(57)【要約】【課題】タッチパネル一体型液晶表示装置において、タッチパネル操作時の押圧による表示のにじみを抑制する。【解決手段】液晶層１２を挟んで配置される基板１４，１６の一方にタッチパネル２０が貼着されたタッチパネル一体型液晶表示装置１０において、基板１４，１６の間に、柱状スペーサ４４を設け、基板１６のたわみを抑制する。特に、柱状スペーサ４４の総断面積が、表示装置の有効表示総面積の１．２％以上とすることで、表示画像のにじみを有効に改善できる。【選択図】図１
2006154035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層と、この液晶層を挟む２枚の基板とを含む液晶セルに、タッチパネルを貼着し、さらにタッチパネルに位相差板および偏光板を順に重ねて貼着したタッチパネル一体型液晶表示装置であって、
タッチパネルは、対向配置される２枚の導電層を有する可撓性フィルムを含み、
前記液晶セルは、２枚の基板の間に、その間隔を規定する柱状スペーサを含み、
前記柱状スペーサの軸直交断面積が、液晶セルの有効表示総面積の１．２％以上である、
タッチパネル一体型液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載のタッチパネル一体型液晶表示装置において、前記柱状スペーサの軸直交断面積が、液晶セルの有効表示総面積の５％以上である、タッチパネル一体型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル一体型の液晶表示装置に関し、特にその構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示画面に、指またはスタイラス等で触れると、その触れた位置に対応する所定の信号を入力することができるタッチパネルを組み合わせたタッチパネル液晶表示装置が知られている（以下、液晶表示装置をＬＣＤと記す）。ＬＣＤは、液晶層と、これを挟んで配置され、液晶制御用の電極等が形成された一対の基板とからなる液晶セルと、この液晶セルを通過する、および通過した光を偏光させる偏光板および位相差板を含む。このタッチパネルＬＣＤには、偏光板および位相差板が貼付された液晶セルと、タッチパネルとを貼り合わせたタイプと、液晶セルとタッチパネルを貼り合わせ、その上にさらに偏光板および位相差板を配置したタッチパネル一体型のタイプとが知られている。後者は、液晶セルと偏光板・位相差板の間にタッチパネルがあり、ＬＣＤの内部にタッチパネルが配置されるため、インナータッチパネルと呼ばれることもある。
【０００３】
タッチパネル層は、それぞれ所定のパターンで形成され、所定の間隔で設けられた導電層を、指等で押することにより接触させて導通させ、この導通により信号入力を行う。形成されたパターンにより、指で押した位置と、入力信号の種類が対応している。前記のタッチパネル一体型ＬＣＤに用いられるタッチパネルは、前記の導電層が、一方はガラス上に、他方は可撓性のある樹脂フィルム上に形成される場合と、両方が可撓性のあるフィルム上に形成される場合とがある。ガラスよりフィルムの方が薄くすることができ、後者を採用した場合の方が、タッチパネル一体型ＬＣＤの薄型化に有利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の２枚のフィルムを対向させたタッチパネルを採用する場合、指などで押されたときのタッチパネルの変形は、タッチパネルが貼着されている液晶セルの基板にも変形を生じさせ、液晶層の液晶分子の配向に影響する。これにより、表示画像ににじみが発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、タッチパネルへの押圧が表示画像に与える影響を低減するタッチパネル一体型ＬＣＤを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、液晶セルの基板の変形を抑えるために、基板間に柱状スペーサを適切に配置する。柱状スペーサは、その柱の軸直交断面積が液晶セルの有効表示総面積の１．２％以上とすると、タッチパネルの押圧による表示のにじみが有効に抑制できる。さらに、５％以上とすることで、より高い効果を得ることができる。
【発明の効果】
【０００７】
タッチパネル一体型ＬＣＤを押圧したときの表示のにじみを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、タッチパネル一体型ＬＣＤ１０の断面図である。なお、この図１および以降の説明に用いる各図は、本実施形態の構成をより理解しやすいように模式的に示したものであり、寸法は現実のものとは異なっている。タッチパネル一体型ＬＣＤ１０は、垂直配向型（以下ＶＡと記す）の液晶層１２とこれを挟む２枚のガラス製の基板１４，１６を含む液晶セル１８を有する。液晶セルの詳細な構造については、後に説明する。更に、ＬＣＤ１０は、液晶セル１８に貼着されたタッチパネル２０を含む。タッチパネルは、２枚のフィルム２２，２４を対向して形成され、これらのフィルム２２，２４のそれぞれの対向する面には、所定の形状に形成された導電層が設けられている。また、フィルムの一方（図ではフィルム２４）の、他方に対向する面には、導電層の不要な接触を防止するための絶縁部材２６が配置されている。
【０００９】
タッチパネル２０上には、１／４波長板２８と１／２波長板３０からなる広帯域位相差板３２が設けられ、さらにその上に偏光板３４が設けられる。一方、液晶セル１８の裏面側、すなわちタッチパネル２０が設けられた側と反対側の面にも、１／４波長板３６と１／２波長板３８からなる広帯域位相差板４０と偏光板４２が設けられる。二つの偏光板３４，４２の偏光軸は互いに９０°となるように配置されている。
【００１０】
操作者がタッチパネル２０を操作する、つまりタッチパネル２０を指やスタイラスなどで押すと、タッチパネル２０の上側のフィルム２２がたわみ、押した部分が下側のフィルム２４に接触する。この接触部分にて二つのフィルム２２，２４の導電層が接触、導通する。導電層は、所定のパターンで形成されており、この接触位置に対応した所定のスイッチングが行われる。タッチパネル２０は、導電層が形成された基板が表裏共に可撓性のあるフィルムであるため、操作のためにタッチパネルを押した力は、裏面側のフィルム２４もたわませる。この結果、液晶セル１８のガラス基板１６も変形し、液晶層１２の液晶の配向に影響を与える。特に、ＶＡ液晶層においては、基板に対する液晶分子の傾きにより透過率の制御を行っているため、基板そのものがたわんで傾きが変わると、液晶分子もこれに伴って傾き透過率が周囲と変わる。この結果、表示された画像に輝度むらが発生する。実施形態のＬＣＤ１０においては、タッチパネル２０押圧による液晶セルの基板１６の変形を抑えるために、液晶層１２内に所定の密度で柱状スペーサ４４を配置している。
【００１１】
図２は、本実施形態に係るＬＣＤ１０として、半透過型アクティブマトリクスＬＣＤを用いた場合の概略断面構成を示している。本実施形態に係る半透過型ＬＣＤは、複数の画素を備え、二つの基板１４，１６の相対する面には、それぞれ電極４８，５０が形成されている。また、各画素領域内には裏面側（図中下面側）からの光を透過する透過領域５２と、表面側（図中上面側）からの光を反射する反射領域５４とが形成されている。
【００１２】
液晶層１２としては負の誘電率異方性を備えた垂直配向型の液晶が採用され、かつ、１画素領域内を複数の配向領域に分割するための配向制御部５６（配向分割部）が液晶層１２の境界に設けられている。配向制御部５６は、例えば図２に示すような液晶層１２に向かって突出する突起部５８、傾斜部６０や、図２では、画素電極４８の間隙によって構成される電極不在部６２などによって構成している。
【００１３】
２枚の基板１４，１６には、ガラスなどの透明基板が用いられている。裏面側の基板１４側には、画素ごとに個別のパターンのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電性金属酸化物が用いられた画素電極４８及び、この画素電極４８に接続された薄膜トランジスタなどのスイッチ素子が形成されている（図示せず）。この基板１４の全面には、画素電極４８を覆うように垂直配向型の配向膜６４が形成されている。この配向膜６４には、例えばポリイミドなどが用いられ、本実施形態では、ラビングレスタイプを採用しており、液晶の初期配向（電圧非印加状態での配向）を膜の平面方向に対して垂直なものとしている。なお、１つの画素電極４８の形成領域内に、上記透明の電極のみからなる透明領域５２と、上記透明電極と積層形成された反射膜又は反射電極の形成された反射領域５４を設けることができる。
【００１４】
表側の基板１６には、その液晶層側の面に、まずＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色フィルタ６６ｒ，６６ｇ，６６ｂが対応する所定位置に形成されている。各色フィルタ６６ｒ，６６ｇ，６６ｂの境界部分には、画素間での光漏れを防ぐための遮光層（ここでは黒色色フィルタ）６６ＢＭが設けられている。図示するように、色フィルタの厚さは、色ごとに異なり、これにより色ごとの画素の液晶層の厚さを変え、電極間に印加する電圧と透過光量の波長依存性を補償している。したがって、色フィルタ６６ｒ，６６ｇ，６６ｂは、色に対応して液晶層の厚さ（セルギャップ）を調整する色対応ギャップ調整層として機能する。
【００１５】
色フィルタ６６ｒ，６６ｇ，６６ｂの上には、各画素の反射領域５４に対向する領域においてその液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄr を透過領域５２での液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄt より小さい所望の値（ｄr ＜ｄt ）とするために、光透過性材料よりなる反射領域ギャップ調整層６８が形成されている。また、前述のように色ごとにセルギャップは異なっており、各色の画素の反射領域、透過領域のセルギャップは、必要に応じて前述のｄr ，ｄt に色に対応した添え字r ,g ,b を付して図示している。例えばＲ用画素の反射領域、透過領域のセルギャップは、それぞれｄrr，ｄtrと表す。なお、この反射領域ギャップ調整層６８の厚さは、入射光が液晶層１２を１回通過する透過領域５２と、２回通過する反射領域５４とで、それぞれ最適な透過率、反射率を得るために要求される液晶層の厚さｄが異なる場合に対応している。よって、例えば、反射領域ギャップ調整層６８を設けない透過領域５２で最適な透過率が得られるように液晶層の厚さｄを決め、反射領域５４では、所望の厚さの反射領域ギャップ調整層６８を形成することで、透過領域５２よりも小さい液晶層の厚さｄを得ることができる。
【００１６】
上記反射領域ギャップ調整層６８を含む表側の基板１６の全面を覆うように、各画素に対して共通の電極（共通電極）５０が形成されている。この共通電極５０は、上記画素電極４８と同様に、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電性金属酸化物を用いて形成することができる。
【００１７】
この共通電極５０の上に、本実施形態では、１画素領域内において液晶の配向方向を分割して配向方向の異なる領域を複数形成する配向制御部５６として突起部５８を形成している。この突起部５８は、液晶層１２に向かって突起しており、導電性であっても絶縁性であっても良いが、ここでは、絶縁性の例えばアクリル系の樹脂などを所望パターンに形成して形成することができる。また、突起部５８は、各画素領域内の透過領域５２にも、反射領域５４にもそれぞれ形成されている。
【００１８】
上記突起部５８及び共通電極５０を覆って、裏側の基板１４と同様の垂直配向型、ラビングレスの配向膜７０が形成されている。上述のように配向膜７０は、その膜平面方向に対して垂直な方向に液晶を配向させるが、突起部５８を覆う位置では、突起部５８の形状を反映した斜面が形成される。したがって、突起部５８の形成位置では、これを覆う配向膜７０の斜面に対し、液晶が垂直な方向に配向されることとなり、この突起部５８を境に液晶の配向方向が分割される。また、本実施形態では、反射領域ギャップ調整層６８の側面をテーパ形状として傾斜させ、この斜面の上方を覆う配向膜７０にも斜面を形成し、この斜面においても、液晶が斜面に垂直な方向に制御され、配向制御部５６として機能している。
【００１９】
ＬＣＤ１０の裏側に位置する光源７２から射出され光は、偏光板４２を透過し、偏光軸に沿った方向に直線偏光する。この直線偏光は、位相差板４０により円偏光となる。ここで、本実施形態では、少なくとも波長の異なるＲ，Ｇ，Ｂのいずれの成分に対しても確実に円偏光として、液晶セルでの光の利用効率（透過率）を高めるために、１／４波長板と１／２波長板をこれらの遅相軸を所定の角度で組み合わせることにより、広い波長領域で１／４波長の位相差を与える広帯域１／４波長板としている。得られた円偏光は、透過領域５２において画素電極４８を透過して液晶層１２に入射する。
【００２０】
液晶層１２には、上述のように、負の誘電率異方性（Δε＜０）をもつ垂直配向型液晶を用いており、また垂直配向型の配向膜６４，７０を用いている。よって、電圧非印加状態では、液晶分子は、配向膜６４，７０の形成する平面の法線方向に配向し、印加電圧が大きくなるにつれ、液晶分子の長軸方向が画素電極４８と共通電極５０の間に形成される電界に対して直交する方向（基板の平面方向に平行）へと傾いていく。液晶層１２に電圧が印加されていない場合には、液晶層１２で偏光状態が変化せず、円偏光のまま表側の基板１６に到達し、広帯域位相差板３２で円偏光が解消され直線偏光となる。この広帯域位相差板３２も、先に述べた裏側の位相差板４０と同様、１／２波長板３０と１／４波長板２８を組み合わせることにより、広帯域１／４波長板としている。この直線偏光は、液晶層１２を通過する前の直線偏光と同一の偏光面を有している。
【００２１】
表裏の偏光板３４，４２は、互いの偏光軸が９０°となるように配置されており、電極４８，５０間に電圧が印加されていない状態では、液晶層１２を通過し位相差板３２で円偏光を解消された直線偏光の偏光面は、表側の偏光板３４の偏光軸と直交し、これを通過することができない。したがって、このときの表示は黒となる。
【００２２】
電極４８，５０間に電圧が印加され、液晶層１２内に電界が発生すると、液晶分子が電界強度に対応して傾き、入射された円偏光に対して傾きに応じた位相差を発生させる。例えば、逆回りの円偏光や、楕円偏光、直線偏光となり、得られた光に対して、表側の位相差板３２でさらに１／４波長位相差が生じ、直線偏光（表側の偏光板３４の偏光軸と平行）、楕円偏光や円偏光となる。これらの偏光は、偏光板３４の偏光軸に沿った成分を有しており、その成分に応じた量の光が、この偏光板３４を通過して観察側に向けて射出され、表示（白又は中間調）として認識される。
【００２３】
タッチパネル２０は、導電層７４，７６が形成されたフィルム２２，２４を対向させて構成される。導電層７４，７６は、所定のパターンに形成されており、押圧する位置に応じて、異なる回路が閉成され、所定の入力が可能となっている。
【００２４】
図３は、柱状スペーサ４４の総断面積のＬＣＤの有効表示総面積に対する割合が示されている。柱状スペーサ４４の断面は円形であり、ほぼ均等に配置されている。一方ＬＣＤの有効表示面積は約１０００ｍｍ2 である。最左欄には、柱状スペーサ４４の直径が示され、左から二つ目の欄には、柱状スペーサ１個当たりの軸直交断面積が示されている。最上段には、柱状スペーサの配置密度、すなわち単位面積当たりの鋳造スペーサの個数が示されている。従来ＬＣＤにおいては、直径が１０μｍ、密度が１０個／ｍｍ2 程度である。
【００２５】
図４は、図３にマトリクスで示されたそれぞれの柱状スペーサの太さ、密度の仕様ごとに感応検査の成績を示している。感応検査は、非常に気になるを１ポイント、気になるを２、少し気になるを３、感知できるが気にならないを４、感知できないを５とし、５人の評価の平均値を採っている。柱状スペーサの仕様を、評価が２を超える領域で設定すれば、気になる人も多いが、全ての人が気になるレベルではないと判断できる。この領域は、図４において、図示した太線より下、または右の領域である。図３から、評価２を超える領域は、柱状スペーサの総断面積が有効表示総面積１．２％以上の領域であることが分かる。よって、この領域でスペーサの仕様を決定することが好ましい。さらに、５％を超える領域においては、感応評価が４近くなり、ほとんどの人は、気にならないと考えられる。したがって、この領域で仕様を決定すれば、より高い評価を得ることができる。
【００２６】
柱状スペーサの数は、製造工程、画像品質への影響を考えれば、少ない方が好ましく、タッチパネル押圧時の評価と総合して検討する必要がある。また、柱状スペーサの配置については、表示画像への影響を少なくするために、有効表示領域（開口領域）ではない領域（以下、非開口領域）に配置することが好ましい。この非開口領域は、主に画素の境界に設けられることから、表示画面全体においては格子状に存在する。非開口領域に密に柱状スペーサを配置すると、基板間に液晶を導入することができなくなってしまうので、ある程度の間隔をあけてスペーサを配置することになる。したがって、柱状スペーサの総断面積は、非開口領域の５０％を超えない範囲で決定する。この場合、表示画面の全面積に対する開口領域の割合（開口率）が５０％であれば、柱状スペーサの総断面積は、開口領域（有効表示総面積）の５０％を超えない範囲となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】タッチパネル一体型液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の液晶表示装置のより詳細な断面図である。
【図３】柱状スペーサの各仕様（直径、密度）における、有効表示総面積に対するスペーサ総断面積の割合を示した図である。
【図４】図３の各仕様に対する感応評価結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  タッチパネル一体型液晶表示装置、１２  液晶層、１４，１６  基板、１８  液晶セル、２０  タッチパネル、２２，２４  フィルム、４４  柱状スペーサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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