操作表示装置
【課題】タッチパネルを構成する部品数を減らして製造コストを下げ、消費電力を低減すること。
【解決手段】操作表示装置１は液晶パネル２とバックライト部を備える。導光板３の４辺に沿って発光素子４を配置し、その発光面に対向する入射面１０には反射溝１３を形成して光束分離手段とする。反射溝１３と液晶パネル２との間に第１ライトガイド１５と可視光カットフィルタ１４が配置され、近赤外光束３４が液晶パネル２の視認側に導かれる。第２ライトガイド１６は液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５と向かい合う位置に固定され、第２ライトガイド１６とは画像表示領域を挟んで対向する位置に受光素子１８を配置してタッチ入力装置を構成した。
【解決手段】操作表示装置１は液晶パネル２とバックライト部を備える。導光板３の４辺に沿って発光素子４を配置し、その発光面に対向する入射面１０には反射溝１３を形成して光束分離手段とする。反射溝１３と液晶パネル２との間に第１ライトガイド１５と可視光カットフィルタ１４が配置され、近赤外光束３４が液晶パネル２の視認側に導かれる。第２ライトガイド１６は液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５と向かい合う位置に固定され、第２ライトガイド１６とは画像表示領域を挟んで対向する位置に受光素子１８を配置してタッチ入力装置を構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力操作手段を備えた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン受像機やコンピュータの端末装置、広告媒体や標識などの用途に液晶を用いた薄型画像表示装置が用いられている。その基本構造は面光源装置と液晶パネルを内蔵する画像表示部と電気回路部、それらを支持する構造部、更に外装部から成る。近年注目されている装置は、本体部の厚みが数十ｍｍ程度の薄型ディスプレイや、ＬＥＤ（Light-emitting diode）光源を使用した長寿命で高色再現の液晶ディスプレイである。ＬＥＤ光源を使用した面光源装置の構造では、ＬＥＤ光源が面光源装置の側面部に配置され、光束の角度変換と拡散性を付与した導光板を利用して面発光させる、いわゆるサイドライト型が一般的である。
一方、ユーザが表示画像を見ながらＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの入力操作を行う機器として、キーボードやマウス、そして画像に重ね合わせて操作性を向上させるタッチパネルが普及している。特許文献１には、液晶式の画像表示装置に光学式タッチパネルを装着した構造例が開示されている。電源および制御回路に接続された発光器が一定周期で発光を繰り返し、指先などが入力盤に触れると、それまで発光器の赤外光を検知していた受光器が未検知状態となるため、赤外光を遮断した位置を特定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−０３５４０２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の装置構成にて液晶ディスプレイにタッチパネル機能を付加するためには、発光器と、その駆動電源および制御回路が必要となる。よって、部品点数およびコストの増加や消費電力の増加が課題とされる。
そこで、本発明の目的は、タッチパネルを構成する部品数を減らして製造コストを下げ、消費電力を低減可能な操作表示装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明に係る装置は、表示パネルと光源および導光部材と、該表示パネルの表示面上での操作を光学的に検出する検出手段を備えた操作表示装置であって、前記導光部材は前記光源からの光を前記表示パネルへ導く第１導光部材と、該第１導光部材に設けた光束分離手段によって分離した前記光源からの光の一部を前記表示パネルの表示面に沿う方向に導く第２導光部材を備える。前記検出手段は、前記第２導光部材から出射した光を検出する受光手段を備え、前記表示パネルの表示面に沿う方向に進行する光の遮光状態を検出することにより操作位置を検出する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、タッチパネルを構成する部品数を減らして製造コストを下げ、消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図２乃至４と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、操作表示装置の構成例を示す縦断面図である。
【図２】操作表示装置の平面図である。
【図３】操作表示装置の要部を示す側面図である。
【図４】光源の特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る操作表示装置の縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る操作表示装置の要部を示す側面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る操作表示装置の縦断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る操作表示装置の要部を示す側面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る操作表示装置の要部を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明の各実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る操作表示装置の構成例を示す縦断面図である。以下では図１の左方を表示画像の視認方向、つまり正面および前方とし、図１の上方をユーザから見て上方として説明する。図２は操作表示装置を正面から見た場合の図であり、図３は操作表示装置を上方から見た場合の要部の側面図（Ａ視）であり、構造部品の一部を省略して示す。
操作表示装置１は表示パネルである液晶パネル２と、後述のバックライト部を備え、タッチ入力機能を有する薄型の装置である。液晶パネル２は、カラーフィルタを形成したガラス基板に電気配線を形成したガラス基板を向かい合わせて両基板間に液晶を封入し、更に該ガラス基板の端子部に後述の電気ケーブルを接続した構造を有する。ハードコート２ａは、液晶パネル２の正面側の表面に貼り合わせた傷防止用のフィルムであり、硬質の透明樹脂をコーティングして形成されている。液晶パネル２の後方に配置した導光板３は、光源からの光を液晶パネル２に導く第１導光部材であり、表示面に直交する方向から見た場合の形状が略矩形状である。本例では、透明材料（アクリル樹脂など）で板形状に加工した光学部品である。導光板３の側方には複数の発光素子４が配置されている。本例ではＬＥＤを使用するが、冷陰極ランプ（ＣＣＦＬ）などの線状光源を用いても構わない。ＬＥＤの発光レンズは、その寸法が４ｍｍ（図３のＢ寸法参照）×３ｍｍの矩形状であり、白色光を発する。発光レンズは導光板３の４辺の側面に対向した状態で、ほぼ等間隔で並んでいる。
【００１０】
導光板３と発光素子４を収容するケース５は、本例ではアルミニウム合金で板金加工した容器であり、正面に開口部を有する。ケース５は開口部以外の部分から光が漏れないように密閉構造をもち、更にＬＥＤが発する熱を正面方向および後方に放熱する機能を有する。フレーム６はケース５の開口部の周囲を覆う部材であり、開口を有する枠形状をもつ。枠端部には後方に延びる壁面を有しており、ケース５とともに導光板３および発光素子４を収容する。フレーム６の前方に設けたパネルフレーム７は、鋼板を加工した部材であって開口を有する枠形状をもち、液晶パネル２の前方４辺を覆っている。フレーム６との組み合わせにより、両者は液晶パネル２を挟んで固定する機能を有する。また、パネルフレーム７に形成した貫通部７ａは、後述の配線部材を挿通させるための開口穴部である。
緩衝材８はフレーム６と液晶パネル２との間に介在されており、フレーム６の開口縁に沿う４辺に亘って、両面テープで固定した弾性材料である。また、緩衝材９は、パネルフレーム７と液晶パネル２との間に介在されており、パネルフレーム７の開口縁に沿って両面テープで固定した弾性材料である。緩衝材８，９は、例えばシリコーン系ゴムシートを所望の幅に切断して製作することができる。これらの緩衝材は、液晶パネル２の４辺に亘ってその封止領域近傍を挟み込むように配置されて液晶パネル２の周辺部を支持する支持部材である。尚、緩衝材９には複数の貫通部９ａが一定間隔で設けられている。
【００１１】
導光板３の入射面１０は、正面から見た場合、導光板３の４辺の側面部に設けられており、ＬＥＤの光束が入射される。この部分は鏡面に仕上げられている。複数の拡散反射面１１は、導光板３の背面側に設けられた凹凸のパターンで構成されている。該パターンは、発光素子４に近い場所では少なく、発光素子４から遠ざかるに従って次第に密になる分布をもつ。尚、図示しないが、導光板３とケース５との空隙には可視光反射シートを挿入することにより、光の利用効率を高めている。出射面１２は導光板３の正面側の表面であり、ＬＥＤから発した光を液晶パネル２へ向けて出射する機能を有する。図示しないが、表面には拡散性を有する光学シートや集光性を有する光学シートが積層されている。
【００１２】
反射溝１３は、導光板３の２辺（図２の上辺と左辺参照）に沿って一定間隔で形成した切り込み部である。図１に示すθは、導光板３の背面と反射溝１３の斜面との間になす角度を表し、本例ではθ＝４５°である。また、図３に示す溝幅Ａは０．５ｍｍである。反射溝１３は、発光素子４の発光面に対向する位置に形成されている。反射溝１３に向かい合う位置には可視光カットフィルタ１４が設けられており、導光板３の出射面１２に接近して配置されている。第１ライトガイド１５は、後述の第２ライトガイドとともに、光源からの光の一部を液晶パネル２の表示面に沿う方向に導く第２導光部材である。第１ライトガイド１５は可視光カットフィルタ１４と液晶パネル２との間に介在する導光部品であり、可視光カットフィルタ１４を透過した光が周囲に漏れないように液晶パネル２へ入射させる役目をもつ。本例では第１ライトガイド１５と可視光カットフィルタ１４とが一体化されて、フレーム６の穴部に圧入固定されている。第２ライトガイド１６は、液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５と対向する位置に配置した導光部品である。第２ライトガイド１６にて液晶パネル２に接着固定した面が光の入射面であり、表示画面に対して直交する面が出射面である。この出射面に対向する緩衝材９には貫通部９ａが形成されているので、第２ライトガイド１６から出射した光は貫通部９ａを通って表示画面に平行な方向に進行する。また、反射面１７は、第２ライトガイド１６を構成する一面に設けた斜面であり、液晶パネル２の表面に対する傾斜角度が４５°とされている。反射面１７には漏光を防ぐための遮光膜が表面に形成されている。
【００１３】
受光素子１８は液晶パネル２の表示面上での操作を光学的に検出する検出手段を構成し、本例ではパネルフレーム７の背面に設けられている。受光手段としてのフォトトランジスタがパネルフレーム７の２辺（図２の右辺と下辺参照）の開口縁に沿って配置されている。各フォトトランジスタの受光面は、第２ライトガイド１６の出射面と対向するように位置している。つまり、受光素子１８は導光板３の２辺（図２の上辺と左辺参照）に対して表示面の表示領域を挟んでそれぞれ対向した各辺に沿って、第２ライトガイド１６とは反対側に配置されている。緩衝材９には受光面に対向する位置に貫通部９ａが形成されているので、この貫通部９ａを通った光が受光面に到達する。受光素子１８を実装した基板１９は、印刷配線を形成したガラスエポキシ製基板である。コネクタ２０（図２参照）は、基板１９の印刷配線に接続した実装部品であり、ケーブル２１を用いて受光制御回路（図示せず）および電源部（図示せず）に接続されている。
ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）２２は、液晶パネル２へ駆動回路（図示せず）から映像信号を供給するためのフラットケーブルであり、図示しないがその中央付近に集積回路が実装されている。ＬＥＤを実装した基板２３（図１参照）には印刷回路を含むフレキシブル基板を採用している。コネクタ２４は基板２３に実装され、ケーブル２５を介して、ＬＥＤ駆動回路（図示せず）からの電力と信号を基板２３へ供給する。
【００１４】
次に、図１および２に示す矢印について説明する。
図１に矢印で示す入射光束３０は、発光素子４から入射面１０を介して導光板３に取り込まれた光の向きを模式的に示している。また、拡散光束３１は、入射光束３０が導光板３の内部で反射を繰り返す際、拡散反射面１１で拡散反射する光の向きを示している。出射光束３２は、液晶パネル２に照射される光の向きを示しており、導光板３の内部での輝度が前面に亘ってほぼ均一化した光束を表す。前述のように、導光板３の表面に積層した光学シート（図示せず）により照射光束の特性を変えることで、表示品位を向上させることができる。分離光束３３は、発光素子４から発した光のうち、導光板３に入射せずに反射溝１３の奥に形成した角度４５°の反射面１３ａにて反射した光の向きを表す。つまり、光束分離手段としての反射面１３ａで発光素子４の光が分岐し、正面方向へ反射した一方の光を示している。近赤外光束３４は、分離光束３３のうち、可視光カットフィルタ１４を透過した光の向きを示す。これは、第１ライトガイド１５から液晶パネル２の周辺部内を透過した後、第２ライトガイド１６へ入射し、更に反射面１７により表示画面に平行な方向に光路変更を受ける。
位置検出光束３５は、第２ライトガイド１６の出射面から出た近赤外光束３４が緩衝材９の貫通部９ａを通過して、液晶パネル２の表面に沿って進行する光の向きを示す。図１には遮光物である指３６やスタイラスなどの部材が、タッチパネルの入力操作時に液晶パネル２に接触した状態を示している。遮断光束３７は、指などの遮光物によって遮光されないと仮定した場合の光の進行方向を示す。つまり、指３６などで遮光された場合、図には消滅する光の向きを矢印で明示している。図２に示す遮断光束３７ａは、左辺に配置した第２ライトガイド１６から出た光が遮断された状態を示し、遮断光束３７ｂは、上辺に配置した第２ライトガイド１６から出た光が遮断された状態を示している。
【００１５】
次に、本実施形態におけるタッチパネルの検出の仕組みを説明する。
図４は本実施形態で使用するＬＥＤの出射光束の波長分布を例示したグラフである。横軸には波長λをｎｍ（ナノメートル）単位で示し、縦軸には相対照射強度を任意単位で示す。本例のＬＥＤは、可視光域である４００乃至７００ｎｍよりも広い範囲の波長域に亘る光を発することがわかる。タッチパネルには範囲Ｄで示す波長域（７００乃至８５０ｎｍ）の光を利用している。
ＬＥＤから発した光の一部（液晶パネル２の表示画像に利用しない光）は、反射溝１３で分離光束３３となって、可視光カットフィルタ１４に到達する。第１ライトガイド１５を透過した近赤外光束３４は、液晶パネル２の周辺部内を透過して第２ライトガイド１６に入射した後、反射面１７で表示画面に平行な方向へと向う。この近赤外光束は緩衝材９の貫通部９ａを通過して、タッチパネルに利用する位置検出光束３５となる。第２ライトガイド１６と向かい合わせに配置した受光素子１８は、通常動作時、すなわちＬＥＤが点灯して液晶パネル２の表示画像が視認可能な状態では、常に位置検出光束３５を検知している。このため、受光素子１８と電気的に接続されている受光制御回路（図示せず）は指等の遮光物を検知していない状態、つまりタッチ入力が無い状態であると判断する。これに対し、例えば指３６が液晶パネル２に触れて位置検出光束３５を遮断すると、遮断光束３７ａ、３７ｂ（図２参照）に対応する位置にある受光素子１８は、位置検出光束３５を検知できない。よって、受光制御回路（図示せず）はタッチ入力のある状態と判断する。この場合、図２にて右辺に位置する受光素子１８と下辺に位置する受光素子１８の検出位置から、タッチ入力の平面的な位置が判明する。つまり、図２の左右方向にＸ軸を設定し、上下方向にＹ軸を設定した場合の２次元座標にて、遮光物を検知した位置をＸおよびＹ座標値として特定することができる。よって、液晶パネル２の表示面に沿う方向に進行する光の遮光状態を検出することにより、操作位置が検出可能である。
尚、上記の説明でタッチ入力用に位置検出光束３５を利用するためのＬＥＤと、反射溝１３を設けていない部分、つまり導光板３の他の２辺に沿って配置したＬＥＤでは、光量分布に違いが生じるので、バックライト部に利用する光量のバランスが崩れる。そこで、対策としては、タッチ入力に利用するＬＥＤへの通電量（電流値）を増やすことで光量のバランスを保つ方法がある。あるいは、バックライト部のみに利用するＬＥＤについては、その入射面１０に幅０．５ｍｍの遮光膜を貼り合わせて減光する方法を採用してもよい。
【００１６】
以上に説明した操作表示装置の構成上の特徴をまとめると、以下のようになる。
・ケース５とフレーム６で導光板３および発光素子４を収容し、導光板３の４辺に対向する位置に発光素子４を一定間隔で配置して入射面１０に接近させたこと。
・発光素子４は矩形状（４ｍｍ×３ｍｍ）の発光レンズ寸法をもち、３５０乃至８５０ｎｍの波長域を有する白色ＬＥＤを使用したこと。
・導光板３における４辺の入射面１０を鏡面仕上げとし、背面に拡散反射面１１を形成して可視光反射シート（図示せず）を積層したこと。更に出射面１２にて光学シートを積層したこと。
・フレーム６とパネルフレーム７を用いて、緩衝材８、９を介在させて液晶パネル２の周辺部を挟み込むこと。更に液晶パネル２の表面にハードコート処理を施したこと。
・導光板３の２辺（正面側から見て上辺と左辺）には、入射面１０から出射面１２にかけて所定幅（０．５ｍｍ）の反射溝１３を一定間隔で形成したこと。反射溝１３はＬＥＤの発光レンズに向かい合う位置に形成し、更に反射溝１３には拡散反射面１１に対して角度４５°を成す底面（斜面）を形成したこと。
・可視光カットフィルタ１４と第１ライトガイド１５を、反射溝１３に対して向かい合う位置に配置し、出射面１２に接近させてフレーム６の貫通部にカシメ固定したこと。そして第１ライトガイド１５の他方の端面を液晶パネル２の周辺部に密着させたこと。
・第２ライトガイド１６については、液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５に対向する位置に配置したこと。第２ライトガイド１６には、遮光膜を設けた角度４５°の反射面１７を形成し、液晶パネル２に接する部分を入射面とし、画像表示面に直交する面を出射面としたこと。
・第２ライトガイド１６の出射面とは画像表示領域を挟んで対向する２辺（正面側から見て下辺と右辺）に受光素子１８を配置したこと。更に緩衝材９には第２ライトガイド１６の出射面および受光素子１８に向かい合う位置に複数の貫通部９ａを設けたこと。
・広波長域のＬＥＤが発する光の一部を、反射面１３ａで正面方向に取り出し、可視光カットフィルタ１４、第１ライトガイド１５、液晶パネル２、および第２ライトガイド１６を経由して、画像表示面に導いたこと。
・タッチ入力操作にて、位置検出光束３５が遮光される位置の受光素子１８から、遮光物（検出対象）の位置座標を検出できること。
【００１７】
第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
１．液晶パネル２をその背面側から均一に光を照射するバックライト部を構成できるため、均一性の高い表示画像が得られること。
２．タッチパネルに必要であった専用の発光器が不要となるので、部品点数およびコストや消費電力を低減できること。
３．信頼性の高いタッチ入力可能なタッチパネルを構成できること。これは、第２ライトガイド１６の出射面に対向した受光素子１８の配置と、液晶パネル２の表面にハードコート２ａを施したことなどによる。
尚、本実施形態では、複数のＬＥＤを導光板３の側面の４辺に配置した構成例を説明したが、隣り合う２辺のみにＬＥＤを配置してもタッチ操作用の光束を取り出すこともできる。更には、正面から見て反射溝１３を上辺と左辺に配置し、受光素子１８を下辺と右辺に配置したが、このような配置には限定されない。上下方向または左右方向にて部品配置を入れ替えた構成、例えば反射溝１３を上辺と右辺に配置し、受光素子１８を下辺と左辺に配置した構成でも同様の効果が得られる。また、可視光カットフィルタ１４と第１ライトガイド１５の配置について前後方向の部品配置を入れ替えてもよい。この場合、第１ライトガイド１５に入射した光束が可視光カットフィルタ１４を介して液晶パネル２へ導かれるが、同様の効果が得られる。このような構成の変形や改変は以下に説明する実施形態でも同様である。
【００１８】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る操作表示装置を説明する。尚、第１実施形態の場合と同様の機能を有する構成要素については、既に使用した符号を用いることにより、詳細な説明を省略する。このような説明の省略の仕方は後述する別の実施形態でも同様とする。
図５は操作表示装置の縦断面図であり、図の左方が正面および前方である。図６は操作表示装置を上方から見た要部側面図（Ｂ視）である。
操作示装置５１の導光板５３は、透明アクリル樹脂を用いて略矩形の板形状に加工した光学部品である。ケース５５は、導光板５３と発光素子４を収容する容器であり、正面に開口部を有し、該開口部以外は密閉構造とされる。ケース５５は発光素子４が発する熱を後方に放熱する機能を有する。凸部５５ａは、ケース５５の背面部にて前方に絞り加工した部分であり、導光板５３を押さえる役目をもつ。パネルフレーム５７は板金加工により開口を有する枠形状とされ、液晶パネル２の前方４辺を覆う部材である。貫通穴部５７ａは後述の配線部品を通過させるための開口部である。緩衝材５９は、パネルフレーム５７の開口部に沿って両面テープで固定した弾性材料からなり、緩衝材８とともに、液晶パネル２の４辺の封止領域近傍を挟むように配置されている。尚、緩衝材５９に貫通部は形成されていない。
【００１９】
発光素子４を実装した基板２３はケース５５と導光板５３の背面との間に位置しており、図５に示すように、ケース５５の前面にて外周縁寄りの位置に取り付けられている。導光板５３の背面にて４辺に沿った入射面６０には発光素子４の光が入射され、鏡面に仕上げられている。斜面６３は導光板５３の４辺に形成されており、入射面６０に対する傾斜角度θが４５°をなし、表面には可視光反射膜が積層されている。第２ライトガイド６６は、液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５に対向する位置に配置した導光部品であり、パネルフレーム５７に形成した貫通穴に嵌合して接着剤で固定されている。第２ライトガイド６６にて液晶パネル２に接する面が光の入射面である。第２ライトガイド６６の一部はパネルフレーム５７から正面側へ突出しており、表示画面に対して直交する出射面が形成されている。反射面６７は第２ライトガイド６６のうち、パネルフレーム５７から正面側へ突出した部分に形成した角度４５°の斜面であり、漏光を防ぐために遮光膜を表面に形成している。
ガイドリブ６８は、導光板５３の２辺（正面側から見て上辺と左辺）の斜面６３に形成した厚み１ｍｍの突起部であり、導光板５３と一体的に樹脂成型で形成されている。図６に示す通り、ガイドリブ６８は発光素子４の発光面幅中に含まれる位置で、中心より１ｍｍ（Ｃ寸法参照）の距離でずらして配置されているが、可視光カットフィルタ１４に対しては互いの中心が対向する位置となるように合わせている。またガイドリブ６８には、可視光カットフィルタ１４に対向する面を除き、可視光反射膜が積層されている。
【００２０】
次に、タッチパネルの検出の仕組みを説明する。
使用するＬＥＤの特性は第１実施形態と同様であり、入力操作の検出には図４に示す範囲Ｄの光束を利用している。ＬＥＤから発した光の一部（液晶パネル２の表示画像に利用しない光）は、導光板５３の入射面６０から内部に入射され、ガイドリブ６８により分離光束３３として可視光カットフィルタ１４に導かれる。第１ライトガイド１５を透過した近赤外光束３４は、液晶パネル２の周辺部を透過して第２ライトガイド６６に入射し、反射面６７で表示画面に平行な方向に向かう。これは、タッチパネルに利用する位置検出光束３５となる。これ以後のタッチ入力にて検出対象のＸおよびＹ座標を特定する原理については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
液晶パネル２を背面から照射するバックライト部では、入射面６０から導光板５３内に入った光束３０が斜面６３で反射する。反射を繰り返す間に、第１実施形態と同様に拡散反射面１１に当たる光が出射面１２から出て液晶パネル２を照射する。
本実施形態では、図６に示すように発光素子４とガイドリブ６８との中心同士をずらすことで、ガイドリブ６８に取り込む光量を少なくしている。これにより、タッチ入力に利用するＬＥＤに対し、バックライトのみに利用するＬＥＤとの間で出射光束３２の輝度バランスが改善される。
【００２１】
第２実施形態について第１実施形態と相違する構成上の特徴をまとめると、以下のようになる。
・発光素子４を導光板５３の背面側の４辺付近に一定間隔で配置して入射面６０に接近させたこと。
・導光板５３の入射面６０を鏡面仕上げとし、４辺に形成した角度４５°の斜面６３には可視光反射膜を形成したこと。
・導光板５３の２辺（正面から見て上辺と左辺）には、幅１ｍｍのガイドリブ６８を一定間隔で形成したこと。そしてガイドリブ６８の配置については、発光素子４の発光レンズに向かい合う位置で中心同士を所定距離（１ｍｍ）だけずらし、更にガイドリブ６８には正面側の面を除いて可視光反射膜を形成したこと。
・第２ライトガイド６６については、液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５に対向する位置に配置したこと。更に第２ライトガイド６６には、遮光膜を設けた角度４５°の反射面６７を形成し、液晶パネル２に接する部分を光入射面とし、パネルフレーム５７よりも正面側に突出した部分に出射面を形成したこと。
・広波長域のＬＥＤからの光の一部を斜面６３に設けたガイドリブ６８で正面側に取り出すこと。この光は、可視光カットフィルタ１４、第１ライトガイド１５、液晶パネル２の周辺部、および第２ライトガイド６６を経由して、タッチパネルに利用する光束として画像表示面に導かれること。
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
ＬＥＤからの光を取り出すガイドリブ６８を、ＬＥＤの発光レンズ中心位置から意図的にずらすことにより、取り込む光束を制限しているので、表示画像の明るさを均一化できる。これは、バックライトとしてタッチ入力に利用するＬＥＤの輝度に対し、バックライトのみに利用するＬＥＤの輝度との差が低減されることによる。
尚、正面から見てＬＥＤをケースの４辺に配置せずに、隣り合う２辺のみに配置した実施形態では、ＬＥＤが配置されない２辺での斜面や入射面は不要である。また、ガイドリブや受光素子についても仕様に応じた任意の配置が可能である。
【００２２】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態を説明する。
図７は操作表示装置の縦断面図であり、図の左方が正面側である。図８は操作表示装置を上方から見た要部側面図（Ｃ視）である。以下、第２実施形態との相違点を主として説明する。
操作表示装置８１の導光板８２には、前後方向に沿って導光穴８４が形成されている。導光穴８４は、発光素子４の発光面に対向する位置に形成された、直径１ｍｍ程度の穴部であり、導光板８２の入射面６０から斜面８３にかけて貫通している。第１ライトガイド８５は斜面８３と可視光カットフィルタ１４との間に介在する導光部品であり、導光板８２を通過した光を周囲に漏らさずに可視光カットフィルタ１４へ入射させる。尚、第１ライトガイド８５と可視光カットフィルタ１４とは一体化されて、フレーム６に形成した穴部に圧入固定されている。
【００２３】
次に、タッチパネルの検出の仕組みを説明する。
発光素子４からの光の一部（液晶パネル２の表示画像に利用しない光）は、導光穴８４を通り、分離光束３３として第１ライトガイド８５へ導かれる。可視光カットフィルタ１４を透過した後、液晶パネル２の周辺部を透過した近赤外光は、第２ライトガイド６６に入射する。反射面６７で光路を９０°変更された近赤外光は、表示画面に平行な方向に向かい、タッチパネルに利用する位置検出光束３５となる。これ以後のタッチ入力にて検出対象のＸおよびＹ座標を特定する原理については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
液晶パネル２を背面から照射するバックライト部では、入射面６０から導光板８２内に入った光束３０が斜面８３で反射する。反射を繰り返す間、拡散反射面１１に当たる光は出射面１２から出て液晶パネル２を照射する。
【００２４】
第３実施形態について第２実施形態と相違する構成上の特徴をまとめると、以下のようになる。
・導光板８２の２辺（正面から見て上辺と左辺）に沿って、ＬＥＤの発光レンズに向かい合う位置には、直径１ｍｍの導光穴８４を一定間隔で連続して形成したこと。
・第１ライトガイド８５については、導光穴８４に対向する位置にて液晶パネル２と導光板８２の間に配置したこと。
第３実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、ＬＥＤからの光の一部を導光穴８４から正面方向に取り出すことにより、ＬＥＤからの光を効率よく利用してタッチ入力検出を行うことができる。
【００２５】
（第４実施形態）
次に本発明の第３実施形態を説明する。
図９は操作表示装置の要部を示す縦断面図であり、図の左方が正面側である。以下、第３実施形態との相違点を主として説明する。
操作表示装置９１のフレーム９２は、ケース５５の開口部周囲を覆う枠形状をなす枠端部とその後方に延びる壁面を有し、第１ライトガイドの貫通穴部９２ａが形成されている。液晶パネル２の前方４辺を覆うパネルフレーム９３は、フレーム９２とともに液晶パネル２を挟持しており、第２ライトガイド６６の貫通穴部９３ａを有する。
第１ライトガイド９４は、可視光カットフィルタ９５と導光板８２との間に介在する導光部品であり、側方から見てクランク形状を有する。第１ライトガイド９４の後端部は、導光穴８４に向かい合う位置にて、斜面８３に密着して配置されている。２箇所の屈曲部には全反射面９４ａと９４ｂがそれぞれ形成されている。前端寄りの部分はフレーム９２の貫通穴部９２ａに圧入固定されている。第１ライトガイド９４は、入射面と出射面を除いて金属材料からなる可視光遮蔽膜で覆われていて、前端部に一体化された可視光カットフィルタ９５は、第２ライトガイド６６と向かい合わせの状態で密着している。
【００２６】
次に、タッチパネルの検出の仕組みを説明する。
発光素子４からの光の一部（液晶パネル２の表示画像に利用しない光）は、導光穴８４を通過し、分離光束３３として第１ライトガイド９４へ導かれる。最初の全反射面９４ａで９０°の光路変更を受け、次の全反射面９４ｂでの反射により前方に進む光は、可視光カットフィルタ９５を透過し、近赤外光として第２ライトガイド６６に入射する。反射面６７での反射により、表示画面に平行な方向に向かう光は、タッチパネルに利用する位置検出光束３５となる。これ以後のタッチ入力にて検出対象のＸおよびＹ座標を特定する原理については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００２７】
第４実施形態において第３実施形態と相違する構成上の特徴をまとめると、以下のようになる。
・第１ライトガイド９４は、２箇所の屈曲部にて全反射面９４ａ，９４ｂをそれぞれに有する形状とし、後端部を導光穴８４に対向する位置で斜面８３に密着させ、前端部には可視光カットフィルタ９５を配置したこと。
・ＬＥＤからの光の一部は導光穴８４を通過し、第１ライトガイド９４、可視光カットフィルタ９５、第２ライトガイド６６を経由して、タッチパネルに利用する光束となること。第１ライトガイド９４は、フレーム９２に形成した貫通穴部９２ａを通して配置され、液晶パネル２の周辺部を迂回するので、光は液晶パネル２の周辺部を透過しない。
第４実施形態によれば、第３実施形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
タッチ入力用光束となる光は、その途中経路で液晶パネル２を透過しないので光損失が低減される。よって、タッチ入力に利用するための入射光束を少なくすることができ、相対的にバックライトの輝度向上に寄与する。
【符号の説明】
【００２８】
１，５１，８１，９１ 操作表示装置
２ 液晶パネル
３，５３，８２ 導光板
４ 発光素子
８，９ 緩衝材
１０ 入射面
１１ 拡散反射面
１２ 出射面
１３ 反射溝
１４，９５ 可視光カットフィルタ
１５，８５，９４ 第１ライトガイド
１６ 第２ライトガイド
１７ 反射面
１８ 受光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力操作手段を備えた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン受像機やコンピュータの端末装置、広告媒体や標識などの用途に液晶を用いた薄型画像表示装置が用いられている。その基本構造は面光源装置と液晶パネルを内蔵する画像表示部と電気回路部、それらを支持する構造部、更に外装部から成る。近年注目されている装置は、本体部の厚みが数十ｍｍ程度の薄型ディスプレイや、ＬＥＤ（Light-emitting diode）光源を使用した長寿命で高色再現の液晶ディスプレイである。ＬＥＤ光源を使用した面光源装置の構造では、ＬＥＤ光源が面光源装置の側面部に配置され、光束の角度変換と拡散性を付与した導光板を利用して面発光させる、いわゆるサイドライト型が一般的である。
一方、ユーザが表示画像を見ながらＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの入力操作を行う機器として、キーボードやマウス、そして画像に重ね合わせて操作性を向上させるタッチパネルが普及している。特許文献１には、液晶式の画像表示装置に光学式タッチパネルを装着した構造例が開示されている。電源および制御回路に接続された発光器が一定周期で発光を繰り返し、指先などが入力盤に触れると、それまで発光器の赤外光を検知していた受光器が未検知状態となるため、赤外光を遮断した位置を特定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−０３５４０２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の装置構成にて液晶ディスプレイにタッチパネル機能を付加するためには、発光器と、その駆動電源および制御回路が必要となる。よって、部品点数およびコストの増加や消費電力の増加が課題とされる。
そこで、本発明の目的は、タッチパネルを構成する部品数を減らして製造コストを下げ、消費電力を低減可能な操作表示装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明に係る装置は、表示パネルと光源および導光部材と、該表示パネルの表示面上での操作を光学的に検出する検出手段を備えた操作表示装置であって、前記導光部材は前記光源からの光を前記表示パネルへ導く第１導光部材と、該第１導光部材に設けた光束分離手段によって分離した前記光源からの光の一部を前記表示パネルの表示面に沿う方向に導く第２導光部材を備える。前記検出手段は、前記第２導光部材から出射した光を検出する受光手段を備え、前記表示パネルの表示面に沿う方向に進行する光の遮光状態を検出することにより操作位置を検出する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、タッチパネルを構成する部品数を減らして製造コストを下げ、消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図２乃至４と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、操作表示装置の構成例を示す縦断面図である。
【図２】操作表示装置の平面図である。
【図３】操作表示装置の要部を示す側面図である。
【図４】光源の特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る操作表示装置の縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る操作表示装置の要部を示す側面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る操作表示装置の縦断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る操作表示装置の要部を示す側面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る操作表示装置の要部を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明の各実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る操作表示装置の構成例を示す縦断面図である。以下では図１の左方を表示画像の視認方向、つまり正面および前方とし、図１の上方をユーザから見て上方として説明する。図２は操作表示装置を正面から見た場合の図であり、図３は操作表示装置を上方から見た場合の要部の側面図（Ａ視）であり、構造部品の一部を省略して示す。
操作表示装置１は表示パネルである液晶パネル２と、後述のバックライト部を備え、タッチ入力機能を有する薄型の装置である。液晶パネル２は、カラーフィルタを形成したガラス基板に電気配線を形成したガラス基板を向かい合わせて両基板間に液晶を封入し、更に該ガラス基板の端子部に後述の電気ケーブルを接続した構造を有する。ハードコート２ａは、液晶パネル２の正面側の表面に貼り合わせた傷防止用のフィルムであり、硬質の透明樹脂をコーティングして形成されている。液晶パネル２の後方に配置した導光板３は、光源からの光を液晶パネル２に導く第１導光部材であり、表示面に直交する方向から見た場合の形状が略矩形状である。本例では、透明材料（アクリル樹脂など）で板形状に加工した光学部品である。導光板３の側方には複数の発光素子４が配置されている。本例ではＬＥＤを使用するが、冷陰極ランプ（ＣＣＦＬ）などの線状光源を用いても構わない。ＬＥＤの発光レンズは、その寸法が４ｍｍ（図３のＢ寸法参照）×３ｍｍの矩形状であり、白色光を発する。発光レンズは導光板３の４辺の側面に対向した状態で、ほぼ等間隔で並んでいる。
【００１０】
導光板３と発光素子４を収容するケース５は、本例ではアルミニウム合金で板金加工した容器であり、正面に開口部を有する。ケース５は開口部以外の部分から光が漏れないように密閉構造をもち、更にＬＥＤが発する熱を正面方向および後方に放熱する機能を有する。フレーム６はケース５の開口部の周囲を覆う部材であり、開口を有する枠形状をもつ。枠端部には後方に延びる壁面を有しており、ケース５とともに導光板３および発光素子４を収容する。フレーム６の前方に設けたパネルフレーム７は、鋼板を加工した部材であって開口を有する枠形状をもち、液晶パネル２の前方４辺を覆っている。フレーム６との組み合わせにより、両者は液晶パネル２を挟んで固定する機能を有する。また、パネルフレーム７に形成した貫通部７ａは、後述の配線部材を挿通させるための開口穴部である。
緩衝材８はフレーム６と液晶パネル２との間に介在されており、フレーム６の開口縁に沿う４辺に亘って、両面テープで固定した弾性材料である。また、緩衝材９は、パネルフレーム７と液晶パネル２との間に介在されており、パネルフレーム７の開口縁に沿って両面テープで固定した弾性材料である。緩衝材８，９は、例えばシリコーン系ゴムシートを所望の幅に切断して製作することができる。これらの緩衝材は、液晶パネル２の４辺に亘ってその封止領域近傍を挟み込むように配置されて液晶パネル２の周辺部を支持する支持部材である。尚、緩衝材９には複数の貫通部９ａが一定間隔で設けられている。
【００１１】
導光板３の入射面１０は、正面から見た場合、導光板３の４辺の側面部に設けられており、ＬＥＤの光束が入射される。この部分は鏡面に仕上げられている。複数の拡散反射面１１は、導光板３の背面側に設けられた凹凸のパターンで構成されている。該パターンは、発光素子４に近い場所では少なく、発光素子４から遠ざかるに従って次第に密になる分布をもつ。尚、図示しないが、導光板３とケース５との空隙には可視光反射シートを挿入することにより、光の利用効率を高めている。出射面１２は導光板３の正面側の表面であり、ＬＥＤから発した光を液晶パネル２へ向けて出射する機能を有する。図示しないが、表面には拡散性を有する光学シートや集光性を有する光学シートが積層されている。
【００１２】
反射溝１３は、導光板３の２辺（図２の上辺と左辺参照）に沿って一定間隔で形成した切り込み部である。図１に示すθは、導光板３の背面と反射溝１３の斜面との間になす角度を表し、本例ではθ＝４５°である。また、図３に示す溝幅Ａは０．５ｍｍである。反射溝１３は、発光素子４の発光面に対向する位置に形成されている。反射溝１３に向かい合う位置には可視光カットフィルタ１４が設けられており、導光板３の出射面１２に接近して配置されている。第１ライトガイド１５は、後述の第２ライトガイドとともに、光源からの光の一部を液晶パネル２の表示面に沿う方向に導く第２導光部材である。第１ライトガイド１５は可視光カットフィルタ１４と液晶パネル２との間に介在する導光部品であり、可視光カットフィルタ１４を透過した光が周囲に漏れないように液晶パネル２へ入射させる役目をもつ。本例では第１ライトガイド１５と可視光カットフィルタ１４とが一体化されて、フレーム６の穴部に圧入固定されている。第２ライトガイド１６は、液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５と対向する位置に配置した導光部品である。第２ライトガイド１６にて液晶パネル２に接着固定した面が光の入射面であり、表示画面に対して直交する面が出射面である。この出射面に対向する緩衝材９には貫通部９ａが形成されているので、第２ライトガイド１６から出射した光は貫通部９ａを通って表示画面に平行な方向に進行する。また、反射面１７は、第２ライトガイド１６を構成する一面に設けた斜面であり、液晶パネル２の表面に対する傾斜角度が４５°とされている。反射面１７には漏光を防ぐための遮光膜が表面に形成されている。
【００１３】
受光素子１８は液晶パネル２の表示面上での操作を光学的に検出する検出手段を構成し、本例ではパネルフレーム７の背面に設けられている。受光手段としてのフォトトランジスタがパネルフレーム７の２辺（図２の右辺と下辺参照）の開口縁に沿って配置されている。各フォトトランジスタの受光面は、第２ライトガイド１６の出射面と対向するように位置している。つまり、受光素子１８は導光板３の２辺（図２の上辺と左辺参照）に対して表示面の表示領域を挟んでそれぞれ対向した各辺に沿って、第２ライトガイド１６とは反対側に配置されている。緩衝材９には受光面に対向する位置に貫通部９ａが形成されているので、この貫通部９ａを通った光が受光面に到達する。受光素子１８を実装した基板１９は、印刷配線を形成したガラスエポキシ製基板である。コネクタ２０（図２参照）は、基板１９の印刷配線に接続した実装部品であり、ケーブル２１を用いて受光制御回路（図示せず）および電源部（図示せず）に接続されている。
ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）２２は、液晶パネル２へ駆動回路（図示せず）から映像信号を供給するためのフラットケーブルであり、図示しないがその中央付近に集積回路が実装されている。ＬＥＤを実装した基板２３（図１参照）には印刷回路を含むフレキシブル基板を採用している。コネクタ２４は基板２３に実装され、ケーブル２５を介して、ＬＥＤ駆動回路（図示せず）からの電力と信号を基板２３へ供給する。
【００１４】
次に、図１および２に示す矢印について説明する。
図１に矢印で示す入射光束３０は、発光素子４から入射面１０を介して導光板３に取り込まれた光の向きを模式的に示している。また、拡散光束３１は、入射光束３０が導光板３の内部で反射を繰り返す際、拡散反射面１１で拡散反射する光の向きを示している。出射光束３２は、液晶パネル２に照射される光の向きを示しており、導光板３の内部での輝度が前面に亘ってほぼ均一化した光束を表す。前述のように、導光板３の表面に積層した光学シート（図示せず）により照射光束の特性を変えることで、表示品位を向上させることができる。分離光束３３は、発光素子４から発した光のうち、導光板３に入射せずに反射溝１３の奥に形成した角度４５°の反射面１３ａにて反射した光の向きを表す。つまり、光束分離手段としての反射面１３ａで発光素子４の光が分岐し、正面方向へ反射した一方の光を示している。近赤外光束３４は、分離光束３３のうち、可視光カットフィルタ１４を透過した光の向きを示す。これは、第１ライトガイド１５から液晶パネル２の周辺部内を透過した後、第２ライトガイド１６へ入射し、更に反射面１７により表示画面に平行な方向に光路変更を受ける。
位置検出光束３５は、第２ライトガイド１６の出射面から出た近赤外光束３４が緩衝材９の貫通部９ａを通過して、液晶パネル２の表面に沿って進行する光の向きを示す。図１には遮光物である指３６やスタイラスなどの部材が、タッチパネルの入力操作時に液晶パネル２に接触した状態を示している。遮断光束３７は、指などの遮光物によって遮光されないと仮定した場合の光の進行方向を示す。つまり、指３６などで遮光された場合、図には消滅する光の向きを矢印で明示している。図２に示す遮断光束３７ａは、左辺に配置した第２ライトガイド１６から出た光が遮断された状態を示し、遮断光束３７ｂは、上辺に配置した第２ライトガイド１６から出た光が遮断された状態を示している。
【００１５】
次に、本実施形態におけるタッチパネルの検出の仕組みを説明する。
図４は本実施形態で使用するＬＥＤの出射光束の波長分布を例示したグラフである。横軸には波長λをｎｍ（ナノメートル）単位で示し、縦軸には相対照射強度を任意単位で示す。本例のＬＥＤは、可視光域である４００乃至７００ｎｍよりも広い範囲の波長域に亘る光を発することがわかる。タッチパネルには範囲Ｄで示す波長域（７００乃至８５０ｎｍ）の光を利用している。
ＬＥＤから発した光の一部（液晶パネル２の表示画像に利用しない光）は、反射溝１３で分離光束３３となって、可視光カットフィルタ１４に到達する。第１ライトガイド１５を透過した近赤外光束３４は、液晶パネル２の周辺部内を透過して第２ライトガイド１６に入射した後、反射面１７で表示画面に平行な方向へと向う。この近赤外光束は緩衝材９の貫通部９ａを通過して、タッチパネルに利用する位置検出光束３５となる。第２ライトガイド１６と向かい合わせに配置した受光素子１８は、通常動作時、すなわちＬＥＤが点灯して液晶パネル２の表示画像が視認可能な状態では、常に位置検出光束３５を検知している。このため、受光素子１８と電気的に接続されている受光制御回路（図示せず）は指等の遮光物を検知していない状態、つまりタッチ入力が無い状態であると判断する。これに対し、例えば指３６が液晶パネル２に触れて位置検出光束３５を遮断すると、遮断光束３７ａ、３７ｂ（図２参照）に対応する位置にある受光素子１８は、位置検出光束３５を検知できない。よって、受光制御回路（図示せず）はタッチ入力のある状態と判断する。この場合、図２にて右辺に位置する受光素子１８と下辺に位置する受光素子１８の検出位置から、タッチ入力の平面的な位置が判明する。つまり、図２の左右方向にＸ軸を設定し、上下方向にＹ軸を設定した場合の２次元座標にて、遮光物を検知した位置をＸおよびＹ座標値として特定することができる。よって、液晶パネル２の表示面に沿う方向に進行する光の遮光状態を検出することにより、操作位置が検出可能である。
尚、上記の説明でタッチ入力用に位置検出光束３５を利用するためのＬＥＤと、反射溝１３を設けていない部分、つまり導光板３の他の２辺に沿って配置したＬＥＤでは、光量分布に違いが生じるので、バックライト部に利用する光量のバランスが崩れる。そこで、対策としては、タッチ入力に利用するＬＥＤへの通電量（電流値）を増やすことで光量のバランスを保つ方法がある。あるいは、バックライト部のみに利用するＬＥＤについては、その入射面１０に幅０．５ｍｍの遮光膜を貼り合わせて減光する方法を採用してもよい。
【００１６】
以上に説明した操作表示装置の構成上の特徴をまとめると、以下のようになる。
・ケース５とフレーム６で導光板３および発光素子４を収容し、導光板３の４辺に対向する位置に発光素子４を一定間隔で配置して入射面１０に接近させたこと。
・発光素子４は矩形状（４ｍｍ×３ｍｍ）の発光レンズ寸法をもち、３５０乃至８５０ｎｍの波長域を有する白色ＬＥＤを使用したこと。
・導光板３における４辺の入射面１０を鏡面仕上げとし、背面に拡散反射面１１を形成して可視光反射シート（図示せず）を積層したこと。更に出射面１２にて光学シートを積層したこと。
・フレーム６とパネルフレーム７を用いて、緩衝材８、９を介在させて液晶パネル２の周辺部を挟み込むこと。更に液晶パネル２の表面にハードコート処理を施したこと。
・導光板３の２辺（正面側から見て上辺と左辺）には、入射面１０から出射面１２にかけて所定幅（０．５ｍｍ）の反射溝１３を一定間隔で形成したこと。反射溝１３はＬＥＤの発光レンズに向かい合う位置に形成し、更に反射溝１３には拡散反射面１１に対して角度４５°を成す底面（斜面）を形成したこと。
・可視光カットフィルタ１４と第１ライトガイド１５を、反射溝１３に対して向かい合う位置に配置し、出射面１２に接近させてフレーム６の貫通部にカシメ固定したこと。そして第１ライトガイド１５の他方の端面を液晶パネル２の周辺部に密着させたこと。
・第２ライトガイド１６については、液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５に対向する位置に配置したこと。第２ライトガイド１６には、遮光膜を設けた角度４５°の反射面１７を形成し、液晶パネル２に接する部分を入射面とし、画像表示面に直交する面を出射面としたこと。
・第２ライトガイド１６の出射面とは画像表示領域を挟んで対向する２辺（正面側から見て下辺と右辺）に受光素子１８を配置したこと。更に緩衝材９には第２ライトガイド１６の出射面および受光素子１８に向かい合う位置に複数の貫通部９ａを設けたこと。
・広波長域のＬＥＤが発する光の一部を、反射面１３ａで正面方向に取り出し、可視光カットフィルタ１４、第１ライトガイド１５、液晶パネル２、および第２ライトガイド１６を経由して、画像表示面に導いたこと。
・タッチ入力操作にて、位置検出光束３５が遮光される位置の受光素子１８から、遮光物（検出対象）の位置座標を検出できること。
【００１７】
第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
１．液晶パネル２をその背面側から均一に光を照射するバックライト部を構成できるため、均一性の高い表示画像が得られること。
２．タッチパネルに必要であった専用の発光器が不要となるので、部品点数およびコストや消費電力を低減できること。
３．信頼性の高いタッチ入力可能なタッチパネルを構成できること。これは、第２ライトガイド１６の出射面に対向した受光素子１８の配置と、液晶パネル２の表面にハードコート２ａを施したことなどによる。
尚、本実施形態では、複数のＬＥＤを導光板３の側面の４辺に配置した構成例を説明したが、隣り合う２辺のみにＬＥＤを配置してもタッチ操作用の光束を取り出すこともできる。更には、正面から見て反射溝１３を上辺と左辺に配置し、受光素子１８を下辺と右辺に配置したが、このような配置には限定されない。上下方向または左右方向にて部品配置を入れ替えた構成、例えば反射溝１３を上辺と右辺に配置し、受光素子１８を下辺と左辺に配置した構成でも同様の効果が得られる。また、可視光カットフィルタ１４と第１ライトガイド１５の配置について前後方向の部品配置を入れ替えてもよい。この場合、第１ライトガイド１５に入射した光束が可視光カットフィルタ１４を介して液晶パネル２へ導かれるが、同様の効果が得られる。このような構成の変形や改変は以下に説明する実施形態でも同様である。
【００１８】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る操作表示装置を説明する。尚、第１実施形態の場合と同様の機能を有する構成要素については、既に使用した符号を用いることにより、詳細な説明を省略する。このような説明の省略の仕方は後述する別の実施形態でも同様とする。
図５は操作表示装置の縦断面図であり、図の左方が正面および前方である。図６は操作表示装置を上方から見た要部側面図（Ｂ視）である。
操作示装置５１の導光板５３は、透明アクリル樹脂を用いて略矩形の板形状に加工した光学部品である。ケース５５は、導光板５３と発光素子４を収容する容器であり、正面に開口部を有し、該開口部以外は密閉構造とされる。ケース５５は発光素子４が発する熱を後方に放熱する機能を有する。凸部５５ａは、ケース５５の背面部にて前方に絞り加工した部分であり、導光板５３を押さえる役目をもつ。パネルフレーム５７は板金加工により開口を有する枠形状とされ、液晶パネル２の前方４辺を覆う部材である。貫通穴部５７ａは後述の配線部品を通過させるための開口部である。緩衝材５９は、パネルフレーム５７の開口部に沿って両面テープで固定した弾性材料からなり、緩衝材８とともに、液晶パネル２の４辺の封止領域近傍を挟むように配置されている。尚、緩衝材５９に貫通部は形成されていない。
【００１９】
発光素子４を実装した基板２３はケース５５と導光板５３の背面との間に位置しており、図５に示すように、ケース５５の前面にて外周縁寄りの位置に取り付けられている。導光板５３の背面にて４辺に沿った入射面６０には発光素子４の光が入射され、鏡面に仕上げられている。斜面６３は導光板５３の４辺に形成されており、入射面６０に対する傾斜角度θが４５°をなし、表面には可視光反射膜が積層されている。第２ライトガイド６６は、液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５に対向する位置に配置した導光部品であり、パネルフレーム５７に形成した貫通穴に嵌合して接着剤で固定されている。第２ライトガイド６６にて液晶パネル２に接する面が光の入射面である。第２ライトガイド６６の一部はパネルフレーム５７から正面側へ突出しており、表示画面に対して直交する出射面が形成されている。反射面６７は第２ライトガイド６６のうち、パネルフレーム５７から正面側へ突出した部分に形成した角度４５°の斜面であり、漏光を防ぐために遮光膜を表面に形成している。
ガイドリブ６８は、導光板５３の２辺（正面側から見て上辺と左辺）の斜面６３に形成した厚み１ｍｍの突起部であり、導光板５３と一体的に樹脂成型で形成されている。図６に示す通り、ガイドリブ６８は発光素子４の発光面幅中に含まれる位置で、中心より１ｍｍ（Ｃ寸法参照）の距離でずらして配置されているが、可視光カットフィルタ１４に対しては互いの中心が対向する位置となるように合わせている。またガイドリブ６８には、可視光カットフィルタ１４に対向する面を除き、可視光反射膜が積層されている。
【００２０】
次に、タッチパネルの検出の仕組みを説明する。
使用するＬＥＤの特性は第１実施形態と同様であり、入力操作の検出には図４に示す範囲Ｄの光束を利用している。ＬＥＤから発した光の一部（液晶パネル２の表示画像に利用しない光）は、導光板５３の入射面６０から内部に入射され、ガイドリブ６８により分離光束３３として可視光カットフィルタ１４に導かれる。第１ライトガイド１５を透過した近赤外光束３４は、液晶パネル２の周辺部を透過して第２ライトガイド６６に入射し、反射面６７で表示画面に平行な方向に向かう。これは、タッチパネルに利用する位置検出光束３５となる。これ以後のタッチ入力にて検出対象のＸおよびＹ座標を特定する原理については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
液晶パネル２を背面から照射するバックライト部では、入射面６０から導光板５３内に入った光束３０が斜面６３で反射する。反射を繰り返す間に、第１実施形態と同様に拡散反射面１１に当たる光が出射面１２から出て液晶パネル２を照射する。
本実施形態では、図６に示すように発光素子４とガイドリブ６８との中心同士をずらすことで、ガイドリブ６８に取り込む光量を少なくしている。これにより、タッチ入力に利用するＬＥＤに対し、バックライトのみに利用するＬＥＤとの間で出射光束３２の輝度バランスが改善される。
【００２１】
第２実施形態について第１実施形態と相違する構成上の特徴をまとめると、以下のようになる。
・発光素子４を導光板５３の背面側の４辺付近に一定間隔で配置して入射面６０に接近させたこと。
・導光板５３の入射面６０を鏡面仕上げとし、４辺に形成した角度４５°の斜面６３には可視光反射膜を形成したこと。
・導光板５３の２辺（正面から見て上辺と左辺）には、幅１ｍｍのガイドリブ６８を一定間隔で形成したこと。そしてガイドリブ６８の配置については、発光素子４の発光レンズに向かい合う位置で中心同士を所定距離（１ｍｍ）だけずらし、更にガイドリブ６８には正面側の面を除いて可視光反射膜を形成したこと。
・第２ライトガイド６６については、液晶パネル２を挟んで第１ライトガイド１５に対向する位置に配置したこと。更に第２ライトガイド６６には、遮光膜を設けた角度４５°の反射面６７を形成し、液晶パネル２に接する部分を光入射面とし、パネルフレーム５７よりも正面側に突出した部分に出射面を形成したこと。
・広波長域のＬＥＤからの光の一部を斜面６３に設けたガイドリブ６８で正面側に取り出すこと。この光は、可視光カットフィルタ１４、第１ライトガイド１５、液晶パネル２の周辺部、および第２ライトガイド６６を経由して、タッチパネルに利用する光束として画像表示面に導かれること。
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
ＬＥＤからの光を取り出すガイドリブ６８を、ＬＥＤの発光レンズ中心位置から意図的にずらすことにより、取り込む光束を制限しているので、表示画像の明るさを均一化できる。これは、バックライトとしてタッチ入力に利用するＬＥＤの輝度に対し、バックライトのみに利用するＬＥＤの輝度との差が低減されることによる。
尚、正面から見てＬＥＤをケースの４辺に配置せずに、隣り合う２辺のみに配置した実施形態では、ＬＥＤが配置されない２辺での斜面や入射面は不要である。また、ガイドリブや受光素子についても仕様に応じた任意の配置が可能である。
【００２２】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態を説明する。
図７は操作表示装置の縦断面図であり、図の左方が正面側である。図８は操作表示装置を上方から見た要部側面図（Ｃ視）である。以下、第２実施形態との相違点を主として説明する。
操作表示装置８１の導光板８２には、前後方向に沿って導光穴８４が形成されている。導光穴８４は、発光素子４の発光面に対向する位置に形成された、直径１ｍｍ程度の穴部であり、導光板８２の入射面６０から斜面８３にかけて貫通している。第１ライトガイド８５は斜面８３と可視光カットフィルタ１４との間に介在する導光部品であり、導光板８２を通過した光を周囲に漏らさずに可視光カットフィルタ１４へ入射させる。尚、第１ライトガイド８５と可視光カットフィルタ１４とは一体化されて、フレーム６に形成した穴部に圧入固定されている。
【００２３】
次に、タッチパネルの検出の仕組みを説明する。
発光素子４からの光の一部（液晶パネル２の表示画像に利用しない光）は、導光穴８４を通り、分離光束３３として第１ライトガイド８５へ導かれる。可視光カットフィルタ１４を透過した後、液晶パネル２の周辺部を透過した近赤外光は、第２ライトガイド６６に入射する。反射面６７で光路を９０°変更された近赤外光は、表示画面に平行な方向に向かい、タッチパネルに利用する位置検出光束３５となる。これ以後のタッチ入力にて検出対象のＸおよびＹ座標を特定する原理については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
液晶パネル２を背面から照射するバックライト部では、入射面６０から導光板８２内に入った光束３０が斜面８３で反射する。反射を繰り返す間、拡散反射面１１に当たる光は出射面１２から出て液晶パネル２を照射する。
【００２４】
第３実施形態について第２実施形態と相違する構成上の特徴をまとめると、以下のようになる。
・導光板８２の２辺（正面から見て上辺と左辺）に沿って、ＬＥＤの発光レンズに向かい合う位置には、直径１ｍｍの導光穴８４を一定間隔で連続して形成したこと。
・第１ライトガイド８５については、導光穴８４に対向する位置にて液晶パネル２と導光板８２の間に配置したこと。
第３実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、ＬＥＤからの光の一部を導光穴８４から正面方向に取り出すことにより、ＬＥＤからの光を効率よく利用してタッチ入力検出を行うことができる。
【００２５】
（第４実施形態）
次に本発明の第３実施形態を説明する。
図９は操作表示装置の要部を示す縦断面図であり、図の左方が正面側である。以下、第３実施形態との相違点を主として説明する。
操作表示装置９１のフレーム９２は、ケース５５の開口部周囲を覆う枠形状をなす枠端部とその後方に延びる壁面を有し、第１ライトガイドの貫通穴部９２ａが形成されている。液晶パネル２の前方４辺を覆うパネルフレーム９３は、フレーム９２とともに液晶パネル２を挟持しており、第２ライトガイド６６の貫通穴部９３ａを有する。
第１ライトガイド９４は、可視光カットフィルタ９５と導光板８２との間に介在する導光部品であり、側方から見てクランク形状を有する。第１ライトガイド９４の後端部は、導光穴８４に向かい合う位置にて、斜面８３に密着して配置されている。２箇所の屈曲部には全反射面９４ａと９４ｂがそれぞれ形成されている。前端寄りの部分はフレーム９２の貫通穴部９２ａに圧入固定されている。第１ライトガイド９４は、入射面と出射面を除いて金属材料からなる可視光遮蔽膜で覆われていて、前端部に一体化された可視光カットフィルタ９５は、第２ライトガイド６６と向かい合わせの状態で密着している。
【００２６】
次に、タッチパネルの検出の仕組みを説明する。
発光素子４からの光の一部（液晶パネル２の表示画像に利用しない光）は、導光穴８４を通過し、分離光束３３として第１ライトガイド９４へ導かれる。最初の全反射面９４ａで９０°の光路変更を受け、次の全反射面９４ｂでの反射により前方に進む光は、可視光カットフィルタ９５を透過し、近赤外光として第２ライトガイド６６に入射する。反射面６７での反射により、表示画面に平行な方向に向かう光は、タッチパネルに利用する位置検出光束３５となる。これ以後のタッチ入力にて検出対象のＸおよびＹ座標を特定する原理については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００２７】
第４実施形態において第３実施形態と相違する構成上の特徴をまとめると、以下のようになる。
・第１ライトガイド９４は、２箇所の屈曲部にて全反射面９４ａ，９４ｂをそれぞれに有する形状とし、後端部を導光穴８４に対向する位置で斜面８３に密着させ、前端部には可視光カットフィルタ９５を配置したこと。
・ＬＥＤからの光の一部は導光穴８４を通過し、第１ライトガイド９４、可視光カットフィルタ９５、第２ライトガイド６６を経由して、タッチパネルに利用する光束となること。第１ライトガイド９４は、フレーム９２に形成した貫通穴部９２ａを通して配置され、液晶パネル２の周辺部を迂回するので、光は液晶パネル２の周辺部を透過しない。
第４実施形態によれば、第３実施形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
タッチ入力用光束となる光は、その途中経路で液晶パネル２を透過しないので光損失が低減される。よって、タッチ入力に利用するための入射光束を少なくすることができ、相対的にバックライトの輝度向上に寄与する。
【符号の説明】
【００２８】
１，５１，８１，９１ 操作表示装置
２ 液晶パネル
３，５３，８２ 導光板
４ 発光素子
８，９ 緩衝材
１０ 入射面
１１ 拡散反射面
１２ 出射面
１３ 反射溝
１４，９５ 可視光カットフィルタ
１５，８５，９４ 第１ライトガイド
１６ 第２ライトガイド
１７ 反射面
１８ 受光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルと光源および導光部材と、該表示パネルの表示面上での操作を光学的に検出する検出手段を備えた操作表示装置であって、
前記導光部材は前記光源からの光を前記表示パネルへ導く第１導光部材と、該第１導光部材に設けた光束分離手段によって分離した前記光源からの光の一部を前記表示パネルの表示面に沿う方向に導く第２導光部材を備え、
前記検出手段は、前記第２導光部材から出射した光を検出する受光手段を備え、前記表示パネルの表示面に沿う方向に進行する光の遮光状態を検出することにより操作位置を検出することを特徴とする操作表示装置。
【請求項２】
前記光源および前記第１導光部材は前記表示パネルのバックライト部を構成し、
前記第１導光部材は、前記表示パネルに対向する出射面と、該出射面と対向する拡散反射面と、前記光源に対向する入射面を有し、前記光束分離手段は該入射面に対して傾斜した斜面によって形成されることを特徴とする請求項１記載の操作表示装置。
【請求項３】
可視光カットフィルタをさらに備え、
前記光源から発した光は前記斜面で分岐し、その一方の光は前記第１導光部材に入射し、他の光は前記第２導光部材に入射し、前記可視光カットフィルタを透過した近赤外光が前記受光手段によって検出されることを特徴とする請求項２記載の操作表示装置。
【請求項４】
前記光源は複数の発光素子を有し、
前記第１導光部材には前記複数の発光素子にそれぞれ対向した斜面を有する反射溝が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の操作表示装置。
【請求項５】
前記第２導光部材に反射面を設け、該第２導光部材に入射して前記表示パネルの周辺部を透過した光を当該反射面で反射させることにより、光路を前記表示面に沿う方向に変更することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の操作表示装置。
【請求項６】
前記表示パネルの周辺部を支持する支持部材を備えており、該支持部材には前記第２導光部材から出射した光を通過させる貫通部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の操作表示装置。
【請求項７】
前記斜面にて、前記光源から前記第１導光部材に入射した光の一部を透過させて前記第２導光部材に導くことを特徴とする請求項２記載の操作表示装置。
【請求項８】
前記第１導光部材に穴部を形成し、前記光源からの光が当該穴部を通過して前記第２導光部材に入射することを特徴とする請求項２記載の操作表示装置。
【請求項９】
前記第２導光部材は複数の全反射面を有し、該第２導光部材に入射して前記複数の全反射面で反射した光は、前記表示パネルの周辺部を透過することなく、前記第２導光部材から前記受光手段に向けて出射することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の操作表示装置。
【請求項１０】
前記第１導光部材は前記表示面に直交する方向から見た場合に矩形状をなし、その少なくとも隣り合う２辺には前記光源に対する入射面が形成されており、
前記受光手段は、前記第１導光部材の前記２辺に対して前記表示面の表示領域を挟んでそれぞれ対向した各辺に沿って前記第２導光部材とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項記載の操作表示装置。
【請求項１】
表示パネルと光源および導光部材と、該表示パネルの表示面上での操作を光学的に検出する検出手段を備えた操作表示装置であって、
前記導光部材は前記光源からの光を前記表示パネルへ導く第１導光部材と、該第１導光部材に設けた光束分離手段によって分離した前記光源からの光の一部を前記表示パネルの表示面に沿う方向に導く第２導光部材を備え、
前記検出手段は、前記第２導光部材から出射した光を検出する受光手段を備え、前記表示パネルの表示面に沿う方向に進行する光の遮光状態を検出することにより操作位置を検出することを特徴とする操作表示装置。
【請求項２】
前記光源および前記第１導光部材は前記表示パネルのバックライト部を構成し、
前記第１導光部材は、前記表示パネルに対向する出射面と、該出射面と対向する拡散反射面と、前記光源に対向する入射面を有し、前記光束分離手段は該入射面に対して傾斜した斜面によって形成されることを特徴とする請求項１記載の操作表示装置。
【請求項３】
可視光カットフィルタをさらに備え、
前記光源から発した光は前記斜面で分岐し、その一方の光は前記第１導光部材に入射し、他の光は前記第２導光部材に入射し、前記可視光カットフィルタを透過した近赤外光が前記受光手段によって検出されることを特徴とする請求項２記載の操作表示装置。
【請求項４】
前記光源は複数の発光素子を有し、
前記第１導光部材には前記複数の発光素子にそれぞれ対向した斜面を有する反射溝が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の操作表示装置。
【請求項５】
前記第２導光部材に反射面を設け、該第２導光部材に入射して前記表示パネルの周辺部を透過した光を当該反射面で反射させることにより、光路を前記表示面に沿う方向に変更することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の操作表示装置。
【請求項６】
前記表示パネルの周辺部を支持する支持部材を備えており、該支持部材には前記第２導光部材から出射した光を通過させる貫通部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の操作表示装置。
【請求項７】
前記斜面にて、前記光源から前記第１導光部材に入射した光の一部を透過させて前記第２導光部材に導くことを特徴とする請求項２記載の操作表示装置。
【請求項８】
前記第１導光部材に穴部を形成し、前記光源からの光が当該穴部を通過して前記第２導光部材に入射することを特徴とする請求項２記載の操作表示装置。
【請求項９】
前記第２導光部材は複数の全反射面を有し、該第２導光部材に入射して前記複数の全反射面で反射した光は、前記表示パネルの周辺部を透過することなく、前記第２導光部材から前記受光手段に向けて出射することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の操作表示装置。
【請求項１０】
前記第１導光部材は前記表示面に直交する方向から見た場合に矩形状をなし、その少なくとも隣り合う２辺には前記光源に対する入射面が形成されており、
前記受光手段は、前記第１導光部材の前記２辺に対して前記表示面の表示領域を挟んでそれぞれ対向した各辺に沿って前記第２導光部材とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項記載の操作表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２５３３０（Ｐ２０１３−２５３３０Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６０５４（Ｐ２０１１−１５６０５４）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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