(57)【要約】【課題】  表示面の周囲に設置する発光源に代えて、液晶セルのバックライトをタッチパネル用の光源として利用することにより、消費電力を低減し、配線の引き回しを簡素化する。【解決手段】  液晶セル１の背面に設置され、液晶セル１に光を照射するための平面型光源２と、液晶セル１の一辺に沿って設置される反射部３ａと、液晶セル１の他の一辺に沿って配置される受光部４ａとを備え、反射部３ａは、平面型光源２から出射された光を入射して液晶セル１の表面に平行な方向に反射し、受光部４ａは、反射部３ａから反射された光を受光して電気信号に変換する光学式タッチパネル１０とした。また液晶セルには、液晶シャッターが備わっており、照射した光をセル単位で透過、遮光することができる。【選択図】  図１
2009198360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が矩形状の液晶セルと、
前記液晶セルの背面に設置され、前記液晶セルに光を照射するための平面型光源と、
前記液晶セルの一辺に沿って設置された前記平面型光源から出射された光を入射して前記液晶セルの表面に平行な方向に反射する第一の反射部と、
前記液晶セルの他の一辺に沿って配置される受光部と、
を備え、
前記受光部は、前記第一の反射部から反射された光を受光して電気信号に変換し、前記反射部から反射された光を更に反射する第二の反射部と、前記第二の反射部から反射された光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを有し、
前記液晶セルは、前記平面光源から前記反射部の間の光を遮光、透過できる複数の第一の液晶シャッターと、前記第二の反射部から前記受光部の間の光を遮光、透過することができる複数の第二の液晶シャッターを備え、
前記第一の反射部と前記第二の反射部とは前記透光性基体の表面に形成され、前記複数の受光素子は前記透光性基体の裏面に形成され、前記第二の反射部から反射された光を、前記液晶シャッターを介して受光することを特徴とする光学式タッチパネル。
【請求項２】
前記複数の第二の液晶シャッターは、前記複数の第一の液晶シャッターからの光を受光するように、同じタイミングで透過、遮光の制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【請求項３】
前記複数の第一の液晶シャッターは、前記平面型光源からの光束を時系列的に、ある周波数で走査させるように透過させ、前記第一の反射部で反射された光束を、前記第二の反射部で反射し、前記第二の反射部から反射された光を、前記複数の第二の液晶シャッターを介して受光することを特徴とする光学式タッチパネル。
【請求項４】
前記受光部と前記平面型光源との間に、前記平面型光源からの光の方向を調整するための光学フィルムが挿入されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学式タッチパネル。
【請求項５】
前記受光部から電気信号を入力して、前記反射部から前記受光部に反射された光が遮蔽された位置を検出するための位置検出回路をさらに備え、
走査する光の周波数は、商用電力の周波数、及び、前記液晶セルの走査周波数又はこれの整数倍の周波数を除いた所定の周波数成分が重畳されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学式タッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式タッチパネルに関する。より詳しくは、液晶表示素子の下部に設けたバックライトの光を利用して位置検出を行う光学式タッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来の光学式タッチパネルの上面図を表している（特許文献１を参照）。液晶表示素子等からなる表示画面１０１は四角形の形状を有している。表示画面１０１の隣り合う２辺１０１ａ及び１０１ｂには、複数の発光素子１０２が設けてある。これに対向する隣り合う２辺１０１ｃ及び１０１ｄには複数の受光素子１０３が設けてある。発光素子１０２は制御回路１０９により発光が制御される。受光素子１０３により検出された信号は処理回路１１０により処理される。左辺の最上部の発光素子１０２により発光された光Ｌ１１１は対向する右辺の最上部に位置する受光素子１０３により受光される。上辺の右端の発光素子１０２により発光された光Ｌ１１０は、下辺の右端の受光素子１０３により受光される。従って、表示画面１０１のいずれかの位置に指を触れることにより、左辺から右辺に向かういずれかの位置の光が遮られる。同様に、上辺から下辺に向かういずれかの位置の光が遮られる。受光素子１０３により、光が遮られた位置を特定することにより、その位置のｘｙ座標を特定する。
【０００３】
上記の例では、複数の受光素子１０３と複数の発光素子１０２とが１対１の関係にある。従って、発光素子１０２の数の受光素子１０３が設けられている。上記特許文献１では、受光素子１０３の数を減少させる方法が示されている。即ち、複数の受光素子１０３に変えて、受光素子を右辺１０１ｃと下辺１０１ｄの角部に設ける。そして、右辺１０１ｃの各受光素子１０３の位置、及び下辺１０１ｄの各受光素子１０３の位置に反射面を設ける。各反射面からは上記角部に設けた受光素子に向けて発光素子１０２から発光された光を反射する。そして、制御回路１０９により、各発光素子１０２を走査して発光させ、受光素子が受光したタイミングを検出することにより、光が遮られた位置を検出する。
【０００４】
他の光学式タッチパネルとして、外来光と検出光とを区別するために、偏光を利用するものが知られている（特許文献２を参照）。この方式では、上記図３のように、複数の発光素子とこれに対応する複数の受光素子とを表示画面の周辺に設置する。更に、各発光素子の光出射部近傍に偏光板とファラデー素子等からなる偏光軸調整装置を設置する。対応する受光素子の受光部にも同様の偏光軸調整装置を設置する。そして、ファラデー素子に磁界を発生させて電気的に偏光軸を回転させて外来光と区別できるようにして、光が遮られた位置を検出する。
【特許文献１】特開平０６−３０９１００号公報
【特許文献２】特開２００５−１３５３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来光学式タッチパネルにおいては、表示画面の周辺に多数の発光素子、たとえば多数の発光ダイオードを設置している。そのために、消費電流が増大し、また、配線の引き回し等が複雑となり組立工程数が増大する。また、受光素子の大きさによって、位置分解能が制限されるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、表面が矩形状の液晶セルと、前記液晶セルの背面に設置され、前記液晶セルに光を照射するための平面型光源と、前記液晶セルの一辺に沿って設置される反射部と、前記液晶セルの他の一辺に沿って配置される受光部とを備え、前記反射部は、前記平面型光源から出射された光を入射して前記液晶セルの表面に平行な方向に反射し、前記受光部は、前記反射部から反射された光を受光して電気信号に変換する光学式タッチパネルとした。
【０００７】
また、前記反射部及び前記受光部は透光性基体の表面に形成されるようにした。
【０００８】
また、前記受光部は、前記反射部から反射された光を更に反射する第２反射部と、前記第２反射部から反射された光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを有し、前記反射部と前記第２反射部とは前記透光性基体の表面に形成され、前記受光素子は前記透光性基体の裏面に形成され、前記第２反射部から反射された光を、前記透光性基体を介して受光するようにした
また、前記受光部は、前記反射部から反射された光を更に反射する第２反射部と、前記第２反射部から反射された光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを有し、前記受光素子は前記液晶セルに形成されるようにした。
【０００９】
また、前記反射部及び前記第２反射部と前記液晶セルとの間にフィルター基板が挿入されており、前記フィルター基板は、前記平面型光源から前記反射部に光を導入するための第１のスリットと、前記第２反射部から前記受光素子に光を導入するための第２スリットとを有することとした。
【００１０】
また、前記液晶セルは、前記平面光源から前記反射部の間の光を遮光、透過できる複数の第一の液晶シャッターと、前記第二の反射部から前記受光部の間の光を遮光、透過することができる複数の第二の液晶シャッターを備えることとした。
【００１１】
また、前記受光部と前記平面型光源との間に、前記平面型光源からの光を遮蔽するための遮光膜が挿入されるようにした。
【００１２】
また、前記受光部から電気信号を入力して、前記反射部から前記受光部に反射された光が遮蔽された位置を検出するための位置検出回路と、を更に備え、前記第一の液晶シャッターの透過する周波数は、商用電力の周波数、及び、前記液晶セルの走査周波数又はこれの整数倍の周波数を除いた所定の周波数成分を重畳して前記平面型光源を駆動するための変調回路を備えていることとした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、液晶セルの一辺に沿って設置される反射部と、液晶セルの他の一辺に沿って配置される受光部とを備えている。そして、上記反射部は、液晶セルに光を照射するための平面型光源から出射された光を入射して液晶パネルの表面に平行な方向に反射し、受光部は、この反射部から反射された光を受光して電気信号に変換するようにした。これにより、タッチパネル用の光源を液晶表示用光源とは別に設ける必要がないので、消費電力を低減させることができると共に、表示面近傍において発光素子を形成する必要がないので、組み立て工程が簡単になる、という利点を有する。また、平面型光源から出射された光を液晶セルで照射、遮光する事ができ、更に、受光部で受光する光を液晶セルで照射、遮光する事ができるので、受光素子に大きさに関係なく、位置分解能を上げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明による光学式タッチパネル１０の実施例を説明するための図であり、図１（ａ）、図２は光学式タッチパネル１０の模式的断面図であり、図１（ｂ）は光学式タッチパネル１０の模式的上面図である。
【００１６】
図１（ａ）において、液晶セル１は上透光性基板８ａと下透光性基板８ｂと、この両基板に挟持された図示しない液晶層から構成されている。液晶セル１と平面型光源２との間に、液晶セル１側から下偏光板１７ｂと、平面型光源２から出射される光の方向を調整するための光学フィルム２１が挿入されている。また、液晶セル１と反射部３ａ及び第２反射部９ａとの間には、フィルター基板１８と上偏光板１７ａとが挿入されている。また受光素子１６ａは下偏光板１７ｂの下に形成されている。
【００１７】
フィルター基板１８には、平面型光源２からの反射部３ａへ出射される出射光５ａを通すための第１スリット１９ａと、第２反射部９ａからの反射光１５ａを通すための第２スリット１９ｂが形成されている。即ち、平面型光源２から出射された出射光５ａは、第一の液晶シャッター８ｄ、第１スリット１９ａを通過して反射部３ａに入射される。反射部３ａは出射光５ａを反射して平行光６ａとして出射する。第２反射部９ａは、平行光６ａを入射して、反射光１５ａとして出射する。反射光１５ａは、第２スリット１９ｂ、第二の液晶シャッター８ｃを透過して受光素子１６ａにより受光される。
【００１８】
第一の液晶シャッターは、液晶画面に沿って時系列に平行光を走査するタイミングで光を透過させる。一方、第二の液晶シャッターは、第一の液晶シャッターを透過した光を受光素子に透過させるように、第一の液晶シャッターと同じタイミングで光を透過させる。
【００１９】
操作者の操作により、平行光６ａが指や、ペン等で遮られると、その遮られた平行光６ａを受光する受光素子１６ａから出力される電気信号に変化が生ずる。この変化を図示しない位置検出回路により検出することにより、遮られた平行光６ａの位置を特定することができる。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、矩形状の液晶セル１の隣接する２辺に反射部３ａ、３ｂを設け、対向する他の２辺に受光部４ａ、４ｂを設置すれば、遮られた平行光６ａ、６ｂの平面座標を特定することができ、２次元情報を入力することができる。
【００２１】
次に図１（ｂ）を参照して、より具体的に説明する。液晶セル１は上透光性基板８ａと下透光性基板８ｂと、この両基板に挟持された図示しない液晶層とから構成されている。下透光性基板８ｂの図中下方の下辺には、液晶セル１を駆動するためのドライバーＩＣ７が実装されている。また、液晶セル１は図示しない偏光板により挟持されて、液晶パネルが構成されている。液晶セル１の上透光性基板８ａの右辺及び上辺近傍には反射部３ｂ、３ａが設置されている。反射部３ａ、３ｂは、断面が直角三角形の形状を有する棒状の透明部材により形成されている。反射部３ａ、３ｂは平面型光源２から出射された出射光をその直角辺から入射し、その傾斜面において全反射して他の直角辺から平行光６ａ、６ｂとして出射する。
【００２２】
液晶セル１の上透光性基板８ａの左辺及び下辺近傍には受光部４ａ、４ｂが設置されている。受光部４ａ、４ｂは、それぞれ図示しない複数の第二の受光部および複数の受光素子１４ａ、１４ｂから構成されている。受光素子１４ａ、１４ｂとして、フォトダイオードやフォトトランジスタを使用することができる。図１（ｂ）においては、各１０個の受光素子１４ａ、１４ｂが配置されている。受光部４ａは反射部３ａから反射された平行光６ａを図示しない第二の液晶シャッターを透過して受光し、受光部４ｂは反射部３ｂから反射された平行光６ｂを図示しない第二の液晶シャッターを透過して受光する。操作者が、液晶セル１の表面近傍に指、ペン等を移動して平行光６ａ、６ｂを遮断すると、その遮断された平行光６ａ、６ｂに対応する受光素子１４ａ、１４ｂの出力に変化が生ずる。これを図示しない位置検出回路により検出して、遮断された位置の座標を特定する。このようにして、操作者は表示面上から情報を入力することができる。
【００２３】
なお、反射部３ａ、３ｂとして断面が正三角形の棒状部材としたが、これを、対応する受光部４ａ、４ｂの各受光素子１４ａ、１４ｂに対応して分離して設置してもよい。
【００２４】
さらに、図２に示すように、反射部３ａ、３ｂの入射面又は出射面には、平行光６ａ、６ｂが拡散しないようにレンズ（２２および２３）を設けることができる。また、一般に平面型光源２から出射される出射光５ａは拡散光である。そこで、平面型光源２と反射部３ａとの間に棒状のコリメートレンズを設置して平行光に変換することが好ましい。反射部３ａ、３ｂは、アクリルやポリカーボネイトからなる透明合成樹脂を用いて射出成形により形成することができる。射出成形時に同時にレンズ機能を付与することができる。レンズの形状は球状、シリンダー状でも構わない。また、平行光の断面積は液晶シャッターの大きさで決まるので、受光素子の大きさより小さくする事が可能となる。その為、画面上のペン先の位置検出も正しく行われる事となる。
【００２５】
平面型光源２から出射された光は第１スリット１９ａにより制限され、第２反射部９ａから反射された反射光１５ａは第２スリット１９ｂにより制限される。これにより、平面型光源２や外部から入射するノイズ光を除去することができる。
【００２６】
フィルター基板１８として透明ガラスを使用している。フィルター基板１８上に形成した第１スリット１９ａ及び第２スリット１９ｂとして、黒色顔料等が混入されて光を遮断する高分子膜や金属膜を使用することができる。また、フィルター基板１８の表示領域にカラーフィルター層を形成し、液晶セル１に表示される画像をカラー化することができる。この場合、表示面である液晶層の表面とフィルター基板１８との間には上透光性基板８ａが介在する。上透光性基板８ａは通常０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さがある。このため、液晶層に表示される１画素とフィルター基板１８上のカラーフィルターの１画素とが、斜めから見る場合にずれが生じやすい。従って、画素の外形を比較的大きくすることが好ましい。
【００２７】
また、光を走査する周波数、すなわち第一、第二の液晶シャッターの駆動周波数は、商用電力の周波数や液晶セル１の走査周波数又はこれの整数倍の周波数を除いた周波数である。これにより、位置検出回路４８は、外光からの光や、液晶パネル１２から出射される光を除外することが可能となり、ノイズ光による位置検出不良の発生を抑制することができる。
【００２８】
商用電力の周波数としては、５０Ｈｚ及び６０Ｈｚが考えられる。１００Ｖの商用電力により蛍光灯等が発光するので、タッチパネルに周囲光にはこれらの周波数成分が含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る光学式タッチパネルを説明するための図である。
【図２】本発明に係る光学的タッチパネルの模式的断面図である。
【図３】本発明に係る光学式タッチパネルを説明するための図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  液晶セル
２  平面型光源
３ａ、３ｂ  反射部
４ａ、４ｂ  受光部
５ａ，ｂ  出射光
６ａ、ｂ  平行光
７  ドライバーＩＣ
８ａ  上透光性基板
８ｂ  下透光性基板
９ａ  第２反射部
１０光学式タッチパネル
【図１】
2009198360.tif 000003
【図２】
2009198360.tif 000004
【図３】
2009198360.tif 000005