JP4920245B2 - 感知素子を内装した液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、感知素子を内装した液晶表示装置に関する。

一般の液晶表示装置（ＬＣＤ）は、画素電極及び共通電極が備えられた二つの表示板と、その間に入っている誘電率異方性を有する液晶層とを備える。画素電極は、行列形態に配列されており、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子に接続されて一行ずつ順次にデータ電圧の印加を受ける。共通電極は、表示板の全面に亘って形成されて共通電圧の印加を受ける。画素電極と共通電極及びその間の液晶層は、回路的に見れば、液晶キャパシタをなし、液晶キャパシタは、これに接続されたスイッチング素子と共に画素をなす基本単位となる。

このような液晶表示装置では、二つの電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、この電界の強度を調節して、液晶層を通過する光の透過率を調節することによって所望の画像を得る。この時、液晶層に一方向の電界が長く印加されることによって発生する劣化現象を防ぐため、フレーム毎に、行毎に、または画素毎に共通電圧に対するデータ電圧の極性を反転させる。

タッチスクリーンパネルは、画面上に指またはペンなどを接触して文字や絵を書いたり、アイコンを実行させてコンピュータなどの機械に所望の命令を実行させたりする装置を言う。タッチスクリーンパネルが付着された液晶表示装置は、使用者の指またはタッチペンなどが画面に接触したか否か、及び接触位置に関する情報を有することができる。しかし、このような液晶表示装置は、タッチスクリーンパネルが具備されることにより、コスト上昇、タッチスクリーンパネルを液晶表示板上に接着させる工程追加による収率減少、液晶表示板の輝度低下、製品厚さの増加などの問題点がある。

このような問題を解決するために、タッチスクリーンパネルの代りに薄膜トランジスタからなる光センサーを液晶表示装置の映像を表示する画素内部に配設する技術が開発された。光センサーは、使用者の指などが画面に与える光の変化を感知することにより、液晶表示装置が、使用者の指などが画面に接触したか否か及び接触位置に関する情報を取得することができる。ところが、このような光センサーは外部環境、つまり外部光の強さ、バックライトの強さ、温度などによって、その出力特性が変化し、光の感知に誤差が生じる可能性がある。即ち、使用者の指などが画面に接触したときにも接触しないものと判断したり、接触していないときに接触したものと判断したりする場合がある。

本発明の目的は、接触の有無及び接触位置を正確に感知することができる感知素子を内装した液晶表示装置を提供することである。

このような目的を達成するための本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、表示板、前記表示板に形成され、外部光を受けて光量に基づいた光感知信号を生成する光感知部、並びに前記表示板に形成され、使用者の接触によって共通電圧が印加され、前記共通電圧に基づいた接触感知信号を生成する接触感知部を備える。

前記表示板は、第１基板及び前記第１基板に対向する第２基板を有し、前記接触感知部は、前記第１基板に形成されている共通電極と、前記第２基板に形成されている入力端子電極とを有することができる。

前記共通電圧は前記共通電極に印加されることができる。

前記接触により、前記共通電極と前記入力端子電極が電気的に接続されることができる。

前記第１基板上に形成され、前記入力端子電極に向けて突出した突出部をさらに有し、前記共通電極は、前記突出部上に形成されることができる。

前記突出部と前記入力端子電極との間の距離が０．１μm〜１．０μmであることができる。

前記第１基板と前記第２基板を支持し、前記突出部の間に形成されているカラムスペーサをさらに有することができる。

前記接触感知部の解像度は、前記光感知部の解像度以下であることができる。

液晶表示装置は、前記光感知部の解像度の４倍の解像度を有することができる。

前記接触感知部及び前記光感知部に接続されている複数の感知信号線をさらに有し、前記接触感知部に接続されている感知信号線と前記光感知部に接続されている感知信号線は交互に配置される。

複数の前記光感知部に各々接続されている複数の前記感知信号線は、互いに接続される。

前記光感知部に接続されている複数の感知走査線をさらに有し、隣接した二つの前記感知走査線は互いに接続される。

前記共通電圧は、１水平周期毎にハイレベルとローレベルをスイングし、フレーム毎に反転し、前記光感知部及び前記接触感知部は、前記共通電圧が前記ハイレベル及び前記ローレベルのいずれか一つのレベルであるときに、前記第１感知信号及び前記第２感知信号を各々生成することができる。

複数の画素をさらに有し、前記光感知部及び前記接触感知部は、前記画素の内部及び外部のいずれか一方に配置されることができる。

本発明によれば、所定の配列を有する光感知部と接触感知部を備えることによって、接触の有無及び接触位置を正確に感知する感知信号を生成することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一の参照符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が、他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。

本発明の実施形態に係る感知素子を内装した液晶表示装置について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のブロック図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。図３は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の光感知部に対する等価回路図であり、図４は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の接触感知部に対する等価回路図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、液晶表示板組立体３００及びこれに接続された映像走査部４００、データ駆動部５００、感知走査部７００、信号読取部８００、データ駆動部５００に接続された階調電圧生成部５５０、及びこれらを制御する信号制御部６００を備える。

液晶表示板組立体３００は、等価回路的に見れば、複数の信号線Ｇ_１-Ｇ_ｎ、Ｄ_１-Ｄ_ｍ、Ｓ_１-Ｓ_Ｎ、Ｐ_１-Ｐ_Ｍ、Ｐ_ＳＧ、Ｐ_ＳＤと、これに接続されており、ほぼ行列状に配列された複数の画素及び感知部を有する。

信号線Ｇ_１-Ｇ_ｎ、Ｄ_１-Ｄ_ｍは、映像走査信号を伝達する複数の映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎと、映像データ信号を伝達するデータ線Ｄ_１-Ｄ_ｍとを有する。映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎは、ほぼ行方向に延びており、互いにほぼ平行であり、データ線Ｄ_１-Ｄ_ｍは、ほぼ列方向に延びており、互いにほぼ平行である。

信号線Ｓ_１-Ｓ_Ｎ、Ｐ_１-Ｐ_Ｍは、感知走査信号を伝達する複数の感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎと、感知信号を伝達する感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍとを有する。感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎは、ほぼ行方向に延びており、互いにほぼ平行であり、感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍは、ほぼ列方向に延びており、互いにほぼ平行である。

信号線Ｐ_ＳＧ、Ｐ_ＳＤは、制御電圧Ｖ_ＳＧを伝達する制御電圧線Ｐ_ＳＧと、入力電圧Ｖ_ＳＤを伝達する入力電圧線Ｐ_ＳＤとを有し、行または列方向に延びている。

各画素は、信号線Ｇ_１-Ｇ_ｎ、Ｄ_１-Ｄ_ｍに接続されたスイッチング素子Ｑ_Ｓ１と、これに接続された液晶キャパシタＣ_ＬＣ及びストレージキャパシタＣ_ＳＴを有する。ストレージキャパシタＣ_ＳＴは、必要に応じて省略することができる。

薄膜トランジスタなどのスイッチング素子Ｑは、下部表示板１００に備えられており、三端子素子であって、その制御端子及び入力端子は、各々映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎ及びデータ線Ｄ_１-Ｄ_ｍに接続されており、出力端子は、液晶キャパシタＣ_ＬＣ及びストレージキャパシタＣ_ＳＴに接続されている。

液晶キャパシタＣ_ＬＣは、下部表示板１００の画素電極１９０と、上部表示板２００の共通電極２７０を二つの端子とし、二つの電極間の液晶層３は誘電体として機能する。画素電極１９０は、スイッチング素子Ｑに接続され、共通電極２７０は、上部表示板の前面に形成されて共通電圧Ｖ_ｃｏｍの印加を受ける。図２とは異なって、共通電極２７０が下部表示板１００に備えられる場合もあり、その場合には、二つの電極１９０、２７０の少なくとも一つが線形または棒形に作られる。

液晶キャパシタＣ_ＬＣの補助的な役割を果たすストレージキャパシタＣ_ＳＴは、下部表示板１００に備えられた別個の信号線（図示せず）と、画素電極１９０が絶縁体を介在して重畳してなり、この別個の信号線には、共通電圧Ｖ_ｃｏｍなどの定められた電圧が印加される。しかし、ストレージキャパシタＣ_ＳＴは、画素電極１９０が絶縁体を媒介としてすぐ上の前段ゲート線と重畳してなることができる。

一方、色表示を実現するため、各画素が三原色の一つを固有に表示したり（空間分割）、各画素が時間によって交互に三原色を表示したりするように（時間分割）し、これら三原色の空間的、時間的作用によって所望の色相が認識されるようにする。図２は空間分割の一例であって、各画素が画素電極１９０に対応する領域に赤色、緑色、または青色のカラーフィルター２３０を備えている。

図２と異なって、カラーフィルター２３０は下部表示板１００の画素電極１９０の上または下に形成することもできる。

液晶表示板組立体３００の二つの表示板１００、２００の少なくとも一つの外側面には、光を偏光させる偏光子（図示せず）が付着されている。

感知部は、光感知部及び接触感知部を有する。感知部は、画素内部に含まれたり、画素の間または画素外部の別途領域に配設されたりすることができる。感知部の配列について後に詳細に説明する。

光感知部は図３に示されるように、信号線Ｐ_ＳＧ、Ｐ_ＳＤに接続された感知素子Ｑ_Ｐ、信号線Ｓ_１-Ｓ_Ｎ、Ｐ_１-Ｐ_Ｍの一部に接続されたスイッチング素子Ｑ_Ｓ１と、これに接続された感知信号キャパシタＣ_Ｐを有する。

感知素子Ｑ_Ｐは三端子素子であって、その制御端子及び入力端子は、各々制御電圧線Ｐ_ＳＧと入力電圧線Ｐ_ＳＤに接続されており、出力端子は、感知信号キャパシタＣ_Ｐ及びスイッチング素子Ｑ_Ｓ１に接続されている。感知素子Ｑ_Ｐの上部には開口部が形成されており、そのチャンネル部半導体に光が照射されれば非晶質シリコンまたは多結晶シリコンからなるチャンネル部半導体が光電流を形成し、入力電圧線Ｐ_ＳＤに印加された入力電圧Ｖ_ＳＤにより、光電流が感知信号キャパシタＣ_Ｐ及びスイッチング素子Ｑ_Ｓ１方向に流れる。

感知信号キャパシタＣ_Ｐは、感知素子Ｑ_Ｐと制御電圧線Ｐ_ＳＧとの間に接続されており、感知素子Ｑ_Ｐからの光電流による電荷を蓄積し、所定の電圧を維持する。感知信号キャパシタＣ_Ｐは、必要に応じて省略することができる。

スイッチング素子Ｑ_Ｓ１も三端子素子であって、その制御端子、出力端子及び入力端子は、各々感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎ、感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍ及び感知素子Ｑ_Ｐに接続されている。スイッチング素子Ｑ_Ｓ１は、感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎにスイッチング素子Ｑ_Ｓ１をターンオンさせる電圧が印加されれば感知信号キャパシタＣ_Ｐに保存されている電圧または感知素子Ｑ_Ｐからの光電流を感知信号Ｖ_Ｐ１-Ｖ_ＰＭとして感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍに出力する。

接触感知部は、図４に示すように、共通電圧Ｖ_ｃｏｍに接続されているスイッチＳＷＴ、スイッチＳＷＴと信号線Ｐ_ＳＧに接続された感知素子Ｑ_Ｔ及び信号線Ｓ_１-Ｓ_Ｎ、Ｐ_１-Ｐ_Ｍの一部に接続されたスイッチング素子Ｑ_Ｓ２を有し、信号線Ｓ_１-Ｓ_Ｎ、Ｐ_１-Ｐ_Ｍが交差する部分の光感知部が無い部分に形成されている。

スイッチＳＷＴは、使用者が接触することによって共通電圧Ｖ_ｃｏｍを感知素子Ｑ_Ｔに伝達する。

感知素子Ｑ_Ｔは三端子素子であって、その制御端子及び入力端子は各々制御電圧線Ｐ_ＳＧとスイッチＳＷＴに接続されており、出力端子は、スイッチング素子Ｑ_Ｓ２に接続されている。感知素子Ｑ_Ｔは、スイッチＳＷＴから伝達される共通電圧Ｖ_ｃｏｍによる感知電流を出力する。

スイッチング素子Ｑ_Ｓ２も三端子素子であって、その制御端子、出力端子及び入力端子は各々感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎ、感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍ及び感知素子Ｑ_Ｔに接続されている。スイッチング素子Ｑ_Ｓ２は、感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎにスイッチング素子Ｑ_Ｓ２をターンオンさせる電圧が印加されれば、感知素子Ｑ_Ｔからの感知電流を接触感知信号Ｖ_Ｐ１-Ｖ_ＰＭとして感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍに出力する。

ここで、スイッチング素子Ｑ、Ｑ_Ｓ１、Ｑ_Ｓ２及び感知素子Ｑ_Ｐ、Ｑ_Ｔは、非晶質シリコンまたは多結晶シリコン薄膜トランジスタからなることができる。

次に、このような接触感知部の構造及び動作について図５Ａ及び図５Ｂを参照して詳細に説明する。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の接触感知部の構造及び動作を説明するための概略図である。

図５Ａは、接触が無い状態の本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。図５Ａに示すように、下部表示板１００には絶縁基板１１０上に画素層１１５が形成されている。画素層１１５には画素及び感知部などが形成されており、画素層１１５上に接触感知部の感知素子Ｑ_Ｔの入力端子電極１９６が露出している。

下部表示板１００と対向する上部表示板２００には、透明なガラスなどの絶縁物質からなる基板２１０上にブラックマトリックスという遮光部材２２０が形成されている。遮光部材２２０は画素間の光漏れを防止する。

複数のカラーフィルター２３０が基板２１０と遮光部材２２０上に形成されており、遮光部材２２０が定義する開口領域内にほとんどが入るように配設されている。

カラーフィルター２３０及び遮光部材２２０上には、有機物質などからなるカバー膜（ｏｖｅｒ ｃｏａｔ）２５０が形成されてカラーフィルター２３０を保護し、表面を平坦化する。

カバー膜２５０上には、有機物質などからなる複数の突出部２４０が形成されている。突出部２４０は、感知素子Ｑ_Ｔの入力端子電極１９６が形成されている位置に対応して配設される。突出部２４０は、有機膜などを塗布しパターニングすることによって所望の形状及び高さに形成することができる。

カバー膜２５０及び突出部２４０上には、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）などの透明な導電物質からなる共通電極２７０が形成されている。共通電極２７０には共通電圧Ｖ_ｃｏｍが印加される。

又は、カバー膜２５０上に第１次のＩＴＯまたはＩＺＯを先に蒸着した後、その上に有機膜をコーティングしパターニングすることで突出部２４０を形成し、再び突出部２４０及びカバー膜２５０上に１０〜３００ｎｍの第２次のＩＴＯまたはＩＺＯを蒸着することもできる。

下部表示板１００と上部表示板２００との間には液晶層３が介在しており、二つの表示板１００、２００は、複数のビーズスペーサ３２０によって支持されて、突出部２４０を囲う共通電極２７０と入力端子電極１９６が一定の間隔を維持し、その間隔が０．１μm〜１．０μmとなるようにする。

二つの表示板１００、２００は、カラムスペーサ２４５（図７参照）によって支持されることもできる。

突出部２４０を囲う共通電極２７０と入力端子電極１９６は、接触感知部のスイッチＳＷＴを構成する。

図５Ｂは、使用者の指などが接触した状態の本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。図５Ｂに示すように、上部表示板２００は、接触による圧力で押圧され、その接触点部位の突出部２４０を囲う共通電極２７０が、下部表示板１００の入力端子電極１９６に電気的・物理的に接続される。これにより、共通電圧Ｖ_ｃｏｍが入力端子電極１９６に伝達され、感知素子ＱＴが感知電流を流す。

光感知部は、使用者が接触した部分にのみ影が生じ、接触した位置を感知できるが、接触感知部は、使用者の接触（圧力）により、ガラスなどからなる液晶表示板組立体３００の全体が押圧されるので、広い面積に亘って複数のスイッチＳＷＴが接触し、接触位置を感知することが難しく、単に接触の有無のみを感知することができる。

再び図１を参照すれば、階調電圧生成部５５０は、画素の透過率に関わる二組の複数階調電圧を生成する。そのうちの一組は共通電圧Ｖ_ｃｏｍに対してプラスの値を有し、もう一組は、マイナスの値を有する。

映像走査部４００は、液晶表示板組立体３００の映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎに接続され、ゲートオン電圧Ｖ_ｏｎとゲートオフ電圧Ｖ_ｏｆｆの組み合わせからなる映像走査信号を映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎに印加する。

データ駆動部５００は、液晶表示板組立体３００のデータ線Ｄ_１-Ｄ_ｍに接続され、階調電圧生成部５５０からの階調電圧を選択して、データ信号として画素に印加する。

感知走査部７００は、液晶表示板組立体３００の感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎに接続され、ゲートオン電圧Ｖ_ｏｎとゲートオフ電圧Ｖ_ｏｆｆとの組み合わせからなる感知走査信号を感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎに印加する。

信号読取部８００は、液晶表示板組立体３００の感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍに接続され、感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍを介して出力される感知信号Ｖ_Ｐ１-Ｖ_ＰＭを受信して増幅、フィルタリングなどの信号処理を行った後、アナログ-デジタル変換を行ってデジタル感知信号Ｄ_ＳＮを送出する。

信号制御部６００は、映像走査部４００、データ駆動部５００、感知走査部７００、及び信号読取部８００などの動作を制御する。

映像走査部４００、データ駆動部５００、感知走査部７００または信号読取部８００は、複数の駆動集積回路チップの形態で液晶表示板組立体３００上に直接装着されたり、可撓性印刷回路膜（図示せず）上に装着されＴＣＰ（ｔａｐｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐａｃｋａｇｅ）の形態で液晶表示板組立体３００に付着されたりすることもできる。これとは異なって、映像走査部４００、データ駆動部５００、感知走査部７００または信号読取部８００が、液晶表示板組立体３００に集積されることもできる。又は、データ駆動部５００、信号読取部８００及び信号制御部６００などが、ワンチップ（ｏｎｅ-ｃｈｉｐ）とも言われる一つのＩＣ内に集積されて実現されることもできる。

以下、このような液晶表示装置の表示動作及び感知動作についてより詳細に説明する。

信号制御部６００は、外部のグラフィック制御部（図示せず）から入力映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂ及びその表示を制御する入力制御信号、例えば垂直同期信号Ｖｓｙｎｃと水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、メインクロックＭＣＬＫ、データイネーブル信号ＤＥなどの提供を受ける。信号制御部６００は、入力映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂと入力制御信号に基づいて映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂを液晶表示板組立体３００の動作条件に合うように適切に処理し、映像走査制御信号ＣＯＮＴ１及びデータ制御信号ＣＯＮＴ２などを生成した後、映像走査制御信号ＣＯＮＴ１を映像走査部４００に送出し、データ制御信号ＣＯＮＴ２と処理した映像信号ＤＡＴはデータ駆動部５００に送出する。また、信号制御部６００は、入力制御信号に基づいて感知走査制御信号ＣＯＮＴ３及び読取制御信号ＣＯＮＴ４を生成した後、感知走査制御信号ＣＯＮＴ３を感知走査部７００に送出し、読取制御信号ＣＯＮＴ４を信号読取部８００に送出する。

映像走査制御信号ＣＯＮＴ１は、ゲートオン電圧Ｖ_ｏｎの走査開始を指示する走査開始信号ＳＴＶと、ゲートオン電圧Ｖ_ｏｎの出力を制御する少なくとも一つのクロック信号などを有する。

データ制御信号ＣＯＮＴ２は、一つの画素行のデータ伝送を知らせる水平同期開始信号ＳＴＨとデータ線Ｄ_１-Ｄ_ｍに当該データ電圧の印加を指示するロード信号ＬＯＡＤ、共通電圧Ｖ_ｃｏｍに対するデータ電圧の極性（以下、共通電圧に対するデータ電圧の極性を略してデータ電圧の極性という。）を反転させる反転信号ＲＶＳ及びデータクロック信号ＨＣＬＫなどを有する。

データ駆動部５００は、信号制御部６００からのデータ制御信号ＣＯＮＴ２に従って一つの行の画素に対する映像データＤＡＴを受信し、階調電圧生成部５５０からの階調電圧のうち各映像データＤＡＴに対応する階調電圧を選択することにより、映像データＤＡＴを当該データ電圧に変換した後、これを当該データ線Ｄ_１-Ｄ_ｍに印加する。

映像走査部４００は、信号制御部６００からの映像走査制御信号ＣＯＮＴ１に従ってゲートオン電圧Ｖ_ｏｎを映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎに印加して、この映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎに接続されたスイッチング素子Ｑをターンオンさせ、これによってデータ線Ｄ_１-Ｄ_ｍに印加されたデータ電圧がターンオンしたスイッチング素子Ｑを介して当該画素に印加される。

画素に印加されたデータ電圧と共通電圧Ｖ_ｃｏｍとの差は、液晶キャパシタＣ_ＬＣの充電電圧、つまり画素電圧として現れる。液晶分子は画素電圧の大きさによってその配列が異なり、これによって液晶層３を通過する光の偏光が変化する。このような偏光の変化は、表示板１００、２００に付着された偏光子（図示せず）によって光透過率の変化として現れる。

１水平周期（または１Ｈ）（水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、データイネーブル信号ＤＥの一周期）が経過すれば、データ駆動部５００と映像走査部４００は次行の画素に対して同一の動作を繰り返す。このような方法で、１フレーム期間の間に全ての映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎに対し順次にゲートオン電圧Ｖ_ｏｎを印加して、全ての画素にデータ電圧を印加する。１フレームが終了すれば次のフレームが開始され、各画素に印加されるデータ電圧の極性が直前フレームでの極性と逆になるように、データ駆動部５００に印加される反転信号ＲＶＳの状態が制御される（フレーム反転）。この時、１フレーム内でも反転信号ＲＶＳの特性によって一つのデータ線を介して流れるデータ電圧の極性が変わったり（例：行反転、ドット反転）、一つの画素行に印加されるデータ電圧の極性も互いに異なったりすることができる（例：列反転、ドット反転）。

感知走査部７００は、信号制御部６００からの感知走査制御信号ＣＯＮＴ３に従ってゲートオン電圧Ｖ_ｏｎを感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎに印加して、この感知走査線Ｓ_１-Ｓ_Ｎに接続されたスイッチング素子Ｑ_Ｓ１、Ｑ_Ｓ２をターンオンさせ、これによって光感知部または接触感知部の少なくとも一方からの感知信号Ｖ_Ｐ１-Ｖ_ＰＭがターンオンしたスイッチング素子Ｑ_Ｓ１、Ｑ_Ｓ２を介して当該感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍに印加される。

信号読取部８００は、読取制御信号ＣＯＮＴ４に従って感知信号線Ｐ_１-Ｐ_Ｍに印加されている感知信号Ｖ_Ｐ１-Ｖ_ＰＭを読み取る。信号読取部８００は、読み取った感知信号Ｖ_Ｐ１-Ｖ_ＰＭを増幅及びフィルタリングなどの信号処理を行った後、デジタル信号ＤＳＮに変換して外部装置に送出する。外部装置は、このデジタル信号ＤＳＮに対して適切な演算処理を行い、接触の有無及び接触位置を検知し、これに基づいた映像信号を液晶表示装置に伝送する。

感知動作は先に説明した表示動作と別途に行われ、互いに影響を受けない。一つの画素行に対する感知動作は、光感知部及び接触感知部の形成密度によって１水平周期または複数の水平周期毎に行われる。また、一つの画素に対する感知動作は、毎フレーム毎に必ず行われる必要はなく、必要に応じて複数のフレーム毎に１回ずつ行われるようにすることもできる。

次に、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の画素及び感知部の配列について図面を参照して詳細に説明する。

図６は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の画素及び感知部配列の一例を示した概略図であり、図７は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の画素及び感知部配列の他の例を示した概略図であり、図８は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の共通電圧と走査信号のタイミング図の例である。

まず、図６を参照して感知部が画素内部に含まれている場合について説明する。

図６に示すように、一つの行（Ｒ）と一つの列（Ｃ）が交差する領域（四角形で表示）に一つの画素が配置される。説明上、ｉ番目行とｊ番目列が交差する領域をＲｉ、Ｃｊと表示する。

一つのドットはＲ、Ｇ、Ｂの画素３つからなり、一つの色相を表示する単位となる。図６では、一つの行と３列が交差する３つの領域に各々配置されている３つの画素が一つのドットを構成する。

光感知部は、液晶表示装置解像度の１/４の解像度を有する。例えば、液晶表示装置が２４０×３２０のＱＶＧＡ（ｑｕａｒｔｅｒ ｖｉｄｅｏ ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｒｒａｙ）の解像度を有する場合、光感知部は１２０×１６０のＱＱＶＧＡ（ｑｕａｒｔｅｒ ＱＶＧＡ）の解像度を有する。これにより、文字認識のような精度が高い応用分野でこのような光感知部を有する液晶表示装置を用いることができる。もちろん光感知部の解像度は、必要に応じてより高い解像度や低い解像度を有することもできる。

接触感知部は、光感知部の解像度以下の解像度を有し、光感知部が配置されていない画素に配設される。光感知部と接触感知部が同一の解像度を有する場合には、これらはドット列に対し交互に配置される。例えば、光感知部が奇数番目ドット列に配置されれば、接触感知部は偶数番目ドット列に配置される。この時、光感知部及び接触感知部は、奇数番目行及び偶数番目行のうちの任意の一つの行に配置される。即ち、一例として光感知部は（Ｒ１、Ｃ２、（Ｒ１、Ｃ８）、（Ｒ１、Ｃ１４）、…、（Ｒ３、Ｃ２）、（Ｒ３、Ｃ８）、（Ｒ３、Ｃ１４）、…、（Ｒ５、Ｃ２）、（Ｒ５、Ｃ８）、（Ｒ５、Ｃ１４）、…に配置されることができ、接触感知部は（Ｒ１、Ｃ５）、（Ｒ１、Ｃ１１）、…、（Ｒ３、Ｃ５）、（Ｒ３、Ｃ１１）、…、（Ｒ５、Ｃ５）、（Ｒ５、Ｃ１１）、…に配置されることができる。

一方、一つのドット内の３つまたは２つの画素に光感知部を各々配設し、これら光感知部の感知信号線を互いに接続して、各光感知部の感知信号を重畳させることもできる。このように重畳して合わせられた感知信号により、各光感知部の特性偏差を減少させることができ、データ線Ｄ_１-Ｄ_ｍに印加されているデータ電圧の影響を減少させることができる。ここで、光感知部の解像度は、個々の光感知部の解像度を意味するものではなく、一つの感知信号によって把握される解像度を意味する。

又は、縦に配列された２つのドットのうち上下に備えられている二つの画素に光感知部を各々配設し、これら光感知部の感知走査線を互いに接続することによって、これら光感知部の感知信号を同一の感知信号線に重畳させて送出することができる。このように重畳して合わせられた感知信号により、各光感知部の特性偏差を減少させると同時に、信号に対する雑音の比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）も２倍となり、より正確な感知信号を抽出することができる。この場合の共通電圧Ｖ_ｃｏｍと走査信号のタイミングについて図８を参照して詳細に説明する。

図８に示すように、共通電圧Ｖ_ｃｏｍは１Ｈ単位でハイレベルとローレベルをスイングする信号であり、フレーム毎にそのレベルが反転する。

映像走査信号ｇ_１-ｇ_ｎは１Ｈ毎に順次にゲートオン電圧Ｖ_ｏｎとなり、映像走査線Ｇ_１-Ｇ_ｎに印加される。

感知走査信号ｓ_ｇ１-ｓ_ｇＮは、奇数番目フレームでは、奇数番目映像走査信号ｇ_２ｋ-１に同期してゲートオン電圧Ｖ_ｏｎとなり、偶数番目フレームでは、偶数番目映像走査信号ｇ_２ｋに同期してゲートオン電圧Ｖ_ｏｎとなる。このようにして、全ての感知素子が、共通電圧Ｖ_ｃｏｍが常にハイレベルである時に感知動作を行うので、つまり共通電圧Ｖ_ｃｏｍによるカップリング効果が均一な状態で感知動作を行うことによって感知信号の歪曲を最少に抑えることができる。これに対して、全ての感知素子が、共通電圧Ｖ_ｃｏｍが常にローレベルである時に感知動作を行うこともでき、その効果は同一である。

次に、図７を参照して感知部が画素領域外部の別途の領域に配設される場合の画素及び感知部の配列について説明する。

図７に示すように、画素はＰで表示した列に配置され、感知部はＳで表示した列に配置される。説明上、ｉ番目行とｊ番目画素列が交差する領域をＲｉ、Ｐｊと表示し、ｉ番目行とｊ番目感知部列が交差する領域をＲｉ、Ｓｊと表示する。

一つのドットは、一つの行と３個の画素列Ｐが交差する三つの領域及び同一の行とこれら画素列Ｐと隣接している感知部列Ｓが交差する一つの領域を含む。

図６に示された感知部と同様に、光感知部は液晶表示装置解像度の１/４の解像度を有し、接触感知部は光感知部の解像度以下の解像度を有する。二つの隣接した感知部列Ｓのいずれか一つに光感知部が配置され、もう一つに接触感知部が配置される。たとえば、奇数番目感知部列Ｓに光感知部が配置され、偶数番目感知部列Ｓに接触感知部が配置されることができる。この時、光感知部及び接触感知部は、奇数番目行及び偶数番目行のうちの任意の一つの行に配設されることができる。

例えば、光感知部は（Ｒ１、Ｓ１）、（Ｒ１、Ｓ３）、…、（Ｒ３、Ｓ１）、（Ｒ３、Ｓ３）、…、（Ｒ５、Ｓ１）、（Ｒ５、Ｓ３）、…に配置され、接触感知部は（Ｒ１、Ｓ２）、（Ｒ１、Ｓ４）、…、（Ｒ５、Ｓ２）、（Ｒ５、Ｓ４）、…に配置される。この時、接触感知部の解像度は光感知部の解像度の半分である。

一方、図７に示すように、接触感知部が形成されている感知部列に相当する領域（Ｓ２、Ｓ４、…）に突出部２４０及びカラムスペーサ２４５が配設される。カラムスペーサ２４５は、感知部列（Ｓ）で接触感知部が形成されない所に配置する。図７で、カラムスペーサ２４５を３個示したが、必要に応じてその数は加減可能である。また、図示されていないが、光感知部が配設されている感知部列（Ｓ）にもカラムスペーサ２４５が配設されることができる。

先の例と同様に、光感知部が配設される感知部列全体に光感知部を配設し、二行ずつ感知走査線を接続することによって、このように接続されている光感知部の感知信号を同一の感知信号線に重畳させて送出することができる。この場合、共通電圧Ｖ_ｃｏｍと感知走査信号との関係は、図８に示されるタイミング図に従う。

このように本発明によれば、所定の配列を有する光感知部と接触感知部を備えることによって、接触の有無及び接触位置を正確に感知する感知信号を生成することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。

本発明は、液晶表示装置において利用可能である。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の光感知部に対する等価回路図である。 本発明の一つの実施形態に係る液晶表示装置の接触感知部に対する等価回路図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の接触感知部の構造及び動作を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の接触感知部の構造及び動作を説明する概略図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の画素及び感知部配列の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の画素及び感知部配列の他の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の共通電圧と走査信号のタイミング図の例である。

符号の説明

３ 液晶層、
１００、２００ 表示板、
１１０、２１０ 基板、
１１５ 画素層、
１９０ 画素電極、
１９６ 入力端子電極、
２２０ 遮光部材、
２３０ カラーフィルター、
２４０ 突出部、
２４５、３２０ スペーサ、
２５０ カバー膜、
２７０ 共通電極、
３００ 液晶表示板組立体、
４００ 映像走査部、
５００ データ駆動部、
５５０ 階調電圧生成部、
６００ 信号制御部、
７００ 感知走査部、
８００ 信号読取部。

Claims (13)

1. 複数の画素を備えた表示板と、
   複数の感知信号線と、
   前記表示板の前記画素内部、画素間または画素外部に配置されて前記感知信号線に接続され、外部光の受光により電流を発生し、発生した電流を光感知信号として前記感知信号線に出力する光感知部と、
   前記表示板の前記画素内部、画素間または画素外部に配置されて前記感知信号線に接続され、使用者の接触によって共通電圧が印加されることによって、前記共通電圧に基づいた電流を発生し、発生した電流を接触感知信号として前記感知信号線に出力する接触感知部と、
   複数の前記感知信号線と接続され、当該感知信号線に出力された感知信号に基づいて、使用者による接触の有無及び接触位置を検知する信号読取部と、
   を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記表示板は第１基板及び前記第１基板に対向する第２基板を有し、
   前記接触感知部は前記第１基板に形成されている共通電極と前記第２基板に形成されている入力端子電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記共通電圧は前記共通電極に印加されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記接触によって前記共通電極と前記入力端子電極が電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１基板上に形成され、前記入力端子電極に向けて突出した突出部をさらに備え、
   前記共通電極は前記突出部上に形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記突出部と前記入力端子電極との間の距離が０．１μm〜１．０μmであることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１基板と前記第２基板を支持し、前記突出部の間に形成されているカラムスペーサをさらに備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記接触感知部の解像度が前記光感知部の解像度以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記光感知部の解像度は前記液晶表示装置の解像度の１／４倍の解像度を有することを
   特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記接触感知部に接続されている感知信号線と前記光感知部に接続されている感知信号線が交互に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
11. 複数の前記光感知部に各々接続されている複数の前記感知信号線が互いに接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記光感知部に接続され、前記感知信号が前記感知信号線に出力されることを許容するスイッチを制御するための複数の感知走査線をさらに備え、
    隣接した二つの前記感知走査線が互いに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
13. 前記共通電圧は１水平周期毎にハイレベルとローレベルをスイングし、フレーム毎に反転し、
    前記光感知部及び前記接触感知部は前記共通電圧が前記ハイレベル及び前記ローレベルのいずれか一つのレベルである時、前記光感知信号および前記接触感知信号を各々出力することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
    

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