触摸面板输入装置 【技术领域】
本发明涉及在对触摸面板进行输入操作之际使该触摸面板振动、使操作者产生输入操作感的触摸面板输入装置，更具体的是涉及用压电基板使触摸面板振动的触摸面板输入装置。
背景技術
触摸面板输入装置也称为数字化仪，当以触摸笔或指尖对设定在触摸面板上的操作区进行输入操作时，就对输入操作及其操作区内的输入操作位置进行检测，并向个人电脑等外部处理装置输出表示输入操作或是输入操作位置的输入检测信号。
以对该输入操作位置进行检测的方式来分，有日本实开平第3-6731号所示的接触方式、日本特开平第5-5371 5号所示的电阻方式等各种触摸面板输入装置，但用这些方式进行输入操作之际，都不能得到按钮开关的点击感那种明显的输入操作感，操作者只能在个人电脑等处理装置上得知其操作结果，而不能确认对于操作面板的输入操作本身。
为此，本申请人开发出一种触摸面板输入装置，通过将压电基板固定在触摸面板上，能有效地使触摸面板振动，向操作者传递输入操作感，且装置整体不会大型化(参照日本专利文献1)。
【专利文献1】日本特开第2003-122507号公报(摘要、图1)
图6是表示使用了该振动零件、即压电基板120的触摸面板输入装置100，在以极小的间隙层叠操作面板101和支撑基板102而构成的触摸面板内，设定了对输入操作位置进行检测的操作区100A。图示地触摸面板输入装置100利用电阻感压方式来检测输入操作位置，为此，在操作面板101与支撑基板102的互为相对的面上被覆着由均匀的电阻皮模构成的导电体层101a、102a。
在图6中，在导电体层101a的X方向的两侧边，形成X施加侧电极103a和X接地侧电极103b，此外，在导电体层102a的Y方向的两侧边，形成Y施加侧电极(兼作后述的压电基板的驱动电极1201a)和Y接地侧电极104b，分别与在操作面板101上布线的信号引线图案105a、105b、105c、105d连接，并通过一体形成于操作面板101的周缘的连接器尾部106而被引出到外部。
此外，在操作区100A的周围，在支撑基板102的面对操作面板101的面上固定着细长带状的压电基板120。压电基板120是在细长带状的表背两面形成一组驱动电极120a、120b，分别与在操作面板101上布线的电源引线图案107a(兼作信号引线图案105c)、107b连接，并与信号引线图案105同样，通过连接器尾部106而被引出到外部。
连接器尾部106的一端经过插入连接器尾部106而连接的未图示连接器而连接于外部控制电路，由此执行以下的对输入操作及输入操作位置的检测和对触摸面板的振动控制。
在检测对于操作区100A的输入操作时，自外部控制电路隔着信号引线图案105而对一方的导电体层101a、102a施加检测电压，同时经过信号引线图案105来检测另一方的电位。一旦操作区100A受到输入操作，导电体层101a、102a间就会在输入操作位置进行接触、导通，由此使与非施加侧导电体层101a、102a的信号引线图案105显示电位上升的输入检测信号，使输入操作受到检测。
一旦检测到输入操作，即经过电源引线图案107a、107b而从外部对一组驱动电极120a、120b施加驱动电压，由此使压电基板120伸缩，而使则操作面板101和支撑基板102所构成的触摸面板整体振动，使操作者可由该振动而确认输入操作已被接受。
然后，经过信号引线图案105a、105c而交替替地对X施加侧电极103a和Y施加侧电极120a施加检测电压，以在导电体层101a、102a上交替形成一定的电位锥度，且向与施加侧导电体层101a、102a连接的信号引线图案1 05输入成为接触位置(输入操作位置)的电位的输入检测信号，并由该输入检测信号检测出X、Y方向的输入操作位置。
该触摸面板输入装置100使用一个连接器尾部106将信号引线图案105和电源引线图案107各自与外部控制电路连接。然而，在检测输入操作及输入操作位置之际，施加在信号引线图案105的检测电压和输入检测信号的电位为3V至5V，而为了使压电基板120伸缩，有时施加在电源引线图案107a、107b间的驱动电压达到200V至400V左右，如果在连接器尾部106上用与信号引线图案105相同的布线间距将电源引线图案107a、107b布线，就无法保持相互的绝缘间隔，有可能产生短路。
此外，通过使用一个连接器尾部106，虽然也能利用一个连接器而连接到外部控制电路，但因配备在连接器上的接触器间的排列间距是固定的，故与电源引线图案107对应连接的连接器的接触器间的间距会与对应于信号引线图案105的接触器间的间距相等，一旦有较高的驱动电压施加在接触器间，则在连接器的接触器上也有可能产生短路。
因此，曾经研究过使压电基板120的驱动电压降低的方法，或是针对信号引线图案105和电源引线图案107分别准备连接器尾部以引出到外部的方法，但用前者无法获得可使操作者感觉到的触摸面板的足够振动，用后者则会增加零件数量，连接器也要准备两种，布线也变得复杂。
【发明内容】
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种触摸面板输入装置，可用一个连接器尾部将信号引线图案和电源引线图案分别向外部引出，且可在将电源引线图案向外部引出的电源导电线间得到充分的绝缘间隙。
为了实现上述目的，技术方案1的触摸面板输入装置具备触摸面板、输入位置检测装置、压电基板、连接器尾部，所述触摸面板具有操作区，所述输入位置检测装置对向操作区的输入操作及输入操作位置进行检测，且将检测到的输入检测信号向在触摸面板上布线的多条信号引线图案中的至少一条输出，所述压电基板固定在触摸面板上，从分别在触摸面板上布线的一组电源引线图案对一组驱动电极施加驱动电压，所述连接器尾部从触摸面板的周缘引出，且将与信号引线图案对应连接的多条信号导电线和与电源引线图案对应连接的多条电源导电线分别在引出方向布线，在表示对触摸面板的输入操作的输入检测信号从信号导电线输出之际，对一组电源导电线施加驱动电压，通过伸缩的压电基板使触摸面板振动，向操作者传递输入操作感，其特征为：连接器尾部的电源导电线间布线间距为信号导电线间布线间距的两倍。
由于电源导电线间布线间距为被施加低压检测电压和输入检测信号电压的信号导电线间布线间距的两倍，故在电源导电线间可得到充分的绝缘间隙，即使被施加高压的驱动电压，也不会发生短路。
技术方案2的触摸面板输入装置是将以信号导电线的布线间距在连接器尾部上布线的多条导电线为每隔一条而与电源引线图案连接，并作为电源导电线。
采用导电线以信号导电线的布线间距布线的连接器尾部，可使电源导电线间布线间距为信号导电线间布线间距的两倍。
技术方案3的触摸面板输入装置是将连接器尾部的一侧分成两部：布有电源导电线的电源电缆部和布有信号导电线的信号电缆部，并将电源电缆部的电源导电线在触摸面板的固定有压电基板的一面上与电源引线图案连接，同时将信号电缆部的信号导电线在与触摸面板的一面相反的另一面上与信号引线图案作电连接。
由于电源引线图案和信号引线图案分别在触摸面板的正反面上布线，故布线时不必考虑相互间的布线。
技术方案4的触摸面板输入装置，是将连接器尾部的一侧分成两部：布有电源导电线的电源电缆部和布有信号导电线的信号电缆部，并将电源电缆部的电源导电线与电源引线图案连接，而该电源引线图案与隔着操作区互为面对的一对压电基板的驱动电极连接，同时将信号电缆部的信号导电线与信号引线图案作电连接。
由于与一对压电基板的驱动电极连接的四条电源引线图案在一处电源电缆部中与对应的电源导电线连接，故在利用热压固的连接工序中，可对全部电源引线图案施加均匀的压力。
技术方案5的触摸面板输入装置是将与一对压电基板的各一方驱动电极连接的电源引线图案整合成两条，以与一对一方电源导电线对应连接，同时将与一对压电基板的各另一方驱动电极连接的电源引线图案整合成两条，以与一对另一方电源导电线对应连接，并用施加于一对电源导电线的驱动电压使固定在触摸面板上的一对压电基板伸缩。
一对压电基板由于施加于一组电源导电线上的驱动电压而伸缩。
采用技术方案1的发明，可在电源导电线间得到充分的绝缘间隙，故不会发生短路。此外，即使将连接连接器尾部的连接器侧的接点以信号导电线间的布线间距配设，由于是每隔一个接点与电源导电线连接，故即使施加高压的驱动电压，接点间也不会产生短路，能使用连接信号导电线用的低耐压连接器。
采用技术方案2的发明，由于可使用导电线以信号导电线的布线间距布线的连接器尾部，故不必另外制造导电线间布线间距不同的特殊连接器尾部，可使用通用的连接器尾部。
采用技术方案3的发明，不必考虑电源引线图案和信号引线图案间的绝缘，就能以充分绝缘间隙分别在触摸面板上布线。
采用技术方案4的发明，由于可在一个位置上将电源导电线分别与从一对压电基板引出的四条电源引线图案连接，故连接作业容易。特别是在通过热压固连接电源导电线的连接工序中，由于可一边对四条电源引线图案施加均匀的压力一边进行连接，故不会发生加压不匀，能可靠将全部电源引线图案和电源导电线连接。
采用技术方案5的发明，只要一组电源导电线就能使一对压电基板伸缩。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例的触摸面板输入装置1整体的分解立体图。
图2是触摸面板输入装置1的仰视图。
图3是与连接器尾部5间的连接部的局部剖视立体图。
图4(a)是去除保护片10b和增强片10c后的连接器尾部5的俯视图、(b)是连接器尾部5的侧视图、(c)是去除保护片10a后的连接器尾部5的仰视图。
图5表示信号引线图案12和电源引线图案13在触摸面板3、4上的布线。
图6是传统触摸面板输入装置100的分解立体图。
【具体实施方式】
以下由图1至图4来说明本发明第一实施例的触摸面板输入装置1。本实施例的触摸面板输入装置1是将操作面板3和支撑基板4隔着极小间隙层叠后构成触摸面板，在操作面板3和支撑基板4的互为相对的面上分别附着可形成均匀的电位锥度的均匀电阻膜的导电体层，根据由输入操作导致的导电体层间接触位置的电位来检测输入操作位置，即采用所谓电阻感压方式。图1是触摸面板输入装置1整体的分解立体图，图2是其仰视图，图3是连接器尾部5的连接部的放大立体图，图4(a)(b)(c)是连接器尾部5的俯视图、侧视图、仰视图。
操作面板3是用透明的合成树脂、在此是采用PET(聚对苯二甲酸乙二酯)形成可挠性的长方形薄片，并在其框内设置长方形的操作区3a。通过利用透明的材质形成操作面板3，能一边目视配设在支撑基板4内的未图示液晶显示面板一边在操作区3a进行输入操作。
此外，支撑基板4是利用由钠石灰玻璃所制成的透明基板，形成与操作面板3相同轮廓的长方形薄板状。支撑基板4从背面支撑被执行输入操作的操作面板3，因此，要用具有一定刚性的材料形成。
操作面板3和支撑基板4通过夹在各自周围的粘接剂层，互相隔着极小的间隙而层叠配置，在互为相对的面上，以均匀的膜压固定着透明导电膜、即可动导电体层6和固定导电体层7。可动导电体层6和固定导电体层7分别利用ITO(铟·锡氧化物)形成，以均匀的膜压而贴固膜层，由此使导电体层各位置上的每一单位长度的电阻值相等。
在固定导电体层7上，以规定的间隔固定着由绝缘性合成树脂所制成的点隔片(未图示)。利用该点隔片，在有人无意间触及操作区3a的一部时，可避免可动导电体层6与固定导电体层7间的误接触，该点隔片的高度低于被粘接材料层隔开的可动导电体层6与固定导电体层7间的间隙。
在操作面板3的背面，在图1中的X方向的两周缘印刷有与可动导电体层6作电连接的X施加侧引线电极8a和X接地侧引线电极8b。X施加侧引线电极8a和X接地侧引线电极8b是由银制成的细长带状的透明导电薄板，在将操作面板3和支撑基板4层叠之际，通过在作电连接的支撑基板4表面布线的信号引线图案12a、12b，在支撑基板4的周缘引出到与连接器尾部5间的连接部。
同样地，在支撑基板4的表面，在图1中的与X方向正交的Y方向的周缘，印刷着与固定导电体层7作电连接的Y施加侧引线电极9a和Y接地侧引线电极9b。Y施加侧引线电极9a和Y接地侧引线电极9b也是由银制成的细长带状的透明导电薄板，通过分别利用导电性粘接剂作电连接的支撑基板4表面的信号引线图案12c、12d，在支撑基板4的周缘引出到与连接器尾部5间的连接部。
在支撑基板4的背面固定着一对压电基板2、2。压电基板2是用以压电单结晶、PZT(钛锆酸铅)磁器为代表的压电陶瓷、聚氟化亚乙烯(PVDF)等的压电材料所形成的单层基板，在此采用机械性耐久性好、应用最广的PZT系压电磁器材料所制成的压电陶瓷板，并如图所示，做成细长带状的薄板。通过将压电基板2做成这样的细长带状薄板，且对其正反两面施加驱动电压，使之产生更大的应变。
对压电基板2施加驱动电压的一组驱动电极2a、2b是将导电性金属材料利用蒸镀、网版印刷等附着于压电基板2的正反两面后烧固而成。覆盖压电基板2背面的一方驱动电极2a如图1所示，在压电基板2的长边方向一侧折到正面，与覆盖正面的另一方驱动电极2b隔着极小的绝缘间隔而在正面露出。
一对压电基板2如图2所示，分别在支撑基板4的背面沿隔着操作区3a互相面对的长边方向的一边(X方向)而固定。压电基板2的各驱动电极2a、2b分别通过沿着操作区3a的周边而在支撑基板4的背面布线的电源引线图案13(13a、13b、13c、13d)，而引出到与连接器尾部5间的连接部。
压电基板2在支撑基板4上的固定还兼作与在固定面上露出的驱动电极2a、2b与电源引线图案13a、13b或电源引线图案13c、13d间的电连接，故在此使用导电性的粘接剂来固定。本发明是利用压电基板2的电致伸缩效应使支撑基板4上产生振动，且是将压电基板2直接固定在支撑基板4，故通过压电基板2的伸缩来产生使支撑基板4产生较大振幅振动的应力。例如，若对介电系数为3400、压电常数为590*1012C/N、弹性柔度为20*10-12m2/N的PZT系压电材料施加10*105V/m的电场，就产生5.9*104的应变，在箝制该应变的状态下，产生所谓3*107N/m的较大应力。
如果利用该电致伸缩效应在一组驱动电极2a、2b间施加±280V左右的驱动电压，就会使支撑基板4产生振幅足够大的振动，可使对操作面板3执行输入操作的指尖得到触感。特别是，形成细长带状的压电基板2在其长边方向弯折，故可沿着支撑基板4的长边方向固定，由此能使支撑基板4整体更有效地以大振幅振动。
连接器尾部5用可挠性印刷布线基板(以下称FPC)构成，该可挠性印刷布线基板如图4所示，是在聚酰亚胺的可挠性带状基材上沿着其长边方向印刷由印刷图案构成的导电线而形成。在连接器尾部5的与触摸面板(支撑基板)4连接的基端侧，分成电源电缆部5A和信号电缆部5B这两部分，其前端侧则成为将插入图1所示的FPC用连接器20的连接器连接部5C。
如图4(c)所示，在连接器尾部5的背面侧，沿着从信号电缆部5B至连接器连接部5C的引出方向，等间距地布有四条信号导电线14(14a、14b、14c、14d)。此外，如图4(a)所示，在连接器尾部5的表面，沿着从电源电缆部5A向着连接器尾部5前端的引出方向，以信号导电线14间的两倍的布线间距布有四条电源导电线15(15a、15b、15c、15d)，其前端经通孔16而在连接器连接部5C中露出于表面侧。
信号导电线14和电源导电线15的两端如后所述，为了便于与触摸面板4的引线图案12、13及FPC连接器20的未图示接点作电连接而分别形成宽幅，且除了宽幅的两端外，各导电线14、15为了防止短路和劣化，如图4(b)所示，以绝缘性保护片10a、10b覆盖。
如图2和图3所示，在电源电缆部5A处露出于表面的四条电源导电线15(15a、15b、15c、15d)分别在支撑基板4的背面侧重叠于引出到支撑基板4周缘的四条电源引线图案13a、13b、13c、13d所对应的图案上，并通过热压固进行电连接。该热压固工序是将分别从一对压电基板120引出的四条电源引线图案13引出到大致相同的位置，并在电源电缆部5A一并加压，故能对各图案13施加大致均匀的压力，可防止因加压不匀产生的连接不良。
此外，在信号电缆部5B处露出于背面的四条信号导电线14(14a、14b、14c、14d)是在支撑基板4的表面侧重叠于引出至周缘的四条信号引线图案12(12a、12b、12c、12d)各自对应的图案，同样地通过热压固进行电连接。由于将连接器尾部5的基端侧分成两部分，并且将对信号引线图案12和电源引线图案13的电连接分在触摸面板4的表面和背面进行，因此能使用一个连接器尾部5将两者分在触摸面板4的表面和背面布线，不必使用跳线等来解决互相间的绝缘，能实现简洁布线。
于连接器连接部5C处露出的信号导电线14(14a、14b、14c、14d)和电源导电线15(15a、15b、15c、15d)通过将连接器连接部5C插入到图1所示的FPC连接器20，与分别在对应部位突出的FPC连接器20作弹性接触。在此，FPC连接器20的接点的排列间距是根据信号导电线14间的布线间距而设，因而，以信号导电线14间的两倍布线间距布线的电源导电线15就每隔一个接点而与下一个接点作弹性接触。不过，由于连接器连接部5C是以薄壁的可挠性材料形成，因此要加上某种程度的刚性，以便于插入，此外，为了增加厚壁并提高与接点间的接触压，要在其表面贴上增强片10c(参照图4(b))。
FPC连接器20的各接点与未图示的外部控制电路连接，使触摸面板的各电极8a、8b、9a、9b和一对压电基板2的各驱动电极2a、2b经过连接器尾部5而引出到外部，并与外部控制电路连接。
上述构成的触摸面板输入装置1在未检测输入操作的待机状态下，从外部控制电路经过信号引线图案12a、12b而对X施加侧引线电极8a或是X接地侧引线电极8b施加规定的输入操作检测电压，并将可动导电体层6保持在该电位，同时将与另一侧的固定导电体层7连接的信号引线图案12c、12d经过电阻而接地，并监视其电位。在操作面板3未受到输入操作期间，处于接地电位的固定导电体层7(信号引线图案12c、12d)的电位一旦由于输入操作使导电体层6、7间形成接触，电流就会从可动导电体层6流入到电阻并上升到一定的电位。为此，设定规定的阈值，并在信号引线图案12c、12d显示超过规定阈值的电位的输入检测信号，以此检测出触摸面板(操作面板)3受到输入操作。
通过这种对输入操作的检测，外部控制电路经过连接器尾部5的电源导电线15a、15b、15c、15d而对电源引线图案13a、13b间和电源引线图案13c、13d施加±280V左右的驱动电压，且施加于一对压电基板2的驱动电极2a、2b上。由此使压电基板2沿着其长边方向弯曲，使固定着压电基板2的支撑基板4产生振动，该振动经过在输入操作位置上接触的操作面板3传达到操作者的指尖，操作者就会得知输入操作已被检测。
在对压电基板2施加驱动电压之后，外部控制电路会转移到对其输入操作位置进行检测的动作模式。对输入操作位置的检测分为X方向和Y方向来进行。在检测X方向的输入操作位置之际，经过信号引线图案12a对X施加侧引线电极8a施加座标检测电压，同时将X接地侧引线电极8b接地，形成与可动导电体层6同样斜度的电位锥度。至于在输入操作位置上的电位，如果将与可动导电体层6接触的固定导电体层7作为高阻抗，就能以固定导电体层7的电位读取，并经过信号电源线14c、14d而把外部控制电路的A/D转换器等的电压检测电路的输入与Y施加侧引线电极9a或是Y接地侧引线电极9b所连接的信号引线图案12c、12d中的任一个连接，并读取接点位置的电位。在可动导电体层6上，由于形成相等斜度的电位锥度，因此接点位置的电位、即信号引线图案12c、12d的电位成为与从X接地侧引线电极8b向着X施加侧引线电极8a的X方向距离成比例的值，由此来检测输入操作位置的X座标。
Y方向的输入操作位置检测是利用与上述同样的方法，在固定导电体层7形成Y方向的相等斜度的电位锥度，并从经过信号电源线14a、14b而与X施加侧引线电极8a或是X接地侧引线电极8b连接的电压检测电路读取接点位置的电位。接点位置的电位成为与从Y接地侧引线电极9b向着Y施加侧引线电极9a的Y方向的距离成比例的值，由此来检测输入操作位置的Y座标。
这样重复X、Y座标检测模式，在X、Y方向检测在操作区3a进行的输入操作的输入操作位置，并将由X座标和Y座标构成的输入位置资料输出到未图示的个人电脑等处理装置。
上述实施例是将连接器尾部5的基端分支成两部分，但也可将未分支的通用FPC作为连接器尾部使用。图5是表示第二实施例的触摸面板输入装置30的概略图，凡与第一实施例相同的结构均附上相同符号并省略其说明。
如图5所示，连接器尾部31用带状的FPC形成，多条导电线34是等间距，在此是沿着背面侧的长边方向布线。该布线间距最好是用标准规格设定，这样就能将其前端侧与以相同间距排列接点的通用FPC用连接器20连接。各导电线34的中间利用保护片覆盖，仅两端成为宽幅且露出于背面侧。
由于连接器尾部31的导电线34的连接面为背面，故信号引线图案32(32a、32b、32c、32d)和电源引线图案33(33a、33b、33c、33d)是在触摸面板4的同一面、在此是在表面布线。信号引线图案32(32a、32b、32c、32d)的连接部、即触摸面板4周缘的布线间距与连接器尾部31的导电线34的布线间距相等，电源引线图案33(33a、33b、33c、33d)的连接部的布线间距则为导电线34的布线间距的两倍。
因而，一旦将连接器尾部31重叠到将信号引线图案32和电源引线图案33引出的连接部，并在该位置上将互相面对的图案32、33和导电线34进行热压固，则如图所示，面对信号引线图案32a、32b、32c、32d作电连接的导电线34成为信号导电线35(35a、35b、35c、35d)，面对电源引线图案33a、33b、33c、33d而一条隔一条地作电连接的的导电线34则成为电源导电线36(36a、36b、36c、36d)，电源导电线36的布线间距为信号导电线35的布线间距的两倍。
采用第二实施例的触摸面板输入装置30，不必如第一实施例那样特别设计电源导电线15的布线间距为信号导电线14的布线间距两倍的连接器尾部5，能使用通用的连接器尾部来实施本发明。
上述第一、第二实施例是对应于从一对压电基板2的各驱动电极2a、2b引出的四条电源引线图案13、33而连接连接器尾部5、31上的四条电源导电线15、36，但也可将与一对压电基板2的各自一方的驱动电极2a、2b连接的电源引线图案(例如13a、13c)整合为两条，以与一对一方的电源导电线对应连接，同时将一对压电基板2的各自另一方的驱动电极2b、2a连接的电源引线图案(13b、13d)整合为两条，以与一对另一方的电源导电线对应连接，且利用施加于一对电源导电线的驱动电压，使一对压电基板2伸缩。此时，如果整合的两条电源引线图案均是分别与一对压电基板2的驱动电极2a连接的，则一对压电基板2同步进行伸缩，如果是与不同的驱动电极2a和驱动电极2b连接，则相反相位进行伸缩。
此外，上述的实施例是所谓的电阻感压平板式模拟型触摸面板输入装置1、30，但也可以是以电容耦合方式、磁性结合方式、接触方式、光结合方式等其它的方式来检测输入操作和输入操作位置的触摸面板输入装置，而且在该些方式的触摸面板输入装置中，不一定要用指尖执行输入操作，也可使用触控笔之类的指示工具来执行输入操作。
此外，连接连接器尾部的触摸面板也可是操作面板3和支撑基板4中的任一个，而且若是输入检测方式不同的触摸面板输入装置，也可是一片或多片式面板。
此外，以上的连接器尾部都是FPC，但也可为扁形电缆等其它的电缆，另外，以上的信号引线图案或是电源引线图案和信号导电线或是电源导电线的连接是利用热压固进行连接，但也可用焊接等其它的连接方法进行连接。
本发明适用于这样的触摸面板输入装置：使用连接器尾部将输入检测信号输出到外部，从外部对压电基板进行伸缩控制，通过输入操作位置的振动将输入操作已被确认的事实通知操作者。