JP5812879B2 - 電子機器、およびこれを備えた携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器、およびこれを備えた携帯端末に関する。

近年、タッチパネル等の操作板を使用者が操作した場合に、操作した使用者に対して、押圧感、なぞり感、肌触り感等の様々な触感を伝達する触覚伝達技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような触覚伝達技術では、操作板に振動体を配置し、振動体の伸縮運動に従って操作板が湾曲振動することにより、操作した使用者に対して、触感を伝達する。

特開２００３−１２２５０７号公報

近年では、上記のタッチパネル等の操作板は、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯端末に搭載され始めている。このため、デザイン上の理由から、操作板の隅部は、平面視して円弧状をなしている場合が多い。このような操作板を操作した使用者に対して、十分な触感を伝達させるためには、操作板を十分に湾曲振動させる必要がある。操作板を十分に湾曲振動させるためには、操作板に対する振動体の配置位置を工夫する必要がある。

なお、上記の課題は、触覚伝達技術以外の、例えば、操作板を湾曲振動させて音を出力するスピーカ技術、あるいは、操作板を湾曲振動させて骨伝導により音を聴くことができる骨伝導技術であっても、同様である。

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、操作板を十分に湾曲振動させることができる電子機器、およびこれを備えた携帯端末に関する。

本発明の電子機器における一態様は、基体と、前記基体と対向して配置された操作板と、前記基体上に設けられ、かつ前記操作板と対向して配置される表示パネルと、前記操作板を振動させる振動体と、前記操作板を取り囲むように前記基体上に設けられた枠体と、を備え、前記操作板は、平面視して、前記表示パネルと重ならない位置に円弧状の隅部を有しており、前記操作板の前記隅部を支持する支持体が前記基体上に設けられ、前記振動体が、前記操作板の前記隅部以外の部位に設けられているとともに、前記支持体の前記操作板に接触する面の径が、前記支持体の前記基体に接触する面の径よりも小さい。

本発明の携帯端末における一態様は、本発明に係る電子機器を筐体に備える。また、本発明の携帯端末における他の態様は、本発明に係る電子機器における前記基体および前記枠体が筐体となる。

本発明の電子機器、およびこれを備えた携帯端末は、操作板を十分に湾曲振動させることができる、という効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る電子機器の概略構成を示す平面図である。 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。 図１中に示した切断線ＩＩ−ＩＩに沿って切断した断面図である。 図１中に示した切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した断面図である。 支持体を拡大した図である。 電子機器の動作例を示すフローチャートである。 携帯端末の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子機器の概略構成を示す平面図である。 図８中に示した切断線ＩＶ−ＩＶに沿って切断した断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る電子機器の概略構成を示す平面図である。 図１０中に示した切断線Ｖ−Ｖに沿って切断した断面図である。

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、本発明に係る電子機器、およびこれを備えた携帯端末は、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。

[実施の形態１]
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る電子機器Ｘ１は、液晶パネル２、タッチパネル３、振動体４、基体５、枠体６、および支持体７を備えている。

液晶パネル２は、表示のために液晶組成物を利用した表示パネルである。具体的には、液晶パネル２は、一方基板と、一方基板に対向して配置される他方基板と、一方基板と他方基板との間に介在した液晶層と、一方基板と他方基板との間に介在しかつ表示に寄与する表示部材層と、一方基板および他方基板に対して光を照射するバックライトと、を備えている。ここで、説明の便宜上、一方基板、他方基板、液晶層、表示部材層、およびバックライトの図示は省略している。なお、表示部材層としては、例えば、画素電極、配向膜、カラーフィルタ等が挙げられる。液晶パネル２の駆動方式としては、単純マトリクス駆動方式であってもよいし、アクティブマトリクス駆動方式であってもよい。

なお、液晶パネル２の代わりに、プラズマパネル、有機ＥＬパネル、電子ペーパ等の表示パネルを用いてもよい。ここで、有機ＥＬパネルは、電圧を印加すると発光する物質を利用した表示パネルである。具体的には、有機ＥＬパネルは、ジアミン類等の有機物を用いた発光体を基板に蒸着し、５〜１０Ｖの直流電圧を印加することで表示が行われる。なお、液晶パネル２の代わりに有機ＥＬパネルを用いた場合には、バックライトは不要となる。

タッチパネル（操作板）３は、使用者が指あるいはペン等で操作した箇所を入力位置として検出する入力デバイスである。図２〜図４に示すように、タッチパネル３は、液晶パネル２と空間Ｓ１を介して対向して配置されている。タッチパネル３は、操作面３ａ、および操作面３ａの反対側に位置する背面３ｂを有している。すなわち、タッチパネル３の操作面３ａが、使用者により指あるいはペン等で直接操作される面となる。本実施形態では、タッチパネル３は、検出感度向上の観点から、静電容量方式のタッチパネルを用いているが、静電容量方式のタッチパネルに代えて、抵抗膜方式のタッチパネル、表面弾性波方式のタッチパネル、赤外線方式のタッチパネル、あるいは電磁誘導方式のタッチパネル等を用いてもよい。

図１に示すように、タッチパネル３は、４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４を有している。本実施形態において、タッチパネル３の４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４は、平面視して円弧状をなしている
。タッチパネル３の４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４が平面視して円弧状をなしているのは、デザイン上の理由による。また、タッチパネル３の４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４が平面視して円弧状をなしていると、外部からの応力が当該隅部Ｃ１〜Ｃ４に加わった場合であっても、当該応力を緩和することができる。このため、タッチパネル３が破損する可能性を低減できる。

振動体４は、使用者による所定の入力操作を検知した場合に、タッチパネル３を湾曲振動させる機能を有する。具体的には、振動体４は、タッチパネル３の短辺方向（図１を紙面上から見た場合の左右方向）に伸縮運動を繰り返すことにより、タッチパネル３の厚み方向（以下、当該方向を「上下方向」と称する）に、タッチパネル３を湾曲振動させる。なお、詳細は後述するように、振動体４は、タッチパネル３への押圧荷重を検出する機能も有している。

本実施形態では、振動体４は、圧電素子である。具体的には、ユニモルフ型の圧電素子である。このため、本実施形態に係る振動体４は、次のような構成を有している。すなわち、振動体４は、電極と活性層とが交互に積層されて構成されており、タッチパネル３の背面３ｂ近傍に位置する部位には不活性層が設けられている。ここで、活性層は、分極処理された圧電材料から構成されている。また、不活性層は、分極処理されていない圧電材料、金属材料、絶縁材料のいずれかにより構成されている。なお、ユニモルフ型の圧電素子の代わりに、バイモルフ型の圧電素子を用いてもよい。

本実施形態では、振動体４は、タッチパネル３の背面３ｂの、タッチパネル３の４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４以外の部位に設けられている。具体的には、振動体４は、平面視して液晶パネル２と重ならないように、タッチパネル３の４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４以外の部位に設けられている。本実施形態において振動体４は、タッチパネル３の短辺に沿って、タッチパネル３の背面３ｂに２つ配置されている。なお、振動体４の数については、特に限定されない。

ここで、仮に、振動体の一部が、タッチパネルの隅部に位置している場合を考える。振動体の一部がタッチパネルの隅部に位置していると、振動体の伸縮運動によりタッチパネルに伝わる振動は、隅部で抑制されてしまう。隅部は、平面視して円弧状をなしており、この円弧状で振動が分散されてしまうからである。タッチパネルに伝わる振動が隅部で抑制されてしまうと、タッチパネルのたわみ量は小さくなる。すなわち、タッチパネルを十分に湾曲振動させることができなくなる。このため、使用者に対して十分な触感を伝達することができない。

これに対して、本実施形態では、振動体４は、タッチパネル３の隅部Ｃ１〜Ｃ４以外の部位に設けられている。振動体４がタッチパネル３の隅部Ｃ１〜Ｃ４以外の部位に設けられていると、振動体４の伸縮運動によりタッチパネル３に伝わる振動は、隅部Ｃ１〜Ｃ４で抑制される可能性を低減できる。タッチパネル３に伝わる振動が隅部Ｃ１〜Ｃ４で抑制される可能性を低減できるので、タッチパネル３のたわみ量は大きくなる。すなわち、タッチパネル３を十分に湾曲振動させることが可能となる。このため、電子機器Ｘ１では、使用者に対して十分な触感を伝達することが可能となる。

なお、本明細書において「タッチパネル３を十分に湾曲振動させる」とは、使用者に対して、所望の触感を伝達することができる程度に、タッチパネル３を湾曲振動させることを意味する。

基体５および枠体６は、液晶パネル２を収容する機能を有する。基体５は、主面５ａを有している。基体５の主面５ａ上には、液晶パネル２が設けられている。枠体６は、液晶パネル２およびタッチパネル３を取り囲むように基体５の主面５ａ上に設けられている。
基体５および枠体６の構成材料としては、例えば、ポリカーボネート等の樹脂、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等の金属が挙げられる。ここで、基体５と枠体６とは、一体的に形成されていてもよいし、別個独立に形成されていてもよい。

支持体７は、タッチパネル３を支持する機能を有する。支持体７は、基体５の主面５ａ上に設けられている。本実施形態では、支持体７は、４つ設けられている。支持体７は、タッチパネル３の湾曲振動を抑制しないように、弾性を有している。このため、支持体７の構成材料としては、例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴム、発泡ウレタン、あるいはその他ゴム類等が挙げられる。

図１に示すように、支持体７は、タッチパネル３の４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４それぞれを支持することが好ましい。支持体７がタッチパネル３の４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４それぞれを支持すると、タッチパネル３に、振動体４の振動が十分に伝わり易くなる。言い換えるならば、タッチパネル３は、振動体４の伸縮運動によって、十分にたわみ易くなる。タッチパネル３の４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４に支持体７がそれぞれ位置しているからである。

なお、支持体７は、４つの隅部Ｃ１〜Ｃ４に加えて、隅部Ｃ１，Ｃ２間、および隅部Ｃ３，Ｃ４間に位置していてもよい。

本実施形態では、振動体４は、平面視して、４つの支持体７を結ぶ仮想線Ｌ１の内側に位置している。ここで、仮に、振動体が、平面視して、４つの支持体を結ぶ仮想線Ｌ１の外側に位置している場合を考える。この場合、振動体の伸縮運動によりタッチパネルに伝わる振動は、支持体によって抑制されてしまう。タッチパネルに伝わる振動が支持体で抑制されてしまうと、タッチパネルのたわみ量は小さくなる。すなわち、タッチパネルを十分に湾曲振動させることができなくなる。このため、使用者に対して十分な触感を伝達することができない。

これに対して、本実施形態では、振動体４は、平面視して、４つの支持体７を結ぶ仮想線Ｌ１の内側に位置している。このため、振動体４の伸縮運動によりタッチパネル３に伝わる振動は、支持体７によって抑制される可能性を低減できる。タッチパネル３に伝わる振動が支持体７によって抑制される可能性を低減できるので、タッチパネル３のたわみ量は大きくなる。すなわち、タッチパネル３を十分に湾曲振動させることが可能となる。このため、電子機器Ｘ１では、使用者に対して十分な触感を伝達することが可能となる。

図５は、支持体７を拡大した図である。図５に示すように、支持体７のタッチパネル３の背面３ｂに接触する面７ａの径Ｍ１は、支持体７の基体５の主面５ａに接触する面７ｂの径Ｍ２よりも小さいことが好ましい。すなわち、本実施形態における支持体７は、タッチパネル３の背面３ｂから基体５の主面５ａに向かうに従って、その径が次第に大きくなる、いわゆるテーパー形状をなしている。支持体７をこのように構成することにより、支持体７によるタッチパネル３の拘束度合いを低減することができる。すなわち、タッチパネル３を十分に湾曲振動させることが可能となる。このため、電子機器Ｘ１では、使用者に対して十分な触感を伝達することが可能となる。

なお、上記に言う「面の径」とは、面が平面視して円形状である場合には、当該円の直径を意味し、面が平面視して多角形状である場合には、当該多角形の対角線を意味する。

なお、上記では、支持体７は、いわゆるテーパー形状をなしている例について説明したが、これに限らない。例えば、支持体７は、単に円柱状をなしていてもよい。

次に、電子機器Ｘ１の動作例について、図６を参照しながら説明する。

なお、以下では、触覚伝達のうち使用者に対して押圧感を伝達する場合の電子機器Ｘ１の動作例について説明するが、電子機器Ｘ１は、押圧感以外の、例えば、なぞり感、肌触り感等の様々な触感を伝達する場合にも適用できることは勿論である。

図６に示すように、使用者が、タッチパネル３を押圧した場合に、振動体４は、タッチパネル３への押圧荷重を検出する（Ｏｐ１）。ここで、振動体４の荷重検出機能について説明する。すなわち、使用者が、タッチパネル３を押圧すると、タッチパネル３が下方向に湾曲する。タッチパネル３が下方向に湾曲すると、振動体４も下方向に湾曲する。つまり、タッチパネル３への押圧荷重に応じて、振動体４の湾曲量が変移する。本実施形態では、振動体４は、圧電素子であるので、湾曲量に応じた電圧に変換することができる。この結果、振動体４によりタッチパネル３への押圧荷重を検出することができる。なお、上記では、荷重検出機能を振動体４で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。

そして、図示しない触覚伝達ドライバは、使用者による入力操作が、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）。なお、触覚伝達ドライバは、例えば、タッチパネル３と接続されたＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）上に、タッチパネル３を制御するタッチパネルドライバとともに設けられている。

そして、触覚伝達ドライバは、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）、振動体４をタッチパネル３の短辺方向に伸縮運動させる（Ｏｐ３）。そして、Ｏｐ３にて伸縮運動された振動体４によりタッチパネル３が上下方向に湾曲振動する（Ｏｐ４）。これにより、タッチパネル３を押圧した使用者に対して押圧感が伝達される。一方、触覚伝達ドライバは、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。

以上のように、上記の電子機器Ｘ１は、タッチパネル３を十分に湾曲振動させることができる。

次に、上記の電子機器Ｘ１を備えた携帯端末Ｙ１について、図７を参照しながら説明する。

図７は、本実施形態に係る携帯端末Ｐ１の概略構成を示す斜視図である。図７に示すように、携帯端末Ｐ１は、例えば、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ等であって、上記の電子機器Ｘ１と、音声入力部１０１と、音声出力部１０２と、キー入力部１０３と、筐体１０４とを備えている。

音声入力部１０１は、例えば、マイク等により構成されており、使用者の音声等が入力される。音声出力部１０２は、スピーカ等により構成されており、相手方からの音声等が出力される。キー入力部１０３は、例えば、機械的なキーにより構成される。なお、キー入力部１０３は、表示画面に表示された操作キーであってもよい。筐体１０４は、電子機器Ｘ１、音声入力部１０１、音声出力部１０２、およびキー入力部１０３を収容する機能を有する。

他にも、携帯端末Ｐ１は、必要な機能に応じて、デジタルカメラ機能部、ワンセグ放送用チューナ、赤外線通信機能部等の近距離無線通信部、および各種インタフェース等を備える場合もあるが、これらの詳細についての図示および説明は省略する。

携帯端末Ｐ１は、電子機器Ｘ１を備えているので、タッチパネル３を十分に湾曲振動させることができる。

なお、上記では、携帯端末Ｐ１に音声入力部１０１を備えている例について説明したが、これに限定されない。すなわち、携帯端末Ｐ１には音声入力部１０１は備えられていなくともよい。

また、上記では、携帯端末Ｐ１は、電子機器Ｘ１を収容する筐体１０４を備えている例について説明したが、これに限らない。筐体１０４を別個独立に設けることなく、電子機器Ｘ１における基体５および枠体６が筐体となる携帯端末であってもよい。

[実施の形態２]
図８は、本実施形態に係る電子機器Ｘ２の概略構成を示す平面図である。図９は、図８中に示した切断線ＩＶ−ＩＶに沿って切断した断面図である。なお、図８および図９において、図１および図２と同様の機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図８および図９に示すように、電子機器Ｘ２では、実施の形態１で説明した液晶パネル２およびタッチパネル３の代わりに、操作位置を検知する操作位置検知機能を有した液晶パネル２１を備えている。

液晶パネル２１は、一方基板と、一方基板に対向して配置される他方基板と、一方基板と他方基板との間に介在した液晶層と、一方基板と他方基板との間に介在しかつ表示に寄与する表示部材層と、一方基板および他方基板に対して光を照射するバックライトと、一方基板上に設けられた光検出部と、を備えている。この光検出部が操作位置検知機能に相当する。光検出部に外光が入射されている状態で、液晶パネル２１の操作面２１ａ上に指を置くことにより、この指に対応する光検出部に入射される外光が遮断される。これにより、液晶パネル２１では、外光が入射されている光検出部の検出レベルと、外光が入射されていない光検出部の検出レベルとを比較することにより、操作位置を検知することができる。

なお、上記では、操作位置検知機能を有した液晶パネル２１として、光検出部を備えた液晶パネルの例について説明したが、これに限らない。例えば、操作位置検知機能を有した液晶パネル２１として、静電容量方式のタッチパネルにおける検出電極を、液晶パネル２１の他方基板上に直接形成した液晶パネルであってもよい。

[実施の形態３]
図１０は、本実施形態に係る電子機器Ｘ３の概略構成を示す平面図である。図１１は、図１０中に示した切断線Ｖ−Ｖに沿って切断した断面図である。なお、図１０および図１１において、図１および図２と同様の機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図１０および図１１に示すように、電子機器Ｘ３では、タッチパネル３の操作面３ａ上および枠体６の上面６ａ上に、保護部材３０が設けられている。このため、空間Ｓ１は、基体５、枠体６、および保護部材３０によって封止される。空間Ｓ１が封止されるので、電子機器Ｘ３では、液晶パネル２に対する防水性および防塵性をある程度確保することができる。ここで、保護部材３０は、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂をフィルム状に形成したもの、ガラス、あるいはプラスチック等である。

なお、実施の形態１では、電子機器Ｘ１を備えた携帯端末Ｙ１の例について説明したが
、電子機器Ｘ１に代えて、電子機器Ｘ２、あるいは電子機器Ｘ３を採用してもよい。また、実施の形態１〜３は適宜に組み合わせてもよい。

また、実施の形態１〜３では、電子機器Ｘ１〜Ｘ３を触覚伝達技術に適用した例について説明したが、これに限らない。本発明は、触覚伝達技術以外に、例えば、操作板を湾曲振動させて音を出力するスピーカ技術、あるいは、操作板を湾曲振動させて骨伝導により音を聴くことができる骨伝導技術にも適用することが可能である。骨伝導技術のうち、電子機器Ｘ１〜Ｘ３を直接または他の物を介して耳に接触させて、耳の軟骨に振動を伝えることによって音を伝達することができる技術にも適用できることは勿論である。

Ｘ１〜Ｘ３ 電子機器
Ｙ１ 携帯端末
２ 液晶パネル（表示パネル）
３ タッチパネル（操作板）
４ 振動体
５ 基体
５ａ 基体の主面
６ 枠体
７ 支持体
１０ 筐体
２１ 液晶パネル（操作板、表示パネル）
３０ 保護部材
Ｃ１〜Ｃ４ タッチパネルの隅部
Ｓ１ 空間

Claims (8)

1. 基体と、
   前記基体と対向して配置された操作板と、
   前記基体上に設けられ、かつ前記操作板と対向して配置される表示パネルと、
   前記操作板を振動させる振動体と、
   前記操作板を取り囲むように前記基体上に設けられた枠体と、を備え、
   前記操作板は、平面視して、前記表示パネルと重ならない位置に円弧状の隅部を有しており、
   前記操作板の前記隅部を支持する支持体が前記基体上に設けられ、
   前記振動体が、前記操作板の前記隅部以外の部位に設けられているとともに、
   前記支持体の前記操作板に接触する面の径が、前記支持体の前記基体に接触する面の径よりも小さい、電子機器。
2. 前記操作板は、平面視して略矩形状をなしており、
   前記操作板は、前記隅部を４つ有しており、
   前記支持体は、前記操作板の４つの前記隅部それぞれを支持する、請求項１に記載の電子機器。
3. 前記振動体は、前記操作板の４つの前記隅部以外の部位に設けられている、請求項２に記載の電子機器。
4. 前記振動体は、前記操作板の短辺方向に沿って配置されている、請求項２または３に記載の電子機器。
5. 前記操作板上に保護部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子機器。
6. 前記操作板はタッチパネルである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子機器。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子機器を筐体に備えた携帯端末。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子機器における前記基体および前記枠体が筐体となる携帯端末。

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