JP2006209205A

JP2006209205A - 表示装置

Info

Publication number: JP2006209205A
Application number: JP2005016794A
Authority: JP
Inventors: Arichika Ishida; 有親石田
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-10
Also published as: US20060164401A1

Abstract

【課題】表示特性に優れ、薄型で、位置調整が不要で且つ物体の位置座標の誤り検出を防止することが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】画素２に配置された光センサ５により表示領域３上の物体の位置座標を検出するようにしたことで、表示領域３上若しくは周囲の付加物及び表示位置と検出位置の調整を不要とすることができる。また、液晶表示パネル１の表示領域３の表面である表示面に物体が接触したかどうかを検知するマイクロスイッチ４を液晶表示パネル１の下部に備え、マイクロスイッチ４により物体の表示面への接触を検知したときに光センサ５により物体の位置座標の検出を行うことで、物体が表示面に接触する前に位置座標を検出することがないので、位置座標の誤り検出を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネル等の入力機能を備えた表示装置に関する。

近年、液晶表示装置などの表示装置にタッチセンサを組み込み、表示面に指やペンで接触することで、情報を入力することが可能な入力機能付きの表示装置が広く用いられている。このような表示装置は、表示領域の表面である表示面に物体が接触したことを検知するとともに、表示領域上の物体の位置座標を検出することが可能な機能を備えており、その方式として抵抗膜方式、赤外線遮光方式、超音波表面弾性波方式などさまざまな方式が提案され、また実用化されている。以下に例を挙げて説明する。

抵抗膜方式においては、図７の表示装置の断面図に示すように表示パネルのベースとなるガラス基板１０１上に付加物１０２を設ける。同図において付加物１０２は、ガラス基板１０１に対向して配置される２００μｍ程度のＰＥＴシート等のしなやかなフィルム１０５、ガラス基板１０１面及びフィルム１０５面の間隙に配置される５〜１０μｍ程度のスペーサ１０３、ガラス基板１０１面及びフィルム１０５面を張り合わせるために配置される７５〜２００μｍ程度の張り合わせ剤１０４、ガラス基板１０１面及びフィルム１０５面に配置され縦横に直交する酸化インジウムスズ（以下ＩＴＯと呼ぶ）膜による透明な電極格子１０６ａ及び１０６ｂ、から構成される。そして、電極格子１０６ａ及び１０６ｂに予め電圧を印加させる。

このような構成により、物体である指２０が表示面であるフィルム１０５面に接触すると、その圧力でガラス基板１０１面の電極格子１０６ａとフィルム１０５面の電極格子１０６ｂとが接触し両電極格子間に電流が流れ、表示面に物体が接触したことを検知する。また、その際のガラス基板１０１面、フィルム１０５面における各電極格子の抵抗による分圧比を測定することで、表示面上の物体の位置座標を検出する。

また、赤外線遮光方式においては、表示面の表面周囲の縦横に発光素子である赤外発光ダイオードと受光素子であるフォトダイオードとを対になるように配置し、各赤外発光ダイオードを発光させ、その光をフォトダイオードで受光させる。このような構成により、物体が表示面に近接若しくは接触し発光ダイオードからの赤外線を遮断した場合に、フォトダイオードは光の強さを検知することで、表示面上の物体の位置座標を検出する。

また、超音波表面弾性波方式においては、表示面の周囲に超音波の振動子及び反射アレイを配置し、超音波を表示面全体に伝播させる。このような構成により、物体が表示面に接触した場合に、超音波振動の減衰を検知することで、表示面上の物体の位置座標を検出する。

また、近年では、画素に光センサを配置し、入力時において光センサで受光した光の強度に関する情報を基にして、表示面上の物体の位置座標を検出する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、このような方式において表示面に物体が接触したかどうかを検知するには、光センサにより得られた時系列の画像情報を解析するなどの方法がとられている。
特開２００４−１５３３２９号公報

しかしながら、抵抗膜方式を用いた入力機能付きの表示装置では、その原理上、表示パネルの表示面上に図７のような付加物１０２を設けなければならない。このような付加物は光の透過率を低下させるため、画面の表示特性を著しく低下させてしまい、結果として見栄えが悪くなるという問題がある。

また赤外線遮光方式、超音波表面弾性波方式を用いた入力機能付きの表示装置では、表示面上の付加物が不要であるが、構造上、上述したような光学素子及び超音波振動子等が必要であるため、表示装置が厚くなる。また両方式は、画素に対応した画像表示の分解能に比べて、位置座標を検出する際の分解能が低いため、表示位置と検出位置とを整合させるために位置調整が必要であるという問題がある。

また光センサを用いた入力機能付きの表示装置では、入力時において光センサにより取り込んだ時系列の画像情報を解析することで表示面上の物体の位置座標を検出するため、複数の選択肢が表示された表示面上において、指が押し位置を迷い探るような動きをした場合に表示面上の指の位置座標を誤って検出してしまうという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、表示特性に優れ、薄型で、位置調整が不要で且つ物体の位置座標の誤り検出を防止することが可能な表示装置を提供する。

第１の本発明に係る表示装置は、表示領域に複数の画素を有する表示パネルと、表示領域の表面である表示面に物体が接触したことを検知する接触検知手段と、接触検知手段により物体の接触が検知されたときに物体の位置を検出するために画素に配置された光センサと、を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、画素に配置された光センサにより表示面上の物体の位置座標を検出するようにしたことで、表示面上若しくは周囲の付加物及び表示位置と検出位置の調整を不要とすることができる。また、表示パネルの表示面上に物体が接触したかどうかを検知する接触検知手段を光センサと独立して備え、接触検知手段により物体の表示面への接触を検知したときに光センサにより物体の位置座標の検出を行うことで、物体が表示面に接触する前に位置座標の検出を行うことを防止する。

また、上記表示装置における接触検知手段は、表示面の上面から加わる圧力によりスイッチング動作を行うマイクロスイッチを有することを特徴とする。

本発明にあっては、物体が表示パネルの表示面に接触したかどうかをマイクロスイッチのスイッチング動作で検知する。

また、上記表示装置における接触検知手段は、表示面上に配置された導電性薄膜と、導電性薄膜に一定の電圧を印加する電圧印加手段と、導電性薄膜に印加された電圧の前記物体による変動を検知する電圧検知手段と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、物体が表示面上の導電性薄膜に接触すると、導電性薄膜に蓄積されていた電荷が物体を介して抜けるので導電性薄膜の電圧が変動する。このときの電圧の変動を電圧検知手段で測定することで、物体が表示面に接触したかどうかを検知する。

本発明の表示装置によれば、表示特性に優れ、薄型で、位置調整が不要で且つ物体の位置座標の誤り検出を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す斜視図である。同図の表示装置は、表示領域３に複数の画素２を有する液晶表示パネル１、液晶表示パネル１の下部の４隅に配置され液晶表示パネル１の表示領域３の表面である表示面に物体が接触したことを検知するマイクロスイッチ４、マイクロスイッチ４により物体の接触が検知されたときに物体の位置座標を検出するために画素２の内部に配置された光センサ５、を備える。ここで液晶表示パネル１において表示領域３以外の領域（図では斜線を引いた領域）には、物体が表示面に接触したときに表示面から入射した光量に応じて電流を流すように光センサを制御する制御回路、走査線を駆動する走査線駆動回路、信号線を駆動する信号線駆動回路等が配置される。これらは同一のプロセスで同一基板上に形成される。

図２は、図１の液晶表示パネル１における一画素に相当する領域の断面図である。同図に示すように液晶表示パネル１は、アレイ基板６及び対向基板７がスペーサ８を介して対向して配置されており、アレイ基板６及び対向基板７の間隙には液晶層９が配置されている。そして、アレイ基板６上の画素２は、外部からの光を受光して電流に変換する光センサ５と、画像表示用の薄膜トランジスタ１０とを備える。また、光センサ５を内蔵したアレイ基板６は外側に配置する（図２では上方）。これにより、外部からの光が対向基板７及び液晶層９を通過することなく光センサ５に入射するので、光センサ５は十分な光量を受光することができる。

次に表示領域３上で画像表示を行うために画素２に配置された薄膜トランジスタ１０について図２の断面図を用いて説明する。薄膜トランジスタ１０は、ここでは例えばＮ型薄膜トランジスタ１０ａ及びＰ型薄膜トランジスタ１０ｂから構成される。両者は、絶縁性のガラス基板１１上に配置された結晶質シリコン１２を元にして、ソース電極・ドレイン電極１５、ゲート酸化膜１３上に配置されたゲート電極１４、さらにその上に配置された保護膜１８、液晶層９に画像表示用の電圧を印加するための画素電極１９を有する。ここでは例えば、ゲート電極１４にはＭｏＷ合金を使用し、画素電極１９にはＩＴＯ膜を使用する。また、ソース電極・ドレイン電極１５にはＭｏ／Ａｌ／Ｍｏによる積層膜を使用する。

このような構成により、画素２に配置された薄膜トランジスタ１０は、走査線に供給されてきた走査信号の指示により画素電極１９をオン・オフすることで、信号線に供給されてきた画像表示用の電圧を適切なタイミングで画素電極１９に印加し、画像表示を行う。

次に表示領域３上の物体の位置座標を検出するために画素２に配置された光センサ５について図２の断面図を用いて説明する。光センサ５は、例えば画素毎に配置され、絶縁性のガラス基板１１上に配置された結晶質シリコン１２を元にして、ソース電極・ドレイン電極１５、ゲート酸化膜１３上に配置されたゲート電極１４、層間絶縁膜１６上に配置され外部からの光を受光する光感受部分である非晶質シリコン１７、さらにその上に配置された保護膜１８を有する。ここでは例えば、ゲート電極１４にはＭｏＷ合金を使用し、ソース電極・ドレイン電極１５にはＭｏ／Ａｌ／Ｍｏによる積層膜を使用する。

このような構成により、表示装置は、例えば入力時において、光センサ５の光感受部分へ入射した外部からの光を受光量に応じた電流値に変換し、これを全画素に対して行い撮像画像を得る。得られた撮像画像から入射光の光強度を解析することで、表示領域３上若しくは周囲の付加物を必要とすることなく、表示領域３上の物体の位置座標を検出することが可能となる。

上述した光センサ５及び薄膜トランジスタ１０を有するアレイ基板６の製造時においては、非晶質シリコン１７、ゲート酸化膜１３、層間絶縁膜１６、ソース電極・ドレイン電極１５であるＭｏ／Ａｌ／Ｍｏの積層膜等の薄膜形成にはプラズマＣＶＤ法、乃至スパッタ法を使用する。また、結晶質シリコン１２の結晶化にはエキシマレーザ光を使用する。さらに、Ｐ型不純物のボロン又はｎ型不純物のリンをイオンドープ法により注入し、不純物を活性化させるためにアニール処理を行う。

次に液晶表示パネル１の表示面に物体が接触したことを検知するマイクロスイッチ４について図３の液晶表示装置の概略を示した断面図を用いて説明する。同図における液晶表示装置は、液晶表示パネル１とマイクロスイッチ４とを備える。マイクロスイッチ４は、例えば液晶表示パネル１の下部に配置され、液晶表示パネル１の表示領域３の表面である表示面の上面から加わる圧力によりスイッチング動作を行う。これにより、同図のように物体である人の指２０が液晶表示パネル１の表示面に接触したかどうかをマイクロスイッチ４のスイッチング動作で検知することができる。ここで例えばマイクロスイッチ４は、光センサ５の動作を制御する制御回路に物体の表示面への接触を検知したことを伝える。

次に図４の液晶表示装置の入力時における画像表示例を示した平面図を用いて、入力時における液晶表示装置の動作について説明する。例えば同図に示すように液晶表示装置は液晶表示パネル１の表示領域３の入力が期待される３つの領域ａ、ｂ、ｃにアルファベットのＡ、Ｂ、Ｃの文字をそれぞれ表示させる。そして、操作者が３つの領域ａ、ｂ、ｃの中から領域ｂを選択し指２０が領域ｂ上の表示面に接触すると、マイクロスイッチ４により物体の表示面への接触を検知することができる。このときマイクロスイッチ４から光センサの動作を制御する制御回路に物体の表示面への接触を検知したことが伝達され、制御回路は光センサ５に動作を開始させる。すなわち、指２０が表示面に接触したタイミングに同期して、各領域に入射した光を、表示領域３内の画素に配置された光センサ５により受光量に応じた電流に変換し、領域毎の撮像画像を得る。得られた撮像画像から表示領域３上の各領域ａ、ｂ、ｃにおける光の強度を解析することで、表示領域３上の物体の位置座標を検出することができる。

したがって、第１の実施の形態においては、画素２に配置された光センサ５により表示領域３上の物体の位置座標を検出するようにしたことで、表示領域３上若しくは周囲の付加物及び表示位置と検出位置の調整を不要とすることができる。また、液晶表示パネル１の表示領域３の表面である表示面に物体が接触したかどうかを検知するマイクロスイッチ４を液晶表示パネル１の下部に備え、マイクロスイッチ４により物体の表示面への接触を検知したときに光センサ５により物体の位置座標の検出を行うことで、物体が表示面に接触する前に位置座標を検出することがないので、位置座標の誤り検出を防止することができる。

尚、第１の実施の形態においては、表示面に物体が接触したことを検知するマイクロスイッチ４を液晶表示パネル１の下部の４隅に４つ配置する構成としたが、これに限られるものではない。物体である人の指２０が表示パネルの表示面に接触したかどうかをマイクロスイッチ４のスイッチング動作で検知することができれば、例えば、マイクロスイッチ４を４隅の内の１隅に１つ配置する構成であってもよい。

また、第１の実施の形態においては、表示面に物体が接触したことを検知するマイクロスイッチ４を液晶表示パネル１の下部に配置する構成としたが、これに限られるものではない。例えば、携帯電話のような堅牢性が要求される電子機器では、表示装置の表示面を機械的ストレスから保護するために表面処理が施されたアクリル樹脂性の保護板を表示面上に配置するが、このような保護板の下部にマイクロスイッチを配置する構成であってもよい。

［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る表示装置は、図１から図４を用いて説明したものと基本的な構成は同様であるが、第１の実施の形態と異なる点は、表示装置の表示面に物体が接触したことを検知する接触検知手段を、マイクロスイッチではなく、表示パネルの表示面上に配置された導電性薄膜と、導電性薄膜に一定の電圧を印加する電源装置と、導電性薄膜に印加された電圧の物体による変動を検知する電圧変動センサとで構成した点である。

以下に導電性薄膜、電源装置、電圧変動センサについて図５の液晶表示装置の概略を示した断面図を用いて説明する。同図における液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、液晶表示パネル１の表示領域３の表面である表示面上に配置された導電性薄膜２１と、導電性薄膜２１に電気的に接続された電源装置２２と、電圧変動センサ２３とを備える。電源装置２２は導電性薄膜２１に予め一定の電圧を印加し、電圧変動センサ２３は導電性薄膜２１に印加された電圧の変動を検知する。ここでは例えば導電性薄膜２１には表示特性への影響を考慮し透明なＩＴＯ膜を使用する。また、電源装置２２及び電圧変動センサ２３は導電性薄膜２１に電気的に接続された外部ＩＣとして配置される。

このような構成により、指２０が表示面上の導電性薄膜２１に接触すると、導電性薄膜２１に蓄積されていた電荷が指２０を介して抜けるので液晶表示パネル１の端の電圧が変動する。このときの電圧の変動を電圧変動センサ２３で測定することで、指２０が液晶表示パネル１の表示面に接触したかどうかを検知することができる。このとき例えば電圧変動センサ２３は、光センサの動作を制御する制御回路に物体の表示面への接触を検知したことを伝える。

次に図６の液晶表示装置の入力時における画像表示例を示した平面図を用いて、入力時における液晶表示装置の動作について説明する。例えば同図の液晶表示パネル１における表示領域３の表面には導電性薄膜２１が配置され、表示面上には入力が期待される３つの領域ａ、ｂ、ｃにアルファベットのＡ、Ｂ、Ｃの文字をそれぞれ表示させる。ここで導電性薄膜２１には透明なＩＴＯ膜を使用しているので表示特性への影響は無い。また、導電性薄膜２１に予め一定の電圧を印加する電源装置２２及び導電性薄膜２１に印加された電圧の変動を検知する電圧変動センサ２３は図５で説明したように液晶表示パネル１の外部に外部ＩＣとして配置されているものとする。

そして、操作者が３つの領域ａ、ｂ、ｃの中から領域ｂを選択し指２０が領域ｂの表示面上の導電性薄膜２１に接触すると、電圧変動センサ２３により物体の表示面への接触を検知することができる。このとき電圧変動センサ２３から光センサ５の動作を制御する制御回路に物体の表示面への接触を検知したことが伝達され、制御回路は光センサ５に動作を開始させる。すなわち、指２０が表示面に接触したタイミングに同期して、各領域に入射した光を、表示領域３内の画素に配置された光センサ５により受光量に応じた電流に変換し撮像画像を得る。得られた撮像画像から表示領域３上の各領域ａ、ｂ、ｃにおける光の強度を解析することで、表示領域３上の物体の位置座標を検出することができる。

したがって、第２の実施の形態においては、液晶表示パネル１の表示領域３の表面である表示面上に配置された導電性薄膜２１と、導電性薄膜２１に予め一定の電圧を印加する電源装置２２及び導電性薄膜２１に印加された電圧の変動を検知する電圧変動センサ２３とを備えたことで、指２０が表示面上の導電性薄膜２１に接触すると、導電性薄膜２１に蓄積されていた電荷が指２０を介して抜けるので液晶表示パネル１の端の電圧が変動する。このときの電圧の変動を電圧変動センサ２３で測定することで、指２０が液晶表示パネル１の表示面に接触したかどうかを検知することができる。

尚、第２の実施の形態においては、導電性薄膜２１には表示特性への影響の少ない透明なＩＴＯ膜を使用したが、これに限られるものではない。表示特性を劣化させることなく、電荷を十分に蓄えることが可能な導電性の高い材質の薄膜であれば、これを導電性薄膜２１として使用してもよい。

また、第２の実施の形態においては、導電性薄膜２１に電気的に接続され導電性薄膜２１に予め一定の電圧を印加する電源装置２２は、外部ＩＣとしたが、これに限られるものではない。電源装置２２として導電性薄膜２１に電圧を供給することが可能な電源回路を、液晶表示パネル１の表示領域３以外の領域（例えば図１の斜線を引いた領域）における駆動回路等と同様に同一基板上に配置し集積化させてもよい。また、この電源回路は同一基板上に集積化された上記駆動回路等を駆動するための電源電圧を供給可能な構成にしてもよい。

また、第２の実施の形態においては、導電性薄膜２１に電気的に接続され導電性薄膜２１に印加された電圧の変動を検知する電圧変動センサ２３は、外部ＩＣとしたが、これに限られるものではない。電圧変動センサ２３として、予め設定された基準電圧と入力電圧との大小関係を比較し結果を出力するようなコンパレータ回路を、液晶表示パネル１の表示領域３以外の領域（例えば図１の斜線を引いた領域）における駆動回路等と同様に同一基板上に配置し集積化させ、これを用いて導電性薄膜２１に印加された電圧の変動を検知するような構成にしてもよい。

また、上述の各実施の形態においては、接触検知手段により物体の接触が検知されたときに物体の位置を検出する光センサは、画素毎に配置したがこれに限られるものではなく、複数の画素に対して１つ配置してもよい。例えばＲＧＢの３つの画素に対して１つ光センサを配置する構成にしてもよい。

また、上述の各実施の形態においては、液晶表示装置を例にとって説明したが、これに限られるものではなく、画素に光センサを配置することが可能な表示装置であれば、表示面に物体が接触したことを検知する接触検知手段を備え、物体が表示面に接触したタイミングに同期して光センサにより物体の座標位置を検出するような構成とすることが可能であることから、例えば、有機ＥＬ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ等の他の方式を採用した表示装置であっても構わない。

第１の実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す斜視図である。第１の実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルにおける一画素に相当する領域の断面図である。第１の実施の形態に係る液晶表示装置の概略を示した断面図である。第１の実施の形態に係る液晶表示装置の入力時における画像表示例を示した平面図である。第２の実施の形態に係る液晶表示装置の概略を示した断面図である。第２の実施の形態に係る液晶表示装置の入力時における画像表示例を示した平面図である。従来の抵抗膜方式を使用した入力機能付き表示装置の概略を示した断面図である。

符号の説明

１…液晶表示パネル
２…画素
３…表示領域
４…マイクロスイッチ
５…光センサ
６…アレイ基板
７…対向基板
８…スペーサ
９…液晶層
１０…薄膜トランジスタ
１０ａ…Ｎ型薄膜トランジスタ
１０ｂ…Ｐ型薄膜トランジスタ
１１…ガラス基板
１２…結晶質シリコン
１３…ゲート酸化膜
１４…ゲート電極
１５…ソース電極・ドレイン電極
１６…層間絶縁膜
１７…非晶質シリコン
１８…保護膜
１９…画素電極
２０…人の指
２１…導電性薄膜
２２…電源装置
２３…電圧変動センサ
１０１…ガラス基板
１０２…表示面上の付加物
１０３…スペーサ
１０４…張り合わせ剤
１０５…フィルム
１０６ａ…ガラス基板上の電極格子
１０６ｂ…フィルム面上の電極格子

Claims

表示領域に複数の画素を有する表示パネルと、
前記表示領域の表面である表示面に物体が接触したことを検知する接触検知手段と、
前記接触検知手段により前記物体の接触が検知されたときに前記物体の位置を検出するために前記画素に配置された光センサと、
を備えることを特徴とする表示装置。
前記接触検知手段は、前記表示面の上面から前記物体によって加わる圧力によりスイッチング動作を行うマイクロスイッチを有することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記接触検知手段は、前記表示面上に配置された導電性薄膜と、
当該導電性薄膜に一定の電圧を印加する電圧印加手段と、
当該導電性薄膜に印加された電圧の前記物体による変動を検知する電圧検知手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の表示装置。