CN105593794A - 压力检测器以及具备压力检测器的触摸面板 - Google Patents
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Abstract
提供能够检测准确的按压力的压力检测器。本发明的压力检测器具备第一压电片(3a)、配置成靠近第一压电片(3a)或者与第一压电片(3a)接触的第二压电片(3b)以及夹着第一压电片(3a)和第二压电片(3b)的检测电极(4)，第一压电片(3a)和第二压电片(3b)由具有相同特性的材料构成，厚度为5μm～50μm，被向面内方向拉伸时，第一压电片(3a)和第二压电片(3b)的支撑基板(1)侧的表面和与支撑基板(1)相反侧的表面之间产生的各电位差具有下式1表示的关系。式1：V1/V2＜0，其中，在式1中，V1和V2分别是第一压电片(3a)和第二压电片(3b)的支撑基板(1)侧的表面和与支撑基板(1)相反侧的表面之间产生的电位差。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够检测按压力的压力检测器，尤其是，即使周围的温度发生变化，也能够检测准确的按压力的压力检测器。
背景技术
压电片具有将被施加的应力转换为电力的特征，有效利用该特征的装置在许多领域都实现了商品化。
压电片还应用于搭载有触摸面板的显示设备等电子设备中。例如，专利文献1记载了一种在触摸面板的背面粘贴有压电片的触摸面板。上述触摸面板在其表面被施加有按压时，压电片产生对应于压力的电荷，通过检测该电荷，从而能够测定按压信息(按压力的强度)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-61592号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，专利文献1记载的发明中存在以下问题。
1)如果在压电片内发生温度变化，则即使没有按压，还是从压电片输出电荷，从而压力检测中出现错误动作。
2)当被施加有按压时，如果压电片的附近或压电片内存在不受拉伸应力或压缩应力的位置(弯曲的中立轴)，则针对按压的压电片的电荷输出灵敏度变得非常小。尤其是，当上述中立轴位于压电片中间时，即使施加按压，压电片的表面也完全不产生电荷，从而无法检测按压。
3)而且，在为了粘贴支撑基板和压电片而使用了粘结剂的情况下，当粘结层的厚度较厚且柔软时、或者粘结剂的硬度随着温度和湿度等环境发生变化时，针对按压力的压电片的电荷输出灵敏度发生很大的变化。
本发明的课题是提供在压电片内发生温度变化的情况下、或者在向压力检测器施加按压时弯曲的中心轴存在于压电片付近或压电片内的情况下、以及在为了粘贴压电片和支撑基板而使用了粘结剂时粘结层的厚度较厚且柔软时、或者粘结剂的硬度随着温度、湿度等环境发生变化的情况下，能够检测准确的按压力的压力检测器。
解决技术问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明构成为如下。
根据本发明的压力检测器的特征构成是：
是测定被施加于支撑基板的按压的压力检测器，所述压力检测器包括：
第一压电片，配置在所述支撑基板的与被施加所述按压的表面相反侧的表面上；
第二压电片，配置成在所述第一压电片的与支撑基板相反侧的表面靠近所述第一压电片或者与所述第一压电片接触；以及
检测电极，所述检测电极夹着所述第一压电片和所述第二压电片，检测当被施加有所述按压时，所述第一压电片的所述支撑基板侧的表面和所述第二压电片的与所述支撑基板相反侧的表面之间的电位差，
所述第一压电片和所述第二压电片由具有相同特性的材料构成，且厚度为5μm～50μm，
所述第一压电片和所述第二压电片当被向面内方向拉伸时，在各自的所述支撑基板侧的表面和与所述第支撑基板相反侧的表面之间产生的电位差具有以下式1表示的关系：
式1：V1/V2＜0
其中，在式1中，
V1表示V1a-V1b，
V2表示V2a-V2b，
V1a表示第一压电片的支撑基板侧的表面的电位，
V1b表示第一压电片的与支撑基板相反侧的表面的电位，
V2a表示第二压电片的支撑基板侧的表面的电位，
V2b表示第二压电片的与支撑基板相反侧的表面的电位。
根据本发明的压力检测器的其它特征构成，
所述第一压电片和所述第二压电片可以彼此接触，压力分布和温度分布相同，并且由相同的材料构成。
根据本发明的压力检测器的其它特征构成，
所述第一压电片和所述第二压电片可以由铁电体材料构成，无按压状态下的所述第一压电片与所述第二压电片的极化方向彼此相反。
根据本发明的压力检测器的其它特征构成，
所述第一压电片、所述第二压电片和所述检测电极可以具有比所述支撑基板小的弯曲刚性。
根据本发明的其它特征构成，
是用于测定按压输入面的按压力的触摸面板，包括：
上部电极，在一个方向上隔开间隔配置有多个所述上部电极；
下部电极，在所述上部电极的与所述输入面侧相反侧，沿与所述上部电极交叉的方向隔开间隔配置有多个所述下部电极，所述下部电极在与所述上部电极之间检测按压位置；
第一压电片，配置在所述下部电极的与输入面相反侧的表面；
第二压电片，配置成在所述第一压电片的与输入面侧相反侧的表面，所述第二压电片靠近所述第一压电片或者与所述第一压电片接触；以及
检测电极，所述检测电极夹着所述第一压电片和所述第二压电片，检测当被施加有所述按压时，所述第一压电片的所述支撑基板侧的表面和所述第二压电片的与所述支撑基板相反侧的表面之间的电位差，
所述第一压电片和所述第二压电片由具有相同特性的材料构成，且厚度为5μm～50μm，
所述第一压电片和所述第二压电片当被向面内方向拉伸时，在各自的所述输入面侧的表面和与所述输入面侧相反侧的表面之间产生的电位差具有以下式2表示的关系：
式2：V1/V2＜0
其中，在式1中，
V1表示V1a-V1b，
V2表示V2a-V2b，
V1a表示第一压电片的输入面侧的表面的电位，
V1b表示第一压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位，
V2a表示第二压电片的输入面侧的表面的电位，
V2b表示第二压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位。
根据本发明的特征构成，
是用于测定按压输入面的按压力的触摸面板，包括：
上部电极，在一个方向上隔开间隔配置有多个所述上部电极；
下部电极，在所述上部电极的与所述输入面侧相反侧，沿与所述上部电极交叉的方向隔开间隔配置有多个所述下部电极，所述下部电极在与所述上部电极之间检测按压位置；
压电片，具备第一压电片和第二压电片，所述第一压电片配置在所述下部电极的与输入面侧相反侧的表面，所述第二压电片配置成在所述第一压电片的与所述输入面侧相反侧的表面靠近所述第一压电片或者与所述第一压电片接触；
第一检测电极，配置于在所述触摸面板的截面观察中与下部电极隔开间隔的位置；以及
第二检测电极，配置在所述第二压电片的与所述输入面侧相反侧的表面，当被施加有所述按压时，所述第二检测电极与所述第一检测电极合作检测在所述压电片产生的电位差，
所述第一压电片和所述第二压电片由具有相同特性的材料构成，且厚度为5μm～50μm，
所述第一压电片和所述第二压电片当被向面内方向拉伸时，在各自的所述支撑基板侧的表面和与所述第支撑基板相反侧的表面之间产生的电位差具有以下式3表示的关系。
式3：V1/V2＜0
其中，在式3中，
V1表示V1a-V1b，
V2表示V2a-V2b，
V1a表示第一压电片的输入面侧的表面的电位，
V1b表示第一压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位，
V2a表示第二压电片的输入面侧的表面的电位，
V2b表示第二压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位。
一种用于测定按压输入面的按压力的触摸面板，包括：
上部电极，在一个方向上隔开间隔配置有多个所述上部电极；
下部电极，在所述上部电极的与所述输入面侧相反侧，沿与所述上部电极交叉的方向隔开间隔配置有多个所述下部电极，所述下部电极在与所述上部电极之间检测按压位置；
压电片，具备第一压电片和第二压电片，所述第一压电片配置在所述下部电极的与输入面侧相反侧的表面，所述第二压电片配置成在所述第一压电片的与所述输入面侧相反侧的表面靠近所述第一压电片或者与所述第一压电片接触，第一压电片和第二压电片配置在所述上部电极与所述下部电极之间，
在所述触摸面板的截面观察中，所述触摸面板包括：
第一检测电极，配置在与所述上部电极隔开间隔的位置；以及
第二检测电极，配置在与所述下部电极隔开间隔的位置，当被施加有所述按压时，所述第二检测电极与所述第一检测电极合作检测在所述压电片产生的电位差，
所述第一压电片和所述第二压电片由具有相同特性的材料构成，且厚度为5μm～50μm，
所述第一压电片和所述第二压电片当被向面内方向拉伸时，在各自的所述输入面侧的表面和与所述输入面相反侧的表面之间产生的电位差具有以下式4表示的关系：
式4：V1/V2＜0
其中，在式4中，
V1表示V1a-V1b，
V2表示V2a-V2b，
V1a表示第一压电片的输入面侧的表面的电位，
V1b表示第一压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位，
V2a表示第二压电片的输入面侧的表面的电位，
V2b表示第二压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位。
发明效果
本发明的压力检测器具有上述的构成，因此，在压电片内产生温度变化的情况下、或者在当向压力检测器施加按压时弯曲的中心轴存在于压电片付近或压电片内的情况下，能够检测准确的按压力。
附图说明
图1是电子设备的立体图。
图2是图1的II-II截面的截面图。
图3是压力检测器的截面图。
图4是压力检测器的截面图。
图5是压力检测器的截面图。
图6是触摸面板的立体图。
图7是触摸面板的立体图。
图8是触摸面板的立体图。
具体实施方式
下面，基于附图更加详细说明根据本发明的实施方式。需要说明的是，在没有特殊说明的情况下，本发明实施例中记载的部位或一部分尺寸、材质、形状、其相对位置等只是说明例，并不是用于限定本发明的范围。
在本说明书中，“热应力”是指由于压力检测器或触摸面板出现温度变化而产生的压电片的内部应力。换言之，在支撑基板等配置有压电片时，压电片的热膨胀或热收缩受到支撑基板或触摸面板的妨碍而产生的应力、或者压电片在面内存在温度分布时产生的应力、进一步地，由于压电片内的非均匀性产生的应力等。
在本说明书的9中，“热电效应”是指由于温度变化，压电片的表面产生电荷的现象。
在本说明书中，“中立轴”是指即使向压力检测器或触摸面板施加按压(弯曲力矩)时，压力检测器或触摸面板中也不承受拉伸应力或压缩应力的位置。另外，如果“中立轴”存在于压电片内，则向压力检测器或触摸面板施加按压时所检测到的电荷变得非常小。
1、电子设备
1)电子设备的整体结构
参照附图说明根据本发明的压力检测器。压力检测器100配备在手机或便携式游戏机等电子设备110中。在本实施方式中，以搭载在作为电子设备110的一种的多功能手机(智能手机)中的压力检测器100为例子进行说明。需要说明的是，在下面的说明中，将压力检测器100的输入面(后面说明的输入面1a)所在一侧称为“输入面侧”。该“输入面侧”还是直接面对操作电子设备110的用户的一侧。与此相反，将从操作电子设备110的用户侧观察时的深处称为“背面侧”。
如图1所示，电子设备110具备矩形框状的框架6、内置在框架6内的显示装置5、以及重叠配置在显示装置5的输入面侧的压力检测器100。框架6由合成树脂构成。
如图2所示，框架6具备朝向输入面侧呈矩形状开口的凹部6a(粗线部分)。凹部6a形成为具有阶梯，该阶梯部分起到支撑压力检测器100的支撑部6b的功能。与凹部6a的形状对应地，支撑部6b形成为矩形框状。在比支撑部6b(阶梯部分)靠近输入面侧的区域(第一收容凹部)收容后面说明的支撑基板1，在背面侧区域(第二收容凹部)收容有显示装置5和压力检测器100。
根据显示装置5和压力检测器100的形状以及尺寸，可以恰当地设置凹部6a的形状以及尺寸。在本实施方式中，作为一个例子，显示装置5以及压力检测器100均具有大致长方体形状。另外，对于凹部6a，第一收容凹部的侧面隔开少许的间隙与支撑基板1接触，第二收容凹部的侧面隔开少许的间隙与压力检测器100和显示装置5接触。需要说明的是，框架6与显示装置5之间设有由空气构成的空间部30。通过在框架6与显示装置5之间设置空间部30，从而构成为当用户使用手指或者触控笔等触摸输入面1a时，压力检测器100挠曲，第一压电片3a和第二压电片3b的表面产生电位，通过利用第一检测电极4a和第二检测电极4b检测所产生的电位，从而能够检测对于输入面1a的按压力的大小。需要说明的是，显示装置5由LCD或有机EL构成。
2、压力检测器
1)压力检测器的整体结构
如图2所示，压力检测器100配置在框架6的凹部6a，并且具有压电片3以及检测电极4。需要说明的是，压力检测器100还可以具备支撑基板1以及用于在支撑基板1上粘贴压电片3的粘结层2。本实施方式中，压力检测器100具有支撑基板1、粘结层2、压电片3以及检测电极4。从输入面侧向背面侧，支撑基板1、粘结层2和压电片3按照该顺序配置。需要说明的是，压电片3在被按压时挠曲，并在压电片3的厚度方向产生电位差(电荷)。检测电极4配置在压电片3的输入面侧和背面侧的表面，夹着压电片3检测压电片3中产生的电位差(电荷)。检测电极4检测到的电位差(电荷)被连接于检测电极4的检测器处理，根据所检测到的电位差(电荷)检测施加在压力检测器100上的按压的按压量(未图示)。如上所述，能够检测施加在压力检测器100上的按压的按压量。
1)支撑基板
如图2所示，支撑基板1配置在框架6的支撑部6b，构成压力检测器100的输入面1a。需要说明的是，支撑基板1的厚度和硬度比后面说明的压电片3和检测电极4大。因此，支撑基板1具有比压电片3和检测电极4更大的弯曲刚性。另外，弯曲刚性是指向部件施加按压时的部件的耐弯曲性。
作为支撑基板1，可以例举例如聚对苯二甲酸乙二醇酯或丙烯酸系树脂等通用树脂、聚缩醛系树脂或聚碳酸脂系树脂等通用工程树脂、聚砜系树脂或聚苯硫醚系树脂等特种工程树脂、玻璃等。支撑基板1的厚度可以是例如0.3～3mm。
2)粘结层
对于粘结层2并不特别限定，优选地，使用透明光学粘结材料。作为这样的粘结材料，可以例举例如压敏粘着剂(PressureSensitiveAdhesive；PSA)等。需要说明的是，粘结层2的厚度可以是例如5μm～300μm。
3)压电片
压电片3是在被施加按压而发生挠曲时产生与施加在片材的输入面侧和背面侧的表面的按压对应的电位差的片材。作为这样的压电片3，可以由多个压电片构成，在本实施方式中，由第一压电片3a和第二压电片3b构成。第一压电片3a配置在支撑基板1的背面侧，第二压电片3b配置在第一压电片3a的背面侧。
需要说明的是，第一压电片3a和第二压电片3b在面内方向被拉伸时，在输入面侧和背面侧的表面产生电荷，分别在上述压电片内产生电位差。另外，第一压电片3a之间产生的电位差(V1)和第二压电片3b之间产生的电位差(V2)分别满足下面关系式5。
式5：V1/V2＜0
其中，在式5中，V1表示V1a-V1b，V2表示V2a-V2b。V1a表示第一压电片产生拉伸应力时的第一压电片的输入面侧的电位，V1b表示第一压电片产生拉伸应力时的第一压电片的背面侧的表面的电位。V2a表示第二压电片产生拉伸应力时的第二压电片的输入面侧的电位，V2b表示第二压电片产生拉伸应力时的第二压电片的背面侧的表面的电位。
如图3所示，当第一压电片3a和第二压电片3b构成为满足上述关系式5时，则在第一压电片3a和第二压电片3b受到热应力时，第一压电片3a的输入面侧和第二压电片3b的背面侧的表面产生正负相同的电荷(例如，如果第一压电片3a的输入面侧的表面产生正电荷，则第二压电片3b的背面侧的表面也产生正电荷。并且，如果第一压电片3a的输入面侧的表面产生负电荷，则第二压电片3b的背面侧的表面也产生负电荷)。在本实施方式中，第一压电片3a的输入面侧和第二压电片3b的背面侧的表面产生负电荷。
而且，第一压电片3a和第二压电片3b
1)厚度十分薄(例如，5μm～50μm)，
2)靠近(例如，以1μm～50μm的间隔靠近)或者接触，
3)由具有相同特性的材料构成。
“具有相同特性的材料”表示热电常数、压电常数、杨氏模量、介电常数接近的材料。
如上所述构成时，则在压电片3受到热应力时，第一压电片3a中产生的电位差(V1)和第二压电片之间产生的电位差(V2)满足下面的关系式6。
式6：∣V1∣≈∣V2∣
而且，如上所述构成时，第一压电片3a的背面侧的表面与第二压电片3b的输入面侧的表面之间满足下面的关系式7。
式7：V1b≈V2a
因此，根据关系式5～7可以导出关系式8。
式8：V1a≈V2b
从而，如上所述构成时，则在压电片3受到热应力时，由于热应力而产生的第一压电片3a的输入面侧的表面的电位和第二压电片3b的背面侧的表面的电位大致相等。
需要说明的是，如图3所示，在压力检测器100中，第一压电片3a的输入面侧和第二压电片3b的背面侧的表面配置有检测电极4。检测电极4检测第一压电片3a的输入面侧和第二压电片3b的背面侧的表面产生的电位的差异作为在压电片3内产生的电位差。因此，在第一压电片3a和第二压电片3b受到热应力时，根据公式8，检测电极4检测到的压电片3内的电位差是V1a-V2b≈0，检测出大致为“0”。从而，通过如上所述构成压电片3和检测电极4，即使热应力作用于第一压电片3a和第二压电片3b，作为压电片3整体也几乎检测不出由热应力导致的电位差。从而，能够实现几乎不会出现因伴随温度变化而产生的热应力导致的错误动作的压力检测器100。
并且，在第0030段落中，说明了第一压电片3a和第二压电片3b的1)厚度十分薄，2)靠近或者接触，3)由具有相同特性的材料构成的情况，但是，
除了上述之外，优选地，第一压电片3a和第二压电片3b
4)彼此接触，
5)压力分布和温度分布相同，
6)由相同材料构成。
如果第一压电片3a和第二压电片3b如上所述地构成，则上述的式6～式7转换为如下。
式6’：∣V1∣＝∣V2∣
式7’：V1b＝V2a
因此，根据关系式5、6’、7’可以导出关系式8’。
式8’：V1a＝V2b
即、当如上所述构成时，即使热应力作用于第一压电片3a和第二压电片3b，根据公式8’，作为压电片3整体通过检测电极4检测到的热应力导致的电位差也为V1a-V2b＝0，完全检测不到。其结果，本发明的压力检测器100成为不产生热应力导致的错误动作的设备。
另外，尤其在第一压电片3a和第二压电片3b由铁电体构成时，优选地，第一压电片3a和第二压电片3b构成为在无按压状态下的极化方向彼此相反方向。如果具有上述构成，则在压力检测器100内发生温度变化，上述片材3内产生了热电效应时，第一压电片3a的输入面侧和第二压电片3b的背面侧产生正负相同的电荷(例如，如果压电片3的输入面侧的表面产生正电荷，则压电片3的背面侧的表面也产生正电荷。并且，如果压电片3的输入面侧的表面产生负电荷，则压电片3的背面侧表面也产生负电荷)。这时，第一压电片3a之间产生的电位差(V11)和第二压电片3b之间产生的电位差(V22)满足下面的关系式9。
式9：V11/V22＜0
其中，在式9中，V11表示由于热电效应产生的第一压电片的输入面侧的表面的电位，以V11a-V11b表示。V22表示由于热电效应产生的第二压电片的背面侧的表面的电位，以V22a-V22b表示。V11a表示由于热电效应产生的第一压电片的输入面侧的表面的电位，V11b表示由于热电效应产生的第一压电片的背面侧的表面的电位。另外，V22a表示由于热电效应产生的第二压电片的输入面侧的表面的电位，V22b表示由于热电效应产生的第二压电片的背面侧的表面的电位。
并且，如上所述，第一压电片3a和第二压电片3b
1)厚度十分薄(例如，5μm～50μm)，
2)靠近(例如，以1μm～50μm的间隔靠近)或者接触，
3)而且由具有相同特性的材料构成。
因此，当第一压电片3a和第二压电片3b产生温度变化导致的热电效应时，第一压电片3a中产生的电位差(V11)和第二压电片中产生的电位差(V22)满足下面的关系式10。
式10：∣V11∣≈∣V22∣
而且，如果如上所述构成时，则第一压电片3a的背面侧的表面与第二压电片3b的输入面侧的表面之间满足下面关系式11。
式11：V11b≈V22a
从而，根据关系式9～11，可以导出关系式12。
式12：V11a≈V22b
从而，如果如上所述构成时，则在压电片3受到热电效应的影响时，由热电效应导致的第一压电片3a的输入面侧的表面的电位和第二压电片3b的背面侧的表面的电位大致相等。由此，在压力检测器100中，在第一压电片3a和第二压电片3b受到热电效应的影响时，根据公式12，由检测电极4检测到的压电片3的、热电效应导致的电位差是V11a-V22b≈0，即大致为“0”。从而，即使第一压电片3a和第二压电片3b中发生热电效应，压电片3作为整体也几乎无法检测到的热电效应导致的电位差。即、在压电片3(第一压电片3a和第二压电片3b)由铁电体构成时，通过压电片3和检测电极4构成为上述结构，从而成为几乎不进行温度变化导致的错误动作(除了热应力导致的错误动作之外，还包括热电效应导致的错误动作)的压力检测器100。
并且，在第0037段落中，说明了第一压电片3a和第二压电片3b的1)厚度十分薄，2)靠近或者接触，3)由具有相同特性的材料构成的情况，但是，除了上述之外，优选地，第一压电片3a和第二压电片3b
4)彼此接触，
5)压力分布和温度分布相同，
6)由相同材料构成。
如果第一压电片3a和第二压电片3b具有上述构成，则上述式10～式12转换为以下式。
式10’：∣V11∣＝∣V22∣
式11’：V11b＝V22a
并且，根据关系式9、10’、11’，导出关系式12’。
式12’：V11a＝V22b
即、如果如上所述构成时，即使热电效应作用于第一压电片3a和第二压电片3b，根据公式12’，在压电片3检测电极4检测到的热电效应导致的电位差是V11a-V22b＝0，无法检测到。其结果，本发明的压力检测器100成为不会出现温度变化导致的错误动作(除了热应力导致的错误动作之外，还包括热电效应导致的错误动作)的设备。
而且，通过具有上述构成，如图4所示，压力检测器100包括粘结层2，并且粘结层2较厚且柔软时、或者粘结层2的硬度因温度变化而发生变化时，即使粘结层2滑动变形，压力检测器100还是能够显示出较高的检测灵敏度。下面说明即使在粘结层2滑动变形时本发明的压力检测器100也能够维持较高的检测灵敏度的理由。
如图4所示，在向压力检测器100施加按压时，如上所述，支撑基板1具有大于压电片3或检测电极4的刚性，因此，压电片3(第一压电片3a和第二压电片3b)中产生拉伸应力。这时，第一压电片3a中产生拉伸应力F1，第二压电片3b中产生拉伸应力F2。其结果，第一压电片3a和第二压电片3b的输入面侧的表面和背面侧的表面上分别产生对应于上述拉伸应力的电荷。另外，由于所产生的电荷，各压电片3中的输入面侧和背面侧的表面之间产生电位差。第一压电片3a之间产生的电位差V1’是V1a’-V1b’，电位差V1’与拉伸应力F1的大小成比例。第二压电片3b之间产生的电位差V2’是V2a’-V2b’，相同地，电位差V2’与拉伸应力F2的大小成比例。即、拉伸应力F1与电位差V1’、以及拉伸应力F2与电位差V2’之间满足下面的关系式13、关系式14的关系。
式13：V1’∝F1
其中，在式13中，V1’表示向压力检测器施加按压时的第一压电片中产生的电位，以V1a’-V1b’表示。V1a’表示向压力检测器施加按压时的第一压电片的输入面侧的表面的电位，V1b’表示向压力检测器施加按压时的第一压电片的背面侧的表面的电位。
式14：V2’∝F2
其中，在式14中，V2’表示向压力检测器施加按压时的第二压电片中产生的电位，以V2a’-V2b’表示。V2a’表示向压力检测器施加按压时的第二压电片的输入面侧的表面的电位，V2b’表示向压力检测器施加按压时的第二压电片的背面侧的表面的电位。
而且，第一压电片3a的背面侧的表面和第二压电片的输入侧的表面彼此接触或者靠近(例如，以1μm～50μm的间隔靠近)，因此，下面的关系式15成立。
式15：V1b’≈V2a’
另外，式15可近似为式16。
式16：V1b’＝V2a’
从而，根据关系式13、14、16，导出关系式17。
式17：V2b’-V1a’∝F2-F1
其中，在式17中，V2b’-V1a’表示向压力检测器施加按压时的第一压电片的输入面侧和第二压电片的背面侧的表面之间的电位差，F2-F1表示向压力检测器施加按压时，施加于第一压电片和第二压电片的拉伸应力的差。
其中，如上所述，V2b’-V1a’表示向压力检测器施加按压时的第一压电片的输入面侧与第二压电片的背面侧的表面之间的电位差，但是，第一压电片3a的输入面侧和第二压电片3b的背面侧的表面配置有检测电极4，因此，V2b’-V1a’与检测电极4检测到的电位差V’相等。并且，支撑基板1与压电片3和检测电极4相比具有充分的刚性，因此，F2-F1与压力检测器100挠曲时的压力检测器100的曲率(1/r)成比例。因此，式17可以转换为式18。
式18：V’∝1/r
其中，V’表示向压力检测器施加按压时从检测电极输出的电位差，1/r表示向压力检测器施加按压时的压力检测器的曲率。
根据式18，如果如上所述构成压力检测器100，则由检测电极4检测到的电位差V’与压力检测器100挠曲时的压力检测器100的曲率(1/r)成比例，与粘结层2的厚度或柔软性(粘结层2中产生的滑动变形)无关。
即、压力检测器100构成为支撑基板1由弯曲刚性大于压电片3和检测电极4的材料构成，压电片3由第一压电片3a和第二压电片3b构成，第一压电片3a的背面侧和第二压电片3b的输入面侧的表面彼此接触或靠近(例如，以1μm～50μm的间隔靠近)，压电片3构成为被检测电极4夹住，因此，压力检测器100成为即使粘结层2滑动变形也能够维持较高的检测灵敏度的设备。
需要说明的是，如图5所示，如果显示装置5配置在第二压电片3b的背面侧，则压力检测器100的中立轴C有时存在于压电片3的中央附近。在这种情况下，向压力检测器100施加按压时，第一压电片3a中产生压缩应力(-F1)，第二压电片3b中产生拉伸应力(F2)。因此，整体上应力被抵消，对于施加于压力检测器100的按压，被认为不能检测其按压量。但是，由于压力检测器100具有上述构成，所以根据式18，检测电极4所检测的电位差V’依赖于压力检测器100的曲率(1/r)，与显示装置5无关。因此，即使显示装置5配置在第二压电片3b的背面侧时，压力检测器100也能够以高灵敏度检测被施加的按压的按压量。
作为构成压电片3的第一压电片3a和第二压电片3b，可以使用将铁电体材料或由示出压电性的手性高分子D体或者L体构成的材料(示出压电性的光学异构体材料)成形为片状之后进行延伸的片材(延伸片材)。作为铁电体材料可以例举PVDF或PZT等。作为示出压电性的光学异构体材料可以例举聚乳酸或聚氨基酸等。
作为用于第一压电片3a和第二压电片3b的材料的组合，并不特别限定，优选地，第一压电片3a和第二压电片3b由具有相同特性的材料构成。例如，在作为第一压电片3a使用铁电体材料时，优选地，第二压电片3b也使用铁电体材料，在作为第一压电片3a使用示出压电性的光学异构体材料时，优选地，第二压电片3b也使用示出压电性的光学异构体材料。
需要说明的是，在作为第一压电片3a和第二压电片3b使用光学异构体材料时，优选地，作为第一压电片3a使用示出压电性的手性高分子D体，作为第二压电片3b使用示出压电性的手性高分子L体(或者，作为第一压电片3a使用上述高分子L体，作为第二压电片3b使用高分子的上述D体)。如果具有上述构成，则在压力检测器100的背面侧配置显示装置5时，第一压电片3a和第二压电片3b还兼具相位差膜的功能，无需再另外设置相位差膜。
并且，更加优选地，第一压电片3a和第二压电片3b由相同材料(热电常数、压电常数、片材厚度相同的材料)构成。如果具有上述构成，则能够完全抵消由于温度变化带来的热应力和热电效应产生的、来自压电片的输出。
关于第一压电片3a和第二压电片3b的层叠方法，只要层叠后满足式1的关系，则不加以特别限定，但是，作为压电片3使用铁电体材料时，优选地，使第一压电片3a和第二压电片3b的表里彼此相反后层叠。在作为压电片3使用延伸片材时，优选地，使延伸片材的表里彼此相反并对齐延伸方向层叠，或者使表里相同并使延伸方向彼此正交地层叠。
4)检测电极
检测电极4由第一检测电极4a和第二检测电极4b构成。第一检测电极4a配置在支撑基板1与第一压电片3a之间，第二检测电极4b配置在第一压电片4a的背面侧。另外，第一检测电极4a和第二检测电极4b由具有导电性的材料构成。作为具有导电性的材料，可以使用氧化铟锡(Indium-Tlin-Oxide、ITlO)、氧化锡锌(Tlin-Zinc-Oxide、TlZO)等透明导电氧化物、聚乙烯基二氧噻吩(PolyeTlhylenedioxyTlhiophene、PEDOTl)等导电性高分子等。这时，上述的电极可以利用蒸镀或丝网印刷等直接形成在支撑基板1或压电片3的表面上，还可以将利用蒸镀或丝网印刷等形成在树脂膜等表面上的电极利用粘结剂固定在支撑基板1或压电片3上。另外，检测电极4的厚度可以是例如1nm～30,000nm。
并且，作为具有导电性的材料可以使用铜、银等导电性金属。这时，可以通过蒸镀将上述电极形成在压电片上，还可以使用铜浆、银浆等金属浆形成，还可以将通过蒸镀或丝网印刷等形成在树脂膜等表面上的电极通过粘结剂固定在支撑基板或压电片上。
而且，作为具有导电性的材料，可以使用在粘合剂中分散有碳纳米管、金属颗粒、金属纳米纤维等导电材料的材料。
5)检测器
检测器是根据检测电极检测到的电压信号检测按压量的装置。检测器由采用运算放大器的电荷放大器等构成。
6)按压单元
需要说明的是，作为向压力检测器100施加按压的按压单元，只要是能够施加按压的单元即可，并不特别限定。作为按压单元可以例举例如手指或触控笔等。
3、触摸面板
1)触摸面板的整体结构
(1)第一实施方式
接着，说明本发明的触摸面板的第一实施方式。包括在触摸面板中的压力检测器的基本结构如上所述，因此，对于压力检测器主要说明不同点。需要说明的是，在下面的说明中，将触摸面板的输入面(后面说明的输入面60a)所位于的一侧称为“输入面侧”。该“输入面侧”是正面对操作触摸面板50的用户的一侧。与此相反，将从操作触摸面板50的用户侧观察时的深处称为“背面侧”。
如图6所示，触摸面板50具备上部电极10、下部电极20、压电片30以及检测电极40。并且，根据本实施方式的触摸面板50还具备保护板60。从输入面侧向背面侧依次层叠有保护板60、上部电极10、下部电极20、压电片30、检测电极40。
1)保护板
保护板60配置在触摸面板50的最靠近输入面侧，具体地，与上部电极10的输入面侧接合。优选地，保护板60具备透明性、抗擦伤性以及防污性能等。这样的保护板60可以由例如玻璃构成。并且，保护板60在其输入面侧的表面具有操作面60a。该操作面60a是当用户向触摸面板50输入指定的操作时用户的手指等触摸的(成为操作对象)面。
2)上部电极
如图6所示，在本实施方式中，在保护板60的背面侧表面形成有多个上部电极10。多个上部电极10以在Y轴方向上隔开指定的间隔排列的方式彼此平行配置。在本实施方式中，上部电极10形成为条纹状(具有一定宽度的直线状)。另外，上部电极10还可以形成为例如波形或之字形。不管形成为哪种形状，在整体上形成为每个上部电极10沿X轴方向延伸。
并且，优选地，上部电极10由具有出色的透明性的材料构成。作为满足这一要求的材料，可以例举例如氧化亚锡、氧化铟、氧化锑、氧化锌、氧化镉、以及ITO(IndiumTinOxide：氧化铟锡)等金属氧化物、银纳米线、碳纳米管、导电性聚合物等。第一电极14是使用这些材料构成的透明导电膜，其厚度可以是例如5nm～5000nm。在本实施方式中，由ITO薄膜构成上部电极10。这时，上部电极10可利用蒸镀或丝网印刷等直接形成在保护板60的表面上，还可以将利用蒸镀或丝网印刷等形成在树脂膜等的表面上的电极通过粘结剂固定在保护板60上。需要说明的是，上部电极10的厚度可以是例如1nm～20μm。
3)下部电极
在本实施方式中，在上部电极10的背面侧形成有多个下部电极20。多个下部电极20以在X轴方向上隔开指定的间隔排列的方式彼此平行配置。在本实施方式中，下部电极20形成为条纹状(具有一定宽度的直线状)。另外，下部电极20还可以形成为例如波形或之字形。不管形成为哪种形状，整体上形成为每个下部电极20沿Y轴方向延伸。从而，上部电极10和下部电极20配置为在俯视图中彼此交叉(在本实施例中为正交)。与上部电极10相同地，优选地，下部电极20由具有良好的透明性的材料构成。关于构成下部电极2的材料和下部电极20的厚度，可以考虑与上部电极10相同。并且，关于下部电极20的形成方法，也可以考虑与上部电极10相同。
多个上部电极10分别通过连接配线连接于检测电路(未图示)。并且，多个下部电极20也分别通过连接配线连接于检测电路。需要说明的是，连接配线利用金、银、铜以及镍等金属、或者碳等导电浆构成。
4)压电片
如图6所示，压电片30至少由多个压电片构成。在本实施方式中，压电片30由第一压电片31和第二压电片32构成。在本实施方式中，第一压电片31配置在保护板60侧，第二压电片32配置在背面侧。
5)检测电极
如图6所示，检测电极40由第一检测电极41和第二检测电极42构成，第一检测电极41和第二检测电极42构成为夹着压电片30。
在第一压电片31与下部电极20之间，第一检测电极41配置为平面状或者隔开间隔条状配置有多个。在本实施方式中，平面状配置在上述空间内。并且，第一检测电极41与第一压电片31以及以下的检测部电连接，当通过按压单元120向触摸面板50施加按压从而第一压电片31挠曲时，能够检测从第一压电片31的保护板60侧的表面产生的电位，并将检测到的电位发送至检测部。
在第二压电片32的与保护板60相反侧的表面，第二检测电极42配置为平面状或者隔开间隔条状(条状配置时，与第一检测电极41重叠)配置有多个。在本实施方式中，平面状配置在上述空间内。并且，第二检测电极42与第二压电片32以及以下的检测部电连接，当通过按压单元120向压力检测装置1施加按压从而第二压电片32挠曲时，检测从第二压电片32的与保护板60相反侧的表面产生的电荷，并将检测到的电荷发送给检测部。
5)控制部
触摸面板50具备包含CPU等运算处理装置的控制部(未图示)，构成为由该控制部进行位置检测运算以及按压力检测运算。具体地，用户的手指等触摸到触摸面板50(操作面60a)时，则上部电极10与用户的手指等之间的静电电容(自电容)或者下部电极20与用户的手指等之间的静电电容(自电容)发生变化。或者，上部电极10与下部电极20之间的静电电容(互电容)发生变化。而且，上部电极10与下部电极20之间的电阻值发生变化。控制部通过检测这些静电电容的变化或电阻的变化，从而能够确定操作面60a上的X-Y坐标系中的按压位置。并且，用户的手指等触摸触摸面板50(操作面60a)时，则如上所述，压电片30之间的电位差根据被施加的按压力的大小而发生变化。控制部通过检测压电片30的电位差变化，从而能够确定在与操作面60a正交的方向(Z方向)施加的按压力的大小。
(2)第二实施方式
接着，说明本发明的触摸面板的第二实施方式。包括在触摸面板中的基本的结构与第一实施方式相同，因此，下面仅说明不同点。
如图7所示，第二实施方式的触摸面板50的压电片30的输入面侧(保护板60侧)配置有上部电极10、下部电极20、和第一检测电极41。另外，压电片3的背面侧配置有第二检测电极42。
在本实施方式中，下部电极20以在X轴方向上隔开指定的间隔排列的方式彼此平行配置。下部电极20隔开上述指定的间隔配置，在下部电极20与下部电极20之间，与下部电极20隔开间隔配置有第一检测电极41。需要说明的是，在本实施方式中，下部电极20和第一检测电极41形成为条纹状(具有一定宽度的直线状)，但是，下部电极20和第一检测电极41还可以形成为例如波形或之字形。不管形成为哪种形状，整体上，每个下部电极20和第一检测电极41形成为沿Y轴方向延伸。
根据上述构成，第一检测电极41配置在与下部电极20相同的空间内(同一平面上)，而不是层叠在下部电极20的背面侧。因此，与第一实施方式的触摸面板相比，形成相当于第一检测电极41的厚度的量的厚度较薄的触摸面板。另外，在上述构成中，下部电极20还可以兼做第一检测电极41。当将第一检测电极41兼做下部电极20时，适当变更检测部中的检测方法即可。
(3)第三实施方式
接着，说明本发明的触摸面板的第三实施方式。包括在触摸面板中的基本的结构与第一实施方式相同，因此，下面仅说明不同点。
如图8所示，第三实施方式的触摸面板50的压电片3的输入面侧(保护板60侧)配置有上部电极10和第一检测电极41，压电片3的背面侧配置有下部电极20和第二检测电极42。
在本实施方式中，上部电极10以在X轴方向上隔开指定的间隔排列的方式彼此平行配置。另外，在上述指定的间隔，与上部电极10隔开间隔配置有第一检测电极41。另外，在本实施方式中，上部电极10和第一检测电极41形成为条纹状(具有一定宽度的直线状)，但是，上部电极10和第一检测电极41还可以形成为例如波形或之字形。不管形成为哪种形状，整体上，每个上部电极10和第一检测电极41形成为沿Y轴方向延伸。
下部电极20以在Y轴方向上隔开指定的间隔排列的方式彼此平行配置。另外，在上述指定的间隔，与下部电极20隔开间隔配置有第二检测电极42。另外，在本实施方式中，下部电极20和第二检测电极42形成为条纹状(具有一定宽度的直线状)，但是，下部电极20和第二检测电极42还可以形成为例如波形或之字形。不管形成为哪种形状，整体上，每个下部电极20和第二检测电极42形成为沿X轴方向延伸。
根据上述构成，第一检测电极41配置在与上部电极10相同的空间内(同一平面上)，而不是层叠在下部电极20与压电片3之间。而且，第二检测电极42配置在与下部电极20相同的空间内(同一平面上)，而不是层叠在下部电极20的背面侧。因此，与第一实施方式的触摸面板相比，形成相当于第一检测电极41和第二检测电极42的厚度的量的较薄的触摸面板。另外，在上述构成中，上部电极10还可以兼做第一检测电极41，下部电极20可以兼做第二检测电极42。在将上部电极10兼做第一检测电极41时或者将下部电极20兼做第二检测电极42时，适当地变更检测部中的检测方法即可。
符号说明
1：支撑基板；1a：输入面；2：粘结层；3：压电片；3a：第一压电片；3b：第二压电片；4：检测电极；4a：第一检测电极；4b：第二检测电极；5：显示装置；6：框架；6a：凹部；6b：支撑部；7：空间部；10：上部电极；20：下部电极；30：压电片；31：第一压电片；32：第二压电片；40：检测电极；41：第一检测电极；42：第二检测电极；50：触摸面板；60：保护板；100：压力检测装置；110：电子设备；120：按压单元。
Claims (7)
1.一种压力检测器，用于测定被施加于支撑基板的按压，所述压力检测器包括：
第一压电片，配置在所述支撑基板的与被施加所述按压的表面相反侧的表面；
第二压电片，配置成在所述第一压电片的与支撑基板相反侧的表面靠近所述第一压电片或者与所述第一压电片接触；以及
检测电极，所述检测电极夹着所述第一压电片和所述第二压电片，当所述按压被施加时，检测所述第一压电片的所述支撑基板侧的表面和所述第二压电片的与所述支撑基板相反侧的表面之间的电位差，
所述第一压电片和所述第二压电片由具有相同特性的材料构成，且厚度为5μm～50μm，
所述第一压电片和所述第二压电片当被向面内方向拉伸时，在各自的所述支撑基板侧的表面和与所述第支撑基板相反侧的表面之间产生的电位差具有以下式1表示的关系：
式1：V1/V2＜0
其中，在式1中，
V1表示V1a-V1b，
V2表示V2a-V2b，
V1a表示第一压电片的支撑基板侧的表面的电位，
V1b表示第一压电片的与支撑基板相反侧的表面的电位，
V2a表示第二压电片的支撑基板侧的表面的电位，
V2b表示第二压电片的与支撑基板相反侧的表面的电位。
2.根据权利要求1所述的压力检测器，其中，
所述第一压电片和所述第二压电片彼此接触，压力分布和温度分布相同，并且由相同的材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的压力检测器，其中，
所述第一压电片和所述第二压电片由铁电体材料构成，无按压状态下的所述第一压电片与所述第二压电片的极化方向彼此相反。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力检测器，其中，
所述第一压电片、所述第二压电片和所述检测电极具有比所述支撑基板小的弯曲刚性。
5.一种触摸面板，用于测定按压输入面的按压力，所述触摸面板包括：
上部电极，在一个方向上隔开间隔配置有多个所述上部电极；
下部电极，在所述上部电极的与所述输入面侧相反侧，沿与所述上部电极交叉的方向隔开间隔配置有多个所述下部电极，所述下部电极在与所述上部电极之间检测按压位置；
第一压电片，配置在所述下部电极的与输入面相反侧的表面；
第二压电片，配置成在所述第一压电片的与输入面侧相反侧的表面靠近所述第一压电片或者与所述第一压电片接触；以及
检测电极，所述检测电极夹着所述第一压电片和所述第二压电片，当所述按压被施加时，检测所述第一压电片的所述支撑基板侧的表面和所述第二压电片的与所述支撑基板相反侧的表面之间的电位差，
所述第一压电片和所述第二压电片由具有相同特性的材料构成，且厚度为5μm～50μm，
所述第一压电片和所述第二压电片当被向面内方向拉伸时，在各自的所述输入面侧的表面和与所述输入面侧相反侧的表面之间产生的电位差具有以下式2表示的关系：
式2：V1/V2＜0
其中，在式1中，
V1表示V1a-V1b，
V2表示V2a-V2b，
V1a表示第一压电片的输入面侧的表面的电位，
V1b表示第一压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位，
V2a表示第二压电片的输入面侧的表面的电位，
V2b表示第二压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位。
6.一种触摸面板，用于测定按压输入面的按压力，所述触摸面板包括：
上部电极，在一个方向上隔开间隔配置有多个所述上部电极；
下部电极，在所述上部电极的与所述输入面侧相反侧，沿与所述上部电极交叉的方向隔开间隔配置有多个所述下部电极，所述下部电极在与所述上部电极之间检测按压位置；
压电片，具备第一压电片和第二压电片，所述第一压电片配置在所述下部电极的与输入面侧相反侧的表面，所述第二压电片配置成在所述第一压电片的与所述输入面侧相反侧的表面靠近所述第一压电片或者与所述第一压电片接触；
第一检测电极，配置于在所述触摸面板的截面观察中与下部电极隔开间隔的位置；以及
第二检测电极，配置在所述第二压电片的与所述输入面侧相反侧的表面，当所述按压被施加时，所述第二检测电极与所述第一检测电极合作检测在所述压电片产生的电位差，
所述第一压电片和所述第二压电片由具有相同特性的材料构成，且厚度为5μm～50μm，
所述第一压电片和所述第二压电片当被向面内方向拉伸时，在各自的所述支撑基板侧的表面和与所述第支撑基板相反侧的表面之间产生的电位差具有以下式3表示的关系：
式3：V1/V2＜0
其中，在式3中，
V1表示V1a-V1b，
V2表示V2a-V2b，
V1a表示第一压电片的输入面侧的表面的电位，
V1b表示第一压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位，
V2a表示第二压电片的输入面侧的表面的电位，
V2b表示第二压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位。
7.一种触摸面板，用于测定按压输入面的按压力，所述触摸面板包括：
上部电极，在一个方向上隔开间隔配置有多个所述上部电极；
下部电极，在所述上部电极的与所述输入面侧相反侧，沿与所述上部电极交叉的方向隔开间隔配置有多个所述下部电极，所述下部电极在与所述上部电极之间检测按压位置；
压电片，具备第一压电片和第二压电片，所述第一压电片配置在所述下部电极的与输入面侧相反侧的表面，所述第二压电片配置成在所述第一压电片的与所述输入面侧相反侧的表面靠近所述第一压电片或者与所述第一压电片接触，第一压电片和第二压电片配置在所述上部电极与所述下部电极之间，
在所述触摸面板的截面观察中，所述触摸面板包括：
第一检测电极，配置在与所述上部电极隔开间隔的位置；以及
第二检测电极，配置在与所述下部电极隔开间隔的位置，当所述按压被施加时，所述第二检测电极与所述第一检测电极合作检测在所述压电片产生的电位差，
所述第一压电片和所述第二压电片由具有相同特性的材料构成，且厚度为5μm～50μm，
所述第一压电片和所述第二压电片当被向面内方向拉伸时，在各自的所述输入面侧的表面和与所述输入面相反侧的表面之间产生的电位差具有以下式4表示的关系：
式4：V1/V2＜0
其中，在式1中，
V1表示V1a-V1b，
V2表示V2a-V2b，
V1a表示第一压电片的输入面侧的表面的电位，
V1b表示第一压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位，
V2a表示第二压电片的输入面侧的表面的电位，
V2b表示第二压电片的与输入面侧相反侧的表面的电位。
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