JP2007279819A - タッチパネル付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利用者の視線方向の違いに起因するタッチ位置のずれを低減する。
【解決手段】曲面タッチパネル１３は、曲面状のタッチ面Ｔを有し、背面に光散乱層が設けられている静電容量方式のタッチパネルである。ＬＥＤ１１と液晶パネル１２は、曲面タッチパネル１３の背面に画像を投射する。利用者は、投射画像を見ながら、曲面タッチパネル１３のタッチ面Ｔにタッチする。光散乱層を設ける方法には、曲面基板１４の背面に白色顔料などを含む塗料を塗布する方法、曲面基板１４の背面をサンドブラスト処理などで粗面化する方法、曲面基板１４を乳白色ガラスなどで形成する方法、曲面基板１４の背面に半透明のスクリーン部材１８を設ける方法などがある。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネル付き表示装置に関し、より特定的には、タッチ面が曲面であるタッチパネルを備えた表示装置に関する。

車載用の電子機器やゲーム機器などにおいて、機器の操作性を高めるために、タッチ面が曲面であるタッチパネル（以下、曲面タッチパネルという）を用いることが提案されている。しかしながら、曲面タッチパネルと共に使用されるディスプレイについては、今のところ、可撓性を有する平面ディスプレイを湾曲させて得られる円筒面状（アーチ状）のディスプレイですらまだ開発段階にあり、球面（ドーム状）や任意の曲面のディスプレイの実用化にはさらに時間がかかる。このため実用的には、曲面タッチパネルを平面ディスプレイと共に使用する形態が多いと考えられる。

図６は、曲面タッチパネルと平面ディスプレイとを備えたタッチパネル付き表示装置の外観を示す図である。図６において曲面タッチパネル１は、半球状のタッチ面を有する透明なタッチパネルである。曲面タッチパネル１の下には、曲面タッチパネル１が形成する空間内に平面の表示画面２を表示する表示装置（例えば、液晶表示装置）が設けられる。

なお、本発明に関連する技術として、特許文献１には、接触部分が半球状またはドーム状のタッチパネルを備えた座標入力装置が開示されている。また、特許文献２には、曲面タッチパネルを備えた電気光学パネルが開示されている。
特開２００４−９４４５０号公報 特開２００４−２５２６７６号公報

しかしながら、図６に示すタッチパネル付き表示装置には、曲面タッチパネル１が表示画面２から離れているために、利用者が表示装置を見る方向によって、タッチ位置がずれるという問題がある。例えば図６において、利用者が表示画面２内の点Ｐにタッチする場合を考える。曲面タッチパネル１の真上から点Ｐを見る利用者Ｕ１は、点Ｐにタッチしようとして、曲面タッチパネル１の頂上に位置する点Ｑ１にタッチする。これに対して、斜めから点Ｐを見る利用者Ｕ２は、点Ｐにタッチしようとして、曲面タッチパネル１の頂上から離れた位置にある点Ｑ２にタッチする。このように視線方向の違いに起因する位置のずれ（視差）があると、タッチ位置にずれが生じ、利用者からの入力を正しく検出できなくなる。

それ故に、本発明は、視線方向の違いに起因するタッチ位置のずれを低減した曲面タッチパネル付き表示装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、タッチパネル付きの表示装置であって、
曲面状のタッチ面を有し、背面に光散乱層が設けられている静電容量方式のタッチパネルと、
前記タッチパネルの背面に画像を投射する画像投射部とを備える。

第２の発明は、第１の発明において、
前記タッチパネルは、光透過性を有する材料で形成され、背面に光散乱性を有する塗料が塗布された曲面基板を含むことを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、
前記タッチパネルは、光透過性を有する材料で形成され、背面に粗面化処理が施された曲面基板を含むことを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、
前記タッチパネルは、光散乱性を有する材料で形成された曲面基板を含むことを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明において、
前記タッチパネルは、光透過性を有する材料で形成された曲面基板を含み、
光散乱性を有する材料で形成され、前記曲面基板の背面に沿って配置されるスクリーン部材をさらに備えることを特徴とする。

第６の発明は、第１の発明において、
前記画像投射部は、光源と非発光型の表示パネルとを含み、
前記光源から出射された光は、前記表示パネルを透過または反射した後、前記タッチパネルの背面に直接投射されることを特徴とする。

第７の発明は、第１の発明において、
前記画像投射部は、光源と非発光型の表示パネルと投射レンズとを含み、
前記光源から出射された光は、前記表示パネルを透過または反射した後、前記投射レンズによって前記タッチパネルの背面に投射されることを特徴とする。

第８の発明は、第１の発明において、
前記画像投射部は、自発光型の表示パネルと投射レンズとを含み、
前記表示パネルから出射された光は、前記投射レンズによって前記タッチパネルの背面に投射されることを特徴とする。

上記第１の発明によれば、タッチパネルの背面に光散乱層が設けられているので、利用者にはタッチパネルの背面に投射された画像が見える。したがって、利用者は、どの方向からでも投射画像を見ながら、表示画面内でタッチしようとする点に対応する曲面タッチパネル上の点に正しくタッチすることができる。このように第１の発明によれば、視線方向の違いに起因する位置のずれ（視差）を低減し、タッチ位置のずれを低減することができる。

上記第２ないし第５の発明によれば、タッチパネルの背面に光散乱層を設け、タッチ位置のずれを低減したタッチパネル付き表示装置を得ることができる。

上記第６の発明によれば、非発光型の表示パネルを用いて、少ない光学部品で、タッチ位置のずれを低減したタッチパネル付き表示装置を得ることができる。

上記第７または第８の発明によれば、非発光型の表示パネルまたは自発光型の表示パネルを用いて、タッチ位置のずれを低減したタッチパネル付き表示装置を得ることができる。また、投射レンズを備えているので、投射拡大倍率が大きい場合でも、タッチパネルに投射される画像のぼけを少なくすることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るタッチパネル付き表示装置の構成を示す図である。図１に示す表示装置１０は、発光ダイオード（Light Emitting Diode；以下、ＬＥＤと略称する）１１、液晶パネル１２、および、曲面タッチパネル１３を備えている。

曲面タッチパネル１３は、曲面状のタッチ面Ｔを有する静電容量方式のタッチパネルである。図２は、曲面タッチパネル１３の基本構造を示す断面図である。曲面タッチパネル１３は、図２に示すように、凸状に形成された曲面基板１４に透明導電膜１５と保護膜１６を順に積層したものである。曲面タッチパネル１３では、透明導電膜１５と保護膜１６が形成された面がタッチ面Ｔとなる。以下、タッチ面Ｔの裏側の面（図２では面Ｓ）を「背面」という。

曲面基板１４は、半球状（ドーム状）に形成された、厚さが１〜２ｍｍ程度の基板である。曲面基板１４は、例えば、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、耐熱性ガラスなどで形成される。あるいは、曲面基板１４を、後述する成膜プロセスに耐え得るプラスチック材料などで形成してもよい。なお、曲面基板１４の形状は、半球状に限らず、凸面でも凹面でも任意のレリーフ状の凹凸面（例えば、人物や漫画のキャラクターの顔の形状）でもよい。

透明導電膜１５は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide ）、ＳｎＯ₂ などの導電性物質で形成された透明な膜である。透明導電膜１５は、スパッタリング処理によって曲面基板１４上に成膜される。透明導電膜１５の膜厚は１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度であり、透明導電膜１５の面抵抗は約１ＫΩ／□である。

なお、透明導電膜１５は、必ずしも１枚の連続した膜である必要はない。例えば曲面基板１４の形状が複雑であるときには、曲面基板１４を複数の領域に分割し、各領域にその領域の形状に合った膜を貼り付け、貼り付けた膜同士を配線で電気的に接続してもよい。

保護膜１６は、例えばＳｉＯ₂ 、ＳｉＮｘ、透明樹脂などの絶縁性物質で形成された透明な膜である。保護膜１６は、スパッタリング処理、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法、あるいは、塗布によって透明導電膜１５上に成膜される。保護膜１６の膜厚は、１００ｎｍ〜１μｍ程度である。

透明導電膜１５には、電流検出用に複数のリード線（図示せず）が接続されている。このリード線には、検出した電流に基づき、曲面タッチパネル１３上の２次元位置を算出する位置算出部（図示せず）が接続されている。なお、位置算出部において曲面タッチパネル１３上の２次元位置を正しく算出するためには、曲面基板１４の外周部にリード線を３本以上設ける必要がある。

ところで、タッチパネルには、静電容量方式以外にも、抵抗膜方式、電磁誘導方式、光学式、超音波式などの方式がある。しかしながら、静電容量方式以外の方式は、曲面タッチパネル１３には適していない。その理由は、以下のとおりである。

抵抗膜方式では、抵抗膜を形成した２枚の基板をわずかな間隔を空けて保持する必要がある。ところが、基板の形状が球面や任意の曲面である場合には、２枚の基板の間隔を高い精度で目標値に合わせることは極めて困難である。電磁誘導方式では、不透明なセンサー基板を表示素子の背面に配置する必要がある。ところが、センサー基板をそのような位置に配置すると、センサー感度が低下する。これに加えて電磁誘導方式には、ペンがどの程度まで接近したときにタッチしたと判定するかを決定することが困難であるという問題もある。光学式については、光の直進性を考慮すると、曲面に沿ってタッチを検出することは原理的に不可能である。超音波式には、曲面上に微細な超音波トランスデューサー（発信／受信素子）を形成することが製造上困難であるいう問題がある。

これら４つの方式とは異なり、静電容量方式によれば、基板の形状が球面や任意の曲面であっても、製造上の課題は比較的少ない。このため、本実施例の曲面タッチパネル１３では、上記４つの方式よりも有利な静電容量方式が採用されている。

図２に示す基本構造を有する曲面タッチパネル１３の背面には、光散乱層が設けられる。図３を参照して、曲面タッチパネル１３の背面に光散乱層を設ける方法を説明する。第１の方法として、曲面基板１４を光透過性を有する材料（例えば、透明ガラスや透明プラスチック）で形成し、曲面基板１４の背面（曲面タッチパネル１３の背面となる面）に光散乱性を有する塗料を塗布する方法がある（図３（ａ）を参照）。具体的には、白色顔料を含む塗料を曲面基板１４の背面にスプレー塗装すればよい。これにより、図３（ａ）に示すように、曲面タッチパネル１３の背面に塗料による光散乱層１７を設けることができる。

第２の方法として、曲面基板１４を光透過性を有する材料で形成し、曲面基板１４の背面に粗面化処理を施す方法がある（図３（ｂ）を参照）。具体的には、曲面基板１４の背面に対して、粗面化処理としてサンドブラスト処理やフッ酸エッチング処理を施せばよい。これにより、図３（ｂ）に示すように、曲面基板１４の背面部（点模様を付した部分）に光散乱性を持たせ、曲面タッチパネル１３の背面に光散乱層を設けることができる。

第３の方法として、曲面基板１４を光散乱性を有する材料で形成する方法がある（図３（ｃ）を参照）。具体的には、曲面基板１４を乳白色ガラスや半透明プラスチックなどで形成すればよい。これにより、図３（ｃ）に示すように、曲面基板１４の全体（点模様を付した部分）に光散乱性を持たせ、曲面タッチパネル１３の背面に光散乱層を設けることができる。

第４の方法として、曲面基板１４を光透過性を有する材料で形成し、これとは別に光散乱性を有する材料でスクリーン部材１８を形成し、スクリーン部材１８を曲面基板１４の背面に沿って設ける方法がある（図３（ｄ）を参照）。具体的には、スクリーン部材１８として半透明シートを曲面基板１４の背面に貼り付ければよい。あるいは、曲面基板１４の背面と同じ形状を有する薄手のスクリーン部材１８を半透明プラスチックなどで形成し、形成したスクリーン部材１８を曲面基板１４の背面に沿って設置してもよい。これにより、図３（ｄ）に示すように、曲面タッチパネル１３の背面にスクリーン部材１８からなる光散乱層を設けることができる。

なお、上記各方法において、透明導電膜１５および保護膜１６を曲面基板１４の背面側（タッチ面Ｔと反対側の面）に形成してもよい。

以下、再び図１を参照して、表示装置１０の全体構成を説明する。ＬＥＤ１１および液晶パネル１２は、曲面タッチパネル１３の背面に画像を投射する画像投射部として機能する。より詳細には、ＬＥＤ１１は、所定の輝度で発光する光源であり、液晶パネル１２を挟んで曲面タッチパネル１３の反対側に配置される。液晶パネル１２は、透過型の液晶パネルである。液晶パネル１２は、駆動回路（図示せず）から供給された映像信号に基づき、画像を表示する。

ＬＥＤ１１から出射された光の一部は、液晶パネル１２を透過して、曲面タッチパネル１３に到達する（図１を参照）。上述したように、曲面タッチパネル１３の背面には光散乱層が設けられているので、曲面タッチパネル１３に到達した光は曲面タッチパネル１３の背面で散乱する。これにより、曲面タッチパネル１３の背面には、液晶パネル１２に表示された画像（より正確には、液晶パネル１２上の領域Ａ内に表示された画像）が投射される。

表示装置１０の利用者には、液晶パネル１２に表示された画像ではなく、曲面タッチパネル１３の背面に投射された画像（以下、投射画像という）が見える。したがって、利用者は、どの方向からでも投射画像を見ながら、表示画面内でタッチしようとする点に対応する曲面タッチパネル１３上の点に正しくタッチすることができる。

なお、表示装置１０に含まれる液晶パネル１２の画面サイズは、画像を投射する光学系の構成、投射画像の輝度や解像度などに応じて決定される。液晶パネル１２の画面サイズは、典型的には曲面タッチパネル１３のサイズの１／１０〜１倍になるが、それより大きくても小さくても構わない。

以上に示すように、本実施形態に係る表示装置１０によれば、曲面タッチパネル１３の背面に画像が投射されるので、視線方向の違いに起因する位置のずれ（視差）を低減し、タッチ位置のずれを低減することができる。特に、表示装置１０では、液晶パネル１２を透過した光はレンズを介さずに直接投射されるが、ＬＥＤ１１は点光源とほぼ同じ役割を果たすので、投射画像のぼけは比較的少ない。したがって、表示装置１０によれば、少ない光学部品を用いて上記の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るタッチパネル付き表示装置の構成を示す図である。図４に示す表示装置２０は、第１の実施形態に係る表示装置（図１）に、集光レンズ２１と投射レンズ２２を追加したものである。本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

集光レンズ２１は、ＬＥＤ１１から出射された光の一部を集める。集光レンズ２１で集められた光は、液晶パネル１２を透過した後、投射レンズ２２を経由して曲面タッチパネル１３に到達する（図４を参照）。第１の実施形態と同様に、曲面タッチパネル１３の背面には光散乱層が設けられているので、曲面タッチパネル１３に到達した光は曲面タッチパネル１３の背面で散乱し、曲面タッチパネル１３の背面には液晶パネル１２に表示された画像が投射される。

したがって、本実施形態に係る表示装置２０によれば、第１の実施形態と同様に、視線方向の違いに起因する位置のずれ（視差）を低減し、タッチ位置のずれを低減することができる。特に、表示装置２０は投射レンズ２２を備えているので、投射拡大倍率が大きい場合でも投射画像のぼけを少なくすることができる。

なお、曲面タッチパネル１３の形状が半球状（ドーム状）である場合には、図５に示すように、投射レンズとして、像面を故意に湾曲させた魚眼レンズ３１を用いてもよい。魚眼レンズ３１を備えた表示装置３０によれば、光源から投射レンズに至る光学系の長さを短くし、表示装置を薄くする（図５では、縦方向の長さを短くする）ことができる。

本発明のタッチパネル付き表示装置については、以下に示す変形例を構成することができる。例えば、以上の説明では、画像投射部は、光源としてＬＥＤ１１を含むこととしたが、これに代えてハロゲンランプやショートアークランプなどを含んでいてもよい。

また、以上の説明では、画像投射部は、非発光型の表示パネルとして透過型の液晶パネル１２を含むこととしたが、画像投射部は、非発光型の表示パネルとして反射型の液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）など、反射型表示素子を有する表示パネルを含んでいてもよい。非発光型の表示パネルを用いる場合、画像投射部に光源を設ける必要があるが、表示装置には投射レンズを設けても設けなくてもよい。

あるいは、画像投射部は、非発光型の表示パネルに代えて、蛍光表示管、無機または有機ＥＬ表示素子、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display ）などの自発光型の表示パネルを含んでいてもよい。自発光型の表示素子を用いる場合には、画像投射部に光源を設ける必要はないが、表示装置には投射レンズを設ける必要がある。

これら変形例に係るタッチパネル付き表示装置によれば、第１および第２の実施形態と同様に、視線方向の違いに起因する位置のずれ（視差）を小さくし、タッチ位置のずれを小さくすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。 図１に示す表示装置に含まれる曲面タッチパネルの基本構造を示す断面図である。 図１に示す表示装置に含まれる曲面タッチパネルの背面に光散乱層を設ける方法を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係る表示装置の構成を示す図である。 タッチパネル付き表示装置におけるタッチ位置のずれを示す図である。

符号の説明

１０、２０、３０…表示装置
１１…ＬＥＤ
１２…液晶パネル
１３…曲面タッチパネル
１４…曲面基板
１５…透明導電膜
１６…保護膜
１７…光散乱層
１８…スクリーン部材
２１…集光レンズ
２２…投射レンズ
３１…魚眼レンズ

Claims (8)

1. タッチパネル付きの表示装置であって、
   曲面状のタッチ面を有し、背面に光散乱層が設けられている静電容量方式のタッチパネルと、
   前記タッチパネルの背面に画像を投射する画像投射部とを備えた、表示装置。
2. 前記タッチパネルは、光透過性を有する材料で形成され、背面に光散乱性を有する塗料が塗布された曲面基板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記タッチパネルは、光透過性を有する材料で形成され、背面に粗面化処理が施された曲面基板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記タッチパネルは、光散乱性を有する材料で形成された曲面基板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記タッチパネルは、光透過性を有する材料で形成された曲面基板を含み、
   光散乱性を有する材料で形成され、前記曲面基板の背面に沿って配置されるスクリーン部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
6. 前記画像投射部は、光源と非発光型の表示パネルとを含み、
   前記光源から出射された光は、前記表示パネルを透過または反射した後、前記タッチパネルの背面に直接投射されることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記画像投射部は、光源と非発光型の表示パネルと投射レンズとを含み、
   前記光源から出射された光は、前記表示パネルを透過または反射した後、前記投射レンズによって前記タッチパネルの背面に投射されることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
8. 前記画像投射部は、自発光型の表示パネルと投射レンズとを含み、
   前記表示パネルから出射された光は、前記投射レンズによって前記タッチパネルの背面に投射されることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。

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