JP4503626B2 - 感光素子を備えるタッチパネル式液晶表示器 - Google Patents

Description

この発明は液晶表示器に関し、特にタッチパネル式液晶表示器に関する。

民生用電子製品の分野では、最先端の表示器を搭載することが強調される場合が多い。特に液晶表示器は、携帯電話、ＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）、デジタルカメラ、モニターないしノートパソコンなどの電子装置において、高解像度カラーディスプレイとして役割を果たすことが多く見られる。

携帯及び使用上の便利性に鑑みて、業界はタッチパネル式の液晶表示器の開発にも力を入れている。そのうち、抵抗膜式や静電容量式の従来のタッチパネル式液晶パネルは、表示パネルの上に抵抗・容量を設け、これを用いて押圧点の電圧値を検出し、押圧の位置座標を判断する。しかし、パネルの上に抵抗・容量を設けると、パネルが厚くなり、光透過率も低下しかねない。それに代わって、液晶表示パネルの周辺に光源及び対応する感光素子を大量に設置し、光源が発した光を感光素子で検出し、押圧点の位置座標を判断する光学式タッチパネルも開発されている。このようなパネルは、光透過率が低下することはないが、製品サイズの縮小が困難であるため、携帯型電子製品には不向きである。

したがって、前記感光素子を液晶パネルに組み込むことは、液晶表示器の軽量化・コンパクト化に役立ち、液晶表示器の薄型化に資すると考えられる。

この発明は上記従来の問題を解決するため、感光素子を液晶表示器内に直接に配置し、感光素子で検出される光の強度により、液晶パネルにおいて外力がかけられる位置座標を判断するタッチパネル式の液晶表示器を提供することを課題とする。

そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、下記の装置によって、本発明の課題が解決される点に着眼し、かかる知見に基づき本発明を完成させた。
以下、この発明について具体的に説明する。

請求項１に記載の液晶表示器は、光を発する光源と、第一基板と、第一基板と平行して向かい合っている第二基板と、第一基板と第二基板の間に設けられる複数の画素ユニットとを含む液晶表示器において、前記複数の画素ユニットはいずれも、第一基板に配置され、光源の光を反射する光反射素子と、第二基板に形成され、光反射素子で反射された光に基づいて、感光パラメータを出力する感光素子とを含み、第一基板において外力がかけられる位置は、感光素子から出力される感光パラメータの変化を検出することにより判断される。

請求項２に記載の液晶表示器は、請求項１における感光素子から出力される感光パラメータを受信する判断ユニットを含む。

請求項３に記載の液晶表示器は、請求項１における感光電圧のソースを判断する決定ユニットとを含むので、感光パラメータに基づいて各々感光電圧を出力する複数の積分回路と、前記複数の積分回路の感光電圧を比較できる。

請求項４に記載の液晶表示器は、請求項１における各光反射素子が、第一基板から突き出ており、複数の感光素子と１対１で向かい合っている。

請求項５に記載の液晶表示器は、請求項１における各感光素子が、光反射素子で反射される光の強度に基づいて、感光パラメータを生成する光トランジスタである。

請求項６に記載の液晶表示器は、請求項１における各々第二基板に配置されて複数の感光素子と１対１で結合され、感光パラメータを判断ユニットに送信する複数のトランジスタを含む。

請求項７に記載の液晶表示器は、請求項１における複数の感光素子と向かい合っていないように第一基板に形成されるブラックマトリックス層を含むので、光源から発せられる光を遮蔽できる。

請求項８に記載の液晶表示器は、請求項７における各感光素子が、光反射素子で反射される光の強度に基づいて、感光パラメータを生成する光トランジスタである。

請求項９に記載の液晶表示器は、請求項７における各感光素子が、光反射素子で反射される光の強度に基づいて、感光パラメータを生成する光トランジスタである。

請求項１０に記載の液晶表示器は、請求項９における感光電圧のソースを判断する決定ユニットとを含むので、感光パラメータに基づいて、各感光電圧を出力する複数の積分回路と、複数の積分回路の感光電圧を比較できる。

請求項１１に記載の液晶表示器は、請求項９における第一基板と第二基板が透明基板である。

本発明は複数の感光素子を直接に液晶表示パネルに組み込み、更に判断ユニットを設け、各感光素子の感光パラメータを検出する。したがって、液晶表示パネルにおける押圧位置の座標は、感光パラメータの変化に基づいて判断できる。感光素子が液晶表示パネルに組み込まれているため、本発明による液晶表示器は重量とサイズが削減され、薄型化が容易となる。

図１を参照する。図１はこの発明による液晶表示器を示す説明図である。液晶表示器１００は光源１３０（図３に示す）、ゲートドライバー１０２、ソースドライバー１０４、判断ユニット１０６及び液晶表示パネル１１０を含む。前記各素子は全て筐体（図面に未表示）に収められている。ゲートドライバー１０２はスキャン信号を生成し、スキャンライン１１２を介して液晶表示パネル１１０に送信する。ソースドライバー１０４はデータ信号を生成し、データライン１１４を介して液晶表示パネル１１０に送信する。伝送線１１６を介して液晶表示パネル１１０に結合される判断ユニット１０６は、液晶表示パネル１１０において外力がかけられる位置を判断する。光源１３０は液晶表示パネル１１０のバックライトとされる冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）である。

図２を参照する。図２は図１に示す液晶表示パネル１１０と判断ユニット１０６の回路を示す説明図である。液晶表示パネル１１０は複数の画素ユニット２００を含む。各画素ユニット２００は、スイッチトランジスタ２０２、保存容量２０４及び液晶容量２０６を含む。液晶容量２０６は、共通電圧端Ｖｃｏｍに結合される電極と、スイッチトランジスタ２０２に結合される電極を有し、両電極の間には液晶分子が設けられている。ゲートドライバー１０２からスキャンライン１１２を介して送信されてきたスキャン信号をゲートで受信すると、スイッチトランジスタ２０２は、データライン１１４を介してソースドライバー１０４によるデータ信号電圧を液晶容量２０６に送信する。そうすると共通電圧端Ｖｃｏｍの共通電圧とデータ信号電圧との間の電圧差により液晶容量２０６の液晶分子は配列方向が変えられ、光透過率が変化する。保存容量２０４はデータ信号電圧を保存し、スイッチトランジスタ２０２のオフ時においても液晶容量２０６がデータ信号電圧と共通電圧間の電圧差を保持することを可能にし、液晶分子の光透過率を安定させる。なお、液晶表示パネル１１０は複数のトランジスタ２１１と、複数の感光素子２１８を含む。感光素子２１８は、受光強度に基づいて感光パラメータを生成する。感光素子２１８（たとえば光トランジスタ）はバイアス電圧端Ｖｂｉａｓに接続され、光強度に基づいて感光電流（即ち感光パラメータ）を生成する。トランジスタ２１１はオンにされる時、感光素子２１８によって生成される検出電流を導通させる。その上、画素ユニット２００は更に、感光素子２１８によって生成される感光電流を保存させる保存容量２１９を含む。

図３及び図４を参照する。図３は図１に示す液晶表示パネル１１０と光源の一部構造を示す説明図である。図４は図３に示す液晶表示パネル１１０に外力Ａをかける時、液晶表示パネル１１０の変形状態を示す説明図である。液晶表示パネル１１０は第一基板１５０、第二基板１５２及びブラックマトリックス層１５６を含む。第一基板１５０と第二基板１５２は透明の導電基板である。画素ユニット２００は第一基板１５０と第二基板１５２間に形成される。各画素ユニット２００は、第二基板１５２に形成される感光素子２１８と、第一基板１５０から突き出ており、光源１３０から発せられる光を反射する光反射素子１５４とを含む。各光反射素子１５４はそれぞれ対応する感光素子２１８と向かい合っている。光反射素子１５４は高反射係数の金属からなることが好ましい。樹脂製のブラックマトリックス層１５６は、複数の感光素子２１８と向かい合っていないように第一基板１５０に形成され、光源１３０から発せられる光を遮蔽する。第一基板１５０と第二基板１５２間には液晶分子１２０が設けられる。図３に示すように、第一基板１５０に外力Ａをかけないとき、感光素子２１８は光源１３０から光を受ける。それに対して、図４に示すように、第一基板１５０の押圧点に外力Ａをかけると、第一基板１５０と第二基板１５２間の距離は短くなる。同時に、光反射素子１５４は光源１３０の光を外側に反射し、感光素子２１８の受光強度を逓減させる。感光素子２１８は受光強度に基づいて感光電流を生成する。言い換えれば、受光強度が大きければ、感光素子２１８によって生成される感光電流も大きい。したがって、押圧点に外力Ａをかけない時（図３に示す）は、押圧点に外力Ａをかける時（図４に示す）より、感光素子２１８の感光電流が大きい。

図２を参照する。感光素子２１８は、受光強度に基づいて感光電流を生成して、これを変換回路２１２に出力する。変換回路２１２は、演算増幅器２１４、帰還容量Ｃｆ及びスイッチユニット２１６を含む。演算増幅器２１４は、第一入力端２２１、第二入力端２２２及び出力端２２３を含む。第一入力端２２１は、直流基準電圧（たとえば５Ｖ）を供給する基準電圧端Ｖｒｅｆに接続される。変換回路２１２は積分回路とみなしてよい。スキャンライン１１２でスキャン信号が伝送される時、スイッチユニット２１６はオフにされる。それに反して、スキャンライン１１２でスキャン信号が伝送されていない場合では、スイッチユニット２１６はオンにされ、第二入力端２２２と出力端２２３の間は短絡し、出力端２２３の電圧は直流基準電圧と等しくなる。スイッチユニット２１６がオフにされるとき、演算増幅器２１４の出力端２２３の出力電圧Ｖｏｕｔは下記式１で算出される。
＜式１＞

上記Ｉは感光素子２１８によって生成される感光電流を示し、ｔは時間を示す。その後、演算増幅器２１４は、感光素子２１８によって生成される感光電流を感光電圧に変換する。押圧点に外力をかけるとき、感光素子２１８によって生成される感光電流が小さいため、演算増幅器２１４で変換された感光電圧も小さい。したがって、決定ユニット２５０は、各演算増幅器２１４から出力された感光電圧を受信し、感光電圧の大きさに基づいて、液晶表示パネル１１０の押圧点に対応する座標を判断する。

第一基板１５０と第二基板１５２間の距離、感光素子２１８の受光強度、及び感光素子２１８から出力される感光電流は、第一基板にかける外力によって異なる。したがって、演算増幅器２１４の出力電圧も、感光素子２１８から出力される感光電流の大きさによって異なる。そのため、液晶表示パネル１１０の押圧点に対応する座標を判断する以外、決定ユニット２５０は、各演算増幅器２１４の出力電圧に基づいて押圧点にかける外力の大きさを判断することができる。

以上はこの発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

この発明による液晶表示器を示す説明図である。 図１に示す液晶表示パネルと判断ユニットの回路を示す説明図である。 図１に示す液晶表示パネルと光源の一部構造を示す説明図である。 図３に示す液晶表示パネルに外力をかける時、液晶表示パネルの変形状態を示す説明図である。

符号の説明

１００ 液晶表示器
１０２ ゲートドライバー
１０４ ソースドライバー
１０６ 判断ユニット
１１０ 液晶表示パネル
１１２ スキャンライン
１１４ データライン
１１６ 伝送線
１２０ 液晶分子
１３０ 光源
１５０、１５２ 導電基板
１５４ 光反射素子
１５６ ブラックマトリックス層
２００ 画素ユニット
２０２ スイッチトランジスタ
２０４ 保存容量
２０６ 液晶容量
２１１ トランジスタ
２１２ 変換回路（積分回路）
２１４ 演算増幅器
２１６ スイッチユニット
２１８ 感光素子
２１９ 保存容量
２２１、２２２ 入力端
２２３ 出力端
２５０ 決定ユニット
Ｃｆ 帰還容量

Claims (11)

1. 光を発する光源と、第一基板と、第一基板と平行して向かい合っている第二基板と、第一基板と第二基板の間に設けられる複数の画素ユニットとを含む液晶表示器において、前記複数の画素ユニットはいずれも、第一基板に配置され、光源の光を反射する光反射素子と、第二基板に形成され、光反射素子で反射された光に基づいて、感光パラメータを出力する感光素子とを含み、第一基板において外力がかけられる位置は、感光素子から出力される感光パラメータの変化を検出することにより判断されることを特徴とする液晶表示器。
2. 前記液晶表示器は、更に、感光素子から出力される感光パラメータを受信する判断ユニットを含むことを特徴とする前記請求項１に記載の液晶表示器。
3. 前記判断ユニットは、更に、感光パラメータに基づいて各々感光電圧を出力する複数の積分回路と、前記複数の積分回路の感光電圧を比較し、感光電圧のソースを判断する決定ユニットとを含むことを特徴とする前記請求項２に記載の液晶表示器。
4. 前記各光反射素子は第一基板から突き出ており、複数の感光素子と１対１で向かい合っていることを特徴とする前記請求項１に記載の液晶表示器。
5. 前記各感光素子は、光反射素子で反射される光の強度に基づいて、感光パラメータを生成する光トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示器。
6. 前記液晶表示器は、更に、各々第二基板に配置されて複数の感光素子と１対１で結合され、感光パラメータを判断ユニットに送信する複数のトランジスタを含むことを特徴とする前記請求項１に記載の液晶表示器。
7. 前記液晶表示器は、更に、複数の感光素子と向かい合っていないように第一基板に形成され、光源から発せられる光を遮蔽するブラックマトリックス層を含むことを特徴とする前記請求項１に記載の液晶表示器。
8. 前記各光反射素子は、第一基板から突き出ており、複数の感光素子と１対１で向かい合っていることを特徴とする前記請求項７に記載の液晶表示器。
9. 前記各感光素子は、光反射素子で反射される光の強度に基づいて、感光パラメータを生成する光トランジスタであることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示器。
10. 前記判断ユニットは、更に、感光パラメータに基づいて、各感光電圧を出力する複数の積分回路と、複数の積分回路の感光電圧を比較し、感光電圧のソースを判断する決定ユニットとを含むことを特徴とする前記請求項９に記載の液晶表示器。
11. 前記第一基板と第二基板は透明基板であることを特徴する前記請求項９に記載の液晶表示器。

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