JPWO2012005306A1

JPWO2012005306A1 - 入力装置

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Publication number: JPWO2012005306A1
Application number: JP2011551361A
Authority: JP
Inventors: 舛本　好史; 好史舛本
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: CN104866157B; WO2012005306A1; JP4963523B2; KR101285524B1; CN102834796A; CN102834796B; KR20120094509A; CN104866157A

Abstract

【課題】外部からの光の内部反射を効果的に防止でき、しかも、表示光を円偏光にして、偏光機能を有するサングラスを装着した使用者が見たときに、表示光が暗くなったり色づきが生じるのを防止できる入力装置を提供する。【解決手段】静電容量式の入力パネル４０は、透光性の電極層を有する後基板４１と前基板４２とが、共にλ／４位相差フィルムで構成され、絶縁層４３が偏光フィルムで形成されている。外光（１）光は、入力パネル４０を透過して円偏光（２）とされる。この円偏光（２）が、表示パネル３０の前面３０ａなどで反射されても、その反射光が入力パネル４０で遮断される。一方、表示パネル３０からの表示光（４）は、入力パネル４０を透過することで円偏光（６）となる。よって、偏光機能を有するサングラスなどを装着した使用者がどの向きで見ても、表示光が暗くなる課題を解消できる。

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンスパネルや液晶表示パネルなどの表示パネルの前方に配置されて、静電容量検知式などの入力パネルで操作入力を行うことができる入力装置に関する。

携帯用機器などの各種電子機器の操作部は、表示パネルの表面に透光性の入力パネルを有する入力装置が設置されている。入力パネルは、例えば静電容量検知式であり、互いに交叉する透光性の電極を備え、指がパネル表面に接触したときに電極と指との間に形成される静電容量を検知して、指の接触位置を特定するものである。

前記操作部では、外部の光が各層の境界部で反射されて、表示パネルの表示画像に反射光が重なって目視されるなどの問題がある。

以下の特許文献１に記載されたタッチパネルは、液晶表示素子の表面に静電容量検知式のタッチパネルが設置され、タッチパネルの表側に、１／４波長の位相差板と偏光板とが設けられ、タッチパネルの表示パネルに向く裏側に、１／４波長の位相差板が設けられている。外部から入り込む光は、表側の偏光板で直線偏光に変換され表側の位相差板を通過して円偏光となる。円偏光がタッチパネルの内部や表示パネルの各面で反射されると、その反射光の位相がπ／２だけシフトする。この反射光が表側の位相差板を通過して戻ると、その偏光方向が偏光板の透過軸と直交する直線偏光となり、反射光が外部へ出ないように遮断される。

また、液晶表示素子から発せられる直線偏光の表示光は、裏側の位相差板と表側の位相差板の双方を透過することで、偏光方向が偏光板の透過軸の向きに一致する同位相の直線偏光となるため、この偏光板を通過できるようになる。これにより、表示光の損出が低減させられている。

以下の特許文献２に記載の透明タッチスイッチは、タッチスイッチの表側に直線偏光板とλ／４位相差板が設けられ、タッチスイッチの裏側にλ／４位相差板が設けられている。この発明は、特許文献１の発明と同様に、外部から入射した光の反射を遮断でき、また液晶表示装置から発せられる表示光が直線偏光となって送り出される。

以下の特許文献３に記載されたタッチパネルは、透光性の電極層を有する静電容量式であり、表示パネルに対向する側にλ／４位相差板が設けられ、表示光が出射する側に偏光板が設けられている。また、表示パネルの前方に空気層を介してタッチパネルが配置される構造が開示されている。外光が前記空気層と表面パネルとの境界面で反射されると、その反射光がλ／４位相差板と偏光板とで遮断される。一方、表示パネルから発せられる表示光は、λ／４位相差板と偏光板を透過して直線偏光となって送り出される。

特開２００８−２６２３２６号公報ＷＯ２００６／１２６６０４号再公表特許ＷＯ２００６／０２８１３１号再公表特許

前記各特許文献に記載されたものは、いずれも、表示パネルに対向する側にλ／４位相差板が設けられ、それよりも前方に偏光板が設けられることで、パネル内で反射された反射光や表示パネルの表面で反射された反射光が遮断される。一方において、表示パネルから発せられた表示光は、最終的に偏光板を透過するために、直線偏光の表示光に変換されて前方へ送り出されることになる。

そのため、偏光機能を有するサングラスなどを装着した人が目視すると、タッチパネルに設けられた偏光板の透過軸と、サングラスなどの透過軸との相対角度が交叉したときに、表示光が極端に暗くなったり画面が着色されて見えることがある。

特に、表示パネルとタッチパネルが搭載された携帯機器が屋外で使用される際に、携帯機器の向きを変えて使用することが多くなる。この場合に、使用者が偏光機能を有するサングラスを装着していると、携帯機器の姿勢によっては、表示パネルの表示情報が非常に見にくくなる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、外光が内部で反射されたときにその反射光を遮断でき、しかも、表示光が直線偏光にならないようにして、偏光機能を有するサングラスなどを装着した使用者が、表示内容を見やすくした入力装置を提供することを目的としている。

さらに、本発明は、入力パネルを構成する層にλ／４位相差機能と偏光機能を兼用させることで、層の数を減らして薄型化しやすい構造の入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、透光性の入力パネルを含み表示パネルに対向する後面と表示光が出射する前面とを有する入力装置において、
前記後面が、前記表示パネルの前方に空気層を介して設置され、前記後面と前記前面との間に、２つのλ／４位相差層および２つの前記λ／４位相差層の間に位置する偏光層を備えた光変換層が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の入力装置は、入力パネルと表示パネルとの間に空気層が形成され粘着剤層が介在していない構造にできるため、入力パネルと表示パネルとを接着する粘着剤層に気泡が入る問題が生じない。しかも空気層よりも前方に光変換層を配置することで、空気層と表示パネルとの境界面で反射された光を遮断でき、境界面からの反射光で表示品質が低下する状態が生じにくくなる。さらに、光変換層は、表示光の送出側がλ／４位相差層となっているので、表示光が直線偏光ではなく円偏光に変換されて出射される。そのため、使用者が偏光機能を有するサングラスなどを装着している場合に、入力装置の向きをどのように変えても、表示光が暗くなったり、色づきが生じるという問題が生じにくくなる。

本発明は、前記入力パネルは、それ自体が前記光変換層であり、透光性の電極層を有する２枚の基材シートと、前記両基材シートの間に位置する透光性の絶縁層とを有しており、２枚の前記基材シートが前記λ／４位相差層であり、前記絶縁層が偏光層であることが好ましい。

上記のように、透光性の入力パネルを構成する３つの層を、λ／４位相差層と偏光層として兼用することで、入力装置の層数を減らすことができ、薄型化を実現しやすくなる。

本発明は、前記入力パネルは空気層を含んでいない静電容量検知式であることが好ましい。

また、本発明は、前記表示パネルは、直線偏光ならびに円偏光ではない人工光の表示光を発するものである。

あるいは、本発明は、前記表示パネルは、直線偏光の表示光を発するものであり、前記表示パネルと前記光変換層との間に、さらにλ／４位相差層が設けられているものである。

本発明の入力装置は、表示パネルとの間に空気層を設けても、空気層と表示パネルとの境界面からの反射光を、光変換層で遮断でき、反射光による表示品質の低下を防止しやすくなる。

また、表示パネルの表示光は、λ／４位相差層を通過して円偏光となって送り出されるため、偏光機能を有するサングラスなどを装着した使用者が、携帯機器などを向きを変えて使用しても、表示光が暗くなったり色づきを生じるのを防止できるようになる。

さらに、入力パネルを構成する層をλ／４位相差層および偏光層とすることで、入力装置を構成する層の数を減らすことができ、薄型化しやすくなる。

本発明の実施の形態の入力装置が搭載された携帯機器の分解斜視図、本発明の第１の実施の形態の入力装置および表示パネルを示す断面図、本発明の第２の実施の形態の入力装置および表示パネルを示す断面図、入力パネルの一例を示す分解斜視図、

図１に示す携帯機器１０は、携帯電話、携帯用の情報処理装置、携帯用の記憶装置、携帯用のゲーム装置などとして使用される。

携帯機器１０は合成樹脂製のケース２を有している。ケース２は上方が開放した凹部３を有しており、凹部３の内部に電子回路を実装した回路基板および表示パネル３０が収納されている。凹部３の開口部は、本発明の実施の形態の入力装置２０で塞がれている。入力装置２０は、表示パネル３０からの表示光が透過する表示領域２０ａと、表示領域２０ａを囲む光が透過できない非表示領域２０ｂとを有している。

図２に示されている表示パネル３０は、エレクトロルミネッセンスパネルなどの自己発光型のパネルである。表示パネル３０から発せられる表示光は、直線偏光や円偏光あるいは楕円偏光ではなく自然光に近い状態の人工光である。

表示パネル３０は表示光が射出する前面３０ａを有している。前面３０ａにスペーサ３１が固定され、このスペーサ３１の前方に入力装置２０が固定されている。入力装置２０は、表示パネル３０に向く面が後面２０ｃであり、表示光が送り出される面が前面２０ｄである。スペーサ３１は、入力装置２０の表示領域２０ａを囲む枠形状であり、表示領域２０ａでは、表示パネル３０の前面３０ａと入力装置２０の後面２０ｃとの間に、薄い空気層３２が形成されている。前記スペーサ３１は、両面接着テープや接着剤層あるいは粘着剤層である。

図２に示すように、入力装置２０は透光性の入力パネル４０を有している。本明細書での透光性とは、透明または半透明など光を透過可能な状態を意味しており、全光線透過率が５０％以上で好ましくは８０％以上のものを意味している。

図４に示すように、入力パネル４０は、透光性の後基板４１と前基板４２および後基板４１と前基板４２との間に挟まれた絶縁層４３とを有している。後基板４１の前面４１ａに第１の電極層４４が形成され、前基板４２の前面４２ａに第２の電極層４５が形成されている。第１の電極層４４と第２の電極層４５は、それぞれ互いに平行に形成された複数の導電層で形成されており、第１の電極層４４と第２の電極層４５は、絶縁層４３および前基板４２を挟んで互いに直交する向きに形成されている。

後基板４１と前基板４２は、共にλ／４位相差フィルムで形成されている。第１の電極層４４と第２の電極層４５は、ＩＴＯなどの透光性の導電性材料で形成されている。後基板４１の前面４１ａの全面にＩＴＯ膜が予め積層されており、このＩＴＯ膜をエッチングすることで第１の電極層４４が形成される。同様に、前基板４２の前面４２ａの全面にＩＴＯ膜が予め積層されており、このＩＴＯ膜をエッチングすることで第２の電極層４５が形成される。

なお、第１の電極層４４が後基板４１の後面４１ｂに形成されていてもよいし、第２の電極層４５が前基板４２の後面４２ｂに形成されていてもよい。

絶縁層４３は、偏光層である偏光フィルムで形成されている。絶縁層４３は、後基板４１と前基板４２との間に挟まれており、後基板４１と絶縁層４３とがアクリル系などの透光性の粘着剤層を介して貼り合わされ、前基板４２と絶縁層４３とがアクリル系などの透光性の粘着剤層を介して貼り合わされている。

入力パネル４０は、静電容量検知式である。複数の第１の電極層４４に順番に電圧が印加され、それとは異なるタイミングで複数の第２の電極層４５に順番に電圧が印加される。ほぼ接地電位の導電体である人の指がいずれかの電極層に接近すると、その電極層と指との間に静電容量が形成される。この静電容量の変化を検知することで、指が接近した位置を検知することができる。

入力パネル４０は、後基板４１と前基板４２とが共にλ／４位相差フィルムで形成され、後基板４１を構成するλ／４位相差フィルムの光学軸と、前基板４２を構成するλ／４位相差フィルムの光学軸とが、ほぼ９０度の角度で交叉している。絶縁層４３は偏光フィルムで形成されており、この偏光フィルムの透過軸と、それぞれの前記λ／４位相差フィルムの光学軸とがほぼ４５度の角度で交叉している。したがって、入力パネル４０はそれ自体が光変換層として機能できるようになっている。

図２に示すように、入力パネル４０の前方に、アクリル系などの透光性の粘着剤層を介して透光性のカバー層２１が全面接着されている。カバー層２１は、ガラスや、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（環状オレフィンコポリマー）などの透光性樹脂で形成されている。カバー層２１の後面または前面に加飾層が設けられ、図１に示すように、非表示領域２０ｂにおいて光が透過しないように着色されている。

図２に示すように、入力パネル４０の後面に、反射防止膜２２が設けられている。この反射防止膜２２の表面が、入力装置２０の後面２０ｃである。

図１に示す携帯機器１０は、表示パネル３０で表示される表示光が、入力装置２０の表示領域２０ａを透過して前方へ送り出される、使用者が、表示領域２０ａに映し出される表示画像を見ながら、入力装置２０の前面２０ｄに指を触れると、入力パネル４０によって指の接触位置が検知される。制御部では、表示画像の内容と、指の接触位置とから、使用者が入力しようとする操作内容を把握できるようになっている。

図２の右側には、外部から入力装置２０の表示領域２０ａに入り込む外光（１）の透過経路を（Ａ）で示し、表示パネル３０から発せられる表示光（４）の透過経路を（Ｂ）で示している。

図２において（Ａ）で示しているように、カバー層２１を透過した自然光である外光（１）は光変換層である入力パネル４０を透過する。外光（１）が入力パネル４０の絶縁層４３を透過すると、偏光層である絶縁層４３によって直線偏光に変換され、さらにλ／４位相差フィルムで形成された後基板４１を透過することで円偏光（２）となる。円偏光（２）が、空気層３２と表示パネル３０の前面３０ａとの境界面で反射されると、逆回りの円偏光（３）となって戻る。この円偏光（３）がλ／４位相差フィルムで形成された後基板４１を再び透過することで直線偏光となるが、この直線偏光の光軸は、絶縁層４３を構成している偏光フィルムの透過軸と９０度相違するために、反射光が絶縁層４３で吸収されて外部に戻ることなく遮断される。

前記外光（１）から入力パネル４０を透過して変換された円偏光（２）の一部は、表示パネル３０の内部に入り、表示パネル３０に設けられている電極層で反射されるが、この反射光も逆回りの円偏光（３）となって戻るため、光変換層である入力パネル４０の絶縁層４３で遮断される。

図２において（Ｂ）で示すように、エレクトロルミネッセンスパネルなどの自己発光型の表示パネル３０から発せられた表示光（４）は、自然光に近い人工光である。表示光（４）は、反射防止層２２で反射が防止されて、その多くが入力パネル４０に与えられる。表示光（４）が、入力パネル４０の絶縁層４３である偏光フィルムを透過することで直線偏光（５）になり、λ／４位相差フィルムで形成された前基板４２を透過することで円偏光（６）となる。すなわち、表示パネル３０からの表示光は、円偏光（６）となってカバー層２１を透過して前方へ出る。

したがって、使用者が偏光機能を有するサングラスなどを装着していても、円偏光の表示光であるために、携帯機器１０をどのような向きで使用しても、サングラスを透過する表示光が暗くなったり色づくことを防止できる。

図４に示すように、後基板４１と前基板４２および絶縁層４３が積層された入力パネル４０によって、２つのλ／４位相差層と１つの偏光層を組み合わせた光変換層が構成されているため、入力パネルと光変換層を別々に設ける必要がなくなり、入力装置２０の層数を減らして薄型に構成することができる。

図２に示す実施の形態では、各層が積層されて形成された入力装置２０を表示パネル３０の前部に設置する際に、全面接着ではなくスペーサ３１を設けて空気層３２を介在させている。そして、空気層３２と表示パネル３０との境界面である前面３０ａでの反射光を光変換層である入力パネル４０で遮断できるようにして、空気層３２が介在することの課題を解消している。したがって、表示パネル３０と入力装置２０とを粘着剤層を介して全面接着する必要がなくなり、粘着剤層に気泡が介在して不良品が多くなる問題を解消することができる。

図３は本発明の第２の実施の形態の携帯機器１１０を示している。
図３に示す携帯機器１１０に使用されている表示パネル１３０は、液晶表示パネルを含んでいる。この表示パネル１３０の前側にスペーサ３１を介して、図２と同じ構造の入力装置２０が固定されている。よって、表示領域２０ａでは、表示パネル１３０と入力装置２０との間に空気層３２が形成されている。

表示パネル１３０は、ＬＥＤやランプからの光を液晶表示パネルの背後から与えるバックライト部を有している。

液晶表示パネルは、液晶材料層を挟んで透明電極が対向しているとともに、液晶材料層を挟んで対向する配向層と偏光層とを有している。そのために、バックライト部から与えられて液晶表示パネルを透過した表示光は直線偏光である。そのために、表示パネル１３０の表示光の送出側である前面に第３のλ／４位相差フィルム１３１が設けられている。入力パネル４０の後基板４１を構成しているλ／４位相差フィルムと第３のλ／４位相差フィルム１３１は、光学軸が直交するように配置されている。また、液晶表示パネルの表示光を送出する側に設けられた偏光層と、入力パネル４０の絶縁層４３を構成している偏光フィルムは、光の透過軸の向きが互いに一致している。

図３において、（Ａ）は、外光（１）が入射したときの光の経路を示し、（Ｂ）は、表示パネル１３０から送り出される表示光（７）の経路を示している。

図３の（Ａ）で示すように、外光（１）が入射したときに、第３のλ／４位相差フィルム１３１の前面１３１ａからの反射光や、液晶表示パネルの電極層からの反射光が、入力パネル４０で構成される光変換層において遮断される。これは、図２の実施の形態と全く同じである。

図３の（Ｂ）で示すように、表示パネル１３０内のバックライト部から発せられた光は液晶表示パネルを透過するが、液晶表示パネルの光の出射部に偏光層が設けられているため、直線偏光の表示光（７）として送り出される。直線偏光の表示光（７）は第３のλ／４位相差フィルム１３１を通過することで円偏光（８）となる。さらに入力パネル４０の後基板４１を構成しているλ／４位相差フィルムを通過して直線偏光（９）に戻る。液晶表示パネルの送出側の偏光層と入力パネル４０の絶縁層４３を構成している偏光フィルムは、透過軸の向きが同じであるため、直線偏光（９）が絶縁層４３で遮断されることがなく、入力パネル４０の前基板４２を構成しているλ／４位相差フィルムを透過する。そして前基板４２を透過することで円偏光（１０）となり、カバー層２１を透過する。

以上のように、図３に示す携帯機器１１０も、表示光が円偏光として送り出されるため、偏光機能を有するサングラスを装着した使用者が、携帯機器１１０の向きを頻繁に変えて使用しても、表示光が暗くなったり、色づくのを防止できる。

２ケース
１０携帯機器
２０入力装置
２１カバー層
２２反射防止層
３０表示パネル
３１スペーサ
３２空気層
４０入力パネル（光変換層）
４１後基板（λ／４位相差フィルム）
４２前基板（λ／４位相差フィルム）
４３絶縁層（偏光フィルム）
４４第１の電極層
４５第２の電極層
１１０携帯機器
１３０表示パネル
１３１第３のλ／４位相差フィルム

本発明は、透光性の入力パネルを含み表示パネルに対向する後面と表示光が出射する前面とを有する入力装置において、
前記後面が、前記表示パネルの前方に空気層を介して設置され、前記後面と前記前面との間に、２つのλ／４位相差層および２つの前記λ／４位相差層の間に位置する偏光層を備えた光変換層が設けられていることを特徴とするものである。
また、２つの前記λ／４位相差層の光学軸が互いにほぼ９０度の角度を成し、前記偏光層の透過軸と、それぞれの前記λ／４位相差層の光学軸とがほぼ４５度の角度を成すものである。

本発明は、前記入力パネルは空気層を含んでいない静電容量検知式であることが好ましい。
さらに、前記入力パネルの後面に反射防止層が設けられていることが好ましい。

また、本発明は、前記表示パネルは、直線偏光ならびに円偏光ではない人工光の表示光を発するものである。
前記表示パネルは、エレクトロルミネッセンスパネルである。

あるいは、本発明は、前記表示パネルは、直線偏光の表示光を発するものであり、前記表示パネルと前記光変換層との間に、さらに第３のλ／４位相差層が設けられているものである。
前記表示パネルは液晶表示パネルである。
また、２つの前記λ／４位相差層のうちの後方に設けられた前記λ／４位相差層と、前記第３のλ／４位相差層の光学軸が互いに直交する向きである。

Claims

透光性の入力パネルを含み表示パネルに対向する後面と表示光が出射する前面とを有する入力装置において、
前記後面が、前記表示パネルの前方に空気層を介して設置され、前記後面と前記前面との間に、２つのλ／４位相差層および２つの前記λ／４位相差層の間に位置する偏光層を備えた光変換層が設けられていることを特徴とする入力装置。
前記入力パネルは、それ自体が前記光変換層であり、透光性の電極層を有する２枚の基材シートと、前記両基材シートの間に位置する透光性の絶縁層とを有しており、２枚の前記基材シートが前記λ／４位相差層であり、前記絶縁層が偏光層である請求項１記載の入力装置。
前記入力パネルは空気層を含んでいない静電容量検知式である請求項２記載の入力装置。
前記表示パネルは、直線偏光ならびに円偏光ではない人工光の表示光を発するものである請求項１ないし３のいずれかに記載の入力装置。
前記表示パネルは、直線偏光の表示光を発するものであり、前記表示パネルと前記光変換層との間に、さらにλ／４位相差層が設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の入力装置。