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Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristalldisplay (LCD) mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel sowie ein Verfahren zu dessen Ansteuerung.
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In jüngerer Zeit wurden immer flachere und leichtere Displays mit niedrigem Energieverbrauch dazu entwickelt, Anzeigegeräte mit Kathodenstrahlröhren zu ersetzen. Zu derartigen Flachdisplays gehören Flüssigkristalldisplays, Plasmadisplays (PDPs), Feldemissionsdisplays (FEDs), Elektrolumineszenzdisplays (ELDs) und weitere.
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Derartige Displays verfügen als wesentliches Element über eine flache Anzeigetafel zum Anzeigen von Bildern, mit einer Konfiguration, bei der ein Paar transparenter, isolierender Substrate ein leuchtendes oder einebnendes Material trägt.
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Unter derartigen Displays können Flüssigkristalldisplays die Lichttransmission unter Verwendung eines elektrischen Felds steuern, um dadurch Bilder anzuzeigen. Dazu verfügen Flüssigkristalldisplays über eine Anzeigetafel mit einem Flüssigkristall, eine Hinterleuchtungseinheit zum Emittieren von Licht auf diese sowie eine Treiberschaltung zum Ansteuern der Hinterleuchtungseinheit und von Flüssigkristallzellen.
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Die Anzeigetafel verfügt über eine Vielzahl von Einheitspixelbereichen, die durch eine Anzahl sich schneidender Gateleitungen und Datenleitungen bestimmt werden. Bei einer derartigen Anzeigetafel sind ein Dünnschichttransistorarray-Substrat und ein Farbfilterarray-Substrat unter Einhaltung eines Zwischenraums einander zugewandt angeordnet, um einen gleichmäßigen Zellenzwischenraum zu bilden, in den zumindest in jedem Pixelbereich ein Flüssigkristall eingefüllt ist.
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Das Dünnschichttransistorarray-Substrat verfügt über Gateleitungen und Datenleitungen, einen an jeder Schnittstelle zwischen derartigen Leitungen ausgebildeten Dünnschichttransistor als Schaltbauteil, eine Pixelelektrode an jeder Flüssigkristall-Pixeleinheit in Verbindung mit einem zugehörigen Dünnschichttransistor sowie eine alle diese Elemente überdeckende Ausrichtungsschicht. Die Gateleitungen und die Datenleitungen empfangen über Kontaktteile Signale von der Treiberschaltung. Dabei reagiert jeder Dünnschichttransistor auf ein an die zugehörige Gateleitung geliefertes Scansignal, um dann eine an die zugehörige Datenleitung gelegte Pixelspannung an die Pixelelektrode zu legen.
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Das Farbfilterarray-Substrat verfügt über ein Farbfilter für jede Flüssigkristallzelleneinheit, eine diese Filter umgebende Schwarzmatrix zum Reflektieren von externem Licht, eine gemeinsame Elektrode zum gemeinsamen Anlegen einer Referenzspannung an die Flüssigkristallzellen sowie eine alle diese Elemente bedeckende Ausrichtungsschicht.
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Das Dünnschichttransistorarray-Substrat und das Farbfilterarray-Substrat, die unabhängig voneinander hergestellt werden, werden zueinander ausgerichtet und dann aneinander befestigt. Danach wird ein Flüssigkristall eingefüllt, woraufhin der Zwischenraum zwischen den Substraten dicht verschlossen wird.
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Ein Flüssigkristalldisplay ist ein passives Lichtemissionsbauteil, bei dem die Schirmhelligkeit unter Verwendung von Licht eingestellt wird, das von der an der Rückseite der Flüssigkristalltafel angeordneten Hinterleuchtungseinheit emittiert wird.
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Es existieren Techniken zum Befestigen eines Touchpanels an einem Flüssigkristalldisplay. Bei einem Touchpanel handelt es sich um eine Benutzerschnittstelle, die typischerweise an einem Display angebracht wird, um einen Berührungspunkt dadurch zu erfassen, dass sich eine elektrische Eigenschaft am Berührungspunkt ändert, der durch beispielsweise einen Finger oder einen Stift berührt wird. Bei der Berührung des Schirms des Touchpanels kann Information zum Berührungspunkt erfasst werden, was von verschiedenen Anwendungen dazu genutzt wird, Information zu verarbeiten.
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Jedoch zeigt ein derartiges Flüssigkristalldisplay verschiedene Nachteile, wie erhöhte Kosten wegen des Anbringens des Touchpanels, eine Verringerung der Ausbeute wegen zusätzlicher Prozesse des Befestigungsablaufs sowie eine Beeinträchtigung der Helligkeit und eine Zunahme der Dicke der Flüssigkristalltafel wegen des angesetzten Touchpanels.
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Daher wurden an Anzeigetafeln auch Fotosensoren zum Steuern der Hinterleuchtungseinheit auf Grundlage der Helligkeit von äußerem Licht angebracht, und es wurde versucht, ein Touchpanel innerhalb der Anzeigetafel auszubilden, um Kosten für den Befestigungsvorgang einzusparen und die gesamte Anordnung flach aufzubauen.
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Nachfolgend wird ein herkömmliches Flüssigkristalldisplay anhand der 1 und 2 erläutert. Die 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein herkömmliches Flüssigkristalldisplay mit einem herkömmlichen Fotosensor-Touchpanel zeigt, und die 2 ist ein Diagramm, das die Schaltung eines herkömmlichen Berührungssensors zeigt.
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Wie es aus der 1 erkennbar ist, verfügt ein herkömmliches Flüssigkristalldisplay mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel über eine Flüssigkristalltafel 10 mit einem ersten Substrat 1, einem zweiten Substrat 2, einem Pixel-TFT 3 und einem Sensor-TFT 4 sowie eine unter der Flüssigkristalltafel 10 angeordnete Hinterleuchtungseinheit 20 zum Liefern von Licht an die Tafel.
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Um einen Lichterfassungsvorgang auszuführen, wird von der Hinterleuchtungseinheit 20 Licht durch die Flüssigkristalltafel gestrahlt, und wenn ein Finger oder ein in der 1 als Fläche dargestelltes Material 30 die Flüssigkristalltafel berührt, wird Licht reflektiert und durch den Sensor-TFT 4 erfasst.
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Gemäß den 1 und 2 wandelt ein derartiges herkömmliches LCD mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel digitale Videodaten abhängig von einer Gammareferenzspannung in analoge Daten, und es liefert die gewandelte Spannung an Datenleitungen DL. Gleichzeitig liefert es einen Scanpuls an Gateleitungen GL, wodurch in die zugehörige Flüssigkristallzelle C1C eine Datenspannung geladen wird. Dazu ist eine Gateelektrode eines Pixeltransistors Tpixel mit einer Gateleitung GL verbunden, seine Sourceelektrode ist mit der zugehörigen Datenleitung DL verbunden, und die Drainelektrode des Transistors ist mit einer Pixelelektrode der Zelle C1C sowie einer Elektrode eines Kondensators Cst1 verbunden. An eine gemeinsame Elektrode der Flüssigkristallzelle C1c wird eine gemeinsame Spannung Vcom gelegt. In den Speicherkondensator Cst1 wird die an die Datenleitung DL gelegte Datenspannung geladen, wenn der Pixeltransistor Tpixel eingeschaltet ist, um die Spannung der Flüssigkristallzelle C1c zu halten. Wenn ein Scanpuls an die Gateleitungen GL gelegt wird, schaltet der Pixeltransistor Tpixel ein, und zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode bildet sich ein Kanal, um diese Spannung an die Pixelelektrode der Flüssigkristallzelle C1c zu liefern. Dabei ändert sich die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen der Flüssigkristallzelle C1c auf Grund des zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode gebildeten elektrischen Felds, wodurch einfallendes Licht modifiziert wird.
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Ein Berührungssensor enthält einen Sensortransistor Tsensor zum Erzeugen einer von der außen einfallenden Lichtmenge abhängigen Lichtleistung, einen Sensorkondensator Cst2 zum Speichern einer elektrischen Ladung abhängig von einem elektrischen Strom i sowie einen Schalttransistor Tsw zum Schalten eines Ausgabevorgangs für im Sensorkondensator Cst2 gespeicherte elektrische Ladungen.
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Eine Vorspannung Vbias unter einer Schwellenspannung des Sensortransistors Tsensor wird an seine Gateelektrode gelegt. Die Gateelektrode des Schalttransistors Tsw ist mit einer vorderen Gateleitung GLn – 1 verbunden, und seine Sourceelektrode ist mit dem Sensorkondensator Cst2 verbunden, während seine Drainelektrode mit einer Ausleseleitung RO verbunden ist.
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Mit der Drainelektrode des Sensortransistors Tsensor ist eine Treiberspannungsleitung verbunden, an die eine Treiberspannung Vdrv angelegt wird.
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Ein derartiger Berührungssensor erkennt eine Berührung unter Verwendung einer Differenz fotoelektrischer Ströme, wie sie im Berührungs- und im Nichtberührungsfall über die Ausleseleitung RO ausgelesen werden.
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Nun wird die Betriebsweise eines derartigen Berührungssensors im Überblick beschrieben.
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Das im Berührungsfall reflektierte Licht erhöht die Leitfähigkeit des Sensortransistors Tsensor in ausreichender Weise, um dafür zu sorgen, dass von der Vorspannungsleitung Vbias ein elektrischer Strom zum Sensorkondensator Cst2 fließt, und in diesem wird eine Spannung über einer Anfangsspannung, jedoch unter der Vorspannung Vbias gespeichert.
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Wenn der mit der Ausleseleitung RO verbundene Schalttransistor TFT eingeschaltet wird, wird die im Sensorkondensator Cst2 gespeicherte Ladung an die Ausleseleitung RO ausgegeben, wodurch erfasst werden kann, ob ein Berührungsfall vorliegt, und der Sensorkondensator Cst2 wird wieder auf die Referenzspannung zurückgesetzt. Nach dem Rücksetzen kann eine erneute Berührungsüberprüfung auf die beschriebene Weise ausgeführt werden.
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Die 3 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Ausmaßes des Erkennens abhängig von einem Referenzwert entsprechend der Menge von äußerem Licht, wenn eine teilweise Berührung vorliegt. Wie es aus der 3 erkennbar ist, differiert, wenn ein Punkt an der Oberfläche der Flüssigkristalltafel 10 berührt wird, das Ausmaß der Erfassung für den Berührungspunkt T abhängig von der Lichtmenge des externen Lichts.
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Um einen Berührungsvorgang zu erkennen, wird ein vorbestimmter Referenzwert Ref eingestellt, und es wird eine Änderung der Stärke eines fotoelektrischen Stroms abhängig vom reflektierten Anteil des Lichts von der Hinterleuchtungseinheit für den Berührungspunkt erfasst.
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Wenn beispielsweise ein Punkt bei starkem äußerem Licht berührt wird, ist die Lichtmenge am Berührungspunkt klein im Vergleich zum Referenzwert. Wenn die Differenz zwischen den Lichtmengen für den Berührungspunkt und ein nicht berührtes Gebiet relativ groß in Bezug auf den Referenzwert Ref ist, kann eine Berührung auf Grundlage der Lichtmengendifferenz problemlos erkannt werden.
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Bei externem Licht mittlerer Stärke ist die Lichtmengendifferenz zwischen einem berührten Punkt und dem anderen, nicht berührten Gebiet nicht allzu groß, und sie ist nicht viel größer als der Referenzwert Ref. Im Ergebnis ist es schwierig, die Berührung zu erkennen.
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Bei schwachem externem Licht stimmt die Lichtmenge für ein nicht berührtes Gebiet beinahe mit dem Referenzwert Ref überein. Dabei zeigt ein berührter Punkt einen relativ großen Lichtmengenwert in Bezug auf den Referenzwert. Jedoch ist die Differenz der Lichtmengen zwischen dem berührten Punkt und dem nicht berührten Gebiet klein, wodurch es auch in diesem Fall schwierig ist, eine Berührung zu erkennen.
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Daher bestehen bei einem herkömmlichen LCD mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel die folgenden Nachteile.
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Erstens kann im herkömmlichen Fall sowohl externes Licht als auch Reflexionslicht des Lichts von der Hinterleuchtungseinheit erkannt werden. Im Ergebnis gelingt es dem Sensor nicht, ein Eingangssignal genau zu erkennen, wenn die Beleuchtungsstärke des reflektierten Lichts ähnlich derjenigen des externen Lichts ist.
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Ferner ist eine Algorithmuserstellung zur Erkennung eines Berührungspunkts kompliziert, wenn das von der Berührung abhängige Ausgangssignal abhängig von der Umgebung differiert, was zu einer Fehlfunktion eines Erzeugnisses führen kann. Wenn nämlich externes Licht stärker als reflektiertes Licht ist, wird ein Berührungssignal mit einer Spannung unter den Spannungen für andere Gebiete ausgegeben. Wenn das externe Licht schwächer als das reflektierte Licht ist, wird das Berührungssignal mit höherer Spannung ausgegeben. Im Ergebnis ist es schwierig, ein tatsächliches Berührungssignal zu erkennen.
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Noch ferner kann, wenn der Sensortransistor altert, der Berührungssensor ein Nichtberührungssignal selbst dann ausgeben, wenn das Touchpanel am LCD durch einen Finger oder ein anderes Objekt berührt wird, oder es wird ein Signal ausgegeben, obwohl keine Berührung vorliegt. Ein herkömmliches LCD mit eingebautem Touchpanel erkennt einen Berührungspunkt nur auf Grund der relativen Differenz fotoelektrischer Ströme, wie sie über die organische Transistoren fließen. Wenn ein Sensortransistor gealtert ist, ist beinahe unmöglich, eine tatsächliche Berührung genau zu erkennen. Wenn beispielsweise starkes externes Licht vorliegt, kann der Schatten des externen Lichts durch beispielsweise einen Filter, der jedoch die Flüssigkristalltafel nicht berührt, als Berührung erkannt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkristalldisplay mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel und ein Verfahren zu dessen Ansteuerung zu schaffen, mit denen eine Berührung unabhängig von der Intensität externen Lichts stabil erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe ist durch die Flüssigkristalldisplays gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 8 sowie das Verfahren gemäß dem Anspruch 14 gelöst.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
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1 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein herkömmliches Flüssigkristalldisplay mit einem Fotosensor-Touchpanel zeigt;
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2 ist eine Schaltungsansicht eines herkömmlichen Berührungssensors;
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3 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Ausmaßes einer Erfassung im Vergleich zu einem Referenzwert abhängig von der Menge externen Lichts bei einer teilweisen Berührung;
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4 ist ein Blockdiagramm eines Flüssigkristalldisplays mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
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5 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Lichtmengenberechnung abhängig von einer Berührung, wenn Hinterleuchtungslicht abhängig von der Stärke externen Lichts ein- und ausgeschaltet wird;
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6 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Flüssigkristalldisplays mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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7 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Ansteuerungstimings bei der Schaltung gemäß der 6;
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8 ist ein Kurvenbild, das den von der Gatespannung abhängigen Widerstand eines Sensortransistors zeigt;
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9 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Flüssigkristalldisplays mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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10 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Ansteuerungstimings bei der Schaltung gemäß der 9;
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11 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Flüssigkristalldisplays mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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12 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Ansteuerungstimings bei der Schaltung gemäß der 11;
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13A und 13B sind Kurvenbilder, die eine von einer Ausleseleitung ausgelesene Spannung abhängig vom Fall einer Berührung und einer Nichtberührung, wenn eine Hinterleuchtungseinheit nicht eingeschaltet ist, sowie eine Spannungsdifferenz zeigen;
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14A und 14B sind Kurvenbilder, die eine von einer Ausleseleitung ausgelesene Spannung für den Fall einer Berührung und einer Nichtberührung zeigen, wie sie erzeugt wird, wenn eine Hinterleuchtungseinheit eines Flüssigkristalldisplays mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß der Erfindung ein- und ausgeschaltet wird; und
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15 ist eine Schnittansicht, die ein Flüssigkristalldisplay mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Wie es aus der 4 erkennbar ist, verfügt ein Flüssigkristalldisplay mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel über eine Flüssigkristalltafel 100, einen ROIC-Ausleseteil 210 (ROIC = readout integrated circuit = integrierter Ausleseschaltkreis), einen AD-Wandlerteil 220, einen Berechnungsteil 230 sowie einen XY-Positionserfassungsteil 240. Die Flüssigkristalltafel 100 ist vom Typ mit eingebautem Touchpanel, und sie enthält in jedem von n (n = natürliche Zahl) vorhandenen Pixeln einen Fotosensor als Berührungssensor. Der ROIC-Ausleseteil 210 empfängt von in der Flüssigkristalltafel 100 vorhandenen Ausleseleitungen eine Auslesespannung. Der AD-Wandlerteil 220 wandelt den Analogwert der vom ROIC-Ausleseteil 210 gelieferten Lese/Schreibspannung in einen digitalen Wert. Der Berechnungsteil 230 berechnet aus dem vom AD-Wandlerteil 220 erfassten Wert einen entsprechenden Wert, wenn Hinterleuchtungslicht zugeführt wird. Der XY-Positionserfassungsteil 240 erkennt aus einem entsprechenden Punkt einen Berührungspunkt, wenn vom Berechnungsteil 230 ein Wert über einem Referenzwert berechnet wird.
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Hierbei sind der ROIC-Ausleseteil 210, der AD-Wandlerteil 220, der Berechnungsteil 230 und der XY-Positionserfassungsteil 240 in einer Steuerungseinheit 400 vorhanden, die dazu verwendet wird, die Flüssigkristalltafel 100 anzusteuern, also nicht zum Erkennen einer Berührung. Ein Teil der Steuerungseinheit 400 zum Ansteuern der Flüssigkristalltafel ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.
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Nun wird die Funktion des Berechnungsteils 230 des LCD mit eingebettetem Fotosensor-Touchpanel anhand der 5 in Abhängigkeit von der Leuchtstärke externen Lichts beschrieben.
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Die 5 zeigt, dass die Lichtmenge in einem Zustand, in dem die Hinterleuchtungseinheit eingeschaltet ist, von der Lichtmenge im Zustand, in dem die Hinterleuchtungseinheit ausgeschaltet ist, abgezogen wird. Es existiert keine Differenz des externen Lichts in einem anderen Gebiet als demjenigen eines Berührungspunkts, wenn das Hinterleuchtungslicht ein- und ausgeschaltet wird. Jedoch existiert ein Berührungspunkt auf Grund von reflektiertem Hinterleuchtungslicht eine Differenz für externes Licht.
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Um Ausführungsformen der Erfindung zu erläutern, wird das Licht im Zustand, in dem das Hinterleuchtungslicht eingeschaltet ist, als erstes Licht bezeichnet, und das Licht im Zustand, in dem das Hinterleuchtungslicht ausgeschaltet ist, wird als zweites Licht bezeichnet. Das erste Licht enthält insbesondere externes Licht, das Hinterleuchtungslicht sowie beliebiges durch eine Berührung reflektiertes Licht. Das zweite Licht enthält insbesondere externes Licht und/oder beliebiges durch eine Berührung reflektiertes Licht, jedoch nicht das Hinterleuchtungslicht. Das externe Licht kann auch als Umgebungslicht bezeichnet werden.
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Wenn die Lichtmenge im Zustand, in dem das Hinterleuchtungslicht eingeschaltet ist, mit derjenigen im Zustand, in dem es ausgeschaltet ist, verglichen wird, ist festzustellen, dass, unabhängig von der Leuchtstärke des externen Lichts, nur am Berührungspunkt eine Differenz erzeugt wird. Erfindungsgemäße LCDs mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel erkennen eine Berührung unter Verwendung dieser Differenz.
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Wie es aus den 6 und 7 erkennbar ist, verfügt das LCD mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung über eine Pixelschaltung P, die an der Schnittstelle zwischen der n-ten Gateleitung Gn und der m-ten Datenleitung Dm gebildet ist; einen ersten Berührungssensor T1, der an der Schnittstelle zwischen einer ersten Steuerleitung CT1, einer n-ten Schaltleitung Vgsn und einer i-ten Ausleseleitung ROi gebildet ist; und einen zweiten Berührungssensor T2, der an der Schnittstelle zwischen einer zweiten Steuerleitung CT2, der (n + 1)-ten Schaltleitung Vgsn + 1 und der i-ten Ausleseleitung ROi gebildet ist.
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Hierbei liegen der erste Berührungssensor T1 und der zweite Berührungssensor T2 in einem Paar benachbart zueinander. Der erste Berührungssensor T1 und der zweite Berührungssensor T2 können abwechselnd in jedem Pixel positioniert sein, oder sie können paarweise in jedem Gebiet angeordnet sein, das einem berührten Gebiet entspricht. Dabei kann die Pixelschaltung P in jedem Pixel positioniert sein.
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Die Pixelschaltung P verfügt über einen Pixeltransistor Tpixel, der im Schnittgebiet zwischen einer Flüssigkristallzelle C1c, einer Gateleitung Gn und einer Datenleitung Dm zum Ansteuern der Flüssigkristallzelle C1c ausgebildet ist, und einen Speicherkondensator Cst zum Aufrechterhalten der Ladespannung der Flüssigkristallzelle C1c für einen einzelnen Rahmen. Hierbei ist ein Ende des Speicherkondensators Cst mit der Drainelektrode des Pixeltransistors Tpixel verbunden, und sein anderes Ende ist mit einer gemeinsamen Leitung CL verbunden. Ein Ende der Flüssigkristallzelle C1c ist mit der Drainelektrode des Pixeltransistors Tpixel verbunden, und ihr anderes Ende ist mit der gemeinsamen Elektrode CE verbunden.
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Der erste Berührungssensor T1 verfügt über einen ersten Sensortransistor Tph1, einen ersten Sensorkondensator Css1 und einen ersten Schalttransistor Tsw1. Nachdem an die n-te Schaltleitung Sn ein Aktiviersignal Vgsn angelegt wurde, erzeugt der erste Sensortransistor Tph1 einen fotoelektrischen Strom, während ein erstes Steuersignal Vcon1 von der ersten Steuerleitung CT1 auf einem hohen Potenzial gehalten wird. Es wird kein fotoelektrischer Strom erzeugt, während das erste Steuersignal Von1 auf niedrigem Potenzial gehalten wird. Der erste Sensorkondensator Css1 speichert durch den fotoelektrischen Strom erzeugte elektrische Ladungen. Der erste Schalttransistor Tsw1 schaltet die im ersten Sensorkondensator Css1 gespeicherten elektrischen Ladungen auf die Ausleseleitung ROi.
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Ähnlich wie der erste Berührungssensor T1 verfügt der zweite Berührungssensor T2 über einen zweiten Sensortransistor Tph2, einen zweiten Sensorkondensator Css2 und einen zweiten Schalttransistor Tsw2, mit derselben Konfiguration, wie sie vorstehend beschrieben ist.
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Hierbei sind die Gateelektroden des ersten und des zweiten Sensortransistors Tph1 und Tph2 mit der ersten bzw. zweiten Steuerleitung CT1 und CT2 verbunden, und ihre Sourceelektroden sind mit der gemeinsamen Leitung CL verbunden, während ihre Drainelektroden mit einem ersten bzw. einem zweiten Knoten N1 und N2 verbunden sind.
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Der erste Sensorkondensator Css1 ist zwischen der gemeinsamen Leitung CL und dem ersten Knoten N1 positioniert, und der zweite Sensorkondensator Css2 ist zwischen der gemeinsamen Leitung CL und dem zweiten Knoten N2 positioniert.
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Die Gateelektrode des ersten Schalttransistors Tsw1 ist mit der n-ten Schaltleitung Sn verbunden, und seine Sourceelektrode ist mit dem ersten Knoten N1 verbunden, während seine Drainelektrode mit der i-ten Ausleseleitung ROi verbunden ist. Die Gateelektrode des zweiten Schalttransistors Tsw2 ist mit der (n + 1)-ten Schaltleitung Sn + 1 verbunden, und seine Sourceelektrode ist mit dem zweiten Knoten N2 verbunden, während seine Drainelektrode mit der i-ten Ausleseleitung ROi verbunden ist.
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Das erste und das zweite Steuersignal Vcont1 und Vcont2 werden zu jedem Abklingzeitpunkt eines Vertikalsynchronisiersignals Vsync an die erste und die zweite Steuerleitung CT1 und CT2 gelegt. Der Abklingzeitpunkt tritt in jeder Periode auf, wie es in der 7 dargestellt ist. Die Hinterleuchtungseinheit wird in einem Anfangszustand, bevor das Vertikalsynchronisiersignal Vsync abgefallen ist, in Betrieb gesetzt.
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Das erste Steuersignal Vcont1 wird eingeschaltet, nachdem das Vertikalsynchronisiersignal Vsync abgefallen ist, und als Nächstes wird es in einer vorbestimmten Zeitperiode ausgeschaltet. Dann wird die Hinterleuchtungseinheit ausgeschaltet und das zweite Steuersignal Vcont2 wird eingeschaltet. Nachdem das zweite Steuersignal Vcont2 ausgeschaltet wurde, wird die Hinterleuchtungseinheit wieder in Betrieb gesetzt.
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Wenn bei dieser Ausführungsform das erste Steuersignal Vcont1 an die erste Steuerleitung CT1 gelegt wird, wird die im ersten Sensorkondensator Css1 des ersten Berührungssensors T1 gespeicherte elektrische Ladung über den ersten Schalttransistor Tsw1 übertragen und an die Ausleseleitung ROi mit einer vorbestimmten Spannung ausgegeben. Wenn das zweite Steuersignal Vcont2 an die zweite Steuerleitung CT2 gelegt wird, wird die im zweiten Sensorkondensator Css2 des zweiten Berührungssensors T2 gespeicherte elektrische Ladung über den zweiten Schalttransistor Tsw2 übertragen und mit einer vorbestimmten Spannung an die Ausleseleitung ROi ausgegeben.
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Hierbei wird die vom zweiten Berührungssensor T2 auf die Ausleseleitung ausgegebene Spannung von der vom ersten Berührungssensor T1 an die Ausleseleitung ausgegebenen Spannung subtrahiert, um einen Berührungspunkt zu erkennen.
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Nun wird der Vorgang einer derartigen Erkennung eines Berührungspunkts beschrieben.
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In einer Anfangsperiode wird die Referenzspannung Vref (die vorbestimmt sein kann) der Ausleseleitung ROi im ersten und zweiten Sensorkondensator Css1 und Css2 aufrechterhalten. Während einer Vertikalaustastperiode werden das erste und das zweite Steuersignal Vcont1 und Vcont2 auf die erste bzw. zweite Steuerleitung CT1 bzw. CT2 gegeben, wie es in der 7 dargestellt ist.
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Wenn das erste Steuersignal Vcont1 auf die erste Steuerleitung CT1 gegeben wird, nimmt der Leckstrom des ersten Sensortransistors Tph1 zu, und dieser Leckstrom wird im ersten Sensorkondensator Css1 gespeichert. Wenn das zweite Steuersignal Vcont2 auf die zweite Steuerleitung CT2 gegeben wird, schaltet die Hinterleuchtungseinheit aus, und der Leckstrom des zweiten Sensortransistors Tph2 wird im zweiten Sensorkondensator Css2 gespeichert. Die gespeicherte Spannung wird abhängig von der Ansteuerung des ersten und des zweiten Schalttransistors Tsw1 und Tsw2 auf eine erste und eine zweite Spannung V1 und V2 durch die entsprechende Ausleseleitung ROi ausgelesen. Wenn keine Berührung vorliegt, haben die erste und die zweite Spannung, wie sie über den ersten und den zweiten Berührungssensor T1 und T2 auf die Ausleseleitung ROi ausgegeben werden, wegen des identischen externen Lichts identische Werte. Bei einer Berührung enthält die erste Spannung V1 bei eingeschaltetem Hinterleuchtungslicht eine Spannung, die durch die Reflexion von Hinterleuchtungslicht erzeugt wird, und die zweite Spannung V2 bei ausgeschaltetem Hinterleuchtungslicht enthält die Referenzspannung. Im Ergebnis nimmt die Spannungsdifferenz zu. Insbesondere dann, wenn die Menge des externen Lichts mit derjenigen des reflektierten Lichts übereinstimmt oder kleiner ist, wenn die Tafel berührt wird, ergibt sich eine Lichtmengendifferenz in der Vertikalaustastperiode, wenn das Hinterleuchtungslicht ein- bzw. ausgeschaltet ist, und auf Grundlage des berechneten Werts kann eine Berührung erkannt werden. Im Ergebnis ist es möglich, eine Berührung stabil, unabhängig von der Stärke externen Lichts, zu erkennen.
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Dabei werden das erste und das zweite Steuersignal Vcont1 und Vcont2 im Anfangszustand ausgeschaltet gehalten. Wenn das Hinterleuchtungslicht eingeschaltet ist, wird das erste Steuersignal Vcont1 ein- und ausgeschaltet, um im ersten Sensorkondensator Css1 des ersten Berührungssensors T1 eine Speicherung vorzunehmen. Nachdem das Hinterleuchtungslicht ausgeschaltet wurde, wird das zweite Steuersignal Vcont2 ein- und ausgeschaltet, um im zweiten Sensorkondensator Css2 des zweiten Berührungssensors T2 eine Speicherung vorzunehmen. Die im ersten und zweiten Sensorkondensator Css1 und Css2 des ersten und des zweiten Berührungssensors T1 und T2 gespeicherten Signale können abhängig vom an die Schaltleitungen gelegten Schaltsignal auf die Ausleseleitung ausgegeben werden.
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Wie es aus der 8 erkennbar ist, nimmt der Widerstand des Fotosensortransistors abhängig von der Gatespannung ab, wenn diese unter einer Steuerspannung Vg liegt. Wenn die Gatespannung über der Steuerspannung Vg liegt, nimmt der Widerstand zu, wobei für eine vorbestimmte Zeitperiode eine Abtastspannung aufrechterhalten wird. Das heißt, dass dann, wenn die durch das Steuersignal angelegte Spannung unter einem vorbestimmten Wert gehalten wird, durch die Ausleseleitung ROi die Sättigungsspannung ausgegeben wird. Im Ergebnis kann eine Berührung durch eine vorbestimmte große Spannungsdifferenz zwischen den Fällen der ein- und ausgeschalteten Hinterleuchtungseinheit erkannt werden.
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Die durch die 9 und 10 veranschaulichte zweite Ausführungsform zeigt, im Vergleich zur ersten Ausführungsform, dass die Gateelektroden und die Sourceelektroden des ersten und des zweiten Sensortransistors Tph1 und Tph2 wechselseitig verbunden sind. Das heißt, dass die Gateelektroden des ersten und des zweiten Sensortransistors Tph1 und Tph2 jeweils mit der gemeinsamen Leitung CL verbunden sind. In diesem Zustand sind die Sourceelektroden derselben mit der ersten bzw. der zweiten Steuerleitung CT1 und CT2 verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird eine Spannung mit entgegengesetzter Phase im Vergleich zum ersten und zum zweiten Steuersignal Vcont1 und Vcont2 bei der ersten Ausführungsform an die erste und zweite Steuerleitung CT1 und CT2 gelegt, und es werden identische Werte erzielt. Wie anschließend beschrieben, halten das erste und das zweite Steuersignal Vcont1 und Vcont2 im Anfangszustand vor dem Abfallen des Vertikalsynchronisiersignals Vsync ihre Werte bei, d. h., diese werden in der Vertikalaustastperiode nach dem Abfallen des Vertikalsynchronisiersignals Vsync aufrechterhalten. Als Nächstes wird das erste Steuersignal Vcont1 ausgeschaltet, und es wird in einer vorbestimmten Zeitperiode wieder eingeschaltet. Danach wird das Hinterleuchtungslicht ausgeschaltet, und es wird auch das zweite Steuersignal Vcont2 ausgeschaltet. Daraufhin wird das zweite Steuersignal Vcont2 eingeschaltet, und dann wird auch das Hinterleuchtungslicht wiedereingeschaltet.
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Hierbei zeigt, wenn keine Berührung vorliegt, die über den ersten und den zweiten Berührungssensor T1 und T2 auf die Ausleseleitung ROi ausgegebene Spannung wegen des identischen externen Lichts denselben ersten und zweiten Spannungswert. Bei einer Berührung enthält die erste Spannung V1 bei eingeschaltetem Hinterleuchtungslicht eine durch die Reflexion des Hinterleuchtungslichts erzeugte Spannung, während die zweite Spannung V2 bei ausgeschaltetem Hinterleuchtungslicht eine Spannung ähnlich der Referenzspannung Vref aufweist, so dass die Differenz zwischen diesen zwei Spannungen erhöht ist.
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Wie es aus den 11 und 12 erkennbar ist, verfügt das LCD mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß der dritten Ausführungsform über eine einzelne Steuerleitung CT, im Vergleich zur ersten und zweiten Steuerleitung bei der ersten Ausführungsform. In diesem Fall kann in der Vertikalaustastperiode ein Ausschaltsignal zweimal auf die einzelne Steuerleitung gegeben werden.
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Wie anschließend beschrieben, wird das Steuersignal Vcont im Anfangszustand vor dem Abfallen des Vertikalsynchronisiersignals Vsync ausgeschaltet, und es wird nach dem Abfallen desselben eingeschaltet. Dann wird das Hinterleuchtungslicht ausgeschaltet, woraufhin das Steuersignal Vcont in einer vorbestimmten Zeitperiode ebenfalls ausgeschaltet wird. Dann wird das Steuersignal Vcont für eine zweite Zeit erneut eingeschaltet. Das heißt, dass bei dieser dritten Ausführungsform das Steuersignal Vcont in einer einzelnen Vertikalsynchronisiersignal zweimal eingeschaltet wird. Wenn sich das Steuersignal Vcont jedesmal in einem eingeschalteten Zustand befindet, wird der an den ersten und zweiten Berührungssensor T1 und T2 ausgegebenen Spannungswert durch die Ausleseleitung erfasst, um auf Grundlage des berechneten Werts eine Berührung zu erkennen.
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Wenn keine Berührung vorliegt, sind die über den ersten und den zweiten Berührungssensor T1 und T2 auf die Ausleseleitung ROi ausgegebenen Spannung wegen des identischen externen Lichts gleich. Bei einer Berührung enthält die erste Spannung V1 bei eingeschaltetem Hinterleuchtungslicht eine durch reflektiertes Hinterleuchtungslicht erzeugte Spannung, und die zweite Spannung V2 bei ausgeschaltetem Hinterleuchtungslicht verfügt über eine der Referenzspannung ähnliche Spannung. Im Ergebnis ist die Differenz zwischen diesen beiden Spannungen erhöht.
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Bei Ausführungsformen der Erfindung wird in nicht überlappenden Perioden ein Steuersignal angelegt. Wie es aus den 7, 10 und 12 erkennbar ist, sind dieselben Einzustände oder dieselben Auszustände der jeweiligen Steuersignale nicht überlappend. Auch ist es bevorzugt, jedoch nicht erforderlich, dass das Steuersignal vor oder nach dem Ausschalten der Hinterleuchtungseinheit angelegt wird. Wie es aus den 7 und 10 erkennbar ist, wird das zweite Steuersignal Vcont2 angelegt, nachdem das Hinterleuchtungslicht B/L ausgeschaltet wurde. Jedoch ist dies nicht erforderlich, wie es aus der 12 erkennbar ist.
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Die 13A und 13B sind Kurvenbilder, die den auf die Ausleseleitung ausgelesenen Spannungswert für den Fall einer Berührung und keiner Berührung, ohne Schwingungsvorgang der Hinterleuchtungslicht, und die Spannungsdifferenz zeigen; d. h., die Hinterleuchtungseinheit ist dauernd eingeschaltet. Wie es aus der 13A erkennbar ist, existiert nur eine kleine Spannungsdifferenz zwischen dem Fall, in dem an einem vorbestimmten X-Koordinatenpunkt eine Berührung vorliegt, und dem Fall, zu dem an diesem Berührungspunkt keine Berührung vorliegt.
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Genauer gesagt, wird, wie es aus der 13B erkennbar ist, die bei einer Berührung auf die Ausleseleitung ausgelesene Spannung von der ausgelesenen Spannung bei fehlender Berührung abgezogen. Dann tritt eine Spannungsdifferenz unter 0,02 V nur am Berührungspunkt, entsprechend einem Wert von 11,5~12,0 in willkürlichen Einheiten, auf. Wenn die Spannung relativ niedrig ist, ist es schwierig, eine Berührung zu erkennen, und es kann eine Berührung auf Grund einer durch die Handfläche des Benutzers abgedeckten Fläche, keiner tatsächlichen Berührung durch den Finger des Benutzers, auftreten. In diesem Fall kann das Erkennen einer Berührung durch die Lichtmengendifferenz zwischen dem externen Licht und dem reflektierten Licht am Berührungspunkt ausgeführt werden.
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Die 14A und 14B sind Kurvenbilder für den Fall, dass das Hinterleuchtungslicht eine Schwingung ausführt. Wie es aus der 14A erkennbar ist, werden Gebiete ohne Berührung durch das externe Licht gleichmäßig beeinflusst, und sie zeigen identische Auslesespannungen, wenn das Hinterleuchtungslicht ein- und ausgeschaltet wird. Eine Differenz der Auslesespannung bei einem Ein- und Ausschalten des Hinterleuchtungslichts wird nur am Berührungspunkt erzeugt.
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Wenn diese Subtraktion der von der Ausleseleitung ausgegebenen Spannungen ausgeführt wird, wenn das Hinterleuchtungslicht ein- und ausgeschaltet wird, wie es in der 14A dargestellt ist, wird eine Berührung in einem Gebiet mit einem Wert von 11,5~12,0 in willkürlichen Einheiten in Bezug auf die X-Koordinate erkannt. Bei der Erfindung wird dieses Ein- und Ausschalten der Hinterleuchtungseinheit dazu verwendet, mittels der genannten Subtraktion einen Berührungspunkt zu erkennen. Im Ergebnis kann eine Berührung abhängig davon erkannt werden, ob reflektiertes Licht am Berührungspunkt vorhanden ist, was unabhängig von einem Einfluss durch externes Licht erfolgt, und eine Berührungserkennung kann bei einer Differenz von ungefähr 0,04 V zwischen dem Auslesewert und dem Referenzspannungswert erfolgen, wenn Reflexionslicht vorhanden ist.
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Wie es aus der 15 erkennbar ist, verfügt ein LCD mit eingebautem Fotosensor-Touchpanel gemäß der Erfindung über die genannte Flüssigkristalltafel 100 sowie eine Hinterleuchtungseinheit 300 an der Rückseite derselben.
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Die Flüssigkristalltafel 100 enthält ein erstes und ein zweites Substrat 110 und 120, die einander zugewandt sind, Gateleitungen VGsn sowie Datenleitungen Vdatam, wie es schon anhand der 6 erläutert wurde, die einander auf dem ersten Substrat 110 schneiden, um Pixelbereiche zu definieren, eine Pixelschaltung P, wie sie ebenfalls in der 6 dargestellt ist, die in jedem Bereich ausgebildet ist, sowie Berührungssensoren T1 und T2, wie ebenfalls in der 6 dargestellt. Die 15 zeigt der Zweckdienlichkeit halber nur einen einzelnen Berührungssensor.
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Hierbei weist, innerhalb der Pixelschaltung P, ein Pixeltransistor Tpixel Folgendem auf: eine Gateelektrode 111a, eine diese bedeckende Gateisolierschicht 112, ein auf dieser vorhandenes Halbleiterschichtmuster 113a, eine Source- und eine Drainelektrode 114a und 114b, die an den beiden Seiten dieses Musters vorhanden sind, eine die genannten Elektroden bedeckende Schutzschicht 115, die jedoch ein vorbestimmtes Gebiet der Drainelektrode 114b freilässt, und eine Pixelelektrode 116 in Kontakt mit der freigelegten Drainelektrode 114b.
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Der Berührungssensor Tph verfügt über eine Gateelektrode 131, eine diese bedeckende Gateisolierschicht 114, ein auf dieser vorhandenes Halbleiterschichtmuster 113b sowie eine Source- und eine Drainelektrode 134a und 134b, die an entgegengesetzten Seiten dieses Musters vorhanden sind. Das zweite Substrat 120 verfügt über eine Schwarzmatrixschicht 121, die einen Nichtpixelbereich, d. h. einen Bereich, in dem Gateleitungen und Datenleitungen ausgerichtet sind, bedeckt, eine diese Schwarzmatrixschicht 121 bedeckende, den Pixelbereichen entsprechende Farbfilterschicht 122 sowie eine an der Vorderseite des zweiten Substrats 120 mit der Farbfilterschicht 122 ausgebildete gemeinsame Elektrode.
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Hierbei öffnen die Schwarzmatrixschicht 121 und die Farbfilterschicht 122 ein dem Berührungssensor entsprechendes Gebiet des Sensortransistors Tph. Dies, da es bevorzugt ist, zu verhindern, dass der Lichtdurchtritt zunimmt, wenn der Finger des Benutzers oder ein anderer Gegenstand von der Hinterleuchtungseinheit emittiertes Licht reflektiert, um eine Berührung auf Grund des reflektierten Lichts zu erkennen.
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Auf den Oberflächen des ersten und des zweiten Substrats 110 und 120 können Ausrichtungsschichten ausgebildet sein, was jedoch in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
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Zwischen das erste und das zweite Substrat 110 und 120 ist durch einen Abstandshalter 200 ein vorbestimmter Zwischenraum gebildet, in den eine Flüssigkristallschicht eingefüllt ist.
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An den Rückseiten des ersten und des zweiten Substrats 110 und 120 sind eine erste bzw. eine zweite Einebnungsplatte 141 bzw. 142 ausgebildet.
