CN101910982A - 触摸面板用输入笔和触摸面板输入系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种触摸面板用输入笔和触摸面板输入系统。本发明的输入笔(60)是对触摸面板一体型的液晶显示装置(100)(显示装置)进行输入的输入笔。液晶显示装置(100)具备多个检测来自面板表面的透过光的光传感元件(30)，通过该光传感元件(30)检测显示面板的表面的图像来检测出输入位置。在该输入笔(60)，在与显示面板接触的前端部设置有回归反射部件(61)。回归反射部件(61)由球状玻璃(62)(球状的透明部件)和具有弹性的反射部件(63)构成。由此，能够提供用于触摸面板一体型的显示装置、且能够进行更精确的位置检出的输入笔。

Description

触摸面板用输入笔和触摸面板输入系统

技术领域

本发明涉及一种用于对具备触摸面板功能的触摸面板一体型的显示装置进行输入的输入笔，和包含该输入笔而构成的触摸面板输入系统。

背景技术

在液晶显示装置等显示装置中，开发出具备当用输入用的笔触碰面板表面时能够检测出其触碰的位置的触摸面板功能的触摸面板一体型的显示装置。

现有的触摸面板一体型显示装置使用的输入笔，其主流为电阻膜方式(按压时，通过上面的导电性基板与下面的导电性基板接触来检测输入位置的方式)、静电电容式(通过检测触碰部位的电容变化来检测输入位置的方式)。

然而，近年来，在图像显示区域内的各个像素(或者以多个像素单位)均具备光电二极管、光电晶体管等光传感元件的液晶显示装置的开发得以进步(例如，参照专利文献1)。像这样，通过在各个像素内置光传感元件，能够用通常的液晶显示装置实现扫描功能、触摸面板功能。即，通过使上述光传感元件实现作为区域传感器的功能，能够实现触摸面板一体型的显示装置。

专利文献1：日本国公开专利公报“特开2006-18219号公报(公开日：2006年1月19日)”

发明内容

在将上述的具备光传感元件的液晶显示装置作为具有触摸面板功能的显示装置使用的情况下，光传感元件将在显示面板上映出的笔或者手指作为图像捕捉，通过检测笔尖或者指尖的位置来进行位置检出。

在上述结构的触摸面板一体型显示装置中，提案有在输入笔设置发光二极管等光源的结构，使得光传感元件能够更加可靠地检测笔输入的位置。这样的带有光源的输入笔被称为LED光笔。

由此，在带有光源的输入笔，由于发光二极管的光从笔尖对液晶显示面板照射，因此能够获得设置在液晶显示面板内的光传感元件更易于识别笔的位置的效果。

但是，上述结构的输入笔，基于以下的理由，会发生输入位置被偏移地检测出来的问题。

通常，在使用者使用笔触碰面板的情况下，不是从显示面板的正上方(即从与面板表面垂直的方向)触碰面板表面，而是在从液晶显示面板的表面倾斜例如45°左右的状态下触碰面板表面。

因此，在上述的结构中，来自光路相对液晶显示面板的表面具有倾斜的指向性且设置于笔的光源的光射入，因此会发生误检测为是来自从实际的输入位置略微偏移的位置的输入的问题。

图6示意地表示了使用带有光源的输入笔对光传感内置型液晶显示装置的面板表面进行笔输入的状态。如该图所示，安装在输入笔160的发光二极管等光源161，具有由箭头所示的指向性。因此，在使笔倾斜地与面板表面接触的情况下，从输入笔照射的光，在配置在比位于原本的输入位置的正下方的光传感元件30a稍微偏移的位置的光传感元件30b中，作为较高的光量被检测出来。像这样，基于带有光源的输入笔，会发生误检测为是来自从实际的输入位置稍微偏移的位置的输入的问题。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种用于触摸面板一体型的显示装置、能够更加精确地进行位置检出的输入笔。

为了解决上述的问题，本发明的输入笔，为对触摸面板一体型的显示装置进行输入的输入笔，该触摸面板一体型的显示装置具备多个检测来自面板表面的透过光的光传感元件，通过该光传感元件检测显示面板表面的图像来检测出输入位置，其特征在于：在与显示面板接触的前端部设置有回归反射部件。

本发明的输入笔用于在内置有光传感元件的显示装置中，使用光传感元件作为区域传感器对附加有触摸面板功能的触摸面板一体型显示装置进行输入。

作为笔尖所要求的特性，是易于被光传感元件检测到，由此使得在这样的输入笔光传感元件能够可靠地检测笔输入的位置。作为为此的方法，例如能够考虑使笔尖自身发光，或者提高笔尖的反射率。但是，在输入笔安装发光二极管等光源使自身发光的情况下，从输入笔照射的光根据笔相对液晶面板表面的倾斜角度不同而指向性不同，被检测为是从输入笔所触碰的位置略微偏移的位置的输入。此外，为了提高反射率，仅将具有较高反射率的镜面的材料安装在笔尖，无法控制光的反射方向，例如，在使输入笔倾斜地触碰面板的表面的情况下，由于光在从实际的输入位置偏移的方向上被反射，因此发生不能够精确地检测出输入位置的问题。

因此，在本发明中，如上所述的那样在输入笔的笔尖安装有回归反射部件。回归反射部件是具有使入射的光主要向入射方向反射的功能的部件。

根据上述的结构，通过设置于输入笔的笔尖的回归反射部件，例如，能够使从背光源照射并从显示面板透过的光回归反射。由此，来自笔尖的位置的光量与来自其他位置的光量相比非常高，能够更容易且更可靠地进行位置检出。

此外，从背光源的光源等对显示面板照射并透过显示面板的光，在与显示面板的表面垂直的方向上具有指向性。因此，通过在输入笔的前端部设置有回归反射部件，能够使在与显示面板的表面垂直的方向上具有指向性的光，同样地作为在与显示面板的表面垂直的方向上具有指向性的光反射。由此，即使在使输入笔从表面倾斜地与面板接触的情况下，在配置于实际的输入位置的正下方的光传感元件中也能够检测到较高的光量，从而能够检测出更精确的输入位置。

此外，由于不需要像以往一样在输入笔设置光源及其电源，因此能够获得较轻并且低成本的输入笔。

在本发明的输入笔中，上述回归反射部件可以为回归反射珠。回归反射珠例如由球状的透明部件(例如玻璃)和覆盖其表面一部分的金属等反射部件构成。

此外，在上述输入笔中，上述回归反射珠由球状的透明部件和具有弹性的反射部件构成，上述球状的透明部件被固定在上述输入笔的前端部，并且上述具有弹性的反射部件优选，以在上述输入笔与显示面板的表面接触时覆盖上述球状的透明部件的表面的至少一部分的方式安装。

在使用现有的带有光源的输入笔进行触摸面板输入的情况下，由于在笔尖接触到面板表面的情况与未接触的情况之间，从光源发出的光量未变化，因此内置在液晶显示装置的光传感元件接受的光量不会较大地变化。因此，难以明确地进行输入笔触碰显示面板的情况与未触碰的情况之间的识别。

对此，根据上述的结构，当输入笔接触显示面板的表面时，球状的透明部件的表面的至少一部分被反射部件覆盖，由此球状的透明部件具有回归反射性。像这样，根据上述的结构，能够根据输入笔是否接触显示面板，使前端部的特性按照以下方式变化，即在输入笔未接触显示面板的表面的情况下，笔的前端部不具有回归反射性，在输入笔接触显示面板的表面的情况下，笔的前端部具有回归反射性。

如果笔的前端部具有回归反射性，则能够将背光源的光对光传感元件有效地照射。因此，当输入笔触碰液晶显示面板时，与未触碰时相比液晶显示面板一侧的光传感元件的输出显著上升。

从而，根据上述的结构，能够更加可靠地进行输入笔触碰显示面板的情况与未触碰的情况之间的识别。

作为上述透明部件的材料，例如能够列举玻璃。

在上述输入笔中，上述回归反射珠优选由折射率为1.41以上的材料形成。

根据上述的结构，上述回归反射珠能够使更多的入射光回归反射。

在上述输入笔中，上述回归反射珠优选由折射率为1.9以上的材料形成。

根据上述的结构，在使输入笔以45°的角度倾斜地与面板表面接触的情况下，能够使入射光回归反射。

此外，为了解决上述的问题，本发明的触摸面板输入系统，包括：触摸面板一体型的显示装置，其具备多个检测来自面板表面的透过光的光传感元件，通过该光传感元件检测显示面板的表面的图像来检测出输入位置；和对该显示装置进行输入的上述任一个输入笔。

由于本发明的触摸面板输入系统使用上述任一个输入笔进行触摸面板输入，因此设置于显示装置的光传感元件能够更加容易且可靠地检测出与面板表面接触的笔尖的位置。因此，在触摸面板输入系统中能够进行更精确的位置检出。

本发明的其他目的、特征和优点，根据以下所示的记载能够充分理解。此外，本发明的优点根据参照附图进行的以下说明能够得到理解。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的输入笔的结构的截面图。

图2是表示本发明的一个实施方式的触摸面板一体型液晶显示装置的结构的截面图。

图3是表示本发明的一个实施方式的触摸面板输入系统的结构的示意图，是表示由图1所示的输入笔对图2所示的触摸面板一体型液晶显示装置进行输入的状态的图。

图4是表示从输入笔的笔尖到光传感元件(光传感器)配置面的距离与光传感元件的输出的关系的曲线图。

图5是表示输入笔的前端部与平面接触的状态下的构造的示意图。

图6是表示使用现有的带有光源的输入笔对触摸面板一体型液晶显示装置进行输入的状态的示意图。

符号说明：

10  背光源

20  液晶显示面板

21  有源矩阵基板

22  对置基板

23  液晶层

24  彩色滤光片层

30  光传感元件

30a 光传感元件

30b 光传感元件

60  输入笔

61  回归反射部件(回归反射珠)

62  球状玻璃(回归反射部件、球状的透明部件)

63  反射部件(回归反射部件)

64  前端部件

65  握持部件

100 触摸面板一体型液晶显示装置(显示装置)

x   输入笔的长度方向

P   球状玻璃的极

G   球状玻璃的中心

具体实施方式

基于图1～图5，如以下所述那样对本发明的一个实施方式进行说明。本发明并不限定于此。

在本实施方式中，对触摸面板输入系统进行说明，该触摸面板输入系统包括：具备触摸面板功能的触摸面板一体型的液晶显示装置；和通过接触该液晶显示装置的面板表面进行信息输入的输入笔。

首先，参照图2来说明本实施方式的触摸面板一体型液晶显示装置的结构。图2所示的触摸面板一体型液晶显示装置100(也称为液晶显示装置100)，具有通过由设置于各个像素的光传感元件检测显示面板的表面的图像来检测出输入位置的触摸面板功能。

如图2所示，本实施方式的触摸面板一体型液晶显示装置100具备液晶显示面板20和设置于液晶显示面板的背面侧对该显示面板照射光的背光源10。

液晶显示面板20包括：多个像素呈矩阵状排列而成的有源矩阵基板21；和与其相对地配置的对置基板22，进一步具有在上述两个基板之间夹持有作为显示介质的液晶层23的构造。

在有源矩阵基板21和对置基板22的外侧，作为光学补偿元件，分别设置有正面侧相位差板50a和背面侧相位差板50b。正面侧相位差板50a和背面侧相位差板50b，例如在被封入液晶层的液晶材料为垂直取向型的情况下，以透过率的改善和视角特性的改善为目的而配置。另外，即使为未设置上述相位差板的结构，也能够进行显示。

此外，在正面侧相位差板50a和背面侧相位差板50b的进一步外侧，分别设置有正面侧偏光板40a和背面侧偏光板40b。

各偏光板40a和40b实现作为起偏器的作用。例如，在被封入液晶层的液晶材料为垂直取向型的情况下，通过使正面侧偏光板40a的偏光方向和背面侧偏光板40b的偏光方向相互成为正交尼科尔的关系来配置，能够实现常黑模式的液晶显示装置。

在有源矩阵基板21，设置有作为用于驱动各像素的开关元件的TFT和取向膜(未图示)、光传感元件30等。

此外，在对置基板22，形成有彩色滤光片层24、对置电极和取向膜(未图示)等。彩色滤光片层24由具有红(R)、绿(G)、蓝(B)各颜色的着色部和黑矩阵构成。

如上所述，在本实施方式的触摸面板一体型液晶显示装置100中，在各像素区域设置有光传感元件，由此实现区域传感器。由此，在输入笔与液晶显示面板20的表面的特定位置接触的情况下，光传感元件30能够读取该位置，对装置输入信息，执行目标动作。像这样，在本实施方式的液晶显示装置100中，通过光传感元件30能够实现触摸面板功能。

另外，在本发明中，光传感元件未必设置于每个像素，例如，也可以为在每个具有R、G、B中的任一个彩色滤光片的像素具备光传感器的结构。

此外，触摸面板一体型液晶显示装置的结构，并非限定于上述的结构，能够使用现有公知的光传感器内置型液晶显示装置的结构。

接着，对用于对上述的触摸面板一体型液晶显示装置100进行触摸面板输入的输入笔的结构进行说明。图1表示本实施方式的输入笔60的截面的结构。

如图1所示，在输入笔60中，在笔的前端部设置有回归反射部件61。回归反射部件61是具有使入射的光主要向入射方向反射的功能的部件。

在本实施方式的输入笔60中，回归反射部件61由球状玻璃62(球状的透明部件)和反射部件63构成。玻璃62也可以为树脂等其他透明部件。具体而言能够列举聚碳酸酯(polycarbonate)、环氧(epoxy)、丙烯酸(acryl)、聚烯烃(polyolefin)等。反射部件63是在与球状玻璃62的接触面形成有铝等金属蒸镀膜的弹性体。作为该弹性体的材料，能够列举硅橡胶等。

此外，如图1所示，输入笔60具备前端部件64和握持部件65作为回归反射部件61以外的结构部件。前端部件64的外形具有随着朝向前端而变细的筒形的形状，将球状的玻璃62固定在其前端部。握持部件65是使用者拿着输入笔60时握持的部分。上述各部件均由塑料等材料形成。

如图1所示，握持部件65由用于使用者握持输入笔60的握持部分65a和比握持部分65a更细的突起部65b构成。在突起部65b的前端，安装有与突起部65b大致相同厚度的反射部件63。此外，在筒形的前端部件64的空间部分嵌入握持部件65的突起部65b。输入笔60在未使用的状态下，如图1所示，在前端部件64和握持部件65的握持部65a之间形成有间隙65c。

通过形成有这样的间隙65c，能够将握持部65a向图中的箭头方向压入。该间隙65c的大小为以下程度的大小即可，即，在将握持部65a向箭头方向压入、且握持部65a与前端部件64接触的情况下，具有弹性的反射部件63被压缩而下沉，反射部件63与球状玻璃表面的至少一部分接触。另外，由于位于输入笔60的前端部的球状玻璃62被固定于前端部件64，因此当将握持部65a向图中的箭头方向压入时，不会使玻璃62变化位置地将被压缩的反射部件63按压于玻璃62的表面。像这样，通过将反射部件63按压于玻璃62的表面，能够得到回归反射部件61。

像这样，在本实施方式中，回归反射部件61作为回归反射珠实现。但是，本发明并非限定于这样的结构。

接着，使用图3，对使用具有上述结构的输入笔60来对触摸面板一体型液晶显示装置100进行触摸面板输入的方法进行说明。

从背光源10照射具有与液晶显示装置100的面板表面大致垂直的方向的指向性(即箭头A1的指向性)的光。然后，当输入笔60接触液晶显示装置100的面板表面时，输入笔60的握持部65a向图1所示的箭头方向移动，具有弹性的反射部件63被压缩以覆盖球状玻璃62的表面的方式下沉。图3表示位于输入笔60的前端部的球状玻璃62与液晶显示装置100的面板表面接触、且在其反作用力下反射部件63下沉的状态。

像这样，通过由输入笔60触碰面板表面，能够得到由球状玻璃62和反射部件63构成的回归反射部件61。通过该回归反射部件61，将射入玻璃62的来自背光源的光回归反射。由此，被反射部件63反射的光具有与液晶显示装置100的面板表面大致垂直的方向的指向性(即箭头A2表示的指向性)而入射。

此处，为了比较，对使用以往带有光源的输入笔对触摸面板一体型液晶显示装置100进行触摸面板输入的情况进行说明。图6表示使用带有光源的输入笔160对液晶显示装置100进行输入的状态。在图6所示的输入笔160安装有发光二极管等光源161。光源161具有由图中箭头所示的指向性，从输入笔160的笔尖照射光。

因此，如图6所示，在使笔倾斜地与面板表面接触的情况下，从输入笔照射的光，在配置在比位于原本的输入位置的正下方的光传感元件30a略微偏移的位置的光传感元件30b中作为较高的光量被检测到。因此，在使用输入笔160对液晶显示装置100进行触摸面板输入的情况下，被检测到的不是来自原本的输入位置即光传感元件30a的正上方的输入，而是来自配置于略微偏移的位置的光传感元件30b的正上方的输入。像这样，使用带有光源的输入笔，会导致误检测为来自从实际的输入位置略微偏移的位置的输入。

与此相对，在使用本实施方式的输入笔60的情况下，如图2所示，由于在输入笔60的前端部设置有回归反射部件61，因此具有与液晶显示装置100的面板表面大致垂直的方向的指向性(图3的箭头A1的方向)的背光源的光，通过回归反射部件61，作为同样具有与面板表面大致垂直的方向的指向性(图3的箭头A2的方向)的光从输入笔60的前端部射出。即，从背光源照射的光的方向(箭头A1)与被回归反射部件61反射的光的方向(箭头A2)相互平行并且方向相反。

因此，在使用输入笔60对液晶显示装置100进行触摸面板输入的情况下，在配置于输入位置的正下方的光传感元件30a中，检测到最强的光量。由此，能够更精确地检测出触摸面板输入的位置。

此外，如上所述，本实施方式的输入笔60，在笔的前端部未接触液晶显示面板表面等平面的状态下，如图1所示，由于玻璃62的表面没有被反射部件63覆盖，因此射入玻璃62的光不会被回归反射。另一方面，当笔的前端部接触液晶显示面板的表面时，如图3所示，由于玻璃62的表面被反射部件63覆盖，因此射入玻璃62的光被回归反射。

因此，在输入笔60中，在笔的前端部接触面板表面的情况下，和未接触的情况下，光传感元件30接受的光量非常大地变化，且光传感元件30的输出较大地变化。图4表示从输入笔60的笔尖到光传感元件30(光传感器)配置面的距离与光传感元件30的输出的关系。在图4的曲线图中，用虚线表示输入笔60未接触面板表面(非接触)时的传感器输出，用实线表示输入笔60接触面板表面(接触)时的传感器输出。

当输入笔60未接触面板表面(非接触)时，随着从笔尖到光传感元件的距离变短(图4中随着从右向左移动)，传感器输出缓慢上升。而后，在从笔尖到光传感元件的距离变为d1的时刻，光传感元件30的输出非常大地上升。此处，d1为从液晶显示装置100的最表面到配置有光传感元件30的面的距离(参照图3)。像这样，在输入笔60的前端部接触面板表面的情况下和未接触的情况下，光传感元件30的输出较大地变化。由此，能够更加可靠地进行输入笔60触碰显示面板的表面的情况与未触碰的情况之间的识别。

另外，图4的曲线图的横轴表示的“笔尖到光传感器的距离”，实际上不会比d1小，但是，在图4的曲线图中，表示了假设从笔尖到光传感器的距离比d1小的情况下的光传感器输出的理论值。

此外，在本发明的输入笔中，在使用回归反射珠作为回归反射部件的情况下，球状玻璃62(珠)的折射率优选为1.41以上。在折射率为1.41以上时，球状玻璃具有回归反射特性。此外，越增大折射率，在倾斜地使用输入笔的情况下，也越能够使入射的光可靠地回归反射。其中，当令折射率为1.9以上时，即使将输入笔以45°的角度倾斜地与面板表面接触，也能够使入射光回归反射。此外，在折射率为2.0的情况下，即使将输入笔倾斜到沿着面板表面的程度接触，也能够使入射光回归反射。

此外，反射部件63进一步优选具有如以下的结构。

即，在以相对球状玻璃62的中心G位于输入笔60的长度方向x上的该球状玻璃62的表面上的两个点为极，使该两个极中距离上述输入笔的前端部更远的一侧的极P的位置为0°时，反射部件63优选，当上述输入笔接触显示面板的表面时，以上述为0°的极作为基点在10°以上90°以下的范围内，反射部件63与球状玻璃62的表面按照覆盖上述球状玻璃的表面的一部分的方式接触。图5表示输入笔60的前端部与液晶面板等表面S大致垂直地接触的状态。

在笔的前端部与液晶显示面板等表面S大致垂直地接触的情况下，如果至少在10°的范围内反射部件63覆盖球状玻璃62的表面，则由于射入玻璃62的光的大部分在该范围内被反射，因此从球状玻璃62射入的光被反射部件63反射后，在球状玻璃62从与入射的方向相同的方向射出。由此，当输入笔接触显示面板的表面时，能够使入射的光更可靠地回归反射。

此外，球状玻璃62在以上述极P作为基点的90°的位置，与前端部件64连接。因此，在笔的前端部与液晶显示面板等表面S接触的情况下，具有弹性的反射部件63能够对球状玻璃62的表面覆盖到最大90°的范围。

本发明并非限定于上述的实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，将此处公开的技术方法适当组合而能够得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

本发明的输入笔，如以上所述，是对触摸面板一体型的显示装置进行输入的输入笔，该触摸面板一体型的显示装置具备多个检测来自面板表面的透过光的光传感元件，通过该光传感元件检测显示面板的表面的图像来检测出输入位置，其特征在于，在与显示面板接触的前端部，设置有回归反射部件。

从而，根据上述的结构，通过设置于输入笔的笔尖的回归反射部件，例如，能够使从背光源照射并从显示面板透过的光回归反射。由此，能够使来自笔尖的位置的光量与来自其他位置的光量相比高出很多，能够更容易并且更可靠地进行位置检出。

此外，即使在将输入笔从表面倾斜地与面板接触的情况下，也能够在配置于实际的输入位置的正下方的光传感元件中检测到较高的光量，从而能够检测出更精确的输入位置。

此外，本发明的触摸面板输入系统，包括：触摸面板一体型的显示装置，其具备多个检测来自面板表面的透过光的光传感元件，通过该光传感元件检测显示面板的表面的图像来检测出输入位置；和对该显示装置进行输入的上述任一个输入笔。

根据上述的结构，能够实现一种触摸面板输入系统，其能够进行更精确的位置检出。

在发明的详细的说明项中列举的具体的实施方式或者实施例，仅是为了明确本发明的技术内容，不应仅限定于这样的具体例进行狭义的解释，在本发明的主旨和以下记载的权利要求的范围内，能够进行各种变更并实施。

产业上的可利用性

当使用本发明的输入笔对触摸面板进行输入时，触摸面板一体型液晶显示装置能够更精确地检测位置。本发明的输入笔能够应用于触摸面板输入系统。

Claims (6)

1.一种输入笔，其对触摸面板一体型的显示装置进行输入，该触摸面板一体型的显示装置具备多个检测来自面板表面的透过光的光传感元件，通过该光传感元件检测显示面板的表面的图像来检测出输入位置，所述输入笔的特征在于：

在与显示面板接触的前端部，设置有回归反射部件。

2.如权利要求1所述的输入笔，其特征在于：

所述回归反射部件为回归反射珠。

3.如权利要求2所述的输入笔，其特征在于：

所述回归反射珠由球状的透明部件和具有弹性的反射部件构成，

所述球状的透明部件固定在所述输入笔的前端部，并且，

所述具有弹性的反射部件，以当所述输入笔与显示面板的表面接触时覆盖所述球状的透明部件的表面的至少一部分的方式安装。

4.如权利要求2或3所述的输入笔，其特征在于：

所述回归反射珠由折射率为1.41以上的材料形成。

5.如权利要求4所述的输入笔，其特征在于：

所述回归反射珠由折射率为1.9以上的材料形成。

6.一种触摸面板输入系统，其特征在于，包括：

触摸面板一体型的显示装置，其具备多个检测来自面板表面的透过光的光传感元件，通过该光传感元件检测显示面板的表面的图像来检测出输入位置；和

对该显示装置进行输入的权利要求1～5中任一项所述的输入笔。

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