(57)【要約】【課題】薄型化が可能なタッチセンサー一体型の表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、第１の基板３０と、第１の基板３０に対向し第１の基板３０と反対側にタッチ面を有する第２の基板４１と、第１の基板３０と第２の基板４１との間に設けられた表示部４８と、第１の基板３０上に設けられた開口部３２と、開口部３２に対向する第２の基板４１上の位置に設けられた光センサー４７と、第１の基板３０の表示部４８と反対側に設けられたバックライト２０と、開口部３２と光センサー４７との間を接続し、透光性と弾性を有しており、タッチ面のタッチ操作に伴って光センサー４７との接触面積が増大するスペーサー４６と、を有し、バックライト２０からの光は開口部３２とスペーサー４６を通って光センサー４７に達し、接触面積の増大に伴って光センサー４７への入光量が増大することによりタッチ位置を検出する。【選択図】図５
2014002513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板に対向し、前記第１の基板と反対側にタッチ面を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた表示部と、
前記第１の基板上の前記表示部側に設けられ、前記表示部の画素間を仕切る第１の格子を有する第１のブラックマトリックスと、
前記第１のブラックマトリックスの各格子点に設けられた開口部と、
前記開口部に対向する前記第２の基板上の位置に設けられた光センサーと、
前記第１の基板の前記表示部と反対側に設けられたバックライトと、
前記各格子点において前記開口部と前記光センサーとの間を接続し、透光性と弾性とを有しており、前記タッチ面のタッチ操作に伴って前記光センサーとの接触面積が増大するスペーサーと、
を有し、
前記バックライトからの光は前記開口部と前記スペーサーを通って前記光センサーに達し、前記接触面積の増大に伴って前記光センサーへの入光量が増大することによりタッチ位置を検出する、表示装置。
【請求項２】
前記光センサーへの前記入光量が増える量に比例するものとしてタッチ強度を検出する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第２の基板上の前記表示部側に設けられ、前記表示部の画素間を仕切る第２の格子を備える第２のブラックマトリックスを有し、前記第２のブラックマトリックスは前記第２の格子の各格子点に開口部を有しない、請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１の基板及び前記第２の基板はガラスから形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記表示部は液晶から形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記光センサーはフォトダイオードである、請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の表示装置を有する電子機器。
【請求項８】
第１の基板と、
前記第１の基板に対向し、前記第１の基板と反対側にタッチ面を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた表示部と、
前記第１の基板上の前記表示部側に設けられ、前記表示部の画素間を仕切る第１の格子を有する第１のブラックマトリックスと、
前記第１のブラックマトリックスの各格子点に設けられた開口部と、
前記開口部に対向する前記第２の基板上の位置に設けられた光センサーと、
前記第１の基板の前記表示部と反対側に設けられたバックライトと、
前記各格子点において前記開口部と前記光センサーとの間を接続し、透光性と弾性とを有しており、前記タッチ面のタッチ操作に伴って前記光センサーとの接触面積が増大するスペーサーと、
を有する表示装置の製造方法であって、
前記バックライトからの光が前記開口部と前記スペーサーを通って前記光センサーに達するようにさせる光路設定工程を有する表示装置の製造方法。
【請求項９】
第１の基板と、
前記第１の基板に対向し、前記第１の基板と反対側にタッチ面を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた表示部と、
前記第１の基板上の前記表示部側に設けられ、前記表示部の画素間を仕切る第１の格子を有する第１のブラックマトリックスと、
前記第１のブラックマトリックスの各格子点に設けられた開口部と、
前記開口部に対向する前記第２の基板上の位置に設けられた光センサーと、
前記第１の基板の前記表示部と反対側に設けられたバックライトと、
前記各格子点において前記開口部と前記光センサーとの間を接続し、透光性と弾性とを有しており、前記タッチ面のタッチ操作に伴って前記光センサーとの接触面積が増大するスペーサーと、
を有する表示装置を用意する工程と、
前記バックライトからの光が前記開口部と前記スペーサーを通って前記光センサーに達し、前記接触面積の増大に伴って前記光センサーへの入光量が増大することによりタッチ位置が検出される工程とを有する、タッチ位置の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサー内蔵表示装置、及びタッチセンサー内蔵表示装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンをはじめとする電子機器を操作するための入力装置としてタッチセンサーが普及している。通常、タッチセンサーでは、液晶表示装置等の各種表示装置上にセンサーデバイスを配置し、タッチの検出を行っていたが、装置の厚み及び重量が増えてしまうという問題がある。
【０００３】
そこで、近年、タッチセンサーと液晶表示装置とが一体化したタッチセンサー一体型表示装置が開発されてきている。特許文献１ではタッチした位置のほかに筆圧等のタッチ位置以外の情報を得ることができるタッチセンサー一体型表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１８０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で開示されているようなタッチセンサー一体型表示装置では、タッチ位置を検出するためにタッチ電極を利用する。タッチ電極は対向する２つの基板上の表示部側にギャップを持って配置される一対の電極からなる。そのうち少なくとも一方の部位は表示部側に突出している。ある部位がタッチされると、その部位のタッチ電極の上側と下側との間のギャップが閉じて接触し電気的にその部位の位置が特定されるとともに、電流の大きさに応じてタッチの強度に関する情報も得られる。しかしながら、タッチ電極の上側と下側の少なくとも一方は表示部側に突出部を有しているうえ、タッチ電極を構成する一対の電極の間にはギャップが存在するので、装置を薄型化するには限界がある。
【０００６】
本発明では、薄型化が可能なタッチセンサー一体型の表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の表示装置は、第１の基板と、前記第１の基板に対向し、前記第１の基板と反対側にタッチ面を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた表示部と、前記第１の基板上の前記表示部側に設けられた前記表示部の画素間を仕切る格子を有するブラックマトリックスと、前記ブラックマトリックスの各格子点に設けられた開口部と、前記開口部に対向する前記第２の基板上の位置に設けられた光センサーと、前記第１の基板の前記表示部と反対側に設けられたバックライトと、前記各格子点において前記開口部と前記光センサーとの間を接続し、透光性と弾性を有しており、前記タッチ面のタッチ操作に伴って前記光センサーとの接触面積が増大するスペーサーと、を有し、前記バックライトからの光は前記開口部と前記スペーサーを通って前記光センサーに達し、前記接触面積の増大に伴って前記光センサーへの入光量が増大することによりタッチ位置を検出する。
【０００８】
本発明の表示装置の製造方法は、第１の基板と、前記第１の基板に対向し、前記第１の基板と反対側にタッチ面を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた表示部と、前記第１の基板上の前記表示部側に設けられ、前記表示部の画素間を仕切る第１の格子を有する第１のブラックマトリックスと、前記第１のブラックマトリックスの各格子点に設けられた開口部と、前記開口部に対向する前記第２の基板上の位置に設けられた光センサーと、前記第１の基板の前記表示部と反対側に設けられたバックライトと、前記各格子点において前記開口部と前記光センサーとの間を接続し、透光性と弾性とを有しており、前記タッチ面のタッチ操作に伴って前記光センサーとの接触面積が増大するスペーサーと、を有する表示装置の製造方法であって、前記バックライトからの光が前記開口部と前記スペーサーを通って前記光センサーに達するようにさせる光路設定工程を有する。
【０００９】
本発明のタッチ位置の検出方法は、第１の基板と、前記第１の基板に対向し、前記第１の基板と反対側にタッチ面を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた表示部と、前記第１の基板上の前記表示部側に設けられ、前記表示部の画素間を仕切る第１の格子を有する第１のブラックマトリックスと、前記第１のブラックマトリックスの各格子点に設けられた開口部と、前記開口部に対向する前記第２の基板上の位置に設けられた光センサーと、前記第１の基板の前記表示部と反対側に設けられたバックライトと、前記各格子点において前記開口部と前記光センサーとの間を接続し、透光性と弾性とを有しており、前記タッチ面のタッチ操作に伴って前記光センサーとの接触面積が増大するスペーサーと、を有する表示装置を用意する工程と、前記バックライトからの光が前記開口部と前記スペーサーを通って前記光センサーに達し、前記接触面積の増大に伴って前記光センサーへの入光量が増大することによりタッチ位置が検出される工程とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、薄型化が可能なタッチセンサー一体型の表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】携帯電話装置のディスプレイ部の外観図である。
【図２】携帯電話装置のディスプレイ部の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の第１のガラス基板上に設けられた第１のブラックマトリックスの外観図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る表示装置のタッチ動作のない場合の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る表示装置のタッチ動作のある場合の断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照してより詳しく説明する。
【００１３】
図１は携帯電話装置のディスプレイ部の外観である。図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。携帯電話の筐体１０の中にはバックライト２０と液晶パネル２１を搭載している。また、液晶パネル２１の表面には、パネルの保護層（ガラスやアクリル等）２２を用いている。
【００１４】
図３は本発明の第１の実施形態に係る表示装置１の断面図である。表示装置は、第１の基板３０と、第１の基板３０に対向し、第１の基板３０と反対側にタッチ面を有する第２の基板４１と、第１の基板３０と第２の基板４１との間に設けられた表示部４８と、第１の基板３０上の表示部４８側に設けられ、表示部４８の画素間を仕切る第１の格子６６を有する第１のブラックマトリックス３１と、第１のブラックマトリックス３１の各格子点に設けられた開口部３２と、開口部３２に対向する第２の基板４１上の位置に設けられた光センサー４７と、第１の基板３０の表示部４８と反対側に設けられたバックライト２０と、各格子点において開口部３２と光センサー４７との間を接続し、透光性と弾性とを有しており、タッチ面のタッチ操作に伴って光センサー４７との接触面積が増大するスペーサー４６と、を有する。バックライト２０からの光は開口部３２とスペーサー４６を通って光センサー４７に達し、接触面積の増大に伴って光センサーへの入光量が増大することによってタッチ位置が検出される。
【００１５】
図４（a）は本発明の第２の実施形態において用いる液晶パネル２１の第１のガラス基板（バックライト側基板）３０上の第１のブラックマトリックス３１である。図４（ｂ）はこのうち第１のブラックマトリックス３１だけを示した図である。図４（ｂ）において、第１のブラックマトリックス３１は第１の格子６６によって仕切られた画素に対応する貫通孔３３と第１の格子６６の格子点に位置する開口部３２で特徴づけられる。図４（ｃ）は第１のガラス基板３０を示している。第１のブラックマトリックス３１（図４（ｂ））を第１のガラス基板３０（図４（c））の上に重ねることにより、図４（a）の状態になる。貫通孔３３及び開口部３２はともに貫通しているので、上から見ると第１のガラス基板３０が見える。
【００１６】
図５に本発明の第２の実施形態に係る表示装置１の断面図を示す。第１の基板３０と第２の基板４１との間には表示部４８が設けられている。第１の基板３０上の表示部４５側には、表示部４８の画素間を仕切る第１の格子６６を有する第１のブラックマトリックス３１が形成されている。第１のブラックマトリックス３１の各格子点には図３に示した様に開口部３２が設けられている。開口部３２に対向する第２の基板４１上の位置には光センサー４７が設けられている。
【００１７】
第２の基板４１上の表示部４８側には、表示部４８の画素間を仕切る第２の格子６７を有する第２のブラックマトリックス４３が形成されている。第１のブラックマトリックス３１と違い、第２のブラックマトリックス４３は第２の格子６７の各格子点に開口部を有しない。
【００１８】
簡単のために、以下では図４の第２のガラス基板４１側及び第１のガラス基板３０側をそれぞれ上側及び下側と記す。第１のガラス基板３０の下側にはバックライト２０が配置されている。開口部３２の上側に液晶パネル２１のセルギャップを保つ為のポールスペーサー４６が形成されている。 第２のガラス基板４１のポールスペーサー４６が当たる位置に光センサー４７を配置する。光センサー４７としてはフォトダイオードを用いる。表示部４８は液晶材料で形成されている。
【００１９】
図５はタッチ動作の無い場合の状態を示しており、第１のブラックマトリックス３１の開口部３２を通じてバックライト２０の光がポールスペーサー４６内に入光し、その光がポールスペーサーと光センサーが接触している部分で光センサー４７へ入光して値として検出される。この場合、第１のブラックマトリックス３１の各格子点での光センサー４７への入光量はほぼ等しい。
【００２０】
図６はある格子点においてタッチ動作のあった場合の状態を示しており、タッチ動作５０によりパネルのセルギャップが小さくなることでポールスペーサー４６と光センサー４７の接触面が広がり、光センサー４７への入光量が増える。その結果、光センサー４７にて検出される値がタッチ無し時と比べて大きくなり、その格子点でタッチ動作があるものと判断できる。
【００２１】
タッチ動作の無い場合とタッチ動作のあった場合との違いをより正確に記述すると以下のようになる。すなわち、ある格子点でタッチ動作があると２つのガラス基板３０、４１間のギャップ（間隙）が小さくなり、２つのガラス基板３０、４１の間で液晶層を保持する（２つのガラス基板間のギャップを保つ）ポールスペーサー４６と光センサー４７との接触面が広がり、その格子点において光センサー４７へのバックライトから発せられる光の入光量が増える。（これは液晶材料４８とスペーサー４６との間の屈折率の差により液晶材料４８とスペーサー４６との間の界面で反射される光が、光センサー４７とスペーサー４６が密着すると減るからである。）したがって、その格子点においてタッチ動作が無い時に比べてタッチ動作がある時の光センサー４７への入光量が増大している場合に、その格子点においてタッチ動作５０があるものと判断できる。
【００２２】
図７は実際にタッチ位置を検出する過程を表したフローチャートである。まずタッチ動作５０が無い状態から始める。この状態で光センサー４７への入光量Ｉ0を測定する（工程１）。Ｉ0は表示装置の格子点の座標によらない一定値である。次にタッチ位置を検出するために各格子点（ｐ，ｑ）における光センサー４７への入光量Ｉ1（ｐ，ｑ）を測定する（工程２）。そして、いずれかの格子点(ｐ1，ｑ1)における光センサー４７への入光量Ｉ1（ｐ1，ｑ1）がＩ0より大きくなるような格子点(ｐ1，ｑ1)が存在するかどうかで分岐する（工程３）。存在する場合はその格子点の位置 (ｐ1，ｑ1)がタッチ位置と特定され（工程４）、工程は終了する。存在しない場合は工程２に戻り、いずれかの格子点(ｐ1，ｑ1)における光センサー４７への入光量Ｉ1（ｐ1，ｑ1）がＩ0より大きくなるような格子点(ｐ1，ｑ1)が検出されるまで工程が繰り返される。
【００２３】
図８は本発明の第３の実施形態に係るフローチャートである。第１の実施形態ではタッチ位置のみ検出していたが、第２の実施形態ではそれに加えてタッチ強度も検出する。そのことによって、筆圧を再現したり、個人の筆跡に相当する情報を再現したりすることができるようになる。
【００２４】
ここでは単純に、タッチ強度を、タッチ位置におけるタッチ動作５０がある場合の光センサー４７への入光量からタッチ動作５０がない場合の光センサー４７への入光量を引いた量に比例するものと定義し、測定する。
【００２５】
図８のフローチャートに示したように、まずタッチ動作５０が無い状態から始める。この状態で光センサー４７への入光量Ｉ0を測定する（工程１）。Ｉ0は表示装置の格子点の座標によらない一定値である。次にタッチ位置を検出するために各格子点（ｐ，ｑ）における光センサーへの入光量Ｉ1（ｐ，ｑ）を測定する（工程２）。そして、いずれかの格子点(ｐ1，ｑ1)における光センサー４７への入光量Ｉ1（ｐ1，ｑ1）がＩ0より大きくなるような格子点(ｐ1，ｑ1)が存在するかどうかで分岐する（工程３）。存在する場合はその格子点の位置 (ｐ1，ｑ1)がタッチ位置と特定され（工程４）、工程５へ進む。存在しない場合は工程２に戻り、いずれかの格子点(ｐ1，ｑ1)における光センサー４７への入光量Ｉ1（ｐ1，ｑ1）がＩ0より大きくなるような格子点(ｐ1，ｑ1)が検出されるまで工程が繰り返される。工程５では、タッチ強度をＩ1（ｐ1，ｑ1）−Ｉ0に比例する量と定義して、タッチ強度を求め、工程は終了する。
【００２６】
なお、前記第１から第３の実施形態では、第１のガラス基板３０と第２のガラス基板４１の間に存在するポールスペーサー４６や光センサー４７のサイズを小さく取れるので、表示装置を薄型にできる。
【００２７】
前記第１から第３の実施形態で述べたタッチセンサー一体型の表示装置を搭載する電子機器としては、携帯電話やスマートフォンばかりでなく、例えばゲーム機、タブレットＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ノートＰＣ，及びＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：携帯情報端末）などが想定される。
【００２８】
前記第２及び第３の実施形態では、第１の基板３０と第２の基板４１をガラスでできているものとしたが、光を通すものであればガラスに限らない。
【００２９】
前記第２及び第３の実施形態では、表示部４８を液晶材料で形成されているものとしたが、液晶材料で形成されているものに限らない。
【００３０】
前記第２及び第３の実施形態では、光センサー４７をフォトダイオードであるものとしたが、光を検出できるものであればフォトダイオードに限らない。
【符号の説明】
【００３１】
２０  バックライト
３０  第１のガラス基板
３１  第１のブラックマトリックス
３２  開口部
３３  貫通孔
４１  第２のガラス基板
４３  第２のブラックマトリックス
４６  ポールスペーサー
４７  光センサー
４８  表示部
５０  タッチ動作
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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