JP2010139938A - タッチパネル及びタッチパネル付き液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車載用ナビゲーションシステムなどの表示装置においては、運転席側のフロントガラスに表示装置の表示画面が映り込み、特に夜間での運転操作に支障をきたす虞があったが、この映り込みを簡単な構成にて確実に抑制することを可能にしたタッチパネル及びタッチパネル付き液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 タッチパネル本体１６の操作面側にλ／４位相差フィルム１７と偏光板１８を設け、非操作側に第１と第２の位相差フィルム１９，２０からなる積層位相差フィルム２１を配置して、右斜め上方への出光を抑制する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、車載用ナビゲーションシステムの表示装置に使用されるタッチパネル及びこのタッチパネルを備えた液晶表示装置に関する。

現在、車載用ナビゲーションシステムにおいては、その表示装置として液晶表示装置と、この液晶表示パネル画面上に積載された透明なタッチパネルから構成され、このタッチパネルを用いて情報の入力や選択切換えなどの動作が行われている。このタッチパネルを使用しない場合には、タッチパネルを透過して下側の液晶表示装置に表示される表示画面を視認することができるので広く採用されている。

このような車載用のタッチパネルを備えた液晶表示装置は、一般に運転席と助手席の間のコントロールパネルに組み込まれて使用されたり、ダッシュボード上に設置されたりするのが一般的である。

このように設置された液晶表示装置においては、運転席から見ることは勿論、助手席の同乗者にも見えるようにするため、左右方向に同等な視野角が設定された車載用液晶表示装置が特許文献１に記載されている。

また、運転者は液晶表示装置の表示画面を直視して表示画面の内容を視認しているが、液晶表示装置の表示画面がフロントガラスに映り込んで反射画像も見ることになる。これは特に夜間においては恰も運転席側のフロントガラス上に液晶表示画面が存在するように認識されるので、運転の妨げとなってしまう。このような映り込みの弊害を抑制するために、フロントガラスへの映り込みを抑制した車載用液晶表示装置が特許文献２に記載されている。
特開２００２−１８２１９６号公報 特開２００２−１８７４９１号公報

このようなフロントガラスへの映り込みの抑制は、基本的にはタッチパネルを通過した光がＰ偏光成分となるように設定し、この光をフロントガラス面に対してブリュースタ角付近とすることで、反射率をゼロになるようにしているものである。

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の液晶表示装置においても、依然として液晶表示装置から斜め上方には光が漏れ出て完全には反射光をゼロとすることは難しく、更なる映り込み防止のための改善が望まれている。

本発明は、このような問題点を改善し、簡単な構成でありながらも上方への光の漏洩を極力抑制して、夜間運転にも支障がないようにしたタッチパネル及びこのタッチパネルを有する液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、センサ用電極を有するタッチパネル本体と、このタッチパネル本体の操作面側に配置されたλ／４位相差フィルムと、このλ／４位相差フィルムの外側に配置された偏光板と、タッチパネル本体を通過する光路中に配置されλ／４位相差フィルムを通過する光の位相差を調整し互いに偏光軸を異にする積層位相差フィルムとを有することを特徴とする。

また本発明は、アレイ基板と対向基板間に液晶層を設けた液晶表示パネルの出射面側にタッチパネルを配置したタッチパネル付き液晶表示装置において、タッチパネルはセンサ用電極を有するタッチパネル本体と、このタッチパネル本体の操作面側に配置されたλ／４位相差フィルムと、このλ／４位相差フィルムの外側に配置された偏光板とを有し、タッチパネルあるいは液晶表示パネルを通過する光路中にタッチパネルのλ／４位相差フィルムを通過する光の位相差を調整し互いに偏光軸を異にする積層位相差フィルムを介在させていることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成でありながらタッチパネル及びこのタッチパネルを備えた液晶表示装置の斜め上方への漏洩光を極力抑制することにより、運転席側のフロントガラスへの表示画面の映り込みを防止したタッチパネル及びタッチパネル付き液晶表示装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明をタッチパネル付き液晶表示装置に適用した場合について、図１を参照して説明する。

タッチパネル付き液晶表示装置は、大別すると、タッチパネル部１０と液晶表示部３０及びバックライト部５０から構成されている。

液晶表示部３０は、透明ガラス材から構成される絶縁基板３１の主面上に、いずれも図示はしないが、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などからなる透明画素電極がマトリクス状に配置され、これら画素電極の行方向には複数の走査線が、画素電極の列方向には複数本の信号線が配設されている。この画素電極に対応して走査線及び信号線の交差位置近傍にはスイッチング素子として複数のＴＦＴを有している。このＴＦＴは画素電極の行に沿って形成される走査線とゲート電極が接続され、また画素電極の列に沿って形成される信号線にソース電極もしくはドレイン電極が接続されている。

そして、走査線駆動回路から走査線を介して供給される駆動電圧によってＴＦＴが導通し、信号線駆動回路からの信号電圧をＴＦＴのソース・ドレイン通路を通して画素電極に印加するように動作する。さらにこの画素電極には、所定の電位に設定された補助容量線から構成される補助容量が並列に接続されており、これらＴＦＴや画素電極、走査線や信号線などの駆動線の上面には、さらにポリイミドなどから構成される配向膜が設けられてアレイ基板２２が構成されている。

また、このアレイ基板３２と対向する対向基板３３は、同様に透明ガラス材にて形成された絶縁基板３４と、この絶縁基板３４のアレイ基板３２と対向する主面上には、いずれも図示はしないが、その周辺部分に黒色の遮光膜が設けられるとともに、ＩＴＯなどから構成される透明共通電極が設けられ、この共通電極の上面には、さらにポリイミドなどからなる配向膜が設けられている。この遮光膜に囲まれた絶縁基板３４部分にはアクリル材などから構成される三原色カラーフィルタ、並びに配線間の隙間からの漏光を遮断するためのブラックマトリクスが設けられて対向基板３３を構成している。これら共通電極には共通電極駆動回路からの駆動電圧が供給されている。

このアレイ基板３２と対向基板３３とは、所定の間隙を持って対向配置されるとともにシール材３５を介して貼り合わされており、この間隙部には液晶部材３６が封止されて液晶表示パネル３７が構成され、さらにアレイ基板３２と対向基板３３の両外表面上には夫々偏光板３８，３９が貼付されて液晶表示部３０を構成している。この液晶表示部３０のアレイ基板３２側の偏光板３８の下側にバックライト部５０が配置される。

このバックライト部５０は、平板状のアクリル樹脂などからなる導光板５１の一側にＬＥＤなどの光源体５２を配置したサイドライト型の光源として構成され、導光板５１の出射面上には拡散シート５３やプリズムシート５４などの光学シート５５が積層配置され、この光学シート５５からの光が液晶表示部３０を照射するように、液晶表示部３０と対向する部分に開口５６を有するケース５７内に収容されてバックライト部５０を構成している。勿論サイドライト型の光源に限らず直下型の光源として構成することも可能である。

一方、液晶表示部３０の非バックライト部側には、タッチパネル部１０が積層配置される。このタッチパネル部１０は、透明ガラス基板１１の表面にＩＴＯ膜からなる第１の電極パターン１２が設けられ、このガラス基板１１に対向してシール材１３によって離間配置された光学等方性フィルム１４が形成され、この光学等方性フィルム１４のガラス基板１１との対向面にもＩＴＯ膜からなる第２の電極パターン１５が形成されてタッチパネル本体１６を構成している。

このタッチパネル本体１６では、光学等方性フィルム１４の押圧によって第１第２の電極パターン１２，１５間の静電容量変化もしくは抵抗値の変化を検出してタッチ位置を検出している。勿論両電極パターン１２，１５間の導通によって位置を検出するように構成してもよい。この光学等方性フィルム１４の外側面にはλ／４位相差フィルム１７が接着され、さらにその外側に偏光板１８が接着されている。

一方、ガラス基板１１の外側面には、第１の位相差フィルム１９と、第２の位相差フィルム２０との積層位相差フィルム２１が接着されている。位相差フィルムの各プレートは、基材（フィルム）上に成膜された１軸性の光学異方性層（液晶化合物製複屈折層）のうち、光学軸が基材平面に垂直な方向になるものをＣプレートと称し、光学軸が基材平面に平行な方向にあるものをＡプレートと称し、光学軸が基材平面から垂直な方向に傾いているものをＯプレートと称している。ここで第１の位相差フィルム１９としてＣプレートで構成し、第２の位相差フィルム２０としてはＯプレートとして構成している。

このように構成された液晶表示装置は、バックライト部５０を点灯し、ＴＦＴを駆動して画素電極をスイッチング制御させることで、画素電極電圧と対向する共通電極に供給される電圧との電位差によって各々の画素電極上の液晶部材３６を制御することにより所定の画像を表示している。

ここでタッチパネル部１０について、更に詳しく説明する。図２はタッチパネル部１０の構成を概略的に示したもので、タッチパネル部１０の偏光板１８側（タッチパネル本体１６の入力側の偏光板１８側）からタッチパネル本体１６面を、夫々図中矢印Ａにて示す上方向、即ち映り込み方向Ａ、図中矢印Ｂにて示す正面方向Ｂ及び図中矢印Ｃで示す下方向Ｃから見た状態を示すもので、第１の位相差フィルム１９にはＣプレート（ｎｘ＝ｎｙ2≒ｎｚ）を使用し、第２の位相差フィルム２０には光学軸をθだけｚ方向に傾けたＯプレートを使用している（図７参照）。

一般に偏光と位相差との関連については、屈折率の異なる物質を光が透過する場合において、屈折率（Ｎｘ）によって光の進行速度（Ｃｘ）が異なるために両者の間で振動波の周期にずれが生じ、このずれが位相差となるものと言われている。

先ず液晶表示部３０の液晶表示パネル３７上の偏光板３９から出射される光が右上斜め４５°偏光の場合を例にとって、タッチパネル部１０の上方向Ａ（映り込み方向Ａ）から見た状態について図３を用いて説明する。

図３（ａ）に示すように、液晶表示部３０から出射されてタッチパネル部１０に入射される光の偏光軸７１を右上４５°偏光とすると、第２の位相差フィルム２０では映り込み方向Ａから見ると位相差が生じていない真円状態となっており、第１の位相差フィルム１９については楕円状態で、λ／４位相差フィルム１７は右上４５°方向に楕円となっている。偏光板１８の偏光軸は９０°に設定されている。

ここで３枚の位相差フィルム１７，１９，２０の光学特性を組み合わせると、図３（ｂ）に示すように、位相差は合計でλ／２となり、これら３枚の位相差フィルム１７，１９，２０を通る光は、図３（ｃ）に示すように、タッチパネル部１０への入光に対して４５°時計回り方向に右回転させられ、タッチパネル部１０の左右方向となるｘ方向への出光となる。

この３枚の位相差フィルム１７，１９，２０を通過した光を偏光板１８に供給すると、図３（ｄ）に示すように、偏光板１８にて互いに打ち消されて、タッチパネル部１０からタッチパネル部１０上方の映り込み方向への出光を略ゼロとすることができる。このために、映り込み方向への光の供給が停止されて、フロントガラスへの映り込みを抑制することが可能となる。

一方、図４に示すように、タッチパネル部１０の正面方向の光は、同様に図４（ａ）に示すように、液晶表示部３０から出射されてタッチパネル部１０に入射される光を右上斜め４５°の入光の偏光軸７１とすると、第２の位相差フィルム２０については縦長の楕円状となり、第１の位相差フィルム１９は位相差なしの真円状態となる。

λ／４位相差フィルム１７と偏光板１８はそのまま変化しないので、図４（ｂ）に示すように、３枚の位相差フィルム１７，１９，２０の位相差は、合計でλ／２となる。

このため３枚の位相差フィルム１７，１９，２０を通過する光は、図４（ｃ）に示すように、入光に対して４５°時計回りと反対方向に左回転した出光となる。

この３枚の位相差フィルム１７，１９，２０を通過した光を偏光板１８に供給すると、図４（ｄ）に示すように、偏光板１８との偏光軸が合致するためにそのまま光が外部に出射されることになる。

また、図５に示すように、タッチパネル部１０の下方向からの光については、同様に図５（ａ）に示すように、液晶表示部３０から出射されてタッチパネル部１０に入射される光を右上斜め４５°の入光の偏光軸７１とすると、第２の位相差フィルム２０は正面方向から見た状態よりも更に縦長の状態となり、第１の位相差フィルム１９は横長の楕円を示す。

同様に、第２の位相差フィルム２０と第１の位相差フィルム１９及びλ／４位相差フィルム１７の３枚の位相差フィルム１７，１９，２０を足し合わせると、図５（ｂ）に示すように、位相差がλ／２に近いもの（≒λ／２）となるので、図５（ｃ）に示すように、入光に対して円偏光の状態となる。

この３枚の位相差フィルム１７，１９，２０を通過した円偏光の光は偏光板１８に供給され、図５（ｄ）に示すように、偏光板１８によって円偏光の縦方向のみの光が出光される。

なお、この実施の形態の場合では、偏光板１８の偏光軸を９０°に設定した場合について説明しているが、タッチパネル部１０や液晶表示部３０の視野角特性のばらつきや、液晶表示装置の取付け位置、取付け角度、あるいは運転者の着座位置または視角の変動などの要因によって、必ずしも偏光軸が９０°の場合が最良の状態とはならない場合も生ずる。これらの点を考慮して、運転者側方向からタッチパネル部１０を見て偏光軸を９０°〜９０°＋１５°（９０°〜１０５°）までの範囲で設定した場合に良好な表示特性が得られる。そのため、偏光板１８の偏光軸を９０°または略９０°との表現を用いる場合があるが、この略９０°には、上記の９０°〜９０°＋１５°の範囲が含まれるものとする。

このように、タッチパネル部１０では正面方向Ｂ及び下方向Ｃには出光を許すが、映り込み方向となる上方向Ａに関しては、夫々の位相差フィルム１７，１９，２０によって位相差が調整され、偏光板１８の偏光軸との関係から上方向Ａへの出光の通過が制限され抑制されてしまうので、フロントガラスへの映り込みを防止することが可能となる。

この光の透過率分布状態を図６に示す。この透過率分布は偏光板の吸収軸を４５°に設定した場合のタッチパネル部１０の透過率分布を表しているもので、図中符号ａで示す範囲の透過率が最も低く、図中符号ｈで示す範囲の透過率が最も高いことを示しており、図中の符号ａ→ｂ→…ｇ→ｈの順で透過率が高くなることを表している。

この透過率分布からも分かるように、上方向への透過率が低くなっていることが確かめられ、この透過率が低下している状態とは、出光が殆ど無い状態を示すものであって、このため上方向に透過率の低い分布が形成されることから、フロントガラスへの映り込みを抑制することを可能としている。当然ながら、正面や左右方向に対しての透過率は良好な状態にあるので、直接表示画面を視認する上では何等の問題もない。

この第２の位相差フィルム２０は、図７にも示すように、光学軸をθ分だけｚ方向に傾けたＯプレートを使用するもので、この第２の位相差フィルム２０と第１の位相差フィルム１９を用いたタッチパネル部１０の左右方向の視野角特性を図８に示す。

この図８では、横軸に視野角を、縦軸に透過率を採ったもので、左方向−６０°の視野角が若干低下するものの、それ以外の範囲では透過率８０％以上の良好な視野角を確保することができていることが分かる。

また、右斜め上方向（図７でのθが１５°方向）での視野角特性を図９に示す。ここで図中で符号※として示した略６０°〜７０°の範囲が運転席側のフロントガラスへの映り込み方向となるものであり、この方向での透過率が大きく低下された特性となっていることから、運転席側フロントガラスへの映り込みの抑制に大いに効果を発揮していることが分かる。

このように、液晶表示部３０からタッチパネル部１０を通して運転席側への画面の映り込みを抑制することができるので、特に夜間の運転に際しての映り込みによるフロントガラス前面の視認性の妨害を抑制することが可能となり、運転操作に支障をきたすことがなくなるので、安全運転を可能としている。

また、タッチパネル部１０の透過軸がｙ軸方向に設定されるので、偏光サングラスの吸収軸と略直交する関係となるので、偏光サングラスを掛けて運転していても、タッチパネル部１０と±４５°の範囲内であればタッチパネル部１０からの光を透過させることが可能である。このために偏光サングラスを通して表示画面を見ても明るく明示させることができ、偏光サングラスを着用していてもタッチパネル面を介して液晶画面を視認することが可能となる。

なお、上記実施の形態においては、第１、第２の位相差フィルムからなる積層位相差フィルムをタッチパネル本体の非操作面側に設けた場合について説明しているが、この積層位相差フィルムをタッチパネル本体の操作面とλ／４位相差フィルム、もしくは偏光板との間に介在されるように構成することも可能である。さらに何れの形態においてもタッチパネル部に設けた場合について説明しているが、この積層位相差フィルムを液晶表示部側に設けることも可能であり、また、バックライト部の光源としてＬＥＤを使用した場合について説明しているが、これを冷陰極管やＥＬ素子などで構成することも可能であり、本発明においてはこれら実施の形態に限定されることなく、上記説明の構成以外のものでも適用が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での追加や変更は適宜なし得るものである。

本発明に係るタッチパネル付き液晶表示装置を簡略化して示す構成説明図 本発明に係るタッチパネル部の光学系を説明するための説明図 図２に示す光学系の上方向の入出光について説明するための説明図 図２に示す光学系の正面方向の入出光について説明するための説明図 図２に示す光学系の下方向の入出光について説明するための説明図 本発明に係るタッチパネル部の光の透過率分布を示す説明図 本発明に係るタッチパネル部を構成する第２の位相差板を説明するための説明図 本発明に係るタッチパネル部の左右の視野角特性を示す特性図 本発明に係るタッチパネル部の右斜め上方向の視野角特性を示す特性図

符号の説明

１０…タッチパネル部
１１…ガラス基板
１２…第１の電極パターン
１４…光学等方性フィルム
１５…第２の電極パターン
１６…タッチパネル本体
１７…λ／４位相差フィルム
１８，３８，３９…偏光板
１９…第１の位相差板（Ｃプレート）
２０…第２の位相差板（Ｏプレート）
２１…積層位相差フィルム
３０…液晶表示部
３２…アレイ基板
３３…対向基板
３６…液晶部材
３７…液晶表示パネル
５０…バックライト部

Claims (5)

1. センサ用電極を有するタッチパネル本体と、
   このタッチパネル本体の操作面側に配置されたλ／４位相差フィルムと、
   このλ／４位相差フィルムの外側に配置された偏光板と、
   前記タッチパネル本体を通過する光路中に配置され前記λ／４位相差フィルムを通過する光の位相差を調整し互いに偏光軸を異にする積層位相差フィルムと、
   を有することを特徴とするタッチパネル。
2. 前記積層位相差フィルムは、第１の位相差フィルムと第２の位相差フィルムの組み合わせから構成され、前記第１の位相差フィルムは光学軸がフィルム面に垂直な方向にあるＣプレートとして構成され、前記第２の位相差フィルムは光学軸がフィルム面から垂直な方向に所定の角度だけ傾いたＯプレートから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記積層位相差フィルムに入射される光の偏光軸が操作面に対して４５°方向に設定され、前記偏光板の偏光軸をタッチパネル本体操作面の略９０°方向に設定し、前記積層位相差フィルムにて入射された光を前記偏光板の偏光軸に合せるように調整されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチパネル。
4. アレイ基板と対向基板間に液晶層を設けた液晶表示パネルの出射面側にタッチパネルを配置したタッチパネル付き液晶表示装置において、
   前記タッチパネルはセンサ用電極を有するタッチパネル本体と、このタッチパネル本体の操作面側に配置されたλ／４位相差フィルムと、このλ／４位相差フィルムの外側に配置された偏光板とを有し、
   前記タッチパネルあるいは前記液晶表示パネルを通過する光路中に前記タッチパネルのλ／４位相差フィルムを通過する光の位相差を調整し互いに偏光軸を異にする積層位相差フィルムを介在させていることを特徴とするタッチパネル付き液晶表示装置。
5. 前記積層位相差フィルムは、第１の位相差フィルムと第２の位相差フィルムの組み合わせから構成され、前記第１の位相差フィルムは光学軸がフィルム面に垂直な方向にあるＣプレートとして構成され、前記第２の位相差フィルムは光学軸がフィルム面から垂直な方向に所定の角度だけ傾いたＯプレートから構成されていることを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル付き液晶表示装置。

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