JP2016062100A - 接触感知機能を有する光学系およびこれを備える表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接触感知機能を有する光学系およびこれを備える表示装置を提供する。
【解決手段】表示パネル５００と向かい合う光学系３００と、表示パネル及び光学系を制御するグラフィック制御部３５０と、を備え、光学系は、複数の第１電極を有する第１パネルと、第１パネルと向かい合い、複数の第１電極と交差する方向に延びる複数の第２電極を有する第２パネルと、第１、第２パネルとの間に配設される光学変換層と、第１、第２電極との間に配設される第１絶縁層と、を備え、互いに交差する第１、第２電極は、タッチモードにおいて接触感知キャパシタを形成して接触を感知し、多視点モードにおいて第１、第２電極は光学変換層に第１、第２電極との間の電圧差による電場を生成して位置に応じて異なる位相差を生成し、第１絶縁層は、表示パネルの表示領域に対応する領域において複数の第１電極または／および複数の第２電極を完全に覆うか、又は重なる表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学系およびこれを備える表示装置に関する。特に、接触感知機能を有する光学系およびこれを備える表示装置に関する。

近年、３次元映像を表示し異なる位置のユーザーが異なる映像を観察（マルチビュー）することのできる表示装置が関心を引いている。

一般に、３次元映像表示技術では、近距離で立体感を認識する最も大きな要因である両眼視差（ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｐａｒａｌｌａｘ）を用いて物体の立体感を表現する。すなわち、左眼及び右眼にはそれぞれ異なる２次元映像が映され、左眼に映される映像（以下、「左眼映像（ｌｅｆｔ ｅｙｅ ｉｍａｇｅ）」と称する。）と右眼に映される映像（以下、「右眼映像（ｒｉｇｈｔ ｅｙｅ ｉｍａｇｅ）」と称する。）が脳に伝達されると、左眼映像と右眼映像は脳で融合されて奥行き知覚（ｄｅｐｔｈ ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ）を有する３次元映像として認識される。

３次元映像表示装置は、両眼視差を用いるものであり、その例として、シャッターガラス（ｓｈｕｔｔｅｒ ｇｌａｓｓｅｓ）、偏光眼鏡（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｇｌａｓｓｅｓ）などの眼鏡を用いる立体視方式の（ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ）３次元映像表示装置と、眼鏡を用いずに表示装置にレンチキュラーレンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ）、パララックスバリア（ｐａｒａｌｌａｘ ｂａｒｒｉｅｒ）などの光学系を配置する裸眼立体視方式の（ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ）３次元映像表示装置が挙げられる。

マルチビュー表示技術も、異なる位置の観察者が異なる映像を認識するように３次元映像表示技術とほとんど同じ方法を用いることができる。

裸眼立体視方式の３次元映像表示装置またはマルチビュー表示装置のうちレンズを用いる表示装置は、異なる視点の映像を表示し、表示パネルと観察者との間に配設されるレンズを用いて映像の光路を各視点に変更して３次元映像またはマルチビュー映像を色々な視点に分離して表示することによって３次元映像またはマルチビュー映像を実現する。レンズを用いる裸眼立体視方式の３次元映像／マルチビュー表示装置は、バリアを用いる表示装置に比べて高い輝度の映像を表示することができる。

最近、表示装置は、映像を表示する機能に加えて、ユーザーとの相互作用が行える接触感知機能を有する場合もある。接触感知機能とは、ユーザーが画面の上に指やタッチペン（ｔｏｕｃｈ ｐｅｎ）などを接触して文字を書いたり絵を描いたりする場合、表示装置が画面に加えた圧力、電荷、光などの変化を感知することによって物体が画面に接触したか否かおよびその接触位置などの接触情報を取得する機能をいう。表示装置は、このような接触情報に基づいて映像信号を受信することができる。

このような接触感知機能は、センサーによって実現される。センサーは、抵抗膜方式（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）、静電容量方式（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）、電磁気誘導型（ｅｌｅｃｔｒｏ-ｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｙｐｅ；ＥＭ）、光感知方式（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｙｐｅ）など様々な方式のものに分類される。

中でも、静電容量方式のセンサーは、感知キャパシタを備え、指などの導電体がセンサーに近付くときに発生する感知キャパシタの静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の変化を感知して接触有無と接触位置などの接触情報を取得する。

静電容量方式の接触感知センサーは、感知信号を伝達し得る複数の感知電極からなる感知キャパシタを備え、指などの導電体が接触感知センサーに近付くときに発生する感知キャパシタの静電容量の変化を感知して接触有無と接触位置などの接触情報を取得する。

３次元映像表示機能および接触感知機能を併せ持つ表示装置に対する需要がある。このために、３次元映像またはマルチビュー映像を表示するためのレンズなどの光学系と接触感知機能を有するセンサーを両方とも表示装置に取り付けると、合計の表示装置の厚さおよび重量が増加したり表示される映像の明るさが減ったりして製品競争力が低下する虞がある。また、光学系と接触感知機能を有するセンサーを両方とも表示装置に取り付けると、光学系およびセンサーを両方とも形成しなければならないため、工程が複雑になり、所要のマスク枚数、工程時間、製作コストなどが増加する。

この理由から、本発明が解決しようとする課題は、接触感知機能と、３次元映像およびマルチビュー映像など多視点映像表示機能を併せ持ちながらも、厚さ、重量、工程数、工程時間、工程コストなど製品競争力を低める欠点を減らして映像の輝度が減少しない光学系およびこれを備える表示装置を提供するところにある。

本発明の一実施形態による光学系は、複数の第１電極を有する第１パネルと、前記第１パネルと向かい合い、前記複数の第１電極と交差する方向に延びる複数の第２電極を有する第２パネルと、前記第１パネルと前記第２パネルとの間に配設される光学変換層と、前記第１電極と前記第２電極との間に配設される第１絶縁層と、を備え、互いに交差する前記第１電極および前記第２電極は、タッチモードにおいて接触感知キャパシタを形成して接触を感知し、多視点モードにおいて前記第１電極および前記第２電極は前記光学変換層に前記第１電極と前記第２電極との間の電圧差による電場を生成して位置に応じて異なる位相差を生成し、前記第１絶縁層は有機絶縁物質を含む。

本発明の一実施形態によれば、表示装置は、表示パネルと、前記表示パネルと向かい合う光学系と、前記表示パネル及び前記光学系を制御するグラフィック制御部と、を備え、前記光学系は、複数の第１電極を有する第１パネルと、前記第１パネルと向かい合い、前記複数の第１電極と交差する方向に延びる複数の第２電極を有する第２パネルと、前記第１パネルと前記第２パネルとの間に配設される光学変換層と、前記第１電極と前記第２電極との間に配設される第１絶縁層と、を備え、互いに交差する前記第１電極および前記第２電極は、タッチモードにおいて接触感知キャパシタを形成して接触を感知し、多視点モードにおいて前記第１電極および前記第２電極は前記光学変換層に前記第１電極と前記第２電極との間の電圧差による電場を生成して位置に応じて異なる位相差を生成し、前記第１絶縁層は、前記表示パネルの表示領域に対応する領域において前記複数の第１電極または／および前記複数の第２電極を完全に覆うか、又は重なる。

前記第１絶縁層の比誘電率は約２．５から約３．５の間であり、前記第１絶縁層はタッチモードにおいて前記接触感知キャパシタの誘電体として機能し、かつ、有機物質を含んでいてもよい。

前記第１絶縁層の厚さは、前記光学変換層の厚さよりも大きくてもよい。

前記第１絶縁層は、前記第１電極と前記光学変換層との間に配設されてもよい。

前記光学変換層は、液晶層であってもよい。

前記光学系は、多視点モードにおいて前記複数の第１電極に共通電圧を印加し、タッチモードにおいて前記複数の第１電極にタッチ入力電圧を印加する第１駆動部と、多視点モードにおいて隣り合う前記第２電極に異なる電圧を印加し、タッチモードにおいて前記第２電極からタッチ出力電圧を受け取る第２駆動部と、を備えていてもよい。

タッチモードにおいて前記複数の第１電極には前記タッチ入力電圧が順次に印加されてもよい。

前記光学系は、前記第１パネルおよび前記第２パネルのうちの少なくとも一方の内側面の上にそれぞれ配設される少なくとも一つの配向膜をさらに備えていてもよい。

前記光学系は、前記第２パネルの上に配設され、強化処理の施されたカバーウィンドウと、前記カバーウィンドウと前記第２電極との間に配設される偏光子と、をさらに備えていてもよい。

前記第２パネルは、強化処理の施された基板または偏光子を備えていてもよい。

前記第１電極の延長方向と前記第２電極の延長方向は、鈍角をなしてもよい。

前記表示装置は、前記グラフィック制御部からモード選択信号を受信して前記光学系を制御する光学系制御部をさらに備え、前記表示パネルは、前記グラフィック制御部から前記モード選択信号を受信する表示制御部を備えていてもよい。

本発明の実施形態によれば、接触感知機能と、３次元映像またはマルチビュー映像表示機能を併せ持つ光学系およびこれを備える表示装置の厚さ、重量、工程数、工程時間、工程コストなど製品競争力を低める欠点を減らすことができ、しかも、映像の輝度が減少しない。

本発明の一実施形態による光学系を備える表示装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による光学系の平面図である。 図２に示す光学系をIII-III線に沿って切り取った断面図である。 図２に示す光学系をIII-III線に沿って切り取った断面図である。 図２に示す光学系をIII-III線に沿って切り取った断面図である。 図２に示す光学系をIII-III線に沿って切り取った断面図である。 本発明の一実施形態による光学系を備える表示装置の概略的な構造および３次元映像を表示する方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態による光学系の平面図である。 本発明の一実施形態による光学系がレンズを形成するときの位置による位相遅延を示すグラフである。 本発明の一実施形態による光学系がレンズを形成するときの位置による位相遅延を示すグラフである。 本発明の一実施形態による光学系がレンズを形成するときの位置による位相遅延を示すグラフである。 本発明の一実施形態による光学系の一部の断面およびそこに印加される電圧を示す図である。 本発明の一実施形態による光学系のレンズ単位の平面図である。 図１３に示す光学系のレンズ単位をＸＩＶ-ＸＩＶ線に沿って切り取った断面図である。 本発明の一実施形態による光学系が備える電極およびそこに印加される電圧を示す図である。 本発明の一実施形態による光学系を備える表示装置の概略的な構造および２次元映像を表示する方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態による光学系が接触感知機能を有するときの接触感知方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態による光学系の平面図である。 本発明の一実施形態による光学系の平面図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が実施できる程度に詳細に説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明される実施形態に何ら限定されるものではなく、他の形態に具体化可能である。

図中、様々な層及び領域の厚さは、明確性を図るために、実際の厚さよりも厚く描かれていることもある。明細書全体に亘って同じ部分に対しては同じ図面符号を付する。なお、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとしたとき、それは、他の部分の「真上」にある場合だけではなく、これらの間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上」にあるとしたときには、これらの間に他の部分がないことを意味する。

明細書全体に亘って、ある部分が他の部分と「接続」されているとしたとき、これは「直接的に接続」されている場合だけではなく、これらの間に他の素子を間に挟んで「電気的に接続」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「備える」としたとき、これは、特に断りのない限り、他の構成要素を排除するわけではなく、他の構成要素をさらに備えていてもよいことを意味する。

以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態による接触感知機能を有する光学系およびこれを備える表示装置について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による光学系を備える表示装置のブロック図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による表示装置は、接触感知機能を有する光学系３００、光学系３００を制御する光学系制御部３５０、映像を表示する表示パネル５００、そしてこれらを全て制御するグラフィック制御部６００を含む。

本発明の一実施形態による表示装置は、少なくとも二つの表示モードに応じて異なる方式によって作動される。例えば、本発明の一実施形態による表示装置は、２次元映像を表示する２次元映像表示モードにおいて動作したり、３次元映像または異なる視点に異なる映像を表示するマルチビュー映像を表示する多視点モードにおいて動作したりする。表示装置が２次元映像表示モードにおいて動作するとき、タッチモードの選択に応じて外部の接触を感知する接触感知機能を行ってもよい。

まず、表示パネル５００について説明すると、表示パネル５００は、液晶表示パネル、有機発光表示パネルなどの様々な表示パネルであってもよい。表示パネル５００は、折り畳まれたり、折り曲げられたり、巻き上げられたり、伸縮性を有するなど様々な可撓性を有する表示パネルであってもよく、硬くて曲がらない形態の表示パネルであってもよい。

表示パネル５００は、映像を表示する領域である表示領域５１０と、映像を表示しない非表示領域（図示せず）と、を備える。表示領域５１０は、複数の画素ＰＸおよびここに接続されている複数の信号線を備える。複数の画素ＰＸは、略マトリックス状に配列されていてもよい。信号線は、ゲート信号を送信する複数のゲート線と、データ電圧を送信する複数のデータ線と、を備える。

表示パネル５００は、液晶表示パネルなどの受光型表示装置であってもよく、有機発光表示パネルなどの発光型表示装置であってもよい。表示パネル５００が受光型表示装置である場合、光を供給するバックライトをさらに備えていてもよい。また、表示パネル５００は、少なくとも一つの偏光子を備えていてもよい。表示パネル５００が液晶表示パネルである場合、様々なモードにおいて動作する液晶層を備えていてもよい。例えば、液晶表示パネルは、ＰＬＳ（ｐｌａｎｅ ｔｏ ｌｉｎｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＩＰＳ（ｉｎ ｐｌａｎｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）、ＳＴＮ（ｓｕｐｅｒ ＴＮ）、ＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ）モードなど様々なモードにおいて動作する。

表示パネル５００は、ＲＧＢなどの三つの基本色を表示する画素ＰＸを含んでいてもよく、ＲＧＢ画素に加えて、ホワイトを表示し得る画素ＰＸをさらに含んでいてもよい。

表示パネル５００は、表示パネル５００を制御して駆動するための表示制御部５２０を備えていたり、可撓性プリント回路板（図示せず）などを介して表示制御部５２０に接続されていたりする。表示制御部５２０が表示パネル５００に組み込まれている場合、表示制御部５２０は、表示パネル５００に集積されているか、あるいは、集積回路チップの形態で表示パネル５００に取り付けられている。

表示制御部５２０は、例えば、ゲート信号を生成してゲート線に送信するゲート駆動部と、データ電圧を生成してデータ線に送信するデータ駆動部と、これらの駆動部を制御する信号制御部などを備えていてもよい。表示パネル５００が液晶表示装置のようにバックライト（図示せず）を備える場合、表示制御部５２０は、バックライトの点灯を制御するためのバックライト駆動部をさらに備えていてもよい。

表示制御部５２０は、２次元映像表示モードにおいては表示パネル５００の画素ＰＸが２次元映像を表示するように表示パネル５００に信号を提供し、多視点モードにおいては１フレームの間に表示パネル５００の一部の画素ＰＸが第１視点の映像を表示し、他の一部の画素ＰＸは第１視点とは異なる第２視点の映像を表示してもよい。３次元映像を表示しようとする場合、第１視点の映像は、左眼映像であってもよく、第２視点の映像は、右眼映像であってもよい。

光学系３００は、光学パネル３１０および光学パネル３１０を駆動するための第１駆動部３２０および第２駆動部３３０を備える。

光学パネル３１０は、表示パネル５００の映像表示面の前に位置する。光学パネル３１０は、ある一方向に配列されている複数の第１電極１２０と、これとは異なる他の方向に配列されている複数の第２電極２３０と、を備える。例えば、図１に示すように、複数の第１電極１２０は、略ｙ軸方向に配列され、複数の第２電極２３０は、略ｘ軸方向に配列されていてもよい。特に、第２電極２３０は、ｙ軸方向に対して斜め方向に延びていてもよい。

光学パネル３１０は、表示パネル５００が表示する映像を通過させるが、表示モードに応じて異なる方式によって駆動される。２次元映像表示モードにおいては、光学パネル３１０は、表示パネル５００が表示する映像を色々な視点に分けることなくそのまま表示してもよい。また、２次元映像表示モードにおいて、タッチモードの選択に応じて、光学パネル３１０は、接触を感知するように駆動される。多視点モードにおいては、光学パネル３１０は、位置に応じて異なる位相差を実現して複数のレンズを形成してもよい。これにより、多視点モードにおいて、光学パネル３１０は、異なる視点に各視点に対応する映像を分離して送ることができる。

第１駆動部３２０は、第１電極１２０に電圧を印加することができる。２次元映像表示モードのうちのタッチモードにおいて、第１駆動部３２０は、複数の第１電極１２０をｙ軸方向に順次にタッチ入力電圧を印加することができる。多視点モードにおいて、第１駆動部３２０は、複数の第１電極１２０の全体に所定の電圧を印加することができるが、これに何ら限定されない。多視点モードにおいて第１電極１２０に印加される所定の電圧は、共通電圧Ｖｃｏｍであってもよい。

第２駆動部３３０は、第２電極２３０に電圧を印加したり、第２電極２３０からタッチ出力電圧を受信したりすることができる。２次元映像表示モードのうちのタッチモードにおいて、第２駆動部３３０は、複数の第２電極２３０から接触に伴うタッチ出力電圧を受信して処理することができる。多視点モードにおいて、第２駆動部３３０は、複数の第２電極２３０に位置に応じて定められた電圧を印加して表示パネル５００によって表示された映像の光路を切り換えるレンズを形成することができる。

第１駆動部３２０および第２駆動部３３０は、光学パネル３１０に集積されているか、または取付けられているか、あるいは、フレキシブルプリント基板などを介して光学パネル３１０に接続されている。

光学系制御部３５０は、光学系３００と接続されて光学系３００を制御することができる。光学系制御部３５０は、グラフィック制御部６００からモード選択信号ＭＳＥＬを受信し、これに基づいて光学系３００を制御することができる。具体的には、光学系制御部３５０は、多視点モードが選択されたときにそれに伴う第１多視点制御信号ＣＯＮＴ１_Ｏを第１駆動部３２０に送信し、第２多視点制御信号ＣＯＮＴ２_Ｏを第２駆動部３３０に送信することができる。タッチモードが選択されたときは、光学系制御部３５０は、それに伴う第１タッチ制御信号ＣＯＮＴ１_Ｔを第１駆動部３２０に送信し、第２タッチ制御信号ＣＯＮＴ２_Ｔを第２駆動部３３０に送信することができる。

また、光学系制御部３５０は、第２駆動部３３０からタッチ出力電圧Ｖ_Ｒｘを受信してこれをＡ／Ｄ変換などで処理してデジタルタッチデータＴＤＡＴＡを生成し、これをグラフィック制御部６００に送ることができる。このために、光学系制御部３５０は、メモリ、Ａ／Ｄ変換部、情報処理回路、低域通過（ローパス）フィルターなどを備えていてもよい。

グラフィック制御部６００は、外部から映像情報ＤＡＴＡおよびモード選択情報ＳＥＬなどを受信する。

モード選択情報ＳＥＬは、表示装置が２次元映像表示モードにおいて動作するか、その場合、タッチモードにおいて動作するか、そして、多視点モードにおいて動作するかに関する情報を含む。

グラフィック制御部６００は、映像情報ＤＡＴＡおよびモード選択情報ＳＥＬに基づいて映像情報ＤＡＴＡを処理して入力映像信号ＩＤＡＴおよび入力映像信号ＩＤＡＴの表示を制御する入力制御信号ＩＣＯＮを生成する。グラフィック制御部６００は、入力映像信号ＩＤＡＴおよび入力制御信号ＣＯＮＴ１を表示制御部５２０に送信する。グラフィック制御部６００は、光学系制御部３５０からタッチデータＴＤＡＴＡを受信してこれに基づいて映像情報ＤＡＴＡを処理して入力映像信号ＩＤＡＴを生成することができる。

グラフィック制御部６００は、モード選択情報ＳＥＬによるモード選択信号ＭＳＥＬを生成してこれを光学系制御部３５０および表示制御部５２０に送信する。

光学系３００は、表示パネル５００と同期して動作しなければならない。そのために、光学系制御部３５０は、表示制御部５２０から垂直同期信号Ｖｓｙｎｃおよび水平同期信号Ｈｓｙｎｃなどを受信して動作することができる。

以下、図１と結び付けて、図２から図６を参照して本発明の一実施形態による光学系３００の光学パネル３１０の具体的な構造について説明する。

図２は、本発明の一実施形態による光学系の平面図であり、図３、図４、図５および図６は、それぞれ図２に示す光学系をIII-III線に沿って切り取った断面図である。

図２を参照すると、本発明の一実施形態による光学パネル３１０は、上述したように、平面視である一方向に配列されている複数の第１電極１２０と、これとは異なる他の方向に配列されている複数の第２電極２３０と、を備える。例えば、図２に示すように、複数の第１電極１２０は、略ｙ軸方向に配列され、複数の第２電極２３０は、略ｘ軸方向に配列されていてもよい。特に、第２電極２３０は、ｙ軸方向に対して斜め方向に延びていることから、表示パネル５００との間におけるモアレ（干渉縞）の発生を防ぐことができる。

第１電極１２０は、それぞれ分離されていてもよく、隣り合う所定数の第１電極１２０同士が電気的に接続されて実質的に同じ電圧を送信してもよい。

図３を参照すると、本発明の一実施形態による光学パネル３１０は、表示パネル５００が映像を表示する面の前に配設されてもよい。光学パネル３１０は、光学用高透明接着剤（ＯＣＡ：ｏｐｔｉｃａｌ ｃｌｅａｒ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、光学用高透明樹脂（ＯＣＲ：ｏｐｔｉｃａｌ ｃｌｅａｒ ｒｅｓｉｎ）、感圧接着剤（ＰＳＡ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｄｈｅｓｉｖｅ）などの粘着剤５によって表示パネル５００に貼り付けられる。

光学パネル３１０は、向かい合う下部パネル１００および上部パネル２００と、これらの間に挟持される光学変換層と、を備えていてもよい。本実施形態においては、光学変換層が液晶層である場合を例にとって説明するが、これに何ら限定されない。

下部パネル１００は、第１基板１１０を備える。第１基板１１０は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの様々なプラスチック材料を含んでいてもよく、ガラス、サファイアなどの無機物質を含んでいてもよい。

第１基板１１０の上に複数の第１電極１２０が配設される。第１電極１２０には、表示装置が多視点モードにおいて動作するときに共通電圧Ｖｃｏｍが印加され、タッチモードにおいて動作するときにはタッチ入力電圧を送信してもよい。第１電極１２０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、グラフェン、金属ナノワイヤーなどの透明な導電物質からなり得る。

第１電極１２０は、後述する上部パネル２００の第２電極２３０と共に液晶層３に電場を形成してもよく、電場は、下部パネル１００または上部パネル２００の面に略垂直な垂直成分を有する。

複数の第１電極１２０の上には第１絶縁層１３０が配設される。しかしながら、第１絶縁層１３０の位置は、これに何ら限定されるものではなく、第１電極１２０と第２電極２３０との間であれば、他の個所に配設されてもよい。

第１絶縁層１３０は、有機絶縁物質を含む。

第１絶縁層１３０は、タッチモードにおいて液晶層３と共に、タッチモードにおいて形成される接触感知キャパシタの誘電体として機能する。タッチモードにおいて、接触感知キャパシタの両端子は、第１電極１２０および第２電極２３０であってもよい。タッチモードにおいて、接触感知は、接触感知キャパシタの静電容量の変化を用いて判断するので、接触の感度を高めるためには接触感知キャパシタの容量が小さい方が有利である。多視点モードにおいてレンズを形成する役割を果たさなければならない液晶層３の誘電率と厚さだけでは、接触を感知するために十分に小さい容量の接触感知キャパシタを形成しにくい。

しかしながら、本発明の実施形態によれば、第１電極１２０と第２電極２３０との間に有機物質を含む第１絶縁層１３０を介することによって、接触感知キャパシタの容量を所望の通りに減らしてもよい。具体的には、光学系３００がタッチモードにおいて正常に動作するために、第１絶縁層１３０は、約２．５から約３．５の間の低い比誘電率を有する。なお、同じ理由から、第１絶縁層１３０の厚さＷ１は、液晶層３のセルギャップｄよりも大きくてもよい。

表示領域５１０に対応する領域において、第１絶縁層１３０は、第１電極１２０および第２電極２３０と実質的に完全に重なり合ったり覆ったりしてもよい。換言すると、第１絶縁層１３０は、表示領域５１０に対応する領域において複数の第１電極１２０およびこれらの間の領域および／または複数の第２電極２３０およびこれらの間の領域を完全に覆ったり重なり合ったりしてもよい。

第１電極１２０の上には、第１保護膜１４０が配設されてもよい。第１保護膜１４０は、第１絶縁層１３０と液晶層３との間に配設されて第１絶縁層１３０の物質が液晶層３に染み込むことを防ぐことができる。第１保護膜１４０は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの無機絶縁物質からなり、約１０００Åから約２０００Åの間の厚さを有するが、本発明はこれに何ら限定されない。しかしながら、場合によって、第１保護膜１４０は省略されてもよい。

上部パネル２００は、第２基板２１０を備える。第２基板２１０は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの様々なプラスチック材料を含んでいてもよく、ガラス、サファイアなどの無機物質を含んでいてもよい。

第２基板２１０の上には、第２保護膜２２０が配設されてもよい。第２保護膜２２０は、 窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの無機絶縁物質からなり、約１０００Åから約２０００Åの間の厚さを有するが、本発明はこれに何ら限定されない。しかしながら、場合によって、第２保護膜２２０は省略されてもよい。

第２保護膜２２０の上には、複数の第２電極２３０が配設される。第２電極２３０は、上述したように、第１電極１２０と共に液晶層３に電場を形成してもよい。これにより、液晶層３の位相差を調節し、且つ、光路を変換する様々な光学素子、例えば、レンズを形成することができる。第２電極２３０は、タッチモードにおいては第１電極１２０と共に接触感知キャパシタを形成して接触によるタッチ出力電圧を送信することができる。

第２電極２３０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、グラフェン、金属ナノワイヤーなどの透明な導電物質からなり、金属などの低抵抗導電性物質をさらに含んで配線抵抗を減らしてもよい。第２電極２３０が金属をさらに含む場合、金属は不透明であってもよく、金属からなる部分は幅が相対的に狭い微細パターンをなしてもよい。

図３を参照すると、複数の第２電極２３０は、互いに異なる層に配設される複数の下部電極２３０ａと、複数の上部電極２３０ｂと、を備える。下部電極２３０ａと上部電極２３０ｂは、ｘ軸方向に沿って交互に配置されてもよい。

下部電極２３０ａと上部電極２３０ｂとの間には、第２絶縁層２４０が配設される。第２絶縁層２４０は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの無機絶縁物質からなり得る。

下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂの幅は、ｘ軸方向に沿って変化してもよく、一定であってもよい。

液晶層３は誘電率異方性を有し、複数の液晶分子３１を含む。液晶分子３１は、電気制御複屈折（ＥＣＢ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、垂直配向（ＶＡ：ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ）モード、 光学補償複屈折（ＯＣＢ：ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードなどにおいて動作することができる。図示はしないが、液晶分子３１の配向のために、下部パネル１００および／または上部パネル２００の内側面には、配向膜が配設されてもよい。

上部パネル２００の外側面の上には、偏光子５０が配設されてもよい。偏光子５０の透過軸は、光学パネル３１０の第２電極２３０がｙ軸方向に対して斜めに延びる方向に略並んでいてもよいが、これに何ら限定されない。

光学パネル３１０は、偏光子５０の上に配設されて外部物体との接触が行われるカバーウィンドウ４００をさらに備えていてもよい。カバーウィンドウ４００は、強化ガラス、強化サファイアまたは強化プラスチックからなり得る。カバーウィンドウ４００の比誘電率は、約７以上であってもよい。このように、カバーウィンドウ４００の比誘電率を高く処理することによって、第２電極２３０と外部導電体との間のタッチキャパシタの容量を増大させることができ、これにより、光学系３００がタッチモードにおいて動作するときに接触感知感度を高めることができる。

図４を参照すると、この実施形態による光学系３００は、図３に示す実施形態とほとんど同様であるが、上部パネル２００の構造が異なる場合がある。図３に示す実施形態との相違点を中心に説明すると、第２保護膜２２０の上に配設される複数の第２電極２３０は、単一層である。複数の第２電極２３０は、ｘ軸方向に互いに離隔されており、ｘ軸方向に所定の幅および／または間隔を有してもよく、可変幅および／または間隔を有してもよい。この実施形態においては、図３に示す実施形態の第２絶縁層２４０が省略されてもよい。

図５を参照すると、この実施形態による光学系３００は、図３に示す実施形態とほとんど同様であるが、カバーウィンドウ４００が省略されてもよい。これにより、最外縁面に配設される偏光子５０が強化処理されて高い誘電率を有し得る。例えば、偏光子５０は、ハードコーティング処理された感圧接着剤層（ＰＳＡ層）を備えていてもよい。このように、カバーウィンドウ４００がないとき、偏光子５０の誘電率を高く強化処理することによって、光学系３００がタッチモードにおいて動作するときに接触感知感度を高めることができる。

カバーウィンドウ４００が省略されるとき、第２基板２１０が強化処理されていてもよい。すなわち、第２基板２１０は、強化ガラス、強化サファイアまたは強化プラスチックよりなり得る。このとき、偏光子５０にも強化処理が施されても施されていなくてもよい。

図６を参照すると、この実施形態による光学系３００は、図５に示す実施形態とほとんど同様であるが、上部パネル２００の構造が異なる場合がある。図５に示す実施形態との相違点を中心に説明すると、第２保護膜２２０の上に配設される複数の第２電極２３０は、単一層をなし得る。複数の第２電極２３０は、ｘ軸方向に互いに離隔されており、ｘ軸方向に一定の幅および／または間隔を有してもよく、可変幅および／または間隔を有してもよい。この実施形態においては、図５に示す実施形態の第２絶縁層２４０が省略されてもよい。

以下、上述した図面と図７から図１５を結び付けて、本発明の一実施形態による表示装置が多視点モードにおいて動作する方法について説明する。

図７は、本発明の一実施形態による光学系を備える表示装置の概略的な構造および３次元映像を表示する方法を示す断面図であり、図８は、本発明の一実施形態による光学系の平面図であり、図９から図１１は、それぞれ本発明の一実施形態による光学系がレンズを形成するときの位置による位相遅延を示すグラフであり、図１２は、本発明の一実施形態による光学系の一部の断面図およびそこに印加される電圧を示し、図１３は、本発明の一実施形態による光学系のレンズ単位の平面図であり、図１４は、図１３に示す光学系のレンズ単位をＸＩＶ-ＸＩＶ線に沿って切り取った断面図であり、図１５は、本発明の一実施形態による光学系が備える電極およびここに印加される電圧を示す図である。

図７を参照すると、本発明の一実施形態による表示装置は、表示パネル５００と、その前に配設される光学系３００と、を備える。

グラフィック制御部６００が多視点モードを選択せよとのモード選択信号ＭＳＥＬを光学系制御部３５０および表示パネル５００に送ると、これに応じて、光学系制御部３５０と、光学系３００および表示パネル５００が再び多視点モードにおいて動作する。

表示パネル５００は、多視点モードにおいては右眼用映像、左眼用映像など色々な視点に相当する映像を空間分割方式で分割して表示する。具体的には、表示パネル５００の複数の画素のうちの一部は、ある視点に対応する映像を表示し、他の一部は、他の視点に対応する映像を表示し得る。表示される視点の数は、２以上であってもよい。複数の視点に映像を表示する互いに異なる複数の画素は、ある一方向に周期的に配列されていてもよい。

光学系３００は、多視点モードにおいて表示パネル５００が表示する映像を屈折させて各視点に当該映像が到達して観察できるようにする。光学系３００がこのようにレンズとして機能するために、第１電極１２０および第２電極２３０に電圧が印加されて液晶層３に電場が生成される。液晶層３の液晶分子３１は、電場によって再配列されて、液晶層３は、位置に応じて異なる位相遅延を引き起こして様々なレンズを形成することができる。

図８を参照すると、液晶層３によって形成されるレンズは、複数の単位レンズＬＵを備え、各単位レンズＬＵは、複数の第２電極２３０を備える。各単位レンズＬＵに備えられる複数の第２電極２３０には、様々なレンズを形成するための定められた電圧が印加される。第２電極２３０がｙ軸方向に対して斜めに傾いている場合、単位レンズＬＵもｙ軸方向に対して傾いた方向に延びた形態である。

複数の第１電極１２０は、全体的に連結されてそこに共通電圧Ｖｃｏｍが印加され得る。

図９を参照すると、多視点モードにおいて本発明の一実施形態による光学系３００の液晶層３が生成するレンズは、例えば、ＧＲＩＮレンズであってもよい。

図１０を参照すると、多視点モードにおいて本発明の一実施形態による光学系３００の液晶層３が生成するレンズは、フレネルレンズであってもよい。フレネルレンズは、フレネルゾーンプレートの光学的な特性を用いたレンズであり、位相遅延分布が周期的に繰り返されて有効位相遅延が固体凸レンズまたはＧＲＩＮレンズと同一又は類似であってもよい。フレネルゾーンプレートのうち位相変調タイプのフレネルゾーンプレートは、キノフォームゾーンプレート、サイン位相変調型ゾーンプレート、バイナリ位相変調型ゾーンプレートおよびマルチレベル位相変調型ゾーンプレートなどを備えていてもよい。

図１０は、キノフォームゾーンプレートを用いた場合の単位レンズＬＵの位相遅延ｙを示す。

図１１は、マルチレベル位相変調型ゾーンプレートを用いた単位レンズＬＵの位相遅延ｙを示す。図１１に示す単位レンズＬＵの場合、有効位相遅延が固体凸レンズまたはＧＲＩＮレンズとほとんど同様であるが、位相遅延値が階段状に変わり、これにより、不連続点が存在して入射光の回折が起こり得る。

以下、図８と図１２を結び付けて、本発明の一実施形態による光学系３００の構造および多視点モードにおける動作について説明する。

図１２を参照すると、本発明の一実施形態による光学系３００は、上述した実施形態とほとんど同様である。この実施形態においては、特に、複数の第２電極２３０が、図３または図５に示す実施形態のように、互いに異なる層に配設される複数の下部電極２３０ａと複数の上部電極２３０ｂを備える構造を例にとって説明する。

隣り合う下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂは、重なり合わなくてもよい。下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂのｘ軸方向の幅および／または下部電極２３０ａ同士の間隔と上部電極２３０ｂ同士の間隔は、位置とは無関係に一定であってもよい。フレネルゾーンおよびサブゾーンｓＺ１、ｓＺ２、ｓＺ３、ｓＺ４に備えられる下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂの数は、ゾーンの位置に応じて異なる。各サブゾーンｓＺ１、ｓＺ２、ｓＺ３、ｓＺ４は、少なくとも一つの電極２３０ａ、２３０ｂを備え、単位レンズＬＵの中心から外側に進むにつれて各ゾーンが備える電極２３０ａ、２３０ｂの数は次第に減ってもよい。隣り合う幾つかのフレネルゾーンに備えられる下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂの数は、同数であってもよい。

この実施形態においてフレネルゾーンプレートを実現するためには、各フレネルゾーンにおいて同じサブゾーンｓＺ１、ｓＺ２、ｓＺ３、ｓＺ４に対応する下部電極２３０ａまたは上部電極２３０ｂには同じ電圧が印加されてもよい。また、各フレネルゾーンにおいて外側方向に存在するサブゾーン（ｓＺ１、ｓＺ２、ｓＺ３、ｓＺ４）であるほど、下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂには高い電圧が印加されて、これに伴う液晶層３の位相遅延値は、図１２に示すように、階段状のマルチレベルをなし得る。このとき、第１電極１２０には共通電圧Ｖｃｏｍが印加され得る。

図１３および図１４を参照すると、本発明の一実施形態による光学系３００は、上述した実施形態とほとんど同様である。この実施形態においては、特に、複数の第２電極２３０が、図３または図５に示す実施形態のように、互いに異なる層に配設される複数の下部電極２３０ａおよび複数の上部電極２３０ｂを備える構造を例にとって説明する。

本発明の一実施形態による光学系３００の単位レンズＬＵに属する下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂは、単位レンズＬＵの中心に近いほどその幅が大きくなり得る。各単位レンズＬＵの中心に対応する個所に配設される下部電極２３０ａまたは上部電極２３０ｂの幅が最も広くてもよい。図１３は、単位レンズＬＵの中心に上部電極２３０ｂが配設される例を示す。

図１５を参照すると、単位レンズＬＵがフレネルレンズ、特に、マルチレベル位相変調型ゾーンプレートを実現するフレネルレンズを形成するように駆動されるとき、各ゾーンの下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂには、単位レンズＬＵの中心から外側に進むにつれてその大きさが次第に大きくなる階段状の電圧が印加され得る。フレネルレンズの全てのゾーンにおいて同じサブゾーンｓＺ１、ｓＺ２、ｓＺ３、ｓＺ４に配設される下部電極２３０ａおよび上部電極２３０ｂには、互いに同じ電圧が印加され得る。

このとき、第１電極１２０には共通電圧Ｖｃｏｍが印加され得る。

以下、上述した図面と図１６から図１９を結び付けて、本発明の一実施形態による表示装置が２次元映像表示モードのうちタッチモードにおいて動作する方法について説明する。

図１６は、本発明の一実施形態による光学系を備える表示装置の概略的な構造および２次元映像を表示する方法を示す断面図であり、図１７は、本発明の一実施形態による光学系が接触感知機能を有するときの接触感知方法を示す断面図であり、図１８および図１９は、それぞれ本発明の一実施形態による光学系の平面図である。

図１６を参照すると、本発明の一実施形態による表示装置は、表示パネル５００と、その前に配設される光学系３００と、を備える。

グラフィック制御部６００がタッチモードを選択せよとのモード選択信号ＭＳＥＬを光学系制御部３５０および表示パネル５００に送ると、これに応じて、光学系制御部３５０と、光学系３００および表示パネル５００がタッチモードにおいて動作する。

表示パネル５００は、タッチモードにおいて２次元映像を表示することができる。

光学系３００は、タッチモードにおいて表示パネル５００が表示する映像を視点の通りに屈折させずに通過させて全ての視点から同じ映像が観察されるようにしてもよい。すなわち、観察者の左眼および右眼は、同じ映像を視認して２次元映像として認識することができる。

図１７を参照すると、互いに交差する第１感知電極１２０ＴＸと第２感知電極２３０ＲＸは、その交差点の近くにおいて相互キャパシタである接触感知キャパシタＣｍを形成して接触感知ノードとなる。

第１感知電極１２０ＴＸにタッチ入力電圧が送信されると、接触感知キャパシタＣｍには所定の電荷量が充電され、次いで、外部から指などの導体が近付いたり接触したりすると、導体および第２感知電極２３０ＲＸは一緒にキャパシタＣｆを形成して接触感知キャパシタＣｍの電荷量および第２感知電極２３０ＲＸの電圧が変わる。このように変わった第２感知電極２３０ＲＸの電荷量または電圧はタッチ出力電圧として第２駆動部３３０に出力され、これを処理して接触情報を得ることができる。

一つの第１感知電極１２０ＴＸは、一つ以上の第１電極１２０を備えていてもよい。図１８を参照すると、一つの第１感知電極１２０ＴＸは、隣り合う複数の第１電極１２０からなり、この場合、一つの第１感知電極１２０ＴＸをなす複数の第１電極１２０は光学パネル３１０の周縁において互いに電気的に接続されていてもよく、同じ信号が印加されてもよい。第１感知電極１２０ＴＸが備える第１電極１２０の数は、接触感知解像度に応じて適切に調節され得る。

一つの第２感知電極２３０ＲＸは、一つ以上の第２電極２３０を備えていてもよい。図１８を参照すると、一つの第２感知電極２３０ＲＸは、隣り合う複数の第２電極２３０からなり、この場合、一つの第２感知電極２３０ＲＸをなす複数の第２電極２３０は、光学パネル３１０の周縁において互いに電気的に接続されていてもよく、同じ信号が印加されてもよい。第２感知電極２３０ＲＸが備える第２電極２３０の数は、接触感知解像度に応じて適切に調節され得る。

図１９を参照すると、各第２感知電極２３０ＲＸは、単位レンズＬＵをなす複数の第２電極２３０のうちの一つを備えていてもよい。同様に、二つ以上の第１電極１２０ごとに一つを選んで第１感知電極１２０ＴＸにしてもよい。

このように、本発明の実施形態による光学系の第１電極１２０および第２電極２３０は、タッチモードにおいては接触感知キャパシタを形成して外部接触を感知し、多視点モードにおいては液晶層３に電場を形成する機能をするため、接触感知機能および多視点映像表示機能を併せ持ちながらもタッチパネルおよび液晶レンズパネルを別途に設けて順次に取り付ける従来の技術に比べて光学系および表示装置の厚さ、重さ、工数、工程時間、工程コストなどを減らして製品競争力を高めることができる。なお、表示パネルが表示する映像が通過しなければならない層の数が画期的に減っても、映像の輝度は低下しない。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の権利範囲はこれに何ら限定されるものではなく、下記の特許請求の範囲において定義している本発明の基本概念を用いた当業者の種々の変形および改良形態もまた本発明の権利範囲に属するものであるといえる。

３：液晶層
３１：液晶分子
５０：偏光子
１００：下部パネル
１１０、２１０：基板
１２０：第１電極
１３０：絶縁層
２００：上部パネル
２３０：第２電極
３００：光学系
３１０：光学パネル
３２０、３３０：駆動部
３５０：光学系制御部
４００：カバーウィンドウ
５００：表示パネル
５１０：表示領域
５２０：表示制御部
６００：グラフィック制御部
Ｃｍ：接触感知キャパシタ

Claims (10)

1. 表示パネルと、
   前記表示パネルと向かい合う光学系と、
   前記表示パネル及び前記光学系を制御するグラフィック制御部と、
   を備え、
   前記光学系は、
   複数の第１電極を有する第１パネルと、
   前記第１パネルと向かい合い、前記複数の第１電極と交差する方向に延びる複数の第２電極を有する第２パネルと、
   前記第１パネルと前記第２パネルとの間に配設される光学変換層と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に配設される第１絶縁層と、
   を備え、
   互いに交差する前記第１電極および前記第２電極は、タッチモードにおいて接触感知キャパシタを形成して接触を感知し、
   多視点モードにおいて前記第１電極および前記第２電極は前記光学変換層に前記第１電極と前記第２電極との間の電圧差による電場を生成して位置に応じて異なる位相差を生成し、
   前記第１絶縁層は、前記表示パネルの表示領域に対応する領域において前記複数の第１電極または／および前記複数の第２電極を完全に覆うか、又は重なる表示装置。
2. 前記第１絶縁層の比誘電率は約２．５から約３．５の間であり、
   前記第１絶縁層はタッチモードにおいて前記接触感知キャパシタの誘電体として機能し、かつ、有機物質を含む請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１絶縁層の厚さは、前記光学変換層の厚さよりも大きい請求項２に記載の表示装置。
4. 前記第１絶縁層は、前記第１電極と前記光学変換層との間に配設される請求項３に記載の表示装置。
5. 前記光学系は、
   多視点モードにおいて前記複数の第１電極に共通電圧を印加し、タッチモードにおいて前記複数の第１電極にタッチ入力電圧を印加する第１駆動部と、
   多視点モードにおいて隣り合う前記第２電極に異なる電圧を印加し、タッチモードにおいて前記第２電極からタッチ出力電圧を受け取る第２駆動部と、
   を備える請求項１に記載の表示装置。
6. タッチモードにおいて前記複数の第１電極には前記タッチ入力電圧が順次に印加される請求項５に記載の表示装置。
7. 前記第２パネルの上に配設され、強化処理の施されたカバーウィンドウをさらに備える請求項１に記載の表示装置。
8. 前記第２パネルは、強化処理の施された基板または偏光子を備える請求項１に記載の表示装置。
9. 前記グラフィック制御部からモード選択信号を受信して前記光学系を制御する光学系制御部をさらに備え、
   前記表示パネルは、前記グラフィック制御部から前記モード選択信号を受信する表示制御部を備える請求項１に記載の表示装置。
10. 前記第１パネルおよび前記第２パネルのうちの少なくとも一方の内側面の上にそれぞれ配設される少なくとも一つの配向膜をさらに備える請求項１に記載の表示装置。