JP6371731B2 - タッチパネル表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル表示装置に関し、特に、ＦＴＩＲ（Ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）方式のタッチパネルを含むタッチパネル表示装置に関する。

従来、光学式タッチパネルとして、ＦＴＩＲ方式のタッチパネルが知られている。ＦＴＩＲ方式のタッチパネルは、液晶ディスプレイ等の表示装置上に配置される導光板、並びに、導光板の側面に設けられる光源及び検知用センサを含む。このタッチパネルにおいては、以下のようにしてタッチパネル上の接触位置が検出される。すなわち、光源からの光が導光板の側面から供給される。この光は導光板内を伝搬する。導光板の表面に指又はペン等が接触すると、導光板内を伝搬する光に散乱が生じる。この散乱光を検知用センサが検知することで、タッチパネル上の接触位置が検出される。

後掲の特許文献１には、こうしたＦＴＩＲ方式のタッチパネルにおいて、外来光（環境光）の影響を低減し、タッチ位置の認識精度を向上させるための技術が開示されている。特許文献１に開示のタッチパネルは、矩形状の導光板、導光板に光を入射する光源、導光板の側面の一部に配置された受光素子、及び、導光板の側面と受光素子との間に配置され、被検出体（指又は入力ペン等）により散乱した光源からの光を受光素子に結像する結像手段（レンズ）を含む。結像手段及び受光素子は、導光板の辺に対して斜めに配置される。導光板は、結像手段が配置される角部が、結像手段に対向するように、斜めに切断された平面状に形成されている。さらに、受光素子が配置された導光板の側面の一部には、光吸収手段（カーボンブラック含有樹脂）が配置され、受光素子は光源の照射範囲外に配置される。

特開２００９−２５８９６７号公報

特許文献１のタッチパネルでは、受光素子が光源の照射範囲外に配置されているため、光源からの光が、直接、受光素子に入射するのを防止できる。さらに、導光板の側面の一部には光吸収手段が配置されているため、導光板の端部での光の反射が抑制される。これにより、被検出体によって散乱された光が導光板の端部で反射されて受光素子に到達することに起因するゴースト信号の発生を防止できる。したがって、外来光（環境光）の影響が低減される。

しかし、特許文献１に開示のタッチパネルには、以下の問題がある。すなわち、タッチパネルは表示装置に取付けられた状態で使用される。その際、タッチパネルの導光板が表示装置に接触することによって、導光板内を伝搬する光が表示装置側に透過するおそれがある。表示装置側に光が透過することによって光量ロスが生じ、この光量ロスにより、接触位置の検出性能が低下するという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の１つの目的は、光量ロスに起因する位置検出性能の低下を抑制することが可能なタッチパネル表示装置を提供することである。

本発明の一の局面に係るタッチパネル表示装置は、画像を表示する表示部と、表示部上に配置され、光を伝搬させる平板状の導光部材と、導光部材の表面が接触されたことにより生じる、導光部材を伝搬する光の散乱光、又は、導光部材の表面に入力部材が接触することにより、当該入力部材が発し、導光部材の内部に入射した光を検出するための検出手段と、検出手段により検出された光に関する情報に基づいて、導光部材上の接触された接触位置を算出するための算出手段と、表示部と導光部材との間に配設され、導光部材を点接触で支持することにより表示部と導光部材との間に設けられる間隙を一定に保持するための間隙保持手段と、を含む。

表示部と導光部材との間には間隙保持手段が配設される。この間隙保持手段によって、表示部と導光部材との間に設けられる間隙が一定に保持される。すなわち、間隙保持手段によって、導光部材と表示部との接触が抑制される。これにより、導光部材と表示部との接触に起因する光量ロスが抑制される。さらに、導光部材は、間隙保持手段によって点接触で支持される。そのため、導光部材と間隙保持手段との接触面積は、導光部材と表示部とが接触した場合の接触面積に比べて小さい。導光部材と間隙保持手段との接触により光量ロスが生じる場合でも、その光量ロスは、導光部材と表示部との接触に起因する光量ロスに比べて効果的に低減される。これにより、光量ロス抑制効果が得られるので、光量ロスに起因する位置検出性能の低下を抑制できる。なお、導光部材は、間隙保持手段によって３カ所以上の点接触で支持されているのが好ましい。

好ましくは、間隙保持手段は、表示部と導光部材との間に分散された複数のガラスビーズを含む。

より好ましくは、間隙保持手段は、複数のガラスビーズを固着する透明樹脂からなる固着層をさらに含む。

さらに好ましくは、間隙保持手段は、透明フィルムからなるフィルム部材と、フィルム部材の表面上に分散された複数のガラスビーズと、複数のガラスビーズをフィルム部材の表面上に固着する透明樹脂からなる固着層と、を含む。

さらに好ましくは、ガラスビーズの平均粒径は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。

さらに好ましくは、間隙保持手段は、導光部材側に突出した複数の突状の支持部が設けられたフィルム部材を含む。

さらに好ましくは、フィルム部材は、複数の支持部が導光部材を伝搬する光の波長より短い間隔で配列されたモスアイ構造を有する。

さらに好ましくは、間隙保持手段は、導光部材の屈折率より小さい屈折率を有する。

以上より、本発明によれば、光量ロスに起因する位置検出性能の低下を抑制することが可能なタッチパネル表示装置を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネル表示装置の概略構成を示す図である。 図１に示すタッチパネル表示装置の光源部の構成を示す図である。 図１に示すタッチパネル表示装置のハードウェア構成を示す制御ブロック図である。 図１に示すタッチパネル表示装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示すタッチパネル表示装置の構成を示す断面図である。 図５のＡ部を拡大して示した断面図である。 タッチ位置の算出方法を示す平面図である。 導光板内を伝搬する散乱光の経路を示す図である。 導光板の光量ロスを説明するための図である。 間隙保持部材による光量ロスを抑制する機能を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル表示装置の概略構成を示す斜視図である。 図１１のタッチパネル表示装置に設けられる間隙保持部材の構成を示す断面図である。 図１１のタッチパネル表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るタッチパネル表示装置の概略構成を示す斜視図である。 図１４のタッチパネル表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るタッチパネル表示装置の概略構成を示す斜視図である。 図１６のタッチパネル表示装置の構成を示す断面図である。 ＬＥＤペンを用いるタッチパネル表示装置の概略構成を示す図である。 複数のＬＥＤペンによるタッチ位置を同時に検出可能なタッチパネル表示装置を示す平面図である。

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの機能及び名称も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

（第１の実施の形態）
［構成］
図１を参照して、本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０は、画像を表示する表示装置２００と、表示装置２００上に配置されるＦＴＩＲ方式のタッチパネル装置１００と、を含む。表示装置２００は、液晶表示パネル等の表示パネル２１０、及び表示パネル２１０の表示を制御する表示制御部２２０を含む。タッチパネル装置１００は、導光板１１０、光源部１２０、光源制御部１３０、センサ部１４０、センサ制御部１５０、及び主制御部１６０を含む。センサ部１４０は、第１センサ部１４０ａ、及び第２センサ部１４０ｂを含む。

導光板１１０は、約２ｍｍの厚みを有する平板状の導光部材であり、アクリル樹脂で形成されている。この導光板１１０は、表示パネル２１０の表示画面を覆うように当該表示パネル２１０上に対向配置されている。

光源部１２０は、一方向に伸びる棒状の照明光源であって、導光板１１０の端部の背面側に当該導光板１１０の一辺に沿うように取付られている。図２を参照して、この光源部１２０は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）アレイ部１２２及び三角プリズム１２４を含む。ＬＥＤアレイ部１２２は、基板１２８と、基板１２８上にアレイ状に並べられた複数のＬＥＤ素子１２６とを含む。三角プリズム１２４は、導光板１１０に接合され、三角プリズム１２４の傾斜面にＬＥＤ素子１２６が当接して配置されている。三角プリズム１２４の傾斜面は、導光板１１０の面に対して所定角度φを成している。所定角度φは、ＬＥＤ素子１２６から、ＬＥＤ素子１２６の正面方向に放射される光が、導光板１１０内で全反射する角度、即ち臨界角よりも大きいことが好ましい。臨界角は、導光板１１０の屈折率と空気の屈折率とにより決まる。導光板１１０をアクリル樹脂（屈折率１．４９）で形成する場合、臨界角は４２．１５°となる。そのため、三角プリズム１２４の傾斜面の所定角度は約５０°であることが好ましい。このように、ＬＥＤアレイ部１２２は三角プリズム１２４を介して導光板１１０に光学的に接合されている。

再び図１を参照して、光源制御部１３０は、主制御部１６０の制御の下で光源部１２０の駆動を制御する。光源部１２０は、光源制御部１３０により電力の供給及び制御を受けて、ＬＥＤアレイ部１２２から光を放射させる。放射される光は、例えば、波長が８５０ｎｍの赤外光である。ＬＥＤアレイ部１２２から放射された光は、三角プリズム１２４を介して、導光板１１０内に入射する。入射された光は、導光板１１０の両面により全反射を繰返しながら、導光板１１０内を伝搬する。図１において、光源部１２０から放射され、導光板１１０内を伝搬する光が、右上方向の３本の破線矢印で模式的に示されている。

指３１０等の入力部材が導光板１１０の表面に接触（タッチ）すると、光源部１２０から放射されて導光板１１０内を伝搬する光は、タッチ位置で散乱される。散乱光の一部は、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂに伝搬する（図１において下向きの破線の矢印で示す）。

第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等の光検出素子を含む。第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは、光検出素子によって散乱光を検出し、検出した散乱光に応じた検出信号を出力する。第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは導光板１１０の背面側に配置されている。このように、センサ部１４０（第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂ）は、導光板１１０内を伝搬する光の散乱光を検出する。

センサ制御部１５０は、主制御部１６０の制御の下で、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂを制御する。第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは、センサ制御部１５０の制御を受けて、検出信号を主制御部１６０に伝送する。主制御部１６０は、ＣＰＵ等の演算素子を含む。後述するように、光検出素子は、例えば１次元のラインセンサであり、主制御部１６０は、ラインセンサ上の受光位置（受光した画素の位置）の情報から、タッチ位置を算出する。光検出素子は、上記１次元のラインセンサに限定されるものではなく、２次元のエリアセンサ及び２次元のフォトセンサアレイ等の撮像素子であってもよい。

主制御部１６０は、所定のタイミングで光源制御部１３０により光源部１２０を駆動し、導光板１１０内に光を放射した状態で、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂからの光の検出信号を待受ける。導光板１１０の表面がタッチされると、上記したように、タッチ位置で散乱光が生じる。この散乱光の一部は第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂにより検出される。第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは、センサ制御部１５０を介して、検出した散乱光に応じた検出信号を主制御部１６０に出力する。主制御部１６０は、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂからの検出信号に基づいてタッチ位置を算出する。すなわち、主制御部１６０は、センサ部１４０により検出された光に関する情報に基づいて、導光板１１０上の接触された接触位置を算出する。

図３を参照して、この主制御部１６０は、受信した検出信号に基づいてタッチ位置（接触位置）の座標を算出する接触座標算出部１６２、及び算出した座標を示す情報（指示情報）を出力するインターフェイスである位置情報出力部１６４をさらに含む。接触座標算出部１６２は、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂからの検出信号に基づいて、導光板１１０に対する入力部材（例えば指３１０）のタッチ位置の座標を算出する機能、及び導光板１１０上のタッチ位置の座標を表示装置２００（表示パネル２１０）の表示画面の座標系に変換（補正）する機能を有する。位置情報出力部１６４は、コンピュータ等のホスト装置３００に接続される。主制御部１６０が、算出したタッチ位置の情報を、位置情報出力部１６４を介して、ホスト装置３００に出力することにより、ホスト装置３００は、タッチ位置に応じた処理を実行することが可能になる。

タッチパネル装置１００はさらに、タッチ位置の算出に必要な種々の情報を記憶する記憶部１７０を含む。記憶部１７０に記憶される情報は、導光板１１０の座標系と表示画面の座標系との対応関係を示す情報、すなわち座標変換に必要なパラメータを含む。この情報は、導光板１１０上のタッチ位置の座標を表示装置２００（表示パネル２１０）の表示画面の座標系に変換（補正）する際に参照される。

図１及び図３を参照して、表示パネル２１０は、表示制御部２２０からの指示に応じた画像を表示画面に表示する。表示制御部２２０は、ホスト装置３００から入力される画像データに応じて表示パネル２１０の表示状態を制御する。

図１に示すように、表示パネル２１０上にはタッチパネル装置１００が配置される。そのため、タッチパネル装置１００に対するタッチ操作を、表示パネル２１０に表示された画像に対するユーザの操作として扱うことができ、ホスト装置３００に対するユーザインターフェイスを実現できる。

図５を参照して、タッチパネル装置１００は、導光板１１０と表示パネル２１０との接触を避けるために、表示パネル２１０から所定の距離を隔てて表示装置２００上に配置されている。すなわち、タッチパネル装置１００（導光板１１０）と表示装置２００（表示パネル２１０）との間には間隙が設けられている。本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０は、導光板１１０を点接触で支持することにより導光板１１０と表示パネル２１０との間に設けられる間隙を一定に保持するための間隙保持部材２５０をさらに含む。間隙保持部材２５０は導光板１１０と表示パネル２１０との間に配設される。図４を参照して、この間隙保持部材２５０は、導光板１１０と表示パネル２１０との間に面状に分散された複数のガラスビーズ２５２を含む。図５に示すように、複数のガラスビーズ２５２は、導光板１１０と表示パネル２１０との間に挟み込まれている。これらのガラスビーズ２５２は、硼珪酸ガラス（屈折率１．４７〜１．４９）から構成されている。ガラスビーズ２５２の平均粒径は、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であればより好ましい。なお、「平均粒径」とは、ＪＩＳ Ｚ ８９０１：２００６「試験用粉体及び試験用粒子」で定義されている「粒子の直径の算術平均値」である。本明細書では、「平均粒径」とは、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（平均粒径ｄ５０）を意味する。

図５及び図６を参照して、表示パネル２１０は、表示画面を有するパネル部２１４と、表示画面を保護するための保護ガラス２１２とを含む。この保護ガラス２１２は例えばソーダガラス（屈折率１．５１）から構成されている。間隙保持部材２５０を構成する複数のガラスビーズ２５２は、この保護ガラス２１２上に面状に分散されて、表示パネル２１０上に配置されたタッチパネル装置１００（導光板１１０）を実質的に点接触で支持する。このように、タッチパネル装置１００（導光板１１０）と表示装置２００（表示パネル２１０）との間に間隙保持部材２５０が配設されることによって、導光板１１０と保護ガラス２１２との接触が抑制される。なお、間隙保持部材２５０には、粒径が揃ったガラスビーズを用いるのが好ましい。また、ガラスビーズは帯電によって凝集する場合がある。そうした場合、ガラスビーズの凝集を防ぐために、ガラスビーズ又は表示パネル２１０（保護ガラス２１２）を除電した後に保護ガラス２１２上にガラスビーズを分散させるのが好ましい。ガラスビーズの分散量は、導光板１１０と保護ガラス２１２（表示パネル２１０）との接触を抑制することが可能な量であればよい。この分散量は、表示パネル２１０又は導光板１１０のサイズ等に応じて、適宜調整するのが好ましい。

［センサ部１４０による散乱光の検出］
図７を参照して、導光板１１０において、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂが配置される領域には、それぞれ、円錐状の凹部１１２ａ及び１１２ｂ（以下、総称する場合は「凹部１１２」と記す。）が形成されている。図８を参照して、凹部１１２は、導光板１１０をその上面（表面）から厚み方向に円錐状にくり抜くことによって形成されている。この凹部１１２は、導光板１１０内を伝搬する光をセンサ部１４０側に反射させる傾斜面を有する。

光源部１２０から放射された光は、全反射光３２０として導光板１１０内を伝搬する。上述したように、導光板１１０の表面にユーザの指３１０等が接触すると、その接触位置（タッチ位置）において散乱光３２２が生じる。散乱光３２２の一部は、凹部１１２に向けて伝搬し、凹部１１２の傾斜面で反射されてセンサ部１４０で検出される。

第１センサ部１４０ａは、レンズ部１４２、バンドパスフィルタ１４４、及びセンサ１４６を含む。センサ１４６は、上記した光検出素子であり、例えばラインセンサ（撮像素子）である。バンドパスフィルタ１４４は、光源部１２０から放射された光を選択的に通過させる波長帯域を有する。このバンドパスフィルタ１４４は、光源部１２０の放射光以外の光（外部から導光板に入射する光）がセンサ１４６に入射して、誤検出されることを防止する機能を有する。レンズ部１４２は、凹部１１２の傾斜面で反射された光を収束させて、センサ１４６に入射させる。図８では、レンズ部１４２を凸レンズ形状で表しているが、これは光学レンズであることを表すためである。レンズ部１４２は、例えば、複数のレンズを組合せた、公知のｆθレンズである。

レンズ部１４２及びセンサ１４６は、センサ１４６の検出面がレンズ部１４２の光軸に垂直であり、センサ１４６の検出面の中心がレンズ部１４２の光軸上に位置するように配置されることが好ましい。このように配置されていれば、ｆθレンズを使用することにより、レンズの光軸に対する光の入射角度と、直線状に検出素子が配置されたラインセンサであるセンサ１４６の中心から光の検出点までの距離とが比例する。したがって、センサ１４６上の光の検出点の位置から、検出された光の入射角度を容易に算出することができる。

第２センサ部１４０ｂも、第１センサ部１４０ａと同様に構成されており、同じ機能を有する。

［タッチ位置の算出］
再び図７を参照して、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂによる光の検出位置から、対応する光の入射角度θ１（ｒａｄ）及びθ２（ｒａｄ）が得られる。入射角度θ１及びθ２から、光が、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂを結ぶ直線と成す角度α（ｒａｄ）及びβ（ｒａｄ）が得られる。すなわち、角度α及びβは、α＝π／２−θ１、β＝π／２−θ２により算出される。タッチ位置をＰ、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂを結ぶ線分とタッチ位置Ｐとの距離をｄ、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂとの距離をＬとすると、Ｌ＝ｄ／ｔａｎα＋ｄ／ｔａｎβが成立する。この式に、角度α及びβ、並びに、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂ間の距離Ｌの値を代入することにより、ｄが算出される。ｄが算出されると、タッチ位置Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）におけるｙは、ｙ＝ｄにより、ｘは、ｘ＝ｄ／ｔａｎαにより算出される。これにより、タッチ位置Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）を決定できる。なお、距離Ｌの値は、記憶部１７０に予め記憶されている。

得られた位置座標（ｘ，ｙ）は、導光板１１０の座標系、例えば、導光板１１０上の点３３０を原点とする座標系での位置座標である。タッチ位置Ｐを、例えば、表示パネル２１０（表示画面）の位置座標として表すには、原点を点３３０から点３３２に平行移動する座標変換を、得られた位置座標（ｘ，ｙ）に対して実行すればよい。座標変換に必要なパラメータは、記憶部１７０に予め記憶されている。主制御部１６０は、記憶部１７０に記憶されているパラメータを用いて座標変換を行なうことにより、表示パネル２１０に対するタッチ位置の位置座標を算出する。

［間隙保持部材２５０による間隙の保持］
図９（Ａ）を参照して、間隙保持部材を含まない構成においても、本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０と同様、導光板１１０と表示パネル２１０との間に間隙が設けられる。導光板１１０と表示パネル２１０との間には空気層（屈折率１．０）が介在するため、導光板１１０内を伝搬する全反射光３２０は表示装置２００側に透過することはない。

図９（Ｂ）を参照して、導光板１１０の表面に例えばユーザの指３１０等が接触すると、導光板１１０が撓んで、導光板１１０と表示パネル２１０との接触が生じ得る。導光板１１０と表示パネル２１０とが接触すると、その接触面に意図しない導光路が生じる。この導光路を介して、導光板１１０内の全反射光が透過光３２４として表示パネル２１０側に透過してしまう。特に、導光板１１０がアクリル樹脂から構成されており、表示パネル２１０の保護ガラスがソーダガラスから構成されている場合、保護ガラスの屈折率（１．５１）が導光板１１０の屈折率（１．４９）より大きいため、導光板１１０内の全反射光３２０が保護ガラス側に透過しやすくなる。

この保護ガラス側への光の透過によって導光板１１０内の光量が低減する。そのため、ユーザが指３１０等で導光板１１０の表面をタッチしたときに、そのタッチ位置において生じる散乱光の光量が低減する。さらに、タッチ位置において生じた散乱光は、導光板１１０と表示パネル２１０との接触位置で減衰する。このように、導光板１１０が表示パネル２１０と接触することによって光量ロスが生じる。これにより、センサ部１４０（第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂ）による検出精度が低下するので、タッチされた位置を検出する位置検出性能が低下する。なお、導光板１１０の自重による撓みによっても、導光板１１０と表示パネル２１０とが接触する場合があり得る。

導光板１１０と表示パネル２１０との間の間隙を大きくすれば、導光板１１０が撓んだ場合でも、導光板１１０が表示パネル２１０に接触しにくくなる。しかし、この場合、表示画面から導光板１１０までの距離が大きくなるため、導光板１１０のタッチ面（操作面）と表示画面とのズレ（視差）が大きくなる。このズレによって、ユーザには操作時に違和感が生じる。

図１０を参照して、本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０は、上述したように、導光板１１０と表示パネル２１０との間に間隙保持部材２５０が配設されている。導光板１１０の表面に例えばユーザの指３１０等が接触した場合でも、間隙保持部材２５０を構成する複数のガラスビーズ２５２によって導光板１１０が支持され、導光板１１０の撓みが抑制される。間隙保持部材２５０によって、導光板１１０と表示パネル２１０との間に設けられる間隙が一定に保持されるため、導光板１１０と表示パネル２１０との接触が抑制される。これにより、導光板１１０内の全反射光３２０が保護ガラス側に透過することに起因する光量ロスが抑制される。

［本実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０を利用することにより、以下に述べる効果を奏する。

表示パネル２１０と導光板１１０との間には間隙保持部材２５０が配設される。この間隙保持部材２５０によって、表示パネル２１０と導光板１１０との間に設けられる間隙が一定に保持される。すなわち、間隙保持部材２５０によって、導光板１１０と表示パネル２１０との接触が抑制される。これにより、導光板１１０と表示パネル２１０との接触に起因する光量ロスが抑制される。

間隙保持部材２５０は、表示パネル２１０と導光板１１０との間に分散された複数のガラスビーズ２５２を含む。導光板１１０は、間隙保持部材２５０を構成する複数のガラスビーズ２５２によって点接触で支持される。そのため、導光板１１０と間隙保持部材２５０との接触面積は、導光板１１０と表示パネル２１０とが接触した場合の接触面積に比べて小さい。導光板１１０と間隙保持部材２５０との接触によって光量ロスが生じる場合であっても、その光量ロスは、導光板１１０と表示パネル２１０との接触に起因する光量ロスに比べて効果的に低減される。これにより、光量ロス抑制効果が得られるので、光量ロスに起因するタッチ位置の位置検出性能の低下を抑制できる。

間隙保持部材２５０を構成する複数のガラスビーズ２５２に、硼珪酸ガラス（屈折率１．４７〜１．４９）から構成されるガラスビーズを用いることによって、導光板１１０と間隙保持部材２５０との接触に起因する光量ロスをより効果的に防止できる。すなわち、アクリル樹脂からなる導光板１１０の屈折率に対して、ガラスビーズ２５２の屈折率の方が小さくなるため、スネルの法則により、ガラスビーズ２５２側への光の透過が抑制される。

さらに、間隙保持部材２５０に平均粒径が０．３ｍｍ以下のガラスビーズを用いることによって、間隙保持部材２５０と導光板１１０との接触面積を効果的に低減できる。これにより、導光板１１０と間隙保持部材２５０との接触に起因する光量ロスをさらに効果的に防止できる。加えて、このような粒径のガラスビーズを用いることによって、導光板１１０と表示パネル２１０との接触を抑制しながら、導光板１１０と表示パネル２１０との間の間隙（表示パネル２１０から導光板１１０までの距離）を小さくできる。これにより、導光板１１０のタッチ面（操作面）と表示画面とのズレ（視差）を小さくできるので、ユーザが操作時に違和感を覚えることが少なくなる。すなわち、操作し易くなる。平均粒径が０．２ｍｍ以下のガラスビーズを用いれば、上記した効果がより得やすくなる。

間隙保持部材２５０に微小なガラスビーズ２５２を用いることによって、導光板１１０と表示パネル２１０との間に分散されたガラスビーズ２５２を目立ち難くすることもできる。

（第２の実施の形態）
図１１を参照して、本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０Ａは、間隙保持部材２５０（図４参照）に代えて、微細構造の突出部が表面に形成されたフィルム部材からなる間隙保持部材４００を含む点において、第１の実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０とは異なる。その他の点では、各タッチパネル表示装置は同一の構成である。なお、図１１では、センサ部１４０（第１センサ部１４０ａ、第２センサ部１４０ｂ）、及び光源部１２０等は記載を省略している。

間隙保持部材４００は、透明樹脂からなる基材フィルム４０２、この基材フィルム４０２の表面に分散される複数のガラスビーズ４０４、及びガラスビーズ４０４を基材フィルム４０２上に固着（固定）するための固着層４０６（図１２参照）を含む。基材フィルム４０２は、例えば１００μｍ〜２５０μｍ程度の厚みを有する透明フィルム（高透過フィルム）である。この基材フィルム４０２は、例えばポリエチレン、又はプラスチック等から構成されている。ガラスビーズ４０４は、平均粒径がミクロンオーダの微粒子状のガラスビーズであって、硼珪酸ガラスから構成されている。ガラスビーズ４０４には、平均粒径が例えば１００μｍ〜１５０μｍ程度のものを用いることができる。

図１２を参照して、複数のガラスビーズ４０４は、基材フィルム４０２上に面状に分散されて、固着層４０６によって当該基材フィルム４０２上に固定されている。固着層４０６は、例えばＰＥＴ又はポリエチレン等の熱可塑性樹脂、若しくは、アクリル樹脂系又はエポキシ樹脂系等のＵＶ硬化樹脂等の透明樹脂から構成されている。この固着層４０６は、ガラスビーズ４０４の直径より小さい厚みを有する。ガラスビーズ４０４は、この固着層４０６によって、その一部が外部に露出するように基材フィルム４０２上に固定されている。ガラスビーズ４０４は、例えば、その直径の半分以上が外部に露出するように固定されているのが好ましい。

こうした間隙保持部材４００は、基材フィルム４０２の表面に微粒子状のガラスビーズ４０４を吹付け塗装することによって作製される。吹付け塗装に代えて、静電塗装により作製することも可能である。静電塗装法では、接地した電極上に基材フィルム４０２を配置し、さらに基材フィルム４０２上にガラスビーズ４０４を配置した後、熱可塑性樹脂又はＵＶ硬化樹脂等の透明樹脂をスプレーガンから噴霧状にして吹付ける。スプレーガンと電極との間には電圧が印加されており、スプレーガンから噴霧された透明樹脂は基材フィルム４０２の表面に電気的に吸着される。吸着された透明樹脂は固着層４０６となり、基材フィルム４０２上に配置されたガラスビーズ４０４を基材フィルム４０２上に固定する。基材フィルム４０２上に固定された複数のガラスビーズ４０４によって、微細構造の突出部（突状の支持部）が形成される。

図１３を参照して、こうして作製された間隙保持部材４００は導光板１１０と表示パネル２１０との間に配設される。この間隙保持部材４００は、複数のガラスビーズ４０４によって、表示パネル２１０上に配置された導光板１１０を実質的に点接触で支持する。これにより、導光板１１０の撓みが抑制される。このように、間隙保持部材４００は、導光板１１０を点接触で支持することによって、第１の実施の形態と同様、導光板１１０と表示パネル２１０との間に設けられる間隙を一定に保持する。そのため、導光板１１０と表示パネル２１０（保護ガラス２１２）との接触が抑制される。

本実施の形態では、間隙保持部材４００を構成する複数のガラスビーズ４０４が固着層４０６によって固定されているため、ガラスビーズ４０４の移動が抑制される。そのため、ガラスビーズが移動することによって不均一な分散状態となるのを防止できる。すなわち、ガラスビーズが均一に分散された状態を維持できる。これにより、導光板１１０と表示パネル２１０（保護ガラス２１２）との接触をより効果的に抑制できる。さらに、ガラスビーズ４０４が固定された間隙保持部材４００を用いることによって、タッチパネル表示装置５０Ａの配置に自由度を持たせることが容易にできる。例えば、タッチパネル表示装置５０Ａを縦置き配置（垂直に立てて配置）にして使用することも容易に可能となる。

その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。

（第３の実施の形態）
図１４を参照して、本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０Ｂは、間隙保持部材４００（図１１参照）に代えて、表示パネル２１０に固定される間隙保持部材４１０を含む点において、第２の実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０Ａとは異なる。その他の点では、各タッチパネル表示装置は同一の構成である。なお、図１４では、センサ部１４０（第１センサ部１４０ａ、第２センサ部１４０ｂ）、及び光源部１２０等は記載を省略している。

図１５を参照して、間隙保持部材４１０は、微細構造の突出部を構成する複数のガラスビーズ４１２、及びこのガラスビーズ４１２を表示パネル２１０の保護ガラス２１２上に固定するための固着層４１４を含む。複数のガラスビーズ４１２は、保護ガラス２１２上に面状に分散されて、固着層４１４によって当該保護ガラス２１２上に固定されている。ガラスビーズ４１２及び固着層４１４は、それぞれ、第２の実施の形態に係るガラスビーズ４０４及び固着層４０６と同じである。すなわち、本実施の形態では、基材フィルム４０２（図１２参照）を用いずに、保護ガラス２１２上に直接、ガラスビーズ４１２が固定されている。

こうした間隙保持部材４１０は、第２の実施の形態と同様、吹付け塗装又は静電塗装等によって作製される。ただし、本実施の形態では、ガラスビーズ４１２が固定される部材として、基材フィルム４０２に代えて、保護ガラス２１２を用いる。

間隙保持部材４１０は表示パネル２１０に固定される。そのため、タッチパネル装置（導光板１１０）を表示パネル２１０上に配置することによって、導光板１１０と表示パネル２１０との間に間隙保持部材４１０が配設される。この間隙保持部材４１０は、複数のガラスビーズ４１２によって、表示パネル２１０上に配置された導光板１１０を実質的に点接触で支持する。間隙保持部材４１０によって、導光板１１０と表示パネル２１０との間に設けられる間隙が一定に保持される。これにより、導光板１１０と表示パネル２１０（保護ガラス２１２）との接触が抑制される。

本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０Ｂの効果は、第２の実施の形態と同じである。

（第４の実施の形態）
図１６を参照して、本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０Ｃは、間隙保持部材２５０（図４参照）に代えて、モスアイ（Ｍｏｔｈ−ｅｙｅ：登録商標）構造を有するフィルム部材（モスアイフィルム）からなる間隙保持部材４２０を含む点において、第１の実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０とは異なる。その他の点では、各タッチパネル表示装置は同一の構成である。なお、図１６では、センサ部１４０（第１センサ部１４０ａ、第２センサ部１４０ｂ）、及び光源部１２０等は記載を省略している。

間隙保持部材４２０となるモスアイフィルム（光学フィルム）は、例えば、アクリル系樹脂、ＰＣ（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）樹脂等の熱可塑性の樹脂材料から構成されている。モスアイフィルムの材質は、導光板の屈折率よりも低い屈折率を有する材質であるのが好ましい。図１７を参照して、モスアイフィルム（間隙保持部材４２０）の表面には、円錐状又は釣鐘状の微細な凸部４２２（微細構造）が多数形成されている。この微細な凸部４２２によってモスアイ構造が構成されている。

微細な凸部４２２は、モスアイフィルムの表面に所定の間隔（ピッチ）で規則正しく配列されている。凸部４２２の平均高さは、例えば２５０ｎｍ〜３００ｎｍであり、凸部４２２間のピッチは、例えば２００ｎｍ〜３００ｎｍである。凸部４２２のアスペクト比は１以上２以下であるのが好ましい。このように、微細な凸部４２２は、光源部１２０（図１参照）から放射される光の波長（８５０ｎｍ）より小さいピッチで配列されている。

再び図１７を参照して、間隙保持部材４２０は、その表面に形成されている凸部４２２が導光板１１０側に突出するようにして、導光板１１０と表示パネル２１０との間に配設される。この間隙保持部材４２０は、複数の凸部４２２によって、表示パネル２１０上に配置された導光板１１０を実質的に点接触で支持する。複数の凸部４２２は、導光板１１０を支持する突状の支持部となり、導光板１１０の撓みが抑制される。このように、間隙保持部材４２０は、導光板１１０を点接触で支持することによって、第１の実施の形態と同様、導光板１１０と表示パネル２１０との間に設けられる間隙を一定に保持する。そのため、導光板１１０と表示パネル２１０（保護ガラス）との接触が抑制される。

導光板１１０と間隙保持部材４２０との接触は、モスアイ構造を構成する凸部４２２の頂点における点接触の集合となるため、応力の分散を図ることができる。したがって、応力が一部に集中することによる間隙保持部材の変形又は破損等を抑制できる。さらに、導光板１１０が間隙保持部材４２０と接触している界面は、当該導光板１１０が空気層と接触している界面とみなすことができる。そのため、導光板１１０で生じた散乱光を効率良く伝搬できる。散乱光の伝搬損失を低減できるため、これによっても位置検出性能の低下を抑制できる。

モスアイフィルムは反射防止機能を有するため、こうした間隙保持部材４２０を導光板１１０と表示パネル２１０との間に配設することによって、タッチ位置の位置検出性能の低下を抑制しながら、表示パネル２１０の視認性を向上できる。その他の効果は、第１〜第３の実施の形態と同様である。

（変形例）
上記実施の形態では、タッチパネル装置が光源部を備える例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、光を放射するＬＥＤペン（光ペン）を用いる場合は、タッチパネル装置は光源部を備えない構成であってもよい。図１８に示すタッチパネル装置は、図１に示した光源部１２０及び光源制御部１３０を含まない。この場合、ＬＥＤペン３１２の先端部が導光板１１０の表面にタッチすると、先端部に配置されたＬＥＤ素子から放射される光が、導光板１１０内に入射する。ＬＥＤペンが発し、導光板１１０の内部に入射した光は、上記した散乱光と同様に、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂにより検出され、ＬＥＤペン３１２のタッチ位置の座標が算出される。

上記実施の形態では、タッチパネル装置が２つのセンサ部を備える例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。センサ部は３つ以上であってもよい。例えば、図１９に示すように、タッチパネル装置は４つのセンサ部を備えてもよい。第３センサ部１４０ｃ及び第４センサ部１４０ｄは、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂと同様に構成されている。この場合、例えば、２種類のＬＥＤペンを使用し、相互にＬＥＤ素子の発光波長が異なる場合、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂのバンドパスフィルタの波長帯域と、第３センサ部１４０ｃ及び第４センサ部１４０ｄのバンドパスフィルタの波長帯域とが異なるように設定すれば、２種類のＬＥＤペンを同時に使用しても、それぞれのＬＥＤペンのタッチ位置を検出できる。

上記実施の形態では、散乱光の入射角度を検出するセンサ部を含むタッチパネル装置の例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。散乱光を検出するセンサ部には種々のものを用いることができる。センサ部は、導光板の側端部に設けられる２本のラインセンサ等であってもよい。この場合、一方のラインセンサは、導光板の一辺に設けられてタッチ位置のｘ座標を検出する。もう一方のラインセンサは、導光板における、一方のラインセンサが設けられた辺と直交する一辺に設けられてタッチ位置のｙ座標を検出する。

上記実施の形態では、タッチパネル装置の導光板に約２ｍｍの厚みを有するアクリル樹脂からなる導光板を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。導光板の材質及び厚みは特に限定されず、種々の導光板を用いることができる。例えば、硼珪酸ガラス（耐熱ガラス）等のガラスから構成される導光板を用いることもできる。

上記実施の形態では、間隙保持部材を構成するガラスビーズに硼珪酸ガラスからなるガラスビーズを用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。ガラスビーズの材質は特に限定されず、種々のガラスビーズを用いることができる。例えば、ソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）等から構成されるガラスビーズを用いることもできる。タッチパネル装置の導光板がアクリル樹脂（屈折率１．４９）から構成されている場合に、導光板の材質よりも屈折率の高い材質（例えばソーダ石灰ガラス）のガラスビーズを用いると、接触境界面において光の散乱及び光量ロスが発生する。しかし、ガラスビーズと導光板との接触は実質的に点接触であるため、接触する面積比率は全体のごくわずかである。そのため、屈折率の高い材質のガラスビーズを用いた場合でも、十分に光量ロスの抑制効果が得られる。ただし、導光板よりも屈折率の低い材質のガラスビーズを用いることによって、光量ロスの抑制効果がより効果的に得られる。そのため、光量ロスを抑制する観点からは、導光板よりも屈折率の低い材質のガラスビーズを用いるのが好ましい。さらに、上記実施の形態において、ガラスビーズに代えて、例えばプラスチックビーズ等を用いてもよい。

上記実施の形態では、タッチパネル装置に対してタッチ入力を行なう入力部材にユーザの指を用いる例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。入力部材は、指以外の部材（例えばペン等）であってもよい。

上記実施の形態では、液晶表示パネルからなる表示パネルを用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。表示パネルは、液晶表示パネル以外の例えばプラズマディスプレイパネル、有機ＥＬ表示パネル等であってもよい。

上記実施の形態では、タッチパネル表示装置がパーソナルコンピュータからなるホスト装置に接続される例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。ホスト装置は、パーソナルコンピュータ以外の例えばテレビ受像器、各種映像再生装置等であってもよい。ホスト装置は、タッチパネル表示装置と一体であってもよいし、別体であってもよい。

上記実施の形態では、表示装置が表示制御部を含むよう構成された例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、タッチパネル装置の主制御部が表示制御部の機能を兼ねることによって、表示装置が表示制御部を含まないように構成されていてもよい。

上記実施の形態において、フィルム部材からなる間隙保持部材を用いる場合、タッチパネル装置がその間隙保持部材を含む構成であってもよい。間隙保持部材となるフィルム部材は、光量ロスの抑制効果が得られる部材であれば、上記実施の形態に示した構成以外のものであってもよい。例えば、発泡剤の膨張により表面に微細な凹凸が形成されたフィルム部材を間隙保持部材として用いてもよい。さらに、ガラスビーズが予め埋込まれた光学フィルムを間隙保持部材として用いてもよい。このような光学フィルムは、例えば、特開２００７−２２６０８９号公報、又は特開２０１２−８８６１６号公報に記載のものを用いることができる。間隙保持部材にモスアイフィルムを用いる場合、モスアイフィルムは特に限定されることなく種々のものを用いることができる。

今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに限定されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

５０、５０Ａ〜５０Ｃ タッチパネル表示装置
１００ タッチパネル装置
１１０ 導光板
１２０ 光源部
１４０ センサ部
１６０ 主制御部
１７０ 記憶部
２００ 表示装置
２１０ 表示パネル
２１２ 保護ガラス
２５０、４００、４１０、４２０ 間隙保持部材
２５２、４０４、４１２ ガラスビーズ
３００ ホスト装置
４０２ 基材フィルム
４０６、４１４ 固着層
４２２ 凸部

Claims (8)

1. 画像を表示する表示部と、
   前記表示部上に配置され、光を伝搬させる平板状の導光部材と、
   前記導光部材の表面が接触されたことにより生じる、前記導光部材を伝搬する光の散乱光、又は、前記導光部材の表面に入力部材が接触することにより、当該入力部材が発し、前記導光部材の内部に入射した光を検出するための検出手段と、
   前記検出手段により検出された光に関する情報に基づいて、前記導光部材上の接触された接触位置を算出するための算出手段と、
   前記表示部と前記導光部材との間に配設され、前記導光部材を点接触で支持することにより前記表示部と前記導光部材との間に設けられる間隙を一定に保持するための間隙保持手段と、を含み、
   前記間隙保持手段は、前記導光部材の表面が接触された場合、又は、前記導光部材の表面に前記入力部材が接触した場合でも、前記導光部材が前記表示部と接触しないように当該導光部材を支持する、タッチパネル表示装置。
2. 画像を表示する表示部と、
   前記表示部上に配置され、光を伝搬させる平板状の導光部材と、
   前記導光部材の表面が接触されたことにより生じる、前記導光部材を伝搬する光の散乱光、又は、前記導光部材の表面に入力部材が接触することにより、当該入力部材が発し、前記導光部材の内部に入射した光を検出するための検出手段と、
   前記検出手段により検出された光に関する情報に基づいて、前記導光部材上の接触された接触位置を算出するための算出手段と、
   前記表示部と前記導光部材との間に配設され、前記導光部材を点接触で支持することにより前記表示部と前記導光部材との間に設けられる間隙を一定に保持するための間隙保持手段と、を含み、
   前記間隙保持手段は、前記表示部と前記導光部材との間に分散された複数のガラスビーズを含む、タッチパネル表示装置。
3. 前記間隙保持手段は、前記複数のガラスビーズを固着する透明樹脂からなる固着層をさらに含む、請求項２に記載のタッチパネル表示装置。
4. 画像を表示する表示部と、
   前記表示部上に配置され、光を伝搬させる平板状の導光部材と、
   前記導光部材の表面が接触されたことにより生じる、前記導光部材を伝搬する光の散乱光、又は、前記導光部材の表面に入力部材が接触することにより、当該入力部材が発し、前記導光部材の内部に入射した光を検出するための検出手段と、
   前記検出手段により検出された光に関する情報に基づいて、前記導光部材上の接触された接触位置を算出するための算出手段と、
   前記表示部と前記導光部材との間に配設され、前記導光部材を点接触で支持することにより前記表示部と前記導光部材との間に設けられる間隙を一定に保持するための間隙保持手段と、を含み、
   前記間隙保持手段は、
   透明フィルムからなるフィルム部材と、
   前記フィルム部材の表面上に分散された複数のガラスビーズと、
   前記複数のガラスビーズを前記フィルム部材の表面上に固着する透明樹脂からなる固着層と、を含む、タッチパネル表示装置。
5. 前記ガラスビーズの平均粒径は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である、請求項２〜請求項４のいずれかに記載のタッチパネル表示装置。
6. 前記間隙保持手段は、前記導光部材側に突出した複数の突状の支持部が設けられたフィルム部材を含む、請求項１に記載のタッチパネル表示装置。
7. 前記フィルム部材は、前記複数の支持部が前記導光部材を伝搬する光の波長より短い間隔で配列されたモスアイ構造を有する、請求項６に記載のタッチパネル表示装置。
8. 前記間隙保持手段は、前記導光部材の屈折率より小さい屈折率を有する、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のタッチパネル表示装置。
   

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