230与第三实施例不同之处 在于尽管第三实施例中的液晶面板220采用常黑模式，但是本实施例中的 液晶面板230采用常白模式。因此，为了在光接收区域SA中进行黑色显示， 液晶面板230构造为在形成在TFT阵列基板201上的导电层63和形成在相 对基板202上的导电层64之间提供电位差。此外，因为采用常白模式，所 以液晶层203的配向与上述其它实施例不同，如图12所示。本实施例的液 晶显示设备除了上述区别之外其它均与第三实施例类似，并且在此省略相同 构造的重复描述以免冗余。应当注意的是，图12图示了驱动液晶面板23从 而在形成在TFT阵列基板201上的导电层63和形成在相对基板202上的导 电层64之间提供电位差的方式，如图11所示。
在本实施例中，液晶层203以图11所示的方式配向，使得液晶面板230 如上所述根据常白模式在光接收区域SA中显示图像。
例如，液晶层203以这样的方式形成其液晶分子水平配向，并且第一 偏光片206和第二偏光片207设置为在没有向液晶层203施加电压的状态下 透射来自背光单元300的光，从而在显示区域PA中显示白色。
具体地讲，各部件以下面描述的光学设计形成。例如，设置在下侧上的 第一偏光片206和设置在上侧上的第二偏光片207采用圓或者椭圓偏光片。 作为实例，第二偏光片207采用圓或者椭圆偏光片，其通过将相对波长人为 550 nm的光为140nm的相差膜粘接到线性偏光片来形成。同样，对于第一 偏光片206，采用圆或者椭圓偏光片，其通过将相对波长入为550 nm的光
120nm的相差膜粘接到线性偏光片来形成。此外，对于液晶材料，采用水平 配向的材料，从而当没有向液晶层施加电压时可以执行常白显示。就上述构 造而言，通过给液晶施加预定的电压可以实现黑色显示。
在本实施例中，当驱动液晶面板230时，与像素驱动无关地在形成在 TFI'阵列基板201上的导电层630和形成在相对基板202上的导电层64之 间提供电位差，如图ll所示，从而向液晶层230施加电压。
这里，例如，如图11所示，形成在TFT阵列基板201上的导电层63 和形成在相对基板202上的导电层64之间施加AC电压。例如，5V的电压 施加给液晶层203以在光接收区域SA中进行黑色显示。
因此，在挡光区域RA中，黑矩阵层21K阻挡了来自背光单元300的光， 并且在黑矩阵层21K中形成开口 21a的光接收区域SA中，来自背光单元300 的光也被阻挡而没有透射。
具体地讲，从背光单元300发射的光通过第一偏光片206转换成圓偏振 光，实际上为椭圆偏振光。然后，通过施加电压的液晶层203将该光转换成 反转的圓偏振光。其后，通过第二偏振片207将该光转换成偏振方向为线性 的偏振光，其偏振方向与偏振的第二偏光片207的吸收轴的方向一致。因此， 从液晶面板230的后表面侧辐射的光没有透射到光接收区域SA中的前表面 侧。
因此，在本实施例中，因为在挡光区域RA的整个区域上阻挡了光，所 以与上述各实施例中的情况类似，在光接收区域SA中防止发生"光泄漏"。 从而，就本实施例的液晶显示设备而言，可以改善显示图像的图像质量。
应当注意的是，在本发明的实施中，本发明不限于上述实施例，而是可 以采用各种修改。
例如，尽管在上述实施例中像素开关元件31和光接收元件32形成为底 栅型的薄膜晶体管，但是像素开关元件31和光接收元件32不限于此。例如， 像素开关元件31和光接收元件32可以形成为顶栅型薄膜晶体管。
此外，尽管在上述实施例中像素开关元件31和光接收元件32形成为薄 膜晶体管，但是像素开关元件31和光接收元件32不限于此。
此外，尽管在上述实施例中光接收元件32提供为对应像素P单独配对， 但是光接收元件32的设置不限于此。例如，可以对多个像素P提供一个光 接收元件32，或者反之亦然，可以对一个像素P提供多个光接收元件32。
此外，尽管在上述实施例中光接收区域SA设置在显示区域PA中，但
是光接收区域SA的设置不限于此。 图13示出了上述实施例的修改。
参照图13，上述实施例的构造可以应用于在提供成围绕显示区域PA的 挡光区域RA开口的光接收区域SA。
此外，尽管在上述的第一实施例中导电层63仅设置成在光接收区域SA 中相邻于TFT阵列基板201，但是形成导电层63不限于此。例如，导电层 也可以仅提供成在光接收区域SA中相邻于相对基板202，因为没有向液晶 层203施加电压，所以可以预期实现与第 一 实施例相类似的效果。
此外，尽管在上述第二实施例中形成在TFT阵列基板201中的导电层 63设定为接地(GND )状态并且形成在相对基板202上的导电层64设定为 浮置状态，但是导电层63和64状态的设定不限于此。例如，即使形成在 TIT阵列基板201上的导电层63设定为浮置状态并且形成在相对基板202 上的导电层64设定为接地状态，因为没有向液晶层203施加电压，所以可 以预期实现与第二实施例相类似的效果。
此外，上面实施例的液晶显示设备100可以用于各种电子设备的一部分。
此外，尽管在上述第一至第四实施例中相对电极23设置在相对基板202 上，4旦是本发明不限于此。例如，本发明可以应用于IPS (In-Plane Switching, 面内开关)模式或者FFS ( Fringe Field Switching,散射场开关)模式的显示 设备，其中用作公共电极和像素电极的相对电极设置在TFT阵列基板侧上， 其间设置像素绝缘膜，并且在像素电极中打开狭长切口形式的任意缺口，从 而在相对电极和像素电极之间产生横向电场以通过该缺口驱动液晶。
特别是在FFS模式的液晶显示设备中，相对电极设置在像素电极下面的 整个区域上，其间设置有绝缘层，并且用于形成驱动像素的TFT的半导体层 设置在相对电极的下面。在与半导体层相同的层中，对应于光接收区域形成 构成传感器的另一个半导体层，并且相对电极以覆盖整个传感器的方式延伸 到光接收区域。通过该构造，可以防止横向电场对光接收区域中的液晶的配 向的影响。
图14至18示出了应用上述实施例的液晶显示设备100的电子设备。 首先参照图14,液晶显示设备IOO可以应用于接收和显示电视广播的电 视设备。在该电视设备中，液晶显示设备IOO用作在其显示屏上显示所接收
的图像并且接受操作者的操作指示的显示设备。
参照图15,液晶显示设备IOO可以应用于数字相机。在该数字相机中，
该液晶显示设备100用作在其显示屏上显示例如捕获图像的图像和接受操作
者的操作指示的显示设备。
参照图16,液晶显示设备IOO可以应用于膝上型个人电脑。在膝上型个 人电脑中，液晶显示设备IOO用作在其显示屏上显示操作图像等和接受操作 者的操作指示的显示设备。
参照图17,液晶显示设备IOO可以应用于便携式电话终端。在便携式电 话终端中，液晶显示设备100用作在其显示屏上显示操作图像等和接受操作 者的操作指示的显示设备。
参照图18，液晶显示设备IOO可以应用于摄像机。在摄像机中，液晶显 示设备100用作在其显示屏上显示操作图像等和接受操作者的操作指示的显 示设备。
此外，在上述实施例中，液晶显示设备100为液晶显示设备的实例。同 样，液晶显示面板200、 210、 220和230每一个都是液晶面板的实例。同样， TF1'阵列基板201为第一基板的实例。同样，相对基板202为第二基板的实 例。同样，液晶层203为液晶层的实例。同样，第一偏光片206为第一偏光 片的实例。同样，第二偏光片207为第二偏光片的实例。同样，背光单元300 为照明部分的实例。同样，像素P为像素的实例。同样，显示区域PA为显 示区域的实例。同样，光接收部分SA为光接收区域的实例。同样，开口21a 为开口的实例。同样，黑矩阵层21K为黑矩阵层的实例。同样，光接收元件 32为光接收元件的实例。同样，同样，导电层63为导电层和第一电极的实 例。同样，导电层64为第二电极的实例。
本领域的技术人员应当理解的是，在如所附权利要求或者其等同物的范 围内，根据设计的需要和其他因素可以进行各种修改、结合、部分结合和替 换。
本发明包含2007年9月7日提交日本专利局的日本专利申请JP 2007-232769的相关主题事项，其全部内容在此合并作为参考。
权利要求
1、一种液晶显示设备，包括:液晶面板，具有用于显示图像的显示区域，并且具有设置在所述显示区域中的多个像素；以及一对第一和第二偏光片，设置成通过所述显示区域彼此相对；所述液晶面板包括:第一基板，第二基板，与所述第一基板相隔，和液晶层，夹设在所述第一和第二基板间并且配向；所述液晶面板具有光接收区域，其中光接收元件形成在彼此相对的所述第一和第二基板的表面之一上，以接收从所述第二基板侧朝向所述第一基板侧前进的光，并且所述第一和第二偏光片以及所述液晶层设置为使得从所述第一基板侧朝向所述第二基板侧前进的光在所述光接收区域中被阻挡。
2、 根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述液晶面板还包括形 成为在所述显示区域中分隔所述多个像素并且挡光的黑矩阵层；所述黑矩阵层形成为使得用于透光的开口对应于所述光接收区域； 所述液晶面板形成为使得所述光接收元件接收从所述第二基板侧朝向所述第 一基板侧前进的光中透射通过形成在所述黑矩阵层中的所述开口的光；以及所述液晶层形成为阻挡从所述第一基板侧朝向所述第二基板侧前进的 光，使得该光不通过形成在所述黑矩阵层中的所述开口透射。
3、 根据权利要求2所述的液晶显示设备，其中所述光接收元件设置在 所述第一基板上，从而接收从所述第二基板侧朝向所述第一基板侧通过所述 液晶层前进的光。
4、 根据权利要求3所述的液晶显示设备，其中还包括照明部分，相邻 于所述第一基板与所述液晶面板的表面相对设置，并且构造为辐射从所述第 一基板侧朝向所述第二基板侧前进的光；所述液晶面板构造为使得所述像素调制从所述照明部分辐射的光以在 所述显示区域中显示图像，并且在所述光接收区域中所述液晶层阻挡从所述 照明部分辐射的光。
5、 根据权利要求4所述的液晶显示设备，其中所述液晶面板构造为使 得在所述显示区域中以常黑模式显示图像，并且在所述显示区域显示图像 时，在所述光接收区域中没有电压施加到所述液晶层。
6、 根据权利要求5所述的液晶显示设备，其中还包括 导电层，对应所述光接收区域形成，并且连接到所述液晶层； 所述导电层被设置为接地状态。
7、 根据权利要求5所述的液晶显示设备，其中还包括第 一电极，对应所述光接收区域形成在所述第一基板的与所述第二基板 相对的表面上，并且连接到所述液晶层；以及第二电极，通过所述液晶层与所述第一电极相对地形成在所述第二基板 的与所述第一基板相对的表面上，并且连接到所述液晶层；并且其中，在所述显示区域显示图像时，彼此相等的电位输入到所述第一和第二电 极，从而没有向所述液晶层施加电压。
8、 根据权利要求7所述的液晶显示设备，其中所述第一和第二电极之 一设置为接地状态，而所述第一和第二电极的另一个设置为浮置状态。
9、 根据权利要求4所述的液晶显示设备，其中所述液晶面板构造为使 得在所述显示区域中以常白模式显示图像，并且在所述显示区域中显示图像 时，向所述光接收区域中的所述液晶层施加电压。
10、 根据权利要求9所述的液晶显示设备，其中还包括第一电极，对应所述光接收区域形成在所述第一基板的与所述第二基板 相对的表面上，并且连接到所述液晶层；以及第二电极，通过所述液晶层与所述第一电极相对地形成在所述第二基板 的与所述第一基板相对的表面上，并且连接到所述液晶层；并且，在所述显示区域显示图像时，向所述第一和第二电极输入彼此不同的电位。
全文摘要
本发明涉及液晶显示设备，包括液晶面板，具有用于显示图像的显示区域，并且具有设置在该区域中的多个像素；以及一对第一和第二偏光片，以通过显示区域彼此相对的关系设置；液晶面板，包括第一基板、以与第一基板相隔的关系相对设置的第二基板、和夹设在第一和第二基板间并配向的液晶层。
文档编号G02F1/1335GK101382695SQ200810213790
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月8日 优先权日2007年9月7日
发明者中西贵之, 仲岛义晴, 板仓直之, 高间大辅 申请人:索尼株式会社