KR20160032263A - 압력검출기 및 압력검출기를 구비한 터치패널 - Google Patents
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Abstract
(과제)본 발명은, 정확한 가압력을 검출할 수 있는 압력검출기를 제공한다.
(해결수단)본 발명의 압력검출기는, 제1압전시트(3a)와, 제1압전시트(3a)의 근방 또는 제1압전시트(3a)와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트(3b)와, 제1압전시트(3a)와 상기 제2압전시트(3b)를 협지하는 검출전극(4)을 구비하고, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는, 동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고, 두께가 5μm∼50μm이고, 면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 있어서 지지기판(1)측의 면과 지지기판(1)과는 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기 식1로 나타내어지는 관계에 있도록 구성하였다. 식1 : V1 / V2 < 0 단, 식1에 있어서, V1과 V2는, 각각 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 있어서 지지기판(1)측의 면과 지지기판(1)과는 반대측의 면과의 사이에 발생하는 전위차이다
(해결수단)본 발명의 압력검출기는, 제1압전시트(3a)와, 제1압전시트(3a)의 근방 또는 제1압전시트(3a)와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트(3b)와, 제1압전시트(3a)와 상기 제2압전시트(3b)를 협지하는 검출전극(4)을 구비하고, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는, 동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고, 두께가 5μm∼50μm이고, 면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 있어서 지지기판(1)측의 면과 지지기판(1)과는 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기 식1로 나타내어지는 관계에 있도록 구성하였다. 식1 : V1 / V2 < 0 단, 식1에 있어서, V1과 V2는, 각각 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 있어서 지지기판(1)측의 면과 지지기판(1)과는 반대측의 면과의 사이에 발생하는 전위차이다
Description
본 발명은 가압력(加壓力)을 검출할 수 있는 압력검출기(壓力檢出器)에 관한 것으로서, 특히 주위의 온도가 변화되더라도 정확한 가압력을 검출할 수 있는 압력검출기에 관한 것이다.
압전시트(壓電sheet)는, 가해진 응력(應力)을 전력(電力)으로 변환시키는 특징을 구비하고 있고, 이 특징을 살린 장치가 다방면에 걸친 분야에서 상품화 되고 있다.
압전시트는, 터치패널(touch panel)을 탑재하는 디스플레이 디바이스(display device) 등의 전자기기(電子機器)에도 응용되고 있다. 예를 들면 특허문헌1에는, 터치패널의 배면(背面)에 압전시트를 접착한 터치패널이 기재되어 있다. 상기 터치패널은, 그 표면에 가압이 가해졌을 때에 압전시트가 압력에 따른 전하(電荷)를 발생시키고, 그 전하를 검출함으로써 가압정보(가압력의 세기)를 측정할 수 있는 것으로 되어 있다.
그러나 특허문헌1에 기재되어 있는 발명에서는, 다음의 문제가 있다.
1)압전시트 내에서 온도변화가 발생하면, 가압이 없더라도 압전시트로부터 전하가 출력되어 버려서 압력검출에 오동작이 발생하여 버린다.
2)가압이 가해졌을 때에, 압전시트의 근방이나 압전시트 내에 있어서 인장응력(引張應力)이나 압축응력(壓縮應力)을 받지 않는 장소(휘어짐의 중립축(中立軸))가 위치하면, 가압에 대한 압전시트의 전하출력감도(電荷出力感度)가 매우 작아지게 된다. 특히 상기 중립축이 압전시트의 중앙에 위치하는 경우에는, 가압을 가하더라도 압전시트의 표면에 전하가 전혀 발생하지 않아 가압을 검출할 수 없다.
3)또한 지지기판(支持基板)과 압전시트를 접합하기 위하여 접착제를 사용하였을 때에, 접착층의 두께가 두껍고 유연한 경우나, 접착제의 경도(硬度)가 온도나 습도 등 환경에 따라 변화되었을 경우에 가압력에 대한 압전시트의 전하출력감도가 크게 변화되어 버린다.
본 발명의 과제는, 온도변화가 압전시트 내에 발생하였을 경우나, 압력검출기에 가압을 가하였을 때에 휘어짐의 중심축이 압전시트 부근이나 압전시트 내에 존재하고 있는 경우 및 압전시트와 지지기판을 접합하기 위하여 접착제를 사용하였을 때에 접착층의 두께가 두껍고 유연한 경우나, 접착제의 경도가 온도나 습도 등 환경에 따라 변화하였을 경우에 정확한 가압력을 검출할 수 있는 압력검출기를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이하와 같이 구성한다.
본 발명에 관한 압력검출기의 특징적인 구성은,
지지기판에 가해진 가압을 측정하는 압력검출기로서,
상기 지지기판에 있어서 상기 가압이 가해지는 면과는 반대측의 면에 배치되는 제1압전시트와,
상기 제1압전시트에 있어서 지지기판과는 반대측의 면에 상기 제1압전시트의 근방 또는 상기 제1압전시트와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트와,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트를 협지하고 상기 가압이 가해졌을 때에 상기 제1압전시트에 있어서 상기 지지기판측의 면과 상기 제2압전시트에 있어서 상기 지지기판과는 반대측의 면과의 사이에 있어서의 전위차를 검출하는 검출전극을
구비하고,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고,
두께가 5μm∼50μm이고,
면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 상기 지지기판측의 면과 상기 지지기판과는 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기의 식1로 나타내어지는 관계에 있는 점에 있다.
식1 : V1 / V2 < 0
단, 식1에 있어서,
V1은 V1a ― V1b를 나타내고,
V2는 V2a ― V2b를 나타내고,
V1a는 제1압전시트에 있어서 지지기판측의 면의 전위를 나타내고,
V1b는 제1압전시트에 있어서 지지기판과는 반대측의 면의 전위를 나타내고,
V2a는 제2압전시트에 있어서 지지기판측의 면의 전위를 나타내고,
V2b는 제2압전시트에 있어서 지지기판과는 반대측의 면의 전위를 나타낸다.
본 발명에 관한 압력검출기의 다른 특징적인 구성에 의하면,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는, 서로 접촉하고, 압력분포와 온도분포가 동일하고, 동일한 재료로 구성되어 있더라도 좋다.
본 발명에 관한 압력검출기의 다른 특징적인 구성에 의하면,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트가 강유전체 재료로 이루어지고, 무가압상태에 있어서의 상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트의 분극방향이 서로 반대이더라도 좋다.
본 발명에 관한 압력검출기의 다른 특징적인 구성에 의하면,
상기 제1압전시트와, 상기 제2압전시트와, 상기 검출전극은, 상기 지지기판보다 작은 휨강성을 구비하더라도 좋다.
본 발명에 관한 다른 특징적인 구성에 의하면,
입력면에 가압된 가압력을 측정하는 터치패널로서,
하나의 방향으로 간격을 두고 복수 배치되는 상부전극과,
상기 상부전극에 있어서 상기 입력면측과는 반대측으로서 상기 상부전극과 교차하는 방향으로 간격을 두고 복수 배치되어 상기 상부전극과의 사이에서 가압위치를 검출하는 하부전극과,
상기 하부전극에 있어서 입력면과는 반대측의 면에 배치되는 제1압전시트와,
상기 제1압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면에 상기 제1압전시트의 근방 또는 상기 제1압전시트와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트와,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트를 협지하고 상기 가압이 가해졌을 때에 상기 제1압전시트에 있어서 상기 지지기판측의 면과 상기 제2압전시트에 있어서 상기 지지기판과는 반대측의 면과의 사이에 있어서의 전위차를 검출하는 검출전극을
구비하고,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고,
두께가 5μm∼50μm이고,
면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 상기 입력면측의 면과 상기 입력면측과 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기의 식2로 나타내어지는 관계에 있는 점에 있다.
식2 : V1 / V2 < 0
단, 식2에 있어서,
V1은 V1a ― V1b를 나타내고,
V2는 V2a ― V2b를 나타내고,
V1a는 제1압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V1b는 제1압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타내고,
V2a는 제2압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V2b는 제2압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타낸다.
본 발명에 관한 특징적인 구성에 의하면,
입력면에 가압된 가압력을 측정하는 터치패널로서,
하나의 방향으로 간격을 두고 복수 배치되는 상부전극과,
상기 상부전극에 있어서 상기 입력면측과는 반대측으로서 상기 상부전극과 교차하는 방향으로 간격을 두고 복수 배치되어 상기 상부전극과의 사이에서 가압위치를 검출하는 하부전극과,
상기 하부전극에 있어서 입력면측과는 반대측의 면에 배치되는 제1압전시트와 상기 제1압전시트의 상기 입력면측과는 반대측의 면에 상기 제1압전시트의 근방 또는 상기 제1압전시트와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트를 구비하는 압전시트와,
상기 터치패널을 단면에서 보았을 때에 있어서, 하부전극에 있어서 간격을 둔 장소에 배치되는 제1검출전극과,
상기 제2압전시트에 있어서 상기 입력면측과는 반대측의 면에 배치되고 상기 가압이 가해졌을 때에 상기 제1검출전극과 협동하여 상기 압전시트에 발생한 전위차를 검출하는 제2검출전극을
구비하고,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고,
두께가 5μm∼50μm이고,
면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 상기 지지기판측의 면과 상기 지지기판과는 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기의 식3으로 나타내어지는 관계에 있는 점에 있다.
식3 : V1 / V2 < 0
단, 식3에 있어서,
V1은 V1a ― V1b를 나타내고,
V2는 V2a ― V2b를 나타내고,
V1a는 제1압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V1b는 제1압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타내고,
V2a는 제2압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V2b는 제2압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타낸다.
입력면에 가압된 가압력을 측정하는 터치패널로서,
하나의 방향으로 간격을 두고 복수 배치되는 상부전극과,
상기 상부전극에 있어서 상기 입력면측과는 반대측으로서 상기 상부전극과 교차하는 방향으로 간격을 두고 복수 배치되어 상기 상부전극과의 사이에서 가압위치를 검출하는 하부전극과,
상기 하부전극에 있어서 입력면측과는 반대측의 면에 배치되는 제1압전시트와 상기 제1압전시트에 있어서 상기 입력면측과는 반대측의 면에 상기 제1압전시트의 근방 또는 상기 제1압전시트와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트를 구비하고, 제1압전시트와 제2압전시트는 상기 상부전극과 상기 하부전극의 사이에 배치되는 압전시트와,
상기 터치패널을 단면에서 보았을 때에 있어서,
상기 상부전극에 있어서 간격을 둔 장소에 배치되는 제1검출전극과,
상기 하부전극에 있어서 간격을 둔 장소에 배치되고 상기 가압이 가해졌을 때에 상기 제1검출전극과 협동하여 상기 압전시트에 발생한 전위차를 검출하는 제2검출전극을
구비하고,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고,
두께가 5μm∼50μm이고,
면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 상기 입력면측의 면과 상기 입력면과는 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기의 식4로 나타내어지는 관계에 있는 점에 있다.
식4 : V1 / V2 < 0
단, 식1에 있어서,
V1은 V1a ― V1b를 나타내고,
V2는 V2a ― V2b를 나타내고,
V1a는 제1압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V1b는 제1압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타내고,
V2a는 제2압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V2b는 제2압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타낸다.
본 발명의 압력검출기는, 상기와 같이 구성하였기 때문에 온도변화가 압전시트 내에서 발생하였을 경우나, 압력검출기에 가압을 가하였을 때에 휘어짐의 중심축이 압전시트 부근이나 압전시트 내에 존재하고 있는 경우에 있어서, 정확한 가압력을 검출할 수 있는 것으로 되어 있다.
도1은, 전자기기의 사시도이다.
도2는, 도1에 있어서의 Ⅱ―Ⅱ 단면의 단면도이다.
도3은, 압력검출기의 단면도이다.
도4는, 압력검출기의 단면도이다.
도5는, 압력검출기의 단면도이다.
도6은, 터치패널의 사시도이다.
도7은, 터치패널의 사시도이다.
도8은, 터치패널의 사시도이다.
도2는, 도1에 있어서의 Ⅱ―Ⅱ 단면의 단면도이다.
도3은, 압력검출기의 단면도이다.
도4는, 압력검출기의 단면도이다.
도5는, 압력검출기의 단면도이다.
도6은, 터치패널의 사시도이다.
도7은, 터치패널의 사시도이다.
도8은, 터치패널의 사시도이다.
이하에서는 본 발명에 관한 실시형태를 도면에 의거하여 더 상세하게 설명한다. 또 본 발명의 실시예에 기재된 부위나 부분의 치수, 재질, 형상, 그 상대위치 등은, 특별하게 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 그들에만 한정하는 취지의 것이 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
본 명세서에 있어서 「열응력(熱應力)」이라는 것은, 압력검출기(壓力檢出器)나 터치패널(touch panel)에 온도변화가 발생함으로써 발생하는 압전시트(壓電sheet)의 내부응력이다. 즉 지지기판(支持基板) 등에 압전시트가 배치되어 있을 때에 압전시트의 열팽창이나 열수축이 지지기판이나 터치패널에 의하여 방해됨으로써 발생하는 응력이나, 압전시트가 면내(面內)에 온도분포가 있을 때에 발생하는 응력 또한 압전시트 내의 불균일성에 의하여 발생하는 응력 등이다.
본 명세서에 있어서 「초전효과(焦電效果)」라는 것은, 온도변화에 의하여 압전시트의 표면에 전하(電荷)가 발생하는 현상을 말한다.
본 명세서에 있어서 「중립축(中立軸)」이라는 것은, 압력검출기나 터치패널에 가압(휨모멘트(bending moment))을 가하더라도, 압력검출기나 터치패널에 인장응력(引張應力)이나 압축응력(壓縮應力)이 걸리지 않는 장소를 가리킨다. 또 「중립축」이 압전시트 내에 존재하면, 압력검출기나 터치패널에 가압을 가하였을 때에 검출되는 전하가 매우 작아지게 된다.
1.전자기기(電子機器)
1)전자기기의 전체구조
본 발명에 관한 압력검출기에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 압력검출기(100)는 휴대전화나 휴대게임기 등의 전자기기(110)에 구비된다. 본 실시형태에서는, 전자기기(110)의 일종으로서의 다기능 휴대전화(스마트폰(smartphone))에 탑재된 압력검출기(100)를 예로 하여 설명한다. 또 이하의 설명에서는, 압력검출기(100)의 입력면(入力面)(후술하는 입력면(1a))이 위치하고 있는 측을 「입력면측(入力面側)」이라고 부른다. 이 「입력면측」은, 전자기기(110)를 조작하는 유저(user)에 대하여 정면으로 마주 대하는 측이기도 하다. 이와는 반대로 전자기기(110)를 조작하는 유저로부터 보았을 경우에 있어서의 속측을 「배면측(背面側)」이라고 부른다.
도1에 나타내는 바와 같이 전자기기(110)는, 사각형 프레임 모양의 프레임(frame)(6)과, 프레임(6)에 내장된 디스플레이 장치(display 裝置)(5)와, 디스플레이 장치(5)에 대하여 입력면측에 포개어서 배치된 압력검출기(100)를 구비하고 있다. 프레임(6)은 합성수지로 구성되어 있다.
도2에 나타내는 바와 같이 프레임(6)은, 입력면측을 향하여 4각형 모양으로 개구되는 오목부(6a)(굵은 선 부분)를 구비하고 있다. 오목부(6a)는 단차(段差)를 구비하도록 형성되어 있고, 이 단차부분은 압력검출기(100)를 지지하는 지지부(支持部)(6b)로서 기능을 한다. 지지부(6b)는, 오목부(6a)의 형상에 대응하여 사각형 프레임 모양으로 형성되어 있다. 지지부(6b)(단차부분)보다 입력면측의 영역(제1수납오목부)에는 후술하는 지지기판(1)이 수납되어 있고, 배면측의 영역(제2수납오목부)에는 디스플레이 장치(5)와 압력검출기(100)가 수납되어 있다.
오목부(6a)의 형상 및 치수는, 디스플레이 장치(5)나 압력검출기(100)의 형상 및 치수에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 본 실시형태에서는, 일례로서 디스플레이 장치(5) 및 압력검출기(100)는 모두 대략 직육면체 모양의 형상을 구비하고 있다. 그리고 오목부(6a)에 대하여, 제1수납오목부의 측면은 지지기판(1)과 약간의 간극을 두고 접하고 있고, 제2수납오목부의 측면은 압력검출기(100)와 디스플레이 장치(5)에 약간의 간극을 두고 접하고 있다. 또 프레임(6)과 디스플레이 장치(5)의 사이에는 공기로 이루어지는 공간부(空間部)(7)가 형성되어 있다. 프레임(6)과 디스플레이 장치(5)의 사이에 공간부(7)가 형성되어 있음으로써, 유저가 손가락 또는 스타일러스(stylus) 등으로 입력면(1a)을 터치(touch)하였을 때에 압력검출기(100)가 휘어져서 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)의 표면에 전위(電位)가 발생하고, 발생된 전위를 제1검출전극(第1檢出電極)(4a)과 제2검출전극(4b)에 의하여 검출함으로써 입력면(1a)에 대한 가압력의 크기를 검출할 수 있도록 구성되어 있다. 또 디스플레이 장치(5)는 LCD나 유기EL(有機EL)로 구성되어 있다.
2.압력검출기
1)압력검출기의 전체구조
도2에 나타내는 바와 같이 압력검출기(100)는, 프레임(6)의 오목부(6a)에 배치되고, 압전시트(3)와, 검출전극(4)을 구비하고 있다. 또 압력검출기(100)는, 지지기판(1)과, 지지기판(1)에 압전시트(3)를 점착(粘着)시키는 접착층(接着層)(2)을 더 구비하고 있어도 좋다. 본 실시태양에 있어서 압력검출기(100)는, 지지기판(1)과, 접착층(2)과, 압전시트(3)와, 검출전극(4)을 구비하고 있다. 지지기판(1)과, 접착층(2)과, 압전시트(3)는, 이 순서로 입력면측으로부터 배면측으로 배치되어 있다. 또 압전시트(3)는, 가압이 걸리면 휘어져서 압전시트(3)의 두께방향으로 전위차(전하)를 발생시킨다. 검출전극(4)은, 압전시트(3)의 입력면측과 배면측의 면에 배치되어 압전시트(3)를 협지(挾持)하여, 압전시트(3)에서 발생한 전위차(전하)를 검출한다. 도면에는 나타내지 않았지만, 검출전극(4)에서 검출된 전위차(전하)는 검출전극(4)에 접속된 검출기에서 처리되고, 검출된 전위차(전하)로부터 압력검출기(100)에 가해진 가압(加壓)의 가압량을 검출하고 있다. 상기와 같이 하여 압력검출기(100)에 가해진 가압의 가압량을 검출할 수 있도록 되어 있다.
1)지지기판
도2에 나타내는 바와 같이 지지기판(1)은, 프레임(6)의 지지부(6b)에 배치되어 압력검출기(100)의 입력면(1a)을 구성하고 있다. 또 지지기판(1)은, 후술하는 압전시트(3)나 검출전극(4)에 비하면 그 두께와 경도가 크다. 그 때문에 지지기판(1)은 압전시트(3)나 검출전극(4)보다 큰 휨강성(flexural rigidity)을 구비하고 있다. 또 휨강성이라는 것은, 부재에 가압을 가하였을 때에 부재가 구부러지기 어려운 것을 나타내는 것이다.
지지기판(1)으로서는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylenetelephthalate)나 아크릴계 수지(acryl系 樹脂) 등의 범용수지(汎用樹脂), 폴리아세탈계 수지(polyacetal系 樹脂)나 폴리카보네이트계 수지(polycarbonate系 樹脂) 등의 범용 엔지니어링 수지(汎用 engineering 樹脂), 폴리술폰계 수지(polysulfone系 樹脂)나 폴리페닐렌설파이드계 수지(polyphenylenesulfide系 樹脂) 등의 슈퍼 엔지니어링 수지(super engineering 樹脂), 글라스(glass) 등이 예시된다. 지지기판(1)의 두께는 예를 들면 0.3∼3mm로 할 수 있다.
2)접착층
접착층(2)으로서는, 특별하게 한정되지 않지만 투명광학접착재(透明光學接着材)를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 접착재로서는 예를 들면 감압접착제(Pressure Sensitive Adhesive ; PSA) 등을 들 수 있다. 또 접착층(2)의 두께는 예를 들면 5μm∼300μm로 할 수 있다.
3)압전시트
압전시트(3)는, 가압이 가해져서 휘어짐이 발생하였을 때에, 시트의 입력면측과 배면측의 면에 가해진 가압에 따른 전위차를 발생시키는 시트이다. 이러한 압전시트(3)로서는, 복수의 압전시트로 구성되더라도 좋지만, 본 실시태양에서는 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)로 구성되어 있다. 제1압전시트(3a)는 지지기판(1)의 배면측에 배치되어 있고, 제2압전시트(3b)는 제1압전시트(3a)의 배면측에 배치되어 있다.
또 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는, 면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 입력면측과 배면측의 면에 전하를 발생시켜서 상기 압전시트 내에 전위차를 각각 발생시킨다. 또 제1압전시트(3a)의 사이에서 발생하는 전위차(V1)와, 제2압전시트(3b)의 사이에서 발생하는 전위차(V2)는, 각각 이하의 관계식5를 충족시키도록 구성되어 있다.
식5 : V1 / V2 < 0
단, 식5에 있어서, V1은 V1a ― V1b를 나타내고, V2는 V2a ― V2b를 나타낸다. V1a는 제1압전시트에 인장응력이 발생하였을 때의 제1압전시트의 입력면측의 전위를 나타내고, V1b는 제1압전시트에 인장응력이 발생하였을 때의 제1압전시트의 배면측의 면의 전위를 나타내고 있다. V2a는 제2압전시트에 인장응력이 발생하였을 때의 제2압전시트의 입력면측의 전위를 나타내고, V2b는 제2압전시트에 인장응력이 발생하였을 때의 제2압전시트의 배면측의 면의 전위를 나타내고 있다.
도3에 나타내는 바와 같이 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)가 상기 관계식5를 충족시키도록 구성되어 있으면, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)가 열응력을 받았을 경우에, 제1압전시트(3a)의 입력면측과 제2압전시트(3b)의 배면측의 면에서 정부(正負)의 동일한 전하가 발생한다(예를 들면 제1압전시트(3a)의 입력면측의 면에서 정(正)의 전하가 발생하면, 제2압전시트(3b)의 배면측의 면에서도 정의 전하가 발생한다. 또한 제1압전시트(3a)의 입력면측의 면에서 부(負)의 전하가 발생하면, 제2압전시트(3b)의 배면측의 면에서도 부의 전하가 발생한다). 본 실시태양에서는, 제1압전시트(3a)의 입력면측과, 제2압전시트(3b)의 배면측의 면에서 부의 전하가 발생하고 있다.
또한 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는,
1)두께가 충분히 얇고(예를 들면 5μm∼50μm),
2)근접(예를 들면 1μm∼50μm의 사이에서 근접) 또는 접촉되어 있고,
3)동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되어 있다.
「동일한 특성을 구비하는 재료」라는 것은, 초전정수(焦電定數), 압전정수(壓電定數), 영률(Young's modulus), 유전율(誘電率)이 근접하고 있는 재료를 나타낸다.
상기와 같이 구성되어 있으면, 압전시트(3)가 열응력을 받았을 경우에 제1압전시트(3a)에서 발생하는 전위차(V1)와, 제2압전시트의 사이에서 발생하는 전위차(V2)는, 이하의 관계식6을 충족시킨다.
식6 : |V1| ≒ |V2|
또한 상기와 같이 구성되어 있으면, 제1압전시트(3a)의 배면측의 면과 제2압전시트(3b)의 입력면측의 면과의 사이에서, 하기 관계식7이 성립한다.
식7 : V1b ≒ V2a
따라서 관계식5∼7에서 관계식8이 도출된다.
식8 : V1a ≒ V2b
따라서 상기와 같이 구성되어 있으면, 압전시트(3)가 열응력을 받았을 경우에, 열응력에 기인하여 발생하는 제1압전시트(3a)의 입력면측의 면의 전위와 제2압전시트(3b)의 배면측의 면의 전위는 거의 동일하게 된다.
또 도3에 나타내는 바와 같이 압력검출기(100)에 있어서, 제1압전시트(3a)의 입력면측과 제2압전시트(3b)의 배면측의 면에는 검출전극(4)이 배치되어 있다. 검출전극(4)은, 제1압전시트(3a)의 입력면측과 제2압전시트(3b)의 배면측의 면에 발생된 전위의 차이를 압전시트(3) 내에서 발생된 전위차로서 검출하고 있다. 그 때문에 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)가 열응력을 받은 경우에, 검출전극(4)에서 검출되는 압전시트(3) 내에 있어서의 전위차는, 식8에서 V1a ― V2b ≒ 0으로 되어 거의 「0」으로서 검출된다. 따라서 상기와 같이 압전시트(3)와 검출전극(4)이 구성됨으로써, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 열응력이 작용하더라도 압전시트(3) 전체로서 열응력에 의하여 유래된 전위차는 거의 검출되지 않도록 되어 있다. 따라서 온도변화에 따라 발생하는 열응력에 기인한 오동작(誤動作)이 거의 발생하지 않는 압력검출기(100)로 되어 있다.
또한 단락번호 [0120]에 있어서, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는, 1)두께가 충분히 얇고, 2)근접 또는 접촉되어 있고, 3)동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되어 있다라고 설명하였지만,
상기에 추가하여 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는,
4)상호 접촉되고,
5)압력분포와 온도분포가 동일하고,
6)동일한 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)가 상기와 같이 구성되면, 상기의 식6∼식7이 하기와 같이 바꾸어 기재된다.
식6' : |V1| = |V2|
식7' : V1b = V2a
따라서 관계식5, 6', 7'에서 관계식8'가 유도된다.
식8' : V1a = V2b
즉 상기와 같이 구성되면, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 열응력이 작용하더라도, 압전시트(3) 전체로서 검출전극(4)에서 검출되는 열응력에 기인한 전위차는, 식8'에서 V1a ― V2b = 0으로 되어 전혀 검출되지 않는다. 그 결과 본 발명의 압력검출기(100)는 열응력에 따르는 오동작이 발생하지 않는 것으로 되어 있다.
또 특히 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)가 강유전체(强誘電體)로 구성되는 경우에, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는, 무가압상태(無加壓狀態)에서의 분극방향(分極方向)이 서로 역방향이 되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 상기와 같이 구성되어 있으면, 압력검출기(100) 내에서 온도변화가 발생하여 상기 압전시트(3) 내에 초전효과가 발생하였을 경우에, 제1압전시트(3a)의 입력면측과 제2압전시트(3b)의 배면측에서 정부의 동일한 전하가 발생한다(예를 들면 압전시트(3)의 입력면측의 면에서 정의 전하가 발생하면, 압전시트(3)의 배면측에서도 정의 전하가 발생한다. 또한 압전시트(3)의 입력면측의 면에서 부의 전하가 발생하면, 압전시트(3)의 배면측의 면에서도 부의 전하가 발생한다). 이 때에 제1압전시트(3a)의 사이에서 발생하는 전위차(V11)와, 제2압전시트(3b)의 사이에서 발생하는 전위차(V22)는, 이하의 관계식9를 충족시키도록 발생한다.
식9 : V11 / V22 < 0
단, 식9에 있어서, V11은 초전효과에 의하여 발생하는 제1압전시트의 입력면측의 면의 전위를 나타내고, V11a ― V1lb로 나타내어진다. V22는 초전효과에 의하여 발생하는 제2압전시트의 배면측의 면의 전위를 나타내고, V22a ― V22b로 나타내어진다. V11a는 초전효과에 의하여 발생하는 제1압전시트의 입력면측의 면의 전위를 나타내고, V1lb는 초전효과에 의하여 발생하는 제1압전시트의 배면측의 면의 전위를 나타낸다. 또 V22a는 초전효과에 의하여 발생하는 제2압전시트의 입력면측의 면의 전위를 나타내고, V22b는 초전효과에 의하여 발생하는 제2압전시트의 배면측의 면의 전위를 나타낸다.
또한 상기한 바와 같이 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는,
1)두께가 충분히 얇고(예를 들면 5μm∼50μm),
2)근접(예를 들면 1μm∼50μm의 사이에서 근접) 또는 접촉되어 있고,
3)또한 동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되어 있다.
그 때문에 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 온도변화에 기인한 초전효과가 발생하였을 경우에, 제1압전시트(3a)에서 발생하는 전위차(V11)와 제2압전시트에서 발생하는 전위차(V22)는, 이하의 관계식10을 충족시킨다.
식10 : |V11| ≒ |V22|
또한 상기와 같이 구성하면, 제1압전시트(3a)의 배면측의 면과 제2압전시트(3b)의 입력면측의 면과의 사이에서, 하기 관계식11이 성립한다.
식11 : V1lb ≒ V22a
따라서 관계식9∼11에서 관계식12가 도출된다.
식12 : V11a ≒ V22b
따라서 상기와 같이 구성하면, 압전시트(3)가 초전효과의 영향을 받았을 경우에, 초전효과에 기인하여 발생하는 제1압전시트(3a)의 입력면측의 면의 전위와 제2압전시트(3b)의 배면측의 면의 전위는 거의 같아지게 된다. 이렇게 하면 압력검출기(100)에 있어서 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)가 초전효과의 영향을 받은 경우에, 검출전극(4)에 의하여 검출되는 압전시트(3)로서 초전효과에 기인하는 전위차는, 식12에서 V11a ― V22b ≒ 0으로 되어 거의 「0」이 된다. 따라서 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 초전효과가 발생하더라도, 압전시트(3) 전체로서는 초전효과에 의하여 유래된 전위차가 거의 검출되지 않는다. 즉 압전시트(3)(제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b))가 강유전체로 구성되는 경우에, 압전시트(3)와 검출전극(4)이 상기와 같이 구성됨으로써, 온도변화에 따르는 오동작(열응력에 기인한 오동작에 추가하여 초전효과에 기인한 오동작)이 거의 발생하지 않는 압력검출기(100)로 되어 있다.
또한 단락번호 [0147]에 있어서, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는, 1)두께가 충분히 얇고, 2)근접 또는 접촉되어 있고, 3)동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되어 있다라고 설명하였지만, 상기에 추가하여 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는,
4)상호 접촉하고,
5)압력분포와 온도분포가 동일하고,
6)동일한 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)가 상기와 같이 구성되면, 상기의 식10∼식12가 하기와 같이 바꾸어 기재된다.
식10' : |V11| = |V22|
식11' : V1lb = V22a
또한 관계식9, 10', 11'에서 관계식12'가 인도된다.
식12' : V11a = V22b
즉 상기와 같이 구성되면, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 초전효과가 작용하더라도, 압전시트(3)로서 검출전극(4)에서 검출되는 초전효과에 기인한 전위차는, 식12'에서 V11a ― V22b = 0으로 되어 검출되지 않는다. 그 결과 본 발명의 압력검출기(100)는 온도변화에 따르는 오동작(열응력에 기인한 오동작에 추가하여 초전효과에 기인한 오동작)이 발생하지 않는 것으로 되어 있다.
또한 상기와 같이 구성되어 있음으로써, 도4에 나타내는 바와 같이 압력검출기(100)로서 접착층(2)을 포함하고, 접착층(2)이 두껍고 유연한 경우나 접착층(2)의 경도가 온도변화에 의하여 변화되었을 경우에 있어서, 접착층(2)이 전단변형(剪斷變形)을 일으키더라도 압력검출기(100)는 높은 검출감도를 나타내는 것으로 되어 있다. 이하에서, 접착층(2)이 전단변형을 발생시켰을 경우에도 본 발명의 압력검출기(100)가 높은 검출감도를 유지할 수 있는 이유에 대하여 나타낸다.
도4에 나타내는 바와 같이 압력검출기(100)에 가압을 가하였을 때에, 상기와 같이 지지기판(1)은 압전시트(3)나 검출전극(4)에 비하여 큰 강성을 구비하고 있기 때문에, 압전시트(3)(제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b))에는 인장응력이 발생한다. 이 때에 제1압전시트(3a)에는 인장응력(F1)이 발생하고, 제2압전시트(3b)에는 인장응력(F2)이 발생한다. 그 결과 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 있어서의 입력면측의 면과 배면측의 면에는 상기 인장응력에 따른 전하가 각각 발생한다. 그리고 발생한 전하에 의하여, 각각의 압전시트(3)에 있어서의 입력면측과 배면측의 면과의 사이에는 전위차가 발생한다. 제1압전시트(3a)의 사이에서 발생하는 전위차(V1')는 V1a' ― V1b'이고, 전위차(V1')는 인장응력(F1)의 크기에 비례한 것으로 되어 있다. 제2압전시트(3b)의 사이에서 발생하는 전위차(V2')는 V2a' ― V2b'이고, 전위차(V2')는 마찬가지로 인장응력(F2)의 크기에 비례한 것으로 되어 있다. 즉 인장응력(F1)과 전위차(V1') 및 인장응력(F2)과 전위차(V2')의 사이에서는 하기의 관계식13, 관계식14의 관계가 성립하고 있다.
식13 : V1' ∝ F1
단, 식13에 있어서, V1'는, 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제1압전시트에서 발생하는 전위를 나타내고, V1a' ― V1b'로 나타내어진다. V1a'는, 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제1압전시트의 입력면측의 면의 전위를 나타내고, V1b'는 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제1압전시트의 배면측의 면의 전위를 나타낸다.
식14 : V2' ∝ F2
단, 식14에 있어서, V2'는, 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제2압전시트에서 발생하는 전위를 나타내고, V2a' ― V2b'로 나타내어진다. V2a'는 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제2압전시트의 입력면측의 면의 전위를 나타내고, V2b'는 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제2압전시트의 배면측의 면의 전위를 나타낸다.
또한 제1압전시트(3a)의 배면측의 면과 제2압전시트의 입력측의 면은 서로 접촉 혹은 근접(예를 들면 1μm∼50μm의 사이에서 근접)되어 있기 때문에, 하기 관계식15가 성립한다.
식15 : V1b' ≒ V2a'
또 식15는 식16과 같이 근사할 수 있다.
식16 : V1b' ＝ V2a'
따라서 관계식13, 14, 16에서 관계식17이 도출된다.
식17 : V2b' ― V1a' ∝ F2 ― F1
단, 식17에 있어서, V2b' ― V1a'는, 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제1압전시트의 입력면측과 제2압전시트의 배면측의 면과의 사이에 있어서의 전위차를 나타내고, F2 ― F1은 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제1압전시트와 제2압전시트에 걸리는 인장응력의 차이를 나타낸다.
여기에서 V2b' ― V1a'는, 상기한 바와 같이 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 제1압전시트의 입력면측과 제2압전시트의 배면측의 면과의 사이에 있어서의 전위차를 나타내지만, 제1압전시트(3a)의 입력면측과 제2압전시트(3b)의 배면측의 면에는 검출전극(4)이 배치되어 있기 때문에, V2b' ― V1a'는 검출전극(4)에서 검출되는 전위차(V')와 같다. 또한 F2 ― F1은, 지지기판(1)이 압전시트(3)나 검출전극(4)에 비하여 충분한 강성을 구비하고 있기 때문에 압력검출기(100)가 휘어졌을 경우에 있어서의 압력검출기(100)의 곡률(曲率)(1/r)에 비례한다. 따라서 식17은 식18과 같이 변환할 수 있다.
식18 : V' ∝ 1/r
단, V'는 압력검출기에 가압이 가해졌을 때의 검출전극으로부터 출력되는 전위차를 나타내고, 1/r은 압력검출기에 가압이 가해졌을 경우에 있어서의 압력검출기의 곡률을 나타낸다.
식18에서 상기와 같이 압력검출기(100)를 구성하면, 검출전극(4)에서 검출되는 전위차(V')는, 압력검출기(100)가 휘어졌을 경우에 있어서의 압력검출기(100)의 곡률(1/r)에 비례하고, 접착층(2)의 두께나 유연함에는(접착층(2)에서 발생하는 전단변형에는) 의존하지 않는 것으로 되어 있다.
즉 압력검출기(100)에 대하여, 지지기판(1)이 압전시트(3)나 검출전극(4)보다 큰 휨강성을 구비하는 것으로 구성되고, 압전시트(3)가 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)로 구성되고, 제1압전시트(3a)의 배면측과 제2압전시트(3b)의 입력면측의 면을 서로 접촉 혹은 근접(예를 들면 1μm∼50μm의 사이에서 근접)시키도록 구성하고, 압전시트(3)가 검출전극(4)에 의하여 협지되도록 구성하였기 때문에, 압력검출기(100)는 접착층(2)이 전단변형을 일으키더라도 높은 검출감도를 유지할 수 있는 것으로 되어 있다.
또 도5에 나타내는 바와 같이 디스플레이 장치(5)가 제2압전시트(3b)의 배면측에 배치되면, 압력검출기(100)의 중립축(C)이 압전시트(3)의 중앙 부근에 존재하는 경우가 있다. 상기 경우에 있어서, 압력검출기(100)에 가압이 가해졌을 때에 제1압전시트(3a)에는 압축응력(―F1)이 발생하고, 제2압전시트(3b)에는 인장응력(F2)이 발생한다. 그 때문에 전체로서는 응력이 제거되어, 압력검출기(100)에 가해진 가압에 대하여 그 가압량을 검출하는 것은 불가능이라고 생각된다. 그러나 압력검출기(100)는 상기한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 식18에서 검출전극(4)에서 검출되는 전위차(V')는 압력검출기(100)의 곡률(1/r)에 의존하고, 디스플레이 장치(5)에 대해서는 의존하지 않는 것으로 되어 있다. 그 때문에 압력검출기(100)는, 디스플레이 장치(5)가 제2압전시트(3b)의 배면측에 배치되었을 경우에 있어서도, 가해진 가압에 대하여 그 가압량을 높은 감도로 검출할 수 있는 것으로 되어 있다.
압전시트(3)를 구성하는 제1압전시트(3a), 제2압전시트(3b)로서는, 강유전체 재료나 압전성(壓電性)을 나타내는 키랄 고분자(chiral 高分子)의 D체 또는 L체로 이루어지는 재료(압전성을 나타내는 광학이성체 재료(光學異性體 材料))를 시트모양으로 성형한 후에 연신(延伸)한 시트(연신시트)를 사용할 수 있다. 강유전체 재료로서는 PVDF나 PZT 등을 들 수 있다. 압전성을 나타내는 광학이성체 재료로서는 폴리유산(polylactic acid)이나 폴리아미노산(polyamino acid) 등을 들 수 있다.
제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)에 사용하는 재료의 조합으로서는, 특별하게 한정되지 않지만 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는 동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들면 제1압전시트(3a)로서 강유전체 재료를 사용하는 경우에는 제2압전시트(3b)도 강유전체 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 제1압전시트(3a)로서 압전성을 나타내는 광학이성체 재료를 사용하는 경우에는 제2압전시트(3b)도 압전성을 나타내는 광학이성체 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또 제1압전시트(3a), 제2압전시트(3b)로서 광학이성체 재료를 사용하는 경우에는 제1압전시트(3a)로서 압전성을 나타내는 키랄 고분자의 D체를 사용하고, 제2압전시트(3b)로서 압전성을 나타내는 키랄 고분자의 L체를 사용하는(또는 제1압전시트(3a)로서 상기 고분자의 L체를 사용하고, 제2압전시트(3b)로서 고분자의 상기 D체를 사용하는) 것이 바람직하다. 상기와 같이 구성되면, 압력검출기(100)의 배면측에 디스플레이 장치(5)를 배치하였을 경우에, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)가 위상차 필름(位相差 film)으로서의 기능도 겸비하게 되어, 별도의 위상차 필름을 사용할 필요가 없어지게 된다.
또한 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)는 동일한 재료(초전정수, 압전정수, 시트의 두께가 동일한 재료)로 구성되는 것이 더 바람직하다. 상기한 바와 같이 구성되면, 온도변화에 의한 열응력 및 초전효과에 의하여 발생하는 압전시트로부터의 출력을 완전하게 제거할 수 있다.
제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)의 적층방법(積層方法)에 대해서는, 식1의 관계를 충족시키도록 적층되어 있으면 특별하게 한정되지 않지만, 압전시트(3)로서 강유전체 재료를 사용하는 경우에는, 제1압전시트(3a)와 제2압전시트(3b)의 표리(表裏)를 서로 반대로 하여 적층하는 것이 바람직하다. 압전시트(3)로서 연신시트를 사용하는 경우에는, 연신시트의 표리를 서로 반대로 하여 연신방향을 맞추어서 적층하거나, 표리를 동일하게 하여 연신방향을 서로 직교하도록 적층하는 것이 바람직하다.
4)검출전극
검출전극(4)은, 제1검출전극(4a)과, 제2검출전극(4b)으로 이루어진다. 제1검출전극(4a)은 지지기판(1)과 제1압전시트(3a)의 사이에 배치되고, 제2검출전극(4b)은 제1압전시트(3a)의 배면측에 배치된다. 또 제1검출전극(4a), 제2검출전극(4b)은 도전성을 구비하는 재료에 의하여 구성된다. 도전성을 구비하는 재료로서는, 인듐―주석산화물(Indium-Tin-Oxide, ITO), 주석-아연산화물(Tin-Zinc-Oxide, TZO) 등과 같은 투명도전산화물(透明導電酸化物), 폴리에틸렌디옥시티오펜(PolyEthyleneDiOxyThiophene, PEDOT) 등의 도전성 고분자(導電性 高分子) 등을 사용할 수 있다. 이 경우에 상기의 전극은, 증착(蒸着)이나 스크린 인쇄(screen 印刷) 등을 사용하여 지지기판(1)이나 압전시트(3)의 면에 직접 형성하더라도 좋고, 증착이나 스크린 인쇄 등을 사용하여 수지필름 등의 표면에 형성한 것을 지지기판(1)이나 압전시트(3)에 접착제로 고착(固着)시켜도 좋다. 또 검출전극(4)의 두께는 예를 들면 1nm∼30,000nm로 할 수 있다.
또한 도전성을 구비하는 재료로서, 구리, 은 등의 도전성의 금속을 사용하더라도 좋다. 이 경우에 상기의 전극은, 증착에 의하여 압전시트에 형성하더라도 좋고, 구리 페이스트(銅 paste), 은 페이스트(銀 paste) 등의 금속 페이스트를 사용하여 형성하더라도 좋고, 증착이나 스크린 인쇄 등을 사용하여 수지필름 등의 표면에 형성한 것을 지지기판이나 압전시트에 접착제로 고착시켜도 좋다.
또한 도전성을 구비하는 재료로서, 바인더(binder) 중에 카본나노튜브(carbon nanotube), 금속입자, 금속나노파이버(金屬nanofiber) 등의 도전재료가 분산된 것을 사용하더라도 좋다.
5)검출기
검출기는, 검출전극이 검출한 전압신호로부터 가압량을 검출하는 장치이다. 검출기는 연산증폭기를 사용한 충전앰프 등으로 구성된다.
6)가압수단
또 압력검출기(100)에 가압을 가하는 가압수단으로서는, 가압을 가할 수 있는 것이면, 특별하게 한정되지 않는다. 가압수단으로서는, 예를 들면 손가락이나 스타일러스 펜 등을 들 수 있다.
3.터치패널
1)터치패널의 전체구조
(1)제1실시형태
다음에 본 발명에 관한 터치패널의 제1실시형태에 대하여 설명한다. 터치패널에 포함되는 압력검출기의 기본적인 구조는, 상기한 바와 같기 때문에, 압력검출기에 대해서는 주로 차이점에 대해서만 설명한다. 또 이하의 설명에서는, 터치패널의 입력면(후술하는 조작면(60a))이 위치하고 있는 측을 「입력면측」이라고 부른다. 이 「입력면측」은, 터치패널(50)을 조작하는 유저에 대하여 정면으로 마주 대하는 측이기도 하다. 이와는 반대로 터치패널(50)을 조작하는 유저로부터 보았을 경우에 있어서의 속측을 「배면측」이라고 부른다.
도6에 나타내는 바와 같이 터치패널(50)은, 상부전극(上部電極)(10)과, 하부전극(下部電極)(20)과, 압전시트(30)와, 검출전극(檢出電極)(40)을 구비하고 있다. 또한 본 실시형태에 관한 터치패널(50)은 보호판(保護板)(60)을 더 구비하고 있다. 보호판(60), 상부전극(10), 하부전극(20), 압전시트(30), 검출전극(40)은, 입력면측으로부터 배면측을 향하여 기재된 순서로 적층되어 있다.
1)보호판
보호판(60)은, 터치패널(50)에 있어서의 입력면측에 가장 가깝게 배치되어 있고, 구체적으로는 상부전극(10)의 입력면측에 접착되어 있다. 보호판(60)은 투명성(透明性), 내상성(耐傷性) 및 오염방지성 등을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 보호판(60)은 예를 들면 글라스를 사용하여 구성할 수 있다. 또한 보호판(60)은 그 입력면측의 표면에 조작면(60a)을 구비한다. 이 조작면(60a)은, 유저가 터치패널(50)에 대하여 소정의 조작을 입력할 때에 유저의 손가락 등에 의하여 터치되는(조작대상이 되는) 면이다.
2)상부전극
도6에 나타내는 바와 같이 상부전극(10)은, 본 실시형태에서는 보호판(60)의 배면측의 면에 복수 형성되어 있다. 복수의 상부전극(10)은, Y축방향으로 소정의 간격을 두고 나란하게 되도록 서로 평행하게 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 상부전극(10)은 스트라이프(stripe) 모양(일정 폭을 구비하는 직선 모양)으로 형성되어 있다. 또 상부전극(10)은 예를 들면 파도 모양이나 지그재그(zigzag) 모양으로 형성되더라도 좋다. 어쨌든 상부전극(10)의 각각은 전체로서 X축방향으로 따라 연장되도록 형성되어 있다.
또한 상부전극(10)은, 투명성이 우수한 재료를 사용하여 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 요구를 만족하는 재료로서는 예를 들면 산화주석, 산화인듐, 산화안티몬, 산화아연, 산화카드뮴 및 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속산화물, 은나노와이어(銀nanowire), 카본나노튜브(carbon nanotube), 도전성 폴리머(導電性 polymer) 등이 예시된다. 상부전극(10)은, 이들의 재료를 사용하여 구성된 투명도전막(透明導電膜)이며, 그 두께는 예를 들면 5nm∼5000nm로 할 수 있다. 본 실시형태에서는 ITO 박막에 의하여 상부전극(10)이 구성되어 있다. 이 경우에 상부전극(10)은, 증착이나 스크린 인쇄 등을 사용하여 보호판(60)의 면에 직접 형성하더라도 좋고, 증착이나 스크린 인쇄 등을 사용하여 수지필름 등의 표면에 형성한 것을 보호판(60)에 접착제로 고착시켜도 좋다. 또 상부전극(10)의 두께는 예를 들면 1nm∼20μm로 할 수 있다.
3)하부전극
하부전극(20)은, 본 실시형태에서는 상부전극(10)의 배면측에 복수 형성되어 있다. 복수의 하부전극(20)은, X축방향으로 소정의 간격을 두고 나란하게 되도록 서로 평행하게 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 하부전극(20)은 스트라이프 모양(일정 폭을 구비하는 직선 모양)으로 형성되어 있다. 또 하부전극(20)은 예를 들면 파도 모양이나 지그재그 모양으로 형성되더라도 좋다. 어쨌든 하부전극(20)의 각각은, 전체로서 Y축방향으로 따라 연장되도록 형성되어 있다. 이에 따라 상부전극(10)과 하부전극(20)은, 평면에서 볼 때에 서로 교차(본 예에서는 직교)하도록 배치되어 있다. 하부전극(20)은, 상부전극(10)과 마찬가지로 투명성이 우수한 재료를 사용하여 구성되어 있는 것이 바람직하다. 하부전극(20)을 구성하는 재료나 하부전극(20)의 두께에 관해서는 상부전극(10)과 마찬가지로 생각할 수 있다. 또한 하부전극(20)의 형성방법에 관해서도 상부전극(10)과 마찬가지로 생각할 수 있다.
복수의 상부전극(10)은, 각각 연결배선을 통하여 검출회로(도면에는 나타내지 않는다)에 접속되어 있다. 또한 복수의 하부전극(20)도 각각 연결배선을 통하여 검출회로에 접속되어 있다. 또 연결배선은, 금, 은, 구리 및 니켈 등의 금속 또는 카본 등의 도전 페이스트를 사용하여 구성된다.
4)압전시트
도6에 나타내는 바와 같이 압전시트(30)는 적어도 복수의 압전시트로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는 압전시트(30)는, 제1압전시트(31)와, 제2압전시트(32)로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제1압전시트(31)는 보호판(60)측에 설치되고, 제2압전시트(32)는 배면측에 배치되어 있다.
5)검출전극
도6에 나타내는 바와 같이 검출전극(40)은, 제1검출전극(41)과 제2검출전극(42)으로 구성되고, 제1검출전극(41)과 제2검출전극(42)은 압전시트(30)를 협지한 구성으로 이루어진다.
제1검출전극(41)은, 제1압전시트(31)와 하부전극(20)의 사이에, 면 모양으로 배치되거나 간격을 두고 직사각형 모양으로 복수 배치된다. 본 실시형태에서는 상기 공간 내에 면 모양으로 배치되어 있다. 또한 제1검출전극(41)은, 제1압전시트(31)와 하기의 검출부에 전기적으로 접속되고, 가압수단(120)에 의하여 터치패널(50)에 가압이 가해져서 제1압전시트(31)가 휘어졌을 때에, 제1압전시트(31)의 보호판(60)측의 표면으로부터 발생하는 전위를 검출하고, 검출한 전위를 검출부로 보낼 수 있도록 되어 있다.
제2검출전극(42)은, 제2압전시트(32)에 있어서 보호판(60)과는 반대측의 면에, 면 모양으로 배치되거나 간격을 두고 직사각형 모양(직사각형 모양인 경우에는 제1검출전극(41)과 겹치도록)으로 복수 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 상기 공간 내에 면 모양으로 배치되어 있다. 또한 제2검출전극(42)은, 제2압전시트(32)와 하기의 검출부에 전기적으로 접속되고, 가압수단(120)에 의하여 압력검출장치(1)에 가압이 가해져서 제2압전시트(32)가 휘어졌을 때에, 제2압전시트(32)에 있어서 보호판(60)과는 반대측의 표면으로부터 발생하는 전하를 검출하고, 검출한 전하를 검출부에 보낼 수 있도록 되어 있다.
5)제어부
터치패널(50)에는, CPU 등의 연산처리장치를 포함하는 제어부(도면에는 나타내지 않는다)가 구비되어 있고, 이 제어부가 위치검출연산 및 가압력검출연산을 하도록 구성되어 있다. 구체적으로는 터치패널(50)(조작면(60a))에 대하여 유저의 손가락 등이 터치되면, 상부전극(10)과 유저의 손가락 등과의 사이의 정전용량(靜電容量)(자기용량(自己容量))이나 하부전극(20)과 유저의 손가락 등과의 사이의 정전용량(자기용량)이 변화된다. 또는 상부전극(10)과 하부전극(20)과의 사이의 정전용량(상호용량(相互容量))이 변화된다. 또한 상부전극(10)과 하부전극(20)의 사이의 저항값이 변화된다. 제어부는, 이들의 정전용량의 변화나 저항의 변화를 검출함으로써, 조작면(60a)에 있어서의 X-Y좌표계에서의 가압위치를 결정할 수 있다. 또한 터치패널(50)(조작면(60a))에 대하여 유저의 손가락 등이 터치되면, 상기한 바와 같이 압전시트(30) 사이에 있어서의 전위차는 가해진 가압력의 크기에 따라 변화된다. 제어부는, 압전시트(30)의 전위차 변화를 검출함으로써, 조작면(60a)과 직교하는 방향(Z방향)으로 가해진 가압력의 크기를 결정할 수 있다.
(2)제2실시형태
다음에 본 발명에 관한 터치패널의 제2실시형태에 대하여 설명한다. 터치패널에 포함되는 기본적인 구조는 제1실시형태와 동일하기 때문에, 이하에서는 차이점에 대해서만 설명한다.
도7에 나타내는 바와 같이 제2실시형태의 터치패널(50)은, 압전시트(30)의 입력면측(보호판(60)측)에 상부전극(10)과, 하부전극(20)과, 제1검출전극(41)이 배치되어 있다. 또 압전시트(3)의 배면측에는 제2검출전극(42)이 배치되어 있다.
본 실시형태에서는, 하부전극(20)은 X축방향으로 소정의 간격을 두고 나란하게 되도록 서로 평행하게 배치되어 있다. 상기 소정의 간격에는 제1검출전극(41)이 하부전극(20)과는 간격을 두고 배치되어 있다. 또 본 실시형태에서는, 하부전극(20)과 제1검출전극(41)은 스트라이프 모양(일정 폭을 구비하는 직선 모양)으로 형성되어 있지만, 하부전극(20)과 제1검출전극(41)은 예를 들면 파도 모양이나 지그재그 모양으로 형성되더라도 좋다. 어쨌든 하부전극(20)과 제1검출전극(41)의 각각은, 전체로서 Y축방향으로 따라 연장되도록 형성되어 있다.
상기의 구성에 의하면, 제1검출전극(41)은 하부전극(20)의 배면측에 적층되지 않고, 하부전극(20)과 동일한 공간 내(동일 평면 내)에 배치되어 있다. 그 때문에 제1실시형태에 관한 터치패널과 비교하여 제1검출전극(41)의 두께분만큼 두께가 얇은 터치패널로 되어 있다. 또 상기 구성에 있어서 하부전극(20)은 제1검출전극(41)을 겸하고 있어도 좋다. 제1검출전극(41)이 하부전극(20)을 겸하는 경우에 검출부에 있어서의 검출방법을 적절하게 변경하면 좋다.
(3)제3실시형태
다음에 본 발명에 관한 터치패널의 제3실시형태에 대하여 설명한다. 터치패널에 포함되는 기본적인 구조는 제1실시형태와 동일하기 때문에, 이하에서는 차이점에 대해서만 설명한다.
도8에 나타내는 바와 같이 제3실시형태의 터치패널(50)은, 압전시트(3)의 입력면측(보호판(60)측)에는 상부전극(10)과 제1검출전극(41)이 배치되고, 압전시트(3)의 배면측에는 하부전극(20)과 제2검출전극(42)이 배치되어 있다.
본 실시형태에서는, 상부전극(10)은 X축방향으로 소정의 간격을 두고 나란하게 되도록 서로 평행하게 배치되어 있다. 또 상기 소정의 간격에는, 제1검출전극(41)이 상부전극(10)과는 간격을 두고 배치되어 있다. 또 본 실시형태에서는, 상부전극(10)과 제1검출전극(41)은 스트라이프 모양(일정 폭을 구비하는 직선 모양)으로 형성되어 있지만, 상부전극(10)과 제1검출전극(41)은 예를 들면 파도 모양이나 지그재그 모양으로 형성되더라도 좋다. 어쨌든 상부전극(10)과 제1검출전극(41)의 각각은, 전체로서 Y축방향으로 따라 연장되도록 형성되어 있다.
하부전극(20)은, Y축방향으로 소정의 간격을 두고 나란하게 되도록 서로 평행하게 배치되어 있다. 또 상기 소정의 간격에는, 제2검출전극(42)이 하부전극(20)과는 간격을 두고 배치되어 있다. 또 본 실시형태에서는, 하부전극(20)과 제2검출전극(42)은 스트라이프 모양(일정 폭을 구비하는 직선 모양)으로 형성되어 있지만, 하부전극(20)과 제2검출전극(42)은 예를 들면 파도 모양이나 지그재그 모양으로 형성되더라도 좋다. 어쨌든 하부전극(20)과 제2검출전극(42)의 각각은, 전체로서 X축방향으로 따라 연장되도록 형성되어 있다.
상기의 구성에 의하면, 제1검출전극(41)은 하부전극(20)과 압전시트(3)의 사이에 적층되지 않고, 상부전극(10)과 동일한 공간 내(동일 평면 내)에 배치되어 있다. 또한 제2검출전극(42)은 하부전극(20)의 배면측에 적층되지 않고, 하부전극(20)과 동일한 공간 내(동일 평면 내)에 배치되어 있다. 그 때문에 제1실시형태에 관한 터치패널과 비교하여 제1검출전극(41)과, 제2검출전극(42)의 두께분만큼 두께가 얇은 터치패널로 되어 있다. 또 상기 구성에 있어서 상부전극(10)은 제1검출전극(41)을 겸하고 있어도 좋고, 하부전극(20)은 제2검출전극(42)을 겸하고 있어도 좋다. 상부전극(10)이 제1검출전극(41)을 겸하는 경우나 하부전극(20)이 제2검출전극(42)을 겸하는 경우에는, 검출부에 있어서의 검출방법을 적절하게 변경하면 좋다.
1 : 지지기판
1a : 입력면
2 : 접착층
3 : 압전시트
3a : 제1압전시트
3b : 제2압전시트
4 : 검출전극
4a : 제1검출전극
4b : 제2검출전극
5 : 디스플레이 장치
6 : 프레임
6a : 오목부
6b : 지지부
7 : 공간부
10 : 상부전극
20 : 하부전극
30 : 압전시트
31 : 제1압전시트
32 : 제2압전시트
40 : 검출전극
41 : 제1검출전극
42 : 제2검출전극
50 : 터치패널
60 : 보호판
100 : 압력검출장치
110 : 전자기기
120 : 가압수단
1a : 입력면
2 : 접착층
3 : 압전시트
3a : 제1압전시트
3b : 제2압전시트
4 : 검출전극
4a : 제1검출전극
4b : 제2검출전극
5 : 디스플레이 장치
6 : 프레임
6a : 오목부
6b : 지지부
7 : 공간부
10 : 상부전극
20 : 하부전극
30 : 압전시트
31 : 제1압전시트
32 : 제2압전시트
40 : 검출전극
41 : 제1검출전극
42 : 제2검출전극
50 : 터치패널
60 : 보호판
100 : 압력검출장치
110 : 전자기기
120 : 가압수단
Claims (7)
- 지지기판(支持基板)에 가해진 가압(加壓)을 측정하는 압력검출기(壓力檢出器)로서,
상기 지지기판에 있어서 상기 가압이 가해지는 면과는 반대측의 면에 배치되는 제1압전시트(第1壓電sheet)와,
상기 제1압전시트에 있어서 지지기판과는 반대측의 면에 상기 제1압전시트의 근방 또는 상기 제1압전시트와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트와,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트를 협지(挾持)하고 상기 가압이 가해졌을 때에 상기 제1압전시트에 있어서 상기 지지기판측의 면과 상기 제2압전시트에 있어서 상기 지지기판과는 반대측의 면과의 사이에 있어서의 전위차(電位差)를 검출하는 검출전극(檢出電極)을
구비하고,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고,
두께가 5μm∼50μm이고,
면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 상기 지지기판측의 면과 상기 제지지기판과는 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차(電位差)가, 하기의 식1로 나타내어지는 관계에 있는 압력검출기.
식1 : V1 / V2 < 0
단, 식1에 있어서,
V1은 V1a ― V1b를 나타내고,
V2는 V2a ― V2b를 나타내며,
V1a는 제1압전시트에 있어서 지지기판측의 면의 전위를 나타내고,
V1b는 제1압전시트에 있어서 지지기판과는 반대측의 면의 전위를 나타내고,
V2a는 제2압전시트에 있어서 지지기판측의 면의 전위를 나타내고,
V2b는 제2압전시트에 있어서 지지기판과는 반대측의 면의 전위를 나타낸다.
- 제1항에 있어서,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
서로 접촉하고, 압력분포와 온도분포가 동일하고, 동일한 재료로 구성되는 압력검출기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트가 강유전체 재료(强誘電體 材料)로 이루어지고, 무가압상태(無加壓狀態)에 있어서의 상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트의 분극방향(分極方向)이 서로 반대인 압력검출기.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1압전시트와, 상기 제2압전시트와, 상기 검출전극은, 상기 지지기판보다 작은 휨강성(bending剛性)을 구비하는 압력검출기.
- 입력면(入力面)에 가압된 가압력을 측정하는 터치패널(touch panel)로서,
하나의 방향으로 간격을 두고 복수 배치되는 상부전극(上部電極)과,
상기 상부전극에 있어서 상기 입력면측과는 반대측으로서 상기 상부전극과 교차하는 방향으로 간격을 두고 복수 배치되어 상기 상부전극과의 사이에서 가압위치를 검출하는 하부전극(下部電極)과,
상기 하부전극에 있어서 입력면과는 반대측의 면에 배치되는 제1압전시트와,
상기 제1압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면에 상기 제1압전시트의 근방 또는 상기 제1압전시트와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트와,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트를 협지하고 상기 가압이 가해졌을 때에 상기 제1압전시트에 있어서 상기 지지기판측의 면과 상기 제2압전시트에 있어서 상기 지지기판과는 반대측의 면과의 사이에 있어서의 전위차를 검출하는 검출전극을
구비하고,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고,
두께가 5μm∼50μm이고,
면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 상기 입력면측의 면과 상기 입력면측과 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기의 식2로 나타내어지는 관계에 있는 터치패널.
식2 : V1 / V2 < 0
단, 식1에 있어서,
V1은 V1a ― V1b를 나타내고,
V2는 V2a ― V2b를 나타내고,
V1a는 제1압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V1b는 제1압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타내고,
V2a는 제2압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V2b는 제2압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타낸다.
- 입력면에 가압된 가압력을 측정하는 터치패널로서,
하나의 방향으로 간격을 두고 복수 배치되는 상부전극과,
상기 상부전극에 있어서 상기 입력면측과는 반대측으로서 상기 상부전극과 교차하는 방향으로 간격을 두고 복수 배치되어 상기 상부전극과의 사이에서 가압위치를 검출하는 하부전극과,
상기 하부전극에 있어서 입력면측과는 반대측의 면에 배치되는 제1압전시트와 상기 제1압전시트에 있어서 상기 입력면측과는 반대측의 면에 상기 제1압전시트의 근방 또는 상기 제1압전시트와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트를 구비하는 압전시트와,
상기 터치패널을 단면(斷面)에서 보았을 때에 있어서, 하부전극에 있어서 간격을 둔 장소에 배치되는 제1검출전극(第1檢出電極)과,
상기 제2압전시트에 있어서 상기 입력면측과는 반대측의 면에 배치되고 상기 가압이 가해졌을 때에 상기 제1검출전극과 협동하여 상기 압전시트에 발생한 전위차를 검출하는 제2검출전극을
구비하고,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고,
두께가 5μm∼50μm이고,
면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 상기 지지기판측의 면과 상기 제지지기판과는 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기 식3으로 나타내어지는 관계에 있는 터치패널.
식3 : V1 / V2 < 0
단, 식3에 있어서,
V1은 V1a ― V1b를 나타내고,
V2는 V2a ― V2b를 나타내고,
V1a는 제1압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V1b는 제1압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타내고,
V2a는 제2압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V2b는 제2압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타낸다.
- 입력면에 가압된 가압력을 측정하는 터치패널로서,
하나의 방향으로 간격을 두고 복수 배치되는 상부전극과,
상기 상부전극에 있어서 상기 입력면측과는 반대측으로서 상기 상부전극과 교차하는 방향으로 간격을 두고 복수 배치되어 상기 상부전극과의 사이에서 가압위치를 검출하는 하부전극과,
상기 하부전극에 있어서 입력면측과는 반대측의 면에 배치되는 제1압전시트와 상기 제1압전시트에 있어서 상기 입력면측과는 반대측의 면에 상기 제1압전시트의 근방 또는 상기 제1압전시트와 접촉하도록 배치되는 제2압전시트를 구비하고, 제1압전시트와 제2압전시트는 상기 상부전극과 상기 하부전극의 사이에 배치되는 압전시트와,
상기 터치패널을 단면에서 보았을 때에 있어서,
상기 상부전극에 있어서 간격을 둔 장소에 배치되는 제1검출전극과,
상기 하부전극에 있어서 간격을 둔 장소에 배치되고 상기 가압이 가해졌을 때에 상기 제1검출전극과 협동하여 상기 압전시트에 발생한 전위차를 검출하는 제2검출전극을
구비하고,
상기 제1압전시트와 상기 제2압전시트는,
동일한 특성을 구비하는 재료로 구성되고,
두께가 5μm∼50μm이고,
면의 내측방향으로 당겨졌을 때에 상기 입력면측의 면과 상기 입력면과는 반대측의 면의 사이에서 발생하는 각각의 전위차가, 하기 식4로 나타내어지는 관계에 있는 터치패널.
식4 : V1 / V2 < 0
단, 식1에 있어서,
V1은 V1a ― V1b를 나타내고,
V2는 V2a ― V2b를 나타내고,
V1a는 제1압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V1b는 제1압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타내고,
V2a는 제2압전시트에 있어서 입력면측의 면의 전위를 나타내고,
V2b는 제2압전시트에 있어서 입력면측과는 반대측의 면의 전위를 나타낸다.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013261884A JP5689523B1 (ja) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 圧力検出器を備えたタッチパネル |
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