(57)【要約】【課題】簡単な構成で表示及びデータ入力を可能とした液晶装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１プラスチック基板（１１）、第２プラスチック基板（１６）、及び第１及び第２プラスチック基板間に封入された液晶層（１７）を有する液晶セル（１００）と、液晶セルの視認側に配置され且つ液晶セルを補強するための補強材（１２０）と、補強材の視認側に配置され且つ補強材の表面を覆うためのオーバーレイ（１４０）と、補強材とオーバーレイとの間に配置されたセンサ用電極（１３１、１３２、１３３）を有することを特徴とする液晶装置（１０）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶装置において、
第１プラスチック基板、第２プラスチック基板、及び前記第１及び第２プラスチック基板間に封入された液晶層を有する液晶セルと、
前記液晶セルの視認側に配置され、前記液晶セルを補強するための補強材と、
前記補強材の視認側に配置され、前記補強材の表面を覆うためのオーバーレイと、
前記補強材と前記オーバーレイとの間に配置されたセンサ用電極と、
を有することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記オーバーレイと前記補強材との間に配置されたプラスチックシートを更に有し、
前記センサ用電極は前記プラスチックシート上に形成されている、請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】
前記センサ用電極は前記補強材上に直接構成されている、請求項１に記載の液晶装置。
【請求項４】
前記補強材は、強化ガラスから構成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置に関し、特にセンサ用電極を有する液晶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示用画素電極とデータ入力用電極を有する液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。このような液晶表示装置では、データ入力用のペンがデータ入力用電極に触れることによって、データ入力用電極からの信号がペンに接続されている信号ケーブルを介して座標決定処理回路等に送られ、ペンが指定した座標を決定することができるように構成されている。
【０００３】
しかしながら、この液晶装置はデータ入力用のためのペンばかりではなく信号ケーブルまで必要とすることから、携帯型の液晶表示装置としては不具合があった。
【０００４】
これに対し、指を使ってデータを入力するタッチセンサ一体型の液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献２）。このような液晶表示装置では、液晶層を挟んで、第１のタッチ電極と第２のタッチ電極を対向する基板上に設け、ユーザが指で基板を押圧することによって、第１及び第２タッチ電極が接触して、押圧位置を特定するように構成されている。
【０００５】
一般に、液晶層の厚さを一定に保つためには液晶層内に粒状のスペーサ等を配置する場合がある。しかしながら、第１及び第２タッチ電極が接触するために液晶層自体が撓むとスペーサが移動し、スペーサが適切に機能しなくなることから、柱状のスペーサを配置して液晶層自体の撓みをある程度許可しながら、液晶層の厚みを一定に保つための工夫を施さなければならないという不具合があった。
【０００６】
【特許文献１】特許３３５８７４４号公報（図２）
【特許文献２】特開２００１−７５０７４号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明では、上記問題点を解消することが可能な液晶装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明では、センサ用電極を用いて、簡単な構成で表示及びデータ入力を可能とした液晶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】
【０００９】
本発明に係る液晶装置では、第１プラスチック基板、第２プラスチック基板、及び第１及び第２プラスチック基板間に封入された液晶層を有する液晶セルと、液晶セルの視認側に配置され且つ液晶セルを補強するための補強材と、補強材の視認側に配置され且つ補強材の表面を覆うためのオーバーレイと、補強材とオーバーレイとの間に配置されたセンサ用電極を有することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る液晶装置では、オーバーレイと補強材との間に配置されたプラスチックシートを更に有し、センサ用電極はプラスチックシート上に形成されていること、又はセンサ用電極が補強材上に直接構成されていることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係る液晶装置では、補強材は、強化ガラスから構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液晶セルの視認側に補強材を配置し、補強材とオーバーレイとの間にセンサ用電極を配置したので、簡単な構成で表示とデータ入力を行うことができる上に、薄く破損しやすい液晶セルを、補強材及びオーバーレイによって２重に保護することが可能となった。
【００１３】
また、本発明によれば、液晶セルを補強材及びオーバーレイによって２重に保護したことから、液晶セルへのストレスが軽減され、ストレスによる気泡の発生も防止することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照して、本発明に係る液晶装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００１５】
図１は、本発明に係る液晶装置１０の概略断面図である。
【００１６】
液晶装置１０は、液晶セル１００、液晶セル１００の視認側に配置された補強材１２０、センサシート１３０、及びセンサシート１３０の視認側に配置されたオーバーレイ１４０等を含んで構成されている。なお、液晶装置１０では、オーバーレイ１４０の図中上側が、ユーザが液晶装置１０を視認する側（視認側）である。
【００１７】
液晶セル１００は、第１透明基板１１、第２透明基板１６、シール部材１９、第１及び第２透明基板間１１及び１６の間隔を保持するために複数配置されたスペーサ１８、第１及び第２透明基板１１及び１６とシール部材１９間に封入された液晶層１７等を有している。また、第１透明基板１１上には第１透明電極パターン１２及び第１配向膜１３が形成され、第２透明基板１６上には第２透明電極パターン１５及び第２配向膜１４が形成されている。なお、説明のために、縮尺が実際と異なる場合がある点に留意されたい。
【００１８】
液晶層１７には、一般的に用いられているＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶等が用いられる。
【００１９】
第１及び第２透明基板１１及び１６は、可撓性であって、厚さ１００μｍのポリカーボネイト樹脂によって形成されている。しかしながら、第１及び第２透明基板１１及び１６、これに限定されるものではなく、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ノルボルテン樹脂、ガラス等であっても良く、また厚さも５０μｍ〜２５０μｍとすることができる。
【００２０】
第１及び第２透明電極パターン１２及び１５は、第１及び第２透明基板１１及び１６上に、それぞれスパッタリング法によって厚さ約０．０３μｍのＩＴＯから構成された透明導電膜を蒸着し、その後エッチングによって不要な部分を除去することによってパターン化されている。また、液晶装置１０では、第１及び第２透明電極パターン１２及び１５間に所定の交番電圧が印加されることによって、液晶層１７は透過モードと非透過モードに切換わるように構成されている。
【００２１】
補強材１２０は、薄く、破損し易い液晶セル１００を補強するための部材であって、厚さ２ｍｍの特殊強化ガラスから構成されている。特殊強化ガラスは、熱強化ガラス及び化学強化ガラスを含む強化ガラスと、合せガラス等を含み、割れにくく、たとえ割れたとしても小粒状に砕け且つ小粒子が税い稜を持たず安全であるという効果を有する。しかしながら、補強材１２０は、通常のガラス材又はアクリル材等によって構成しても良いし、厚さも２ｍｍに限定されるものではない。
【００２２】
センサシート１３０は、プラスチックの薄膜から構成され、センサシート１３０上には、ＩＴＯから構成された透明なセンサ用電極パターンが形成されている。
【００２３】
オーバーレイ１４０は、プラスチック膜から構成され、液晶セル１００、補強部材１２０及びセンサシート１３０等を、ほこり等から保護する機能を有する。また、オーバーレイ１４０の表面には、位置決め用の凸部１４１〜１４３（図２参照）が形成され、ユーザが指でタッチする大よその箇所を示している。
【００２４】
図２は、液晶装置の各部の概略斜視図である。
【００２５】
第１透明電極パターン１２は、「Ａ」の文字型をした第１セグメント電極１０１、「Ｂ」の文字型をした第２セグメント電極１０２、「Ｃ」の文字型をした第３セグメント電極１０３、第１セグメント電極への配線１０４、第２セグメント電極への配線１０５、及び第３セグメント電極への配線１０６等を有している。
【００２６】
第２透明電極パターン１５は、第１セグメント電極１０１に対向した位置に配置された第１対向電極１１１、第２セグメント電極１０２に対向した位置に配置された第２対向電極１１２、第３セグメント電極１０３に対向した位置に配置された第３対向電極１１３、及び各対向電極を接続する配線１１４等を有している。第１対向電極１１１、第２対向電極１１２、第３対向電極１１３及び配線１１４には全て同一電位が印加され、コモン電極として機能している。
【００２７】
センサシート１３０には、第１センサ用電極１３１、第２センサ用電極１３２、第３センサ用電極１３３、第１センサ用電極への配線１３４、第２センサ用電極への配線１３５、及び第３センサ用電極への配線１３５等が形成されている。また、第１センサ用電極１３１は第１セグメント電極１０１の近傍であって、その周囲を取り囲むように配置され、第２センサ用電極１３２は第２セグメント電極１０２の近傍であって、その周囲を取り囲むように配置され、第３センサ用電極１３３は第３セグメント電極１０３の近傍であって、その周囲を取り囲むように配置されるような位置関係を有している。
【００２８】
図２の場合、オーバーレイ１４０の突起１４１はほぼ第１セグメント電極１０１上に配置され、突起１４２はほぼ第２セグメント電極１０２上に配置され、突起１４３はほぼ第３セグメント電極１０３上に配置されるような位置関係を有している。
【００２９】
なお、図２に示す、セグメント電極、対向電極、センサ用電極及び突起の形状、種類、配置、個数等は一例であって、これらに限定されるものではなく、他の様々な様式を採用することが可能である。
【００３０】
図３は、図２に示すセンサ用電極と指との間の静電容量を示す図である。
【００３１】
図３に示すように、例えば、第１センサ用電極１３１が配置された部分において、オーバーレイ１４０の突起１４１上にユーザの指１が置かれると、第１センサ用電極１２１と指の間に静電容量Ｃｈが発生することとなる。以下に説明する検知回路では、この静電容量Ｃｈを検知することによって、どのセンサ用電極へ入力指示がなされたのかを判別することとなる。したがって各センサ用電極１３１〜１３３には対向する電極は存在しない。
【００３２】
図４は、検知回路の概略構成を示す図である。
【００３３】
検知回路２０は、電源電圧ＶＤＤ、第１センサ用電極１３１、第１センサ用電極１３１と指１との間に発生する静電容量Ｃｈ、静電容量Ｃｈと並列に配置された固定静電容量Ｃｓ、定電流源２１、スイッチＳＷ２２、比較回路２３、ＰＷＭユニット２４、タイマユニット２５、タイマユニット用の発振器２６、及びＣＰＵ等を含んで構成される制御部２７等から構成されている。検知回路２０は、静電容量結合方式による容量変化によって、第１センサ用電極１３１上に指１が置かれたか否かを検出する。
【００３４】
第１センサ用電極１３１に対応するオーバーレイ１４０の突起１４１上にユーザの指１が置かれない場合には、定電流源２１で充電する合計の静電容量は固定静電容量Ｃｓのみであるが、ユーザの指１が置かれた場合には、前述した静電容量Ｃｈが存在することとなり、定電流源２１で充電する合計の静電容量は、Ｃｓ＋Ｃｈとなる。
【００３５】
初期状態は、ＳＷ２２はＯＦＦしており、固定静電容量Ｃｓの端子電圧はＯＶであって、比較回路２３の出力はＬＯＷであるものとする。すると、定電流源２１によって固定静電容量Ｃｓ（又はＣｓ＋Ｃｈ）が充電されて、Ｃｓの端子電圧Ｖｉが上昇する。端子電圧Ｖｉは基準電圧Ｖｒｅｆと比較回路２３において常時比較されており、端子電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆ以上となると、比較回路２３の出力はＨＩＧＨへ切り替る。比較回路２３の出力がＨＩＧＨとなることによって、ＳＷ２２がＯＮされるので、固定静電容量Ｃｓ（又はＣｓ＋Ｃｈ）に充電された電荷はＳＷ２２を介して放電し、固定静電容量Ｃｓの端子電圧Ｖｉは０Ｖに復帰する。したがって、比較回路２３の出力はＬＯＷに戻ることとなる。即ち、比較回路２３は所定のタイミングで、ＬＯＷとＨＩＧの出力を繰り返し行うこととなる。
【００３６】
ＰＷＭユニット２４は、比較回路２３の出力がＬＯＷからＨＩＧＨに変化するまでの間隔に対応したパルス幅を有する信号を出力する。タイマユニット２５は、発振器２６からの発振パルスに基づいて、ＰＷＭユニット２４が出力する信号のパルス幅に対応したパルス数を計測して、計測結果を制御部２７へ出力する。制御部２７では、計測結果に基づいて、第１センサ用電極１３１に対応するオーバーレイ１４０の突起１４１上にユーザの指１が配置されたか否かの判断を行う。
【００３７】
図５は、固定静電容量Ｃｓの端子電圧Ｖｉの一例を示す図である。
【００３８】
図５（ａ）はユーザの指１が置かれ、合計の静電容量がＣｓ＋Ｃｈである場合を示し、図５（ｂ）はユーザの指１が置かれず、合計の静電容量がＣｓのみ場合を示している。図５（ａ）及び（ｂ）において、縦軸はＣｓの端子電圧Ｖｉを示し、横軸は時間Ｔを示している。
【００３９】
図に示すように、ユーザの指１が置かれた場合には、合計の静電容量が大きいため、比較回路２３の出力がＬＯＷからＨＩＧＨへ切り替わる期間Ｔ１が、ユーザの指が置かれなかった場合の期間Ｔ２より長くなる。したがって、制御部２７は、タイマユニット２５からの計測結果に基づいて、ユーザの指がセンサ用電極上に置かれたか否かを判別することが可能となる。
【００４０】
図４では、第１センサ用電極１３１に対応するオーバーレイ１４０の突起１４１上にユーザの指１が配置されたか否かの検知を行うための検知回路２０の一例を示しているが、実際には全てのセンサ用電極に対して同様の検知回路が装備されているものとする。また、図４に示す検知回路２０は一例であって、他の回路構成を採用することも可能である。さらに、図４では、静電容量結合方式による容量変化によって、第１センサ用電極１３１上に指１が置かれたか否かを検出しているが、他の方式の検出方法も利用することが可能である。
【００４１】
上述したように、液晶装置１０では、例えば、所望のセグメント電極とコモン電極間に所定の交番電圧を印加して、電極間の液晶層の透過・非透過を制御することによってセグメントの表示を行い（パッシブ駆動）、セグメントが表示されている箇所のいずれかにユーザの指がタッチした場合には、図４に示す検知回路によってユーザによる入力位置の特定を行うことが可能となった。このように、液晶装置１０では、表示用電極とセンサ用電極を組み込むことによって、表示と入力位置の特定を簡単な構成で実現することが可能となった。なお、液晶装置１０では、第１透明電極１２及び第２透明電極１５を接触させるほど、第１及び第２透明基板１１及び１６を撓ませる必要がないことから、通常のスペーサ１８を用いることができ、第１及び第２透明基板１１及び１６間の厚みの保持について特別な工夫を考慮することが無い。
【００４２】
また、液晶セル１００の視認側に補強材１２０及びオーバーレイ１４０を配置したことから、液晶装置の視認側の表面へ、ボールドロップ試験などで強い外部衝撃が加わっても、液晶セル１００を保護することが可能となった。ところで、元々、液晶層内には、除去することの難しい小さな気泡が多数存在するが、気泡が微小であり分散していることから、人の目に捉えられることが少ない。しかしながら、液晶セル１００にストレスがかかると、小さな気泡が集まって大きな気泡に成長して、人の目に捉えられるようになってしまうという問題があった。しかしながら、液晶セル１００の視認側に補強材１２０及びオーバーレイ１４０を用いたことから、液晶セル１００に強いストレスが加わらないため、大きな気泡が発生することを防止することが可能となった。
【００４３】
上記の例では、センサ用電極１３１、１３２、１３３等をセンサシート１３０上に設けるように構成したが、補強材１２０上に直接形成するように構成しても良い。そのように構成することによって、センサシート１３０の厚さの分だけ、更に液晶装置１０を薄くすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る液晶装置１０の概略断面図である。
【図２】透明電極パターンの一例を示す図である。
【図３】図２に示すセンサ用電極と指との間の静電容量を示す図である。
【図４】図２及び図３に対応した検知回路の概略構成を示す図である。
【図５】固定静電容量Ｃｓの端子電圧Ｖｉの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０    液晶装置
１１    第１透明基板
１２    第１透明電極パターン
１５    第２透明電極パターン
１６    第２透明基板
２０    検知回路
１００    液晶セル
１０１、１０２、１０３    セグメント用電極
１１１、１１２、１１３    対向電極
１２０    補強材
１３０    センサシート
１３１、１３２、１３３    センサ用電極
１４０    オーバーレイ
１４１、１４２、１４３    突起
【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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