WO2010137219A1 - タッチパネル、液晶パネル、液晶表示装置、及びタッチパネル一体型の液晶表示装置 - Google Patents

タッチパネル、液晶パネル、液晶表示装置、及びタッチパネル一体型の液晶表示装置 Download PDF

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WO2010137219A1
WO2010137219A1 PCT/JP2010/001802 JP2010001802W WO2010137219A1 WO 2010137219 A1 WO2010137219 A1 WO 2010137219A1 JP 2010001802 W JP2010001802 W JP 2010001802W WO 2010137219 A1 WO2010137219 A1 WO 2010137219A1
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WO
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infrared light
touch
liquid crystal
transmitting member
touch panel
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PCT/JP2010/001802
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English (en)
French (fr)
Inventor
宮崎伸一
浜田浩
野間幹弘
▲高▼濱健吾
和田正一
方志教和
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means

Definitions

  • the present invention relates to a touch panel including an optical sensor element for detecting an input position from the outside, a liquid crystal panel including such a touch panel, and a liquid crystal display device.
  • touch panel integrated display devices having a touch panel function that can detect the touched position when the panel surface is touched with a finger, an input pen, or the like have been developed. ing.
  • the conventional touch panel integrated display device has a resistive film type (a type in which an input position is detected by contact between an upper conductive substrate and a lower conductive substrate when pressed) and a capacitance type (a touched place).
  • a method of detecting an input position by detecting a change in capacity) has been mainstream.
  • the entire device becomes thick. Further, providing such a touch panel on the screen (display area) of the display device causes a problem that visibility is lowered.
  • Patent Document 1 uses a method (finger shadow model) in which a finger detection optical sensor arranged in a panel detects a finger shadow caused by external light when the brightness of external light is equal to or greater than a threshold value.
  • a method of detecting light reflected from the finger by receiving the backlight light is used, and these methods are switched according to the brightness of the external light.
  • a touch sensor system is described that detects the position of a fingertip that touches a panel.
  • Patent Document 2 a light emitting element array and a light receiving element array are arranged on the top, bottom, left and right of the display unit, and infrared rays are irradiated in a direction parallel to the display unit screen, and input by a finger or the like on the display unit screen A touch input device that detects the position by blocking light is described.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2007-183706 (published July 19, 2007)”
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 61-156425 (published July 16, 1986)”
  • Patent Document 1 described above when the brightness of external light is a threshold value, that is, at the boundary point where the finger shadow model and the finger pad reflection model are switched, it is not possible to detect the shadow of the finger or the light reflected from the finger.
  • the input position cannot be detected. That is, in the method of Patent Document 1 described above, a dead zone in which the input position cannot be detected occurs.
  • the images obtained by touching and not touching are the same, so it is not known whether the finger is touching the screen. Or hard to distinguish. For this reason, the input position cannot be detected.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can detect an input position with higher accuracy under a wider range of environmental illuminance and simultaneously detect three or more input positions. It is an object to provide a touch panel that can be used.
  • the touch panel according to the present invention has an infrared light transmitting member that transmits infrared light, the surface of which is used as a touch surface by the detection target, and a detection target in the infrared light transmitting member.
  • An infrared light sensor including a plurality of infrared light receiving elements arranged below the touch area by the touch panel, and a surface of the infrared light transmitting member outside the touch area by the detection target in the infrared light transmitting member.
  • a plurality of infrared light sources provided so as to be irradiated with infrared light along the entire circumference of the detection target touching the touch surface.
  • Infrared light irradiated along the surface of the infrared light transmitting member from the infrared light reflected by the detection object and transmitted through the infrared light transmitting member is received by the infrared light receiving element.
  • the infrared light receiving element By the above detection object. And detecting the touch position.
  • the infrared light irradiated on the touch surface from the outside of the touch area in parallel to the touch surface is reflected by the detection object and the course thereof is changed to transmit the infrared light.
  • Light is received by an infrared light receiving element disposed below the member.
  • a ring-shaped characteristic image in which the contact location by the detection target object is dark and the periphery of the contact location is bright is obtained, so that the touch state and the non-touch state can be obtained even under strong parallel light. Discrimination becomes easy. Further, since a ring-shaped characteristic image is obtained, it becomes easy to specify the center position and the like of the detection target, and the touch position can be detected with high accuracy. Moreover, such an image can be obtained by touching the touch surface slightly. Accordingly, even a very light touch called a so-called feather touch can clearly recognize the difference between touch and non-touch, and the touch position can be detected with high accuracy.
  • the touch position can be detected under a wide range of environmental illuminance.
  • the infrared light sensor including the infrared light receiving element is disposed below the touch area, three or more touch positions can be detected simultaneously.
  • the touch panel, the liquid crystal panel, the liquid crystal display device, and the touch panel integrated liquid crystal display device according to the present invention have infrared light transmission that transmits infrared light whose surface is used as a touch surface by a detection object.
  • a member, an infrared light sensor including a plurality of infrared light receiving elements arranged below a touch region by the detection target in the infrared light transmission member, and a touch region by the detection target in the infrared light transmission member The infrared light is radiated along the surface of the infrared light transmitting member, and the entire circumference of the detection target touching the touch surface is irradiated with infrared light.
  • the transmitted infrared light Since the touch position by the detection object is detected by receiving light with the infrared light receiving element, the input position can be detected with higher accuracy under a wider range of environmental illuminance, and at least three or more at the same time. The input position can be detected.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a principle of detection of a touch position in the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 5A is a plan view of the touch surface 20 of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention. It is a top view which shows the modification of the liquid crystal display device in embodiment of this invention. It is a figure which shows the directivity (light distribution characteristic) in room temperature (25 degreeC) of the infrared light source used in the modification of embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows schematic structure of the liquid crystal display device in other embodiment of this invention.
  • FIGS. 9A to 9C are diagrams showing an example of a modification of the positional relationship between the protective plate and the infrared light source in another embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows schematic structure of the liquid crystal display device in other embodiment of this invention.
  • FIGS. 14A and 14B are diagrams showing an image of the detection object obtained under parallel light in the embodiment of the present invention.
  • liquid crystal display device integrated with a touch panel In the present embodiment, a liquid crystal display device integrated with a touch panel will be described.
  • FIGS. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a main part of the liquid crystal display device illustrated in FIG. 1
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a schematic configuration of a main part of the liquid crystal display device illustrated in FIG. 1.
  • a region where a liquid crystal image is displayed on the liquid crystal panel 10 is a touch region touched by a detection target.
  • the liquid crystal display device uses an infrared light reflected by a detection object such as a finger or an input pen that is in contact with the touch surface 20 which is the surface of the touch area, as an optical sensor element (infrared ray) provided for each pixel. It has a touch panel function for detecting a touch position by the detection object by detecting with the light receiving element 4.
  • the detection target object in order to detect the infrared light reflected by the detection target object, the detection target object only needs to reflect infrared light.
  • the liquid crystal display device includes an infrared light source 1, a liquid crystal panel 10, and a backlight 14.
  • the infrared light source 1 is provided outside the touch area of the liquid crystal panel 10 and emits infrared light indicated by the optical path 2.
  • the infrared light source 1 may be anything that emits infrared light, and a known one can be used.
  • an infrared LED can be used as the infrared light source 1.
  • the infrared light preferably has high directivity characteristics in the z direction (direction perpendicular to the touch surface 20).
  • the infrared light source 1 is located outside the touch surface 20 which is the surface of the touch region of the liquid crystal panel 10 and around the touch region along each side of the touch surface 20.
  • a plurality of touch areas are provided around the touch area so as to surround the touch area.
  • the infrared light emitted from the infrared light source 1 is uniformly irradiated so as to cover the touch area. Therefore, the infrared light is irradiated to the entire circumference of the detection target object touching the touch surface 20.
  • the infrared light source 1 directly emits infrared light parallel to the touch surface 20 along the touch surface 20 above the touch surface 20. ing.
  • the liquid crystal panel 10 includes an active matrix substrate 11 in which a large number of pixels are arranged in a matrix, and a counter substrate 12 (infrared light transmitting member) arranged so as to face the active matrix substrate 11.
  • a liquid crystal layer 13 as a display medium is sandwiched between these two substrates.
  • the display mode of the liquid crystal panel 10 is not particularly limited, and any display mode such as a TN mode, an IPS mode, and a VA mode can be applied.
  • the liquid crystal panel 10 includes an area sensor (infrared light sensor) 3 having an optical sensor element 4 that senses (receives) infrared light.
  • a front side polarizing plate 16 (infrared light transmitting member) and a back side polarizing plate 17 are provided outside the liquid crystal panel 10 so as to sandwich the liquid crystal panel 10.
  • a back polarizing plate 17 is provided on the opposite side of the active matrix substrate 11 from the surface facing the counter substrate 12, and on the opposite side of the counter substrate 12 from the surface facing the active matrix substrate 11.
  • a front side polarizing plate 16 is provided.
  • the surface of the liquid crystal panel 10 on which the liquid crystal image is displayed is the touch surface 20, and the counter substrate 12 and the front side polarizing plate 16 are used as the infrared light transmitting member used as the touch surface 20. Therefore, the surface of the front-side polarizing plate 16 becomes the touch surface 20, and infrared light is irradiated along the touch surface 20. Further, the infrared light reflected by the detection object is transmitted through the counter substrate 12 and the front-side polarizing plate 16.
  • a protective plate using a member that transmits infrared light may be further provided on the front polarizing plate 16.
  • the surface of the protection plate is the touch surface 20.
  • the active matrix substrate 11 is provided with a TFT (not shown) which is a switching element for driving each pixel, an alignment film (not shown), an optical sensor element 4 and the like.
  • a TFT which is a switching element for driving each pixel
  • an alignment film (not shown)
  • an optical sensor element 4 and the like.
  • a plurality of data signal lines and a plurality of gate signal lines are arranged so as to cross each other, and a pixel electrode is arranged in the vicinity of each intersection through the TFT.
  • the photosensor elements 4 are provided in each pixel region, and are arranged in a matrix form vertically and horizontally along the arrangement of each pixel.
  • the optical sensor element 4 is formed of a photodiode or a phototransistor, and detects the amount of received light by flowing a current corresponding to the intensity of received light.
  • the TFT and the optical sensor element 4 may be monolithically formed on the active matrix substrate 11 by substantially the same process. That is, some constituent members of the optical sensor element 4 may be formed simultaneously with some constituent members of the TFT.
  • Such a method of forming the photosensor element 4 can be performed in accordance with a conventionally known method for manufacturing a photosensor element built-in type liquid crystal display device.
  • the photo sensor element 4 does not necessarily have to be provided for each pixel, and for each one of the R, G, and B pixel electrodes constituting one pixel, the photo sensor element 4 is provided. May be provided.
  • the optical sensor element 4 is provided on the active matrix substrate 11 which is the substrate on the backlight 14 side, and the surface of the front polarizing plate 16 is used as the touch surface 20.
  • a substrate and a polarizing plate made of a material that transmits infrared light in addition to visible light are used for the counter substrate 12 and the front side polarizing plate 16.
  • the counter substrate 12 and the front side polarizing plate 16 those conventionally used in general can be used as they are.
  • the counter substrate 12 is formed with a color filter layer, a counter electrode, an alignment film, and the like.
  • the color filter layer is composed of colored portions having respective colors of red (R), green (G), and blue (B), and a black matrix.
  • a colored portion of R, G, or B is formed at a position facing each pixel electrode, and a red pixel electrode, a green pixel electrode, and a blue pixel electrode are obtained.
  • One pixel includes three pixel electrodes including an R pixel electrode, a G pixel electrode, and a B pixel electrode. Thereby, in the liquid crystal panel 10, a plurality of pixels are arranged in a matrix form vertically and horizontally.
  • the counter substrate 12 is preferably provided with an optical filter 5 that blocks visible light at a position corresponding to the optical sensor element 4 in the active matrix substrate 11. That is, the area sensor 3 according to the present embodiment includes the optical sensor element 4 and the optical filter 5. Thereby, the visible light component among the components of the light incident on the optical sensor element 4 can be blocked.
  • any optical filter 5 may be used as long as it has a characteristic of blocking visible light (that is, a wavelength of 780 nm or less) and transmitting infrared light. Thereby, the visible light component among the components of the light incident on the optical sensor element 4 can be blocked.
  • the optical filter 5 may be a laminate of a red color filter and a blue color filter.
  • the optical filter 5 may be further incorporated in the color filter layer provided on the counter substrate 12. Thereby, since the color filter layer and the optical filter 5 can be formed in the same process, the liquid crystal panel 10 can be reduced in size and manufactured at low cost.
  • the optical filter 5 may be formed by mixing, for example, a red pigment, a green pigment, and a blue pigment. Thereby, visible light can be more sufficiently blocked and the film thickness can be reduced.
  • the optical sensor element 4 in the area sensor 3 detects infrared light reflected by the detection target on the touch surface 20, thereby realizing a touch panel that detects an input position from the outside.
  • a finger, an input pen, or the like touches a specific position on the touch surface 20, the position is read by the optical sensor element 4, and information is input to the apparatus or a target operation is executed. be able to.
  • the area sensor 3 can realize a touch panel function.
  • the area sensor 3 may include a photosensor element for dark current compensation as a correction sensor for compensating for the detection characteristic of the photosensor element 4 that varies depending on external factors such as temperature. .
  • the front side polarizing plate 16 and the back side polarizing plate 17 serve as polarizers.
  • the polarization direction of the front-side polarizing plate 16 and the polarization direction of the back-side polarizing plate 17 are arranged so as to have a crossed Nicols relationship.
  • a normally black mode liquid crystal display device can be realized.
  • the backlight 14 is provided on the back side of the liquid crystal panel 10 and irradiates the liquid crystal panel 10 with light.
  • a front side retardation plate and a back side retardation plate are provided as optical compensation elements outside the active matrix substrate 11 and the counter substrate 12, respectively. It may be.
  • FIG. 1 shows a liquid crystal drive circuit 40 that performs display drive on the liquid crystal panel 10 and an area sensor control unit 30 that drives the area sensor 3. About the area sensor control part 30, the internal structure is also shown.
  • a conventionally known configuration can be applied to the configuration of the liquid crystal drive circuit 40 of the present embodiment.
  • a timing generation circuit 31, an area sensor drive circuit 32, an area sensor readout circuit 33, a coordinate extraction circuit 34, and an interface circuit 35 are provided in the area sensor control unit 30.
  • the timing generation circuit 31 generates a timing signal for controlling the operation of each circuit in synchronization.
  • the area sensor drive circuit 32 supplies power for driving each photosensor element 4.
  • the area sensor readout circuit 33 receives a light reception signal from the optical sensor element 4 that passes currents of different values according to the amount of received light, and calculates the amount of received light.
  • the coordinate extraction circuit 34 calculates the coordinates of the finger touching the touch surface 20 based on the amount of light received by each optical sensor element 4 calculated by the area sensor reading circuit 33.
  • the interface circuit 35 outputs the information (position information) of the finger coordinates calculated by the coordinate extraction circuit 34 to the outside of the liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device is connected to a PC or the like via the interface circuit 35.
  • the liquid crystal display device Since the liquid crystal display device according to the present embodiment has the above-described configuration, an area formed in the liquid crystal panel 10 when a detection object such as a finger or an input pen touches the touch surface 20.
  • the optical sensor element 4 in the sensor 3 can detect the input position by detecting the infrared light reflected by the detection object.
  • the detection of the input position uses infrared light that is irradiated in parallel to the touch surface 20 from the outside of the touch area of the liquid crystal panel 10.
  • the signal difference between the case where there is no signal increases and the input position can be detected with high accuracy.
  • infrared light since infrared light is used, detection can be performed regardless of the brightness of external light (environmental illuminance).
  • the characteristics of the detection object can be easily detected even under strong parallel light. Therefore, according to the present embodiment, the input position can be detected under a wide range of environmental illuminance. According to this embodiment, sufficient detection is possible if the ambient illuminance is at least 0 to 90,000 lux.
  • FIG. 4 is a diagram showing the directivity (light distribution characteristic) at room temperature (25 ° C.) of the infrared light source 1 used in the embodiment of the present invention.
  • an infrared light source 1 capable of emitting infrared light having sharp directivity (light distribution characteristics) of light in the vertical direction and the horizontal direction can be used.
  • an infrared light source 1 for example, a bullet-type (in a shape in which a spheroid is cut in half) is used.
  • TLN117 (N) manufactured by TOSHIBA
  • TOSHIBA TOSHIBA
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the principle of detection of the touch position in the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
  • 5A is a plan view of the touch surface 20 of the liquid crystal display device as viewed from above
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the main part of the liquid crystal display device.
  • infrared light is irradiated along the surface of the touch surface 20 uniformly from the periphery of the touch area so as to cover the touch area.
  • the infrared light irradiated in parallel on the surface of the touch surface 20 is reflected (scattered) on a detection object such as a finger touching the touch surface 20.
  • the reflected light 6 reflected (scattered) by the detection object passes through the front polarizing plate 16 and the counter substrate 12 and is provided below the touch surface 20 as shown in FIG. 5B. Is detected by the optical sensor element 4.
  • “downward” of the touch surface 20 refers to a region on the back side of the touch surface 20, that is, the liquid crystal panel 10 side.
  • the coordinates (x, y) of the position of the detection target (touch position) on the touch surface 20 can be calculated from the signal detected by the photosensor element 4 by the area sensor control unit 30 described above.
  • infrared light is irradiated in parallel to the touch surface 20 from above the touch surface 20 from four directions of the touch region. Therefore, when a detection target object such as a finger is touching the touch surface 20, the touched part is blocked from infrared light and darkened, and the area around the touched part is reflected by the detection target object. The reflected light becomes bright. For this reason, a ring-shaped characteristic image is obtained in which a contact location by a detection object such as a finger is dark and a periphery of the contact location is bright. Thereby, since the outline (shape) of the detection target can be grasped from below, the center position of the finger and the like can be specified.
  • FIG. 6 is a plan view showing a modification of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
  • the infrared light source 1 When an infrared light source that emits light traveling radially in a plane parallel to the touch surface 20 is used as the infrared light source 1, as shown in FIG. It may be provided facing the corner. Thereby, since the infrared light is uniformly applied to the touch surface 20, the infrared light is applied to the entire circumference of the detection target object touching the touch surface 20. In this case, in order to make the infrared light of the infrared light source 1 easily incident on the touch surface 20, even if the corner of the touch surface 20 is cut at an angle of 45 degrees with respect to the side or an angle orthogonal to the diagonal line. Good. Thereby, the number of infrared light sources 1 can be reduced compared with the form as shown in FIG. Therefore, power consumption can be reduced as compared with the liquid crystal display device having the form shown in FIG.
  • FIG. 6 illustrates the case where the infrared light source 1 is provided at four corners of the touch surface 20.
  • the infrared light source 1 may be provided only at two or three corners as long as it is provided at least at two opposite corners.
  • the infrared light source 1 when an infrared light source that emits light traveling radially in a plane parallel to the touch surface 20 is used as the infrared light source 1, infrared light is emitted over a wide range with respect to a detection target such as a finger. While being irradiated, light is irradiated from an oblique direction. For this reason, even if the infrared light source 1 is not necessarily provided at the four corners, it is possible to obtain a ring-shaped image showing the outline of the detection target.
  • the infrared light source 1 may be provided along at least two opposing sides or three sides of the touch surface 20.
  • FIG. 7 is a diagram showing the directivity (light distribution characteristic) at room temperature (25 ° C.) of an infrared light source used in a modification of the embodiment of the present invention.
  • the spread of light in the left-right direction is larger than the spread of light in the up-down direction, and the directivity (light distribution characteristics) of the light is different between the left-right direction and the up-down direction.
  • An infrared light source 1 can be used.
  • an infrared light source 1 for example, a flat infrared LED that spreads in the horizontal direction rather than the vertical direction (height direction) can be cited.
  • the allowable value that the infrared light source 1 can rotate is a twist angle ⁇ 20 °. Thereby, a uniformity degree of 50% or more can be ensured.
  • the touch panel integrated liquid crystal display device has been described.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to a touch panel that is not integrated with the display device.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention. Moreover, in FIG. 8, the part enclosed with the dotted line is expanded and shown.
  • the protection plate (infrared light transmitting member) 15 is provided at least on the liquid crystal panel 10 and the infrared light is emitted along the surface of the protection plate 15 in the touch area. Different from one embodiment.
  • the surface of the liquid crystal panel 10 is covered with a protective plate 15. Therefore, the surface of the protection plate 15 is used as the touch surface 20.
  • the protection plate 15 extends to the outside of the touch area on the liquid crystal panel 10.
  • a light source system including the infrared light source 1 and a housing portion 25 that accommodates the infrared light source is provided in a region outside the touch region on the back surface of the protective plate 15.
  • the housing part 25 is formed so as to cover the side surface of the liquid crystal panel 10 outside the liquid crystal panel 10.
  • the protective plate 15 and the housing portion 25 may be any material that transmits visible light and infrared light.
  • protective plates made of various transparent materials that have been used as transparent protective plates can be used. Examples of such transparent materials include acrylic resins (for example, PMMA; Polymethylmethacrylate); polycarbonate resins; cyclic polyolefin resins; polyester resins (PET; Polyethylene® Terephtalate); fluororesins; Can be mentioned.
  • the protective plate 15 and the housing part 25 may be formed of the same material or different materials. However, from the viewpoint of adjusting the incident angle, it is preferable that the protective plate 15 and the housing portion 25 have the same refractive index. For this reason, it is preferable that the said protection plate 15 and the housing part 25 consist of the same material.
  • the housing part 25 has a hollow structure, and the infrared light source 1 is provided in the internal space as described above. As long as the infrared light source 1 can be fixed, the housing part 25 may have a structure in which a part thereof is opened.
  • the housing portion 25 may be formed integrally with the protective plate 15 or may be fixed to the protective plate 15 with an adhesive or the like.
  • an adhesive having the same refractive index as the protective plate 15 and the housing part 25 as the adhesive.
  • Infrared light emitted from the infrared light source 1 is guided to the inner surface of the protection plate 15 extending outside the touch area.
  • the surface of the portion (extended portion) extending outside the touch area is inclined with respect to a plane parallel to the touch surface 20 as shown in an enlarged view in FIG. 8.
  • An infrared irradiation unit having a sawtooth shape in which an inclined surface 26 and a surface 27 perpendicular to the touch surface 20 are continuously formed is provided. Infrared light is incident on the inclined surface 26 of the infrared irradiation section and is refracted at the interface with the air layer in the inclined surface 26.
  • the protection plate 15 has a function of converting the infrared light emitted from the infrared light source 1 into light parallel to the surface of the protection plate 15, that is, the touch surface 20. That is, the infrared irradiation part provided in the surface of the protection board 15 in this embodiment, especially the said inclined surface 26 function as an optical path change part.
  • the incident angle ⁇ of the infrared light on the inclined surface 26 may be set so that the infrared light transmitted through the protective plate 15 is refracted at the inclined surface 26 and becomes light parallel to the touch surface 20. preferable.
  • the incident angle ⁇ is expressed by the following formula (1).
  • ⁇ arcsin [n ⁇ sin ⁇ arcsin (k) ⁇ 0 ⁇ ] (1) (K in the above formula (1) is 0.975 or more and 1 or less) Is preferably satisfied.
  • the incident angle ⁇ can be adjusted within a range of ⁇ 4 degrees.
  • the infrared light incident on the inclined surface 26 can be converted into light parallel to the touch surface 20, the infrared light can be efficiently irradiated onto the touch surface 20.
  • the protection plate 15 functions as an optical path changing unit.
  • the infrared light transmitted through the protection plate 15 is refracted by the inclined surface 26 of the protection plate 15. For this reason, according to this embodiment, it is possible to irradiate only the interface portion between the protection plate 15 and the air layer with the infrared light. Therefore, according to this embodiment, the signal difference between touch and non-touch can be increased.
  • the detection target object touches the touch surface 20 the infrared light on the surface of the protection plate 15 is reflected or scattered.
  • the infrared light source 1 since the infrared light source 1 is provided below the touch surface 20, the thickness of the entire liquid crystal display device can be reduced. Further, since the wiring of the infrared light source 1 does not protrude in the surface direction, the liquid crystal display device can be reduced in size.
  • the infrared light source 1 may be provided along each side of the touch surface 20 or may be provided at a corner of the touch surface 20. .
  • a hollow housing portion 25 that covers the side surface of the liquid crystal panel 10 is provided on the back surface side of the protective plate 15, and the infrared light source 1 is built in the housing portion 25.
  • the above configuration has been described as an example. However, the present embodiment is not limited to this.
  • the housing portion 25 is not necessarily required. As long as the incident angle ⁇ satisfies the formula (1), the infrared light source 1 is placed on the back surface of the protective plate 15 outside the touch area. It may be arranged oppositely.
  • FIG. 9 are diagrams showing an example of a modified example of the positional relationship between the protective plate 15 and the infrared light source 1 in another embodiment of the present invention.
  • the protective plate 15 itself has a hollow structure instead of providing the hollow housing portion 25 on the back surface of the extending portion outside the touch area of the protective plate 15.
  • an inclined surface 26 similar to that shown in FIG. 8 is also provided on the surface of the protective plate 15 in the extended portion.
  • the infrared light source 1 is provided inside the protective plate 15 in the extended portion.
  • the infrared light source 1 is provided below the extended portion of the protective plate 15 instead of being provided in the housing portion 25.
  • the infrared light source 1 may be fixed to the back side of the protective plate 15 by a fixing member (not shown), for example.
  • the infrared light source 1 is provided below the protective plate 15, the thickness of the entire liquid crystal display device can be reduced. Further, since the wiring of the infrared light source 1 does not protrude in the surface direction, the liquid crystal display device can be reduced in size.
  • the reflection member 21 is provided around the infrared light source 1 and around the optical path 2 of the infrared light inside the housing portion 25. .
  • the infrared light emitted from the infrared light source 1 is reflected by the reflecting member 21 and guided to the surface of the protection plate 15 in the extending portion via the housing portion 25.
  • an inclined surface 26 similar to that shown in FIG. 8 is also provided on the surface of the protective plate 15 in the extended portion.
  • the reflecting member 21 may be any member that reflects and guides infrared light, and the material thereof is not particularly limited.
  • a metal material such as aluminum is preferably used from the viewpoints of reflection efficiency and prevention of light leakage.
  • the infrared light emitted from the infrared light source 1 is prevented from diffusing to the surroundings, and the protective plate 15 extending outside the touch area is formed.
  • the surface can be efficiently irradiated with infrared light.
  • the reflecting member 21 is designed and arranged so that the infrared light emitted from the infrared light source 1 enters the inclined surface 26 at an incident angle ⁇ .
  • both the protection plate 15 and the reflecting member 21 function as an optical path changing unit.
  • the infrared light source 1 may be provided in the inside of the protective plate 15 in an extending part similarly to (a) of FIG.
  • the reflecting member 21 is also provided inside the protective plate 15.
  • the reflecting member 21 since the reflecting member 21 is provided adjacent to the inner surface of the protective plate 15 where the infrared light is guided, it is reflected by the inner surface of the protective plate 15 and propagates through the protective plate 15. The reflected light can be blocked by the reflection member 21. Therefore, the infrared light irradiated on the inner surface of the protective plate 15 can be efficiently irradiated on the surface of the protective plate 15.
  • the position of the infrared light source 1, the material of the protection plate 15 and the housing portion 25, and the combination thereof are not limited to the above-described configuration as long as the incident angle ⁇ satisfies the above expression (1). .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention. Moreover, in FIG. 10, the part enclosed with the dotted line is expanded and shown.
  • the liquid crystal display device according to the present embodiment is the same as that of the liquid crystal display device according to the second embodiment except that the protective plate 18 (infrared light transmitting member) shown in FIG.
  • the liquid crystal display device according to the second embodiment has the same configuration.
  • a housing portion 28 corresponding to the housing portion 25 provided on the back surface of the protection plate 15 is provided on the back surface of the protection plate 18.
  • the housing part 28 has the same configuration as the housing part 25. Therefore, the description thereof is omitted in the present embodiment.
  • the protective plate 18 is provided on the surface of the portion (extended portion) extending outside the touch area with respect to a surface parallel to the touch surface 20 as shown in an enlarged view in FIG. 10.
  • An infrared irradiation unit having a sawtooth shape in which an inclined surface 29 inclined and a surface 27 perpendicular to the touch surface 20 are continuously formed is provided.
  • the protection plate 18 is different from the protection plate 15 in that a plurality of light shielding layers 50 that do not transmit infrared light are regularly arranged at regular intervals on the inclined surface 29 of the protection plate 18 as light shielding portions. Is a point.
  • the light shielding layer 50 can be provided by evaporating or printing a light shielding material on the surface of the inclined surface 29, for example.
  • a black resin such as a black matrix or a metal material can be used.
  • a region through which infrared light is transmitted is formed in a slit shape. That is, on the inclined surface 29 of the protection plate 18, a region (a light shielding portion) that does not transmit infrared light and a region (hereinafter referred to as “slit”) 51 that transmits infrared light, which are formed of the light shielding layer 50. are provided alternately.
  • the infrared light incident on the inclined surface 29 from the infrared light source 1 is emitted from the slit 51 provided on the inclined surface 29.
  • the infrared light emitted from the slit 51 is diffracted by the slit 51 formed in the protective plate 18 at the interface with the air layer in the slit 51 and the refractive index of the protective plate 18 with respect to the air. Refracted by the optical path. That is, the infrared irradiation part provided in the surface of the protection board 18 in this embodiment, especially the said inclined surface 29 function as an optical path change part.
  • the incident angle ⁇ of infrared light on the inclined surface 29 is such that the infrared light transmitted through the protective plate 18 is refracted at the inclined surface 29 and becomes light parallel to the touch surface 20. It is preferably set.
  • the incident angle ⁇ is, for example, that the relative refractive index of the protective plate 18 with respect to the absolute refractive index of air is n, the inclination angle of the inclined surface 29 with respect to the touch surface 20 is ⁇ 0, and along the surface of the protective plate 18.
  • slit pitch the distance between the centers of the adjacent slits 51
  • ⁇ arcsin ((sin (arcsin (k) ⁇ 0 ) ⁇ m ⁇ ⁇ 2 / P) / n) (2) (K in the above formula (2) is 0.975 or more and 1 or less, and m represents an integer of 0 or more) In the above formula (2), m represents the order of diffraction.
  • the inclined surface 29 is preferably provided with a light shielding portion so as to satisfy the above formula (2), and in other words, the slit pitch so as to satisfy the above formula (2).
  • P is preferably set.
  • the infrared light incident on the inclined surface 29 can be converted into light parallel to the touch surface 20, the infrared light can be efficiently irradiated onto the touch surface 20. Therefore, according to the present embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
  • ⁇ can be reduced. Therefore, the loss of interface reflection can be reduced and the diffraction efficiency can be improved.
  • the infrared light source 1 may be provided along each side of the touch surface 20 or provided at a corner of the touch surface 20. May be.
  • a hollow housing portion 28 that covers the side surface of the liquid crystal panel 10 is provided on the back surface side of the protective plate 18, and the infrared light source 1 is built in the housing portion 28.
  • the above configuration has been described as an example. However, the present embodiment is not limited to this.
  • the housing portion 28 is not necessarily required. As long as the incident angle ⁇ satisfies the expression (2), the infrared light source 1 is located on the back surface of the protective plate 18 outside the touch area. It may be arranged oppositely. That is, in the present embodiment, as in the second embodiment, as a modification, the protective plate 18 and the housing portion are replaced with the protective plate 15 and the housing portion 25 in FIGS. A configuration provided with 28 can be used.
  • the position of the infrared light source 1, the material of the protective plate 18 and the housing portion 28, and the combination thereof are not limited to the above-described configuration as long as the incident angle ⁇ satisfies the expression (2). .
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a main part of a liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention. Moreover, in FIG. 11, the part enclosed with the dotted line is expanded and shown.
  • a protective plate (infrared light transmitting member) 19 is provided on the liquid crystal panel 10, the infrared light source 1 is provided below the protective plate 19, and the protective plate 18 is
  • the second embodiment is different from the first to third embodiments in that a light guide plate (light guide member) 23 having a reflection surface (optical path changing portion) 22 is provided.
  • a protective plate 19 is formed on the touch surface 20 side of the liquid crystal panel 10. Therefore, the surface of the protection plate 19 is the touch surface 20.
  • the protective plate 19 is formed to the outside of the touch area on the liquid crystal panel 10. Moreover, as the protective plate 19, the same material as the protective plate 15 mentioned in 2nd Embodiment can be used.
  • the infrared light source 1 is provided below the protective plate 19 outside the touch area. In addition, the infrared light source 1 is provided in a direction in which infrared light is emitted so that infrared light is vertically incident on the lower surface of the protective plate 19.
  • a light guide plate 23 having a reflective surface 22 is provided on the protective plate 19 outside the touch area.
  • the reflecting surface 22 is a surface that reflects infrared light and converts it into light parallel to the surface of the protective plate 19, that is, the touch surface 20, and the light guide plate 23 touches the infrared light converted by the reflecting surface 22.
  • a light guide plate having the reflection surface 22 a light guide plate having a 45 ° mirror, such as a right angle prism, can be used.
  • the present embodiment is not limited to this, and is not particularly limited as long as the light guide plate 23 has the reflective surface 22.
  • the infrared light emitted from the infrared light source 1 is incident on the lower surface of the protective plate 19 vertically and travels through the protective plate 19 without being refracted. Thereafter, the light is incident on the upper surface of the protective plate 19 perpendicularly. Thereafter, the infrared light emitted on the surface of the protection plate 19 is reflected by the reflection surface 22 of the light guide plate 23 provided on the protection plate 19 and is parallel to the surface of the protection plate 19, that is, the touch surface 20. Is converted to Further, the light is guided to the touch surface 20 by the light guide plate 23. Therefore, infrared light can be efficiently irradiated onto the touch surface 20.
  • infrared light is incident obliquely on the protective plate 19, refracted and emitted onto the surface of the protective plate 19, and then touched by the reflective surface 22.
  • the light may be converted into light parallel to 20.
  • the infrared light is irradiated parallel to the touch surface 20 and above the touch surface 20 as in the first embodiment, so that the contact location by the detection target such as a finger is dark, A ring-shaped characteristic image in which the periphery of the contact portion is in a bright state is obtained.
  • the outline (shape) of the detection target can be grasped from below, the center position of the finger and the like can be specified.
  • infrared light is irradiated in parallel along the touch surface 20, a signal difference between a touched state and a non-touched state becomes large, so that these differences can be clearly recognized. Accordingly, it is possible to accurately detect the position of the detection object and to simultaneously detect a plurality of detection objects.
  • the infrared light source 1 is provided below the protective plate 19, the thickness of the entire liquid crystal display device can be reduced. Further, since the wiring of the infrared light source 1 does not protrude in the surface direction, the liquid crystal display device can be reduced in size.
  • the infrared light sensor further includes an optical filter that blocks the infrared light receiving element from visible light.
  • the infrared light receiving element included in the infrared light sensor can receive the light whose visible light is blocked by the optical filter, the intensity of the received infrared light is accurately detected. Infrared light sensor that can be obtained can be obtained.
  • the optical path changing unit that changes the optical path of the infrared light emitted from the infrared light source to be parallel to the surface of the infrared light transmitting member outside the touch area. Is preferably provided.
  • the said optical path change part since it is not necessary to provide an infrared light source on an infrared-light transmissive member, the freedom degree of arrangement
  • the infrared light transmitting member includes an extending portion extending outside the touch area, and a surface on the touch surface side of the extending portion is inclined with respect to the touch surface.
  • An optical path changing unit having an inclined surface is provided, the infrared light is irradiated onto the inclined surface, a relative refractive index with respect to an absolute refractive index of air of the infrared light transmitting member is n, and the inclined surface is
  • ⁇ arcsin [n ⁇ sin ⁇ arcsin (k) ⁇ 0 ⁇ ] (1) (K in the above formula (1) is 0.975 or more and 1 or less) Is preferably satisfied.
  • the infrared light transmitting member includes an extending portion extending outside the touch area, and a surface on the touch surface side of the extending portion is inclined with respect to the touch surface.
  • An optical path changing unit having an inclined surface is provided, and the infrared light is irradiated to the inclined surface, and regions where infrared light is transmitted and regions where light is not transmitted are alternately provided on the inclined surface.
  • the infrared light transmitting member is irradiated along the surface of the infrared light transmitting member, where n is a relative refractive index with respect to the absolute refractive index of air and ⁇ 0 is an inclination angle of the inclined surface with respect to the touch surface.
  • the infrared light emitted from the infrared light source can be refracted on the surface of the infrared light transmitting member so as to be light parallel to the surface. Therefore, according to each of the above configurations, the light irradiated on the surface of the infrared light transmissive member extending outside the touch region is converted into light parallel to the touch surface on the surface of the infrared transmissive member. It can be.
  • the infrared light can be irradiated only to the interface portion between the infrared transmitting member and the air layer, so that the signal difference between touch and non-touch can be increased.
  • ⁇ can be reduced by alternately providing a region through which infrared light is transmitted and a region through which the infrared light is not transmitted on the inclined surface as in the latter of the above-described configurations. Therefore, by adopting the latter configuration among the above-described configurations, the loss of interface reflection can be reduced and the diffraction efficiency can be improved.
  • a reflection member that reflects the infrared light emitted from the infrared light source and guides the infrared light to the surface of the infrared light transmitting member is provided around the infrared light source.
  • the reflection member is provided adjacent to the surface of the infrared light transmission member extending outside the touch area, and the infrared light transmission member and the reflection member function as the optical path changing unit. preferable.
  • emitted from the said infrared light source is prevented from diffusing to circumference
  • the infrared light source is provided below the touch surface of the infrared light transmitting member.
  • the apparatus when the touch panel is mounted (stacked) on a display device such as a liquid crystal display device, the thickness of the entire device can be reduced. Further, since the wiring of the infrared light source does not protrude in the surface direction, the apparatus can be downsized.
  • a light guide member that transmits infrared light is further provided outside the touch area on the infrared light transmission member, and the light guide member serves as the optical path changing unit. It is preferable to provide a functioning reflective surface.
  • the infrared light irradiated to the said light guide member from the infrared light source can be radiate
  • the infrared light source is disposed to face a corner portion of the touch area.
  • liquid crystal panel according to the present invention is characterized by including any one of the touch panels described above.
  • the input position can be detected with higher accuracy under a wider range of environmental illumination, and at least three input positions can be simultaneously detected.
  • a liquid crystal panel including a touch panel that can be detected can be realized.
  • infrared light is used for detection, a liquid crystal panel that does not impair display quality and visibility can be realized.
  • a liquid crystal display device is characterized by including the above-described liquid crystal panel.
  • liquid crystal display device including a liquid crystal panel including a touch panel that can be used can be realized. Further, since infrared light is used for detection, a liquid crystal display device including a liquid crystal panel that does not impair display quality and visibility can be realized.
  • a touch panel integrated liquid crystal display device includes any one of the touch panels described above, and the infrared light transmitting member is one substrate in a liquid crystal panel having a liquid crystal layer between a pair of substrates. It is characterized by.
  • a touch panel integrated liquid crystal display device can be realized.
  • infrared light is used for detection, a touch panel integrated liquid crystal display device that does not impair display quality and visibility can be realized.
  • the same configuration as that of the touch panel integrated liquid crystal display device in the first embodiment described above was used as an example. That is, as an embodiment, a method of irradiating infrared light parallel to the touch surface 20 from the outside of the touch area and detecting light reflected by the detection target by the area sensor 3 provided below the touch surface 20. A touch panel using (side light system) was used.
  • a conventional touch panel integrated liquid crystal display device As a comparative example, a conventional touch panel integrated liquid crystal display device was used.
  • This conventional touch panel uses a system (backlight system) that uses the backlight light of a liquid crystal panel to detect the light reflected from the detection object by receiving the backlight light.
  • backlight system backlight system
  • FIG. 12 is a graph showing a difference in signal level between contact (touch) and non-contact (non-touch) of the detection target object at different environmental illuminances in the embodiment of the present invention.
  • the difference in signal level (8 bits) between contact and non-contact is the signal level of the touch panel in the comparative example at any environmental illuminance at 0 to 10000 lux (lx). It was about 15 to 30 times larger. Therefore, it was shown that the touch panel in the example has higher accuracy in detecting contact and non-contact of the detection target to the touch surface 20 than a touch panel using a conventional backlight method.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an image obtained by the touch panel according to the embodiment of the present invention. Note that the tip of the finger was used as the detection target.
  • a finger as a detection target was brought into contact with the touch surface 20, and an image obtained by the area sensor 3 was examined.
  • an image obtained by the area sensor 3 was examined.
  • the light sensor element 4 in the area sensor 3 detects the light reflected from the finger, the part where the finger touches the touch surface becomes dark, and the area around the touched part becomes dark.
  • a bright ring-shaped characteristic image (A) was obtained.
  • the touch panel in the embodiment is irradiated with infrared light from the periphery of the touch area, a ring-shaped characteristic image in which the contact portion by the detection target object is dark and the periphery of the contact portion is in a bright state is displayed.
  • the center position of the detection object can be easily specified, and the touch position can be detected with higher accuracy.
  • infrared light is irradiated along the touch surface 20, it is possible to easily recognize the touched state and the untouched state more clearly.
  • FIGS. 14 (a)-(b) are diagrams showing an image of the detection target obtained under parallel light in the embodiment of the present invention.
  • the direct light of sunlight 85000 lux was used as parallel light.
  • the tip of the finger was used as the detection target.
  • the touch panel, the liquid crystal panel, the liquid crystal display device, and the touch panel integrated type of the present invention it is possible to detect the input position with higher accuracy under a wider range of environmental illuminance, and at the same time three or more input positions can be detected. Can be detected.
  • the present invention can be applied to a display device including a touch panel, a mobile phone whose display screen has a touch panel function, a display device such as a PC, and the like.
  • Infrared light source 2 Optical path 3 Area sensor (infrared light sensor) 4. Optical sensor element (infrared light receiving element) Reference Signs List 5 Optical filter 6 Reflected light 10 Liquid crystal panel 11 Active matrix substrate 12 Counter substrate 13 Liquid crystal layer 14 Backlight 15 Protection plate (infrared light transmitting member) 16 Front side polarizing plate 17 Back side polarizing plate 18 Protective plate (infrared light transmitting member) 19 Protection plate (infrared light transmitting member) 20 Touch surface 21 Reflecting member 22 Reflecting surface (optical path changing unit) 23 Light guide plate (light guide member) 25 Housing portion 26 Inclined surface 28 Housing portion 29 Inclined surface 30 Area sensor control unit 31 Timing generation circuit 32 Area sensor drive circuit 33 Area sensor readout circuit 34 Coordinate extraction circuit 35 Interface circuit 40 Liquid crystal drive circuit 50 Light shielding layer 51 Slit (infrared Area through which light passes) ⁇ Incident angle P Slit pitch

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Abstract

　タッチパネルは、表面が検出対象物によるタッチ面（２０）として用いられる、赤外光を透過する赤外光透過部材と、赤外光透過部材における検出対象物によるタッチ領域の下方に配置された複数の光センサ素子（４）を含むエリアセンサ（３）と、赤外光透過部材における検出対象物によるタッチ領域の外側に、赤外光透過部材の表面に沿って赤外光が照射されるとともにタッチ面（２０）にタッチしている検出対象物の全周に赤外光が照射されるように設けられた複数の赤外光源（１）とを備え、赤外光源（１）から、赤外光透過部材の表面に沿って照射された赤外光のうち、検出対象物で反射されて赤外光透過部材を透過した赤外光を、光センサ素子（４）で受光することにより、検出対象物によるタッチ位置を検出する。

Description

タッチパネル、液晶パネル、液晶表示装置、及びタッチパネル一体型の液晶表示装置
　本発明は、光センサ素子を備え、外部からの入力位置を検出するタッチパネル、及び、このようなタッチパネルを備えた液晶パネル並びに液晶表示装置に関するものである。
　液晶表示装置などの表示装置の中には、指、入力用のペン等でパネル表面を触れると、その触れた位置を検出することのできるタッチパネル機能を備えたタッチパネル一体型の表示装置が開発されている。
　従来のタッチパネル一体型表示装置は、抵抗膜方式（押されると上の導電性基板と下の導電性基板とが接触することによって入力位置を検知する方式）及び静電容量式（触った場所の容量変化を検知することによって入力位置を検知する方式）のものが主流となっていた。しかしながら、このような表示装置においては、例えば、特殊な、位置検出用のパネルを必要とするため、装置全体が厚くなる。また、このようなタッチパネルを表示装置の画面（表示領域）に設けることによって、視認性が低下するという問題が生じる。
　ところで、特許文献１には、パネル内に配置される指検出用光センサが、外光の明るさが閾値以上のときは、外光による指の影を検出する方法（指影モデル）を用い、外光の明るさが閾値未満のときは、バックライト光を受けて指から反射する光を検出する方法（指腹反射モデル）を用い、これらの方法を外光の明るさに応じて切り替えることにより、パネルにタッチした指先の位置を検出する、タッチセンサシステムが記載されている。
　また、特許文献２には、表示部の上下左右に発光素子列と受光素子列とが配置され、表示部画面上に対し平行の方向に赤外線を照射し、表示部画面上の指等による入力位置を光の遮断により検知するタッチ入力装置が記載されている。
日本国公開特許公報「特開２００７－１８３７０６号公報（２００７年７月１９日公開）」 日本国公開特許公報「特開昭６１－１５６４２５号公報（１９８６年７月１６日公開）」
　しかし、上述した特許文献１では、外光の明るさが閾値のとき、すなわち指影モデルと指腹反射モデルとを切り替える境界点においては、指の影あるいは指から反射する光を検出できないので、入力位置を検出することができない。つまり、上述した特許文献１の方法では、入力位置を検出できない不感帯が生じる。また、強い平行光下においては、タッチした場合とタッチしていない場合とで得られる画像が同一となってしまうため、指が画面にタッチしているか否かもわからない。もしくは判別し難い。このため、入力位置を検出することができない。
　特許文献１のようにバックライト光を受けて指から反射する光を検出する場合、タッチ面にタッチしている部分とタッチしていない部分との反射光の強さの違いを信号差として検出することでタッチ・非タッチを検出する。しかしながら、強い平行光下では、例えば指の腹で反射したバックライト光による反射光以外に、指の腹以外の部分で反射した環境光による反射光も同時に検出される。このため、強い平行光下においては、タッチした場合とタッチしていない場合とで信号差が生じないか、あるいは生じても極めて信号差が小さいものとなる。
　また、上述した特許文献２では、１つのセンシング対象に対し、該センシング対象の列方向の延長線上に位置する受光素子と行方向の延長線上に位置する受光素子とで位置検出が行われる。このため、例えば同列内において二ヶ所タッチを行っている状態で、このタッチした箇所と同行内でタッチを行った場合、上記列と行とが交差する位置のセンシング対象によるタッチを検出することはできない。このように、発光素子から照射された光の遮断を、該発光素子に対向配置された受光素子で検出する場合、入力位置を確認できない場合が存在し、同時に３つ以上の入力位置を検出することができない。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、より広範囲な環境照度下においてより高い精度にて入力位置の検出が可能であり、かつ同時に３つ以上の入力位置を検出することができるタッチパネルを提供することを目的とする。
　本発明に係るタッチパネルは、上記課題を解決するために、表面が検出対象物によるタッチ面として用いられる、赤外光を透過する赤外光透過部材と、上記赤外光透過部材における検出対象物によるタッチ領域の下方に配置された複数の赤外光受光素子を含む赤外光センサと、上記赤外光透過部材における検出対象物によるタッチ領域の外側に、上記赤外光透過部材の表面に沿って赤外光が照射されるとともに上記タッチ面にタッチしている検出対象物の全周に赤外光が照射されるように設けられた複数の赤外光源とを備え、上記赤外光源から上記赤外光透過部材の表面に沿って照射された赤外光のうち、上記検出対象物で反射されて上記赤外光透過部材を透過した赤外光を上記赤外光受光素子で受光することにより、上記検出対象物によるタッチ位置を検出することを特徴とする。
　上記の構成によれば、上記タッチ面上に、タッチ領域の外側から上記タッチ面に平行に照射された赤外光を、上記検出対象物で反射させてその進路を変更させて上記赤外透過部材の下方に配置された赤外光受光素子で受光する。このため、外光の明るさ（環境照度）に拘らず、検出対象物がタッチ面にタッチしている場合、タッチしている箇所は赤外光が遮断され暗状態となり、タッチしている箇所の周囲は、検出対象物で反射された反射光により明状態となる。
　この結果、検出対象物による接触箇所が暗、接触箇所の周囲が明の状態となる輪状の特徴的な画像が得られるので、強い平行光のもとにおいても、タッチ状態と非タッチ状態との判別が容易になる。また、輪状の特徴的な画像が得られるので検出対象物の中心位置等の特定がし易くなり、高い精度でタッチ位置の検出が可能となる。しかも、このような画像は、上記タッチ面に僅かに触れる程度でも得ることができる。したがって、いわゆるフェザータッチと称される非常に軽いタッチでもタッチ・非タッチの違いを明確に認識することができ、高い精度にてタッチ位置の検出が可能となる。
　また、上記の構成によれば、従来のように外光の明るさ（環境照度）によって検出方法を切り替える必要がなく、上述した特許文献１のように入力位置を検出できない不感帯は存在しない。
　したがって、上記の構成によれば、広い範囲における環境照度下において、タッチ位置の検出が可能である。
　また、上記の構成によれば、赤外光受光素子を含む赤外光センサがタッチ領域の下方に配置されているため、同時に３つ以上のタッチ位置を検出することができる。
　本発明に係るタッチパネル、液晶パネル、液晶表示装置、及びタッチパネル一体型の液晶表示装置は、以上のように、表面が検出対象物によるタッチ面として用いられる、赤外光を透過する赤外光透過部材と、上記赤外光透過部材における検出対象物によるタッチ領域の下方に配置された複数の赤外光受光素子を含む赤外光センサと、上記赤外光透過部材における検出対象物によるタッチ領域の外側に、上記赤外光透過部材の表面に沿って赤外光が照射されるとともに上記タッチ面にタッチしている検出対象物の全周に赤外光が照射されるように設けられた複数の赤外光源とを備え、上記赤外光源から、上記赤外光透過部材の表面に沿って照射された赤外光のうち、上記検出対象物で反射されて上記赤外光透過部材を透過した赤外光を、上記赤外光受光素子で受光することにより、上記検出対象物によるタッチ位置を検出するので、より広範囲な環境照度下においてより高い精度にて入力位置の検出が可能であり、かつ同時に３つ以上の入力位置を検出することができる。
　本発明の他の目的、特徴、及び優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
本発明の実施形態における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 図１に示す液晶表示装置の要部の概略構成を示す断面図である。 図１に示す液晶表示装置の要部の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施形態で用いられる赤外光源の、室温（２５℃）での指向性（配光特性）を示す図である。 本発明の実施形態における液晶表示装置におけるタッチ位置の検出原理を示す図であり、図５の（ａ）は、本発明の実施形態における液晶表示装置のタッチ面２０を上から見た平面図であり、図５の（ｂ）は、本発明の実施形態における液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施形態における液晶表示装置の変形例を示す平面図である。 本発明の実施形態の変形例で用いられる赤外光源の、室温（２５℃）での指向性（配光特性）を示す図である。 本発明の他の実施形態における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 図９の（ａ）～（ｃ）は、本発明の他の実施形態における保護板と赤外光源との位置関係についての変形例の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における液晶表示装置の要部の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施例において、異なる環境照度における、検出対象物の検出対象面への接触と非接触との信号レベルの差を表したグラフである。 本発明の実施例におけるタッチパネルにより得られる画像を示す図である。 図１４の（ａ）・（ｂ）は、本発明の実施例において、平行光下において得られる検出対象物の画像を示す図である。
　〔第１実施形態〕
　本発明の一実施形態について図１～図７に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
　本実施形態では、タッチパネル一体型の液晶表示装置について説明する。
　まず、本実施形態における液晶表示装置の構成を、図１～図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態における液晶表示装置の概略構成を示す断面図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の要部の概略構成を示す断面図であり、図３は、図１に示す液晶表示装置の要部の概略構成を示す平面図である。
　本実施形態における液晶表示装置は、液晶パネル１０における液晶画像が表示される領域が、検出対象物によりタッチされるタッチ領域となっている。上記液晶表示装置は、このタッチ領域の表面であるタッチ面２０に接触された指、入力ペン等の検出対象物で反射された赤外光を、画素毎に設けられた光センサ素子（赤外光受光素子）４で検知することによって、上記検出対象物によるタッチ位置を検出するタッチパネル機能を有している。このように、本実施形態においては、検出対象物により反射された赤外光を検知するため、検出対象物としては、赤外光を反射するものであればよい。
　図１に示すように、本実施形態における液晶表示装置は、赤外光源１、液晶パネル１０、及びバックライト１４を備えている。
　赤外光源１は、液晶パネル１０のタッチ領域より外側に設けられており、光路２に示す赤外光を出射する。赤外光源１としては、赤外光を出射するものであればよく、公知のものを用いることができる。上記赤外光源１としては、例えば赤外ＬＥＤ等を用いることができる。なお、上記赤外光は、ｚ方向（タッチ面２０に対して垂直の方向）における指向特性が高いものであることが好ましい。
　図３に示すように、本実施形態においては、赤外光源１は、液晶パネル１０のタッチ領域の表面であるタッチ面２０より外側に、タッチ面２０の各辺に沿って、タッチ領域の周囲、つまりタッチ領域を取り囲むように、タッチ領域の四方に複数設けられている。
　これにより、赤外光源１から出射される赤外光は、タッチ領域をカバーするように一様に照射される。したがって、赤外光は、タッチ面２０にタッチしている検出対象物の全周に照射される。また、本実施形態では、赤外光源１は、図１に示すように、上記タッチ面２０の上空に、該タッチ面２０に沿って、該タッチ面２０に平行な赤外光を直接出射している。
　液晶パネル１０は、図２に示すように、多数の画素がマトリクス状に配列されたアクティブマトリクス基板１１と、これに対向するように配置された対向基板１２（赤外光透過部材）とを備えており、さらにこれら２つの基板の間に表示媒体である液晶層１３が挟持された構造を有している。なお、本実施形態において、液晶パネル１０の表示モードは特に限定されず、ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＶＡモードなどのあらゆる表示モードを適用することができる。上記液晶パネル１０は、その内部に、赤外光を感知（受光）する光センサ素子４を有するエリアセンサ（赤外光センサ）３を備えている。
　また、図２に示すように、液晶パネル１０の外側には、液晶パネル１０を挟み込むようにして表側偏光板１６（赤外光透過部材）及び裏側偏光板１７がそれぞれ設けられている。具体的には、上記アクティブマトリクス基板１１における上記対向基板１２との対向面とは反対側に裏側偏光板１７が設けられ、上記対向基板１２におけるアクティブマトリクス基板１１との対向面とは反対側に表側偏光板１６が設けられている。
　上述したように、液晶パネル１０における液晶画像を表示する表面はタッチ面２０となっており、タッチ面２０として用いる赤外光透過部材として、対向基板１２と表側偏光板１６とを用いている。したがって、表側偏光板１６の表面がタッチ面２０となり、このタッチ面２０に沿って赤外光が照射される。また、対向基板１２と表側偏光板１６とを、検出対象物で反射された赤外光が透過することとなる。
　なお、図示していないが、表側偏光板１６の上に、赤外光を透過する部材を用いた保護板などがさらに設けられていてもよい。この場合には、当該保護板の表面がタッチ面２０となる。
　また、上記アクティブマトリクス基板１１には、各画素を駆動するためのスイッチング素子であるＴＦＴ（図示せず）、配向膜（図示せず）、光センサ素子４などが設けられている。ＴＦＴには、複数のデータ信号線と複数のゲート信号線とが互いに交差するように配置されており、各交差部の近傍にＴＦＴを介して画素電極が配置されている。光センサ素子４は、各画素領域に設けられており、各画素の配置に沿って、縦横にマトリクス状に配置されている。
　光センサ素子４は、フォトダイオードまたはフォトトランジスタで形成されており、受光した光の強度に応じた電流を流すことによって、受光量を検知する。ＴＦＴ及び光センサ素子４は、アクティブマトリクス基板１１上に、ほぼ同一のプロセスによってモノリシックに形成されたものであってもよい。つまり、光センサ素子４の一部の構成部材は、ＴＦＴの一部の構成部材と同時に形成されてもよい。このような光センサ素子４の形成方法は、従来公知である光センサ素子内蔵型の液晶表示装置の製造方法に準じて行うことができる。
　なお、光センサ素子４は、必ずしも一画素ごとに設けられていなくてもよく、一画素を構成しているＲ，Ｇ，Ｂの画素電極のうちのいずれか１つの画素電極ごとに光センサ素子が備えられている構成であってもよい。
　上記したように、光センサ素子４は、バックライト１４側の基板であるアクティブマトリクス基板１１上に設けられており、上記表側偏光板１６の表面がタッチ面２０として用いられる。このため、上記対向基板１２及び表側偏光板１６には、可視光に加え、赤外光を透過する材料からなる基板並びに偏光板が使用される。なお、上記対向基板１２及び表側偏光板１６としては、従来一般的に使用されているものをそのまま用いることができる。
　対向基板１２には、図示はしていないがカラーフィルタ層、対向電極及び配向膜などが形成されている。カラーフィルタ層は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色を有する着色部と、ブラックマトリクスとから構成されている。カラーフィルタ層には、各画素電極と対向する位置に、Ｒ、Ｇ、またはＢの着色部が形成され、赤色の画素電極、緑色の画素電極、青色の画素電極がそれぞれ得られる。一画素は、Ｒの画素電極、Ｇの画素電極、及びＢの画素電極からなる３つの画素電極で構成される。これにより、液晶パネル１０内では、複数の画素が縦横にマトリクス状に配置される。
　また、対向基板１２には、アクティブマトリクス基板１１における光センサ素子４に対応する位置に、可視光を遮断する光学フィルタ５が設けられていることが好ましい。すなわち、本実施形態に係るエリアセンサ３は、上記光センサ素子４と、光学フィルタ５とを備えている。これにより、上記光センサ素子４に入射する光の成分のうちの可視光成分を遮断することができる。
　光学フィルタ５は、可視光（すなわち、７８０ｎｍ以下の波長）を遮断し、赤外光を透過させるという特性を有するものであれば、どのようなものでも使用することができる。これにより、光センサ素子４に入射する光の成分のうちの可視光成分を遮断することができる。光学フィルタ５は、例えば、赤色のカラーフィルタと青色のカラーフィルタとを積層したものであってもよい。この場合には、さらに、対向基板１２に設けられるカラーフィルタ層に光学フィルタ５を組み込んでもよい。これにより、カラーフィルタ層と光学フィルタ５とを同一の工程において形成させることができるので、液晶パネル１０を小型化することができるとともに、安価に製造することが可能になる。また、光学フィルタ５は、例えば、赤色の顔料、緑色の顔料、及び青色の顔料を混合して形成されたものなどであってもよい。これにより、可視光をより充分に遮断することができるとともに、膜厚を薄くすることができる。
　本実施形態においては、エリアセンサ３における光センサ素子４がタッチ面２０上の検出対象物により反射される赤外光を検知することで、外部からの入力位置を検出するタッチパネルが実現される。そして、タッチ面２０の特定の位置に指、入力ペン等が接触した場合に、その位置を光センサ素子４が読み取り、装置に対して情報を入力したり、目的とする動作を実行させたりすることができる。このように、本実施形態における液晶表示装置では、エリアセンサ３によってタッチパネル機能を実現することができる。
　また、エリアセンサ３には、温度などの外的要因によって変化する光センサ素子４の検出特性を補償するための補正用のセンサとして、暗電流補償用の光センサ素子が含まれていてもよい。
　表側偏光板１６及び裏側偏光板１７は、偏光子としての役割を果たす。例えば、液晶層に封入されている液晶材料が垂直配向型である場合、表側偏光板１６の偏光方向と裏側偏光板１７の偏光方向とを、互いにクロスニコルの関係になるように配置することで、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置を実現することができる。
　バックライト１４は、液晶パネル１０の背面側に設けられており、液晶パネル１０に対して光を照射するものである。
　また、図には示されていないが、本発明の液晶表示装置においては、アクティブマトリクス基板１１及び対向基板１２の外側に、光学補償素子として、表側位相差板及び裏側位相差板がそれぞれ設けられていてもよい。
　また、図１には、液晶パネル１０に対して表示駆動を行う液晶駆動回路４０、及び、エリアセンサ３を駆動するためのエリアセンサ制御部３０を示す。エリアセンサ制御部３０については、その内部の構成についても示す。なお、本実施形態の液晶駆動回路４０の構成については、従来公知の構成を適用することができる。
　図１に示すように、エリアセンサ制御部３０内には、タイミング発生回路３１、エリアセンサ駆動回路３２、エリアセンサ読出回路３３、座標抽出回路３４、及びインターフェース回路３５が設けられている。
　タイミング発生回路３１は、各回路の動作を同期させて制御するためのタイミング信号を発生させる。
　エリアセンサ駆動回路３２は、各光センサ素子４を駆動するための電力を供給する。
　エリアセンサ読出回路３３は、受光量に応じて異なる値の電流を流す光センサ素子４から受光信号を受け取り、受光量を算出する。
　座標抽出回路３４は、エリアセンサ読出回路３３で算出された各光センサ素子４の受光量に基づいて、タッチ面２０に対してタッチした指の座標を算出する。
　インターフェース回路３５は、座標抽出回路３４において算出された指の座標の情報（位置情報）を、液晶表示装置の外部へ出力するものである。液晶表示装置は、このインターフェース回路３５を介して、ＰＣなどと接続される。
　本実施形態における液晶表示装置は、上述したような構成を有していることによって、タッチ面２０に指、入力ペンなどの検出対象物がタッチした場合に、液晶パネル１０内に形成されたエリアセンサ３における光センサ素子４が、検出対象物により反射された赤外光を検知することで、入力位置を検出することができる。
　上述したように、本実施形態であれば、入力位置の検出に、液晶パネル１０のタッチ領域より外側からタッチ面２０に平行に照射される赤外光を用いるため、検出対象物がある場合とない場合とにおける信号差が大きくなり、高い精度にて入力位置の検出が可能である。また、赤外光を用いることから、外光の明るさ（環境照度）に関わらず検出することができる。さらに、強い平行光のもとにおいても、検出対象物の特徴を容易に検知することができる。したがって、本実施形態であれば、広い範囲における環境照度下において、入力位置の検出が可能である。本実施形態によれば、少なくとも環境照度が０～９万ルクスであれば、充分検出が可能である。
　なお、本実施形態で用いることができる赤外光源１の例について図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施形態で用いられる赤外光源１の、室温（２５℃）での指向性（配光特性）を示す図である。
　本実施形態では、タッチ面２０となるタッチ領域の表面に沿ってｘ軸方向及びｙ軸方向に光を伝播させる。このため、上記赤外光源１としては、図４に示すように、上下方向及び左右方向の光の指向性（配光特性）が鋭い赤外光を出射できる赤外光源１を用いることができる。このような赤外光源１としては、例えば、砲弾型（回転楕円体を半分に切ったような形）の赤外ＬＥＤが挙げられる。また、上述したような赤外光を出射できる赤外光源としては、例えばＴＬＮ１１７（Ｎ）（ＴＯＳＨＩＢＡ社製）などを用いることができる。
　次に、本実施形態において、検出対象物の位置を検出する仕組みを、図５の（ａ）・（ｂ）を参照して以下に説明する。図５の（ａ）・（ｂ）は、本発明の実施形態における液晶表示装置におけるタッチ位置の検出原理を示す図である。なお、図５の（ａ）は、上記液晶表示装置のタッチ面２０を上から見た平面図であり、図５の（ｂ）は、上記液晶表示装置の要部断面図である。
　図５の（ａ）に示すように、本実施形態においては、赤外光が、タッチ領域をカバーするように、タッチ領域の周囲から一様にタッチ面２０の表面に沿って照射される。
　タッチ面２０の表面に平行に照射された赤外光は、該タッチ面２０にタッチした指などの検出対象物にあたって反射（散乱）される。上記検出対象物で反射（散乱）された反射光６は、図５の（ｂ）に示すように表側偏光板１６及び対向基板１２を透過してタッチ面２０の下方に設けられたエリアセンサ３における光センサ素子４により検知される。なお、本明細書において、タッチ面２０の「下方」とは、タッチ面２０の裏側、すなわち液晶パネル１０側の領域をさす。このとき光センサ素子４で検知された信号から、上述したエリアセンサ制御部３０によって、タッチ面２０上における検出対象物の位置（タッチ位置）の座標（ｘ，ｙ）を算出することができる。
　本実施形態においては、図５の（ａ）に示すように、赤外光が、タッチ領域の四方からタッチ面２０の上方に、タッチ面２０に平行に照射される。そのため、指等の検出対象物がタッチ面２０にタッチしている場合、タッチしている部分は赤外光が遮断され暗状態となり、タッチしている箇所の周囲は、検出対象物によって反射された反射光により明状態となる。このため、指等の検出対象物による接触箇所が暗、接触箇所の周囲が明の状態となる、輪状の特徴的な画像が得られる。これにより、検出対象物の輪郭（形）を下から捉えることができるため、指の中心位置等の特定ができる。また、赤外光がタッチ面２０に沿って平行に照射されるので、タッチされた状態とタッチされていない状態とにおける信号差が大きくなるため、これらの違いを明確に認識できる。したがって、正確に検出対象物の位置を検出することができるとともに、複数の検出対象物を同時に検出することが可能になる。
　さらに、タッチ面２０に指などの検出対象物が軽く触れる程度においても検出できるため、いわゆるフェザータッチなどの非常に軽いタッチにより操作することができる。
　なお、図３に示す例においては、赤外光源１がタッチ面２０の各辺に沿って設けられている場合を例に挙げて説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
　図６は、本発明の実施形態における液晶表示装置の変形例を示す平面図である。
　上記赤外光源１として、タッチ面２０と平行な面内で放射状に進む光を出射する赤外光源を用いる場合、図６に示すように、赤外光源１は、タッチ面２０の角部（コーナー）に対向して設けられていてもよい。これにより、赤外光は、タッチ面２０に一様に照射されるので、赤外光は、タッチ面２０にタッチしている検出対象物の全周に照射される。この場合、赤外光源１の赤外光をタッチ面２０に入射し易くするために、辺に対して４５度をなす角度ないし対角線と直交する角度に、タッチ面２０のコーナーをカットしてもよい。これにより、図３に示すような形態と比較して、赤外光源１の個数を削減することができる。したがって、図３に示すような形態である液晶表示装置よりも消費電力を低減させることができる。
　なお、図６では、上記赤外光源１が、タッチ面２０の４つの角部に設けられている場合について図示した。しかしながら、本実施の形態は、これに限定されるものではない。上記赤外光源１は、少なくとも、対向する２つの角部に設けられてさえいれば、２つまたは３つの角部にのみ設けられていてもよい。
　上記したように上記赤外光源１として、タッチ面２０と平行な面内で放射状に進む光を出射する赤外光源を用いる場合、指などの検出対象物に対し、広い範囲で赤外光が照射されるとともに、斜め方向から光が照射される。このため、必ずしも４つの角部に赤外光源１が設けられていなくても、検出対象物の輪郭を示す輪状の画像を得ることが可能である。
　同様に、このような赤外光源１を用いることで、例えば、赤外光源１が、タッチ面２０の少なくとも対向する２つの辺または３つの辺に沿って設けられた構成とすることもできる。
　なお、このような変形例において用いることができる赤外光源１の例について図７を参照して説明する。図７は、本発明の実施形態の変形例で用いられる赤外光源の、室温（２５℃）での指向性（配光特性）を示す図である。
　前記変形例では、図６に示すように、タッチ面２０の角部に配置された赤外光源１から、タッチ面２０上の全体に光を照射する。このため、前記変形例では、図７に示すように、左右方向の光の広がりが上下方向の光の広がりよりも大きく、左右方向と上下方向とで光の指向性（配光特性）が異なる赤外光源１を用いることができる。このような赤外光源１としては、例えば垂直方向（高さ方向）よりも水平方向に広がった、偏平型の赤外ＬＥＤが挙げられる。
　なお、本変形例において、図７に示す特性を備える赤外光源１を用いる場合には、赤外光源１の回転できる許容値は、ねじれ角＜±２０°であることが好ましい。これにより、均性度５０％以上を確保することができる。
　また、本実施形態においては、タッチパネル一体型の液晶表示装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、表示装置と一体化していないタッチパネルにも適用することができる。
　〔第２実施形態〕
　次に、本発明の他の実施形態について図８及び図９の（ａ）～（ｃ）に基づいて説明する。本実施形態では、前記第１実施形態との相違点について説明するものとし、前記第１実施形態と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
　図８は、本発明の他の実施形態における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。また、図８においては、点線で囲んだ部分を拡大して示す。
　なお、本実施形態においては、少なくとも液晶パネル１０上に保護板（赤外光透過部材）１５が設けられ、かつ赤外光がタッチ領域における保護板１５の表面に沿って出射される点で第１実施形態と異なっている。
　本実施形態においては、図８に示すように、液晶パネル１０の表面が保護板１５で覆われた構成を有している。したがって、保護板１５の表面がタッチ面２０として用いられる。
　保護板１５は、液晶パネル１０におけるタッチ領域の外側にまで延設されている。上記保護板１５の裏面における、タッチ領域の外側の領域には、赤外光源１と、上記赤外光源を収容するハウジング部２５とからなる光源システムが設けられている。上記ハウジング部２５は、液晶パネル１０の外側において液晶パネル１０の側面を覆うように形成されている。
　上記保護板１５並びにハウジング部２５としては、可視光並びに赤外光を透過するものであればよく、例えば従来、透明保護板として用いられている各種透明材料からなる保護板を用いることができる。このような透明材料としては、例えば、アクリル樹脂（例えばＰＭＭＡ；Polymethylmethacrylate）；ポリカーボネイト樹脂；環状ポリオレフィン樹脂；ポリエステル樹脂（ＰＥＴ；Polyethylene Terephtalate）；フッ素樹脂；等の透明樹脂、ガラス、ダイヤモンド、石英等が挙げられる。
　上記保護板１５とハウジング部２５とは、同じ材料で形成されていてもよく、異なる材料で形成されていてもよい。しかしながら、入射角の調整の観点からは、上記保護板１５とハウジング部２５とが、同じ屈折率を有していることが好ましい。このため、上記保護板１５とハウジング部２５とは、同じ材料からなることが好ましい。
　上記ハウジング部２５は、中空構造を有しており、内部の空間に、上記したように、赤外光源１が設けられている。上記ハウジング部２５は、赤外光源１を固定することができれば、その一部が開放された構造を有していてもよい。
　また、上記ハウジング部２５は、上記保護板１５と一体的に形成されていてもよく、接着剤などにより上記保護板１５に固定されていてもよい。なお、保護板１５とハウジング部２５とを接着剤により接続する場合、上記接着剤としては、上記保護板１５及びハウジング部２５と同じ屈折率を有する接着剤を用いることが好ましい。
　赤外光源１から出射される赤外光は、タッチ領域の外部に延設された保護板１５の内表面に導光される。
　保護板１５の表面のうち、タッチ領域の外側に延設された部分（延設部）の表面には、図８に拡大して示すように、タッチ面２０に平行な面に対して傾斜している傾斜面２６と、タッチ面２０に垂直な面２７とが連続して形成された鋸歯形状を有する赤外線照射部が設けられている。赤外光は、上記赤外線照射部の傾斜面２６に入射し、該傾斜面２６における空気層との界面で屈折される。
　このとき、上記保護板１５の傾斜面２６から出射された赤外光は、保護板１５の空気に対する屈折率によって屈折される。これにより、保護板１５は、赤外光源１から出射された赤外光を、保護板１５の表面、つまりタッチ面２０に平行な光に変換する機能を有する。すなわち、本実施形態において保護板１５の表面に設けられた赤外線照射部、特に上記傾斜面２６は、光路変更部として機能する。
　傾斜面２６への赤外光の入射角θは、上記保護板１５を透過した赤外光が、上記傾斜面２６において屈折し、タッチ面２０に平行な光になるように設定されることが好ましい。
　入射角θは、例えば、空気の絶対屈折率に対する保護板１５の相対屈折率をｎとし、タッチ面２０に対する傾斜面２６の傾斜角をθ０としたとき、下記式（１）
θ＝ａｒｃｓｉｎ［ｎ・ｓｉｎ｛ａｒｃｓｉｎ（ｋ）－θ０｝］・・・（１）
（上記式（１）中のｋは、０．９７５以上１以下である）
を満足することが好ましい。
　なお、上記式（１）中のｋは、入射角θの範囲を決定するための値であり、ｋ＝１のときに所望の入射角を示す。ｋを、０．９７５～１の範囲内で変更することにより、上記入射角θを、±４度の範囲内で調節することができる。
　これにより、傾斜面２６に入射した赤外光を、タッチ面２０に平行な光に変換することができるので、赤外光をタッチ面２０に効率よく照射させることができる。
　本実施形態によれば、上記したように、保護板１５が光路変更部として機能する。本実施形態で上記保護板１５を透過した赤外光は、該保護板１５の傾斜面２６で屈折する。このため、本実施形態によれば、上記保護板１５と空気層との界面部分にのみ上記赤外光を照射することができる。したがって、本実施形態によれば、タッチ・非タッチの信号差を大きくすることができる。なお、本実施形態でも、検出対象物がタッチ面２０にタッチすると、保護板１５の表面の赤外光が反射または散乱される。したがって、この反射及び散乱された赤外光をエリアセンサ３における光センサ素子４で検知することにより、タッチした領域の周囲だけが明の状態となる画像が得られる。これにより、正確に検出対象物の位置を検出することができる。
　また、本実施形態においては、赤外光源１をタッチ面２０よりも下方に設けているため、液晶表示装置全体の厚みを薄型化することができる。また、赤外光源１の配線が面方向に突出しないので液晶表示装置の小型化を図ることもできる。
　なお、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、赤外光源１は、タッチ面２０の各辺に沿って設けられていてもよく、タッチ面２０の角部に設けられていてもよい。
　また、本実施形態では、図８に示したように、保護板１５の裏面側に、液晶パネル１０の側面を覆う中空形状のハウジング部２５を設け、該ハウジング部２５に赤外光源１が内蔵された構成を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではない。上記ハウジング部２５は、必ずしも必要ではなく、上記入射角θが上記式（１）を満足しさえすれば、上記赤外光源１は、保護板１５の裏面における、上記タッチ領域の外側の領域に対向配置されていてもよい。
　図９の（ａ）～（ｃ）は、本発明の他の実施形態における保護板１５と赤外光源１との位置関係についての変形例の一例を示す図である。
　図９の（ａ）に示す変形例においては、保護板１５におけるタッチ領域外側における延設部裏面に中空構造のハウジング部２５を設ける代わりに、保護板１５自体が中空構造を有している。なお、図示はしないが、上記延設部における上記保護板１５の表面にも、図８と同様の傾斜面２６が設けられている。赤外光源１は、延設部における上記保護板１５の内部に設けられている。
　さらに、図９の（ｂ）に示す別の変形例においては、赤外光源１が、ハウジング部２５内に設けられる代わりに、保護板１５における延設部の下側に設けられている。なお、赤外光源１は、例えば図示しない固定部材によって保護板１５の裏側に固定されていてもよい。
　赤外光源１を保護板１５より下に設ければ、液晶表示装置全体の厚みを薄型化することができる。また、赤外光源１の配線が面方向に突出しないので液晶表示装置の小型化を図ることもできる。
　さらにまた、図９の（ｃ）に示す別の変形例においては、ハウジング部２５の内部において、赤外光源１の周囲、及び赤外光の光路２の周囲に反射部材２１が設けられている。これにより、赤外光源１から出射される赤外光は、上記反射部材２１で反射されて、ハウジング部２５を介して延設部における保護板１５の表面に導光される。なお、図示はしないが、上記延設部における上記保護板１５の表面にも、図８と同様の傾斜面２６が設けられている。
　反射部材２１としては、赤外光を反射して導光させるものであればよく、その材料は特に限定されるものではない。上記反射部材２１としては、反射効率、漏光の防止等の観点から、例えばアルミニウムなどの金属材料が好適に用いられる。
　図９の（ｃ）に示す変形例によれば、赤外光源１から出射された赤外光が周囲に拡散されることを防止し、タッチ領域の外側に延設された上記保護板１５の表面に、効率良く赤外光を照射することができる。なお、この場合、上記反射部材２１は、赤外光源１から出射された赤外光が、傾斜面２６に入射角θで入射するように設計・配置される。本変形例によれば、保護板１５及び反射部材２１の双方が、光路変更部として機能する。
　なお、本変形例においても、図９の（ａ）と同様に、赤外光源１は、延設部における保護板１５の内部に設けられていてもよい。この場合には、反射部材２１もまた上記保護板１５の内部に設けられる。このとき、反射部材２１が保護板１５において赤外光が導光される内表面に隣接して設けられていることで、上記保護板１５の内表面で反射されて上記保護板１５内を伝播する反射光を、上記反射部材２１によってブロックすることができる。したがって、上記保護板１５の内表面に照射された赤外光を、上記保護板１５の表面に効率良く照射することができる。
　また、赤外光源１の位置、保護板１５及びハウジング部２５の材料、ならびにこれらの組み合わせは、入射角θが上記（１）の式を満足しさえすればよく、上述した構成には限定されない。
　〔第３実施形態〕
　次に、本発明の他の実施形態について図１０に基づいて説明する。本実施形態では、前記第１及び第２実施形態との相違点について説明するものとし、前記第１及び第２実施形態と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
　図１０は、本発明の他の実施形態における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。また、図１０において、点線で囲んだ部分を拡大して示す。
　本実施形態にかかる液晶表示装置は、第２実施形態にかかる液晶表示装置において、保護板１５に代えて、図１０に示す保護板１８（赤外光透過部材）を用いた以外は、前記第２実施形態にかかる液晶表示装置と同様の構成を有している。
　なお、上記保護板１８の裏面には、保護板１５の裏面に設けられたハウジング部２５に相当するハウジング部２８が設けられている。ハウジング部２８は、ハウジング部２５と同じ構成を有している。したがって、本実施の形態では、その説明を省略する。
　保護板１８は、保護板１５と同じく、タッチ領域の外側に延設された部分（延設部）の表面には、図１０に拡大して示すように、タッチ面２０に平行な面に対して傾斜している傾斜面２９と、タッチ面２０に垂直な面２７とが連続して形成された鋸歯形状を有する赤外線照射部が設けられている。
　保護板１８が保護板１５と異なる点は、保護板１８の傾斜面２９には、遮光部として、赤外光を透過させない複数の遮光層５０が、一定間隔で、規則正しく並んで設けられている点である。
　遮光層５０は、例えば傾斜面２９の表面に、遮光材料を蒸着または印刷することによって設けることができる。遮光材料としては、例えばブラックマトリクスなどの黒色樹脂あるいは金属材料などを用いることができる。
　これにより、上記傾斜面２９における隣り合う遮光層５０と遮光層５０との間の凹部には、赤外光が透過する領域がスリット状に形成される。すなわち、上記保護板１８の傾斜面２９には、遮光層５０からなる、赤外光が透過しない領域（遮光部）と、赤外光が透過する領域（以下、「スリット」と称する）５１とが交互に設けられている。
　本実施形態で赤外光源１から上記傾斜面２９に入射した赤外光は、上記傾斜面２９に設けられたスリット５１から出射される。このとき、上記スリット５１から出射された赤外光は、該スリット５１における空気層との界面で、保護板１８に形成された、該スリット５１による回折と、保護板１８の空気に対する屈折率とによって屈折されて光路が変更される。すなわち、本実施形態において保護板１８の表面に設けられた赤外線照射部、特に上記傾斜面２９は、光路変更部として機能する。
　本実施形態でも、傾斜面２９への赤外光の入射角θは、上記保護板１８を透過した赤外光が、上記傾斜面２９において屈折し、タッチ面２０に平行な光になるように設定されることが好ましい。
　したがって、上記入射角θは、例えば、空気の絶対屈折率に対する保護板１８の相対屈折率をｎとし、タッチ面２０に対する傾斜面２９の傾斜角をθ０とし、保護板１８の表面に沿って照射される赤外光の波長をλ２とし、互いに隣り合うスリット５１の中心間の間隔（以下、「スリットピッチ」と称する）をＰとしたとき、下記式（２）を満足することが好ましい。
θ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ（ａｒｃｓｉｎ（ｋ）－θ０）－ｍ・λ２／Ｐ）／ｎ）・・・（２）
（上記式（２）中のｋは０．９７５以上１以下であり、ｍは０以上の整数を表す）
なお、上記式（２）中、ｍは、回折の次数を示す。
　また、言い換えれば、上記傾斜面２９には、上記式（２）を満足するように遮光部が設けられていることが好ましく、さらに言い換えれば、上記式（２）を満足するように上記スリットピッチＰが設定されていることが好ましい。
　なお、上記式（２）においても、ｋは、入射角θの範囲を決定するための値であり、ｋ＝１のときに所望の入射角を示す。この場合にも、ｋを、０．９７５～１の範囲内で変更することにより、上記入射角θを、±４度の範囲内で調節することができる。
　これにより、傾斜面２９に入射した赤外光を、タッチ面２０に平行な光に変換することができるので、赤外光をタッチ面２０に効率よく照射させることができる。したがって、本実施形態によれば、前記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、本実施形態のように、上記傾斜面２９にスリット５１と遮光層５０とを交互に設けることで、θを小さくすることができる。したがって、界面反射の損失を低減させることができ、回折効率を向上させることができる。
　なお、本実施形態でも、第１及び第２実施形態と同様に、赤外光源１は、タッチ面２０の各辺に沿って設けられていてもよく、タッチ面２０の角部に設けられていてもよい。
　なお、本実施形態では、図１０に示したように、保護板１８の裏面側に、液晶パネル１０の側面を覆う中空形状のハウジング部２８を設け、該ハウジング部２８に赤外光源１が内蔵された構成を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではない。上記ハウジング部２８は、必ずしも必要ではなく、上記入射角θが上記式（２）を満足しさえすれば、上記赤外光源１は、保護板１８の裏面における、上記タッチ領域の外側の領域に対向配置されていてもよい。すなわち、本実施形態においては、上記第２実施形態と同様に、変形例として、図９の（ａ）～（ｃ）において、保護板１５およびハウジング部２５に代えて上記保護板１８およびハウジング部２８が設けられた構成を用いることができる。
　なお、赤外光源１の位置、保護板１８及びハウジング部２８の材料、ならびにこれらの組み合わせは、入射角θが上記（２）の式を満足しさえすればよく、上述した構成には限定されない。
　〔第４実施形態〕
　次に、本発明の他の実施形態について図１１に基づいて説明する。本実施形態では、前記第１～第３実施形態との相違点について説明するものとし、前記第１～第３実施形態と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
　図１１は、本発明の他の実施形態における液晶表示装置の要部の概略構成を示す断面図である。また、図１１において、点線で囲んだ部分を拡大して示す。
　なお、本実施形態においては、液晶パネル１０上に保護板（赤外光透過部材）１９が設けられ、赤外光源１が保護板１９よりも下方に設けられており、かつ保護板１８の上に反射面（光路変更部）２２を有する導光板（導光部材）２３が設けられている点で第１～第３実施形態と異なっている。
　本実施形態においては、図１１に示すように、液晶パネル１０のタッチ面２０側に保護板１９が形成されている。したがって、保護板１９の表面がタッチ面２０となっている。
　保護板１９は、液晶パネル１０におけるタッチ領域の外側にまで形成されている。また、保護板１９としては、第２実施形態で挙げた保護板１５と同様の材料を用いることができる。
　赤外光源１は、タッチ領域の外側において、保護板１９より下に設けられている。また、赤外光源１は、保護板１９の下の面に赤外光を垂直に入射させるように、赤外光を出射する向きに設けられている。
　また、タッチ領域の外側における保護板１９の上には、反射面２２を有する導光板２３が設けられている。反射面２２は、赤外光を反射し、保護板１９の表面、すなわちタッチ面２０に平行な光に変換する面であり、導光板２３は、反射面２２により変換された赤外光をタッチ面２０に導光する板である。なお、上記反射面２２を有する導光板２３としては、例えば直角プリズム等、４５°ミラーを有する導光板などを用いることができる。但し、本実施形態はこれに限定されるものではなく、上記導光板２３が反射面２２を有していれば特に限定されるものではない。
　本実施形態においては、図１１に示すように、赤外光源１から出射される赤外光は、垂直に保護板１９の下の面に入射し、屈折せずに保護板１９内を進行した後、保護板１９の上の面に垂直に入射する。その後、保護板１９の表面上に出射した赤外光は、保護板１９の上に設けられた導光板２３における反射面２２によって反射され、保護板１９の表面、すなわちタッチ面２０に平行な光に変換される。さらに、導光板２３によって、タッチ面２０に導光される。したがって、赤外光をタッチ面２０に効率よく照射させることができる。
　なお、本発明においては、上述した形態に限定されず、例えば赤外光を保護板１９に斜めに入射させ、屈折させて保護板１９の表面上に出射させた後に、反射面２２によってタッチ面２０に平行な光に変換してもよい。
　本実施形態においては、赤外光は、前記第１実施形態と同様、タッチ面２０に平行に、かつタッチ面２０の上方に照射されるので、指等の検出対象物による接触箇所が暗、接触箇所の周囲が明の状態となる輪状の特徴的な画像が得られる。これにより、検出対象物の輪郭（形）を下から捉えることができるため、指の中心位置等の特定ができる。また、赤外光がタッチ面２０に沿って平行に照射されるので、タッチされた状態とタッチされていない状態とにおける信号差が大きくなるため、これらの違いを明確に認識できる。したがって、正確に検出対象物の位置を検出することができるとともに、複数の検出対象物を同時に検出することが可能になる。
　また、本実施形態でも、赤外光源１は、保護板１９よりも下に設けられていることで、液晶表示装置全体の厚みを薄型化することができる。また、赤外光源１の配線が面方向に突出しないので液晶表示装置の小型化を図ることもできる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段、あるいは、他の実施形態において説明した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　例えば、本発明に係るタッチパネルでは、上記赤外光センサは、上記赤外光受光素子を可視光から遮断する光学フィルタをさらに備えていることが好ましい。
　上記の構成によれば、赤外光センサに含まれる赤外光受光素子は、光学フィルタによって可視光が遮断された光を受光することができるため、受光した赤外光の強度を正確に検知することができる赤外光センサを得ることができる。
　また、本発明に係るタッチパネルでは、上記タッチ領域の外側に、上記赤外光源から出射された赤外光の光路を、上記赤外光透過部材の表面に平行となるように変更する光路変更部が設けられていることが好ましい。
　上記の構成によれば、上記光路変更部が設けられていることで、赤外光源を赤外光透過部材上に設ける必要がないので、赤外光源の配置の自由度を大きくすることができる。特に、上記の構成によれば、上記赤外光源を、後述するように上記赤外光透過部材の下方に配置することが可能となる。したがって、タッチパネルのタッチ領域とその外側の領域とをフラットに設計することが可能となる。
　また、上記タッチパネルにおいて、上記赤外光透過部材は、タッチ領域の外側に延設された延設部を備え、上記延設部におけるタッチ面側の表面には、上記タッチ面に対して傾斜した傾斜面を有する光路変更部が設けられており、上記赤外光は上記傾斜面に照射され、上記赤外光透過部材の空気の絶対屈折率に対する相対屈折率をｎとし、上記傾斜面の上記タッチ面に対する傾斜角をθ０とし、上記傾斜面に対する赤外光の入射角をθとすると、下記式（１）
θ＝ａｒｃｓｉｎ［ｎ・ｓｉｎ｛ａｒｃｓｉｎ（ｋ）－θ０｝］・・・（１）
（上記式（１）中のｋは、０．９７５以上１以下である）
を満足することが好ましい。
　また、上記タッチパネルにおいて、上記赤外光透過部材は、タッチ領域の外側に延設された延設部を備え、上記延設部におけるタッチ面側の表面には、上記タッチ面に対して傾斜した傾斜面を有する光路変更部が設けられており、上記赤外光は上記傾斜面に照射されるとともに、上記傾斜面には赤外光が透過する領域と透過しない領域とが交互に設けられており、上記赤外光透過部材の空気の絶対屈折率に対する相対屈折率をｎとし、上記傾斜面の上記タッチ面に対する傾斜角をθ０とし、上記赤外光透過部材の表面に沿って照射される赤外光の波長をλ２とし、上記傾斜面に対する赤外光の入射角をθとし、互いに隣り合う、赤外光が透過する領域の中心間の間隔をＰとすると、下記式（２）
θ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ（ａｒｃｓｉｎ（ｋ）－θ０）－ｍ・λ２／Ｐ）／ｎ）・・・（２）
（上記式（２）中のｋは０．９７５以上１以下であり、ｍは０以上の整数を表す）
を満足することがより好ましい。
　上記の各構成によれば、赤外光源から出射された赤外光を、赤外光透過部材の表面において、当該表面に平行な光となるように屈折させることができる。このため、上記の各構成によれば、タッチ領域の外側に延設された上記赤外光透過部材の表面に照射された光を、上記赤外透過部材の表面で、タッチ面に平行な光とすることができる。
　また、上記の各構成によれば、上記赤外透過部材と空気層との界面部分にのみ上記赤外光を照射することができるので、タッチ・非タッチの信号差を大きくすることができる。
　このとき、上記した各構成のうち特に後者のように、上記傾斜面に赤外光が透過する領域と透過しない領域とを交互に設けることで、θを小さくすることができる。したがって、上記した各構成のうち後者の構成とすることで、界面反射の損失を低減させることができ、回折効率を向上させることができる。
　また、上記タッチパネルにおいて、上記赤外光源の周囲には、上記赤外光源から出射された赤外光を反射させて上記赤外光透過部材の表面に導光する反射部材が設けられており、上記反射部材はタッチ領域の外側に延設された上記赤外光透過部材の表面に隣接して設けられているとともに、上記赤外光透過部材及び反射部材は上記光路変更部として機能することが好ましい。
　上記の構成によれば、上記赤外光源から出射された赤外光が周囲に拡散されることを防止し、タッチ領域の外側に延設された上記赤外光透過部材の表面に、効率良く赤外光を照射することができる。照射された赤外光が上記赤外光透過部材で反射されて上記赤外光透過部材内を伝播することを防止もしくは抑制することができる。このため、上記の構成によれば、上記赤外光透過部材上に、上記赤外光透過部材の表面に平行な光を効率よく照射することができる。
　また、本発明に係るタッチパネルでは、上記赤外光源は上記赤外光透過部材におけるタッチ面よりも下方に設けられていることが好ましい。
　上記の構成によれば、上記タッチパネルを液晶表示装置等の表示装置に搭載する（積層して設ける）場合、装置全体の厚みを薄型化することができる。また、赤外光源の配線が面方向に突出しないので装置の小型化を図ることもできる。
　また、本発明に係るタッチパネルでは、上記赤外光透過部材上におけるタッチ領域の外側に、赤外光を透過する導光部材がさらに設けられており、上記導光部材は、上記光路変更部として機能する反射面を備えていることが好ましい。
　上記の構成によれば、赤外光源から上記導光部材に照射された赤外光を、上記導光部材から、上記赤外光透過部材の表面に平行に出射させることができる。
　また、本発明に係るタッチパネルでは、上記赤外光源は、上記タッチ領域の角部に対向して配置されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、赤外光源を、上記タッチ領域の外周をなす辺に対向するように配置する場合と比較して、赤外光源の個数を削減することができるので、消費電力を抑えることができる。
　また、本発明に係る液晶パネルは、上述したいずれかのタッチパネルを備えていることを特徴とする。
　上記の構成によれば、上述したいずれかのタッチパネルを備えていることにより、より広範囲な環境照度下においてより高い精度にて入力位置の検出が可能であり、かつ同時に３つ以上の入力位置を検出することができるタッチパネルを備えた液晶パネルを実現できる。また、検出に赤外光を用いることから、表示品位及び視認性を損なうことがない液晶パネルを実現することができる。
　また、本発明に係る液晶表示装置は、上述した液晶パネルを備えていることを特徴とする。
　上記の構成によれば、上記の液晶パネルを備えていることにより、より広範囲な環境照度下においてより高い精度にて入力位置の検出が可能であり、かつ同時に３つ以上の入力位置を検出することができるタッチパネルを備える液晶パネルを備えた液晶表示装置を実現できる。また、検出に赤外光を用いることから、表示品位及び視認性を損なうことがない液晶パネルを備えた液晶表示装置を実現することができる。
　また、本発明に係るタッチパネル一体型の液晶表示装置は、上述したいずれかのタッチパネルを備え、上記赤外光透過部材が、一対の基板間に液晶層を有する液晶パネルにおける一方の基板であることを特徴とする。
　上記の構成によれば、上記のタッチパネルを備えることにより、より広範囲な環境照度下においてより高い精度にて入力位置の検出が可能であり、かつ同時に３つ以上の入力位置を検出することができるタッチパネル一体型の液晶表示装置を実現できる。また、検出に赤外光を用いることから、表示品位及び視認性を損なうことがないタッチパネル一体型の液晶表示装置を実現することができる。
　本実施例においては、実施例として、上述した第１実施形態におけるタッチパネル一体型の液晶表示装置と同じ構成のものを用いた。すなわち、実施例としては、赤外光をタッチ領域の外側からタッチ面２０に平行に照射し、検出対象物により反射される光をタッチ面２０の下方に設けられたエリアセンサ３により検出する方式（サイドライト方式）を用いるタッチパネルを用いた。
　また、比較例として、従来のタッチパネル一体型の液晶表示装置を用いた。この従来のタッチパネルは、液晶パネルのバックライト光を利用し、バックライト光を受けて検出対象物から反射する光を検出する方式（バックライト方式）を用いるものであった。
　実施例と比較例とにおける検出精度を比較した結果を、図１２～図１４の（ａ）～（ｂ）を用いて説明する。図１２は、本発明の実施例において、異なる環境照度における、検出対象物のタッチ面２０への接触（タッチ）と非接触（非タッチ）との信号レベルの差を表したグラフである。
　図１２に示すように、実施例におけるタッチパネルでは、接触と非接触との信号レベル（８ｂｉｔ）の差は、０～１００００ルクス（ｌｘ）におけるどの環境照度においても、比較例におけるタッチパネルの信号レベルの１５～３０倍程度大きかった。したがって、実施例におけるタッチパネルでは、従来のバックライト方式を用いるタッチパネルに比べて、検出対象物のタッチ面２０への接触と非接触とを検出する精度が高いことが示された。
　次に、実施例におけるタッチパネルを用いて、接触（タッチ）と非接触（非タッチ）とにより得られる画像を図１３に示した。図１３は、本発明の実施例におけるタッチパネルにより得られる画像を示す図である。なお、検出対象物としては指の先を用いた。
　検出対象物としての指をタッチ面２０に接触させ、エリアセンサ３により得られる画像を調べた。その結果、図１３に示すように、エリアセンサ３における光センサ素子４が指から反射する光を検知することによって、指がタッチ面に触れている箇所が暗くなり、触れている箇所の周囲が明るくなる輪状の特徴的な画像（Ａ）が得られた。
　このように、実施例におけるタッチパネルは、赤外光がタッチ領域の周囲から照射されるため、検出対象物による接触箇所が暗、接触箇所の周囲が明の状態となる輪状の特徴的な画像が得られるので、検出対象物の中心位置等の特定がし易くなり、より高い精度にてタッチ位置の検出が可能となる。また、赤外光がタッチ面２０に沿って照射されるため、タッチされた状態とタッチされていない状態とをより明確に認識し易くすることができる。また、検出対象物が軽く触れる程度においても検出できることが確認され、実施例におけるタッチパネルは、非常に軽い接触により操作することが可能であることが示された。
　さらに、強い平行光のもとでの検出精度を、実施例と比較例とで比較した。その結果を図１４の（ａ）～（ｂ）に示す。図１４の（ａ）～（ｂ）は、本発明の実施例において、平行光下において得られる検出対象物の画像を示す図である。なお、平行光として、太陽光８５０００ルクスの直射光を用いた。また、検出対象物としては指の先を用いた。
　図１４の（ａ）に示すように、比較例におけるタッチパネルでは、接触（タッチ）と非接触（非タッチ）とにおける画像の特徴の差がほとんど見られなかった。これに比べ、図１４の（ｂ）に示すように、実施例におけるタッチパネルでは、タッチの場合には検出対象物の画像に白い輪（図中に＋で示す位置）が見られ、この特徴的な白い輪は非タッチの場合には見られなかった。このように、実施例におけるタッチパネルでは、強い平行光下においても、接触と非接触との違いを認識することが可能であることが示された。
　発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
　本発明のタッチパネル、液晶パネル、液晶表示装置、及びタッチパネル一体型によれば、より広範囲な環境照度下においてより高い精度にて入力位置の検出が可能であり、かつ同時に３つ以上の入力位置を検出することができる。本発明は、タッチパネルを備える表示装置、表示画面がタッチパネル機能を有している携帯電話、ＰＣなどの表示装置などに適用できる。
　　１　赤外光源
　　２　光路
　　３　エリアセンサ（赤外光センサ）
　　４　光センサ素子（赤外光受光素子）
　　５　光学フィルタ
　　６　反射光
　１０　液晶パネル
　１１　アクティブマトリクス基板
　１２　対向基板
　１３　液晶層
　１４　バックライト
　１５　保護板（赤外光透過部材）
　１６　表側偏光板
　１７　裏側偏光板
　１８　保護板（赤外光透過部材）
　１９　保護板（赤外光透過部材）
　２０　タッチ面
　２１　反射部材
　２２　反射面（光路変更部）
　２３　導光板（導光部材）
　２５　ハウジング部
　２６　傾斜面
　２８　ハウジング部
　２９　傾斜面
　３０　エリアセンサ制御部
　３１　タイミング発生回路
　３２　エリアセンサ駆動回路
　３３　エリアセンサ読出回路
　３４　座標抽出回路
　３５　インターフェース回路
　４０　液晶駆動回路
　５０　遮光層
　５１　スリット（赤外光が透過する領域）
　θ　　入射角
　Ｐ　　スリットピッチ

Claims (12)

  1. 　表面が検出対象物によるタッチ面として用いられる、赤外光を透過する赤外光透過部材と、
    　上記赤外光透過部材における検出対象物によるタッチ領域の下方に配置された複数の赤外光受光素子を含む赤外光センサと、
    　上記赤外光透過部材における検出対象物によるタッチ領域の外側に、上記赤外光透過部材の表面に沿って赤外光が照射されるとともに上記タッチ面にタッチしている検出対象物の全周に赤外光が照射されるように設けられた複数の赤外光源とを備え、
    　上記赤外光源から、上記赤外光透過部材の表面に沿って照射された赤外光のうち、上記検出対象物で反射されて上記赤外光透過部材を透過した赤外光を、上記赤外光受光素子で受光することにより、上記検出対象物によるタッチ位置を検出することを特徴とするタッチパネル。
  2. 　上記赤外光センサは、上記赤外光受光素子を可視光から遮断する光学フィルタをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
  3. 　上記タッチ領域の外側に、上記赤外光源から出射された赤外光の光路を、上記赤外光透過部材の表面に平行となるように変更する光路変更部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチパネル。
  4. 　上記赤外光透過部材は、タッチ領域の外側に延設された延設部を備え、
    　上記延設部におけるタッチ面側の表面には、上記タッチ面に対して傾斜した傾斜面を有する光路変更部が設けられており、
    　上記赤外光は上記傾斜面に照射され、
    　上記赤外光透過部材の空気の絶対屈折率に対する相対屈折率をｎとし、上記傾斜面の上記タッチ面に対する傾斜角をθ０とし、上記傾斜面に対する赤外光の入射角をθとすると、下記式（１）
    θ＝ａｒｃｓｉｎ［ｎ・ｓｉｎ｛ａｒｃｓｉｎ（ｋ）－θ０｝］・・・（１）
    （上記式（１）中のｋは、０．９７５以上１以下である）
    を満足することを特徴とする請求項３に記載のタッチパネル。
  5. 　上記赤外光透過部材は、タッチ領域の外側に延設された延設部を備え、
    　上記延設部におけるタッチ面側の表面には、上記タッチ面に対して傾斜した傾斜面を有する光路変更部が設けられており、
    　上記赤外光は上記傾斜面に照射されるとともに、上記傾斜面には赤外光が透過する領域と透過しない領域とが交互に設けられており、
    　上記赤外光透過部材の空気の絶対屈折率に対する相対屈折率をｎとし、上記傾斜面の上記タッチ面に対する傾斜角をθ０とし、上記赤外光透過部材の表面に沿って照射される赤外光の波長をλ２とし、上記傾斜面に対する赤外光の入射角をθとし、互いに隣り合う、赤外光が透過する領域の中心間の間隔をＰとすると、下記式（２）
    θ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ（ａｒｃｓｉｎ（ｋ）－θ０）－ｍ・λ２／Ｐ）／ｎ）・・・（２）
    （上記式（２）中のｋは０．９７５以上１以下であり、ｍは０以上の整数を表す）
    を満足することを特徴とする請求項３に記載のタッチパネル。
  6. 　上記赤外光源の周囲には、上記赤外光源から出射された赤外光を反射させて上記赤外光透過部材の表面に導光する反射部材が設けられており、上記反射部材はタッチ領域の外側に延設された上記赤外光透過部材の表面に隣接して設けられているとともに、
    　上記赤外光透過部材及び反射部材は上記光路変更部として機能することを特徴とする請求項４または５に記載のタッチパネル。
  7. 　上記赤外光源は上記赤外光透過部材におけるタッチ面よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項３～６のいずれか１項に記載のタッチパネル。
  8. 　上記赤外光透過部材上におけるタッチ領域の外側に、赤外光を透過する導光部材がさらに設けられており、
    　上記導光部材は、上記光路変更部として機能する反射面を備えていることを特徴とする請求項３に記載のタッチパネル。
  9. 　上記赤外光源は、上記タッチ領域の角部に対向して配置されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のタッチパネル。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載のタッチパネルを備えていることを特徴とする液晶パネル。
  11. 　請求項１０に記載の液晶パネルを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
  12. 　請求項１～９のいずれか１項に記載のタッチパネルを備え、
    　上記赤外光透過部材が、一対の基板間に液晶層を有する液晶パネルにおける一方の基板であることを特徴とするタッチパネル一体型の液晶表示装置。
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