JP3781608B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果型液晶セルの前面に設けられて液晶セルと一体となって表示機能を発揮するタッチパネルに属し、特に抵抗膜式のタッチパネルに属する。
【０００２】
【従来の技術】
指あるいは入力用ペンで接触し、その接触位置を検出し、その信号に基づいて入力操作を行うタッチパネルは、液晶ディスプレイと組み合わせられる等して、その利用形態が急速に拡大している。タッチパネルの方式として、光学式、超音波式、電磁誘導式、抵抗膜式、静電容量式が知られている。このうち、液晶ディスプレイとの組み合わせには、そもそも液晶ディスプレイが薄型化や省電力化を達成するために採用されていることから、抵抗膜式が多く用いられている。
【０００３】
従来、抵抗膜式タッチパネルは、図２に厚さ方向の断面図として示すように、ガラスからなり透明導電膜１１を主面に形成した第一の透明基材１２と、ポリエステル樹脂（ＰＥＴ）などの透明樹脂からなり同じく透明導電膜１３を主面に形成した第二の透明基材１４とを、スペーサ１５を介して透明導電膜１１、１３同士が対向するように積層し、これを液晶ディスプレイ１６の前面に第二透明基材１４が最外層となるように配置した構成を有している。そして、低消費電力、薄型化軽量化が要請される用途にあっては、バックライトの必要な透過型ディスプレイと異なり、液晶ディスプレイ１６の背面には反射板（図示省略）が設けられた反射型ディスプレイが採用される。
【０００４】
尚、２枚の透明導電膜１１、１３間には、便宜上両端に２個のスペーサ１５が図示されているだけであるが、実際には面方向に多数のスペーサが点在しており、端部で図略の粘着剤により透明導電膜同士が接着されている。
そして、指又はペンで第二透明基材１４を押すことにより、対向している透明導電膜１１、１３同士が接触し、その接触位置の電位に基づいて制御系に指令が発せられる。ここで用いられている透明導電膜１１、１３は蒸着やスパッタリングによって薄膜として形成され、その材質としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、錫アンチモン酸等の金属酸化物や、金、パラジウム、アルミニウム、銀等の金属が一般的である。
【０００５】
ところで、これら金属酸化物や金属の薄膜は、スペーサ１５によって保たれる空間と境界面を形成するために液晶ディスプレイの表面にあるガラス基材に比べて反射率が非常に大きくなり、またタッチパネルの各層数分だけ界面数が増加することもあって、外光の透明導電膜上での反射等によって液晶ディスプレイのコントラストを著しく低下させ、画面を見にくくする。
【０００６】
そこで、この欠点を解消するために、特許第２５０９２１５号公報では、上記透明導電膜１１（又は１３）と透明基材１２（又は１４）との間に透明導電膜を含めて屈折率の異なる複数の層からなる反射防止膜を設けることが提案されている。また、特開平５−１２７８２２号公報では、上記第二透明基材１４の上に１／４波長板及び偏光板を順次積層し、偏光板を透過して直線偏光化した外光を入射時と透明導電膜上の反射時とで１／４波長板に２回通すことにより、その位相を１／２波長ずらすとともに偏光板の吸収軸方向に直線偏光化させて偏光板を透過しないようにする構成が提案されている。更にまた、特開平１０−４８６２５号公報では、第二透明基材１４の上に１／４波長板及び偏光板を積層することに加えて、第一透明基材１２と液晶ディスプレイ１６との間にも１／４波長板を介在させることにより、透明導電膜上での反射光を透過させず、液晶ディスプレイ１６の背面に配置された反射板上での反射光は位相を一致させて透過するようにした構成が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許第２５０９２１５号公報に記載の構成では、屈折率だけでなく各層の膜厚をも規定しなければならないため、透明導電膜の選択範囲が限られる。また、特開平５−１２７８２２号公報に記載の構成では、透明導電膜による反射は低減するが、反射板からの光が十分に透過しないため、画面が暗くて見にくい。特開平１０−４８６２５号公報に記載の構成は、これらを改良するために提案されたが、波長板を複数用いているため、波長板による位相差の波長毎の不一致が多くなり、変色して見える。
それ故、この発明の課題は、液晶ディスプレイとしても機能し、透明導電膜からの反射を少なくすると共に、その視認性及び着色性に優れたタッチパネルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するために、この発明は、
電界効果型液晶セルの前面に配置されて、入力操作面と液晶セルとの間に透明導電膜を有するタッチパネルにおいて、
前記液晶セルの液晶が電界効果型の円偏光素子であって、液晶セルの背面に外部光を光源とする反射板が設けられ、入力操作面側より上記透明導電膜に向かって順に前記液晶セルと関連する方向に吸収軸を有する偏光板、１／２波長板及び１／４波長板が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、入力操作面側からの光は、偏光板によって直線偏光化され、１／２波長板を通過し、１／４波長板によって円偏光化される。ここで透明導電膜によって反射した場合、１／４波長板によって再び直線偏光に戻るが、反射によって振動方向が９０°変わっているため、偏光板を透過しない。従って、透明導電膜による反射光が実質的に防止される。
【００１０】
一方、透明導電膜を透過した円偏光は、１／２波長板によって波長毎の位相差が補償されている。液晶は電界効果型の円偏光素子であるから電圧無印加状態の場合、前記円偏光は液晶を通過した際に直線偏光となり、反射板で反射し、再び液晶を通過して円偏光化され、１／４波長板によって直線偏光に戻されて白表示（ノーマリーホワイト）となる。逆に、電圧印加状態の場合、前記位相の揃った円偏光は液晶によって影響を受けず、反射板で反射した後、再び１／４波長板及び１／２波長板を通過して直線偏光化される。ただし、反射板で反射した際に振動方向が９０°ずれている。従って、偏光板を通過して黒表示となる。その結果、この発明のタッチパネルは、液晶セルと一体となって液晶ディスプレイとしての機能をも有し、しかも画面は明るく、コントラスト、視認性及び着色性に優れる。
【００１１】
本発明タッチパネルは、このように電界効果型液晶セルの前面に配置されるもので、タッチパネル表面の偏光板は液晶セルと対になって反射板からの光を表示する。従って、偏光板の吸収軸は液晶セル中の液晶素子の配列と関連する方向に設定されていなければならない。この偏光板の吸収軸を０°、これと１／２波長板の遅相軸とのなす角度をα、１／４波長板の遅相軸とのなす角度をβとするとき、前記１／２波長板と１／４波長板とは、βが（２α＋４５°）を中心として±１０°の範囲になる関係を充足すると好ましい。これにより液晶セルから偏光板に向かう各波長の光の偏光板透過時点での位相がほぼ一致し、最も視認性及び着色性に優れたものとなるからである。更に、αは１８°を中心として±１０°の範囲にあると好ましい。この範囲の時に位相情報がほぼ完全に強度情報に変換されるからである。
【００１２】
尚、上記の作用から明らかなように、本発明においてタッチパネルの方式は抵抗膜式に限定されることなく、液晶セルの前面に配置されて透明導電膜を少なくとも１以上有するものであればよく、例えば静電容量式であってもよい。
又、透明導電膜は１／４波長板や液晶セルを構成する透明基板に直接形成されていても良いし、それらと別に光学等方性であってリターデーション値が３０ｎｍ以下の透明フィルムに形成し、それを１／４波長板や液晶セル表面に張り合わせても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態のタッチパネルを図１に厚み方向断面図として示す。タッチパネル１０は、液晶層６の上に順に透明基材２、１／４波長板７、１／２波長板８及び偏光板９が積層された構造を有する。
【００１４】
液晶層６の下面には反射膜６２を表面に形成した反射板４が設けられている。透明基材２は、通常位相差を生じさせないガラス又は樹脂フィルムからなり、その両面に透明導電膜１、６１が形成されている。１／４波長板７にも同様に、その主面に透明導電膜３が形成されている。そして、透明基材２と１／４波長板７とは、スペーサ５を介して透明導電膜１、３同士が対向するように合わせられ、端部で接着されている。そして、透明基材２、１／４波長板７、１／２波長板８及び偏光板９にてタッチパネル部を構成する。
【００１５】
一方、透明基材２の他方の透明導電膜６１面及び反射板４の反射膜６２面には各々配向膜（図示省略）が形成され、ラビング処理され、それら配向膜が互いに対向するように透明基材２と反射板４とが端部で接着され、その間隙に液晶が注入されて液晶層６を構成している。
【００１６】
次に各構成要素の材質を説明する。
透明導電膜１、３は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着などの物理的方法や、化学気相成長法などによって薄膜として形成され、その材質としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、錫アンチモン酸等の金属酸化物や、金、銀、銅、パラジウム、アルミニウム等の金属が用いられる。
【００１７】
波長板７、８は、高分子フィルムを一軸延伸又は二軸延伸することにより得られる。フィルム材質としては特に限定されないが、透明性に優れるものが望ましく、例えばノルボルネン系高分子、ポリカーボネート系、ポリエステル系、ポリスルホン系、ポリエーテル系、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、酢酸セルロース系、ポリ塩化ビニル系、ポリメチルメタクリレート系などが挙げられる。これらのうち、ノルボルネン系が着色性に優れ且つ光弾性係数が小さいことから、好ましい。
【００１８】
偏光板としては適宜の偏光板を用いることができ、特に限定されない。一般には、ポリビニルアルコールの如き親水性高分子からなるフィルムを、ヨウ素の如き二色性染料で処理して延伸したものや、ポリ塩化ビニルの如きプラスチックフィルムを処理してポリエンを配向させたものなどからなる偏光フィルム、あるいはその偏光フィルムを封止フィルムでカバーして保護した偏光板などが用いられる。偏光板の表面は、視認性向上、耐久性向上のために硬化処理、反射防止処理、汚れ防止処理、防眩処理などの各種表面処理がなされていてもよい。
【００１９】
【実施例】
−実施例１−
ポリビニールアルコールフィルムを常法により一軸延伸することによって偏光フィルムを作成し、この両面にセルロース系フィルムを張り合わせて、偏光板を得た。別途、厚さ１００μｍのノルボルネン系高分子フィルムを１７０℃で７０％一軸延伸し、それによって発生した複屈折に基づいて波長５５０ｎｍの光に対して１／２波長の位相差を与える波長板を得た。同様に厚さ５０μｍのノルボルネン系高分子フィルムを処理して１／４波長の位相差を与える波長板を得た。又、液晶セルの上面に用いられる透明基板としての厚さ１．１ｍｍのガラス板を準備した。そして、この透明基板の両面と１／４波長板の一方の表面とをＡｒ雰囲気中でプラズマ処理し、ＩＴＯからなる透明導電膜をスパッタリングにて各々形成した。
【００２０】
得られた１／４波長板のＩＴＯ面と透明基板の一方の面とに銀電極を印刷した後、スペーサを介して電極同士が対向するように配置し、１／４波長板の上に１／２波長板及び偏光板を順に重ねることによってタッチパネル部を製造した。各板の方向は、偏光板の吸収軸に対して１／２波長板の遅相軸が１５°、１／４波長板の遅相軸が７５°となるように設定した。又、上記透明基板の反対側の面にはポリイミド系の配向膜を形成しラビング処理した。
【００２１】
一方、上記の透明基板とは別に厚さ１．１ｍｍのガラス板を用意し、その一方の表面にアルミニウムをスパッタした後、ポリイミド系の配向膜を形成しラビング処理することによって透明電極付き反射板を製造した。この反射板の配向膜と上記タッチパネル部の配向膜とを対向させ、端部を張り合わせた後、電界効果型の円偏光性液晶を注入し、注入口を塞ぐことにより、反射型液晶ディスプレイとしても機能するタッチパネルを完成した。
このタッチパネルに偏光板の上方より室内照明灯で照らしたところ、液晶ディスプレイは非常に明るく、コントラストに優れ、反射がなく、視認性も着色性も良かった。
【００２２】
−実施例２−
偏光板の吸収軸と１／２波長板の遅相軸との角度を１５°、１／４波長板の遅相軸との角度を９０°とした以外は実施例１と同一条件でタッチパネルを完成し評価したところ、ディスプレイは明るいが、透明導電膜による反射があり視認性もやや劣り、変色していた。
【００２３】
−比較例−
１／２波長板を除いた以外は実施例１と同一条件でタッチパネルを完成し評価したところ、ディスプレイは明るいが、透明導電膜による反射があり視認性もやや劣り、変色していた。
上記実施例及び比較例の構成及び評価結果を表１に一覧する。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明タッチパネルは、外光の反射がなく、明るくてコントラスト、視認性及び着色性に優れるので、入力操作者の目に優しく使いやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のタッチパネルを示す厚み方向断面図である。
【図２】従来のタッチパネルを示す厚み方向断面図である。
【符号の説明】
１、３、１１、１３ 透明導電膜
６ 液晶層
７ １／４波長板
８ １／２波長板
９ 偏光板
５、１５ スペーサ
１６ 液晶ディスプレイ

Claims (3)

1. 液晶セルの前面に配置されて、入力操作面と液晶セルとの間に透明導電膜を有するタッチパネルにおいて、
   前記液晶セルの液晶が電界効果型の円偏光素子であって、液晶セルの背面に外部光を光源とする反射板が設けられ、入力操作面側より上記透明導電膜に向かって順に前記液晶セルと関連する方向に吸収軸を有する偏光板、１／２波長板及び１／４波長板が配置されていることを特徴とするタッチパネル。
2. 偏光板の吸収軸を０°、これと１／２波長板の遅相軸とのなす角度をα、１／４波長板の遅相軸とのなす角度をβとするとき、前記１／２波長板と１／４波長板とは、（２α＋４５°）−１０°≦β≦（２α＋４５°）＋１０°の関係を充足する請求項１に記載のタッチパネル。
3. ８°≦α≦２８°の関係を充足する請求項１又は２に記載のタッチパネル。

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