JP2013131110A - タッチパネル、電話機 - Google Patents

Abstract

【課題】気導音だけでは聞こえつらい環境下においても、気導音に加え振動を人体に伝えて聞きやすさを補強でき、タッチパネル操作時の圧力検出も可能なタッチパネル、電話機を提供する。
【解決手段】タッチパネルは、静電容量検出用の複数の電極群が配列されて設けられているタッチセンサ層１２０と、タッチセンサ層１２０に対して積層配置され、振動する振動層１３０と、振動層１３０をタッチセンサ層１２０との間で挟み込む位置に配置された電極層１４０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、静電容量式タッチパネル、及び、静電容量式タッチパネルを備える電話機に関するものである。

携帯電話機等の受話音とするために、空気を振動させて気導音を発する手段として、従来のスピーカに代えてパネルスピーカを用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、気導音だけでは気導音よりも騒音が大きい場合に聞こえつらくなるという課題があった。

一方、周囲の騒音が激しい場所では、骨伝導が有効であることが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、骨伝導のように頭蓋骨を振動させるほど強い振動は、携帯電話等の電力の少ない機器には、消費電力の面で不向きである。また、そもそも骨伝導の音は小さいため気導音にかき消されやすく、振動を大きくする必要があった。また、その大きな振動が筐体に伝わらないように、振動の発生源と筐体とは隔離された構造とする必要があり、製造が複雑であるという欠点があった。

また、近年、マルチタッチ操作可能な静電容量式タッチパネルを搭載した携帯電話機等が普及している。静電容量式タッチパネルでは、圧力を検出できず、押した感覚を入力できなかったが、圧電シートを追加することで圧力を検出する方法が考案されている（特許文献３参照）。

特許第３９２９４６５号公報 特開２００３−１４５０４８号公報 特開２０１１−２２１７２１号公報

本発明の課題は、気導音だけでは聞こえつらい環境下においても、気導音に加え振動を人体に伝えて聞きやすさを補強でき、タッチパネル操作時の圧力検出も可能なタッチパネル、電話機を提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

（１）本発明は、静電容量検出用の複数の電極群（１２２，１２４）が配列されて設けられているタッチセンサ層（１２０）と、前記タッチセンサ層に対して積層配置され、振動する振動層（１３０）と、前記振動層を前記タッチセンサ層との間で挟み込む位置に配置された電極層（１４０）と、を備えるタッチパネルを提案している。

この発明によれば、タッチセンサ層は、静電容量検出用の複数の電極群が配列されて設けられている。振動層は、タッチセンサ層に対して積層配置され、振動する。電極層は、振動層をタッチセンサ層との間で挟み込む位置に配置されている。したがって、電極群と電極層とから音声信号に応じた電圧を振動層に与えることにより、振動層を振動させることができ、音声伝達を行うことができる。

（２）本発明は、（１）に記載のタッチパネルにおいて、前記振動層（１３０）は、前記電極群（１２２，１２４）と前記電極層（１４０）とから駆動信号が与えられることにより振動を行うこと、を特徴とするタッチパネルを提案している。

この発明によれば、振動層は、電極群と電極層とから駆動信号が与えられることにより振動を行う。したがって、タッチパネルを用いて音声伝達を行うことができる。

（３）本発明は、（１）又は（２）に記載のタッチパネルにおいて、前記振動層（１３０）は、利用者の頭蓋骨を介しては利用者の聴覚器官に振動が伝わらない可聴域の周波数帯の振動を行うこと、を特徴とするタッチパネルを提案している。

この発明によれば、振動層は、利用者の頭蓋骨を介しては利用者の聴覚器官に振動が伝わらない可聴域の周波数帯の振動を行う。したがって、骨伝導とは異なる弱い振動によって、利用者に聞き取りやすい音声を伝達できる。よって、タッチパネルは、必要とする消費電力を抑えることができ、また、全体を小型化かつ簡素化できる。

（４）本発明は、（１）から（３）までのいずれか１項に記載のタッチパネルにおいて、前記振動層（１３０）は、少なくとも１層の圧電膜を含むこと、を特徴とするタッチパネルを提案している。

この発明によれば、振動層は、少なくとも１層の圧電膜を含む。したがって、タッチパネルは、電圧をかけることにより、逆圧電効果により圧電膜の形状が変化して振動を発生させることができる。

（５）本発明は、（４）に記載のタッチパネルにおいて、前記圧電膜は、駆動信号が与えられることにより振動を行い、かつ、前記振動層（１３０）へ加わる圧力に応じて検出信号を出力すること、を特徴とするタッチパネルを提案している。

この発明によれば、圧電膜は、駆動信号が与えられることにより振動を行い、かつ、振動層へ加わる圧力に応じて検出信号を出力する。したがって、タッチパネルは、タッチ位置の圧力の検出を行える。また、圧電膜を振動させるとともに圧電膜からの圧力検出を同時駆動させることで、例えば耳に押当てる圧力に応じて振動の大きさ、つまり音量を変化させる等の応用も可能になる。

（６）本発明は、（１）から（５）までのいずれか１項に記載のタッチパネルにおいて、前記振動層（１３０）及び前記電極層（１４０）は、透明であること、を特徴とするタッチパネルを提案している。

この発明によれば、振動層及び電極層は、透明である。したがって、表示装置と重ねて利用可能である。

（７）本発明は、（１）から（６）までのいずれか１項に記載のタッチパネルと、前記振動層（１３０）に対して駆動信号を与える駆動部（１７３）と、を備える電話機（１００）を提案している。

この発明によれば、電話機は、（１）から（６）までのいずれか１項に記載のタッチパネルと、振動層に対して駆動信号を与える駆動部とを備える。したがって、電話機は、振動層を駆動してタッチパネルにより音声伝達を行うことができる。

（８）本発明は、（７）に記載の電話機において、前記タッチパネルは、表示装置（１６０）の表示面側に積層配置されていること、を特徴とする電話機を提案している。

この発明によれば、タッチパネルは、表示装置の表示面側に積層配置されている。したがって、表示装置に表示されるアイコン等を利用したタッチ操作入力が実現できる。

本発明によれば、タッチパネル及び電話機は、気導音だけでは聞こえつらい環境下においても、気導音に加え振動を人体に伝えることで聞きやすさを補強する音声伝達を行える。
また、タッチパネルは、振動層が一体化されているので、製造コストを下げることができる。
さらに、従来の静電容量式タッチパネルでは不可能であった圧力の検出も行うことができる。

本発明の携帯端末装置１００の実施形態を示す斜視図である。 携帯端末装置１００の一部を図１中の矢印Ａ−Ａで切断した断面図である。 表示操作部１０１を層毎に分けて示した分解斜視図である。 タッチセンサ層１２０を層毎に分けて示した分解斜視図である。 圧電膜の挙動を模式的に示した図である。 本実施形態の携帯端末装置１００の表示操作部１０１に関連する部分の構成を示すブロック図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

（実施形態）
図１は、本発明の携帯端末装置１００の実施形態を示す斜視図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
以下の説明では、図１中で見えている側の面を表面と呼び、見えていない側の面を裏面と呼ぶ。

携帯端末装置１００は、表面側に、表示操作部１０１と、操作キー１０２と、マイク１０３と、筐体１０５とを備えた、いわゆるスマートフォンタイプの携帯電話機である。

表示操作部１０１は、携帯端末装置１００の各種情報を表示する表示部としての機能と、数字や文字入力、各種選択等を行うときに操作される操作部としての機能と、通話時に使用するレシーバの機能とを有している。表示操作部１０１の詳細については、後述する。

操作キー１０２は、表示操作部１０１を用いなくとも、操作入力を行えるように設けられた操作部材である。

マイク１０３は、通話時の音声を入力するマイクである。

筐体１０５は、携帯端末装置１００の本体や外装を構成する部分である。なお、本実施形態では、理解を容易にするため、筐体１０５を１つの部材として記載しているが、これは、適宜複数の部材により構成してもよい。

図２は、携帯端末装置１００の一部を図１中の矢印Ａ−Ａで切断した断面図である。なお、図２は、層構成を明示するために、特に厚さ方向を誇張して示している。
図３は、表示操作部１０１を層毎に分けて示した分解斜視図である。
表示操作部１０１には、表面側から、保護パネル１１０と、タッチセンサ層１２０と、振動層１３０と、電極層１４０と、絶縁層１５０と、表示装置１６０とが積層配置されて設けられている。

保護パネル１１０は、携帯端末装置１００の表面側の大部分を占める外装部材でもあり、耳周辺の人体にあたる部分である。保護パネル１１０は、透明であり、かつ、振動を人体に伝えることができることが必要である。例えば、保護パネル１１０は、アクリル等の樹脂により形成したり、強化ガラスにより形成したりすることができる。

タッチセンサ層１２０は、携帯端末装置１００の利用者が操作を行うときに、指をタッチした位置を特定するためのセンサとして機能する層である。タッチセンサ層１２０は、保護パネル１１０と振動層１３０とに挟まれる位置に配置されている。
図４は、タッチセンサ層１２０を層毎に分けて示した分解斜視図である。
タッチセンサ層１２０には、表面側から、絶縁層１２１と、Ｘ電極群１２２と、絶縁層１２３と、Ｙ電極群１２４とが積層配置されて設けられている。

絶縁層１２１は、透明な絶縁体により形成されており、Ｙ電極群１２２よりも表面側に配置されている。

Ｘ電極群１２２は、ＩＴＯ等の透明電極によって形成された静電容量検出用の電極群であり、絶縁層１２１と絶縁層１２３とに挟まれる位置に配置されている。Ｘ電極群１２２は、表示操作部１０１の長手方向（Ｙ方向）に沿って長く形成された電極が短手方向（Ｘ方向）に複数配列されて形成されている。また、Ｘ電極群１２２は、後述するＹ電極群１２４の電極が重ならないように、検出パターン（電極）が互いにずれて配置された格子状（モザイク状）に形成されている。利用者の指が表示操作部１０１上をタッチすると、その位置に対応したＸ電極群１２２の電極で静電容量の変化を検出し、その電極の位置によって、指がタッチしたＸ方向の位置を特定する。
また、Ｘ電極群１２２は、後述する振動層１３０を駆動するときに駆動信号を振動層１３０へ伝える。

絶縁層１２３は、透明な絶縁体により形成されており、Ｘ電極群１２２とＹ電極群１２４とに挟まれる位置に配置されている。

Ｙ電極群１２４は、ＩＴＯ等の透明電極によって形成された静電容量検出用の電極群であり、絶縁層１２３よりも裏面側に配置されている。Ｙ電極群１２４は、表示操作部１０１の短手方向（Ｘ方向）に沿って長く形成された電極が長手方向（Ｙ方向）に複数配列されて形成されている。また、Ｙ電極群１２４は、先に述べたように、Ｘ電極群１２２の電極が重ならないように、検出パターン（電極）が互いにずれて配置された格子状（モザイク状）に形成されている。利用者の指が表示操作部１０１上をタッチすると、その位置に対応したＹ電極群１２４の電極で静電容量の変化を検出し、その電極の位置によって、指がタッチしたＹ方向の位置を特定する。
また、Ｙ電極群１２４は、後述する振動層１３０を駆動するときに駆動信号を振動層１３０へ伝える。

図３に戻って、振動層１３０は、少なくとも１層の圧電膜を含んだ透明な層であり、タッチセンサ層１２０と電極層１４０とに挟まれる位置に配置されている。本実施形態の振動層１３０は、振動の伝達効率を高めるために、タッチセンサ層１２０に対して面接着されている。なお、振動層１３０からタッチセンサ層１２０へ振動が十分に伝わるのであれば、振動層１３０とタッチセンサ層１２０とは、接着しなくてもよい。振動層１３０に含まれる圧電膜は、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene fluoride）等の高分子ポリマーの強誘電体である。

図５は、圧電膜の挙動を模式的に示した図である。
圧電膜は、電圧をかけることにより、逆圧電効果により膜厚が変化（伸縮振動）する。この圧電膜の変位特性によって適切な数で積層することにより、全体の変位を変えることができる。または、１層もしくは積層した圧電膜を２枚重ねた構造、つまり、バイモルフ構造とすることでタッチパネル全体を凹凸振動させることもできる。
振動層１３０は、圧電膜を１層又は複数層重ねることにより、容量が１μＦ（１ｋＨｚにおいて）になるように形成され、駆動電圧は、０〜２２Ｖｐｐで駆動される。圧電膜は容量性負荷であるため、電圧駆動型のＤ級アンプより音声信号に忠実な電圧を圧電素子へ印加することで、振動層１３０が音声信号を再現するよう振動する。アンプとしては、例えば、ＡＫＭ社製ＡＫ７８４５を使用することができる。
ここで、振動層１３０が発生する振動は、利用者の頭蓋骨を介して利用者の聴覚器官に振動が伝わらない可聴域の周波数帯の振動を音声信号に応じて行う。すなわち、振動層１３０は、従来からの骨伝導よりも弱い振動を行う。

本実施形態の振動層１３０が発生する振動は、保護パネル１１０を介して利用者の耳近傍の軟骨に伝えられ、外耳道内で音波を生成し鼓膜に伝え、最終的な音として認識させられる。また、振動層１３０の構成によっては、保護パネル１１０の振動により気導音が発生する。そして、鼓膜には、軟骨を介して伝わる振動と気導音による振動とが伝わり、最終的な音として認識させられる。従来の骨伝導は、頭蓋骨を振動させ、直接内耳（蝸牛、三半規管等）に振動を送ることにより音を認識させるため、鼓膜を使わないが、必要とする振動のエネルギが大きい。これに対して、本方式は一旦外耳道を震わせ空気による音波振動（気導音）を生成し、鼓膜を通じ通常の音と同様の認識をする点で、骨伝導とは大きく異なっている。また、骨を振動させる必要がないので、骨伝導と比較して微弱な振動であっても音声を伝えることができ、必要な振動のエネルギが小さい。

また、振動層１３０は、利用者の指が表示操作部１０１上をタッチしているときに、圧電効果により振動層１３０への圧力に応じた電圧を発生する。したがって、本実施形態の携帯端末装置１００は、利用者の指により表示操作部１０１上をタッチされると、その座標と共に押圧する圧力の検知も行うことができる。携帯端末装置１００は、この圧力検出結果を利用して、より多彩な操作入力が可能なアプリケーションを実行できる。

電極層１４０は、振動層１３０と絶縁層１５０とに挟まれる位置に配置されたＩＴＯ等の透明電極である。電極層１４０は、振動層１３０を音声信号に応じて振動させるときに、Ｘ電極群１２２及びＹ電極群１２４と共に、圧電膜に音声信号電圧を与える。また、電極層１４０は、利用者の指が表示操作部１０１上をタッチしているときに、タッチ圧力に応じた電圧を圧電膜の圧電効果により検出される。

絶縁層１５０は、透明な絶縁体により形成されており、電極層１４０と表示装置１６０とに挟まれる位置に配置されている。

本実施形態では、上述したタッチセンサ層１２０と、振動層１３０と、電極層１４０と、絶縁層１５０とを積層してタッチパネルを一体に形成している。これにより、製造コストを低減することができる。また、携帯端末装置１００の組み立て時の取り扱いも容易に行える。

表示装置１６０は、液晶表示装置や、有機ＥＬ表示装置等の表示装置であり、各種情報の表示や、タッチ操作用のアイコンの表示等を行う。
この表示装置１６０の表示面側にタッチパネル（１２０，１３０，１４０，１５０）を重ねて配置して、タッチ操作と音声伝達とを実現している。

図６は、本実施形態の携帯端末装置１００の表示操作部１０１に関連する部分の構成を示すブロック図である。
携帯端末装置１００は、表示操作部１０１に関連して、制御部１７１と、表示装置駆動部１７２と、振動層駆動部１７３と、圧力検出部１７４と、位置検出部１７５とを備えている。

制御部１７１は、携帯端末装置１００の動作を統括的に制御する。制御部１７１の表示操作部１０１に関連する機能としては、表示装置駆動部１７２及び振動層駆動部１７３への駆動制御の指示と、圧力検出部１７４及び位置検出部１７５から得た情報の処理とを行う。

表示装置駆動部１７２は、制御部１７１からの指示にしたがって、表示装置１６０の表示を行う。

振動層駆動部１７３は、表示操作部１０１を振動させて音声伝達を行うときに、制御部１７１からの指示にしたがって、振動層１３０の駆動を行う。本実施形態では、振動層駆動部１７３として、ＡＫＭ社製ＡＫ７８４５を用いている。

圧力検出部１７４は、利用者の指が表示操作部１０１上をタッチしているときに、振動層１３０から生じた圧力に応じた電圧がＸ電極群１２２及びＹ電極群１２４と電極層１４０の間に生じることから、圧力を検出し、制御部１７１へ伝える。

位置検出部１７５は、利用者の指が表示操作部１０１上をタッチしているときに、Ｘ電極群１２２及びＹ電極群１２４の静電容量の変化から、指がタッチしている位置の座標を特定し、制御部１７１へ伝える。

以上説明したように、本実施形態によれば、携帯端末装置１００は、保護パネル１１０から発生する気導音の他、骨伝導よりも弱い振動が耳周辺の軟骨を振動させ鼓膜を振動させる。これにより、携帯端末装置１００は、気導音だけでなく振動も人体に伝えるので、騒音の多い環境においても聞き取りやすい音声伝達を行える。
また、利用者が、外耳道を塞ぐ等して外部の気道音を通さない装置（カナル型イヤホンや耳栓、防音イヤーマフ等）を装着していても、その装置の上に本携帯端末装置１００を接触させることにより、携帯端末装置１００は、その装置（カナル型イヤホン等）を振動させて外耳道側に気導音を発する他、人体に振動を伝えることができる。
さらに、携帯端末装置１００は、一般的なレシーバに必要であった音孔（気導音を伝達するための穴）が不要であり、防水性に優れるほか、耳で音孔を塞いでしまい聞こえづらくなるといった問題が生じない。
さらにまた、携帯端末装置１００は、筐体１０５が振動していても触覚に感じない程の大きさの振動なので、利用者に不快感を与えない。
また、携帯端末装置１００は、従来からの静電容量式のタッチパネルで使用されているＸ電極群とＹ電極群と同じ構造を利用できるので、部品点数の増加を抑えることができ、製造工程を減らすことができる。
また、携帯端末装置１００は、従来の静電容量式のタッチパネルでは検出できなかった圧力の検出が可能である。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

（変形形態）
例えば、本実施形態において、携帯電話機である携帯端末装置１００を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、有線の固定電話機の受話器部分に本発明のタッチパネルを適用してもよいし、その他の通話装置に適用してもよい。

また、圧電膜を振動させるとともに圧電膜からの圧力検出を同時駆動させることで、例えば耳に押当てる圧力に応じて振動の大きさ、つまり音量を変化させる等してもよい。

なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

１００ 携帯端末装置
１０１ 表示操作部
１０２ 操作キー
１０３ マイク
１０５ 筐体
１１０ 保護パネル
１２０ タッチセンサ層
１２１ 絶縁層
１２２ Ｘ電極群
１２３ 絶縁層
１２４ Ｙ電極群
１３０ 振動層
１４０ 電極層
１５０ 絶縁層
１６０ 表示装置
１７１ 制御部
１７２ 表示装置駆動部
１７３ 振動層駆動部
１７４ 圧力検出部
１７５ 位置検出部

Claims (8)

1. 静電容量検出用の複数の電極群が配列されて設けられているタッチセンサ層と、
   前記タッチセンサ層に対して積層配置され、振動する振動層と、
   前記振動層を前記タッチセンサ層との間で挟み込む位置に配置された電極層と、
   を備えるタッチパネル。
2. 請求項１に記載のタッチパネルにおいて、
   前記振動層は、前記電極群と前記電極層とから駆動信号が与えられることにより振動を行うこと、
   を特徴とするタッチパネル。
3. 請求項１又は請求項２に記載のタッチパネルにおいて、
   前記振動層は、利用者の頭蓋骨を介しては利用者の聴覚器官に振動が伝わらない可聴域の周波数帯の振動を行うこと、
   を特徴とするタッチパネル。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のタッチパネルにおいて、
   前記振動層は、少なくとも１層の圧電膜を含むこと、
   を特徴とするタッチパネル。
5. 請求項４に記載のタッチパネルにおいて、
   前記圧電膜は、駆動信号が与えられることにより振動を行い、かつ、前記振動層へ加わる圧力に応じて検出信号を出力すること、
   を特徴とするタッチパネル。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のタッチパネルにおいて、
   前記振動層及び前記電極層は、透明であること、
   を特徴とするタッチパネル。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のタッチパネルと、
   前記振動層に対して駆動信号を与える駆動部と、
   を備える電話機。
8. 請求項７に記載の電話機において、
   前記タッチパネルは、表示装置の表示面側に積層配置されていること、
   を特徴とする電話機。