JP2013235544A - 光学式タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】光強度を高めた光学式タッチパネルを提供する。
【解決手段】液晶表示装置の上側ガラス基板上には、２つの基板がＸ方向で対向配列され、他方、２つの基板がＹ方向で対向配列されている。基板２Ｘ−ａ上には、Ｘ方向発光素子が等間隔で配列され、これら発光素子の出射側に１つのライトガイドレンズが設けられている。また、基板２Ｘ−ｂ上には、Ｘ方向受光素子が各発光素子に対向して等間隔で配列され、これら受光素子の入射側に１つのライトガイドレンズ４Ｘ−ｂが設けられている。他方、基板２Ｙ−ａ上には、Ｙ方向発光素子が等間隔で配列され、これら発光素子の出射側に１つのライトガイドレンズ４Ｙ−ａが設けられている。基板２Ｙ−ｂ上には、Ｙ方向受光素子が各発光素子に対向して等間隔で配列され、これら受光素子の入射側に１つのライトガイドレンズ４Ｙ−ｂが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は光学式タッチパネルに関する。

第１の従来の光学式タッチパネルは、実装基板上に発光素子及び受光素子を搭載し、発光素子からの光をホルダ内の導光部材を通過させて発光側反射面で反射させ、反射した光を受光側反射面で反射させ、ホルダ内の導光部材を通過して受光素子に到達するように構成されている(参照：特許文献１)。

第２の従来の光学式タッチパネルは、表示面の周囲に対向して設けられた発光素子及び受光素子と、発光素子と表示面との間に設けられたかまぼこ状レンズと、表示面と受光素子との間に設けられたかまぼこ状レンズとにより構成されている(参照：特許文献２)。

特開平１１−４５１５５号公報 特開２００９−２５２０１２号公報

しかしながら、上述の第１の従来の光学式タッチパネルにおいては、発光素子から受光素子までの光路はコの字となっており、この結果、光路長が大きく、しかも、全反射による光の減衰があるので、光強度が低下するという課題があった。

また、上述の第２の従来の光学式タッチパネルにおいては、第１の従来の光学式タッチパネルと比較して光強度の低下はないが、かまぼこ状レンズが発光素子、受光素子より厚いので、光学式タッチパネル全体が大きくなるという課題があった。

上述の課題を解決するために、本発明に係る光学式タッチパネルは、
表示装置の表示面上に対向配列された発光素子及び受光素子と、発光素子の出射側に設けられた発光素子側ライトガイドレンズと、受光素子の入射側に設けられた受光素子側ライトガイドレンズとを具備し、発光素子側ライトガイドレンズ及び受光素子側ライトガイドレンズの各々は、表面上の基板に接する底面と、底面に平行な上面と、入射面と、出射面とを有し、入射面及び出射面の少なくとも１つは、上から見て、発光素子あるいは受光素子に対応するフレネル部及びフレネル部の外側の三角プリズム部よりなるものである。これにより、上から見て、表示面上の光が平行となる。

また、発光素子側ライトガイドレンズ及び受光素子側ライトガイドレンズの各々の入射面及び出射面の少なくとも１つは、横から見て、凸状となっている。これにより、横から見て表示面の光が平行となる。

本発明によれば、反射面も導光部材を用いないので、光強度の低下はなく、また、ライトガイドレンズを薄くできるので、光学式タッチパネルを小型化できる。

本発明に係る光学式タッチパネル実施の形態を示す上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のライトガイドレンズの第１の例を示す拡大上面図である。 図３のライトガイドレンズのフルネル部及び三角プリズム部の頂角を説明するための図である。 図１のライトガイドレンズの第２の例を示す拡大上面図である。 図１の基板、ＬＥＤ素子及びライトガイドレンズを横から見た図である。

図１は本発明に係る光学式タッチパネルの実施の形態を示す上面図である。

図１において、１は表示面を規定するガラス基板、たとえば、液晶表示装置の上側ガラス基板であって、その上には、２つの基板２Ｘ−ａ、２Ｘ−ｂがＸ方向で対向配列され、他方、２つの基板２Ｙ−ａ、２Ｙ−ｂがＹ方向で対向配列されている。

基板２Ｘ−ａ上には、Ｘ方向発光素子たとえば発光ダイオード（LED）素子３Ｘ−ａが等間隔で配列され、これらLED素子３Ｘ−ａの出射側に１つのライトガイドレンズ４Ｘ−ａが設けられている。

また、基板２Ｘ−ｂ上には、Ｘ方向受光素子たとえばフォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂが各LED素子３Ｘ−ａに対向して等間隔で配列され、これらフォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂの入射側に１つのライトガイドレンズ４Ｘ−ｂが設けられている。

他方、基板２Ｙ−ａ上には、Ｙ方向発光素子たとえばLED素子３Ｙ−ａが等間隔で配列され、これらLED素子３Ｙ−ａの出射側に１つのライトガイドレンズ４Ｙ−ａが設けられている。

また、基板２Ｙ−ｂ上には、Ｙ方向受光素子たとえばフォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂが各LED素子３Ｙ−ａに対向して等間隔で配列され、これらフォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂの入射側に１つのライトガイドレンズ４Ｙ−ｂが設けられている。

図１のII-II線断面図である図２に示すように、ライトガイドレンズたとえば４Ｘ−ａ、４Ｘ−ｂは、上面、基板２Ｘ−ａ上の底面、入射面、出射面を有し、LED素子３Ｘ−ａ、フォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂとほぼ同等の高さであり、そのサイズは小さい。ライトガイドレンズはアクリル、ポリカーボネート等の樹脂からなり、これに可視光吸収材料を混入すれば、外来光による誤動作を抑制できる。

LED素子３Ｘ−ａから発射した光Ｌ_Ｘは、図２をも参照すると、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａを通過し、さらに表示面上を通過し、さらにまた、ライトガイドレンズ４Ｘ−ｂを通過してフォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂに到達する。この場合、表示面上に物体たとえば指が存在すると、光Ｌ_Ｘは遮断されてフォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂに到達しない。従って、フォトトランジスタ素子３Ｘ−ｂが光Ｌ_Ｘを検出するか否かによって物体が光Ｌ_Ｘの座標Ｘ上に存在するか否かを判別できる。

他方、LED素子３Ｙ−ａから発射した光Ｌ_Ｙは、ライトガイドレンズ４Ｙ−ａを通過し、さらに表示面上を通過し、さらにまた、ライトガイドレンズ４Ｙ−ｂを通過してフォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂに到達する。この場合、表示面上に物体たとえば指が存在すると、光Ｌ_Ｙは遮断されてフォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂに到達しない。従って、フォトトランジスタ素子３Ｙ−ｂが光Ｌ_Ｙを検出するか否かによって物体が光Ｌ_Ｙの座標Ｙ上に存在するか否かを判別できる。

図３は図１のライトガイドレンズ４Ｘ−ａの第１の例を示す拡大上面図である。

図３に示すように、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａの入射面は、LED素子３Ｘ−ａに対応するフレネル部Ｐ１及びその外側の三角プリズム部Ｐ２よりなる。フレネル部Ｐ１及び三角プリズム部Ｐ２はライトガイドレンズ４Ｘ−ａのLED素子３Ｘ−ａに対応する中心に対して対称となっている。LED素子３Ｘ−ａは表面実装型であって、その出射光はランバーシャン分布に近い広がりを有し、従って、LED素子３Ｘ−ａの出射光は各LED素子３Ｘ−ａに対応するフレネル部Ｐ１及びその外側の三角プリズム部Ｐ２に入射する。

LED素子３Ｘ−ａからライトガイドレンズ４Ｘ−ａのフレネル部Ｐ１に入射した光は、フレネル部Ｐ１の入射屈折面で屈折してＸ方向に平行となって出射していく。また、LED素子３Ｘ−ａからライトガイドレンズ４Ｘ−ａの三角プリズム部Ｐ２に入射した光は、三角プリズム部Ｐ２の屈折入射した後にその内部で全反射してＸ方向に平行となって出射していく。

図４は図３のライトガイドレンズ４Ｘ−ａのフレネル部Ｐ１及び三角プリズム部Ｐ２の頂角を説明するための図である。図４に示すように、フレネル部Ｐ１においては、中心から遠ざかると、頂角ｄは40°〜85°の範囲で、ｄ１=85°、ｄ２=74°、ｄ３=60°と小さくなる。つまり、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３である。また、三角プリズム部Ｐ２においては、中心から遠ざかると、頂角ｄは40°〜75°の範囲で、ｄ４=47°、ｄ５=60°、ｄ６=68°と大きくなる。つまり、ｄ４＜ｄ５＜ｄ６である。このようにして、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａから出射した光がＸ方向に対して平行となるようにする。尚、フレネル部Ｐ１の段数と三角プリズム部Ｐ２の段数は同数である必要はない。

図５は図１のライトガイドレンズ４Ｘ−ａの第２の例を示す拡大上面図である。

図５に示すように、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａの出射面は、LED素子３Ｘ−ａに対応するフレネル部Ｐ１’及びその外側の三角プリズム部Ｐ２’よりなる。フレネル部Ｐ１’及び三角プリズム部Ｐ２’はライトガイドレンズ４Ｘ−ａのLED素子３Ｘ−ａに対応する中心に対して対称となっている。この場合も、LED素子３Ｘ−ａは表面実装型であって、その出射光はランバーシャン分布に近い広がりを有し、従って、LED素子３Ｘ−ａの出射光は各LED素子３Ｘ−ａに対応するフレネル部Ｐ１’及びその外側の三角プリズム部Ｐ２’に入射する。

LED素子３Ｘ−ａからライトガイドレンズ４Ｘ−ａのフレネル部Ｐ１’に入射した光は、フレネル部Ｐ１’の入射屈折面で屈折してＸ方向に平行となって出射していく。また、LED素子３Ｘ−ａからライトガイドレンズ４Ｘ−ａの三角プリズム部Ｐ２’に入射した光も、三角プリズム部Ｐ２’の屈折入射した後に出射屈折面で屈折してＸ方向に平行となって出射していく。

図５のライトガイドレンズ４Ｘ−ａのフレネル部Ｐ１’及び三角プリズム部Ｐ２’の頂角については図示を省略するが、図４の場合と同様の関係を有する。

図３、図５に示すごとく、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａの入射面、出射面の一方のみにフレネル部及び三角プリズム部を設けているが、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａの入射面、出射面の両方にフレネル部及び三角プリズム部を設けてもよい。また、図３、図５に示すフレネル部Ｐ１、Ｐ１’及び三角プリズム部Ｐ２、Ｐ２’はライトガイドレンズ４Ｘ−ｂ，４Ｙ−ａ、４Ｙ−ｂにも適用することができる。

次に、ライトガイドレンズたとえば４Ｘ−ａの導光効果、集光効果について図６を参照して説明する。尚、図６の（Ａ）〜（Ｆ）は図１の基板２Ｘ−ａ、ＬＥＤ素子３Ｘ−ａ及びライトガイドレンズ４Ｘ−ａの横から見た図である。

図６の（Ａ）に示すように、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａは、上面Ｓ_１、基板２Ｘ−ａに接する底面Ｓ_２、入射面Ｓ_ｉｎ及び出射面Ｓ_ｏｕｔを有し、入射面Ｓ_ｉｎに入射した光Ｌ１を全反射を繰返して出射面Ｓ_ｏｕｔに導く導光作用を有する。しかし、上面Ｓ_１において、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａと空気層との屈折率差の影響により全反射せずに空気層へ出射する光Ｌ２ａが存在する。

図６の（Ｂ）においては、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａの入射面を凸状あるいはＲ状にする。これにより、凸状になった入射面Ｓ_ｉｎ’は集光作用を有し、光Ｌ２ｂのごとく、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａの入射面Ｓ_ｉｎ’に入射して上面Ｓ_１にて全反射する光は増加する。この結果、光強度が向上する。

また、図６の（Ｃ）においては、ライトガイドレンズ４Ｘ−ａの出射面を凸状あるいはＲ状にする。これにより、凸状になった出射面Ｓ_ｏｕｔ’は集光作用を有し、光Ｌ１’のごとく、出射光をＸ方向に平行とし、やはり、光強度向上の効果がある。

さらに、図６の（Ｄ）に示すごとく、入射面Ｓ_ｉｎ’及び出射面Ｓ_ｏｕｔ’を共に凸状あるいはＲ状とし、集光作用をさらに増大させる。

さらにまた、図６の（Ｅ）に示すごとく、上面Ｓ_１に反射層４１を形成する。これにより、光Ｌ２ｃのごとく、反射が増大し、導光作用が増大し、従って、光強度が向上する。この反射層４１は、金、銀、アルミニウム等の蒸着層、あるいは酸化チタン、酸化バリウム等入りの樹脂よりなる。

尚、図示しないが、底面Ｓ_２にも反射層を形成すれば、やはり、導光作用が増大し、従って、光強度が向上する。

さらにまた、図６の（Ｆ）においては、基板２Ｘ−ａとライトガイドレンズ４Ｘ−ａの底面Ｓ_２とを接着剤あるいは粘着テープ４２によって接着させることによってライトガイドレンズ４Ｘ−ａを安定化させている。

図６の（Ａ）〜（Ｆ）に示すライトガイドレンズ４Ｘ−ｂ，４Ｙ−ａ、４Ｙ−ｂに適用する。これにより、集光作用が増大し、光強度が向上する。

１：ガラス基板
２Ｘ−ａ、２Ｘ−ｂ，２Ｙ−ａ、２Ｙ−ｂ：基板
３Ｘ−ａ、３Ｙ−ａ：LED素子
３Ｘ−ｂ、３Ｙ−ｂ：フォトトランジスタ素子
４Ｘ−ａ、４Ｘ−ｂ，４Ｙ−ａ、４Ｙ−ｂ：ライトガイドレンズ
４１：反射層
４２：粘着テープ

Claims (5)

1. 表示装置の表示面上に対向配列された発光素子及び受光素子と、
   前記発光素子の出射側に設けられた受光素子側ライトガイドレンズと、
   前記受光素子の入射側に設けられた受光素子側ライトガイドレンズと
   を具備し、
   前記発光素子側ライトガイドレンズ及び前記受光素子側ライトガイドレンズの各々は、
   前記表面上の基板に接する底面と、
   該底面に平行な上面と、
   入射面と、
   出射面と
   を有し、
   前記入射面及び前記出射面の少なくとも１つは、上から見て、前記発光素子あるいは前記受光素子に対応するフレネル部及び該フレネル部の外側の三角プリズム部よりなる光学式タッチパネル。
2. 前記発光素子側ライトガイドレンズ及び前記受光素子側ライトガイドレンズの各々の前記入射面及び前記出射面の少なくとも１つは、横から見て、凸状となっている請求項１に記載の光学式タッチパネル。
3. 前記発光素子側ライトガイドレンズ及び受光素子側ライトガイドレンズの底面は前記基板に接着剤もしくは接着テープによって接着されている請求項１に記載の光学式タッチパネル。
4. 前記発光素子側ライトガイドレンズ及び前記受光素子側ライトガイドレンズの上面には反射層が形成されている請求項１に記載の光学式タッチパネル。
5. 前記発光素子側ライトガイドレンズ及び前記受光素子側ライトガイドレンズの底面には反射層が形成されている請求項１に記載の光学式タッチパネル。
   

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