(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板上に形成されるゲート線と、
前記第１基板上に形成され、前記ゲート線と交差するデータ線と、
前記ゲート線及び前記データ線に接続される第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子に接続される画素電極と、
前記第１基板上に形成され、赤外線を感知する受光素子と、
前記受光素子と前記第１基板との間に形成されて配置され、前記受光素子と重畳して光を遮断する遮光パターンと、
前記受光素子の前記第１基板と面する側とは反対側に位置し、前記受光素子と重畳して光の特定波長だけを透過させる光学フィルタと、を有し、
前記第１基板に対向する第２基板と
前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層を更に有し、
前記液晶層の液晶分子は、前記受光素子と重畳する領域では前記画素電極が配置されないことにより初期配向状態を維持することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光学フィルタは赤外線を透過させ、光学フィルタのエネルギーバンドギャップは、前記受光素子のエネルギーバンドギャップより広いことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記受光素子は水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）を含み、前記光学フィルタは水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記受光素子は多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を含み前記光学フィルタは水素化非晶質シリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記光学フィルタは前記受光素子と重畳する赤色、緑色及び青色のカラーフィルタを積層して形成されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記第１スイッチング素子及び前記受光素子と重畳するブラックマトリックスを更に有し、該ブラックマトリックスは赤外線を透過させることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
前記受光素子は、非晶質シリコン、多結晶シリコン、及び結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のうちの少なくとも一つを含む半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記受光素子は、薄膜トランジスタ、フォトダイオード、及びフォトレジスタのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項９】
前記受光素子と前記ゲート線とに接続される第２スイッチング素子を更に有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関し、特に、表示パネル上に位置する物体自体を検知する機能を有する表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現代社会が高度の情報化社会になるにつれ表示装置は大型化及び薄型化に対する市場の要求に直面しており、従来のＣＲＴ装置ではこのような要求を十分に満足させることができないためにＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）装置、ＰＡＬＣ（Ｐｌａｓｍａ  Ａｄｄｒｅｓｓ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）装置、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）装置、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）装置などに代表されるフラットパネル表示装置に対する需要が爆発的に増えている。
【０００３】
最近の表示装置は画像を表示する機能だけでなく外部からの情報の入力を受ける認識機能を含む形態に発展している。このような表示装置としてタッチスクリーン表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
タッチスクリーン表示装置とはキーボードとマウスを代替する最先端の入力装置であってタッチスクリーンを表示パネル上に装着した後、表示パネル上に直接手やスタイラスペン等でタッチして望む作業を行うためＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を有するオペレーティングシステム環境下で直観的な業務遂行が可能である理想的な装置であって、コンピュータベースの訓練及びシミュレーション応用分野、オフィスオートメーション応用分野、教育応用分野、及びゲーム応用分野などで広く使用され得る。
但し、タッチスクリーン表示装置はタッチパネル面に加えられた圧力を検知する方式でタッチスクリーン表示装置に対し機械的な操作が必要とされ信頼性及び精密度が損なわれてしまう可能性があるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−０６３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これにともない表示パネル上に位置する（近接する）物体（ｏｂｊｅｃｔ）自体を検知する技術が必要となり、特に液晶表示装置のように表示パネルの両面に通常、検知を妨げる偏光板が形成された場合にも物体が検知されうる装置が必要となった。
【０００７】
そこで、本発明は上記従来の表示装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、画像を認識する機能を有する表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明による表示装置は、第１基板と、前記第１基板上に形成されるゲート線と、前記第１基板上に形成され、前記ゲート線と交差するデータ線と、前記ゲート線及び前記データ線に接続される第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子に接続される画素電極と、前記第１基板上に形成され、赤外線を感知する受光素子と、前記受光素子と前記第１基板との間に形成されて配置され、前記受光素子と重畳して光を遮断する遮光パターンと、前記受光素子の前記第１基板と面する側とは反対側に位置し、前記受光素子と重畳して光の特定波長だけを透過させる光学フィルタと、を有し、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層を更に有し、前記液晶層の液晶分子は、前記受光素子と重畳する領域では前記画素電極が配置されないことにより初期配向状態を維持することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の望ましい実施形態による表示装置は、画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの両外側の面に配置される第１偏光板及び第２偏光板と、前記表示パネルの外側に配置され前記表示パネルに赤外線を提供する赤外線光源と、を有し、前記表示パネルは、赤外線を検知する受光素子を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る表示装置によれば、表示パネル上に位置する物体自体を検知することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による表示装置の概略的な構成図である。
【図２】図１に示す表示装置の概略的な配置図である。
【図３】図１、２に示す表示装置の概略的な断面図である。
【図４】図１、２に示す表示装置の一画素に対する等価回路図である。
【図５】ａ−ＳｉＧｅ：Ｈとｐ−Ｓｉのエネルギーに対する光吸収係数の関係を示したグラフである。
【図６】各光フィルタの厚さに伴う透過波長の特性を示したグラフである。
【図７】赤外線の検出過程を説明するための図１、２に示す表示装置の概略断面図である。
【図８】可視光線の透過過程を説明するための図１、２に示す表示装置の概略断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対する概略図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対する概略図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対する概略図である。
【図１２】本発明の第５実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対する概略図である。
【図１３】図１、２に示す表示装置の分解斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施形態による表示装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すると明確になるであろう。
しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されるものであり、単に本実施形態は本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。従って、いくつかの実施形態で、公知の工程段階、公知の素子構造及び公知の技術は本発明が曖昧に解釈されることを避けるために具体的に説明しない。明細書全体において同一符号は同一構成要素を指称する。
【００１３】
空間的に相対的な用語である「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などは図面に示すように一つの素子又は構成要素と異なった素子又は構成要素との相関関係を容易に記述するために使用され得る。空間的に相対的な用語は図面に示す方向に加えて使用時又は動作時素子の互いに異なる方向を含む用語として理解されなければならない。
【００１４】
次に、本発明に係る表示装置を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら説明する。
図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態による表示装置について詳細に説明する。
ここで、図１は、本発明の第１実施形態による表示装置の概略的な構成図であり、図２は、図１に示す表示装置の概略的な配置図であり、図３は、図１、２に示す表示装置の概略的な断面図であり、図４は、図１、２に示す表示装置の一画素に対する等価回路図である。
【００１５】
先ず、図１を参照すると、本発明の第１実施形態による表示装置１０は、表示パネル３０内に赤外線センサ（未図示）を内蔵して、表示パネル３０の上部に位置する物体ＯＪを検知（認識）することができ、表示パネル３０、赤外線ランプ１５１及び光源１５０を含む。
ここで、赤外線ランプ１５１及び光源１５０は表示パネル３０の下部に位置し、赤外線ランプ１５１及び光源１５０から発生した光は表示パネル３０を透過して物体ＯＪで反射され、物体ＯＪによって反射された光のうち赤外線領域に該当する光を表示パネル３０内の赤外線センサ（未図示）で検知（認識）して物体ＯＪを認識する。
【００１６】
この時、光源１５０から発生した可視光線領域の光は、表示パネル３０に付着された２枚の偏光板（未図示）によって遮断されたり、別途の遮光パターン（未図示）によって遮断されたりする。一方、赤外線領域の光は波長が長く、２枚の偏光板を透過することができ、表示パネル３０に付着された偏光板や液晶層（未図示）の状態に拘らず赤外線センサが認識できる。
【００１７】
このように赤外線センサを表示パネル３０内部に内包する構造は物体ＯＪと赤外線センサの間の距離が小さくなって物体ＯＪをより正確に認識することができ、物体ＯＪが基となる複雑な像（イメージ）の認識が可能になる。
また、表示パネル３０のサイズほどの大きい物体の認識も可能であり、表示パネル３０と物体ＯＪの間に拡散層を必要とせず、より明確に物体ＯＪの像を認識することができるようになる。
表示パネル３０の具体的な構造に関しては後で詳細に説明する。
【００１８】
図２〜図４を参照すると、表示装置１０はゲート線Ｇとデータ線Ｄによって定義される薄膜トランジスタを具備する下部表示板３１と、下部表示板３１と対向し、共通電極（未図示）を具備する上部表示板３６と、下部表示板３１と上部表示板３６の間に介在する液晶層３５を含む。上部表示板３６及び下部表示板３１の外側の面には第１偏光板３１２及び第２偏光板３６２が、偏光軸が直交するように配置される。
【００１９】
具体的には、第１基板３１１の上に横方向にゲート線Ｇが配置される。ゲート線Ｇはアルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金などアルミニウム系の金属、銀（Ａｇ）や銀合金など銀系の金属、銅（Ｃｕ）や銅合金など銅系の金属、モリブデン（Ｍｏ）やモリブデン合金などモリブデン系の金属、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などで形成し得る。
【００２０】
また、ゲート線Ｇは物理的性質が異なる二つ以上の導電膜（未図示）を含む多重膜構造を有してもよい。
例えば、このうち１つの導電膜はゲート線Ｇの信号遅延や電圧降下を減少させるように低い比抵抗（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）の金属、例えばアルミニウム系金属、銀系金属、銅系金属などで成される。これとは異なり、もう１つの導電膜は他の物質、特にＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）との接触特性が優秀な物質、例えばモリブデン系金属、クロム、チタニウム、タンタルなどで成される。
このような組み合わせの良い例として、クロム下部膜とアルミニウム上部膜やアルミニウム下部膜とモリブデン上部膜を挙げることができる。但し、本発明はこれに限定されず、ゲート線Ｇは多様な様々な金属と導電体で形成することができる。
【００２１】
ゲート線Ｇ上部には、ゲート線Ｇと絶縁され、縦方向に延長するデータ線Ｄが形成される。ゲート線Ｇ及びデータ線Ｄは互いに格子（ｌａｔｔｉｃｅ）形態で配列されて画素を規定する。
【００２２】
データ線Ｄはアルミニウム、クロム、モリブデン、タンタル、及びチタニウムで構成されるグループから選択された一つ以上の物質で構成される単一膜又は多層膜で形成される。
【００２３】
第１スイッチング素子Ｑ１は、画素部ＰＸを通過する光を制御するスイッチング素子として、薄膜トランジスタで形成される。第１スイッチング素子Ｑ１は、ゲート電極（未図示）、ソース電極（未図示）及びドレイン電極（未図示）を三端子とする薄膜トランジスタで形成され得、各端子はゲート線Ｇ、データ線Ｄ及び画素電極３４０と接続される。
【００２４】
画素電極３４０は画素部ＰＸの形状に添って形成され、データ電圧が印加されると上部表示板３６の共通電極（未図示）と共に電場を生成することによって、画素電極３４０と共通電極の間に介在する液晶層３５の液晶分子の配列を決定する。
【００２５】
第２スイッチング素子Ｑ２は、センサ部ＳＥＮとセンサラインＳＲの間を接続し、受光素子３２０から発生した信号を制御する役割をする。第２スイッチング素子Ｑ２は薄膜トランジスタで形成されうる。第２スイッチング素子Ｑ２の三端子はゲート線Ｇ、センサ部ＳＥＮ及びセンサラインＳＲと接続される。
【００２６】
センサ部ＳＥＮは予め設定された特定の波長の光を検知認識して物体ＯＪによる像を識別する役割をするものであって、受光素子３２０、遮光パターン３３０及び光フィルタ（光学フィルタ）３５０を含む。このようなセンサ部ＳＥＮは、画素ごとに形成することができ、また、必要によってその密度を調節することができる。このようなセンサ部ＳＥＮの密度は認識できる物体ＯＪによる像の解像度を決定する。
【００２７】
受光素子３２０は、光の入力を受け、受けた光に基づいた信号を出力する素子であり、例えば、薄膜トランジスタ、フォトダイオード及びフォトレジスタなどであり得る。このような受光素子３２０はＰＮダイオード、ＰＩＮダイオードなどのように半導体層を含み形成されうる。受光素子３２０に含まれる半導体層を成す物質としては非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）及び結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）などで形成することができ、特に本実施形態では、水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）で形成する。
【００２８】
受光素子３２０は第１基板３１１上に形成され、赤外線領域の光だけを検知する。赤外線は可視光線に比べて、長い波長の光線であって、第１基板３１１及び第２基板３６１の外側の面に形成された第１偏光板３１２及び第２偏光板３６２をすべて通過することができる。即ち、赤外線は第１偏光板３１２及び第２偏光板３６２の偏光軸が直交するとしても簡単に通過することができ、表示パネル３０の液晶分子の配列状態に拘わらず常に通過する。
【００２９】
表示パネル３０下部に配置された赤外線ランプから発生した赤外線は表示パネル３０を通過して第２偏光板３６２の外側に位置した物体ＯＪ（図１参照）により反射され、受光素子３２０によって検知される。赤外線及び可視光線が表示パネル３０を通過する過程に関しては後で詳細に説明する。
【００３０】
図３を参照すると、受光素子３２０の下部には光を遮断する遮光パターン３３０が形成される。
遮光パターン３３０は表示パネル３０の下部から入射する光を遮断する役割をする。即ち、受光素子３２０は表示パネル３０の上部から入射する光だけでなく下部から入射する光を共に検知することができ、下部から入射する光を遮断するために受光素子３２０の下部に配置する。遮光パターン３３０は受光素子３２０より多少広く形成するのが好ましく、受光素子３２０は遮光パターン３３０と完全に重畳するように形成する。このような遮光パターン３３０はゲート線Ｇと同一な材質で一緒に形成することができる。
【００３１】
受光素子３２０の上方には光フィルタ３５０が形成される。
光フィルタ３５０は予め設定された特定の波長領域の光だけを選択的に透過させる役割をし、表示パネル３０の上部から入射する光のうち物体ＯＪで反射した赤外線だけを入射することができるように他の波長の光を遮断する。
【００３２】
受光素子３２０は、光フィルタ３５０と遮光パターン３３０との間に形成し、光フィルタ３５０は第２基板３６１上に形成することができる。
【００３３】
表示パネル３０の下部から入射する光は遮光パターン３３０によって完全に遮断され、上部から入射する光は光フィルタ３５０によって選択的に透過できるようにする。
光フィルタ３５０は、例えば、水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）及び水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）のうちの少なくとも一つを含む半導体層を含み得る。
【００３４】
更に、光フィルタ３５０のエネルギーバンドギャップは、受光素子３２０のエネルギーバンドギャップより広く形成する。
例えば、光フィルタ３５０が１．６ｅＶのエネルギーバンドギャップを有し、受光素子３２０が１．５ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する場合、表示パネル３０の上部から入射する光のうち１．６ｅＶ以上のエネルギーを有する光は光フィルタ３５０に吸収される。
【００３５】
言い換えれば、基準となる波長より短い波長の光は光フィルタ３５０によって吸収され、基準となる波長より長い波長の光は光フィルタ３５０を通過して受光素子３２０に伝達される。この時、受光素子３２０は１．５ｅＶ以上のエネルギーを有する光だけを検知し、１．５ｅＶ以下のエネルギーを有する光はそのまま通過する。従って、受光素子３２０は１．５ｅＶから１．６ｅＶの間のエネルギーを有する光だけを検知する。
【００３６】
このような受光素子３２０と光フィルタ３５０の配置は多様に実施されうる。例えば、受光素子３２０は水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）を含み、光フィルタ３５０は水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含む形態で形成することができ、或いは、受光素子３２０は多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を含み光フィルタ３５０は水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）を含むように形成することもできる。
【００３７】
図５及び図６を参照して水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）を具備した光フィルタと多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を具備する受光素子を含む表示装置において光フィルタの厚さ特性に関して説明する。
ここで、図５は、水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）と多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）のエネルギーに対する光吸収係数の関係を示したグラフであり、図６は、各光フィルタの厚さに伴う透過波長の特性を示したグラフである。
【００３８】
図５において、横軸は光のエネルギーを示すものであって、光のエネルギーはその光の波長に対して反対の特性を示す。即ち、短波長の光はエネルギーが高くて長波長の光はエネルギーが相対的に小さくなる。そして縦軸は各光のエネルギーに基づく光吸収係数（α）の対数を示す。ここでは、水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）と多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）に基づく光吸収係数の特性を示す。
【００３９】
一方、光フィルタ３５０の光吸収係数をαｆ、受光素子３２０の光吸収係数をαｓ、光フィルタの厚さをｄとするとき、このような条件下で発生する光電流をＩｐＨとすると、これに対する関係式は次の数式１のとおりである。
（数１）
ＩｐＨ  ∝  αｓ（−αｆ×ｄ）
【００４０】
図６は、水素化非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）よりなる光フィルタ３５０と多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）よりなる受光素子３２０を含む表示装置に関する特性グラフであって、上記数式１に基づくグラフである。
図６で、横軸は波長の長さを示し、縦軸は光電流ＩｐＨを示す。数式１は光電流ＩｐＨを比例式で表したものであって、図６の縦軸は任意の単位を有する光電流ＩｐＨを意味する。
【００４１】
図６において、グラフの各曲線は光フィルタ３５０の厚さｄに伴う特性を示す。
即ち、光フィルタ３５０の厚さが１０００〜３０００ｎｍ程度で形成されれば赤外線に対する反応性が良く受光素子３２０の検知性能が良くなることが分かる。
但し、光フィルタ３５０の厚さが３０００ｎｍ以上に厚くなれば光電流ＩｐＨのピーク（ｐｅａｋ）点が低くなり受光素子３２０の検知性能が低く成りうる。
光フィルタ３５０の厚さが３０００ｎｍである時、ピーク点を成す光の波長が８１７ｎｍ程度になるため、光フィルタ３５０の厚さは３０００ｎｍ以下であるのが好ましく、可視光線領域帯の吸収度を低くするために、光フィルタ３５０の厚さは１０００ｎｍ以上であるのが好ましい。
【００４２】
受光素子３２０及び遮光パターン３３０は第１基板３１１上に形成された薄膜トランジスタアレイ３１３に共に形成することができるが、これに限定されるのではなく、第１基板３１１及び第２基板３６１の間のどこにでも形成することができる。
【００４３】
再び、図３を参照すると、表示パネル３０はセンサ領域Ａ１と画素領域Ａ２を含む。
センサ領域Ａ１は受光素子３２０と重畳される領域をいい、画素領域Ａ２は画素電極３４０と重畳される領域をいう。
画素領域Ａ２は画素電極３４０と重畳される領域なので、画素電極３４０に印加されるデータ電圧によって液晶層３５の液晶分子が挙動をするようになる。しかし、センサ領域Ａ１は画素電極３４０と重畳されないので液晶層３５の液晶分子は挙動せず初期状態の配置をそのまま維持する。例えば、垂直配向モードの場合には初期に液晶分子が垂直に配向されており、可視光線はセンサ領域Ａ１を通過することができなくなる。赤外線及び可視光線の透過過程の詳細に関しては後述する。
【００４４】
図４を参照すると、表示装置の一画素は第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２、液晶キャパシタンスＣＬＣ、ストレージキャパシタンスＣＳＴ、センサキャパシタンスＣＳＲ及び受光素子３２０を含む。
【００４５】
液晶キャパシタンスＣＬＣは共通電極（未図示）と画素電極３４０により形成され、共通電極と画素電極３４０の間には液晶層３５が誘電体として介在する。ストレージキャパシタンスＣＳＴはストレージ電極（未図示）とこれに重畳される画素電極３４０によって形成される。このような液晶キャパシタンスＣＬＣ及びストレージキャパシタンスＣＳＴは表示パネル３０に画像を維持できるようにする。
【００４６】
一方、受光素子３２０は一端が第２スイッチング素子Ｑ２のソース電極に接続され、他端は任意の電圧レベルを有する参照配線ＲＦに接続される。このような参照配線ＲＦには本実施形態では共通電圧が印加され、ストレージラインＳＴに共に接続することもできる。
【００４７】
センサキャパシタンスＣＳＲは一端が第２スイッチング素子Ｑ２のソース電極に接続され他端は参照ラインＲＦに接続される。
【００４８】
Ｑ２が導通状態になると、ＣＳＲがＳＲの電圧になるように充電される。受光素子３２０は、光を受けると導電率が変化し、ＣＳＲの電圧が放電される。再度、Ｑ２が導通状態になった時に、変化した電圧がＳＲを通じて読み出される。第２スイッチング素子Ｑ２はゲート線Ｇと接続されてゲート電圧によって制御され、ゲート線Ｇ及びセンサラインＳＲが格子形態で配列されており、各位置の電圧を認識できるようになっている。
【００４９】
以下、図７及び図８を参照し、赤外線及び可視光線に対する表示パネルの透過特性を具体的に説明する。
ここで、図７は、赤外線の検出過程を説明するための図１、２に示す表示装置の概略断面図であり、図８は、可視光線の透過過程を説明するための図１、２に示す表示装置の概略断面図である。
【００５０】
先ず、図７を参照すると、表示パネル３０はセンサ領域Ａ１と画素領域Ａ２を含む。センサ領域Ａ１は受光素子３２０と重畳される領域であり、画素領域Ａ２は画素電極３４０と重畳される領域である。
【００５１】
物体ＯＪをセンサ領域Ａ１上部に位置させ、下部表示板３１の下部で赤外線を調べる。この時、下部から照射される赤外線は必ずしも平行光線ではなく、様々な方向で照射され得る。
【００５２】
センサ領域Ａ１に入射する赤外線は下部表示板３１及び上部表示板３６をすべて通過し、物体ＯＪで反射され、再び光フィルタ３５０に入射する。光フィルタ３５０に入射した赤外線はそのまま通過して受光素子３２０に吸収される。この時、センサ領域Ａ１の液晶配列は初期配列状態である垂直配列で維持される。
【００５３】
赤外線は液晶の配列の可否や第１偏光板３１２及び第２偏光板３６２の存在に拘わらず下部表示板３１及び上部表示板３６を通過する。
【００５４】
次に、図８を参照すると、可視光線は下部表示板３１の下部でセンサ領域Ａ１及び画素領域Ａ２に照射される。センサ領域Ａ１に照射された可視光線は第１偏光板３１２が配置された下部表示板３１及び液晶層３５を通過して第２偏光板３６２に到達する。この時、可視光線は第２偏光板３６２を通過することができない。
【００５５】
一方、画素領域Ａ２に照射された可視光線は第１偏光板３１２及び第２偏光板３６２をすべて貫通する。このような可視光線は物体ＯＪで反射されて再び上部表示板３６に入射するようになる。この時反射された可視光線のうち光フィルタ３５０に入射した可視光線は光フィルタ３５０を通過することができず光フィルタ３５０に吸収される。従って、可視光線は受光素子３２０に到達しない。
【００５６】
以下、図９を参照して本発明の第２実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対して詳細に説明する。ここで、図９は、本発明の第２実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対する概略図である。
【００５７】
本発明の第２実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域は光フィルタ３５０ａ、受光素子３２０、遮光パターン３３０及び接続電極３４０’を含む。
【００５８】
受光素子３２０は下部に形成された遮光パターン３３０に電気的に接続される。即ち、遮光パターン３３０はゲート線Ｇ（図２参照）と同一な金属材質で形成することができ、光を遮断する役割だけでなく受光素子３２０の一端子とすることができる。
【００５９】
一方、受光素子３２０の上部には接続電極３４０’が形成される。接続電極３４０’は透明な材質であって光が透過できる電極で形成することができる。このような材質としては画素電極のようなＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）又はＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）で形成される。即ち、受光素子３２０の二つの電極として接続電極３４０’及び遮光パターン３３０が使用され得る。接続電極３４０’と遮光パターン３３０は受光素子３２０を間に置いて重畳されて配置される。このような接続電極３４０’及び遮光パターン３３０が受光素子３２０の二つの端子の役割をするためには、光が受光素子の下段の遮光パターン領域まで十分に吸収されなければならないため受光素子３２０の厚さが薄くなければならない。従って、受光素子３２０の厚さは約５０ｎｍかそれ以下で形成することができる。
【００６０】
受光素子３２０の上部には光フィルタ３５０ａが形成される。このような光フィルタ３５０ａはブラックマトリックスのような有機膜で形成されうる。
【００６１】
以下、図１０を参照して本発明の第３実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対して詳細に説明する。ここで、図１０は、本発明の第３実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対する概略図である。説明の便宜上、第２実施形態の図面に示した各部材と同一機能を有する同一部材は同一符号で示し、従って、その説明は省略する。
【００６２】
本発明の第３実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域は光フィルタ３５０ｂ、受光素子３２０、遮光パターン３３０及び接続電極３４０’を含む。
【００６３】
光フィルタ３５０は赤色、緑色及び青色のカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂを積層して形成することができる。具体的に、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂは可視光線領域で特定波長の光だけを透過させる役割をする。このような赤色、緑色及び青色のカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂをすべて重複すれば、可視光線領域の光はほとんど遮断される。しかし、赤外線はすべて遮断できず、相対的に多い量の赤外線が通過するようになる。従って、受光素子３２０の上部に赤色、緑色及び青色のカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂをすべて重複させれば赤外線だけを透過する光フィルタ３５０が形成される。
【００６４】
このように、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂを重複して液晶パネルのカラーフィルタ基板に光フィルタを形成する場合、光フィルタ形成のための別途の追加的な工程を必要とせず製造工程上有利である。
【００６５】
また、受光素子の上部をカバーするように赤色、緑色及び青色のカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂを重複して薄膜トランジスタアレイの上部に形成することによって、光フィルタを追加的な工程なしで形成することもできる。
【００６６】
以下、図１１を参照して本発明の第４実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対して詳細に説明する。ここで、図１１は、本発明の第４実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対する概略図である。説明の便宜上、第２実施形態の図面に示した各部材と同一機能を有する同一部材は同一符号で示し、従って、その説明は省略する。
【００６７】
本発明の第４実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域は光フィルタ３５０Ｃを受光素子３２０の真上に形成する。即ち、光フィルタ３５０を接続電極３４０’の真上に形成して実質的に受光素子３２０と光フィルタ３５０が互いに接するように形成する。光フィルタ３５０と受光素子３２０の間の間隔を減らすことによって、光フィルタ３５０と受光素子３２０の間の赤外線以外の光線が入射することを防止することができ、センサの効率を増加させることができる。
【００６８】
以下、図１２を参照して本発明の第５実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対して詳細に説明する。ここで、図１２は、本発明の第５実施形態による表示装置に含まれるセンサ領域に対する概略図である。説明の便宜上、第４実施形態の図面に示した各部材と同一機能を有する同一部材は同一符号で示し、従って、その説明は省略する。
【００６９】
本発明の第５実施形態による表示装置は受光素子３２０’と遮光パターン３３０の間に絶縁膜３２１が形成されており、受光素子３２０’上部に第１及び第２接続電極３３１、３３２を含む。
【００７０】
遮光パターン３３０はゲート金属で形成することができ、ゲート金属の上部にはゲートとの絶縁のために絶縁膜３２１を形成することができる。受光素子３２０’は絶縁膜３２１上部に形成することができ、受光素子３２０’の上部には第１接続電極３３１及び第２接続電極３３２が形成される。
【００７１】
一方、第１接続電極３３１及び第２接続電極３３２は、受光素子３２０’の上段部の両側に形成することができ、受光素子３２０の二つの端子の役割をするだけではなく側面方向から入射する光を遮断する役割を兼ねることができる。
【００７２】
この時、受光素子３２０の厚さは第１接続電極３３１及び第２接続電極３３２に影響をほとんど与えず、光がこの二端子の間のすべての領域で吸収されるため、上述した実施形態に比べて受光素子３２０の厚さを更に厚くすることができる。即ち、受光素子３２０の厚さを５０〜１００ｎｍ程度又はそれ以上で形成することができる。
【００７３】
以下、図１３を参照して本発明の第１実施形態による表示装置に対して詳細に説明する。ここで、図１３は、図１、２に示す表示装置の分解斜視図である。
【００７４】
本発明の第１実施形態による表示装置１０は、表示パネルアッセンブリ２０、中間フレーム１２０、上部収納容器１１０、光学シート５０、拡散板１４０、光源１５０及び下部収納容器１７０を含む。
【００７５】
表示パネルアッセンブリ２０は、下部表示板３１及び上部表示板３６を含む表示パネル３０、液晶層（未図示）、ゲート駆動ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）２１、データチップフィルムパッケージ２２及び印刷回路基板２３などで構成される。
【００７６】
表示パネル３０は、ゲートライン（未図示）、データライン（未図示）、薄膜トランジスタアレイ、画素電極などを含む下部表示板３１と、カラーフィルタ、ブラックマトリックス（ｂｌａｃｋ  ｍａｔｒｉｘ）、共通電極などを含み下部表示板３１に対向するように設置された上部表示板３６を含む。ここでカラーフィルタ、共通電極などは下部表示板３１上に形成することもできる。
【００７７】
ゲート駆動ＩＣ２１は、下部表示板３１上に集積されて形成され、下部表示板３１に形成された各ゲートライン（未図示）に接続され、データチップフィルムパッケージ２２は、下部表示板３１に形成された各データライン（未図示）に接続される。ここでデータチップフィルムパッケージ２２は半導体チップがベースフィルム上に形成された配線パターンとタブ（ＴＡＢ：Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術によって接合されたタブテープ（ＴＡＢ  ｔａｐｅ）を含む。例えばこのようなチップフィルムパッケージとしてはテープキャリアパッケージ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ、以下（ＴＣＰ）又はチップオンフィルム（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ、以下ＣＯＦ）などが使用され得る。但し、上記で言及したチップフィルムパッケージは例示的なものにほかならない。
【００７８】
一方、印刷回路基板２３には、ゲート駆動ＩＣ２１にゲート駆動信号及びデータチップフィルムパッケージ２２にデータ駆動信号を入力可能なようにするゲート駆動信号及びデータ駆動信号をすべて処理するための様々な駆動部品が実装される。
【００７９】
光源１５０は表示パネル３０に光を供給する役割をする。ここで、光源１５０は発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）などの点光源を使用することができ、冷陰極光源（Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）又は熱陰極光源（Ｈｏｔ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ：ＨＣＦＬ）などの線光源を使用することもできる。
【００８０】
このような光源１５０は回路基板１６０に実装され、各光源１５０の間には赤外線ランプ１５１が配置されている。
【００８１】
拡散板１４０は、光源１５０から入射する光を分散させることによって光が部分的に密集することを防止する役割をするものであって、光源１５０の上部に配置される。
【００８２】
光学シート５０は拡散板１４０の上部に設置されて拡散板１４０から伝達される光を拡散して受光する役割をする。光学シート５０は、必要に応じて拡散シート、プリズムシート、保護シートなどのうちいずれか一つ以上を含み得る。
【００８３】
中間フレーム１２０は長方形の枠組み形状を有するように４個の側壁で形成されている。中間フレーム１２０は下部収納容器１７０の上から下へ下りてきて、下部収納容器１７０の側壁の外側に配置される。
【００８４】
表示パネル３０は保護シートの上に配置されて中間フレーム１２０内に無事に安着する。中間フレーム１２０によって固定される部品が破損することを防止するために中間フレーム１２０はプラスチック材質のモールドフレームで形成することができる。
【００８５】
中間フレーム１２０に収納された表示パネル３０の上面を覆うように上部収納容器１１０が上から下りてきて下部収納容器１７０と結合される。上部収納容器１１０の上部面には表示パネル３０を外部に露出させるウインドウが形成されている。上部収納容器１１０は下部収納容器１７０と同様に外部衝撃に対する強度と接地能力を確保するために例えばシャーシなどのような金属材質で形成することができる。上部収納容器１１０は下部収納容器１７０とフック結合をすることができる。そして、表示パネルアッセンブリ２０の印刷回路基板２３は中間フレーム１２０の外側面に沿って折り曲げられ下部収納容器１７０の側面又は背面に無事に安着する。
【００８６】
以下、図１４を参照して、本発明の他の実施形態による表示装置に対して詳細に説明する。ここで、図１４は、本発明の他の実施形態による表示装置の分解斜視図である。説明の便宜上、図１３の各部材と同一機能を有する同一部材は同一符号で示し、従ってその説明は省略する。
【００８７】
本発明の他の実施形態による表示装置１０は光源１５０が導光板１４０’の側面に配置されるエッジ型表示装置である。
【００８８】
導光板１４０’は光源１５０から提供される光をガイドして表示パネル３０に提供する役割をする。即ち、導光板１４０’の側面に位置した光源１５０から光が提供されて面光源の形態で表示パネル３０に供給されるようになる。
【００８９】
導光板１４０’の側面には光源１５０と赤外線ランプ１５１’が配置された回路基板１５２が配置される。光源１５０及び赤外線ランプ１５１’から提供される可視光線及び赤外線は導光板１４０’内部で反射されて表示パネル３０に供給される。
【００９０】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明はフラットパネル表示装置に利用されうる。
【符号の説明】
【００９２】
１０    表示装置
２０    表示パネルアッセンブリ
２１    ゲート駆動ＩＣ
２２    データチップフィルムパッケージ
２３    印刷回路基板
３０    表示パネル
３１    下部表示板
３５    液晶層
３６    上部表示板
５０    光学シート
１１０    上部収納容器
１２０    中間フレーム
１４０    拡散板
１４０’    導光板
１５０    光源
１５１、１５１’    赤外線ランプ
１５２、１６０    回路基板
１７０    下部収納容器
３１１    第１基板
３１２    第１偏光板
３１３    薄膜トランジスタアレイ
３２０、３２０’    受光素子
３３０    遮光パターン
３３１    第１接続電極
３３２    第２接続電極
３４０    画素電極
３４０’    接続電極
３５０、３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ    光フィルタ
３６１    第２基板
３６２    第２偏光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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