JP4567028B2 - マルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置とその駆動方法 - Google Patents

マルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置とその駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、マルチタッチ感知のできる液晶表示装置とその駆動方法に関する。
タッチパネルは、一般的に表示装置上に付着されて、手あるいはペンと接触するタッチ支点で電気的な特性が変わって、そのタッチ支点を感知するユーザーインタフェースの一つとして、その応用範囲が小形携帯用端末機、事務用機器等に広がりつつある。このようなタッチパネルは、２つ以上のマルチタッチが発生されると、誤動作するか予め設定されたプログラムによっていずれか一つを選択するようになる。
従来のタッチパネルにおいてのマルチタッチ認識の限界を克服するために、近来には図１〜図３に示すようなマルチタッチ装置が提案されている。
図１を参照すると、従来のマルチタッチ装置は、透明アクリル板１１、第１〜第４赤外線発光ダイオード（ＩＲ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、「ＩＲＬＥＤ」という）及び赤外線光検出器（ＩＲ Ｐｈｏｔｏ ｄｅｔｅｃｔｏｒ：以下、「ＩＲＰＤ」という）アレイ１２Ａ〜１２Ｄを備える。
透明アクリル板１１には使用者（ｕｓｅｒ）の手あるいはペン等が直接接触される。
第１〜第４ＩＲＬＥＤ及びＩＲＰＤアレイ１２Ａ〜１２Ｄは、透明アクリル板１１の側面に対向するように配置される。
第１〜第４ＩＲＬＥＤ及びＩＲＰＤアレイ１２Ａ〜１２ＤのＩＲＬＥＤ１３から赤外線が透明アクリル板１１に照射されると、その赤外線は透明アクリル板１１を通じて、第１〜第４ＩＲＬＥＤ及びＩＲＰＤアレイ１２Ａ〜１２ＤのＩＲＰＤ１４に受光される。この状態で、透明アクリル板１１に手あるいはペン等がタッチされると、該当部分を通過する赤外線が散乱されてＩＲＰＤ１４に赤外線が受光されなくなる。従って、図１に示すようなマルチタッチ装置は赤外線が受光されない位置をタッチ支点として認識する。
図１に示すような従来のマルチタッチ装置は、第１〜第４ＩＲＬＥＤ及びＩＲＰＤアレイ１２Ａ〜１２ＤのＩＲＬＥＤ１３とＩＲＰＤ１４を透明アクリル板１１の側面に配置することによって厚さが比較的薄いという利点があるが、直接照射される赤外線によってマルチタッチ認識が不正確となり、第１〜第４ＩＲＬＥＤ及びＩＲＰＤアレイ１２Ａ〜１２Ｄの占有面積だけ有効表示面が相対的に狭くなるという問題点がある。
図２及び図３は、プロジェクタ型のマルチタッチ装置を示す図面である。
図２及び図３を参照すると、プロジェクタ型のマルチタッチ装置は、図１において、第１〜第４ＩＲＬＥＤ及びＩＲＰＤアレイ１２Ａ〜１２Ｄを除去する代わりに、透明アクリル板１１の後傍に配置されたカメラ及びプロジェクタモジュール３０を備える。
図２に示すように、透明アクリル板１１上の任意の点に使用者の手が接触すると、その手によって赤外線が散乱し、散乱した赤外線（Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ＩＲ）は透明アクリル板１１の後傍に配置されたカメラ及びプロジェクタモジュール３０に入射される。このように散乱した赤外線ＳＩＲを感知することによって、プロジェクタ型のマルチタッチ装置はタッチした点を認識することが可能となる。
ところで、図２及び図３に示すようなマルチタッチ装置は、透明アクリル板１１とカメラ及びプロジェクタモジュール３０との間の距離が比較的大きく確保されるべきであるため、空間を大きく占めていて、かつプロジェクタを用いて映像を示すべきであるため、表示素子の種類や設計に制約があり、更に、透写レンズの短寿命によって寿命が短くなるという問題がある。
更に、図１〜図３に示すようなマルチタッチ装置は、カメラ及びプロジェクタモジュール３０の信号をケーブルを通じて外部コンピューターに伝送し、その外部コンピューターで信号を処理すべきであるため、システムの構築が複雑となり、占有空間が大きくなり、かつ信号伝送路が長くなるという問題がある。
米国特許 ＵＳ ６、３２３、８４６
従って、本発明の目的は、マルチタッチが可能であり、薄形化を可能としたマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置とその駆動方法を提供することにある。
前記目的の達成のため、本発明の実施の形態に係るマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置は、不透明体から反射される赤外線を透過させる透明窓、及び前記透明窓を通じて入射される前記赤外線光を感知するための複数の赤外線センサーを有する液晶パネル；及び前記液晶パネルの下で前記液晶パネルに前記赤外線光を照射するバックライトユニットを備える。
前記赤外線センサーは、前記液晶パネルの表示面上に同時にタッチされる複数のタッチイメージのそれぞれの赤外線光を同時に感知する。
前記液晶パネルは、前記透明窓が形成された第１透明基板；前記赤外線センサーが形成された第２透明基板；及び前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に形成された液晶層を備える。
前記第２透明基板は、データ電圧が供給される複数のデータライン；
前記データラインと交差するように配置されて、スキャンパルスが順次供給される複数のゲートライン；前記データラインと平行に配置されて、前記第１透明基板から反射された赤外線光に対応する赤外線感知信号を出力する複数のリードアウトライン；前記データライン、前記ゲートライン及び前記リードアウトラインによって定義された画素領域に形成された画素電極；前記データラインと前記ゲートラインとの交差部に形成されて、前記スキャンパルスに応じて前記データ電圧を前記画素電極に供給するための複数の第１薄膜トランジスタ；前記ゲートラインと平行に配置されて、前記赤外線センサーに高電位の第１駆動電圧を供給するための複数の第１駆動電圧供給ライン；前記ゲートライン及び前記第１駆動電圧ラインと平行に配置されて、前記赤外線センサーに低電位の第２駆動電圧を供給するための複数の第１駆動電圧供給ライン；前記赤外線センサーからの電荷を充電する第１ストレージキャパシタ；前記画素電極と前記ゲートラインとの間に形成されて、前記画素電極の電圧を保持させるための第２ストレージキャパシタ；及び前記ゲートラインと前記リードアウトラインとの交差部に形成されて、前記第１ストレージキャパシタに接続されて、前記スキャンパルスに応じて第１ストレージキャパシタの電荷を前記リードアウトラインに供給する複数の第２薄膜トランジスタを備える。
前記赤外線センサーは、前記第１及び第２駆動電圧によって駆動され、前記赤外線光によってソース−ドレイン間にチャンネル電流が流れる赤外線感知薄膜トランジスタである。
前記第１透明基板は、前記透明層と同一層に形成される赤、緑及び青色のカラーフィルタ；及び前記画素領域間の境界と前記第１及び第２薄膜トランジスタに対応する領域に形成されて、前記第１及び第２薄膜トランジスタに入射される赤外線光を遮光するブラックマトリクスを更に備える。
前記液晶表示装置は、前記データラインに接続されて、前記液晶パネル上に接触したタッチによって発生されるタッチイメージと背景イメージとのデジタルビデオデータをアナログ形態の前記データ電圧に変換して前記データラインに供給する複数のデータ集積回路；前記ゲートラインに接続されて、前記ゲートラインに前記スキャンパルスを順次供給する複数のゲート集積回路；前記リードアウトラインに接続されて、前記リードアウトラインからの電荷を増幅して、増幅された電圧を出力するリードアウト集積回路；前記集積回路の駆動タイミングを制御して、前記データ集積回路に前記タッチイメージと前記背景イメージとのデジタルビデオデータを供給するデジタルボード；及び前記デジタルボードに接続したシステム回路ボードを備える。
前記デジタルボードと前記システム回路ボードの中のいずれか一つは、前記タッチイメージのパターンを分析してタッチイメージの中心を検出するデジタルタッチイメージ処理回路を含む。
前記バックライトユニットは、赤色光を発生する複数の赤色光源；緑色光を発生する複数の緑色光源；青色光を発生する複数の青色光源；及び前記赤外線光を発生する複数の赤外線光源を備える。
本発明の実施の形態に係るマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置の駆動方法は、不透明体から反射される赤外線を透過させる透明窓、及び前記透明窓を通じて入射される前記赤外線光を感知するための複数の赤外線センサーを有する液晶パネルを設ける段階；及び前記液晶パネルの下で前記液晶パネルに前記赤外線光を照射する段階を含むことを特徴とするマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置の駆動方法。
本発明に係るマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置とその駆動方法は、マルチタッチを感知することができ、かつ薄形化されることができる。
前記目的の外、本発明の他の目的及び特徴は、添付図面を参照した実施の形態についての説明を通じて明らかに表れる。
以下、図４〜図１４を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図４を参照すると、本発明の実施の形態に係るマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置は、液晶パネル４０と、赤外線光源を含むバックライトユニット５０とを備える。
液晶パネル４０は、同一層に形成されるカラーフィルタＲＣＦ、ＧＣＦ、ＢＣＦと透明窓Ｗとを含む上部透明基板４１；画素を選択するための薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、「ＴＦＴ」という）と赤外線を感知するための赤外線感知用薄膜トランジスタ（以下、「ＩＲＴＦＴ」という）とを含む下部透明基板４２；及び上部透明基板４１と下部透明基板４２との間に形成された液晶層ＬＣを備える。上/下部透明基板４１/４２はガラス基板で製作することが好ましい。これは、アクリル板のような合成樹脂はタッチの際に拡散角が大きくて、厚くて、スクラッチ等によって容易に損傷を受けるためである。
この液晶パネル４０の下部透明基板４２上には複数のデータラインと複数のゲートラインとが直交し、また、ゲートラインと平行する複数の駆動電圧ライン、ゲートラインと駆動電圧ラインが直交する複数のリードアウトラインが形成される。また、下部透明基板４２上にはデータラインＳ１〜ＳｍとゲートラインＧ０〜Ｇｎの交差部に画素を選択するためのＴＦＴが形成されて、駆動電圧供給ラインとリードアウトラインの交差部にＩＲＴＦＴが形成されて、ＴＦＴに接続された画素電極が形成される。画素を選択するためのＴＦＴは、ゲートラインからのスキャン信号に応じてデータラインからのデータ電圧を画素電極に供給する。ＩＲＴＦＴは、使用者の手あるいは不透明物質によって上部透明基板４１がタッチされる際、そのタッチした点で上部透明基板４１と透明窓Ｗとを経由して反射される赤外線の光量を感知し、その赤外線光量感知信号をリードアウトラインを通じて出力する。このＩＲＴＦＴは、画素毎に位置する必要はなく、赤外線受信感度に応じて画素より大きな間隔に配置されるので、これらの間隔や個数は調整されることができる。このようなＩＲＴＦＴの詳細な動作については後術する。
液晶パネル４０の上部透明基板４１上にはカラーフィルタＲＣＦ、ＧＣＦ、ＢＣＦと透明窓Ｗが形成され、画素間の境界とＴＦＴを遮るためのブラックマトリクスが形成される。液晶層ＬＣを介して画素電極と対向して共通電圧が供給される共通電極は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｄ Ｎｍｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード等の垂直電界印加方法で上部透明基板４１に形成され、ＩＰＳ（ＩｎＰｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードとＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード等の水平電界印加方法で下部透明基板４２上に形成される。
また、液晶パネル４０の上/下部透明基板４１、４２のそれぞれには直線偏光を選択するための偏光子と、液晶分子のプレチルトを決定するための配向膜とが形成される。
バックライトユニット５０は、赤、緑、青及び赤外線光源ＲＬＥＤ、ＧＬＥＤ、ＢＬＥＤ、ＩＲＬＥＤを含む。光源ＲＬＥＤ、ＧＬＥＤ、ＢＬＥＤ、ＩＲＬＥＤはＬＥＤに具現される。また、バックライトユニット５０は、液晶パネル４０の下部透明基板４２と光源ＲＬＥＤ、ＧＬＥＤ、ＢＬＥＤ、ＩＲＬＥＤとの間に配置された拡散板、一枚以上の拡散シート、一枚以上のプリズムシート等の光学部品を含む。赤、緑及び青色の光源ＲＬＥＤ、ＧＬＥＤ、ＢＬＥＤ上には反射体が配置されることができる。この反射体によって赤、緑及び青色の光が反射されて、光源ＲＬＥＤ、ＧＬＥＤ、ＢＬＥＤ、ＩＲＬＥＤと液晶パネル４０の下部透明基板との間の空気層内で赤、緑及び青色の光が白色光に混合された後、その白色光が液晶パネル４０の方に進行される。
赤外線光源ＩＲＬＥＤは、赤外線光を、空気層を通じて液晶パネル４０の下部ガラス基板４２に照射し、画素毎に位置する必要はなく、赤外線受信感度に応じて画素より大きな間隔に配置される。また、赤外線光源ＩＲＬＥＤの光強度は、液晶パネル４０の上部透明基板４１に接触する非透過物質（指、器具等）で反射されることができ、その赤外線反射光がＩＲＴＦＴに受光される。即ち、赤外線光源ＩＲＬＥＤの光強度は、液晶パネル４０とバックライトユニット５０を含む液晶モジュールの厚さの内で数ｍｍの距離以内で反射されるように調整される。赤、緑、青及び赤外線光源ＲＬＥＤ、ＧＬＥＤ、ＢＬＥＤ、ＩＲＬＥＤは、図５に示すように、複数の赤Ｒ、緑Ｇ、及び赤外線ＩＲ順に配置された複数のＬＥＤ列にそれぞれ配置される。ここで、赤外線光源ＲＬＥＤの配置間隔と個数は、前述のように赤外線受光感度に応じて調整されることができる。更に、光源は、図６に示すように、水平及び垂直方向から交互に配列される白色ＬＥＤと赤外線ＬＥＤを含むか、図７に示すように、ＬＥＤによる発熱量を減らすため、蛍光ランプと赤外線ＬＥＤ列が交互に配置されることができる。白色ＬＥＤと蛍光ランプは白色光を発生する。赤外線光源ＲＬＥＤの配置間隔と数は、前述のように赤外線受信感度に応じて調整されることができる。
図８は、このようなマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置のマルチタッチ動作を示す図面である。
図８を参照すると、液晶パネル４０に電源が供給されて、液晶パネル４０の上部透明基板４１上に一つ以上の指あるいは非透過物質が接触されると、その接触面から赤外線光が反射されてＩＲＴＦＴに受光される。ＩＲＴＦＴによって受光された赤外線光はデジタル信号処理回路でデジタル信号処理、パターン分析等をするようになる。その結果、タッチした点の座標値が計算されて、前記デジタル信号処理回路で複数のタッチした点に対して認識される。これと同時に、タッチした点のタッチイメージは液晶パネルに示される。
図９〜図１２は、ＩＲＴＦＴが形成されたサブ画素（Ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ）の構造及び動作を説明するための図面である。
図９及び図１０を参照すると、液晶パネル４０の下部透明基板４２はゲート絶縁膜１０１を介して交差するゲートライン（または、スキャンライン）ＧＬ及びデータラインＤＬ、そのゲートラインＧＬ及びデータラインＤＬの交差部毎に形成された第１ＴＦＴ（ＴＦＴ１）、ゲートラインＧＬ及びデータラインＤＬによって定義されたセル領域に形成された画素電極ＰＸＬＥ、画素電極ＰＸＬＥを介してデータラインＤＬと並べて形成されたリードアウトライン（Ｒｅａｄ−Ｏｕｔ Ｌｉｎｅ）ＲＯＬ、ゲートラインＧＬと並べて形成されて第１及び第２駆動電圧を供給する第１及び第２駆動電圧供給ラインＶＬ１、ＶＬ２、第１駆動電圧供給ラインＶＬ１とリードアウトラインＲＯＬの交差部に形成されたＩＲＴＦＴ、ゲートラインＧＬとリードアウトラインＲＯＬの交差部に形成された第２ＴＦＴ（ＴＦＴ２）を備える。
液晶パネル４０の下部透明基板は、ＩＲＴＦＴとＴＦＴ２との間で第２駆動電圧供給ラインＶＬ２と電気的に連結される第１ストレージキャパシタＣｓｔ１、画素電極ＰＸＬＥと前段ゲートラインＧＬとの重畳面に形成された第２ストレージキャパシタＣｓｔ２を備える。
ＴＦＴ１は、ゲートラインＧＬに接続されたゲート電極ＧＥ、データラインＤＬに接続されたソース電極ＳＥ、画素電極ＰＸＬＥに接続されたドレイン電極ＤＥ、ゲート電極ＧＥと重畳してソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとの間にチャンネルを形成する活性層１０２を備える。活性層１０２は、データラインＤＬ、ソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥと重畳するように形成される。活性層１０２上には、データラインＤＬ、ソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥとのオーミック接触のためのオーミック接触層１０３が更に形成される。活性層１０２は、アモルファスシリコンＡ−Ｓｉあるいはポリシリコンに形成される。活性層１０２及びオーミック接触層１０３は半導体パターンＳＣＰにパターニングされる。このようなＴＦＴ１は、ゲートラインＧＬに供給されるゲート信号（または、スキャン信号）のゲートハイ電圧によってターンオンされて、データラインＤＬからのデータ電圧を画素電極ＰＸＬＥに供給する。ゲートハイ電圧はＴＦＴ１の臨界電圧以上の電圧である。一方、ゲート信号のロー論理電圧であるゲートロー電圧はＴＦＴ１の臨界電圧未満の電圧である。
画素電極ＰＸＬＥは、酸化鈴インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）のような透明電極として保護膜１０４を貫通する第１コンタクトホール１０９を通じてＴＦＴ１のドレイン電極ＤＥと接続される。この画素電極ＰＸＬＥは、データ電圧によって上部透明基板４１あるいは下部透明基板４２に形成された共通電極と電位差を発生させる。この電位差によって液晶分子が回動し、バックライトユニット５０から入射される光の屈折率を変化させる。
第２ストレージキャパシタＣｓｔ２は、ゲート絶縁膜１０１及び保護膜１０４を介して重畳する前段ゲートラインＧＬと画素電極ＰＸＬＥによって形成される。ゲートラインＧＬと画素電極ＰＸＬＥとの間にはゲート絶縁膜１０１及び保護膜１０４が位置するようになる。このような第２ストレージキャパシタＣｓｔ２は、次のデータ電圧が画素電極ＰＸＬＥに充電される前まで画素電極ＰＸＬＥの電圧を保持させる役割をする。
ＩＲＴＦＴは、赤外線光によってソース−ドレイン間チャンネル電流が流れることのできるＴＦＴとして第２駆動電圧供給ラインＶＬ２と一体に形成されるゲート電極ＧＥ、ゲート絶縁膜１０１を介してゲート電極ＧＥと重畳される活性層１０２、活性層１０２上で第１駆動電圧供給ラインＶＬ１と接続されたソース電極ＳＥ、及び活性層１０２上でソース電極ＳＥと対向するドレイン電極１６２を備える。活性層１０２は、アモルファスシリコンあるいはポリシリコンを主成分とし、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドーピングされて、赤外線光によって光電流が発生される半導体材料に形成される。この活性層１０２上には、ソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥとのオーミック接触のためのオーミック接触層１０３が形成される。ＩＲＴＦＴのソース電極は、保護膜１０４及びゲート絶縁膜１０１を貫通して第１駆動電圧供給ラインＶＬ１を一部露出させる第２コンタクトホール１０７と、その第２コンタクトホール１０７に形成された透明電極パターン１０８を通じて第１駆動電圧供給ラインＶＬ１と電気的に接続される。ＩＲＴＦＴのドレイン電極ＤＥ、第１ストレージキャパシタＣｓｔ１の上部電極１０６及びＴＦＴ２のソース電極ＳＥは同一な金属で一体的にパターニングされて、互いに電気的に連結される。このＩＲＴＦＴは、指あるいは不透明物質から反射される赤外線光を感知する役割をする。
第１ストレージキャパシタＣｓｔ１は、ＩＲＴＦＴのゲート電極ＧＥと一体化した第１ストレージ下部電極１０５及びゲート絶縁膜１０１を介して第１ストレージ下部電極１０５と重畳されて、ＩＲＴＦＴのドレイン電極ＤＥと接続された第１ストレージ上部電極１０６とを備える。この第１ストレージキャパシタＣｓｔ１は、ＩＲＴＦＴから発生された光電流による電荷を貯蔵する役割をする。
ＴＦＴ２は、下部透明基板４２上に形成されたゲート電極ＧＥ、第１ストレージ上部電極１０６と接続されたソース電極ＳＥ、チャンネルを介してソース電極ＳＥと対向するドレイン電極ＤＥ、及びゲートラインＧＬと連結されたゲート電極ＧＥと重畳されて、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとの間でチャンネルを形成する活性層１０２を備える。活性層１０２は、アモルファスシリコンあるいはポリシリコンに形成される。この活性層１０２上にはソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥとのオーミック接触のためのオーミック接触層１０３が形成される。このようなＴＦＴ２は、ゲートラインＧＬからのゲートハイ電圧によってターンオンされて、第１ストレージキャパシタＣｓｔに充電された電荷をリードアウトラインＲＯＬに供給する役割をする。
一方、ＩＲＴＦＴと画素領域内の画素電極ＰＸＬＥとを除いた領域は、図１１に示すように、上部透明基板４１に形成されたブラックマトリクスＢＭによって遮光される。従って、赤外線光はＴＦＴの中でＩＲＴＦＴのみに受光される。
このようなサブ画素の動作を、図１２を参照して説明する。
図１２を参照すると、第１駆動電圧供給ラインＶＬ１からＩＲＴＦＴのソース電極ＳＥに約１０Ｖほどの第１駆動電圧Ｖ１が印加されると共に、第２駆動電圧供給ラインＶＬ２からＩＲＴＦＴ１４０のゲート電極に約０Ｖ〜５Ｖほどの第２駆動電圧Ｖ２が印加される状態で、ＩＲＴＦＴの活性層１０２に赤外線光が照射されると、センシングされた赤外線光量に応じて活性層１０２を通じてソース電極ＳＥからドレイン電極１６２に光電流（Ｐｈｏｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ ）ｉが流れるようになる。光電流ｉは、ドレイン電極ＤＥから第１ストレージ上部電極１０６に流れるようになると共に、第１ストレージ下部電極１０５はＩＲＴＦＴのゲート電極ＧＥと接続されているため、第１ストレージキャパシタＣｓｔ１には光電流による電荷が充電される。ここで、第１ストレージキャパシタＣｓｔ１の最大充電量はソース電極ＳＥとゲート電極ＧＥとの電圧差に対応する。
ＩＲＴＦＴが赤外線光をセンシングし、第１ストレージキャパシタＣｓｔ１に電荷が充電される間、ＴＦＴ２のゲート電極ＧＥにゲートハイ電圧が供給されるとＴＦＴ２がターンオンされることによって、第１ストレージキャパシタＣｓｔ１に充電された電荷がＴＦＴ２のソース電極ＳＥ、活性層１０２のチャンネル、ドレイン電極ＤＥ及びリードアウトラインＲＯＬを経由して未図示のリードアウト集積回路に供給される。
図１３は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を示す図面である。
図１３を参照すると、本発明の液晶表示装置は、液晶パネル４０のデータラインＤＬに接続されて、そのデータラインＤＬにデータ電圧を供給するためのデータ集積回路７１、液晶パネル４０のゲートラインＧ１〜Ｇｎに接続されて、そのゲートラインＧ１〜Ｇｎにゲートパルスあるいはスキャンパルスを順次供給するためのゲート集積回路７２、液晶パネル４０のリードアウトラインＲＯＬに接続されて、そのリードアウトラインＲＯＬからの電荷を電圧信号に増幅するリードアウト集積回路７３、集積回路７１、７２、７３を制御するためのデジタルボード７４、及びデジタルボード７４に接続されたシステム回路ボード７５を備える。
データ集積回路７１は、デジタルボード７４のタイミングコントローラから入力されるデジタルビデオデータを、そのタイミングコントローラから印加されるタイミング制御信号に応じてアナログデータ電圧に変換して、液晶パネル４０のデータラインＤＬに供給する。データラインＤＬに供給されるアナログデータ電圧は、デジタルビデオデータの階調値に対応するガンマ補償電圧から選択される。
ゲート集積回路７２は、デジタルボード７４のタイミングコントローラから供給されるタイミング制御信号に応じてゲートパルスを発生し、そのゲートパルスをゲートラインＧ１〜Ｇｎに順次供給する。
リードアウト集積回路７３は、電圧増幅器を内蔵して、リードアウトラインＲＯＬから供給される電荷を電圧に変換及び増幅してデジタルボード７４に供給する。
デジタルボード７４は、ケーブル７６とインタフェース回路を通じて集積回路７１、７２、７３に接続されて、前記タイミングコントローラ、バックライトユニットの光源を駆動するためのインバータ、液晶パネルの駆動電圧（ガンマ補償電圧、ゲートハイ電圧、ゲートロー電圧等）を発生する直流−直流変換器を含む。このデジタルボード７４は、各集積回路の駆動電源及びタイミング制御信号を発生し、背景のデジタルビデオデータとデジタルタッチイメージ処理回路から入力されるタッチイメージのデジタルビデオデータをデータ集積回路７１に供給して集積回路を駆動及び制御することによって、背景及びタッチイメージを液晶パネル４０上に示す。
システム回路ボード７５は、ケーブル７６とインタフェース回路を通じてデジタルボード７４に接続されて、電源、放送受信回路、ＣＤあるいはＤＶＤのような外部ビデオソースからのビデオ信号を処理する回路等を含む。
このようなデジタルボード７４またはシステム回路ボード７５は、タッチイメージを処理するデジタルタッチイメージ処理回路を更に含む。このデジタルタッチイメージ処理回路は、ＩＲＴＦＴアレイを通じて入力される赤外線タッチ感知信号を座標ではなくイメージ形態に認識し、タッチイメージのパターンを分析してタッチ中心あるいは指のタッチ時にはタッチ指イメージの中から指の中心を検出して、液晶パネル４０に示されるタッチイメージデータを発生する。
図１４は、デジタルボード７４あるいはシステム回路ボード７５に実装されたデジタルタッチイメージ処理回路の動作アルゴリズムを段階的に示すフロー図である。
図１４を参照すると、デジタルタッチイメージ処理回路には、液晶パネル４０で複数のタッチ領域を仮想的に区画し、それぞれのタッチ領域から白色雑音、ＩＲＴＦＴの偏差等を考慮して予め決定されたタッチ領域別基準値が貯蔵されてある。また、デジタルタッチイメージ処理回路には、タッチ領域別に座標算出の基準に適用される臨界値が貯蔵されてある。このようなデジタルタッチイメージ処理回路にタッチイメージのデジタル信号が入力されると、デジタルタッチイメージ処理回路は、入力されたデジタル信号に基準値をマッピングして、基準値以上のタッチイメージデータを抽出する（Ｓ１、Ｓ２）。続いて、デジタルタッチイメージ処理回路は、タッチした点を連結するために、Ｓ２の段階で抽出されたタッチイメージデータをスムーシング（Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）処理すると共に、タッチイメージのエッジ（ｅｄｇｅ）を検出する（Ｓ３）。
Ｓ３の段階に続いて、デジタルタッチイメージ処理回路は、Ｓ３の段階で検出されたタッチイメージの信号を臨界値と比較し、その臨界値以上の信号を検索する（Ｓ４）。最後に、デジタルタッチイメージ処理回路は、Ｓ４の段階で臨界値以上に検索された信号のタッチ領域を区分し、そのタッチ領域に対して識別情報（ＩＤ）を付与した後、タッチ領域の識別情報（ＩＤ）を用いて各タッチ領域の中心座標を計算する（Ｓ５、Ｓ６）。
前述のように、本発明に係るマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置とその駆動方法は、液晶パネル内に赤外線センサーＩＲＴＦＴと透明窓Ｗを形成し、液晶パネルの近傍に配置されたバックライトユニット内に赤外線光源を配置することによって、マルチタッチの感知と共に、薄形化が可能となる。
以上、説明した内容を通じて、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で種々なる変更および修正が可能であることが分かる。従って、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載した内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲により定めなければならない。
従来のマルチタッチ装置を概略的に示す平面図である。 従来の他のマルチタッチ装置を説明するための図面である。 従来の他のマルチタッチ装置を説明するための図面である。 本発明の実施の形態に係るマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置を示す断面図である。 図４に示すバックライトユニットの光源配置の一例を示す平面図である。 図４に示すバックライトユニットの光源配置の他の一例を示す平面図である。 図４に示すバックライトユニットの光源配置の更に他の一例を示す平面図である。 図４に示すマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置の動作を説明するための断面図である。 ＩＲＴＦＴが形成されたサブ画素の平面図である。 図９において、線「Ｉ−Ｉ’」及び線「II−II’」を切り取って示す断面図である。 図９に示すサブ画素において、ブラックマトリクスが形成される領域と露出領域を示す平面図である。 図９に示すサブ画素の等価回路図である。 マルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置とその駆動回路を含む液晶表示装置を示すブロック図である。 タッチイメージの処理順序を段階的に示すフロー図である。
符号の説明
１１：透明アクリル板
１３：ＩＲＬＥＤ
１２Ａ〜１２Ｄ：ＩＲＬＥＤ及びＩＲＰＤアレイ
１４：ＩＲＰＤ
３０：カメラ及びプロジェクタモジュール
４０：液晶パネル
４１：上部透明基板
４２：下部透明基板
５０：バックライトユニット
７１：データ集積回路
７２：ゲート集積回路
７３：リードアウト集積回路
７４：デジタルボード
７５：システム回路ボード
７６、７７：ケーブル
１０１：ゲート絶縁膜
１０２：活性層
１０３：オーミック接触層
１０４：保護膜
１０５：ストレージ下部電極
１０６：ストレージ上部電極
１０７、１０９：コンタクトホール
１０８：透明電極パターン

Claims (11)

  1. 不透明体から反射される赤外線を透過させる透明窓、及び前記透明窓を通じて入射される前記赤外線光を感知するための複数の赤外線センサーを有する液晶パネル；及び
    前記液晶パネルの下で前記液晶パネルに前記赤外線光を照射するバックライトユニット；
    を備えるマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  2. 前記赤外線センサーは、前記液晶パネルの表示面上に同時にタッチされる複数のタッチイメージのそれぞれの赤外線光を同時に感知することを特徴とする請求項１に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  3. 前記液晶パネルは、
    前記透明窓が形成された第１透明基板；
    前記赤外線センサーが形成された第２透明基板；及び
    前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に形成された液晶層；
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  4. 前記第２透明基板は、
    データ電圧が供給される複数のデータライン；
    前記データラインと交差するように配置されて、スキャンパルスが順次供給される複数のゲートライン；
    前記データラインと平行に配置されて、前記第１透明基板から反射された赤外線光に対応する赤外線感知信号を出力する複数のリードアウトライン；
    前記データライン、前記ゲートライン及び前記リードアウトラインによって定義された画素領域に形成された画素電極；
    前記データラインと前記ゲートラインとの交差部に形成されて、前記スキャンパルスに応じて前記データ電圧を前記画素電極に供給するための複数の第１薄膜トランジスタ；
    前記ゲートラインと平行に配置されて、前記赤外線センサーに高電位の第１駆動電圧を供給するための複数の第１駆動電圧供給ライン；
    前記ゲートライン及び前記第１駆動電圧ラインと平行に配置されて、前記赤外線センサーに低電位の第２駆動電圧を供給するための複数の第１駆動電圧供給ライン；
    前記赤外線センサーからの電荷を充電する第１ストレージキャパシタ；
    前記画素電極と前記ゲートラインとの間に形成されて、前記画素電極の電圧を保持させるための第２ストレージキャパシタ；及び
    前記ゲートラインと前記リードアウトラインとの交差部に形成されて、前記第１ストレージキャパシタに接続されて、前記スキャンパルスに応じて第１ストレージキャパシタの電荷を前記リードアウトラインに供給する複数の第２薄膜トランジスタ；を備え、
    前記赤外線センサーは、前記第１及び第２駆動電圧によって駆動され、前記赤外線光によってソース−ドレイン間にチャンネル電流が流れる赤外線感知薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項３に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  5. 前記赤外線センサーは、
    前記第２駆動電圧供給ラインと一体に形成されるゲート電極；
    絶縁膜を介して前記ゲート電極と重畳される半導体層；
    前記半導体層上で前記第１駆動電圧供給ラインと接続されたソース電極；及び
    前記半導体層上で前記ソース電極と対向するドレイン電極；
    を備えることを特徴とする請求項４に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  6. 前記第１透明基板は、
    前記透明層と同一層に形成される赤、緑及び青色のカラーフィルタ；及び
    前記画素領域間の境界と前記第１及び第２薄膜トランジスタに対応する領域に形成されて、前記第１及び第２薄膜トランジスタに入射される赤外線光を遮光するブラックマトリクス；
    を更に備えることを特徴とする請求項４に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  7. 前記データラインに接続されて、前記液晶パネル上に接触したタッチによって発生されるタッチイメージと背景イメージとのデジタルビデオデータをアナログ形態の前記データ電圧に変換して前記データラインに供給する複数のデータ集積回路；
    前記ゲートラインに接続されて、前記ゲートラインに前記スキャンパルスを順次供給する複数のゲート集積回路；
    前記リードアウトラインに接続されて、前記リードアウトラインからの電荷を増幅して、増幅された電圧を出力するリードアウト集積回路；
    前記集積回路の駆動タイミングを制御して、前記データ集積回路に前記タッチイメージと前記背景イメージとのデジタルビデオデータを供給するデジタルボード；及び
    前記デジタルボードに接続したシステム回路ボード；を備え、
    前記デジタルボードと前記システム回路ボードの中のいずれか一つは、前記タッチイメージのパターンを分析してタッチイメージの中心を検出するデジタルタッチイメージ処理回路を含むことを特徴とする請求項４に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  8. 前記バックライトユニットは、
    赤色光を発生する複数の赤色光源；
    緑色光を発生する複数の緑色光源；
    青色光を発生する複数の青色光源；及び
    前記赤外線光を発生する複数の赤外線光源；
    を備えることを特徴とする請求項１に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  9. 前記赤外線光源の個数は、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源のそれぞれの個数より少ないことを特徴とする請求項１に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置。
  10. 不透明体から反射される赤外線を透過させる透明窓、及び前記透明窓を通じて入射される前記赤外線光を感知するための複数の赤外線センサーを有する液晶パネルを設ける段階；及び
    前記液晶パネルの下で前記液晶パネルに前記赤外線光を照射する段階；
    を含むことを特徴とするマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置の駆動方法。
  11. 前記赤外線センサーを用いて、前記液晶パネルの表示面上に同時にタッチされる複数のタッチイメージのそれぞれの赤外線光を同時に感知する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のマルチタッチ感知機能を有する液晶表示装置の駆動方法。
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