JP2008077188A

JP2008077188A - 光学式タッチパネル

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Publication number: JP2008077188A
Application number: JP2006252940A
Authority: JP
Inventors: Shinsei Isshiki; 眞誠一色
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】１つの光センサによって、水平方向と縦方向のそれぞれの方向における操作者の指の接触位置を特定することができる光学式タッチパネルを提供する。
【解決手段】発光装置１１はマトリクス状に配置された画素を有し、発光装置１１の上面には透明樹脂層１２が設けられる。また、透明樹脂層１２の端部には受光した光量に応じた電圧を出力する光センサ１３が設けられる。発光制御部１６は、同一行に属する各画素を順次発光させる処理を各行毎に行う。位置演算部１５には、増幅器１４によって増幅された光センサ１３の出力電圧が入力される。位置演算部１５は、その出力電圧が所定の閾値を超えて増加したときに発光制御部１６が発光させていた画素の配置位置に指が接触していたと判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学式タッチパネルに関し、特に、マトリクス状に配置された画素を有する発光装置のどの位置に操作者が触れたかを検出する光学式タッチパネルに関する。

操作者の指に触れられた箇所を検出する光学式タッチパネルとして、例えば、特許文献１に記載された光学式タッチパネルがある。特許文献１に記載された光学式タッチパネルは、矩形の表示画面の隣り合う２辺にそれぞれ複数の投光素子を備え、残りの２辺には蛍光材を混ぜ合わせた透明樹脂を導光体として備える。また、２つの辺に設けられた各導光体に対応する受光素子も備える。

特許文献１に記載された光学式タッチパネルは、以下のように動作する。１辺の投光素子は順番に発光していく。その辺の対辺の導光体内の蛍光材は、受光素子からの光を受けると発光し、その導光体に対応する受光素子は、その光を検出する。表示画面に操作者の指が接触した場合、投光素子からの光は導光体に到達せず、その結果、その導光体に対応する受光素子は光を検出しない。特許文献１に記載された光学式タッチパネルは、受光素子が光を検出しないタイミングにより、導光体が配置された一辺の方向におけるどの位置に指が接触しているのかを認識する。導光体が配置されたもう一辺の方向における指の接触位置も同様に認識する。

特開２００５−３１６５１７号公報（段落００１８−００３８）

しかし、特許文献１に記載された光学式タッチパネルは、２つの辺に導光体を備え、各導光体に対応する受光素子（光センサ）を備えている必要がある。すなわち、光センサを複数備えていければならない。光学式タッチパネルの構成を簡単な構成とするために、光センサの数を１つとすることが好ましい。

そこで、本発明は、１つの光センサによって、水平方向と縦方向のそれぞれの方向における操作者の指の接触位置を特定することができる光学式タッチパネルを提供することを目的とする。

本発明の態様１は、マトリクス状に配置された画素を有する発光装置と、発光装置の画素を順次発光させる発光制御部と、発光装置の上層に配置される板状の透明体と、透明体の端部から射出される光を受光し、受光した光の光量に応じた電圧を出力する電圧出力部（例えば、光センサ１３および増幅器１４によって実現される。）と、電圧出力部の出力電圧が所定の閾値を超えて変化したときに発光制御部が発光させていた画素の配置位置に操作者が接触していたと判定する位置演算部とを備え、発光制御部が、同一行に属する各画素を順次発光させる処理を各行毎に行うことを特徴とする光学式タッチパネルを提供する。

本発明の態様２は、態様１において、発光制御部が、同一行に属する各画素を順次発光させるときに、複数の画素が発光する期間を重複させる光学式タッチパネルを提供する。

本発明によれば、１つの光センサによって、水平方向と縦方向のそれぞれの方向における操作者の接触位置を特定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

本発明の光学式タッチパネルは、マトリクス状に配置された画素を有する発光装置を備える。図１は、本発明の光学式タッチパネルが備える発光装置が有する画素の例を示す説明図である。ここでは、発光装置がパッシブマトリクス方式の有機ＥＬ(Electroluminescence )発光装置である場合を例にして説明する。有機ＥＬ発光装置は、図１に示すように、複数の信号電極１と、信号電極１に直交する複数の走査電極２とを備える。信号電極１と走査電極２との間には有機薄膜（図示せず。）が挟持される。有機薄膜は、陽極側を高電圧側として陽極側から陰極側に定電流を流すと発光する。ただし、陽極の電位が陰極の電位よりも所定電圧以上高くなっている必要がある。この所定電圧を発光開始電圧Ｖ_ｒと記す。逆に、陰極側を陽極側よりも高電位とした場合には微小な電流しか流れず発光しない。以下、信号電極１が陽極であり、走査電極２が陰極であるものとして説明する。なお、本例において、発光装置は、複数の走査電極１と、複数の信号電極２と、信号電極１と走査電極２との間に挟持される有機薄膜（図示せず。）とを備える。そして、発光装置は、例えばガラス基板（図示せず。）によって支持される。

図１に示すように複数の信号電極１と複数の走査電極２とが互いに直交するように設けられ、複数の信号電極１と複数の走査電極２との間に有機薄膜が挟持される場合、各信号電極１と各走査電極２との交差部分がそれぞれ画素となる。従って、本発明の光学式タッチパネルが備える発光装置では、複数の画素がマトリクス状に配置される。各走査電極２は、順番に一本ずつ選択され、選択された走査電極２は選択時電位（Ｖ_０とする。）に設定され、選択されていない各走査電極は選択時電位よりも高い非選択時電位（Ｖ_１とする。）に設定される。そして、その信号電極１から選択された走査電極２に定電流を流すことによって、その信号電極１と選択された走査電極２との交差部分の画素が発光する。

また、本発明の光学式タッチパネルは、発光装置の上層に板状の透明体（以下の説明では、透明体が、透明樹脂からなる透明樹脂層である場合を例に説明する。）を備え、さらにその透明樹脂層の端部に光センサを備える。ここで、透明樹脂層の端部とは、板状の透明樹脂層の側面または角となる端を意味する。図２は、発光装置と透明樹脂層と光センサとの位置関係を示す説明図である。また、図２では、発光装置および透明樹脂層を側面から観察した状態を模式的に示している。図２に示すように、本発明の光学式タッチパネルは、発光装置１１の上層（光学式タッチパネルを操作する操作者側の面。より具体的には、発光装置１１を支持するガラス基板（図示せず。）の操作者側の面。）に板状の透明樹脂層１２を備え、その透明樹脂層１２の端部に１つの光センサ１３を備える。

図３は、透明樹脂層１２の面のうち、発光している画素の配置位置に操作者の指が接触したときの光の状態を示す説明図である。図３に示すように、発光装置１１から射出された光は、操作者の指７１で反射し、散乱する。操作者の指７１で反射した光の一部は、透明樹脂層１２の端部から射出されて光センサ１３に到達する。この結果、発光している画素の配置位置に指７１が接触しているときには、指７１が接触していないときと比較して、光センサ１３に入射する光量が増加する。なお、指７１が透明樹脂層１２に接触していない場合、発光装置１１から射出された光の大部分は透明樹脂層１２を通過するが、わずかながら光センサ１３に到達する光も存在する。

図４は、本発明の光学式タッチパネルの構成例を示す説明図である。図４に示すように、本発明の光学式タッチパネルは、発光装置１１と、発光装置１１の上層に設けられる板状の透明樹脂層１２と、光センサ１３と、増幅器１４と、位置演算部１５と、発光制御部１６と、走査電極ドライバ１７と、信号電極ドライバ１８とを備える。

発光装置１１は、マトリクス状に配置された画素を有する発光装置であり、ここでは発光装置１１が複数の信号電極１と複数の走査電極２（図１参照。）との間に有機薄膜を挟持するパッシブマトリクス方式の有機ＥＬ発光装置である場合を例にして説明する。

図２を参照して説明したように、透明樹脂層１２は発光装置１１の上層に設けられる。また、図４では、光センサ１３が透明樹脂層１２の側面に設けられる場合を示したが、光センサ１３は、透明樹脂層１１の角となる端に設けられてもよい。

光センサ１３は、透明樹脂層１２の端部から射出される光を受光する。そして、受光した光の光量に応じた電圧を増幅器１４に出力する。光センサ１３は、受光する光量が増加するほど、出力電圧を増加させる。増幅器１４は、光センサ１３が出力した電圧を増幅して、増幅後の電圧を位置演算部１５に出力する。

走査電極ドライバ１７は、発光制御部１６の制御に従って発光装置１１の走査電極２を順次選択し、選択した走査電極の電位を選択時電位Ｖ_０に設定し、他の走査電極の電位を非選択時電位Ｖ_１に設定する。

信号電極ドライバ１８は、発光制御部１６の制御に従って、発光制御部１６に指定された列の信号電極１に定電流を流す。このとき、信号電極ドライバ１８は、その信号電極１の電位が、選択時電位Ｖ_０よりも発光開始電圧Ｖ_ｒ以上高くなるようにする。すなわち、Ｖ_０＋Ｖ_ｒ以上となるようにする。この結果、発光制御部１６に指定された列の信号電極と選択された走査電極との交差部分の画素は発光する。

また、信号電極ドライバ１８は、発光制御部１６の制御に従って、発光制御部１６に指定された列以外の列の信号電極の電位を、Ｖ_０＋Ｖ_ｒ未満となるようにする。この結果、発光制御部１６に指定された列以外の列の信号電極と選択された走査電極との交差部分の画素は発光しない。

発光制御部１６は、走査電極ドライバ１７および信号電極ドライバ１８にそれぞれ制御信号を出力することによって、発光装置１１の画素を順次発光させる。発光制御部１６は、走査電極ドライバ１７に対して、第１行目からの走査開始を指示する制御信号（ＦＬＭ：ファーストラインマーカ）と、選択する走査電極の切り替えを指示する制御信号（選択行切替信号）とを走査電極ドライバ１７に出力する。発光制御部１６は、各走査電極の選択期間毎に選択行切替信号を出力する。

走査電極ドライバ１７は、発光制御部１６からＦＬＭが入力され、その後最初に選択行切替信号が入力されたときに、第１行の走査電極を選択する。すなわち、第１行の走査電極の電位を選択時電位Ｖ_０に設定し、他の各走査電極の電位を非選択時電位Ｖ_１に設定する。以降、走査電極ドライバ１７は、選択行切替信号が入力される毎に、選択する走査電極を次の行の走査電極に切り替え、選択する走査電極の電位を選択時電位Ｖ_０に設定し、他の各走査電極の電位を非選択時電位Ｖ_１に設定する。

発光制御部１６は、最終行の走査電極への切り替えを指示する選択行切替信号を出力した後、再度ＦＬＭを出力し、選択期間毎に選択行切替信号を出力する。

また、発光制御部１６は、信号電極ドライバ１８に、選択行において発光させる画素に対応する列を指定する制御信号（列指定信号）を出力する。

信号電極ドライバ１８は、列指定信号によって指定された列の信号電極に定電流を流す。なお、信号電極ドライバ１８は、その信号電極の電位がＶ_０＋Ｖ_ｒ以上となるようにする。また、信号電極ドライバ１８は、列指定信号によって指定された列以外の列の信号電極の電位をＶ_０＋Ｖ_ｒ未満に設定する。例えば、選択時電位Ｖ_０と等しい電位に設定する。

信号電極ドライバ１８は、個々の走査電極の選択時間内において、選択した行に属する各画素を順次発光させるように列指定信号を出力する。信号電極ドライバ１８は、この処理を、選択する行毎にそれぞれ行う。

ただし、信号電極ドライバ１８は、一旦発光させた画素を発光させ続けるのではなく、発光後一定時間で消灯するように列指定信号を出力する。１つの画素の発光時間は、操作者が発光している画素を指で指定できる十分な時間であればよい。なお、選択期間は、そのような時間で各画素を順次発光させることができる時間に定めておけばよい。

信号電極ドライバ１８は、例えば、選択期間内において選択行の左側の画素から順番に各画素を発光させていき、また、左側の画素から順番に各画素を消灯させていくように列指定信号を出力する。このとき、複数の画素の発光する期間が重複するように列指定信号を出力してもよい。例えば、左から１番目の画素、２番目の画素、３番目の画素、４番目の画素、・・・の順に順次各画素を発光させていき、左から２番目、３番目、４番目の画素が発光しているときに左から１番目の画素を消灯させるように列指定信号を出力してもよい。この場合、選択期間内で、左から１番目の列を指定する列指定信号、左から１番目および２番の列を指定する列指定信号、左から１番目、２番目、３番目の列を指定する列指定信号、左から１番目、２番目、３番目、４番目の列を指定する列指定信号、左から２番目、３番目、４番目の列を指定する列指定信号を順次出力すればよい。同様に、信号電極ドライバ１８は、新たに画素を発光させる場合には、その画素の列の指定を追加し、発光中の画素を消灯させる場合には、その画素の指定を除いた列指定信号を順次出力すればよい。

また、信号電極ドライバ１８は、連続する複数の画素の発光時間を揃え、複数の画素毎に順次発光させていくように列指定信号を出力させてもよい。例えば、左から１番目、２番目、３番目の列を指定する列指定信号、左から４番目、５番目、６番目の列を指定する列指定信号、左から７番目、８番目、９番の列を指定する列指定信号等を選択期間内で順次出力してもよい。この例では、選択行内の画素が３つずつ順番に発光および消灯していく。

また、信号電極ドライバ１８は、選択行内の各画素を１つずつ順番に発光および消灯させていくように列指定信号を出力させてもよい。例えば、左から１番目の列を指定する列指定信号、左から２番目の列を指定する列指定信号、左から３番目の列を指定する列指定信号等を選択期間内で順次出力してもよい。この場合、個々の画素が１つずつ発光し、各画素の発光する期間は重複しない。

信号電極ドライバ１８は、複数の画素の発光する期間が重複するように列指定信号を出力することが好ましい。すなわち、選択行に属する各画素を順次発光させるときに、複数の画素を同時に発光させることが好ましい。個々の画素が１つずつ発光する場合には光量が少なく、指で反射した光のうち、光センサ１３によって受光される光も少ない。そのため、光センサ１３がより確実に受光した光を検知できるようにするために、複数の画素を同時に発光させて光センサ１３が受光する光量を増加させることが好ましい。

発光制御部１６は、走査電極ドライバ１７にＦＬＭを出力するときには同時に位置演算部１５に対してもＦＬＭを出力する。また、発光制御部１６は、走査電極ドライバ１７に選択行切替信号を出力するときには同時に位置演算部１５に対しても選択行切替信号を出力する。また、発光制御部１６は、信号電極ドライバ１８に列指定信号を出力するときには同時に位置演算部１５に対しても列指定信号を出力する。

位置検出部１５は、増幅器１４の出力電圧が所定の閾値を超えて増加したときに操作者の指が透明樹脂層１２における発光中の画素の配置位置に接触したと判定する。また、位置検出部１５は、増幅器１４の出力電圧が所定の閾値を超えて増加したときにおける発光画素を、発光制御部１６から入力されるＦＬＭ、選択行切替信号、および列指定信号から判定する。位置検出部１５は、発光制御部１６からＦＬＭが入力された後に入力された選択行切替信号の数をカウントする。そして、増幅器１４の出力電圧が所定の閾値を超えて増加したときにおけるそのカウント値を、選択されている行の行数と判定すればよい。例えば、カウント値がｎであれば、第ｎ行を選択中であると判定すればよい。また、位置検出部１５は、発光制御部１６からＦＬＭが入力されたときにそのカウント値を０にリセットする。位置検出部１５は、増幅器１４の出力電圧が所定の閾値を超えて増加したときに、発光制御部１６から入力された直近の列指定信号が示す列を、発光させている画素の存在する列と判定すればよい。位置検出部１５は、選択行の画素であって列指定信号が示す列の画素を、発光している画素と判定し、その画素の配置位置に操作者の指が接触したと判定する。

なお、本発明における画素の大きさは、例えば、透明樹脂層１２に接触する人間の指先の面積と同程度にすればよい。あるいは、その指先の面積に数個の画素が収まるように画素の大きさを定めてもよい。

次に、動作について説明する。
図５は、本発明の光学式タッチパネルの動作の例を示す説明図である。ここでは、第１行を選択しているときの動作を例にして説明する。

図５の下段に示す波形は、増幅器１４の出力電圧の変化を示す。なお、図５の下段に示す破線の波形は、発光中の画素の配置位置に指が触れられていない場合の増幅器１４の出力電圧を示し、図５の下段に示す実線の波形は、発光中の画素の配置位置に指が触れられている場合の増幅器１４の出力電圧を示している。

発光制御部１６は、まずＦＬＭを走査電極ドライバ１７および位置演算部１５に出力し、さらに選択行切替信号を走査電極ドライバ１７および位置演算部１５に出力する。

すると走査電極ドライバ１７は、第１行の走査電極を選択し、第１行の走査電極の電位を選択時電位Ｖ_０に設定し、他の走査電極の電位を非選択時電位Ｖ_１に設定する。また、位置演算部１５は、発光制御部１６からＦＬＭが入力されたときに選択行切替信号のカウントを０にリセットし、次いで選択行切替信号が入力されたときにそのカウント値を１とする。

また、発光制御部１６は、選択期間開始時に第１列を指定する列指定信号を信号電極ドライバ１８に出力し、信号電極ドライバ１８は第１列の信号電極から選択行（ここでは第１行）の走査電極に定電流を流す。この結果、選択行における第１列の画素が発光する。

続いて、発光制御部１６は、第１列および第２列を指定する列指定信号、第１から第３列までを指定する列指定信号、第１列から第４列までを指定する列指定信号を信号電極ドライバ１８に順次出力する。この結果、選択行における第２列、第３列、第４列の画素が順番に発光する。

このときまで発光中の画素の配置位置に操作者の指が接触しなければ、光センサ１３は指での反射光は受光しない。しかし、既に説明したように、発光装置１１から射出された光の大部分は透明樹脂層１２を通過するが、わずかながら光センサ１３に到達する光も存在する。その結果、光センサ１３は、第１列の発光時以降、発光する画素の数が増えるに従って、増幅器１４への出力電圧を増加させ、増幅器１４は光センサ１３の出力電圧を増幅し、増幅後の電圧を位置演算部１５に出力する。図５の下段に示す破線の波形は、このときの増幅器１４の出力電圧の変化を示している。本例では、第４列の画素を発光させるまで発光画素数が増加していくので、光センサ１３が受光する光量は段階的に増加し、図５に示すように増幅器１４の出力電圧も段階的に増加する。

さらに、発光制御部１６は、第２列から第５列までを指定する列指定信号、第３列から第６列までを指定する列指定信号等を信号電極ドライバ１８に順次出力する。すなわち、発光制御部１６は、１つの画素を発光させると同時に１つの画素を消灯させるように列指定信号を出力する。よって、本例では、第４列の画素を発光させた後には、光センサ１３が受光する光量は一定となり、増幅器１４の出力電圧も一定となる（図５の下段に破線で示した波形を参照。）。

なお、発光制御部１６は、最終列の画素を発光させた後、発光する画素を減らしていき最終列の画素のみを発光させるようにする。よって、選択期間の終了時には増幅器１４の出力電圧は段階的に減少する。

発光制御部１６は、信号電極ドライバ１８に列指定信号を出力するときに、同時に位置演算部１５にも列指定信号を出力する。

この第１行選択期間内で、透明樹脂層１２における発光中の画素の配置位置に操作者の指が触れられると、その画素から射出された光が指で反射し、散乱する。その結果、光センサ１３が受光する光量が増加し、図５の下段に実線で示すように、指が触れられていないときと比較して増幅器１４が出力する出力電圧が増加する。例えば、図５に示す時刻ｔ_１において操作者の指が発光中の画素の配置位置に触れたとすると、増幅器１４の出力電圧は図５の下段に破線で示す電圧Ｖ_１１から、図５の下段に実線で実線で示す電圧Ｖ_１２に上昇する。

位置演算部１５は、増幅器１４の出力電圧が所定の閾値を超えて増加したときに、発光させていた画素に操作者の指が接触していたと判定する。上記の例では、時刻ｔ_１に、第１行第１列から第４列までの画素の配置位置に指が接触していたと判定する。なお、「第１行」は、選択行切替信号の入力数のカウント値から導出すればよい。「第１列から第４列」は、時刻ｔ_１の直近に入力された列指定信号から導出すればよい。

ここでは第１行の選択期間を例にして説明したが、他の行の選択期間における動作も同様である。

なお、上記の閾値は、透明樹脂層１２における発光画素の配置位置に指が接触しているときの増幅器１４の出力電圧と、指が接触していないときの増幅器１４の出力電圧との差Ｖ_ａ（図５参照。）よりも低い値に予め定めておく。ただし、この閾値は、選択期間の開始時において段階的に増加する増幅器１４の出力電圧の増加量Ｖ_ｂよりも大きな値として定めておく。選択期間開始時に、発光画素が増加したときに指が接触したと誤判定することを防止するためである。

本発明によれば、発光制御部１６が選択行に属する各画素を順次発光させる処理を、選択する行毎にそれぞれ行う。また、光センサ１３は、発光装置１１の上層に設けられた透明樹脂層１２の端部に配置され、透明樹脂層１２に指が接触したときには指で反射して散乱した光も受光する。従って、透明樹脂層１２に指が接触したときには光センサ１３の受光量が増加し、光センサ１３の出力電圧も増加する。その結果、増幅器１４が増幅して位置演算部１５に出力する電圧も増加する。そして、位置演算部１５は、増幅器１４の出力電圧が所定の閾値を超えて増加したときに発光制御部１６が発光させていた画素の配置位置に操作者の指が接触したと判定する。よって、本発明によれば、１つの光センサで水平方向と縦方向のそれぞれの方向における操作者の指の接触位置を特定することができる。

なお、発光装置の上層に設けられる透明体の材料は、透明樹脂に限定されない。発光装置を支持するガラス基板そのものを透明体として用いてもよい。

なお、上記の実施の形態では、発光装置１１がパッシブマトリクス方式の有機ＥＬ発光装置である場合を例にして説明したが、発光装置１１は有機ＥＬ発光装置に限定されない。発光装置１１は、アクティブマトリクス方式の有機ＥＬ発光装置であってもよい。あるいは、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＦＥＤ（Field Emission Display）等の他の発光装置であってもよい。発光制御部１６は、発光装置の種類に応じた制御信号を出力して、同一行に属する各画素を順次発光させる処理を各行毎に行えばよい。また、位置演算部１５は、発光装置の種類に応じた制御信号に基づいて、発光している画素の位置を判定すればよい。

さらに、上記の実施の形態では、電圧出力部の出力電圧が所定の閾値を超えて増加したときに操作者が接触したと判定したが、出力電圧が所定の閾値を超えて減少したときに操作者が接触したと判定してもよい。また、タッチパネルへの接触は、操作者自身の指だけでなく、ペン等の操作治具であってもよい。

本発明は、操作者の指の接触した位置を検出する光学式タッチパネルに好適に適用される。

発光装置が有する画素の例を示す説明図。発光装置と透明樹脂層と光センサとの位置関係を示す説明図。透明樹脂層の面のうち、発光している画素の配置位置に操作者の指が接触したときの光の状態を示す説明図。本発明の光学式タッチパネルの構成例を示す説明図。本発明の光学式タッチパネルの動作の例を示す説明図。

符号の説明

１信号電極
２走査電極
１１発光装置
１２透明樹脂層
１３光センサ
１４増幅器
１５位置演算部
１６発光制御部
１７走査電極ドライバ
１８信号電極ドライバ

Claims

マトリクス状に配置された画素を有する発光装置と、
発光装置の画素を順次発光させる発光制御部と、
発光装置の上層に配置される板状の透明体と、
透明体の端部から射出される光を受光し、受光した光の光量に応じた電圧を出力する電圧出力部と、
電圧出力部の出力電圧が所定の閾値を超えて変化したときに発光制御部が発光させていた画素の配置位置に操作者が接触していたと判定する位置演算部とを備え、
発光制御部は、同一行に属する各画素を順次発光させる処理を各行毎に行う
ことを特徴とする光学式タッチパネル。
発光制御部は、同一行に属する各画素を順次発光させるときに、複数の画素が発光する期間を重複させる請求項１に記載の光学式タッチパネル。