CN109478114A

CN109478114A - 传感器和电子设备

Info

Publication number: CN109478114A
Application number: CN201780046348.6A
Authority: CN
Inventors: 川口裕人; 后藤哲郎; 胜原智子; 宫胁真奈美
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2037-07-24
Also published as: JPWO2018025690A1; JP6908043B2; CN109478114B; WO2018025690A1

Abstract

一种能够检测触摸操作和按压操作的传感器，所述传感器包括：接地电极；设在所述接地电极上且包括多个第一子电极的第一电极；和设在所述第一电极上且包括多个第二子电极的第二电极。在所述第二电极上设有操作表面，第一子电极和第二子电极构成交叉部。从接地电极侧平视交叉部时看到的交叉部的边界线的长度L1比从操作表面侧平视交叉部时看到的交叉部的边界线的长度L2长。

Description

传感器和电子设备

技术领域

本技术涉及能够检测触摸操作和按压操作的传感器以及包括所述传感器的电子设备。

背景技术

作为压力检测型电容传感器，提出了一种设有包含交叉的发送电极和接收电极的传感器层、经由可变形层而设在传感器层的一个表面侧上的第一接地电极、和经由可变形层而设在传感器的另一表面侧上的第二接地电极的压力检测型电容传感器(参见例如专利文献1)。在此传感器中，当操作表面受到按压时，发送电极与接收电极的交叉部分的互电容根据布置在上侧及下侧的接地电极的影响而变化。通过使用控制器IC检测所述互电容的变化，可检测对于操作表面的按压操作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开第2014-179062号

发明内容

发明要解决的问题

在具有上述构造的传感器中，可通过去除第一接地电极和第二接地电极之中的设在操作表面侧上的电极，来检测触摸操作和按压操作两者。然而，在如上所述通过去除一个电极而获得的传感器中，在通过诸如手写笔之类的非导电体对操作表面执行按压操作的情况下，操作灵敏度较低。

本技术的目的是提供一种在能够检测触摸操作和按压操作的传感器中能够提高通过非导电体执行的按压操作的灵敏度的传感器，及包括所述传感器的电子设备。

解决问题的方案

为了解决以上问题，第一技术是能够检测触摸操作和按压操作的传感器，所述传感器包括接地电极、设在接地电极上且包括多个第一子电极的第一电极、和设在第一电极上且包括多个第二子电极的第二电极，其中在所述第二电极上设有操作表面，第一子电极和第二子电极构成交叉部，并且从所述接地电极侧平视所述交叉部时看到的所述交叉部的边界线的长度L1比从所述操作表面侧平视所述交叉部时看到的所述交叉部的边界线的长度L2长。

第二技术是能够检测按压操作的传感器，所述传感器包括第一接地电极、设在所述第一接地电极上且包括多个第一子电极的第一电极、设在第一电极上且包括多个第二子电极的第二电极、和设在第二电极上的第二接地电极，其中在所述第二接地电极上设有操作表面，第一子电极和第二子电极构成交叉部，并且从所述第一接地电极侧平视所述交叉部时看到的所述交叉部的边界线的长度L1与从所述操作表面侧平视所述交叉部时看到的所述交叉部的边界线的长度L2不同。

第三技术是包括根据第一技术或第二技术的传感器的电子设备。

发明的效果

根据本技术，可提高在能够检测触摸操作和按压操作的传感器中通过非导电体执行的按压操作的灵敏度。

附图说明

[图1]图1A是示出通过导电体执行的触摸操作的示意图。图1B是示出通过导电体执行的按压操作的示意图。图1C是示出通过非导电体执行的按压操作的示意图。

[图2]图2是示出根据本技术的第一实施方式的电子设备的构造的方框图。

[图3]图3A是示出传感器的构造的截面图。图3B是示出传感器层的构造的平面图。

[图4]图4是示出感测单元的构造的平面图。

[图5]图5A是沿图4的线VA-VA截取的截面图。图5B是图5A的一部分的放大截面图。

[图6]图6A是沿图4的线VIA-VIA截取的截面图。图6B是图6A的一部分的放大截面图。

[图7]图7A是示出从操作表面侧平视的交叉部的平面图。图7B是沿图7A的线VIIB-VIIB截取的截面图。

[图8]图8A是示出从接地电极侧平视的交叉部的平面图。图8B是沿图8A的线VIIIB-VIIIB截取的截面图。

[图9]图9A是示出在从操作表面侧平视的交叉部中电力线泄漏较大的部分的平面图。图9B是示出从接地电极侧平视的交叉部中电力线泄漏较大的部分的平面图。

[图10]图10A是示出其中电极之间的距离D显著小于电极的边的长度L的构造的示意图。图10B是示出其中电极之间的距离D与电极的边的长度L基本相同的构造的示意图。

[图11]图11是示出通过导电体和非导电体执行操作时的传感器输出的图表。

[图12]图12A、12B和12C分别是描述传感器的操作的截面图。

[图13]图13是示出通过导电体执行操作时的传感器输出的图表。

[图14]图14A是示出通过导电体和非导电体执行操作时的传感器输出的图表。图14B是示出在FD>BD的情况下的传感器输出的图表。图14C是示出在FD>BD且L1>L2的情况下的传感器输出的图表。

[图15]图15A是示出从操作表面侧平视的交叉部的构造的平面图。图15B是示出从接地电极侧平视的交叉部的构造的平面图。

[图16]图16A是示出从操作表面侧平视的交叉部的构造的平面图。图16B是示出从接地电极侧平视的交叉部的构造的平面图。

[图17]图17A是示出从操作表面侧平视的交叉部的构造的平面图。图17B是示出从接地电极侧平视的交叉部的构造的平面图。

[图18]图18A和18B分别是示出交叉部的朝向的平面图。

[图19]图19是示出根据本技术的第一实施方式的变形例的传感器的构造的截面图。

[图20]图20是示出根据本技术的第二实施方式的传感器的构造的截面图。

[图21]图21A、21B和21C分别是示出根据本技术的第二实施方式的传感器的操作的截面图。

[图22]图22是示出根据本技术的第三实施方式的传感器的构造的截面图。

[图23]图23A、23B和23C分别是示出根据本技术的第三实施方式的传感器的操作的截面图。

具体实施方式

本技术的实施方式以以下顺序进行描述。

1第一实施方式(能够检测触摸操作和按压操作的传感器)

1.1电子设备的构造

1.2传感器的构造

1.3操作时的传感器的输出信号

1.4传感器的操作

1.5效果

1.6变形例

2第二实施方式(能够检测触摸操作和按压操作的传感器)

2.1传感器的构造

2.2传感器的操作

2.3效果

2.4变形例

3第三实施方式(能够检测按压操作的传感器)

3.1传感器的构造

3.2传感器的操作

3.3效果

3.4变形例

<1第一实施方式>

根据本技术的第一实施方式的传感器20可检测多个手指或单个手指(导电体)的触摸位置坐标和移动状态(参照图1A)，并且可检测当用手指按压操作表面时的荷重位置坐标(参照图1B)。因此，通过传感器20，可使用手指的按压程度信息来执行操作。

在一般的触摸板、触摸面板等等中，可检测具有一定程度的导电性的物体的位置坐标，但难以检测诸如非导电性的手写笔之类的非导电体的位置坐标。与之相比，根据第一实施方式的传感器20即使在通过非导电体对操作表面执行操作的情况下，也能够检测其荷重位置(参照图1C)。因此，通过传感器20，可使用非导电体的按压程度信息来执行操作。

[1.1电子设备的构造]

根据本技术的第一实施方式的电子设备10是所谓的平板型电脑，如图2所示，电子设备10包括传感器20、作为控制单元的控制器IC 11、作为电子设备10的主体的主机设备12、和显示装置13。传感器20可包含控制器IC 11。

(传感器)

传感器20可检测对于操作表面的触摸操作和按压操作这两种类型的输入操作。传感器20检测与输入操作对应的静电电容变化，并将与之对应的输出信号输出到控制器IC11。这里，触摸操作表示的是，诸如手指之类的导电体(接地物体)接近操作表面的操作，或者是上述导电体接触操作表面的操作。此外，按压操作表示的是，用诸如手指之类的导电体或诸如手写笔之类的非导电体按压操作表面的操作。

(控制器IC)

控制器IC 11基于从传感器20提供的与静电电容变化对应的输出信号，确定对操作表面执行了触摸操作和按压操作之中的哪种操作，并将与该确定结果对应的信息输出到主机设备12。具体来讲，例如，控制器IC 11具有两个阈值A和B，并基于所述阈值A和B来执行上述确定。在控制器IC 11确定执行了触摸操作的情况下，控制器IC 11向主机设备12通知执行了触摸操作，并向主机设备12输出执行了触摸操作的位置坐标的信息。另一方面，在控制器IC 11确定执行了按压操作的情况下，控制器IC 11向主机设备12通知执行了按压操作，并向主机设备12输出执行了按压操作的位置坐标的信息。另外，控制器IC 11可向主机设备12输出关于按压力(荷重)的信息。

(主机设备)

主机设备12基于从控制器IC 11提供的信息，执行各种处理。例如，执行诸如在显示装置13上显示文字信息和图像信息等、移动在显示装置13上显示的光标、滚动屏幕等等的处理。

(显示装置)

显示装置13基于从主机设备12提供的视频信号、控制信号等，显示视频(屏幕)。显示装置13的示例包括例如液晶显示器、电致发光(EL)显示器、电子纸等等，但不限于此。

[1.2传感器的构造]

如图3A所示，传感器20包括接地电极21、设在接地电极21上的可变形层22、设在可变形层22上的电容耦合型传感器层30、和设在传感器层30上的表面层23。接地电极21、可变形层22、传感器层30和表面层23对于可见光具有透明性。

可变形层22和传感器层30之间通过未图示的贴合层而彼此贴合。此外，传感器层30和表面层23之间也通过未图示的贴合层彼此贴合。接地电极21可直接设在可变形层22的背表面上，或可经由贴合层贴合到可变形层22的背表面上。

传感器20的两个主表面之中的一个主表面是平面状的操作表面20SA。以下，传感器20的两个主表面之中的、与操作表面20SA相对一侧的主表面被称为背表面20SB。传感器层30的两个主表面之中的、在操作表面20SA侧的表面有时被称为上表面，而背表面20SB侧的表面有时被称为下表面。此外，在操作表面20SA内彼此正交的轴被分别称为X轴和Y轴，垂直于操作表面20SA的轴被称为Z轴。Z轴方向有时被称为向上方向，-Z轴方向有时被称为向下方向。

传感器20设在显示装置13的显示表面上。传感器20和显示装置13之间通过贴合层24彼此贴合。贴合层24包括粘合剂。作为粘合剂，例如可使用从包括丙烯酸粘合剂、硅酮粘合剂、氨基甲酸酯粘合剂等的组中选择的一种或多种。如本文所使用的，压敏粘合(pressure sensitive adhesion)被定义为粘合(adhesion)中的一种。注意，设在可变形层22与传感器层30之间的粘合层和设在传感器层30与表面层23之间的贴合层也通过类似于贴合层24的粘合剂构成。

没有将接地电极设成面对传感器层30的上表面，而是将接地电极21设成面对传感器层30的下表面。换句话说，在传感器20的构造中，在操作表面20SA侧，没有将传感器层30与外部之间电场屏蔽，而在背表面20SB侧，将传感器30与外部之间电场屏蔽。此外，在传感器20的构造中，接地电极21与传感器层30之间的距离可通过按压操作表面20SA而改变。

由于传感器20具有上述构造，因此当导电体或接地物体接近未被电场屏蔽侧的操作表面20SA时，由传感器层30检测到电容变化。此外，当操作表面20SA被导电体或非导电体按压时，接地电极21与传感器层30之间的距离发生变化，从而由传感器层30检测到电容变化。

(接地电极)

接地电极21构成传感器20的背表面20SB，且被布置成在传感器20的厚度方向上面对传感器层30。接地电极21可具有比传感器层30或类似层高的弯曲刚性，以用作传感器20的支撑板。在本说明书中，接地电极21中的接地相当于驱动IC的接地(GND)。接地物体并不一定是必须总是接地的，并且接地物体可以是具有预定体积的导电体，例如，诸如人体。

接地电极21是接地的透明导电层。作为接地电极21的材料，例如可使用从包括具有导电性的金属氧化物材料、金属材料、碳材料、导电聚合物等等的组中选择的一种或多种。金属氧化物材料例如包括氧化铟锡(ITO)、氧化锌、氧化铟、加锑氧化锡、加氟氧化锡、加铝氧化锌、加镓氧化锌、加硅氧化锌、氧化锌-氧化锡系、氧化铟-氧化锡系、氧化锌-氧化铟-氧化镁系等等。作为金属材料，例如，可使用金属纳米颗粒、金属线等。其具体材料可包括诸如铜、银、金、铂、钯、镍、锡、钴、铑、铱、钢、钌、锇、锰、钼、钨、铌、钽、钛、铋、锑和铅等金属、或者它们的合金等等。碳材料例如包括碳黑、碳纤维、富勒烯、石墨烯、碳纳米管、碳微线圈、纳米角等等。作为导电聚合物，例如可使用取代或非取代的聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、以及由从上述项中选择的一种或两种构成的(共)聚合物等等。

接地电极21的形状例如可以是板状、箔状、薄膜状、网格状等等，但不限于此。接地电极21也可设在基材上。在此情况中，基材对于可见光具有透明性，且具有柔性。基材的形状可以是膜状或板状。这里，膜也包括片。

由于接地电极21设在传感器20的背表面20SB上，因此可抑制来自显示装置13等的外部噪声(外部电场)从背表面20SB侧进入传感器层30内。

(可变形层)

可变形层22将接地电极21与传感器层30以预定间隔分隔开。可变形层22被构造成可通过对于操作表面20SA的按压操作而弹性变形。可变形层22是由弹性体构成的弹性层。作为弹性体，例如，诸如发泡橡胶之类的具有柔性的弹性体是优选的。可变形层22具有膜状或板状。

(传感器层)

传感器层30可检测对于操作表面20SA的触摸操作和按压操作。传感器层30包括多个感测单元30A。感测单元30A检测由触摸操作和按压操作引起的静电电容变化，并将静电电容变化输出到控制器IC 11。

如图3A和3B所图示的，传感器层30包括基材31、设在基材31的上表面上的多个发送电极(第二电极)32和设在基材31的下表面上的多个接收电极(第一电极)33。多个发送电极32整体具有条带形。具体地，多个发送电极32在Y轴方向上延伸，且被布置成在X轴方向上以一定的间隔分离开。多个接收电极33整体具有条带形。具体地，多个接收电极33在X轴方向上延伸，且被布置成在Y轴方向上以一定的间隔分离开。

从操作表面20SA侧来看，发送电极32设在接收电极33的前方侧。发送电极32和接收电极33被布置成正交交叉，在交叉部处形成感测单元30A。当从Z轴方向平视多个感测单元30A时，多个感测单元30A以矩阵形状二维地布置。

配线34从发送电极32的一端引出，引至围绕基材31的周边缘部，并连接到柔性印刷电路板(FPC)(未示出)。同样，配线35从接收电极33的一端引出，引至围绕基材31的周边缘部，并连接到FPC(未示出)。

(基材)

基材31具有柔性。例如，基材31具有膜状或板状。作为基材31的材料，可使用无机材料或有机材料，优选使用有机材料。作为有机材料，例如，可使用已知的聚合物材料。已知的聚合物材料的具体示例包括例如三乙酰纤维素(TAC)、聚酯(TPEE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、芳香族聚酰胺、聚乙烯(PE)、聚丙烯酸脂、聚醚砜、聚砜、聚丙烯(PP)、二乙酸纤维素、聚氯乙烯、丙烯酸树脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环氧树脂、尿素树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)等等。

(发送电极、接收电极)

以下，参照图4和图5A至图10B描述发送电极32和接收电极33的构造。如图4所示，发送电极32包括多个线状的子电极(第二子电极)32a。多个子电极32a在Y轴方向上延伸，并被布置成在X轴方向上分离开。在X轴方向上相邻的子电极32a之间的间隔可为恒定的，或可为不同的。

如图4所示，接收电极33包括多个线状的子电极(第一子电极)33a。多个子电极33a在X轴方向上延伸，并被布置成在Y轴方向上分离开。在Y轴方向上相邻的子电极33a之间的间隔可为恒定的，或可为不同的。

子电极32a和33a形成交叉部30B。从操作表面20SA侧来看，子电极32a设在子电极33a的前方侧。当控制器IC 11在子电极32a与33a之间施加电压时，子电极32a与33a的交叉部30B形成电容耦合(电力线)。感测单元30A检测交叉部30B中包括的多个交叉部30B的电容变化的总值，并将该电容变化的总值输出到控制器IC 11。

子电极32a和33a的宽度W1和W2彼此不同，子电极32a的宽度W1比子电极33a的宽度W2宽。因此，当从垂直于操作表面20SA的方向(以下称为“Z轴方向”)、或其相对侧的垂直于背表面20SB的方向(以下称为“-Z轴方向”)平视交叉部30B时，交叉部30B具有包括长度为W1的长边和长度为W2的短边的矩形形状。

当从Z轴方向平视交叉部30B时，如图7A所示，交叉部30B的短边被视为交叉部30B的边界线C1和C2。另一方面，当从-Z轴方向平视交叉部30B时，如图8A所示，交叉部30B的长边被视为交叉部30B的边界线D1和D2。因此，从-Z轴方向平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边界线D1和D2的长度L1(参照图8A)，比从-Z轴方向平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边界线C1和C2的长度L2(参照图7A)长。

这里，描述感测单元50A的灵敏度提高的原理。设想了如下构造：如图10A所示，其中相对布置的电极41和42的长度L大于电极41与42之间的距离D的构造(以下称作“电极构造A”)；如图10B所示，其中相对布置的电极41和42的长度L基本上等于电极41与42之间的距离D的构造(以下称作“电极构造B”)。

从相对布置的电极41和42的周边缘处泄漏的电力线，受到导电体的接近的影响。从图10A和10B清楚地看到，从电极41与42之间的周边缘处泄漏的电力线43的数量相对于电极41与42之间的电力线43的总数量的比例，在电极构造B中比在电极构造A中大。为此，电极构造B比电极构造A更易于受到导电体接近的影响。换句话说，当导电体接近时，电极构造B比电极构造A更易于发生电容变化。考虑到上述特性，可理解交叉部30B的下方比上方更易于受到导电体接近的影响(参见图7B和8B)。

在根据第一实施方式的传感器20中，子电极32a与33a之间的距离D、以及矩形的交叉部30B的边长度L1和L2(即子电极32a和33a的宽度W1和W2)这三个参数是灵敏度调整的主要参数(灵敏度调整的影响因数)。除此之外，构成基材31、可变形层22和表面层23的各材料的介电常数、可变形层22的厚度BD、表面层的厚度FD等等，也可作为用于灵敏度调整的参数。

当平行布置的子电极32a与33a之间的介电常数为ε，交叉部30B的面积为S(＝L1×L2)，且子电极32a与33a之间的距离为D时，由下式获得子电极32a与33a之间的静电电容C。

C＝εS/D＝ε(L1×L2)/D

在子电极32a与33a之间的距离D相对于边长度L1和L2极小的情况(如图10A的示意图中所示的构造的情况)下，来自子电极32a和33a的周边缘的电力线的泄漏的影响是可忽略的，因而可通过上述等式以高精度计算静电电容。而与之相比，在子电极32a与33a之间的距离D基本上等于边长度L1和L2的情况(如图10B的示意图中所示的构造的情况)下，来自子电极32a和33a的周边缘的电力线的泄漏的影响较大，因而通过上式获得的静电电容与实际静电电容之间存在差异。

在根据第一实施方式的传感器20中，如图7A和7B所示，当从Z轴方向平视电容耦合部分时，形成电容耦合部分的子电极(上部电极)32a和子电极(下部电极)33a的长度L1和M1具有以下关系：(形成电容耦合部分的子电极32a的长度L1)<(形成电容耦合部分的子电极33a的长度M1)。

另一方面，如图8A和8B所示，当从-Z轴方向平视电容耦合部分时，形成电容耦合部分的子电极(上部电极)32a和子电极(下部电极)33a的长度L2和M2具有以下关系：(形成电容耦合部分的子电极32a的长度L2)<(形成电容耦合部分的子电极33a的长度M2)。

因此，在根据第一实施方式的传感器20中，以大于交叉部30B的面积S(L1×L2)的表面30C电容耦合，并且如图7A、7B、8A和8B所示，交叉部30B的相对面积S1与电容耦合的有效面积(表面30C的面积)S2呈S1<S2的关系。

在电容耦合的子电极32a和33a之间，通过电容耦合发送和接收预定频率的电信号。当接地电极21接近处于这种状态的交叉部30B时，一部分信号流到接地电极21，子电极32a与33a之间的信号通信减少(一部分能量泄漏到接地电极21)；换句话说，耦合电容减少。

如上所述，由于子电极32a的宽度W1(＝L1)和子电极33a的宽度W2(＝L2)彼此不同，使得交叉部30B的形状为矩形形状，因此如图9A和9B所示，在接近操作表面20SA的导电体(例如手指等)与设在传感器20的背表面20SB侧的接地电极21之间，发生电力线泄漏的边的长度L1和L2是不同的。

如图9A所示，当从Z轴方向平视交叉部30B时，在交叉部30B的两个短边侧的部分36处，电力线泄漏较大。另一方面，如图9B所示，当从-Z轴方向平视交叉部30B时，在交叉部30B的两个长边侧的部分37处，电力线泄漏较大。

从图9A和9B可理解，在具有上述构造的交叉部30B中，与操作表面20SA侧相比，电力线更容易流向背表面20SB侧。因此，与接近或接触操作表面20SA的导电体相比，交叉部30B的电力线更容易流至接地电极21。换句话说，在具有上述构造的交叉部30B中，感测单元30A的下方的灵敏度提高，而感测单元30A的上方的灵敏度降低。以此方式，通过改变子电极32a和33a的宽度W1和W2，可改变感测单元30A对于接地电极21的灵敏度、以及感测单元30A对于接近或接触操作表面20SA的导电体的灵敏度。

在根据第一实施方式的传感器20中，在子电极32a与33a之间的距离D与交叉部30B的长边的长度L1之间的关系满足L1<2×D的关系的情况下，上述灵敏度调整的效果表现尤其明显。例如，在子电极32a与33a之间的距离D是250μm(D＝250μm)的情况下，交叉部30B的长边的长度L1(即子电极32a的宽度W1)优选小于500μm(L1<500μm)。

此外，优先的是，子电极32a与33a之间的距离D与交叉部30B的长边的长度L1和L2满足D>L1和L2的关系。例如，当D＝250μm时，优选的是L1＝150μm。

L1和L2之间的比率可根据目标的感测单元30A的灵敏度来设定，因而不被特别限制。作为一个示例，L1≈0.5×L2。具体地，在L2＝200μm的情况中，L1≈100μm。

子电极32a和33a是对于可见光具有透明性的透明电极。作为子电极32a和33a的材料，可采用与以上描述的接地电极21的材料类似的材料。

作为子电极32a和33a的形成方法，例如可使用诸如丝网印刷、凹版印刷、凹版胶印印刷、柔版印刷、喷墨印刷等印刷方法，或者可使用诸如光刻技术之类的图案化方法。

(表面层)

表面层23包括操作表面20SA，并且被构造成即使在通过按压操作对操作表面20SA进行按压的情况下也能够保持基本恒定的厚度。表面层23是对于可见光具有透明性、且具有柔性的基材。基材的形状可以是膜状或板状。作为基材的材料，可采用与以上描述的基材31的材料类似的材料。注意，表面层23可以是涂层。

[1.3操作时的传感器的输出信号]

以下，参照图11描述操作时的传感器20的输出信号。这里，输出信号对应于在每个感测单元30A中检测出的静电电容的变化。

如图11所示，对于用诸如手指之类的导电体对操作表面20SA执行操作的情况(曲线(A))、与用诸如手写笔之类的非导电体对操作表面20SA执行操作的情况(曲线(B))来说，来自传感器20的输出信号是不同的。

当导电体靠近操作表面20SA时，输出信号增大，当导电体靠近到接触操作表面20SA的程度时，输出信号急剧增大。当在导电体接触操作表面20SA之后操作表面20SA被导电体按压时，输出信号随着按压力增大而增大。

当非导电体靠近操作表面20SA时，输出信号不发生变化，当非导电体接触操作表面20SA并且操作表面20SA被非导电体按压时，输出信号随着按压力增大而增大。

控制器IC 11针对来自传感器20的输出信号具有阈值A和阈值B。阈值A被设定在例如其中输出信号由于导电体的接近而急剧增大的范围内。阈值B被设定在例如比导电体接触操作表面20SA时的输出信号值大、并且可检测出非导电体对操作表面20SA的按压的范围内。注意，控制器IC可具有多个阈值B，并且可利用这些阈值B逐级地检测按压力的强弱。

在来自传感器20的输出信号超过阈值A、且等于或小于阈值B的情况中，控制器IC11确定对操作表面20SA执行了触摸操作。另一方面，在来自传感器20的输出信号超过阈值B的情况中，控制器IC 11确定对操作表面20SA执行了按压操作。

[1.4传感器的操作]

以下，参照图12A至12C，描述在触摸操作和按压操作时的传感器20的操作。注意，图12A和12B示出了XZ截面，而图12C示出了YZ截面。

当控制器IC 11在子像素32a与33a之间施加电压时，如图12A所示，子电极32a和33a在每个交叉部30B中形成电力线(电容耦合)。

如图12B所示，当诸如手指之类的导电体51接近或接触操作表面20SA时，从交叉部30B的短边侧泄漏的电力线流至导电体51，交叉部30B的静电电容发生变化。构成感测单元30A的多个交叉部30B的静电电容变化的总值作为输出信号从传感器20提供到控制器IC11。控制器IC 11基于从传感器20提供的输出信号，确定执行了触摸操作，并且检测执行了触摸操作的位置，将结果通知给主机设备12。

如图12C所示，当通过诸如手写笔之类的非导电体52按压操作表面20SA时，表面层23和传感器层30朝向接地电极21弯曲，可变形层22发生变形。由此，传感器层30接近接地电极21，并且从交叉部30B的长边侧泄漏的电力线流至接地电极21，交叉部30B的静电电容发生变化。构成感测单元30A的多个交叉部30B的静电电容变化的总值作为输出信号从传感器20提供到控制器IC 11。控制器IC 11基于从传感器20提供的输出信号，确定执行了按压操作，并且检测执行了按压操作的位置，将结果通知给主机设备12。

注意，在通过导电体51按压操作表面20SA的情况中，从交叉部30B的短边侧泄漏的电力线流至导电体51，而从交叉部30B的长边侧泄漏的电力线流至接地电极21。

[1.5效果]

根据第一实施方式的传感器20是能够检测触摸操作和按压操作的传感器，包括接地电极21、设在接地电极21上且包括多个子电极33a的接收电极33、以及设在接收电极33上且包括多个子电极32a的发送电极32。在发送电极32上设有操作表面20SA，子电极32a和33a构成交叉部30B。从接地电极21侧平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边界线的长度L1，比从操作表面20SA侧平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边界线的长度L2长。由此，可提高通过非导电体执行的按压操作的灵敏度，并降低通过导电体执行的按压操作的灵敏度。因此，可调整在通过非导电体执行的按压操作与通过导电体执行的按压操作之间的灵敏度平衡。此外，亦可降低通过导电体执行的触摸操作的灵敏度。因此，亦可调整在通过非导电体执行的按压操作与通过导电体执行的触摸操作之间的灵敏度平衡。

此外，在根据第一实施方式的传感器20中，通过矩形的交叉部30B的边长度L1和L2，即子电极32a和33b的宽度W1和W2，可改变传感器层30的上下方向上的灵敏度。因此，可在不太受到诸如尺寸限制和工艺限制等设计上的限制的情况下，调整传感器层30的上下方向上的灵敏度。换句话说，可在不损害传感器20的设计自由度的情况下，调整传感器层30的上下方向上的灵敏度。

此外，在根据第一实施方式的传感器20中，可检测通过诸如手指之类的导电体(接地物体)对一般的触摸面板或触摸板执行的触摸操作。此外，亦可检测通过导电体或非导电体执行的按压操作。另外，对于一般的触摸面板和触摸板不擅长检测干燥手指、指尖等的情况，根据第一实施方式的传感器20仍然可检测由于按压力导致的电容变化，从而可检测干燥手指、指尖等。

[1.6变形例]

(变形例1)

在上述的第一实施方式中，描述了通过使子电极32a和33a具有不同的宽度W1和W2，即通过使交叉部30B的形状为矩形，来改变操作灵敏度的情况，但是也可通过其他构造改变操作灵敏度。例如，可通过改变传感器层30的上表面与操作表面20SA之间的距离、以及传感器层30的下表面与接地电极21的上表面之间的距离，来改变触摸操作与按压操作之间的操作灵敏度。

以下，描述通过改变可变形层22的厚度BD和表面层23的厚度FD来调整操作灵敏度。这里，如图3A所示，传感器20的总厚度假定为FD+D+BD。注意，D是传感器层30的厚度。此外，在下面的描述中，参考例的传感器是指除了满足W1＝W2(L1＝L2)和FD＝BD的关系以外，具有与根据第一实施方式的传感器20类似的构造的传感器。

为了提高触摸操作灵敏度，优选使FD较小，BD较大。例如，优选使FD和BD满足FD<BD的关系。另一方面，为了提高按压操作的灵敏度，优选使FD较大，BD较小。例如，优选使FD和BD满足FD>BD的关系。然而，在按压操作的灵敏度的情况中，由于BD相对于按压力(操作荷重)的变化率会影响灵敏度，因此优选考虑可变形层22、传感器层30和表面层23的弯曲刚性。

在一般的触摸传感器中，通过导电体执行操作时的传感器输出如图13中的曲线(a)所示地相对于操作荷重而变化。换句话说，在一般的触摸传感器中，当导电体接近操作表面时，由于电力线(电场)经由操作表面和导电体的空气层而泄漏，因此传感器的输出逐渐增大，当空气层的厚度接近零时，换句话说，当导电体接近到接触操作表面的程度时，传感器的输出立即增大。在接触后，导电体的一部分(例如指尖等)因操作荷重而变形，从而导电体接触面积增大，使得传感器的输出稍微增大。

另一方面，在参考例的传感器中，由于接触后的荷重导致BD变化，因此通过导电体执行操作时的传感器输出如图13中的曲线(b)所示地相对于操作荷重而显著变化。此外，在参考例的传感器中，亦可检测通过非导电体执行的按压操作，并且通过非导电体执行操作时的传感器输出如图14A中的曲线(c)所示地相对于操作荷重而变化。

如从图14A清楚看出的，在参考例的传感器中，理论上，满足(对于导电体的传感器输出)>(对于非导电体的传感器输出)，并且通过导电体与非导电体执行的操作灵敏度之间的差异较大。因此，在参考例的传感器中，希望抑制这种操作灵敏度的差异。

为了抑制操作灵敏度的上述差异，优选使FD和BD满足FD>BD的关系。满足此关系的传感器与参考例的传感器相比可提高通过非导电体执行的操作灵敏度，且与参考例的传感器相比可降低通过导电体执行的操作灵敏度。由此，使得通过导电体和非导电体执行操作时的传感器输出可如图14B中的曲线(b’)和(c’)所示那样发生变化。因此，可抑制通过导电体与非导电体执行的操作灵敏度之间的差异。

当传感器层的总厚度(＝FD+D+BD)是100时，厚度BD优选不小于(0.1×D)且不大于(0.5×D)。此外，厚度FD优选不小于(1.1×BD)且不大于(2×BD)。

此外，如在根据上述第一实施方式的传感器20中那样，通过将子电极32a和33a的宽度W1和W2设定为满足W1>W2的关系，使得通过导电体和非导电体执行操作时的传感器输出可如图14C中的曲线(b”)和(c”)所示那样发生变化。因此，可进一步抑制通过导电体与非导电体执行的操作灵敏度之间的差异。

此外，可通过设定构成基材31的材料的介电常数ε_D、构成表面层23的材料的介电常数ε_FD、和构成可变形层22的材料的介电常数ε_BD来调整操作灵敏度。为了提高触摸操作的灵敏度，优选使ε_D和ε_FD满足ε_D<ε_FD的关系。另一方面，为了提高按压操作的灵敏度，优选使ε_D和ε_BD满足ε_D<ε_BD的关系。

(变形例2)

在第一实施方式中，描述了从Z轴方向平视时的交叉部30B的形状是矩形的情况，但从Z轴方向平视时的交叉部30B的形状不限于此，只要长度L1和L2满足L1>L2的关系即可。如果满足这种关系，与在第一实施方式中一样，可提高通过非导电体执行的按压操作的灵敏度，并且可降低通过导电体执行的按压操作的灵敏度。

当从Z轴方向平视交叉部30B时，如图15A和16A所示，看到交叉部30B的边界线C1和C2。另一方面，当从垂直于背表面20SB的方向平视交叉部30B时，如图15B和16B所示，看到交叉部30B的边界线D1和D2。交叉部30B的边界线D1和D2的长度L1比交叉部30B的边界线C1和C2的长度L2长。这里，交叉部30B是被边界线C1、C2、D1和D2包围的部分。

图15A和15B示出其中交叉部30B的边界线D1和D2具有圆弧形形状的示例。图16A和16B示出其中交叉部30B的边界线D1和D2具有矩形形状的示例。在此情况中，优选对电极形成时的子电极32a和33a的位置偏移进行抑制。如图17A和17B所示，当子电极32a和33a的位置偏移增大时，交叉部30B的形状与目标形状不同。为此，耦合电容可能波动且在上下方向上的灵敏度可能波动，并且存在不能获得期望特性的情况。

(变形例3)

具有矩形形状的交叉部30B的朝向可被设定为使得长度为L1的长边平行于X轴(如图18A所示)或长度为L1的长边平行于Y轴(如图18B所示)。特别地，如图18A所示，当从操作表面20SA侧看时，可将子电极32a设置在子电极33a的前方侧，并使子电极32a的宽度W1大于子电极33a的宽度W2。或者，如图18B所示，当从操作表面20SA侧看时，可将子电极33a设置在子电极32a的前方侧，并使子电极33a的宽度W2大于子电极32a的宽度W1。

操作物体的接触表面或荷重表面的形状不必限于大致圆形。例如，如图18A和18B所示，操作物体的接触/荷重表面A1的形状可以是大致椭圆形等。通过依据作为对象的操作物体的接触/荷重表面A1的形状而将交叉部30B的长边的方向设定在X轴方向上或Y轴方向上，可提高坐标位置的检测准确度。

(变形例4)

如图19所示，可采用具备多个柱状体22b的可变形层22a来替代可变形层22。在此情况中，接地电极21可设在基材21a上以构成电极基材。可变形层22a可进一步包括连续地或断续地设在接地电极21和传感器层30的周边缘部分之间的框架部分22c。作为柱状体22b的布置形态，例如，可采用专利文献1中公开的布置形态。

(变形例5)

操作表面20SA不限于平面形状，也可以是曲面或屈曲面。在此情况中，传感器20的整体形状可以是弯曲或屈曲的。

(变形例6)

发送电极32和接收电极33包括由子电极构成的多个单位电极体、以及在相邻的单位电极体之间连结的多个连结构件，并且可通过使发送电极32和接收电极33的单位电极体重叠来构造感测单元30A。在此情况中，由子电极构成的单位电极体可具有例如梳齿状、网格状、同心状、螺旋状等。

(变形例7)

亦可采用其中从操作表面20SA侧看时接收电极33设在发送电极32的前方侧的构造。在此情况中，接收电极33的宽度W2可比发送电极32的宽度W1宽。

(变形例8)

在上述的第一实施方式中，描述了电子设备10是平板型电脑的情况，但本技术不限于此示例。例如，本技术也可应用于诸如个人计算机、智能手机等移动电话、电视、相机、移动式游戏机、汽车导航系统和可穿戴装置之类的电子设备。

<2第二实施方式>

[2.1传感器的构造]

如图20所示，根据本技术的第二实施方式的传感器120与根据第一实施方式的传感器20的不同之处在于进一步包括设在传感器层30与表面层23之间的可变形层25。注意，在第二实施方式中，以相同标记表示与第一实施方式相似的部分并且省略了对相似部分的描述。

可变形层25将传感器层30和表面层23以预定间隔分隔开。可变形层25具有膜状或板状。可变形层25是由弹性体构成的弹性层，且被构造为可通过对于操作表面20SA的按压操作而弹性变形。作为弹性体，可使用与可变形层22类似的弹性体。可变形层22和25的杨氏模量可以相同或不同。可变形层22的杨氏模量可大于可变形层25的杨氏模量，或者可变形层25的杨氏模量可大于可变形层22的杨氏模量。换句话说，对于施加到操作表面20SA的荷重，可变形层25可比可变形层22更易变形，或者对于施加到操作表面20SA的荷重，可变形层22可比可变形层25更易变形。

[2.2传感器的操作]

以下，参照图21A至21C描述触摸操作和按压操作时传感器120的操作。这里，描述的是对于施加到操作表面20SA的荷重，可变形层25比可变形层22更易变形的情况。注意，图21A和21B示出了XZ截面，而图21C示出了YZ截面。

如图21A所示，当诸如手指之类的导电体51接近或接触操作表面20SA时，从交叉部30B的短边侧泄漏的电力线流至导电体51，交叉部30B的静电电容发生变化。

如图21B所示，当操作表面20SA被导电体51按压时，表面层23朝向传感器层30弯曲，并且可变形层25发生变形。由此，导电体51接近传感器层30，从交叉部30B的短边侧流至导电体51的电力线增加，从而子电极32a与33a之间的电容变化增大。此外，如图21C所示，当按压力(荷重)进一步增加时，表面层23和传感器层30朝向接地电极21弯曲，可变形层22变形。由此，传感器层30接近接地电极2，1且从交叉部30B的长边侧泄漏的电力线流至接地电极21，从而交叉部30B的静电电容发生变化。

[2.3效果]

在根据第二实施方式的传感器120中，由于在传感器层30与表面层23之间设置了可变形层25，因此可调整由导电体51执行的按压操作的灵敏度。

[2.4变形例]

(变形例1)

作为可变形层22和25，亦可采用包括多个柱状体的可变形层。作为柱状体的布置形态，例如，可采用专利文献1中公开的布置形态。

(变形例2)

替代在传感器层30与表面层23之间设置可变形层25，也可使用同时具有可变形层25的功能的材料来作为表面层23。

(其他变形例)

在第一实施方式的变形例中描述的构造也可应用于根据第二实施方式的传感器120。

<3.第三实施方式>

[3.1传感器的构造]

如图22所示，根据本技术的第三实施方式的传感器220与根据第二实施方式的传感器120的不同之处在于进一步包括设在可变形层25与表面层23之间的接地电极26。注意，在第三实施方式中，以相同标记表示与第二实施方式相似的部分并且省略了对相似部分的描述。

根据第三实施方式的传感器220检测对于操作表面20SA的按压操作。接地电极21被设成面对传感器层30的下表面，接地电极26被设成面对传感器层30的上表面。因此，在操作表面20SA和背表面20SB两侧上，将电容耦合型传感器层30与外部之间电场屏蔽。接地电极26的构造类似于接地电极21的构造。

[3.2传感器的操作]

以下，参照图23A至23C描述按压操作时传感器220的操作。这里，描述了通过诸如手指之类的导电体51对操作表面20SA执行按压操作的情况，但也可通过诸如手写笔之类的非导电体对操作表面20SA执行按压操作。注意，图23A和23B示出了XZ截面，而图23C示出了YZ截面。

当控制器IC 11在子电极32a与33a之间施加电压时，如图23A所示，子电极32a和33a在每个交叉部30B处形成电力线(电容耦合)。

如图23B所示，当操作表面20SA被导电体51按压时，表面层23和接地电极26弯曲，并且可变形层25发生变形。由此，接地电极26接近传感器层30，并且从交叉部30B的短边侧泄漏的电力线流至接地电极26。

此外，施加至操作表面20SA的按压力经由表面层23、接地电极26和可变形层25而施加至传感器层30的上表面，并且如图23C所示，传感器层30朝向接地电极21弯曲，并且可变形层22发生变形。由此，传感器层30接近接地电极21，并且从交叉部30B的长边侧泄漏的电力线流至接地电极21。

如上所示，由于电力线分别从交叉部30B的短边侧和长边侧流至接地电极26和21，因此交叉部30B的静电电容发生变化。

[3.3效果]

在根据第三实施方式的传感器中，在从-Z方向(接地电极21侧)平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边界线的长度L1，比从Z方向(操作表面20SA侧)平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边界线的长度L2长。由此，可提高传感器层30对于接地电极21的灵敏度，并降低传感器层30对于接地电极26的灵敏度。因此，可调整传感器层30的上侧与下侧之间的灵敏度平衡。

[3.4变形例]

(变形例1)

从Z方向平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边界线的长度L2，可比从-Z方向平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边界线的长度L1长。具体来讲，也可构造为当从Z轴方向平视交叉部30时看到矩形的交叉部30B的长边，而当从-Z轴方向平视交叉部30B时看到矩形的交叉部30B的短边。为了实现这种构造，从操作表面20SA看时位于前方侧的子电极32a的宽度W1，比从操作表面20SA看时位于后方侧的子电极33a的宽度W2窄。

在采用上述构造的情况中，可降低传感器层30对于接地电极21的灵敏度，并且可提高传感器层30对于接地电极26的灵敏度。因此，可调整传感器层30的上侧与下侧之间的灵敏度平衡。

(变形例2)

在可变形层22和25的杨氏模量不同的情况中，可以与与可变形层22与25的杨氏模量之间的差异相对应地设定交叉部30B的边的长度L1和L2，从而调整传感器层30对于上和下接地电极21和26的灵敏度平衡。具体来讲，在可变形层22的杨氏模量大于可变形层25的杨氏模量的情况中，从-Z轴方平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边的长度L1，可大于从Z轴方向平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边的长度L2。而另一方面，在可变形层25的杨氏模量大于可变形层22的杨氏模量的情况中，从Z轴方向平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边的长度L2，可大于从-Z轴方向平视交叉部30B时看到的交叉部30B的边的长度L1。

(其他变形例)

在第一或第二实施方式的变形例中描述的构造也可应用于根据第三实施方式的传感器220。

虽然以上具体描述了本技术的实施方式及其变形例，但本技术不限于上述实施方式和变形例，可基于本技术的技术构思做出各种修改。

例如，上述实施方式中描述的构造、方法、工序、形状、材料、数值等仅是示例，也可根据需要使用与这些不同的构造、方法、工序、形状、材料、数值等。

此外，上述实施方式及其变形例的构造、方法、工序、形状、材料、数值等可在本技术的主旨内互相结合。

此外，本技术也可采用以下构造。

(1)

一种能够检测触摸操作和按压操作的传感器，所述传感器包括：

接地电极；

第一电极，设在所述接地电极上，且包括多个第一子电极；和

第二电极，设在所述第一电极上，且包括多个第二子电极，

其中，在所述第二电极上设有操作表面，

所述第一子电极和所述第二子电极构成交叉部，并且

从所述接地电极侧平视所述交叉部时看到的所述交叉部的边界线的长度L1比从所述操作表面侧平视所述交叉部时看到的所述交叉部的边界线的长度L2长。

(2)

根据(1)所述的传感器，

其中，所述长度L1、和所述第一子电极与所述第二子电极之间的距离D满足L1<2×D的关系。

(3)

根据(1)或(2)所述的传感器，

其中，当从所述操作表面侧平视所述交叉部时，所述交叉部具有矩形形状。

(4)

根据(1)至(3)中任一个所述的传感器，

其中，所述第二子电极的宽度比所述第一子电极的宽度宽。

(5)

根据(1)至(4)中任一个所述的传感器，

其中，所述第二电极是发送电极，所述第一电极是接收电极。

(6)

根据(1)至(5)中任一个所述的传感器，进一步包括：

可变形层，所述可变形层设在所述接地电极与所述第一电极之间，并且通过按压所述操作表面而变形。

(7)

根据(1)至(5)中任一个所述的传感器，进一步包括：

第一可变形层，所述第一可变形层设在所述接地电极与所述第一电极之间，并且通过按压所述操作表面而变形；和

第二可变形层，所述第二可变形层设在所述第二电极上，并且通过按压所述操作表面而变形第二电极上的第二可变形层，所述第二可变形层通过按压所述操作表面而变形。

(8)

根据(6)所述的传感器，进一步包括：

表面层，设在所述第二电极上，且包括所述操作表面，

其中，所述表面层的厚度大于所述可变形层的厚度。

(9)

根据(6)或(8)所述的传感器，

其中，所述可变形层包括弹性体。

(10)

根据(6)、(8)或(9)所述的传感器，

其中，所述可变形层包括多个柱状体。

(11)

第一接地电极；

第一电极，设在所述第一接地电极上，且包括多个第一子电极；

第二电极，设在所述第一电极上，且包括多个第二子电极；和

第二接地电极，设在所述第二电极上，

其中，在所述第二接地电极上设有操作表面，

所述第一子电极和所述第二子电极构成交叉部，并且

从所述第一接地电极侧平视所述交叉部时看到的所述交叉部的边界线的长度L1与从所述操作表面侧平视所述交叉部时看到的所述交叉部的边界线的长度L2不同。

(12)

一种电子设备，所述电子设备包括：

根据权利要求1所述的传感器。

符号说明

10 电子设备

11 控制器IC

12 主机设备

13 显示装置

20 传感器

20SA 操作表面

20SB 背表面

21,26 接地电极

22 可变形层(第一可变形层)

25 可变形层(第二可变形层)

23 表面层

30 传感器层

30A 感测单元

30B 交叉部

31 基材

32 发送电极(第二电极)

32a 子电极(第二子电极)

33 接收电极(第一电极)

33a 子电极(第一子电极)

Claims

1.一种能够检测触摸操作和按压操作的传感器，所述传感器包括：

接地电极；

第二电极，设在所述第一电极上，且包括多个第二子电极，

其中，在所述第二电极上设有操作表面，

所述第一子电极和所述第二子电极构成交叉部，并且

2.根据权利要求1所述的传感器，

3.根据权利要求1所述的传感器，

4.根据权利要求1所述的传感器，

其中，所述第二子电极的宽度比所述第一子电极的宽度宽。

5.根据权利要求1所述的传感器，

6.根据权利要求1所述的传感器，进一步包括：

7.根据权利要求1所述的传感器，进一步包括：

第二可变形层，所述第二可变形层设在所述第二电极上，并且通过按压所述操作表面而变形。

8.根据权利要求6所述的传感器，进一步包括：

表面层，设在所述第二电极上，且包括所述操作表面，

其中，所述表面层的厚度大于所述可变形层的厚度。

9.根据权利要求6所述的传感器，

其中，所述可变形层包括弹性体。

10.根据权利要求6所述的传感器，

其中，所述可变形层包括多个柱状体。

11.一种能够检测按压操作的传感器，所述传感器包括：

第一接地电极；

第二接地电极，设在所述第二电极上，

其中，在所述第二接地电极上设有操作表面，

所述第一子电极和所述第二子电极构成交叉部，并且

12.一种电子设备，所述电子设备包括：

根据权利要求1所述的传感器。