CN109791081A - 压电传感器、触摸式输入装置 - Google Patents

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Abstract

显示装置(10)具备框体(11)、操作板(12)、压电传感器(13)、控制部(20)以及显示部(30)。压电传感器(13)具备压电薄膜(21)、OCA(23)、多个第一电极(24)、多个第一布线(124)、多个第二电极(25)、第二布线(125)、基板(26)、基板(27)、以及接收电路(19)。压电传感器(13)粘贴在操作板(12)的与操作面(101)相反侧的面。在俯视第一面(21A)时，多个第一布线(124)具有与压电薄膜(21)或者多个第二电极(25)的任意一方重叠并且不与压电薄膜(21)以及多个第二电极(25)双方重叠的区域(124A)。在俯视第一面(21A)时，区域(124A)设置在各第二电极(25)之间。

Description

压电传感器、触摸式输入装置
技术领域
本发明涉及具备压电薄膜的压电传感器、以及具备该压电传感器的触摸式输入装置。
背景技术
近年来，研究出各种具备压电薄膜的压电传感器。例如，专利文献1公开具备由聚乳酸构成的压电薄膜的压电传感器。压电薄膜具有第一面以及第二面。压电传感器还具备形成在第一面的四个分割电极、与四个分割电极连接的四个布线、以及形成在第二面的平板电极。
在以上的构成中专利文献1的压电传感器在被按压时，从各个布线检测在各个分割电极产生的电压。而且，专利文献1的压电传感器能够基于检测出的电压输出按压信息。
专利文献1：日本国际公开2010/143528号
然而，在专利文献1的压电传感器中的四个布线与压电薄膜以及平板电极双方重叠。因此，在四个布线中的与压电薄膜以及平板电极双方重叠的规定区域，产生来自压电薄膜的电压。即，专利文献1的压电传感器检测通过四个分割电极和四个布线的规定区域产生的电压。
因此，以往的压电传感器以及以往的触摸式输入装置在利用多个分割电极正确地检测产生的电压这一点还有改善的余地。
发明内容
本发明的目的在于提供能够利用多个分割电极正确地检测产生的电压的压电传感器以及触摸式输入装置。
本发明的压电传感器具备：压电薄膜，具有第一面以及第二面；多个第一电极，与第一面对置；第二电极，与第二面对置；以及多个第一布线，与多个第一电极连接。而且，在俯视第一面时，多个第一布线具有与压电薄膜或者第二电极的任意一方重叠并且不与压电薄膜以及第二电极双方重叠的区域。即，在俯视第一面时，多个第一布线配置为即使与压电薄膜或者第二电极的任意一方重叠，也不与压电薄膜以及第二电极双方重叠。
在该构成中的本发明的压电传感器中，在被按压时，由于在压电薄膜产生的电荷而在第一电极(分割电极)感应出电荷，在第一电极24产生电压。另一方面，在上述区域不产生由于在压电薄膜产生的电荷而引起的电荷的感应。
因此，本发明的压电传感器能够从多个第一布线正确地检测在多个分割电极产生的电压。
本发明的触摸式输入装置具备本发明的压电传感器。
因此，本发明的触摸式输入装置起到与本发明的压电传感器相同的效果。
本发明的压电传感器能够利用多个分割电极正确地检测产生的电压。本发明的触摸式输入装置能够利用多个分割电极正确地检测产生的电压。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的显示装置10的俯视图。
图2是图1所示的S－S线上的剖视图。
图3是图1所示的压电传感器13的俯视图。
图4是图3所示的A－A线上的剖视图。
图5是图3所示的C－C线上的剖视图。
图6是图1所示的显示装置的框图。
图7是被用户按压的触摸面板100的剖视图。
图8是图1所示的压电传感器13的比较例所涉及的压电传感器813的俯视图。
图9是表示图8所示的压电传感器813的中央被按压时在各第一电极24产生的电压值的图。
图10是表示图3所示的压电传感器13的中央被按压时在各第一电极24产生的电压值的图。
图11是本发明的第二实施方式所涉及的显示装置具备的压电传感器213的俯视图。
图12是图11所示的E－E线上的剖视图。
图13是本发明的第三实施方式所涉及的显示装置具备的压电传感器313的俯视图。
图14是图13所示的G－G线上的剖视图。
图15是本发明的第四实施方式所涉及的显示装置具备的压电传感器413的俯视图。
图16是图15所示的H－H线上的剖视图。
图17是压电传感器413具备的第二电极425以及屏蔽电极部431、432、433的俯视图。
具体实施方式
《第一实施方式》
以下，使用附图对本发明的第一实施方式所涉及的显示装置进行说明。图1是本发明的第一实施方式所涉及的显示装置10的俯视图。图2是图1所示的S－S线上的剖视图。图3是图1所示的压电传感器13的俯视图。图4是图3所示的A－A线上的剖视图。图5是图3所示的C－C线上的剖视图。图6是图1所示的显示装置10的框图。
显示装置10具备箱状的框体11、矩形形状的操作板12、压电传感器13、控制部20以及显示部30。显示装置10例如是智能手机、平板电脑等。操作板12以及压电传感器13构成触摸面板100。
此外，显示装置10相当于触摸式输入装置的一个例子。
框体11由框状的侧面以及矩形形状的底面构成，且具有矩形形状的开口部。操作板12与框体11抵接以堵住框体11的开口部。操作板12具有由用户进行触摸操作的操作面101。操作板12的材料例如为玻璃。
控制部20配置在框体11的内底面，并与压电传感器13电连接。显示部30具备液晶面板、偏光板、以及背光灯。显示部30与控制部20电连接。
此外，以下，有时将操作板12的操作面101的长边方向称为X方向，将操作板12的操作面101的短边方向称为Y方向，并将操作板12的厚度方向称为Z方向。
如图3～图6所示，压电传感器13具备压电薄膜21、OCA(Optically ClearAdhesive：光学透明胶)23、多个第一电极24、多个第一布线124、多个第二电极25、第二布线125、基板26、基板27、以及接收电路19。OCA23是透明的粘合剂。压电传感器13粘贴在操作板12的与操作面101相反侧的面。
多个第一电极24以及多个第一布线124形成在与压电薄膜21对置的基板26的面。多个第一电极24例如由以ITO为主成分的导体膜构成。基板26的材料为PET树脂、聚酰亚胺树脂等。在本实施方式中多个第一电极24的数目为九个。多个第一电极24例如是用于检测在压电薄膜21产生的电荷(电压)的电极。
多个第二电极25以及第二布线125形成在与压电薄膜21对置的基板27的面。多个第二电极254例如由以ITO为主成分的导体膜构成。基板27的材料是PET树脂、聚酰亚胺树脂等。在本实施方式中多个第二电极25的数目为三个。多个第二电极25例如是用于检测在接地导体、或者压电薄膜21产生的电荷(电压)的电极。
另外，压电薄膜21具有第一面21A以及第二面21B。多个第一电极24经由OCA23与压电薄膜21的第一面21A对置。
另一方面，多个第二电极25经由OCA23与压电薄膜21的第二面21B对置。多个第一布线124与多个第一电极24连接。多个第一电极24经由多个第一布线124与接收电路19电连接。多个第二布线125与多个第二电极25连接。多个第二电极25经由第二布线125与接收电路19电连接。
如图3、图5所示，在俯视第一面21A时，多个第一布线124具有与压电薄膜21或者多个第二电极25的任意一方重叠并且不与压电薄膜21以及多个第二电极25双方重叠的区域124A。在俯视第一面21A时，区域124A设置在各第二电极25之间。即，在俯视第一面21A时，多个第一布线124配置为即使与压电薄膜21或者多个第二电极25的任意一方重叠，也不与压电薄膜21以及多个第二电极25双方重叠。
这里，压电薄膜21的材料是PLLA(L型聚乳酸)。PLLA是手性高分子，主链具有螺旋结构。PLLA单轴延伸，若对分子进行取向，则具有压电性。单轴延伸的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的类别。另外，压电薄膜21的材料也可以是进行了极化处理的PVDF等压电薄膜。
另外，PLLA通过基于延伸等的分子的取向处理产生压电性，不需要如PVDF等其它的聚合物、压电陶瓷那样进行极化处理。即，不属于铁电体的PLLA的压电性并不如PVDF、PZT等铁电体那样通过离子的极化显现，而来自于作为分子的特征结构的螺旋结构。
因此，PLLA不产生在其它的强介电性的压电体产生的热电性。并且，PVDF等随着时间经过出现压电常数的变动，根据情况有压电常数显著地降低的情况，但PLLA的压电常数随着时间经过极其稳定。
若对PLLA的延伸方向121取为三轴，并将与三轴方向垂直的方向取为一轴以及二轴，则在PLLA存在d14的压电常数(剪切压电常数)。将条纹状的压电薄膜21剪裁为一轴方向为厚度方向，相对于三轴方向(延伸方向121)呈45°的角度的方向为长边方向。由此，若压电薄膜21向长边方向伸缩，则压电薄膜21向厚度方向进行极化。
接下来，对压电传感器13检知按压的情况进行说明。
图7是被用户按压的触摸面板100的剖视图。
此外，在图7中，为了对操作板12以及压电传感器13挠曲的样子进行说明，而强调地示出这些挠曲。图7中的空心箭头表示用户进行按压的方向。
操作板12的周边固定于框体11。因此，如图7所示，若操作板12被用户按压，则操作板12挠曲为向被按压的方向凸出。压电传感器13也挠曲为向被按压的方向凸出。
因此，压电传感器13在长边方向(Y方向)伸长(形变)。即构成压电传感器13的压电薄膜21向长边方向伸长。因此，由于压电效应而压电薄膜21向厚度方向极化。
通过在压电薄膜21的两面产生的电荷，在多个第一电极24以及多个第二电极25感应出电荷。在多个第一电极24以及多个第二电极25产生的电荷经由多个第一布线124以及第二布线125输出到接收电路19。
返回到图6，接收电路19生成基于来自多个第一电极24以及多个第二电极25的输出的信号作为按压检知信号，并输出给控制部20。具体而言接收电路19将来自多个第一电极24以及多个第二电极25的输出的阻抗以及振幅水平等转换为容易在控制部20进行处理的条件。
控制部20对接收电路19的输出进行积分处理。具体而言，控制部20判定接收电路19的输出电压与基准电压之差是否超过阈值。在差超过阈值时，控制部20判定为由用户进行了操作。
然后，对于差超过阈值的区间，控制部20对接收电路19的输出电压与基准电压的差进行积分。由此，控制部20求出与载荷对应的积分值。
控制部20基于积分值识别操作输入内容。控制部20例如生成基于识别出的操作输入内容的图像数据，并输出到显示部30。显示部30基于图像数据将图像显示于操作面101。
在以上的构成中，如图3、图5所示，在俯视第一面21A时，多个第一布线124配置为即使与压电薄膜21或者多个第二电极25的任意一方重叠，也不与压电薄膜21以及多个第二电极25双方重叠。
因此，在压电传感器13中，在被按压时，由于在压电薄膜21产生的电荷而在第一电极24感应出电荷，在第一电极24产生电压。另一方面，在区域124A不产生由于在压电薄膜21产生的电荷而引起的电荷的感应。
因此，压电传感器13能够从多个第一布线124正确地检测在多个第一电极24产生的电压。
接下来，对图1所示的压电传感器13与压电传感器13的比较例所涉及的压电传感器813进行比较。首先，对压电传感器813的构成进行说明。
图8是图1所示的压电传感器13的比较例所涉及的压电传感器813的俯视图。压电传感器813在多个第一布线124具有在俯视第一面21A时与压电薄膜21以及多个第二电极825双方重叠的区域824A这一点与第一实施方式的压电传感器13不同。即，多个第一布线124配置为在俯视第一面21A时，与压电薄膜21以及多个第二电极25双方重叠。其它的构成相同，所以省略说明。
接下来，对图1所示的压电传感器13的电压值与图8所示的压电传感器813的电压值进行比较。
图9是表示在图8所示的压电传感器813的中央被以规定的力按压时在九个第一电极24产生的电压值的图。图10是表示在图3所示的压电传感器13的中央被以规定的力按压时在九个第一电极24产生的电压值的图。
此外，图9所示的九个电压值与图8所示的九个第一电极24对应。同样地，图10所示的九个电压值与图3所示的九个第一电极24对应。
在压电传感器813中，如图9所示明确九个电压值未上下左右对称地分布。其理由考虑是因为在与压电薄膜21以及多个第二电极25双方重叠的区域824A，产生来自压电薄膜21的电压。因此，在压电传感器813中，有将从被按压的中央偏离的位置检测为按压位置的可能性，为了提高精度需要电压的修正。另外，由于在布线电极的重叠的面积较大的上中央和上右部出现较大的值，所以可知出现布线电极的影响。
与此相对在压电传感器13中，如图10所示明确九个电压值上下左右对称地分布。其理由考虑是因为多个第一布线124不具有与压电薄膜21以及多个第二电极25双方重叠的区域824A。因此，压电传感器13能够正确地将被按压的中央检测为按压位置。
因此，压电传感器13能够从多个第一布线124正确地检测出在多个第一电极24产生的电压。
《第二实施方式》
以下，对本发明的第二实施方式所涉及的显示装置进行说明。
图11是本发明的第二实施方式所涉及的显示装置具备的压电传感器213的俯视图。图12是图11所示的E－E线上的剖视图。
压电传感器213在多个第一布线124具有在俯视第一面21A时，与压电薄膜21或者第二电极225的任意一方重叠，并且不与压电薄膜21以及第二电极225双方重叠的区域224A这一点与第一实施方式的压电传感器13不同。第二电极225在俯视第一面21A时，比压电薄膜21宽。区域224A在俯视第一面21A时，与压电薄膜21相比位于外侧，并与第二电极225重叠。其它的构成相同，所以省略说明。
在以上的构成中，如图11、图12所示，多个第一布线124配置为在俯视第一面21A时，即使与压电薄膜21或者第二电极225的任意一方重叠，也不与压电薄膜21以及第二电极225双方重叠。
因此，在压电传感器213中，在被按压时，由于在压电薄膜21产生的电荷而在第一电极24感应出电荷，在第一电极24产生电压。另一方面，在区域224A不产生由于在压电薄膜21产生的电荷而引起的电荷的感应。
因此，压电传感器213能够从多个第一布线124正确地检测在多个第一电极24产生的电压。
另外，由于第二电极225为平板电极，所以不需要进行图案化。因此，能够降低压电传感器213的制造成本。
此外，与后述的图13、图14所示的压电传感器313相同，优选压电薄膜221具有孔部222，多个第一布线124具有在俯视第一面21A时，从孔部222露出(与孔部22重叠)的区域224B。在该构成中，多个第一布线124全部不与压电薄膜21以及第二电极225双方重叠。因此，在该构成中压电传感器213能够从多个第一布线124更正确地检测在多个第一电极24产生的电压。
《第三实施方式》
以下，对本发明的第三实施方式所涉及的显示装置进行说明。
图13是本发明的第三实施方式所涉及的显示装置具备的压电传感器313的俯视图。图14是图13所示的G－G线上的剖视图。
压电传感器313在多个第一布线124具有在俯视第一面321A时，与压电薄膜321或者第二电极325的任意一方重叠，并且不与压电薄膜321以及第二电极325双方重叠的区域324A、324B这一点与第一实施方式的压电传感器13不同。第二电极325在俯视第一面321A时，比压电薄膜321宽。在本实施方式中多个第一电极24的数目为十二。区域324A在俯视第一面321A时，与压电薄膜321相比位于外侧，并与第二电极325重叠。并且，在压电薄膜321形成有孔部322，区域324B在俯视第一面321A时从孔部322露出(与孔部322重叠)。其它的构成相同，所以省略说明。
在以上的构成中，如图13、图14所示，多个第一布线124配置为在俯视第一面321A时，即使与压电薄膜321或者第二电极325的任意一方重叠，也不与压电薄膜321以及第二电极325双方重叠。
因此，在压电传感器313中，在被按压时，由于在压电薄膜321产生的电荷而在第一电极24感应出电荷，在第一电极24产生电压。另一方面，在区域324A、324B不产生由于在压电薄膜321产生的电荷而引起的电荷的感应。
因此，压电传感器313能够从多个第一布线124正确地检测出在多个第一电极24产生的电压。
另外，由于第二电极325为平板电极，所以不需要进行图案化。因此，能够降低压电传感器313的制造成本。
《第四实施方式》
以下，对本发明的第四实施方式所涉及的显示装置进行说明。
图15是本发明的第四实施方式所涉及的显示装置具备的压电传感器413的俯视图。图16是图15所示的H－H线上的剖视图。图17是压电传感器413具备的第二电极425以及屏蔽电极部431、432、433的俯视图。在图17中，为了容易理解结构，而以点图案示出屏蔽电极部431、432、433。
压电传感器413在具备第二电极425以及屏蔽电极部431、432、433这一点上与第一实施方式的压电传感器13不同。其它的构成相同，所以省略说明。
第二电极425是矩形的平板电极。第二电极425的形状与在第一实施方式说明的第二电极25大致相同。
屏蔽电极部431、432、433是具有开口和导体部的、导体密度比第二电极425小的部分。具体而言，屏蔽电极部431是具有多个矩形形状的开口411和导体部的网格状。屏蔽电极部432是具有多个矩形形状的开口412和导体部的网格状。屏蔽电极部433是具有多个矩形形状的开口413和导体部的网格状。
屏蔽电极部431、432、433的导体部与第二电极425连接。开口411、412、413分别是周围被导体部包围的贯通孔。屏蔽电极部431、432、433的导体部例如由以ITO为主成分的导体膜构成。
如图15所示，多个第一布线124配置为在俯视第一面21A时与屏蔽电极部431、432、433重叠。即，多个第一布线124具有与屏蔽电极部431、432、433的导体部重叠的部分、和从多个开口411、412、413露出的部分(与多个开口411、412、413重叠的部分)。
根据以上的构成，针对第一布线124的来自外部的噪声被屏蔽电极部431、432、433遮挡，所以即使在将压电传感器413配置在外部噪声较多的环境下的情况下，也能够抑制外部噪声对多个第一布线124的影响。因此，根据该构成，基于来自多个第一电极24的输出的信号的SN比提高。
另外，屏蔽电极部431、432、433为网格状，且与第二电极425相比导体密度较小。因此，即使在俯视第一面21A时，多个第一布线124与压电薄膜21以及屏蔽电极部双方重叠的情况下，也不容易在多个第一布线124产生由于在压电薄膜21产生的电荷而引起的电荷的感应。即，不容易在多个第一布线124产生起因于在压电薄膜21产生的电荷的电压。
因此，压电传感器413能够从多个第一布线124正确地检测出在多个第一电极24产生的电压。
此外，优选俯视第一面21A时的、多个第一布线124与屏蔽电极部431、432、433的导体部重叠的部分的面积较小。例如，优选俯视第一面21A的时的、多个第一布线124与屏蔽电极部431、432、433的导体部重叠的部分的面积在第一电极24的面积的5％以下(更优选在1％以下。)。根据该构成，即使在俯视第一面21A时，多个第一布线124与屏蔽电极部的导体部以及压电薄膜21双方重叠的情况下，也几乎没有对在多个第一电极24产生的电压的检测精度的影响(对检测精度的影响极小)。
另外，优选在屏蔽电极部为网格状的情况下，例如在俯视第一面21A时，屏蔽电极部的导体部中至少与多个第一布线124重叠的部分的线宽度在多个第一布线124的线宽度以下。根据该构成，即使在俯视第一面21A时，多个第一布线124与屏蔽电极部的导体部以及压电薄膜21双方重叠的情况下，也几乎没有对在多个第一电极24产生的电压的检测精度的影响(对检测精度的影响极小)。
在本实施方式中，多个开口411的数目为十一，多个开口412的数目为二十二，多个开口413的数目为二十二，但并不限定于此。在实施时，多个开口411、412、413的数目也可以是其它的数目。另外，多个开口411、412、413的形状并不限定于矩形形状，也可以是其它的形状(例如，圆形、椭圆形、L形等)。
另外，虽然在本实施方式中，多个开口411、412、413为周围被导体部包围的贯通孔，但并不限定于此。开口例如也可以是从导体部的周边朝向内部延伸的切口(狭缝)。
《其它的实施方式》
此外，虽然在上述各实施方式中以显示装置10作为触摸式输入装置进行了说明，但并不限定于此。在实施时，也可以将本发明应用于不具备显示部的触摸式输入装置(例如触摸板)。
另外，虽然在上述各实施方式中压电传感器13、213、313、413的各层利用作为透明的粘合剂的OCA23接合，但并不限定于此。在实施时，也可以利用粘接剂接合压电传感器13的各层。
另外，虽然在上述各实施方式中多个第一电极24的数目为九个或者十二个，但并不限定于此。在实施时，多个第一电极24的数目也可以是其它的数目。
最后，应该认为上述实施方式的说明所有的点均是例示，并不是限制性内容。本发明的范围不由上述的实施方式，而由权利要求书示出。并且，本发明的范围包含与权利要求书同等的范围。
附图标记说明
10…显示装置，11…框体，12…操作板，13、213、313、413…压电传感器，19…接收电路，20…控制部，21、221、321…压电薄膜，21A、321A…第一面，21B…第二面，23…OCA，24…第一电极，25、225、325、425…第二电极，26、27…基板，30…显示部，100…触摸面板，101…操作面，121…延伸方向，124…第一布线，124A、224A、224B、324A、324B…区域，125…第二布线，222、322…压电薄膜的孔部，411、412、413…开口，431、432、433…屏蔽电极部，824A…区域。

Claims (5)

1.一种压电传感器，具备：
压电薄膜，具有第一面以及第二面；
多个第一电极，与上述第一面对置；
第二电极，与上述第二面对置；以及
多个第一布线，与上述多个第一电极连接，
在俯视上述第一面时，上述多个第一布线具有与上述压电薄膜或者上述第二电极的任意一方重叠并且不与上述压电薄膜以及上述第二电极双方重叠的区域。
2.根据权利要求1所述的压电传感器，其中，
上述第二电极的数目为多个，
在俯视上述第一面时，上述区域设置在各第二电极之间。
3.根据权利要求1或者2所述的压电传感器，其中，
在俯视上述第一面时，上述第二电极比上述压电薄膜宽，
在俯视上述第一面时，上述区域与上述压电薄膜相比位于外侧且与上述第二电极重叠。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的压电传感器，其中，
在上述压电薄膜形成有孔部，
在俯视上述第一面时，上述区域从上述孔部露出。
5.一种触摸式输入装置，其中，
具备权利要求1～4中任意一项所述的压电传感器。
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