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

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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. 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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