CN101266531A

CN101266531A - 输入装置

Info

Publication number: CN101266531A
Application number: CNA2008100838583A
Authority: CN
Inventors: 桥田淳二
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: US20080225015A1; CN101266531B; JP2008225821A; US7940251B2

Abstract

本发明提供一种输入装置。第一平面型输入部(21)通过重叠透明的第一基板(22)和透明的第二基板(23)而构成，在第一基板(22)的电极形成面(22a)形成透明的Y驱动电极(31)和透明的屏蔽层(32)，在第二基板(23)的电极形成面(23a)形成X驱动电极(33)和第一检测电极(34)。在第一基板(22)的背侧设有液晶面板等显示单元，但由于屏蔽层(32)位于该显示单元和第一检测电极(34)之间，所以能防止因显示单元的噪声导致第一检测电极(34)的电位变化收到不良影响。从而，在将检测静电电容变化的平面型输入部配置在显示单元等产生噪声的装置前方时，平面型输入部难以受到噪声的影响，且能实现薄型化。

Description

输入装置

技术领域

本发明涉及一种能根据电极间的静电场的变化来检测操作体接近的位置的输入装置，尤其涉及具有屏蔽功能且具有薄型结构的输入装置。

背景技术

在个人计算机等中，作为输入使显示在屏幕上的光标移动的坐标数据等的输入装置，有利用了静电电容变化的平面型输入装置。

在平面型输入装置中，多根X电极和多根Y电极夹着绝缘层对置，X电极和Y电极以矩阵状排列。若选择了某个X电极，在向所选择的X电极和Y电极之间施加电压时，则该电压的上升取决于X电极和Y电极之间的静电场。若作为导电体的手指位于所选择的X电极附近，由于手指和所选择的X电极之间形成静电电容，所以手指靠近的X电极和与其对置的Y电极之间的电压的上升根据静电场的变化而发生变动。通过检测该电压的上升的变动，从而能获知操作了平面型输入装置的哪个位置。

通过使该种平面型输入装置的基板以及电极透明，并将其设置于液晶显示装置等的显示单元的正面，从而能一边观看显示单元的显示内容，一边将手指与该显示面接触来输入操作信号。

但是，由于液晶显示装置等显示单元是通过高频来驱动的，因此容易产生辐射噪声。若紧挨着显示单元配置平面型输入装置，则平面型输入装置的电极的电位受到辐射噪声的影响而容易产生变动。平面型输入装置是检测电极间的静电场的微小的强度变化的装置，所以若因辐射噪声的影响而使电极的电位变动，则在检测手指的接触位置时容易产生误动作。

因此，在平面型输入装置重叠配置显示单元时，在平面型输入装置和显示单元之间需要形成由透明的导电膜构成的屏蔽层。但是为了在一个基板的一个面上形成透明的屏蔽层，在另一个面上形成透明的电极，需要由在两面上具有ITO等透明导电层的基板来进行加工，从而制造困难，即使能制造也存在成本极高的问题。因此，若要制造该种平面型输入装置，则需要将具有屏蔽层的透明基板、具有X电极的透明基板、以及具有Y电极的透明基板的至少3个基板重叠，从而导致整体变厚，难以适用于薄型的设备。

专利文献1：特开平11-85371号公报

专利文献2：特开2002-366304号公报

发明内容

本发明的目的在于解决上述以往的课题，提供一种输入装置，其能以最少的基板数构成为薄型，而且能发挥屏蔽功能，以高精度检测手指等的操作体接近而引起的电极间的静电场的变化。

本发明的输入装置，在第一基板的面上形成多个第一驱动电极，在所述第一驱动电极上隔着绝缘层形成多个第二驱动电极，该多个第二驱动电极与所述第一驱动电极交叉且与第一驱动电极绝缘，

在所述第一基板的形成有所述第一驱动电极的面上，设有位于相邻的第一驱动电极之间的屏蔽层，在形成有所述第二驱动电极的面上，设有位于相邻的第二驱动电极之间的检测电极，

向多个第一驱动电极和多个第二驱动电极顺次提供驱动信号，从所述检测电极得到基于电极间静电场变化的检测信号。

本发明的输入装置，通过对选择了第一驱动电极并提供电位时、以及选择了第二驱动电极并提供电位时的检测电极的电位的上升的延迟状态进行监视来检测电极间的静电场的变化，由此能检测作为导电性操作体的手指接近的位置。

另外，由于在设有检测电极的面和显示单元之间设有屏蔽层，所以能用屏蔽层切断来自显示单元的噪声，在向所选择的驱动电极提供电位时，检测电极的电位上升难以受到噪声的过大的影响，难以产生手指等接触位置的误检测。

另外，在显示单元之上形成在与屏蔽层相同面上的多个第一驱动电极中，虽然向所选择的电极提供规定的电位，但没有被选择的电极被设定在接地电位，手指等的位置的检测根据比屏蔽层以及第一驱动电极更靠表侧的检测电极的电位变化来获得。因此，即使第一驱动电极位于显示单元之上，噪声也不会对检测电极的电位的变化带来影响，所以对手指等的位置的检测很少带来不良影响。

因此，在第一驱动电极下侧其他面无须形成屏蔽层，能使利用静电电容的变化的平面型输入部薄型化。

另外本发明可以构成为：所述第一基板和所述绝缘层是透明的，所述第一驱动电极和所述屏蔽层以及所述第二驱动电极和所述检测电极是透明的，在所述第一基板的背侧设有显示单元，该显示单元的显示面朝向所述第一基板。

在本发明中，在液晶显示面板等的显示单元的正面，能配置薄型透明的静电电容式的平面型输入部。

另外在本发明中，所述绝缘层可以由透明的第二基板构成。若所述绝缘层是基板，则仅重叠第一基板和第二基板这两块基板便能够构成薄型的静电电容式的平面型输入部，所述第一基板在同一面上形成了第一驱动电极和屏蔽层，所述第二基板在同一面上形成了第二驱动电极和检测电极。

此时，第一驱动电极和屏蔽层是通过对形成在第一基板的面上的单一的透明导电层进行蚀刻而形成的，第二驱动电极和检测电极也是通过对形成在第二基板的面上的单一的透明导电层进行蚀刻而形成的，所以能实现薄型且制造容易。

另外，也可以不使所述绝缘层为基板，在第一基板的面上通过蚀刻等形成第一驱动电极和屏蔽层后，在其上涂敷透明的液状树脂并使其固化而形成所述绝缘层，在该绝缘层之上形成所述第二驱动电极和检测电极。

另外，本发明中，基板、电极和屏蔽层即使是不透明、不能使光透过的材料，也难以受到来自位于第一基板背侧的各种电路的噪声影响，而且能构成薄型的平面型输入部。

另外，本说明书中的“透明”并不限定于能100％透光，只要是具有通过基板、绝缘层以及电极、屏蔽层能目视在液晶显示面板的显示单元的显示面上显示的显示内容的程度的透过性即可。

本发明的输入装置不易受到来自位于背侧的电路或电子单元的噪声影响，也能实现薄型化。另外，也能目视配置于背侧的显示单元的显示内容且能实现薄型化。

附图说明

图1是搭载了本发明的实施方式的输入装置的便携用设备的主视图。

图2是用II-II线截断图1所示的便携用设备的剖视图。

图3(A)是表示第一基板的俯视图，(B)是表示第二和第四基板的俯视图，(C)是表示第三基板的俯视图。

图4是表示显示区域和第一平面型输入部的操作区域的位置关系的说明图。

图5是说明在第一平面型输入部中第一基板和第二基板之间的重合状态的说明图。

图6是输入部的电路框图。

图中：1-便携用设备；2-显示主体部；2a-正面；3-操作主体部；3a-正面；5-显示区域；6-主操作区域；7-键输入部；15-显示单元；21-第一平面型输入部；22-第一基板；23-第二基板；31-Y驱动电极；32-屏蔽层；33-X驱动电极；34-第一检测电极。

具体实施方式

图1是具备本发明的实施方式的输入装置的便携用设备的主视图，图2是用图1所示的II-II线截断上述便携用设备的剖视图，图3(A)、(B)、(C)分别是表示搭载于所述便携用设备上的输入装置的基板的俯视图，图4是表示平面型输入部的输入区域和显示单元的显示区域之间的关系的部分主视图，图5是说明两个基板的重叠状态的侧视说明图，图6是输入装置的电路框图。

图1所示的便携用设备1，具有电话功能或数据收发功能以及游戏功能和各种数据的处理功能。便携用设备1具有显示主体部2、操作主体部3、以及联结显示主体部2和操作主体部3的铰链部4。在图1中，显示主体部2的正面2a和操作主体部3的正面3a分别朝向纸面的靠近观察者的方向。该便携用设备1在所述铰链部4的部分被折成两部分，显示主体部2的正面2a和操作主体部3的正面3a能折叠成相互对置的状态。

显示主体部2的正面2a的四方形的区域是显示区域5。另外，在该显示区域5的表面，若使作为导电性操作体的手指接触或者使接触的手指移动，则能检测手指的接触位置，能根据手指的接触进行输入操作。在操作主体部3的正面3a设有主操作区域6。在该主操作区域6排列多个键输入部7。通过用手指按压键输入部7的某一个，从而能输入分配给该键输入部7的开关信号。另外，若使手指接触主操作区域6，或者使接触的手指移动，则可以检测手指的接触位置，能写入输入文字或记号。

另外，在显示主体部2的正面2a的前端部，内置有用于电话功能的接收器8，在操作主体部3的正面3a的基端部内置有麦克风9。

如图2所示，在显示主体部2设有内部空洞的壳体10。壳体10由合成树脂材料形成，该壳体10是通过将覆盖正面2a和各个侧面2b的上部壳体11以及覆盖背面2c的下部壳体12接合而构成的。

在所述显示区域5，在显示主体部2的正面2a，在上部壳体11形成长方形的开口部2d，在该开口部2d安装透明的盖板13。该盖板13是透明的合成树脂板或透明的玻璃板等。

如图2所示，在显示主体部2的内部，在背面2c一侧固定支撑基板14，在该支撑基板14的表面侧设有显示单元15。显示单元15是玻璃液晶显示面板，在玻璃或树脂膜的基板16和基板17之间封入液晶材料，在基板16和基板17的各个对置面配置透明电极，进一步在基板16一侧配置用于彩色显示的滤色器。

所述显示单元15和盖板13之间配有第一平面型输入部21。如图2所示，第一平面型输入部21在作为导电性操作体的手指接触盖板13的表面时，能检测电极间的静电场的变化，来检测手指的接触位置。另外，第一平面型输入部21整体是透明的，使得透过该第一平面型输入部21和盖板13能够以图1所示的姿势目视位于其背面侧的显示单元15的显示内容，。

第一平面型输入部21具有位于显示单元15一侧的第一基板22、与第一基板22重叠并朝向盖板13的第二基板23。图3(A)所示的第一基板22具有能收容在显示主体部2的内部的大小。图3(B)所示的第二基板23也具有与第一基板22大致相同的面积，第四基板25与联结部24一体形成在该第二基板23上。第四基板25具有能收容在操作主体部3的内部的面积。另外，联结部24通过铰链部4的内部。

在操作主体部3内，在第四基板25的背侧重叠图3(C)所示的第三基板26。在操作主体部3的内部，重叠第三基板26和第四基板25构成平面型输入部27。

如图3(B)所示，第二基板23和联结部24以及第四基板25由透明的合成树脂片一体形成，例如由PET(聚对苯二甲酸乙酯)片形成。图3(A)所示的第一基板22也是PET等的透明的树脂片。图3(C)所示的第三基板26没有在其背部设置显示单元，所以可以是透明的，也可以是不透明的。

如图3(A)所示，第一基板22中，朝向盖板13的表面是电极形成面22a。在该电极形成面22a，作为第一驱动电极的Y驱动电极31和屏蔽层32形成在相同的面。Y驱动电极31和屏蔽层32由透明的导电膜形成。关于该第一基板22的制造方法，使用在PET等的透明的树脂片的一个面即电极形成面22a的整个面形成ITO(铟锡氧化物)或ZnO(氧化锌)等透明导电膜的板材，并对该面进行蚀刻，对透明的导电膜进行图案化，形成Y驱动电极31以及屏蔽层32。

Y驱动电极31在便携用设备1的长度方向即Y方向隔开一定的间隔在X方向上直线地延伸，且平行地形成有多根Y驱动电极。各个Y驱动电极31的右端部是外部引出端部，如图2和图5所示，在外部引出端部的部分，通孔31a形成在第一基板22。通过填充在该通孔31a内的银膏等的导电性材料，Y驱动电极31被引出到外部。

屏蔽层32至少形成在相邻的Y驱动电极31之间。另外，在图示右侧和图示左侧的至少一侧，经由Y驱动电极31的端部，全部的屏蔽层32被联结成一体。另外，该屏蔽层32经由未图示的引出部而被设定在接地电位。

如图3(B)所示，第二基板23中，朝向盖板13的表面是电极形成面23a，在该电极形成面23a形成作为第二驱动电极的多个X驱动电极33和多个第一检测电极34。X驱动电极33和第一检测电极34，与上述Y驱动电极31以及屏蔽层32同样由透明的导电膜形成。即，在使用在单面整个面形成ITO或ZnO等透明导电膜的PET等基板，通过对上述导电膜进行蚀刻，从而形成上述X驱动用电极33以及第一检测电极34。X驱动电极33被形成为相互平行，在X方向隔开一定的间隔，在Y方向沿直线延伸。

各个X驱动电极33通过联结部24延伸至第四基板25的表面，在第四基板25的电极形成面25a，X驱动电极33被配置成相互平行，在X方向隔开一定的间隔，且在Y方向以直线状延伸。并且，在第四基板25的后端缘25b的内侧，外部连接部33a形成在各个X驱动电极33的端部。

第一检测电极34仅形成在第二基板23的电极形成面23a。各个第一检测电极34位于相邻的X驱动电极33和X驱动电极33之间，第一检测电极34被形成为与X驱动电极33隔开间隔并与X驱动电极33平行。如图3(B)所示，在第二基板23的前缘部23b的内侧，形成有在X方向上以直线状延伸的导线层34a，所有各个第一检测电极34都与所述导线层34a连接并形成一体。另外，在导线层34a的前端形成外部连接端部34b。该导线层34a与X驱动电极33以及第一检测电极34都是由透明的导电层形成。

在与第二基板23一体的第四基板25的电极形成面25a形成第二检测电极35。第二检测电极35与第一检测电极34独立且仅设置在第四基板25的电极形成面25a。第二检测电极35也位于相邻的X驱动电极33之间，并被形成为与X驱动电极33隔开间隔且与X驱动电极33平行。在第四基板25的后缘部25b的内侧形成有在X方向延伸的导向槽35a，在其端部形成有外部连接部35b。所有的第二检测电极35与导向槽35a连接并与其形成为一体。

图3(C)所示的第三基板26中，朝向第四基板25的表面是电极形成面26a，在该电极形成面26a设有多个Y驱动电极36。该Y驱动电极36不需要是透明的，由铜、银或金等低电阻材料形成。在各个Y驱动电极36的右端部，形成有外部连接部36a。

如图5所示，在第一平面型输入部21中，第一基板22重叠在第二基板23的下侧，如图2所示，在显示主体部2的内部，第一平面型输入部21重叠在显示单元15的显示面侧。由此，Y驱动电极31和X驱动电极33以第二基板23的状态相互正交且对置，Y驱动电极和第一检测电极34也以夹着第二基板23的状态相互正交且对置。

由于屏蔽层32形成在位于下侧的第一基板22的表面，所以屏蔽层32位于第一检测电极34和显示单元15之间，并且屏蔽层32和第一检测电极34夹着第二基板23对置。

如图4所示，设有盖板13的显示区域5略小于第一平面型输入部21的检测区域，即使手指与盖板13的某个位置接触，也能在第一平面型输入部21中，检测手指的接触位置的信息。

在操作主体部3的内部，第三基板36重叠于第四基板25的背侧，构成第二平面型输入部27。在操作主体部3，在正面3a的内侧配有第二平面型输入部27。另外，在各个键输入部7的正下，在第二平面型输入部27之下配有圆顶状的能翻转的触点。在操作主体部3的正面3a，键输入部7被构成为能分别按压。若按压某个键输入部7，则在该按压之下第三基板26和第四基板25变形，圆顶状的触点翻转，与其下的固定触点接触，该部分的开关机构导通。

如图6的电路框图所示，在设于显示主体部2内部的第一平面型输入部21中，X驱动电极33分别与X驱动器41连接，Y驱动电极31分别与Y驱动器42连接。另外，与多个第一检测电极34共同导通的所述导向槽34a与检测部43连接。通过检测部43检测第一检测电极34的电位变化，进一步通过A/D转换器44变换为数字值，并提供给与控制部相当的数据处理部45。另外，从电源电路46向X驱动器41和Y驱动器42供给电力。

在设置于操作主体部3的内部的第二平面型输入部27中还连接有与图6所示等同的电路。另外，如图3(B)所示，X驱动电极33从第一平面型输入部21向第二平面型输入部27连续延伸，所以在第一平面型输入部21和第二平面型输入部27中，共同使用X驱动器41。另外，在第一平面型输入部21上设置的Y驱动电极31和在第二平面型输入部27上设置的Y驱动电极36中连接有各个Y驱动器42。

接着，对便携用设备1以及各个平面型输入部的动作进行说明。

通过图6所示的X驱动器41，顺次选择X驱动电极33，向所选择的某个X驱动电极33提供规定的电位。在第一平面型输入部21中，通过Y驱动器42，顺次选择Y驱动电极31，向所选择的某个Y驱动电极31提供规定的电位。在不同的时刻选择X驱动电极33和Y驱动电极31，没有同时向X驱动电极33和Y驱动电极31提供电位。由X驱动器41选择各X驱动电极33的时刻、和由Y驱动器42选择各Y驱动器31的时刻由数据处理部45控制。

若选择某一个X驱动电极33并施加电位，则没有被选择的其他X驱动电极33全部为接地电位。在该时刻，Y驱动电极31也被设为接地电位。若对所选择的X驱动电极33施加脉冲状的电位，则根据所选择的X驱动电极33和第一检测电极34之间的静电电容、以及第一检测电极34和接地的Y驱动电极31之间的静电电容，第一检测电极34的电位根据规定的时间常数上升。此时，若作为导电体的手指与被赋予电位的X驱动电极33接近，则在手指和该X驱动电极33之间以及手指与第一检测电极34之间也形成静电电容，所以第一检测电极34的电位的上升速度是变化的。

第一检测电极34的电位的上升，经由导线层34a由检测部43来检测，电位的上升时间的变化通过A/D转换器44变换为数字值并被提供给数据处理部45。在数据处理部45中，根据选择了哪个X驱动电极33的信息和由检测部43得到的信号，来确定手指接触的位置在X坐标上的哪个位置。

另外，在选择了某个Y驱动电极31，并向所选择的Y驱动电极31提供脉冲状的电位时，没有被选择的其他Y驱动电极31全部被设定为接地电位，在该时刻X驱动电极33也被设定为接地电位。此时，若手指接近所选择的Y驱动电极31，则第一检测电极34的电位的上升变动，该变动在检测部43中检测出来。在数据处理部45，根据选择了哪个Y驱动电极31的信息和由检测部43得到的信号，来确定手指接触的位置在Y坐标上的哪个位置。

在显示主体部2，在显示区域5能透过第一平面型输入部21来观看显示单元15的显示内容。操作者若一边观看显示区域5的显示内容一边将手指与显示区域5的某个位置接触，则能在第一平面型输入部21利用X坐标和Y坐标上的位置获知手指接触的位置。根据该手指的接触位置，进行与显示区域的内容相应的输入操作。

如图2所示，在第一检测电极34和显示单元15之间，设有接地电位的屏蔽层32。另外，当选择了X驱动电极33并提供电位时，设置在与屏蔽层32相同面上的Y驱动电极31为接地电位。由此，当选择X驱动电极33时，从显示单元15发出的辐射噪声容易被接地电位的屏蔽层32和接地电位的Y驱动电极31切断，难以对位于其上的第一检测电极34的电位变化带来影响。

另外，当选择了某个Y驱动电极31并提供电位时，没有被选择的Y驱动电极31被设定为接地电位，屏蔽层32也被设定为接地电位。此时，从显示单元15发出的辐射噪声容易被接地电位的屏蔽层32和接地电位的Y驱动电极31切断，从而在选择Y驱动电极31时的第一检测电极34的电位的变化不容易受到噪声的影响。

这样，由于在第一检测电极34和显示单元15之间设有屏蔽层32以及Y驱动电极31，所以第一平面型输入部21难以受到来自显示单元15的噪声的影响。另外，由于在第一基板22的电极形成面22a形成Y驱动电极31和屏蔽层32，在第二基板23形成X驱动电极33和第一检测电极34，用两张基板形成第一平面型输入部21，所以使第一平面型输入部21形成很薄。另外，由于第一基板22和第二基板23都能由仅在一个面形成了透明的导电膜的薄片材料来制造，所以也能降低制造成本。

另外，在操作主体部3，通过按压键输入部7，能使比第二平面型输入部27更靠向背侧的圆顶状的电极翻转，来进行开关输入。另外，若使手指碰到操作主体部3的正面3a并使其移动，则在第二平面型输入部27能检测出手指的移动轨迹。通过该轨迹的输入，能进行描绘文字、并将该文字显示于显示区域5等的输入。

另外，在第一平面型输入部21中，也可以使第二基板23与图2以及图5上下相反朝向，在第一基板22的电极形成面22a和第二基板23的电极形成面23a之间涂敷透明的薄的树脂层。此时，由于形成电极或屏蔽层的面仅是两面，所以能使平面型输入部薄型化。

另外，本实施方式的输入装置用于便携用电话机，但输入装置也可以设置在电话机以外的便携用设备，或者也可以搭载在电视接收机或远程操作个人计算机的遥控器等中。

Claims

1.一种输入装置，在第一基板的面上形成多个第一驱动电极，在所述第一驱动电极上隔着绝缘层形成多个第二驱动电极，该多个第二驱动电极与所述第一驱动电极交叉且与第一驱动电极绝缘，

向多个第一驱动电极和多个第二驱动电极顺次提供驱动信号，从所述检测电极得到基于电极间的静电场变化的检测信号。

2.根据权利要求1所述的输入装置，其特征在于，

所述第一基板和所述绝缘层是透明的，所述第一驱动电极和所述屏蔽层、以及所述第二驱动电极和所述检测电极是透明的，在所述第一基板的背侧设有显示单元，该显示单元的显示面朝向所述第一基板。

3.根据权利要求2所述的输入装置，其特征在于，

所述绝缘层是透明的第二基板。

4.根据权利要求2或3所述的输入装置，其特征在于，

所述第一驱动电极和所述屏蔽层是通过对在所述第一基板的面上形成的单一的透明导电层进行蚀刻而形成的。