JP6020745B2 - タッチセンサ - Google Patents

Description

本発明は、操作面への押し込みを検出するタッチセンサに関する。

従来、ユーザが操作面に触れたことで操作入力を検出するタッチ式入力装置が各種考案されている。タッチ式入力装置としては、操作面へのタッチ位置と、操作面の押圧や押圧量とを検出する装置がある。

例えば、特許文献１に記載のタッチ式入力装置は、平板状の感圧センサ（押圧センサ）と平板状の静電センサとを重ねたタッチセンサを備えている。押圧センサは、ユーザが操作面を押し込むことで厚み方向にひずみ、押圧されたことや押圧量を検出する。静電センサは、操作面へのタッチ位置を検出する。

特開平５−６１５９２号公報

押圧センサの出力を大きくするには、例えば特許文献１に示されているように圧電フィルムの両面全体に電極を形成する方法が考えられる。

しかしながら、この方法では、平板状の押圧センサの押圧位置によって押圧センサのひずみ量が異なる。具体的には、押圧センサの中央領域のひずみ量は大きく、中央領域より外周側に位置する押圧センサの周辺領域のひずみ量は小さい。すなわち、同じ押圧量であるにも関わらず押圧位置によって発生する電荷量がばらつく。

そのため、特許文献１のタッチ式入力装置は、押圧位置による出力補正をかける必要があり、処理が複雑になるという問題を有している。

したがって、本発明の目的は、押圧位置による出力のばらつきを抑制できるタッチセンサを提供することにある。

本発明のタッチセンサは、両主面に圧電検出用電極が設けられた圧電フィルムを有する押圧センサを備えるタッチセンサであって、
両主面に直交する方向から見て、両主面の内の少なくとも一方の主面に設けられた圧電検出用電極の中央領域には開口部が設けられている、ことを特徴とする。

この構成のタッチセンサは、圧電検出用電極の中央領域に開口部が設けられることにより、押圧位置により大きくばらつく中央領域の発生電荷を除去し、押圧位置によるばらつきが少ない圧電検出用電極の周辺領域からの電荷を取り出している。

したがって、この構成のタッチセンサは、押圧位置による出力のばらつきを抑制できる。すなわち、この構成のタッチセンサは、押圧センサの出力を安定させることができる。また、この構成のタッチセンサを備えるタッチ式入力装置は、押圧位置による出力補正をかける必要がなく、処理が単純になる。

また、本発明のタッチセンサでは、圧電検出用電極は、前記主面の短手方向に沿って形成された第１電極部と、前記主面の長手方向に沿って形成された第２電極部と、を有し、
第１電極部の幅は、第２電極部の幅より短いことが好ましい。

この構成のタッチセンサは、第１電極部の幅を第２電極部の幅より小さくすることで、押圧位置による出力のばらつきをより抑制できる。すなわち、この構成のタッチセンサは、出力をより安定させることができる。

また、本発明のタッチセンサでは、開口部の中心軸は、圧電フィルムの中心軸と一致していることが好ましい。

この構成では、ひずみ量の最も大きい圧電フィルムの中心付近の電極を除去する。そのため、この構成のタッチセンサは、押圧位置による出力のばらつきを一層抑制できる。

また、本発明のタッチセンサにおいて、中央領域内には、圧電検出用電極と絶縁された内部電極が形成されていることが好ましい。

この構成では、押圧センサの中央領域と、中央領域より外周側に位置する押圧センサの周辺領域とで、電極の積層数が同じになる。これにより、光学的なムラの発生を抑制できる。

また、本発明のタッチセンサは、両主面に位置検出用電極が形成された誘電体基板を有する静電センサを備え、
静電センサ、押圧センサの順で、操作面側から配置されていることが好ましい。

この構成では、静電センサが、操作面へのタッチ位置を検出する。そのため、この構成のタッチセンサは、操作面へのタッチ位置と、操作面の押圧や押圧量とを検出できる。

また、本発明では、圧電フィルムは、キラル高分子によって形成されていることが好ましい。

この構成では、検出信号の信号レベルを、確実且つ高感度に検出することができる。

また、本発明では、キラル高分子は、ポリ乳酸であることが好ましい。

この構成では、検出信号の信号レベルを、確実且つ高感度に検出することができる。

また、本発明では、ポリ乳酸は、Ｌ型ポリ乳酸であることが好ましい。

この構成では、検出信号の信号レベルを、確実且つ高感度に検出することができる。

この発明によれば、押圧位置による出力のばらつきを抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係るタッチセンサを備える表示装置１の外観斜視図である。 図１に示すＳ−Ｓ線の断面図である。 図２に示すタッチパネル１０の分解斜視図である。 図２に示す絶縁性基板１１Ｐ１の平面図である。 図２に示すベースフィルム１１Ｐ２の平面図である。 図２に示す絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。 図１に示す表示装置１のブロック図である。 図２に示すタッチセンサ１１Ｐと、本発明の第１の実施形態の比較例に係るタッチセンサ５１１Ｐと、の平面透視図である。 図８に示すタッチセンサ５１１Ｐに備えられる絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。 図８に示すタッチセンサ５１１Ｐにおいて、各押圧位置Ａ〜Ｆの押圧により発生する電荷の分布図である。 図２に示すタッチセンサ１１Ｐと、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐとにおいて、押圧位置Ａ〜Ｆと、押圧位置Ａでの出力に対する、押圧位置Ｂ〜Ｆでの出力の比との関係を示す図である。 図１２（Ａ）は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐの１／４長方形領域Ｒの各押圧位置での押圧による発生電荷を示した図である。図１２（Ｂ）は、図２に示すタッチセンサ１１Ｐの１／４長方形領域Ｒの各押圧位置での押圧による発生電荷を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るタッチセンサに備えられる絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るタッチセンサ３１２を備える表示装置３の断面図である。 図１４に示すタッチパネル３１０の分解斜視図である。 図１４に示す絶縁性基板１１Ｐ１の平面図である。 図１４に示す絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。 図１４に示す表示装置３のブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るタッチセンサに備えられる絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。 図１９に示す第２電極部４２２の幅Ｌｘに対する第１電極部４２１の幅Ｌｙの比と均一性の比との関係を示す図である。 本発明の第４の実施形態の変形例に係るタッチセンサに備えられる絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。

本発明の第１の実施形態に係るタッチセンサについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るタッチセンサを備える表示装置１の外観斜視図である。図２は、図１に示すＳ−Ｓ線の断面図である。図３は、図２に示すタッチパネル１０の分解斜視図である。図４は、図２に示す絶縁性基板１１Ｐ１の平面図である。図５は、図２に示すベースフィルム１１Ｐ２の平面図である。図６は、図２に示す絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。図７は、図１に示す表示装置１のブロック図である。

図１に示すように、表示装置１は、携帯可能な程度の大きさからなる筐体１００を備える。表示装置１は、タッチ式入力装置であり、例えばタブレットやスマートフォンである。

筐体１００は、長さ及び幅が厚さよりも大きな直方体形状であり、天面が開口する形状からなる。筐体１００には、図１、図２に示すように、筐体１００の開口面を塞ぐよう操作板１１０が載置され、固定されている。操作板１１０の一方の主面が操作面１０１となる。操作板１１０は、透光性を有する材料からなる。

表示装置１は、筐体１００内に、図１、図２に示すように、操作面１０１側から、操作板１１０、押圧センサ１１Ｐ、表示部３０、制御回路モジュール５２、及び図７に示すバッテリ８０を、この順番に備えている。

操作板１１０及び押圧センサ１１Ｐは、組み合わされて、タッチパネル１０を構成する。操作板１１０、押圧センサ１１Ｐ、および表示部３０は平板状であり、それぞれの平板面が筐体１００の操作面１０１に平行になるように、筐体１００に配置されている。

なお、本実施形態では押圧センサ１１Ｐが、本発明の「タッチセンサ」に相当する。

筐体１００の底面と表示部３０との間には、回路基板（図示せず）が配置されており、当該回路基板に制御回路モジュール５２が実装されている。制御回路モジュール５２は、図８に示す、制御部２０、記憶部２１、ＲＡＭ２２、無線ＬＡＮ通信部６０、及び３Ｇ通信部６１を実現するモジュールである。

制御回路モジュール５２は、押圧センサ１１Ｐ、表示部３０、及びバッテリ８０に接続されている。ここで、制御部２０は、押圧センサ１１Ｐに接続されている。

押圧センサ１１Ｐの表示部３０とは反対側の面には、操作板１１０が設けられている。操作板１１０は、絶縁性および透光性を有する材質からなる。例えば、操作板１１０には、ＰＥＴやＰＰ、ガラスを用いるとよい。

押圧センサ１１Ｐは、図２〜図６に示すように、圧電検出用電極１１Ｐ０と、平板状の絶縁性基板１１Ｐ１と、平膜状のベースフィルム１１Ｐ２と、圧電検出用電極１１Ｐ３と、平板状の絶縁性基板１１Ｐ４と、を有する。

絶縁性基板１１Ｐ１は、透光性を有する材料（例えばＰＥＴ）からなる。絶縁性基板１１Ｐ１は、圧電検出用電極１１Ｐ０が形成された操作面１０１側の上面と、上面に対向する下面と、を有している。

ベースフィルム１１Ｐ２は、操作面１０１側の上面と、上面に対向する下面と、を有している。ベースフィルム１１Ｐ２の上面には、絶縁性基板１１Ｐ１の下面が粘着剤によって貼付されている。

絶縁性基板１１Ｐ４は、図３、図６に示すように、透光性を有する材料（例えばＰＥＴ）からなる。絶縁性基板１１Ｐ４は、圧電検出用電極１１Ｐ３が形成された操作面１０１側の上面と、上面に対向する下面と、を有している。絶縁性基板１１Ｐ４の上面には、ベースフィルム１１Ｐ２の下面が粘着剤によって貼付されている。

なお、絶縁性基板１１Ｐ１及びベースフィルム１１Ｐ２が、本発明の「圧電フィルム」を構成する。絶縁性基板１１Ｐ１の上面が、本発明の「第１主面」を構成する。ベースフィルム１１Ｐ２の下面が、本発明の「第２主面」を構成する。

以上の構成により、押圧センサ１１Ｐは、両主面に圧電検出用電極１１Ｐ０、１１Ｐ３が設けられた圧電フィルムを有している。そして、両主面に直交する方向から見て、両主面の内の少なくとも一方の主面に設けられた圧電検出用電極１１Ｐ３の中央領域には開口部７０が設けられている。開口部７０は、絶縁性基板１１Ｐ４を露出させている。開口部７０の形状は四角形である。

ここで、圧電検出用電極１１Ｐ３の縦の長さＹ１は、１２５ｍｍである。圧電検出用電極１１Ｐ３の横の長さＸ１は、７５ｍｍである。圧電検出用電極１１Ｐ３の幅の長さＬは、１２．５ｍｍである。

開口部７０の中心軸Ｃ１は、ベースフィルム１１Ｐ２の中心軸Ｃ２と一致している。

なお、本実施形態では、圧電検出用電極１１Ｐ３の中央領域にのみ開口部７０が設けられているが、これに限るものではない。実施の際は例えば、圧電検出用電極１１Ｐ０及び圧電検出用電極１１Ｐ３の両方の中央領域に開口部７０が設けられていてもよい。

押圧センサ１１Ｐは、ユーザが操作面１０１を押し込んでベースフィルム１１Ｐ２の平膜面を押圧することで、ベースフィルム１１Ｐ２が撓んで発生する電荷を、圧電検出用電極１１Ｐ０，１１Ｐ３で検出する。そして、押圧センサ１１Ｐは、この検出に基づく信号を押圧検出信号として、不図示の配線を介して制御回路モジュール５２へ出力する。

なお、ベースフィルム１１Ｐ２は、圧電性を有するフィルムであればよいが、好ましくは、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）、さらにはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）によって形成されていることが好ましい。

ＰＬＬＡは、キラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸され、分子が配向すると、圧電性を有する。そして、一軸延伸されたＰＬＬＡは、圧電フィルムの平膜面が押圧されることにより、電荷を発生する。この際、発生する電荷量は、押圧により平膜面が、当該平膜面に直交する方向へ変位する変位量によって一意的に決定される。一軸延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。

したがって、ＰＬＬＡを用いることで、押圧による変位を確実且つ高感度に検出することができる。すなわち、押圧を確実に検出し、押圧量を高感度に検出することができる。

なお、延伸倍率は３〜８倍程度が好適である。延伸後に熱処理を施すことにより、ポリ乳酸の延びきり鎖結晶の結晶化が促進され圧電定数が向上する。なお、二軸延伸した場合はそれぞれの軸の延伸倍率を異ならせることによって一軸延伸と同様の効果を得ることが出来る。

例えばある方向をＸ軸としてＸ軸方向に８倍、Ｘ軸に直交するＹ軸方向に２倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそＸ軸方向に４倍の一軸延伸を施した場合とほぼ同等の効果が得られる。単純に一軸延伸したフィルムは延伸軸方向に沿って裂け易いため、前述したような二軸延伸を行うことにより幾分強度を増すことができる。

また、ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じ、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。すなわち、強誘電体に属さないＰＬＬＡの圧電性は、ＰＶＤＦやＰＺＴ等の強誘電体のようにイオンの分極によって発現するものではなく、分子の特徴的な構造である螺旋構造に由来するものである。

このため、ＰＬＬＡには、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性が生じない。さらに、ＰＶＤＦ等は経時的に圧電定数の変動が見られ、場合によっては圧電定数が著しく低下する場合があるが、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に極めて安定している。したがって、周囲環境に影響されることなく、押圧による変位を高感度に検出することができる。

このような一軸延伸処理されたベースフィルム１１Ｐ２は、図２、図３、図５に示すように、筐体１００の側面に沿った直交二方向に対して、一軸延伸方向９００が略４５°の角度を成すように、筐体１００に配置されることが好ましい。このような配置を行うことで、より高感度に変位を検出できる。したがって、押圧および押圧量をより高感度に検出することができる。

圧電検出用電極１１Ｐ０，１１Ｐ３は、図２〜図４、図６に示すように、ポリチオフェンやポリアニリンを主成分とする有機電極、ＩＴＯ、ＺｎＯ、銀ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェン等の無機電極のいずれかを用いるのが好適である。これらの材料を用いることで、透光性の高い導体パターンを形成できる。

図１、図２に示すように、筐体１００の内部におけるタッチパネル１０の他方の主面には、表示部３０が配置されている。表示部３０は、所謂フラットディスプレイからなり、ここでは、具体的に液晶表示素子からなる。

表示部３０は、液晶パネル３０１、表面偏光板３０２、裏面偏光板３０３、バックライト３０４を備える。表面偏光板３０２と裏面偏光板３０３は、液晶パネル３０１を挟むように配置されている。バックライト３０４は、裏面偏光板３０３を挟んで、液晶パネル３０１と反対側に配置されている。

次に、図７に示すように、表示装置１は、タッチパネル１０、制御部２０、記憶部２１、ＲＡＭ２２、表示部３０、無線ＬＡＮ通信部６０、３Ｇ通信部６１、及びバッテリ８０を備える。

記憶部２１は、例えばフラッシュメモリで構成されている。記憶部２１は、表示装置１の各部の制御方法が記述された制御プログラムを保存する。

制御部２０は、例えばＣＰＵで構成されている。また、制御部２０は、現在時刻や現在日を計時するタイマー回路を有している。制御部２０は、記憶部２１に保存されている制御プログラムに従って、表示装置１の各部の動作を制御する。制御部２０は、当該制御プログラムで処理されるデータをＲＡＭ２２に展開する。

タッチパネル１０は、操作板１１０、及び押圧センサ１１Ｐを有する。

押圧センサ１１Ｐは、操作面１０１が押圧されると、押圧量（押圧力）に応じた信号レベルＤ_Ｓｐの押圧検出信号を生成する。押圧センサ１１Ｐは、押圧検出信号を制御部２０へ出力する。

制御部２０は、押圧検出信号に基づいて、操作入力内容を決定する。この際、制御部２０は、記憶部２１を操作入力内容の判断処理用の記憶領域として用いる。制御部２０は、決定した操作入力内容に基づく画像データを生成し、表示部３０へ出力する。

表示部３０は、画像データに基づいて操作面１０１に画像を表示する。

無線ＬＡＮ通信部６０及び３Ｇ通信部６１は、不図示のアンテナを有している。無線ＬＡＮ通信部６０は、インターネットに接続された無線ＬＡＮルータを介してサーバ装置（不図示）と通信する。３Ｇ通信部６１は、携帯電話網に接続された基地局を介してサーバ装置（不図示）と通信する。

バッテリ８０は、表示装置１の各部に対してＤＣ動作電源の供給を行う。

ここで、本発明の実施形態に係る押圧センサ１１Ｐ（タッチセンサ１１Ｐ）と、本発明の実施形態の比較例に係るタッチセンサ５１１Ｐと、を比較する。まず、タッチセンサ５１１Ｐの構成について説明する。

なお、本実施形態では押圧センサ１１Ｐが、本発明の「タッチセンサ」に相当する。そのため、本実施形態では押圧センサ１１Ｐを以下、タッチセンサ１１Ｐと称する。

図８は、図２に示すタッチセンサ１１Ｐと、本発明の第１の実施形態の比較例に係るタッチセンサ５１１Ｐと、の平面透視図である。図９は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐに備えられる絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。

図８、図９に示すように、タッチセンサ５１１Ｐは、圧電検出用電極５１１Ｐ３の中央領域に開口部７０が設けられていない点で、タッチセンサ１１Ｐと相違する。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。

以下、図１０〜図１２に示すように、操作面１０１上の各押圧位置が押し込まれた際に、タッチセンサ１１Ｐにおいて発生する電荷と、タッチセンサ５１１Ｐにおいて発生する電荷と、をシミュレーションで比較した結果を示す。タッチセンサ５１１Ｐにおいて発生する電荷は、表示装置１においてタッチセンサ１１Ｐをタッチセンサ５１１Ｐに置き換えて、シミュレーションを行った。

なお、以下では、図８に示すように、次の寸法条件で、シミュレーションを行った。操作板１１０の縦の長さは、１４３．５ｍｍであり、操作板１１０の横の長さは、８１．５ｍｍである。また、押圧位置Ａと押圧位置Ｂの間隔は、２５ｍｍである。同様に、押圧位置Ｂと押圧位置Ｃの間隔、押圧位置Ｄと押圧位置Ｅの間隔、及び押圧位置Ｅと押圧位置Ｆの間隔も、２５ｍｍである。また、押圧位置Ａと押圧位置Ｄの間隔は、２０ｍｍである。同様に、押圧位置Ｂと押圧位置Ｅの間隔、及び押圧位置Ｃと押圧位置Ｆの間隔も、２０ｍｍである。また、タッチセンサ１１Ｐ及びタッチセンサ５１１Ｐのそれぞれの縦の長さは、１２５ｍｍであり、タッチセンサ１１Ｐ及びタッチセンサ５１１Ｐのそれぞれの横の長さは、７５ｍｍである。

図１０（Ａ）は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐにおいて、押圧位置Ａの押圧により発生する電荷の分布図である。図１０（Ｂ）は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐにおいて、押圧位置Ｂの押圧により発生する電荷の分布図である。図１０（Ｃ）は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐにおいて、押圧位置Ｃの押圧により発生する電荷の分布図である。図１０（Ｄ）は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐにおいて、押圧位置Ｄの押圧により発生する電荷の分布図である。図１０（Ｅ）は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐにおいて、押圧位置Ｅの押圧により発生する電荷の分布図である。図１０（Ｆ）は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐにおいて、押圧位置Ｆの押圧により発生する電荷の分布図である。

図１０（Ａ）に示すように、押圧位置が中央の場合、タッチセンサ５１１Ｐの上下端部では均等に応力がかかるため、発生電荷も均等になることが明らかとなった。

次に、図１０（Ｂ）（Ｃ）に示すように、押圧位置がＹ方向に移動した場合、押圧位置に近いタッチセンサ５１１Ｐの上端部の応力が大きくなり、上端部での発生電荷も大きくなることが明らかとなった。一方、押圧位置から遠い下端部の応力は小さくなり、下端部での発生電荷も小さくなることが明らかとなった。よって、発生電荷は上下端部で補完する形となり、移動後の押圧位置Ｂ又はＣでの上下端部の発生電荷の和は、移動前の押圧位置Ａでの上下端部の発生電荷の和と比べて、あまり変化していないことが明らかとなった。

次に、図１０（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）に示すように、押圧位置がＸ方向に移動した場合、押圧位置に近いタッチセンサ５１１Ｐの右端部の応力が大きくなり、右端部での発生電荷も大きくなることが明らかとなった。一方、押圧位置から遠い左端部の応力は小さくなり、左端部での発生電荷も小さくなることが明らかとなった。よって、発生電荷は左右端部で補完する形となり、移動後の押圧位置Ｄ、Ｅ又はＦでの左右端部の発生電荷の和は、移動前の押圧位置Ａ、Ｂ又はＣでの左右端部の発生電荷の和と比べて、あまり変化していないことが明らかとなった。

一方、図１０（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、タッチセンサ５１１Ｐの中央領域１５０は、押圧位置により応力が大きく変化するため、発生電荷も同様に大きく変化することが明らかとなった。

図１１は、図２に示すタッチセンサ１１Ｐと、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐとにおいて、押圧位置Ａ〜Ｆと、押圧位置Ａでの出力に対する、押圧位置Ｂ〜Ｆでの出力の比との関係を示す図である。

タッチセンサ５１１Ｐの場合、最もばらつくＦ位置で出力が４８％減となってしまうのに対し、タッチセンサ１１Ｐの場合は、Ｄ位置で出力が２２％減に抑えられていることが明らかとなった。均一性（（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）×１００）に関しては、タッチセンサ５１１Ｐが３２％、タッチセンサ１１Ｐが２３％となることが明らかとなった。

図１２（Ａ）は、図８に示すタッチセンサ５１１Ｐの１／４長方形領域Ｒの各押圧位置での押圧による発生電荷を示した図である。図１２（Ｂ）は、図２に示すタッチセンサ１１Ｐの１／４長方形領域Ｒの各押圧位置での押圧による発生電荷を示した図である。１／４長方形領域Ｒとは、タッチセンサ１１Ｐ又はタッチセンサ５１１Ｐの一方主面を、中心軸Ｃ２を中心にして等面積で４分割した領域のことである。

タッチセンサ５１１Ｐでは、押圧位置が中央部から端部に移動するに従い、発生電荷は減少しているが、タッチセンサ１１Ｐではその傾向が抑えられていることが明らかとなった。

以上より、圧電検出用電極１１Ｐ３の中央領域１５０に開口部７０が設けられているタッチセンサ１１Ｐの方が、圧電検出用電極１１Ｐ３の中央領域１５０に開口部７０が設けられていないタッチセンサ５１１Ｐより、押圧位置による出力のばらつきを抑制できていることが明らかとなった。

上記のような結果となった理由は、タッチセンサ１１Ｐが、押圧位置により大きくばらつく中央領域１５０の発生電荷を除去し、押圧位置によるばらつきが少ない圧電検出用電極１１Ｐ３の周辺領域からの電荷を取り出しているためであると考えられる。

したがって、この構成のタッチセンサ１１Ｐは、押圧位置による出力のばらつきを抑制できる。すなわち、この構成のタッチセンサ１１Ｐは、出力を安定させることができる。また、この構成のタッチセンサ１１Ｐを備える表示装置１は、押圧位置による出力補正をかける必要がなく、処理が単純になる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るタッチセンサについて、図を参照して説明する。図１３は、本発明の第２の実施形態に係るタッチセンサに備えられる絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。

本実施形態のタッチセンサは、中央領域１５０内に圧電検出用電極１１Ｐ３と絶縁された内部電極２７１が形成されている点で、第１の実施形態のタッチセンサ１１Ｐと相違する。圧電検出用電極１１Ｐ３と内部電極２７１とは、枠状の開口部２７０によって絶縁されている。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。

本実施形態のタッチセンサでは、中央領域１５０と、中央領域１５０より外周側に位置する周辺領域とで、電極の積層数が同じになる。これにより、本実施形態のタッチセンサは、光学的なムラの発生を抑制できる。

なお、内部電極２７１の電位は浮動的にすると、内部電極２７１と圧電検出用電極１１Ｐ０間の電界による影響により圧電検出用電極１１Ｐ３で取り出せる電荷が変化してしまう。それを避けるため、内部電極２７１は圧電検出用電極１１Ｐ３と同電位にする。

次に、本発明の第３の実施形態に係るタッチセンサについて、図を参照して説明する。

図１４は、本発明の第３の実施形態に係るタッチセンサ３１２を備える表示装置３の断面図である。図１５は、図１４に示すタッチパネル３１０の分解斜視図である。図１６は、図１４に示す絶縁性基板１１Ｐ１の平面図である。図１７は、図１４に示す絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。図１８は、図１４に示す表示装置３のブロック図である。

本実施形態のタッチセンサ３１２は、静電センサ１１Ｄを備える点と、圧電検出用電極１１Ｐ０、１１Ｐ３と異なる形状の圧電検出用電極３１１Ｐ０、３１１Ｐ３が形成されている点とで、第１の実施形態のタッチセンサ１１Ｐと相違する。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。

本実施形態の表示装置３では、タッチパネル３１０は、操作板１１０、押圧センサ３１１Ｐ及び静電センサ１１Ｄを有する。押圧センサ３１１Ｐ及び静電センサ１１Ｄは、タッチセンサ３１２を構成している。

制御回路モジュール５２は、静電センサ１１Ｄ、押圧センサ３１１Ｐ、表示部３０、及びバッテリ８０に接続されている。ここで、制御部２０は、静電センサ１１Ｄ及び押圧センサ３１１Ｐに接続されている。

静電センサ１１Ｄは、図１４〜図１６に示すように、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ１と、平板状の絶縁性基板１１Ｄ２と、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３と、を有する。複数の静電容量検出用電極１１Ｄ１は、所謂受信電極であり、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３は、所謂送信電極である。

絶縁性基板１１Ｄ２は、透光性を有する材料（例えばＰＥＴ）からなる。図１５に示すように、絶縁性基板１１Ｄ２は、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ１が形成された操作面１０１側の上面と、上面に対向する下面と、を有している。

複数の静電容量検出用電極１１Ｄ１は長尺状であり、長尺方向が第２の方向に沿う形状からなる。複数の静電容量検出用電極１１Ｄ１は、第２の方向に直交する第１の方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の静電容量検出用電極１１Ｄ１は透光性を有する材料からなる。

絶縁性基板１１Ｐ１は、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３と複数の圧電検出用電極３１１Ｐ０とが形成された操作面１０１側の上面と、上面に対向する下面と、を有している。絶縁性基板１１Ｐ１の上面には、絶縁性基板１１Ｄ２の下面が粘着剤によって貼付されている。

複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３は長尺状であり、長尺方向が第１の方向に沿う形状からなる。複数の圧電検出用電極３１１Ｐ０も長尺状であり、長尺方向が第１の方向に沿う形状からなる。

複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３と複数の圧電検出用電極３１１Ｐ０とは、第２の方向に沿って間隔を空けて交互に配置されている。複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３と複数の圧電検出用電極３１１Ｐ０とは透光性を有する材料からなる。

静電センサ１１Ｄは、ユーザの指が近接したり、接触した際に生じる静電容量変化を、静電容量検出用電極１１Ｄ１，１１Ｄ３で検出する。そして、静電センサ１１Ｄは、この検出に基づく信号を操作検出信号として、不図示の配線を介して制御回路モジュール５２へ出力する。

次に、図１７に示すように、絶縁性基板１１Ｐ４は、複数の圧電検出用電極３１１Ｐ３が形成された操作面１０１側の上面と、上面に対向する下面と、を有している。絶縁性基板１１Ｐ４の上面には、ベースフィルム１１Ｐ２の下面が粘着剤によって貼付されている。

複数の圧電検出用電極３１１Ｐ３は長尺状であり、長尺方向が第１の方向に沿う形状からなる。複数の圧電検出用電極３１１Ｐ３は、複数の圧電検出用電極３１１Ｐ０と対向する位置に、第２の方向に沿って間隔を空けて配置されている。

複数の圧電検出用電極３１１Ｐ３は、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３と対向せず、複数の圧電検出用電極３１１Ｐ０と対向する位置に、配置されている。

押圧センサ３１１Ｐは、ユーザが操作面１０１を押し込んでベースフィルム１１Ｐ２の平膜面を押圧することで、ベースフィルム１１Ｐ２が撓んで発生する電荷を、圧電検出用電極３１１Ｐ０，３１１Ｐ３で検出する。そして、押圧センサ３１１Ｐは、この検出に基づく信号を押圧検出信号として、不図示の配線を介して制御回路モジュール５２へ出力する。

なお、絶縁性基板１１Ｐ１及びベースフィルム１１Ｐ２が、本発明の「圧電フィルム」を構成する。

以上の構成により、押圧センサ３１１Ｐは、両主面に圧電検出用電極３１１Ｐ０、３１１Ｐ３が設けられた圧電フィルムを有している。そして、両主面に直交する方向から見て、両主面の内の少なくとも一方の主面に設けられた圧電検出用電極３１１Ｐ３の中央領域１５０には開口部３７０が設けられている。開口部３７０は、絶縁性基板１１Ｐ４を露出させている。開口部３７０の形状は四角形である。

開口部３７０の中心軸Ｃ１は、ベースフィルム１１Ｐ２の中心軸Ｃ２と一致している。

次に、図１８に示すように、静電センサ１１Ｄは、静電容量センサであり、タッチパネル３１０の各電極の検出容量の値を示す操作検出信号を生成する。操作検出信号の信号レベルＤ_Ｓｄは、ユーザの指が静電センサ１１Ｄに近接もしくは接触した際に生じる静電容量の変化量に依存している。静電センサ１１Ｄは、生成した操作検出信号を制御部２０へ出力する。

制御部２０は、静電センサ１１Ｄから出力された操作検出信号の信号レベルＤ_Ｓｄが所定閾値よりも大きいことを検出すると、その操作検出信号から操作位置を取得する。

制御部２０は、押圧検出信号と操作検出信号とに基づいて、操作入力内容を決定する。

以上より、本実施形態においても、押圧センサ３１１Ｐは、押圧位置により大きくばらつく中央領域１５０の発生電荷を除去し、押圧位置によるばらつきが少ない圧電検出用電極３１１Ｐ３の周辺領域からの電荷を取り出している（図１４〜図１７参照）。

したがって、本実施形態のタッチセンサ３１２は、押圧位置による出力のばらつきを抑制できる。すなわち、本実施形態のタッチセンサ３１２は、出力を安定させることができる。また、本実施形態のタッチセンサ３１２を備える表示装置３は、押圧位置による出力補正をかける必要がなく、処理が単純になる。

さらに、複数の圧電検出用電極３１１Ｐ３は、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３と対向せず、複数の圧電検出用電極３１１Ｐ０と対向する位置に、配置されている。そのため、押圧センサ３１１Ｐは、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３との容量結合が抑えられる。したがって、押圧センサ３１１Ｐは、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３からのノイズを削減することができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係るタッチセンサについて、図を参照して説明する。図１９は、本発明の第４の実施形態に係るタッチセンサに備えられる絶縁性基板１１Ｐ４の平面図である。

本実施形態のタッチセンサは、圧電検出用電極４１１Ｐ３が、絶縁性基板１１Ｐ４の操作面１０１側の主面の短手方向に沿って形成された第１電極部４２１と、主面の長手方向に沿って形成された第２電極部４２２と、を有する点で、第１の実施形態のタッチセンサ１１Ｐと相違する。第１電極部４２１の形状は、長方形であり、長方形の開口部４７０の一辺を形成する。第２電極部４２２の形状も、長方形であり、長方形の開口部４７０の一辺を形成する。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。

次に、第１電極部４２１の幅Ｌｙと第２電極部４２２の幅Ｌｘとの関係について以下説明する。

図２０は、図１９に示す第２電極部４２２の幅Ｌｘに対する第１電極部４２１の幅Ｌｙの比と均一性の比との関係を示す図である。図２０は、Ｌｙ／Ｌｘを変化させた、圧電検出用電極４１１Ｐ３及び絶縁性基板１１Ｐ４を備える４つのタッチセンサを用意し、操作面１０１上の各押圧位置（図８参照）が押し込まれた際に各タッチセンサにおいて発生する電荷から均一性をシミュレーションで算出した結果を示している。このシミュレーションは、表示装置１においてタッチセンサ１１Ｐを各タッチセンサに置き換えて、行った。

なお、均一性は、前述したように、均一性＝（（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）×１００）の式により算出される。また、図２０に示す均一性の比（縦軸）は、Ｌｙ／Ｌｘ＝１、すなわち、第１電極部４２１の幅Ｌｙと第２電極部４２２の幅Ｌｘとが等しいときの均一性を１としたときの値を示している。

図２０より、ＬｙがＬｘに比べて小さくなっていくと、均一性が小さくなっていくことが明らかとなった。すなわち、ＬｙがＬｘに比べて小さくなっていくと、出力のばらつきが小さくなっていくことが明らかとなった。

ここで、ベースフィルム１１Ｐ２の一軸延伸方向が略４５°のとき、ベースフィルム１１Ｐ２に発生する電荷は、Ｘ方向、Ｙ方向の応力をそれぞれＴｘ、Ｔｙとすると、Ｔｘ−Ｔｙに比例する。ベースフィルム１１Ｐ２の上下端部では、Ｙ方向に比べＸ方向の応力が支配的になる。そのため、ベースフィルム１１Ｐ２の上下端部では、ベースフィルム１１Ｐ２の左右端部に比べて多くの電荷が発生する。すなわち、押圧位置による出力の変化は左右端部よりも上下端部の方が大きい。

以上より、図２０に示すような結果となった理由は、ＬｙをＬｘより小さくすることで、押圧位置による出力の変化が大きい上下端部の影響が小さくなるためであると考えられる。

したがって、第４の実施形態に係るタッチセンサは、図１９に示すようにＬｙをＬｘより小さくすることで、押圧位置による出力のばらつきを前記タッチセンサ１１Ｐより抑制できる。すなわち、第４の実施形態に係るタッチセンサは、出力を前記タッチセンサ１１Ｐより安定させることができる。

なお、前記実施形態において、開口部７０、３７０、４７０の形状は四角形であるが、これに限るものではない。実施の際、開口部の形状は例えば菱形や六角形でもよい。この場合においても、例えば図２１に示すようにＬｙはＬｘより小さい方が好ましい。

最後に、前記各実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１、３…表示装置
１０…タッチパネル
１１Ｄ…静電センサ
１１Ｄ１…静電容量検出用電極
１１Ｄ２…絶縁性基板
１１Ｄ３…静電容量検出用電極
１１Ｐ…押圧センサ（タッチセンサ）
１１Ｐ０…圧電検出用電極
１１Ｐ１…絶縁性基板
１１Ｐ２…ベースフィルム
１１Ｐ３…圧電検出用電極
１１Ｐ４…絶縁性基板
２０…制御部
２１…記憶部
２２…ＲＡＭ
３０…表示部
５２…制御回路モジュール
６０…ＬＡＮ通信部
６１…通信部
７０…開口部
８０…バッテリ
１００…筐体
１０１…操作面
１１０…操作板
１５０…中央領域
２７０…開口部
２７１…内部電極
３０１…液晶パネル
３０２…表面偏光板
３０３…裏面偏光板
３０４…バックライト
３１０…タッチパネル
３１１Ｐ…押圧センサ
３１１Ｐ０…圧電検出用電極
３１１Ｐ３…圧電検出用電極
３１２…タッチセンサ
３７０…開口部
４１１Ｐ３…圧電検出用電極
４２１…第１電極部
４２２…第２電極部
４７０…開口部
５１１Ｐ…タッチセンサ
５１１Ｐ３…圧電検出用電極
９００…一軸延伸方向

Claims (9)

1. 第１主面と前記第１主面に対向する第２主面とを有し、前記第１主面及び前記第２主面に圧電検出用電極が設けられた圧電フィルムと、
   前記第２主面に貼付された絶縁性基板と、を有する押圧センサを備えるタッチセンサであって、
   前記第１主面及び前記第２主面に直交する方向から見て、前記第１主面及び前記第２主面の内の少なくとも一方の主面に設けられた前記圧電検出用電極の中央領域には開口部が設けられ、
   前記絶縁性基板は、前記開口部を介して前記第２主面に対向し、
   前記圧電検出用電極は、前記主面の短手方向に沿って形成された第１電極部と、前記主面の長手方向に沿って形成された第２電極部と、を有し、
   前記第１電極部の幅は、前記第２電極部の幅より短い、タッチセンサ。
2. 前記開口部の中心軸は、前記圧電フィルムの中心軸と一致している、請求項１に記載のタッチセンサ。
3. 前記中央領域内には、前記圧電検出用電極と絶縁された内部電極が形成されている、請求項１又は請求項２に記載のタッチセンサ。
4. 両主面に位置検出用電極が形成された誘電体基板を有する静電センサを備え、
   前記静電センサ、前記押圧センサの順で、操作面側から配置されている請求項１から請求項３のいずれか１項にタッチセンサ。
5. 前記圧電フィルムは、キラル高分子によって形成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
6. 前記キラル高分子は、ポリ乳酸である、請求項５に記載のタッチセンサ。
7. 前記ポリ乳酸は、Ｌ型ポリ乳酸である、請求項６に記載のタッチセンサ。
8. 前記開口部は、前記絶縁性基板の一部を露出させる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
9. 前記圧電検出用電極は、第１の方向に伸びる複数の電極で構成され、
   前記複数の電極のそれぞれは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って間隔を空けて配置されている、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のタッチセンサ。