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WO2009090789A1 - タッチパネル用入力ペン、および、タッチパネル入力システム - Google Patents

タッチパネル用入力ペン、および、タッチパネル入力システム Download PDF

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WO2009090789A1
WO2009090789A1 PCT/JP2008/070063 JP2008070063W WO2009090789A1 WO 2009090789 A1 WO2009090789 A1 WO 2009090789A1 JP 2008070063 W JP2008070063 W JP 2008070063W WO 2009090789 A1 WO2009090789 A1 WO 2009090789A1
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WO
WIPO (PCT)
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input
input pen
pen
panel
touch panel
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2008/070063
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shinichi Miyazaki
Masakazu Wada
Kengo Takahama
Toshiaki Nakagawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to US12/811,054 priority Critical patent/US8350829B2/en
Priority to CN2008801233872A priority patent/CN101910982A/zh
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03542—Light pens for emitting or receiving light

Definitions

  • the present invention relates to an input pen used for input to a touch panel integrated display device having a touch panel function, and a touch panel input system including the input pen.
  • a touch panel integrated display device having a touch panel function capable of detecting the touched position when the panel surface is touched with an input pen has been developed.
  • An input pen used in a conventional touch panel integrated display device has a resistance film method (a method in which an input position is detected by contacting an upper conductive substrate and a lower conductive substrate when pressed)
  • Capacitance type (method of detecting an input position by detecting a change in capacitance at a touched place) has become mainstream.
  • the optical sensor element captures the pen or finger projected on the display panel as an image, and the position of the pen tip or fingertip To detect the position.
  • a configuration in which a light source such as a light emitting diode is provided on the input pen has been devised so that the optical sensor element can detect the position of the pen input more reliably.
  • a light source such as a light emitting diode
  • Such an input pen with a light source is called an LED penlight.
  • the light of the light emitting diode is emitted from the pen tip to the liquid crystal display panel, so that the optical sensor element provided in the liquid crystal display panel can more easily recognize the position of the pen. The effect is obtained.
  • the user touches the surface of the liquid crystal display panel instead of touching the panel surface from directly above (that is, from a direction perpendicular to the panel surface).
  • the panel surface is touched in a state of being inclined by about 45 °.
  • the light path is obliquely directed to the surface of the liquid crystal display panel, and light from the light source provided on the pen enters, so the position slightly deviates from the actual input position. The problem of misdetecting that the input is from.
  • FIG. 6 schematically shows how pen input is performed on the panel surface of a liquid crystal display device with a built-in optical sensor using an input pen with a light source.
  • the light source 161 such as a light emitting diode attached to the input pen 160 has directivity as indicated by an arrow. Therefore, when the pen is tilted with respect to the panel surface, the light emitted from the input pen is arranged at a position slightly deviated from the optical sensor element 30a located immediately below the original input position. It is detected as a higher light amount in the existing optical sensor element 30b.
  • an input pen with a light source has a problem of erroneously detecting that the input is from a position slightly deviated from the actual input position.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an input pen that can be used in a touch panel integrated display device and enables more accurate position detection.
  • the input pen according to the present invention includes a plurality of photosensor elements that detect transmitted light from the panel surface, and the photosensor elements detect an image on the surface of the display panel.
  • the touch panel integrated display device that detects the input position is an input pen that performs input, and is characterized in that a retroreflective member is provided at a tip portion that contacts the display panel.
  • the input pen of the present invention is used for inputting to a touch panel integrated display device to which a touch panel function is added using a photo sensor element as an area sensor in a display device incorporating a photo sensor element.
  • the characteristic required of the pen tip is that the optical sensor element can be easily detected by the optical sensor element so that the optical sensor element can reliably detect the position of the pen input.
  • a method for that purpose for example, a method of making the pen tip shine by itself or increasing the reflectance of the pen tip can be considered.
  • a light source such as a light emitting diode
  • the directivity of the light emitted from the input pen varies depending on the angle of inclination of the pen with respect to the surface of the liquid crystal panel. It is detected that the input is a position slightly deviated from the position.
  • the retroreflective member is attached to the pen tip of the input pen as described above.
  • the retroreflective member is a member having a function of reflecting incident light mainly in the incident direction.
  • the light reflected from the backlight and transmitted from the display panel can be retroreflected by the retroreflective member provided at the tip of the input pen, for example.
  • the light quantity from the position of a pen tip becomes markedly high compared with the light quantity from other positions, and position detection can be performed more easily and reliably.
  • the retroreflective member is provided at the tip of the input pen, so that light having directivity in the direction perpendicular to the surface of the display panel is also directed in the direction perpendicular to the surface of the display panel. It can be reflected as light having directivity. As a result, even when the input pen is tilted from the surface and touches the panel, it can be detected as a high amount of light in the photosensor element placed directly below the actual input position, and a more accurate input position can be detected. can do.
  • the retroreflective member may be a retroreflective bead.
  • the retroreflective beads are composed of, for example, a spherical transparent member (for example, glass) and a reflective member such as a metal that covers a part of the surface thereof.
  • the retroreflective beads are composed of a spherical transparent member and a reflective member having elasticity, and the spherical transparent member is fixed to the tip of the input pen,
  • the reflective member having elasticity is preferably attached so as to cover at least part of the surface of the spherical transparent member when the input pen contacts the surface of the display panel.
  • the spherical transparent member when the input pen contacts the surface of the display panel, at least a part of the surface of the spherical transparent member is covered with the reflective member, whereby the spherical transparent member is retroreflective.
  • the tip of the pen when the input pen is not in contact with the surface of the front panel, the tip of the pen does not have retroreflective properties, and the input pen contacts the surface of the display panel.
  • the characteristics of the tip can be changed depending on whether or not the input pen is in contact with the display panel, such that the tip of the pen has retroreflectivity.
  • the tip of the pen has retroreflective properties, it is possible to efficiently irradiate the light sensor element with the light from the backlight. For this reason, when the input pen touches the liquid crystal display panel, the output of the photosensor element on the liquid crystal display panel side is markedly increased compared to when the input pen is not touching.
  • Examples of the material for the transparent member include glass.
  • the retroreflective beads are preferably formed of a material having a refractive index of 1.41 or more.
  • the retroreflective beads can retroreflect more incident light.
  • the retroreflective beads are preferably formed of a material having a refractive index of 1.9 or more.
  • incident light can be retroreflected when the input pen is brought into contact with the panel surface at an angle of 45 °.
  • the touch panel input system includes a plurality of photosensor elements that detect transmitted light from the panel surface in order to solve the above-described problems, and the photosensor elements are arranged on the surface of the display panel.
  • the display device includes a touch panel integrated display device that detects an input position by detecting an image, and any one of the input pens that performs input to the display device.
  • the touch panel input system of the present invention performs touch panel input using any of the input pens described above, the position of the pen tip where the optical sensor element provided in the display device contacts the panel surface can be detected more easily and reliably. can do. Therefore, more accurate position detection is possible in the touch panel input system.
  • FIGS. 1 to 5 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 as follows. Note that the present invention is not limited to this.
  • a touch panel input system including a touch panel integrated liquid crystal display device having a touch panel function and an input pen that inputs information by touching the panel surface of the liquid crystal display device will be described. To do.
  • the touch panel integrated liquid crystal display device 100 (also referred to as the liquid crystal display device 100) illustrated in FIG. 2 has a touch panel function in which an optical sensor element provided for each pixel detects an input position by detecting an image on the surface of the display panel. Have.
  • the touch panel integrated liquid crystal display device 100 of the present embodiment includes a liquid crystal display panel 20 and a backlight 10 that is provided on the back side of the liquid crystal display panel and irradiates the display panel with light. ing.
  • the liquid crystal display panel 20 includes an active matrix substrate 21 in which a large number of pixels are arranged in a matrix, and a counter substrate 22 disposed so as to face the active matrix substrate 21, and a display medium between the two substrates.
  • the liquid crystal layer 23 is sandwiched.
  • a front-side phase difference plate 50a and a back-side phase difference plate 50b are provided as optical compensation elements, respectively.
  • the front side retardation plate 50a and the back side retardation plate 50b are arranged for the purpose of improving the transmittance and viewing angle characteristics.
  • a front side polarizing plate 40a and a back side polarizing plate 40b are provided on the outer sides of the front side retardation plate 50a and the back side retardation plate 50b, respectively.
  • Each polarizing plate 40a and 40b serves as a polarizer.
  • the polarization direction of the front side polarizing plate 40a and the polarization direction of the back side polarizing plate 40b are arranged so as to have a crossed Nicols relationship.
  • a normally black mode liquid crystal display device can be realized.
  • the active matrix substrate 21 is provided with a TFT, which is a switching element for driving each pixel, an alignment film (not shown), an optical sensor element 30, and the like.
  • the counter substrate 22 includes a color filter layer 24, a counter electrode, an alignment film (not shown), and the like.
  • the color filter layer 24 is composed of colored portions having respective colors of red (R), green (G), and blue (B), and a black matrix.
  • a photosensor element is provided in each pixel region, thereby realizing an area sensor.
  • the optical sensor element 30 reads the position and inputs information to the device or executes a target operation. can do.
  • the touch panel function can be realized by the optical sensor element 30.
  • the photosensor element is not necessarily provided for each pixel.
  • a photosensor is provided for each pixel having any one color filter of R, G, and B. It may be a configuration.
  • the configuration of the touch panel integrated liquid crystal display device is not necessarily limited to the above configuration, and a configuration of a conventionally known photosensor built-in type liquid crystal display device can be applied.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the input pen 60 according to the present embodiment.
  • the input pen 60 is provided with a retroreflective member 61 at the tip of the pen.
  • the retroreflective member 61 is a member having a function of reflecting incident light mainly in the incident direction.
  • the retroreflective member 61 includes a spherical glass 62 (spherical transparent member) and a reflective member 63.
  • the glass 62 may be another transparent member such as a resin. Specific examples include polycarbonate, epoxy, acrylic, and polyolefin.
  • the reflecting member 63 is an elastic body in which a metal vapor deposition film such as aluminum is formed on the contact surface with the spherical glass 62. Examples of the material of the elastic body include silicon rubber.
  • the input pen 60 includes a tip part 64 and a gripping part 65 as constituent parts other than the retroreflective member 61.
  • the tip part 64 has a cylindrical shape whose outer shape becomes narrower toward the tip, and a spherical glass 62 is fixed to the tip part.
  • the grip component 65 is a portion that is gripped when the user holds the input pen 60.
  • Each of these parts is made of a material such as plastic.
  • the gripping component 65 includes a gripping portion 65a for the user to grip the input pen 60, and a protrusion 65b that is narrower than the gripping portion 65a.
  • a reflection member 63 having the same thickness as the protrusion 65b is attached to the tip of the protrusion 65b.
  • grip component 65 is engage
  • a gap 65c is formed between the tip part 64 and the gripping part 65a of the gripping part 65, as shown in FIG.
  • the gripping portion 65a can be pushed in the direction of the arrow in the figure by forming such a gap 65c.
  • the size of the gap 65c is such that when the gripping part 65a is pushed in the direction of the arrow and the gripping part 65a and the tip part 64 come into contact with each other, the elastic reflecting member 63 is compressed and sinks, and the surface of the spherical glass The size may be such that at least part of the reflective member 63 comes into contact. Since the spherical glass 62 located at the tip of the input pen 60 is fixed to the tip part 64, the glass 62 does not change its position when the grip 65a is pushed in the direction of the arrow in the figure. The compressed reflecting member 63 is pressed against the surface of the glass 62. Thus, the retroreflective member 61 is obtained by pressing the reflective member 63 against the surface of the glass 62.
  • the retroreflective member 61 is realized as a retroreflective bead.
  • the present invention is not necessarily limited to such a configuration.
  • the backlight 10 emits light having directivity in a direction substantially perpendicular to the panel surface of the liquid crystal display device 100 (that is, directivity of the arrow A1).
  • the gripping portion 65 a of the input pen 60 moves in the direction of the arrow shown in FIG. 1, and the elastic reflecting member 63 is compressed and the surface of the spherical glass 62 Sink to cover.
  • FIG. 3 shows a state in which the spherical glass 62 positioned at the tip of the input pen 60 is in contact with the panel surface of the liquid crystal display device 100, and the reflection member 63 sinks due to the reaction.
  • the retroreflective member 61 composed of the spherical glass 62 and the reflective member 63 is obtained.
  • the retroreflective member 61 the light from the backlight incident on the glass 62 is retroreflected.
  • the light reflected by the reflecting member 63 is incident with directivity in a direction substantially perpendicular to the panel surface of the liquid crystal display device 100 (that is, directivity of the arrow A2).
  • FIG. 6 shows a state in which input is performed on the liquid crystal display device 100 using an input pen 160 with a light source.
  • a light source 161 such as a light emitting diode is attached to the input pen 160 shown in FIG.
  • the light source 161 has directivity as indicated by an arrow in the drawing, and irradiates light from the pen tip of the input pen 160.
  • the light emitted from the input pen is slightly smaller than the optical sensor element 30 a located directly below the original input position.
  • the light sensor element 30b arranged at the shifted position is detected as a higher light amount. Therefore, when a touch panel input is performed on the liquid crystal display device 100 using the input pen 160, the input is not an input from directly above the optical sensor element 30a that is the original input position, but an optical sensor disposed at a slightly shifted position. It is detected that the input is from directly above the element 30b.
  • an input pen with a light source erroneously detects that the input is from a position slightly deviated from the actual input position.
  • the input pen 60 according to the present embodiment when used, as shown in FIG. 2, since the retroreflective member 61 is provided at the tip of the input pen 60, The light of the backlight having directivity in the direction substantially perpendicular to the panel surface (the direction of the arrow A1 in FIG. 3) is directed by the retroreflective member 61 in the direction substantially perpendicular to the panel surface (see FIG. 3). 3 is emitted from the tip of the input pen 60 as light having a direction indicated by an arrow A2. That is, the direction of light emitted from the backlight (arrow A1) and the direction of light reflected by the retroreflective member 61 (arrow A2) are parallel to each other and opposite to each other.
  • the input pen 60 of the present embodiment reflects the surface of the glass 62 as shown in FIG. 1 when the tip of the pen is not in contact with a plane such as the surface of the liquid crystal display panel. Since it is not covered with the member 63, the light incident on the glass 62 is not retroreflected. On the other hand, when the tip of the pen contacts the surface of the liquid crystal display panel, the surface of the glass 62 is covered with the reflecting member 63 as shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the relationship between the distance from the pen tip of the input pen 60 to the optical sensor element 30 (photosensor) arrangement surface and the output of the optical sensor element 30.
  • the sensor output when the input pen 60 is not in contact with the panel surface (non-touch) is indicated by a broken line
  • the sensor output when the input pen 60 is in contact with the panel surface (touch) is a solid line. Is shown.
  • the sensor output gradually increases as the distance from the pen tip to the optical sensor element becomes shorter (as it moves from right to left in FIG. 4). To rise. Then, when the distance from the pen tip to the optical sensor element becomes d1, the output of the optical sensor element 30 is significantly increased.
  • d1 is the distance from the outermost surface of the liquid crystal display device 100 to the surface on which the photosensor element 30 is disposed (see FIG. 3).
  • the output of the optical sensor element 30 varies greatly depending on whether or not the tip of the input pen 60 is in contact with the panel surface. Thereby, the discrimination between the case where the input pen 60 touches the surface of the display panel and the case where the input pen 60 is not touched can be more reliably performed.
  • the refractive index of the spherical glass 62 is preferably 1.41 or more. If the refractive index is 1.41 or more, the spherical glass has retroreflective properties. Further, as the refractive index is increased, the incident light can be reliably retroreflected even when the input pen is tilted. If the refractive index is 1.9 or more, the incident light can be retroreflected even when the input pen is brought into contact with the panel surface at an angle of 45 °. When the refractive index is 2.0, the incident light can be retroreflected even if the input pen is tilted and brought into contact with the panel surface.
  • the reflecting member 63 has the following configuration.
  • FIG. 5 shows a state where the tip of the input pen 60 is in contact with the surface S of the liquid crystal panel or the like substantially perpendicularly.
  • the reflecting member 63 covers the surface of the spherical glass 62 within a range of at least 10 °. Therefore, the light incident from the spherical glass 62 is reflected by the reflecting member 63 and then emitted from the same direction as the direction incident on the spherical glass 62. Thereby, when an input pen contacts the surface of a display panel, the incident light can be more reliably retroreflected.
  • the spherical glass 62 is connected to the tip part 64 at a position of 90 ° with the pole P as a base point. Therefore, when the tip of the pen comes into contact with the surface S of a liquid crystal display panel or the like, the reflecting member 63 having elasticity can cover the surface of the spherical glass 62 up to a range of 90 °.
  • the input pen according to the present invention includes a plurality of optical sensor elements that detect transmitted light from the panel surface, and the optical sensor element detects an image on the surface of the display panel.
  • An input pen for performing input to a display device integrated with a touch panel for detecting a position and is characterized in that a retroreflective member is provided at a distal end portion in contact with the display panel.
  • the light reflected from the backlight and transmitted from the display panel can be retroreflected by the retroreflective member provided at the tip of the input pen.
  • the amount of light from the position of the pen tip is significantly higher than the amount of light from other positions, and position detection can be performed more easily and reliably.
  • the input pen is tilted from the surface and touches the panel, it can be detected as a high amount of light in the optical sensor element arranged directly below the actual input position, and a more accurate input position is detected. be able to.
  • the touch panel input system includes a plurality of optical sensor elements that detect transmitted light from the panel surface, and the optical sensor element detects an input position by detecting an image on the surface of the display panel.
  • a touch panel integrated display device to be detected and any one of the above input pens for inputting to the display device are included.
  • a touch panel input system capable of more accurate position detection can be realized.
  • the touch panel integrated liquid crystal display device can detect a more accurate position.
  • the input pen of the present invention can be used for a touch panel input system.

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Abstract

　本発明の入力ペン（６０）は、タッチパネル一体型の液晶表示装置（１００）（表示装置）に対して、入力を行う入力ペンである。液晶表示装置（１００）は、パネル表面からの透過光を検知する光センサ素子（３０）が複数個備えられており、該光センサ素子（３０）が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出する。この入力ペン（６０）には、表示パネルと接触する先端部に、再帰反射部材（６１）が設けられている。再帰反射部材（６１）は、球状のガラス（６２）（球状の透明部材）と、弾性を有する反射部材（６３）とから構成されている。これにより、タッチパネル一体型の表示装置に用いられ、より正確な位置検出を可能とする入力ペンを提供する。

Description

タッチパネル用入力ペン、および、タッチパネル入力システム
　本発明は、タッチパネル機能を備えたタッチパネル一体型の表示装置に対して入力を行うために使用される入力ペン、および、その入力ペンを含んで構成されるタッチパネル入力システムに関するものである。
　液晶表示装置などの表示装置の中には、入力用のペンでパネル表面を触れると、その触れた位置を検出することのできるタッチパネル機能を備えたタッチパネル一体型の表示装置が開発されている。
　従来のタッチパネル一体型表示装置に使用される入力ペンは、抵抗膜方式（押されると、上の導電性基板と下の導電性基板とが接触することによって入力位置を検知する方式）や、静電容量式（触った場所の容量変化を検知することによって入力位置を検知する方式）のものが主流となっている。
　ところで、近年、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの光センサ素子が画像表示領域内の画素毎に（あるいは複数の画素単位で）備えられた液晶表示装置の開発が進んでいる（例えば、特許文献１参照）。このように、画素ごとに光センサ素子を内蔵することで、スキャナ機能、タッチパネル機能を通常の液晶表示装置で実現することが可能となる。つまり、上記光センサ素子がエリアセンサとしての機能を果たすことで、タッチパネル一体型の表示装置を実現することができる。
日本国公開特許公報「特開２００６－１８２１９号公報（公開日：２００６年１月１９日）」
　上記のような光センサ素子を備えた液晶表示装置を、タッチパネル機能を有する表示装置として利用する場合、表示パネル上に映し出されるペンあるいは指を光センサ素子が画像として捉え、ペン先あるいは指先の位置を検知して位置検出を行う。
　このような構成のタッチパネル一体型表示装置では、光センサ素子がペン入力の位置をより確実に検知できるように、入力ペンに発光ダイオードなどの光源を設ける構成が考案されている。このような光源付き入力ペンは、ＬＥＤペンライトと呼ばれる。
　これにより、光源付きの入力ペンでは、ペン先から発光ダイオードの光が液晶表示パネルに対して照射されるため、液晶表示パネル内に設けられた光センサ素子がペンの位置をより認識し易くなるという効果が得られる。
　しかし、このような構成の入力ペンでは、以下のような理由で、入力位置がずれて検出されてしまうという問題が発生する。
　通常、使用者がペンを使用してパネルにタッチする場合、表示パネルの真上から（すなわち、パネル表面に対して垂直な方向から）パネル表面にタッチするのではなく、液晶表示パネルの表面から例えば４５°程度傾いた状態でパネル表面にタッチする。
　そのため、上記のような構成では、光路が液晶表示パネルの表面に対して斜めの指向性を有してペンに設けられた光源からの光が入射するため、実際の入力位置から少しずれた位置からの入力であると誤検知してしまうという問題が発生する。
　図６には、光源付きの入力ペンを使用して光センサ内蔵型液晶表示装置のパネル表面にペン入力を行う様子を模式的に示している。この図に示すように、入力ペン１６０に取り付けられた発光ダイオードなどの光源１６１は、矢印で示すような指向性を有している。そのため、パネル表面に対して傾斜してペンを接触させた場合、入力ペンから照射された光は、本来の入力位置の真下に位置する光センサ素子３０ａよりも、少しずれた位置に配置されている光センサ素子３０ｂにおいてより高い光量として検知されてしまう。このように、光源付きの入力ペンでは、実際の入力位置から少しずれた位置からの入力であると誤検知してしまうという問題が発生する。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、タッチパネル一体型の表示装置に用いられ、より正確な位置検出を可能とする入力ペンを提供することを目的とする。
　本発明にかかる入力ペンは、上記の課題を解決するために、パネル表面からの透過光を検知する光センサ素子が複数個備えられており、該光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル一体型の表示装置に対して、入力を行う入力ペンであって、表示パネルと接触する先端部に、再帰反射部材が設けられていることを特徴としている。
　本発明の入力ペンは、光センサ素子が内蔵された表示装置において、光センサ素子をエリアセンサとして利用してタッチパネル機能を付加したタッチパネル一体型表示装置に対して入力を行うために使用される。
　このような入力ペンにおいて光センサ素子がペン入力の位置を確実に検知することができるように、ペン先に求められる特性としては、光センサ素子によって検出され易くするということである。そのための方法としては、例えば、ペン先を自ら光らせたり、あるいは、ペン先の反射率を高くしたりするという方法が考えられる。しかし、入力ペンに発光ダイオードなどの光源を取り付け自ら発光させた場合、入力ペンから照射される光は、液晶パネルの表面に対するペンの傾斜の角度によって指向性が異なってしまい、入力ペンがタッチした位置から少しずれた位置の入力であると検知されてしまう。また、反射率を高めるために、単に反射率の高い鏡面を有する材料をペン先につけただけでは、光の反射方向を制御することはできず、例えば、パネルの表面に対して入力ペンを傾斜させてタッチした場合には、実際の入力位置からずれた方向に対して光が反射されることにより、入力位置を正確に検出することができなくなってしまうという問題が発生する。
　そこで、本発明では、上記のように入力ペンのペン先に再帰反射部材が取り付けられている。再帰反射部材とは、入射した光を主として入射方向へ反射させる機能を有する部材である。
　上記の構成によれば、入力ペンの先に設けられた再帰反射部材によって、例えば、バックライトから照射され表示パネルから透過された光を再帰反射させることができる。これにより、ペン先の位置からの光量が、他の位置からの光量と比較して格段に高くなり、位置検出をより容易かつ確実に行うことができる。
　また、バックライトの光源などから表示パネルに照射され表示パネルを透過する光は、表示パネルの表面に対して垂直な方向に指向性を有している。そのため、入力ペンの先端部に再帰反射部材が設けられていることで、表示パネルの表面に対して垂直な方向に指向性を有する光を、同じく、表示パネルの表面に対して垂直な方向に指向性を有する光として反射させることができる。これにより、入力ペンを表面から傾けてパネルに接触した場合であっても、実際の入力位置の真下に配置された光センサ素子において高い光量として検知することができ、より正確な入力位置を検出することができる。
　また、従来のように、入力ペンに光源およびその電源を設ける必要がないため、軽量かつ低コストな入力ペンを得ることができる。
　本発明の入力ペンにおいて、上記再帰反射部材は、再帰反射ビーズであってもよい。再帰反射ビーズは、例えば、球状の透明部材（例えば、ガラス）とその表面の一部を覆う金属などの反射部材とから構成される。
　また、上記の入力ペンにおいて、上記再帰反射ビーズは、球状の透明部材と、弾性を有する反射部材とから構成され、上記球状の透明部材は、上記入力ペンの先端部に固定されているとともに、上記弾性を有する反射部材は、上記入力ペンが表示パネルの表面に接触すると、上記球状の透明部材の表面の少なくとも一部を覆うように取り付けられていることが好ましい。
　従来の光源付き入力ペンを使用してタッチパネル入力を行う場合、ペン先がパネル表面に接触した場合としていない場合との間で、光源から発せられる光量は変化しないため、液晶表示装置に内蔵された光センサ素子が受光する光量は大きく変化することはない。そのため、入力ペンが表示パネルにタッチした場合と、タッチしていない場合との間の識別を明確に行うことが困難である。
　これに対して、上記の構成によれば、入力ペンが表示パネルの表面に接触すると、球状の透明部材の表面の少なくとも一部が反射部材によって覆われ、これにより球状の透明部材が再帰反射性を有する。このように、上記の構成によれば、入力ペンが表字パネルの表面に接触していない場合には、ペンの先端部は再帰反射性を有さず、入力ペンが表示パネルの表面に接触した場合には、ペンの先端部は再帰反射性を有するというように、入力ペンが表示パネルに接触したか否かによって、先端部の特性を変化させることができる。
　ペンの先端部が再帰反射性を有していれば、バックライトの光を光センサ素子に効率的に照射することができる。そのため、入力ペンが液晶表示パネルを触ると、触っていないときと比較して格段に液晶表示パネル側の光センサ素子の出力が上昇する。
　したがって、上記の構成によれば、入力ペンが表示パネルにタッチした場合と、タッチしていない場合との間の識別を、より確実に行うことができる。
　上記の透明部材の材料としては、例えばガラスを挙げることができる。
　上記の入力ペンにおいて、上記再帰反射ビーズは、屈折率が１．４１以上の材料で形成されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、上記再帰反射ビーズは、より多くの入射光を再帰反射させることができる。
　上記の入力ペンにおいて、上記再帰反射ビーズは、屈折率が１．９以上の材料で形成されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、入力ペンをパネル表面に対して４５°の角度で傾斜させて接触させた場合に、入射光を再帰反射させることができる。
　また、本発明にかかるタッチパネル入力システムは、上記の課題を解決するために、パネル表面からの透過光を検知する光センサ素子が複数個備えられており、該光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル一体型の表示装置と、該表示装置に対して入力を行う、上記の何れかの入力ペンと、を含んで構成されている。
　本発明のタッチパネル入力システムは、上記の何れかの入力ペンを用いてタッチパネル入力を行うため、表示装置に設けられた光センサ素子がパネル表面に接触したペン先の位置をより容易かつ確実に検出することができる。そのため、タッチパネル入力システムにおいてより正確な位置検出が可能となる。
　本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明によって明白になるであろう。
本発明の一実施の形態にかかる入力ペンの構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態にかかるタッチパネル一体型液晶表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態にかかるタッチパネル入力システムの構成を示す模式図であって、図２に示すタッチパネル一体型液晶表示装置に対して、図１に示す入力ペンが入力を行っている状態を示す図である。 入力ペンのペン先から光センサ素子（フォトセンサ）配置面までの距離と光センサ素子の出力との関係を示すグラフである。 入力ペンの先端部が平面に接触している状態の構造を示す模式図である。 従来の光源付き入力ペンを使用してタッチパネル一体型液晶表示装置に対して入力を行っている状態を示す模式図である。
符号の説明
　　１０　　バックライト
　　２０　　液晶表示パネル
　　２１　　アクティブマトリクス基板
　　２２　　対向基板
　　２３　　液晶層
　　２４　　カラーフィルタ層
　　３０　　光センサ素子
　　３０ａ　光センサ素子
　　３０ｂ　光センサ素子
　　６０　　入力ペン
　　６１　　再帰反射部材（再帰反射ビーズ）
　　６２　　球状のガラス（再帰反射部材、球状の透明部材）
　　６３　　反射部材（再帰反射部材）
　　６４　　先端部品
　　６５　　把持部品
　１００　　タッチパネル一体型液晶表示装置（表示装置）
　　　ｘ　　入力ペンの長手方向
　　　Ｐ　　球状のガラスの極
　　　Ｇ　　球状のガラスの中心
　本発明の一実施形態について、図１～図５に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
　本実施の形態では、タッチパネル機能を備えているタッチパネル一体型の液晶表示装置と、その液晶表示装置のパネル表面に接触することによって情報の入力を行う入力ペンとから構成されるタッチパネル入力システムについて説明する。
　まず、本実施の形態のタッチパネル一体型液晶表示装置の構成を、図２を参照しながら説明する。図２に示すタッチパネル一体型液晶表示装置１００（液晶表示装置１００とも呼ぶ）は、画素毎に設けられた光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル機能を有している。
　図２に示すように、本実施の形態のタッチパネル一体型液晶表示装置１００は、液晶表示パネル２０、および、液晶表示パネルの背面側に設けられ該表示パネルに光を照射するバックライト１０を備えている。
　液晶表示パネル２０は、多数の画素がマトリクス状に配列されたアクティブマトリクス基板２１と、これに対向するように配置された対向基板２２とを備えており、さらにこれら２つの基板の間に表示媒体である液晶層２３が挟持された構造を有している。
　アクティブマトリクス基板２１および対向基板２２の外側には、光学補償素子として、表側位相差板５０ａおよび裏側位相差板５０ｂがそれぞれ設けられている。表側位相差板５０ａおよび裏側位相差板５０ｂは、例えば、液晶層に封入されている液晶材料が垂直配向型である場合、透過率の改善や視角特性の改善を目的として配置される。なお、これらの位相差板を設けない構成であっても、表示を行うことは可能である。
　また、表側位相差板５０ａおよび裏側位相差板５０ｂのさらに外側には、表側偏光板４０ａおよび裏側偏光板４０ｂがそれぞれ設けられている。
　各偏光板４０ａおよび４０ｂは、偏光子としての役割を果たす。例えば、液晶層に封入されている液晶材料が垂直配向型である場合、表側偏光板４０ａの偏光方向と裏側偏光板４０ｂの偏光方向とを、互いにクロスニコルの関係になるように配置することで、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置を実現することができる。
　アクティブマトリクス基板２１には、各画素を駆動するためのスイッチング素子であるＴＦＴ及び配向膜（図示せず）、光センサ素子３０などが設けられている。
　また、対向基板２２には、カラーフィルタ層２４、対向電極及び配向膜（図示せず）などが形成されている。カラーフィルタ層２４は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色を有する着色部と、ブラックマトリクスとから構成されている。
　上記のように、本実施の形態のタッチパネル一体型液晶表示装置１００においては、各画素領域に光センサ素子が設けられており、これによりエリアセンサが実現される。これにより、液晶表示パネル２０の表面の特定の位置に入力ペンが接触した場合に、その位置を光センサ素子３０が読み取り、装置に対して情報を入力したり、目的とする動作を実行させたりすることができる。このように、本実施の形態の液晶表示装置１００では、光センサ素子３０によってタッチパネル機能を実現することができる。
　なお、本発明では、必ずしも光センサ素子は一画素ごとに設けられていなくてもよく、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの何れか１つのカラーフィルタを有する画素ごとに光センサが備えられている構成であってもよい。
　また、タッチパネル一体型液晶表示装置の構成は、上記のような構成に必ずしも限定はされず、従来公知の光センサ内蔵型液晶表示装置の構成を適用することができる。
　続いて、上記のタッチパネル一体型液晶表示装置１００に対してタッチパネル入力を行うために使用される入力ペンの構成について説明する。図１には、本実施の形態にかかる入力ペン６０の断面の構成を示す。
　図１に示すように、入力ペン６０には、ペンの先端部に再帰反射部材６１が設けられている。再帰反射部材６１とは、入射した光を主として入射方向へ反射させる機能を有する部材である。
　本実施の形態の入力ペン６０では、再帰反射部材６１は、球状のガラス６２（球状の透明部材）と反射部材６３とから構成されている。ガラス６２は樹脂などの他の透明部材でもよい。具体的にはポリカーボネイト、エポキシ、アクリル、ポリオレフィンなどが挙げられる。反射部材６３は、球状のガラス６２との接触面にアルミニウムなどの金属蒸着膜が形成された弾性体である。この弾性体の材料としては、シリコンゴムなどが挙げられる。
　また、図１に示すように、入力ペン６０は、再帰反射部材６１以外の構成部品として、先端部品６４および把持部品６５を備えている。先端部品６４は、その外形が先端へ向かうにつれて細くなった筒型の形状を有しており、球状のガラス６２をその先端部に固定している。把持部品６５は、使用者が入力ペン６０を持つ際に把持する部分である。これらの各部品は、ともにプラスチックなどの材料で形成されている。
　図１に示すように、把持部品６５は、使用者が入力ペン６０を把持するための把持部分６５ａと、把持部分６５ａよりも細い突起部６５ｂとから構成されている。突起部６５ｂの先端には、突起部６５ｂとほぼ同じ太さの反射部材６３が取り付けられている。そして、筒型の先端部品６４の空間部分に把持部品６５の突起部６５ｂが嵌め込まれている。入力ペン６０は、使用していない状態では、図１に示すように、先端部品６４と把持部品６５の把持部６５ａとの間に隙間６５ｃが形成されている。
　このような隙間６５ｃが形成されていることで、把持部６５ａを図中の矢印方向に押し込むことができる。この隙間６５ｃの大きさは、把持部６５ａを矢印方向に押し込み、把持部６５ａと先端部品６４とが接触した場合に、弾性を有する反射部材６３が圧縮されて沈み込み、球状のガラスの表面の少なくとも一部に反射部材６３が接触する程度の大きさであればよい。なお、入力ペン６０の先端部に位置する球状のガラス６２は、先端部品６４に固定されているため、把持部６５ａを図中の矢印方向に押し込むと、ガラス６２は位置を変化させることなく、ガラス６２の表面に圧縮された反射部材６３が押し付けられる。このように、ガラス６２の表面に反射部材６３が押し付けられることによって、再帰反射部材６１が得られる。
　このように、本実施の形態では、再帰反射部材６１は、再帰反射ビーズとして実現される。但し、本発明は必ずしもこのような構成に限定はされない。
　続いて、上記のような構成を有する入力ペン６０を使用して、タッチパネル一体型液晶表示装置１００に対してタッチパネル入力を行う方法について、図３を用いて説明する。
　バックライト１０からは、液晶表示装置１００のパネル表面に対して略垂直な方向の指向性（つまり、矢印Ａ１の指向性）を有している光が照射される。そして、入力ペン６０が液晶表示装置１００のパネル表面に接触すると、入力ペン６０の把持部６５ａが図１に示す矢印方向に動き、弾性を有する反射部材６３が圧縮されて球状のガラス６２の表面を覆うように沈み込む。図３には、入力ペン６０の先端部に位置する球状のガラス６２が液晶表示装置１００のパネル表面に接触し、その反動で反射部材６３が沈み込んだ状態を示している。
　このように、入力ペン６０でパネル表面をタッチすることで、球状のガラス６２と反射部材６３とからなる再帰反射部材６１が得られる。この再帰反射部材６１によって、ガラス６２に入射したバックライトからの光は再帰反射される。これにより、反射部材６３で反射された光は、液晶表示装置１００のパネル表面に対して略垂直な方向の指向性（つまり、矢印Ａ２の指向性）を有して入射する。
　ここで、比較のために、タッチパネル一体型液晶表示装置１００に対して、従来の光源付きの入力ペンを使用してタッチパネル入力を行う場合について説明する。図６には、液晶表示装置１００に対して光源つきの入力ペン１６０を使用して入力を行う様子を示す。図６に示す入力ペン１６０には、発光ダイオードなどの光源１６１が取り付けられている。光源１６１は、図中の矢印で示すような指向性を有して、入力ペン１６０のペン先から光を照射する。
　そのため、図６に示すように、パネル表面に対して傾斜してペンを接触させた場合、入力ペンから照射された光は、本来の入力位置の真下に位置する光センサ素子３０ａよりも、少しずれた位置に配置されている光センサ素子３０ｂにおいてより高い光量として検知されてしまう。そのため、入力ペン１６０を使用して液晶表示装置１００にタッチパネル入力を行った場合、本来の入力位置である光センサ素子３０ａの真上からの入力ではなく、少しずれた位置に配置された光センサ素子３０ｂの真上からの入力であると検知されてしまう。このように、光源付きの入力ペンでは、実際の入力位置から少しずれた位置からの入力であると誤検知してしまう。
　これに対して、本実施の形態の入力ペン６０を使用した場合、図２に示すように、入力ペン６０の先端部には、再帰反射部材６１が設けられているため、液晶表示装置１００のパネル表面に対して略垂直な方向の指向性（図３の矢印Ａ１の方向）を有するバックライトの光が、再帰反射部材６１によって、同じくパネル表面に対して略垂直な方向の指向性（図３の矢印Ａ２の方向）を有する光として入力ペン６０の先端部から出射される。つまり、バックライトから照射される光の向き（矢印Ａ１）と再帰反射部材６１によって反射された光の向き（矢印Ａ２）とは、互いに平行であるとともに向きが逆となっている。
　そのため、入力ペン６０を使用して液晶表示装置１００にタッチパネル入力を行った場合、入力位置の真下に配置された光センサ素子３０ａにおいて、最も強い光量が検知される。これにより、タッチパネル入力の位置をより正確に検知することができる。
　また、本実施の形態の入力ペン６０は、上述したように、ペンの先端部が液晶表示パネル表面などの平面に接触していない状態では、図１に示すように、ガラス６２の表面が反射部材６３によって覆われていないために、ガラス６２に入射した光は再帰反射されない。一方、ペンの先端部が液晶表示パネルの表面に接触すると、図３に示すように、ガラス６２の表面が反射部材６３によって覆われるため、ガラス６２に入射した光は再帰反射される。
　そのため、入力ペン６０では、ペンの先端部がパネル表面に接触した場合と、接触していない場合とで、光センサ素子３０が受光する光量が格段に変化し、光センサ素子３０の出力が大きく変化する。図４には、入力ペン６０のペン先から光センサ素子３０（フォトセンサ）配置面までの距離と光センサ素子３０の出力との関係を示す。図４のグラフでは、入力ペン６０がパネル表面に接触していない（非タッチ）ときのセンサ出力を破線で示し、入力ペン６０がパネル表面に接触している（タッチ）ときのセンサ出力を実線で示している。
　入力ペン６０がパネル表面に接触していない（非タッチ）ときには、ペン先から光センサ素子までの距離が短くなるにしたがって（図４において右から左へ移動するにしたがって）、センサ出力は緩やかに上昇する。そして、ペン先から光センサ素子までの距離がｄ１となった時点で、光センサ素子３０の出力は格段に上昇する。ここで、ｄ１は、液晶表示装置１００の最表面から光センサ素子３０が配置されている面までの距離である（図３参照）。このように、入力ペン６０の先端部がパネル表面に接触した場合と、接触していない場合とで、光センサ素子３０の出力は大きく変化する。これにより、入力ペン６０が表示パネルの表面にタッチした場合と、タッチしていない場合との間の識別を、より確実に行うことができる。
　なお、図４のグラフの横軸に示す「ペン先のフォトセンサからの距離」は、実際には、ｄ１よりも小さくなることはないが、図４のグラフでは、仮にペン先からフォトセンサまでの距離がｄ１よりも小さくなった場合のフォトセンサ出力の理論値を示している。
　また、本発明の入力ペンにおいて、再帰反射部材として再帰反射ビーズを使用する場合、球状のガラス６２（ビーズ）の屈折率は、１．４１以上であることが好ましい。屈折率が１．４１以上であれば、球状のガラスは再帰反射特性を有する。また、屈折率を大きくするほど、入力ペンを傾けて使用した場合にも、入射した光を確実に再帰反射させることができる。なお、屈折率を１．９以上とすれば、入力ペンをパネル表面に対して４５°の角度で傾斜させて接触させても、入射光を再帰反射させることが可能となる。そして、屈折率が２．０の場合、入力ペンをパネル表面に沿う程度に傾けて接触させても、入射光を再帰反射させることができる。
　また、反射部材６３は、さらに、以下のような構成を有していることが好ましい。
　つまり、球状のガラス６２の中心Ｇに対して入力ペン６０の長手方向ｘに位置する該球状のガラス６２の表面上の２つの点を極とし、該２つの極のうちの上記入力ペンの先端部よりも遠い側の極Ｐの位置を０°とすると、反射部材６３は、上記入力ペンが表示パネルの表面に接触したときに、上記０°となる極を基点として１０°以上９０°以下の範囲内で、上記球状のガラスの表面の一部を覆うように、反射部材６３と球状のガラス６２の表面とが接触することが好ましい。図５には、入力ペン６０の先端部が液晶パネルなどの表面Ｓに対して略垂直に接触している状態を示している。
　液晶表示パネルなどの表面Ｓにペンの先端部が略垂直に接触した場合、少なくとも１０°の範囲において反射部材６３が球状のガラス６２の表面を覆っていれば、ガラス６２へ入射する光のほとんどがこの範囲内において反射されるため、球状のガラス６２から入射した光は、反射部材６３によって反射された後、球状のガラス６２において入射した方向と同じ方向から出射する。これにより、入力ペンが表示パネルの表面に接触したときに、入射した光をより確実に再帰反射させることができる。
　また、球状のガラス６２は、上記極Ｐを基点として９０°の位置において、先端部品６４と接続されている。そのため、液晶表示パネルなどの表面Ｓにペンの先端部が接触した場合、弾性を有する反射部材６３は球状のガラス６２の表面を最大で９０°の範囲まで覆うことができる。
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、ここで開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　本発明にかかる入力ペンは、以上のように、パネル表面からの透過光を検知する光センサ素子が複数個備えられており、該光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル一体型の表示装置に対して、入力を行う入力ペンであって、表示パネルと接触する先端部に、再帰反射部材が設けられていることを特徴としている。
　したがって、上記の構成によれば、入力ペンの先に設けられた再帰反射部材によって、例えば、バックライトから照射され表示パネルから透過された光を再帰反射させることができる。これにより、ペン先の位置からの光量が他の位置からの光量と比較して、格段に高くなり位置検出をより容易かつ確実に行うことができる。
　また、入力ペンを表面から傾けてパネルに接触した場合であっても、実際の入力位置の真下に配置された光センサ素子において高い光量として検知することができ、より正確な入力位置を検出することができる。
　また、本発明にかかるタッチパネル入力システムは、パネル表面からの透過光を検知する光センサ素子が複数個備えられており、該光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル一体型の表示装置と、該表示装置に対して入力を行う、上記の何れかの入力ペンと、を含んで構成されている。
　上記の構成によれば、より正確な位置検出が可能なタッチパネル入力システムを実現することができる。
　発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内において、いろいろと変更して実施することができるものである。
　本発明の入力ペンを用いてタッチパネルに対して入力を行うと、タッチパネル一体型液晶表示装置はより正確な位置を検知することができる。本発明の入力ペンは、タッチパネル入力システムに利用することができる。

Claims (6)

  1. 　パネル表面からの透過光を検知する光センサ素子が複数個備えられており、該光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル一体型の表示装置に対して、入力を行う入力ペンであって、
    　表示パネルと接触する先端部に、再帰反射部材が設けられていることを特徴とする入力ペン。
  2. 　上記再帰反射部材は、再帰反射ビーズであることを特徴とする請求項１に記載の入力ペン。
  3. 　上記再帰反射ビーズは、球状の透明部材と、弾性を有する反射部材とから構成され、
    　上記球状の透明部材は、上記入力ペンの先端部に固定されているとともに、
    　上記弾性を有する反射部材は、上記入力ペンが表示パネルの表面に接触すると、上記球状の透明部材の表面の少なくとも一部を覆うように取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の入力ペン。
  4. 　上記再帰反射ビーズは、屈折率が１．４１以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の入力ペン。
  5. 　上記再帰反射ビーズは、屈折率が１．９以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の入力ペン。
  6. 　パネル表面からの透過光を検知する光センサ素子が複数個備えられており、該光センサ素子が表示パネルの表面の画像を検知することで入力位置を検出するタッチパネル一体型の表示装置と、
    　該表示装置に対して入力を行う、請求項１から５の何れか１項に記載の入力ペンと、を含んで構成されているタッチパネル入力システム。
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