JP2022549600A - 光学式近接センサシステム内蔵の表示装置 - Google Patents

光学式近接センサシステム内蔵の表示装置 Download PDF

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Abstract

表示装置は、表示装置の前の観察空間にある人の手又は手の指等の対象物を検知するための内蔵された光学式近接センサシステム(76)を有する。表示装置は、情報を表示する表示面(62)及びこれに当接し情報の表示に使用されないエッジ領域(64)を有する前面(60)と、背面とを有する表示ユニット(11)を備える。表示装置は、センサ光線を観察空間の方向に送信するための少なくとも1つの送信器(78)と、観察空間から反射されたセンサ光線を受信するための少なくとも1つの受信器(74)とを有する近接センサシステム(76)をさらに有する。近接センサシステム(76)は、少なくとも部分的に表示ユニット(11)の前面(60)のエッジ領域(64)に配置されており、エッジ領域(64)には、薄膜技術により近接センサシステム(76)の少なくとも1つの受信器が配置されている。一方、近接センサシステム(76)の少なくとも1つの送信器(78)は、表示ユニット(11)の下方又は表示ユニット(11)に内蔵されて配置されていてもよい。【選択図】図1

Description

本願出願は、2019年9月24日の先行する独国特許出願第1020191256712号の優先権を主張し、その内容を本願出願の対象を構成するものとして援用する。
本発明は、表示装置の前の観察空間にある人の手又は手の指等の対象物を検知するため、特にジェスチャ認識及び/又は遠距離センシングのための光学式近接センサシステム内蔵の表示装置に関する。
現在、HMI製品(自動車ヒューマンマシンインターフェース)は、ユーザに高い快適性を提供するため、より複雑なユーザ対話を行うようになっている。人と車両との間の主な通信対話手段は、表示ユニットである。この数十年で、車載のディスプレイは、ユーザ体験を強化し最大化する新しい技術機能を発展させてきた。最新の技術進歩により、現在では、音響フィードバック、触覚フィードバック、タッチ検出、光検出及びジェスチャ認識を組み込んだ複雑なセンターインフォメーションディスプレイ(CID)を作製することが可能である。実際に、ジェスチャ認識を組み込むための手法は、自動車市場に限定されている。
HMI製品の例は、国際公開第2019/012046号、国際公開第2014/156399号、米国特許出願公開第2009/0231497号明細書、米国特許出願公開第2010/0220269号明細書、米国特許出願公開第2011/0221705号明細書、米国特許出願公開第2011/0115749号明細書、米国特許出願公開第2011/0193818号明細書、米国特許出願公開第2014/0192023号明細書、米国特許出願公開第2015/0084928号明細書、米国特許出願公開第2015/0084928号明細書、米国特許出願公開第2018/0069609号明細書、米国特許第8860694号明細書、米国特許第9557846号明細書、PCT/EP2019/059234号(国際公開第2019/197525号、特表2021-521480号公報)、独国特許出願公開第102016100363号明細書、英国特許出願公開第2486000号明細書、中国実用新案第201383058号明細書、KRATZ,Sven;ROHS,Michael:Hoverflow:Exploring Around-Device Interaction with IR Distance Sensors,11th International Conference on Human-Computer Interaction with Mobile Devices and Services,MobileHCI’09,(独),ボン,2009年9月15~18日,Conference Proceedings,ISBN978-1-60558-281-8,ニューヨーク:ACM,2009年,論文番号42、KRATZ,Sven:Sensor-Based User Interface Concepts for Continuous,Around-Device and Gestural Interaction on Mobile Devices,論文,ルートヴィヒマクシミリアン大学ミュンヘン,数学・情報学・統計学部,ミュンヘン:LMU,2012年、OH,KyongSae;HWANG,Seok-Hee;YOU,SeungBin et al.:Gesture Sensor for Mobile Devices白書,会社所在地,サムスン電子,(韓),京畿道水原市:サムスン,2013年に記載されている。
また、BUERGl,L.et al.:Optical proximity and touch sensors based on monolithically integrated polymer photodiodes and polymer LEDs,In:Organic Electronics,Vol.7,No.2,2006年,pp.114-120,DOI:https://doi.org/10.1016/j.orgel.2005.12.002.Science Direct[オンライン]及びZHOU,X.et al.:Highly Sensitive a-Si:H PIN Photodiode Gated LTPS TFT for Optical In-Display Fingerprint Identification,In:Society for Information Display International Symposium Digest of Technical Papers,Vol.49,No.1,2018年,pp.490-493,DOI:https://doi.org/10.1002/sdtp.12608.Wiley Online Library[オンライン]には、各種技術におけるフォトダイオードが記載されている。
国際公開第2019/012046号 国際公開第2014/156399号 米国特許出願公開第2009/0231497号明細書 米国特許出願公開第2010/0220269号明細書 米国特許出願公開第2011/0221705号明細書 米国特許出願公開第2011/0115749号明細書 米国特許出願公開第2011/0193818号明細書 米国特許出願公開第2014/0192023号明細書 米国特許出願公開第2015/0084928号明細書 米国特許出願公開第2018/0069609号明細書 米国特許第8860694号明細書 米国特許第9557846号明細書 PCT/EP2019/059234号(国際公開第2019/197525号、特表2021-521480号公報) 独国特許出願公開第102016100363号明細書 英国特許出願公開第2486000号明細書 中国実用新案第201383058号明細書
KRATZ,Sven;ROHS,Michael:Hoverflow:Exploring Around-Device Interaction with IR Distance Sensors,11th International Conference on Human-Computer Interaction with Mobile Devices and Services,MobileHCI’09,(独),ボン,2009年9月15~18日,Conference Proceedings,ISBN978-1-60558-281-8,ニューヨーク:ACM,2009年,論文番号42 KRATZ,Sven:Sensor-Based User Interface Concepts for Continuous,Around-Device and Gestural Interaction on Mobile Devices,論文,ルートヴィヒマクシミリアン大学ミュンヘン,数学・情報学・統計学部,ミュンヘン:LMU,2012年 OH,KyongSae;HWANG,Seok-Hee;YOU,SeungBin et al.:Gesture Sensor for Mobile Devices白書,会社所在地,サムスン電子,(韓),京畿道水原市:サムスン,2013年 BUERGl,L.et al.:Optical proximity and touch sensors based on monolithically integrated polymer photodiodes and polymer LEDs,In:Organic Electronics,Vol.7,No.2,2006年,pp.114-120,DOI:https://doi.org/10.1016/j.orgel.2005.12.002.Science Direct[オンライン] ZHOU,X.et al.:Highly Sensitive a-Si:H PIN Photodiode Gated LTPS TFT for Optical In-Display Fingerprint Identification,In:Society for Information Display International Symposium Digest of Technical Papers,Vol.49,No.1,2018年,pp.490-493,DOI:https://doi.org/10.1002/sdtp.12608.Wiley Online Library[オンライン]
自動車におけるジェスチャ認識及び遠距離センシングは、主として赤外線(IR)センシング又はIRカメラに基づく手法を用いている。多くの車両の内部構造では、ジェスチャ認識及び遠距離センシング用のIR検出システムが、ディスプレイとは別に内蔵設計されている。その他のIRシステムは、タッチ検出のみを可能にするために、ディスプレイ上に集積されている。このIR検出設計の主なデメリットは、ディスプレイ用のスペースに加えて、車両内に内蔵するためのスペースを必要とすることである。自動車内部の将来的な動向は、表示面がほぼディスプレイのエッジまで延伸し、極めて狭く情報の表示に利用不可能なエッジ領域を有する超フラットディスプレイシステムへと向かっている。現行のIRに基づくCID用のシステム及びその他の表示素子を車両内に内蔵すると、超スリムボーダーディスプレイ設計を実現できなくなる。したがって、IR検出システムを表示ユニットに内蔵するための新たな手法を開発する必要がある。
本発明は、光学式近接センサシステム内蔵の表示装置の製造をさらに改善し、特に簡素化することを課題とし、とりわけ、かなり狭く設計され情報の表示に使うことができない表示装置のエッジ領域を、近接センサシステムの少なくとも一部を収容するために利用することが求められる。
上記課題を解決するため、本発明により提案されるのは、表示装置の前の観察空間にある人の手又は手の指等の対象物を検知するため、特にジェスチャ認識及び/又は遠距離センシングのための光学式近接センサシステム内蔵の表示装置であって、
情報を表示する表示面を有する前面と、この表示面に当接し情報の表示に使用されないエッジ領域と、背面とを有する表示ユニットと、
センサ光線を上記観察空間に送信するための少なくとも1つの送信器と、上記観察空間から反射されたセンサ光線を受信するための少なくとも1つの受信器とを有する近接センサシステムとを備え、
上記近接センサシステム又は少なくとも上記少なくとも1つの受信器及び上記少なくとも1つの送信器が、上記表示ユニットの上記前面の上記エッジ領域に配置されており、
又は、
上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの送信器が、上記表示面の占有領域の下方等の上記表示ユニットの下方、又は上記表示ユニットの上記エッジ領域の下方、又は上記表示ユニットの上記背面上、又は上記表示ユニットの上記背面に対向して、又は上記表示ユニット内に配置されており、上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの受信器が、上記表示面に当接する上記エッジ領域において、上記表示ユニットの上記前面又は上記背面上に配置されており、
又は、
上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの受信器が、上記表示面の占有領域の下方等の上記表示ユニットの下方、又は上記表示ユニットの上記エッジ領域の下方、又は上記表示ユニットの上記背面上、又は上記表示ユニットの上記背面に対向して、又は上記表示ユニット内に配置されており、上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの送信器が、上記表示面に当接する上記エッジ領域において、上記表示ユニットの上記前面又は上記背面上に配置されており、
上記表示ユニットが、上記表示ユニットの上記前面を構成する上面とこの上面に対向しない下面とを有するTFT表示パネルを有し、上記上面が、TFTトランジスタを有し上記表示面と一致する領域と、この領域を囲み上記エッジ領域を構成する突出領域とを有し、上記表示ユニットが、上記表示パネルの上記上面の上方又は上記上面上に配置されたカラーフィルタ層をさらに有し、
上記TFT表示パネルが、少なくとも1つのエッジ部において上記カラーフィルタ層より突出しており、この突出が、横方向に上記表示面に当接する上記エッジ領域を構成する場合があり、又は上記TFT表示パネルが、とりわけ上記表示ユニットの上記表示面にともに相当する画素及び薄膜技術により作製されたトランジスタを有し、上記TFT表示パネルが、少なくとも1つのエッジ部において上記表示面より突出しており、この突出が横方向に上記表示面に当接する上記エッジ領域を構成する場合があり、
上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの送信器及び上記少なくとも1つの受信器が、上記TFT表示パネルの上記突出領域内で上記上面又は上記下面上に配置されており、
又は、
上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの受信器又は上記少なくとも1つの送信器が、上記表示パネルの上記突出領域内で上記上面及び/又は上記下面上に配置されており、
上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの受信器及び/又は上記少なくとも1つの送信器が、それぞれ、TFT技術により上記表示パネル上に形成された半導体層を有する半導体ダイオードとして構成されており、上記半導体層が、横方向又は縦方向に積層され互いに当接して配置されている表示装置である。
本発明の本質的な特徴は、近接センサシステムの少なくとも一部、例えば近接センサシステムの1つ又は複数の受信器を、TFTアレイ技術による表示装置の標準的な薄膜トランジスタ(TFT)を作製するプレーナ技術によって形成することである。TFTトランジスタは、複数の積層された半導体層もしくは金属化層からなり、これらの層は、連続的にそれぞれの工程で平面状に作製される。
したがって、本発明により提供される近接センサシステムは、少なくとも受信器として半導体ダイオードを有しており、いわゆるPINフォトダイオードを用いることが好適である。このダイオードは、TFTトランジスタと同様に、複数の製造工程において平面状に形成することができる。TFTアレイは、例えば、標準的な方法で作製することができ、続いて上述のような複数の半導体材料の層を横方向又は縦方向に積層するプロセスをさらに行い、近接センサシステムのダイオード、特に受信器のフォトダイオードを形成する。このため、実際の表示ユニットの表示面の周りの利用されないエッジ領域は、その配置に適している。このとき、それぞれのダイオードの半導体層は、縦方向又は横方向に積層されていてもよい。ダイオードが、TFTトランジスタひいては表示装置のTFTアレイを制御する回路上に配置されていると、特に省スペースである。
つまり、本発明により、「超スリムボーダー」ディスプレイ設計を実現するため、車両品質のための新規のIRセンサシステムが提案される。現行のディスプレイにおけるIR技術と異なり、この手法では、IR検出システムが、ディスプレイのダミー画素領域に組み込まれ、射出IRシステムが、例えば反射体箔の後方のバックライトに配置されていることが画期的である。これら2つの要因により、「超スリムボーダーディスプレイ」と、自動車のIRに基づくシステムとを、共通のユニットに共存させることができる。ジェスチャ認識及び遠距離センシングが影響を受けないことが重要である。別の利点としては、この構成手法により、自動車標準に必要なロバスト性が確保されることが挙げられる。当然のことながら、本発明は、第一に、タッチ検出ではなく、ジェスチャ認識及び遠距離センシング用途に最適化されている。しかし、近距離でのセンシング機能についても可能である。本発明は、ディスプレイの光学性能に影響せず、このことは、高い自動車基準を満たすために非常に重要である。実際に、本発明により、IRフォトダイオード(PD)を視認されないように表示領域に実装することができるため、設計において調和のとれた黒色の視認が生み出される。この特徴が、自動車内部でのほとんどの用途に不可欠である。本提案において、自動車ディスプレイに使用されるTFTアレイの現在の標準薄膜トランジスタ技術により行われることが求められる設計の高い互換性は有用である。よって、本手法により、標準ディスプレイの一連のプロセスにおいて、高スループットで、拡張性高く、歩留まりよく製造することができる。
[検出システム]
本発明において提案される検出システムは、例えばIRフォトダイオード(PD)からなり、IR-PDは、TFTアレイ層に組み込まれ、照明されない画素領域(ダミー画素領域)上に配置されており、ディスプレイのアクティブ領域を視認領域(WA)の一部として囲んでおり、例えば、ディスプレイのアクティブ領域内に配置されている先行技術のIR検出器とは異なる。つまり、本発明によれば、車両ユーザに情報を表示しないTFTパネルのダミー領域が利用される。
IRタッチ検出又は指紋認識を組み込むためにパネルアレイを使用する先行技術の構成が利用できる。しかし、高い位置精度及び/又は位置決めや高速処理での複数の指によるタッチ検出又は指圧検出が求められる用途に用いられるため、非常に複雑なIRセンサ設計システムとなる。さらに、このシステムは、手指により決まる局所的な変化を処理するために最適化されている。
本発明では、全く異なる用途に焦点が当てられている。ジェスチャ認識及び遠距離センシング用のセンサシステムの少なくとも一部をディスプレイ内に実現するため、フォトダイオード(PD)をTFTアレイに内蔵することが提案される。ここで、IR-PDをTFTダミー画素領域(照明されない画素表示領域)に含めることで、上記目的をよく達成することができる。このようにディスプレイTFTに内蔵することの大きな利点は、PDを内蔵するための追加のスペースが不要になり、IR検出内蔵の超フラットスリムボーダーディスプレイが可能になることである。現在、自動車用のTFTディスプレイの設計は高度になっているため、IR検出用の追加のPDの製造は容易であり、TFT製造プロセスとの相性が良い。したがって、本発明は、実際に車の信頼性基準を満たすことができる。当然のことながら、本発明の原理は、その他の消費者向けディスプレイ及び産業用ディスプレイにも十分に応用できる。
高いコントラストや高い輝度等、車載のディスプレイに求められる高い光学性能から、PDを表示面のRGB画素に標準内蔵することは適していない。この手法は、ディスプレイの全体の透過率が著しく低下し、ディスプレイの全体の輝度(典型的には、900Cd/m)が著しく損なわれるため、大きなデメリットがある。これに対し、本発明では、ディスプレイの光学性能は、フォトダイオードの影響を受けない。実際に、本発明により、現在の自動車設計では達成できていない、車両ユーザにデザインIR-PDシステムを実質的に不可視とすることができる。
IR-PDは、TFTアレイ上にPIN-PDとして作製してもよく、例えばLCDパネル上に形成された回路と直接組み合わせてもよい。このように、IRフォトダイオードの電子設計は、a-Si-又はLTPS-TFTアレイの処理との相性もよい。ここで、信号ノイズ比を高めるためには、信号の強度やIR-PDの位置が重要である。よって、IRの射出数又はIR-PDの数を増やすことにより、IR信号の検出感度を向上させることができる。ピーク検出波長が既知であり(典型的には、940nm)、車両におけるディスプレイの形状及び位置を既知とすることができるため、PDの最適な位置を十分に決定することができる。これにより、CID用途における設計効率の柔軟性が高められる。一般に、同じ原理による設計は、あらゆるディスプレイサイズにも拡張することができる。
[射出システム]
IR射出システムは、好適には、バックライトユニット、表示パネル、オプティカルボンディング、空隙又は(タッチパネル(TP)を有する又は有さない)カバーレンズに内蔵されている。IR送信器は、従来の後方から照明するバックライトユニット(BLU)の後部に内蔵されていてもよい。ここでは、IR送信器は、例えば、配置的にBLU反射体の後方に、直接照明素子として構成される。
好適には、IR領域において透明かつ可視領域において反射性の高い(例えば、箔状の)反射体が用いられる。ここで、反射体の主目的は、反射体の後方にIR射出器を隠すこと、高いIR射出信号を維持すること及び自動車標準に必要な高い表示の光学的品質を保証することにある。そのような反射体は、現在、市場で入手可能であるが、ディスプレイや自動車周辺への応用は提案されていなかった。実際には、自動車機器用のこのような箔状の反射体の開発は、実に単純であり、本発明の応用原理を阻害しない。実際に、このバックライト設計は、自動車だけではなく、その他の消費者向け製品及び産業用製品にも使用することができる。(国際公開第2019/197525号も参照し、その内容を本願出願の対象を構成するものとして援用する)。
ここで提案する完全なディスプレイ積層(タッチパネル及びカバーガラスを含む)と組み合わせたIR構成において、全IR透過率が、表示用の光の波長領域外にあり、例えば940nm(+/-5%~10%)であることが重要である。実際に、ディスプレイから送信されるこのIR信号により、ジェスチャ認識及び遠距離センシングに必要なIRを、手のユーザに向けて照射することができる。しかし、どのユーザの場合でも波長を調整し最適化できるため、本発明は上記波長に限定されない。応用に必要な全IR出力密度及び配光は、最終的に、IR射出器の数及び位置により個別に規定される。
そのため、本発明により、追加の横方向の空間を要することなく、ディスプレイ表面を越えて顧客固有のIRファーフィールドを作り出すことができるため、狭額縁の超フラットディスプレイ設計における組み込みが容易になる。ここで、生成されたIRファーフィールドは、CID用途において人の手/指と相互に作用するために、活用することができる。これは、容易に拡張することができ、産業用ディスプレイ及び消費者向けディスプレイ用の製品に応用できる。
実際に、ここで提案される設計により、バックライトユニットにおいて反射体のみが置き換えられるため、BLUの均一性、輝度及び色等のあらゆる光学性能が実質的に損なわれないようにすることが可能である。そのため、BLUの機械的寸法も影響を受けない。
既に上で述べたように、上記半導体ダイオードの各々が、適宜、IR半導体ダイオードとして構成されている。
本発明の別の有用な態様において、上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの受信器の上記半導体ダイオードが、PINフォトダイオードとして構成されており、かつ2つの反対極性にドープされた半導体層の間に真性半導体層を有していてもよい。
典型的には、上記TFT表示パネルが、上記表示パネルの上記突出内に、TFT技術により形成された回路を上記上面及び/又は上記下面上に備える。
本発明の別の有用な態様において、上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの受信器の上記半導体ダイオード及び/又は上記少なくとも1つの送信器の上記半導体ダイオードが、TFT技術により作製された絶縁層上に形成されており、この絶縁層が、TFT技術により作製され上記TFT表示パネルの上記突出に配置された回路又はその一部の上に形成されていてもよい。
既に上で述べたように、上記少なくとも1つの送信器から発信され、上記少なくとも1つの受信器又は上記近接センサシステムにより受信される光線が、不可視光線の例としてIR線であることが好適である。
上記表示ユニットが、適宜、LCDマトリックス表示ユニットとして構成されていてもよく、上記表示パネルの上記上面とカバーガラスとの間の四方を封止された空隙において、液晶媒体が設けられていてもよい。
本発明の有用な態様において、上記少なくとも1つの送信器及び/又は上記少なくとも1つの受信器が、上記表示面の前の上記観察空間の方向に上記光線を向けるための光学系を備えていてもよい。
本発明に係る表示装置は、適宜、容量式、抵抗式、誘導式又は超音波式のタッチセンサシステム等の非光学式のタッチセンサシステムを備えていてもよい。
本発明の別の好適な態様において、上記タッチセンサシステムが、タッチパネルを有し、このタッチパネルが、上記表示ユニットの上記前面上、又は上記カラーフィルタ層上、又は上記表示ユニット又は上記カラーフィルタ層の前に配置されたカバーガラスの後方に位置している。
上記近接センサシステムの上記少なくとも1つの送信器及び上記少なくとも1つの受信器の両方を上記表示ユニットの上記エッジ領域に配置する場合、上記少なくとも1つの送信器及び上記少なくとも1つの受信器が、クロストークを回避するため、適宜、互いに分離されている。
本発明のさらに別の態様において、上記近接センサシステムが、受信器として、光学系を有する又は有さない受信器マトリックスを有し、この受信器マトリックスが、上記表示ユニットの上記エッジ領域に配置されており、画像取得又は上記観察空間の3D取得のために設けられている。
これに代えて、上記近接センサシステムが、受信器として、光学系を有する又は有さない画像センサを有し、この画像センサが、上記表示ユニットの上記エッジ領域に配置されており、画像取得又は上記観察空間の3D取得のために設けられていてもよい。
さらに、上記近接センサシステムが、上記観察空間の2D又は3D取得に不十分な環境光で動作可能な送信器を有することも可能である。
以下、図面を参照して、複数の実施形態により本発明を詳細に説明する。
図1は、本実施形態において第1の実施形態に係るLCD表示装置の特徴を示す模式図であり、対応するセンサシステムをディスプレイのエッジ領域に配置することにより不可視光を検出するために必須の特徴を示す図である。 図2は、本実施形態において第2の実施形態に係るLCD表示装置の特徴を示す模式図であり、対応するセンサシステムをディスプレイのエッジ領域に配置することにより不可視光を検出するために必須の特徴を示す図である。 図3は、本実施形態において第3の実施形態に係るLCD表示装置の特徴を示す模式図であり、対応するセンサシステムをディスプレイのエッジ領域に配置することにより不可視光を検出するために必須の特徴を示す図である。 図4は、本実施形態において第4の実施形態に係るLCD表示装置の特徴を示す模式図であり、対応するセンサシステムをディスプレイのエッジ領域に配置することにより不可視光を検出するために必須の特徴を示す図である。
図1は、表示装置10の本発明に必須の構成要素を模式的に示し、そのエッジ領域には、特にジェスチャ認識及び/又は遠距離センシングに好適な、表示装置10の前の観察空間12にある人の手14又は手14の指16等の対象物を検知するための近接センサシステムの一部が配置されている。
表示装置10は、LCDパネル18を有する表示ユニット11を有し、LCDパネル18上には、それぞれ例えばITO電極26,28,30及び画素容量32,34,36を有するR画素、G画素及びB画素20,22,24が配置されている。LCDパネル18は、TFTガラスとして実装されており、プレーナ技術で作製された個々の画素に割り当てられたTFTトランジスタ38,40,42を有する。
LCDパネル18の上方には、R画素20の上方のRフィルタ46と、G画素22の上方のGフィルタ48と、B画素24の上方のBフィルタ50とを有するカラーフィルタ層44が設けられている。
カラーフィルタ層44は、スペーサ52により、LCDパネル18に対して均一な間隔で保持されている。両者の間の空隙は、LCDディスプレイでは一般に公知のように、液晶材料53により周縁まで封止されている。
カラーフィルタ層44の上方には、表示装置10への接触を検出するタッチパネル54が設けられている。このようなタッチパネル54等の表示装置用のタッチセンサシステムは、一般に公知であるため、ここではその構成についてさらなる説明は行わない。
タッチパネル54の上方には、オプティカルボンディング58によりタッチパネル54に接続されているカバーガラス56(カバーレンズともいう)が設けられている。
表示装置10の前面60は、画素により画定された表示面62を有し、表示面62を囲んで、表示目的に利用されないエッジ領域64が延設されている。このエッジ領域64は、カバーガラス56の下面のIR光透過性のプリント66により遮光されている。このエッジ領域64内に、LCDパネル18の突出領域68が延設されており、突出領域68に、例えば、画素の制御用の電子回路及び/又は電子部品72並びにルーティング70が配置されている。
ここで、本発明によれば、このLCDパネル18の突出領域68は、近接センサシステムの少なくとも一部を配置するために利用される。図1に係る実施形態において、この突出領域68に、例えば、近接センサシステム76の受信器74が設けられており、さらに近接センサシステム76には、本実施形態ではIR線を射出する送信器78が含まれている。送信器78は、本実施形態では表示装置10の下方に配置されているIR送信ダイオード80として構成されている。
表示装置10の下方には、まず導光層84を有するバックライトユニット82が配置されており、バックライト光源86により横方向に供給された光が、導光層84で表示装置10の表示面62の方向に向けられる。導光層84の上には、表示面62の方向に向けられたバックライト光を均一化するための拡散層87が設けられている。バックライト光源86についても、適宜、LEDとする。バックライトユニット82には、導光層84から下方に漏れたバックライト光を反射する反射体88も含まれる。この反射体88はIR線透過性の反射体であるため、送信器78を、支持構造90により保持された状態で、バックライトユニット82の下方に配置することができる。
図1において観察空間12にあるユーザの指16及び手14により示唆されるように、送信器78のIR線が受信器74の方向に反射されることにより、手の位置決めや検知が可能になる。
送信器78と同様に、近接センサシステム76の受信器74も、適宜、ダイオードとして構成され、本実施形態ではIR線受信用のPINフォトダイオード92として構成されている。このようなPINフォトダイオード92は、例えば、p型ドープされた半導体材料層94と、n型ドープされた半導体材料層96と、上記2つの半導体材料層の間の真性、すなわち本質的に導電性の半導体材料層98とを有する。省スペースの理由から、PINフォトダイオード92は、絶縁層100を介して電子部品72上に配置されている。
LCDパネル18のすべての電子部品及び光電子部品は、プレーナ技術により、層状に設けられている。これは、特に、図1に係る実施形態では縦型PINダイオードとして設計されている本発明により提供されるPINフォトダイオード92についても言えることである。
図2に係る実施形態において、表示装置10’は、電子部品72上に設けられている絶縁層100上に、3つの半導体材料層が縦方向ではなく横方向に積層して配置されている横型PINフォトダイオード92を備える。その他に関しては、図2の符号について、図1の要素と構造的もしくは機能的に同一の要素にはすべて、図1と同じ符号を付している。
図3及び図4に、本発明により提案されるように、表示装置10’’及び10’’’の2つの別の形態を示す。図3及び図4についても、構造的及び/又は機能的に同一の要素には、図1と同じ符号を付している。
図3から、PINフォトダイオード92が、縦型PINフォトダイオードとして構成されており、LCDパネル18の突出領域68において電子部品72の隣に配置されていることがわかる。図4において、PINフォトダイオード92は、横型PINフォトダイオードとして構成されている。
10 表示装置
10’ 表示装置
10’’ 表示装置
10’’’ 表示装置
11 表示ユニット
12 観察空間
14 手
16 指
18 LCDパネル
20 R画素
22 G画素
24 B画素
26 ITO電極
28 ITO電極
30 ITO電極
32 画素容量
34 画素容量
36 画素容量
38 TFTトランジスタ
40 TFTトランジスタ
42 TFTトランジスタ
44 カラーフィルタ層
46 Rフィルタ
48 Gフィルタ
50 Bフィルタ
52 スペーサ
53 液晶材料
54 タッチパネル
56 カバーガラス
58 オプティカルボンディング
60 前面
62 表示面
64 エッジ領域
66 プリント
68 突出領域
70 ルーティング
72 電子部品
74 受信器
76 近接センサシステム
78 送信器
80 IR送信ダイオード
82 バックライトユニット
84 導光層
86 バックライト光源
87 拡散層
88 反射体
90 支持構造
92 PINフォトダイオード
94 p型ドープされた半導体材料層
96 n型ドープされた半導体材料層
98 本質的に導電性の半導体材料層
100 絶縁層
[略称]
IR:Infra-red
AA:Active area
WA:Viewing area
TP:Touch panel
PD:Photo-diode
LCD:Liquid crystal display
TFT:Thin film transistor
LTPS:Low temperature poly-silicon
a-Si:amorphous silicon
PIN PD:PIN type semiconductor photodiode
FPC:Flex printed circuit
COG:Chip on glass
OCR:Optically clear resin
OCA:Optically clear adhesive
BL:Backlight
BLU:Backlight unit
CG:Cover glass
GG:Glass-Glass
AR:Anti-reflection
AG:Anti-glare
AFP:Anti-finger print
CID:Center information display
CF:Color filter glass

Claims (15)

  1. 表示装置の前の観察空間にある人の手又は手の指等の対象物を検知するため、特にジェスチャ認識及び/又は遠距離センシングのための光学式近接センサシステム内蔵の表示装置であって、
    情報を表示する表示面(62)を有する前面(60)と、この表示面(62)に当接し情報の表示に使用されないエッジ領域(64)と、背面とを有する表示ユニット(11)と、
    センサ光線を上記観察空間に送信するための少なくとも1つの送信器(78)と、上記観察空間から反射されたセンサ光線を受信するための少なくとも1つの受信器(74)とを有する近接センサシステム(76)とを備え、
    上記近接センサシステム(76)又は少なくとも上記少なくとも1つの受信器(74)及び上記少なくとも1つの送信器(78)が、上記表示ユニット(11)の上記前面(60)の上記エッジ領域(64)に配置されており、
    又は、
    上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの送信器(78)が、上記表示面(62)の占有領域の下方等の上記表示ユニット(11)の下方、又は上記表示ユニット(11)の上記エッジ領域(64)の下方、又は上記表示ユニット(11)の上記背面上、又は上記表示ユニット(11)の上記背面に対向して、又は上記表示ユニット(11)内に配置されており、上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの受信器(74)が、上記表示面(62)に当接する上記エッジ領域(64)において、上記表示ユニット(11)の上記前面(60)又は上記背面上に配置されており、
    又は、
    上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの受信器(74)が、上記表示面の占有領域の下方等の上記表示ユニット(11)の下方、又は上記表示ユニット(11)の上記エッジ領域(64)の下方、又は上記表示ユニット(11)の上記背面上、又は上記表示ユニット(11)の上記背面に対向して、又は上記表示ユニット(11)内に配置されており、上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの送信器(78)が、上記表示面(62)に当接する上記エッジ領域(64)において、上記表示ユニット(11)の上記前面(60)又は上記背面上に配置されており、
    上記表示ユニット(11)が、上記表示ユニット(11)の上記前面(60)を構成する上面とこの上面に対向しない下面とを有するTFT表示パネル(18)を有し、上記上面が、TFTトランジスタ(38、40、42)を有し上記表示面(62)を構成する領域と、この領域を囲み上記エッジ領域(64)を構成する突出領域(68)とを有し、上記表示ユニット(11)が、上記表示パネル(18)の上記上面の上方又は上記上面上に配置されたカラーフィルタ層(44)をさらに有し、
    上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの送信器(78)及び上記少なくとも1つの受信器(74)が、上記TFT表示パネル(18)の上記突出領域(68)内で上記上面又は上記下面上に配置されており、
    又は、
    上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの受信器(74)又は上記少なくとも1つの送信器(78)が、上記表示パネル(18)の上記突出領域(68)内で上記上面及び/又は上記下面上に配置されており、
    上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの受信器(74)及び/又は上記少なくとも1つの送信器(78)が、それぞれ、薄膜技術により上記表示パネル(18)上に形成された半導体層(94,96,98)を有する半導体ダイオードとして構成されており、上記半導体層(94,96,98)が、横方向又は縦方向に積層され互いに当接して配置されている表示装置。
  2. 上記半導体ダイオード(94,96,98)の各々が、IR線を受信又は送信するためのIR半導体ダイオードとして構成されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの受信器(74)の上記半導体ダイオード(94,96,98)が、PINフォトダイオード(92)として構成されており、かつ2つの反対極性にドープされた半導体層(94,96)の間に真性半導体層(98)を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
  4. 上記TFT表示パネル(18)が、上記表示パネル(18)の上記突出内に、薄膜技術により形成された電子部品(72)を上記上面及び/又は上記下面上に有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの受信器(74)の上記半導体ダイオード(94,96,98)及び/又は上記少なくとも1つの送信器(78)の上記半導体ダイオード(94,96,98)が、薄膜技術により作製された絶縁層(100)上に形成されており、上記絶縁層(100)が、薄膜技術により作製され上記TFT表示パネル(18)の上記突出領域(68)に配置された電子部品(72)上又はその一部の上に形成されていることを特徴とする請求項4及び請求項2及び/又は請求項3に記載の表示装置。
  6. 上記少なくとも1つの送信器(78)から発信され、上記少なくとも1つの受信器(74)又は上記近接センサシステム(76)により受信される光線が、IR線であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の表示装置。
  7. 上記表示ユニット(11)が、LCDマトリックス表示ユニットとして構成されており、かつ上記表示パネル(18)の上記上面とカバーガラスとの間の四方を封止された空隙において、液晶媒体を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の表示装置。
  8. 上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの送信器(78)及び/又は上記少なくとも1つの受信器(74)が、上記表示面(62)の前の上記観察空間の方向に上記光線を向けるための光学系を備えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 容量式、抵抗式、誘導式又は超音波式のタッチセンサシステム等の非光学式のタッチセンサシステムを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 上記タッチセンサシステムが、タッチパネル(54)を有し、このタッチパネル(54)が、上記表示ユニット(11)の上記前面(60)上、又は上記カラーフィルタ層(44)上、又は上記表示ユニット(11)又は上記カラーフィルタ層(44)の前に配置されたカバーガラス(56)の後方に位置していることを特徴とする請求項9に記載の表示装置。
  11. 上記近接センサシステム(76)の上記少なくとも1つの送信器(78)及び上記少なくとも1つの受信器(74)の両方を上記表示ユニット(11)の上記エッジ領域(64)に配置する場合、上記少なくとも1つの送信器(78)及び上記少なくとも1つの受信器(74)が、クロストークを回避するため、互いに分離されていることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の表示装置。
  12. 上記近接センサシステム(76)が、受信器として、光学系を有する又は有さない受信器マトリックスを有し、この受信器マトリックスが、上記表示ユニット(11)の上記エッジ領域(64)に配置されており、画像取得又は上記観察空間の3D取得のために設けられていることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の表示装置。
  13. 上記近接センサシステム(76)が、受信器として、光学系を有する又は有さない画像センサを有し、この画像センサが、上記表示ユニット(11)の上記エッジ領域(64)に配置されており、画像取得又は上記観察空間の3D取得のために設けられていることを特徴とする請求項12に記載の表示装置。
  14. 上記近接センサシステム(76)が、上記観察空間の2D又は3D取得に不十分な環境光で動作可能な送信器(78)を有することを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の表示装置。
  15. 上記TFT表示パネル(18)が、少なくとも1つのエッジ部(64)において上記カラーフィルタ層(44)より突出しており、この突出が、横方向に上記表示面(62)に当接する上記エッジ領域(64)を構成すること、又は上記TFT表示パネル(18)が、とりわけ上記表示ユニット(11)の上記表示面(62)にともに相当する画素(20,22,24)及び薄膜技術により作製されたトランジスタ(38,40,42)を有し、上記TFT表示パネル(18)が、少なくとも1つのエッジ部(64)において上記表示面(62)より突出しており、この突出が、横方向に上記表示面(62)に当接する上記エッジ領域(64)を構成することを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の表示装置。

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