JP2006513501A - タッチセンシティブ表示装置 - Google Patents

Abstract

タッチセンシティブディスプレイは、２つの光学層（４，１５，１６）の間、又は基板（１１，１２）と他の光学層（１４，１５，１６）との間に、タッチセンシティブ層（１９）を組み込むことによって作られる。

Description

本発明は、複数の画素を伴ない、駆動電圧を上記画素に印加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。

表示装置は、例えば液晶表示装置がある。液晶表示装置は、コンピュータ産業界において、並びに携帯電話及び値札からパームトップコンピュータ及びオーガナイザーの範囲のハンドヘルド装置において、広範囲にわたる使用が開拓されている。また、スタイラスのようなタッチデバイスとの組合せは、広範囲にわたる用途が開拓され、一方、表示画面を介して入力を供給する方法の必要性も感じられる。

ＵＳＰ５，７７７，５９６号は、指、スタイラス又はペンで表示画面に単にタッチすることによって関連する装置（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を記載している。この装置は、液晶表示エレメント（画像エレメント）のチャージ時間を基準値と連続的に比較し、どのエレメントがタッチされているのかを求めるために、その比較結果を使用する。

タッチセンシティブ液晶表示装置の問題の１つは、検出した後に正しい画像を復元することにある。これは、１つの行の全ての画像エレメントの２つの極状態の間での切替えを表すブリンキングライン（blinking line）が使用されるという事実による。ブリンキングラインが特定の行に到達すると、画像エレメントのチャージング時間を測定することによってタッチが検出される。測定後、画像エレメントは正しい画像を表示するために適切な電圧が供給される。同様の方法で、ブリンキングスポットによる検出がＵＳＰ５，７７７，５９６号に開示されている。しかしながら、斯かるブリンキングはディスプレイ上で視認できる（アーチファクト）。

更に、反射型表示装置が使用される場合、内部ＤＣバイアス電圧が存在する場合があり、これによって、チャージングが奇数フレーム又は偶数フレームの書込みに対して異なる。ＤＣ駆動方法（低電力液晶ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ）では、反転は生じず、そのため、そこではこの方法は全く使用することができない。

ブリンキング信号を供給するうえでの問題は、間隔手段（スペーサ）を、画像エレメントの電気的特性をモニターするための手段の一部とすることによって、克服することができる。この電気的特性は容量特性、（非線形）抵抗特性、又は圧電気特性とすることができる。しかし、これは、局所的に薄いスペーサは全く押されない場合があるので、ディスプレイが押されたときに電気的接触が生じることを確実にするために、同じような高さのスペーサに例えば（非線形）抵抗を構成することを要求する。斯かる処理は複雑であり、タッチ検出は、ディスプレイ上の全ての点において有効であるとは限らない。

本発明は、とりわけ、その目標としてこれらの難点を克服しなければならない。

この目的のため、本発明によるタッチセンシティブ表示装置は、タッチセンシティブ材料の層を有し、上記タッチセンシティブ表示装置は、上記タッチセンシティブ材料の層の電気的特性をモニターし、上記電気的特性の変化を検出する手段を有する。

感圧特性（例えば、量子トンネリング複合物又は圧電抵抗層によって実現されるような非線形抵抗率）を伴なう層をディスプレイ構造に組み込むことによって、ディスプレイ構造自体が本質的にタッチを感知するようになる。

このようにして、表示領域全体がタッチを感知する一方で、構造化されたスペーサの必要性が回避され、これはタッチ感度を増加させ、このタッチセンシティブディスプレイをフレキシブル表示アプリケーション及びウェアラブル表示アプリケーションにも適用可能にする。更に、感圧層が表示セルの前の２つの光学フィルム（リタデーションフィルム、偏光フィルム等）の間、又は表示セルとそれら光学層の１つとの間に挟まれると、ディスプレイの前に存在し光を屈折及び反射する空気基板インターフェースによるスクリーン正面部の性能の劣化が防止される。

本発明のこれら及び他の態様は以下に記載される実施例から明らかであり、これら実施例を基準にして説明される。

図は概略的であり、一律の縮尺では描かれていない。対応する要素は、一般には同じ符号で示されている。

図１は、本発明が適用できるタッチセンシティブ表示装置１の一部の電気的等価回路図である。これは、１つの可能な実施例（「パッシブモード」と呼ばれる１つの駆動モード）において、行電極又は選択電極７と列電極又はデータ電極６との交差部の領域によって規定される画像エレメント８のマトリックスを有する。行電極は行ドライバ４によって連続的に選択され、一方、列電極はデータレジスタ５を通じてデータが供給される。この目的のため、入ってくるデータ２は、必要に応じて、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を通じて行われる。

別の可能な実施例（「アクティブモード」と呼ばれる、別の駆動モード）では、行ドライバ４からの信号は、ゲート電極が行電極７に電気的に接続され且つソース電極が列電極に電気的に接続される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を通じて画像電極を選択する。列電極６に現れる信号は、ＴＦＴを通じて、ドレイン電極に結合される画像エレメント８の画像電極に転送される。他の画像電極は、例えば、一つ（以上）の共通カウンタ電極に接続されている。図１では、単純な一例として、一つの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のみが描かれている。

図２は、間に液晶層１３を伴なう下部基板１１と上部基板１２とを有するタッチセンシティブ液晶装置の一部の断面を示す。タッチセンシティブ液晶装置は、下部基板１１及び他の基板１２上に（図示されていない）画像電極を有する。表示装置はこの例では偏光子１４、検光子１５、バックライト構造１８、及びこの特定の例では他の光学層１６（例えば１／４波長板）及び保護層１７を更に有する。

本発明によれば、感圧特性を伴なう構造又は層１９が、この特定の例では下部基板１１と偏光子１４との間に備えられている。この例の感圧構造又は層１９は、２つの透明導電層２０（例えば、インジウムスズ酸化物）の間に、スペーサ粒子２１と一緒に感圧粒子２２を有する。

感圧粒子２２に使用されるべき材料の適切な種類は、量子トンネリング複合物（ＱＴＣ）によって形成される。ＱＴＣは、その構造に導電粒子が被着されるポリマー複合物である。導電粒子はデンドライト（dendrite）を有する。粒子は、ばらばらに間隔をあけら配され、物理的な導電経路を形成しない。しかしながら、材料の引張ひずみ又は圧縮ひずみは、粒子を互いに近づける。粒子の空間的間隔は、デンドライトの存在によって小さくなる。特定の負荷点において、粒子の空間的間隔は、デンドライトを通じて電子が１つの粒子から他の粒子へジャンプするのを可能にするように十分近くなる。しかし、２つの異なる粒子からのデンドライトは、依然として互いに接触しない。電子の量子トンネリング動作は、全体として材料の急速な抵抗率減少をもたらす。この非線形の挙動は、材料の抵抗を１０^１２Ωから１０^−１Ωまで急峻に変える転移点を生じさせる。

それ故に、ＱＴＣはスイッチング特性が機械式スイッチのスイッチング特性に匹敵する感圧スイッチング材料（pressure/force sensitive switching material）である。さらに、それは異なる形に成形でき、他のポリマーと混合することができる。

この例では、２つの透明導電層２０の間に、通常のポリマー非導電球形スペーサ２１と感圧（pressure/force sensitive）（ＱＴＣ）スペーサ２２とを混合したものが備えられている。通常のポリマースペーサ２１は、ＱＴＣスペーサ２２に過負荷がかかり塑性を示すことを防止する。通常のポリマースペーサのもう一つの機能は、上の層２０と下の層２０との間で確実に短絡が無いようにすることである。ＱＴＣスペーサ２２の直径は、好ましくは通常のポリマースペーサ２１のサイズ以下である。

一方、感圧層は、圧縮可能なシリコーンゴムの層の厚さよりも小さい径を有する圧縮可能なボンディング材料（bonding material）を混合したもの（例えば、導電球形スペーサが混合されたシリコーンゴム）とすることができる。

それで、この例では、構造又は層１９は、本質的にタッチを感知するようになる。これは図３ａ（感圧構造又は層１９の電気的に等価なもの）に可変抵抗２３によって表されている。図３及び図４は、上部電極と下部電極との間のインピーダンスがどのようにモニターされるかについて示す。

図３ａに示すように、圧力が加えられていないとき、上部電極と下部電極との間のインピーダンスは無限大に近く、一方、電圧源２５のＶreadはゼロ近くに選択されている。

感圧構造又は層１９にタッチすると、抵抗の急速な低下がタッチ動作を示す。圧力の量は、感圧構造又は層１９のインピーダンスを測定することによって決定される。上記抵抗は以下の通りである。

ここで、Ｒreadは、図３に抵抗２６によって示されている読出抵抗（readout resistor）である。

検出システムは、電極２０のうちの１つをプローブとして使用することによって次にｘｙ座標を検出する。図３ｂ及び図３ｃに示すように、電圧Ｖｓは、電極２０のエッジに、直に又は互いに絶縁されたローインピーダンスストリップ２４（例えば金属ストリップ）を通じて、印加される。一方向（ｙ）に関して、画像エレメントが高さＨを有する場合、ｙ−位置はｙ＝（Ｖ_Ｔ／Ｖ_Ｓ）Ｈによって与えられる。ここで、Ｖ_ＴはタッチしているときのＱＴＣスペーサ層の電圧である。一方、Ｖread＝Ｖ_Ｔ・Ｒread／（Ｒ_ＱＴＣ＋Ｒ_ＩＴＯ１）の場合、ｙ＝｛Ｖread（Ｒ_ＱＴＣ＋Ｒ_ＩＴＯ１）／Ｖｓ・Ｒread｝Ｈということになる。

同様に、他の方向（ｘ）に関して、画像エレメントが幅Ｗを有する場合、ｘ−位置は以下の式で与えられる。

検出システムはＶｓの値が較正される較正ステップ３１（図４）から始まる（例えば、ＶＳ（０，０）並びにＶｓ（０，Ｈ）及びＶｓ（Ｗ，０）であり、Ｖｓ（０，０）は一般的にはグランドである）。次に、検出システムは、必要であればオンに切り替えられた後（ステップ３２）、タッチ検出モードに進む（ステップ３３）。検出システムは、電極２０のうちの１つをプローブとして使用することによって次にｘｙ座標を検出する。タッチ動作が行われていることは、圧力の量を測定することによって（例えば、図３ａにおいて、感圧構造又は層１９のインピーダンスを測定することによって）求められる。或る量の圧力が存在している場合（一種のしきい値であり、これは必要であれば調節できる。ステップ３４）、検出システムは方法図３ｂ及び３ｃを使用して次にｘｙ座標を検出し（ステップ３６）、そしてタッチ検出モード（矢印３７）に戻る。圧力が小さすぎる場合、検出システムは直にタッチ検出モードに戻る（矢印３５）。

図５に示すように、感圧層は、表示装置の前の２つの光学フィルムの間（このケースでは、リタデーションフィルム１６及び偏光子１５であるが、ミラー層、反射層及び半透過層のような他の種類の光学フィルムも可能である）にも存在することができる。感圧層は、表示装置の基板１３とこれら光学層のうちの１つの光学層との間にも存在することができる。この場合、表示セルの前に追加のフィルム膜は使用されず、スクリーンの前の、光を屈性及び反射する空気サブストレートの数を削減する。

本発明の保護範囲は、記載された実施例に限定されず、本発明は、例えば、放射ディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、及びエレクトロウェッティングディスプレイにも適用可能である。一方、図２に示すような通常のポリマースペーサ２１は、必ずしも存在する必要はない。

あるいは、フレキシブル基板（合成材料）を使用することができる（ウェアラブルディスプレイ、ウェアラブル電子装置）。

本発明は、如何なる新規の特徴的フィーチャ及び如何なる特徴的フィーチャの組合せにも存在する。動詞「有する」及びその活用形は、請求項に述べられている以外の構成要素の存在を排除しない。構成要素が単数であることは、斯かる構成要素の複数の存在を排除しない。

タッチセンシティブ（液晶）表示装置を概略的に示す。 本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の一部の断面図を示す。 本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置をタッチするときの座標を決定する原理を示す。 本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置をタッチするときの座標を決定する原理を示す。 本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置をタッチするときの座標を決定する原理を示す。 本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置をタッチするときの座標を決定する原理を示す。 本発明によるタッチセンシティブ（液晶）表示装置の他の実施例を示す。

Claims (7)

1. 複数の画像エレメントを伴なうタッチセンシティブ表示装置であり、駆動電圧を前記画像エレメントに印加する手段を有するタッチセンシティブ表示装置であって、前記タッチセンシティブ表示装置は、タッチセンシティブ材料の層を有し、前記タッチセンシティブ表示装置は、前記タッチセンシティブ材料の層の電気的特性をモニターし、前記電気的特性の変化を検出する手段を有する、タッチセンシティブ表示装置。
2. 前記タッチセンシティブ材料の層が、少なくとも非線形抵抗部を有する、請求項１に記載のタッチセンシティブ表示装置。
3. 前記タッチセンシティブ材料の層が量子トンネリング複合物又は圧電抵抗複合物を有する、請求項１に記載のタッチセンシティブ表示装置。
4. 前記タッチセンシティブ材料の層が量子トンネリング複合物部分を有する、請求項３に記載のタッチセンシティブ表示装置。
5. 前記タッチセンシティブ材料の層は、前記タッチセンシティブ表示装置の基板と前記タッチセンシティブ表示装置の他の光学層との間に存在する、請求項１に記載のタッチセンシティブ表示装置。
6. 前記タッチセンシティブ材料の層は、前記タッチセンシティブ表示装置の２つの光学層の間に存在する、請求項１に記載のタッチセンシティブ表示装置。
7. 前記光学層は、偏光子、リタデーション層、配向層、１／４波長層、ミラー層、ミラー層、及び反射又は半透過層を有するグループからの一つである、請求項５又は６に記載のタッチセンシティブ表示装置。

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