JP2002342028A - タッチセンシング機能付き表示装置の構造 - Google Patents

タッチセンシング機能付き表示装置の構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示装置とタッチパネルの組み合わせの場
合、システムの総厚が著しく厚くなってしまう事及びタ
ッチパネルの透明電極の存在によって、光の透過率が著
しく低下し、その結果表示装置にて表示される表示情報
の品質が低下する事を解決する。 【解決手段】 透明基板は表面波伝搬層と中間層として
偏光層をもった層状構造であると共に、表面波伝搬層の
外側表面の周囲端部に、分極方向が厚み方向と平行であ
ってかつ表面にはすだれ状電極が形成された圧電板が固
着アレイ配置され、この圧電板の圧電効果によって前記
透明基板上に弾性表面波を励振させる機能を持ち、さら
に、指先または他の物質が前記透明基板上に接触する事
で、前記励振された弾性表面波の伝播強度が変化し、そ
の強度変化を検出する事で接触位置を特定できる機能、
いわゆるタッチセンシング機能を付加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶、パソコンCR
T等の表示デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話に代表される携帯機器の
発達には、液晶素子を用いた表示素子が必要不可欠であ
った。従来の液晶を用いた表示装置（以後、簡単のため
に、単に表示装置と略す）は一方的に人間または外界に
対して、文字、数字、図形等を表示するだけの機能であ
った。この問題を解決するために、表示装置よりはっせ
られた表示情報にもとづいて人間が判断しその結果を携
帯機器に入力する機能すなわちタッチセンシング機能を
もったタッチパネルが考案されている。このタッチパネ
ルは、人体指先または他の物質等の媒体をタッチパネル
表面の特定位置に接触させ、その接触位置を検出する事
にある。このタッチパネルと表示装置はその機構上、独
立の装置として組み立てられ、携帯機器等の最終製品化
される段階で、同一個所にセットされていた。
【０００３】図２は、従来表示装置及びタッチパネルの
基本構造とそのセット構造を示す概念図である。図にお
いて、液晶素子２０３は二枚の基板、すなわち表示装置
上面透明基板２０１と表示装置下部基板２０２に挟み込
まれている。この液晶素子２０３を閉じ込める空間（ギ
ャップ）を保持するために液晶ギャップガイド板２０５
があり、表示装置上部透明基板２０１、表示装置下部基
板２０２の双方に固着されている。また、表示装置上部
透明基板２０１の外側表面には偏光板２０４が固着され
ている。以上は表示装置の基本構造の概念図である。こ
の時、表示装置上部透明基板２０１の材質は、ガラス及
び透明プラスチック等の透明な材料が使用されている。
また、図中で示した表示部２０６が表示装置の表示部で
あって、この領域において文字、数字、図形等が表示さ
れる。また、タッチパネルの基本構造は、タッチパネル
上部透明基板２０７とタッチパネル下部透明基板２０８
及びタッチパネルギャップガイド板２１０によって構成
されており、タッチパネル上部透明基板２０７とタッチ
パネル下部透明基板２０８双方の透明基板の内側には透
明電極２０９が形成されている。また、表示装置とセッ
ト構造にするためにタッチパネル下部透明基板２０８の
外側端部には支持板２１１が固着されている。このタッ
チパネルの上部及び下部透明基板すなわち２０７及び２
０８の材質は、図中の表示装置上部透明基板２０１と同
様にガラス及び透明プラスチック等の透明な材料が使用
されている。これら二つの装置は図中記載の矢印の方向
でセット化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような表示装置と
タッチパネル装置をセット化する事は、近年とくに薄型
化及び小型化の要望が強まっている情報携帯機器におい
て大きな問題となっていた。その問題とは、まず第１
に、表示装置の上部にさらにタッチパネルを重ねてセッ
ト化するために、システムの総厚が著しく厚くなってし
まう事であり、第２にタッチパネルの透明基板に形成さ
れている透明電極の存在によって、光の透過率が著しく
低下し、その結果表示装置にて表示される表示情報の品
質が低下する事である。それゆえ近年とみに発展が著し
い携帯機器には搭載が困難な状況にあったすなわち、本
発明が解決しようとする課題とは、このように、タッチ
パネルと表示装置をセット化する事で生じる問題点を根
本的に解決する事にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】図３に本発明に係るタッ
チセンシング原理の概念を示す。このセンシング原理は
すだれ状電極が形成された圧電板を直接透明基板の周囲
端部に固着アレイ化する事で、透明電極基板表面に表面
弾性波を伝播させる方式である。図において、ガラス等
の透明基板３０１の周囲端部に圧電板３０２が固着アレ
イ化されている。このアレイ化された圧電板３０２によ
って、たとえば透明基板３０１の表面を伝播する伝播表
面波Ａ３０３と伝播表面波Ｂ３０４の交叉点Ｘ３０５を
タッチペン３０６等で触る事によって、伝播表面波Ａ３
０３と伝播表面波Ｂ３０４の双方の伝播特性が阻害さ
れ、その結果、指３０６の接触位置が検出できる。
【０００６】図３記載の圧電板３０２の詳細図が図４で
ある。図４において、圧電板３０２の表面には、表面波
励振用のバイアス電極４０１とグランド電極４０２が形
成されており、両電極は圧電板３０２の表面の中心部に
すだれ状に配置されている。
【０００７】この部分がすだれ状電極部４０３であっ
て、このすだれ状電極部４０３の部分で表面波が図３記
載の透明基板に励振される。この圧電板３０２とすだれ
状電極による表面波の励振原理及び技術的な説明は、特
開平６−０４６４９６等に詳細に述べられているので省
略するが、この方式の最も大きな特徴は、従来の透明電
極を利用したタッチセンシング方式に比較して、透過光
の透過率が透明電極によって低下しないという大きな特
徴と、単純に圧電板を透明基板に固着させる方式なの
で、デバイスの小型化が実現できるという特徴をもって
いる。さらに、透明基板の厚みにたいして、圧電板の厚
みを小さくする事によって、励振表面波の変位分布を透
明基板表面近傍に局在化可能という特徴もある。それゆ
え、図５にて示すように、表面波が伝搬する透明基板構
造を、２層の透明基板すなわち、透明Ａ基板５０３と透
明Ｂ基板５０６の中間部に偏光層５０５を設けた層状型
透明基板の構造とし、さらに、この透明Ａ基板５０４の
周囲端部に圧電板５０１を固着した構造において、圧電
板５０１の厚み５０２を透明Ａ基板５０４の厚み５０４
よりも小さく設定することで、透明Ａ基板５０３の表面
近傍に局在した励振表面波５０７が励振可能となる。す
なわち、図５のような表面波のトランスデューシング構
造を採用する事により、偏光層によって、超音波の伝達
効率が劣化することなく非常に高い伝達効率で表面波が
励振できるのである。なお、図３〜５で説明したすだれ
状電極が形成された圧電板の分極方向はすだれ状電極が
形成されている板面にたいする垂直方向に等しい。
【０００８】この表面波を用いた新しいタッチセンシン
グ技術及び表面波のトランスデューシング構造を用いる
ことによって、個別に構成されていたタッチパネルと表
示装置をセット化するという従来の構成方法にたいし
て、表示装置の透明基板上に圧電板をアレイ化し、表面
波を励振させる事によって、透明基板上にタッチセンシ
ング機能をもった表示素子、すなわち、タッチセンシン
グ機能付き表示装置が提案できるのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に本発明に係るタッチセンシ
ング機能付き表示装置の形態を示す。板面垂直方向に分
極軸を持ち、さらに板面にくしば状電極が形成された圧
電板１０１の板厚１０２の寸法値はｄ１である。この圧
電板１０１は透明Ａ層１０３の外側の表面端部周囲に固
着アレイ化されている。この時、透明Ａ層１０３の層厚
１０４の寸法値はｔ１であって、圧電板１０１の板厚１
０２の寸法値ｄ１にたいして以下の不等式（１）が成立
するように構成されている。
【００１０】ｔ１＞ｄ１ （１） またこの時、図記載の上部透明Ａ層１０３はガラス及び
透明プラスチックなどの材質から構成されている。さら
に、この透明Ａ層１０３と透明Ｂ層１０５の中間に存在
するのが偏光層１０６である。以上の透明Ａ層１０３、
偏光層１０６及び透明Ｂ層で上部透明基板１０７が構成
されている。この上部透明基板１０７と下部基板１０８
とのギャップに液晶素子が充填されており、このギャッ
プ間隔を保持するために液晶ギャップガイド板１１０が
設けられている。
【００１１】圧電板１０１の表面上に異方性導電膜１１
１が固着されており、さらにこの異方性導電膜１１１を
介在してフレキ基板１１２が接続されている。圧電板１
０１に形成されているすだれ状電極のバイアス電極とグ
ランド電極は、この異方性導電膜１１１とフレキ基板１
１２によって、下部基板１０８の裏面に設けられた表面
波駆動回路１１３及びタッチセンシング検出回路１１４
に接続されている。この表面波駆動回路１１３によって
励振された励振表面波１１５が、透明Ａ層１０３を伝搬
する。この励振表面波１１５の変位分布は前述の式
（１）によって規定された条件下では、透明Ａ層１０３
の表面に局在する事になる。それゆえ、励振表面波１１
５は偏光層１０６の影響をほとんど受けることなく伝搬
する。さらに、透明Ｂ層においては、ほとんど励振表面
波１１５の変位成分が存在しないので、ギャップ内にそ
んざいする液晶素子１０９は、励振表面波１１５に影響
を受けることもない。すなわち、上部透明基板１０７の
各層のうち、透明Ａ層１０３のみが表面波伝搬層として
の機能を持つ事になる。タッチセンシングによる励振表
面波１１５の伝搬強度の変化は、タッチセンシング検出
回路１１４にて検出できる。なお、図記載の上部透明基
板１０７の持つ層状構造は、ガラス、透明プラスチック
等の第一の透明基板上に偏光板を固着しさらにその上に
ガラス、透明プラスック等の第２の透明基板を固着せし
むる事により形成されている。
【００１２】
【発明の効果】上部透明基板を偏光層が中間層となる層
状構造とするとともにくしば状電極が形成された圧電板
を透明基板端部周囲に固着アレイ化するという図１にて
示した構成を採用する事によって、表示装置の上部透明
基板上に表面波を伝搬させる事が可能となる。さらに、
固着アレイ化される圧電板の厚みを表面波伝搬層の厚み
にたいして小さく設定する事によって、表面波を上部透
明電極の表面近傍に局在化させる事が可能となるので、
励振表面波は偏光層による伝搬阻害なく、良好な伝搬特
性をもつとともに、液晶素子に影響を与える事もなく、
表示装置の上部透明基板上を直接タッチする事でタッチ
センシングが可能とならしめ、先に述べたシステムの総
厚が著しく厚くなってしまうという問題が解決できる。
また、上部透明基板には透明電極が存在しなために、光
の透過率の劣化という問題も解消できる。よって、従来
の構成システムに比較して品質的に向上するとともにコ
ンパクト化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例を示す図であって、タッチ
パネル機能を透明基板上に付加した表示装置の一例
【図２】従来表示装置及びタッチパネルの基本構造とセ
ット構造を示す概念図
【図３】本発明に係るタッチセンシング原理を説明する
ための概念図
【図４】本発明に係る表面波励振用圧電板詳細説明のた
めの概念図
【図５】本発明に係る上部透明基板の層状構造を説明す
るための概念図
【符号の説明】
１０１：圧電板 １０２：圧電板板厚 １０３：透明Ａ層 １０４：透明Ａ層層厚 １０５：透明Ｂ層 １０６：偏光層 １０７：上部透明基板 １０８：下部基板 １０９：液晶素子 １１０：液晶ギャップガイド板 １１１：異方性導電膜 １１２：フレキ基板 １１３：表面波駆動回路 １１４：タッチセンシング検出回路 １１５：励振表面波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｈ 36/00 Ｈ０１Ｈ 36/00 Ｆ ５Ｇ４３５ (72)発明者 北島 秀樹 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 皿田 孝史 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 新荻 正隆 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 戸田 耕司 神奈川県横須賀市二葉１丁目49番18号 戸 田 耕司内 Ｆターム(参考） 2H089 HA18 HA35 2H093 NC72 5B087 CC12 CC47 5G006 AA07 LG03 5G046 AB02 AC58 AD13 5G435 AA00 AA18 BB12 DD01 EE33 EE36 EE42 EE47 FF05 GG21 HH18 LL07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液晶素子を二枚の基板で挟み込み、少な
    くとも二枚の基板のうち一枚の基板はガラス、プラスチ
    ック等の透明基板であるような基本構造を持ち、この透
    明基板をとうして、外界に文字、数字、図形等を表示す
    る液晶表示装置において、前記透明基板は中間層として
    偏光層をもった層状構造であると共に、透明基板層の外
    側表面の周囲端部に、分極方向が厚み方向と平行であっ
    てかつ表面にはすだれ状電極が形成された圧電板が固着
    アレイ配置され、この圧電板の圧電効果によって前記透
    明基板上に弾性表面波を励振させる機能を持ち、さら
    に、指先または他の物質が前記透明基板上に接触する事
    で、前記励振された弾性表面波の伝播強度が変化し、そ
    の強度変化を検出する事で接触位置を特定できる機能、
    いわゆるタッチセンシング機能を付加された事を特徴と
    する表示装置。
  2. 【請求項２】 前記層状構造を持った透明基板総厚はす
    だれ状電極が形成された圧電板の厚みに比較して大きい
    事を特徴とした請求項１記載の表示装置。
  3. 【請求項３】 前記層状構造を持った透明基板層におい
    て、圧電板が固着される第一の透明基板の厚みは圧電板
    の厚みに比較して大きい事を特徴とした、請求項１記載
    の表示装置。
  4. 【請求項４】 前記層状構造型透明基板の偏光層は、ガ
    ラス、透明プラスチック等の第一の透明基板上に偏光板
    を固着しさらにその上にガラス、透明プラスチック等の
    第２の透明基板を固着せしむる事により形成された事を
    特徴とした請求項２または３に記載の表示装置。
  5. 【請求項５】 前記透明基板上の周囲端部に固着アレイ
    化されている前記圧電板の表面上に、異方性導電膜さら
    にはフレキ基板を固着せしめる事により、表面波駆動回
    路及びセンシング回路と電気的接続するとともに、該表
    面波駆動回路及びセンシング回路は、表示装置を構成す
    る第二の基板の裏面外側に設置されている事を特徴とす
    る請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
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