JP2015184845A - タッチ式入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、既存のタッチ式入力装置で用いられているタッチパネルを用いながら、指やスタイラスペンなどのタッチ位置の検出だけでなく、接触圧力も検出することができるタッチ式入力装置を提供する。【解決手段】 本発明のタッチ式入力装置は、液晶ディスプレイと、この液晶ディスプレイ上に配設されたタッチパネルと、このタッチパネル上に配設された前面板と、上記液晶ディスプレイと上記タッチパネルとの間に配設され且つ上記前面板に加えられた圧力によって電位を発生する枠状の圧電シートとを含むことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、タッチ式入力装置に関する。

近年、コンピュータや携帯用電子機器などの電子機器の多くは、指やスタイラスペンなどを接触させることによって電子機器を操作するためのタッチ式入力装置を備えている。

電子機器の多様化に伴って、タッチ式入力装置に対する接触位置の検出のみならず、接触圧力も検出できるタッチ式入力装置が要望されている。

このような要望を満たすものとして、特許文献１には、分子配向させたポリ乳酸フィルムからなるタッチパネルであって、前記ポリ乳酸フィルムの第１の主面と第２の主面とに電極が形成されており、前記ポリ乳酸フィルムの圧電応力定数ｇ14を利用して押圧情報を得るタッチパネルが開示されている。

特開２０１３−２４２９００号公報

しかしながら、特許文献１に記載のタッチパネルを用いることによって接触圧力を検出することが可能になるものの、既存のタッチパネルと置き換える必要があり、コストアップを招く。

又、特許文献１に記載のタッチパネルは、一軸延伸によって分子配向されていることから位相差が発生し、この位相差を補正するための位相差補正フィルムが別途、必要となり、更なるコストアップが生じるという問題点も有する。

本発明は、既存のタッチ式入力装置で用いられているタッチパネルを用いながら、指やスタイラスペンなどのタッチ位置の検出だけでなく、接触圧力も検出することができるタッチ式入力装置を提供する。

本発明のタッチ式入力装置は、液晶ディスプレイと、この液晶ディスプレイ上に配設されたタッチパネルと、このタッチパネル上に配設された前面板と、上記液晶ディスプレイと上記タッチパネルとの間に配設され且つ上記前面板に加えられた圧力によって電位を発生する枠状の圧電シートとを含むことを特徴とする。

本発明のタッチ式入力装置は、上述の如き構成を有していることから、既存のタッチパネルを用いながら、指やスタイラスペンなどによるタッチ位置及び接触圧力を検出することができ、様々な用途に展開することができる。

タッチ式入力装置を示した断面図である。 本発明のタッチ式入力装置のハードウエア構成を示した図である。 タッチ式入力装置の他の一例を示した断面図である。 タッチ式入力装置の他の一例を示した断面図である。

本発明のタッチ式入力装置の一例を図面を参照しながら説明する。図１に示したように、タッチ式入力装置Ａは、筐体１と、この筐体１内に配設された液晶ディスプレイ２と、この液晶ディスプレイ２上に配設された圧電センサ３と、この圧電センサ３上に配設されたタッチパネル４と、タッチパネル４上に配設された前面板５とを有している。

筐体１は、底面部11とこの底面部11から上方に向かって突設した周壁部12とを有し、内部に、液晶ディスプレイ２、圧電センサ３、タッチパネル４及び前面板５などの構成部材を収納するための収納部13を有している。

筐体１内の底面部11上には液晶ディスプレイ２が配設されている。なお、液晶ディスプレイ２は汎用の液晶ディスプレイが用いられればよい。

液晶ディスプレイ２上には、枠状の圧電センサ３が液晶ディスプレイ２の上面外周部に沿って必要に応じて粘着剤を介して配設されている。圧電センサ３の中央部に形成された貫通孔31を通じて液晶ディスプレイ２が前面板５を透して視認可能に構成されている。圧電センサ３は、圧電シートと、圧電シートの一面に積層一体化されたシグナル電極と、圧電シートの他面に積層一体化されたグランド電極とを有している。

圧電シートとしては、外力が加えられることによって表面に電荷を発生させることができるシート（圧電現象を有するシート）であれば、特に限定されないが、圧力を精度良く検出でき、感度が高く、厚み方向の変形で電荷を発生しやすいことから、合成樹脂シート（合成樹脂発泡シート又は合成樹脂非発泡シート）に分極を付与した圧電シートが好ましく、合成樹脂発泡シートに分極を付与した圧電シートがより好ましく、ポリオレフィン系樹脂を含む合成樹脂発泡シートに分極を付与した圧電シートが特に好ましい。

合成樹脂シートを構成する合成樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリ乳酸、液晶樹脂などが挙げられ、ポリオレフィン系樹脂が好ましい。

合成樹脂シートに分極を付与する方法としては、特に限定されず、例えば、（１）合成樹脂シートを一対の平板電極で挟持し、帯電させたい表面に接触させている平板電極を高圧直流電源に接続すると共に他方の平板電極をアースし、合成樹脂シートに直流又はパルス状の高電圧を印加して合成樹脂に電荷を注入して合成樹脂シートに分極を付与する方法、（２）電子線、Ｘ線などの電離性放射線や紫外線を合成樹脂シートの表面に照射して、合成樹脂シートの近傍部の空気分子をイオン化することによって合成樹脂シートに分極を付与する方法、（３）合成樹脂シートの一面に、アースされた平板電極を密着状態に重ね合わせ、合成樹脂シートの他面側に所定間隔を存して直流の高圧電源に電気的に接続された針状電極又はワイヤー電極を配設し、針状電極の先端又はワイヤー電極の表面近傍への電界集中によりコロナ放電を発生させ、空気分子をイオン化させて、針状電極又はワイヤー電極の極性により発生した空気イオンを反発させて合成樹脂に分極を付与する方法などが挙げられる。

圧電シートの一面にはシグナル電極が必要に応じて固定剤層（図示せず）を介して積層一体化されている。シグナル電極は、導電性を有しておれば、特に限定されず、例えば、銅箔、アルミニウム箔などの金属シート、導電性膜などが挙げられる。

シグナル電極を導電性膜で構成する場合、導電性膜は、電気絶縁シート上に形成された上で、圧電シート上に積層一体化されもよいし、又は、圧電シートの一面に直接、形成されてもよい。電気絶縁シート又は圧電シート上に導電性膜を形成する方法としては、例えば、（１）電気絶縁シート又は圧電シート上に、バインダー中に導電性微粒子を含有させてなる導電ペーストを塗布、乾燥させる方法、（２）電気絶縁シート又は圧電シート上に蒸着によって電極を形成する方法などが挙げられる。

電気絶縁シートとしては、電気絶縁性を有しておれば、特に限定されず、例えば、ポリイミドシート、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリエチレンナフタレートシート、ポリ塩化ビニルシートなどが挙げられる。

固定剤層を構成している固定剤は、反応系・溶剤系・水系・ホットメルト系の接着剤又は粘着剤から構成されており、圧電シートの感度を維持する観点から、誘電率の低い固定剤が好ましい。

又、圧電シートの他面にはグランド電極が必要に応じて固定剤層（図示せず）を介して積層一体化されている。グランド電極は、シグナル電極と同様の構成であるので説明を省略する。なお、図１では、圧電シートの他面にグランド電極を積層一体化させた場合を説明したが、グランド電極は、圧電シートの他面に積層一体化されている必要はなく、圧電シートにて発生した電位をシグナル電極を通じて測定するにあたって基準電極となるものであれば、タッチ式入力装置の他の構成部材をグランド電極として用いてもよい。

更に、圧電センサ３上にはタッチパネル４が、必要に応じて粘着剤を介して、配設されている。なお、枠状の圧電センサ３は、タッチパネル４の下面外周部に沿って配設された状態となっている。

タッチパネル４としては、抵抗膜式タッチパネル、静電容量方式タッチパネル、超音波表面弾性波（ＳＡＷ）方式タッチパネル、光学方式タッチパネル、電磁誘導方式タッチパネルなどの公知のタッチパネルを用いることができる。タッチパネルは検出回路41を有しており、検出回路41は、指やスタイラスペンなどの接触体がタッチパネル上のどの位置にタッチしたかを検出する。検出回路41は、ＣＰＵを備えたものであってＲＯＭなどに記憶されているプログラムを実行することで上記機能を実現し、ワークメモリとしてのＲＡＭなども内蔵している。例えば、静電容量方式タッチパネルは、Ｘ軸方向に配置された複数のセンサ電極と、Ｙ軸方向に配置された複数のセンサ電極と、各センサ電極の静電容量を検出する検出回路を備えており、検出回路は、静電容量の変化の大きい電極、即ち、接触体が接触したＸ軸方向及びＹ軸方向のセンサ電極を特定することによって、接触体がタッチした位置を検出する。

タッチパネル４上には、このタッチパネルの上面全面に光学透明粘着剤層６が配設されており、この光学透明粘着剤層６を介して前面板５が配設一体化されている。前面板５は、液晶ディスプレイ２で表示された映像を視認可能とするために透明性を有している。又、前面板５は、タッチパネル４が静電容量方式タッチパネルである場合、タッチパネル４に対向する部分は誘電体から形成されていることが必要である。光学透明粘着剤層６は、液晶ディスプレイ２で表示された映像を視認可能とするために透明性を有しており、アクリル系粘着剤などの公知の粘着剤を用いることができる。

圧電センサ３には、圧電シートで発生した電位をグランド電極を基準電極としてシグナル電極を通じて測定する測定モジュール７が電気的に接続されている。なお、測定モジュールとしては、汎用のモジュールが用いられ、例えば、デジタルオシロスコープなどが挙げられる。

圧電センサ３に接続されている測定モジュール７及びタッチパネル４の検出回路41には制御回路８が電気的に接続されている。制御回路８は、測定モジュール７で測定された、圧電シート３の圧電シートで発生した電位と、タッチパネル４の検出回路41で検出された接触体のタッチ位置の情報とに基づいて、接触体がタッチパネル４上のどの位置にどの程度の圧力でタッチされたかを検出する。制御回路８は、ＣＰＵを備えたものであってＲＯＭなどに記憶されているプログラムを実行することで上記機能を実現し、ワークメモリとしてのＲＡＭなども内蔵している

上記タッチ式入力装置Ａの使用要領について説明する。タッチ式入力装置Ａの使用者は、前面板５上を指又はスタイラスペンなどの接触体でタッチする。すると、タッチ式入力装置Ａのタッチパネル４の検出回路41は、接触体のタッチ位置を検出する。

更に、接触体による前面板５の押圧力は、光学透明粘着剤層６及びタッチパネル４を介して圧電シートに伝達され、圧電シートはその厚み方向に圧縮され、圧電シート内に分極した状態で保持されている正電荷と負電荷とが相対的に変位することによって圧電シートの表面に電荷が発生する。圧電シートにおいて発生した電荷を電位としてグランド電極を基準電極にしてシグナル電極を通じて測定モジュール７によって測定する。

圧電シートにて測定される電位は、圧電シートに加えられる押圧力が大きいほど大きな電位となる。一方、圧電シートに加えられる押圧力と、押圧力によって圧電シートにて発生する電位とが一対となった電位情報が、ＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの補助記憶装置９に記憶されている。補助記憶装置９は制御回路８に電気的に接続しており、制御回路８は、 補助記憶装置９に記憶された電位情報に基づいて前面板５に加えられた押圧力を算出する。

制御回路８は、タッチパネル４の検出回路41から得られた接触体のタッチ位置の情報と、圧電センサ３から得られた前面板５への押圧力とに基づいて、接触体がタッチパネル４上のどの位置にどの程度の圧力でタッチされたかを検出する。

このように、上記タッチ式入力装置Ａは、従来のタッチパネルを用いながら、タッチパネル４上のどの位置にどの程度の圧力でタッチされたかを検出することができ、様々な用途に展開することができる。

上記タッチ式入力装置Ａでは、液晶ディスプレイ２とタッチパネル４との間に圧電センサ３を配設した場合を説明したが、前面板５の下方にも圧電センサ3’を配設してもよい。なお、図１に示したタッチ式入力装置Ａと同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。圧電センサ3’と圧電センサ３とを区別するために互いに異なる符号を用いたが、圧電センサ3’は圧電センサ３と同一構成を有するのでその説明を省略する。

具体的には、図３に示したように、筐体１の周壁部12の上端部内面にはその全周に亘って内方に向かって段部12aが形成されており、この段部12aと前面板５との間に形成された空間部内に、光学透明粘着剤層６を包囲するように枠状の圧電センサ3’を配設してもよい。このように、段部12aと前面板５との間に圧電センサ3’を配設することによって、前面板５に加えられる押圧力をより精度良く検出することができる。

圧電センサ3’にも測定モジュール７が電気的に接続されており、この測定モジュール７も制御回路８に電気的に接続されている。なお、圧電センサ3’に接続されている測定モジュール７と、圧電センサ３に接続されている測定モジュール７とは同一であっても相違していてもよい。

制御回路８は、圧電センサ3’に接続されている測定モジュール７で測定された圧電シートの電位と、圧電センサ３に接続されている測定モジュール７で測定された圧電シートの電位との和を圧電シートにて発生した電位とし、上述と同様の要領で、接触体がタッチパネル４上のどの位置にどの程度の圧力でタッチされたかを検出する。

又、図３のタッチ式入力装置Ａにおいて、筐体１の段部12aと前面板５との間に形成された空間部内に、光学透明粘着剤層６を包囲するように枠状の圧電センサ3’を配設する一方、液晶ディスプレイ２とタッチパネル４との間には圧電センサ３を配設しない構造であってもよい（図４参照）。図４のタッチ式入力装置Ａにおいて、図３のタッチ式入力装置Ａと同一の構成部材については、同一符号を付して説明を省略する。

制御回路８は、タッチパネル４の検出回路41から得られた接触体のタッチ位置の情報と、圧電センサ3’に接続されている測定モジュール７で測定された圧電シートの電位に基づいて、上述と同様の要領で、接触体がタッチパネル４上のどの位置にどの程度の圧力でタッチされたかを検出する。

２ 液晶ディスプレイ
３ 圧電センサ
４ タッチパネル
５ 前面板
６ 光学透明粘着剤層
７ 測定モジュール
８ 制御回路
Ａ タッチ式入力装置

Claims (4)

1. 液晶ディスプレイと、この液晶ディスプレイ上に配設されたタッチパネルと、このタッチパネル上に配設された前面板と、上記液晶ディスプレイと上記タッチパネルとの間に配設され且つ上記前面板に加えられた圧力によって電位を発生する枠状の圧電シートとを含むことを特徴とするタッチ式入力装置。
2. 液晶ディスプレイ、タッチパネル、前面板及び圧電シートを収納する筐体を有し、上記筐体の周壁部の上端部内面に段部が形成されており、この段部と前面板との間に更に圧電シートが配設されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチ式入力装置。
3. 液晶ディスプレイと、この液晶ディスプレイ上に配設されたタッチパネルと、このタッチパネル上に配設された前面板と、上記液晶ディスプレイ、上記タッチパネル及び上記前面板を収納する筐体とを有し、上記筐体の周壁部の上端部内面に段部が形成されており、この段部と前面板との間に圧電シートが配設されていることを特徴とするタッチ式入力装置。
4. 圧電シートは合成樹脂発泡シートを含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のタッチ式入力装置。

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