(57)【要約】【課題】表面の傷の防止や強度の確保ができ、かつ、軽いタッチを実現可能なタッチパネル、タッチ検出機能付き表示装置、タッチパネル用アダプタおよび電子機器を得る。【解決手段】それぞれ一方の面に電極が形成され、各電極形成面同士が向かい合うように互いに離間して配置された第１の基板（アレイ基板１１）および第２の基板（カラーフィルタ基板１２）と、第２の基板の電極形成面とは反対側に、第２の基板から離間して配置された弾性を有する板状の弾性シート１６とを備える。外力が弾性シート１６からカラーフィルタ基板１２に伝達される際により狭い接触領域に集中させることができ、タッチセンサの表面（カラーフィルタ基板１２）にかかる圧力Ｐが増加し、間隙１５が無いときに比べ、弱い外力Ｆでのタッチ検出が実現できる。【選択図】図１
2011039851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ一方の面に電極が形成され、各電極形成面同士が向かい合うように互いに離間して配置された第１の基板および第２の基板と、
前記第２の基板の前記電極形成面とは反対側に、前記第２の基板から離間して配置された弾性シートと
を備えたタッチパネル。
【請求項２】
前記第２の基板と前記弾性シートとの間に空気が充填されている
請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項３】
前記弾性シートは、タッチ検出領域の外側で支持されている
請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項４】
前記弾性シートは、複数の点状の突起物によって支持されている
請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項５】
前記第２の基板および前記弾性シートの互いに対向する面におけるタッチ検出領域内に突起が形成されている
請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項６】
それぞれ一方の面に電極が形成され、各電極形成面同士が向かい合うように互いに離間して配置された第１の基板および第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された表示層と、
前記第２の基板の前記電極形成面とは反対側に、前記第２の基板から離間して配置された弾性シートと
を備えたタッチ検出機能付き表示装置。
【請求項７】
前記表示層が液晶層である
請求項６に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
【請求項８】
前記表示層が有機ＥＬ層である
請求項６に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
【請求項９】
タッチパネルの検出領域面から離間して配置された弾性シートと、
前記板状のカバー部材を前記タッチパネルに固定する止め具と
を備えたタッチパネル用アダプタ。
【請求項１０】
それぞれ一方の面に電極が形成され、各電極形成面同士が向かい合うように互いに離間して配置された第１の基板および第２の基板と、
前記第２の基板の前記電極形成面とは反対側に、前記第２の基板から離間して配置された弾性シートと
を有するタッチパネルを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが指などで接触することにより情報入力が可能なタッチパネルに係わり、特に、接触によって生じる撓みに基づいてタッチを検出するタッチパネル、タッチ検出機能付き表示装置、タッチパネル用アダプタおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆるタッチパネルと呼ばれる接触検出装置を液晶表示装置などの表示装置上に装着し、その表示装置に各種のボタン画像を表示させることにより、通常の機械式ボタンの代わりとして情報入力を可能とした表示装置が注目されている。タッチパネルを有する表示装置は、キーボードやマウス、キーパッドのような入力装置を必要としないため、コンピュータのほか、携帯電話のような携帯情報端末などでも、使用が拡大する傾向にある。
【０００３】
タッチパネルの方式には様々なものがあるが、その一つとして、指などの接触（外力）によって生じるタッチパネルの撓みを検出する方式が挙げられる。例えば、抵抗膜式、電極接触式、容量式などがこの方式に属する。抵抗膜式は、外力によりタッチパネルを構成する対向する２枚の抵抗膜の電極同士が接触したときの、その２枚の抵抗膜のそれぞれの抵抗成分に起因する抵抗分圧比を得ることにより、タッチの位置を検出するものであり、例えば表示装置上に外付けされる。電極接触式は、対向する２枚の基板上の電極同士が外力により接触することによりタッチの位置を検出するものであり、例えば表示装置に内蔵されることが多い（例えば特許文献１、２、３参照）。そして、容量式は、例えば、表示装置に内蔵され、外力により対向する２枚の基板上の電極同士が近接することによりタッチの位置を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７５０７４号公報
【特許文献２】特開２００７−５２３６９号公報
【特許文献３】特開２００７−９５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のタッチパネルには、その表面の傷の防止や強度の確保などを目的として、ガラスやアクリルなどからなるカバーがその表面に配置されることが求められる。その場合、カバーをその表面に密着するように配置することが考えられる。しかしながら、このカバーは、指などの接触により与えられた外力を分散するように機能するため、タッチパネルの表面に実際にかかる圧力が低下する。これは、タッチが認識されるためには、カバーが無いときに比べ、より強い外力が必要となることを意味している。つまりタッチが重くなる。よって、スタイラスを使って情報を入力する場合はまだしも、例えば、指の腹などのより広い面積で接触する場合には、強い力でタッチする必要があるため、使いにくいものとなる。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、表面カバーを有しながらも、軽いタッチを実現可能なタッチパネル、タッチ検出機能付き表示装置、タッチパネル用アダプタおよび電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のタッチパネルは、第１の基板と、第２の基板と、弾性シートとを備えている。ここで、第１の基板と第２の基板は、それぞれ一方の面に電極が形成され、その電極形成面同士が向かい合うように互いに離間して配置されている。弾性シートは、元来、タッチパネル本体を覆うカバー部材として機能するものであり、第２の基板の電極形成面とは反対側（操作面側）に、その第２の基板から離間して配置されている。
【０００８】
本発明のタッチ検出機能付き表示装置は、上記本発明のタッチパネルを備えた表示装置である。この場合、表示装置としては液晶を用いたものや有機ＥＬを用いたものを利用することが可能である。
【０００９】
本発明のタッチパネル用アダプタは、既存のタッチパネルに外付けされて用いられるものであり、弾性シートと、止め具とを備えている。ここで、弾性シートは、タッチパネルの操作面から離間して配置され、止め具によってタッチパネルに固定される。
【００１０】
本発明の電子機器は、上記本発明のタッチパネルを備えたものであり、例えば、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Data Assistance）およびモバイルパソコン等の情報端末装置や、テレビジョン受像機、デジタルカメラおよびデジタルムービー等の映像機器等が該当する。
【００１１】
本発明のタッチパネル、タッチ検出機能付き表示装置および電子機器では、指などが弾性シートの表面に接触（タッチ）したとき、その局所的圧力に応じて、この弾性シートが撓んで第２の基板に接触し、これを押下することにより第２の基板が撓み（へこみ）、第１の基板および第２の基板の電極同士が局所的に接近または接触することにより、そのタッチを検出する。このとき、外力が弾性シートを介して第２の基板に伝達される際に、より狭い接触領域に力を集中させることができる。このため、第２の基板の表面にかかる圧力が増加する。その結果、弾性シートと第２の基板との間に間隙が無いときに比べ、より弱い外力でのタッチ検出が実現できるようになる。
【００１２】
なお、弾性シートは、タッチ検出領域（タッチ操作領域）の外側で支持されているのが好ましく、その支持は複数の点状の突起物によって行われているのが好ましい。弾性シートと第２の基板の間の間隙には、空気が充填されていることが好ましい。また、弾性シートと第２の基板の互いに対向する面のタッチ検出領域内に、突起が形成されていてもよい。
【００１３】
また、本発明のタッチパネル用アダプタでは、指などが弾性シートの表面に接触（タッチ）したとき、その局所的圧力に応じて、この弾性シートが撓んで（へこんで）タッチパネルに接触することによりそのタッチを検出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のタッチパネル、タッチ検出機能付き表示装置、タッチパネル用アダプタおよび電子機器によれば、表面に配置するカバー部材としての弾性シートと第２の基板との間に間隙を設けるようにしたので、表面カバーを有しながらも、より軽いタッチでの検出を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成例を表す平面図および断面図である。
【図２】図１に示したタッチ検出機能付き表示装置のより詳細な断面図である。
【図３】図２に示したタッチ検出機能付き表示装置の作用原理を表す模式図である。
【図４】図２に示したタッチ検出機能付き表示装置の実験例（接触面積）を表すプロット図である。
【図５】図２に示したタッチ検出機能付き表示装置の主要部材の光学特性を表す表である。
【図６】図２に示したタッチ検出機能付き表示装置の一実施例（作動特性）を表すプロット図および表である。
【図７】図２に示したタッチ検出機能付き表示装置の一実施例（他の作動特性）を表すプロット図および表である。
【図８】第１の実施の形態における一変形例を表す平面図および断面図である。
【図９】第１の実施の形態における他の変形例を表す断面図である。
【図１０】第１の実施の形態におけるさらに他の変形例を表す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の一構成例（タッチパネル用アダプタを外付け装着した表示装置）を表す平面図および断面図である。
【図１２】上記各実施の形態を適用したタッチ検出機能付き表示装置のうち、適用例１の外観構成を表す斜視図である。
【図１３】適用例２の外観構成を表す斜視図である。
【図１４】適用例３の外観構成を表す斜視図である。
【図１５】適用例４の外観構成を表す斜視図である。
【図１６】適用例５の外観構成を表す正面図、側面図、上面図および下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（タッチ検出機能付き表示装置、およびタッチパネル）
２．第２の実施の形態（タッチパネル用アダプタ）
３．適用例
【００１７】
＜１．第１の実施の形態＞
［構成例］
（全体構成例）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成例を表すものであり、（Ａ）はタッチ検出機能付き表示装置１の平面図を示し、（Ｂ）はタッチ検出機能付き表示装置１のＩ−Ｉ矢視方向の概略断面構造を示す。このタッチ検出機能付き表示装置１は、液晶表示素子を用いた表示パネル構造と、外力によって発生する撓みを検出するタッチ検出構造とを備えている。これらの表示パネル構造とタッチ検出構造とは一体に構成されている。すなわち、このタッチ検出機能付き表示装置は、いわゆるインセル型のデバイスである。
【００１８】
タッチ検出機能付き表示装置１は、互いに対向するアレイ基板１１およびカラーフィルタ基板１２を含む液晶表示パネル１０と、この液晶表示パネル１０を収容するバックライトユニット１４と、液晶表示パネル１０の前側（図では上側）に設けられた弾性シート１６とを備えている。バックライトユニット１４は、緩衝部材１９を介して筐体１８の内部に配置されている。
【００１９】
アレイ基板１１は、透明基板上に液晶素子を駆動するためのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）や透明な画素電極など（後述）を形成してなる基板である。カラーフィルタ基板１２は、透明基板上にカラーフィルタや透明な共通電極など（後述）を形成してなる基板である。アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２との間には、図示しない液晶層が設けられている。アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２の互いに対向する面には、後述するように、タッチセンサ構造が形成されている。
【００２０】
アレイ基板１１上にはＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）１３が配置されている。このＣＯＧ１３は、画素電極、共通電極やＴＦＴなどを駆動するための回路などをチップ化したものである。ＣＯＧ１３には、このほか、タッチセンサ用の検出回路などが含まれていてもよい。バックライトユニット１４は、アレイ基板１１の下に配置される図示しないバックライトを含み、アレイ基板１１に向かって光を射出する。この光が液晶層により変調されることにより画像が表示され、液晶表示装置として機能することとなる。
【００２１】
弾性シート１６は、カラーフィルタ基板１２と離間して配置される透明なシート部材であり、例えば、ガラスやアクリル、ポリカーボネートなどの、衝撃に強い材料で構成される。カラーフィルタ基板１２と弾性シート１６との間には、間隙１５が設けられており、空気で満たされている。その間隙１５の間隙幅Ｄ（図２参照）は、バックライトユニット１４の外枠部１４１によって確保されるようになっている。この外枠部１４１は、バックライトユニット１４の外周底部から弾性シート１６に向かって立設されたものであり、その上端が弾性シート１６と接することにより間隙１５の間隙幅を所定値に維持するスペーサとして機能している。
【００２２】
なお、弾性シート１６のうち、液晶表示パネル１０の有効表示領域Ｓに対応する領域だけを透明にし、それ以外の領域については不透明加工がされていても良い。また、弾性シート１６は、強度の向上や機能の付加のために多層の材料から構成されるものでも良く、例えば、表面に反射防止や傷防止のフィルム層を有していても良い。
【００２３】
緩衝部材１９は、筐体１８とバックライトユニット１４との間に在って、バックライトユニット１４の上部を弾性シート１６に密着させ、この部分が上述したスペーサ１４１として機能するようになっている。
【００２４】
ここで、アレイ基板１１は、本発明における「第１の基板」の一具体例に対応し、カラーフィルタ基板１２は、本発明における「第２の基板」の一具体例に対応する。
【００２５】
（タッチ検出機能付き表示装置１の要部断面構造）
図２（Ａ）は、タッチ検出機能付き表示装置１の要部断面構造をより詳細に表すものである。この図に示したように、アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２との間はスペーサ２５によって一定の距離に保たれており、ここに液晶層２０が封止されている。
【００２６】
アレイ基板１１は、ＴＦＴ基板２１と、調整層２２と、複数の画素電極２３と、偏光板２４とを有する。調整層２２は、画素電極２３の高さを調整する柱状の層である。画素電極２３は、ＴＦＴ基板２１の液晶層２０に面する側の面上にマトリックス状に配置されている。それぞれの画素電極２３の一部は、調整層２２を被覆するように、その上面から側面かけて延在して形成されている。アレイ基板１１には、図示していないが、これらの他、画素電極２３を駆動するためのＴＦＴ、各画素電極２３に画像信号を供給するソース線、各ＴＦＴを駆動するゲート線などが形成されている。
【００２７】
カラーフィルタ基板１２は、対向基板２６と、カラーフィルタ２７と、共通電極２８と、偏光板２９とを有する。対向基板２６の液晶層２０に面する側の面上には、カラーフィルタ２７、および共通電極２８が順に形成されている。カラーフィルタ２７は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のカラーフィルタ層を周期的に配列して構成したもので、表示画素（画素電極２３）ごとにＲ、Ｇ、Ｂの３色が１組として対応付けられている。図示しない位相差板が貼り付けられていても良い。
【００２８】
アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２において、液晶層２０に面する側とは反対側の各面上には、それぞれ、偏光板２４、２９が配置されている。偏光板２４、２９は特定の偏光成分を透過または吸収するために構成されるものである。
【００２９】
液晶層２０は、液晶３０を含む。この液晶３０は、画素電極２３と共通電極２８に印加された駆動信号により形成された電界の状態に応じて、通過する光を変調するものであり、例えば、ＴＮ（ツイステッドネマティック）、ＶＡ（垂直配向）、ＥＣＢ（電界制御複屈折）などの各種モードの液晶が用いられる。
【００３０】
スペーサ２５は、アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２との間に形成される柱状のものであり、上記したように、液晶層２０の厚み、すなわち、セル厚を一定に保持するように機能する。スペーサ２５としては、アクリル系材料や、スチレン系材料等の所望の弾性変形率を有する材料を使用することができる。このスペーサ２５は、弾性シート１６の表面に与えられた外力（接触力）によりカラーフィルタ基板１２が撓むときに、それ自身も一緒に変形するようになっている。なお、この外力がないときのスペーサ２５の高さは調整層２２よりも高く設定されており、これにより、画素電極２３と共通電極２８とは互いに接触しないようになっている。
【００３１】
弾性シート１６は、カラーフィルタ基板１２と間隙１５を介して離間して（間隙幅Ｄを隔てて）配置されている。この弾性シート１６の表面に指等の外部接触物体が接触すると、その接触力により弾性シート１６が撓んでカラーフィルタ基板１２の上面に接触し、さらにこのカラーフィルタ基板１２を撓ませる。この撓みが、アレイ基板１１に形成された画素電極２３とカラーフィルタ基板１２に形成された共通電極２８との間の抵抗もしくは容量の変化として検出される。つまり、画素電極２３および共通電極２８は、液晶表示装置の駆動信号を印加する電極として使用されるとともに、タッチセンサのタッチに起因する信号を検出する電極としても使用されている。
【００３２】
［動作および作用］
次に、以上のような構成のタッチ検出機能付き表示装置の動作および作用を説明する。
まず、本実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置１の全体動作を説明する。
【００３３】
バックライトユニット１４は、アレイ基板１１に向かって白色光を射出する。偏光板２４は、この白色光のうち、特定の偏光方向の光のみを透過させる。画素電極２３と共通電極２８は、ＣＯＧ１３から供給される駆動信号に基づいて、その電極間に電界を形成する。液晶３０は、その電界の状態に応じて、偏光板２４を透過した光の偏光方向を変調する。カラーフィルタ２７は、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光をそれぞれ透過させる。偏光板２９は、この光のうち、特定の偏光方向の光のみを透過させる。つまり、バックライトユニット１４から供給された光の光量が液晶２８および偏光板２４、２９により変調され、弾性シート１６の面に画像として射出される。
【００３４】
図２（Ｂ）は、外部接触物体がある状態でのタッチ検出機能付き表示装置１の要部断面構造を表すものである。弾性シート１６は、指等の外部接触物体による外力により撓み、それにより間隙１５が狭まってカラーフィルタ基板１２に接触する。このとき、間隙１５が存在することから、後述するように、弾性シート１６とカラーフィルタ基板１２との接触面積が、外部接触物体と弾性シート１６との接触面積に比べて小さくなる。この接触により、カラーフィルタ基板１２もまた撓み、カラーフィルタ基板１２の画素電極２３とアレイ基板１１の共通電極２８とは、互いに接近もしくは接触する。この状態の変化は、画素電極２３と共通電極２８との間の抵抗もしくは容量の変化を引き起こす。この変化の有無およびタッチ検出領域上の位置を、例えばＣＯＧ２３に搭載された検出回路により検出することにより、その外部接触物体の存在とその位置を検出することができる。
【００３５】
次に、間隙１５と弾性シート１６に関わる部分について、詳細に説明する。
【００３６】
外部接触物体による外力は、外部接触物体と弾性シート１６との接触面を通して弾性シート１６に伝達される。その力は、さらに、弾性シート１６とタッチセンサの検出面（カラーフィルタ基板１２）との接触面を通して圧力Ｐとしてタッチセンサに伝えられる。
【００３７】
圧力Ｐは、以下のように表される。
Ｐ＝Ｆ２／Ａ            ・・・・・・（１）
Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３    ・・・・・・（２）
ここで、Ｆは外部接触物体による外力であり、Ａは、外力Ｆが表面基板１６からタッチセンサ表面（カラーフィルタ基板１２）へ伝達するときの実効的な面積（外力伝達面積）である。外力Ｆは、３つの成分Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３をもつ。Ｆ１は弾性シート１６が撓み、カラーフィルタ基板１２に接触するのに必要な力であり、Ｆ２はタッチセンサにかかる力であり、Ｆ３はその他の力であり、例えば弾性シート１６の撓み以外の変形にかかる力や、後述する間隙１５への充填物質への散逸力などである。
【００３８】
本実施の形態では、間隙１５を設けることにより、弱い外力（Ｆ）でのタッチ認識を実現している。これは、後述するように、式（１）において力Ｆ２を増加させなくても、外力伝達面積Ａを小さくすることによって圧力Ｐを増加させることができる、という事実に基づくものである。このとき、間隙１５は、後述するように、この外力伝達面積Ａを減少させる方向に作用する。以下、式（１）、（２）と図面を用いて、間隙１５および弾性シート１６の機能を説明する。
【００３９】
まず、間隙１５の機能について説明する。なお、ここでは、説明を簡単にするため、外力Ｆは、そのままタッチセンサに伝わること（Ｆ＝Ｆ２）とする。
【００４０】
図３は、間隙１５の機能を表すものであり、（Ａ）は間隙１５がない状態（比較例）を示し、（Ｂ）は間隙１５がある状態（本実施の形態）を示す。
【００４１】
間隙１５が無く、弾性シート１６とカラーフィルタ基板１２とが密着している場合では、図３（Ａ）に示したように、外力Ｆが弾性シートにより分散されるため、弾性シート１６からカラーフィルタ基板１２に外力が伝達される面積（外力伝達面積）Ａは、外部接触物体と弾性シート１６との接触面積Ｂよりも広くなる。これにより、例えば、弾性シート１６が無く、外部接触物体がカラーフィルタ基板１２に直接接触する場合に比べて、タッチセンサの検出面における圧力Ｐが低下するため、タッチが認識されるためにより強い外力が必要になる。
【００４２】
一方、間隙１５を設けると、図３（Ｂ）に示したように、外力伝達面積Ａは、間隙１５が無いときの外力伝達面積Ａ（図３（Ａ）参照）より小さくなる。つまり、外力は、表面基板１６からカラーフィルタ基板１２に伝達される際、より狭い接触領域に集中するため、タッチセンサの表面（カラーフィルタ基板１２）にかかる圧力Ｐは増加する。よって、間隙１５が無いときに比べ、弱い外力Ｆでのタッチ認識が実現できるようになる。このように、軽いタッチが実現されるためには、例えば携帯電話の液晶表示装置程度の大きさであれば、その間隙幅Ｄは１０ｕｍ〜１１０ｕｍ程度であれば良く、特に５０ｕｍ〜９０ｕｍ程度が好ましい。
【００４３】
図４は、タッチ検出機能付き表示装置１におけるタッチによる接触面積の実験例を表すものであり、（Ａ）は間隙１５が無い状態（比較例）を示し、（Ｂ）は間隙１５（間隙幅５０ｕｍ）がある状態（本実施の形態）を示す。この実験は、人肌（登録商標）のゲル（アスカーＣ硬度５）からなる直径１０ｍｍの平面圧子を外部接触物体として用い、間隙１５が無い場合とある場合とで、同じ力でタッチしたときのタッチセンサの検出領域における反応点のマップを示したものである。図４（Ｂ）に示したように、間隙１５を設けたことにより、外力の集中が実現していることが確認できる。その結果、上述したように、軽いタッチが実現されることになる。
【００４４】
さらに、この外力の集中により、タッチセンサのタッチ位置認識精度や線形性が改善される。タッチ位置の認識は、例えば、図４に示したようなタッチセンサの面内における反応点のマップデータを用いて、その重心座標を計算することによりなされる。特に、本実施の形態のような液晶表示装置に内蔵されるタッチセンサの場合、画素電極２３と共通電極２８との距離（調整層２２の高さ）の製造ばらつきや、スペーサ２５と、画素電極２３や共通電極２８との位置関係などに起因して、各センサ素子の感度にばらつきが生じることがある。この場合、指などの広い領域でタッチすると、図４（Ａ）に示したように、素子感度のばらつきに起因する反応点の濃淡が生じる。よって、その重心座標を計算してもタッチ位置認識精度や線形性が十分に確保できないおそれがある。一方、間隙１５を設けた場合には、図４（Ｂ）に示したようにタッチセンサの反応点が狭い範囲に集中するため、タッチ位置認識精度や線形性が改善されることとなる。
【００４５】
次に、弾性シート１６の機能について説明する。
【００４６】
外部接触物体の接触により与えられた外力Ｆは、ほとんどそのままタッチセンサに伝わること（Ｆ＝Ｆ２）が望ましい。式（２）から明らかなように、Ｆ１やＦ３は、外力Ｆがタッチセンサに伝わるのを阻むものである。よって、Ｆ１やＦ３を外力Ｆに比べて十分に小さくすることが望ましい。なお、仮に、Ｆ１やＦ３が外力Ｆに比べて無視できない場合、外力Ｆの一部しかタッチセンサに伝わらなくなってしまうが、式（１）に示したように、その場合でも、弾性シート１６からカラーフィルタ基板１２に力が伝達される面積（外力伝達面積）Ａを小さくすることができることから、圧力Ｐの低下を防ぎ、弱い外力でのタッチの認識が実現可能である。
【００４７】
Ｆ１を小さくする、つまり弾性シート１６を撓みやすくするには、弾性シート１６の材質やその厚さなどを調整すればよい。弾性シート１６の撓みは、次式のように表すことができる。
δ＝αＷａ4／（Ｅｔ3）    ・・・・・・（３）
ここで、δは撓み量であり、Ｗは荷重であり、ａは弾性シート１６を支持する対向２辺間の距離であり、Ｅはヤング率であり、ｔは弾性シート１６の板厚である。また、αは、弾性シート１６の支持方法に依存する係数であり、例えば、４辺で支持する場合（図１（Ｂ））や４点で支持する場合などに依存して異なった値となる。
【００４８】
Ｆ１は、弾性シート１６が間隙１５の間隙幅Ｄの分だけ撓み、カラーフィルタ基板１２に接触するのに必要な力であるから、式（３）において、弾性シート１６の撓み量δが間隙１５の間隙幅Ｄと同等になったときの荷重Ｗに相当するものである。
【００４９】
Ｆ１を小さくするには、例えば、弾性シート１６の材質としてヤング率Ｅの小さいものを用いたり、弾性シート１６の板厚ｔを薄くしたり、間隙幅Ｄを狭くしたりすればよい。一方、ヤング率Ｅや弾性シート１６の板厚ｔを小さくすることは、撓みやすくすることを意味し、弾性シートの本来の目的である強度を確保しにくくなる。よって、Ｆ１と強度の両方を考慮する必要がある。ここで、弾性シート１６のパラメータとして、βを定義する。
β＝１／（Ｅｔ3）    ・・・・・・（４）
この式は、式（３）から、ヤング率Ｅおよび弾性シート１６の板厚ｔの項を抜き出したものである。Ｆ１を小さくするためにはβは大きくなるが、強度を確保するためにはβは小さいほうがいい。特に携帯電話などの携帯情報端末では、β値としては４以下程度がよく、１〜４程度が望ましい。
【００５０】
Ｆ１を小さくするほかの方法として、弾性シート１６を支持する対向２辺間の距離ａを広げてもよい。図１では、弾性シート１６はバックライトユニット１４の外枠部１４１によって支持されているが、他の部分によって支持してもよい。例えば、筐体や、このタッチ検出機能付き表示装置１を適用する電子機器の最外側のカバーなど、有効表示領域Ｓからより離れた部分によって弾性シート１６を支持しても良く、また、弾性シート１６を筐体と一体化してもよい。これにより、特に有効表示領域Ｓの端など、表示基板１６が支持されている部分に近い領域においても、弱い外力Ｆでのタッチの認識が実現できるようになる。
【００５１】
なお、Ｆ３を小さくするには、例えば、間隙１５に充填する物質として、できるだけ粘性の低い、流動性の高いものを用いればよく、例えば、窒素ガス等の不活性ガスや空気等の気体が好ましい。特に、製造のしやすさやコストの観点等を考慮すると、空気が望ましい。但し、後述するように、表示パネルとしての光学特性を重視する場合には、液体やゲル状の物質でもよい。
【００５２】
本実施の形態のように、例えばタッチセンサを液晶表示装置に内蔵した場合には、弾性シート１６および間隙１５が表示パネルとしての光学特性（表示特性）に与える影響も重要となる。カラーフィルタ基板１２、間隙１５、弾性シート１６の屈折率の違いや、間隙１５と弾性シート１６の光の透過率により、視認性が左右されるからである。
【００５３】
弾性シート１６の材料としては、例えば、ガラス、アクリル、ポリカーボネートなどが利用可能である。その屈折率は、ガラスでは１．５１、アクリルでは１．４９、ポリカーボネートでは１．５９である。その他の材料でもよく、屈折率が１．８以下の材料であれば望ましい。間隙１５に充填する物質としては、この弾性シート１６の屈折率に近いものがよく、１〜１．７の屈折率をもつものが望ましい。例えば、空気（屈折率１．０）、エタノール（同１．３６）、グリセリン（同１．４７）が利用可能である。
【００５４】
一方、弾性シート１６での光の透過率は、ガラスでは９２％（厚さ：０．２ｍｍ）、アクリルでは９２％（同０．５ｍｍ）、ポリカーボネートでは９０％（同：０．５ｍｍ）である。
【００５５】
図５は、弾性シート１６と間隙１５とカラーフィルタ基板１２を組み合わせたときの光の透過率を表す実験例である。間隙幅１００ｕｍにおいて、９０％以上の透過率を実現できる。間隙１５に、弾性シート１６やカラーフィルタ基板１２の屈折率に近い物質（例えば液体やゲル状物質）を充填すると、光の透過率を改善できる。なお、組み合わせはこれらに限られるものではなく、従来技術である抵抗膜式タッチパネルでの透過率８５％と同等以上となるような組み合わせが望ましい。
【００５６】
以上に示したように、本実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置は、タッチパネル本体と弾性シート１６との間に間隙１５を設けただけの非常にシンプルな構成を有し、必要な部材も少ない。また、製造工程においても、細かい構造が存在しないため、リソグラフィーや印刷工程の追加の必要もなく、また、精密なアライメントも不要である。よって、コスト、生産性、品質の面で優れている。また、弾性シート１６を、例えば、上述したように筐体と一体化した場合には、電子機器のデザイン性がより向上する。
【００５７】
［実施例］
本実施の形態に基づき、タッチ検出機能付き表示装置を試作した。タッチ検出機能付き表示装置のタッチパネル方式は電極接触式であり、タッチ検出領域の大きさは３７．４４ｍｍ×４９．９２ｍｍである。弾性シートは、図１に示したものと同様に、周囲４辺により支持されており、対向する２辺の距離ａはそれぞれ５５．１０ｍｍと４２．５６ｍｍである。間隙幅は１０５ｕｍ以下の範囲とし、その間隙には空気が充填されている。
【００５８】
図６（Ａ）、（Ｂ）は、弾性シートの材質および厚さを変えたときの、βと作動開始圧との関係を表すものである。ここで、作動開始圧は、弾性シートに外力をかけたときの、タッチセンサがタッチを検出するのに必要最小限の外力である。外力は、人肌（登録商標）のゲル（アスカーＣ硬度５）からなる直径１０ｍｍの平面圧子を用い、タッチセンサの検出領域の中心部に印加した。タッチ検出機能付き表示装置１の下にははかりを設置し、外力を印加してタッチセンサがタッチを検出したときのはかりの値を基に作動開始圧を得た。
【００５９】
図６（Ａ）に示したように、βが大きくなるにつれて作動開始圧は小さくなる。これは、上述したように、タッチを軽くする（作動開始圧を低くする）ためにはＦ１を小さくする必要があるが、このときはβが大きくなるためである。尚、弾性シートがないときの作動開始圧は６７ｇｆ（参考ライン）である。
【００６０】
作動開始圧は、カバーが無いときよりも低くするのが望ましく、よって、βが１〜４になるようにカバー材の材質および厚さを設計するのが望ましい。
【００６１】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、間隙１５の間隙幅と作動開始圧との関係を表すものである。ここで、弾性シートは、０．２ｍｍ厚のガラス（旭硝子製低膨張硝子、ＡＮ１００）を用いた。
【００６２】
図７（Ａ）に示したように、間隙が無く、弾性シートとカラーフィルタが密着しているとき（間隙幅：０ｕｍ）では、作動開始圧は１１４ｇｆという高い値となっており、間隙幅が広がるにつれ、作動開始圧は４０ｇｆ程度にまで低下する。これは、図３に示したように、間隙幅を増やすことにより外力伝達面積Ａが狭くなり、タッチセンサ表面（カラーフィルタ基板１２）での圧力Ｐが増加するためである。一方、さらに間隙幅を広げると、作動開始圧はやや増加する。これは、上述したように、さらに間隙幅を大きくすると、タッチが認識されるために弾性シートを大きく撓ませる必要があり、式（２）におけるＦ１が大きくなるためである。つまり、外部接触物体の接触により与えられた外力Ｆが、タッチセンサに伝わりにくくなるためである。
【００６３】
以上のように、作動開始圧を低くし、軽いタッチを実現するためには、間隙幅を１０ｕｍ〜１１０ｕｍ程度にすればよい。これにより、その作動開始圧は、弾性シートがないときの作動開始圧（６７ｇｆ）よりも低くすることができる。
【００６４】
以上のように本実施の形態では、表面に弾性シートを設けるようにしたので、表面の傷の防止や強度の確保が可能となる。しかも、弾性シートとカラーフィルタ基板との間に間隙を設けるようにしたので、外力が弾性シート１６を介してカラーフィルタ基板１２に伝達される際に、より狭い接触領域に力を集中させることができる。このため、タッチセンサの表面（カラーフィルタ基板１２）にかかる圧力Ｐが増加し、間隙１５が無いときに比べ、弱い外力Ｆでのタッチ検出が実現できるようになる。
【００６５】
［第１の実施の形態の変形例］
（変形例１−１）
上記の実施の形態では、図１に示したように、弾性シート１６をバックライトユニット１４の外枠部１４１の上部の４辺によって支持するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、支持は、複数の点によって行われてもよく、有効表示領域Ｓの外側のほかの部分で行われてもよい。図８（Ａ）はタッチ検出機能付き表示装置１Ｂの平面図を示し、図８（Ｂ）はタッチ検出機能付き表示装置１ＢのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視方向の概略断面構造を示す。弾性シート１６は、カラーフィルタ上に、有効表示領域Ｓを取り囲むように形成された８つのスペーサ１７により支持されている。スペーサ１７としては、例えば両面テープが利用可能である。
【００６６】
（変形例１−２）
上記の実施の形態において、カラーフィルタ基板１２と弾性シート１６のお互いに対向する面に、複数の突起が形成されていてもよい。図９は、タッチ検出機能付き表示装置１Ｃの要部断面構造を表すものであり、（Ａ）はカラーフィルタ基板１２に突起が形成された場合を示し、（Ｂ）は弾性シート１６に突起が形成された場合を示し、（Ｃ）はカラーフィルタ基板１２と弾性シート１６の両方に交互に突起が形成された場合を示す。この例では、突起９０は半球状の形状を有し、各タッチセンサ素子に一つずつ対応するように形成されている。これにより、弾性シート１６の表面に外部接触物体の接触による外力が与えられ、弾性シート１６が撓むと、弾性シート１６とカラーフィルタ基板１２は、突起９０を介して接触することとなる。つまり、接触する面積が小さいため、タッチセンサ素子にかかる圧力は増加し、より弱い外力でタッチを検出できるようになる。なお、突起の形成は図９に示したものに限定されるものではなく、外力が集中するようなほかの突起パターンや突起形状でもよい。例えば、図９（Ｃ）では、カラーフィルタ基板１２と弾性シート１６の両方に１つずつ交互に突起を形成したが、２つずつ交互に突起を形成してもよい。また、突起形状は柱状でもよい。
【００６７】
（変形例１−３）
上記の実施の形態では、表示装置として液晶表示装置を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、表示装置として有機ＥＬ表示装置を用いても良い。図１０は、有機ＥＬ表示装置を用いたタッチ検出機能付き表示装置１Ｃの要部断面構造を表すものである。タッチ検出機能付き表示装置１Ｃは、アレイ基板１１Ｂと、センサ基板１２Ｂと、有機ＥＬ層３９と、スペーサ２５と、間隙１５と、弾性シート１６とを備えている。ここで、アレイ基板１１Ｂは、本発明における「第１の基板」の一具体例に対応し、センサ基板１２Ｂは、本発明における「第２の基板」の一具体例に対応する。
【００６８】
アレイ基板１１Ｂは、ＴＦＴ基板２１と、調整層２２と、センサ画素電極３１と、画素電極３２とを有する。調整層２２は、センサ画素電極３１の高さを調整する柱状の層である。ＴＦＴ基板２１の有機ＥＬ層３９に面する側の面上には、複数のセンサ画素電極３１および画素電極３２がマトリックス状に配置するようにパターン形成されており、それぞれのセンサ画素電極３１の一部は、調整層２２を被覆するように、その上面に延在して形成されている。センサ基板１２Ｂは、対向基板２６と、センサ電極３３とを有する。アレイ基板１１Ｂとセンサ基板１２Ｂとの間に充填する物質としては、できるだけ粘性の低い、流動性の高いものを用いればよく、後述する有機ＥＬ層を劣化させないものが望ましい。例えば、窒素ガス等の不活性ガスや空気等の気体が好ましい。特に、製造のしやすさやコストの観点等を考慮すると、空気が望ましい。但し、表示パネルとしての光学特性を重視する場合には、界面反射等を低減させるために、例えば、エタノールやグリセリン等の液体や流動性の高い樹脂等でもよい。有機ＥＬ層３９は、複数の有機ＥＬ素子４０から構成される層である。有機ＥＬ素子４０は、センサ画素電極３１と画素電極３２の間に形成された正孔輸送層、発光層、電子輸送層を有し、これらの電極に印加された駆動信号に基づいて、発光層の発光材料の状態遷移（励起状態から基底状態へ）を利用して、例えば赤、青、緑の３色の光を放出するものである。弾性シート１６に外部接触物体が存在する場合、上記の実施の形態と同様に、その接触の外力により表示基板１６が撓み、それにより間隙１５が狭まり、弾性シート１６とセンサ基板１２Ｂが接触する。この状態の変化は、センサ画素電極３１とセンサ電極３３との間の抵抗もしくは容量の変化として検出され、タッチが検出されることとなる。
【００６９】
（変形例１−４）
上記実施の形態では、タッチセンサが液晶表示装置に内蔵されているが、内蔵されていなくてもよい。この場合、例えば、液晶表示装置などの表示装置の表示面に、タッチセンサを有するタッチパネルを外付けで設置することにより、本実施の形態と同じ作用および効果を実現できる。
【００７０】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル用アダプタについて説明する。なお、上記第１の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７１】
［構成例］
（全体構成例）
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル用アダプタを装着したタッチ検出機能付き表示装置の構成例を表すものであり、（Ａ）はその平面図を示し、（Ｂ）は図１１（Ａ）におけるＸＩ−ＸＩ矢視方向の概略断面構造を示す。このタッチ検出機能付き表示装置３は、外力によって発生する撓みを検出するタッチセンサが内蔵されたインセル型の液晶表示装置の表面に、タッチパネル用アダプタ２が外付けで設置されたものである。
【００７２】
タッチ検出機能付き表示装置３は、その表示面の外側領域に、止め具５１を備えている。この止め具５１は、弾性シート１６を筐体１８に外付け固定するための部材であり、これにより、弾性シート１６は、カラーフィルタ基板１２と離間して配置されるようになっている。その他の構成は上記第１の実施の形態（図１，図２）の場合と同様である。
【００７３】
［動作および作用］
本実施の形態のタッチパネル用アダプタ２を用いたタッチ検出機能付き表示装置３の動作および作用は、第１の実施の形態で説明したものと全く同様である。つまり、弾性シート１６の表面に外部接触物体が接触すると、弾性シート１６は、その接触の外力により撓み、それにより間隙１５が狭まり、カラーフィルタ基板１２に接触する。この場合、間隙１５は、弾性シート１６とカラーフィルタ基板１２（タッチセンサの表面）との接触面積が、外部接触物体と弾性シート１６との接触面積に比べて小さくなるように機能する。これにより、タッチセンサ表面での圧力Ｐは増加するため、弱い外力でもタッチ検出が可能となる。
【００７４】
なお、本実施の形態のタッチパネル用アダプタ２は、既存のタッチパネルや、タッチ検出機能付き表示装置の表面に外付けすることができ、これにより、弱い外力でのタッチ検出が可能となる。適用可能なタッチパネル、タッチ検出機能付き表示装置としては、タッチによる外力を検出するタッチセンサであればどのようなものでも良い。
【００７５】
以上のように本実施の形態では、既存のタッチパネルや、タッチ検出機能付き表示装置の表面に外付けできるようにしたので、それらの機器でも表面の傷の防止や強度の確保が可能になると共に、より弱い外力でもタッチ検出が可能となるように機器の操作性を向上させることができる。その他の効果は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００７６】
＜３．適用例＞
次に、図１２〜図１６を参照して、上記実施の形態および変形例で説明したタッチ検出機能付き表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置は、テレビジョン装置、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【００７７】
（適用例１）
図１２は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表すものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル５１１およびフィルターガラス５１２を含む映像表示画面部５１０を有しており、この映像表示画面部５１０は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。
【００７８】
（適用例２）
図１３は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用されるデジタルカメラの外観を表すものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部５２１、表示部５２２、メニュースイッチ５２３およびシャッターボタン５２４を有しており、その表示部５２２は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。
【００７９】
（適用例３）
図１４は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表すものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体５３１、文字等の入力操作のためのキーボード５３２および画像を表示する表示部５３３を有しており、その表示部５３３は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。
【００８０】
（適用例４）
図１５は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用されるビデオカメラの外観を表すものである。このビデオカメラは、例えば、本体部５４１、この本体部５４１の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ５４２、撮影時のスタート／ストップスイッチ５４３および表示部５４４を有している。そして、その表示部５４４は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。
【００８１】
（適用例５）
図１６は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用される携帯電話機の外観を表すものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体７１０と下側筐体７２０とを連結部（ヒンジ部）７３０で連結したものであり、ディスプレイ７４０、サブディスプレイ７５０、ピクチャーライト７６０およびカメラ７７０を有している。そのディスプレイ７４０またはサブディスプレイ７５０は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。
【符号の説明】
【００８２】
１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、３…タッチ検出機能付き表示装置、２…タッチパネル用アダプタ、１０…液晶表示パネル、１１、１１Ｂ…アレイ基板、１２…カラーフィルタ基板、１２Ｂ…センサ基板、１３…ＣＯＧ、１４…バックライトユニット、１５…間隙、１６…弾性シート、１８…筐体、１９…緩衝部材、２０…液晶層、２１…ＴＦＴ基板、２２…調整層、２３…画素電極、２４、２９…偏光板、１７、２５…スペーサ、２６…対向基板、２７…カラーフィルタ、２８…共通電極、３０…液晶、センサ画素電極３１、画素電極…３２、センサ電極３３、３９…有機ＥＬ層、４０…有機ＥＬ素子、５１…止め具、９０…突起、１４１…外枠部、Ａ…外力伝達面積、Ｂ…接触面積、Ｄ…間隙幅、Ｅ…ヤング率、Ｓ…有効表示領域、ｔ…弾性シートの厚さ。
【図１】
2011039851.tif 000003
【図２】
2011039851.tif 000004
【図３】
2011039851.tif 000005
【図４】
2011039851.tif 000006
【図５】
2011039851.tif 000007
【図６】
2011039851.tif 000008
【図７】
2011039851.tif 000009
【図８】
2011039851.tif 000010
【図９】
2011039851.tif 000011
【図１０】
2011039851.tif 000012
【図１１】
2011039851.tif 000013
【図１２】
2011039851.tif 000014
【図１３】
2011039851.tif 000015
【図１４】
2011039851.tif 000016
【図１５】
2011039851.tif 000017
【図１６】
2011039851.tif 000018