JP2010262626A - タッチセンサ装置及びこれを備えた電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のタッチセンサ装置1Aは、人体4が接触又は近接すると人体4との間に静電容量を形成するタッチパネル2と、直流電圧を出力するバッテリ(電池)等を有するとともに前記直流電圧を交流電圧に変換してタッチパネル2から出力する電源部と、前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、基準電位部に電気的に接続されるとともに人体4が接触するリストストラップ11及びケーブル9と、電源部から人体4へ流れる電流を検出する電流検出部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
人体が接触又は近接すると当該人体との間に静電容量を形成する第一の人体接触部と、
この第一の人体接触部との間に交流電圧を出力する電源部と、
この電源部から前記人体へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、
この基準電位部に電気的に接続されるとともに前記人体が接触する第二の人体接触部と、
を備えたことを特徴とする。
図1は、本実施形態1のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図2は、図1の携帯機器の断面模式図である。図3は、本実施形態1のタッチセンサ装置の等価回路図である。以下、図1乃至図3に基づき説明する。
図2に示すように、携帯機器10Aは、バッテリ17を搭載し、回路の基準電位ノード16がACコンセントを介してアース(接地電位)に接続されてないことが一般的である。ここで、「基準電位ノード」とは、グランド(GND)のノードであり、回路上で0Vの電位を示す。また、「AC(Alternating Current)コンセント」は、家電製品などの電気器具のプラグを接続する電力供給用の差し込み口である。日本における単相交流100V用のACコンセントでは、細長い差し込み口が二つのあるものが主流であるが、その一方の差し込み口がアースになっている。また、二つの差し込み口の下に、接地極用の丸い差し込み口を有するアース付コンセントというものもある。
次に、本実施形態1のタッチセンサ装置1Aの動作について、図3を中心に詳細に説明する。
x=k1+k2・(Ib+Ic)/(Ia+Ib+Ic+Id) (式1)
y=k1+k2・(Ia+Ib)/(Ia+Ib+Ic+Id) (式2)
ここで、xはタッチ位置のx座標、yはy座標である。k1及びk2は定数である。
I/Io=1/(Zp/Z+1) (式3)
次に、本発明に係る実施形態2について、図8及び図9に基づいて説明する。以下、実施形態1と実質的に同様の構成に関しては実施形態1と同じ符号を使用し、実施形態1と異なる部分についてのみ述べる。図8は、本実施形態2のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図9は、図8の携帯機器の断面模式図である。
次に、本発明に係る実施形態3について、図10に基づいて説明する。以下、実施形態2と実質的に同様の構成に関しては実施形態2と同じ符号を使用し、実施形態2と異なる部分についてのみ述べる。図10[1]は、本実施形態3のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図である。図10[2]は、図10[1]におけるI−I’線の断面模式図である。
次に、本発明に係る実施形態4について、図11に基づいて説明する。以下、実施形態3と実質的に同様の構成に関しては実施形態3と同じ符号を使用し、実施形態3と異なる部分についてのみ述べる。図11[1]は、本実施形態4のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図(背面側)である。図11[2]は、図11[1]におけるII−II’線の断面模式図である。
次に、本発明に係る実施形態5について、図28に基づいて説明する。以下、実施形態2と実質的に同様の構成に関しては実施形態2と同じ符号を使用し、実施形態2と異なる部分についてのみ述べる。図28は、本実施形態5のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
次に、本発明に係る実施形態6について、図12に基づいて説明する。以下、実施形態4と実質的に同様の構成に関しては実施形態4と同じ符号を使用し、実施形態4と異なる部分についてのみ述べる。図12は、本実施形態6のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
次に、本発明に係る実施形態7について、図13に基づいて説明する。以下、実施形態2と実質的に同様の構成に関しては実施形態2と同じ符号を使用し、実施形態2と異なる部分についてのみ述べる。図13は、本実施形態7のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器の一部を示す断面模式図である。
次に、本発明に係る実施形態8について、図14に基づいて説明する。以下、実施形態1と実質的に同様の構成に関しては実施形態1と同じ符号を使用し、実施形態1と異なる部分についてのみ述べる。図14は、本実施形態8のタッチセンサ装置を搭載したカーナビゲーション及び自動車の内装を示す斜視図である。
次に、本発明に係る実施形態9について、図15及び図16に基づいて説明する。以下、実施形態2と実質的に同様の構成に関しては実施形態2と同じ符号を使用し、実施形態2と異なる部分についてのみ述べる。図15は、本実施形態9のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図16[1]は図15の携帯機器の平面模式図、図16[2]は図16[1]におけるIII−III’線の断面模式図である。
次に、本発明に係る実施形態10について、図17及び図18に基づいて説明する。以下、実施形態1と実質的に同様の構成に関しては実施形態1と同じ符号を使用し、実施形態1と異なる部分についてのみ述べる。図17は、本実施形態10のタッチセンサ装置を内蔵したLCDを示す斜視図である。図18は、図17のLCDの平面模式図である。図18では、対向基板の図示を省略している。
次に、本発明に係る実施形態11について、図20及び図21に基づいて説明する。以下、実施形態10と実質的に同様の構成に関しては実施形態10と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態10と異なる部分についてのみ述べる。図20は、本実施形態11のタッチセンサ装置を内蔵したLCDの対向基板を示す平面模式図である。図21は、図20におけるIV−IV’線の部分断面図である。
次に、本発明に係る実施形態12について、図23及び図24に基づいて説明する。以下、実施形態11と実質的に同様の構成に関しては実施形態11と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態11と異なる部分についてのみ述べる。図23は、本実施形態12のタッチセンサ装置を内蔵したLCDの対向基板を示す平面模式図である。図24は、図23におけるV−V’線の部分断面図である。
次に、本発明に係る実施形態13について、図25及び図26に基づいて説明する。以下、実施形態10、12と実質的に同様の構成に関しては実施形態10、12と同じ符号を使用し、実施形態10、12と異なる部分についてのみ述べる。図25は、本実施形態13のタッチセンサ装置を内蔵したLCDの平面模式図である。図26は、図25におけるVI−VI’線の部分断面図である。図25では、対向基板の図示を省略している。
次に、本発明に係る実施形態14について、図27に基づいて説明する。以下、実施形態1と実質的に同様の構成に関しては実施形態1と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態1と異なる部分についてのみ述べる。図27[1]は、一般的なタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。図27[2]は、本実施形態14のタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。
<1>表面型静電容量方式のタッチセンサ装置において、インピーダンス面に形成される静電容量により、人体のタッチの存在を感知するタッチセンサ機能と、前記インピーダンス面と電気的に接続された電流検出回路とを有し、前記電流検出回路は外部の交流電源から電力を供給され、かつ前記電流検出回路の基準電位ノードと人体との間を低インピーダンスで接続する手段を有することを特徴とするタッチセンサ装置。
<2>前記タッチセンサ機能が搭載された携帯機器の筐体が導電部を有し、前記導電部と前記基準電位ノードとを低インピーダンスで接続し、操作者が前記筐体を支持する際に、人体と前記導電部とが接触するように、前記筐体上で前記導電部が配置されていることを特徴とする、<1>に記載のタッチセンサ装置。
<3>前記タッチセンサ機能が搭載された携帯機器の筐体が導電部を有し、前記導電部と前記基準電位ノードとを電気的に接続し、前記インピーダンス面を覆う絶縁性の保護層と前記インピーダンス面の周囲を囲む絶縁体との少なくともどちらか一つを有し、前記保護層又は前記周囲を囲む絶縁体の厚さに対して、前記導電部分と前記インピーダンス面との離間距離が長いことを特徴とする、<1>に記載のタッチセンサ装置。
<4>電気光学応答を行う表示素子を照明する装置の電圧印加部又は発光源を覆う導電性のフォルダを有し、前記フォルダと前記基準電位ノードとが電気的に接続されることを特徴とする、<1>に記載のタッチセンサ装置。
<5>電気光学的応答をする表示素子要素と表示素子要素に電気信号を与えるための第一の導体と表示素子要素に電気信号を与えるための第二の導体とを含み構成される面表示装置と、前記表示素子要素に電気信号を与えるためのインピーダンス面を有する対向基板と、電流検出回路とを有し、前記電流検出回路が電流を検出する時、前記第一の導体又は前記第二の導体の二者うち、一方に、前記インピーダンス面と概同一の電圧を印加し、他方をフローティングにする、又は、前記インピーダンス面と概同一の電圧を印加する制御回路と、を有することを特徴とする、<1>に記載のタッチセンサ装置。
<6>前記インピーダンス面は、リニアライゼイションパタンを有し、前記リニアライゼイションパタンの上方に、導電体が形成され、前記導電体は基準電位ノードに電気的に接続されることを特徴とする、<1>に記載のタッチセンサ装置。
<7>電気光学的応答をする表示素子要素と、前記表示素子要素に電気信号を与えるための表示装置基板と、前記表示素子要素に電気信号を与えるためのインピーダンス面を有する対向基板と、電流検出回路と、前記表示装置基板上に形成したリニアライゼイションパタンと、を有し、前記リニアライゼイションパタンと、前記インピーダンス面とは異方性導電体を介して接続されることを特徴とする、<1>に記載のタッチセンサ装置。
<8>前記基準電位ノードと人体とを接続することによって、前記基準電位ノードと人体の間のインピーダンスが減少することを特徴とする、<1>に記載のタッチセンサ装置。
2 タッチパネル(第一の人体接触部)
2h タッチスイッチ(第一の人体接触部)
3 筐体
3b,3c,3e,3h 筐体の導電性部(導体、第二の人体接触部)
3c’ 筐体の絶縁性部
4 人体
5 LCD
6 ケーブル
7 FPC
8 第二の人体接触部
9 ケーブル(導線、第二の人体接触部)
10A,10B,10C,10D,10E,10H,10N 携帯機器(電子機器)
10G カーナビゲーション(車載機器、電子機器)
10I,10L LCD(表示装置、電子機器)
11 リストストラップ(導体、第二の人体接触部)
12 ケーブルのプラグ
13 ジャック
15 基準電位配線(基準電位部)
16 基準電位ノード(基準電位部)
17 バッテリ(電源部)
19 メイン基板
21 コントローラ
23 指
25 タッチに伴う静電容量
27 交流電圧源(電源部)
27m 電源部
29,29a〜29f 電流検出回路(電流検出部)
35 アース(接地)
37 保護層
38a〜38f 電極(第一の人体接触部)
39 透明導電層(インピーダンス面)
41 絶縁性基板
43 ハンダ部
45 導電性の接着ラベル(導電膜、導体、第二の人体接触部)
47 スルーホール
49 導電性のフォルダ
51 導光板
53 発光源
57 ハンドル(導体、第二の人体接触部)
58 ペダル(導体、第二の人体接触部)
59 座席シート(導体、第二の人体接触部)
61 シートベルト(導体、第二の人体接触部)
63 キー
65 表示部
70 ペン(指示体)
72 先端部
72a 表面
72b 芯
74 握り部
102 液晶素子(液晶)
103 表示領域
104 信号線
105 画素電極
106 走査線
108 蓄積容量線
110 TFT基板
111 TFT
112 対向電極(透明導電層、インピーダンス面)
114 走査線駆動回路
115 信号線駆動回路
116 データ線のハイインピーダンススイッチ部(スイッチ部)
117 ゲート線のハイインピーダンススイッチ部(スイッチ部)
118 蓄積容量線のハイインピーダンススイッチ部(スイッチ部)
119,119j,119k 対向基板
120 スイッチング制御回路(スイッチ部)
120a〜120d 電極(第一の人体接触部)
121 COM−電流検出回路切り替えスイッチ部(スイッチ部)
130 リニアライゼイションパタン
130a〜130d 電極(第一の人体接触部、リニアライゼイションパタン)
130k 電極(リニアライゼイションパタン)
132 配線
134 異方性導電体
138 LCDのFPC
140 リニアライゼイションパタン
140a〜140d 電極(第一の人体接触部、リニアライゼイションパタン)
140k 電極(リニアライゼイションパタン)
141 絶縁層(パッシベーション膜及び平坦化膜)
142 アルミニウム層(ソース電極及びドレイン電極の材料)
143 透明導電層(画素電極)
201 位置検出導電層(透明導電層、インピーダンス面)
Z タッチに伴うインピーダンス
Zp 浮いている基準電位ノードとアースとの間のインピーダンス
COM 共通電極
Claims (20)
- 人体が接触又は近接すると当該人体との間に静電容量を形成する第一の人体接触部と、
この第一の人体接触部との間に交流電圧を出力する電源部と、
この電源部から前記人体へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、
この基準電位部に電気的に接続されるとともに前記人体が接触する第二の人体接触部と、
を備えたことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 前記第一の人体接触部は、前記人体が接触又は近接する導電膜から成るインピーダンス面と、このインピーダンス面に設けられるとともに前記交流電圧が印加される複数の電極とを有し、
前記電流検出部は、前記複数の電極に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路を有する、
ことを特徴とする請求項1記載のタッチセンサ装置。 - 前記導電膜に前記人体が接触又は近接することによって当該導電膜と当該人体との間に形成される容量インピーダンスをZとし、前記容量インピーダンスに直列に接続される寄生インピーダンスをZpとしたとき、
Zp/Z≦0.4
が成り立つことを特徴とする請求項2記載のタッチセンサ装置。 - 前記電源部は、直流電圧を出力するバッテリを有するとともに前記直流電圧を前記交流電圧に変換して前記第一の人体接触部から出力する、
ことを特徴とする請求項2又は3記載のタッチセンサ装置。 - 携帯機器に組み込まれた請求項4記載のタッチセンサ装置であって、
前記第二の人体接触部は、前記携帯機器の筺体の表面を成す導体である、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 前記導体は、前記第一の人体接触部の周囲を除き、前記筺体の表面の全体を成す、
ことを特徴とする請求項5記載のタッチセンサ装置。 - 前記導体は、前記筺体の表面に設けられた導電膜である、
ことを特徴とする請求項5又は6記載のタッチセンサ装置。 - 前記携帯機器は、液晶ディスプレイと、この液晶ディスプレイを透過する光を発生するバックライトと、このバックライトから発生した光を反射して前記液晶ディスプレイへ導く導電性のフォルダとを有し、
前記第一の人体接触部が前記液晶ディスプレイの表示面に設けられ、
前記フォルダと前記基準電位部とが電気的に接続された、
ことを特徴とする請求項5又は6記載のタッチセンサ装置。 - 携帯機器に組み込まれた請求項4記載のタッチセンサ装置であって、
前記第二の人体接触部は、前記基準電位部に接続された導線と、この導線に接続された導体とを有する、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 携帯機器に組み込まれるとともに指示体を更に備えた請求項4記載のタッチセンサ装置であって、
前記指示体は、前記インピーダンス面に接触する先端部と、前記人体の手で握る握り部とを有し、
前記先端部と前記握り部とは、ともに導電性であり、かつ電気的に接続されている、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 前記先端部が前記人体の指先と同程度の弾性を有する、
ことを特徴とする請求項10記載のタッチセンサ装置。 - 車載機器に組み込まれた請求項4記載のタッチセンサ装置であって、
前記導体は、前記人体が乗車中に触れる部分に設けられた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 対向電極と画素電極及び配線との間に液晶を挟む構造を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項4記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記インピーダンス面に印加する前記交流電圧を前記配線の少なくとも一部にも同時に印加するスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 対向電極と画素電極及び配線との間に液晶を挟む構造を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項4記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記配線の少なくとも一部を電気的に浮遊させるスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 対向電極、液晶及び画素電極を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項4記載のタッチセンサ装置であって、
前記インピーダンス面に印加する前記交流電圧を前記対向電極にも同時に印加するスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 前記インピーダンス面の表面に、当該インピーダンス面の電位分布を設定するリニアライゼイションパタンが設けられた、
ことを特徴とする請求項4記載のタッチセンサ装置。 - 対向電極、液晶及び画素電極を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項2記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記画素電極がTFT基板に形成され、
前記インピーダンス面の電位分布を設定するリニアライゼイションパタンが前記TFT基板に設けられるとともに異方性導電体を介して前記インピーダンス面に電気的に接続された、
ことを特徴とする請求項4記載のタッチセンサ装置。 - 請求項4乃至11のいずれか一項記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする携帯機器。 - 請求項12記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする車載機器。 - 請求項1、2、13、14、15、16又は17記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする電子機器。
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