JP5856373B2 - タッチ感知表示装置 - Google Patents

Description

本発明はタッチ感知表示装置に関し、より詳しくは、製造原価を節減できて構造を単純化できるタッチ感知表示装置に関するものである。

タッチ感知表示装置は外部のタッチを感知する装置であり、ＰＤＡ、携帯電話機、及びＡＴＭにおいてマウスとキーボード等の入力装置を代替できる。タッチ感知表示装置は動作原理に応じて、抵抗性方式、表面波方式、及び光センシング方式に分類される。

抵抗性方式のタッチ感知装置はタッチに対応して変化する電流を感知し、表面波方式のタッチ感知表示装置はタッチに対応して変化する超音波を感知する。また、光センシング方式タッチ感知装置は発光素子及び受光素子を備え、タッチに対応して受光素子側に提供される光量の変化を感知してタッチの位置を感知する。しかし、光センシング方式のタッチ感知表示装置は、タッチをセンシングする領域が増加するほどより多くの数の受光素子及び発光素子が求められるため、製造原価が上昇する。

そこで、本発明は上記従来のタッチ感知表示装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、製造原価を節減できてシステム構成を単純化できるタッチ感知表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明によるタッチ感知表示装置は、液晶層を支持する導光板及び基板、前記導光板の一つの入射面に沿って配置された発光素子、前記導光板から放出する光を感知するために配置された複数の受光素子を有し、前記導光板は光が全反射により伝達されるようにし、
前記受光素子は、前記導光板の入射面と対向する面に沿って一列に配置され、
前記受光素子から信号を受信し、前記導光板においてタッチされた位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を決定するコンピュータをさらに有することを特徴とする。

前記受光素子は全反射によって前記導光板を透過した光の量を測定してもよい。

上記目的を達成するためになされた本発明によるタッチ感知表示装置は、液晶層を支持する導光板及び基板、前記導光板の一つの入射面に沿って配置された発光素子、前記導光板から放出する光を感知するために配置された複数の受光素子を有し、前記導光板は光が全反射によって伝達されるようにし、前記受光素子は前記基板上に設けられた遮光部材に対応して前記導光板と前記基板の間であり、且つ前記導光板と前記液晶層との間に２次元的に配列するように配置され、前記導光板において物体によって散乱した光の量を測定することを特徴とする。
前記受光素子は前記入射面に垂直な前記導光板の面に配置してもよい。
前記受光素子は２次元配列された複数のセンサーを含んでもよい。
前記受光素子はマトリックス状に配置され、前記各センサーは基板上の画素に対応して形成されてもよい。

前記タッチ感知表示装置は、前記導光板上に配置された補助層をさらに含み、前記補助層の屈折率は前記導光板の屈折率より小さくてもよい。

前記受光素子は前記補助層上に配置してもよい。

前記タッチ感知表示装置は、前記基板上に形成された遮光部材をさらに含んでもよい。

前記遮光部材は前記受光素子と重なってもよい。

前記基板は薄膜トランジスターと画素を含んでもよい。

前記導光板は有機物質、ガラス、及びＰＭＭＡのうちの一つで形成されてもよい。
前記導光板は０．５〜１ｍｍの厚さを有してもよい。

前記受光素子は光ダイオード、光トランジスター、ＣＣＤ、及びカメラのうちの一つであってもよい。
前記受光素子は第１基板上に形成されてもよい。
前記受光素子は一列に配列されている複数のセンサーを含んでもよい。

また、上記目的を達成するためになされた本発明によるタッチ感知表示装置は、第１終端から第２終端まで全反射により光を伝達する導光板、前記導光板の第１終端に配置された発光素子、及び前記導光板の第２終端に配置された受光素子を含み、前記導光板の第１及び第２終端でない他の終端は前記受光素子及び前記発光素子が配置されないことを特徴とする。

前記タッチ感知表示装置は、前記導光板にタッチが行われた位置を判断するために、前記受光素子から信号を受信するコンピュータをさらに含んでもよい。

前記受光素子は前記導光板の第２終端に沿って形成され、前記導光板から全反射により伝達された光の量を感知してもよい。

前記受光素子は前記発光素子から放出した光が入射する入射面に平行な面に配置してもよい。
前記タッチ感知表示装置は、前記導光板上に配置された補助層をさらに含み、前記補助層は前記導光板より小さい屈折率を有してもよい。

また、上記目的を達成するためになされた本発明によるタッチ感知表示装置は、第１終端から第２終端まで全反射により光を伝達する導光板、前記導光板の第１終端に配置された発光素子、前記導光板の第２終端に配置された受光素子、前記導光板上に形成されている共通電極、及び画素電極を有する薄膜トランジスターアレイ基板を含み、前記導光板の第１及び第２終端でない他の終端は前記受光素子及び前記発光素子が配置されず、前記画素電極と前記共通電極との間には液晶層が配置されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係るコンピュータ用記録媒体は、Ｘ軸に沿って位置する多様な点から光の強さに応じたデータを得る段階、及びＹ軸座標を得るためにＸ方向の光の強さ変化率を利用し、Ｘ軸座標を得るために最小光の強さの位置を利用する段階を含むＸ−Ｙ平面においてタッチの位置を決定するための方法を実行するための内容を含む。

本発明に係るタッチ感知表示装置は、導光板に発光素子と受光素子を配置し、接触体の位置を判別できる。

また、本発明に係るタッチ感知表示装置は、導光板と薄膜トランジスター基板との間に液晶層を配置し、タッチ感知表示装置の構造を単純化できる。

また、本発明に係るタッチ感知表示装置は、導光板とフォトエッチング工程で形成した受光素子を利用して多数の接触体の位置を算出でき、装置の構造を単純化できる。

さらに、本発明に係るタッチ感知表示装置は、導光板上部で発生する複数の接触体の位置を算出できる。

本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置の斜視図である。 図１に示されたタッチ感知表示装置の平面図である。 タッチのＸ座標及びＹ座標を算出する動作を説明する図である。 タッチのＸ座標及びＹ座標を算出する動作を説明する図である。 タッチのＸ座標及びＹ座標を算出する動作を説明する図である。 タッチのＸ座標及びＹ座標を算出する動作を説明する図である。 タッチのＸ座標及びＹ座標を算出する動作を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置の導光板の平面図である。 本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態により薄膜トランジスター製造工程を経て導光板に形成された受光素子の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。

次に、本発明に係るタッチ感知表示装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。前記本発明の目的、特徴、及び効果は添付した図面に係る実施形態によって容易に理解できる。但し、本発明はここで説明する実施形態に限定されず、多様な形態に応用されて変形することもできる。寧ろ、下記の実施形態は本発明によって開示された技術思想をより明確にし、さらに本発明が属する分野において平均的な知識を有する当業者に本発明の技術思想が十分に伝わるように提供されるものである。従って、本発明の範囲が下記で詳述する実施形態によって限定されるものと解釈されてはならない。一方、下記の実施形態と共に提示された図面は明確な説明のために多少簡略化されたり誇張されたものであり、図面上において同一する参照番号は同一する構成要素を示す。

図１は本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置は、導光板１００、発光素子１１０、受光素子１２０、液晶層２００、薄膜トランジスター基板３００、補助層１３０、上下部偏光板４０１、４０２、カラーフィルター層３０１、遮光部材３０２を含む。導光板は空気より屈折率が大きい物質で形成されてもよく、多様な有機物質で形成されてもよい。例えば、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）という物質で形成されてもよい。また、ガラスで形成されてもよい。導光板１００の厚さは０．５〜１ｍｍである。前記導光板１００と前記薄膜トランジスター基板３００との間に液晶層２００が介在している。前記薄膜トランジスター基板３００には、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極及び維持電極、画素電極等で構成された回路基板が形成されており、外部の基板から信号を受けて画素電極に電圧を印加して映像を表示する。前記薄膜トランジスター基板３００の上部にはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が形成されており、前記カラーフィルター層３０１と遮光部材３０２の上部には画素電極（図示せず）が形成されてもよい。前記導光板の下面には補助層１３０が形成されており、補助層１３０の下部には共通電極２７０が形成されてもよい。前記共通電極２７０は前記薄膜トランジスター基板３００の画素電極と共に電界を形成する。前記補助層１３０は低屈折率層であり、前記導光板１００の屈折率より小さい屈折率を有する物質で形成される。前記補助層１３０は導光板物質より屈折率が低い低屈折率物質で形成され、導光板１００に入射した光が全反射によって進む。図１の１０１は全反射によって進む光を示している。

前記導光板１００の一側面には発光素子１１０が配置されている。発光素子１１０は光を発散し、発光素子１１０から発散した光は前記導光板１００を介して受光素子１２０でセンシングされる。前記導光板は導光板の屈折率に応じて入射した光を全反射して受光素子に伝達するが、この時、外部から指、ペン、スタイラス等の接触体６００によって接触（タッチ）がなされると、全反射が崩れて散乱するようになり、散乱光１０２が形成されて全反射が減少する。接触がない時の受光程度を基準として、接触体６００の接触がある時の散乱によって光の減少する量をセンシングして接触地点の位置を判別してもよい。

前記導光板１００と薄膜トランジスター基板３００との間に液晶層２００が介在しているため、タッチ感知表示装置の厚さが減少して軽薄短小化が可能となる。また、液晶層を介在させるための別途の基板が必要ないため、費用が削減されて構成が簡単になる。

薄膜トランジスター基板３００に付着した下部偏光板４０２の外側にはバックライトユニット（図示せず）が配置されてもよい。バックライトユニットには液晶層２００に光を提供する光源（図示せず）、光源から放出した光を液晶層２００に導く導光部材（図示せず）、及び輝度向上フィルムを含むフィルム層（図示せず）等を含んでもよい。

図２はタッチ感知表示装置１０の斜視図である。導光板１００の入射面１０３に沿って配置された発光素子１１０は、ＰＣＢ上に実装された赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）またはランプであってもよい。放出された光の波長は８５０ｎｍ乃至９８０ｎｍである。発光素子１１０は入射面１０３に接しており、発光素子１１０と導光板１００との間に空気層が存在しないようにしてもよい。導光板１００は空気より屈折率の高い物質で形成され、多様な有機物質、ガラスＰＭＭＡで形成されてもよい。導光板１００の厚さは０．５乃至１ｍｍであってもよい。受光素子１２０は赤外線感知光ダイオード、ＣＣＤ、光トランジスター、画像カメラなどであってもよく、ＰＣＢ上に実装されてもよい。受光素子１２０と導光板も接触していることが望ましい。コンピュータはＰＣＢと接続しており、受光素子１２０が感知した光の量を受信してタッチが発生した位置を決定する。

図３は図１に示したタッチ感知表示装置のうちの導光板１００、発光素子１１０、及び受光素子１２０を中心に示した図面であり、上部から見た平面図を示した。導光板１００の一側面には一列に配置した複数の発光素子１１０が備えられ、他側面には一列に配置した複数の受光素子１２０が配置されている。前記発光素子１１０と受光素子１２０は互いに対向する位置に配置されてもよい。発光素子から発散した光は導光板１００の側面に入射して上部面及び下部面で全反射によって進み（１０１参照）、受光素子１２０に入射する。この時、受光素子１２０は入射する光の感度を測定する。発光素子１１０から出射した光はθ角度に拡散しながら進んでもよい。ここで、θは光軸を基準として光量が５０％に落ちる配向角を示す。

導光板は空気より屈折率が大きい物質で形成されてもよく、多様な有機物質で形成されてもよい。例えば、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈ ａｃｒｙｌａｔｅ）という物質で構成されてもよく、その屈折率は１．４９であってもよい（空気の屈折率は１である）。発光素子１１０としては各種波長帯の光を発散する装置が用いられてもよく、例えば、約８５０ｎｍ〜９８０ｎｍ波長帯の赤外線を発散するＬＥＤ素子、ランプ等が用いられてもよい。受光素子１２０はＣＣＤ素子またはｐｈｏｔｏ−トランジスター（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ｐｈｏｔｏ−ｄｉｏｄｅ、ｉｍａｇｅカメラ等が用いられてもよい。

図４〜図８は本発明の実施形態に係るタッチ感知表示装置において、タッチによって受光素子１２０で感知する光の強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を示した図である。これを利用すると、タッチが行われた位置のＸ座標及びＹ座標を算出できる。図４〜図８の曲線は、位置を基準として一列に配置した受光素子１２０で感知した光の強度を示したものであり、受光素子１２０が導光板１００の一側面に連続的に配置していると仮定して表示したグラフである。その結果、連続的な曲線で示されている。

まず、図４を参照して、接触体の位置を判別する動作について説明する。本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置の表面にＡ（Ｘ１、Ｙ１）の位置に接触体によってタッチが行われると、受光素子１２０は図４に示したような曲線状でセンシング結果を算出する。この時、平らな部分は接触が行われなかった部分であり、発光素子からの光が全反射して受光素子に入射した領域であり、基準強度となる。基準強度より小さい部分は、接触体によって全反射が崩れて光が散乱することにより、受光素子に入射する光の強度が低下して基準強度より小さいことを示している。図４に示した曲線において、強度が最小に相当する部分が接触地点のＸ方向位置のＸ１に相当する。

次に、図５を参照して、接触体の位置を判別する方法についてさらに説明する。本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置の表面にＢ（Ｘ２、Ｙ１）の位置に接触体によってタッチが行われると（前記図４とＹ方向位置はＹ１で同一である）、受光素子１２０は図５に示したような曲線状でセンシング結果を算出する。図５に示した曲線において、強度が最小に相当する部分が接触地点のＸ方向位置のＸ２に相当する。図４の曲線と比較すると、本発明の実施形態に係るタッチ感知表示装置においては、互いに異なるＸ方向位置に対する判別が可能であることが分かる。また、図４及び図５のグラフから分かるように、Ｙ方向の位置が同一であるためＸ方向の位置だけが異なり、強度が減る曲線の大きさ及び曲率は同一であることが確認できる。

以下、図６を利用してＹ方向の位置判断について説明する。

図６を参照すると、同一Ｘ座標（Ｘ３）と互いに異なるＹ座標（Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４）を有するＣ、Ｄ、Ｅの位置に接触体が接触した場合に対して各々の位置を算出する過程を示している。接触地点Ｃ、Ｄ、Ｅに対して互いに異なる時間に接触が起こる場合、本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置は、図６に示した三つのグラフを算出する。図６に示した三つの曲線において、強度が最小に相当する部分が接触地点のＸ方向位置のＸ３に相当する。各接触地点Ｃ、Ｄ、Ｅは順に接触位置が受光素子１２０に近くなる。受光素子１２０と最も近い部分をＹ座標上０と指定した時、Ｙ２＞Ｙ３＞Ｙ４の大きさ順となる。受光素子１２０から近い位置においてタッチが行われた時には、遠い距離でタッチが行われた時と比べて狭い領域の受光素子１２０にだけ影響を及ぼす。図６の導光板１００上に示された破線は、発光素子１１０から放出される光の経路を示したものである。当該破線を参照すると、受光素子１２０から近い位置でタッチがなされた時にはより狭い領域の受光素子１２０にだけ影響を及ぼすことを容易に確認できる。この時、タッチによって発生する散乱光１０２が全て同一であると仮定すると、基準強度を基準として減った領域の面積は三つのグラフで同一であってもよい。その結果、図６に示したように受光素子１２０と近いＥ地点の曲線は傾斜が急な曲線を形成し、受光素子１２０から遠いＣ地点の曲線は傾斜が緩い曲線を形成するようになる。また、Ｃ地点とＥ地点との間に位置するＤ地点の場合には、Ｃの曲線とＥの曲線の中間に相当する傾斜を有する。このような受光素子１２０の特徴を利用して、Ｙ方向位置に応じて受光素子１２０に入射した光の最低強度または曲線の形態によって接触地点のＹ座標を算出できる。

図７には本発明の実施形態に係るタッチ感知表示装置に互いに異なる二つの接触体が接触（マルチタッチ）した場合においても位置を算出できることを示している。

Ｆ地点とＧ地点で接触体が同時に接触した場合、図７のＦ＋Ｇの曲線のような結果を得るようになる。曲線の最低強度に相当するＸ座標が各Ｆ、Ｇ地点のＸ方向位置、つまり、Ｘ４、Ｘ５に相当する。このような曲線を各々のグラフに分離すると、Ｆ地点に相当するグラフ、Ｇ地点に相当するグラフに変換することができる。Ｙ方向位置は図６に示して説明したように、曲線の傾き程度（または最低強度）によって計算できる。これにより、タッチ感知表示装置に接触した二つ地点である、Ｆ地点（Ｘ４、Ｙ５）、Ｇ地点（Ｘ５、Ｙ６）を算出できる。

図８は図７のように互いに異なる二つの接触体が同時に接触（マルチタッチ）された場合に位置を算出する図面であり、図７とは異なってＸ方向位置が同一である場合を示している。

同一Ｘ方向位置を有するＨ地点とＩ地点に接触体が接触した場合、図８のＨ＋Ｉのグラフのような結果を得るようになる。曲線の最低強度に相当するＸ座標が各Ｈ、Ｉ地点のＸ方向位置、つまり、Ｘ６に相当する。このようなグラフを各々のグラフに分離すると、Ｈ地点に相当するグラフ、Ｉ地点に相当するグラフに変換することができる。Ｈ＋Ｉグラフを関数として把握して微分値を求めてグラフの傾き（緩い程度）を計算でき、これによってグラフを各々ＨグラフとＩグラフに分離できる。分離されたグラフによって各々のＹ方向位置、Ｙ７、Ｙ８を知ることができる。従って、本発明の実施形態に係るタッチ感知表示装置に接触した二つ地点である、Ｈ地点（Ｘ６、Ｙ７）、Ｉ地点（Ｘ６、Ｙ８）を算出できる。

図９乃至図１７は本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置を各々示している。

図９は本発明の第２実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。図９に係るタッチ感知表示装置は、導光板１００、発光素子１１０、受光素子１２０、液晶層２００、薄膜トランジスター基板３００、補助層１３０、上下部偏光板４０１、４０２、カラーフィルター層３０１、遮光部材３０２を含む。導光板１００は空気より屈折率が大きい物質で形成されてもよく、多様な有機物質で形成されてもよい。前記導光板１００と前記薄膜トランジスター基板３００との間に液晶層２００が介在している。前記薄膜トランジスター基板３００にはゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ピクセル電極、及び維持電極などで構成された回路基板が形成されており、外部の基板から信号を受けて画素電極に電圧を印加して映像を表示する。前記導光板の下面には補助層１３０が形成されており、前記導光板１００及び補助層１３０の下にはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が形成されている。前記カラーフィルター層３０１と遮光部材３０２の上部または下部には共通電極（図示せず）が形成されてもよい。前記共通電極は前記薄膜トランジスター基板３００の画素電極と共に電界を形成する。前記補助層１３０は低屈折率層であり、前記導光板１００の屈折率より小さい屈折率を有する物質で形成される。前記補助層１３０は導光板１００周辺に導光板物質より屈折率が低い低屈折率物質で充填し、導光板１００に入射した光が全反射によって進むようにする。図９の１０１は全反射によって進む光を示し、１０２はタッチによって散乱する光を示している。

前記導光板の一側面には発光素子１１０が配置されている。発光素子１１０は光を発散し、発光素子１１０から発散した光は前記導光板１００を介して受光素子１２０でセンシングされる。前記導光板は導光板の屈折率に応じて入射した光が全反射して受光素子に伝達されるが、この時、外部から指、ペン、スタイラス等の接触体６００が接触されると、全反射が崩れて散乱して散乱光１０２が形成されて全反射が減少するようになる。接触がない時の受光程度を基準として、接触体６００の接触がある時の散乱によって光の減少する量をセンシングし、接触地点の位置を判別することができる。

前記導光板１００と薄膜トランジスター基板３００との間に液晶層２００が介在しているため、タッチ感知表示装置の厚さが減少して軽薄短小化が可能となる。また、液晶層を介在させるための別途の基板を必要としないため、費用が減少して構成が簡単になる。

図９の実施形態が図１の実施形態と異なる点は、カラーフィルター層３０１及び遮光部材３０２の位置にある。図１の実施形態においてはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が薄膜トランジスター基板３００の上部に位置して画素電極の下に位置してもよいが、図９の実施形態においてはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が導光板１００及び補助層１３０の下に位置して共通電極の上部に位置してもよい。

図１０は本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置は、導光板１００、発光素子１１０、受光素子１２０、液晶層２００、薄膜トランジスター基板３００、上部基板５００、補助層１３０、上下部偏光板４０１、４０２、カラーフィルター層３０１、遮光部材３０２を含む。前記薄膜トランジスター基板３００と前記上部基板５００との間に液晶層２００が介在している。前記薄膜トランジスター基板３００は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ピクセル電極、及び維持電極等で構成された回路基板が形成されており、外部の基板から信号を受けて画素電極に電圧を印加して映像を表示する。前記上部基板５００にはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が形成されており、前記カラーフィルター層３０１と遮光部材３０２の上部または下部には共通電極（図示せず）が形成されてもよい。前記共通電極は前記薄膜トランジスター基板３００の画素電極と共に電界を形成する。本実施形態においては薄膜トランジスター基板３００が下部に形成されているが、薄膜トランジスター基板３００が上部に形成されてカラーフィルター層３０１及び遮光部材３０２が下部基板上に形成されてもよい。

導光板は空気より屈折率が大きい物質で形成されてもよく、多様な有機物質で形成されてもよい。前記導光板１００の下面には補助層１３０が形成されている。前記補助層１３０は低屈折率層であり、前記導光板１００の屈折率より小さい屈折率を有する物質で形成される。前記補助層１３０は導光板周辺に導光板物質より屈折率が低い低屈折率物質で充填し、導光板１００に入射した光が全反射によって進むようにする。図１０の１０１は全反射によって進む光を示し、１０２はタッチによって散乱する光を示している。

前記導光板の一側面には発光素子１１０が配置されている。発光素子１１０は光を発散し、発光素子１１０から発散した光は前記導光板１００を介して全反射によって進み、受光素子１２０でセンシングされる。前記導光板１００は導光板の屈折率に応じて入射した光が全反射して受光素子に伝達されるが、この時、外部から指、ペン、スタイラス等の接触体６００によって接触されると、全反射が崩れて散乱して散乱光１０２が形成されて全反射が減少するようになる。接触がない時の受光程度を基準として、接触体６００の接触がある時の散乱によって光の減少する量をセンシングし、接触地点の位置を判別できる。

図１０の実施形態は図１及び図９とは異なり、追加的に基板、つまり、図１０では上部基板５００をさらに含むことが特徴である。また、図１０の実施形態は図１、図９とは異なり、上部偏光板４０１が導光板１００の上部でない下部、つまり、導光板１００と保護層１３０の下部に形成されて上部基板５００の上に付着している。

図１１は本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の斜視図である。本実施形態は図２の実施形態と類似しているが、受光素子１２０がフォトリソグラフィ工程によって導光板１００上に形成される点が異なる。図２の実施形態においては受光素子１２０がＰＣＢ上に実装されている。

図１２は本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置は、導光板１００、発光素子１１０、液晶層２００、薄膜トランジスター基板３００、補助層１３０、上下部偏光板４０１、４０２、カラーフィルター層３０１、遮光部材３０２、受光素子１２０を含む。導光板１００は空気より屈折率が大きい物質で形成されてもよく、多様な有機物質で形成されてもよい。前記導光板１００と前記薄膜トランジスター基板３００との間に液晶層２００が介在している。前記薄膜トランジスター基板３００にはゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、画素電極、及び維持電極等で構成された回路基板が形成されており、外部の基板から信号を受けて画素電極に電圧を印加して映像を表示する。前記薄膜トランジスター基板３００の上部にはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が形成されており、前記カラーフィルター層３０１と遮光部材３０２の上部には画素電極（図示せず）が形成されてもよい。前記導光板１００の下面には補助層１３０が形成されており、補助層１３０の下部には共通電極（図示せず）が形成されてもよい。前記共通電極は前記薄膜トランジスター基板３００の画素電極と共に電界を形成する。前記カラーフィルター層３０１と前記遮光部材３０２は導光板１００及び補助層１３０の下部に形成されてもよい。前記補助層１３０は低屈折率層であり、前記導光板１００の屈折率より小さい屈折率を有する物質で形成される。前記補助層１３０は導光板周辺に導光板物質より屈折率が低い低屈折率物質で充填し、導光板１００に入射した光が全反射によって進むようにする。前記カラーフィルター層及び遮光部材は前記補助層上に形成されてもよい。図１２の１０１は全反射によって進む光を示し、１０２はタッチによって散乱する光を示している。

前記導光板１００の一側面には発光素子１１０が配置されている。発光素子１１０は光を発散し、発光素子１１０から発散した光は前記導光板１００を介して受光素子１２０にセンシングされる。前記導光板１００は導光板１００の屈折率に応じて入射した光が全反射して伝達されるが、この時、外部から指、ペン、スタイラス等の接触体６００によって接触されると、全反射が崩れて散乱して散乱光１０２が形成される。このように散乱した散乱光１０２は受光素子１２０によって感知される。

前記受光素子１２０は補助層１３０と液晶層２００との間に形成されている。前記受光素子１２０はＰｈｏｔｏ−ｄｉｏｄｅ、Ｐｈｏｔｏ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＣＣＤ等の素子で形成されてもよい。薄膜工程を利用して形成する場合には、フォトリソグラフィ（フォトエッチング工程）、薄膜蒸着工程等によって形成されてもよい。前記受光素子１２０は導光板１００の下面に形成されてもよい。発光素子１１０から発生した光が導光板を通って全反射する時、外部の接触体６００がタッチ感知表示装置、つまり、前記導光板１００に接触すると全反射光１０１が崩れて散乱光１０２が形成される。前記受光素子１２０はこのような散乱光１０２をセンシングする。前記受光素子１２０は前記薄膜トランジスター基板３００に形成されている遮光部材３０２と対応する位置に形成されてもよい。その結果、タッチ感知表示装置の開口率が落ちることなく遮光部材領域に受光素子１２０を形成できる。前記カラーフィルター層３０１が導光板１００に形成される場合には、前記受光素子１２０の上部にカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が形成されてもよく、前記遮光部材３０２は前記受光素子１２０と対応する位置に形成されてもよいが、受光素子１２０に光が入射することを防ぐことのないように形成する。導光板１００の下面に受光素子１２０を配置する場合には、導光板１００側面等の領域に受光素子（図１、図８、及び図９の１２０参照）を配置する場合に比べて大きさを減少できるため、タッチ感知表示装置の軽量化を図ることができる。また、薄膜工程で形成できるため、費用を減らすこともできる。

図１２の実施形態の特徴は、図１、図９、及び図１０の実施形態とは異なり、受光素子１２０が導光板１００の側面でない下側に配置されていることである。

図１３は本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置の平面図であり、図１２の実施形態に係る受光素子１２０が平面的に配置される一例を示している。図１３を参照すると、導光板１００の下部に受光素子１２０が２次元アレイ（またはマトリックス状）で配置されている。前記受光素子１２０はタッチ感知表示装置のピクセルの数と同じ数で形成されてもよく、ピクセルの数より少ない数で形成されてもよい。一方、図１３の実施形態においては、前記導光板１００の一側面に形成される発光素子１１０は、光源１１１、導波部材１１２、マイクロレンズ（図示せず）等を含む。前記導光板１００の一側面は導波部材１１２と当接し、導波部材１１２の両側面には光源１１１が配置されている。光源１１１としては各種波長帯の光を発散する装置が用いられてもよく、例えば、約８５０ｎｍ〜９８０ｎｍ波長帯の赤外線を発散するＬＥＤ素子、ランプ等が用いられてもよい。前記光源１１１から出射した光は前記導波部材１１２を介してＺ方向に進むようになる。導光板１００に入射した光は全反射によって進み、導光板１００に接触体による接触がある時、全反射によって進んでいた光が散乱するようになり、このように散乱した散乱光は導光板の下部に配置された受光素子１２０に吸収され、その位置を判別できる。

図１４は本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置は、導光板１００、発光素子１１０、受光素子１２０、液晶層２００、薄膜トランジスター基板３００、上部基板５００、上下部偏光板４０１、４０２、カラーフィルター層３０１、遮光部材３０２を含む。前記薄膜トランジスター基板３００と上部基板５００との間に液晶層２００が介在している。前記薄膜トランジスター基板３００にはゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、画素電極、及び維持電極等で構成された回路基板が形成されており、外部の基板から信号を受けて画素電極に電圧を印加して映像を表示する。前記上部基板５００にはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が形成されており、前記カラーフィルター層３０１と遮光部材３０２の上部または下部には共通電極（図示せず）が形成されてもよい。前記共通電極は前記薄膜トランジスター基板３００の画素電極と共に電界を形成する。前記カラーフィルター層３０１及び前記遮光部材３０２は前記薄膜トランジスター基板３００上に形成されてもよい。また、本実施形態においては、薄膜トランジスター基板３００が下部に形成されているが、薄膜トランジスター基板３００が上部に形成され、カラーフィルター層３０１及び遮光部材３０２が下部基板上に形成されてもよい。

前記導光板１００の一側面には発光素子１１０が配置されている。発光素子１１０は光を発散し、発光素子１１０から発散した光は前記導光板１００を介して受光素子１２０でセンシングされる。前記導光板１００は導光板１００の屈折率に応じて入射した光が全反射して伝達されるが、この時、外部から指、ペン、スタイラス等の接触体６００によって接触されると、全反射が崩れて散乱して散乱光１０２が形成される。

前記上部基板５００と液晶層２００との間には受光素子１２０が形成されている。受光素子はＰｈｏｔｏ−ｄｉｏｄｅ、Ｐｈｏｔｏ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＣＣＤ等の素子で形成されてもよい。薄膜工程を利用して形成する場合には、フォトリソグラフィ（フォトエッチング工程）、薄膜蒸着工程等によって形成されてもよい。前記受光素子１２０は導光板１００の下面に形成されてもよい。発光素子１１０から発生した光が導光板１００を通って全反射する時、外部の接触体６００がタッチ感知表示装置、つまり、前記導光板１００に接触すると全反射光１０１が崩れて散乱光１０２が形成される。前記受光素子１２０はこのような散乱光１０２をセンシングする。前記受光素子１２０は前記上部基板５００に形成されている遮光部材３０２と対応する位置に形成されてもよい。その結果、タッチ感知表示装置の開口率が落ちることなく遮光部材領域に受光素子１２０を形成できる。導光板１００の下部に受光素子１２０を配置する場合には、導光板の側面等の領域に受光素子を配置することに比べて大きさを減少することができるため、タッチ感知表示装置の軽量化を図ることができる。また、薄膜工程で形成できるため、費用を減らすこともできる。

図１４の実施形態は図１２の実施形態とは異なり、追加的に基板（図１４の上部基板）５００をさらに含むことが特徴であり、さらに、上部偏光板４０１が導光板１００の上部でない下部、つまり、導光板１００と補助層１３０の下部に形成されて上部基板５００の上に付着する点が相違点である。

図１５は本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図であり、図１３に対応する実施形態の断面図のうちの一つである。本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置は、導光板１００、光源１１１、導波部材１１２、マイクロレンズ１１３、受光素子１２０、液晶層２００、薄膜トランジスター基板３００、補助層１３０、上下部偏光板４０１、４０２、カラーフィルター層３０１、遮光部材３０２等を含む。前記導光板１００と前記薄膜トランジスター基板３００との間に液晶層２００が介在している。前記薄膜トランジスター基板３００にはゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、画素電極、及び維持電極等で構成された回路基板が形成されており、外部の基板から信号を受けて画素電極に電圧を印加して映像を表示する。前記薄膜トランジスター基板３００の上部にはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が形成されており、前記カラーフィルター層３０１と遮光部材３０２の上部には画素電極（図示せず）が形成されてもよい。前記導光板１００には補助層１３０が形成されており、補助層１３０の下部には受光素子１２０と共通電極（図示せず）が形成されてもよい。前記共通電極は前記薄膜トランジスター基板３００の画素電極と共に電界を形成する。

前記導光板１００の一側面には光源１１１、導波部材１１２、マイクロレンズ１１３等が配置されている。光源１１１は光を発散し、光源１１１から発散した光は前記導波部材１１２を介して導光板１００側に進み、前記導光板１００を通して全反射によって進む。マイクロレンズ１１３は導波部材１１２から導光板１００側に進む光を均一に集めて導光板１００に伝達する役割を果たす。前記導光板１００は導光板１００の屈折率に応じて入射した光が全反射して伝達されるが、この時、外部から指、ペン、スタイラス等の接触体６００によって接触がなさると、全反射が崩れて散乱して散乱光１０２が形成される。

前記導光板１００と液晶層２００との間には受光素子１２０が形成されている。受光素子１２０はＰｈｏｔｏ−ｄｉｏｄｅ、Ｐｈｏｔｏ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＣＣＤ等の素子で形成されてもよい。薄膜工程を利用して形成する場合には、フォトリソグラフィ（フォトエッチング工程）、薄膜蒸着工程などによって形成されてもよい。前記受光素子１２０は導光板１００の下面に形成されてもよい。光源１１１から発生した光が導光板１００を通って全反射する時、外部の接触体６００がタッチ感知表示装置、つまり、前記導光板１００に接触すると全反射光１０１が崩れて散乱光１０２が形成される。前記受光素子１２０はこのような散乱光１０２をセンシングする。前記受光素子１２０は前記薄膜トランジスター基板３００に形成されている遮光部材３０２と対応する位置に形成される。つまり、タッチ感知表示装置の開口率が落ちることなく遮光部材領域に受光素子１２０を形成できる。導光板１００の下面に受光素子１２０を配置する場合には、導光板の側面等の領域に受光素子を配置することに比べて大きさを減少できるため、タッチ感知表示装置の軽量化を図ることができる。また、薄膜工程で形成できるため、費用を減らすこともできる。

前記導光板１００の上下部には補助層１３０が形成されてもよい。前記補助層は低屈折率層であり、前記導光板１００の屈折率より小さい屈折率を有する物質で形成される。前記補助層１３０は導光板周辺に導光板物質より屈折率が低い低屈折率物質で充填し、導光板１００に入射した光が全反射によって進むようにする。

図１６は本発明の一実施形態に係るタッチ感知表示装置の受光素子を拡大した断面図であり、図１２乃至図１５及び図１７の実施形態において使用可能な受光素子１２０である。導光板１００の下面には薄膜トランジスター形成工程によって受光素子１２０が形成されてもよい。まず、受光素子１２０を形成しようとする基板（例えば、導光板１００の一面や、薄膜トランジスター基板３００、上部基板５００等）にＳｉやＧｅまたはＳｉ−Ｇｅ等の物質でアクティブ層（受光層）（１２０−ａ）を形成する。前記アクティブ層を形成する前に所定波長の領域を除去するためにバンドパスフィルター（図示せず）を形成してもよい。前記アクティブ層（１２０−ａ）の上部に抵抗性接触層（図示せず）を形成してもよい。前記アクティブ層（１２０−ａ）の上部に受光ソース電極（１２０−ｓ）と受光ドレイン電極（１２０−ｄ）を形成する。前記受光ソース電極（１２０−ｓ）と受光ドレイン電極（１２０−ｄ）の上部に絶縁膜（１２０−ｉ）を形成した後に受光ゲート電極（１２０−ｇ）を形成する。このような受光素子１２０は、接触体（手、ペン、スタイラス等）によって散乱光１０２が入射すると、信号を伝達してタッチ感知表示装置に接触体の位置を判別できるようにする。前記導光板１００の下部面に形成する場合には、導光板１００と受光素子１２０との間には低屈折率層で形成された補助層が配置されてもよい。

図１７は本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図であり、図１３に対応する実施形態の断面図のうちの一つである。本発明の他の実施形態に係るタッチ感知表示装置は、導光板１００、光源１１１、導波部材１１２、マイクロレンズ１１３、受光素子１２０、液晶層２００、薄膜トランジスター基板３００、補助層１３０、吸収型偏光板１４０、下部偏光板４０２、カラーフィルター層３０１、遮光部材３０２等を含む。前記導光板１００と前記薄膜トランジスター基板３００との間に液晶層２００が介在している。前記薄膜トランジスター基板３００にはゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、画素電極、及び維持電極等で構成された回路基板が形成されており、外部の基板から信号を受けて画素電極に電圧を印加して映像を表示する。前記薄膜トランジスター基板３００の上部にはカラーフィルター層３０１と遮光部材３０２が形成されており、前記カラーフィルター層３０１と遮光部材３０２の上部には画素電極（図示せず）が形成されてもよい。前記導光板１００には補助層１３０が形成されており、補助層１３０の下部には受光素子１２０と共通電極（図示せず）が形成されてもよい。前記共通電極は前記薄膜トランジスター基板３００の画素電極と共に電界を形成する。

ここで、吸収型偏光板１４０はタッチ感知表示装置の内部に形成される層であり、外側面に付着する偏光板とは異なり、コーティング工程等で内側に形成される偏光板であってもよい。

前記導光板１００の一側面には光源１１１、導波部材１１２、マイクロレンズ１１３等が配置されている。光源１１１は光を発散し、光源１１１から発散した光は前記導波部材１１２を通して導光板１００側に進み、前記導光板１００を介して全反射によって進む。マイクロレンズ１１３は導波部材１１２から導光板１００側に進む光を均一に集めて導光板１００に伝達する役割を果たす。前記導光板１００は導光板１００の屈折率に応じて入射した光が全反射して伝達されるが、この時、外部から指、ペン、スタイラス等の接触体６００によって接触がなされると、全反射が崩れて散乱して散乱光１０２が形成される。

前記導光板１００と液晶層２００との間には受光素子１２０が形成されている。受光素子１２０はＰｈｏｔｏ−ｄｉｏｄｅ、Ｐｈｏｔｏ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＣＣＤ等の素子で形成されてもよい。薄膜工程を利用して形成する場合には、フォトリソグラフィ、薄膜蒸着工程などによって形成されてもよい。前記受光素子１２０は導光板１００の下面に形成されてもよい。発光素子１１０から発生した光が導光板１００を通って全反射する時、外部の接触体がタッチ感知表示装置、つまり、前記導光板１００に接触すると全反射光１０１が崩れて散乱光１０２が形成される。前記受光素子１２０はこのような散乱光１０２をセンシングする。前記受光素子１２０は前記薄膜トランジスター基板３００に形成されている遮光部材３０２と対応する位置に形成される。つまり、タッチ感知表示装置の開口率を落とすことなく遮光部材領域に受光素子１２０を形成できる。導光板の下面に受光素子を配置する場合には、導光板の側面等の領域に受光素子を配置することに比べて大きさを減少できるため、タッチ感知表示装置の軽量化を図ることができる。また、薄膜工程で形成できるため、費用を減らすこともできる。

前記導光板１００の上下部には補助層１３０が形成されてもよい。前記補助層は低屈折率層であり、前記導光板１００の屈折率より小さい屈折率を有する物質で形成される。前記補助層１３０は導光板周辺に導光板物質より屈折率が低い低屈折率物質で充填し、導光板１００に入射した光が全反射によって進むようにする。また、前記低屈折率層の下部には吸収型偏光板１４０が形成されてもよい。前記吸収型偏光板１４０はコーティング等の工程で形成され、タッチ感知表示装置の厚さを減少できる。

図１７の実施形態は図１５の実施形態とは異なり、上側偏光板が導光板１００の下に配置されている。

図１８は本発明のさらに他の実施形態に係るタッチ感知表示装置の断面図である。

図１８の実施形態も図１２乃至図１７のように、導光板１００の下部に受光素子１２０が形成される。しかし、図１８の実施形態は、図１２乃至図１７の実施形態は図１３で示したように２次元配列（つまり、ｘ軸及びｙ軸方向に配列）しない。図１８の実施形態は発光素子１１０が配置された面の反対側面（以下、反対面とする）に近接した下部面に反対面に沿って一列に配列された受光素子１２０を有することを特徴とする。受光素子１２０が形成される導光板１００の下部面には補助層１３０が取り除かれ、下部面で全反射せずに受光素子１２０に光が入射するようにする。

図１８において受光素子１２０は、図１６で示している受光素子１２０を用いてもよく、その他にも光ダイオード、光トランジスター、ＣＣＤ、及びカメラ等が用いられてもよい。

図１８では補助層１３０と受光素子１２０が一定間隔をおいて配置されていることを示しているが、実施形態によっては互いに接していてもよい。また、図１８では反対面を通して光が放出され、一部だけが受光素子１２０に入射するため、図１８で使用される受光素子１２０は感度が図１２乃至図１７の実施形態において使用される受光素子１２０より良いことが望ましい。

以上、実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の当業者は下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることが可能である。

１００ 導光板
１０１ 全反射光
１０２ 散乱光
１０３ 入射面
１１０ 発光素子
１２０ 受光素子
１３０ 補助層
２００ 液晶層
２７０ 共通電極
３００ 薄膜トランジスター基板
３０１ カラーフィルター層
３０２ 遮光部材
４０１ 上部偏光板
４０２ 下部偏光板
５００ 上部基板
６００ 接触体

Claims (6)

1. 液晶層を支持する導光板及び基板、
   前記導光板の一つの入射面に沿って配置された発光素子、
   前記導光板から放出する光を感知するために配置された複数の受光素子を有し、
   前記導光板は光が全反射によって伝達されるようにし、
   前記受光素子は、前記導光板の入射面と対向する面に沿って一列に配置され、
   前記受光素子から信号を受信し、前記導光板においてタッチされた位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を決定するコンピュータをさらに有することを特徴とする、タッチ感知表示装置。
2. 前記受光素子は全反射によって前記導光板を透過した光の量を測定することを特徴とする、請求項１に記載のタッチ感知表示装置。
3. 液晶層を支持する導光板及び基板、
   前記導光板の一つの入射面に沿って配置された発光素子、
   前記導光板から放出する光を感知するために配置された複数の受光素子を有し、
   前記導光板は光が全反射によって伝達されるようにし、
   前記受光素子は前記基板上に設けられた遮光部材に対応して前記導光板と前記基板の間であり、且つ前記導光板と前記液晶層との間に２次元的に配列するように配置され、前記導光板において物体によって散乱した光の量を測定することを特徴とするタッチ感知表示装置。
4. 前記受光素子は、前記入射面に垂直な前記導光板の面に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載のタッチ感知表示装置。
5. 前記受光素子は、２次元配列された複数のセンサーを含むことを特徴とする、請求項３に記載のタッチ感知表示装置。
6. 前記受光素子はマトリックス状で配置され、前記各センサーは基板上の画素に対応して形成されていることを特徴とする、請求項５に記載のタッチ感知表示装置。

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