JP5016896B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル等の入力機能を備えた表示装置に関し、特に、光により表示画面から情報を入力する光入力機能を備えた表示装置に関する。

液晶表示装置は、信号線、走査線、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）などが形成されたアレイ基板と、信号線及び走査線を駆動する駆動回路とを備えている。近年、集積回路技術の向上により、多結晶シリコン（ポリシリコン）プロセスを用いて、薄膜トランジスタや駆動回路の一部をアレイ基板上に形成できるようになっている。これにより、液晶表示装置は小型化され、携帯電話やノート型コンピュータなどの携帯機器における表示装置として幅広く利用されている。

また、液晶表示装置のアレイ基板上に密着型エリアセンサとして光電変換素子を分散配置して、画像入力を行う表示装置が提案されている（特許文献１，特許文献２参照）。画像入力機能を備えた従来の表示装置は、光電変換素子に接続されたキャパシタに電荷を蓄積し、その電荷量を光電変換素子での受光量に応じて低下させて、所定時間経過後におけるキャパシタの両端の電圧を検出し、その電圧の大きさを階調値に変換することで撮像画像を得る。例えば、表示画面に近接する指を撮像し、指が表示画面に接触したときの形状変化に基づいて指の接触判定を行うことに利用できる。
特開２００１−２９２２７６号公報 特開２００１−３３９６４０号公報

ところで、上記の接触判定を行う場合、環境光の照度が高いときには表示画面に近接する指の部分は暗く、他の部分は明るいＳＮ比の高い画像が得られる。一方、環境光の照度が低い場合には、表示装置の表示画面側に配置された保護板などの界面反射により表示画面から出射する光の一部が接触した指など反射するため、接触した指の部分が明るく、他の部分は中間の明るさの画像となる。したがって、環境光の照度が低い場合には、撮像画像の明るい部分の重心座標を計算することで接触座標を検出することができる。

しかしながら、表示画面から出射した光が反射した明るい部分の重心座標を計算することによって接触座標を求める場合、表示される画像の明るさによって表示画面から出射される光の強度が異なるので、表示されている画像の輝度の濃淡が撮像画像に影響して、求める接触座標が指の接触位置からずれてしまうという問題が発生することがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、暗いところから明るいところまでの広い範囲の環境光においてより正確に動作する光入力機能を備えた表示装置を提供することにある。

第１の本発明に係る表示装置は、
画像を表示画面に表示する表示手段と、表示画面に近接した物体を撮像する光入力手段と、光入力手段が撮像した撮像画像に基づいて物体が表示画面と接触した接触座標を求める画像処理手段と、外光の強度を検知する光強度測定手段と、を有し、画像処理手段は、外光の強度に応じて接触座標の検出方法を変更し、且つ表示画面に表示される画像に応じて処理する撮像画像の範囲を変更し、表示手段は、外光の強度に応じて処理する撮像画像の範囲に対応する画像の色を変更することを特徴とする。

本発明にあっては、外光の強度を検知する光強度測定手段を備えることにより、外光の強度に応じた接触座標の検出方法を行うことができるので、より広い範囲の環境光において接触座標を検出することが可能となる。

本発明にあっては、画像を表示する表示画面に近接した物体の画像を撮像する表示装置において、表示画面に表示される画像に応じて接触座標を求める撮像画像の範囲を変更することにより、表示画像による影響を抑制することができるので、撮像画像に基づく接触座標の検出をより正確に行うことを可能とする。

上記表示装置において、表示手段に光を入射するバックライトと、光強度測定手段の検知した外光の強度に応じてバックライトの光の強度を制御するバックライト制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、外光の強度に応じてバックライトの光の強度を制御するバックライト制御手段を備えることにより、外光の強度が弱い場合には、バックライトの光の強度を弱くすることで眩しさを抑制するとともに、撮像画像における表示画像の映り込みの影響を低減することを可能とする。

上記表示装置において、保護板が当該保護板と屈折率が等しい部材を介して表示画面に張り合わせられていることを特徴とする。

本発明にあっては、保護板を保護板と屈折率が等しい部材を介して表示画面に張り合わせることにより、保護板における界面反射光を抑制することができるので、撮像画像における表示画像の映り込みの影響を低減することができ、接触座標をより正確に検出することを可能とする。

ここで、保護板の表示画面に張り合わせられていない面に反射防止手段を有することが、より反射光を抑制し、表示画面の視認性を向上するうえで望ましい。

本発明によれば、暗いところから明るいところまでの広い範囲の環境光においてより正確に動作する光入力機能を備えた表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における表示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態における表示装置は、液晶パネル１と、バックライト２と、バックライト制御部３と、表示制御部４と、画像入力処理部５と、照度測定部６と、撮像制御部７および液晶パネル輝度制御部８とを備えている。保護板１３を備えた液晶パネル１は、画像を表示するとともに、表示画面に入射する外光や保護板１３で反射した反射光の受光量を光センサ１２により検出し、バックライト２は、液晶パネル１の背面に設置されて、液晶パネル１に光を入射する。なお、バックライト制御部３、表示制御部４、画像入力処理部５、照度測定部６、撮像制御部７および液晶パネル輝度制御部８は、液晶パネル１の外部に集積化（ＩＣ化）される。もちろん、ポリシリコンＴＦＴ技術を用いて、液晶パネル１に集積してもよい。以下、各部の詳細について説明する。

図２は、液晶パネル１の構成を示す平面図である。同図に示すように、液晶パネル１は、複数の表示素子１１と、表示素子１１に形成された光センサ１２とを備え、表示素子１１により画像を表示するとともに、光センサ１２により受光量を検出するものである。光センサ１２は、すべての表示素子１１に形成しなくてもよく、例えば、３つの表示素子１１に対して１つの光センサを形成してもよい。光センサ１２は、検出した受光量に応じた大きさの電気信号を画像入力処理部５に出力する。画像入力処理部５により、電気信号を階調値に変換することで撮像画像を得る。

図３は、液晶パネル１の構成を示す断面図である。同図に示すように、液晶パネル１は、対向基板１４およびアレイ基板１５により液晶層２０を挟み、対向基板１４およびアレイ基板１５の外側に偏光板１６，１７を備え、画像を表示する面に配置された偏光板１６には、保護板１３が接着剤１８を介して配置されている。接着剤１８には、界面での反射を抑制するために、保護板１３と屈折率が略等しい部材（例えば、光硬化性接着剤など）を用いるとよい。これにより、保護板１３の液晶層２０側における界面での反射を抑え、撮像画像における表示画像の映り込みを低減することができる。

また、アレイ基板１５には、複数の信号線と複数の走査線がマトリックス状に配線され、信号線と走査線の交点に表示素子１１が配置されている。表示素子１１のそれぞれには、ＴＦＴ、画素電極および光センサ１２が形成されている。さらに、アレイ基板１５には、信号線および走査線を駆動する駆動回路が形成されている。対向基板１４には、アレイ基板１５に形成された画素電極に対向する対向電極が形成されている。

バックライト２は、可視光源２１および導光板２２により構成される。可視光源２１には、ホワイト発光ダイオードなどを用いる。可視光源２１は、放射される光が効率よく導光板２２に入射するように、反射率の高い白色樹脂シート等で構成された反射板などで覆われている。導光板２２は、透明で屈折率の大きな樹脂（ポリカーボネート樹脂やメタクリル樹脂など）により形成される。導光板２２には、入射面２２１と、出射面２２２と、出射面２２２に対して傾いて対向する対向面２２３が形成されている。入射面２２１から入射した光は、出射面２２２と対向面２２３の間で全反射を繰り返しながら導光板２２内を伝搬し、出射面２２２より放射される。なお、出射面２２２と対向面２２３には、均一な光が放射されるように、特定の密度分布や大きさを有する拡散反射層や反射用溝などが形成されている。

バックライト制御部３は、バックライト２の可視光源２１から出射する光の強度を制御する。外光の強度が弱い場合には、光の強度を弱めることにより、保護板１３による反射光を抑制し、撮像画像における表示画像の映り込みを低減することができる。

表示制御部４は、液晶パネル１に形成された駆動回路により、信号線、ＴＦＴを介して画素電極の電圧を設定し、画素電極と対向電極の間の液晶層２０における電界強度を変化させて、液晶層２０の透過率を制御する。表示素子１１それぞれに対して個別に透過率を設定することにより、透過率の分布を表示する画像の内容に応じたものにすることができる。

画像入力処理部５は、表示素子１１に配置された光センサ１２から受光量に応じた大きさの電気信号を受信することにより物体の撮像画像を得て、その撮像画像に基づいて物体の位置座標の計算と表示画面との接触判定を行う。そして、明るいところから暗いところまでの最適な撮像画像を得るために外光照度に応じて光センサ１２の露光時間及びプリチャージ時間を撮像制御部７で行うことが望ましい。接触判定を行う際には、液晶パネル１に表示された画像に応じて処理する撮像画像の範囲を変更する。これにより、撮像画像における表示画像の映り込みの影響を抑制することができるので、より正確に接触座標を得ることが可能となる。撮像及び接触判定の具体的な動作については後述する。

照度測定部６は、外光の強度を測定するものである。照度測定部６により測定した外光の強度に応じて接触座標の検出方法を変更することにより、外光の強度が強いところでも、外光の強度が弱いところでも接触座標を検出することが可能となる。外光の強度の測定は、照度測定用の光センサを用いてもよいし、表示素子１１に配置された光センサ１２により撮像された画像データから外光の強度に対応する数値を求めるようにしてもよい。

撮像制御部７は、表示素子１１に配置された光センサ１２及び照度測定部６の光センサで最適な露光時間及びプリチャージ時間を制御するものである。表示素子１１に配置された光センサ１２により外光を受光し、外光強度に依存するパラメータを用いて光センサ１２の最適な露光時間及びプリチャージ時間を制御する場合、表示領域全体の測定値を用いてもよいが、上記の画像に応じて処理する撮像画像の範囲を変更した範囲の測定値を用いることが望ましい。

液晶パネル輝度制御部８は、液晶パネル１の輝度を制御するものである。以下、画像入力処理部５の動作について説明する。

画像入力処理部５は、光センサ１２により検出した受光量に応じた大きさの電気信号を受信し、その電気信号の大きさを階調値に変換することで撮像画像を得る。光センサ１２においては、撮像対象に遮蔽されなかった外光や液晶パネル１を出射し撮像対象で反射した光の強さが検出される。物体と表示画面との接触判定は、撮像された画像を基にして撮像対象の位置や動き、撮像対象が液晶パネル１に接触したときの濃淡・形状変化等を検出することにより行う。

図４、図５は、撮像対象が指であるときに得られた撮像画像を示す図である。図４は、外光の強度が比較的高いときに撮像された画像を示し、図５は、外光の強度が比較的低いときに撮像された画像を示している。外光の強度が強いときには、撮像対象に遮蔽されない外光の受光量が大きく、撮像対象に遮蔽された部分の受光量が小さくなるので、図４に示すように、指が影のように非常に暗く、他の部分は明るい画像が得られる。外光の強度が弱いときには、撮像対象で反射した光を受光した部分における受光量が大きく、他の部分の受光量が小さくなるので、図５に示すように、指が液晶パネル１に接触した部分が非常に明るく、他の部分は中間の明るさの画像が得られる。したがって、照度測定部６により測定した外光の強度が強い場合は、外光が指に遮断されて生じる影の部分の重心座標を求めることにより接触座標を検出し、外光の強度が弱い場合は、表示画像の光が指によって反射された光により明るくなった部分の重心座標を求めることにより接触座標を検出する。このように、測定された外光の強度によって接触座標の検出方法を変更することにより、より広い範囲の外光強度において接触判定を行うことができる。

図６は、液晶パネルに表示された画像とその画像に応じて処理する撮像画像の範囲を示す図である。同図（ａ）は、液晶パネル１の全面にボタン・アイコンが表示された図であり、同図（ｂ）は、表示画像の下部に３つのアイコンが表示されており、上部に画像が表示された図である。図６（ａ），（ｂ）は、表示されたアイコンに接触することで表示画面を変化させるものであり、例えば、図６（ａ）のボタン・アイコンのいずれかを選択した際には、図６（ｂ）に示す画像のように表示画面が変化する。また、図６（ｂ）に示す左右の矢印のアイコンに接触した場合には、上部に表示されている画像が変化し、メニュー・アイコンに接触した場合には、図６（ａ）に示す表示画面に変化するものである。

ここで、符号５１、５２は接触判定を行う範囲を示している。図６（ａ）に示す表示画像では、表示画像の全面において接触判定を行うのに対して、図６（ｂ）に示す表示画像においては、符号５２で示す表示画面の下部のアイコンが表示されている領域に対応する撮像画像の領域で接触判定を行う。表示画像の白色の画像部分の光の強度は他の部分に比べて強く、保護板１３での界面反射光により光センサ１２の受光量に影響するため、物体の接触座標を求める際に位置のずれを生じることがある。図６（ｂ）の符号５２に示すように、接触判定を行う領域を表示される画像の影響が少ない領域に限定することにより、表示される画像に影響される撮像画像の濃淡を抑制することができ、接触座標の検出の誤差を減らすことができる。接触判定を行う範囲の指定については、上記のような画面の下部領域のような指定に限られないことは言うまでもなく、例えば画面全領域よりも小さい四角い領域の内側を指定したり、逆にその四角い領域の外側の領域を指定して、いわゆる額縁状の領域を指定するようにしてアイコン選択、拡大・縮小、ページング等の操作手段を考慮した指定を行うようにしてもよい。

また、外光の強度が強い場合には、保護板での反射光を弱くするために、符号５２で示す部分に透過率の低い画像色を用いることが望ましい。一方、外光の強度が弱い場合には、保護板での反射光を強くするために、符号５２で示す部分に透過率の高い画像色を用いることが望ましい。なお、これら２つのモードは外光の強度によって切り替えるとよい。以下、表示装置の別の形態について説明する。

図７は、一実施の形態における別の表示装置の構成を示す断面図である。同図に示す表示装置は、図３に示したものに対して、反射防止膜１９を保護板１３に備えたものである。これにより、表示画像の撮像画像への映り込みを低減するとともに、保護板表面での反射による表示画像の視認性の低下を抑制することができる。反射防止膜１９は、例えば、無機絶縁膜からなる多層膜により構成する。

図８は、一実施の形態における別の表示装置の構成を示す断面図である。同図に示す表示装置は、図３に示したものに対して、反射防止手段を施した偏光板１６ａを保護板１３の外側に配置し、保護板１３と対向基板１４を接着剤１８を介して張り合わせたものである。反射防止手段を施した偏光板１６ａを備えることにより、表示画像の撮像画像への映り込みを低減するとともに、保護板表面での反射による表示画像の視認性の低下を抑制することができる。

したがって、本実施の形態によれば、液晶パネル１に表示された画像に応じて接触判定を行う領域を変更することにより、表示画像による影響を抑制することができるので、撮像画像に基づく接触座標の検出をより正確に行うことを可能とする。

本実施の形態によれば、外光の強度を検出する照度測定部６を備えることにより、外光の強度に応じて接触座標を検出することができるので、より広い範囲の環境光において接触座標を検出することができる。

本実施の形態によれば、バックライト２の光の強度を制御するバックライト制御部３を備えることにより、外光の強度が弱い場合には、バックライト２の光の強度を弱めることができるので、表示画面の眩しさを抑制するとともに、撮像画像における表示画像の映り込みの影響を低減することができ、外光の強度が弱い場合でも、接触座標をより正確に検出することができる。

本実施の形態によれば、保護板１３を保護板１３と屈折率が等しい接着剤１８により偏光板１６に張り合わせることにより、保護板１３における界面反射光を抑制することができるので、撮像画像における表示画像の映り込みの影響を低減することができ、外光の強度が弱い場合でも、接触座標をより正確に検出することができる。

本実施の形態によれば、反射防止膜１９を保護板１３に備えることにより、反射光を抑制し、表示画面の視認性を向上することができる。

一実施の形態における表示装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す表示装置の構成を示す平面図である。 図１に示す表示装置の構成を示す断面図である。 外光の強度が強いときに液晶パネルに近接した指を撮像した撮像画像を示す図である。 外光の強度が弱いときに液晶パネルに近接した指を撮像した撮像画像を示す図である。 接触判定を行う領域を示す図であり、同図（ａ）は表示画面の全体において接触判定を行う例を示す図であり、同図（ｂ）は表示画面の下部において接触判定を行う例を示す図である。 一実施の形態における別の表示装置の構成を示す断面図である。 一実施の形態におけるさらに別の表示装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１…液晶パネル
２…バックライト
３…バックライト制御部
４…表示制御部
５…画像入力処理部
６…照度測定部
７…撮像制御部
８…液晶パネル輝度制御部
１１…表示素子
１２…光センサ
１３…保護板
１４…対向基板
１５…アレイ基板
１６，１７，１６ａ…偏光板
１８…接着剤
１９…反射防止膜
２０…液晶層
２１…可視光源
２２…導光板
２２１…入射面
２２２…出射面
２２３…対向面

Claims (4)

1. 画像を表示画面に表示する表示手段と、
   前記表示画面に近接した物体を撮像する光入力手段と、
   前記光入力手段が撮像した撮像画像に基づいて前記物体が前記表示画面と接触した接触座標を求める画像処理手段と、
   外光の強度を検知する光強度測定手段と、を有し、
   前記画像処理手段は、前記外光の強度に応じて前記接触座標の検出方法を変更し、且つ前記表示画面に表示される画像に応じて処理する撮像画像の範囲を変更し、
   前記表示手段は、前記外光の強度に応じて前記処理する撮像画像の範囲に対応する画像の色を変更することを特徴とする表示装置。
2. 前記表示手段に光を入射するバックライトと、
   前記光強度測定手段の検知した外光の強度に応じて前記バックライトの光の強度を制御するバックライト制御手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 保護板が当該保護板と屈折率が等しい部材を介して前記表示画面に張り合わせられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記保護板の前記表示画面に張り合わせられていない面に反射防止手段を有することを特徴とする請求項３記載の表示装置。

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