JP5414186B2

JP5414186B2 - 表示装置

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Publication number: JP5414186B2
Application number: JP2008059791A
Authority: JP
Inventors: 克良平木
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2028-03-10
Also published as: JP2009217486A; KR101055213B1; KR20090097095A

Description

本発明は表示装置に関し、特に、光学センサ内臓のタッチパネル機能を有した表示装置に関する。

従来より、タッチパネル機能を有した表示装置の開発がなされている。この種の従来の装置として、例えば、感圧式のものや、発光素子を備えた入力ペンにより入力が行われるものがある。
感圧式の表示装置は、透明電極材料からなる透明導電膜（ＩＴＯ）が表面に設けられた２枚の透明基板（上側がプラスチック基板、下側がガラス基板）を所定間隔の空気層を介在させて対向させて配置した構成を有している。このとき、上側のプラスチック基板を指またはペン等で押すと、押された部分のプラスチック基板が曲がり、下側のガラス基板と接触するようになる。これにより、この上下の透明基板に設けられた透明導電膜が接触してショートしたことになり、そのショート箇所の導電膜抵抗を測ることによって、パネル上の座標を知ることができる。
また、発光素子を備えた入力ペンにより入力を行うタイプの表示装置は、フォトダイオードを備えた多数のセンサ部が表示パネルの一面に配設され、入力ペンからの光を受けたフォトダイオードの起電力もしくは抵抗変化によって、位置座標の入力が検出される。

しかしながら、上述した従来のタッチパネル機能付きの表示装置は、いずれも小型化が困難であり、また、重量も重いものが多かった。また、感圧式のものは、経年劣化によってプラスチック基板が変形したり、様々なノイズ等により、座標位置を誤認識してしまうという問題点があった。また、発光素子を備えた入力ペンを用いるタイプのものは、専用の入力ペンが必ず必要となり、入力ペンを紛失してしまうと入力できず、不便であるという問題点があった。

そのため、近年においては、フォトセンサ回路を内蔵した表示装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。当該表示装置においては、フォトセンサにより入射光の光強度を検出して、それにより指が置かれたか否かを判定して、位置座標を特定する。

特開２００７−９４６０６号公報

上記のフォトセンサ回路を内蔵した表示装置においては、周囲光等の使用環境や、経年劣化による特性変化等により、センサ出力にばらつきが生じ、その結果、指等の物体が何も置かれていないのに置かれているように誤認識してしまったり、正しい座標位置を認識することができない場合があるという問題点があった。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、周囲光等の使用環境や経年劣化による特性変化の影響を受けずに、指等が置かれた位置の座標を常に正しく認識することができる表示装置を得ることを目的とする。

この発明は、表示画面の任意の位置を手指または指示部材にて指定したことを検知可能な表示装置であって、複数の画素がマトリクス状に配置された表示画面を有する液晶パネルと、前記液晶パネルにマトリクス状に配置され、入射光の光強度を測定して、当該入射光の光強度に応じたセンサ出力値を出力する複数の光検出手段と、前記光検出手段のうちの一部の光検出手段を光遮蔽部材で覆うことにより形成されて、前記光遮蔽部材で覆われた状態で入射光の光強度を測定して、当該入射光の光強度に応じたセンサ出力を基準値として出力するセンサ補正手段と、前記光検出手段により得られた前記センサ出力値と前記センサ補正手段による前記基準値との差分を演算して出力する差分演算手段と、前記差分に基づいて、前記表示画面上の前記手指または前記指示部材にて指定された前記位置の位置座標を検出する位置検出手段とを備え、前記光検出手段は所定の個数ずつのブロックに分割されており、前記センサ補正手段の前記光遮蔽部材は、前記ブロック内の所定の位置に配置された光検出手段を覆うように配置され、前記センサ補正手段は、各ブロックごとに、前記光遮蔽部材により覆われた前記光検出手段により得られるセンサ出力を前記基準値として出力し、前記表示画面内に配置された前記センサ補正手段は、前記表示画面内に均一に分布され、前記各ブロックは、Ｎ×Ｎ個（Ｎは３以上の定数）の前記光検出手段から構成され、前記Ｎ×Ｎ個の前記光検出手段中で、１個の前記光検出手段から前記センサ補正手段を構成し、前記センサ補正手段の前記センサ出力を前記基準値として、残りＮ×Ｎ−１個の前記光検出手段のセンサ出力値それぞれと前記基準値との差分を前記差分演算手段が演算して出力することを特徴とする表示装置である。

この発明は、表示画面の任意の位置を手指または指示部材にて指定したことを検知可能な表示装置であって、複数の画素がマトリクス状に配置された表示画面を有する液晶パネルと、前記液晶パネルにマトリクス状に配置され、入射光の光強度を測定して、当該入射光の光強度に応じたセンサ出力値を出力する複数の光検出手段と、前記光検出手段のうちの一部の光検出手段を光遮蔽部材で覆うことにより形成されて、前記光遮蔽部材で覆われた状態で入射光の光強度を測定して、当該入射光の光強度に応じたセンサ出力を基準値として出力するセンサ補正手段と、前記光検出手段により得られた前記センサ出力値と前記センサ補正手段による前記基準値との差分を演算して出力する差分演算手段と、前記差分に基づいて、前記表示画面上の前記手指または前記指示部材にて指定された前記位置の位置座標を検出する位置検出手段とを備え、前記光検出手段は所定の個数ずつのブロックに分割されており、前記センサ補正手段の前記光遮蔽部材は、前記ブロック内の所定の位置に配置された光検出手段を覆うように配置され、前記センサ補正手段は、各ブロックごとに、前記光遮蔽部材により覆われた前記光検出手段により得られるセンサ出力を前記基準値として出力し、前記表示画面内に配置された前記センサ補正手段は、前記表示画面内に均一に分布され、前記各ブロックは、Ｎ×Ｎ個（Ｎは３以上の定数）の前記光検出手段から構成され、前記Ｎ×Ｎ個の前記光検出手段中で、１個の前記光検出手段から前記センサ補正手段を構成し、前記センサ補正手段の前記センサ出力を前記基準値として、残りＮ×Ｎ−１個の前記光検出手段のセンサ出力値それぞれと前記基準値との差分を前記差分演算手段が演算して出力することを特徴とする表示装置であるので、周囲光等の使用環境や、経年劣化による特性変化の影響を受けずに、指等が置かれた位置の座標を常に正しく認識することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る表示装置はタッチパネル機能付きの液晶表示装置である。当該液晶表示装置は、図１に示したように、画素２がマトリクス状に配置された画素マトリクスから構成された表示画面を有する液晶パネル１と、液晶パネル１のゲートライン４を駆動するためのゲートドライバ６と、液晶パネル１のデータライン５を駆動するためのデータドライバ７と、ゲートドライバ６とデータドライバ７とを制御するためのタイミングコントローラ（図示省略）とを備える。

液晶パネル１は、ゲートライン４とデータライン５との交差で定義される各画素２の画素領域に形成された液晶セルで構成された液晶セルマトリックスを備える。また、各画素２は、それぞれ、３原色に対応した３つのサブピクセル（図示省略）から構成されている。液晶セルは、映像データ信号によって光透過量を調節する液晶セルＣｌｃ、及び、液晶キャパシタＣｌｃを駆動するための薄膜トランジスタＴＦＴを備える。薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲートライン４のスキャン信号に応答して、データライン５のデータ信号が液晶セルＣｌｃに充電されて維持されるようにする。液晶セルＣｌｃは、データ信号によって液晶の配列状態を可変させて光透過率を調節することによって階調を具現する。

ゲートドライバ６は、タイミングコントローラからの制御信号に応答して、ゲートライン４に順次にスキャン信号を供給する。データドライバ７は、タイミングコントローラからのデジタル映像データ８をアナログデータ信号に変換して、データライン５に供給する。タイミングコントローラは、ゲートドライバ６及びデータドライバ７を制御する制御信号を供給すると共に、データドライバ７にデジタル映像データ８を供給する。

また、液晶パネル１には、フォトセンサ等から構成された光検出素子３が、マトリクス状に配置されている。光検出素子３は、入射光の光強度を検出して、当該光強度に応じたセンサ出力値を出力する。光検出素子３には、垂直方向にＸ出力線１２が接続され、水平方向にＹ出力線１１が接続されている。Ｘ出力線１２およびＹ出力線１１の一端は共通に高電圧電源端子１０に接続されている。また、Ｘ出力線１２の他端はＸ出力スキャン回路１４に接続され、Ｙ出力線１１の他端はＹ出力スキャン回路１３に接続されている。光検出素子３は、入射光を当該入射光の光強度に応じた光電流に変換する変換手段と、変換手段で変換された光電流を積分する積分手段と、当該積分の結果得られる積分値をセンサ出力値として出力する出力手段とを備えている。なお、ここで、入射光とは、液晶パネル１が設置されている周囲からの光である周囲光と、液晶パネル１の下部に設けられたバックライト１８（図２参照）からの光の両方またはいずれか一方を含むものとする。

このとき、図２に示すように、指２０等が液晶パネル１上に置かれると、指２０が存在する位置にある光検出素子３のセンサ出力値だけが変化する（すなわち、小さくなる）。Ｘ出力スキャン回路１４およびＹ出力スキャン回路１３は、それぞれ、Ｘ出力線１２およびＹ出力線１１を介して、光検出素子３によるセンサ出力値を得て、当該センサ出力値をＸ信号出力線１５およびＹ信号出力線１６を介して位置検出回路（図示せず）に出力する。

なお、ここまでの構成は一般的なタッチパネル機能を備えた表示装置の構成であり、従って、本発明の構成は上述した構成に限定されるものではなく、任意の構成に適宜変更してもよいものとする。

以下に、本発明の特徴について説明する。
本実施の形態においては、図２に示すように、一部の光検出素子３をブラックマトリクス等からなる光遮蔽手段１７（光遮蔽部材）で覆い隠すなどして遮光する。この光遮蔽手段１７で覆い隠された光検出素子３および当該光遮蔽手段１７をまとめてセンサ補正部３０と呼ぶこととする。本実施の形態においては、図３に示すように、液晶パネル１の外周に沿って設けられた最も外側の光検出素子３に対して略々矩形の光遮蔽手段１７を施して、センサ補正部３０を形成している。従って、光遮蔽手段１７が設けられていないセンサ部分の各光検出素子３は全て略々矩形の光遮蔽手段１７の内側に存在している。

一般に、光検出素子３は、使用環境および使用状況、あるいは、経年変化による特性劣化等により、センサ出力値が変化する。そのため、センサ出力値と予め設定された固定値の所定の設定値との比較により、指２０等が置かれたか否かを判定すると、誤検出してしまう恐れがある。そのため、本実施の形態においては、センサ補正部３０として、常に暗データを観測する部位を設けるようにして、当該部位のセンサ出力値との差分により、指２０等が置かれたか否かを判定するようにして、誤検出を防止するようにした。センサ補正部３０も同一の液晶パネル１の一部分であるため、センサ補正部３０における光検出素子３は、センサ補正部３０以外の他の光検出素子３と全く同じ条件で、使用環境および使用状況、あるいは、経年変化による特性劣化等の影響を受ける。従って、センサ補正部３０以外の他の光検出素子３のセンサ出力の変化と、センサ補正部３０における光検出素子３のセンサ出力の変化とは、同じ傾向を示して共に同様に変化することが予想される。

ここで、上記予想を証明するために行った実験について説明する。当該実験においては、図４に示すように、黒ビニールテープを光遮蔽手段１７として用いて、一部の光検出素子３を覆って、センサ補正部３０を形成した。センサ補正部３０の観測地点のセンサ出力値をａｖｇ４とし、その左側の光遮蔽手段１７で覆っていない光検出素子３の観測地点のセンサ出力値をａｖｇ３、その右側の同じく光遮蔽手段１７で覆っていない光検出素子３の観測地点のセンサ出力値をａｖｇ５とした。図５に、その実験結果を示す。なお、図５（ａ）は、周囲光として室内の照明を一定にし、バックライトの駆動電流を１２０ｍＡとした場合の電源ＯＮからのセンサ出力値の時間変化を示したものであり、図５（ｂ）は、周囲光として室内の照明を一定にし、バックライトの駆動電流および輝度を変化させた場合のセンサ出力値の変化を示したものである。本実験においては、指などの障害物は一切置かない状態で、各観測地点におけるセンサ出力値の測定を行った。

例えば、図５（ａ）のａｖｇ３のセンサ出力値の変化を見ると、電源をＯＮにした時点では６９８degitで、１０分後は７０４degit、６０分後は７１８degitとなっており、単一項における変化は大きい。また、センサ補正部３０でのセンサ出力値ａｖｇ４も、同様に、時間とともにその値が大きくなる変化を示している。一方、センサ補正部３０の観測地点のセンサ出力値のａｖｇ４との差分（＝ａｖｇ３−ａｖｇ４）の値を見ると、常にほぼ一定である。このことから、センサ補正部３０におけるセンサ出力値と他の観測地点におけるセンサ出力値との差分は、周囲環境や経過時間によらず、常にほぼ一定であることがわかる。

また、図５（ｂ）のａｖｇ３のセンサ出力値の変化を見ると、駆動電流６０ｍＡ、輝度１９５ｃｄ／ｍ２のときは６６３degitで、駆動電流１８０ｍＡ、輝度５１５ｃｄ／ｍ２のときは７４９degit、駆動電流３００ｍＡ、輝度７６０ｃｄ／ｍ２は７６８degitとなっており、単一項における変化は大きい。また、センサ補正部３０でのセンサ出力値ａｖｇ４も、同様に、駆動電流および輝度の値の増加とともにその値が大きくなる変化を示している。一方、センサ補正部３０の観測地点のセンサ出力値のａｖｇ４との差分（＝ａｖｇ３−ａｖｇ４）の値を見ると、常にほぼ一定である。このことから、センサ補正部３０におけるセンサ出力値と他の観測地点におけるセンサ出力値との差分は、周囲環境や使用状況によらず、常にほぼ一定であることがわかる。

当該実験の結果から、センサ補正部３０におけるセンサ出力値と他の観測地点におけるセンサ出力値との差分は、周囲環境、経過時間および使用状況等によらず、常にほぼ一定であることがわかり、上記予想は正しいことが判明した。これにより、本実施の形態においては、センサ補正部３０のセンサ出力値の値を基準にし、それとの差分Δの値を用いて、指２０等の位置座標の検出を行う構成とした。

本実施の形態の動作について説明する。図６は、本実施の形態における指２０が置かれた位置の位置座標を求めるための処理の流れを示したフローチャートである。なお、本実施の形態においては、上述の通り、図３に示すように、略々矩形に、液晶パネル１の外周の内側に、センサ補正部３０が設けられている。本実施の形態においては、図６に示すように、まず、各光検出素子３により入射光の値を測定しセンサ出力値を取得する（ステップＳ１）。次に、図７に示すセンサ補正部データ取得演算部９により、ステップＳ１で取得したセンサ出力値の中から、センサ補正部３０以外のセンサ部分の各光検出素子３ごとに、それのＸ座標とＸ座標が同じ上下のセンサ補正部３０のセンサ出力値を読み出すとともに、Ｙ座標についても、Ｙ座標が同じ左右のセンサ補正部３０のセンサ出力値を読み出して、各光検出素子３ごとに上下左右４点のセンサ補正部３０のセンサ出力値を取得し、上下左右の４点のセンサ補正部３０のセンサ出力値の平均値を最適基準値として求める（ステップＳ２）。次に、図７に示す差分演算器１９により、各光検出素子３ごとに、光検出素子３によるセンサ出力値とステップＳ２で求めた最適基準値との差分Δを求める（ステップＳ３）。次に、当該差分Δの値に基づいて、指２０等が液晶パネル１上に置かれたか否かを判定する（ステップＳ４）。判定の結果、指２０等が置かれていた場合には（ステップＳ５）、ステップＳ６に進み、一方、指２０等が置かれていなかった場合には、ステップＳ１の処理に戻る。ステップＳ６では、指２０等が置かれたと判定された光検出素子３が設置されている位置のＸ座標およびＹ座標をＸ出力スキャン回路１４およびＹ出力スキャン回路１３によりそれぞれ取得して、それらの値から位置検出回路（図示省略）が指２０等が置かれた位置の位置座標を特定する（ステップＳ６）。なお、これらの一連の処理は、所定の周期（タイミング）で繰り返し行われる。

以上のように、本実施の形態においては、ブラックマトリクス等の光遮蔽手段１７で光検出素子３を覆ったセンサ補正部３０を設けて、常に暗データを観測する部位を設けておき、当該部位と光遮蔽手段１７を設けていないセンサ部の各光検出素子３とのセンサ出力値の差分を求め、当該差分は使用環境や経年変化等の影響を受けずに常に一定であることから、差分を基に指２０等が液晶パネル１上に置かれたか否かの判定を行うようにしたので、周囲環境や使用状況および経年変化等の影響を受けずに、常に、正確に判定を行うこことができ、正しい位置座標を得ることができるという効果が得られる。

なお、上記の説明においては、液晶パネル１の任意の位置を指２０にて指定する例について説明したが、その場合に限らず、タッチペンや他の任意の指示部材あるいは任意の物体にて指定するようにしてもよく、その場合にも同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図８は実施の形態２の構成を示した図である。上述の実施の形態１においては、図３に示すように、センサ補正部３０が液晶パネル１の外周の内側に略々矩形に設けられている例を示したが、本実施の形態においては、図８に示すように、所定の長さのセンサ補正部３０が略々平行に複数本設けられている。センサ補正部３０は、液晶パネル１の左端から右端までのほぼ全体に亘るように設けることが望ましい。少なくとも、最左端の光検出素子３が設けられている位置から最右端の光検出素子３が設けられている位置までの長さを有していることが望ましい。他の構成については、上述の実施の形態１と同じであるため、ここではその説明を省略する。

本実施の形態における動作は基本的に実施の形態１と同じであるが、異なる点は、実施の形態１では、図６のステップＳ２で上下左右４点の平均値をとって最適基準値を求めていたのに対し、本実施の形態においては、各光検出素子３ごとに、それの直近の上下のセンサ補正部３０のセンサ出力値の平均を求めて補間するか、あるいは、直線補間等の方式により補間するかなどして、上下２点間での補間を行って最適基準値を求めるようにした点が実施の形態１と異なる。他の動作は実施の形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においても、ブラックマトリクス等の光遮蔽手段１７で光検出素子３を覆ったセンサ補正部３０を設けて、常に暗データを観測する部位を設けておき、当該部位と光遮蔽手段１７を設けていないセンサ部の各光検出素子３とのセンサ出力値の差分を求め、当該差分は使用環境や経年変化等の影響を受けずに常に一定であることから、差分を基に指２０等が液晶パネル１上に置かれたか否かの判定を行うようにしたので、周囲環境や使用状況および経年変化等の影響を受けずに、常に、正確に判定を行うこことができ、正しい位置座標を得ることができるという効果が得られる。また、本実施の形態においては、センサ補正部３０を図８に示すように平行に複数本設けるようにしたので、最適基準値がより精度の高い値となり、その結果、誤検出をさらに防止でき、より正確に指２０等の検出を行うことができる。

なお、本実施の形態においては、のべ４本のセンサ補正部３０を設ける例について説明したが、この場合に限らず、液晶パネル１の大きさやコスト等を基にして、センサ補正部３０の本数を適宜決定するようにしてよいものとする。

実施の形態３．
図９は実施の形態３の構成を示した図である。本実施の形態においては、図９に示すように、液晶パネル１の全体にマトリックス状に配置された各光検出素子３を、よこ３×たて３の、のべ９個ずつのブロック（以下、センサブロックとする。）に分割し、各センサブロックごとに、各センサブロックの左上の１個の光検出素子３にのみ光遮蔽手段１７を施して、それをセンサ補正部３０とする。他の構成については、上述の実施の形態１および２と同じであるため、ここではその説明を省略する。

本実施の形態における動作は基本的に実施の形態１と同じであるが、異なる点は、実施の形態１では、図６のステップＳ２で上下左右４点の平均値をとって最適基準値を求めていたのに対し、本実施の形態においては、各光検出素子３ごとに、当該光検出素子３が含まれているセンサブロックにおけるセンサ補正部３０のセンサ出力値を最適基準値とする点が実施の形態１と異なる。他の動作は実施の形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においても、ブラックマトリクス等の光遮蔽手段１７で光検出素子３を覆ったセンサ補正部３０を設けて、常に暗データを観測する部位を設けておき、当該部位と光遮蔽手段１７を設けていないセンサ部の各光検出素子３とのセンサ出力値との差分を求め、当該差分は使用環境や経年変化等の影響を受けずに常に一定であることから、差分を基に指２０等が液晶パネル１上に置かれたか否かの判定を行うようにしたので、周囲環境や使用状況および経年変化等の影響を受けずに、常に、正確に判定を行うこことができ、正しい位置座標を得ることができるという効果が得られる。また、本実施の形態においては、センサ補正部３０を図９に示すように各センサブロックごとに設けるようにしたので、最適基準値がより精度の高い値となり、その結果、誤検出をさらに防止でき、より正確に指２０等の検出を行うことができる。

なお、本実施の形態においては、センサブロックを３×３のブロックとしたが、その場合に限らず、任意の個数ずつのブロックに分割してもよいものとする。

本発明の実施の形態１に係る表示装置の構成を示した構成図である。本発明の実施の形態１に係る表示装置の構成を示した断面図である。本発明の実施の形態１に係る表示装置の構成を示した平面図である。本発明の実施の形態１に係る表示装置の効果を示すための実験を説明した説明図である。本発明の実施の形態１に係る表示装置の効果を示すための実験結果を表で示した説明図である。本発明の実施の形態１に係る表示装置の動作を示したフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る表示装置の構成を示した部分構成図である。本発明の実施の形態２に係る表示装置の構成を示した平面図である。本発明の実施の形態３に係る表示装置の構成を示した平面図である。

符号の説明

１液晶パネル、２画素、３光検出素子、４ゲートライン、５データライン、６ゲートドライバ、７データドライバ、８デジタル映像データ、９センサ補正部データ取得演算部、１０高電圧電源端子、１１Ｙ出力線、１２Ｘ出力線、１３Ｙ出力スキャン回路、１４Ｘ出力スキャン回路、１５Ｘ信号出力線、１６Ｙ信号出力線、１７光遮蔽手段、１８バックライト、１９差分演算器、２０指、３０センサ補正部。

Claims

表示画面の任意の位置を手指または指示部材にて指定したことを検知可能な表示装置であって、
複数の画素がマトリクス状に配置された表示画面を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルにマトリクス状に配置され、入射光の光強度を測定して、当該入射光の光強度に応じたセンサ出力値を出力する複数の光検出手段と、
前記光検出手段のうちの一部の光検出手段を光遮蔽部材で覆うことにより形成されて、前記光遮蔽部材で覆われた状態で入射光の光強度を測定して、当該入射光の光強度に応じたセンサ出力を基準値として出力するセンサ補正手段と、
前記光検出手段により得られた前記センサ出力値と前記センサ補正手段による前記基準値との差分を演算して出力する差分演算手段と、
前記差分に基づいて、前記表示画面上の前記手指または前記指示部材にて指定された前記位置の位置座標を検出する位置検出手段と
を備え、
前記光検出手段は所定の個数ずつのブロックに分割されており、
前記センサ補正手段の前記光遮蔽部材は、前記ブロック内の所定の位置に配置された光検出手段を覆うように配置され、
前記センサ補正手段は、各ブロックごとに、前記光遮蔽部材により覆われた前記光検出手段により得られるセンサ出力を前記基準値として出力し、
前記表示画面内に配置された前記センサ補正手段は、前記表示画面内に均一に分布され、
前記各ブロックは、Ｎ×Ｎ個（Ｎは３以上の定数）の前記光検出手段から構成され、
前記Ｎ×Ｎ個の前記光検出手段中で、１個の前記光検出手段から前記センサ補正手段を構成し、前記センサ補正手段の前記センサ出力を前記基準値として、残りＮ×Ｎ−１個の前記光検出手段のセンサ出力値それぞれと前記基準値との差分を前記差分演算手段が演算して出力することを特徴とする表示装置。