JPH09212298A - 液晶ディスプレイ・パネルおよびそのフラット・パネル・ディスプレイ画面上での入力を検出する方法 - Google Patents

液晶ディスプレイ・パネルおよびそのフラット・パネル・ディスプレイ画面上での入力を検出する方法

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JPH09212298A
JPH09212298A JP28213996A JP28213996A JPH09212298A JP H09212298 A JPH09212298 A JP H09212298A JP 28213996 A JP28213996 A JP 28213996A JP 28213996 A JP28213996 A JP 28213996A JP H09212298 A JPH09212298 A JP H09212298A
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Robert Albert Boie
アルバート ボイエ ロバート
Richard Alan Gottscho
アラン ゴットシュー リチャード
Allan Robert Kmetz
ロバート メッツ アラン
Richard H Krukar
ハロルド クラカー リチャード
Po-Yen Lu
ルー ポ−イェン
John Robert Morris Jr
ロバート モーリス ジュニア ジョン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタイザと液晶ディスプレイ・モジュール
を１枚のディスプレイ・パネル部として一体化すること
によって、コストを下げ、信頼性を向上する。 【解決手段】 本発明の単一化表示・検出装置は、被検
出入力をデジタイズする機能によってフラット・パネル
・ディスプレイ画面上での入力を検出するための液晶デ
ィスプレイ・モジュール（ＬＣＤＭ）構成要素を集積化
した。実施例によれば、ＬＣＤＭのディスプレイ要素
は、そのディスプレイ画面上での入力を検出するために
加工されている。その加工されたＬＣＤＭの構成要素に
は電気信号が与えられ、そのディスプレイ画面の表面部
分に接触するとその位置を示す出力信号が生成されるよ
うにされている。この集積化された表示・検出装置は、
指の入力に対してアドレスされたアクティブ・マトリク
スであり、また、アクティブ・ペン入力に対応するディ
スプレイ・システムを含むものでもある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に、デジタイザと一体化された液晶表示装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示パネルは、ラップ・トップ・コ
ンピュータや個人用電子秘書（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉ
ｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、パーソナル・オ
ーガナイザ、ＰＯＳ（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｓａｌｅ）端
末など、多くの電子データ処理システムに用いられてい
る。これらのフラット・パネル・ディスプレイ装置は、
通常は、指またはインクを用いないペンを用いて、ディ
スプレイ・スクリーン上で指示したり書くことによっ
て、情報を直接入力することができる。例えば、指によ
って、スクリーン上に表示される「ソフト」ボタンを押
すことができる。また、インクを用いないペンにより、
名前を署名して、それを取り込み、電子的に表示するこ
ともできる。
【０００３】図１１は、従来の典型的な液晶表示ディス
プレイ・パネルの構造を表す概略構成図である。同図に
示した構造では、ディスプレイ・スクリーン上での指や
ペンの入力位置を検出する機能と、それに引き続いてそ
の情報を表示する機能とは、一体に組み立てられたディ
スプレイの部品のそれぞれによって行われる。このディ
スプレイ・パネルのうちの、位置を検出する部分は、カ
バー・グラスとデジタイザ又はトランスデューサ（ｔｒ
ａｎｓｄｕｃｅｒ）とにより構成されている。このカバ
ー・グラスは、指やペンが実際に接触するものである。
また、デジタイザ又はトランスデューサ（ｔｒａｎｓｄ
ｕｃｅｒ）は、ペン又は指やその他の手段による入力の
位置をディスプレイに表示するための信号を生成するも
のである。このカバー・グラス上に入力された情報の位
置を検知するためには、赤外線や、音響的手段、光学的
手段、電気容量、電気抵抗、電磁誘導などのさまざまな
異なるタイプのデジタイザが用いられている。これらの
トランスデューサは、図１１に示したようにフラット・
パネル・ディスプレイの上側に張り付けられるか、又
は、図示しないが、液晶ディスプレイおよび偏光板の下
側に張り付けられる。
【０００４】図１１に示したディスプレイ・パネルのデ
ィスプレイ部は、光を反射・放出する背面板と、２枚の
偏光板と、その間に配置された液晶ディスプレイ・モジ
ュールとにより構成されている。偏光板は、背面板から
反射されて、液晶ディスプレイ・モジュールを通過する
光のうちの一つの成分を選択する役割を果たす。そし
て、ノーマリ・ホワイト・モードの場合は、液晶セル
（または画素）がオン状態の時にはカバー・グラス上で
暗く、また、液晶セル（または画素）がオフ状態の時に
はカバー・グラス上で明るく見えるようにされる。ま
た、ノーマリ・ダーク・モードの場合は、この反対にな
る。
【０００５】図１２は、典型的な液晶ディスプレイ・パ
ネルのディスプレイ部としての液晶ディスプレイ・モジ
ュールを表す概略構成図である。この液晶ディスプレイ
・モジュールは、液晶ディスプレイ・モジュール部品で
ある、いくつかの層の導電性を有する電気光学的な（ｅ
ｌｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ）材料により構成される。液晶
ディスプレイ・モジュール部品には、カラー・フィルタ
が配置されたカラー・フィルタ板や、その上面に遮光の
ために堆積されたブラック・マトリクス材料や、液晶材
料や、アクティブ・マトリクス基板などが含まれる。そ
して、アクティブ・マトリクス基板には、薄膜トランジ
スタと画像要素（画素）のアレイ（ａｒｒａｙ）が形成
されており、２枚の透明導電膜の間に印加する電界によ
って光透過度を変化させることによる形状を液晶材料に
表示させる役割を果たす。本願の観点からみれば、液晶
ディスプレイ・モジュールの各部品は、互いに貼り合わ
され、一枚のディスプレイ・パネル部を構成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
なディスプレイ・パネルに独立したデジタイザを挟み込
んだ場合に、問題が生ずる。特に、ディスプレイ・パネ
ルを構成するディスプレイ部にデジタイザを貼り合わせ
る時に発生する気泡（ａｉｒ−ｇａｐｓ）によって、こ
のようなディスプレイでは、周囲の光によるグレア（ｇ
ｌａｒｅ）、すなわち、「ぎらつき」が増加する。さら
に、製造コストも上昇し、製造工程も複雑になる。何故
ならば、専用の検出器が必要となり、また、入力が対応
する画素に正確に伝えられるように、検出位置とディス
プレイのハードウエアとを調節することが要求されるか
らである。
【０００７】従って、デジタイザをあとから付加するこ
とによる要求を解消するために、トランスデューサと液
晶ディスプレイ・モジュールを１枚のディスプレイ・パ
ネル部として一体化すれば便利である。このような構成
にすれば、コストを下げることができ、また、同じ処理
工程と材料を利用することによって信頼性を向上するこ
ともできる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、単一の
ディスプレイ・パネル部品として集積される液晶ディス
プレイ・モジュールに、情報を表示する機能とともに、
そのディスプレイ画面上での指やペンによる入力の位置
を検出するための独立した機能を果たす液晶ディスプレ
イ・モジュール構成要素が組み合わせられる。このよう
にして、本発明は、フラット・パネル・ディスプレイ・
システムに対するはるかに優れたアプローチを提供する
ものである。すなわち、ディスプレイ機能とデジタイザ
機能の両方を演ずるために別々の部品を使う代わりに、
液晶ディスプレイ・モジュール・ハードウエアの構成要
素を利用することによって、製造工程の煩雑性やコスト
が低下し、さらに信頼性が向上する。本発明の実施例に
よれば、集積化さりた表示および検出装置は、指による
入力に対してアクティブ・マトリクスによりアドレスさ
れる。しかし、集積化された表示および検出装置は、ア
クティブ・ペン入力に対応するディスプレイ・システム
を有していても良い。本発明の実施例においては、液晶
ディスプレイ・モジュールのうちのひとつ又は複数の構
成要素が、そのディスプレイ画面上での入力の位置を検
出するために利用される。加工される液晶ディスプレイ
・モジュールの構成要素としては、カラー・フィルタの
遮光層や共通電極要素やカラー・フィルタ板が挙げられ
る。しかし、これらに限定されるものではない。本発明
によるアプローチにおいては、１または複数の加工され
た液晶ディスプレイ・モジュールの構成要素からなる、
検出電極のアレイと一対の抵抗列とに、電圧パルスが印
加される。物体が、そのディスプレイ画面のごく近傍に
接近すると、その物体と検出電極との間に容量カップリ
ングが形成される。その容量カップリングは、検出電極
から抵抗列へ流れる電流を発生させ、その電流によっ
て、検出された入力のディスプレイ画面上での位置を知
ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明によるアクティブ
・マトリクス液晶ディスプレイ・モジュール１の構成を
表す概略断面図である。ここで、ブラック・マトリクス
材料１１と透明導電体１４は、フラット・パネル・ディ
スプレイの画面上でのペンや指による入力を電気容量に
より検出するためにも利用される。すなわち、従来は、
これらは単に液晶ディスプレイ・モジュールを駆動する
ため、特に、液晶ディスプレイの共通電極や、カラー・
フィルタの遮光層として使用されていたに過ぎなかっ
た。しかし、本発明においては、透明導電体１４とブラ
ック・マトリクス材料１１は、ディスプレイ画面上の入
力の位置を検出するようにされている。
【００１０】液晶ディスプレイ・モジュール１は、フラ
ット・パネル・ディスプレイの画面上での入力に対する
レスポンスを表示するために使用され、ガラス製のカラ
ー・フィルタ板１０と、対向するアクティブ・マトリク
ス基板２５と、それらの間に配置されたいくつかの層の
導電体や電気光学的材料を有する。カラー・フィルタ板
１０の内側の表面上には、反射防止機能を有する光吸収
膜からなるブラック・マトリクス材料１１のパターンニ
ングされた層が形成されている。ブラック・マトリクス
材料１１は、また、導電体（例えば、クロム）としても
良い。ブラック・マトリクス材料１１の下には、カラー
・フィルタ・アレイ１２と、平坦化層１３が配置されて
いる。カラー・フィルタ・アレイ１２は、独立した赤、
緑、青のカラー・フィルタからなる。また、平坦化層１
３は、液晶材料１６の汚染を抑制し、その表面を平坦化
するために用いられる被覆層である。液晶ディスプレイ
・モジュール１がカラー・ディスプレイでない場合は、
カラー・フィルタ・アレイ１２は配置されない。アクテ
ィブ・マトリクス基板２５の上側で、平坦化層１３の下
側には、２枚の透明導電体１４および１８と、配向（ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）層１５および１７が配置されてい
る。
【００１１】周縁に配置された粘着性シール材１９によ
って、液晶材料１６は、透明導電体１４および１８と配
向層１５および１７の間の空間に封入される。スぺーサ
２０は、所定の絶縁性の材料を含んでおり、液晶材料１
６の中に配置される。スペーサ２０は、液晶の空間の厚
さの変化を防止し、ディスプレイ・モジュール１に歪み
が生ずることを防ぐ。ディスプレイ・モジュール１の周
縁部では、ブラック・マトリクス材料１１と透明導電体
１４は、それぞれ、プラック・マトリクス接続パッド２
１と、コモン／ガード（ｇｕａｒｄ）平面コンタクト２
２を介して、アクティブ・マトリクス基板２５に電気的
に接続されている。ブラック・マトリクス材料１１や透
明導電体１４に対する、これらの電気的なコンタクト
は、カラー・フィルタ板１０上に形成された図示しない
コンタクト・パッドを介して形成することもできる。ア
クティブ・マトリクス基板２５上では、薄膜トランジス
タのアレイからなる、図示しないスイッチング素子が、
ゲート線、ロー（ｒａｗ）線、データ線、またはカラム
（ｃｏｌｕｍｎ）線を介して、画像素子または画素とよ
ばれる図示しないセルのアレイに接続されている。
【００１２】液晶ディスプレイ・モジュール１の表示機
能を発揮するためには、透明導電体１４（図３に示した
容量タッチ・センサのガード電極３１としても作用す
る）は、透明導電性材料からなるパターンニングされて
いない膜であり、通常は、１００〜２００ｎｍの厚さに
堆積されたインジウム・スズ酸化物である。この導電体
は、アクティブ・マトリクス基板２５上のすべての画素
に対する共通電極としても働く。透明導電体１４には、
液晶材料１６に電界を印加して、光透過度の変化による
形状を画素電極により覆われている領域に表示させるよ
うな周波数を有する電圧波形が印加される。透明導電体
１４は、液晶材料１６に印加される電圧の極性を反転す
るために、矩形状の電圧波形により駆動される。これ
は、周知のように、直流電圧は液晶の特性を劣化させ、
ディスプレイの寿命を短くするからである。別の駆動法
としては、透明導電体１４は駆動せず一定電圧に保っ
て、画素の電圧を対応する周波数帯で反転、スイッチン
グさせることもできる。
【００１３】液晶ディスプレイ・モジュール１のブラッ
ク・マトリクス材料１１は、パターンニングされた材料
であり、アクティブ・マトリクス基板２５上の画素をス
イッチングするために使われる薄膜トランジスタへの光
の照射を防止するために設けられている。さらに、ブラ
ック・マトリクス材料１１は、画素電極の端部をカバー
するためにも用いられる。何故ならば、この電極端部で
は、液晶ディスプレイに印加される電界が歪むために、
液晶の配向方向がずれて、ディスプレイのコントラスト
比が劣化するからである。
【００１４】本発明のひとつの実施の形態においては、
前述して、図２にも示した透明導電体１４とブラック・
マトリクス材料１４は、矩形波の電圧パルスによって駆
動される。指またはインクを用いないペンがディスプレ
イ画面の近傍に近づけられると、接地電位に対するカッ
プリング容量が変化して、それに対応して変位電流（ｄ
ｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）が変化す
る。そして、検出した入力のディスプレイ画面上での位
置を知ることができる。
【００１５】図３は、容量タッチ・センサ３０の構成を
表す概略構成図である。容量タッチ・センサ３０は、ブ
ラック・マトリクス材料１１の中に形成された（図
２）、導電型検出電極３２と、導電型ガード（ｇｕａｒ
ｄ）電極３１（これは図２に示した透明導電体１４でも
ある）とを備える。また、図示されていないが、平坦化
層１３は、導電型ガード電極３１が導電型検出電極３２
のいずれとも短絡しないようにするために、必要とされ
る。静電気による電界の形成を促進するために、それぞ
れの検出電極３２には抵抗列３３が接続されている。検
出電極３２の形状や寸法や材質は、用途に応じて異な
る。従って、図２または図３に示したような三角形状
（バックギャモン（ｂａｃｋｇａｍｍｏｎ）形状）のパ
ターンは一例に過ぎない。重要なのは、ディスプレイ画
面に接触しているペンなどのＸ方向およびＹ方向の位置
を決定するために必要とされる寸法を有する導電性材料
の細片を設けることである。そして、この細片は、電源
３４により並列に駆動される。
【００１６】図３に示した容量タッチ・センサ３０は、
指と検知面との間の電気容量をその位置も含めて測定す
ることにより、検知面に対する指の近接度と位置を検知
する。そして、この電気容量の測定は、励起された電極
に指が接近すると、それらの間で測定できる量の変位電
流が流れるという事実に基づいている。
【００１７】互いに連結されている検出電極３２のアレ
イは、接触することによって指の位置を検知するために
用いられる。それぞれの電極は、所定の抵抗値を有する
抵抗列３３を介して接続されている。検出電極３２は、
ガード電極３１によってその下側からシールドされ、ま
た、指が直接、接触しないように、その上側からガラス
基板によってカバーされている。検出電極３２をガラス
基板によりカバーすることによって、指の位置の検知感
度が大きく向上する。抵抗列３３の４箇所の端部、すな
わち、ノードＡ３６、Ｂ３９、Ｃ３８、Ｄ３７と、ガー
ド電極３１は、電源３４によって駆動される。そして、
電源３４から抵抗列３３のそれぞれの端部に流れ込む電
流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、およびＩｄが測定される。ここ
で、抵抗列３３には、相対的にわずかな量の電流しか流
れこまない。何故ならば、隣り合うディスプレイ部品
（ガード電極３１）が電源３４によって同時に駆動され
ているからである。しかし、人間の指がディスプレイ画
面に接近すると、ノードＡ３６、Ｂ３９、Ｃ３８、Ｄ３
７での電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄは増加する。これ
は、指によって、電流が検知回路のコモン、またはノー
ドＥ３５、またはグラウンドに戻る経路ができるからで
ある。その帰還回路は、指と検知電極３２との間に形成
されるカップリング容量と、人体を介してその携帯装置
に通じる抵抗を含んだ経路と、ノードＥ３５での人間の
手から検知回路コモンへの電気容量とを含む。これらの
うちで、指先と検出電極３２との間の電気容量が主要な
インピーダンスとなる。（ここで、米国特許第４，８９
３，０７１号を参考文献として挙げることができる。）
【００１８】ここで、人間の指が、図３に示した領域３
０２の検出電極３２のアレイの中心に対応するディスプ
レイ画面の表面を触った場合を考える。この構成では、
電流の増加は、指によって覆われている検出電極の面積
に比例する。検出電極Ｆ３０５の領域Ｅ３０４に対応す
る電流は、ノードＧ３０６に流れる。また、検出電極Ｉ
３０７の領域Ｈ３０３に対応する電流は、ノードＪ３０
８に流れる。ノードＧ３０６においては、検出電極Ｆ３
０５からこのノードに流れ込む電流は、ここからノード
Ａ３６およびＢ３９に流れ出す電流の和に等しい。ノー
ドＧ３０６はノードＡ３６およびノードＢ３９からおよ
そ等距離にあるので、抵抗列の一端であるノードＡ３６
に流れ込む電流の測定値は、抵抗列の他端であるノード
Ｂ３９に流れ込む電流の測定値とバランスすることとな
る。同様に、ノードＪ３０８は、ノードＣ３８とＤ３７
から等距離に位置するので、ノードＣ３８に流れ込む電
流の測定値は、ノードＤ３７に流れ込む電流の測定値と
バランスする。指の位置による電流の変化は、Ｘおよび
Ｙそれぞれの方向について線形であり、Ｙ軸方向の位置
は、 Ｙ＝（Ｉａ＋Ｉｄ）／（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ） （１） で与えられ、Ｘ軸方向の位置は、 Ｘ＝（Ｉｄ＋Ｉｃ）／（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ） （２） により与えられる。このようにして、ＸおよびＹ方向の
指の位置を計算すれば、図示したように、指の中心がデ
ィスプレイの中央部に置かれていることが分かる。
【００１９】次に、同じ指が今度は、ディスプレイ画面
表面の領域３０１の上に直接、接触している場合を考え
る。検出電極Ｌ３１１の領域Ｋ３１０に対応する電流
は、ノードＯ３１２に流れる。また、検出電極Ｎ３１４
の領域Ｍ３１３に対応する電流は、ノードＰ３１５に流
れる。ここで、領域Ｋ３１０はＭ３１３よりもはるかに
大きいので、ノードＯ３１２に流れ込む電流は、ノード
Ｐ３１５に流れ込む電流よりも大きくなる。そして、こ
のことにより、検出電極のアレイの中心からの相対的な
位置を決定することができる。ノードＯ３１２において
は、検出電極Ｌ３１１からこのノードに流れ込む電流
は、ここからノードＣ３８およびＤ３７に流れ出す電流
の和に等しい。ノードＯ３１２は、ノードＣ３８よりも
Ｄ３７に近いので、抵抗列の一端でノードＤ３７に流れ
込む電流は、ノードＣ３８に流れ込む電流よりも大き
い。ノードＰ３１５においては、検出電極Ｎ３１４から
このノードに流れ込む電流は、ここからノードＡ３６お
よびＢ３９に流れ出す電流の和に等しい。ノードＤ３７
の場合と同様に、ノードＡ３６に流れ込む電流は、抵抗
列からノードＢ３９に流れ込む電流よりも大きくなる。
【００２０】人間の指の接近を検知する、他のいくつか
の方法も、同様に用いることができる。この電極と抵抗
列は、ラジオ波（ｒｆ）ドライブと、隅部に設けられた
電流検出構造を備えた連続抵抗シートにより代用するこ
とができる。（ここで、米国特許第５，３３７，３５３
号を参考文献として挙げることができる。）しかし、そ
のような構成では、その固有の非線形性を補正するため
の複雑な補正回路が必要となる。指の接触を検出するも
うひとつの方法は、ここに参考文献として挙げることの
できる、米国特許出願第０８／０１１０４０号に開示さ
れている、「フィンガー・マウス」である。この「フィ
ンガー・マウス」による方法も、電極構造を基本とす
る。しかし、その電極は、現行の液晶ディスプレイ層を
変形して容易に形成することができず、また、電流検出
のためには２層配線を必要とするので、本用途には、あ
まり適さない。
【００２１】本発明による三角形パターンのタッチ・セ
ンサの一番の利点は、電極構造と配線が単層であり、液
晶ディスプレイに組み込むのに適している点である。
【００２２】図２を参照しつつ、本発明の変形例とし
て、図４および図５に示した容量タッチ・センサのパタ
ーン６０を用いることもできる。ここで、このパターン
は、フラット・パネル・ディスプレイの画面の近傍の物
体を検知するために、液晶ディスプレイのブラック・マ
トリクス材料１１の中に形成されている。パターンニン
グされたブラック・マトリクス材料１１を備えたカラー
・フィルタ板１０は、次のようにして製造することがで
きる。まず、カラー・フィルタ板１０を、洗浄し、乾燥
する。次に、ブラック・マトリクス材料１１をそのフィ
ルタ板の片面、すなわち、図示したように液晶ディスプ
レイの内側の面、または、液晶ディスプレイ・モジュー
ルの外側の面、のいずれかに堆積する。このブラック・
マトリクス材料１１の堆積は、従来のあらゆる堆積方法
により行うことができる。ブラック・マトリクス材料１
１は、低反射率と高い吸収率を有する表面が得られるよ
うに、異なる材料の積層により構成される。ここで、参
考文献として、米国特許出願第０８／３５１９６９号を
挙げることができる。例えば、ＣｒとＣｒ2Ｏ3の多層構
造によって、これら所定の特性を得ることができる。薄
膜の積層構造は、また、最上層が、クロム層のように、
導電性を有するように構成することができる。また、反
対に、最上層が絶縁体の場合は、それはシャドウ・マス
クを介して堆積されたか、または後にパターンニングさ
れてそのブラック・マトリクスの導電性を有する部分に
電気的な接触を確保できるようにされる。ブラック・マ
トリクス材料１１を堆積したら、通常のフォトリソグラ
フィック技術によってパターンニングする。（Ｄ．Ａ．
ＭｃＧｉｌｌｉｓ著「リソグラフィ（Ｌｉｔｈｏｇｒａ
ｐｈｙ）」Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ編、ＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ、１９８３年を参照の事。）材料のパターンニング
は、本技術分野において良く知られており、例えば、堆
積して、リソグラフィのためにレジストの光露出を行
い、それに引き続くプラズマかウエットエッチの工程に
よって、そのパターンがブラック・マトリクス材料１１
に転写される。
【００２３】図４は、前述したようにして、ブラック・
マトリクス材料６１に作り込まれた、容量タッチ・セン
サ・パターン６０の概略平面構成図である。また図５
は、液晶ディスプレイのブラック・マトリクス層に形成
された容量タッチ・センサ・パターンと抵抗列とを備え
た、同様の層構造の概略斜視図である。図４および図５
では、ブラック・マトリクス材料６１とカラー・フィル
タ・アレイ６６、６７および６８（もし必要であれば）
は、透明導電体６２の上に重ねられている。容量タッチ
・センサ・パターン６０は、通常のフォトリソグラフィ
とエッチング技術を用いて一連の分離領域６４をブラッ
ク・マトリクス材料６１に設けることにより、形成され
ている。図４および図５には、タッチ・センサのうちの
数パターンのみが示されている。ブラック・マトリクス
材料６１の周縁部に配置された抵抗列６５は、ブラック
・マトリクス材料全体がパターンニングされるのと同時
に、１回のプロセスで形成される。同図におけるＡ、
Ｂ、Ｃ、およびＤは、図２に示した容量タッチ・センサ
における同様の符号に対応するものである。
【００２４】ブラック・マトリクス・マスクをパターン
ニングすることによって、デジタイザおよび電流分割用
の抵抗を構成する導電性の短冊状のパターンを形成する
ことにより、図４および図５に示した分離領域６４を形
成することができる。これは、ブラック・マトリクス層
を細く（通常は、その幅は５〜１５μｍである。）、曲
がりくねったパターン（通常は、その長さは１００〜３
００μｍである。）にエッチングすることによって形成
することができる。そしてこのエッチング・パターンが
分離領域６４として、同図中に実線によって示されてい
る。さらに、ブラック・マトリクス材料６１に形成され
ている分離領域６４の位置は、液晶ディスプレイを構成
し、その下層に配置されている他の層の動作と不必要に
干渉しないように調節することができる。例えば、図４
に示されている容量タッチ・センサ・パターンについて
説明すると、光を遮光領域から漏らさないようにするた
めには、ブラック・マトリクス材料６１とその下のアク
ティブ・マトリクス基板２５（図１）とのアライメント
は重要である。したがって、分離領域６４のうちの横方
向の開口６９は、アクティブ・マトリクス基板２５上の
トランジスタのゲート線またはロー（ｒｏｗ）線の直上
に配置されていなければならない。また、分離領域６４
の縦方向の開口は、同様に、アクティブ・マトリクス基
板２５のデータ線またはカラム（ｃｏｌｕｍｎ）線の直
上に配置されていなければならない。通常は、アクティ
ブ・マトリクス基板２５上のカラム線はロー線よりも狭
いので、アライメントの精度は、カラム線の寸法によっ
て決定される。例えば、カラム線の幅が１０μｍしかな
く、分離領域６４の幅が３μｍであれば、光漏れを防ぐ
ためにアライメントのずれの許容量は±３．５μｍ以内
でなければならない。
【００２５】図６と図８は、ブラック・マトリクス材料
１１とアクティブ・マトリクス基板２５との間のアライ
メントの許容度を緩和するひとつの方法を示した例であ
る。この例では、ブラック・マトリクス材料７１の縦方
向の絶縁のために、カラー・フィルタ・アレイ７２のう
ちの青色フィルタ素子７４を用いることができる。図７
は、分離領域７３の横方向部分と青色フィルタ素子７４
との配置関係を示す。青色フィルタ素子７４を利用すれ
ば、ブラック・マトリクス材料７１には横方向の開口の
みを形成するだけで良い。アクティブ・マトリクス基板
２５のロー線は、通常はカラム線よりもはるかに幅が広
いので、同図のような構成によってアライメントの許容
度を緩和することができる。カラー・フィルタ・アレイ
７２の青色フィルタ素子７４は、アライメントのずれと
光漏れによる影響を低減するための遮光層としても用い
られる。何故ならば、人間の眼は、青色に対する感度が
低いために、光漏れが認識されにくくなるからである。
【００２６】ここで、再び図４および図５について説明
する。ブラック・マトリクス材料６１が適切にパターン
ニングされたら、続いて、通常の材料とフォトリソグラ
フィ技術を用いて、カラー・フィルタ・アレイの材料６
６、６７、および６８が堆積され、パターンニングされ
る。たとえば、赤色に着色した（ｒｅｄ−ｐｉｇｍｅｎ
ｔｅｄ）レジストがブラック・マトリクス材料６１を有
するカラー・フィルタ板の上にスピンナ塗布される。こ
のレジストが感光性を有する場合は、レジストを堆積し
た後に直ちにパターンニングすることができる。また、
感光性を有さない場合は、感光性の材料を塗布し、赤色
のフィルタ・アレイ素子６６のパターンをその下層の着
色材料に転写してパターンニングすることによって、フ
ィルタ・アレイの赤色部分を構成するようにすることが
できる。このプロセスは、あと２回繰り返される。すな
わち、緑色フィルタと青色フィルタについてそれぞれ一
度づつ繰り返される。カラー・フィルタ・アレイ材料６
６、６７、および６８による光の遮光は、光学濃度（ｏ
ｐｔｉｃａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ）で少なくとも２．０の
値が必要である。カラー・フィルタ・アレイ材料６６、
６７、および６８は、導電性を有するブラック・マトリ
クス材料６１の周縁部から簡単に除去することができ、
連続的な電気的接触を得ることができる。次に、ポリイ
ミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）または類似する材料のオー
バー・コートである平坦化層１３が塗布されて、カラー
・フィルタ・アレイ材料６６、６７、および６８の上を
被覆して、平坦な表面を形成する。平坦化層１３は、印
刷により形成することができ、ここでも、導電性を有す
るブラック・マトリクス材料６１の周縁部は、露出した
状態としておくことができる。
【００２７】最後に、図１に示したように、インジウム
・スズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明導電体１４の薄膜
が平坦化層１３の上に堆積される。ここで、「透明」と
いう表現は、必ずしも１００％の光透過率を要するわけ
ではない。眼に見える液晶ディスプレイ画像を得るため
に十分な透明度があれば足りる。また、本発明の目的を
達成するためには、光透過性を有しない材料としては、
一般的に透過率が０．１％以下であり、その光学濃度は
３．０である。また、導電性を有するブラック・マトリ
クス材料６１（図４）の上に透明導電体１４が堆積する
ことを防ぐために、その堆積プロセスにおいてシャドウ
・マスクを用いることができる。このようにして、別々
のコンタクト２１および２２をそれぞれの層の上に形成
することができる。
【００２８】透明導電体１４は、容量タッチ・センサの
ガード（ｇｕａｒｄ）板として、および液晶ディスプレ
イの共通電極としての役割も有する。その透明導電体１
４のコンタクト２２は、薄膜トランジスタのアレイを有
するアクティブ・マトリクス基板２５のコンタクト部に
導電性エポキシの液滴を滴下することによって形成する
ことができる。同様に、ブラック・マトリクス・デジタ
イザの上の４つのノード・パッドＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤ
に対するコンタクトは、それぞれのパッドからアクティ
ブ・マトリクス基板２５に接続する配線を形成すること
によって得ることができる。あるいは、チップ・オン・
グラス技術や、柔軟性のある感温型（ｈｅａｔ−ｓｅｎ
ｓｉｔｉｖｅ）導電テープを用いて、電流を検出する部
品をカラー・フィルタ板１０の上に直接、実装しても良
い。または、アクティブ・マトリクス基板２５を製造す
る際に形成されるトランジスタとコンデンサとから、電
流検出回路を形成しても良い。
【００２９】容量タッチ・センサの４つのノードＡ、
Ｂ、Ｃ、およびＤに流れる電流を検出するためにはさま
ざまな方法がある。図９は、それらの方法のうちの一例
を示すものである。ここで、米国特許第５，３３７，３
５３号を参考文献として挙げることができる。図９は、
ノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれでの電流を検出する電
流増幅回路８０を表す概略構成図である。それぞれのノ
ードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでのブラック・マトリクスのコンタ
クト・パッド８１と、コモン・ガード（ｃｏｍｍｏｎ／
ｇｕａｒｄ）板コンタクト・パッド８２とは、シールド
線８５を介してトランス８３に接続されている。電源８
８が、そのシールド線８５のシールドを直接、駆動する
ことによって、検出電極とガード電極とがトランス８３
を介して一緒に駆動されるようにされている。トランス
８３の一端は、ブラック・マトリクスのノードＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄに接続され、トランス８３の他端は、増幅器８４
の入力部に接続されている。この増幅器８４は、コンデ
ンサ８６や抵抗８７とともに積分器（ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｏｒ）として動作する。それぞれのノードＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄについての電流増幅回路からの出力は、続いて、図示
しないパルス発生器からの基準信号とともに増倍（ｍｕ
ｌｔｉｐｌｙ）される。このように、所定の電圧波形と
同期させることによって、信号からノイズ成分をフィル
タリングできる。
【００３０】最後に、図１０に示したように、ノード
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄからの出力電流は位相ロックされて加算
され、タッチ・センサに接触した場所の座標が決定され
る。この回路によって、全電流成分とともに得られる、
Ｘ軸方向とＹ軸方向の電流成分から、式（１）と式
（２）に従って、フラット・パネル・ディスプレイ画面
に接触している物体の規格化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）
された位置を算出することができる。
【００３１】当業者であれば、液晶ディスプレイ・モジ
ュールを構成する他の部品を同様に変形することによっ
て、容量タッチ・センサ・パターンを形成することは容
易に想到することができる。例えば、カラー・フィルタ
板の外側の表面上に検出電極として、パターンニングし
たＩＴＯ材料を配置すれば、ガード電極からもっと離す
ことができるので、よりＳ／Ｎ比の高いデジタイザとし
て利用することができる。ペンや指による入力を検出す
るためにブラック・マトリクス材料をパターンニングし
て用いた場合は、検出電極とガード電極との距離は、約
１〜２μｍである。しかし、液晶ディスプレイ・モジュ
ールの外側の表面上にパターンニングされたＩＴＯ層を
配置した場合は、この間隔は、１ミリメータまで拡大す
る。また、ガード電極をロー（ｒｏｗ）方向に分け、ブ
ラック・マトリクス層をカラム（ｃｏｌｕｍｎ）方向に
分けることによって、アクティブ・ペン（ａｃｔｉｖｅ
ｐｅｎ）によりディスプレイ画面上の入力を検出するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶ディスプレイ・モジュールの
概略断面図であり、フラット・パネル・ディスプレイ画
面上の入力を検出するための液晶ディスプレイ・モジュ
ール構成要素を示す。
【図２】フラット・パネル・ディスプレイ画面上の入力
を検出するために用いられる液晶ディスプレイ・モジュ
ールの層構造の概略斜視図である。
【図３】容量タッチ・センサを有する液晶ディスプレイ
・モジュールの層構造の概略平面図である。
【図４】液晶ディスプレイのブラック・マトリクス層に
形成された容量タッチ・センサ・パターンと抵抗列を有
する液晶ディスプレイ・モジュールの層構造の概略平面
図である。
【図５】液晶ディスプレイのブラック・マトリクス層に
形成された容量タッチ・センサ・パターンと抵抗列を有
する液晶ディスプレイ・モジュールの層構造の概略斜視
図である。
【図６】液晶ディスプレイのブラック・マトリクス層に
形成された、抵抗列を有する容量タッチ・センサ・パタ
ーンの変形例を表す概略平面図である。
【図７】青色のカラー・フィルタ・アレイ素子に重ねら
れた、ブラック・マトリクス分離部の部分拡大図であ
る。
【図８】液晶ディスプレイのブラック・マトリクス層に
形成された容量タッチ・センサ・パターンと抵抗列を有
する液晶ディスプレイ・モジュールの層構造の概略斜視
図である。
【図９】図４および図６に示されたそれぞれのノード
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの電流を検出するための電流増幅器で
ある。
【図１０】液晶ディスプレイのブラック・マトリクス層
からの増幅された電流を位相ロックして、積算する回路
である。
【図１１】従来技術による、全面に配置されたデジタイ
ザの概略構成図である。
【図１２】従来技術による、典型的な液晶ディスプレイ
・モジュールの概略構成図である。
【符号の説明】 １０ カラー・フィルタ板 １１ ブラック・マトリクス材料 １２ カラー・フィルタ・アレイ １４、１８ 透明導電体 １５、１７ 配向層 ２１ ブラック・マトリクス・コンタクト・パッド ２５ アクティブ・マトリクス基板 ３０ 容量タッチ・センサ ３１ ガード電極 ３２ 検出電極 ３３ 抵抗列 ６０、７０ 容量タッチ・センサ・パターン ６１、７１ ブラック・マトリクス材料 ６２ 透明導電体 ６４ 分離領域 ６６、６７、６８ カラー・フィルタ・アレイ ７２ カラー・フィルタ・アレイ ７３ 分離領域 ７４ 青色カラー・フィルタ素子 ７６、７８ カラー・フィルタ・アレイ ８０ 増幅回路 ８１ ブラック・マトリクス・コンタクト・パッド ８２ コモン・ガード板コンタクト・パッド ８３ トランス ８４ 増幅器 ８５ ケーブル ８６ コンデンサ ８７ 抵抗 ８８ 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード アラン ゴットシュー アメリカ合衆国，94566 カリフォルニア, プレゼントン，ラピス レイン 4990 (72)発明者 アラン ロバート メッツ アメリカ合衆国，07928 ニュージャージ ー，チャタム，エッジウッド ロード 50 (72)発明者 リチャード ハロルド クラカー アメリカ合衆国，94538 カリフォルニア, フレモント，ナンバー ジェイ−3058，ス ティーヴンソン コモン 39939 (72)発明者 ポ−イェン ルー アメリカ合衆国，07945 ニュージャージ ー，メンダム，キャライス ロード 33 (72)発明者 ジョン ロバート モーリス ジュニア アメリカ合衆国，08512 ニュージャージ ー，クランベリー，プリオリー ロード 11

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フラット・パネル・ディスプレイ画面
    と、 複数の液晶ディスプレイ・モジュール構成要素を有する
    液晶ディスプレイ・モジュールとを備え、 前記複数の液晶ディスプレイ・モジュール構成要素は、
    前記フラット・パネル・ディスプレイ画面上に情報を表
    示し、前記フラット・パネル・ディスプレイ画面の表面
    部分に接触している物体の位置を検出することを特徴と
    する、液晶ディスプレイ・パネル。
  2. 【請求項２】 前記液晶ディスプレイ・モジュールの複
    数の液晶ディスプレイ・モジュール構成要素は、情報を
    表示し、且つ、その表示をする構成要素と共通するひと
    つの液晶ディスプレイ・モジュール構成要素によって、
    前記フラット・パネル・ディスプレイ画面の表面部分に
    接触している物体の位置を検出することを特徴とする、
    請求項１記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  3. 【請求項３】 前記液晶ディスプレイ・モジュールの複
    数の液晶ディスプレイ・モジュール素子は、情報を表示
    し、且つ、その表示をする構成要素と共通する複数の液
    晶ディスプレイ・モジュール素子によって、前記フラッ
    ト・パネル・ディスプレイ画面の表面部分に接触してい
    る物体の位置を検出することを特徴とする、請求項１記
    載の液晶ディスプレイ・パネル。
  4. 【請求項４】 前記物体は指であることを特徴とする、
    請求項１記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  5. 【請求項５】 前記物体は針であることを特徴とする、
    請求項１記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  6. 【請求項６】 前記液晶ディスプレイ・モジュールは、
    外側の表面を有し、その表面によって、前記フラット・
    パネル・ディスプレイ画面の表面部分に接触している前
    記物体の位置を検出することを特徴とする、請求項１記
    載の液晶ディスプレイ・パネル。
  7. 【請求項７】 前記液晶ディスプレイ・モジュールは、
    透明導電性材料層を有し、その層によって、前記フラッ
    ト・パネル・ディスプレイ画面の表面部分に接触してい
    る前記物体の位置を検出することを特徴とする、請求項
    １記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  8. 【請求項８】 前記液晶ディスプレイ・モジュールは、
    ブラック・マトリクス材料層を有し、その層によって、
    前記フラット・パネル・ディスプレイ画面の表面部分に
    接触している前記物体の位置を検出することを特徴とす
    る、請求項１記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  9. 【請求項９】 前記液晶ディスプレイ・モジュールは、
    透明導電性材料層とブラック・マトリクス材料層とを有
    し、それらの層によって、前記フラット・パネル・ディ
    スプレイ画面の表面部分に接触している前記物体の位置
    を検出することを特徴とする、請求項１記載の液晶ディ
    スプレイ・パネル。
  10. 【請求項１０】 前記ブラック・マトリクス材料層は、
    複数の横方向の分離線と複数の縦方向の分離線とによっ
    て分離された、複数の細片状の導電性材料を有すること
    を特徴とする、請求項８記載の液晶ディスプレイ・パネ
    ル。
  11. 【請求項１１】 前記複数の横方向の分離線は、液晶デ
    ィスプレイ・モジュールのトランジスタ・アレイ基板上
    の複数のゲート線又は複数のロー線のうちのひとつと整
    列して形成されていることを特徴とする、請求項１０記
    載の液晶ディスプレイ・パネル。
  12. 【請求項１２】 前記複数の縦方向の分離線は、液晶デ
    ィスプレイ・モジュールのトランジスタ・アレイ基板上
    の複数のデータ線又は複数のカラム線のうちのひとつと
    整列して形成されていることを特徴とする、請求項１０
    記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  13. 【請求項１３】 前記ブラック・マトリクス材料層は、
    複数の抵抗列と複数のコンタクト・パッドとを有するこ
    とを特徴とする、請求項８記載の液晶ディスプレイ・パ
    ネル。
  14. 【請求項１４】 前記ブラック・マトリクス材料層は、
    複数の横方向の分離線と複数の縦方向の分離線と複数の
    抵抗列とによって分離された、複数の細片状の導電性材
    料と、コンタクト・パッドとを有することを特徴とす
    る、請求項８記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  15. 【請求項１５】 前記ブラック・マトリクス材料層は、
    複数の不連続な横方向の分離線を有することを特徴とす
    る、請求項８記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  16. 【請求項１６】 前記複数の不連続な横方向の分離線
    は、液晶ディスプレイ・モジュールの構成要素であるカ
    ラー・フィルタ・アレイと整列して形成されていること
    を特徴とする、請求項１５記載の液晶ディスプレイ・パ
    ネル。
  17. 【請求項１７】 前記液晶ディスプレイ・モジュールの
    構成要素であるカラー・フィルタ・アレイは、青色のカ
    ラー・フィルタ・アレイであることを特徴とする、請求
    項１６記載の液晶ディスプレイ・パネル。
  18. 【請求項１８】 液晶ディスプレイ・パネルのフラット
    ・パネル・ディスプレイ画面上での入力を検出する方法
    であって、 液晶ディスプレイ・モジュールの液晶ディスプレイ・モ
    ジュール構成要素のひとつに信号を与えるステップと、 フラット・パネル・ディスプレイ画面の表面部分に物体
    が接触すると出力信号を生成するステップであって、前
    記出力信号は、フラット・パネル・ディスプレイ画面の
    前記表面部分の上の前記物体の位置を示すものであるス
    テップと、を有することを特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】 フラット・パネル・ディスプレイ画面
    の前記表面部分への前記物体の接触に対応して、前記液
    晶ディスプレイ・モジュール構成要素を介して流れる電
    流の変化を測定するステップをさらに有することを特徴
    とする、請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記生成するステップは、フラット・
    パネル・ディスプレイ画面の表面部分に針が接触すると
    前記出力信号を生成するステップを有することを特徴と
    する、請求項１８記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記生成するステップは、フラット・
    パネル・ディスプレイ画面の表面部分に指が接触すると
    前記出力信号を生成するステップを有することを特徴と
    する、請求項１８記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記与えるステップは、前記液晶ディ
    スプレイ・モジュールのブラック・マトリクス素子に前
    記信号を与えるステップを有することを特徴とする、請
    求項１８記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記与えるステップは、前記液晶ディ
    スプレイ・モジュールの透明導電体ディスプレイ構成要
    素に前記信号を与えるステップを有することを特徴とす
    る、請求項１８記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記与えるステップは、前記液晶ディ
    スプレイ・モジュールの構成要素であるカラー・フィル
    タ板の外側部分の上に堆積された電極に前記信号を与え
    るステップを、さらに有することを特徴とする、請求項
    １８記載の方法。
  25. 【請求項２５】 液晶ディスプレイ・パネルのフラット
    ・パネル・ディスプレイ画面上での入力を検出する方法
    であって、 （Ａ）液晶ディスプレイ・モジュールの複数のディスプ
    レイ構成要素に信号を与えるステップと、 （Ｂ）フラット・パネル・ディスプレイ画面の表面部分
    に物体が接触すると出力信号を生成するステップであっ
    て、前記出力信号は、フラット・パネル・ディスプレイ
    画面の前記表面部分の上の前記物体の位置を示すもので
    あるステップと、を有することを特徴とする方法。
  26. 【請求項２６】 前記（Ａ）与えるステップは、前記液
    晶ディスプレイ・モジュールのブラック・マトリクスと
    透明導電体ディスプレイ構成要素に前記信号を与えるス
    テップを有することを特徴とする、請求項２５記載の方
    法。
  27. 【請求項２７】 前記（Ａ）与えるステップは、前記液
    晶ディスプレイ・モジュールの構成要素であるカラー・
    フィルタ板の外側部分の上に堆積された電極に前記信号
    を与えるステップを、さらに有することを特徴とする請
    求項２５記載の方法。
JP28213996A 1995-10-24 1996-10-24 液晶ディスプレイ・パネルおよびそのフラット・パネル・ディスプレイ画面上での入力を検出する方法 Pending JPH09212298A (ja)

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