JP2011060262A - タッチスクリーン内蔵型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外光の照度環境にかかわらず、タッチの認識が可能なタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】画素領域、および接触した物体の位置を検出する光センサ部で構成されるセンサ領域とを含む第１基板と、前記第１基板の一側に位置し、前記画素領域と重なる領域にカラーフィルタが形成され、前記センサ領域と重なる領域に第１遮光膜が形成された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、前記第１基板の他側に位置し、前記第１基板及び第２基板に光を提供するバックライトアセンブリとを備えるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、光センサがパネル内に備えられたタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置に関する。

タッチスクリーンは、画像表示装置の画面上に現れた指示内容を人の手また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、手や物体に直接接触する。これにより、タッチスクリーンは、接触した位置を把握し、画像表示装置は、接触した位置で指示する内容を入力信号として受信し、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、キーボードやマウスのような、画像表示装置に接続されて動作する別の入力装置を要しないため、使用が増大する傾向にある。

最近は、タッチスクリーンが液晶表示装置にも使用されており、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と、前記液晶表示パネルの上側に備えられ、ユーザから所定の入力を受けて位置情報を検出するタッチスクリーンパネルとを備える。

このとき、前記タッチスクリーンパネルを前記液晶表示パネルの上側に位置させるために、前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または接着剤を使用する。

大韓民国特許公開第２００８−００８９１１５ 大韓民国特許公開第２００８−００４４０１７

しかし、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とは異なる屈折率を有する層が生成され、液晶表示装置全体の光学的特性を低下させるという問題が発生する。また、別のタッチスクリーンパネルを製造して液晶表示パネルに取り付けなければならないため、製造コストが上昇し、液晶表示装置全体の厚さが増加するという欠点がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、外光の照度環境にかかわらず、タッチを認識することが可能な、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、映像を表示する複数の画素で構成される画素領域、および前記画素領域に隣接して形成され、接触した物体の位置を検出する光センサ部で構成されるセンサ領域を含む第１基板と、前記第１基板の一側に位置し、前記画素領域と重なる領域にカラーフィルタが形成され、前記センサ領域と重なる領域に第１遮光膜が形成された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、前記第１基板の他側に位置し、前記第１基板及び第２基板に光を提供するバックライトアセンブリと、を備えることを特徴とする、タッチスクリーン内蔵型液晶表示装置が提供される。

前記センサ領域に該当する第１基板の一面に、前記バックライトアセンブリから光が直接入射するのを防止するための第２遮光膜が形成されてもよい。

前記複数の画素は、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てもよい。

前記光センサ部は、前記画素ユニットに対して１：１の割合以下の個数で構成されてもよい。

前記光センサ部は、前記バックライトアセンブリから出射した光が前記第１遮光膜に反射して入射する光量の差を検出することにより、タッチ位置を認識してもよい。

前記第１基板のセンサ領域と重なる前記第２基板に形成された第１遮光膜の下に、所定の厚さを有する反射部がさらに設けられてもよい。

前記反射部の厚さは、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層の高さよりも小さく形成されてもよい。また、前記反射部の形状は、隔壁状で実現されてもよい。

前記第１基板に備えられた光センサ部の下面に、所定の厚さを有する反射部がさらに設けられてもよい。

前記第１基板のセンサ領域と重なる前記第２基板に形成された第１遮光膜の下と、前記第１基板に備えられた光センサ部の下面とに、それぞれ反射部がさらに設けられてもよい。

以上説明したように本発明によれば、外光の照度環境にかかわらず、タッチの認識が可能である。

本発明の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。 図１に示す第１基板の画素ユニットと、これに隣接する光センサ部との平面図である。 図２のＡ−Ａ’断面図である。 図２のＢ−Ｂ’断面図である。 図１に示す第２基板の平面図である。 図５のＣ−Ｃ’断面図である。 本発明の他の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。 本発明の他の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。 本発明の他の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。 本発明の他の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。 本発明の他の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。 本発明の他の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。 本発明の他の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。

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に示すように、本発明の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置は、映像を表示し、接触した物体の位置を検出する液晶表示パネル２００と、液晶表示パネル２００に光を提供するバックライトアセンブリ１００とを備えて構成され、前記液晶表示パネル２００は、第１基板１１０と、第１基板１１０に対向して備えられた第２基板１４０と、前記２つの基板の間に介在する液晶層３００とを備える。

また、図１に示していないが、液晶層３００を挟持するように、液晶層３００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前記２つの基板の内側面に形成され、第１及び第２偏光板は、前記液晶パネルの両側に対面するように設けられる。

本発明の実施例の場合、前記液晶層３００に対面する第１基板１１０上に、図１に示すように、液晶表示パネルに接触した物体の位置を検出する役割を果たす光センサ部１３０が備えられる。

前記光センサ部１３０は、いわゆるタッチスクリーンの機能を液晶表示パネル２００内にも提供するために設けられたものであり、第１基板１１０の表示領域ＰＡ上に規則的に配置される。

図１は、表示領域ＰＡ上に光センサ部１３０がマトリクス状に配置されている液晶表示パネル２００の一断面を示している。このとき、前記光センサ部１３０が設けられている表示領域の一部を「センサ領域ＰＡ２」、それ以外の領域を「画素領域ＰＡ１」と定義する。

前記画素領域ＰＡ１は、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）などの複数の色が画素毎に割り当てられた画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの配置領域である。これら色の区分は、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って決定される。

すなわち、第１基板１１０上に形成された各画素１２０に対応する第２基板１４０には、図１に示すように、第１基板１１０および第２基板１４０の離隔方向上で各画素１２０と重なる位置に、各色に対応するカラーフィルタ１５０が形成される。

画素領域ＰＡ１には、図１に示していないが、画素電極と共通電極とが形成されており、前記画素電極と共通電極とは、透明電極材料で形成される。

一般的に、前記画素電極は、第１基板の各画素毎に形成され、前記共通電極は、前記液晶層を介して前記画素電極と対向する第２基板に全面形成される。

前記画素領域に備えられた各画素には、図１に示していないが、画素構成により、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や、画素電極への印加電位を、入力される映像信号の電位によって制御するスイッチング素子なども形成される。

Ｒ、Ｇ、Ｂ色に対応する複数の画素からなる単位を画素ユニット１２０とすると、画素ユニット１２０に対する光センサ部１３０の割合が１：１の場合、光センサ部１３０の配置密度は最大となる。本発明において、前記光センサ部１３０の配置密度は、最大の場合でもよく、これより小さくてもよい。

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の背面に対面しており、液晶表示パネル２００の表示領域ＰＡに光を出射する。

ここで、図１に示すように、前記バックライトアセンブリ１００から出射する光は、第１基板１１０の画素領域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表示し、第１基板１１０のセンサ領域ＰＡ２の下には第２遮光膜１３２が形成され、前記バックライトアセンブリ１００から出射する光は透過しない。

また、本発明の実施例の場合、図１に示すように、第２基板１４０に対して前記第１基板１１０のセンサ領域ＰＡ２に対応する第２基板１４０には、第１基板１１０および第２基板１４０の離隔方向上でセンサ領域ＰＡ２と重なる位置に第１遮光膜１６０が形成されていることを特徴とする。

従来の光センサ方式のタッチスクリーンパネルの場合、前記領域に外光を入射させるためのホールまたは透過膜が形成され、外光の光量差を検出することにより、タッチを認識していたが、本発明の実施例では、前記領域に第１遮光膜１６０を形成することにより、外部から入射する光を遮断する。

すなわち、本発明の実施例は、外光の光量差を検出する方式ではなく、内光、すなわち、前記バックライトアセンブリ１００から入射して前記第１遮光膜１６０によって反射する光の光量差を検出することにより、タッチを認識する動作を行い、これにより、外光のない環境でもタッチの認識が可能になる。

より具体的に説明すると、手や物体が前記第１遮光膜１６０の形成された第２基板１４０に接触すると、所定の圧力によって第２基板１４０が押圧される。この場合は、バックライトアセンブリ１００から出射した後、前記第１遮光膜１６０に反射してこれに対応する光センサ部１３０に入射する光の経路が、接触していない場合とは異なるため、これにより、前記光センサ部１３０から入射する光量の差を検出することにより、タッチの認識を行うことができるのである。

図２は、図１に示す第１基板の画素ユニットと、これに隣接する光センサ部との平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ’断面図であり、図４は、図２のＢ−Ｂ’断面図である。

ただし、図２ないし図４に示す光センサ部の構成は、一実施例に過ぎず、本発明による光センサ部の構成はこれに限定されない。

図２に示すように、第１基板４００は、マトリクス状に構成される複数の画素ユニットと、これに隣接して備えられた光センサ部とを備える。すなわち、図２では、１つの画素ユニットに対応する画素領域と、１つの光センサ部に対応するセンサ領域とを示している。

前記画素ユニットは、図示のように、Ｒ画素４１２、Ｇ画素４１４、及びＢ画素４１６で構成され、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４１２、４１４、４１６は、第１方向に延び、第１方向に垂直な第２方向に所定の間隔を有するように離隔して配列される複数のデータライン４３０と、第２方向に延び、第１方向に所定の間隔を有するように離隔して配列される複数のゲートライン４４０とが交差する地点にそれぞれ形成される。

このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４１２、４１４、４１６は、互いに隣接して順次一列に配列される。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４１２、４１４、４１６は、それぞれ液晶を駆動するための駆動ＴＦＴ４５０と、駆動ＴＦＴ４５０に接続されている画素電極４６０とを備える。

図２及び図３に示すように、駆動ＴＦＴ４５０は、液晶３５０を駆動するためのスイッチング素子であり、第１透明基板５０１上に形成されたゲート電極５０２、ソース電極５０３、及びドレイン電極５０４を有する。このとき、ゲート電極５０２は、ゲート絶縁膜５０５を介してソース電極５０３及びドレイン電極５０４と絶縁状態を維持する。ゲート絶縁膜５０５上には、ゲート電極５０２に電源が印加されることにより、ソース電極５０３からドレイン電極５０４へ電源を印加するためのアクティブパターン５０６が形成され、アクティブパターン５０６上にソース電極５０３及びドレイン電極５０４が形成される。

有機絶縁膜５０８は、駆動ＴＦＴ４５０を含む第１透明基板５０１の全面に形成され、有機絶縁膜５０８上には、駆動ＴＦＴ４５０のドレイン電極５０４を部分的に露出させるためのコンタクトホール５０９が形成されている。

また、画素電極４６０は、有機絶縁膜５０８の上部に均一な厚さに形成され、コンタクトホール５０９を介してドレイン電極５０４と電気的に接続される。

一方、図２及び図４に示すように、光センサ部４２０は、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４１２、４１４、４１６に隣接し、複数のデータラインのうち、隣接する２本のデータラインによって画定される領域に設けられる。

また、光センサ部４２０は、液晶表示パネル３１０に接触する物体に隣接する第１遮光膜によって反射する内光（バックライトアセンブリから出射する光）によって発生する光電流を生成するセンサＴＦＴ４７０と、発生した光電流に応じた電荷を充電する格納キャパシタ４８０と、格納キャパシタ４８０に充電された電荷に応じた電圧を出力するスイッチＴＦＴ４９０とを備える。このとき、スイッチＴＦＴ４９０が接続されるデータライン５００は、検出された位置検出信号を外部に出力するためのセンサ信号出力ライン（Ｒｅａｄｏｕｔ）として用いられるため、以下、「センサ信号出力ライン」と称する。

すなわち、本発明の実施例による光センサ部は、液晶表示パネルに接触していない場合に発生する光電流と、液晶表示パネルに接触した場合に発生する光電流との差を検出し、これにより、タッチの認識を行うことができるのである。

つまり、本発明の実施例においては、内光を用いてタッチの認識を行うため、タッチが行われない場合、全ての光センサ部から一定レベルの光電流が出力されるが、液晶表示パネルの特定の位置が接触されると、前記接触位置に隣接する第１遮光膜は前記接触による圧力で押圧され、これにより、最初のタッチが行われない場合とは異なる光経路を通して内光が特定の光センサ部に入射するため、前記特定の光センサ部から出力される光電流は、前記一定レベルの光電流とは異なる値を有することになる。すなわち、これを検出することにより、前記特定のタッチ位置を認識できるようになるのである。

前記センサＴＦＴ４７０のゲート電極４７２は、前段のゲートラインに接続される。すなわち、センサＴＦＴ４７０のゲート電極４７２は、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素４１２、４１４、４１６の駆動ＴＦＴ４５０のゲート電極５０２が接続されたゲートラインがＮ番目のゲートラインである場合、Ｎ−１番目のゲートラインに接続される。

また、センサＴＦＴ４７０のドレイン電極４７４は、ゲート電極４７２に接続され、センサＴＦＴ４７０のソース電極４７６とスイッチＴＦＴ４９０のソース電極４９２とは、第１電極４８０ａを介して電気的に接続されている。スイッチＴＦＴ４９０のドレイン電極４９４は、センサ信号出力ライン５００に接続されている。第２電極４８０ｂは、第１電極４８０ａと絶縁層４８５とを介して位置し、第１電極４８０ａと第２電極４８０ｂとは、格納キャパシタ（Ｃｓｔ）４８０としての役割を果たす。このとき、格納キャパシタ４８０は、センサＴＦＴ４７０に入力される光の量に比例して電荷を充電させる役割を果たす。

センサＴＦＴ４７０のソース電極４７６とドレイン電極４７４との間には、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）からなる第１アクティブパターン４７８が形成され、スイッチＴＦＴ４９０のソース電極４９２とドレイン電極４９４との間には、非晶質シリコンからなる第２アクティブパターン４９６が形成される。ここで、第１アクティブパターン４７８に一定量以上の光が受光されると、センサＴＦＴ４７０のソース電極４７６とドレイン電極４７４とが電気的に接続される。

また、センサＴＦＴ４７０のゲート電極４７２及びスイッチＴＦＴ４９０のゲート電極４９８の上には、ソース電極４７６、４９２及びドレイン電極４７４、４９４と絶縁させるためのゲート絶縁膜６００が形成される。

また、図４に示すように、前記光センサ部が構成される基板の一面には、バックライトアセンブリから光が直接入射するのを防止するために、光遮断層としての第２遮光膜１３２が形成される。

図５は、図１に示す第２基板の平面図であり、図６は、図５のＣ−Ｃ’断面図である。

図５に示すように、第２基板７４０は、第１基板４００のＲ、Ｇ、Ｂ画素４１２、４１４、４１６に対応する領域に形成され、光が通過して所定の色が発現するＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ７００、７１０、７２０が形成され、前記Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ７００、７１０、７２０が形成された領域以外の領域には、第１遮光膜７５０が形成される。

すなわち、前記第１遮光膜７５０は、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ７００、７１０、７２０間の領域に形成され、カラーフィルタ間の光漏れを防止する役割を果たすだけでなく、前記第１基板の光センサ部４２０に対応する領域に形成されることにより、外部から入射する光を遮断する役割を果たす。

また、図示していないが、前記カラーフィルタ及び第１遮光膜７５０の下には共通電極が形成され得る。

図７ａ及び図７ｂないし図１０は、本発明の他の実施例によるタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置の一部の概略断面図である。

まず、図７ａ及び図７ｂに示すように、これは、図１に示す実施例の構成と比較すると、第１基板１１０のセンサ領域ＰＡ２と重なる第２基板１４０に形成された第１遮光膜１６０の下に、所定の厚さを有する反射部１７０がさらに設けられることを特徴とする。

前記反射部１７０の厚さは、第１基板１１０と第２基板１４０との間に設けられた液晶層３００の高さよりも小さく形成される。このように前記反射部１７０が備えられた場合、前記反射部１７０と、これに対応する第１基板の光センサ部１３０との間隔は狭くなる。

したがって、図７ｂに示すように、接触が行われた場合、接触が行われる前（図７ａ）と比較すると、バックライトアセンブリ１００から出射した後、前記反射部１７０に反射して前記光センサ部１３０に入射する光量が減少し、これによって、より正確に前記光量の差を検出できるようになる。

図８ａ及び図８ｂは、反射部１７２が、第１基板１１０のセンサ領域ＰＡ２の下面、すなわち、前記光センサ部１３０の下面に設けられた実施例であり、図９ａ及び図９ｂは、反射部１７４、１７６が、第１基板１１０のセンサ領域ＰＡ２の下面と第１遮光膜１６０の下とにそれぞれ設けられた実施例を示すものであり、その原理及び動作は、上記の図７ａ及び図７ｂの実施例と同一である。

また、図１０の場合には、前記第１遮光膜１６０の下に設けられた反射部１７８の形状を隔壁１７９状に構成することにより、接触が行われたとき、前記隔壁１７９が第１基板の光センサ部１３０を取り囲むように実現することを示すものであり、この場合、接触が行われると、前記光センサ部１３０には反射光が入射せず、より正確なタッチの認識が可能になる。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、光センサの位置に対応する上基板の領域に遮光膜が形成され、外部から入射する光を遮断し、接触した位置を、内部のバックライトから入射する光が前記遮光膜に反射する程度の差に基づいて検出することにより、外光の照度環境にかかわらず、タッチの認識が可能である

なお、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。

１００；バックライトアセンブリ
１１０；第１基板
１２０（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）；画素
１３０；光センサ部
１３２；第２遮光膜
１４０；第２基板
１５０（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ）；カラーフィルタ
１６０；第１遮光膜
２００；液晶表示パネル
３００；液晶層
１７０、１７２、１７４、１７６、１７８；反射膜
ＰＡ（ＰＡ１、ＰＡ２）；表示領域（画素領域、センサ領域）

Claims (10)

1. 映像を表示する複数の画素で構成される画素領域、および前記画素領域に隣接して形成され、接触した物体の位置を検出する光センサ部で構成されるセンサ領域を含む第１基板と、
   前記第１基板の一側に位置し、前記画素領域と重なる領域にカラーフィルタが形成され、前記センサ領域と重なる領域に第１遮光膜が形成された第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、
   前記第１基板の他側に位置し、前記第１基板及び第２基板に光を提供するバックライトアセンブリと、
   を備えることを特徴とする、タッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
2. 前記センサ領域に該当する第１基板の一面に、前記バックライトアセンブリから光が直接入射するのを防止するための第２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。
3. 前記複数の画素は、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。
4. 前記光センサ部は、前記画素ユニットに対して１：１の割合以下の個数で構成されることを特徴とする、請求項３に記載のタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置。
5. 前記光センサ部は、前記バックライトアセンブリから出射した光が前記第１遮光膜に反射して入射する光量の差を検出することにより、タッチ位置を認識す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. 前記第１基板のセンサ領域と重なる前記第２基板に形成された第１遮光膜の下に、所定の厚さを有する反射部がさらに設けら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. 前記反射部の厚さは、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層の高さよりも小さく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。
8. 前記反射部の形状は、隔壁状で実現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。
9. 前記第１基板に備えられた光センサ部の下面に、所定の厚さを有する反射部がさらに設けら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。
10. 前記第１基板のセンサ領域と重なる前記第２基板に形成された第１遮光膜の下と、前記第１基板に備えられた光センサ部の下面とに、それぞれ反射部がさらに設けら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。

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