TWI461978B - 觸控面板裝置 - Google Patents

Description

觸控面板裝置

本發明是有關於一種觸控面板裝置。

近年來，提出有各種輸入裝置，其在觸控面板上配設壓電元件，檢測由操作者的手指或記錄筆等的按下對象對觸控面板的特定區域的按下輸入並驅動壓電元件，由此使觸控面板振動而給操作者帶來操作感。作為此種觸控面板裝置，例如眾所周知圖8所示般的如下的4點支持觸控面板裝置，其在長方形狀的觸控面板51的兩方的長邊的背面側，配設著在沿長邊的方向上可伸縮的壓電元件52，且將該觸控面板51以其4拐角部分經由固定用緩衝物(cushion)53而可彎曲振動地支持於固定用框架54(例如，參照專利文獻1)。

圖8所示的觸控面板裝置中，若將各長邊的壓電元件52在沿著長邊的方向上以同相進行伸縮驅動，則固定用緩衝物53會發生彈性變形，觸控面板51如圖9(a)的概略立體圖所示般，以兩方的短邊側為關節而發生彎曲振動。再者，此種彎曲振動亦被稱作屈曲振動。而且，如圖9(b)所示般，若例如藉由手指55來按下觸控面板51，則觸控面板51的長邊側會比短邊側發生更大地翹曲、即，彎曲。

這樣，圖8所示的觸控面板裝置中，壓電元件52所引起的觸控面板51的彎曲振動方向與手指55的按下所引起的觸控面板51的撓曲方向一致。因此，在圖9(b)所示 的觸控面板51的按下狀態下，能夠藉由壓電元件52而使觸控面板51高效地彎曲振動。而且，觸控面板51因固定用緩衝物53的彈性變形而發生彎曲，因而與將壓電元件52配設在觸控面板51的短邊的情況相比，以相同的伸縮量能獲得更大的振動振幅，從而具有壓電元件52的小型化或成本降低的優點。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2006-227712號公報

然而，在使觸控面板振動的觸控面板裝置中，有時壓電元件相對於觸控面板的配設位置會受到限制。例如，在將圖8所示的長方形狀的觸控面板設為縱長來使用並構成可攜式終端機的觸控面板裝置的情況下，自小型化或設計性的觀點考慮，一般來說，成為如下設計：收容觸控面板的框體的橫寬與框體的縱寬(高度)相比，相對於觸控面板的有效操作區域而無餘裕。

因此，若將壓電元件配設於觸控面板的長邊側，則要增大框體的橫寬，或者，要將觸控面板的有效操作區域的橫寬對應於壓電元件的寬度進行縮短，從而必需進行設計以使得壓電元件不會被看見。然而，設想若以此方式構成，則會導致觸控面板裝置的大型化，而破壞設計性。

作為上述問題的對策，例如，設想相對於觸控面板的有效操作區域，而在位於有相對的餘裕的框體的高度方向的觸控面板的短邊側配設壓電元件。例如，圖8所示的觸 控面板裝置中，設想將壓電元件52如圖10平面圖所示，配設於長方形狀的觸控面板51的短邊側。

然而，如圖10所示般，若僅將壓電元件52配設於觸控面板51的短邊側而進行4點支持，則因壓電元件52的伸縮，觸控面板51如圖11概略立體圖所示，以兩方的長邊側為關節而發生彎曲振動。其結果，壓電元件52所引起的彎曲振動方向與圖9(b)所示的按下所引起的撓曲方向不同，而壓電元件52所引起的觸控面板51的彎曲振動時的能量損耗增大，從而擔心無法獲得所期望的振動振幅。

因此，鑒於上述情況而完成的本發明的目的在於提供一種不會導致裝置的大型化、不會破壞設計性，而能夠以所期望的振幅來使觸控面板高效地彎曲振動的觸控面板裝置。

達成上述目的之第1觀點的觸控面板裝置的發明包括：觸控面板；壓電元件，可伸縮地配設於上述觸控面板；以及多個支持構件，將上述觸控面板可彎曲振動地支持於固定部，上述觸控面板裝置的特徵在於：上述支持構件配設成在與上述壓電元件的伸縮方向正交的方向上的數量多於在該伸縮方向上的數量，以使上述觸控面板的按下所引起的撓曲方向與上述壓電元件的伸縮所引起的彎曲方向一致。

第2觀點的發明如第1觀點的觸控面板裝置，其中上述支持構件配設成，在與上述壓電元件的伸縮方向正交的方向上相鄰的上述支持構件間的距離短於在與上述壓電元件的伸縮方向平行的方向上相鄰的上述支持構件間的距離。

第3觀點的發明如第1觀點的觸控面板裝置，其中至少在與上述伸縮方向正交的方向上配設著多個的上述支持構件中，配設於最外側的上述支持構件之間的上述支持構件的彈性係數較上述最外側的支持構件的彈性係數更大。

進而，達成上述目的之第4觀點的觸控面板裝置的發明包括：長方形狀的觸控面板；壓電元件，配設於上述觸控面板的短邊側，且在上述短邊方向上可伸縮；以及多個支持構件，將上述觸控面板可彎曲振動地支持於固定部，上述觸控面板裝置的特徵在於：上述支持構件配設於上述觸控面板的四個拐角部分與上述觸控面板的各長邊側的兩方上的上述拐角部分之間，以使上述觸控面板的按下所引起的撓曲方向與上述壓電元件的伸縮所引起的彎曲方向一致。

第5觀點的發明如第4觀點的觸控面板裝置，其中上述支持構件配設成，在與上述觸控面板的長邊平行的方向上相鄰的上述支持構件間的距離短於在與上述觸控 面板的短邊平行的方向上相鄰的上述支持構件間的距離。

第6觀點的發明如第4觀點的觸控面板裝置，其中至少在與上述觸控面板的長邊平行的方向上配設著多個的上述支持構件中，配設於上述拐角部分以外的上述支持構件的彈性係數較配設於上述拐角部分的上述支持構件的彈性係數更大。

第7觀點的發明如第4觀點至第6觀點中任一觀點的觸控面板裝置，其中上述觸控面板包括具有與該觸控面板的長邊平行的兩個邊、及與該觸控面板的短邊平行的兩個邊的矩形狀的有效操作區域，上述四個拐角部分由如下區域構成，該區域是由上述觸控面板的長邊及短邊、以及上述有效操作區域的各邊的延長線所形成。

根據本發明，提供一種不會導致裝置的大型化、不會破壞設計性而能夠以所期望的振幅使觸控面板高效地彎曲振動的觸控面板裝置。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

以下，參照各圖來對本發明的實施形態進行說明。

圖1及圖2是表示本發明的一實施形態的觸控面板裝 置的概略構成的平面圖及立體圖。本實施形態的觸控面板裝置具有長方形狀的觸控面板11。再者，圖1中例示長方形狀的觸控面板11，本說明書中，所謂長方形狀並不限定於矩形狀，也包含拐角部分形成為圓弧狀的形狀。

觸控面板11中，在背面側的兩方的短邊的附近，分別沿著短邊而配設著壓電元件12。壓電元件12由單壓電晶片(monomorph)、雙壓電晶片(bimorph)、單層壓電樑(unimorph)等構成，在觸控面板11的短邊方向上可伸縮，且有一面接合固定於觸控面板11。

觸控面板11以操作者的手指或記錄筆等的按下對象的按下所引起的撓曲方向與壓電元件12的伸縮所引起的彎曲方向一致的方式，在背面側，以四個拐角部分11a~11d、各長邊側的兩方的拐角部分11a、11b間及拐角部分11c、11d間合計6個部位，分別經由可彈性變形的支持構件13a~13f而支持於固定部14。即，觸控面板11藉由合計6個支持構件13a~13f而受到6點支持，該6個支持構件13a~13f配設成與作為觸控面板11的短邊方向的壓電元件12的伸縮方向相比，在與作為觸控面板11的長邊方向的壓電元件12的伸縮方向正交的方向上配設得更多。支持構件13a~13f例示為圓柱狀，但亦可設為角柱狀等的任意形狀。再者，固定部14例如由液晶或有機電致發光(Electroluminescence，EL)等的顯示面板構成。

此處，觸控面板11如圖1的假想線所示，在包括具有與該觸控面板11的長邊平行的兩個邊、及與該觸控面板 11的短邊平行的兩個邊的矩形的有效操作區域T的情況下，壓電元件12較佳為配設於超出有效操作區域T的區域。而且，觸控面板11的四個拐角部分11a~11d較佳為設為藉由觸控面板11的長邊及短邊與有效操作區域T的各邊的延長線所形成的區域(附有影線來表示)。而且，支持拐角部分11a~11d的支持構件13a~13d於拐角部分11a~11d的各區域內，較佳為於拐角部分11a~11d的各區域內，分別配設於遠離有效操作區域T的相對應的拐角部分的區域內。而且，支持拐角部分11a~11d的支持構件13a~13d於拐角部分11a~11d的各區域內，以與觸控面板11的長邊相接的方式，較佳為於拐角部分11a~11d的各區域內，以分別與觸控面板11的長邊及短邊相接的方式來配設。此處，於支持構件13a~13d以上述方式配設時，配設於支持構件13a、13b之間的支持構件13e較佳為配設於將支持構件13a、13b連結的直線上。而且，配設於支持構件13c、13d之間的支持構件13f較佳為配設於連結支持構件13c、13d的直線上。再者，圖1中，例示有效操作區域T為與觸控面板11相似的長方形狀的情況，但亦可為正方形狀的矩形。

而且，對觸控面板11的一方的長邊之間進行支持的支持構件13e，在相對應的長邊側分別相鄰的兩拐角部分11a、11b的支持構件13a、13b間的距離DL1、DL2，比分別對觸控面板11的短邊方向的兩方的拐角部分11a、11d及11b、11c進行支持的相鄰的支持構件13a、13d間及13b、 13c間的距離DS1及DS2更短。同樣地，對觸控面板11的另一方的長邊之間進行支持的支持構件13f，在相對應的長邊側分別相鄰的兩拐角部分11c、11d的支持構件13c、13d間的距離DL3、DL4較上述距離DS1及DS2更短。而且，支持構件13e、13f間的距離DS3較DL1~DL4的各個更長。

即，觸控面板11藉由在壓電元件12的伸縮方向及與該伸縮方向正交的方向上分別相鄰的四個支持構件13a、13e、13f、13d及13e、13f、13b、13c的支持，而分別形成為以壓電元件12的伸縮方向為長邊的長方形狀。再者，較佳為，對觸控面板11的各長邊之間進行支持的支持構件13e、13f以將相對應的長邊等分割的方式而配設於中央，且以DL1≒DL2≒DL3≒DL4<DS1≒DS2≒DS3的方式配設著。

本實施形態的觸控面板裝置中，若將配設於觸控面板11的兩方的短邊側的2個壓電元件12在沿著觸控面板11的短邊的方向上以同相進行伸縮驅動，則觸控面板11如圖3(a)及圖3(b)概略立體圖所示，以兩方的長邊側為關節而進行彎曲振動。而且，觸控面板11如圖4概略立體圖所示，若例如藉由手指15而按下，則短邊側會比長邊側發生更大的撓曲。因此，按下對象的按下所引起的撓曲方向與壓電元件12的伸縮所引起的彎曲方向一致，因此如圖10所示般，與在僅4點支持的長方形狀的觸控面板的短邊側配設壓電元件的情況相比，在圖4所示的觸控面板11 的按下狀態下，可減小彎曲振動時的能量損耗，從而可使觸控面板11藉由壓電元件12而高效地以所期望的振幅進行彎曲振動。

而且，若對觸控面板11的各長邊之間進行支持的支持構件13e、13f以將相對應的長邊予以等分割的方式來配設，則能夠使觸控面板11藉由壓電元件12而遍及整個長邊方向在短邊方向上大致同樣地彎曲振動。藉此，於觸控面板11的有效操作區域T內，可對操作者呈現出大致同樣的觸感。

進而，本實施形態的觸控面板裝置將壓電元件12配設於長方形狀的觸控面板11的短邊側，因此尤其在將觸控面板11設為縱長來使用並構成可攜式終端機的觸控面板裝置的情況下，能夠在有相對餘裕的框體的高度方向配設壓電元件12。因此，不會導致觸控面板裝置的大型化，不會破壞設計性，且可提高設計的自由度。

以下，對本發明者進行的4點支持與6點支持所引起的振動特性的比較實驗結果進行說明。

圖5(a)及圖5(b)是表示供比較實驗的樣品的平面圖。圖5(a)所示的樣品21及圖5(b)所示的樣品22分別於長方形狀的強化玻璃23的背面側，在超出由假想線表示的有效操作區域T的兩方的短邊的附近，分別沿著短邊來配設壓電元件12。而且，樣品21設為藉由支持構件13a~13d來支持強化玻璃23的四個拐角部分11a~11d的4點支持。而且，樣品22設為藉由支持構件13a~13f來 支持強化玻璃23的四個拐角部分11a~11d及各長邊側的中間部的6點支持。

圖5(a)及圖5(b)中，強化玻璃23使用短邊65mm、長邊120mm、厚0.7mm的玻璃。而且，各壓電元件12使用短邊2mm、長邊40mm、厚0.4mm的強化玻璃。

各支持構件13a~13f由(股)ROGERS INOAC製造的PORON(註冊商標)H-48構成，成為縱×橫×高為3mm×3mm×2mm的角柱狀。各支持構件13a~13d在相對應的拐角部分11a~11d的區域內，分別自強化玻璃23的短邊離開10mm而配設，各支持構件13e、13f配設於分別相對應的長邊的中間，即，自各短邊離開60mm的位置。

此處，圖5(a)中，各支持構件13a、13b的各一邊與強化玻璃23的一方的長邊一致而配設，各支持構件13c、13d的各一邊與強化玻璃23的另一方的長邊一致而配設。藉此，藉由四個支持點形成與強化玻璃23相同朝向的長方形狀。

而且，圖5(b)中，強化玻璃23的一方的長邊側的支持構件13a、13b、13e的各一邊與對應的長邊一致而配設，同樣地，另一方的長邊側的支持構件13c、13d、13f的各一邊與對應的長邊一致而配設。藉此，藉由附近的四個支持點而形成方向與強化玻璃23正交的兩個長方形狀，其在強化玻璃23的長邊方向上排列著。即，藉由附近的四個支持點而形成的長方形狀的長邊及短邊分別形成在強化玻璃23的短邊方向及長邊方向。

圖6是表示實驗裝置的概略構成的模式圖。該實驗裝置藉由雷射都卜勒振動計(Laser Doppler Vibrometer)31來測定樣品21、22的強化玻璃23的中央部的振動振幅[μm]及輸出頻率[Hz]。再者，圖6例示樣品21的測定狀態。實驗裝置包括載置樣品21的載置台32，經由至少2對平行板彈簧33而於載置面的法線方向上可移位地支持該載置台32的支持台34，及分別安裝在一對平行板彈簧33的應變儀(strain gauge)35。

比較實驗中，將支持台34載置於定盤36上，將支持構件13a~13d或支持構件13a~13f設為下側而將樣品21或樣品22載置於載置台32上。而且，關於樣品21、22的各個，利用手指來按壓強化玻璃23的中央部的附近，且由應變儀35來檢測該按壓負載。而且，在檢測到2[N]的按壓負載的狀態下，對壓電元件12施加驅動信號以使強化玻璃23振動，藉由雷射都卜勒振動計31來測定該強化玻璃23的中央部的振動振幅及輸出頻率。再者，施加至壓電元件12的驅動信號，於操作者按下觸控面板時週期成為由呈現出較佳的觸感的輸出頻率150[Hz]~350[Hz]所獲得的正弦波的輸入頻率的一半週期，振幅設為40[V]。

下表顯示該比較實驗的結果。

根據上述的實驗結果可知，當使用圖5(a)、圖5(b)所示的尺寸的長方形狀的觸控面板，在觸控面板的短邊側配設壓電元件時，與以沿著觸控面板的各邊而由連結支持點的直線所形成的形狀成為與觸控面板相同方向的長方形狀的方式，而以四個拐角部分的4點來支持觸控面板的情況相比，以在觸控面板的長邊方向上排列而形成2個與觸控面板正交的朝向的長方形狀的方式，而以6點來支持觸控面板更能夠減小壓電元件所引起的觸控面板的彎曲振動時的能量損耗，從而可獲得高振動振幅。因此，能夠高效地以所期望的振幅使觸控面板彎曲振動。

再者，本發明並不僅限定於上述實施形態，可實施一些變形或變更。例如，上述實施形態中，對觸控面板11的各長邊之間進行支持的支持構件13e、13f的彈性係數較 配設於觸控面板11的四個拐角部分11a~11d的支持構件13a~13d的彈性係數更大，即，能夠以容易彈性變形的方式而形成。此時，各支持構件13e、13f可由與配設於四個拐角部分11a~11d的支持構件13a~13d相同的材質而使剖面積形成得小，亦可以與支持構件13a~13d相同的剖面積而由不同的材質形成。如此，可進一步增大壓電元件12所引起的觸控面板11的振動振幅。而且，壓電元件12並不限定於多個，亦可為1個。

進而，觸控面板11的按下所引起的撓曲方向可至少在短邊方向上產生撓曲成分。因此，長邊側的中間的支持構件13e、13f比拐角部分11a~11d的支持構件13a~13d更短，僅一端固定於固定部14或觸控面板11，另一端於按下時抵接於觸控面板11或固定部14，進而構成為藉由按下觸控面板11而在短邊方向上產生撓曲成分。

而且，上述實施形態中，以6點來支持長方形狀的觸控面板11，亦可構成為根據觸控面板11的尺寸，在長邊方向上進而配設各支持構件，如圖7所示藉由支持構件13a~13h而以8點來支持或以10點來支持觸控面板11。即，配設於長方形狀的觸控面板11的短邊側的壓電元件的伸縮方向上相鄰的支持點間的距離，能夠以成為在與壓電元件的伸縮方向正交的方向上相鄰的支持點間的距離以上的方式，以6點以上的支持點來支持觸控面板11。

而且，本發明並不限定於長方形狀的觸控面板，亦可有效地應用於使用任意的形狀的觸控面板的情況。亦即， 本發明中，觸控面板為任意的形狀，以觸控面板的按下引起的撓曲方向與壓電元件的伸縮引起的彎曲方向一致的方式，將支持觸控面板的支持構件配設成與壓電元件的伸縮方向相比，在與伸縮方向正交的方向上配設得更多。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11、51‧‧‧觸控面板

11a~11d‧‧‧拐角部分

12、52‧‧‧壓電元件

13a~13h‧‧‧支持構件

14‧‧‧固定構件/固定部

15、55‧‧‧手指

21、22‧‧‧樣品

23‧‧‧強化玻璃

31‧‧‧雷射都卜勒振動計

32‧‧‧載置台

33‧‧‧平行板彈簧

34‧‧‧支持台

35‧‧‧應變儀

36‧‧‧定盤

53‧‧‧固定用緩衝物

54‧‧‧框架

DL1、DL2‧‧‧支持構件13a、13b間的距離

DL3、DL4‧‧‧支持構件13c、13d間的距離

DS1‧‧‧支持構件13a、13d間的距離

DS2‧‧‧支持構件13b、13c間的距離

DS3‧‧‧支持構件13e、13f間的距離

T‧‧‧有效操作區域

圖1是表示本發明的一實施形態的觸控面板裝置的概略構成的平面圖。

圖2是圖1所示的觸控面板裝置的立體圖。

圖3(a)、圖3(b)是表示圖1所示的觸控面板的振動狀態的概略立體圖。

圖4是表示圖1所示的觸控面板的按下狀態的概略立體圖。

圖5(a)、圖5(b)是表示供4點支持與6點支持所引起的振動特性的比較實驗的樣品的平面圖。

圖6是表示振動特性的實驗裝置的概略構成的模式圖。

圖7是表示本發明的觸控面板裝置的變形例的立體圖。

圖8是表示先前的觸控面板裝置的概略構成的立體圖。

圖9(a)、圖9(b)是表示圖8所示的觸控面板的振動狀態及按下狀態的概略立體圖。

圖10是表示壓電元件相對於先前設想的長方形狀的觸控面板的配設例的平面圖。

圖11是表示圖10所示的觸控面板的振動狀態的概略立體圖。

11‧‧‧觸控面板

11a~11d‧‧‧拐角部分

12‧‧‧壓電元件

13a~13h‧‧‧支持構件

DL1、DL2‧‧‧支持構件13a、13b間的距離

DL3、DL4‧‧‧支持構件13c、13d間的距離

DS1‧‧‧支持構件13a、13d間的距離

DS2‧‧‧支持構件13b、13c間的距離

DS3‧‧‧支持構件13e、13f間的距離

T‧‧‧有效操作區域

Claims (7)

1. 一種觸控面板裝置，包括：觸控面板；壓電元件，可伸縮地配設於上述觸控面板；以及多個支持構件，將上述觸控面板可彎曲振動地支持於固定部，上述觸控面板裝置的特徵在於：上述支持構件配設成在與上述壓電元件的伸縮方向正交的方向上的數量多於在該伸縮方向上的數量，以使上述觸控面板的按下所引起的撓曲方向與上述壓電元件的伸縮所引起的彎曲方向一致。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板裝置，其中上述支持構件配設成，在與上述壓電元件的伸縮方向正交的方向上相鄰的上述支持構件間的距離短於在與上述壓電元件的伸縮方向平行的方向上相鄰的上述支持構件間的距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板裝置，其中至少在與上述伸縮方向正交的方向上配設著多個的上述支持構件中，配設於最外側的上述支持構件之間的上述支持構件的彈性係數較上述最外側的支持構件的彈性係數更大。
4. 一種觸控面板裝置，包括：長方形狀的觸控面板；壓電元件，配設於上述觸控面板的短邊側，且在上述短邊方向上可伸縮；以及 多個支持構件，將上述觸控面板可彎曲振動地支持於固定部，上述觸控面板裝置的特徵在於：上述支持構件配設於上述觸控面板的四個拐角部分與上述觸控面板的各長邊側的兩方上的上述拐角部分之間，以使上述觸控面板的按下所引起的撓曲方向與上述壓電元件的伸縮所引起的彎曲方向一致。
5. 如申請專利範圍第4項所述之觸控面板裝置，其中上述支持構件配設成，在與上述觸控面板的長邊平行的方向上相鄰的上述支持構件間的距離短於在與上述觸控面板的短邊平行的方向上相鄰的上述支持構件間的距離。
6. 如申請專利範圍第4項所述之觸控面板裝置，其中至少在與上述觸控面板的長邊平行的方向上配設著多個的上述支持構件中，配設於上述拐角部分以外的上述支持構件的彈性係數較配設於上述拐角部分的上述支持構件的彈性係數更大。
7. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述之觸控面板裝置，其中上述觸控面板包括具有與該觸控面板的長邊平行的兩個邊、及與該觸控面板的短邊平行的兩個邊的矩形狀的有效操作區域，上述四個拐角部分由如下區域構成，該區域是由上述觸控面板的長邊及短邊、以及上述有效操作區域的各邊的延長線所形成。