(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネル内に配置され、外部から入射する周囲光および前記表示パネルへのタッチ入力による反射光を検出する複数の光センサと、
前記表示パネルの画素を駆動するためのドライバ回路と、
前記ドライバ回路の動作を制御する画像データ出力手段を有するタイミングコントローラと、
前記複数の光センサからの出力信号に基づいて、前記タッチ入力を検出するタッチ入力検出手段と、を備え、
前記タイミングコントローラは、
前記タイミングコントローラに入力される画像データのクロック周波数をＮ（Ｎは２以上の整数）倍してＮ倍クロック周波数を生成するＰＬＬ回路と、
前記画像データをフレームメモリに書き込むとともに、前記Ｎ倍クロック周波数により、前記フレームメモリに書き込まれた前記画像データをＮ回繰り返し読み込んで出力するＮ倍速回路と、
前記Ｎ倍速回路からの互いに同一のＮ枚の前記画像データのうち、少なくとも２枚の画像データを、前記Ｎ枚の画像データを合成したときの輝度を保持したまま、前記タイミングコントローラに入力された前記画像データよりも輝度の高い画像データと輝度の低い画像データとに変更し、変更後のＮ枚の画像データとして出力するガンマ変更回路と、をさらに有し、
前記画像データ出力手段は、前記ガンマ変更回路からの前記変更後のＮ枚の画像データを、所望の出力タイミングで前記ドライバ回路に出力し、
前記タッチ入力検出手段は、前記変更後のＮ枚の画像データを用いて、前記タッチ入力を検出すること
を特徴とする光センサ内蔵液晶表示装置。
【請求項２】
前記光センサは、前記周囲光および前記反射光を光強度に応じた電流に変換するフォトセンサであることを特徴とする請求項１に記載の光センサ内蔵液晶表示装置。
【請求項３】
前記Ｎは、２であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ内蔵液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光センサを用いて表示パネルへのタッチ入力を検出する光センサ内蔵液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置された表示パネルと、表示パネル内にマトリクス状に配置された複数の光検出回路とを備えている。各光検出回路は、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フォトセンサ（光センサ）を有している。この液晶表示装置は、フォトセンサからの出力に基づいて、表示パネルへのタッチ入力を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、例えば特許文献１に示された従来の液晶表示装置の液晶ディスプレイ５０を抜粋して示す断面図である。
図６において、液晶ディスプレイ５０は、２枚の透明な基板の間に液晶が充填されて形成された表示パネル５１と、表示パネル５１の背面側から光（破線矢印参照）を照射するバックライト５２と、表示パネル５１内に配置された複数のフォトセンサ５３とを備えている。また、液晶ディスプレイ５０は、表示パネル５１に表示される画像を制御する表示制御部と、フォトセンサ５３からの出力信号を処理してタッチ入力を検出するタッチ入力検出部とを含む制御装置（図示せず）に接続されている。
【０００４】
ここで、例えばユーザが表示パネル５１上に指を置くと、指に対応した部分において、フォトセンサ５３に入射される周囲光（２点鎖線矢印参照）が遮断されるか、または、バックライト５２からの光が反射してフォトセンサ５３に入射される。
これにより、指に対応した部分におけるフォトセンサ５３からの出力信号の輝度レベルが、他の部分における出力信号の輝度レベルと比べて変動する。タッチ入力検出部は、この出力信号の輝度レベル変動に基づいて、表示パネル５１へのタッチ入力を検出する。
【０００５】
タッチ入力検出部は、例えば周囲が明るい場合には、フォトセンサ５３に入射するはずの周囲光が指によって遮断されて影になる部分、すなわち出力信号の輝度レベルが他の部分よりも低い部分を、表示パネル５１へのタッチ入力と検出している。
周囲が明るい場合におけるフォトセンサ５３からの出力信号を画像にしたものと、この画像中に図示した線でこの画像を切断した断面における出力信号の輝度レベルとを図７に示す。
図７より、ユーザの指が影になって現れていることが分かる。また、出力信号の輝度レベルが指に対応する部分で大きく変化していることが分かる。
【０００６】
また、タッチ入力検出部は、例えば周囲が暗い場合には、バックライト５２からの光が指によって反射している部分、すなわち出力信号の輝度レベルが他の部分よりも高い部分を、表示パネル５１へのタッチ入力と検出している。
周囲が暗い場合におけるフォトセンサ５３からの出力信号を画像にしたものと、この画像中に図示した線でこの画像を切断した断面における出力信号の輝度レベルとを図８に示す。
図８より、ユーザの指にバックライト５２からの光が反射して明るくなっていることが分かる。また、出力信号の輝度レベルが指に対応する部分で大きく変化していることが分かる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−９４６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、次のような問題点があった。
すなわち、ユーザが表示パネル上に指を置いた際に、周囲光と指による反射光との差がない場合、例えば周囲が明るい場合に明るい画像を表示した場合や、周囲が暗い場合に暗い画像を表示した場合には、影とも反射とも判断できない領域が存在する。このような領域では、表示パネルへのタッチ入力を検出することができないという問題点があった。
【０００９】
周囲光と指による反射光との差がない場合におけるフォトセンサからの出力信号を画像にしたものと、この画像中に図示した線でこの画像を切断した断面における出力信号の輝度レベルとを図９に示す。
図９より、ユーザの指は、影としても反射としても認識することができない。また、出力信号の輝度レベルも大きく変化している部分がなく、タッチ入力を検出することができない。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、表示パネルへのタッチ入力の検出精度を向上させることができる光センサ内蔵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】
【００１１】
この発明に係る光センサ内蔵液晶表示装置は、表示パネル内に配置され、外部から入射する周囲光および表示パネルへのタッチ入力による反射光を検出する複数の光センサと、表示パネルの画素を駆動するためのドライバ回路と、ドライバ回路の動作を制御する画像データ出力手段を有するタイミングコントローラと、複数の光センサからの出力信号に基づいて、タッチ入力を検出するタッチ入力検出手段とを備え、タイミングコントローラは、タイミングコントローラに入力される画像データのクロック周波数をＮ（Ｎは２以上の整数）倍してＮ倍クロック周波数を生成するＰＬＬ回路と、画像データをフレームメモリに書き込むとともに、Ｎ倍クロック周波数により、フレームメモリに書き込まれた画像データをＮ回繰り返し読み込んで出力するＮ倍速回路と、Ｎ倍速回路からの互いに同一のＮ枚の画像データのうち、少なくとも２枚の画像データを、Ｎ枚の画像データを合成したときの輝度を保持したまま、タイミングコントローラに入力された画像データよりも輝度の高い画像データと輝度の低い画像データとに変更し、変更後のＮ枚の画像データとして出力するガンマ変更回路とをさらに有し、画像データ出力手段は、ガンマ変更回路からの変更後のＮ枚の画像データを、所望の出力タイミングでドライバ回路に出力し、タッチ入力検出手段は、変更後のＮ枚の画像データを用いて、タッチ入力を検出するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の光センサ内蔵液晶表示装置によれば、Ｎ倍速回路は、Ｎ倍クロック周波数により、フレームメモリに書き込まれた画像データをＮ回繰り返し読み込んで出力する。また、ガンマ変更回路は、Ｎ倍速回路からの互いに同一のＮ枚の画像データのうち、少なくとも２枚の画像データを、タイミングコントローラに入力された画像データよりも輝度の高い画像データと輝度の低い画像データとに変更する。このとき、Ｎ枚の画像データを合成したときの輝度は、タイミングコントローラに入力された画像データの輝度と等しくされている。また、タッチ入力検出手段は、タイミングコントローラに入力された画像データよりも輝度の高い画像データと輝度の低い画像データとを用いて、タッチ入力を検出する。
ここで、輝度の高い画像データを用いることにより、例えばユーザの指によって反射する反射光を強くすることができる。また、輝度の低い画像データを用いることにより、ユーザの指による影を濃くすることができる。
そのため、ユーザの目に見える輝度を変えることなく、ユーザが表示パネル上に指を置いた際の周囲光と指による反射光との間に差を設けることができ、表示パネルへのタッチ入力の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、画像データが６０Ｈｚのクロック周波数でタイミングコントローラに入力される場合を例に挙げて説明するが、クロック周波数は、この値に限定されない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光センサ内蔵液晶表示装置を示す構成図である。
図１において、この光センサ内蔵液晶表示装置は、タイミングコントローラ１と、液晶ディスプレイ２と、タッチ入力検出部３（タッチ入力検出手段）とを備えている。
ここで、タイミングコントローラ１には、６０Ｈｚのクロック周波数で画像データが入力されている。
【００１５】
まず、タイミングコントローラ１の構成について説明する。
タイミングコントローラ１は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路１１と、２倍速回路１２（Ｎ倍速回路）と、ガンマ変更回路１３と、画像データ出力部１４（画像データ出力手段）と、フレームメモリ１５とを含んでいる。
なお、フレームメモリ１５は、タイミングコントローラ１の外部に設けられてもよい。
【００１６】
続いて、タイミングコントローラ１の機能について説明する。
ＰＬＬ回路１１は、タイミングコントローラ１に入力される画像データのクロック周波数を２倍して２倍クロック周波数を生成する。具体的には、６０Ｈｚの２倍の１２０Ｈｚのクロック周波数を生成する。
２倍速回路１２は、タイミングコントローラ１に入力される画像データを一旦フレームメモリ１５に書き込む。また、２倍速回路１２は、ＰＬＬ回路１１で生成された２倍クロック周波数（１２０Ｈｚ）により、フレームメモリ１５に書き込まれた画像データを２回繰り返し読み込んで、ガンマ変更回路１３に出力する。
【００１７】
ガンマ変更回路１３は、２倍速回路１２からの互いに同一の２枚の画像データのうち、一方の画像データを、タイミングコントローラ１に入力された画像データよりも輝度の高い画像データ（以下、「明画像データ」と称する）に変更する。また、ガンマ変更回路１３は、他方の画像データを、タイミングコントローラ１に入力された画像データよりも輝度の低い画像データ（以下、「暗画像データ」と称する）に変更する。
【００１８】
ここで、ガンマ変更回路１３は、ルックアップテーブルを有しており、入力された画像データの輝度に応じて所定の輝度を加算または除算して、入力された画像データを明画像データおよび暗画像データに変更する。
このとき、明画像データおよび暗画像データは、明画像データと暗画像データとを合成したときの輝度が、タイミングコントローラ１に入力された画像データの輝度と等しくなるように変更される。
また、ガンマ変更回路１３は、明画像データおよび暗画像データを、２倍クロック周波数（１２０Ｈｚ）で画像データ出力部１４に出力する。
画像データ出力部１４は、明画像データおよび暗画像データを、所望のタイミングで液晶ディスプレイ２に駆動制御信号として出力する。
【００１９】
次に、液晶ディスプレイ２の構成について説明する。
液晶ディスプレイ２は、２枚の透明な基板の間に液晶が充填されて形成された表示パネル２１と、表示パネル２１の背面側から光（破線矢印参照）を照射するバックライト２２と、表示パネル２１内に配置された複数のフォトセンサ２３（光センサ）とを備えている。
【００２０】
表示パネル２１は、マトリクス状に配置された複数の画素を有している。また、フォトセンサ２３は、表示パネル２１内にマトリクス状に配置されている。なお、フォトセンサ２３の数は、複数の画素と同数であってもよいし、複数の画素より少ない数であってもよい。
また、液晶ディスプレイ２には、表示パネル２１に配置された複数の画素を駆動するための図示しないゲートドライバ（ドライバ回路）およびソースドライバ（ドライバ回路）が設けられている。
【００２１】
続いて、液晶ディスプレイ２の機能について説明する。
表示パネル２１は、タイミングコントローラ１からゲートドライバおよびソースドライバに入力される駆動制御信号に応じて、明画像データおよび暗画像データに対応した画像を表示する。
このとき、明画像データおよび暗画像データは、２倍クロック周波数（１２０Ｈｚ）で出力されているので、ユーザの目には、タイミングコントローラ１に入力された画像データの輝度と同じ輝度で画像が表示されているように見える。
【００２２】
また、前述のように、例えばユーザが表示パネル２１上に指を置くと、指に対応した部分において、フォトセンサ２３に入射される周囲光（２点鎖線矢印参照）が遮断されるか、または、バックライト２２からの光が反射してフォトセンサ２３に入射される。このとき、フォトセンサ２３は、入射光を入射光の光強度に応じた電流に変換し、出力信号をタイミングコントローラ１に出力する。
【００２３】
タッチ入力検出部３は、液晶ディスプレイ２に設けられた複数のフォトセンサ２３からの出力信号に基づいて、液晶ディスプレイ２の表示パネル２１へのタッチ入力を検出し、例えばタッチ座標を出力する。なお、タッチ入力検出部３によるタッチ入力の検出は、上記背景技術で示したタッチ入力検出部と同様の処理によって実行される。
【００２４】
ここで、本願発明者は、ユーザが表示パネル２１上に指を置いた際に、周囲光と指による反射光との差がない場合において、画像データを明画像データおよび暗画像データに変更し、タッチ入力を検出する実験を実施した。
実験方法は、以下の通りである。
【００２５】
まず、画像データの輝度を２５６段階（０〜２５５）中の１２８段階目に設定した均一輝度画面（以下、「背景１２８／２５５ベタ画面」と称する）において、周囲の照度を調整し、タッチ入力を検出することができないタッチ検出不能照度に設定した。
背景１２８／２５５ベタ画面におけるフォトセンサ２３からの出力信号を画像にしたものと、この画像中に図示した線でこの画像を切断した断面における出力信号の輝度レベルとを図２に示す。
図２より、ユーザの指は、影としても反射としても認識することができない。また、出力信号の輝度レベルも大きく変化している部分がなく、タッチ入力を検出することができない。
【００２６】
続いて、同じ照度条件において、画像データの輝度を背景１２８／２５５ベタ画面よりも高くして、背景２５５／２５５ベタ画面（明画像データ）に変更した。
背景２５５／２５５ベタ画面におけるフォトセンサ２３からの出力信号を画像にしたものと、この画像中に図示した線でこの画像を切断した断面における出力信号の輝度レベルとを図３に示す。
図３より、ユーザの指にバックライト２２からの光が反射して明るくなっていることが分かる。また、出力信号の輝度レベルが指に対応する部分で大きく変化していることが分かる（丸印参照）。
【００２７】
次に、同じ照度条件において、画像データの輝度を背景１２８／２５５ベタ画面よりも低くして、背景０／２５５ベタ画面（暗画像データ）に変更した。
背景０／２５５ベタ画面におけるフォトセンサ２３からの出力信号を画像にしたものと、この画像中に図示した線でこの画像を切断した断面における出力信号の輝度レベルとを図４に示す。
図４より、ユーザの指が影になって現れていることが分かる。また、出力信号の輝度レベルが指に対応する部分で大きく変化していることが分かる（丸印参照）。
【００２８】
この実験結果を模式的に示すと、図５のようになる。
図５において、６０Ｈｚの画像データは、背景１２８／２５５ベタ画面を示している。また、１２０Ｈｚの明画像データおよび暗画像データは、それぞれ背景２５５／２５５ベタ画面および背景０／２５５ベタ画面を示している。
【００２９】
図５より、背景１２８／２５５ベタ画面において、周囲の照度をタッチ検出不能照度に設定した場合には、出力信号の輝度レベルがフラットであり、タッチ入力を検出することができない。また、同じ照度条件において、背景１２８／２５５ベタ画面を２５５／２５５ベタ画面および背景０／２５５ベタ画面に変更した場合には、出力信号の輝度レベルに変化が生じ、タッチ入力を検出することができる。
【００３０】
すなわち、６０Ｈｚのクロック周波数で入力される画像データを明画像データおよび暗画像データに変更し、１２０Ｈｚのクロック周波数で出力することにより、ユーザの目に見える輝度を変えることなく、タッチ入力を検出することができる。
【００３１】
この発明の実施の形態１に係る光センサ内蔵液晶表示装置によれば、２倍速回路１２は、２倍クロック周波数により、フレームメモリ１５に書き込まれた画像データを２回繰り返し読み込んで出力する。ガンマ変更回路１３は、２倍速回路１２からの互いに同一の２枚の画像データのうち、一方の画像データを、タイミングコントローラ１に入力された画像データよりも輝度の高い明画像データに変更する。また、ガンマ変更回路１３は、他方の画像データを、タイミングコントローラ１に入力された画像データよりも輝度の低い暗画像データに変更する。このとき、明画像データおよび暗画像データは、明画像データと暗画像データとを合成したときの輝度が、タイミングコントローラ１に入力された画像データの輝度と等しくなるように変更されている。また、タッチ入力検出部３は、明画像データおよび暗画像データを用いてタッチ入力を検出する。
ここで、明画像データを用いることにより、ユーザの指によって反射する反射光を強くすることができる。また、暗画像データを用いることにより、ユーザの指による影を濃くすることができる。
そのため、ユーザの目に見える輝度を変えることなく、ユーザが表示パネル２１上に指を置いた際の周囲光と指による反射光との間に差を設けることができ、表示パネル２１へのタッチ入力の検出精度を向上させることができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態１では、ＰＬＬ回路１１でクロック周波数を２倍にする場合について示したが、これに限定されない。
ＰＬＬ回路１１は、クロック周波数を３倍以上にしてもよい。このとき、フレームメモリ１５に書き込まれた画像データは、３倍以上にされたクロック周波数に応じて繰り返し読み込まれてガンマ変更回路１３に出力される。
また、ガンマ変更回路１３は、入力された複数の同一の画像データのうち、少なくとも２枚の画像データを、明画像データおよび暗画像データに変更する。具体的には、例えばクロック周波数が３倍にされた場合において、ガンマ変更回路１３は、１枚の画像データを明画像データに変更し、もう１枚の画像データを暗画像データに変更し、残り１枚の画像データは輝度を変更せずにそのまま出力する。
ＰＬＬ回路１１がクロック周波数を３倍以上にする場合には、よりユーザの目に見える輝度を変えることなく表示パネル２１の表示を切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光センサ内蔵液晶表示装置を示す構成図である。
【図２】背景１２８／２５５ベタ画面におけるフォトセンサからの出力信号、および出力信号の輝度レベルを示す説明図である。
【図３】背景２５５／２５５ベタ画面におけるフォトセンサからの出力信号、および出力信号の輝度レベルを示す説明図である。
【図４】背景０／２５５ベタ画面におけるフォトセンサからの出力信号、および出力信号の輝度レベルを示す説明図である。
【図５】画像データを明画像データおよび暗画像データに変更し、タッチ入力を検出する実験を実施した結果を示す模式図である。
【図６】従来の液晶表示装置の液晶ディスプレイを抜粋して示す断面図である。
【図７】周囲が明るい場合におけるフォトセンサからの出力信号、および出力信号の輝度レベルを示す説明図である。
【図８】周囲が暗い場合におけるフォトセンサからの出力信号、および出力信号の輝度レベルを示す説明図である。
【図９】周囲光と指による反射光との差がない場合におけるフォトセンサからの出力信号、および出力信号の輝度レベルを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  タイミングコントローラ、２  液晶ディスプレイ、３  タッチ入力検出部（タッチ入力検出手段）、１１  ＰＬＬ回路、１２  ２倍速回路（Ｎ倍速回路）、１３  ガンマ変更回路、１４  画像データ出力部（画像データ出力手段）、１５  フレームメモリ、２１  表示パネル、２２  バックライト、２３  フォトセンサ（光センサ）。
【図１】
0005081020.tif 000002
【図２】
0005081020.tif 000003
【図３】
0005081020.tif 000004
【図４】
0005081020.tif 000005
【図５】
0005081020.tif 000006
【図６】
0005081020.tif 000007
【図７】
0005081020.tif 000008
【図８】
0005081020.tif 000009
【図９】
0005081020.tif 000010