CN116547635A - 触觉呈现面板、触觉呈现触摸面板以及触觉呈现触摸显示器 - Google Patents
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Abstract
涉及向使用者呈现触觉的触觉呈现面板,具备:触摸检测电路,检测出使用者接触到触觉呈现钮,输出触觉呈现钮的位置信息;按压检测电路,检测通过触觉呈现钮对操作面的推压量;以及触觉控制电路,决定生成触觉呈现钮与操作面之间的摩擦力的电压信号,其中,所述触觉呈现面板使得利用触觉控制电路决定的电压信号,产生由触觉呈现钮与所述操作面之间的摩擦力的变化引起的触觉,触觉呈现钮具有:导电弹性部,设置于与操作面对置的位置并与操作面相接;以及支撑部,限制向导电弹性部的按压力。
Description
技术领域
本公开涉及经由触觉呈现钮(tactile presentation knob)向使用者呈现触觉的技术。
背景技术
作为检测并输出由使用者的手指或笔等指示体在触摸屏上指示出的位置(以下有时称为“触摸位置”)的装置,触摸面板广为人知,作为使用电容方式的触摸面板,有投影型电容方式触摸面板(PCAP:Projected Capacitive Touch Panel)。即使在触摸屏的在使用者这侧的面(以下有时称为“表侧面”)被厚度约几mm的玻璃板等保护板覆盖的情况下,PCAP也能够检测触摸位置。另外,PCAP具有如下方面的优点:因为能够在表侧面配置保护板所以坚固性优异、以及因为不具有可动部所以寿命长等。
PCAP的触摸屏具备:检测用行方向布线层,检测行方向的触摸位置的坐标;以及检测用列方向布线层,检测列方向的触摸位置的坐标。在以下的说明中,有时将检测用行方向布线层和检测用列方向布线层总称为“检测用布线层”。
另外,将配置有检测用布线层的部件称为“触摸屏”,将检测用电路连接于触摸屏而成的装置称为“触摸面板”。而且,将在触摸屏中能够检测触摸位置的区域称为“可检测区域”。
作为用于检测静电电容(以下有时简称为“电容”)的检测用布线层,具备在薄的介电膜上形成的第1系列的导体元件和在第1系列的导体元件上隔着绝缘膜而形成的第2系列的导体元件。在各导体元件之间无电接触,虽然从表侧面的法线方向观察,第1系列的导体元件与第2系列的导体元件中的一方与另一方在俯视时重叠,但两者之间无电接触而立体地交叉。
通过用检测电路检测在指示体与作为检测用布线的导体元件之间形成的电容(以下有时称为“触摸电容”)来确定指示体的触摸位置的坐标。另外,能够通过1个以上的导体元件的检测电容的相对值来对导体元件之间的触摸位置进行插值。
近年来,作为包括开关等的操作面板的触摸面板已逐渐代替机械开关而用于身边的许多设备。但是,由于触摸面板没有像机械开关那样的凹凸而是手感全都一样,因此表面形状不会因操作而变形。因此,必须依赖视觉进行从开关的位置确认至操作执行及操作完成为止的全部操作过程,在与汽车驾驶过程中对音响等的操作等其它作业并行进行的操作时,盲视操作(Blind Operation)的可靠性及视障人士的可操作性等存在技术课题。
例如,在车载设备中,从设计性的观点而言,已逐渐广泛使用触摸面板,因此在驾驶过程中难以以盲触(blind touch)方式操作车载设备,从确保安全性的观点而言,对带有能以盲触方式进行操作的功能的触摸面板的关注日渐提高。另外,在民用设备中,在家电及电子设备中大多已使用作为操作面板的触摸面板。进而,从设计性的观点而言,搭载以护罩玻璃保护表面的PCAP的设备也在增加。但是,触摸面板由于表面平滑,因此存在无法凭手感确认开关的位置、难以支持通用设计的技术课题。在为PCAP的情况下,作为设计性而要求玻璃表面平滑,难以支持如在与开关位置相当的玻璃面加工凹凸等通用设计。
作为上述的对策,虽然有用语音来通知接受到操作以及完成了操作的方法,但由于隐私性及噪声的问题而能够使用语音功能的环境受限等,尚未达到与机械开关同等的功能和通用性。如果在触摸面板具有呈现开关的位置的功能、通过触觉来向使用者反馈操作的受理及操作的完成的功能,则能够实现以盲触方式的操作以及支持通用设计。
在便携电话及智能手机中,为了补偿操作的可靠性及不依赖视觉的可操作性,有时会搭载基于振动的触觉反馈功能。预计基于与使用者的操作联动的振动的反馈功能将迅速变得常见,对更高级的触觉反馈的需求也会提高。
产生触觉的方式大致分为振动方式、超声波方式及电方式这3种。振动方式的特征是能够与PCAP共存且成本低,但不适合于振动器嵌入到框体以使器件整体充分振动,还由于振动器的输出限度而无法使面积增大。超声波方式能够产生滑溜感等通过其它方式无法产生的触觉,但出于与振动方式同样的理由,不适合于嵌入到框体,也还有无法使面积增大这方面的缺点。作为电方式,有利用静电摩擦力产生触觉的静电摩擦方式和对手指直接施与电刺激的电刺激方式,这些都能够使得在任意部位产生触觉,能够实现面积增大及支持多点触摸。
以下对该方式进行说明。此外以下将触觉电极配置于透明绝缘基板而成的部件称为“触觉呈现屏”,将检测用电路连接于触觉呈现屏而成的装置称为“触觉呈现面板”。另外将触觉呈现屏中能够呈现触觉的区域称为“触觉可呈现区域”。
关于针对旋转钮(rotation knob)的触觉输出器件,例如在专利文献1中,触觉输出器件具有电极、在电极之上配置的介电材料和向电极输入信号的控制器。介电材料在使用者所接触的面上具有微图案化(micro-patterned)而成的凹凸。当控制器将信号输入到电极时,微图案化而成的介电材料的凸部带电,在与旋转钮之间产生静电力,能够向使用者给予触觉。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-168104号公报
发明内容
发明所要解决的技术课题
在专利文献1中,关于使用者进行旋转操作时对旋转钮的按压,取决于由使用者的体格及操作时的姿势所导致的操作旋转钮时手臂及手腕的角度等的差别而不同,有时会无法得到稳定的触觉。
本公开是为了解决上述那样的问题而做出的,目的在于提供不受操作时手臂及手腕的角度等的差别的影响、而能够呈现具有恒定清晰性和触觉强度的触觉的触觉呈现面板。
用于解决技术课题的技术方案
本公开的触觉呈现面板为在操作面上载置触觉呈现钮并经由所述触觉呈现钮向使用者呈现触觉的触觉呈现面板,具备:触摸检测电路,检测出所述使用者接触到所述触觉呈现钮,并且检测所述触觉呈现钮在所述触觉呈现面板上的位置并作为位置信息而输出;按压检测电路,检测所述使用者经由所述触觉呈现钮对所述操作面进行推压的推压量并作为按压信息而输出;以及触觉控制电路,基于从所述触摸检测电路输出的所述位置信息和从所述按压检测电路输出的所述按压信息来决定生成所述触觉呈现钮与所述操作面之间的摩擦力的电压信号,其中,所述触觉呈现面板使得利用所述触觉控制电路决定的所述电压信号,产生由所述触觉呈现钮与所述操作面之间的所述摩擦力的变化引起的触觉,所述触觉呈现钮具有:导电弹性部,设置于与所述操作面对置的位置并与所述操作面相接;以及支撑部,限制向所述导电弹性部的按压力。
发明效果
根据本公开的触觉呈现面板,能够得到不受使用者操作时手臂及手腕的角度等的差别的影响而呈现具有恒定清晰性和触觉强度的触觉的触觉呈现面板。另外,能够得到具备触觉呈现面板的触觉呈现触摸面板及触觉呈现触摸显示器。
附图说明
图1为概略性示出实施方式1的触觉呈现触摸显示器的结构的分解立体图。
图2为概略性示出图1的触觉呈现触摸显示器的结构的剖视图。
图3为用于说明在图2的触觉呈现面板具有的触觉电极与触觉呈现钮之间形成的静电电容的示意图。
图4为用于说明在图2的触觉呈现面板具有的触觉电极与触觉呈现钮之间形成的静电电容的立体图。
图5为示出施加于图2的第1电极的第1频率的电压信号的一例的曲线图。
图6为示出施加于图2的第2电极的第2频率的电压信号的一例的曲线图。
图7为示出由图5及图6的各电压信号组合而产生的调幅信号的曲线图。
图8为示出图2的触摸屏的一例的俯视图。
图9为沿着图8的线A1-A1及线A2-A2的部分剖视图。
图10为示出图2的触摸屏的一例的俯视图。
图11为沿着图10的线B1-B1及线B2-B2的部分剖视图。
图12为概略性示出实施方式1的段(segment)构造的触摸面板的结构的俯视图。
图13为概略性示出实施方式1的段构造的触摸面板的检测电极及激励电极的形状的一例的俯视图。
图14为概略性示出实施方式1的段构造的触摸面板的检测电极及激励电极的形状的一例的俯视图。
图15为概略性示出图2的触觉呈现屏的结构的俯视图。
图16为用于说明在图2的触觉呈现面板具有的触觉电极与指示体之间形成的静电电容的示意图。
图17为概略性示出实施方式1的段构造的触觉呈现面板的结构的俯视图。
图18为概略性示出实施方式1的段构造的触觉呈现面板的触觉电极的形状的一例的俯视图。
图19为概略性示出实施方式1的段构造的触觉呈现面板的触觉电极的形状的一例的俯视图。
图20为用于说明当图2的触觉呈现面板具有的触觉电极的间距大于触觉呈现钮的直径的情况下在触觉电极与触觉呈现钮之间形成的静电电容的示意图。
图21为用于说明当图2的触觉呈现面板具有的触觉电极的间距小于触觉呈现钮的直径的情况下在触觉电极与触觉呈现钮之间形成的静电电容的示意图。
图22为示出实施方式1的触觉呈现钮的旋转部的结构的示意图。
图23为示出载置实施方式1的触觉呈现钮的位置固定于1个部位的情况下的固定部的结构的示意图。
图24为示出载置实施方式1的触觉呈现钮的位置移动时的旋转轴构造的结构的示意图。
图25为用于说明实施方式1的触摸屏检测出触觉呈现钮的位置时的线C-C的电容分布的示意图。
图26为说明实施方式1的位置检测部为多个时的旋转量的计算的图。
图27为示出实施方式1的导电弹性部的边缘部的位置的示意图。
图28为概略性示出图1的触觉呈现触摸面板的结构的框图。
图29为用于说明当在图1的触觉呈现触摸面板中指示体未与触觉呈现钮接触时在触觉呈现触摸面板中形成的静电电容的示意图。
图30为概略性示出指示体未与触觉呈现钮接触时图1的触觉呈现触摸面板的工作定时的时序图。
图31为用于说明当在图1的触觉呈现触摸面板中指示体与触觉呈现钮接触时在触觉呈现触摸面板中形成的静电电容的示意图。
图32为概略性示出指示体与触觉呈现钮接触时图1的触觉呈现触摸面板的工作定时的时序图。
图33为用于说明图1的触觉呈现触摸面板检测触摸位置时在触觉呈现触摸面板中形成的静电电容的示意图。
图34为用于说明图1的触觉呈现触摸面板生成触觉时在触觉呈现触摸面板中形成的静电电容的示意图。
图35为示意性示出实施方式1的信号电压施加时触觉呈现钮经由指示体而接地连接时蓄积于导电弹性部的电荷的移动的影像图。
图36为概略性示出实施方式1的信号电压施加时将触觉呈现钮经由电介质层而接触的一部分触觉电极接地连接时的触觉呈现触摸面板的结构的框图。
图37为示出实施方式1的显示面板、触摸面板及触觉呈现面板的关系的概要的框图。
图38为示出实施方式1的触觉呈现的处理的流程图。
图39为示出以弱按压来操作触觉呈现钮时导电弹性部与显示面的界面的情形的示意图。
图40为示出普通橡胶片的片材厚度与一面的平坦度的关系的图。
图41为示出以强按压来操作触觉呈现钮时导电弹性部与显示面的界面的情形的示意图。
图42为示出实施方式1的触觉呈现钮的结构的剖视图。
图43为示出实施方式1的触觉呈现钮的支撑部的高度与导电弹性部的最大高度之差和触觉强度的关系的图。
图44为示出实施方式1的触觉呈现钮的结构的图。
图45为示出实施方式2的触觉呈现钮的结构的图。
图46为示出实施方式3的触觉呈现钮的结构的图。
图47为示出实施方式4的触觉呈现钮的结构的图。
图48为示出实施方式4的触觉呈现钮的导电弹性部未被分割时的结构的图。
图49为用于说明触摸屏检测出实施方式4的触觉呈现钮的位置时线D-D的电容分布的示意图。
图50为示出实施方式5的触觉呈现钮的结构的图。
图51为示出实施方式6的触觉呈现钮的结构的图。
图52为示出实施方式7的触觉呈现钮的结构的图。
图53为示出实施方式8的触觉呈现钮的结构的图。
图54为示出实施方式9的触觉呈现钮的结构的图。
图55为示出实施方式10的触觉呈现钮的结构的图。
具体实施方式
<实施方式1>
<触觉呈现触摸显示器>
图1为概略性示出在本实施方式1的触觉呈现触摸显示器1上安置触觉呈现钮3来呈现操作感及操作量的触觉的触觉呈现器件的结构的分解立体图。图2为概略性示出触觉呈现触摸显示器1的结构的剖视图。
触觉呈现触摸显示器1具有触觉呈现触摸面板400和安装有触觉呈现触摸面板400的显示面板300。显示面板300具有压敏传感器216。触觉呈现触摸面板400具有触觉呈现面板100和触摸面板200。触觉呈现面板100具有触觉呈现屏150和电压供给电路110。触摸面板200具有触摸屏250和触摸检测电路210。
在本实施方式1中,触觉呈现屏150配置于触觉呈现触摸显示器1的面对使用者的一侧(表侧),通过粘结材料20b固定于触摸屏250的面对使用者的一面(表侧面)上。触摸屏250通过粘结材料20a固定于显示面板300的面对使用者的一面(表侧面)上。
触觉呈现屏150具有透明绝缘基板101、触觉电极102和电介质层106。触觉电极102包括在透明绝缘基板101上隔开间隔而交替配置的多个第1电极102a及多个第2电极102b。电介质层106覆盖多个第1电极102a及多个第2电极102b。触觉呈现屏150通过FPC(FlexiblePrint Circuit,柔性印刷电路)108而电连接于电压供给电路110。另外,在显示面板300的背面侧具备液晶驱动电路部311。
触摸屏250具有:透明且具有绝缘性的基板201、激励电极202、检测电极203、层间绝缘层204和绝缘层205。触摸屏250通过FPC 108而电连接于触摸检测电路210。触摸检测电路210检测触觉呈现屏150的透明绝缘基板101上的被触摸的位置。据此,在透明绝缘基板101上,不仅能够进行触觉呈现还能够进行触摸位置检测。触摸检测电路210具有例如用于检测由触摸引起的静电电容的变化的检测用IC(Integrated Circuit,集成电路)和微型计算机。关于触摸屏250的结构的详情,将在后举出具体例子来说明。
显示面板300具有对置的2个透明绝缘基板和夹在它们之间且具有显示功能的显示功能层。显示面板300通常为液晶面板。显示面板300可以为有机EL(Electro-Luminescence,电致发光)面板、μLED(Micro Light Emitting Diode,微型发光二极管)面板或电子纸面板。触摸面板200通常为PCAP。另外,在压敏传感器216具有触摸位置检测功能的情况下,可以不具备触摸面板200。作为压敏传感器216,只要是能够检测按压的压敏传感器,就可以使用诸如将构成触觉呈现触摸显示器1的部件因按压而产生的变形检测为电容变化的电容方式、检测半导体应变仪的电阻变化的压电方式等任意方式。
<触觉呈现面板的概要>
图3为用于示意性地说明触觉呈现面板100具有的触觉电极102与触觉呈现钮3之间形成的静电电容CNE的图。图4为图3的立体图。触觉呈现钮3与作为触觉呈现屏150的表侧面的一部分的接触面CT接触时,在接触面CT上的触觉呈现钮3与触觉电极102之间经由电介质层106而形成静电电容CNE。此外,在这些图中,为了使得易于看图,仅示出了电压供给电路110(参照图2)中包含的触觉呈现电压生成电路113,电压供给电路110中包含的其它结构未图示。关于电压供给电路110的更具体的结构将在后说明。
电压供给电路110中包含的触觉呈现电压生成电路113具有第1电压产生电路113a和第2电压产生电路113b。第1电压产生电路113a向多个第1电极102a当中的位于透明绝缘基板101的至少一部分区域上的第1电极102a施加电压信号Va(第1电压信号),在本实施方式1中,向位于透明绝缘基板101的至少一部分区域上的全部第1电极102a施加电压信号Va。第2电压产生电路113b向多个第2电极102b当中的位于透明绝缘基板101的至少一部分区域上的第2电极102b施加电压信号Vb(第2电压信号),在本实施方式1中,向位于透明绝缘基板101的至少一部分区域上的全部第2电极102b施加电压信号Vb。
图5及图6分别为示出电压信号Va及电压信号Vb的一例的曲线图。第1电压产生电路113a的电压信号Va具有第1频率。第2电压产生电路113b的电压信号Vb具有不同于第1频率的第2频率。电压信号Va的振幅和电压信号Vb的振幅可以为相同振幅VL。在图5、6的例子中,使用频率不同的正弦波作为电压信号Va及电压信号Vb。可以使用脉冲波或具有其它形状的波来代替正弦波。为了产生足够大的触觉,振幅VL优选为约几十V。
图7为示出通过组合电压信号Va(参照图5)及电压信号Vb(参照图6)而产生的调幅信号VN的曲线图。向第1电极102a施加电压信号Va并且向第2电极102b施加电压信号Vb。其结果是,在形成有第1电极102a及第2电极102b的各个电极与触觉呈现钮3之间的静电电容CNE(参照图4)的区域中,重复进行依照具有振幅VL的大致2倍的最大振幅VH的调幅信号VN的充放电。其结果是,对触觉呈现钮3施加与最大振幅VH的调幅信号VN对应的静电力,其中该触觉呈现钮3经由电介质层106以跨越第1电极102a及第2电极102b的方式与第1电极102a及第2电极102b相接。调幅信号VN与上述第1频率与第2频率之差对应地具有差频(beatfrequency)。因而,当触觉呈现钮3在触觉呈现屏150上旋转时,利用上述差拍波(beatwave)而生成作用于触觉呈现钮3的摩擦力。其结果是,伴随是否施加有电压信号Va及电压信号Vb而产生差拍波,由于该差拍波而产生静电力,根据该静电力的有(ON)/无(OFF),触觉呈现钮3发生振动。使用者将触觉呈现钮3的振动感知为从触觉呈现屏150得到的触觉。如以上那样,触觉呈现面板100具有的触觉呈现屏150构成为通过控制施加于触觉呈现钮3的静电力来使施加于触觉呈现钮3的摩擦力变化从而产生触觉。
如上所述,生成具有输入的电压信号Va(参照图5)及电压信号Vb(参照图6)各自的大致2倍电压的调幅信号VN。据此,关于使期望的摩擦力作用于触觉呈现钮3所需的调幅信号VN,能够通过具有该调幅信号VN的大致1/2电压的电压信号Va(参照图5)及电压信号Vb(参照图6)来生成。因而,与对第1电极102a及102b直接输入调幅信号的情况相比,能够以1/2的电压生成同等的静电力,能够进行低电压驱动。
另外,作为电压信号Va及电压信号Vb,可以使用脉冲信号。在该情况下,使用相同振幅VL的反相的脉冲波形,伴随是否施加有电压信号Va及电压信号Vb而产生电压信号Va及电压信号Vb的差分电压,由于该差分电压而产生静电力,根据该静电力的有(ON)/无(OFF),触觉呈现钮3发生振动。
为了呈现对于使用者而言足够大的触觉,最大振幅VH与之对应地足够大即可,与此相比振幅VL可以为小的值。因而振幅VL无需大到由其自身产生足够大触觉的程度。这样设定振幅VL的结果是,在仅有第1电极102a及第2电极102b中任意一方与触觉呈现钮3接触的状态下,无论怎样选择电压信号Va及电压信号Vb的频率,使用者都几乎感知不到触觉。
为了易于使触觉呈现钮3以跨越第1电极102a及第2电极102b的方式定位,优选的是触觉电极102的间距PE小于接触面CT的直径RNE。该详情将在后说明。
<触摸面板>
图8为示出作为触摸屏250(参照图2)的一例的电容方式的触摸屏250a的俯视图。图9为沿着图8的线A1-A1及线A2-A2的部分剖视图。
触摸屏250a具有多个行方向布线层206和多个列方向布线层207。行方向布线层206各自包括电连接的多个激励电极202(参照图2),列方向布线层207各自包括电连接的多个检测电极203(参照图2)。在图8及图9中,忽略这样的微细构造而图示出行方向布线层206及列方向布线层207。激励电极202(参照图2)由金属的单层膜或多层膜、或者包含它们中的任意膜且还使用了其它导电材料的多层构造构成。作为金属,优选为例如铝或银等低电阻金属。关于检测电极203(参照图2)也是同样的。通过使用金属作为布线材料,能够降低布线电阻。另一方面,因为金属布线是不透明的,所以容易被视觉辨识。为了降低视觉辨识性且提高触摸屏的透射率,作为金属布线提供细线构造即可。细线构造通常为网状。
行方向布线层206各自沿着行方向(图中x方向)延伸,列方向布线层207各自沿着列方向(图中y方向)延伸。多个行方向布线层206在列方向上隔开间隔地排列,多个列方向布线层207在行方向上隔开间隔地排列。如图8所示,在俯视时,行方向布线层206各自与多个列方向布线层207交叉,列方向布线层207各自与多个行方向布线层206交叉。行方向布线层206与列方向布线层207通过层间绝缘层204被绝缘。
层间绝缘层204由有机绝缘膜的单层膜、无机绝缘膜的单层膜、或多层膜构成。无机绝缘膜优于提高耐湿性,而有机绝缘膜优于提高平坦性。作为无机绝缘膜,使用例如氧化硅膜、氮化硅膜、氮化氧化硅膜等透明性硅基无机绝缘膜或由氧化铝等金属氧化物构成的透明性无机绝缘膜。作为有机绝缘膜的材料,能够使用具有由氧化硅、氮化硅膜或氮氧化硅膜构成的主链并且具有与其侧链或官能团键合的有机物的高分子材料、或具有由碳构成的主链的热固性树脂。作为热固性树脂,列举例如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂或烯烃树脂。
触摸屏250a的行方向布线层206各自通过引出布线层R(1)~R(m)而连接于触摸屏端子部208。列方向布线层207各自通过引出布线层C(1)~C(n)而连接于触摸屏端子部208。触摸屏端子部208设置于基板201的端部。
引出布线层R(1)~R(m)配置于可检测区域的外侧,以靠近触摸屏端子部208的排列的中央的顺序依次向对应的电极延伸,以得到大致最短的距离。关于引出布线层R(1)~R(m),在确保互相绝缘的同时尽可能稠密地配置。对于引出布线层C(1)~C(n)也是同样的。通过这样配置,能够抑制基板201当中可检测区域的外侧部分的面积。
可以在引出布线层R(1)~R(m)的群与引出布线层C(1)~C(n)的群之间设置屏蔽布线层209。据此,抑制由于一个群的影响而另一个群产生噪声的情况。另外,能够减少从显示面板300(参照图2)产生的电磁噪声对引出布线层带来的影响。可以在与行方向布线层206或列方向布线层207同时用相同材料来形成屏蔽布线层209。
绝缘层205以使触摸屏端子部208露出的方式设置于基板201上,覆盖行方向布线层206、列方向布线层207及层间绝缘层204。绝缘层205可以用与层间绝缘层204同样的材料来形成。在显示面板300为液晶面板的情况下,可以在绝缘层205的、用于显示的光透射的部分之上粘贴实施过用于液晶面板的防眩光处理的上部偏光板。
图10为示出作为触摸屏250(参照图2)的一例的电容方式的触摸屏250b的俯视图。图11为沿着图10的线B1-B1及线B2-B2的部分剖视图。在图10、图11的例子中,采用了所谓的金刚石构造。
行方向布线层206及列方向布线层207配置于同一层。列方向布线层207各自具有相互连接的多个金刚石形状的电极作为检测电极203。行方向布线层206具有相互分离的多个金刚石形状的电极和使相邻的金刚石形状的电极之间电连接的桥206B作为激励电极202。层间绝缘层204以使桥206B与列方向布线层207之间绝缘的方式配置。此外,可以不对行方向布线层而对列方向布线层应用桥构造。因为由于形成桥而布线层的电性电阻趋于变高,所以优选对列方向布线层及行方向布线层当中的较短者应用桥构造。
作为行方向布线层206及列方向布线层207的材料,使用例如氧化铟锡(Indiumtin Oxide:ITO)等透明导电膜。因为ITO具有透光性,所以布线层被使用者视觉辨识的可能性变低。因为ITO等透明导电膜具有较高的电性电阻,所以适合应用于布线电阻不成为问题的小型触摸屏。另外,由于与其它金属布线之间的腐蚀而ITO等透明导电膜的布线容易断线,所以为了防止腐蚀,需要考虑耐湿性及防水性。
此外,上述对触摸屏的构造与显示面板的构造为独立的情况进行了说明,但它们也可以以不可分的方式而一体化。例如,在所谓的外嵌(on-cell)触摸面板的情况下,触摸屏直接形成于显示面板300的基板(通常为彩色滤光片基板)上而不使用基板201。在所谓的内嵌(in-cell)触摸面板的情况下,触摸屏形成于显示面板300具有的两个透明绝缘基板(未图示)之间。
另外,在上述触摸屏中,示出了由行方向布线层206和列方向布线层207构成的检测构造,但不限于该构造。例如,图12为概略性示出具有将由检测电极和激励电极构成的段(segment)排列为矩阵状而成的检测构造的触摸屏250c的结构的俯视图。图13及图14示出配置于图12中的区域A的段内的激励电极202a及检测电极203b的图案形状的一例。使用将以如图13及图14所示的激励电极202a及检测电极203b作为1组的段以矩阵状排列而分别驱动的段构造的触摸屏250c。利用驱动电路中的开关切换,还能够兼作触觉呈现面板100a及触摸面板200。
<压敏传感器>
对图1所示的压敏传感器216进行说明。通常,作为压敏传感器216,有将施加于由半导体Si(硅)构成的膜片(diaphragm)(隔膜)的压力检测为膜的变形的方式、通过静电电容的变化来检测与按压力相应地产生的显示面板或触摸面板等的变形的静电电容式、检测由与按压力相应的形变引起的金属线的电阻变化的电阻式等。
在为静电电容式的情况下,例如,在显示面板300的与显示面相反的一侧的面上,在对角线上对称的4个部位设置压敏传感器216。在该情况下,当用触觉呈现钮3推压触觉呈现触摸显示器1的操作面时,由于该按压力,触觉呈现触摸显示器1在与操作面相反的一面那侧的方向上弯曲,或是触觉呈现触摸显示器1在与操作面相反的一侧那面的方向上略微移动。压敏传感器216通过检测由于配置于该压敏传感器216内的电容检测电极之间的间隔变窄而产生的电容变化从而探测按压力。压敏传感器216内的各电容检测电极与触觉呈现触摸显示器1的操作面平行,并且隔开任意间隔地设置。
在为静电电容式以外的方式的情况下,也通过检测构成触觉呈现触摸显示器1的部件中的任意部件由按压力导致的形状变化来探测按压力。
此外,虽然在图1中将压敏传感器216配置于显示面板300的下侧(与显示面相反的一侧),但不限于此。压敏传感器216只要是被配置于在触觉呈现触摸显示器1的构造中形状变化与按压力的关系的可再现性良好、由按压力导致的形状变化大、且压敏传感器216的灵敏度最佳的位置即可。
另外,在配置有压敏传感器216以便能够根据压敏传感器216的检测值的平衡来计算按压位置的情况下,压敏传感器216不仅能够探测按压还能够探测触摸位置,能够作为触摸面板200来共用。对于由压敏传感器216进行的触摸位置探测将在后说明。
<触觉呈现面板>
图15为概略性示出触觉呈现屏150的结构的俯视图。图16为说明触觉电极102与触觉呈现钮3之间的静电电容CNE的形成的示意图。
如上所述,触觉呈现屏150具有透明绝缘基板101、触觉电极102和电介质层106。而且,在透明绝缘基板101的端部设置有触觉呈现面板端子部107,在透明绝缘基板上配置有多个引出布线层105。电介质层106以使触觉呈现面板端子部107露出的方式设置。触觉电极102经由引出布线层105而连接于触觉呈现面板端子部107。电压供给电路110(参照图2)经由FPC 108(参照图1)而连接于触觉呈现面板端子部107。此外,关于引出布线层105的详情将在后说明。
触觉电极102各自沿着延伸方向(图15的纵向)而延伸。多个触觉电极102沿着排列方向(图15的横向)隔开间隔地排列。在图15的例子中,透明绝缘基板101具有具备长边及短边的长方形形状。因此,触觉呈现屏150也与透明绝缘基板101对应地具有长边及短边。在图12的例子中,排列方向沿着长边。在触觉呈现屏150的对观察者而言的水平方向为沿着长边的情况下,上述排列方向沿着水平方向。
以上示出了在触觉呈现屏150中,触觉电极102在延伸方向上延伸且沿着排列方向排列的例子,但触觉电极102的构造不限于此,可以为例如图17所示的触觉呈现面板100a那样将多个段配置为矩阵状的结构。图18及图19示出了在图17中的区域A的段内配置的触觉电极102图案形状的一例。触觉电极102的形状不限于图18及图19那样的形状,只要为在第1电极102a及第2电极102b相邻的构造中同一区域内的互电容大于与不同区域之间的电极的互电容的构造即可。具体而言,配置为同一区域内的触觉第1电极102a与第2电极102b的距离窄于不同区域之间的第1电极102a与第2电极102b的距离即可。据此,由于能够抑制在触摸面板200的检测电极203与触觉电极102之间形成的电容对触摸检测精度的影响,因此能够使触觉电极102的布线电阻更低,能够使触觉强度(触感)更加提高。
在触觉电极102与触觉呈现钮3之间形成的静电电容CNE越大则能够呈现越强的触觉。根据这一观点,触觉电极102的面积优选为大。在优先考虑触觉电极102的面积大小的情况下,难以通过对触觉电极102提供微细构造来使触觉电极102不易被视觉辨识。为了在使触觉电极102的面积增大的同时使触觉电极102不易被视觉辨识,触觉电极102可以由透明导电膜形成。作为透明导电膜的典型材料有ITO。因为ITO等透明导电膜与金属相比具有较高的电性电阻,所以适合应用于布线电阻不成为问题的小型触摸屏。在需要应用于布线电阻成为问题的大型触摸屏的情况下,使ITO膜厚变厚,或是增加掺杂剂含量而使电阻率减小。在该情况下,因为有时ITO的光吸收率会发生变化而触摸屏看上去像着色,所以有时需要调节显示器的色调等。另外,由于与其它金属布线之间的腐蚀而ITO等透明导电膜的布线容易断线,所以在利用与其它金属的层叠构造来降低电极的布线电阻的情况下,为了防止腐蚀而需要考虑耐湿性及防水性。
代替使用上述那样的透明导电膜,触觉电极102可以为金属的单层膜或多层膜、或者具有包含它们中的任意膜且还使用了其它导电材的多层构造的电极(以下也称为“含金属膜电极”)。作为金属,优选为例如铝或银等低电阻金属。通过使用含金属膜电极,能够降低布线电阻。另一方面,金属膜是不透明的所以易于被视觉辨识。因此,为了使金属膜不易被视觉辨识,对含金属膜电极提供细线构造即可。细线构造通常为网状。
电介质层106由有机绝缘膜的单层膜、无机绝缘膜的单层膜或多层膜构成。在为多层膜的情况下,可以层叠不同种类的有机绝缘膜,或者可以层叠不同种类的无机绝缘膜,或者也可以层叠有机绝缘膜与无机绝缘膜。无机绝缘膜具有高不透湿性、高硬度和高耐磨性。由于触觉呈现钮3在电介质层106上旋转,因此电介质层106要求高耐磨性。虽然为了得到高平坦性有机绝缘膜是优选的,但有机绝缘膜的硬度低且耐磨性低。因此,为了得到高平坦性和高耐磨性这两者,优选在有机绝缘膜上形成无机绝缘膜。作为无机绝缘膜,使用例如氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜等透明性硅基无机绝缘膜或由氧化铝等金属氧化物构成的透明性无机绝缘膜。作为有机绝缘膜的材料,能够使用具有由氧化硅、氮化硅膜或氮氧化硅膜构成的主链并且具有与其侧链或官能团键合的有机物的高分子材料或具有由碳构成的主链的热固性树脂。作为热固性树脂,列举例如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂或烯烃树脂。
静电电容CNE由下述式(1)来表示。
CNE=Q/V=εS/d……(1)
在此,Q为储存于导电弹性部6及触觉电极102各自中的电荷量,V为触觉呈现钮3与触觉电极102之间的电压,ε为电介质层106的介电常数,S为隔着电介质层106的导电弹性部6与触觉电极102的接触面积,d为电介质层106的厚度。静电电容CNE与介电常数ε成正比,与膜厚d成反比。
根据上述式(1),为了增大静电电容CNE,介电常数ε优选为高。具体而言,优选的是电介质层106包括具有10以上的相对介电常数的膜(以下也称为“高介电常数绝缘膜”)。在高介电常数绝缘膜中,产生由于从外部施加的电场而正负电荷位移到材料内的状态(通常称其为介电极化)。关于介电极化,在电压被保持的期间,由极化而产生的电荷(通常称为极化电荷)被维持,当电压降低时,极化电荷减少而介电极化降低,当将施加电压设为零伏特时,介电极化也消失。介电极化的方向能够随电场的变化而变化。关于高介电常数绝缘膜,可以以单层方式来使用,也可以通过与其它低介电常数的无机绝缘膜或有机绝缘膜、或者其它高介电常数绝缘膜层叠而作为多层膜来使用。通常介电常数越高则折射率也越高,因此通过将高介电常数绝缘膜与低介电常数绝缘膜层叠来得到高折射率膜与低折射率膜的层叠构造。利用该层叠构造,电介质层106可以作为防反射膜而发挥功能。
另外根据上述式(1),为了增大静电电容CNE,厚度d优选为小。通过将高介电常数绝缘膜与有机绝缘膜层叠,能够在确保足够绝缘性的同时使有机绝缘膜的膜厚变薄。据此能够减小电介质层106的厚度d。
假设触觉电极为矩阵构造(即具有相互交叉的X电极及Y电极的构造)(例如参照日本特开2015-097076号公报),在X电极与Y电极的交叉部产生高低差、即凹凸。如果包覆该凹凸的绝缘层的厚度大,则该凹凸被平坦化,但为了避免静电电容CNE的过度降低,绝缘层的厚度存在限度。因此,在触觉呈现屏的表侧面可能产生凹凸。当该凹凸的质感(texturefeeling)与由来自触觉电极的静电力所带来的质感混合时,难以向使用者给予预期的质感。在具有使表面形状平坦化的效果的有机绝缘膜被用作电介质层106的情况下,虽然避免了产生上述凹凸,但为了平坦化而需要一定程度的大的厚度,所以无法避免静电电容CNE的降低。
与之相对,根据本实施方式1,因为触觉电极102不具有交叉部,所以凹凸的大小可以被抑制到约为触觉电极102的厚度。据此,能够使得具有平坦化效果的有机膜的膜变薄、或者使得能够应用平坦化效果低的高介电常数绝缘膜。据此,能够使得静电电容CNE大于矩阵构造的情况。另外,由于在触觉呈现屏150的与触觉呈现钮3的接触面上凹凸少,因此在不施加信号电压时不将由表面凹凸引起的触觉给到触觉呈现钮3,因此施加信号电压时触觉呈现钮3的触觉变得更清晰。
另外,即使静电电容CNE相同,如果触觉呈现钮3在电介质层106上容易滑动,则触觉呈现钮3与触觉电极102之间的静电力的变化也容易被使用者感知为摩擦力的变化。据此,能够对使用者给予更大的触觉。为了使触觉呈现钮3在电介质层106上容易滑动,需要抑制电介质层106与触觉呈现钮3之间的紧贴力。为此,例如可以在电介质层106的最外表面或在导电弹性部6的与电介质层106的接触面、或在这两者设置具有比电介质层106的内部高的防水性的膜。
<电极间距>
图20为说明在触觉电极102的间距PE大于触觉呈现钮3的直径RFE时的、在触觉电极102与触觉呈现钮3之间形成的静电电容CNE的示意图。图21为说明在触觉电极102的间距PE小于直径RFE时的、在触觉电极102与触觉呈现钮3之间形成的静电电容CNE的示意图。
在本实施方式1中,如上所述,使得通过对相邻的第1电极102a及第2电极102b分别施加频率不同的电压信号Va(参照图5)及电压信号Vb(参照图6)来产生与调幅信号VN(参照图7)对应的静电力。据此,电介质层106与触觉呈现钮3之间的摩擦力与调幅信号VN的差频对应地发生变化,使用者将该变化感知为触觉。在图20所示的状态下,因为仅有电压信号Va作用于触觉呈现钮3而电压信号Vb不作用于触觉呈现钮3,所以未生成调幅信号VN而不产生触觉。另一方面,在触觉呈现钮3位于第1电极102a与第2电极102b的边界上方的情况下,产生触觉。因此在图20的结构中,取决于触觉呈现钮3的位置的不同,有产生触觉的位置和不产生触觉的位置。与此相对,在图21所示的状态下,无论触觉呈现钮3的位置如何,电压信号Va及电压信号Vb这两者都作用到触觉呈现钮3,由此产生调幅信号VN。因此,在图21的结构中,无论触觉呈现钮3的位置如何都能够感觉到触觉,能够任意设定触觉呈现钮3的位置。也就是说,为了易于使触觉呈现钮3以跨越第1电极102a及第2电极102b的方式定位,在例如后述图22示出的导电弹性部6那样进行分割的情况下,优选的是导电弹性部6的宽度6b大于触觉电极102的间距PE。另外,在导电弹性部6不分割为若干个的情况下,优选的是导电弹性部6的外径6a大于触觉电极102的间距PE。
<触觉呈现钮的构造>
图22为示出触觉呈现钮3的旋转部4的构造的示意图。图23为安置触觉呈现钮3的位置固定于1个部位时的、将旋转部4安置于触觉呈现面板100的接触面上而使之旋转时的固定部5的示意图。图24为将触觉呈现钮3的旋转部4安置于触觉呈现面板100的接触面上而使之旋转时抑制水平移动的旋转轴部5a的示意图。旋转部4及固定部5(旋转轴部5a)都由铝、SUS、铜等金属以及聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、AS树脂,丙烯酸树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚偏二氯乙烯,聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚缩醛、超高分子量聚乙烯、聚芳酯、聚砜、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、液晶性聚合物、聚醚醚酮、氟树脂等树脂构成。因为操作感及触觉取决于触觉呈现钮3的重量而变化,所以根据用户的偏好、触觉呈现钮3的使用环境及使用目的等来选择材料。由于旋转部侧面10需要与导电弹性部6及指示体2(参照图31)电连接,因此旋转部侧面10的与指示体2接触的表面部10s及边界部导电部16s由金属或导电树脂材料(优选为电阻103Ω以下)构成。优选的是表面部10s及边界部导电部16s的电阻值被设定为使得在触觉电极102的布线电阻、导电弹性部6的电阻与在电介质层106之间形成的RC电路中,触觉电极102与导电弹性部6之间形成的电容C为最大的值。
关于触觉呈现钮3,轴部14的形状和固定孔9的孔部的形状采用相同的圆柱形状,是将固定部5(旋转轴部5a)的轴部14插入到旋转部的固定孔9而一体化而成的。关于轴部14与固定孔9之间的间隙,优选为在旋转部4顺畅转动的范围内间隙尽可能窄。当轴部14与固定孔9的间隙窄时,旋转触觉呈现钮3时旋转轴的晃动变小,将由于旋转轴晃动而产生的旋转部4的摇晃及振动等与本应提供给触觉呈现钮3的触觉不同的触觉给予指示体2的情况被抑制,提供给使用者的触觉变得更清晰。为了旋转部4顺畅旋转,优选为轴部14的表面及固定孔9的内表面部的表面的凹凸尽可能少,优选为表面粗糙度都为Ra 0.5μm以下。固定孔9的内径公差优选为0~+0.5mm,轴部14的外径公差优选为-0.0005mm。
固定部5(旋转轴部5a)是作为旋转部4旋转时的旋转轴(中心轴)的部分,具有使触觉呈现面板100的操作面与旋转部4的旋转轴保持垂直的作用。因此,固定部5(旋转轴部5a)的轴部14的中心与底面部15及粘合部17(轴构造体保持部17a)正交,粘合部17(轴构造体保持部17a)的底面平坦,导电弹性部6的与触觉呈现面板100的接触面和粘合部17(轴构造体保持部17a)位于同一平面上。此外,虽然图23中示出了粘合部17的直径与固定台13的直径相同的情况,但也可以如图24那样轴构造体保持部17a的直径与固定台13的直径不同。通过设置固定部5,能够使操作触觉呈现钮3时的旋转轴稳定,能够生成更加清晰的触感。
在使旋转部4旋转时指示体2所接触的旋转部4的旋转部侧面10的表面部10s及边界部导电部16s由导电材料构成,也与导电弹性部6及位置检测部7电连接。探测使用者有无接触到旋转部4的表面,抑制电荷在导电弹性部6中的蓄积。表面部10s及边界部导电部16s由与导电弹性部6同样的材料构成。尤其优选为电阻低的金属,也可以在用树脂等形成了旋转部4之后,通过金属电镀等进行涂敷而形成表面部10s及边界部导电部16s。对于详情将在后说明。
导电弹性部6为与触觉电极102形成静电电容的导体。导电弹性部6被分割为2个以上,防止触觉强度降低。关于该效果的详情将在后说明。由于导电弹性部6具有弹性,从而具有抑制由紧贴性降低导致的触觉强度降低的效果。当由于因旋转部4、固定部5(旋转轴部5a)的加工精度、触觉呈现屏150的组装精度引起的平坦度降低、以及凹凸及触觉呈现面板100表面的微小凹凸等而导电弹性部6与触觉呈现面板表面的紧贴性减少时,触觉电极102与导电弹性部6不仅经由电介质层还经由介电常数小的空气来形成静电电容。据此,在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容减小,导致触觉强度降低。由于导电弹性部6具有弹性从而填充由凹凸导致的电介质层与导电弹性部6的间隙,能够防止由紧贴性降低导致的触觉强度降低。
作为用于导电弹性部6的材料,关于用于导电弹性部6及位置检测部7的材料,能够使用天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、丁基橡胶(IIR)、乙丙橡胶(EPDM)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)、硅酮橡胶(VMQ)、氟橡胶(FKM)、氯硅酮橡胶(FVMQ)、丙烯酸橡胶(ACM)、聚氨酯橡胶(U)等热固性弹性体。另外,能够使用被称为导电橡胶的具有弹性的树脂材料,该导电橡胶以聚氨酯类(TPU)、聚苯乙烯类(TPS)、烯烃/烯烃(olefin/alkene)类(TPO)、聚氯乙烯类(TPVC)、聚酯类(TPEE)、聚酰胺类(TPAE)等热塑性弹性体为基材,并混合有导电性碳黑或金属粉末等导电物质。另外也能够使用碳纳米管(CNT)。
体积电阻率(volume resistivity)为106Ωcm以下即可,体积电阻率越低则电荷越难以蓄积于导电弹性部6。关于电荷向导电弹性部6蓄积的详情将在后说明。另外,因为与触觉电极102形成静电电容,所以耐压特性尽可能高的话,则导电弹性部6的寿命、可靠性提高,因而是优选的。位置检测部7与触摸屏250的检测电极203形成静电电容,用于检测触觉呈现钮3的位置、旋转量。
关于形成位置检测部7的材料,可以是能够与检测电极203形成静电电容的导体,与导电弹性部6同样地具有弹性,可以使用与导电弹性部6相同的材料作为基材。与触觉呈现面板100的紧贴性较好的话,则不易产生设计值与实际静电电容值的差异,可以得到稳定的位置检测精度。
此外,在对于位置检测部7使用上述导电弹性部6的材料当中相同的材料作为基材的情况下,也是如果带来导电性的碳黑或金属粉末的分量变少则电阻值变高,在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容变小。反之,如果使带来导电性的碳黑或金属粉末的分量增多,则电阻值变高,能够使在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容变大。
当通过将导电弹性部6及位置检测部7做成相同厚度以使得在与触觉呈现面板100的表面之间不产生间隙而紧贴于触觉呈现面板100的表面时,可以得到强的触觉强度和高精度的位置检测。导电弹性部6及位置检测部7与触觉呈现面板100接触的面的平面度(测定与某基准面的距离,测定值的最大值与最小值之差)优选为0.5mm以下。另外,据说操作触摸面板时人的手指与触摸面的接触面积的直径为儿童约3mm、成人最大7~10mm左右,因此可以认为位置检测部7的面积在7mm2以上且400mm2以下。
<钮位置及旋转量的检测>
图25为说明检测触觉呈现钮3的位置时的触摸面板200检测时的线C-C的电容分布的示意图。以时分方式进行向触觉呈现钮3产生触觉和检测触觉呈现钮3的位置。在对触觉电极102施加信号电压的期间,检测电极203及激励电极202施加0V,或者以与触觉电极102形成静电电容而不导致施加于触觉电极102的电压降低的方式施加任意电压。当检测电极203进行位置检测时,使触觉电极102为浮置(floating)状态,导电弹性部6与检测电极203隔着触觉电极102而形成静电电容,从而检测激励电极202与检测电极203的静电电容的变化量,以检测触觉呈现钮3的位置。
检测电极203与位置检测部7和导电弹性部6这两者形成静电电容并检测静电电容。此时,因为存在间隙8,所以与位置检测部7的静电电容分布和与导电弹性部6的静电电容分布在不同位置具有峰值,将各个位置区分开来检测。
关于触觉呈现钮3的旋转量,在位置检测部7为1个的情况下,根据距位置检测部7的初始位置的移动量来计算旋转量作为仅旋转方向上的移动。位置检测部7可以不一定为1个。在如图26所示位置检测部7为多个的情况下,能够根据在初始位置(P1,P2)的各位置检测部7之间的方向矢量P1-P2与在移动后的位置(P1',P2')的方向矢量P1'-P2'来计算旋转角θ。
在图26中,当设旋转中心为P0、设平移(parallel movement)量为Txy、设旋转角θ的坐标变换矩阵为R、设单位矩阵为I时,根据以下式(2)及(3),P1'-P2'用式(4)来表示。
P1'=R·P1-(R-I)·P0+Txy……(2)
P2'=R·P2-(R-I)·P0+Txy……(3)
P1'-P2'=R·(P1-P2)……(4)
此外,在坐标变换矩阵R等于单位矩阵I(R=I)的情况下为平移动作,Txy用以下的式(5)来表示。
Txy=P1'-P1……(5)
另外,当采用触觉呈现钮3的操作范围超过360度的设定的情况下,参照紧接在前的位置检测部7的旋转角及旋转角变化方向,进行360度×n(n为整数)的加减法校正从而能够计算距初始位置的旋转角。用于计算的各位置检测部7的对数越多,则旋转角的测定精度越提高,但导电弹性部6的面积越少,所以根据触觉强度与旋转角的测定精度的平衡来决定位置检测部7的数量。也可以将表示触觉呈现钮3的指示位置的指示位置线11(参照图22)配置于旋转部4,以实现钮位置的视觉化。在配置了指示位置线11的情况下,通过在指示位置线11的正下方配置位置检测部7,能够计算距应该作为指示位置线11的初始状态的位置(原点)的移动量,所以实现了计算处理的简化。
<电极间距离>
图27示出触觉呈现钮3中的导电弹性部6及位置检测部7的位置关系的一例。用间隙8表示在相邻的导电弹性部6之间配置有位置检测部7时导电弹性部6与位置检测部7之间的距离,用间隙8a表示在相邻的导电弹性部6之间未配置位置检测部7时导电弹性部6之间的距离。当在触觉呈现面板100的表面有由电极厚度引起的凹凸的情况下,当导电弹性部6一边经由电介质层106与触觉电极102接触一边滑动时,触觉呈现钮3由于表面的凹凸而振动。无论施加于触觉电极102的电压信号如何,该振动都被指示体2感知。其结果是,指示体2可能难以感觉到由该电压信号得到的触觉。换言之,触觉强度可能降低。
即使触觉呈现面板100的表面有凹凸,也如将在后说明那样,指示体2是否容易感觉到该凹凸取决于触觉电极102的电极间间隔。越是允许更大的凹凸,则为了减缓凹凸而增大电介质层106厚度的必要性越低。即,允许减小电介质层106的厚度。据此,能够增大在导电弹性部6与触觉电极102之间形成的电容。因而,能够产生更强的触觉。另外,当触觉电极102的电极间距离宽于导电弹性部6与位置检测部7之间的间隙8时,导电弹性部6的边缘部181(参照图27)在由触觉电极102的电极间距离引起的表面凹凸处卡住,在触觉呈现钮3产生不期望的触觉,所以触觉电极102的电极间距离优选为窄于间隙8。另外,触觉电极102的电极间距离较窄的话,则触觉电极102的专有面积变大,与导电弹性部6形成的静电电容变大,得到的触觉强度也变大,所以是优选的。
<触觉呈现触摸面板的详细结构>
图28为概略性示出触觉呈现触摸面板400的结构的框图。在此,假设设置有激励电极Ty(1)~Ty(m)作为多个激励电极202,设置有检测电极Tx(1)~Tx(n)作为多个检测电极203,设置有触觉电极H(1)~H(j)作为多个触觉电极102。触觉电极H(1)~H(n)按照括号内的数字依次排列,奇数的触觉电极102与第1电极102a对应,偶数的触觉电极102与第2电极102b对应。另外,为了简化说明,假设由1个激励电极202构成1个行方向布线层206(参照图8或图10),并且由1个检测电极203构成1个列方向布线层207(参照图8或图10)。
如上所述,触觉呈现触摸面板400具有触摸面板200和触觉呈现面板100。触摸面板200具有触摸屏250和触摸检测电路210。触觉呈现面板100具有触觉呈现屏150和电压供给电路110。
触摸检测电路210具有激励脉冲产生电路215、电荷检测电路212、触摸坐标计算电路214和触摸检测控制电路213。触摸检测控制电路213控制激励脉冲产生电路215、电荷检测电路212及触摸坐标计算电路214的工作。激励脉冲产生电路215向激励电极Ty(1)~Ty(m)依次施加激励脉冲信号。电荷检测电路212测定从检测电极Tx(1)~Tx(n)各检测电极得到的信号。据此电荷检测电路212检测检测电极Tx(1)~Tx(n)各自的电荷量。设k为1以上且m以下的整数,电荷检测结果的信息表示与对激励电极Ty(k)提供激励脉冲信号时激励电极Ty(k)与检测电极Tx(1)~Tx(n)各检测电极的互电容对应的值。此外,电荷检测电路212能够根据来自触摸检测控制电路213的控制信号辨识对激励电极Ty(1)~Ty(m)中的哪个施加了激励脉冲信号。触摸坐标计算电路214基于上述电荷检测结果得到指示体2触摸的坐标的数据(以下称为“触摸坐标数据”)。
触摸坐标数据被输出到钮移动量计算电路220,并且还作为触摸动作信息被输出到触觉形成条件变换电路120及触觉呈现控制电路114(触觉呈现电路)。钮移动量计算电路220将旋转角、转速、水平移动距离的信息作为钮的移动量输出到触觉形成条件变换电路120(触觉强度计算电路)及显示屏幕处理电路321。触觉形成条件变换电路120将实现基于输入的信息计算出的触觉强度(操作感强度)的电信号条件输出到触觉呈现控制电路114。
电压供给电路110具有开关电路112、触觉呈现电压生成电路113和触觉呈现控制电路114。触觉呈现电压生成电路113经由开关电路112向触觉电极H(1)~H(j)当中的第1电极102a施加电压信号Va,向第2电极102b施加电压信号Vb。换言之,对在一个方向(图中为横向)排列的触觉电极H(1)~H(j)交替施加电压信号Va及电压信号Vb。开关电路112基于来自触觉呈现电压生成电路113的指令而取接通(ON)状态或关断(OFF)状态。开关电路112在接通状态下将触觉电极102连接到触觉呈现电压生成电路113,在关断状态下使触觉电极102为浮置状态。在本实施方式1中,开关电路112具有两个开关40,一个进行向全部第1电极102a的电气路径的开关,另一个进行向全部第2电极102b的电气路径的开关。可以联动地控制这两个开关40。此外,开关40相当于切换部。
触觉呈现控制电路114参照由触觉形成条件变换电路120计算出的触觉强度的信息。触觉呈现控制电路114可以基于该信息来控制触觉呈现电压生成电路113的工作。即,触摸检测电路210还作为检测出使用者接触到触觉呈现钮3的接触检测部而发挥功能。
<触觉呈现触摸面板的工作>
图29为示出指示体2未与触觉呈现钮3接触时激励电极202与检测电极203的静电电容的影像的示意图。图30为概略性示出指示体2未与触觉呈现钮3接触时触觉呈现触摸面板400(参照图28)的工作定时的时序图。
在指示体2未与触觉呈现钮3接触时,导电弹性部6及触觉电极102都处于浮置状态,处于与检测电极203相同的电位,电荷检测电路212检测以检测电极203与激励电极202的静电电容为主的电荷量。触摸检测控制电路213也将上述控制信号输出到触觉呈现电压生成电路113。
基于该控制信号,触觉呈现电压生成电路113能够辨识触摸检测期间P1。在触摸检测期间P1,触觉呈现电压生成电路113切断开关电路112的开关40。据此,触觉呈现电压生成电路113与全部触觉电极102之间的电连接被切断。其结果是,全部触觉电极102的电位变为浮置状态。
在触觉电极102的电极间距离宽、检测电极203与触觉呈现钮3的位置检测部7隔着触觉电极102的电极间的间隙而形成静电电容的情况下,不需要使触觉电极102为浮置,而可以固定为检测GND或任意固定电位。作为触觉电极102的电位,选择最容易检测以检测电极203与激励电极202的静电电容为主的电荷量的电位。
接下来,在触摸坐标计算期间P2,触摸坐标计算电路214基于从电荷检测电路212输入并保持的与激励电极Ty(1)~Ty(m)各自对应的互电容的电荷检测结果、换言之由激励电极Ty(1)~Ty(m)与检测电极Tx(1)~Tx(n)形成的全部交叉部的电容的电荷检测结果,判定是否有指示体2的触摸。通过手指等指示体2的接近或接触而减缓了激励电极202与检测电极203之间的电场耦合,其结果是互电容中的充电电荷降低。基于该降低的程度,触摸坐标计算电路214能够判定有无触摸。在判定为有触摸的情况下,触摸坐标计算电路214基于上述电荷检测结果开始计算触摸坐标数据。具体而言,触摸坐标计算电路214针对关于充电电荷的降低程度最大的交叉部及其周围的交叉部的检测结果进行例如重心运算等运算处理,从而能够计算触摸坐标数据。在判定为无触摸的情况下,触摸坐标计算电路214不进行触摸坐标数据的计算,处理返回至触摸检测期间P1。为了能够进行这样的处理,触摸坐标计算电路214将表示指示体2有无接触到触摸面板表面和有无接触到触觉呈现钮3的判定结果的信号提供给触摸检测控制电路213。在未得出指示体2有接触到触觉呈现钮3的判定结果的情况下,重复P1~P3的工作。
在此,以下说明在未得出指示体2有接触到触觉呈现钮3的判定结果的情况下的工作。
图31为示出指示体2与触觉呈现钮3接触时激励电极202与位置检测部7的静电电容的影像的示意图。图32为概略性示出指示体2与触觉呈现钮3接触时触觉呈现触摸面板400(参照图28)的工作定时的时序图。
在指示体2与触觉呈现钮3接触的情况下,导电弹性部6经由触觉呈现钮3及指示体2而为接地连接的状态,检测电极203经由触觉电极102而与导电弹性部6形成静电电容,检测电极203与激励电极202的静电电容减少。其结果是,电荷检测电路212检测到的电荷量减少,探测出指示体2接触到触觉呈现钮3。
在触摸检测期间P1,从触摸检测控制电路213向激励脉冲产生电路215输出表示第1变换定时的控制信号。激励脉冲产生电路215接受该控制信号并向激励电极Ty(1)给予激励脉冲信号(充电脉冲信号)。据此,激励电极Ty(1)与在俯视时与其交叉的检测电极Tx(1)~Tx(n)各检测电极之间的电极间电容(互电容)被充电。电荷检测电路212使用检测电极Tx(1)~Tx(n)检测上述充电的电荷量。然后电荷检测电路212对该检测结果实施模拟/数字变换(A/D变换),将由此得到的数字信息作为与激励电极Ty(1)对应的互电容的电荷检测结果输出到触摸坐标计算电路214。同样地,从触摸检测控制电路213向激励脉冲产生电路215依次输出表示第2~第m变换定时的控制信号。与第2~第m变换定时各自对应地,与激励电极Ty(2)~Ty(m)对应的互电容的电荷检测结果被输出到触摸坐标计算电路214。
触摸检测控制电路213也将上述控制信号输出到触觉呈现电压生成电路113。触觉呈现电压生成电路113能够基于该控制信号来辨识触摸检测期间P1。在触摸检测期间P1,触觉呈现电压生成电路113切断开关电路112的开关40。据此,触觉呈现电压生成电路113与全部触觉电极102之间的电连接被切断。其结果是,全部触觉电极102的电位变为浮置状态。
接下来,在触摸坐标计算期间P2,触摸坐标计算电路214基于从电荷检测电路212输入并保持的与激励电极Ty(1)~Ty(m)各自对应的互电容的电荷检测结果、换言之由激励电极Ty(1)~Ty(m)与检测电极Tx(1)~Tx(n)形成的全部交叉部的电容的电荷检测结果,判定是否有指示体2的触摸。通过手指等指示体2的接近或接触而减缓了激励电极202与检测电极203之间的电场耦合,其结果是互电容中的充电电荷降低。基于该降低的程度,触摸坐标计算电路214能够判定有无触摸。在判定为有触摸的情况下,触摸坐标计算电路214基于上述电荷检测结果开始计算触摸坐标数据。具体而言,触摸坐标计算电路214针对关于充电电荷的降低程度最大的交叉部及其周围的交叉部的检测结果进行例如重心运算等运算处理,从而能够计算触摸坐标数据。在判定为无触摸的情况下,触摸坐标计算电路214不进行触摸坐标数据的计算,处理返回至触摸检测期间P1。为了能够进行这样的处理,触摸坐标计算电路214将表示有无触摸的判定结果的信号提供给触摸检测控制电路213。
接下来,在触摸坐标发出期间P3,根据来自触摸检测控制电路213的触摸坐标数据发出定时,在触摸坐标计算电路214中,触摸坐标数据被输出到钮移动量计算电路220,并且也作为触摸动作信息被输出到触觉形成条件变换电路120及触觉呈现控制电路114。
接下来,在判定期间P4,触觉呈现控制电路114根据触摸坐标数据判定触觉呈现钮3的位置,决定触觉呈现的区域。
触觉呈现控制电路114基于来自触觉形成条件变换电路120的输入来选择与显示屏幕和触觉呈现钮3的坐标对应的触觉呈现信号波形(电压信号波形)。该“触觉呈现信号波形”定义电压信号Va及电压信号Vb各自的波形。此外电压信号Va与电压信号Vb之间的波形的区别通常为频率的区别。触觉呈现信号波形在触觉呈现控制电路114的内部或外部被设定。触觉呈现信号波形的种类可以为1种,也可以多于1种。在触觉呈现信号波形的种类只存在1种的情况下,不需要选择触觉呈现信号波形的处理。在触觉呈现信号波形的种类多于1种的情况下,基于来自触觉形成条件变换电路120的输入来选择触觉呈现信号波形的种类。
接下来,在触觉呈现信号施加期间P5,触觉呈现控制电路114产生上述触觉呈现信号波形下的触觉呈现信号。另外,开关电路112的与处于输入触觉呈现信号的区域的触觉电极102连接的开关40与触觉呈现电压生成电路113连接,与处于未输入触觉呈现信号的区域的触觉电极102连接的开关40接地或者不接通开关而使触觉电极102保持浮置。据此信号被施加到触觉电极102,从而呈现触觉。在图32的例子中,具有H电平(高电平)及L电平(低电平)的交流信号被施加到触觉电极102。触觉电极102在H电平期间以正极高电压、通常为正几十伏特被充电,在0电平期间被放电,在L电平时以负极高电压、通常为负几十伏特被充电。可以基于来自触觉形成条件变换电路120的输入来适当设定脉冲信号的产生周期及产生期间。
在上述触觉呈现信号施加期间P5之后,处理返回到触摸检测期间P1。由此,重复进行上述工作。据此,触觉呈现触摸面板400能够进行触觉呈现钮3的位置检测、与触觉呈现钮3的位置和显示屏幕相应的触觉呈现。
图33为示出在触摸检测期间P1(参照图32)在触觉呈现触摸面板400中静电电容的形成的示意图。在触摸检测期间P1,在指示体2与检测电极203之间形成静电电容CND。在该期间,全部触觉电极102的电位被设为浮置状态。据此避免触觉电极102发挥作为屏蔽的功能。因而能够提高触摸检测的灵敏度。
图34为示出在触觉呈现信号施加期间P5(参照图32)在触觉呈现触摸显示器1中静电电容的形成的示意图。在触觉呈现信号施加期间P5,触摸面板200的激励电极202及检测电极203的电位可以被设为浮置状态。据此,能够抑制基于激励电极202及检测电极203的电容形成对静电电容CNE带来的影响。代替地,触摸面板200的激励电极202及检测电极203的电位可以设为实质上恒定的电位,例如,激励电极202及检测电极203可以以低阻抗连接到接地电位。据此,激励电极202及检测电极203可以发挥作为触觉电极102与显示面板300之间的屏蔽的功能。因而,抑制了由施加于触觉电极102的高电压信号引起而在显示面板300产生噪声的情况。因而,能够防止由噪声引起的显示不良。反过来还抑制了由显示面板300引起而在触觉电极102产生噪声的情况。当触觉呈现信号被施加于触觉电极102时,导电弹性部6在与触觉电极102之间形成静电电容,与触觉电极102的电压相反的电位的电荷在导电弹性部6的与电介质层106相接的面蓄积,在导电弹性部6与电介质层106之间产生静电力。其结果是,导电弹性部6与电介质层106之间的摩擦力发生变化,由于该摩擦力的变化,当旋转触觉呈现钮3时钮的转矩发生变化,感觉为旋转触觉呈现钮3时的操作感。
此外,在使用浮置状态的情况下,可以将激励电极202及检测电极203这两者都设为浮置状态,或者可以将一方设为浮置状态。另外,在使用恒定电位的情况下,可以将激励电极202及检测电极203这两者设为恒定电位,或者也可以将一方设为恒定电位。可以将激励电极202及检测电极203中的一方设为浮置状态,将另一方设为恒定电位。在激励电极202及检测电极203各自与触觉电极102的距离不同的情况下,可以将激励电极202及检测电极203当中的较接近触觉电极102的电极设为浮置状态并且将较远者设为恒定电位。
此外,虽然在图28所示的例子中是从触摸检测电路210向电压供给电路110发送触摸坐标数据,而作为变形例,也可以是从电荷检测电路212向电压供给电路110发送电荷检测结果的信息。在该情况下,触觉呈现控制电路114使用电荷检测结果的信息来进行有无触摸的判定及触摸坐标的计算。
当在操作过程中或每次操作时变更在触觉呈现面板100上安置触觉呈现钮3的位置的情况下,可以将底面部15的面紧贴并固定在触觉呈现面板100上。另外,当在操作过程中或每次操作时不变更在触觉呈现面板100上安置触觉呈现钮3的位置的情况下(固定触觉呈现钮3的位置来使用的情况),可以用粘合部17将底面部15粘结并固定在触觉呈现面板100上。
<抑制电荷向导电弹性部的蓄积>
图35为示意性示出施加信号电压时蓄积于导电弹性部6的电荷经由指示体2而接地时电荷的移动的影像图。导电弹性部6为对绝缘性树脂搀上导电碳黑、金属粒子而成的,因此电阻较高,容易蓄积电荷。当电荷蓄积于导电弹性部6时,导电弹性部6与触觉电极102之间的静电力不再随信号电压而变化,触觉强度降低。当将导电弹性部6与旋转部4的表面电连接时,在指示体2与旋转部4相接时经由指示体2被接地连接,从而蓄积于导电弹性部6的电荷被释放,能够抑制电荷的蓄积。
在导电弹性部6的电阻高的情况下,电荷在导电弹性部6内难以移动,仅像上述那样经由指示体2释放电荷则无法充分释放电荷。在该情况下,以在施加信号电压时使分割为2个以上的导电弹性部6中的至少1个与触觉电极102形成静电电容、至少1个经由电介质层106与连接于被接地连接的电荷排出部115(参照后述的图36)的触觉电极102连接的方式驱动触觉电极102,从而促进经由指示体2开放蓄积于导电弹性部6的电荷,将蓄积于电介质层106的电化释放到触觉电极102,从而防止电荷蓄积。连接于电荷排出部115的触觉电极102无需固定,对于同一触觉电极102,可以在施加信号电压与连接到电荷排出部115之间切换来进行驱动,也可以使施加信号电压的触觉电极102与连接于电荷排出部115的触觉电极102交替。但是,在连接于电荷排出部115的触觉电极102不产生静电力。因此,为了防止触觉降低,通过使被施加了信号电压的触觉电极102的数量多于连接于电荷排出部115的触觉电极102的数量,或是使连接于电荷排出部115的时间短于施加信号电压的时间,从而使得在与触觉电极102之间生成静电力的导电弹性部6的有效面积大于与电荷排出部115形成电容的导电弹性部6的有效面积即可。
图36为示出以分割为2个以上的导电弹性部6中的至少1个与触觉电极102形成静电电容、至少1个经由电介质层106与接地连接的触觉电极102连接的方式驱动触觉电极102时的结构的框图。在判定期间P4(参照图32),触觉呈现控制电路114根据触摸坐标数据判定触觉呈现钮3被安置的位置,决定触觉呈现的区域,将该区域分割为2个以上,决定输入触觉呈现信号的区域和接地的区域。
触觉呈现控制电路114基于来自触觉形成条件变换电路120的输入来选择与显示屏幕和触觉呈现钮3的坐标对应的触觉呈现信号波形。该“触觉呈现信号波形”定义电压信号Va及电压信号Vb各自的波形。此外电压信号Va与电压信号Vb之间的波形的区别通常为频率的区别。触觉呈现信号波形在触觉呈现控制电路114的内部或外部被设定。触觉呈现信号波形的种类可以为1种,也可以多于1种。在触觉呈现信号波形的种类只存在1种的情况下,不需要选择触觉呈现信号波形的处理。在触觉呈现信号波形的种类多于1种的情况下,基于来自触觉形成条件变换电路120的输入来选择触觉呈现信号波形的种类。
接下来,在触觉呈现信号施加期间P5(参照图32),触觉呈现控制电路114产生上述触觉呈现信号波形下的触觉呈现信号。另外,开关电路112的与处于输入触觉呈现信号的区域的触觉电极102连接的开关40与触觉呈现电压生成电路113连接,与处于接地的区域的触觉电极102连接的开关40接地。与处于未输入触觉呈现信号的区域的触觉电极102连接的开关40接地,或是不接通开关40而使触觉电极102保持浮置。据此信号被施加到触觉电极102,从而呈现触觉。在图24的例子中,具有H电平(高电平)及L电平(低电平)的交流信号被施加到触觉电极102。触觉电极102在H电平期间以正极高电压、通常为正几十伏特被充电,在0电平期间被放电,在L电平时以负极高电压、通常为负几十伏特被充电。可以基于来自触觉形成条件变换电路120的输入来适当设定脉冲信号的产生周期及产生期间。
在上述触觉呈现信号施加期间P5之后,处理返回到触摸检测期间P1。由此,重复进行上述工作。据此,触觉呈现触摸面板400能够进行触觉呈现钮3的位置检测、与触觉呈现钮3的位置和显示屏幕相应的触觉呈现。
此外,在本实施方式1中,使用GND端子作为电荷排出部115来进行说明,但如果能够排出蓄积于导电弹性部6的电荷,则也可以为其它结构。例如可以与蓄积于导电弹性部6的电荷的导电性相应地施加高效地排出电荷的正电压或负电压,而不用GND端子。
<触觉呈现屏的电极构造与触摸屏的电极构造的区别>
作为触觉电极102的优选条件,第1,优选的是指示体2能够无需经由电介质层106以外的部件而与触觉电极102相接的结构。因而,优选的是被电介质层106包覆的触觉电极102配置于触觉呈现触摸面板400的最外表面。
第2,指示体2与触觉电极102之间的距离越近,则能够产生越大的触觉。从该观点而言,优选的是电介质层106的厚度薄,另外优选的是电介质层106的介电常数大。
第3,当产生触觉时为了增大静电电容CNE(参照图34),最好是触觉电极102稠密地存在,另一方面,当检测触摸位置时(参照图32),优选的是触觉电极102之间的静电电容CE、即电极间电容小,以免妨碍静电电容CND的形成。
触觉呈现触摸面板400的尺寸大于触觉呈现钮3,在使用未安置触觉呈现钮3的区域作为不进行触觉呈现的触摸面板的情况下,当指示体2未与触觉呈现钮3接触时,在触觉呈现触摸面板400的整个面重复指示体2未与触觉呈现钮3接触时的工作定时(参照图29)。当在作为不进行触觉呈现的触摸面板而使用的区域进行触摸检测时,计算并输出触摸位置。当指示体2接触到触觉呈现钮3时,停止未安置触觉呈现钮3的区域的触摸检测,仅在安置触觉呈现钮3的区域以如前述的指示体2与触觉呈现钮3接触时(参照图31)的工作定时工作。
在将未安置触觉呈现钮3的区域作为进行触觉呈现的触摸面板来使用的情况下,当指示体2未与触觉呈现钮3接触时,在触觉呈现触摸面板400的整个面重复指示体2未与触觉呈现钮3接触时的工作定时(参照图29)。当在作为进行触觉呈现的触摸面板而使用的区域进行触摸检测时,以如前述的指示体2与触觉呈现钮3接触时(参照图31)的工作定时工作。当指示体2接触到触觉呈现钮3时,停止未安置触觉呈现钮3的区域的触摸检测,仅在安置触觉呈现钮3的区域以如前述的指示体2与触觉呈现钮3接触时(参照图31)的工作定时工作。
作为激励电极202及检测电极203的优选条件,第1,为了确保触摸位置检测的灵敏度及线性度,需要能够准确识别触摸位置的矩阵构造。第2,由于通过指示体2与检测电极203经由触觉呈现屏150而形成的静电电容CND来探测触摸位置,因此需要在激励电极202与检测电极203之间设置预定距离(几百μm以上且几mm以下)以使电场在横向上扩展。
如上所述,触觉电极102的优选条件与激励电极202及检测电极203的优选条件存在区别。为了优化这两个条件,最好不对它们应用同样的构造。
<引出布线层的详情>
具体而言,触觉呈现屏150的引出布线层105(图15)具有引出布线层Ld(1)~Ld(j)及引出布线层Lu(1)~Lu(j)。将编号1至j中的任意整数设为k,引出布线层Ld(k)及Lu(k)各自连接于第k个触觉电极102。引出布线层Ld(k)及Lu(k)各自连接于一个触觉电极102的延伸方向的一端及另一端。
从不妨碍触摸屏250的触摸检测的观点而言,设置于触觉呈现屏150的触觉电极102各自的布线电阻优选为高电阻,优选为例如104Ω以上。在像这样布线电阻高的情况下,容易产生在布线层内的电压信号的传播延迟。通过像上述那样在触觉电极102的一端及另一端分别连接引出布线层105,从而能够抑制传播延迟。
引出布线层Ld(1)~Ld(j)配置于触觉可呈现区域的外侧,以靠近触觉呈现面板端子部107的排列的中央的顺序依次向对应的电极延伸,以便能得到与触觉呈现面板端子部107大致最短的距离。触觉呈现面板端子部107沿着透明绝缘基板101的长边而配置于长边的中央附近。关于引出布线层Ld(1)~Ld(j),在确保互相绝缘的同时尽可能稠密地配置。在由引出布线层Ld(1)~Ld(j)占据的区域的外侧同样地配置有引出布线层Lu(1)~Lu(j)。通过采用这样的配置,能够抑制透明绝缘基板101当中的触觉可呈现区域的外侧部分的面积。
引出布线层105、具体而言引出布线层Ld(1)~Ld(j)及引出布线层Lu(1)~Lu(j)优选由金属单层膜或金属单层与非金属单层的层叠膜的任意者构成。在层叠膜具有下层和覆盖下层的上层的情况下,上层可以具有作为下层的保护层的功能。例如,作为保护层的上层可以在用于制造触觉呈现屏150的蚀刻工序中保护下层免受蚀刻剂的影响。或者上层也可以在触觉呈现屏150的制造时或使用时作为防止下层腐蚀的盖层(cap layer)发挥功能。如果采用与透明绝缘基板101的紧贴性比上层的材料好的材料作为下层的材料,则能够抑制引出布线层105产生剥离。
<包含显示面板的触觉呈现触摸面板>
图37为示出显示面板、触摸面板及触觉呈现面板的关系的概要的框图。钮移动量计算电路220(参照图28、图36)基于由触摸检测电路210得到的钮在触摸面板200上的坐标将钮的移动量(旋转角)的信息输出到触觉形成条件变换电路120及显示屏幕处理电路321。
显示屏幕处理电路321选择与预先存储于显示处理条件存储装置322(显示条件存储装置)的图案中的钮的移动量对应的显示处理条件。然后基于选择出的显示处理条件来编辑图像信息330并将图像数据转发到图像信号供给电路320。
触觉形成条件变换电路120选择与预先存储于触觉形成条件存储装置121(触觉条件存储装置)的图案中的钮的移动量对应的触觉形成条件、例如触觉强度。然后电压供给电路110基于选择出的触觉形成条件向触觉呈现面板100供给电压信号。由此,与触觉呈现钮3的旋转量相应的显示面板的显示变化与从钮得到的触觉同步。
图38为记载了上述同步处理的流程图。通过指示体2(参照图31)与触觉呈现钮3(参照图31)接触(旋钮触摸,knob touch)、或者对触觉呈现触摸面板400接通电源(电源开启(ON)),从而开始同步处理,在开始同步处理的时间点或者对触觉呈现触摸面板400提供触觉呈现钮3的初始状态化信号的时间点触觉呈现钮3在触摸面板200上的位置坐标被存储为初始位置(步骤S0)。
按规定周期判断触觉呈现钮3与指示体2的接触状态(步骤S1),在判断为未接触的情况下(为否的情况),判断为进行了松手动作(接触解除),转移至松手动作处理(步骤S14)。另一方面,在判断为接触状态的情况下(为是的情况),检测触觉呈现钮3在触摸面板200上的位置来获取当前坐标(步骤S2)。然后,利用获取的当前坐标和初始坐标来计算触觉呈现钮3的移动量(旋转角)(步骤S3),根据移动量判断有无移动(步骤S4)。
在判断为触觉呈现钮3未移动的情况下(为否的情况),判断在先前周期中的动作是旋转还是平移(步骤S11),在是平移的情况下转移至平移动作处理(步骤S15)。另一方面,在是旋转的情况下以先前周期中的旋转角来参照角度-触感变换表格(步骤S12),按形成与先前周期相同触感的条件向触觉电极施加信号(步骤S8)。
另外,在先前周期中的动作是旋转的情况下,进行与先前周期的旋转角相配合的显示处理(步骤S13)。
另一方面,当在步骤S4中判断为触觉呈现钮3在移动的情况下(为是的情况),判断是否为旋转动作(步骤S5)。关于该判断,通过使用例如图26说明的方法来判断,在判断为不是旋转动作的情况下(为否的情况),判断为是平移动作而转移至平移动作处理(步骤S15)。另一方面,在判断为是旋转动作的情况下(为是的情况),判断是否与先前周期中的旋转方向相同(步骤S6)。另外,在是旋转动作的情况下,进行与通过步骤S3计算出的旋转角相配合的显示处理(步骤S9)。
当在步骤S6中判断为是相同旋转方向的情况下(为是的情况),参照与先前周期相同的角度-触感变换表格(步骤S7),向触觉电极102施加信号(步骤S8)。
另一方面,在通过步骤S6判断为与先前周期中的旋转方向不相同的情况下(为否的情况),认为是在相反方向旋转,变更为用于相反方向的从旋转角到触感的变换表格(步骤S10),参照变更后的角度-触感变换表格(步骤S7),向触觉电极102施加信号(步骤S8)。
在向触觉电极102施加电压之后,转移至对下一周期中触觉呈现钮3与指示体2的接触状态的确认。
<按压与触感强度的关系>
使用者对触觉呈现钮3进行旋转操作时的按压力随着由操作量等引起的使用者的手臂及手腕的角度等的变化而变动。图39为示出用弱按压力F1操作触觉呈现钮3时导电弹性部6与显示面的界面的情形的示意图。图40为示出普通橡胶片的片材厚度与一面的平坦度的关系的曲线图,图41为示出用强按压力操作触觉呈现钮3时导电弹性部6与显示面的界面的情形的示意图。
以下,以使用普通导电橡胶作为导电弹性部6的情况为例进行说明。导电橡胶是将原材料调配并精炼成橡胶块,用轧辊制成预定厚度的橡胶片后,进行硫化处理而制造的。关于普通橡胶片的厚度的尺寸公差,在厚度1.5mm时为±0.2mm、在厚度2mm时为±0.25mm、在厚度3~4mm时为±0.3mm,片材厚度越厚则尺寸公差越大。因而,如图40所示,关于橡胶片一面的平坦度(最大凹凸),在厚度1.5mm时为0.2mm、在厚度2mm时为0.25mm、在厚度3~4mm时为0.3mm。
在将触觉呈现钮3安置于触觉呈现触摸显示器1的操作面的状态下,如图39所示在用弱按压力F1操作触觉呈现钮3的情况下,导电弹性部6的变形小所以在导电弹性部6与操作面之间残留由导电弹性部6的凹凸引起的空气层18。另一方面,如图41所示在用使导电弹性部6充分变形而导电弹性部6与操作面紧贴的按压力F2进行操作的情况下,与图39的情况相比空气层18减小或消失。
空气层18的介电常数大致与真空的介电常数相同而为1.0,低于电介质层106。当设按压力F1时触觉电极102与导电弹性部6之间的距离为d1且设平均介电常数为ε1,设按压力F2时触觉电极102与导电弹性部6之间的距离为d2且设平均介电常数为ε2时,形成d1>d2、ε1<ε2的关系,当依照之前说明的式(1)计算触觉电极102与导电弹性部6之间的静电电容CNE时,则按压力F1时的静电电容C1<按压力F2时的静电电容C2。因而,按压力F1时的触感强度弱于按压力F2时的触感强度。
进而,当操作触觉呈现钮3时的按压力变得过大时,导电弹性部6与操作面的接触面积变大,并且紧贴而静摩擦系数变大,因此未输入电压信号时的摩擦力(静摩擦力)与由输入电压信号时的静电力而生成的摩擦力之差变小,触感的清晰性降低,使用者感到触感强度弱。
当在一系列操作中按压力从如图41那样不包含空气层18的状态变到如图39那样包含空气层18的状态时,在保持有相同电荷的状态下静电电容CNE减小,所以电压V陡增(参照式(1)),有时在触觉电极102与导电弹性部6之间会产生放电现象,导致触觉呈现面板100的可靠性降低。
作为抑制如上述那样按压力引起的触感强度变化的方法,例如如图1所示,在显示面板300的背面配置压敏传感器216,用压敏传感器216检测构成触觉呈现触摸显示器1的部件的变形作为操作触觉呈现钮3时的按压力。然后,如图37所示将压敏传感器216的输出输入至按压检测电路217,根据按压检测电路217的检测值用按压量计算电路218计算按压量。可以考虑根据计算出的按压量而用触觉形成条件变换电路120校正电压信号的波形的方法。以下对该方法进行说明。
作为压敏传感器216,可以使用电容方式,其中对压敏传感器电极的间隙随着按压力而变化所导致的电容变化进行检测,或是使用压电方式,其中将粘结有压敏传感器216的构造体、例如图1的情况下显示面板300的背面与按压力成比例地延伸或收缩的变形的量即形变检测为电信号。另外只要是检测按下力的压敏传感器,则可以使用任何方式。关于压敏传感器216的配置位置,以使得在显示区域301内的任何位置操作触觉呈现钮3都能够以均匀的灵敏度探测按压力的方式配置多个压敏传感器216。在例如使用4个压敏传感器216的情况下,如图1那样在显示区域301内靠近四个角的部分配置为点对象或线对称。
关于按压力,按压检测电路217检测4个压敏传感器216的电容的变化或形变量的变化,按压量计算电路218根据按压检测电路217输出的检测值求加权平均来计算按压量,将该按下量输出到触觉形成条件变换电路120。基于根据与显示的用户接口(UI)对应的操作位置、操作量等而决定的触觉形成条件,将从触觉形成条件存储装置121输出的电压信号的波形校正为与按压量相应的电压信号的波形并输出至电压供给电路110。
压敏传感器216的个数及配置的位置不限于上述例子,还能够在显示区域均匀地配置更多的压敏传感器216,以更高灵敏度且高精细度地检测按压量并计算显示区域301中的按压量分布。在该情况下,也能够检测触觉呈现钮3的负荷并计算触觉呈现钮3的位置。
在为压电方式的情况下,可以将使压敏元件以矩阵方式配置而成的片状压敏传感器216粘贴在显示面板300的整个背面。在该情况下,也能够检测触觉呈现钮3的负荷并计算触觉呈现钮3的位置。
另外,配置压敏传感器216的位置不限于显示面板300的背面。例如,在触觉呈现触摸显示器1的外周被固定于框体的情况下,可以将压敏传感器216配置于固定后的触觉呈现面板100的背面的外周即黑框印刷部302之下,检测触觉呈现触摸显示器1的变形。在压敏元件由透明导电膜构成的情况下,还能够将压敏元件呈矩阵状地配置于触觉呈现面板100、触摸面板200、显示面板300中的任意的构造内而形成一体化构造。
关于压敏传感器216的方式、构造、检测位置等,基于取决于触觉呈现触摸显示器1固定到框体的方法及显示面板300的种类(液晶显示器、有机EL面板、μLED等)而构成触觉呈现触摸显示器1的构造体的变形量大、且能够进行高灵敏度的按压检测的条件来选择即可。
如上述那样能够采用根据触觉呈现钮3的按压力来校正电压信号的结构,而触觉呈现钮3的负荷及操作时的按压力施加于导电弹性部6。因为导电弹性部6具有弹性,所以当施加触觉呈现钮3的负荷及操作时的按压力时,导电弹性部6的材料在按压方向上压缩而减缓了一部分按压力。压敏传感器216及按压检测电路217只能检测因导电弹性部6的弹性而被减缓后的按压力。导电弹性部6的弹性根据温度、压力、转速等而变化。因此,难以通过按压量计算电路128来计算包括由导电弹性部6减缓的按压力的量的准确的按压力。另外,因为无法控制导电弹性部6与操作面之间的空气层18的厚度,所以无法将导电弹性部6与操作面的静摩擦系数保持为恒定,难以将触觉的清晰性保持为恒定。
以下对解决了上述那样的技术课题的实施方式1的触觉呈现钮进行说明。图42为示出实施方式1的触觉呈现钮30的结构的剖视图。
如图42所示,在触觉呈现钮30中,导电弹性部6的直径小于旋转部4的直径,支撑部19被设置为与导电弹性部6的侧面相接。支撑部19被设置为从旋转部4的底面延伸至导电弹性部6的底面附近,被设定为在触觉呈现钮30未被按压的状态下不超过导电弹性部6的高度的高度。在图42中,将支撑部19的高度与导电弹性部6的最大高度之差设为Δt。
图43为用表格示出触觉呈现钮30中的支撑部19的高度与导电弹性部6的最大高度之差Δt(mm)和捏住触觉呈现钮30时的触觉强度的关系的图。图43示出对使用厚度2mm、硬度60的导电橡胶作为导电弹性部6时的支撑部19的高度与导电弹性部的最大高度之差Δt(mm)和触觉强度进行比较的结果。根据图43,Δt值从为与厚度2mm的导电橡胶的平坦度相同的0.26mm开始可得到清晰的触觉(〇),在0.34mm时触觉强度最强,可得到清晰的触觉(◎),当Δt值变为0.43mm、0.52mm时,触觉强度降低为〇、△。
作为导电橡胶,形成橡胶材料树脂桥联(resin-bridged)而成的海绵状构造。在Δt值为0.34mm时触觉强度最强,一般认为原因在于,由上述材料加工而引起的大的表面凹凸因按压力而变形,并且由材料的微观构造引起的细微的表面凹凸也被压扁而导电弹性部6与操作面紧贴,这一状态达到了由空气层18导致的静电电容的减小和由导电弹性部6与操作面的接触面积增大导致的静摩擦力增大这双方的影响为最小的条件。
通过设置支撑部19,从而在如图41所示对触觉呈现钮30施加使导电弹性部6充分变形而导电弹性部6与操作面紧贴的按压力F2的情况下,支撑部19与操作面接触并支承触觉呈现钮30,所以导电弹性部6不会被压缩至支撑部19的高度以上,施加于导电弹性部6的按压力被保持为恒定,由此能够使导电弹性部6与操作面的静摩擦力保持为恒定。
通过使支撑部19的高度低于导电弹性部6而限制操作时的按压力,以免按压力过分施加于导电弹性部6,从而能够实现包含导电弹性部6与操作面之间的空气层18的厚度的电容设计,能够将操作时触觉电极102与导电弹性部6之间的静电电容CNE保持为恒定。
通过使支撑部19和操作面相接的面与操作面的摩擦系数低于导电弹性部6与操作面的摩擦系数,从而使得未输入电压信号时作用于触觉呈现钮3的摩擦力以导电弹性部6与操作面的摩擦系数引起的摩擦力为主。因此,作为支撑部19的材料,例如使用聚碳酸酯(PC)、聚缩醛(POM)、聚酰胺(PA6、PA66)、聚苯磺胺(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、玻璃纤维强化聚酰胺MXD6(RENY)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、ABS树脂、AS树脂(SAN)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、偏二氟乙烯树脂(PVDF)、陶瓷(CERAMIC)、石墨尼龙、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯树脂(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、甲基丙烯酸树脂(PMMA)等塑料材料、玻璃、金属等摩擦系数小于导电弹性部6的材料。
据此,在支撑部19与操作面进行面接触的情况下,使接触面的凹凸小而为平坦的形状,而在支撑部19与操作面进行点接触的情况下,形成使点接触的部分为半球形而不会与操作面剐蹭的形状,从而使支撑部19与操作面的摩擦力小于导电弹性部6与操作面的摩擦力。
此外,优选的是支撑部19表面的凹凸、表面粗糙度Ra为5.0μm以下,或者轮廓曲线元素的平均长度RSm为触觉电极102的电极间距以上。
另外,因为在支撑部19与操作面相接的状态下进行旋转操作,所以触觉呈现钮3的按压力经由支撑部19直接传递到操作面,触觉呈现触摸显示器1的结构部件容易与按压力成比例地变形,所以压敏传感器216能够准确检测按压力,能够针对按压力进行高精度的电压信号波形调节。
图44为示出将图42所示的实施方式1的触觉呈现钮30做成更实用的结构而得到的触觉呈现钮30A的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30A的侧视图,在下侧示出仰视图。
如图44所示,触觉呈现钮30A形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮3固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将支撑部19及导电弹性部6同心地配置。
关于导电弹性部6,以固定部5为中心而俯视形状形成为扇形,相互隔开间隔地配置于3个部位,在导电弹性部6之间配置有俯视形状为扇形的支撑部19。
支撑部19在以固定部5为中心的同心圆上按均匀间隔而配置,以便在旋转操作时也能够维持与操作面均匀相接的状态。优选的是,导电弹性部6在以固定部5为中心的同心圆上尽量均匀地配置在支撑部19之间,以使在导电弹性部6产生的振动均匀传递到旋转部4。导电弹性部6兼具位置检测部7的功能,触摸检测电路210检测在导电弹性部6与检测电极203之间形成的静电电容,钮移动量计算电路220计算触觉呈现钮30A的旋转角度及转速。
<效果>
根据实施方式1的触觉呈现钮30及30A,通过设置在操作触觉呈现钮时使触觉呈现钮3与操作面之间的距离保持为恒定的支撑部19,从而触觉呈现钮经由支撑部直接按压显示面,能够进行按压探测而不受到由导电弹性部6的按压变形导致的压力减缓的影响。据此,操作时的按压力在导电弹性部6被保持为恒定,由导电弹性部6与操作面的接触面积引起的摩擦系数为恒定,能够进行仅考虑了取决于按压力而变化的支撑部19与显示面的摩擦系数的电压信号波形的校正,能够对所有操作者呈现具有恒定清晰性的触觉。
另外,将由导电弹性部6与操作面的接触面积引起的摩擦系数保持为恒定并且将触觉电极102与导电弹性部6之间的空气层18的厚度保持为恒定,由此抑制触觉电极102与导电弹性部6之间的静电电容的变动,生成稳定的强度的触觉。进而,由空气层18的厚度变动引起的在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容的变动所导致的蓄积于导电弹性部6的电荷的放电现象被抑制,也得到触觉呈现触摸面板200的可靠性提高的效果。
<实施方式2>
图45为示出实施方式2的触觉呈现钮30B的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30B的侧视图,在下侧示出仰视图。如图45所示,触觉呈现钮30B形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30B固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将支撑部19及导电弹性部6同心地配置。
关于导电弹性部6,以固定部5为中心而俯视形状形成为扇形,相互隔开间隔地配置于3个部位,在导电弹性部6之间配置有俯视形状为扇形的支撑部19,这些方面与图44所示的实施方式1的触觉呈现钮30A相同,而在导电弹性部6的扇形的平面内,在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置有俯视形状分别为圆形的位置检测部7。
支撑部19在以固定部5为中心的同心圆上按均匀间隔被配置,以便在旋转操作时也能够维持与操作面均匀相接的状态。优选的是,导电弹性部6在以固定部5为中心的同心圆上尽量均匀地配置于支撑部19之间,以使在导电弹性部6产生的振动均匀传递到旋转部4。
作为用于导电弹性部6及位置检测部7的材料,能够使用天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、丁基橡胶(IIR)、乙丙橡胶(EPDM)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)、硅酮橡胶(VMQ)、氟橡胶(FKM)、氯硅酮橡胶(FVMQ)、丙烯酸橡胶(ACM)、聚氨酯橡胶(U)等热固性弹性体。另外,能够使用被称为导电橡胶的具有弹性的树脂材料,该导电橡胶以聚氨酯类(TPU)、聚苯乙烯类(TPS)、烯烃/烯烃(olefin/alkene)类(TPO)、聚氯乙烯类(TPVC)、聚酯类(TPEE)、聚酰胺类(TPAE)等热塑性弹性体为基材,并混合有导电性碳黑或金属粉末等导电物质。另外也能够使用碳纳米管(CNT)。
此外,即使在对导电弹性部6及位置检测部7使用上述材料当中相同的材料为基材的情况下也是,如果带来导电性的碳黑或金属粉末的分量变少则电阻值变高,在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容变小。反之,如果使带来导电性的碳黑或金属粉末的分量增多,则电阻值变高,能够使在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容变大。通过使导电弹性部6与位置检测部7的导电性带有差异,或是使面积或形状带有差异,从而使在导电弹性部6或位置检测部7与检测电极203之间形成的静电电容及电容值的分布带有差异,也能够使位置检测部7易于进行位置检测。虽然在图45中,导电弹性部6、位置检测部7、支撑部19各自配置于3个部位,但也可以在3个以上部位配置。支撑部19的配置部位越多,则在旋转操作时钮越不易倾斜,能够呈现更稳定的强度的触感。位置检测部7配置于1个部位以上即可,当在3个部位以上配置时,能够更高精度地计算钮的旋转角度。
<效果>
根据实施方式2的触觉呈现钮30B,在导电弹性部6的电阻值高而在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容不足以检测触觉呈现钮30B的移动量的情况下,通过设置电阻值低的位置检测部7而能够补偿静电电容,能够检测触觉呈现钮30B的移动量。另外,能够使位置检测部7的面积最小化。
<实施方式3>
图46为示出实施方式3的触觉呈现钮30C的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30C的侧视图,在下侧示出仰视图。如图46所示,触觉呈现钮30C形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30C固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将支撑部19、导电弹性部6及位置检测部7同心地配置。
导电弹性部6形成为如下结构:以固定部5为中心而俯视形状形成为扇形,相互隔开间隔地配置于3个部位,在导电弹性部6之间,俯视形状为扇形的位置检测部7及支撑部19相邻地配置,位置检测部7夹在导电弹性部6和支撑部19之间。
<效果>
根据实施方式3的触觉呈现钮30C,在由于导电弹性部6的电阻值高而在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容不足以检测触觉呈现钮30C的移动量,因此导电弹性部6无法兼具位置检测部7的功能的情况下,通过设置电阻值低的位置检测部7而能够补偿静电电容,得到电容分布,从而能够检测触觉呈现钮30C的移动量。
另外,在图46的例子中,在导电弹性部6的纵横宽度小于检测电极203的间距而得不到能够计算位置的电容分布的情况下,通过在导电弹性部6旁边设置电阻值高于导电弹性部6的位置检测部7,能够检测触觉呈现钮30C的移动量。此外在图46中,虽然导电弹性部6、位置检测部7、支撑部19各自配置于3个部位,但也可以在3个以上部位配置,导电弹性部6、位置检测部7、支撑部19的数量可以不同。支撑部19的配置部位越多,则在旋转操作时钮越不易倾斜,能够呈现更稳定的强度的触感。
另外,在图46的例子中,采用位置检测部7夹在导电弹性部6和支撑部19之间的结构,但也能够采用在位置检测部7的左右两边配置支撑部19、位置检测部7夹在由介电常数低的材料构成的支撑部19之间的结构,能够使位置检测部7与导电弹性部6的电容分布分开,能够实现移动量计算电路的检测精度的提高。
<实施方式4>
图47为示出实施方式4的触觉呈现钮30D的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30D的侧视图,在下侧示出仰视图。如图47所示,触觉呈现钮30D形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30D固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将导电弹性部6同心地配置。
关于导电弹性部6,以固定部5为中心而俯视形状形成为扇形,相互隔开间隔地配置于3个部位,导电弹性部6之间为空隙部20。然后,在触觉呈现钮30D的与操作面相接的面的外周部、即旋转部4的底面的外周配置有支撑部19。
在旋转操作时能够稳定地保持触觉呈现钮30D、能够保证耐久性的范围内,使支撑部19的与操作面的接触部的面积尽可能小,这在使支撑部19与操作面的摩擦系数尽可能小的方面来看是优选的,而且对于为了确保导电弹性部6的面积尽可能大以得到更高的触觉强度来说也是优选的。
导电弹性部6不一定必须分割为多个,只要与在与触觉电极102之间形成的静电电容的设计值相配合地调节其面积即可。在进行分割的情况下,优选的是尽量均匀地配置,以使得由于导电弹性部6与操作面之间的静电力而产生的振动尽可能均匀传递到旋转部4。
导电弹性部6兼具位置检测部7的功能,触摸检测电路210检测在导电弹性部6与检测电极203之间形成的静电电容,钮移动量计算电路220计算触觉呈现钮30D的旋转角度及转速。
图48为示出采用触觉呈现钮30D仅在1个部位具有空隙部20、导电弹性部6未被分割的结构时的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30D的侧视图,在下侧示出仰视图。如图48所示,在触觉呈现钮30D中,能够将未配置导电弹性部6、没有形成静电电容的空隙部20的位置作为钮移动量计算的基准位置。
图49为说明在采用图48的触觉呈现钮30D的结构的情况下触摸屏检测到触觉呈现钮的位置30时线D-D的静电电容分布的示意图,横轴示出线D-D上的位置,纵轴示出静电电容。如图49所示,由于具有空隙部20,从而导电弹性部6的静电电容分布变为在2个不同位置具有峰值的分布,能够将2个分布之间作为钮移动量计算的基准位置。
<效果>
根据实施方式4的触觉呈现钮30D,由于不需要位置检测部7,并且在触觉呈现钮30D与操作面的接触面的外周部设置支撑部19,所以导电弹性部6的配置的自由度提高,能够增大导电弹性部6的面积,能够实现触感强度的增强。另外,在触觉呈现钮30D与操作面的接触面的外周部,支撑部19保持触觉呈现钮30D,所以能够实现触觉呈现钮30D的稳定的旋转操作。
<实施方式5>
图50为示出实施方式5的触觉呈现钮30E的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30E的侧视图,在下侧示出仰视图。如图50所示,触觉呈现钮30E形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30E固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将导电弹性部6同心地配置。
关于导电弹性部6,以固定部5为中心而俯视形状形成为扇形,相互隔开间隔地配置于3个部位,导电弹性部6之间为空隙部20,在空隙部20的扇形的平面内,俯视形状分别为圆形的位置检测部7在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置。然后,在触觉呈现钮30D的与操作面相接的面的外周部、即旋转部4的底面的外周部配置有支撑部19。虽然在图50中,导电弹性部6、位置检测部7各自配置于3个部位,但也可以在3个以上部位配置。位置检测部7只要在1个部位以上配置即可,当在3个以上部位配置时能够更高精度地计算钮的旋转角度。
<效果>
根据实施方式5的触觉呈现钮30E,因为在触觉呈现钮30D与操作面的接触面的外周部设置支撑部19,所以导电弹性部6和位置检测部7的配置的自由度变高。另外,在导电弹性部6为低电阻的情况下,可能会难以与位置检测部7的静电电容分布分开,而通过如图50所示在位置检测部7的周边设置空隙部20,能够降低位置检测部7的电容分布与导电弹性部6的电容分布的重叠,能够抑制位置检测的精度的降低。
<实施方式6>
图51为示出实施方式6的触觉呈现钮30F的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30F的侧视图,在下侧示出仰视图。如图51所示,触觉呈现钮30F形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30E固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将导电弹性部6同心地配置。然后,在触觉呈现钮30E的与操作面相接的面的外周部、即旋转部4的底面的外周部配置有支撑部19。
导电弹性部6以包围固定部5的方式而俯视形状形成为环状,在环状的导电弹性部6的平面内,俯视形状为圆形的3个位置检测部7在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置。
<效果>
根据实施方式6的触觉呈现钮30F,通过设置电阻值低于导电弹性部6的位置检测部7,从而能够得到具有峰值的电容分布,能够检测触觉呈现钮30F的移动量。虽然在图51中,位置检测部7配置于3个部位,但也可以在3个以上部位配置。位置检测部7只要在1个以上部位配置即可,当在3个以上部位配置时能够更高精度地计算钮的旋转角度。
另外,因为导电弹性部6未被分割,所以在触觉电极102的电极间距宽而导电弹性部6与触觉电极102的重叠部容易变得不均匀的情况下,能够使均匀性提高。
<实施方式7>
图52为示出实施方式7的触觉呈现钮30G的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30G的侧视图,在下侧示出仰视图。如图52所示,触觉呈现钮30G形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30G固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将导电弹性部6同心地配置。
关于导电弹性部6,以固定部5为中心而俯视形状形成为扇形,相互隔开间隔地配置于3个部位,导电弹性部6之间为空隙部20,在导电弹性部6的扇形的平面内,俯视形状分别为圆形的支撑部19在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置,支撑部19被导电弹性部6围绕。
此外,虽然导电弹性部6相互隔开间隔地配置于3个部位,在各个平面内配置有支撑部19,但导电弹性部6的配置数与支撑部19的配置数可以不同,例如,在导电弹性部6设置于2个部位的情况下,能够在各个平面内配置支撑部19并且还在空隙部20的平面内配置位置检测部7。虽然在图52中,导电弹性部6、支撑部19各自配置于3个部位,但也可以在3个以上部位配置。当支撑部19的配置数变多时,在旋转操作时钮不易倾斜,能够以更稳定的强度来呈现触感。
另外,可以是仅导电弹性部6兼具位置检测部7的功能,也可以是支撑部19与导电弹性部6这两者兼具位置检测部7的功能。在支撑部19兼具位置检测部7的功能的情况下,最好是作为支撑部19也使用导电材料。
作为导电材料,能够使用以在实施方式1中说明的支撑部19的材料为基材、添加有带来导电性的碳黑或金属粉末等的材料。
<效果>
根据实施方式7的触觉呈现钮30G,导电弹性部6能够针对支撑部19加强在旋转操作中的机械、物理强度,使得容易缩小支撑部19的配置面积。
<实施方式8>
图53为示出实施方式8的触觉呈现钮30H的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30H的侧视图,在下侧示出仰视图。如图53所示,触觉呈现钮30H形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30H固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将导电弹性部6同心地配置。
关于导电弹性部6,以固定部5为中心而俯视形状形成为扇形,相互隔开间隔地配置于3个部位,导电弹性部6之间为空隙部20,在导电弹性部6的扇形的平面内,俯视形状分别为圆形的支撑部19在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置,支撑部19被导电弹性部6围绕。另外,在空隙部20的扇形的平面内,俯视形状分别为圆形的位置检测部7在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置。虽然在图53中,导电弹性部6配置于3个部位,但也可以在3个以上部位配置。
<效果>
根据实施方式8的触觉呈现钮30H,能够抑制导电弹性部6与位置检测部7的电容分布的重叠,能够提高位置检测精度。
<实施方式9>
图54为示出实施方式9的触觉呈现钮30I的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30I的侧视图,在下侧示出仰视图。如图54所示,触觉呈现钮30I形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30I固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将导电弹性部6同心地配置。
导电弹性部6以包围固定部5的方式而俯视形状形成为环状,在环状的导电弹性部6的平面内,俯视形状为圆形的3个支撑部19在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置,支撑部19被导电弹性部6围绕。
<效果>
根据实施方式9的触觉呈现钮30I,因为导电弹性部6容易确保大的面积,所以即使在触觉呈现钮30I的直径小的情况下也能够得到强的触觉强度。
此外,通过使用导电材料作为支撑部19,也能够使支撑部19兼具位置检测部7的功能。虽然在图54中,支撑部19配置于3个部位,但也可以在3个以上部位配置。支撑部19的配置部位越多,则在旋转操作时钮越不易倾斜,能够呈现更稳定的强度的触感。
<实施方式10>
图55为示出实施方式10的触觉呈现钮30J的结构的图,在上侧示出触觉呈现钮30J的侧视图,在下侧示出仰视图。如图55所示,触觉呈现钮30J形成为如下结构:在中央配置将触觉呈现钮30I固定于操作面的固定部5,以固定部5为中心将导电弹性部6同心地配置。
导电弹性部6以包围固定部5的方式而俯视形状形成为环状,在环状的导电弹性部6的平面内,俯视形状为圆形的3个支撑部19在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置,另外,在环状的导电弹性部6的平面内,俯视形状为圆形的3个位置检测部7在以固定部5为中心的同心圆上等间隔地配置于不与支撑部19重叠的位置。
导电弹性部6不被分割,在配置有位置检测部7及支撑部19的部位以外,导电弹性部6都与操作面相接。
<效果>
根据实施方式10的触觉呈现钮30J,导电弹性部6容易确保大的面积,所以即使在触觉呈现钮30J的直径小的情况下也能够得到强的触觉强度。
虽然在图55中,位置检测部7和支撑部19各自配置于3个部位,但也可以在3个以上部位配置。支撑部19的配置部位越多,则在旋转操作时钮越不易倾斜,能够呈现更稳定的强度的触感。位置检测部7只要至少在1个部位以上即可,当有3个以上部位时,旋转角度计算精度提高。
另外,当在导电弹性部6为高电阻时在触觉电极102与导电弹性部6之间形成的静电电容不足以检测触觉呈现钮30J的移动量的情况下,通过设置电阻值低的位置检测部7而能够补偿静电电容,得到电容分布,从而能够检测触觉呈现钮30J的移动量。
此外,本公开在其公开的范围内能够自由组合各实施方式,或对各实施方式适当进行变形、省略。
虽然对本公开已详细进行了说明,但上述的说明就全部方式而言是例示性的,本公开不限于此。应该理解,可以不脱离本公开的范围而设想未例示的无数变形例。
Claims (17)
1.一种触觉呈现面板,在操作面上载置触觉呈现钮并经由所述触觉呈现钮向使用者呈现触觉,该触觉呈现面板具备:
触摸检测电路,检测出所述使用者接触到所述触觉呈现钮,并且检测所述触觉呈现钮在所述触觉呈现面板上的位置并作为位置信息而输出;
按压检测电路,检测所述使用者经由所述触觉呈现钮对所述操作面进行推压的推压量并作为按压信息而输出;以及
触觉控制电路,基于从所述触摸检测电路输出的所述位置信息和从所述按压检测电路输出的所述按压信息,决定生成所述触觉呈现钮与所述操作面之间的摩擦力的电压信号,
其中,所述触觉呈现面板使得利用所述触觉控制电路决定的所述电压信号,产生由所述触觉呈现钮与所述操作面之间的所述摩擦力的变化引起的触觉,
所述触觉呈现钮具有:
导电弹性部,设置于与所述操作面对置的位置并与所述操作面相接;以及
支撑部,限制向所述导电弹性部的按压力。
2.根据权利要求1所述的触觉呈现面板,其中,
具备按压量计算电路,该按压量计算电路基于用述按压检测电检测出的所述推压量来计算按压量并加入到所述按压息,
所述按压检测电路以使根据所述电压信号而产生的所述触觉呈现钮与所述操作面之间的所述摩擦力变得恒定的方式检测经由所述触觉呈现钮及所述支撑部对所述操作面进行推压的所述推压量。
3.根据权利要求1所述的触觉呈现面板,其中,
所述触觉呈现钮具有设置于所述导电弹性部上的旋转部,
所述支撑部设置于所述旋转部的底面,将所述操作面与所述旋转部之间的距离保持为恒定,
所述支撑部的高度被设定得低于在所述触觉呈现钮被载置于所述操作面且所述使用者未与所述触觉呈现钮接触的状态下的所述导电弹性部的高度,
所述支撑部在所述使用者按压了所述触觉呈现钮的情况下与所述操作面接触,将未施可所述电压信号的状态下的所述导电弹性部与所述操作面的摩擦系数保持为恒定。
4.根据权利要求1所述的触觉呈现面板,其中,
所述触觉控制电路使施加触觉呈现信号的信号波形及信号电压的时间、周期变化来使所述摩擦力变化。
5.根据权利要求3所述的触觉呈现面板,具备:
触觉电极,包括在所述触觉呈现面板的所述操作面的一侧设置的多个第1电极及多个第2电极;
电介质层,覆盖所述触觉电极并且一个面为所述操作面;以及
电压生成电路,生成对位于所述触觉呈现面板的所述操作面中的至少一部分的区域的至少1个所述第1电极施加的第1电压信号,并且生成对位于所述触觉呈现面板的所述操作面中的至少一部分的区域的至少1个所述第2电极施加的、与所述第1电压信号不同的波形的第2电压信号,
所述触觉呈现面板使得生成通过供给所述第1电压信号及第2电压信号而在所述操作面与所述触觉呈现钮之间产生的所述摩擦力。
6.根据权利要求5所述的触觉呈现面板,其中,
所述第1电压信号及所述第2电压信号为具有频率、相位、振幅电压中的至少任意一者不同的波形的电压信号。
7.根据权利要求5所述的触觉呈现面板,其中,
所述支撑部与所述操作面的所述摩擦系数小于在所述触觉电极与所述导电弹性部之间未产生静电力的状态下的所述导电弹性部与所述操作面的静摩擦系数。
8.根据权利要求3所述的触觉呈现面板,其中,
所述支撑部与所述导电弹性部的高度差被设定得大于所述导电弹性部的厚度的尺寸公差。
9.根据权利要求3所述的触觉呈现面板,其中,
在所述旋转部的所述底面的多个位置相互隔开间隔地设置有多个所述导电弹性部,
在所述旋转部的所述底面的多个位置相互隔开间隔地设置有多个所述支撑部,
多个导电弹性部及多个支撑部被交替地设置。
10.根据权利要求3所述的触觉呈现面板,其中,
所述支撑部设置于所述旋转部的所述底面的外周部,
所述导电弹性部设置于所述支撑部的内侧的所述旋转部的所述底面。
11.根据权利要求3所述的触觉呈现面板,其中,
在所述旋转部的所述底面的多个位置相互隔开间隔地设置多个所述支撑部,
多个支撑部以被所述导电弹性部围绕的方式设置。
12.根据权利要求3所述的触觉呈现面板,其中,
所述触觉呈现钮还具有在所述旋转部的底面设置的位置检测部,
在所述旋转部的所述底面的多个位置相互隔开间隔地设置有多个所述支撑部,
在所述旋转部的所述底面的多个位置相互隔开间隔地设置有多个所述位置检测部,
多个支撑部及多个位置检测部被交替地设置。
13.根据权利要求9至12中任意一项所述的触觉呈现面板,其中,
所述触觉呈现钮还具有固定部,该固定部与所述操作面相接并且作为使所述触觉呈现钮旋转的中心轴。
14.根据权利要求5所述的触觉呈现面板,其中,
在所述旋转部的所述底面的多个位置相互隔开间隔地设置有多个所述导电弹性部,
多个导电弹性部在俯视时至少与相邻的所述第1电极及所述第2电极重叠从而产生触觉。
15.一种触觉呈现触摸面板,具备:
权利要求1所述的触觉呈现面板;以及
触摸面板,配置于所述触觉呈现面板的与所述操作面相反的一侧,
其中,所述触摸检测电路被设置于所述触摸面板。
16.根据权利要求15所述的触觉呈现触摸面板,其中,
所述触摸面板的检测电极及激励电极成对地配置为矩阵状。
17.一种触觉呈现触摸显示器,具备:
权利要求16所述的触觉呈现触摸面板;以及
显示面板,安装于所述触觉呈现触摸面板。
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