JP6632788B2 - 静電容量変化検出構造およびそれを備えた電子機器 - Google Patents

Description

この発明は、静電容量変化検出構造およびそれを備えた電子機器に関するものである。

近年、車両に搭載される電子機器におけるディスプレイの多機能化、高精度化が進んでいる。市場では、ディスプレイに対する操作荷重に応じて、表示情報が変更されるディスプレイの開発が望まれている。また、視認性および意匠性の観点から、ディスプレイの大画面化、および、ディスプレイに取り付けるカバーガラスの狭額縁化が望まれている。

例えば、特許文献１に開示されている入力装置は、第１の電極と第２の電極の間の静電容量変化を検出する構造（従来の静電容量変化検出構造という）を備える。
以下、仮に、従来の静電容量変化検出構造を、ディスプレイを備えた電子機器に適用した場合について説明する。図５は、従来の静電容量変化検出構造を、ディスプレイを備える電子機器に適用した場合について説明するための参考図である。
図５に示す静電容量変化検出構造は、第１の極板１００、第２の極板２００、カバーガラス３００、フレーム４００、ディスプレイ５００、ボンディング材６００、およびタッチパネル７００等を備える。ディスプレイ５００の表示面側には、タッチパネル７００およびカバーガラス３００が取り付けられる。
図５に示すように、カバーガラス３００の表面に平行な方向をＸとする。フレーム４００は、ディスプレイ５００の背面側に取り付けられる部品である。ディスプレイ５００の表示面側とカバーガラス３００との間には、ボンディング材６００が配置される。ボンディング材６００は、弾性変形する部品である。

図５に示すように、第１の極板１００は、ディスプレイ５００の側部から外周方向に突出した取付面５０１に取り付けられる板状の部品である。図５に示すように、第１の極板１００の取付面の方向は、方向Ｘと平行である。図５に示すように、第２の極板２００は、カバーガラス３００の裏面に取り付けられる板状の部品である。図５に示すように、第２の極板２００の取付面の方向は、方向Ｘと平行である。
第１の極板１００と第２の極板２００は、対向する。第１の極板１００と第２の極板２００の間には静電容量Ｃが発生し、静電容量Ｃは不図示の検出部で検出される。静電容量Ｃは、第１の極板１００と第２の極板２００の間の距離に応じて変化する。ユーザが、カバーガラス３００に荷重を加えると、ボンディング材６００が変形し、カバーガラス３００がディスプレイ５００に接近する。このとき、静電容量Ｃが変化する。

特開２００６−２５３０００号公報

上記のように、仮に、従来の静電容量変化検出構造を、ディスプレイを備える電子機器に適用した場合、第１の極板１００および第２の極板２００の取付面の方向が、方向Ｘと平行となる。そのため、図５に示す寸法Ｓ１（額縁エリア）のスペースを確保しなければならず、電子機器の外形が大型化してしまうという課題があった。また、ディスプレイに取り付けるカバーガラスの狭額縁化を実現することができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電子機器の外形の小型化、およびディスプレイに取り付けるカバーガラスの狭額縁化を実現可能な静電容量変化検出構造を提供することを目的とする。

この発明に係る静電容量変化検出構造は、情報を表示するディスプレイと、ディスプレイを収容するフレームと、ディスプレイの表示面側に取り付けられるカバーガラスと、フレームに取り付けられる第１の極板と、ディスプレイに取り付けられる第２の極板とを備え、カバーガラスが操作されると、ディスプレイが背面側に移動して、第１の極板と第２の極板の間で発生する静電容量が変化するとともに、第１の極板および第２の極板の取付面の方向を、カバーガラスの表面に平行な方向と平行とならないようにした。

この発明によれば、電子機器の外形の小型化、およびディスプレイに取り付けるカバーガラスの狭額縁化を実現することができる。

実施の形態１に係る静電容量変化検出構造の構成例を示す図である。 有効面積について説明するための図である。 静電容量変化検出構造の別の例を示す図である。 図４Ａおよび図４Ｂは、静電容量変化検出構造の別の例を示す図である。 従来の静電容量変化検出構造を、ディスプレイを備える電子機器に適用した場合について説明するための参考図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る静電容量変化検出構造の構成例を説明するための図である。実施の形態１に係る静電容量変化検出構造は、第１の極板１０と第２の極板２０の間で発生する静電容量Ｃの変化を検出する構造である。

図１に示すように、電子機器１は、第１の極板１０、第２の極板２０、カバーガラス３０、フレーム４０、ディスプレイ５０、弾性体６０およびタッチパネル７０等を備える。電子機器１は、例えば、車両のインストルメントパネルに搭載される。電子機器１は、静電容量変化検出構造を有し、検出した静電容量Ｃの変化に基づいて、カバーガラス３０に加えられた操作荷重を算出する。

ディスプレイ５０は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）である。ディスプレイ５０には、不図示の情報制御部から出力された情報が表示される。図１に示すように、ディスプレイ５０は、ディスプレイ本体５５およびバックライトシャーシ５４を備える。図１では、表示面５１が、ディスプレイ５０のディスプレイ本体５５によって構成され、側面５２および背面５３が、ディスプレイ５０のバックライトシャーシ５４によって構成される例を示している。
ディスプレイ５０の表示面５１側には、タッチパネル７０およびカバーガラス３０が取り付けられている。タッチパネル７０は板状の部品である。タッチパネル７０は、カバーガラス３０への指等の物体の接触を検知可能な部品である。タッチパネル７０は、当該物体の接触を検知すると、信号を不図示の情報制御部に出力する。

カバーガラス３０は板状の部品である。カバーガラス３０には、指等の物体が接触する。図１に示すように、カバーガラス３０の表面に平行な方向をＸとする。

ディスプレイ５０は、フレーム４０に収容される。フレーム４０は、例えば、板金で構成される。フレーム４０は、ディスプレイ５０の背面５３および側面５２を覆うような形状を有する。図１に示すように、フレーム４０は、底部４１と側部４２を有する。

フレーム４０の底部４１と、ディスプレイ５０の背面５３との間には、弾性体６０が少なくとも１つ配置される。弾性体６０は、例えば、ねじ締め、接着等によりフレーム４０およびディスプレイ５０に固定される。弾性体６０は、弾性変形する部品である。弾性体６０は、例えば、板バネ、ゴム等で構成される。弾性体６０は、例えば、四角形の底部４１の四隅に配置される。弾性体６０は、カバーガラス３０の表面に平行な方向Ｘと垂直な方向に、ディスプレイ５０を押圧する。弾性体６０によって押圧されたディスプレイ５０は、カバーガラス３０の端部が不図示のストッパーに当接することで、方向Ｘに垂直な方向に対する動きが規制される。ユーザがカバーガラス３０に荷重を加えた場合、ディスプレイ５０が弾性体６０の付勢力に抗して、背面５３側に移動する。弾性体６０は、カバーガラス３０に荷重を加える操作に対して反力を発生させる。

図１に示すように、第１の極板１０は、フレーム４０の側部４２に取り付けられる板状の部品である。図１に示すように、第１の極板１０が取り付けられる面（取付面）の方向をＹ１とする。

図１に示すように、第２の極板２０は、ディスプレイ５０の側面５２に取り付けられる板状の部品である。図１に示すように、第２の極板２０が取り付けられる面（取付面）の方向をＹ２とする。第１の極板１０と第２の極板２０の間には、静電容量Ｃが発生する。静電容量Ｃは、不図示の検出部で検出される。静電容量Ｃは、第１の極板１０と第２の極板２０の間の距離Ｄ、および、第１の極板１０と第２の極板２０の対向する領域の面積（以下、有効面積Ｓという）に応じて変化する。不図示の検出部は、静電容量Ｃを以下の式（１）によって算出する。誘電率εには、任意の値が用いられる。

図２は、有効面積Ｓについて説明するための図である。図２は、図１に示すＰ方向から、第１の極板１０および第２の極板２０を見た図である（フレーム４０の側部４２は不図示としている）。図２に示す斜線部が、有効面積Ｓである。

不図示の検出部は、算出した静電容量Ｃを不図示の演算部に出力する。当該演算部は、静電容量Ｃの変化量に基づき、どのぐらいの荷重（操作荷重）がカバーガラス３０に加えられたかを算出する。当該演算部は、算出した操作荷重を不図示の情報制御部に出力する。当該情報制御部は、例えば、操作荷重の大きさに応じてディスプレイ５０に表示する情報を変更する。

図１では、第１の極板１０の取付面の方向Ｙ１および第２の極板２０の取付面の方向Ｙ２を、カバーガラス３０の表面に平行な方向Ｘと垂直にした。ここで、図３を用いて、静電容量変化検出構造の別の例について説明する。
図３は、第１の極板１０の取付面の方向Ｙ１を、方向Ｘと平行とならないように構成したものである。本構成では、ユーザがカバーガラス３０に荷重を加えた場合、ディスプレイ５０が移動し、式（１）における距離Ｄ、および有効面積Ｓの両方が変化することになる。

以上のように、実施の形態１に係る静電容量変化検出構造は、情報を表示するディスプレイ５０と、ディスプレイ５０を収容するフレーム４０と、ディスプレイ５０の表示面５１側に取り付けられるカバーガラス３０と、フレーム４０に取り付けられる第１の極板１０と、ディスプレイ５０に取り付けられる第２の極板２０とを備え、カバーガラス３０が操作されると、ディスプレイ５０が背面５３側に移動して、第１の極板１０と第２の極板２０の間で発生する静電容量が変化するとともに、第１の極板１０および第２の極板２０の取付面の方向Ｙ１，Ｙ２を、カバーガラス３０の表面に平行な方向Ｘと平行とならないようにした。これにより、カバーガラス３０の表面の方向Ｘに対する寸法を、図１に示した寸法Ｓ２で構成することができるため、カバーガラス３０の外形を小さくし、電子機器１の小型化を実現することができる。また、ディスプレイ５０に取り付けるカバーガラス３０の狭額縁化を実現することができる。

また、図５に示した構造では、第２の極板２００をカバーガラス３００に配置するため、図５に示す矢印Ｆのように、外部静電気がカバーガラス３００を伝って第２の極板２００に流れ込み、操作荷重の誤検出が発生するおそれがある。これに対し、実施の形態１に係る静電容量変化検出構造は、第１の極板１０および第２の極板２０をカバーガラス３０から離れた位置に取り付ける。既述のとおり、第１の極板１０をフレーム４０の側部４２に取り付け、第２の極板２０をディスプレイ５０の側面５２に取り付ける。これにより、第１の極板１０および第２の極板２０は、カバーガラス３０から一定の距離以上離れた位置に取り付けられる。このため、外部静電気が第１の極板１０および第２の極板２０に流れ込むのを防止することができ、外部静電気に起因する操作荷重の誤検出を防止することができる。

また、図５に示した構造では、方向Ｘに対するスペースの制約があるため、第１の極板１００および第２の極板２００の面積を大きくすることができない。また、ボンディング材６００を撓ませる構造であるため、第１の極板１００と第２の極板２００の間の距離の変動量が小さく、所望のダイナミックレンジを実現するのが困難であった。これに対し、実施の形態１に係る静電容量変化検出構造は、方向Ｘに対するスペースの制約がないため、第１の極板１０および第２の極板２０の面積を大きくして、有効面積Ｓの変動量を大きくすることができる。これにより、所望のダイナミックレンジを実現することができる。また、高精度な操作荷重の検出を実現することができる。

また、弾性体６０を配置することで、距離Ｄおよび有効面積Ｓの変動量の微調整が可能となり、所望のダイナミックレンジを実現することができる。また、高精度な操作荷重の検出を実現することができる。また、操作フィーリングを調整することができる。

ここで、図４Ａおよび図４Ｂを用いて静電容量変化検出構造の別の例を説明する。図４Ａでは、ディスプレイ５０の背面５３側であって、ディスプレイ５０に取り付けるタッチパネル７０のアクティブエリアの背面５３側となる位置にリブ５６を立設し、第２の極板２０をリブ５６に取り付けている。アクティブエリアとは、タッチパネル７０における指等の物体の接触を検知可能なエリアである。また、図４Ａでは、フレーム４０にリブ４３を設け、第１の極板１０をリブ４３に取り付けている。第１の極板１０と第２の極板２０は対向する。このように構成することで、電子機器１をさらに小型化することができる。また、ディスプレイ５０に取り付けるカバーガラス３０をさらに狭額縁化することができる。

図４Ａでは、フレーム４０にリブ４３を設ける例を示したが、リブ４３は必ずしも設ける必要はない。例えば、図４Ｂに示すように、フレーム４０の側部４２を階段状に構成して、第１の極板１０を階段状の側部４２に取り付けてもよい。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る静電容量変化検出構造は、電子機器の外形の小型化、およびディスプレイに取り付けるカバーガラスの狭額縁化を実現することができるため、車両への搭載に好適である。

１ 電子機器、１０ 第１の極板、２０ 第２の極板、３０ カバーガラス、４０ フレーム、４１ 底部、４２ 側部、４３ リブ、５０ ディスプレイ、５１ 表示面、５２ 側面、５３ 背面、５４ バックライトシャーシ、５５ ディスプレイ本体、５６ リブ、６０ 弾性体、７０ タッチパネル。

Claims (6)

1. 情報を表示するディスプレイと、
   前記ディスプレイを収容するフレームと、
   前記ディスプレイの表示面側に取り付けられるカバーガラスと、
   前記フレームに取り付けられる第１の極板と、
   前記ディスプレイに取り付けられる第２の極板とを備え、
   前記カバーガラスが操作されると、前記ディスプレイが背面側に移動して、前記第１の極板と前記第２の極板の間で発生する静電容量が変化するとともに、前記第１の極板および前記第２の極板の取付面の方向を、前記カバーガラスの表面に平行な方向と平行とならないようにしたことを特徴とする静電容量変化検出構造。
2. 前記第１の極板および前記第２の極板の取付面の方向を、前記カバーガラスの表面に平行な方向と垂直にしたことを特徴とする請求項１記載の静電容量変化検出構造。
3. 前記第１の極板および前記第２の極板は、前記カバーガラスから離れた位置に取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の静電容量変化検出構造。
4. 前記ディスプレイの背面と前記フレームとの間に弾性体を取り付け、前記弾性体は、前記カバーガラスの表面に平行な方向と垂直な方向に、前記ディスプレイを押圧することを特徴とする請求項１記載の静電容量変化検出構造。
5. 前記ディスプレイの背面側であって、前記ディスプレイに取り付けるタッチパネルのアクティブエリアの背面側となる位置にリブを立設し、前記第２の極板を前記リブに取り付けたことを特徴とする請求項１記載の静電容量変化検出構造。
6. 請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の静電容量変化検出構造を備えた電子機器。

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