JP4429808B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に指等の指示器が液晶表示装置の表面を指示したときに、発生する静電容量に基づいて指示位置を検出する液晶表示装置に関するものである。

従来より携帯端末や銀行の自動預金支払機など、表示画面に指等の指示器を用いてタッチすることで入力を行う装置は広く知られている。この中でも、抵抗膜方式の指示位置検出装置が広く使われている。
抵抗膜方式の指示位置検出装置は、２枚の透明抵抗膜からなるタッチパネルを有しており、表示装置上に配置する。操作者は表示装置に表示された内容を確認するとともに、あたかもこの表示装置の上を触るようにタッチパネルから入力を行うものである。このように、表示装置とタッチパネルとが重なっているために、光の透過率が減少してしまい、表示装置の表示品質が低下してしまうという問題があった。

この問題を解決するため、表示装置に液晶を用い、液晶表示装置自体を指示位置検出に使用する入力機能付きの液晶表示装置が良く知られており、多くの提案をみるところである（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に示した従来型の液晶表示装置を図面を用いて説明する。図５は、特許文献１に示した従来技術の液晶表示装置を示す構成図である。図６は、特許文献１に示した従来技術の液晶表示装置を示す原理図である。
図５において、７０は偏光板、７１は透明基板、７２はカラーフィルタ、７３は対向導電膜、７４は液晶材料、７５はＴＦＴアレイ、７７は拡散シート、７８はバックライトである。
図６において、５１は交流電源、５２は抵抗、５３は交流電源５１より流れ出す電流、６３は指、６４は指を表す等価的なインピーダンス、６５はインピーダンス６４からGNDに流れる電流である。なお、図６において図５と同一の構成には同一の番号を付与している。

一般にＴＦＴ型の液晶表示装置は、カラーフィルタ、対向導電膜を形成した上側の透明基板と、ＴＦＴアレイを形成した下側の透明基板との間に液晶材料を充填した構成をとる。これを模式的に表したのが図５である。

特許文献１に示した従来技術の液晶表示装置は、面状に一様な抵抗体で対向導電膜７３を形成し、指等の指示器が液晶表示装置の表面を指示したときに発生する静電容量結合を検出することにより指示位置を特定するものである。

以下に検出の手順を説明する。まず、液晶表示装置に、通常の画像表示を行う表示期間とは別に指示位置検出を行う検出期間を設ける。表示期間においては、表示画像に基づく駆動信号をＴＦＴアレイ７５、対向導電膜７３に印加する。また、検出期間においては、図６に示すごとく、対向導電膜７３の４角に、同相同電位の交流電圧を加する交流電源５１、電流を検出するための抵抗５２を接続した構成をとる。
指６３による指示が行われていない場合は、インピーダンス６４は存在せず、４つの交流電源５１は均衡が保たれ、電流５３は流れない。
指６３による指示が行われた場合は、指示位置にインピーダンス６４が発生し、電流５３が流れこみ、インピーダンス６４を経由して電流６５となりGNDへ流れる。電流５３は
、指示位置と、交流電圧を印加する地点との間の抵抗値に依存しているため、一様な抵抗体である対向導電膜７３上の指示位置は、４つの電流５３より特定できる。

特開２００３−６６４１７号公報（第３−７頁、第１図、第４図）

しかしながら、特許文献１に示した従来技術の液晶表示装置は、ＴＦＴ型の液晶表示装置の対向導電膜を利用したものであって、対向導電膜を持たないＴＦＴ型以外のさまざまな液晶表示装置には適用できないという欠点があった。

本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、表示特性の劣化を招かず、軽量で小型化に適した、さまざまな液晶表示装置に適用できる、指示位置検出が可能な液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は下記に示す構造を採用する。

第１の透明導電体が形成された第１の透明基板と、第２の透明導電体が形成された第２の透明基板との間に液晶材料を充填した液晶表示装置であり、指示器が液晶表示装置の表面を指示したときに、第1の透明導電体もしくは第２の透明導電体と指示器との間の静電容量に基づいて指示位置を検出する液晶表示装置において、
第１の透明導電体は、第１の透明基板に一定の間隔を有し複数設け、隣接する第１の透明導電体同士を開閉する第１のスイッチ手段と、第１の透明導電体に交流信号を印加する交流駆動手段と、第１の透明導電体に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段から得た電流値に基づき指示位置を算出する座標算出手段と、 交流駆動手段と第１の透明導電体との接続を切り換えるマルチプレクサと、第１のスイッチ手段とマルチプレクサとを制御する制御手段と、を有し、第１のスイッチ手段を制御し、複数の第１の透明導電体からなる１つの電流経路を作成し、電流経路上の指示位置を検出することを特徴とする。

液晶表示装置は、第１の透明導電体は、長さ方向に対し一様な抵抗値を有することを特徴とする。

液晶表示装置は、第２の透明導電体は、第２の透明基板に一定の間隔を有し複数設け、一定の電位を発生する定電位発生手段を有し、隣接する第２の透明導電体同士を開閉する第２のスイッチ手段と、第２の透明導電体と定電位発生手段とを接続する第３のスイッチ手段とを有し、第１のスイッチ手段の制御に伴って、第２のスイッチ手段と第３のスイッチ手段とを制御し、第２の透明導電体に所望の電位を印加することを特徴とする。

液晶表示装置は、第１の透明基板は、第２の透明基板の上部に位置することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置によれば、隣接する第１の透明導電体同士を接続もしくは切り離す第１のスイッチ手段を設けたことによって、この第１のスイッチ手段を制御し、複数の第１の透明導電体からなる１つの電流経路を作成することができ、対向導電膜を待たない液晶表示装置でも指示位置検出ができる。

また、交流駆動手段と第１の透明導電体との接続を切り換えるマルチプレクサを設けた
ことによって、部分的な領域に対する指示位置検出ができる。

さらに、第１の透明導電体は、長さ方向に対し一様な抵抗値としたことにより指示位置の算出を簡単にできる。

また、一定の電位を発生する定電位発生手段と、第２のスイッチ手段と、第３のスイッチ手段とを設けたことにより、第２の透明導電体に所望の電位を印加でき、精度の良い指示位置検出ができる。

以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１は、本発明の液晶表示装置の構成図であり、図２は、本発明の液晶表示装置の断面図であり、図３は、本発明の液晶表示装置の指示位置検出の模式図であり、図４は本発明の液晶表示装置の検出領域を変えた構成図である。

[構造説明：図１、図２、図３]
まず、本発明の液晶表示装置の構成を図１と図２と図３とを用いて説明する。
図１において、１はＳＴＮ型液晶表示パネル、２は第１の透明導電体、３は第２の透明導電体、４は第１のスイッチ手段、５は第２のスイッチ手段、６は第３のスイッチ手段、７はマルチプレクサ、８は電流検出手段、９は座標算出手段、１０は交流駆動手段、１１は制御手段、１２は定電位発生手段である。
図１に示す本発明の液晶表示装置は、第１の透明導電体２は６本、第２の透明導電体３は５本ある場合を例にしている。
第１のスイッチ手段４、第２のスイッチ手段５、第３のスイッチ手段６は、機械的、もしくは電気的にスイッチングを行うものであって、例えば、機械式接点開閉装置や半導体スイッチング素子などを用いることができる。図１に示した例では、表示を簡略化するために、単に開閉記号として表示している。

図２において、２０は第１の透明基板、２１は第２の透明基板、２２は液晶材料である。
図３において、２５は指示器である。図３においては指示器２５を指として記載しているが、指示器とは指に限定されるものではなく、スタイラスペンや指示棒などを含む包括的な概念である。２３は指示器２５と第１の透明導電体との間に発生する静電容量、２４は導電体である。導電体２４は、図１に示す第１の透明導電体２に相当するものであって、同じく図１に示す第１のスイッチ手段４を制御して複数の第１の透明導電体２を接続し、一本化した様子を模式的に示したものである。
なお、図２、図３において図１と同一の構成には同一の番号を付与している。

[作用説明：図３]
本発明の液晶表示装置の動作を説明する。まずはじめに、本発明の液晶表示装置の指示位置検出の原理を図３を用いて説明する。
長さ方向に対し一様な抵抗値を持つ導電体２４の両端から、交流駆動手段１０により同相同電位の交流電圧を印加する。
指示器２５による指示が行われていない場合は、静電容量２３は存在せず、両方の交流駆動手段１０は均衡が保たれ、導電体２４に電流は流れない。
指示器２５による指示が行われた場合は、指示位置に静電容量２３が発生し、導電体２４に電流が流れる。
今、導電体２４の両端を、それぞれＰ０、Ｐ１、指示位置をＰ、Ｐ０−Ｐ間の抵抗をｒ１、Ｐ１−Ｐ間の抵抗をｒ２、交流駆動手段１０により印加される電圧をｅ、Ｐ０を流れる電流をｉ１、Ｐ１を流れる電流をｉ２、静電容量２３のインピーダンスをＺとしたとき
、以下の式が成立する。
ｅ＝ｒ１ｉ１ + （ｉ１ ＋ ｉ２）Ｚ （式１）
ｅ＝ｒ２ｉ２ + （ｉ１ ＋ ｉ２）Ｚ （式２）
式１、式２より以下の式３が得られる
ｒ１ｉ１ ＝ ｒ２ｉ２ （式３）
今、導電体２４の全体の抵抗をＲとすると、式３より、式４が得られる。
ｒ１／Ｒ ＝ ｉ２／（ｉ１ + ｉ２） （式４）
導電体２４が一様な抵抗値からなるので、式４の左辺ｒ１／Ｒは指示位置を表している。つまり、式４は指示位置がｉ１、ｉ２から求められることを示している。

次に、実際の指示位置検出の手順を図１、図２を用いて説明する。指などによる指示の検出には、通常の画像表示を行う表示期間とは別に指示位置検出を行う検出期間とを設ける。
表示期間においては、表示画像に基づく駆動信号を第１の透明導電体２、第２の透明導電体３に印加することで、知られている液晶表示装置の駆動を行う。この駆動に関しては、一般に知られている駆動方法となんら変わることはないために、説明を省略する。
検出期間においては、図１に示すごとく、制御手段１１により第１のスイッチ手段４がＯＮされ、複数の第１の透明導電体２がすべて接続され、１つの電流経路が作成される。また、制御手段１１は、マルチプレクサ７を制御し、交流駆動手段１０と第１の透明導電体２との接続を切り換える。図１においては、マルチプレクサ７がＳＴＮ型液晶表示パネル１の最も端に位置する第１の透明導電体２を選択した様子を表している。
上記のごとく、制御手段１１によって第１のスイッチ手段４、マルチプレクサ７を制御したことにより、図３と同じ構成の回路が形成される。従って、電流検出手段８により検出される電流値を基に、座標算出手段９において、式４の演算を行い指示位置を特定できる。

図２に示すごとく、第２の透明導電体３は、第１の透明導電体２と対向して配置されているため、第２の透明導電体３の電位が一定しない場合、第１の透明導電体２へ影響し、検出誤差を発生させてしまう。本発明においては、検出期間に図１に示す制御手段１１の制御に伴って第２のスイッチ手段５、第３のスイッチ手段６をＯＮし、定電位発生手段１２から出力される一定の電位を第２の透明導電体３に印加することにより検出誤差を無くすことができる。

[動作説明：図４]
通常アプリケーションのユーザーインターフェイスが入力を求める入力領域は表示画面の一部であることが多い。例えば、ＳＴＮ型液晶表示パネル１の一部に文字や画像を表示し、残りの部分を座標入力部分とする場合である。実際の運用では、操作者が、表示される情報を見ながら新たに文字などを入力する場合である。
このような場合には、制御手段１１によって第１のスイッチ手段４を開閉制御すると共に、マルチプレクサ７を図４のごとく切り換え、ＳＴＮ型液晶表示パネル１の一部を検出領域１３とすることで、不要な指示位置検出を行わないようにすることもできる。
図４に示す例では、検出領域１３を図面向かって左側にしているが、むろんこれに限定はされない。アプリケーションの要求に応じて、制御手段１１の制御により検出領域１３の位置と大きさを自由に変えることができる。

本発明の液晶表示装置は、ＴＦＴ型液晶表示パネルを除く、液晶パネルに対向導電膜を持たないさまざまな液晶表示装置においても、指等の指示器の指示位置を精度良く検出できる。これは、制御手段１１によって第１のスイッチ手段４を開閉制御することによって、複数の第１の透明導電体２を自由に接続し一様な導電体とし、指示位置検出のための電流経路を自由に形成すると共に、マルチプレクサ７によりそれを選択できるためである。
また、液晶表示装置自体で指示位置検出を行うため、別にタッチパネルのような指示位置検出装置を設ける必要がなく、表示装置としての見栄えを低下させることなく、装置全体のサイズを小型化できる。

本発明の液晶表示装置は、表示領域が小さい、または表示領域に制限のある小型の携帯端末や見栄えや視認性を要求される銀行の自動預金支払機等に適用することができる。

本発明の液晶表示装置を示す構成図である。 本発明の液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の液晶表示装置の指示位置検出を説明する模式図である。 本発明の液晶表示装置の検出領域を変えた場合を説明する構成図である。 従来技術を示す構成図である。 従来技術を示す原理図である。

符号の説明

１ ＳＴＮ型液晶表示パネル
２ 第１の透明導電体
３ 第２の透明導電体
４ 第１のスイッチ手段
５ 第２のスイッチ手段
６ 第３のスイッチ手段
７ マルチプレクサ
８ 電流検出手段
９ 座標算出手段
１０ 交流駆動手段
１１ 制御手段
１２ 定電位発生手段
１３ 検出領域
２０ 第１の透明基板
２１ 第２の透明基板
２２ 液晶材料
２３ 静電容量
２４ 導電体
２５ 指示器
５１ 交流電源
５２ 抵抗
５３ 電流
６３ 指
６４ インピーダンス
６５ 電流
７０ 偏光板
７１ 透明基板
７２ カラーフィルタ
７３ 対向導電膜
７４ 液晶材料
７５ ＴＦＴアレイ
７７ 拡散シート
７８ バックライト

Claims (4)

1. 第１の透明導電体が形成された第１の透明基板と、第２の透明導電体が形成された第２の透明基板との間に液晶材料を充填した液晶表示装置であり、指示器が前記液晶表示装置の表面を指示したときに、前記第1の透明導電体もしくは前記第２の透明導電体と前記指示器との間の静電容量に基づいて指示位置を検出する液晶表示装置において、
   前記第１の透明導電体は、前記第１の透明基板に一定の間隔を有し複数設け、隣接する前記第１の透明導電体同士を開閉する第１のスイッチ手段と、
   前記第１の透明導電体に交流信号を印加する交流駆動手段と、
   前記第１の透明導電体に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段から得た電流値に基づき指示位置を算出する座標算出手段と、
   前記交流駆動手段と前記第１の透明導電体との接続を切り換えるマルチプレクサと、
   前記第１のスイッチ手段と前記マルチプレクサとを制御する制御手段と、を有し、
   前記第１のスイッチ手段を制御し、複数の前記第１の透明導電体からなる１つの電流経路を作成し、該電流経路上の指示位置を検出することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１の透明導電体は、長さ方向に対し一様な抵抗値を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２の透明導電体は、前記第２の透明基板に一定の間隔を有し複数設け、
   一定の電位を発生する定電位発生手段を有し、
   隣接する前記第２の透明導電体同士を開閉する第２のスイッチ手段と、前記第２の透明導電体と前記定電位発生手段とを接続する第３のスイッチ手段とを有し、
   前記第１のスイッチ手段の制御に伴って、前記第２のスイッチ手段と前記第３のスイッチ手段とを制御し、前記第２の透明導電体に所望の電位を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の透明基板は、前記第２の透明基板の上部に位置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
   

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