JP7141215B2 - 操作入力装置およびタッチパネル - Google Patents

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、保護フィルムと、接着剤とを備える。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。保護フィルムは、前記基板の操作面側に配置される。接着剤は、前記基板および前記保護フィルム間に複数個所設けられ前記保護フィルムを前記基板に接着する。

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、実施形態に係る接着剤の配置の一例を示す説明図である。 図５は、実施形態に係る接着剤占有面積率と、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、保護フィルム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の操作面に保護フィルムを接着する。保護フィルム７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、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４ａ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４ａは、基板５の上面全体に接着剤６１がベタ塗りされて形成される接着層６ａを備え、接着層６ａの上面に保護フィルム７が設けられる。

対比例に係るタッチパネル４ａは、ユーザの指先Ｆ（図１参照）の表面Ｆ１が保護フィルム７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、保護フィルム７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４ａ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４ａは、保護フィルム７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４ａは、ユーザの指先Ｆの表面Ｆ１が保護フィルム７の上面に接触した場合、保護フィルム７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４ａでは、このような状態で基板５が超音波振動すると、保護フィルム７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、保護フィルム７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に示す構造とすることにより、異音の発生を抑制する。具体的には、図３に示すように、タッチパネル４は、基板５の上面に接着剤６１が操作面の面方向に点在する接着層６を備える。かかるタッチパネル４では、基板５と保護フィルム７との間で接着剤６１が設けられない領域は、接着層６の外部に連通する通気路６２となる。

これにより、タッチパネル４では、基板５が超音波振動した場合に、保護フィルム７における接着剤６１上の領域には、基板５の超音波振動が固化した接着剤６１を介して直接的に伝達される。

このため、保護フィルム７における接着剤６１上の領域には、対比例に係るタッチパネル４ａによって形成されるスクイーズ膜Ａと同様の振動強度で振動するスクイーズ膜Ａが形成される。

一方、保護フィルム７における通気路６２上の領域には、基板５の超音波振動が通気路６２内の空気によって緩和された振動が伝達される。このため、保護フィルム７における通気路６２上の領域には、対比例に係るタッチパネル４ａによって形成されるスクイーズ膜Ａよりも振動強度が弱いスクイーズ膜Ａａが形成される。

したがって、タッチパネル４は、保護フィルム７における通気路６２上の領域では、保護フィルム７から発せられる超音波と、その超音波が指紋の指先Ｆの溝部Ｆ２によって反射される反射波とが共鳴することによって生じる異音Ｎを低減することができる。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Ｎの発生を抑制することができる。

次に、図４を参照し、実施形態に係る接着剤６１の基板５上における配置の一例について説明図する。図４は、実施形態に係る接着剤６１の配置の一例を示す説明図である。なお、図４には、保護フィルム７を剥離した状態のタッチパネル４の操作面側の一部を示している。

図４に示すように、接着剤６１は、基板５の上面（操作面）に点在するように設けられる。その結果、接着層６にパターニングされる通気路６２は、接着層６の外部に連通する。これにより、操作入力装置１は、前述したように、保護フィルム７における通気路６２上の領域に、基板５の超音波振動を通気路６２内の空気によって緩和して伝達させることができるので、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。

また、各接着剤６１は、例えば、全て同じ大きさの一辺が１ｍｍ程度の平面視正方形状に形成される。そして、接着剤６１は、基板５の上に点在して操作面の面方向に均等に分布するように設けられる。その結果、通気路６２は、ピッチが一定の格子状にパターニングされる。

これにより、操作入力装置１は、例えば、接着剤６１の屈折率と、通気路６２内の空気の屈折率とに多少の差異がある場合であっても、タッチパネル４越しに見えるディスプレイ２の表示画像を全体として視覚的に均一な透過率でユーザに視認させることができる。

次に、図５を参照し、基板５の上面における接着剤６１の占有面積率について説明する。図５は、実施形態に係る接着剤占有面積率と、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に示すグラフの横軸は、接着剤占有面積率（％）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（官能評価）を示している。ここでの、接着剤占有面積率（％）は、基板５の操作面（上面）全体の面積に対して、接着剤６１が占める面積の比率である。

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。

タッチパネル４は、接着剤占有面積率が高ければ高いほど、基板５から固化した接着剤６１を介して保護フィルム７へ直接的に超音波振動が伝達される領域が広くなる。これにより、タッチパネル４は、スクイーズ膜Ａの振動強度が高まる領域が広くなるので触感レベルが向上し、ユーザへよりツルツルとした感触を与えることができる。

ただし、タッチパネル４は、接着剤占有面積率が高くなり過ぎると、基板５上の前面に接着剤６１が設けられた対比例に係るタッチパネル４ａ（図２参照）の構造に近くなるので、異音レベルが増大する。図５に示す例では、接着剤占有面積率が８０％まで増大すると、異音レベルが異音許容最高レベルに達する。

また、タッチパネル４は、接着剤占有面積率が低ければ低いほど、基板５から固化した接着剤６１を介して保護フィルム７へ直接的に超音波振動が伝達される領域が狭くなる。これにより、タッチパネル４は、振動強度が低いスクイーズ膜Ａａが形成される領域が広くなるので、異音レベルを低減することができる。

ただし、タッチパネル４は、接着剤占有面積率が低くなり過ぎると、例えば、ユーザがタッチパネル４上で指先Ｆをスライドさせる操作を行った場合に、接着剤６１が設けられている箇所と、設けられていない箇所との違いを触感によって認識してしまう。

その結果、タッチパネル４は、ユーザに対して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になる。図５に示す例では、接着剤占有面積率が２０％まで減少すると、触感レベルが触感許容最低レベルに達する。

そこで、タッチパネル４では、触感レベルが触感許容最低レベルよりも高くなり、且つ、異音レベルが異音許容最高レベルよりも低くなるように、接着剤占有面積率が３０％～７０％となるように基板５上に接着剤６１が点在して設けられる。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。

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、保護フィルム７と、接着剤６１とを備える。基板５は、超音波振動するとともに、ユーザによるタッチ入力操作を受け付ける。保護フィルム７は、基板５の操作面を保護する。接着剤６１は、基板５および保護フィルム７間に設けられ、基板５における操作面の面方向に点在して保護フィルム７を基板５に接着する。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、各接着剤６１が全て同じ大きさの一辺が１ｍｍ程度の平面視正方形状に形成され、基板５の上に均等に分布するように設けられ、通気路６２が一定ピッチの格子状にパターニングされる場合について説明したが、これは一例である。

各接着剤６１は、一辺が１ｍｍ以外の長さの平面視正方形状に形成されてもよく、平面視正方形以外の平面視多角形状であってもよく、平面視円形状や楕円形状であってもよい。また、各接着剤６１は、タッチパネル４越しに見えるディスプレイ２の表示画像を全体として視覚的に均一な透過率でユーザに視認させることができれば、平面視によるサイズが全て同一でなくてもよい。

例えば、接着層６は、平面視によるサイズが異なる２種類の接着剤６１が行方向および列方向に等間隔で交互に配置されるなど、複数種類のサイズの接着剤６１が、ある規則性に基づいて配置されてもよい。かかる接着層６によっても、操作入力装置１は、タッチパネル４越しに見えるディスプレイ２の表示画像を全体として視覚的に均一な透過率でユーザに視認させることができる。

また、通気路６２についても同様に、タッチパネル４越しに見えるディスプレイ２の表示画像を全体として視覚的に均一な透過率でユーザに視認させることができれば、格子状でなくてもよく、例えば、ピッチが一定の網目状であってもよい。

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 タッチパネル
５ 基板
６，６ａ 接着層
７ 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
６１ 接着剤
６２ 通気路
Ａ，Ａａ スクイーズ膜
Ｆ 指先
Ｆ１ 表面
Ｆ２ 溝部
Ｎ 異音

Claims (5)

1. 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、
   前記基板の操作面側に配置され、ユーザの指が接触する保護フィルムと、
   前記基板および前記保護フィルム間に複数個所設けられ前記保護フィルムを前記基板に接着する接着剤と
   を備え、
   前記接着剤は、
   操作面の面方向に点在して均等に分布するように設けられ、
   前記超音波周波数の振動は、前記接着剤および前記保護フィルムを介して前記ユーザの指に伝達されることを特徴とする操作入力装置。
2. 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、
   前記基板の操作面側に配置され、ユーザの指が接触する保護フィルムと、
   前記基板および前記保護フィルム間に設けられ、前記保護フィルムを前記基板に接着する接着剤により形成される接着層と
   前記接着層にパターニングされ、前記接着層の外部に連通する通気路と
   を備え、
   前記超音波周波数の振動は、前記接着剤および前記保護フィルムを介して前記ユーザの指に伝達されることを特徴とする操作入力装置。
3. 前記通気路は、
   ピッチが一定の網目状にパターニングされる
   ことを特徴とする請求項２に記載の操作入力装置。
4. 前記操作面における前記接着剤の占有面積率は、
   前記操作面全体の３０％～７０％である
   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。
5. 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、
   前記基板の操作面側に配置され、ユーザの指が接触する保護フィルムと、
   前記基板および前記保護フィルム間に設けられ、前記保護フィルムを前記基板に接着する接着剤により形成される接着層と
   前記接着層にパターニングされ、前記接着層の外部に連通する通気路と
   を備え、
   前記超音波周波数の振動は、前記接着剤および前記保護フィルムを介して前記ユーザの指に伝達されることを特徴とするタッチパネル。

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