(57)【要約】【課題】外光による誤動作を低減できる液晶パネルを提供する。【解決手段】アレイ基板15と対向配置する対向基板16の所定の位置にタッチペン26から出力した電磁界EMを透過させる切欠部85を有する対向電極83を設ける。タッチペン26により入力操作をしたときに、電磁界EMが切欠部85を介して液晶層17に作用して切欠部85に対応する位置の透過率を変化させる。タッチペン26から出力した光Ｌを、透過率が変化した位置と他の位置とで光センサ51によって検出して比較することにより、外光による誤動作を低減できる。【選択図】図１
2010002563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示可能で、かつ、光および電磁界を出力する入力手段により入力操作可能な液晶表示素子であって、
複数の画素電極、これら画素電極をそれぞれ駆動するスイッチング素子、および、前記画素電極のいずれかに対応して設けられた光センサを備えたアレイ基板と、
前記入力手段から出力された電磁界を透過する切欠部を所定の位置に有する対向電極を備え、前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に介在され、前記画素電極と前記対向電極との間の電位差に応じて光を変調透過させる液晶層と
を具備したことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記切欠部は、表示される所定の画像に少なくとも対応する位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力手段により入力操作可能な液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置(ＬＣＤ)は、薄型、軽量でかつ低消費電力であることから、様々な表示用に広く用いられている。このような液晶表示装置は、例えばＰＤＡ(Personal Digital Assistant)などに用いる際に、使用者がタッチペンなどの入力手段によりレーザ光などを入力することで、タッチパネル式の入力インタフェースとして利用することが可能である（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７−２０６６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の液晶表示素子では、例えば明所で使用する場合に、太陽光や照明光などの外光と入力手段により入力されたレーザ光などの入力光とを光センサが誤検出してしまい、誤動作を招くおそれがあるという問題点を有している。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、外光による誤動作を低減できる液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、画像を表示可能で、かつ、光および電磁界を出力する入力手段により入力操作可能な液晶表示素子であって、複数の画素電極、これら画素電極をそれぞれ駆動するスイッチング素子、および、前記画素電極のいずれかに対応して設けられた光センサを備えたアレイ基板と、前記入力手段から出力された電磁界を透過する切欠部を所定の位置に有する対向電極を備え、前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に介在され、前記画素電極と前記対向電極との間の電位差に応じて光を変調透過させる液晶層とを具備したものである。
【０００６】
そして、対向電極の所定位置に、入力手段から出力された電磁界を透過させる切欠部を設ける。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、入力手段により入力操作をしたときに、電磁界が切欠部を介して液晶層に作用してこの切欠部に対応する位置の透過率を変化させることで、入力手段から出力された光を、透過率が変化した位置と他の位置とで光センサによって検出して比較することにより、外光による誤動作を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態の液晶表示素子の構成を図１ないし図４を参照して説明する。
【０００９】
図１ないし図４において、11は液晶表示素子としての液晶パネルを示し、この液晶パネル11は、背面側に配設され白色光を照射する面状光源装置としての図示しないバックライトからの光を透過して利用する、いわゆる透過型のものである。
【００１０】
そして、この液晶パネル11は、カラー表示可能なアクティブマトリクス型の液晶パネルであって、アレイ基板15と対向基板16とを対向配置し、これら基板15，16間に液晶層17および間隙を一定に保持する図示しないスペーサを介在させてその周縁部を接着層により貼り合わせて構成されている。また、この液晶パネル11は、中央部に位置する四角形状の表示領域22に、例えば白色を構成する原色である赤(Ｒ)、緑(Ｇ)および青(Ｂ)のそれぞれの色に対応した副画素SPR，SPG，SPBがマトリクス状に配置され、これら副画素SPR，SPG，SPBで１つの画素Ｐをマトリクス状に構成しているとともに、これら画素Ｐのそれぞれに対応して、光センサ部23(図３)が形成されている。なお、以下、副画素SPR，SPG，SPBの少なくともいずれか、あるいは全体を、単に副画素SPということがある。さらに、表示領域22の周囲には、額縁状の非表示領域24が形成されている。また、液晶パネル11には、図示しない偏光板がアレイ基板15の表示側および対向基板16の背面(裏面)側にそれぞれ貼り付けられている。そして、この液晶パネル11は、入力手段としてのタッチペン26により入力操作が可能となっている。
【００１１】
アレイ基板15は、透光性を有する絶縁性の基板であるガラス基板21上に光センサ部23が形成され、図３および図４に示すように、複数の書き込み制御線である走査線31および複数の信号線32が格子状に形成されているとともに、それぞれの走査線31に対応して、これら走査線31に対して平行に補助容量線33、および、センサ用制御線34，35がそれぞれ形成されている。また、走査線31と信号線32との交差位置には、副画素SPをそれぞれ独立駆動させるスイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)37がそれぞれ形成されている。
【００１２】
走査線31および信号線32は、導電性の部材により形成され、各走査線31が走査線駆動回路であるゲートドライバ39に電気的に接続され、各信号線32が信号線駆動回路であるソースドライバ40に接続されている。
【００１３】
薄膜トランジスタ37は、ゲート電極が走査線31に電気的に接続され、ソース電極が信号線32に電気的に接続され、かつ、ドレイン電極が画素電極42および補助容量43に電気的に接続されている。そして、この薄膜トランジスタ37は、ゲートドライバ39からの信号が走査線31を介してゲート電極に印加されることでスイッチング制御されてオンされる副画素SPとオフされる副画素SPとを電気的に分離するとともに、ソースドライバ40から信号線32を介して入力されたオン副画素SPへの映像信号を画素電極42に保持するものである。
【００１４】
画素電極42は、例えば透光性を有する導電部材であるＩＴＯなどにより、光センサ部23および薄膜トランジスタ37などを覆う層間絶縁膜45上にそれぞれ副画素SPに対応して膜状に形成されている(図１)。
【００１５】
補助容量43は、画素電極42に保持される電位を再配分するものである。
【００１６】
また、光センサ部23は、ガラス基板21上に、光センサ51、センサ容量52、出力制御用スイッチング素子としての制御用薄膜トランジスタ53、増幅部としての薄膜トランジスタであるソースフォロワアンプ54、および、プリチャージ用スイッチング素子としてのプリチャージ制御用薄膜トランジスタ55を備えている。
【００１７】
光センサ51は、例えばＰＩＮダイオードであり、アノード側およびゲート電極が副画素SPG用の信号線32Gに電気的に接続され、カソード側がソースフォロワアンプ54のゲート電極に電気的に接続されている。
【００１８】
センサ容量52は、光センサ51に対して並列に接続され、これらセンサ容量52および光センサ51は、制御用薄膜トランジスタ53およびソースフォロワアンプ54を介して、副画素SPR用の信号線32Rに電気的に接続されているとともに、プリチャージ制御用薄膜トランジスタ55を介して副画素SPB用の信号線32Bに電気的に接続されている。
【００１９】
制御用薄膜トランジスタ53は、センサ用制御線35にゲート電極が接続され、副画素SPR用の信号線32Rにドレイン電極が接続されて、センサ用制御線35に印加される信号に応じてオンオフされる。
【００２０】
ソースフォロワアンプ54は、制御用薄膜トランジスタ53のソース電極にドレイン電極が接続され、副画素SPG用の信号線32Gにソース電極が接続されている。
【００２１】
また、プリチャージ制御薄膜トランジスタ55は、センサ用制御線34にゲート電極が接続され、ソースフォロワアンプ54のゲート電極にソース電極が接続され、かつ、副画素SPB用の信号線32Bにドレイン電極が接続され、センサ用制御線34に印加される信号に応じてオンオフされる。
【００２２】
そして、光センサ部23は、非表示領域24に配置されたプリチャージ部としてのプリチャージ回路75、露光時間可変部としての露光時間可変回路76、制御部としての制御回路77、変換部としてのＡ／Ｄ変換回路78、および、出力部としての出力回路79などにより制御されている。
【００２３】
プリチャージ回路75は、各ドライバ39，40による映像信号の書き込みが行われていない水平ブランキング期間を利用して信号線32に信号を出力することで制御されている。具体的に、プリチャージ回路75は、各画素Ｐ中の副画素SPGの信号線32Gに、光センサ部23のアース電位に相当する基準電圧を印加し、副画素SPBの信号線32Bに、センサ容量52にプリチャージするためのプリチャージ電圧を印加し、副画素SPRの信号線32Rに、例えば５Ｖなどの所定の電圧を印加する。なお、プリチャージ電圧と基準電圧とは、例えば同位相で振動している。
【００２４】
露光時間可変回路76は、センサ用制御線34を制御して各画素Ｐに配置されたプリチャージ制御用薄膜トランジスタ55のオンオフを切り換えることにより、プリチャージ回路75によって信号線32に出力された信号をセンサ容量52に書き込むものである。
【００２５】
制御回路77は、センサ用制御線35を制御して各画素Ｐに配置された制御用薄膜トランジスタ53のオンオフを切り換えることにより、光センサ部23の出力を信号線32に取り出すものである。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換回路78は、光センサ部23が信号線32を介して出力する信号をデジタル信号に変換するものである。
【００２７】
出力回路79は、Ａ／Ｄ変換回路78により変換されたデジタル信号を図示しないセンサ用ＩＣに出力するものである。
【００２８】
そして、センサ用ＩＣは、この出力されたデジタル信号により、タッチペン26による入力操作がなされたかどうかを判断するもので、例えば液晶パネル11の外部に所定のインタフェースを介して接続されている。
【００２９】
一方、対向基板16は、図１に示すように、透光性を有する絶縁性の基板であるガラス基板81を有し、このガラス基板81上に、着色層であるカラーフィルタ層82、対向電極83、および、液晶層17の液晶分子の配向用の図示しない配向膜などが順次積層されている。
【００３０】
カラーフィルタ層82は、図１および図２に示すように、混色により白色または黒色を形成可能な複数の原色、例えば赤(Ｒ)、緑(Ｇ)および青(Ｂ)のそれぞれに対応する着色部82R，82G，82Bを備え、これら着色部82R，82G，82Bが表示領域22に対応する部分にストライプ状に形成されている。
【００３１】
対向電極83は、例えばＩＴＯなどの透光性を有する導電部材により膜状に形成されており、全ての画素電極42に対向するように形成されている。また、この対向電極83は、例えば複数箇所に、切欠部85が形成されている。
【００３２】
切欠部85は、所定の副画素SPに対応する位置で、この副画素SPを構成する画素電極42よりも幅寸法および長手寸法がそれぞれ小さく設定された平面視四角形状(図２)に形成されている。また、切欠部85は、所定の位置、例えば表示領域22に表示される所定の画像に対応した位置にそれぞれ形成されている。すなわち、表示領域22に例えばタッチペン26による入力操作用の操作部であるボタンＢ(図４)を表示する場合には、このボタンＢにそれぞれ対応する位置に少なくとも１つの切欠部85が形成されている。換言すれば、切欠部85は、表示する画像に対するタッチペン26の入力位置の分解能(解像度)に応じてその個数および位置が適宜設定されている。なお、これら切欠部85は、対向電極83をパターニングする際に各位置に形成される。
【００３３】
液晶層17は、液晶材料LCにより形成され、画素電極42と対向電極83との間の電位差に応じて光を変調透過させるものである。
【００３４】
そして、タッチペン26は、長尺のペン状に形成され、先端側から例えばレーザ光などの光Ｌを出力可能であるとともに、例えばコイルなどを用いて形成される電磁界EMを光Ｌと同様に出力可能となっている。
【００３５】
次に、上記一実施の形態の動作を説明する。
【００３６】
液晶パネル11では、図示しない外部回路からの映像信号に対応して、ゲートドライバ39を介して各走査線31にゲート電圧が印加されることで、各走査線31にゲート電極が接続された薄膜トランジスタ37がオンされ、ソースドライバ40を介して薄膜トランジスタ37のソース電極に供給された映像信号が、薄膜トランジスタ37により画素電極42に書き込まれて、この画素電極42と対向電極83との電位差によって、各副画素SPでの液晶層17の透過率が設定される。
【００３７】
そして、バックライトから出射した光は、各副画素SPにおいて、画像信号に応じた透過率で変調透過され、カラーフィルタ層82の各着色部82R，82G，82Bにより着色されて表示側へと出射され、これらの色光が混色されて画像として観察者に視認される。
【００３８】
観察者は、表示領域22に表示されたボタンＢなどの画像に対応してタッチペン26により入力操作する。すなわち、観察者は、所望の内容に対応したボタンＢの位置にタッチペン26を近づける。
【００３９】
タッチペン26から出力された電磁界EMは、切欠部85を有さない副画素SPでは、対向電極83により遮蔽され、液晶層17に対して影響を与えないが、切欠部85を有する副画素SPでは、液晶層17の液晶材料LCに作用して、透過率を変化させる。この透過率の変化は、増加でも減少でもよい。
【００４０】
同時に、タッチペン26から出力された光Ｌは、対向基板16側を通過し、各副画素SPでの液晶層17の透過率に対応して変調透過し、近傍の複数の光センサ部23に入射する。
【００４１】
各光センサ部23では、薄膜トランジスタ37へと駆動電流が供給されていない水平ブランキング期間において、プリチャージ回路75により、信号線32Gに一定の周期で振動する基準電圧を印加するとともに、信号線32Bに基準電圧と同位相で振動するプリチャージ電圧を印加する。続いて、露光時間可変回路76により、センサ用制御線34にゲート電圧を印加することでプリチャージ制御用薄膜トランジスタ55がオンされ、信号線32Bからこのプリチャージ制御用薄膜トランジスタ55を介してセンサ容量52にプリチャージ電圧が印加され、所定の露光時間の間、各光センサ51に入射する光Ｌの光量に応じて各光センサ51にリーク電流が発生し、センサ容量52の電位が変化する。
【００４２】
そして、プリチャージ回路75により信号線32Rを例えば５Ｖにプリチャージし、制御回路77によりセンサ用制御線35にゲート電圧を印加して制御用薄膜トランジスタ53をオンし、ソースフォロワアンプ54を信号線32Rに導通させる。このソースフォロワアンプ54のゲート電極に接続されているセンサ容量52の残存電圧に応じて信号線32Rの電圧が変化する。
【００４３】
この後、Ａ／Ｄ変換回路78において、信号線32Rの電圧値と所定の基準電位とを比較することで、各光センサ51(各画素Ｐ)に入射した光Ｌの光量が計測され、これら光量が、Ａ／Ｄ変換回路78によりデジタル信号に変換され、出力回路79にてそれらを比較することで、タッチペン26により入力された光Ｌであるかどうかを判断する。すなわち、各光センサ51に入射した光の光量が殆ど変わらないときには、太陽光あるいは照明光などの外光であるものと判断する。一方、各光センサ51に入射した光の光量が大きく異なるときには、タッチペン26を液晶パネル11の切欠部85に接近させたことにより液晶層17が電磁界EMの影響を受けて切欠部85に対応する位置で液晶層17の液晶材料LCの透過率が大きく変化した、すなわちタッチペン26により操作が入力されたものと判断する。
【００４４】
そして、タッチペン26により操作が入力されたと判断した場合には、光Ｌを検出した座標から、観察者によって入力された操作の内容、すなわち観察者がどのボタンＢを押したかを判断し、そのボタンＢに対応する出力をする。
【００４５】
上述したように、上記一実施の形態では、対向電極83の所定の位置、例えば表示される所定の画像に対応する位置に、タッチペン26から出力される電磁界EMを透過させる切欠部85を設けることにより、タッチペン26により入力操作をしたときに、電磁界EMが切欠部85を介して液晶層17に作用してこの切欠部85に対応する位置の透過率を変化させる。このため、タッチペン26から出力された光Ｌを、透過率が変化した位置の副画素SPと、切欠部85が形成された副画素SPの近傍、例えば隣接する副画素SPなどの、タッチペン26により入力される光Ｌの照射範囲内に位置する他の副画素SPとでそれぞれ光センサ51によって検出して比較することにより、それらの差が小さい場合には、太陽光や照明光などの外光が入力した場合であり、それらの差が大きい場合には、タッチペン26により入力操作された場合であると判断することが可能になり、外光による誤動作を低減でき、動作安定度を向上できる。
【００４６】
そして、上記のように、液晶パネル11は、太陽光や照明光などの環境下、すなわち明所でも安定して用いることができるので、その適用範囲を拡げることができる。
【００４７】
なお、上記一実施の形態において、液晶パネル11としては、透過型だけでなく、反射型、あるいは半透過型などでも対応して用いることができる。
【００４８】
また、切欠部85は、少なくとも表示領域22に表示する所定の画像に基づいてタッチペン26での入力操作を検出できる位置であれば、任意の位置、例えば所定の複数画素毎などに設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態の液晶表示素子の要部を示す縦断面図である。
【図２】同上液晶表示素子の要部を拡大して示す平面図である。
【図３】同上液晶表示素子の一部を示す回路図である。
【図４】同上液晶表示素子を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
11    液晶表示素子としての液晶パネル
15    アレイ基板
16    対向基板
17    液晶層
26    入力手段としてのタッチペン
37    スイッチング素子としての薄膜トランジスタ
42    画素電極
51    光センサ
83    対向電極
85    切欠部
【図１】
2010002563.tif 000003
【図２】
2010002563.tif 000004
【図３】
2010002563.tif 000005
【図４】
2010002563.tif 000006