JP4777121B2

JP4777121B2 - 静電容量方式の擬似タッチスクリーン

Info

Publication number: JP4777121B2
Application number: JP2006108219A
Authority: JP
Inventors: 秀三奥村; 佳弘安田
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-04-11
Also published as: JP2007179520A

Description

本発明は、従来のタッチスクリーンの操作感を維持しつつ、ディスプレイの画面の高視認性および低コスト化を実現する静電容量方式の擬似タッチスクリーンに関する。

携帯電話、ＰＤＡ等のポータブル機器は、機能がますます多様になり、それに伴い多くのスイッチが必要になってきている。しかし、一方では、使い勝手の向上、デザイン性の面からスイッチを減らしたいとの要望は強い。そこで、特許文献１に示すように、ディスプレイ１０１の画面１０４に、その時々に必要な機能のキーを入力用パターン１０５として表示させ、その部分を指８で触れることでコンピュータの操作を行うタッチスクリーン１００が注目されている。具体的な構成は、例えば、前記指８による入力位置を示す入力用パターン１０５が前記画面１０４に表示されるディスプレイ１０１と、前記ディスプレイ１０１の前面に配置される透明な電極１０３ａと不透明な回路１０３ｂとを有するタッチパネル１０３と、前記タッチパネル１０３の前面に配置され前記画面１０４の周囲に不透明な額縁部１０６を有するカバーとを備えたものであり（図１１及び図１２参照）、タッチパネル１０３の入力原理としては、アナログ抵抗膜方式、アナログ容量方式、圧電素子方式等がある。

特開平１１−３５３１０１号公報

しかし、従来技術のタッチスクリーン１００には、タッチパネル１０３を用いるため、以下のような問題があった。

すなわち、アナログ抵抗膜方式のタッチパネル１０３は、ガラス板上面に透明な電極１０３ａを形成した基板（固定電極）と、透明フィルム下面に透明な電極１０３ａを形成した基板（可動電極）とを、電極間に透明微少ドットスペーサーにて空間をつくって対向させ、指にて押すことにより上下間を導通させ電気的に取り込むものである。そのため、可動電極が撓んで前記画面１０４に表示された像が歪んで見えたり、電極間に空気層が存在することによって透過率を落としたりして、前記ディスプレイ１０１の前記画面１０４の表示品質を下げるものであった。

一方、アナログ容量方式や圧電素子方式のタッチパネル１０３は、回路素子等の構成部材の値段が高く、コストアップになった。

また、前記入力用パターン１０５が前記画面１０４全体にわたって必要とされることは少ないため、いずれの方式のタッチパネル１０３を用いても全面にわたって高解像度に入力可能とすることはオーバースペック（過剰仕様）になるだけで、無駄なコストがかかる。

したがって、本発明は、上記したような問題点を解消し、従来のタッチスクリーンの操作感を維持しつつ、ディスプレイの画面の高視認性および低コスト化を実現することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、指で画面を触れることでコンピュータの操作が可能な静電容量方式の擬似タッチスクリーンであって、前記指による入力位置を示す入力用パターンが前記画面の端部に指面積よりも小さく表示されるディスプレイと、前記ディスプレイの前面に配置され前記画面の周囲に不透明な額縁部を有するカバーと、前記カバー裏面の前記額縁部内にのみ形成され且つ前記入力用パターンに接触させた前記指の接触領域とそれぞれ重複して配置された電極とを備えるように構成した。

また、前記構成の静電容量方式の擬似タッチスクリーンにおいて、前記ディスプレイが、前記入力用パターンに接触させた前記指を前記画面の端部に沿って滑らせたときに、前記電極と前記指との接触によるスイッチ入力に基づいて、移動後の指の接触領域内に前記入力用パターンが移動して表示されるものであるように構成した。

また、前記構成の静電容量方式の擬似タッチスクリーンにおいて、前記前記カバーが、前記額縁部より内側で開口しているものとした。

また、前記構成の静電容量方式の擬似タッチスクリーンにおいて、前記前記カバーが、前記額縁部より内側に透明な画面保護部を有するものとした。

また、前記構成の静電容量方式の擬似タッチスクリーンにおいて、前記前記カバーが、透明基材の片面に前記額縁部を構成する加飾層が形成されたものとした。

また、前記構成の静電容量方式の擬似タッチスクリーンにおいて、前記ディスプレイと前記電極との間に、さらにシールド層を前記電極と絶縁体又は空気層を介して備えるように構成した。

前記構成によれば、前記指による入力位置を示す前記入力用パターンが前記画面の端部に指面積よりも小さく表示されるので、前記入力用パターンに触れると、同時に前記カバーの前記額縁部にも指の一部が触れることになる。このとき、前記電極は、前記入力用パターン１１に接触させた前記指の接触領域と重複して配置されているから、入力者は、画面中の前記入力用パターンに前記指で触れることで同時に前記電極に触れることになり、結果として入力が可能となる。つまり、従来のタッチスクリーンで入力しているかのような操作感が得られる。

また、従来のタッチスクリーンと異なり、前記電極は前記画面を覆ってしまわないため、前記電極が前記画面に対して全く視認性上の影響を及ぼさない。

しかも、デジタル静電容量方式であるので回路素子等の構成部材の値段が安く、また前記電極で入力可能なスイッチの数は実用上で必要とされている程度であるのでオーバースペックとはならない。つまり、低コストとなる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳しく説明する。

図１〜５に示す指８で画面１０を触れることでコンピュータ（本発明ではパーソナルコンピューターの他、携帯電話、ＰＤＡ等のポータブル機器、カーナビゲーションシステム等を含む）の操作が可能な静電容量方式の擬似タッチスクリーン１の実施形態は、前記指８による入力位置を示す入力用パターン１１が前記画面１０の端部に指面積よりも小さく表示されるディスプレイ２と、前記ディスプレイ２の前面に配置され前記画面１０の周囲に不透明な額縁部１２を有するカバー３と、前記カバー３裏面の前記額縁部１２内にのみ形成され且つ前記入力用パターン１１に接触させた前記指８の接触領域９とそれぞれ重複して配置された電極４とを備えるものである。

前記ディスプレイ２としては、文字や図形を表示する装置であり、CRTディスプレイ、液晶ディスプレイ、ELディスプレイなどがある。当該ディスプレイ２においては、前記入力用パターン１１が前記画面１０の端部に指面積、つまり人間の指が平坦な面を押した時の面積よりも小さく表示される（図４参照）。1991-1992年に工業技術院製品科学研究所が行った計測調査の結果（AIST人体寸法データベース）によれば、日本人成人の第二指遠位関節幅及び第二指長の平均値がそれぞれ１６mm前後、６８mm前後である。したがって、例えば前記入力用パターン１１の寸法を６mm×６mmとし、これを前記画面１０の端部に表示させて前記指８で触れると、同時に前記カバー３の前記額縁部１２にも前記指８の一部が触れることになる（図５参照）。

前記入力用パターン１１は、常に表示されていなくてもよく、入力が不要な時には前記画面１０に表示されない（図３参照）。また、前記入力用パターン１１は、必要なときに必要な機能の表示に自由に変更可能である（図３、図４及び図６参照）。

前記カバー３は、前記画面１０の周囲を前記額縁部１２により覆うことにより回路等を隠し、デザイン性を高めるためのものである。そして、本発明の擬似タッチスクリーン１は、従来技術のタッチスクリーン１００と同様にディスプレイ１の画面１０に、その時々に必要な機能のキーを入力用パターン１１として表示させ、その部分を指８で触れることでコンピュータの操作を行うため、前記カバー３に必要な機能のキーを表わしておく必要はない。つまり、前段落で述べたように、その時々で必要な数のキーだけを表示するので、前記カバー３に印刷などにより固定して表示を行う場合と比べて、使い勝手、デザイン性、コストパフォーマンス共に優れたスイッチ機能を実現できる。

また、図１〜５に示す前記カバー３は、前記額縁部１２より内側にさらに透明な画面保護部１４を有するものであり、当該画面保護部１４により前記ディスプレイ２の前記画面１０を傷、汚れ、ホコリから保護できる。なお、図中では前記画面１０の全周囲に前記額縁部１２が存在するが、前記画面１０の１〜３辺のいずれかの周囲にのみ、前記額縁部１２が存在していてもよい。

また、前記カバー３は、透明基材６の少なくとも片面に前記額縁部１２を構成する加飾層７が形成されたものを用いることができる。透明基材６の材質としては、例えばポリカーボネート、アクリル等の樹脂板又は樹脂フィルムや、ガラス板などがある。また、前記額縁部１２を構成する加飾層７としては、各種色目及び質感の印刷層がある。前記印刷層は、例えばポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂などの樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料または染料を着色剤として含有する着色インキを用い、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法にて形成するとよい。また、前記電極４の形成されていない部分であれば、上記印刷層に加えて、銀、銅、アルミニウム、金、ニッケルなどの金属膜を真空蒸着法、スパッターリング法、イオンプレーティング法、鍍金法や金属箔の貼り合わせなどにて形成することもできる。なお、加飾層７は、透明基材６に直接的に形成してもよいし、基材フィルム上に一旦形成したのち転写法や成形同時転写法、インサート法、ラミネート法などにより間接的に形成してもよい。また、加飾層７保護の観点から、加飾層７は透明基材６の裏面に形成する方がより好ましい。

また、前記カバー３は、適切な色の顔料または染料を着色剤として含有する樹脂板又は樹脂フィルムで構成してもよい。この場合において前記額縁部１２と画面保護部１４の形成は、透明樹脂と不透明な着色樹脂を用いた多色成形したり、透明な樹脂板又は樹脂フィルムと不透明な着色樹脂板又は着色樹脂フィルムとをラミネートしたりすることによって行なう。

前記電極４は、図示しない外部の検知回路と導線を介して接続され、前記カバー３の上から指で触れると人体の静電容量を介して接地される。このとき、前記電極４と接地ラインとの間の抵抗値に変化が生じるため、この変化が検知回路によって検知され、これによってスイッチ入力がされる。また、前記電極４は、前記カバー３裏面の前記額縁部１２内にのみ形成され、前記画面保護部１４内には形成されない。画面保護部１４内に前記電極４が形成されると、前記画面１０の視認性を低下させるからである。

前記電極４としては、導電性があり、信頼性が高く、安価な材料を選ぶとよい。例えば銅、銀、ニッケル、クロム、ステンレス等の各種金属、合金、カーボン、ＩＴＯ(酸化インジウムスズ)等の無機導電膜などを用いることができる。前記電極４の形成方法としては、フィルムや板に銅箔等の金属薄膜を形成しエッチングによりパターニングする方法、金属薄板を打ち抜いたものを貼合する方法、導電性ペーストを印刷する方法がある。また、基材フィルム上に前記電極４を一旦形成したのち転写法や成形同時転写法、インサート法、ラミネート法などを用いて間接的に前記カバー３裏面に形成することもでき、この場合には前記基材フィルム上には前記加飾層３も一緒に形成してもよい。

また、前記電極４は、前記入力用パターン１１に接触させた前記指８の接触領域９とそれぞれ重複して配置されている（図５参照）ので、入力者は、画面１０中の前記入力用パターン１１に前記指８で触れることで同時に前記電極４に触れることになり、結果として入力が可能となる。つまり、従来のタッチスクリーンで入力しているかのような操作感が得られる。なお、図中では前記電極４を画面１０周囲のうちで下辺のみに形成しているが、前記入力用パターン１１に接触させた前記指８の接触領域９とそれぞれ重複して配置可能であれば、下辺に限定されない。

以下、図面を参照しながら本発明の別の実施の形態について詳しく説明する。なお、図１３〜１５及び図１６〜１８においては、図を見やすくするために各電極からの配線及びＦＰＣを省略して描いている。

図１３〜１５及び図１６〜１８に示す静電容量方式の擬似タッチスクリーン１の実施形態は、前記ディスプレイ２が、前記入力用パターン１１に接触させた前記指８を前記画面の端部に沿って滑らせたときに、前記電極４と前記指８との接触によるスイッチ入力に基づいて、移動後の指８の接触領域９内に前記入力用パターン１１が移動して表示されるものである。

図１３〜１５に示す実施形態について具体的に説明すると、前記電極４が前記額縁部１２の下辺全体に亘って５つ並んで設けられており（図１３参照：カバーをディスプレイ側から見た図）、図１４（使用状態を説明する図）においては前記入力用パターン１１がスピーカーの音量レベルを示すカーソルとして音量レベルの５段階のうち小さい側から二番目の位置に表示されている。図１４で前記音量操作用カーソル１１に前記指８で触れると、同時に前記カバー３の前記額縁部１２にも前記指８の一部が触れることになる（図中、９は接触領域）。この状態から、音量を上げるために前記音量操作用カーソル１１を音量を上げる方向に前記指８で移動させる感覚で前記指８を前記画面の端部に沿って滑らせると、前記電極４と前記指８との接触によるスイッチ入力に基づいて、音量アップの入力がされると同時に図１５に示すように移動後の指８の接触領域９内に前記音量操作用カーソル１１が移動して表示される。つまり、現在の音量の状態が前記音量操作用カーソル１１の位置で前記画面１０上に表示されているから、次ぎに音量を変化させるときにはこのカーソルに前記指８で触れて移動させることによって行なうことになる。なお、入力信号の演算方法の工夫によっては、５つの電極で５段階以上の階調でのカーソル１１移動が可能である。

図１６〜１８に示す実施形態について具体的に説明すると、前記電極４が前記額縁部１２の１つのコーナー付近に沿って５つ並んで設けられており（図１６参照：カバーをディスプレイ側から見た図）、図１７（使用状態を説明する図）においては前記入力用パターン１１がゲームの飛行機の右回転レベルを示すカーソルとして右回転レベルの５段階のうち右回転ゼロの位置に表示されている。図１４で前記飛行機操作用カーソル１１に前記指８で触れると、同時に前記カバー３の前記額縁部１２にも前記指８の一部が触れることになる（図中、９は接触領域）。この状態から、ゲームの飛行機を右回転させるために前記飛行機操作用カーソル１１を右回転角度が増大する方向に前記指８で移動させる感覚で前記指８を前記画面の端部に沿って滑らせると、前記電極４と前記指８との接触によるスイッチ入力に基づいて、飛行機が右回転する入力がされると同時に図１８に示すように移動後の指８の接触領域９内に前記飛行機操作用カーソル１１が移動して表示される。つまり、現在の右回転レベルの状態が前記音量操作用カーソル１１の位置で前記画面１０上に表示されているから、次ぎに飛行機を回転させるときにはこのカーソルに前記指８で触れて移動させることによって行なうことになる。なお、入力信号の演算方法の工夫によっては、５つの電極で５段階以上の階調でのカーソル１１移動が可能である。

以上、図１〜５、図１３〜１４及び図１６〜１８に示す実施形態について説明したが、本発明の静電容量方式の擬似タッチスクリーン１は、これに限定されるものではない。例えば図７及び図８に示すように、前記前記カバー３が、前記額縁部１２より内側で開口しているものとしてもよい。つまり、前記前記カバー３の形状を、前記額縁部１２の形状と同一又は近似するものとしてもよい。当図中、１３は開口部である。

また、本発明の静電容量方式の擬似タッチスクリーン１は、前記ディスプレイ２と前記電極４との間に、さらにシールド層５を前記電極４と絶縁体又は空気層を介して備えるように構成してもよい（図９及び図１０参照）。シールド層５は、ディスプレイ２の回路やともに実装されるその他回路からの電磁波によって誤動作で入力されるのを防ぐことを目的とする層である。シールド層５の材質としては、電磁波シールド性のもの、例えば金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属を用いることができる。シールド層５の形成方法としては、前記電極４の裏に金属箔を配置する方法などがある。

まず、ポリカーボネート樹脂からなる樹脂パネルを透明基材とし、ポリエチレンテレフタレート樹脂からなる透明フィルム上に加飾層を印刷した加飾フィルムを前記透明基材との間に加飾層を挟むように貼付けることにより、縦４０mm、横３０mmの矩形状透明窓とその周囲の幅８mmの黒色額縁部とを有するカバーを得た。また、ポリイミドフィルム上に銅箔を貼付けた後、エッチングにてパターニングすることにより６mm角の電極と当該電極に接続された導線を有する電極フィルムを得た。次ぎに、前記カバーについて、前記透明基材の加飾フィルムを貼付けた面とは反対面の前記額縁部内に、前記電極フィルムを貼付けることによって、前記透明窓の１短辺に沿って前記電極が等間隔で３個並ぶようにした。、さらに、前記電極を前記ポリイミドフィルムを介して全てを覆うようにアルミテープを貼付けることによりシールド層を設けた。なお、前記各貼付けにはアクリル酸系粘着剤を使用した。

次に、前記電極の形成された前記カバーを携帯電話機本体の液晶ディスプレイの前面に前記電極が画面の下端に近接する向きで配置するとともに、前記電極に接続された前記各導線と静電容量の変化を検知する携帯電話機本体のＩＣ回路とを接続して、静電容量方式の擬似タッチスクリーンを得た。

前記液晶ディスプレイの画面の下端に、前記電極と指の接触領域が重複するように６mm角の入力用パターンを表示させた。当該入力用パターン１１は、必要なときに前記した３つの電極のうちいくつかの近傍に必要な内容で表示され、選択した入力用パターン１１に指で触れることにより入力が行なえた。

本発明に係る静電容量方式の擬似タッチスクリーンの一実施例についてカバーをディスプレイ側から見た図である。図１のカバーを用いた静電容量方式の擬似タッチスクリーンを示す分解図である。図２の静電容量方式の擬似タッチスクリーンの使用状態を説明する図である。図２の静電容量方式の擬似タッチスクリーンの使用状態を説明する図である。図２の静電容量方式の擬似タッチスクリーンの使用状態を説明する図である。図２の静電容量方式の擬似タッチスクリーンの使用状態を説明する図である。本発明に係る静電容量方式の擬似タッチスクリーンの他の実施例についてカバーをディスプレイ側から見た図である。図７のカバーを用いた静電容量方式の擬似タッチスクリーンを示す分解図である。本発明に係る静電容量方式の擬似タッチスクリーンの他の実施例についてカバーをディスプレイ側から見た図である。本発明に係る静電容量方式の擬似タッチスクリーンにの他の実施例についてカバーをディスプレイ側から見た図である。従来技術に係るタッチスクリーンを示す分解図である。図１１のタッチスクリーンの使用状態を説明する図である。本発明に係る静電容量方式の擬似タッチスクリーンの他の実施例についてカバーをディスプレイ側から見た図である。図１３のカバーを用いた静電容量方式の擬似タッチスクリーンの使用状態を説明する図である。図１３のカバーを用いた静電容量方式の擬似タッチスクリーンの使用状態を説明する図である。本発明に係る静電容量方式の擬似タッチスクリーンの他の実施例についてカバーをディスプレイ側から見た図である。図１６のカバーを用いた静電容量方式の擬似タッチスクリーンの使用状態を説明する図である。図１６のカバーを用いた静電容量方式の擬似タッチスクリーンの使用状態を説明する図である。

符号の説明

１擬似タッチスクリーン
２ディスプレイ
３カバー
４電極
５シールド層
６透明基材
７加飾層
８指
９接触領域
１０画面
１１入力用パターン
１２額縁部
１３開口部
１４画面保護部
１００タッチスクリーン
１０１ディスプレイ
１０２カバー
１０３タッチパネル
１０３ａ電極
１０３ｂ回路
１０４画面
１０５入力用パターン
１０６額縁部
１０７開口部

Claims

指で画面を触れることでコンピュータの操作が可能な静電容量方式の擬似タッチスクリーンであって、前記指による入力位置を示す入力用パターンが前記画面の端部に指面積よりも小さく表示されるディスプレイと、前記ディスプレイの前面に配置され前記画面の周囲に不透明な額縁部を有するカバーと、前記カバー裏面の前記額縁部内にのみ形成され且つ前記入力用パターンに接触させた前記指の接触領域とそれぞれ重複して配置された電極とを備えたことを特徴とする静電容量方式の擬似タッチスクリーン。
前記ディスプレイが、前記入力用パターンに接触させた前記指を前記画面の端部に沿って滑らせたときに、前記電極と前記指との接触によるスイッチ入力に基づいて、移動後の指の接触領域内に前記入力用パターンが移動して表示されるものである請求項１記載の静電容量方式の擬似タッチスクリーン。
前記カバーが、前記額縁部より内側で開口しているものである請求項１又は請求項２のいずれかに記載の静電容量方式の擬似タッチスクリーン。
前記カバーが、前記額縁部より内側に透明な画面保護部を有するものである請求項１又は請求項２のいずれかに記載の静電容量方式の擬似タッチスクリーン。
前記カバーが、透明基材の片面に前記額縁部を構成する加飾層が形成されたものである請求項１〜４のいずれかに記載の静電容量方式の擬似タッチスクリーン。
前記ディスプレイと前記電極との間に、さらにシールド層を前記電極と絶縁体又は空気層を介して備えた請求項１〜５のいずれかに記載の静電容量方式の擬似タッチスクリーン。