CN105144053A - 信息显示装置 - Google Patents

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CN105144053A
CN105144053A CN201480021913.XA CN201480021913A CN105144053A CN 105144053 A CN105144053 A CN 105144053A CN 201480021913 A CN201480021913 A CN 201480021913A CN 105144053 A CN105144053 A CN 105144053A
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core
clad layer
optical waveguide
display device
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清水裕介
吉冈良真
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Nitto Denko Corp
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Nitto Denko Corp
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Abstract

提供一种信息显示装置，在该信息显示装置中，能够用一般的书写工具等输入体进行输入，而且，在进行该输入时，即使上述输入体的前端输入部和拿着该输入体的手的小指、该小指的根部等同时接触到显示器，也能够确定上述前端输入部并进行感测。该信息显示装置具备：信息显示体(P)，其具有显示器(D)；以及片状的光波导(W)，其粘贴于显示器(D)的表面，构成位置传感器(A)。在光波导(W)中，格子状的芯(2)被片状的下包层和上包层(3)夹持，且设定为芯(2)的弹性模量比下包层的弹性模量和上包层(3)的弹性模量大。由此，在用书写工具等输入体(10)按压了光波导(W)的表面时，按压方向的芯(2)的截面的变形率比上包层(3)和下包层的截面的变形率小。

Description

信息显示装置
技术领域
本发明涉及一种信息显示装置，该信息显示装置能够在将备忘录等写入到显示器上的同时将该备忘录等作为数字数据(电子数据)显示于上述显示器。
背景技术
在备忘录用具中，存在一种如电子备忘录处理装置那样对备忘录等进行数字处理的装置(例如参照专利文献1)。该装置具备对所输入的备忘录等进行显示的显示器，能够使用专用笔在该显示器上输入备忘录等。即，上述显示器是感测上述专用笔的前端的触摸面板，通过使上述专用笔的前端接触该显示器并移动该专用笔，来将该专用笔的前端的移动轨迹作为备忘录等而电子数据化，输入到上述显示器并进行显示
另外，平板型终端、智能手机等也具备显示器，不仅能够用上述专用笔进行输入，也能够用指尖进行输入。即，上述平板型终端等的显示器是感测用指尖接触时产生的微弱的电流(人体的静电电容的变化)的触摸面板，通过使指尖接触该显示器并移动该指尖，来将该指尖的移动轨迹作为备忘录等而电子数据化，输入到上述显示器并进行显示。
专利文献1：专利第3746378号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述显示器中均无法用出墨的笔等一般的书写工具、不出墨的简单的细长棒状体等进行输入。
另外，在用指尖进行输入的类型的上述显示器中，当人体的多个部分(例如指尖和手)同时接触到该显示器时，无法确定接触部分，从而无法适当地进行输入。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供如下一种信息显示装置：能够用一般的书写工具等输入体进行输入，而且，在进行该输入时，即使上述输入体的前端输入部和拿着该输入体的手的小指、该小指的根部等同时接触到显示器，也能够确定上述前端输入部并进行感测。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的信息显示装置采用以下结构：具有信息显示用的显示器，该信息显示装置将输入体的前端输入部在该显示器上的移动作为输入信息显示于上述显示器，该信息显示装置的特征在于，在上述显示器的表面上载置有如下的位置传感器(A)的光波导，将上述前端输入部在该光波导的表面上的移动轨迹作为上述输入信息，其中，上述位置传感器(A)具备：片状的光波导，其是将多个线状的芯以格子状配置形成于片状的下包层的表面并将上包层以覆盖这些芯的状态形成为片状而得到的；发光元件，其与上述芯的一个端面相连接；受光元件，其与上述芯的另一个端面相连接；以及移动轨迹确定单元，其根据由于输入体的前端输入部在上述光波导的表面上的移动而发生变化的芯的光传播量，来确定该移动的移动轨迹，其中，设定为上述芯的弹性模量比上述下包层的弹性模量和上述上包层的弹性模量大，在上述片状的光波导的表面被上述前端输入部按压的状态下，该按压的方向的芯的截面的变形率比上包层和下包层的截面的变形率小。
此外，在本发明中，“变形率”是指按压方向上的芯、上包层以及下包层的被按压时的各厚度相对于被按压前的各厚度的变化量的比例。另外，笔尖的“移动”包括移动距离为0(零)的情况，该情况下的“移动轨迹”为点。
发明的效果
本发明的信息显示装置使用具备将多个线状的芯以格子状配置形成的片状的光波导的位置传感器作为探测输入体(笔等)的前端输入部(笔尖等)的移动轨迹的探测单元。即，根据由于笔尖在上述光波导的表面上的移动而发生变化的芯的光传播量，来确定笔尖的移动轨迹。因此，在进行输入时不需要专用笔，作为输入体，能够使用出墨的笔等一般的书写工具、不出墨的简单的细长棒状体等。另外，在上述光波导中，设定为芯的弹性模量比下包层的弹性模量和上包层的弹性模量大。因此，在按压了光波导的上包层的表面时，该按压的方向的芯的截面的变形率比上包层和下包层的截面的变形率小，能够保持按压方向的芯的截面积。而且，当通过使输入体的前端输入部在上述光波导的表面上移动来输入文字等信息时，在被该输入体的前端输入部按压的部分，芯的弯曲状态为沿着输入体的前端输入部的急剧的弯曲，来自芯的光发生泄漏(散射)，在被拿着输入体的手的部分按压的部分，芯的弯曲状态为沿着手的平缓的弯曲，能够避免发生上述光的泄漏(散射)。因此，在被笔尖等前端输入部按压的芯处，受光元件处的光的检测水平(受光量)降低，而在被拿着输入体的手的部分按压的芯处，能够不使该检测水平降低。其结果，能够根据该光的检测水平的降低，利用移动轨迹确定单元来探测笔尖等前端输入部的位置(坐标)，该检测水平不降低的手的部分的状态与未被按压时的状态相同，因此不会被感测出来。因此，本发明的信息显示装置能够仅探测笔尖等前端输入部的移动轨迹(所写入的文字等信息)并将该移动轨迹显示于显示器。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的信息显示装置的一个实施方式的说明图。
图2是示意性地表示构成上述信息显示装置的位置传感器的图，(a)是其俯视图，(b)是其放大截面图。
图3的(a)是示意性地表示被输入体按压后的上述位置传感器的光波导的状态的截面图，(b)是示意性地表示被手按压后的上述光波导的状态的截面图。
具体实施方式
接着，基于附图来详细地说明本发明的实施方式。
图1示出了本发明的信息显示装置的一个实施方式。该实施方式的信息显示装置具备：信息显示体P，其具有四边形的显示器D；以及四边形片状的光波导W，其粘贴于上述显示器D的表面。在该光波导W中，如图2的(a)中示意性地示出的其俯视图、图2的(b)中示意性地示出的其中央部分的放大截面图所示，格子状的芯2被四边形片状的下包层1和上包层3夹持，该下包层1接触上述显示器D的表面。另外，如图2的(a)中示意性地示出那样，发光元件4与构成上述格子状的芯2的线状的芯2的一个端面相连接，受光元件5与上述线状的芯2的另一个端面相连接，从上述发光元件4发出的光在上述芯2中经过，并被上述受光元件5接收。而且，这些发光元件4和受光元件5由CPU(中央处理装置)(未图示)来控制，该CPU与上述发光元件4和受光元件5一起装载于电路板(未图示)。在该实施方式中，装载有上述CPU等的电路板配置于上述信息显示体P(参照图1)的内部。因此，在图1中未对上述CPU、发光元件4、受光元件5以及电路板进行图示。
而且，上述光波导W被设定为芯2的弹性模量比下包层1的弹性模量和上包层3的弹性模量大。由此，当按压了上述光波导W的表面时，该按压方向的芯2的截面的变形率比上包层3和下包层1的截面的变形率小。
另外，上述信息显示体P是平板型终端、智能手机、笔记本型个人计算机等具有信息显示用的液晶显示器、有机EL显示器等显示器D的计算机等。
此外，在图2的(a)中，用虚线示出了芯2，虚线的粗细表示芯2的粗细。另外，在图2的(a)中，省略芯2的数量地进行图示。并且，图2的(a)的箭头表示光的行进方向。另外，在该实施方式中，上述发光元件4、CPU等所需的电源利用上述信息显示体P所具备的电源。
在这种结构的上述信息显示装置中，上述光波导W的与格子状的芯2对应的部分成为输入区域。而且，使输入体10的前端输入部(笔尖等)10a(参照图1)在该输入区域内的上包层3的表面上移动来在该上包层3的表面书写文字等，由此利用笔等输入体10(参照图1)向上述光波导W输入信息。即，如在图3的(a)、(b)中用截面图所示，当通过拿在手20中的笔等输入体10将文字等信息等写入来输入到上述光波导W的上包层3的表面时，被笔尖等前端输入部10a按压的部分〔参照图3的(a)〕和被手20的小指、该小指的根部(小指球)等按压的部分〔参照图3的(b)〕均在该按压方向的截面上以弹性模量小的上包层3和下包层1被挤压的方式发生变形，弹性模量大的芯2在仍保持截面积的状态下以沿着前端输入部10a、手20的部分下陷到下包层1的方式发生弯曲。
而且，在被前端输入部10a按压的部分，如图3的(a)所示，由于该前端输入部10a尖，因此芯2的弯曲状态急剧，来自芯2的光发生泄漏(散射)〔参照图3的(a)的双点划线的箭头〕。另一方面，在被拿着输入体10的手20按压的部分，如图3的(b)所示，该手20与上述前端输入部10a相比相当大且圆滑，因此芯2的弯曲状态平缓，不会发生上述光的泄漏(散射)(光在芯2内不发生泄漏地行进)〔参照图3的(b)的双点划线的箭头〕。因此，在被前端输入部10a按压的芯2中，受光元件5处的光的检测水平降低，在被拿着输入体10的手20按压的芯2中，能够避免该检测水平降低。而且，能够根据该光的检测水平的降低来探测前端输入部10a的位置(坐标)。该检测水平不降低的手20的部分的状态与未被按压时的状态相同，因此不会被感测出来。
因此，在上述CPU中安装有以下程序(移动轨迹确定单元)：根据基于上述受光元件5处的光的检测水平的降低而从受光元件5输出的电信号，将沿着与该电信号对应的位置的移动轨迹确定为前端输入部10a的移动轨迹。即，包括上述光波导W、CPU、发光元件以及受光元件5的结构〔参照图2的(a)、(b)〕成为探测用于输入信息的输入体(笔等)10的前端输入部(笔尖等)10a的位置的位置传感器A。而且，表示上述输入体10的前端输入部10a的移动轨迹的数据被输出到上述信息显示体P的CPU(未图示)，通过该信息显示体P的CPU适当地进行图像化处理，然后将上述移动轨迹于显示器D。
这样，在上述信息显示装置中，使用多个线状的芯2以格子状配置形成的片状的光波导W来作为输入体(笔等)10的前端输入部(笔尖等)10a的移动轨迹的探测单元，因此在输入时不需要专用笔，作为输入体10，能够使用出墨的笔等一般的书写工具、不出墨的简单的细长棒状物等。
另外，在上述光波导W中，芯2的弹性模量比下包层1的弹性模量和上包层3的弹性模量大，因此，即使拿着输入体10的手20按压光波导W，也能够如上述那样仅探测前端输入部10a的位置，而不会感测手20的部分。
并且，在向上述光波导W进行输入时，输入体10的前端输入部10a所按压的光波导W的部分如上所述那样变形，因此能够以接近纸张的触觉进行输入，书写感良好。
另外，上述平板型终端等的信息显示体P通常预先具备存储器等信息存储介质，因此所输入的信息(显示于上述显示器D的信息)能够存储在上述信息存储介质中。
此外，当上述输入体10的前端输入部10a的按压被解除(前端输入部10a进行移动或者写入等输入结束)时，上述下包层1、芯2以及上包层3通过各自的恢复力恢复为原来的状态〔参照图2的(b)〕。而且，优选的是，上述芯2陷入到下包层1的陷入深度L最大为2000μm。当超过2000μm时，有时会导致上述下包层1、芯2以及上包层3可能不会恢复为原来的状态，或者导致在光波导W中发生断裂。
在此，更加详细地说明上述芯2、下包层1以及上包层3的弹性模量等。
上述芯2的弹性模量优选在1GPa～10GPa的范围内，更为优选在2GPa～5GPa的范围内。当芯2的弹性模量过低时，根据笔尖等前端输入部10a的形状，由于该前端输入部10a的压力而存在无法保持芯2的截面积(芯2被挤压)的倾向，有可能无法适当地探测前端输入部10a的位置。另一方面，当芯2的弹性模量过高时，由于前端输入部10a的压力而发生的芯2的弯曲没有成为沿着该前端输入部10a的急剧的弯曲，而存在成为平缓的弯曲的倾向。因此，来自芯2的光不发生泄漏(散射)，受光元件5处的光的检测水平不会降低，因此有可能无法适当地探测前端输入部10a的位置。此外，芯2的尺寸例如被设定为：厚度在5μm～100μm的范围内、宽度在5μm～500μm的范围内。
上述上包层3的弹性模量优选在0.1MPa以上且小于10GPa的范围内，更为优选在1MPa以上且小于5GPa的范围内。当上包层3的弹性模量过低时，过于柔软，根据笔尖等的前端输入部10a的形状，由于该前端输入部10a的压力而存在发生破损的倾向，从而无法再保护芯2。另一方面，当上包层3的弹性模量过高时，存在即使承受前端输入部10a、手20的压力也不发生挤压变形的倾向，可能导致芯2被挤压而无法适当地探测前端输入部10a的位置。此外，上包层3的厚度例如被设定在1μm～200μm的范围内。
上述下包层1的弹性模量优选在0.1MPa～1GPa的范围内，更为优选在1MPa～100MPa的范围内。当下包层1的弹性模量过低时，过于柔软，在被笔尖等前端输入部10a按压之后难以恢复成原来的状态，存在不能连续地进行的倾向。另一方面，当下包层1的弹性模量过高时，存在即使承受前端输入部10a、手20的压力也不发生挤压变形的倾向，可能导致芯2被挤压而无法适当地探测前端输入部10a的位置。此外，下包层1的厚度例如被设定在20μm～2000μm的范围内。
作为上述芯2、下包层1以及上包层3的形成材料，需要经过光波导W观察到显示器D的显示信息，因此能够列举出具有透光性的感光性树脂、热固化树脂等。而且，能够通过与该形成材料相应的制作方法来制作光波导W。另外，将上述芯2的折射率设定为比上述下包层1和上包层3的折射率大。而且，例如，通过调整各形成材料的种类的选择、组成比率，能够进行上述弹性模量和折射率的调整。此外，作为上述下包层1，也可以使用具有透光性的弹性薄板，将芯2以格子状形成在该弹性薄板上。
另外，也可以在上述下包层1的背面设置具有透光性的弹性层。在该情况下，即使下包层1、芯2以及上包层3的恢复力变弱、或者它们由恢复力原本就弱的材料构成，也能够利用上述弹性层的弹性力来辅助上述弱的恢复力，在输入体10的前端输入部10a的按压被解除之后恢复成原来的状态。
另外，如上所述，为了仅检测笔尖等前端输入部10a的位置而不感测拿着笔等输入体10的手20，重要的是由于被该前端输入部10a按压的部分的芯2的急剧弯曲而发生的光的泄漏(散射)量。因此，例如，当使用笔尖等前端输入部10a的曲率半径R(单位：μm)与芯2的厚度T(单位：μm)的比值S(＝R/T)来限定芯2与下包层1以及上包层3之间的折射率差Δ时，这些折射率差Δ的最大值Δmax满足下述式(1)。即，当折射率差Δ大于该最大值Δmax时，即使用前端输入部10a进行按压，光的泄漏(散射)量也少，受光元件5处的光的检测水平不会充分降低，因此难以区分前端输入部10a的位置和手20的位置。
[式1]
Δmax＝8.0×10-2-S×(5.0×10-4)···(1)
另一方面，折射率差Δ的最小值Δmin满足下述式(2)。即，当折射率差Δ小于该最小值Δmin时，在被手20按压的部分也发生光的泄漏(散射)，难以区分前端输入部10a的位置和手20的位置。
[式2]
Δmin＝1.1×10-2-S×(1.0×10-4)···(2)
因此，优选将上述折射率差Δ设定在最小值Δmin与最大值Δmax之间。在此，例如，当将上述前端输入部10a的曲率半径R(单位：μm)设在100～1000的范围内、将芯2的厚度T(单位：μm)设在10～100的范围内、将比值S设在1～100的范围内时，折射率差Δ在1.0×10-3～7.95×10-2的范围内。此外，在比值S超过100的情况下，将最小值Δmin设为1.0×10-3(固定)。
此外，在上述实施方式中，将CPU、发光元件4、受光元件5、电路板配置于信息显示体P的内部，但也可以将它们中的全部或者一部分配置于信息显示体P的外部。
接着，一并说明比较例和实施例。但是，本发明并不限定于该实施例。
实施例
〔上包层的形成材料〕
成分a：环氧树脂(四日市合成公司制造、EpogoseyPT)30重量份。
成分b：环氧树脂(大赛璐公司制造、EHPE3150)70重量份。
成分c：光致产酸剂(SANAPRO公司制造、CPI200K)4重量份。
成分d：乳酸乙基(和光纯药公司制造)100重量份。
通过将这些成分a～d进行混合来调制上包层的形成材料。
〔芯的形成材料〕
成分e：环氧树脂(大赛璐公司制造、EHPE3150)80重量份。
成分f：环氧树脂(新日铁化学公司制造、YDCN700-10)20重量份。
成分g：光致产酸剂(ADEKA公司制造、SP170)1重量份。
成分h：乳酸乙基(和光纯药公司制造)50重量份。
通过将这些成分e～h进行混合来调制芯的形成材料。
〔下包层的形成材料〕
成分i：环氧树脂(四日市合成公司制造、EpogoseyPT)75重量份。
成分j：环氧树脂(三菱化学公司制造、JER1007)25重量份。
成分k：光致产酸剂(SANAPRO公司制造、CPI200K)4重量份。
成分l：乳酸乙基(和光纯药公司制造)50重量份。
通过将这些成分i～l进行混合来调制下包层的形成材料。
〔光波导的制作〕
使用上述上包层的形成材料，通过旋转涂布法在玻璃制基材的表面形成了上包层。该上包层的厚度是5μm，弹性模量是1.2GPa，折射率是1.503。
接着，使用上述芯的形成材料，通过光刻法在上述上包层的表面形成了芯。该芯的厚度是30μm，格子状部分的芯的宽度是100μm，间距是600μm，弹性模量是3GPa，折射率是1.523。
接着，使用上述下包层的形成材料，通过旋转涂布法，以覆盖上述芯的方式在上述上包层的表面形成了下包层。该下包层的厚度(距离上包层的表面的厚度)是200μm，弹性模量是3MPa，折射率是1.503。
而且，准备了将双面胶带(厚度25μm)粘贴在PET制基板(厚度1mm)的一面而得到的材料。接着，将该双面胶带的另一个粘贴面粘贴于上述下包层的表面，以该状态将上述上包层从上述玻璃制基材剥离。
〔比较例〕
〔上包层的形成材料〕
成分m：环氧树脂(四日市合成公司制造、EpogoseyPT)40重量份。
成分n：环氧树脂(大赛璐公司制造、2021P)60重量份。
成分o：光致产酸剂(ADEKA公司制造、SP170)4重量份。
通过将这些成分m～o进行混合来调制上包层的形成材料。
〔芯的形成材料〕
成分p：环氧树脂(四日市合成公司制造、EpogoseyPT)30重量份。
成分q：环氧树脂(DIC公司制造、EXA-4816)70重量份。
成分r：光致产酸剂(ADEKA公司制造、SP170)4重量份。
通过将这些成分p～r进行混合来调制芯的形成材料。
〔下包层的形成材料〕
成分s：环氧树脂(四日市合成公司制造、EpogoseyPT)40重量份。
成分t：环氧树脂(大赛璐公司制造、2021P)60重量份。
成分u：光致产酸剂(ADEKA公司制造、SP170)4重量份。
通过将这些成分s～u进行混合来调制下包层的形成材料。
〔光波导的制作〕
与上述实施例同样地，制作出相同尺寸的光波导。其中，关于弹性模量，上包层是1GPa，芯是25MPa，下包层是1GPa。另外，关于折射率，上包层是1.504，芯是1.532，下包层是1.504。
〔位置传感器的制作〕
将发光元件(Optowell公司制造、XH85-S0603-2s)连接于上述实施例和比较例的各光波导的芯的一个端面，将受光元件(浜松Photonics公司制造、s10226)连接于芯的另一个端面，设置装载有上述发光元件、上述受光元件、控制这些元件的CPU等(Microchip公司制造、dsPIC33FJ128MC706)等的电路，来制作出实施例和比较例的各位置传感器。
〔信息显示装置的制作〕
准备平板型终端(acer公司制造、ICONIATABW500)，在其显示器的表面粘贴有上述位置传感器的光波导。此时，使下包层接触上述显示器的表面。另外，上述位置传感器的装载有上述CPU等的电路配置于上述平板型终端的内部，该电路所需的电源利用了上述平板型终端所具备电源。通过这样，使上述位置传感器能够使用。此外，上述平板型终端的显示器具备感测人体的静电电容的变化的传感器，但停止向该传感器提供电源以避免该传感器运转。
〔信息显示装置的动作确认〕
然后，输入者将圆珠笔(笔尖的曲率半径为350μm)拿在手中，在上述输入装置的输入区域内输入了文字。
其结果，在使用了实施例的光波导的信息显示装置中，只有所输入的文字被显示于上述显示器。与此相对，在使用了比较例的光波导的信息显示装置中，不仅将所输入的文字被显示于上述显示器，还将拿着圆珠笔的手的部分显示于上述显示器。
另外，取代圆珠笔而使用简单的棒体(前端的曲率半径为550μm)以与上述同样的方式进行输入，也能够获得与上述相同的结果。
根据这些结果可知，在实施例的位置传感器中，即使替换了输入体，也能够仅探测所输入的信息而不探测不需要的信息。
在上述实施例中示出了本发明的具体的方式，但上述实施例只是例示，并不用于限定地解释本发明。本发明意图将对本领域技术人员来说显而易见的各种变形包括在本发明的范围内。
产业上的可利用性
本发明的信息显示装置能够用于将在显示器上用一般的书写工具等输入的内容显示于显示器。
附图标记说明
A：位置传感器；D：显示器；P：信息显示体；W：光波导；2：芯；3：上包层；10：输入体。

Claims (1)

1.一种信息显示装置，具有信息显示用的显示器，该信息显示装置将输入体的前端输入部在该显示器上的移动作为输入信息显示于上述显示器，该信息显示装置的特征在于，在上述显示器的表面上载置有如下的位置传感器(A)的光波导，将上述前端输入部在该光波导的表面上的移动轨迹作为上述输入信息，其中，上述位置传感器(A)具备：
片状的光波导，其是将多个线状的芯以格子状配置形成于片状的下包层的表面并将上包层以覆盖这些芯的状态形成为片状而得到的；
发光元件，其与上述芯的一个端面相连接；
受光元件，其与上述芯的另一个端面相连接；以及
移动轨迹确定单元，其根据由于输入体的前端输入部在上述光波导的表面上的移动而发生变化的芯的光传播量，来确定该移动的移动轨迹，
其中，设定为上述芯的弹性模量比上述下包层的弹性模量和上述上包层的弹性模量大，在上述片状的光波导的表面被上述前端输入部按压的状态下，该按压的方向的芯的截面的变形率比上包层和下包层的截面的变形率小。
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