CN101907793A - 液晶显示装置以及电子装置 - Google Patents

Abstract

一种具有触控功能的液晶显示装置以及电子装置。在具有像素电极10的液晶基板1以及具有至少一对向电极的玻璃基板2之间封入液晶物质，并且在液晶基板1以及玻璃基板2的边缘部分设置传感器阵列3、4，分别配置多个传感器，其静电电容会随着液晶基板1以及玻璃基板2的变形而改变。当物体接触玻璃基板2时，则找出传感器阵列3、4中分别具有最大静电电容变化的传感器位置，检测出上述物体的接触位置。

Description

液晶显示装置以及电子装置

技术领域

本发明涉及一种具有触控面板功能的液晶显示装置以及电子装置。

背景技术

随着个人计算机、移动电话、移动信息终端设备等等信息装置的普及化，在信息装置中已采用了触控面板装置，能够在显示信息的液晶显示器的显示画面上，藉由手指或笔等等物体的指示，一方面可以输入新信息，另一方面则可以对于信息装置下达各种指令(举例来说，可以参考专利文献1及2)。

现有的触控面板装置是附加配置在液晶显示器的显示表面上。触控面板装置的结构是对向配置穿透型玻璃、穿透型塑料等等薄板，而在两片薄板间所形成的空隙内，则设置电阻传感器、电容传感器等等传感器。藉由这些传感器，便可以检测出物体接触薄板表面时的电压变化等等现象，进而检测出薄板表面上的物体接触位置。

然而，现有的触控面板装置是对于液晶显示器进行附加配置所构成，如果与未装设触控面板装置的情况比较，由于光穿透率或反射率、对比度比会变差，因此会造成液晶显示器的显示效能降低的问题。

对此，现有技术中亦提出另一种技术方案，是在液晶显示器的各像素内埋设光传感器，构成一光传感器矩阵，利用此光传感器矩阵可以检测出光量的变化，便能够检测出在显示器表面上的物体接触位置。

然而，由于存在各像素所埋设的光传感器以及光传感器所需的电子线路，与现有触控面板装置一样，光穿透率等等会下降，显示器的显示效能也会降低。另外，由于需要外部编码器来解析光传感器矩阵的信号，因此会增加制造成本，同时触控面板装置的结构本身也会变得复杂。

另外，另一种技术方案则是在液晶显示器表面埋设电容传感器，以便检测出具有静电电容的物体的接触。然而，与上述情况相同，由于存在显示面中的电容传感器以及显示面内的电子线路，光穿透率等等会下降，显示器的显示效能也会降低。另外，使用电容传感器时，还会有容易受到外部电子噪声影响的问题。

【专利文献】

【专利文献1】：日本特开平07-302168号公报

【专利文献2】：日本特开平07-334289号公报

发明内容

有鉴于此，根据本发明可提供一种液晶显示装置以及电子装置，其在构成液晶显示装置的两片基板边缘部分，设置多个传感器，用来输出对应于基板间相对位置的信号，根据这些传感器所输出的信号，便可以检测出在显示面上的物体接触位置，因此便能够在不降低显示效能的情况下，以简单的结构检测出物体的接触位置。

根据本发明的液晶显示装置，其在具有像素电极的第一基板以及具有至少一对向电极的第二基板之间的空隙内，封入液晶物质，并且藉由控制第一以及第二基板间所施加的电压高低，进行影像显示，其特征在于包括一位置检测装置，其在第一以及第二基板的边缘部分设置多个传感器，用以输出对应于第一以及第二基板间相对位置的信号，并且根据各传感器所输出的信号，检测出物体在第二基板上的接触位置。

根据本发明的液晶显示装置中，上述传感器是沿着第一或第二基板上相邻的两侧边，配置在第一以及第二基板间的空隙内。

根据本发明的液晶显示装置中，上述传感器包括第一电极与第二电极，其中第一电极设置于第一基板上，第二电极设置于第二基板上且对应第一电极。位置检测装置检测由第一以及第二基板间相对位置变化所造成第一以及第二电极间的静电电容变化。

根据本发明的电子装置，其包括如前述发明中任一个所述的液晶显示装置。

根据本发明的电子装置中，上述电子装置可以是移动电话、数字相机、移动信息终端装置、笔记型计算机、桌上型计算机、电视机、车用显示装置、便携式DVD播放器中的一个。

当人指或笔等等物体接触到构成液晶显示装置的两片基板(第一以及第二基板)中做为显示面的基板(第二基板)时，由于基板会以接触位置为中心弯曲，所以在基板的边缘部分，对向两片基板(第一以及第二基板)的相对位置会改变。在本发明中，由于在此边缘部分配置了多个传感器，用来输出对应于两片基板间相对位置的信号，所以藉由观察各传感器所得到的信号强度等等，便可以检测出在显示面上何处出现物体的接触。

本发明并不限制检测两片基板间相对位置的方法。举例来说，可以是检测出两片基板相对位置发生偏移时的静电电容变化或磁性变化的电性方法、检查光量变化的光学方法、或者是使用金属线(wire)等以机械性检查两片基板间错位的方法。

根据本发明中，为了检测在液晶显示装置的显示面上的物体接触位置，是将传感器设置于基板的边缘部分，所以并不需要如现有触控装置一样，附加设置于液晶显示装置的显示面上，并且由于不需要在显示面上装设传感器，所以可以在不降低液晶显示装置的显示效能情况下，检测出物体的接触位置。

附图说明

图1是表示本实施例的液晶显示装置概略结构的示意图。

图2是用来说明传感器阵列的结构的示意图。

图3是用来说明传感器阵列的结构的示意图。

图4a和图4b是用来说明在物体接触的情况下，液晶基板以及玻璃基板的边缘部分状态的示意图。

图5是用来说明接触位置的检测方法的说明图。

图6是用来说明接触位置的检测方法的说明图。

图7a和图7b表示由传感器阵列所观测到的静电电容变化的关系图。

图8表示本实施例的液晶显示装置整体结构的电路图。

图9表示本实施例的移动电话外观的示意图。

图10表示移动电话的功能结构的方块图。

附图符号说明

1～液晶基板；2～玻璃基板；3、4～传感器阵列；5～间隔物；10～像素电极；30、30a、30b、30c、40～传感器；31、41～第一电极；32、42～第二电极；101～控制电路；102～影像存储器；103～电源电路；104～源极驱动器；105～栅极驱动器；106～液晶面板；110～接触位置检测电路；200～移动电话；201～中央处理器；202～存储器；203～液晶显示装置；204～通讯部；210～外壳；A～接触点；La、Lb、Lc～距离；Vs～源极驱动器驱动电压；Vcom～共通电压；Vg～栅极驱动器驱动电压。

具体实施方式

以下根据图式，具体说明本发明的实施例

第一实施例

在本实施例所说明的液晶显示装置中，具有一位置检测装置，可以检测出两片基板的相对位置变化作为静电电容的变化。图1表示本实施例的液晶显示装置概略结构的示意图。本实施例的液晶显示装置包括在各像素配置矩阵状像素电极10的液晶基板1(第一基板)，以及具有至少一对向电极的玻璃基板2(第二基板)。液晶基板1和玻璃基板2是方形，以彼此对向的方式设置。液晶基板1和玻璃基板2间的空隙则封入液晶物质，在液晶基板1侧的像素电极10以及玻璃基板2侧的对向电极之间施加电压，以控制液晶物质的穿透率或反射率，同时对于像素电极10施加对应于待表示影像的数据电压，以进行影像显示。

在液晶基板1以及玻璃基板2的边缘部分，则具有传感器阵列3、4。传感器阵列3、4设置在液晶基板1以及玻璃基板2的边缘部分。在本实施例中，传感器阵列3、4设置在像素电极10的外侧以及对向电极的外侧。传感器阵列3、4用来检测物体接触玻璃基板2时的接触位置。传感器阵列3、4中配列多个传感器，从其本身所设置处检测出液晶基板1以及玻璃基板2的相对位置。在本实施例中，传感器阵列3、4检测液晶基板1以及玻璃基板2的边缘位置的变化。上述传感器是分别以一维方式(直线)配列于液晶显示装置的主扫描方向以及副扫描方向上。

图2是用来说明传感器阵列3的结构的示意图。图2表示图1中从空白箭头方向所视的液晶显示装置的侧面图。传感器阵列3是配置在面向液晶显示装置的显示面时的左侧部分。传感器阵列3所设的各传感器30，具有固定在液晶基板1侧的第一电极31以及固定在玻璃基板2侧的第二电极32，检测出由于液晶基板1以及玻璃基板2间相对位置变化而造成在第一电极31以及第二电极32之间的静电电容变化。在第一电极31以及第二电极32之间则封入具有适当静电电容的介电质。

可采用许多方法来检测两个电极间静电电容的变化。举例来说，可以使用的方法包括在传感器电极上施加交流电压，检测电极的交流电压，再检查所得直流电流的变化，或者施加脉冲电压做为交流信号，测量因为电容变化的缘故所造成的信号上升时间(延迟时间)。

另外，在液晶基板1以及玻璃基板2之间，则以适当间隔设置间隔物5，用来确保两者间的空隙。

图3是用来说明传感器阵列4结构的示意图。传感器阵列4是配置在面向液晶显示装置的显示面时的上侧部分。传感器阵列4所包含的各传感器40结构，与上述传感器阵列3所包含的各传感器30结构相同，具有固定在液晶基板1侧的第一电极41以及固定在玻璃基板2侧的第二电极42，检测出由于液晶基板1以及玻璃基板2间相对位置变化而造成在第一电极41以及第二电极42之间的静电电容变化。在第一电极41以及第二电极42之间则封入具有适当静电电容的介电质。

传感器30、40的个数、相邻传感器间的间隔、以及传感器30、40的尺寸(电极面积)等等，是对应于所需要的接触位置检测精确度而设计。藉由增加传感器30、40的个数、将传感器的间隔变窄、缩小传感器30、40的尺寸等方式，可以提高检测精确度。

图4是用来说明在物体接触的情况下，液晶基板1以及玻璃基板2的边缘部分状态的示意图。图4a表示物体未接触情况下的边缘部分状态，图4b表示物体接触情况下的边缘部分状态。在物体未接触的情况下，传感器30的第一电极31以及第二电极32是彼此对向地分别固定在液晶基板1以及玻璃基板2上。由于液晶基板1以及玻璃基板2的空隙因为间隔物5而维持在一适当值，所以如果没有外部的因素，第一以及第二电极31、32间的静电电容会维持在一定值。

另一方面，如图4b所示，物体接触到玻璃基板2时，玻璃基板2上则随着物体接触而来的外力作动，其作用通过间隔物5而使得液晶基板1作动，所以液晶基板1以及玻璃基板2两者会以图式中空白箭头所示的接触位置为中心而弯曲。当液晶基板1以及玻璃基板2呈圆弧状弯曲时，因为个别的曲率半径不同，固定在各基板上的第一和第二电极31、32间相对位置则会沿着基板方向错开。结果使得第一电极31和第二电极32间的静电电容自原始状态(图4a状态)发生改变。

由于传感器40也具有与传感器30相同的结构，当物体未接触玻璃基板2时，第一以及第二电极41、42间的静电电容维持一定值；当物体接触玻璃基板2时，第一以及第二电极41、42间的静电电容则产生变化。换言之，传感器30、40会输出物体接触玻璃基板2时、对应于液晶基板1和玻璃基板2间相对位置变化的信号。

虽然在本实施例中是以液晶基板1以及玻璃基板2的弯曲方式呈圆弧状的情况来配合说明，但是并非一定呈圆弧状弯曲。随着液晶基板1以及玻璃基板2的材质、厚度、设置位置等等不同，两者的既定弯曲方式也会不同，因此也可以检测这些变化做为基板间相对位置的变化。

在本实施例中，是根据各传感器30、40所输出的信号，检测出物体在玻璃基板2上的接触位置。图5以及图6则是用来说明接触位置的检测方法的说明图。以下的说明是以图5所示的接触点A做为物体在玻璃基板2上的接触位置。接触点A是位于玻璃基板2的表面内，在主扫描方向上距离中心处稍微上侧并在副扫描方向上大致为中心附近的位置。

玻璃基板2是由于物体的接触而承受外力，其作用使得玻璃基板2以及液晶基板1会以接触点A为中心弯曲。此时，在构成传感器阵列3的各传感器30位置上，则对应于接触点A和各传感器间的距离呈现其影响。构成传感器阵列4的各传感器40亦为相同的情况。

当接触点A到传感器30(传感器40)的距离较短时，由于液晶基板1以及玻璃基板2在弯曲时的曲率半径较短，在传感器30(传感器40)处的第一和第二基板31、32(41、42)间的偏移较大。另外，当接触点A到传感器30(传感器40)的距离较长时，由于液晶基板1以及玻璃基板2在弯曲时的曲率半径较长，在传感器30(传感器40)处的第一和第二基板31、32(41、42)间的偏移较小。

依据图5和图6来说明具体实例。图6表示在构成传感器阵列3的传感器30、30、…中选择三个作为传感器30a、30b、30c的位置处，液晶基板1以及玻璃基板2间偏移(第一以及第二电极31、32间偏移)的剖面图。图6中的(a)表示通过接触点A以及传感器30a的剖面，(b)表示通过接触点A以及传感器30b的剖面，(c)表示通过接触点A以及传感器30c的剖面。传感器30b的位置距离接触点A最近，传感器30c的位置距离接触点A最远。各传感器30a、30b、30c与接触点A的距离La、Lb、Lc间关系表示成Lb＜La＜Lc。

由于因为物体接触而在接触点A上造成液晶基板1以及玻璃基板2间的变形量Δ，对于各传感器30a、30b、30c而言是相同的，所以在与接触点A的距离最短的传感器位置(亦即传感器30b的位置)上，液晶基板1以及玻璃基板2间的偏移最大。相反地，在与接触点A的距离最长的传感器位置(亦即传感器30c的位置)上，液晶基板1以及玻璃基板2的偏移最小。每一个传感器的静电电容的变化量是取决于传感器与接触点A之间的距离。因此，各传感器30a、30b、30c中的静电电容，随着与接触点A的距离愈短，则相对于原始状态(非接触状态)的变化便会愈大。

图7表示由传感器阵列3、4所观测到的静电电容变化的关系图。图7a表示在主扫描方向上，由配置在传感器阵列3的传感器30所观测到的静电电容变化。横轴表示配置在传感器阵列3的传感器30，纵轴表示静电电容的变化量ΔC。同样地，图7b表示在副扫描方向上，由配置在传感器阵列4的传感器40所观测到的静电电容变化。横轴表示配置在传感器阵列4的传感器40，纵轴表示静电电容的变化量ΔC。

如上所述，各传感器30(或传感器40)的静电电容变化，会随着传感器30(传感器40)所配置位置与玻璃基板2上物体的接触位置间距离愈短而愈大。换言之，如果分别找到传感器阵列3、4中静电电容变化最大的位置，则此位置便表示玻璃基板2上的物体接触位置。以图7的例子来说，主扫描方向上的Xmax位置以及副扫描方向上的Ymax位置，即表示玻璃基板2上的物体接触位置。亦即，便能够取得图5所示的接触点A的位置坐标是(Xmax，Ymax)。

图8表示根据本实施例的液晶显示装置整体结构的电路图。本实施例的液晶显示装置，例如可以是利用光线反射进行显示的反射型液晶显示装置，其具有控制电路101、影像存储器102、源极驱动器104、栅极驱动器105以及液晶面板106。液晶面板106则具有上述的液晶基板1、玻璃基板2以及传感器阵列3、4。

虽然图8表示了一般主动矩阵型液晶显示装置的结构，但是本发明的液晶显示装置并非限定于主动矩阵型液晶，也可以是使用两片基板进行液晶显示的结构。举例来说，亦可以适用于STN型液晶。另外，也可以适用于计算器、数字式手表或时钟、定时器等等所使用的仅能显示预设数字或文字的区段式液晶。

控制电路101根据输入的同步信号，产生存储器控制信号、电源控制信号、源极驱动器控制信号以栅极驱动器控制信号，所产生的各控制信号分别输出到影像存储器102、电源电路103、源极驱动器104以与栅极驱动器105。

影像存储器102则暂时性储存输入的显示数据，以同步于控制电路101所输出的存储器控制信号的方式，将应该显示在液晶面板106的影像数据输出到源极驱动器104。此外，影像存储器102也可以是内建于控制电路101内，并在控制电路101内进行内部处理的结构。

此处的输入同步信号以及显示数据，包括移动电话、便携式游戏机中搭载的中央处理器(CPU)或液晶显示(LCD)控制器IC所输出的LCD信号，个人计算机(PC)的阴极射线管(CRT)输出信号经过模拟/数字转换后的信号，控制电路101直接控制在个人计算机等设置的影像存储器(Video RAM)所取得的信号等等。

电源电路103则是同步于控制电路101所输出的电源控制信号，产生源极驱动器104所使用的驱动电压Vs、栅极驱动器105所使用的驱动电压Vg、以及液晶面板106的共通电极所使用的共通电压Vcom，并且分别输出到源极驱动器104、栅极驱动器105以及液晶面板106。另外，电源电路103则产生施加于传感器阵列3、4的电压，并且对于传感器阵列3、4所具有的各传感器30、40施加此产生的电压，用以检测出在构成液晶面板106的玻璃基板2上的物体接触位置。

栅极驱动器105的作用则是在同步于控制电路101所输入的栅极驱动器控制信号情况下，依序将用来控制未图标开关组件的导通/不导通(ON/OFF)状态的扫描电压，输出到输出部，所输出的扫描电压则施加在液晶面板106的扫描线；以及将控制全部开关组件为导通状态的电压一并输出到输出部，再将所输出的电压施加在液晶面板106的全部扫描线。

源极驱动器104的功能则是在同步于控制电路101所输入的源极驱动器控制信号情况下，撷取从影像存储器102所输出的影像数据，再将对应于影像数据的电压施加在液晶面板106的数据线上；以及在不同步于源极驱动器控制信号的情况下，将外部电源所输入的外部电压施加在液晶面板106的全部资料线。

液晶面板106则是在各像素中配置矩阵状像素电极10的液晶基板1以及配置至少一对向电极(或称为共通电极)的玻璃基板2间，封入液晶物质。利用控制施加于像素电极的电压为导通/不导通状态的开关组件，在导通期间内将数据电压施加在像素电极以及对向电极之间，便可以控制由此数据电压所决定的液晶物质光穿透率或光反射率，进行影像显示。

另外，电源电路103则视需要，提供交流电压到传感器阵列3、4所具有的各传感器30、40，由接触位置检测电路110取得各传感器30、40的静电电容变化。接触位置检测电路110则藉由确认传感器阵列3、4中分别具有最大静电电容变化的传感器，计算出物体在玻璃基板2上的接触位置。本发明并不限定寻找传感器阵列3、4中具有最大静电电容变化的传感器的方法。

接触位置检测电路110则将检测出的物体在玻璃基板2上的接触位置相关信息，通知控制电路101。控制电路101则根据接触位置检测电路110的信息进行适当的处理。

另外，在本实施例的说明中，虽然在结构上是以两片基板(液晶基板1以及玻璃基板2)的相对位置变化来检测静电电容变化，但是检测两片基板相对位置的方法上，也可以采用其它任何的方案。举例来说，当两片基板的相对位置变化时，会出现磁性变化或者光学变化(光量的变化)，也可以利用磁性传感器或者光学传感器来检测这些磁性变化或者光学变化。另外，利用金属线等检测机械性(力学性)变化，也可以检测出两片基板的相对位置变化。

另外，在本实施例中，虽然设置了接触位置检测电路110，但是也可以是控制电路101的结构中具有接触位置检测电路110的功能，如果是低温多晶硅类型的液晶组件，也可以将接触位置检测电路110组装于组件本身。

另外，在本实施例中，虽然是在液晶面板106的左方侧以及上方侧设置配列各传感器30、40的传感器阵列3、4，但是也可以将相同的传感器阵列设置在液晶面板106的右方侧和下方侧。另外也可以在左右两侧以及上下两侧设置传感器阵列。

另外，并不需要使用到传感器阵列3、4具有的全部传感器30、40，也可以配合玻璃基板2上可动作(active)接触点的数量，选择所使用的传感器30、40，并且增加或减少所使用传感器30、40的数量。

第二实施例

在本实施例中，是以移动电话做为本发明的电子装置适用范例来进行说明。

图9表示本实施例的移动电话200外观的示意图。本实施例的移动电话200是在立方体状的外壳210内部容纳各种电路所构成，图9所示者是以外壳210中最宽侧面为正面所示的移动电话200。此正面的一部分是由本发明的液晶显示装置203所构成。液晶显示装置203的结构由于与第一实施例所说明的液晶显示装置完全相同，因此省略其详细说明。液晶显示装置203是对操作此移动电话200的使用者显示必要的信息，同时在使用者手指碰触液晶显示装置203的表面时，根据构成液晶显示装置203的两片基板间相对位置变化，检测出其接触位置。

图10表示移动电话200的功能结构的方块图。本实施例的移动电话200包括用来控制整个装置的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)201、用来储存控制整个装置的控制程序以及使用者数据的存储器202、对使用者显示信息并且接受使用者的操作指示的液晶显示装置203、以及用来接通移动电话网络或数据通讯网路等以便进行外部通讯的通讯部。

CPU 201则产生用来在液晶显示装置203上显示信息的LCD信号，传送到液晶显示装置203。液晶显示装置203则根据CPU 201所传送的LCD信号，进行信息的显示。

另一方面，液晶显示装置203则检测出本身所具有的两片基板间相对位置变化，做为显示面上的接触位置信息，传送到CPU 201。CPU 201在接收到来自液晶显示装置203的接触位置信息时，则会执行适当的处理，包括根据接触位置信息掌握使用者的操作并且将使用者所输入的信息储存于存储器202，产生用来显示下个画面的LCD信号，以及控制通讯部204以便与外部通讯装置间进行通讯等等处理。

另外，本发明的电子装置除了前述移动电话之外，亦适用于数字相机、个人数字助理(Personal Digital Asistant，PDA)等等移动信息终端装置、笔记型计算机、桌上型计算机、电视机、车用显示装置、便携式DVD播放器。除此之外，也可以适用于接受使用者操作指示的各种电子装置上，亦不限于上述装置，例如电子字典、电子计算器、定时器、便携式游戏机、具有硬盘(Hard Disk Drive，HDD)或闪存的媒体播放器、用来远程操作其它电子装置的遥控器、具有监视器的数字摄影机、个人计算机的键盘等等。

Claims (5)

1.一种液晶显示装置，其在具有一像素电极阵列的一第一基板以及具有至少一对向电极的一第二基板之间，封入一液晶物质，并且藉由控制上述第一以及第二基板间所施加的电压高低，进行影像显示，其包括：

一位置检测装置，其分别在上述第一以及第二基板的一边缘部分设置多个传感器，用以输出对应于上述第一以及第二基板间的一相对位置的信号，并且根据上述各传感器所输出的信号，检测出一物体在上述第二基板上的一接触位置。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中上述传感器是沿着上述第一或第二基板上相邻的两侧边，配置在上述第一以及第二基板间的一空隙内。

3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中上述传感器包括一第一电极与一第二电极，其中上述第一电极设置于上述第一基板，上述第二电极设置于上述第二基板且对应上述第一电极，上述位置检测装置检测由上述第一以及第二基板间的一相对位置变化所造成上述第一以及第二电极间的静电电容变化。

4.一种电子装置，其包括如权利要求1所述的液晶显示装置。

5.如权利要求4所述的电子装置，其中上述电子装置是移动电话、数字相机、移动信息终端装置、笔记型计算机、桌上型计算机、电视机、车用显示装置、便携式DVD播放器中的一个。

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