CN1737826A - 触摸板装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种触摸板装置，即使在不使用终端电阻的情况下，也能抑制在终端上的反射波的影响，降低表面弹性波的激振强度的波动。激振用转换器的两个电极(22)、(23)中的至少一个电极是梳状电极(23)，该梳状电极(23)具有多个梳状电极枝(24)和连接到多个梳状电极枝(24)的各自的一端侧的直线状的总线电极(25)；在将转换器在总线电极(25)的长度方向上分成2等分时的两个区域的一个区域，设置对两个电极(22)、(23)中的一个电极的至少一个连接部分(SB)，在另一个区域，设置对两个电极(22)、(23)中的另一个电极的至少一个连接部分(SB)。

Description

触摸板装置

技术领域

本发明涉及检测由物体的接触引起的表面弹性波的衰减位置来检出物体的接触位置的触摸板装置，例如，用作个人计算机或便携式信息终端等的输入装置。

背景技术

作为个人计算机或移动计算机或便携式信息终端装置(PDA：PersonalDigital Assistant)等的输入装置，经常使用通过在显示装置的显示面上接触手指或笔来进行信息的输入的触摸板装置。

作为这样的触摸板装置，有使用电阻膜的触摸板装置和利用表面弹性波(SAW：Surface Acoustic Wave)的触摸板装置。电阻膜方式的触摸板装置由于在触摸区域形成多层电阻膜，所以光错乱，并穿透率低。表面弹性波方式的触摸板装置是将激励或接收表面弹性波的转换器配置在触摸区域的上下左右，在用手指等接触触摸区域时，根据表面弹性波的衰减位置来检出其触摸位置。表面弹性波方式的触摸板装置由于在触摸区域上没有电阻膜那样的层，所以有透过率高、显示面的视觉辨认度好、且耐损伤的优点。

作为表面弹性波方式的触摸板装置，本申请人在先提出了一种触摸板装置(专利文献1)，该触摸板装置使用通过由梳状电极和平板电极夹住压电薄膜而在一个面上仅配置一个电极的电极结构的转换器(SPT：Single PhaseTransducer)，而且，制成为く字形的梳状电极连续配置的人字形电极结构。

该触摸板装置分别在矩形透明的基板的上边缘部和下边缘部配置激振用的转换器、在左边缘部和右边缘部配置接收用的转换器，总共4个转换器。由这4个转换器包围起来的部分是触摸区域。各转换器是上述的SPT电极结构，构成为人字形电极结构。

各个转换器在长度方向的一端部相接近地设置有配线电极与梳状电极和平板电极的连接部分。对该连接部分，施加从配线电极供给的激振电压，由此进行信号供电，此外，从连接部分向配线电极读取接收信号，由此进行信号读取。将各配线电极的另一端引到基板的一个地方，作为接线部，通过安装在接线部上的软性电缆等连接到信号处理电路。

将激振电压施加于上下配置的转换器，并产生表面弹性波，通过基板将所产生的表面弹性波沿着对角线的方向传播，用左右配置的转换器接收。当用手指或笔等接触触摸区域的一个地方时，接触的部分的表面弹性波衰减。因此，根据接收信号的电平衰减的位置进行信号处理，由此可以检出该接触位置。

[专利文献1]日本专利  特开2004-171213

在利用表面弹性波的触摸板装置中，优选地表面弹性波的激振强度在触摸区域内均匀。可是，在从连接部分对转换器施加激振电压的情况下，在与连接部的相反侧的端部中发生信号的反射。即，作为激振电压的信号波在电极的终端反射，该反射波与信号波重叠。因此，由于信号波和反射波各自的延迟，在转换器的长度方向上产生强度分布。由于这些，在触摸区域内的表面弹性波的激振强度上产生相当大的波动。

为解决该问题，理论上说，只要如上述专利文献1中记载的那样，将终端电阻插入在终端即可。但是，从转换器的制造过程的复杂化或成本方面来考虑，希望尽可能避免追加终端电阻。

发明内容

本发明鉴于上述问题而成，其目的是，即使在不使用终端电阻的情况下，也能抑制终端反射波的影响，并能够降低表面弹性波的激振强度的波动。

根据本发明的触摸板装置，在透明基板的中央部设置有触摸区域，转换器配置在所述触摸区域的周边部，该转换器具有膜状的压电体和两个电极并激振或接收表面弹性波，其特征在于：激振用的所述转换器，其所述两个电极中的至少一个电极是梳状电极，该梳状电极具有多个梳状电极枝和连接到所述多个梳状电极枝的各自的一端侧的直线状的总线电极；在将所述转换器在所述总线电极的长度方向上分成2等分时的两个区域的一个区域，设置对所述两个电极中的一个电极的至少一个连接部分，在另一个区域，设置对所述两个电极中的另一个电极的至少一个连接部分。

最好，分别设置两个对所述两个电极的各个电极的连接部分，对所述两个电极的各个电极，其连接部分设置在所述一个区域和所述另一个区域。

此外，所述转换器具有形成在所述压电体的一个表面上的所述梳状电极和形成在所述压电体的另一个表面上与所述梳状电极对向形成的平板电极；在所述梳状电极和所述平板电极的各自的外方，分别设置与所述梳状电极或所述平板电极平行的配线电极；各个所述配线电极，在所述两个连接部分中，与所述总线电极或所述平板电极连接。

此外，所述转换器具有所述梳状电极和平板电极，该梳状电极形成在所述压电体的一个表面上，该平板电极形成在所述压电体的另一个表面上并与所述梳状电极对向形成；所述总线电极的每单位长度的电阻值和所述平板电极的每单位长度的电阻值相互大致相等地形成。

此外，设置在所述一个区域的连接部分和设置在所述另一个区域的连接部分位于将所述转换器的长度大致分成3等分的位置上。

根据本发明，即使在不使用终端电阻的情况下，也能抑制在终端上的反射波的影响，并能够降低表面弹性波的激振强度的波动。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的触摸板装置的主视图。

图2是放大表示触摸板装置的一部分的图。

图3是放大表示转换器的一部分的剖视图。

图4是说明连接部分的位置的图。

图5是表示转换器的电压分布的例子的图。

图6是表示转换器的等效电路的图。

图7是表示激振信号和接收信号的波形的例子的图。

图8是本发明的第二实施方式的触摸板装置的主视图。

图9是表示连接部分和配线电极的连接的变形例的图。

图10是本发明的第三实施方式的触摸板装置的主视图。

其中，附图标记说明如下：

1、1B、1C触摸板装置        11玻璃基板(基板)

20转换器                   21、21C压电薄膜(压电体)

22、22C平板电极            23、23C梳状电极

24、24C梳状电极枝          25、25C总线电极

30、31配线电极            TE触摸区域

SB连接部分                EA、EB区域

具体实施方式

[第一实施方式]

图1是本发明的第一实施方式的触摸板装置1的主视图，图2是放大表示触摸板装置1的一部分的图，图3是放大表示触摸板装置1的转换器20的一部分的剖视图，图4是说明连接部分SB的位置的图，图5是表示转换器20的电压分布的例子的图，图6是表示转换器20的等效电路的图，图7是表示激振信号和接收信号的时间的例子的图。

在图1中，触摸板装置1在矩形的透明的玻璃基板11的周边部设置有四个转换器20a～20d，进而，沿着其外周设置配线电极30a～30d、31a～31d而构成。触摸板装置1的中央部，即由转换器20a～20d围起来的矩形部分构成为触摸区域TE。

设置在上边部和下边部的两个转换器20a、20b为激振用，而设置在左边部和右边部的两个转换器20c、20d为接收用。将激振电压(激振信号，参照图7)施加在激振用的转换器20c、20d上，而产生表面弹性波，通过玻璃基板11，将所产生的表面弹性波沿着对角线的方向传播，用接收用的转换器20c、20d接收。

具体地说，来自上边部的转换器20a的表面弹性波，沿右下斜方向(通道1)和左下斜方向(通道2)传播，并分别由右边部和左边部的转换器20c、20d接收；来自下边部的转换器20b的表面弹性波，沿右上斜方向(通道3)和左上斜方向(通道4)传播，并分别由右边部和左边部的转换器20c、20d接收。并且，相互错开时间交互地进行对激振用的两个转换器20a、20b的激振电压的施加。

由于表面弹性波的传播所需的时间与其距离成比例，所以表面弹性波在到达接收用的转换器20c、20d上时，从发送用的转换器20a、20b分别越靠近远离于一侧的端部，越延迟。因此，在接收用的各转换器20c、20d中的接收信号，就成为在从表面弹性波最初到达时直到最后到达之间，稍有衰减且持续的梯形信号(参照图7)。当手指或笔等接触触摸区域TE的一个地方时，接触部分的表面弹性波衰减。根据接收信号的电平衰减的位置，检出接触位置。

并且，在图7中，仅示出激振信号和接收信号的时间，没有示出实际的信号的波形。也就是说，实际的激振信号是频率大约为20MHz的方波连续10～20个的脉冲串波。由该脉冲串波的表面弹性波作为雷利波而传播。因此，接收信号也成为，通过对应于位置延迟接收由该脉冲串波的表面弹性波所得到的波形。并且，该脉冲串波，按照交互地施加于激振用的两个转换器20a、20b的方式，以适当的周期产生。

转换器20a～20d都是相同的结构。因此，对转换器的结构仅仅说明一个转换器20a。在本说明书和附图中，有时将全部转换器20a～20d或其中一部分记载为“转换器20”。

并且，在图1中，对触摸区域TE，放大示出转换器20和配线电极。实际的尺寸，例如玻璃基板11的一边的长度为数cm～数十cm，厚度为十分之几mm～数mm，各转换器20的宽度为数mm左右。即，玻璃基板11的表面，除其周边缘的一点点的部分之外，大部分都是触摸区域TE。此外，在图3中，纵方向比横方向放大得更大。

如图2和图3所示，转换器20a为用平板电极22和梳状电极23夹住压电薄膜21的结构(SPT结构)。梳状电极23由平面看时呈く字形的多个梳状电极枝24、24、24…和连接在多个梳状电极枝24的各自的一端侧的直线状的总线电极25构成。并且，平板电极22经由压电薄膜21与梳状电极23的梳状电极枝24对向形成。

压电薄膜21由氧化锌(ZnO)构成，厚度为例如2μm左右，宽度为例如2mm左右。平板电极22例如由铝构成，厚度为例如0.4μm左右，宽度为例如2mm左右。例如通过印刷并烧结微细银膏(微细粒径的银膏)来形成梳状电极23。梳状电极枝24，厚度为例如1～1.5μm左右，宽度为例如60μm左右，间隔为例如约90μm左右，因此，节距为例如150μm左右。总线电极25，厚度为例如2.5μm左右，宽度为例如150μm左右。

并且，压电薄膜21、平板电极22和梳状电极23的尺寸也可以为上述以外的值。例如也可以，压电薄膜21的宽度例如从1～3mm左右的范围选择；平板电极22的厚度例如从0.3～0.4μm左右的范围选择，宽度例如从1～2mm左右的范围选择；梳状电极枝24的厚度例如从1～2μm左右的范围选择，宽度例如从50～75μm左右的范围选择，间隔例如从75～100μm的范围选择；总线电极25的厚度例如从2～3μm左右的范围选择，宽度例如从100～250μm左右的范围选择。

各转换器20a～20d的梳状电极23和平板电极22，分别在连接部分SB中连接到配线电极30a～30d、31a～31d。各配线电极30a～30d、31a～31d沿着转换器20的外侧的周围，围在玻璃基板11上，在玻璃基板11的图1中的右下方的一个地方引出来而作为接线部KS。未图示的软性电缆等安装在接线部KS上，并与信号处理电路连接。并且，将配线电极30a～30d或31a～31d的全部或其一部分，有时分别记载为“配线电极30”、“配线电极31”。

在图3中，配线电极30、31分别由电极基部301、311和电极主体302、312构成，该电极基部301、311为通过微细银膏的印刷形成在玻璃基板11的表面上的，该电极主体302、312为通过混合微细银膏(大粒径微细粒径混合的银膏)的印刷形成在电极基部311上的。总线电极25和平板电极22从各自的连接部分SB与电极基部301、311相连。

电极基部301、311的厚度为例如2～3μm左右，宽度为例如200μm左右。电极主体302、312的厚度为例如20μm左右，宽度为例如200μm左右。配线电极30和配线电极31的间隔为200μm左右，配线电极31和总线电极25(压电薄膜21)的间隔为150μm左右。

并且，电极基部301、311的尺寸或间隔也可以是上述以外的值。例如也可以，电极基部301、311和电极主体302、312的宽度从100～250μm左右的范围选择；配线电极30和配线电极31的间隔从数十～250μm左右的范围选择；配线电极31和总线电极25(压电薄膜21)的间隔从数十～150μm左右的范围选择。

可是，微细银膏中使用直径为数nm左右的微细粒径的银粒子。混合微细银膏中混合有直径为数nm左右的微细粒径的银粒子和直径为1～2μm左右的大粒径的银粒子。在使用微细银膏的情况下，与使用了原先采用的普通银膏的情况相比，可以将电阻率降低到约十分之一左右，而且还能够形成膜厚为1μm左右的薄膜。使用混合微细银膏的情况下，与使用了原先的普通银膏的情况相比，同样可以将电阻率降低到十分之一左右。由于这些微细银膏和混合微细银膏都可以多重印刷，所以可能使得厚膜化。在这种情况下，如果是混合微细银膏，可以通过较少的印刷次数，就能够容易地实现厚膜化。例如，如果是上述的20μm左右的厚度，可以通过印刷一次混合微细银膏来形成。并且，微细银膏和混合微细银膏都在市场上销售，其本身是公知的。

由于存在厚膜的电极主体302、312，所以配线电极30、31的整体电阻值小。由于存在电极基部301、311，印刷时就不会在玻璃基板11上涂沫而扩散，与电极主体302、312的电结合和机械结合也良好。其结果，用小的断面积就能够形成电阻值足够低的配线电极30、31。

在本实施方式中，配线电极30、31与梳状电极23和平板电极22的连接部分SB设置在下面说明的位置上，即，如图4具体示出的那样，在沿总线电极25的长度方向M1上，将转换器20分成两等分时的两个区域EA、EB中的一个区域EA上，设置总线电极25和配线电极30的连接部分SB，在另一个区域EB上，设置平板电极22和配线电极31的连接部分SB。

但是，在本实施方式中，这两个连接部分SB位于，将转换器20的长度，即将两个区域EA、EB相加的区域的长度大致分成3等分的位置。

激振用的转换器20，从这样的两个连接部分SB接受激振电压的供电。即，连接部分SB是供电点。对转换器20供电的情况下的电压分布如下。

在图5中，用曲线JR1表示电压分布，此时，横轴为转换器20的激振区域的长度约120mm，纵轴为从上述的两个连接部分SB(供电点1、2)进行供电时的电压强度。据此，在供电点的电压强度最低，随着远离供电点1、2电压强度变高。但是，整体上没有大的波动，整个激振区域中电压分布大致均匀。

并且，在图5中，用曲线JRj表示如以前的从一侧的端部(激振端1)进行供电的情况下的电压分布的例子。若比较曲线JR1和曲线JRj，可知曲线JR1比曲线JRj电压强度的波动(振幅的变化)小，电压分布均匀。

通常，在将激振电压施加于转换器20的情况下，激振电压随着远离供电点而逐渐减小，但是，如果在终端产生反射波，则等效于在终端施加了由反射波的信号的状态。由反射波的信号也随着远离终端而逐渐减小。若将两者合成起来，则成为如图5的曲线JRj所示。

可是，如图6所示，转换器20的等效电路可以用分布参数电路来表示。图5所示的电压分布是，基于利用该等效电路模拟的结果而得到的。在等效电路中，还包含图1中未示出的匹配电路的部分和用配线电极30、31围起来的部分。转换器20的部分由多个单位单元的结合而构成。各单位单元是将激振区域例如分成2000等份而得到的。

各单位单元，用平板电极22和总线电极25的电阻R1、梳状电极23和平板电极22的电感L1、梳状电极23与平板电极22间的电容C2，以及梳状电极枝24的电阻R2来表示。这些常数为例如R1＝7.5mΩ、L1＝71.4pH、C2＝0.96pF、R2＝72kΩ。

如上所述，根据第一实施方式的触摸板装置1，将对转换器20的供电点不置于激振区域的端部而置于激振区域的中间，而且在平板电极22和总线电极25上，其连接部分SB的位置互不相同，离开端部的距离也不一样，由此，能够降低终端上的反射的效果。由此，在激振区域中的激振电压不会有大的波动，能够获得在整个激振区域中大致均匀的电压分布。其结果，无需使用终端电阻，能够抑制终端上的反射波的影响，降低表面弹性波的激振强度的波动。

此外，即使在接收用的转换器20中，无需使用终端电阻，能够抑制终端上的反射波的影响，抑制接收区域内的接收信号的波动。

降低表面弹性波的激振强度的波动，且抑制接收区域内的接收信号的波动，因此在从接收信号根据其电平的衰减位置来检出接触位置时，提高其检出精度。即，由于接收区域内的接收信号的波动变小，所以容易检出在其间产生的电平的变化。此外，在对接收信号进行A/D变换时，在使用同样比特数的A/D转换器的情况下，提高了变换精度。其结果，能够高精度地检出手指或笔接触到触摸区域的情况。

[第二实施方式]

在上述的第一实施方式中，对转换器20的平板电极22和梳状电极23的供电点分别为1处。下面，说明分别从2处对平板电极22和梳状电极23进行供电的情况。

图8是本发明的第二实施方式的触摸板装置1B的主视图，图9是表示连接部分SB与配线电极30、31的连接的变形例的图。在图8中，因为基本结构与图1所示的第一实施方式的触摸板装置1相同，所以仅说明其间的不同点。

在图8所示的触摸板装置1B中，对于各转换器20，梳状电极23和平板电极22与配线电极30、31的连接部分SB分别设置在2处。这些连接部分SB设置在下面说明的位置上。即，在图4所示的两个区域EA、EB中的一个区域EA上，设置总线电极25与配线电极30的一个连接部分SB，和平板电极22与配线电极31的连接部分SB；在另一个区域EB上，设置平板电极22与配线电极31的另一个连接部分SB，和总线电极25与配线电极30的另一个连接部分SB。而且，这些连接部分SB设置在将转换器20的长度大致分成3等分的位置上。

在根据第二实施方式的供电方法的情况下，转换器20的电压分布的波动得到改善而变得更小，整个激振区域上的电压分布变得更加均匀。

在第二实施方式中，虽然将对平板电极22和梳状电极23的各自的连接部分SB设置在相互接近的位置上，但是，也可以设置得相互错开，例如将连接部分SB设置成为通过总共四个的连接部分SB将激振区域分成5等分的位置上。也可以将对平板电极22和梳状电极23的连接部分SB分别设置在3处。

此外，对于总线电极25与配线电极30之间的两个连接部分SB，以及平板电极22与配线电极31的两个连接部分SB，按照可获得对两个连接部分SB的电平衡的方式，如图9所示，也可以用连接电极33将两个连接部分SB相互连接，将配线电极30或31对连接电极33的中央部连接。

[第三实施方式]

在上述的第一实施方式中，对转换器20的平板电极22和总线电极25，使用的材料或断面积互不相同，因此各自的单位长度的电阻值不同。在第三实施方式中，通过调整使用的材料或断面积等，使各自的单位长度的电阻值相等。

图10是本发明的第三实施方式的触摸板装置1C的主视图。在图10中，由于基本结构与图1所示的第一实施方式的触摸板装置1相同，所以仅说明其不同点。

在图10中，转换器20的平板电极22C和总线电极25C都由同样的铝构成。即材料的电阻率相等。平板电极22C的厚度为0.4μm左右，宽度为1mm左右。总线电极25C的厚度为0.8μm左右，宽度为0.5mm左右。即，平板电极22C和总线电极25C，断面积互相相等。因此，平板电极22C和总线电极25C，单位长度的电阻值相等。

这样，通过正确地选定使用的材料和断面积，能够使单位长度的电阻值相等。因此，可以使转换器的激振区域内的电压分布的波动变得更小，可获得整个激振区域内的电压分布更加均匀。

并且，在平板电极22C和总线电极25C中所使用的材料不同的情况下，只要对应于各自的材料的电阻率来选定膜厚和电极宽度即可。第三实施方式的内容对第一或第二实施方式都可适用。

在上述的实施方式中，分别设置为，平板电极22、22C在压电薄膜21、21C的下侧，梳状电极23、23C在压电薄膜21、21C的上侧，但是，这些位置关系也可以是相反的。对从各转换器20a～20d中的连接部分SB到接线部KS的电长度并没有特别考虑，但是只要按照使得它们相互相等的方式，正确地配置配线电极30a～d、31a～31d和接线部KS即可。

此外，在上述的实施方式中，虽然将用平板电极22和梳状电极23夹住压电薄膜21的结构的所谓SPT结构的转换器20作为例进行了说明，但是，也可以适用于其它结构、例如对向形成的电极结构的转换器。关于对向形成的电极结构，在上述的专利文献1的图23中所示出，可以参照此。在这种情况下，也可以在玻璃基板11和压电薄膜21之间或压电薄膜21的上面形成对向的电极结构。压电薄膜21，也可以不由氧化锌，而用其它物质来形成。也可以用薄板状的陶瓷元件来代替压电薄膜21。

在上述的各实施方式中，转换器20和触摸板装置1、1B、1C的整体或各部分的结构、形状、尺寸、个数、材质、形成方法等，都可以根据本发明的宗旨进行适宜的变更。

本发明用作个人计算机、移动式计算机或便携式信息终端装置等的输入装置。

Claims (5)

1.一种触摸板装置，在透明基板的中央部设置有触摸区域，转换器配置在所述触摸区域的周边部，该转换器具有膜状的压电体和两个电极并激振或接收表面弹性波，其特征在于，

激振用的所述转换器，其所述两个电极中的至少一个电极是梳状电极，该梳状电极具有多个梳状电极枝和连接到所述多个梳状电极枝的各自的一端侧的直线状的总线电极，

在将所述转换器在所述总线电极的长度方向上分成2等分时的两个区域的一个区域，设置对所述两个电极中的一个电极的至少一个连接部分，在另一个区域，设置对所述两个电极中的另一个电极的至少一个连接部分。

2.根据权利要求1所述的触摸板装置，其特征在于，分别设置两个对所述两个电极的各个电极的连接部分，对所述两个电极的各个电极，其连接部分设置在所述一个区域和所述另一个区域。

3.根据权利要求1或2所述的触摸板装置，其特征在于：

所述转换器具有形成在所述压电体的一个表面上的所述梳状电极和形成在所述压电体的另一个表面上与所述梳状电极对向形成的平板电极；

在所述梳状电极和所述平板电极的各自的外方，分别设置与所述梳状电极或所述平板电极平行的配线电极；

各个所述配线电极，在所述两个连接部分中，与所述总线电极或所述平板电极连接。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的触摸板装置，其特征在于：

所述转换器具有所述梳状电极和平板电极，该梳状电极形成在所述压电体的一个表面上，该平板电极形成在所述压电体的另一个表面上并与所述梳状电极对向形成；

所述总线电极的每单位长度的电阻值和所述平板电极的每单位长度的电阻值相互大致相等地形成。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的触摸板装置，其特征在于，设置在所述一个区域的连接部分和设置在所述另一个区域的连接部分位于将所述转换器的长度大致分成3等分的位置上。

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