JP7038552B2

JP7038552B2 - 操作入力装置およびタッチパネル

Info

Publication number: JP7038552B2
Application number: JP2018002122A
Authority: JP
Inventors: 博紀白戸
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2038-01-10
Also published as: JP2019121287A

Description

開示の実施形態は、操作入力装置およびタッチパネルに関する。

従来、ユーザによってタッチ操作されるタッチパネルを、例えば、超音波帯域の周波数で振動させることによって、タッチ操作を行うユーザの指先に所定の触感を与える操作入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－１７０７６６号公報

しかしながら、操作入力装置は、振動するタッチパネルとタッチパネルに触れる指先の指紋とが干渉して異音を発することがある。実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、タッチパネルの振動に伴う異音の発生を抑制することができる操作入力装置およびタッチパネルを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る操作入力装置は、基板と、第１保護フィルムと、第２保護フィルムとを備える。基板は、超音波周波数で振動し、タッチ入力操作を受け付ける。第１保護フィルムは、前記基板の操作面上に設けられる。第２保護フィルムは、前記第１保護フィルム上に空気膜を介して設けられる。

実施形態の一態様に係る操作入力装置およびタッチパネルは、タッチパネルの振動に伴う異音の発生を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る操作入力装置の全体構成を示す説明図である。図２は、実施形態の対比例に係るタッチパネルの一部を示す説明図である。図３は、実施形態に係るタッチパネルの一部を示す説明図である。図４は、実施形態の変形例に係るタッチパネルの一部を示す説明図である。図５は、実施形態に係る第１保護フィルムの凹凸の高低差と、異音レベルおよび触感レベルの関係を示す説明図である。図６は、実施形態に係る第２保護フィルムの凹凸の高低差と、異音レベルおよび触感レベルの関係を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する操作入力装置およびタッチパネルの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。図１は、実施形態に係る操作入力装置１の全体構成を示す説明図である。

なお、以下では、便宜上、操作入力装置１におけるユーザによってタッチ操作される側を上として説明する。このため、以下の説明では、操作入力装置１の構成要素における上側となる一方の主面を上面と称し、他方の主面を下面と称する。

図１に示すように、操作入力装置１は、ディスプレイ２と、支持板３と、タッチパネル４と、制御部１１とを備える。ディスプレイ２は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、ユーザによってタッチ操作される対象となるアイコンやスイッチ等の画像を表示する。

支持板３は、ディスプレイ２上に設けられ、ディスプレイ２に表示される画像を透視可能なガラス等の透光性を有する材料によって形成された板体である。かかる支持板３は、上面に載置されるタッチパネル４を支持する。

タッチパネル４は、操作入力装置１の操作部として支持板３上に設けられる。タッチパネル４は、下層側から順次積層される基板５と、接着層６と、保護層７とを備える。かかるタッチパネル４は、例えば、基板５の下面における周縁部に貼付される両面テープ８によって支持板３に貼合される。

基板５は、ディスプレイ２上に設けられ、ディスプレイ２に表示される画像を透視可能なガラス等の透光性を有する材料によって形成された板体であり、ユーザの指先Ｆによるタッチ操作やスライド操作を受け付ける。

接着層６は、例えば、シリコンやアクリル等の透光性を有する接着剤によって形成され、基板５の操作面に保護層７を接着する。保護層７は、接着層６上に貼合されて基板５の操作面を保護する。

かかるタッチパネル４は、基板５の下面にタッチセンサ９が設けられ、基板５の下面におけるタッチセンサ９よりも外側の端部に振動子１０が設けられる。振動子１０は、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）であり、制御部１１から入力される駆動信号によって振動することで基板５を振動させる。

タッチセンサ９は、例えば、基板５の面方向に配置される複数の静電容量式感圧センサを備える。タッチセンサ９は、各静電容量式感圧センサの静電容量に応じた電圧信号を制御部１１へ出力する。

制御部１１は、検知部１２と、駆動部１３とを備える。検知部１２は、タッチセンサ９から入力される信号に基づいて、タッチパネル４におけるユーザの操作位置を判定する。具体的には、タッチセンサ９は、ユーザがタッチパネル４を操作すると、操作面におけるユーザの操作位置に対応する位置に配設された静電容量式感圧センサの静電容量が変動する。

したがって、検知部１２は、かかる静電容量が変動した静電容量式感圧センサの配設位置をタッチパネル４における操作位置と判定することができる。検知部１２は、判定したタッチパネル４におけるユーザの操作位置を示す信号を操作入力装置１の操作によって動作が制御される制御対象の装置（図示略）へ出力する。

駆動部１３は、振動子１０へタッチパネル４を超音波帯域の周波数で振動（以下、「超音波振動」と記載する）させる駆動信号を出力する。これにより、振動子１０が振動してタッチパネル４を超音波振動させ、タッチパネル４の操作面上にスクイーズ膜が形成される。スクイーズ膜は、タッチパネル４が超音波振動することで、操作面とユーザの指先Ｆとの間に空気が引き込まれることにより形成される薄い空気層である。超音波帯域の周波数は、一般的には人間の耳には聞こえない高い周波数（例えば２０kHz以上）のことであるが、前述したスクイーズ膜が形成される周波数であれば良い。

タッチパネル４は、操作面と指先Ｆとの間に、かかるスクイーズ膜を形成することによって操作面の摩擦抵抗を低減し、指先Ｆで操作面を操作するユーザにツルツルとした触感を与えることができる。

しかしながら、一般的な操作入力装置は、タッチパネルの振動に伴い異音を発することがある。このため、実施形態に係る操作入力装置１のタッチパネル４は、振動に伴う異音の発生を抑制可能な構造を備える。

次に、図２を参照し、対比例となる一般的なタッチパネルで異音が発生する原理について説明した後に、図３を参照し、実施形態に係るタッチパネルの構造について説明する。図２は、実施形態の対比例に係るタッチパネル４０の一部を示す説明図である。

図３は、実施形態に係るタッチパネル４の一部を示す説明図である。なお、図２および図３に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素については、図１に示す符号と同一の符号を付することにより、その詳細な説明は省略する。

図２に示すように、対比例に係るタッチパネル４０は、基板５の上面に接着層６が設けられ、接着層６の上面に保護層７０が設けられる。対比例に係るタッチパネル４０は、ユーザの指先Ｆ（図１参照）の表面Ｆ１が保護層７０の上面に接触した状態において、基板５が超音波振動すると、保護層７０と指先Ｆの表面Ｆ１との間にスクイーズ膜Ａが形成される。

これにより、対比例に係るタッチパネル４０は、ユーザにツルツルとした触感を与えることができる。しかしながら、このとき、対比例に係るタッチパネル４０は、保護層７０の表面から異音Ｎを発することがある。

かかる異音Ｎは、指先Ｆの表面Ｆ１における指紋の溝部Ｆ２で発生する。具体的には、図２に示すように、対比例に係るタッチパネル４０は、ユーザの指先Ｆの表面Ｆ１が保護層７０の上面に接触した場合、保護層７０と指紋の溝部Ｆ２との間に空間が形成される。

対比例に係るタッチパネル４０では、このような状態で基板５が超音波振動すると、保護層７０から発せられる超音波と、その超音波が指紋の溝部Ｆ２によって反射される反射波とが、保護層７０および溝部Ｆ２間の空間内で共鳴し、異音Ｎが発生する。

そこで、実施形態に係るタッチパネル４は、図３に示すように、基板５の操作面上に接着層６を介して設けられる保護層７を３層構造とすることによって、異音Ｎの発生を抑制する。

具体的は、保護層７は、接着層６上に設けられる第１保護フィルム７１と、第１保護フィルム７１上に空気膜７２を介して設けられる第２保護フィルム７３とを備える。第２保護フィルム７３は、例えば、第１保護フィルム７１の上面における縁部に設けられる接着剤によって第１保護フィルム７１上に重畳される。

第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３は、例えば、ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）等の透光性を有する接着剤によって形成される。このように、タッチパネル４は、第１保護フィルム７１、空気膜７２、および第２保護フィルム７３の３層構造となっている。

かかるタッチパネル４は、基板５が超音波振動した場合に、第１保護フィルム７１が超音波振動するが、第１保護フィルム７１と第２保護フィルム７３との間に空気膜７２が介在するので、第２保護フィルム７３が超音波振動することがない。

このため、タッチパネル４では、基板５が超音波振動すると、第１保護フィルム７１の表面にスクイーズ膜Ａが形成されるので、第１保護フィルム７１の表面がツルツルとした感触を与える状態になる。

これにより、タッチパネル４は、ユーザが指先Ｆの表面Ｆ１を第２保護フィルム７３に接触させてスライドさせる場合、ユーザの指先Ｆの表面Ｆ１に対して第２保護フィルム７３越しに第１保護フィルム７１の表面のツルツルとした感触を与えることができる。

このとき、タッチパネル４では、超音波振動する第１保護フィルム７１から発せられる超音波と、その超音波が第２保護フィルム７３によって反射される反射波とが、空気膜７２内で共鳴し、若干の異音Ｎが発生する。しかし、かかる空気膜７２内で発生する異音Ｎは、第２保護フィルム７３がフィルタとして機能するため、ユーザに認識され難くなる。

このように、タッチパネル４は、第１保護フィルム７１、空気膜７２、および第２保護フィルム７３の３層構造であるので、タッチ操作を行うユーザにツルツルとした触感を与えつつ、超音波振動に伴う異音の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、図３に示すタッチパネル４の第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３の互いに対向する表面の形状を工夫することによって、空気膜７２内で発生する異音Ｎをさらに低減することができる。

次に、図４を参照し、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３の表面形状を工夫した変形例に係るタッチパネル４ａについて説明する。図４は、実施形態の変形例に係るタッチパネル４ａの一部を示す説明図である。なお、ここでは、図４に示す構成要素のうち、図３に示す構成要素と同一の構成要素については、図３に示す符号と同一の符号を付することにより、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、変形例に係るタッチパネル４ａは、第１保護フィルム７１が上面に凹凸を有し、第２保護フィルム７３が下面に凹凸を有する点が、図３に示すタッチパネル４とは異なる。

第１保護フィルム７１における凹凸は、例えば、第１保護フィルム７１の上面に所定サイズのパーティクルＰ１を含む溶剤を塗布することによって形成される。かかる第１保護フィルム７１が有する凹凸の高低差ｄ１については、図５を参照して説明する。

このように、第１保護フィルム７１は、空気膜７２に面する表面に凹凸を有するので、基板５が超音波振動する場合に、第１保護フィルム７１から発せられる超音波の伝搬方向をパーティクルＰ１によって分散させることができる。

これにより、タッチパネル４ａは、第１保護フィルム７１から発せられる超音波と、その超音波が第２保護フィルム７３によって反射される反射波との共鳴によって発生する異音Ｎの大きさを低減することができる。

また、第２保護フィルム７３における凹凸は、例えば、第２保護フィルム７３の下面に所定サイズのパーティクルＰ２を含む溶剤を塗布することによって形成される。かかる第２保護フィルム７３が有する凹凸の高低差ｄ２については、図６を参照して説明する。

このように、第２保護フィルム７３は、空気膜７２に面する表面に凹凸を有するので、基板５が超音波振動する場合に、超音波の第２保護フィルム７３によって反射される反射波の伝搬方向をパーティクルＰ２によって分散させることができる。

なお、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３に形成される凹凸は、高低差（粗さ）が大きいほど、異音の低減効果が顕著に表れる。しかし、タッチパネル４ａは、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３に形成される凹凸の高低差が大きすぎると、タッチ操作を行うユーザにザラザラとした触感や、凸凹とした触感を与えることがある。

このため、タッチパネル４ａでは、タッチ操作を行うユーザに対してツルツルとした触感を与えつつ、超音波振動による異音の発生を低減できるように、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３に形成される凹凸の高低差が調整される。

次に、図５および図６を参照し、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３に形成される凹凸の高低差について説明する。図５は、実施形態に係る第１保護フィルム７１の凹凸の高低差と、異音レベルおよび触感レベルの関係を示す説明図である。

図６は、実施形態に係る第２保護フィルム７３の凹凸の高低差と、異音レベルおよび触感レベルの関係を示す説明図である。図５および図６に示すグラフの横軸は、凹凸の高低差（μｍ）を示しており、左側の縦軸は、異音レベル（ｄＢ）を示しており、右側の縦軸は、触感レベル（感応評価）を示している。

ここでの、凹凸の高低差（μｍ）は、図５では、第１保護フィルム７１の上面からパーティクルＰ１の最上部までの高低差ｄ１であり、図６では、第２保護フィルム７３の下面からパーティクルＰ２の最下部までの高低差ｄ２である。

また、異音レベル（ｄＢ）は、タッチパネル４から発せられる異音の大きさのレベルである。また、触感レベル（感応評価）は、ユーザがタッチパネル４を操作した場合に感じるツルツルとした感触の高さである。

なお、触感レベルが高いほど、ユーザへよりツルツルとした触感を与えることを意味し、触感レベルが低いほど、ユーザへザラザラとした感触やデコボコとした感触を与えることを意味している。

図５および図６に示すように、異音特性は、第１保護フィルム７１や第２保護フィルム７３の凹凸の高低差が大きいほど、異音レベルが低くなる。これは、前述したように、凹凸の高低差が大きいほど、超音波や超音波の反射波の伝搬方向が分散するからである。

ここで、例えば、図５および図６に示すように、異音許容最高レベルを７０（ｄＢ）とした場合、第１保護フィルム７１や第２保護フィルム７３の凹凸の高低差は、少なくとも１０（μｍ）以上にする必要がある。

一方、触感特性は、図５および図６に示すように、凹凸の高低差が最小値から増大するにつれて急激に触感レベルが上昇するが、凹凸の高低差が例えば１０（μｍ）を超えるあたりから、凹凸の高低差が増大するにつれて徐々に触感レベルが低下する。

かかる触感特性は、ユーザの指先Ｆの表面Ｆ１と第２保護フィルム７３との接触面積に応じて変化する摩擦力に起因すると考えられる。具体的には、ユーザが指先Ｆの表面Ｆ１を第２保護フィルム７３の上面に圧接させた場合、第２保護フィルム７３が下に凸となるように湾曲して第１保護フィルム７１と接する。このとき、第２保護フィルム７３の表面は、第１保護フィルム７１の凹凸および第２保護フィルム７３の凹凸に応じた形状となる。

このため、凹凸が最小値の場合、つまり、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３が完全な平面に近い状態の場合、ユーザの指先Ｆの表面Ｆ１と第２保護フィルム７３との接触面積が最大となり、摩擦力が大きくなるので触感レベルが最低となる。

そして、凹凸の高低差が徐々に大きくなると、ユーザの指先Ｆの表面Ｆ１と第２保護フィルム７３との接触面積が徐々に低減され、これに伴い摩擦力も軽減されるので触感レベルが向上する。しかし、凹凸の高低差が大きくなり過ぎると、ユーザが第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３の凹凸を顕著に感じることになり、徐々に触感レベルが低下する。

ここで、図５に示す触感特性のグラフと、図６に示す触感特性のグラフとを対比すると、図５に示す第１保護フィルム７１の方は、凹凸の高低差が１０（μｍ）よりも大きくなるにつれて、触感レベルが比較的緩やかに低下している。これに対して、図６に示す第２保護フィルム７３の方は、凹凸の高低差が１０（μｍ）よりも大きくなるにつれて、触感レベルが比較的急激に低下している。

これは、ユーザが第２保護フィルム７３に直接触れるため、第２保護フィルム７３における凹凸の高低差の変化を、第１保護フィルム７１における凹凸の高低差の変化よりも敏感に感じ取るためである。

また、ユーザは、第２保護フィルム７３を介して間接的に第１保護フィルム７１に触れることに加え、第１保護フィルム７１の表面には、基板５の超音波振動によってスクイーズ膜Ａ（図４参照）が形成されるので、第１保護フィルム７１の凹凸を感じ難い。

上記したことから、異音レベルを異音許容最高レベル以下にするには、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３における凹凸の高低差の下限値を共に１０（μｍ）に設定する必要がある。

ただし、一定の触感レベルを保つため、凹凸の高低差の上限値については、第２保護フィルム７３を第１保護フィルム７１よりも小さく設定する必要がある。換言すれば、第１保護フィルム７１における凹凸の高低差の上限値は、第２保護フィルム７３における凹凸の高低差の上限値よりも大きく設定することが可能である。

そこで、本実施形態では、触感許容最低レベルが図５および図６に示すレベルである場合、第１保護フィルム７１が有する凹凸の高低差は、１０（μｍ）～５０（μｍ）とする。一方、第２保護フィルム７３の凹凸の高低差は、１０（μｍ）～２０（μｍ）とする。これにより、操作入力装置１は、異音レベルを異音許容最高レベル以下にしつつ、触感レベルを触感許容最低レベル以上にすることができる。

上述したように、実施形態に係る操作入力装置１は、基板５と、第１保護フィルム７１と、第２保護フィルム７３とを備える。基板５は、超音波周波数で振動し、タッチ入力操作を受け付ける。第１保護フィルム７１は、基板５の操作面上に設けられる。第２保護フィルム７３は、第１保護フィルム７１上に空気膜７２を介して設けられる。これにより、操作入力装置１は、タッチパネル４の振動に伴う異音の発生を抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、異音レベルが異音許容最高レベル以下になり、且つ触感レベルが触感許容最低レベル以上になるように、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３における凹凸の高低差を設定したが、これは一例である。

操作入力装置１は、異音レベルが異音許容最高レベル以下になり、且つ触感レベルが触感許容最低レベル以上になるように、第１保護フィルム７１および第２保護フィルム７３における凹凸の凸部の間隔や幅を設定してもよい。

かかる構成とする場合、第１保護フィルム７１や第２保護フィルム７３に凹凸を形成するために塗布する溶剤へ添加するパーティクルＰ１，Ｐ２の大きさおよび濃度を調整することで凸部の間隔や幅を設定する。かかる構成によっても、操作入力装置１は、タッチパネル４の振動に伴う異音を低減しつつ、ユーザに対してツルツルとした良質な触感を与えることができる。

なお、図４に示す第１保護フィルム７１上に空気膜７２を介して設けられる部材は、第２保護フィルム７３に限定されるものではなく、指先Ｆが第１保護フィルム７１に直接することを防止可能な部材であれば、任意の部材であってよい。

また、上述した実施形態では、ディスプレイ２上にタッチパネル４が重畳された操作入力装置１を例に挙げて説明したが、本実施形態に係るタッチパネル４は、ディスプレイ２を備えない操作入力装置に対しても適用することが可能である。

例えば、車両のセンターコンソールに設けられ、ユーザが操作面を視認することなく、タッチ操作やスライド操作によって感覚的に制御対象を制御する操作入力装置は、車両のダッシュボードに設けられる操作入力装置よりも運転者の耳からの距離が近い。

このため、運転者は、センターコンソールに設けられる操作入力装置から発せられる異音に敏感に反応する可能性が高い。このため、かかる操作入力装置へ実施形態に係るタッチパネル４を適用することにより、運転者の快適性をさらに向上させることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１操作入力装置
２ディスプレイ
３支持板
４，４ａ，４０タッチパネル
５基板
６接着層
７，７０保護層
７１第１保護フィルム
７２空気膜
７３第２保護フィルム
８両面テープ
９タッチセンサ
１０振動子
１１制御部
１２検知部
１３駆動部
Ａスクイーズ膜
Ｆ指先
Ｆ１表面
Ｆ２溝部
Ｎ異音

Claims

超音波周波数で振動し、タッチ入力操作を受け付ける基板と、
前記基板の操作面上に設けられる第１保護フィルムと、
前記第１保護フィルム上に空気膜を介して設けられる第２保護フィルムと
を備えることを特徴とする操作入力装置。
前記第１保護フィルムは、
前記空気膜に面する表面に凹凸を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
前記第１保護フィルムが有する凹凸は、
高低差が１０μｍ～５０μｍである
ことを特徴とする請求項２に記載の操作入力装置。
前記第２保護フィルムは、
前記空気膜に面する表面に凹凸を有する
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の操作入力装置。
前記第２保護フィルムが有する凹凸は、
高低差が１０μｍ～２０μｍである
ことを特徴とする請求項４に記載の操作入力装置。
操作入力装置の操作部として設けられ、
超音波周波数で振動し、タッチ入力操作を受け付ける基板と、
前記基板の操作面上に設けられる第１保護フィルムと、
前記第１保護フィルム上に空気膜を介して設けられる第２保護フィルムと
を備えることを特徴とするタッチパネル。