JP5719176B2 - タッチパネル及びタッチパネルを採用した電子製品 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル及びタッチパネルを採用した電子製品に関する。

既存の携帯型電子製品に向けた、タッチ領域のタッチイメージの出力を実現できるタッチパネル技術は、投影型静電容量方式タッチパネル技術や液晶パネルに感光モジュールを集積した光学式タッチパネル技術があげられる。

本発明は、タッチパネルを提供するが、タッチ領域に物理性質が電場に影響される材料または構造を採用し、音波または光波などタッチにより発生した電場変化信号を波動に伝えることで、高S/N比と低コストを求めることができる。
導体または帯電体は、交流電場に接近したとき、交流電場に影響を与えて、交流電場における同電場に駆動される圧電材料または構造が放出した音波に影響を与える。そして、同圧電材料または構造は、導体または帯電体が接近しなかったときと比べて変形した音波を放出する。このような変形音波を検出すれば、タッチの発生を確認することができる。

導体または帯電体は、電場に接近したとき、電場に影響を与えて、電場における物理性質が電場に左右される材料または構造の物理性質に影響を与える。材料または構造の物理性質の変化は、通った音波または光波などの波動に影響を与えて、導体または帯電体が接近しなかったときと比べて音波または光波を変化させることがある。波動のこのような変化を検出することでタッチの発生を確認することができる。

本発明の第１実施例のタッチパネルの側面図である。 本発明における音響回折格子層の構造である。 図２に示された音響回折格子層がy座標により複数の区域に分けられた区域見取り図である。 本発明の第１実施例における変形されたタッチパネルの側面図である。 本発明の第２実施例のタッチ領域の側面図である。 本発明の第２実施例のタッチ領域のタッチ見取り図である。

図１は、本発明の第１実施例のタッチパネルの側面図である。図１は、下記のようなものを含む：上ガラス基板１；透明圧電材料を含んだ音響回折格子層２；駆動電極層３で、駆動電極は、x軸と平行してy軸に沿って等間隔に並んでおり、かつ互いに絶縁している；音波発生器４で、y軸と平行した方向で音波を発射する；電気音響変換器アレイ５で、電気音響変換器ユニットは、x軸に沿って等間隔に並んでいる；下ガラス基板６で、支持・保護の役割を果たしている。

パネルが作動するとき、音波発生器は音波を放出し、電極を順次に作動させ、その上方の音響回折格子層に変化を発生させる。導体または帯電体が接近したとき、音響回折格子が設けられた電場は影響を受けて、音響回折格子の振動状況または音響回折格子の状態を変えて、導体または帯電体が接近しなかったときと比べて音響回折格子の音波を変化させる。システムは、電気音響変換器アレイの各受信ユニットが受信した音波信号を受信し記録する。１つの完全な作動周期内には、音響回折格子層の全ての区域は、いずれも１回駆動される。

高いリフレッシュレートを求めるためには、音響回折格子層の複数の等間隔区域を同時作動させることができる。例えば、図３を例としてみれば、Y=Y1、Y=Y3、Y=Y5、Y=Y7を１組とし、Y=Y2、Y=Y4、Y=Y6、Y=Y8を１組とする。各組内の音響回折格子層の区域を同時に作動させて、音波が電気音響変換器に到達した時間帯によって音波が対応する音響回折格子層の区域を確定する。

各音響回折格子を精確に制御するためには、複数の駆動電極で同じ区域の音響回折格子を駆動する方法を採用することができる。例えば、図２に示された構造を採用できる。それは、駆動電極７、８、９及び透明圧電材料で製造された音響回折格子１０、１１を含むが、音響回折格子１０、１１の間に光学ゲルまたは樹脂等の材料が充填されている。タッチパネルが作動の時、音波は、音響回折格子１０、１１の中を通る。駆動電極７、８を１組とし、駆動電極８、９を１組として作動させて、各組の２つの電極間の音響回折格子の区域を制御する。注意すべきなのは、音響回折格子層は、必ずしも格子状構造を採用しないが、条件によって、シート材またはその他の構造を採用してもかまわない。

図３を例としてみれば、音響回折格子層は、異なった駆動電極または駆動電極セットによりy座標によって複数の区域に分けられる。その作動フローは下記の通りである：
ステップ１：音波発生器は、作動し始まり、音波を放出する。音波発生器の音波は、電気音響変換器に到達し、電気音響変換器アレイは作動する。システムは、このときの各電気音響変換器ユニットが受信した音波信号を記録する。
ステップ２：y座標Y=Y1、Y=Y3、Y=Y5、Y=Y7区域の音響回折格子は、駆動電極の駆動により作動が始まる。音響回折格子の作動時、Y=Y1区域の音波がY=Y3区域に到達した時刻に、音響回折格子は、作動を停止する。電気音響変換器は、音波信号を受信する。システムは、音波の到達時間帯によって音波が対応する音響回折格子区域を確定する。システムは、音波を受信した電気音響変換器ユニットによって音波が対応する音響回折格子区域のX座標を確定する。ステップ１で受信した音波信号と対比して、Y=Y1、Y=Y3、Y=Y5、Y=Y7区域の音波信号変化程度分布図を求める。

ステップ３：Y=Y2、Y=Y4、Y=Y6、Y=Y8区域は、作動し始まり、ステップ１、ステップ２を繰り返し、音響回折格子層の全ての区域をいずれも１回駆動して、各区域の音波信号変化程度分布図を求める。
ステップ４：各区域の音波信号変化程度分布図をつなぎ合わせて、タッチ部全体が対応する音波信号変化程度分布図を求める。
ステップ５：タッチ領域全体が対応する音波信号変化程度分布図をズームして識別し、タッチ領域におけるタッチの発生状況を求める。
以上は、１つの完全な作動周期である。

音響回折格子の作動時、Y=Y1区域の音波がY=Y3区域に到達した時刻に、音響回折格子の作動を停止するのは、音波が作動状態にある音響回折格子区域に重複して入ることを回避するとともに、作動状態にある音響回折格子区域を通った音波を増加して、より正確で完全な信号を提供することを目的としている。音響回折格子の作動を停止する時刻を正確に把握できない場合、音響回折格子の作動を適当早めに停止させることができる。音響回折格子の作動を早めに停止させた場合、電気音響変換器は、音波を受信する時、暫く経つごとに、一部の作動状態にある音響回折格子を通っていない音波があるが、システムは、この部分の音波をステップ１で得た音波信号と対比して、この部分の音波を除去する。作動状態にある音響回折格子を通っていない音波が電気音響変換器に到達した時間帯を計算できるので、システムは、音波が電気音響変換器に到達した時間帯によってそれを除去することもできる。

物理性質が電場に左右される材料または構造を光が通った時、影響を受けるので、光電変換器アレイが受信した光波を検出することでタッチを確認することができる。光の伝播速度は非常に速いので、光回折格子構造を採用した実施例において、１回に１つの区域の光回折格子だけが作動する。

図４は、本発明の第１実施例における変形されたタッチパネルの側面図である。図４は、上基板１２；透明圧電材料で製造された光回折格子層１３；駆動電極層１４；下基板１５；光電変換器アレイ１６；赤外/紫外線発生器１７を含む。
本実施例における圧電材料は、物理性質が電場に影響されて、その中を通った光線または音波に変化を発生させるその他の材料または構造で代替することができる。
音響回折格子/光回折格子層と駆動電極層の位置は、互いに交替することができる。

図５は、本発明の第２実施例のタッチパネルの側面図である。図５は、保護の役割を果たす上基板１８；電気音響変換層１９；駆動電極層２０；下基板２１を含む。各駆動電極は、x軸と平行し、互いに絶縁して、y座標に沿って等間隔に並んでいる。例えば、人の指がタッチパネルに接近したとき、指は、その付近の交流電場に影響を与え、さらに電気音響変換層が放出した音波に変化を発生させる。パネル辺縁に設置された音響電気変換器は、受信した変化した音波をタッチしなかった時の参照波形と対比して、タッチを確認する。音波距離測定方法で受信した音波が対応する電気音響変換層区域のx座標を確定する場合、例えば第２実施例で採用した方法においては、音響電気変換器は、駆動電極に対して直角なパネル辺縁に設置される。音波を受信した音響電気変換器ユニットによって受信した音波が対応する電気音響変換層区域のx座標を確定する場合、例えば、第１実施例で採用した方法においては、音響電気変換器は、駆動電極と平行するパネル辺縁に設置される。パネルにおけるy座標が異なった区域は、相応のx軸と平行した駆動電極により駆動される。マルチポイントタッチパネルの１つの作動周期において、各駆動電極は、１回作動して、電気音響変換層の相応部分を駆動して音波を放出する。電極作動の遊び時間は、各電極が駆動する電気音響変換層が放出した音波が全て音響電気変換器に到達することを確保すべきである。

図６は、本発明の第２実施例のタッチ領域のタッチ見取り図である。図の中に音響電気変換器２２が含まれるが、タッチパネルの辺縁にあり、タッチ領域の中にはない。同実施例では、電気音響変換層は、異なった駆動電極で、y座標によって複数の区域に分けられる。
以下、図６を参照して、タッチパネルがタッチを検出する作動フローを説明する。
ステップ１：マルチポイントタッチパネルが作動するある時刻において、電極の駆動により、H区域の電気音響変換層は、暫く作動して停止する。その作動時間の長さは、音波を放出した１つの周期である。
ステップ２：H区域の電気音響変換層が放出した音波が全て音響電気変換器に到達してから、タッチパネルシステムは、音波到達時刻によって、音波放出区域を確定する。音波の到達時刻と音波放出区域の駆動電極の作動開始時刻との時間差によって、各時刻の音波が対応する電気音響変換層におけるポイントのx座標を確定し、それにより同区域の各ポイントが対応する音波信号を求める。それから、次の電気音響変換層区域は、電極の駆動により作動し始まる。

ステップ３：ステップ１、２におけるH区域における各ポイントが対応する音波信号を確定する方法で、その他各区域における各ポイントが対応する音波信号を確定する。
ステップ４：音響電気変換器が受信した音波をパネルにおけるタッチしなかった時の各区域の音波と対比して、各ポイントの音波信号変化程度によりそれに対応する図を求める。
ステップ５：各区域が生成した図をつなぎ合わせて、パネル全体の図を求める。
ステップ６：パネル全体の図をズームして、ズームした図を求める。
ステップ７：ズームした図を相応のアルゴリズムにより識別して、各タッチポイントの座標を確定する。

本発明の最適な実施例によると、タッチパネルの応答時間を短縮させるためには、電気音響変換層の２つまたは多くの異なった周波数の音波を放出する区域を同時に作動させる方法を採用して、音響電気変換器が受信した音波信号に対し周波数分離を行い、２つまたは多くの区域の音波をそれぞれ処理し、当該２つまたは多くの区域における各ポイントが放出した音波信号の分布図を生成させて、応答速度を著しく高めることができる。

本発明の最適な実施例によると、電気音響変換層の２つまたは多くの区域が周波数が異なった音波を放出する方法は、下記の通りである。例えば、この例に限らないが、２つまたは多くの区域の駆動電極は、周波数が異なったポンプ信号を放出する；或いは、２つまたは多くの区域は、１つの駆動電極を共用するが、当該２つまたは多くの区域は、異なった共振周波数を持つ圧電材料で製造されたものである。

本発明では、対比用のタッチが発生しなかった時の基礎信号は、システムに前もって設置する、駆動電極が作動しない時受信器が記録する、及びタッチ物がない場合にシステムが自動修正するなど、３種の方法の１種または多種により取得することができる。

本発明において、光線などの波動が低損耗で伝播媒質及び受信装置に入るためには、相応の反射防止層を採用することができる。例えば、実施例１において、音波/光波発生器と伝播媒質の間に、例えば音響回折格子層と音波発生器の間に反射防止層を添加し、受信器と伝播媒質の間に反射防止層を添加することができる。反射防止層は、多種の検出用波動への伝導係数が異なった材料を積み重ねて製造する。

音響回折格子/光回折格子層は、下記のような材料または構造を採用できる。シート材または構造、単一シート材料や圧電シート材料とその他の材料との混合材料、特に樹脂と圧電材料との混合材料、ある材料をベースに圧電材料微粒子を混入/散布/嵌込した材料、多種の圧電材料の同時採用、多種の圧電材料の混合材料、及びその他の物理特性が外部電場によって変化する材料または構造を採用できる。音響回折格子/光回折格子層は、機能に対する定義で、構造に対する定義ではない。つまり該当構造は、外部電場の影響により、該当構造を通った音波または光線に影響を与える機能を持つ。

音響回折格子/光回折格子層は、基板における吹付け、単独製作後、その他の構造と粘着し、圧延し、散布し、または上記の数種の工程の多種の方法を合わせて、製造することができる。例えば、吹付け/圧延/粘着方法でベースを作って、それから材料を散布する。
ここに記載された製造工程は、説明的なもので、制限的な内容ではない。

留意点として、本発明は、圧電材料を最適な実施例として本発明を説明した。留意点として、圧電材料を物理特性が外部電場によって変化する材料または構造で代替することができる。例えば、電磁原理構造に基づいた構造は、電場磁場間の作用により、構造の物理性質が同じく電場の変化に応答する。

留意点として、本発明は、x，y2D平面座標に基づいたデカルト直角座標系、等間隔配列の駆動電極を最適な実施例として本発明を説明した。留意点として、デカルト座標系をその他の座標系で代替することができる。電気性能などを考えて、駆動電極を必ずしも等間隔に並べなくてもかまわない。例えば、音波発生器をパネルの中心に設置して、環状極座標系を採用し、駆動電極を環状に排列してもよい。

留意点として、本発明は、音と光を例として説明したが、採用できる波動は、音と光に限られていない。X線などその他の周波数の電磁波をいずれも相応の材料または構造に合わせて採用することができる。物理性質が電場に影響され、通過した波動に影響を与えることができる材料または構造を採用して結構である。

留意点として、本発明は、強化ガラスを基板として、最適な実施例を説明した。しかし、本発明の基板は、強化ガラスまたは絶縁材料に限られていない。本分野の技術者は、一定の強度を持つ異方性材料を本発明の基板にすることができることを認識する必要がある。

留意点として、本発明における物理性質が電場に影響される材料、例えば最適な実施例に記載された音響回折格子層は、格子状構造を最適な実施例として採用した。しかし、格子状構造に限られていない。具体的な状況と需要により、電場に影響される材料は、シート圧電材料、球形圧電材料など、各種の構造を採用することができる。

留意点として、本発明の最適な実施例は、パネル辺縁と並行した条状波動受信装置と条状発信装置を採用した。しかし、条状受信装置と条状発信装置に限られていない。需要や採用した座標系によって、受信装置または発信装置は、如何なる方式の配置を採用することができる。例えば、点状配置、または環状配置を採用することができる。

本発明において導体を検出できるのは、導体が付近の電磁環境に影響を与えたからである。従って、付近の電磁環境に影響を与える如何なる物質の接近も検出することができる。例えば、絶縁体も電荷を付ければ検出することができる。
電場変化を検出するのに、電場に物理性質が電場の影響を受ける材料または構造を設置し、波動をこの材料または構造に通過させて、通過した波動の変化により、材料または構造の物理性質の変化を確認することで、材料または構造が設置された電場の変化を検出する。
留意点として、波動の変化は、物理性質が電場に影響される媒質の中を波動が伝播されたからだけでなく、波動が放出される材料または構造の物理性質が、設置されている電場の変化の影響を受けて変化した可能性もある。

本分野の技術者は、本発明に基づいたタッチパネルを各種の電子製品に組み合わせることができることを認識する必要がある。上記の電子製品は、以下のもの及びその他のものを含む：ディスプレイ、タブレットPC、パソコン、ワードパッド、指紋識別器、オーディオプレーヤー、デジタル電話、ＰＤＡ、デジタル画像記録製品、GPS、デジタルAVプレーヤー、デジタルフォトフレーム。

ここに記載された代表的な実施例は、制限方式ではなく説明方式で引用されている。本発明における音と光、及び各種の波動の効果同等性及び代替可能性を数回に亘って示唆した。本分野の技術者は、ここに記載された実施例の方式及び細部に対し各種な改変を行って求めた同等効果も依然として付加された権利請求範囲内に属される実施例であることを認識する必要がある。

Claims (15)

1. タッチ領域へのタッチの発生を検出でき、タッチの情報をシステムに発信するタッチパネルであって、導体または帯電体がタッチ領域へ接近したことで生ずるタッチ領域の電場変化を確認することで、タッチの情報を検出するもので、タッチ領域に物理性質が電場に影響される材料または構造が採用され、前記物理性質が材料または構造は、電場変化によって電荷移動及び電場変化の両者以外の物理的変化を生ずることができ、前記電場変化による前記材料または構造の物理的変化がタッチの検出に用いられていることを特徴とするタッチパネル。
2. タッチ領域へのタッチの発生を検出でき、タッチの情報をシステムに発信するタッチパネルであって、以下の１つの特徴を有する：
   導体または帯電体がタッチ領域へ接近したことで生ずるタッチ領域の電場変化を確認することで、タッチの情報を検出するものであり、音波または光波または赤外線または紫外線またはその他の波動を用い、音波または光波または赤外線または紫外線またはその他の波動の変化を検出して前記タッチ領域の電場変化を確認することで、タッチの情報を検出する；
   導体または帯電体がタッチ領域へ接近したことで生ずるタッチ領域の電場変化を確認することで、タッチの情報を検出するものであり、音波発信器または光波発信器または赤外線発生器または紫外線発生器または音波受信器または光波受信器または赤外線受信器または紫外線受信器またはその他の波動受信器または波動発信器を設けてあり、音波または光波または赤外線または紫外線またはその他の波動の変化を検出して前記タッチ領域の電場変化を確認することで、タッチの情報を検出する；タッチパネル。
3. 音波受信器または光波受信器または赤外線受信器または紫外線受信器またはその他の波動受信器は、波動を電気信号に変換するものである請求項２に記載のタッチパネル。
4. 音波または光波または赤外線または紫外線またはその他の波動の変化を検出してタッチ領域の物理性質が電場に影響される材料または構造の物理性質の変化を確認することにより、前記タッチ領域の電場変化を確認することで、タッチの情報を確認する請求項２に記載のタッチパネル。
5. タッチ領域へのタッチの発生を検出でき、タッチの情報をシステムに発信するタッチパネルであって、タッチ領域に物理性質が電場に影響される材料または構造が採用され、音波または光波または赤外線または紫外線を用い、タッチ領域の音波または光波または赤外線または紫外線の変化を検出してタッチ領域の電場変化を確認することでタッチの情報を確認することを特徴とするタッチパネル。
6. タッチ領域に、音響回折格子層、光回折格子層及び電気音響変換層の内の一つ又は複数が設置されている請求項２または５に記載のタッチパネル。
7. タッチ領域に駆動電極層が設置され、駆動電極が作動した時、タッチ領域の材料または構造が作動する請求項２または５に記載のタッチパネル。
8. ２Ｄ座標系の２座標の内、一方の座標においてタッチ領域を複数の区域に分け、各区域ごとにタッチを検出する請求項２〜７のいずれかに記載のタッチパネル。
9. 下記の一つまたは複数により各区域を識別することを特徴とする：
   各区域から受信した音波の周波数によって識別する；
   作動時間帯によって識別する；
   前記受信器が複数の受信ユニットより成り、受信ユニットの位置によって識別する；
   音波または光波が前記受信器に到達した時間帯によって識別する、請求項８に記載のタッチパネル。
10. 複数の区域が同時に作動する、請求項８に記載のタッチパネル。
11. 複数の駆動電極が同時にタッチ領域の同じ区域の材料または構造を駆動する請求項７に記載のタッチパネル。
12. タッチ領域に駆動電極層が設置され、駆動電極が作動した時、該駆動電極に対応するタッチ領域の前記材料または構造が作動する請求項１に記載のタッチパネル。
13. ２Ｄ座標系の２座標の内、一方の座標においてタッチ領域を複数の区域に分け、各区域ごとにタッチを検出する請求項１，１２のいずれかに記載のタッチパネル。
14. 電場の変化により生じた前記材料または構造の物理性質の変化を確認することで、タッチの情報を確認する請求項１，１２のいずれかに記載のタッチパネル。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載のタッチパネルを採用した電子製品。

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