专利名称：显示装置的制作方法
技术领域：
总体上，本发明的实施例涉及显示装置，该显示装置设置有具有像素区 域和传感器区域的显示部分，在像素区域和传感器区域的每个中分别设置像 素部分和光接收器件。具体地，本发明的实施例涉及用于改善光利用率的技 术，该光由与显示部分接触或者接近显示部分的4企测目标物体
(detection-subject body )反射，并且由多个上述光接收器件接收。在下面的 描述中，检测目标物体也称为检测的目标或者仅称为^r测目标。
背景技术：
液晶显示装置、有机EL (电致发光)显示装置和采用电泳方法的显示 装置是通常已知的显示装置。
随着显示装置的变薄，期望显示装置除了具有给使用者显示例如图像和 字符信息功能的原始功能外，还希望其具有用作输入装置的功能以接受使用 者输入的指令的多功能显示装置。为了实现这样的愿望，已经介绍了能够检 测使用者进行的搡作的显示装置，该操作通过将使用者的手指或者诸如所谓 触摸笔的记录笔(stylus pen)与显示装置的显示屏接触或者移动手指或者笔 接近显示屏来实现。
通过利用采用阻抗膜法(resistive membrane method)或者静电电容法 (electrostatic capacitance method)为显示装置才是供的4妄触面4反作为面寺反，可 以检测手指或者笔所做的与显示装置的显示屏接触或者接近显示屏的运动。 有一种显示装置，其采用的接触面板附加在典型地为液晶面板的显示面板的 显示面对侧。
然而，附加这样的接触面板使得难于减小显示面板的厚度，并且也增加 成本。具体地，在采用阻抗膜法的接触面板的情况下，除非采用一定程度大 小的力压接触面板，否则不能检测电阻的改变。然而，如果用这样的力压接 触面板，则会扭曲显示表面。另外，采用阻抗膜法的接触面板遵守1点检测 的原则。因此，采用阻抗膜法的接触面板的应用量受到限制。例如日本专利/>开No. 2005-275644 (下文称为专利文件1 )和日本专利 公开No. 2006-301864(下文称为专利文件2 )的文件揭示了这样的显示装置， 该装置具有由设置在显示面板中的用作检测指令位置的器件的光接收器件 执行的光学位置检测功能，其作为采用指令位置检测方法的显示装置而不需 要接触面板。
影(shade)的技术。另一方面，专利文件2所揭示的显示装置采用的光接收 器件对显示装置的液晶显示面板或者(有机EL显示面板)上的不可见光敏 感。在下面的描述中，这样的光接收器件称为光学传感器，其包括在光学传 感器部分中。在显示装置釆用液晶显示面板的情况下，背光设置在液晶显示 面板的一个特定的主表面上。在下面的描述中，特定的主表面称为液晶显示 面板的后表面。由背光产生的光包括可见光和不可见光组分。当背光产生的 光通过液晶显示面板时，在该光从液晶显示面板的另一个主表面辐射前，液 晶显示面板的液晶层根据输入一见频信号而调制可见光组分。在下面的描述 中，另一个主表面称为液晶显示面板的前表面。辐射光的被调制的可见光组 分被看作预先由输入视频信号决定的显示图像。
如果物体(例如，使用者的手指或者记录笔)要与液晶显示面板的前表
面接触或者接近前表面，则一些辐射光由该物体反射，该物体在下文称为抬， 测目标或者检测的目标，并且被引导到一些光学传感器。光学传感器主要检 测来自检测目标的反射光的不可见光成分。因此，检测目标的位置可以由检 测反射光的不可见光成分的光学传感器的位置确定。对于设置光学传感器的 每个区域，设置可见光屏蔽滤光器(即不可见光通过滤光器)。另外，在这 样的区域中，背光产生的光的不可见光组分没有根据输入视频信号进行调 制，而是仅由不可见光通过滤光器传递作为通过光。因为光学传感器主要检 测来自检测目标的反射光的不可见光组分，并且不可见光组分对显示没有贡 献，所以检测检测目标的过程不影响显示的状态，并且不受显示装置周围环 境的亮度程度的影响。通过采用大量的规则设置(即分散地和二维地)的光 学传感器，可以^r测卩险测目标的大小以及4企测目标的位置。
因为显示装置中所采用的像素部分自身能发光，所以有机EL显示装置 不要求背光。在有机EL显示装置的情况下，发光器件和光接收器件以预先 确定的间隔设置在显示面板的显示区域中。有机EL显示装置所采用的用作检测检测目标的技术与液晶显示装置所采用的技术相同。也就是说，检测目 标反射从发光器件辐射的不可见光。然后，多个离散二维设置的光接收器件 检测被反射的不可见光的量的差别，从而确定检测目标的位置和/或大小。
在专利文件1所揭示的显示装置中，对于每个像素部分，光学传感器设 置在使液晶层彼此分隔的分隔物的背光侧上。除了分配给光学传感器的区域 外，每个像素部分有分配给光接收器件的区域和光调制区域。光接收器件在
下文也称为可见光传感器，其对可见光^:感。光调制区域是通过根据视频信 号改变施加给液晶层的电压来调制通过光的区域。
专利文件1所揭示的显示装置配置为既能检测由例如使用者手指或者记 录笔的检测目标反射的光的可见光组分也能检测其的不可见光组分。
根据专利文件1和2所揭示的技术，通过利用不可见光来检测检测目标， 因为不可见光不能由人的眼睛感觉到，所以不影响所显示的图像。因此，即 使显示黑色时，由于是黑屏显示的情况，源自背光、到达显示面板的后表面 并且从显示面板的前表面离开显示面板而通过的可见光的量约为零，也可以 检测检测目标。这是因为不影响显示图像的不可见光从前表面辐射并且由检 测的目标反射回来。
发明内容
面的检测目标的物体的过程中，由背光产生的或者由埋设在显示面板中的器 件产生的光的一些被反射，而且该光反复进入和离开一些光学组件和/或一些 堆叠膜的表面。反射的光进一步由例如金属层的层反射，变为偏离光。偏离 光不是从作为光辐射部分的背光直接到达光接收器件的后表面的光。替代 地，偏离光是显示面板内反复反射所获得的光。就是说，偏离光是撞击光接 收器件而没有被检测目标反射的光。从背光直接到达光接收器件的后表面的 光和偏离光是由检测目标反射的光的检测光的噪声组分。这样的噪声组分使 得检测检测目标的过程精度下降。具体地讲，这样的噪声组成分降低了 S/N 比。
在采用背光的显示装置中，如专利文件1中包括的图1的模型图所示， 光屏蔽层被设置以覆盖每个光接收器件的背光侧表面。作为典型的选择，可 以采用栅极电极层也用作光屏蔽层。就这样的光屏壁层而言，可以防止光从背光直接到达光接收器件的后表面或者减少这样的光的量。
然而，偏离光是在显示面板内到处传播的光，并且在通过显示面板的过 程中，在到达显示面板外部的检测目标之前到达光接收器件。因此，仅通过 利用光屏壁层和/或栅极电极层用作光学屏蔽，不可能充分地防止作为噪声组 分的偏离光撞击光接收器件。
在专利文件1和2所揭示的显示装置的情况下，在检测检测目标的过程 中，由诸如背光的光辐射部分产生的光没有完全到达检测目标，该检测目标 要与显示面板的前表面接触或者接近显示面板。就是说，由光辐射部分产生 的某些光变为偏离光。因此，光的利用效率4艮^f氐。另外，因为作为噪声成分 到达光接收器件的偏离光的量与由检测目标反射到光接收器件的光的量之
比很高，所以反过来S/N比很低。
这些缺点在专利文件1和2揭示的液晶显示装置中并不罕见，而且在诸 如有机EL显示装置和采用电泳法的显示装置的其它显示装置中也存在。
针对上述问题，本发明的本实施例的发明人革新了显示设备，其能够在 检测检测目标的过程中通过提高由光辐射部分产生的光的利用效率来增加 4全测时的S/N比。
根据本发明的模式的第一实施例所实施的显示装置采用显示部分、光辐 射部分、多个聚光透镜和多个光接收器件。
显示部分包括像素区域和传感器区域。像素区域规则地设置在显示部分 中，每个是设置像素部分的区域。传感器区域以与像素区域相同的方式规则 地设置在显示部分中，每个是设置光接收器件之一的区域。
光辐射部分设置在显示部分的特定侧上，是输出光的部分，并且将输出 的光从显示部分的特定侧表面辐射到所述显示部分。
聚光透镜的每个设置在每个都位于显示部分中的传感器区域之一 中。聚 光透镜将由光辐射部分产生的光聚集在显示部分内的焦点上，并且将聚集光 传播到显示部分的另 一侧表面。
与聚光透镜非常类似，光接收器件的每个设置在传感器区域之一中，用 作接收光的器件，接收到达显示部分的另一侧表面由检测目标反射的光。
根据本发明另 一模式的第二实施例实施的显示装置，除了具有本发明的 第 一 实施例实施的显示装置的特性之外，还具有下述特性。
在本发明的第二实施例实施的显示装置中，传感器区域的每个包括光
8接收器件的任何单独一个；读取电路，为单独的光接收器件设置；多个布线 层，包括电压供给线和信号线，它们为单独的光接收器件和读取电路设置； 以及开口部分，既不包括光接收器件也不包括布线层，并且任何单独一个聚 光透镜设置在任何特定的一个传感器区域中，而聚光透4竟以这样的方式^皮布 置，单独的聚光透镜的中心光轴通过特定传感器区域的开口部分。
根据本发明另一模式的第三实施例所实施的显示装置，除了具有本发明 第 一 实施例所实施的显示装置的特征之外，还具有下述特征。
在由本发明的第三实施例所实施的显示装置中，传感器区域的每一个包 括光接收器件的任何单独一个；读取电路，为单独的光接收器件设置；多 个布线层，包括电压供给线和信号供给线，它们为单独的光接收器件和读取 电路设置；以及开口部分，既不包括光接收器件也不包括布线层，并且任何 单独一个的聚光透镜设置在传感器区域之一中，而聚光透镜以这样的方式设 置，在包括埋入其中的布线层的分层(hierarchical layer)中，单独的聚光透 镜的焦点与对应于开口部分的部分 一 致。
根据本发明再一模式的第四实施例所实施的显示装置，除了具有本发明 第 一 实施例所实施的显示装置的特征之外，还具有下述特征。
在本发明第四实施例所实施的显示装置中，光接收器件的每个都是对不 可见光敏感的光学传感器。
根据本发明的再一模式的第五实施例所实施的显示装置，除了具有本发 明第 一 实施例所实施的显示装置的特征外，还具有下述特征。
在本发明的第五实施例所实施的显示装置中，聚光透镜的每一个都设置 在仅与光接收器件之一相关的位置处。
根据本发明再一模式的第六实施例所实施的显示装置，除了具有本发明 第 一 实施例所实施的显示装置的特征之之外，还具有下述特征。
在本发明第六实施例所实施的显示装置中，多个聚光透镜设置为形成透 镜阵列；并且每个透镜阵列中的聚光透镜的每一个都设置在对应于传感器区 域之一的位置处。
根据本发明再一模式的第七实施例所实施的显示装置，除了具有本发明 第 一 实施例所实施的显示设备的特征之外，还具有下述特征。
在根据本发明第七实施例所实施的显示装置中，多个聚光透镜设置为形 成透镜阵列，即第一透镜阵列和第二透镜阵列；第二透镜阵列中的聚光透镜的每一个设置在对应于传感器区域之一的位置处，以用作在显示部分中具有
焦点的透镜；并且第一透镜阵列中的聚光透镜的每一个设置在对应于像素区
域之一的位置处，用作焦距长于第二透镜阵列中设置的聚光透镜的每一个的
焦距的透镜。
根据本发明再一模式的第八实施例所实施的显示装置，除了具有本发明 第 一 实施例所实施的显示装置的特征之外，还具有下述特征。
在本发明第八实施例所实施的显示装置中，显示装置具有滤色器，其每
个能透过具有选自多种颜色一种颜色的光；在像素区域的每个中，多个像素 部分被设置，每个像素部分专用于与滤色器之一相关联的颜色之一；在传感 器区域的每一个中，对不可见光敏感的光学传感器被设置用作光接收器件之 一；并且在显示部分的每条显示线上，传感器区域之一每隔几个像素区域重 复设置，使得前述传感器区域设置在显示线上的数量与在相同的显示线上设 置的前述像素区域的数量之比等于预先确定的分数。
第一至第八实施例之一所实施的每个显示装置用作具有上述构造之一 的装置，其具有下面的效果。
由光辐射部分产生的光通过设置在显示部分的特定侧上用作显示部分 的表面的表面进入显示部分，并且被辐射到显示部分。在显示部分中，每一 个设置像素部分的像素区域规律地设置，同样，每个设置光接收器件的传感 器区域也规律地设置。因此，所产生的光辐射到像素区域和传感器区域。然 而，因为多个聚光透镜的每一个设置在显示部分的特定侧的表面上，所以一 些辐射的光由显示部分中的聚光透镜会聚到透镜的焦点位置上。就是说，因 为聚光透镜的每一个设置在对应于传感器区域的任何特定一个的位置处，所 以辐射到特定传感器区域的光束在传播到特定传感器区域之前撞击为特定 传感器区域设置的聚光透镜，具有压缩的半径。
例如，根据第二实施例，聚光透镜的任何单独一个以这样的方式设置在 任何特定的传感器区域之一中，单独的聚光透镜的中心光轴通过特定传感器 区域的开口部分。因此，具有压缩的半径的光束的焦点位于单独的聚光透镜 的中心光轴中。因为开口部分不包括布线层，所以聚光效率很高。另外，因 为焦点挤压在开口部分中，所以没有光组分变成由布线层等反射光引起的偏 离光，或者可以最小化这样的光成分的量。
根据第三实施例，假定作为布线等反射光的结果变为偏离光的光组分产生，则通过确定单独的聚光透镜的形状和材料聚光透镜的任何单独一个设置 在传感器区域之一 中，设置方式为单独的聚光透镜的焦点与对应于在包括埋 入其中的布线层的分层中的开口部分的部分一致。
与第一实施例相比，第二和第三实施例更是所希望的。这是因为，即使 在焦点区域大于第二和第三实施例的第一实施例的情况下，在显示部分中， 聚光透镜的每一个将光会聚透镜焦点位置上。因此，在没有布线层等的空间 内，第二和第三实施例能够压缩所聚集的光束的半径。结果，在第二和第三 实施例的情况中，没有作为布线层等反射光的结果变成偏离光的光组分，或 者可以最小化这样的光组分的量。
在第一至第三实施例中，聚集的光束半径一旦被压缩在显示部分中，使 得顺利传播通过显示部分的光束能够到达显示部分的另 一侧表面，几乎没有 减少聚集的光的量，并且从显示部分的另一侧表面辐射。
要与显示部分的另一侧表面接触或者接近另一侧表面的物体将从另一 侧表面辐射的光反射回到相同的表面。在下面的描述中，这样的物体称为检 测的目标或者检测目标。当诸如使用者的手指或者记录笔的检测目标要与显 示部分的另一侧表面接触或者接近另一侧表面时，检测的目标将从另一侧表 面辐射的光反射回到相同的表面。由检测的目标反射的光作为反射光再一次 进入显示部分内。
根据检测目标的形状或者根据作为反射光的组分由布线层等反射的光 组分，在通常宽于检测目标的尺寸的面积之上，反射光在显示部分中传播。 反射光的一些到达靠近检测目标的至少一个光接收器件。被反射光撞击的任 何光接收器件输出信号，信号的大小代表该装置接收的反射光的量。
如杲只有一个光接收器件被反射光撞击，则检测目标的位置可以由光接 收器件的位置确定。
另一方面，如果多个光接收器件被反射光撞击，则检测目标的位置可以 由所有被反射光撞击的光接收器件中输出最大幅度信号的光接收器件的位 置确定，另外，检测目标的大小可以由反射光撞击的所有光接收器件的位置 确定。
在如上检测检测目标的过程中，聚光透镜的作用防止变为偏离光的光组 分的产生，或者减少这样的光组分的量。因此，提高了包括靠近检测目标的 传感器区域的任何传感器区域中的光的透射效率。结果，由检测目标反射的光撞击的光接收器件所输出的信号作为具有代表反射光的量的大小的信号， 其S/N比很好。这是因为偏离光是反射光之外而存在的噪声。
根据第四实施例，每个光接收器件是对不可见光敏感的光学传感器。因
此，即使传感器区域的每一个免受由光辐射部分产生的可见光，传感器区域 的每一个也仍然通过显示部分的另一侧表面输出不可见光。然而，因为输出
的不可见光人的眼睛不识别，所以不可见光不影响在呈现在屏幕上的显示。 即使撞击光接收器件的光是可见光和不可见光的混合，光接收器件是对不可 见光敏感的光学传感器的事实依赖于在包括靠近检测目标的传感器区域的 任何传感器区域中光的透射率很高的事实，并且反过来，在包括靠近检测目 标的传感器区域的任何传感器区域中的光透射率很高的事实也依赖于光接 收器件是对不可见光敏感的光学传感器的事实。因此，由用作光接收器件的
光学传感器输出的信号的S/N比进一步升高到高于设置聚光透镜并且光接 收器件对可见光的灵敏性具有峰值情况中的值。
根据第五实施例，聚光透镜的每一个被设置用作与光接收器件之一相关 联的透镜。根据第六实施例，聚光透镜设置为形成多个透镜阵列。根据第七 实施例，为每个像素区域设置聚光透镜。
在第七实施例中，聚光透4竟设置为形成多个透镜阵列，即第一透#:阵列 和第二透镜阵列。第二透镜阵列中的聚光透镜的每一个设置在对应于传感器 区域之一的位置处，用作焦点在显示部分中的透镜。另一方面，第一透镜阵 列中的聚光透镜的每一个设置在对应于像素区域之一的位置处，用作焦距长 于第二透镜阵列中每个聚光透镜焦距的透镜。
根据第八实施例，在显示部分的每个显示线上，每隔几个像素区域重复 设置传感器区域之一，使得设置在显示线上的前述传感器区域的数量与设置 在相同显示线上的前述像素区域的数量之比等于预先确定的分数。
根据由本发明的实施例提供的显示装置，可以提高对由光辐射部分产生 的光的利用，用作用于检测检测目标的光，并且因此可以改善代表由检测目
标反射的接收光的信号的S/N比。
图1的截面图根据本发明的实施例概略地示出了透射型液晶显示装置的 总体构造的截面；图2的框图示出了根据本发明的实施例的透射型液晶显示装置的液晶面
板所采用的驱动电路的典型构造；
图3的俯视图示出了根据本发明实施例的黑矩阵21K的典型图案；
图4A的俯一见图示出了光学传感器部分的典型俯^L图，图4B的电3各图 示出了具有图4A的俯视图中所示图案的光学传感器部分的等效电路；
图5的俯视图根据本发明的实施例示出了为像素部分PIX设置的TFT 阵列基板的一部分的俯视图，用作TFT阵列基板；
图6的截面图概略地示出了根据本发明的实施例设置的光学传感器部分 1和像素部分PIX的部分的截面；
图7A的截面图示出了具有PIN结构的光敏二极管PD的截面，图7B 的截面图示出了具有PND结构的光敏二极管PD的截面；
图8的截面图示出了源自图6的截面图所示截面的第一修改部分的截 面，作为根据本发明实施例的液晶显示面板的截面；
图9的图示出了外部光亮度的变化与源自本发明实施例的第三修改方案 中代表接收光数据的亮度上的变化之间的关系；和
图10A的图示出了不是根据源自本发明实施例的第三修改方案的构造 中的显示屏，图IOB的图示出了根据第三修改方案的构造中的显示屏。
具体实施例方式
通过参考附图，下面的描述说明了本发明提供的实施例用作主要实施典 型的液晶显示装置的实施例。根据本发明的实施例实施为所谓的透射型的液 晶显示装置，其中辐射到显示装置的显示部分的后表面的光从显示部分的前 表面发射用作显示光。显示部分的后表面是发射显示光的前表面侧的相反侧 上的表面。因为这样的理由，在下面的描述中，液晶显示装置被认为是透射 型的液晶显示装置的透射型液晶显示装置。
整体构造
图1的截面图概略地示出了透射型液晶显示装置100的整体构造的截 面。具有图1的截面图所示构造的透射型液晶显示装置100采用作为显示部 分的液晶显示面板200、作为光辐射部分的背光300和数据处理部分400。
如图1的截面图所示，液晶面板200具有TFT (薄膜晶体管)阵列基板 201 、用作通过间隙面对TFT阵列基板201的所谓面对基板的滤色器基板202和设置在间隙中的液晶层203。在下面的描述中，以液晶层203为中心，在 液晶面板200的厚度方向上的下侧称为特定表面侧或者后表面侧，而上表面 侧称为前表面侧或者另一侧表面。
TFT阵列基一反201和滤色器基板202通过上述的间隙;波此分隔，从而 TFT阵列基板201和滤色器基板202通过间隙彼此面对。液晶层203设置在 TFT阵列基板201和滤色器基板202夹成的间隙中。另外，图l的截面图中 没有示出的一对配向膜(orientation film)设置为每个膜用作使液晶层203
的分子的取向方向一致。
滤色器层204设置在滤色器基板202 —侧的表面上，夹设在滤色器基板 202和液晶层203之间。
在液晶面板200中，第一偏振板(polarization board) 206设置在TFT 阵列基板201的下面，而第二偏振板207设置在滤色器基板202之上。也就 是说，第一偏振板206设置在TFT阵列基板201的后表面侧上，而第二偏振 板207设置在滤色器基板202的前表面侧上。
在TFT阵列基板201的前表面侧(或者另一侧)上，光学传感器部分1 设置为如图1的截面图所示。正如稍后将详细描述的，每个光学传感器部分 1采用作为光接收器件的光学传感器和读取电路，该读取电路用于读取由光 学传感器产生的信号用作代表由光学传感器检测的光的信号。
每个光学传感器部分1设置在液晶面板200内，从而提供所谓的触摸屏 的功能。如果从液晶面板200上面的位置或者液晶面板200的前表面侧的位 置看液晶面板200,则光学传感器1呈现为有规律地设置在液晶面板200的 可利用显示区域PA中。
因此，图1的截面图概略地示出了透射型液晶显示装置100的总体构造 的截面，该透射型液晶显示装置IOO采用具有光学传感器部分1的液晶面板 200，光学传感器部分1布置为在液晶面板200的可利用显示区域PA上形成 矩阵。如图1的截面图所示，设置了多个光学传感器部分1。在图1的截面 图所示的典型构造中，设置了五个光传感器部分1。然而，实际上，为了确 定检测目标的位置，多于五个的光学传感器部分1需要设置在TFT阵列基板 201的每个方向上。然而，为了使图l的截面图简化，图中所示的光学传感 器部分1的数量减少到5。如果要确定的检测目标位置的每个位置都仅限于 可利用显示区域PA的一部分中的位置，则光学传感器部分1规则地设置在可利用显示区域PA的该部分中。
液晶面板200的显示表面(或者前表面)上的可利用显示区域PA的区 域包括传感器区域PA2和传感器区域PA2之外的像素区域PA1，如图1的 截面图的顶线所示。在每个传感器区域PA2中，设置光学传感器部分l。另 一方面，在每个像素区域PA1中，设置了多个像素部分，每个都为彼此不同 颜色的一种而设置。例如，在每个像素区域PA1中，分别设置红(R)、绿 (G)和蓝(B)三个像素部分。像素部分的颜色由设置在滤色器层204上 的彩色滤光器的颜色决定，以用作与像素部分相关的滤色器。
在每个都被配给多个像素部分的每个像素区域PA1中，为每个像素部分 设置像素电极和面对像素电极的公共电极，尽管图1的截面图中自身并没有 示出像素电极和公共电极。公共电极在下文也被称为面对电极，是所有像素 部分公用的电极。〗象素电极和公共电极的每一个都由透明电极材料制造。在 典型的构造中，在TFT阵列基板201的另一侧表面(也就是靠近液晶层203 的一侧)上，面对像素电极的公共电极被设置以用作所有像素部分公用的公 共电极。在此构造中，像素电极设置在液晶层203的另一侧上，与公共电极 一起夹着液晶层203。在供选构造中，像素电极相反地设置在TFT阵列基板 201的另一侧表面(也就是靠近液晶层203的一侧)上，而公共电极设置在 液晶层203的另一侧上，用作所有像素部分的公共电极，与像素电极一起夹 着液晶层203。
根据像素部分的构造，像素部分的布置区域可以包括转换器件 (switching device )，设置为用作控制向补充像素和面对电极之间的液晶电容 器的辅助电容器施加电势以及根据输入视频信号的电势向像素电极施加电 势的转换装置。然而，应当注意的是，转换器件本身并没有示于图1的截面图中。
像素单元被定义为包括多个像素部分的单元，每个像素部分为相同多个 颜色之一而设置。在此情况下，光学传感器部分1的数量与像素单元的数量 之比设定为1: 1， TFT阵列基板201上设置的光学传感器部分1的布置密度 达到最大值。在该实施例中，光学传感器部分1的布置密度可以等于或者小 于最大值。
背光300设置在TFT阵列基板201的后表面侧。背光300面对液晶面板 200的后表面，并且向液晶面板200的可利用显示区域PA辐射照明光。图1的截面图中所示的背光300具有光源301和光导板302，光导板302 用于通过分散所辐射的光将由光源301辐射的光转换成平面光(planar light)。根据光源301相对于光导板302的位置，背光300可以具有侧光型 和正下方型(right-below type )。在该实施例的情况下，背光300设定为侧光
型背光。
光源301设置在液晶面板200的后面，并沿在液晶面斧反200的后表面上 延伸的一个或者两个方向。就是说，从液晶面板200的前表面之上的位置来 看，光源301设置在沿着液晶面板200的一个边(或者两个面对的边)的位 置处。然而，光源301也可以设置在液晶面板200的三个边或者更多的边的
位置处。
每个光源301典型地为冷阴极管灯。具体地讲，每个光源301通过利用 荧光材料将发生在低压水银蒸气中的电弧放电现象产生的紫外线转换成可 见光，并且辐射该可见光束。然而，应当注意的是，每个光源301不必须是 冷阴极管灯。例如，每个光源301也可以是LED或者EL器件。
在该实施例的情况下，每个光源301为LED。图1的截面图示出了采用 一对诸如白色LED的可见光源301a和用于产生不可见光的IR (红外线)光 源301b的透射型液晶显示设备100。可见光源301a和IR光源301b设置在 液晶面板200的两个相互面对侧。
光导板302典型地为能够透光的压克力板。尽管反射由光源301产生的 所有光，但是光导板引导光在光导板302的表面上方。就是说，光导板302 将光从液晶面板200的后表面上的一方向的一侧引导到另一侧。在光导板 302的后表面上，设置了图1的截面图没有示出的点图案(dot pattem)。具 有多个凸起的点图案典型地与光导板302结合起来，或者由与光导板302不 同的材料制造。通过光导板302引导的光在辐射到液晶面板200前由点图案 散射。应当注意的是，在光导板302的后表面侧上，可以设置用于反射光的 反光片，而在光导板302的前表面上，可以设置散光片或者棱镜片。
因为背光300具有上述构造，所以背光300能够几乎均匀地向液晶面板 200的整个可利用显示区域PA辐射平面光。
该实施例的突出特点之一是该实施例具有包括聚光透镜60A的透镜阵 列60，每个聚光透镜60A用于会聚接触透镜60A的光在与透镜60A相关的 光学传感器部分1的位置上。每个由有机或者无机材料制造的聚光透镜60A设置在对应于光学传感器部分1的位置处或者对应于传感器区域PA2的位置
处。每一个包括多个聚光透镜60A的透镜阵列60形成上述聚光透镜60A的 矩阵。作为设置在对应于像素区域PA1位置的部分，包括在透镜阵列60中 的该部分的每个典型地由平行平板制造，其没有透镜功能，但具有高的透光
成。作为供选，每个透镜阵列60通过层叠多个膜来形成，每个膜典型地由 无机材料制造。在透镜阵列60通过层叠多个这样的膜来形成的情况下，希 望这样的膜具有彼此不同的折射系数，并且至少在堆叠的中间的具体膜必须 制造成透镜形状，从而产生聚光透镜60A。有机材料可以是压克力或者聚酰 亚胺等，而无机材料可以是硅的氧化物(Si02)或者氮化硅(SiN)等。
应当注意的是，正如稍后将要描述的，聚光透镜60A可以设置在对应于 像素区域PA1的位置处也可以设置在对应于传感器区域PA2的位置处。作 为供选，透镜阵列60设置为与具有聚光透镜的每个仅设置在与像素区域PA1 相对应的位置处的另一个透镜阵列60重叠。
在图1的截面图所示的液晶面板200中，每个聚光透镜60A仅设置在对 应于传感器区域PA2的位置处，因为期望增加液晶面板200的透光率。稍后 将描述每个聚光透镜60A仅设置在对应于传感器区域PA2的位置处，为的 是希望增加液晶面板200的透光率的详细情况。
如图1的截面图所示，数据处理部分400采用控制部分401和位置检测 部分402。数据处理部分400实施为执行用于控制多种部分的程序的计算机。 程序预先存储在图1的截面图没有示出的存储器中，执行程序以实施控制部 分401和位置检测部分402的功能。作为供选，程序的任务以及程序执行中 所期望的数据从外源装载。
作为另一个选"t奪，数据处理部分400的功能分配给液晶面板200内部和 外部的处理器。在图1的截面图所示的透射型液晶显示装置100中，数据处 理部分400是液晶面板200外部的处理器。外部处理器的实例是IC芯片或 者多个IC芯片。
控制部分401是用于控制显示图像的运行、用于控制确定检测目标位置 的光学传感器(或者IR (红外线)传感器)的运行以及背光300的运行的部
透镜阵列60
17关于显示图像的运行，控制部分401典型地输出控制指令到液晶面板
200所采用的显示驱动电路，从而控制显示图像的运行。至于IR传感器的运 行，控制部分401典型地发出控制指令到液晶面板200所采用的传感器驱动 电路，从而控制确定检测目标的位置(和大小)的运行。显示驱动电路和传 感器驱动电路将稍后描述。
关于背光300的运行，控制部分401发出控制指令到背光300的电源提 供部分(图1的截面图没有示出)，从而控制由背光300产生的辐射光的特 征(例如亮度)。
根据从控制部分401接收的指令，位置检测部分402通过液晶面板200 所采用的传感器驱动电路从液晶面板200获得接收光数据，并且根据接收光 数据，确定要与液晶面板200的可利用显示区域PA接触或者接近可利用显 示区域PA的检测目标的位置。检测目标的实例为使用者的手指和记录笔。
液晶面板的概略构造
图2的框图示出了液晶面板200所采用的驱动电路的典型构造。
如图2的框图所示，液晶面板200采用显示部分10,其上设置形成矩阵 的像素部分PIX。也如图1的框图所示，设有周边区域CA,其围绕对应于 显示部分IO包括像素区域PA1的可利用显示区域PA。周边区域CA是TFT 阵列基板201的可利用显示区域PA之外的区域。如图2的框图所示，在周 边区域CA中，设置了一些驱动电路，每个都示为包括TFT (薄膜晶体管) 的功能块。驱动电路中的TFT与设置在可利用显示区域PA中的TFT设置在 相同的TFT阵列基板201中。
设置在液晶面板200的周边区域CA中的驱动电路包括垂直驱动器 (V.DRV.) 11、显示驱动器(D-DRV.) 12、传感器驱动器(S-DRV.) 13、选 才奪转换阵列(SEL.SW.) 14和DC/DC转换器(DC/DC.CNV. )15。
垂直驱动器11是具有移位寄存器功能和其他组件功能的电路。移位寄 存器是对多个控制线执行垂直扫描操作的寄存器，控制线的每个在水平方向 延伸，从而选择与沿着矩阵的行的水平线设置的像素部分相对应的像素线。 不同种类的控制线经受垂直扫描才喿作。
显示驱动器12是具有这样功能的电路，例如，采样视频信号的数据电 位，根据采样的数据电位产生数据信号振幅(data signal amplitude),并且在 连接到设置在沿着矩阵列的垂直方向上的像素部分的信号线上设置该信号振幅。
传感器驱动器13是对多个其它的控制线实施垂直扫描操作的电路，控 制线的每个都连接到沿着矩阵行的水平线设置的光学传感器部分1，与垂直 驱动器11 ^丸行的垂直扫描运行的方式相同，/人而在垂直驱动器11执行垂直 扫描操作的同时收集来自光学传感器部分1的数据。光学传感器部分1的每 个设置在传感器区域PA2中，从而前述光学传感器部分1的总量是设置在像 素区域PA1中的像素部分的总量的一部分，就是说，光学传感器部分l的密 度是像素部分的密度的一部分。
转换阵列14由多个TFT转换器组成，是用于执行控制在信号线上设置 由显示驱动器12产生的数据信号振幅和控制在传感器驱动器13中从光学传 感器部分1收集数据的电路，其中，信号线连接到沿形成在显示部分10中 的矩阵列的垂直方向设置的像素部分，光学传感器部分l沿形成在显示部分 10中的矩阵行的水平方向设置。
DC/DC转换器15是用于产生各种电位的DC电压的电路，要求这样的 电压来驱动液晶面板200，其来自输入供电电压(power-supply voltage )。
输入到显示驱动器12和传感器驱动器13的信号和从显示驱动器12和 传感器驱动器13输出的信号以及其他信号借助于液晶面板200中设置的柔 性基板16与液晶面板200的内外组件交换。
驱动电路中包括图2的框图所示之外的组件。其他组件的实例是用于产 生时钟信号的组件并且每个组件都用于接收来自外源的输入。
像素部分与光学传感器部分的典型组合
如前所述，像素部分和光学传感器部分1规律地设置在可利用显示区域 PA中。布置的规律性是任意的。然而，通常多个像素部分和光学传感器部 分1形成像素部分单元，并且多个这样的像素部分单元被设置形成可利用显 示区域PA中的矩阵。典型的像素部分单元具有三个像素部分和光学传感器 部分l,三个像素部分即形成前述的像素单元的红、绿和蓝像素部分。下面 的描述说明包括这样的设置为形成矩阵的典型像素部分单元的典型布置。
红色像素部分R、绿色像素部分G、蓝色像素部分B以及光学传感器部 分1形成像素部分单元。
图1的截面图所示的滤色器层204具有滤色器和黑矩阵，滤光器用于选 择性通过每一个对应于不同波长域之一的R (红)、G(绿)和B(蓝)色的光，黑矩阵用于保护滤色器的周围免于混合色的光或者遮蔽滤色器之间的边 界从而阻挡混合色的光。每个滤色器具有与像素部分PIX相同的尺寸，并且
黑矩阵通过每个都具有固定宽度的黑矩阵条(black-matrix bars )遮蔽周围(或 者边界)。
图3的俯视图示出了上述黑矩阵21K的典型图案。图3的示意图所示的 典型黑矩阵21K具有四个开口部分的部分，即一个传感器开口部分SA和三 个像素开口部分XA。在三个像素开口部分XA的每个中，设置三种滤色器 中的一个。
具体地讲，红色滤色器21R、绿色滤色器21G和蓝色滤色器21B在一 个方向上分别设置在三个像素开口部分XA中，设置的顺序与在此描述中列 举的红色滤色器21R、绿色滤色器21G和蓝色滤色器片21B的顺序相同。 黑矩阵21K的图案的固定宽度垂直条设置在红色滤色器21R和绿色滤色器 21G之间，并且另一个黑矩阵21K的图案的固定宽度垂直条设置在绿色滤色 器21G和蓝色滤色器21B之间。就是说，红色滤色器21R和绿色滤色器21G 由具有固定宽度的垂直条彼此隔开，而绿色滤色器21G和蓝色滤色器21B 由具有固定宽度的另一个垂直条彼此隔开。
因此，三种滤色器21R、 21G和21B位于与像素部分PIX相同的线上。 从而，每个滤色器的高度(或者垂直方向的尺寸)具有固定的值。
与像素部分PIX具有相同高度的光学传感器部分1设置在传感器开口部 分SA中，传感器开口部分SA靠近分配给红色滤色器21R的像素开口部分 XA或者靠近分配给蓝色滤色器21B的像素开口部分XA。在作为黑矩阵21K 的典型图案的图3的图中所示的典型图案的情况下，光传感器部分1设置在 靠近分配给红色滤色器21R的像素开口部分XA的传感器开口部分SA中。 在以图3的图中所示的典型图案作为黑矩阵的典型图案中，分配给光学传感 器部分1的传感器开口部分SA中没有设置滤色器。这是因为由检测目标例 如使用者的手指或者记录笔反射的光需要辐射到设置在传感器开口部分SA 中的光学传感器部分1。设置在传感器开口部分SA中的滤色器将遮挡这样 的光。如果光学传感器部分1要检测的反射光为IR (红外线)光(即不可见 光)，则用于选择和传递IR光的IR滤色器可以设置在分配给光学传感器部 分1的传感器开口部分SA中。
像素和光学传感器部分的图案以及截面结构图4的多个图每个都示出了光学传感器部分1。更具体地讲，图4A的 俯视图示出了光学传感器部分1的典型俯视图，而图4B的电路图示出了具 有图4A的俯视图所示图案的光学传感器部分1的等效电路。
图4B的电路图中所示的光学传感器部分1的等效电路釆用三个晶体管 和光敏二极管PD。在此情况下，晶体管的每个为N沟道TFT(薄膜晶体管)。 三个N沟道TFT分别用作选择晶体管TS、放大晶体管TA和读取晶体管TR。
光敏二极管PD是对不可见光敏感的典型的光学传感器。光敏二极管PD 的阳极A连接到存储节点SN,光敏二极管PD的阴极K连接到供电电压VDD 供给线31，在下文供电电压VDD供给线31也简称为VDD供给线，它是给 阴极K (和稍后将要描述的放大晶体管TA的漏电极)提供供电电压VDD 的线。正如稍后将要描述的，光敏二极管PD具有PIN结构或者PDN结构。 光敏二极管PD设置有用于通过绝缘膜向I (本征)区域或者D (掺杂)区 域施加电场的控制栅极CG。 I区域为PIN结构的本征半导体区域，而D区 域为PDN结构的N区域。光敏二极管PD具有这样的结构，在该结构中通 过反偏置使用光敏二极管PD,并且通过在反偏置状态下使用控制栅极CG 来控制损耗程度，可以优化对不可见光的灵敏度(即在很多情况下的最大 化)。
选择晶体管TS的漏电极连接到存储节点SN，其源电极连接到基准电压 VSS供给线32,基准电压VSS供给线32在下文也简称为VSS供给线，其 是用于向源电极施加基准电压VSS的线，并且栅电极连接到RESET供给线 33, RESET供给线33在下文也称为复位线，其是用于提供复位信号RESET 的线。选择晶体管TS导通以通过导通的选择晶体管TS将存储节点SN从浮 置状态(floating state )转换到与VSS供给线32连接的状态，从而从存储电 容器C将存储在(存储电容器C连接到)存储节点SN中的电荷放电，也就 是，从而复位存储在(存储电容器C连接到)存储节点SN中的电荷。
放大晶体管TA的漏电极连接到VDD供给线31,其源电极通过读取晶 体管TR连接到输出检测线35,输出检测线35在下文也简称为用于读取检 测电位Vdet或者检测电流Idet的检测线，其栅电极连接到存储节点SN。
读取晶体管TR的漏电极连接到放大晶体管TA的源电极，读取晶体管 TR的源电极连接到检测线35,并且读取晶体管TR的栅电极连接到读取控 制信号线34,读取控制信号线34也简称为用于给栅电极提供读取控制信号READ的读取控制线。
在存储在(存储电容器C连接到)存储节点SN的电荷复位后，存储节 点SN再一次进入浮置状态，用光敏二极管PD产生的正电荷充电。放大晶 体管TA是其运行为放大代表存储在(存储电容器C连接到)存储节点SN 中电荷的接收光电位的晶体管。读取晶体管TR是用于控制由放大晶体管TA 放大的接收光电位设置在检测线35上的时机的晶体管。在(存储电容器C 连接到)存储节点SN中存储电荷预定时间周期之后，读取控制信号READ 进入活动状态，从而导通读取晶体管TR。随着读取晶体管TR进入导通状 态，电压施加在放大晶体管TA的源和漏电极之间，导致具有由呈现在放大 晶体管TA的栅电极上的电位所确定的大小的电流在放大晶体管TA的源极 和漏极电极之间。出现在放大晶体管TA的栅电极上的电位由存储在(存储 电容器C连接到)存储节点SN中的电荷确定。因此，由放大晶体管TA放 大的电位变化根据接收光电位呈现在检测线35上。电位变化通过检测线35 作为检测电位Vdet输出到光学传感器1外部的组件。在供选构造中，检测 电流Idet具有根据接收光电位而变化的大小通过^f企测线35输出到光学传感 器部分1外部的组件。
图4A的俯视图示出了滤色器基板202和TFT阵列基板201在图1的截 面图中所示状态中的典型俯视图，作为在滤色器基板202和TFT阵列基板 201之间夹设液晶层203的工艺前的状态。
在图4A的俯-现图中所示的图案中，图4B的电^^图中所示的作为用于 表示組件的标记(或者符号)的每个附图标记(和附图符号)按原样都用在 图4A的俯视图中，从而图4A的俯视图中所示的组件之间的电连接从图4B 的电路图上看是明显的。
VDD供给线31 、 VSS供给线32和检测线35中的每个都通过由铝(Al) 制造的布线层设置。另一方面，RESET供给线33和读取控制线34的每个 由GM (栅金属)例如钼(Mo )制造。由GM (栅金属)制造的RESET供 给线33和读取控制线34的每个被设置作为在每个由铝制造的布线层下面的 层。彼此隔离的四个PS (多晶硅)层设置在Al布线层之下而在GM层之上， 形成层次。选择晶体管TS、读取晶体管TR、放大晶体管TA和光敏二极管 PD分别占有四个PS层。
选择晶体管TS、读取晶体管TR和放大晶体管TA中的每个具有这样的
22结构，其中N导电类型的杂质注入PS层上存在作为GM层和PS层的交叉
点的每个交叉点的两侧，形成晶体管的源和漏电极。
另一方面，光敏二极管PD这样形成，将两种彼此相反导电类型的杂质 分别注入PS层之一的薄膜半导体层36的两侧上的区域。彼此相反的两种导 电类型为N导电类型和P导电类型。因此，光敏二极管PD具有二极管结构。 掺杂有所注入的P导电类型杂质的杂质区域用作光敏二极管PD的阳极(A) 或者存储节点SN。另一方面，掺杂有所注入的N导电类型杂质的杂质区域 用作光敏二极管PD的阴极(K)，并且阴极(K)通过接触(contact)连接 到VDD供给线31，其为上A1层。
图5的俯视图示出了在采用FFS (场边缘转换(Field Fringe Switching )) 方法的液晶的像素部分PIX中TFT阵列基一反201的俯视图。采用FFS方法 的液晶也称为采用IPS (平面内转换(In Plane Switching)) -Pro方法的液晶。
图5的俯视图除了示出用作基础的TFT阵列基板201外还示出了像素电 极40、各种布线、转换器件SW及其它们的连接。
像素电极40形成为具有多个狭缝(slit)的透明电极层TE。图5的俯视 图中没有具体示出的公共电极设置在像素电极40之下，用作面对像素电极 40的电极。公共电极是所有像素部分公用的透明电极层TE。
像素电极40通过接触41连接到被设置为下Al层等的内部布线42。内 部布线42连接到设置在转换器件SW的薄膜半导体层43上的源电极和漏电 极之一，用作转换器件SW的电极。薄膜半导体层43自身由多晶硅制造。 设置在薄膜半导体层43上的另一个电极连接到由铝(Al)制造的信号线45。 与薄膜半导体层43的下层相交的垂直扫描线44由例如钼(Mo)的GM(才册 极金属)制造，并且设置在与信号线45交叉的方向上。
应当注意的是，图5的俯视图没有示出的滤色器基板202设置在图5的 俯视图中示出的TFT阵列基板201之上，用作包括各种图案的基板。液晶层 203设置在TFT阵列基板201和滤色器基板202之间，如图1的截面图所示。 第二偏振板207设置在滤色器基板202上，而第一偏振板206设置在TFT 阵列基板201之下。
液晶层203由向列液晶(nematic liquid crystal)组成。第二偏振板207 附着地设置在滤色器基板202的外表面上，与滤色器基板202—起夹设附着 物质。出于同样的原因，第一偏振板206附着地i殳置在TFT阵列基板201的外表面上，与TFT阵列基板201 —起夹设附着物质。以这样方法设置的第 一偏振板206和第二偏振板207被设置为交叉Nico1 ( cross-Nicol)状态。
用于制造信号线45和垂直扫描线44的GM(栅极金属)可以为铝(Al )、 钼(Mo)、铬(Cr)、鴒(W)、钛(Ti)、铅(Pb)、由这些材料的结合组成 的化合物层或者由这些材料制造的合金层。化合物层的实例为Ti/Al层。
图6的截面图概略地示出了采用FFS方法的光学传感器部分1的一部分 和像素部分PIX的一部分的截面。更具体地讲，图6的截面图示出了沿着图 4A的俯视图中所示的S1-S1截取的截面作为光学传感器部分1的一部分的 截面，并且示出了图5的俯视图中所示的像素部分PIX的一部分的截面。然 而，具有图6的截面图中所示的截面的像素部分PIX与图5的俯视图所示的 像素部分PIX不是严格地相对应。而是为了方便起见，图6的截面图仅示出 了像素部分PIX的大致结构。
光学传感器部分l的截面结构主要通过参考图6的截面图来说明。
如图6的截面图所示，光敏二极管PD和像素部分中采用的转换器件SW 通过埋在TFT阵列基板201上的多层绝缘膜中来设置。图6的截面图所示的 多层绝缘膜包括两层栅极绝缘膜50、两层第一层间绝缘膜51、为平坦膜的 第二层间绝缘膜52和第三层间绝缘膜53 。两层栅极绝缘膜50、两层第 一层 间绝缘膜51、第二层间绝缘膜52和第三层间绝缘膜53以自下至上的方向依 次层叠，堆叠顺序与在此描述中所列举的两层栅极绝缘膜50、两层第一层间 绝缘膜51、第二层间绝缘膜52和第三层间绝缘膜53的顺序相同，从而形成 层叠堆叠。
控制栅极CG恰好设置在两层栅极绝缘膜50的下方，而薄膜半导体层 36设置在两层栅极绝缘膜50上。薄膜半导体层36包括控制栅极CG上面的 I (本征)区域以及分别位于I区域两侧的A (阳极)区域和K (阴极)区域。 I区域是PIN结构的本征半导体区域，A区域是P+区域，而K区域是N+区 域。应当注意的是，在PDN结构的情况下，设置D区域来代替I区域。D 区i或是N-区i或。
K区域通过利用设置在两层第一层间绝缘膜51中的接触塞54连接到设 置在两层第一层间绝缘膜51上的VDD供给线31。 A区域在图4B的电路图 所示的位置处连接到放大晶体管TA的栅电极。在作为两层第一层间绝缘膜 51上的位置与VDD供给线31分隔的位置处，检测线35和VSS供给线32排列起来。
VDD供给线31、 VSS供给线32和检测线35中的每个由铝(Al)制造， 用作具有大的凸块的布线。因为这个原因，第二层间绝缘膜52设置为作为 用于使大凸块平坦的膜。
在第二层间绝缘膜52上设置固定在公共电位上的公共电极55。该公共 电极55还设置在用于设置像素部分PIX的区域中的第二层间绝缘膜52上。 公共电极55是用于通过改变施加在公共电极55与像素电极40之间的电压 来改变施加给液晶的电场的电极。因为在光学传感器部分l中不存在像素电 极40，所以不能控制施加给液晶的电场。然而，在此情况下，公共电极55 起稳固地保持液晶的作用。因为公共电极55为透明电极层(TE)，所以公共 电极55透过到达公共电极55的光。
滤色器基板202设置在TFT阵列基板201的上面，与TFT阵列基板201 一起夹着液晶层203、配向膜56和滤色器层204。液晶层203、配向膜56 和滤色器层204以与在此描述中列举的液晶层203、配向膜56和滤色器层 204的顺序相同的顺序在自下至上的方向堆叠在TFT阵列基板201之上。
如图6的截面图所示，在滤色器层204中，黑矩阵21K设置在光学传感 器部分1和像素部分PIX之间的每个边界上。传感器开口 SA设置在彼此相 邻的两个黑矩阵21K之间。在图6的截面图所示范围内的像素部分PIX中， 示出了设置在像素开口 XA中的滤色器21。滤色器21是分别用于红、绿和 蓝色的滤色器21R、 21G和21B中的一个。
光敏二极管PD的结构和光接收特性
图7的多个截面图每个示出了光敏二极管PD的截面。具体地讲，图7A 的截面图示出了具有PIN结构的光敏二极管PD的截面，图7B的截面图示 出了具有PDN结构的光敏二极管PD的截面。
在图7A的截面图中所示的PIN结构的光每丈二极管PD的情况下，对所 接收的光敏感的区域是没有注入杂质的I区域。另一方面，在图7B的截面 图所示的PDN结构的光敏二极管PD的情况下，对所接收的光敏感的区域是 具有以低浓度注入其中的N型杂质的D区域。因此，D区域是前述的N-区 域。
例如，当反偏压施加给图7的截面图任意一个所示的光敏二极管PD时， 耗尽层扩展(spread )在I或D区域中。为了加速扩展耗尽层的过程，执行背栅极控制。背栅极控制是通过利用控制栅极CG执行的电场控制。然而，
在图7A的截面图所示的PIN结构的光敏二极管PD的情况下，最多导致从 P+区域的大约IO微米的扩展耗尽层。然而，在图7B的截面图所示的PDN 结构的光敏二极管PD的情况下，耗尽层扩展到几乎遍布整个D区域。因此， 作为由于耗尽层扩展到几乎遍布整个D区域而带来的优点，具有PDN结构 的光敏二极管PD提供了优点对所接收的光敏感的宽区域。
在该实施例中，光壽l二极管PD可以具有PIN结构或者PDN结构。
具有上述PIN和PDN任何一个结构用作位置传感器的光敏二极管PD 对不可见光敏感，或者希望设计为具有灵敏度峰值。
不可见光的实例为红外光和紫外光。应当注意的是，CIE (Commission International de I'Eclairage )已经确定作为不可见光实例的紫外光与可见光之 间边界上的波长范围为360nm至400nm,而也作为不可见光实例的红外光 与可见光之间的边界上的波长范围为760nm至830nm。从实际的观点出发， 波长等于或者小于350nm的光看作紫外光，而波长等于或者大于700nm的 光看作红外光。在该实施例的情况下，范围为360 nm至400 nm的任何波长 和范围为760 nm至830 nm的任何波长中的每个都可以用作可见光和不可见 光之间的边界上的波长。
如果IR(红外)光用作不可见光，所希望的是由能带隙为1.1 eV的单 晶硅或者多晶硅形成对IR光具有灵敏度峰值的光敏二极管PD的薄膜半导体 层36， UeV的能带隙小于典型值1.6eV,作为价电子带和导带之间的能带 隙。值1.6eV是用于接收可见光的光接收器件的能带隙的典型值。从下面的 等式可以获得能带隙Eg:
Eg = h x v和D = 1/入 其中，符号h表示普朗克(Planck)常数，而符号X表示光的波长。
另一方面，薄膜晶体管层36可以由具有能带隙等级的分布的半导体材 料制造。这样的半导体材料的一实例为非晶硅或者微晶硅。在这样薄膜晶体 管层36的情况下，光接收器件也具有对诸如红外光或者紫外光的不可见光 的光接收能力，或者也对不可见光敏感。就是说，由这样的半导体材料制造 的光敏二极管PD具有对诸如红外光或者紫外光的不可见光的光接收能力， 或者也对不可见光^:感。因此，这样的光每文二4 l管PD可以用作接收可见光 和不可见光的光接收器件。从上面的描述明显可见，本实施例中非常适合的光敏二极管PD具有由
多晶硅、晶体硅、非晶硅或者微晶硅制造的薄膜半导体层36。在任何一种情 况下，本实施例中采用的光敏二极管PD通过选择这样的半导体材料设计， 该半导体材料对红外光的吸收系数与用于接收可见光而设计的光敏二极管
PD相比4交大。
对诸如红外光或者紫外光的不可见光具有光接收能力或者也对不可见 光也敏感的光敏二极管PD倾向于使S/N比变坏。S/N比的变坏是由于偏离 光(stray light)没有到达检测目标在液晶面板200中被反复地反射后撞击光 每文二极管PD而引起的。
在该实施例中，为了减少偏离光的影响，如在图6的截面图中所示，在 液晶面板200中的背光侧(即后表面侧)上设置透镜阵列60。透镜阵列60 的每个聚光透镜60A设置在对应于光学传感器部分1的位置处。
设置在液晶面板200中的布线和电极希望其不反光。例如，在图6的截 面图所示的截面中，诸如VDD供给线31、 VSS供给线32和4企测线35的布 线以及用作电极的控制栅极CG也希望其不反光。
当不可见光撞击这些布线(除了透明电极外)或者这样的电极并且由该 布线或者该电极反射时，不仅减少了到达检测目标的光量，而且在到达检测 目标前返回到光接收器件的偏离光的量也增加。
为了解决上述问题，每个聚光透镜60A被设计为具有朝着后表面侧突出 的透镜曲面，从而聚光透镜60A的焦点FP定位在液晶面板200内。所希望 的是每个聚光透镜60A的焦点FP定位在液晶面板200内，并且确定每个聚 光透镜60A的形状和位置使得聚光透镜60A的光轴通过开口部分，该开口 部分没有设置能反射入射光而导致偏离光的布线或者电极。
在图4A的俯视图中，每个开口部分是由虚线所示的部分。开口部分是 给通过光提供最大通路的孔。当从光学传感器部分1上面的位置来看光学传 感器部分l时，开口部分是没有设置能反光的构件的孔，由于不存在黑矩阵
21K或者其它蔽光层，该孔能够最大范围地通过光。能够反射光的构件可以 为器件、布线、电极等。
应当注意的是，在图4的俯视图中，三个晶体管TR、 TS和TA的光接 收区域(可以是I或者D区域)的背光侧由每个晶体管TR、 TS和TA的电 极屏蔽光。另一方面，前表面侧也需要屏蔽外部光。因此，例如，在图3的俯视图所示的黑矩阵21K的平面图案中，光屏蔽材料等实际上为传感器开口
部分SA的一部分屏蔽了外部光。图3的俯视图没有具体示出，制造传感器 开口部分SA的该部分所采用的光屏蔽材料与制造黑矩阵21K的材料相同。 然而，在光敏二极管PD的情况下，不必为前表面侧屏蔽外部光。这是因为
为这个原因，每个像素部分PIX中采用的转换器件SW的前表面侧也屏蔽外部光。
同时考虑到图中没有示出光屏蔽层，对于在顶视图中不存在每个光屏蔽 层的光学传感器部分，开口部分被规定在该光学传感器部分之内的范围内。
还希望每个聚光透镜60A都聚光，使得所聚光束的焦点FP位于包括布 线埋入其中的层和由GM (栅极金属)制造的层之间的层上。在图6的截面 图所示的典型液晶面板200中，包括布线埋入其中的层是第二层间绝缘膜 52，而埋入的布线是VDD供给线31、 VSS供给线32和4企测线35。还进一 步希望每个聚光透镜60A聚光，使得所聚光束的焦点FP位于第二层间绝缘 膜52上或者期望每个聚光透镜60A聚光，使得所聚光束的焦点FP位于作 为埋线的上、下表面之间的部分包括在第二层绝缘膜52中的部分中。
通过使聚光透镜60A以这样的方式聚光，减小了通过布线之间的间隙的 光束半径，从而布线不反射光束。减小的半径防止偏离光的产生或者减少了 所产生的偏离光的量。
运行
接下来，说明透射型液晶显示装置IOO所实施的概略的典型运行。
由设置在液晶面板200的后表面侧上的背光300所产生的照明光从透镜 阵列60引入到液晶面板200的内部，并且经由第一偏振板206、 TFT阵列基 板201 、液晶层203 、滤色器层204、滤色器基板202和第二偏振板207以在 本句话中列举的第一偏振板206、 TFT阵列基^反201、液晶层203、滤色器层 204、滤色器基板202和第二偏振板207的顺序相同的顺序，从液晶面板200 的前表面辐射到外界。
在通过液晶面板200期间，照明光经历实施的光学偏振和调制处理以改 变光的偏振面和光强。
详细地讲，由设置在液晶面板200的后表面侧上的背光300产生的照明 光进入透镜阵列60。如前面已经说明的，透4ft阵列60包括聚光透《竟60A,
28其每个都设置在对应于其中设置有光学传感器部分1的传感器PA2的位置 处。所希望的是将每个聚光透镜60A设置在对应于光学传感器部分1的开口 部分的位置处。
聚光透镜60A聚集接触聚光透镜60A的入射光，使得所聚光束的焦点 FP定位在液晶面板200中。另一方面，聚光透镜60A之外的透镜阵列部分 的每个典型地为由平行的平板制造的透镜构件。因此，进入聚光透镜60A之 外的每个透镜阵列部分的光从透镜阵列60辐射而不被聚集和扩散。
从聚光透镜60A辐射的光有效地通过设置在光学传感器部分1中的开口 部分。因此，通过光学传感器部分1的光没有被外围的反光构件反射。
通常，许多器件、许多布线以及用于连接器件和布线的接触部分的许多 连接件设置在TFT阵列基板201上，使得由器件、布线和连接件反射了一定 程度的光，不可避免地引起光的削弱，除非用聚光透镜60A预先聚集光。
因为上述原因，在该实施例中，为了防止光^^皮削弱或者防止光的透射效 率下降，透镜阵列60设置有聚光透镜60A,其每个至少设置在对应于其中 设置有光学传感器部分1的传感器区域PA2的位置处。
如上所述，通过透镜阵列60的光经由第一偏振板206、 TFT阵列基板 201、液晶层203、滤色器层204、滤色器基板202和第二偏振板207以与在 本句话中所列举的第 一偏振板206 、 TFT阵列基板201、液晶层203 、滤色器 层204、滤色器基板202和第二偏振板207的顺序相同的顺序从液晶面板200 的前表面辐射到外界。
在光透射通过液晶面板200期间，当光通过第一偏振板206时，传播的 光在第一方向上被极化。当光通过液晶层203时，由于液晶中的分子各向异 性效应，传播的光的极化方向沿着液晶分子的布置方向改变预先确定的角 度。当光通过第二偏振板207时，传播的光沿从第一方向偏移预先确定的角 度的第二方向被极化。
在三个偏振过程之一中，对于每个像素部分，传播通过液晶层203的过 程的偏振角可以单独改变，通过根据输入视频信号的电位控制施加给液晶层 203的电场强度。因此，每个通过像素部分的光都经受了调制处理，以产生 亮度根据输入视频信号的电位而变化的光。然后，像素部分产生的光从液晶 面板200辐射，产生由输入视频信号预先确定的显示图像。
如上所述，液晶面板200具有用于显示图像的可利用显示区域PA,并且在可利用显示区域PA中的多个像素区域PA1的每个中设置多个像素部
分。在可利用显示区域PA中的多个传感器区域PA2的每个中，设置包括光
接收器件的光学传感器部分1,从而实现所谓的触摸屏的功能。光接收器件 是检测进入光的装置，从而典型地确定诸如使用者的手指或者记录笔的检测 目标的位置。
与通过像素部分的光不同，通过光学传感器部分l的光从液晶面板200 辐射而没有根据电信号经历调制处理。
在执行显示图像的运行期间，典型地的应用为可以输出提示信息，要求 使用者输入指令。在此情况下，使用者通过典型地利用手指和记录笔中的任 何一个轻轻地接触显示屏，手指和记录笔中的任何一个用作;险测目标。
当诸如使用者的手指或者记录笔的检测目标要与显示屏接触或者接近 显示屏时，从液晶面板200辐射的光由检测目标反射，并且返回到液晶面板 200的内部。来自检测目标的反射光由例如液晶面板200中的层边界表面和 布线的反射物反复折射和反射，使得通常所反射的光传播通过液晶面板200 同时被扩散。因此，所反射的光到达多个光学传感器部分1的至少一个，其 数量取决于检测目标的尺寸。
当 一些到达光学传感器部分1的反射光撞击光敏二极管PD的一部分时， 光敏二极管PD由预先确定电压被反向偏置，光敏二极管PD将撞击的光转 换成电信号，典型地从阳极A输出对应于信号的电荷。该电荷的量代表接收 光的数据，该数据与由光敏二极管PD接收的反射光的量成比例。作为检测 电位Vdet或者检测电流Idet，接收光的数据或者电荷量从读取电路的检测线 35输出，该读取电路已经在前面通过参考图4B的电路图进行了说明。
如图2的俯视图所示，液晶面板200中采用的转换阵列(SEL.SW.) 14 向传感器驱动器13提供检测电位Vdet或者检测电流Idet，传感器驱动器13 收集检测电位Vdet或者检测电流Idet作为接收光数据。然后，传感器驱动 器13给数据处理部分400的位置检测部分402提供接收光数据，该数据处 理部分400被应用在如图1的截面图所示的透射型液晶显示装置100中。在 数据处理部分400中，对于每个检测电位Vdet或者每个检测电流Idet，位置 ;险测部分402或者控制部分401以实时方式获得乂人液晶面板200中采用的传 感器驱动器13接收的一对行和列地址。通过将列和行地址上的信息与由探 测电位Vdet或者4企测电流Idet代表的信息相关联，控制部分401或者位置检测部分402将行和列上的该信息存储在数据处理部分400中采用的存储器 中，作为液晶面板200的显示屏上的检测目标位置上的信息。图l的截面图 没有示出存储器自身。
基于在存储器中存储的各条信息，通过将液晶面板200的显示屏上的检 测目标位置上的信息叠加在液晶面板200的显示屏上显示的信息，透射型液 晶显示装置IOO能够确定使用者已经输入的指令或者输入的预先确定的输入 信息。使用者通过将诸如手指或者记录笔的^r测目标与液晶面板200的显示 屏上显示的信息的一部分接触或者移动检测目标以便接近该部分来输入指 令。在液晶面板200的显示屏上显示的信息之上，使用者通过移动诸如手指 或者检测笔的检测目标从一个位置到另 一个位置来输入输入信息。就是说， 通过利用不包括附加的触摸屏的薄液晶面板200,透射型液晶显示装置100 能够实现与包括添加到液晶面板200的触摸屏的构造相同的功能。能够实现 与包括添加到液晶面板200的触摸屏的构造相同的功能的薄液晶面板200被 称为单元内触摸屏(in-cell touch panel )。
附带地，根据本实施例的显示装置不限于目前为止所描述的显示装置。 就是说，可以提供得自本实施例的如下所述实施例的各种修改方案。
第一修改方案
图8的截面图示出了第一修改方案的截面，该截面得自图6的截面图中 所示的根据本实施例的作为液晶面板200的截面的截面。图2至5和7的图 几乎可以照原样应用于第一修改方案。就是说，除了在图l的截面图中所示 的透射型液晶显示装置100中采用的透镜阵列60之外，第一修改方案类似 于本实施例，如以下所描述。
在图8的截面图中所示的液晶面板200中，在位于后表面侧的作为对应 于像素部分PIX的位置的位置处，以新方式设置聚光透镜61。设置在靠近 光学传感器部分1侧上的每个聚光透镜60A的焦点FP位于液晶面板200内。 另一方面，聚光透镜61的焦距FD做成长于聚光透镜60A的焦距FD。在图 8的截面图中所示的典型截面中，每个聚光透镜61的焦点FP位于液晶面板 200的外部。
在像素部分PIX中，为了避免光具有混合颜色，由图l的截面图中所示 的截面的背光300产生的光辐射为平行光束，或者即使辐射的光为扩散光， 辐射的光也不应当扩散太多，从而避免混合颜色。因此，必须使聚光透镜61的焦3巨FD相对專交长。
从聚光透镜61辐射的光束通过用于设置转换器件SW的区域同时减少 了光束的半径。此时，所希望的是光束的半径减小到这样的程度，使得该光
束不撞击诸如信号线45的铝(Al)布线(或者干线(trunk line))。因此， 可以提高由背光300产生的光的利用效率。然而，在此情况下，该光束被允 许撞击信号线45的小区域分支部分45A或者内部布线42。因为信号线45 的分支部分45A的区域和内部配线42的区域的每个是小的，所以几乎不影 响由背光300产生的光的利用效率。
如图4A和5的俯视图中所示，在光学传感器部分1和像素部分PIX二 者中，存在取向为列方向(即图中的纵向)的布线。然而，如图3的俯视图 所示，在行方向(即图中的横向方向)上的大宽度为增加焦距FD提供了余 量。因此，所希望的是减少垂直于光学传感器部分1的布线方向的方向上的 宽度到小于像素部分PIX宽度的值。垂直于光学传感器部分1的布线方向的 方向上的宽度为行方向上的宽度。
在第一修改方案中，聚光透镜61和聚光透镜60A设置在相同的透镜阵 列60中。
第二》务改方案
图8的截面图所示的截面的聚光透镜61可以设置在包括聚光透镜60A 的透镜阵列60之外的透镜阵列中。其它透镜阵列在图8的截面图中没有示出。
如果将聚光透镜61和聚光透镜60A设置在相同的透镜阵列60中特别困 难，则图8的截面图所示截面的聚光透镜61可以设置在包括聚光透镜60A 的透镜阵列60之外的透镜阵列中。
如果采用两个不同的透镜阵列，可以在液晶面板200的厚度方向上改变 聚光透镜61和聚光透镜60A的位置。因此，第二修改方案提供的优点是确 定聚光透镜61和聚光透镜60A位置的自由度更高，从而控制焦点FP的位 置来试图提高光的利用效率。
第三〗务改方案
除了光敏二极管PD用作接收不可见光的光接收器件的功能外，第三修 改方案提供有这样的功能，其用于检测包括可见光成分作为主要成分的外部 光，并且用于根据检测结果控制由背光300产生的光强。第一和第二修改方案的功能也可以在第三修改考案中实现。另外，图1至7 (或8)的图可应 用于第三修改方案。
上述用于检测外部光的外部光传感器在图1到图8的图中没有示出。然 而，这样的外部光传感器可以i殳置在图1的截面图中所示的液晶面板200的 可利用显示区域PA和周边区域CA的每个中。这样的外部光传感器的数量 和该传感器的位置可以任意确定。
如果外部光传感器设置在可利用显示区域PA中，传感器可以以与每个 都用作用于检测不可见光的光学传感器的光敏二极管PD相同的方式布置为 形成矩阵。在此情况下，每个外部光传感器设置在以均匀距离与围绕外部光 传感器的多个光学传感器分开的位置处。例如，光敏二极管PD和外部光传 感器可以设置为在可利用显示区域PA的俯视图中形成方格图案(checkered pattern )。
该图案不必为方格图案，而可以是任何图案，只要外部光传感器被设置 为等间隔。作为选择，外部光传感器设置在预先确定的位置处。该预先确定 的位置是每个都靠近可利用显示区域PA的拐角以及靠近可利用显示区域PA 的外侧的至少一个的位置。就是说，对这样的外部光传感器和传感器的位置 没有限制。
每个外部光传感器的基本构造能具有分别与图4A的俯视图中所示的俯 视图和图4B的电路图所示的等效电路相同的俯视图和等效电路。然而，用 作外部光传感器的光敏二极管与用作光传感器的光敏二极管PD的区别在于 薄膜半导体层的材料等不同。例如，所希望的是由具有宽的能带隙分布的微 晶硅或者非晶硅形成外部光传感器的薄膜半导体层，使得外部光传感器对规 定为具有350 nm至700 nm范围内的波长的可见光具有灵敏度峰值。更具体 地讲，所希望的是由能带隙为1.6 eV的硅形成外部光传感器的薄膜半导体 层。
应当注意的是，如前所述，用作光学传感器的光敏二极管PD的薄膜半 导体层可以由微晶硅或者非晶硅制造。然而，用于制造作为光学传感器的光 敏二极管PD的薄膜半导体层的硅的能带隙不同于用于制造用作外部光传感 器的光敏二极管的薄膜半导体层的硅的能带隙，从而光学传感器吸收红外光 的特性不同于外部光传感器吸收红外光的特性。然而，外部光传感器的薄膜 半导体层和光学传感器的薄膜半导体层的每个可以由诸如多晶硅和晶体硅中的一个的薄膜半导体层材料制造，多晶硅和晶体石圭中的每个具有不同于^效 晶硅或者非晶硅的能带隙，并且在一定程度上具有稍微低的灵敏性。
图1的截面图所示的液晶面板200中采用的数据处理部分400在从外部
光传感器获得的接收光数据的基础上控制由背光3 00执行的产生照明光的运 行。具体地讲，在数据处理部分400中，通过控制部分401的控制，在代表 检测电位Vdet的电压值或者代表检测电流Idet的电流值的基础上，位置检 测部分402检测与外部光的亮度成比例的信号幅度(即检测存储电荷的量)。 代表检测电位Vdet的电压值或者代表检测电流Idet的电流值是上述的接收 光的数据。然后，在检测幅度的结果的基础上，控制部分401调节由在透射 型液晶显示装置100中采用的背光300产生的光强。
就是说，如果从外部光传感器获得的接收光数据显示接收光的强度是大 的，则数据处理部分400控制背光300产生较大强度的照明光。另一方面， 如果从外部光传感器获得的接收光数据显示接收光的强度是小的，则数据处 理部分400控制背光300产生较小强度的照明光。
通常，在允许诸如具体为阳光的外部光照射采用每个用作像素转换的薄 膜晶体管的显示装置的显示屏的环境中，由于显示屏的表面层引起的光反 射，无意中降低了显示装置的对比度，使得在一些情况下不能很好识别显示 图像。因此，有必要设定显示面板自身辐射到在显示面板表面外部的环境的 光的亮度值至少等于由显示面板表面反射的外部光的亮度。为了设定显示面 板自身辐射出的光的亮度为大值，数据处理部分400控制背光300从显示面 板的后表面辐射照明光以产生具有平均较大强度的照明光。
另一方面，在仅允许少量的外部光照射显示装置的显示屏的环境中，显 示装置几乎不因显示屏的表面层的光反射而降低对比度，从而显示图像的质 量没有变坏。因此，所希望的是将显示面板自身辐射到显示面板表面外部环 境的光的亮度设定为相对小的值。为了设定显示面板自身辐射光的亮度为小 值，数据处理部分400控制背光300产生较小强度的照明光。这样，可以减 小背光300的功耗。
因此，第三修改方案提供的优点为，适应于外部光量的变化，可以控制 这样的图像质量下降或者这样的对比度下降以及减少功耗。
图9的图示出了第三修改方案中外部光亮度的变化和代表接收光数据的 亮度上的变化之间的关系。图9的图中的水平轴代表外部光亮度上的变化，而垂直轴代表从外部光传感器获得的接收光数据上的变化。外部光亮度的变 化和代表接收光数据的亮度变化二者都用单位lx表示。图9的图中的实线代
表对于在外部光传感器设置在可利用显示区域PA中的情况，也就是对于在 可利用显示区域PA中应用外部光传感器的布置的情况，外部光亮度上的变 化和代表接收光数据的亮度的变化之间的关系。另 一方面，图9的示意图中 的点划线代表在外部光传感器设置在周边区域CA中的情况下，也就是在可 利用显示区域PA中没有应用外部光传感器的布置的情况下，外部光亮度上 的变化和代表接收光数据的亮度上的变化之间的关系。
例如，假设水平轴表示的亮度为1，0001x的外部光撞击显示屏。在此情 况下，如图9的图所示，在外部光传感器设置在周边区域CA中的情况下， 获得由垂直线表示的亮度约为100k代表的接收光数据。另一方面，在外部 光传感器设置在可利用显示区域PA中的情况下，获得由垂直线表示的亮度 约为l，OOOlx所代表的接收光数据。因此，通过以这样的方式在可利用显示 区域PA中设置外部光传感器，可以获得由约等于实际接收光的亮度的亮度 代表的接收光数据。
因此，从图9的图明显可知，与在周边区域CA中布置接收光传感器相 比，更希望在可利用显示区域PA中布置接收光传感器。
图IO的多个图中每个都示出了显示屏。更具体地讲，图10A的图示出 了不是根据第三修改方案构造的显示屏。另一方面，图IOB的图示出了根据 第三修改方案构造的显示屏。
图10的图的每一个示出了精细设置而形成矩阵的多个光学传感器部分 l和外部光传感器的输出，白点的每个代表检测情况，黑点的每一个代表未 检测情况，以便将检测和未检测情况分别绘制在呈现在显示屏上的白点和黑 点上。
从图IO的图还可以明显看出，与在周边区域CA中布置接收传感器相 比，更希望的是在可利用显示区域PA中布置接收光传感器。
如上所述，第三修改方案提供的优点为，适应于外部光量的变化，可以 控制这样的图像质量的下降或者这样的对比度的下降以及减少功耗。另外， 当来自外部环境的外部光的量是小的时，避免背光300产生的辐射光多于希 望大的量，从而可以防止从进入的可见光产生偏离光，或者可以减少由进入 的可见光产生的偏离光的量。因此，第三修改方案带来的另一个优点为，对于其中在包括图8的截面图的图中所示的用作光学传感器的光敏二极管PD 对可见光以及诸如IR (红外)光的不可见光壽丈感的构造，其可以改善确定检 测目标的位置的过程的精度。 第四^奮改方案
在本实施例和第一至第三修改方案的情况中，IR(红外)光用作主要的 不可见光。然而，不可见光也可以是紫外光。
所有的TFT结构和TFD (薄膜二极管)结构的每一个可以设置为顶栅 型结构。TFT结构是包括被包括在图4B的电路图所示的等效电路的读取电 路中的光敏二极管PD、选择晶体管TS、放大晶体管TA和读取晶体管TR 以及像素部分的转换器件SW的结构。另一方面，TFD结构是具有控制栅极 CG的结构。在此情况下，光屏蔽层至少覆盖TFD的光接收区域(可以是I 或D区域)和每个TFT的沟道形成区域的后表面侧，从而防止由背光300 直接产生的光进入光接收区域和沟道形成区域。
图3的俯视图所示的像素单元结构对应于红色滤色器21R、绿色滤色器 21G和蓝色滤色器21B作为像素单元的结构，表示像素单元中像素的颜色和 布局。另外，图3的俯视图还示出了光学传感器部分1的传感器开口部分 SA的位置与像素单元的位置之间的关系。然而，像素单元的结构和关系不 限于图3的俯视图中所示的这些。
第五^f奮改方案
本实施例和第一至第四修改方案中的每个不仅实施为液晶显示装置，而 且实施为广泛范围的显示装置，包括自发光型显示装置和利用电子运动的显 示装置。自发光型显示装置是能产生光而不利用背光的显示装置。自发光型 显示装置的一实例为有机EL (电致发光)显示装置。利用电子运动的显示 装置为可用于电子纸的显示装置。
利用电子运动的显示装置在像素电极与设置在透明基板上面对像素电 极的公共电极之间设置有电子墨水。用作包括在图1的截面图中所示的透射 型液晶显示装置100中的液晶层203的替代，电子墨水设置有具有白粒子和 黑粒子的多个微胶嚢，其中每个白粒子充有正电荷，而每个黑粒子充有负电 荷。微胶嚢悬浮在液体中。电子运动是粒子到像素电极侧和公共电极侧的运 动。根据像素电极和公共电极之间施加的电场是正电场还是负电场，白粒子 移动到像素电极侧而黑粒子运动到公共电极侧，或者黑粒子运动到像素电极侧而白粒子运动到公共电极侧。当移动到透明基板侧(或者公共像素侧)的 白粒子比黑粒子多时，对显示屏的观察者来说该像素看起来更亮。通过利用
这些电子运动，可以实施由输入数据确定的作为像素的灰阶显示(gradation display)的灰阶显示。因此，除了取代液晶层203所执行的光学调制技术而 利用的电子运动外，第五修改方案几乎与前述实施例相同。
另一方面，有机EL显示装置不需要背光。而是有机EL显示装置利用 下面的现象。在显示面板中为每个像素堆叠的有机材料膜能够自身产生光， 其具有根据施加给有机材料膜的电场大小的亮度。因此，所希望的是由层内 透镜层形成聚光透镜。除此，第五修改方案几乎与前述的实施例相同。
另外，本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求书或其等同物 的范围内，根据设计要求和其他因素，可以进行各种+爹改、结合、部分结合 和替换。
采用显示装置的典型产品
本实施例和第一至第五修改方案中的每个可以应用于在各种产品中采 用的显示部分用作用于显示符号和图像的部分，该些产品每个都是典型的电 子仪器。
具体地讲，本实施例和第一至第五修改方案中的每个都可以应用于在产 品中采用的显示部分，产品包括TV接收装置、个人电脑、具有图像复制功 能的移动设备、照相设备和例如汽车导航设备的车载设备。移动设备包括移 动电话、游戏机和PDA，照相设备包括静态相机或者摄像机。
如果红外光用作不可见光，则人体的温度分布可以作为红外光通过本发 明的本实施例;险测。因此，本发明的本实施例可以在指紋识别上应用于有效 地利用红外线。
在此情况下，代替液晶面板200，透过由背光产生的光的紋理识别面板 用作用于实施指紋识别的工具。具体地讲，将人的手指与紋理识别面板的表 面接触，由背光产生的红外光辐射到紋理识别面板，以由手指反射，在所反 射的红外光的基础上进行指紋识别。
根据本实施例和第一至第五修改方案，获得下面的优点。
在显示面板的前表面侧上不再需要设置触摸屏来用作采用使用两层导 电膜或者薄玻璃板的静电电容或者电阻法的触摸屏。就是说，触摸屏的功能 构建在可以通过本实施例和第一至第五修改方案中的每个实施的显示面板中。因此，使得显示装置紧凑的努力，具体地，4吏得显示装置薄的努力是成 功的。
因为通过与地址相关联代表检测位置的接收光数据存储在存储器中，所 以彼此分隔的多个位置可以同时4企测。另外，可以确定目标的大小以及^企测 目标的位置。
检测不可见光的过程是一种试图确定^r测目标的位置和大小而^r测光 的过程。在检测不可见光的过程中，通过利用聚光透镜来聚集光，从而增加 不可见光的利用效率。不可见光的利用效率可以被解释为到达检测目标的不 可见光的强度。另外，因为可以防止由进入的可见光产生的偏离光或者可以 减少由进入的可见光产生的偏离光的量，所以可以改善在确定;f企测目标的位 置的过程中的S/N比，并且因此通过利用显示装置可以以高的精度检测检测 目标的位置。
第一修改方案能够增加可见光的利用效率。第二修改方案的优点是对确 定聚光透镜61和聚光透镜60A的位置提供了更大的自由度，从而控制焦点 FP的位置来试图增加光的利用效率。第三修改方案能够利用显示装置的显 示区域中的可见光来实施外部光检测过程。特别是，在可利用显示区域中设 置外部光传感器的构造与在可利用显示区域外面设置外部光传感器的构造 相比，能够以高的精确度测量显示装置的显示屏上的亮度。因此，可以改善 控制由背光产生的光强的操作的精度。
上述的本实施例和修改方案提供的显示装置可以应用于各种上述电子 仪器中作为显示单元，各种上述电子仪器例如数字相机、笔记本个人电脑、 诸如移动电话和摄像机的便携式终端。就是说，显示装置可以应用于所有领 域中的各种电子仪器中用作显示单元，其用来显示提供给电子仪器的视频信 号或者在仪器中产生的视频信号作为图像或者视频。
另外，本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求书或其等同物 的范围内，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合 和替换。
本发明包含于2007年12月5日提交日本专利局的日本专利申请JP 2007-315287的相关主题事项，其全部内容以引用方式在此合并。
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权利要求
1、一种显示装置，包括显示部分；光辐射部分；多个聚光透镜；和多个光接收器件，其中所述显示部分包括像素区域，所述像素区域的每个用于设置像素部分，以及传感器区域，所述传感器区域的每个用于设置所述光接收器件之一，所述光辐射部分输出光，并且将所述输出光从所述显示部分的特定侧表面辐射到所述显示部分，所述聚光透镜的每个设置在每个位于所述显示部分的所述传感器区域之一中，并且将所述光辐射部分产生的光聚集在所述显示部分内的焦点上，将所述聚集的光传播到所述显示部分的另一侧表面，并且所述光接收器件的每个设置在所述传感器区域之一中，用作接收到达所述显示部分的所述另一侧表面而作为由检测目标反射的光的器件。
2、 根据权利要求1所述的显示装置，其中 所述传感器区域的每个包括 所述光接收器件的任何单独一个； 读取电路，为所述单独的光接收器件设置；多个布线层，包括电压供给线和信号线，它们为所述单独的光接收器件 和所述读耳又电赠4殳置；以及开口部分，既不包括所述光接收器件也不包括所述布线层；并且所述聚光透镜的任何单独一个设置在任何一个特定所述传感器区域中， 并且所述聚光透镜以这样的方式设置，所述单独的聚光透镜的中心光轴通过 所述特定传感器区域的所述开口部分。
3、 根据权利要求1所述的显示装置，其中 所述传感器区域的每个包括 所述光接收器件的任何单独一个；读取电路，为所述单独的光接收器件设置；多个布线层，包括电压供给线和信号线，它们为所述单独的光接收器件和所述读取电鴻"没置；以及开口部分，既不包括所述光^妻收器件也不包括所述布线层；并且所述聚光透镜的任何单独一个设置在所述传感器区域之一中，并且所述 聚光透镜以这样的方式设置，以使在包括埋设的所述布线层的分层中，所述 单独的聚光透镜的焦点与对应于所述开口部分的部分相一致。
4、 根据权利要求1所述的显示装置，其中所述光接收器件的每个是对不可见光敏感的光学传感器。
5、 根据权利要求1所述的显示装置，其中所述聚光透镜的每个设置在仅与所述光接收器件之一相关联的位置处。
6、 根据权利要求1所述的显示装置，其中 多个所述聚光透镜设置为形成透镜阵列；并且在所述透镜阵列的每个中的所述聚光透镜的每个设置在对应于所述传 感器区域之一的位置处。
7、 根据权利要求1所述的显示装置，其中多个所述聚光透镜设置为形成透镜阵列，即第一透镜阵列和第二透镜阵列；在所述第二透镜阵列中所述聚光透镜的每个设置在对应于所述传感器 区域之一的位置处，用作焦点在所述显示部分中的透镜；并且在所述第一透镜阵列中所述聚光透镜的每个设置在对应于所述像素区 域之一的位置处，用作焦距长于所述第二透镜阵列中设置的每个所述聚光透 镜的焦距的透镜。
8、 根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示装置具有滤色器，所述滤色器的每个都能透过具有选自多种颜 色的一种颜色的光；在所述像素区域的每个中，多个像素部分设置为用作这样的像素部分， 所述像素部分的每个专用于每个与所述滤色器之一相关联的所述颜色之一；在所述传感器区域的每个中，对不可见光敏感的光学传感器被设置用作 所述光接收器件之一；以及在所述显示部分的每条显示线上，所述传感器区域之一每隔几个像素区域重复设置，使得设置在所述显示线上的所述传感器区域的数量与设置在相 同的显示线上的所述像素区域的数量之比等于预先确定的分数。
全文摘要
本发明提供一种显示装置，其包括显示部分；光辐射部分；多个聚光透镜；以及多个光接收器件；其中显示部分包括每个用作设置像素部分的像素区域和每个用作设置光接收器件之一的传感器区域；光辐射部分输出光，并且将输出的光从显示部分的特定侧表面辐射到显示部分；每个聚光透镜设置在每个位于显示部分中的传感器区域之一中，并且聚集光辐射部分所产生的光到显示部分内的焦点上，将聚集的光传播到显示部分的另一侧表面；以及光接收器件的每个设置在所述传感器区域的一个中，用作接收到达显示部分的另一侧表面而作为检测目标反射的光的装置。
文档编号G02F1/133GK101452137SQ20081018486
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月5日 优先权日2007年12月5日
发明者山口和范, 杨映保, 樋口胜, 猪野益充, 田中勉 申请人:索尼株式会社