JP6695505B2

JP6695505B2 - 表示操作装置

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Publication number: JP6695505B2
Application number: JP2019528211A
Authority: JP
Inventors: 琢磨青島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2037-07-03
Also published as: CN110800079B; JPWO2019008644A1; CN110800079A; WO2019008644A1

Description

本発明は、タッチセンサを備えた操作部及び操作部へのタッチ操作に連動して表示内容が変化する表示部を有する表示操作装置に関する。

静電容量式のタッチセンサは、ボタンを電極で構成し、電極の静電容量の変化を検知することにより、ボタンが押されたことを検出する。以下、タッチセンサのボタンを構成する電極をタッチセンサ電極という。静電容量式のタッチセンサは、近年、多くの電気機械器具の操作部に採用されている。静電容量式のタッチセンサは、平坦なパネルに操作部を構成できるため、搭載する電気機械器具のデザイン性を向上させることができる。また、静電容量式のタッチセンサは、搭載する電気機械器具の構造部品を減らしてコストの低減を図ることができる。

電気機械器具のユーザインタフェースには、操作部と、操作部へのタッチ操作に連動して表示内容が変化する表示部とを並べて配置した表示操作装置が用いられている。表示操作装置は、電気機械器具の状態を表示部で表示することが可能である。

タッチセンサ電極は、アクリル又は樹脂フィルムといった材料に、インジウムスズ酸化物（Indium Tin Oxide, ITO）又は銀ペーストを貼り付けて構成することが一般的である。特許文献１に開示されるように、電磁調理器といった耐熱性が要求される電気機械器具では、導電性ゴム製のガスケットを使用することによって、タッチセンサの信頼性の向上が図られることもある。

特開２０１６−８１８１８号公報

静電容量式のタッチセンサは、タッチセンサ電極とタッチ操作を判定するタッチセンサ制御部と接続する配線に、距離の制約がある。透明電極シートを使用する場合、透明電極シートの任意の位置から配線を出し、タッチセンサ制御部が実装されている基板に接続すると、タッチセンサ電極とタッチセンサ制御部との間の配線長が長くなる。したがって、操作部と表示部とを交互に配置した表示操作装置では、表示部の面積が大きい場合、配線長の制約を満たすことが難しくなる可能性がある。

一方で、ガスケットを使用する場合には、細長いデザインであるとタッチセンサ制御部から各タッチセンサの電極への配線が難しくなる。タッチセンサ制御部と各タッチセンサの電極との間の配線は、配線同士の間、電極と配線との間、他の回路パターン、又は部品と配線との間で寄生容量が発生しないように、距離を確保する必要がある。表示操作装置では表示部にも配線が必要であるため、ガスケットを使用する場合、細長い基板に電極、配線パターン及びタッチセンサ制御部といった実装部品を配置すると距離制約を満たすことが難しくなる可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、操作部と表示部とを交互に配置しても配線の制約を満たしやすい表示操作装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る表示操作装置は、基板と、基板の一方の面に配列されたタッチセンサ電極を備えたタッチセンサである複数の操作部と、基板の一方の面に、複数のタッチセンサ電極同士の間に配置され、操作部へのタッチ操作に連動して点灯状態が変化する発光部を備えた複数の表示部と、基板の他方の面であってタッチセンサ電極と重ならない位置に配置され、操作部へのタッチ操作を検出し、発光部の点灯状態を変更するタッチセンサ制御部とを備える。タッチセンサ制御部は、タッチセンサ電極の列の中間部に配置されている。

本発明に係る表示操作装置は、操作部と表示部とを交互に配置しても配線の制約を満たしやすいという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る表示操作装置の構成を示す図実施の形態１に係る表示操作装置の表示操作部の拡大図実施の形態１に係る表示操作装置の操作表示部の構造を示す図実施の形態１に係る表示操作装置の基板の表面の部品配置を示す図実施の形態１に係る表示操作装置の基板裏面の部品配置を示す図実施の形態１に係る表示操作装置の基板に実装された部品及び配線パターンの配置を示す図実施の形態１に係る表示操作装置の基板上の配線の制約を示す図本発明の実施の形態２に係る表示操作装置の基板に実装された部品及び配線の配置を示す図実施の形態１，２に係る表示操作装置の表示操作部の変形例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る表示操作装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る表示操作装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１に係る表示操作装置の表示操作部の拡大図である。図２は、図１中のＡ部を拡大して示している。表示操作装置１０は、電気機械器具に搭載され、ユーザインタフェースに用いられる。表示操作装置１０は、意匠面パネル４０１，４０２と、意匠面パネル４０１，４０２に埋め込まれた表示操作部４０３を有する。図１に示す表示操作装置１０において、表示操作部４０３は縦長であるが、横長であってもよい。意匠面パネル４０１，４０２は、表示操作装置１０を搭載する電気機械器具の筐体を兼ねてもよい。

表示操作部４０３は、静電容量式のタッチセンサである操作部４０５，４０７，４０９，４１１と、操作部４０５，４０７，４０９，４１１へのタッチ操作に連動して表示内容が変化する表示部４０６，４０８，４１０とが交互に配置されている。なお、操作部及び表示部の数は、一例である。

図３は、実施の形態１に係る表示操作装置の操作表示部の構造を示す図である。図３は、図２中のIII-III線に沿った断面を示している。図４は、実施の形態１に係る表示操作装置の基板の表面の部品配置を示す図である。図５は、実施の形態１に係る表示操作装置の基板裏面の部品配置を示す図である。基板２０１には、タッチセンサを構成する電極であるタッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８、操作部４０５，４０７，４０９，４１１へのタッチ操作に連動して点灯状態が変化する発光部２０３，２０５，２０７及び操作部４０５，４０７，４０９，４１１へのタッチ操作を検出し、発光部２０３，２０５，２０７の点灯状態を変更するタッチセンサ制御部２１４が実装されている。点灯状態の変化とは、点灯、消灯及び点滅の切り替えに加え、点滅パターンの変化を含む。なお、点灯状態の変化とは、発光部が発する色の変化であってもよい。タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８及び発光部２０３，２０５，２０７は、基板２０１の一方の面に実装されており、タッチセンサ制御部２１４は、基板２０１の他方の面に実装されている。以下、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８及び発光部２０３，２０５，２０７が実装された側を基板２０１の表面といい、タッチセンサ制御部２１４が実装された側を基板２０１の裏面という。

操作部４０５，４０７，４０９，４１１は、基板２０１の表面に配列されたタッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８を備えた静電用容量式のタッチセンサである。操作部４０５，４０７，４０９，４１１は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８が配置された部分に形成されている。表示部４０６，４０８，４１０は、発光部２０３，２０５，２０７が配置された部分に形成されている。

発光部２０３，２０５，２０７は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８同士の間に配置されている。表示部４０６，４０８，４１０における表示内容は、発光部２０３，２０５，２０７の点灯状態が変化することにより変化する。タッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８が実装された位置の裏側とはならず、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８との距離が確保できる位置に実装されている。具体的には、タッチセンサ制御部２１４は、基板２０１の裏面であって発光部２０５が実装された位置の裏側となる箇所に実装されている。すなわち、タッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の一端側のタッチセンサ電極２０２と他端側のタッチセンサ電極２０８との中間の位置に実装されている。つまり、タッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の中間部に配置されている。なお、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の中間部とは、列の一端側のタッチセンサ電極２０２と他端側のタッチセンサ電極２０８と間の部分である。したがって、ここではタッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の中央に配置されているが、列の中央以外の部分にタッチセンサ制御部２１４を配置してもよい。

タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８と、パネル２０９とは、ブラケット２１０を介して隙間無く密着している。パネル２０９は、タッチセンサボタンを表示できる材料で形成されている。パネル２０９の材料には、アクリルを適用できるがこれに限定はされない。

タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８は、一列に配列されており、列の一端側から他端側に向かってタッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の順に並べられている。

タッチセンサ制御部２１４は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）のように四辺に端子が配置されたパッケージであり、パッケージの四辺が基板２０１の辺に対して傾きを有している。タッチセンサ制御部２１４のパッケージの四辺の基板２０１の辺に対しての傾きには４５度を挙げることができるが、この角度に限定はされない。

図６は、実施の形態１に係る表示操作装置の基板に実装された部品及び配線パターンの配置を示す図である。タッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の一端側に向かって形成されたタッチセンサ電極配線５１０を介してタッチセンサ電極２０２に接続されている。タッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の一端側に向かって形成されたタッチセンサ電極配線５１１を介してタッチセンサ電極２０４に接続されている。タッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の他端側に向かって形成されたタッチセンサ電極配線５１３を介してタッチセンサ電極２０６に接続されている。タッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の他端側に向かって形成されたタッチセンサ電極配線５１４を介してタッチセンサ電極２０８に接続されている。タッチセンサ制御部２１４は、発光部配線５０４，５０６を介して発光部２０３，２０７と接続されている。

タッチセンサ制御部２１４とタッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８とを接続するタッチセンサ電極配線５１０，５１１，５１３，５１４は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の一方の側方に形成されており、タッチセンサ制御部２１４と発光部２０３，２０７とを接続する発光部配線５０４，５０６は、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の他方の側方に形成されている。各辺が基板２０１の辺に対し傾いた状態でタッチセンサ制御部２１４を基板２０１に実装することにより、パッケージの端子が接続されるランドから基板２０１の辺に向かってタッチセンサ電極配線５１０，５１１，５１３，５１４及び発光部配線５０４，５０６を配置することができるため、配線効率を向上させ、表示操作装置１０の小型化を実現できる。

タッチセンサ周辺回路５１２は、タッチセンサ制御部２１４がタッチセンサの閾値判定を行うにあたって必要とする回路であり、コンデンサ及び抵抗といった素子を備える。タッチセンサ周辺回路５１２は、タッチセンサ電極配線５１０とタッチセンサ電極配線５１３，５１４との間かつタッチセンサ制御部２１４に隣接して配置されている。

タッチセンサ電極配線５１０，５１３，５１４よりも基板２０１の周縁側には、グラウンドパターン５０９が配置されている。グラウンドパターン５０９は、基板２０１の四辺又はいずれかの辺を覆ってもよい。

グラウンドパターン５０９は、タッチセンサ周辺回路５１２から延ばされている。

図７は、実施の形態１に係る表示操作装置の基板上の配線の制約を示す図である。なお、説明が煩雑になることを避けるために、タッチセンサ電極２０６，２０８、発光部２０５，２０７、タッチセンサ電極配線５１３，５１４の図示は省略している。タッチセンサ制御部２１４とタッチセンサ電極２０２，２０４はタッチセンサ電極配線５１０及び５１１を介して電気的に接続されている。発光部２０３はタッチセンサ制御部２１４と発光部配線５０４を介して電気的に接続されている。タッチセンサ制御部２１４とタッチの閾値を判定するために、タッチ制御部２１４に隣接して配置されているタッチセンサ周辺回路５１２は周辺回路配線３０１を介して電気的に接続されている。タッチセンサ電極配線５１０，５１１及びタッチセンサ電極２０２，２０４の間で距離の制約を設ける必要がある。浮遊容量が大きいと、人間の指がタッチしたときの容量変化が検出できなくなるため、必要となる距離があり、次に示す距離をとり設計する。なお、ここに示す距離は一例であり、本発明はこれに限定されない。タッチセンサ電極２０２，２０４同士の間の間隔Ｂは、５ｍｍ以上の距離が確保されている。タッチセンサ電極配線５１０，５１１と発光部２０３との間の間隔Ｃ、タッチセンサ電極配線５１０，５１１と発光部配線５０４との間の間隔Ｄ、タッチセンサ周辺回路５１２と発光部配線５０４との間の間隔Ｅ、及びタッチセンサ周辺回路５１２とタッチセンサ電極配線５１０，５１１との間の間隔Ｆは、２ｍｍ以上の距離が確保されている。この他にタッチセンサ制御部用電源、又はグラウンド周辺回路パターンがある場合は、これらについても他の部分に対して２ｍｍ以上の距離が確保される。

このように、配線間には制約が生じ小さい基板においては配線設計が成り立たず構成できないという問題が生じることがある。また、タッチセンサ電極配線５１０，５１１には、配線長もあまり長いと浮遊容量が増える結果となるため、配線長にも１５０ｍｍ以下といった制約が生じる。

タッチセンサ制御部２１４は、タッチセンサ電極２０２，２０８との浮遊容量に伴う距離制約が生じるため、タッチセンサ電極同士の間に実装することは一般的に行われないが、実施の形態１に係る表示操作装置１０は、タッチセンサ制御部２１４がタッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８とは逆側の面に実装されているため、距離の制約を満たすことができる。

タッチセンサ制御部２１４をタッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の中間部に配置することにより、タッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の端部にタッチセンサ制御部２１４を配置する場合と比較して、平行するタッチセンサ電極配線５１０，５１１，５１３，５１４の数を減らすことができ、配線間距離の制約を満たすことが容易となる。したがって、実施の形態１に係る表示操作装置１０は、小型化を実現できる。また、タッチセンサ電極配線５１０，５１１，５１３，５１４の配線長は、タッチセンサ制御部２１４をタッチセンサ電極２０２，２０４，２０６，２０８の列の端部に配置する場合と比較して短くなるため、配線長の制約を満たしやすくなる。

タッチセンサ電極配線５１０，５１３，５１４よりも基板２０１の周縁側にグラウンドパターン５０９を配置することにより、タッチセンサがノイズに弱くなることを防止できる。

タッチセンサ周辺回路５１２からグラウンドパターン５０９を延ばすことにより、効率的に配線を行うことができる。タッチセンサ電極配線５１０，５１３，５１４が通っているため、タッチセンサ電極５０２，５０８からグラウンドパターンを延ばすと、距離制約上浮遊容量が増えるが、タッチセンサ周辺回路５１２からグラウンドパターン５０９を延ばすことで、グラウンドパターン５０９に通じる配線の浮遊容量が増えることを抑制できる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る表示操作装置の基板に実装された部品及び配線の配置を示す図である。実施の形態２に係る表示操作装置１０の外観は、図１に示した実施の形態１に係る表示操作装置１０と同様である。実施の形態２に係る表示操作装置１０は、基板６１４にタッチセンサ制御部６０２，６０６と表示基板制御部６０４とが実装されている。タッチセンサ制御部６０２は、タッチセンサ電極の間に配置されている。タッチセンサ制御部６０６は、タッチセンサ電極の間に配置されている。表示基板制御部６０４は、タッチセンサ電極の間に配置されている。タッチセンサ電極がある面のタッチセンサ電極間には、発光部がされており、発光部の裏側にタッチセンサ制御部６０２，６０６及び表示基板制御部６０４が配置される。

タッチセンサ電極６０１，６０３，６０５，６０７は、一端側から他端側に向かってタッチセンサ電極６０１，６０３，６０５，６０７の順に配列されている。タッチセンサ制御部６０２は、タッチセンサ電極６０１，６０３，６０５，６０７の列の一端側に向かって形成されたタッチセンサ電極配線６０８を介してタッチセンサ電極６０１に接続されている。タッチセンサ制御部６０２は、タッチセンサ電極６０１，６０３，６０５，６０７の列の他端側に向かって形成されたタッチセンサ電極配線６０９を介してタッチセンサ電極６０３に接続されている。タッチセンサ制御部６０６は、タッチセンサ電極６０１，６０３，６０５，６０７の列の一端側に向かって形成されたタッチセンサ電極配線６１０を介してタッチセンサ電極６０５に接続されている。タッチセンサ制御部６０６は、タッチセンサ電極６０１，６０３，６０５，６０７の列の他端側に向かって形成されたタッチセンサ電極配線６１１を介してタッチセンサ電極６０７に接続されている。表示基板制御部６０４は、配線６１６，６１７を介してタッチセンサ制御部６０２，６０６に接続されている。

タッチセンサ周辺回路６１３は、タッチセンサ電極配線６０８とタッチセンサ電極配線６０９との間かつタッチ制御部６０２に隣接して配置されている。タッチセンサ周辺回路６１５は、タッチセンサ電極配線６１０とタッチセンサ電極配線６１１との間かつタッチ制御部６０６に隣接して配置されている。タッチセンサ周辺回路６１３，６１５は、基板６１４の周縁部に形成されたグラウンドパターン６１２に接続されている。

実施の形態２に係る表示操作装置１０は、タッチセンサ制御部と表示部の表示内容を変更する表示基板制御部とを別構成とした場合でも、配線の制約を満たし、かつ操作部と表示部とが交互に並んだ構造とすることができる。

上記の実施の形態１，２において、タッチセンサ電極とパネルとの間にガスケットが配置された構造を示したが、透明電極を用いてもよい。図９は、実施の形態１，２に係る表示操作装置の表示操作部の変形例を示す図である。透明電極が印刷されたシートである透明電極シート１０２を意匠パネル１０１に貼り付け、意匠パネル１０１の文字又は模様が表示された部分に隣接してタッチセンサ電極１０４を配置している。基板１０３とタッチセンサ電極１０４とは、タッチセンサ電極配線１０６を介して接続されている。

タッチセンサ電極とパネルとの間にガスケットを配置したタッチセンサを用いる場合と同様に、タッチセンサ周辺回路５１２からグラウンドパターン５０９を延ばすことで、グラウンドパターン５０９に通じる配線の浮遊容量が増えることを抑制できる。したがって、実施の形態１，２の変形例に係る表示操作装置１０は、配線の制約を満たしつつ、操作部と表示部とを交互に配置した構造とすることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０表示操作装置、１０１意匠パネル、１０２透明電極シート、１０３，２０１，６１４基板、１０４，２０２，２０４，２０６，２０８，６０１，６０３，６０５，６０７タッチセンサ電極、１０６，５１０，５１１，５１３，５１４，６０８，６０９，６１０，６１１タッチセンサ電極配線、２０３，２０５，２０７発光部、２０９パネル、２１０ブラケット、２１４，６０２，６０６タッチセンサ制御部、３０１周辺回路配線、４０１，４０２意匠面パネル、４０３表示操作部、４０５，４０７，４０９，４１１操作部、４０６，４０８，４１０表示部、５０４，５０６発光部配線、５０９グラウンドパターン、５１２，６１３，６１５タッチセンサ周辺回路、６０４表示基板制御部。

Claims

基板と、
前記基板の一方の面に配列されたタッチセンサ電極を備えたタッチセンサである複数の操作部と、
前記基板の一方の面に、複数の前記タッチセンサ電極同士の間に配置され、前記操作部へのタッチ操作に連動して点灯状態が変化する発光部を備えた複数の表示部と、
前記基板の他方の面であって前記タッチセンサ電極と重ならない位置に配置され、前記操作部へのタッチ操作を検出し、前記発光部の点灯状態を変更するタッチセンサ制御部とを備え、
前記タッチセンサ制御部は、前記タッチセンサ電極の列の中間部に配置されている表示操作装置。
前記タッチセンサ制御部は、四辺に端子が配置されたパッケージであり、前記基板の四辺に対して前記タッチセンサ制御部の四辺が傾いた状態で前記基板に実装される請求項１に記載の表示操作装置。
前記基板は、
前記タッチセンサ電極の列の一方の側方に、複数の前記タッチセンサ電極と前記タッチセンサ制御部とを接続するタッチセンサ電極配線を備え、
前記タッチセンサ電極の列の他方の側方に、複数の前記発光部と前記タッチセンサ制御部とを接続する発光部配線を備える請求項１又は２に記載の表示操作装置。
前記タッチセンサ制御部が、前記操作部へのタッチ操作を検出する処理に用いるタッチセンサ周辺回路を備え、
前記タッチセンサ周辺回路は、複数の前記タッチセンサ電極と前記タッチセンサ制御部とを接続し、前記タッチセンサ制御部から前記タッチセンサ電極の列の一端側に延びる前記タッチセンサ電極配線と、複数の前記タッチセンサ電極と前記タッチセンサ制御部とを接続し、前記タッチセンサ制御部から前記タッチセンサ電極の列の他端側に延びる前記タッチセンサ電極配線との間の部分に、前記タッチセンサ制御部に隣接して配置された請求項３に記載の表示操作装置。
前記タッチセンサ周辺回路から前記基板の周縁部まで延びたグラウンドパターンを有する請求項４に記載の表示操作装置。
前記タッチセンサ電極に重ねて設置されたガスケットと、前記ガスケットに重ねて設置されたパネルとを備える請求項１から５のいずれか１項に記載の表示操作装置。
基板と、
前記基板の一方の面に配列されたタッチセンサ電極を備えたタッチセンサである複数の操作部と、
前記基板の一方の面に、複数の前記タッチセンサ電極同士の間に配置され、前記操作部へのタッチ操作に連動して点灯状態が変化する発光部を備えた複数の表示部と、
前記基板の他方の面であって前記タッチセンサ電極と重ならない位置に配置され、前記操作部へのタッチ操作を検出するタッチセンサ制御部と、
前記基板の他方の面であって前記発光部と重なる位置に配置され、前記発光部の点灯状態を変更する表示基板制御部と、
前記タッチセンサ制御部及び前記表示基板制御部は、前記タッチセンサ電極の列の中間部に配置されている表示操作装置。
前記タッチセンサ制御部が前記操作部へのタッチ操作を検出する処理に用いるタッチセンサ周辺回路とを備え、
前記タッチセンサ周辺回路は、複数の前記タッチセンサ電極と前記タッチセンサ制御部とを接続し、前記タッチセンサ制御部から前記タッチセンサ電極の列の一端側に延びるタッチセンサ電極配線と、複数の前記タッチセンサ電極と前記タッチセンサ制御部とを接続し、前記タッチセンサ制御部から前記タッチセンサ電極の列の他端側に延びるタッチセンサ電極配線との間の部分に、前記タッチセンサ制御部に隣接して配置された請求項７に記載の表示操作装置。
前記タッチセンサ周辺回路を複数備え、前記タッチセンサ周辺回路の少なくとも一つから前記基板の周縁部まで延びたグラウンドパターンを有する請求項８に記載の表示操作装置。