WO2006035994A1

WO2006035994A1 - 接触検出機能付き表示装置

Info

Publication number: WO2006035994A1
Application number: PCT/JP2005/018388
Authority: WO
Inventors: Masahiro Tsumura
Original assignee: Touch Panel Systems K.K.
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2006-04-06
Also published as: EP1796129A4; US20080117187A1; CN101040248A; TW200629126A; EP1796129A1; CN100585547C; JP2006099608A

Abstract

表示部3の表示面に用いられたガラス基板2に、音響波型接触検出機能(超音波方式タッチパネル)用のデバイスである、音響波生成手段および検出手段としてのトランスデューサ(10、80)と、トランスデューサを構成する圧電素子10と制御手段としてのコントローラとを接続するための導電線(54a、54b)とを基板2に配して一本化させ、基板2を表示部3と接触検出装置とで兼用して使用する。これにより、画質の劣化や操作の際の違和感がなく、かつ、表示装置としての機能の安定性がよい、接触検出機能付き表示装置が得られる。

Description

明糸田書接触検出機能付き表示装置技術分野

本発明は、超音波方式によるタツチパネルのような音響的に接触位置を検出する音響波型接触検出機能を有する表示装置に関するものである。

背景技術

従来、超音波による音響波型接触検出装置が様々な分野で使用されており、例えば、パーソナルコンピュータの操作画面、駅の切符の自動販売機、コンビニエンスストァに設置された複写機、或いは金融機関の無人端末機等に使用されている。これらの音響波型接触検出装置においては、ガラス等の基板上に配置された圧電素子（ピエゾ素子）を含むトランスデューサが使用されている。このトランスデューサは、音響波を生成する手段として使用されるとともに、タツチパネルにタツチした指等により散乱された音響波を検出するセンサとしても使用される。そしてこれらのトランスデューサと制御回路であるコントローラとが導電線を介して接続される。

ところで、これらトランスデューサが配置された接触検出装置の基板は、一般的に、 C R T等の表示装置の画面に上から重ねるようにして設置され（例えば、特開平 1 1— 6 5 7 6 5号公報、図 5参照）、操作者は、当該基板越しに表示装置の画面を見ながら、その画面に表示されるアイコン等を押す感覚で、その上の基板を指等で接触して入力操作を行う。

しかし、この場合、表示装置の画面の上にさらに接触検出装置の基板が重なるので、表示面から発せられた光の透過率が悪くなり、画面に表示された画像が暗く見辛くなるという画質劣化の問題が生じる。また、表示装置の画面と接触検出装置の基板表面との間隔が少なくとも 2 . 8ミリメートル程度は空いてしまうので、操作者は画面を直接接触している感覚が無く、違和感を覚える場合もある。

一方、このような問題を解消し得る一手段として、電界放出ディスプレイ（F E D ) の表面のガラス薄板に可撓性を与え、接触によるガラス薄板の変形を電気的に捕らえて接触位置を検出するという、ガラス薄板そのものをタツチパネルとした F E Dが提案されている（例えば、特開平 9— 1 3 4 6 8 5号公報、図 1 図 2 , 図 4参照）。この F E Dでは、表示面であるガラス薄板に別体のタツチパネル（基板）を付加していないので、画質劣化が生じない。

しかしながら、上記のガラス薄板をタツチパネルとした F E Dでは、ガラス薄板が可撓性を有するので、操作者が画面をタツチする際に、 F E Dにおけるェミッタおよび蛍光体間の距離が変化して放電の安定性を阻害するおそれがあり、また、ガラス薄板の変形により内部の密閉性が低下するおそれがある。すなわち、表示装置としての機能の安定性に欠けるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画質の劣化や操作の際の違和感がなく、力つ、表示装置としての機能の安定性がよい、接触検出機能付き表示装置を提供することを目的とするものである。

発明の開示

本発明の接触検出機能付き表示装置は、音響波が伝播する表面を有する透明な基板を表示面に用いた表示部と、入力される電気信号に基づいて音響波を生成する音響波生成手段と、基板表面での物体の接触位置に応じて変化する音響波を検出して検出電気信号を出力する検出手段と、音響波生成手段および検出手段と制御手段とを電気的に接続するための導電線とを備え、音響波生成手段、検出手段おょぴ導電線が上記基板に配され、当該基板と一体化されてなることを特徴とするものである。

ここでいう「音響波」は、基板表面上を伝播する弾性表面波を含む。

また、「音響波生成手段」および「検出手段」は、それぞれ、圧電素子とグレーティングとを含むものであってもよいし、圧電素子と一対のくし型電極とを含むものであつてもよい。

また、「表示部」は、電界放出ディスプレイ（F E D ) であってもよいし、蛍光表示管（V F D ) であってもよい。

本発明の接触検出機能付き表示装置において、生成された音響波を上記基板表面に沿つて伝播させる反射アレイをさらに有してもよい。

「反射アレイ」は、ガラスペーストを焼結することにより形成してもよいし、エッチングにより形成してもよい。

また、「制御手段」は、音響波生成手段に電気信号を入力するとともに検出手段から受信した検出電気信号に基づいて上記接触位置を検出するものであり、当該制御手段をさらに有してもよい。

本発明の接触検出機能付き表示装置によれば、当該表示装置は表示部の表示面に用いられた基板に、制御手段を除く音響波型接触検出機能用のデバイスを配して一体化されており、当該基板を表示部と接触検出装置とで兼用して使用しているので、表示装置用の表示面に接触検出装置用の基板を重ねて設置する必要がなくなり、これにより、画質の劣化や操作の際の違和感がない。また、当該接触検出方式は音響波型であるから、表示面を可撓性にする必要がなく、表示装置としての機能の安定性がよい。

図面の簡単な説明

図 1は、接触検出機能付き表示装置 1 aが有する表示部 3の正面図である。

図 2は、表示装置 1 aが有する表示部 3の部分拡大断面図である。図 3は、表示装置 l a ' が有する表示部 3の正面図である。

図 4は、表示装置 1 a ' が有する表示部 3の部分拡大断面図である。

図 5は、表示装置 1 bが有する表示部 3の正面図である。

図 6は、表示装置 1 bが有する表示部 3の部分拡大断面図である。

図 7 Aおよび図 7 Bは、一対のくし型電極部 5 4 a、 5 4 bと、当該電極部に固着される圧電素子 1 0の正面拡大図である。

図 8は、表示装置 1 cが有する表示部 3の部分拡大断面図である。

図 9は、表示装置 1 dが有する表示部 3の部分拡大断面図である。

^&明を実施するための最良の形態

以下、本発明の接触検出機能付き表示装置（以下、単に表示装置という）の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図 1は、本実施形態に係る表示装置 1 aが有する表示部 3の正面図である。図 1に示すように、表示部 3は、矩形のガラス基板 2を表示面とする F E D方式の表示部であり、ガラス基板 2に取り付けられたケーブルアセンブリ（導電線の一部） 4 zと、このケーブノレアセンブリ 4 zと電気的に連結されたコントローラ（制御手段） 6とから構成されて" ヽる。

このガラス基板 2は、 2 . 8ミリメートル厚のソーダガラスであり、変形が少なく、弾 'Γ生表面波（音響波）の伝播に好適である。

ケーブルアセンブリ 4 ζには、ガラス基板 2に設けられた、バルタ波（超音波振動）を生する振動子となる圧電素子 8、 1 0と、バルク波を検出するセンサとなる圧電素子 1 2、 1 4が、ガラス基板 2上に配線された導電線 4 a〜4 hを介して取り付けられてヽる。

また、ガラス基板 2の表面すなわち図 1において手前側には、 Y軸に沿って多数の斜めの傾斜線 1 6 からなる反射アレイ 1 8と、この反射アレイ 1 8に対向して、多数の傾斜線 2 0からなる反射アレイ 2 2が、ガラス基板 2の側縁 4 4近傍に各々形成されている。さらに X軸に沿って、ガラス基板 2の上縁 2 4近傍に多数の傾斜線 2 6からなる反射アレイ 2 8と、この反射アレイ 2 8に対向して多数の傾斜線 3 0からなる反射アレイ 3 2が、ガラス基板 2の下縁 4 5近傍に沿って形成されている。これらの反射アレイ 1 8、 2 2、 2 8 、 3 2のパターンは、特開昭 6 1— 2 3 9 3 2 2号およぴ特開 2 0 0 1 — 1 4 0 9 4号の各公報に開示されたものである。なお反射アレイ 1 8、 2 2、 2 8、 3 2を総括して反射アレイ 3 3とレヽう。この反射アレイ 3 3によって弾性表面波が反射されて、ガラス基板 2の表面上を伝搬するようになっている。

前述の圧電素子 8、 1 0、 1 2、 1 4は、ガラス基板 2の裏面に配されており、この圧電素子 8、 1 0、 1 2、 1 4に対向して、ガラス基板 2の表面にモード変換要素であるグレーティング 7 8、 8 0、 8 2、 8 4がそれぞれ形成されている。この構成について、図 2を参照して、代表としてグレーティング 8 0を取り上げて説明する。図 2は、図 1の表示部 3 を矢印 A方向から見たときの部分拡大断面図である。図 2に示すように、表示部 3は、アノードガラス基板として機能する上記ガラス基板 2と、ガラス基板 2と平行に空間を隔てて配された力ソードガラス基板 4 1とを備え、さらに、表示領域において、力ソードガラス基板 4 1の内側の面（表面）に設けられたゲート電極 4 2およびェミッタ 4 3と、ガラス基板 2の内側の面（裏面）に塗布された蛍光体層 4 4とを備え、表示領域外縁の非表示領域において、ガラス基板 2の裏面に圧電素子 1 0が配され、ガラス基板 2の表面にグレーティング 8 0と反射アレイ 3 2が形成されている。図 2のグレーティング 8 0は、ガラスペーストを焼結してあるいはエッチングによりガラス基板 2上に形成され、互いに離隔した平行な複数の突条 8 0 aから構成されている。図 2に示す突条 8 0 a は、実際は紙面と直交方向に延びている。この突条 8 0 aの幅は、豹 4 0 0マイク口メートル、高さは、約 3 5マイクロメートル以上になるように設定されている。この突条 8 0 aの相互の間隔を変えることによつて、バルタ波の反射方向が変わる。本実施形態では、突条 8 0 aの真横に弾性表面波が発生するような間隔に形成されている。このグレーティング 8 0の反対側には、ガラス基板 2の裏面上に電極部 5 4 aを端部に有する導電線 4 cが導電性材料でスクリーン印刷されており、その電極部 5 4 a上に圧電素子 1 0が接着され、さらに圧電素子 1 0の上から電極部 5 4 bを端部に有する導電線 4 dがスクリーン印刷されている。

他のグレーティング 7 8、 8 2、 8 4および圧電素子 8、 1 2、 1 4も、同様の構成を有しており、圧電素子 8には電極部 5 2 aを端部に有する導電線 4 aおよび電極部 5 2 bを端部に有する導電線 4 力圧電素子 1 2には電極部 5 6 aを端部に有する導電線 4 eおよび電極部 5 6 bを端部に有する導電線 4 f I 圧電素子 1 4には電極部 5 8 aを端部に有する導電線 4 gおよび電極部 5 8 bを端部に有する導電線 4 hが、それぞれスクリーン印刷され電気的に接銃される。これら導電線 4 a〜4 hは相交わることのないようにガラス基板 2上に配線され、これら導電線 4 a〜4 hの他方（圧電素子と反対側）の端部は、ガラス基板 2の所定の位置にある外部配線接続部 4 kに集められる。この外部配線接続部 4 kはカードエッジコネクタになっており、当該コネクタを介してケーブルアセンブリ 4 zに接続される。

グレーティング 7 8、 8 0、 8 2、 8 4のうち、 7 8、 8 0で示すグレーティングは、発信側の圧電素子 8、 1 0から生成されたバルク波を弾性表面波に変換するものである。一方、グレーティング 8 2、 8 4は、ガラス基板 2の表面を伝搬した弾性表面波を再度バルク波に変換するものである。つまり、本発明における音響波生成手段と検出手段は、圧電素子とグレーティングとの組合せから構成される。そして、コントローラ 6は、ガラス基板 2上にスクリーン印刷された導電線 4 a〜4 h、外部配線接続部 4 kおよびケ一ブルアセンブリ 4 zを介して、圧電秦子 8、 1 0に励振用の電気信号（本発明における電気信号）を入力するとともに、圧電素子 1 2、 1 4から出力される電気信号（本発明における検出電気信号）を受信することとなる。

圧電素子 1 0から発した約 5 . 5 Μ Ή ζのバルタ波は、ガラス基板 2の裏面から内部を通ってガラス基板 2の表面にあるグレーティング 8 0に達すると、グレーティング 8 0により弾性表面波に変換されて、グレーティング 8 0の突条 8 0 aと直角に反射ァレィ 3 2の方向に伝搬（反射）される。そして、反射アレイ 3 2の、内側に傾斜した多数の傾斜線 3 0により反射され、反射ァレイ 2 8に向けてガラス基板 2の表面を伝搬し、反射ァレイ 2 8の、内側に傾斜した傾斜線 2 6に達する。

反射アレイ 2 8に達した弾性表面波は、さらに反射されてグレーティング 8 4に向けて伝搬される。グレーティング 8 4に達した弾性表面波は、このグレーティング 8 4により、バルタ波に変換されてガラス基板 2の裏面にある、センサとなる受信側の圧電素子 1 4にその振動が伝搬されて、圧電子 1 4により電気信号に変換される。

圧電素子 8から発したバルタ波も同様にして、グレーティング 7 8により弾性表面波に変換されて、反射アレイ 1 8と反射アレイ 2 2を経てグレーティング 8 2に入射される。弾性表面波はこのグレーティング 8 2によりバルク波に変換されてセンサとなる圧電素子 1 2に伝搬され、電気信号に変換される。

このように、弾性表面波は、反射アレイ 1 8、 2 2、 2 8、 3 2によってカバーされるガラス基板 2上の領域全てに満遍なく伝搬するので、この領域内に、例えば、指等の物体により、ガラス基板 2に接触（タツチ）すると、この指により遮られた弾性表面波は、消える力或いは減衰する。そして、この弾性表面波の変化に伴う信号の変化は、センサとしての圧電素子 1 2、 1 4から、センサに組み合わされているコントローラ 6 のタイミング回路（図示せず）へ送られて、コントローラ 6により、指が接触した位置の幾何学的座標が決定される。

なお、弾性表面波は、反射アレイ 3 3における各倾斜線 1 6、 2 0、 2 6、 3 0の 1 つ 1つにより反射されるが、 1つの傾斜線においては到達した弾性表面波の 0 . 5 %〜 1 %が反射され、他は隣接する後続の傾斜線に向けて透過し、後続の傾斜線で順次反射するようになつている。

このように、本実施形態による接触検出機能付き表示装置 1 aによれば、表示装置 1 aは表示部 3の表示面に用いられたガラス基板 2に、コントローラ 6を除く音響波型接触検出機能用のデバイスを配して一体化されており、ラス基板 2を表示部 3と接触検出装置とで兼用して使用しているので、表示装置の表示面に接触検出装置用の基板を重ねて設置する必要がなくなり、これにより、画質の劣ィ匕や操作の際の違和感がない。また、当該接触検出方式は音響波型であるから、表示面を可撓性にする必要がなく、表示装置としての機能の安定性がよい。また、表示部 3を電界放出ディスプレイ（F E D ) タイプとしているので、 C R T等の表示部と比較して型化が可能となる。

なお、接触検出機能用のコントローラ 6を表示部 3の駆動回路（図示せず）と同一基板上に搭載するようにすれば、コスト低減、小型化を図ることも可能である。

また、本実施形態は、グレーティング 7 8、 8 0、 8 2、 8 4を有するいわゆるグレ一ティングタイプの弾性表面波発生（検出）手段（トランスデューサ）を用いる場合の一例について説明したが、本発明はこの実施形態に定されるものではない。

例えば、同じグレーティングタイプのトランスデューサを用いる場合の他の例として、圧電素子 8、 1 0、 1 2、 1 4をガラス基板 2の裏面ではなく、表面に配する例も考えられる。図 3は、上記のように圧電素子をガラス基板 2の表面に配したグレーティングタイプのトランスデューサを用いた表示装置 1 a ' が有する表示部 3の正面図、図 4は、図 3の表示部 3を矢印 A方向から見たときの部分拡大断面図である。この例では、グレ一ティング 80の上に電極部 54 aを端部とする導電線 4 cがスクリーン印刷されており、その上に圧電素子 1 0が接着され、さらにその上に電極部 54= bを端部とする導電線 4 dがスクリーン印刷されている。

また、例えば、アタリル製のプリズムを使用したゥヱッジ型圧霞素子によるトランスデューサを用いることもできる。或いは、グレーティングまたはエッジを有さない、基板上に形成された 1対のくし形電極部と当該電極部上に固着し fこ圧電素子とによるトランスデューサ（以下、くし型電極タイプのトランスデューサとレ、う）を用いることもできる。

図 5は、くし型電極タイプのトランスデューサを用いた表示装置 1 bが有する表示部 3の正面図である。図 5に示す表示部 3は、図 1に示す表示部 3と略同様の形態である力グレーティング 7 8、 80、 8 2、 84がなく、また、圧電禁子 8、 1 0、 1 2、 14もガラス基板 2の裏面に接着されておらず、その代わりに、グレーティングタイプのトランスデューサを用いた表示装置 1 aの表示部 3においてグレーティング 78、 8 0、 8 2、 84があった各位置に、一対のくし型電極部（5 2 a、 5 2 b) 、（5 4 a、 54 b) 、（5 6 a、 5 6 b) 、（58 a、 5 8 b) と、その备一対のくし型電極部上に固着された圧電素子 8、 1 0、 1 2、 1 4とがそれぞれ設けられている点で異なる。図 6は、図 5の表示部 3を矢印 A方向から見たときの部分拡大折面図である。ガラス基板 2の表面に一対のくし型電極部 54 a、 54 bがスクリーン卩刷によって形成されており、その上に圧電素子 1 0が固着されている。図 7 Aは、一対のくし型電極部 54 a、 54 bの正面拡大図であり、図 7 Bは、そのくし型電極部 5 = a、 5 4 b上に固着される圧電素子 1 0の正面拡大図である。図 7 Aに示す一対のくし型電極部 54 a、 5 4 bは、一方のくし型電極部 54 aの各分岐パターンと他方のくし型電極部 54 bの各分岐パターンとが、互い違いになるような形態で配置されている。なお、このくし型電極部において圧電素子 1 0と電気的に接続される部分は、記号 Rで示したくし型形状の部分だけである。くし型電極タイプのトランスデューサは、励振用のある周波数の電気信号が圧電素子に入力されると、その圧電作用によりくし型電極付近が歪んで励振され、弾性表面波を生成する。電極の各分岐パターンの間隔、本数、形状等を変えることにより弾性表面波の伝播特性を変化させることができるものである。

このように、くし型電極タイプのトランスデューサを用いた場合であっても、グレーティングタイプのトランスデューサを用いた場合と同様に、接触検出機能を有する表示装置を実現できる。

なお、上記の各実施形態は、電界放出ディスプレイ（F E D ) タイプの表示を用いた場合について説明したが、この他に、例えば、蛍光表示管（V F D ) タイプ O表示部を用いることもできる。

V F Dタイプの表示部を用いた場合も、 F E Dタイプの表示部を用いた場合と同様に、いわゆるグレーティングタイプのトランスデューサを用いる場合と、くし形電極タイプのトランスデューサを用いる場合を考えることができる。

V F Dタイプの表示部を用いた場合において、グレーティングタイプのトランスデューサを用いる場合には、その表示部 3の正面図は図 1または図 3と同様であり、くし型電極タイプのトランスデューサを用いる場合には、その表示部 3の正面図は、 5と同様であるが、一方、表示部の内部構造はそれぞれ異なる。図 8、図 9は、それぞれ、グレーティングタイプのトランスデューサを用いた表示装置 1 cの表示部 3を、矢印 A方向から見たときの部分拡大断面図と、くし形電極タイプのトランスデューサを厢いた表示装置 I dの表示部 3を、矢印 A方向から見たときの部分拡大断面図である。各トランスデューサの構成は、 F E Dタイプの表示部を用いた表示装置 1 aの場合と同鎮であり、ここでは説明を省略する。 V F Dタイプの表示部は、ガラス基板 2と平行に空間を隔てて設けられた基板 6 1と、基板 6 1の表面に形成されたアノード電極 6 2と、アノード電極 6 2の上に塗布された蛍光体層 6 3と、その上部に基板 6 1と平行に張られた複数のワイヤーグリッド 6 4と、ワイヤーグリッド 6 4のさらに上部に、基板 6 1と平行かつワイヤーダリッド 6 4と直交する方向に張られた複数のワイヤー力ソード電極 6 5とから構成されている。

このように、 V F Dタイプの表示部を用いた場合であっても、 F E Dタイプの表示部を用いた場合と同様に、グレーティングタイプのトランスデューサおよびくし型電極タイブのトランスデューサを用いて、接触検出機能を有する表示装置を実現できる。 V D Fタイプの表示部を用いた場合には、その構造から、安価な接触検出機能付き表示装置を実現することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、変形 ·変更が可能であることはもちろんである。例えば、細長の F E Dまたは V F Dにおいて、反射アレイを設けないで、対向する長辺に発信側の圧電素子おょぴ受信側の圧電素子をそれぞれ 1個または複数個配置してもよい。また、コントローラ 6 は、表示装置 1 aと結合された状態で、また、分離した状態で出荷されてもよく、或いは、表示部 3上に一体化されてもよい。

Claims

請求の範囲

1 . 音響波が伝播する表面を有する透明な基板を表示面に用いた表示部と、入力される電気信号に基づいて音響波を生成する音響波生成手段と、

前記表面での物体の接触位置に応じて変化する前記音響波を検出して検出電気信号を出力する検出手段と、

前記音響波生成手段およぴ前記検出手段と制御手段とを電気的に接続するための導電線とを備え、

前記音響波生成手段、前記検出手段および前記導電線が前記基板に配され、該基板と一体化されてなることを特徴とする接触検出機能付き表示装置。

2 . 前記音響波生成手段および前記検出手段が、それぞれ、圧電素子とグレーティングとを含むものであることを特徴とする請求項 1記載の接触検出機能付き表示装置。

3 . 前記音響波生成手段および前記検出手段が、それぞれ、圧電素子と一対のくし型電極とを含むものであることを特徴とする請求項 1記載の接触検出機能付き表示装置

4 . 前記表示部が、電界放出ディスプレイであることを特徴とする請求項 1、 2または 3記載の接触検出機能付き表示装置。

5 . 前記表示部が、蛍光表示管であることを特徴とする請求項 1、 2または 3記载の接触検出機能付き表示装置。

6 . 生成された前記音響波を前記基板表面に沿って伝播させる反射アレイを、さらに具備することを特徴とする請求項 1記載の接触検出機能付き表示装置。

7 . 前記制御手段が、前記音響波生成手段に前記電気信号を入力するとともに、前記検出手段から受信した前記検出電気信号に基づいて前記接触位置を検出するものであ、丄 ύ 前記制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項 6記載の接触検出機能付き表示装置。