JP2011221587A - 情報入力装置、情報入出力装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な検出精度を確保しつつ、消費電力を削減することが可能な情報入出力装置を提供する。
【解決手段】情報入出力装置１は、非可視光を発するレーザおよび可視光を発するを含むバックライト１１０と、バックライト１１０からの照明光を透過させると共に、受光要素（フォトセンサ１１４）および表示要素（液晶素子）を含む入出力パネル１０とを備え、フォトセンサ１１４がレーザの発振波長域に受光感度を有している。バックライト１１０のレーザから発せられ、入出力パネル１０を透過した光が、その入出力パネル１０に近接する物体を照明する。フォトセンサ１１４では、レーザ光に基づく物体の検出信号が取得される。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体の接触や近接により情報入力を行うことが可能な情報入力装置、情報入出力装置および電子機器に関する。
本発明は、

近年、光センサを用いて物体の位置等を検出する光学式の情報入力装置（タッチセンサ）が開発されている。このタッチセンサは、例えば近接する物体を照明するための光源と、光センサがマトリクス状に配設されたパネルとを有し、近接物体からの反射光を光センサにおいて受光することにより、物体検出がなされるようになっている。

このような光学式のタッチセンサは、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置に容易に搭載することができる。例えば、液晶ディスプレイは一般に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）を有する駆動基板と対向基板との間に液晶層を封止してなる液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを照明するバックライトを備えている。このような液晶ディスプレイに上記のような光学式のタッチセンサを搭載する場合、光センサを例えば駆動基板上のＴＦＴと同層に配設すると共に、液晶表示パネルからの画像表示光を利用して近接物体を照らすことができる。従って、装置全体の厚みを増大させることなく、また低コストでタッチセンサ内蔵型ディスプレイを実現することができる。

ところが、表示画像毎に液晶表示パネルからの出射光量が異なるために、上記のように画像表示光を利用して物体を照明する場合、物体への照明光量が表示画像毎に変化し、光センサへの到達光量にばらつきが生じる。即ち、物体への照明光量が表示画像に依存するため、検出に十分な光量が得られず、良好な検出精度を確保できないという問題がある。

そこで、画像表示用の光源（例えば白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode））とは別に、物体検出用の光源として赤外ＬＥＤを配設する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、導光板の側面に、白色ＬＥＤおよび赤外ＬＥＤをそれぞれ設け、各光を導光板に入射させて面発光を行う。物体検出時には、赤外ＬＥＤを点灯させることで、表示画像に依存することなく、十分かつ一定の光量で物体を照明することができる。

特開２００８−１４６１６５号公報

しかしながら、ＬＥＤは発光効率が低いため、物体検出に必要な照明光量を得るためには多大な電力を消費してしまう。また、環境光等の外光の影響を受けて、所望の検出信号を得られず、これによって良好な検出精度を確保できないという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、良好な検出精度を確保しつつ、消費電力を削減することが可能な情報入力装置、情報入出力装置および電子機器を提供することにある。

本発明の情報入力装置は、非可視光を発するレーザ素子を含む光源部と、光源部から発せられた光を透過させると共に受光素子を含む入力パネルとを備え、受光素子がレーザ素子の発振波長域に受光感度を有するものである。

本発明の情報入出力装置は、非可視光を発するレーザ素子および可視光を発する発光ダイオードを含む光源部と、光源部から発せられた光を透過させると共に、受光素子および表示素子を含む入出力パネルとを備え、受光素子がレーザ素子の発振波長域に受光感度を有するものである。

本発明の電子機器は、上記本発明の情報入力装置を備えたものである。

本発明の情報入力装置、情報入出力装置および電子機器では、光源部のレーザ素子から発せられ、入力パネル（入出力パネル）を透過した光は、その入力パネルに近接する物体を照明する。受光素子がレーザ素子の発振波長域に受光感度を有していることにより、受光素子では、レーザ光に基づく物体の検出信号が取得される。

本発明の情報入力装置、情報入出力装置および電子機器によれば、光源部が非可視光を発するレーザ素子を含み、入力パネル（入出力パネル）に設けられた受光素子が、そのレーザ素子の発振波長域に受光感度を有するので、レーザ素子を利用した物体検出が可能となる。即ち、多大な消費電力を要する発光ダイオードを使用することなく（または駆動することなく）、物体検出を行うことができる。また、レーザ素子を用いることにより、外光に比べて極めて高い出力を得られるため、無視できる程外光の影響を軽減できる。よって、良好な検出精度を確保しつつ、消費電力を削減することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る情報入出力装置の概略構成を表すブロック図である。 図１に示した入出力パネルおよびバックライトの概略構成を表す断面図である。 図２に示したフォトセンサの積層構造を表す断面図である。 図３に示したシリコン窒化膜の膜厚を変化させた各場合の受光波長と反射率の関係を表す特性図である。 図２に示したバックライトの概略構成を表す斜視図である。 レーザおよびＬＥＤにおける電流と出力の関係を表す特性図である。 レーザおよびＬＥＤにおける発振波長（発光波長）と出力の関係を表す特性図である。 図４に示したシリコン窒化膜の膜厚を変化させた各場合の受光波長とセンサ出力の関係を表す特性図である。 図８に示した特性評価の際に使用した光学系を説明するための模式図である。 変形例に係るバックライトの概略構成を表す斜視図である。 本発明の情報入出力装置の適用例１の外観を表す斜視図である。 （Ａ）は適用例２の表側から見た外観を表す斜視図であり、（Ｂ）は裏側から見た外観を表す斜視図である。 適用例３の外観を表す斜視図である。 適用例４の外観を表す斜視図である。 （Ａ）は適用例５の開いた状態の正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態の正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（導光板の光入射面に、画像表示用の白色ＬＥＤと物体検出用の赤外線レーザを配設した例）
２．変形例（インサート成形によりレーザを導光板に埋め込んだ例）
３．適用例１〜５（電子機器への適用例）

＜実施の形態＞
［情報入出力装置１の全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る情報入出力装置（情報入出力装置１）の概略構成を表すものである。図２は、入出力パネル１０およびバックライト１１０の断面構成を表すものである。情報入出力装置１は、例えば指やスタイラス等を用いて情報入力を行う、いわゆるタッチセンサ内蔵型ディスプレイである。この情報入出力装置１は、入出力パネル１０、表示信号処理部１２、受光信号処理部１３および画像処理部１４を備え、入出力パネル１０の背面には、バックライト１１０（図１には図示せず）を有する。これらの表示信号処理部１２、受光信号処理部１３、画像処理部１４およびバックライト１１０はそれぞれ、図示しない制御部により制御されるようになっている。

（バックライト１１０）
バックライト１１０は、例えば照明光源１１０Ａと、この照明光源１１０Ａから発せられる光に基づいて面発光を行う導光板１１０Ｂからなる。照明光源１１０Ａは、詳細は後述するが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップと、レーザチップとを含んでいる。これにより、バックライト１１０では、ＬＥＤ光およびレーザ光をそれぞれ同一の導光板１１０Ａへ入射させ、同一の発光面から出射させるようになっている。このバックライト１１０の詳細な構成については後述する。

（入出力パネル１０）
入出力パネル１０は、複数の画素１１がマトリクス状に配列されてなる液晶ディスプレイパネルであり、各画素１１は、表示要素ＣＷおよび受光要素ＣＲを含んでいる。表示要素ＣＷは、バックライト１１０からの照明光（後述のＬＥＤ１１０Ａ１からの可視光）を利用して画像を表示する液晶素子である。受光要素ＣＲは、後述のフォトセンサ１１４Ｂを含み、バックライト１１０からの照明光（後述のレーザ１１０Ａ２からの非可視光）に基づいて受光した光を電気信号として出力する受光素子である。尚、ここでは、各画素１１が、表示要素ＣＷおよび受光要素ＣＲを１つずつ有するが、全ての画素１１が受光要素ＣＲを有していなくともよく、受光要素ＣＲを間引いて設けるようにしてもよい。この入出力パネル１０およびバックライト１１０の詳細な構成については、後述する。

（表示信号処理部１２）
表示信号処理部１２は、表示データに基づく画像表示動作および受光動作を行うように入出力パネル１０を駆動する回路であり、例えば、表示信号保持制御部４０、表示側スキャナ４１、表示信号ドライバ４２および受光側スキャナ４３を備えている。表示信号保持制御部４０は、表示信号生成部４４から出力される表示信号を、例えばＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等のフィールドメモリに格納して保持すると共に、表示側スキャナ４１、表示信号ドライバ４２および受光側スキャナ４３の動作を制御するものである。具体的には、表示側スキャナ４１に表示タイミング制御信号、受光側スキャナ４３には受光タイミング制御信号をそれぞれ出力すると共に、表示信号ドライバ４２には、フィールドメモリに保持された表示信号に基づく１水平ライン分の表示信号を出力する。これにより、入出力パネルにおいて、線順次表示動作および受光動作が行われる。

表示側スキャナ４１は、表示信号保持制御部４０から出力される表示タイミング制御信号ＣＴＬ１に応じて、駆動対象の表示要素ＣＷを選択する機能を有する。具体的には、入出力パネル１０の各画素１１に接続された表示用ゲート線を介して表示用選択信号を供給し、表示素子選択スイッチを制御する。つまり、表示用選択信号によりある画素１１の表示素子選択スイッチがオン状態となる電圧が印加されると、その画素１１では表示信号ドライバ４２から供給された電圧に対応した輝度の表示動作がなされるようになっている。

表示信号ドライバ４２は、表示信号保持制御部４０から出力される１水平ライン分の表示信号に応じて駆動対象の表示要素ＣＷに表示データを供給する機能を有する。具体的には、入出力パネル１０の各画素１１に接続されたデータ供給線を介して、前述の表示側スキャナ４１により選択された画素１１に表示データに対応する電圧を供給する。

受光側スキャナ４３は、表示信号保持制御部４０から出力される受光タイミング制御信号ＣＴＬ２に応じて、駆動対象の受光要素ＣＲを選択する機能を有する。具体的には、入出力パネル１０の各画素１１に接続された受光用ゲート線を介して受光用選択信号を供給し、受光素子選択スイッチを制御する。つまり、前述の表示側スキャナ４１の動作と同様に、受光用選択信号によりある画素１１の受光素子選択スイッチがオン状態となる電圧が印加されると、その画素１１から検出された受光信号が受光信号レシーバ４５に出力されるようになっている。このような受光側スキャナ４３からは、受光信号レシーバ４５および受光信号保持部４６へ受光ブロック制御信号ＣＴＬ３が出力され、受光動作に寄与するブロックを制御する機能も有する。尚、本実施の形態では、前述の表示用ゲート線および受光用ゲート線はそれぞれ各画素１１に対して別個に接続され、表示側スキャナ４１および受光側スキャナ４３は互いに独立して動作可能となっている。

（受光信号処理部１３）
受光信号処理部１３は、受光要素ＣＲからの受光信号を取り込み、信号の増幅やフィルタ処理等を行うものであり、例えば、受光信号レシーバ４５および受光信号保持部４６を備えている。

受光信号レシーバ４５は、受光側スキャナ４３から出力される受光ブロック制御信号ＣＴＬ３に応じて、各受光要素ＣＲから出力された１水平ライン分の受光信号を取得する機能を有する。この受光信号レシーバ４５において取得された１水平ライン分の受光信号は、受光信号保持部４６へ出力される。

受光信号保持部４６は、受光側スキャナ４３から出力される受光ブロック制御信号ＣＴＬ３に応じて、受光信号レシーバ４５から出力される受光信号を、例えばＳＲＡＭ等のフィールドメモリに格納、保持するものである。受光信号保持部４６に格納された受光信号のデータは、画像処理部１４へ出力される。尚、この受光信号保持部４６はメモリ以外の記憶素子から構成されていてもよく、例えば受光信号をアナログデータ（電荷）として容量素子に保持しておくことも可能である。

（画像処理部１４）
画像処理部１４は、受光信号処理部１３から撮像画像データを取り込み、所定の画像処理を施すことにより、物体の位置等に関する情報（物体情報）を検出する回路である。具体的には、画像処理部１４は、撮像画像データに対し２値化や孤立点除去、ラベリング等の処理を行い、近接物体の位置座標や面積を算出する。

以下、入出力パネル１０およびバックライト１１０の詳細構成について説明する。

［入出力パネル１０の詳細構成］
入出力パネル１０は、図２に示したように、駆動基板１１３と対向基板１２０との間に液晶層１１７を挟み込んだものであり、駆動基板１１３および対向基板１２０の外側には、偏光板１１２および偏光板１２１が貼り合わせられている。駆動基板１１３上には、駆動基板１１３の表面を覆うように平坦化膜１１５が形成されており、この平坦化膜１１５上に画素電極１１６が配設されている。対向基板１２０の液晶層１５側には、対向電極１１８が有効表示領域のほぼ全面に渡って配設され、この対向電極１１８と対向基板１２０との間に、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のフィルタを含むカラーフィルタ層１１９が設けられている。画素電極１１６および対向電極１１８は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜からなり、これらの各表面（液晶層１１７側の面）には、図示しない配向膜が形成されている。液晶層１１７は、例えばＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード等の各種表示モードの液晶を含むものである。偏光板１１２および偏光板１２１は、例えば互いにクロスニコルの状態で配置されており、バックライト１１０からの光を電圧無印加状態（オフ状態）では遮断、電圧印加状態（オン状態）では透過させるようになっている。カバー１２２は、入出力パネル１０の表面を保護すると共に、指等の物体の接触面となるものである。

駆動基板１１３は、例えばガラス基板上に画素１１を駆動するための駆動回路、例えば前述した表示信号処理部１２および受光信号処理部１３が配設されたものである。これらの駆動回路は、ゲート線等の配線およびＴＦＴ（薄膜トランジスタ）（いずれも図示せず）を介して各画素電極１１６と接続されている。この駆動基板１１３上に、受光要素ＣＲとしてのフォトセンサ１１４が、例えば画素１１毎にマトリクス状に配設されている。

（フォトセンサ１１４）
図３は、フォトセンサ１１４の層構造の一例を表したものである。フォトセンサ１１４は、低屈折率を有する誘電体膜１１４５を、高屈折率を有する多結晶シリコン（ポリシリコン）層１１４３と、高屈折率を有する非晶質シリコン（アモルファスシリコン）層１１４６とにより挟み込んだものである。多結晶シリコン層１１４３と、誘電体膜１１４５との間には、例えばモリブデンよりなる反射膜１１４４が形成され、非晶質シリコン層１１４６の光入射側には、例えばＳｉＯよりなる光吸収層１１４７が形成されている。尚、多結晶シリコン層１１４３の裏面（反射膜１１４４と反対側の面）には、例えばトランジスタとの絶縁性を確保するための絶縁膜１１４１，１１４２（例えば、ＳｉＯ₂やＳｉＮ）が積層されている。

フォトセンサ１１４では、上記のような積層構造により、光閉じ込め効果を持つ共振構造（キャビティ構造）が実現される。即ち、フォトセンサ１１４では、入射光Ｌを、誘電体膜１１４５および非晶質シリコン層１１４６の界面Ｃ１と、誘電体膜１１４５および反射膜１１４４の界面Ｃ２との間で繰り返し反射させ、干渉させることにより、誘電体膜１１４５において光閉じ込めがなされる。この光閉じ込め効果により、フォトセンサ１１４における受光感度を高めることができる。また、本実施の形態では、フォトセンサ１１４の受光感度が、後述のレーザ１１０Ａ２の発振波長域において高められている。

ここで図４に、窒化シリコン（ＳｉＮ：屈折率１．５２）よりなる誘電体膜１１４５の膜厚を１５０ｎｍ〜２７５ｎｍの範囲において２５ｎｍ刻みで変化させた場合の、入射光Ｌの波長（ｎｍ）に対する反射率（％）の関係を示す。この際、多結晶シリコン層１１４３の厚みを４３ｎｍ（屈折率：３．６７）、非晶質シリコン層１１４６の厚みを５３ｎｍ（屈折率：４．０）とした。図４に示したように、誘電体膜１１４５の膜厚の変化によって、受光波長域が変化していることがわかる。即ち、フォトセンサ１１４における受光波長域は、誘電体膜１１４５の膜厚に依存する。従って、本実施の形態では、例えば、レーザ１１０Ａ２の発振波長域が８５０ｎｍ付近にある場合には、その波長８５０ｎｍに対して最も高反射率を示す誘電体膜１１４５の膜厚（ここでは２００ｎｍ）が選択される。このように、フォトセンサ１１４を、上記のような光閉じ込め効果を持つ共振構造とし、誘電体膜１１４５の膜厚を最適化することにより、フォトセンサ１１４における受光感度を所望の波長域（レーザ１１０Ａ２の発振波長域）において高めることができる。

このように、フォトセンサ１１４は、レーザ１１０Ａ２の発振波長域（例えば８５０ｎｍ付近）において、受光感度が（他の波長域よりも）高くなっていることが望ましい。レーザ１１０Ａ２の発振波長域以外の波長域の光、例えば外光等の影響を軽減することができるためである。

上記のような入出力パネル１０の光入射側、即ち入出力パネル１０とバックライト１１０との間には、光学機能層１１１が挿設されている。光学機能層１１１は、例えば拡散シート、拡散板およびプリズムシート等の各種光学シートを積層したものである。このような光学機能層１１１により、バックライト１１０から出射した光を均一でむらのない照明光として入出力パネル１０側へ取り出すことができる。

［バックライト１１０の詳細構成］
図５は、バックライト１１０の構成を表すものであり、（Ａ）は全体の構成、（Ｂ）は導光板１１０Ｂとレーザ１１０Ａ２との対向面付近を拡大したものである。バックライト１１０は、例えば導光板１１０Ｂの側面に設けられた照明光源１１０Ａからの入射光を内部で全反射させた後、例えばその上面から照明光Ｌ₀を発光（面発光）させるものである。

導光板１１０Ｂは、例えば平面形状が矩形の扁平な板状部材であり、例えばポリカーボネートやアクリル等の透明な樹脂材料からなる。導光板１１０Ｂの側面に照明光源１１０Ａが設けられ、上面が発光面となっている。導光板１１０Ｂの発光面に対向する底面には、複数の溝がパターン形成されており（溝パターン１１０Ｂ１）、この溝パターン１１０Ｂ１によって、導光板１１０Ｂ内を全反射によって伝播する光の全反射条件を崩し、上面から照明光Ｌ₀として出射させる。

照明光源１１０Ａは、例えばＬＥＤ１１０Ａ１と、レーザ１１０Ａ２とを含むものである。ＬＥＤ１１０Ａ１は、可視光を発するＬＥＤチップであり、画像表示用の光源である。このＬＥＤ１１０Ａ１は、例えば白色ＬＥＤである。白色ＬＥＤとしては、例えば赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの３色のＬＥＤチップを組み合わせ、これらの混色により擬似白色を実現するものが挙げられる。あるいは、青色ＬＥＤのパッケージ部分に例えばＹＡＧ蛍光体を塗布し、青色光の色変換によって生じる混色により擬似白色を実現するものでもよい。

レーザ１１０Ａ２は、非可視光を発するレーザダイオードチップであり、物体検出用の光源である。レーザ１１０Ａ２は、例えば波長７８０ｎｍ〜１０００ｎｍ、具体的には８５０ｎｍの光を出射する赤外レーザである。このようなレーザ１１０Ａ２としては、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系等の半導体レーザが挙げられる。

これらのＬＥＤ１１０Ａ１およびレーザ１１０Ａ２は、それぞれの放射面（出射面）が導光板１１０Ｂの側面に対向するように配設されている。但し、本実施の形態では、導光板１１０Ｂのレーザ１１０Ａ２との対向面（入光面）にのみ、入射光の放射角を拡大するようなプリズム加工が施されている。

例えば、図５（Ｂ）に示したように、導光板１１０Ｂのレーザ１１０Ａ２との対向面には、複数（ここでは３つ）の凹部１１０Ｂ２が形成されている。凹部１１０Ｂ２は、例えば半円柱状に湾曲した面形状を有している。レーザ光の放射角は、一般に２０°〜３０°程度と狭いが、そのような凹部１１０Ｂ２を設けることにより、レーザ光を屈折させ、大きな放射角で導光板１１０Ｂへ入射させることができる。これにより、導光板１１０Ｂ内では光線が広範囲に分散されるため、均一な面発光を得易くなる。尚、導光板１１０Ｂとレーザ１１０Ａ２との間の領域は、空隙（空気）であってもよいし、接着層によって充填されていてもよい。即ち、レーザ１１０Ａ２は、導光板１１０Ｂの側面側に置かれているだけでもよいし、側面に例えば接着層によって密着されていてもよい。また、凹部１１０Ｂ２の面形状は、レーザ光の放射角を拡大できるような構造であれば、上記のような半円柱状の湾曲面に限定されない。例えば、半球状であってもよいし、三角柱状であってもよい。

一方、導光板１１０ＢのＬＥＤ１１０Ａ１との対向面（入光面）は、そのような加工は施されておらず、平坦面となっている。ＬＥＤ光は、放射角が一般に半値角で１２０°程度もあるため、全方位に拡がり易い。このため、ＬＥＤ１１０Ａ１は、ＬＥＤ光を導光板１１０Ｂ内へ確実に入射させるために、導光板１１０Ｂに密着して設けられることが望ましい。

このようなバックライト１１０は、例えば次のようにして形成することができる。即ち、まず、例えば射出成形法により樹脂材料を平板状に成形して導光板１１０Ｂを形成した後、この導光板１１０Ｂの底面に溝パターン１１０Ｂ１、側面の一部（レーザ１１０Ａ２との対向面）に凹部１１０Ｂ２をそれぞれ、例えば切削により形成する。このようにして形成した導光板１１０Ｂの側面の凹部１１０Ｂ２にレーザ１１０Ａ２を向かい合わせて配設し、側面の平坦な面にはＬＥＤ１１０Ａ１を向かい合わせて配設する。必要により、導光板１１０ＢおよびＬＥＤ１１０Ａ１同士、導光板１１０Ｂおよびレーザ１１０Ａ２同士を、それぞれ接着する。

［情報入出力装置１の作用・効果］
（表示動作）
情報入出力装置１では、表示データが、外部から表示信号処理部１２に入力されると、表示信号処理部１２は、その表示データに基づいて入出力パネル１０を表示駆動する。これにより、入出力パネル１０では、バックライト１１０からの照明光を用いた表示要素ＣＷによる画像表示が行われる。ここで、バックライト１１０は可視光を発するＬＥＤ１１０Ａ１と、非可視光を発するレーザ１１０Ａ２とを含むが、画像表示の際には、ＬＥＤ１１０Ａ１を点灯して、入出力パネル１０を照明する。

（検出動作）
一方、表示信号処理部１２が、入出力パネル１０を受光駆動することにより、入出力パネル１０では、バックライト１１０からの照明光を用いた受光要素ＣＲ（フォトセンサ１１４）による受光動作（検出動作）が行われる。但し、この受光動作の際には、バックライト１１０においてレーザ１１０Ａ２を点灯する。このとき、入出力パネル１０の入力画面（カバー１２２の表面）に、指等の物体が接触または近接している場合、バックライト１１０からの照明光（レーザ光に基づく照明光）によって物体が照明される。フォトセンサ１１４が、レーザ１１０Ａ２の発振波長域に受光感度を有することにより、レーザ光に基づく物体の受光信号が得られる。このように、本実施の形態では、レーザ１１０Ａ２を用いた検出動作が可能となる。

ここで、図６に、赤外レーザおよび赤外ＬＥＤの電流（ｍＡ）と出力（μＷ）の関係をそれぞれ示す。このように、赤外レーザでは、赤外ＬＥＤに比べ、少ない電流でより大きな光量（出力）を得ることができる。例えば、それぞれを１０ｍＡで駆動した場合、赤外レーザでは、必要な電力を赤外ＬＥＤの約１／２〜１／３以下にまで抑えることができる。

ところで、レーザの発振波長域は、ＬＥＤの発光波長域に比べて狭い。例えば、図７に、８５０ｎｍ付近にそれぞれ発振（発光）のピークを有するレーザおよびＬＥＤにおける波長（ｎｍ）と出力（μＷ／ｃｍ²／ｎｍ）の関係を示す。但し、駆動電流は５ｍＡとした。このように、レーザの出力は、８５０ｎｍ付近に集中しているのに対し、ＬＥＤの出力は、８００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の比較的広い範囲に分布している。本実施の形態では、フォトセンサ１１４が光閉じ込め効果を持つ共振構造を有しているため、前述のように、レーザ１１０Ａ２の発振波長域、例えば８５０ｎｍ付近の受光感度を高くすることができる。このため、例えば８５０ｎｍに発振ピークを有する上記のようなレーザ光を効率的に受光可能となる。よって、より小さな電力で検出に必要な光量を得ることができる。また、レーザ光は、外光等の環境光に比べ圧倒的に高い出力であるため、実質的に外光の影響を無視できる程軽減することが可能となる。

また、レーザ１１０Ａ２では、ＬＥＤに比べて大きな出力を得られることから、物体検出時におけるレーザ１１０Ａ２を常時点灯させておかなくとも、十分な検出光量を確保することができる。即ち、バックライト１１０において、レーザ１１０Ａ２を、点灯動作および消灯動作を交互に所定のデューティで行うことにより、時間的に間欠駆動させてもよい。点灯時間を消灯時間に比べて短い時間に設定することで、消費電力を削減し、外光の影響を軽減できるだけでなく、例えば動きの早い物体を検知する場合等において、擬似信号の発生を抑制することができる。受光タイミングが時間的に間引かれることとなるため、連続的に動いている物体のある瞬間を捉え易くなり、静止物体として認識し易くなるためである。

図８は、上記のような入出力パネル１０を試作し、フォトセンサ１１４からの出力を測定したものである。測定に際しては、図９に示したように、入出力パネル１０にＸｅランプを用いて光を照射し、その波長を変化させた。また、フォトセンサ１１４としては、図３に示した共振構造において誘電体膜１１４５（ＳｉＮ）の膜厚Ｂをそれぞれ２００ｎｍ，２２５ｎｍ，２５０ｎｍ，２７５ｎｍとした。この場合にも、８５０ｎｍ付近において最もセンサ出力（受光感度）が高くなったのは、ＳｉＮの膜厚Ｂを２００ｎｍとした例であった。但し、図８における“ＲＥＦ”は、共振構造を有しない一般的なフォトセンサ（即ち、誘電体膜１１４５および非晶質シリコン層１１４６の無い構造）からの出力を表している。

このようにして得られた受光信号に対し、受光信号処理部１３は、増幅等の処理を行って撮像画像を生成し、画像処理部１４へ出力する。画像処理部１４は、受光信号処理部１３から入力された撮像画像に対し、２値化処理、孤立点除去処理およびラベリング処理等を施すことにより、物体の位置座標や面積等の物体情報を取得する。以上のように、入出力パネル１０では、画像表示および物体検出がなされる。

以上のように、本実施の形態では、バックライト１１０が非可視光（例えば赤外光）を発するレーザ１１０Ａ２を含み、入出力パネル１０に設けられたフォトセンサ１１４が、そのレーザ１１０Ａ２の発振波長域に受光感度を有するので、レーザ１１０Ａ２を利用した物体検出が可能となる。即ち、多大な消費電力を要するＬＥＤを使用することなく（または駆動することなく）、物体検出を行うことができる。また、レーザ光は、外光等の環境光に比べ圧倒的に高い出力であるため、実質的に外光の影響を無視できる程軽減することが可能となる。よって、良好な検出精度を確保しつつ、消費電力を削減することが可能となる。

＜変形例＞
以下、上記実施の形態のバックライト１１０の変形例について説明する。尚、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１０は、変形例に係るバックライト（バックライト１３０）の構成を表すものであり、（Ａ）は全体の構成、（Ｂ）は導光板１１０Ｂと照明光源１１０Ａとの対向面付近を拡大したものである。バックライト１３０は、上記実施の形態のバックライト１１０と同様、導光板１１０Ｂ側面に、ＬＥＤ１１０Ａ１とレーザ１１０Ａ２とを含む照明光源１１０Ａが設けられたものであり、ＬＥＤ光とレーザ光とが同一の導光板１１０Ｂに入射して、上面から照明光Ｌ₀として出射するようになっている。

但し、本変形例では、導光板１１０Ｂの側面の一部にレーザ１１０Ａ２が埋め込まれている。例えば、図５（Ｂ）に示したように、導光板１１０Ｂの側面の一部が突出しており（突出部１１０Ｂ３）、その突出部１１０Ｂ３にレーザ１１０Ａ２が内設されている。一方、ＬＥＤ１１０Ａ１は、例えば導光板１１０Ｂの側面の一部に対向して配設されると共に、導光板１１０Ｂと接着層１３１によって密着されている。

このようなバックライト１３０は、例えば次のようにして形成することができる。即ち、まず、例えば射出成形により樹脂材料を平板状に成形して導光板１１０Ｂを形成する際、次のようなインサート成形法によりレーザ１１０Ａ２を埋め込む。例えば、射出成形機では、溶融させた樹脂材料をキャビティ（型）に流し込んだ後、冷却固化させることにより、平板状に成形するが、樹脂材料をキャビティに流し込む前に、予めレーザ１１０Ａ２をキャビティ内に挿入しておく。レーザ１１０Ａ２を挿入した後に樹脂材料を流し込み、固化させることで、レーザ１１０Ａ２が埋め込まれた導光板１１０Ｂを形成することができる。この後、導光板１１０Ｂの側面の平坦面にＬＥＤ１１０Ａ１を向かい合わせて配設し、導光板１１０ＢおよびＬＥＤ１１０Ａ１同士を接着層１３１により密着させる。

本変形例のバックライト１３０においても、画像表示時にはＬＥＤ１１０Ａ１、物体検出時にはレーザ１１０Ａ２をそれぞれ点灯させることにより、上記実施の形態のバックライト１１０と同様の機能を発揮する。但し、本変形例では、導光板１１０Ｂの一部にレーザ１１０Ａ２が埋め込まれており、レーザ１１０Ａ２と導光板１１０Ｂとの間には界面が存在しない。従って、界面による光損失をなくすことができる。また、前述のようにレーザ光の放射角は２０°〜３０°と非常に狭いため、後述のＬＥＤ光と異なり、界面がなくとも光が導光板の外に逃げることがない。また、レーザ１１０Ａ２を導光板１１０Ｂにインサート成形により埋め込むことで、導光板１１０Ｂを成形工程と、レーザ１１０Ａ２の取り付けを一括して行うことができ、製造プロセスが簡易化する。

一方、ＬＥＤ１１０Ａ１については、導光板１１０Ｂの側面に対向して配設されており、導光板１１０Ｂとの間に界面が存在する。前述のように、ＬＥＤ光は放射角が広いので、仮に導光板１１０Ｂに埋め込んで界面をなくしてしまうと、導光板１１０Ｂ内では、ＬＥＤ１１０Ａ１から、全方位に向かって、ＬＥＤ光が放射されることとなる。そのため、ＬＥＤ１１０Ａ１から発せられた光のうち全反射条件を満たすのはごく一部の光に限られ、大部分は導光板１１０Ｂの外へ逃げてしまう。従って、ＬＥＤ１１０Ａ１と導光板１１０Ｂとの間に界面があれば、この界面を介して一旦導光板に入射した光は全反射条件を満たすため、入射後の光損失がなくなる。但し、導光板１１０Ｂに入射前の段階では、ＬＥＤ光の広がりによって光損失が生じ易いので、ＬＥＤ１１０Ａ１と導光板１１０Ｂを接着層１３１等により密着させることが望ましい。

＜適用例＞
次に、図１１〜図１５を参照して、上記実施の形態で説明した情報入出力装置の適用例について説明する。上記情報入出力装置は、テレビジョン装置，デジタルカメラ，ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、上記情報入出力装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。

（適用例１）
図１１は、テレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル５１１およびフィルターガラス５１２を含む映像表示画面部５１０を有しており、この映像表示画面部５１０が、上記実施の形態に係る情報入出力装置に相当する。

（適用例２）
図１２は、デジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部５２１、表示部５２２、メニュースイッチ５２３およびシャッターボタン５２４を有しており、その表示部５２２が、上記実施の形態に係る情報入出力装置に相当する。

（適用例３）
図１３は、ノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体５３１，文字等の入力操作のためのキーボード５３２および画像を表示する表示部５３３を有しており、その表示部５３３が、上記実施の形態に係る情報入出力装置に相当する。

（適用例４）
図１４は、ビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部５４１，この本体部５４１の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ５４２，撮影時のスタート／ストップスイッチ５４３および表示部５４４を有している。この表示部５４４が、上記実施の形態に係る情報入出力装置に相当する。

（適用例５）
図１５は、携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体７１０と下側筐体７２０とを連結部（ヒンジ部）７３０で連結したものであり、ディスプレイ７４０，サブディスプレイ７５０，ピクチャーライト７６０およびカメラ７７０を有している。そのディスプレイ７４０またはサブディスプレイ７５０が、上記実施の形態に係る情報入出力装置に相当する。

以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、バックライトとして導光板の側面にレーザおよびＬＥＤを１つずつ配設したものを例に挙げたが、バックライトの構成はこれに限定されない。例えば、レーザおよびＬＥＤをそれぞれ複数配列してもよいし、これらを導光板の異なる側面にそれぞれ配設してもよい。

また、上記実施の形態等では、表示機能と検出機能（受光機能）とが一体化された入出力パネルを備えた情報入出力装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば表示装置にタッチセンサが外付けされてなる情報入出力装置にも適用可能である。加えて、本発明は、必ずしも表示機能（表示要素）を有していなくともよい。即ち、検出機能（受光要素）のみを有する入力パネルを備えた情報入力装置（撮像装置）にも適用可能である。また、そのような入力パネルと、表示機能を有する出力パネル（表示パネル）とを、別々に設けるようにしてもよい。

１…情報入出力装置、１０…入出力パネル、１１…画素、ＣＷ…表示要素、ＣＲ…受光要素、１２…表示信号処理部、１３…受光信号処理部、１４…画像処理部、１１０…バックライト、１１０Ａ…照明光源、１１０Ａ１…ＬＥＤ、１１０Ａ２…レーザ、１１０Ｂ…導光板、１１１…光学機能層、１１２，１２１…偏光板、１１３…駆動基板、１１４…フォトセンサ、１１５…平坦化膜、１１６…画素電極、１１７…液晶層、１１８…対向電極、１１９…カラーフィルタ層、１２０…対向基板。

Claims (20)

1. 非可視光を発するレーザ素子を含む光源部と、
   前記光源部から発せられた光を透過させると共に、受光素子を含む入力パネルとを備え、
   前記受光素子は、前記レーザ素子の発振波長域に受光感度を有する
   情報入力装置。
2. 前記レーザ素子は赤外レーザである
   請求項１に記載の情報入力装置。
3. 前記レーザ素子の発振波長のピークは８５０ｎｍ付近にある
   請求項２に記載の情報入力装置。
4. 前記受光素子は、光閉じ込め効果を持つ共振構造を有する
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の情報入力装置。
5. 前記受光素子は、前記共振構造として、
   低屈折率を有する誘電体膜と、
   それぞれが高屈折率を有すると共に、前記誘電体膜を挟んで設けられた多結晶シリコン膜および非晶質シリコン膜と、
   前記多結晶シリコン膜と前記誘電体膜との間に設けられた反射膜と
   を含む
   請求項４に記載の情報入力装置。
   
6. 前記光源部は、前記レーザ素子から発せられた光に基づいて面発光を行う導光板を有する
   請求項１に記載の情報入力装置。
7. 前記レーザ素子は、前記導光板の一部と対向して配設され、
   前記導光板の前記レーザ素子との対向面は１または複数の凹みを有する
   請求項６に記載の情報入力装置。
8. 前記レーザ素子は、前記導光板の一部に埋め込まれている
   請求項６に記載の情報入力装置。
9. 前記レーザ素子は、前記導光板の一部に複数配設されている
   請求項６に記載の情報入力装置。
10. 前記光源部の発光動作を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、前記光源部を時間的に間欠駆動する
    請求項１に記載の情報入力装置。
11. 非可視光を発するレーザ素子、および可視光を発する発光ダイオードを含む光源部と、
    前記光源部から発せられた光を透過させると共に、受光素子および表示素子を含む入出力パネルとを備え、
    前記受光素子は、前記レーザ素子の発振波長域に受光感度を有する
    情報入出力装置。
12. 前記レーザ素子は赤外レーザであり、
    前記発光ダイオードは白色発光ダイオードである
    請求項１１に記載の情報入出力装置。
13. 前記レーザ素子の発振波長のピークは８５０ｎｍ付近にある
    請求項１２に記載の情報入出力装置。
14. 前記受光素子は、光閉じ込め効果を持つ共振構造を有する
    請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の情報入出力装置。
15. 前記受光素子は、前記共振構造として、
    低屈折率を有する誘電体膜と、
    それぞれが高屈折率を有すると共に、前記誘電体膜を挟んで設けられた多結晶シリコン膜および非晶質シリコン膜と、
    前記多結晶シリコン膜と前記誘電体膜との間に設けられた反射膜と
    を含む
    請求項１４に記載の情報入出力装置。
16. 前記光源部は、前記レーザ素子および前記発光ダイオードから発せられた光に基づいて面発光を行う導光板を有する
    請求項１１に記載の情報入出力装置。
17. 前記レーザ素子および前記発光ダイオードはそれぞれ、前記導光板の一部と対向して配設され、
    前記導光板の前記レーザ素子との対向面は１または複数の凹みを有し、
    前記導光板の前記発光ダイオードとの対向面は平坦となっている
    請求項１６に記載の情報入出力装置。
18. 前記レーザ素子は前記導光板の一部に埋め込まれ、
    前記発光ダイオードは、前記導光板の他の一部に対向して配設されている
    請求項１６に記載の情報入出力装置。
19. 前記光源部の発光動作を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、前記レーザ素子を時間的に間欠駆動する
    請求項１１に記載の情報入出力装置。
20. 非可視光を発するレーザ素子を含む光源部と、
    前記光源部から発せられた光に基づき面発光を行う導光板と、
    前記光源部から発せられた光を透過させると共に、受光素子を含む入力パネルとを備え、
    前記受光素子は、前記レーザ素子の発振波長域に受光感度を有する
    情報入力装置を備えた電子機器。

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