CN101040248A

CN101040248A - 具有接触检测功能的显示装置

Info

Publication number: CN101040248A
Application number: CN200580033213.3A
Authority: CN
Inventors: 津村昌弘
Original assignee: Touch Panel Systems Corp
Current assignee: Touch Panel Systems Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: EP1796129A1; CN100585547C; JP2006099608A; WO2006035994A1; US20080117187A1; EP1796129A4; TW200629126A

Abstract

用作声波产生装置的变换器(10，80)和声波型接触检测设备(超声触板)的检测装置被集成在被用作显示部3的显示表面的玻璃基板2上。构成变换器的压电元件10和用于连接压电元件10和作为控制装置的控制器的导线(54a，54b)也被集成在基板2上。基板2被使用作为显示部3和接触检测设备。因此，可以实现不发生图形质量恶化和差的可操作性并且稳定地作为显示装置的具有接触检测功能的显示装置。

Description

具有接触检测功能的显示装置

技术领域

本发明涉及具有声接触检测功能的显示装置，诸如声学上检测接触位置的超声触板。

背景技术

超声声波接触检测装置被广泛地应用。其应用的例子包括个人计算机的操作屏、火车站处的售票机、安装在便利店内的复印机和在金融场所的ATM。这些声波接触检测装置使用包括提供在由玻璃等形成的基板(触板)上的压电元件的变换器。这些变换器用作用于声波的产生装置和用于检测由接触触板的手指等散射的声波的传感器。这些变换器通过导线被连接到作为控制器的控制电路。

提供有变换器的接触检测装置的基板通常被提供用来覆盖显示设备诸如CRT的屏幕(例如参见日本未审专利公开No.11(1999)-65795，图5)。操作者通过基板浏览显示设备的屏幕，并且通过用他们的手指等触摸基板以感觉他们正在按压显示在屏幕上的图标来执行输入操作。

然而，在这种情况下，接触检测装置的基板被放置在显示设备的屏幕上。因此，从显示屏发出的光的透射率被降低，并且出现诸如显示在其上的图像变暗和难于被看到的图像质量恶化的问题。此外，在显示设备的屏幕和接触检测装置的基板表面之间形成至少约2.8mm的间隔。因此，操作者不会感觉到他们正直接触摸显示屏，这造成差的操作性。

同时，已经提出了将薄玻璃板本身被用作触板的FED(场发射显示器)(例如，参见日本未审专利公开No.9(1997)-134685的图1，2和4)。在FED的表面的薄玻璃板被赋予柔性，并且通过电学上断定由于接触产生的薄玻璃板的变形来检测接触位置。在这种FED中，分离的触板(基板)没有被安装到作为显示屏的薄玻璃板上。因此，不发生图像质量的恶化。

在上述使用薄玻璃板作为触板的FED中，薄玻璃板是柔性的。因此，当操作者触摸屏幕时，FED的发射体和荧光体之间的距离变化，其可以破坏发射的稳定性。此外，FED内部的密闭密封状态需要考虑薄玻璃板的变形进行折衷。也就是说，存在作为显示设备的FED缺少稳定性的问题。

已经能够考虑上述情况开发本发明。本发明的目的是提供一种具有接触检测功能的显示装置，其中不发生图像质量的恶化和差的可操作性，其稳定地作为显示装置。

发明内容

本发明的具有接触检测功能的显示装置包括：

显示部，其使用透明基板作为显示表面，声波在透明基板的表面上传播；

声波产生部，用于基于输入的电信号产生声波；

检测部，用于检测根据物体相对于所述表面的接触位置而改变的声波并且用于输出电检测信号；

控制部；和

导线，用于连接所述声波产生部、检测部和控制部；其中

所述声波产生部、检测部和导线被提供在基板上以便他们彼此集成在一起。

这里，“声波”包括沿着基板的表面传播的表面声波。

“声波产生部”可以包括压电元件；并且“检测部”可以包括光栅。可选地，“声波产生部”可以包括压电元件；并且“检测部”可以包括一对梳状电极。

所述显示部可以是场发射显示器(FED)或者真空荧光显示器(VFD)。

本发明的具有接触检测功能的显示装置可以进一步包括：

反射阵列，用于使产生的声波沿着基板的表面传播。

“反射阵列”可以通过烧结玻璃浆或者通过蚀刻形成。

“控制部”可以将电信号输入到声波产生部，并且可以基于从检测部接收的电检测信号检测接触位置。

根据本发明的具有接触检测功能的显示装置，除了控制部之外的具有声波型接触检测功能的设备的部件都被与基板集成在一起，所述基板被用作显示部的显示屏。也就是说，显示部和接触检测设备共同地使用基板。因此，避免了提供接触检测设备的基板以便使其覆盖显示设备的显示屏的必要性。因此，不发生图像质量的恶化和差的可操作性。此外，由于接触检测设备是声波型的，因此不需要显示屏是柔性的，这导致了其作为显示装置的稳定性。

附图说明

图1是具有接触检测功能的显示装置1a的显示部3的前视图。

图2是显示装置1a的显示部的部分放大的视图。

图3是具有接触检测功能的显示装置1a’的显示部3的前视图。

图4是显示装置1a’的显示部的部分放大的视图。

图5是显示装置1b的显示部3的前视图。

图6是显示装置1b的显示部的部分放大的视图。

图7A和7B是一对梳状电极54a和54b和安装在电极上的压电元件10的放大的前视图。

图8是显示装置1c的显示部3的部分放大的视图。

图9是显示装置1d的显示部3的部分放大的视图。

具体实施方式

此后，将参照附图描述本发明的具有接触检测功能的显示装置(以后简称为“显示装置”)的优选实施例。

图1是显示装置1a的显示部3的前视图。如图1所示，显示部3是FED型显示器，具有作为其显示屏的矩形玻璃基板2，并且包括：玻璃基板2；电缆组件4z(导线)；和控制器6(控制部)，其被电连接到电缆组件4z。

玻璃基板2由具有2.8mm厚度的碱石灰玻璃制成。碱石灰玻璃不容易变形，并且适用于传播表面声波(声波)。

作为用于产生体波(超声波振动)的振动器的压电元件8和10以及作为检测体波的传感器的压电元件12和14通过提供在玻璃基板2上的导线4a到4h被连接到电缆组件4z。

包括多个倾斜线16的反射阵列18在基板2的一个横向边缘44附近在所述基板的前表面沿着Y轴形成。包括多个倾斜线20的反射阵列22在基板的另一个横向边缘44处被形成为面对反射阵列18。包括多个倾斜线26的反射阵列28在基板2的上边缘24附近沿着X轴形成。包括多个倾斜线30的反射阵列32在基板的下边缘45附近形成为面对反射阵列28。这些反射阵列18，22，28和32的图形是被公开在日本未审专利公开No.61(1986)-239322和2001-14094中的那些图形。注意反射阵列18，22，28和32被共同称作反射阵列33。反射阵列33反射表面声波并且使其沿着基板2的前表面传播。

压电元件8，10，12和14被提供在基板2的背面。作为模式转换元件的光栅78，80，82和84在分别对应于压电元件8，10，12和14的位置处被形成在基板2的前表面上。该结构将被参考图2以光栅80作为例子进行描述。图2是从箭头A所示的方向看去的图1的显示部3的部分放大的视图。如图2所示，显示部3包括玻璃基板2，其作为阳极玻璃基板；阴极玻璃基板41，其被提供为平行于玻璃基板2并且之间具有间隔；栅电极42和发射极43，其被提供在阴极玻璃基板41的内表面(前表面)上；磷光体层44，其被涂覆在玻璃基板2的内表面(背面)；压电元件10，其被提供在玻璃基板2的背面；和光栅80以及反射阵列32，其被提供在玻璃基板2的前表面上。注意栅电极42，发射体43和磷光体层44被提供在显示部3的显示区域内，而压电元件10，光栅80和反射阵列32被提供在显示区域的外部。图2的光栅80通过烧结基板2上的玻璃浆或者通过蚀刻形成，并且包括多个平行的脊80a。图2所示的脊80a在垂直于图纸表面的方向上延伸。

脊80a的宽度被设置为约400μm，高度被设置为35μm或更大。体波被反射的方向通过改变脊80a之间的间隔来改变。在本实施例中，脊80a被形成具有使得表面声波直接在脊80a的旁边产生的间隔。在其端部具有电极部分54a的导线4c通过在与光栅80相对的玻璃基板2的背面上的导电材料的丝网印刷形成。压电元件10被粘附到电极部分54a，并且在其端部具有电极部分54b的导线4d被从上述压电元件10进行丝网印刷。

其它光栅78，82和84以及压电元件8，12和14具有类似的结构。在一端具有电极部分52a的导线4a和在一端具有电极部分52b的导线4b被丝网印刷以便他们被连接到压电元件8。在一端具有电极部分56a的导线4e和在一端具有电极部分56b的导线4f被丝网印刷以便他们被连接到压电元件12。在一端具有电极部分58a的导线4g和在一端具有电极部分58b的导线4h被丝网印刷以便他们被连接到压电元件14。导线4a到4h被提供在玻璃基板2上以便他们不彼此相交。导线4a到4h的与连接到压电元件的端部相对的端部在玻璃基板2上的预定位置聚集在外部连接部4k。外部连接部4k是卡片边缘连接器，并且电缆组件4z通过卡片边缘连接器4k连接到导线4a到4h。

在光栅78，80，82和84中，由参考符号78和80表示的光栅将由发射侧压电元件8和10产生的体波转换成表面声波。同时，光栅82和84将已经沿着基板2的前表面传播的表面声波转换回体波。也就是说，本发明的声波产生装置和检测装置通过压电元件和光栅的组合构成。控制器16输入激励电信号以使得压电元件8和10振动，并且也通过电缆组件4z接收来自压电元件12和14的电信号(电检测信号)。

压电元件10产生约5.5MHz的频率的超声振动(体波)。超声振动从基板2的背面传输通过基板2的内部，并且到达光栅80。光栅80将超声振动转换成表面声波，其朝着反射阵列32垂直于脊80a传播(反射)。表面声波被反射阵列32的向内倾斜的线30反射并且沿着基板2的前表面朝着反射阵列28传播直到他们到达向内倾斜的线26。

到达反射阵列26的表面声波由此被反射以朝着光栅84传播。到达光栅84的表面声波由此被转换成体波。转换的体波传播到玻璃基板2的背面上的压电元件14，压电元件感应其振动并将所述振动转换成电信号。

以相同的方式，由压电元件8产生的超声振动(体波)由光栅78转换成表面声波。接着，表面声波通过反射阵列18和反射阵列22到达模式光栅82。表面声波由光栅82转换成体波并且传播到压电元件14，压电元件对其进行感应并且将其转换成电信号。

以这种方式，表面声波在由反射阵列18，22，28和32覆盖的基板2的前表面的整个区域上传播。因此，如果诸如手指的物体在该区域内接触(触摸)基板2，由手指阻挡的表面声波消失或者被衰减。伴随表面声波变化的信号变化从作为传感器的压电元件12和14传送到与其连接的控制器6的计时电路(未示出)。控制器6确定由手指触摸的位置的几何坐标。

表面声波被反射阵列33的每个倾斜的线16，20，26和30反射。由此，到达每个倾斜的线的表面声波的0.5％-1％被反射。其余的通过并且被传送到邻近的倾斜的线，以便所有倾斜的线顺序地反射表面声波。

根据本实施例的具有接触检测功能的显示装置1a，具有声波型接触检测功能的设备的除了控制器6之外的部件都与玻璃基板2集成在一起，所述玻璃基板被用作显示部3的显示屏。也就是说，显示部3和接触检测设备共同地使用玻璃基板2。因此，避免了提供接触检测设备的基板以便使其覆盖显示设备的显示屏的必要性。因此，不发生图像质量的恶化和差的可操作性。此外，由于接触检测设备使声波型的，因此不需要显示屏是柔性的，这导致了其作为显示装置的稳定性。并且，由于显示部3是场发射显示型，因此与那些CRT型显示器相比，可以形成更薄的显示部。

注意，如果接触检测装置的控制器6的驱动电路(未示出)被安装到相同的基板上，可以进一步小型化和降低成本。

已经举例描述了实施例，其中光栅78，80，82和84被用作光栅型表面声波产生(检测)装置(变换器)。但是，本发明并不限于此实施例。

例如，可以考虑使用相同光栅型变换器的可选结构，其中压电元件8，10，12和14被提供在玻璃基板2的前表面上而不是其背面上。图3是使用压电元件被提供在玻璃基板2的前表面上的光栅型变换器的显示装置1a’的显示部3的前视图。图4是从箭头A的方向看去的图3的显示部3的部分放大的视图。在这个实施例中，在一端具有电极部分54a的导线4c被丝网印刷在光栅80上，压电元件10粘附于其上，并且在一端具有电极部分54b的导线4d被丝网印刷在压电元件10上。

作为另一个可选实施例，可以使用由利用丙烯棱镜的楔形转换器构成的变换器。作为再一个可选实施例，可以使用不是由光栅或楔形物构成的变换器而是由固定在其上的梳状电极对和压电元件的构成的变换器(以后，称作“梳状电极型变换器”)。

图5是使用梳状电极型变换器的显示装置1b的显示部3的前视图。图5的显示部3在整体形状上类似于图1示出的显示部3。但是，图5的显示部3缺少光栅78，80，82和84，并且压电元件8，10，12和14没有被粘附到玻璃基板2的背面。相反，多对梳状电极(52a，52b)，(54a，54b)，(56a，56b)和(58a，58b)被提供在图1的显示部3中提供光栅78，80，82和84的位置处。压电元件8，10，12和14被分别安装在每对梳状电极上。

图6是从箭头A的方向看去图5的显示部3的部分放大的视图。梳状电极对54a和54b通过丝网印刷被形成在玻璃基板2的前表面上，并且压电元件10被固定在其上。图7A是梳状电极对54a和54b放大的前视图。图7B是被安装在梳状电极54a和54b上的压电元件10的放大的前视图。图7A所示的梳状电极对54a和54b被提供为使得每个梳形的“齿”进入到其它梳形的“齿”之间的间隙中。注意由参考字母R表示的部分是电连接到压电元件10的梳状电极54a和54b的部分。当具有预定频率的电信号被输入到梳状电极型变换器的压电元件时，由于其压电效应，梳状电极型变换器通过梳状电极型变换器附近的变形和振动产生表面声波。表面声波的传播属性可以通过改变梳状电极的“齿”的间隔、数量和形状来改变。

即使在使用梳状电极型变换器的情况下，具有接触检测功能的显示装置也可以以类似于使用光栅型变换器的方式实现。

注意上述实施例中的每个都被描述作为显示部是场发射显示器(FED)的情况。可选地，显示部可以是真空荧光显示器(VFD)。

在使用VFD作为显示部的情况下，可以考虑使用光栅型变换器的结构和使用梳状型变换器的结构。

在使用VFD作为显示部并且使用光栅型变换器的情况下，显示部3的前视图与图1或图3所示的相同。在使用VFD作为显示部并且使用梳状型变换器的情况下，显示部3的前视图与图5所示的相同。但是，这些显示部的内部结构与使用FED的显示部的内部结构是不同的。图8是从箭头A的方向看去使用VFD和光栅型变换器的显示部3的部分放大的视图。图9是从箭头A的方向看去使用VFD和梳状电极型变换器的显示部3的部分放大的视图。每个变换器的结构与使用在利用FED作为显示部的显示装置中的那些相同，因此这里将省略对其的详细描述。VFD显示部包括：玻璃基板2；基板61，其被提供为平行于玻璃基板2并且之间具有间隔，形成在基板61的表面上的阳极电极；涂覆在阳极电极62上的磷光体层63；多个线栅64，其被提供为平行于基板61并且在荧光体层63的上面；和多个线阴极电极65，其被提供为平行于基板61并且在线栅64的上面以使得他们垂直于线栅64延伸。

即使在使用VFD作为显示部的情况下，具有接触检测功能的显示装置也可以使用光栅型变换器或者梳状电极型变换器来实现。在使用VFD作为显示部的情况下，由于VFD的结构，具有接触检测功能的显示装置可以以低成本地实现。

如上已经描述了本发明的优选实施例。但是，本发明并不限于上述实施例，并且各种变化和改变也是可以的。例如，可以在细长的FED或VFD的每一长侧上提供单个或多个波产生压电元件和检测压电元件而不是提供反射阵列。并且，控制器6可以以如下的状态安装：其与显示装置相连，与显示装置分离，或者与显示部集成在一起。

Claims

1.一种具有接触检测功能的显示装置，包括：

声波产生部，用于基于输入的电信号产生声波；

控制部；和

导线，用于连接所述声波产生部、检测部和控制部；

其特征在于：

所述声波产生部、检测部和导线被提供在基板上以便它们彼此集成在一起。

2.如权利要求1所述的具有接触检测功能的显示装置，其中：

所述声波产生部包括压电元件，并且

所述检测部包括光栅。

3.如权利要求1所述的具有接触检测功能的显示装置，其中：

所述声波产生部包括压电元件，并且

所述检测部包括一对梳状电极。

4.如权利要求1、2和3所述的具有接触检测功能的显示装置，其中：

所述显示部是场发射显示器。

5.如权利要求1、2和3所述的具有接触检测功能的显示装置，其中：

所述显示部是真空荧光显示器。

6.如权利要求1所述的具有接触检测功能的显示装置，进一步包括：

反射阵列，用于使产生的声波沿着基板的表面传播。

7.如权利要求6所述的具有接触检测功能的显示装置，其中：

所述控制部将电信号输入到声波产生部，并且基于从检测部接收的电检测信号检测接触位置。