JP7179048B2

JP7179048B2 - 統合された光学的に動作する近接センサーを持つディスプレイデバイス

Info

Publication number: JP7179048B2
Application number: JP2020501159A
Authority: JP
Inventors: シュミット，リュディガー; シュヴァープ，トビアス; タルノフスキ，トーマス
Original assignee: ベーア－ヘラーサーモコントロールゲーエムベーハー
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2022-11-28
Anticipated expiration: 2038-07-12
Also published as: JP2020527796A; US11281037B2; ES2901500T3; CN110869838B; KR20200028385A; EP3652586A1; KR102614079B1; EP3652586B1; CN110869838A; WO2019012046A1; US20200150476A1

Description

本発明は、人の手や手の指といったディスプレイデバイスの正面の観察空間にある物体を検知するための統合された光学的に動作する近接センサーシステムを持つディスプレイデバイスに関する。

車両のディスプレイシステムとして、オペレーターの接近を検知するセンサーシステムを提供されている場合がある。そのようないわゆる近接センサーは、ユーザーには見えないＩＲ光に基づいて広い範囲で光学的に動作する。センサーは、ディスプレイシステムに隣接して下方又は側方に分離して取り付けられる例が知られている。非常に制約された設置空間と、ますます大きくなっているディスプレイのため、センサーは近年ディスプレイシステムのカバーガラスの下に配置されるようになった。しかし、依然として設置空間を必要とし、ディスプレイシステムの外観に悪影響がある。

本発明の目的は、統合された光学的に動作する近接センサーを持つディスプレイデバイスを提供することにあり、そのディスプレイデバイスはコンパクトな設計であることを特徴とする。

筐体に収容されたディスプレイと、同様に筐体に収容された光学的な近接センサーシステムとを備えるディスプレイデバイスは、以下に記載されている。
独国特許出願公開１０２０１６１００３６３号明細書英国特許出願公開２４８６０００号明細書

ＫＲＡＴＺ，Ｓｖｅｎ；ＲＯＨＳ，Ｍｉｃｈａｅｌ：Ｈｏｖｅｅｆｌｏｗ：ＥｘｐｌｏｒｉｎｇＡｒｏｕｎｄ－ＤｅｖｉｃｅＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈＩＲＤｉｓｔａｎｃｅＳｅｎｓｏｒｓ，１１ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＨｕｍｎａ－ＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈＭｏｂｉｌｅＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＳｅｒｖｉｃｅｓ，ＭｏｂｉｌｅＨＣＩ‘０９，Ｂｏｎｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１５－１８，２００９．ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＩＳＢＮ９７８－１－６０５５８－２８１－８．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＡＣＭ，２００９．ＡｒｔｉｃｌｅＮｏ．４２；ＫＲＡＴＺ，Ｓｖｅｎ：Ｓｅｎｓｏｒ－ＢａｓｅｄＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｏｎｖｅｐｔｓｆｏｒＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ，Ａｒｏｕｎｄ－ＤｅｖｉｃｅａｎｄＧｅｓｔｕｒａｌＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｎＭｏｂｉｌｅＤｅｖｉｃｅｓ．Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，ＩｎｆｏｒｍａｔｉｃｓａｎｄＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ，Ｌｕｄｗｉｇ－Ｍａｘｉｍｉｌｉａｎｓ－ＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｔＭｕｎｃｈｅｎ．Ｍｕｎｉｃｈ：ＬＭＵ，２０１２；ＯＨ，ＫｙｏｎｇＳａｅ；ＨＷＡＮＧ，Ｓｅｏｋ－Ｈｅｅ；ＹＯＵ，ＳｅｕｎｇＢｉｎｅｔａｌ．：ＧｅｓｔｕｒｅＳｅｎｓｏｒｆｏｒＭｏｂｉｌｅＤｅｖｉｃｅｓ－ＷｈｉｔｅＰａｐｅｒ，ｃｏｍｐａｎｙａｄｄｒｅｓｓ、ＳａｍｓｕｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏ．Ｌｔｄ．Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｏｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，ＫＲ：Ｓａｍｓｕｎｇ，２０１３．

本発明によれば、この目的は人の手や手の指といったディスプレイデバイスの正面の観察空間にある物体を検知するための統合された光学的に動作する近接センサーを持つディスプレイデバイスの提供により達成され、
情報を表示するディスプレイ面を有する正面側、ディスプレイ面に隣接し、情報表示には用いられないエッジ領域、及び後面側を備えるディスプレイユニットと、
観察空間へ向かってセンサー光を放射する少なくとも１つの発信器、及び観察空間から反射したセンサー光を受け取る少なくとも１つの受信器を有する近接センサーシステムと
を備え、
近接センサーシステム、すなわち上記少なくとも１つの受信器及び上記少なくとも１つの発信器が、ディスプレイユニットの正面のエッジ領域に配置されている
又は
少なくとも１つの発信器が、ディスプレイユニットの後面側で、ディスプレイユニットの下方、つまりディスプレイユニットの側方の下側、又はディスプレイユニットの後面側に面して、又はディスプレイユニット内に配置され、少なくとも１つの受信器が、ディスプレイユニットの正面のディスプレイ面に隣接するエッジ領域に配置されている
又は
少なくとも１つの受信器が、ディスプレイユニットの後面側で、ディスプレイユニットの下方、つまりディスプレイユニットの側方の下側、又はディスプレイユニットの後面側に面して、又はディスプレイユニット内に配置され、少なくとも１つの発信器が、ディスプレイユニットの正面のディスプレイ面に隣接するエッジ領域に配置されている。

ここで示される発明では、近接センサー、あるいは少なくとも光学的な構成要素は、ディスプレイユニット自体に、すなわちディスプレイ内部に統合されている。このため、ディスプレイ外に付加的な設置空間を必要とせず、スリムでほぼフレームレスの設計が可能である。

本発明による提案は、近接センサーシステム全体、又は近接センサーシステムの一部のいずれも含む。つまり、センサー光受信器は、ディスプレイユニットの正面のエッジ領域の内部に組み込まれても、背後に組み込まれてもよい。ここで、正面は、ディスプレイユニットの情報表示と、隣接するエッジ領域とで定義される。センサー光の発信器は、ディスプレイ面の下方、例えばディスプレイユニットの後面側で、バックライトユニット内又はディスプレイ面の後ろに配置することができる。一方、発信器は、上述したエッジ領域に配置することもできる。

いずれの場合も、本発明によれば、近接センサーシステム全体がディスプレイユニットの正面のディスプレイ面に近接して配置されるか、少なくとも近接センサーの一部がそのように配置されるか、いずれかとなる。

ディスプレイユニットは、典型的には筐体に収納され、筐体の正面の壁、又は筐体の側壁に併合する筐体フレームに取り囲まれている。慣習的に、近接センサーシステムは、筐体フレームの中、又はディスプレイに隣接する筐体の正面の壁の領域に収容され、つまり実際のディスプレイの外側に配置される。本発明は、近接センサーシステムが少なくとも一部でディスプレイに統合されていると言う点でこの概念とは異なる。もし本発明によるディスプレイが筐体に囲まれていなかったとしても、近接センサーシステムは、なお完全に又は少なくとも部分的にディスプレイの一部となり、この点でディスプレイに、すなわち画像やシンボルを生成する光学素子を備えるディスプレイのディスプレイパネルのエッジ領域又はエッジ領域の下方に統合されている。本発明では、近接センサーシステム全体又は少なくともその一部がディスプレイの一部であり、ディスプレイの周辺領域に別の素子として実現されているわけではない点が重要である。

本発明のさらに有利な形態として、ディスプレイユニットが、ディスプレイ面とエッジ領域を有するディスプレイパネルを備えることが挙げられる。慣習的にディスプレイパネルは、ピクセル又はピクセルで占められる表面によって定められるディスプレイ面を画定するいわゆるＴＦＴパネルで構成される。さらにＴＦＴパネルは、上記ディスプレイ面から横に突出する突出部を備え、ピクセル又はディスプレイユニット全体のドライバ素子がその突出部に配置される。そして、ドライバ素子は通常フレキシブル回路ボードによって電気的に接続されている。本発明によれば、近接センサーシステム又は少なくともその一部は、上記フレキシブル回路ボードに配置することもできるし、ディスプレイパネルに直接配置することもできる。いずれの場合でも近接センサーシステム又はその一部は、情報表示には用いられないディスプレイのディスプレイ面周辺のエッジ領域上又はエッジ領域内に統合される。

本発明によれば、ＴＦＴパネルの突出部の領域が近接センサーシステム又は少なくとも近接センサーシステムの一部、すなわち本発明によれば受信器を収納するために用いることができる。

この目的のため、例えば
ディスプレイユニットが、ディスプレイパネルと、このディスプレイパネル上に配置され、ディスプレイ面を画定するカラーフィルタ層とを備え、
ディスプレイパネルが、カラーフィルタ層を超えて少なくとも一端側から突出し、その突出部がディスプレイ面に横方向に隣接するエッジ領域を形成しており、
そして
少なくとも１つの受信器がディスプレイパネルの突出部上又は突出部の下方に配置されているか、
又は
近接センサーシステムの少なくとも１つの発信器と、少なくとも１つの受信器とがディスプレイパネルの突出部上又は突出部の下方に配置されているか
のいずれかであるとすることが挙げられる。

さらに本発明の有利な形態として、バックライトユニットが、ディスプレイユニットをバックライトで照らすように提供され、少なくとも１つの発信器が、バックライトユニット上又はバックライトユニットの下方に配置される。

センサー光は、ＩＲ領域の不可視光、すなわち赤外線が好ましい。

ディスプレイユニットが、ＬＣＤディスプレイユニットであることが好ましい。

本発明のさらに好ましい形態として、少なくとも１つの発信器として、ディスプレイ面の正面の観察領域への照射に対して感度が高くなる領域を調節する光学システムを備えていることが挙げられる。その光学システムは、フレネルレンズ等の光偏向ホイルとすることができる。

ディスプレイユニットの正面に配置される物体を検知し、特にディスプレイユニットの正面に配置される物体の距離も検知する近接センサーシステムに加えて、本発明によるディスプレイデバイスには、非光学的な動作をするタッチセンサーシステム、例えば容量的、抵抗的又は超音波に基づく動作をするタッチセンサーシステムを提供されてもよい。

非光学的な動作をするタッチセンサーシステムは、特にディスプレイユニットの正面に、及び／又はカラーフィルタ層上に、及び／又はディスプレイユニットの正面及び／又はカラーフィルタ層の正面に配置されるカバーガラスの後ろに位置するタッチパネルとして構成される。

最後に、本発明のさらなる形態として、正面側のエッジ領域の少なくとも１つの発信器と少なくとも１つの受信器との配置に際して、クロストークを避けるため、両者は互いにシールされることも可能である。

上述において、近接センサーシステムは、少なくとも１つの発信器と少なくとも１つの受信器とを備えることを特徴とする。本発明の変形として、近接センサーシステムは、正面側のエッジ領域に配置され、２Ｄイメージのキャプチャー用に提供される受信器として受信器マトリックス、すなわちイメージセンサーを備える。受信器は、特に観察空間の３Ｄキャプチャー用に提供されることもできる。そのような（センサー光を伴う）近接センサーシステムは、ＴＯＦ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）センサーとして構成されることもあり、個別の受信器として、受信器マトリックスとして構成することができる。

以下に、２つの本発明の代表的形態が、さらに詳細に図面を参照して説明される。

図１は、従来技術として公知であるディスプレイユニットの端かつディスプレイユニットの外側に配置されている近接センサーシステムを備えるディスプレイユニットのＴＦＴパネルの平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、本発明によるディスプレイデバイスの平面図であり、近接センサーシステムは、ディスプレイユニットのＴＦＴパネルで画定されるエッジ領域に完全に収容されている。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、本発明による他のディスプレイユニットを断面図で示している。

図１及び図２は、現在の先行技術に属するディスプレイデバイスのディスプレイユニットへの物体の近接を検知する近接センサーシステムを有するディスプレイデバイスの解決策を示している。ディスプレイデバイスは、筐体１０によって空間的に制限され、そのディスプレイ面１４に、下側にカラープレートを有する偏光子１６が配置されたＴＦＴパネル１２を備える。ＴＦＴパネル１２のエッジ領域１８は、空であり、つまりピクセルを備えず、従ってディスプレイユニット２２のディスプレイ面２０に属さない。

いわゆるＴＦＴパネル１２の突出部２４で画定されるエッジ領域１８には、例えばディスプレイユニット２２の動作用のドライバ回路２６が配列されている。ＴＦＴパネル１２は、（２９で示される）フレキシブル回路ボードによって電気的に接触している。

図１及び図２に示されているように、少なくとも１つの発信器３２と１つの受信器３４とを伴う近接センサーシステム３０は、ディスプレイデバイスの筐体１０の隣に配列されている。上記近接センサーシステム３０は、追加の回路ボード３６に配置されている。

近接センサーシステム３０を収容する追加の設置空間は、従来技術によれば、ディスプレイユニット２２が配置されているデバイス筐体内のディスプレイ２２に隣接するディスプレイユニット２２とは別のユニットとして当然に設置できるが、しばしば問題を引き起こす。従って、本発明によれば、少なくとも近接センサーシステム３０の一部、すなわち例えば受信器３４をＴＦＴパネル１２の突出部２４に；つまり突出部２４により提供されるＴＦＴパネル１２の上記エッジ領域１８に収納することが提供され、ドライバ２８が配列されており、その間に受信器３４が配列されている。

本発明の変形として、少なくとも１つの発信器３２が、突出部２４によって提供されるＴＦＴパネル１２のエッジ領域１８に受信器３４に加えて収納されており、ドライバ２８とその間の受信器３４及び発信器３２とがエッジ領域１８に配列されている。

このことは図３及び図４に示されている。図４は、例えば発信器３２がディスプレイユニット２２のバックライトユニット３８内に配置されていることを示している。さらに、図４に、カラーフィルタ層（カラープレート）つまりカラーフィルタ４０がＴＦＴパネル１２上に配置されていることが示されている。カラーフィルタ４０と偏光子１６とを伴うＴＦＴパネル１２と同様にバックライトユニット３８は、先行技術に属するディスプレイデバイスの素子である。

近接センサーシステムがセンサー光のＴＯＦ測定の原理に基づいている場合、受信器３４と同様に発信器３２は、ＴＦＴパネル１２の突出部２４に配置される。一方、発信器３２は、バックライトユニット３８の一部とすることもできる。

図５は、図３及び図４とは別のものとして、さらなる本発明の典型的な形態を示している。示されているように、この典型的な形態では、近接センサーシステム３０全体又はその一部が、その接触領域が導電性接着剤によってＴＦＴパネル１２に電気的に接続されている部分となっているフレキシブル回路ボード３６上に配列されている。

近接センサーシステム３０の複数の発信器３２又は受信器３４は、ディスプレイの端に沿って配置されている回路ボード３６上に設置できる（典型的な形態では、受信器３４が回路ボード３６上に設置され、一方発信器３２はディプレイの下方に配置されている）。この点で、近接センサーシステム３０、又は近接センサーシステム３０の一部のフレキシブル回路ボード３６への電気的接続も、ディスプレイユニット２２の正面側のエッジ領域での近接センサシステムの配置又はその一部の配置として解釈されるべきである。

上述したディスプレイデバイスに代えて、近接センサーシステムの受信器を一方でディスプレイユニットのエッジ領域に配置するため、近接センサーシステムの発信器は、バックライト内、つまりディスプレイのバックライトユニット内に配置されていてもよい。これは、空間を節約するという理由で、つまり限られた空間のために、有利となる。

本発明の概念の利点は、次の通りである：
ディスプレイユニットの一部であるため、近接センサーシステムの追加設置空間が不要
スリムなディスプレイフレームで実現できるディスプレイユニット及びディスプレイデバイスのスリムな設計
ディスプレイユニット又はディスプレイ面への接近を確実にするため、発信器が照射ユニットの一部であるなら、追加の光導波管が不要

近接センサーシステム又は少なくともその一部のＴＦＴパネルの突出部への統合は、公知の製造信頼性のある電気的接触を用い、存在するフレキシブル導体により電気的接続を実現することで可能となる。従って、受信器（センサー）はカラーフィルタの下方には配列されず、また偏光子の下方にも配列されず、光は弱められない。このため、受信器が受ける光はさらに強くなり、感度及び信号強度は追加の方策を必要とせず改善される。

発信器及び受信器を構成するセンサーの持つ構成要素は近接センサーシステムに用いることができる。そのような特別に複雑なセンサーも、上述のように取り付けて接続することができる。従って、例えば伝達時間（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｉｇｈｔ原理）を測定するセンサー又はフレネルレンズ等のホイル形態の光学的マイクロレンズを持つアレーセンサー（すなわちイメージセンサー）が用いられる。

本発明は、近接センサーシステムが、完全に、つまり発信器と受信器とが（付随的に制御部と共に）ディスプレイのエッジ領域に配置されているか、少なくとも受信器の１つ又は全てがディスプレイのエッジ領域に配置されているか、発信器の１つ又は全てがディスプレイの下方（又はディスプレイのディスプレイ面の下方、すなわちディスプレイの中であるがエッジ領域ではないところ）に配置されているかのいずれかの事例によって上述のように説明された。本発明によれば、最後に記載した構成は、提供され得るが、発信器の１つ又は全てがディスプレイのエッジ領域に配置され、受信器の１つ又は全てがディスプレイの下方（付随的にディスプレイのディスプレイ面の下方あるがエッジ領域ではないところ）に配置されるように発信器と受信器とを交換した時も含まれる。

１０筐体
１２ＴＦＴパネル
１４ディスプレイ面
１６偏光子
１８エッジ領域
２０ディスプレイ面
２２ディスプレイユニット
２４突出部
２６ドライバ回路
２８ドライバ
２９フレキシブル導体
３０近接センサーシステム
３２発信器
３４受信器
３６回路ボード
３８バックライトユニット
４０カラーフィルター

Claims

人の手や手の指といったディスプレイデバイスの正面の観察空間にある物体を検知するための統合された光学的に動作する近接センサーを持つディスプレイデバイスであって、
情報を表示するディスプレイ面を有する正面側、前記ディスプレイ面に隣接し、情報表示には用いられないエッジ領域（１８）、及び後面側を備えるディスプレイユニット（２２）と、
観察空間へ向かってセンサー光を放射する少なくとも１つの発信器（３２）、及び観察空間から反射したセンサー光を受け取る少なくとも１つの受信器（３４）を有する近接センサーシステム（３０）と
を備え、
前記少なくとも１つの発信器（３２）が、前記ディスプレイユニット（２２）の後面側で、前記ディスプレイユニット（２２）の下方、つまり前記ディスプレイユニット（２２）の側方の下側、又は前記ディスプレイユニット（２２）の後面側に面して、又は前記ディスプレイユニット（２２）内に配置され、前記少なくとも１つの受信器（３４）が、前記ディスプレイユニット（２２）の正面の前記ディスプレイ面に隣接する前記エッジ領域（１８）に配置され、
前記ディスプレイユニット（２２）が、ディスプレイパネル（１２）と、このディスプレイパネル（１２）の正面側に配置され、前記ディスプレイ面を画定するカラーフィルタ層（４０）とを含み、
前記ディスプレイパネル（１２）は、前記カラーフィルタ層（４０）を越えて少なくとも一端側から突出する突出部を有し、この突出部が前記ディスプレイ面の側方に隣接する前記エッジ領域（１８）を形成し、
前記少なくとも１つの受信器（３４）が、前記ディスプレイパネル（１２）の前記突出部の中又は前記突出部の上に配置されているディスプレイデバイス。
前記ディスプレイパネル（１２）がＴＦＴパネルであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイデバイス。
前記ディスプレイユニット（２２）を背後から照らすバックライトユニット（３８）を特徴とし、前記少なくとも１つの発信器（３２）が、前記バックライトユニット（３８）の上方又は前記バックライトユニット（３８）の下方に配置されている請求項１又は請求項２に記載のディスプレイデバイス。
前記センサー光が、赤外線であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のディスプレイデバイス。
前記ディスプレイユニット（２２）が、ＬＣＤマトリックスディスプレイユニットであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
前記少なくとも１つの発信器（３２）及び／又は前記少なくとも１つの受信器（３４）が、前記ディスプレイ面の正面の観察領域への照射を調節する光学システムを備えてい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項に記載のディスプレイデバイス。
容量的、抵抗的又は超音波に基づく動作をするタッチセンサーシステムといった非光学的な動作をするタッチセンサーシステムを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
前記タッチセンサーシステムが、前記ディスプレイユニット（２２）の正面に、及び／又は前記カラーフィルタ層（４０）上に、及び／又は前記ディスプレイユニット（２２）の正面側及び／又は前記カラーフィルタ層（４０）の正面側に配置されるカバーガラスの後ろに位置するタッチパネルを備えることを特徴とする請求項７に記載のディスプレイデバイス。
前記近接センサーシステム（３０）が、正面側の前記エッジ領域（１８）に配置され、イメージのキャプチャー用、特に観察空間の３Ｄキャプチャー用に提供される受信器として、付随的に光学システムを伴う受信器マトリックスを備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のディスプレイデバイス。
前記受信器マトリックスがイメージセンサーである請求項９に記載のディスプレイデバイス。
前記近接センサーシステム（３０）が、前記発信器（３２）を備えない、又は前記近接センサーシステム（３０）が、観察空間の２Ｄ又は３Ｄキャプチャ用の周囲光が不十分であるときに作動する発信器（３３）を備える請求項１０に記載のディスプレイデバイス。