JP2006099608A - 接触検出機能付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 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を提供する。
【解決手段】 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に配して一体化させ、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。
【選択図】 図２

Description

本発明は、超音波方式によるタッ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。

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ア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、タッチパネルにタッ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、ＣＲＴ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、特許文献１、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（ＦＥＤ）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ッチパネルとしたＦＥＤが提案されている（例えば、特許文献２、図１，図２，図４参照）。このＦＥＤでは、表示面であるガラス薄板に別体のタッチパネル（基板）を付加していないので、画質劣化が生じない。
特開平１１−６５７６５号公報 特開平９−１３４６８５号公報

しかしながら、上記のガラス薄板をタッチパネルとしたＦＥＤでは、ガラス薄板が可撓性を有するので、操作者が画面をタッチする際に、ＦＥＤにおけるエ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、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を提供することを目的とするものである。

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、検出手段および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ってもよい。

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

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１ａ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ＦＥＤ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）４ｚと、このケーブルアセンブリ４ｚと電気的に連結されたコントローラ（制御手段）６とから構成されている。

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、弾性表面波（音響波）の伝播に好適である。

ケーブルアセンブリ４ｚには、ガラス基板２に設けられた、バルク波（超音波振動）を発生する振動子となる圧電素子８、１０と、バルク波を検出するセンサとなる圧電素子１２、１４が、ガラス基板２上に配線された導電線４ａ〜４ｈを介して取り付けられている。

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１６からなる反射アレイ１８と、この反射アレイ１８に対向して、多数の傾斜線２０からなる反射アレイ２２が、ガラス基板２の側縁４４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２４近傍に多数の傾斜線２６からなる反射アレイ２８と、この反射アレイ２８に対向して多数の傾斜線３０からなる反射アレイ３２が、ガラス基板２の下縁４５近傍に沿って形成されている。これらの反射アレイ１８、２２、２８、３２のパターンは、特開昭６１−２３９３２２号および特開２００１−１４０９４号の各公報に開示されたものである。なお反射アレイ１８、２２、２８、３２を総括して反射アレイ３３という。この反射アレイ３３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、１０、１２、１４は、ガラス基板２の裏面に配されており、この圧電素子８、１０、１２、１４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７８、８０、８２、８４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８０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カソードガラス基板４１とを備え、さらに、表示領域において、カソードガラス基板４１の内側の面（表面）に設けられたゲート電極４２およびエミッタ４３と、ガラス基板２の内側の面（裏面）に塗布された蛍光体層４４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１０が配され、ガラス基板２の表面にグレーティング８０と反射アレイ３２が形成されている。図２のグレーティング８０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８０ａから構成されている。図２に示す突条８０ａは、実際は紙面と直交方向に延びている。

この突条８０ａの幅は、約４００マイクロメートル、高さは、約３５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８０ａの相互の間隔を変えることによって、バルク波の反射方向が変わる。本実施形態では、突条８０ａ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８０の反対側には、ガラス基板２の裏面上に電極部５４ａを端部に有する導電線４ｃが導電性材料でスクリーン印刷されており、その電極部５４ａ上に圧電素子１０が接着され、さらに圧電素子１０の上から電極部５４ｂを端部に有する導電線４ｄがスクリーン印刷されている。

他のグレーティング７８、８２、８４および圧電素子８、１２、１４も、同様の構成を有しており、圧電素子８には電極部５２ａを端部に有する導電線４ａおよび電極部５２ｂを端部に有する導電線４ｂが、圧電素子１２には電極部５６ａを端部に有する導電線４ｅおよび電極部５６ｂを端部に有する導電線４ｆが、圧電素子１４には電極部５８ａを端部に有する導電線４ｇおよび電極部５８ｂを端部に有する導電線４ｈが、それぞれスクリーン印刷され電気的に接続される。これら導電線４ａ〜４ｈ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４ａ〜４ｈ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４ｋに集められる。この外部配線接続部４ｋ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４ｚに接続される。

グレーティング７８、８０、８２、８４のうち、７８、８０で示すグレーティングは、発信側の圧電素子８、１０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８２、８４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４ａ〜４ｈ、外部配線接続部４ｋおよびケーブルアセンブリ４ｚを介して、圧電素子８、１０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１２、１４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１０から発した約５．５ＭＨｚのバルク波は、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８０に達すると、グレーティング８０により弾性表面波に変換されて、グレーティング８０の突条８０ａと直角に反射アレイ３２の方向に伝搬（反射）される。そして、反射アレイ３２の、内側に傾斜した多数の傾斜線３０により反射され、反射アレイ２８に向けてガラス基板２の表面を伝搬し、反射アレイ２８の、内側に傾斜した傾斜線２６に達する。

反射アレイ２８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８４に向けて伝搬される。グレーティング８４に達した弾性表面波は、このグレーティング８４により、バルク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１４にその振動が伝搬されて、圧電素子１４により電気信号に変換される。

圧電素子８から発したバルク波も同様にして、グレーティング７８により弾性表面波に変換されて、反射アレイ１８と反射アレイ２２を経てグレーティング８２に入射される。弾性表面波はこのグレーティング８２によりバルク波に変換されてセンサとなる圧電素子１２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１８、２２、２８、３２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（タッチ）すると、この指により遮られた弾性表面波は、消えるか、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１２、１４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３３における各傾斜線１６、２０、２６、３０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っている。

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１ａによれば、表示装置１ａ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、ガラス基板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。また、表示部３を電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）タイプとしているので、ＣＲＴ等の表示部と比較して薄型化が可能となる。

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７８、８０、８２、８４を有するいわゆるグレー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限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、１０、１２、１４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１ａ′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、グレーティング８０の上に電極部５４ａを端部とする導電線４ｃがスクリーン印刷されており、その上に圧電素子１０が接着され、さらにその上に電極部５４ｂを端部とする導電線４ｄがスクリーン印刷されている。

また、例えば、アクリル製のプリズムを使用したウェッジ型圧電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ウェッジを有さない、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た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いう）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１ｂ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が、グレーティング７８、８０、８２、８４がなく、また、圧電素子８、１０、１２、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１ａの表示部３においてグレーティング７８、８０、８２、８４があった各位置に、一対のくし型電極部（５２ａ、５２ｂ）、（５４ａ、５４ｂ）、（５６ａ、５６ｂ）、（５８ａ、５８ｂ）と、その各一対のくし型電極部上に固着された圧電素子８、１０、１２、１４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断面図である。ガラス基板２の表面に一対のくし型電極部５４ａ、５４ｂがスクリーン印刷によって形成されており、その上に圧電素子１０が固着されている。図７（１）は、一対のくし型電極部５４ａ、５４ｂの正面拡大図であり、図７（２）は、そのくし型電極部５４ａ、５４ｂ上に固着される圧電素子１０の正面拡大図である。図７（１）に示す一対のくし型電極部５４ａ、５４ｂは、一方のくし型電極部５４ａの各分岐パターンと他方のくし型電極部５４ｂ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１０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（ＦＥＤ）タイプの表示部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（ＶＦＤ）タイプの表示部を用いることもできる。

ＶＦＤタイプの表示部を用いた場合も、ＦＥＤ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。

ＶＦＤ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、図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１ｃ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用いた表示装置１ｄ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、ＦＥＤタイプの表示部を用いた表示装置１ａの場合と同様であり、ここでは説明を省略する。ＶＦＤ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６１と、基板６１の表面に形成されたアノード電極６２と、アノード電極６２の上に塗布された蛍光体層６３と、その上部に基板６１と平行に張られた複数のワイヤーグリッド６４と、ワイヤーグリッド６４のさらに上部に、基板６１と平行かつワイヤーグリッド６４と直交する方向に張られた複数のワイヤーカソード電極６５とから構成されている。

このように、ＶＦＤタイプの表示部を用いた場合であっても、ＦＥＤ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プ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。ＶＤＦ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ＦＥＤまたはＶＦＤ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よび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１ａ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。

接触検出機能付き表示装置１ａが有する表示部３の正面図である。 表示装置１ａが有する表示部３の部分拡大断面図である。 表示装置１ａ′が有する表示部３の正面図である。 表示装置１ａ′が有する表示部３の部分拡大断面図である。 表示装置１ｂが有する表示部３の正面図である。 表示装置１ｂが有する表示部３の部分拡大断面図である。 一対のくし型電極部５４ａ、５４ｂと、当該電極部に固着される圧電素子１０の正面拡大図である。 表示装置１ｃが有する表示部３の部分拡大断面図である。 表示装置１ｄが有する表示部３の部分拡大断面図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 接触検出機能付き表示装置
２ ガラス基板
３ 表示部
４ａ〜４ｈ、４ｚ 導電線
６ コントローラ
８、１０、１２、１４ 圧電素子
１８、２２、２６、３２ 反射アレイ
５２、５４、５６、５８ 電極部
７８、８０、８２、８４ グレーティング

Claims (7)

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び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記載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り、
   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。

Images