JP2016119065A - 表示パネル及び表示制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】読み取り装置が読み取った位置情報パターンの受光映像に、格子構造の影が重畳されることを回避し、位置座標をより正確に解読させる。【解決手段】表示パネルは、光学ペンとともに表示制御システムを形成する。表示パネルは、光学ペンが表示パネル上で指している位置情報を、光学ペンにより特定させるために、所定の規則に則って形成された位置情報パターン層と、格子構造により区画されたカラーフィルタを配置するカラーフィルタ層と、光学ペンから射出された非可視光の少なくとも一部を、位置情報パターン層を介して光学ペンに反射する非可視光反射層と、を備える。そして、非可視光反射層は、位置情報パターン層とカラーフィルタ層との間に配置されている。【選択図】図１

Description

本開示は、読み取り装置とともに表示制御システムを形成可能な表示パネル及び表示制御システムに関する。

例えば、特許文献１のように、ペン型の読み取り装置を用いて、表示装置の平面上の座標位置を表す位置情報パターンを読み取る技術が知られている。読み取り装置は、非可視光を射出した後に表示装置において反射された非可視光を受光し、その受光した非可視光に基づいて、表示装置上で指している座標位置を特定する。

国際公開第２０１３／１６１２６２号

一般に、表示装置は、バックライト装置から照射された光を、ＲＧＢのカラーフィルタに透過させることにより映像を表示する。このとき、ＲＧＢのカラーフィルタ層を構成する、Ｒ（Ｒｅｄ）フィルタ、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）フィルタ、Ｂ（Ｂｌｕｅ）フィルタは、ブラックマトリックスと呼ばれる格子構造により区画されている。

読み取り装置を用いて表示装置に形成された位置情報パターンを読み取るとき、読み取り装置が受光する非可視光（表示装置から反射された非可視光）には、ブラックマトリックスにより区画されたカラーフィルタ層を透過した光を含み得る。このとき、位置情報パターンを示す非可視光の受光映像に、ブラックマトリックスによる格子構造の影が重畳されてしまい、位置座標を正確に解読できない課題が発生する。

本開示は上記課題を鑑みてなされたものであり、読み取り装置が読み取った位置情報パターンの受光映像に、格子構造の影が重畳されることを回避し、位置座標をより正確に解読させることができる表示パネル及び表示制御システムを提供する。

本開示にかかる表示パネルは、非可視光を射出し反射された非可視光を受光する光学ペンを利用可能な表示パネルであって、表示パネル上の位置を光学ペンに特定させるための位置情報パターン層と、格子構造により区画されたカラーフィルタを含むカラーフィルタ層と、光学ペンから射出された非可視光の一部を拡散反射する形状を有した非可視光反射層と、を備え、非可視光反射層は、位置情報パターン層とカラーフィルタ層との間に配置され、非可視光反射層で反射して光学ペンに入射する光量は、カラーフィルタ層を透過した後に反射して非可視光反射層を介して光学ペンに入射する光量に比べて、大きな光量となる。

また、本開示にかかる表示制御システムは、光学ペンと表示パネルを含むシステムであって、光学ペンは、非可視光を射出する射出部と、非可視光を受光する受光部と、受光部により受光した非可視光に基づいて、光学ペンが表示パネル上で指している位置情報を特定する座標特定部と、を備え、表示パネルは、表示パネル上の位置を光学ペンに特定させるためのパターンを有する位置情報パターン層と、格子構造により区画されたカラーフィルタを含むカラーフィルタ層と、光学ペンから射出された非可視光の少なくとも一部を、拡散反射する形状を有した非可視光反射層と、を備え、非可視光反射層は、位置情報パターン層とカラーフィルタ層との間に配置され、非可視光反射層で反射して光学ペンに入射する光量は、カラーフィルタ層を透過した後に反射して非可視光反射層を介して光学ペンに入射する光量に比べて、大きな光量となる。

本開示によれば、読み取り装置が読み取った位置情報パターンの受光映像に、格子構造の影が重畳されることを回避し、位置座標をより正確に解読させることができる表示パネルを提供できる。

表示制御システムの外観を示すイメージ図である。 表示制御システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる表示パネルの断面図である。 凸部の形状を説明するための概略図である。 凸部の形状を説明するための概略図である。 ドットパターンを説明するための拡大イメージ図である。 ドットパターンを説明するための拡大イメージ図である。 ドットの位置によって、ドットの位置を数値化した情報が異なることを説明するための概略図である。 ドットの位置によって、ドットの位置を数値化した情報が異なることを説明するための概略図である。 ドットの位置によって、ドットの位置を数値化した情報が異なることを説明するための概略図である。 ドットの位置によって、ドットの位置を数値化した情報が異なることを説明するための概略図である。 表示制御システムの動作を示すフローチャートである。 比較例にかかる表示パネルの断面図である。 表示パネルの反射特性を計測する装置の構成を示すイメージ図である。 実施の形態１にかかる表示パネルと比較例にかかる表示パネルの反射強度比の測定結果（標準反射板で規格化）を示す図である。 実施の形態１にかかる表示パネルについて、デジタルペンで撮影したドットパターン及び画素構造を示す説明図である。 比較例にかかる表示パネルについて、デジタルペンで撮影したドットパターン及び画素構造を示す説明図である。

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、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及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）
図１は、実施の形態１に係る表示制御システムの外観を示すイメージ図である。表示制御システム１００は、表示装置２００と、光学式デジタルペン（以下、単に「デジタルペン」と称する。）３００とを備えている。表示装置２００は、表示パネル２１０を備えている。表示パネル２１０の面上には、画像等を表示することができる表示面が規定されている。

表示パネル２１０の表示面上には、表示パネル２１０上における位置に関する情報を表す所定の規則でドットパターンが設けられている。このドットパターンの具体例としては、例えば、米国特許第８５３４５６６号明細書に記載さている。デジタルペン３００は、当該ペン先位置にあるドットパターンを光学的に読み取ることによって、デジタルペン３００の先端が位置する表示パネル２１０上の位置に関する情報（以下、「位置情報」ともいう）を検出することができる。表示装置２００とデジタルペン３００とは無線通信しており、デジタルペン３００は、検出した位置情報を表示装置２００に送信する。これにより、表示装置２００は、デジタルペン３００のペン先位置を示す位置情報を把握することができ、様々な表示制御を行う。

例えば、デジタルペン３００の先端を表示パネル２１０上で移動させた場合を想定する。このとき、デジタルペン３００は、連続的に読み取ったドットパターンから、デジタルペン３００の先端の軌跡として、連続的な位置情報を検出する。デジタルペン３００は、検出した位置情報を、表示装置２００へと逐次送信する。これにより、表示装置２００は、デジタルペン３００の先端の軌跡に応じて、表示パネル２１０に点を連続的に表示することができる。この機能を用いて、ユーザは、デジタルペン３００で文字や図形等を表示パネル２１０に手書き入力することができる。

［１．表示制御システム１００の構成］
続いて、表示制御システム１００の構成について説明する。図２は、表示制御システムの構成を示すブロック図である。

表示装置２００は、表示パネル２１０、受信部２３０、表示側マイコン２４０、表示装置側メモリ２５０を有している。表示装置２００は、他に電気的構成を有してもよいが、記載を省略する。

受信部２３０は、デジタルペン３００から送信された信号を受信する。受信部２３０は、受信した信号を、表示側マイコン２４０に送信する。

表示側マイコン２４０は、ＣＰＵ及びメモリなどから構成されている。表示側マイコン２４０は、デジタルペン３００から送信された信号に基づいて、表示パネル２１０に表示させる内容を制御する。

表示装置側メモリ２５０は、表示側マイコン２４０のＣＰＵを動作させるためのプログラムを格納している。表示側マイコン２４０は、表示装置側メモリ２５０から適宜情報を読み取ったり、書き込んだりすることができる。

次に、表示パネル２１０の構成について詳細を説明する。図３は、実施の形態１にかかる表示パネル２１０の断面図、図４Ａ及び図４Ｂは、後述する凸部４３４の形状を説明するための概略図である。

図３に示すように、表示パネル２１０は、光学フィルム４００ａ、タッチセンサーガラス４４０、液晶パネル４５０、バックライト装置４６０を有している。

光学フィルム４００ａは、ドットパターンシート４１０、赤外反射シート４３０を積層して構成されている。ドットパターンシート４１０は、基材としてのＰＥＴフィルム４１２、複数のドット４１１により構成されるドットパターン、ドット平坦化層４１３を有している。

ＰＥＴフィルム４１２は、表示パネル２１０の表面を保護し、また、ドット４１１等の層を積層するにあたっての基材として機能する。

ＰＥＴフィルム４１２の裏面（図３における下面）には、複数のドット４１１が積層されている。各ドット４１１は、ＰＥＴフィルム４１２の裏面から、ドット４１１の厚みの分だけ突出している。そして、詳細を後述する単位エリア２１３内の複数のドット４１１の集合により、１つのドットパターンが形成されている。ドット４１１は、可視光は透過するが、赤外光を吸収する材料（赤外光に対する透過率が低い材料）で形成される。

ドット平坦化層４１３は、複数のドット４１１の間を埋めるように、ＰＥＴフィルム４１２の裏面に積層されている。即ち、ドット平坦化層４１３は、ＰＥＴフィルム４１２の裏面と複数のドット４１１の表面を覆うように形成されている。ドット平坦化層４１３は、ＰＥＴフィルム４１２の裏面の全面に亘って形成されている。そして、ドット平坦化層４１３の裏面は平坦面となっている。ドット平坦化層４１３は、可視光と赤外光をともに透過する材料により形成されている。ドット平坦化層４１３は、例えば、アクリル系樹脂により形成される。また、ドット平坦化層４１３は、ドット４１１と同じ屈折率を有している。

赤外反射シート４３０は、図３に示すように、複数の凸部４３４により凹凸が形成されている凹凸基材４３３と、凹凸基材４３３の凸部４３４に沿って形成された赤外反射層４３２とから構成されている。この凸部４３４は、赤外反射性能を高めるため、規定された微細凹凸形状よりなる。

具体的には凸部４３４は、図４Ａに示すように、基準面（図４Ａにおけるｘ軸）に対して凸部４３４の接線と基準面とが成す角度（＜９０°）を絶対傾斜角度θとしたとき、凸部４３４の絶対傾斜角度θが２５°のときの分布率ｆ（θ＝２５°）が０．５（％／°）以上であり、かつ、赤外反射シート４３０の有効総面積において凸部４３４の絶対傾斜角度θが４０°以上である領域の占める投影面積の割合が２０％以下としている。ここで、分布率ｆ（θ）は、下記の式（１）で表される。

分布率ｆ（θ）＝（ｄｓ／Ｓ）／ｄθ ・・・・・ 式（１）
なお、Ｓは、各々の凸部４３４における有効総面積を示す。有効総面積とは、赤外反射シート４３０の全体の面積のうち、凸部４３４一つあたりの面積である。つまり、図４Ｂに示すＳである。

また、ｄθは、絶対傾斜角度θの近傍の微小角度を示す。

また、ｄｓは、有効面内で凸部４３４の絶対傾斜角度がθからθ＋ｄθの範囲である領域の占める投影面積を示す。具体的には、図４Ａにおいて、絶対傾斜角度θの接線と凸部４３４との接点をＡ、絶対傾斜角度θ＋ｄθの接線と凸部４３４との接点をＢとし、接点Ａ及びＢを基準面に投影した領域をＣとする。この時、凸部４３４の全周で同じよう行うことによってできる領域Ｃの集合が図４Ｂに示す斜線の領域であり、この領域が投影面積ｄｓとなる。

上記条件を満たすことにより、赤外反射シート４３０に赤外線の拡散反射特性を付与できる。そして、デジタルペン３００に内蔵された照明部３８０から射出した赤外光を、赤外反射シート４３０で拡散反射させ、デジタルペン３００に内蔵されたイメージセンサ３５０に赤外反射光を入射させることができる。

赤外反射層４３２は、赤外線を反射（例えば５０％反射）する一方で可視光を透過（例えば９０％透過）する層である。ミクロに見たとき、赤外反射層４３２は赤外線を鏡面反射する。一方、マクロに見たとき、赤外反射シート４３０は、凸部４３４に沿って赤外反射層４３２が形成されているため、赤外線を拡散反射する赤外拡散反射部材として機能する。

透明接着層４３１は、ドットパターンシート４１０と赤外反射シート４３０とを接着させるための層である。透明接着層４３１は、ＰＥＴフィルム４１２、ドット平坦化層４１３及び凹凸基材４３３の材料の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する。赤外反射シート４３０のドットパターンシート４１０側の表面は、凸部４３４による凹凸形状を有している。そのため、透明接着層４３１は、ドットパターンシート４１０と赤外反射シート４３０とを接着するにあたって、凹凸形状を平坦化させることにより間を埋めて光学的に結合する働きをする。なお、上記では、ドット平坦化層４１３と、透明接着層４３１とは別体の層であるとして説明したが、本開示はこれに限定されない。すなわち、ドット平坦化層４１３を、透明接着層４３１と兼ねてもよい。

タッチセンサーガラス４４０は、公知の技術により、表示パネル２１０に対するユーザのタッチ操作を検出するセンサを備えたガラスである。タッチセンサーガラス４４０は、赤外反射シート４３０の裏面（図３における下面）に配置される。

液晶パネル４５０は、液晶分子の配向を制御することにより、バックライト装置４６０を光源とする可視光照射に基づいて画像を表示する装置である。液晶パネル４５０はブラックマトリックス４５３を含むカラーフィルタ層４５１、液晶層などを有している。ブラックマトリックス４５３は、例えばＲＧＢそれぞれのカラーフィルタ４５２を区画する格子構造（画素構造）を形成する。液晶パネル４５０の裏面には、液晶パネル４５０に光を照射するバックライト装置４６０が配置されている。液晶パネル４５０には、表示側マイコン２４０による表示制御に基づき、液晶層の液晶配向を変化させるための電圧が印加される。これにより、液晶パネル４５０は、バックライト装置４６０からの光の透過量を制御して、各種の表示動作を実行する。液晶パネル４５０は、タッチセンサーガラス４４０の裏面（図３における下面）に配置される。

以上のように配置することで、デジタルペン３００に内蔵された照明部３８０から射出した赤外光の一部を赤外反射シート４３０にて拡散反射して、デジタルペン３００に内蔵されたイメージセンサ３５０に赤外反射光を入射させることができ、デジタルペン３００の角度によらずドットパターンシート４１０を読み取ることができる。

また、赤外反射シート４３０とカラーフィルタ層４５１を透過してデジタルペン３００に戻る反射光、つまりバックライト装置４６０等で反射して赤外反射シート４３０に戻る反射光の一部は透過するが、残りの一部は拡散反射することで、カラーフィルタ層４５１を反射してデジタルペン３００に戻る反射光の光量は小さくなる。

つまり、赤外反射シート４３０で反射してデジタルペン３００へと入射する光量は、カラーフィルタ層４５１を透過した後に反射して赤外反射シート４３０を介してデジタルペン３００と入射する光量に比べて、大きな光量となる。

次に、図２を用いて、デジタルペン３００の詳細な構成について説明する。

デジタルペン３００は、円筒状の本体ケース３１０、本体ケース３１０の先端に取り付けられたペン先部３２０を備えている。そして、デジタルペン３００は、本体ケース３１０の内部に、圧力センサ３３０、対物レンズ３４０、イメージセンサ３５０、ペン側マイコン３６０、ペン側メモリ３９０、送信部３７０、照明部３８０を有している。

本体ケース３１０は、一般的なペンと同様の外形形状であり、円筒状に形成されている。ペン先部３２０は、先細形状に形成されている。ペン先部３２０の先端は、表示パネル２１０の表面を傷つけない程度の丸みを帯びている。尚、ペン先部３２０の形状は、ユーザが表示パネル２１０に表示される画像を認識しやすい形状であることが好ましい。

圧力センサ３３０は、本体ケース３１０に内蔵され、ペン先部３２０の基端部に連結されている。圧力センサ３３０は、ペン先部３２０に加わる圧力を検出し、その検出結果をペン側マイコン３６０へ送信する。具体的には、圧力センサ３３０は、ユーザがデジタルペン３００を用いて表示パネル２１０上に文字などを記入する際に、表示パネル２１０からペン先部３２０に加わる圧力を検出する。圧力センサ３３０は、例えば、デジタルペン３００を用いたユーザの入力意思の有無を判定する際に用いられる。

照明部３８０は、本体ケース３１０の先端部であって、ペン先部３２０の近傍に設けられている。照明部３８０は、非可視光を照射するものであり、例えば、赤外線ＬＥＤで構成されている。照明部３８０は、圧力センサ３３０の検出結果によりユーザの入力意志が判定されたときに、本体ケース３１０の先端から赤外光を照射するように設けられている。

対物レンズ３４０は、ペン先側から入射してくる光をイメージセンサ３５０に結像させる。対物レンズ３４０は、本体ケース３１０の先端部であって、ペン先部３２０の近傍に設けられている。デジタルペン３００の先端を表示装置２００の表示面に向けた状態で照明部３８０から赤外光を照射すると、赤外光は表示パネル２１０を透過して、赤外反射シート４３０や、表示パネル２１０の裏側に位置する液晶パネル４５０などで拡散反射する。その結果、表示パネル２１０を透過した赤外光の一部が、デジタルペン３００側へ戻ってくる。対物レンズ３４０には、照明部３８０から射出されて表示装置２００で拡散反射した赤外光が入射する。イメージセンサ３５０は、対物レンズ３４０の光軸上に設けられている。そのため、対物レンズ３４０を通過した赤外光は、イメージセンサ３５０の撮像面に結像される。

イメージセンサ３５０は、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換した画像信号を、ペン側マイコン３６０へ出力する。イメージセンサ３５０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサで構成される。詳しくは後述するが、ドットパターンを構成するドット４１１は、赤外光を吸収する材料（赤外光に対する透過率が低い材料）で形成されている。そのため、ドットパターンを構成するドット４１１からは、デジタルペン３００へ赤外光がほとんど戻ってこない。他方、ドット４１１間の領域からは、ドット４１１の領域よりも多くの赤外光が戻ってくる。その結果、ドットパターンが黒く表現された光学像が、イメージセンサ３５０に撮像される。

ペン側マイコン３６０は、イメージセンサ３５０が撮像して生成した画像信号に基づいて、デジタルペン３００の表示パネル２１０上の位置情報を特定する。詳しくは、ペン側マイコン３６０は、イメージセンサ３５０が撮像して生成した画像信号からドットパターンのパターン形状を取得し、そのパターン形状に基づいてペン先部３２０の表示パネル２１０上の位置を特定する。

ペン側メモリ３９０は、ペン側マイコン３６０のＣＰＵを動作させるためのプログラムを格納している。ペン側マイコン３６０は、ペン側メモリ３９０から適宜情報を読み取ったり、書き込んだりすることができる。

送信部３７０は、信号を外部に送信する。具体的には、送信部３７０は、ペン側マイコン３６０により特定された位置情報を無線通信相手である表示装置２００の受信部２３０へと送信する。

［２．ドットパターンの詳細］
以下に、ドットパターンの詳細について説明する。図５Ａ、図５Ｂは、ドットパターンを説明するための拡大イメージ図である。図５Ａには、ドットパターンのドット４１１の位置を説明するために、光学フィルム４００ａ上に、仮想の線（光学フィルム４００ａ上に実際には存在しない線）として、第１基準線４１４と第２基準線４１５とを記載している。第１基準線４１４と第２基準線４１５は互いに直交している。図５Ａでは、複数の第１基準線４１４と複数の第２基準線４１５により格子が形成されている。

各ドット４１１は、第１基準線４１４と第２基準線４１５との交点の周辺に配置される。つまり、各ドット４１１は、各格子点の近傍に配置される。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄは、ドット４１１の配置パターンを示す図である。各ドット４１１は、第１基準線４１４の延伸方向をＸ方向とし、第２基準線４１５の延伸方向をＹ方向とした場合に、第１基準線４１４と第２基準線４１５の交点から、Ｘ方向又はＹ方向に沿って、プラス側又はマイナス側へオフセット（シフト）した位置に配置される。具体的には、光学フィルム４００ａでは、ドット４１１が、図６Ａ〜図６Ｄの何れかの配置をとる。図６Ａの配置では、ドット４１１は、第１基準線４１４と第２基準線４１５との交点の上側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「１」で表す。図６Ｂの配置では、ドット４１１は、第１基準線４１４と第２基準線４１５との交点の右側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「２」で表す。図６Ｃの配置では、ドット４１１は、第１基準線４１４と第２基準線４１５との交点の下側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「３」で表す。図６Ｄの配置では、ドット４１１は、第１基準線４１４と第２基準線４１５との交点の左側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「４」で表す。以上のように、各ドット４１１は、その配置パターンに応じて、デジタルペン３００において「１」から「４」の数値で表される。

そして、図５Ｂに示すように、６ドット×６ドットを１つの単位エリア２１３として、単位エリア２１３に含まれる３６個のドット４１１で、１つのドットパターンを形成する。単位エリア２１３に含まれる３６個のドット４１１のそれぞれを、図６Ａ〜図６Ｄに示す何れかの配置とすることによって、互いに異なる情報を持つ膨大な数（６ドット×６ドットを１つの単位エリアとした場合、４の３６乗個通り）のドットパターンを形成することができる。ドットの間隔にもよるが、例えば６０００万ｋｍ^２もの広大な平面の座標をドットパターンで定義することが可能である。この広大は平面において座標を定義した各ドットパターンは、互いに異なるドットパターンとなっている。光学フィルム４００ａでは、ドットパターンが定義している広大な平面において、ごく一部の平面を切り出して使用している。

光学フィルム４００ａのドットパターンの１つ１つには、単位エリアごとの位置座標に関する情報が付加されている。つまり、光学フィルム４００ａを、６ドット×６ドットの単位エリア２１３で分割すると、各ドットパターンはその単位エリア２１３の位置座標を表している。ドット４１１をＸ方向又はＹ方向に沿ってオフセット（シフト）させる配置の順序は、Ｍ系列等、あらかじめ設計された数列に基づいて設計されており、Ｘ、Ｙ方向に連続的に一定の法則の元に並んでいる。もし、単位エリア内に読み取れないドット４１１があった場合、その単位エリア周辺のドットを参照し、ハミング距離等を計算する。この計算結果と、設計値である数列との類似性を判定することにより、読み取れなかったドット４１１が数点あったとしても、その読み取れなかったドット４１１のオフセット（シフト）方向を推定できる。但し、推定には限界があるため、ドット４１１は、可能な限り単位エリア内の全数を読み取れることが望ましい。なお、上述のようなドットパターンのパターンニング（コーディング）及び座標変換（デコーディング）の方法は、公知の方法を用いることができる。

続いて、このように構成された表示制御システム１００の表示動作について説明する。図７は、表示動作の流れを示すフローチャートである。以下では、ユーザが、デジタルペン３００を用いて表示装置２００に文字をペン入力（記入）する場合について説明する。

まず、表示制御システム１００を構成する表示装置２００及び、デジタルペン３００の電源をオンにする。これにより、表示側マイコン２４０は、不図示の電源から電力が供給され、各種の動作を実行するための初期動作を完了させる。同様に、ペン側マイコン３６０は、不図示の電源から電力が供給され、各種の動作を実行するための初期動作を完了させる。表示装置２００と、デジタルペン３００とは、お互いに無線通信を確立させる。これにより、デジタルペン３００の送信部３７０から、表示装置２００の受信部２３０への通信が可能な状態となる。

続いて、デジタルペン３００のペン側マイコン３６０は、ペン先部３２０に作用する圧力の監視を開始する（Ｓ５００）。この圧力の検出は、圧力センサ３３０が行う。圧力センサ３３０によって圧力が検出されていない間（Ｓ５００におけるＮｏが続く間）は、ペン側マイコン３６０は、ステップＳ５００を繰り返す。圧力センサ３３０によって圧力が検出されると（Ｓ５００におけるＹｅｓ）、ペン側マイコン３６０は、ユーザが表示装置２００の表示パネル２１０に対して文字などをペン入力していると判定し、照明部３８０に赤外光の照射を開始させる。

次に、対物レンズ３４０及びイメージセンサ３５０により、ペン先位置にある表示パネル２１０に形成されたドットパターンを検出する（Ｓ５１０）。ここで、照明部３８０から照射された赤外光は、赤外反射シート４３０又は、液晶パネル４５０で拡散反射し、一部の赤外光がデジタルペン３００側へ戻ってくる。

デジタルペン３００側へ戻る赤外光は、ドットパターンのドット４１１をほとんど透過しない。対物レンズ３４０には主にドット４１１間の領域を透過した赤外光が到達する。そして、赤外光は、対物レンズ３４０を介してイメージセンサ３５０に受光される。対物レンズ３４０は、表示パネル２１０上においてペン先部３２０が指示している位置からの反射光を受光するように配置されている。その結果、表示パネル２１０の表示面上におけるペン先部３２０の指示位置のドットパターンがイメージセンサ３５０により撮像される。このようにして、対物レンズ３４０及びイメージセンサ３５０により、ドットパターンを光学的に読み取る。イメージセンサ３５０の撮像により生成された画像信号は、ペン側マイコン３６０に送信される。

次に、ペン側マイコン３６０は、受信した画像信号からドットパターンのパターン形状を取得し、そのパターン形状に基づいて、表示パネル２１０上におけるペン先の位置を特定する（Ｓ５２０）。詳しくは、ペン側マイコン３６０は、得られた画像信号に所定の画像処理を施すことにより、ドットパターンのパターン形状を取得する。続いて、ペン側マイコン３６０は、取得したパターン形状におけるドット４１１の配列からどの単位エリア（６ドット×６ドットの単位エリア）であるかを割り出すと共に、単位エリアのドットパターンからその単位エリアの位置座標（位置情報）を特定する。ペン側マイコン３６０は、ドットパターンのコーディング方法に対応した所定の演算により、ドットパターンを位置座標に変換する。

そして、ペン側マイコン３６０は、特定した位置情報を、送信部３７０を介して表示装置２００へ送信する（Ｓ５３０）。これにより、表示装置２００は、デジタルペン３００のペン先位置を把握することができる。

デジタルペン３００から送信された位置情報は、表示装置２００の受信部２３０により受信される。受信された位置情報は、受信部２３０から表示側マイコン２４０に送信される。

表示側マイコン２４０は、位置情報を受信すると表示パネル２１０に対して表示面に対応する表示動作を実行する。具体的には、表示側マイコン２４０は、表示パネル２１０の表示領域において位置情報に対応する位置の表示内容を変更するように表示パネル２１０を制御する。この例では、文字の入力なので、表示側マイコン２４０は、表示パネル２１０の表示領域において位置情報に対応する位置に点を表示する。デジタルペン３００でのペン入力が継続されている場合、表示側マイコン２４０は、位置情報を継続的に取得する。これにより、表示側マイコン２４０は、デジタルペン３００のペン先部３２０の移動に追従して、表示パネル２１０の表示領域上におけるペン先部３２０の位置に、点を連続的に表示することができる。すなわち、表示側マイコン２４０は、デジタルペン３００のペン先部３２０の軌跡に応じた文字を表示パネル２１０に表示できる。

なお、以上の説明では、表示面上において文字を記入する場合について説明したが、表示制御システム１００の使い方は、これに限られるものでない。文字（数字など）に限らず、記号及び図形等を記入できることはもちろんのことであるが、デジタルペン３００を消しゴムのように用いて、表示パネル２１０に表示された文字、及び図形等を消すこともできる。さらには、デジタルペン３００をマウスのように用いて、表示パネル２１０に表示されるカーソルを移動させたり、表示パネル２１０に表示されるアイコンを選択したりすることもできる。すなわち、デジタルペン３００を用いて、グラフィッカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）を操作することができる。

［３．実験結果］
上記の構成により形成された実施の形態１にかかる表示パネル２１０について、赤外光の反射強度の測定結果について説明する。

ここでは、実施の形態１にかかる表示パネル２１０との比較のため、図８に示すような表示パネル７００を作成した。図８は、比較例にかかる表示パネル７００の断面図を示す。図８に示すように、比較例にかかる表示パネル７００が、実施の形態１にかかる表示パネル２１０から赤外反射シート４３０を取り除いたパネルである。

なお、デジタルペン３００は、ＬＥＤ１５０にピーク波長９５０ｎｍの赤外発光ＬＥＤを用い構成した。

続いて、上記のように作成した実施の形態１にかかる表示パネル２１０と比較例にかかる表示パネル７００の拡散反射特性の測定について説明する。拡散反射特性は、図９に示すような拡散反射測定装置５００を用い、特定角度から光を照射して入射方向に戻った成分のみを捕捉して測定した。

図９は、表示パネル２１０の反射特性を計測する装置の構成を示すイメージ図である。図９に示すように、拡散反射測定装置５００は、図示しない光源及び分光器、プローブ５３０、を備えている。光源は、可視領域から赤外領域の光を含む光を照射する。光源から照射された光は、プローブ５３０を介して、試料（表示パネル２１０、７００）に入射される。プローブ５３０には７本の光ファイバーが備えられており、中央の１本が分光器に接続され、周辺部の６本が光源に接続されている。プローブ５３０は、試料（表示パネル２１０、７００）の表面の法線方向から計測角度φ（デジタルペン３００の傾斜角度φに対応する角度）だけ傾斜させて、試料（表示パネル２１０、７００）へと光を照射する。試料（表示パネル２１０、７００）は、プローブ５３０から照射された光の一部をプローブ５３０の方向へと反射する。この反射光は、プローブ５３０を介して、分光器へと導光される。こうして、分光器は、分光測定を行う。なお、分光測定のリファレンスとしては、図９に示すような、完全拡散面６１０が表面に積層された標準反射板６００を用いる。そして、拡散反射測定装置５００により得られた光強度と、標準反射板６００での光強度の測定結果との比を取ることにより、表示装置２００の標準反射板で規格化された反射強度比を算出する。

図１０は、実施の形態１にかかる表示パネル２１０と比較例にかかる表示パネル７００の反射強度比の測定結果（標準反射板６００で規格化）を示す図である。より具体的には、波長９５０ｎｍにおける計測角度毎（０°〜４０°）の反射強度比を実線及び破線で示している。ここで、図１０の実線Ａは、実施の形態１にかかる表示パネル２１０の反射強度比を示す。一方、図１０の破線Ｂは、比較例にかかる表示パネル７００の反射強度比を示す。図１０が示しているように、計測角度（０°〜４０°）の全範囲において、実施の形態１にかかる表示パネル２１０は、比較例にかかる表示パネル７００よりも高い反射率を有している。これは、実施の形態１にかかる表示パネル２１０において、ドットパターンシート４１０と、カラーフィルタ層４５１との間に配置された赤外反射シート４３０からの反射光による影響が大きいためである。

続いて、これらの試料（表示パネル２１０、７００）について、デジタルペン３００を用いて位置情報パターンの読み取りテストを行った。具体的には、デジタルペン３００に内蔵された赤外検出のイメージセンサ３５０により、これらの試料（表示パネル２１０、７００）について位置情報パターンを撮影した。このときのデジタルペン３００の計測角度は４０度である。図１１Ａ、図１１Ｂに撮影結果を示す。

図１１Ａ、図１１Ｂは、実施の形態１にかかる表示パネル２１０と比較例にかかる表示パネル７００について、デジタルペン３００で撮影したドットパターン及び画素構造を示す説明図である。

図１１Ａは、実施の形態１にかかる表示パネル２１０をデジタルペン３００で撮影した画像である。一方、図１１Ｂは、比較例にかかる表示パネル７００をデジタルペン３００で撮影した画像である。図１１Ａ、図１１Ｂにおいて、黒く映っている複数の点群は、ドット４１１により形成されたドットパターンである。

図１１Ｂに示すように、比較例にかかる表示パネル７００を撮影した画像では、ドットパターンの他に、カラーフィルタ層４５１に配置されたブラックマトリックス４５３による格子構造（画素構造）の影が重畳されている。そして、ドットパターンのコントラストが悪い。これは、デジタルペン３００が、カラーフィルタ層４５１に配置されたブラックマトリックス４５３を通過した反射光により、ドットパターン像を含む光を受光しているためである。上述のように、ドットパターンのコントラストが悪くても、読み取れなかったドット４１１が数点あったとしても、その読み取れなかったドット４１１のオフセット（シフト）方向を推定できる。それでも、コントラストが低くなると、ドット４１１のオフセットを十分に推定できず、位置情報の検出精度が悪くなる。

一方、図１１Ａに示すように、実施の形態１にかかる表示パネル２１０を撮影した画像では、カラーフィルタ層４５１に配置されたブラックマトリックス４５３による格子構造（画素構造）の影は重畳されていない。そして、ドットパターンのコントラストが良い。これは、デジタルペン３００が受光する光は、液晶パネル４５０からの反射光よりも、赤外反射シート４３０からの反射光が支配的であるためである。これにより液晶パネル４５０からの反射光が相対的に弱くなり、ブラックマトリックス４５３による格子構造（画素構造）が見えにくくなる。これにより、ドットパターンのコントラストを確保することができ、位置情報の検出精度を向上させることができる。

更に、図１１Ａ、図１１Ｂの画像を使って位置座標を特定するためのデコード処理を行った。このとき、図１１Ｂに示す画像を解読するためには、少なくともブラックマトリックス４５３の影を除去する画像処理プロセスが必要となる。一方、図１１Ａに示す画像を解読するためには、ブラックマトリックス４５３の影を除去する画像処理プロセスが不要になり、画像処理にかかる時間を１０％削減できた。更に、位置座標を特定するためのデコード処理に使う有効な検出ドット数も１０％増加した。これにより、表示装置２００が汚れた場合でも、増加した有効な検知ドット数により誤り訂正が可能となり、読み取れなかったドット４１１が数点あったとしても、その読み取れなかったドット４１１のオフセット（シフト）方向を正確に推定できる。そして、デジタルペン３００によるドットパターンの読み取りエラー頻度を大幅に下げることができる。

［４．効果等］
以上のように、実施の形態１にかかる表示パネル２１０は、デジタルペン３００とともに表示制御システム１００を形成する表示パネル２１０である。デジタルペン３００は、は、赤外光を射出する照明部３８０と、照明部３８０より射出された赤外光であって表示パネル２１０において反射された赤外光を受光するイメージセンサ３５０と、イメージセンサ３５０により受光した赤外光に基づいて、デジタルペン３００が表示パネル２１０上で指している位置情報を特定するペン側マイコン３６０と、を備える。一方、表示パネル２１０は、デジタルペン３００により位置情報を特定させるために、所定の規則に則って形成されたドットパターンシート４１０と、ブラックマトリックス４５３により区画されたカラーフィルタ４５２を配置するカラーフィルタ層４５１と、デジタルペン３００から射出された赤外光を反射する光学特性を有した赤外反射シート４３０と、を備える。そして、赤外反射シート４３０は、ドットパターンシート４１０とカラーフィルタ層４５１との間に配置されている。

これにより、デジタルペン３００が読み取った位置情報パターンの受光映像に、ブラックマトリックス４５３による格子構造の影が重畳されることを回避し、位置座標をより正確に解読させることができる。

また、赤外反射シート４３０は、ブラックマトリックス４５３により区画されたカラーフィルタ層４５１を透過した赤外光の反射光量に比べて、大きな反射光量となる光学特性を有している。これにより、より精度高く、位置座標を解読させることができる。

また、ドット４１１の屈折率とドット平坦化層４１３の屈折率は略同じであり、透明接着層４３１の屈折率と凹凸基材４３３の屈折率が略同じであるため、液晶パネル４５０の表示に対する影響を少なくすることができる。

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。

したがって、添付図面及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、表示パネル及び表示制御システムを形成可能な読み取り装置に適用できる。

１００ 表示制御システム
２００ 表示装置
２１０ 表示パネル
２３０ 受信部
２４０ 表示側マイコン
２５０ 表示装置側メモリ
３００ デジタルペン
３１０ 本体ケース
３２０ ペン先部
３３０ 圧力センサ
３４０ 対物レンズ
３５０ イメージセンサ
３６０ ペン側マイコン
３７０ 送信部
３８０ 照明部
３９０ ペン側メモリ
４００ａ 光学フィルム
４１０ ドットパターンシート
４１１ ドット
４１２ ＰＥＴフィルム
４１３ ドット平坦化層
４１４ 第１基準線
４１５ 第２基準線
４３０ 赤外反射シート
４３１ 透明接着層
４３２ 赤外反射層
４３３ 凹凸基材
４４０ タッチセンサーガラス
４５０ 液晶パネル
４５１ カラーフィルタ層
４５２ カラーフィルタ
４５３ ブラックマトリックス
４６０ バックライト装置
５００ 拡散反射測定装置
５３０ プローブ
６００ 標準反射板
６１０ 完全拡散面
７００ 表示パネル

Claims (5)

1. 非可視光を射出し反射された非可視光を受光する光学ペンが利用可能な表示パネルであって、
   前記表示パネル上の位置を前記光学ペンに特定させるためのパターンを有する位置情報パターン層と、
   格子構造により区画されたカラーフィルタを含むカラーフィルタ層と、
   前記光学ペンから射出された非可視光の一部を拡散反射する形状を有した非可視光反射層と、を備え、
   前記非可視光反射層は、前記位置情報パターン層と前記カラーフィルタ層との間に配置され、前記非可視光反射層で反射して前記光学ペンへと入射する光量は、前記カラーフィルタ層を透過した後に反射して前記非可視光反射層を介して前記光学ペンへと入射する光量に比べて、大きな光量となる、表示パネル。
2. 前記形状は、凹凸形状である、請求項１に記載の表示パネル。
3. 前記非可視光反射層は、基材と凹凸形状の反射層を有し、前記位置情報パターン層とは接着層を介して積層され、前記基材の屈折率と前記接着層の屈折率が略同じである、請求項１に記載の表示パネル。
4. 前記パターンは赤外線を吸収する、請求項１に記載の表示パネル。
5. 光学ペンと表示パネルを含む表示制御システムであって、
   前記光学ペンは、
   非可視光を射出する射出部と、
   非可視光を受光する受光部と、
   前記受光部により受光した非可視光に基づいて、前記光学ペンが前記表示パネル上で指している位置情報を特定する座標特定部と、を備え、
   前記表示パネルは、
   前記表示パネル上の位置を前記光学ペンに特定させるためのパターンを有する位置情報パターン層と、
   格子構造により区画されたカラーフィルタを含むカラーフィルタ層と、
   前記光学ペンから射出された非可視光の少なくとも一部を、拡散反射する形状を有した非可視光反射層と、を備え、
   前記非可視光反射層は、前記位置情報パターン層と前記カラーフィルタ層との間に配置され、前記非可視光反射層で反射して前記光学ペンへと入射する光量は、前記カラーフィルタ層を透過した後に反射して前記非可視光反射層を介して前記光学ペンへと入射する光量に比べて、大きな光量となる、表示制御システム。