JP4464985B2 - El発光式タッチスイッチ - Google Patents

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Description

本発明は、複数のタッチ検出電極を有するEL発光式タッチスイッチに関し、特に、自動車の車室内の機器の操作パネルに用いて好適の、EL発光式タッチスイッチに関するものである。
従来より、導電性の電極部材に人体の一部が接触又は近接するとこれを検出して所望の機器を作動させるタッチスイッチが広く知られている。このようなタッチスイッチでは電極部材が静電容量センサとして機能するものであって、人体が電極に触れた際の電極のインピーダンス(静電容量)の変化を読み取って、タッチスイッチのオンオフを検出するようになっている。
ところで、このようなタッチスイッチとしては、蛍光体から光を放出する有機又は無機のEL(エレクトロルミネセンス)素子を用い、この上に人体の接触を検出する電極を形成して、スイッチの薄型・小型化を図ったものが知られている(例えば特許文献1参照)。
図6はこのようなタッチスイッチの構造を示す模式的な断面図の一例であって、符号100は透明絶縁基板を示している。そして、この透明絶縁基板100の表面(上面)に透明電極102が設けられ、さらにその上面に透明絶縁被膜101によりタッチ面が形成されている。
また、透明絶縁基板100の裏面(下面)にはEL発光層103が形成されている。このEL発光層103は、絶縁基板100側から下方へ順に、透明電極103a,蛍光層103b,絶縁層103c,背面電極103dを積層して形成されており、2つの電極103a,103d間に交流電界を印加することによって蛍光層103bを発光させている。
この発光は、透明電極103a,透明絶縁基板100,タッチ検出用の透明電極102及び透明絶縁被膜101を介して外部に到達するので、オペレータ(操作者)はこの発光を頼りに絶縁被膜101を指先で触れることができる。そして、絶縁被膜101に指先が触れることで、検出用の透明電極102と接続したタッチ判定回路(図示省略)が、インピーダンス変化や容量変化を検知し、タッチされたことを判定するとともに、さらに接続された機器(例えばエアコンやオーディオ)のオンオフ制御等が実行される。
しかしながら、このようなタッチスイッチでは、EL発光層を発光駆動させるための1対の電極103a,103dと、タッチ検出用の電極102とが必要となるため、スイッチの薄型化が困難であるとともに、積層する各電極の層数が増加してコストアップを招く。
そこで、このような課題を解決するべく、特許文献2には、タッチ検出用の電極とEL駆動用の電極を共用させて、スイッチの薄型化を可能としたEL発光式タッチスイッチが開示されている。
具体的には、図7に示すように、タッチスイッチSWは、透明電極(表面電極ともいう)1aと背面電極1dとの間に蛍光層1bと絶縁層1cとを積層して構成されるEL発光層1をそなえ、絶縁基板3の上にこのEL発光層1を形成し、さらにその上に透明絶縁被膜2を形成して構成されている。ここで、表面電極1は、タッチ検出用の電極としての機能とEL駆動用の電極としての機能とを兼ね備えて構成されている。
また、図7に示すように、このタッチスイッチSWには、EL発光層1の透明電極1aの電位の変化を検知して透明絶縁被膜2に対するオペレータの接触を検知するタッチ判定回路10と、EL発光層1を発光させるべく透明電極1aの電位を基準とした交流電圧を出力するEL駆動回路11とが並列に設けられている。
また、タッチ判定回路10とEL駆動回路11に加えてさらに駆動制御回路12が設けられており、この駆動制御回路12からの制御信号によりタッチ判定回路10が作動するようになっている。そして、タッチ判定回路10では、透明電極1aの電位VAと接地電位VGとの電位差の変化から透明絶縁被膜2に対する指の接触を検知するように構成されており、タッチ判定回路10においてタッチ判定されると、EL駆動回路11をオンオフ駆動させて両電極1a,1d間に交流電界を印加し、EL発光層1の発光を制御するように構成されている。
特開平5−135654号公報 特許第3284259号公報
ところで、このようなタッチスイッチを自動車の車室内の機器(具体的には、自動車のオーディオやエアコンディショナ)の操作パネルに適用することが考えられる。
しかしながら、特許文献1に開示された技術ではスイッチの薄型化が困難であり、自動車内の操作パネル用には適していない。また、特許文献2に開示された技術では、タッチ検出電極(透明電極1a)がひとつの場合には問題ないが、自動車用機器の操作パネルのように、タッチ電極1aが同一パネル内において複数存在する場合には、有効な解決手段とはなり得ない。
つまり、多くの独立した発光部位(この場合、蛍光層1に相当する)をそなえるELパネルにおいては、背面電極1dは、発光部位全体を覆う面積で形成し共通電極とするのが一般的である。しかし、このような構成のELパネルにおいて、特許文献2に開示されているように、タッチ検出電極として兼用した透明電極1aを基準にEL駆動回路を接続する、すなわち背面電極1dが接地電極に対してフローティングの如く構成した場合は、独立した発光部位、即ち、透明電極1aと背面電極1dとの間には大きな静電容量が存在するため、複数のタッチ電極のいずれかに触れると、同時に全てのスイッチにおいてタッチを検出してしまうことになる(図8参照)。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、タッチ検出用の電極としての機能とEL駆動用の電極としての機能とを兼ね備えた複数の表面電極と、単一の(共通の)背面電極とをそなえたEL発光式タッチスイッチにおいて、相互の表面電極の影響を排除して、各表面電極が独立して正確にタッチ判定できるようにした、EL発光式タッチスイッチを提供することを目的とする。
このため、請求項1に係る本発明のEL発光式タッチスイッチは、複数設けられた第1電極,該複数の第1電極に対向して設けられるとともに該複数の第1電極に対して単一の電極として設けられた第2電極,該第1電極及び該第2電極の間に該第1電極に対応して設けられた蛍光層及び絶縁層を積層して構成されるEL発光層と、オペレータのタッチ操作時に該第2電極から該第1電極を介して入力される高周波成分に基づき、該複数の第1電極の中から該オペレータがタッチ操作した第1電極を判定する判定手段とをそなえることを特徴としている。
また、請求項2に係る本発明のEL発光式タッチスイッチは、該判定手段に接続され、該EL発光層を発光駆動するためのEL駆動手段と、該第2電極と該EL駆動手段との間に接続されたEL駆動用電源と、該EL駆動用電源と該接地電位との間に直列に接続され、該EL駆動用電源よりも高周波の信号を出力する高周波信号源と、上記各第1電極と該EL駆動用電源との間に接続され、該EL駆動用電源の出力を通過させる第1のフィルタと、上記各第1電極と該判定手段との間に接続され、該高周波信号源からの出力を通過させる第2のフィルタとをそなえていることを特徴としている。
また、請求項3に係る本発明のEL発光式タッチスイッチは、該判定手段に接続され、該EL発光層を発光駆動するためのEL駆動手段と、該第2電極と該EL駆動手段との間に接続されたEL駆動用電源と、該第2電極と該判定手段との間に接続され、該EL駆動用電源よりも高周波の信号を出力する高周波信号源とをそなえ、該EL駆動手段は、該第1電極と該EL駆動用電源との接続状態を繰り返しオンオフするオンオフスイッチとしての機能を有し、該オンオフスイッチがオフの時に、該高周波信号源からの高周波信号の変化に基づき該オペレータのタッチ操作を判定することを特徴としている。
本発明のEL発光式タッチスイッチによれば、タッチ検出用の電極としての機能とEL駆動用の電極としての機能とを兼ね備えた複数の表面電極と、単一の(共通の)背面電極とをそなえたEL発光式タッチスイッチにおいて、相互の表面電極の影響を排除することができ、表面電極のタッチ判定を正確に行うことができるようになるという利点がある。したがって、自動車の車室内の機器の操作パネル(インストルメントパネル)のように、複数のスイッチが設けられるパネルにEL発光式タッチスイッチを適用することができるようになる(以上請求項1,2)。
また、LPFやHPF等のフィルタを省略することができ、簡素な構成とすることができる(請求項3)
以下、図面により、本発明の第1実施形態に係るEL発光式タッチスイッチについて説明すると、図1はその全体構成を示す模式的なブロック図、図2はEL発光式タッチスイッチの構造の一例を示す断面図である。
図2に示すように、このEL発光式タッチスイッチSWは、絶縁基板3の上に形成されたEL発光層(又は、ELパネルという)1と、上記EL発光層1の上に形成された透明絶縁被膜2とを有して構成されている。EL発光層1は、表面電極(第1電極)1aと背面電極(第2電極)1dとの間に、表面電極1a側から順に蛍光層1bと絶縁層1cとを積層して形成されており、両電極1a,1d間に交流電界を印加することによって蛍光層1bを発光させ、表面電極1a,透明絶縁被膜2を通じてタッチスイッチSWの表面を発光させるようになっている。
ここで、透明絶縁被膜2は、表面電極1aの損傷や汚れを防ぐために樹脂コート加工がなされている。また、表面電極(透明電極)1aは、オペレータの操作を検出するためのタッチ検出用電極としての機能と、交流電界を印加することにより蛍光層1bを発光させるEL駆動用電極としての機能とを兼ね備えて構成されている。また、蛍光層1bは、高い誘電率を有するバインダー内に交流電界を印加することで発光する蛍光体微粒子を分散させて形成されている。
以上のようにして、タッチスイッチSWのタッチ面が構成される一方、図1に示すように、タッチスイッチSWと電気的に接続した、タッチ判定回路(判定手段)10,EL駆動回路(駆動手段)11及び駆動制御回路12が設けられている。
なお、図1においては本発明の主旨と関連がないため、上記タッチスイッチSWの透明絶縁膜2と絶縁基板3については記載を省略する。
タッチ判定回路10は、タッチスイッチSWに供給される高周波信号の減衰〔EL発光層1の表面電極1aの電位VAと接地電位VGとの差(|VA−VG|)の変化〕によって、透明絶縁被膜2に対するオペレータの接触を検知するものであって、この判定結果が駆動制御回路12に出力されるようになっている。
また、駆動制御回路12では、タッチ判定回路10によりオペレータのタッチ操作が検知されると、タッチされたスイッチに対応した負荷機器(例えばエアコンやオーディオ)13等の作動を制御するようになっている。
したがって、オペレータがタッチスイッチSWの表面(表面電極1a側)を指先などで触れると、タッチ判定回路10がこれを判定し、駆動制御回路12によって負荷機器13の作動が制御されるようになっている。
さて、図1に示すように、本実施形態では表面電極1aが複数(この実施形態では2つ)設けられており、それぞれが独立して作動するようになっている。これにより複数のタッチスイッチSWが構成されている。そして、例えば一方のスイッチSWがエアコンのオンオフスイッチであって、他方のスイッチSWがオーディオのオンオフスイッチとして機能するようになっている。
また、図示するように、タッチスイッチSWの背面電極1dは各表面電極1aに対して共通(コモン)の電極として設けられており、この背面電極1dに所定周波数(5kHz)のEL駆動用電源14が接続されている。
ここで、EL駆動用電源14はタッチスイッチSWのEL発光層1に印加する交流電源であり、例えば車両のヘッドライトスイッチ及びスモールライトをオンにしたときに、これに連動して作動して夜間照明としてELパネル(EL発光層)が発光するようになっている。
さらに、このEL駆動用電源14には所定周波数(500kHz)のタッチ検出用高周波信号源(高周波電源)15が直列に接続されており、EL駆動用電源14とタッチ検出用高周波信号源15との間から交流電流が駆動回路11に入力されるようになっている。なお、本実施形態では、このタッチ検出用高周波信号源15は周波数500kHzのものが適用されているが、該EL駆動用電源14の周波数の100倍程度か或いはそれ以上の周波数であるのが好ましい。
また、各タッチスイッチSWの表面電極1aには、それぞれ図示しないスイッチング回路が接続されている。このようなスイッチング回路の機能は、EL駆動回路11に内蔵されたものであって、上記EL発光層1の点灯時にオンとなるように構成されている。
また、各表面電極1aには、EL駆動回路11と直列に、低周波のみを通過させるローパスフィルタ(LPF)16がそれぞれ接続されており、このLPF16を通過した低周波数の電流、即ち、EL駆動用の交流電流のみが表面電極1aに供給されるようになっている。
また、タッチ判定回路10と各表面電極1aとの間には、図示するように高周波のみを通過させるハイパスフィルタ(HPF)18が接続されており、これによりタッチ判定回路10にはHPF18を通過した高周波信号のみが入力されるようになっている。
次に、タッチ判定回路10の動作を説明する。オペレータが表面電極1aに触れると、タッチされたスイッチの背面電極1dから表面電極1aに誘導された高周波信号がEL駆動用電源14及びハイパスフィルタ18を介してタッチ判定回路10に入力される。この信号は、高周波信号源15からの高周波信号とEL駆動用電源14から低周波信号が重畳していることになるが、ハイパスフィルタ18を通過する際に、重畳した信号から高周波信号のみが取り出されてタッチ判定回路10に入力されるようになっている。
そして、タッチ判定回路10では、この高周波信号の減衰状態に基づいて表面電極1aにオペレータが触れたか否かを判定するようになっている。そして、減衰状態が所定の閾値を越えると、表面電極1aへのタッチ操作がされたと判定されるようになっている。
これにより、タッチ判定回路10から駆動制御回路12に対してどの表面電極1aが操作されたかを示す信号が出力され、駆動制御回路12では、タッチ判定回路10で判定された表面電極1aに応じて所望の機器の作動を制御するようになっている。
本発明の第1実施形態に係るEL発光式タッチスイッチは上述のように構成されているので、タッチ検出用の電極としての機能とEL駆動用の電極としての機能とを兼ね備えた複数の表面電極1aと、単一の(共通の)背面電極1dとをそなえたEL発光式タッチスイッチにおいて、相互の表面電極1aの影響を排除することができ、表面電極1aのタッチ判定を正確に行うことができるようになるという利点がある。したがって、自動車の車室内の機器の操作パネル(インストルメントパネル)のように、複数のスイッチが設けられるパネルにEL発光式タッチスイッチを適用することができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明すると、図3はその全体構成を示す模式図、図4はその作用を説明するためのタイムチャートである。
さて、本第2実施形態に係るEL発光式タッチスイッチは、図3に示すように、第1実施形態と同様、タッチ判定回路10,EL駆動回路11及び駆動制御回路12が設けられている。また、やはり第1実施形態と同様に、EL駆動用電源14及びタッチ検出用高周波信号源(高周波電源)15が設けられている。なお、これらの電源14,15の機能は第1実施形態と同じである。
また、図示するように、第2実施形態においても表面電極1aが複数(この実施形態では2つ)設けられており、それぞれが独立して作動するようになっている。したがって、やはり第1実施形態と同様に、実質的にタッチスイッチSWが複数設けられている。
また、図示するように、タッチスイッチSWの背面電極1dは各表面電極1aに対して共通(コモン)の電極として設けられており、この背面電極1dにEL駆動用電源14とタッチ検出用高周波信号電源15とが接続されている。
また、タッチスイッチSWの表面電極1aは、図示しないスイッチング回路(オンオフスイッチ)を内蔵したEL駆動回路11に接続されており、該スイッチング回路は、第1実施形態で説明したものと同様に前記EL発光層1の点灯時には周期的にオンオフを繰り返し実行するようになっている。
そして、EL発光層1の点灯時にスイッチング回路が高速でオンオフ制御を繰り返すことにより、EL発光層1は視覚的には連続点灯に見えるように制御されるようになっている。
また、タッチ判定回路10は、上記スイッチング回路でのオンオフ情報に基づいて、複数の表面電極1aのうち、どの表面電極1aがタッチ操作されたかを判定するようになっている。特に、本第2実施形態ではEL発光層1をオンオフするスイッチング回路のオフ時に、この表面電極1aをタッチ検出用の専用電極として用いるようになっている。
以下、図4を用いて説明する。なお、図中上がEL駆動用電源14から出力される信号を示し、下が高周波電源15から出力される信号を示している。
まず、オペレータが表面電極1aに触れると、タッチ判定回路10に入力された高周波電源15から高周波信号(例えば500kHz)が減衰することになる。なお、このような高周波信号の減衰はオペレータが表面電極1aに触れている間継続し、オペレータが表面電極1aから離れると減衰しなくなる。
一方、EL駆動回路11において、スイッチング回路がオンのときには、タッチ判定回路10に入力される信号は、EL駆動用電源14からの信号に高周波電源15からの高周波信号が重畳しているので、高周波電源15からの信号の減衰を判別できないが、スイッチング回路がオフのときには、高周波電源15の減衰を検出することができ、このときの高周波電源15の減衰状態に基づいてオペレータの操作を検出することができる(図3のルートR1参照)。
なお、上記スイッチング回路のスイッチング周期は、1回のオン信号出力時間が十数msec程度であって、少なくともオペレータが表面電極1aに触れた事を検出するための高周波電源15よりは低い周波数である。
そして、このようなEL駆動用電源14からの信号のオフ時に、高周波電源15からの信号の減衰を検出すると、タッチ操作されたと判定して、所望の機器13の作動が制御されるようになっている。
このように構成することにより、タッチ判定回路10では、複数の表面電極1aのうち、どの電極をオペレータが操作したかを判定することができ、この操作された表面電極1aに対応したEL発光層1の点灯又は消灯が実行されるとともに、タッチスイッチSWの当該表面電極1aに対応する機器の作動を確実に制御することができるようになっている。
本発明の第2実施形態に係るEL発光式タッチスイッチは、上述のように構成されているので、第1実施形態と同様に、タッチ検出用の電極としての機能とEL駆動用の電極としての機能とを兼ね備えた複数の表面電極1aと、単一の(共通の)背面電極1dとをそなえたEL発光式タッチスイッチにおいて、相互の表面電極1aの影響を排除することができ、表面電極1aのタッチ判定を正確に行うことができるという利点がある。
また、本第2実施形態では、上述の如くタッチ検出タイミングにおいてはEL駆動用電源14からの電圧がタッチ判定回路10に印加されないので、第1実施形態で設けられたLPFやHPF等のフィルタを省略することができ、簡素な構成とすることができる。
次に、本発明に関連する実施形態について説明すると、図5はその要部構成を示す模式図である。この実施形態は基本的には第1実施形態と同様に構成されており、第1実施形態で設けられていたタッチ検出用の高周波信号源を省略して構成されている。また、EL駆動用電源14′からの出力信号が正弦波信号ではなく、矩形波信号である点が第1実施形態と異なっており、これ以外は第1実施形態と同様に構成されている。
そして、EL駆動用電源14′からの波形を矩形波にすることによってEL駆動用の信号に対し高周波成分を重畳し、この高周波成分をタッチ判定回路10に取り込むことで、この高周波成分の減衰状態から表面電極1aに指先が触れたことを検出することができるようになっている。
したがって、本実施形態に係るEL発光式タッチスイッチによれば、第1実施形態及び第2実施形態と同様の利点があるほか、第1実施形態と比較して、タッチ検出用の高周波信号源を用いることなくオペレータのタッチ操作を判定することができるので、より簡素な構成とすることができるという利点がある。
以上、本発明の実施の形態について説明したが本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば上記ELパネルのEL素子としては有機のものでもよいし無機のものでもよい。
また、上述では、車両のヘッドライト点灯時にEL発光層1を点灯させるようにしているが、オペレータのタッチを検出したスイッチを点灯させるようにしてもよい。
本発明の第1実施形態に係るEL発光式タッチスイッチの全体構成を示す模式的なブロック図である。 本発明の第1実施形態に係るEL発光式タッチスイッチの一例を示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係るEL発光式タッチスイッチの全体構成を示す模式的なブロック図である。 本発明の第2実施形態に係るEL発光式タッチスイッチの作用を説明するためのタイムチャートである。 本発明に関連する実施形態に係るEL発光式タッチスイッチの全体構成を示す模式的なブロック図である。 従来の技術について説明する図である。 従来の技術について説明する図である。 従来技術の課題について説明する図である。
符号の説明
1 ELパネル又はEL発光層
1a 表面電極(第1電極)
1b 蛍光層
1c 絶縁層
1d 背面電極(第2電極)
2 透明絶縁被膜
3 絶縁基板
10 タッチ判定回路(判定手段)
11 EL駆動回路(駆動手段)
12 駆動制御回路
13 負荷機器(エアコン,オーディオ等)
14,14′ EL駆動用電源
15 高周波電源(高周波信号源)
16 ローパスフィルタ(第1のフィルタ)
18 ハイパスフィルタ(第2のフィルタ)

Claims (3)

  1. 複数設けられた第1電極,該複数の第1電極に対向して設けられるとともに該複数の第1電極に対して単一の電極として設けられた第2電極,該第1電極及び該第2電極の間に該第1電極に対応して設けられた蛍光層及び絶縁層を積層して構成されるEL発光層と、
    オペレータのタッチ操作時に該第2電極から該第1電極を介して入力される高周波成分に基づき、該複数の第1電極の中から該オペレータがタッチ操作した第1電極を判定する判定手段とをそなえる
    ことを特徴とする、EL発光式タッチスイッチ。
  2. 該判定手段に接続され、該EL発光層を発光駆動するためのEL駆動手段と、
    該第2電極と該EL駆動手段との間に接続されたEL駆動用電源と、
    該EL駆動用電源と接地電位との間に直列に接続され、該EL駆動用電源よりも高周波の信号を出力する高周波信号源と、
    上記各第1電極と該EL駆動用電源との間に接続され、該EL駆動用電源の出力を通過させる第1のフィルタと、
    上記各第1電極と該判定手段との間に接続され、該高周波信号源からの出力を通過させる第2のフィルタとをそなえている
    ことを特徴とする、請求項1記載のEL発光式タッチスイッチ。
  3. 該判定手段に接続され、該EL発光層を発光駆動するためのEL駆動手段と、
    該第2電極と該EL駆動手段との間に接続されたEL駆動用電源と、
    該第2電極と該判定手段との間に接続され、該EL駆動用電源よりも高周波の信号を出力する高周波信号源とをそなえ、
    該EL駆動手段は、該第1電極と該EL駆動用電源との接続状態を繰り返しオンオフするオンオフスイッチとしての機能を有し、
    該オンオフスイッチがオフの時に、該高周波信号源からの高周波信号の変化に基づき該オペレータのタッチ操作を判定する
    ことを特徴とする、請求項1記載のEL発光式タッチスイッチ
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