JP5695840B2 - タッチスクリーン内蔵型液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明はタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置に関し、特に、フォトセンサタイプで実現され、静電容量方式を結合して動作信頼性を向上させたタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置に関する。

通常、タッチスクリーンは画像表示装置の画面上に示される指示の内容を人が手又は物体で選択できるように画像表示装置の上面に備えられるものであって、手又は物体に直接に接触される。このようなタッチスクリーンは、接触された位置を把握し、画像表示装置は接触された位置で指示する内容を入力信号として受け入れて入力信号に応じて駆動される。

タッチスクリーンを有する画像表示装置は、キーボード及びマウスのように、画像表示装置に連結されて動作する別途の入力装置を必要としないため、使用が増大している傾向にある。

最近は、タッチスクリーンが液晶表示装置にも広く用いられており、タッチスクリーンを有する液晶表示装置は、映像を表示する液晶表示パネル及び上記液晶表示パネルの上側に備えられてユーザからのタッチ入力を通じて位置情報を検出するタッチスクリーンパネルを含む。

このとき、タッチスクリーンパネルを液晶表示パネルの上側に位置させるために、上記液晶表示パネルとタッチスクリーンパネルとの間に空気層が生じるフレーム又は接着剤を用いる。

この場合、液晶表示パネルとタッチスクリーンパネルとの間に液晶表示パネル及びタッチスクリーンパネルの屈折率と異なる屈折率を有する層が生成されて、液晶表示装置の全体的な光学特性を低下させるという問題が発生する。

また、別途タッチスクリーンパネルを製造して液晶表示パネルに付着しなければならないため、製造コストが上昇し、液晶表示装置の厚さが増加するという短所がある。

従って、上記のような短所を克服するためには、タッチスクリーンパネルと液晶表示パネルを一体化してタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置を実現する必要がある。

一方、ユーザからのタッチ入力を通じて位置情報を検出する手段としては、フォトセンサなどが利用され得る。この場合、フォトセンサを通じて外光が入射される部分と、手やタッチスティックなどの接触物体により遮られる部分を区分してタッチ位置を検知するようになる。

しかしながら、フォトセンサタイプのタッチスクリーンの場合、外光の照度が低ければ、タッチイベントの発生による差が微細であるため、タッチイベントの認識率が低下し得る。また、外光の照度が高い場合には、タッチイベントにより外光が入射される部分と遮られる部分が殆ど白黒に認識されて人の手や物体などがタッチスクリーンパネルにタッチされず、浮いている状態でも影などによりフォトセンサがこれをタッチイベントと誤って認識しやすくなり、動作信頼性が低下するという問題が発生し得る。

従って、タッチイベントをより正確に認識して、タッチスクリーンの動作信頼性を確保する必要がある。

大韓民国特許公開第２００８−００４４０１７号 大韓民国特許公開第２００７−００８２７５０号 米国特許出願公開第２００６／００５３３８７号明細書

従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、フォトセンサを液晶表示パネル内に備えてフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置を実現し、静電容量方式を結合して動作信頼性を向上させた、新規かつ改良されたタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、映像を表示する多数の画素で構成される画素領域と、上記画素領域に隣接して形成されて接触された物体の位置を検知する多数のフォトセンサで構成されるセンサ領域とを含む第１基板と、上記第１基板の上部に配置され、上記第１基板に向かう第１面の、上記第１基板の上記画素領域と対応する領域にカラーフィルタが形成され、上記第１面の、上記第１基板の上記センサ領域と対応する領域に外光が入射される受光部が形成され、上記第１面と対向する第２面上に透明電極層及び前面偏光板が順次積層された第２基板と、上記第１基板と上記第２基板との間に介される液晶層を含む液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルに物体が接触する時、上記透明電極層と連結された第１センシングラインを介してキャパシタンスの変化量をセンシングし、上記キャパシタンスの変化量が予め設定された閾値以上であれば、上記フォトセンサと連結された第２センシングラインを介してセンシングされた光情報を用いて把握された上記物体の位置情報を出力するタッチスクリーン駆動回路とを含むことを特徴とするタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置が提供される。

ここで、上記タッチスクリーン駆動回路は、上記第１センシングラインを介して供給された上記キャパシタンスの変化量を用いてタッチイベントの発生を判断し、上記タッチイベントの発生時に上記第２センシングラインからの光情報を出力する制御部と、上記制御部からの光情報を用いて上記物体の位置情報を把握して出力する位置検出部とを含むことができる。

また、上記タッチスクリーン駆動回路は、上記第１センシングラインを介して供給された上記キャパシタンスの変化量を用いてタッチイベントの発生を判断し、これに対応して制御信号を出力する制御部と、上記制御部からの制御信号により駆動されて上記第２センシングラインを介してセンシングされた光情報を用いて上記物体の位置情報を把握して出力する位置検出部とを含むことができる。

更に、上記タッチスクリーン駆動回路は、上記第１センシングラインを介して供給された上記キャパシタンスの変化量を用いてタッチイベントの発生を判断し、これに対応して制御信号を出力する制御部と、上記第２センシングラインを介してセンシングされた光情報を用いて上記物体の位置情報を把握して出力する位置検出部と、上記制御信号に対応して上記位置検出部からの上記物体の位置情報の出力をスイッチングするスイッチ部とを含むことができる。

また、上記タッチスクリーン内蔵型液晶表示装置は、上記液晶表示パネルの第１基板の下部に位置して上記液晶表示パネルに光を供給するバックライトアセンブリを更に含み、上記センサ領域に該当する上記第１基板の一面に上記バックライトアセンブリからの光が上記フォトセンサに直接入射されるのを防止するための遮光膜が形成され得る。

更に、上記多数の画素はＲ、Ｇ、Ｂ色に対応する画素で構成される画素ユニット単位で配列され得る。ここで、上記フォトセンサは上記画素ユニットに対して１：１の割合以下の個数で形成されることができる。

以上説明したように本発明によれば、フォトセンサを液晶表示パネルの下部基板に形成してフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置を実現することで、液晶表示装置の光学的特性を向上させると共に、製造コストの低減及び薄型化を図ることができる。

また、液晶表示パネルの全面に備えられる透明電極層を用いた静電容量方式でタッチイベントの発生及びマルチタッチか否かを正確に判断できるようにすることで、上記タッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の動作信頼性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る液晶表示パネルを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の要部断面図である。 本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路を示すブロック図である。 本発明の更に他の実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示パネルを示す斜視図である。

図１を参照すれば、本発明の実施形態に係る液晶表示パネル１０は、画素電極及び薄膜トランジスタなどが形成された第１基板１２と、カラーフィルタなどが形成された第２基板１４と、上記第１基板１２と第２基板１４との間に介された液晶層（図示せず）とを含む。

ここで、第１基板１２は第２基板１４より大きな面積を有し、第２基板１４によりカバーされない第１基板１２の非画素領域には薄膜トランジスタなどを駆動するための駆動ＩＣ１６が実装される。また、駆動ＩＣ１６が実装された非画素領域の一側端部には駆動ＩＣ１６と連結される軟性回路基板（ＦＰＣＢ）１８が実装される。

なお、本発明において、液晶表示パネル１０にはフォトセンサが内蔵される。即ち、液晶表示パネル１０はフォトセンサタイプのタッチスクリーンと一体となって形成される。これについてのより詳細な説明は図２を参照して後述する。

図２は、本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の要部断面図である。

図２を参照すれば、本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置は、映像をディスプレイすると共に、接触される物体の位置を検知する液晶表示パネル２００と、液晶表示パネル２００に光を供給するバックライトアセンブリ１００とを含んで構成される。

液晶表示パネル２００は、バックライトアセンブリ１００側に位置する第１基板１１０と、第１基板１１０と対向するように第１基板１１０の上部に備えられる第２基板１４０と、第１基板１１０と第２基板１４０との間に介される液晶層２５０とを含む。

また、図２には示していないが、液晶層２５０を狭持するように、液晶層２５０の液晶分子の配列方向を整列するための一対の配向膜が２つの基板１１０、１４０の間に形成される。そして、液晶表示パネル２００の両側に対面するように、前面偏光板１８０及び背面偏光板１９０が設置される。

特に、本発明の実施形態の場合、液晶層２５０に対面する第１基板１１０の上部面には液晶表示パネルに接触された物体２１０の位置を検出するための多数のフォトセンサ１３０が備えられる。

フォトセンサ１３０は、液晶表示パネル２００でタッチスクリーン機能を提供するために形成されるものであって、第１基板の表示領域ＰＡ上に規則的に配置され得る。

図２は、表示領域ＰＡ内にフォトセンサ１３０がマトリックス状に規則的に配置された液晶表示パネル２００の一断面を示している。このとき、フォトセンサ１３０が形成されている表示領域の一部をセンサ領域ＰＡ２と定義し、その他の画素１２０が形成された領域を画素領域ＰＡ１と定義する。

表示領域ＰＡ１は、映像を表示するための多数の画素で構成される。ここで、画素は、赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂに対応する画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃで構成される画素ユニット１２０単位で配列される。このような色の区分は、各画素が対向するカラーフィルタ１５０の透過波長特性により決定される。

即ち、第１基板１１０上に形成されたＲ、Ｇ、Ｂ画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに対応する領域の第２基板１４０にはこれらの各色に対応するＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが形成される。

一方、図２には示していないが、表示領域ＰＡ１には画素電極と共通電極が形成されており、これらは透明電極材料で形成される。また、各画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃには、画素の構成に応じて画素電極と共通電極との間の液晶容量を補助する補助容量、画素電極への印加電位を、入力される映像信号の電位に応じて制御するスイッチング素子なども形成される。

センサ領域ＰＡ２は、表示領域ＰＡ１の間に規則的に配置されるフォトセンサ１３０で構成される。例えば、フォトセンサ１３０は表示領域ＰＡ１の間の第１基板１１０上に規則的に形成され得る。このようなフォトセンサ１３０は、表示領域ＰＡ１に隣接して形成されて接触された物体の位置を検知する。

ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ色に対応する複数の画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃからなる画素ユニット１２０に対するフォトセンサ１３０の割合が１：１である場合にフォトセンサ１３０の配置密度が最大となる。本実施形態の場合、フォトセンサ１３０の配置密度は最大の場合であってもよく、これより小さくてもよい。

一方、第１基板１１０の背面側にはバックライトアセンブリ１００が配置されている。バックライトアセンブリ１００は、液晶表示パネル２００の背面に対面するように配置されて、液晶表示パネル２００の表示領域ＰＡに光を出射する。

ここで、バックライトアセンブリ１００から出射される光は、第１基板１１０の表示領域ＰＡ１及び第２基板１４０のカラーフィルタ１５０を透過して所定の画面をディスプレイする。

そして、第１基板１１０のセンサ領域ＰＡ２の下部には遮光膜１３２が形成されており、上記バックライトアセンブリ１００から出射される光がフォトセンサ１３０に直接入射されるのを防止する。

第２基板１４０の第１基板１１０に向かう面（第１面）の表示領域ＰＡ１と対応する領域にはカラーフィルタ１５０が形成され、同一面のセンサ領域ＰＡ２と対応する領域には、外光が入射される受光部１６０が形成される。

ここで、受光部１６０はカラーフィルタ１５０間の開口部や透過膜などで実現されることができ、これを通じて外光がフォトセンサ１３０に入射される。そして、タッチ物体２１０により外光が遮られる場合、フォトセンサ１３０で検知された外光の光量差によりタッチ及びその位置を検知できるようになる。

第２基板１４０の第１面と対向する第２面、即ち、上部面には透明電極層１７０及び前面偏光板１８０が順次積層される。

なお、本発明において、透明電極層１７０は接地電源と連結される代わりに、図示していない第１センシングラインを介してタッチスクリーン駆動回路と連結されることで、タッチ物体２１０によるタッチイベントの発生をタッチスクリーン駆動回路に通知する。

以上説明したように本発明の実施形態は、液晶表示パネル２００の全面部にＥＳＤの防止のための透明接地電極が形成される水平電界方式の液晶表示装置に有用に適用可能であるものの、これに限定されず、一般の水平電界方式の液晶表示装置とは異なり、透明電極層１７０を接地電極として用いず、静電容量方式でタッチイベントの発生を正確に判断できるようにするのに活用する。

より具体的には、本発明の実施形態において、タッチ物体２１０によるタッチイベントの発生時、タッチ物体２１０と透明電極層１７０との間に形成される第１キャパシタＣａｐ１による第１キャパシタンスと、透明電極層１７０と第１基板１１０との間、例えば、透明電極層１７０と画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの薄膜トランジスタなどとの間で形成される第２キャパシタＣａｐ２による第２キャパシタンスが変化する。上記第１キャパシタンスと第２キャパシタンスの総変化量を、透明電極層１７０と連結された第１センシングラインを介してセンシングして、上記変化量が閾値以上と検知されれば、タッチイベントが発生したと判断される。そして、タッチイベントが発生したと確認される時にはフォトセンサ１３０によりセンシングされた光情報を用いて把握された物体の位置情報を出力する。

即ち、本発明の実施形態では画面全体を１つのボタンのように用いてタッチイベントの発生及びマルチタッチか否かを明確に判断できる。ここで、タッチイベントの発生を決定するための閾値はタッチイベントが発生する時のキャパシタンスの変化量と関連して実験的に決定され得る。

上述したように、本発明の実施形態によれば、フォトセンサ１３０を液晶表示パネルの下部基板、即ち、第１基板１１０に形成してフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置を実現することで、液晶表示装置の光学的特性を向上させると共に、製造コストの低減及び薄型化を図ることができる。

また、液晶表示パネル２００の全面に備えられる透明電極層１７０を用いた静電容量方式でタッチイベントの発生を正確に判断できるようにすることで、タッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の動作信頼性を向上させることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路を示すブロック図である。

図３を参照すれば、本実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路３００ａは、液晶表示パネルに物体が接触する時に透明電極層と連結された第１センシングラインＳＬ１を介してキャパシタンスの変化量Ｓｃａｐをセンシングし、上記キャパシタンスの変化量Ｓｃａｐが予め設定された閾値以上であれば、フォトセンサと連結された第２センシングラインＳＬ２を介してセンシングされた光情報Ｓｐｈｏｔｏを用いて把握された物体の位置情報ＰＳ（Ｘ、Ｙ）を出力することを特徴とする。

このために、タッチスクリーン駆動回路３００ａは、制御部３１０ａと位置検出部３２０ａを含む。

制御部３１０ａは、第１センシングラインＳＬ１を介して第１センシング部１７０ａからキャパシタンスの変化量Ｓｃａｐを提供され、第２センシングラインＳＬ２を介して第２センシング部１３０ａから光情報Ｓｐｈｏｔｏを提供される。ここで、第１センシング部１７０ａは、タッチイベントによるキャパシタンスの変化量Ｓｃａｐをセンシングするためのものであって、例えば、図２に示す透明電極層１７０により実現され得る。そして、第２センシング部１３０ａは、物体の接触位置をセンシングするためのものであって、例えば、図２に示すフォトセンサ１３０により実現され得る。

このような制御部３１０ａは、キャパシタンスの変化量Ｓｃａｐを用いてタッチイベントの発生を判断し、タッチイベントの発生時に第２センシングラインＳＬ２から提供される光情報Ｓｐｈｏｔｏを位置検出部３２０ａに提供する。即ち、制御部３１０ａは、キャパシタンスの変化量Ｓｃａｐが閾値以上と検知される場合、タッチイベントと認識し、第２センシングラインＳＬ２からの光情報Ｓｐｈｏｔｏを位置検出部３２０ａに提供する。

すると、位置検出部３２０ａは、光情報Ｓｐｈｏｔｏを用いて物体の位置情報、即ち、物体のタッチ位置による座標値を把握して位置情報ＰＳ（Ｘ、Ｙ）を出力する。

図４は、本発明の他の実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路を示すブロック図である。図４を説明する時、図３と同一であるか、類似する部分についての詳細な説明は省略する。

図４を参照すれば、本発明の他の実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路の制御部３１０ｂは、第１センシングラインＳＬ１を介して供給されたキャパシタンスの変化量Ｓｃａｐを用いてタッチイベントの発生を判断し、これに対応して位置検出部３２０ｂに制御信号ＣＳを出力する。

このような制御部３１０ｂは、タッチイベントが発生したと判断される場合、位置検出部３２０ｂが位置検出アルゴリズムを実行するようにする制御信号ＣＳを出力し、タッチイベントが発生しないと判断される場合には位置検出部３２０ｂが位置検出アルゴリズムを実行しないようにする制御信号ＣＳを出力する。

位置検出部３２０ｂは制御部３１０ｂからの制御信号ＣＳにより駆動され、位置検出アルゴリズムを実行するようにする制御信号ＣＳが入力される場合、第２センシングラインＳＬ２を介して第２センシング部１３０ｂからセンシングされた光情報Ｓｐｈｏｔｏを用いて物体の位置情報ＰＳ（Ｘ、Ｙ）を把握して出力する。

図５は、本発明の更に他の実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路を示すブロック図である。図５を説明する時、図３〜図４と同一であるか、類似する部分についての詳細な説明は省略する。

図５を参照すれば、本発明の更に他の実施形態に係るタッチスクリーン駆動回路３００ｃは、制御部３１０ｃ、位置検出部３２０ｃ及びスイッチ部３３０ｃを含む。

制御部３１０ｃは、第１センシングラインＳＬ１を介して供給されたキャパシタンスの変化量Ｓｃａｐを用いてタッチイベントの発生を判断し、これに対応してスイッチ部３３０ｃに制御信号ＣＳを出力する。

位置検出部３２０ｃは、第２センシングラインＳＬ２を介して光情報Ｓｐｈｏｔｏの提供を受け、これを用いて物体の位置情報ＰＳ（Ｘ、Ｙ）を把握してスイッチ部３３０ｃに出力する。

すると、スイッチ部３３０ｃは、制御信号ＣＳに対応して位置検出部３２０ｃから供給された物体の位置情報ＰＳ（Ｘ、Ｙ）の出力をスイッチングする。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

ＰＡ１ 画素領域
ＰＡ２ センサ領域
１００ バックライトアセンブリ
１１０ 第１基板
１２０ 画素
１３０ フォトセンサ
１４０ 第２基板
１５０ カラーフィルタ
１６０ 受光部
１７０ 透明電極層
１８０ 前面偏光板
２００ 液晶表示パネル
２５０ 液晶層
ＳＬ１ 第１センシングライン
ＳＬ２ 第２センシングライン
３００ａ タッチスクリーン駆動回路
３００ｂ タッチスクリーン駆動回路
３００ｃ タッチスクリーン駆動回路

Claims (7)

1. 映像を表示する多数の画素で構成される画素領域と、前記画素領域に隣接して形成されて、接触された物体の位置を検知する多数のフォトセンサで構成されるセンサ領域とを含む第１基板と、
   前記第１基板の上部に配置され、前記第１基板に向かう第１面の、前記第１基板の前記画素領域と対応する領域にカラーフィルタが形成され、前記第１面の、前記第１基板の前記センサ領域と対応する領域に、外光が入射される受光部が形成され、前記第１面と対向する第２面上に、透明電極層及び前面偏光板が順次積層された第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に介される液晶層を含む液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルに物体が接触する時、前記透明電極層と連結された第１センシングラインを介してキャパシタンスの変化量をセンシングし、前記キャパシタンスの変化量が予め設定された閾値以上であれば、前記フォトセンサと連結された第２センシングラインを介してセンシングされた光情報を用いて把握された前記物体の位置情報の検出を開始し、検出した該位置情報を出力するタッチスクリーン駆動回路と、
   を含むことを特徴とする、タッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
2. 前記タッチスクリーン駆動回路は、
   前記第１センシングラインを介して供給された前記キャパシタンスの変化量を用いてタッチイベントの発生を判断し、前記タッチイベントの発生時に前記第２センシングラインからの光情報を出力する制御部と、
   前記制御部からの光情報を用いて前記物体の位置情報を把握して出力する位置検出部と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
3. 前記タッチスクリーン駆動回路は、
   前記第１センシングラインを介して供給された前記キャパシタンスの変化量を用いてタッチイベントの発生を判断し、これに対応して制御信号を出力する制御部と、
   前記制御部からの制御信号により駆動されて、前記第２センシングラインを介してセンシングされた光情報を用いて前記物体の位置情報を把握して出力する位置検出部と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
4. 前記タッチスクリーン駆動回路は、
   前記第１センシングラインを介して供給された前記キャパシタンスの変化量を用いてタッチイベントの発生を判断し、これに対応して制御信号を出力する制御部と、
   前記第２センシングラインを介してセンシングされた光情報を用いて前記物体の位置情報を把握して出力する位置検出部と、
   前記制御信号に対応して前記位置検出部からの前記物体の位置情報の出力をスイッチングするスイッチ部と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
5. 前記液晶表示パネルの第１基板の下部に位置して前記液晶表示パネルに光を供給するバックライトアセンブリを更に含み、
   前記センサ領域に該当する前記第１基板の一面に、前記バックライトアセンブリからの光が前記フォトセンサに直接入射されるのを防止するための遮光膜が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
6. 前記多数の画素は、
   Ｒ、Ｇ、Ｂ色に対応する画素で構成される画素ユニット単位で配列されることを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
7. 前記フォトセンサは、
   前記画素ユニットに対して１：１の割合以下の個数で形成されることを特徴とする、請求項６に記載のタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
   

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