JP3785303B2

JP3785303B2 - タッチパネル

Info

Publication number: JP3785303B2
Application number: JP2000132070A
Authority: JP
Inventors: 知功野口; 裕之吉見; 英男菅原
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2020-05-01
Also published as: JP2001312368A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶セルの前面に設けられて液晶セルと一体となって表示機能を発揮するタッチパネルに属し、特に抵抗膜式のタッチパネルに属する。
【０００２】
【従来の技術】
指あるいは入力用ペンで接触し、その接触位置を検出し、その信号に基づいて入力操作を行うタッチパネルは、液晶ディスプレイと組み合わせられる等して、その利用形態が急速に拡大している。タッチパネルの方式として、光学式、超音波式、電磁誘導式、抵抗膜式、静電容量式が知られている。このうち、液晶ディスプレイとの組み合わせには、そもそも液晶ディスプレイが薄型化や省電力化を達成するために採用されていることから、抵抗膜式が多く用いられている。
【０００３】
従来、抵抗膜式タッチパネルは、図２に厚さ方向の断面図として示すように、ガラスからなり透明導電膜１１を主面に形成した第一の透明基材１２と、ポリエステル樹脂（ＰＥＴ）などの透明樹脂からなり同じく透明導電膜１３を主面に形成した第二の透明基材１４とを、スペーサ１５を介して透明導電膜１１、１３同士が対向するように積層し、これを液晶ディスプレイ１６の前面に第二透明基材１４が最外層となるように配置した構成を有している。液晶ディスプレイ１６の背面には反射型ディスプレイの場合は反射板が、透過型ディスプレイの場合は図略のバックライトの導光板を介して反射板が設けられている。反射型の場合、バックライト及び導光板が不要とされる分だけ消費電力が少なく、薄型且つ軽量である。
【０００４】
２枚の透明導電膜１１、１３間には、便宜上数個のスペーサ１５が図示されているだけであるが、実際には面方向に多数のスペーサが点在しており、端部で粘着剤１８により透明導電膜同士が接着されている。
そして、指又はペンで第二透明基材１４を押すことにより、対向している透明導電膜１１、１３同士が接触し、その接触位置の電位に基づいて制御系に指令が発せられる。ここで用いられている透明導電膜１１、１３は蒸着やスパッタリングによって薄膜として形成され、その材質としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、錫アンチモン酸等の金属酸化物や、金、パラジウム、アルミニウム、銀等の金属が一般的である。
【０００５】
ところで、これら金属酸化物や金属の薄膜は、スペーサ１５によって保たれる空間と境界面を形成するために液晶ディスプレイの表面にあるガラス基材に比べて反射率が非常に大きくなり、またタッチパネルの各層数分だけ界面数が増加することもあって、外光の透明導電膜上での反射等によって液晶ディスプレイのコントラストを著しく低下させ、画面を見にくくする。この問題は、反射型ディスプレイの場合に顕著である。
【０００６】
そこで、この欠点を解消するために、特許第２５０９２１５号公報では、上記透明導電膜１１（又は１３）と透明基材１２（又は１４）との間に透明導電膜を含めて屈折率の異なる複数の層からなる反射防止膜を設けることが提案されている。また、特開平５−１２７８２２号公報では、上記第二透明基材１４の上に１／４波長板及び偏光板を順次積層し、偏光板を透過して直線偏光化した外光を入射時と透明導電膜上の反射時とで１／４波長板に２回通すことにより、その位相を１／２波長ずらすとともに偏光板の吸収軸方向に直線偏光化させて偏光板を透過しないようにする構成が提案されている。更にまた、特開平１０−４８６２５号公報及び特開平１１−１３４１１２号公報では、第二透明基材１４の上に１／４波長板及び偏光板を積層することに加えて、第一透明基材１２と液晶ディスプレイ１６との間にも１／４波長板を介在させることにより、透明導電膜上での反射光を透過させず、液晶ディスプレイ１６の背面に配置された反射板上での反射光は位相を一致させて透過するようにした構成が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許第２５０９２１５号公報に記載の構成では、屈折率だけでなく各層の膜厚をも規定しなければならないため、透明導電膜の選択範囲が限られる。また、特開平５−１２７８２２号公報及び特開平１１−１３４１１２号公報に記載の構成では、透明導電膜による反射は低減するが、反射板からの光が十分に透過しないため、画面が暗くて見にくい。特開平１０−４８６２５号公報に記載の構成は、これらを改良するために提案されたが、波長板を複数用いているため、波長板による位相差の波長毎の不一致が多くなり、変色して見える。
それ故、この発明の課題は、液晶ディスプレイとしても機能し、透明導電膜からの反射を少なくすると共に、その視認性及び着色性に優れたタッチパネルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するために、この発明は、
液晶セルの前面に配置されて、入力操作面と液晶セルとの間にスペーサを介して対向する第一、第二の２層の透明導電膜を有するタッチパネルにおいて、
前記液晶セルの液晶が電界効果型の円偏光素子であって、液晶セルの背面に外部光を光源とする反射板が設けられ、入力操作面側より液晶セルに向かって順に偏光板、１／４波長板、前記第一透明導電膜、前記第二透明導電膜及び１／２波長板が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、入力操作面側からの光は、偏光板によって直線偏光化され、１／４波長板によって円偏光化される。ここで第一又は第二の透明導電膜によって反射した場合、１／４波長板によって再び直線偏光に戻るが、反射によって振動方向が９０°変わっているため、偏光板を透過しない。従って、透明導電膜による反射光が実質的に防止される。
【００１０】
一方、１対の透明導電膜を透過した円偏光は、１／２波長板によって波長毎の位相差が補償される。液晶は電界効果型の円偏光素子であるから電圧無印加状態の場合、前記円偏光は液晶を通過した際に直線偏光となり、反射板で反射し、再び液晶を通過して円偏光化され、１／４波長板によって直線偏光に戻されて白表示（ノーマリーホワイト）となる。逆に、電圧印加状態の場合、前記位相の揃った円偏光は液晶によって影響を受けず、反射板で反射した後、再び１／２波長板及び１／４波長板を通過して直線偏光化される。ただし、反射板で反射した際に振動方向が９０°ずれている。従って、偏光板を通過して黒表示となる。その結果、この発明のタッチパネルは、液晶セルと一体となって液晶ディスプレイとしての機能をも有し、しかも画面は明るく、コントラスト、視認性及び着色性に優れる。
【００１１】
前記偏光板の吸収軸に対して、前記１／４波長板の遅相軸のなす角度が４５±５度、同じく前記１／２波長板の遅相軸のなす角度が１３５±５度であると好ましい。これにより液晶セルから偏光板に向かう各波長の光の位相差がほぼ一致し、最も視認性及び着色性に優れたものとなるからである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態のタッチパネルを図１に厚み方向断面図として示す。タッチパネル１０は、液晶セル６の上に順に１／２波長板７、１／４波長板８及び偏光板９が積層された構造を有する。液晶セル６の背面には反射板４が設けられている。１／２波長板７及び１／４波長板８の一方の主面には、それぞれ透明導電膜１、３が形成されている。そして、１／２波長板７と１／４波長板８とは、面方向に多数個点在するスペーサ５を介して透明導電膜１、３同士が対向するように合わせられ、端部で粘着剤２０により接着されている。
【００１３】
透明導電膜１、３は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着などの物理的方法や、化学気相成長法などによって薄膜として形成され、その材質としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、錫アンチモン酸等の金属酸化物や、金、銀、銅、パラジウム、アルミニウム等の金属が用いられる。尚、透明導電膜１、３は、波長板７、８と異なるフィルムに形成し、波長板７、８に張り合わせても良い。但し、その場合、波長板の機能に影響を及ぼさないようにするために、別のフィルムの波長５５０ｎｍにおけるリターデーションが３０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１４】
波長板７、８は、高分子フィルムを自由端一軸延伸、固定端一軸延伸、二軸延伸又は厚み方向延伸することにより、又は高分子液晶などからなる配向膜を基材に塗布することにより得られる。フィルム材質としては特に限定されないが、１／２波長板７においては、波長分散性の低い（各波長での屈折率差の割合（Δｎ／Δｎ₅₅₀）が小さい）ものとし、１／４波長板８においては、波長分散性の高い（各波長での屈折率差の割合（Δｎ／Δｎ₅₅₀）が大きい）ものとするのが望ましい。
【００１５】
具体的には、波長板の厚さをｄ、λ＝５５０ｎｍでの屈折率をｎ₅₅₀、λ＝４００ｎｍでの屈折率をｎ₄₀₀とするとき、１／２波長板としてはリターデーションの比Δｎ₄₀₀ｄ／Δｎ₅₅₀ｄが１．１より小さいものが望ましく、例えばノルボルネン系であれば、その比が１．０３のものが市販されている。また、１／４波長板としては、上記比が１．１より大きいものが望ましく、例えばポリカーボネート系で１．１６、ポリスルホン系で１．２のものが市販されている。このようにリターデーションの異なる波長板を互いの遅相軸を交差させて積層することにより、各波長板におけるリターデーションの波長分散を重畳ないし加減制御でき、広い波長領域にわたって所定の位相差を得ることができ、着色を抑制することが可能となる。
【００１６】
偏光板９は、ヨウ素を透明フィルムに混ぜておき延伸することによって得られる。偏光板の表面は、視認性向上、耐久性向上のために硬化処理、反射防止処理、汚れ防止処理、防眩処理などの各種表面処理がなされていてもよい。本発明のタッチパネルは、タッチパネル中に偏光板と１／４波長板を有するため、円偏光液晶素子を用いた反射型ディスプレイに一般に用いられている偏光板と１／４波長板を省くことができる。
【００１７】
本実施形態は図２の構造と比べて、透明基材１２及び透明基材１４に代わって１／２波長板７及び１／４波長板８が各々配置し、更に１／４波長板８の上に偏光板９が設けられるだけなので、層数は１増えるだけである。
【００１８】
【実施例】
−実施例１−
［タッチパネルの制作］
ポリビニールアルコールフィルムを常法により一軸延伸することによって、偏光フィルムを作成し、この両面にセルロース系フィルムを張り合わせて偏光板を得た。別途、厚さ５０μｍのポリカーボネートフィルム（Δｎ₄₀₀ｄ／Δｎ₅₅₀ｄ＝１．１６）を１５０℃で５％一軸延伸し、それによって発生した複屈折に基づいて波長５５０ｎｍの光に対して１／４波長の位相差を与える波長板を得た。また、厚さ１００μｍのノルボルネン系高分子フィルム（Δｎ₄₀₀ｄ／Δｎ₅₅₀ｄ＝１．０３）を１７０℃で７０％一軸延伸し、それによって発生した複屈折に基づいて波長５５０ｎｍの光に対して１／２波長の位相差を与える波長板を得た。
【００１９】
そして、各波長板の一方の表面をＡｒ雰囲気中でプラズマ処理し、ＩＴＯからなる厚さ０．０３μｍの透明導電膜をスパッタリングにて形成し、透明導電膜面に銀電極を印刷した。得られた１／４波長板と１／２波長板とを透明導電膜同士が対向するように配置し、それらの間に紫外線硬化型インキ（セイコーアドバンス製）からなるスペーサを介在させ（通常、１／２波長板の電極面に塗布しておく）、端部をエポキシ系接着剤で接着した。そして、１／４波長板の反対側の面に偏光板を接着することによりタッチパネルを制作した。
【００２０】
[液晶セルの制作]
厚さ１．１ｍｍのガラス板上にアルミニウムをスパッタリングした後、ポリイミド系の配向膜を形成し、その配向膜をラビングすることにより反射板を制作した。別途、同形同質のガラス板上にＩＴＯからなる透明導電膜をスパッタリングにて形成した後、ポリイミド系の配向膜を形成し、その配向膜をラビングすることにより透明基材を製作した。そして、配向膜同士を対向させて電界効果型（円偏光性）液晶を注入することにより、反射型液晶セルを制作した。
【００２１】
［組立］
上記液晶セルの透明導電膜を形成したガラス板の反対面に上記タッチパネルを重ね合わせ、図１に示す層構成の液晶ディスプレイとしても機能するタッチパネル（以下、ＬＣＤタッチパネルという。）を完成した。尚、各板の方向は、偏光板の吸収軸を０°とするとき、１／４波長板の遅相軸が４５°、１／２波長板の遅相軸が１３５°となるように設定した。
【００２２】
［評価］
上記ＬＣＤタッチパネルを室内で６０Ｗ蛍光灯の２ｍ下に置いて、表示画面のコントラスト、明るさ、外光反射の程度、視認性及び着色性を評価したところ、いずれも良好であった。評価結果を以下の実施例２〜５及び比較例とともに表１に示す。表中、○は良好、△は普通、×は不良を示す。
【００２３】
−実施例２−
実施例１で１／４波長板の材質として用いたポリカーボネートフィルムを１／２波長板の材質に使用し、実施例１で１／２波長板の材質として用いたノルボルネン系高分子フィルムを１／４波長板の材質に使用した以外は実施例１と同一条件でＬＣＤタッチパネルを製造して評価した。その結果、外光反射は解消され、表示も明るいが、着色が強くその影響で視認性も低下していた。
−実施例３−
１／２波長板も１／４波長板も上記ノルボルネン系高分子フィルムで制作した以外は実施例１と同一条件でＬＣＤタッチパネルを製造して評価した。その結果、外光反射は解消され、表示も明るいが、着色が強くその影響で視認性も低下していた。
−実施例４−
１／２波長板も１／４波長板も上記ポリカーボネートフィルムで制作した以外は実施例１と同一条件でＬＣＤタッチパネルを製造して評価した。その結果、外光反射は解消され、表示も明るいが、着色が強くその影響で視認性も低下していた。
【００２４】
−実施例５−
各板の方向が、偏光板の吸収軸を０°とするとき、１／４波長板の遅相軸が６０°、１／２波長板の遅相軸が１６５°となるように設定した以外は実施例１と同一条件でＬＣＤタッチパネルを製造して評価した。その結果、外光反射は解消され、表示も明るいが、着色が若干ありその影響で視認性も低下していた。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【発明の効果】
以上の通り、本発明タッチパネルは、外光の反射がなく、明るくて視認性及び着色性に優れるので、入力操作者の目に優しく使いやすい。また、構成部材数も極めて少ないので薄型で安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のタッチパネルを示す厚み方向断面図である。
る。
【図２】従来のタッチパネルを示す厚み方向断面図である。
【符号の説明】
１、３、１１、１３透明導電膜
６液晶セル
７１／２波長板
８１／４波長板
９偏光板
５、１５スペーサ
１６液晶ディスプレイ

Claims

液晶セルの前面に配置されて、入力操作面と液晶セルとの間にスペーサを介して対向する第一、第二の２層の透明導電膜を有するタッチパネルにおいて、
前記液晶セルの液晶が電界効果型の円偏光素子であって、液晶セルの背面に外部光を光源とする反射板が設けられ、入力操作面側より液晶セルに向かって順に偏光板、１／４波長板、前記第一透明導電膜、前記第二透明導電膜及び１／２波長板が配置されていることを特徴とするタッチパネル。
前記偏光板の吸収軸に対して、前記１／４波長板の遅相軸のなす角度が４５±５度、同じく前記１／２波長板の遅相軸のなす角度が１３５±５度である請求項１に記載のタッチパネル。
前記第一透明導電膜及び第二透明導電膜は、各々前記１／４波長板及び１／２波長板に直接薄膜にて形成されている請求項１又は２に記載のタッチパネル。
波長板の厚さをｄ、λ＝５５０ｎｍでの屈折率をｎ₅₅₀、λ＝４００ｎｍでの屈折率をｎ₄₀₀とするとき、前記１／２波長板はそのリターデーションの比Δｎ₄₀₀ｄ／Δｎ₅₅₀ｄが１．１より小さく、前記１／４波長板は上記比が１．１より大きい請求項１〜３のいずれかに記載のタッチパネル。