CN103189820A - 触摸面板设备 - Google Patents

Abstract

触摸面板设备包括触摸面板（11）、设置在触摸面板（11）上的能够伸缩的压电元件（12）、以及多个支持部件（14a至14f），多个支持部件（14a至14f）设置在固定部分（13）上并且配置为支持并允许触摸面板（11）进行挠曲振动，使得支持部件（14a至14f）设置在与压电元件（12）的伸缩方向垂直的方向上的数量多于在伸缩方向上的数量，以使触摸面板（11）因按压而导致的弯曲方向与触摸面板（11）因压电元件（12）的伸缩而导致的挠曲方向一致。

Description

触摸面板设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年10月21日提交的第2010-236775号日本专利申请的优先权和权益，该日本申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请设计触摸面板设备。

背景技术

近年来，已提出触摸面板中设置有压电元件的各种输入设备。当用户的手指、手写笔等按压触摸面板的预定区域中的目标时，输入设备检测到按压的输入并驱动压电元件，从而使触摸面板振动以便向用户提供适当的操作感觉。在诸如图8所示的已知的触摸面板设备中，在长方形触摸面板51的每个长边的背部，在长边方向上设置有能够伸展和收缩的压电元件52。通过固定框架54在触摸面板51的四个拐角处设置有四点支持，其中固定衬垫53设置于固定框架54与触摸面板51之间以便能够挠曲振动（例如，参见专利文献1）。

通过图8所示的触摸面板设备，当长边上的压电元件52被驱动成以相同的相位在长边方向上伸缩时，固定衬垫53弹性地变形，并且触摸面板51以短边为枢轴进行挠曲振动，如图9（a）的示意性立体图所示。应该注意，这种挠曲振动也被称为弯曲振动。如图9（b）所示，当触摸面板51例如被手指55按压时，触摸面板51的长边弯曲得多于短边，即，触摸面板51挠曲。

在如图8所示的这种触摸面板设备中，触摸面板51因压电元件52而导致的挠曲振动方向与触摸面板51因手指55的按压而导致的弯曲方向一致。因此，当触摸面板51被按压时，如图9（b）所示，触摸面板51可因压电元件52而更有效地进行挠曲振动。此外，由于触摸面板51因固定衬垫53的弹性变形而弯曲，所以相同的伸缩量得到的振动振幅高于在压电元件52被设置在触摸面板51的短边的情况下所得到的振动振幅，因而提供了压电元件52的尺寸减少和成本减少的优势。

引用列表

专利文献

PTL1:JP2006227712A

发明内容

然而，在振动触摸面板的触摸面板设备中，触摸面板上设置压电元件的位置可能受到限制。例如，在如图8所示的构成移动终端的触摸面板设备中，长方形触摸面板具有竖直的长边，与壳体的长度（高度）相比，存放触摸面板的壳体的宽度常常为触摸面板的有效操作区提供较少空间。采用此设计未考虑到减少尺寸和外观。

因此，为了在触摸面板的长边上设置压电元件，必须采取措施，通过将壳体的宽度增加与压电元件的宽度对应的量或将触摸面板的有效操作区的宽度减少与压电元件的宽度对应的量，而使得压电元件不可见。然而，采用这种结构可能会增加触摸面板设备的尺寸或有损外观。

解决该问题的一种方法例如为沿触摸面板的短边在壳体的高度方向上设置压电元件，这样能相对地具有更多空间。例如，在图8所示的触摸面板设备中，压电元件52可以沿长方形触摸面板51的短边设置，如图10的平面图所示的那样。

虽然如此，但如果压电元件52如图10所示地简单地沿触摸面板51的短边设置并且提供四点支持，那么因为压电元件52的伸缩，触摸面板51会如图11的示意性立体图所示地以长边为枢轴进行挠曲振动。因此，因压电元件52而导致的挠曲振动方向与因图9（b）所示的按压而导致的弯曲方向不同，从而在触摸面板51因压电元件52而导致的挠曲振动期间引起能耗增加以及不能保持所需振动振幅的风险。

鉴于以上问题，本发明提供了一种触摸面板设备，其使得触摸面板能够以所需的振幅有效地进行挠曲振动，而不会增加设备的尺寸也不会有损外观。

用于实现以上目的的根据本发明的第一方面的触摸面板设备包括：触摸面板、设置在触摸面板上并且能够伸缩的压电元件以及多个支持部件，多个支持部件设置在固定部分上并且配置为支持触摸面板并允许触摸面板进行挠曲振动，其中，支持部件设置在与压电元件的伸缩方向垂直的方向上的数量多于在伸缩方向上的数量，以使触摸面板因按压而导致的弯曲方向与触摸面板因压电元件的伸缩而导致的挠曲方向一致。

本发明的第二方面是根据本发明的第一方面的触摸面板设备，其中，支持部件被设置成使得在与压电元件的伸缩方向垂直的方向上相邻的支持部件之间的距离短于在压电元件的伸缩方向上支持部件的距离。

本发明的第三方面是根据本发明的第一方面的触摸面板设备，其中，在与伸缩方向垂直的方向上所设置的至少一个支持部件之中，设置在最外部的支持部件之间的每个支持部件比最外部的支持部件具有更大的弹性系数。

用于实现以上目的的根据本发明的第四方面的触摸面板设备触摸面板设备包括：长方形形状的触摸面板、沿触摸面板的短边设置并且能够在短边方向上伸缩的压电元件、以及多个支持部件，多个支持部件设置在固定部分上并且配置为支持触摸面板并允许触摸面板进行挠曲振动，其中，支持部件被设置在触摸面板的四个拐角部分和触摸面板的长边上的拐角部分之间，以使触摸面板因按压而导致的弯曲方向与触摸面板因压电元件的伸缩而导致的挠曲方向一致。

本发明的第五方面是根据本发明的第四方面的触摸面板设备，其中，支持部件被设置成使得在与触摸面板的长边平行的方向上相邻的支持部件之间的距离短于在与触摸面板的短边平行的方向上的支持部件之间的距离。

本发明的第六方面是根据本发明的第四方面的触摸面板设备，其中，在与触摸面板的长边平行的方向上所设置的至少一个支持部件之中，没有设置在拐角部分处的每个支持部件比设置在拐角部分的支持部件具有更大的弹性系数。

本发明的第七方面是根据本发明的第四方面的触摸面板设备，其中，触摸面板包括矩形有效操作区，有效操作区的两边平行于触摸面板的长边，另两边平行于触摸面板的短边；以及四个拐角部分为以触摸面板的长边和短边和以有效操作区的各边的延长线为边界的区域。

根据本文的实施方式，触摸面板设备可以使触摸面板以所需的振幅有效地进行挠曲振动，而不会增加设备的尺寸也不会减损外观。

附图说明

下面将参照附图进一步描述实施方式，在附图中：

图1是示意性地示出根据本发明的实施方式的触摸面板设备的结构的平面图；

图2是图1所示的触摸面板设备的立体图；

图3是图1所示的触摸面板处于振动状态的示意性立体图；

图4是图1所示的触摸面板处于被按压状态的示意性立体图；

图5是在对四点支持和六点支持的振动特性进行比较的实验中使用的样本的平面图；

图6是示出在对振动特性的实验中的实验设备的结构的示意图；

图7是根据本发明的触摸面板设备的修改的示意性立体图；

图8是示意性地示出传统的触摸面板设备的结构的立体图；

图9是图8所示的触摸面板处于振动状态和被按压状态的示意性立体图；

图10是示出在长方形触摸面板上的压电元件的假设传统布局的示例的平面图；以及

图11是图10所示的触摸面板处于振动状态的示意性立体图。

具体实施方式

将参照附图描述本发明的实施方式。

图1和图2是示意性地示出根据本发明的实施方式的触摸面板设备的结构的平面图和立体图。根据本实施方式的触摸面板设备包括长方形触摸面板11。虽然图1中的长方形形状的触摸面板11的示例为矩形，但是在本说明书中的长方形形状不限于矩形，还包括具有圆角的形状。

在背部，触摸面板11的短边附近，沿每个短边设置有压电元件12。每个压电元件12由单晶元件、双层压电片、单层压电片或类似物形成，每个压电元件12的一边粘附地紧固至触摸面板11，以便能够在触摸面板11的短边方向上伸缩。

为了使因操作者的手指、手写笔等按压目标而导致的弯曲方向与因压电元件12的伸缩而导致的挠曲方向一致，在背面，触摸面板11通过在六个位置处具有弹性可变形的支持部件13a-13f的固定部分14而支持，这六个位置为四个拐角部分11a-11d和长边上每对拐角部分11a/11b和11c/11d之间的位置。换言之，触摸面板11通过六个支持部件13a-13f受到六点支持，六个支持部件13a-13f在与压电元件12的伸缩方向正交的方向（即，触摸面板11的长边方向）上所设置的数量多于在压电元件12的伸缩方向（即，触摸面板11的短边方向）上的数量。在所描述的实施例中，支持部件13a-13f为圆柱形的，但是可采用任何其他形状，例如棱柱形形状。应该注意，固定部分14例如为液晶显示面板或有机EL显示面板。

假设触摸面板11包括矩形有效操作区T，该有效操作区T的两边平行于触摸面板11的长边，另两边平行于触摸面板11的短边，如图1中的点划线所示，这样压电元件12优选地设置在有效操作区T之外的区域中。触摸面板11的四个拐角部分11a-11d（由阴影线指示）优选以触摸面板11的长边和短边以及由有效操作区T的各边的延长线为边界的区域。支持拐角部分11a-11d的支持部件13a-13d分别设置在拐角部分11a-11d的区域中，优选设置在拐角部分11a-11d中与有效操作区T的相应拐角边缘隔开的区域中的位置处。而且，支持拐角部分11a-11d的支持部件13a-13d分别在拐角部分11a-11d的区域中设置为接触触摸面板11的一个长边，并且优选在拐角部分11a-11d的区域中设置为接触触摸面板11的一个长边和一个短边。假设支持部件13a-13d如上所述地设置，那么设置在支持部件13a与13b之间的支持部件13e优选沿连接支持部件13a和13b的直线设置。此外，设置在支持部件13c与13d之间的支持部件13f优选沿连接支持部件13c和13d的直线设置。应该注意，图1示出了有效操作区T为类似触摸面板11的长方形的实施例，但是有效操作区T可以为方形。

支持触摸面板11的一个长边中间的支持部件13e与同一长边上支持部件13e附近的拐角部分11a处的支持部件13a和拐角部分11b处的支持部件13b之间的距离DL1和DL2比在触摸面板11的短边方向上分别支持成对的拐角部分11a、11d和11b、11c的、成对的相邻的支持部件13a与13d之间的距离DS1和13b与13c之间的距离DS2短。类似地，支持触摸面板11的另一个长边中间的支持部件13f与同一长边上支持部件13f附近的拐角部分11c处的支持部件13c和拐角部分11d处的支持部件13d之间的距离DL3和DL4比距离DS1和DS2短。支持部件13e与13f之间的距离DS3长于距离DL1-DL4中的每一个。

触摸面板11因而通过四个支持部件13a、13e、13f、13d形成的组和通过四个支持部件13e、13f、13b、13c形成的组支持，其中每组支持部件在压电元件12的伸缩方向以及与伸缩方向垂直的方向上相邻并且形成长边沿压电元件12的伸缩方向的长方形形状。支持触摸面板11的长边中间的支持部件13e和13f优选设置在相应的长边的中心处，从而DL1≈DL2≈DL3≈DL4<DS1≈DS2≈DS3。

在根据本实施方式的触摸面板设备中，当设置在触摸面板11的短边上的压电元件12被驱动为以相同的相位在触摸面板11的短边方向上伸缩时，触摸面板11以长边为枢轴进行挠曲振动，如图3（a）和图3（b）示意性地所示。此外，当触摸面板11例如被手指15按压时，如图4的示意性立体图所示，短边弯曲得多于长边。因此，因目标被按压而导致的弯曲方向与因压电元件12的伸缩而导致的挠曲方向一致。因此，与压电元件设置在如图10所示地仅具有四点支持的长方形触摸面板的短边上的情况相比较，当图4所示的触摸面板11处于被按压状态时在挠曲振动期间的能耗减少，并且因压电元件12可使得触摸面板11更有效地以期望振幅进行挠曲振动。

如果支持触摸面板11的长边中间的支持部件13e和13f被设置成使得相应的长边大致分割一半，则压电元件12会使得在触摸面板11的长边方向上的整个触摸面板11进行与在短边方向上几乎一致的挠曲振动。因此，能够在触摸面板11的整个有效操作区T为操作者提供几乎相同的触感。

此外，在本实施方式的触摸面板设备中，压电元件12设置在长方形触摸面板11的短边上，因此在构成移动终端的触摸面板设备中的触摸面板11具有竖直长边的情况下，压电元件12可以设置在壳体的高度方向上，这样相对具有更多的空间。因而，本实施方式的触摸面板设备在无需增加触摸面板设备的尺寸并且无需减损外观的情况下提供了设计上的更大自由度。

下面描述发明人进行的对四点支持和六点支持的振动特性进行比较的实验的结果。

图5（a）和图5（b）式在比较实验中使用的样本的平面图。图5（a）所示的样本21和图5（b）所示的样本22均具有压电元件12，压电元件12在长方形钢化玻璃23的背部沿其短边设置，处于短边附近的位置并且与由点划线指示的有效操作区T隔开。样本21设置有由支持部件13a-13d支持的四点支持，支持部件13a-13d支持钢化玻璃23的四个拐角部分11a-11d。另一方面，样本22设置有由支持部件13a-13f支持的六点支持，支持部件13a-13f支持四个拐角部分11a-11d和钢化玻璃23的每个长边的中心部分。

图5（a）和图5（b）中的钢化玻璃23的短边为65mm，长边为120mm，厚度为0.7mm。每个压电元件12的短边为2mm，长边为40mm，厚度为0.4mm。

支持部件13a-13f由Rogers Inoac Corporation（罗杰斯井上公司）制造的PORON（注册商标）H-48形成，并且为棱柱形，其中长度×宽度×高度尺寸为3mm×3mm×2mm。支持部件13a-13d分别设置在拐角部分11a-11d的相应一个上的、与钢化玻璃23的短边隔开10mm的区域中。支持部件13e和13f设置在相应的长边的中心处的、与每个短边隔开60mm的位置处。

这里，在图5（a）中，支持部件13a和13b中的每个支持部件的一边与钢化玻璃23的一个长边对齐，支持部件13c和13d中的每个支持部件的另一边与钢化玻璃23的另一长边对齐。因此，四个支持点形成具有与钢化玻璃23相同方位的长方形形状。

在图5（b）中，在钢化玻璃23的一个长边上的、支持部件13a、13b和13e中的每个支持部件的一个边与长边对齐，类似地，在钢化玻璃23的另一长边上的、支持部件13c、13d和13f中的每个支持部件的一个边与另一长边对齐。因此，两组四个相邻的支持点形成了在钢化玻璃23的长边方向上对齐并且与钢化玻璃23垂直地定向的两个长方形形状。换言之，由四个相邻的支持点形成的每个长方形形状的长边被形成在钢化玻璃23的短边方向上，相反地，短边被形成在长边方向上。

图6是示出实验设备的结构的示意图。该实验设备通过激光多普勒振动计31对样本21和22中的钢化玻璃23的中间部分处的振动振幅（μm）和输出频率（Hz）进行测量。应该注意，图6示出了测量样本21的实施例。实验设备具有供样本21安装于其上的安装件32、支持安装件32的支持基座34以及应变仪35，在支持基座34与安装件32之间具有至少两对平行的板簧33以使安装件32可在垂直于安装表面的方向上移除，应变仪35在一对平行的板簧33中相应地附接至平行的板簧33。

在比较实验中，支持基座34放置在平面板36上，样本21或22面朝下地放置在具有支持部件13a-13d或支持部件13a-13f的安装件32上。在钢化玻璃23的中心部分附近按压样本21和22，并通过应变仪35检测压力负载。通过检测到2N压力负载，驱动信号被施加到压电元件12以使钢化玻璃23振动，通过激光多普勒振动计31对钢化玻璃23的中心部分的振动振幅以及输出频率进行测量。应该注意，被施加到压电元件12的驱动信号为得到150Hz至350Hz的输出频率并向按压触摸面板的用户提供舒适感觉的二分之一周期的正弦输入频率。驱动信号的振幅为40V。

下表列出了比较实验的结果。

表1

从以上实验结果清楚地看到，与图5（a）中在四个拐角处为触摸面板设置四点支持相比较，如图5（b）中为触摸面板设置六点支持在触摸面板因压电元件而导致的挠曲振动期间减少了能耗，并得到更高的振动振幅。因此，触摸面板能够以期望振幅有效地进行挠曲振动。

应该注意，本发明不限于以上实施方式，各种修改和改变均是可能的。例如，在以上实施方式中，支持触摸面板11的长边中间的支持部件13e和13f可具有比设置在触摸面板11的四个拐角部分11a-11d处的支持部件13a-13d更大的弹性系数。换言之，支持部件13e和13f可以容易地经受弹性变形。在这种情况下，与设置在四个拐角部分11a-11d处的支持部件13a-13d相比较，支持部件13e和13f可由相同的材料形成但具有更小的截面面积，或者支持部件13e和13f可具有相同的截面面积但由不同的材料形成。此修改能够增加触摸面板11在压电元件12作用下的振动振幅。此外，替代多个，压电元件12的数量可以为一个。

此外，触摸面板11因按压而导致的弯曲方向至少足以在短边方向上具有弯曲成分。因此，在长边中间的支持部件13e和13f可短于在拐角部分11a-11d处的支持部件13a-13d，仅一端固定至固定部分14或触摸面板11，而另一端在按压期间接触触摸面板11或固定部分14，以使触摸面板11通过按压在短边方向上获取弯曲成分。

在以上实施方式中，长方形触摸面板11设置有六点支持，但是根据触摸面板11的尺寸，可在长边方向上设置附加的支持部件，从而触摸面板11如图7所示的那样设置有支持部件13a-13h支持的八点支持，或者具有十点支持。因此，触摸面板11可在六个或更多个点处设置有支持件，使得设置在长方形触摸面板11的短边上的、在压电元件的伸缩方向上相邻的支持点之间的距离等于或大于在与压电元件的伸缩方向正交的方向上相邻的支持点之间的距离。

此外，本发明不限于长方形触摸面板，相反地，可有效地采用任何形状的触摸面板。无论触摸面板的形状如何，只要足以在与压电元件的伸缩方向垂直的方向上比在伸缩方向上设置更多数量的支持触摸面板的支持部件，使得触摸面板因按压而导致的弯曲方向与触摸面板因压电元件的伸缩而导致的挠曲方向一致即可。

参考标号列表

11：触摸面板

11a-11d：拐角部分

12：压电元件

13a-13h：支持部件

14：固定部分

T：有效操作区

Claims (7)

1.触摸面板设备，包括：

触摸面板；

压电元件，设置在所述触摸面板上并且能够伸缩；以及

多个支持部件，设置在固定部分上并且配置为支持所述触摸面板并允许所述触摸面板进行挠曲振动，

其中，所述支持部件设置为在与所述压电元件的伸缩方向垂直的方向上的数量多于在所述伸缩方向上的数量，以使所述触摸面板因按压而导致的弯曲方向与所述触摸面板因所述压电元件的伸缩而导致的挠曲方向一致。

2.如权利要求1所述的触摸面板设备，其中，所述支持部件被设置成使得在与所述压电元件的所述伸缩方向垂直的方向上相邻的支持部件之间的距离短于在所述压电元件的所述伸缩方向上的支持部件的距离。

3.如权利要求1所述的触摸面板设备，其中，在与所述伸缩方向垂直的方向上所设置的至少一个支持部件之中，设置在最外部的支持部件之间的每个支持部件比所述最外部的支持部件具有更大的弹性系数。

4.触摸面板设备，包括：

长方形形状的触摸面板；

压电元件，沿所述触摸面板的短边设置并且能够在短边方向上伸缩；以及

多个支持部件，设置在固定部分上并且配置为支持所述触摸面板并允许所述触摸面板进行挠曲振动，

其中，所述支持部件被设置在所述触摸面板的四个拐角部分和所述触摸面板的长边上的拐角部分之间，以使所述触摸面板因按压而导致的弯曲方向与所述触摸面板因所述压电元件的伸缩而导致的挠曲方向一致。

5.如权利要求4所述的触摸面板设备，其中，所述支持部件被设置成使得在与所述触摸面板的长边平行的方向上相邻的支持部件之间的距离短于在与所述触摸面板的短边平行的方向上的支持部件之间的距离。

6.如权利要求4所述的触摸面板设备，其中，在与所述触摸面板的长边平行的方向上所设置的至少一个支持部件之中，未设置在拐角部分处的每个支持部件比设置在所述拐角部分的支持部件具有更大的弹性系数。

7.如权利要求4所述的触摸面板设备，其中，所述触摸面板包括矩形有效操作区，所述有效操作区的两边平行于所述触摸面板的所述长边，另两边平行于所述触摸面板的所述短边；以及

所述四个拐角部分为以所述触摸面板的所述长边和所述短边和以所述有效操作区的各边的延长线为边界的区域。

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