JP5355432B2

JP5355432B2 - 入力装置、およびこれを備えた表示装置

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Publication number: JP5355432B2
Application number: JP2010007069A
Authority: JP
Inventors: 良一横山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2030-01-15
Also published as: JP2011145941A

Description

本発明は、例えば、表示画面上に配置され、使用者が指やペン等で押圧することにより情報を入力することができる入力装置、およびこれを備えた表示装置に関する。

入力装置は、例えば、ガラスからなる第１基体に、ＰＥＴフィルムからなる第２基体を対向配置した構成である（例えば、特許文献１参照）。第１基体には、その第１主面に、ＩＴＯからなる第１検出電極が設けられている。また、第２基体には、第１基体との対向面に、ＩＴＯからなる第２検出電極が設けられている。また、第１基体には、その第１主面に、第１検出電極および第２検出電極に電圧を印加するための検出電極用配線が設けられている。これにより、使用者が指やペン等で第２基体を押圧することにより、押圧された部位において第１検出電極と第２検出電極とが接触し、これによって入力装置に情報を入力することができる。

ところで、近年、使用者が入力装置の第２基体を押圧した場合に、押圧した使用者に対して、押しボタンスイッチを操作した場合と同様のリアルな押圧感（あるいはクリック感）を伝達する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

このような触角伝達技術を搭載した入力装置は、上記の構成に加えて、さらに次のような構成が設けられている。すなわち、第１基体には、その第２主面（第１主面とは反対側の面）に、複数の圧電素子が設けられている。また、第１基体には、その第２主面に、圧電素子に電圧を印加するための圧電素子用配線が設けられている。これにより、使用者の押圧操作による所定の荷重を検知した場合に圧電素子が振動し、圧電素子が設けられている第１基体が振動することにより、押圧した使用者に対してリアルな押圧感を伝達することができる。

特開２００２−４１２３１号公報特開２００４−１１８７５４号公報

しかしながら、上記従来の入力装置では、第１基体の第１主面に検出電極用配線が設けられており、第１基体の第２主面に圧電素子用配線が設けられている。このため、上記従来の入力装置では、第１基体の第１主面に検出電極用配線を形成した後に、当該第１主面とは反対側の第２主面に圧電素子用配線を形成する必要があった。すなわち、上記従来の入力装置では、検出電極用配線と圧電素子用配線とを一度に形成することができず、コストがかかるという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストを低減できる入力装置、およびこれを備えた表示装置に関する。

上記目的を達成するために本発明における入力装置は、入力領域、および該入力領域の外側に位置する外側領域を有する入力装置であって、主面を有する第１基体と、前記第１基体の前記主面に対向する対向面を有する第２基体と、前記入力領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられた第１検出電極と、前記入力領域に対応する前記第２基体の前記対向面上に設けられた第２検出電極と、前記外側領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられており、かつ前記第１検出電極と電気的に接続された第１検出電極用配線と、前記外側領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられており、かつ前記第２検出電極と電気的に接続された第２検出電極用配線と、前記外側領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられており、かつ前記第１基体を振動させる振動体と、前記外側領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられており、かつ前記振動体と電気的に接続された振動体用配線と、を備え、平面視において、前記第１基体の面積は、前記第２基体の面積よりも大きく、平面視において、前記振動体は、前記第２基体よりも外側に位置している。

上記目的を達成するために本発明における表示装置は、本発明に係る入力装置と、前記入力装置における前記第１基体と対向配置される表示パネルと、を備える。

本発明の入力装置、およびこれを備えた表示装置は、コストを低減できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る入力装置の概略構成を示す平面図である。第１基体側から見た場合の、第２基体の概略構成を示す平面図である。第２基体側から見た場合の、第１基体の概略構成を示す平面図である。図３中に示したＡの部分を拡大した図である。図１中に示した切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した断面図である。入力装置の動作例を示すフローチャートである。入力装置を備えた表示装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明に係る入力装置、およびこれを備えた表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。

図１に示すように、本実施形態に係る入力装置Ｘは、抵抗膜方式のタッチパネルであって、使用者が指やペン等で押圧することにより情報を入力するための入力領域Ｅ_Ｉと、入力領域Ｅ_Ｉの外側に位置する外側領域Ｅ_Ｏとを有している。また、入力装置Ｘは、第１基体１０、および第２基体２０を備えている。なお、以下では、第１基体１０を説明する前に、第２基体２０について説明する。

図２に示すように、第２基体２０は、第１基体１０と対向する対向面２０ａを有している。第２基体２０は、透光性および可撓性を有している。ここで、透光性とは、可視光に対する透過性を有することを意味する。また、第２基体２０は、対向面２０ａに対して交差する方向に光を適切に透過することが可能な構成とされるとともに、電気的な絶縁性を充分に有する構成とされている。第２基体２０の構成材料としては、ガラスあるいはプラスチック等の透光性を有するものが挙げられるが、中でも高品質の観点においてガラスが好ましい。なお、本実施形態において第２基体２０の平面視形状は略矩形状とされているが、これには限られない。

第２検出電極２１は、入力領域Ｅ_Ｉに対応する第２基体２０の対向面２０ａ上に設けられている。第２検出電極２１は、後述する第１基体１０の第１検出電極１２との接触点における電位の検出に寄与するものであり、対向面２０ａに対して交差する方向に光を適切に透過するように構成されている。第２検出電極２１の構成材料としては、透光性を有する導電部材が挙げられる。透光性を有する導電部材としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＡＴＯ（Antimony Tin Oxide）、酸化錫、あるいは酸化亜鉛等が挙げられる。

図３に示すように、第１基体１０は、主面１０ａを有している。第１基体１０は、第２基体２０と対向配置されており、透光性を有している。また、第１基体１０は、主面１０ａに対して交差する方向に光を適切に透過することが可能な構成とされるとともに、電気的な絶縁性を充分に有する構成とされている。また、図１に示すように、平面視において、第１基体１０の面積は、第２基体２０の面積よりも大きい。第１基体１０の構成材料としては、ガラスあるいはプラスチック等の透光性を有するものが挙げられるが、中でも高品質の観点においてガラスが好ましい。なお、本実施形態において第１基体１０の平面視形状は略矩形状とされているが、これには限られない。

第１検出電極１１は、入力領域Ｅ_Ｉに対応する第１基体１０の主面１０ａ上に設けられている。すなわち、平面視において第１検出電極１１と第２検出電極２１とが重なる領域が入力領域Ｅ_Ｉとなる。第１検出電極１１は、第２検出電極２１との接触点における電位の検出に寄与するものであり、主面１０ａに対して交差する方向に光を適切に透過するように構成されている。第１検出電極１１の構成材料としては、第２検出電極２１と同様のものが挙げられる。

また、第１検出電極１１上には、ドットスペーサ１２が設けられている。ドットスペーサ１２は、第１検出電極１１と第２検出電極２１とを押圧位置で接触させる（情報を入力する）場合に、該押圧位置以外の領域において第１検出電極１１と第２検出電極２１との不要な接触が発生するのを低減する役割を担う部材である。また、ドットスペーサ１２は、複数のドット状のスペーサにより構成されている。ドットスペーサ１２の構成材料としては、例えば、熱硬化性樹脂あるいは紫外線硬化性樹脂が挙げられ、耐環境性の観点からは熱硬化性樹脂が好ましく、製造効率の観点からは紫外線硬化性樹脂が好ましい。

また、外側領域Ｅ_Ｏに対応する第１基体１０の主面１０ａ上には、第１検出電極用配線１３および第２検出電極用配線１４が設けられている。第１検出電極用配線１３は、第１検出電極１１に対して電圧を印加する役割を担う部材である。このため、第１検出電極用配線１３は、第１検出電極１１と電気的に接続されているとともに、フレキシブル基板３０と電気的に接続されている。また、第２検出電極用配線１４は、第２検出電極２１に対して電圧を印加する役割を担う部材である。このため、第２検出電極用配線１４は、導電性接着材Ｓ（図５参照）を介して第２検出電極２１と電気的に接続されているとともに、フレキシブル基板３０と電気的に接続されている。

本実施形態においてこれら検出電極用配線１３，１４は、例えば、硬質で高い形状安定性を得るべく、金属薄膜で構成されている。この金属薄膜としては、例えば、アルミニウム膜、アルミニウム合金膜、クロム膜とアルミニウム膜との積層膜、あるいはクロム膜とアルミニウム合金膜との積層膜が挙げられる。

また、外側領域Ｅ_Ｏに対応する第１基体１０の主面１０ａ上には、圧電素子（振動体）４０ａ〜４０ｄが設けられている。具体的には、圧電素子４０ａ〜４０ｄは、図３に示すように、第１検出電極用配線１３および第２検出電極用配線１４よりも外側の、第１基体１０の主面１０ａ上に設けられている。また、圧電素子４０ａ〜４０ｄは、図１に示すように、平面視において、第２基体２０よりも外側に位置している。すなわち、第１基体１０の面積は、第２基体２０の面積よりも大きいので、第１基体１０と第２基体２０とを貼り合わせた後に、容易に、圧電素子４０ａ〜４０ｄを第１基体１０の主面１０ａ上に配置することができる。また、本実施形態において圧電素子４０ａ〜４０ｄの平面視形状は略矩形状である。このため、圧電素子４０ａ〜４０ｄは、図４に示すように、平面視において、長辺Ｓａと短辺Ｓｂとを有している。なお、本実施形態における入力装置Ｘは、４つの圧電素子４０ａ〜４０ｄが設けられているが、圧電素子の数についてはこれには限られず、任意である。

なお、以下では、圧電素子を説明する際、特に区別する必要がある場合にのみ、例えば、圧電素子４０ａのように、それぞれを区別するための英小文字を付して説明し、特に区別する必要がない場合、あるいは、総称する場合には、例えば、圧電素子４０のように、英小文字を付さずに説明する。

圧電素子４０は、図４に示すように、正の電圧が印加される第１電源供給端子４１と、負の電圧が印加される第２電源供給端子４２とを有している。また、圧電素子４０は、第１電源供給端子４１と電気的に接続される第１電極４１１と、第２電源供給端子４２と電気的に接続される第２電極４２１とを有している。すなわち、圧電素子４０は、当該圧電素子４０に加えられた力を電圧に変換するとともに、電極４１１,４２１および電源供給端子４１，４２を介して印加される電圧を力（振動）に変換する、いわゆる圧電効果を利用したピエゾ素子である。本実施形態における圧電素子４０は、複数枚の圧電体を貼り合わせることによって構成されるバイモルフ型の圧電素子であるが、これに限らず、モノモルフ型の圧電素子であってもよい。

圧電素子４０は、第２基体２０への押圧荷重を検出するとともに、第１基体１０および第２基体２０を振動させる役割を担う部材である。すなわち、本実施形態における圧電素子４０は、荷重を検出する機能と、振動する機能との双方の機能を有している。ここで、まず、圧電素子４０の荷重検出機能について説明する。すなわち、使用者が第２基体２０を押圧すると、圧電素子４０が撓む。つまり、第２基体２０への押圧荷重に応じて、圧電素子４０の撓み量が変移することになる。圧電素子４０は、撓み量を、当該撓み量に応じた電圧に変換する。これにより、圧電素子４０により第２基体２０の押圧荷重を検出することができる。なお、上記では、荷重検出機能を圧電素子４０によって実現している例について説明したが、これに限らず、例えば、歪みセンサ等の荷重センサによって実現してもよい。

次に、圧電素子４０の振動機能について説明する。すなわち、制御部（コントローラ）５０からの指示によって、後述する圧電素子用配線６１，６２、電源供給端子４１，４２、および電極４１１,４２１を介して圧電素子４０に電圧が印加されると、当該圧電素子４０は振動する。なお、本実施形態における制御部５０は、フレキシブル基板３０上に設けられているが、これには限られない。圧電素子４０が振動するので、圧電素子４０が設けられた第１基体１０は振動する。第１基体１０が振動するので、第１基体１０と対向配置される第２基体２０も振動する。これにより、第２基体２０を押圧した使用者に対して押圧感が伝達される。なお、上記では、振動機能を圧電素子４０によって実現している例について説明したが、これに限らず、例えば、電磁式振動体、モータ等によって実現してもよい。

また、外側領域Ｅ_Ｏに対応する第１基体１０の主面１０ａ上には、第１圧電素子用配線（振動体用配線）６１および第２圧電素子用配線（振動体用配線）６２が設けられている。具体的には、圧電素子用配線６１，６２は、第１検出電極用配線１３および第２検出電極用配線１４よりも外側の、第１基体１０の主面１０ａ上に設けられている。第１圧電素子用配線６１は、第１電源供給端子４１と電気的に接続されているとともに、フレキシブル基板３０と電気的に接続されている。また、第２圧電素子用配線６２は、第２電源供給端子４２と電気的に接続されているとともに、フレキシブル基板３０と電気的に接続されている。

このように、本実施形態では、第１検出電極用配線１３および第２検出電極用配線１４が設けられた第１基体１０の主面１０ａと同じ主面１０ａ上に、第１圧電素子用配線６１および第２圧電素子用配線６２が設けられている。すなわち、本実施形態では、検出電極用配線１３，１４および圧電素子用配線６１，６２は、外側領域Ｅ_Ｏに対応する第１基体１０の主面１０ａ上にのみ設けられている。このため、本実施形態における入力装置Ｘでは、検出電極用配線１３，１４と圧電素子用配線６１，６２とを、例えば、フォトリソグラフィあるいはスクリーン印刷等によって、第１基体１０の主面１０ａ上に一度に形成することができる。そのため、本実施形態における入力装置Ｘは、上記従来の入力装置と比べて、コストを低減することができる。

なお、圧電素子用配線６１，６２の構成材料は、検出電極用配線１３，１４の構成材料と同じであることが好ましい。圧電素子用配線６１，６２の構成材料と検出電極用配線１３，１４の構成材料とが同じであれば、検出電極用配線１３，１４と圧電素子用配線６１，６２とを、第１基体１０の主面１０ａ上に一度に形成することが容易となる。

ここで、図４に示すように、圧電素子用配線６１，６２は、圧電素子４０の短辺Ｓｂと平面視において交差し、かつ圧電素子４０の短辺Ｓｂの一部と対応する第１基体１０と圧電素子４０との間に介在され電源供給端子４１，４２と接続されることが好ましい。具体的には、圧電素子用配線６１，６２は、圧電素子４０ａ〜４０ｃの短辺Ｓｂを貫くようにして設けられていることが好ましい。このようにすると、圧電素子用配線６１，６２が圧電素子４０の長辺Ｓａを介して電源供給端子４１，４２と接続されている態様と比べて、外側領域Ｅ_Ｏを小さくすることができる。

また、本実施形態における入力装置Ｘは、上記従来の入力装置と比べて、図５に示すように、入力装置Ｘにおける厚み方向の幅Ｗを小さくすることができる。すなわち、上記従来の入力装置では、圧電素子は、第１基体の主面とは反対側の面（裏面）に設けられている。このため、上記従来の入力装置では、圧電素子の厚み分、入力装置における厚み方向の幅が大きくなる。これに対して、本実施形態における入力装置Ｘでは、圧電素子４０は、第１基体１０の主面１０ａ上に設けられているので、入力装置Ｘにおける厚み方向の幅Ｗを小さくすることができる。そのため、本実施形態における入力装置Ｘは、上記従来の入力装置と比べて、薄型化を実現することができる。

次に、上記の構成に係る入力装置Ｘの動作について、図６を参照しながら説明する。

図６に示すように、圧電素子４０は、例えば、使用者が第２基体２０を押圧した場合に、第２基体２０への押圧荷重を検出する（Ｏｐ１）。そして、制御部５０は、使用者による第２基体２０への押圧操作が、表示画面に表示された入力オブジェクトに対する押圧操作である場合に、Ｏｐ１にて検出された押圧荷重が閾値以上であるか否かを判定する（Ｏｐ２）。

制御部５０は、Ｏｐ１にて検出された押圧荷重が閾値以上であると判定すれば（Ｏｐ２にてＹＥＳ）、圧電素子４０を振動させる（Ｏｐ３）。そして、Ｏｐ３にて振動された圧電素子４０により第１基体１０が振動する。第１基体１０が振動するので、第１基体１０と対向配置される第２基体２０も振動する。これにより、第２基体２０を押圧した使用者に対して押圧感が伝達される。一方、制御部５０は、Ｏｐ１にて検出された押圧荷重が閾値未満であると判定すれば（Ｏｐ２にてＮＯ）、図６の処理を終了する。

次に、入力装置Ｘを備えた表示装置Ｙについて、図７を参照しながら説明する。

図７に示すように、本実施形態に係る表示装置Ｙは、入力装置Ｘと、入力装置Ｘと対向配置される液晶表示装置Ｚとを備えている。

液晶表示装置Ｚは、液晶表示パネル７０、バックライト７１、および筐体７２を備えている。

バックライト７１は、光源７１ａおよび導光板７１ｂを含んでいる。光源７１ａは、導光板７１ｂに向けて光を出射する役割を担う部材であり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）から構成される。なお、ＬＥＤの代わりに、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＥＬ（Electro-Luminescence）であってもよい。導光板７１ｂは、液晶表示パネル７０の下面全体にわたって、光源７１ａからの光を略均一に導くための役割を担う部材である。

筐体７２は、液晶表示パネル７０およびバックライト７１を収容する役割を担うものであり、上側筐体７２ａおよび下側筐体７２ｂを含んで構成される。筐体７２の構成材料としては、例えば、ポリカーボネート等の樹脂、あるいはステンレス（ＳＵＳ）やアルミニウム等の金属が挙げられる。

ここで、液晶表示装置Ｚは、例えば、ホウ素、ウレタン材、あるいはアクリル樹脂系の両面粘着テープからなる緩衝材Ｔで入力装置Ｘを支持している。緩衝材Ｔの数は任意であるが、本実施形態においては、液晶表示装置Ｚは、６つの緩衝材Ｔで入力装置Ｘを支持している。これにより、表示装置Ｙは、入力装置Ｘを振動させることが可能となり、使用者に対して押圧感を伝達することが可能となる。

表示装置Ｙは、例えば、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯用の端末装置、工場等の産業用途で使用されるプログラマブル表示器、電子手帳、パーソナルコンピュータ、複写機、あるいはゲーム用の端末装置等の種々の電子機器に備えられる。

なお、上記では、入力装置Ｘが抵抗膜方式のタッチパネルである例について説明したが、これに限定されない。すなわち、入力装置は、静電容量方式のタッチパネルであってもよい。この場合、入力装置には、入力領域に対応する第１基体の主面上に設けられており、かつ第１方向に沿って配列された第１検出電極と、入力領域に対応する第１基体の主面上に設けられており、かつ第２方向に沿って配列された第２検出電極と、外側領域に対応する第１基体の主面上に設けられており、かつ第１検出電極および第２検出電極に電圧を印加するための検出電極用配線とが設けられている。また、入力装置には、外側領域に対応する第１基体の主面上に設けられており、かつ第１基体を振動させる圧電素子と、外側領域に対応する第１基体の主面上に設けられており、かつ圧電素子に電圧を印加するための圧電素子用配線とが設けられている。

また、上記では、入力装置Ｘが設けられる表示パネルが液晶表示パネルである例について説明したが、これに限定されない。すなわち、入力装置Ｘが設けられる表示パネルは、ＣＲＴ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、蛍光表示管、電界放出ディスプレイ、表面電界ディスプレイ、電子ペーパ等であってもよい。

Ｘ入力装置
Ｙ表示装置
１０第１基体
１０ａ第１基体の主面
１１第１検出電極
１３第１検出電極用配線
１４第２検出電極用配線
２０第２基体
２１第２検出電極
４０ａ〜４０ｃ圧電素子（振動体）
４１第１電源供給端子
４２第２電源供給端子
６１第１圧電素子用配線（振動体用配線）
６２第２圧電素子用配線（振動体用配線）
７０液晶表示パネル（表示パネル）
Ｅ_Ｉ入力領域
Ｅ_Ｏ外側領域

Claims

入力領域、および該入力領域の外側に位置する外側領域を有する入力装置であって、
主面を有する第１基体と、
前記第１基体の前記主面に対向する対向面を有する第２基体と、
前記入力領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられた第１検出電極と、
前記入力領域に対応する前記第２基体の前記対向面上に設けられた第２検出電極と、
前記外側領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられており、かつ前記第１検出電極と電気的に接続された第１検出電極用配線と、
前記外側領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられており、かつ前記第２検出電極と電気的に接続された第２検出電極用配線と、
前記外側領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられており、かつ前記第１基体を振動させる振動体と、
前記外側領域に対応する前記第１基体の前記主面上に設けられており、かつ前記振動体と電気的に接続された振動体用配線と、を備え、
平面視において、前記第１基体の面積は、前記第２基体の面積よりも大きく、
平面視において、前記振動体は、前記第２基体よりも外側に位置している、入力装置。
前記振動体は、平面視矩形状であり、かつ電源供給端子を有しており、
前記振動体用配線は、前記振動体の短辺と平面視において交差し、かつ前記振動体の短辺の一部と対応する前記第１基体と前記振動体との間に介在され前記電源供給端子と接続される、請求項１に記載の入力装置。
平面視において、前記振動体用配線は、前記振動体の短辺同士を貫くようにして設けられている、請求項２に記載の入力装置。
前記振動体用配線の構成材料は、前記検出電極用配線の構成材料と同じである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の入力装置。
前記振動体は、印加される電圧に基づいて振動する圧電素子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の入力装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の入力装置と、
前記入力装置における前記第１基体と対向配置される表示パネルと、を備えた表示装置
。
前記表示パネルは、液晶表示パネルである、請求項６に記載の表示装置。