WO2018056165A1 - 圧電センサ、タッチ式入力装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a piezoelectric sensor including a piezoelectric film and a touch input device including the piezoelectric sensor.
- Patent Document 1 discloses a piezoelectric sensor including a piezoelectric film made of polylactic acid.
- the piezoelectric film has a first surface and a second surface.
- the piezoelectric sensor further includes four divided electrodes formed on the first surface, four wirings connected to the four divided electrodes, and a flat plate electrode formed on the second surface.
- the piezoelectric sensor disclosed in Patent Document 1 detects the voltage generated in each divided electrode from each wiring when pressed. And the piezoelectric sensor of patent document 1 can output press information based on the detected voltage.
- the piezoelectric sensor of Patent Document 1 detects a voltage generated by four divided electrodes and predetermined regions of four wirings.
- the conventional piezoelectric sensor and the conventional touch input device have room for improvement in that the generated voltage is accurately detected by a plurality of divided electrodes.
- An object of the present invention is to provide a piezoelectric sensor and a touch input device that can accurately detect a generated voltage with a plurality of divided electrodes.
- the piezoelectric sensor of the present invention includes a piezoelectric film having a first surface and a second surface, a plurality of first electrodes facing the first surface, a second electrode facing the second surface, and a plurality of first electrodes.
- the plurality of first wirings have a region that overlaps with either the piezoelectric film or the second electrode and does not overlap with both the piezoelectric film and the second electrode when the first surface is viewed from the front. That is, when the first surface is viewed from the front, the plurality of first wirings are arranged so as not to overlap both the piezoelectric film and the second electrode even if they overlap with either the piezoelectric film or the second electrode.
- the piezoelectric sensor of the present invention having this configuration, when pressed, the charge is induced in the first electrode (divided electrode) by the charge generated in the piezoelectric film, and a voltage is generated in the first electrode 24. On the other hand, in the region, charge induction due to the charge generated in the piezoelectric film does not occur.
- the piezoelectric sensor of the present invention can accurately detect the voltage generated in the plurality of divided electrodes from the plurality of first wires.
- the touch input device of the present invention includes the piezoelectric sensor of the present invention.
- the touch input device of the present invention has the same effect as the piezoelectric sensor of the present invention.
- the piezoelectric sensor of the present invention can accurately detect the generated voltage with a plurality of divided electrodes.
- the touch input device of the present invention can accurately detect the generated voltage with a plurality of divided electrodes.
- FIG. 1 is a plan view of a display device 10 according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line SS shown in FIG. It is a top view of the piezoelectric sensor 13 shown in FIG.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG.
- It is a block diagram of the display apparatus shown in FIG. It is sectional drawing of the touch panel 100 pressed by the user.
- It is a top view of the piezoelectric sensor 813 which concerns on the comparative example of the piezoelectric sensor 13 shown in FIG.
- FIG. 15 is a plan view of a piezoelectric sensor 413 provided in a display device according to the fourth embodiment of the present invention.
- 16 is a cross-sectional view taken along line HH shown in FIG.
- FIG. 17 is a plan view of the second electrode 425 and the shield electrode portions 431, 432, and 433 provided in the piezoelectric sensor 413.
- FIG. 1 is a plan view of a display device 10 according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line SS shown in FIG.
- FIG. 3 is a plan view of the piezoelectric sensor 13 shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG.
- FIG. 6 is a block diagram of the display device 10 shown in FIG.
- the display device 10 includes a box-shaped casing 11, a rectangular operation plate 12, a piezoelectric sensor 13, a control unit 20, and a display unit 30.
- the display device 10 is, for example, a smart phone or a tablet.
- the operation plate 12 and the piezoelectric sensor 13 constitute a touch panel 100.
- the display device 10 corresponds to an example of a touch input device.
- the housing 11 is composed of a frame-shaped side surface and a rectangular bottom surface, and has a rectangular opening.
- the operation plate 12 comes into contact with the housing 11 so as to close the opening of the housing 11.
- the operation panel 12 has an operation surface 101 on which a user performs a touch operation.
- the material of the operation plate 12 is, for example, glass.
- the control unit 20 is disposed on the inner bottom surface of the housing 11 and is electrically connected to the piezoelectric sensor 13.
- the display unit 30 includes a liquid crystal panel, a polarizing plate, and a backlight. The display unit 30 is electrically connected to the control unit 20.
- the longitudinal direction of the operation surface 101 of the operation plate 12 is referred to as an X direction
- the short direction of the operation surface 101 of the operation plate 12 is referred to as a Y direction
- the thickness direction of the operation plate 12 is referred to as a Z direction.
- the piezoelectric sensor 13 includes a piezoelectric film 21, an OCA (Optically Clear Adhesive) 23, a plurality of first electrodes 24, a plurality of first wirings 124, a plurality of second electrodes 25, and a second.
- the wiring 125, the substrate 26, the substrate 27, and the receiving circuit 19 are provided.
- OCA23 is a transparent adhesive.
- the piezoelectric sensor 13 is affixed to the surface opposite to the operation surface 101 of the operation plate 12.
- the plurality of first electrodes 24 and the plurality of first wirings 124 are formed on the surface of the substrate 26 facing the piezoelectric film 21.
- the plurality of first electrodes 24 are made of a conductor film mainly composed of ITO, for example.
- the material of the substrate 26 is PET resin, polyimide resin, or the like. In the present embodiment, the number of first electrodes 24 is nine.
- the plurality of first electrodes 24 are electrodes for detecting charges (voltages) generated in the piezoelectric film 21, for example.
- the plurality of second electrodes 25 and second wirings 125 are formed on the surface of the substrate 27 facing the piezoelectric film 21.
- the plurality of second electrodes 254 are made of a conductor film containing, for example, ITO as a main component.
- the material of the substrate 27 is PET resin, polyimide resin, or the like.
- the number of the plurality of second electrodes 25 is three.
- the plurality of second electrodes 25 are electrodes for detecting charges (voltages) generated in the ground conductor or the piezoelectric film 21, for example.
- the piezoelectric film 21 has a first surface 21A and a second surface 21B.
- the plurality of first electrodes 24 are opposed to the first surface 21 ⁇ / b> A of the piezoelectric film 21 through the OCA 23.
- the plurality of second electrodes 25 are opposed to the second surface 21 ⁇ / b> B of the piezoelectric film 21 through the OCA 23.
- the plurality of first wirings 124 are connected to the plurality of first electrodes 24.
- the plurality of first electrodes 24 are electrically connected to the receiving circuit 19 through the plurality of first wirings 124.
- the plurality of second wirings 125 are connected to the plurality of second electrodes 25.
- the plurality of second electrodes 25 are electrically connected to the receiving circuit 19 via the second wiring 125.
- the plurality of first wires 124 overlap with either the piezoelectric film 21 or the plurality of second electrodes 25, and the piezoelectric film 21 and the plurality of wirings
- the region 124A does not overlap with both of the second electrodes 25.
- the region 124A is provided between the second electrodes 25 when the first surface 21A is viewed from the front. That is, even when the plurality of first wirings 124 overlap with either the piezoelectric film 21 or the plurality of second electrodes 25 when the first surface 21A is viewed from the front, both the piezoelectric film 21 and the plurality of second electrodes 25 are present. It is arranged not to overlap.
- the material of the piezoelectric film 21 is PLLA (L-type polylactic acid).
- PLLA is a chiral polymer, and the main chain has a helical structure.
- PLLA is uniaxially stretched and has piezoelectricity when the molecules are oriented.
- the piezoelectric constant of uniaxially stretched PLLA belongs to a very high class among polymers.
- the material of the piezoelectric film 21 may be a piezoelectric film such as PVDF that has been subjected to a poling process.
- PLLA generates piezoelectricity by molecular orientation processing such as stretching, and there is no need to perform poling processing like other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics. That is, the piezoelectricity of PLLA that does not belong to ferroelectrics is not expressed by the polarization of ions like ferroelectrics such as PVDF and PZT, but is derived from a helical structure that is a characteristic structure of molecules. is there.
- PVDF or the like shows a change in piezoelectric constant over time, and in some cases, the piezoelectric constant may be significantly reduced, but the piezoelectric constant of PLLA is extremely stable over time.
- the stretching direction 121 of PLLA take three axes, taking uniaxially and biaxially in a direction perpendicular to the three axial directions, the PLLA there is the piezoelectric constant of d 14 (piezoelectric constant shear).
- the striped piezoelectric film 21 is cut out so that the uniaxial direction is the thickness direction and the direction forming an angle of 45 ° with respect to the triaxial direction (stretching direction 121) is the longitudinal direction. Thereby, when the piezoelectric film 21 expands and contracts in the longitudinal direction, the piezoelectric film 21 is polarized in the thickness direction.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of the touch panel 100 pressed by the user.
- FIG. 7 in order to demonstrate a mode that the operation board 12 and the piezoelectric sensor 13 bend, these bending is emphasized and shown.
- a white arrow in FIG. 7 indicates a direction in which the user presses.
- the peripheral edge of the operation plate 12 is fixed to the housing 11. Therefore, as shown in FIG. 7, when the operation plate 12 is pressed by the user, the operation plate 12 bends so as to be convex in the pressed direction.
- the piezoelectric sensor 13 is also bent so as to be convex in the pressed direction.
- the piezoelectric sensor 13 extends (distorts) in the longitudinal direction (Y direction). That is, the piezoelectric film 21 constituting the piezoelectric sensor 13 extends in the longitudinal direction. Therefore, the piezoelectric film 21 is polarized in the thickness direction due to the piezoelectric effect.
- Charges are induced in the plurality of first electrodes 24 and the plurality of second electrodes 25 by the charges generated on both surfaces of the piezoelectric film 21.
- the charges generated in the plurality of first electrodes 24 and the plurality of second electrodes 25 are output to the reception circuit 19 through the plurality of first wirings 124 and the second wirings 125.
- the reception circuit 19 generates a signal based on the outputs from the plurality of first electrodes 24 and the plurality of second electrodes 25 as a press detection signal, and outputs it to the control unit 20. Specifically, the receiving circuit 19 converts the impedance, the amplitude level, and the like of the outputs from the plurality of first electrodes 24 and the plurality of second electrodes 25 into conditions that can be easily handled by the control unit 20.
- the control unit 20 performs an integration process on the output of the receiving circuit 19. Specifically, the control unit 20 determines whether or not the difference between the output voltage of the receiving circuit 19 and the reference voltage exceeds a threshold value. When the difference exceeds the threshold, the control unit 20 determines that an operation has been performed by the user.
- control part 20 integrates the difference of the output voltage of the receiving circuit 19 and a reference voltage about the area where the difference exceeded the threshold value. Thereby, the control part 20 calculates
- the control unit 20 recognizes the operation input content based on the integral value. For example, the control unit 20 generates image data based on the recognized operation input content and outputs the image data to the display unit 30.
- the display unit 30 displays an image on the operation surface 101 based on the image data.
- the plurality of first wirings 124 may overlap with either the piezoelectric film 21 or the plurality of second electrodes 25 when the first surface 21A is viewed from the front.
- the piezoelectric film 21 and the plurality of second electrodes 25 are arranged so as not to overlap.
- the piezoelectric sensor 13 can accurately detect the voltage generated in the plurality of first electrodes 24 from the plurality of first wirings 124.
- the piezoelectric sensor 13 shown in FIG. 1 and the piezoelectric sensor 813 according to the comparative example of the piezoelectric sensor 13 are compared.
- the configuration of the piezoelectric sensor 813 will be described.
- FIG. 8 is a plan view of a piezoelectric sensor 813 according to a comparative example of the piezoelectric sensor 13 shown in FIG.
- the piezoelectric sensor 813 is the piezoelectric sensor according to the first embodiment in that the plurality of first wirings 124 have a region 824A that overlaps both the piezoelectric film 21 and the plurality of second electrodes 825 when the first surface 21A is viewed from the front. 13 and different. That is, the plurality of first wirings 124 are disposed so as to overlap both the piezoelectric film 21 and the plurality of second electrodes 25 when the first surface 21A is viewed from the front. Since other configurations are the same, description thereof is omitted.
- FIG. 9 is a diagram showing voltage values generated in the nine first electrodes 24 when the center of the piezoelectric sensor 813 shown in FIG. 8 is pressed with a predetermined force.
- FIG. 10 is a diagram illustrating voltage values generated in the nine first electrodes 24 when the center of the piezoelectric sensor 13 illustrated in FIG. 3 is pressed with a predetermined force.
- the piezoelectric sensor 813 As shown in FIG. 9, it was revealed that nine voltage values are not distributed symmetrically in the vertical and horizontal directions. The reason is considered to be that a voltage from the piezoelectric film 21 is generated in a region 824A that overlaps both the piezoelectric film 21 and the plurality of second electrodes 25. For this reason, the piezoelectric sensor 813 may detect a position shifted from the pressed center as a pressed position, and voltage correction is necessary to improve accuracy. Moreover, since the large value has come out in the upper center and upper right part with a large area where a wiring electrode overlaps, it turns out that the influence of a wiring electrode has come out.
- the piezoelectric sensor 13 As shown in FIG. 10, it was revealed that nine voltage values were distributed symmetrically in the vertical and horizontal directions. The reason for this is considered that the plurality of first wirings 124 do not have the region 824 ⁇ / b> A overlapping with both the piezoelectric film 21 and the plurality of second electrodes 25. Therefore, the piezoelectric sensor 13 can accurately detect the pressed center as the pressed position.
- the piezoelectric sensor 13 can accurately detect the voltage generated in the plurality of first electrodes 24 from the plurality of first wirings 124.
- Second Embodiment a display device according to a second embodiment of the present invention will be described.
- FIG. 11 is a plan view of the piezoelectric sensor 213 provided in the display device according to the second embodiment of the present invention.
- 12 is a cross-sectional view taken along line EE shown in FIG.
- the piezoelectric sensor 213 has a plurality of first wirings 124 that overlap with either the piezoelectric film 21 or the second electrode 225 and not both the piezoelectric film 21 and the second electrode 225 when the first surface 21A is viewed from the front. It differs from the piezoelectric sensor 13 of the first embodiment in that it has a region 224A.
- the second electrode 225 is wider than the piezoelectric film 21 when the first surface 21A is viewed from the front.
- the region 224 ⁇ / b> A is located outside the piezoelectric film 21 and overlaps the second electrode 225 when the first surface 21 ⁇ / b> A is viewed from the front. Since other configurations are the same, description thereof is omitted.
- the piezoelectric sensor 213 can accurately detect the voltage generated in the plurality of first electrodes 24 from the plurality of first wirings 124.
- the second electrode 225 is a flat plate electrode, it is not necessary to perform patterning. Therefore, the manufacturing cost of the piezoelectric sensor 213 can be reduced.
- the piezoelectric film 221 has a hole 222, and the plurality of first wires 124 have a hole 222 when the first surface 21A is viewed from the front. It is preferable to have a region 224B exposed from (overlap the hole 22). In this configuration, all of the plurality of first wirings 124 do not overlap with both the piezoelectric film 21 and the second electrode 225. Therefore, in this configuration, the piezoelectric sensor 213 can more accurately detect voltages generated at the plurality of first electrodes 24 from the plurality of first wirings 124.
- FIG. 13 is a plan view of the piezoelectric sensor 313 provided in the display device according to the third embodiment of the present invention.
- 14 is a cross-sectional view taken along the line GG shown in FIG.
- the piezoelectric sensor 313 has a plurality of first wirings 124 that overlap with either the piezoelectric film 321 or the second electrode 325 and not both the piezoelectric film 321 and the second electrode 325 when the first surface 321A is viewed from the front. It differs from the piezoelectric sensor 13 of 1st Embodiment by the point which has area
- the second electrode 325 is wider than the piezoelectric film 321 when the first surface 321A is viewed from the front. In the present embodiment, the number of first electrodes 24 is twelve.
- the region 324A is located outside the piezoelectric film 321 and overlaps the second electrode 325 when the first surface 321A is viewed from the front.
- a hole 322 is formed in the piezoelectric film 321, and the region 324 ⁇ / b> B is exposed from the hole 322 (overlaps the hole 322) when the first surface 321 ⁇ / b> A is viewed from the front. Since other configurations are the same, description thereof is omitted.
- the plurality of first wirings 124 may be piezoelectric even if they overlap with either the piezoelectric film 321 or the second electrode 325 when the first surface 321A is viewed from the front. It arrange
- the piezoelectric sensor 313 can accurately detect the voltage generated in the plurality of first electrodes 24 from the plurality of first wirings 124.
- the second electrode 325 is a flat plate electrode, there is no need to pattern it. Therefore, the manufacturing cost of the piezoelectric sensor 313 can be reduced.
- FIG. 15 is a plan view of the piezoelectric sensor 413 provided in the display device according to the fourth embodiment of the present invention.
- 16 is a cross-sectional view taken along line HH shown in FIG.
- FIG. 17 is a plan view of the second electrode 425 and the shield electrode portions 431, 432, and 433 provided in the piezoelectric sensor 413.
- the shield electrode portions 431, 432, and 433 are shown as dot patterns for easy understanding of the structure.
- the piezoelectric sensor 413 is different from the piezoelectric sensor 13 of the first embodiment in that it includes the second electrode 425 and the shield electrode portions 431, 432, and 433. Since other configurations are the same, description thereof is omitted.
- the second electrode 425 is a rectangular flat plate electrode.
- the shape of the second electrode 425 is substantially the same as the second electrode 25 described in the first embodiment.
- the shield electrode portions 431, 432, and 433 are portions having a smaller conductor density than the second electrode 425 having openings and conductor portions.
- the shield electrode portion 431 has a mesh shape having a plurality of rectangular openings 411 and conductor portions.
- the shield electrode portion 432 has a mesh shape having a plurality of rectangular openings 412 and conductor portions.
- the shield electrode portion 433 has a mesh shape having a plurality of rectangular openings 413 and conductor portions.
- the conductor portions of the shield electrode portions 431, 432, and 433 are connected to the second electrode 425.
- the openings 411, 412, and 413 are through holes that are each surrounded by a conductor portion.
- the conductor portions of the shield electrode portions 431, 432, and 433 are made of a conductor film containing, for example, ITO as a main component.
- the plurality of first wirings 124 are arranged so as to overlap the shield electrode portions 431, 432, and 433 when the first surface 21A is viewed from the front. That is, the plurality of first wirings 124 are overlapped with the conductor portions of the shield electrode portions 431, 432, and 433, and are exposed from the plurality of openings 411, 412, and 413 (portions that overlap the plurality of openings 411, 412, and 413). ).
- the shield electrode portions 431, 432, and 433 are mesh-like, and the conductor density is lower than that of the second electrode 425. Therefore, even when the plurality of first wirings 124 overlaps both the piezoelectric film 21 and the shield electrode portion when the first surface 21A is viewed from the front, the plurality of first wirings 124 are generated in the piezoelectric film 21. It is difficult for the charge to be induced by the generated charge. That is, a voltage due to the electric charge generated in the piezoelectric film 21 is not easily generated in the plurality of first wirings 124.
- the piezoelectric sensor 413 can accurately detect the voltage generated in the plurality of first electrodes 24 from the plurality of first wirings 124.
- the area of the portion where the plurality of first wirings 124 and the conductor portions of the shield electrode portions 431, 432, and 433 overlap is preferably smaller.
- the area where the plurality of first wirings 124 overlap with the conductor portions of the shield electrode portions 431, 432, and 433 is 5% or less of the area of the first electrode 24 ( More preferably, it is 1% or less.)
- the plurality of first wirings 124 overlap with both the conductor portion of the shield electrode portion and the piezoelectric film 21 when the first surface 21A is viewed from the front the plurality of first wires 124 are connected to the plurality of first electrodes 24.
- the generated voltage has almost no influence on the detection accuracy (the influence on the detection accuracy is very small).
- the line width of the portion of the conductor portion of the shield electrode portion that overlaps at least the plurality of first wirings 124 is It is preferable that the width is not more than the line width of the plurality of first wirings 124. According to this configuration, when the plurality of first wirings 124 overlap with both the conductor portion of the shield electrode portion and the piezoelectric film 21 when the first surface 21A is viewed from the front, the plurality of first wires 124 are connected to the plurality of first electrodes 24. The generated voltage has almost no influence on the detection accuracy (the influence on the detection accuracy is very small).
- the number of the plurality of openings 411 is 11, the number of the plurality of openings 412 is 22, and the number of the plurality of openings 413 is 22, but is not limited thereto.
- the number of the plurality of openings 411, 412 and 413 may be other numbers.
- the shape of the plurality of openings 411, 412, and 413 is not limited to a rectangular shape, but may be other shapes (for example, a circle, an ellipse, an L shape, or the like).
- the plurality of openings 411, 412, and 413 are through-holes surrounded by a conductor portion, but are not limited thereto.
- the opening may be, for example, a notch (slit) extending from the periphery of the conductor portion toward the inside.
- the display device 10 has been described as a touch input device, but the present invention is not limited to this. In implementation, the present invention may be applied to a touch input device (for example, a touch pad) that does not include a display unit.
- a touch input device for example, a touch pad
- the layers of the piezoelectric sensors 13, 213, 313, and 413 are joined by the OCA 23 that is a transparent adhesive, but the present invention is not limited to this.
- the layers of the piezoelectric sensor 13 may be bonded with an adhesive.
- the number of the plurality of first electrodes 24 is 9 or 12, but the present invention is not limited to this. In implementation, the number of the plurality of first electrodes 24 may be other numbers.
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Abstract
表示装置(10)は、筐体(11)、操作板(12)、圧電センサ(13)、制御部(20)および表示部(30)を備える。圧電センサ(13)は、圧電フィルム(21)、OCA23、複数の第1電極(24,)複数の第1配線(124)、複数の第2電極(25)、第2配線(125)、基板(26,)基板(27)、及び受信回路(19)を備える。圧電センサ(13)は、操作板(12)の操作面(101)とは逆側の面に貼付されている。複数の第1配線(124)は、第1面(21A)を正面視したとき、圧電フィルム(21)又は複数の第2電極(25)のいずれかと重なり、且つ圧電フィルム(21)及び複数の第2電極(25)の両方と重ならない領域(124A)を有する。領域(124A)は、第1面(21A)を正面視したとき、各第2電極(25)の間に設けられている。
Description
本発明は、圧電フィルムを備える圧電センサ、及びこの圧電センサを備えるタッチ式入力装置に関する。
近年、圧電フィルムを備える圧電センサが各種考案されている。例えば、特許文献1は、ポリ乳酸からなる圧電フィルムを備える圧電センサを開示している。圧電フィルムは、第1面及び第2面を有する。圧電センサはさらに、第1面に形成された4つの分割電極と、4つの分割電極に接続する4つの配線と、第2面に形成された平板電極とを備える。
以上の構成において特許文献1の圧電センサは、押圧されたとき、それぞれの分割電極で発生する電圧をそれぞれの配線から検出する。そして、特許文献1の圧電センサは、検出された電圧に基づいて押圧情報を出力することができる。
しかしながら、特許文献1の圧電センサにおいて4つの配線は、圧電フィルム及び平板電極の両方に重なっている。そのため、4つの配線における、圧電フィルム及び平板電極の両方と重なっている所定領域で、圧電フィルムからの電圧が発生する。すなわち、特許文献1の圧電センサは、4つの分割電極と4つの配線の所定領域とによって発生する電圧を検出する。
したがって、従来の圧電センサ及び従来のタッチ式入力装置は、発生する電圧を複数の分割電極で正確に検出するという点において改善の余地がある。
本発明の目的は、発生する電圧を複数の分割電極で正確に検出することができる圧電センサ及びタッチ式入力装置を提供することにある。
本発明の圧電センサは、第1面及び第2面を有する圧電フィルムと、第1面に対向する複数の第1電極と、第2面に対向する第2電極と、複数の第1電極に接続する複数の第1配線と、を備える。そして、複数の第1配線は、第1面を正面視したとき、圧電フィルム又は第2電極のいずれかと重なり、且つ圧電フィルム及び第2電極の両方と重ならない領域を有する。すなわち、複数の第1配線は、第1面を正面視したとき、圧電フィルム又は第2電極のいずれかと重なったとしても、圧電フィルム及び第2電極の両方と重ならないよう配置されている。
この構成における本発明の圧電センサでは、押圧されたとき、圧電フィルムに生じた電荷により第1電極(分割電極)に電荷が誘起され、第1電極24に電圧が発生する。一方、上記領域には、圧電フィルムに生じた電荷による電荷の誘起は生じない。
したがって、本発明の圧電センサは、複数の分割電極に発生する電圧を複数の第1配線から正確に検出することができる。
本発明のタッチ式入力装置は、本発明の圧電センサを備える。
したがって、本発明のタッチ式入力装置は、本発明の圧電センサと同様の効果を奏する。
本発明の圧電センサは、発生する電圧を複数の分割電極で正確に検出することができる。本発明のタッチ式入力装置は、発生する電圧を複数の分割電極で正確に検出することができる。
《第1の実施形態》
以下、本発明の第1実施形態に係る表示装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る表示装置10の平面図である。図2は、図1に示すS-S線における断面図である。図3は、図1に示す圧電センサ13の平面図である。図4は、図3に示すA-A線における断面図である。図5は、図3に示すC-C線における断面図である。図6は、図1に示す表示装置10のブロック図である。
以下、本発明の第1実施形態に係る表示装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る表示装置10の平面図である。図2は、図1に示すS-S線における断面図である。図3は、図1に示す圧電センサ13の平面図である。図4は、図3に示すA-A線における断面図である。図5は、図3に示すC-C線における断面図である。図6は、図1に示す表示装置10のブロック図である。
表示装置10は、箱状の筐体11、矩形状の操作板12、圧電センサ13、制御部20および表示部30を備える。表示装置10は、例えばスマートホン、タブレット等である。操作板12及び圧電センサ13は、タッチパネル100を構成する。
なお、表示装置10は、タッチ式入力装置の一例に相当する。
筐体11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11の開口部を塞ぐように操作板12が筐体11に当接する。操作板12は、ユーザがタッチ操作を行う操作面101を有する。操作板12の材料は例えばガラスである。
制御部20は、筐体11の内底面に配置され、圧電センサ13に電気的に接続されている。表示部30は、液晶パネル、偏光板、バックライトを備える。表示部30は、制御部20に電気的に接続されている。
なお、以下では、操作板12の操作面101の長手方向をX方向と称し、操作板12の操作面101の短手方向をY方向と称し、操作板12の厚み方向をZ方向と称することがある。
図3~図6に示すように、圧電センサ13は、圧電フィルム21、OCA(Optically Clear Adhesive)23、複数の第1電極24,複数の第1配線124、複数の第2電極25、第2配線125、基板26,基板27、及び受信回路19を備える。OCA23は、透明な粘着剤である。圧電センサ13は、操作板12の操作面101とは逆側の面に貼付されている。
複数の第1電極24及び複数の第1配線124は、圧電フィルム21に対向する基板26の面に形成されている。複数の第1電極24は例えばITOを主成分とする導体膜からなる。基板26の材料は、PET樹脂、ポリイミド樹脂等である。本実施形態において複数の第1電極24の数は9つである。複数の第1電極24は、例えば圧電フィルム21に生じた電荷(電圧)を検出用するための電極である。
複数の第2電極25及び第2配線125は、圧電フィルム21に対向する基板27の面に形成されている。複数の第2電極254は例えばITOを主成分とする導体膜からなる。基板27の材料は、PET樹脂、ポリイミド樹脂等である。本実施形態において複数の第2電極25の数は3つである。複数の第2電極25は、例えばグランド導体、または圧電フィルム21に生じた電荷(電圧)を検出するための電極である。
また、圧電フィルム21は、第1面21Aおよび第2面21Bを有する。複数の第1電極24は、OCA23を介して圧電フィルム21の第1面21Aと対向している。
一方、複数の第2電極25は、OCA23を介して圧電フィルム21の第2面21Bと対向している。複数の第1配線124は、複数の第1電極24に接続している。複数の第1電極24は、複数の第1配線124を介して受信回路19に電気的に接続されている。複数の第2配線125は、複数の第2電極25に接続している。複数の第2電極25は、第2配線125を介して受信回路19に電気的に接続されている。
図3、図5に示すように、複数の第1配線124は、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21又は複数の第2電極25のいずれかと重なり、且つ圧電フィルム21及び複数の第2電極25の両方と重ならない領域124Aを有する。領域124Aは、第1面21Aを正面視したとき、各第2電極25の間に設けられている。すなわち、複数の第1配線124は、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21又は複数の第2電極25のいずれかと重なったとしても、圧電フィルム21及び複数の第2電極25の両方と重ならないよう配置されている。
ここで、圧電フィルム21の材料は、PLLA(L型ポリ乳酸)である。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。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。また、圧電フィルム21の材料は、ポーリング処理を行ったPVDF等の圧電フィルムであってもよい。
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。
PLLAの延伸方向121に3軸をとり、3軸方向に垂直な方向に1軸および2軸をとると、PLLAにはd14の圧電定数(ずりの圧電定数)が存在する。1軸方向が厚み方向となり、3軸方向(延伸方向121)に対して45°の角度をなす方向が長手方向となるように、ストライプ状の圧電フィルム21が切り出される。これにより、圧電フィルム21が長手方向に伸縮すると、圧電フィルム21は厚み方向に分極する。
次に、圧電センサ13が押圧を検知する場面について説明する。
図7は、ユーザによって押圧されたタッチパネル100の断面図である。
なお、図7では、操作板12及び圧電センサ13が撓む様子を説明するため、これらの撓みを強調して示している。図7中の白抜き矢印は、ユーザが押圧する方向を示している。
操作板12の周縁は、筐体11に固定されている。そのため、図7に示すように、操作板12がユーザによって押圧されると、操作板12は押圧された方向に凸となるように撓む。圧電センサ13も、押圧された方向に凸となるように撓む。
そのため、圧電センサ13は長手方向(Y方向)に伸びる(歪む)。すなわち圧電センサ13を構成する圧電フィルム21が長手方向に伸びる。そのため、圧電効果により圧電フィルム21は厚み方向に分極する。
圧電フィルム21の両面に発生した電荷により、複数の第1電極24及び複数の第2電極25に電荷が誘起される。複数の第1電極24及び複数の第2電極25に発生する電荷は、複数の第1配線124及び第2配線125を介して受信回路19へ出力される。
図6に戻り、受信回路19は、複数の第1電極24及び複数の第2電極25からの出力に基づく信号を押圧検知信号として生成し、制御部20へ出力する。具体的には受信回路19は、複数の第1電極24及び複数の第2電極25からの出力の、インピーダンス及び振幅レベル等を制御部20で扱いやすい条件に変換する。
制御部20は、受信回路19の出力に対して積分処理を行う。具体的には、制御部20は、受信回路19の出力電圧と基準電圧との差分が閾値を超えるか否かを判定する。差分が閾値を超えたとき、制御部20は、ユーザによって操作が行われたと判定する。
そして、制御部20は、差分が閾値を超えた区間について、受信回路19の出力電圧と基準電圧との差分を積分する。これにより、制御部20は、荷重に対応する積分値を求める。
制御部20は、積分値に基づいて、操作入力内容を認識する。制御部20は例えば、認識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101に表示する。
以上の構成において、図3、図5に示すように、複数の第1配線124は、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21又は複数の第2電極25のいずれかと重なったとしても、圧電フィルム21及び複数の第2電極25の両方と重ならないよう配置されている。
そのため、圧電センサ13では、押圧されたとき、圧電フィルム21に生じた電荷により第1電極24に電荷が誘起され、第1電極24に電圧が発生する。一方、領域124Aには、圧電フィルム21に生じた電荷による電荷の誘起は生じない。
したがって、圧電センサ13は、複数の第1電極24に発生する電圧を、複数の第1配線124から正確に検出することができる。
次に、図1に示す圧電センサ13と圧電センサ13の比較例に係る圧電センサ813とを比較する。まず、圧電センサ813の構成について説明する。
図8は、図1に示す圧電センサ13の比較例に係る圧電センサ813の平面図である。圧電センサ813は、複数の第1配線124が、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21及び複数の第2電極825の両方と重なる領域824Aを有する点で第1実施形態の圧電センサ13と相違する。すなわち、複数の第1配線124は、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21及び複数の第2電極25の両方と重なるよう配置されている。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。
次に、図1に示す圧電センサ13の電圧値と図8に示す圧電センサ813の電圧値とを比較する。
図9は、図8に示す圧電センサ813の中央が所定の力で押圧されたときに9つの第1電極24に発生する電圧値を示す図である。図10は、図3に示す圧電センサ13の中央が所定の力で押圧されたときに9つの第1電極24に発生する電圧値を示す図である。
なお、図9に示す9つの電圧値は、図8に示す9つの第1電極24に対応している。同様に、図10に示す9つの電圧値は、図3に示す9つの第1電極24に対応している。
圧電センサ813では、図9に示すように9つの電圧値が上下左右対称に分布していないことが明らかとなった。この理由は、圧電フィルム21及び複数の第2電極25の両方と重なっている領域824Aで、圧電フィルム21からの電圧が発生するためであると考えられる。そのため、圧電センサ813では、押圧された中央からずれた位置を押圧位置として検出してしまう可能性があり、精度を高めるためには電圧の補正が必要となる。また、配線電極の重なる面積が大きな上中央と上右部で大きな値が出ていることから、配線電極の影響が出ていることがわかる。
これに対して圧電センサ13では、図10に示すように9つの電圧値が上下左右対称に分布していることが明らかとなった。この理由は、複数の第1配線124が、圧電フィルム21及び複数の第2電極25の両方と重なっている領域824Aを有しないためであると考えられる。そのため、圧電センサ13は、押圧された中央を押圧位置として正確に検出することができる。
したがって、圧電センサ13は、複数の第1電極24に発生する電圧を複数の第1配線124から正確に検出することができる。
《第2の実施形態》
以下、本発明の第2実施形態に係る表示装置について説明する。
以下、本発明の第2実施形態に係る表示装置について説明する。
図11は、本発明の第2実施形態に係る表示装置に備えられる圧電センサ213の平面図である。図12は、図11に示すE-E線における断面図である。
圧電センサ213は、複数の第1配線124が、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21又は第2電極225のいずれかと重なり、且つ圧電フィルム21及び第2電極225の両方と重ならない領域224Aを有する点で第1実施形態の圧電センサ13と相違する。第2電極225は、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21より広い。領域224Aは、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21より外側に位置し、第2電極225と重なる。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。
以上の構成において、図11、図12に示すように、複数の第1配線124は、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21又は第2電極225のいずれかと重なったとしても、圧電フィルム21及び第2電極225の両方と重ならないよう配置されている。
そのため、圧電センサ213では、押圧されたとき、圧電フィルム21に生じた電荷により第1電極24に電荷が誘起され、第1電極24に電圧が発生する。一方、領域224Aには、圧電フィルム21に生じた電荷による電荷の誘起は生じない。
したがって、圧電センサ213は、複数の第1電極24に発生する電圧を、複数の第1配線124から正確に検出することができる。
また、第2電極225は平板電極であるため、パターニングする必要がない。そのため、圧電センサ213の製造コストを低減できる。
なお、後述の図13、図14に示す圧電センサ313と同様に、圧電フィルム221は孔部222を有し、複数の第1配線124は、第1面21Aを正面視したとき、孔部222から露出する(孔部22に重なる)領域224Bを有することが好ましい。この構成では、複数の第1配線124の全てが圧電フィルム21及び第2電極225の両方と重ならない。そのため、この構成では圧電センサ213は、複数の第1電極24に発生する電圧を複数の第1配線124からより正確に検出することができる。
《第3の実施形態》
以下、本発明の第3実施形態に係る表示装置について説明する。
以下、本発明の第3実施形態に係る表示装置について説明する。
図13は、本発明の第3実施形態に係る表示装置に備えられる圧電センサ313の平面図である。図14は、図13に示すG-G線における断面図である。
圧電センサ313は、複数の第1配線124が、第1面321Aを正面視したとき、圧電フィルム321又は第2電極325のいずれかと重なり、且つ圧電フィルム321及び第2電極325の両方と重ならない領域324A,324Bを有する点で第1実施形態の圧電センサ13と相違する。第2電極325は、第1面321Aを正面視したとき、圧電フィルム321より広い。本実施形態において複数の第1電極24の数は12である。領域324Aは、第1面321Aを正面視したとき、圧電フィルム321より外側に位置し、第2電極325と重なる。さらに、圧電フィルム321には孔部322が形成されており、領域324Bは、第1面321Aを正面視したとき、孔部322から露出している(孔部322に重なっている)。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。
以上の構成において、図13、図14に示すように、複数の第1配線124は、第1面321Aを正面視したとき、圧電フィルム321又は第2電極325のいずれかと重なったとしても、圧電フィルム321及び第2電極325の両方と重ならないよう配置されている。
そのため、圧電センサ313では、押圧されたとき、圧電フィルム321に生じた電荷により第1電極24に電荷が誘起され、第1電極24に電圧が発生する。一方、領域324A,324Bには、圧電フィルム321に生じた電荷による電荷の誘起は生じない。
したがって、圧電センサ313は、複数の第1電極24に発生する電圧を、複数の第1配線124から正確に検出することができる。
また、第2電極325は平板電極であるため、パターニングする必要がない。そのため、圧電センサ313の製造コストを低減できる。
《第4の実施形態》
以下、本発明の第4の実施形態に係る表示装置について説明する。
以下、本発明の第4の実施形態に係る表示装置について説明する。
図15は、本発明の第4の実施形態に係る表示装置に備えられる圧電センサ413の平面図である。図16は、図15に示すH-H線における断面図である。図17は、圧電センサ413が備える第2電極425およびシールド電極部431,432,433の平面図である。図17では、構造を分かりやすくするため、シールド電極部431,432,433をドットパターンで示している。
圧電センサ413は、第2電極425およびシールド電極部431,432,433を備える点で、第1の実施形態の圧電センサ13と異なる。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。
第2電極425は、矩形の平板電極である。第2電極425の形状は、第1の実施形態で説明した第2電極25と略同じである。
シールド電極部431,432,433は、開口と導体部とを有する、第2電極425よりも導体密度が小さな部分である。具体的には、シールド電極部431は、複数の矩形状の開口411と導体部とを有する、メッシュ状である。シールド電極部432は、複数の矩形状の開口412と導体部とを有する、メッシュ状である。シールド電極部433は、複数の矩形状の開口413と導体部とを有する、メッシュ状である。
シールド電極部431,432,433の導体部は、第2電極425に接続されている。開口411,412,413は、それぞれ周囲を導体部で囲まれた貫通孔である。シールド電極部431,432,433の導体部は、例えばITOを主成分とする導体膜からなる。
図15に示すように、複数の第1配線124は、第1面21Aを正面視したとき、シールド電極部431,432,433に重なるように配置されている。すなわち、複数の第1配線124は、シールド電極部431,432,433の導体部に重なる部分と、複数の開口411,412,413から露出する部分(複数の開口411,412,413に重なる部分)とを有する。
以上の構成により、第1配線124に対する外部からのノイズが、シールド電極部431,432,433で遮蔽されるため、圧電センサ413を外部ノイズの多い環境下に配置した場合でも、複数の第1配線124に対する外部ノイズの影響を抑制できる。したがって、この構成により、複数の第1電極24からの出力に基づく信号のSN比は向上する。
また、シールド電極部431,432,433はメッシュ状であり、第2電極425よりも導体密度が小さい。そのため、複数の第1配線124が、第1面21Aを正面視したとき、圧電フィルム21及びシールド電極部の両方に重なっている場合でも、複数の第1配線124には、圧電フィルム21に生じた電荷による電荷の誘起が生じ難い。すなわち、複数の第1配線124には、圧電フィルム21に生じた電荷に起因する、電圧は生じ難い。
したがって、圧電センサ413は、複数の第1電極24に発生する電圧を、複数の第1配線124から正確に検出することができる。
なお、第1面21Aを正面視したときの、複数の第1配線124とシールド電極部431,432,433の導体部とが重なる部分の面積は、より小さい方が好ましい。例えば、第1面21Aを正面視したときの、複数の第1配線124とシールド電極部431,432,433の導体部とが重なる部分の面積は、第1電極24の面積の5%以下(より好ましくは、1%以下。)であることが好ましい。この構成によれば、複数の第1配線124が、第1面21Aを正面視したとき、シールド電極部の導体部および圧電フィルム21の両方に重なっている場合でも、複数の第1電極24に発生する電圧の、検出精度に対する影響は殆どない(検出精度に対する影響を極めて小さい)。
また、シールド電極部がメッシュ状である場合には、例えば、第1面21Aを正面視したときに、シールド電極部の導体部のうち少なくとも複数の第1配線124に重なる部分の線幅が、複数の第1配線124の線幅以下であることが好ましい。この構成によれば、複数の第1配線124が、第1面21Aを正面視したとき、シールド電極部の導体部および圧電フィルム21の両方に重なっている場合でも、複数の第1電極24に発生する電圧の、検出精度に対する影響は殆どない(検出精度に対する影響を極めて小さい)。
本実施形態では、複数の開口411の数が11、複数の開口412の数が22、複数の開口413の数が22であるが、これに限るものではない。実施の際、複数の開口411,412,413の数はその他の数でもよい。また、複数の開口411,412,413の形状は矩形状に限るものではなく、その他の形状(例えば、円形、楕円形、L字等)でもよい。
また、本実施形態では、複数の開口411,412,413が、周囲を導体部で囲まれた貫通孔であるが、これに限るものではない。開口は、例えば導体部の周縁から内部に向かって延伸する切り欠き(スリット)であってもよい。
《その他の実施形態》
なお、前記各実施形態ではタッチ式入力装置として表示装置10で説明したが、これに限るものではない。実施の際、表示部を備えないタッチ式入力装置(例えばタッチパッド)に本発明を適用してもよい。
なお、前記各実施形態ではタッチ式入力装置として表示装置10で説明したが、これに限るものではない。実施の際、表示部を備えないタッチ式入力装置(例えばタッチパッド)に本発明を適用してもよい。
また、前記各実施形態では圧電センサ13,213,313,413の各層は、透明な粘着剤であるOCA23で接合されているが、これに限るものではない。実施の際、圧電センサ13の各層は、接着剤で接合されていてもよい。
また、前記各実施形態では複数の第1電極24の数は9又は12であるが、これに限るものではない。実施の際、複数の第1電極24の数はその他の数でもよい。
最後に、前記実施形態の説明は、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。
10…表示装置
11…筐体
12…操作板
13、213、313、413…圧電センサ
19…受信回路
20…制御部
21、221、321…圧電フィルム
21A、321A…第1面
21B…第2面
23…OCA
24…第1電極
25、225、325、425…第2電極
26、27…基板
30…表示部
100…タッチパネル
101…操作面
121…延伸方向
124…第1配線
124A、224A、224B、324A,324B…領域
125…第2配線
222、322…圧電フィルムの孔部
411、412、413…開口
431、432、433…シールド電極部
824A…領域
11…筐体
12…操作板
13、213、313、413…圧電センサ
19…受信回路
20…制御部
21、221、321…圧電フィルム
21A、321A…第1面
21B…第2面
23…OCA
24…第1電極
25、225、325、425…第2電極
26、27…基板
30…表示部
100…タッチパネル
101…操作面
121…延伸方向
124…第1配線
124A、224A、224B、324A,324B…領域
125…第2配線
222、322…圧電フィルムの孔部
411、412、413…開口
431、432、433…シールド電極部
824A…領域
Claims (5)
- 第1面及び第2面を有する圧電フィルムと、
前記第1面に対向する複数の第1電極と、
前記第2面に対向する第2電極と、
前記複数の第1電極に接続する複数の第1配線と、
を備え、
前記複数の第1配線は、前記第1面を正面視したとき、前記圧電フィルム又は前記第2電極のいずれかと重なり、且つ前記圧電フィルム及び前記第2電極の両方と重ならない領域を有する、圧電センサ。 - 前記第2電極の数は複数であり、
前記領域は、前記第1面を正面視したとき、各第2電極の間に設けられている、請求項1に記載の圧電センサ。 - 前記第2電極は、前記第1面を正面視したとき、前記圧電フィルムより広く、
前記領域は、前記第1面を正面視したとき、前記圧電フィルムより外側に位置し、前記第2電極と重なる、請求項1又は請求項2に記載の圧電センサ。 - 前記圧電フィルムには、孔部が形成されており、
前記領域は、前記第1面を正面視したとき、前記孔部から露出している、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧電センサ。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の圧電センサを備える、タッチ式入力装置。
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2019
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ENP | Entry into the national phase |
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