JP2004246743A

JP2004246743A - タッチパネル及びそれを備えた画面入力型表示装置

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Publication number: JP2004246743A
Application number: JP2003037495A
Authority: JP
Inventors: Muneo Kitamura; 宗夫北村
Original assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Current assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】タッチパネルの耐久性、耐湿性を向上及びコストダウンを図る。
【解決手段】透明絶縁基板１２，２の片面に透明電極１３，３と該透明電極に接続する引き回し電極１４，１５，４，５を設けた上下基板を、前記透明電極側を内側に対向配置し、シール材で上下基板を接着したタッチパネルで、上透明絶縁基板１２は薄くて可撓性を有するガラスであり、下透明絶縁基板２は厚くて剛性を有するガラスよりなるタッチパネルにおいて、両ガラス間のシール材として、弾性シール材８１を用いて上基板の外周域を周回、更に上基板１１の隅部では、常温硬化型の固定材８３を用いて上下基板を接着、一体化した。高温シーリングを行わないので熱膨張による生産工程でのガラス基板の変形を受けず、ガラス構成のタッチパネルで必要不可欠だったシール材の開口部を省略した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＴＭ、カーナビゲーション、自動販売機、複写機、各種端末機等の機器において、液晶ディスプレイ等の表示画面上に配置し、透視した画面の指示に従って使用者が情報の表示画面を指やペンで直接押してデータの入力が行われるタッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における抵抗膜式タッチパネルは、可撓性を有する透明絶縁基板の下面に透明電極とこの透明電極に接続する引き回し電極を形成した上基板と、同じく上面に透明電極とこの透明電極に接続する引き回し電極を形成し、前記透明電極の上面にドットスペーサを一定間隔に配設した下基板とが、所定の隙間を持って透明電極同士が対面するような配置構造を取っている。そして、このタッチパネルを液晶表示装置等の表示装置の上面側に配置して使用される。表示装置の表示部分に位置する所のタッチパネルを指又はペンで押すことによって、タッチパネルの上基板が撓んでその押した所の透明電極が下基板の透明電極に接触し、そして、その接触点の位置が電気抵抗の測定によって検知されて入力情報が読みとられる。
【０００３】
以下、従来例を図６〜１０を用いて説明する。図６は従来技術におけるタッチパネルの平面図、図７は図６におけるＥ−Ｅ断面図、図８は図６における下基板の平面図、図９は図６における上基板の平面図、図１０は工程途中における上基板の変形状態を示す断面図である。
【０００４】
図６、図７、図８、図９、図１０に示すように、従来例のタッチパネル２０は形状が方形をなす下基板１と可撓性を有する上基板１１とを備えている。下基板１は、板厚が１．１ｍｍの透明な方形のガラスからなる下透明絶縁基板２と、この下透明絶縁基板２の上面に方形形状に形成された透明電極３と、この透明電極３の図中上下の対向する両辺に沿って接続形成されて下透明絶縁基板２の片方端にある点線枠で囲ったＦＰＣ取付部Ｓまで延設した一対の引き回し電極４及び５と、ＦＰＣ取付部Ｓ近辺に形成された接続電極６、７と、透明電極３上にマトリックス状に配置したドットスペーサ８とで構成されている。尚、上記接続電極６、７は、後述する上基板１１の引き回し電極１４、１５に導通接続を行うためにＦＰＣ取付部Ｓ近辺に設けられている。
【０００５】
上基板１１は、板厚が０．２ｍｍの可撓性のある透明な方形のマイクロガラス（マイクロシートガラス）からなる上透明絶縁基板１２と、この上透明絶縁基板１２の下面に方形形状に形成されている透明電極１３と、この透明電極１３の図中左右の対向する両辺に沿って接続形成されてＦＰＣ取付部Ｓ方向に向かって延設された一対の引き回し電極１４、１５とで構成されている。
【０００６】
そして、上下基板１１、１の引き回し電極１４、１５及び４、５が方形配置となるように対向配置し、上下基板１１、１とに１０μｍ前後の隙間を持たせてシール材１７で上下基板１１、１とを接着して固定すると共に、上下基板１１、１の外周域を周回してシールしている。更に、上基板１１に設けられた引き回し電極１４及び１５は、接続部Ｂ及びＡの場所において、その先端部１４ａ、１５ａが下基板１に設けた接続電極６及び７と導電性接着剤を介して接続され、導通がとられている。
【０００７】
また、図６中の上部中央において、封口部Ｄを有しており、シール材１７の開口部１７ａを封口材１９で封口している。
【０００８】
また、防眩性を高めて透視性や品質表示を良くするために、上基板１１の上面には偏光板１８、下基板１の下面には位相差板１６が貼付けられている。また、下基板１のＦＰＣ取付部ＳにはＦＰＣ９が取り付けられて外部との導通が図られるようになっている。
【０００９】
上記構造を成すタッチパネル２０の各構成要素部品は次のようになっている。下基板１を構成する下透明絶縁基板２は透明なガラスが用いられる。このガラスはソーダライムガラスや石英ガラス、アルカリガラス、ほうけい酸ガラス、普通板ガラス等が利用でき、反り等が起きない程度の厚さのものが使われる。多くは０．７〜１．１ｍｍのソーダライムガラスが選択される。上基板１１を構成する上透明絶縁基板１２は可撓性を必要とするところなので透明な薄板ガラスや透明なプラスチックフイルムが用いられる。一般的に、耐熱性が求められる機器（例えば、カーナビゲーション等）にはガラスが使用される。上記従来例は耐熱性や衝撃性にも強く、且つ可撓性も有する０．２ｍｍ厚みのほうけい酸ガラスからなるマイクロガラス（マイクロシートガラス）を使っている。
【００１０】
下基板１を構成する透明電極３及び上基板１１を構成する透明電極１３は錫をドープした酸化インジウムのＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜で、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、印刷法等で形成する。この透明電極３及び１３は高抵抗値であることが求められるため２５０〜５００オングストロームの範囲で非常に薄く形成する。このＩＴＯ膜は、基板全面に形成したものをフォトリソグラフィにより不要部分を除去し、必要な部分を残して形成する。
【００１１】
下基板１を構成する引き回し電極４、５、接続電極６、７、及び上基板１１を構成する引き回し電極１４、１５は、透明電極３、１３に電圧印加するために設けるもので、銀粉や銅粉等の高導電性金属粉を熱硬化性のエポキシ樹脂等に混ぜ合わせてインク化したものをスクリーン印刷等の印刷方法で形成する。タッチパネルの性能上、これらの電極の抵抗値が低ければ低いほど良いものであり、一般に、透明電極のシート抵抗値に対してこれらの電極のシート抵抗値は１００分の１以下であることが必要とされている。そこで、これらの電極の印刷の厚さを増したり、幅を広くしたりして抵抗値を小さく押さえる設計がなされている。
【００１２】
下基板１を構成するドットスペーサ８は、押圧した部分以外の部分の透明電極同士が接触しないために設けるもので、透明なアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、その他の透明な樹脂材料をスクリーン印刷等の方法でドットマトリックス状に一定間隔に形成し、その後、熱または紫外線で硬化処理を施して形成する。このドットスペーサ８は目に見えない大きさであることが求められることから、直径３０〜６０μｍ、高さは２〜５μｍ、ドット間隔は１〜８ｍｍの範囲で設計される。
【００１３】
シール材１７は、スペーサボールを分散させた熱硬化性のエポキシ樹脂接着剤やアクリル樹脂接着剤等をスクリーン印刷等の方法で印刷して形成する。ここで使われるスペーサボールは上基板１１と下基板１との隙間を一定隙間に保持するために設けるもので、所定の大きさの絶縁性のあるプラスチックボールやファイバーガラス等が利用される。このプラスチックボールやファイバーガラスの大きさは、上基板１１の上透明絶縁基板１２の材質や厚さによって異なるが、０．２ｍｍのマイクロガラスを使用した場合は概ね１０μｍ前後の径のものが選択される。このシール材１７は上基板１１または下基板１の何れか一方に印刷した後、上基板１１と下基板１とを位置を合わせて貼合わせ、加圧の下で加熱処理を施して硬化させ、接着固定を行っている。また、このシール材１７は上基板１１と下基板１を固定する役目と共に内部に水分やゴミ等の進入を防止するシールの役目も持っている
【００１４】
封口部Ｄにおける封口材１９にはＵＶ硬化型のエポキシアクリレート樹脂などが使用される。この封口材１９をシール材１７の開口部１７ａの部分に塗布し、開口部１７ａを塞いだ状態で紫外線を照射して硬化させて封口する。開口部１７ａは、シール材１７で上下基板１１、１を接着固定するために加圧の下で約１６０°Ｃ、９０分位の加熱処理を施すが、その時のシール内部の膨張した空気を外に逃がすために設けている。
【００１５】
偏光板１８と位相差板１６は防眩性を高めて透視性や表示品質を良くするために設けている。偏光板１８は、様々なものが使用されているが一例をあげると、ポリビニールアルコールフイルムを常法により一軸延伸することによって厚さが２０μｍの偏光フイルムを作成し、この両面に厚さが８０μｍのセルロース系フイルムを張り合わせて厚さ１８０μｍの偏光板としたもの等が利用できる。また、位相差板１６は、ポリカーボネイトを素材として形成され、厚さ８０μｍ程度である。
【００１６】
以上従来技術によるタッチパネルにおいては、上下基板を一定の隙間を維持し、且つタッチパネル内外の気密性や耐湿性を保持するためのシール材を、上下基板の最外周付近を周回する様に形成するが、このシール材は多くの場合前述のようにスペーサボールを分散させた熱硬化性のエポキシ樹脂接着剤やアクリル樹脂接着剤を用いており、熱硬化性接着剤の接着工程で約１６０°Ｃ、９０分位の焼成が必要であり、この製造工程での温度変化により可撓性が高く、下基板に比較して薄く、剛性の低い上基板が図１０に示すように意図せぬ変形が起こることを防止するため、シール材の一部に開口部を設け、タッチパネル内外の大気圧を同一に保ち、製造工程での温度変化による上基板の変形を防止することが知られている。（開口部の存在については例えば特許文献１参照。）
【００１７】
【特許文献１】
特開２００３−２２７２５号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上下基板共ガラスで構成されたタッチパネルにおいては、上下基板の間隙として形成される空気室が、樹脂フィルム構成のタッチパネルに比較し、相対的に小さいため、生産工程でのシール材硬化のための加熱処理等による温度変化による基板の変形を防止する目的で、周回するシール材の一部に空気抜けのための開口部を設けることは不可欠であった。しかしながら前記シール材１７に設けた開口部は最終的には封口材１９により封止することが必要になる。封口材１９は前述のようにＵＶ硬化タイプの接着剤を用いるが、上下基板がガラスで構成されたタッチパネルにおいては、上下基板の間隙が１０マイクロメートル前後に設定することが必要となり、開口部の寸法も、この上下基板の間隙で制限されるため、封口材がこの狭い間隙に十分に充填されず、封口部に微細な隙間が生じ、タッチパネルの気密性が確保できない問題があった。気密性が不充分であると上基板を指や入力ペンで押圧したとき、上基板が凹状に撓んだ状態で復帰せず変形し、ニュートンリング発生の原因となったり、ひいてはタッチパネルの耐久性が劣る原因となっていた。
【００１９】
また、開口部に僅かな隙間が存在すると、この部分から外気中の水分がタッチパネル内に入り込み、対向する上下基板内部の透明電極膜を劣化させたり、表示エリアが曇る、甚だしい場合は結露が生じる、などの問題があった。さらに開口部を封止する工程において、封口材による封止が確実に行われているか否か、すなわち封口部の気密性が確保されていることを検証する適当な手段がなく、高い信頼性を要求されるカーナビゲーション等の使用環境の厳しい条件の下での使用に問題があった。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、この課題を克服する手段として、請求項１に記載の発明は、可撓性を有する上透明絶縁基板を主要構成部品とするガラスよりなる上基板と、剛性の高い下透明絶縁基板を主要構成部品とするガラスよりなる下基板とを所定の隙間で、前記上下基板の外周域を周回するように配されたシール材をもって一体化したタッチパネルにおいて、前記シール材が周回する方向に開口部を有しないことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、前記シール材として弾性エポキシ樹脂を用いたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のタッチパネルを備えたことを特徴とする画面入力型表示装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図１〜３により説明する。図１は本発明のタッチパネルの平面図、図２は図１におけるＦ−Ｆ断面図、図３は図１におけるＥ−Ｅ断面図である。尚、本発明はタッチパネルの上基板と下基板の貼り合わせに係わる発明であるので、貼り合わせに関係しない箇所の構成は従来例と同じであり、従来例と同一構成部品は同一符号を付し、また説明を省略している。
【００２４】
図１〜２に示すように、本発明のタッチパネル４０は、長方形で剛性を有し板厚が１．１ｍｍのソーダライムガラスの様な透明なガラス板からなる下透明絶縁基板２を主要構成要素とした下基板１と、横幅は下透明絶縁基板２と略同寸法で、縦幅だけが短い長方形で、且つ可撓性を有し、板厚が０．２ｍｍのほうけい酸ガラス板からなる上透明絶縁基板１２を主要構成要素とした上基板１１とを、シール部８０を介して接合した構造になっている。本発明の主要部分であるシール部８０（従来技術の説明ではシール材１７の部分に相当するが本発明では形態が異なる）は、直径は１０μｍ前後のスペーサボール８２を混入した弾性シール材８１を用いて、上透明絶縁基板１２である上ガラスの外周に沿って印刷した後、上基板１１と下基板１とを位置を合わせて貼合わせている。
【００２５】
弾性シール材８１は接着硬化後も弾性を有する。この為、弾性シール材８１だけの貼合わせでは、上下基板１１、１の相対的位置関係はしっかりと確定しない。この為、弾性シール材８１のコーナー部（４箇所）を丸めておき、上下基板１１，１の最終的な位置合わせを行ってから、コーナー部で、熱を加えないで硬化する固定材８３を用いて上下基板１１、１を固定した。固定材８３としては、ガラスとの密着性が良く、耐水性、耐湿性にも優れるＵＶ硬化のエポキシ系樹脂を使用した。上基板１１のコーナー部において、上基板１１と下基板１の間に固定材８３を注入し、紫外線を照射することで上下両基板１１，１は温度上昇がない状態で固定される。
【００２６】
弾性シール材８１としては、弾性エポキシ樹脂を用いた。具体的には、東レ・レギュレックス樹脂（東レ株式会社）（Ｒ）、エポソフト（横浜ゴム株式会社）（Ｒ）等である。これらは、シール材の基本的機能として求められる接着性、強靭性は勿論、耐水性、耐湿性に優れているので、水分を透過しにくく、タッチパネル４０の内部を長期間安定に保つことができるが、この弾性シール材８１で特徴的なのは、常温硬化性と柔軟性である。タッチパネル４０のシール材として、この特性を生かすことにより、下記の様な多くの作用効果が発生した。
【００２７】
先ず、約５〜５０°Ｃで硬化する常温硬化特性上のメリットとして、従来の熱硬化性のエポキシ樹脂接着剤やアクリル樹脂接着剤等を用いた場合に生じた上透明絶縁基板１２（上ガラス）の凸状化現象が起きないことである。この為、後工程で偏光板１８や位相差板１６を貼り付ける時、上ガラス割れの頻度が減少し、工程歩留まりが向上した。また指先での動作荷重も大きくならず、また動作荷重が安定化して操作性が安定化した。又、接着中に高温にする必要がなくなり、その結果、上下ガラス基板の空隙として形成されるタッチパネル中の空気室で膨張する空気を逃す為の開口部（図６のＤ部）が不要になり、熟練を要する開口部封止工程が要らなくなり、コストダウンが可能になった。
【００２８】
弾性シール材８１は、接着硬化後も柔軟性を有するので、図３に示す様に、指先等でタッチパネルの上ガラス（上透明絶縁基板１２）を矢印Ｆ方向の力で押圧した時、上ガラスの押下部は凹化し、これに伴って、上ガラスの辺部には内側（Ｓ方向）に引き込まれる力が作用する。この時、従来の技術で説明した様に辺部が完全に拘束されていれば、上ガラス１２内部で弾性変形が生じ、これで引っ張り応力を吸収することになるが、本発明のタッチパネル４０では、辺部は弾性シール材８１により支えられて拘束が弾性的なので、辺部が横（Ｓ方向）に移動することで引っ張り力を吸収、ガラス内部には引張り応力は殆ど発生しない。この為、同じ板厚の上ガラスを使った場合で比較すると、よりソフトタッチでの操作が可能になった。
【００２９】
また、この弾性シール材８１は、空気中の水分と反応して硬化するので、接着中に、タッチパネル４０内部の湿気を除く作用がある。この結果、タッチパネル４０内部の引き回し配線等の腐食を生じにくくして、耐久性を向上させる効果も得られた。
【００３０】
この弾性シール材８１は通常は常温（約２０°Ｃ）で硬化させるが可能であるため、上下基板の接着工程で加熱処理を行う必要がなく、従って本発明の解決課題である、タッチパネル内部で膨張した空気を外部に逃がすための開口部を省略することが可能となった。
【００３１】
本発明のタッチパネル４０を構成する上透明絶縁基板１２（上ガラス）は、常温状態で平面状を保ったまま固定しているので、タッチパネル４０を温度環境の厳しい条件下での画面入力型表示装置へ応用することでその効果を一段と発揮する。図４は、本発明のタッチパネルの環境温度変化に伴う上ガラスの変形を説明する概念図であり、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）図は、図１におけるＥ−Ｅ断面を、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）図は図１のＦ−Ｆ断面を模式的に示している。又、図４（ａ）、（ｂ）図は、環境温度が常温の時、（ｃ）、（ｄ）図、は環境温度が高温の時、（ｅ）、（ｆ）図は環境温度が低温に移行した時の上下ガラスの関係を示している。
【００３２】
図５に示す様に、本タッチパネル４０を利用したカーナビゲーション６０を装着している車の車中温度が常温の場合、上透明絶縁基板１２（上ガラス）と下透明絶縁基板２（下ガラス）は、熱による膨張収縮が無い。この時の上下ガラスの位置関係を図４（ａ）図、（ｂ）図に示す。
【００３３】
しかし、車中の温度が上昇した場合は、図４（ｃ）図、（ｄ）図に示す様に、厚くて剛性が高い下透明絶縁基板２（下ガラス）が、上透明絶縁基板１２（上ガラス）よりも沢山熱膨張して長くなる。しかし、上ガラスと下ガラスは、弾性シール材８１で接合されているので、固定材８３での接合部を除いて拘束は弾性的である。この為、上ガラスの辺部の変形により緩和された引張り力が、上ガラスのコーナー部に作用するが、全周が固定的に拘束された場合に比較して上ガラスの有効利用領域（アクティブエリア）での変形量は少ない。また、開口部がない分、封口処理にまつわる問題が発生しないため、開口部よりの空気の漏れや、水分の浸入が起こらない。
【００３４】
逆に車中の温度が常温より下降した場合、従来のタッチパネル２０では上透明絶縁基板１２（上ガラス）は常温時から盛り上がっていた上に、更に低温環境に曝されて盛り上がり量を増加してしまう（例えば図１０の状態）。本発明のタッチパネル４０でも、下透明絶縁基板２（下ガラス）の方が上ガラスより大きく縮むので、図４（ｆ）図の様に固定材８３からの作用で、上ガラスの盛り上がり現象が発生する。しかし、従来技術を用いた接合温度から常温への温度変化量に比べたら、温度の変化量は格段に少ないし、又、本発明のタッチパネル４０では、固定材８３による接合部を除く辺部では、図４（ｅ）の様に、弾性シール材８１で応力を逃がすことができ、また、シール材に開口部が無いので開口部の気密性の問題は起こり得ず、開口部の付いた従来のタッチパネルに比較し、上ガラスの有効利用領域（アクティブエリア）での盛り上がり量は少ない。
【００３５】
以上の作用から、本タッチパネル４０を利用したカーナビゲーション６０では、使用温度環境が変動しても、上透明絶縁基板（上ガラス）の変形量が少なく、この結果、画面入力作動加重を均一に操作できるし、耐久性も向上する。また本発明のタッチパネルは使用温度環境が広範囲に変動する可能性があるポータブルナビゲーションシステムの様な携帯型の各種端末機の画面入力型表示装置に利用した場合も同様の効果を発揮する。
【００３６】
尚、本願発明の実施の形態では、ＵＶ硬化樹脂よりなる固定材を用いて上下基板を固定する箇所として、４隅のコーナー部を固定する方法を説明したが、本願発明においては固定する箇所を４隅のコーナー部に限定されるものではなく、弾性シール材の外周の適当な位置に、４カ所に限らず複数箇所を固定材にて固定しても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のタッチパネルでは、上下基板共ガラスで構成されるタッチパネルの外周部に周回するシール材に不可欠であった開口部を廃止することで、開口部の気密性不良に起因する耐久性、耐湿性が改善された。また、開口部の廃止による工数削減によりコストダウンが可能になった。また、上ガラスの周辺部の拘束が弾性的になったことでよりソフトタッチでの操作が可能になった。また、この弾性シール材は接着中に、タッチパネル内部の湿気を除くので、透明電極膜の酸化が防止でき、タッチパネルの耐久性を向上させる効果も生じた。また、本発明のタッチパネルは、開口部が省略されて、部品、工数共に従来構成のガラスタッチパネルとの比較において削減され、また常温環境下での作動加重が大きくならず、更に作動加重が安定するので操作性の劣化が少なく、完成品の歩留まりが向上し、タッチパネルのコストダウンが図れるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタッチパネルの平面図である。
【図２】図１におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図３】本発明のタッチパネル操作時の上ガラスの変形を説明する概念図である。
【図４】本発明のタッチパネルの環境温度変化に伴う上ガラスの変形を説明する概念図である。
【図５】本発明のタッチパネルをカーナビゲーションの液晶表示器に配置した状態を示す概念図である。
【図６】従来技術におけるタッチパネルの平面図である。
【図７】図６におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図８】図６における下基板の平面図である。
【図９】図６における上基板の平面図である。
【図１０】従来技術におけタッチパネルの上下ガラスの関係を示す概念図である。
【符号の説明】
１下基板
２下透明絶縁基板
３、１３透明電極
４、５，１４、１５引き回し電極
６、７接続電極
８ドットスペーサ
９ＦＰＣ
１１上基板
１２上透明絶縁基板
１６位相差板
１７シール材
１８偏光板
２０、４０タッチパネル
５０画面入力型表示装置
６０カーナビゲーション
８０シール部
８１弾性シール材
８２シールスペーサー
８３固定材

Claims

可撓性を有する上透明絶縁基板の下面に形成した透明電極と、この透明電極に接続した引き回し電極を有し、ガラスよりなる上基板と、下透明絶縁基板の上面に形成した透明電極と、この透明電極に接続する引き回し電極と前記下透明絶縁基板に形成した透明電極の上面に一定間隔に複数配設したドットスペーサとを有し、ガラスよりなる下基板とを、所定の隙間で両透明電極同士が対向する配置で、前記上基板及び下基板の外周域を周回するように配されたシール材をもって一体化したタッチパネルにおいて、前記シール材の周回方向に開口部を有しないことを特徴とするタッチパネル。
前記シール材として弾性エポキシ樹脂を用いたことを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
液晶表示装置などの表示装置の上面にタッチパネルを備えている画面入力型表示装置であって、前記請求項１または２のいずれかに記載のタッチパネルを備えていることを特徴とする画面入力型表示装置。