JP2013200776A - 入力装置と画像表示装置が一体化された電子機器および入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の表面に触れることで操作をする入力装置と画像表示装置を含む電子機器の画像表示部の鮮明さを失うこと無く、入力方法の多様化を実現し、製造費用を低くする方法を提供する。さらに、入力装置に意匠性を持たせる方法も提供する。
【解決手段】装置の表面に触れることで操作をする入力装置の全てが画像表示装置の画像表示領域と重なっていない領域を含むようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報端末に適用して好適な、入力装置と画像表示装置が一体化された電子機器および入力装置に関する。

近年は、スマートフォンやタブレットＰＣなど、携帯型の電子機器が普及してきている。画面を触れて操作をする種類のものが多いが、操作に馴染み易いことで人気がある。それらの多くに入力装置として静電容量式タッチパネルが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの画像表示装置の表示部上に配置されている。タッチパネルは、タッチパッドやタッチスクリーン、ポインティングディバイスなどとも言われるが、画面表面を触ることで装置を操作する入力装置の役割を果たす。タッチパネルには、代表的なものとして、静電容量式、抵抗膜式、光学式や超音波式などの方式がある。静電容量式は、タッチパネルに指などが近づくことにより、検出器の電気的な変化から入力位置を特定する方式である。以前は、タッチパネルが押された位置を、内部で接触した電極から入力位置を特定する抵抗膜式が主流であった。現在でも、携帯用端末、携帯ゲーム機などにも使用されているが、これらにも静電容量式タッチパネルが使用されていく可能性は高い。

特開２０１１−８１８２５号公報

静電容量式タッチパネルは、大きく表面容量型と投影型に分けられ、投影型では、静電容量の変化を検出する透明電極層と、電極として機能しない非電極層をエッチング処理などにより形成（パターニング）されたものが使われる。透明電極層と非電極層との光学特性差が大きいと、透明電極層の模様が目立ってしまう外観上の不具合（骨見え）が生じるので、その対策も必要になる。

例えば、先行文献１では、透明電極層としてのＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の間を屈折率整合材料で満たすことが提案されている。または非電極層をＩＴＯにする、即ち「連続していない電気的に浮いているＩＴＯパッド」にし、透明電極層と非電極層の区別がつき難いようにする方法が提案されている。

しかしながら、透明電極層の模様が目立たないようにするには、使用できる材料に制限が多く、または精密なエッチング処理が必要になり製造費用が高くなってしまう。また、通常、タッチパネルはＬＣＤなどの画像表示装置の表示部上に配置されるため、透明性が求められる。例え透明であったとしても、タッチパネルを配置しない場合に比べ、表示される画像や映像の鮮明さが落ちてしまう。その他、装置を操作する大部分が、表示部の面上に限られてしまっている。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたもので、装置の表面に触れることで操作をする入力装置と画像表示装置を含む電子機器の画像表示部の鮮明さを失うことなく、入力方法の多様化を実現し、製造費用を低く抑えることを可能にした電子機器を提供することを目的とする。さらに、用途の拡張が可能な意匠性をもたせた入力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、装置の表面に触れることで操作をする入力装置と画像表示装置が一体化された電子機器において、入力装置の全てが画像表示装置の画像表示領域と重なっていない領域を含むことを特徴とする電子機器を特徴とする。

この構成により、入力装置が画像表示装置の画像表示領域と重ならない領域では、画像表示部の鮮明さを失わない。さらに、画像表示領域に重ならない領域の入力装置では、透明性が不要であるため、信号検出用の電極は透明で無い材料を用いることができることに加え、エッチング処理の精度を下げることができ、製造費用を下げることができる。そして、現在は画面に表示された画像の近傍を触れる、もしくは指定された動きをすることで電子機器を操作する方法が普及しているが、画面外の入力装置の操作行動を画面上の画像と対応させる工夫をすることで、画面に直接触れることなく、機器の操作を実現することができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電子機器において、入力装置の信号検出領域に垂直な領域に印刷層を含むことを特徴とする。

この構成により、上述した効果に加え、入力装置が存在する領域に意匠性をもたせることができる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の電子機器において、入力装置の信号検出領域に垂直かつ入力装置の外部側にカバーを含むことを特徴とする。

この構成により、請求項１に記載した発明の効果に加え、現在は、装置の表面に触れることで操作をする入力装置の最表面（外部側）は透明性の高い材質のものが一般的であるが、透明性の制限が無いカバーを使用することができ、耐久性や意匠性を向上させることができる。カバーと入力装置は接着剤などで貼合せることが好ましい。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器において、入力装置が画像表示装置の近傍に配置されていることを特徴とする。

この構成により、入力装置が画像表示装置の近傍に配置されているため、画像表示部の鮮明さを失わない。さらに、入力装置は透明性が不要であるため、信号検出用の電極は透明で無い材料を用いることができることに加え、エッチング処理の精度を下げることができ、製造費用を下げることができる。そして、上述の如く、現在普及しているもの以外の入力方法を実現することができる。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器において、入力装置が透明導電層を含むことを特徴とする。

この構成により、現在普及している製造方法を利用して、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項５に記載の電子機器において、透明導電層が酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、導電ポリマー、グラフェン、カーボンナノチューブ、またはナノ銀のいずれかを含むことを特徴とする。

この構成により、現在普及している、もしくは普及していく材料を利用して上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項７に係る発明は、請求項５に記載の電子機器において、透明導電層が酸化インジウムスズを含むことを特徴とする。

この構成により、現在普及している酸化インジウムスズを利用して上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項８に係る発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器において、入力装置の信号検出用電極が金属層を含むことを特徴とする。

この構成により、入力装置が画像表示装置の画像表示領域と重ならない領域では、透明性が不要であるため、信号検出用の電極は透明で無い金属材料を用いることができる。その他、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項９に係る発明は、請求項８に記載の電子機器において、金属層が銀、銅、アルミニウムのいずれかを含むことを特徴とする。

この構成により、電極として一般的に使用されている金属材料を用いることができる。その他、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項１０に係る発明は、請求項８に記載の電子機器において、金属層が銀を含むことを特徴とする。

この構成により、電極として一般的に使用されている銀材料を用いることができる。その他、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項１１に係る発明は、請求項８に記載の電子機器において、金属層が銅を含むことを特徴とする。

この構成により、電極として一般的に使用されている銅材料を用いることができる。その他、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項１２に係る発明は、請求項８に記載の電子機器において、金属層がアルミニウムを含むことを特徴とする。

この構成により、電極として一般的に使用されているアルミニウム材料を用いることができる。その他、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項１３に係る発明は、請求項１から１２のいずれか１項に記載の電子機器において、入力装置が静電容量式タッチパネルであることを特徴とする。

この構成により、現在普及が進んでいる静電容量式タッチパネルを用いて、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項１４に係る発明は、請求項１に記載の電子機器において、入力装置の信号検出領域と画像表示装置の画像表示領域は並設されていることを特徴とする。

この構成により、画像表示に連繋した操作性のよい操作入力環境を提供することができる。その他、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項１５に係る発明は、請求項１に記載の電子機器において、入力装置の信号検出領域と画像表示装置の画像表示領域は１：１に対応していることを特徴とする。

この構成により、既存のタブレット操作に対して馴致性の高い操作環境を提供することができる。その他、上述した効果を実現することができる。

本発明の請求項１６に係る発明は、画像表示装置と一体に用いられる、表面に触れることで操作する信号入力領域を有した入力装置であって、信号入力領域の信号検出用電極が金属層を含むことを特徴とする。

この構成により、信号検出用電極に透明導電層を使用する場合より製造費用を下げることができる。また、入力装置に意匠性を持たせることができる。

本発明の請求項１７に係る発明は、請求項１６に記載の入力装置において、信号検出用電極が金属層を含むことを特徴とする静電容量式タッチパネルを構成していることを特徴とする。

この構成により、現在普及が進んでいる静電容量式タッチパネルについて、信号検出用電極に透明導電層を使用する場合より製造費用を下げることができる。また、入力装置に意匠性を持たせることができる。

本発明の請求項１８に係る発明は、請求項１６または１７に記載の入力装置において、文字若しくは図形を描画した透過表示可能な印刷層を有していることを特徴とする。

この構成により、入力装置に意匠性を持たせることができる。また、表示内容と関連性をもつ文字若しくは図形を印刷して透過表示可能にすることで、用途の拡張を図ることができる。

本発明によれば、入力装置が画像表示装置の画像表示領域と重ならない領域では、画像表示部の鮮明さを失わない。さらに、画像表示領域に重ならない領域の入力装置では、透明性が不要であるため、信号検出用の電極は透明で無い材料を用いることができることに加え、エッチング処理の精度を下げることができ、製造費用を下げることができる。そして、現在は画面に表示された画像の近傍を触れる、もしくは指定された動きをすることで電子機器を操作する方法が普及しているが、画面外の入力装置の操作行動を画面上の画像と対応させる工夫をすることで、画面に直接触れることなく、機器の操作を実現することができる。さらに、入力装置に意匠性を持たせることも実現できる。

本発明の一実施形態に係る電子機器の正面図である。 上記実施形態に係る電子機器の断面図である。 本発明に実施形態に係る静電容量式タッチパネルにより構成された入力装置の構成を示す斜視図である。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

この実施形態において、入力装置とは、その装置に対して特定の行動をすることを信号の入力ととらえ、入力された信号に応じて電子機器に特定の行動をさせる装置のことをここでは意味している。ＰＣのキーボードや、一般的に見受けられるものとして、機械に付属しているボタン型のスイッチなども入力装置の１つである。現在、普及が進んでいる静電容量式タッチパネルは、タッチパネル表面を指で触れることで信号の入力を行うが、操作の際に力をかけなくて良いことから、入力装置として好ましい。静電容量式タッチパネルの部材としては、一般的に、透明電極層と配線用電極層を含む基材が１枚または２枚、パネル化した際に最も外側になる面にガラスやプラスチック基材があり、これらが接着層で貼合わされている。

以下の説明で、入力装置の信号検出領域と言うことがあるが、タッチパネル表面はその一例である。

またこの実施形態において、画像表示装置とは、発光装置もしくは色彩の変化を起こす機構を有し、内部もしくは外部から送られた信号に応じて、画像を表示することができる装置のことをここでは意味している。液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、かつて一般的だったカソードレイチューブ（ＣＲＴ）などは画像表示装置の代表例である。

さらにこの実施形態において、電子機器とは、主にスマートフォン、タブレットＰＣ、ノートＰＣ、デスクトップＰＣ、携帯電話などであるが、家庭用電子機器全般も含み得る。現在、携帯電話などは、形状は直方体が主流だが、本発明では円筒形状や球状などでも構わない。

印刷層は、ここでは意図的に透明度を下げる、色彩の変化を付ける層のことを意味する。一般的な、インクを用いて印刷をする方法で形成された層のことも指す。また、真空蒸着などで薄膜を積層すると、光学干渉により、意図的に半透明や色彩の変化を付けることができるが、これも印刷層と言える。通常、タッチパネルは透明性が求められているので、印刷層を信号検出領域の垂直方向には積層しない。パネル化した際に最も外側になる面の裏側に印刷するのが一般的である。本発明の実施形態では、入力装置そのものの透明性は必要ないため、印刷層を信号検出領域の垂直方向に位置する所に積層させ、信号入力の妨げにならない範囲で、意匠性をもたせることができる。

カバーは一般的なプラスチック樹脂やガラスなどで形成することができる。カバーそのものに印刷を施すことができる。本発明では、入力装置そのものの透明性は必要ないため、カバーを信号検出領域を覆うように配置し、信号入力の妨げにならない範囲で、耐久性の向上、及び意匠性を持たせることができる。

透明導電層はタッチパネルに一般的に用いられ、透明性の高いものが好まれている。この層が信号検出の役割を果たし、配線を通じて演算処理装置につながっている。ＩＴＯ（酸化インジウム錫：Indium Tin Oxide）材料を固めたもの（ターゲット）をスパッタリング蒸着によってガラスやプラスチックの基材上に形成することが多い。酸化亜鉛、あるいはＩＴＯとの混合物のターゲットを使用することもできる。導電性ポリマー、カーボンナノチューブ、ナノ銀、グラフェンなども、これらの材料を分散させた液を塗布し、その後硬化させて透明導電層を形成させることもできるし、グラフェンを化学気相成長（ＣＶＤ）法で形成することもできる。タッチパネルに使用される導電フィルムの表面抵抗値は一般的に数百Ω／□以下である。現在普及している４インチ程度の画面のスマートフォンに使用されている導電フィルムの表面抵抗値は概ね２００Ω／□以下であり、ＩＴＯを使用した場合、数十ｎｍ程度の厚みが必要になる。画面が大きくなるにつれて、表面抵抗値は低くする必要がある。

金属層は、静電容量の変化を検出する電極として、信号検出領域内に存在する層のことを意味している。タッチパネルの場合、信号検出領域内には透明導電層を配置し、それらは信号検出領域外で配線電極とつながっている。配線電極は一般に金属で形成されており、信号が入力された際の電気的な変化を演算処理装置に伝える役割を果たす。なお、ここで言う金属層は、配線電極に用いられる金属のことでは無く、信号検出領域内で信号検出用電極に使用される金属層のことを意味している。本発明の入力装置では、信号検出用の電極に、透明導電層を使用する必要が無く、代わりに透明で無い金属層を信号検出用電極に使用することができ、ここではその金属層のことを意味している。静電容量式タッチパネルの場合、製造方法によっては、信号入力領域内で、透明導電層同士をつなげる目的で小さな金属の膜を形成することがあるが、それらのことをここで述べているのでは無い。金属層の形成には、銀などの金属粒子を含んだインキを用いた印刷法や、金属ターゲットを用いたスパッタリング法などが挙げられる。金属ターゲットは一般的なものでは、銀、銅、アルミニウムなどがあり、スパッタリング法による場合、層の厚みは数十ｎｍ以下で十分である。

図１は本発明の実施形態に係る電子機器の正面図、図２は同電子機器の断面図である。

電子機器１は、表示領域２を有する画像表示装置２０と、信号入力領域を有する入力装置３０と、これら装置の支持筐体４となるカバー４０とを具備して構成される。ここでは画像表示装置２０にＬＣＤディスプレイを用いた。入力装置３０として、静電容量式タッチパネルを画像表示装置の表示部に重ならないように配置し、全体を円筒状半透明のプラスチック製のカバー４０で覆った。なお、複数の入力装置を使用すれば、サッカーボールの様な球状の電子機器を作ることもできる。

図３は、本発明の実施形態に使用した入力装置３０としての静電容量式タッチパネルの構成を示す組立図である。

ここでは、１００ミクロンのＰＥＴフィルム基材（ａ）３０１に透明導電層３０２としてＩＴＯをスパッタリング法を用いて約３０ｎｍ形成した。あらかじめマスクを使用し、短冊状の検出電極パターンを形成した。一般的に行われているように、感光性のレジストとエッチング液を用いて電極パターンを形成しても構わない。短冊状のそれぞれの検出電極パターンの上に、銀を含むインキで配線（ａ）３０３を印刷した。

また、１００ミクロンのＰＥＴフィルム基材（ｂ）３１１に金属層３１２としてアルミニウムをスパッタリング法を用いて約１０ｎｍ形成した。あらかじめマスクを使用し、短冊状の検出電極パターンを形成した。短冊状のそれぞれの検出電極パターンの上に、銀を含むインキで配線（ｂ）３１３を印刷した。その上に印刷層（ａ）３１６として白色のインキを印刷し、さらに印刷層（ｂ）３１７として図柄を印刷した。

検出電極が形成されたこれら２枚のフィルム同士を接着剤（ｂ）３１４で貼合せた。その際、図柄を印刷していない面と、ＩＴＯ電極の面を向かい合わせにした。その後、カバー３０５に接着剤（ｃ）３２４を用いて印刷面とカバーの内側が向かい合うように貼合せた。基材がフィルムであるため、カバーの形状に追従した。

本発明によると、入力装置３０が画像表示装置２０の画像表示領域２と重ならない領域では、画像表示部の鮮明さを失わない。さらに、画像表示領域２に重ならない領域の入力装置３０では、透明性が不要であるため、信号検出用の電極は透明で無い材料を用いることができることに加え、エッチング処理の精度を下げることができる。そして、現在は画面に表示された画像の近傍を触れる、もしくは指定された動きをすることで電子機器を操作する方法が普及しているが、画面外の入力装置の操作行動を画面上の画像と対応させる工夫をすることで、画面に直接触れることなく、機器の操作を実現することができる。

本発明の入力装置、および入力装置と画像表示装置が一体化された電子機器は、特に、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含んだ電子機器として用いることが可能である。

１…電子機器、２…表示領域、３…信号入力領域、２０…画像表示装置、３０…入力装置、４０…カバー、３０１…ＰＥＴフィルム基材（ａ）、３０２…透明導電層、３０３…配線（ａ）、３０４…接着剤（ａ）、３０５…カバー、３１１…ＰＥＴフィルム基材（ｂ）、３１２…金属層、３１３…配線（ｂ）、３１４…接着剤（ｂ）、３１６…印刷層（ａ）、３１７…印刷層（ｂ）、３２４…接着剤（ｃ）。

Claims (18)

1. 装置の表面に触れることで操作をする入力装置と画像表示装置が一体化された電子機器において、入力装置の全てが画像表示装置の画像表示領域と重なっていない領域を含むことを特徴とする電子機器。
2. 前記入力装置の信号検出領域に垂直な領域に印刷層を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記入力装置の信号検出領域に垂直かつ入力装置の外部側にカバーを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記入力装置が画像表示領域の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 前記入力装置が透明導電層を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器。
6. 前記透明導電層が酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、導電ポリマー、グラフェン、カーボンナノチューブ、またはナノ銀のいずれかを含むことを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
7. 前記透明導電層が酸化インジウムスズを含むことを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
8. 前記入力装置が金属層を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器。
9. 前記金属層が銀、銅、アルミニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
10. 前記金属層が銀を含むことを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
11. 前記金属層が銅を含むことを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
12. 前記金属層がアルミニウムを含むことを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
13. 前記入力装置が静電容量式タッチパネルであることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の電子機器。
14. 前記入力装置の信号検出領域と前記画像表示装置の画像表示領域は並設されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
15. 前記入力装置の信号検出領域と前記画像表示装置の画像表示領域は１：１に対応していることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
16. 画像表示装置と一体に用いられる、表面に触れることで操作する信号入力領域を有した入力装置であって、前記信号入力領域の信号検出用電極が金属層を含むことを特徴とする入力装置。
17. 前記金属層を含む信号検出用電極を用いて静電容量式タッチパネルを構成していることを特徴とする請求項１６に記載の入力装置。
18. 前記入力装置は文字若しくは図形を描画した透過表示可能な印刷層を有していることを特徴とする請求項１６または１７に記載の入力装置。

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