(57)【要約】  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。
2010137219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００７−１８３７０６号公報（２００７年７月１９日公開）」
【特許文献２】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）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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２】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３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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】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。
【図１０】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１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
〔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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
〔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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
〔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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【実施例】
【０１５２】
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。【０１５３】
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。【０１５４】
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。【０１５５】
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。【０１５６】
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。【０１５７】
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。【０１５８】
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。【０１５９】
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。【０１６０】
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。【０１６１】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
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。
【符号の説明】
【０１６３】
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
【図１】
2010137219.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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