(57)【要約】タッチセンサにおいて、導電層と抵抗層又は圧電層１５，２５とを備えたスペーシング素子１３，１４，１５，２５の電気的な特徴（インピーダンス、ピエゾ電圧）の変化が検知の場を決定するために測定される。
2005522791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの基板の間に複数の画像素子を有し、前記基板間のスペーシング手段と、前記画像素子の少なくとも１つの電気的な特徴又は前記スペーシング手段の電気的な特徴を監視する手段及び前記電気的な特徴の変化を検知する手段と共働して、前記画像素子の少なくとも１つに駆動電圧を印加する手段とを有し、前記スペーシング手段が前記電気的な特徴を監視する前記手段の一部であるタッチセンシティブ表示装置。
【請求項２】
前記画像素子の少なくとも１つのインピーダンスを監視する手段及び前記インピーダンスの変化を検知する手段を伴い、前記スペーシング手段が前記インピーダンスを監視する前記手段の一部である請求項１記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項３】
前記インピーダンスの前記変化を検知する前記手段が、画像素子の異なるグループのインピーダンスを実質的に同時に測定する請求項１記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項４】
前記スペーシング手段が導電部を少なくとも有する請求項１記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項５】
前記スペーシング手段の前記導電部が、グリッドの形態又は帯状体のセットの形態である請求項４記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項６】
前記スペーシング手段が非線形性の抵抗部を少なくとも有する請求項１記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項７】
前記スペーシング手段の前記非線形性の抵抗部が、グリッドの形態又は帯状体のセットの形態である請求項６記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項８】
前記スペーシング手段が圧電部を有する請求項１記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項９】
前記スペーシング手段の非線形性の抵抗部が、グリッドの形態又は帯状体のセットの形態である請求項８記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項１０】
前記電気的な特徴を監視する前記手段が画像素子の少なくとも１つの行を監視する請求項１記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項１１】
前記電気的な特徴を監視する前記手段が画像素子の少なくとも１つの列を監視する請求項１記載のタッチセンシティブ表示装置。
【請求項１２】
前記電気的な特徴を監視する前記手段が画像素子のブロックを監視する請求項１記載のタッチセンシティブ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの基板の間に複数の画像素子を有し、基板間のスペーシング手段及び画像素子の少なくとも１つに駆動電圧を印加する手段、並びに画像素子の少なくとも１つの電気的な特徴を監視する手段及び電気的な特徴の変化を検知（sense）する手段を有するタッチセンシティブ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記表示装置は、例えば液晶表示装置である。液晶表示装置は、コンピュータ産業、及び移動電話、値札からパームトップコンピュータ、システム手帳までに及ぶ手持ちサイズの機器において普及してきた。また、スタイラスのようなタッチデバイスとの組み合わせが広範な用途に供されている一方で、表示スクリーンを介して入力を提供するやり方に関する要求が感じられてもいる。
【０００３】
米国特許第５，７７７，５９６号公報には、指、スタイラス又はペンを用いて単に表示スクリーンにタッチすることにより関連する機器（例えばコンピュータ）に入力することを可能にするタッチセンシティブ液晶表示装置が説明されている。この装置は、液晶表示素子（画像素子）の充電時間を基準値と連続的に比較し、この比較の結果を利用してどの素子がタッチされたかを決定する。
【０００４】
上記タッチセンシティブ液晶表示装置の問題の１つは、検知後に正しい画像に戻す際に存在する。これは、２つの極端な状態の間における行の全ての画像素子のスイッチングを表すブリンキングラインが用いられるという事実のためである。ブリンキングラインがある行に達すると、画像素子の充電時間を測定することによりタッチが検出される。測定後、画像素子は正しい画像を表示するために十分な電圧を供給される。米国特許第５，７７７，５９６号公報には、同様に、ブリンキングスポットによる検知が開示されている。
【０００５】
しかしながら、そのようなブリンキングは、ディスプレイ上において目に見える（アーチファクトである）。
【０００６】
更に、反射性の表示装置が用いられる場合、内部直流バイアス電圧が存在し、それにより奇数又は偶数のフレームの書き込みに関して充電が異なる。直流駆動法（低電力液晶ディスプレイ、電気泳動）では、反転が起こらず、この方法は全く用いられることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、とりわけ、これらの不満を克服することを目的としている。
【０００８】
本発明は、タッチセンシティブ液晶表示装置により多くの機能を導入することを他の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のために、本発明によるタッチセンシティブ表示装置では、スペーシング手段が電気的な特徴を監視する手段の一部である。上記電気的な特徴は、容量、（非線形性の）抵抗又は圧電の特徴である。
【００１０】
実際には、本発明は相互作用しない測定の方法を提供し、この測定の方法は画像素子への駆動電圧の供給に干渉しない。
【００１１】
これは、ブリンキング信号を与える問題を克服するだけではなく、ある形態においては、
ｉ）表示スクリーン上の異なる場所におけるタッチ入力の検知
ｉｉ）タッチセンシングのための表示スクリーンの一部の無効
のようなタッチセンシングの新しい可能性も持っている。
【００１２】
両方の可能性は、コンピュータ及び電気通信のアプリケーションの両方においてかなりの利点を提供する。
【００１３】
表示スクリーン上の異なる場所におけるタッチ入力の検知は、表示スクリーンの異なる場所での指又は鉛筆のインパクトの検出のような可能性を提供する。これは、例えばキーボード機能がスクリーン上のタッチ機能として実現されたフラットスクリーンの（コンピュータ）デバイスにおいて有用なアイテムである。例えば、ペンにより２点を同時にタッチするとすぐに直線を表示し、同時に、第３のタッチ（領域）によりこのラインがある湾曲若しくはハッチングを得るプログラムを作成する際、又はゲームアプリケーション等を実現するために、例えばＣＲＴＬ、ＡＬＴ及びＤＥＬ部を押して同時にタッチすることを検出することが可能である。
【００１４】
タッチセンシングのための表示スクリーンの一部の無効は、移動電話において読み出しが妨害されることを防止するのに用いられ得る。他方、例えばインターネットを介して得られるデータ入力は、ある部分（表示ロゴ）が妨害されることを防止するか、又は許可されていないユーザに対してあるメニューバーを無効にする。
【００１５】
用途に依存して、検知自体は、簡単な４点測定から電流、電圧変化又は周波数変化の測定まで様々に異なるやり方で行われ得る。
【００１６】
ある形態では、上記スペーシング手段が導電部を少なくとも有する。幾つかの検知の方法に関して、これは、スペーシング手段の導電部がグリッドを形成する場合に有利である。
【００１７】
他の形態では、上記スペーシング手段が（非線形性の）抵抗部又は圧電部を有する。この場合もまた、スペーシング手段の抵抗部又は圧電部がグリッドを形成する場合に有利であり得る。
【００１８】
本発明による解決法の１つは、列（又は行）に沿った多くの画素が同時に検知されることを確実にすることである。この場合、タッチ信号は検知される画素の数とともに増大するが、バックグラウンドのインピーダンスは、一定のままである。このやり方では、ＳＮ比が増大する。
【００１９】
この目的のために、タッチセンシティブ表示装置の第１の形態では、インピーダンスを監視する手段が画像素子の少なくとも１つの行を監視し、第２の形態では、インピーダンスを監視する手段が画像素子の少なくとも１つの列を監視する。画像素子のブロックのインピーダンスの監視も可能である。
【００２０】
本発明のこれらの観点及び他の観点は、以下に説明する実施の形態から明らかであり、以下に説明する実施の形態を参照して理解されるであろう。
【００２１】
図面は模式的であり、縮尺は正確には描かれていない。対応する構成要素は、概ね同一の参照符号により示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明が適用可能なタッチセンシティブ表示装置１の一部の電気等価回路図である。このタッチセンシティブ表示装置１は、１つの可能な実施の形態（１つの駆動モード、所謂「パッシブモード」）において、行又は選択電極７と列又はデータ電極６との交差領域により規定される画素８のマトリクスを有している。上記行電極は行ドライバ４により連続的に選択され、上記列電極はデータレジスタ５を介してデータを供給される。この目的のために、入力データ２は、必要であればプロセッサ３において最初に処理される。行ドライバ４とデータレジスタ５との間の相互同期は駆動ライン９を介して行われる。
【００２３】
他の可能な実施の形態（他の駆動モード、所謂「アクティブモード」）においては、ゲート電極が行電極７に電気的に接続され、ソース電極が上記列電極に電気的に接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０を介して行ドライバ４からの信号が画素電極を選択する。列電極６に存在する信号は、ＴＦＴを介してドレイン電極に結合された画素８の画素電極に伝達される。他の画素電極は、例えば１つ（又はそれ以上）の共通対向電極に接続されている。図１では、１つの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のみが一例として簡単に示されている。
【００２４】
図２（図２ａ，２ｂ）は下部基板１１及び上部基板１２を有するタッチセンシティブ液晶デバイスの一部の平面図を示しており、図３は図２ａのＩＩＩａ−ＩＩＩａ線及びＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った断面図を示している。このタッチセンシティブ液晶デバイスは、下部基板１１上に画素電極８を有している。上記画素電極は、例えば（フォトリソグラフィ技術を用いて）上記下部基板１１上に堆積されたこの例では矩形のスペーサ部１４により囲まれている。電極２０を支持している他の基板１２上には、２つの基板をまとめた後、液晶デバイスの規定されたセルギャップを得るために充填された開口部２１が残るように、（例えばフォトリソグラフィ技術を用いて作成された）分散されたスペーサ部１５が堆積されている。
【００２５】
本発明によれば、スペーサ部１４と分散されたスペーサ部１５との間に導電性のスペーサ部１３が導入されており、このスペーサ部１３は、この実施の形態では矩形のスペーサ部１４とほぼ同じレイアウトを有している。導電性スペーサ部１３のための良好な材料は、例えばアルミニウム又は銀の一方である。
【００２６】
電圧又は電流センサ２２を用いてある数のポイント、例えば４つのコーナー（図４）における導電性スペーサ部１３のグリッドの交流インピーダンスを決定することによって、例えば電極２０と導電性スペーサ部１３との間の容量の変化にタッチすることによる容量性のタッチセンシングが実現される。スクリーンをタッチすることにより、グリッドに対する容量が局所的に大きくなる。これは、上記４つのコーナーにおいて、タッチの位置のセンサまでの距離に依存して異なる信号を生成する。このやり方では、位置座標が検出される。
【００２７】
（例えばスクロールメニュー機能と組み合わせて）１つの方向において制限されたタッチセンシング機能のみが必要とされる場合には、導電性スペーサ部を伴う容量性のタッチセンシングは直接的に実現される。そのような実施の形態では、スペーサは、ディスプレイ全体にわたって帯状の形態に構造化される。開放された溝部が上記構造化されたスペーサの間において自動的に利用可能であるので、（例えば液晶材料による）ディスプレイの充填は容易に実現される。
【００２８】
一体化された容量性のタッチセンシングも既知の方法のいずれかにおいて実現され、どのスペーサのラインを検出するかによって特定される位置座標が最大の信号を示す。
【００２９】
一般に、１つの画素の画素容量は、（パッシブマトリクスにおいては）行及び列における他の画素の容量、（アクティブマトリクスにおいては）列と行との交差及び浮遊容量によって影を薄く（overshadow）される。これは感度を低下させる。
【００３０】
これに対する１つの解決法は、列６（又は行７）に沿った多数の画素が同時に検知されることを確実にすることである。この場合、検知される画素数に伴ってタッチ信号が増大するが、バックグラウンドの容量は一定のままである。このやり方では、ＳＮ比は増大する。好ましい実施の形態では、タッチセンシングの手続きが、タッチ信号を増大させるように接続された多数の列８又は同時にアドレスされる多数の行７（アクティブマトリクス）を伴う。
【００３１】
図５及び図６は、容量性の検出方法に基づく本発明によるタッチセンシティブ表示装置の他の実施の形態を示している。スペーシング素子１４，１５は、帯状の形態に構造化され、ディスプレイの長さ及び幅全体に沿って配置されている。両方の基板が、これらのスペーシング素子を備えているが、それらの向きは互いに垂直である。一方の基板、例えば上部基板１２上において、スペーシング素子は、絶縁性のスペーサ部１５と金属の帯状体のような導電性のスペーサ部２３とを含んでいる。他方の下部基板１１上においては、スペーシング素子は、両側に絶縁性のスペーサ部１４，１４´を備えた金属帯状体のような導電性のスペーサ部１３を含んでいる。
【００３２】
上記表示装置は、関連技術において知られている方法で２つの基板を位置合わせし、接触させることにより完成する。このやり方では、液晶材料によるセルの充填のために開放された溝部が実現される。このやり方では、画素電極２０（例えば行の一部）、導電性スペーサ部、例えば帯状体のセット２３、導電性スペーサ部、例えば帯状体のセット１３及び画素電極８（例えば列の一部）の４つの電気伝導性の電極が実現される。
【００３３】
容量性のタッチセンシングは、関連技術において知られて方法の１つにより行われる。位置座標は、スペーサのグリッド１３と列（画像）電極８との間の容量変化（Ｃ１、ｘ方向）及びスペーサのグリッド２３と行（画像）電極２０との間の容量変化（Ｃ２、ｙ方向）を検出することにより特定される。このやり方では、表示装置自体の動作（working）とのいかなる干渉をも伴うことなくタッチ位置が決定される（すなわち、もはや画像を表示するため及びタッチの情報を検出するために別々に表示画素を駆動する必要がない。）。
【００３４】
特別な実施の形態では、導電性スペーサ部１３，２３間の絶縁性スペーサ部１４が変形可能な又は弾性の（compliant）絶縁材料を有しており、これが、ここではタッチにより変化する容量Ｃ３をもたらす。その場合、容量Ｃ３の変化を測定することによりタッチ位置を決定することも可能である。これは、測定がスイッチング挙動による液晶材料の誘電率の変化に非常に少ししか依存しないという利点を有する。容量Ｃ３の変化を測定することにより、変化によって検知の位置が決定される。
【００３５】
容量Ｃ１，Ｃ２及びＣ３は別々に測定されることが好ましい。その場合、タッチ位置がより正確に決定され、誤ったタッチの読み取り値がより容易に排除される（Ｃ１，Ｃ２及びＣ３の全てがタッチのイベントを示すために応答する必要がある。）。
【００３６】
図７の実施の形態では、導電性スペーサグリッド１３が、基板１１上のより厚い連続的に構造化されたスペーサ部１４の上に位置しており、第２の基板１２はより薄い構造化されたスペーサ部１５を備えている。電極２０と構造化されたスペーサ部１４との間にそのような小さな距離を設けることによって、導電性グリッド１３（の露出部分）と電極２０との間に局所的な短絡を発生させることによりタッチセンシングが実行され得る。検出は、それ自体は既知の抵抗性タッチセンシング法、例えば、２つの方向に電圧を順次印加し、タッチ位置において検出された電圧を測定し、抵抗の分割によって位置を決定することにより行われ得る。これは、例えば、上記抵抗性タッチセンシティブ法を用いて、（上部）基板１２上の電極を短絡し、導電性グリッド１３上の信号を検出することにより、アクティブマトリクスディスプレイ（アクティブマトリクスディスプレイは連続的な対向電極を有しているため。）及びパッシブマトリクスディスプレイの両方に適用可能である。
【００３７】
上部基板１２上の構造化された電極２０を有するディスプレイに関して、これらの電極２０が、どの電極が短絡されたかを決定することにより一方の方向（ｘ方向）のタッチ位置（座標）を決定するために用いられ、同様の抵抗分割の手法が他方の方向（ｙ方向）のタッチ位置（座標）を決定するために用いられることが好ましい。これは、（従来技術の抵抗性タッチセンサのためにそれ自体は知られているような）センサの温度補償に関する更なる要求を伴うことなく高い精度であるという利点を有する。
【００３８】
図８（ａ）は、図８（ｂ）のその電気等価回路図と共に（この例では単一の液晶画像素子の）他の実施の形態を示している。この実施の形態では、スペーシング素子が、この例では（パッシブ）マトリクスの列及び行電極である電極８，２０間に、非線形性の抵抗素子２５と絶縁部１３とを有している。（圧力が加えられると抵抗を激減させる）非線形性の感圧抵抗材料は、例えばＷＯ９９／３８１７３公報から知られている。
【００３９】
圧力が加えられないと、容量Ｃｄは絶縁層１３，２５により決定され、低い値を有する。圧力が加えられると、容量Ｃｄは、絶縁層１３のみにより決定されるので増大する。
【００４０】
タッチ位置は、（模式的に示されている）測定デバイス２２（電流又は電圧検出回路）によりｘ及びｙ方向において直接的に測定される（スペーサの列部２０及び行部８がこれらの位置に接続されるため。）。
【００４１】
図８の実施の形態では、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示されているように電極８，２０間の絶縁部１３が削除されさえし得る。最後に、図９（ｃ）は可変電圧源２５として作用する圧電性のスペーシング部がどのように用いられるかを示している。圧電性のスペーシング部における圧力は出力圧力信号を直接的にもたらし、これはタッチ位置を決定するために用いられる。ｘ，ｙタッチセンシングに関して、これは、圧電素子の連続的なメッシュを用い、（図４の方式と同様に）該メッシュのコーナーに４つのセンサ２２を配置することによって容易に実現される。代替として、検知の精度を高めるためにより多くのセンサが用いられ得る。図５，６の実施の形態と同様に、グリッドの代わりに帯状体のセットが用いられ得る。
【００４２】
本発明の保護範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明は他の表示装置、例えばプラズマディスプレイ及びスペーシングデバイスを用いる他の表示装置（電気泳動作用、エレクトロウェッティング、エレクトロクロム作用に関する表示装置又はフォイルディスプレイ）にも適用可能である。
【００４３】
代替として、可撓性の基板（合成材料）が用いられ得る（ウェアラブルディスプレイ、ウェアラブル電子機器）。
【００４４】
本発明は、新規の固有の特徴のそれぞれ及び全て並びに固有の特徴の組み合わせのそれぞれ及び全てに帰する。特許請求の範囲の参照符号は、その保護範囲を限定するものではない。動詞「有する（comprise）」及びその活用形の使用は、特許請求の範囲において述べられている構成要素以外の構成要素の存在を排除するものではない。構成要素の前に付された冠詞「ａ」及び「ａｎ」の使用は、複数のそのような構成要素の存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】タッチセンシティブ（液晶）表示装置を模式的に示している。
【図２ａ】下部プレート及び上部プレートにおける本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の平面図を示している。
【図２ｂ】下部プレート及び上部プレートにおける本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の平面図を示している。
【図３ａ】図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線に沿った断面図を示している。
【図３ｂ】図２のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った断面図を示している。
【図４】図２，３の実施の形態において使用される導電性グリッドを示している。
【図５ａ】下部プレート及び上部プレートにおける本発明による他のタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の平面図を示している。
【図５ｂ】下部プレート及び上部プレートにおける本発明による他のタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の平面図を示している。
【図６ａ】図５のＶＩａ−ＶＩａ線に沿った断面図を示している。
【図６ｂ】図５のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿った断面図を示している。
【図７ａ】本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の他の実施の形態を示している。
【図７ｂ】本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の他の実施の形態を示している。
【図８ａ】本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の他の実施の形態を示している。
【図８ｂ】本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の他の実施の形態を示している。
【図９ａ】本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の他の実施の形態を示している。
【図９ｂ】本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の他の実施の形態を示している。
【図９ｃ】本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の他の実施の形態を示している。
【図１】
2005522791.tif 000003
【図２ａ】
2005522791.tif 000004
【図２ｂ】
2005522791.tif 000005
【図３ａ】
2005522791.tif 000006
【図３ｂ】
2005522791.tif 000007
【図４】
2005522791.tif 000008
【図５ａ】
2005522791.tif 000009
【図５ｂ】
2005522791.tif 000010
【図６ａ】
2005522791.tif 000011
【図６ｂ】
2005522791.tif 000012
【図７ａ】
2005522791.tif 000013
【図７ｂ】
2005522791.tif 000014
【図８ａ】
2005522791.tif 000015
【図８ｂ】
2005522791.tif 000016
【図９ａ】
2005522791.tif 000017
【図９ｂ】
2005522791.tif 000018
【図９ｃ】
2005522791.tif 000019
【国際調査報告】
2005522791.tif 000020
2005522791.tif 000021