JP2014130374A - 液晶表示装置、表示システム、および液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置、表示システム、および液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、映像を表示する液晶パネルと、液晶パネルの下部に配置され液晶パネルに光を提供する第１光源と、液晶パネルと第１光源の間に配置され光の輝度を均一にする第１拡散部材と、液晶パネルの下部に配置され液晶パネル上に位置する物体の形状を認識するための感知信号を液晶パネルに向かって放射する第２光源と、液晶パネル内または液晶パネル下部に位置するセンサを含み、物体で反射された感知信号は第１拡散部材を経由せずセンサに感知される。
【選択図】図５

Description

本発明は液晶表示装置、表示システム、および液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法に関するものである。

液晶表示装置はユーザの便宜のために多様な形態で開発されてきた。例えばユーザと表示装置間において操作が簡単なインターフェースのためにタッチスクリーンパネルが開発された。タッチスクリーンパネルは動作原理によって静電容量式、抵抗膜式および表面超音波方式などに区分され得る。

静電容量式タッチスクリーンパネルは、１個の透明な導電性フィルムまたは透明導電性ガラスに静電容量の充放電状態が反復される中、ペン形態の入力手段であるスタイラス（ｓｔｙｌｕｓ）と導電性フィルムの間に少量の電荷が蓄積されて、この電荷量を入力点から検出して座標値を換算する方式である。そして、抵抗膜式タッチスクリーンパネルは、２個の対向する導電膜に電圧が印加された状態で、ユーザが画面を押して対向する２つの導電膜が接触するようにして、その接触点から発生する電圧または電流変化を検出して接触点の座標値を読む方式である。表面超音波方式は、表示パネルの一方の隅に音波を発射するトランスミッターを設置し、他方の隅にレシーバーを設置し、超音波の進行経路を妨害する地点を認識する方式である。

大韓民国特許出願公開第２００２−０６０６２６号明細書

ユーザと表示装置の間においてさらに操作が簡単であり便利なインターフェースを提供する必要がある。

これに本発明が解決しようとする課題は液晶パネル上の物体の形状を認識できる液晶表示装置を提供することにある。

本発明が解決しようとする他の技術的課題はこのような液晶表示装置を含む表示システムを提供することにある。

本発明が解決しようとするまた他の技術的課題はこのような液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を提供することにある。

本発明の技術的課題は以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないまた他の技術的課題は次の記載から当業者に明確に理解できるものであろう。

前述したような技術的課題を達成するための本発明の一形態による液晶表示装置は、映像を表示する液晶パネルと、前記液晶パネルの下部に配置され前記液晶パネルに光を提供する第１光源と、前記液晶パネルと前記第１光源の間に配置され前記光の輝度を均一にする第１拡散部材と、前記液晶パネルの下部に配置され前記液晶パネル上に位置する物体の形状を認識するための感知信号を前記液晶パネルに向かって放射する第２光源と、前記物体から反射された前記感知信号を感知し、前記物体の形状を認識するセンサを含む。ここで、前記物体で反射した前記感知信号は前記第１拡散部材を経由せず前記センサに感知され得る。

前述したような技術的課題を達成するための本発明の一形態による表示システムは、液晶パネルを通して映像を表わして感知信号を利用して前記液晶パネル上に位置する物体の形状を認識して物体形状情報を提供する液晶表示装置と、前記物体形状情報の入力を受け信号処理する中央処理装置を含む。ここで、前記液晶表示装置は、映像を表示する液晶パネルと、前記液晶パネルの下部に配置され前記液晶パネルに光を提供する第１光源と、前記液晶パネルと前記第１光源の間に配置され前記光の輝度を均一にする第１拡散部材と、前記液晶パネルの下部に配置され前記液晶パネル上に位置する物体の形状を認識するための感知信号を前記液晶パネルに向かって放射する第２光源、および前記物体から反射された前記感知信号を感知し、前記物体の形状を認識するセンサを含む。また前記物体に反射された前記感知信号は前記第１拡散部材を経由せず前記センサに感知され得る。

本発明の他の一実施形態による液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法は、前記液晶パネル上に位置する物体の形状を認識するための感知信号を液晶パネルを経由して放射する段階と、前記液晶パネルを多数のアクティブ領域で区切り、前記アクティブ領域別に前記物体で反射された前記感知信号を感知する段階と、隣接した前記アクティブ領域に対する前記感知信号のうち重畳される部分を補正する段階と、前記補正された感知信号から前記物体の形状情報を出力する段階を含む。

本発明のその他具体的な事項は詳細な説明および図に含まれている。

前述したように本発明による液晶表示装置、表示システム、および液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法によれば、ユーザと表示装置間にさらに操作が簡単であり便利なインターフェースを提供することができる。

本発明の実施形態による表示装置および表示システムを説明するための概念図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の分解斜視図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の一画素の等価回路図である。 図２のIV-IV'線に沿って液晶パネルを切断した断面図である。 図２のIV-IV'線に沿って液晶表示装置を切断した断面図である。 本発明の他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。 本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。 平行透過率を説明するための図である。 本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。 本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。 本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。 本発明のまた他の実施形態による液晶パネルの概念図である。 本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を順次に示した概略図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を順次に示した概略図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を順次に示した概略図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を順次に示した概略図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を順次に示した概略図である。

本発明の利点および特徴、またそれらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照することにより明確になるであろう。しかし、本発明は以下に開示する実施形態に限定されるものではなく、異なる多様な形態で具現することができ、単に本実施形態は本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を開示するためのものであり、本発明は請求項の範囲によってのみ定義される。したがって、いくつかの実施形態で、公知の工程段階、公知素子構造および公知の技術は、本発明が曖昧に解釈されることを避けるために具体的に説明していないものがある。明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を指すものとする。

素子（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）または層が異なる素子または層”上（ｏｎ）”、”接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）”または”カップリングされた（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）”と記載しているものは、他の素子真上に、他の素子と直接連結またはカップリングされた場合、または中間に他の層または他の素子を介在した場合をすべて含む。反面、素子が”直接の上（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）”、”直接接続された（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）”または”直接カップリングされた（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）”と記載するものは、中間に他の素子または層を介在しないものを示す。明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を指すものとする。”および／または”は言及されたアイテムの各々および１つ以上のすべての組合せを含む。

たとえ第１、第２等が多様な素子、構成要素、領域、配線、層および／またはセクションを叙述するために使用されるが、これら素子、構成要素、領域、配線、層および／またはセクションはこれら用語によって制限されないのはもちろんである。これら用語は、単に１つの素子、構成要素、領域、配線、層またはセクションを他の素子、構成要素、領域、配線、層またはセクションと区別するために使用するものである。したがって、以下で言及される第１素子、第１構成要素、第１領域、第１配線、第１階または第１セクションは、本発明の技術的思想内で第２素子、第２構成要素、第２領域、第２配線、第２階または第２セクションであり得ることはもちろんである。

空間的に相対的な用語である”下（ｂｅｌｏｗ）”、”すぐ下（ｂｅｎｅａｔｈ）”、”下部（ｌｏｗｅｒ）”、”上（ａｂｏｖｅ）”、”上部（ｕｐｐｅｒ）”等は、図面に図示されているように、１つの素子または構成要素と異なる素子または構成要素との相関関係を容易に記述するために使用され得る。空間的に相対的な用語は図面に図示されている方向に加えて、使用時または動作時素子の互いに異なる方向を含む用語として理解されなければならない。例えば、実際の素子などの構成要素は、上下関係をひっくり返すことが可能であり、図示されているような素子などの構成要素において、他の素子の”下（ｂｅｌｏｗ）”または”すぐ下（ｂｅｎｅａｔｈ）”と記述された素子が、他の素子の”上（ａｂｏｖｅ）”に位置するように置くことも可能である。したがって、例示的な用語である”下”は、図示した図面の記載における表現であって、実際の構成としては上下関係を含む全ての方向を含み得るものであり、これに伴い空間的に相対的な用語は配向によって解釈され得る。

本明細書で使用された用語は実施形態を説明するためであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数型は特に言及しない限り複数型も含む。明細書で使用される”含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）”および／または”含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は言及された構成要素、段階、動作および／または素子は１つ以上の他の構成要素、段階、動作および／または素子の存在または追加を排除しない。

特に定義していない場合には、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学的用語を含む）は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通に理解できる意味で使用され得るものである。また一般的に使用される辞典に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り理想的にまたは過度に解釈されない。

本明細書で記述する実施形態は本発明の理想的な概略図である断面図を参考にして説明されるものである。したがって、製造技術および／または許容誤差などによって例示図の形態が変形され得る。したがって、本発明の実施形態は図示された特定形態に制限されるものではなく製造工程によって生成される形態の変化も含むものである。例えば、角部分が直角に図示された領域は、ラウンド（円周の一部）か所定曲率を有する形態とすることができる。したがって、図面に例示された領域は概略的な属性を有し、図面に例示された領域の形状は素子の領域の特定形態を例示するためのものであり、発明の範疇を制限するためものではない。

図１を参照して本発明の実施形態による液晶表示装置および表示システムを説明する。図１は本発明の実施形態による液晶表示装置および表示システムを説明するための概念図である。

図１に示すように、本発明の実施形態による表示システム１は液晶表示装置１１と中央処理装置１５を含む。

液晶表示装置１１はユーザにとって操作が簡単である便利なインターフェースを提供する。例えば、ユーザがペン（ＰＥＮ）で液晶表示装置１１の液晶パネルをタッチすれば、液晶表示装置１１はタッチ位置情報を中央処理装置１５に出力することができる。

また、液晶表示装置１１は液晶パネル上に置かれた物体（ｏｂｊｅｃｔ）ＯＢの形状を認識し、物体形状情報を中央処理装置１５に出力することができる。ここで液晶表示装置１１は感知信号、例えば赤外線または超音波を利用して物体ＯＢの形状を認識することができる。すなわち、液晶表示装置１１は液晶パネル前面から感知信号を放射して物体ＯＢから反射する感知信号を感知して物体ＯＢの形状を認識することができる。

中央処理装置１５は液晶表示装置１１から提供されたタッチ位置情報および／または物体形状情報の入力を受け信号処理する。このような中央処理装置１５は、例えばコンピュータであり得る。

このような液晶表示装置１１は液晶パネルと、光または感知信号を放射する光源が具備されるバックライトユニットと、液晶パネル内にまたは液晶パネルの後面に具備され物体から反射される赤外線を感知して物体の形状を認識するセンサを含み得る。

以下に示す具体的な各実施形態によって、本発明による液晶表示装置１１および表示システム１をさらに詳細に説明する。

図２〜図５を参照し、本発明の一実施形態による液晶表示装置を説明する。図２は本発明の一実施形態による液晶表示装置の分解斜視図であり、図３は本発明の一実施形態による液晶表示装置の一画素の等価回路図であり、図４は図２のIV-IV'線に沿って液晶パネルを切断した断面図であり、図５は図２のIV-IV'線に沿って液晶表示装置を切断した断面図である。

まず、図２に示すように、液晶表示装置１１は、液晶パネルアッセンブリ５００と、バックライトユニット６００と、トップシャーシ７００を含む。

液晶パネルアッセンブリ５００は液晶パネル４００と、ゲートドライバ５１０と、データドライバ５２０と、回路基板５３０を含む。

液晶パネル４００は第１表示板１００と、第２表示板２００と、これらの間に介在した液晶層（図示せず）を含む。第１表示板１００には多数のゲートライン（図示せず）、多数のデータライン（図示せず）および多数の画素電極（図示せず）が形成され、第２表示板２００には共通電極（図示せず）が形成される。１つの画素（図示せず）は１つの画素電極と、画素電極に対向する共通電極で構成される。

図３を参照して、１画素ＰＸに対してさらに具体的に説明すれば、画素ＰＸ、例えばｉ番目ゲートラインＧｉとｊ番目データ線Ｄｊに接続された画素ＰＸは、ゲートラインＧｉおよびデータラインＤｊに接続されたスイッチング素子Ｑｐと、これに接続された液晶キャパシタ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）Ｃｌｃおよび維持キャパシタ（ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）Ｃｓｔを含む。液晶キャパシタＣｌｃは第１表示板１００の画素電極ＰＥと、第２表示板２００の共通電極ＣＥを含む。共通電極ＣＥの一部には色フィルタＣＦが形成されている。液晶パネル４００はこのような多数の画素ＰＸを含み映像を表示する。

また、液晶パネル４００は液晶パネル４００上のタッチされたタッチ位置を認識することができる。このような液晶パネル４００に対して図４を参照してさらに詳細に後述する。

ゲートドライバ５１０またはデータドライバ５２０は可撓性印刷回路膜（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｉｌｍ）（図示せず）の上に装着されてテープキャリアパッケージ（ｔａｐｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐａｃｋａｇｅ）の形態で液晶パネル４００に取り付けることができる。また、ゲートドライバ５１０またはデータドライバ５２０を、表示信号線Ｇ１〜Ｇｋ、Ｄ１〜Ｄｊとスイッチング素子Ｑｐなどと共に液晶パネル４００に集積することもできる。

このようなゲートドライバ５１０は、ゲート信号をゲートラインＧ１〜Ｇｋに印加する。ここでゲート信号はゲートオン／オフ電圧発生部（図示せず）から提供されたゲートオン電圧Ｖｏｎとゲートオフ電圧Ｖｏｆｆの組合せから成る。データドライバ５２０は映像データ電圧をデータラインＤ１〜Ｄｊに印加する。

回路基板５３０には、ゲートドライバ５１０の動作を制御するゲート制御信号ＣＯＮＴ２を生成する回路と、データドライバ５２０の動作を制御するデータ制御信号ＣＯＮＴ１を生成する回路が実装される。例えば、タイミングコントローラが実装され得る。

このような液晶パネルアッセンブリ３００は、バックライトユニット６００上部に位置して光を提供されて映像を表示する。

バックライトユニット６００は、サイド部材６１０、第１拡散部材６２０、光を放射する第１光源６３０、感知信号を放射する第２光源ＩＲＬＥＤ、およびセンサＳＥＮを含み得る。

サイド部材６１０は、液晶パネルアッセンブリ５００を支持し、第１拡散部材６２０、第１光源６３０、第２光源ＩＲＬＥＤおよびセンサＳＥＮを収納する。サイド部材６１０の内側面は、第１光源６３０および第２光源ＩＲＬＥＤから放射された光および感知信号を反射する機能を有するように構成できる。またはサイド部材６１０の内側面に反射板をさらに取り付けることができる。

第１拡散部材６２０は第１光源６３０の上部に設置され、第１光源６３０から発生した光の輝度均一性を向上させる役割を果たすことができる。

第１光源６３０は液晶パネル４００後面に具備され光を放射する。このような第１光源６３０は冷陰極光源（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）、外部電極蛍光ランプ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＥＥＦＬ）または熱陰極光源（Ｈｏｔ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＨＣＦＬ）で構成することができる。図示していないが、第１光源６３０は発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）で構成することができる。このような第１光源６３０は可視光線だけでなく赤外線も放射することができる。

第２光源ＩＲＬＥＤは、液晶パネル４００後面に具備され感知信号、例えば赤外線または超音波を放射する。赤外線は０．７５μｍ以上の長波長を有する光線である。このような赤外線は、液晶パネル４００前面の物体ＯＢの形状を認識するために利用される。すなわち、赤外線は波長が長く液晶パネル４００を貫通するようになり、液晶パネル４００を貫通した赤外線のうち、一部が液晶パネル４００前面の物体ＯＢに到達して反射される。図２では、光を放射する第１光源６３０と、感知信号を放射する第２光源ＩＲＬＥＤを分離し図示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１光源６３０と第２光源ＩＲＬＥＤが組合せられた１つの光源であって可視光線および感知信号を同時に放射する場合を含む。第１光源６３０および第２光源ＩＲＬＥＤは１つのボードに形成されて動作する構成とすることができる。

センサＳＥＮは液晶パネル４００後面に設けられ、物体ＯＢから反射された感知信号を感知し、液晶パネル４００前面の物体ＯＢの形状を認識するように構成される。このようなセンサＳＥＮは、例えば赤外線センサとすることができる。センサＳＥＮは、物体形状情報を図１の中央処理装置１５に出力するように構成できる。図２には多数のセンサＳＥＮが配列された場合が図示されているが、センサＳＥＮの個数および配列位置はセンサＳＥＮの感度に応じて変更することができる。

ボトムシャーシ６４０は、サイド部材６１０、第１拡散部材６２０、第１光源６３０、第２光源ＩＲＬＥＤおよびセンサＳＥＮを収納する。ボトムシャーシ６４０およびトップシャーシ７００は、液晶パネルアッセンブリ５００およびバックライトユニット６００を収納する。トップシャーシ７００はフック結合（図示せず）および／またはねじ結合（図示せず）によってボトムシャーシ６４０と締結することができる。

前述したように、液晶パネル４００は液晶パネル４００のタッチされたタッチ位置を感知するタッチスクリーンパネル（ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ ｐａｎｅｌ）とすることができる。図４を参照して、このような液晶パネル４００に対してさらに詳しく説明する。タッチスクリーンパネルは、動作原理によって静電容量式、抵抗膜式および表面超音波方式などに区分され、以下では液晶パネル４００が抵抗膜式パネルの場合を例にあげて説明するが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。

まず、第１表示板１００に対して説明する。絶縁基板１０の上にゲート電極２６が形成される。また、絶縁基板１０の上にはゲート電極２６と分離されて突起の形態で成る第１タッチセンサ電極２９が形成されている。第１タッチセンサ電極２９はタッチセンサの１端子であり、第１タッチセンサパッド８４とコンタクトホール７２を通じて接続され、外部圧力が印加される場合、後述するタッチセンサスペーサ９２上の共通電極９０と通電されてタッチされた位置情報を提供する。

ゲート電極２６および第１タッチセンサ電極２９の上に窒化ケイ素ＳｉＮｘなどから成るゲート絶縁膜３０が形成される。

ゲート絶縁膜３０の上には、水素化非晶質ケイ素（ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）または多結晶ケイ素などから成る半導体層４０が形成される。

半導体層４０の上には、シリサイド（ｓｉｌｉｃｉｄｅ）またはｎ型不純物が高濃度でドーピングされているｎ＋水素化非晶質ケイ素などの物質で作られた抵抗性接触層５５、５６が形成される。

抵抗性接触層５５、５６およびゲート絶縁膜３０の上には、データ線６２およびドレーン電極６６が形成される。ソース電極６５は、データ線６２から半導体層４０の上部まで延長され形成される。ドレーン電極６６は、ソース電極６５と分離されており、ゲート電極２６を中心としてソース電極６５と対向するように半導体層４０上部に位置する。図３のスイッチング素子は、ゲート電極２６、ソース電極６５およびドレーン電極６６で構成される。ドレーン電極６６は半導体層４０上部の棒型パターンと、棒型パターンから延長され広い面積を有し、コンタクトホール７６が位置するドレーン電極拡張部６７を含む。

第２タッチセンサ電極６３は、ゲート絶縁膜３０の上に形成され、タッチセンサの１端子であって、第２タッチセンサパッド８５とコンタクトホール７３によって接続され、タッチされた場合、後述したタッチセンサスペーサ９２上の共通電極９０と通電されて外部圧力が印加される位置情報を提供する。外部タッチが加えられたタッチ位置に対して、第１タッチセンサ電極２９は横方向座標を、第２タッチセンサ電極６３は縦方向座標を提供するように構成できる。

ソース電極６５、ドレーン電極６６および第２タッチセンサ電極６３の上に保護膜７０が形成される。

保護膜７０の上には、コンタクトホール７６によってドレーン電極６６と電気的に接続された画素電極８２が形成されている。映像データ電圧が印加された画素電極８２は、共通電極９０と共に電気場を生成することによって画素電極８２と共通電極９０の間の液晶層３００の液晶分子の配列を決定する。

そして保護膜７０の上には、コンタクトホール７２、７３を通じて各々第１タッチセンサ電極２９と第２タッチセンサ電極６３と接続されている第１タッチセンサパッド８４および第２タッチセンサパッド８５が形成されている。

次に第２表示板に対して説明する。絶縁基板９６の上に光漏れを防止するためのブラックマトリックス９４と赤色、緑色、青色の色フィルタ９８が形成されている。

ブラックマトリックス９４の上にはタッチセンサスペーサ９２が形成されている。

ブラックマトリックス９４、色フィルタ９８およびタッチセンサスペーサ９２の上には、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）などの透明な導電物質で構成される共通電極９０が形成されている。

そして共通電極９０の上には、支持スペーサ９３が形成される。ここで支持スペーサ９３は第１表示板１００と第２表示板２００の間を支持して一定のセルギャップ（ｃｅｌｌ ｇａｐ）を形成する。

外部タッチが加えられない初期状態で、タッチセンサスペーサ９２は第１表示板１００と分離されており、外部圧力が印加される場合、タッチセンサスペーサ９２上の共通電極９０が第１タッチセンサパッド８４および第２タッチセンサパッド８５と接触して通電される。これによって、液晶表示装置１１はタッチ位置を認識するようになり、タッチ位置情報を中央処理装置に出力することができる。

次に、図５を参照して、液晶表示装置１１が液晶パネル４００上に位置する物体ＯＢの形状を認識する動作に対して詳細に説明する。

図５に示すように、前述した第１光源６１０＿１、６１０＿２、６１０＿３、６１０＿４、第２光源ＩＲＬＥＤ＿１、ＩＲＬＥＤ＿２、ＩＲＬＥＤ＿３およびセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２は、液晶パネル４００下部に設けられる。

さらに具体的に、第１光源６１０＿１、６１０＿２、６１０＿３、６１０＿４は、液晶パネル４００の下部に配置され液晶パネル４００に光を提供する。第１拡散部材６２０は、液晶パネル４００と第１光源６１０＿１、６１０＿２、６１０＿３、６１０＿４の間に配置され、光の輝度均一性を向上させる。第２光源ＩＲＬＥＤ＿１、ＩＲＬＥＤ＿２、ＩＲＬＥＤ＿３は液晶パネル４００の下部、さらに具体的には、第１拡散部材６２０の下部に配置され、液晶パネル４００上に位置する物体ＯＢの形状を認識するための感知信号を液晶パネル４００に向かって放射する。第２光源ＩＲＬＥＤ＿１、ＩＲＬＥＤ＿２、ＩＲＬＥＤ＿３から放射された感知信号は、液晶パネル４００を貫通して液晶パネル４００上の物体ＯＢに接触して反射される。

センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２は液晶パネル４００下部に、具体的には、第１拡散部材６２０上に配置される。したがって、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２は、物体ＯＢに反射された感知信号が第１拡散部材６２０を通過する前、または第１拡散部材６２０に吸収される前に、感知信号を感知することによって感度を高めることができる。センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２は、反射された感知信号を感知して物体ＯＢの形状を認識し、物体形状情報を中央処理装置に出力することができる。ここで、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２の配列位置、数および実装の深さＤは、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２の視野角（θ）によって決定することができる。センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２の実装深さＤが深くなるほど、液晶パネル４００上部でセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２を認識することは難しいが、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２が反射してくる感知信号を感知する感度が低くなる。このような点を考慮して、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２の実装の深さＤを決定することができる。ここで、実装の深さＤはセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２とその上部に位置する部材との離間距離をいう。例えばセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２の実装の深さＤは１００ｍｍ以下とすることができる。

センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２は赤外線だけを感知する赤外線フィルタを備える構成とすることができる。赤外線フィルタを通して、例えば波長が７００ｎｍ以上である長波の赤外線だけを感知するように構成できる。

前述したように、本発明の一実施形態による液晶表示装置１１は、液晶パネル４００上のタッチされた位置を感知できるタッチスクリーン機能だけでなく、液晶パネル４００上の物体の形状を認識できる機能を有している。したがって、ユーザと液晶表示装置１１間のインターフェースが、さらに操作が簡単でありユーザにとって便利になる。ただし、本発明の一実施形態による液晶表示装置１１は、これに限定されるものではなく、タッチスクリーン機能および形状認識機能のうちいずれか１つだけを有することができる。例えば、物体の形状を認識することができるものであって、タッチスクリーンパネルではないものを用いることができる。

図６を参照して、本発明の他の実施形態による液晶表示装置に対して説明する。図６は、本発明の他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。説明の便宜上、図５の実施形態の図面に示した各部材と同一機能を有する部材は同一符号で示し、したがってその説明は省略し、以下、差異点を中心に説明する。

図６に示すように、第１拡散部材６２１に少なくとも１つのホールＨ＿１、Ｈ＿２が形成されて、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２は第１拡散部材６２１に形成されたホールＨ＿１、Ｈ＿２内に挿入されている。したがってセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２は、物体ＯＢに反射された感知信号が第１拡散部材６２１を通過する前、または第１拡散部材６２１に吸収される前に感知信号を感知する。すなわち、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２は、物体ＯＢに反射された感知信号が第１拡散部材６２１を経由する前に感知信号を感知する。

ホールＨ＿１、Ｈ＿２のサイズは、液晶パネル４００上部から視認されないように調節することが好ましく、またセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２のサイズにより変更される。例えば、ホールＨ＿１、Ｈ＿２の直径は５ｍｍ以下とすることができる。

図７を参照して、本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置に対して説明する。図７は、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。図５と同一の機能をする構成要素に対しては同一の図面符号を使用して、説明の便宜上該当構成要素に対する詳細な説明は省略し、以下、差異点を中心に説明する。

図７を参照すれば、第２拡散部材６５０が液晶パネル４００と第１拡散部材６２０の間に配置されている。さらに具体的には、第２拡散部材６５０は液晶パネル４００の底面に配置されている。

第１拡散部材６２０は、第１光源６１０＿１、６１０＿２、６１０＿３、６１０＿４から発散された光を拡散して液晶パネル４００に提供し、液晶パネル４００上部で第１および第２光源６１０＿１、６１０＿２、６１０＿３、６１０＿４、ＩＲＬＥＤ＿１、ＩＲＬＥＤ＿２、ＩＲＬＥＤ＿３が視認されないようにする。第２拡散部材６５０は、液晶パネル４００上部でセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２が視認されないようにし、光を拡散して液晶パネル４００に提供する。

この時、第２拡散部材６５０の平行透過率（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）は、第１拡散部材６２０の平行透過率より高くなり得る。ここで平行透過率は次のように算出することができる。すなわち、図８に図示されたように、光Ｌが拡散部材Ｍに入射して透過する時、透過する光は、全方向に放射される。この時、透過した光Ｌの全体輝度Ｔｔに対する入射方向から５度以内に放射される光Ｌの輝度Ｔｐの比率を平行透過率という。

物体によって反射された感知信号、例えば赤外線が改めて第２拡散部材６５０を通過してセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２に入力されるため、第２拡散部材６５０の平行透過率は高いほど良い。ただし、第２拡散部材６５０の平行透過率が非常に高い場合、液晶パネル４００上部でセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２が視認される問題が発生するため、第２拡散部材６５０の平行透過率は所定範囲、例えば２５〜３５％とすることができる。ただし、第２拡散部材６５０の平行透過率はセンサの実装の深さＤ、センサの視野角（θ）に応じ調節され得る。

図９を参照して本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置を説明する。図９は本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。図７に図示された構成要素と同一の機能をする構成要素に対しては同一の図面符号を使用し、説明の便宜上、該当構成要素に対する詳細な説明は省略して、以下、差異点を中心に説明する。

図９に示すように、本実施形態による液晶表示装置１３において、第２拡散部材６５０が液晶パネル４００上部に設けられる。第２拡散部材６５０は、液晶パネル４００上部でセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２が視認されないようにする。

前述したように、第２拡散部材６５０の平行透過率（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）は、第１拡散部材６２０の平行透過率より高くなり得る。第２拡散部材６５０の平行透過率は所定範囲、例えば２５〜３５％であり得る。ただし、第２拡散部材６５０の平行透過率はセンサの実装の深さＤ、センサの視野角（θ）に応じ調節され得る。

図１０を参照して、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置を説明する。図１０は、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。図６に図示された構成要素と同一の機能をする構成要素に対しては同一の図面符号を使用し、説明の便宜上、該当構成要素に対する詳細な説明は省略し、以下、差異点を中心に説明する。

図１０に示すように、第２拡散部材６５０が、液晶パネル４００と第１拡散部材６２０の間に配置されている。さらに具体的には、第２拡散部材６５０は液晶パネル４００の底面に配置されている。第２拡散部材６５０は液晶パネル４００上部でセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２およびホールＨ＿１、Ｈ＿２が視認されないようにする。

第２拡散部材６５０の平行透過率（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）は、第１拡散部材６２０の平行透過率より高くなり得る。第２拡散部材６５０の平行透過率は所定範囲、例えば２５〜３５％であり得る。ただし、第２拡散部材６５０の平行透過率はセンサの実装の深さＤ、センサの視野角（θ）に応じて調節することができる。

図１１を参照して、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置を説明する。図１１は、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。図１０に図示された構成要素と同一の機能をする構成要素に対しては同一の図面符号を使用し、説明の便宜上、該当構成要素に対する詳細な説明は省略し、以下、差異点を中心に説明する。

図１１に示すように、第２拡散部材６５０は液晶パネル４００上部に設けられる。第２拡散部材６５０は液晶パネル４００上部から、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２およびホールＨ＿１、Ｈ＿２が視認されないようにする。

第２拡散部材６５０の平行透過率（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）は、第１拡散部材６２０の平行透過率より高くなり得る。第２拡散部材６５０の平行透過率は所定範囲、例えば２５〜３５％とすることができる。ただし、第２拡散部材６５０の平行透過率はセンサの実装の深さＤ、センサの視野角（θ）に応じて調節することができる。

図１２および図１３を参照して、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置に対して説明する。図１２は、本発明のさらに他の実施形態による液晶パネルの概念図であり、図１３は本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。図５と同一の機能をする構成要素に対しては同一の図面符号を使用し、説明の便宜上、該当構成要素に対する詳細な説明は省略し、以下、差異点を中心に説明する。

図１２および図１３に示すように、本実施形態のセンサＳＥＮが液晶パネル４０２内部に形成される。例えば、図１２に図示したように、センサＳＥＮは画素ＰＸの間に配置され得る。このようなセンサＳＥＮは、液晶パネル４０２を構成する第１表示板および第２表示板のうちいずか１つに形成され得る。例えば、センサＳＥＮは薄膜トランジスタアレイ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｒｒａｙ）が形成された第１表示板上に図３のスイッチング素子Ｑｐが形成されると同時に形成され得る。

第２光源ＩＲＬＥＤ＿１、ＩＲＬＥＤ＿２、ＩＲＬＥＤ＿３から放射された感知信号は、液晶パネル４０２上に位置する物体ＯＢから反射されて液晶パネル４０２内部のセンサＳＥＮによって感知される。センサＳＥＮは物体形状情報をセンサライン（ＳＬ（ｋ−１）、ＳＬｋ、ＳＬ（ｋ＋１））を通じて中央処理装置（図１の１５参照）に出力することができる。

以下、図１４〜図１８を参照して、本発明の一実施形態による液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を説明する。ここで図１４〜図１８は本発明の一実施形態による液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法を順次に示した概略図である。説明の便宜のために図５に図示された液晶表示装置を共に利用して説明する。

まず、図５に示すように、第２光源ＩＲＬＥＤ＿１、ＩＲＬＥＤ＿２、ＩＲＬＥＤ＿３は液晶パネル４００上に位置する物体ＯＢの形状を認識するための感知信号を液晶パネル４００に向かって放射する。液晶パネル４００を経由した感知信号は、物体ＯＢに反射されてセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２に感知される。

センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２によって感知された感知信号は、一定の補正段階を経て物体ＯＢの完成された形状情報を中央処理装置（図１の１５）に出力する。

以下、センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２が感知信号を感知する方法と感知された感知信号を補正する方法に対して具体的に説明する。

図１４に示すように、液晶パネル４００は多数のアクティブ領域ＡＡ、ＡＢ、ＡＣで区切られており、各アクティブ領域ＡＡ、ＡＢ、ＡＣに対応して多数のセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２、ＳＥＮ＿３が配置されている。本実施形態では例えば３個のアクティブ領域と３個のセンサを利用して説明するが、本発明がこのような個数に限定されるものではない。

具体的に、液晶パネル４００は第１アクティブ領域ＡＡ、第２アクティブ領域ＡＢおよび第３アクティブ領域ＡＣで区切られ、第１アクティブ領域ＡＡを通過する感知信号を感知するための第１センサＳＥＮ＿１と、第２アクティブ領域ＡＢを通過する感知信号を感知するための第２センサＳＥＮ＿２、第３アクティブ領域ＡＣを通過する感知信号を感知するための第３センサＳＥＮ＿３が設けられている。

第１センサＳＥＮ＿１が感知信号を感知できる領域、すなわち第１感知領域ＰＡは第１アクティブ領域ＡＡを含み、第１アクティブ領域ＡＡより広い面積を有する。第２センサＳＥＮ＿２が感知信号を感知できる領域、すなわち第２感知領域ＰＢは第２アクティブ領域ＡＢを含み、第２アクティブ領域ＡＢより広い面積を有する。第３センサＳＥＮ＿３が感知信号を感知できる領域、すなわち第３感知領域ＰＣは第３アクティブ領域ＡＣを含み、第３アクティブ領域ＡＣより広い面積を有する。

したがって、図１４に図示されたように第１感知領域ＰＡ、第２感知領域ＰＢおよび第３感知領域ＰＣのうち隣接する領域間に互いに重畳することによって、すべての感知信号が第１センサＳＥＮ＿１、第２センサＳＥＮ＿２および第３センサＳＥＮ＿３によって感知され得る。

続いて、同一の感知信号が、複数のセンサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２、ＳＥＮ＿３によって感知される場合、感知信号うち重畳する部分を補正する。すなわち、各感知領域ＰＡ、ＰＢ、ＰＣに対する感知信号のうち、各アクティブ領域ＡＡ、ＡＢ、ＡＣに対する感知信号だけを抽出する。

具体的に、図１５に示すように、液晶パネル４００上の第１アクティブ領域ＡＡに第１テスト映像、例えばホワイト（ｗｈｉｔｅ）を出力し、第１アクティブ領域ＡＡを除いた残りの領域に第２テスト映像、例えばブラック（ｂｌａｃｋ）を出力する。第１センサＳＥＮ＿１は第１感知領域ＰＡに対して第１テスト映像および第２テスト映像を感知する。

続いて、図１６に示すように、第１感知領域ＰＡに対する第１テスト映像の座標と第２テスト映像の座標を認識する。ここで、第１テスト映像の座標は第１アクティブ領域ＡＡの座標と実質的に同一である。

同様に、図１７に示すように、第２センサＳＥＮ＿２は第２感知領域ＰＢに対して第１テスト映像および第２テスト映像を感知する。また、図示していないが第３センサＳＥＮ＿３も同一の作業を遂行する。

図１８に示すように、各センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２、ＳＥＮ＿３によって収集された第１および第２テスト映像中第１テスト映像だけを抽出して組み合わせることにより全体映像が完成する。

このように、各センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２、ＳＥＮ＿３は、第１テスト映像の座標を利用して、各アクティブ領域ＡＡ、ＡＢ、ＡＣに対する感知信号を抽出する。すなわち、各センサＳＥＮ＿１、ＳＥＮ＿２、ＳＥＮ＿３は各感知領域ＰＡ、ＰＢ、ＰＣに対して感知信号を感知した後、感知信号のうち第２テスト映像の座標に該当する部分を除去して、第１テスト映像の座標に該当する部分を抽出した後、これを組み合わせることにより物体の完成された形状情報を出力する。

以上、添付した図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施することができる。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないものとして理解しなければならない。

本発明は液晶表示装置、表示システム、および液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法に適用することができる。

１ 表示システム
１１ 液晶表示装置
１５ 中央処理装置
１００ 第１表示板
２００ 第２表示板
３００ 液晶層
４００ 液晶パネル
５００ 液晶パネルアッセンブリ
５１０ ゲートドライバ
５２０ データドライバ
６００ バックライトユニット
６１０ サイド部材
６２０ 第１拡散部材
６３０ 第１光源
６４０ ボトムシャーシ
６５０ 第２拡散部材
７００ トップシャーシ
ＩＲＬＥＤ 第２光源
ＳＥＮ センサ

Claims (22)

1. 映像を表示する液晶パネルと、
   前記液晶パネルの下部に配置され前記液晶パネルに光を提供する第１光源と、
   前記液晶パネルと前記第１光源の間に配置され前記光の輝度を均一にする第１拡散部材と、
   前記液晶パネルの下部に配置され前記液晶パネル上に位置する物体の形状を認識するための感知信号を前記液晶パネルに向かって放射する第２光源と、
   前記物体から反射された前記感知信号を感知し、前記物体の形状を認識するセンサと、
   を含み、前記物体で反射された前記感知信号は前記第１拡散部材を経由せず前記センサに感知される、液晶表示装置。
2. 前記センサは前記第１拡散部材上に配置されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記センサは前記第１拡散部材に形成されたホール内に挿入されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記センサは前記液晶パネルを構成するスイッチング素子と一緒に前記液晶パネル内に形成されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶パネルと前記第１拡散部材の間または前記液晶パネル上に配置された第２拡散部材をさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記第２拡散部材は前記第１拡散部材より平行透過率（光が拡散部材に入射して透過する時、透過した全体輝度に対する入射方向から５度以内に放射される光の輝度の比率を平行透過率と称す）が高い、請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第２拡散部材の平行透過率は２５−３５％である、請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記センサと前記液晶パネルの間の離間距離は１００ｍｍ以下である、請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記感知信号は赤外線または超音波である、請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記センサは波長７００ｎｍ以上の赤外線を感知する赤外線フィルタを具備する、請求項１に記載の液晶表示装置。
11. 前記液晶パネルは前記液晶パネル上にタッチされた位置を認識するタッチスクリーンパネルである、請求項１に記載の液晶表示装置。
12. 液晶パネルによって映像を表示し、感知信号を利用して前記液晶パネル上に位置する物体の形状を認識し、物体形状情報を提供する液晶表示装置と、
    前記物体形状情報の入力を受け信号を処理する中央処理装置と、
    を含み、前記液晶表示装置は、映像を表示する液晶パネルと、前記液晶パネルの下部に配置され前記液晶パネルに光を提供する第１光源と、前記液晶パネルと前記第１光源の間に配置され前記光の輝度を均一にする第１拡散部材と、前記液晶パネルの下部に配置され前記液晶パネル上に位置する物体の形状を認識するための感知信号を前記液晶パネルに向かって放射する第２光源、および前記物体から反射された前記感知信号を感知し、前記物体の形状を認識するセンサを含み、
    前記物体で反射された前記感知信号は前記第１拡散部材を経由せず前記センサに感知される表示システム。
13. 前記センサは前記第１拡散部材上に配置された、請求項１２に記載の表示システム。
14. 前記センサは前記第１拡散部材に形成されたホール内に挿入された、請求項１２に記載の表示システム。
15. 前記センサは前記液晶パネルを構成するスイッチング素子と一緒に前記液晶パネル内に形成された、請求項１２に記載の表示システム。
16. 前記液晶パネルと前記第１拡散部材の間または前記液晶パネル上に配置された第２拡散部材をさらに含み、
    前記第２拡散部材は前記第１拡散部材より平行透過率（光が拡散部材に入射して透過する時、透過した全体輝度に対する入射方向から５度以内に放射される光の輝度の比率を平行透過率と称す）が高い、請求項１２に記載の表示システム。
17. 前記液晶パネル上に位置する物体の形状を認識するための感知信号を液晶パネルを経由して放射する段階と、
    前記液晶パネルを多数のアクティブ領域で区切り、前記アクティブ領域別に前記物体に反射された前記感知信号を感知する段階と、
    隣接した前記アクティブ領域に対する前記感知信号のうち重畳される部分を補正する段階と、
    前記補正された感知信号から前記物体の形状情報を出力する段階と、
    を含む液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法。
18. 前記感知信号を感知する段階は、前記アクティブ領域ごとに前記各アクティブ領域より広い感知領域に対して前記感知信号を感知する段階である、請求項１７に記載の液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法。
19. 前記補正する段階は、前記各アクティブ領域より広い感知領域に対して前記感知信号を感知した後、前記アクティブ領域に対する前記感知信号だけを抽出する、請求項１７に記載の液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法。
20. 前記補正する段階は、
    特定アクティブ領域に第１テスト映像を出力する段階と、
    前記特定アクティブ領域を除いた残りのアクティブ領域に第２テスト映像を出力する段階と、
    前記特定アクティブ領域より広い特定感知領域に対して前記第１および第２テスト映像を感知する段階と、
    前記各アクティブ領域に対する前記感知信号のうち前記第２テスト映像の座標に対応する部分を除去する段階と、
    を含む、請求項１９に記載の液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法。
21. 前記形状情報を出力する段階は、前記各アクティブ領域に対する前記感知信号のうち前記第１テスト映像の座標に対応する部分を抽出する、請求項２０に記載の液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法。
22. 前記感知信号は赤外線または超音波である、請求項１７に記載の液晶表示装置を利用した物体形状の認識方法。