JP6069500B2 - 押圧センサ付き表示パネル、および押圧入力機能付き電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、表示画面を指等で押圧したことが検出可能な押圧センサ付き表示パネル、および当該押圧センサ付き表示パネルを備える押圧入力機能付き電子機器に関する。

従来、液晶ディスプレイ等の薄型表示パネルを備える電子機器において、表示面で操作入力を行うことができる電子機器が各種考案されている。例えば、特許文献１では、操作位置を検出するタッチセンサは、表示パネルの表面側に配置している。操作者が操作面に触れると、タッチセンサがタッチ位置を検出し、電子機器は、検出された操作位置に応じた処理を実行する。

そして、従来のタッチセンサ付き電子機器において、液晶パネル等の偏光板を必要とする表示パネルを用いる場合には、電子機器を構成する各構成要素を、次のような位置関係で配置している。

操作面（最外面）には表面偏光板が配置されている。表面偏光板の操作面と反対側の面には、タッチパネルが配置されている。タッチパネルの表面偏光板と反対側には、液晶をはさみ込んだ一対のガラスからなる液晶パネルが配置されている。液晶パネルのタッチパネルと反対側の面には、裏面偏光板が配置されている。すなわち、タッチパネルは、表面偏光板と裏面偏光板との間に配置されている。

上述の構成では、液晶ディスプレイが透過型の場合、裏面偏光板の更に裏面側に配置されたバックライトからの光が、裏面偏光板、液晶パネル、タッチパネル、表面偏光板の順に透過して、操作面に出射する。液晶ディスプレイが反射型の場合、裏面偏光板は必要ではなく代わりに例えば反射板が設置されるが、操作面から入射した光は、表面偏光板、タッチパネル、液晶パネル、反射板、液晶パネル、タッチパネル、表面偏光板の順に透過して、操作面に戻る。

ここで、表面偏光板および裏面偏光板は、特定方向に振動する波（光波）のみを透過する性質を有する。この透過する方向が偏光方向である。したがって、表面偏光板の偏光方向、裏面偏光板の偏光方向、および液晶パネルの光学特性を組合せることで、液晶ディスプレイとしてのコントラストや透光率を設定としたり、表示画面の見栄えを向上させている。

特開２０１２−２３０６５７号公報

しかしながら、上述の従来の薄型表示パネルを備える電子機器では、次の問題が生じる。

現在では、キラル高分子等の圧電素子から押圧センサを構成することで、操作面の押圧を検出可能にしたものが考えられる。ところが、キラル高分子等の圧電素子は、複屈折性を有する。例えば、一軸延伸されたＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）の延伸方向に平行な方向に振動する波の屈折率は１．４７である。一方、一軸延伸されたＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）の延伸方向に垂直な方向に振動する波の屈折率は１．４５である。すなわち、リタデーションの特性を有する。

このような押圧センサを上述の薄型表示パネルに組み込んだ場合、透過型ならば表面偏光板と裏面偏光板との間に配置した構成や、反射型の場合ならば導光方向に沿って二回の表面偏光板の間に配置された構成となる。このような構成では、押圧センサの複屈折性によって、光波が二方向に分散されてしまい、これらの二方向の光波成分が表面偏光板に入射される。そして、これらの二成分が表面偏光板の通過後に干渉してしまい、押圧センサを配置しない構成と比較して、出射光の色が変化してしまう。これにより、所望とする画像色を得られなくないという問題が生じることがわかった。また、押圧センサを表面偏光板の上に配置した場合は、上述した問題は生じないが、偏光サングラスをかけて画面を見た場合、薄型表示パネルの表側の偏光板とサングラスの偏光により、クロスニコルとなる場合があり、画面の色が変わって見えてしまうという不具合が生じることが分かった。

したがって、本発明の目的は、キラル高分子の圧電素子を用いた押圧センサを備えても所望の色を再現可能な押圧センサ付き表示パネルを提供することにある。

この発明の押圧センサ付き表示パネルは、表面側に出射する光を制御することで表示画像を形成する画像形成パネル、および、該画像形成パネルの表面側に配置された表面偏光板を備える表示パネルと、キラル高分子によって形成された圧電フィルムを有する押圧センサと、を備える。この押圧センサ付き表示パネルは、押圧センサが、圧電フィルムの偏光方向と表面偏光板の偏光方向とが平行または直交するように表示パネルに対して配置されている。

この構成では、圧電フィルムで分散された光波の二成分のうち、一方の成分のみが表面偏光板を透過するため、表面偏光板を透過後も色が変化しない。

また、この発明の押圧センサ付き表示パネルは、次のいずれかの構成であることが好ましい。押圧センサは、表面偏光板を挟んで画像形成パネルと反対側に配置されている。また、押圧センサは表面偏光板と画像形成パネルとの間に配置されている。

この発明では、操作面の近傍に押圧センサが配置されるので、押圧検出感度を高くすることができる。さらに、表面偏光板を押圧センサの保護層としても利用することができる。

また、この発明の押圧センサ付き表示パネルでは、次の構成であることが好ましい。圧電フィルムを形成するキラル高分子はポリ乳酸である。ポリ乳酸は少なくとも一軸方向に延伸されており、当該延伸方向が表面偏光板の偏光方向と平行または直交する。

この構成では、圧電フィルムとしてポリ乳酸を用いる態様を示している。ポリ乳酸は、主として延伸される方向である一軸延伸方向の屈折率と、当該一軸延伸方向に直交する方向の屈折率が異なる。したがって、一軸延伸方向を偏光方向に平行または直交することで、表示の変色を防止できる。また、一軸延伸されたポリ乳酸を用いることで、押圧量（操作面の押込量）の検出感度が良く、温度特性に優れる押圧センサが得られる。

また、この発明では、押圧センサと画像形成パネルとの間に緩衝部材を備えることが好ましい。この構成では、押圧による圧電フィルムの変位を画像形成パネルが阻害することを抑制できる。これにより、押圧センサの検出感度を向上させることができる。

また、この発明の押圧センサ付き表示パネルでは、押圧センサにタッチ位置を検出する位置検出センサ機能を備えていてもよい。この構成では、押圧量だけでなくタッチ位置も検出することができる。

また、この発明の押圧入力機能付き電子機器は、上述のいずれかに記載の押圧センサ付き表示パネルと、押圧センサの検出信号から押し込み量を検出する演算部と、表示面側が開口し、押圧センサ付き表示パネルと前記演算部とが収納された筐体とを備える。

この構成では、複屈折性を有する圧電フィルムを用いた押圧センサを備えていても、表示パネルと表面偏光板による出射光の色を変えることなく、操作者に視覚させる電子機器を実現できる。

この発明によれば、複屈折性を有する押圧センサを備える表示パネルであっても、所望の色を再現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る押圧入力機能付き電子機器の外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る押圧入力機能付き電子機器の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの平面図である。 押圧センサに用いるＰＬＬＡの検出特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る押圧センサの別の態様を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る押圧入力機能付き電子機器の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの断面図である。

本発明の第１の実施形態に係る押圧入力機能付き電子機器およびこれに備えられた押圧センサ付き表示パネルについて、図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る押圧入力機能付き電子機器の外観斜視図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る押圧入力機能付き電子機器の断面図である。図３は本発明の第１の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの平面図である。図３（Ａ）は押圧センサの平面図、図３（Ｂ）は表面偏光板の平面図である。

図１に示すように、押圧入力機能付き電子機器１は、略直方体形状の筐体５０を備える。筐体５０の表面側は開口している。なお、以下では、筐体５０の幅方向（横方向）をＸ方向とし、長さ方向（縦方向）をＹ方向とし、厚み方向をＺ方向として説明する。また、本実施形態に説明では、筐体５０のＸ方向の長さが、筐体５０のＹ方向の長さよりも短い場合を示している。しかしながら、Ｘ方向とＹ方向の長さが同じであっても、Ｘ方向の長さがＹ方向の長さより長くてもよい。

図２に示すように、筐体５０内には、押圧センサ付き表示パネル１０、および演算回路モジュール６０が配置されている。これらは、筐体５０の開口面（表示面）側から順に、Ｚ方向に沿って、押圧センサ付き表示パネル１０、演算回路モジュール６０の順で配置される。押圧センサ付き表示パネル１０は、押圧センサ２０と表示パネル３０とを備える。

ここで、表示パネル３０は、平板状の液晶パネル３０１、表面偏光板３０２、および裏面反射板３０３を備える。液晶パネル３０１は、外部から駆動電極が印加されることで、所定の画像パターンを形成するように液晶の配向状態が変化する。表面偏光板３０２は、一方向に振動する光波のみを透過させる性質を有する。この透過する方向が偏光方向９１０である。例えば、図３に示すように、本実施形態の表示パネル３０では、表面偏光板３０２の偏光方向９１０は、Ｘ方向およびＹ方向に対して４５°の角を成す方向となっている。裏面反射板３０３は、液晶パネル３０１側からの光を液晶パネル３０１側に反射する。

このような表示パネル３０の液晶パネル３０１と表面偏光板３０２との間に、押圧センサ２０が配置されている。図３に示すように、押圧センサ２０は、平膜状の圧電フィルム２０１を備える。圧電フィルム２０１の両平板面（主面）には、電極２０２，２０３が形成されている。電極２０２，２０３は、圧電フィルム２０１の平板面の略全面に形成されている。

圧電フィルム２０１は、キラル高分子から形成されるフィルムである。キラル高分子として、本実施形態では、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を用いている。ＰＬＬＡは、一軸延伸されている。

このようなキラル高分子からなるＰＬＬＡは、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸されて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、圧電フィルムの平板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、押圧量（押込量）により平板面が当該平板面に直交する方向へ変位する変位量に依存する。

そして、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、押圧による変位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。尚、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。例えば第１の軸方向に８倍、第１の軸方向に直交する第２の軸方向に２倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそ第１の軸方向に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。すなわち、上述の一軸延伸方向とは、圧電フィルムが複数方向に延伸された場合も含めて、最も延伸された方向を意味する。そして、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。

また、ＰＬＬＡは比誘電率が約２．５と非常に低いため、ｄを圧電定数とし、ε^Ｔを誘電率とすると、圧電出力定数（＝圧電ｇ定数、ｇ＝ｄ／ε^Ｔ）が大きな値となる。ここで、誘電率ε_３３ ^Ｔ＝１３×ε_０，圧電定数ｄ_３１＝２５ｐＣ／ＮのＰＶＤＦの圧電ｇ定数は、上述の式から、ｇ_３１＝０．２１７２Ｖｍ／Ｎとなる。一方、圧電定数ｄ_１４＝１０ｐＣ／ＮであるＰＬＬＡの圧電ｇ定数をｇ_３１に換算して求めると、ｄ_１４＝２×ｄ_３１であるので、ｄ_３１＝５ｐＣ／Ｎとなり、圧電ｇ定数は、ｇ_３１＝０．２２５８Ｖｍ／Ｎとなる。したがって、圧電定数ｄ_１４＝１０ｐＣ／ＮのＰＬＬＡで、ＰＶＤＦと同様の押し込み量の検出感度を十分に得ることができる。そして、本願発明の発明者らは、ｄ_１４＝１５〜２０ｐＣ／ＮのＰＬＬＡを実験的に得ており、当該ＰＬＬＡを用いることで、さらに非常に高感度で押圧を検出することが可能になる。

電極２０２，２０３は、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系の電極、ポリチオフェン、ポリアニリン等を主成分とする有機系の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。このような電極２０２，２０３を設けることで、圧電フィルム２０１が発生する電荷を電位差として取得でき、押圧量に応じた電圧値の圧電検出信号を外部へ出力することができる。圧電検出信号は、図示しない配線を介して演算回路モジュール６０に出力される。演算回路モジュールは、圧電検出信号から押し込み量を算出する。

このようなＰＬＬＡは、複屈折性を有する。具体的には、ＰＬＬＡは、延伸方向の屈折率は約１．４７であり、延伸方向に直交する方向の屈折率は約１．４５である。したがって、圧電フィルム２０１すなわち押圧センサ２０を透過する光は、延伸方向の成分と延伸方向に直交する方向の成分（直交成分）との間でリタデーションを生じる。

このような構成からなる押圧センサ２０は、直交するＸ方向とＹ方向とに伸長する矩形状で形成される。そして、この押圧センサ２０の圧電フィルム２０１の一軸延伸方向９００を、Ｘ方向およびＹ方向に対して４５°としている。

したがって、図３（Ａ）に示すように、押圧センサ付き表示パネル１０を表示面側から視て、表面偏光板３０２の偏光方向９１０と、圧電フィルム２０１の一軸延伸方向９００が平行になる。言い換えれば、圧電フィルム２０１の一軸延伸方向９００と表面偏光板３０２の偏光方向との角度差Δθは０°（１８０°）である。

このような構成からなる押圧センサ付き表示パネル１０および押圧入力機能付き電子機器１では、次に示すような原理で、操作者が表示画面を見ることができる。筐体５０の表示面（操作面）側から入射した光は、表面偏光板３０２を介して押圧センサ２０に入射される。押圧センサ２０を透過した光は、液晶パネル３０１に入射される。液晶パネル３０１に入射され、裏面反射板３０３で反射し、再度液晶パネル３０１を透過して表面側に戻ってきた光は、表面偏光板３０２との組合せにより、所定の色およびパターンの表示画像を形成するような光（表示画像形成光）となっている。表示画像形成光は、押圧センサ２０を透過して表面偏光板３０２側に出射される。

ここで、上述のように、表面偏光板３０２の偏光方向９１０と圧電フィルム２０１の一軸延伸方向９００とが平行であるので、表面偏光板３０２を透過する光は、表面偏光板３０２の偏光方向９１０の成分、すなわち、圧電フィルム２０１の一軸延伸方向９００の成分だけである。したがって、表面偏光板３０２を透過して操作面側に出射される光は、圧電フィルム２０１のリタデーションの影響を受けない。

これにより、操作者は、押圧センサ２０を備えていても、表示パネル３０によって再現したい所望の色をそのまま視覚することができる。

さらに、本実施形態の構成を用いることで、押圧量の検出感度を高くすることができる。図４は、押圧センサに用いるＰＬＬＡの検出特性を示す図である。図４（Ａ）は撓み検出特性を示し、図４（Ｂ）は捻れ検出特性を示す。図４（Ｃ）は、図４（Ａ），（Ｂ）の特性を計測したテストプレート（Ｔｅｓｔ Ｐｌａｔｅ）の形状を示す外観斜視図である。

図４（Ｃ）に示すように、上述の特性は、矩形平板状のベース基板９０、および、平面視した形状が矩形の電極付き圧電フィルム９１，９２を備える。ベース基板９０は、アクリル板（ＰＭＭＡ）からなり、長さが１５０ｍｍ、幅が７０ｍｍ、厚さが２ｍｍである。圧電フィルム９１，９２は、Ｌ型ポリ乳酸ＰＬＬＡからなり、長さが８０ｍｍ、幅が３０ｍｍ、厚さが０．０７ｍｍである。圧電フィルム９１，９２の圧電応力定数ｄ_１４は６．７ｐＣ／Ｎであり、一軸延伸方向の引張弾性定数は５．９ＧＰａであり、一軸延伸方向に直交する方向の引張弾性定数は３．３ＧＰａである。

圧電フィルム９１，９２は、ベース基板９０を平面した略中央に、それぞれの長さ方向が一致するように配置されている。この際、圧電フィルム９１はベース基板９０の一方の平板面に配置され、圧電フィルム９２はベース基板９０の他方の平板面に配置されている。

圧電フィルム９１の一軸延伸方向９０１は、長手方向および幅方向に対して４５°の角度を成す。圧電フィルム９２の一軸延伸方向９０２は、長手方向に対して平行である。

撓みの検出特性を測定する場合には、ベース基板９０の長手方向の両端を固定し、ベース基板９０の平板面の中央部に押圧力を加える。捻れの検出特性を測定する場合には、ベース基板９０の長手方向の一方端を固定し、他方端を回転させる（捻れさせる）。図４（Ａ）の横軸は中央部の変位量を示し、図４（Ｂ）の横軸は固定端（固定された一方端）に対する自由端（捻れを加えられた他方端）の回転角度を示している。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、撓みや捻れによって生じる電荷量を示している。

図４（Ａ）に示すように、ベース基板９０が撓むと、圧電フィルム９１の発生する電荷量は変化し、圧電フィルム９２の電荷量は殆ど変化しない。さらに、圧電フィルム９１の発生する電荷量は、撓みの大きさと方向に応じて変化する。すなわち、固定辺に対して一軸延伸方向が４５°を成す場合、撓みおよび撓み量を検出し、捻れを検出しない。これにより、押圧および押圧量を検出することができ、他のノイズとなる捻れを検出しない。さらに、押圧量にしたがって電荷量も線形に変化する。

図４（Ｂ）に示すように、ベース基板９０が捻れると、圧電フィルム９１の発生する電荷量は殆ど変化せず、圧電フィルム９２の電荷量は変化する。さらに、圧電フィルム９２の発生する電荷量は、捻れの大きさと方向に応じて変化する。すなわち、固定辺に対して一軸延伸方向が９０°を成す場合、捻れおよび捻れ量を検出し、歪みを検出しない。

なお、固定辺に対して一軸延伸方向の成す角が４５°からずれると、ずれ量に応じて発生する電荷量が低下していくことは、他の実験で確認している。

したがって、上述のように、筐体５０に対して押圧センサ２０の各辺を固定し、平面視して４５°の方向を一軸延伸方向９００とすることで、上述の表示画像に対する効果が得られるとともに、押圧を高感度に検出することができ、押圧量を高精度に検出することができる。さらに、捻れ等の他の応力による誤検出を抑制することができる。

また、上述のように、押圧センサ２０の操作面側に絶縁性を有する表面偏光板３０２を配置することで、押圧センサ２０の電極２０２が操作面側に露出することを防止できる。これにより、押圧センサ２０に対する外部環境からの保護膜を別途も受けなくてもよい。

また、本実施形態では、表面偏光板３０２と液晶パネル３０１との間に押圧センサ２０を配置した例を示したが、液晶パネル３０１と裏面反射板３０３との間に押圧センサ２０を配置することもできる。ただし、表面偏光板３０２と液晶パネル３０１との間に押圧センサ２０を配置することで、操作面から表面偏光板３０２のみを介して押圧センサ２０が配置されるので、操作面の押圧による押圧センサ２０の圧電フィルム２０１の撓みを大きく取ることができる。これにより、押圧量の検出感度を向上させることができる。

また、このような構成を用いれば、押圧センサ２０を操作開始のトリガ入力部としても利用することができる。これにより、別途筐体に孔を設けて操作スイッチを設ける必要が無く、防水性およびデザイン性に優れる押圧入力機能付き電子機器１を実現できる。

なお、上述の構成では、圧電フィルム２０１の一軸延伸方向９００と表面偏光板３０２の偏光方向９１０が平行な場合を示したが、図５に示すような関係であってもよい。図５は本発明の第１の実施形態に係る押圧センサの別の態様を示す平面図である。

図５に示す態様では、一軸延伸方向９００と偏光方向９１０とが直交している。すなわち、一軸延伸方向９００と偏光方向９１０の角度差Δθが９０°である。このような態様であっても同様に、押圧センサ２０が有するリタデーションの影響を抑圧して、操作者は、表示パネル３０によって再現したい所望の色をそのまま視覚することができる。

なお、上述の一軸延伸方向９００と偏光方向９１０とが平行もしくは直交する概念は、角度差Δθが略０°もしくは略９０°を含む概念であり、許容される角度差Δθの範囲は、押圧入力機能付き電子機器１の仕様によって適宜設定でき、例えば±５°程度等に設定することも可能である。

次に、本発明の第２の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルについて、図を参照して説明する。なお、本実施形態の押圧入力機能付き電子機器の外形形状等の基本構造は、第１の実施形態の押圧入力機能付き電子機器１と同じであり、押圧センサ付き表示パネルの構造のみが第１の実施形態の押圧センサ付き表示パネルと異なる。したがって、第１の実施形態の押圧センサ付き表示パネルと異なる箇所のみを具体的に説明する。

図６は本発明の第２の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの平面図である。図６（Ａ）は押圧センサの平面図、図６（Ｂ）は表面偏光板の平面図である。

図６に示すように、本実施形態の押圧センサ付き表示パネルの表面偏光板３０２Ａは、偏光方向９１０Ａが第１方向に平行である。

押圧センサ２０Ａの圧電フィルム２０１は、一軸延伸方向９００Ａが第１方向に平行である。すなわち、表面偏光板３０２Ａの偏光方向９１０Ａと、圧電フィルム２０１Ａの一軸延伸方向９００Ａは、ともに第１方向に平行であり、互いに平行である。このような構成とすることで、表面偏光板３０２Ａの偏光方向９１０Ａが第１方向に平行な表示パネルに対しても、表示パネルによって再現したい所望の色をそのまま操作者に視覚させることができる。

また、押圧センサ２０Ａの一方主面には、四つの電極２０２１，２０２２，２０２３，２０２４が形成されている。これら電極２０２１，２０２２，２０２３，２０２４は、第１の実施形態に示した電極２０２を、平面視して、当該電極２０２の中心を通り、第１方向に伸長する分割部（電極非形成部）と第２方向に伸長する分割部（電極非形成部）で分割した形状である。なお、図示しないが、他方主面の電極（第１の実施形態における電極２０３に対応する電極）は、電極２０２１，２０２２，２０２３，２０２４のように分割してもよく、分割しなくてもよい。

このような構成とすることで、一軸延伸方向９００Ａが第１方向に平行であっても、操作面の中央すなわち圧電フィルム２０１Ａの中央を押圧した場合に、全面に亘る電極では相殺されて検出できなかった電荷を検出することができる。具体的には、操作面の中央（圧電フィルム２０１Ａの中央）が押圧された場合、各電極２０２１，２０２２，２０２３，２０２４が配置された領域毎に圧電フィルム２０１Ａで発生する電荷は異なり、それぞれに電荷量を検出できる。したがって、これら電極２０２１，２０２２，２０２３，２０２４を用いて検出した電荷量を、単に加算するのではなく、相殺しないように加算（演算上は加算もしくは減算）することで、押圧量を検出することができる。このような演算処理は、例えば演算処理モジュール６０で実行すればよい。

このように、本実施形態の構成を用いることで、表示パネルの表面偏光板の偏光方向が４５°でなくても、押圧量を確実に検出することができる。そして、第１の実施形態の構成と第２の実施形態の構成を元に、圧電フィルム２０１に形成する電極パターンを適宜設定すれば、筐体に対する表面偏光板の偏光方向がいずれの方向であっても、表示パネルによって再現したい所望の色をそのまま操作者に視覚させ、押圧量を確実に検出することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルについて、図を参照して説明する。なお、本実施形態の押圧入力機能付き電子機器１Ｂの外形形状等の基本構造は、第１の実施形態の押圧入力機能付き電子機器１と同じであり、押圧センサ付き表示パネル１０Ｂの構造のみが異なる。したがって、第１の実施形態の押圧センサ付き表示パネル１０と異なる箇所のみを具体的に説明する。図７は本発明の第３の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの断面図である。図８本発明の第３の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの平面図であり、図８（Ａ）は位置検出センサの平面図、図８（Ｂ）は押圧センサの平面図である。

図７に示すように、本実施形態の押圧センサ付き表示パネル１０Ｂは、位置検出センサ７０を備える。位置検出センサ７０は、平板状の絶縁性基板７０１を備える。絶縁性基板７０１は、透光性を有し、複屈折性を有さない材料からなる。図８（Ａ）に示すように、絶縁性基板７０１の一方の平板面には、複数の電極７０２が形成されている。複数の電極７０２は長尺状であり、長尺方向がＹ方向に沿う形状からなる。複数の電極７０２は、Ｘ方向に沿って間隔を空けて配置されている。絶縁性基板７０１の他方の平板面には、複数の電極７０３が形成されている。複数の電極７０３は長尺状であり、長尺方向がＸ方向に沿う形状からなる。複数の電極７０３は、Ｙ方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の電極７０２，７０３は、上述の押圧センサ２０の電極２０２，２０３と同様に、透光性を有する材料からなる。

位置検出センサ７０は、操作者の指が近接した際に生じる静電容量変化を、電極７０２，７０３で検出し、この静電容量検出信号を演算回路モジュール６０に出力する。演算回路モジュール６０は、静電容量検出信号が検出された電極７０２，７０３の組合せから、操作位置を検出する。

図７に示すように、位置検出センサ７０は、押圧センサ２０と表面偏光板３０２との間に配置されている。このような構成であっても、上述の第１の実施形態と同様に、表示パネルで表示した所望の色を、操作者に提供することができる。さらに、本実施形態の構成を用いることで、押し込み量のみでなく、操作位置も検出することができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルについて、図を参照して説明する。なお、本実施形態の押圧入力機能付き電子機器の外形形状等の基本構造は、第３の実施形態の押圧入力機能付き電子機器１Ｂと同じであり、押圧センサ付き表示パネル１０Ｃの構成のみが異なる。したがって、第３の実施形態の押圧センサ付き表示パネル１０Ｂと異なる箇所のみを具体的に説明する。図９は本発明の第４の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの断面図である。

本実施形態の押圧センサ付き表示パネル１０Ｃは、押圧センサ２０Ｃを備える。押圧センサ２０Ｃは、圧電フィルム２０１を備える。

圧電フィルム２０１の第１平板面には、圧電検出用電極２０２Ｐおよび静電容量検出用電極２０２Ｄが形成されている。圧電検出用電極２０２Ｐおよび静電容量検出用電極２０２Ｄは、互いに導通しないように、それぞれ複数形成されている。

圧電フィルム２０１の第２平板面には、圧電検出用電極２０３Ｐおよび静電容量検出用電極２０３Ｄが形成されている。圧電検出用電極２０３Ｐおよび静電容量検出用電極２０３Ｄは、互いに導通しないようにそれぞれ複数形成されている。

圧電検出用電極２０２Ｐ，２０３Ｐは、圧電フィルム２０１の湾曲によって発生する電荷による電圧を検出可能な形状で形成されている。静電容量検出用電極２０２Ｄ，２０３Ｄは、操作者による操作面への操作によって生じる静電容量の変化を検出可能な形状で形成されている。

圧電検出用電極２０２Ｐ，２０３Ｐ、および静電容量検出用電極２０２Ｄ，２０３Ｄは、透光性を有する材料からなる。

このような構成とすることで、押し込み量の検出と操作位置の検出を、単一の圧電フィルム２０１を用いた押圧センサ２０Ｂで実現することができる。

そして、このような構成であっても、上述の各実施形態と同様に、表示パネルで表示した所望の色を、操作者に提供することができる。さらに、押し込み量と操作位置の検出が可能な押圧センサ付き表示パネルおよび押圧入力機能付き電子機器を薄型に形成することができる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルについて、図を参照して説明する。なお、本実施形態の押圧入力機能付き電子機器の外形形状等の基本構造は、第１の実施形態の押圧入力機能付き電子機器１と同じであり、押圧センサ付き表示パネル１０Ｄの構成のみが異なる。したがって、第１の実施形態の押圧センサ付き表示パネル１０と異なる箇所のみを具体的に説明する。図１０は本発明の第５の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの断面図である。

押圧センサ付き表示パネル１０Ｄでは、押圧センサ２０と液晶パネル３０１との間に緩衝部材８０が配置されている。緩衝部材８０は、絶縁性、透光性を有し、複屈折性を有さない材料からなる。緩衝部材８０は、弾性の低い材料からなる。

このような構成であっても、上述の各実施形態と同様に、表示パネルで表示した所望の色を、操作者に提供することができる。また、緩衝部材８０を備えることで、操作面が広くなり、押圧センサ２０が大面積になっても、平板面を平坦に維持することができ、且つ、操作による押し込みによる押圧センサ２０の撓みを阻害しない。したがって、さらに高感度に押圧量を検出することができる。

次に、本発明の第６の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルについて、図を参照して説明する。なお、本実施形態の押圧入力機能付き電子機器１Ｅの外形形状等の基本構造は、第１の実施形態の押圧入力機能付き電子機器１と同じであり、表示パネル３０ｔが透過型の表示パネルである点で異なる。図１１は本発明の第６の実施形態に係る押圧センサ付き表示パネルの断面図である。

図１１に示すように、表示パネル３０ｔは、液晶パネル３０１、表面偏光板３０２、裏面偏光板３０３ｔを備える。表示パネル３０ｔの演算回路モジュール６０側には、バックライト３１０が配置されている。裏面側偏光板３０３ｔの偏光方向は、表面側偏光板３０２の偏光方向と直交する。

このような透過型の表示パネルを用いる場合でも、上述の実施形態と同様に、表示パネルで表示した所望の色を、操作者に提供することができる。なお、液晶がＴＮ液晶である場合は９０°ツイストであるので、本実施形態の態様を用いることができるが、ＳＴＮ液晶のようにツイスト角が９０°を超える場合は、例えばツイスト角が１８０°のものを用い、裏面側偏光板の偏光方向を表面側偏光板の偏光方向と平行にすればよい。

なお、上述の各実施形態では、キラル高分子の圧電フィルムとして、ＰＬＡ，ＰＬＬＡを例に説明したが、ＰＤＬＡ等の他の複屈折性を有する圧電フィルムを用いる場合にも、上述の構成を適用することができる。

また、上述の各実施形態では、１枚の圧電フィルム（押圧センサ）を用いる場合を示したが、複数枚の圧電フィルム（押圧センサ）を積層して用いてもよい。この場合、各圧電フィルムの一軸延伸方向が表面偏光板や裏面偏光板の偏光方向と平行になるように、配置すればよい。このように、複数枚の圧電フィルム（押圧センサ）を用いることで、これらの発生する電荷（電圧）を相殺しないように積算すれば、全体としての検出電荷量（電圧）を向上させることができる。

また、上述の各実施形態では、表面偏光板と液晶パネルとの間に押圧センサを配置した例を示したが、表面偏光板を挟んで液晶パネルと反対側に押圧センサを配置してもよく、同様の作用効果を得ることができる。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ：押圧入力機能付き電子機器、
１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ：押圧センサ付き表示パネル、
２０，２０Ａ：押圧センサ、
３０，３０ｔ：表示パネル、
５０：筐体、
６０：演算回路モジュール、
７０：位置検出センサ、
８０：緩衝部材、
２０１，２０１Ａ：圧電フィルム、
２０２，２０３，２０２１，２０２２，２０２３，２０２４：電極、
２０２Ｐ，２０３Ｐ：圧電検出用電極、
２０２Ｄ，２０３Ｄ：静電容量検出用電極、
３０１：液晶パネル、
３０２，３０２Ａ：表面偏光板、
３０３：裏面反射板、
７０１：絶縁性基板、
７０２，７０３：電極

Claims (8)

1. 表面側に出射する光を制御することで表示画像を形成する画像形成パネル、および、該画像形成パネルの前記表面側に配置された表面偏光板を備える表示パネルと、
   キラル高分子によって形成され、一軸方向に延伸された圧電フィルムを有する押圧センサと、を備え、
   前記圧電フィルムの一軸延伸方向は、前記圧電フィルムの長手方向および短手方向に所定角度をなしており、
   前記圧電フィルムの前記一軸延伸方向と前記表面偏光板の偏光方向とが平行または直交の関係である、押圧センサ付き表示パネル。
2. 前記一軸延伸方向は、前記長手方向および前記短手方向に対して４５°をなす、
   請求項１に記載の押圧センサ付き表示パネル。
3. 前記押圧センサは、前記表面偏光板を挟んで前記画像形成パネルと反対側に配置されている、請求項１または請求項２に記載の押圧センサ付き表示パネル。
4. 前記押圧センサは、前記表面偏光板と前記画像形成パネルとの間に配置されている、請求項１または請求項２に記載の押圧センサ付き表示パネル。
5. 前記圧電フィルムを形成するキラル高分子はポリ乳酸である、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の押圧センサ付き表示パネル。
6. 前記押圧センサと前記画像形成パネルとの間に緩衝部材を備える、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の押圧センサ付き表示パネル。
7. 前記押圧センサは、タッチ位置を検出する位置検出センサ機能を備える、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のタッチセンサ付き表示パネル。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の押圧センサ付き表示パネルと、
   前記押圧センサの検出信号から押し込み量を検出する演算部と、
   前記表面側が開口し、前記押圧センサ付き表示パネルと前記演算部とが収納された筐体と、
   を備えた押圧入力機能付き電子機器。

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