JP4527315B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶、パソコンCRT等の表示デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表される携帯機器の発達には、液晶素子を用いた表示素子が必要不可欠であった。従来の液晶を用いた表示装置（以後、簡単のために、単に表示装置と略す）は一方的に人間または外界に対して、文字、数字、図形等を表示するだけの機能であった。この問題を解決するために、表示装置よりはっせられた表示情報にもとづいて人間が判断しその結果を携帯機器に入力する機能すなわちタッチセンシング機能をもったタッチパネルが考案されている。このタッチパネルは、人体指先または他の物質等の媒体をタッチパネル表面の特定位置に接触させ、その接触位置を検出する事にある。このタッチパネルと表示装置はその機構上、独立の装置として組み立てられ、携帯機器等の最終製品化される段階で、同一個所にセットされていた。
【０００３】
図２は、従来表示装置及びタッチパネルの基本構造とそのセット構造を示す概念図である。図において、液晶素子２０３は二枚の基板、すなわち表示装置上面透明基板２０１と表示装置下部基板２０２に挟み込まれている。この液晶素子２０３を閉じ込める空間（ギャップ）を保持するために液晶ギャップガイド板２０５があり、表示装置上部透明基板２０１、表示装置下部基板２０２の双方に固着されている。また、表示装置上部透明基板２０１の外側表面には偏光板２０４が固着されている。以上は表示装置の基本構造の概念図である。この時、表示装置上部透明基板２０１の材質は、ガラス及び透明プラスチック等の透明な材料が使用されている。また、図中で示した表示部２０６が表示装置の表示部であって、この領域において文字、数字、図形等が表示される。また、タッチパネルの基本構造は、タッチパネル上部透明基板２０７とタッチパネル下部透明基板２０８及びタッチパネルギャップガイド板２１０によって構成されており、タッチパネル上部透明基板２０７とタッチパネル下部透明基板２０８双方の透明基板の内側には透明電極２０９が形成されている。また、表示装置とセット構造にするためにタッチパネル下部透明基板２０８の外側端部には支持板２１１が固着されている。このタッチパネルの上部及び下部透明基板すなわち２０７及び２０８の材質は、図中の表示装置上部透明基板２０１と同様にガラス及び透明プラスチック等の透明な材料が使用されている。これら二つの装置は図中記載の矢印の方向でセット化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような表示装置とタッチパネル装置をセット化する事は、近年とくに薄型化及び小型化の要望が強まっている情報携帯機器において大きな問題となっていた。その問題とは、まず第１に、表示装置の上部にさらにタッチパネルを重ねてセット化するために、システムの総厚が著しく厚くなってしまう事であり、第２にタッチパネルの透明基板に形成されている透明電極の存在によって、光の透過率が著しく低下し、その結果表示装置にて表示される表示情報の品質が低下する事である。それゆえ近年とみに発展が著しい携帯機器には搭載が困難な状況にあったすなわち、本発明が解決しようとする課題とは、このように、タッチパネルと表示装置をセット化する事で生じる問題点を根本的に解決する事にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
図３に本発明に係るタッチセンシング原理の概念を示す。このセンシング原理はすだれ状電極が形成された圧電板を直接透明基板の周囲端部に固着アレイ化する事で、透明電極基板表面に表面弾性波を伝播させる方式である。図において、ガラス等の透明基板３０１の周囲端部に圧電板３０２が固着アレイ化されている。このアレイ化された圧電板３０２によって、たとえば透明基板３０１の表面を伝播する伝播表面波Ａ３０３と伝播表面波Ｂ３０４の交叉点Ｘ３０５をタッチペン３０６等で触る事によって、伝播表面波Ａ３０３と伝播表面波Ｂ３０４の双方の伝播特性が阻害され、その結果、指３０６の接触位置が検出できる。
【０００６】
図３記載の圧電板３０２の詳細図が図４である。図４において、圧電板３０２の表面には、表面波励振用のバイアス電極４０１とグランド電極４０２が形成されており、両電極は圧電板３０２の表面の中心部にすだれ状に配置されている。
【０００７】
この部分がすだれ状電極部４０３であって、このすだれ状電極部４０３の部分で表面波が図３記載の透明基板に励振される。この圧電板３０２とすだれ状電極による表面波の励振原理及び技術的な説明は、特開平６−０４６４９６等に詳細に述べられているので省略するが、この方式の最も大きな特徴は、従来の透明電極を利用したタッチセンシング方式に比較して、透過光の透過率が透明電極によって低下しないという大きな特徴と、単純に圧電板を透明基板に固着させる方式なので、デバイスの小型化が実現できるという特徴をもっている。さらに、透明基板の厚みにたいして、圧電板の厚みを小さくする事によって、励振表面波の変位分布を透明基板表面近傍に局在化可能という特徴もある。それゆえ、図５にて示すように、表面波が伝搬する透明基板構造を、２層の透明基板すなわち、透明Ａ基板５０３と透明Ｂ基板５０６の中間部に偏光層５０５を設けた層状型透明基板の構造とし、さらに、この透明Ａ基板５０４の周囲端部に圧電板５０１を固着した構造において、圧電板５０１の厚み５０２を透明Ａ基板５０４の厚み５０４よりも小さく設定することで、透明Ａ基板５０３の表面近傍に局在した励振表面波５０７が励振可能となる。すなわち、図５のような表面波のトランスデューシング構造を採用する事により、偏光層によって、超音波の伝達効率が劣化することなく非常に高い伝達効率で表面波が励振できるのである。なお、図３〜５で説明したすだれ状電極が形成された圧電板の分極方向はすだれ状電極が形成されている板面にたいする垂直方向に等しい。
【０００８】
この表面波を用いた新しいタッチセンシング技術及び表面波のトランスデューシング構造を用いることによって、個別に構成されていたタッチパネルと表示装置をセット化するという従来の構成方法にたいして、表示装置の透明基板上に圧電板をアレイ化し、表面波を励振させる事によって、透明基板上にタッチセンシング機能をもった表示素子、すなわち、タッチセンシング機能付き表示装置が提案できるのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明に係るタッチセンシング機能付き表示装置の形態を示す。板面垂直方向に分極軸を持ち、さらに板面にくしば状電極が形成された圧電板１０１の板厚１０２の寸法値はｄ１である。この圧電板１０１は透明Ａ層１０３の外側の表面端部周囲に固着アレイ化されている。この時、透明Ａ層１０３の層厚１０４の寸法値はｔ１であって、圧電板１０１の板厚１０２の寸法値ｄ１にたいして以下の不等式（１）が成立するように構成されている。
【００１０】
ｔ１＞ｄ１ （１）
またこの時、図記載の上部透明Ａ層１０３はガラス及び透明プラスチックなどの材質から構成されている。さらに、この透明Ａ層１０３と透明Ｂ層１０５の中間に存在するのが偏光層１０６である。以上の透明Ａ層１０３、偏光層１０６及び透明Ｂ層で上部透明基板１０７が構成されている。この上部透明基板１０７と下部基板１０８とのギャップに液晶素子が充填されており、このギャップ間隔を保持するために液晶ギャップガイド板１１０が設けられている。
【００１１】
圧電板１０１の表面上に異方性導電膜１１１が固着されており、さらにこの異方性導電膜１１１を介在してフレキ基板１１２が接続されている。圧電板１０１に形成されているすだれ状電極のバイアス電極とグランド電極は、この異方性導電膜１１１とフレキ基板１１２によって、下部基板１０８の裏面に設けられた表面波駆動回路１１３及びタッチセンシング検出回路１１４に接続されている。この表面波駆動回路１１３によって励振された励振表面波１１５が、透明Ａ層１０３を伝搬する。この励振表面波１１５の変位分布は前述の式（１）によって規定された条件下では、透明Ａ層１０３の表面に局在する事になる。それゆえ、励振表面波１１５は偏光層１０６の影響をほとんど受けることなく伝搬する。さらに、透明Ｂ層においては、ほとんど励振表面波１１５の変位成分が存在しないので、ギャップ内にそんざいする液晶素子１０９は、励振表面波１１５に影響を受けることもない。すなわち、上部透明基板１０７の各層のうち、透明Ａ層１０３のみが表面波伝搬層としての機能を持つ事になる。タッチセンシングによる励振表面波１１５の伝搬強度の変化は、タッチセンシング検出回路１１４にて検出できる。なお、図記載の上部透明基板１０７の持つ層状構造は、ガラス、透明プラスチック等の第一の透明基板上に偏光板を固着しさらにその上にガラス、透明プラスック等の第２の透明基板を固着せしむる事により形成されている。
【００１２】
【発明の効果】
上部透明基板を偏光層が中間層となる層状構造とするとともにくしば状電極が形成された圧電板を透明基板端部周囲に固着アレイ化するという図１にて示した構成を採用する事によって、表示装置の上部透明基板上に表面波を伝搬させる事が可能となる。さらに、固着アレイ化される圧電板の厚みを表面波伝搬層の厚みにたいして小さく設定する事によって、表面波を上部透明電極の表面近傍に局在化させる事が可能となるので、励振表面波は偏光層による伝搬阻害なく、良好な伝搬特性をもつとともに、液晶素子に影響を与える事もなく、表示装置の上部透明基板上を直接タッチする事でタッチセンシングが可能とならしめ、先に述べたシステムの総厚が著しく厚くなってしまうという問題が解決できる。また、上部透明基板には透明電極が存在しなために、光の透過率の劣化という問題も解消できる。よって、従来の構成システムに比較して品質的に向上するとともにコンパクト化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例を示す図であって、タッチパネル機能を透明基板上に付加した表示装置の一例
【図２】従来表示装置及びタッチパネルの基本構造とセット構造を示す概念図
【図３】本発明に係るタッチセンシング原理を説明するための概念図
【図４】本発明に係る表面波励振用圧電板詳細説明のための概念図
【図５】本発明に係る上部透明基板の層状構造を説明するための概念図
【符号の説明】
１０１：圧電板
１０２：圧電板板厚
１０３：透明Ａ層
１０４：透明Ａ層層厚
１０５：透明Ｂ層
１０６：偏光層
１０７：上部透明基板
１０８：下部基板
１０９：液晶素子
１１０：液晶ギャップガイド板
１１１：異方性導電膜
１１２：フレキ基板
１１３：表面波駆動回路
１１４：タッチセンシング検出回路
１１５：励振表面波

Claims (5)

1. 液晶素子を二枚の基板で挟み込み、
   少なくとも前記二枚の基板のうち一枚の基板はガラス、プラスチック等の透明基板であるような基本構造を持ち、
   該透明基板を通して、外界に文字、数字、図形等を表示する表示装置において、
   前記透明基板は中間層として偏光層を持った層状構造であり、
   分極方向が厚み方向と平行であってかつ表面にはすだれ状電極が形成された複数の圧電板を含み、前記透明基板の外界側の周囲端部に、励振側の前記複数の圧電板と検出側の前記複数の圧電板が互いに対向して固着アレイ配置されるとともに、
   前記複数の圧電板の中から、互いに対向する一組の圧電板を順次選択して、圧電効果によって前記透明基板上に弾性表面波を励振させる表面波駆動手段を備え、
   さらに、指先または他の物質が前記透明基板上に接触する事で、前記励振された弾性表面波の伝播強度が変化し、
   該伝播強度の変化を前記検出側の圧電板を介して検出して、前記指先または他の物質の接触位置を特定するタッチセンシング手段を備える事を特徴とする表示装置。
2. 前記層状構造を持った透明基板総厚は、前記圧電板の厚みに比較して大きい事を特徴とした請求項１記載の表示装置。
3. 前記層状構造を持った二枚の透明基板層のうち、前記表示装置の表示側及び背面側に配置される透明基板をそれぞれ第一の透明基板及び第二の透明基板とし、前記圧電板が固着される第一の透明基板の厚みは、前記圧電板の厚みに比較して大きい事を特徴とした、請求項１記載の表示装置。
4. 前記層状構造を持った透明基板の偏光層は、前記第一の透明基板に偏光板を固着し、該偏光板に第二の透明基板を固着せしめる事により形成された事を特徴とした請求項２または３に記載の表示装置。
5. 前記液晶素子を挟み込む二枚の基板のうち、前記表示装置の表示側及び背面側に配置される基板をそれぞれ第一の基板及び第二の基板とし、前記表面波駆動手段及び前記タッチセンシング手段を、前記液晶素子に対して反対側である前記第二の基板の背面側に配置した表示装置において、
   前記圧電板の電極表面上に、異方性導電膜を介してフレキ基板を固着せしめる事により、前記第一の基板上に配置された前記圧電板と前記表面波駆動手段及び前記タッチセンシング手段とを電気的接続する事を特徴とする請求項１記載の表示装置。

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