JP2013235545A - 光学式タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子のノイズを低減した光学式タッチパネルを提供することである。
【解決手段】各発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ、３Ｘ”−ｂ、３Ｙ”−ａ、３Ｙ”−ｂは同一構成をなしており、縦置きした発光素子たとえばＬＥＤ素子３１及び受光素子たとえばフォトトランジスタ３２によって構成されている。従って、反射型フォトインタラプタ技術を利用して物体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを検出できる。たとえば、発光受光パッケージ３Ｘ”−ａのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｘ１は表示面上の物体Ａによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、また、発光受光パッケージ３Ｙ”−ａのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｙ１は表示面上の物体Ａによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、これにより、反射光Ｌ_Ｘ１、Ｌ_Ｙ１の有無によって物体Ａが座標（Ｘ１，Ｙ１）上に存在するか否かを判別できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学式タッチパネルに関する。

図８は第１の従来の光学式タッチパネルを示す上面図である。

図８において、１は表示面を規定するガラス基板、たとえば液晶表示装置の上側ガラス基板であって、その上には２つの基板２Ｘ−ａ、２Ｘ−ｂがＸ方向で対向配列され、他方、２つの基板２Ｙ−ａ、２Ｙ−ｂがＹ方向で対向配列されている。

基板２Ｘ−ａ上には、Ｘ方向発光素子たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）素子３Ｘ−ａが等間隔で配列されている。また、基板２Ｘ−ｂ上には、Ｘ方向受光素子たとえばフォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂが各ＬＥＤ素子３Ｘ−ａに対向して等間隔で配列されている。

他方、基板２Ｙ−ａ上には、Ｙ方向発光素子たとえばＬＥＤ素子３Ｙ−ａが等間隔で配列されている。また、基板２Ｙ−ｂ上には、Ｙ方向受光素子たとえばフォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂが各ＬＥＤ素子３Ｙ−ａに対向して等間隔で配列されている。

ＬＥＤ素子３Ｘ−ａから発射した光Ｌ_Ｘ１は、表示面上を通過し、フォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂに到達する。この場合、表示面上に物体たとえば指が存在すると、光Ｌ_Ｘ１は遮断されてフォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂに到達しない。従って、フォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂが光Ｌ_Ｘ１を検出するか否かによって物体Ａが光Ｌ_Ｘ１の座標Ｘ１上に存在するか否かを判別できる。他方、ＬＥＤ素子３Ｙ−ａから発射した光Ｌ_Ｙ１は、表示面上を通過してフォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂに到達する。この場合、表示面上に物体Ａたとえば指が存在すると、光Ｌ_Ｙ１は遮断されてフォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂに到達しない。従って、フォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂが光Ｌ_Ｙ１を検出するか否かによって物体Ａが光Ｌ_Ｙ１の座標Ｙ１上に存在するか否かを判別できる。

このように、光Ｌ_Ｘ１、光Ｌ_Ｙ１の有無によって物体Ａが座標（Ｘ１，Ｙ１）上に存在するか否かを判別できる。

しかしながら、図８の光学式タッチパネルにおいて、物体Ａ以外に物体Ｂ、Ｃ、Ｄが同時存在した場合、光Ｌ_Ｘ１、Ｌ_Ｘ２、の検出光と光Ｌ_Ｙ１、光Ｌ_Ｙ２の検出光とは直交しているので、物体Ｂ、Ｃは物体Ａの影となって検出できず、また、物体Ｄは物体Ｂ、Ｃの影となって検出できない。つまり、２本以上の指のマルチタッチが不可能であった。

図９は第２の従来の光学式タッチパネルを示す上面図である。

図９においては、図８のＬＥＤ素子３Ｘ−ａ、フォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂ、ＬＥＤ素子３Ｙ−ａ及びフォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂを発光受光パッケージ３Ｘ’−ａ、３Ｘ’−ｂ、３Ｙ’−ａ、３Ｙ’−ｂに置換したものである。各発光受光パッケージ３Ｘ’−ａ、３Ｘ’−ｂ、３Ｙ’−ａ、３Ｙ’−ｂは同一構成をなしており、横置きした発光素子たとえばＬＥＤ素子３１及び受光素子たとえばフォトトランジスタ３２によって構成されている。従って、反射型フォトインタラプタ技術を利用して物体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを検出できる。

たとえば、発光受光パッケージ３Ｘ’−ａのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｘ１は表示面上の物体Ａによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、また、発光受光パッケージ３Ｙ’−ａのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｙ１は表示面上の物体Ａによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、これにより、反射光Ｌ_Ｘ１、Ｌ_Ｙ１の有無によって物体Ａが座標（Ｘ１，Ｙ１）上に存在するか否かを判別できる。

また、発光受光パッケージ３Ｘ’−ａのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｘ２は表示面上の物体Ｂによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、また、発光受光パッケージ３Ｙ’−ｂのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｙ２は表示面上の物体Ｂによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、これにより、反射光Ｌ_Ｘ２、Ｌ_Ｙ２の有無によって物体Ｂが座標（Ｘ２，Ｙ２）上に存在するか否かを判別できる。

さらに、発光受光パッケージ３Ｘ’−ｂのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｘ３は表示面上の物体Ｃによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、また、発光受光パッケージ３Ｙ’−ｂのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｙ３は表示面上の物体Ｃによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、これにより反射光Ｌ_Ｘ３、Ｌ_Ｙ３の有無によって物体Ｃが座標（Ｘ３，Ｙ３）上に存在するか否かを判別できる。

さらにまた、発光受光パッケージ３Ｘ’−ｂのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｘ４は表示面上の物体Ｄによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、また、発光受光パッケージ３Ｙ’−ｂのＬＥＤ素子３１から発射した光Ｌ_Ｙ４は表示面上の物体Ｄによって反射されてそのフォトトランジスタ３２に到達し、これにより、反射光Ｌ_Ｘ４、Ｌ_Ｙ４の有無によって物体Ｄが座標（Ｘ４，Ｙ４）上に存在するか否かを判別できる。

しかしながら、上述の図９に示す第２の従来の光学式タッチパネルにおいては、発光受光パッケージ３Ｘ’−ａ、３Ｘ’−ｂ、３Ｙ’−ａ、３Ｙ’−ｂのＬＥＤ素子３１の配光特性及びフォトトランジスタ３２の配光特性が左右にずれてフォトトランジスタ３２のノイズが大きくなるという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る光学式タッチパネルは、表示装置の表示面上に対向配列された複数の発光受光パッケージを具備し、各発光受光パッケージは表示面に対して縦置された一対の発光素子及び受光素子を有し、各発光受光パッケージの発光素子は表示面上に対向配列された発光受光パッケージの受光素子と対向している。これにより、発光受光パッケージの発光素子の配光特性及び受光素子の配光特性が左右にずれても受光素子のノイズは大きくならない。

また、発光受光パッケージの光出射／光入射方向に対向したライトガイドレンズを具備する。これにより、発光受光パッケージの光の導光作用及び集光作用を果たす。

さらに、各発光受光パッケージは、発光素子及び受光素子が搭載された基板と、発光素子及び受光素子を樹脂封止する樹脂層とを具備する。この場合、発光素子に対向する樹脂層の表面は発光素子の面に対して傾斜させて発光素子の光の受光素子への戻りを抑制する。あるいは、樹脂層の発光素子と受光素子とに対して区分する反射層を設ける。これにより、発光受光パッケージ内の内部ノイズが低減する。

本発明によれば、発光受光パッケージの発光素子の配光特性及び受光素子の配光特性が左右にずれても受光素子のノイズを抑制できる。

本発明に係る第１の光学式タッチパネルの実施の形態を示す上面図である。 図１の発光受光パッケージの斜視図である。 図１のIII-III線断面図である。 本発明に係る光学式タッチパネルの第２の実施の形態を示す上面図である。 図４のV-V線断面図である。 図５の発光受光パッケージの変更例を示す図である。 図１、図４の光学式タッチパネルの動作を説明するためのタイミング図である。 第１の従来のタッチパネルを示す上面図である。 第２の従来のタッチパネルを示す上面図である。

図１は本発明に係る光学式タッチパネルの第１の実施の形態を示す上面図である。

図１において、図９の各発光受光パッケージ３Ｘ’−ａ、３Ｘ’−ｂ、３Ｙ’−ａ、３Ｙ’−ｂを発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ、３Ｘ”−ｂ、３Ｙ”−ａ、３Ｙ”−ｂに置換したものである。各発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ、３Ｘ”−ｂ、３Ｙ”−ａ、３Ｙ”−ｂにおいては、ＬＥＤ素子３１及びフォトダイオード３２が縦置きされており、従って、ＬＥＤ素子３１の配光特性及びフォトダイオード３２の配光特性が左右にずれても、フォトトランジスタ３２のノイズは大きくならない。

図２は図１の発光受光パッケージを示し、（Ａ）は発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ（３Ｙ”−ａ）の斜視図、（Ｂ）発光受光パッケージ３Ｘ”−ｂ（３Ｙ”−ｂ）の斜視図である。

図２の（Ａ）に示すように、発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ（３Ｙ”−ａ）においては、基板３０上にＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ３２が実装され、ＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ３２が樹脂層３３によって樹脂封止されている。この場合、ＬＥＤ素子３１が上側でフォトトランジスタ３２が下側に縦置にされている。

他方、図２の（Ｂ）に示すように、発光受光パッケージ３Ｘ”−ｂ（３Ｙ”−ｂ）においても、基板３０上にＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ３２が実装され、ＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ３２が樹脂層３３によって樹脂封止されているが、この場合、ＬＥＤ素子３１が下側でフォトトランジスタ３２が上側に縦置にされている。

図３は図１のIII-III線断面図である。

図３に示すように、発光受光パッケージ３Ｘ”−ａのＬＥＤ素子３１と発光受光パッケージ３Ｘ”−ｂのフォトトランジスタ素子３２とが対向配列され、また、発光受光パッケージ３Ｘ”−ｂのＬＥＤ素子３１と発光受光パッケージ３Ｘ”−ａのフォトトランジスタ素子３２とが対向配列されている。

従って、図１の光学式タッチパネルは図９の光学式タッチパネルと同様の動作を行う。しかし、図１の光学式タッチパネルにおいては、ＬＥＤ素子３１の配光特性及びフォトトランジスタ３２の配光特性が縦方向にずれると、フォトトランジスタ素子３２のノイズが大きくなることがある。

図４は本発明に係る光学式タッチパネルの第２の実施の形態を示す上面図である。図４においては、図１の発光受光パッケージ３Ｘ”−ａに対して１つのライトガイドレンズ４Ｘ−ａを設け、発光受光パッケージ３Ｘ’−ｂに対して１つのライトガイドレンズ４Ｘ−ｂを設け、発光受光パッケージ３Ｙ”−ａに対して１つのライトガイドレンズ４Ｙ−ａを設け、発光受光パッケージ３Ｙ’−ｂに対して１つのライトガイドレンズ４Ｙ−ｂを設けている。

図５は図４のV-V線断面図である。

図５の（Ａ）に示すように、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａ、４Ｘ−ｂの入出射面の少なくとも１つは横から見て２つの凸状あるいはＲ状となっている。これにより、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａ、４Ｘ−ｂの中央部分は導光作用をなし、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａ、４Ｘ−ｂの凸状部分は集光作用をなす。

また、図５の（Ａ）においては、発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ、３Ｘ”−ｂのＬＥＤ素子３１に対向する樹脂層３３の表面を傾斜させている。これにより、ＬＥＤ素子３１から発射された光が樹脂層３３の表面を反射して自分のフォトトランジスタ素子３２へのノイズとして戻り入射を抑制する。

また、図５の（Ｂ）に示すように、ライトガイドレンズ４Ｘ’−ａ、４Ｘ’−ｂの入出射面の１つは横から見て１つの凸状あるいはＲ状となっており、他の１つはＶ字状をなしている。これにより、ライトガイドレンズ４Ｘ’−ａ、４Ｘ’−ｂの中央部分は導光作用をなし、ライトガイドレンズ４Ｘ’−ａ、４Ｘ’−ｂの凸状部分及びＶ字状部分は集光作用をなす。

また、図５の（Ｂ）においても、発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ、３Ｘ”−ｂのＬＥＤ素子３１に対向する樹脂層３３の表面を傾斜させている。これにより、ＬＥＤ素子３１から発射された光が樹脂層３３の表面を反射して自分のフォトトランジスタ素子３２へのノイズとして戻りを抑制する。

図６は図５の発光受光パッケージ３Ｘ”−ａの変更例を示す図である。図６に示すように、樹脂層３３の表面を傾斜させる代りに、樹脂層３３をＬＥＤ素子３１、フォトトランジスタ素子３２に対して区分するように反射層６１を設けたものである。

図７は図１、図４の光学式タッチパネルの動作を説明するためのタイミング図である。すなわち、発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ（３Ｙ”−ａ）のＬＥＤ素子３１と発光受光パッケージ３Ｘ”−ｂ（３Ｙ”−ｂ）のＬＥＤ素子３１とを同時に動作させないように、時分割動作させると共に、フォトトランジスタ素子３２はＬＥＤ素子３１からの透過光及び物体からの反射光を検出するために常に同期動作させる。

１：ガラス基板
２Ｘ−ａ、２Ｘ−ｂ，２Ｙ−ａ、２Ｙ−ｂ：基板
３Ｘ−ａ、３Ｙ−ａ：LED素子
３Ｘ−ｂ、３Ｙ−ｂ：フォトトランジスタ素子
３Ｘ’−ａ、３Ｘ’−ｂ、３Ｙ’−ａ、３Ｙ’−ｂ、３Ｘ”−ａ、３Ｘ”−ｂ、３Ｙ”−ａ、３Ｙ”−ｂ：発光受光パッケージ
４Ｘ−ａ、４Ｘ−ｂ，４Ｙ−ａ、４Ｙ−ｂ：ライトガイドレンズ
３０：基板
３１：ＬＥＤ素子
３２：フォトトランジスタ素子
３３：樹脂層
６１：反射層

図８において、１は表示面を規定するガラス基板、たとえば液晶表示装置の上側ガラス基板であって、その上には２つの基板２Ｘ−ａ、２Ｘ−ｂがＹ方向で対向配列され、他方、２つの基板２Ｙ−ａ、２Ｙ−ｂがＸ方向で対向配列されている。

しかしながら、図８の光学式タッチパネルにおいて、物体Ａ以外に物体Ｂ、Ｃ、Ｄが同時存在した場合、光Ｌ_Ｘ１、Ｌ _Ｘ２ の検出光と光Ｌ_Ｙ１、光Ｌ_Ｙ２の検出光とは直交しているので、物体Ｂ、Ｃは物体Ａの影となって検出できず、また、物体Ｄは物体Ｂ、Ｃの影となって検出できない。つまり、２本以上の指のマルチタッチが不可能であった。

図１において、図９の各発光受光パッケージ３Ｘ’−ａ、３Ｘ’−ｂ、３Ｙ’−ａ、３Ｙ’−ｂを発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ、３Ｘ”−ｂ、３Ｙ”−ａ、３Ｙ”−ｂに置換したものである。各発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ、３Ｘ”−ｂ、３Ｙ”−ａ、３Ｙ”−ｂにおいては、ＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ素子３２が縦置きされており、従って、ＬＥＤ素子３１の配光特性及びフォトトランジスタ素子３２の配光特性が左右にずれても、フォトトランジスタ素子３２のノイズは大きくならない。

図２の（Ａ）に示すように、発光受光パッケージ３Ｘ”−ａ（３Ｙ”−ａ）においては、基板３０上にＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ素子３２が実装され、ＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ素子３２が樹脂層３３によって樹脂封止されている。この場合、ＬＥＤ素子３１が上側でフォトトランジスタ素子３２が下側に縦置にされている。

他方、図２の（Ｂ）に示すように、発光受光パッケージ３Ｘ”−ｂ（３Ｙ”−ｂ）においても、基板３０上にＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ素子３２が実装され、ＬＥＤ素子３１及びフォトトランジスタ素子３２が樹脂層３３によって樹脂封止されているが、この場合、ＬＥＤ素子３１が下側でフォトトランジスタ素子３２が上側に縦置にされている。

従って、図１の光学式タッチパネルは図９の光学式タッチパネルと同様の動作を行う。しかし、図１の光学式タッチパネルにおいては、ＬＥＤ素子３１の配光特性及びフォトトランジスタ素子３２の配光特性が縦方向にずれると、フォトトランジスタ素子３２のノイズが大きくなることがある。

Claims (7)

1. 表示装置の表示面上に対向配列された複数の発光受光パッケージを具備し、
   前記各発光受光パッケージは前記表示面に対して縦置された一対の発光素子及び受光素子を有し、
   前記各発光受光パッケージの発光素子は前記表示面上に対向配列された前記発光受光パッケージの受光素子と対向している光学式タッチパネル。
2. さらに、前記発光受光パッケージの光出射／光入射方向に対向したライトガイドレンズを具備する請求項１に記載の光学式タッチパネル。
3. 前記ライトガイドレンズの２つの入出射面の少なくとも１つは、横から見て２つの凸状となっている請求項２に記載の光学式タッチパネル。
4. 前記ライトガイドレンズの２つの入出射面の少なくとも１つは、横から見て１つの凸状となり、他の１つは、横から見て、Ｖ字状になっている請求項２に記載の光学式タッチパネル。
5. 前記各発光受光パッケージは、
   前記発光素子及び前記受光素子が搭載された基板と、
   前記発光素子及び前記受光素子を樹脂封止する樹脂層と
   を具備する請求項１に記載の光学式タッチパネル。
6. 前記発光素子に対向する前記樹脂層の表面は該発光素子の面に対して傾斜させて前記発光素子の光の前記受光素子への戻りを抑制した請求項５に記載の光学式タッチパネル。
7. 前記樹脂層の前記発光素子と前記受光素子とに対して区分する反射層が設けられた請求項５に記載の光学式タッチパネル。

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