JP4932895B2 - ディスプレイ装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル機能を備えたディスプレイ装置に関する。

近年、機器の表示部に表示された画面に触れることでその機器の操作を可能にするタッチパネル機能を備えたディスプレイ装置が多くの用途で用いられている。このようなディスプレイ装置を利用する機器には、例えば、金融機関の現金自動預入支払機（ＡＴＭ）、駅の券売機、携帯電話機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤ、カーナビゲーションシステム、携帯情報端末（ＰＤＡ）等がある。

タッチパネル機能は、アナログ抵抗膜方式、光センサ方式、又は静電容量方式等の様々な方式により利用可能である。

アナログ抵抗膜方式は、間に空隙を有して張り合わされた２枚の透明電極基板をガラス基板上に設けることによりタッチパネル機能を実現する。表出している透明電極基板の面には、例えばＰＥＴ等の極薄のフィルムが設けられてもよい。フィルムが設けられている面に物理的な力が加えられると、２枚の透明電極基板が接触し、電流が流れる。透明電極基板の抵抗による分圧比は基板同士が接触した位置に応じて変化するので、これを測定することによって、力が加えられた箇所の座標を検出することができる。

光センサ方式は、ディスプレイ装置の各画素に光センサを組み込み、各画素から発せられる光が外部からの接触により遮られるどうかを検出することでタッチパネル機能を実現する。

静電容量方式は、表示パネルの表面全体に静電センサを設け、表示パネル表面に何らかの物体が近づく場合に生ずる放電現象による電荷の変化を検出することでタッチパネル機能を実現する。

特開平０７−３０２１６８号公報 特開平０７−３３４２８９号公報

しかし、上述したような従来の方式は、タッチパネル機能を実現するための構成を表示パネルの表示領域に設ける必要があり、コスト面で不利であるのみならず、透過率、コントラスト比及び／又は反射率等の表示性能を低下させるという問題を有する。

本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであり、表示性能を低下させることなくタッチパネル機能を組み込まれたディスプレイ装置及びこれを有する電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のディスプレイ装置は、液晶層を挟むよう対向して配置される第１及び第２の透光基板を有するディスプレイ装置であって、前記第１及び第２の透光基板の周縁部のいずれかに配置され、物体の接触に伴う外力が前記第１及び第２の透光基板に働いていることを検知する少なくとも１つのタッチセンサを有し、前記少なくとも１つのタッチセンサは、夫々、前記第１の透光基板の外側の面に設けられる光センサと、前記第２の透光基板の外側の面に向けて光を照射する光源と、前記光センサと前記光源との間に置かれ、前記外力の働きによる前記第１及び第２の透光基板の変形に応じて、前記光センサが前記光源から受ける光量を変化させるシャッター手段とを有する。

このように、ディスプレイ装置は、物体の接触によって生ずるガラス基板等の透光基板の相対位置の変化を光学的に検知してタッチセンサ機能を実現することができる。

本発明のディスプレイ装置の一実施形態で、前記シャッター手段は、前記第１の透光基板の内側の面に設けられる第１の非透光層と、前記第２の透光基板の内側の面に設けられる第２の非透光層とを有し、前記第１及び第２の非透光層は、前記外力の働きによる前記第１及び第２の透光基板の変形に応じて変化する幅を有して前記第１及び第２の非透光層の間に間隙が生ずるよう互いに対して相対的に移動し、前記シャッター手段は、前記間隙の幅に応じて、前記光センサが前記光源から受ける光量を変化させる。

本実施形態で、前記第２の非透光層は、前記第１及び第２の透光基板が互いに水平である場合に前記間隙が完全に塞がれるよう前記第１の非透光層に対して最大で該第１の非透光層の水平方向の幅分だけずらして前記第２の透光基板の内側の面に設けられる。望ましくは、前記第１及び第２の非透光層のうち一方の非透光層は、所定の間隔の間隙を有して配置される２以上の矩形状の部材を有し、他方の非透光層は、前記第１及び第２の透光基板が水平状態にある場合に前記所定の間隔の間隙を補完するよう配置される１以上の矩形状の部材を有する。

他の実施形態で、前記第２の非透光層は、前記第１及び第２の透光基板が互いに水平である場合に前記間隙の幅が最大となるよう少なくとも部分的に前記第１の非透光層に重なるよう前記第２の透光基板の内側の面に設けられる。望ましくは、前記第１及び第２の非透光層は、夫々、所定の間隔で配置される２以上の矩形状の部材を有し、前記第２の非透光層の部材は、前記第１及び第２の透光基板が水平状態にある場合に前記第１の非透光層の部材と重なるよう配置される。

本発明のディスプレイ装置の一実施形態で、当該ディスプレイ装置は、前記光センサが前記光源から受ける光量に基づいて前記物体の接触があった位置を求める接触位置検出回路を更に有する。

本発明のディスプレイ装置の一実施形態で、当該ディスプレイ装置は、透過型又は半透過型の液晶ディスプレイ装置であり、前記光源は、前記液晶ディスプレイ装置の背面に設けられ、前記液晶層に向けて光を照射するバックライトである。

また、上記目的を達成するために、上述されるような本発明のディスプレイ装置を有する電子機器が提供される。当該電子機器には、例えば、金融機関の現金自動預入支払機（ＡＴＭ）、駅の券売機、携帯電話機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤ、カーナビゲーションシステム、携帯情報端末（ＰＤＡ）、腕時計等の、タッチパネル機能を適用される電子機器がある。

本発明の実施形態によれば、表示性能を低下させることなくタッチパネル機能を組み込まれたディスプレイ装置及びこれを有する電子機器を提供することが可能となる。

一実施形態に従うディスプレイ装置を備える電子機器を示す。 図１の電子機器の機能構成を示すブロック図である。 一実施形態に従うディスプレイ装置の全体構成を示す回路図である。 一実施形態に従うタッチセンサの構成を示す。 物体が接触した場合における図４のタッチセンサの状態を示す。

本発明を実施するための最良の形態を、以下、添付の図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態に従うディスプレイ装置を備える電子機器である。図１の電子機器１００は、携帯電話機として表されているが、例えば、金融機関の現金自動預入支払機（ＡＴＭ）、駅の券売機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤ、カーナビゲーションシステム、携帯情報端末（ＰＤＡ）、腕時計等の他の電子機器であってもよい。

携帯電話機１００は、情報を画像として表示可能な表示パネルを備えたディスプレイ装置１０を有する。本例では、ディスプレイ装置１０は、電波状況及び電池残量等の携帯電話機１００の状態並びに時刻等の情報に加えて、ユーザが表示パネル表面に触れることで携帯電話機１００の操作を可能にするテンキー等のボタンを表示する。

図２は、図１の電子機器、すなわち携帯電話機１００の機能構成を示すブロック図である。携帯電話機１００は、制御部（ＣＰＵ）１０１、記憶部（メモリ）１０２、ユーザインターフェース部１０３、及び通信部１０４を有する。制御部１０１は、機器全体の制御を行う。記憶部１０２は、機器全体の制御を行うための制御プログラム及びこのプログラムの実行に用いられるデータ等を記憶する。ユーザインターフェース部１０３は、ユーザに対して情報を提示し且つユーザからの入力を受け取る。ユーザインターフェース部１０３には、図１のディスプレイ装置１０が含まれる。通信部１０４は、携帯電話網及びデータ通信網等のネットワークに接続され、ネットワークを介して外部との通信を行う。

動作において、制御部１０１は、ディスプレイ装置１０に情報を表示させるための情報表示信号を生成し、これをディスプレイ装置１０に供給する。ディスプレイ装置１０は、制御部１０１によって供給された情報表示信号に基づいて表示パネルに画像として情報を表示する。携帯電話機１００の操作を可能にするテンキー等のボタンがディスプレイ装置１０によって表示される場合に、ユーザは、ボタンが表示されている表示パネル表面の部分に触れることで、このボタンに対応する所定の機能を携帯電話機１００に発揮させることができる。ディスプレイ装置１０は、ユーザが触れた表示パネル表面の部分の位置を検出し、表示パネルにおける座標情報として制御部１０１へ送る。制御部１０１は、座標情報に対応するユーザ入力を認識し、例えば、通信部１０４を制御して外部の通信装置と通信を行う処理、ディスプレイ装置１０に次の画面を表示させるためのデータ信号を生成する処理、及び／又はユーザ入力を記憶部１０２に記憶させる処理等の適宜の処理を実行する。このために、例えば、メモリ１０２には、表示パネルにおける座標情報とユーザ入力とを関連付けるルックアップテーブルが記憶されている。

図３は、一実施形態に従うディスプレイ装置の全体構成を示す回路図である。ディスプレイ装置１０は、制御回路２０１、画像メモリ２０２、電源回路２０３、ソースドライバ２０４、ゲートドライバ２０５、表示パネル２０６、バックライト２０７、及び接触検出回路２１０を有する。表示パネル２０６は、行及び列のマトリクス状に配置されている複数の画素（図示せず。）を有する。各画素は、ソースドライバ２０４から延びたソースラインとゲートドライバ２０５から延びたゲートラインとの交差領域に位置し、液晶セル等の表示素子及びこの表示素子に電流を流す駆動スイッチング素子を少なくとも各１つずつ有する。

制御回路２０１は、入力される同期信号から、画像メモリ２０２、電源回路２０３、ソースドライバ２０４、ゲートドライバ２０５、及びバックライト２０７の夫々を制御するための制御信号を生成し、それらを各部へ供給する。

画像メモリ２０２は、入力される表示データを一時的に記憶し、制御回路２０１によって供給されるメモリ制御信号に同期して、表示パネル２０６に表示すべき画素データをソースドライバ２０４へ出力する。なお、代替的に、画像メモリ２０２は制御回路２０１に組み込まれてよい。

ここで、同期信号及び表示データは、図２の制御部１０１から出力される情報表示信号に含まれる。

電源回路２０３は、制御回路２０１によって供給される電源制御信号に同期してソースドライバ２０４用の駆動電圧Ｖｓ、ゲートドライバ２０５用の駆動電圧Ｖｇ、及び表示パネル２０６の共通電極用の共通電圧Ｖｃｏｍを生成し、それらを夫々ソースドライバ２０４、ゲートドライバ２０５、及び表示パネル２０６へ出力する。

ソースドライバ２０４は、制御回路２０１によって供給されるソースドライバ制御信号に同期して、画像メモリ２０２から出力された画素データを取り込み、この画素データに応じた電圧をソースラインを介して表示パネル２０６に与える。

ゲートドライバ２０５は、制御回路２０１によって供給されるゲートドライバ制御信号に同期して、各画素のスイッチング素子をオン／オフ制御する走査電圧をゲートラインを介して表示パネル２０６に与える。

表示パネル２０６は、液晶物質から成る液晶層を挟むよう対向して配置され且つ光に対して透過性を有する第１及び第２の基板（図４参照）を有する。第１の基板にはマトリクス状に配置された画素電極が設けられており、第２の基板には対向基板（共通電極ともいう。）が設けられている。第１及び第２の基板の間に液晶物質を封入することで、上述したような画素のマトリクス配置が形成される。画素電極への電圧印加は、ゲートドライバ２０５によって供給される走査電圧によりスイッチング素子がオン／オフ制御されることに応答する。オン期間にデータ電圧が画素電極と対向電極との間に印加されるとき、液晶分子の配向は、バックライト２０７から発せられる光を偏光させるように変化する。このようにして、表示パネル２０６は画像を表示することができる。

表示パネル２０６は、更に、画素のマトリクス配置が形成されている画像表示領域の周縁部の非表示領域に第１及び第２のタッチセンサ２０８、２０９を設けられている。第１のタッチセンサ２０８は、表示パネル２０６の正面向かって左端又は右端の少なくともいずれか一方に配置され、第２のタッチセンサ２０９は、表示パネル２０６の正面向かって上端又は下端の少なくともいずれか一方に配置される。タッチセンサ２０８及び２０９の組合せにより、表示パネル２０６の表面に物体が接触する場合に表示パネル２０６におけるその接触の位置を検出することが可能である。

接触位置検出回路２１０は、タッチセンサ２０８及び２０９によって検出された表示パネル２０６における接触の位置に係る情報を、制御回路２０１が処理可能な形式に変換して制御回路２０１に供給する。制御回路２０１は、接触位置検出回路２１０によって供給される情報に基づいて適宜の処理を行う。本実施形態では、接触位置検出回路２１０は、制御回路２０１とは別個に設けられているが、制御回路２０１に組み込まれるよう構成されてよい。代替的に、接触位置検出回路２１０は、低温ポリシリコンタイプのＴＦＴとして構成され得るならば、表示パネル２０６に組み込まれるよう構成されてよい。

図４は、一実施形態に従うタッチセンサの構成を示す。なお、図４では第１のタッチセンサ２０８を例としてその構成が表されているが、第２のタッチセンサ２０９も同様の構成を有する点に留意すべきである。

上述したように、タッチセンサ２０８は、液晶物質が封入されている液晶層３０３を挟むよう対向して配置される第１及び第２の透光基板３０１、３０２を有する表示パネル２０６（図３）の周縁部にある非表示領域に設けられる。一般に、基板３０１及び３０２の間には、液晶物質を注入するための空隙を保つために、所定間隔で配置されるスペーサ３０４が設けられている。

タッチセンサ２０８は、光センサ３０７と、光源（本実施形態では、図３のバックライト２０７）と、シャッター部３１０とを有する。光センサ３０７は、第１の基板３０１の外側の面に設けられている。光源は、バックライト２０７に限られず、第２の基板３０２の外側の面に向けて光を照射するよう設けられていればよく、反射型の液晶ディスプレイ装置のようにバックライトを用いない構造のディスプレイ装置ではタッチセンサ専用の光源が設けられる必要がある。反対に、本例のようにバックライト２０７をタッチセンサ用の光源として用いる場合には、部品点数及び基板面積の削減等の効果が得られる。シャッター部３１０は、光センサ３０７と光源との間に設けられ、ユーザの指等の物体が表示パネルに接触することによる第１及び第２の透光基板３０１、３０２の変形に応じて、光センサ３０７が光源から受ける光量を変化させる。

シャッター部３１０は、光を遮断する性質を有する第１及び第２の非透光層３０５及び３０６を有する。第１の非透光層３０５は、第１の基板３０１の内側の面、すなわち、第２の基板３０２に対向する面に設けられており、第２の非透光層３０６は、第２の基板３０２の内側の面、すなわち、第１の基板３０１に対向する面に設けられている。図示される実施形態では、第２の非透光層３０６は、第１及び第２の基板３０１、３０２が水平状態にある場合に第１の非透光層３０５に対して最大で第１の非透光層３０５の水平方向の幅分だけずらして配置される。具体的に、第１の非透光層３０５は、一定間隔を空けて配置される矩形状の部材を有し、一方、第２の非透光層３０６は、第１の非透光層３０５の部材間の間隙を補完するように配置される矩形状の部材を有する。このような実施形態では、表示パネルへの物体の接触がない場合は第１及び第２の基板３０１、３０２の水平状態が保たれるので、シャッター部３１０は光源から光センサ３０７に向かう光を遮断する。よって、このとき光センサ３０７が光源から受ける光量は零である。

図５は、物体が接触した場合における図４のタッチセンサの状態を示す。ユーザの指等の物体が表示パネルに接触する場合に、第１の基板３０１には物体の接触に伴う外力が働き、その作用がスペーサ３０４を通じて第２の基板３０２に働く。これにより、第１及び第２の基板３０１、３０２は、図示されるように、接触箇所を中心として撓む。第１及び第２の基板３０１、３０２が円弧状に撓む場合に、第１及び第２の基板３０１、３０２の夫々の曲率半径は異なるので、各基板に設けられている第１及び第２の非透光層３０５、３０６の相対位置は基板に沿った方向にずれる。具体的には、第１の非透光層３０５の位置は表示パネルの外側方向に向かって変位し、第２の非透光層３０６の位置は表示パネルの内側方向に向かって変位する。このような第１及び第２の非透光層３０５、３０６の相対位置の変化により、シャッター部３１０には、光源から光センサ３０７に向かう光を透過させる間隙が生ずる。光センサ３０７は、シャッター部３１０の間隙を通った光を検知する。

接触位置がタッチセンサ２０８に近いほど、タッチセンサ２０８における第１及び第２の基板３０１、３０２の曲率半径は短く、第１及び第２の非透光層３０５、３０６の相対位置のずれは大きくなる。この相対位置のずれの程度に応じて、シャッター部３１０で生ずる間隙の幅は変化し、その結果、光センサ３０７が光源から受ける光量も変化する。

タッチセンサ２０８は、光センサ３０７によって検知された光量を表す信号を接触位置検出回路２１０（図３）に出力する。タッチセンサ２０９も同様に検知信号を接触位置検出回路２１０に出力する。接触位置検出回路２１０は、タッチセンサ２０８及び２０９の夫々から出力された信号に基づいて、表示パネル２０６における接触の位置を求めることができる。

代替の実施形態で、第２の非透光層３０６は、第１及び第２の透光基板３０１、３０２が互いに水平である場合に、第１の非透光層３０５との間で生ずる間隙の幅が最大となるよう設けられてもよい。具体的に、第１の非透光層３０５が一定間隔を空けて配置される矩形状の部材を有する実施形態で、第２の非透光層３０６は、第１及び第２の透光基板３０１、３０２が水平状態にある場合に第１の非透光層３０５の部材と重なるよう配置される矩形状の部材を有する。この実施形態では、表示パネルへの物体の接触がなく、第１及び第２の基板３０１、３０２の水平状態が保たれる場合に、シャッター部３１０は、光センサ３０７が光源から受ける光量が最大であるよう、光源から光センサ３０７に向かう光を透過させる。一方、物体の接触による外力の働きで第１及び第２の透光基板３０１、３０２が変形する場合には、第１及び第２の非透光層３０５、３０６の間の間隙の幅は狭まり、光センサ３０７が光源から受ける光量も減少する。

このようにして、本実施形態に従うディスプレイ装置１０は、物理的な外力が加えられる場合に生ずる２枚の基板の相対位置の変化を光学的な変化として検出することでタッチパネル機能を実現することができる。また、本実施形態に従うディスプレイ装置１０は、従来とは異なり、タッチパネル機能を実現するための構成が表示パネルの表示領域に設けられる必要がないので表示性能を低下させない。

なお、ここでは説明の都合上、第１及び第２の基板３０１、３０２の撓み方を円弧状としたが、必ずしも円弧状に撓む必要はない。第１及び第２の基板３０１、３０２の夫々の材質、厚み及び／又は設置位置等の種々の条件に応じて必然的に撓み方は両者で異なる。従って、タッチセンサの配置、構造及び／又は数は、ここで開示されているものに限られず、第１及び第２の基板３０１、３０２の夫々の撓み方に応じて、あるいは用途又は要求される精度等の他の要因に応じて、それら基板間の相対位置の変化が適切に検出され得るように選択されてよい。例えば、接触感度は、第１及び第２の基板３０１、３０２が水平状態にある場合に第２の非透光層３０６が第１の非透光層３０５に対してどの程度ずらして配置されるのかによって決定され得る。接触感度は、第１の非透光層３０５と第２の非透光層３０６との重複部分が狭くなるほど敏感になり、小さい外力で高い反応性を有することとなる。

以上、発明を実施するための最良の形態について説明を行ったが、本発明は、この最良の形態で述べた実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。

本発明のディスプレイ装置は、上記の実施形態におけるアクティブマトリクス型液晶ディスプレイ装置に限定されるものではなく、液晶層を挟むよう対向して配置される第１及び第２の透光基板を有するよう構成されるディスプレイ装置であればよい。例えば、本発明のディスプレイ装置は、ＳＴＮ液晶についても適用可能であり、また、電卓、デジタル式の時計又はタイマ等の所定の数字、文字及び／又は記号のみを表示可能なセグメント液晶についても適用可能である。

１０ ディスプレイ装置
１００ 電子機器
２０７ 光源（バックライト）
２０８，２０９ タッチセンサ
３０１，３０２ 透光基板
３０３ 液晶層
３０５，３０６ 非透光層
３０７ 光センサ
３１０ シャッター部

Claims (9)

1. 液晶層を挟むよう対向して配置される第１及び第２の透光基板を有するディスプレイ装置であって、
   前記第１及び第２の透光基板の周縁部のいずれかに配置され、物体の接触に伴う外力が前記第１及び第２の透光基板に働いていることを検知する少なくとも１つのタッチセンサを有し、
   前記少なくとも１つのタッチセンサは、夫々、
   前記第１の透光基板の外側の面に設けられる光センサと、
   前記第２の透光基板の外側の面に向けて光を照射する光源と、
   前記光センサと前記光源との間に置かれ、前記外力の働きによる前記第１及び第２の透光基板の変形に応じて、前記光センサが前記光源から受ける光量を変化させるシャッター手段と
   を有し、
   前記シャッター手段は、前記第１の透光基板の内側の面に設けられる第１の非透光層と、前記第２の透光基板の内側の面に設けられる第２の非透光層とを有する、ディスプレイ装置。
2. 前記第１及び第２の非透光層は、前記外力の働きによる前記第１及び第２の透光基板の変形に応じて変化する幅を有して前記第１及び第２の非透光層の間に間隙が生ずるよう互いに対して相対的に移動し、
   前記シャッター手段は、前記間隙の幅に応じて、前記光センサが前記光源から受ける光量を変化させる、請求項１記載のディスプレイ装置。
3. 前記第２の非透光層は、前記第１及び第２の透光基板が互いに水平である場合に前記間隙が完全に塞がれるよう前記第１の非透光層に対して最大で該第１の非透光層の水平方向の幅分だけずらして前記第２の透光基板の内側の面に設けられる、請求項２記載のディスプレイ装置。
4. 前記第１及び第２の非透光層のうち一方の非透光層は、所定の間隔の間隙を有して配置される２以上の矩形状の部材を有し、他方の非透光層は、前記第１及び第２の透光基板が水平状態にある場合に前記所定の間隔の間隙を補完するよう配置される１以上の矩形状の部材を有する、請求項３記載のディスプレイ装置。
5. 前記第２の非透光層は、前記第１及び第２の透光基板が互いに水平である場合に前記間隙の幅が最大となるよう少なくとも部分的に前記第１の非透光層に重なるよう前記第２の透光基板の内側の面に設けられる、請求項２記載のディスプレイ装置。
6. 前記第１及び第２の非透光層は、夫々、所定の間隔で配置される２以上の矩形状の部材を有し、前記第１の非透光層の部材は、前記第１及び第２の透光基板が水平状態にある場合に前記第２の非透光層の部材と重なるよう配置される、請求項５記載のディスプレイ装置。
7. 前記光センサが前記光源から受ける光量に基づいて前記物体の接触があった位置を求める接触位置検出回路を更に有する、請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のディスプレイ装置。
8. 当該ディスプレイ装置は、透過型又は半透過型の液晶ディスプレイ装置であり、
   前記光源は、前記液晶ディスプレイ装置の背面に設けられ、前記液晶層に向けて光を照射するバックライトである、請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のディスプレイ装置。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のディスプレイ装置を有する電子機器。

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