WO2014038118A1 - 表示装置および表示制御システム - Google Patents

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WO2014038118A1
WO2014038118A1 PCT/JP2013/004170 JP2013004170W WO2014038118A1 WO 2014038118 A1 WO2014038118 A1 WO 2014038118A1 JP 2013004170 W JP2013004170 W JP 2013004170W WO 2014038118 A1 WO2014038118 A1 WO 2014038118A1
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pattern
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light
light source
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山田　和宏
高士 山田
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パナソニック株式会社
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    • G06F2203/04109—FTIR in optical digitiser, i.e. touch detection by frustrating the total internal reflection within an optical waveguide due to changes of optical properties or deformation at the touch location

Definitions

  • the present disclosure relates to a display device and a display control system capable of inputting an instruction to a display unit using an instruction device.
  • Patent Document 1 uses a pen with a built-in camera to detect an absolute position from a pattern on paper on which a pattern capable of specifying an absolute position is printed.
  • An electronic pen input system is disclosed.
  • the pen input system includes a pattern unit, a specifying unit that specifies an absolute position, and a recording unit that records the specific position. Thereby, the information entered on the paper can be digitized.
  • the present disclosure provides a display control system in which a pattern reading accuracy is improved in a display control system having a pattern layer in which a plurality of patterns representing information on a position on a display surface are formed.
  • the display control system in the present disclosure has a pair of polarizing plates whose transmission axes are orthogonal to each other, and is disposed so as to overlap the display surface with a display unit that displays a visible image on the display surface using the pair of polarizing plates, A pattern layer on which a plurality of patterns representing information on the position on the display surface are formed, a light source that emits light absorbed by the pattern from the front side of the display unit, and a back side of the display unit and the pattern layer A reflection unit, a specific unit that reads a pattern from light that is emitted from a light source, reflected by the reflection unit, and then transmitted through the display unit and the pattern layer, and specifies a position on the display surface of the pattern, and a position specified by the specific unit And a display control unit that controls display information displayed on the display unit, and the peak wavelength of light emitted from the light source is such that the transmittance of the pair of polarizing plates is 70% or more.
  • the display control system can improve the pattern reading accuracy without being affected by the display state of the display unit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a display control system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a pattern layer of the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a chart showing the wavelength characteristics of transmittance when the transmission axes of two polarizing plates used in the liquid crystal display unit according to Embodiment 1 are orthogonal to each other.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating an image obtained by photographing the liquid crystal display unit according to the first embodiment with visible light
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the wavelength characteristics of the light source according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the wavelength characteristics of the transmittance of the material of the pattern according to the first embodiment.
  • Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a display control system 100 according to the first embodiment.
  • the display control system 100 includes an instruction device 110, a display device 120, and a display control unit 130.
  • the pointing device 110 is a pen-type input device.
  • the pointing device 110 includes a light source 140, an imaging unit 150, a position specifying unit 160, a pen tip 170, and a pressure sensor 180.
  • the light source 140 is a light source (for example, LED) that emits infrared light.
  • the imaging unit 150 includes an optical system 190 and an imaging element 200.
  • the optical system 190 causes the image sensor 200 to form an image of light incident from the front end side of the pointing device 110.
  • the display device 120 includes a backlight 210, a liquid crystal display unit 220 (liquid crystal display panel), and a pattern layer 230.
  • the backlight 210 is, for example, an edge type backlight. Note that the backlight 210 is not limited to the edge type.
  • the backlight 210 includes a display light source that emits visible light, and a diffuse reflector 240 disposed on the back side (lower side in FIG. 1) of the light guide plate of the display light source.
  • the backlight 210 has a diffuse reflector 240 inside.
  • the diffuse reflection plate 240 corresponds to a reflection part provided on the back side of the liquid crystal display part 220 and the pattern layer 230.
  • the liquid crystal display unit 220 includes two polarizing plates 250 that polarize light and a liquid crystal layer 221.
  • the liquid crystal layer 221 is sandwiched between two polarizing plates 250 whose transmission axes are orthogonal to each other.
  • the liquid crystal display unit 220 includes a plurality of pixels (not shown).
  • the liquid crystal display unit 220 displays a visible image on the display surface using a pair of polarizing plates 250.
  • the pattern layer 230 is disposed so as to overlap the display surface.
  • a plurality of patterns 260 (information patterns) that absorb light emitted from the light source 140 (infrared light) are formed on the pattern layer 230.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the pattern layer 230.
  • the pattern 260 is formed by a plurality of marks 42 (for example, dots). Each mark 42 is arranged on the basis of the lattice point of the virtual lattice 45 shown in FIG.
  • the pattern 260 is formed by, for example, 36 marks 42 in an area 50 of 6 marks ⁇ 6 marks shown in FIG.
  • the pattern 260 represents information regarding the position on the display surface (display area) of the display device 120 according to the arrangement pattern of each mark 42 (position with respect to the grid point). All the patterns 260 are different from each other.
  • One pattern 260 represents one coordinate (coordinate on the display surface). In FIG.
  • the pattern 260 of the areas 50a and 50b represents, for example, the coordinates of the center positions of the areas 50a and 50b.
  • the instruction device 110 reads the pattern 260 of one area 50. For example, in FIG. 2B, when the pen tip 170 moves obliquely to the lower right, the area 50 read by the pointing device 110 changes from the area 50a to the area 50b.
  • the pressure sensor 180 detects the pressure applied to the pen point 170 from the display device 20.
  • the pressure sensor 180 detects that the pen tip 170 has contacted the display device 120.
  • the light source 140 emits light toward the screen of the display device 120.
  • the indicating device 110 optically reads the pattern 260 by the imaging unit 150 using the light emitted from the light source 140.
  • the imaging device 200 of the imaging unit 150 converts the optical image formed on the imaging surface into an electrical signal and generates image information (image signal).
  • the position specifying unit 160 specifies the position on the display surface of the pattern 260 read by the image pickup unit 150 as the position information based on the image information from the image pickup unit 150.
  • the position specifying unit 160 specifies the position of the pointing device 110 as the position information.
  • the specified position information is transmitted to the display control unit 130.
  • the display control unit 130 performs display control of the display device 120 based on the received position information.
  • the display device 120 continuously displays dots on the liquid crystal display unit 220 according to the locus of the pen tip 170 of the pointing device 110. Accordingly, it is possible to input characters, figures, and the like on the liquid crystal display unit 220 by handwriting using the pointing device 110.
  • the display device 120 continuously erases the points displayed on the liquid crystal display unit 220 according to the locus of the pen tip 170 of the pointing device 110. Thereby, the character and figure of the liquid crystal display part 220 can be erased using the pointing device 110 like an eraser. That is, the instruction device 110 functions as a reading device and also functions as an input device to the display control system 100.
  • Reading of the pattern 260 using the light emitted from the light source 140 will be described.
  • the light emitted from the light source 140 is transmitted through the pattern layer 230 and the liquid crystal display unit 220, reaches the diffuse reflector 240 of the backlight 210, and is diffusely reflected.
  • a part of the infrared light transmitted through the liquid crystal display unit 220 returns to the pointing device 110 side regardless of the tilt of the pointing device 110.
  • the light substantially uniformized by the diffuse reflection is transmitted again through the liquid crystal display unit 220 having the polarizing plate 250 to illuminate the pattern layer 230 from the back side.
  • the pattern 260 is formed of a material that absorbs infrared light emitted from the light source 140 (light having a wavelength of the light source 140) (a material having low transmittance with respect to infrared light emitted from the light source 140).
  • the light transmitted through the pattern layer 230 is spatially intensity-modulated. That is, in the pattern layer 230, in the pattern 260 formation region (mark 42 formation region), the intensity of the emitted light is greatly reduced compared to the incident light, and the pattern 260 is not formed (region between the marks 42). Then, the intensity of the emitted light is almost the same as the incident light.
  • the light transmitted through the pattern layer 230 enters the optical system 190 of the pointing device 110.
  • the optical system 190 forms an image of incident light on the imaging surface of the imaging device 200.
  • the spatial intensity distribution of the light transmitted through the pattern layer 230 is obtained as image information by the imaging unit 150.
  • the image sensor 200 captures an image in which the pattern 260 is expressed in black on a white background.
  • the image information obtained by the imaging unit 150 is collated by the position specifying unit 160 with design information of the pattern 260 (for example, information in which the pattern 260 and the position coordinates are associated one to one), and the collation result
  • the absolute position (for example, position coordinates) of the pattern 260 in the pattern layer 230 is specified.
  • the display control unit 130 controls display information on the liquid crystal display unit 220 according to the absolute position specified by the position specifying unit 160.
  • the position specifying unit 160 may convert the pattern 260 into coordinates on the display surface based on the arrangement pattern of the 36 marks 42 in the pattern 260 using a predetermined method.
  • a publicly known method as disclosed in JP-A-2006-14061 can be used.
  • the transmittance of the light emitted from the backlight 210 (visible light) is changed by changing the alignment state of the liquid crystal molecules for each pixel of the liquid crystal layer 221.
  • the liquid crystal display unit 220 displays characters and figures.
  • the polarizing plate 250 has a polarization characteristic (a characteristic of transmitting only light whose vibration direction is parallel to the transmission axis, that is, the vibration direction is the transmission axis) with respect to visible light of at least 400 nm to 700 nm. For shielding light other than light parallel to the light.
  • the polarizing plate 250 has polarization characteristics with respect to the wavelength of the light emitted from the light source 140, the light emitted from the light source 140 is transmitted to the liquid crystal display unit depending on the alignment state of the liquid crystal molecules of each pixel of the liquid crystal layer 221.
  • the intensity after passing through 220 is spatially modulated.
  • the light emitted from the light source 140 is spatially intensity-modulated by the liquid crystal display unit 220, the background light of the pattern 260 photographed by the imaging unit 150 is not uniform. This makes it difficult to read the pattern 260 from the image captured by the imaging unit 150. Therefore, in this embodiment, the wavelength of the light emitted from the light source 140 is selected such that the polarizing plate 250 does not substantially have polarization characteristics.
  • FIG. 3 shows an example of measured values of the wavelength characteristics of transmittance when the transmission axes (polarization directions) of the two polarizing plates 250 used in the liquid crystal display unit 220 according to Embodiment 1 are orthogonal to each other. It is the shown chart.
  • the measurement sample is an NPF polarizing plate manufactured by Nitto Denko, and is one of polarizing plates generally used in liquid crystal display devices.
  • the transmittance is measured in a state where the transmission axes (polarization axes) of the two polarizing plates 250 are orthogonal to each other. According to FIG.
  • the transmittance starts to increase from the vicinity of the wavelength of 750 nm, and the transmittance is 90% or more at the vicinity of 900 nm. That is, the combination of these two polarizing plates 250 has substantially no polarization characteristics with respect to light of 900 nm or more. Therefore, in this embodiment, in order to prevent the alignment state of the liquid crystal molecules of each pixel of the liquid crystal layer 221 from adversely affecting the reading of the pattern 260, the pattern 260 is read with light having a wavelength of 900 nm or more. Yes. That is, the light source 140 having a peak wavelength (wavelength with the maximum light intensity) of 900 nm or more is used.
  • the polarization characteristics of the pair of polarizing plates 250 only have to be greatly reduced with respect to the light read by the pattern 260.
  • the peak wavelength of light emitted from the light source 140 is such that the transmittance of the pair of polarizing plates 250 is 70% or more. I just need it.
  • 4A is an image obtained by photographing a part of the screen of the liquid crystal display unit 220 using visible wavelength illumination light in Embodiment 1, and FIG. 4B shows the function of the polarizing plate 250.
  • 4A is an image obtained by photographing the same region as in FIG. 4A in the same display state as in FIG. 4A by using illumination light with a wavelength of 900 nm that loses. In an image taken with illumination light having a visible wavelength, a difference in transmittance for each pixel was clearly observed as a difference in alignment state of liquid crystal molecules in each pixel of the liquid crystal display unit 220.
  • each pixel in an image taken with illumination light having a wavelength of 900 nm, similarly to an image having a visible wavelength, each pixel has the same orientation although there are places where the alignment state of liquid crystal molecules of each pixel of the liquid crystal layer 221 is different. Observed. That is, if light having a peak wavelength of 900 nm or more is used as illumination light, the pattern 260 can be read without being affected by the alignment state of the liquid crystal molecules of each pixel of the liquid crystal display unit 220.
  • FIG. 5 shows the wavelength characteristics of the light source 140 in the first embodiment.
  • the light source 140 SFH-4248 manufactured by Infrared LED OSRAM was used.
  • the light source 140 has a peak wavelength of 950 nm, and the polarizing plate 250 (NPF polarizing plate manufactured by Nitto Denko) has substantially no polarization property with respect to light having this peak wavelength.
  • the light source 140 is an optimal light source for the display control system 100 of the present embodiment.
  • the pattern 260 (mark 42) is made of a material that transmits visible light (light having a wavelength of 400 to 700 nm) and absorbs infrared light (light having a wavelength of 700 nm or more).
  • the pattern 260 is formed of a material that absorbs infrared light having a wavelength of 800 nm or more, for example.
  • the pattern 260 has a light transmittance of 70% or more in a wavelength range from 400 nm to 700 nm, and a wavelength from which the transmittance of the pair of polarizing plates 250 is 70% or more (850 nm in FIG. 3) to 1000 nm.
  • the minimum value of light transmittance in the wavelength range up to is less than 30%.
  • Examples of the material of the pattern 260 include diimonium-based, phthalocyanine-based, and cyanine-based compounds. These materials may be used alone or in combination.
  • As the diimonium compound it is preferable to include a diimonium salt compound.
  • FIG. 6 shows the wavelength characteristics of the transmittance of the infrared absorbing material (the material of the mark 42) used for the pattern 260 in the first embodiment.
  • the thickness of the pattern 260 is 9 microns, for example.
  • the pattern 260 has a transmittance of 10% or less at the intensity peak wavelength (950 nm) of the light source 140 (OSRAM LED). Therefore, a high-contrast image necessary for the position specifying unit 160 to specify the position is obtained between the area where the pattern 260 is formed and the area where the pattern 260 is not formed.
  • the display control system 100 must function as a display device, that is, must display a visible image display function.
  • the pattern 260 has an average transmittance of 70% or more in the visible light wavelength region (400 to 700 nm). This transmittance is a sufficiently high value in consideration of the area occupied by the pattern 260 with respect to the display surface. Therefore, a practical display brightness can be realized.
  • the pattern layer 230 functions at any position between the diffuse reflector 240 and the outermost surface of the display device 120. Therefore, the pattern layer 230 may be disposed at any position (for example, the back side from the liquid crystal layer 221) as long as the pattern layer 230 is on the front side (upper side in FIG. 1) from the diffuse reflector 240. However, in view of the situation where the display device 120 is modularized and shipped, it is desirable that the pattern layer 230 be attached to the surface side of the display device 120 from the liquid crystal display unit 220 with a sheet or the like.
  • the display control system 100 includes the light source 140, the diffuse reflector 240, the polarizing plate 250, the liquid crystal display unit 220, the pattern layer 230, the position specifying unit 160, and the display. And a control unit 130.
  • the diffuse reflector 240 reflects the light emitted from the light source 140.
  • the liquid crystal display unit 220 includes a pair of polarizing plates 250 that polarize light having a wavelength of 400 nm to 700 nm, and transmits the light reflected by the diffuse reflector 240.
  • the pattern layer 230 is formed with a pattern 260 that can identify the position (display position) on the display surface by absorbing infrared light reflected by the diffuse reflector 240.
  • the position specifying unit 160 specifies the position on the display surface from the pattern 260.
  • the display control unit 130 controls display information displayed on the liquid crystal display unit 220 according to the specified position.
  • the peak wavelength of light emitted from the light source 140 is such that the transmittance of the pair of polarizing plates 250 whose transmission axes are orthogonal to each other is 70% or more. Thereby, the polarization characteristic of the polarizing plate 250 (polarizer) of the liquid crystal display unit 220 is greatly deteriorated. Therefore, with respect to the light emitted from the light source 140, the transmittance of each pixel does not change greatly depending on the alignment state of the liquid crystal molecules of each pixel.
  • the display control system 100 that can stably input instructions without being affected by the display content of the display device 120.
  • the pair of polarizing plates 250 having the wavelength characteristics shown in FIG. 3 the light source 140 having a transmittance of 70% at 850 nm and a peak wavelength of 850 nm or more can be used.
  • the peak wavelength of the light emitted from the light source 140 is 950 nm.
  • permeability of a pair of polarizing plate 250 is 90% or more.
  • the polarization characteristic of the polarizing plate 250 (polarizer) of the liquid crystal display unit 220 is substantially lost with respect to the light emitted from the light source 140. Therefore, even if the alignment state of the liquid crystal molecules of each pixel changes, the transmittance of each pixel hardly changes. Therefore, it is possible to realize the display control system 100 that can stably input instructions without being affected by the display content of the display device 120.
  • the light emitted from the light source 140 has a transmittance of the pair of polarizing plates 250 of 90% or more even with an average value of all components. Note that the light emitted from the light source 140 only needs to have a transmittance of 70% or more even if the transmittance of the pair of polarizing plates 250 is an average value of all components.
  • the pattern 260 of the pattern layer 230 has a light absorptance of 70% or more at a wavelength of 950 nm.
  • the polarization characteristic of the polarizing plate 250 (polarizer) of the liquid crystal display unit 220 is substantially eliminated with respect to light that is well absorbed by the pattern 260. Therefore, even if the alignment state of the liquid crystal molecules of each pixel changes, the transmittance of each pixel hardly changes. Therefore, it is possible to realize the display control system 100 that can stably input instructions without being affected by the display content of the display device 120.
  • the pattern 260 has a transmittance of visible light having a wavelength of 400 nm to 700 nm of 70% or more.
  • the brightness of the liquid crystal display unit 220 can be maintained at a practical level. That is, the display quality of the display control system 100 can be maintained without causing a significant decrease in luminance of the display device 120.
  • the pattern layer 230 is arranged on the user viewing side (front side) of the liquid crystal display unit 220.
  • the display device 120 can be easily manufactured. Further, even after the consumer purchases the display device 120, the display device 120 corresponding to the instruction input can be configured by pasting the sheet on which the pattern 260 is printed on the display device 120 later.
  • the display device 120 includes a liquid crystal display unit 220 and a pattern layer 230.
  • the liquid crystal display unit 220 includes a pair of polarizing plates 250 whose transmission axes are orthogonal to each other, and displays a visible image on the display surface using the pair of polarizing plates 250.
  • the pattern layer 230 is a pattern that can be optically read from the outside, and a pattern 260 that can specify a position (display position) on the display surface is formed.
  • the pattern 260 of the pattern layer 230 has a light transmittance of 70% or more in a wavelength range from 400 nm to 700 nm.
  • the pattern 260 has a minimum light transmittance of less than 30% in the wavelength range from the wavelength at which the transmittance of the pair of polarizing plates 250 is 70% in the near infrared region (700 to 2500 nm) to 1000 nm (
  • the minimum value of the light transmittance in the wavelength range from 850 nm to 1000 nm at which the transmittance of the pair of polarizing plates 250 is 70% is less than 10%.
  • the luminance of the display device 120 is not significantly reduced.
  • the first embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application.
  • the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed.
  • the light source 140 is built in the pointing device 110. However, it is only necessary to illuminate the vicinity where the pointing device 110 reads the pattern 260 with infrared light. It may be installed in the vicinity of the display device 120.
  • the pointing device 110 is a pen-type input device, but is not limited to this.
  • the pointing device 110 may be a mouse type input device.
  • the image sensor 200 of the first embodiment may be a CMOS or a CCD.
  • the pattern is formed in a unit area of 6 marks ⁇ 6 marks, but the present invention is not limited to this.
  • the number of marks constituting the unit area can be appropriately set according to the design of the pointing device 110 and the display device 120.
  • the pattern 260 is composed of circular dots, but the present invention is not limited to this. Instead of dots, a pattern may be formed by a plurality of marks represented by figures such as triangles or letters such as alphabets.
  • This disclosure is applicable to digital still cameras, movies, mobile phones with camera functions, smartphones, tablet computers, personal computers, business computers, and the like.

Abstract

　表示制御システム１００は、透過軸が互いに直交する一対の偏光板２５０を用いて可視画像を表示する表示部２２０と、表示面における位置に関する情報を表す複数のパターン２６０が形成されたパターン層２３０と、表示部２２０の前面側からパターン２６０に吸収される光を射出する光源１４０と、反射部２４０と、光源１４０から射出されて反射部２４０で反射した後に表示部２２０及びパターン層２３０を透過した光から、パターン２６０を読み取り、そのパターン２６０の表示面における位置を特定する特定部１６０と、特定部１６０により特定された位置に応じて、表示部２２０に表示する表示情報を制御する表示制御部１３０とを備え、光源１４０から射出される光のピーク波長は、一対の偏光板２５０の透過率が７０％以上となる。

Description

表示装置および表示制御システム
　本開示は、指示装置を用いて表示部に指示入力が可能な表示装置および表示制御システムに関する。
　特許文献１は、絶対位置の特定が可能なパターンが印刷された紙に対して、カメラを内蔵したペンを用いて、パターンから絶対位置を検知することで、ペンにより紙に記入された情報を電子化するペン入力システムを開示する。このペン入力システムは、パターン部と、絶対位置を特定する特定部と、特定位置を記録する記録部とを備える。これにより、紙に記入した情報を電子化することができる。
特開２００７－２２６５７７号公報
　本開示は、表示面における位置に関する情報を表す複数のパターンが形成されたパターン層を有する表示制御システムにおいて、パターンの読み取り精度を向上させた表示制御システムを提供する。
　本開示における表示制御システムは、透過軸が互いに直交する一対の偏光板を有し、一対の偏光板を用いて表示面に可視画像を表示する表示部と、表示面に重なるように配置され、表示面における位置に関する情報を表す複数のパターンが形成されたパターン層と、表示部の前面側から、パターンに吸収される光を射出する光源と、表示部及びパターン層の背面側に設けられた反射部と、光源から射出されて反射部で反射した後に表示部及びパターン層を透過した光から、パターンを読み取り、パターンの表示面における位置を特定する特定部と、特定部により特定された位置に応じて、表示部に表示する表示情報を制御する表示制御部とを備え、光源から射出される光のピーク波長は、一対の偏光板の透過率が７０％以上となる。
　本開示における表示制御システムは、表示部の表示状態に影響されることなく、パターンの読み取り精度を向上させることができる。
図１は、実施の形態１に係る表示制御システムの概略図である。 図２は、実施の形態１に係る表示装置のパターン層の拡大図である。 図３は、実施の形態１に係る液晶表示部に使われている２枚の偏光板の透過軸を直交させたときの透過率の波長特性を示す図表である。 図４（ａ）は、実施の形態１に係る液晶表示部を可視光で撮影した画像を示す図であり、図４（ｂ）は、実施の形態１に係る液晶表示部を９００ｎｍの赤外光で撮影した画像を示す図である。 図５は、実施の形態１に係る光源の波長特性を示す図である。 図６は、実施の形態１に係るパターンの材料の透過率の波長特性を示す図である。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　（実施の形態１）
　以下、図１～６を用いて、実施の形態１を説明する。
　［１．表示制御システムの概要］
　図１は、実施の形態１に係る表示制御システム１００の概略図である。表示制御システム１００は、指示装置１１０と、表示装置１２０と、表示制御部１３０と、を備える。指示装置１１０は、ペン型の入力装置である。指示装置１１０は、光源１４０と、撮像部１５０と、位置特定部１６０と、ペン先１７０と、圧力センサ１８０と、を備える。光源１４０は、赤外光を射出する光源（例えばＬＥＤ）である。撮像部１５０は、光学系１９０および撮像素子２００を備える。光学系１９０は、指示装置１１０の先端側から入射した光を撮像素子２００に結像させる。
　表示装置１２０は、バックライト２１０と、液晶表示部２２０（液晶表示パネル）と、パターン層２３０とを備える。バックライト２１０は、例えばエッジ型のバックライトである。なお、バックライト２１０は、エッジ型に限定されない。バックライト２１０は、可視光を発する表示用光源と、表示用光源の導光板の背面側（図１において下側）に配置された拡散反射板２４０とを有する。バックライト２１０は、内部に拡散反射板２４０を有する。拡散反射板２４０は、液晶表示部２２０及びパターン層２３０の背面側に設けられた反射部に相当する。液晶表示部２２０は、光を偏光する２枚の偏光板２５０と、液晶層２２１を有する。液晶層２２１は、透過軸が互いに直交する２枚の偏光板２５０に挟まれている。液晶表示部２２０は、複数の画素（図示省略）からなる。液晶表示部２２０は、一対の偏光板２５０を用いて表示面に可視画像を表示する。パターン層２３０は、表示面に重なるように配置されている。パターン層２３０には、光源１４０の射出光（赤外光）を吸収する複数のパターン２６０（情報パターン）が形成されている。
　図２は、パターン層２３０の拡大図である。パターン２６０は、複数のマーク４２（例えばドット）により形成されている。各マーク４２は、図２（ａ）に示す仮想の格子４５の格子点を基準に配置されている。パターン２６０は、例えば、図２（ｂ）に示す６マーク×６マークのエリア５０内の３６個のマーク４２により形成されている。パターン２６０は、各マーク４２の配置パターン（格子点に対する位置）によって、表示装置１２０の表示面（表示領域）における位置に関する情報を表す。全てのパターン２６０は互いに異なる。１つのパターン２６０で、１つの座標（表示面における座標）が表される。図２（ｂ）では、エリア５０ａ、５０ｂのパターン２６０が、例えばエリア５０ａ、５０ｂの中心位置の座標を表す。指示装置１１０は、１つのエリア５０のパターン２６０を読み取る。例えば、図２（ｂ）においてペン先１７０が右下へ斜めに移動すると、指示装置１１０が読み取るエリア５０は、エリア５０ａからエリア５０ｂへ変化する。
　表示制御システム１００では、ユーザが指示装置１１０を用いて表示装置１２０の表示面に文字などを記入する際に、ユーザが指示装置１１０のペン先１７０を表示装置１２０の画面に接触させる。そうすると、圧力センサ１８０が、表示装置２０からペン先１７０に加わる圧力を検知する。圧力センサ１８０は、ペン先１７０が表示装置１２０に接触したことを検知する。そして、圧力センサ１８０によってペン先１７０の接触が検知されると、光源１４０が表示装置１２０の画面に向けて光を射出する。
　指示装置１１０は、光源１４０が射出した光を用いて、パターン２６０を撮像部１５０により、光学的に読み取る。撮像部１５０の撮像素子２００は、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換して画像情報（画像信号）を生成する。そして、位置特定部１６０が、撮像部１５０からの画像情報に基づいて、撮像部１５０が読み取ったパターン２６０の表示面における位置を、位置情報として特定する。これにより、液晶表示部２２０上における指示装置１１０の位置に関する情報を表すパターン２６０に基づいて、位置特定部１６０が、指示装置１１０の位置を位置情報として特定する。特定された位置情報は、表示制御部１３０に送信される。表示制御部１３０は、受信した位置情報に基づいて、表示装置１２０の表示制御を行う。例えば、表示装置１２０は、指示装置１１０のペン先１７０の軌跡に応じて、液晶表示部２２０に点を連続的に表示する。これにより、指示装置１１０を用いて、液晶表示部２２０に文字や図形等を手書き入力することができる。または、表示装置１２０は、指示装置１１０のペン先１７０の軌跡に応じて、液晶表示部２２０に表示された点を連続的に消去する。これにより、指示装置１１０を消しゴムのように用いて、液晶表示部２２０の文字や図形を消去することができる。すなわち、指示装置１１０は、読み取り装置として機能すると共に、表示制御システム１００への入力装置としても機能する。
　光源１４０の射出光を用いたパターン２６０の読み取り等について説明する。光源１４０から射出された光は、パターン層２３０および液晶表示部２２０を透過し、バックライト２１０の拡散反射板２４０に到達して拡散反射する。その結果、指示装置１１０の傾きに拘わらず、液晶表示部２２０を透過した赤外光の一部が、指示装置１１０側へ戻ってくる。拡散反射により実質的に均一化された光は、再び偏光板２５０を有する液晶表示部２２０を透過し、パターン層２３０を背面側から照明する。パターン２６０は、光源１４０が射出する赤外光（光源１４０の波長の光）を吸収する材料（光源１４０が射出する赤外光に対する透過率が低い材料）で形成されている。パターン層２３０を透過した光は、空間的に強度変調される。すなわち、パターン層２３０のうち、パターン２６０の形成領域（マーク４２の形成領域）では射出光の強度が入射光に比べて大きく低下し、パターン２６０が形成されていない領域（マーク４２間の領域）では射出光の強度が入射光とほとんど同じである。パターン層２３０を透過した光は、指示装置１１０の光学系１９０に入射する。光学系１９０は、入射した光を撮像素子２００の撮像面に結像させる。その結果、パターン層２３０を透過した光の空間強度分布は、撮像部１５０により画像情報として得られる。撮像素子２００では、白字の背景にパターン２６０が黒く表現された画像が撮像される。撮像部１５０により得られた画像情報は、位置特定部１６０によりパターン２６０の設計情報（例えば、パターン２６０と位置座標が１対１で対応付けられた情報）との照合が行われ、その照合結果より、パターン層２３０におけるパターン２６０の絶対位置（例えば位置座標）が特定される。表示制御部１３０は、位置特定部１６０によって特定された絶対位置に応じて、液晶表示部２２０の表示情報を制御する。これにより、指示装置１１０を用いて、表示装置１２０に指示入力ができる。なお、位置特定部１６０は、所定の方法を用いて、パターン２６０における３６個のマーク４２の配置パターンに基づいて、そのパターン２６０を表示面における座標へ変換してもよい。パターン２６０のパターンニングや座標変換の方法には、例えば、特開２００６－１４１０６１号公報に開示されているような公知の方法を用いることができる。
　ここで、液晶表示部２２０では、液晶層２２１の各画素について、液晶分子の配向状態を変えることにより、バックライト２１０の射出光（可視光）の偏光板２５０の透過率が変わる。各画素の可視光の透過率を制御することで、液晶表示部２２０は文字や図形を表示する。可視光の透過率制御を行うため、偏光板２５０は、少なくとも４００ｎｍから７００ｎｍの可視光に対して、偏光特性（振動方向が透過軸に平行な光だけを透過する特性、つまり振動方向が透過軸に平行な光以外を遮光する特性）を有する。ここで、仮に偏光板２５０が光源１４０の射出光の波長に対して偏光特性を有する場合、光源１４０の射出光は、液晶層２２１の各画素の液晶分子の配向状態の違いにより、液晶表示部２２０を透過後の強度が空間的に変調される。光源１４０の射出光が液晶表示部２２０で空間的に強度変調されると、撮像部１５０で撮影されるパターン２６０の背景光が均一ではなくなる。これにより、撮像部１５０により撮像された画像からのパターン２６０の読み取りが困難になる。そこで、本実施の形態では、光源１４０の射出光の波長は、偏光板２５０が偏光特性を実質的に有しない波長を選択している。
　以下、パターン２６０の位置特定と表示輝度の両立に必要な波長特性について詳細に述べる。
　［１－１．表示部］
　図３は、実施の形態１に係る液晶表示部２２０に使われている２枚の偏光板２５０の透過軸（偏光方向）を互いに直交させたときの透過率の波長特性の実測値の一例を示した図表である。測定サンプルは、日東電工製ＮＰＦ偏光板であり、一般的に液晶表示装置に使われている偏光板の一つである。透過率の測定は、２枚の偏光板２５０の透過軸（偏光軸）を互いに直交させた状態で行われている。図３によれば、２枚の偏光板２５０の透過率の波長特性は、波長７５０ｎｍ付近より透過率が上昇し始め、９００ｎｍ付近では透過率は９０％以上となる。すなわち、これら２枚の偏光板２５０の組み合わせは、９００ｎｍ以上の光に対して、実質的に偏光特性を有しない。従って、本実施の形態では、前述の液晶層２２１の各画素の液晶分子の配向状態がパターン２６０の読み取りへ悪影響を与えることを避けるために、９００ｎｍ以上の波長の光で、パターン２６０を読み取っている。つまり、ピーク波長（光強度が最大の波長）が９００ｎｍ以上の光源１４０を用いている。なお、パターン２６０の読み取る光に対して一対の偏光板２５０の偏光特性が大きく低下すればよく、光源１４０から射出される光のピーク波長は、一対の偏光板２５０の透過率が７０％以上であればよい。
　図４（ａ）は、実施の形態１において、液晶表示部２２０の画面の一部を、可視波長の照明光を用いて撮影した画像であり、図４（ｂ）は、偏光板２５０の機能が失われる９００ｎｍの波長の照明光を用いて、図４（ａ）と同一領域を、図４（ａ）と同一の表示状態で撮影した画像である。可視波長の照明光で撮影した画像では、液晶表示部２２０の各画素の液晶分子の配向状態の違いとして、画素毎の透過率の違いがはっきりと観察された。一方、９００ｎｍの波長の照明光で撮影した画像では、可視波長の画像と同様に液晶層２２１の各画素の液晶分子の配向状態が異なる箇所が存在するにも拘らず、どの画素も同じように観察された。すなわち、ピーク波長が９００ｎｍ以上の光を照明光として使えば、液晶表示部２２０の各画素の液晶分子の配向状態に影響されることなく、パターン２６０を読み取ることができる。
　［１－２．光源部］
　図５は、実施の形態１における、光源１４０の波長特性である。光源１４０は赤外ＬＥＤ　ＯＳＲＡＭ製ＳＦＨ－４２４８を用いた。光源１４０は、ピーク波長が９５０ｎｍであり、偏光板２５０（日東電工製ＮＰＦ偏光板）は、このピーク波長の光に対して実質的に偏光特性を有さない。光源１４０は、本実施の形態の表示制御システム１００に最適な光源である。
　［１－３．パターン層］
　パターン２６０（マーク４２）は、可視光（波長４００～７００ｎｍの光）を透過し、且つ、赤外光（波長７００ｎｍ以上の光）を吸収する材料で形成されている。パターン２６０は、例えば波長８００ｎｍ以上の赤外光を吸収する材料で形成されている。具体的に、パターン２６０は、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長範囲における光の透過率が７０％以上であり、一対の偏光板２５０の透過率が７０％以上となる波長（図３では８５０ｎｍ）から１０００ｎｍまでの波長範囲における光の透過率の最小値が３０％未満である。パターン２６０の材料（マーク４２の材料）として、例えば、ジイモニウム系、フタロシアニン系、シアニン系等の化合物が挙げられる。これらの材料は、単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。ジイモニウム系の化合物として、ジイモニウム塩系化合物を含むことが好ましい。
　図６は、実施の形態１において、パターン２６０に用いた赤外吸収材料（マーク４２の材料）の透過率の波長特性である。パターン２６０の厚さは例えば９ミクロンである。パターン２６０は、光源１４０（ＯＳＲＡＭ製ＬＥＤ）の強度ピーク波長（９５０ｎｍ）において、１０％以下の透過率となっている。そのため、パターン２６０が形成された領域と、パターン２６０が形成されていない領域との間で、位置特定部１６０が位置を特定するのに必要な高いコントラストの画像が得られる。一方、可視波長においては、表示制御システム１００は、表示装置として機能しなければならない、つまり、可視画像の表示機能を発揮しなければならない。パターン２６０は、可視光の波長領域（４００～７００ｎｍ）において平均値で７０％以上の透過率を有する。この透過率は、表示面に対するパターン２６０の占有面積を考慮に入れると、十分に高い値である。そのため、実用レベルの表示輝度を実現できる。
　なお、パターン層２３０は、拡散反射板２４０から表示装置１２０の最表面の間であれば、どの位置でも機能する。そのため、パターン層２３０は、拡散反射板２４０よりも表面側（図１において上側）であれば、どの位置（例えば、液晶層２２１よりも背面側）に配置してもよい。但し、パターン層２３０は、表示装置１２０がモジュール化され出荷されている状況を鑑みれば、液晶表示部２２０より表示装置１２０の表面側に、シート等で貼り付けるのが望ましい。
　［２．効果等］
　以上のように、本実施の形態において、表示制御システム１００は、光源１４０と、拡散反射板２４０と、偏光板２５０と、液晶表示部２２０と、パターン層２３０と、位置特定部１６０と、表示制御部１３０と、を備える。拡散反射板２４０は、光源１４０から射出された光を反射する。液晶表示部２２０は、４００ｎｍから７００ｎｍの波長の光を偏光する一対の偏光板２５０を有し、拡散反射板２４０により反射された光を透過する。パターン層２３０には、拡散反射板２４０により反射された赤外光を吸収して表示面における位置（表示位置）が特定できるパターン２６０が形成されている。位置特定部１６０は、パターン２６０から表示面における位置を特定する。表示制御部１３０は、特定された位置に応じて、液晶表示部２２０に表示する表示情報を制御する。光源１４０から射出される光のピーク波長は、透過軸が互いに直交する一対の偏光板２５０の透過率が７０％以上となる。これにより、液晶表示部２２０の偏光板２５０（偏光子）の偏光特性が大きく低下する。そのため、光源１４０の射出光に関して、各画素の液晶分子の配向状態により各画素の透過率は大きく変化しなくなる。そのため、表示装置１２０の表示内容に影響されることなく、安定して指示入力できる表示制御システム１００を実現できる。なお、図３に示す波長特性の一対の偏光板２５０を用いる場合は、８５０ｎｍのときに透過率が７０％となり、ピーク波長が８５０ｎｍ以上の値の光源１４０を用いることができる。
　また、本実施の形態において、表示制御システム１００では、光源１４０から射出される光のピーク波長が、９５０ｎｍである。９５０ｎｍの光は、図３に示すように、一対の偏光板２５０の透過率が９０％以上である。これにより、光源１４０の射出光に対して、液晶表示部２２０の偏光板２５０（偏光子）の偏光特性が実質的になくなる。そのため、各画素の液晶分子の配向状態が変化しても、各画素の透過率はほとんど変化しなくなる。従って、表示装置１２０の表示内容に影響されることなく、安定して指示入力できる表示制御システム１００を実現できる。
　また、本実施の形態では、光源１４０から射出される光は、一対の偏光板２５０の透過率が全成分の平均値でも９０％以上となっている。なお、光源１４０から射出される光は、一対の偏光板２５０の透過率が全成分の平均値でも７０％以上となっていればよい。
　また、本実施の形態において、表示制御システム１００では、パターン層２３０のパターン２６０は、９５０ｎｍの波長における光の吸収率が７０％以上である。これにより、パターン２６０に良く吸収される光に対して、液晶表示部２２０の偏光板２５０（偏光子）の偏光特性が実質的になくなる。そのため、各画素の液晶分子の配向状態が変化しても、各画素の透過率はほとんど変化しなくなる。従って、表示装置１２０の表示内容に影響されることなく、安定して指示入力できる表示制御システム１００を実現できる。
　また、本実施の形態において、表示制御システム１００では、パターン２６０は、４００ｎｍから７００ｎｍの波長の可視光の透過率が７０％以上である。これにより、液晶表示部２２０の明るさを実用レベルに維持できる。つまり、表示装置１２０の著しい輝度低下を招くことがなく、表示制御システム１００の表示品位を維持できる。
　また、本実施の形態において、表示制御システム１００では、パターン層２３０は、液晶表示部２２０のユーザ視認側（前面側）に配置される。これにより、液晶モジュールの完成後にパターン層２３０を貼り付けることができるため、表示装置１２０の製造が容易になる。また、消費者が表示装置１２０を購入した後でも、パターン２６０が印刷されたシートを後から表示装置１２０に貼れば、指示入力対応の表示装置１２０を構成することができる。
　また、本実施の形態において、表示装置１２０は、液晶表示部２２０とパターン層２３０と、を備える。液晶表示部２２０は、透過軸が互いに直交する一対の偏光板２５０を有し、一対の偏光板２５０を用いて表示面に可視画像を表示する。パターン層２３０は、外部から光学的に読み取り可能なパターンであって、表示面における位置（表示位置）が特定できるパターン２６０が形成されている。パターン層２３０のパターン２６０は、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長範囲における光の透過率が７０％以上である。さらに、パターン２６０は、近赤外領域（７００～２５００ｎｍ）において一対の偏光板２５０の透過率が７０％となる波長から、１０００ｎｍまでの波長範囲における光の透過率の最小値が３０％未満（実施の形態１のパターン２６０では、一対の偏光板２５０の透過率が７０％となる８５０ｎｍから１０００ｎｍまでの波長範囲における光の透過率の最小値が１０％未満）である。これにより、表示装置１２０の著しい輝度低下を招くことがない。また、表示装置１２０の表示内容に影響されることなく安定して指示入力できる。
　（その他の実施の形態）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
　そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
　実施の形態１では、光源１４０は指示装置１１０に内蔵されているが、実質的に、指示装置１１０がパターン２６０を読み取っている付近を赤外光によって照明できればよいので、表示装置１２０に内蔵されていてもよいし、表示装置１２０近傍に設置してもよい。
　また、実施の形態１では、指示装置１１０がペン型の入力装置であるが、これに限定されない。指示装置１１０は、マウス型の入力装置であってもよい。
　また、実施の形態１の撮像素子２００は、ＣＭＯＳであっても、ＣＣＤであってもよい。
　また、実施の形態１では、６マーク×６マークの単位エリアでパターンを形成しているが、これに限定されない。単位エリアを構成するマークの個数は、指示装置１１０や表示装置１２０の設計に応じて適宜設定することができる。
　また、実施の形態１では、パターン２６０が円形のドットで構成されているが、これに限定されない。ドットの代わりに、三角形等の図形又はアルファベット等の文字で表される複数のマークによって、パターンを形成しもよい。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
　したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示は、デジタルスチルカメラ、ムービー、カメラ機能付き携帯電話機、スマートフォン、タブレットコンピュータ、パーソナルコンピュータ、業務用コンピュータなどに適用可能である。
　１００　表示制御システム
　１１０　指示装置
　１２０　表示装置
　１３０　表示制御部
　１４０　光源
　１５０　撮像部
　１６０　位置特定部
　１７０　ペン先
　１８０　圧力センサ
　１９０　光学系
　２００　撮像素子
　２１０　バックライト
　２２０　液晶表示部
　２２１　液晶層
　２３０　パターン層
　２４０　拡散反射板
　２５０　偏光板
　２６０　パターン

Claims (8)

  1. 　表示制御システムであって、
    　透過軸が互いに直交する一対の偏光板を有し、前記一対の偏光板を用いて表示面に可視画像を表示する表示部と、
    　前記表示面に重なるように配置され、前記表示面における位置に関する情報を表す複数のパターンが形成されたパターン層と、
    　前記表示部の前面側から、前記パターンに吸収される光を射出する光源と、
    　前記表示部及び前記パターン層の背面側に設けられた反射部と、
    　前記光源から射出されて前記反射部で反射した後に前記表示部及び前記パターン層を透過した光から、前記パターンを読み取り、該パターンの前記表示面における位置を特定する特定部と、
    　前記特定部により特定された位置に応じて、前記表示部に表示する表示情報を制御する表示制御部とを備え、
    　前記光源から射出される光のピーク波長は、前記一対の偏光板の透過率が７０％以上となる、表示制御システム。
  2. 　前記光源から射出される光のピーク波長は、前記一対の偏光板の透過率が９０％以上となる、請求項１に記載の表示制御システム。
  3. 　前記光源から射出される光のピーク波長は、９５０ｎｍである、請求項１に記載の表示制御システム。
  4. 　前記パターンは、９５０ｎｍの波長における光の吸収率が７０％以上である、請求項１に記載の表示制御システム。
  5. 　前記パターンは、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長範囲における光の透過率が７０％以上である、請求項１に記載の表示制御システム。
  6. 　前記パターン層は、前記表示部のユーザ視認側に配置された、請求項１に記載の表示制御システム。
  7. 　表示制御システムであって、
    　透過軸が互いに直交する一対の偏光板を有し、前記一対の偏光板を用いて表示面に可視画像を表示する表示部と、
    　前記表示面に重なるように配置され、前記表示面における位置に関する情報を表す複数のパターンが形成されたパターン層と、
    　前記表示部の前面側から、前記パターンに吸収される光を射出する光源と、
    　前記表示部及び前記パターン層の背面側に設けられた反射部と、
    　前記光源から射出されて前記反射部で反射した後に前記表示部及び前記パターン層を透過した光から、前記パターンを読み取り、該パターンの前記表示面における位置を特定する特定部と、
    　前記特定部により特定された位置に応じて、前記表示部に表示する表示情報を制御する表示制御部とを備え、
    　前記光源から射出される光は、前記一対の偏光板の透過率が全成分の平均値で７０％以上となる、表示制御システム。
  8. 　表示装置であって、
    　透過軸が互いに直交する一対の偏光板を有し、前記一対の偏光板を用いて表示面に可視画像を表示する表示部と、
    　前記表示面に重なるように配置され、前記表示面における位置に関する情報を表す複数のパターンが形成されたパターン層とを備え、
    　前記パターンは、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長範囲における光の透過率が７０％以上であり、近赤外領域において前記一対の偏光板の透過率が７０％となる波長から、１０００ｎｍまでの波長範囲における光の透過率の最小値が３０％未満である、表示装置。
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