CN101963716A - 液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液晶显示器，包含一液晶模块、一背光模块、一驱动及检测模块及多个光感测器；该液晶模块由偏光片、玻璃基板、液晶、彩色滤光片、薄膜电晶体、黑色矩阵及多种导电配线等所组成；该背光模块由光源、导光板及扩散片等所组成；该驱动及检测模块由数据驱动器、门极驱动器、光感测器驱动器及光感测检测器等所组成；该多个光感测器由P-N二极管或薄膜电晶体所组成，在每一个像素单元上分别配置一个光感测器，该多个光感测器用来感测发自光源，且穿经液晶模块，再经光触控液晶使用者的触控手指反射回来的红色与红外线辐射，据而输出一感测信号，以供手指触控位置的判断。

Description

液晶显示器

技术领域

本发明关于一种液晶显示器，尤指一种光触控式液晶显示器。

背景技术

资讯、能源与生物是人类目前三种非常重要的科技。资讯科技的二块最重要基石就是显示器与半导体积体电路。显示器是人、机之间讯息传递的窗口，它已成为现代人不可或缺的重要装置。显示器的应用非常广泛，由小尺寸的手机，数位相机，及摄影机，中尺寸的笔记型及桌上型电脑，到大尺寸的家用电视及投影设备等均需要显示器。显示器的种类很多，主要的有阴极射线管(CRT)显示器，液晶显示器(LCD)，电浆显示面板(PDP)，发光二极管(LED)显示面板，场发射显示器(FED)，真空萤光显示面板(VFD)，及电致发光显示面板(ELP)等。其中，液晶显示器最广受使用，占有领导的地位。

液晶显示器一直持续往轻量，薄型，及高性能的方向发展，为了方便携带与使用的要求，遂有触控式液晶显示面板的开发与制造。触控式液晶显示面板的核心技术主要在于如何检测出使用者在面板上的触控位置。就目前而言，检测的方式有光学触控、超音波触控、电阻触控、及电容触控等。传统的这些技术均需要增添其它元件，导致增加了显示面板的体积、重量、制造成本，甚至降低了显示面板的一些性能，例如影响到亮度的开口率等。

传统的光学触控式液晶显示器在面板上方四周设置大量的红外线光源以及对应的光感测元件，藉此来侦测判断使用者在面板上的触控位置。此种设计不仅增加了面板的体积与重量，也增加了制程的复杂度及制造成本。本发明所揭露的光触控液晶显示器以半导体积体电路的制造方法将光感测元件一体形成于液晶模块上，并利用背光光源所发射的红外线做为感测用光源，因而不会增加面板的体积与重量，也不会增加制程的复杂度及制造成本，且可提高光感测触控面板的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液晶显示器，其主要将多个光感测器分别配置于各个像素单元上，用来感测发自光源，且穿经液晶模块，再经光触控液晶使用者的触控手指反射回来的红外线辐射，据而输出一感测信号，以供手指触控位置的判断。

本发明所提供的一种液晶显示器，包含一液晶模块、一背光模块、一驱动及检测模块以及多个光感测器。其中前述液晶模块包括有一上基板、一下基板、多个像素单元以及多个薄膜电晶体；前述背光模块包括有一可见光光源以及一红外线光源；前述多个光感测器中每一光感测器配置于一像素单元，并设置于上述一基板上，用以感测发自红外线光源光源、穿经液晶模块、再经使用者触控反射的红外线波段辐射，据而输出一感测信号，以判断触控位置。

与现有技术相比，本发明所述的液晶显示器，主要将多个光感测器分别配置于各个像素单元上，用来感测发自光源，且穿经液晶模块，再经光触控液晶使用者的触控手指反射回来的红外线辐射，据而输出一感测信号，以供手指触控位置的判断。

附图说明

图1A是本发明液晶显示器一实施例的结构的切面示意图；

图1B是图1A结构的等效电路图；

图1C是图1A的结构中部份元件的示意图；

图2A是本发明的液晶显示器的另一实施例结构的切面示意图；

图2B是图2A结构的等效电路图；

图2C是图2A的结构中部份元件的示意图；

图3是本发明的液晶显示器的另一实施例结构的切面示意图；

图4A是多晶硅与非晶硅对各种波长(300～1100nm)辐射的吸收率曲线图；

图4B是人类皮肤对各种波长(300～1100nm)辐射的反射率曲线图；

图4C是各种波长(300～1100nm)的辐射行经三种横向偏光片的穿透率曲线图；

图5A-5B是各种波长(300～1100nm)的辐射穿经非晶硅，横向偏光器，再经人类皮肤反射的总效率曲线图；

图6是各种波长(300～1100nm)的辐射在背光式薄膜电晶体液晶显示器(TFT-LCD)打开及关闭的状态下的穿透强度。

附图标记说明：110-液晶模块；111-上偏光片；112-上玻璃基板；113-液晶；114-下玻璃基板；115-下偏光片；116-彩色滤光片；117-光感测器；118-薄膜电晶体；119-黑色矩阵；120-背光模块；121-导光板；122-扩散片；130-驱动与检测模块；131-数据线；132-门极线；133-感测线；217-光感测器；317-光感测器。

具体实施方式

图1A至图1C是本发明液晶显示器的的切面示意图。本发明的一实施例结构包括液晶模块110，背光模块120，及驱动与检测模块130。液晶模块110包括上偏光片111，上玻璃基板112，液晶113，下玻璃基板114，下偏光片115，彩色滤光片116，光感测器117，黑色矩阵119，薄膜电晶体118及多种导电配线131、132、133等。

光感测器117设置于下玻璃基板114内表面上。背光模块120包括光源(未显示)，导光板121及扩散片122。驱动及检测模块130包括数据驱动器、门极驱动器、光感测器驱动器，及光感测检测器等(未显示)。

图1B是图1A的等效电路的示意图，其包括有三个薄膜电晶体118、一个光感测器117、数据线131、门极线132及感测线133等。其中，光感测器117设置于像素单元的左下角落(由上往下看)。

第1C图是第1A图的结构中部份元件的示意图，用来显示光感测器117与黑色矩阵119之间的相对位置。

图2A、图2B以及图2C是本发明另一实施例结构的切面，等效电路，及部份元件等的示意图。除了光感测器217有不同的设置位置之外，其余的均相同于图1A、图1B以及图1C所示。在本发明的此一结构中，光感测器217设置于像素单元的左上角落(由上往下看)，如图2B与图2C所示。

图3是本发明再另一个结构的切面示意图。除了光感测器317有不同的设置位置之外，其余的均相同于前面所述的结构。在本发明的此一结构中，光感测器317设置于上玻璃基材312内表面上，其可位于像素区域的左下角落或左上角落(由上向下看)。

本发明的关键技术在于利用红外线的背光模块发射红外线辐射，穿经液晶模块(偏光片)后，再经使用者的触控手指反射回红外线辐射，最后由配置于各个像素单元上的光感测器侦测，其中光感测器的材料一般是硅或非晶硅。因此，为达上述目的，必须先了解硅及非晶硅的吸收谱线、人体皮肤的对光的反射谱线，以及偏光片的穿透效率。图4A是硅与非晶硅对各种波长(300～1100nm)辐射的吸收谱线。由该吸收谱线可看出，无论是硅或非晶硅，波长愈长，吸收愈少。对于800nm左右的辐射，硅与非晶硅均有40％左右的吸收率。对于小于800nm的辐射，非晶硅的吸收大于硅。当辐射的波长大于800nm，非晶硅的吸收率很快就降到零。换言之，非晶硅可让大于800nm(小于1100nm)的辐射完全通过。而多晶硅对于大于800nm(小于1100nm)的辐射，也只有40％以下的吸收率。

图4B显示人类皮肤对各种波长(300～1100nm)辐射的反射情形。由图的曲线可看出，人类皮肤对于700nm左右的辐射具有最大的反射率(超过90％)。对于800nm左右的辐射具有约65％的反射率，对于900nm左右的辐射具有约40％的反射率。而对于1000nm左右的辐射也有约15％的反射率。

图4C是三种横向偏光片(650、700、及800nm)的穿透谱线。由图中曲线可看出，650nm，700nm，及800nm的横向偏光片只能分别阻挡小于650nm，700nm，及800nm的辐射，大于650nm，700nm，及800nm的辐射则分别有85％左右的穿透率。换言之，横向偏光片可以有效地阻挡短波长的辐射；但对于长波长的辐射，仅能阻挡15％左右。

结合硅及非晶硅的吸收谱线、人体皮肤的对光的反射谱线，以及偏光片的穿透效率，将有助于了解本发明适用的红外线辐射波段范围。图5A-图5B显示图4A、图4B以及图4C分别所示的效应合在一起的总效应。由图5A的曲线可以看出，各种波长(300～1100nm)的辐射穿经偏光片器，再经皮肤反射，再由非晶硅吸收的总效率。以650nm的偏光器片而言，其响应范围介于650～820nm之间，且最大效率(约30％)发生于750nm的辐射处。对于700nm的偏光片而言，响应范围介于700～820nm，且最大效率(约8％)发生于800nm的辐射处。至于800nm的偏光片，各种波长的辐射响应的效率均为零。由第5B图的曲线可以看出，各种波长(300～1100nm)的辐射穿经偏光片，经皮肤反射，再由硅吸收的总效率。以650nm的偏光片而言，其响应范围介于650～1100nm之间，且最大效率(约25％)，发生于750nm的辐射处。对于700nm的偏光片而言，其响应范围介于700～1100nm之间，且最大效率(约12％)发生于850nm。至于800nm的偏光片，800～1100nm的辐射仍具有不为零的效率，且最大效率(约7％)发生于900nm的辐射处。

图6显示各种波长(300～1100nm)的辐射在背光式薄膜电晶体液晶显示器(TFT-LCD)打开及关闭的状态下的穿透强度。该TFT-LCD的背光光源为冷阴极萤光灯(CCFL)。图中下面的曲线是TFT-LCD关闭时各种波长的穿透强度。可以看出，可见光波段(400～700nm左右)完全被偏光片阻挡掉。但红外线部份(800～900nm左右)却可穿透。图中上面的曲线是TFT-LCD打开时，各种波长的穿透强度。可以看出，可见光(蓝绿红BGR)及红外线(800～900nm左右)均可穿透。比较此二条穿透曲线，可以显示出，背光光源的红外线部份(800～900nm左右)。不论TFT-LCD在关闭或打开状态下，均可穿透TFT-LCD。此效应被本发明利用来制造光触控式液晶显示器。

请再参阅图1A及图3等图，当使用者以手指触控本发明液晶显示器时，手指下面的光感测器会接受到由手指皮肤反射进入的辐射(650～1100nm)而有所响应。同时，显示器内的其它光感测器则不会接受到由手指皮肤反射进入的辐射而有所响应。利用读取电路检测这些光感测器的响应，可藉此判断手指所触控的位置，进而执行显示器的触控。

本发明光触控液晶显示器的背光模块内的光源可为冷阴极萤光灯(CCFL)，CCFL的辐射包括可见光及红外线。可见光部份可用来做为显示器的显示，而红外线部份则可用来做为手指的触控，此可谓一举二得。

本发明光触控液晶显示器的背光模块内的光源亦可为白光发光二极管(LED)与红外线发光二极管(LED)。白光LED的辐射可用来做为显示器的显示，而红外线LED的辐射则可用来做为手指的触控。

本发明光触控液晶显示器内的光感测器可使用P-N二极管或TFT来构成。使用P-N二极管做为光感测器时，该P-N二极管需先加予逆向偏压。当逆向偏压的P-N二极管受到手指皮肤反射进入的红外线的照射时，会产生逆向电流。读取这些逆向电流，即可判断手指所触控的位置。使用TFT作为光感测器时，将TFT当做顺向偏压二极管式来使用。

综上所示，本发明所揭露的液晶显示器，包括有液晶模块、背光模块、及驱动与检测模块等。本发明主要将多个光感测器设置于液晶盒下玻璃基板的内表面，或液晶盒上玻璃基板的内表面，并利用可高度穿透液晶盒的背光光源的长波长(650～1100nm)辐射，经手指皮肤的反射来判断手指触控的位置。由于光感测器内嵌于液晶盒内部，且不需要增设背光光源以外的红外线光源。故可减少液晶显示器的体积与重量，亦可降低液晶显示器的制造成本。

虽然本发明所揭露的液晶显示器，已用数种实施例加以详细说明，但这些实施例并非用来限定本发明。对于本发明相关领域的专业人士，在不违背本发明的精神及范围下，当可对上面所述的实施例加予各种修改。因此，本发明的专利保护范围当以后面所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种液晶显示器，其特征在于，包含：

一液晶模块，包括有一上基板、一下基板、多个像素单元以及多个薄膜电晶体；

一背光模块，包括有一可见光光源以及一红外线光源；

一驱动及检测模块；以及

多个光感测器，其中每一光感测器配置于一像素单元，并设置于所述上基板或所述下基板上，用以感测发自红外线光源光源、穿经所述液晶模块、再经使用者触控反射的红外线波段辐射，据而输出一感测信号，以判断触控位置。

2.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，所述多个光感测器设置于所述液晶模块的下基板的内表面上。

3.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，所述多个光感测器设置于所述液晶模块的上基板的内表面上。

4.如权利要求2或3所述的液晶显示器，其特征在于，每一所述薄膜电晶体设置于每一所述像素单元的一角落，而每一所述光感测器设置于该像素单元的其余三角落中任一者。

5.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，所述背光模块中的可见光以及红外线光源都为冷阴极荧光灯。

6.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，所述背光模块中的可见光光源是白色发光二极管，而所述红外线光源是红外线发光二极管。

7.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该红外线光源所发射的红外线波段的波长涵盖650～1100nm。

8.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，每一光感测器由可侦测光波长介于650～1100nm波段的二极管所构成。

9.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，每一光感测器由薄膜电晶体所构成。

10.如权利要求9所述的液晶显示器，其特征在于，该用于光感测的薄膜电晶体操作于外加顺向偏压于薄膜电晶体的门极及源极。

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