(57)【要約】【課題】光を検出するための表示装置を提供する。【解決手段】入射光を検出するための表示装置は、ディスプレイ表面と、前記ディスプレイ表面に配置された少なくとも１つの受光素子と、前記ディスプレイ表面と前記少なくとも１つの受光素子との間に配置された液晶素子を含む。前記液晶素子は、前記複数の分子の方向に基づいて前記少なくとも１つの受光素子への入射光の偏光をシフトさせるように機能する。表示装置は、前記複数の分子の方向を変化させるように機能する少なくとも１つの電極をさらに含む。前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子の少なくとも１つの視界の形状を規定するためにパターン化される。コントローラは、前記少なくとも１つの電極と電気的に接続されており、前記コントローラは前記少なくとも１つの視野の選択を生じさせるための、前記少なくとも１つの電極に電圧を印加するように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を検出する表示装置であって、
上部にパターン化された少なくとも１つの電極を含む液晶素子と、
前記液晶素子の背面に配置される少なくとも１つの受光素子とを備え、
前記少なくとも１つの電極は、自身を通して、前記液晶素子を通過した光に対応する前記少なくとも１つの受光素子の、少なくとも１つの視野を規定するために、前記液晶素子に印加された電圧に応じて前記液晶素子の光透過特性を変化させるように機能するとともに、
前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子の、前記少なくとも１つの視野の形状を規定するためにパターン化されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記液晶素子は、前記少なくとも１つの受光素子への入射光の偏光をシフトさせるように機能することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電極と電気的に接続されたコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、前記少なくとも１つの視野を選択するために、前記少なくとも１つの電極に電圧を印加するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記液晶素子の中に配置されたインセル型偏光素子をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記液晶素子は、前記インセル型偏光素子上に配置されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記インセル型偏光素子は、前記液晶素子の中に配置されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項７】
少なくとも１つの電気層をさらに備え、
前記少なくとも１つの受光素子は、前記少なくとも１つの電気層に組み込まれることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記液晶素子上に配置された偏光素子をさらに備え、
前記偏光素子は、前記少なくとも１つの受光素子に入射光を線形に偏光させるように構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記液晶素子の下部に配置された偏光素子をさらに備え、
前記偏光素子は、前記少なくとも１つの受光素子に入射光を線形に偏光させるように構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子に対応する前記少なくとも１つの電極の位置と形状が、前記少なくとも１つの受光素子の、あらかじめ決められた方向へ向かう視野を含むように配置されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記液晶素子が第１の状態にある場合、偏光は前記液晶素子を通って透過され、前記少なくとも１つの受光素子の表面に入射するか、前記液晶素子を通過する際に遮断された入射偏光であり、
前記少なくとも１つの受光素子は、光が入射される画素に対応する、スケール化された信号を生成することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの電極は、長方形、正方形、円形、または楕円形の形でパターン化されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの電極は接地電極であって、他の電極の端と隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記接地電極は、長方形、正方形、円形、または楕円形の形でパターン化されることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子上の異なる領域の中にパターン化された複数の電極を構成していることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記異なる領域は、電気的に互いに絶縁されており、
前記少なくとも１つの受光素子の異なる視野は、１つまたは複数の異なる領域に印加された電圧に基づいて電気的に選択可能であることを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
【請求項１７】
各視野の切り替えは、画素毎の基準で行われることを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの受光素子は、カラーフィルタを備えていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記複数の受光素子に隣接する受光素子は、隣接する受光素子の視野と同じ広さに広がる視野を有していることを特徴とする請求項１８に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの受光素子上に配置される光学素子をさらに備え、
前記光学素子は、前記表示装置の表面に対して垂直となる、前記少なくとも１つの受光素子の前記視野の方向を調節するように構成されていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２１】
前記光学素子は、レンズアレイを備えていることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの受光素子上に配置される光学素子をさらに備え、
前記光学素子は、前記表示装置の表面に対して垂直の角度となる前記少なくとも１つの受光素子の前記視野の方向を調節するように構成されていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記光学素子は、レンズを備えていることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
【請求項２４】
前記受光素子は、均質でない光に反応することを特徴とする請求項１から２３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子の異なる視野からの入射光のみが、前記少なくとも１つの受光素子のあらかじめ決められた領域に入射するようにパターン化され、
前記入射光は、異なる視野に対応する前記少なくとも１つの受光素子の他の部分に入射しないように全内部屈折限界の中に含まれることを特徴とする請求項１から２４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの電極上に配置された反射電極をさらに備え、
前記反射電極は、前記少なくとも１つの電極上に配置される隙間を含むようにパターン化されていることを特徴とする請求項１から２５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２７】
赤外線が、前記液晶素子を通って透過し、前記表示装置の表面上のオブジェクトに照射され、散乱された赤外線が前記少なくとも１つの受光素子に入射されるように、前記少なくとも１つの受光素子の下方に配置された赤外光源をさらに備えていることを特徴とする請求項１から２６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子上に配置されていることを特徴とする請求項１から２７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２９】
光源をさらに備え、
前記少なくとも１つの受光素子は、前記光源と前記液晶素子の間に配置されていることを特徴とする請求項１から２８のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項３０】
電気的に選択可能な視野の中における入射光を検出する表示装置であって、
少なくとも１つの受光素子を含む少なくとも１つの電気層と、
前記少なくとも１つの受光素子上に配置され、複数の分子を含む液晶素子と、
前記複数の分子の方向を変化させるように機能する少なくとも１つの電極とを備え、
前記液晶素子は、前記複数の分子の方向に基づく前記少なくとも１つの受光素子上の入射光の偏光をシフトさせるように機能し、
前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子の少なくとも１つの視野の形状を規定するためにパターン化され、
前記少なくとも１つの電気層を通った光は反射による偏光を受け、
前記少なくとも１つの受光素子の視野は、前記反射による偏光の角度依存性によって制限されていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイパネルに関するものである。特に、本発明は、ディスプレイパネルの電気層に組み込まれる光センサアレイ上で、電気的に選択可能な視野の中における入射光の検出に関するものである。このパネルは、例えば、ディスプレイパネルの表面より上または下で、ユーザによってコントロールされる１つもしくは複数のスタイラス／指の先端／分散したオブジェクトの３次元位置を検出するために適用される。このパネルは、例えば、アレイ中に組み込まれる光センサの数を増やすことなく光学スキャニングの解像度を上げるためにも適用される。このパネルは、例えば、アレイ中に組み込まれる光センサの数を増やすことなく、かつ、解像度を低下させることなく、カラースキャニングを可能にするためにも適用される。さらに、このパネルは、例えば立体的な画像を取得し、同時に表示するためにも適用される。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１は、見る角度に伴って強度が変化することを利用して広い視野と狭い視野を切り替え可能なディスプレイと、グレーレベル曲線の制御について述べている。特に、この発明は、液晶に固有の性質を用いて、ディスプレイから放出される光の視野を電気的に制御することに関するものである。この文献はインセル（in-cell）型偏光素子の使い方を明らかにするものでもないし、組み込みのセンサアレイで実施されるディスプレイでもない。
【０００３】
下記の特許文献２は、高分子化合物と２つの導電層に挟まれた液晶層とに挟まれた、高分子分散液晶フィルムを使った光調節膜について述べている。この発明では、視野はＩＴＯ層のひとつの特定パターンニングによって生成されない。
【０００４】
下記の特許文献３は、組み込みの光センサを備えるディスプレイについて述べている。実施形態のうちの１つでは、後方偏光素子が電気層の上に配置されているというＬＣＤを開示している。これは、電気層の下にあるという後方偏光素子の常識的な位置と対照的である。この発明では、視野はＩＴＯ層のひとつの特定パターンニングによってセンサの上に生成されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／１３２３８４号（２００６年１２月１４日公開）
【特許文献２】国際公開第２００９／００２４４６号（２００８年１２月３１日公開）
【特許文献３】国際公開第２００７／０５８９２４号（２００７年５月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ディスプレイパネルの表面でユーザによりコントロールされるオブジェクトの２次元位置を観測する、タッチセンサパネルがユーザと相互作用するための単純な手段が提供されるようになり、タッチセンサパネルに対する関心が高まっている。
【０００７】
より具体的には、ひとつのディスプレイ態様に異なる機能を混在させるための単純で効果的な方法が提供されるようになり、タッチセンサパネルに組み込まれる電気的に切り替え可能な機能の実現は大きな長所となる。
【０００８】
このような機能の中には、ディスプレイ上のオブジェクトの３次元検出、ディスプレイ強度の周辺光レベルへの調節、そしてドキュメント／フィンガープリントスキャニングがあり、これらは光センサの組み込まれたディスプレイ製品への大きな興味を生み出す。すなわち、タッチパネルに組み込まれた電気的に切り替え可能な機能を有する表示装置を提供することが、本発明の目的である。異なる機能をひとつの単純なディスプレイ態様に統合することも、本発明のさらなる目的である。表示装置上にあるオブジェクトの３次元検出を提供することも、本発明のもうひとつの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ディスプレイの中に組み込まれた光センサアレイ上に、入射光に応じて少なくとも１つの視野を電気的に切り替えるという効果を発揮するために、ディスプレイの電気層の中に組み込まれた光学構造のための設計を提供する。ここで、インセル型偏光素子はディスプレイの液晶素子の中に挿入され、少なくとも１つの液晶電極は少なくとも１つの視野の位置を規定するようにパターン化される。
【００１０】
本発明の１つの側面によると、光を検出する表示装置は、上部にパターン化された少なくとも１つの電極を含む液晶素子と、前記液晶素子の背面に配置される少なくとも１つの受光素子とを備え、前記少なくとも１つの電極は、自身を通して、前記液晶素子を通過した光に対応する前記少なくとも１つの受光素子の、少なくとも１つの視野を規定するために、前記液晶素子に印加された電圧に応じて前記液晶素子の光透過特性を変化させるように機能するとともに、前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子の、前記少なくとも１つの視野の形状を規定するためにパターン化されている。
【００１１】
本発明の１つの側面によると、前記液晶素子は、前記少なくとも１つの受光素子への入射光の偏光をシフトさせるように機能する。
【００１２】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、前記少なくとも１つの電極と電気的に接続されたコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記少なくとも１つの視野を選択するために、前記少なくとも１つの電極に電圧を印加するように構成されている。
【００１３】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、前記液晶素子の中に配置されたインセル型偏光素子をさらに備える。
【００１４】
本発明の１つの側面によると、前記液晶素子は、前記インセル型偏光素子上に配置される。
【００１５】
本発明の１つの側面によると、前記インセル型偏光素子は、前記液晶素子の中に配置される。
【００１６】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、少なくとも１つの電気層をさらに備え、前記少なくとも１つの受光素子は、前記少なくとも１つの電気層に組み込まれる。
【００１７】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、前記液晶素子の上に配置された偏光素子をさらに備え、前記偏光素子は、前記少なくとも１つの受光素子の上に入射光を線形に偏光させるように構成されている。
【００１８】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、前記液晶素子の下部に配置された偏光素子をさらに備え、前記偏光素子は、前記少なくとも１つの受光素子の上に入射光を線形に偏光させるように構成されている。
【００１９】
本発明の１つの側面によると、前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子に対応する前記少なくとも１つの電極の位置と形状が、前記少なくとも１つの受光素子の、あらかじめ決められた方向へ向かう視野を含むように配置される。
【００２０】
本発明の１つの側面によると、前記液晶素子が第１の状態にある場合、偏光は前記液晶素子を通って透過され、前記少なくとも１つの受光素子の表面に入射するか、前記液晶素子を通過する際に遮断された入射偏光であり、前記少なくとも１つの受光素子は、光が入射される画素に対応する、スケール化された信号を生成する。
【００２１】
本発明の１つの側面によると、前記少なくとも１つの電極は、長方形、正方形、円形、は楕円形の形でパターン化される。
【００２２】
本発明の１つの側面によると、前記少なくとも１つの電極は接地電極であって、他の電極の端と隣接するように配置されている。
【００２３】
本発明の１つの側面によると、前記接地電極は、長方形、正方形、円形、または楕円形の形でパターン化される。
【００２４】
本発明の１つの側面によると、前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子上の異なる領域の中にパターン化された複数の電極を構成している。
【００２５】
本発明の１つの側面によると、前記異なる領域は、電気的に互いに絶縁されており、前記少なくとも１つの受光素子の異なる視野は、１つまたは複数の異なる領域に印加された電圧に基づいて電気的に選択可能である。
【００２６】
本発明の１つの側面によると、各視野の切り替えは、画素毎の基準で行われる。
【００２７】
本発明の１つの側面によると、前記少なくとも１つの受光素子は、カラーフィルタを備えている。
【００２８】
本発明の１つの側面によると、前記複数の受光素子に隣接する受光素子は、隣接する受光素子の視野と同じ広さに広がる視野を有している。
【００２９】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、前記少なくとも１つの受光素子上に配置される光学素子をさらに備え、前記光学素子は、前記表示装置の表面に対して垂直となる前記少なくとも１つの受光素子の前記視野の方向を調節するように構成されている。
【００３０】
本発明の１つの側面によると、前記光学素子は、レンズアレイを備えている。
【００３１】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、前記少なくとも１つの受光素子の上に配置される光学素子をさらに備え、前記光学素子は、前記表示装置の表面に対して垂直の角度となる前記少なくとも１つの受光素子の前記視野の方向を調節するように構成されている。
【００３２】
本発明の１つの側面によると、前記光学素子は、レンズを備えている。
【００３３】
本発明の１つの側面によると、前記受光素子は、均質でない光に反応する。
【００３４】
本発明の１つの側面によると、前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子の異なる視野からの入射光のみが、前記少なくとも１つの受光素子のあらかじめ決められた領域に作用するようにパターン化され、前記入射光は、異なる視野に対応する前記少なくとも１つの受光素子の他の部分に入射しないように全内部屈折限界の中に含まれる。
【００３５】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、前記少なくとも１つの電極上に配置された反射電極をさらに備え、前記反射電極は、前記少なくとも１つの電極の上に配置される隙間を含むようにパターン化されている。
【００３６】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、赤外線が、前記液晶素子を通って透過し、前記表示装置の表面上のオブジェクトに照射され、散乱された赤外線が前記少なくとも１つの受光素子に入射されるように、前記少なくとも１つの受光素子の下方に配置された赤外光源をさらに備えている。
【００３７】
本発明の１つの側面によると、前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子上に配置されている。
【００３８】
本発明の１つの側面によると、前記装置は、光源をさらに備え、前記少なくとも１つの受光素子は、前記光源と前記液晶素子の間に配置されている。
【００３９】
本発明の１つの側面によると、電気的に選択可能な視野の中における入射光を検出する表示装置は、少なくとも１つの受光素子を含む少なくとも１つの電気層と、前記少なくとも１つの受光素子上に配置され、複数の分子を含む液晶素子と、前記複数の分子の方向を変化させるように機能する少なくとも１つの電極とを備え、前記液晶素子は、前記複数の分子の方向に基づく前記少なくとも１つの受光素子上の入射光の偏光をシフトさせるように機能し、前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子の少なくとも１つの視野の形状を規定するためにパターン化され、前記少なくとも１つの電気層を通った光は反射による偏光を受け、前記少なくとも１つの受光素子の視野は、前記反射による偏光の角度依存性によって制限されている。
【００４０】
後述し、かつ、関連する目的を達成するために、本発明は請求項の中で完全に述べられ、そして部分的に指摘される特徴を構成する。以下の記述と添付された図面は、詳細なある特定の特徴的な発明の実施形態として説明する。しかし、これらの実施形態は、発明の主要部が用いられる様々な方法のうちのいくつかを示すに過ぎない。他の目的、すなわち発明の効果と新しい特徴は、図面を参照しつつ以下の発明の詳細から明らかになる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、光を検出するための表示装置を提供する。この表示装置は、表面にパターン化された少なくとも１つの電極を含む液晶素子と、前記液晶素子の背面に配置される少なくとも１つの受光素子とを備える。前記少なくとも１つの電極は、自身を通して前記液晶素子に印加された電圧と連動し、前記液晶素子の光透過特性を変化させるように機能する。ここで、前記液晶素子は、これを通って透過した光に対応する少なくとも１つの受光素子の、少なくとも１つの視野を規定するものである。さらに、前記少なくとも１つの電極は、前記少なくとも１つの受光素子の、少なくとも１つの視野の形状を規定するためにパターン化される。したがって、表示装置は、受光素子によって電気的に選択可能な視野の中で入射光を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】光学タッチセンサパネルにおける２次元の状況を示す図である。
【図２】光学タッチセンサパネルにおける３次元の状況を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を構成する電気層の例の断面と、センサの上に生成される視野を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を構成する電気層の例の断面と、センサの上に生成される視野を示す図である。
【図５ａ】本発明の第３の実施形態を構成する電気層の例の断面と、センサの上に生成される左、中央、そして右へ電気的に切替可能な視野を示す図である。
【図５ｂ】本発明の第３の実施形態を構成する電気層の例の断面と、赤、緑、そして青色フィルタとともに実施されるセンサの上に生成される左、中央、そして右へ電気的に切替可能な視野を示す単純化した図である。
【図５ｃ】３つの異なる視野を生成するＩＴＯパターンニングの例と液晶層の中の局所的な電界形状を示した図である。
【図６ａ】本発明の第４の実施形態を構成する電気層の例の断面と、センサの上に生成される左、中央、そして右へ電気的に切替可能な平行化された視野を示す図である。
【図６ｂ】本発明の第４の実施形態を構成する電気層の例の断面と、立体的画像を取得するためのセンサの上に生成される左、中央、そして右へ電気的に切替可能な視野を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を構成する電気層の例の断面と、均質でない固有の素子領域を有するセンサの上に生成される左、中央、そして右へ電気的に切り替え可能な視野を示す図である。
【図８】本発明の第６の実施形態を構成する電気層の例の断面と、インセル型偏光素子の代わりとして、様々な電気層を通る光の反射による偏光を利用して生成される、左、中央、そして右へ電気的に切替可能な視野を示す図である。
【図９】本発明の第７の実施形態を構成する電気層の例の断面図であり、パターン化された反射電極はＩＴＯパターン化された層の上の隙間を生成するために使われる。
【図１０】本発明の第８の実施形態を構成する電気層の例の断面と左、中央、そして右へ電気的に切替可能な視野を示す図である。ここで、赤外線放射は液晶セルを通って透過され、ディスプレイ表面上のオブジェクトを光らせる代わりとなる。
【図１１】ディスプレイ表面に対する斜角の視野を使うことにより、ディスプレイ表面の上にあるスタイラスまたは指の高さの検出を表す図である。
【図１２】どのようにディスプレイ表面の上にあるオブジェクト４０２または４０３の高さ（Ｚ軸に沿った距離）Ｚ２またはＺ３が決定され得るかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、ＬＣＤディスプレイパネル１００の表面上にあるオブジェクトの位置を２次元で検出するための光学的手法を用いた、光学タッチセンサパネルにおける２次元の状況を示す。このシステムのタイプにおいて、ユーザによって制御される、指４００やオブジェクト４０１といった光を散乱させる１つまたは複数のオブジェクトは、ディスプレイパネル１００の電気層３００に組み込まれた光センサアレイと相互作用する。この相互作用は、反透過性の電気層３００とディスプレイパネル１００を通って光２０１を放出するバックライト素子２００によって発光された結果、ディスプレイパネル１００から電気層３００へと通過し、オブジェクト４００や４０１によって分散される光を利用する。もしくは、４１０のような、ユーザによって制御される、１つまたは複数の光を放出するオブジェクトが、電気層３００の中に組み込まれた光学センサアレイと直接に相互作用してもよい。バックライト２００と光を放出するオブジェクト２１０は、光源として考慮される。
【００４４】
電気層３００の中に組み込まれた光センサのタイプにおいて、複数の光が散乱あるいは放射するオブジェクト４００、４０１、４１０は、電気層３００と光学的に同時に相互作用してよい。そのオブジェクトは、画素化された画像とは異なるパターン化された画像として、参照または座標システム５００（軸５０１を有する）のディスプレイパネル１００の表面に空間的に局所化されてもよい。各画素は、電気層３００に組み込まれた、１つまたは複数の光センサによって生成されるスケール化された信号を表示する。
【００４５】
電気層３００は、所望の効果を伴う、適切な方法で、１つまたは複数の光センサを通り、オブジェクトへ散乱または放射する１つまたは複数の光の通過を調節するような様々な層を構成してもよい。
【００４６】
いくつかの場合においては、電気層３００は、ＬＣＤディスプレイパネルの表面１００に接触したオブジェクトへの散乱／放射と、ＬＣＤディスプレイパネルの表面１００の上方に位置するオブジェクトへ散乱または放射する光との差異を許容する、光学的な設定を規定する層を備えていてもよい。
【００４７】
図２は、指４００やオブジェクト４０１のように、ユーザによって制御される、光を散乱する１つまたは複数のオブジェクトの位置を３次元で検出する場合の問題を示す。これらのオブジェクトは、ディスプレイパネル１００から電気層３００を通って光を散乱することにより、ディスプレイパネル１００の電気層３００に組み込まれた光学センサアレイと相互作用する（例えば、バックライト素子２００は電気層を光らせ、光は半透過性の電気層とディスプレイパネルの表面の両方を通過し、パネルと電気層へ逆に向かって散乱できるようにオブジェクトと相互作用する）。あるいは、４１０のように、ユーザによって制御される、光を散乱する１つまたは複数のオブジェクトが、電気層３００に組み込まれた光学センサアレイと直接に相互作用してもよい。
【００４８】
電気層３００に組み込まれた光センサアレイのタイプにおいては、複数のオブジェクトが同時に電気層３００と光学的に相互作用してもよい。これらのオブジェクトは、画素化された画像とは異なるパターン化された画像として、３次元参照システム５００のディスプレイパネル１００の表面の上に、空間的に局所化され得る。ここで、各画素は、電気層３００に組み込まれた、１つまたは複数の光センサによって生成されるスケール化された信号を表示する。電気層３００は、所望の効果を伴う、適切な方法で、１つまたは複数の光センサを通り、オブジェクトへ散乱または放射する１つまたは複数の光の通過を調節するような様々な層を構成してもよい。
【００４９】
１つまたは複数のオブジェクトへ、光を散乱または放射することにより生じる圧力の影響を受けた場合であっても、ＬＣＤディスプレイパネル１００の表面が、局所的に変形可能な柔軟な素材で作られていれば、電気層３００に組み込まれた光センサアレイは、ＬＣＤディスプレイパネル１００の表面の上または下に圧力を加える、１つまたは複数のオブジェクトへ散乱または放射する光の位置の三次元検出を可能にする。これは、ＬＣＤディスプレイパネル１００の表面に垂直となる、３次元参照システム５００のＺ軸上におけるマイナスの位置の情報をもたらすことができる。
【００５０】
〔第１の実施形態〕
図３は、本発明に係る第１の実施形態を図示したものである。組み込まれた光素子３０１に入射する透過光７０４は、偏光素子１３０によって偏光された後（７０５）、液晶素子１１０によってシフトされる偏光である。偏光素子１３０は、最上層のガラス基板１２０上に配置されている。液晶素子１１０は、例えば、ＴＮ型であるが、これに限られるものではない。
【００５１】
インセル型偏光素子１０３は、その対応する吸収軸７０３にしたがって、偏光された光を吸収する。液晶ディスプレイパネルの中で、分子の配列は、内部の表面のそれぞれにおいて、ディスプレイの正しい機能を促進することが必要となる。この配列は、配列層１０２および１１２によって達成される。偏光素子１０３は、層１０２によって生成される配列を維持する、液晶素子１１０のための配列層として使われてもよい。液晶の配列は配列層１１２とは反対の表面上で維持される。インセル型偏光素子１０３は、例えば反応性メソゲンと２色性の染色との組み合わせによって構成されてもよい。このような配置構成によって、インセル型偏光素子１０３は液晶素子内に配置される。
【００５２】
インセル型偏光素子は、例えば電気層３０２により構成されてもよい。この電気層３０２は、多重連続反射により誘発される偏光選択性の透過効果を備えていればよい。このような配置構成によって、液晶素子はインセル型偏光素子の上に配置される。
【００５３】
偏光素子１３０の吸収軸７０３の方向に依存して、インセル型偏光素子７０５に入射する光の吸収の様々なレベルが達成可能である。
【００５４】
実際には、液晶素子１１０の分子の方向を変更するためにＩＴＯ電極素子１０１と１１１（複数の電極）を用いた場合、このシステムはライトバルブを構成し、様々な電気層を通って視野６００の中から入射光７０１の偏光を変化させることを含む効果がある（例えば、液晶素子の光透過特性を変化させる）。液晶素子１１０の状態の切り替え（例えば、第１の状態または第２の状態）にしたがって、入射光７０１は吸収されるか、または偏光素子１０３によって透過される。透過された場合、偏光７０４は受光素子３０１に受光され、ディスプレイの中で光が入力された画素を特徴付ける、スケール化された電気信号を生成する。吸収された場合、インセル型偏光素子７０５上の入射光は受光素子３０１に受光されず、したがって、いかなる信号も生成しない。そのため、光が入力された画素は暗い状態である。
【００５５】
偏光素子１３０、かつ／または、１０３が理想的な偏光素子でない場合、偏光がシフトされた入射光の中に偏光の残差が若干残り、それにより、光が入力された画素の暗い状態を特徴付けるスケール化された電気信号を生成する効果がある。
【００５６】
ＩＴＯ電極１０１は、入射光７０５の中で偏光変化を生じさせるために、液晶分子１１０の方向の中で、ＩＴＯ電極１１１と１０１の間にある電界７５０が局所的な変化を誘発するようにパターン化される。したがって、視野６００は、ＩＴＯ電極１０１のパターンの度合いと受光素子３０１の相対的な位置に依存する（例えば、視野はＩＴＯ電極のパターンによって規定される）。
【００５７】
偏光素子１０３と１３０が交差する偏光方向である場合、液晶素子１１０に分子方向の局所的な変化を誘発する電圧を印加することは、受光素子３０１上にある入射光７０１、７０５の透過へ影響を及ぼす。偏光素子１０３と１３０が平行透過軸を持っている場合、液晶素子１１０を切り替えることは、（偏光素子１０３のタイプに依存して）入射光７０１、７０５の反射または吸収を生じさせる。偏光素子１０３と１３０が、同一でも交差でもない偏光方向を持っている場合、液晶素子１１０を切り替えることは、透過および反射／吸収の双方の組み合わせの効果を生じる。これらの態様のいずれも、本発明に係る実施形態のいずれかにおいて実施され得る。
【００５８】
ＩＴＯ電極１０１は、所望の効果を伴う、適切な方法により、長方形の、正方形の、円形の、楕円形の、もしくは任意の形でパターン化されてよい。パターン化されたＩＴＯ電極１０１は、受光素子３０１に関連し、その形や位置が所望の方向へ向かう視野６００を誘発するように配置されてよい。パターン化されたＩＴＯ電極１０１は、所望の効果を伴う、適切な方法により、組み込まれた受光素子３０１のアレイの中で、規則的にまたは不規則にパターン化、かつ／または、配置されてもよい。
【００５９】
本実施形態および本願発明に係る他のすべてにおいて、ＩＴＯ電極１０１は所望の効果を伴う、適切な方法でパターン化されてよく、ＩＴＯ電極１１１は均一にパターン化されなくてもよい。一方で、ＩＴＯ電極１１１は、所望の効果を伴う、適切な方法でパターン化されてよく、ＩＴＯ電極１０１は均一にパターン化されなくてもよい。加えて、ＩＴＯ電極１０１と１１１は両方とも、所望の効果を伴う、適切な方法でパターン化されるか、あるいはＩＴＯ電極１０１と１１１の両方ともが均一にパターン化されなくてもよい。
【００６０】
本実施形態および本願発明に係る他のすべてにおいて、視野６００は、電気層の構造、もしくはパターン化されたマスクを伴うディスプレイ表面を実装することにより、一層明確に規定される。パターン化された態様においては、ＩＴＯ電極１０１または１１１のパターンニングにおいて低い精度で足りる。しかし、これは例えば実施形態３で述べるような複数の視野が非常に近接する、またはほとんど重複する場合は適用可能ではない。
【００６１】
本願発明に係るすべての実施形態において、偏光素子１０３は、吸収／反射スペクトルが赤外線、可視かつ紫外線波長の領域、もしくはいかなる特定の部分だけからなるものを包含するような物質で構成されてよい。
【００６２】
偏光素子１０３は、そのスペクトル反応が１つまたは複数の波長領域に対して特有であるように構成されてよく、これは単色または多色であってよく、これはそれぞれ個別の波長領域のスペクトル幅に関係する一般的な共通認識によって規定される。
【００６３】
ここで述べられる実施形態は、視野を切り替える場合に、例えば受光素子３０１の視野の中で２色状態の観測として用いられてもよい。
【００６４】
本願発明に係るすべての実施形態において、偏光素子１０３は、所望の効果を伴う、適切な方法で均一にパターン化されない、あるいはパターン化されることとしてよい。これは、例えば、受光素子３０１上の入射光が、様々な電気層と受光素子３０１の相対位置によって構成される配置構成の全内部反射境界の中で制限されるように偏光素子１０３をパターン化することにより、周辺光レベルに依存して切り替え可能な視野を生成するという場合であってよい。
【００６５】
光センサを使用する場合において、光センサの出力は、偏光素子１０３が１つの状態へと駆動された場合、受光素子３０１への入射光の強度の観測値を表すこととしてよい。一方で、かつ、より一般的には、偏光素子１０３が２つまたはそれ以上の対応する状態が駆動された場合、光センサの出力は、受光素子３０１への入射光の強度として、２つまたはそれ以上の同時または順番に得られる観測の機能を表すこととしてよい。
【００６６】
本願発明に係るすべての実施形態は、いかなるタイプの液晶ディスプレイに適用されてよく、このディスプレイは、画素を位置づけるためのアクティブまたはパッシブ画素マトリクス、もしくはシリコン上の液晶が形成された構造（ＬＣｏＳ）を有している。
【００６７】
〔第２の実施形態〕
図４は、本願発明に係る他の実施形態を表している。この実施形態において、パターン化されたＩＴＯ接地電極１０４は、パターン化されたＩＴＯ電極１０１の端部に配置される。これは、液晶素子１１０の有効な容量をより正確に規定するために、ＩＴＯ電極１０１と１１１によって誘発される、局所電界７５１の勾配を急峻にする。これは、視野６００をより正確に規定する効果がある。
【００６８】
ＩＴＯ接地電極１０４は、所望の効果を伴う、適切な方法により、長方形の、正方形の、円形の、楕円形の、もしくは任意の形でパターン化されてよい。パターン化されたＩＴＯ接地電極１０４は、所望の効果を伴う、適切な方法により、組み込まれた受光素子３０１のアレイの中で、規則的または不規則にパターン化、かつ／または、配置されてもよい。パターン化されたＩＴＯ接地電極１０４は、ＩＴＯ電極１０１および１１１によって誘発される局所電界７５１を急峻にするために、本願発明に係るいかなる実施形態においても使われてよい。
【００６９】
〔第３の実施形態〕
図５は、本願発明に係る他の実施形態を表している。この実施形態において、パターン化されたＩＴＯ電極１０１は、受光素子３０１上の異なる領域（例えば、他から電気的に絶縁された分離領域）においてパターン化される。領域のそれぞれは、異なる電圧と電気的に接続されており、入射光が受光素子３０１に入射するところから電気的に切り替え可能な異なる視野をもたらす。
【００７０】
この実施形態と１つ以上の切り替え可能な視野を用いる他のすべての実施形態において、様々な視野の相対的な方向は、お互いから平面の中、もしくはお互いから平面の外に設定される。したがって、パターン化されたＩＴＯ電極１０１は、異なる視野を用いた光学的な機能を伴うディスプレイパネルを実装するために、例えば６０１、６０２、もしくは６０３のような、ある特定の視野を生成するこうした態様として変更されてよい。これは、例えば、受光素子３０１に向かう、望ましくない入射光をブロックすることにより、高い周辺光レベルの中でフィンガープリントスキャンニングを行うため、コントラスト比を強化することを可能にする、電気的に切り替え可能な周辺光シールドを実施する場合である。
【００７１】
これは、例えば、対応する赤、緑、そして青色のフィルタ（ガラス基板１２０の上に配置されているか、あるいは電気層３０２に組み込まれている）、および重複する視野を持つ隣接する受光素子３０１の行を逆重畳することにより、カラースキャニング機能を実施する場合でもある。この場合において、青色のフィルタが多く存在する受光素子３０１による視野６０１は、相対的なスキャニング領域が緑色のフィルタが多く存在する受光素子３０１による視野６０２と重複するように設定されてもよい。同様に、赤色のフィルタが多く存在する受光素子３０１による視野６０１は、相対的なスキャニング領域が緑色のフィルタを与える受光素子３０１による視野６０２と重複するように設定されてもよい。このように、カラースキャニングは、解像度を落とすことなく達成し得る。これは、図５ｂに図示される。ここで、スキャニング領域１９１は、スキャンされるオブジェクトの平面１９０の上に配置され、１、２、および３と示されており、受光素子３０１へ散乱または放射する光はＳ１、Ｓ２、およびＳ３として示されており、そしてそれぞれＩ１、Ｉ２、およびＩ３と示されたスケール化された電気信号を生成する。この特別な場合において、スケール化された電気信号Ｉ２は、スキャニング領域１、２、および３から散乱または放出された光の重み付けられた合成信号である。Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３と示された受光素子３０１は、それぞれ赤、緑、そして青色のフィルタで覆われているか、あるいはそれぞれ赤、緑、そして青の波長領域に対して反応性のある受光物質で作られていてもよい。それぞれの隣接する受光素子３０１は、異なる色のフィルタ（例えばＲ−６０３およびＢ６０１）で実装された近接する素子の視野を、協調して拡張するような視野を持っていることにより（例えばＧ−６０２）、各スキャニング領域から散乱または放出される、赤、緑、そして青の光強度成分を推測するために使われる。
【００７２】
したがって、スキャニング領域１９１の赤、緑、そして青色の光強度成分の推測は、単純な分解アルゴリズムを実行することにより得ることができる。対応する視野の事前知識とカラーフィルタの特性は、分解アルゴリズムを実行するために使われ得る。ただし、これは、システムの遷移機能を得るためのキャリブレーションを行えば、事前知識がなくとも達成し得る。
【００７３】
これは、例えば、ＧＢ０９０９４５２．５（シャープ株式会社、２００９年７月１５日）で述べられている斜めからの入射光を使った光学深度センシング機能を実装し、電気的に切り替え可能な周辺光シールドと強化された解像度スキャナーと連動する場合である。文献ＧＢ０９０９４５２．５は、ディスプレイ表面に対して斜め角度である視野を使うことによって、ディスプレイ表面１００の上にあるスタイラス４０１や指４００の高さ検出について述べている（この出願における図２）。視野は、ディスプレイの電気層の中に組み込まれた受光素子に関連付けられている。視野は、電気層の中にある不透明な隙間を使うことにより、与えられた角度で固定されている。図１１は、ＧＢ０９０９４５２．５で述べられている方法の、基本的な実施形態と基本的な実装を表したものである。受光素子３０１は、不透明な層１０４および３３１の真下に配置されている。不透明な層は、ディスプレイの電気層３０２の中に形成されている。隙間３４１および３５１は、不透明な層に形成され、受光素子３０１の直接の上にある不透明な層３３１の中に単一の隙間３４１が、不透明な層１０４の中に２つのさらなる隙間３５１がある。ディスプレイ表面１００に対して斜め角である受光素子により、狭い視野６０１および６０３を生成する隙間３４１と側面に沿って比較すると、より上の隙間３５１がずれている。図１２は、ディスプレイ表面の上にあるオブジェクト４０２または４０３の高さ（ｚ軸の距離）Ｚ２またはＺ３を決定するための方法を図示している。ディスプレイ１００の表面の上にあるオブジェクトの高さが大きいほど、それを検出する受光素子３０１の分離Ｘ１またはＸ２も大きくなる。したがって、視野６０１、６０３の角度、およびオブジェクト４０２または４０３を検出する受光素子３０１の分離Ｘ１またはＸ２を知ることにより、高さＺ２またはＺ３を計算することが可能になる。これは、光学深度センサとして本願にも適用可能なＧＢ０９０９４５２．５で述べられている発明の基本的な方法である。
【００７４】
本実施形態および本願発明に係る他のすべてにおいて、視野のいかなる数もしくは形は、それぞれ独立に、または同時に、あるいはこれらの組み合わせとして考慮され、かつ、動作させてもよい。
【００７５】
本実施形態および本願発明に係る他のすべてにおいて、ある特定のもしくはすべての視野に関係する液晶１１０は、ＩＴＯ電極１０１および１１１に適用される電圧の差によって動作するようにしてもよい。この電圧の差は、システムを動作させる入射光の上で偏光のシフトが誘発されるように、液晶１１０の動作されていない状態と動作されている状態にそれぞれ対応する、最小値と最大値との差であってよい。
【００７６】
本願発明に係る全ての実施形態において、切り替え可能な視野のそれぞれは、ディスプレイの各画素上に（例えば、画素対画素単位で）別個に配置してよい。ここで、ディスプレイのすべての画素、あるいは個別かつ集合のいずれの組み合わせとしての上に集合的であってよい。
【００７７】
それぞれの視野を個別に配置する場合、加えられた電気は受光素子３０１の上の視野を切り替えるための各画素が必要とされる一方、各視野を集合的に、もしくは個別かつ集合のいずれの組み合わせとして配置した場合、加えられた電気は受光素子３０１の上の視野を切り替えるための各画素が必要とされない。
【００７８】
図５ｃは、図５ａに示すような３つの異なる視野を生成するＩＴＯパターンニングと、図４の中で述べたような局所電界７５１を急峻にした一例を示したものである。この例では、図５ａで述べたような受光素子３０１の上に視野６０１、６０２、および６０３を生成するために、３つのＩＴＯパターン化された領域１０１は、コネクタ２０２を経由するライン２０１により、異なる電圧ＶＲ２１２、ＶＬ２１３、およびＶＣ２１１と接続されている。他のＩＴＯパターン領域１０４は、図４で述べたような局所電界７５１を急峻にするために、コネクタ２０２を経由するライン２０１により、接地電圧ＶＣ２１０と接続されている。同様に、図５ｃで示されるのは、ＩＴＯ電極に電圧を加えるコントローラ２２０である。コントローラ２２０は、例えば、１つまたは複数の視野を選択できるように異なる電圧を加えるよう設定されている。
【００７９】
〔第４の実施形態〕
図６ａおよび６ｂは、本発明に係る他の実施形態を示している。図６ａにおいて、実施形態３の態様は、例えば、それらの方向がディスプレイ表面に対して垂直であるような視野６０１、６０２、および６０３を調節するために、受光素子３０１の上に配置されるレンズアレイといった、光学素子１５０とともに実装される。この態様の利点は、視野６０１、６０２、および６０３のスキャニング領域が、最上層ガラス基板１２０の厚さに依存しない点である。
【００８０】
この実施形態においては、光学素子１５０は、プリズム配列、回折ロッド配列、屈折鏡、回折格子、または干渉フィルタといった屈折素子または回折素子の配列により構成される。１４０として示される物質は、光学素子１５０の物質とは異なる屈折率を持つ物質である。これは固形の物質でよいし、もしくは空気を充填した空間でもよい。
【００８１】
この実施形態において、光学素子１５０は、直接のシステムの１つの、もしくは複数の、あるいはすべての視野が直接使われてもよい。
【００８２】
図６ｂにおいて、光学素子１５０は、例えばそれらの方向がディスプレイ表面に対して垂直の角度であるような視野６０１、６０２、および６０３を調節するために、受光素子３０１の上に配置されるレンズであってよい。この態様は、例えば、表示された２つの獲得した立体的画像が、ビューワのために３次元画像を生成する場合など、立体的な角度６１０によって分離される立体的な画像をとらえることで、ディスプレイパネルを実装するために役立つ。
【００８３】
〔第５の実施形態〕
図７は、本発明に係る他の実施形態を示しており、この形態は他のいかなる実施形態とも連動して用いられてよい。ここで、受光素子３０１にある不均一性は、不透明な光シールド３０３によりその一部分を保護することによって人工的に作られる。したがって、その受光領域を減らすことで、少ない光が受光素子３０１によって集められるが、それにもかかわらず、関連する視野をより際立たせることができる。
【００８４】
ＩＴＯ電極１０１または１１１は、例えば、視野６０３からの入射光が、反射限界７１０の中にのみ含まれることにより、視野６０３と関連する部分とは別の受光素子３０１の他の部分を作用させることができないような態様を使うことによって、異なる視野からの入射光のみが受光素子３０１のある特定の領域（例えば、あらかじめ決められた領域）に入射されるようにパターン化されてよい。これは、視野を制限する効果をもつため、システムの光学設定の設計についてより柔軟となる。
【００８５】
〔第６の実施形態〕
図８は、本発明に係る他の実施形態を示している。ここで、様々な電気層３０２を通る光の反射による偏光が、インセル型偏光素子の代わりとなる場合、受光素子３０１上の入射光は液晶素子１１０により偏光がシフトされる。この態様において、配列層１０２は、液晶素子１１０のより低い表面に液晶分子を配列することを必要とする。このことは、配列層１１２と同様の形態である。
【００８６】
それにもかかわらず、視野の定義は、反射による偏光現象の角度依存性によって境界される。
【００８７】
実施形態３で述べたように、中央の視野６０２が与えられた場合、その相対的な強度の変化は、視野６０２の中央に隣接する視野６０１、６０３を規定するＩＴＯ領域の活性化の、様々な状態の間で差分方法を通して推測される。
【００８８】
〔第７の実施形態〕
図９は、本発明に係る他の実施形態を示している。この実施形態は、視野がより明瞭に規定されるように、ＩＴＯパターン層１０１の上に隙間を作るために、パターン化された反射電極１０４とともに述べられる実施形態のそれぞれの実装を構成する。
【００８９】
図９において、態様例はこの実施形態は制限されないが、例えば、単一の隙間層または複数の隙間層として、あるいはＧＢ０９０９４５２．５において述べられるようなパネルの中にある、異なるレベルにおいて、これ以前に述べたいかなる数として、実装されてよい。
【００９０】
〔第８の実施形態〕
図１０は、本発明に係る他の実施形態を示している。ここで、赤外線２０４の光源は、液晶素子基板を通過して透過される。この赤外線は、散乱した赤外線２０３が、実施形態７以外の、本願発明に係るすべての実施形態のいかなる光学配列によっても影響を受けることのない受光素子３０１に入射するように、ディスプレイ表面１３０の上でオブジェクト８０１を光らせる。
【００９１】
例えば、図１０の６０１、６０２、または６０３に示されるように、インセル型偏光素子のスペクトル反応に応じて、１つまたは複数の視野の切り替えを動作させる場合、１つまたは複数の切り替えられた視野のある特定のスペクトルシールドは、入射赤外線への受光素子３０１の反応における信号ノイズ比を増加させる。
【００９２】
本発明は、特定の好ましい実施形態に関して示され、述べられてきたが、これと等価なものや変形されたものは、この明細書の読解および理解により、他の当業者が想到することは明らかである。本発明は、すべてのこうした等価なものや変形されたものを含み、以下の請求項の範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本願発明に係る方法および装置は、電子機器へ、または電子機器からデータを入力、かつ／または、出力するために用いられる表示装置に適用できる。したがって、本発明は産業上利用できる。
【図１】
2011164608.tif 000003
【図２】
2011164608.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2011164608000001.pdf