JP6465211B2 - 押圧センサ、入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作面に対する押圧を検出する押圧センサ、及び押圧センサを備える入力装置に関する。

近年、操作面に対する押圧を検出する押圧センサが各種考案されている。例えば、特許文献１には、圧電フィルムと操作面を有する操作板（ガラスカバーなど）とが積層した構造を備える押圧センサが開示されている。

圧電フィルムは、焦電性による影響を受けないよう一軸延伸されたＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）により形成される。圧電フィルムの平面形状は長方形である。圧電フィルムの両面には、第１電極と第２電極が形成される。

この構成において、ユーザが操作面を押圧操作した際、圧電フィルムの歪みによって第１電極と第２電極との間に電圧（電荷）が発生する。そのため、押圧センサは、第１電極と第２電極との間に発生した電圧（電荷）から、押圧を検出することができる。

特開２０１３−２４２９００号公報

しかしながら、従来の押圧センサでは例えば、四角形の圧電フィルムの４辺は同じ弾性率で操作板に固定される。この構成において、ユーザが操作面に対して押圧操作を行うと、圧電フィルムの歪みにより発生する電圧（電荷）の極性が反転する反転領域が形成される。反転領域が形成されると、発生する電圧（電荷）同士が相殺される。そのため、従来の押圧センサには、検出感度が弱くなるという問題がある。

本発明の目的は、検出感度を向上できる押圧センサ及び入力装置を提供することにある。

本発明の押圧センサは、操作板と、伸縮フィルムと、第１電極と、第２電極と、を備える。操作板は、操作面を有する。伸縮フィルムは、第１主面と第１主面に対向する第２主面とを有する。伸縮フィルムは、第１主面の方向に伸縮する。第１電極は、第１主面に対向する。第２電極は、第２主面に対向する。

伸縮フィルムは、正面視して、互いに対向する２つの第１の辺と互いに対向する２つの第２の辺とを有する。そして、２つの第１の辺は、２つの第２の辺より高い弾性率で操作板に固定されている。

この構成では、操作面の中心が押圧されたとき、伸縮フィルムは一方向（第２の辺が伸びる方向）に伸びやすくなる。そのため、押圧センサの中央部では、押圧センサの一方向に生じる電荷が、従来の押圧センサの一方向に生じる電荷より増加する。従来の押圧センサは例えば、四角形の圧電フィルムの４辺が同じ弾性率で操作板に固定されているセンサである。

したがって、この構成の押圧センサは、検出感度を向上できる。

また本発明において、伸縮フィルムの平面形状は、長方形であり、２つの第１の辺は、長辺であり、２つの第２の辺は、短辺であることが好ましい。

この構成では、操作面の中心が押圧されたとき、伸縮フィルムは短手方向（第２の辺が伸びる方向）に伸びやすくなる。そのため、押圧センサの中央部では、押圧センサの短手方向に生じる電荷が、従来の押圧センサの短手方向に生じる電荷より増加する。従来の押圧センサは例えば、長方形の圧電フィルムの４辺が同じ弾性率で操作板に固定されているセンサである。

したがって、この構成の押圧センサは、検出感度を向上できる。

また本発明において、２つの第１の辺は、接着剤を介して操作板に固定されていることが好ましい。

また本発明において、２つの第１の辺は、熱または紫外線等によって硬化する粘着材を介して操作板に固定されていることが好ましい。

また本発明において、第１電極が設けられた基板を備え、
２つの第１の辺は、基板および接着剤を介して操作板に固定されていることが好ましい。

また、本発明の入力装置は、操作面に対する押圧を検出する前述の押圧センサと、
操作面に対するタッチ位置を検出する位置センサと、を備える。

この構成の入力装置は、前述の押圧センサを備えるため、前述の押圧センサと同様の効果を奏する。

本発明の押圧センサ及び入力装置は、検出感度を向上できる。

本発明の第１実施形態に係る表示装置１００の外観斜視図である。 図１に示すタッチパネル１０の分解斜視図である。 図１に示すＳ−Ｓ線の断面図である。 図１に示すＴ−Ｔ線の断面図である。 図２に示す圧電フィルム１１Ｐ０の平面図である。 図１に示す表示装置１００のブロック図である。 本発明の第１実施形態の第１比較例に係る表示装置１５１に備えられる押圧センサ５１Ｐの概略平面図である。 本発明の第１実施形態の第２比較例に係る表示装置１５２に備えられる押圧センサ５２Ｐの概略平面図である。 図２に示す押圧センサ１１Ｐの概略平面図である。 図７に示す第１比較例に係る表示装置１５１に備えられる押圧センサ５１Ｐで発生する電圧分布を示す概念図である。 図９に示す押圧センサ１１Ｐで発生する電圧分布を示す概念図である。 図１に示す操作板１１０の平面透視図である。 図７に示す第１比較例に係る表示装置１５１に備えられる操作板１１０の平面透視図である。 図１２に示す各押圧点が押圧されたときに発生する電荷量を示す図である。 図１３に示す各押圧点が押圧されたときに発生する電荷量を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る表示装置２００の断面図である。 図１６に示す操作板１１０の平面透視図である。 図１７に示す各押圧点が押圧されたときに発生する電荷量を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る表示装置３００に備えられる圧電フィルム１１Ｐ０の平面図である。 本発明の第４実施形態に係る表示装置４００に備えられる圧電フィルム４１１Ｐ０の平面図である。

《第１の実施形態》
本発明の第１実施形態に係る表示装置について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る表示装置１００の外観斜視図である。図２は、図１に示すタッチパネル１０の分解斜視図である。図３は、図１に示すＳ−Ｓ線の断面図である。図４は、図１に示すＴ−Ｔ線の断面図である。図５は、図２に示す圧電フィルム１１Ｐ０の平面図である。図６は、図１に示す表示装置１００のブロック図である。

図１に示すように、表示装置１００は、携帯可能な程度の大きさからなる筐体９０を備える。表示装置１００は、例えばタブレットやスマートフォンである。表示装置１００は、入力装置の一例に相当する。

筐体９０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９０には、図１、図３、図４に示すように、筐体９０の開口面を塞ぐよう操作板１１０が嵌め合されている。操作板１１０は、操作面１０１と操作面１０１に対向する裏面１０２とを有する。操作板１１０は、透光性を有する材料からなる。

筐体９０内には、図１、図３、図４に示すように、操作面１０１側から、操作板１１０、静電センサ１１Ｄ、押圧センサ１１Ｐ、表示部３０、制御回路モジュール５２、及び図６に示すバッテリ７０がこの順番に配置されている。操作板１１０、静電センサ１１Ｄ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、静電センサ１１Ｄ、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９０の操作面１０１に平行になるように、筐体９０に配置されている。

筐体９０の内底面と表示部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６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、静電センサ１１Ｄ、押圧センサ１１Ｐ、表示部３０、及びバッテリ７０に接続されている。ここで、制御部２０は、図２に示す配線Ｌ１、Ｌ２を介して静電センサ１１Ｄに接続されている。同様に、制御部２０は、図２に示す配線Ｌ３、Ｌ４を介して押圧センサ１１Ｐに接続されている。

静電センサ１１Ｄは、図３〜図６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、平板状の絶縁性基板１１Ｄ４と、を有する。

静電センサ１１Ｄの押圧センサ１１Ｐ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、絶縁性を有する材質からなる。操作板１１０は、透光性を有する材質からなる。例えば、操作板１１０には、ＰＥＴ、ＰＰ、ガラスを用いるとよい。

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３〜図４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及び配線Ｌ１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１１Ｄ２の上面には、操作板１１０の下面が透明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１１Ｄ１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。複数の静電容量検出用電極１１Ｄ１は、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。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１１Ｄ４は、透光性を有する材料（例えばＰＥＴ）からなる。絶縁性基板１１Ｄ４は、複数の静電容量検出用電極１１Ｄ３及び配線Ｌ２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１１Ｄ４の上面には、絶縁性基板１１Ｄ２の下面が透明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１１Ｄ３は、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１１Ｄ３は透光性を有する材料からなる。

押圧センサ１１Ｐは、図２〜図５に示すように、押圧検出電極１１Ｐ１と、平板状の絶縁性基板１１Ｐ２と、平膜状の圧電フィルム１１Ｐ０と、押圧検出電極１１Ｐ３と、平板状の絶縁性基板１１Ｐ４と、を有する。

絶縁性基板１１Ｐ２は、透光性を有する材料（例えばＰＥＴ）からなる。絶縁性基板１１Ｐ２は、押圧検出電極１１Ｐ１及び配線Ｌ３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１１Ｐ２の上面には、絶縁性基板１１Ｄ４の下面が透明粘着剤によって貼付されている。

圧電フィルム１１Ｐ０の形状は、図２に示すように直方体である。圧電フィルム１１Ｐ０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。圧電フィルム１１Ｐ０の上面には、絶縁性基板１１Ｐ２の下面が透明粘着剤によって貼付されている。

また、圧電フィルム１１Ｐ０の平面形状は、図５に示すように長方形である。圧電フィルム１１Ｐ０は図２、図５に示すように、正面視して、互いに対向する２つの長辺９５Ａ、９５Ｂと互いに対向する２つの短辺９６Ａ、９６Ｂとを有する。

圧電フィルム１１Ｐ０の幅方向の長さは図３に示すように、絶縁性基板１１Ｄ２、絶縁性基板１１Ｄ４、絶縁性基板１１Ｐ２、及び絶縁性基板１１Ｐ４のそれぞれの幅方向の長さより長い。そのため、２つの長辺９５Ａ、９５Ｂは、絶縁性基板１１Ｄ２、絶縁性基板１１Ｄ４、絶縁性基板１１Ｐ２、及び絶縁性基板１１Ｐ４から突出している。

そして、２つの長辺９５Ａ、９５Ｂは、接着剤９１を介して操作板１１０の裏面１０２に固定されている。一方、２つの短辺９６Ａ、９６Ｂは、操作板１１０に固定されていない。そのため、２つの長辺９５Ａ、９５Ｂは、２つの短辺９６Ａ、９６Ｂより高い弾性率で操作板１１０に固定されている。

なお、圧電フィルム１１Ｐ０が、本発明の「伸縮フィルム」の一例を構成する。また、圧電フィルム１１Ｐ０の上面が、本発明の「第１主面」の一例に相当する。また、圧電フィルム１１Ｐ０の下面が、本発明の「第２主面」の一例に相当する。また、押圧検出電極１１Ｐ１が、本発明の「第１電極」の一例に相当する。また、押圧検出電極１１Ｐ３が、本発明の「第２電極」の一例に相当する。

絶縁性基板１１Ｐ４は、透光性を有する材料（例えばＰＥＴ）からなる。絶縁性基板１１Ｐ４は、押圧検出電極１１Ｐ３及び配線Ｌ４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、圧電フィルム１１Ｐ０の下面が透明粘着剤によって貼付されている。

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で検出し、この検出に基づく信号を操作検出信号として、配線Ｌ１、Ｌ２を介して制御回路モジュール５２へ出力する。

押圧センサ１１Ｐは、ユーザが圧電フィルム１１Ｐ０の平膜面を押圧することで、圧電フィルム１１Ｐ０が撓んで発生する電荷を、押圧検出電極１１Ｐ１，１１Ｐ３で検出し、この検出に基づく信号を押圧検出信号として、配線Ｌ３、Ｌ４を介して制御回路モジュール５２へ出力する。

なお、圧電フィルム１１Ｐ０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圧電フィルム１１Ｐ０は、図５に示すように、筐体９０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９０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。

押圧検出電極１１Ｐ１，１１Ｐ３は、図２、図３、図４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３、図４に示すように、筐体９０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は例えば有機ＥＬディスプレイでも良い。

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６に示すように、表示装置１００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７０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１００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１００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、押圧センサ１１Ｐ及び静電センサ１１Ｄ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。

静電センサ１１Ｄは、静電容量センサであり、タッチパネル１０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。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７０は、表示装置１００の各部に対してＤＣ動作電源の供給を行う。

次に、表示装置１００と、表示装置１００の第１比較例に係る表示装置１５１と、表示装置１００の第２比較例に係る表示装置１５２と、を比較する。

図７は、本発明の第１実施形態の第１比較例に係る表示装置１５１に備えられる押圧センサ５１Ｐの概略平面図である。図８は、本発明の第１実施形態の第２比較例に係る表示装置１５２に備えられる押圧センサ５２Ｐの概略平面図である。図９は、図２に示す押圧センサ１１Ｐの概略平面図である。

なお、図７〜図９中の矢印は、図１に示す操作面１０１の中心Ｑが押圧され、各押圧センサ５１Ｐ、５２Ｐ、１１Ｐの中心Ｐが押圧されたときに、各押圧センサ５１Ｐ、５２Ｐ、１１Ｐで発生する電荷の大きさを示している。図８、図９中の点線矢印は、図７に示す押圧センサ５１Ｐで発生する電荷の大きさを示している。図８、図９中の点線矢印は、図８、図９中の矢印重ならないよう、図７に示す矢印と異なる位置に配置している。

表示装置１５１が表示装置１００と相違する点は、押圧センサ５１Ｐである。押圧センサ５１Ｐが押圧センサ１１Ｐと相違する点は、２つの長辺９５Ａ、９５Ｂが、２つの短辺９６Ａ、９６Ｂと同じ弾性率で操作板１１０に固定されている点である。その他の構成に関しては同じであるため説明を省略する。

表示装置１５２が表示装置１００と相違する点は、押圧センサ５２Ｐである。押圧センサ５２Ｐが押圧センサ１１Ｐと相違する点は、２つの短辺９６Ａ、９６Ｂが、２つの長辺９５Ａ、９５Ｂより高い弾性率で操作板１１０に固定されている点である。その他の構成に関しては同じであるため説明を省略する。

なお、表示装置１００の押圧センサ１１Ｐでは前述したように、２つの長辺９５Ａ、９５Ｂが、２つの短辺９６Ａ、９６Ｂより高い弾性率で操作板１１０に固定されている。

ここで、表示装置１５１では、図７に示すように、４辺が同じ硬さで固定されている。そのため、図１に示す操作面１０１の中心Ｑが押圧されたときに生じる力の成分は、圧電フィルム１１Ｐ０の中央部と端部で異なる。圧電フィルム１１Ｐ０の中央部において、圧電フィルム１１Ｐ０の伸びる方向が９０度異なっているため、極性が異なる電荷が発生する。圧電フィルム１１Ｐ０の端部においても、圧電フィルム１１Ｐ０の伸びる方向が９０度異なっているため、極性が異なる電荷が発生する。中央部と縁部とでは発生電荷の大きさが異なる。

次に、表示装置１５２では、図８に示すように、２つの短辺９６Ａ、９６Ｂが、２つの長辺９５Ａ、９５Ｂより高い弾性率で操作板１１０に固定されている。そのため、図１に示す操作面１０１の中心Ｑが押圧されたとき、圧電フィルム１１Ｐ０は長手方向に伸びやすくなる。よって、押圧センサ５２Ｐの中央部では、押圧センサ５２Ｐの長手方向の伸びによって生じる電荷が、押圧センサ５２Ｐの短手方向の伸びによって生じる電荷を打ち消してしまう（±０参照）。一方、押圧センサ５２Ｐの端部では、押圧センサ５２Ｐの長手方向の伸びによって生じる電荷（実線矢印参照）が、押圧センサ５１Ｐの長手方向の伸びによって生じる電荷（点線矢印参照）より増加する。

次に、表示装置１００では、図９に示すように、２つの長辺９５Ａ、９５Ｂが、２つの短辺９６Ａ、９６Ｂより高い弾性率で操作板１１０に固定されている。そのため、図１に示す操作面１０１の中心Ｑが押圧されたとき、圧電フィルム１１Ｐ０は短手方向に伸びやすくなる。よって、押圧センサ１１Ｐの中央部では、押圧センサ１１Ｐの短手方向の伸びによって生じる電荷（実線矢印参照）が、押圧センサ５１Ｐの短手方向の伸びによって生じる電荷（点線矢印参照）より増加する。したがって、押圧センサ１１Ｐ及び表示装置１００は、検出感度を向上できる。

なお、押圧センサ１１Ｐの端部では、押圧センサ１１Ｐの短手方向の伸びによって生じる電荷が、押圧センサ１１Ｐの長手方向の伸びによって生じる電荷を打ち消してしまう（±０参照）。

図１０は、図７に示す第１比較例に係る表示装置１５１に備えられる押圧センサ５１Ｐで発生する電圧分布を示す概念図である。図１１は、図９に示す押圧センサ１１Ｐで発生する電圧分布を示す概念図である。なお、図１０、図１１では、図１に示す操作面１０１の中心Ｑが押圧され、押圧センサ１１Ｐの中心Ｐが押圧されたとき、押圧センサ１１Ｐの圧電フィルム１１Ｐ０の歪みにより発生した電圧（電荷）の極性（符号「＋」と「−」）が異なる領域を白無地部と斜線部とで表現している。ここでは、白無地部に対して電圧の極性が異なる領域を「電圧極性の反転領域８０」と呼び、斜線部で図示している。

なお、上記の通り、表示装置１００は、圧電フィルム１１Ｐ０の歪みにより押圧検出電極１１Ｐ１及び押圧検出電極１１Ｐ３間で発生した電圧（電荷）を検出する。これにより、表示装置１００は、ユーザが操作面１０１を押圧操作した際の押圧力情報を検出する。しかし、この検出方法は、圧電フィルム１１Ｐ０の歪み量に応じて発生した電圧（電荷）を全て合計して検出するものである。そのため、圧電フィルム１１Ｐ０に電圧極性の反転領域８０が存在すると、発生した電圧（電荷）が相殺されてしまう。そのため、検出感度が低下し、表示装置１００は押圧力情報を正確に検出できない。したがって、検出感度の低下を防ぐためには、電圧極性の反転領域８０が形成される面積を小さくすることが好ましい。

表示装置１５１では、ユーザが操作面１０１の中心Ｐを押圧操作した際、図１０に示すように、圧電フィルム１１Ｐ０が長手方向および短手方向に伸張する（図７参照）。そのため、圧電フィルム１１Ｐ０の２つの長辺９５Ａ、９５Ｂの中心から端部に沿って電圧極性の反転領域８０が大きく形成される。

これに対して、表示装置１００では、ユーザが操作面１０１の中心Ｐを押圧操作した際、圧電フィルム１１Ｐ０が主に短手方向に伸張する（図９参照）。そのため、図１１に示すように、ユーザが操作面１０１の中心Ｐを押圧操作した際に発生する電圧の極性は、略一種類となる。

よって、ユーザが表示装置１００の操作面１０１の中心Ｑを押圧操作した際に形成される電圧極性の反転領域８０の面積は、ユーザが表示装置１５１の操作面１０１の中心Ｑを押圧操作した際に形成される電圧極性の反転領域８０の面積と比べて極めて小さい。したがって、押圧センサ１１Ｐ及び表示装置１００は、検出感度を向上できる。

図１２は、図１に示す操作板１１０の平面透視図である。図１３は、図７に示す第１比較例に係る表示装置１５１に備えられる操作板１１０の平面透視図である。図１４は、図１２に示す各押圧点（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が１（Ｎ）の力で押圧されたときに発生する電荷量を示す図である。表１は、図１２に示す各押圧点（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が１（Ｎ）の力で押圧されたときに発生する電荷量を示している。図１５は、図１３に示す各押圧点（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が１（Ｎ）の力で押圧されたときに発生する電荷量を示す図である。表２は、図１３に示す各押圧点（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が１（Ｎ）の力で押圧されたときに発生する電荷量を示している。

なお、表１、表２、図１４、図１５では、圧電フィルム１１Ｐ０の材料がＰＬＬＡである条件で、電荷量が測定された。

実験より、圧電フィルム１１Ｐ０の２つの長辺９５Ａ、９５Ｂが接着剤９１を介して操作板１１０の裏面１０２に固定されることで、圧電フィルム１１Ｐ０からの出力は、図１４、図１５に示すように、約２〜４倍に増加することが明らかとなった。増加率は場所により異なるが、周辺部ほど増加率が高いことが明らかとなった。

したがって、押圧センサ１１Ｐ及び表示装置１００は、検出感度を向上できる。

《第２の実施形態》
図１６は、本発明の第２実施形態に係る表示装置２００の断面図である。表示装置２００が表示装置１００と相違する点は、圧電フィルム１１Ｐ０の固定方法である。その他の構成に関しては同じである。押圧センサ２１１Ｐは、押圧検出電極１１Ｐ１と、絶縁性基板２１１Ｐ２と、圧電フィルム１１Ｐ０と、押圧検出電極１１Ｐ３と、絶縁性基板２１１Ｐ４とを有する。

絶縁性基板２１１Ｐ２の面積は絶縁性基板１１Ｐ２の面積より広い。その他の構成に関しては同じである。絶縁性基板２１１Ｐ４の面積は絶縁性基板１１Ｐ４の面積より広い。その他の構成に関しては同じである。

２つの長辺９５Ａ、９５Ｂは、絶縁性基板２１１Ｐ２及び接着剤９１を介して操作板１１０の裏面１０２に固定されている。なお、絶縁性基板２１１Ｐ２が本発明の基板の一例に相当する。

図１７は、図１６に示す操作板１１０の平面透視図である。図１８は、図１７に示す各押圧点（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が１（Ｎ）の力で押圧されたときに発生する電荷量を示す図である。表３は、図１７に示す各押圧点（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が１（Ｎ）の力で押圧されたときに発生する電荷量を示している。

なお、表３、図１８では、圧電フィルム１１Ｐ０の材料がＰＬＬＡである条件で、電荷量が測定された。

実験より、図１４、図１５、図１８に示すように、絶縁性基板２１１Ｐ２（押圧センサ２１１Ｐ）が操作板１１０の裏面１０２に固定されている表示装置２００は、圧電フィルム１１Ｐ０だけが操作板１１０の裏面１０２に固定されている表示装置１００と同じくらい検出感度を改善できることが明らかとなった。

したがって、押圧センサ２１１Ｐ及び表示装置２００は、検出感度を向上できる。

《第３の実施形態》
図１９は、本発明の第３実施形態に係る表示装置３００に備えられる圧電フィルム１１Ｐ０の平面図である。表示装置３００が表示装置１００と相違する点は、圧電フィルム１１Ｐ０の固定方法である。その他の構成に関しては同じである。

長辺９５Ａは、複数の接着剤９１を介して操作板１１０の裏面１０２に固定されている。長辺９５Ｂは、複数の接着剤９１を介して操作板１１０の裏面１０２に固定されている。

《第４の実施形態》
図２０は、本発明の第４実施形態に係る表示装置４００に備えられる圧電フィルム４１１Ｐ０の平面図である。圧電フィルム４１１Ｐ０が圧電フィルム１１Ｐ０と相違する点は、圧電フィルム４１１Ｐ０の形状である。その他の構成に関しては同じである。

圧電フィルム４１１Ｐ０は、接着剤９１が接着する複数の接着領域４９５Ａ〜４９５Ｄを有する。複数の接着領域４９５Ａ〜４９５Ｄは図３に示すように、絶縁性基板１１Ｄ２、絶縁性基板１１Ｄ４、絶縁性基板１１Ｐ２、及び絶縁性基板１１Ｐ４から突出している。

《他の実施形態》
なお、前記実施形態では、圧電フィルム１１Ｐ０の平面形状は長方形状であるが、これに限るものではない。実施の際、圧電フィルムの平面形状は、正方形状、円形状、台形状、平行四辺形状、四角形以上の多角形状、楕円形状、長円形状等、他の平面形状であってもよい。固定方法については前述したいずれであってもよい。

例えば、圧電フィルムの平面形状が正方形状であっても、２つの第１の辺を、２つの第２の辺より高い弾性率で操作板に固定することにより、圧電フィルムを略一方向のみに伸張させることができ、電圧極性の反転領域の形成が抑制される。このため、圧電フィルムの平面形状が正方形状であっても、検出感度が向上できる。圧電フィルムの平面形状が円形状である場合、円周上の任意の4点のうち２点を結ぶ弧あるいは弦を第1の辺、他の２点を結ぶ弧あるいは弦を第２の辺としてもよい。

また、例えば、押圧センサ１１Ｐは表示部３０の裏面側に設けられていても良い。この場合、２つの第１の辺は表示部３０に対して、２つの第２の辺より高い弾性率で固定される。

また、前記実施形態において、伸縮フィルムの一例として圧電フィルム１１Ｐ０を用いているが、これに限るものではない。実施の際、伸縮フィルムは例えば、電歪フィルム、エレクトレットフィルム、圧電セラミック、圧電粒子を高分子に分散させたコンポジットフィルム、または電気活性高分子フィルム等で構成することもできる。

ここで、電気活性高分子フィルムとは、電気的駆動によって応力を発生するフィルム、または電気的駆動によって変形して変位を発生するフィルムである。具体的には、電歪フィルム、コンポジット材料（圧電セラミックスを樹脂モールドした材料）、電気駆動型エラストマー、または液晶エラストマー等がある。

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、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲とを含む。

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…配線
１０…タッチパネル
１１Ｄ…静電センサ
１１Ｄ１，１１Ｄ３…静電容量検出用電極
１１Ｄ２、１１Ｄ４…絶縁性基板
１１Ｐ…押圧センサ
１１Ｐ０…圧電フィルム
１１Ｐ１，１１Ｐ３…押圧検出電極
１１Ｐ２、１１Ｐ４…絶縁性基板
２０…制御部
２１…記憶部
２２…ＲＡＭ
３０…表示部
５１Ｐ…押圧センサ
５２…制御回路モジュール
５２Ｐ…押圧センサ
６０…ＬＡＮ通信部
６１…通信部
７０…バッテリ
８０…反転領域
９０…筐体
９１…接着剤
９５Ａ、９５Ｂ…長辺
９６Ａ、９６Ｂ…短辺
１００…表示装置
１０１…操作面
１０２…裏面
１１０…操作板
１５１…表示装置
１５２…表示装置
２００…表示装置
２１１Ｐ…押圧センサ
２１１Ｐ２、２１１Ｐ４…絶縁性基板
３００…表示装置
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
４００…表示装置
４１１Ｐ０…圧電フィルム
４９５Ａ…接着領域
９００…一軸延伸方向

Claims (6)

1. 操作面を有する操作板と、
   前記操作面側の第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主面の方向に伸縮する伸縮フィルムと、
   前記第１主面に対向する第１電極と、
   前記第２主面に対向する第２電極と、を備え、
   前記伸縮フィルムは、正面視して、互いに対向する２つの第１の辺と互いに対向する２つの第２の辺とを有し、
   前記第１主面において、前記２つの第１の辺は、前記２つの第２の辺より高い弾性率で前記操作板に固定されている、押圧センサ。
2. 前記伸縮フィルムの平面形状は、長方形であり、
   前記２つの第１の辺は、長辺であり、
   前記２つの第２の辺は、短辺である、請求項１に記載の押圧センサ。
3. 前記２つの第１の辺は、接着剤を介して前記操作板に固定されている、請求項１又は２に記載の押圧センサ。
4. 前記２つの第１の辺は、熱または紫外線によって硬化する粘着剤を介して前記操作板に固定されている、請求項１又は２に記載の押圧センサ。
5. 前記第１電極が設けられた基板を備え、
   前記２つの第１の辺は、前記基板および接着剤を介して前記操作板に固定されている、
   請求項１又は２に記載の押圧センサ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載され、前記操作面に対する押圧を検出する押圧センサと、
   前記操作面に対するタッチ位置を検出する位置センサと、を備える、入力装置。

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