JP5229896B2

JP5229896B2 - 光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置

Info

Publication number: JP5229896B2
Application number: JP2008315015A
Authority: JP
Inventors: 羅世煥
Original assignee: ハイディステクノロジーカンパニーリミテッド
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: KR100976527B1; US8139041B2; JP2010097162A; TW201015405A; CN101726891A; US20100090984A1; CN101726891B; KR20100041318A

Description

本発明は、光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置に関し、より詳細には、液晶パネルのカラーフィルタ基板に設けられた絶縁性の基板と遮光層との間に光導電性物質を蒸着し、外部から印加される光に起因する光導電体の特性変化による電流または電圧変化を通じてタッチ位置を効果的に捜すことができる光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）は、小型及び薄形化と低電力消耗の長所を有する平板表示装置であって、ノートパソコンのような携帯用コンピュータ、事務自動化機器、オーディオ／ビデオ機器などに利用されている。
最近、液晶表示装置（ＬＣＤ）技術の飛躍的な発達に伴って、液晶表示素子の高解像度を実現することができるようになり、これにより、高解像度のグラフィック作業が可能になるとともに、ノートパソコンでもディジタイザを入力装置として使用することが可能となっている。
また、ノートパソコンに装着されたディジタイザは、デスクトップパソコンに使用される陰極管（Cathode Ray Tube；ＣＲＴ）形態のタッチスクリーンと同一の機能を行う装置として応用することができるようになる。
このような液晶表示装置（ＬＣＤ）に装着されたディジタイザは、タッチスクリーンまたはタブレットとも呼ばれ、ユーザが指示した位置を検出する方式によって抵抗膜方式と静電容量方式が最も多く使用されている。

前記抵抗膜方式は、２つの平行な透明電極の間にドットスペーサを利用して２つの電極を分離し、外部で作用する圧力によって上・下部板の透明電極が接触して発生する電圧変動を測定する方式である。前記静電容量方式は、外部から加えられた交流電圧を利用してキャパシタンスカップリングを測定し、位置を認識する方式である。
その他、パネル外部で赤外線を照射し、その変化量を測定するＩＲ方式と、ディスプレイ表面上にタッチによる表面波の変化を測定するＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）方式も使用されている。
前述した従来のディスプレイ外部にモジュール形態で付着されるタッチスクリーンパネル技術は、構造上発生する透過率減少のようなディスプレイイメージを悪化させ、外部スクラッチのような外部刺激に比較的影響を大きく受ける問題点がある。
このような問題点を解決するために、例えば、光ダイオードや光薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）のような光センサー素子をパネルの画素内部に位置させて、外部から印加される光を通じてタッチを認識する方式や、パネル内部の微細な容量変化を捜し出す方式などが新しく適用されている｛参照文献：W. d. Boer, et al. SID'03 DIGEST 1494(2003), Joohyung Lee et al. SID'07 DIGEST 1101(2006)｝。
しかし、このような光センサーを利用した方法や容量変化を測定する方法は、画素の開口率を低下させ、このため、透過率及び輝度が低下し、ディスプレイイメージを悪化させるとともに、測定された信号が小さすぎるので、外部に多くの周辺装置を必要とし、生産費用が増加するという短所を有している。

本発明は、前述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、液晶パネルのカラーフィルタ基板に設けられた絶縁性の基板と遮光層との間に光導電性物質を蒸着し、外部から印加される光に起因する光導電体の特性変化による電流または電圧変化を通じてタッチ位置を効果的に捜すことができる光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明の第１の実施形態は、第１基板及び第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に充填された液晶層とから構成される液晶表示装置において、前記第１基板は、該第１基板の下部に形成されるとともに外部から印加される光により生ずる光導電体の特性変化による電流または電圧変化を通じてタッチ位置を感知するタッチ感知層と、該タッチ感知層の下部に形成されるとともに光漏れを防止する遮光層と、該遮光層との間でカラー具現のための赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂのカラーフィルタパターンからなるカラーフィルタ層を含むことを特徴とする光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置を提供する。
ここで、前記タッチ感知層は、所定厚さの絶縁膜と、前記絶縁膜を間に置いて垂直に交差配列された第１及び第２光導電体ストリップとから構成されることが好ましい。
好ましくは、前記第１及び第２光導電体ストリップは、前記遮光層と同一のパターン形態で前記基板と前記遮光層との間に形成されることができる。
好ましくは、前記遮光層及び前記絶縁膜上には、前記タッチ感知層に電圧または電流を印加する供給源及び前記タッチ感知層からセンシングされた信号を処理する集積回路（ＩＣ）と前記第１及び第２光導電体ストリップとの電気的なコンタクトのために、前記コンタクトされる部分に前記第１及び第２光導電体ストリップが露出されるように少なくとも１つのコンタクトホールが形成されることができる。
好ましくは、前記遮光層が導電性物質からなる場合、前記タッチ感知層と前記遮光層との間、または前記第２光導電体ストリップと前記遮光層との間に所定厚さの絶縁層がさらに形成されることができる。
好ましくは、前記遮光層、前記絶縁層及び前記絶縁膜上には、前記タッチ感知層に電圧または電流を印加する供給源及び前記タッチ感知層からセンシングされた信号を処理する集積回路（ＩＣ）と前記第１及び第２光導電体ストリップとの電気的なコンタクトのために、前記コンタクトされる部分に前記第１及び第２光導電体ストリップが露出されるように少なくとも１つのコンタクトホールが形成されることができる。
好ましくは、前記供給源と集積回路（ＩＣ）は、前記第１基板に形成され、前記コンタクトホールを介して直接コンタクトされるか、または、前記第２基板に形成され、他の導電性物質を利用して前記コンタクトホールを介して前記第１及び第２光導電体ストリップとコンタクトされることもできる。または、外部の供給源と集積回路を利用してコンタクトされることができる。
好ましくは、前記光導電体は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｅ、ＰｂＳ、ＩｎＳｂまたはＰｂＯの中から選択されたいずれか１つの物質からなることができる。

以上説明したような本発明の光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置によれば、液晶パネルの上部基板、すなわちカラーフィルタ基板に設けられた絶縁性の基板と遮光層との間に光導電性物質を蒸着し、外部から印加される光に起因する光導電体の特性変化による電流または電圧変化を通じてタッチ位置を効果的に捜すことができるという利点がある。
また、本発明によれば、既存の外装型タッチスクリーンの問題点として指摘される透過率減少や、内装型タッチスクリーンの問題点である開口率減少による輝度低下といった問題を引き起こす光素子を別に必要としないので、一層簡単に構成することができ、製作費用を効果的に低減することができるとともに、駆動方式でも一定の電圧を上部基板に印加することができるので、外部で位置認識信号を簡単に捜し出すことができるという利点がある。
更に、本発明によれば、光導電体として様々な物質を使用することができるので、その使用目的によって適宜物質を選択して使用する場合に有用な効果を有することができ、特に多様な反応時間（１０^−３〜１０^−９秒）を有するので、応答速度をも必要に応じて指定することができるという利点がある。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、以下に例示する本発明の実施例は、様々な他の形態に変形されることができ、本発明の技術的範囲が以下に説明する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は、本技術分野における通常の知識を有する者に、本発明を一層完全に説明するために提供されるものである。

まず、本発明は、タッチ認識のために、外部から印加される光を認識するための光導電体ストリップ部が絶縁膜を間に置いて横方向と縦方向とに分離され、互いに交差されたマトリックス構造の配列で構成されることを特徴とする。
図１は、光の照射による光導電体の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を説明するためのグラフであり、通常の光導電体（例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｅ、ＰｂＳ、ＩｎＳｂ、ＰｂＯなど）は、露光される程度によって抵抗が変動することが分かる（参考文献：Complete guide to semiconductor device 2nd Ed. Kowk K. NG pp.423）。

図２は、本発明の一実施例による光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置の原理を説明するための概略的な概念図である。
図２を参照すれば、光導電体に供給源によって、一定電圧または一定電流が印加された状態で液晶パネルに外部光が入射されると、電流または電圧が生成される。
このような状態で、タッチをするようになれば、外部光がタッチ過程で遮られるようになり、光が遮られた部分は、既存の光が遮られていない部分と抵抗値の差異が発生するようになり、その結果、電流または電圧値の差異が発生するようになる。
このような電流または電圧値の差異を液晶パネルの外部で測定し、タッチ位置（Ｘ−ポジジョン、Ｙ−ポジジョン）を容易に捜し出すことができる。
好ましくは、液晶パネルの外部に増幅器を設置し、電流または電圧値の差異を増幅させて測定し、タッチ位置（Ｘ−ポジジョン、Ｙ−ポジジョン）を容易に捜し出すこともできる。

図３は、本発明の一実施例による光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置のカラーフィルタ基板を説明するための概略的な平面図であり、図４乃至図６は、それぞれ図３のＡ−Ａ'線、Ｂ−Ｂ'線及びＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
図３乃至図６を参照すれば、本発明の一実施例による光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置は、互いに対向する第１基板（１００）及び第２基板（不図示）と、前記２つの基板の間に充填される液晶層（不図示）などを含む。
ここで、第１基板（１００）は、カラーフィルタ（Color Filter、Ｃ／Ｆ）基板であって、絶縁性の基板（１１０）、タッチ感知層（１２０）、遮光層（例えば、ブラックマトリックス）（１３０、１３０’）及びカラーフィルタ層（不図示）などを含む。

タッチ感知層（１２０）は、基板（１１０）の下部に形成されており、外部から印加される光により生ずる光導電体の特性変化による電流または電圧変化を通じてタッチ位置を感知する役目を担う。
このようなタッチ感知層（１２０）は、所定厚さの絶縁膜（１２１）と、絶縁膜（１２１）を間に置いて横方向及び縦方向にそれぞれ分離されるとともに垂直に交差されるマトリックス形態で配列された第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）から構成されている。

また、前記第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）は、後述する遮光層（１３０、１３０’）と同一のパターン形態で基板（１１０）と遮光層（１３０、１３０’）の間に形成される。これにより、液晶表示装置の内部に設けられたバックライトユニット（不図示）によって発生する光（内部光）を遮断し、タッチ感知層（１２０）の位置測定時に内部光による誤作動を効果的に防止することができる。

一方、現在使用されている光導電性物質は、従来において、薄膜形成やパターニングが困難であったが、最近、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）や微細接触印刷（Microcontact Printing）技術などの工程技術の発展に伴って、パターニングが可能になった（参考文献：機械と材料１５巻１号pp.118, Theories and Application of Chem. Eng., 2006, Vol.12, No.1 pp.1005）。
また、上記の光導電性物質の種類は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｅなど可視光線領域で動作する物質から、赤外線領域で動作するＰｂＳ、ＩｎＳｂ、Ｇｅ：Ａｕや紫外線領域で動作するＰｂＯなどいろいろな物質が存在するので、本発明に適用して構成する場合に多様に活用されることができる。特に、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｅなどは、最も一般的に使用される光導電性物質である。

遮光層（１３０、１３０’）は、光の漏洩を防止するための遮光領域であって、タッチ感知層（１２０）の下部に一定の間隔をもって形成されており、一般的に赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂのカラーフィルタの間を区分する。
また、上記の遮光層（１３０、１３０’）は、通常、黒色顔料が添加された感光性有機物質からなり、図４の（ａ）に示されるように、遮光層（１３０）と第２光導電体ストリップ（１２３）とを絶縁させる必要はないが、導電性物質で構成された遮光層（１３０’）を使用する場合には、図４の（ｂ）に示されるように、第２光導電体ストリップ（１２３）と遮光層（１３０’）との間に所定厚さの絶縁層（１２４）を用いて互いに絶縁させて構成することができる。

一方、図５及び図６に示されるように、絶縁膜（１２１）、遮光層（１３０、１３０’）及び絶縁層（１２４）は、それぞれのコンタクトされる部分（接触部分）に少なくとも１つのコンタクトホール（Contact Hole、ＣＨ）を備えることができる。このコンタクトホールは、第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）を露出させる。この結果、第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）と、タッチ感知層（１２０）に電圧または電流を印加する供給源及びタッチ感知層（１２０）からセンシングされた信号を処理する集積回路（Integrated Circuit、ＩＣ）との電気的なコンタクトを得ることができる。

また、上述の供給源と集積回路（ＩＣ）は、第１基板（１００）に形成され、コンタクトホール（ＣＨ）を介して直接コンタクトされるか、上述の第２基板に形成され、別の導電性物質を利用して、コンタクトホール（ＣＨ）を介して第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）とコンタクトされることもでき、または外部の供給源と集積回路を利用してコンタクトされることができる。

一方、供給源を第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）の一端部に接続し、所定の電圧または電流を供給するとともに、集積回路を第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）それぞれの他端部に接続し、第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）の電流または電圧値の差異を検知し、タッチ前の既存信号とタッチ時の信号を比較することにより、タッチ位置を捜し出すことができる。

上述のカラーフィルタ層は、通常、各遮光層（１３０）の間に赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂのカラーフィルタパターンが交互に配列されてなり、バックライトユニット（不図示）から照射され、上述の液晶層を通過した光に色相を付与する役目を担う。このようなカラーフィルタ層は、通常、感光性有機物質からなる。
また、上述のカラーフィルタ層の下部には、当該カラーフィルタ層によって発生する段差を除去し、平坦性を向上させるために、オーバーコート層（不図示）が追加に形成されることもできる。

また、上述の第２基板は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）アレイ基板であって、図示してはいないが、通常、単位画素を定義するゲート及びデータ配線と、当該ゲート及びデータ配線の交差地点に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、共通電極及び画素電極がそれぞれ形成される。
更に、好ましくは、上述の第２基板は、画面が表示されない非表示領域に第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）に電圧または電流を印加する供給源と、第１及び第２光導電体ストリップ（１２２及び１２３）から信号の変化を感知する集積回路とをさらに含むことができる。

一方、本発明の一実施例による光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置は、使用する光源によって液晶パネルの裏面に付着された背面光源であるバックライトから出る人為的な光を液晶に入射させて、液晶の配列によって光の量を調節して色を表示する透過型液晶表示装置に適用することが好ましいが、これに限定されず、外部の自然光や人造光を反射させて、液晶の配列によって光の透過率を調節する反射型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置を始めとして液晶の光学的異方性と分極性質を利用するすべての液晶表示装置に適用可能であることは勿論であり、例えば、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬＤ（Electro Luminescent Display）、ＶＦＤ（Vacuum Fluorescent Display）などのようなさまざまな平板表示装置にも適用可能である。

前述した本発明による光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置の好ましい実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付の図面の範囲内でいろいろに変形して実施することが可能であり、これも本発明に属する。

光の照射による光導電体の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を説明するためのグラフである。本発明の一実施例による光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置の原理を説明するための概略的な概念図である。本発明の一実施例による光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置のカラーフィルタ基板を説明するための概略的な平面図である。図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図３のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。図３のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。

符号の説明

１００・・・・・・・第１基板
１１０・・・・・・・・絶縁性の基板
１２０・・・・・・・・タッチ感知層
１２１・・・・・・・・絶縁膜
１２２、１２３・・・・第１、第２光導電体ストリップ
１３０、１３０’・・・遮光層

Claims

第１基板及び第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に充填された液晶層とから構成される液晶表示装置において、
前記第１基板は、該第１基板の下部に形成されるとともに外部から印加される光により生ずる光導電体の特性変化による電流または電圧変化を通じてタッチ位置を感知するタッチ感知層と、
該タッチ感知層の下部に形成されるとともに光漏れを防止する遮光層と、
該遮光層との間でカラー具現のための赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂのカラーフィルタパターンからなるカラーフィルタ層を含んでなり、
前記タッチ感知層は、所定厚さの絶縁膜と、
前記絶縁膜を間に置いて垂直に交差配列された第１光導電体ストリップ及び第２光導電体ストリップとから構成されることを特徴とする光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置。
前記第１光導電体ストリップ及び前記第２光導電体ストリップは、前記遮光層と同一のパターン形態で前記基板と前記遮光層との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置。
前記遮光層及び前記絶縁膜上のコンタクト部分に少なくとも１つのコンタクトホールが形成され、
該コンタクトホールは、前記第１光導電体ストリップと前記第２光導電体ストリップを露出し、前記タッチ感知層に電流又は電圧を供給する供給源、タッチ感知層からのセンシングされた信号を処理する集積回路、前記第１光導電体ストリップ及び前記第２光導電体ストリップ間の電気的コンタクトを作り出すことを特徴とする請求項２に記載の光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置。
前記遮光層が導電性物質からなり、前記タッチ感知層と前記遮光層との間、または前記第２光導電体ストリップと前記遮光層との間に所定厚さの絶縁層がさらに形成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置。
前記遮光層、前記絶縁層及び前記絶縁膜上のコンタクト部分に少なくとも１つのコンタクトホールが形成され、
該コンタクトホールは、前記第１光導電体ストリップ及び前記第２光導電体ストリップを露出し、前記タッチ感知層へ電流又は電圧を供給する供給源、前記タッチ感知層からのセンシングされた信号を処理する集積回路、前記第１光導電体ストリップ及び前記第２光導電体ストリップの間に電気的コンタクトを作り出すことを特徴とする請求項４に記載の光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置。
前記供給源及び前記集積回路が、前記第１基板に形成され、前記コンタクトホールを介して直接コンタクトされるか、または、前記第２基板に形成され、他の導電性物質を利用して前記コンタクトホールを介して前記第１光導電体ストリップ及び前記第２光導電体ストリップとコンタクトされてなることを特徴とする請求項３又は５に記載の光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置。
前記光導電体は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｅ、ＰｂＳ、ＩｎＳｂまたはＰｂＯの中から選択されたいずれか１つの物質からなることを特徴とする請求項１に記載の光導電体を利用したタッチスクリーン機能が内蔵された液晶表示装置。