説明

タッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法

【課題】高解像度でスキャナ機能を行えるようにしたフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】タッチスクリーン内蔵型平板表示装置は、表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素120と、前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサ130を含み、スキャン動作モード時に前記各画素グループ内の複数の単位画素が順次光を放出しながら、前記単位画素からスキャンの対象となる物体により反射されて前記フォトセンサに入射される反射光を用いてスキャン動作を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法に関し、特に、スキャナ機能を有するフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【0002】
タッチスクリーンは、画像表示装置の画面上に現れた指示内容を人が手又は物体で選択できるように画像表示装置の上面に備えられるものであって、手又は物体に接触する。このようなタッチスクリーンは、接触した位置を把握し、画像表示装置は接触した位置で指示する内容を入力信号として受け入れ、入力信号に従って駆動される。
【0003】
タッチスクリーンを有する画像表示装置は、キーボード及びマウスのように画像表示装置に連結されて動作する別途の入力装置を必要としないため、使用が増大している傾向にある。
【0004】
最近は、タッチスクリーンが液晶表示装置及び有機電界発光表示装置のような平板表示装置にも広く用いられており、タッチスクリーンを有する平板表示装置は映像を表示する表示パネル及び前記表示パネルの上側に備えられ、ユーザからのタッチ入力を通じて位置情報を検出するタッチスクリーンパネルを含む。
【0005】
このとき、タッチスクリーンパネルを表示パネルの上側に位置させるために表示パネルとタッチスクリーンパネルとの間に空気層が生じるフレーム又は接着剤を利用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】大韓民国特許公開第2008−0089115号
【特許文献2】大韓民国特許公開第2008−0044017号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この場合、表示パネルとタッチスクリーンパネルとの間に表示パネル及びタッチスクリーンパネルの屈折率と異なる屈折率を有する層が生成され、平板表示装置の全体的な光学特性を低下させるという問題が発生する。
【0008】
また、別途のタッチスクリーンパネルを製造して表示パネルに付着しなければならないため、製造コストが上昇し、平板表示装置の厚さが増加するという短所がある。従って、前記のような短所を克服するためにはタッチスクリーンパネルと表示パネルを一体化したタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を実現する必要がある。
【0009】
一方、ユーザからのタッチ入力を通じて位置情報を検出する手段としては、フォトセンサなどが利用され得る。この場合、フォトセンサを通じて外光が入射される部分と手やタッチスティックなどの接触物体により遮られる部分とを区分してタッチ位置を感知するようになる。
【0010】
このようなフォトセンサタイプのタッチスクリーンの場合、上部にスキャンしようとする物体を乗せた後、表示パネルを用いて前記物体に光を照射すれば、前記表示パネルからの光が物体に反射されてフォトセンサに入射され、このような現象を用いてスキャナ機能を行うように実現され得る。
【0011】
ここで、スキャナ機能を高解像度で行うためには、フォトセンサが多数備えられなければならない。しかしながら、タッチスクリーン内蔵型平板表示装置の場合、画素ユニットの数に対してフォトセンサの数が多くなれば、発光領域が減少する恐れがある。従って、フォトセンサの数に対してスキャンの解像度を向上させることができるようにする方案が考案されなければならない。
【0012】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高解像度でスキャナ機能を行えるようにしたフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素と、前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサを含み、スキャン動作モード時に前記各画素グループ内の複数の単位画素が順次光を放出しながら、前記単位画素からスキャンの対象となる物体により反射されて前記フォトセンサに入射される反射光を用いてスキャン動作を行うことを特徴とするタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を提供する。
【0014】
ここで、前記画素グループは、連続する2つの行及び2つの列に隣接するように配置された4つの単位画素と、前記4つの単位画素の中央に配置された1つのフォトセンサを含むことができる。そして、前記4つの単位画素はスキャン動作モード時に行列順に順次光を放出できる。
【0015】
また、前記単位画素は互いに異なる色の光を放出する複数の副画素で構成されることができる。ここで、前記スキャンモード動作時に前記各画素グループ内の複数の単位画素が順次光を放出し、前記単位画素内の前記複数の副画素も同時に光を放出せずに、順次光を放出できる。
【0016】
更に、前記単位画素と前記フォトセンサは、同一の基板上に形成されることができる。
本発明の他の側面は、表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素と、前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサを含むタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法において、スキャンモードを選択する段階と、前記スキャンモードに対応して前記各画素グループ内の複数の単位画素を順次選択して発光させながら、前記単位画素からスキャンの対象となる物体により反射されて前記フォトセンサに入射される反射光を用いて前記物体をスキャンする段階とを含むタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法を提供する。
【0017】
ここで、前記各画素グループ内の複数の単位画素を行列順に順次発光させながら、スキャン動作を行うことができる。
【0018】
また、前記複数の単位画素を順次発光させる段階で前記単位画素のそれぞれを構成する複数の副画素も順次発光させることができる。
【発明の効果】
【0019】
以上説明したように本発明によれば、フォトセンサを表示パネルと一体化してフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を実現することで、平板表示装置の光学的特性を向上させると共に、製造コストの低減及び薄型化を図ることができるという効果を奏する。
【0020】
また、本発明に係るフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置でスキャナ機能を行うとき、表示パネルの画素がいずれもフル-ホワイトを表示せず、フォトセンサを中心とした画素グループ内で各画素が順次光を放出しながら、スキャン動作を行うようにすることで、高解像度でスキャン動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の表示領域を概略的に示す平面図である。
【図2】本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の一例を示す要部断面図である。
【図3】図2に示すタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いてスキャン動作を行う原理を示す要部断面図である。
【図4A】本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。
【図4B】本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。
【図4C】本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。
【図4D】本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0023】
図1は、本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の表示領域を概略的に示す平面図である。
【0024】
図1を参照すれば、平板表示装置の表示領域PA内には多数の単位画素120が規則的に配列され、単位画素120のうち複数の単位画素で構成されるそれぞれの画素グループPG内にはフォトセンサ130が備えられる。
【0025】
それぞれの単位画素120は、異なる色の光を放出する複数の副画素で構成されるものであって、例えば、赤色R光を放出するR副画素120a、緑色G光を放出するG副画素120b及び青色B光を放出するB副画素120cで構成されることができる。
【0026】
フォトセンサ130は、単位画素120の間で均一な分布を有するように配置されるものであって、単位画素120に対するフォトセンサ130の割合が1:1である場合にフォトセンサ130の配置密度が最大となる。
【0027】
但し、フォトセンサ130の配置密度が最大である場合には表示領域PA内の発光領域の割合が減少する恐れがある。従って、本発明では単位画素120に対するフォトセンサ130の割合が1:2又は1:4になるか、或いはそれより低く配置されるようにする。
【0028】
即ち、本発明でフォトセンサ130は複数の単位画素120で構成される画素グループPG単位で単位画素120と隣接するように1つずつ配置され、図1は、隣接する4つの単位画素120で構成される画素グループPG単位で前記単位画素120の間に1つのフォトセンサ130が備えられる場合、即ち、単位画素120に対するフォトセンサ130の割合が1:4である場合を一例として示した。
【0029】
図1において、それぞれの画素グループPGは、連続する2つの行及び連続する2つの列に隣接するように配置された第1乃至第4単位画素P1〜P4と、前記第1乃至第4単位画素P1〜P4の中央に配置された1つのフォトセンサ130を含む。ここで、フォトセンサ130の下部には隣接する単位画素P1〜P4又はバックライトなどからの光がフォトセンサ130に直接的に到達するのを防止するためのブラックマトリックス132が形成される。
【0030】
前述した平板表示装置の表示領域PA上に人手やタッチスティックなどが接触すれば、フォトセンサ130を通じて接触物体により遮られる部分による光変化量を感知してタッチ位置を把握するようになる。
【0031】
図2は、本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の一例を示す要部断面図であって、特に、図1に示す表示領域の要部断面を示すものである。便宜上、図2ではタッチスクリーン内蔵型液晶表示装置を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明は有機電界発光表示装置にも適用され得る。
【0032】
図2を参照すれば、本実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置は映像をディスプレイすると共に、接触する物体の位置を感知する液晶表示パネル100と、液晶表示パネル100に光を供給するバックライト200を含んで構成される。
【0033】
液晶表示パネル100は、バックライト200側に位置する下部基板110と、下部基板110と対向するように、下部基板110の上部に備えられる上部基板140と、前記下部基板110及び上部基板140の間に介在される液晶層170とを含む。
【0034】
また、図2には示していないが、液晶層170を狭持するように、液晶層170の液晶分子の配列方向を整列するための一対の配向膜が両基板110、140の間に形成されると共に、液晶表示パネル100の両側に対面するように前面偏光板及び背面偏光板が設置され得る。
【0035】
特に、本発明の実施形態の場合、液晶層170に対面する下部基板110の上部面には液晶表示パネル100に接触した物体の位置を検出するためのフォトセンサ130が備えられる。
【0036】
フォトセンサ130は、液晶表示パネル100でタッチスクリーン機能を提供するために形成されるものであって、下部基板の表示領域PA上に規則的に配置され得る。
【0037】
図2は、表示領域PA内にフォトセンサ130が規則的に配置された液晶表示パネル100の一断面を示しているものであって、特に、1つのフォトセンサ130とこれに隣接する2つの単位画素120の断面を示している。このとき、フォトセンサ130が形成されている表示領域の一部をセンサ領域PA2と定義し、その他の単位画素120が形成された領域を画素領域PA1と定義する。
【0038】
画素領域PA1は、映像を表示するための多数の単位画素120で構成される。ここで、単位画素120は、R、G、B副画素120a、120b、120cで構成され、このような色の区分は各副画素が対向するカラーフィルタ150の透過波長特性により決定される。
【0039】
即ち、下部基板110上に形成されたR、G、B副画素120a、120b、120cに対応する領域の上部基板140にはこれらの各色に対応するR、G、Bカラーフィルタ150a、150b、150cが形成される。
【0040】
一方、図2には示していないが、画素領域PA1には画素電極と共通電極が形成されており、これらは透明電極材料で形成される。また、各副画素120a、120b、120cには画素の構成に応じて画素電極と共通電極間の液晶容量を補助する補助容量、画素電極への印加電位を、入力される映像信号の電位に応じて制御するスイッチング素子なども形成される。
【0041】
センサ領域PA2は、画素領域PA1の間に規則的に配置されるフォトセンサ130で構成される。例えば、フォトセンサ130は画素領域PA1間の下部基板110上に規則的に形成され得る。このようなフォトセンサ130は、画素領域PA1に隣接するように形成されて接触した物体の位置を感知する。
【0042】
一方、下部基板110の背面側にはバックライト200が配置されている。バックライト200は、液晶表示パネル100の背面に対面するように配置されて液晶表示パネル100の表示領域PAに光を出射する。
【0043】
ここで、バックライト200から出射される光は下部基板110の画素領域PA1及び上部基板140のカラーフィルタ150を透過して所定の画面をディスプレイする。
そして、下部基板110のセンサ領域PA2の下部にはブラックマトリックス132が形成されており、バックライト200から出射される光がフォトセンサ130に直接入射されるのを防止する。
【0044】
上部基板140の下部基板110に向かう面(背面)の画素領域PA1と対応する領域にはカラーフィルタ150が形成され、同一面のセンサ領域PA2と対応する領域には外光に入射される受光部160が形成される。
【0045】
ここで、受光部160はカラーフィルタ150間の開口部や透過膜などで実現されることができ、これにより、外光がフォトセンサ130に入射される。そして、接触物体により外光が遮られる場合、フォトセンサ130で感知された外光の光量差によりタッチ如何及びその位置を感知できるようになる。
【0046】
一方、タッチスクリーン内蔵型平板表示装置が有機電界発光表示装置で実現される場合、別途のバックライト及びカラーフィルタは備えられず、フォトセンサ130はそれぞれの副画素別に異なる色の自発光素子を含む単位画素120の間に規則的に配列される。
前述したような本発明によれば、フォトセンサ130を単位画素120が形成される表示パネルの下部基板110に形成する。即ち、フォトセンサ130を表示パネル100と一体化してフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を実現することで、平板表示装置の光学的特性を向上させると共に、製造コストの低減及び薄型化を図ることができる。
【0047】
一方、このようなフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いてスキャナ機能を行うこともできる。特に、本発明では単位画素120に対するフォトセンサ130の割合が1:2又は1:4になるか、或いはそれより低く配置される場合にもフォトセンサ130の配置密度に対する高解像度でスキャナ機能を行えるようにする方案を提示し、これについての更に詳細な説明は後述する。
【0048】
図3は、図2に示すタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いてスキャン動作を行う原理を示す要部断面図である。そして、図4A〜図4Dは、本発明の実施形態に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いた高解像度のスキャン方法を順次示す平面図である。
【0049】
まず、図3を参照すれば、文字や絵が印刷された紙などをフォトセンサタイプのタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の表示領域PAの上部に乗せた状態で、フル-ホワイトで単位画素120を発光させれば、単位画素120からの光がスキャンの対象となる紙などにより反射される。そして、これによる反射光がフォトセンサ130に入射され、前記反射光を分析してスキャン物体の陰影を把握することで、スキャン動作を行える。
【0050】
但し、単位画素120に対するフォトセンサ130の割合が1:2又は1:4になるか、或いはそれより低い割合で配置される場合にはフル-ホワイトで単位画素120を発光させた状態で行われるスキャン動作がフォトセンサ130の配置密度が低いだけ低解像度で行われざるを得ない。
【0051】
これを克服するために、本発明では、一例として図1に示すのようなタッチスクリーン内蔵型平板表示装置を用いたスキャン動作モード時に、各画素グループPG内の複数の単位画素120が同時に光を放出する代わりに、順次光を放出しながら、前記単位画素120からスキャンの対象となる物体により反射されてフォトセンサ130に入射される反射光を用いてスキャン動作を行うことを特徴とする。
【0052】
例えば、各画素グループPG内の第1乃至第4単位画素P1〜P4は、スキャン動作モード時に行列順に順次光を放出できる。
【0053】
図4A〜図4Dを参照してこれを詳細に説明すれば、まずスキャン期間の第1期間に各画素グループPG内の第1単位画素P1を発光させ、後続する第2期間には各画素グループPG内の第2単位画素P2を発光させながら、スキャン動作を行える。(図4A、4B)
また、第2期間に後続する第3期間及び第4期間にはそれぞれ画素グループPG内の第3単位画素P3及び第4単位画素P4を発光させながら、スキャン動作を行える。(図4C、4D)
【0054】
前述したように、フォトセンサ130を中心に区分され、複数の単位画素120を含む画素グループPG内で、それぞれの単位画素120が順次光を放出する間にスキャン動作を行うことにより、スキャン動作の解像度を向上させることができる。
【0055】
例えば、図1に示すように、フォトセンサ130を中心に連続する2つの行及び連続する2つの列に配列された4つの単位画素120に画素グループPGが区分される場合、フル-ホワイト状態でスキャン動作を行う時に比べて、横スキャンの解像度及び縦スキャンの解像度をそれぞれ2倍ずつ向上させることができる。
【0056】
一方、本発明が1つの画素グループPG内に含まれた単位画素120を1つずつ順次発光させながら、スキャン動作を行うことにのみ限定されるものではない。
【0057】
例えば、横スキャンの解像度の向上のためにスキャン期間の第1期間に第1及び第3単位画素P1、P3を同時に発光させ、スキャン期間の第2期間に第2及び第4単位画素P2、P4を同時に発光させながら、スキャン動作を行うことができる。
【0058】
また、縦スキャンの解像度の向上のためにはスキャン期間の第1期間に第1及び第2単位画素P1、P2を同時に発光させ、スキャン期間の第2期間に第3及び第4単位画素P3、P4を同時に発光させながら、スキャン動作を行うことができるのはもちろんである。
【0059】
更に、画素配列構造が同一であると仮定するとき、限定された個数のフォトセンサ130を用いて更に高い解像度でスキャン動作を行うために、単位画素120の副画素120a、120b、120c単位でスキャン動作を行うこともできる。
【0060】
例えば、スキャン期間を第1〜第12期間に分け、第1単位画素P1のR副画素、第1単位画素P1のG副画素、第1単位画素P1のB副画素、第2単位画素P2のR副画素、...、第4単位画素P4のB副画素の順に副画素を順次発光させながら、スキャン動作を行うことができる。
【0061】
この場合、フル-ホワイト状態でスキャン動作を行う時に比べて横スキャンの解像度は6倍まで向上させることができる。
【0062】
即ち、本発明に係るタッチスクリーン内蔵型平板表示装置をスキャンモードで駆動する駆動方法は、スキャンモードを選択する段階と、選択されたスキャンモードに対応して各画素グループPG内の複数の単位画素P1〜P4を順次選択して発光させながら、単位画素P1〜P4からスキャンの対象となる物体により反射されてフォトセンサ130に入射される反射光を用いて物体をスキャンする段階とを含む。
【0063】
ここで、複数の単位画素P1〜P4を順次選択する時には行列順序を基準にすることができる。但し、これは単なる1つの実施形態であって、本発明はこれに限定されるものではなく、単位画素P1〜P4に対する順列の場合の数がいずれも適用可能であるのはもちろんである。
【0064】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【0065】
120 単位画素
130 フォトセンサ
PG 画素グループ
P1〜P4 第1乃至第4単位画素
132 ブラックマトリックス
PA 表示領域



【特許請求の範囲】
【請求項1】
表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素と、
前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサを含み、
スキャン動作モード時に前記各画素グループ内の複数の単位画素が順次光を放出しながら、前記単位画素からスキャンの対象となる物体により反射されて前記フォトセンサに入射される反射光を用いてスキャン動作を行うことを特徴とするタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
【請求項2】
前記画素グループは、連続する2つの行及び2つの列に隣接するように配置された4つの単位画素と、前記4つの単位画素の中央に配置された1つのフォトセンサを含むことを特徴とする請求項1に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
【請求項3】
前記4つの単位画素は、スキャン動作モード時に行列順に順次光を放出することを特徴とする請求項2に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
【請求項4】
前記単位画素は、異なる色の光を放出する複数の副画素で構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
【請求項5】
前記スキャンモード動作時に前記各画素グループ内の複数の単位画素が順次光を放出し、前記単位画素内の前記複数の副画素も同時に光を放出せずに、順次光を放出することを特徴とする請求項4に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
【請求項6】
前記単位画素と前記フォトセンサは、同一の基板上に形成されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置。
【請求項7】
表示領域内に規則的に配列された多数の単位画素と、前記単位画素のうち複数の単位画素で構成される画素グループ単位で前記単位画素と隣接するように備えられたフォトセンサを含むタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法において、
スキャンモードを選択する段階と、
前記スキャンモードに対応して前記各画素グループ内の複数の単位画素を順次選択して発光させながら、前記単位画素からスキャンの対象となる物体により反射されて前記フォトセンサに入射される反射光を用いて前記物体をスキャンする段階と
を含むタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法。
【請求項8】
前記各画素グループ内の複数の単位画素を行列順に順次発光させながら、スキャン動作を行うことを特徴とする請求項7に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法。
【請求項9】
前記複数の単位画素を順次発光させる段階で前記単位画素のそれぞれを構成する複数の副画素も順次発光させることを特徴とする請求項8に記載のタッチスクリーン内蔵型平板表示装置の駆動方法。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4A】
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【図4B】
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【図4C】
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【図4D】
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【公開番号】特開2011−100436(P2011−100436A)
【公開日】平成23年5月19日(2011.5.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−94809(P2010−94809)
【出願日】平成22年4月16日(2010.4.16)
【出願人】(308040351)三星モバイルディスプレイ株式會社 (764)
【Fターム(参考)】