JP5412362B2 - タッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、タッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法に関し、特に、スキャナ機能を有するフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法に関する。

タッチスクリーンは、画像表示装置の画面上に現れた指示内容を人が手又は物体で選択できるように画像表示装置の上面に備えられるものであって、手又は物体に接触する。このようなタッチスクリーンは、接触した位置を把握し、画像表示装置は接触した位置で指示する内容を入力信号として受け入れ、入力信号に従って駆動される。

タッチスクリーンを有する画像表示装置は、キーボード及びマウスのように画像表示装置に連結されて動作する別途の入力装置を必要としないため、使用が増大している傾向にある。

最近は、タッチスクリーンが液晶表示装置及び有機電界発光表示装置のような平板表示装置にも広く用いられており、タッチスクリーンを有する平板表示装置は映像を表示する表示パネル及び前記表示パネルの上側に備えられ、ユーザからのタッチ入力を通じて位置情報を検出するタッチスクリーンパネルを含む。

このとき、タッチスクリーンパネルを表示パネルの上側に位置させるために表示パネルとタッチスクリーンパネルとの間に空気層が生じるフレーム又は接着剤を利用する。

大韓民国特許公開第２００８−００８９１１５号 大韓民国特許公開第２００８−００４４０１７号

この場合、表示パネルとタッチスクリーンパネルとの間に表示パネル及びタッチスクリーンパネルの屈折率と異なる屈折率を有する層が生成され、平板表示装置の全体的な光学特性を低下させるという問題が発生する。

また、別途のタッチスクリーンパネルを製造して表示パネルに付着しなければならないため、製造コストが上昇し、平板表示装置の厚さが増加するという短所がある。従って、前記のような短所を克服するためにはタッチスクリーンパネルと表示パネルを一体化したタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を実現する必要がある。

一方、ユーザからのタッチ入力を通じて位置情報を検出する手段としては、フォトセンサなどが利用され得る。この場合、フォトセンサを通じて外光が入射される部分と手やタッチスティックなどの接触物体により遮られる部分とを区分してタッチ位置を感知するようになる。

このようなフォトセンサタイプのタッチスクリーンの場合、上部にスキャンしようとする物体を乗せた後、表示パネルを用いて前記物体に光を照射すれば、前記表示パネルからの光が物体に反射されてフォトセンサに入射され、このような現象を用いてスキャナ機能を行うように実現され得る。

ここで、スキャナ機能を高解像度で行うためには、フォトセンサが多数備えられなければならない。しかしながら、タッチスクリーン内蔵型平板表示装置の場合、画素ユニットの数に対してフォトセンサの数が多くなれば、発光領域が減少する恐れがある。従って、フォトセンサの数に対してスキャンの解像度を向上させることができるようにする方案が考案されなければならない。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高解像度でスキャナ機能を行えるようにしたフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素と、前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサを含み、スキャン動作モード時に前記各画素グループ内の複数の単位画素が順次光を放出しながら、前記単位画素からスキャンの対象となる物体により反射されて前記フォトセンサに入射される反射光を用いてスキャン動作を行うことを特徴とするタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を提供する。

ここで、前記画素グループは、連続する２つの行及び２つの列に隣接するように配置された４つの単位画素と、前記４つの単位画素の中央に配置された１つのフォトセンサを含むことができる。そして、前記４つの単位画素はスキャン動作モード時に行列順に順次光を放出できる。

また、前記単位画素は互いに異なる色の光を放出する複数の副画素で構成されることができる。ここで、前記スキャンモード動作時に前記各画素グループ内の複数の単位画素が順次光を放出し、前記単位画素内の前記複数の副画素も同時に光を放出せずに、順次光を放出できる。

更に、前記単位画素と前記フォトセンサは、同一の基板上に形成されることができる。
本発明の他の側面は、表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素と、前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサを含むタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法において、スキャンモードを選択する段階と、前記スキャンモードに対応して前記各画素グループ内の複数の単位画素を順次選択して発光させながら、前記単位画素からスキャンの対象となる物体により反射されて前記フォトセンサに入射される反射光を用いて前記物体をスキャンする段階とを含むタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法を提供する。

ここで、前記各画素グループ内の複数の単位画素を行列順に順次発光させながら、スキャン動作を行うことができる。

また、前記複数の単位画素を順次発光させる段階で前記単位画素のそれぞれを構成する複数の副画素も順次発光させることができる。

以上説明したように本発明によれば、フォトセンサを表示パネルと一体化してフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を実現することで、平板表示装置の光学的特性を向上させると共に、製造コストの低減及び薄型化を図ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係るフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置でスキャナ機能を行うとき、表示パネルの画素がいずれもフル-ホワイトを表示せず、フォトセンサを中心とした画素グループ内で各画素が順次光を放出しながら、スキャン動作を行うようにすることで、高解像度でスキャン動作を行うことができる。

本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の表示領域を概略的に示す平面図である。 本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の一例を示す要部断面図である。 図２に示すタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いてスキャン動作を行う原理を示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。 本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。 本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。 本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の表示領域を概略的に示す平面図である。

図１を参照すれば、平板表示装置の表示領域ＰＡ内には多数の単位画素１２０が規則的に配列され、単位画素１２０のうち複数の単位画素で構成されるそれぞれの画素グループＰＧ内にはフォトセンサ１３０が備えられる。

それぞれの単位画素１２０は、異なる色の光を放出する複数の副画素で構成されるものであって、例えば、赤色Ｒ光を放出するＲ副画素１２０ａ、緑色Ｇ光を放出するＧ副画素１２０ｂ及び青色Ｂ光を放出するＢ副画素１２０ｃで構成されることができる。

フォトセンサ１３０は、単位画素１２０の間で均一な分布を有するように配置されるものであって、単位画素１２０に対するフォトセンサ１３０の割合が１：１である場合にフォトセンサ１３０の配置密度が最大となる。

但し、フォトセンサ１３０の配置密度が最大である場合には表示領域ＰＡ内の発光領域の割合が減少する恐れがある。従って、本発明では単位画素１２０に対するフォトセンサ１３０の割合が１：２又は１：４になるか、或いはそれより低く配置されるようにする。

即ち、本発明でフォトセンサ１３０は複数の単位画素１２０で構成される画素グループＰＧ単位で単位画素１２０と隣接するように１つずつ配置され、図１は、隣接する４つの単位画素１２０で構成される画素グループＰＧ単位で前記単位画素１２０の間に１つのフォトセンサ１３０が備えられる場合、即ち、単位画素１２０に対するフォトセンサ１３０の割合が１：４である場合を一例として示した。

図１において、それぞれの画素グループＰＧは、連続する２つの行及び連続する２つの列に隣接するように配置された第１乃至第４単位画素Ｐ１〜Ｐ４と、前記第１乃至第４単位画素Ｐ１〜Ｐ４の中央に配置された１つのフォトセンサ１３０を含む。ここで、フォトセンサ１３０の下部には隣接する単位画素Ｐ１〜Ｐ４又はバックライトなどからの光がフォトセンサ１３０に直接的に到達するのを防止するためのブラックマトリックス１３２が形成される。

前述した平板表示装置の表示領域ＰＡ上に人手やタッチスティックなどが接触すれば、フォトセンサ１３０を通じて接触物体により遮られる部分による光変化量を感知してタッチ位置を把握するようになる。

図２は、本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の一例を示す要部断面図であって、特に、図１に示す表示領域の要部断面を示すものである。便宜上、図２ではタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明は有機電界発光表示装置にも適用され得る。

図２を参照すれば、本実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置は映像をディスプレイすると共に、接触する物体の位置を感知する液晶表示パネル１００と、液晶表示パネル１００に光を供給するバックライト２００を含んで構成される。

液晶表示パネル１００は、バックライト２００側に位置する下部基板１１０と、下部基板１１０と対向するように、下部基板１１０の上部に備えられる上部基板１４０と、前記下部基板１１０及び上部基板１４０の間に介在される液晶層１７０とを含む。

また、図２には示していないが、液晶層１７０を狭持するように、液晶層１７０の液晶分子の配列方向を整列するための一対の配向膜が両基板１１０、１４０の間に形成されると共に、液晶表示パネル１００の両側に対面するように前面偏光板及び背面偏光板が設置され得る。

特に、本発明の実施形態の場合、液晶層１７０に対面する下部基板１１０の上部面には液晶表示パネル１００に接触した物体の位置を検出するためのフォトセンサ１３０が備えられる。

フォトセンサ１３０は、液晶表示パネル１００でタッチスクリーン機能を提供するために形成されるものであって、下部基板の表示領域ＰＡ上に規則的に配置され得る。

図２は、表示領域ＰＡ内にフォトセンサ１３０が規則的に配置された液晶表示パネル１００の一断面を示しているものであって、特に、１つのフォトセンサ１３０とこれに隣接する２つの単位画素１２０の断面を示している。このとき、フォトセンサ１３０が形成されている表示領域の一部をセンサ領域ＰＡ２と定義し、その他の単位画素１２０が形成された領域を画素領域ＰＡ１と定義する。

画素領域ＰＡ１は、映像を表示するための多数の単位画素１２０で構成される。ここで、単位画素１２０は、Ｒ、Ｇ、Ｂ副画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃで構成され、このような色の区分は各副画素が対向するカラーフィルタ１５０の透過波長特性により決定される。

即ち、下部基板１１０上に形成されたＲ、Ｇ、Ｂ副画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに対応する領域の上部基板１４０にはこれらの各色に対応するＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが形成される。

一方、図２には示していないが、画素領域ＰＡ１には画素電極と共通電極が形成されており、これらは透明電極材料で形成される。また、各副画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃには画素の構成に応じて画素電極と共通電極間の液晶容量を補助する補助容量、画素電極への印加電位を、入力される映像信号の電位に応じて制御するスイッチング素子なども形成される。

センサ領域ＰＡ２は、画素領域ＰＡ１の間に規則的に配置されるフォトセンサ１３０で構成される。例えば、フォトセンサ１３０は画素領域ＰＡ１間の下部基板１１０上に規則的に形成され得る。このようなフォトセンサ１３０は、画素領域ＰＡ１に隣接するように形成されて接触した物体の位置を感知する。

一方、下部基板１１０の背面側にはバックライト２００が配置されている。バックライト２００は、液晶表示パネル１００の背面に対面するように配置されて液晶表示パネル１００の表示領域ＰＡに光を出射する。

ここで、バックライト２００から出射される光は下部基板１１０の画素領域ＰＡ１及び上部基板１４０のカラーフィルタ１５０を透過して所定の画面をディスプレイする。
そして、下部基板１１０のセンサ領域ＰＡ２の下部にはブラックマトリックス１３２が形成されており、バックライト２００から出射される光がフォトセンサ１３０に直接入射されるのを防止する。

上部基板１４０の下部基板１１０に向かう面（背面）の画素領域ＰＡ１と対応する領域にはカラーフィルタ１５０が形成され、同一面のセンサ領域ＰＡ２と対応する領域には外光に入射される受光部１６０が形成される。

ここで、受光部１６０はカラーフィルタ１５０間の開口部や透過膜などで実現されることができ、これにより、外光がフォトセンサ１３０に入射される。そして、接触物体により外光が遮られる場合、フォトセンサ１３０で感知された外光の光量差によりタッチ如何及びその位置を感知できるようになる。

一方、タッチスクリーン内蔵型平板表示装置が有機電界発光表示装置で実現される場合、別途のバックライト及びカラーフィルタは備えられず、フォトセンサ１３０はそれぞれの副画素別に異なる色の自発光素子を含む単位画素１２０の間に規則的に配列される。
前述したような本発明によれば、フォトセンサ１３０を単位画素１２０が形成される表示パネルの下部基板１１０に形成する。即ち、フォトセンサ１３０を表示パネル１００と一体化してフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を実現することで、平板表示装置の光学的特性を向上させると共に、製造コストの低減及び薄型化を図ることができる。

一方、このようなフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いてスキャナ機能を行うこともできる。特に、本発明では単位画素１２０に対するフォトセンサ１３０の割合が１：２又は１：４になるか、或いはそれより低く配置される場合にもフォトセンサ１３０の配置密度に対する高解像度でスキャナ機能を行えるようにする方案を提示し、これについての更に詳細な説明は後述する。

図３は、図２に示すタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いてスキャン動作を行う原理を示す要部断面図である。そして、図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。

まず、図３を参照すれば、文字や絵が印刷された紙などをフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の表示領域ＰＡの上部に乗せた状態で、フル-ホワイトで単位画素１２０を発光させれば、単位画素１２０からの光がスキャンの対象となる紙などにより反射される。そして、これによる反射光がフォトセンサ１３０に入射され、前記反射光を分析してスキャン物体の陰影を把握することで、スキャン動作を行える。

但し、単位画素１２０に対するフォトセンサ１３０の割合が１：２又は１：４になるか、或いはそれより低い割合で配置される場合にはフル-ホワイトで単位画素１２０を発光させた状態で行われるスキャン動作がフォトセンサ１３０の配置密度が低いだけ低解像度で行われざるを得ない。

これを克服するために、本発明では、一例として図１に示すのようなタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いたスキャン動作モード時に、各画素グループＰＧ内の複数の単位画素１２０が同時に光を放出する代わりに、順次光を放出しながら、前記単位画素１２０からスキャンの対象となる物体により反射されてフォトセンサ１３０に入射される反射光を用いてスキャン動作を行うことを特徴とする。

例えば、各画素グループＰＧ内の第１乃至第４単位画素Ｐ１〜Ｐ４は、スキャン動作モード時に行列順に順次光を放出できる。

図４Ａ〜図４Ｄを参照してこれを詳細に説明すれば、まずスキャン期間の第１期間に各画素グループＰＧ内の第１単位画素Ｐ１を発光させ、後続する第２期間には各画素グループＰＧ内の第２単位画素Ｐ２を発光させながら、スキャン動作を行える。(図４Ａ、４Ｂ)
また、第２期間に後続する第３期間及び第４期間にはそれぞれ画素グループＰＧ内の第３単位画素Ｐ３及び第４単位画素Ｐ４を発光させながら、スキャン動作を行える。(図４Ｃ、４Ｄ)

前述したように、フォトセンサ１３０を中心に区分され、複数の単位画素１２０を含む画素グループＰＧ内で、それぞれの単位画素１２０が順次光を放出する間にスキャン動作を行うことにより、スキャン動作の解像度を向上させることができる。

例えば、図１に示すように、フォトセンサ１３０を中心に連続する２つの行及び連続する２つの列に配列された４つの単位画素１２０に画素グループＰＧが区分される場合、フル-ホワイト状態でスキャン動作を行う時に比べて、横スキャンの解像度及び縦スキャンの解像度をそれぞれ２倍ずつ向上させることができる。

一方、本発明が１つの画素グループＰＧ内に含まれた単位画素１２０を１つずつ順次発光させながら、スキャン動作を行うことにのみ限定されるものではない。

例えば、横スキャンの解像度の向上のためにスキャン期間の第１期間に第１及び第３単位画素Ｐ１、Ｐ３を同時に発光させ、スキャン期間の第２期間に第２及び第４単位画素Ｐ２、Ｐ４を同時に発光させながら、スキャン動作を行うことができる。

また、縦スキャンの解像度の向上のためにはスキャン期間の第１期間に第１及び第２単位画素Ｐ１、Ｐ２を同時に発光させ、スキャン期間の第２期間に第３及び第４単位画素Ｐ３、Ｐ４を同時に発光させながら、スキャン動作を行うことができるのはもちろんである。

更に、画素配列構造が同一であると仮定するとき、限定された個数のフォトセンサ１３０を用いて更に高い解像度でスキャン動作を行うために、単位画素１２０の副画素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ単位でスキャン動作を行うこともできる。

例えば、スキャン期間を第１〜第１２期間に分け、第１単位画素Ｐ１のＲ副画素、第１単位画素Ｐ１のＧ副画素、第１単位画素Ｐ１のＢ副画素、第２単位画素Ｐ２のＲ副画素、．．．、第４単位画素Ｐ４のＢ副画素の順に副画素を順次発光させながら、スキャン動作を行うことができる。

この場合、フル-ホワイト状態でスキャン動作を行う時に比べて横スキャンの解像度は６倍まで向上させることができる。

即ち、本発明に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置をスキャンモードで駆動する駆動方法は、スキャンモードを選択する段階と、選択されたスキャンモードに対応して各画素グループＰＧ内の複数の単位画素Ｐ１〜Ｐ４を順次選択して発光させながら、単位画素Ｐ１〜Ｐ４からスキャンの対象となる物体により反射されてフォトセンサ１３０に入射される反射光を用いて物体をスキャンする段階とを含む。

ここで、複数の単位画素Ｐ１〜Ｐ４を順次選択する時には行列順序を基準にすることができる。但し、これは単なる１つの実施形態であって、本発明はこれに限定されるものではなく、単位画素Ｐ１〜Ｐ４に対する順列の場合の数がいずれも適用可能であるのはもちろんである。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

１２０ 単位画素
１３０ フォトセンサ
ＰＧ 画素グループ
Ｐ１〜Ｐ４ 第１乃至第４単位画素
１３２ ブラックマトリックス
ＰＡ 表示領域

Claims (6)

1. 表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素と、
   前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサを含み、
   前記単位画素は、異なる色の光を放出する複数の副画素で構成され、
   スキャン動作モード時に、前記各画素グループ内の光を放出する単位画素が順次変更され、前記単位画素内のそれぞれを構成する前記複数の副画素は同時に光を放出せずに、光を放出する副画素が順次変更される間に、前記副画素の各々から放出されスキャンの対象となる物体により反射し前記フォトセンサに入射する反射光を用いて、スキャン動作を行うことを特徴とするタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
2. 前記画素グループは、連続する２つの行及び２つの列に隣接するように配置された４つの単位画素と、前記４つの単位画素の中央に配置された１つのフォトセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
3. 前記４つの単位画素は、スキャン動作モード時に行列順に、光を放出する副画素が順次変更されることを特徴とする請求項２に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
4. 前記単位画素と前記フォトセンサは、同一の基板上に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
5. 表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素と、前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサを含み、前記単位画素は、異なる色の光を放出する複数の副画素で構成されるタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法において、
   スキャン動作モードを選択する段階と、
   前記スキャン動作モードに対応して前記各画素グループ内の光を放出する単位画素を順次変更し、前記単位画素内のそれぞれを構成する前記複数の副画素は同時に光を放出せずに、光を放出する副画素を順次変更する間に、前記副画素の各々から放出されスキャンの対象となる物体により反射し前記フォトセンサに入射する反射光を用いて、前記物体をスキャンする段階と
   を含むタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法。
6. 前記各画素グループ内の光を放出する単位画素を行列順に、順次変更する間に、スキャン動作を行うことを特徴とする請求項５に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法。
   

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