(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示用電極を有する可撓性樹脂基板で液晶を挟持した液晶セルと、該液晶セル裏面に配置されたタッチパネルとを有し、かつ、該タッチパネルの下部基板が、樹脂フイルム基板であって、液晶セルの樹脂基板より高剛性であり、タッチパネルへの入力が前記液晶セルを介して行なうことが可能な構成のものであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
液晶セルの下部基板とタッチパネルの上部基板が同一基板である請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
タッチパネルの上部電極が、液晶セルの反射板を兼用する金属電極である請求項１〜２のいずれかの項に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
液晶セルの下部電極が、反射板を兼用する請求項１〜２のいずれかの項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
液晶セルのスペーサーが、液晶セルの少なくとも一方の基板に固定されているものである請求項１〜４のいずれかの項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置、特に手書き入力装置、例えばタッチパネルを有する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
タッチパネルを有する表示装置は既に実用化され広範囲の応用分野で使用されている。図２は反射型の場合の構成を断面図により模式的に示したもので、ガラスを基板とする液晶セル１０１の上にタッチパネル２０が積層されている。タッチパネル２０は透明電極２３、２４を有する一対の透光性基板２１、２２がスペーサーを介して離間対向配置されており、入力ペンによる押圧で基板が変形し、それに伴う上下電極間の抵抗または静電容量の変化を利用して入力を検知するものである。３１、３２は偏光板、４０は反射板を表す。
【０００３】
従来のこのような構成の場合、タッチパネルに起因する表示特性上の問題があった。すなわち、一般にタッチパネルは電極間２５を空気層で構成するため、屈折率差の大きな電極２４、２３と空気の界面の数が増加し、この界面での光反射のために表示が暗くなるという問題があった。また、この反射光は表示のｏｎ／ｏｆｆに関与しないため、コントラストが低下するという問題もあった。また、タッチパネルの電極や基板等の部材による光吸収も明るさを減ずる原因となっていた。さらに、タッチパネルでは上下基板の間隔を保つため基板間に徹細なスペーサーが配される（図では省略）が、これが光散乱や吸収の原因となり、表示がぼやけたり、表示が暗くなると言う問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような課題を解決した手書き入力装置を有する表示装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表示用電極を有する可撓性樹脂基板で液晶を挟持した液晶セルと、該液晶セル裏面に配置されたタッチパネルとを有し、該タッチパネルへの入力が前記液晶セルを介して行なうことが可能な構成のものである液晶表示装置を提供することにより、前記課題を解決することが出来た。
すなわち、タッチパネルを液晶セル下面に配したことにより、タッチパネルによる光学的な不具合が解消され、前述のような従来技術での問題点、すなわち、画面の暗さ、コントラストの低下、表示のぼけなどの問題が解決される。
【０００６】
以下、本発明を図面に基づいて、具体的に説明する。
図１は、本発明の液晶表示装置の第１の構成例である。
一対の樹脂基板１１、１２によって形成された空隙に液晶１５が挟持され、液晶セル１０を形成している。１３、１４は液晶に電圧を印加するための透明電極である。３１、３２は偏光板である。偏光板は表示方式によっては省略することもできる。また、透過型で用いる湯合には反射板を省略する。１６は外周シールである。液晶セルの下方にはタッチパネル２０が配置される。ペン等による押圧は液晶セル１０の変形を介してタッチパネル２０に伝えられ、電極２３、２４に接続された検知手段（図では省略してある）によって入力を検知する。
【０００７】
液晶セルの樹脂基板としてはポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルサルホン、ポリノルボルナジェン、エポキシ樹脂などの透光性フィルムを好ましく用いる。また、偏光を用いない表示方式においてはホリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどのポリエステルフィルムを用いることもできる。
【０００８】
外部からの押圧を液晶セルを介してタッチパネルに伝達するには、樹脂基板に柔軟性が必要である。このため、樹脂基板の厚さには上限を生ずる。樹脂基板の厚さの上限は用いる基板の種類、偏光板の有無および厚さ、要求される入力の解像度などによって異なるが、好ましくは概ね０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下である。また、樹脂基板の厚さの下限は製造の容易さによって決定され、概ね０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００９】
偏光板を液晶セル上部や液晶セルとタッチパネルの間に配する場合には、偏光板の厚さも薄いことが好ましく、０．２ｍｍ以下が好ましく、０．１５ｍｍ以下がより好ましく、０．１ｍｍ以下であることが最も好ましい。
このような構成により、タッチパネルがセルの下面にありながら、タッチパネルへの入力が可能となる。
【００１０】
図３は本発明の液晶表示装置の第二の構成例を示したもので有る。
本構成例のものは、図１で液晶セルとタッチパネルの間に配置されていた偏光板３１と反射板４０をタッチパネル下面に配した例である。本構成では第１の例に比べてタッチパネルの光学的影響を受けやすくなるが、従来方式に比べればタッチパネルが下面にある分界面反射によるコントラスト低下が起こりにくい。しかも、液晶セルとタッチパネルが密接しているため、タッチパネルへのより高解像度の書き込みが可能となる。
【００１１】
図４は本発明の液晶表示装置の第３の構成例を示す図である。
本構成例では、基板５０が液晶セルの下部基板とタッチパネルの上部基板を兼ねている。他の構造は第二の構成例と同じである。本構成では、第二の構成例に比へて基板を１枚少なくすることができ、そのため、タッチパネルへの書き込みをより高解像度で行うことができる。基板５０としては基板１１，１２と同様の材料を用いることができる。
【００１２】
図５は本発明の液晶表示装置の第４の構成例を示している。
本例では、タッチパネルの上部電極を金属電極２３１とし、光反射機能を付与することて反射板を省略している。本構成によれば、第１の構成例に比べてタッチパネルとセルを近接して配せるため高解像度の入力が可能となり、また構成部材を省略できるため好ましい。図では偏光板３１をセルとタッチパネルの間に設けているが、表示モードによっては省略することもできる。
【００１３】
また第３の構成例のように基板１１と２２を一体化することも可能である。この場合には、高解像度の入力は第４の構成例と同様であるが、構成部材を省略できるという特長がある。また電極２３１は鏡面であっても良いが、表面を荒らしたり、光拡散性部材を配することによって拡散性を持たせることも出来る。
用いることのできる金属としては導電性があり、光反射を示すものであれば良く、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕなどを例示することができる。膜厚は１００Ａ以上、好ましくは１０００Ａ以下である。
金属電極とするのはタッチパネルの上部電極であっても下部電極であっても良いが、液晶層と反射板の距離が近い上部電極が表示の浮遊感の低減のために好ましい。
【００１４】
図６は本発明の液晶表示装置の第５の構成例を示している。
本構成例では、液晶セルの上部電極を金属電極２３１とし、光反射機能を付与することで反射板を省略している。本構成例では下部に偏光板を配せないため、表示方式に若干の制約があるが、本構成例によれば、第１の構成例に比べてタッチパネルとセルを近接して配せるため高解像度の入力が可能となり、また構成部材を省略できるため好ましい。また、タッチパネルの光学的影響を一切受けないと言う点が特長となる。また第３の構成例のように基板１１と２２を一体化することも可能である。この場合には、高解象度の入力は第４の構成例と同様であるが、構成部材を省略できるという特長がある。また電極１３１は鏡面であっても良いが、表面を荒らしたり、光拡散性部材を配することによって拡散性を持たせることもできる。この場合には鏡面の場合に比べて視野角を広くできるという特長がある。
【００１５】
用いることのできる金属としては導電性があり、光反射を示すものであれば良く、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕなどを例示することができる。膜厚は１００Ａ以上１０００Ａ以下が好ましい。
【００１６】
本発明になる液晶表示装置に用いるタッチパネルは、樹脂フイルム基板を用いたタッチパネルてあっても良いが、この場合入力の押圧を受け止めるための支持板がタッチパネルの下面に必要となる。図７はこのような構造の複雑化を廃した構成であり、タッチパネルの下基板としてセルのフィルム基板より圧力による変形を生じにくい部材を用いる。このような構成により、支持部材を省略し、薄型、軽量化を実現するものである。このような基板としては、アクリルやポリカーボネートなどの材脂シートやガラスなどを採用することができる。
【００１７】
本発明の液晶表示装置においては外部からの押厚で液晶セルを介してタッチパネルに圧力を伝達するものである。したがって液晶セルは外部からの押圧を繰り返し受けることになる。一般に樹脂フィルムを用いた液晶セルでは、外部からの局所的な押圧によって表示領域内外に配置されたスペーサーが移動し、スペーサーの粗密を生ずる。これはセル厚の不均一化を招きやすい。また、粗密を生しないまでも、圧力印加時のギヤップ変化が感度差や色変化として認識され、表示品位を損ねるという問題がある。
【００１８】
そのため、本発明においてはこのような問題のない液晶セルを採用することが特に好ましい。このような液晶セルは、表示領域内外に分散配置され、液晶層の厚さを制御するスペーサーが少なくとも一方の基板に固定化されている液晶セルを用いることにより実現することができる。図８はこのような液晶セルを模式的に示したもので、６０が固定化されたスペーサーを表している。スペーサー６０は基礎に固定化されているため押圧によって移動することが無く、繰り返しの圧力によるスペーサーの粗密化を防ぐことができる。
【００１９】
スペーサーを固定化する方法としては、
▲１▼接着剤がコーティングされたスペーサーを基板上に散布等の方法で配置し、上下基板を重ね合わせる前、または後、または両方において加熱等の方法で接着剤を硬化させる。
▲２▼主に接着剤から成る粒子とスペーサーを基板上に散布等の方法で配置し、上下基板を重ね合わせる前、または後、または両方において加熱等の方法で接着剤を硬化させる。
▲３▼ペースト状の接着剤を印刷法等によって基板上に配置し、上下基板を重ね合わせる、前、または後、または両方において加熱等の方法で接着剤を硬化させる。
▲４▼フォトレンストを基板に塗布し、パターン露光、現像することによって柱状構造を基板上に形成する、等の方法を好ましく例示できる。このうち、接着カの点で▲２▼から▲４▼の方法を好ましく用い、さらに上下基板への接着が可能であることから▲２▼および▲３▼の方法が特に好ましい。
【００２０】
スペーサーの密度としては１ｍｍ２あたり５０個〜６００個の範囲が好ましく、１００個〜４００個の範囲がより好ましい。スペーサーが少なすぎる場合には均一なギヤップを保つことが困難となり、多すぎる場合にはスペーサーによる光散乱、光抜けなどの原因によりコントラストが低下しやすくなる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
実施例１
液晶用の樹脂基板として１２０μｍ厚のポリカーボネートフィルムを用い、画面対角５７インチ、ドット数３２０×２４０のスーパーツイステッドネマティックク型の液晶セルを作製した（液晶セル１）。
スペーサーには周囲に接着層を有する６．５μｍ径のシリカ粒子を用い、セルの面内に約２００個／ｍｍ２となるように分散、接着させた。タッチパネル２０としてはアナログ抵抗膜方式のパネル（グンセ製Ｇ−２２−３Ｄ）を用いた。
偏光板３２にはサンリッツ製のＬＬＣ２８２−１２、反射板付き偏光板３１、４０としてサンリッツ製のＷＮＶＧを用い、図１に示すタッチパネル付きの表示パネルを作製した。このパネルに液晶およびタッチパネルの駆動回路を接続し、先端がＲｌのポリアセタールペンで入力したところ１００ｇの荷重で書き込みが可能であった。また、従来の表示装置で見られたコントラストの低下や表示のボケは一切見られなかった。
【００２３】
実施例２
実施例１において、タッチパネルの基板材料として光学的に等方性のポリアリレートを用いたほかは実施例１と同様にして図３に示す表示パネルを作製した。
このパネルに液晶およびタッチパネルの駆動回路を接続し、先端がＲｌのポリアセタールペンで入力したところ９０ｇの荷重て書き込みが可能であった。また、従来の表示装置で見られたコントラストの低下や表示のボケは大きく改善されていた。
【００２４】
実施例３
実施例２のタッチパネルの上電極をＡｌとし、偏光板３１には偏光板３２と同じものを用いて図５に示す表示パネルを作製した。このパネルに液晶およびタッチパネルの駆動回路を接続し、先端がＲｌのポリアセタールペンで入力したところ１００ｇの荷重で書き込みが可能であった。また、従来の表示装置で見られたコンコントラストの低下や表示のボケは大きく改善されていた。
【００２５】
実施例４
実施例１において、液晶セルの下電極をＡｌで構成し、図６に示す液晶表示装置を構成した。
偏光板３２と基板１２の間に厚さ約５０μｍのポリカーホネート製の位相差板を１枚偏光板構成においてもコントラストが確保できるよう配置した。
このパネルに液晶およびタッチパネルの駆動回路を接続し、先端がＲｌのポリアセタールペンで入力したところ９０ｇの荷重で書き込みが可能であった。また、従来の表示装置で見られたコントラストの低下や表示のボケはまったく見られなかった．
【００２６】
実施例５
実施例１のセル素材を用いてタッチパネルと液晶パネルが一体化した図４の構造の表示装置を作製した。
このパネルに液晶およびタッチパネルの駆動回路を接続し、先端がＲｌのポリアセタールペンで入力したところ８０ｇの荷重で書き込みが可能であった。また、従来の表示装置で見られたコントラストの低下や表示のボケは大きく改著されていた。
【００２７】
実施例６
実施例１においてタッチパネルの下部基板に厚さ２ｍｍのポリカーボネートシートを用いた他は実施例１と同様にして図７に示す液晶表示装置を作製した。この装置の表示、書き込み性能は実施例１と同様であったが、装置下部が非接触の状態においても書き込みが可能であった。
【００２８】
実施例７
実施例１の液晶バネルにおいて、スペーサーとして１０μｍのエポキシ系接着剤粒子を７０個／ｍｍ２、６５μｍのシリカスペーサーを１３０個／ｍｍ２分散させ、貼り合わせ時に接着剤粒子を溶融硬化させて図８に示すような液晶セルを作製した。このセルを用いて実施例１と同様の液晶表示装置を作成した。
【００２９】
このパネルに液晶およびタッチパネルの駆動回路を接続し、先端がＲｌのポリアセタールペンで入力したところ１００ｇの荷重で書き込みが可能てあった。また、従来の表示装置で見られたコントラストの低下や表示のボケは一切見られなかった。さらに、ペンて押した際の表示の変化はほとんど見られず、繰り返し入力での液晶セルのギヤップ変化も観察されなかった。
【００３０】
【効果】
１．タッチパネルがセルの上部にある場合の表示装置の問題である明るさの低下や、文字のぼけを解消した表示装置を提供することができた。
２．タッチパネルをセルの下部に配置した場合においても、入力時の感度を損なうことのない表示装置を提供することができる。
３．タッチパネルの電極を反射板として機能させることができるため、従来必要であった反射板が不要となり、構成を単純化することができる。
４．タッチパネルによる光学的な問題を全て解消し、明るい表示が得られる。
５．入力のための支持部材が不要となり、装置の構成を単鈍化できる。
６．入力時の液晶セルのギヤップ変化による表示変化を防止し、また、繰り返し入力によるギヤップ変化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の第１の構成例構成例を示す図である。
【図２】従来の液晶表示装置の構成例構成例を示す図である（液晶セルの表面側にタッチパネルが設けられたもの）。
【図３】本発明の液晶表示装置の第二の構成例構成例を示す図である（図１で液晶セルとタッチパネルの間に配置されていた偏光板３１と反射板４０をタッチパネル下面に配した例）。
【図４】本発明の液晶表示装置の第３の構成例を示す図である（第二の構成例において、液晶セルの下部基板とタッチパネルの上部基板が同一基板であるもの）。
【図５】本発明の液晶表示装置の第４の構成例を示す図である（タッチパネルの上部電極を金属電極とし、光反射機能を付与することで、液晶セルの反射板を省略したもの）。
【図６】本発明の液晶表示装置の第５の構成例を示す図である（液晶セルの上部電極を金属電極とし、光反射機能を付与することで液晶セルの反射板を省略したもの）。
【図７】本発明の液晶表示装置の第５の構成例を示す図である（タッチパネルの下基板としてセルのフィルム基板より高剛性のフィルム基板を用いたもの）
【図８】本発明の液晶表示装置の第６の構成例を示す図である（液晶セルのスペーサーが、液晶セルの少なくとも一方の基板に固定されているもの）。
【符号の説明】
１０  液晶セル
１１  樹脂基板
１２  樹脂基板
１３  透明電極
１４  透明電極
１５  液晶
１６  外周シール
２０  タッチパネル
２１  透明基板
２２  透明基板
２３  透明電極
２４  透明電極
２５  電極間（空気層）
３１  偏光板
３２  偏光板
４０  反射板
１０１  液晶セル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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