JP2015090520A - 触覚機能付表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触覚提示のための電極と静電容量方式タッチパネル技術とを組み合わせ、低コストで信頼性の高い触覚機能付表示装置を提供する。
【解決手段】触覚機能付表示装置１は、タッチパネル電極１９と、タッチパネル電極１９の上に備えられる導電層１７と、導電層１７の上に備えられる絶縁層１８と、ユーザに電気的な触覚を提示するために導電層１７とユーザの指２０との間の電位差を変化させる制御手段８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、例えば情報端末装置などに備えられる触覚機能付表示装置に関する。

近年、例えばスマートフォンなどのように、静電容量方式タッチパネルを指で操作する情報端末装置が多数商品化されている。情報端末装置は、モーター又はアクチュエータなどによりユーザの触覚を刺激する機能を備える場合がある。ユーザの触覚は、例えば、機械的な振動で、又は、電気的に刺激される。

触覚提示の一手法としては、例えば、ディスプレイの表面のいずれかの位置に、触覚提示のための透明導電層（電極）と絶縁層とを備える。

例えば、透明電極にＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）が用いられる。例えば、絶縁層は、厚さ１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の塗布膜により形成される。

また、静電容量方式タッチパネルの電極を、触覚提示用の電極として用いる技術が検討されている。

特開２００９−８７３５９号公報 特開２０１１−２１６７６号公報

上記のように、静電容量方式タッチパネルの電極を、触覚提示用の電極として用いる技術を適用すると、製造コストが高くなり、信頼性が低下する場合があり、実用化が困難である。

また、触覚提示用の透明電極の下に、静電容量方式タッチパネルが備えられた場合、触覚提示用の透明電極により静電容量方式タッチパネルの動作が阻害される場合がある。したがって、触覚提示用の透明電極と抵抗膜方式タッチパネルとを組み合わせる場合が多い。

触覚提示用の透明電極と静電容量方式タッチパネルとを組み合わせる場合、触覚提示のための動作を行う期間に、静電容量方式タッチパネルを動作させることができないという制約が生じる。

静電容量方式タッチパネルの一般的な駆動電圧は、例えば１Ｖ以上、５Ｖ以下であり、稀に２０Ｖ程度の駆動電圧が用いられる。これに対して、触覚提示のための駆動電圧は、例えば１００Ｖ以上、１ｋＶ以下であり、静電容量方式タッチパネルの駆動電圧よりも大きい。このため、静電容量方式タッチパネル用の保護回路と、触覚提示回路用の保護回路とで、異なる設計とする必要が生じ、周辺回路が複雑化し、製造コストが上がる場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、触覚提示のための電極と静電容量方式タッチパネル技術とを組み合わせ、低コストで信頼性の高い触覚機能付表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る触覚機能付表示装置は、タッチパネル電極と、タッチパネル電極の上に備えられる導電層と、導電層の上に備えられる絶縁層と、ユーザに電気的な触覚を提示するために導電層とユーザの指との間の電位差を変化させる制御手段とを備える。

第１の実施形態に係る触覚機能付表示装置の構成の一例を示す図。 表示パネルの一例を示す平面図。 第２の実施形態に係る触覚機能付表示装置の構成の一例を示す図。 第３の実施形態に係る触覚機能付表示装置の構成の一例を示す図。 第４の実施形態に係る触覚機能付表示装置の構成の一例を示す図。 第５の実施形態に係る導電性のりの抵抗値の分布の一例を示す平面図。 第６の実施形態に係る触覚機能付表示装置の一例を示す図。 第６の実施形態に係る触覚機能付表示装置の一例を示す断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。

各実施形態では、表示装置が液晶表示装置の場合を例として説明するが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置又は有機発光ダイオード表示装置などのような、他の表示装置であってもよい。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る触覚機能付表示装置１の構成の一例を示す図である。この図１において、表示パネル２は断面図で表されており、駆動制御に関わる各種の構成要素はブロックで表されている。

触覚機能付表示装置１は、表示パネル２、コントローラ３、プロセッサ４、スピーカ５、液晶コントローラ６、フレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits）７、電圧制御部８を備える。

図１における表示パネル２の上側は、触覚機能付表示装置１の観察者側（外側）であり、表面側である。表示パネル２の下側は、触覚機能付表示装置１の装置内部側（内側）であり、裏面側である。

表示パネル２は、アレイ基板９、対向基板１０、液晶層１１、偏光板１２、導電層１３、絶縁層１４、静電容量方式タッチパネル１５、偏光板１６、保護カバー２１、導電性のり１７、飛散防止フィルム１８を備える。

図１では、例えばバックライトユニットなどのような液晶表示装置における通常の構成要素については省略されている。

アレイ基板９の上側には、液晶層１１を挟んで対向基板１０が備えられる。アレイ基板９と対向基板１０とは、対向している。

アレイ基板９の下側には、偏光板１２が備えられる。偏光版１２は、特定の方向に偏光した光を透過する。

偏光板１２の下側には、導電層１３が備えられる。

導電層１３の下側には、絶縁層１４が備えられる。

対向基板１０の上側には、静電容量方式タッチパネル１５が備えられる。静電容量方式タッチパネル１５は、タッチパネル機能実現のためのタッチパネル電極１９を備える。

静電容量方式タッチパネル１５の上側には、偏光板１６が備えられる。

偏光板１６の上側には、保護カバー２１が備えられる。保護カバー２１としては、例えば強化ガラスが用いられる。

保護カバー２１の上側には、導電性のり１７により飛散防止フィルム１８が貼り付けられる。飛散防止フィルム１８は最表面に備えられる。飛散防止フィルム１８は、絶縁層とする。

飛散防止フィルム１８は、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）で形成される。飛散防止フィルム１８は、例えば、１０μｍ以上、１００μｍ以下の厚さとする。

導電性のり１７は、導電性を持つ粘着材層である。例えば、導電性のり１７は、一般的なアクリル系粘着剤に、導電性粒子を所定の割合で分散して作成される。導電性粒子としては、特に制限はないが、例えば、金属粒子、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）粒子、高分子導電体を用いることができる。

導電性のり１７の抵抗値は、例えば、１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲（１Ｅ＋６Ω/□〜１Ｅ＋１１Ω/□）とする。Ω／□は、オーム／スクエアであり、単位面積当たりの抵抗値であり、表面抵抗率を示す。導電性のり１７の表面抵抗値は、例えば１０⁺¹⁰Ω/□程度とする。これにより、導電性のり１７が静電容量方式タッチパネル１５の動作を妨げることを防止することができる。

液晶表示装置の対向基板１０の上側には、タッチパネル電極１９を備えた静電容量方式タッチパネル１５が備えられている。なお、静電容量方式タッチパネル１５は、オンセル型でもよく、インセル型でもよい。上述のように、静電容量方式タッチパネル１５のタッチパネル電極１９の上側には偏光板１６が備えられ、下側には導電層１３が備えられる。

静電容量方式タッチパネル１５からの信号は、表示パネル２用の液晶コントローラ６とは別のコントローラ３に入力される。

コントローラ３は、静電容量方式タッチパネル１５からの信号に基づいて、ユーザによってタッチされたか否かを判断するとともに、タッチされた位置（座標）を算出する。そして、コントローラ３は、タッチ判断結果データ、タッチ位置データをプロセッサ４に出力する。

プロセッサ４は、コントローラ３からのタッチ判断結果データ、タッチ位置データに基づいて、スピーカ５へ音信号を出力し、液晶（ＬＣＤ）コントローラ６へ映像信号を出力する。

スピーカ５は、音信号に基づいて、音を出力する。

液晶コントローラ６は、プロセッサ４からの映像信号に基づいて、フレキシブルプリント基板７経由で、表示パネル２の表示制御を行う。例えば、液晶コントローラ６は、映像信号を液晶信号に変換する。

コントローラ３は、電圧制御部８へ触覚信号を出力する。

電圧制御部８は、触覚信号に基づいて調整された電圧波形、周波数、振幅の電圧を、フレキシブルプリント基板７経由で、導電層１３と導電性のり１７とのうちのいずれか一方に印加する。そして、導電層１３と導電性のり１７とのうちの他方には、グランド（ＧＮＤ）電位が供給される。

本実施形態において、図１では、電圧制御部８は、フレキシブルプリント基板７経由で、導電層１３に電圧を印加し、導電性のり１７にフレキシブルプリント基板７経由でグランド電位が供給される場合を例として説明している。しかしながら、これとは逆に、電圧制御部８は導電性のり１７に電圧を印加し、導電層１３にグランド電位が供給されてもよい。

例えば、電圧制御部８が導電性のり１７に電圧を印加し、グランド電位が導電層１３に供給される場合、指２０などの人体は、導電層１３と容量結合することによって、電気的にグランドとなる。指２０で表示パネル２にタッチする場合、指２０は電気的にグランドであるため、指２０の表面と導電性のり１７との間で電圧波形に基づく刺激が指２０に与えられる。これにより、表示パネル２にタッチしている指２０の触覚を刺激することができる。この触覚の刺激は、導電層１３及び導電性のり１７の役割を入れ替えても同様である。

本実施形態において、導電性のり１７の抵抗値が、例えば、１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲のいずれかの値のように、タッチパネル電極１９と比べて十分に高い場合には、静電容量方式タッチパネル１５は、表示パネル２にタッチする指２０と静電容量方式タッチパネル１５との間の静電容量結合の変化を検出可能であり、検出結果を示す信号をコントローラ３に出力する。この信号に基づいて、コントローラ３は、指２０がどこをタッチしているか検出・算出する。

これに対して、例えば、導電性のり１７の抵抗値が低い場合、例えば表面抵抗が１００Ω/□程度の場合、静電容量方式タッチパネル１５による検出精度は低下する。なぜなら、導電性のり１７がシールド層となって、静電容量方式タッチパネル１５のタッチパネル電極１９と指２０との間の結合容量の変化等が正常に検出されることが妨げられる場合があるためである。

図２は、表示パネル２の一例を示す平面図である。この図２は、時計型の表示パネル２を例示している。

例えば強化ガラスなどの保護カバー２１は、表示パネル２の表示エリア２２の破壊を防ぐため、この表示エリア２２と同じサイズであるか、又は、表示エリア２２より大きい。

この図２には図示されていないが、飛散防止フィルム１８も、表示エリア２２と同じサイズであるか、又は、表示エリア２２より大きく、表示エリア２２を覆うように貼られる。飛散防止フィルム１８は、保護カバー２１が割れて飛び散ることを防止する。

さらに、飛散防止フィルム１８は、触覚提示のために、静電容量方式タッチパネル１５の動作範囲を覆うように貼られる。ここで、静電容量方式タッチパネル１５の動作範囲とは、指２０のタッチを検出可能な範囲である。

保護カバー２１の下側には、対向基板１０及びアレイ基板９が備えられる。

フレキシブルプリント基板７の一端は、表示パネル２と電気的に接続される。フレキシブルプリント基板７の他端は、表示パネル２の裏側へ折り曲げられ、周辺回路と電気的に接続される。周辺回路は、例えば、液晶コントローラ６、電圧制御部８を含む。

フレキシブルプリント基板７は、周辺回路からの表示のための液晶信号や電源を、表示パネル２へ供給する。例えば、フレキシブルプリント基板７は、グランド電位を、導電層１３と導電性のり１７とのうちのいずれか一方に供給し、他方に電圧制御部８からの電圧を印加する。フレキシブルプリント基板７は、銅箔テープなどを用いて導電層１３と導電性のり１７とのうちのいずれか一方と電気的に接続されるとしてもよい。フレキシブルプリント基板７は、容量結合を経由して表示パネル２と電気的に接続されるとしてもよい。

ここで、導電性のり１７の抵抗値について、より詳しく説明する。

静電容量方式タッチパネル１５のタッチパネル電極１９は、およそ１００ｋＨｚ以上、５００ｋＨｚ以下で駆動される。一方、触覚提示用の電極信号は、およそ数十Ｈｚ以上、数百Ｈｚ以下で駆動される。そこで、導電性のり１７の抵抗値は、およそ１００ｋＨｚ以上、５００ｋＨｚ以下の信号を透過し、およそ数十Ｈｚ以上、数百Ｈｚ以下の信号で応答するように、決定されるべきである。表示装置の製品に応じて最適化が図られることが好ましいが、およそ３インチ以上、１０インチ以下の表示パネル２を備えたスマートフォン又はタブレット型デバイスの場合には、上述のように、導電性のり１７の抵抗値は、およそ例えば１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲に属することが好ましい。

なお、本実施形態においては、指２０と導電性のり１７との間の容量の値は、およそ数ｐＦ以上、１０ｐＦ以下と見積もっているが、この容量の値は個人差がある。

以上説明した本実施形態においては、静電容量方式タッチパネル１５のタッチパネル電極１９とは別に、静電容量方式タッチパネル１５の上方（ユーザ側）に、触覚提示のための電極として導電性のり１７が備えられる。上側の電極である導電性のり１７を、例えば酸化インジウムスズなどによる低抵抗とするのではなく、例えば１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲に属するようにある程度高抵抗とする。これにより、導電性のり１７が静電容量方式タッチパネル１５の動作を妨げることを防止することができる。

本実施形態においては、保護カバー２１の上側に、導電のり１７が備えられる。飛散防止フィルム１８は、保護カバー２１の上に導電性のり１７によりのり付けされる。これにより、表示パネル２の製造工程を簡略化できる。

本実施形態においては、飛散防止フィルム１８ののりに導電性粒子を分散させることにより、導電性のり１７が形成される。これにより、適切な導電性のり１７の抵抗値を実現することができる。

本実施形態においては、導電性のり１７とタッチパネル電極１９とで抵抗値を変えることにより、触覚提示のための動作を行う期間に、静電容量方式タッチパネル１５を動作させることができる。

本実施形態において、電圧制御部８は、触覚信号に基づいて調整された電圧波形、周波数、振幅の電圧を、フレキシブルプリント基板７経由で、導電層１３と導電性のり１７とのうちのいずれか一方に印加する。そして、導電層１３と導電性のり１７とのうちの他方には、グランド電位が供給される。これにより、周辺回路が複雑化することを防止し、製造コストが上昇することを防止することができる。

以上のように、本実施形態においては、触覚提示のための電極と静電容量方式タッチパネル技術とを組み合わせることにより、低コストで信頼性の高い触覚機能付表示装置１を提供することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態においては、上記第１の実施形態の変形例であり、インセル方式、かつ、反射型の触覚機能付表示装置について説明する。

図３は、本実施形態に係る触覚機能付表示装置２３の構成の一例を示す図である。この図３では、表示パネル２４のみを図示しており、周辺回路などについては省略している。

表示パネル２４は、アレイ基板９、対向基板２５、液晶層１１、静電容量方式タッチパネル電極２６、偏光板１６、保護カバー２１、導電性のり１７、飛散防止フィルム１８を備える。

本実施形態において、対向基板２５は、例えばカラーフィルタを備えるカラーフィルタ基板とする。

アレイ基板９と対向基板２５とは、例えばおよそ２μｍ以上、５μｍ以下の所定の間隔で対向するように配置される。

アレイ基板９と対向基板２５との間には、液晶材料が封入され、液晶層１１が形成される。

対向基板２５の上側には、静電容量方式タッチパネル電極２６が形成される。静電容量方式タッチパネル電極２６は、図３では省略されている図１のコントローラ３と電気的に接続される。

静電容量方式タッチパネル電極２６の形成されている対向基板２５の上側には、偏光板１６が形成される。

偏光板１６の上側には、保護カバー２１が備えられる。保護カバー２１は、偏光板１６に接着されてもよく、偏光板１６の上方に空気層を介して備えられてもよい。

保護カバー２１の上側には、導電性のり１７を用いて飛散防止フィルム１８が貼られる。

以上説明した本実施形態においては、インセル方式、かつ、反射型の触覚機能付表示装置２３についても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
本実施形態においては、上記第１の実施形態の変形例であり、触覚機能付表示装置の上面（表面）側及び下面（裏面）側に、それぞれ保護カバーを備え、さらに、飛散防止フィルムを導電性のりで貼り付けている。なお、本実施形態と同様の構成は、上記第２の実施形態でも同様に適用可能である。

図４は、本実施形態に係る触覚機能付表示装置２７の構成の一例を示す図である。

表示パネル２８の裏側筐体は、例えば強化ガラスなどのような保護カバー２９で構成される。導電層１３及び絶縁層１４の下側に、保護カバー２９が備えられる。

保護カバー２９の下面には、導電性のり３０を用いて飛散防止フィルム３１が貼られる。

導電層１３と導電性のり３０は、保護カバー２９を挟んで対向しており、静電容量を形成する。導電層１３に駆動電圧を印加したり、グランド電位を供給すると、静電容量を介して、導電性のり３０及び飛散防止フィルム３１に駆動電圧を印加したり、グランド（一定）電位を供給することができる。

以上説明した本実施形態においては、上記第１及び第２の実施形態と同様の効果に加えて、触覚機能付表示装置２７の裏側でも触覚提示を行なうことができる。

（第４の実施形態）
本実施形態においては、上記第１の実施形態の変形例であり、保護カバー及び飛散防止フィルムを備えていない触覚機能付表示装置について説明する。なお、本実施形態と同様の構成は、上記第２及び第３の実施形態でも同様に適用可能である。

図５は、本実施形態に係る触覚機能付表示装置３２の構成の一例を示す図である。

表示パネル３３は、静電容量方式タッチパネル１５の上に、導電性のり１７を用いて偏光板１６が貼られる。偏光板１６は、絶縁層とする。

この表示パネル３３の上面側には、保護カバーが備えられない。ユーザの指２０は、偏光板１６に直接タッチすることになる。

本実施形態に係る導電性のり１７の電気的抵抗値は、上記第１の実施形態の場合と同様に、静電容量方式タッチパネル１５の動作を妨げない１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲に属するとする。

以上説明した本実施形態においては、上記第１乃至第３の実施形態と同様の効果に加えて、保護カバーが備えられない分、薄型軽量化することができる。

（第５の実施形態）
本実施形態においては、上記第１乃至第４の実施形態の変形例であり、導電性のり１７の抵抗値について説明する。

図６は、導電性のり１７の抵抗値の分布の一例を示す平面図である。

導電性のり１７は、飛散防止フィルム１８又は偏光板１６を他の部材に貼り付ける。

導電性のり１７のうち、静電容量方式タッチパネル１５の動作が重要なアクティブエリア１７ａでは、導電性のり１７の抵抗値は、静電容量方式タッチパネル１５の動作を妨げない１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲に属するとする。

導電性のり１７のアクティブエリア１７ａを囲む額縁エリア１７ｂでは、導電性のり１７の抵抗値を例えば１ｋΩ/□以下とする。

このように、導電性のり１７の抵抗値を、アクティブエリア１７ａで高抵抗とし、額縁エリア１７ｂで低抵抗とし、アクティブエリア１７ａと額縁エリア１７ｂとで変化させることにより、導電性のり１７の全体が１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲に属する抵抗値を持つ場合と比べて、電圧制御部８からアクティブエリア１７ａの手前の額縁エリア１７ｂまでの抵抗値を下げることができる。このため、より面積の大きい表示装置に、上記第１乃至第４の実施形態を適用可能である。

（第６の実施形態）
本実施形態では、上記第１乃至第５の実施形態に係る触覚機能付表示装置の適用例について説明する。本実施形態においては、上記図４に示される第３の実施形態に係る触覚機能付表示装置２７の適用例について説明するが、他の実施形態に係る触覚機能付表示装置１，２３，３２についても同様に適用可能である。

図７は、本実施形態に係る触覚機能付表示装置２７の一例を示す図である。

図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。

触覚機能付表示装置２７は、腕時計型であり、ユーザの腕３４にバンド３５で固定される。例えば、長辺が１．５インチ程度のサイズの表示パネル２８は、ベゼル３６内に備えられる。表示パネル２８の表面側及び裏面側には、それぞれ保護カバー２１，２９が備えられる。保護カバー２１の表面側には、図７及び図８で図示しない飛散防止フィルム１８が導電性のり１７で貼り付けられる。保護カバー２１の裏面側には、図７及び図８で図示しない飛散防止フィルム３１が導電性のり３０で貼り付けられる。

このような本実施形態においては、腕時計型のモバイル機器に、触覚機能を搭載することができる。

本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，２３，２７，３２…触覚機能付表示装置、２，２４，２８，３３…表示パネル、３…コントローラ、４…プロセッサ、５…スピーカ、６…液晶コントローラ、７…フレキシブルプリント基板、８…電圧制御部、９…アレイ基板、１０，２５…対向基板、１１…液晶層、１２，１６…偏光板、１３…導電層、１４…絶縁層、１５…静電容量方式タッチパネル、１７，３０…導電性のり、１８，３１…飛散防止フィルム、１９…タッチパネル電極、２０…指、２１，２９…保護カバー、２２…表示エリア、２６…静電容量方式タッチパネル電極、３６…ベゼル。

Claims (5)

1. タッチパネル電極と、
   前記タッチパネル電極の上に備えられる導電層と、
   前記導電層の上に備えられる絶縁層と、
   ユーザに電気的な触覚を提示するために前記導電層と前記ユーザの指との間の電位差を変化させる制御手段と
   を具備することを特徴とする触覚機能付表示装置。
2. 前記絶縁層は、飛散防止フィルムであり、
   前記導電層は、導電性のりである
   ことを特徴とする請求項１記載の触覚機能付表示装置。
3. 前記絶縁層は、偏光板であり、
   前記導電層は、導電性のりである
   ことを特徴とする請求項１記載の触覚機能付表示装置。
4. 前記導電層の抵抗値は、１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲に属することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の触覚機能付表示装置。
5. 前記導電層のアクティブエリアの抵抗値は、１０⁺⁶Ω/□以上、１０⁺¹¹Ω/□以下の範囲に属し、前記導電層の額縁エリアの抵抗値は、１ｋΩ/□以下である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の触覚機能付表示装置。

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