JP2012178050A

JP2012178050A - 表示装置

Info

Publication number: JP2012178050A
Application number: JP2011040733A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Hayashi; 宏宜林; Masayoshi Fuchi; 正芳淵; Takayuki Imai; 貴之今井; Taku Nakamura; 卓中村
Original assignee: Japan Display Central Inc
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-09-13

Abstract

【課題】複雑な演算処理を要することなく入力手段の表示部での接触位置座標の検出精度を向上できる表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置11は、透過型の表示素子13とバックライトユニット12とを有する。表示素子13は、複数の画素を有する表示部28、および、センサ部を有し表示部28に対する入力手段Ａの接触位置座標を検出する検出部30を備える。バックライトユニット12は、表示素子13の背面側に面状光を照射する光源部15、および、透光性を有し光源部15の表示素子13側に位置する透明電極層17を備える。バックライトユニット12は、表示素子13との間に空気層19を介在して配置する。検出部30は、表示部28に接触した入力手段Ａおよび透明電極層17とセンサ部との結合容量に基づいて物体の接触位置座標を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、表示部に接触した物体の接触位置座標を検出する検出部を備えた表示装置に関する。

近年、例えば各種携帯型端末などに用いられる表示装置として、画素毎に光センサ回路を備え、これら光センサ回路により表示画面から入力された光を検出することで画像を取り込む機能を備えたものがある。そして、このような表示装置として、表示画面に使用者の指が接近したときに、この指で反射した表示画面からの光を光センサ素子により受光してこの受光量に応じた電流を流し、この電流を検知することで、表示画面上での指の接触(接近)位置座標を認識可能な撮像画像を得る構成が知られている。

また、指の接触(接近)位置座標の検出精度をさらに向上するために、表示画面に使用者の指が接近したときにこの指と表示画面内に形成されたセンサ部を構成する電極との容量の変化を検出することにより、表示画面上における指が位置する領域(座標)を認識する、いわゆる静電容量式のタッチパネル機能を備えた構成が知られている。

特開２００４−９３８９４号公報特開２００８−２７２９２号公報

しかしながら、上述の特許文献１記載の構成では、接触(接近)位置座標の検出精度が充分とは言えず、上述の特許文献２記載の構成では、使用者の指とセンサ部との間に形成される容量が極めて微小であるため、センサ性能を向上するためにノイズ成分の除去などの複雑な演算が必要になるという問題点を有している。

本発明が解決しようとする課題は、複雑な演算処理を要することなく物体の表示部での接触位置座標の検出精度を向上できる表示装置を提供することである。

実施形態の表示装置は、複数の画素を有する表示部、および、センサ部を有し表示部に対する物体の接触位置座標を検出する検出部を備えた透過型の表示素子を有する。この表示装置は、表示素子の背面側に面状光を照射する光源部、および、透光性を有し光源部の表示素子側に位置する電極部を備え、表示素子の少なくとも一部との間に空気層を介在して配置された光源ユニットを有する。検出部は、表示部に接触した物体および電極部とセンサ部との結合容量に基づいて物体の接触位置座標を検出する。

(a)は第１の実施形態の表示装置を模式的に示す断面図、(b)は同上表示装置の表示部に物体を接触させた状態を模式的に示す断面図である。同上表示装置の一部の回路図である。同上表示装置を模式的に示すブロック図である。同上表示装置の検出部での検出動作を模式的に示す説明図である。 (a)は第２の実施形態の表示装置を模式的に示す断面図、(b)は同上表示装置の表示部に物体を接触させた状態を模式的に示す断面図である。

以下、第１の実施形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。

図１(a)および図１(b)において、11は平面表示装置としての表示装置であり、この表示装置11は、面状光を照射する光源ユニットであるバックライトユニット12と、このバックライトユニット12から照射された面状光を変調透過させる四角形平板状の透過型の表示素子13とを備え、これらバックライトユニット12と表示素子13とが、図示しないケース体などに収容保持されて構成されている。

バックライトユニット12は、例えば白色光を照射する複数のＬＥＤなどの図示しない光源、この光源からの発光を面状光に変換する図示しない導光体である四角形板状の導光板などを備える光源部15と、この光源部15を保持する図示しないフレームと、光源部15の光の出射側(図１中の上側)に重ねて配置された電極部としての透明電極層17とを有している。そして、このバックライトユニット12は、四角形枠状の間隙保持体としてのスペーサ18を介して、表示素子13の背面側に対して所定の空気層19を介して対向している。

光源部15は、光源が導光板の一側面に対向して配置され、導光板が表示素子13の背面側に対向するように、フレームに支持されている。

光源は、外部の光源制御回路に電気的に接続されている。

また、導光板は、光源から照射された光を反射および拡散させて表示素子13へと面状光として出射させるように形成されている。なお、この導光板の表面、すなわち表示素子13側には、図示しないが、拡散シート、あるいは集光シートなどの各種光学シートを単数、あるいは複数貼着してもよい。

また、フレームは、例えば合成樹脂などの剛性を有する部材により四角形枠状(額縁状)に形成されており、ケース体の内部に支持されている。

また、透明電極層17は、例えばＩＴＯなどの透光性を有しかつ導電性を有する部材により膜状に形成されており、少なくとも導光板の表示素子13に対向する部分に形成されている。さらに、この透明電極層17は、光源部15の最表面に位置している。換言すれば、この透明電極層17は、空気層19に臨んで配置されており、この空気層19を介して、表示素子13の背面側に直接対向している。すなわち、透明電極層17は、例えば導光板の表面に光学シートを有する場合には、この光学シートよりも表示素子13側に位置している。

一方、表示素子13は、本実施の形態において、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示素子(液晶パネル)であって、図１および図３に示すように、アレイ基板21と対向基板22とが対向配置され、これら基板21，22間に液晶層23および間隙を一定に保持する図示しないスペーサが介在されてその周縁部が接着層により貼り合わせられ、かつ、各基板21，22に偏光板24，25が貼着されて構成され、複数の画素27(図２)をマトリクス状に有する表示部28と、使用者の指、あるいはペンなどの物体である入力手段Ａの表示部28への接触を検出するセンサ部29(図２)を有する検出部30とが形成されている。そして、この表示素子13は、接続基板としてのフレキシブル基板32を介して、駆動基板33と電気的に接続されている。この駆動基板33は、図示しない電源回路などを備えており、図示しない各種インタフェースなどを介して、外部の駆動回路およびセンサ用回路などと電気的に接続されている。

アレイ基板21は、透光性を有する絶縁性の基板であるガラス基板35を備え、このガラス基板35上には、図２に示すように、複数の書き込み制御線である走査線36およびセンサ部29の一部を構成する複数の信号線37が格子状に形成されているとともに、これら走査線36と信号線37との交差位置に、画素27をそれぞれ独立駆動させるスイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)38がそれぞれ形成されている。また、このガラス基板35上には、各走査線36に対応して、これら走査線36に対して平行に、センサ部29の一部を構成する補助容量線39がそれぞれ形成されている。

走査線36、信号線37および補助容量線39は、導電性の部材により形成され、各走査線36および各補助容量線39が走査線駆動回路および補助容量線駆動回路であるゲートドライバ41に電気的に接続され、各信号線37が信号線駆動回路であるソースドライバ42に接続されている。また、ゲートドライバ41と各走査線36との間には、スイッチ回路43が電気的に接続されている。

また、薄膜トランジスタ38は、ゲート電極が走査線36に電気的に接続され、ソース電極が信号線37に電気的に接続され、かつ、ドレイン電極がセンサ部29の一部および画素27を構成する画素電極45と補助容量46とにそれぞれ電気的に接続されている。そして、この薄膜トランジスタ38は、ゲートドライバ41からの信号が走査線36を介してゲート電極に印加されることでスイッチング制御されてオンされる画素27とオフされる画素27とを電気的に分離するとともに、ソースドライバ42(図３)から信号線37を介して入力されたオン画素27への映像信号を画素電極45に保持するものである。

また、画素電極45は、例えば透光性を有する導電部材であるＩＴＯなどにより、画素27に対応する位置で膜状に形成されている。

また、補助容量46は、画素電極45に保持される電位を再配分するものである。

一方、対向基板22は、透光性を有する絶縁性の基板であるガラス基板48(図３)上に、対向電極49などが形成されている。この対向電極49は、例えばＩＴＯなどの透光性を有する導電部材により膜状に形成されており、画素電極45および補助容量線39に対向して形成されており、図示しないトランスファを介して、対向する補助容量線39と電気的に接続されている。

液晶層23は、液晶材料により形成され、画素電極45と対向電極49との間の電位差に応じて光を変調透過させるものである。

また、図１に示す各偏光板24，25は、シート状に形成された光学部材であり、液晶層23のモードに応じて、所定の偏光成分を選択的に透過・遮断するように配置されている。さらに、アレイ基板21側の偏光板24は、空気層19を介してバックライトユニット12側の透明電極層17と直接対向している。なお、図１において、基板21，22、偏光板24，25、空気層19および透明電極層17などの各部の厚みは、説明を明確するために誇張して示しており、必ずしも実際の厚み関係を反映しているものではない。

そして、表示装置11は、１垂直期間の映像表示期間において、図２に示すゲートドライバ41が、１水平期間毎に複数の走査線36を順次駆動し、この走査線36と接続された薄膜トランジスタ38を行毎にオンするとともに、補助容量線39に所定の補助容量電圧を印加する。

また、映像表示期間の１水平期間において、ソースドライバ42(図３)が、複数の信号線37に対して対応する映像信号を印加する。

このため、表示部28(図３)では、オンされた薄膜トランジスタ38のソース電極に供給された映像信号が、この薄膜トランジスタ38により画素電極45に書き込まれ、この画素電極45と対向電極49との電位差によって、各画素27での液晶層23の透過率が設定される。そして、バックライトユニット12(図１)から出射した面状光が、各画素27において画像信号に応じた透過率で変調透過され、表示部28(図３)において、画像として観察者に視認される。

また、例えば１垂直期間のブランキング期間において、スイッチ回路43が、ゲートドライバ41と各走査線36とを電気的に切り離すとともに、ソースドライバ42が各信号線37へ所定の大きさの電圧を印加するとともに、ゲートドライバ41が、補助容量線39にセンサ信号を印加する。

このため、各信号線37の電位および補助容量線39から出力されるセンサ信号の変化がセンサ用回路への出力信号となる。

例えば、使用者は、図１に示すように、表示部28に表示されるボタンや指示器などの画像に対応する箇所に対して入力手段Ａを接触(接近)させることで、外部から操作を入力する。このとき、図４に示すように、入力手段Ａとセンサ部29の一部を構成する対向電極49との間の距離に応じて、入力手段Ａと対向電極49との間に生じる容量C1の大きさが変化し、センサ部29の一部をそれぞれ構成する画素電極45と信号線37との間に生じる容量C2、および、対向電極49に対して電気的に接続されてセンサ部29の一部を構成する補助容量線39と信号線37との間に生じる容量C3の大きさが変化し、信号線37の電位および補助容量線39から出力されるセンサ信号の波形も変化することとなる。しかも、図１(b)に示すように、入力手段Ａが表示部28に接触してこの表示部28を押圧すると、その位置において表示素子13が僅かに撓んで透明電極層17に接近して空気層19が減少、または、透明電極層17に接触して空気層19がなくなることにより、例えば図４に示すように、透明電極層17とセンサ部29の一部を構成する画素電極45との間、透明電極層17と信号線37との間、あるいは透明電極層17と補助容量線39(対向電極49)との間などに、バックライトユニット12側に広がる電気力線に起因する容量C4，C5，C6がそれぞれ形成され、信号線37の電位の変化および補助容量線39から出力されるセンサ信号の波形の変化がそれぞれより大きくなる。したがって、検出部30では、表示部28に接触した入力手段Ａおよび透明電極層17とセンサ部29との結合容量に基づき、換言すれば、各補助容量線39から出力されるセンサ信号の変化、および、各信号線37の電位の変化に基づき、補助容量線39と信号線37とが交差する位置に対応する画素27の画素電極45および対向電極49と入力手段Ａとの距離を検出できるため、この入力手段Ａの接触位置座標を検出できる。

このように、上記第１の実施形態によれば、表示部28に接触した入力手段Ａ、および、透明電極層17とセンサ部29との結合容量に基づいて入力手段Ａの接触位置座標を検出することにより、表示部28に接触した入力手段Ａとセンサ部29との結合容量のみで入力手段Ａの接触位置座標を検出する場合と比較して、バックライトユニット12側に広がる電気力線を有効に利用してセンサ信号の変化を大きくできるため、例えばセンサ信号に含まれるノイズ成分を検出して除去するなどの複雑な演算処理を要することなく、入力手段Ａの表示部28での接触位置座標の検出精度を向上できる。したがって、表示装置11は、良好なセンサ性能を得ることができる。

次に、第２の実施形態を図５を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この図５(a)および図５(b)に示す第２の実施形態は、上記第１の実施形態の透明電極層17および偏光板24に代えて、電極部としての導電性偏光板51を配置するものである。

この導電性偏光板51は、上記第１の実施形態の偏光板24と同様の偏光特性を有するものであり、バックライトユニット12の光源部15の最表面に配置されている。すなわち、この導電性偏光板51は、空気層19に臨んで配置されており、この空気層19を介して、表示素子13の背面側に直接対向している。したがって、導電性偏光板51は、例えば導光板の表面に光学シートを有する場合には、この光学シートよりも表示素子13側に位置している。

そして、例えば、使用者が表示部28に表示されるボタンや指示器などの画像に対応する箇所に対して入力手段Ａを接触(接近)させることで外部から操作を入力した場合には、上記第１の実施形態と同様に、入力手段Ａと対向電極49との間の距離に応じて、容量C1〜C3の大きさが変化するとともに、入力手段Ａが表示部28に接触してこの表示部28を押圧すると、その位置において表示素子13が僅かに撓んで導電性偏光板51に接近して空気層19が減少、または、導電性偏光板51に接触して空気層19がなくなることにより、例えば導電性偏光板51と画素電極45との間、導電性偏光板51と信号線37との間、あるいは導電性偏光板51と補助容量線39(対向電極49)との間などに、バックライトユニット12側に広がる電気力線に起因する容量C4，C5，C6がそれぞれ形成され、信号線37の電位の変化および補助容量線39から出力されるセンサ信号の波形の変化がそれぞれより大きくなる。したがって、検出部30では、表示部28に接触した入力手段Ａおよび導電性偏光板51とセンサ部29との結合容量に基づき、換言すれば、各補助容量線39から出力されるセンサ信号の変化、および、各信号線37の電位の変化に基づき、補助容量線39と信号線37とが交差する位置に対応する画素27の画素電極45および対向電極49と入力手段Ａとの距離を検出できるため、この入力手段Ａの接触位置座標を検出できる。

このように、上記第２の実施形態によれば、表示部28に接触した入力手段Ａ、および、導電性偏光板51とセンサ部29との結合容量に基づいて入力手段Ａの接触位置座標を検出することにより、表示部28に接触した入力手段Ａとセンサ部29との結合容量のみで入力手段Ａの接触位置座標を検出する場合と比較して、バックライトユニット12側に広がる電気力線を有効に利用してセンサ信号の変化を大きくできるため、例えばセンサ信号に含まれるノイズ成分を検出して除去するなどの複雑な演算処理を要することなく、入力手段Ａの表示部28での接触位置座標の検出精度を向上できる。したがって、表示装置11は、良好なセンサ性能を得ることができる。

また、電極部の機能と、表示素子13側の偏光板の機能とを１層の導電性偏光板51で兼ね備えるため、偏光板と電極部とを個々に用いる場合と比較して、より薄型化が可能になる。

そして、以上説明した実施形態の少なくともいずれかによれば、透明電極層17、あるいは導電性偏光板51を、バックライトユニット12の光源部15の最表面に配置しているので、入力手段Ａの表示部28への接触時にセンサ部29との間で形成される容量C4〜C6が相対的に大きくなるため、信号変化をより大きくすることができ、入力手段Ａの接触位置座標を、より精度よく検出できる。

なお、上記各実施形態において、透明電極層17および導電性偏光板51は、例えばバックライトユニット12の表示素子13側であれば、バックライトユニット12の光源部15の最表面以外の位置に配置しても、すなわち、透明電極層17および導電性偏光板51と空気層19との間に透光性を有する他の部材や層が配置されていても、同様の作用効果を奏することができる。

また、表示素子13は、液晶表示素子(液晶パネル)に限らず、例えば高分子ゲルを用いるものなど、任意の透過型の表示素子を用いることができる。

さらに、検出部30による入力手段Ａの接触検出のタイミングは、例えば表示部28で表示した画像などに対応させて、任意に設定できる。

また、センサ部29は、入力手段Ａおよび透明電極層17あるいは導電性偏光板51との結合容量により接触位置座標を検出可能な任意の構成とすることが可能である。

そして、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 表示装置
12 光源ユニットであるバックライトユニット
13 表示素子
15 光源部
17 電極部としての透明電極層
19 空気層
27 画素
28 表示部
29 センサ部
30 検出部
51 電極部としての導電性偏光板
Ａ物体である入力手段

Claims

複数の画素を有する表示部、および、センサ部を有し前記表示部に対する物体の接触位置座標を検出する検出部を備えた透過型の表示素子と、
この表示素子の背面側に面状光を照射する光源部、および、透光性を有し前記光源部の前記表示素子側に位置する電極部を備え、前記表示素子の少なくとも一部との間に空気層を介在して配置された光源ユニットとを具備し、
前記検出部は、前記表示部に接触した物体および前記電極部と前記センサ部との結合容量に基づいて前記物体の接触位置座標を検出する
ことを特徴とする表示装置。
電極部は、導電性偏光板である
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。