JP2017503241A - 多層圧電ポリマーフィルムデバイス及び方法 - Google Patents

多層圧電ポリマーフィルムデバイス及び方法 Download PDF

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Abstract

タッチパネルは、第１圧電層と第２圧電層との間に配置されている誘電体コア層を有するタッチセンサを備える。各圧電層は、分極圧電ポリマーを含む。タッチセンサは、第１圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第１セットの個々にアドレス可能な電極と、第２圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を更に備える。回路は、第１セットの電極及び第２電極に接続されている。この回路は、タッチセンサのタッチ表面に加えられたタッチに応答する、第２電極を基準とした、第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている。

Description

本開示は、概して、圧電フィルム並びにこのようなフィルムを組み込んだデバイス及びシステム並びにこのようなフィルムに関係する方法に関する。
圧電効果は、機械的な歪み又は力の変化に応答した電界の変化を含む。圧電材料に力を加えると、その材料にわたる電界の変化が生じる。逆に、圧電材料にわたって電界を印加すると、その材料の機械的な変形が生じる。
本明細書に開示される実施形態は、タッチセンサを備えるタッチパネルを含む。タッチセンサは、タッチ表面と、誘電体コア層と、を含む。このコア層は、第１圧電層と第２圧電層との間に配置されており、各圧電層は、分極圧電ポリマーを含む。タッチセンサは、第１圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第１セットの個々にアドレス可能な電極と、第２圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を更に備える。回路は、第１セットの電極及び第２電極に接続されている。この回路は、タッチ表面に加えられたタッチに応答する、第２電極を基準とした、第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている。
一部の実施形態は、タッチセンサを含むタッチパネルを含む。タッチセンサは、タッチセンサと、誘電体コア層と、誘電体コア層の第１表面を覆って配置されている分極圧電ポリマーを含む、少なくとも１つの圧電層と、を有する。タッチセンサは、圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第１セットの個々にアドレス可能な電極と、コア層の第２表面を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を更に含む。回路は、第１セットの電極及び第２電極に接続されている。この回路は、タッチ表面に加えられたタッチに応答する、第２電極を基準とした、第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている。
一部の実施形態は、方法を含む。タッチセンサは、コア層を少なくとも１つの圧電ポリマー層と共押出しすることにより製造され得る。圧電ポリマー層は、コア層の第１表面上に配置される。少なくとも１つの圧電ポリマー層は、この少なくとも１つの圧電ポリマー層にわたって電界を印加することにより分極される。第１セットの電極は、圧電ポリマー層を覆って形成され、少なくとも１つの第２電極は、コア層の第２表面を覆って形成される。第１セットの電極及び第２セットの電極は、タッチセンサに加えられたタッチに応答する、第２電極を基準とした、該第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている回路に接続される。
一部の実施形態は、タッチセンサを実装する方法に関する。タッチセンサは、第１圧電層と第２圧電層との間に配置されているコア層を含む。各圧電層は、分極圧電ポリマーを含む。少なくとも１つの第１電極は、第１圧電ポリマー層を覆って配置されており、少なくとも１つの第２電極は、第２圧電ポリマー層を覆って配置されている。第１及び第２電極の一方又は両方は、個々にアドレス可能な電極のアレイを含む。タッチセンサの第１圧電層の変形に応答する、センサにわたる電圧の変化が検出される。タッチ位置及びタッチ力の大きさの少なくとも一方が、検出された電圧の変化に基づいて決定される。
一部の実装における、タッチセンサ内に組み込まれ得る多層デバイスの断面図を示す。 第１圧電層と第２圧電層との間に配置されているコア層を含む、別の多層構造体の断面図を示す。 １つ又は２つ以上の結合層を含む多層構造体を示す。 第１圧電層と第２圧電層との間に挟まれているコア層と、第１及び第２圧電層上に配置されているスキン層とを含むように共押出しされ得る多層構造体を示す。 図１、２及び／又は３に示された多層構造体を組み込み得るタッチセンサの断面図である。 図１、２及び／又は３に示された多層構造体を組み込み得るタッチセンサの上面図である。 多層構造体の両方の圧電層上に、又はそれらを覆って配置されているパターン化導電層を含むタッチセンサの断面図である。 タッチセンサが、第１セットの電極と第１圧電層との間に配置されている第１接着層と、第２セットの電極と第２圧電層との間に配置されている第２接着層と、を含むことを図示する断面図である。 行及び列の電極構成を有するタッチセンサの断面図である。 行及び列の電極構成を有するタッチセンサの上面図である。 タッチダウンイベント中のタッチセンサの断面図である。 タッチリフトオフイベント中のタッチセンサの断面図である。 タッチ感知、タッチ信号処理、情報表示のための回路を含むタッチディスプレイシステムを示す。 非パターン化電極層間に配置されている多層構造体を備えるデバイスを示す。 エネルギー取り込みデバイスに使用される多層構造体を示す。 多層構造体を製造する方法を図示するフロー図である。 タッチ感知のために多層構造体を使用する方法を図示する。
各図面において、同様の参照符号は、同様の構成要素を示す。
圧電材料は、感知及びエネルギー発生用途に使用され得る。本明細書に記載される一部の実施形態は、１つ又は２つ以上の分極圧電ポリマー層を組み込んだ多層タッチセンサを有するタッチ感知システムを含む。一部の実装において、タッチセンサは、機械的及び電気的特性の両方をセンサに提供するコア層と共押出しされた、１つ又は２つ以上の圧電層を備える。この構成において、比較的高価な圧電層は、コア層と比較して薄い場合がある。圧電層の厚さを小さくすることは、多層デバイスのコストを下げ、比較的薄い圧電層間に配置されている低い誘電率及び高い抵抗率を有するコアは、許容可能な大きさのセンサ信号を提供するのに役立つ。加えて、コア層は、タッチセンサに対する安定性及び取扱い耐久性を向上させるように構成され得る。
図１は、一部の実装において、タッチセンサ内に組み込まれ得る多層構造体１００の断面図を示す。構造体１００は、共押出しされたコア層１０１と圧電層１０２を含む。コア層は、２ｐＣ／Ｎ未満の全方向における圧電歪係数の最大絶対値｜ｄ＿３ｘ｜（ここで、ｘ＝１、２、３）を有する非圧電ポリマーである。圧電層１０２は、延伸させ、電気的に分極させて、材料内の双極子を配向させた後に圧電特性を示す。双極子の配向は、材料を加熱し、材料を加熱しながら材料に電界を印加することにより達成され得る。加熱及び電界の印加後の材料をクエンチすることにより、双極子を配向した状態で停止させる。材料の歪み及び／又は変形のその後の印加は、双極子が再配向する際に、材料に電圧を生じさせる。材料にわたる電圧の印加は、双極子を再配向させ、材料の変形を生じさせる。
多層構造体１００の厚さは、約０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍであってよく、圧電層の厚さは、約１０μｍ未満、約７μｍ未満又は約５μｍ未満、約３μｍ未満、約２μｍ未満、約１μｍ未満あってよい。一部の実施形態では、圧電層の厚さは、約１μｍ〜約５μｍの範囲にある。
コア層１０１は、２ｐＣ／Ｎ未満の全方向における圧電歪係数の最大絶対値｜ｄ＿３ｘ｜（ここで、ｘ＝１、２、３）を有する非圧電ポリマーである。コア層は、多層構造体の共押出し及び延伸を容易にするために、圧電材料と適合するように選択されるポリマーを含み得る。例えば、圧電材料がフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）である場合、適切なコア層は、ポリ（メチル）メタクリレート（ＰＭＭＡ）、又はＰＭＭＡと改質剤（例えば、合成ブロックポリマーのＫｒａｔｏｎなど）とのブレンドを含み得る。コア層は、各種材料、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）又は任意の他の適切な材料を含み得る。
コアポリマーの選択は、目的の用途だけでなく、圧電ポリマーについてなされる選択並びに共押出し及び／又はフィルム延伸に利用される処理条件によっても決まることが理解されるであろう。適切なコアポリマー材料は、光学的に透明であるべきであり、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）及びその異性体（例えば、２，６−、１，４−、１，５−、２，７−及び２，３−ＰＥＮ）、ポリアルキレンテレフタレート（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリ−１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）、他のポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリアミド（例えば、ナイロン６、ナイロン１２、ナイロン４／６、ナイロン６／６、ナイロン６／９、ナイロン６／１０、ナイロン６／１２及びナイロン６／Ｔ）、ポリイミド（例えば、熱可塑性ポリイミド及びポリアクリルイミド）、ポリアミド−イミド、ポリエーテル−アミド、ポリエーテルイミド、ポリアリールエーテル（例えば、ポリフェニレンエーテル及び環置換ポリフェニレンオキシド）、ポリアリールエーテルケトン、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（「ＰＥＥＫ」）、脂肪族ポリケトン（例えば、エチレン及び／又はプロピレンと二酸化炭素とのコポリマー及びターポリマー）、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン（例えば、ポリエーテルスルホン及びポリアリールスルホン）、アタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン（「ｓＰＳ」）、及びその誘導体（例えば、シンジオタクチックポリ−アルファ−メチルスチレン及びシンジオタクチックポリジクロロスチレン）、これらのポリスチレンのいずれかの（ポリスチレンどうしの（with each other）、又は、例えば、ポリフェニレンオキシドなどの他のポリマーとの）ブレンド、これらのポリスチレンのいずれかのコポリマー（例えば、スチレン−ブタジエンコポリマー、スチレン−アクリロニトリルコポリマー及びアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンターポリマー）、ポリアクリレート（例えば、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート及びポリブチルアクリレート）、ポリメタクリレート（例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート及びポリイソブチルメタクリレート）、セルロース誘導体（例えば、エチルセルロース、セルロールアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースアセテートブチレート及び硝酸セルロース）、ポリアルキレンポリマー（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン及びポリ（４−メチル）ペンテン）、フッ化ポリマー及びコポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、フッ化ポリビニル、フッ化エチレンプロピレンコポリマー、パーフルオロアルコキシ樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリエチレン−コ−トリフルオロエチレン、ポリエチレン−コ−クロロトリフルオロエチレン）、塩化ポリマー（例えば、ポリ塩化ビニリデン及びポリ塩化ビニル）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリエーテル（例えば、ポリオキシメチレン及びポリエチレンオキシド）、アイオノマー樹脂、エラストマー（例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン及びネオプレン）、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びポリウレタンが挙げられるが、これらに限定されない。
また、上記ポリマー又はコポリマーの２種類以上の混和性又は非混和性ブレンドである、コポリマーも適切である。本発明のコポリマーは、例えば、ブロックコポリマー、ランダムコポリマー又は交互コポリマーでもよい。
ポリエステル、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＢＮなどに使用するのに適したコモノマーは、ジオール若しくはジカルボン酸又はエステル型のものでもよい。ジカルボン酸コモノマーとしては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸の全ての異性体（２，６−、１，２−、１，３−、１，４−、１，５−、１，６−、１，７−、１，８−、２，３−、２，４−、２，５−、２，７−及び２，８−）、二安息香酸、例えば、４，４’−ビフェニルジカルボン酸及びその異性体、トランス−４，４’−スチルベンジカルボン酸及びその異性体、４，４’−ジフェニルエーテルジカルボン酸及びその異性体、４，４’−ジフェニルスルホンジカルボン酸及びその異性体、４，４’−ベンゾフェノンジカルボン酸及びその異性体、ハロゲン化芳香族ジカルボン酸、例えば、２−クロロテレフタル酸及び２，５−ジクロロテレフタル酸、他の置換芳香族ジカルボン酸、例えば、３級ブチルイソフタル酸及びスルホン酸化イソフタル酸ナトリウム、シクロアルカンジカルボン酸、例えば、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸及びその異性体並びに２，６−デカヒドロナフタレンジカルボン酸及びその異性体、二環式又は多環式ジカルボン酸（例えば、ノルボルナン及びノルボルネンジカルボン酸、アダマンタンジカルボン酸及びビシクロ−オクタンジカルボン酸の種々の異性体）、アルカンジカルボン酸（例えば、セバシン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アゼライン酸及びドデンカンジカルボン酸）並びに縮合環芳香族炭化水素（例えば、インデン、アントラセン、フェネアントレン、ベンゾナフテン、フルオレンなど）のジカルボン酸異性体のいずれかが挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、これらのモノマーのアルキルエステル、例えば、ジメチルテレフタレートが使用されてもよい。
適切なジオールコモノマーとしては、直鎖状又は分岐鎖状のアルカンジオール又はグリコール（例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、例えば、トリメチレングリコール、ブタンジオール、例えば、テトラメチレングリコール、ペンタンジオール、例えば、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール及び高級ジオール）、エーテルグリコール（例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール及びポリエチレングリコール）、鎖状エステルジオール、例えば、３−ヒドロキシ−２，２−ジメチルプロピル−３−ヒドロキシ−２，２−ジメチルプロパノエート、シクロアルカングリコール、例えば、１，４−シクロヘキサンジメタノール及びその異性体並びに１，４ーシクロヘキサンジオール及びその異性体、二環式又は多環式ジオール（例えば、トリシクロデカンジメタノール、ノルボルナンジメタノール、ノルボルネンジメタノール及びビシクロ−オクタンジメタノールの種々の異性体）、芳香族グリコール（例えば、１，４−ベンゼンジメタノール及びその異性体、１，４−ベンゼンジオール及びその異性体、ビスフェノール、例えば、ビスフェノールＡ、２，２−ジヒドロキシビフェニル及びその異性体、４，４’−ジヒドロキシメチルビフェニル及びその異性体並びに１，３−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン及びその異性体）並びにこれらのジオールの低級アルキルエーテル又はジエーテル、例えば、ジメチル又はジエチルジオールが挙げられるが、これらに限定されない。
ポリエステル分子に分岐鎖構造を付与するのに役立ち得る三官能性又は多官能性コモノマーも使用され得る。これらは、カルボン酸、エステル、ヒドロキシ又はエーテル型のいずれかのものでもよい。例としては、トリメリット酸及びそのエステル、トリメチロールプロパン並びにペンタエリスリトールが挙げられるが、これらに限定されない。
混合官能性のモノマー、例えば、ヒドロキシカルボン酸、例えば、パラヒドロキシ安息香酸及び６−ヒドロキシ−２−ナフタレンカルボン酸並びにそれらの異性体、並びに、混合官能性の三官能性又は多官能性コモノマー、例えば、５−ヒドロキシイソフタル酸なども、コモノマーとして適切である。
コア層１０１は、実質的に光学的に透明で、可撓性で、弾性変形可能でもよい。例えば、一部の実装において、コア材料の弾性率は、約２．５〜３ＧＰａのオーダーであり得る。他の実施形態では、コア材料の弾性率は、０．５ＧＰａのオーダーであり得る。あるいは、約０．５ＧＰａ〜約３ＧＰａの範囲内であってよい。一部の実施形態では、コア層１０１は、特定の抵抗率及び／又は誘電率を有するように設計され得る。例えば、コア層１０１の抵抗率は、約１０１５Ω−ｃｍ超であるか、又は、約１０１７Ω−ｃｍ超であってもよく、この材料の誘電率は、１０未満若しくは７未満若しくは５未満であるか、又は約２〜約５の範囲内にあり得る。コア層１０１は、圧電層１０２と比較して、相対的に厚くなっていてよい。例えば、コア層１０１の厚さは、圧電層１０２の厚さの、２倍超、５倍超、又は１０倍超であってもよい。
一部の実装において、圧電層１０２は、コア層１０１上に直接配置されていてもよい。他の実装において、コア層１０１と圧電層１０２との間に介在層が存在してもよい。圧電層は、ＰＶＤＦ、フルオロポリマー、及び／又はフッ化ビニリデンとトリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）とのコポリマーからなる層でもよいし、又は、これらの層を含んでもよい。圧電層は、弾性変形可能であり、一部の実装において、約１〜１．５ＧＰａの範囲の弾性率を有することができ、実質的に光学的に透明でもよい。前述のように、圧電特性を示すよう、他の層のＰＶＤＦは、その元の長さの少なくとも４倍まで（一軸延伸）、又は、その元の長さ及び幅の少なくとも２倍まで（二軸延伸）延伸され、電気的に分極される。５倍以上の一軸延伸又は３倍以上の二軸延伸により、より良好な特性を提供することもできる。延伸後、圧電層は、例えば、４０％〜６０％の範囲の結晶性を有する場合がある。
圧電フィルムは、延伸と同時に分極されてもよいし、又は、延伸後に分極されてもよい。ＰＶＤＦを分極させることは、約５０〜５００ＭＶ／ｍの電界への暴露を伴って、８０〜１２０℃の温度でフィルムを保持することを含み得る。この分極処理は、冷却時間も含めて３０分〜数時間かかる場合がある。あるいは、ＰＶＤＦを、より高い電界、例えば、１００〜８００ＭＶ／ｍを使用して、室温で分極させることもできる。分極を達成するのに使用され得る数多くの方法が存在する。分極圧電ポリマーは、少なくとも約５ｐＣ／Ｎの圧電電圧定数（piezoelectric voltage constant）（ｄ３３）を有する。
分極及び延伸された圧電層は、例えば、約１０１４Ω−ｃｍより大きい抵抗率、及び、コアの誘電率より高い誘電率、例えば、約８〜１４を有してもよい。圧電層の誘電率と比較した場合、コア材料の相対的に低い誘電率は、コアを含まない圧電材料を含む同様の厚さの層と比較した場合、多層構造体の圧電層におけるより高い電界集中を可能にし得る。圧電層の抵抗率より高くあり得る、コアの抵抗率（約１０１７Ω−ｃｍのオーダー）のために、多層構造体は、付随的又は代替的に、低下した漏えい電流を有する場合がある。多層構造体はまた、コアなしで圧電材料を含む同様の厚さのものより高い電気絶縁耐力を示し得る。
コアは、圧電層より高い弾性率を有していてもよい。例えば、コア層は、圧電層の弾性率より高い、例えば、２又は３倍高い弾性率を有する場合がある。例えば、ＰＭＭＡ及びＰＶＤＦがそれぞれコア及び圧電層に使用される場合、コア層は、約３ＧＰａの弾性率を有し、圧電層は、約１〜１．５ＧＰａの弾性率を有する。
延伸により、ＰＶＤＦ層内に結晶の配向が生じる。これは、材料特性、例えば、熱膨張及び圧電係数における異方性をもたらす。例えば、一軸延伸フィルムでは、圧電係数は、ｄ３１〜２０ｐＣ／Ｎ、ｄ３２〜２ｐＣ／Ｎ及びｄ３３〜−３０ｐＣ／Ｎであり得る。これらの値について、各方向は、慣習どおり、軸１が、フィルムが延伸される方向であり、軸２が、フィルム面における軸１に対する直交方向であり、軸３が、フィルム面に対して垂直方向であると定義されている。二軸配向フィルムの場合には、ｄ３１＝ｄ３２である（すなわち、フィルム面において差がない）。結晶の配向は、Ｘ線回折などの技術により観察され得る。
図２は、第１圧電層２０２と第２圧電層２０３との間に配置されているコア層２０１を含む、別の多層構造体２００の断面図を示す。コア及び圧電層は、図１に関して記載されたように、共押出しされてもよいし、同様の電気的、光学的及び機械的特性を有してもよい。コア層は、２ｐＣ／Ｎ未満の全方向における圧電歪係数の最大絶対値｜ｄ＿３ｘ｜（ここで、ｘ＝１、２、３）を有する非圧電ポリマーである。多層構造体２００の全体厚さは、約０．０２５ｍｍ〜０．１５ｍｍであり得る。一部の実施形態では、コア層が、コア層、第１圧電層２０２及び第２圧電層２０３を組み合わせた厚さの少なくとも約１／６の厚さを有する。一部の実施形態では、コア層が、コア層、第１圧電層及び第２圧電層を組み合わせた厚さの約２／３未満の厚さを有する。第１及び第２圧電層はそれぞれ、例えば、約１０μｍ未満、約７μｍ未満、又は約５μｍ未満の厚さを有し得る。
図３の断面に示されるように、一部の実施形態では、多層構造体３００は、圧電層３０２、３０３の少なくとも一方とコア層３０１との間に配置されている１つ又は２つ以上の結合層３０４、３０５を含んで共押出しされてもよい。コア層３０１と圧電層３０２、３０３の一方又は両方との間の結合層は、コア層３０１用のポリマーのより広い範囲の使用を可能にし得る。例えば、ＰＭＭＡの薄層が、結合層として使用されて、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＥＴ又はＰＥＮのコア層との層接着を向上させ得る。
図４の断面に示されるように、一部の実施形態では、多層構造体４００は、第１圧電層４０２と第２圧電層４０３との間に挟まれているコア層４０１を含むように共押出しされてもよい。図４に示すように、スキン層４０６、４０７が、第１及び第２圧電層４０２、４０３上に配置され得る。スキン層４０６、４０７は、容易に剥離可能であり、コア層４０１及び圧電層４０２、４０３の更なる加工前に除去可能である。例えば、スキン層４０６、４０７は、多層構造体４００を延伸した後に除去されてもよい。スキン層４０６、４０７は、多層構造体４００の延伸性を向上させることができ、また、取扱いをより容易にすることができる。スキン層４０６、４０７は、圧電層４０２、４０３のための一時的な保護層として機能し、処理中のこれらの層へのダメージを減少させ得る。例えば、ＰＥＴ製のスキンは、ＰＶＤＦの圧電層に十分に接着して、多層構造体の延伸及び取扱いを可能にするであろうが、このＰＥＴスキン層は、例えば、ＰＶＤＦ層上の電極製造のための、ＰＶＤＦ層への直接的なアクセスのために、依然として比較的容易に除去され得る。
図１〜４に示された多層構造体１００、２００、３００、４００は、タッチ感知に有用である。タッチ感知は、タッチ表面に対してなされたタッチについての情報を決定することを含む。この場合、この情報は、タッチダウン、タッチリフトオフ、１つ又は複数の一時的に重なったタッチのタッチ位置、１つ又は複数の一時的に重なったタッチのタッチ力及び／又は他のタッチ情報を検出することを含み得る。タッチの持続時間は、一カ所での比較的短いタップから、より長いタッチ、及び／又は、タッチ表面にわたって移動しながら追跡されるタッチにまで及び得る。
タッチが圧電層に加えられた時、圧電層中の双極子は、機械的に再配向され、この層に過渡電圧を生じさせる。電圧信号は、圧電層の両側上に配置されている電極を使用して検出され、タッチ情報を取得するのに分析され得る。タッチ位置情報の分析は、圧電層の少なくとも一方側にわたって配置されている個々にアドレス可能な電極の分布に関連する。
図５は、図２に示された多層構造体２００を組み込んだ（ただし、図１及び３に示された多層構造体１００、３００を、代替的に組み込んでもよい）、タッチセンサ５００の断面図であり、図６は、同タッチセンサ５００の上面図である。多層構造体２００は、第１圧電層２０２と第２圧電層２０３との間に配置されているコア層２０１を含む。電極５０２、５０３は、多層構造体２００のいずれかの側上に配置されている。これらの電極は、圧電層上に直接配置されていてもよい。これらの電極は、透明であってもよい。透明電極の例としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）及びアンチモンドープスズ酸化物（ＡＴＯ）、銀ナノワイヤ及びミクロワイヤメッシュが挙げられる。これらの電極は、パターン化されていなくてもよいし（例えば、連続的なもの）、又は、圧電フィルムの片側若しくは両側においてパターン化されていてもよい。
図５及び６に示された例示のタッチセンサ５００では、導電材料のパターン化層が、第１圧電層２０２上に、又はそれを覆って形成されている。パターン化層は、第１圧電層２０２に電気的に接続されている、第１セットの個々にアドレス可能な電極５０２を提供する。導電材料の非パターン化層は、第２圧電層２０３上に、又はそれを覆って形成されている。非パターン化層は、第２圧電層２０３に電気的に接続されている第２電極５０３を提供する。保護層５０４、５０５は、電極５０２、５０３を被覆し、保護する。保護層５０４、５０５の表面５０４ａ、５０５ａのいずれか又は両方が、タッチセンサ５００のタッチ表面を形成していてもよい。層５０４、５０５の一方又は両方は、弾性変形可能であり、これにより、タッチに応答する、圧電層２０２、２０３の変形が可能である。一部の実施形態では、第１保護層５０４が弾性変形可能であり、表面５０４ａが、タッチ表面を形成しており、第２保護層５０５は剛性である。
図７は、多層構造体２００の両方の圧電層２０２、２０３上に、又はそれらを覆って配置されているパターン化導電層を含むタッチセンサ７００の断面図である。パターン化導電層は、第１圧電層２０２上に、又はそれを覆って配置されている第１セットの個々にアドレス可能な電極７０２と、第２圧電層２０３を覆って配置されている第２セットの個々にアドレス可能な電極７０３とを提供する。図５及び６に関して先に記載された保護層は、図７において示されていない。
図８は、図７に示されたタッチセンサ７００にいくらか類似するタッチセンサ８００を図示する断面図である。タッチセンサ８００は、第１セットの電極７０２と第１圧電層２０２との間に配置されている第１接着層８０２と、第２セットの電極７０３と第２圧電層２０３との間に配置されている第２接着層８０３と、を更に含む。接着層８０２、８０３は、圧電層２０２、２０３の外側表面上に共押出しされた薄層でもよい。接着層８０２、８０３は、電極７０２、７０３と圧電層２０２、２０３との間の接着を向上させる。例えば、多くの導電体は、ＰＥＴに接着するように配合されていることから、ＰＥＴの薄層が、接着層として使用され得る。接着層を、圧電層２０２、２０３と接着層８０２、８０３との間の結合層（図示せず）に加えて使用し、これらの層間の接着強度を向上させてもよい。一部の実施形態では、結合層は、ＰＭＭＡである。接着層に代えて又は加えて、例えば、フィルム表面が、電極と圧電層との間の接着を向上させるために、化学的に又はプラズマにより処理されてもよい。
図９は、行及び列の電極構成を有するタッチセンサ９００の断面図であり、図１０は、同タッチセンサ９００の上面図である。この構成において、第１セットの電極９０２は、多層構造体２００の第１圧電層２０２上に、又はそれを覆って配置されている行電極としてパターン化されている。第２セットの電極９０３は、多層構造体２００の第２圧電層２０３上に、又はそれを覆って配置されている列電極としてパターン化されている。この構成において、行電極９０２は、センス電極として機能することができ、列電極は、セレクト電極９０３として機能することができるが、逆の構成も可能であり、この場合、行電極は、セレクト電極として機能し、列電極は、センス電極として機能する。図９は、電極９０２、９０３を被覆する第１及び第２保護層９０４、９０５を示す。
例えば、セレクト電極９０３ａが、例えば、セレクト電極９０３ａを感知回路に電気的に接続することにより選択される場合、各行センス電極９０２に存在する電気信号を感知することにより、セレクト電極９０３ａと各センス電極９０２との間の各交点（node）９１１の位置における、圧電層２０２、２０３の変形状態の指標がもたらされる。セレクト電極９０３はスキャンされ（例えば、各セレクト電極は、感知回路に順次接続される）、センス電極９０２における電圧を記録して、タッチ表面にわたって各交点９１１における変形状態を決定する。交点のいずれかにおける電圧変化は、その交点の位置におけるタッチを示す。加えて、変形の量又は程度は、タッチ表面上でのタッチの力を決定するのに使用され得る。
図１１及び１２は、タッチダウン及びタッチリフトオフそれぞれのイベントの際のタッチセンサ９００の断面図である。また、図１１及び１２は、タッチダウン及びタッチリフトオフのイベントの際のタッチセンサ９００の理想化した信号出力Ｖ（ｔ）も示す。
タッチ手段、例えば指９９９によりタッチ表面に加えられたタッチは、タッチ位置１１１０におけるタッチ表面９０４ａの局所的な変形を生じさせ、ひいては、圧電層２０２、２０３の一方又は両方の局所的な変形を生じさせる。圧電層の局所的な変形は、タッチ手段９９９により生じた変形中に、圧電層２０２、２０３の一方又は両方における双極子の動きにより生じる過渡電圧信号９９１を生成する。タッチダウンイベントに対応する過渡電圧信号９９１は、タッチ位置１１１０付近の電極９０２、９０３間で検出可能である。
図１２に示すように、タッチ手段９９９がタッチ表面から離された時に、タッチリフトオフが生じる。タッチが離されると、タッチ表面は、その以前の位置に弾性的に戻る。変形が取り除かれると、圧電層の一方又は両方における双極子の再配向により、先程のタッチの位置１１１０付近で過渡電圧信号９９２が生成される。タッチリフトオフイベントに対応する過渡電圧信号９９２は、タッチ位置１１１０付近の電極９０２、９０３間で検出可能である。
図１３は、タッチ感知、タッチ信号処理、情報表示のための回路を含むタッチディスプレイシステム１３００を示す。タッチデバイスは、タッチ感知、タッチ信号処理のために構成されたタッチセンサ１３０１と及びタッチコントローラを含む。ディスプレイデバイスは、ディスプレイとディスプレイコントローラとを含む。タッチコントローラ及びディスプレイコントローラは、ホストコンピュータに接続されていてもよい。タッチセンサ１３０１の層が、実質的に光学的に透明である場合、ディスプレイは、タッチセンサ１３０１を通して視認できるように配置され得る。図１３は、タッチコントローラ回路に電気的に接続されている、行Ｒ１〜Ｒ５及び列Ｃ１〜Ｃ２の電極を有するタッチセンサを示す。タッチコントローラは、各セレクト電極をスキャンしつつ、感知回路を使用して、センス電極からのタッチ入力信号を感知するように構成された電極選択回路（例えば、マルチプレクサなど）を含む。感知回路は、種々の信号処理部品、例えば、フィルタ（例えば、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタ、ローパスフィルタ及び／又はハイパスフィルタ）、増幅器、閾値検出器、アナログ・ディジタル変換器及び／又は他の信号処理部品を含んでもよい。処理されたタッチ入力信号は、場合により、タッチコントローラに存在するタッチ情報プロセッサにより分析される。タッチ情報プロセッサは、処理されたタッチ入力信号に基づいて、タッチ情報を決定するように構成される。一部の実施形態では、処理されたタッチ入力信号は、ホストコンピュータに伝送されてもよく、ホストコンピュータは、タッチ情報を決定する。
先に検討されたように、本明細書に示された多層構造体は、タッチ情報、例えば、タッチ位置及びタッチ力を決定するのに使用され得るタッチセンサを形成するのに使用され得る。タッチ感知のために有用ではあるものの、本明細書に記載され、図示された多層構造体は、数多くの用途で実装することができ、例えば、エネルギー取り込み（多層構造体の動きにより生じるエネルギーを取り込む）及び大面積での圧力感知などが挙げられる。大面積での圧力感知及びエネルギー取り込みの両方において、図１〜８に示されたのと同様の多層構造体が使用され得る。これらの用途では、図１４及び１５に示されるように、両方の電極層が、パターン化されていなくてもよい。図１４は、非パターン化電極層１４０２、１４０３間に配置されている多層構造体２００を備えるデバイス１４００を示す。保護層１４０４、１４０５は、電極層１４０２、１４０３上に配置されている。大面積での圧力感知用途の場合、表面１４０４ａ及び１４０５ａの一方又は両方であり得る、圧力感知表面における圧力の変化により、多層構造体２００内の圧電層の変形を生じさせる。この変形は、電極１４０２、１４０３間の過渡電圧信号として検出される。
図１５に示すエネルギー取り込み用途の場合、多層構造体１４００を使用して、曲げたり、又は動かしたりして、エネルギーを生成する圧電カンチレバーを形成することができる。多層構造体１４００の動きにより生成されたエネルギーは、キャパシタ又は他のエネルギー貯蔵デバイスに貯蔵され得る。
図１６は、本明細書において検討された多層構造体を製造する方法を図示するフロー図である。この方法は、少なくとも１つのコア層を少なくとも１つの圧電ポリマー層と共押出しして、共押出しされた組み立て部品を形成すること１６１０を含む。共押出しされた組み立て部品は、延伸され、加熱され、加熱された組み立て部品に電界が印加されて（１６２０）、圧電ポリマー層が分極させられる。共押出しされた組み立て部品の両側に、電極が形成される（１６３０）。種々の用途において、電極は、場合により、タッチ、圧力を検出し、又は、エネルギー貯蔵を提供するように構成された回路に接続され得る（１６４０）。
一部の構成では、少なくとも１つの圧電ポリマー層は、第１圧電ポリマー層と第２圧電ポリマー層とを備える。この構成において、コア層を少なくとも１つの圧電ポリマー層と共押出しすることは、第１圧電ポリマー層と第２圧電ポリマー層との間に挟まれたコア層を共押出しすることを含む。
この共押出しすることは、少なくとも１つの圧電ポリマー層上に配置されている剥離層を共押出しすることを含み得る。第１及び第２圧電層が使用される場合、この共押出しすることは、第１圧電層上に第１剥離層を共押出しし、第２圧電層上に第２剥離層を共押出しすることを含み得る。剥離層は、圧電ポリマー層から剥離され、電極が、圧電層上に形成される。
一部の実装において、共押出しすることは、コア層と第１圧電ポリマー層との間に配置されている第１結合層、及びコア層と第２圧電ポリマー層との間に配置されている第２結合層の少なくとも一方を共押出しすることを含む。付加的に又は代替的に、共押出しすることは、第１圧電層上に第１接着層を共押出しすること、及び第２圧電ポリマー層上に第２接着層を共押出しすること、のうちの１つ又は２つ以上を含んでいてもよい。
図１７は、本明細書に記載された多層構造体をタッチ感知に使用する方法を図示する。この方法は、タッチセンサの分極圧電層の変形による、タッチセンサの電極にわたる電圧の変化を検出すること１７１０を含み、ここで、タッチセンサは、第１圧電層と第２圧電層との間に配置されているコア層を含み、各圧電層は、分極圧電ポリマーを含む。電極は、第１圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第１電極と、第２圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極とを含む。第１及び第２電極の一方又は両方は、個々にアドレス可能な電極を備える。タッチ位置及びタッチ力の少なくとも一方が、検出された電圧の変化に基づいて決定される（１７２０）。一部の実装において、少なくとも１つの第１電極は、第１セットの個々にアドレス可能な電極を備え、少なくとも１つの第２電極は、第２セットの個々にアドレス可能な電極を備える。電圧の変化を検出することは、第２セットの電極を基準とした、第１セットの電極からの電圧の変化を検出することを含む。
一部の実装において、タッチ位置を決定することは、同時又は実質的に同時に起こる場合がある複数のタッチの位置を決定することを含む。タッチ表面にわたって移動するタッチのタッチ位置は、電圧の変化から決定され得る。
圧電系センサを使用するタッチ感知は、手袋でのタッチ又はスタイラスでのタッチの検出を容易にし得る。これは、他の感知方法、例えば、容量感知を使用しては容易に達成されない。なお、圧電タッチ感知を、容量タッチ感知と組み合わせて、タッチ感知情報の取得を向上させるように、タッチデバイスを、両タッチ感知技術を組み込むように構成してもよい。例えば、容量感知を、特定の状況において、例えば、指でのタッチに使用することができ、圧電タッチ感知を、他の状況において、例えば、スタイラス又は手袋でのタッチに使用することができる。一部の実施形態では、圧電感知を、一部のタッチ情報、例えば、タッチダウン、タッチリフトオフ、及び／又はタッチ力を取得するのに使用することができ、容量タッチ感知を、異なるタッチ情報、例えば、タッチ位置を取得するのに使用することができる。一部の実装において、圧電感知及び容量感知には、容量感知用の電極を駆動するための更なる回路を含むタッチコントローラ回路と共に、同じ電極を使用してもよい。タッチコントローラ回路は、第１セットの電極に対して駆動信号を順次適用し、第２セットの各電極における応答信号を感知するように構成されてもよい。タッチにより生じた変形に応答するタッチセンサにわたる電圧の変化及び容量の変化を示す応答信号の両方を分析して、タッチについての情報を提供することができる。一部の実装において、この分析は、圧電層により生成された信号成分を、容量感知により生成された信号成分から分離することを含む。例えば、圧電層により生成された信号成分は、容量感知により生成された信号成分から、適切なフィルタリング及び／又は他の信号処理により分離されてよい。
先に検討されたように、１つ又は２つ以上の圧電層を含む多層構造体に印加された電圧は、印加電圧による双極子の配向により生じる圧電層の動きを生じさせ得る。この現象は、触覚フィードバックをユーザに提供するのに有用である場合がある。例えば、タッチがある位置で検出された場合、このタッチ位置における電極に電圧が印加され、ユーザにより認識できる圧電層の動きを生じさせてもよい。
本明細書に開示された実施形態は、下記のものを含む。
項目１．
タッチセンサであって、
タッチ表面と、
誘電体コア層と、
少なくとも１つの第１圧電層及び第２圧電層であって、該誘電体コア層が、該第１圧電層と該第２圧電層との間に配置されており、各圧電層が分極圧電ポリマーを含む、少なくとも１つの第１圧電層及び第２圧電層と、
該第１圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第１セットの個々にアドレス可能な電極と、
該第２圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を備える、タッチセンサと、
該第１セットの電極及び該第２電極に接続されている回路であって、該回路が、該タッチ表面に加えられたタッチに応答する、該第２電極を基準とした、該第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている、回路と、を備える、タッチパネル。
項目２．前記少なくとも１つの第２電極が、第２セットの個々にアドレス可能な電極を含み、前記回路が、該第２セットのうちの１つ又は２つ以上の電極をそれぞれ基準とする、前記第１セットのうちの１つ又は２つ以上の電極の１つ又は２つ以上の電気信号の変化を検出するように構成されている、項目１に記載のタッチパネル。
項目３．前記第１分極圧電ポリマー層が、前記コア層の第１表面上に直接配置されており、前記第２分極圧電ポリマー層が、前記コア層の第２表面上に直接配置されている、項目１又は２に記載のタッチパネル。
項目４．前記分極圧電ポリマーが、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む、項目１〜３のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目５．前記分極圧電ポリマーが、フルオロポリマー又はＰＶＤＦ−トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）コポリマーを含む、項目１〜３のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目６．前記分極圧電ポリマーが、少なくとも約５ｐＣ／Ｎの圧電電圧定数（ｄ３３）を有する、項目１〜５のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目７．前記コア層が、ポリマーを含む、項目１〜６のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目８．前記コア層が、ポリ（メチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含む、項目１〜６のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目９．前記コア層が、約２〜約５の誘電率を有する、項目１〜８のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１０．前記コア層が、約１０１５Ω−ｃｍより大きい抵抗率を有する、項目１〜９のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１１．前記コア層が、約０．５ＧＰａ〜約３ＧＰａの範囲にある弾性率を有する、項目１〜１０のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１２．前記コア層が、前記コア層、前記第１圧電層及び前記第２圧電層を組み合わせた厚さの少なくとも約１／６の厚さを有する、項目１〜１１のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１３．前記コア層が、前記コア層、前記第１圧電層及び前記第２圧電層を組み合わせた厚さの約２／３未満の厚さを有する、項目１〜１１のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１４．前記コア層、前記第１圧電層及び前記第２圧電層を組み合わせた厚さが、約０．０２〜約０．２μｍの範囲にある、項目１〜１３のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１５．前記第１及び第２分極圧電ポリマー層がそれぞれ、約１μｍ〜約５μｍの厚さを有する、項目１〜１４のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１６．前記コア層、前記第１及び第２圧電層、前記第１セットの電極並びに前記少なくとも１つの第２電極が、実質的に光学的に透明である、項目１〜１５に記載のタッチパネル。
項目１７．
前記第１圧電層と前記コア層との間に配置されている第１結合層、及び
前記第２圧電層と前記コア層との間に配置されている第２結合層の１つ又は２つ以上を更に備える、項目１〜１６のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１８．
前記第１セットの電極と前記第１圧電層との間に配置されている第１接着層、及び
前記少なくとも１つの第２電極と前記第２圧電層との間に配置されている第２接着層の１つ又は２つ以上を更に備える、項目１〜１７のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目１９．電子ディスプレイを更に備え、該電子ディスプレイが、前記タッチセンサを通して視認できる、項目１〜１８のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目２０．
前記第１セットの電極を覆って配置されている第１保護層、及び
前記少なくとも１つの第２電極を覆って配置されている第２保護層の少なくとも一方を更に備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のタッチパネル。
項目２１．
タッチセンサであって、
タッチ表面と、
誘電体コア層と、
該誘電体コア層の第１表面を覆って配置されている分極圧電ポリマーを含む、少なくとも１つの圧電層と、
該圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第１セットの個々にアドレス可能な電極と、
該コア層の第２表面を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を備える、タッチセンサと、
該第１セットの電極及び該第２電極に接続されている回路であって、該回路が、該タッチ表面に加えられたタッチに応答する、該第２電極を基準とした、該第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている、回路と、を備える、タッチパネル。
項目２２．前記圧電層が、約５μｍ未満の厚さを有する、項目２１に記載のタッチパネル。
項目２３．
タッチセンサを製造することであって、
コア層を少なくとも１つの圧電ポリマー層と共押出しすることであって、該圧電ポリマー層が該コア層の第１表面上に配置される、共押出しすることと、
該少なくとも１つの圧電ポリマー層にわたって電界を印加することにより、該少なくとも１つの圧電ポリマー層を分極させることと、
該圧電ポリマー層を覆って第１セットの電極を形成することと、
該コア層の第２表面を覆って少なくとも１つの第２電極を形成することと、を含む、製造することと、
該タッチセンサに加えられたタッチに応答する、該第２電極を基準とした、該第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている回路に、該第１セットの電極及び該第２セットの電極を接続することと、を含む、方法。
項目２４．
前記少なくとも１つの圧電ポリマー層が、第１圧電ポリマー層及び第２圧電ポリマー層を備え、
前記コア層を前記少なくとも１つの圧電ポリマー層と共押出しすることが、前記コア層を、該第１圧電ポリマー層と該第２圧電ポリマー層との間に挟んだ状態で、共押出しすることを含む、請求項２３に記載の方法。
項目２５．
前記共押出しすることが、前記少なくとも１つの圧電ポリマー層上に配置される剥離層を共押出しすることと、
前記圧電ポリマー層から該剥離層を剥離させることと、
前記圧電ポリマー層上に電極セットを製造することと、を含む、項目２３又は２４に記載の方法。
項目２６．前記共押出しすることが、
前記コア層と前記第１圧電ポリマー層との間に配置されている第１結合層、及び
前記コア層と前記第２圧電ポリマー層との間に配置されている第２結合層の少なくとも一方を共押出しすることを含む、項目２３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
項目２７．共押出しすることが、
前記第１セットの電極を形成する前に、前記第１圧電ポリマー層上に第１接着層を共押出しすること、及び
前記第２セットの電極を形成する前に、前記第２圧電ポリマー層上に第２接着層を共押出しすることの少なくとも一方を含む、項目２３〜２６のいずれか一項に記載の方法。
項目２８．
タッチセンサの第１圧電層の変形に応答するセンサにわたる電圧の変化を検出することであって、該タッチセンサが、
該第１圧電層と第２圧電層との間に配置されているコア層であって、各圧電層が、分極圧電ポリマーを含む、コア層と、
該第１圧電ポリマー層を覆って配置されている少なくとも１つの第１電極と、
該第２圧電ポリマー層を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を備え、該第１及び第２電極の一方又は両方が、個々にアドレス可能な電極のアレイを備える、検出することと、
該検出された電圧の変化に基づいて、タッチ位置及びタッチ力の大きさのうちの少なくとも一方を決定することと、を含む、方法。
項目２９．前記タッチ位置を決定することが、複数のタッチの位置を決定することを含む、項目２８に記載の方法。
項目３０．前記タッチ位置を決定することが、移動するタッチのタッチ位置を決定することを含む、項目２８又は２９に記載の方法。
項目３１．
前記少なくとも１つの第１電極が、第１セットの個々にアドレス可能な電極を備え、
前記少なくとも１つの第２電極が、第２セットの個々にアドレス可能な電極を備え、
前記電圧の変化を検出することが、該第２セットの電極を基準とした、該第１セットの電極からの電圧の変化を検出することを含む、項目２８〜３０のいずれか一項に記載の方法。
項目３２．前記第１セットの電極が、交点のアレイにおいて、第２セットの電極に容量結合され、
駆動信号を使用して、前記第１セットの電極を順次駆動させることと、
前記第２セットの各電極において、応答信号を感知することと、
１つ又は２つ以上の該交点近くのタッチに応答する、該１つ又は２つ以上の交点における容量の変化を示す該応答信号の変化を検出することと、
該タッチにより生じる変形に応答する前記タッチセンサにわたる前記電圧の変化と、容量の変化を示す該応答信号の両方を使用して、該タッチについての情報を提供することと、を更に含む、項目３１に記載の方法。
項目３３．前記第１及び第２電極に電圧を印加して、触覚フィードバックをユーザに提供することを更に含む、項目２８〜３２のいずれか一項に記載の方法。
特に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用する、数量、特性の測定値などを表す全ての数値は、「約」という語で修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、そうでないことが示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、本願の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化し得る近似値である。特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限しようとするものではないが、各数値パラメータは、少なくとも記載される有効桁数を考慮し、一般的な四捨五入法を適用することによって解釈されるべきである。実施形態の広義の範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値ではあるが、任意の数値が本明細書に述べられる具体例に記載される限りにおいて、これらは妥当な程度に可能な範囲で正確に記載されるものである。しかしながら、いかなる数値も、試験又は測定の限界に伴う誤差を含む場合がある。
当業者には、本明細書に開示された実施形態に対する種々の修正及び変更が明らかであろう。例えば、読者は、開示される一実施形態の特徴が、特に指示がない限り、全ての他の開示される実施形態にも適用され得ると想定すべきである。

Claims (33)

  1. タッチセンサであって、
    タッチ表面と、
    誘電体コア層と、
    少なくとも１つの第１圧電層及び第２圧電層であって、該誘電体コア層が、該第１圧電層と該第２圧電層との間に配置されており、各圧電層が分極圧電ポリマーを含む、少なくとも１つの第１圧電層及び第２圧電層と、
    該第１圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第１セットの個々にアドレス可能な電極と、
    該第２圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を備える、タッチセンサと、
    該第１セットの電極及び該第２電極に接続されている回路であって、該回路が、該タッチ表面に加えられたタッチに応答する、該第２電極を基準とした、該第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている、回路と、を備える、タッチパネル。
  2. 前記少なくとも１つの第２電極が、第２セットの個々にアドレス可能な電極を含み、前記回路が、該第２セットのうちの１つ又は２つ以上の電極をそれぞれ基準とする、前記第１セットのうちの１つ又は２つ以上の電極の１つ又は２つ以上の電気信号の変化を検出するように構成されている、請求項１に記載のタッチパネル。
  3. 前記第１分極圧電ポリマー層が、前記コア層の第１表面上に直接配置されており、前記第２分極圧電ポリマー層が、前記コア層の第２表面上に直接配置されている、請求項１に記載のタッチパネル。
  4. 前記分極圧電ポリマーが、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む、請求項１に記載のタッチパネル。
  5. 前記分極圧電ポリマーが、フルオロポリマー又はＰＶＤＦ−トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）コポリマーを含む、請求項１に記載のタッチパネル。
  6. 前記分極圧電ポリマーが、少なくとも約５ｐＣ／Ｎの圧電電圧定数（ｄ３３）を有する、請求項１に記載のタッチパネル。
  7. 前記コア層が、ポリマーを含む、請求項１に記載のタッチパネル。
  8. 前記コア層が、ポリ（メチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含む、請求項１に記載のタッチパネル。
  9. 前記コア層が、約２〜約５の誘電率を有する、請求項１に記載のタッチパネル。
  10. 前記コア層が、約１０１５Ω−ｃｍより大きい抵抗率を有する、請求項１に記載のタッチパネル。
  11. 前記コア層が、約０．５ＧＰａ〜約３ＧＰａの範囲にある弾性率を有する、請求項１に記載のタッチパネル。
  12. 前記コア層が、前記コア層、前記第１圧電層及び前記第２圧電層を組み合わせた厚さの少なくとも約１／６の厚さを有する、請求項１に記載のタッチパネル。
  13. 前記コア層が、前記コア層、前記第１圧電層及び前記第２圧電層を組み合わせた厚さの約２／３未満の厚さを有する、請求項１に記載のタッチパネル。
  14. 前記コア層、前記第１圧電層及び前記第２圧電層を組み合わせた厚さが、約０．０２〜約０．２μｍの範囲にある、請求項１に記載のタッチパネル。
  15. 前記第１及び第２分極圧電ポリマー層がそれぞれ、約１μｍ〜約５μｍの厚さを有する、請求項１に記載のタッチパネル。
  16. 前記コア層、前記第１及び第２圧電層、前記第１セットの電極並びに前記少なくとも１つの第２電極が、実質的に光学的に透明である、請求項１に記載のタッチパネル。
  17. 前記第１圧電層と前記コア層との間に配置されている第１結合層、及び
    前記第２圧電層と前記コア層との間に配置されている第２結合層の１つ又は２つ以上を更に備える、請求項１に記載のタッチパネル。
  18. 前記第１セットの電極と前記第１圧電層との間に配置されている第１接着層、及び
    前記少なくとも１つの第２電極と前記第２圧電層との間に配置されている第２接着層の１つ又は２つ以上を更に備える、請求項１に記載のタッチパネル。
  19. 電子ディスプレイを更に備え、該電子ディスプレイが、前記タッチセンサを通して視認できる、請求項１に記載のタッチパネル。
  20. 前記第１セットの電極を覆って配置されている第１保護層、及び
    前記少なくとも１つの第２電極を覆って配置されている第２保護層の少なくとも一方を更に備える、請求項１に記載のタッチパネル。
  21. タッチセンサであって、
    タッチ表面と、
    誘電体コア層と、
    該誘電体コア層の第１表面を覆って配置されている分極圧電ポリマーを含む、少なくとも１つの圧電層と、
    該圧電層を覆って配置されている少なくとも１つの第１セットの個々にアドレス可能な電極と、
    該コア層の第２表面を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を備える、タッチセンサと、
    該第１セットの電極及び該第２電極に接続されている回路であって、該回路が、該タッチ表面に加えられたタッチに応答する、該第２電極を基準とした、該第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている、回路と、を備える、タッチパネル。
  22. 前記圧電層が、約５μｍ未満の厚さを有する、請求項２１に記載のタッチパネル。
  23. タッチセンサを製造することであって、
    コア層を少なくとも１つの圧電層と共押出しすることであって、該圧電層が該コア層の第１表面上に配置される、共押出しすることと、
    該少なくとも１つの圧電ポリマー層にわたって電界を印加することにより、該少なくとも１つの圧電層を分極させることと、
    該圧電層を覆って第１セットの電極を形成することと、
    該コア層の第２表面を覆って少なくとも１つの第２電極を形成することと、を含む、製造することと、
    該タッチセンサに加えられたタッチに応答する、該第２電極を基準とした、該第１セットの電極のうちの少なくとも１つの電極の電気信号の変化を検出するように構成されている回路に、該第１セットの電極及び該第２セットの電極を接続することと、を含む、方法。
  24. 前記少なくとも１つの圧電層が、第１圧電ポリマー層及び第２圧電ポリマー層を備え、
    前記コア層を前記少なくとも１つの圧電層と共押出しすることが、前記コア層を、該第１圧電層と該第２圧電ポリマー層との間に挟んだ状態で、共押出しすることを含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記共押出しすることが、前記少なくとも１つの圧電層上に配置される剥離層を共押出しすることと、
    前記圧電層から該剥離層を剥離させることと、
    前記圧電ポリマー層上に電極セットを製造することと、を含む、請求項２３に記載の方法。
  26. 前記共押出しすることが、
    前記コア層と前記第１圧電層との間に配置されている第１結合層、及び
    前記コア層と前記第２圧電層との間に配置されている第２結合層の少なくとも一方を共押出しすることを含む、請求項２３に記載の方法。
  27. 共押出しすることが、
    前記第１セットの電極を形成する前に、前記第１圧電層上に第１接着層を共押出しすること、及び
    前記第２セットの電極を形成する前に、前記第２圧電層上に第２接着層を共押出しすることの少なくとも一方を含む、請求項２３に記載の方法。
  28. タッチセンサの第１圧電層の変形に応答するセンサにわたる電圧の変化を検出することであって、該タッチセンサが、
    該第１圧電層と第２圧電層との間に配置されているコア層であって、各圧電層が、分極圧電ポリマーを含む、コア層と、
    該第１圧電ポリマー層を覆って配置されている少なくとも１つの第１電極と、
    該第２圧電ポリマー層を覆って配置されている少なくとも１つの第２電極と、を備え、該第１及び第２電極の一方又は両方が、個々にアドレス可能な電極のアレイを備える、検出することと、
    該検出された電圧の変化に基づいて、タッチ位置及びタッチ力の大きさのうちの少なくとも一方を決定することと、を含む、方法。
  29. 前記タッチ位置を決定することが、複数のタッチの位置を決定することを含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記タッチ位置を決定することが、移動するタッチのタッチ位置を決定することを含む、請求項２８に記載の方法。
  31. 前記少なくとも１つの第１電極が、第１セットの個々にアドレス可能な電極を備え、
    前記少なくとも１つの第２電極が、第２セットの個々にアドレス可能な電極を備え、
    前記電圧の変化を検出することが、該第２セットの電極を基準とした、該第１セットの電極からの電圧の変化を検出することを含む、請求項２８に記載の方法。
  32. 前記第１セットの電極が、交点のアレイにおいて、第２セットの電極に容量結合され、
    駆動信号を使用して、前記第１セットの電極を順次駆動させることと、
    前記第２セットの各電極において、応答信号を感知することと、
    １つ又は２つ以上の該交点近くのタッチに応答する、該１つ又は２つ以上の交点における容量の変化を示す該応答信号の変化を検出することと、
    該タッチにより生じる変形に応答する前記タッチセンサにわたる前記電圧の変化と、容量の変化を示す該応答信号の両方を使用して、該タッチについての情報を提供することと、を更に含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記第１及び第２電極に電圧を印加して、触覚フィードバックをユーザに提供することを更に含む、請求項２８に記載の方法。
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