JP3895543B2 - Surface wave touch panel - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶、パソコンCRT等の表示デバイスにたいして、表示画面から直接情報等を入力する機能をもつタッチパネルに関する。
【0002】
【従来の技術】
タッチパネルの機能は、人体指先または他の物質等の媒体をタッチパネル表面の特定位置に接触させ、その接触位置を検出する事にある。
【0003】
従来のタッチパネルは、抵抗膜及び導電性フィルムを使用する方法と表面波を使用する方法に大別されている。まず抵抗膜を用いる方法では、透明導電性フィルムに接触することにより、その透明導電性フィルムの抵抗値が変化することを利用したものであり、小型化及び薄型化が可能でありしかも低消費電力化も可能であるものの応答時間、感度、耐久性等の点で問題を有している。さらに抵抗膜や導電性フィルムを透明基板に貼り付けるために光の透過率が著しく低下してしまい表示品質が劣化するという欠点があった。それにたいして、表面波方式は表面弾性波を透明基板上に励振させその表面波の伝播特性が媒体接触によって変化する事を利用している。それゆえ、光の透過率が非常に高くなるので、表示品質が劣化しないばかりか、応答時間、感度、耐久性等の点も優れている。この表面弾性波を励振させるための手段として、バルク波振動子を用いたくさび形トランスデューサにより間接的に透明基板を励振する方法が採用されている。この方式は透明基板を間接的に励振し、かつ非圧電基板周辺部に配置された反射アレイで表面弾性波を2回反射させる方式である。そのため、表面弾性波の損失が大きく、トランスデューサの駆動電圧を高くする必要があり、低消費電力化が困難であった。また、くさび形トランスデューサが存在する事が原因でにデバイスの小型化及び薄型化が困難である事が指摘されている。
【0004】
以上のように、表面波方式のタッチパネルは光の透過率及び耐久性などの観点では、優れているものの小型化、薄型化及び低消費電力化の観点では大きな問題があり、近年とみに発展が著しい携帯機器には搭載が困難な状況にあった。この問題を解決するために、従来のくさび形トランスデューサを用いた表面波の励振構造に対して、すだれ状電極が形成された圧電板を直接透明基板の周囲端部に固着アレイ化する事で、透明電極基板表面に表面弾性波を伝播させる方式が提案されている。図3は本発明に係る表面波タッチパネルの位置検出原理を説明する図である。図において、ガラス等の透明基板301の周囲端部に圧電板302が固着アレイ化されている。このアレイ化された圧電板302によって、たとえば透明基板301の表面を伝播する伝播表面波A303と伝播表面波B304の交叉点X305を指306等で触る事によって、伝播表面波A303と伝播表面波B304の双方の伝播特性が阻害され、その結果、指306の接触位置が検出できる。これが、本発明に係る表面波タッチパネルの検出原理である。
【0005】
図3記載の圧電板302の詳細図が図4である。図4において、圧電板302の表面には、表面波励振用のバイアス電極401とグランド電極402が形成されており、両電極は圧電板402の表面の中心部にすだれ状に配置されている。このバイアス電極401とグランド電極402がすだれ状に配置されている部分が実効励振部403でありその図中横方向寸法がA寸法404、図中縦方向寸法がb寸法405である。それゆえ、この実効励振部の面積はA・Bで定義できる。
【0006】
この圧電板302とすだれ状電極による表面波の励振原理及び技術的な説明は、特開平成6−046496等に詳細に述べられているので省略するが、この励振方式の大きな特徴は、くさび型トランスデューサー方式に比較して、単純な圧電板を固着アレイ化するので、小型化、薄型化及び低消費電力化が実現できる特徴をもっている。また、先にあげた特開平成6−046496等の技術資料には、表面波の伝播効率を向上させる手段として、さらにすだれ状電極側の圧電板面を透明基板に固着する事が挙げられている。また、さらなる伝播効率向上の方策としては表面波励振時に圧電効果によって圧電板裏面に発生する表面電荷を電気的にキャンセルする事も挙げられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この新しく提案された表面波方式のタッチパネルは、その構造の特殊性から実際的な実装構造及び電極配置構造が提案されておらず、先に述べた大きな利点があるにもかかわらず、製品化ができていないのが現状であった。
【0008】
すなわち、本発明が解決しようとする課題とは、製品化可能な電極配置構造及び実装構造を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表面波タッチパネルの表面波の伝播効率を向上させる為には、先に述べたように圧電板裏面に発生する表面電荷を電気的にキャンセルするとともに、すだれ状電極が形成されている面を固着する事が必要である。まず第一に裏面に発生する表面電荷をキャンセルするためには導電性の膜を表面電荷が発生する領域に形成する事であり、第二にすだれ状電極が形成された圧電板面を透明基板に固着する事である。
【0010】
この二つの要求を同じに満足させるためにの手段として、圧電板側面に側面リード電極を形成する構造を採用した。図5は本発明に係る圧電板の電極構造を示す第一の例の概念図であって、圧電板のすだれ状電極が形成されている面を表面として、表裏両面の斜視図である。図5において圧電板501の表面にはバイアス電極502とグランド電極503の両電極によってくしば状電極が形成されている。このくしば状電極によって実効励振部504が限定される。この実効励振部504で決定される圧電板内の3次元領域で超音波振動が発生し、この超音波振動が透明基板固着後においては、透明基板表面を伝播する表面波に変換される。この実効励振部504の図中横方向寸法がLo寸法値505であり図中縦方向寸法値がWo寸法値506である。よって、この実効励振部504の面積SeはSe=Wo×Lo
と定義できる。さらにグランド電極503は圧電板501の側面に形成されたグランド側面リード電極507を介在して、裏面の第一裏面ターミナル電極508と電気的に接続されている。それにたいして、バイアス電極502は圧電板501の側面に形成された第二の側面リード電極すなわちバイアス側面電極510を介在して裏面の第二裏面ターミナル電極509に接続されている。さらに圧電板501の裏面には第三のターミナル電極が形成されている。これが図中の第三裏面ターミナル電極511である。この第三裏面ターミナル電極511の図中横方向寸法はL1寸法値512であり、図中縦方向寸法がW1寸法値513である。この第三裏面ターミナル電極511は第一裏面ターミナル電極508及び第二裏面ターミナル電極509とは電気的には接続されていない。また図5においては、第三裏面ターミナル電極511のL1寸法値512及びW1寸法値513は表面の実効励振部504のLo寸法値505およびWo寸法値506とそれぞれ等しい数値に設定されている。それゆえ、面積も等しい。さらに第三裏面ターミナル電極511と実効励振部504の位置関係は本図にて示してあるように、圧電板の厚み方向から投影すると同一位置関係に設定されている。この第三裏面ターミナル電極511と実効励振部504の位置関係及び形状寸法位置関係においては、先にのべた超音波励振時に圧電板501の裏面に発生する表面電荷をほぼ100%キャンセルする事が可能であり、その結果、表面波の伝播効率を向上させる事ができる。さらに、L1寸法値512及びW1寸法値513の双方をLo寸法値505及びWo寸法値506よりも大きな値に設定するとともに、実効励振部504との位置関係においては、第三ターミナル電極511が実効励振部504を覆い隠す位置関係にあれば、圧電板501の裏面に発生する表面電荷をほぼ100%キャンセルする事が可能である。
【0011】
また圧電板の側面にリード電極を形成することで裏面のターミナル電極との電気的接続が可能になるので、すだれ状電極が形成されている表面を透明電極に固着しても駆動回路及び制御回路に接続する端子を取り出す事も可能となる。
【0012】
図6は本発明に係る圧電板の電極構造を示す第二例の概念図である。図において、圧電板601の表面にはバイアス電極602とグランド電極603の両電極によってくしば状電極が形成されている。このくしば状電極によって実効励振部604が限定される。この実効励振部604で決定される圧電板内の3次元領域で超音波振動が発生し、この超音波振動が透明基板固着後においては、透明基板表面を伝播する表面波に変換される。この実効励振部604の図中横方向寸法がLo寸法値605であり図中縦方向寸法値がWo寸法値606である。さらにグランド電極603は圧電板501の側面に形成されたグランド側面リード電極607を介在して、裏面の第一裏面ターミナル電極608と電気的に接続されている。この第一裏面ターミナル電極608は、実効励振部604に対応する拡張電極部611を持っている。この拡張電極部611の図中横方向寸法がL2寸法値612であり図中縦方向寸法値がW2寸法値613である。
【0013】
この拡張電極部611のL1寸法値612及びW1寸法値613は表面の実効励振部604のLo寸法値605およびWo寸法値606とそれぞれ等しい数値に設定されている。それゆえ、面積も等しい。さらに拡張電極部611と実効励振部604の位置関係は本図にて示してあるように、圧電板の厚み方向から投影すると同一位置関係に設定されている。この拡張電極部611と実効励振部604の位置関係及び形状寸法位置関係においては、先にのべた超音波励振時に圧電板501の裏面に発生する表面電荷をほぼ100%キャンセルする事が可能であり、その結果、表面波の伝播効率を向上させる事ができる。さらに、L1寸法値612及びW1寸法値613の双方をLo寸法値605及びWo寸法値606よりも大きな値に設定するとともに、実効励振部604との位置関係においては、第三ターミナル電極611が実効励振部604を覆い隠す位置関係にあれば、圧電板501の裏面に発生する表面電荷をほぼ100%キャンセルする事が可能である。
【0014】
それにたいして、バイアス電極602は圧電板601の側面に形成された第二の側面リード電極すなわちバイアス側面電極610を介在して裏面の第二裏面ターミナル電極609に接続されている。また圧電板の側面にリード電極を形成することで裏面のターミナル電極との電気的接続が可能になるので、すだれ状電極が形成されている表面を透明電極に固着しても駆動回路及び制御回路に接続する端子を取り出す事も可能となる。
【0015】
【実施例】
以上図5及び6にて説明した圧電板の電極構造を用いる事により図1に示すような表面波タッチパネルが実現できる。図1は本発明に係る圧電板の固着形態の実施例である。図1において透明基板101の端部周辺部には図6で説明した圧電板601が多数個固着アレイ化されている。この圧電板601はすだれ状電極が存在するおもて面が透明基板に固着されている。この場合、圧電板601には、圧電板601の側面部にグランド側面リード電極607及びバイアス側面電極610が形成されているために、圧電板601の裏面には、それぞれグランド電極、バイアス電極と同電位である第一ターミナル電極608と第二ターミナル電極609が外部に露出しており、これらの電極が駆動回路/制御回路と接続される事になる。また、グランド電極と同電位である拡張電極部611の存在によって圧電板601の裏面に発生する表面電荷はキャンセルされ、その結果非常に高い表面波伝播特性をもった表面波タッチパネルが実現できる。なおこの第1図は、図6にて説明した電極構造をもった圧電板をもとにしたものであるが、図5にて説明した圧電板においてもまったく同一の構成及び効果を発揮することは言うまでも無いことである。
【0016】
図2は本発明に係る表面波タッチパネルの実装構造の実施例である。この実施例は図6にて説明した圧電板601をもとにした実施例である。図において透明基板101の端部主変部には圧電板601が固着アレイ化されている。このとき圧電板601はすだれ状電極側が透明基板と固着されており、裏面側には駆動回路/制御回路と接続されるべき電極ターミナルが形成されている。露出した圧電板601の裏面には異方性導電膜201が加圧接着される。この異方性導電膜201は加圧接着によって圧電板601の裏面に固着される共に、加圧によって厚み方向のみに導電性が実現される特徴を持つ。それゆえ、異方性導電膜201の加圧固着後においても、圧電板601の裏面の各ターミナル電極は短絡状態にはならず、その電気的独立性は保持されたままである。
【0017】
この異方性導電膜201の固着後、駆動回路/制御回路と接続する目的でフレキ基板202が固着される。このフレキ基板202には、図中のアレイ化された圧電板601を駆動し、かつ出力信号を感知するためのリード電極が形成されており、前述の加圧固着された異方性導電膜201とフレキ基板202を固着する事によって外部の駆動/制御回路との接続が実現されている。
【0018】
【発明の効果】
以上のような構成を実施することにより、結果非常に高い表面波伝播特性と低消費電力の表面波タッチパネルが実現できる。すなわち、図2の実施例において、透明基板に固着される圧電板の側面にリード電極を形成する事によって、すだれ状電極が形成された圧電板面を固着面にする事が可能となり、さらに圧電板裏面に生じる電荷をキャンセルするための裏面ターミナル電極を形成する事によって、表面波の伝播特性が著しく向上した。その結果低消費電力駆動の表面波タッチパネルが実現できる。さらに、このような圧電板の電極構造を採用する事によって圧電板裏面全体に異方性導電膜を貼り付ける事が可能となるので非常に簡便な実装構造が実現できる。なお実施例図2は先に説明した図6の圧電板601をもとにした例であるが、図5の圧電板501を用いても同一の構成及び効果を発揮することは言うまでも無いことである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る圧電板の固着形態の実施例を示す概念図
【図2】本発明に係る表面波タッチパネルの実装構造の実施例を示す図
【図3】本発明に係る表面波タッチパネルの位置検出原理を説明する為の概念図
【図4】図1記載の圧電板の詳細図
【図5】本発明に係る圧電板の電極構造を示す第一の例の概念図
【図6】本発明に係る圧電板の電極構造を示す第二の例の概念図
【符号の説明】
601 圧電板
602 バイアス電極
603 グランド電極
604 実効励振部
605 Lo寸法値
606 Wo寸法値
607 グランド側面リード電極
608 第一裏面ターミナル電極
609 第二裏面ターミナル電極
610 バイアス側面リード電極
611 拡張電極部
612 L2寸法値
613 W2寸法値
101 透明基板
201 異方性導電膜
202 フレキ基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a touch panel having a function of inputting information directly from a display screen to a display device such as a liquid crystal or a personal computer CRT.
[0002]
[Prior art]
The function of the touch panel is to bring a human fingertip or other substance or the like into contact with a specific position on the surface of the touch panel and detect the contact position.
[0003]
Conventional touch panels are roughly divided into a method using a resistive film and a conductive film and a method using surface waves. First, the method using a resistive film utilizes the fact that the resistance value of the transparent conductive film changes when it comes into contact with the transparent conductive film, which can be reduced in size and thickness, and has low power consumption. However, there are problems in terms of response time, sensitivity, durability, and the like. Further, since the resistance film and the conductive film are attached to the transparent substrate, the light transmittance is remarkably lowered, and the display quality is deteriorated. On the other hand, the surface wave method utilizes the fact that the surface acoustic wave is excited on the transparent substrate and the propagation characteristic of the surface wave is changed by the medium contact. Therefore, since the light transmittance is very high, not only the display quality is not deteriorated but also the response time, sensitivity, durability and the like are excellent. As a means for exciting the surface acoustic wave, a method of indirectly exciting the transparent substrate with a wedge-shaped transducer using a bulk wave vibrator is employed. In this method, a transparent substrate is indirectly excited, and a surface acoustic wave is reflected twice by a reflection array disposed around the non-piezoelectric substrate. Therefore, the loss of surface acoustic waves is large, and it is necessary to increase the driving voltage of the transducer, and it is difficult to reduce power consumption. It has also been pointed out that it is difficult to reduce the size and thickness of the device due to the presence of a wedge-shaped transducer.
[0004]
As described above, the surface acoustic wave type touch panel is excellent in terms of light transmittance and durability, but has a significant problem in terms of downsizing, thinning, and low power consumption. It was difficult to install on mobile devices. In order to solve this problem, the piezoelectric plate on which the interdigital electrode is formed is directly fixed to the peripheral edge of the transparent substrate, compared to the surface wave excitation structure using the conventional wedge-shaped transducer, A method of propagating surface acoustic waves to the transparent electrode substrate surface has been proposed. FIG. 3 is a view for explaining the principle of position detection of the surface acoustic wave touch panel according to the present invention. In the figure, a
[0005]
FIG. 4 is a detailed view of the
[0006]
The principle and technical description of surface wave excitation by the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, this newly proposed surface-wave type touch panel has not been proposed for a practical mounting structure and electrode arrangement structure due to the particularity of the structure. The current situation is that it has not been realized.
[0008]
That is, the problem to be solved by the present invention is to provide an electrode arrangement structure and a mounting structure that can be commercialized.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to improve the surface wave propagation efficiency of the surface acoustic wave touch panel according to the present invention, the surface charge generated on the back surface of the piezoelectric plate is electrically canceled and the interdigital electrode is formed as described above. It is necessary to fix the surface. First, in order to cancel the surface charge generated on the back surface, it is necessary to form a conductive film in the region where the surface charge is generated, and secondly, the piezoelectric plate surface on which the interdigital electrode is formed is a transparent substrate. It is to stick to.
[0010]
As a means for satisfying these two requirements equally, a structure in which a side lead electrode is formed on the side surface of the piezoelectric plate is adopted. FIG. 5 is a conceptual diagram of a first example showing the electrode structure of the piezoelectric plate according to the present invention, and is a perspective view of both sides of the piezoelectric plate with the surface on which the interdigital electrode is formed as the surface. In FIG. 5, comb electrodes are formed on the surface of the
Can be defined. Further, the
[0011]
In addition, since the lead electrode is formed on the side surface of the piezoelectric plate, electrical connection with the terminal electrode on the back surface becomes possible. Therefore, even if the surface on which the interdigital electrode is formed is fixed to the transparent electrode, the drive circuit and the control circuit It is also possible to take out the terminal connected to the.
[0012]
FIG. 6 is a conceptual diagram of a second example showing the electrode structure of the piezoelectric plate according to the present invention. In the figure, comb-like electrodes are formed on the surface of the
[0013]
The
[0014]
On the other hand, the
[0015]
【Example】
A surface wave touch panel as shown in FIG. 1 can be realized by using the electrode structure of the piezoelectric plate described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an embodiment of a fixed form of a piezoelectric plate according to the present invention. In FIG. 1, a large number of
[0016]
FIG. 2 shows an embodiment of a surface acoustic wave touch panel mounting structure according to the present invention. This embodiment is an embodiment based on the
[0017]
After the anisotropic
[0018]
【The invention's effect】
By implementing the above configuration, a surface wave touch panel with extremely high surface wave propagation characteristics and low power consumption can be realized. That is, in the embodiment of FIG. 2, by forming the lead electrode on the side surface of the piezoelectric plate fixed to the transparent substrate, the piezoelectric plate surface on which the interdigital electrode is formed can be used as the fixing surface. By forming the back terminal electrode for canceling the charge generated on the back side of the plate, the propagation characteristics of the surface wave are remarkably improved. As a result, a low-power consumption surface acoustic wave touch panel can be realized. Furthermore, by adopting such an electrode structure of a piezoelectric plate, an anisotropic conductive film can be attached to the entire back surface of the piezoelectric plate, so that a very simple mounting structure can be realized. FIG. 2 is an example based on the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a piezoelectric plate fixing form according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a surface wave touch panel mounting structure according to the present invention. FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the position detection principle of the touch panel. FIG. 4 is a detailed diagram of the piezoelectric plate shown in FIG. 1. FIG. 5 is a conceptual diagram of a first example showing the electrode structure of the piezoelectric plate according to the present invention. Schematic diagram of second example showing electrode structure of piezoelectric plate according to the present invention
601
Claims (5)
圧電板の側面には二個の側面リード電極が形成されており、第一の側面リード電極はすだれ状電極のバイアス電極と電気的に接続され、第二の側面リード電極はすだれ状電極のグランド電極と電気的に接続されているとともに、すだれ状電極が形成されていない圧電板裏面には少なくとも一個以上の独立した裏面ターミナル電極が形成され、さらに前記の裏面ターミナル電極の少なくとも一個が、一個の側面リード電極と接続されている事を特徴とする表面波タッチパネル。A piezoelectric plate in which interdigital electrodes are formed around a transparent substrate such as glass or plastic is fixedly disposed, and has a function of exciting a surface acoustic wave on the transparent substrate by the piezoelectric effect of this piezoelectric plate. In the structure of the surface wave touch panel that has the function of identifying the contact position by detecting the intensity change, the propagation intensity of the excitation surface wave changes when another substance contacts the transparent substrate.
Two side surface lead electrodes are formed on the side surface of the piezoelectric plate, the first side surface lead electrode is electrically connected to the bias electrode of the interdigital electrode, and the second side surface lead electrode is the ground of the interdigital electrode. together they are connected to the electrodes electrically, interdigital electrodes on the piezoelectric plate rear surface is not formed at least one or more independent rear surface terminal electrode is formed, further the backside terminal electrodes at least one is, the one A surface wave touch panel characterized by being connected to a side lead electrode.
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