JP5719243B2 - 光源アセンブリおよびこれを含むタッチスクリーン装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源アセンブリおよびこれを含むタッチスクリーン装置に関するものである。

現代社会が高度に情報化されるにつれ、表示装置は大型化および薄型化に対する市場の要求に直面しており、従来のＣＲＴ装置ではこのような要求を充分に満足させることができなかったため、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）装置、ＰＡＬＣ（Ｐｌａｓｍａ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）装置、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）装置などに代表されるフラットパネル表示装置に対する需要が爆発的に増えつつある。

最近の表示装置は、映像を表示する機能だけではなく、外部情報の入力を受ける認識機能を含む形態で発展している。このような表示装置としては、タッチスクリーン装置がある。

タッチスクリーン装置とは、キーボードとマウスに代わる最先端の入力装置として、タッチスクリーンを表示パネル上に装着した後、表示パネル上に直接手でタッチし、所望する作業を行うため、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）環境（ウインドウオペレーティングシステム）下で直接的な業務遂行が可能な理想的な装置であり、コンピュータ基盤の訓練およびシミュレーション応用分野、事務自動化応用分野、教育応用分野およびゲーム応用分野などで広く使用することができる。

ただし、タッチスクリーン表示装置は、タッチパネル面に加えられた圧力を認識する方式として機械的な作用を必要とするため、信頼性および精密度が落ちる問題がある。

これに伴い表示パネル上に位置する画像自体を認識する技術が必要になり、特に表示装置のように表示パネルの両面に偏光板が形成された場合にも映像が認識できる装置が必要になるにつれ、赤外線光源を使用するようになった。

ただし、赤外線光源と可視光線光源とを同時に使用する場合、光源を効率よく使用するためには赤外線と可視光線とを各々制御できる構造が要求される。

本発明が解決しようとする課題は、赤外線光源の数を最小化しながらも均一な赤外線光を供給できる光源アセンブリを提供しようとすることにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、前記したような光源アセンブリを含むタッチスクリーン装置を提供しようとすることにある。

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。

前記課題を達成するための本発明の一実施形態による光源アセンブリは、第１波長範囲の第１光を出射する複数の第１光源と、第１波長範囲と異なる第２波長範囲の第２光を出射する複数の第２光源と、複数の第１光源及び複数の第２光源の出射光が入射する光学部材と、を含み、一方向に沿って配列された複数の第２光源間の平均ピッチは前記一方向に沿って配列された複数の第１光源間の平均ピッチより大きく、光学部材に対する第１光の反射率より第２光の反射率がさらに大きいことを特徴とする。

前記他の課題を達成するための本発明の一実施形態によるタッチスクリーン装置は、第１波長範囲の光を出射する複数の第１光源、第１波長範囲と異なる第２波長範囲の光を出射する複数の第２光源、および複数の第１光源及び複数の第２光源の出射光が入射する光学部材を含み、一方向に沿って配列された複数の第２光源間の平均ピッチが前記一方向に沿って配列された複数の第１光源間平均ピッチより大きく、光学部材に対する第１光の反射率より第２光の反射率がさらに大きな光源アセンブリと、光源アセンブリから光を供給されるタッチスクリーンパネルと、を含む。

本発明の一実施形態による光源アセンブリの概略図である。 本発明の多様な実施形態による複数の第１光源および複数の第２光源の形状および配置を示す平面図である。 本発明の多様な実施形態による複数の第１光源および複数の第２光源の形状および配置を示す平面図である。 本発明の多様な実施形態による複数の第１光源および複数の第２光源の形状および配置を示す平面図である。 本発明の一実施形態による光学部材の断面図である。 材料の伸長比による屈折率の変化を示すグラフである。 波長による光学部材の透過率を示すグラフである。 本発明の多様な実施形態による光学部材の断面図である。 本発明の多様な実施形態による光学部材の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による光学部材の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による光学部材の断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチスクリーン装置の概略構成図である。 図１２に示すタッチスクリーンパネルの例示的な断面図である。 本発明の他の実施形態によるタッチスクリーンパネルの断面図である。 本発明のまた他の実施形態によるタッチスクリーンパネルの断面図である。

本発明の利点、特徴、およびそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現されるものであり、本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範囲によってのみ定義される。

空間的に相対的な用語である「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などは図面に図示するように一つの素子または構成要素と異なる素子または構成要素との相関関係を容易に記述するために使用される。空間的に相対的な用語は図面に図示されている方向に加え、使用時または動作時に素子の互いに異なる方向を含む用語として理解しなければならない。明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を指称する。

図１は、本発明の一実施形態による光源アセンブリの概略図である。

図１を参照すると、光源アセンブリ１０は、複数の第１光源７１、複数の第２光源７２および光学部材６０を含む。

複数の第１光源７１は、第１波長範囲にある第１光を放出する。複数の第２光源７２は、第１波長範囲と異なる第２波長範囲にある第２光を放出する。

ここで、特定波長範囲の光を放出するという意味は、光スペクトル上のピークを示す波長の光を主に出射するという意味として解釈してもよい。すなわち、可視光の波長範囲の光を出射することが、少量の紫外線または赤外線など可視光波長範囲を外れる光の出射が全くないことを意味するものではないことを理解しなければならない。

いくつかの実施形態において、第２波長範囲は第１波長範囲より大きくてもよい。例えば、第１波長範囲は可視光の波長範囲またはその内にあり、第２波長範囲は赤外線の波長範囲またはその内にあってもよい。

複数の第１光源７１は第１波長範囲の第１光を出射するが、これはすべての第１光源７１が同一の波長範囲の光を出射するという限定的な意味として解釈してはならない。例えば、第１波長範囲が４００〜７００ｎｍと仮定するとき、すべての第１光源７１が４００〜７００ｎｍの波長範囲の光を出射してもよいが、一部の第１光源７１は４００〜６００ｎｍの波長範囲の光を出射し、他の一部の第１光源７１は５００〜７００ｎｍの波長範囲の光を出射してもよい。また、すべての第１光源７１の波長範囲が４００〜７００ｎｍを全部カバーする必要はなく、一部の第１光源７１は４００〜４５０ｎｍ、他の一部の第１光源７１は５２０〜５７０ｎｍ、また他の一部の第１光源７１は６５０〜７００ｎｍの波長範囲を有する場合のように、出射波長範囲で定義された４００〜７００ｎｍのうち特定波長帯（すなわち、４５０〜５２０ｎｍ、５７０〜６５０ｎｍ）が出射されない場合でも、第１光源７１の出射波長が４００〜７００ｎｍの範囲内であれば第１光源７１の第１波長範囲は４００〜７００ｎｍにあると解釈してもよい。複数の第２光源７２についても、複数の第１光源と同様の解釈を適用することができる。

図２〜図４は、本発明の多様な実施形態による複数の第１光源および複数の第２光源の形状および配置を示す平面図である。

図２および図３に示すように、複数の第１光源７１および複数の第２光源７２は、各々点光源であってもよい。適用可能な点光源の例としてはＬＥＤ光源がある。いくつかの実施形態において、第１光源は可視光波長範囲の第１光を出射する可視光ＬＥＤ光源であり、第２光源は赤外線波長範囲の第２光を出射する赤外線ＬＥＤ光源であってもよい。

図２は、点光源である第１光源７１および第２光源７２が２次元的に配置された例である。２次元的に配置された点光源（７１，７２）は、これに制限されるものではないが、直下型の光源アセンブリに適用され得る。

図２において、第１光源および第２光源は、第１方向（Ｘ）および第１方向（Ｘ）に垂直な第２方向（Ｙ）に沿って分散配列される。第１方向（Ｘ）への複数の第１光源７１の平均ピッチｐ１１は、第１方向（Ｘ）への複数の第２光源７２の平均ピッチｐ２１より小さい。ここで、平均ピッチとは、例えば、第１方向（Ｘ）に沿って一つの第１光源７１と隣接する他の第１光源７１との間の中心距離の平均を意味する。複数の第１光源７１および複数の第２光源７２が第１方向（Ｘ）に沿って各々実質的に同一の領域内で等しく分散配置されていると仮定するとき、第１方向（Ｘ）への第２光源７２の平均ピッチｐ２１が第１光源７１の平均ピッチｐ１１より大きいということは、第１方向（Ｘ）に沿って第１光源７１の数が第２光源７２の数より多く配置されていることを意味する。

同様に、第２方向（Ｙ）への複数の第１光源７１の平均ピッチｐ１２は、第２方向（Ｙ）への複数の第２光源７２の平均ピッチｐ２２より小さい。

例えば、第１方向（Ｘ）または第２方向（Ｙ）への第１光源７１の平均ピッチ（ｐ１１，ｐ１２）は、第２光源７２の平均ピッチ（ｐ２１，ｐ２２）の１．２倍〜３倍であってもよい。しかし、これに制限されるものではなく、平均ピッチの比が数値範囲と異なってもよく、第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）のうちのいずれか一つの方向への第２光源７２の平均ピッチ（ｐ２１，ｐ２２）が、第１光源７１の平均ピッチ（ｐ１１，ｐ１２）より小さいかまたは同じであってもよい。

例示的な実施形態である図２では、第１光源７１が碁盤状に配列され、第１方向（Ｘ）への平均ピッチｐ１１および第２方向（Ｙ）への平均ピッチｐ１２が実質的に同一な場合を示す。一方、第２光源７２の場合は、行ごとに交錯した配列、言い換えれば、特定行の次行の第２光源７２が特定行の第２光源７２の間に配置された配列を有し、第１方向（Ｘ）への平均ピッチｐ２１が第２方向（Ｙ）への平均ピッチｐ２２より小さい。

図２の光源（７１，７２）が４０インチの液晶表示装置に適用される場合、第１光源７１の第１方向（Ｘ）への平均ピッチｐ１１は約２７．２５ｍｍであり、第２方向（Ｙ）への平均ピッチｐ１２は約２７．１５ｍｍであってもよい。また、第２光源７２の第１方向（Ｘ）への平均ピッチは約４０．８８ｍｍであり、第２方向（Ｙ）への平均ピッチｐ２２は約５４．２ｍｍであってもよい。このような具体的な配列パターンおよびピッチなどは、必要に応じて多様に変形することができる。

図３は、点光源である第１光源７１および第２光源７２が線状に配置された例である。図３は図２の第１方向または第２方向のうちいずれか一つの方向に配列された場合である。したがって、複数の第１光源７１の平均ピッチｐ１は、複数の第２光源７２の平均ピッチｐ２より小さいことがわかる。図３のように線形配置された点光源（７１，７２）は、エッジ型の光源アセンブリに適用されてもよい。

図４は、第１光源７１ａおよび第２光源７２ａが線光源である場合を例示する。複数の第１光源７１ａおよび第２光源７２ａの平均ピッチ（ｐ１ａ、ｐ２ａ）は、図２の特定方向に対する光源の平均ピッチと類似する。すなわち、複数の第１光源７１ａの平均ピッチｐ１ａは、複数の第２光源７２ａの平均ピッチｐ２ａより小さい。

前述したように、本発明の実施形態では、複数の第１光源の平均ピッチが複数の第２光源の平均ピッチより小さい場合を含む。光源のピッチは、光源の間隔に比例し、それによって輝部および暗部の発生程度を決定する。光源が配置された領域は輝部と視認され、光源が配置されない領域は相対的に暗部と視認されるため、光源のピッチが大きいほど輝部および暗部の区別がさらに明確になる。したがって、第１光源に比べ、第２光源が相対的に極端な輝部および暗部の区別が生じることが分かる。暗部が低い輝度を有し、その範囲が広く、輝部と明確に区分されるほど光の均一化には不利である。均一な面光源を得るために拡散板や拡散シートなどの拡散部材を使用することができるが、さらに多く拡散しなければならないため、拡散部材の費用が上昇するだけでなく、輝度の側面からある程度の損失がある。

一方、輝部および暗部の区別を最小化するために光源の平均ピッチを小さくする方案を考慮することができるが、光源のピッチが小さいほど光源の個数が増えるので、費用が増加するだけでなく、消費電力の増加が伴う。したがって、光源の平均ピッチを無計画で減らしてはならず、費用や消費電力などを考慮して適切に設計する必要がある。

再び、図１を参照すると、複数の第１光源７１および第２光源７２から出射された光の移動経路上に光学部材６０が配置される。光学部材６０は、入射した第１光および第２光を少なくとも部分的に透過させ、少なくとも部分的に反射する。すなわち、光学部材６０に入射した光のうち、一部は光学部材６０を透過するが、一部は反射する。光学部材６０から反射された光は光源（７１，７２）側に戻ってくる。ここに反射器が設置されていれば、反射光は再び反射されて光学部材６０側に再入射される。同一な動作が継続して繰り返される。

光源（７１，７２）から出射され、光学部材６０に直接入射して透過する光は、光源（７１，７２）から直接出射された光であるため、光学部材６０の外側からみるときには光源（７１，７２）近くで発生した光と認識される。しかし、光源（７１，７２）から出射された後、最小２回の反射を経て再入射して透過した光の場合、一般的には光学部材６０の外側から見るときに該当光源（７１，７２）から離れたところで発生した光と認識される。したがって、光学部材６０による反射が多いほど光源（７１，７２）と離隔されたところで発生した光と視認される可能性が高い。これによって光源（７１，７２）が存在する領域の輝度は相対的に減少し、光源（７１，７２）から離れて光源（７１，７２）が存在しない領域の輝度は相対的に上昇するため、輝部と暗部との間の輝度の差異が減少し得る。これは光均一化に有利であることを意味する。

前述したように、複数の第２光源７２は少なくとも一方向に対して複数の第１光源７１より平均ピッチが大きく、それ自体で輝部および暗部の区分がさらに明確であるため、光学部材６０による反射が多いことが好ましい。このような観点から、光学部材６０は、それに対する第１光源７１から出射された第１光の反射率より第２光源７２から出射された第２光の反射率がさらに大きいように設計する。第１光及び第２光は、波長範囲が異なるため、波長に応じて互いに異なる反射率を実現する構造を採用すれば、前記のような機能の実現が可能である。前記構造に関する具体的な例を図５に示す。

図５は、本発明の一実施形態による光学部材の断面図である。図５を参照すると、光学部材６０は第１屈折層６２および第２屈折層６４を含む。第１屈折層６２は第１屈折率を有する。第２屈折層６４は第１屈折率より大きな第２屈折率を有する。

第１屈折層６２と第２屈折層６４とは互いに交互に積層されている。屈折層の積層数の制限はなく、多様に変形することが可能である。ただし、後述する反射効率を極大化するための観点から、光源（７１，７２）から最初に光が入射される層は相対的に高い屈折率を有する第２屈折層６４であることが好ましい。すなわち、光源（７１，７２）側から見ると、第２屈折層６４から始め、第１屈折層６２と第２屈折層６４とが順次に交互に積層される構造を有してもよい。いくつかの実施形態において、第１屈折層６２及び第２屈折層６４の数は実質的に同一であってもよい。図５は、２個の第１屈折層６２および２個の第２屈折層６４が交互に積層された場合を例示する。図５で高い屈折率を有する第２屈折層６４が第１屈折層６２より相対的に光源に近く配置されたことを確認することができる。

第１屈折層６２は例えば、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＭＳ（ｍｅｔｈａ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＳ（ｐｏｌｙ ｓｔｙｒｅｎｅ）のうちいずれか一つの物質で形成されてもよい。第２屈折層６４は、ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔａｌａｔｅ）、ＣＯ−ＰＥＮ（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ−ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔａｌａｔｅ）、ＣＯＰ（ｃｙｃｌｉｃ ｏｌｅｆｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅｓ）のうちいずれか一つの物質で形成されてもよい。

第１屈折層６２および第２屈折層６４の屈折率は選択される物質によって決定されるが、加工方式によっても変わることもある。すなわち、屈折層の形成後、伸長、押出などの加工を行うことにより屈折率が変わる。屈折率が変化する程度は選択される物質によって異なる。例えば、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＣＯ−ＰＥＮ、ＣＯＰ、ＰＣのような物質は伸長前の固有複屈折が正の性質を有する物質であって、特定方向の伸長により伸長方向への屈折率が大きくなるが、ＰＳ、ＰＭＭＡなどの物質は伸長前の固有複屈折が負の性質を有するため、特定方向の伸長加工を経ると伸長方向への屈折率が小さくなる。図６を参照してさらに詳細に説明する。

図６は、材料の伸長比による屈折率の変化を示すグラフである。図６において、（１）はＰＥＮをＴＤ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向に伸長したときの伸長比による屈折率の変化を示す。（２）はＰＳの一種であるｓＰＳ（Ｓｙｎｄｉｏｔａｔｉｃ ＰｏｌｙＳｔｙｒｅｎｅ）をＴＤ方向に伸長したときの伸長比による屈折率の変化を示す。また、（３）はｓＰＳをＭＤ（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向に伸長したときの伸長比による屈折率の変化を示し、（４）はＰＥＮをＭＤ方向に伸長したときの伸長比による屈折率の変化を示す。ここで、ＭＤ方向とは、伸長機械でフィルムが移送される移送方向であり、ＴＤはＭＤに対して垂直な方向を意味する。

図６を参照すると、ＰＥＮはＴＤ方向に伸長したとき、屈折率が急激に上昇する特性がある反面、ｓＰＳはＴＤ方向に伸長したとき、屈折率がむしろ減少する特性があることが分かる。ＴＤに垂直なＭＤ方向への伸長比に対してＰＥＮは屈折率が多少減少するが、ｓＰＳは屈折率がむしろ小幅に上昇する。

したがって、第１屈折率および第２屈折率を決定するためにはこのような物質別、伸長方向別、伸長率別の特性などを考慮することが好ましい。

再び図５を参照すると、光学部材６０はベース部材６１をさらに含んでもよい。ベース部材６１は第３屈折率を有してもよい。ここで、第３屈折率は第１屈折率より大きく、第２屈折率より小さくてもよい。

ベース部材６１は、例えばＰＥＴ、ＰＣなどの物質で構成されてもよい。いくつかの実施形態において、ベース部材６１は、拡散シート用ベース、拡散板用ベースや導光板用ベースであってもよい。この場合、光学部材は、拡散シート、拡散板または導光板と一体化してもよいことを理解することができる。

第１屈折層６２および第２屈折層６４は、ベース部材６１上に積層される。ベース部材６１上に第１屈折層６２および第２屈折層６４を積層することは、第１屈折層６２および第２屈折層６４の交互積層体を別途に製造した後、接着剤層６３などを利用してベース部材６１上に接着する方式で行われてもよい。他の例として、ベース部材６１と第１屈折層６２および第２屈折層６４の共押出によって前記積層が行われてもよい。図５の実施形態において、ベース部材６１は、光源（７１，７２）から最遠方に配置される。

交互に配置された第１屈折層６２および第２屈折層６４の屈折率の差異は、各屈折層（６２，６４）の厚さと共に光源（７１，７２）から入射した光に対する干渉程度を決定する因子となる。光に対する干渉程度に応じて反射率が変わる。

図５のような構造を有する光学部材６０において、各屈折層の屈折率と厚さとの積である光学距離（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ）が入射光の波長の奇数倍になる場合、光学部材に垂直入射した光に対する反射率は次のように計算することができる。

ここで、Ｒｍａｘは垂直入射光に対する最大反射率であり、ｎｓはベース部材の屈折率であり、ｎｍは空気の屈折率であり、ｎ_Ａは第１屈折層の屈折率であり、ｎ_Ｂは第２屈折層の屈折率であり、Ｎ：第１屈折層と第２屈折層の反復数である。

具体的な例を挙げて説明すると、光源から出射される光の波長（λ）が８５０ｎｍであり、各屈折層の光学距離が押出時可能な厚さを考慮し、λ／４の９倍程度の厚さと設定する。また、第１屈折層は屈折率が１．５２であり、ｓＰＳからなるものと仮定する。第２屈折層は屈折率が１．８５であり、ＰＥＮからなるものと仮定する。

前記のような条件が満たされると、以下の等式が成立され得る。
９×８５０ｎｍ／４＝ｎ_Ａ×ｄ_Ａ＝ｎ_Ｂ×ｄ_Ｂ＝１９１７ｎｍ

前記の等式によって第１屈折層の厚さ（ｄ_Ａ）は１．２９μｍ、第２屈折層の厚さ（ｄ_Ｂ）は１．１５μｍと設計することができる。

前記の結果値に基づいて反射率を決定してもよい。例えばベース部材を屈折率が１．５９であるＰＣで形成した場合、第１屈折層および第２屈折層の反復積層数による光学部材の屈折率は、前記垂直入射した光に対する反射率に関する式を利用して計算してもよい。その結果を次の表に示す。次の表で２層構造とは、第２屈折層および第１屈折層が各々一つずつ積層された構造をいう。

このような方法で、特定波長の光に対する光学部材の反射率を調節することができ、これよって光均一度を改善することができる。反射率の調節だけで完全な光均一度を達成することができない場合でも、拡散板や拡散シートなどと組み合わせて光均一度を改善することができれば、反射率調節による光均一度の改善は全体均一度の観点から意味があると言える。光学部材６０の特定波長の光に対する反射率、例えば図１の実施形態の場合、第２光に対する反射率は３０〜７５％の範囲であってもよい。しかし、このような数値は例示的なものに過ぎず、適用される素子、反射率の調節の可能性などによって変形されてもよい。

図７は、波長による光学部材の透過率を示すグラフである。図７は、前記表で例示した構成成分を有する光学部材のうち１０層構造に対する波長帯別光透過率を示。図７を参照すると、第１屈折層と第２屈折層との反復積層構造を含む光学部材は赤外線領域、例えば、８００〜９００ｎｍ付近で透過率が３０％程度まで低くなる。言い換えれば、前記光学部材は８００〜９００ｎｍ領域の光を約７０％反射させることが分かる。

再び、図１を参照すると、光学部材６０は、複数の第１光源７１および複数の第２光源７２から離隔して配置される。複数の第１光源７１及び複数の第２光源７２が、例えば、収納容器７０内に配置される場合のように、実質的に同一な平面上に配置されていれば、光学部材６０と各第１光源７１および第２光源７２間の離隔距離（ｗ）は実質的に同一である。

光学部材６０と第１光源７１および第２光源７２との間の離隔距離（ｗ）は、光学部材６０に入射する第１光および第２光の均一度に影響を与える。例えば、光学部材６０と光源（７１，７２）との間の離隔距離（ｗ）が小さければ、光学部材６０に光源（７１，７２）から直接入射する面積が減る。これは一部分に集中的な光が入射されることを意味するため、光均一度は相対的に低くなる。したがって、均一度の観点からは光源（７１，７２）から光学部材６０の離隔距離（ｗ）が大きいことが好ましいが、離隔され過ぎると輝度の観点からは不利なだけでなく、光源アセンブリの全体厚さを厚くなる結果をもたらす。

前述したように、光均一度は光源の平均ピッチだけでなく、光学部材と光源との間の離隔距離にも関連する。例えば、光源の平均ピッチが大きければ、光均一度の観点から光均一度が低くなり、良くないため、光学部材と光源との間の離隔距離も大きいことが好ましい。これに対し、光源の平均ピッチが小さければ相対的に光均一度の条件が良いため、光学部材と光源との間の離隔距離が小さくても所定の光均一度を示し得る。すなわち、光学部材と光源との間の離隔距離（ｗ）に対する光源の平均ピッチ（ｐ）の比（ｐ／ｗ）が光均一度を決定する一つの因子となる。十分な均一度を具現するためにｐ／ｗは小さいことが好ましく、例えば１より小さくてもよい。

しかし、ｐ／ｗが相対的に大きくても（例えばｐ／ｗが１以上であり、２．５以下である場合）、光学部材が入射光に対する反射率が高ければ、これによる均一度の改善効果が認められるため、ｐ／ｗ値の増加による均一度の減少分を相殺することができる。例えば、光源アセンブリの全体の厚さが固定されており、離隔距離（ｗ）を調節することができなくても、光学部材の反射率を増やせば相対的により大きな光源の平均ピッチ（ｐ）を有しても同等な均一度を実現することができる。光源の平均ピッチ（ｐ）が大きいほど光学部材の反射率も大きく設計することが好ましい。

光学部材６０が第２光に対して十分な反射率を示すことができれば、相対的に第２光源７２の平均ピッチ（ｐ２）も増加することができる。第２光が、輝度よりは均一度の方がより意味がある場合であれば、平均ピッチ（ｐ２）の増加による輝度の減少は大きな問題にならない。例えば、第２光源７２が赤外線光源であり、これから出射される赤外線光が物体の感知にのみ使用されるならば、均一度が保障される以上、第２光源７２の平均ピッチ（ｐ２）を増加させ、その個数を減少させることが費用や素子安全性の観点からは好ましい。すなわち、光学部材６０が第２光に対する十分な反射率を有することは、第２光の均一度の改善だけでなく、費用および素子安全性の改善とも関連し得る。

図８および図９は、本発明の多様な実施形態による光学部材の断面図である。図８の光学部材６０１は、ベース部材６１と第１屈折層６２および第２屈折層６４の積層体との相対的な配置が、図５の実施形態の反対である場合の例である。すなわち、ベース部材６１が光源（７１，７２）に最も近く位置し、その上に第２屈折層６４および第１屈折層６２が順次に交互に積層される。

図９は、ベース部材６１を基準にベース部材６１の上面および下面に各々第１屈折層６２および第２屈折層６４の積層体が形成された光学部材６０２を例示する。

ベース部材６１および屈折層（６２，６４）の相対的な位置関係によって前述した反射率は微細に変化し得るが、図８および図９の実施形態は、光経路を基準に第１屈折層６２と第２屈折層６４との積層順序が同じであるため、実質的な作用効果は類似することを理解することができであろう。

図１０および図１１は、本発明のいくつかの実施形態による光学部材の断面図である。

図１０を参照すると、本実施形態による光学部材６０３は、ベース部材６１の裏面（屈折層が積層される面の他面）に追加的な光学機能層として拡散層６５をさらに含むところが図５の実施形態と異なる。拡散層６５は、内部に拡散粒子６５１を含むかまたは表面に拡散面６５２を具備してもよい。拡散層６５は、ベース部材６１と一体型で形成されてもよい。図１０の光学部材６１２は、特定波長の光を少なくとも部分的に反射すると共に拡散シートまたは拡散板の機能を行うことができる。

図１１を参照すると、本実施形態による光学部材６０４は、ベース部材６１の裏面に追加的な光学機能層としてプリズムパターン層６６をさらに含むところが図５の実施形態と異なる。プリズムパターン層６６は、ベース部材６１と一体型で形成されてもよい。図１１の光学部材６０４は特定波長の光を少なくとも部分的に反射すると共にプリズムシートの機能を実行することができる。

以上で説明した本発明の多様な実施形態による光源アセンブリは、均一な光を供給する照明装置として使用することができる。また、自発光することができない表示装置、例えば、液晶表示装置にバックライトユニットまたはフロントライトユニットの形態で適用することができる。さらには、本発明の実施形態による光源アセンブリは、互いに異なる波長の光源を含むため、画像実現のための可視光だけでなく、外部物体を認識するために赤外線光が要求されるタッチスクリーン装置にも適用することができる。以下では、いくつかの適用例について説明する。

図１２は、本発明の一実施形態によるタッチスクリーン装置の概略構成図である。図１２を参照すると、本発明の一実施形態によるタッチスクリーン装置１００は、前述した本発明の実施形態による光源アセンブリ１０およびその上部に配置されたタッチスクリーンパネル３０を含む。本実施形態による光源アセンブリ１０は、第１光源７１として可視光波長範囲の第１光を出射する可視光ＬＥＤ、第２光源７２として赤外線波長範囲の第２光を出射する赤外線ＬＥＤが採用された場合を例示する。

図１３は、図１２に示すタッチスクリーンパネル３０の例示的な断面図である。図１３を参照すると、タッチスクリーンパネル３０は、第１表示板３１、第２表示板３６および第１表示板３１と第２表示板３６との間に介在した液晶層３５を含む。

第１表示板３１は、第１絶縁基板３１１上に形成されたゲート線（図示せず）とデータ線（図示せず）とによって定義される複数の画素を含んでもよい。各画素は画素別に電気的に分離した画素電極３４０を含んでもよい。各画素電極３４０には別途のスイッチング素子（図示せず）が接続して画素電極別に互いに異なるデータ電圧が印加され得る。

第１絶縁基板３１１上には受光素子３２０が形成される。受光素子３２０は各画素別に形成されてもよく、必要に応じてその数や密度を多様に調節してもよい。

受光素子３２０は、特定波長の光の入力を受けて特定の信号を出力する素子であって、光電変換素子であってもよい。前記特定波長の光の例としては赤外線波長の光を挙げることができるが、これに制限されるものではない。光電変換素子としては、例えば薄膜トランジスタ、光ダイオードおよび光抵抗などである。いくつかの実施形態において、受光素子は、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオードなどのように半導体層を含んで形成されてもよい。受光素子３２０に含まれる半導体層は、ａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉおよびｃ−Ｓｉなどの物質を含んでなされてもよい。具体的な物質として、例えばａ−ＳｉＧｅ：Ｈである。

各受光素子３２０には、信号線（図示せず）が接続されており、受光素子３２０で生成された信号をセンシング部（図示せず）に伝達する。センシング部は、各受光素子３２０から伝達された信号を感知して外部物体の位置、形状などを判別する。

受光素子３２０の下部には光を遮断する遮光パターン３３０が配置されてもよい。遮光パターン３３０は、タッチスクリーンパネル３０の下部から入射する光を遮断する役割を果たす。受光素子３２０は、タッチスクリーンパネル３０の上部から入射する光だけでなく、下部から入射する光を共に認識することができる。物体を認識するために必要な光はタッチスクリーンパネル３０の上部から入射する光であり、下部から入射する光はノイズとして作用する。したがって、受光素子３２０の下部に遮光パターン３３０が配置されることによって、下部から入射する光を遮断してノイズを防止する。前記観点から遮光パターン３３０は受光素子３２０を完全にオーバーラップできるサイズで形成してもよい。下部から傾斜して入射する光まで遮断するために、遮光パターン３３０の大きさは受光素子３２０より大きく設計されてもよい。遮光パターン３３０は、特定波長の光を遮断できる物質であれば、いかなる物質で形成してもよいが、例えば、ゲート線と同一な物質で同時に形成すると、別途のマスク工程が必要ないため工程効率を改善することができる。

図示していないが、受光素子３２０の上部には光フィルタが形成されてもよい。光フィルタは、特定波長領域の光のみを選択的に透過させる役割を果たす。例えば、タッチスクリーンパネル３０の上部から入射する光のうち物体に反射した赤外線光のみを入射できるように他の波長の光を遮断する光フィルタを採用すれば物体認識の信頼度を改善することができる。

第２表示板３６は、第２絶縁基板３６１を含む。図示していないが、第２絶縁基板３６１上には共通電極、カラーフィルタ、および／またはブラックマトリックスなどを具備してもよい。

第１表示板３１および第２表示板３６は、各々外側に取り付けられた第１偏光板３１２および第２偏光板３６２をさらに含んでもよい。

本発明のいくつかの実施形態によるタッチスクリーン装置は、タッチスクリーンパネルの上部にタッチ基板（図示せず）をさらに含んでもよい。タッチ基板は、ガラスやプラスティック基板などで構成されてもよい。

図１２および図１３を参照すると、光源アセンブリ１０の第１光源７１からタッチスクリーンパネル３０に入射した第１光は、第１偏光板３１２、液晶層３５、カラーフィルタ、第２偏光板３６２などを経て所定の画像でディスプレイされる。光源アセンブリ１０の第２光源７２からタッチスクリーンパネル３０に入射した第２光は、タッチスクリーンパネル３０をそのまま透過し、タッチ基板上に外部物体がある場合、これに反射して受光素子３２０に入射する。受光素子３２０は、前述したように光電変換素子を具備しており、入射した反射光に反応して所定の信号を生成し、この信号はセンシング部に伝達され、物体の位置および形状などが判別される。

一方、第２光が物体の位置および／または形状の認識にのみ使用される場合は、受光素子に入射する第２光の反射光はただ外部物体の有無を示すことに過ぎないため、その輝度は特定の閾値未満であるかまたはこれを超過するかの意味しかない。すなわち、受光素子３２０に入射する光の輝度は、デジタル信号として分析されるのみであり、アナログ信号のように微細に調節される必要はない。したがって、正確な物体を認識するためには入射する輝度のサイズよりむしろ各画素別輝度の均一度をより確実に制御する必要がある。このような観点から、前述した本発明の一実施形態による光源アセンブリ１０は、第２光源７２間の平均ピッチ（ｐ２）を大きくしても第２光の均一度を増加させることができるため、たとえ第２光源７２間の平均ピッチ（ｐ２）の増加によって平均輝度が多少落ちても均一度の改善による物体認識の信頼度はむしろさらに増加することができる。

図１４は、本発明の他の実施形態によるタッチスクリーンパネル３０１の断面図である。本実施形態によるタッチスクリーンパネル３０１は、受光素子３２０が第２表示板３６に具備されているところが図１３と異なる。受光素子３２０は、第２絶縁基板３６１上に形成される。受光素子３２０が第２表示板３６に形成されているため、受光素子３２０で生成された信号をセンシング部（図示せず）に伝達する信号線も当然第２表示板３６に具備される。遮光パターン３３０は受光素子３２０の下の方に配置される。本実施形態では、遮光パターン３３０が受光素子３２０と共に第２表示板３６に形成された場合を示しているが、遮光パターン３３０は第１表示板３１０に形成されてもよい。

図１４のタッチスクリーンパネル３０１は、図１３の実施形態に比べ、受光素子３１０が相対的に外部物体により近く位置する。したがって、外部物体認識の正確度の観点からはより好ましいことが分かる。

図１５は、本発明のまた他の実施形態によるタッチスクリーンパネル３０２の断面図である。本実施形態によるタッチスクリーンパネル３０２は、受光素子３２０がタッチ基板３７に具備されているところが図１３および図１４の実施形態と異なる。

タッチ基板３７は、第３絶縁基板３７１を含む。受光素子３２０は第３絶縁基板３７１上に形成される。受光素子３２０がタッチ基板３７に形成されているため、受光素子３２０で生成された信号をセンシング部（図示せず）に伝達する信号線も当然タッチ基板３７に具備される。遮光パターン３３０は受光素子３２０の下の方に配置される。本実施形態では、遮光パターン３３０が受光素子３２０と共にタッチ基板３７に形成された場合を示しているが、遮光パターン３３０は、第２表示板３６または第１表示板３１に形成されてもよい。

図１５のタッチスクリーンパネル３０２は、図１３および図１４の実施形態に比べ、受光素子３２０が相対的に外部物体により近く位置する。したがって、外部物体認識の正確度の観点からはより好ましいことが分かる。

以上添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が、その技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、上記実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的でないものと理解しなければならない。

１０ 光源アセンブリ
６０ 光学部材
７１ 第１光源
７２ 第２光源
７０ 収納容器

Claims (19)

1. 第１波長範囲の第１光を放出する複数の第１光源と、
   前記第１波長範囲と異なる第２波長範囲の第２光を放出する複数の第２光源と、
   前記複数の第１光源及び前記複数の第２光源の出射光が入射する光学部材と、
   を含み、
   一方向に沿って配列された前記複数の第２光源間の平均ピッチは、前記一方向に沿って配列された前記複数の第１光源間の平均ピッチより大きく、
   前記光学部材に対する前記第１光の反射率より前記第２光の反射率がさらに大きく、
   前記第１光源および前記第２光源は、実質的に同一平面上に配置され、
   前記光学部材は、前記第１光源および前記第２光源上に前記第１光源及び前記第２光源から所定距離だけ離隔されて配置され、
   前記第１光源と前記光学部材との隔離距離に対する前記複数の第１光源間の平均ピッチの比は１より小さく、
   前記第２光源と前記光学部材との隔離距離に対する前記複数の第２光源間の平均ピッチの比は１より大きいことを特徴とする光源アセンブリ。
2. 前記複数の第２光源間の平均ピッチは、前記複数の第１光源間の平均ピッチの１．２倍〜３倍であることを特徴とする請求項１に記載の光源アセンブリ。
3. 前記第１波長範囲は可視光波長範囲を含み、前記第２波長範囲は赤外線波長範囲を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源アセンブリ。
4. 前記光学部材の前記第２光源から出射された光に対する反射率は、３０〜７５％であることを特徴とする請求項３に記載の光源アセンブリ。
5. 前記複数の第１光源および前記複数の第２光源は、各々点光源であることを特徴とする請求項１に記載の光源アセンブリ。
6. 前記光学部材は互いに交互に積層された第１屈折層および第２屈折層を含み、
   前記第１屈折層は第１屈折率を有し、前記第２屈折層は前記第２屈折率より大きな第２屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の光源アセンブリ。
7. 前記第１光源および前記第２光源から出射された光は、前記第１屈折層より前記第２屈折層に先に入射することを特徴とする請求項６に記載の光源アセンブリ。
8. 前記第１屈折層は、ＰＭＭＡ、ＭＳ、ＰＳのうちいずれか一つの物質を含み、
   前記第２屈折層は、ＰＥＮ、ＣＯ−ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＣのうちいずれか一つの物質を含むことを特徴とする請求項６に記載の光源アセンブリ。
9. 前記第１屈折層および前記第２屈折層が積層されるベース部材をさらに含み、
   前記ベース部材は、前記第１屈折層及び前記第２屈折層が積層される面の反対側に位置する裏面に形成された光学機能層をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の光源アセンブリ。
10. 第１波長範囲の第１光を出射する複数の第１光源、前記第１波長範囲と異なる第２波長範囲の第２光を出射する複数の第２光源、および前記複数の第１光源及び前記複数の第２光源の出射光が入射する光学部材を含み、一方向に沿って配列された前記複数の第２光源間の平均ピッチは、前記一方向に沿って配列された前記複数の第１光源間の平均ピッチより大きく、前記光学部材に対する前記第１光の反射率より前記第２光の反射率がさらに大きな光源アセンブリと、
    前記光源アセンブリから光の供給を受けるタッチスクリーンパネルと、
    を含み、
    前記第１光源および前記第２光源は、実質的に同一平面上に配置され、
    前記光学部材は、前記第１光源および前記第２光源上に前記第１光源及び前記第２光源から所定距離だけ離隔されて配置され、
    前記第１光源と前記光学部材との隔離距離に対する前記複数の第１光源間の平均ピッチの比は１より小さく、
    前記第２光源と前記光学部材との隔離距離に対する前記複数の第２光源間の平均ピッチの比は１より大きいことを特徴とするタッチスクリーン装置。
11. 前記複数の第２光源間の平均ピッチは、前記複数の第１光源間の平均ピッチの１．２倍〜３倍であることを特徴とする請求項１０に記載のタッチスクリーン装置。
12. 前記第１波長範囲は可視光波長範囲を含み、前記第２波長範囲は赤外線波長範囲を含むことを特徴とする請求項１０に記載のタッチスクリーン装置。
13. 前記光学部材の前記第２光源から出射された光に対する反射率は、３０〜７５％であることを特徴とする請求項１２に記載のタッチスクリーン装置。
14. 前記複数の第１光源および前記複数の第２光源は各々点光源であることを特徴とする請求項１０に記載のタッチスクリーン装置。
15. 前記光学部材は、互いに交互に積層された第１屈折層および第２屈折層を含み、
    前記第１屈折層は第１屈折率を有し、前記第２屈折層は前記第２屈折率より大きな第２屈折率を有することを特徴とする請求項１０に記載のタッチスクリーン装置。
16. 前記第１屈折層は、ＰＭＭＡ、ＭＳ、ＰＳのうちいずれか一つの物質を含み、
    前記第２屈折層は、ＰＥＮ、ＣＯ−ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＣのうちいずれか一つの物質を含むことを特徴とする請求項１５に記載のタッチスクリーン装置。
17. 前記第１屈折層および第２屈折層が積層されるベース部材をさらに含み、
    前記ベース部材は、前記第１屈折層及び前記第２屈折層が積層される面の反対側に位置する裏面に形成された光学機能層をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のタッチスクリーン装置。
18. 前記タッチスクリーンパネルは、受光素子を含むことを特徴とする請求項１０に記載のタッチスクリーン装置。
19. 前記タッチスクリーンパネルは、第１表示板、第１表示板に対向する第２表示板、および第２表示板上部に配置されたタッチ基板を含み、
    前記受光素子は、前記第１表示板、前記第２表示板、および前記タッチ基板のうちいずれか一つに配置されることを特徴とする請求項１８に記載のタッチスクリーン装置。

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