JP2005266215A - 液晶表示装置および抵抗検出式タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】視野角制御に優れた液晶表示装置および抵抗検出式タッチパネルを提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、散乱角制御液晶素子１および液晶表示パネル３を有している。散乱角制御液晶素子１は、第１電極１６ａおよび第１配向膜１７ａを有した第１基板１１と、第２電極１６ｂおよび第２配向膜１７ｂを有した第２基板１２と、第１基板および第２基板間に狭持され、第１基板および第２基板間を透過する光の散乱角を制御する第１液晶層１３と、を含む。
【選択図】 図１

Description

この発明は、液晶表示装置および抵抗検出式タッチパネルに関する。

近年、液晶表示装置はノートパソコン、モニター、カーナビゲーション、関数電卓、中小型ＴＶ、大型ＴＶ、携帯電話、電子手帳など様々な分野に応用されている。

これら液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動の実現及びインプレーンスイッチングモード（ＩＰＳ）やマルチバーティカルアラインモード（ＭＶＡ）、ワイドビューフィルムを適用することによって広い視野角特性および高いコントラスト特性を得ている。

これら液晶表示装置の中でもカーナビゲーション、電子手帳、パーソナルドキュメントビューワー（ＰＤＡ）、携帯電話、産業機器用途、ＡＴＭ用途、券売機用途、およびタブレットパソコン（ＰＣ）向けの液晶表示装置には、入力機能として素子前面にタッチパネルが設けられている。

これらタッチパネルを搭載した用途のうち、電子手帳、ＰＤＡ、携帯電話、ＦＡ用途、ＡＴＭ用途、およびタブレットパソコン用途においては、使用状況によっては他人に表示内容を識別されては困る場合がある。例えば携帯電話やＰＤＡ、タブレットＰＣにプライベートな内容を公共の場において表示している場合である。こうした場合、視野角特性は狭いほうが望ましい。しかしながら、複数の人で表示画像を観察する機会もあることから視野角を制御できる機能を有していることが望まれている。

近年、液晶表示装置やブラウン管（ＣＲＴ）の視野角を制御する手段として、着脱可能なルーバーシート（例えば３Ｍ製のライトコントロールフィルム）が利用されている（例えば、特許文献１参照）。また、偏光板を用いる液晶表示装置においては、観察者側の偏光板を設けない構成とし、偏光メガネをかけたときのみ表示が識別できるシステムも応用されている。
特開２００３−５８０６６号公報

従来のルーバーシートは視野角を十分狭くさせるためにシート法線方向に数ミリ程度の遮光層を設けている。このため、ルーバーシートを用いた方法では、光の透過率が低い問題を有している。ルーバーシートの製造工程も複雑で製造コストも高い。ルーバーシートを着脱する際に手間がかかる問題も有している。また、偏光メガネを用いた方法では、不特定の人に表示画像を見せることができない問題が生じる。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、視野角制御に優れた液晶表示装置および抵抗検出式タッチパネルを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る液晶表示装置は、アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された液晶層と、を含む液晶表示パネルと、第１電極、および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第２電極、および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、前記第１基板および第２基板間を透過する光の散乱角を制御する他の液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルの対向基板と対向して設けられた散乱角制御液晶素子と、を備えていることを特徴としている。

また、本発明の他の態様に係る抵抗検出式タッチパネルは、矩形状の第１電極、および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、矩形状の第２電極、および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、前記第１基板および第２基板間を透過する光の散乱角を制御する液晶層と、前記第１電極および第２電極の重なった入力領域と、を備え、前記第１電極に接続されているとともにこの第１電極の対向する一対の辺にそれぞれ設けられた第１抵抗検出電極と、前記第１電極に直交して位置し、かつ、前記第２電極に接続されているとともにこの第２電極の対向する一対の辺にそれぞれ設けられた第２抵抗検出電極と、を含み、前記入力領域の押圧された個所の位置情報を検出する位置情報検出手段を有していることを特徴としている。

また、本発明の他の態様に係る液晶表示装置は、抵抗検出式タッチパネルと、アレイ基板、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板、および前記アレイ基板および対向基板間に狭持された他の液晶層を含む液晶表示パネルと、を有し、前記液晶表示パネルの対向基板は、前記抵抗検出式タッチパネルの第１基板外側に配設されていることを特徴としている。

この発明によれば、視野角制御に優れた液晶表示装置および抵抗検出式タッチパネルを提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る散乱角制御液晶素子を備えた液晶表示装置、抵抗検出式タッチパネル、抵抗検出式タッチパネルを備えた液晶表示装置、並びに抵抗検出式タッチパネルおよび光拡散制御液晶素子を備えた液晶表示装置について詳細に説明する。

まず、第１の実施の形態に係る散乱角制御液晶素子を備えた液晶表示装置について説明する。
図１に示すように、液晶表装置は、散乱角制御液晶素子１および液晶表示パネル３を備えている。散乱角制御液晶素子１は、第１基板１１、この第１基板に所定の隙間を保持して対向配置された第２基板１２、および第１液晶層１３を有している。第１基板１１は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる第１シート１４ａと、この第１シート上に配設されているとともにＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明な導電材料により形成された第１電極１６ａと、この第１電極上に配設された第１配向膜１７ａと、を有している。第２基板１２は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる第２シート１４ｂと、この第２シート上に配設されているとともにＩＴＯ等の透明な導電材料により形成された第２電極１６ｂと、この第２電極上に配設された第２配向膜１７ｂと、を有している。第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂには、プレチルト角が５°となるようラビングが施されている。

第１基板１１および第２基板１２は、第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂが対面するように対向配置され、複数の第１スペーサ１８により所定の隙間を置いて保持されている。第１スペーサ１８は、絶縁材料で構成されている。第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂは絶縁状態に維持されている。第１基板１１および第２基板１２は、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂが対向した領域であるとともに、これら第１基板および第２基板間を透過する光の散乱角を制御可能な散乱角制御領域Ｒ１を有している。第１基板１１および第２基板１２は、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂの周縁部に配置されたシール材１９により互いに接合されている。第１液晶層１３は、第１基板１１、第２基板１２、およびシール材１９の間に狭持されている。

第１液晶層１３の層厚は、５．０μｍである。第１液晶層１３を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料のリタデーション（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０７２である。液晶分子の捩れ角は４５０°、捩れピッチは３．９２μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。

上記した第１液晶層１３は、第１基板１１および第２基板１２間を透過する光の散乱角を制御する機能を有している。より詳しくは、第１液晶層１３は、液晶分子の配向を制御することで光の散乱角を制御している。第１液晶層１３の液晶分子の配向を制御する際は、散乱角制御液晶素子１に電圧を印加して、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間の電位差を制御することで行う。

次に、上記散乱角制御液晶素子１の製造方法について説明する。
用意した第１シート１４ａ上に第１電極１６ａを形成し、第１シートおよび第１電極上に第１配向膜１７ａを塗布する。その後、第１配向膜１７ａに配向処理としてラビングを施して第１基板１１を形成する。一方、第２基板１２において、用意した第２シート１４ｂ上に第２電極１６ｂを形成し、第２シートおよび第２電極上に第２配向膜１７ｂを塗布する。その後、第２配向膜１７ｂに配向処理としてラビングを施して第２基板１２を形成する。

次いで、第１基板１１または第２基板１２上にスペーサを散布した後、第１基板または第２基板周縁部に、例えば熱硬化型のシール材１９を塗布する。続いて、第１基板１１および第２基板１２を対向配置し、焼成する。これにより、第１基板１１および第２基板１２は接合される。その後、第１基板１１および第２基板１２間に液晶を充填する。充填する際、例えば、真空注入法等の方法を用い、シール材１９の一部に設けられた液晶注入口より液晶を注入して充填する。液晶注入口は封止材で封止する。これにより、散乱角制御液晶素子１が完成する。

液晶表示パネル３は、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モードの液晶表示パネルとして構成されている。液晶表示パネル３は、第３基板としてのアレイ基板２１、第４基板としての対向基板２２、および第２液晶層２３を備えている。アレイ基板２１は、透明な絶縁基板としてのガラス基板２４と、このガラス基板上に形成された複数の画素電極２５と、各画素電極２５を含みガラス基板上に形成された配向膜２６と、を有している。また、アレイ基板２１は、ガラス基板２４上に形成された図示しない各種配線やスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）等を有している。対向基板２２は、透明な絶縁基板としてのガラス基板２７と、このガラス基板上に形成された共通電極２８と、共通電極およびガラス基板上に形成された配向膜２９と、を有している。画素電極２５および共通電極２８は、ＩＴＯ等の透明な導電材料により形成されている。配向膜２６および配向膜２９には、プレチルト角が５°となるようラビングが施されている。

アレイ基板２１および対向基板２２は、複数の第２スペーサ３０により所定の隙間を保持して対向配置されている。アレイ基板２１および対向基板２２は、画素電極２５および共通電極２８が対向しているとともに、画像を表示する表示領域Ｒ２を有している。この実施の形態において、表示領域Ｒ２は、上述した散乱角制御領域Ｒ１と重なっている。アレイ基板２１および対向基板２２は、表示領域Ｒ２の外側で両基板の周縁部に配置されたシール材３１により互いに接合されている。第２液晶層２３は、アレイ基板２１、対向基板２２、およびシール材３１の間に狭持されている。

第２液晶層２３の層厚は、５．０μｍである。第２液晶層２３を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料のリタデーション（Δｎ）は、５９０ｎｍの波長に対して０．０９２である。液晶分子の捩れ角は９０°、捩れピッチは６０μｍである。液晶分子の捩れは左回りである。

表示領域Ｒ２内において、アレイ基板２１および対向基板２２の一方の基板には、図示しない赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層を有したカラーフィルタが配置されている。このため、液晶表示パネル３は、カラー表示が可能である。

上記のように構成された液晶表示パネル３の対向基板２２は、散乱角制御液晶素子１の第１基板１１外側に配設されている。より詳しくは、対向基板２２および第１基板１１は、図示しない糊を介して貼り合わされている。アレイ基板２１の外面（外面側）には第１偏光板４１が配置され、第２基板１２の外面（外面側）には第２偏光板４２が配置されている。第１偏光板４１および第２偏光板４２は、クロスニコル配置されている。このため、液晶表示パネル３は、電圧印加状態で黒色表示となるノーマリーホワイト表示となる。アレイ基板２１の外面側には、バックライト５１が設けられている。バックライト５１は、第１偏光板４１と対向しているとともに導光板を含む導光体５２、この導光体の一側縁に対向配置された光源５３、および反射板５４を有している。

ここで、本願発明者は、上記散乱角制御液晶素子１に電圧を印加した状態および印加していない状態の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査した。その際、液晶表示パネル３は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて駆動し、散乱角制御液晶素子１は、駆動電圧１０Ｖにて駆動した。また、バックライト５１は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した。

まず、散乱角制御液晶素子１（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に電圧を印加していない状態における各種表示特性について説明する。
３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ^２と十分高い。このことから、散乱角制御液晶素子１を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度、および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、散乱角制御液晶素子１を設けない構造と同等の高い値が得られる。

次に、散乱角制御液晶素子１（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に１０Ｖの電圧を印加した状態における各種表示特性について説明する。
３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°であり、散乱角制御液晶素子１に電圧を印加していない状態と同等である。しかしながら、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°であり、散乱角制御液晶素子１に電圧を印加していない状態に比べ十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭い。

また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ^２であり、散乱角制御液晶素子１に電圧を印加していない状態と同等である。しかしながら、正面コントラストは１０００：１であり、散乱角制御液晶素子１を設けない構造とした場合や、この散乱角制御液晶素子に電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。上記したことは、第２液晶層２３の液晶分子が完全に垂直配向していないことによる正面位相差の面内方位、および第１液晶層１３の液晶分子が完全に垂直配向していないことによる正面位相差の面内方位が直交するように、各々の液晶層の捩れ方位を定めていることによるものである。

次に、散乱角制御液晶素子１により、液晶表示装置の視野角（液晶表示パネル３を透過したバックライト光の散乱角）を制御する原理について、図２および図３を用いて説明する。図２および図３は、第１液晶層１３および第２液晶層２３の断面構造概略図、並びに各液晶層の平均的屈折率楕円を示す図である。

視野角特性のなかで特に重要な特性は、コントラスト視角特性および輝度視角特性である。このうち、コントラスト視角特性は黒色表示時の視角特性に大きく左右される。ＴＮモードのように液晶分子６１がほぼ垂直に配列した状態を用いる表示モードにおいては、優れた黒色表示特性得るため、液晶分子がほぼ垂直に配列した状態にて黒色表示をすることが多い。しかしながら、液晶分子６１がほぼ垂直に配列した状態では、斜め視野において位相差が発生する。およそ液晶材料のΔｎと液晶層厚と視角を乗じた位相差が発生する。

図２、および図３に示すように、本実施形態の場合、＋４８０ｎｍ（×視角）の位相差が発生している。しかしながら、第１液晶層１３に電圧を印加していない状態での位相差（図２）は−４８０ｎｍ（×視角）となるため、第２液晶層２３の位相差と合わせた位相差はゼロとなる。上記したことから、第１液晶層１３を備えた散乱角制御液晶素子１を設けることにより、この散乱角制御液晶素子を設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を広くすることができる。

一方で、第１液晶層１３に電圧を印加し、液晶分子の振れを解き、液晶分子をほぼ垂直に配向させた状態（図３）では、第２液晶層２３同様、正の一軸性となる（＋６４０ｎｍ）。このため、第２液晶層２３の位相差と合わせた位相差は＋１１２０ｎｍとなる。上記したことから、第１液晶層１３を備えた散乱角制御液晶素子１を設けることにより、この散乱角制御液晶素子を設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を著しく狭くすることができる。

上記のように構成された散乱角制御液晶素子を備えた液晶表示装置によれば、液晶表示パネル３の対向基板２２は、散乱角制御液晶素子１の第１基板１１外側に配設されている。散乱角制御液晶素子１は、第１液晶層１３を有している。第１液晶層１３は、液晶表示パネル３を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。

このため、モバイルＰＣ、携帯電話、ＰＤＡ，電子手帳、およびタブレットＰＣ等、公共の場で使用する場合であっても、他人に表示内容識別されては困る場合には視野角を狭く、また複数の観察者で表示画像を観察する場合には視野角を広くすることができる。これにより、他人に表示内容を覗かれる心配を排除することができる。また、複数の観察者が表示画面を同時に、かつ、良好に視認できるようにもできる。この際、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間に印加する電圧を制御することにより、容易に視野角を制御することができる。これにより、液晶表示装置の表示特性を制御する際は、スイッチやボリューム１つで制御することができる。

ＭＶＡモードやツイステッドネマティックモード（ＴＮモード）、ホモジニアスモード（ＨＯＭＯモード）、ハイブリッドアラインネマティックモード等、ネマティック液晶を略垂直から水平配向、傾斜配向およびこれらに捩れを有する配向へと制御する液晶表示装置において、第１偏光板４１および第２偏光板４２は、ネマティク液晶が略垂直に配向した状態（電圧印加状態）にて黒色表示となるように配置されている。この状態では、第２液晶層２３は、光学的に見て、ほぼ正の一軸性結晶とみなすことができる。従って、表示画面の斜め方向への視野においては、位相差が生じるので黒色が浮いて見える。このため、表示画面の正面から観察する場合と比較してコントラスト比が低くなる。

また、第１液晶層１３において、液晶材料のリタデーションは小さく、液晶分子の捩れピッチは短く、液晶分子の捩れ角は４５０°である。第１液晶層１３は、第２液晶層２３と比較しても十分に旋光性が小さい。このため、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間に電圧を印加していない状態において、第１液晶層１３は、負の一軸性結晶とみなせる位相差板となる。

従って、この状態では、略垂直に配向した状態の第２液晶層２３の位相差を第１液晶層１３が補償することにより、斜め方向の視野における黒色の浮きを抑制することができる。特に、第２液晶層２３の位相差の絶対値、および第１液晶層１３の位相差の絶対値が一致しているとその効果は最大となる。また、第１液晶層１３および第２液晶層２３の捩れ方向を一致させることにより、第１液晶層１３が液晶表示パネル３（ＴＮモード）の左右視角を拡大するように作用する。

上記した効果は、第１液晶層１３の液層分子の捩れ角を以下のように制御した場合に効果的である。散乱角制御液晶素子１に電圧を印加した状態で、液晶分子を第１基板１１平面および第２基板１２平面に対して略垂直に配向させるとともに、電圧を印加しない状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向させる場合。若しくは、散乱角制御液晶素子１に電圧を印加しない状態で液晶分子を第１基板１１平面および第２基板１２平面に対して略垂直に配向させるとともに、電圧を印加した状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向させる場合である。

散乱角制御液晶素子１は、液晶表示パネル３および第２偏光板４２の間に位置するよう配置されている。これにより、第２偏光板４２は、偏光子の役割を果たす。この場合、表示画面側である第１シート１４ａ外面上に図示しない糊を介して貼り付けることが望ましい。貼り付けない場合、散乱角制御液晶素子１および第２偏光板４２間に空気界面が存在し、また、間隙狭いとニュートリング縞が視認されるようになり問題となる。逆に、散乱角制御液晶素子１および第２偏光板４２間の隙間が広いと、間隙を維持するスペーサなどが必要となるほか、液晶表示装置全体の厚みを増大させることとなる。

また、散乱角制御液晶素子１および液晶表示パネル３間も同様に、間隙を設けずに貼り合せることが望ましい。散乱角制御液晶素子１の第１シート１４ａおよび第２シート１４ｂを、可暁性のあるプラスチックや薄板ガラスで構成した場合、散乱角制御液晶素子は、図示しない糊を介して液晶表示パネル３に貼り付ければ良い。

次に、比較例１として、散乱角制御液晶素子１を除いた第１の実施の形態に係る液晶表示装置を用いて、上述した実施の形態と同様に画像を表示した場合の輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性について説明する。３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±４０°と広くも狭くもない特性が得られる。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ^２と十分高い。また、正面コントラストは５００：１である。

次に、比較例２として、第２偏光板４２を除くとともに、第１液晶層１３を除いた散乱角制御液晶素子１を設けた第１の実施の形態に係る液晶表示装置を用いて、上述した実施の形態と同様に画像を表示した場合の輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性について説明する。３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±４０°と広くも狭くもない特性が得られる。また、正面輝度は２５０ｃｄ／ｍ^２と第１の実施の形態および比較例１より低い値が得られる。上記したことは、散乱角制御液晶素子１の第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間に空気の界面が存在し、界面反射が合計８％程度発生するためである。また、正面コントラストは５００：１である。

次に、第２の実施の形態に係る抵抗検出式タッチパネルを備えた液晶表示装置について説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図４および図５に示すように、液晶表示装置は、抵抗検出式タッチパネル２、液晶表示パネル３、第１偏光板４１、第２偏光板４２、およびバックライト５１を有している。抵抗検出式タッチパネル２は、第１の実施の形態で示した散乱角制御液晶素子１とほぼ同様に構成され、上述した第１液晶層１３を有している。第１液晶層１３は、第１基板１１、第２基板１２、およびシール材１９の間に狭持されていることはいうまでもない。

第１基板１１は、矩形状の第１電極（抵抗層）１６ａに接続されているとともにこの第１電極の対向する一対の辺にそれぞれ設けられた第１抵抗検出電極１５ａ、１５ｂを有している。第２基板１２は、第１電極（抵抗層）１６ａに直交して位置し、かつ、矩形状の第２電極１６ｂに接続されているとともにこの第２電極の対向する一対の辺にそれぞれ設けられた第２抵抗検出電極１５ｃ、１５ｄを有している。

抵抗検出式タッチパネル２は、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂの重なった入力領域Ｒ３と、位置情報検出手段を有している。位置情報検出手段は、第１抵抗検出電極１５ａ、１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｃ、１５ｄを含み、入力領域Ｒ３の押圧された個所の位置情報を検出する機能を有している。ここで、第２基板１２は、入力領域Ｒ３と重なった入力面Ｓを含んでいる。第２基板１２の入力面Ｓ上に第２偏光板４２が配置されていることはいうまでもない。第２偏光板４２および液晶表示パネル３は、例えば、図示しない糊を介して抵抗検出式タッチパネル２にそれぞれ貼り合わせられている。

この実施の形態において、押圧された個所の位置情報を検出する第１抵抗検出電極１５ａ、１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｃ、１５ｄが上下にそれぞれ２個所ずつ、合計４個所に設けられている。第２偏光板４２（抵抗検出式タッチパネル２）の外面を押圧すると、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂが接触するため、そのときの電極間の抵抗（第１抵抗検出電極１５ａおよび第２抵抗検出電極１５ｃ間、第１抵抗検出電極１５ａおよび第２抵抗検出電極１５ｄ間、第１抵抗検出電極１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｃ間、並びに第１抵抗検出電極１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｄ間の４通り）を計測することによって押圧した個所を検出する仕組みとなっている。第１抵抗検出電極１５ａ、１５ｂおよび第２抵抗検出電極１５ｃ、１５ｄは、Ａｌ、Ｍｏ等低抵抗のメタルを蒸着若しくはスパッタリング法にて成膜した後、パターニングして形成される。

上記のように構成された抵抗検出式タッチパネルを備えた液晶表示装置によれば、抵抗検出式タッチパネル２は第１液晶層１３を有している。液晶表示パネル３の対向基板２２は、抵抗検出式タッチパネル２の第１基板１１外側に配設されている。抵抗検出式タッチパネル２は、第１液晶層１３を有している。第１液晶層１３は、液晶表示パネル３を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。

このため、他人に表示内容を識別されては困る場合には視野角を狭く、また複数の人で表示画像を観察する場合には視野角を広くすることができる。この際、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間に印加する電圧を制御することにより、容易に視野角を制御することができる。このような表示特性を制御する際、消費電力を殆ど増大させることなく制御できる。

抵抗検出式タッチパネル２は、従来の抵抗検出式タッチパネル内に第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂを形成し、第１液晶層１３を狭持して構成されている。従って、第１配向膜１７ａおよび第２配向膜１７ｂの形成、および液晶注入に係わる工程以外、抵抗検出式タッチパネル２は、従来の抵抗検出式タッチパネル同様の工程、および部材にて製造することができる。このため、液晶表示装置全体の重量および厚みを増加させることなく形成することができる。また、製造コストを殆ど増大させることなく液晶表示装置を形成することができる。

液晶表示装置は、第２偏光板４２、抵抗検出式タッチパネル２、液晶表示パネル３、および第１偏光板４１の順に配置され、互いに貼り合わせて構成されている。抵抗検出式タッチパネル２は位置情報検出手段を有している。このため、位置情報検出手段により、入力領域Ｒ３の押圧された個所の位置情報を良好に検出することができる。抵抗検出式タッチパネル２は、第１液晶層１３を狭持して構成されているが、従来の抵抗検出式タッチパネル同様、押圧された個所の位置情報を良好に検出することができる。

次に、第３の実施の形態に係る抵抗検出式タッチパネルを備えた液晶表示装置について説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した第２の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６に示すように、液晶表示装置は、抵抗検出式タッチパネル２、液晶表示パネル３、第１偏光板４１、第２偏光板４２、およびバックライト５１を有し、第２の実施の形態で示した液晶表示装置とほぼ同様に構成されている。抵抗検出式タッチパネル２の第１基板１１および液晶表示パネル３の対向基板２２は共通基板７１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。抵抗検出式タッチパネル２が第１液晶層１３および位置情報検出手段を有していることはいうまでもない。

ここで、本願発明者は、上記抵抗検出式タッチパネル２に電圧を印加した状態および印加していない状態の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、第１の実施の形態と同様、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査した。その際、液晶表示パネル３は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて駆動し、抵抗検出式タッチパネル２は、駆動電圧１０Ｖにて駆動した。また、バックライト５１は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘの環境下に配置した。

まず、抵抗検出式タッチパネル２（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に電圧を印加していない状態における各種表示特性について説明する。
３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３３０ｃｄ／ｍ^２と十分高い。このことから、抵抗検出式タッチパネル２を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度、および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、抵抗検出式タッチパネル２を設けない構造と同等の高い値が得られる。

次に、抵抗検出式タッチパネル２（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に１０Ｖの電圧を印加した状態における各種表示特性について説明する。
３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°であり、抵抗検出式タッチパネル２に電圧を印加していない状態と同等である。しかしながら、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°であり、抵抗検出式タッチパネル２に電圧を印加していない状態に比べ十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭い。

また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ^２であり、抵抗検出式タッチパネル２に電圧を印加していない状態と同等である。しかしながら、正面コントラストは１０００：１であり、抵抗検出式タッチパネル２を設けない構造とした場合や、この抵抗検出式タッチパネルに電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。

上記のように構成された抵抗検出式タッチパネルを備えた液晶表示装置によれば、抵抗検出式タッチパネル２は、第１液晶層１３を有している。第１液晶層１３は、液晶表示パネル３を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。

第１基板１１および対向基板２２は共通基板７１を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。このため、液晶表示装置全体の厚みおよび重量を軽減することができる。

次に、第４の実施の形態に係る抵抗検出式タッチパネルおよび光拡散制御液晶素子を備えた液晶表示装置について説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した第３の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図７に示すように、液晶表示装置は、抵抗検出式タッチパネル２、液晶表示パネル３、第１偏光板４１、第２偏光板４２、バックライト５１、および光拡散制御液晶素子４を有している。抵抗検出式タッチパネル２が第１液晶層１３および位置情報検出手段を有していることはいうまでもない。光拡散制御液晶素子４はバックライト５１およびアレイ基板２１間に配設されている。より詳しくは、光拡散制御液晶素子４はバックライト５１および第１偏光板４１間に配設されている。

バックライト５１は、導光体５２表面に対向して配置された高集光性のプリズムシート５５（図８および図９）を有している。プリズムシート５５は、バックライト５１から出射されるバックライト光の平行度（指向性）を高める機能を有している。プリズムシート５５は、通常ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）用の液晶表示装置などに用いるプリズムシートより平行度を高める構造である。プリズムシート５５としては、例えば、長瀬産業製のコリメートシート等、出射されるバックライト光の平行度が極めて高くなるものが用いられる。

次に、光拡散制御液晶素子４について説明する。
光拡散制御液晶素子４は、第５基板８１、第６基板８２、および第３液晶層８３を備えている。第５基板８１は、透明な絶縁基板としてのガラス基板８４ａと、このガラス基板上に形成された第３電極８５ａと、第３電極を含みガラス基板上に形成された配向膜８６ａと、を有している。第６基板８２は、透明な絶縁基板としてのガラス基板８４ｂと、このガラス基板上に形成された第４電極８５ｂと、第４電極およびガラス基板上に形成された配向膜８６ｂと、を有している。第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂは、ＩＴＯ等の透明な導電材料により形成されている。配向膜８６ａおよび配向膜８６ｂには、ラビングが施されている。

第５基板８１および第６基板８２は、複数の第３スペーサ８７により所定の隙間を保持して対向配置されている。第５基板８１および第６基板８２は、第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂが対向しているとともに、光拡散制御液晶素子４に照射されるバックライト光の光拡散を制御可能な光拡散制御領域Ｒ４を有している。この実施の形態において、光拡散制御領域Ｒ４は、上述した表示領域Ｒ２と重なっている。

第５基板８１および第６基板８２は、光拡散制御領域Ｒ４の外側で両基板の周縁部に配置されたシール材８８により互いに接合されている。第３液晶層８３は、第５基板８１、第６基板８２、およびシール材８８の間に狭持されている。

ここで、この実施の形態に係る第３液晶層８３について説明する。第３液晶層８３の層厚は、２５．０μｍである。第３液晶層８３は、リタデーションが０．２３であるネマティック液晶に光架橋性ポリマ（polymer）を２ｗｔ％溶解した液晶材料で構成されている。第３液晶層８３の液晶材料は室温状態では透明な液体である。

第５基板８１、第６基板８２、およびシール材８８の間に第３液晶層８３を充填する際は、従来の液晶注入法と同様に真空注入法等を用いることで充填できる。従って、液晶を充填する際は液体状態で充填される。充填された液晶には、紫外線が照射され、ポリマ（ポリマーネットワーク）が形成されるとともに液晶分子が析出される。第３液晶層８３の液晶分子の配向はほぼランダムとみなすことができる。形成されたポリマの屈折率は析出した液晶分子の常光屈折率に等しい。

上記のように構成された光拡散制御液晶素子４の第５基板８１は、バックライト５１に対向して配置されている。第６基板８２は、第１偏光板４１に対向して配置されている。ここで、第６基板８２は、例えば図示しない糊を介して第２偏光板４２に貼り合わせても良い。

ここで、本願発明者は、上記抵抗検出式タッチパネル２および光拡散制御液晶素子４に電圧を印加した状態および印加していない状態の２通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、第１の実施の形態と同様、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度、および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査した。その際、液晶表示パネル３はＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて駆動し、抵抗検出式タッチパネル２は駆動電圧１０Ｖにて駆動し、光拡散制御液晶素子４は駆動電圧５Ｖにて駆動した。また、バックライト５１は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度０ｌｘの環境下に配置した。

まず、抵抗検出式タッチパネル２（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）および光拡散制御液晶素子４（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に電圧を印加していない状態における各種表示特性について説明する。

３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±６０°と広く、コントラスト比１０：１以上の視野角も左右方向で±８０°と十分広い。また、正面輝度は３００ｃｄ／ｍ^２と十分高い。このことから、抵抗検出式タッチパネル２や光拡散制御液晶素子４を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度、および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは５００：１であり、抵抗検出式タッチパネル２や光拡散制御液晶素子４を設けない構造と同等の高い値が得られる。

次に、抵抗検出式タッチパネル２（第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ間）に１０Ｖの電圧を印加するとともに光拡散制御液晶素子４（第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂ間）に電圧を印加した状態における各種表示特性について説明する。

３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±２０°と十分狭く、コントラスト比１０：１以上の視野角は左右方向で±１５°と十分狭い。コントラスト比１：１以上の視野角は左右方向で±２０°と十分狭く、左右視野２０°以上では表示を全く識別できない状態となった。

また、正面輝度は６００ｃｄ／ｍ^２であり、光拡散制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。また、正面コントラストは１０００：１であり、抵抗検出式タッチパネル２を設けない構造とした場合や、この抵抗検出式タッチパネルに電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。

次に、光拡散制御液晶素子４が、液晶表示装置の輝度視角を制御できる原理について、図８および図９を用いて説明する。
光拡散制御液晶素子４の第３液晶層８３に電圧を印加しない状態（図８）において、液晶分子６１の配向はほぼランダムである。このため、屈折率は、常光屈折率および異常光屈折率の平均となる。これに対し、ポリマ９１の屈折率は析出した液晶分子６１の常光屈折率に等しい。このため、リタデーションは、上述したリタデーションの半分、つまり０．１１５程度となり、屈折率に差が生じることとなる。

また、ポリマ９１は、ランダムな３次元構造からなっているので、プリズムシート５５を透過したバックライト光は、光拡散制御液晶素子４にて拡散される。このため、光拡散制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合と同様、広い輝度視角が得られる。

第３液晶層８３の液晶分子６１がほぼ垂直に配向するよう、第３液晶層に十分な電圧を印加した状態（図９）において、液晶分子の配向はほぼ垂直となる。このため、第３液晶層８３に入射する光の進行方向に対する屈折率は常光屈折率となる。これに対し、ポリマ９１の屈折率は析出した液晶分子６１の常光屈折率に等しい。このため、ポリマ９１および液晶分子６１間に屈折率差は生じず、プリズムシート５５を透過したバックライト光は光拡散制御液晶素子４をそのまま透過する。

上述したように、プリズムシート５５により十分に高められた平行度の高い光を液晶表示パネル３（図７）に出射できる。このため、光拡散制御液晶素子４を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに狭い輝度視角が得られる。この際、正面輝度は、輝度視角を絞っている分、その従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに高くなる。

上記のように構成された抵抗検出式タッチパネルおよび光拡散制御液晶素子を備えた液晶表示装置によれば、抵抗検出式タッチパネル２は、第１液晶層１３を有している。第１液晶層１３は、液晶表示パネル３を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。上述したように、抵抗検出式タッチパネル２は視野角やコントラスト視角も制御できる。

抵抗検出式タッチパネル２および光拡散制御液晶素子４の双方を設けることにより、コントラスト視角および輝度視角を同時に制御することが可能となる。これらの制御は、双方の液晶層に印加する電圧を制御することにより、最も広視角な状態から最も狭視角な状態の間でアナログ的に自由にできる。光拡散制御液晶素子４により視野角を狭く制御した状態（第３液晶層８３が透明に制御された状態）では、表示画面の正面方向に出射光を集中させることができる。この場合、バックライト強度を弱めても十分な輝度を得ることができるため、消費電力を低減できる。なお、抵抗検出式タッチパネル２を設けていない場合でも、正面輝度を向上できるため、消費電力を低減できることはいうまでもない。

第３液晶層８３に電圧を印加していない状態での液晶分子の配向はランダムであり、配向膜８６ａ、８６ｂによる配向制御は必要ない。しかしながら、第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂを保護し、かつ、第３液晶層８３の保持特性を高めるためにも配向膜８６ａ、８６ｂは設けたほうが望ましい。ただし、この場合、ラビング等の配向処理は不要である。

抵抗検出式タッチパネル２の第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂ、並びに光拡散制御液晶素子４の第３電極８５ａおよび第４電極８５ｂは、それぞれ一体に形成されている。このため、抵抗検出式タッチパネル２および光拡散制御液晶素子４の消費電力は液晶表示パネル３の消費電力と比較しても十分に少なく、また、製造も容易である。このため、ガラス基板８４ａ、８４ｂのかわりにプラスチック基板や薄板ガラスを用いて光拡散制御液晶素子４を構成することも容易である。この場合、光拡散制御液晶素子４の全体の厚み、および重量をより軽減できる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、散乱角制御液晶素子１を設けた液晶表示装置について説明したが、この液晶表示装置は、さらに光拡散制御液晶素子４を設けて構成されても良い。光拡散制御液晶素子４は、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）、ＰＮＬＣ（Polymer Network Liquid Crystal）、およびＰＳＣＴ（Polymer Stabilized Cholesteric Texture）等で構成されていれば良い。

本発明の第１の実施の形態に係る散乱角制御液晶素子を備えた液晶表示装置の断面図。 図１に示した液晶表示パネルの液晶層の液晶分子が垂直に配向した場合における抵抗検出式タッチパネルおよび液晶表示パネルそれぞれの液晶層の液晶分子の配向状態および平均的屈折率楕円の形状を説明するための概略図。 図１に示した液晶表示パネルの液晶層の液晶分子が垂直に配向した場合における抵抗検出式タッチパネルおよび液晶表示パネルそれぞれの液晶層の液晶分子の配向状態および平均的屈折率楕円の形状を説明するための概略図。 本発明の第２の実施の形態に係る抵抗検出式タッチパネルを備えた液晶表示装置の断面図。 図４に示した抵抗検出式タッチパネルの概略平面図。 本発明の第３の実施の形態に係る抵抗検出式タッチパネルを備えた液晶表示装置の断面図。 本発明の第４の実施の形態に係る抵抗検出式タッチパネルおよび光拡散制御液晶素子を備えた液晶表示装置の断面図。 図７に示した光拡散制御液晶素子の液晶層の断面構造およびバックライト光の光路を説明するための図。 図７に示した光拡散制御液晶素子の液晶層の断面構造およびバックライト光の光路を説明するための図。

符号の説明

１…散乱角制御液晶素子、２…抵抗検出式タッチパネル、３…液晶表示パネル、４…光拡散制御液晶素子、１１…第１基板、１２…第２基板、１３…第１液晶層、１４ａ…第１シート、１４ｂ…第２シート、１５ａ，１５ｂ…第１抵抗検出電極、１５ｃ，１５ｄ…第２抵抗検出電極、１６ａ…第１電極、１６ｂ…第２電極、１７ａ…第１配向膜、１７ｂ…第２配向膜、１８…第１スペーサ、１９…シール材、２１…アレイ基板、２２…対向基板、２３…第２液晶層、２４…ガラス基板、２５…画素電極、２６…配向膜、２７…ガラス基板、２８…共通電極、２９…配向膜、３０…第２スペーサ、３１…シール材、４１…第１偏光板、４２…第２偏光板、５１…バックライト、５２…導光体、５３…光源、５４…反射板、５５…プリズムシート、６１…液晶分子、７１…共通基板、８１…第５基板、８２…第６基板、８３…第３液晶層、８４ａ…ガラス基板、８４ｂ…ガラス基板、８５ａ…第３電極、８５ｂ…第４電極、８６ａ…配向膜、８６ｂ…配向膜、８７…第３スペーサ、８８…シール材、９１…ポリマ、Ｒ１…散乱角制御領域、Ｒ２…表示領域、Ｒ３…入力領域、Ｒ４…光拡散制御領域、Ｓ…入力面。

Claims (10)

1. アレイ基板と、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された液晶層と、を含む液晶表示パネルと、
   第１電極、および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、第２電極、および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、前記第１基板および第２基板間を透過する光の散乱角を制御する他の液晶層と、を含み、前記液晶表示パネルの対向基板と対向して設けられた散乱角制御液晶素子と、を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記他の液晶層は、前記第１電極および第２電極間に電圧を印加した状態で、液晶分子を前記第１基板平面および第２基板平面に対して略垂直に配向するとともに、前記電圧を印加しない状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向し、
   若しくは、前記第１電極および第２電極間に電圧を印加しない状態で液晶分子を前記第１基板平面および第２基板平面に対して略垂直に配向するとともに、前記電圧を印加した状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向するよう制御されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 矩形状の第１電極、および前記第１電極に重なった第１配向膜を有した第１基板と、前記第１基板に所定の隙間をおいて対向配置され、かつ、矩形状の第２電極、および前記第２電極に重なっているとともに前記第１配向膜と対向した第２配向膜を有した第２基板と、前記第１基板および第２基板間に狭持され、前記第１基板および第２基板間を透過する光の散乱角を制御する液晶層と、前記第１電極および第２電極の重なった入力領域と、を備え、
   前記第１電極に接続されているとともにこの第１電極の対向する一対の辺にそれぞれ設けられた第１抵抗検出電極と、前記第１電極に直交して位置し、かつ、前記第２電極に接続されているとともにこの第２電極の対向する一対の辺にそれぞれ設けられた第２抵抗検出電極と、を含み、前記入力領域の押圧された個所の位置情報を検出する位置情報検出手段を有していることを特徴とする抵抗検出式タッチパネル。
4. 前記液晶層は、前記第１電極および第２電極間に電圧を印加した状態で、液晶分子を前記第１基板平面および第２基板平面に対して略垂直に配向するとともに、前記電圧を印加しない状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向し、
   若しくは、前記第１電極および第２電極間に電圧を印加しない状態で液晶分子を前記第１基板平面および第２基板平面に対して略垂直に配向するとともに、前記電圧を印加した状態で、液晶分子を捩れ角３６０°以上に配向するよう制御されていることを特徴とする請求項３に記載の抵抗検出式タッチパネル。
5. 請求項３に記載の抵抗検出式タッチパネルと、
   アレイ基板、前記アレイ基板に所定の隙間をおいて対向配置された対向基板、および前記アレイ基板および対向基板間に狭持された他の液晶層を含む液晶表示パネルと、を有し、
   前記液晶表示パネルの対向基板は、前記抵抗検出式タッチパネルの第１基板外側に配設されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記第２基板の外面側に偏光板が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 他の偏光板を有し、前記他の偏光板は前記アレイ基板の外面側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１基板および対向基板は、同一の基板で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 平行度の高い光を出射するバックライトと、前記バックライトおよびアレイ基板間に配設された光拡散制御液晶素子を有し、
   前記光拡散制御液晶素子は、前記バックライトから照射されるバックライト光の輝度視角を制御することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
10. 前記光拡散制御液晶素子は、第３基板と、前記第３基板に所定の隙間をおいて対向配置された第４基板と、前記第３基板および第４基板間に狭持されているとともに、前記液晶層および他の液晶層と異なる第３の液晶層と、を有していることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。

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