(57)【要約】【課題】光学式タッチパネル付き液晶表示装置の体積、重量及び製造コストを低減させる。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、液晶モジュール１１０、バックライトモジュール１２０、駆動及び検出モジュール１３０及び複数の光センサ１１７を含む。液晶モジュール１１０は、上偏光板１１１、下偏光板１１５、上ガラス基板１１２、下ガラス基板１１４、液晶１１３、カラーフィルタ１１６、薄膜トランジスタ１１８、ブラックマトリクス１１９、データライン１３１、ゲートライン１３２、検出ライン１３３などを含む。バックライトモジュール１２０は、光源、導光板１２１、拡散シート１２２などを含む。駆動及び検出モジュールは、データドライバ、ゲートドライバ、光センサドライバ、光検出器などを含む。複数の光センサ１１７は、Ｐ−Ｎダイオード又は薄膜トランジスタであり、各画素ユニット上に１つずつ配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上基板、下基板、複数の画素ユニット及び複数の薄膜トランジスタを有する液晶モジュールと、
可視光光源及び赤外線光源を有するバックライトモジュールと、
駆動及び検出モジュールと、
前記いずれかの基板に設置される前記各画素ユニットに配置し、前記赤外線光源から放射され、前記液晶モジュールを通過し、ユーザの指に反射して戻った赤外線を検出し、検出信号を出力することにより、指の接触位置を検出するために用いられる複数の光センサと、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記複数の光センサは、前記液晶モジュールの下基板の内表面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数の光センサは、前記液晶モジュールの上基板の内表面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記各薄膜トランジスタは、前記各画素ユニットの角部に配置され、前記各光センサは、前記画素ユニットの前記薄膜トランジスタが配置されていない他の角部に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記バックライトモジュール中の可視光光源及び赤外線光源は、冷陰極管（ＣＣＦＬ）であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記バックライトモジュール中の可視光光源は、白色発光ダイオードであり、赤外線光源は、赤外線発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記赤外線光源が放射する赤外線の波長は、６５０nm〜１１００nmを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記各光センサは、波長が６５０nm〜１１００nmの光線を検出可能なダイオードから構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記各光センサは、薄膜トランジスタから構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記薄膜トランジスタは、ゲート極及びソース極に順バイアスが印加されることにより、光検出操作を行うことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、光学式タッチパネル付き液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報科学技術、エネルギー科学技術及び生命科学技術は、人類にとって非常に重要である。また、情報科学技術において、表示装置及び半導体集積回路は、最も重要である。表示装置は、人と機械との間の情報伝達を行う窓口として、現代人にとって欠かすことのできない重要な装置となっている。現在、表示装置は、広く応用されている。例えば、小型の表示装置は、携帯電話、デジタルカメラ、撮影装置などに、中型の表示装置は、ノート型パソコン、デスクトップ型パソコンなどに、大型の表示装置は、家庭用テレビ装置、投影装置などに、応用されている。表示装置の種類は多く、主に、陰極線管（ＣＲＴ）表示装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマ表示パネル（ＰＤＰ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）表示パネル、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）、電界発光表示装置（ＥＬＤ）などが存在する。その中で、液晶表示装置が最も広く使用されている。
【０００３】
液晶表示装置は、軽量化、薄型化及び高性能化が進んでいる。また、利便性の高いタッチパネル付き液晶表示装置の開発及び製造が行われている。タッチパネル付き液晶表示装置における中心技術は、パネル上におけるユーザの接触位置の検出方法にある。現在、タッチパネルの検出方式には、光学式、超音波式、抵抗膜式、静電容量式などが存在する。従来のタッチパネルには、他の部材を組み合わせる必要があるため、体積、重量及び製造コストが増大する上、例えば、輝度に影響を与える開口率が低減するなど、性能が低下してしまうという欠点を有する。
【０００４】
従来の光学式タッチパネル付き液晶表示装置は、パネル上方の４周に複数の赤外線光源及びそれに対応する光センサ素子が配置される。これにより、パネル上のユーザの接触位置が検出される。しかし、従来の光学式タッチパネル付き液晶表示装置は、パネルの体積及び重量が大きいため、製造工程が複雑である上、製造コストが高いという欠点を有する。
【０００５】
そこで、本発明の開示する光学式タッチパネル付き液晶表示装置は、半導体集積回路の製造方法を利用することにより、液晶モジュール上に光センサ素子を一体に形成するものである。また、バックライト光源が放射する赤外線を位置検出用光源とする。これにより、パネルの体積及び重量を低減させることができる。また、製造工程の難度及び製造コストを低減させることができる上、光学式タッチパネルの性能を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１８８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、各画素ユニット上にそれぞれ配置される複数の光センサを含み、光センサが、光源から放射され、液晶モジュールを通過し、ユーザの指に反射して戻った赤外線を検出し、検出信号を出力することにより、指の接触位置を検出する液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、液晶モジュール、バックライトモジュール、駆動及び検出モジュール及び複数の光センサを含む。液晶モジュールは、上基板、下基板、複数の画素ユニット及び複数の薄膜トランジスタを含む。バックライトモジュールは、可視光光源及び赤外線光源を含む。各光センサは、基板上の各画素ユニットにそれぞれ配置される。光センサが、赤外線光源から放射され、液晶モジュールを通過し、ユーザの指に反射して戻った赤外線を検出し、検出信号を出力することにより、指の接触位置を検出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光学式タッチパネル付き液晶表示装置は、半導体集積回路の製造方法を利用することにより、液晶モジュール上に光センサ素子を一体に形成するものである。また、バックライト光源が放射する赤外線を位置検出用光源とする。これにより、パネルの体積及び重量を低減させることができる。また、製造工程の難度及び製造コストを低減させることができる上、光学式タッチパネルの性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による液晶表示装置の等価回路を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による液晶表示装置の一部部材を示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による液晶表示装置の回路構造を示す回路図である。
【図６】本発明の第２実施形態による液晶表示装置の一部部材を示す平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。
【図８】多結晶シリコン及びアモルファスシリコンの各波長（３００nm〜１１００nm）の光線に対する吸収率を示す曲線図である。
【図９】ヒトの皮膚の各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線に対する反射率を示す曲線図である。
【図１０】３種類の偏光板（６５０nm、７００nm及び８００nm）の各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線に対する透過率を示す曲線図である。
【図１１】各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線が偏光板を通過し、ヒトの皮膚に反射した後、アモルファスシリコンに吸収される効率を示す曲線図である。
【図１２】各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線が偏光板を通過し、ヒトの皮膚に反射した後、シリコンに吸収される効率を示す曲線図である。
【図１３】各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線がオン／オフ状態の薄膜トランジスタ液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）を透過する強度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の液晶表示装置の各実施態様を図面、グラフを参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。本発明の第１実施形態による液晶表示装置は、液晶モジュール１１０、バックライトモジュール１２０及び駆動及び検出モジュール１３０を含む。液晶モジュール１１０は、上偏光板１１１、上ガラス基板(上基板)１１２、液晶１１３、下ガラス基板(下基板)１１４、下偏光板１１５、カラーフィルタ１１６、光センサ１１７、ブラックマトリクス１１９、薄膜トランジスタ１１８、データライン１３１、ゲートライン１３２、検出ライン１３３などを含む。
なお、本発明の請求項でいう「画素ユニット」とは、上記実施例での「液晶１１３」だけではなく、それを含めた付随する構成全体である画素ユニット、またはその他の画素に関するデバイスをも意味する。
【００１２】
光センサ１１７は、下ガラス基板１１４の内表面上に液晶１１３の下面に接して配置される。バックライトモジュール１２０は、光源（図示せず）、導光板１２１及び拡散シート１２２を含む。駆動及び検出モジュール１３０は、データドライバ、ゲートドライバ、光センサドライバ、光検出器など（何れも図示せず）を含む。
【００１３】
図２は、本発明の第１実施形態による液晶表示装置の等価回路を示す回路図である。本発明の液晶表示装置の等価回路は、３つの薄膜トランジスタ１１８、１つの光センサ１１７、データライン１３１、ゲートライン１３２、検出ライン１３３などを含む。光センサ１１７は、画素ユニットの左下角（平面図上）に配置される。
【００１４】
図３は、本発明の第１実施形態による液晶表示装置の一部部材を示す平面図であり、光センサ１１７とブラックマトリクス１１９との間の相対位置を示す。
【００１５】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。本発明の第２実施形態による液晶表示装置は、等価回路、一部部材などを含む。本発明の第２実施形態による液晶表示装置は、光センサ２１７が画素ユニットの左上角（平面図上）に配置される（図５及び図６を参照）点が第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施態様と同じであるので説明は省略する。
【００１６】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。本発明の第３実施形態による液晶表示装置は、光センサ３１７が上ガラス基板１１２の内表面上に配置される点が第１実施形態及び第２実施形態と異なり、他の構成は第１実施態様と同じあるので説明は省略する。光センサ３１７は、画素領域の左下角又は左上角（平面図上）に配置される。
【００１７】
本発明の液晶表示装置においては、バックライトモジュールが放射する赤外線が液晶モジュール（偏光板）を通過した後、ユーザの指に反射して戻り、各画素ユニット上に配置された光センサによって検出される。ここで、光センサの材料は、シリコン又はアモルファスシリコンであるため、シリコン及びアモルファスシリコンの光吸収スペクトル、ヒトの皮膚の光反射スペクトル及び偏光板の光透過率を理解する必要がある。
【００１８】
図８は、シリコン及びアモルファスシリコンの各波長（３００nm〜１１００nm）の光線に対する吸収率を示す曲線図である。図８から分かるように、シリコン及びアモルファスシリコンは、波長が長いほど、吸収率が少ない。シリコン及びアモルファスシリコンは、約８００nmの光線に対し、何れも、約４０％の吸収率を有する。８００nm未満の光線に対しては、アモルファスシリコンの吸収率は、シリコンより高い。光線の波長が８００nmを超える場合、アモルファスシリコンの吸収率は、急激に０になる。即ち、アモルファスシリコンは、８００nmを超える（１１００nm未満）光線を完全に通過させる。また、多結晶シリコンは、８００nmを超える（１１００nm未満）光線に対し、４０％以下の吸収率しか有さない。
【００１９】
図９は、ヒトの皮膚の各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線に対する反射率を示す曲線図である。図９から分かるように、ヒトの皮膚は、約７００nmの光線に対して最大の反射率を有する（９０％を超える）。約８００nmの光線に対しては、約６５％の反射率を有する。約９００nmの光線に対しては、約４０％の反射率を有する。約１０００nmの光線に対しては、約１５％の反射率を有する。
【００２０】
図１０は、３種類の偏光板（６５０nm、７００nm及び８００nm）の各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線に対する透過率を示す曲線図である。図１０から分かるように、６５０nm、７００nm及び８００nmの偏光板は、それぞれ、６５０nm未満、７００nm未満及び８００nm未満の光線しか遮蔽できない。また、６５０nm、７００nm及び８００nmを超える光線に対しては、それぞれ、約８５％の透過率を有する。即ち、偏光板は、短波長の光線を有効に遮蔽することができるが、長波長の光線に対しては、約１５％しか遮蔽できない。
【００２１】
シリコン及びアモルファスシリコンの光吸収スペクトルと、ヒトの皮膚の光反射スペクトルと、偏光板の光透過率とを総合することにより、本発明の液晶表示装置に適用される赤外線の波長範囲を理解することができる。図１１及び図１２は、図８、図９及び図１０に示す効果を総合したものである。図１１から、各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線が偏光板を通過し、ヒトの皮膚に反射した後、アモルファスシリコンに吸収される効率が分かる。図１１から分かるように、６５０nmの偏光板の反応範囲は、６５０nm〜８２０nmの間であり、最大効率（約３０％）は、７５０nmの光線部分に発生する。７００nmの偏光板の反応範囲は、７００nm〜８２０nmの間であり、最大効率（約８％）は、８００nmの光線部分に発生する。８００nmの偏光板の場合、各種波長の光線に対する吸収効率は０である。
また、図１２から、各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線が偏光板を通過し、ヒトの皮膚に反射した後、シリコンに吸収される効率が分かる。図１２から分かるように、６５０nmの偏光板の反応範囲は、６５０nm〜１１００nmの間であり、最大効率（約２５％）は、７５０nmの光線部分に発生する。７００nmの偏光板の反応範囲は、７００nm〜１１００nmの間であり、最大効率（約１２％）は、８５０nmの光線部分に発生する。８００nmの偏光板の場合、８００nm〜１１００nmの光線に対する吸収効率は０ではない。また、最大効率（約７％）は、９００nmの光線部分に発生する。
【００２２】
図１３は、各種波長（３００nm〜１１００nm）の光線がオン／オフ状態の薄膜トランジスタ液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）を透過する強度を示す図である。ＴＦＴ−ＬＣＤのバックライト光源は、冷陰極管（ＣＣＦＬ）である。図１３の下方の曲線は、ＴＦＴ−ＬＣＤをオフにしたときの各種波長の透過強度を示す図である。図１３の下方の図から分かるように、可視光波長（約４００nm〜７００nm）は、偏光板に完全に遮蔽されるが、赤外線部分（約８００nm〜９００nm）は、透過することができる。図１３の上方の曲線は、ＴＦＴ−ＬＣＤをオンにしたときの各種波長の透過強度を示す図である。
図１３の上方の図から分かるように、可視光及び赤外線（約８００nm〜９００nm）は何れも透過することができる。２つの透過曲線の比較から、バックライトモジュールから放射される赤外線（約８００nm〜９００nm）は、ＴＦＴ−ＬＣＤがオンの状態でも、オフの状態でも、ＴＦＴ−ＬＣＤを透過することが分かる。本発明の光学式タッチパネル付き液晶表示装置は、この効果を利用して製造される。
【００２３】
図１及び図７を参照する。ユーザの手が本発明の液晶表示装置に接触したとき、指の下方に位置する光センサが指の皮膚から反射した光線（６５０nm〜１１００nm）を受信して反応する。また、液晶表示装置の他の光センサは、指の皮膚から反射した光線を受信しないため、反応しない。次に、読取回路がこれらの光センサの反応を検出することにより、指の接触位置が検出され、液晶表示装置のタッチ操作が行われる。
【００２４】
本発明の光学式タッチパネル付き液晶表示装置のバックライトモジュール内の光源は、冷陰極管（ＣＣＦＬ）である。ＣＣＦＬからの光線は、可視光線及び赤外線を含む。従って、可視光は、液晶表示装置のバックライトとして用いることができ、赤外線は、タッチ検出に用いることができる。
【００２５】
本発明の光学式タッチパネル付き液晶表示装置のバックライトモジュール内の光源は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）及び赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）でもよい。白色ＬＥＤの光線は、液晶表示装置のバックライトとして用いることができ、赤外線ＬＥＤの光線は、タッチ検出に用いることができる。
【００２６】
本発明の光学式タッチパネル付き液晶表示装置内の光センサは、Ｐ−Ｎダイオード又はＴＦＴからなる。Ｐ−Ｎダイオードを光センサとする場合、Ｐ−Ｎダイオードには、予め、逆バイアスを印加する必要がある。逆バイアスが印加されたＰ−Ｎダイオードに指の皮膚から反射された赤外線が照射されたとき、逆電流が発生する。この逆電流を読み取ることにより、指の接触位置を検出することができる。ＴＦＴを光センサとして用いる場合、ＴＦＴは、順方向バイアスダイオードとして使用される。
【００２７】
上述した説明から分かるように、本発明の液晶表示装置は、液晶モジュール、バックライトモジュール、駆動及び検出モジュールなどを含む。また、複数の光センサが下ガラス基板の内表面又は上ガラス基板の内表面に配置される。バックライト光源から透過率の高い長波長（６５０nm〜１１００nm）の光線が放射され、光センサがユーザの指の皮膚に反射して戻った光線を検出することによって指の接触位置を検出する。また、光センサが液晶モジュール内部に配置されている上、バックライト光源以外の赤外線光源を増設する必要がないため、液晶表示装置の体積及び重量を低減させることができる上、液晶表示装置の製造コストを低減させることができる。
【００２８】
上述の複数の実施形態は、本発明を詳細に説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。また、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって画定されるが、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、各種の変更及び修飾を行うことができる。
【符号の説明】
【００２９】
１１０  液晶モジュール
１１１  上偏光板
１１２  上ガラス基板
１１３  液晶
１１４  下ガラス基板
１１５  下偏光板
１１６  カラーフィルタ
１１７  光センサ
１１８  薄膜トランジスタ
１１９  ブラックマトリクス
１２０  バックライトモジュール
１２１  導光板
１２２  拡散シート
１３０  駆動及び検出モジュール
１３１  データライン
１３２  ゲートライン
１３３  検出ライン
２１７  光センサ
３１７  光センサ
【図１】
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【図２】
2012058714.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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