JP2013235249A - タッチ感知および立体映像表示兼用表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、タッチ感知および立体映像表示兼用表示装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】本発明び係る表示装置は、表示パネル、表示パネル上に位置し、液晶層、上部線状電極、下部線状電極、第１偏光板、および第２偏光板を含み、タッチ感知モードまたは立体映像表示モードで動作するタッチバリアパネル、およびタッチバリアパネル制御部を含み、上部線状電極と下部線状電極とは、液晶層を間において互いに交差する方向に延長している。タッチ感知機能および立体映像表示機能を有する１つのタッチバリアパネルを表示パネル上部に位置させ、製作費用を抑え、その厚さが相対的に増加しないようにする。また、ネガティブ液晶を使用して垂直電界によって影響を受けないようにし、モード変化速度および応答速度を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチ感知および立体映像表示兼用表示装置およびその駆動方法に関し、より詳細には、タッチ感知およびオートステレオスコピック（非眼鏡式）立体映像表示兼用表示装置およびその表示方法に関する。

最近、超高速情報通信網に基づいて構築された情報の高速化のために実現されるサービスは、現在の電話のように聞いて話すだけのサービスから、文字、音声、映像を高速処理するデジタル端末を中心とした、見て聞くマルチメディア型サービスに発展しており、究極的には、時空間を超越して実感を与え、立体的であり、見て感じて楽しむ超空間型実感３次元立体情報通信サービスに発展すると予想されている。

一般的に、３次元を表現する立体映像は、２つの目を通じたステレオ視覚の原理によって行われるが、２つの目の視差、すなわち、２つの目は約６５ｍｍ離れて存在するため、現れる両目の視差は立体感の最も重要な要因であると言える。すなわち、左右の目はそれぞれ互いに異なる２次元画像を見るが、この２つの画像が網膜を通じて脳に伝えられると、脳はこれを正確に互いに融合することで、本来の３次元映像の深さ感と実際感とを再生するようになる。通常、このような能力をステレオグラフィ（ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｙ）と言う。

立体映像表示装置は両目の視差を利用するものであって、観察者の別途の眼鏡着用の有無に応じて眼鏡式（ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ）の偏光方式と時分割方式、非眼鏡式（ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ）のパララックス−バリア方式、レンチキュラ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）方式、およびブリンキングライト（ｂｌｉｎｋｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）方式がある。このうち、非眼鏡式立体映像表示装置は、左目用映像と右目用映像とを区分するために、表示パネルの他に追加でパネルがもう１つ必要となる。

特開２０１１−０５３２７７号公報

一方、最近の表示装置は、表示装置の画面をタッチする場合、これを感知することができるようにタッチ感知機能を含む場合が多い。このようなタッチ感知表示装置は、別途の入力装置がなくても、ユーザが所望する入力を実行することができるという点において脚光を浴びている。しかし、表示パネルの他に別途のタッチ感知用パネルを追加して形成しなければならない。

したがって、タッチ感知機能を有し且つ立体映像を表示することができる表示装置は、タッチ感知のためのパネルと立体映像を表示するためのパネルとをそれぞれ追加する必要があり、製作費用および表示装置の厚さが増加するという短所がある。

本発明の技術的課題は、製作費用を抑え、その厚さが増加しないタッチ感知機能および立体映像表示機能を共に有する表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明の実施形態に係るタッチ感知および立体映像表示兼用表示装置は、表示パネル、前記表示パネル上に位置し、液晶層、上部線状電極、下部線状電極、第１偏光板、および第２偏光板を含み、タッチ感知モードまたは立体映像表示モードで動作するタッチバリアパネル、およびタッチバリアパネル制御部を含み、前記上部線状電極と前記下部線状電極とは、前記液晶層を間において互いに交差する方向に延長している。

前記液晶層は、垂直電界によって影響を受けない特性を有してもよい。

前記液晶層は、電界が印加されないときに水平配列するネガティブ液晶分子を含んでもよい。

前記タッチバリアパネルは、ノーマリホワイトであってもよい。

前記タッチ感知モードでは、前記下部線状電極、前記液晶層、および前記上部線状電極によって形成される液晶キャパシタの電圧変化に基づいてタッチを感知してもよい。

前記下部線状電極に印加される電圧によって前記上部線状電極に形成される電圧の変化を感知してタッチを感知してもよい。

前記立体映像表示モードでは、前記上部線状電極を２つに区分し、１つの電極には相対的に高い電圧を印加し、他の１つには相対的に低い電圧を印加してもよい。

前記下部線状電極は、フローティングさせてもよい。

隣接する前記上部線状電極に同じ電圧が印加された部分では光を透過させ、前記隣接する上部線状電極に異なる電圧が印加された部分では光が遮断されてもよい。

前記タッチ感知モードと前記立体映像表示モードとは、時間的に分離されていてもよい。

前記タッチ感知モードは、ブランク期間に実行されてもよい。

前記タッチバリアパネルは、上部板型電極をさらに含んでもよい。

前記表示パネルは液晶表示パネルであり、前記表示パネルと前記タッチバリアパネルとは第２偏光板を互いに共有してもよい。

前記表示パネル上部基板と前記タッチバリアパネルの下部基板とは、互いに同じであってもよい。

前記第２偏光板は、内部偏光板で形成されてもよい。

前記液晶層は、電界が印加されないときに垂直配列するポジティブ液晶分子を含んでもよい。

本発明の実施形態に係るタッチ感知および立体映像表示兼用表示装置の駆動方法は、表示パネルおよびタッチ感知モードまたは立体映像表示モードで動作するタッチバリアパネルを含み、前記タッチバリアパネルは、上部線状電極、下部線状電極、および液晶層を含む表示装置において、前記タッチ感知モードがオンであるかを判断すること、および前記立体映像表示モードがオンであるかを判断することを含み、前記タッチ感知モードおよび前記立体映像表示モードがすべてオンである場合には、時間的に分離して２つのモードをすべて動作させる。

前記タッチ感知モードは、ブランク期間に実行されてもよい。

前記タッチ感知モードがオンである場合、前記下部線状電極、前記液晶層、および前記上部線状電極によって形成される液晶キャパシタの電圧変化に基づいてタッチを感知してもよい。

前記立体映像モードがオンである場合、前記上部線状電極を２つに区分し、１つの電極には高い電圧を印加し、他の１つには低い電圧を印加してもよい。

前記立体映像モードがオンである場合、前記下部線状電極はフローティングさせてもよい。

以上のように、タッチ感知機能および立体映像表示機能を有する１つのタッチバリアパネルを表示パネルの上部に位置させることにより、製作費用を抑え、その厚さが相対的に薄くなるという長所を有する。また、垂直電界に影響を受けない液晶配列を使用することにより、垂直電界によって影響を受けないようにし、タッチによるバリアパネルの画質影響（特に立体映像の画質）を与えないようにする。

本発明の実施形態に係る表示装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るタッチバリアパネルの上部基板を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るタッチバリアパネルの下部基板を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルが立体映像を表示する場合を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルがタッチ感知を行う場合を示す断面図である。 （ａ）本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルに使用される液晶分子の特性を示す図である。（ｂ）本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルに使用される液晶分子の特性を示す図である。（ｃ）本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルに使用される液晶分子の特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の配線接続関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルが立体映像を表示するために動作するときの信号印加関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルが立体映像を表示するために動作するときの信号印加関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルがタッチ感知のために動作するときの信号印加関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る他の表示装置のうち、タッチバリアパネルがタッチ感知および立体映像表示を共に行うために動作するときの信号印加を示す図である。 本発明の実施形態に係る他の表示装置のうち、タッチバリアパネルがタッチ感知および立体映像表示を共に行うために動作するときのタイミング図を示す図である。 本発明の実施形態に係る表示装置がタッチ感知および立体映像表示のために駆動シーケンスを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る表示装置が立体映像を表示する場合を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る表示装置がタッチ感知を行う場合を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る表示装置の断面図を示す図である。

図面を参照しながら、本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様に相違した形態で実現されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されることはない。

図面において、多様な層および領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体に渡って類似する部分については、同一する参照符号を付与した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとするとき、これは他の部分の「直ぐ上」にある場合だけではなく、その中間にさらに他の部分が存在する場合も含む。これとは反対に、ある部分が他の部分の「直ぐ上」にあるとするときには、中間に他の部分がないことを意味する。

以下、本発明の実施形態に係るタッチ感知および立体映像表示兼用表示装置に関し、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る表示装置のブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係る表示装置の断面図である。図３および図４は、本発明の実施形態に係るタッチバリアパネルの上部基板および下部基板をそれぞれ示す平面図である。

本発明の実施形態に係るタッチ感知および立体映像表示兼用表示装置は、タッチ感知モードと立体映像表示モードとを両方有する表示装置であって、表示パネル３００の前面に位置するタッチバリアパネル１００を含む。

より詳細には、本発明の実施形態に係るタッチ感知および立体映像表示兼用表示装置は、表示パネル３００、タッチバリアパネル１００、およびタッチバリアパネル制御部５００を含む。

まず、タッチバリアパネル１００について詳述する。タッチバリアパネル１００は、タッチ感知および立体映像表示機能を両方有するパネルであり、液晶層１５０、上部線状電極１２１、および下部線状電極１１１を含む。

タッチバリアパネル１００について図２〜図４を参照すると、下部基板１１０の上に下部線状電極１１１が形成されており、下部線状電極１１１は、図４に示すように、パネルの長軸方向（または横方向）に延長した線状電極が一定の間隔で配列している。

一方、タッチバリアパネル１００の上部基板１２０の下には上部線状電極１２１が形成されており、上部線状電極１２１は、図３に示すように、パネルの短軸方向（または縦方向）に延長した線状電極が一定の間隔で配列している。その結果、上部線状電極１２１と下部線状電極１１１とは互いに交差して配列する。

上部基板１２０と下部基板１１０との間の、第１密封材１３０によって区画された空間内に液晶層１５０が形成されている。液晶層１５０は、垂直電界には影響を受けず、水平電界にのみ影響を受ける液晶が使用される。このような液晶には、電界が印加されないときに水平配列するネガティブ液晶分子と、電界が印加されないときに垂直配列するポジティブ液晶分子とがある。すなわち、本発明は、タッチによって発生する水平電界によって液晶分子が影響を受けない、または影響が少ないようにするものであるため、水平電界による影響が少ない液晶分子であればいかなる液晶分子を使用してもよく、上述した２つの液晶分子に限定されることはない。以下の実施形態では、電界が印加されないときに水平配列するネガティブ液晶分子１５１を中心として説明し、ネガティブ液晶を使用する実施形態の特性については図７を参照しながら後述する。

図２には示していないが、液晶層１５０の液晶分子１５１を初期配列させるために、上部基板１２０の上部線状電極１２１と液晶層１５０との間、および下部基板１１０の下部線状電極１１１と液晶層１５０との間には配向膜が形成されていてもよい。

また、上部基板１２０の上部面には第１偏光板１３が形成されており、下部基板１１０の下部面には第２偏光板１２が形成されている。

第１および第２偏光板１３、１２と液晶層１５０とによって光を透過または遮断することにより、立体映像表示に使用されるバリアパネルの役割を行う。すなわち、第２偏光板１２の透過軸方向の偏光成分を有する光が液晶層１５０に入射すると、液晶層１５０の液晶分子１５１の配列に応じて光の偏光特性が変わり、第１偏光板１３を透過するかまたは透過できないように液晶層１５０の液晶分子１５１の配列を調節してバリアとしての役割を行うようにする。これは、上部線状電極１２１または下部線状電極１１１に電圧を印加して液晶層１５０に電界を形成し、電界に応じて液晶分子１５１の配列を調節することによって調節する。本発明の実施形態に係るタッチバリアパネル１００はノーマリホワイトで形成され、上部および下部線状電極１２１、１１１に電圧が印加されない場合、第２偏光板１２に入射した光が第１偏光板１３を透過する。

タッチバリアパネル制御部５００はタッチバリアパネル１００を制御し、タッチ感知を行う、または立体映像を表示するように制御し、本発明の実施形態では、タッチバリアパネル制御部５００は、モード選択部５１０、タッチおよびバリア駆動部５２０、およびタッチ駆動部５３０を含む。モード選択部５１０は、表示装置がタッチ感知のみを行うのか、立体映像のみを表示するのか、あるいはタッチ感知および立体映像表示を両方行うのかという入力を受け、これに応じてタッチおよびバリア駆動部５２０とタッチ駆動部５３０とを制御する。

タッチおよびバリア駆動部５２０は、タッチバリアパネル１００の上部線状電極１２１と接続しており、上部線状電極１２１に電圧を印加するか、または電圧を読み出す。すなわち、立体映像を表示する場合には上部線状電極１２１に電圧を印加してバリアを形成し、タッチ感知を行う場合には上部線状電極１２１での電圧変化を感知してタッチの有無を確認する役割を行う。

一方、タッチ駆動部５３０は、タッチバリアパネル１００の下部線状電極１１１と接続しており、下部線状電極１１１に電圧を印加するか、または電圧を印加せずにフローティングさせる。すなわち、本発明の実施形態では、タッチ駆動部５３０によって下部線状電極１１１を制御することにおいて、立体映像を表示しようとする場合には下部線状電極１１１をフローティングさせ、タッチを感知しようとする場合には一定の電圧を印加する。

しかし、実施形態によっては電圧印加方式は変更されてもよく、下部線状電極１１１と接続したタッチ駆動部５３０で電圧の変化を感知してタッチの有無を確認してもよい。ただし、タッチが表示装置の上部で行われることが一般的であるため、上部線状電極１２１に接続した駆動部（タッチおよびバリア駆動部５２０）が電圧変化を感知する実施形態を基準として説明する。

タッチバリアパネル１００でタッチ感知または立体映像を表示するときの液晶分子の動作および各駆動部の電圧印加については、図５〜図１３を参照しながら詳細に後述する。

一方、タッチバリアパネル１００の後面には表示パネル３００が位置している。表示パネル３００は、有機発光表示装置、電気泳動表示装置、電気湿潤表示装置、プラズマ表示装置などの多様な表示パネルが使用されてもよいが、本出願では液晶表示装置を実施形態として詳述する。

図２に示す本発明の実施形態に係る表示パネル３００は、水平電界を利用する液晶表示パネルである。

表示パネル３００では、下部基板３１０上に第１電極３１１が形成されており、第１電極３１１上に第１電極３１１を覆う絶縁膜３１２が形成されており、その上に第２電極３１３が形成されている。第２電極３１３は、１つの画素内で表示パネルの短軸方向（または縦方向）に延長している線状電極で形成されており、第１電極３１１は少なくとも１つの画素内で連続する面状電極で形成されている。

実施形態によっては第１電極３１１も線状電極で形成されてもよいが、この場合、第１電極３１１も第２電極３１３と同じ方向に延長した線状電極で形成される。

表示パネル３００の上部基板３２０の下には、開口領域を有する遮光部材３２１と開口領域に対応して形成されているカラーフィルタ３２２、および遮光部材３２１とカラーフィルタ３２２とを覆う平坦化膜３２３が形成されている。

上部基板３２０と下部基板３１０との間の、第２密封材３３０によって区画された空間内に液晶層３５０が形成されている。本実施形態における液晶層３５０は、電界が印加されないときに水平配列する液晶分子３５１を含む。また、表示パネル３００で使用される液晶分子３５１は、ネガティブまたはポジティブ液晶である。しかし、表示パネル３００の液晶層３５０は、電界が印加されないときに垂直配列またはバンド配向してもよく、多様な液晶分子が使用されてもよい。

表示パネル３００の下には第３偏光板１１が取り付けられている。表示パネル３００の上にはタッチバリアパネル１００の第２偏光板１２が既に存在しており、別途の偏光板を追加で形成していない。見る基準によっては、第２偏光板１２を表示パネル３００に属する構成要素として見てもよい。

表示パネル３００は、データ駆動部４００によって印加されるデータ電圧に応じて階調を表示する。また、本発明の実施形態に係る表示パネル３００は、下部基板３１０に配線と共に形成されたゲート駆動部４５０を含み、ゲート駆動部４５０の出力によって該当画素にデータ電圧が印加される。

図には示していないが、液晶表示パネル３００は受光素子であるため、バックライトユニットが必ず必要となる。したがって、表示パネル３００の背面にはバックライトユニットが配置されている。

本発明の実施形態に係るタッチ感知および立体映像表示兼用表示装置において、表示パネル３００の動作および変形例は既に多様に知られているため、以下では、本発明の実施形態の特徴であるタッチバリアパネル１００の動作および特性について詳述する。

まず、図５および図６を参照しながら、立体映像表示モードおよびタッチ感知モードにおけるタッチバリアパネル１００について詳述する。

図５は、本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルが立体映像を表示する場合を示す断面図である。図６は、本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルがタッチ感知を行う場合を示す断面図である。

まず、図５を参照すれば、図５は、立体映像表示モードにおけるタッチバリアパネル１００の断面を示している。

立体映像表示モードで、タッチバリアパネル１００の液晶層１５０には水平電界が形成されなければならないため、下部線状電極１１１はフローティングし、垂直方向に電界が生成されないようにする。また、本発明の一実施形態では、垂直電界の影響を受けないタッチバリアパネルの特性上、フローティングをさせなくてもよい。また、図５においては、上部線状電極１２１は、相対的に低い電圧が印加される電極１２１−１と相対的に高い電圧が印加される電極１２１−２とに分離されて電圧がそれぞれに印加されることにより水平電界が形成され、これに応じて液晶分子１５１が回転する。その結果、透過した光を遮断することができる。一方、互いに隣接する上部線状電極１２１−１及び１２１−２に低い電圧または高い電圧として同じ電圧が印加される場合には、水平電界が発生しないため液晶分子１５１が回転せず、その結果、光をそのまま透過させる。このような点を勘案した上で上部線状電極１２１に電圧を印加すれば、光が透過する領域と光が遮断される領域を区分させてバリアを形成することができる。形成されたバリアは、左目用映像と右目用映像とを区分させ、立体映像が表示されるようにする。一方、実施形態によっては、レンチキュラーレンズを含むことによって左目用映像と右目用映像とがそれぞれ屈折し、左側目と右側目とに伝達されるようにしてもよい。

一方、図６では、タッチ感知モードにおけるタッチバリアパネル１００の断面を示している。

本発明の実施形態に係るタッチ感知は、タッチバリアパネル１００の上部線状電極１２１と下部線状電極１１１との間に位置する液晶層１５０によって形成された液晶キャパシタでタッチによって発生する電圧の変化を感知してタッチの有無を判断する。本実施形態では、上部線状電極１２１と下部線状電極１１１とのうちの１つの電極に電圧が一定に印加され、他の電極では電圧の変化を感知するが、電圧が印加される電極としては下部線状電極１１１を使用し、電圧の変化を感知する電極としては上部線状電極１２１を使用する。タッチされるのがタッチバリアパネル１００の上部面であるため、上部線状電極１２１で電圧の変化を感知するのがより容易である。

以上のようなタッチ感知モードでは、上部線状電極１２１と下部線状電極１１１との間に垂直方向の電界が発生し得る。これは、タッチバリアパネル１００に形成された液晶層１５０に影響を与えるが、本発明の実施形態では、電界が印加されないときに水平配列しているネガティブ液晶を使用しているため、垂直方向に電界が印加されても水平配列を維持する。すなわち、水平配列しているポジティブ液晶を使用する場合、垂直方向の電界によって液晶分子１５１が垂直配列に変わるようになるため影響を受け、立体映像表示モードでは液晶分子が不適切な動作を招いたり応答速度が低下するという問題を引き起こす。これにより、本発明の実施形態では、タッチバリアパネル１００の液晶層１５０に電界が印加されないときに水平配列するネガティブ液晶を使用する。一方、実施形態によっては、電界が印加されないときに垂直配列するポジティブ液晶を使用してもよいが、この場合、タッチによって垂直電界が生じるときに、垂直配列しているポジティブ液晶が垂直配列を維持すれば使用可能である。

以下、図７を参照しながら、電界が印加されないときに水平配列するネガティブ液晶を使用する本実施形態のタッチバリアパネル１００における液晶動作について詳述する。

図７は、本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルに使用される液晶分子の特性を示す図である。

図７（ａ）はネガティブ液晶分子１５１を示しており、矢印は誘電率が大きい方向を示している。すなわち、電界が印加される場合、ネガティブ液晶分子１５１は矢印方向（短軸方向）が電界方向に配列する。これは図７（ｂ）に示されている。

したがって、ネガティブ液晶分子１５１は、図７（ｃ）に示すように、垂直方向に電界が印加されても短軸方向が回転することはあるが、長軸方向は回転せず、立体映像表示モードでも直ぐに使用することができる配列を維持する。その結果、タッチバリアパネル１００の動作特性および応答速度が向上し、且つタッチバリアパネル１００が垂直電界に対して影響を受けない動作特性を示すため、タッチによる液晶の非正常動作を防ぐ。

以下、タッチバリアパネル制御部５００とタッチバリアパネル１００との接続関係について図８を参照しながら詳述し、図９〜図１３を参照しながらタッチバリアパネル制御部５００の制御動作について詳述する。

図８は、本発明の実施形態に係る表示装置の配線接続関係を示す図である。

タッチバリアパネル制御部５００は、下部線状電極１１１と接続するための第１配線５１１と上部線状電極１２１と接続するための第２配線５２１を有し、本発明の実施形態における第２配線５２１は、タッチバリアパネル１００の上方向で上部線状電極１２１と接続する第２−１配線５２１−１と、タッチバリアパネル１００の下方向で上部線状電極１２１と接続する第２−２配線５２１−２に区分されている。上方向と下方向とで配線を接続する方式は必ず適用されるべきものではないが、図５を参照して説明したように、相対的に高い電圧を印加する上部線状電極１２１−２と相対的に低い電圧を印加する上部線状電極１２１−１との区分に合わせて分けてもよいことを示している。しかし、これに限定されるものではない。

図８に示すように接続している実施形態において、電圧印加による動作について図９〜図１３を参照しながら詳述する。

まず、図９および図１０は、本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルが立体映像を表示するために動作するときの信号印加関係を示す図である。すなわち、立体映像表示モードのみがオン状態であり、タッチ感知モードはオフ状態である場合である。

図９では、タッチバリアパネル制御部５００でタッチバリアパネル１００に電圧を印加する方式が示されている。すなわち、タッチ駆動部５３０は、下部線状電極１１１に電圧を印加しないため下部線状電極１１１はフローティングしており、タッチおよびバリア駆動部５２０は、相対的に高い電圧を印加する上部線状電極１２１と相対的に低い電圧を印加する上部線状電極１２１とを区分して、該当電圧を印加する。図９では、上部線状電極１２１のうち電極１２１−１が相対的に低い電圧の印加を受け、電極１２１−２が相対的に高い電圧の印加を受けるものと区分されているのではなく、図１０に示すような電圧が印加される。すなわち、第２−１配線５２１−１と接続した上部線状電極１２１−１には左側から０Ｖ、０Ｖ、０Ｖが印加され、第２−２配線５２１−２と接続した上部線状電極１２１−２には左側から０Ｖ、３Ｖ、０Ｖ、３Ｖが印加される。このような電圧が印加されれば、図１０に示す「Ｂａｒｒｉｅｒ」部分のようにブラック（ｂｌａｃｋ）とホワイト（ｗｈｉｔｅ）とが交互に現れるバリアが形成されて立体映像が表示される。すなわち、隣接する上部線状電極１２１間に電圧差が発生する場合には、その部分では光が遮断されてブラックとなり、隣接する上部線状電極１２１間に電圧差がない場合には、その部分で光が透過してホワイトになる。

一方、図１１は、本発明の実施形態に係る表示装置のうち、タッチバリアパネルがタッチ感知のために動作するときの信号印加関係を示す図である。すなわち、立体映像表示モードはオフ状態であり、タッチ感知モードのみがオン状態である場合である。

図１１では、タッチバリアパネル制御部５００でタッチバリアパネル１００に電圧を印加する方式が示されている。すなわち、タッチ駆動部５３０は、下部線状電極１１１に電圧を印加するが、このとき、タッチおよびバリア駆動部５２０は、上部線状電極１２１における電圧変化を感知してタッチの有無を感知する。下部線状電極１１１に印加される電圧に応じて上部線状電極１２１が有する電圧が定められ、タッチ有無の感知は、定められた電圧とは異なる電圧が感知されれば、タッチが発生したものと感知される。特に、タッチ駆動部５３０が下部線状電極１１１に電圧を印加する方式は、下部線状電極１１１全体に同じ電圧を一度に印加させてもよく、複数の下部線状電極１１１をグループで束ねてグループ別に順に電圧を印加してもよく、下部線状電極１１１に個別に順に電圧を印加してもよい。順に電圧を印加する場合には、マルチタッチも感知することができるという長所がある。

一方、図１２および図１３は、本発明の実施形態に係る他の表示装置のうち、タッチバリアパネルがタッチ感知および立体映像表示を共に行うために動作するときの信号印加およびタイミング図をそれぞれ示す図である。すなわち、立体映像表示モードおよびタッチ感知モードがすべてオン状態である場合である。

本発明の実施形態では、立体映像表示モードとタッチ感知モードとがすべてオンである場合には、２つのモードの動作を図１３に示すように時分割して使用する。

図１２では、図８および図１１の特徴をすべて有し、立体映像表示のためのバリアの形成と、タッチの感知とを示している。

図１３ではこれを時間的に区分して駆動することを示しており、図１３の上に示す矩形波形は表示パネル３００の動作周波数を示しており、下に示す矩形波形はタッチバリアパネル１００の動作周波数を示している。

図１３に示すように、例えば、６０Ｈｚで動作する表示パネル３００の場合、タッチバリアパネル１００は一部区間のみでタッチ感知動作が実行され、残りの区間では立体映像表示動作が実行される。一般的に、タッチ感知は、高周波数（ＫＨｚ）で実行されれば十分であるため、図１３に示すように、複数の１Ｈ（水平同期区間）区間ごとにタッチ感知動作が実行されれば十分である。

また、タッチ感知動作はブランク期間に行われてもよく、表示パネル３００が表示動作を行う表示期間に行われてもよい。

その結果、ユーザは立体映像を楽しむことができると同時に、タッチによってユーザが所望する入力信号を提供することもできる。

以上のようなタッチバリアパネル制御部の動作について、図１４を参照しながら詳述する。

図１４は、本発明の実施形態に係る表示装置がタッチ感知および立体映像表示のために駆動するシーケンスを示すフローチャートである。図１４において、ｅｎａｂｌｅは該当モードがオンであることを意味し、電極１、２は上部線状電極を意味し、電極３は下部線状電極を意味する。

タッチバリアパネル制御部５００に電源が印加されて動作が開始すると（Ｓ１）、まず、タッチモードがオンであるかを確認する（Ｓ１０）。

タッチモードがオフである場合には、立体映像表示モードのみが行われるため、上部線状電極（電極１、２）に電圧が印加されてバリアが形成され、下部線状電極（電極３）はオープンされフローティングとなる（Ｓ３０）。その後、上部線状電極（電極１、２）に印加される電圧によってバリアが動作し、立体映像表示が可能となる（Ｓ３１）。

一方、タッチモードがオンである場合には、立体映像表示モードがオンであるかを追加で確認する（Ｓ２０）。立体映像モードがオフである場合には、タッチモードのみが行われるため、下部線状電極（電極３）が駆動電圧が印加される電極として使用され、上部線状電極（電極１、２）が電圧を感知する電極として使用され（Ｓ５０）、バリアとしては動作しない（Ｓ５１）。

下部線状電極（電極３）に駆動電圧が印加されて上部線状電極（電極１、２）では電圧を感知し（Ｓ４２）、上部線状電極（電極１、２）で感知された電圧を参照してタッチの有無を判断する（Ｓ４３）。タッチが感知された場合には、タッチされた座標を生成し（Ｓ４４）、動作を終了する（Ｓ６０）。

一方、タッチモードがオンであり、且つ立体映像表示モードがオンである場合には、下部線状電極（電極３）が駆動電圧が印加される電極として使用され、上部線状電極（電極１、２）が電圧を感知する電極として使用されるタッチモード（Ｓ４０）と共にバリアも動作して立体映像が表示される（Ｓ４１）。

タッチモードは、下部線状（電極３）に駆動電圧が印加されて上部線状電極（電極１、２）では電圧を感知し（Ｓ４２）、上部線状電極（１、２電極）で感知された電圧を参照してタッチの有無を判断する（Ｓ４３）。タッチが感知された場合には、タッチされた座標を生成し（Ｓ４４）、動作を終了する（Ｓ６０）。

このような場合、図１３に示すように、タッチモードの動作と立体映像表示動作とは互いに時間的に分離している。

以下、本発明のさらに他の実施形態について詳述する。

図１５および図１６では、タッチバリアパネル１００の電極構造が変更された実施形態を示している。

図１５および図１６は、本発明の他の実施形態に係る表示装置がそれぞれ立体映像を表示する場合とタッチ感知を行う場合とを示す断面図である。

図１５および図１６の実施形態に係るタッチバリアパネル１００について詳述する。タッチバリアパネル１００は、液晶層１５０、２つの上部電極１２１、および下部線状電極１１１を含む。

タッチバリアパネル１００は、下部基板１１０の上に下部線状電極１１１が形成されており、下部線状電極１１１は、図４に示すように、パネルの長軸方向（または横方向）に延長した線状電極が一定の間隔で配列している。

一方、タッチバリアパネル１００の上部基板１２０の下には、２つの上部電極１２１が形成されている。上部基板１２０の下には、板型構造を有し、上部基板１２０で光が透過する領域の全体を覆う上部板型電極１２１−３が形成されている。上部板型電極の下には、上部板型電極１２１−３を覆う上部絶縁膜１２３が形成されている。上部絶縁膜１２３の下には上部線状電極１２１−１が形成されており、上部線状電極１２１−１は、図３に示すように、パネルの短軸方向（または縦方向）に延長した線状電極が一定の間隔で配列している。その結果、上部線状電極１２１−１と下部線状電極１１１とは、互いに交差する配列をなす。

上部基板１２０と下部基板１１０との間には液晶層１５０が形成されており、電界が印加されないときに水平配列するネガティブ液晶分子１５１を含む。一方、実施形態によっては、電界が印加されないときに垂直配列するポジティブ液晶分子を使用してもよい。このような液晶分子は、垂直電界によって影響を受けないため、使用時に表示品質が低下する問題が発生しない。

図に示してはいないが、液晶層１５０の液晶分子１５１を初期配列させるために、上部基板１２０の上部線状電極１２１と液晶層１５０との間、および下部基板１１０の下部線状電極１１１と液晶層１５０との間に配向膜が形成されていてもよい。

図１５および図１６には示していないが、図２に示すように、タッチバリアパネル１００には第２偏光板１２および第１偏光板１３が外側に取り付けられている。

図１５では、立体映像表示モードに対するタッチバリアパネル１００の断面が示されているため、下部線状電極１１１は電圧が印加されずにフローティングしており、上部線状電極１２１−１と上部板型電極１２１−３とで電界を形成し、液晶層１５０の液晶分子１５１が回転できるように構成されている。上部線状電極１２１−１のうちの一部は上部板型電極１２１−３とは異なる電圧を有して電界を形成し、残りの一部は上部板型電極１２１−３と同じ電圧を有して電界を形成しないようにすることにより、光を透過させる領域と光を透過させない領域とを形成する。本実施形態において、タッチバリアパネル１００はノーマリホワイトであり、電界が形成されない場合には光を透過させる特性を有する。

一方、図１６では、タッチモードに対するタッチバリアパネル１００の断面が示されている。

タッチモードでは、下部線状電極１１１と上部線状電極１２１−１との間に液晶キャパシタが形成され、下部線状電極１１１に印加された電圧によって上部線状電極１２１−１に一定の電圧が印加されるが、タッチが発生すれば該当電圧が変化して、これを感知してタッチの有無を判断する。これにより、上部線状電極１２１−１における電圧変動を感知してタッチの有無を判断する。

本実施形態では、上部板型電極１２１−３も形成されているため、上部板型電極１２１−３の電圧変化によってタッチの有無を判断してもよい。

図１７は、本発明の他の実施形態に係る表示装置の断面図を示す図である。

図１７の実施形態では、上述した実施形態においてタッチバリアパネル１００と表示パネル３００との間に２つの基板１１０、３２０および第２偏光板１２が形成されていたところを、１つの基板１１０’のみを使用して第２偏光板１２を基板の内部に形成した内部偏光板１２’に変更した実施形態を示している。

図１７のような実施形態は、基板１つ分の厚さを除去することによって厚さが減少するだけでなく、フィルム形式の一般偏光板よりも薄い内部偏光板１２を積層形成することにより、さらに薄い表示装置を形成することが可能となる。

内部偏光板１２’は、１００ｎｍ以下の間隔で形成されたアルミニウムなどの金属配線（図示せず）を含み、光を偏光させる特性を有する。このような内部偏光板１２’は、偏光板の厚さを５〜１０μｍ程度に減らすことができる。内部偏光板１２’は、このような実施形態に限定されるものではなく、フィルム形式で取り付けられるものではなく、蒸着工程および現像工程によって基板の一側に形成されるすべての偏光板を含む。

また、図１７では、表示パネル３００で使用される液晶層３５０は垂直配向された液晶層が使用され、共通電極３２４が上部に位置して画素電極３１３が下部に位置する構造を有する。

図１７の構造を詳述すれば、以下のとおりとなる。

本発明の実施形態に係るタッチ感知および立体映像表示兼用表示装置は、表示パネル３００およびタッチバリアパネル１００を含む。

まず、タッチバリアパネル１００について詳述する。タッチバリアパネル１００は、タッチ感知および立体映像表示機能を両方有するパネルであり、液晶層１５０、上部線状電極１２１、および下部線状電極１１１を含む。

タッチバリアパネル１００では、下部基板１１０’の上に下部線状電極１１１が形成されており、下部線状電極１１１は、図４に示すように、パネルの長軸方向（または横方向）に延長した線状電極が一定の間隔で配列している。

一方、タッチバリアパネル１００の上部基板１２０の下には上部線状電極１２１が形成されており、上部線状電極１２１は、図３に示すように、パネルの短軸方向（または縦方向）に延長した線状電極が一定の間隔で配列している。その結果、上部線状電極１２１と下部線状電極１１１とは、互いに交差する配列をなす。

第１密封材１３０によって区画された空間内に液晶層１５０が形成されている。液晶層１５０は、電界が印加されないときに水平配列するネガティブ液晶分子１５１を含むが、実施形態によっては、電界が印加されないときに垂直配列するポジティブ液晶分子を使用してもよい。

図１７には示されていないが、液晶層１５０の液晶分子１５１を初期配列させるために、上部基板１２０の上部線状電極１２１と液晶層１５０との間、および下部基板１１０’の下部線状電極１１１と液晶層１５０との間には配向膜が形成されていてもよい。

また、上部基板１２０の上部面には第１偏光板１３が形成されており、下部基板１１０’の下部面には内部偏光板１２’が形成されている。

内部偏光板１２’の下には、開口領域を有する遮光部材３２１と開口領域に対応するように形成されているカラーフィルタ３２２、および遮光部材３２１とカラーフィルタ３２２とを覆う平坦化膜３２３が形成されている。平坦化膜２３２の下には共通電極３２４が形成されている。

一方、表示パネル３００の下部基板３１０上には絶縁膜３１２が形成されており、その上に第２電極３１３（画素電極とする）が形成されている。第２電極３１３は、１つの画素内で一定の領域を覆う構造を有し、上部の共通電極３２４と共に電界を形成する。

タッチバリアパネル１００の下部基板１１０’と表示パネル３００の下部基板３１０との間の、第２密封材３３０によって区画された空間内に液晶層３５０が形成されている。液晶層３５０は、電界が印加されないときに垂直配列する液晶分子３５１を含む。但し、表示パネル３００で使用される液晶分子３５１は、電界が印加されないときに垂直配列しても、水平配列してもよく、ネガティブまたはポジティブ液晶を使用してもよく、多様な液晶分子を使用してもよい。

表示パネル３００の下には、第３偏光板１１が取り付けられている。

図１７の実施形態で示された表示パネル３００は、垂直電界を利用して液晶分子３５１を回転させる。したがって、図２に示す水平電界を利用して液晶分子３５１を回転させるものと異なる。しかし、本発明の実施形態によっては、表示パネル３００には、液晶表示パネルの他にも多様な表示パネルが使用されてもよい。

また、以上の実施形態では、タッチ感知は、タッチバリアパネル１００の上部線状電極１２１と下部線状電極１１１との間に位置する液晶層１５０によって形成されたキャパシタでタッチによって発生する電圧の変化を感知してタッチの有無を判断したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上部電極と下部電極とが接触によってタッチを感知する場合や、外部から入射する光が遮断されることによってタッチを感知する場合や、スタイラス（ｓｔｙｌｕｓ）のような別途のペンを使用する場合に適用されてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

１００：タッチバリアパネル
３００：表示パネル
１１、１２、１３：偏光板
１２’：内部偏光板
１１１：下部線状電極
１２１：上部線状電極
１２１−３：上部板型電極
１３０、３３０：密封材
１５０、３５０：液晶層
３１１：第１電極
３１３：第２電極、画素電極
３２１：遮光部材
３２２：カラーフィルタ
３２４：共通電極
５００：タッチバリアパネル制御部
５１０：モード選択部
５２０：タッチおよびバリア駆動部
５３０：タッチ駆動部

Claims (10)

1. 表示パネル、
   前記表示パネル上に位置し、液晶層、上部線状電極、下部線状電極、第１偏光板、および第２偏光板を含み、タッチ感知モードまたは立体映像表示モードで動作するタッチバリアパネル、および
   タッチバリアパネル制御部を含み、
   前記上部線状電極と前記下部線状電極とは、前記液晶層を間において互いに交差する方向に延長していることを特徴とする表示装置。
2. 前記液晶層は、電界が印加されないときに水平配列するネガティブ液晶分子を含むことを特徴とする表示装置。
3. 前記タッチバリアパネルはノーマリホワイトであり、
   前記タッチ感知モードでは、前記下部線状電極、前記液晶層、および前記上部線状電極によって形成される液晶キャパシタの電圧変化に基づいてタッチを感知することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記下部線状電極に印加される電圧によって前記上部線状電極に形成される電圧の変化を感知してタッチを感知することを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記タッチバリアパネルはノーマリホワイトであり、
   前記立体映像表示モードでは、前記上部線状電極を２つに区分し、１つの電極には相対的に高い電圧を印加し、他の１つには相対的に低い電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
6. 隣接する前記上部線状電極に同じ電圧が印加された部分では光を透過させ、前記隣接する上部線状電極に異なる電圧が印加された部分では光が遮断されることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記タッチバリアパネルはノーマリホワイトであり、
   前記タッチ感知モードと前記立体映像表示モードとは時間的に分離していることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
8. 表示パネルおよびタッチ感知モードまたは立体映像表示モードで動作するタッチバリアパネルを含み、前記タッチバリアパネルは、上部線状電極、下部線状電極、および液晶層を含む表示装置において、
   前記タッチ感知モードがオンであるかを判断すること、
   前記立体映像表示モードがオンであるかを判断することを含み、
   前記タッチ感知モードおよび前記立体映像表示モードがすべてオンである場合には、時間的に分離して２つのモードをすべて動作させることを特徴とする表示装置の駆動方法。
9. 前記タッチ感知モードがオンである場合、前記下部線状電極、前記液晶層、および前記上部線状電極によって形成される液晶キャパシタの電圧変化に基づいてタッチを感知することを特徴とする請求項８に記載の表示装置の駆動方法。
10. 前記立体映像モードがオンである場合、前記上部線状電極を２つに区分し、１つの電極には相対的に高い電圧を印加し、他の１つには相対的に低い電圧を印加し、前記下部線状電極はフローティングさせることを特徴とする請求項８に記載の表示装置の駆動方法。