JP5345912B2 - タッチパネルおよびタッチパネルユニット - Google Patents

Description

本発明は、触覚または音響フィードバック用のタッチパネルおよびタッチパネルユニットに関する。

従来、圧電アクチュエータを用いて、触覚フィードバックを行うタッチパネル装置が知られている。図９Ａ、図９Ｂは、従来のタッチパネル装置９００の構成を示す斜視図である。図９Ａ、図９Ｂに示すように、タッチパネル装置９００は、圧電アクチュエータは液晶表示パネル９２０とタッチパネル９３０との間に挟まれて設置されている。このような装置には、たとえば特許文献１記載のタッチパネル入力装置が挙げられる。圧電アクチュエータは、支持部９２２、９２３により液晶表示パネル９２０上で支持されており、可動部９２５を介してタッチパネル９３０に振動を伝達する。

特許文献１記載のタッチパネル入力装置は、電圧の印加により伸縮可能な圧電基板を導電性接着剤により支持基板に固着し、導電性接着剤を介して支持基板上の導電体層と圧電板の電極との導通を取っている。また、可動板と支持基板との間にスペーサとして挿入される粘着材層が圧電板と可動板との間も埋めている。そして、入力操作面への押圧を検出した際に、伸縮する圧電基板により可動板および支持基板を振動させ、圧電基板の伸縮を細かく制御することにより、触覚フィードバックの振動を制御している。

特開２００３−１２２５０７号公報

しかしながら、特許文献１記載のタッチパネル入力装置は、伸縮駆動型の圧電板を用いており、振動が小さい上に、可動板に圧電板が直接固着していない。したがって、振動が十分に伝わらず、細かい触覚または音響フィードバックを実現できない。また、可動板と支持基板との隙間に薄い単層の圧電板を配置するものであり、振動の小ささに比べて嵩張る構成を有している。また、製造時における圧電板の配置作業が煩雑であり、位置の調整が難しく、位置精度が悪くなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、効率よく十分な振動をタッチパネルに伝え、細かい振動の制御により多様な触覚または音響フィードバックを実現できるタッチパネルユニットおよびタッチパネルユニットを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明のタッチパネルは、触覚または音響フィードバック用のタッチパネルであって、固定された外枠に設けられ、矩形板状の圧電アクチュエータの長手方向両端部を支持する支持用台部と、前記外枠内側に形成される内板と一体に設けられ、前記矩形板状の圧電アクチュエータの長手方向中央部に固着される可動用台部と、を備え、前記矩形板状の圧電アクチュエータの屈曲変位により前記可動台部に連動させて前記内板を振動させることを特徴としている。これにより、圧電アクチュエータの屈曲変位で内板が振動し、細やかな触覚または音響フィードバックを実現できる。

（２）本発明のタッチパネルは、前記外枠と前記内板との間に形成された枠溝を備えることを特徴としている。これにより、タッチパネルの剛性を弱め、内板を振動しやすくできる。これにより、タッチパネルへ圧電アクチュエータを直接固着でき、効率よく十分な振動をタッチパネルに伝えることができる。そして、細かい振動の制御により多様な触覚または音響フィードバックを実現できる。

（３）本発明のタッチパネルは、前記外枠の両端辺縁に沿って前記矩形板状の圧電アクチュエータを浮かせて収容する収容溝が形成され、前記支持用台部および前記可動用台部は、前記収容溝内に設けられていることを特徴としている。これにより、圧電アクチュエータを収容溝に収容可能であるため製造時の位置合わせが容易であり、タッチパネルユニットをコンパクトにすることができる。

（４）また、本発明のタッチパネルは、内部に埋設または表面に設置され、前記支持用台部の一方に一部が露出された端子を更に備えることを特徴としている。

これにより、長手方向の一方の端部に取り出し電極を有する圧電アクチュエータを固着する際に同時に端子と電極との導通を取ることができ、圧電アクチュエータへ入力電圧を印加できる。このように端子と電極とを当接する位置に設けることで、製造時の作業性を向上させることができる。また、構成が簡略化されるため、製造コストを低減することもできる。

（５）また、本発明のタッチパネルユニットは、上記のタッチパネルと、矩形板状で、長手方向両端部は前記支持用台部に固着され、長手方向中央部は前記可動用台部に固着されている圧電アクチュエータと、を備えることを特徴としている。

これにより、タッチパネルへ触覚または音響フィードバック用の圧電アクチュエータを固着するのが容易になる。また、圧電アクチュエータを直接タッチパネルに収容するため、細かい振動の制御により多様な触覚または音響フィードバックを提供できる。

（６）また、本発明のタッチパネルユニットは、上記のタッチパネルと、矩形板状で、長手方向両端部は前記支持用台部に固着され、長手方向中央部は前記可動用台部に固着されている圧電アクチュエータと、を備え、前記矩形板状の圧電アクチュエータは、一方の主面の長手方向端部に取り出し電極を有し、前記タッチパネルから露出された端子と前記取り出し電極とが接続されていることを特徴としている。

これにより、タッチパネルに圧電アクチュエータを固着するとともに導通を取ることができる。その結果、製造時の作業性を向上させるとともに、製造コストを低減することができる。

（７）また、本発明のタッチパネルユニットは、前記圧電アクチュエータが、シムレスであることを特徴としている。これにより一方の主面の長手方向端部に、グランド電極と駆動電極の取り出し電極を容易にまとめて設けることができる。

（８）また、本発明のタッチパネルユニットは、前記矩形板状の圧電アクチュエータは、電圧の印加に応じて屈曲する長手方向両端側の屈曲領域と、前記屈曲領域とは逆向きに屈曲する長手方向中央の屈曲領域とを備えることを特徴としている。

これにより、圧電アクチュエータの両端部が固着されていても、圧電アクチュエータが屈曲変形したときに変形を妨げない。したがって、圧電アクチュエータを保持しつつ、変形しやすくすることができる。

本発明によれば、効率よく十分な振動をタッチパネルに伝え、細かい振動の制御により多様な触覚または音響フィードバックを実現できる。

タッチパネル式入力装置の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係るタッチパネルユニットの構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係るタッチパネルユニットの構成の一部を示す平面図である。 第１の実施形態に係るタッチパネルユニットの構成を示す側面図である。 第１の実施形態に係るタッチパネルの構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係るタッチパネルの構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を示す平面図である。 第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの内部電極の電極パターンを示す平面図である。 第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの内部電極の電極パターンを示す平面図である。 第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの内部電極の電極パターンを示す平面図である。 第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を示す平面図である。 第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの内部電極の電極パターンを示す平面図である。 第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの内部電極の電極パターンを示す平面図である。 第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの内部電極の電極パターンを示す平面図である。 第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの屈曲変形状態を示す側面図である。 従来のタッチパネルユニットの構成を示す斜視図である。 従来のタッチパネルユニットの構成を示す側面図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施形態］
（タッチパネル式入力装置の構成）
図１は、タッチパネル式入力装置の構成を示す概略図である。タッチパネル式入力装置１００は、タッチパネルユニット１１０、タッチパネル回路１８０、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１８５、Ｄ級アンプ１９０から構成されている。

タッチパネルユニット１１０は、液晶表示パネル１２０、圧電アクチュエータ１４０およびタッチパネル１６０を有している。タッチパネルユニット１１０は、タッチパネル式入力装置１００に組み込まれ、タッチパネル１６０への接触に対して触覚または音響フィードバックとして振動を接触対象に伝達する。タッチパネル１６０は、図示しないディスプレイ装置に表示された画像の表示位置に対応する位置における接触を検出して入力信号を発生する。タッチパネル回路１８０は、タッチパネル１６０から得られる信号を処理することによって、タッチパネル１６０のパネル面でユーザの指先が接触する位置を表す信号を出力する。

デジタルシグナルプロセッサ１８５は、タッチパネル１６０上の接触位置を表す信号を受信し、その位置に応じて所定の音響および触覚振動を発生させるように、音響信号と触覚信号とを混合した混合信号をＤ級アンプ１９０に出力する。デジタルシグナルプロセッサ１８５では、音響信号と触覚信号との区別をすることは無く、両者を混合させて出力する。

Ｄ級アンプ１９０は、デジタルシグナルプロセッサ１８５から入力された混合信号に基づいて、圧電アクチュエータ１４０を駆動する。Ｄ級アンプ１９０は、入力されたアナログ信号をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号に変換し、スイッチング回路を通したＰＷＭ信号をＬＣフィルタに通すことにより電力的に増幅されたアナログ信号を出力するアンプである。圧電アクチュエータ１４０は、タッチパネル１６０への接触を検知したときに振動することで、音響または触覚フィードバックが可能となる。

（タッチパネルユニットの構成）
次に、タッチパネルユニット１１０の構成を説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、タッチパネルユニット１１０の構成（または構成の一部）を示す斜視図、平面図および側面図である。なお、図２Ａ、図２Ｂでは、液晶表示パネル１２０を省略している。また、図３Ａ、図３Ｂは、タッチパネル１６０の構成を示す斜視図、断面図である。なお、図３Ａは、３Ｂ−３Ｂに示す線は、その線を通る垂直断面を示す。また、図３Ｂに示す断面図は、図３Ａに示す断面３Ｂによる断面図である（以下の図面においても、図面番号は同様に断面番号に対応する）。

タッチパネル１６０は、樹脂により形成された内板１６１および外枠１６５を有している。そして、外枠１６５は液晶表示パネル１２０に固定されている。内板１６１および外枠１６５は両者間にある枠溝１６３で区分されている。すなわち枠溝１６３の部分は内板１６１や外枠１６５より薄く形成されている。これにより、タッチパネル１６０の剛性を弱め、内板１６１を振動しやすくできる。内板１６１は、指などによる接触がなされる部分であり、接触を検出できる。そして、圧電アクチュエータ１４０からの振動を触覚または音響フィードバックとして伝える仲介部分ともなっている。そのとき、特に内板１６１を振動させる。外枠１６５は、内板１６１を支えるとともに、圧電アクチュエータ１４０を収容できる矩形の収容溝１７０をその両端辺縁に沿って有している。なお、枠溝１６３は、指などの接触面とは反対側に設けられている。

収容溝１７０は、その両端に溝底１７１から突設された支持用台部１７２、１７３を有している。収容溝１７０には、圧電アクチュエータ１４０を収容可能に形成されており、製造時に容易に圧電アクチュエータ１４０の位置合わせをすることができる。また、圧電アクチュエータ１４０の収容により、タッチパネルユニット１１０をコンパクトにすることができる。また、収容溝１７０の中央に可動用台部１７５が溝底１７１から突設されている。可動台部１７５は、内板１６１と同じ厚みで一体に形成されている。これにより、可動台部１７５の振動を細やかに内板１６１に伝えることができる。支持用台部１７２、１７３の台面は可動用台部１７５の台面と同一平面上にあることが好ましい。これにより、支持用台部１７２、１７３および可動用台部１７５が矩形板状の圧電アクチュエータ１４０の一方の主面に当接する。

また、タッチパネル１６０は、外部接続端子１６７を有している。外部接続端子１６７は、指等のタッチパネル１６０への接触により生じた信号を外部へ出力するとともに、圧電アクチュエータ１４０への駆動電圧を入力する。なお、外部接続端子１６７と圧電アクチュエータ１４０とを電気的に接続する端子は、図示しないが、タッチパネル１６０の内部に埋設または表面に設置され、支持用台部１７２上に一部を露出している。なお、タッチパネル１６０は、端子との一体成型により形成することが好ましい。

圧電アクチュエータ１４０は、矩形板状でシムレスの積層型に形成されており、交流電圧の印加により、厚み方向に凹凸に屈曲変形する。圧電アクチュエータ１４０は、タッチパネル１６０の収容溝１７０に収容され、その長手方向両端部１４２、１４３は支持用台部１７２、１７３に固着され、長手方向中央部１４５は可動用台部１７５に固着されている。これらの固着部は図２Ａおよび図２Ｂでハッチングにより示されている。

また、図２Ｃに示すように、液晶表示パネル１２０上にタッチパネルの外枠底面１６５ａ、１６５ｂが固定されている。このような構造により、圧電アクチュエータ１４０をタッチパネル１６０の外枠１６５に固着し内板１６１を効率よく振動させることができる。その結果、細かい振動の制御により多様な触覚または音響フィードバックを実現できる。なお、長手方向端部１４２と支持用台部１７２との固着には導電性接着剤が用いられる。その他の固着には接着剤がもちいられるが必ずしも導電性でなくてもよい。

図４Ａ、図４Ｂは、それぞれ圧電アクチュエータ１４０を示す斜視図および平面図であり、図４Ｃ、図４Ｄは圧電アクチュエータ１４０を示す断面図である。図４Ａ〜図４Ｄに示すように、圧電アクチュエータ１４０は、長手方向の一方の端部に取り出し電極１５１〜１５３を有し、支持用台部１７２上に露出された端子と取り出し電極１５１〜１５３とが接続されている。これにより、長手方向の一方の端部１４２に取り出し電極１５１〜１５３を有する圧電アクチュエータ１４０を固着する際に同時に端子（図示せず）と取り出し電極１５１〜１５３との導通を取ることができ、圧電アクチュエータ１４０へ入力電圧を印加できる。このように端子と取り出し電極１５１〜１５３とを当接する位置に設けることで、タッチパネル１６０に圧電アクチュエータ１４０を固着するとともに端子と取り出し電極１５１〜１５３との導通を取ることができる。その結果、製造時の作業性を向上させることができ、構成の簡略化により製造コストを低減することもできる。

圧電アクチュエータ１４０は、電極１５１ｂ〜１５３ｂが印刷された圧電体１４６を積層した構造を有している。各層の電極１５１ｂは、バイア１５１ａにより同電位になるように接続されている。各層の電極１５２ｂ、１５３ｂもそれぞれがバイア１５２ａ、１５３ａにより同電位になるように接続されている。

図５Ａ〜図５Ｃは、それぞれ圧電アクチュエータ１４０の内部電極の電極パターンを示す平面図である。電極１５１ｂは、グランド電極である。電極１５２ｂ、１５３ｂは、駆動電極である。圧電体１４６は、電極１５２ｂから電極１５１ｂへの方向、および電極１５１ｂから電極１５２ｂへの方向（または、いずれについても逆方向）に分極処理されている。そして、駆動時には、電極１５２ｂ、１５３ｂに同位相の交流電圧が印加されることで圧電アクチュエータ１４０は屈曲変位する。圧電体１４６は、電極１５２ｂから電極１５１ｂへの方向、および電極１５３ｂから電極１５１ｂへの方向（または、いずれについても逆方向）に分極処理されていてもよい。その場合には、電極１５２ｂ、１５３ｂに逆位相の交流電圧を印加することで圧電アクチュエータ１４０を屈曲変位させることができる。

［第２の実施形態］
上記の実施形態では、長手方向両端部１４２、１４３が固定されていることで、圧電アクチュエータ１４０の屈曲が制限されているが、制限を受けにくい屈曲をさせることも可能である。すなわち、圧電アクチュエータに断面Ｓ字型の屈曲をさせることで長手方向両端部による変形の拘束を緩和することができる。

図６Ａは、Ｓ字型の屈曲が可能な圧電アクチュエータ２４０を示す平面図、図６Ｂ〜図６Ｄは、圧電アクチュエータ２４０を示す断面図である。圧電アクチュエータ２４０は、矩形板状でシムレスの積層型に形成されており、交流電圧の印加により、断面Ｓ字状に屈曲変形する。圧電アクチュエータ２４０のタッチパネルへの固着は上記の第１の実施形態と同様である。すなわち、圧電アクチュエータ２４０はタッチパネル１６０の収容溝１７０に収容され、その長手方向両端部２４２、２４３は支持用台部１７２、１７３に固着され、長手方向中央部２４５は可動用台部１７５に固着されている。なお、固着には接着剤が用いられる。圧電アクチュエータ２４０の長手方向両端部２４２、２４３は、液晶表示パネル１２０上の支持部１２２、１２３により固着される。

圧電アクチュエータ２４０は、長手方向の一方の端部に取り出し電極２５１〜２５３を有し、支持用台部１７２上に露出された端子と取り出し電極２５１〜２５３とが接続されている。このように端子と取り出し電極２５１〜２５３とを当接する位置に設けることで、タッチパネル１６０に圧電アクチュエータ２４０を固着するとともに端子と取り出し電極２５１〜２５３との導通を取ることができる。

図６Ｂ〜図６Ｄに示すように、圧電アクチュエータ２４０は、電極２５１ｂ〜２５３ｂが印刷された圧電体２４６を積層した構造を有している。各層の電極２５１ｂは、バイア２５１ａにより同電位になるように接続されている。各層の電極２５２ｂ、２５３ｂもそれぞれがバイア２５２ａ、２５３ａにより同電位になるように接続されている。

圧電アクチュエータ２４０は、長手方向両端側の屈曲領域２５７および長手方向中央の屈曲領域２５８を有している。これにより、圧電アクチュエータ２４０の長手方向両端部２４２、２４３が固着されていても、圧電アクチュエータ２４０が屈曲変形したときに変形を妨げない。したがって、圧電アクチュエータ２４０を保持しつつ、変形しやすくすることができる。

図７Ａ〜図７Ｃは、それぞれ圧電アクチュエータ２４０の内部電極の電極パターンを示す平面図である。電極２５１ｂは、グランド電極である。電極２５２ｂ、２５３ｂは、駆動電極である。圧電体２４６は、電極２５２ｂから電極２５１ｂへの方向、および電極２５１ｂから電極２５３ｂへの方向（または、いずれについても逆方向）に分極処理されている。そして、駆動時には、電極２５２ｂ、２５３ｂに同位相の交流電圧が印加されることで圧電アクチュエータ２４０は屈曲変位する。圧電体２４６は、電極２５２ｂから電極２５１ｂへの方向、および電極２５３ｂから電極２５１ｂへの方向（または、いずれについても逆方向）に分極処理されていてもよい。その場合には、電極２５２ｂ、２５３ｂに逆位相の交流電圧を印加することで圧電アクチュエータ２４０を屈曲変位させることができる。

図６Ｂ〜図６Ｄに示すような断面の内部電極を形成するためには、第１層から第６層まで図７Ｂに示す電極パターンと図７Ａに示す電極パターンとを交互に積層する。そして、第７層から第１１層まで図７Ｃに示す電極パターンと図７Ａに示す電極パターンとを交互に積層する。このようにして屈曲領域２５７と屈曲領域２５８とを逆方向に屈曲させ、長手方向両端部２４２、２４３の変位を小さくしつつ、長手方向中央部２４５の変位を大きくすることができる。

図８は、圧電アクチュエータ２４０の屈曲変形状態を示す側面図である。図８に示すように圧電アクチュエータ２４０の屈曲領域２５７と屈曲領域２５８とを逆方向に屈曲させ、Ｓ字状に屈曲させることができる。

なお、以上の実施形態では、圧電アクチュエータの一例として積層型の圧電アクチュエータを挙げているが、単層の圧電アクチュエータであってもよい。また、積層数は特に限定されない。

１００ タッチパネル式入力装置
１１０ タッチパネルユニット
１２０ 液晶表示パネル
１２２、１２３ 支持部
１４０ 圧電アクチュエータ
１４２、１４３ 長手方向端部
１４５ 長手方向中央部
１４６ 圧電体
１５１〜１５３ 取り出し電極
１５１ａ〜１５３ａ バイア
１５１ｂ〜１５３ｂ 電極
１６０ タッチパネル
１６１ 内板
１６３ 枠溝
１６５ 外枠
１６５ａ、１６５ｂ 外枠底面
１６７ 外部接続端子
１７０ 収容溝
１７１ 溝底
１７２、１７３ 支持用台部
１７５ 可動用台部
１８０ タッチパネル回路
１８５ デジタルシグナルプロセッサ
１９０ Ｄ級アンプ
２４０ 圧電アクチュエータ
２４２、２４３ 長手方向端部
２４５ 長手方向中央部
２４６ 圧電体
２５１〜２５３ 取り出し電極
２５１ａ〜２５３ａ バイア
２５１ｂ〜２５３ｂ 電極
２５７、２５８ 屈曲領域

Claims (7)

1. 触覚または音響フィードバック用のタッチパネルであって、
   固定された外枠に設けられ、矩形板状の圧電アクチュエータの長手方向両端部を支持する支持用台部と、
   前記外枠内側に前記外枠と一体に形成される内板から前記外枠側に突出して一体に設けられ、前記矩形板状の圧電アクチュエータの長手方向中央部に固着される可動用台部と、
   前記外枠と前記内板との間に両者を一体に連結するように形成され、前記外枠または前記内板のいずれよりも薄く形成された枠溝と、を備え、
   前記矩形板状の圧電アクチュエータの屈曲変位により前記可動台部に連動させて前記内板を振動させることを特徴とするタッチパネル。
2. 前記外枠の両端辺縁に沿って前記矩形板状の圧電アクチュエータを、前記外枠を支持する液晶表示パネルから浮かせて収容する収容溝が形成され、
   前記支持用台部および前記可動用台部は、前記収容溝内に設けられていることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
3. 内部に埋設または表面に設置され、前記支持用台部の一方に一部が露出された端子を更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のタッチパネル。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のタッチパネルと、
   矩形板状で、長手方向両端部は前記支持用台部に固着され、長手方向中央部は前記可動用台部に固着されている圧電アクチュエータと、を備えることを特徴とするタッチパネルユニット。
5. 請求項３記載のタッチパネルと、
   矩形板状で、長手方向両端部は前記支持用台部に固着され、長手方向中央部は前記可動用台部に固着されている圧電アクチュエータと、を備え、
   前記矩形板状の圧電アクチュエータは、一方の主面の長手方向端部に取り出し電極を有し、前記タッチパネルから露出された端子と前記取り出し電極とが接続されていることを特徴とするタッチパネルユニット。
6. 前記圧電アクチュエータは、シムレスであることを特徴とする請求項５記載のタッチパネルユニット。
7. 前記矩形板状の圧電アクチュエータは、電圧の印加に応じて屈曲する長手方向両端側の屈曲領域と、
   前記屈曲領域とは逆向きに屈曲する長手方向中央の屈曲領域とを備えることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載のタッチパネルユニット。
   

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