JPWO2017051865A1 - タッチパネル、タッチ式入力装置 - Google Patents

Abstract

表示装置（１００）は、筐体（９）、制御部（２０）、操作板（１２）および押圧センサ（１１Ｐ）を備える。操作板（１２）及び押圧センサ（１１Ｐ）は、タッチパネル（１１０）を構成する。押圧センサ（１１Ｐ）は、押圧面（７）に対する押圧を検知する。押圧センサ（１１Ｐ）は、圧電フィルム（１１Ｐ１）と、圧電フィルム（１１Ｐ１）の両面に形成された電極（１１Ｐ２、１１Ｐ３）と、を有する。タッチパネル（１１０）は、ＯＣＡ層（２８）の厚さをＤ_Ａ、圧電フィルム（１１Ｐ１）の厚さをＤ_Ｐ、常温における圧電フィルム（１１Ｐ１）の弾性率をＥ_Ｐ、常温より高い所定温度におけるＯＣＡ層（２８）の弾性率をＥ_Ａ、としたときに、（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）≧１×１０^−５を満たす。

Description

本発明は、利用者による操作入力を検知するタッチパネル、及びこのタッチパネルを備えるタッチ式入力装置に関する。

従来、利用者による操作入力を検知するタッチ式入力装置が各種考案されている。例えば、特許文献１は、操作面へのタッチ位置と操作面への押圧とを検知するタッチ式入力装置を開示している。

特許文献１のタッチ式入力装置は、平板状の静電センサと平板状の感圧センサ（押圧センサ）とが積層された構造を有する。静電センサは操作面へのタッチ位置を検知し、押圧センサは操作面への押圧を検知する。静電センサと押圧センサとは粘着層を介して貼付されている。

特開平５−６１５９２号公報

しかしながら、粘着層の弾性率は、想定されるタッチ式入力装置の使用温度範囲（例えば−２０℃〜８０℃）において大きく変化する。詳述すると、温度が低い時は弾性率が大きく、すなわち、粘着層が固いため押圧力による歪みが伝わり易くなり、押圧センサの出力は高くなる。一方、温度が高い時は弾性率が小さく、すなわち、粘着層が柔らかいため押圧力による歪みが緩和され、押圧センサの出力は低くなる。

よって、特許文献１のタッチ式入力装置では、温度が変化することによって押圧センサの出力が大きく変化し、押圧検知の精度が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、温度変化に対する押圧センサの出力の変化を抑制できるタッチパネル及びタッチ式入力装置を提供することを目的とする。

本発明のタッチパネルは、押圧センサと、保持部材と、粘着層とを備える。押圧センサは、圧電フィルムと圧電フィルムの両面に形成された押圧検知用の電極とを有する。保持部材は、押圧面を有し、押圧センサを保持する。粘着層は、押圧センサを保持部材に貼付する。粘着層は例えば、紫外線硬化成分を含むアクリル系粘着剤で構成される。

タッチパネルは、粘着層の厚さをＤ_Ａ、圧電フィルムの厚さをＤ_Ｐ、常温における圧電フィルムの弾性率をＥ_Ｐ、常温より高い所定温度における粘着層の弾性率をＥ_Ａ、としたときに、（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）≧１×１０^−５を満たす。所定温度は例えば６０℃又は８０℃である。なお、以後、（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）＝Ｃと省略することもある。

この構成において粘着層の弾性率Ｅ_Ａは、温度が低くなるほど大きくなる。すなわち、温度が高温から低温に変化すると、粘着層の弾性率Ｅ_Ａが増加しＣの値も増加する。そのため、所定温度におけるＣの値が１×１０^−５より大きいとき、所定温度以下の温度でもＣの値は１×１０^−５より大きくなる。ここで、Ｃが１×１０^−４より大きいとき出力の変化は小さく、Ｃが１×１０^−５より小さくなると出力は減少し始め、Ｃが１×１０^−６より小さいとき出力は大きく減少する。

したがって、この構成のタッチパネルは、温度変化に対する押圧センサの出力の変化を抑制できる。

なお、本発明のタッチパネルは、（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）≧１×１０^−４を満たすことがより好ましい。

また、本発明のタッチ式入力装置は、本発明のタッチパネルを備える。そのため、本発明のタッチ式入力装置は、本発明のタッチパネルと同様の効果を奏する。

本発明のタッチパネル及びタッチ式入力装置は、温度変化に対する押圧センサの出力の変化を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る表示装置１００の平面図である。 図１に示すＴ−Ｔ線における断面図である。 （Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）の値と図２に示す押圧センサ１１Ｐの出力との関係を示す図である。 ＯＣＡ層２８の温度とＯＣＡ層２８の弾性率との関係を示す図である。 ６０℃における（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）が１×１０^−４、１×１０^−５、１×１０^−６であるときの押圧センサ１１Ｐの出力と押圧センサ１１Ｐの温度との関係を示す図である。 ８０℃における（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）が１×１０^−４、１×１０^−５、１×１０^−６であるときの押圧センサ１１Ｐの出力と押圧センサ１１Ｐの温度との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る表示装置２００の外観斜視図である。 図７に示すＳ−Ｓ線の断面図である。 図８に示す位置センサ１１Ｄの平面図である。 図８に示す押圧センサ１１１Ｐの平面図である。 図７に示す表示装置２００と表示装置２００の比較例に係る第１表示装置とにおける押圧センサ１１１Ｐの出力および温度の関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る表示装置３００の断面図である。 図１２に示す表示装置３００と表示装置３００の比較例に係る第２表示装置とにおける押圧センサ１１１Ｐの出力および温度の関係を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る表示装置４００の断面図である。

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の平面図である。図２は、図１に示すＴ−Ｔ線における断面図である。

表示装置１００は、筐体９、制御部２０、操作板１２および押圧センサ１１Ｐを備える。表示装置１００は、例えばスマートホン等である。操作板１２及び押圧センサ１１Ｐは、タッチパネル１１０を構成する。

なお、表示装置１００が、タッチ式入力装置の一例に相当する。操作板１２が、保持部材の一例に相当する。

筐体９は、枠状の側面および矩形状の底面から構成され、矩形状の開口部を有する。筐体９の開口部を塞ぐようにタッチパネル１１０が筐体９に嵌め合されている。そのため、タッチパネル１１０の一方の主面が押圧面７となる。操作板１２は、利用者がタッチ操作を行う押圧面７を有する。操作板１２は、透光性を有する材質からなる。操作板１２の材料は例えばガラスである。

押圧センサ１１Ｐは、押圧面７に対する押圧を検知する。押圧センサ１１Ｐは、圧電フィルム１１Ｐ１と、圧電フィルム１１Ｐ１の両面に形成された電極１１Ｐ２、１１Ｐ３と、を有する。なお、圧電フィルム１１Ｐ１は、圧電性を有するフィルムであればよいが、好ましくは例えば、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）又はＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）によって形成されていてもよい。

押圧センサ１１Ｐは、操作板１２にＯＣＡ（ＯＣＡ：Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）層２８を介して貼付されている。ＯＣＡ層２８は、透明な粘着剤で構成された層である。これにより、操作板１２は、押圧センサ１１Ｐを保持する。

なお、実施の際、透明性を有する必要が無ければ、粘着剤に必ずしもＯＣＡを使う必要はない。実施の際、透明でない粘着剤を使用してもよい。

筐体９の底面と押圧センサ１１Ｐとの間には、回路基板（図示せず）が配置されている。当該回路基板には制御部２０が実装されている。制御部２０は、例えばＣＰＵで構成されている。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は、例えば図２に示す押圧面７の中心Ｑが利用者によって押圧されると、圧電フィルム１１Ｐ１が撓んで発生する電荷を、電極１１Ｐ２，１１Ｐ３で検知する。そして、押圧センサ１１Ｐは、押圧量（押圧力）に応じた信号レベルＤ_Ｓｐの押圧検知信号を生成する。押圧センサ１１Ｐは、押圧検知信号を制御部２０へ出力する。

制御部２０は、押圧検知信号に基づいて、操作入力内容を決定する。

以上の構成においてタッチパネル１１０は、ＯＣＡ層２８の厚さをＤ_Ａ、圧電フィルム１１Ｐ１の厚さをＤ_Ｐ、常温（本実施形態では２０℃）における圧電フィルム１１Ｐ１の弾性率をＥ_Ｐ、常温より高い所定温度におけるＯＣＡ層２８の弾性率をＥ_Ａ、としたときに、（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）≧１×１０^−５を満たす。なお、以後、（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）＝Ｃと省略することもある。

図３は、（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）＝Ｃの値と図２に示す押圧センサ１１Ｐの出力との関係を示す図である。図３は、測定者が押圧面７の中心Ｑを所定の押圧力（１Ｎ）で押圧したときに押圧センサ１１Ｐが出力する電圧の値（Ｖ）をシミュレーションで測定した結果を示している。

なお、図３の測定において、押圧センサ１１Ｐ、ＯＣＡ層２８及び操作板１２の各部位の寸法は次の通りである（図１、図２参照）。押圧センサ１１Ｐの横幅Ｙ１は、６０ｍｍである。押圧センサ１１Ｐの縦幅Ｘ１は、１０６ｍｍである。圧電フィルム１１Ｐ１の厚みは、５０μｍである。操作板１２の横幅Ｙ２は、６６．５ｍｍである。操作板１２の縦幅Ｘ２は、１２３．５ｍｍである。操作板１２の厚みは、０．５５ｍｍである。また、ＯＣＡ層２８の厚みは、１μｍ、１３μｍ、２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、又は１５０μｍのいずれかである。ＯＣＡ層２８の弾性率は１０３Ｐａ〜１０７Ｐａの範囲内の値である。図３は、ＯＣＡ層２８の厚みとＯＣＡ層２８の弾性率をこれらの範囲内で変化させたときのグラフを表している。

図３より、Ｃが１×１０^−４より大きいとき出力の変化は小さいが、Ｃが１×１０^−４より小さくなると出力が減少し始め、Ｃが１×１０^−５より小さいとき出力が大きく減少することが明らかとなった。

図４は、ＯＣＡ層２８の温度とＯＣＡ層２８の弾性率との関係を示す図である。一般的に、ＯＣＡ層２８を含む粘着層の弾性率Ｅ_Ａは、温度が低くなるほど大きくなる。すなわち、温度が高温から低温に変化すると、粘着層の弾性率Ｅ_Ａが増加しＣの値も増加する。

そのため、所定温度におけるＣの値が１×１０^−５より大きいとき、所定温度以下の温度でもＣの値は１×１０^−５より大きくなる。ここで、所定温度は常温より高く、ＯＣＡ層２８の融点より低い温度である。所定温度は例えば、６０℃又は８０℃である。

図５は、６０℃における（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）が１×１０^−４、１×１０^−５、１×１０^−６であるときの押圧センサ１１Ｐの出力と押圧センサ１１Ｐの温度との関係を示す図である。図５は、測定者が押圧面７の中心Ｑを所定の押圧力（１Ｎ）で押圧したときに押圧センサ１１Ｐが出力する電圧の値をシミュレーションで測定した結果を示している。図５の縦軸は、２０℃における押圧センサ１１Ｐの出力を１としたときの比によって表している。

なお、図５の測定において、押圧センサ１１Ｐ、ＯＣＡ層２８及び操作板１２の各部位の寸法は次の通りである（図１、図２参照）。押圧センサ１１Ｐの横幅Ｙ１は、６０ｍｍである。押圧センサ１１Ｐの縦幅Ｘ１は、１０６ｍｍである。圧電フィルム１１Ｐ１の厚みは、５０μｍである。操作板１２の横幅Ｙ２は、６６．５ｍｍである。操作板１２の縦幅Ｘ２は、１２３．５ｍｍである。操作板１２の厚みは、０．５５ｍｍである。また、ＯＣＡ層２８の厚みは、５０μｍである。ＯＣＡ層２８の弾性率は、６０℃において、Ｃ＝１×１０^−４のとき３．７×１０^５Ｐａ、Ｃ＝１×１０^−５のとき３．７×１０^４Ｐａ、Ｃ＝１×１０^−６のとき３．７×１０^３Ｐａである。図５は、６０℃における粘着層の弾性率を基準にその値を大きくした（低温になった）ときの出力の変化のグラフを表している。

図５より、６０℃におけるＣが１×１０^−４であるとき、温度の変化による出力の変化はほとんど起こらないことが明らかとなった。また、６０℃におけるＣが１×１０^−５であるとき、高温で出力がやや低下するものの、温度の変化による出力の変化は小さいことが明らかとなった。しかし、６０℃におけるＣが１×１０^−６であるとき、温度が変化すると出力が急激に変化することが明らかとなった。

従って、表示装置１００及びタッチパネル１１０は、６０℃におけるＣが１×１０^−５以上を満たすことにより、温度が所定の温度範囲（例えば−２０℃〜６０℃）で変化しても押圧センサ１１Ｐの出力の変化を抑制できる。さらに、表示装置１００及びタッチパネル１１０は、６０℃におけるＣが１×１０^−４以上を満たすため、温度が所定の温度範囲（例えば−２０℃〜６０℃）で変化しても押圧センサ１１Ｐの出力の変化をより抑制できる。

図６は、８０℃における（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）が１×１０^−４、１×１０^−５、１×１０^−６であるときの押圧センサ１１Ｐの出力と押圧センサ１１Ｐの温度との関係を示す図である。図６は、測定者が押圧面７の中心Ｑを所定の押圧力（１Ｎ）で押圧したときに押圧センサ１１Ｐが出力する電圧の値をシミュレーションで測定した結果を示している。図６の縦軸は、２０℃における押圧センサ１１Ｐの出力を１としたときの比によって表している。

なお、図６の測定において、押圧センサ１１Ｐ、ＯＣＡ層２８及び操作板１２の各部位の寸法は次の通りである（図１、図２参照）。押圧センサ１１Ｐの横幅Ｙ１は、６０ｍｍである。押圧センサ１１Ｐの縦幅Ｘ１は、１０６ｍｍである。圧電フィルム１１Ｐ１の厚みは、５０μｍである。操作板１２の横幅Ｙ２は、６６．５ｍｍである。操作板１２の縦幅Ｘ２は、１２３．５ｍｍである。操作板１２の厚みは、０．５５ｍｍである。また、ＯＣＡ層２８の厚みは、５０μｍである。ＯＣＡ層２８の弾性率は、８０℃において、Ｃ＝１×１０^−４のとき３．７×１０^５Ｐａ、Ｃ＝１×１０^−５のとき３．７×１０^４Ｐａ、Ｃ＝１×１０^−６のとき３．７×１０^３Ｐａである。図６は、８０℃における粘着層の弾性率を基準にその値を大きくした（低温になった）ときの出力の変化のグラフを表している。

図６より、８０℃におけるＣが１×１０^−４であるとき、温度の変化による出力の変化はほとんど起こらないことが明らかとなった。また、８０℃におけるＣが１×１０^−５であるとき、高温で出力がやや低下するものの、温度の変化による出力の変化は小さいことが明らかとなった。しかし、８０℃におけるＣが１×１０^−６であるとき、温度が変化すると出力が急激に変化することが明らかとなった。

従って、表示装置１００及びタッチパネル１１０は、８０℃におけるＣが１×１０^−５以上を満たすことにより、温度が所定の温度範囲（例えば−２０℃〜８０℃）で変化しても押圧センサ１１Ｐの出力の変化を抑制できる。さらに、表示装置１００及びタッチパネル１１０は、８０℃におけるＣが１×１０^−４以上を満たすため、温度が所定の温度範囲（例えば−２０℃〜８０℃）で変化しても押圧センサ１１Ｐの出力の変化をより抑制できる。

本発明の第２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７は、本発明の第２実施形態に係る表示装置２００の外観斜視図である。図８は、図７に示すＳ−Ｓ線の断面図である。図９は、図８に示す位置センサ１１Ｄの平面図である。図１０は、図８に示す押圧センサ１１１Ｐの平面図である。

図７に示すように、表示装置２００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２００は、例えばタブレット等である。

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７、図８に示すように、筐体９０の開口面を塞ぐようタッチパネル２１０が嵌め合されている。そのため、タッチパネル２１０の一方の主面が操作面７０となる。操作板１１２は、利用者がタッチ操作を行う操作面７０を有する。操作板１１２は、可撓性、絶縁性、及び透光性を有する材質からなる。操作板１１２の材料は例えば、ガラス、ＰＥＴ樹脂である。

表示装置２００は、図７、図８に示すように筐体９０内に、操作面７０側から、操作板１１２、位置センサ１１Ｄ、押圧センサ１１１Ｐ、表示部３０、及び制御部２０を備える。位置センサ１１Ｄは、静電容量センサである。

なお、表示装置２００は、本発明のタッチ式入力装置の一例に相当する。操作板１１２及び位置センサ１１Ｄが、保持部材の一例を構成する。操作面７０が、押圧面の一例に相当する。

操作板１１２、位置センサ１１Ｄ及び押圧センサ１１１Ｐは、組み合わされて、タッチパネル２１０を構成する。押圧センサ１１１Ｐは、位置センサ１１ＤにＯＣＡ（ＯＣＡ：Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）層２２８を介して貼付されている。ＯＣＡ層２２８は、紫外線硬化成分を含む透明なアクリル系粘着剤で構成された層である。

なお、ＯＣＡ層２２８の弾性率を大きくする手法として、ＯＣＡ層２２８に紫外線硬化成分を混入し、押圧センサ１１１Ｐを位置センサ１１Ｄに貼付した後のＯＣＡ層２２８に紫外線を照射する方法が存在する。この方法により、ＯＣＡ層２２８が硬くなり、ＯＣＡ層２２８の弾性率を大きくすることが可能となる。また、この方法を用いた場合、ＵＶ照射量等のよってＯＣＡ層２２８の硬度を調節できる。また、この方法を用い、組み立て後にＵＶ照射を行うことによって、製造時のＯＣＡ層２２８の剥がれを抑制できる。

操作板１１２、位置センサ１１Ｄ、押圧センサ１１１Ｐ、および表示部３０は平板状である。操作板１１２、位置センサ１１Ｄ、押圧センサ１１１Ｐ、および表示部３０は、操作面７０に対して平行になるように、筐体９０内に設けられている。

筐体９０の底面と表示部３０との間には、回路基板（図示せず）が配置されている。当該回路基板には制御部２０が実装されている。制御部２０は、例えばＣＰＵで構成されている。制御部２０は、位置センサ１１Ｄ、押圧センサ１１１Ｐ、及び表示部３０に接続されている。

位置センサ１１Ｄは、図８、図９に示すように、平板状の絶縁性基板１１Ｄ１と、複数の電極１１Ｄ２と、複数の電極１１Ｄ３と、を有する。

絶縁性基板１１Ｄ１は、透光性を有する材料からなる。絶縁性基板１１Ｄ１の材料は例えば、ＰＥＴ樹脂、又はシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂である。図８、図９に示すように、絶縁性基板１１Ｄ１の一方の主面には、複数の電極１１Ｄ２が形成されている。複数の電極１１Ｄ２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。複数の電極１１Ｄ２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。

絶縁性基板１１Ｄ１の他方の主面には、複数の電極１１Ｄ３が形成されている。複数の電極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。複数の電極１１Ｄ２，１１Ｄ３は透光性を有する材料からなる。

位置センサ１１Ｄは、利用者の指が接触した際に生じる静電容量変化を、電極１１Ｄ２，１１Ｄ３で検知する。そして、位置センサ１１Ｄは、この検知に基づく信号を位置検知信号として制御部２０へ出力する。

押圧センサ１１１Ｐは、図８、図１０に示すように、圧電フィルムであるＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１と、電極１１１Ｐ２と、電極１１１Ｐ３と、を有する。ＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１の両主面には、電極１１１Ｐ２及び電極１１１Ｐ３が形成されている。電極１１１Ｐ２及び電極１１１Ｐ３は、ＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１の両主面の略全面に形成されている。

押圧センサ１１１Ｐは、利用者がＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１の一方の主面を押圧することで、ＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１が撓んで発生する電荷を、電極１１１Ｐ２，１１１Ｐ３で検知する。そして、押圧センサ１１１Ｐは、この検知に基づく信号を押圧検知信号として制御部２０へ出力する。

ＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１は、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）によって形成されている。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、圧電フィルムの一方の主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、押圧により一方の主面が、当該一方の主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知することができる。すなわち、押圧を確実に検知し、押圧量を高感度に検知することができる。

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知することができる。

このような一軸延伸処理されたＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１は、図８、図１０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知できる。

したがって、押圧および押圧量をより高感度に検知することができる。

なお、１軸延伸方向９００は、４５°であることが最も効果的であるが、例えば４５±１０°の範囲であっても略同等の効果が得られる。

電極１１１Ｐ２，１１１Ｐ３は、図８、図１０に示すように、ＰＥＤＯＴ、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７、図８に示すように、筐体９０の内部におけるタッチパネル２１０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。

以上の構成において押圧センサ１１１Ｐは、図７に示す操作面７０の中心Ｃが押圧されると、押圧量（押圧力）に応じた信号レベルＤ_Ｓｐの押圧検知信号を生成する。押圧センサ１１１Ｐは、押圧検知信号を制御部２０へ出力する。

位置センサ１１Ｄは、各電極の検知容量の値を示す位置検知信号を生成する。位置検知信号の信号レベルＤ_Ｓｄは、利用者の指が位置センサ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。位置センサ１１Ｄは、生成した位置検知信号を制御部２０へ出力する。

制御部２０は、位置センサ１１Ｄから出力された位置検知信号の信号レベルＤ_Ｓｄが所定閾値よりも大きいことを検知すると、その位置検知信号からタッチ位置を認識する。

制御部２０は、押圧検知信号と位置検知信号とに基づいて、操作入力内容を決定する。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画像を操作面７０に表示する。

以上の構成において、ＯＣＡ層２２８の厚みＤ_Ａは７５μｍであり、ＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１の厚みＤ_Ｐは５０μｍである。常温におけるＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１の弾性率Ｅ_Ｐは３．７×１０^９Ｐａである。また、６０℃におけるＯＣＡ層２２８の弾性率Ｅ_Ａは１．９×１０^６Ｐａである。

よって、Ｃ＝（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）＝３．４×１０^−４となる。６０℃におけるＣの値が１×１０^−４より大きいため、６０℃以下の温度においてＣの値は前述したように１×１０^−４より大きくなる（図４参照）。即ち６０℃以下の温度において出力も図３に示すように大きく変化しない。

次に、第２実施形態に係る表示装置２００と表示装置２００の比較例に係る第１表示装置とを比較する。第１表示装置が表示装置２００と相違する点は、紫外線硬化成分を含むＯＣＡ層２２８を、紫外線硬化成分を含まない第１ＯＣＡ層に置き替えた点である。第１ＯＣＡ層は、透明なアクリル系粘着剤で構成された層である。紫外線硬化成分を含むＯＣＡ層２２８の弾性率は、紫外線硬化成分を含まない第１ＯＣＡ層の弾性率より大きい。６０℃における第１表示装置のＣの値は、１×１０^−５以下である。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。

図１１は、図７に示す表示装置２００と表示装置２００の比較例に係る第１表示装置とにおける押圧センサ１１１Ｐの出力および温度の関係を示す図である。図１１は、測定者が操作面７０の中心Ｃを所定の押圧力で押圧したときに押圧センサ１１１Ｐが出力する電圧の値をシミュレーションで測定した結果を示している。

なお、図１１の実線は、表示装置２００における押圧センサ１１１Ｐの出力および温度の関係を表し、図１１の点線は、第１表示装置における押圧センサ１１１Ｐの出力および温度の関係を表している。図１１の縦軸は、２０℃における押圧センサ１１１Ｐの出力を１としたときの比によって表している。

図１１より、第１ＯＣＡ層の弾性率が小さいため、押圧力による歪みの緩和が大きくなり、温度が変化することによって出力が大きく変化することが明らかとなった。一方、ＯＣＡ層２２８の弾性率は第１ＯＣＡ層の弾性率より大きいため、押圧力による歪みの緩和が抑えられ、温度の変化による出力の変化は小さいことが明らかとなった。

以上より、表示装置２００及びタッチパネル２１０は、６０℃におけるＣが１×１０^−４以上であるため、温度が所定の温度範囲（例えば−２０℃〜６０℃）で変化しても押圧センサ１１１Ｐの出力の変化を抑制できる。

以下、本発明の第３実施形態に係る表示装置３００について説明する。

図１２は、本発明の第３実施形態に係る表示装置３００の断面図である。表示装置３００が表示装置２００と相違する点は、紫外線硬化成分を含むＯＣＡ層２２８を、紫外線硬化成分を含まないＯＣＡ層３２８に置き替えた点である。ＯＣＡ層３２８は、透明なアクリル系粘着剤で構成された層である。ＯＣＡ層３２８の弾性率は、ＯＣＡ層２２８の弾性率より小さい。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。

以上の構成において、ＯＣＡ層３２８の厚みＤ_Ａは１３μｍであり、ＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１の厚みＤ_Ｐは５０μｍである。常温におけるＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１の弾性率Ｅ_Ｐは３．７×１０^９Ｐａである。また、６０℃におけるＯＣＡ層３２８の弾性率Ｅ_Ａは５．０×１０^４Ｐａである。

よって、Ｃ＝（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）＝５．２×１０^−５となる。６０℃におけるＣの値が１×１０^−５より大きいため、６０℃以下の温度においてＣの値は前述したように１×１０^−５より大きくなる（図４参照）。即ち６０℃以下の温度において出力も図３に示すように大きく変化しない。

次に、第３実施形態に係る表示装置３００と表示装置３００の比較例に係る第２表示装置とを比較する。第２表示装置が表示装置３００と相違する点は、ＯＣＡ層３２８を、第２ＯＣＡ層に置き替えた点である。第２ＯＣＡ層は、透明なアクリル系粘着剤で構成された層である。第２ＯＣＡ層の厚みは、ＯＣＡ層３２８の厚みより大きい。第２ＯＣＡ層の厚みは、７５μｍである。６０℃における第２表示装置のＣの値は、１×１０^−５以下である。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。

図１３は、図１２に示す表示装置３００と表示装置３００の比較例に係る第２表示装置とにおける押圧センサ１１１Ｐの出力および温度の関係を示す図である。図１３は、測定者が操作面７０の中心Ｃを所定の押圧力で押圧したときに押圧センサ１１１Ｐが出力する電圧の値をシミュレーションで測定した結果を示している。

なお、図１３の実線は、表示装置３００における押圧センサ１１１Ｐの出力および温度の関係を表し、図１３の点線は、第２表示装置における押圧センサ１１１Ｐの出力および温度の関係を表している。図１３の縦軸は、２０℃における押圧センサ１１１Ｐの出力を１としたときの比によって表している。

図１３より、第２ＯＣＡ層がＯＣＡ層３２８より厚いため、押圧力による歪みの緩和が大きくなり、温度が変化することによって出力が大きく変化することが明らかとなった。一方、ＯＣＡ層３２８は第２ＯＣＡ層より薄いため、押圧力による歪みの緩和が抑えられ、温度の変化による出力の変化は小さいことが明らかとなった。

以上より、表示装置３００及びタッチパネル３１０は、６０℃におけるＣが１×１０^−５以上であるため、温度が所定の温度範囲（例えば−２０℃〜６０℃）で変化しても押圧センサ１１１Ｐの出力の変化を抑制できる。

以下、本発明の第４実施形態に係る表示装置４００について説明する。

図１４は、本発明の第４実施形態に係る表示装置４００の断面図である。表示装置４００が表示装置３００と相違する点は、ＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１を、ＰＬＬＡフィルム４１１Ｐ１に置き替えた点である。ＰＬＬＡフィルム４１１Ｐ１の厚みは、ＰＬＬＡフィルム１１１Ｐ１の厚みより厚い。ＰＬＬＡフィルム４１１Ｐ１の厚みは６０μｍである。ＰＬＬＡフィルム４１１Ｐ１の両面には、電極１１１Ｐ２、１１１Ｐ３が形成され易くするためにハードコート塗工（表面処理）が施されている。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。

以上の構成において、ＯＣＡ層３２８の厚みＤ_Ａは１３μｍであり、ＰＬＬＡフィルム４１１Ｐ１の厚みＤ_Ｐは６０μｍである。常温におけるＰＬＬＡフィルム４１１Ｐ１の弾性率Ｅ_Ｐは７．４×１０^９Ｐａである。また、６０℃におけるＯＣＡ層３２８の弾性率Ｅ_Ａは５．０×１０^４Ｐａである。

よって、Ｃ＝（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）＝３．１×１０^−５となる。ハードコート塗工によりＰＬＬＡフィルム４１１Ｐ１の弾性率が大きくなっているためＣは減少するが、一方でＰＬＬＡフィルム４１１Ｐ１の厚みが大きくなっているためＣの減少は抑えられる。

ここで、６０℃におけるＣの値が１×１０^−５より大きいため、６０℃以下の温度においてＣの値は前述したように１×１０^−５より大きくなる（図４参照）。即ち６０℃以下の温度において出力も図３に示すように大きく変化しない。

したがって、表示装置４００及びタッチパネル４１０は、６０℃におけるＣが１×１０^−５以上であるため、温度が所定の温度範囲（例えば−２０℃〜６０℃）で変化しても押圧センサ４１１Ｐの出力の変化を抑制できる。

なお、前記実施形態では、利用者はタッチパネルの操作面７０に表示される画像を見ながら操作面７０に対してタッチ操作や押圧操作を行っているが、これに限るものではない。実施の際は例えば、画像を表示するディスプレイと、位置センサ１１Ｄ及び押圧センサ１１Ｐを有する操作用パッドとを備えるパーソナルコンピュータを使用してもよい。この場合利用者は、ディスプレイに表示される画像を見ながら操作用パッドの操作面に対してタッチ操作や押圧操作を行う。

また、上述の説明では、筐体９０の表面側から、操作板１２、位置センサ１１Ｄ、押圧センサ１１Ｐ、表示部３０の順に並ぶ態様を示した。しかしながら、位置センサ１１Ｄ、押圧センサ１１Ｐの順が入れ替わってもよく、表示部３０の操作板１２側と反対側に押圧センサ１１Ｐが配置されていてもよい。

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。

７…押圧面
９…筐体
１１Ｄ…位置センサ
１１Ｄ１…絶縁性基板
１１Ｄ２，１１Ｄ３…電極
１１Ｐ…押圧センサ
１１Ｐ１…圧電フィルム
１１Ｐ２，１１Ｐ３…電極
１２…操作板
２０…制御部
２８…ＯＣＡ層
３０…表示部
７０…操作面
９０…筐体
１００…表示装置
１１０…タッチパネル
１１１Ｐ…押圧センサ
１１１Ｐ１…ＰＬＬＡフィルム
１１１Ｐ２，１１１Ｐ３…電極
１１２…操作板
２００…表示装置
２１０…タッチパネル
２２８…ＯＣＡ層
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
３１０…タッチパネル
３２８…ＯＣＡ層
４００…表示装置
４１０…タッチパネル
４１１Ｐ…押圧センサ
４１１Ｐ１…ＰＬＬＡフィルム
９００…一軸延伸方向

Claims (5)

1. 圧電フィルムと前記圧電フィルムの両面に形成された押圧検知用の電極とを有する押圧センサと、
   押圧面を有し、前記押圧センサを保持する保持部材と、
   前記押圧センサを前記保持部材に貼付する粘着層と、を備え、
   前記粘着層の厚さをＤ_Ａ、前記圧電フィルムの厚さをＤ_Ｐ、常温における前記圧電フィルムの弾性率をＥ_Ｐ、前記常温より高い所定温度における前記粘着層の弾性率をＥ_Ａ、としたときに、（Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）≧１×１０^−５を満たすことを特徴とするタッチパネル。
2. （Ｅ_Ａ／Ｄ_Ａ）／（Ｅ_Ｐ／Ｄ_Ｐ）≧１×１０^−４を満たすことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記所定温度は６０℃又は８０℃であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタッチパネル。
4. 前記粘着層は、紫外線硬化成分を含むアクリル系粘着剤で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のタッチパネル。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のタッチパネルを備えることを特徴とするタッチ式入力装置。

Images