WO2010055710A1 - 光センサ付き表示装置 - Google Patents
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Definitions
- the detection object is interposed on the optical path between the first and second reflecting portions, and the intensity of light detected by the optical sensor changes. Therefore, the influence of external light can be eliminated and the touch position in the display screen can be detected with high accuracy.
- FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a display device according to first to sixth embodiments of the present invention.
- the display device shown in FIG. 1 includes a display panel 1, a display control circuit 2, a scanning signal line drive circuit 3, a data signal line drive circuit 4, a sensor control circuit 5, and a sensor output processing circuit 6.
- This display device has a function of detecting a touch position in the display screen in addition to the screen display function.
- m and n are integers of 2 or more.
- FIG. 2 and 3 are perspective views showing the structure of the liquid crystal panel according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 shows a normal state
- FIG. 3 shows a pressed state.
- FIG. 4 is a diagram illustrating an operation state of the liquid crystal panel according to the present embodiment.
- FIG. 4 schematically shows a cross section of the liquid crystal panel. In the drawing showing the operation state of the display panel, the finger F is drawn smaller than the actual size.
- FIG. 16 is a diagram illustrating an operation state of the liquid crystal panel according to the fifth embodiment of the present invention.
- the liquid crystal panel according to the present embodiment is obtained by adding a light emitting element 61 to the liquid crystal panel shown in FIG.
- the light emitting element 61 is disposed below the light reflecting portion 21 on the TFT side substrate 11.
- the liquid crystal display device according to the present embodiment is optional whether or not it includes a backlight.
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Abstract
TFT側基板11に複数の画素回路を設け、画素回路間に遮光層15と遮光層開口部16を設けて、遮光層15を設けた位置に光センサ17を配置する。対向基板12の対向する部分にも遮光層18を設け、光センサ17に対応して光反射部19を設ける。通常時には、TFT側基板11を通過したバックライト光BLは、光反射部19で反射して光センサ17に入射する。液晶パネルの表面が押されたときには、2枚の基板が互いに接近し、光反射部19における光の反射方向が変化して、光センサ17で検知される光の強度が変化する。得られたセンサ画像に対して画像認識処理を行うことにより、外光の影響を排除して表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出する。
Description
本発明は、表示装置に関し、特に、表示パネルに複数の光センサを設けた表示装置に関する。
近年、指やペンなどで画面に触れることにより操作可能な電子機器が普及している。また、表示画面内のタッチ位置を検出する方法として、表示パネルに複数の光センサを設け、指などが画面に接近したときにできる影像や反射像を光センサを用いて検知する方法が知られている。
図20を参照して、光センサを用いて表示画面内のタッチ位置を検出する方法を説明する。図20に示すように、液晶パネル91には、複数の薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下、TFTという)92と複数の光センサ93が設けられる。TFT92と光センサ93は液晶パネル91上に2次元状に配置され、TFT92の上部には遮光層94が設けられる。液晶パネル91の背面側にはバックライト(図示せず)が設けられ、バックライトは液晶パネル91の背面に光(バックライト光)を照射する。
液晶パネル91の表面に指Fが接近したときに、光センサ93に入射する外光は指Fによって遮られ、バックライト光は指Fの表面で反射して光センサ93に入射する。したがって、光センサ93で検知された光の強度に基づきセンサ画像を生成し、センサ画像に対して指Fの位置を検知する画像認識処理を行うことにより、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。
本願発明に関連する技術は、以下の特許文献に記載されている。特許文献1には、ライトペンを有する表示システムに関し、バックライト光をライトペンの先端で反射させて、反射光を表示パネルに設けた光感知素子で検知することが記載されている。特許文献2には、透明パネルと光路を平行に配置したレンズ部材と、光路を直角に曲げるためのプリズム部材と、表示パネルの表面を照射する光源と、レンズ部材の焦点位置に配置した光センサとを備えたイメージセンサ内蔵携帯端末装置が記載されている。特許文献3には、導光板と、導光板の側面に受光面が対向した光センサアレイと、導光板の対向する側面に出射面が対向したレンズシートと、レンズシートの入射面を照射する照明手段とを備えたタッチパネルが記載されている。特許文献4には、異方性透明結晶からなる押し変形自在なタッチパネル本体の対向する側端面部に投光素子列と受光素子列を配設したタッチパネルが記載されている。
光センサを用いて表示画面内のタッチ位置を検出するときには、表示装置の各種のパラメータを好適に調整する必要がある。例えば、光センサを制御するパラメータ、センサ画像から指などの領域を抽出するための閾値、画像認識処理で使用するパラメータなどを調整する必要がある。
ところが、従来の光センサ付き表示装置では、光センサに外光が入射する。このため、光センサで検知される光の強度は周囲の明るさによって異なり、周囲が明るいときと暗いときとではセンサ画像の性質も大きく異なる。したがって、パラメータを固定的に決定する方法を用いると、周囲が明るくなったり暗くなったりしたときにタッチ位置の検出精度が低下する。また、外光の強度に応じてパラメータを動的に切り替える方法を用いても、パラメータを切り替える範囲に限界があるので、タッチ位置の検出精度はあまり高くならない。
それ故に、本発明は、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出できる光センサ付き表示装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の局面は、複数の光センサを備えた表示装置であって、
2次元状に配置された複数の画素回路を含む表示パネルと、
前記表示パネルに設けられた複数の光センサと、
光を出射する光源と、
前記表示パネルに設けられ、前記光源から出射された光を前記表示パネル内で伝搬させて前記光センサに入射させるための光学部品とを備え、
前記表示パネルの表面が押されたときに前記表示パネルが変形し、前記光源から出射された光の光路が変化して、前記光センサで検知される光の強度が変化することを特徴とする。
2次元状に配置された複数の画素回路を含む表示パネルと、
前記表示パネルに設けられた複数の光センサと、
光を出射する光源と、
前記表示パネルに設けられ、前記光源から出射された光を前記表示パネル内で伝搬させて前記光センサに入射させるための光学部品とを備え、
前記表示パネルの表面が押されたときに前記表示パネルが変形し、前記光源から出射された光の光路が変化して、前記光センサで検知される光の強度が変化することを特徴とする。
本発明の第2の局面は、本発明の第1の局面において、
前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記光センサに向けて反射させる光反射部を備え、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部における光の反射方向が変化することを特徴とする。
前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記光センサに向けて反射させる光反射部を備え、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部における光の反射方向が変化することを特徴とする。
本発明の第3の局面は、本発明の第2の局面において、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部の反射面の傾きが変化することを特徴とする。
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部の反射面の傾きが変化することを特徴とする。
本発明の第4の局面は、本発明の第2の局面において、
前記光反射部は曲面状の反射面を有し、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部と前記光センサの間の距離が変化することを特徴とする。
前記光反射部は曲面状の反射面を有し、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部と前記光センサの間の距離が変化することを特徴とする。
本発明の第5の局面は、本発明の第2の局面において、
前記光反射部は曲面状の反射面を有し、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記反射面の曲率が変化することを特徴とする。
前記光反射部は曲面状の反射面を有し、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記反射面の曲率が変化することを特徴とする。
本発明の第6の局面は、本発明の第1の局面において、
前記表示パネルに設けられ、前記表示パネルの表面が押されたときに前記光源から前記光センサに至る光路上に移動して、前記光源から出射された光が前記光センサに入射することを妨げる光遮断部をさらに備える。
前記表示パネルに設けられ、前記表示パネルの表面が押されたときに前記光源から前記光センサに至る光路上に移動して、前記光源から出射された光が前記光センサに入射することを妨げる光遮断部をさらに備える。
本発明の第7の局面は、本発明の第6の局面において、
前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記表示パネルと平行な方向に反射させる第1の光反射部と、前記第1の光反射部で反射した光を前記光センサに向けて反射させる第2の光反射部とを備え、
前記光遮断部は、前記表示パネルの表面が押されたときに、前記第1の光反射部と前記第2の光反射部の間に移動することを特徴とする。
前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記表示パネルと平行な方向に反射させる第1の光反射部と、前記第1の光反射部で反射した光を前記光センサに向けて反射させる第2の光反射部とを備え、
前記光遮断部は、前記表示パネルの表面が押されたときに、前記第1の光反射部と前記第2の光反射部の間に移動することを特徴とする。
本発明の第8の局面は、本発明の第1の局面において、
前記表示パネルの表面が押されたときに、押された部分では前記表示パネルの光透過特性が変化することを特徴とする。
前記表示パネルの表面が押されたときに、押された部分では前記表示パネルの光透過特性が変化することを特徴とする。
本発明の第9の局面は、本発明の第8の局面において、
前記表示パネルは2枚の基板の間に液晶物質を充填した液晶パネルであり、
前記表示パネルの表面が押されたときに、押された部分では前記液晶物質に含まれる液晶分子の配向が変化することを特徴とする。
前記表示パネルは2枚の基板の間に液晶物質を充填した液晶パネルであり、
前記表示パネルの表面が押されたときに、押された部分では前記液晶物質に含まれる液晶分子の配向が変化することを特徴とする。
本発明の第10の局面は、本発明の第1の局面において、
前記表示パネルに設けられ、前記光センサに外光が入射することを防止する遮光部をさらに備える。
前記表示パネルに設けられ、前記光センサに外光が入射することを防止する遮光部をさらに備える。
本発明の第11の局面は、本発明の第1の局面において、
前記光源が、前記表示パネルの背面側に設けられたバックライトであることを特徴とする。
前記光源が、前記表示パネルの背面側に設けられたバックライトであることを特徴とする。
本発明の第12の局面は、本発明の第1の局面において、
前記光源が、前記表示パネルに設けられた発光素子であることを特徴とする。
前記光源が、前記表示パネルに設けられた発光素子であることを特徴とする。
本発明の第13の局面は、本発明の第1の局面において、
前記表示パネルは自発光型の表示パネルであり、
前記表示パネルの一部が前記光源として機能することを特徴とする。
前記表示パネルは自発光型の表示パネルであり、
前記表示パネルの一部が前記光源として機能することを特徴とする。
本発明の第14の局面は、複数の光センサを備えた表示装置であって、
2次元状に配置された複数の画素回路を含む表示パネルと、
前記表示パネルに設けられた複数の光センサと、
光を出射する光源と、
前記表示パネルの外部に設けられ、前記光源から出射された光を前記光センサに入射させるための光学部品とを備え、
前記表示パネルの表面に検知対象物が接近したときに、前記検知対象物によって前記光源から前記光センサに至る光路が遮断され、前記光センサで検知される光の強度が変化することを特徴とする。
2次元状に配置された複数の画素回路を含む表示パネルと、
前記表示パネルに設けられた複数の光センサと、
光を出射する光源と、
前記表示パネルの外部に設けられ、前記光源から出射された光を前記光センサに入射させるための光学部品とを備え、
前記表示パネルの表面に検知対象物が接近したときに、前記検知対象物によって前記光源から前記光センサに至る光路が遮断され、前記光センサで検知される光の強度が変化することを特徴とする。
本発明の第15の局面は、本発明の第14の局面において、
前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記表示パネルと平行な方向に反射させる第1の光反射部と、前記第1の光反射部で反射した光を前記光センサに向けて反射させる第2の光反射部とを備え、
前記第1の光反射部と前記第2の光反射部の間に前記検知対象物が介在できるように構成されていることを特徴とする。
前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記表示パネルと平行な方向に反射させる第1の光反射部と、前記第1の光反射部で反射した光を前記光センサに向けて反射させる第2の光反射部とを備え、
前記第1の光反射部と前記第2の光反射部の間に前記検知対象物が介在できるように構成されていることを特徴とする。
本発明の第1の局面によれば、光源から出射された光を表示パネル内で伝搬させて当該光の強度を光センサで検知する表示装置において、表示パネルの表面が押されたときに、表示パネルの変形に伴い、光源から出射される光の光路、および、光センサで検知される光の強度が変化する。したがって、センサ画像に対して画像認識処理を行うことにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本発明の第2の局面によれば、表示パネルの表面が押されたときに、光反射部における光の反射方向が変化して、光センサで検知される光の強度が変化する。これにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本発明の第3~第5の局面によれば、表示パネルの表面が押されたときに、光反射部の反射面の傾きや曲率、あるいは、光反射部と光センサの間の距離が変化して、光センサで検知される光の強度が変化する。これにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本発明の第6の局面によれば、表示パネルの表面が押されたときに、光遮断部が光源から光センサに至る光路上に移動して、光センサで検知される光の強度が変化する。これにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本発明の第7の局面によれば、表示パネルの表面が押されたときに、光遮断部が第1および第2の光反射部の間の光路上に移動して、光センサで検知される光の強度が変化する。これにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本発明の第8の局面によれば、表示パネルの表面が押されたときに、押された部分では表示パネルの光透過特性が変化して、光センサで検知される光の強度が変化する。これにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本発明の第9の局面によれば、表示パネルの表面が押されたときに、押された部分では液晶分子の配向が変化して、光センサで検知される光の強度が変化する。これにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本発明の第10の局面によれば、光センサに外光が入射することを防止する遮光部を設けることにより、外光の影響をより効果的に排除して、表示画面内のタッチ位置をより高い精度で検出することができる。
本発明の第11の局面によれば、バックライトから出射された光を用いて、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。
本発明の第12の局面によれば、表示パネルに設けられた発光素子から出射された光を用いて、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。
本発明の第13の局面によれば、自発光型の表示パネルから出射された光を用いて、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。
本発明の第14の局面によれば、光源から出射された光を表示パネルの外部を経由して伝搬させて当該光の強度を光センサで検知する表示装置において、表示パネルの表面に検知対象物が接近したときに、検知対象物によって光源から光センサに至る光路が遮断され、光センサで検知される光の強度が変化する。したがって、センサ画像に対して画像認識処理を行うことにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本発明の第15の局面によれば、検知対象物が第1および第2の反射部の間の光路上に介在して、光センサで検知される光の強度が変化する。これにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
図1は、本発明の第1~第6の実施形態に係る表示装置の構成を示すブロック図である。図1に示す表示装置は、表示パネル1、表示制御回路2、走査信号線駆動回路3、データ信号線駆動回路4、センサ制御回路5、および、センサ出力処理回路6を備えている。この表示装置は、画面表示機能に加えて、表示画面内のタッチ位置を検出する機能を有する。以下、mとnは2以上の整数であるとする。
表示パネル1には、互いに平行なm本の走査信号線G1~Gmと、走査信号線と垂直に互いに平行なn本のデータ信号線S1~Snとが設けられる。走査信号線G1~Gmとデータ信号線S1~Snの交点のそれぞれに対応して、表示素子として機能する画素回路7が設けられる。さらに表示パネル1には、走査信号線G1~Gmと平行にm本のセンサ制御線P1~Pmが設けられ、データ信号線S1~Snと平行にn本のセンサ出力線Q1~Qnが設けられ、センサ制御線P1~Pmとセンサ出力線Q1~Qnの交点のそれぞれに対応して、光センサを含むセンサ回路8が設けられる。このように表示パネル1は2次元状に配置された複数の画素回路7を含み、センサ回路8は画素回路7と共に表示パネル1に設けられる。第1~第4の実施形態に係る表示装置では、表示パネル1の背面側にバックライト(図示せず)が設けられ、バックライトは表示パネル1の背面にバックライト光を照射する。
表示制御回路2は、走査信号線駆動回路3に対して制御信号C1を出力し、データ信号線駆動回路4に対して制御信号C2と映像信号DTを出力し、センサ制御回路5に対して制御信号C3を出力する。走査信号線駆動回路3は、制御信号C1に従い、走査信号線G1~Gmの中から1本の走査信号線を選択し、選択した走査信号線にゲートオン電圧(画素回路7内の書き込み用TFTがオン状態になる電圧)を印加する。データ信号線駆動回路4は、制御信号C2に従い、映像信号DTに応じた電圧をデータ信号線S1~Snに印加する。これにより1行分の画素回路7を選択し、選択した画素回路7に対して映像信号DTに応じた電圧を書き込み、所望の画像を表示することができる。
センサ制御回路5は、制御信号C3に従い、センサ制御線P1~Pmの中から1本のセンサ制御線を選択し、選択したセンサ制御線にゲートオン電圧(センサ回路8内の読み出し用TFTがオン状態になる電圧)を印加する。これにより1行分のセンサ回路8を選択し、選択したセンサ回路8で検知された光の強度に応じた信号をセンサ出力線Q1~Qn経由で表示パネル1の外部に出力することができる。センサ出力処理回路6は、表示パネル1から出力された信号に基づきセンサ画像を生成し、センサ画像に対して検知対象物(指など)の位置を検知する画像認識処理を行う。センサ出力処理回路6は、画像認識処理によって表示画面内のタッチ位置を求め、タッチ位置を示す位置データDPを出力する。
本発明の各実施形態に係る表示装置は、表示パネルの構成に特徴がある。そこで以下では、各実施形態に係る表示装置に含まれる表示パネルの詳細を説明する。以下、表示パネルの表面が押されていないときを「通常時」、表示パネルの表面が押されているときを「押圧時」といい、通常時の状態と押圧時の状態を合わせて「動作状態」という。
(第1の実施形態)
図2および図3は、本発明の第1の実施形態に係る液晶パネルの構造を示す斜視図である。図2には通常時の状態が記載され、図3には押圧時の状態が記載されている。図4は、本実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図4には、液晶パネルの断面が模式的に記載されている。なお、表示パネルの動作状態を示す図面では、指Fは実際よりも縮小して描かれている。
図2および図3は、本発明の第1の実施形態に係る液晶パネルの構造を示す斜視図である。図2には通常時の状態が記載され、図3には押圧時の状態が記載されている。図4は、本実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図4には、液晶パネルの断面が模式的に記載されている。なお、表示パネルの動作状態を示す図面では、指Fは実際よりも縮小して描かれている。
図2に示すように、本実施形態に係る液晶パネルは、TFT側基板11と対向基板12を備えている。TFT側基板11と対向基板12は正対して配置され、両基板の間には液晶物質(図示せず)が充填される。なお、TFT側基板11は、アクティブマトリクス基板とも呼ばれる。
TFT側基板11には、画素電極13、TFT14、遮光層15、遮光層開口部16、および、光センサ17が設けられる。画素電極13とTFT14は図1では画素回路7に含まれ、光センサ17は図1ではセンサ回路8に含まれる。画素電極13とTFT14は、TFT側基板11に2次元状に配置される。遮光層15は、長手方向に隣接する2個の画素電極13の間に(図面内で2本の破線で挟まれた部分に)設けられる。遮光層15には、光を通過させるために遮光層開口部16が設けられる。光センサ17は、遮光層15を形成した領域内で、遮光層開口部16の近傍に配置される。
対向基板12には、対向電極(図示せず)、遮光層18、および、光反射部19が設けられる。遮光層18は、遮光層15に対向する位置に(図面内で2本の破線で挟まれた部分に)、遮光層15よりも広い幅で設けられる。光反射部19は、遮光層18を形成した領域内に、遮光層開口部16および光センサ17との間で所定の位置関係(後述)を保って設けられる。遮光層18以外にも、TFT14の上部には遮光層(図示せず)が設けられる。液晶パネルの背面側に設けられたバックライト(図示せず)は、液晶パネルの背面にバックライト光BLを照射する。光反射部19は、バックライト光BLを液晶パネル内で伝搬させて光センサ17に入射させるための光学部品として機能する。
図4において、斜線部は光センサ17の受光部を表す。図4の左側に示すように、光反射部19は、通常時にTFT側基板11(より詳細には、TFT側基板11に設けた遮光層開口部16)を通過したバックライト光BLが光反射部19で反射して、光センサ17に入射するように配置される。このため、通常時には、光センサ17にはバックライト光BLの反射光が入射し、光センサ17で検知される光の強度は所定レベルになる。なお、光センサ17は対向基板12に設けた遮光層18によって覆われるので、外光が光センサ17に入射することはない。また、光センサ17はTFT側基板11上で遮光層15を形成した領域内に配置されるので、バックライト光BLが光センサ17に直接入射することもない。
利用者は、例えば指Fで対向基板12の表面(図面では上側の面)に触れる。指Fが対向基板12に触れると、対向基板12に力が加わり、液晶パネルが変形する。このため、TFT側基板11と対向基板12の間の距離が短くなったり(図3を参照)、光反射部19の傾きが変化したりする(図4の右側を参照)。これに伴い、TFT側基板11を通過したバックライト光BLの光路が変化し、バックライト光BLの反射光は光センサ17に入射しにくくなる。この結果、光センサ17で検知される光の強度が減少する。
このため、押圧時のセンサ画像は、タッチ位置の近傍で暗くなる。そこで、センサ画像に対して検知対象物(指など)の位置を検知する画像認識処理を行うことにより、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。また、タッチ位置の検出は外光を用いずに行われるので、外光の影響によってタッチ位置の検出精度が低下することがない。したがって、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、外光の影響を排除して表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本実施形態については、以下の変形例を構成することができる。図5~図8は、それぞれ、第1の実施形態の第1~第4変形例に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図5に示す液晶パネルでは、バックライト光BLを液晶パネル内で伝搬させて光センサ17に入射させるために、対向基板12には2個の光反射部21、22が設けられる。光反射部21は遮光層開口部の上部に設けられ、光反射部22は光センサ17の上部に設けられる。TFT側基板11を通過したバックライト光BLは、通常時には、まず光反射部21で反射して対向基板12と平行に進み、次に光反射部22で反射して光センサ17に入射する(図5の左側を参照)。押圧時には、光反射部21、22の傾きが変化するために、TFT側基板11を通過したバックライト光BLの光路が変化し、光センサ17で検知される光量が減少する(図5の右側を参照)。
図6に示す液晶パネルでは、バックライト光BLを液晶パネル内で伝搬させて光センサ17に入射させるために、対向基板12には凹状の反射面を有する光反射部23が設けられる。光反射部23は光センサ17の上部に設けられる。TFT側基板11を通過したバックライト光BLは、通常時には、光反射部23で反射して光センサ17に入射する(図6の左側を参照)。押圧時には、TFT側基板11と光反射部23の間の距離が短くなり、これに伴い光反射部23における光の反射方向が変化する。このため、TFT側基板11を通過したバックライト光BLの光路が変化し、光センサ17で検知される光量が減少する(図6の右側を参照)。
図7に示す液晶パネルでは、図6に示す液晶パネルと同様に、対向基板12には凹状の反射面を有する光反射部24が設けられる。TFT側基板11を通過したバックライト光BLは、通常時には、光反射部24で反射して光センサ17に入射する(図7の左側を参照)。押圧時には、対向基板12は力が加わったために湾曲し、これに伴い光反射部24の反射面の曲率が変化し、光反射部24における光の反射方向が変化する。このため、TFT側基板11を通過したバックライト光BLの光路が変化し、光センサ17で検知される光量が減少する(図7の右側を参照)。
図8に示す液晶パネルでは、図4に示す液晶パネルと同様に、対向基板12には光反射部25が設けられる。光反射部25は、通常時には光反射部25で反射したバックライト光BLが光センサ17に入射せず(図8の左側を参照)、押圧時には当該反射光が光センサ17に入射する(図8の右側を参照)ように配置される。図8に示す液晶パネルでは、押圧時にTFT側基板11を通過したバックライト光BLの光路が変化し、光センサ17で検知される光量が増加する。これら変形例に係る液晶パネルを用いても、外光の影響を排除して表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
以上に述べた光反射部は、例えば樹脂を用いて形成することができる。また、光の反射効率を高めるために、樹脂などで形成した光反射部にアルミなどの金属を蒸着させてもよい。また、光反射部の形状は任意でよい。図9A~図9Gは、光反射部の断面形状の例を示す図である。光反射部には、平面状の反射面を1個有するもの(図9A)、平面状の反射面を2個有するもの(図9B)、曲面状の反射面を有するもの(図9C)、これらを2個ずつ連結したもの(図9D~図9F)などを使用することができる。また、図9Gに示すように、対向基板12に形成した配線パターンにテーパーを付けたものを光反射部として使用することができる。これら光反射部の形状は、押圧時に変化することとしてもよい。このような光反射部を用いても、図7に示す場合と同様に、外光の影響を排除して表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
また、以上に述べた液晶パネルでは、光センサ17に外光が入射することを防止するために、光センサ17の上部に遮光層18を設けることとしたが、本発明の原理から言えば、必ずしも遮光層18を設ける必要はない。遮光層18を設けなくても、バックライト光BLの反射光を用いて、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。遮光層18を設けることにより、外光の影響をより効果的に排除して、表示画面内のタッチ位置をより高い精度で検出することができる。
以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、バックライト光を液晶パネル内で伝搬させて当該光の強度を光センサで検知する構成において、液晶パネルの表面が押されたときに、液晶パネルの変形に伴い、光反射部における光の反射方向、バックライト光の光路、および、光センサで検知される光の強度が変化する。したがって、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
(第2の実施形態)
図10は、本発明の第2の実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図10に示すように、本実施形態に係る液晶パネルは、図5に示す液晶パネルに遮断突起31を追加したものである。遮断突起31は、対向基板12上で光反射部21、22の間に設けられ、液晶パネルの表面が押されたときに光反射部21、22間の光路上に移動する光遮断部として機能する。
図10は、本発明の第2の実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図10に示すように、本実施形態に係る液晶パネルは、図5に示す液晶パネルに遮断突起31を追加したものである。遮断突起31は、対向基板12上で光反射部21、22の間に設けられ、液晶パネルの表面が押されたときに光反射部21、22間の光路上に移動する光遮断部として機能する。
遮断突起31は、通常時にTFT側基板11を通過したバックライト光BLが光反射部21、22で反射して光センサ17に入射することを妨げない位置に設けられる(図10の左側を参照)。押圧時には、対向基板12は力が加わったために湾曲し、遮断突起31はTFT側基板11に接近する。遮断突起31は、押圧時に光反射部21、22間の光路上に移動し、TFT側基板11を通過したバックライト光BLが光反射部21、22で反射して光センサ17に入射することを妨げる(図10の右側を参照)。このため、TFT側基板11を通過したバックライト光BLの光路が変化し、光センサ17で検知される光量が減少する。したがって、第1の実施形態と同様に、センサ画像に対して画像認識処理を行うことにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本実施形態については、図11に示す変形例を構成することができる。図11に示す液晶パネルには、2個の反射面を有する光反射部32が設けられ、光反射部32を挟んで光反射部21と反対側に別の光反射部(図示せず)が設けられる。光反射部32の一方の反射面では、TFT側基板11を通過したバックライト光BLの光反射部21による反射光が反射し、光反射部32の他方の反射面では、TFT側基板11を通過したバックライト光の別の光反射部による反射光が反射する。光センサ33は、光反射部32の2個の反射面で反射した光の強度を検知する。この変形例に係る液晶パネルを用いても、図10に示す液晶パネルと同じ効果が得られる。
以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、バックライト光を液晶パネル内で伝搬させて当該光の強度を光センサで検知する構成において、液晶パネルの表面が押されたときに、液晶パネルの変形に伴い、光遮断部がバックライト光の光路上に移動して、光センサで検知される光の強度が変化する。したがって、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
(第3の実施形態)
図12は、本発明の第3の実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図12に示すように、本実施形態に係る液晶パネルは、第1の実施形態に係る液晶パネルと同じ構造を有する。遮光層開口部16、光センサ17および光反射部19の位置関係は、第1の実施形態と同じである。図12には、液晶パネルの断面が他の図面よりも詳細に記載されている。
図12は、本発明の第3の実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図12に示すように、本実施形態に係る液晶パネルは、第1の実施形態に係る液晶パネルと同じ構造を有する。遮光層開口部16、光センサ17および光反射部19の位置関係は、第1の実施形態と同じである。図12には、液晶パネルの断面が他の図面よりも詳細に記載されている。
図12に示すように、TFT側基板11と対向基板12の間には、液晶分子41を含む液晶物質が充填される。通常時には、液晶分子41は例えば垂直方向に配向する。このため通常時には、TFT側基板11を通過したバックライト光BLは、液晶分子41が並んだ空間内を散乱することなく通過し、光反射部19で反射して光センサ17に入射する(図12の左側を参照)。
光センサ17の近傍では、TFT側基板11の表面に微小な凹凸がある。このため、光センサ17の近傍では、液晶分子41の配向に小さな乱れがある。押圧時には、TFT側基板11と対向基板12の間の距離が短くなり、画素電極13からの電界が強くなる。電界が強くなると、光センサ17の近傍における液晶分子41の配向の乱れが大きくなり、液晶の透過率は低下する。この結果、押圧時には、TFT側基板11を通過したバックライト光BLは液晶分子41が並んだ空間内で散乱し、光センサ17で検知される光量が減少する(図12の右側を参照)。したがって、第1および第2の実施形態と同様に、センサ画像に対して画像認識処理を行うことにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
本実施形態については、図13に示す変形例を構成することができる。図13に示す液晶パネルでは、TFT側基板11に設ける遮光層はTFT側基板11と一体に形成されており、遮光層を形成していない部分が遮光層開口部42となる。この変形例に係る液晶パネルを用いても、図12に示す液晶パネルと同じ効果が得られる。
以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、バックライト光を液晶パネル内で伝搬させて当該光の強度を光センサで検知する構成において、液晶パネルの表面が押されたときに、液晶パネルの変形に伴い、液晶パネルの光透過特性が変化して、光センサで検知される光の強度が変化する。したがって、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
(第4の実施形態)
図14は、本発明の第4の実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図14に示すように、本実施形態に係る液晶パネルでは、2個の光反射部51、52は対向基板12の外部に(より詳細には、対向基板12のTFT側基板11に対向しない面に)設けられる。光反射部51は遮光層開口部の上部に設けられ、光反射部52は光センサ17の上部に設けられる。光反射部51、52は、バックライト光BLを光センサ17に入射させるための光学部品として機能する。
図14は、本発明の第4の実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図14に示すように、本実施形態に係る液晶パネルでは、2個の光反射部51、52は対向基板12の外部に(より詳細には、対向基板12のTFT側基板11に対向しない面に)設けられる。光反射部51は遮光層開口部の上部に設けられ、光反射部52は光センサ17の上部に設けられる。光反射部51、52は、バックライト光BLを光センサ17に入射させるための光学部品として機能する。
本実施形態では、TFT側基板11を通過したバックライト光BLは、対向基板12を通過する。対向基板12を通過したバックライト光BLは、通常時には、まず光反射部51で反射して対向基板12と平行に進み、次に光反射部52で反射し、さらに対向基板12を通過して光センサ17に入射する(図14の左側を参照)。
押圧時には、指Fは対向基板12と光反射部51、52の外形に沿って変形し、指Fの一部が光反射部51、52間の光路上に介在する。このように指Fは、対向基板12を通過したバックライト光BLが光反射部51、52で反射して光センサ17に入射することを妨げる(図14の右側を参照)。このため、TFT側基板11と対向基板12を通過したバックライト光BLの光路が変化し、光センサ17で検知される光量が減少する。
したがって、第1~第3の実施形態と同様に、センサ画像に対して画像認識処理を行うことにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。また、本実施形態では、液晶パネルの表面が押されていなくても、液晶パネルの表面に検知対象物(指など)が接近したときに、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。
図14に示す液晶パネルには、対向基板12の外側の面を覆う保護シートを設けてもよい。図15Aおよび図15Bは、保護シートの断面形状の例を示す図である。保護シートには、シートのみのもの(図15A)や、シートに遮断突起を設けたもの(図15B)などを使用することができる。また、偏光板や保護シートなどを対向基板に一体に形成してもよい。
以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、バックライト光を液晶パネルの外部を経由して伝搬させて当該光の強度を光センサで検知する構成において、表示パネルの表面に検知対象物が接近したときに、検知対象物によって光源から光センサに至る光路が遮断され、光センサで検知される光の強度が変化する。したがって、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
(第5の実施形態)
図16は、本発明の第5の実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図16に示すように、本実施形態に係る液晶パネルは、図5に示す液晶パネルに発光素子61を追加したものである。発光素子61は、TFT側基板11上で光反射部21の下部に配置される。なお、本実施形態に係る液晶表示装置は、バックライトを備えるか否かは任意である。
図16は、本発明の第5の実施形態に係る液晶パネルの動作状態を示す図である。図16に示すように、本実施形態に係る液晶パネルは、図5に示す液晶パネルに発光素子61を追加したものである。発光素子61は、TFT側基板11上で光反射部21の下部に配置される。なお、本実施形態に係る液晶表示装置は、バックライトを備えるか否かは任意である。
図17は、発光素子61の構造を示す図である。図17に示すように、発光素子61は、正極62と負極63の間に発光層64を挟み込み、これらを保護層65で覆った構造を有する。負極63は透明電極である。多くの発光素子61では、光の出射効率を高めるために、正極62の発光層64側の面は光反射性を有する。発光層64からは負極63に向かう光と、正極62に向かう光とが出射される。前者は負極63を通過して発光素子61の外部に出力され、後者は正極62の表面で反射した後に負極63を通過して発光素子61の外部に出力される。
発光素子61から出射された光は、通常時には、まず光反射部21で反射して対向基板12と平行に進み、次に光反射部22で反射して光センサ17に入射する(図16の左側を参照)。押圧時には、対向基板12は湾曲し、遮断突起31は光反射部21、22間の光路上に移動する。このため、発光素子61から出射された光の光路が変化し、光センサ17で検知される光量が減少する(図16の右側を参照)。したがって、第1~第4の実施形態と同様に、センサ画像に対して画像認識処理を行うことにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、バックライト光に代えて、液晶パネルに設けられた発光素子から出射された光を用いて、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。なお、図5に示す液晶パネル以外の液晶パネルに発光素子を追加してもよい。例えば、図11に示す液晶パネルに発光素子61を追加した場合、液晶パネルの動作状態は図18に示すようになる。
(第6の実施形態)
図19は、本発明の第6の実施形態に係る有機EL(Electro Luminescence)パネルの構造を示す図である。図19に示すように、本実施形態に係る有機ELパネルは、発光層71とアレイ素子72の上に、遮光層73、第1保護層74および第2保護層75を設けた構造を有する。遮光層73には遮光層開口部76が設けられ、遮光層開口部76の近傍には光センサ17、遮光層18および光反射部19が設けられる。なお、本実施形態に係るEL表示装置は、バックライトを備えていない。
図19は、本発明の第6の実施形態に係る有機EL(Electro Luminescence)パネルの構造を示す図である。図19に示すように、本実施形態に係る有機ELパネルは、発光層71とアレイ素子72の上に、遮光層73、第1保護層74および第2保護層75を設けた構造を有する。遮光層73には遮光層開口部76が設けられ、遮光層開口部76の近傍には光センサ17、遮光層18および光反射部19が設けられる。なお、本実施形態に係るEL表示装置は、バックライトを備えていない。
図19に示す有機ELパネルは、発光層71を有する自発光型の表示パネルである。アレイ素子72は、例えば、有機ELパネルに設けられた画素回路を制御するTFTである。遮光層73は、保護性能を高める機能と、光センサ17に指向性を持たせる機能を有する。第1保護層74は、ある程度の厚みと柔軟性を有する。厚みを有する第1保護層74を用いることにより、発光層71から出射された光を光センサ17に入射させることができる。柔軟性を有する第1保護層74を用いることにより、有機ELパネルの表面が押されたときに、光センサ17と光反射部19の間の距離が変化する。第2保護層75は、例えば、有機ELパネルを傷や湿気から保護するためのハードコードカバーなどである。なお、遮光層73、第1保護層74および第2保護層75を設ける順序は任意でよい。
遮光層開口部76は、発光層71から出射された光の一部を通過させる。光センサ17と光反射部19は、通常時には遮光層開口部76を通過した光が光反射部19で反射して光センサ17に入射し、押圧時には当該光が光センサ17に入射しないように配置される。このため、押圧時には、発光層71から出射された光の光路が変化し、光センサ17で検知される光量が減少する。したがって、第1~第5の実施形態と同様に、センサ画像に対して画像認識処理を行うことにより、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、バックライト光に代えて、自発光型の表示パネルから出射された光を用いて、表示画面内のタッチ位置を検出することができる。
なお、以上の説明では、表示パネルには画素回路ごとに光センサを設けることとしたが、表示パネルに設ける光センサの個数は任意でよい。例えば、2個以上の画素回路に対応づけて光センサを設けてもよい。また、光センサに必要な信号を供給でき、光センサから出力される信号を表示パネルの外部に出力できる限り、光センサ用に任意の種類の配線を任意の形態で設けてもよい。また、各実施形態の特徴をその性質に反しない限り任意に組み合わせて、これらの特徴を併せ持つ光センサ付き表示装置を構成してもよい。
本発明の表示装置は、外光の影響を排除して、表示画面内のタッチ位置を高い精度で検出できるという特徴を有するので、各種の電子機器においてタッチ位置を検出できる表示装置として利用することができる。
1…表示パネル
7…画素回路
8…センサ回路
11…TFT側基板
12…対向基板
13…画素電極
14…TFT
15、18、73…遮光層
16、42、76…遮光層開口部
17、33…光センサ
19、21~25、32、51、52…光反射部
31…遮断突起
41…液晶分子
61…発光素子
71…発光層
BL…バックライト光
F…指
7…画素回路
8…センサ回路
11…TFT側基板
12…対向基板
13…画素電極
14…TFT
15、18、73…遮光層
16、42、76…遮光層開口部
17、33…光センサ
19、21~25、32、51、52…光反射部
31…遮断突起
41…液晶分子
61…発光素子
71…発光層
BL…バックライト光
F…指
Claims (15)
- 複数の光センサを備えた表示装置であって、
2次元状に配置された複数の画素回路を含む表示パネルと、
前記表示パネルに設けられた複数の光センサと、
光を出射する光源と、
前記表示パネルに設けられ、前記光源から出射された光を前記表示パネル内で伝搬させて前記光センサに入射させるための光学部品とを備え、
前記表示パネルの表面が押されたときに前記表示パネルが変形し、前記光源から出射された光の光路が変化して、前記光センサで検知される光の強度が変化することを特徴とする、表示装置。 - 前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記光センサに向けて反射させる光反射部を備え、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部における光の反射方向が変化することを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。 - 前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部の反射面の傾きが変化することを特徴とする、請求項2に記載の表示装置。
- 前記光反射部は曲面状の反射面を有し、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記光反射部と前記光センサの間の距離が変化することを特徴とする、請求項2に記載の表示装置。 - 前記光反射部は曲面状の反射面を有し、
前記表示パネルの表面が押されたときに、前記反射面の曲率が変化することを特徴とする、請求項2に記載の表示装置。 - 前記表示パネルに設けられ、前記表示パネルの表面が押されたときに前記光源から前記光センサに至る光路上に移動して、前記光源から出射された光が前記光センサに入射することを妨げる光遮断部をさらに備えた、請求項1に記載の表示装置。
- 前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記表示パネルと平行な方向に反射させる第1の光反射部と、前記第1の光反射部で反射した光を前記光センサに向けて反射させる第2の光反射部とを備え、
前記光遮断部は、前記表示パネルの表面が押されたときに、前記第1の光反射部と前記第2の光反射部の間の光路上に移動することを特徴とする、請求項6に記載の表示装置。 - 前記表示パネルの表面が押されたときに、押された部分では前記表示パネルの光透過特性が変化することを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。
- 前記表示パネルは2枚の基板の間に液晶物質を充填した液晶パネルであり、
前記表示パネルの表面が押されたときに、押された部分では前記液晶物質に含まれる液晶分子の配向が変化することを特徴とする、請求項8に記載の表示装置。 - 前記表示パネルに設けられ、前記光センサに外光が入射することを防止する遮光部をさらに備えた、請求項1に記載の表示装置。
- 前記光源が、前記表示パネルの背面側に設けられたバックライトであることを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。
- 前記光源が、前記表示パネルに設けられた発光素子であることを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。
- 前記表示パネルは自発光型の表示パネルであり、
前記表示パネルの一部が前記光源として機能することを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。 - 複数の光センサを備えた表示装置であって、
2次元状に配置された複数の画素回路を含む表示パネルと、
前記表示パネルに設けられた複数の光センサと、
光を出射する光源と、
前記表示パネルの外部に設けられ、前記光源から出射された光を前記光センサに入射させるための光学部品とを備え、
前記表示パネルの表面に検知対象物が接近したときに、前記検知対象物によって前記光源から前記光センサに至る光路が遮断され、前記光センサで検知される光の強度が変化することを特徴とする、表示装置。 - 前記光学部品として、前記光源から出射された光を前記表示パネルと平行な方向に反射させる第1の光反射部と、前記第1の光反射部で反射した光を前記光センサに向けて反射させる第2の光反射部とを備え、
前記第1の光反射部と前記第2の光反射部の間の光路上に前記検知対象物が介在できるように構成されていることを特徴とする、請求項14に記載の表示装置。
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