JP2006508444A - 接近検知の表示装置および装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は接近を検知する手段を含む表示装置およびこの装置の使用方法に関する。本装置は液晶層（３）、液晶の励磁を可能にする少なくとも２つの電極（４、５および７）、電極用の制御信号を発生させる手段（３０）、第二電極に与えられる高周波信号を発生させる手段（３１）、高周波信号の変更がある場合にそれを検知する手段（３２）を含む。本装置はまた高周波信号と制御信号のミキシング手段（Ｒｓｃｂ）を含む。本方法においては制御信号を発生させる手段（３０）はプラスとマイナスの交番を含む周期的信号を備え、高周波信号を発生させる手段（３１）は制御信号（３０）のプラスの交番および同数のマイナスの交番の間に、ほぼ同じ量の高周波信号を注入する。

Description

本発明は接近を検知する手段を含む表示装置および装置の使用方法に関する。それらの装置は特にオペレータが処理装置との扱いやすいやりとりの枠内で伝送および受信できるタイプの通信端末の実現に用いられる。本発明は液晶、プラズマ、発光ダイオードまたは電界効果発光の画面を含む双方向端末の画面に関する特定の応用を見出すものである。

既知の画面はそのうちの少なくとも１つが透明である２枚の板を備える。これらの板の間には、液晶の分子が配置されている。液晶の分子を励磁しそれらを通過する光線の極性を変更するため、画面は２枚の板の内面にある透明な電極を含む。これらの電極の１つは一般に対電極と呼ばれる。一般に低い周波数の制御信号が液晶の分子を励磁し、このようにして要求される表示を得るために電極間に与えられる。

双方向通信端末を、接触あるいは容量性か誘起効果、または同種のものに基づく１つ以上の透明なタッチ層を装置に配置することにより実現することは知られている。該装置は次に要求される構成に従って、このパッド（埋め込み範囲）の押圧する区域の画定に役立つことができる。その層の押圧は通常はオペレータの指により行われる。これらの既知の方法に結びついた欠点は、画面に付け加えられた感度の良い構成要素の価格、および装置により提供される視覚情報が、付加されたタッチパッドにより必然的に変えられることに関連する。

この問題を解決するために、欧州特許第０ ３４０ ０９６号明細書は付加されたタッチ層の代りに液晶画面の対電極の表面を用いることを提案している。この対電極はオペレータの指の面積に釣り合った大きな面積を有し、容量性効果により指の検知に適切である。例として、そのような画面は発光し、またはしない７セグメントからなる数字の表示を可能にする。このタイプの画面の対電極は一般に１つ以上の文字の所定のロケーションをカバーする。

欧州特許第０ ３４０ ０９６号明細書は対電極への高周波信号の適用について記述している。高周波信号は画面近くで対電極の向かいにユーザーの指があることにより減衰する。高周波信号の減衰検知により指の存在を検出することができる。

欧州特許第０ ３４０ ０９６号明細書は相互に妨害しないように制御信号と高周波信号を独立して適用することを記述している。この独立した適用では他の信号を適用するために、それらの内の１つの信号が遮断されることが必要である。これでは表示の変更と指の存在の検知を同時に行なうことができない。

本発明は制御信号と高周波信号を同時に適用できる手段を提案することにより、この問題を軽減することを目的とする。このため、本発明の主題は２枚の絶縁板を備えた装置の表示区域の近くにある導電性要素の接近検知手段と、電気的制御信号の効果のもとに目に見える表面の全体または一部分の表現に適した電気光学特性を示す２枚の板の間にある層状の材料と、絶縁板の内の１つの、第一の面上にある少なくとも１つの第一電極と、少なくとも１つの第一電極と対向する別の絶縁板の第二の面上にある第二電極と、表示区域に表示される画像の関数としての電極用の制御信号を発生させる手段と、第二電極に与えられる高周波信号を発生させる手段と、高周波信号に変更があればそれを検知する手段とを備え、本装置が更に制御信号を発生させる手段の動作とは無関係の、接近検知手段の動作を可能にするように整えられた高周波信号と制御信号をミックスする手段を備えることを特徴とする電子表示装置である。

本発明の主題はまた、制御信号を発生させる手段がプラスとマイナスの交番を含む周期的信号を備え、高周波信号を発生させる手段が制御信号のプラスの交番および同数のマイナスの交番の間に、ほぼ同じ量の高周波信号を注入することを特徴とする上記の装置を使用する方法である。

本発明は特に専用タイプまたはわずかに多重化された静的表示装置に適合する。実際にこれらのタイプの表示装置は、表示を可能にする電極上に直接作られた電子スイッチを含まない。そのようなスイッチが電極上にある場合に、スイッチ「開」はこの電極のインピーダンスを増加させ、対向する対電極へ高周波信号を与えることができるようにする。

スイッチが電極上にない場合、電極のインピーダンスの増加は難しく、高周波信号を与えることにより表示が変わる恐れがある。

本発明は高周波信号と制御信号のミキシングを監視して、制御信号を発生させる手段の動作と無関係に接近検知手段の動作を可能にすることによりこの問題を軽減できる。

本発明は例として与えられている添付の図面に示された実施形態の詳細記述を読むことでより良く理解され、他の利点が明らかになる。

図１に表わされる表示装置は他方に重ねられた絶縁板１および２を含む。２枚の板１または２のうちの少なくとも１枚は透明である。本装置はまた伝送可能な電気光学特性または、さもなければ電気的励磁効果のもとでの光の放射を示す材料で作られた層３を備える。この材料は例えば液晶を含む。本装置は例えばピクトグラムの形を有する２つの第一電極４および５を含む。これらの２つの第一電極は絶縁板２の面６の上に配置される。本装置は更に他の絶縁板１の面８の上に配置された対電極７とも呼ばれる第二電極７を含む。層３は２枚の絶縁板１および２の面６と８の間に配置される。面６と８は層３に最も近い板の面である。これらの面はまた絶縁板１および２の内面とも呼ばれる。第二電極７は第一電極のうちの１つと第二電極７の間に送られる制御信号が電極間の液晶の状態を変更するように、２つの第一電極４および５に対向して配置される。

図１では３つの電極４，５および７のみが例として表わされている。勿論本発明は電極の数にかかわらず実施されうることは当然である。

図２ａは電極４および５を用いて作られたピクトグラムの実例を表わす。電極４のピクトグラムは一点に集中する矢印を表わし、電極５のピクトグラムは座った人のシルエットを表わす。これらの２つのピクトグラムは例えば自動車の内部の通風状態を表わしてもよい。電極４はパッド９により電気的に接続端子１０につながる。電極５についても同様にパッド１１により接続端子１２につながる。端子１０および１２は本装置の制御信号が電極４および５に与えられることを可能にする。端子１０および１２は本装置の縁１６に置かれる。

図２ｂは電極７およびその電気的な接続パッド１４を表わす。パッド１４は本装置の縁１６にある端子１５により電極７に（電力を）供給することを可能にする。表示されている例示的実施形態では、電極７の外側の輪郭１７はほぼ楕円形である。電極７が電極４および５に対向して置かれるとき、後者は輪郭１７の内側に位置する。言い換えれば、電極７は完全に電極４および５をカバーする。従って電極７の面積は電極４および５の面積の合計よりも大きいかまたはそれに等しい。容量性効果による接近検知の正しい動作を確保するため、電極７は少なくとも９ｍｍ^２の面積を持たなければならない。容量性効果はユーザーの指を電極７に対向する装置の上に置くことにより得られる。その結果キャパシタンスは電極７と指の間に生成される。例えば２ＭＨｚの高周波電気信号を電極７へ注入することによって、指と電極７の間に生成されたキャパシタンスの実在に起因する、高周波信号の起こりうる弱化を解析することで指の存在を検知することができる。電極７の面積が９ｍｍ^２未満の場合、高周波信号の弱化は非常に小さいため検知することが実際には不可能であることを実験では示している。

有利な点としては、電極７はパッド９および１１に対向して形成されている。より正確に言えば、液晶の状態の変更は例えば１００Ｈｚの低周波制御信号を一方の電極７と他方の少なくとも電極４または５のいずれかの間に与えることによって得られる。パッド９および１１は電極７に対向する側、またはもっと正確には電極７の輪郭１７の内側にある。電極７が輪郭１７の内側にある面積全体を占める場合には、電極７に対向するパッド９および１１の部分は電極４および５によりピクトグラムが形成されるのと同時に現れる。この欠点を軽減しピクトグラムのみを現わすため、電極７はパッドに対向して輪郭を描かれる。輪郭１８は図２ｂにはっきりと見ることができる。２つの図２ａおよび２ｂは同じ尺度で表わされ、重ねることにより輪郭１８は輪郭１７の内側にあるパッド９および１１の部分をカバーする。この重なりは本装置の中の電極４、５および７の配置を前もって示している。図２ｂでは電極７の中に作られたもう一つの輪郭１９もまた識別され、一旦電極４、５と７が重ねられると、電極５のおかげで作られた人間のシルエットの表示において体１９を頭２０から視覚的に分離することを可能にする。

有利な点としては、本装置はいくつかの対電極７を備えている。それぞれの電極７の近くの導体要素の存在を確実に検知するため、それぞれは別々に（電力を）供給される。もっと正確に言えば、それぞれが個別の電極１５の所で終端になっている自分のパッド１４を有する。

図３は例えば電極４である第一電極および対向位置にある第二電極７で形成される基本の表示セルの動作方法を説明できるようにする。液晶の分子が２つの電極４および７の間に置かれ数ミクロンの厚さの絶縁材を形成する。２つの電極はそこでＬＣＤの基本セルのコンデンサとも呼ばれるコンデンサＣｐｓｂを構成する。第一電極４の電気的接続は、その値が第一電極４の（電力）供給パッド９のエッチングによって好都合に適合される抵抗Ｒｌｓｓを形成しているパッド９により確保される。より正確には、抵抗Ｒｌｓｓの値は供給パッド９の長さおよび／または幅および／または厚さを変更することにより適合される。

抵抗Ｒｌｓｓの値が不十分な場合、例えば別個の構成部品の形の追加抵抗Ｒｓｃｓがパッド９と直列に追加されてもよい。電極４の電気的接続における容量ロスはパッド９に接続されていない抵抗Ｒｓｃｓの端子と電気的アース２５の間につながれたコンデンサＣｐ２によりモデル化され得る。

第二電極７の電気的接続は抵抗Ｒｌｓｂを形成するパッド１４により確保される。電極７の電気的接続の容量ロスは電極７に接続されていないパッド１４の終端部とアース２５との間につながっているコンデンサＣｐ１によりモデル化され得る。コンデンサＣｐ１とパッド１４の共通ポイントに接続されているコンデンサＣｉｎｊは第二電極７へ高周波信号を注入することを可能にする。

図４は制御信号および高周波信号が電極４と５に与えられる方法を記述することにより、図３で記述されている要素を完成させる。より正確に言えば本装置は、低周波の交流電圧電源で構成され、一方は抵抗Ｒｌｓｓに接続されていない抵抗Ｒｓｃｓの端子と、他方はパッド１４と注入コンデンサＣｉｎｊとの共通ポイントとの間に接続されている制御信号を発生させる手段３０とを含む。制御信号を発生させる手段３０は抵抗Ｒｓｃｓと共有している共通ポイントにおいて、例えば抵抗Ｒで形成される負荷のインピーダンスおよび並列に接続されているコンデンサＣを経由してアース２５に接続される。このインピーダンスは発生器出力側インピーダンスの１つのモデリング例である。本装置は更にアース２５とパッド１４に接続されていない注入コンデンサＣｉｎｊの端子との間に接続されている高周波信号を発生させる手段３１を備える。高周波信号の変更がある場合にそれを検知する手段３２は抵抗Ｒｌｓｂを経由して第二電極７とつながれ、もっと正確には注入コンデンサＣｉｎｊと抵抗Ｒｌｓｂの共通ポイントにつながれている。

本発明によれば、本装置は高周波信号と制御信号をミキシングする手段を備えている。これらの手段は低周波電圧電源３０と直列に接続された抵抗Ｒｓｃｂを含む。抵抗Ｒｓｃｂの値は例えば１ｋΩ〜１００ｋΩの間である。

有利な点としては、抵抗Ｒｓｃｂの値は少なくとも高周波信号の周波数における注入コンデンサＣｉｎｊのインピーダンスの大きさのオーダーである。従って抵抗Ｒｓｃｂによる制御信号と高周波信号のミキシングは、事実として高周波信号を過度に減衰しない。例えば高周波信号が２ＭＨｚの周波数の場合、および１０ｐＦの注入コンデンサＣｉｎｊが選択された場合、抵抗Ｒｓｃｂ用に採用される値は約５ｋΩ以上であろう。

有利な点としては、電極７の供給パッド１４における抵抗Ｒｌｓｂの値は電極７により受信される信号の減衰を制限するため５ｋΩ未満である。

有利な点としては、抵抗Ｒｌｓｓの値はコンデンサＣｐｓｂおよび抵抗Ｒｌｓｓによって形成される時定数τが、少なくとも制御信号の時間より１けた小さくなるような方法で適合される。１けた小さいという表現は約１／１０を意味すると理解される。従って制御信号は抵抗Ｒｌｓｓの端子を通るよりもコンデンサＣｐｓｂの端子を通る方がはるかに大きい電圧となる。前述に見られたように、抵抗Ｒｌｓｓは追加の抵抗Ｒｓｃｓによって補われてもよい。この場合、時定数τの計算には２つの抵抗ＲｌｓｓおよびＲｓｃｓが考慮されなければならない。

有利な点としては、時定数の値が高周波信号の時間よりも大きいかまたはそれに等しいことである。従って高周波信号はコンデンサＣｐｓｂの端子を通るよりも、場合により追加の抵抗Ｒｓｃｓにより補われる抵抗Ｒｌｓｓの端子を通過する方がはるかに大きい電圧となる。従ってＬＣＤのセルは高周波電圧を与えることによっては殆んど妨害されない。

有利な点としては、本装置が第二電極７に対向して配置された異なる面積の、少なくとも２つの電極４および５を含むときに、それぞれの電極４または５の、場合により追加の抵抗Ｒｓｃｓにより補われる抵抗Ｒｌｓｓの値は考えられる電極４または５の面積の逆数とともに増加する。言い換えれば電極４または５の面積が小さくなる程、場合により追加の抵抗Ｒｓｃｓによって補われる抵抗Ｒｌｓｓの値は、従って全ての第一電極４および５のために同じ時定数τを保つように増加する。

本発明の主題はまた前述の装置を使う方法であり、制御信号を発生させる手段３０はその手段の中にプラスとマイナスの交番を含む周期的な信号を備える。高周波信号を発生させる手段３１は制御信号３０のプラスの交番および同数のマイナスの交番の間に、ほぼ同じ量の高周波信号を注入する。これは高周波信号をＬＣＤのセルに与えるに際してあらゆる非対称を避けることを可能にする。実際にそのようなセルは自分の電極の端子を通って信号が非対称に与えられる場合に生じた直流電圧成分がかかる場合に破損することがある。

有利な点として、高周波信号は制御信号３０のプラスとマイナス間の交番の切替えの間には遮断される。実際にこれらの切替えの間に高周波信号を与えることは前述と同様に電圧のアンバランスを生じ、電極の端子を通って直流成分がかかることを誘発する。高周波信号の注入におけるこの一時的な制限は、高周波信号を注入するために制御信号を遮断する必要があった欧州特許第０ ３４０ ０９６号明細書の教示による既存の実施形態よりもはるかに少ない不利益しかもたらさない。

有利な点としては、高周波信号を発生させる手段３１によって伝送される高周波信号の持続時間および／または振幅は、高周波信号の実効値が層３のしきい値電圧よりも小さくなるようなものである。層３のしきい値電圧は、液晶の状態に変化を起こし透明な状態から不透明な状態またはその逆の変化を起こすために適切な電圧と定義される。もっと正確に言えば、しきい値電圧はセル自体のハードウェア構成部品およびセルの多重度に依存する。装置がいくつかのセルを含んでいる場合、最小のしきい値電圧は最小の時定数τを有しているセルの電圧になる。更に、高周波信号の振幅がその高周波信号の実効値に直接作用し、また高周波信号の発現持続時間によって、高周波信号の現れる所で制御信号が交番している中での持続時間と、同様に制御信号の交番の数が分かる。

図５は専用の表示装置の電極のうちの一つの好適な変形実施形態を表わす。この変形では、低周波電圧電源３０と直列に接続された抵抗Ｒｓｃｂは、電極７用の追加の接続パッド５１の自然抵抗性を利用することにより好適に具現化される。パッド５１はパッド１４と異なり、装置の縁にある端子５２を経由して電極７を低周波電圧電源３０につなげる。端子５２は端子１５と異なる。抵抗Ｒｌｓｓについては、抵抗Ｒｓｃｂの値が電極７のパッド５１をエッチングすることにより好適に適合される。

図６は図５に表された電極７を含む表示装置の動作方式の概略モデル化図を表わす。図５および６を用いて表された変形実施形態は表示装置の外側で実施されるミキシング手段を免除し、これらのミキシング手段を実現するために電極７の設計を使用することを可能にする。

専用の表示装置の断面を示す。 本発明による表示装置の電極の例を示す。 本発明による表示装置の電極の例を示す。 液晶画面を備えた表示装置の動作の概略モデル化を示す。 本発明による表示装置を図式的に示す。 専用の表示装置の電極のうちの１つの好適な変形実施形態を示す。 図５に示された電極を含む表示装置の動作の概略モデル化を示す。

Claims (18)

1. 装置の表示区域の近傍にある導電性要素の接近を検知する手段を備えた電子表示装置であって、前記装置が、
   ２枚の絶縁板（１、２）と、
   電気的制御信号の効果のもとに目に見える表面の全部または一部分をレンダリングするのに適した電気光学特性を示し、前記２枚の板（１、２）の間に配置されている材料の層（３）と、
   前記絶縁板の１つ（２）の面（６）上に配置された少なくとも１つの第一電極（４、５）と、
   少なくとも１つの第一電極（４、５）に対向する他の絶縁板（１）の面（８）上に配置された第二電極（７）と、
   前記表示区域に表示される画像の関数として前記電極（４、５、７）用の制御信号を発生させる手段（３０）と、
   前記第二電極（７）に与えられる高周波信号を発生させる手段（３１）と、
   前記高周波信号が変更される場合はそれを検知する手段（３２）とを備える電子表示装置において、
   前記装置が更に、制御信号を発生させる前記手段の動作に無関係に前記接近を検知する手段の動作を可能にするような方法で配置される前記高周波信号と前記制御信号とのミキシング手段（Ｒｓｃｂ）を含むことを特徴とする電子表示装置。
2. 前記制御信号を発生させる手段が低周波電圧電源（３０）を備え、その第一端子が前記第一電極（４、５）につながれ、又その第二端子が前記第二電極（７）につながれており、
   更に前記高周波信号を発生させる手段（３１）が前記第二電極（７）につながれ、
   前記ミキシング手段が前記低周波電圧電源と直列に接続された第一抵抗（Ｒｓｃｂ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記高周波信号が変更される場合はそれを検知する前記手段（３２）が前記第二電極（７）につながれることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記第一抵抗（Ｒｓｃｂ）の値が１ｋΩ〜１００ｋΩの間にあることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 前記高周波信号を発生させる手段（３１）が注入コンデンサ（Ｃｉｎｊ）を経由して前記第二電極（７）につながれ、
   前記第一抵抗（Ｒｓｃｂ）の値が前記高周波信号の周波数において、少なくとも前記注入コンデンサ（Ｃｉｎｊ）のインピーダンスの大きさのオーダーであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第二電極（７）が前記制御信号を発生させる手段（３０）および前記高周波信号を発生させる手段（３１）へ、抵抗値（Ｒｌｓｂ）が５ｋΩ未満の供給パッド（１４）によってつながれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記第一電極（４、５）および前記第二電極（７）がコンデンサ（Ｃｐｓｂ）を形成し、
   前記第一電極（４、５）が、前記コンデンサ（Ｃｐｓｂ）および第二抵抗（Ｒｌｓｓ＋Ｒｓｃｓ）により形成される時定数（τ）が少なくとも前記制御信号の時間よりも小さい大きさのオーダーになるようにその値を適合される、前記第二抵抗（Ｒｌｓｓ＋Ｒｓｃｓ）を経由して前記制御信号を発生させる手段につながれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記時定数（τ）の値が前記高周波信号の時間よりも大きいかまたはそれに等しいことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記第二抵抗（Ｒｌｓｓ＋Ｒｓｃｓ）の値が前記第一電極（４、５）の供給パッド（９、Ｒｌｓｓ）のエッチングにより適合されることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
10. 前記第二抵抗（Ｒｌｓｓ＋Ｒｓｃｓ）の値が前記第一電極（４、５）の長さおよび／または幅および／または厚さの変更により適合されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記第二抵抗（Ｒｌｓｓ＋Ｒｓｃｓ）が前記第一電極（４、５）の前記供給パッド（９、Ｒｌｓｓ）と直列に接続された追加の抵抗（Ｒｓｃｓ）を含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記装置が第二電極（７）に対向して配置された少なくとも２つの異なる面積の第一電極（４、５）を含み、
    各々の第一電極（４、５）の前記第二抵抗（Ｒｌｓｓ＋Ｒｓｃｓ）値が、考えられる前記第一電極（４、５）の面積の逆数とともに増加することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記第二電極（７）が、それぞれ別個の端子（１５、５２）によりつながれた２つの別個の接続パッド（１４、５１）を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記第一の端子（１５）が前記高周波信号を発生させる手段（３１）につながれ、
    前記第二の端子（５２）が前記制御信号を発生させる手段（３０）につながれることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記ミキシング手段（Ｒｓｃｂ）の値が前記第二の端子（５２）につながれた前記端子（５１）のエッチングにより適合されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記制御信号を発生させる手段（３０）がプラスとマイナスの交番を含む周期的信号を備え、
    前記高周波信号を発生させる手段（３１）が前記制御信号（３０）のプラスの交番および同数のマイナスの交番の間に、ほぼ同じ量の高周波信号を注入することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置の使用方法。
17. 前記高周波信号が、前記制御信号（３０）の前記プラスとマイナス間での交番の切替えの間には遮断されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記高周波信号を発生させる手段（３１）により送られる高周波信号の持続時間および／または振幅が、前記高周波信号の実効値が前記層（３）のしきい値電圧より小さくなるようなものであることを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。

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