JP2012133782A - タッチセンシング表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境光の強弱に関わらず優れたタッチセンシング感度を有するタッチセンシング表示装置を提供する。
【解決手段】タッチセンシング表示装置は、タッチセンシングパネルと、その周囲にあるタッチセンシング光源とを含む。タッチセンシングパネルは、表示面を有し、画素構造を含む画素アレイと、画素アレイの上に配置された表示媒体とを含む。１つの画素アレイは、スキャンラインと、スキャンラインと交差するデータラインと、能動素に電気接続された画素電極と、画素行動と電気的に結合されたコンデンサ電極ラインと、データラインに対して平行な読み出しラインと、スキャンラインおよび読み出しラインに電気接続された検出素子とを含み、表示面に面した検出面を有する。タッチセンシング光源は、タッチセンシング光を提供して表示面に均一な光照射野を形成する。また、検出素子の上に少なくとも１つのフィルタ層を提供する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、タッチセンシング表示装置（touch-sensing display device）に関するものであり、特に、光検出素子を有するタッチセンシング表示装置に関するものである。

情報および無線通信技術の急速な発展と情報家電の普及に伴い、多くの情報商材の入力素子が従来のキーボードとマウスからタッチパネルに変わって、よりカスタマイズされた操作体験を得られるようになった。現在、タッチパネルは、大別して、抵抗膜式（resistive）タッチパネル、静電容量式（capacitive）タッチパネル、表面弾性波方式（surface acoustic wave, SAW）タッチパネル、電磁誘導方式（electromagnetic）タッチパネル、光学式（optical）タッチパネル等がある。

光学式タッチパネルを例に挙げると、光学式タッチパネルは、反射検出モードまたは影検出モードで操作することができる。反射検出モードでは、ユーザーが指でタッチ面をタッチした時、光学式タッチパネルの表面上の光が散乱および反射する。そのため、タッチポイントの下に配置された光センサが反射および散乱した光を受信して、検出信号を生成する。光学式タッチパネルは、この検出信号に基づいて、光学式タッチパネル上のタッチ位置を判断することができる。しかしながら、光センサは、反射および散乱したタッチ位置の光の他に、環境光（ambient light）も受信することができるため、このような光学式タッチパネルは、環境光が強すぎる時に誤操作を起こす可能性がある。

また、影検出モードでは、ユーザーが指でタッチ面をタッチした時、タッチセンサ上の光入射が遮蔽される。そのため、タッチポイントの下に配置された光センサが影を検出して、検出信号を生成する。光学式タッチパネルは、この検出信号に基づいて、光学式タッチパネル上のタッチ位置を判断することができる。しかしながら、タッチセンサは、暗い状況では影を正確に判断することができないため、このような光学式タッチパネルは、環境光が弱すぎる時に誤操作を起こす可能性がある。

本発明が解決しようとする問題は、環境光が弱すぎる、あるいは強すぎる時に、光学式タッチパネルが誤操作を起こす可能性があることである。

本発明のある実施形態中、タッチセンシングパネルと、タッチセンシング光源とを含むタッチセンシング表示装置を提供する。タッチセンシングパネルは、表示面を有し、画素アレイと、画素アレイの上に配置された表示媒体とを含む。画素アレイは、複数の画素構造を含む。画素構造のうちの少なくとも１つは、スキャンラインと、データラインと、能動素子と、画素電極と、コンデンサ電極ラインと、読み出しラインと、検出素子とを含む。スキャンラインとデータラインは、互いに交差する。能動素子は、スキャンラインおよびデータラインに電気接続される。画素電極は、能動素子に電気接続される。コンデンサ電極ラインは、画素電極と電気的に結合する。読み出しラインは、データラインに対して平行に配置される。検出素子は、スキャンラインおよび読み出しラインに電気接続され、そのうち、検出素子は、隣接するコンデンサ電極ラインに接続され、検出素子の検出面は、表示面に面する。タッチセンシング光源は、タッチセンシングパネルの周囲に配置され、タッチセンシング光を提供して表示面に均一な光照射野（light field）を形成する。

本発明のある実施形態中、タッチセンシング表示装置は、さらに、表示面の反対側にあるタッチセンシングパネルの背面に配置されたバックライトユニットを含み、バックライトユニットは、表示面に向かって表示光を出射する。１つの例として、バックライトユニット内にタッチセンシング光源を配置して、表示面に向かってタッチセンシング光を出射する。

本発明のある実施形態中、表示光の波長は、タッチセンシング光の波長と異なる。

本発明のある実施形態中、タッチセンシング光は、不可視光である。

本発明のある実施形態中、タッチセンシング光源は、表示面の前に配置され、表示面に向かってタッチセンシング光を出射して表示面に均一な光照射野を形成する。１つの例として、タッチセンシング光源は、タッチセンシングパネルを取り囲む少なくとも２つの発光ダイオード（light emitting diode, LED）を含む。別の例において、タッチセンシング光源は、レーザー光源と、レーザー光源の前にあるレンズとを含んでもよく、タッチセンシング光源は、表示面に対して実質的に平行なカーテン状のタッチセンシング光を提供することができる。

本発明のある実施形態中、タッチセンシング光源は、発光源と、導光板とを含み、発光源は、導光板のそばに設置されてタッチセンシング光を出射し、タッチセンシング光は、導光板の全内部反射（total internal reflection, TIR）効果により実質的に導光板の内側へ伝送されて均一な光照射野を形成する。

本発明のある実施形態中、タッチセンシング光源は、発光源と、拡散シートとを含み、発光源は、拡散シートのそばに設置されて拡散シートに向かってタッチセンシング光を出射し、タッチセンシング光は、実質的に拡散シートから外側へ散乱して均一な光照射野を形成する。１つの例として、拡散シートは、その中に分散した複数の拡散粒子を有する。

本発明のある実施形態中、タッチセンシング光源は、表示媒体のそばに配置され、表示媒体に向かってタッチセンシング光を出射して均一な光照射野を形成する。

本発明のある実施形態中、タッチセンシングパネルは、さらに、フィルタ層を含み、フィルタ層と画素アレイの間に表示媒体が配置される。詳しく説明すると、フィルタ層は、画素アレイの上に交互に配列された赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを含んでもよく、赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタのうちの少なくとも１つを各画素構造の検出素子の上にさらに設置してもよい。あるいは、フィルタ層は、可視光を遮断することのできるフィルタを含んでもよい。

以上のように、タッチセンシング表示装置にタッチセンシング光源が構成され、表示面に均一な光照射野を形成する。そのため、タッチセンシング表示装置の使用環境が暗いか明るいかに関わらず、タッチセンシングパネルに内蔵された検出素子がユーザーのタッチを正確に検出して、対応する検出信号を生成することができる。つまり、タッチセンシング表示装置は、優れたタッチセンシング感度を有する。

本発明の上記及び他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

本発明の第１実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。 図１Ａに示したタッチセンシング表示装置の画素アレイの概略的等価回路図である。 本発明の第２実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。 本発明の第３実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。 本発明の第４実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。 本発明の第５実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。 本発明の第６実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。 非晶質シリコンチャネルを有する薄膜トランジスタによって形成された光センサ素子の吸収率を示したものである。 本発明の第７実施形態に係るタッチセンシングパネルを概略的に示したものである。 赤色フィルタの光透過率を示したものである。 赤色フィルタが光センサ素子の上に構成された時の光センサ素子の吸収率を示したものである。 本発明の第８実施形態に係るタッチセンシングパネルを概略的に示したものである。 積み重ねた赤色フィルタと青色フィルタの光透過率を示したものである。 積み重ねた赤色フィルタと青色フィルタが光センサ素子の上に構成された時の光センサ素子の吸収率を示したものである。 積み重ねた赤色フィルタと緑色フィルタの光透過率を示したものである。 積み重ねた赤色フィルタと緑色フィルタが光センサ素子の上に構成された時の光センサ素子の吸収率を示したものである。 本発明の第９実施形態に係るタッチセンシングパネルを概略的に示したものである。 積み重ねた赤色フィルタと緑色フィルタと青色フィルタの光透過率を示したものである。 積み重ねた赤色フィルタと緑色フィルタと青色フィルタが光センサ素子の上に構成された時の光センサ素子の吸収率を示したものである。

以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。

図１Ａは、本発明の第１実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。図１Ｂは、図１Ａに示したタッチセンシング表示装置の画素アレイの概略的等価回路図である。図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、タッチセンシング表示装置１０は、少なくともタッチセンシングパネル１００と、タッチセンシング光源２００とを含む。タッチセンシングパネル１００は、表示面Ｓ１を有し、画素アレイ１００Ａと、画素アレイ１００Ａの上に配置された表示媒体１００Ｂとを含む。タッチセンシング光源２００は、タッチセンシングパネル１００の周囲に配置され、タッチセンシング光Ｌ１を提供して表示面Ｓ１に均一な光照射野を形成する。詳しく説明すると、表示媒体１００Ｂは、２つの基板１００Ｃと１００Ｄの間に挟まれ、画素アレイ１００Ａは、基板１００Ｄの上に配置されて表示媒体１００Ｂを駆動する。

本実施形態において、画素アレイ１００Ａは、複数の画素構造Ｐ_nを含み、少なくとも１つの画素構造Ｐ_nは、スキャンラインＳＬ_nと、データラインＤＬ_nと、能動素子Ｔ１と、画素電極ＰＥと、コンデンサ電極ラインＣＬ_nと、読み出しラインＲＬ_nと、検出素子ＳＲとを含む。スキャンラインＳＬ_nおよびデータラインＤＬ_nは、互いに交差する。能動素子Ｔ１は、スキャンラインＳＬ_nおよびデータラインＤＬ_nに電気接続される。画素電極ＰＥは、能動素子Ｔ１に電気接続される。コンデンサ電極ラインＣＬ_nは、画素電極ＰＥと電気的に結合して蓄積コンデンサＣ_ａを形成する。読み出しラインＲＬ_nは、データランＤＬ_nに対して平行に配置される。検出素子ＳＲは、スキャンラインＳＬ_nおよびデータラインＤＬ_nに電気接続され、そのうち、検出素子ＳＲは、コンデンサ電極ラインＣＬ_nに接続され、検出素子ＳＲの検出面（図示せず）は、実質的に表示面Ｓ１に面する。

さらに詳しく説明すると、画素アレイは、複数のスキャンライン（ＳＬ₁、……、ＳＬ_n-1、ＳＬ_n、ＳＬ_n+1…）と、複数のデータライン（ＤＬ₁、……、ＤＬ_n-1、ＤＬ_n、ＤＬ_n+1…）と、複数の読み出しライン（ＲＬ₁、……、ＲＬ_n-1、ＲＬ_n、ＲＬ_n+1…）と、複数のコンデンサ電極ライン（ＣＬ₁、……、ＣＬ_n-1、ＣＬ_n、ＣＬ_n+1…）とを備える。本実施形態において、各画素構造Ｐ_nは、１つの能動素子Ｔ１と、１つの画素電極ＰＥと、１つの検出素子ＳＲとを有する。しかしながら、本発明は本実施形態のみに限定されず、能動素子Ｔ１の数、画素電極ＰＥの数、検出素子ＳＲの数を限定しない。別の実施形態（図示せず）において、各画素構造が能動素子と画素電極を有し、検出素子が単に画素構造の一部の中に配置されるのみでもよい。つまり、すべての画素構造が検出素子を有する必要はなく、検出素子の数が画素構造の数よりも少なくてもよい。

さらに、検出素子ＳＲは、光センサであってもよく、検出素子ＳＲは、スイッチ素子Ｔ２と、光センサ素子Ｔ３とを備える。スイッチ素子Ｔ２は、スキャンラインＳＬ_n+1および読み出しラインＲＬ_nに電気接続されるが、光センサ素子Ｔ３は、スイッチ素子Ｔ２に電気接続され、隣接するコンデンサ電極ラインＣＬ_nと接続する。画素構造Ｐ_n中の検出素子ＳＲのスイッチ素子Ｔ２は、画素構造Ｐ_nの画素電極ＰＥと電気的に結合しているスキャンラインＳＬ_nに接続されるのではなく、隣接するスキャンラインＳＬ_n+1に接続される。そのため、画素構造Ｐ_nの能動素子Ｔ１がオンになった時、画素構造Ｐ_n中の検出素子ＳＲは、検出素子ＳＲのスイッチ素子Ｔ２が前述したスキャンラインＳＬ_nに接続されていないため、影響を受けない。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、ユーザーが指Ｆ等のオブジェクトを介してタッチセンシングパネル１００の表示面Ｓ１をタッチした時、指Ｆによって、タッチセンシング光Ｌ１が散乱および反射する。指Ｆのタッチ位置の下にある１つの検出素子ＳＲの光センサ素子Ｔ３は、反射および散乱したタッチセンシング光Ｌ２によって光電流を生成する。スイッチ素子Ｔ２がオンになると、光センサ素子Ｔ３内で生成された光電流が光センサ素子Ｔ３を介して即時に伝送され、読み出しラインＲＬ_nが光電流を直接かつ即時に読み出すことができる。したがって、検出素子ＳＲは、コンデンサのような電化蓄積のための構成要素を持たないため、シンプルなセンサ設計を容易にすることができる。また、同じスキャンラインＳＬ_n+1によって制御された検出素子ＳＲは、それぞれ異なる読み出しラインＳＬ_n、ＳＬ_n+1…に接続されるため、同じスキャンラインＳＬ_n+1によって制御された検出素子ＳＲによって生成された検出信号が個別に読み出され、同じスキャンラインＳＬ_n+1によって制御された検出素子ＳＲ間のシグナル干渉を防ぐことができるとともに、検出素子ＳＲの感度をさらに強めることができる。

本実施形態において、表示媒体１００Ｂは、自発光（self luminescence）材料以外の液晶であってもよい。そのため、タッチセンシング表示装置１０は、さらに、表示面Ｓ１の反対側にあるタッチセンシングパネル１００の背面Ｓ２に配置されたバックライトユニット３００を含んでもよく、バックライトユニット３００は、表示面Ｓ１を通過して表示光Ｌ３を出射するのに適している。さらに、本実施形態のタッチセンシング光源２００の数は、複数であってもよく、タッチセンシング光源２００は、バックライトユニット３００に内蔵される。例えば、タッチセンシング光源２００は、バックライトユニット３００が直下型バックライトの時に、バックライトユニット３００内に構成され、アレイ状に配列された複数のＬＥＤであってもよいが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、タッチセンシング光源２００は、バックライトユニット３００がサイドライト型バックライトの時に、線状に配列され、バックライトユニット３００の一側に設置されてもよい。もちろん、タッチセンシング光源２００は、バックライトユニット３００の光源間で調整してもよい。

注意すべきこととして、タッチセンシング光源２００は、タッチセンシング機能が動作している間、タッチセンシング光Ｌ１を絶え間なく提供することができるため、検出素子ＳＲは、環境光の強弱に関わらず、通常通り作動することができる。また、所望の感度を得るため、タッチセンシング光Ｌ１の波長は、表示光Ｌ３の波長と異なっていてもよく、検出素子ＳＲ内の光センサ素子Ｔ３は、タッチセンシング光Ｌ１に対してより強い感度を有するように設計してもよい。あるいは、タッチセンシング光Ｌ１は、例えば、赤外線等の可視光であってもよい。しかしながら、タッチセンシング光Ｌ１の波長は、本発明の範囲を特別に限定するものではない。

図２は、本発明の第２実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。図２を参照すると、タッチセンシング表示装置２０の構成要素は、第１実施形態のタッチセンシング表示装置１０の構成要素と実質的に類似する。タッチセンシング表示装置１０とタッチセンシング表示装置２０の違いは、主に、タッチセンシング光源の構成にあり、タッチセンシング表示装置２０の他の構成要素は、第１実施形態の説明を参照することができる。詳しく説明すると、本実施形態において、タッチセンシング表示装置２０のタッチセンシング光源２１０は、タッチセンシングパネル１００の表示面Ｓ１の前に配置される。タッチセンシング光源２１０は、タッチセンシングパネル１００を取り囲む２つ以上のＬＥＤであってもよい。

本実施形態において、タッチセンシング光源２１０は、表示面Ｓ１の前に設置され、表示面Ｓ１に向かってタッチセンシング光Ｌ１を出射して表示面Ｓ１に均一な光照射野ＬＦを形成する。ユーザーの指Ｆがタッチセンシング表示装置２０をタッチした時、タッチセンシング光Ｌ１がタッチ位置で遮蔽され、均一な光照射野ＬＦを妨害する。ここで、タッチセンシングパネル１００に内蔵された検出素子（図２に図示されていないが、図１Ｂを参照することができる）は、タッチ位置で影を検出して、対応するタッチ信号を生成することができる。つまり、タッチセンシング表示装置２０は、影検出モードのタッチセンシング機能を有することができる。

図３は、本発明の第３実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。図３を参照すると、タッチセンシング表示装置３０は、第２実施形態のタッチセンシング表示装置２０と実質的に類似する。タッチセンシング表示装置３０とタッチセンシング表示装置２０の違いは、主に、タッチセンシング光源の種類にあり、タッチセンシング表示装置３０の他の構成要素は、第１および第２実施形態の説明を参照することができる。詳しく説明すると、本実施形態において、タッチセンシング表示装置３０のタッチセンシング光源２２０は、タッチセンシングパネル１００の表示面Ｓ１の前に配置され、タッチセンシングパネル１００のそばに設置される。ここで、タッチセンシング光源２２０は、レーザー光源２２２と、レーザー光源２２２の前にあるレンズ２２４とを含む。あるいは、タッチセンシング光源２２０は、少なくとも１つのＬＥＤを含んでもよい。タッチセンシング光源２２０は、表示面Ｓ１に対して実質的に平行に配置されたカーテン状のタッチセンシング光Ｌ１を提供することができる。

本実施形態において、ユーザーの指Ｆがタッチセンシング表示装置３０をタッチした時、タッチセンシング光Ｌ１がタッチ位置で散乱および反射する。ここで、タッチセンシングパネル１００に内蔵された検出素子（図３に図示されていないが、図１Ｂを参照することができる）は、タッチ位置で反射および散乱したタッチセンシング光Ｌ２を検出して、対応するタッチ信号を生成することができる。つまり、タッチセンシング表示装置３０は、反射検出モードのタッチセンシング機能を有することができる。

図４は、本発明の第４実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。図４を参照すると、タッチセンシング表示装置４０は、第２実施形態のタッチセンシング表示装置２０と実質的に類似する。タッチセンシング表示装置４０とタッチセンシング表示装置２０の違いは、主に、タッチセンシング光源の構成にあり、タッチセンシング表示装置４０の他の構成要素は、第１および第２実施形態の説明を参照することができる。詳しく説明すると、本実施形態において、タッチセンシング表示装置４０のタッチセンシング光源２３０は、発光源２３２と、タッチセンシングパネル１００の上に設置された導光板２３４とを含む。発光源２３２は、導光板２３４のそばに設置されてタッチセンシング光Ｌ１を出射し、タッチセンシング光Ｌ１は、導光板２３４の全内部反射（ＴＩＲ）効果により実質的に導光板２３４の内側へ伝送されてタッチセンシングパネル１００の表皮面Ｓ１に均一な光照射野を形成する。つまり、導光板２３４は、特定の屈折率を有するため、タッチセンシング光Ｌ１は、導光板２３４の全内部反射（ＴＩＲ）効果を受けることができる。

本実施形態において、ユーザーの指Ｆがタッチセンシング表示装置４０をタッチした時、タッチセンシング光Ｌ１に対する導光板２３４の全内部反射（ＴＩＲ）効果が妨害され、それによって、タッチセンシング光Ｌ１が散乱してタッチ位置で導光板２３４から外側へ向かって出射される。さらに、外側へ出射されたタッチセンシング光Ｌ１が、指Ｆによって散乱および反射する。ここで、タッチセンシングパネル１００に内蔵された検出素子（図４に図示されていないが、図１Ｂを参照することができる）は、反射および散乱したタッチセンシング光Ｌ２をタッチ位置で検出して、対応するタッチ信号を生成することができる。つまり、タッチセンシング表示装置４０は、反射検出モードのタッチセンシング機能を有することができる。

図５は、本発明の第５実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。図５を参照すると、タッチセンシング表示装置５０は、第４実施形態のタッチセンシング表示装置４０と実質的に類似する。タッチセンシング表示装置５０とタッチセンシング表示装置４０の違いは、主に、タッチセンシング光源の構成にあり、タッチセンシング表示装置５０の他の構成要素は、第１、第２および第４実施形態の説明を参照することができる。詳しく説明すると、本実施形態において、タッチセンシング表示装置５０のタッチセンシング光源２４０は、発光源２４２と、拡散シート２４４とを含む。拡散シート２４４は、タッチセンシングパネル１００の表示面Ｓ１の上に設置される。発光源２４２は、拡散シート２４４のそばに設置されて拡散シート２４４に向かってタッチセンシング光Ｌ１を出射し、タッチセンシング光Ｌ１は、実質的に拡散シート２４４から外側へ散乱してタッチセンシングパネル１００の表示面Ｓ１に均一な光照射野を形成する。１つの例として、拡散シート２４４は、その中に分散した複数の拡散粒子２４６を含んでもよいが、本発明はこれに限定されない。

本実施形態において、ユーザーの指Ｆがタッチセンシング表示装置５０をタッチした時、タッチセンシングパネル１００から外へ出射されたタッチセンシング光Ｌ１は、散乱および反射する。そのため、タッチセンシングパネルの内側に向かって出射されてタッチセンシングパネル１００に内蔵された検出素子（図５に図示されていないが、図１Ｂを参照することができる）に照射されたタッチセンシング光Ｌ１の強度が増強される。したがって、検出素子は、受信したタッチセンシング光Ｌ１の増強された強度に基づいて、対応するタッチ信号を生成し、タッチセンシング動作を行う。つまり、タッチセンシング表示装置５０は、反射検出モードのタッチセンシング機能を有することができる。

図６は、本発明の第６実施形態に係るタッチセンシング表示装置を概略的に示したものである。図６を参照すると、タッチセンシング表示装置６０は、タッチセンシングパネル１０２と、タッチセンシング光源２５０とを含む。タッチセンシングパネル１０２は、２つの基板１０２Ａおよび１０２Ｂと、画素アレイ１０２Ｃと、表示媒体１０２Ｄと、対向電極１０２Ｅと、カラーフィルタ層１０２Ｆとを含む。表示媒体１０２Ｄは、基板１０２Ａと１０２Ｂの間に配置され、液晶層であってもよいが、これに限定されない。画素アレイ１０２Ｃは、基板１０２Ｂの上に配置され、表示媒体１０２Ｄを駆動する。対向電極１０２Ｅは、基板１０２Ａの上に配置され、画素アレイ１０２Ｃと向かい合い、カラーフィルタ層１０２Ｆは、対向電極１０２Ｅと基板１０２Ａの間に配置される。ここで、画素アレイ１０２Ｃは、第１実施形態の画素アレイ１００Ａと実質的に類似するため、画素アレイ１０２Ｃの構成要素は、画素アレイ１００Ａの構成要素を参照することができるが、図６において、単に検出素子のスイッチ素子Ｔ２および光センサ素子Ｔ３を概略的に示してある。

注意すべきこととして、本実施形態において、タッチセンシング光源２５０は、表示媒体１０２Ｄのそばに設置され、表示媒体１０２Ｄに向かってタッチセンシング光Ｌ１を出射する。ここで、複数の構成要素からなる画素アレイ１０２Ｃは、不規則な厚さを有するため、表示媒体１０２Ｄに伝送されたタッチセンシング光Ｌ１は、画素アレイ１０２Ｃによって反射および散乱し、タッチセンシングパネル１０２の表示面Ｓ１に均一な光照射野を形成する。ユーザーの指Ｆが表示面Ｓ１をタッチすると、指Ｆによって、タッチセンシング光Ｌ１が反射および散乱し、それによって、タッチセンシングパネル１０２に内蔵された検出素子（図６に図示されていないが、図１Ｂを参照することができる）は、反射および散乱したタッチセンシング光Ｌ２を受信して、タッチ位置を判断することができる。

一般的に、反射および散乱したタッチセンシング光Ｌ２を光センサ素子Ｔ３に照射するため、カラーフィルタ層１０２Ｆは、光センサ素子Ｔ３の上に透過窓Ｗを有してもよい。これによって、反射および散乱したタッチセンシング光Ｌ２が基板１０２Ａを直接通過して、光センサ素子Ｔ３を照射することができるため、光センサ素子Ｔ３が受信した反射および散乱したタッチセンシング光Ｌ２の強度を増強させることができる。しかしながら、環境光も基板１０２Ａを通過して、光センサ素子Ｔ３を照射することができるため、少なくとも以下の理由により、検出エラーを引き起こす可能性がある。

図７は、非晶質シリコンチャネルを有する薄膜トランジスタによって形成された光センサ素子の吸収率を示したものである。図７を参照すると、非晶質シリコンチャネルを有する薄膜トランジスタによって形成された光センサ素子は、異なる波長に対して不規則な吸収率を有する。詳しく説明すると、光センサ素子の吸収率は、５００ｎｍから７００ｎｍまでの波長において比較的有意である。タッチセンシング光が赤外光に設計されている場合、赤外光に対する光センサ素子の感度は、５００ｎｍから７００ｎｍまでの波長を有する光に対する光センサ素子の感度よりもはるかに低い。この状況では、光センサ素子に照射された５００ｎｍから７００ｎｍまでの波長を有する環境光が光センサ素子内に光電流を誘導し、タッチ信号として不適切に判断される可能性があるため、検出エラーを起こす可能性がある。感度を上げるため、タッチセンシングパネル１０２は、模範として以下の例に基づいて設計されてもよい。注意すべきこととして、以下の例は、本発明の範囲を限定するものではない。

図８は、本発明の第７実施形態に係るタッチセンシングパネルを概略的に示したものである。図８を参照すると、タッチセンシングパネル１０４は、図６に示したタッチセンシングパネル１０２に実質的に類似するため、同じ構成要素についてはここでは繰り返し説明しない。本実施形態において、タッチセンシングパネル１０４のカラーフィルタ１０４Ｆは、画素アレイ１０２Ｃの上に交互に配置された赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを含み、少なくとも１つのカラーフィルタ１０４Ｆ₁が、検出素子ＳＲの光センサ素子Ｔ３の上に設置される。つまり、図６に示した透過窓Ｗは、カラーフィルタ１０４Ｆ₁と一緒に配置される。

本実施形態において、カラーフィルタ１０４Ｆ₁は赤フィルタであるため、カラーフィルタ１０４Ｆ₁の光透過率を図９Ａに示し、赤色フィルタが光センサ素子の上に構成された時の光センサ素子Ｔ３の吸収率を図９Ｂに示した。注意すべきこととして、カラーフィルタ１０４Ｆ₁を光センサ素子Ｔ３の上に配置した後、５７０ｎｍよりも短い波長における光センサ素子Ｔ３の吸収率が大幅に減少する。そのため、光センサ素子Ｔ３の感度が上がり、５７０ｎｍよりも短い波長を有する環境光に影響されにくくなるため、それによって、検出素子ＳＲが所望の感度を有することができる。

図１０は、本発明の第８実施形態に係るタッチセンシングパネルを概略的に示したものである。図１０を参照すると、タッチセンシングパネル１０６は、図８に示したタッチセンシングパネル１０４に実質的に類似するため、同じ構成要素についてはここでは繰り返し説明しない。本実施形態において、タッチセンシングパネル１０６のカラーフィルタ層１０６Ｆは、画素アレイ１０２Ｃの上に交互に配置された赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを含み、２つのカラーフィルタ１０６Ｆ₁および１０６Ｆ₂が互いに積み重ねられ、検出素子ＳＲの光センサ素子Ｔ３の上に設置される。

本実施形態において、カラーフィルタ１０６Ｆ₁およびカラーフィルタ１０６Ｆ₂は、それぞれ赤フィルタおよび青フィルタであるため、積み重ねたカラーフィルタ１０６Ｆ₁およびカラーフィルタ１０６Ｆ₂の光透過率を図１１Ａに示し、積み重ねた赤色フィルタと青フィルタが光センサ素子の上に構成された時の光センサ素子Ｔ３の吸収率を図１１Ｂに示した。注意すべきこととして、積み重ねたカラーフィルタ１０６Ｆ₁およびカラーフィルタ１０６Ｆ₂を光センサ素子Ｔ３の上に配置した後、７５０ｎｍよりも短い波長における光センサ素子Ｔ３の吸収率が大幅に減少する。そのため、光センサ素子Ｔ３の感度が上がり、７５０ｎｍよりも短い波長を有する環境光に影響されにくくなる。

あるいは、カラーフィルタ１０６Ｆ₁およびカラーフィルタ１０６Ｆ₂が、それぞれ赤フィルタおよび緑フィルタである場合について、積み重ねたカラーフィルタ１０６Ｆ₁およびカラーフィルタ１０６Ｆ₂の光透過率を図１２Ａに示し、光センサ素子Ｔ３の吸収率を図１２Ｂに示した。注意すべきこととして、積み重ねたカラーフィルタ１０６Ｆ₁およびカラーフィルタ１０６Ｆ₂を光センサ素子Ｔ３の上に配置した後、５７０ｎｍよりも短い波長および６５０ｎｍ付近の波長における光センサ素子Ｔ３の吸収率が大幅に減少する。そのため、光センサ素子Ｔ３の感度が上がり、５７０ｎｍよりも短い波長および６５０ｎｍ付近の波長を有する環境光に影響されにくくなる。

図１３は、本発明の第９実施形態に係るタッチセンシングパネルを概略的に示したものである。図１３を参照すると、タッチセンシングパネル１０８は、図８に示したタッチセンシングパネル１０４に実質的に類似するため、同じ構成要素についてはここでは繰り返し説明しない。本実施形態において、タッチセンシングパネル１０８のカラーフィルタ層１０８Ｆは、画素アレイ１０２Ｃの上に交互に配置された赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを含み、３つのカラーフィルタ１０８Ｆ₁、１０８Ｆ₂および１０８Ｆ₃が互いに積み重ねられ、検出素子ＳＲの光センサ素子Ｔ３の上に設置される。

本実施形態において、カラーフィルタ１０８Ｆ₁、１０８Ｆ₂および１０８Ｆ₃は、それぞれ赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタであるため、積み重ねたカラーフィルタ１０８Ｆ₁、１０８Ｆ₂および１０８Ｆ₃の光透過率を図１４Ａに示し、光センサ素子Ｔ３の吸収率を図１４Ｂに示した。注意すべきこととして、積み重ねたカラーフィルタ１０８Ｆ₁、１０８Ｆ₂および１０８Ｆ₃を光センサ素子Ｔ３の上に配置した後、７５０ｎｍよりも短い波長における光センサ素子Ｔ３の吸収率が大幅に減少する。そのため、光センサ素子Ｔ３の感度が上がり、７５０ｎｍよりも短い波長を有する環境光に影響されにくくなる。

注意すべきこととして、光センサ素子Ｔ３の上に設置された上記のカラーフィルタは単なる例であり、本発明の範囲を限定することは意図されない。１つの実施形態において、光センサ素子Ｔ３の上に設置されたフィルタは、タッチセンシング光源によって出射されたタッチセンシング光の波長と異なる波長を有する光を遮断することのできる材料で形成されてもよい。さらに別の例において、タッチセンシングパネルは、光センサ素子Ｔ３の検出面上に設置されたブラックマトリクス（black matrix）を含んでもよく、ブラックマトリクスは、近赤外線のみを通過させることができる。つまり、光センサ素子Ｔ３の上に設置されたフィルタは、カラーフィルタに制限されない。

以上のように、タッチセンシング光源をタッチセンシングパネルの周囲に構成して必要なタッチセンシング光を提供することによって、検出素子によって受信された光が環境光に影響されないようにすることができる。つまり、環境光の強弱に関わらず、検出素子は、所望の感度を有することができる。また、タッチセンシングパネルは、検出素子の感度をさらに上げるために、検出素子の上に構成された特定のフィルタを有してもよく、これによって、検出エラーを防ぐことができる。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

本発明に係るタッチセンシング表示装置は、いかなる環境でも使用することのできる所望のタッチセンシング感度を有する。

１０、２０、３０、４０、５０、６０ タッチセンシング表示装置
１００、１０２、１０４、１０６、１０８ タッチセンシングパネル
１００Ａ、１０２Ｃ 画素アレイ
１００Ｂ、１０２Ｄ 表示媒体
１００Ｃ、１００Ｄ、１０２Ａ、１０２Ｂ 基板
１０２Ｅ 対向電極
１０２Ｆ、１０６Ｆ、１０８Ｆ カラーフィルタ層
１０４Ｆ、１０４Ｆ₁、１０６Ｆ₁、１０６Ｆ₂、１０８Ｆ₁、１０８Ｆ₂、１０８Ｆ₃ カラーフィルタ
２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０ タッチセンシング光源
２２２ レーザー光源
２２４ レンズ
２３２、２４２ 発光源
２３４ 導光板
２４４ 拡散シート
２４６ 拡散粒子
３００ バックライトユニット
Ｓ１ 表示面
Ｓ２ 背面
Ｌ１ タッチセンシング光
Ｌ２ 反射および散乱したタッチセンシング光
Ｌ３ 表示光
ＬＦ 光照射野
Ｔ１ 能動素子
Ｔ２ スイッチ素子
Ｔ３ 光センサ素子
ＳＲ 検出素子
ＰＥ 画素電極
Ｐ_n 画素構造
Ｆ 指
Ｗ 透過窓
ＳＬ₁、……、ＳＬ_n-1、ＳＬ_n、ＳＬ_n+1… スキャンライン
ＤＬ₁、……、ＤＬ_n-1、ＤＬ_n、ＤＬ_n+1… データライン
ＣＬ₁、……、ＣＬ_n-1、ＣＬ_n、ＣＬ_n+1… コンデンサ電極ライン
ＲＬ₁、……、ＲＬ_n-1、ＲＬ_n、ＲＬ_n+1… 読み出しライン

Claims (18)

1. 表示面を有し、画素アレイと、前記画素アレイの上に配置された表示媒体とを含んだタッチセンシングパネルを含み、そのうち、前記画素アレイが、複数の画素構造を含み、前記画素構造のうちの少なくとも１つが、
   互いに交差するスキャンラインおよびデータラインと、
   前記スキャンラインおよび前記データラインに電気接続された能動素子と、
   前記能動素子に電気接続された画素電極と、
   前記画素電極と電気的に結合したコンデンサ電極ラインと、
   前記データラインに対して平行に配置された読み出しラインと、
   前記スキャンラインおよび前記読み出しラインに電気接続された検出素子と、
   を含み、前記検出素子が、前記コンデンサ電極ラインに接続され、前記検出素子の検出面が、前記表示面に面し、
   少なくとも１つのタッチセンシング光源が、前記タッチセンシングパネルの周囲に配置され、タッチセンシング光を提供して前記表示面に均一な光照射野を形成するタッチセンシング表示装置。
2. 前記表示面の反対側にある前記タッチセンシングパネルの背面に配置されたバックライトユニットをさらに含み、前記バックライトユニットが、前記表示面に向かって表示光を出射する請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
3. 前記タッチセンシング光源が、前記バックライトユニット内に配置され、前記表示面に向かって前記タッチセンシング光を出射する請求項２記載のタッチセンシング表示装置。
4. 前記表示光の波長が、前記タッチセンシング光の波長と異なる請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
5. 前記タッチセンシング光が、不可視光である請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
6. 前記タッチセンシング光源が、前記表示面の前に配置され、前記表示面に向かって前記タッチセンシング光を出射して前記表示面に前記均一な光照射野を形成する請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
7. 前記タッチセンシング光源が、前記タッチセンシングパネルを取り囲む少なくとも２つの発光ダイオードを含む請求項６記載のタッチセンシング表示装置。
8. 前記タッチセンシング光源が、レーザー光源と、前記レーザー光源の前にあるレンズとを含み、前記タッチセンシング光源が、前記表示面に対して実質的に平行なカーテン状の前記タッチセンシング光を提供することのできる請求項６記載のタッチセンシング表示装置。
9. 前記タッチセンシング光源が、発光源と、導光板とを含み、前記発光源が、前記導光板のそばに設置されて前記タッチセンシング光を出射し、前記タッチセンシング光が、前記導光板の全内部反射効果により実質的に前記導光板の内側へ伝送されて前記均一な光照射野を形成する請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
10. 前記タッチセンシング光源が、発光源と、拡散シートとを含み、前記発光源が、前記拡散シートのそばに設置されて前記拡散シートに向かって前記タッチセンシング光を出射し、前記タッチセンシング光が、実質的に前記拡散シートから外側へ散乱して前記均一な光照射野を形成する請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
11. 前記拡散シートが、その中に分散した複数の拡散粒子を有する請求項１０記載のタッチセンシング表示装置。
12. 前記タッチセンシング光源が、前記表示媒体のそばに配置され、前記表示媒体に向かって前記タッチセンシング光を出射して前記均一な光照射野を形成する請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
13. 前記タッチセンシングパネルが、フィルタ層をさらに含み、前記フィルタ層と前記画素アレイの間に前記表示媒体が配置された請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
14. 前記フィルタ層が、前記画素アレイの上に交互に配列された赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを含む請求項１３記載のタッチセンシング表示装置。
15. 前記赤フィルタ、前記緑フィルタおよび前記青フィルタのうちの少なくとも１つが、前記検出素子の上にさらに設置された請求項１４記載のタッチセンシング表示装置。
16. 前記フィルタ層が、前記検出素子の前記検出面の上に設置された可視光を遮断することのできるフィルタを含む請求項１３記載のタッチセンシング表示装置。
17. 前記タッチセンシングパネルが、さらに、前記検出素子の前記検出面の上に設置されたブラックマトリクスを含む請求項１記載のタッチセンシング表示装置。
18. 前記ブラックマトリクスが、近赤外線のみを通過させることのできる請求項１７記載のタッチセンシング表示装置。
    

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