JP5161305B2 - タッチパネルを備えた表示装置及び圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話や銀行の自動現金引出き機等の表示画面に用いられるタッチパネルを備えた表示装置及び該表示装置に用いられる圧電アクチュエータに関するものである。

特開２００６−２１５７３８号公報には、圧電アクチュエータを用いるタッチパネルを備えた表示装置が示されている。この表示装置は、タッチスイッチを備えたタッチパネルと、タッチパネルに機械的に接続された圧電アクチュエータとを備えている。圧電アクチュエータは、金属振動板と該金属振動板の両面に形成された圧電素子と一対の入力電極とを備えている。圧電素子は、第１の導電層と第２の導電層とが圧電層を介して積層されて構成されている。そして、第１の導電層は、一対の入力電極の一方の入力電極電極に電気的に接続されている。また、第２の導電層は、金属振動板に接続されており、金属振動板には、一対の入力電極の他方の入力電極電極が電気的に接続されている。この表示装置では、タッチパネルの表面に操作者が指で触れると、それをタッチスイッチが検知してスイッチが入力される。そして、スイッチが適切に入力されると、圧電アクチュエータの一対の入力電極に電流が流れ、圧電アクチュエータが振動する。これにより、タッチパネルが振動して、耳や目の不自由な人でも、触感によりスイッチが適切に入力されたことを知ることができる。
特開２００６−２１５７３８等

しかしながら、このようなタッチパネルを備えた表示装置では、圧電アクチュエータの一対の入力電極と、圧電アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路の電極とをリード線を用いて配線する必要があり、圧電アクチュエータの取付が煩雑であった。

本発明の目的は、圧電アクチュエータの取付が容易なタッチパネルを備えた表示装置及び該表示装置に用いられる圧電アクチュエータを提供することにある。

本発明の他の目的は、上記目的に加えて、操作者の指からタッチパネルに加わる力の大きさを検知することができ、しかも部品点数を少なくできるタッチパネルを備えた表示装置を提供することにある。

本発明のタッチパネルを備えた表示装置は、タッチパネルと、圧電アクチュエータと、回路基板とを備えている。タッチパネルは、表面に操作者が指で触れたことを検知するタッチスイッチを備えている。圧電アクチュエータは、タッチパネルに機械的に接続されて、タッチスイッチに指が触れるとタッチパネルを振動させる。回路基板は、タッチパネルの裏面との間に間隔を開けて配置されて、圧電アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路を少なくとも有している。そして、圧電アクチュエータは、回路基板の表面上に支持構造を介して支持され且つアクチュエータ駆動回路により駆動されて発生する振動をタッチパネルに伝達できるようにタッチパネルの裏面と機械的に接続されている。また、圧電アクチュエータは、回路基板と対向する裏面上に所定の間隔を開けて配置された一対の入力電極を備えている。そして、支持構造が、回路基板に設けたアクチュエータ駆動回路の一対の出力電極と一対の入力電極との間に配置され、導電性と弾力性とを有して圧電アクチュエータの振動をできるだけ抑制しないように圧電アクチュエータを支持して、一対の出力電極と一対の入力電極とを電気的に接続する一対の導電性支持部材によって構成されている。

本発明のように、圧電アクチュエータを回路基板の表面上に支持する支持構造を導電性と弾力性とを有する一対の導電性支持部材によって構成すれば、一対の導電性支持部材を備えた圧電アクチュエータを回路基板の所定位置に載置して、一対の導電性支持部材を回路基板の一対の出力電極に接続するだけで、圧電アクチュエータを回路基板上に実装することができる。そのため、従来のように、圧電アクチュエータの入力電極と、圧電アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路の電極とをリード線を用いて配線する必要がなくなり、圧電アクチュエータの取付が容易になる。

導電性と弾力性とを有する一対の導電性支持部材としては、導電性フォームを用いることができる。導電性フォームは、スポンジ状の構造を有していてしかも導電性を有している。そのため導電性と弾力性の両方の性質を備えているため、一対の導電性支持部材を構成するのに適している。

圧電アクチュエータを、細長いプレート形状に形成して、一対の入力電極を、圧電アクチュエータの長手方向の両端部にそれぞれ配置することができる。この場合には、圧電アクチュエータとタッチパネルとの機械的に接続のために、一対の入力電極の中間位置に対応する圧電アクチュエータの表面部とタッチパネルの裏面とに接続された弾性部材を備えているのが好ましい。このようにすれば、圧電アクチュエータの長手方向の両端部に位置する一対の導電性支持部材と、圧電アクチュエータの一対の導電性支持部材が位置する側の反対側の中間に位置する弾性部材とにより、少ない数の部材で圧電アクチュエータを支持できる。また、圧電アクチュエータは、一対の導電性支持部材が節となるような振動をするため、圧電アクチュエータの中央部（弾性部材が配置されている部分）が回路基板に対して上下運動することになり、タッチパネルが上下方向に強く振動する。

このように圧電アクチュエータの表面部とタッチパネルの裏面とを弾性部材で接続する場合、タッチパネルは、ガラスにより形成するのが好ましい。ガラスは比較的硬質なため、タッチパネルを上下方向に強く振動させるのに好適である。

また、弾性部材を用いずに、圧電アクチュエータとタッチパネルとを接着層を介して接合することができる。このようにすれば、圧電アクチュエータに生じる撓みがそのまま、タッチパネルに伝達され、タッチパネルは、波打つように振動する。この場合、タッチパネルを合成樹脂により形成するのが好ましい。合成樹脂は比較的柔軟性を有しているので、タッチパネルを波打つように振動させるのに好適である。

圧電アクチュエータは、表面と裏面とを備えて表面がタッチパネルの裏面と対向する金属振動板と、金属振動板の裏面上に形成された圧電素子とを備えて構成することができる。この場合、圧電素子は、金属振動板に接続される第１の導電部と、圧電部を介して第１の導電部と対向する第２の導電部と、第１の導電部に接続された導電接続路とを備えるように構成する。圧電素子の回路基板と対向する部分には、第１の導電部に接続された導電接続路の一部と、第２の導電部の一部とが形成されている。そして、一対の入力電極の一方の入力電極は、前述の導電接続路の一部により構成し、一対の入力電極の他方の入力電極は、前述の第２の導電部の一部により構成することができる。このようにすれば、一対の入力電極を圧電アクチュエータの回路基板に対向する面の長手方向に間隔をあけて並べて配置することができる。

圧電部は、複数の圧電層を有するように形成することができる。この場合、第１の導電部は、複数の第１の導電層と、該複数の第１の導電層を連結する第１の連結部とを有しており、第２の導電部は、複数の圧電層を介して第１の導電部とぞれぞれ対向する複数の第２の導電層と、該複数の第２の導電層を連結する第２の連結部とを有するように構成する。第１及び第２の連結部は、圧電素子の長手方向の両端に位置する第１及び第２の側面上にそれぞれ形成し、導電接続路は、複数の圧電層の回路基板と対向する最外層の圧電層の第１の側面上に形成された側面接続路部分と、圧電層の回路基板と対向する面上に形成された対向接続路部分とを有するように構成する。そして、側面接続路部分を第１の連結部に接続する。

このようにすれば、比較的単純な構造で圧電素子を多層構造にすることができ、圧電アクチュエータの振幅量を高めることができる。

一対の導電性支持部材の少なくとも一つは、操作者の指からタッチパネルに加わる力の大きさを検知する力センサによって構成することができる。このようにすれば、タッチパネルに加わる力に応じて表示画面の早送りを行う等の機能を付加することができる。この場合、力センサは、一対の入力電極の少なくとも１つと接触する導電性を有する接触子と、接触子を含んで構成されて回路基板上の出力電極に電気的に接続される導電路とを備えるように構成すればよい。このようにすれば、力センサを通して、圧電アクチュエータの一対の入力電極に駆動用の電力を供給することができるので、給電のための別配線を用意する必要がない。

なお、一対の導電性支持部材の少なくとも一つを力センサによって構成すると、圧電アクチュエータが振動する際に力センサが振動による力の大きさを検知してしまう。そのため、このような振動による力は、検知しないように回路を設定するのが望ましい。

力センサは、種々のタイプのものを用いることができる。例えば、接触子の変位に応じて撓み且つ撓み量に応じた電気信号を出力する複数の拡散抵抗が形成された半導体基体を備える構造として、接触子を導電性の球体から構成するものを用いることができる。また、導電路は、球体と接触するように半導体基体上に形成された接触用電極と半導体基体に形成されて接触用電極と電気的に接続された配線パターンとを含んで構成することができる。このような力センサを導電性支持部材として用いれば、圧電アクチュエータの入力電極と接触子とを接触させるだけで、タッチパネルへの操作者のタッチの検出と、圧電アクチュエータの支持と、圧電アクチュエータへの給電とを簡単に実現することができる。簡単に圧電アクチュエータに対して電気的に接続した状態で配置することができる。

力センサの接触子は、対応する入力電極に固定された導電性を有する接触子としてもよい。このようにすれば、力センサの接触子と入力電極との接触不良の発生を防止することができる。また、接触子を回路基板上に配置された力センサのケース等に嵌合させるだけで、圧電アクチュエータを回路基板上に間単に位置決めすることができる。

本発明の圧電アクチュエータは、表面と裏面とを備えた金属振動板と、該金属振動板の裏面上に形成された圧電素子とを備えている。圧電素子は、金属振動板に接続される第１の導電部と、圧電部を介して第１の導電部と対向する第２の導電部と、第１の導電部に接続された導電接続路とを備えている。圧電素子の金属振動板の反対側の部分には、導電接続路の一部と、第２の導電部の一部とが形成されている。そして、導電接続路の一部及び第２の導電部の一部により、圧電素子の一対の入力電極がぞれぞれ構成されている。このようにすれば、一対の入力電極を圧電アクチュエータの一方の面に間隔をあけて並べて配置することができ、一対の入力電極の外部への電気的接続を容易に行うことができる。

支持構造は、弾力性を有して圧電アクチュエータの振動をできるだけ抑制しないように、圧電アクチュエータの長手方向中央と被取付部との間に配置することができる。また、圧電アクチュエータとタッチパネルとの機械的に接続のために、圧電アクチュエータの長手方向の両端に圧電アクチュエータの表面部とタッチパネルの裏面とに接続された弾性部材を備えることができる。このようにすれば、支持構造の高さ寸法を適宜に設定することにより、被取付部上に広い範囲で有効に他の部材等を配置することができる。

本発明の一実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の平面図である。 図１のII−II線断面図である。 本発明の他の実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の断面図である。 図３に示すタッチパネルを備えた表示装置の部分断面図である。 本発明の更に他の実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の部分断面図である。 本発明の更に他の実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の部分断面図である。 本発明の更に他の実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の部分断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の主要部品の配置構成を示す平面図である。図２は、図１のII−II線断面図である。なお、図２では、理解を容易にするため、厚み寸法を誇張して描いている。両図に示すように、本例の表示装置は、タッチパネル１と、２つの圧電アクチュエータ３と、回路基板５とを有している。図１には、タッチパネル１及び回路基板５を収納するケースについては図示していない。タッチパネル１は、透明の板ガラスにより矩形状に形成されている。タッチパネル１の表面には、操作者が指で触れるとオン状態になる透明電極によって形成されたタッチスイッチのスイッチ表示部２が表示されている。なおスイッチ表示部２の詳細は図示していない。

２つの圧電アクチュエータ３は、タッチパネル１の長手方向の両端部に配置されている。以下、一方の圧電アクチュエータ３について図２を用いてその構造を説明する。圧電アクチュエータ３は、細長いプレート形状を有しており、金属振動板７と、弾性部材９と、圧電素子１１と、一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂとを有している。本例では、圧電アクチュエータ３は、タッチスイッチのスイッチ表示部２に操作者が指で触れたか否かは、前述のスイッチ表示部２を備えるタッチスイッチによって検出される。タッチスイッチがオン状態を検出すると、回路基板５に設けた図示しないアクチュエータ駆動回路から圧電アクチュエータ３に駆動信号（電力）が供給されて、圧電アクチュエータ３は振動する。

金属振動板７は、ステンレス、４−２アロイ等からなり、細長い矩形形状を有している。金属振動板７は、表面７ａと裏面７ｂとを有しており、表面７ａがタッチパネル１の裏面１ｂと弾性部材９を介して対向するように配置されている。本例では、弾性部材９は、弾性を有する合成樹脂材料から形成されている。具体的には、弾性材料として株式会社イノアックから販売されている「ＰＯＲＯＮ・Ｈ−４８」を用いている。弾性部材９は、後述する一対の入力電極２５Ａ，２５Ｂの中間位置に対応する圧電アクチュエータ３の表面部とタッチパネル１の裏面１ｂとに両面粘着テープ１５によりそれぞれ接合されて、圧電アクチュエータ３とタッチパネル１との機械的な連結を図っている。

圧電素子１１は、金属振動板７の裏面７ｂ上に形成されており、第１の導電部１７と第２の導電部１９と圧電部２１と導電接続路２３とを有している。第１の導電部１７は、２つの第１の導電層１７ａと、該２つの第１の導電層１７ａを連結する第１の連結部１７ｂとを有している。２つの第１の導電層１７ａの内の金属振動板７側に位置する第１の導電層１７ａは、金属振動板７の裏面７ｂに接合されている。第２の導電部１９も、２つの第２の導電層１９ａと、該２つの第２の導電層１９ａを連結する第２の連結部１９ｂとを有している。圧電部２１は、圧電セラミックスからなる３つの圧電層２１ａを含んでいる。１つの圧電層２１ａは、第１の導電層１７ａと第２の導電層１９ａとの間に形成されている。これによって、第１の導電層１７ａと第２の導電層１９ａとは圧電層２１ａを介して対向して配置されている。また、第１及び第２の連結部１７ｂ，１９ｂは、圧電素子１１の長手方向の両端に位置する第１及び第２の側面１１ａ，１１ｂ上にそれぞれ形成されている。

導電接続路２３は、３つの圧電層２１ａの回路基板５と対向する最外層の圧電層２１ａ（以下、最外圧電層２１ａと言う）上に形成されており、側面接続路部分２３ａと対向接続路部分２３ｂとを有している。側面接続路部分２３ａは、最外圧電層２１ａの第１の側面１１ａ上に形成されており、端部が第１の導電部１７の第１の連結部１７ｂに接続されている。対向接続路部分２３ｂは、側面接続路部分２３ａに連続して最外圧電層２１ａの回路基板５と対向する面上に形成されている。対向接続路部分２３ｂと、最外圧電層２１ａ上に形成された第２の導電層１９ａとの間には、両者が接触しないように間隙ｇが形成されている。本例では、対向接続路部分２３ｂ（導電接続路２３の一部）により一対の入力電極２５Ａ，２５Ｂの一方の入力電極２５Ａが構成されており、回路基板５と対向する最外圧電層２１ａ上に形成された第２の導電層１９ａの対向接続路部分２３ｂから離れた部分（第２の導電部１９の一部）により一対の入力電極２５Ａ，２５Ｂの他方の入力電極２５Ｂが構成されている。言い換えるならば、圧電素子１１の金属振動板７と反対側の部分に一方の入力電極２５Ａ（導電接続路２３の一部）と、他方の入力電極２５Ｂ（第２の導電部１９の一部）とが形成されている。これにより、第１の導電部１７は、一方の入力電極２５Ａと電気的に接続され、第２の導電部１９は、他方の入力電極２５Ｂに電気的に接続される。本例では、第１の導電部１７、第２の導電部１９及び導電接続路２３は、ガラス銀ペーストを用いて印刷により形成されている。圧電層２１ａは、圧電セラミックスのグリーンシートを焼成して形成されている。グリーンシートを焼成する際に、導電層を形成するガラス銀ペーストの焼成も同時に行われる。複数の導電層と複数の圧電層の焼成は、適宜の順番で行う。そして第１の導電部１７の第１の連結部１７ｂ、第２の導電部１９の第２の連結部１９ｂ及び導電接続路２３は、全ての導電層と圧電層の焼成が完了した後に形成される。なお、本例では、圧電層２１ａが３層となっているが、圧電アクチュエータの振幅量を十分に高めるには、圧電層２１ａが１０層以上になるように第１の導電層１７ａと第２の導電層１９ａと圧電層２１ａを積層するのが好ましい。

以上のようにして、各入力電極２５Ａ，２５Ｂが形成されることにより、一対の入力電極２５Ａ，２５Ｂは、圧電アクチュエータ３の回路基板５と対向する裏面上において、圧電アクチュエータ３の長手方向の両端部にそれぞれ配置されることになる。

一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂは、いずれも直方体形状の導電性フォームによって形成されており、圧電アクチュエータ３と回路基板５との間に配置されている。導電性フォームは、ポリウレタンからなる発泡樹脂内にＮｉの金属粉が分散して構成されて形成されており、導電性と弾力性の両方の特性を有している。本例では、導電性フォームとしてゴアテックス株式会社のＧＳ８０００を用いている。一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂの一方の導電性支持部材１３Ａは、一対の入力電極２５Ａ，２５Ｂの一方の入力電極２５Ａと、回路基板５上に設けられた一対の出力電極５Ａ，５Ｂの一方の出力電極５Ａとに導電性を有する導電性感圧接着剤により接続されている。一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂの他方の導電性支持部材１３Ｂは、一対の入力電極２５Ａ，２５Ｂの他方の入力電極２５Ｂと、回路基板５の一対の出力電極５Ａ，５Ｂの他方の出力電極５Ｂとに導電性感圧接着剤により接続されている。一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂは、圧電アクチュエータ３の振動をできるだけ抑制しないように、圧電アクチュエータ３を回路基板５の表面上に支持している。これにより、圧電アクチュエータ３は、回路基板５の表面上に一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂからなる支持構造を介して支持されることになる。

本例のタッチパネルを備えた表示装置は、次のように作動する。まず。タッチパネル１のスイッチ表示部２に操作者が指で触れると、図示しないタッチスイッチが接触を検出する。この接触の検出に基づいて、回路基板５上に形成した図示しないアクチュエータ駆動回路から出力電極５Ａ，５Ｂを介して圧電アクチュエータ３の一対の入力電極２５Ａ及び２５Ｂに駆動信号（電力）が供給される。この駆動信号が一対の入力電極入力２５Ａ及び２５Ｂに入力されると、圧電アクチュエータ３は、一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂが節となるような振動をする。その結果、圧電アクチュエータ３の中央部（弾性部材９が配置されている部分）が回路基板５に対して上下運動することになり、タッチパネル１が振動する。これにより、耳や目の不自由な人でも触感により、スイッチが適切に入力されたことを知ることができる。なお圧電アクチュエータの振動時間は、タイマにより定めるようにしてもよいし、タッチスイッチがオン状態になっている間だけ振動させるようにしてもよい。

本例のタッチパネルを備えた表示装置では、圧電アクチュエータ３を回路基板５の表面上に支持する支持構造を導電性フォームからなる一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂによって構成するので、一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂを備えた圧電アクチュエータ３を回路基板５の所定位置に載置して、一対の導電性支持部材１３Ａ，１３Ｂを回路基板５の一対の出力電極５Ａ，５Ｂに接続するだけで、圧電アクチュエータ３を回路基板５上に実装することができる。そのため、従来のように、圧電アクチュエータの入力電極と、圧電アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路の電極とをリード線を用いて配線する必要がなくなり、圧電アクチュエータの取付が容易になる。

上記実施の形態では、タッチパネルに操作者が指を触れたか否かの検出をタッチパネル上に形成した透明電極からなるタッチスイッチを用いて行っているが、圧電アクチュエータ自身をタッチスイッチとして利用することもできる。この場合には、タッチパネル１が押されたことにより、圧電アクチュエータ内の圧電素子で発生する圧電電圧を検出する検出回路を回路基板５に形成する。そして検出回路の出力でアクチュエータ駆動回路を起動し、アクチュエータ駆動回路から駆動信号を圧電アクチュエータの一対の入力電極に供給する。このようにすると、タッチの検出と振動の発生を圧電アクチュエータを利用して実現できるので部品点数を更に少なくすることができる。

図３は、本発明の他の実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の断面図である。本例の表示装置では、一対の導電性支持部材として導電性フォームの代わりに力センサ（半導体力センサ）を用いている。その他は、図１及び図２に示す実施の形態と同じ構造を有している。そこで、図１及び図２に示す実施の形態と同じ部材には、当該部材に付した符号に１００を加えた符号を付して説明を省略する。本例の圧電アクチュエータで用いる一対の導電性支持部材（１３１）は、操作者の指からタッチパネル１０１に加わる力の大きさを検知する一対の半導体力センサ１３１により構成されている。半導体力センサ１３１は、図４に示すように、ケース１３３と接触子を構成する導電性を有する球体１３５と半導体基体１３７と複数の端子１３９Ａ，１３９Ｂとを有している。ケース１３３は直方体の箱形を呈しており、圧電素子１１１と対向する上方壁部１３３ａと、上方壁部１３３ａと対向する下方壁部１３３ｂと、上方壁部１３３ａと下方壁部１３３ｂとを連結する周壁部１３３ｃとを有している。上方壁部１３３ａの中央には上方壁部１３３ａを貫通する円形の開口部１３３ｄが形成されており、下方壁部１３３ｂの中央には孔部１３３ｅが形成されている。接触子を構成する球体１３５は、導電性を有する金属により形成されている。この球体１３５は、ケース１３３の開口部１３３ｄから一部分が突出している。開口部１３３ｄは球体１３５の直径より小さい直径寸法を有している。そのため球体１３５が開口部１３３ｄから突出する部分は球体１３５の半分以下であり、球体１３５が、開口部１３３ｄから抜け出ることはない。一対の半導体力センサ１３１の一方の半導体力センサ１３１（１３１Ａ）の球体１３５は、一方の入力電極１２５Ａに接触している。また、一対の半導体力センサ１３１の他方の半導体力センサ１３１（１３１Ｂ）の球体１３５は、他方の入力電極１２５Ｂに接触している。

半導体基体１３７は、ダイヤフラム部１３７ａと、ダイヤフラム部１３７ａの周囲に一体に接続されてダイヤフラム部１３７ａを支持する筒状の支持部１３７ｂとを有している。ダイヤフラム部１３７ａの中心には球体１３５が載置されている。ダイヤフラム部１３７ａには、球体１３５の変位に応じて撓み且つ撓み量に応じた電気信号を出力する図示しない複数の拡散抵抗が形成されている。また、ダイヤフラム部１３７ａ上には、球体１３５と接触するように接触用電極１３７ｃが形成されている。そして、半導体基体１３７には、接触用電極１３７ｃと電気的に接続された配線パターン１３７ｄが形成されている。接触用電極１３７ｃ及び配線パターン１３７ｄは、薄膜形成技術を用いて半導体基体１３７上にアルミニウムや金等の導電性材料により形成されている。本例では、接触用電極１３７ｃ及び配線パターン１３７ｄにより導電路が構成されている。

複数の端子１３９Ａ，１３９Ｂの一部の端子１３９Ａは、配線パターン１３７ｄに電気的に接続されている。また残りの一部の端子１３９Ｂを含む複数の端子からは、前述したダイヤフラム部１３７ａの撓み量に応じた拡散抵抗の変更を示す電気信号が出力される。端子１３９Ａは、回路基板１０５のアクチュエータ駆動回路の出力電極１０５ａに半田付け接続されている。また端子１３９Ｂを含む複数の出力端子は、回路基板１０５の複数の検出用電極１０５ｂに半田付け接続されている。

本例のタッチパネルを備えた表示装置では、タッチパネル１０１の表面１０１ａに操作者が指で触れると、圧電アクチュエータ１０３を介して球体１３５に押圧力が加わる。その結果、半導体力センサ１３１の端子１３９Ｂからは、押圧力の検出に必要な信号が出力され、回路基板１０５上に設けた図示しない検出回路からは押圧力に応じた検出信号が出力される。また、圧電アクチュエータ１０３を駆動するアクチュエータ駆動回路は、この検出信号を受信すると、端子１３９Ａ、半導体力センサ１３１の配線パターン１３７ｄを通して、圧電アクチュエータ１０３の入力電極１２５Ｂに駆動信号を供給する。一方の入力電極１２５Ａにも同様にして半導体力センサ１３１Ａから駆動信号が供給される。その結果、圧電アクチュエータ１０３が駆動されてタッチパネルが振動する。圧電アクチュエータ１０３の振動時間については、前の実施の形態と同様に、タイマで定めてもよいし、半導体力センサから検出信号が出力されている期間としてもよい。

本例のタッチパネルを備えた表示装置では、例えば、タッチパネル１０１に加わる力の大きさを半導体力センサ１３１によって検知することにより、タッチパネル１０１に加わる力に応じて表示画面の早送りができる機能を付加することができる。

なお、本例のように一対の導電性支持部材の少なくとも一つを半導体力センサ１３１によって構成すると、圧電アクチュエータ１０３が振動する際に半導体力センサ１３１が圧電アクチュエータ１０３の振動による力の大きさを検知してしまう。そのため、このような振動による力は、検知しないように（差し引くように）回路基板１０５の回路は設定されている。

また、本例では、一対の導電性支持部材の両方を半導体力センサにより構成したが、一対の導電性支持部材のいずれか一方の導電性支持部材だけを半導体力センサによって構成してもよい。この場合、他方の導電性支持部材は、図１及び図２に示す導電性フォームにより構成すればよい。

図５は、本発明の更に他の実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の部分断面図である。本例の表示装置は、接触子の構造を除いては、図３及び図４に示す実施の形態と同じ構造を有している。そこで、図３及び図４に示す実施の形態と同じ部材には、当該部材に付した符号に１００を加えた符号を付して説明を省略する。本例の表示装置の半導体力センサ２３１の導電性を有する接触子２３５は、圧電アクチュエータ２０３の入力電極（２２５Ａまたは２２５Ｂ）に固定されている。電気的に接続されるように、圧電アクチュエータ２０３に固定されている。接触子２３５は、導電性を有する銅により形成されており、円柱部２３５ａと該円柱部２３５ａの端部に形成された半球部２３５ｂとを有している。そして、接触子２３５の半球部２３５ｂが位置する側と反対側の一方の端部が半田により入力電極（２２５Ａまたは２２５Ｂ）上に接続されている。そして半球部２３５ｂが半導体基体２３７のダイヤフラム部２３７ａの中心に接触している。

本例のタッチパネルを備えた表示装置では、接触子２３５が圧電アクチュエータ２０３に固定されているので、半導体力センサ２３１の接触子２３５と入力電極（２２５Ａまたは２２５Ｂ）との間で接触不良が発生するのを有効に防ぐことができる。また、接触子２３５を回路基板２０５上に配置された半導体力センサ２３１のケース２３３に嵌合させるだけで、圧電アクチュエータ２０３を回路基板２０５上に間単に位置決めすることができる。

図６は、本発明の更に他の実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の断面図である。本例の表示装置は、圧電アクチュエータとタッチパネルとの接合構造及びタッチパネルの材質を除いて、図１及び図２に示す実施の形態と同じ構造を有している。そこで、図１及び図２に示す実施の形態と同じ部材には、当該部材に付した符号に３００を加えた符号を付して説明を省略する。本例の表示装置は、圧電アクチュエータ３０３とタッチパネル３０１とが弾性部材を用いずに、接着層３４１を介して接合されている。また、タッチパネル３０１は、アクリルからなる合成樹脂により形成されている。

本例のタッチパネルを備えた表示装置によれば、圧電アクチュエータ３０３に生じる撓みがそのまま、タッチパネル３０１に伝達され、タッチパネル３０１は、波打つように振動する。そのため、アクリル等の合成樹脂をタッチパネルとして用いた場合でも、タッチパネルを十分に振動させることができる。

図７は、本発明の更に他の実施の形態のタッチパネルを備えた表示装置の断面図である。なお、図７では、金属振動板４０７の上方に配置された圧電素子４１１の厚み寸法を誇張して描いているのに伴って弾性部材４０９Ａ，４０９Ｂの厚み寸法も誇張して描いている。本例の表示装置に用いる圧電アクチュエータ４０３は、細長いプレート形状を有しており、金属振動板４０７と、２つの弾性部材４０９Ａ，４０９Ｂと、２つの圧電素子４１１と、支持部材４１３からなる支持構造とを有している。圧電アクチュエータ４０３は、被取付部４０４上に支持部材４１３を介して支持されている。

金属振動板４０７は、ステンレス、４−２アロイ等からなり、細長い矩形形状を有している。金属振動板４０７は、表面４０７ａと裏面４０７ｂとを有しており、表面４０７ａがタッチパネル４０１の裏面４０１ｂと２つの弾性部材４０９Ａ，４０９Ｂを介して対向するように配置されている。

２つの圧電素子４１１は、金属振動板４０７の両面４０７ａ，４０７ｂ上にそれぞれ形成されている。１つの圧電素子４１１は、第１の導電部４１７と第２の導電部４１９と圧電部４２１とを有している。第１の導電部４１７は、２つの第１の導電層４１７ａと、該２つの第１の導電層４１７ａを連結する第１の連結部４１７ｂとを有している。２つの第１の導電層４１７ａの内の金属振動板４０７側に位置する第１の導電層４１７ａは、金属振動板４０７に接合されている。第２の導電部４１９も、２つの第２の導電層４１９ａと、該２つの第２の導電層４１９ａを連結する第２の連結部４１９ｂとを有している。圧電部４２１は、圧電セラミックスからなる３つの圧電層４２１ａを含んでいる。１つの圧電層４２１ａは、第１の導電層４１７ａと第２の導電層４１９ａとの間に形成されている。これによって、第１の導電層４１７ａと第２の導電層４１９ａとは圧電層４２１ａを介して対向して配置されている。また、第１及び第２の連結部４１７ｂ，４１９ｂは、圧電素子４１１の長手方向の両端に位置する第１及び第２の側面４１１ａ，４１１ｂ上にそれぞれ形成されている。

本例では、第１の導電部４１７及び第２の導電部４１９は、ガラス銀ペーストを用いて印刷により形成されている。圧電層４２１ａは、圧電セラミックスのグリーンシートを焼成して形成されている。グリーンシートを焼成する際に、導電層を形成するガラス銀ペーストの焼成も同時に行われる。複数の導電層と複数の圧電層の焼成は、適宜の順番で行う。そして第１の導電部４１７の第１の連結部４１７ｂ及び第２の導電部４１９の第２の連結部４１９ｂは、全ての導電層と圧電層の焼成が完了した後に形成される。なお、本例では、圧電層４２１ａが３層となっているが、圧電アクチュエータの振幅量を十分に高めるには、圧電層４２１ａが１０層以上になるように第１の導電層４１７ａと第２の導電層４１９ａと圧電層４２１ａを積層するのが好ましい。

弾性部材４０９Ａ，４０９Ｂは、弾性を有する合成樹脂材料から形成されている。具体的には、弾性材料として株式会社イノアックから販売されている「ＰＯＲＯＮ・Ｈ−４８」を用いている。弾性部材４０９Ａ，４０９Ｂは、圧電アクチュエータ４０３の長手方向の両端において、圧電アクチュエータ４０３の表面部（金属振動板４０７の表面４０７ａ）とタッチパネル４０１の裏面４０１ｂとに両面粘着テープ４１５によりそれぞれ接合されて、圧電アクチュエータ４０３とタッチパネル４０１との機械的な連結を図っている。

支持部材４１３は、弾性部材４０９Ａ，４０９Ｂと同様の弾性を有する合成樹脂材料によって形成されており、圧電アクチュエータ４０３の長手方向中央（被取付部４０４と対向する圧電素子４１１の長手方向中央）と被取付部４０４との間に配置されている。支持部材４１３は、圧電アクチュエータ４０３の振動をできるだけ抑制しないように、圧電アクチュエータ４０３を被取付部４０４の表面上に支持している。これにより、圧電アクチュエータ４０３は、被取付部４０４の表面上に支持部材４１３からなる支持構造を介して支持されることになる。

本例の表示装置では、金属振動板４０７に接続されたリード線Ｌ１と、２つの圧電素子４１１の第２の導電部４１９にそれぞれ接続されたリード線Ｌ２，Ｌ３とを用いて所定の配線を行っている。

本発明によれば、圧電アクチュエータを回路基板の表面上に支持する支持構造を導電性と弾力性とを有する一対の導電性支持部材によって構成するので、一対の導電性支持部材を備えた圧電アクチュエータを回路基板の所定位置に載置して、一対の導電性支持部材を回路基板の一対の出力電極に接続するだけで、圧電アクチュエータを回路基板上に実装することができる。そのため、従来のように、圧電アクチュエータの入力電極と、圧電アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路の電極とをリード線を用いて配線する必要がなくなり、圧電アクチュエータの取付が容易になる。

Claims (12)

1. 表面に操作者が指で触れたことを検知するタッチスイッチを備えたタッチパネルと、
   前記タッチパネルに機械的に接続されて、前記タッチスイッチに前記指が触れると前記タッチパネルを振動させる圧電アクチュエータと、
   前記タッチパネルの裏面との間に間隔を開けて配置されて、前記圧電アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路を少なくとも有する回路基板とを備え、
   前記圧電アクチュエータは、前記回路基板の表面上に支持構造を介して支持され且つ前記アクチュエータ駆動回路により駆動されて発生する振動を前記タッチパネルに伝達できるように前記タッチパネルの前記裏面と機械的に接続されており、
   前記圧電アクチュエータは、前記回路基板と対向する裏面上に所定の間隔を開けて配置された一対の入力電極を備えており、
   前記支持構造が、前記回路基板に設けた前記アクチュエータ駆動回路の一対の出力電極と前記一対の入力電極との間に配置され、導電性と弾力性とを有して前記圧電アクチュエータの振動をできるだけ抑制しないように前記圧電アクチュエータを支持して、前記一対の出力電極と前記一対の入力電極とを電気的に接続する一対の導電性支持部材によって構成されていることを特徴とするタッチパネルを備えた表示装置。
2. 前記一対の導電性支持部材は、それぞれ導電性フォームによって形成されており、
   前記圧電アクチュエータは、細長いプレート形状を有しており、
   前記一対の入力電極は、前記圧電アクチュエータの長手方向の両端部にそれぞれ配置されており、
   前記圧電アクチュエータと前記タッチパネルとの機械的に接続のために、前記一対の入力電極の中間位置に対応する前記圧電アクチュエータの表面部と前記タッチパネルの前記裏面とに接続された弾性部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネルを備えた表示装置。
3. 前記タッチパネルがガラスにより形成されている請求項２に記載のタッチパネルを備えた表示装置。
4. 前記一対の導電性支持部材は、それぞれ導電性フォームによって形成されており、
   前記圧電アクチュエータは、細長いプレート形状を有しており、
   前記一対の入力電極は、前記圧電アクチュエータの長手方向の両端部にそれぞれ配置されており、
   前記圧電アクチュエータと前記タッチパネルとが接着層を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネルを備えた表示装置。
5. 前記タッチパネルが合成樹脂により形成されている請求項４に記載のタッチパネルを備えた表示装置。
6. 前記圧電アクチュエータは、
   表面と裏面とを備えて前記表面が前記タッチパネルの前記裏面と対向する金属振動板と、
   前記金属振動板の裏面上に形成された圧電素子とを備え、
   前記圧電素子は、前記金属振動板に接続される第１の導電部と、圧電部を介して第１の導電部と対向する第２の導電部と、前記第１の導電部に接続された導電接続路とを備えており、
   前記圧電素子の前記回路基板と対向する部分には、前記導電接続路の一部と、前記第２の導電部の一部とが形成されており、
   前記一対の入力電極の一方の入力電極は、前記導電接続路の前記一部により構成されており、
   前記一対の入力電極の他方の入力電極は、前記第２の導電部の前記一部により構成されていることを特徴とする請求項２に記載のタッチパネルを備えた表示装置。
7. 前記圧電部は、複数の圧電層を有しており、
   前記第１の導電部は、複数の第１の導電層と、前記複数の第１の導電層を連結する第１の連結部とを有しており、
   前記第２の導電部は、前記複数の圧電層を介して前記第１の導電部とぞれぞれ対向する複数の第２の導電層と、前記複数の第２の導電層を連結する第２の連結部とを有しており、
   前記第１及び第２の連結部は、前記圧電素子の前記長手方向の両端に位置する第１及び第２の側面上にそれぞれ形成されており、
   前記導電接続路は、前記複数の圧電層の前記回路基板と対向する最外層の圧電層の前記第１の側面上に形成された側面接続路部分と、前記圧電層の前記回路基板と対向する面上に形成された対向接続路部分とを有しており、
   前記側面接続路部分が前記第１の連結部に接続されている請求項６に記載のタッチパネルを備えた表示装置。
8. 表面に操作者が指で触れたことを検知するタッチスイッチを備えたタッチパネルと、
   前記タッチパネルに機械的に接続されて、前記タッチスイッチに前記指が触れると前記タッチパネルを振動させる圧電アクチュエータと、
   前記タッチパネルの裏面との間に間隔を開けて配置されて、前記圧電アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路を少なくとも有する回路基板とを備え、
   前記圧電アクチュエータは、前記回路基板の表面上に支持構造を介して支持され且つ前記アクチュエータ駆動回路により駆動されて発生する振動を前記タッチパネルに伝達できるように前記タッチパネルの前記裏面と機械的に接続されており、
   前記圧電アクチュエータは、前記回路基板と対向する裏面上に所定の間隔を開けて配置された一対の入力電極を備えており、
   前記支持構造が、前記回路基板に設けた前記アクチュエータ駆動回路の一対の出力電極と前記一対の入力電極との間に配置され、導電性を有して前記圧電アクチュエータを支持して、前記一対の出力電極と前記一対の入力電極とを電気的に接続する一対の導電性支持部材によって構成され、
   前記一対の導電性支持部材の少なくとも一つが、前記操作者の前記指から前記タッチパネルに加わる力の大きさを検知する力センサによって構成され、
   前記力センサは、対応する前記入力電極と接触する導電性を有する接触子と、前記接触子を含んで構成されて前記回路基板上の前記出力電極に電気的に接続される導電路とを備えていることを特徴とするタッチパネルを備えた表示装置。
9. 前記力センサは、前記接触子の変位に応じて撓み且つ撓み量に応じた電気信号を出力する複数の拡散抵抗が形成された半導体基体を備えており、
   前記接触子は導電性の球体から構成され、
   前記導電路は、前記球体と接触するように前記半導体基体上に形成された接触用電極と 前記半導体基体に形成されて前記接触用電極と電気的に接続された配線パターンとを含んでいる請求項８に記載のタッチパネルを備えた表示装置。
10. 表面に操作者が指で触れたことを検知するタッチスイッチを備えたタッチパネルと、
    前記タッチパネルに機械的に接続されて、前記タッチスイッチに前記指が触れると前記タッチパネルを振動させる圧電アクチュエータと、
    前記タッチパネルの裏面との間に間隔を開けて配置されて、前記圧電アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路を少なくとも有する回路基板とを備え、
    前記圧電アクチュエータは、前記回路基板の表面上に支持構造を介して支持され且つ前記アクチュエータ駆動回路により駆動されて発生する振動を前記タッチパネルに伝達できるように前記タッチパネルの前記裏面と機械的に接続されており、
    前記圧電アクチュエータは、前記回路基板と対向する裏面上に所定の間隔を開けて配置された一対の入力電極を備えており、
    前記支持構造が、前記回路基板に設けた前記アクチュエータ駆動回路の一対の出力電極と前記一対の入力電極との間に配置され、導電性を有して前記圧電アクチュエータを支持して、前記一対の出力電極と前記一対の入力電極とを電気的に接続する一対の導電性支持部材によって構成され、
    前記一対の導電性支持部材の少なくとも一つが、前記操作者の前記指から前記タッチパネルに加わる力の大きさを検知する力センサによって構成され、
    前記力センサは、対応する前記入力電極に固定された導電性を有する接触子と、前記接触子を含んで構成されて前記回路基板上の前記出力電極に電気的に接続される導電路とを備えていることを特徴とするタッチパネルを備えた表示装置。
11. 表面と裏面とを備えて前記表面がタッチパネル等の被振動体の裏面と対向する金属振動板と、
    前記金属振動板の裏面上に形成された圧電素子とを備え、
    前記圧電素子は、前記金属振動板に接続される第１の導電部と、圧電部を介して第１の導電部と対向する第２の導電部と、前記第１の導電部に接続された導電接続路とを備えており、
    前記圧電素子の前記金属振動板と反対側の部分には、前記導電接続路の一部と、前記第２の導電部の一部とが形成されており、
    前記導電接続路の一部及び前記第２の導電部の一部により、前記圧電素子の一対の入力電極がぞれぞれ構成されており、
    振動を前記被振動体に伝達できるように前記被振動体の前記裏面と機械的に接続されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
12. 表面に操作者が指で触れたことを検知するタッチスイッチを備えたタッチパネルと、
    前記タッチパネルに機械的に接続されて、前記タッチスイッチに前記指が触れると前記タッチパネルを振動させる圧電アクチュエータと、
    前記タッチパネルの裏面との間に間隔を開けて配置されて、前記圧電アクチュエータが取り付けられる被取付部とを備え、
    前記圧電アクチュエータは、支持構造を介して前記被取付部に支持され且つ前記アクチュエータ駆動回路により駆動されて発生する振動を前記タッチパネルに伝達できるように前記タッチパネルの前記裏面と機械的に接続されており、
    前記圧電アクチュエータは、表面と裏面とを備える金属振動板と、前記金属振動板の両面上に形成された圧電素子とを備えた細長いプレート形状を有しており、
    前記支持構造が、弾力性を有して前記圧電アクチュエータの振動をできるだけ抑制しないように、前記圧電アクチュエータの長手方向中央と前記被取付部との間に配置されており、
    前記圧電アクチュエータと前記タッチパネルとの機械的に接続のために、前記圧電アクチュエータの長手方向の両端に圧電アクチュエータの表面部と前記タッチパネルの前記裏面とに接続された弾性部材が備えられていることを特徴とするタッチパネルを備えた表示装置。

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