JP2005135027A - タッチ入力機能付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タッチ入力機能付き表示装置において、スペーサによる光の散乱及び屈折によるコントラストの低下を防止し、薄型化した低価格のタッチ入力式表示装置を提供すること。
【解決手段】 タッチ入力機能付き表示装置において、表示パネル１０の画素基板上に表示用画素とともに電流感知式圧力センサ１９を設け、更に電流感知式圧力センサ１９の表面側に位置するように押圧子１８を設け、該押圧子１８を介して前記圧力センサ１９を駆動させるようになす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タッチ入力機能付き表示装置に関するものであり、特に液晶表示装置や有機又は無機ＥＬ表示装置等において、タッチ入力用圧力センサを備えたタッチ入力機能付きの表示装置に関するものである。

駅の券売機、銀行のキャッシュ・ディスペンサ装置などでは、表示画面上を指でタッチすることによって所望のキー入力を行い、また電子手帳やＰＤＡ（携帯情報端末：Personal Digital Assistant）などでは、タッチペンを使って文字や図形を入力するようにした、表示装置にタッチパネルを組み合わせた所謂タッチ入力機能付き表示装置が広く使用されている。

このタッチパネルには、抵抗膜方式、超音波方式、静電容量方式、電磁誘導方式、光方式などによるものがある。例えば抵抗膜方式のパネル４０は、図４に示したように、透明電極（ＩＴＯ）膜を付けたガラス基板４２と透明導電膜を付けたプラスチック基板４１を、スペーサ４３を介して、０．２ｍｍ程度の間隙を持って張り合わせた構造を有している。この上側のプラスチック基板４１の表面を指又はペンで押すと、プラスチック基板４１の押された部分が変形して下側のガラス基板４２と接触するようになっている。したがって、この抵抗膜式のパネルは、この接触の有無で操作者の所望動作を判断し、或いは上下の基板の透明電極が接触して短絡された個所のＸ方向とＹ方向の導電膜の抵抗分割比又は電流分配比を測定することによりパネル上の押圧点の位置を求めるものである。

従来のタッチ入力機能付き表示装置においては、例えば特許文献１に記載されているように、タッチパネル４０を液晶パネル５０等の映像を表示するための表示パネルに重ねる構成となっている。
特開平９−９０３１６号公報（第２頁、第４図）

ところが、タッチパネル４０と液晶パネル５０とを密着して配置した場合には、タッチパネル４０への入力の際の押圧力によって、液晶パネル５０のセルギャップが変化し、液晶表示に色むらが生じる。このため、タッチパネル４０は液晶パネル５０とあまり密着し過ぎないようにスペーサ４４を用いて空隙４５を設けて配置されているが、タッチパネル４０上の入力点と液晶パネル５０上の表示点との間に視差が生じること等により、使い辛かった。また、タッチパネル４０や空隙４５の影響により、光が減衰又は反射し、コントラストや明るさが低下するという問題があった。（特許文献１参照）
また、有機ＥＬ表示装置は、蛍光性をもつ有機化合物半導体層に電圧を加えることにより、電子と正孔が発光層で再結合して有機分子を励起し発光する電流駆動型表示装置であり、自発光型であること、発光する色のバリエーションが多いこと、応答特性がよく画像データに対する追従性がよい等の特徴があり、今後広い分野で使用されることが期待されている。そして、有機ＥＬ表示装置を、入力機能付きとする場合には、やはりタッチパネルをＥＬ表示パネルの前面に重ねて使用する必要があるので、液晶表示装置の場合と同様の問題があった。

すなわち、上記の何れの場合にもタッチパネルを表示パネルとは別に用意しなければならないが、タッチパネルと表示パネルを重ねると表示装置全体の厚さが厚くなるので機器の薄型化を図る上で好ましくないし、また、タッチパネルの製造コストも別に必要となるので表示装置の価格も低減できない。

そして、タッチパネルと表示パネルを組み立てた場合には、タッチパネルによる光の散乱及び屈折により、本来の映像表示においてコントラストが低下するという問題点があった。

本願の発明者は、前記の問題点を解消すべく種々検討を行った結果、別体とし用意されるタッチパネルを無くすれば全ての問題点が解消することに着目し、入力機能素子である圧力センサを表示パネルの表示用画素が形成される基板に一体に組み込むことによって、目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、上記のようなタッチパネルと表示パネルを別々に用いることにより生じる問題点を解決した、表示パネルの表示用画素と一体にタッチ入力用圧力センサが組み込まれた、指押し、タッチペン等による指示や、位置検出機能等を持たせたタッチ入力機能付き表示装置の提供を目的とするものである。

また、本発明は、薄型で、安価なタッチ入力機能付き表示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、すなわち、本願の請求項１に係る発明は、タッチ入力機能付き表示装置において、表示パネルの画素に表示部と共に電流感知式圧力センサからなるセンサ部を設けたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、タッチ入力機能付き表示装置において、表示パネルには画素部と共に電流感知式圧力センサからなるセンサ部を設けたことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のタッチ入力機能付き表示装置において、前記表示パネルが、一対の透明基板の間に液晶を把持してなる液晶表示パネルであり、一方の透明基板上の前記液晶側に前記電流感知式圧力センサが設けられていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載のタッチ入力機能付き表示装置において、前記センサ部には、他方の透明基板の液晶側に押圧子が設けられており、該押圧子を介して前記電流感知式圧力センサが機能することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載のタッチ入力機能付き表示装置において、前記表示パネルが液晶表示パネルであり、前記押圧子が該液晶表示パネルのスペーサを兼ねていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項１又は２に記載のタッチ入力機能付き表示装置において、前記表示パネルが、透明基板上に一対の電極と該電極間に形成された有機ＥＬ発光層からなるＥＬ表示パネルであり、前記透明基板上に前記電流感知式圧力センサが設けられていることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項６に記載のタッチ入力機能付き表示装置において、前記センサ部には、前記一対の電極よりも突出した押圧子が設けられており、該押圧子を介して前記電流感知式圧力センサが機能することを特徴とする。

本発明は，上述の構成を備えることにより以下のような優れた効果を奏する。すなわち、表示パネルに直接圧力センサ部を組み込んだことによって、従来技術のような光の散乱や屈折に基づくコントラストの低下等がなくなり、表示が明確なタッチ入力機能付き表示装置が得られる。

また、表示パネルとして液晶表示パネル又はＥＬ表示パネルの何れをも使用し得るので、薄型でしかも安価な、タッチ入力機能付き表示装置が得られる。

更に、押圧子を圧力センサの表面側に位置するように配置したので、押圧子に加えられた圧力は確実に圧力センサに伝達されるようになるから、タッチ入力機能付き表示装置入力操作の感度及び確実性が向上する。

また、前記押圧子が液晶表示素子のスペーサを兼ねているため、スペーサの低減等に寄与する。

また、押圧子がＥＬ表示パネルの表面に突出しているために、この押圧子に加えられた力はより確実に圧力センサに伝達されるので、より高感度かつ動作が確実なタッチ入力機能付き表示装置が得られる。

以下、本発明にかかるタッチパネル方式の入力機能付き表示装置について、実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るタッチ入力機能付き液晶表示装置の模式的説明図である。図２は同液晶表示装置に組み込まれる電流感知式の圧力センサの模式的説明図である。図３は本発明の実施例２に係るタッチ入力機能付きＥＬ表示装置の模式的説明図である。

実施例１にかかるタッチ入力機能付き表示装置は、液晶表示装置に適用した例である。図１は、液晶表示パネル１０の画素において、後述する液晶表示部１６と共に、圧力センサ部１７を備えたものを模式的に示している。

液晶表示パネル１０の各画素は、一対の透明なガラス基板１１及びガラス基板１２を備えており、ガラス基板１１とガラス基板１２の対向する一方の面には透明電極材料（例えばＩＴＯ）によって表示電極１３、共通電極１４が形成されている。そして対向するガラス基板１１及びガラス基板１２の隙間には液晶１５が封入されてなる液晶表示部１６が形成されている。そして液晶表示部１６を備えるこの画素がマトリクス状に例えば６４０×４８０画素形成されることで液晶表示パネル１０を構成している。なお、図１中の矢印は液晶表示パネル１０の背面に配置されるバックライト（図示せず）からの透過光の出射を示す。

マトリクス状に形成された任意の画素には、液晶表示部１６と共に圧力センサ部１７設けられている。この圧力センサ部１７は、ガラス基板１２の液晶１５側の表面に形成された押圧子１８及び、ガラス基板１１の液晶１５側の表面に形成された電流感知式圧力センサ１９とからなる。つまり圧力センサ部１７は、任意の画素においてガラス基板１１及びガラス基板１２の間に内蔵されるように配置されている。

図２（ａ）に、液晶表示パネル１０に組み込まれる電流感知式圧力センサを模式的に示した。この電流感知式圧力センサ１９は、ガラス基板１２上に形成されており、ガラス基板１１上に配置された第１の電極１９１と、その周辺に設けられた絶縁膜によるスペーサ１９２と、その上部に設けられた第２の電極１９３とを有し、第１の電極１９１及び第２の電極１９３の間に空洞１９４が形成されている。この第２の電極１９３は、圧力を受けて変形すると共に圧力を取り除くと元の状態に戻るダイアフラム状であり、また、第１の電極１９１と第２の電極１９３にはそれぞれ電流感知用カラム配線１９６と電気信号用ロー配線１９５とが接続されている。なお、これらの配線は液晶表示パネル１０全体ではマトリックス状に形成され、駆動された圧力センサの位置が分かるようになっている。また空洞１９４は液晶表示パネル１０のセルギャップの範囲で自由に設けることもできるが、余り空洞１９４が大きくなってしまうと、それだけ第１電極１９１と第２電極１９３が接触するのに大きな変形が必要である。したがって本実施例では空洞１９４の高さを約２５００Åとし、圧力センサ部１７の上部の押圧子１８により液晶表示パネル１０のセルギャップとの調整を図っている。また空洞１９４の高さがこの程度であれば、圧力を感知するのに十分であり、またセルギャップの変化による表示への影響もほとんど無い。

押圧子１８は、電流感知式圧力センサ１９に対向してガラス基板１２に形成されており、その下部は電流感知式圧力センサ１９の第２の電極１９３にポリイミドなどのオーバーコート膜１９７を介して接するか、わずかな間隔を持って対置されている。図１に示したように、電流感知式圧力センサ１９は非常に小さくかつ薄くでき、しかも押圧子１８も小型のものとなせるために液晶表示パネル１０のスペーサを兼ねてもよい。こうすることで、スペーサの量を低減あるいなくすることができる。

ガラス基板１２の表面を指又はタッチペンで押すと、図２（ｂ）に示したように、押圧子１８がダイアフラム状の第２の電極１９３を押圧するので、この第２の電極１９３が湾曲して第１の電極１９１と接触し、電気信号が発生する。この電流感知式圧力センサ１９の電極の接触によって発生した信号により操作者の所望動作を判断し、又は接触して短絡された個所のＸ方向とＹ方向の導電膜の抵抗分割比又は電流分配比を測定することにより、液晶パネル上の押圧点の位置を求めることができる。ここで第２電極１９３の形状は、円形に近い形状が好ましい。これは第２電極１９３が湾曲するため、円形の方が第２電極１９３全体に均等に圧力が加わり壊れ難くなるためである。

第１の電極１９１と電気信号用ロー配線は例えばＡｌとＭｏによる積層構造、第２の電極１９３と電流感知用カラム配線は例えばＭｏ、スペーサ１９２はＳｉＮｘ、ＳｉＯ_２、ポリイミド又はポリアクリレートなどが好適に用いられる。空洞１９４は、第１の電極１９１と第２の電極１９３間にリリース物質を成膜して電極を形成し、電極がエッチングされない液体又は気体でリリース物質をエッチング除去することにより作成することができる。

なお、液晶表示パネル１０において、各画素にＴＦＴ等のスイッチング素子を形成した、所謂アクティブマトリクスタイプであれば、電流感知式圧力センサ１９を製造する場合、例えばガラス基板１１上に走査線や映像線やＴＦＴを形成する工程おいて、共通化できる工程があれば製造工程を共通化してもよいし、全くの別工程で製造してもよい。また液晶表示装置としては、透過型、反射型、半透過型の何れも使用することができる。また、ガラス基板１２はプラスチック基板を代わりに用いてもよい。

実施例２としては、本発明をＥＬ表示パネルに適用した。なお、ＥＬ表示パネルとしては、無機ＥＬ表示パネル及び有機ＥＬ表示パネルのどちらも使用することができるが、以下においては有機ＥＬ表示パネルに適用したものを用いて説明する。

なお、図３は、細部は図示を省略したが、有機ＥＬ表示パネル２０の画素において、有機ＥＬ表示部２６と共に、圧力センサ部２７を備えたものを模式的に示している。

有機ＥＬ表示パネル２０の各画素は、透明なガラス基板２１上に金属電極からなるカソード電極２２、その表面に有機ＥＬ発光層２３及び透明電極材料（例えばＩＴＯ）からなるアノード電極２４を備え、これらのカソード電極２２、有機ＥＬ発光層２３及びアノード電極２４により有機ＥＬ表示部２６を形成している。そして有機ＥＬ表示部２６を備えるこの画素がマトリクス状に形成されることで有機ＥＬ表示パネル２０を構成している。なお、有機ＥＬ発光層２３は、典型的にはカソード電極２２の表面から順に、電子輸送層２３１、発光層である蛍光性有機化合物半導体２３２、正孔輸送層２３３から形成されている。図３中の矢印は有機ＥＬ表示パネルの発光層２３２から発される光の出射を示す。

マトリクス状に形成された任意の画素には、有機ＥＬ表示部２６と共に、圧力センサ部２７が設けられている。この圧力センサ部２７は、表面がわずかにアノード電極２４より突出している押圧子２８及び電流感知式圧力センサ２９とからなり、有機ＥＬ液晶表示部の所望の位置の画素（詳細は図示せず）に隣接してガラス基板２１上に配置されている。なお、図３に示した有機ＥＬ表示装置に組み込まれているタッチ入力用圧力センサは、実施例１で使用したものと同様の電流感知式圧力センサであるので、その詳細な構造及び動作についての説明は省略する。

本実施例２における押圧子２８は、図３に示したようにアノード電極２４の表面からわずかに先端が突出している。このような構成であると、操作者のタッチ入力はこの押圧子２８に確実に加えられ、またそのタッチ入力はより確実に圧力センサ２９に伝達されるので、より高感度かつ動作が確実なタッチ入力機能付き表示装置が得られる。

なお、圧力センサとしては、本願発明に用いている電流感知方式のもの以外に、静電容量方式によるものなども考えられる。しかし液晶表示パネルのように一対の電極間に液晶を把持し、液晶に電圧を印加して駆動する場合、液晶表示パネルに一体形成された静電容量方式の圧力センサによると、通常の表示状態を行う画素部に加わる信号が、センサの静電容量に影響を与えてしまう恐れが強く、圧力センサとして正常に機能しなくなってしまう。仮のそのような影響を受けない構造にしようとすれば、センサ部の占める割合が大きくなり、またその構造も複雑になってしまい、通常の映像を表示する上で支障を与えるだけでなく、表示パネル自体が大型化する等、様々な問題が考えられる。そこで表示パネルの表示用画素と一体に圧力センサを組み込む場合には、圧力センサとして、電流感知方式によるものが最適であるとの判断により、本発明のタッチ入力機能付き表示装置には、電流感知式圧力センサを用いた。なおこの方式によると、表示パネルに圧力を加える必要があるため、例えば液晶表示パネルだと、セルギャップが変化して表示に影響を与えるのではないかとの懸念もあるが、実際には表示パネルに軽く触れるだけで圧力を検知することができるため、通常の液晶表示パネルを指先で軽く触れただけでは表示にほとんど影響がないように、本発明のタッチ入力機能付き表示装置においても、電流感知式圧力センサを用いたことによる表示への影響はほとんどない。

また、本発明においては、圧力センサが形成される画素は、表示パネルの総ての画素に設ける必要はなく、例えば１００画素に１つの割合で設けるように、タッチ入力手段、例えばペン先、指先などの位置を検出するのに必要な位置のみに選択的に設ければよい。これは、例えば指先やペン先などの大きさに比べると表示パネルにおける１つの画素は非常に小さなものであり、画素総てに圧力センサを設けなくとも、押圧された位置が分かるためである。また総ての画素に圧力センサを設けてしまうと、指先やペン先の場合反対に押圧された周辺も認識されてしまうので、正確な位置を認識し難くなる。また当然圧力センサ分だけ画素の開口率の低下を招いてしまうからである。

また、実施例１及び２においては、表示パネルの基板として透明ガラス基板を用いた例について説明したが、これに限らず、透明なポリエーテルスルフォン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の耐熱性プラスチック基板を使用することもできる。

また、実施例１及び２においては、表示パネルを構成する画素に、液晶表示部１６あるいは有機ＥＬ表示部２６と共に、圧力センサ部を備えたものを示したが、圧力センサ部を隣接した２つの画素の間、あるいは隣接した４つの画素の間に圧力センサ部を独立して形成してもよい。この場合には圧力センサ部の周辺の画素は、他の画素の形状とは異なり、圧力センサ部を避けるような形状にする必要がある。

以上、図面を参照して本発明の実施例を幾つか説明した。ただし、以上に示す実施例は本発明の技術思想を具体化するためのタッチ入力機能付き表示装置を例示するものであって、本発明をこのタッチ入力機能付き表示装置に特定することを意図するものではなく、本発明は本願の特許請求範囲に包含されるものに等しく適用し得るものである。

本発明の１実施例であるタッチ入力機能付き液晶表示装置の模式的説明図である。 図１の液晶表示パネルに組み込まれる電流感知式圧力センサの模式的説明図である。 本発明の他の実施例であるタッチ入力機能付き有機ＥＬ表示装置の模式的説明図である。 従来例の抵抗膜方式のタッチパネル付き液晶表示装置の説明図である。

符号の説明

１０ 液晶表示パネル
１１、２１ ガラス基板
１２ ガラス基板
１３ 表示電極
１４ 共通電極
１５ 液晶
１６ 液晶表示部
１７、２７ 圧力センサ部
１８、２８ 押圧子
１９、２９ 電流感知式圧力センサ
２０ 有機ＥＬ表示パネル
２２ カソード電極
２３ 有機ＥＬ発光層
２４ 透明アノード電極
２６ 有機ＥＬ表示部

Claims (7)

1. タッチ入力機能付き表示装置において、表示パネルの画素に表示部と共に電流感知式圧力センサからなるセンサ部を設けたことを特徴とするタッチ入力機能付き表示装置。
2. タッチ入力機能付き表示装置において、表示パネルには画素部と共に電流感知式圧力センサからなるセンサ部を設けたことを特徴とするタッチ入力機能付き表示装置。
3. 前記表示パネルが、一対の透明基板の間に液晶を把持してなる液晶表示パネルであり、一方の透明基板上の前記液晶側に前記電流感知式圧力センサが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチ入力機能付き表示装置。
4. 前記センサ部には、他方の透明基板の液晶側に押圧子が設けられており、該押圧子を介して前記電流感知式圧力センサが機能することを特徴とする請求項３に記載のタッチ入力機能付き表示装置。
5. 前記表示パネルが液晶表示パネルであり、前記押圧子が該液晶表示パネルのスペーサを兼ねていることを特徴とする請求項４に記載のタッチ入力機能付き表示装置。
6. 前記表示パネルが、透明基板上に一対の電極と該電極間に形成された有機ＥＬ発光層からなるＥＬ表示パネルであり、前記透明基板上に前記電流感知式圧力センサが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチ入力機能付き表示装置。
7. 前記センサ部には、前記一対の電極よりも突出した押圧子が設けられており、該押圧子を介して前記電流感知式圧力センサが機能することを特徴とする請求項６に記載のタッチ入力機能付き表示装置。
   

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