WO2019069730A1 - 折り畳み構造に用いられる押圧センサ及び電子機器 - Google Patents

折り畳み構造に用いられる押圧センサ及び電子機器 Download PDF

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piezoelectric film
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folding
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宏明 北田
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株式会社村田製作所
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    • G06F2203/04103—Manufacturing, i.e. details related to manufacturing processes specially suited for touch sensitive devices

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a pressure sensor used for a folding structure, and an electronic device using the same.
  • Patent Document 1 discloses a foldable smart phone. Further, Patent Document 2 discloses a touch panel sensor which simultaneously detects a pressed position and information of the magnitude of pressing force by providing a position detection element and a pressure sensor in an overlapping manner.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are diagrams for explaining a pressure sensor 90 used for the folding structure in the prior art.
  • the piezoelectric sheet 91 of the pressure sensor 90 when pressure is applied from one side in the unfolded state, the piezoelectric sheet 91 of the pressure sensor 90 is distorted in the direction in which it is pressed. The piezoelectric sheet 91 is distorted only in one direction, and thus generates charges of a predetermined polarity.
  • FIG. 10B when a pressure is applied from one side in the folded state, the piezoelectric sheet 91 of the pressure sensor 90 is distorted in the same direction in the upper and lower directions. Since the piezoelectric sheet is in a folded state, charges of opposite polarities are generated. Therefore, since the charge generated as a whole is canceled by the overlapping piezoelectric sheets, there is a possibility that the detection can not be performed with high sensitivity.
  • the objective of one Embodiment of this invention is to provide the press sensor used for the folding structure which can be detected with high sensitivity also in the folded state, and an electronic device using the same.
  • the pressure sensor used in the fold structure according to the embodiment of the present invention includes a foldable piezoelectric film, a first electrode disposed on a first major surface of the piezoelectric film, and a second major surface of the piezoelectric film.
  • a plurality of second electrodes disposed to face the first electrode and arranged in a line along a direction perpendicular to the folding line of the piezoelectric film, and a folding detection for detecting a state in which the piezoelectric film is folded Changing the processing of at least one of the signals generated at the second electrode when the piezoelectric film receives a pressing operation when the unit and the folding detection unit detect the folded state of the piezoelectric film And a processing unit.
  • the folding detection unit can detect a state in which the piezoelectric film is folded.
  • the orientations of the first major surfaces of the laminated piezoelectric films are opposite to each other.
  • at least one of the plurality of second electrodes overlaps in the stacking direction of the piezoelectric film.
  • An electronic device is characterized by including a pressure sensor used in the folding structure.
  • the pressure sensor used for the folding structure since the pressure sensor used for the folding structure is used, it can be applied to a foldable electronic device.
  • FIG. 1A is a perspective view of an electronic device provided with a pressure sensor used for the folding structure according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view thereof
  • FIG. 2 is a conceptual view for explaining a pressure sensor used in the folding structure according to the first embodiment
  • Fig. 3 (A) is an exploded perspective view of a sensor element used in the folding structure according to the first embodiment
  • Fig. 3 (B) is a plan view thereof.
  • FIG. 4 is a view for explaining a piezoelectric film according to the first embodiment.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views for explaining the folded state of the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view for explaining a pressure sensor used in the folding structure according to the second embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view of an electronic device provided with a pressure sensor used for the folding structure according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view thereof.
  • FIG. 2 is a conceptual view for explaining
  • FIG. 7 is a view for explaining a pressure sensor used in the folding structure according to the third embodiment.
  • FIG. 8A and FIG. 8B are views for explaining an electronic device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the generated potential according to the modification.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are views for explaining a pressure sensor used in the folding structure in the prior art.
  • the press sensor used for the electronic device and folding structure which concern on embodiment of this invention is demonstrated.
  • the "pressure sensor used in the folding structure” may be abbreviated as the “pressure sensor”.
  • FIG. 1A is a perspective view of an electronic device provided with a pressure sensor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line II shown in FIG. It is.
  • the electronic devices illustrated in FIGS. 1A and 1B are merely examples, and the present invention is not limited to this and can be appropriately changed in accordance with the specification.
  • wiring etc. are abbreviate
  • the electronic device 100 includes a substantially rectangular parallelepiped housing 102 whose upper surface is open.
  • the electronic device 100 includes a flat surface panel 103 disposed to seal the opening of the top surface of the housing 102.
  • the front panel 103 functions as an operation surface on which the user performs a touch operation using a finger or a pen.
  • the width direction (lateral direction) of the housing 102 is taken as the X direction
  • the length direction (longitudinal direction) is taken as the Y direction
  • the thickness direction is taken as the Z direction.
  • the electronic device 100 includes the display unit 104 and the pressure sensor 1 inside the housing 102.
  • the pressure sensor 1 and the display unit 104 are stacked in this order from the inside to the outside of the housing 102.
  • the display unit 104 is formed on the surface of the front panel 103 inside the housing 102.
  • the pressure sensor 1 and the display unit 104 may be arranged in the opposite manner. In this case, the pressure sensor 1 is formed of a light transmitting material.
  • the electronic device 100 is entirely formed of a flexible material.
  • the electronic device 100 can be folded with the X direction as a bending line. That is, the electronic device 100 can be opened and closed or wound.
  • the pressure sensor 1 When the user performs a touch operation on the front panel 103 using a finger or a pen, a pressing force is transmitted to the pressing sensor 1 through the front panel 103 and the display unit 104. Although described in detail later, the pressure sensor 1 outputs a potential corresponding to the pressure applied by the operation received by the front panel 103.
  • FIG. 2 is a conceptual view for explaining a pressure sensor used in the folding structure according to the first embodiment.
  • the pressure sensor 1 includes a sensor element 20, a folding detection unit 21, a direction detection unit 22, and a processing unit 25.
  • the processing unit 25 includes a polarity change switch 23 and a circuit 24.
  • FIG. 3A is an exploded perspective view of the sensor element according to the first embodiment
  • FIG. 3B is a plan view in the XY plane.
  • the sensor element 20 includes a piezoelectric film 10, a first electrode 11, and a plurality of second electrodes 12.
  • illustrations other than the piezoelectric film 10, the first electrode 11, and the second electrode 12 are omitted.
  • the piezoelectric film 10 has a first major surface 14 and a second major surface 15.
  • the first electrode 11 has a flat film shape, and is formed in a rectangular shape like the piezoelectric film 10 in a plan view.
  • the first electrode 11 is provided on the first major surface 14 of the piezoelectric film 10.
  • Each of the plurality of second electrodes 12 has a flat film shape, and is provided on the second major surface 15 of the piezoelectric film 10.
  • the second electrodes 12 are arranged side by side along a Y direction orthogonal to the X direction which is a folding line of the piezoelectric film 10. The number and shape of the second electrodes 12 can be appropriately changed according to the specification.
  • the pressure sensor 1 When the pressure sensor 1 is viewed in plan as shown in FIG. 3B, at least one of the first electrode 11 and the second electrode 12 completely overlaps the piezoelectric film 10 in a top view, or the surface direction inner than the piezoelectric film 10 It is good to be located in Thereby, the short circuit in the end of the 1st electrode 11 and the 2nd electrode 12 can be controlled.
  • FIG. 4 is a plan view of the piezoelectric film 10.
  • the piezoelectric film 10 may be a film formed of a chiral polymer.
  • polylactic acid (PLA) particularly L-type polylactic acid (PLLA) is used as the chiral polymer.
  • PLLA consisting of a chiral polymer has a helical structure in the main chain.
  • PLLA is uniaxially stretched to have piezoelectricity when molecules are oriented.
  • the uniaxially stretched PLLA generates a voltage when the flat surface of the piezoelectric film 10 is pressed. At this time, the amount of voltage generated depends on the amount of displacement in which the flat surface is displaced in the direction perpendicular to the flat surface depending on the amount of pressure.
  • the uniaxial stretching direction of the piezoelectric film 10 is a direction forming an angle of 45 degrees with respect to the Y direction and the Z direction as shown by an arrow 901 in FIG. 4.
  • the 45 degrees include an angle including, for example, 45 degrees ⁇ 10 degrees.
  • PLLA does not need to be subjected to poling treatment like other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics, because PLLA produces piezoelectricity by orientation processing of molecules by drawing or the like. That is, the piezoelectricity of PLLA which does not belong to the ferroelectric is not expressed by the polarization of ions as in the case of a ferroelectric such as PVDF or PZT but is derived from a helical structure which is a characteristic structure of a molecule. is there. For this reason, PLLA does not have pyroelectricity that occurs with other ferroelectric piezoelectric materials.
  • the pressure sensor 1 can be formed thin because it is not affected by the temperature or frictional heat of the user's finger. Furthermore, although PVDF and the like show variations in the piezoelectric constant over time, and in some cases the piezoelectric constant may significantly decrease, the piezoelectric constant of PLLA is extremely stable over time. Therefore, displacement due to pressing can be detected with high sensitivity without being affected by the surrounding environment.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 formed on both main surfaces of the piezoelectric film 10 metal-based electrodes such as aluminum and copper can be used.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 can be made of a highly transparent material such as ITO or PEDOT.
  • the folding detection unit 21 detects a state in which the electronic device 100 is folded. That is, the folding detection unit 21 detects a state in which the piezoelectric film 10 provided in the sensor element 20 is folded.
  • the processing unit 25 is generated at the second electrode. Modify the processing of at least one of the signals.
  • the direction detection unit 22 detects from which direction the sensor element 20 receives a pressing operation. For example, when the user presses the sensor element 20 from the positive direction side of the Z axis shown in FIG. 3A, the piezoelectric film 10 generates a charge of a polarity according to the direction.
  • the direction detection unit 22 detects the direction in which the pressing operation is received according to the polarity of the generated charge.
  • the folded state of the piezoelectric film 10 and the change in processing performed by the processing unit 25 will be described in detail below.
  • FIG. 5A to FIG. 5C are cross-sectional views for explaining the folded state of the sensor element 20 according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of the sensor element 20 in a state in which the electronic device 100 is not folded.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the sensor element 20 in a state in which the electronic device 100 is folded in half along the line II of FIG. 5A.
  • FIG. 5C is a cross-sectional view of the sensor element 20 in a state in which a part of the electronic device 100 is folded along the line III in FIG. 5A.
  • the second electrode 12 includes a second electrode 120 to a second electrode 129.
  • the second electrode 120 to the second electrode 129 are all arranged in the positive direction of the Z axis with respect to the piezoelectric film 10. In this state, even when the sensor element 20 is pressed from either positive or negative direction of the Z axis, all of the second electrode 120 to the second electrode 129 detect charges of the same polarity.
  • the folding detection unit 21 receives a signal in which the second electrode 120 to the second electrode 129 detect charges of the same polarity, and detects a state in which the electronic device 100 is not folded.
  • the processing unit 25 detects the second electrode 12 even if the sensor element 20 (piezoelectric film 10) receives a pressing operation.
  • the signal generated by (the second electrode 1202 to the second electrode 129) is output as it is without being changed.
  • the second electrode 120 to the second electrode 124 are arranged in the positive direction of the Z axis from the line II to the second electrode 125.
  • the second electrode 129 is located in the negative direction of the Z axis from the line II.
  • the second electrode 120 to the second electrode 124 are aligned with the piezoelectric film 10 in the positive direction of the Z axis.
  • the second electrode 125 to the second electrode 129 are arranged in the negative direction of the Z axis.
  • the second electrode 120 to the second electrode 124 and the second electrode 125 to the second electrode 129 have charges of opposite polarities respectively.
  • the processing unit 25 selects the second electrode 125 to the second electrode. An instruction to reverse the charge generated at 129 is issued.
  • the polarity change switch 23 reverses the charges generated in the second electrode 125 to the second electrode 129 in response to an instruction from the processing unit 25.
  • the charges generated from the second electrode 120 to the second electrode 124 have the same polarity, and the polarities of the charges generated from the second electrode 125 to the second electrode 129 are inverted in reverse and output to the circuit 24.
  • the charge generated from the second electrode 121 can be prevented from being erased by the charge generated from the second electrode 128 at the position overlapping in the Z-axis direction.
  • the second electrode 120 to the second electrode 122 are in the positive direction of the line III to the Z axis, and the second electrode The 123 to the second electrode 129 are positioned in the negative direction of the line II to the Z axis.
  • the second electrode 120 to the second electrode 122 are aligned with the piezoelectric film 10 in the positive direction of the Z axis.
  • the second electrode 123 to the second electrode 129 are arranged in the negative direction of the Z axis.
  • the second electrode 120 to the second electrode 122 and the second electrode 123 to the second electrode 129 respectively have charges of opposite polarities.
  • the processing unit 25 selects the second electrode 120 and the second electrode. An instruction to reverse the charge generated at 121 is issued.
  • the polarity change switch 23 reverses the charges generated in the second electrode 120 and the second electrode 121 in response to an instruction in the processing unit 25.
  • the charges generated from the second electrode 124 to the second electrode 129 have the same polarity, and the charges generated from the second electrode 120 and the second electrode 121 are inverted in reverse and output to the circuit 24. Thereby, for example, the charge generated from the second electrode 121 can be prevented from being erased by the charge generated from the second electrode 124 at the position overlapping in the Z-axis direction.
  • the processing unit 25 can also issue an instruction to make the charges generated from the second electrode 122 and the second electrode 123 existing near the folding line III as zero.
  • the charge generated from the second electrode 122 and the second electrode 123 is output from the circuit 24 as zero.
  • an accurate charge may not be obtained from the electrode existing near the folding line. By making the charge generated from the electrode present near the folding line zero, it is possible to more accurately detect the required generated charge.
  • FIG. 6 is a view for explaining a pressure sensor used in the folding structure according to the second embodiment.
  • the pressure sensor 2 according to the second embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment except that the circuit of the processing unit 25 performs signal processing in place of the polarity change switch 23. Therefore, in the second embodiment, only differences from the first embodiment will be described, and the description will be omitted.
  • the processing unit 25 includes a charge amplifier 61, a switch 62, a first amplification circuit 63, a second amplification circuit 64, and a data detection unit 65.
  • the charge amplifier 61 adjusts the voltage obtained from each second electrode 12.
  • the switch 62 receives an instruction from the folding detection unit 21 and the direction detection unit 22.
  • the folding detection unit 21 detects whether or not the sensor element 20 has been folded.
  • the switch 62 switches the direction in which the signal adjusted by the charge amplifier 61 is output to the first amplifier circuit 63 or the second amplifier circuit 64. Switching of the switch 62 is performed based on a detection signal of the folding detection unit 21.
  • the switch 62 switches the signal in the direction to output the signal to the first amplification circuit 63.
  • the switch 62 switches the signal in the direction to output the signal to the second amplification circuit 64.
  • the gain adjustment is performed, for example, so that the signal output from the second electrode 12 pressed and operated from a predetermined one direction detected by the direction detection unit 22 is increased in the first amplifier circuit 63. Further, the signal output from the second electrode 12 pressed and operated from the opposite direction of the predetermined one direction detected by the direction detection unit 22 is reduced in the second amplification circuit 64.
  • the data detection unit 65 detects a signal output from the first amplification circuit 63 or the second amplification circuit 64. As a result, different processing is performed in the state in which the sensor element 20 is folded and in the state in which the sensor element 20 is not folded. Therefore, even when the sensor element 20 is folded, the pressing operation can be detected with high sensitivity by performing different processing on the output signal.
  • FIG. 7 is a view for explaining a pressure sensor used in the folding structure according to the third embodiment.
  • the pressure sensor 3 according to the third embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment except that the pressure sensor 27 and the second electrode 72 for the capacity detector 27 are further provided. Therefore, in the third embodiment, only differences from the first embodiment will be described, and the description will not be repeated.
  • the pressure sensor 3 includes a sensor element 30 and a capacitance detection unit 27.
  • the sensor element 30 includes a second electrode 12 and a second electrode 72. Similar to the second electrode 12, the second electrodes 72 are arranged side by side along the Y direction orthogonal to the X direction which is a folding line of the piezoelectric film 10. The number and shape of the second electrodes 12 can be appropriately changed according to the specification.
  • the second electrode 12 and the second electrode 72 are formed as a pair, but the invention is not limited thereto.
  • the second electrode 72 is formed more than the second electrode 12. It is also good.
  • the capacitance detection unit 27 detects the capacitance between the facing second electrodes 72. For example, it is a capacitance between the second electrode 121 and the second electrode 72 in the pair, and the second electrode 128 and the second electrode 72 in the pair. At this time, the capacitance between the second electrode 124 and the second electrode 125 adjacent to the folding line II in the second electrode 72 and the second electrode 72 of the pair is different from that between the other second electrodes 72. This makes it possible to accurately detect at which position the sensor element 30 is folded. Further, by obtaining the change of the capacitance detected by the capacitance detection unit 27 as needed, it is possible to detect the open / close state of the pressure sensor 3.
  • FIG. 8A and FIG. 8B are views for explaining an electronic device according to the fourth embodiment.
  • the electronic device 200 according to the fourth embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment except that the electronic device 200 further includes the camera 204. Therefore, in the fourth embodiment, only differences from the first embodiment will be described, and the description will be omitted. In the fourth embodiment, a state in which the electronic device 200 is folded will be described.
  • the camera 204 corresponds to the “image acquisition unit” in the present invention.
  • the electronic device 200 includes the camera 204.
  • the camera 204 can acquire an image of the user.
  • the camera 204 can not acquire an image of the user. By analyzing the image in the camera 204, it can be determined which surface of the electronic device 200 is being operated in a state where the electronic device 200 is folded.
  • FIG. 9 is a view for explaining a sensor element according to a modification.
  • the sensor element 40 according to the modification further differs from the sensor element 20 in the arrangement and the shape of the second electrode 12.
  • the sensor element 40 in the sensor element 40, a plurality of second electrodes 12 are provided along the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the sensor element 40 can detect the folded state of the sensor element 40 not only when the folding line is in the X axis direction but also when it is in the Y axis direction.

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Abstract

折り畳み可能な圧電フィルム（１０）と、圧電フィルム（１０）の第１主面（１４）に配置される第１電極（１１）と、圧電フィルム（１０）の第２主面（１５）に、第１電極（１１）と対向するように、且つ圧電フィルム（１０）の折り畳み線と直交する方向に沿って並んで配置される複数の第２電極（１２）と、圧電フィルム（１０）が折り畳まれた状態を検知する折り畳み検知部（２１）と、折り畳み検知部（２１）が圧電フィルム（１０）の折り畳まれた状態を検知した場合に、圧電フィルム（１０）が押圧操作を受け付けたとき、第２電極（１２）で発生する信号のうち少なくとも1つの処理を変更する処理部（２５）と、を備える。

Description

折り畳み構造に用いられる押圧センサ及び電子機器
　本発明の一実施形態は、折り畳み構造に用いられる押圧センサ、及びこれを用いた電子機器に関する。
　特許文献１には、折り畳み可能なスマートフォンが開示されている。また、特許文献２には、位置検出用素子と感圧センサを重ねて設けることにより、押した位置と押圧力の大きさの情報とを同時に検出するタッチパネルセンサが開示されている。
米国特許第９３４８３６２号明細書 国際公開第２０１２／１３７８９７号公報
　特許文献１に記載のスマートフォンに特許文献２に記載のタッチパネルセンサを用いる場合が考えられる。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は従来技術における折り畳み構造に用いられる押圧センサ９０を説明するための図である。この場合、図１０（Ａ）に示すように、折り畳んでいない状態において一方から押圧を加えると、押圧センサ９０の圧電性シート９１は押された方向へ歪む。圧電性シート９１は一方向にのみ歪むため、所定の極性の電荷を発生する。これに対して、図１０（Ｂ）に示すように、折り畳んだ状態において一方から押圧を加えると、押圧センサ９０の圧電性シート９１は重なった上下共に同一の方向へ歪む。圧電性シートは折り畳んだ状態であるため、互いに逆の極性の電荷を発生する。従って、全体として発生する電荷としては、重なった圧電性シート同士でキャンセルされるため、感度良く検知できなくなるおそれがある。
　そこで、本発明の一実施形態の目的は、折り畳んだ状態においても、感度良く検知できる折り畳み構造に用いられる押圧センサ、及びこれを用いた電子機器を提供することにある。
　本発明の一実施形態に係る折り畳み構造に用いられる押圧センサは、折り畳み可能な圧電フィルムと、前記圧電フィルムの第１主面に配置される第１電極と、前記圧電フィルムの第２主面に、前記第１電極と対向するように、且つ前記圧電フィルムの折り畳み線と直交する方向に沿って並んで配置される複数の第２電極と、前記圧電フィルムが折り畳まれた状態を検知する折り畳み検知部と、前記折り畳み検知部が前記圧電フィルムの折り畳まれた状態を検知した場合に、前記圧電フィルムが押圧操作を受け付けたとき、前記第２電極で発生する信号のうち少なくとも1つの処理を変更する処理部と、を備えることを特徴とする。
　この構成では、折り畳み検知部は圧電フィルムが折り畳まれた状態を検知することができる。圧電フィルムが折り畳まれた状態において、積層された圧電フィルムの第１主面の向きは互いに逆になる。このとき、複数の第２電極のうち少なくとも1つは、圧電フィルムの積層方向に重なる。このように
圧電フィルムが折り畳まれた状態において、圧電フィルムが押圧操作を受け付けたとき、処理部は第２電極で発生する信号のうち少なくとも1つの処理を変更する。これにより、第２電極で発生する信号を、圧電フィルムが折り畳まれた状態と折り畳まれていない状態において変化させることができる。従って、圧電フィルムが折り畳まれた状態においても、感度良く検知することができる。
　本発明の一実施形態に係る電子機器は、前記折り畳み構造に用いられる押圧センサを備えることを特徴とする。
　この構成では、前記折り畳み構造に用いられる押圧センサが用いられるため、折り畳み可能な電子機器に適応することができる。
　本発明の一実施形態によれば、折り畳んだ状態においても、感度良く検知できる。
図１（Ａ）は第一実施形態に係る折り畳み構造に用いられる押圧センサを備えた電子機器の斜視図、図１（Ｂ）はその断面図である。 図２は第一実施形態に係る折り畳み構造に用いられる押圧センサを説明するための概念図である。 図３（Ａ）は第一実施形態に係る折り畳み構造に用いられるセンサ素子の分解斜視図、図３（Ｂ）はその平面図である。 図４は第一実施形態に係る圧電フィルムを説明するための図である。 図５（Ａ）～図５（Ｃ）は第一実施形態に係るセンサ素子の折り畳んだ状態を説明するための断面概略図である。 図６は第二実施形態に係る折り畳み構造に用いられる押圧センサを説明するための図である。 図７は第三実施形態に係る折り畳み構造に用いられる押圧センサを説明するための図である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は第四実施形態に係る電子機器を説明するための図である。 図９は変形例に係る発生電位を説明するための図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は従来技術における折り畳み構造に用いられる押圧センサを説明するための図である。
　以下、本発明の実施形態に係る電子機器及び折り畳み構造に用いられる押圧センサについて説明する。なお、以下、説明の都合上、「折り畳み構造に用いられる押圧センサ」を「押圧センサ」と省略して記すこともある。
　図１（Ａ）は、本発明の第一実施形態に係る押圧センサを備えた電子機器の斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すＩ－Ｉ線における模式的な断面図である。なお、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す電子機器はあくまで一例であり、これに限るものではなく仕様に応じて適宜変更することができる。また、各図面において、説明の都合上配線などは省略している。
　図１（Ａ）に示すように、電子機器１００は、上面が開口した略直方体形状の筐体１０２を備える。電子機器１００は、筐体１０２の上面の開口部を封止するように配置された平板状の表面パネル１０３を備える。表面パネル１０３は、利用者が指やペンなどを用いてタッチ操作を行う操作面として機能する。以下では、筐体１０２の幅方向（横方向）をＸ方向とし、長さ方向（縦方向）をＹ方向とし、厚み方向をＺ方向として説明する。
　図１（Ｂ）に示すように、電子機器１００は、筐体１０２の内側に表示部１０４、及び押圧センサ１を備える。押圧センサ１及び表示部１０４は、この順に筐体１０２の内側から外側に向かって積層されている。表示部１０４は、表面パネル１０３の筐体１０２内側の面に形成されている。なお、押圧センサ１及び表示部１０４は、逆の配置であってもよい。この場合、押圧センサ１は透光性を有するもので形成される。
　電子機器１００は、全体が可撓性を有する材料で形成されている。第一実施形態において、電子機器１００はＸ方向を折れ曲がり線として折り畳むことができる。すなわち、電子機器１００は、開閉または巻回することができる。
　表面パネル１０３に利用者が指やペンなどを用いてタッチ操作を行うと、表面パネル１０３及び表示部１０４を介して押圧センサ１に押圧力が伝わる。後で詳述するが、押圧センサ１は、表面パネル１０３で受け付けた操作による押圧力に応じた電位を出力する。
　図２は第一実施形態に係る折り畳み構造に用いられる押圧センサを説明するための概念図である。図２に示すように、押圧センサ１は、センサ素子２０と、折り畳み検知部２１と、方向検知部２２と、処理部２５と、を備える。処理部２５は、極性変更スイッチ２３と、回路２４と、を備える。
　図３（Ａ）は第一実施形態に係るセンサ素子の分解斜視図、図３（Ｂ）はそのＸ－Ｙ平面における平面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、センサ素子２０は、圧電フィルム１０、第１電極１１、及び複数の第２電極１２を備える。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では、圧電フィルム１０、第１電極１１、及び第２電極１２以外の図示は省略している。
　圧電フィルム１０は、第１主面１４及び第２主面１５を有する。第１電極１１は平膜状であり、平面視で圧電フィルム１０と同様に矩形状に形成されている。第１電極１１は、圧電フィルム１０の第１主面１４に設けられている。複数の第２電極１２は、それぞれ平膜状であり、圧電フィルム１０の第２主面１５に設けられている。第２電極１２は、圧電フィルム１０の折り畳み線であるＸ方向と直交するＹ方向に沿って並んで配置されている。第２電極１２の数や形状は、仕様に応じて適宜変更可能である。
　図３（Ｂ）のように押圧センサ１を平面視した時、第１電極１１又は第２電極１２の少なくとも一方は、上面視で圧電フィルム１０と完全に重なるか、圧電フィルム１０より面方向内側に位置していると良い。これにより、第１電極１１及び第２電極１２の端部における短絡を抑制できる。
　図４は、圧電フィルム１０を平面視した図である。図４に示すように、圧電フィルム１０はキラル高分子から形成されるフィルムであってもよい。キラル高分子として、第一実施形態では、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を用いている。キラル高分子からなるＰＬＬＡは、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸されて分子が配向すると圧電性を有する。そして、一軸延伸されたＰＬＬＡは、圧電フィルム１０の平板面が押圧されることにより、電圧を発生する。この際、発生する電圧量は、押圧量により平板面が当該平板面に直交する方向へ変位する変位量に依存する。
　第一実施形態では、圧電フィルム１０（ＰＬＬＡ）の一軸延伸方向は、図４の矢印９０１に示すように、Ｙ方向及びＺ方向に対して４５度の角度を成す方向としている。この４５度には、例えば４５度±１０度程度を含む角度を含む。これにより、圧電フィルム１０が押圧されることにより電圧が発生する。
　ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じるため、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又は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。焦電性がないため、ユーザの指の温度や摩擦熱による影響が生じないため、押圧センサ１を薄く形成することができる。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。従って、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。
　圧電フィルム１０の両主面に形成されている第１電極１１及び第２電極１２は、アルミニウムや銅等の金属系の電極を用いることができる。また電極に透明性が求められる場合、第１電極１１及び第２電極１２は、ＩＴＯやＰＥＤＯＴなどの透明性の高い材料を用いることができる。このような第１電極１１及び第２電極１２を設けることで、圧電フィルム１０が発生する電荷を電圧として取得でき、押圧量に応じた電圧値の押圧量検出信号を外部へ出力することができる。
　折り畳み検知部２１は、電子機器１００が折り畳まれた状態を検知する。すなわち、折り畳み検知部２１は、センサ素子２０に備えられている圧電フィルム１０が折り畳まれた状態を検知する。
　折り畳み検知部２１がセンサ素子２０、すなわち圧電フィルム１０の折り畳まれた状態を検知した場合に、センサ素子２０（圧電フィルム１０）が押圧操作を受け付けると、処理部２５は前記第２電極で発生する信号のうち少なくとも1つの処理を変更する。方向検知部２２は、センサ素子２０がいずれの方向から押圧操作を受け付けたかを検知する。例えば、図３（Ａ）に示すＺ軸の正方向側からユーザがセンサ素子２０を押した場合、圧電フィルム１０は向きに応じた極性の電荷を発生する。発生した電荷の極性に応じて、方向検知部２２は押圧操作を受け付けた向きを検知する。圧電フィルム１０の折り畳まれた状態と処理部２５が行う処理の変更について以下詳細に説明する。
　図５（Ａ）～図５（Ｃ）は第一実施形態に係るセンサ素子２０の折り畳んだ状態を説明するための断面図である。図５（Ａ）は、電子機器１００が折り畳まれていない状態におけるセンサ素子２０の断面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の線ＩＩで電子機器１００が半分に折り畳まれた状態におけるセンサ素子２０の断面図である。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の線ＩＩＩで電子機器１００の一部が折り畳まれた状態におけるセンサ素子２０の断面図である。図５（Ａ）～図５（Ｃ）に示すように、第２電極１２は、第２電極１２０～第２電極１２９からなる。
　図５（Ａ）に示すように電子機器１００が折り畳まれていない状態において、第２電極１２０～第２電極１２９は圧電フィルム１０に対してＺ軸の正の方向に全て並ぶ。この状態において、センサ素子２０はＺ軸の正負いずれの方向から押された場合であっても、第２電極１２０～第２電極１２９は全て同じ極性の電荷を検知する。
　折り畳み検知部２１は、第２電極１２０～第２電極１２９が全て同じ極性の電荷を検知した信号を受けて、電子機器１００が折り畳まれていない状態を検知する。折り畳み検知部２１がセンサ素子２０、すなわち圧電フィルム１０の折り畳まれた状態を検知していない場合、センサ素子２０（圧電フィルム１０）が押圧操作を受け付けても、処理部２５は前記第２電極１２（第２電極１２０～第２電極１２９）で発生する信号の処理を変更することなくそのまま出力する。
　図５（Ｂ）に示すように、線ＩＩで電子機器１００が半分に折り畳まれた状態において、第２電極１２０～第２電極１２４は線ＩＩからＺ軸の正の方向に、第２電極１２５～第２電極１２９は線ＩＩからＺ軸の負の方向に位置する。第２電極１２０～第２電極１２４は圧電フィルム１０に対してＺ軸の正の方向に並ぶ。第２電極１２５～第２電極１２９はＺ軸の負の方向に並ぶ。この状態において、センサ素子２０はＺ軸の正負いずれの方向から押された場合、第２電極１２０～第２電極１２４と、第２電極１２５～第２電極１２９とはそれぞれ逆の極性の電荷を検知する。
　折り畳み検知部２１は、第２電極１２０～第２電極１２９が異なる極性の電荷を検知した信号を受けて、電子機器１００が第２電極１２４と第２電極１２５との間で折り畳まれている状態を検知する。折り畳み検知部２１がセンサ素子２０、すなわち圧電フィルム１０の折り畳まれた状態を検知した場合、センサ素子２０（圧電フィルム１０）が押圧操作を受け付けると、処理部２５は第２電極１２５～第２電極１２９で発生する電荷を逆に反転する指示を出す。極性変更スイッチ２３は、処理部２５において指示を受けて第２電極１２５～第２電極１２９で発生する電荷を逆に反転する。第２電極１２０～第２電極１２４から発生した電荷はそのままの極性で、第２電極１２５～第２電極１２９から発生した電荷の極性は逆に反転されて回路２４に出力される。これにより、例えば第２電極１２１から発生した電荷は、Ｚ軸方向に重なる位置にある第２電極１２８から発生した電荷によってうち消されることを防止できる。
　図５（Ｃ）に示すように、線ＩＩＩで電子機器１００の一部が折り畳まれた状態において、第２電極１２０～第２電極１２２は線ＩＩＩからＺ軸の正の方向に、第２電極１２３～第２電極１２９は線ＩＩからＺ軸の負の方向に位置する。第２電極１２０～第２電極１２２は圧電フィルム１０に対してＺ軸の正の方向に並ぶ。第２電極１２３～第２電極１２９はＺ軸の負の方向に並ぶ。この状態において、センサ素子２０はＺ軸の正負いずれの方向から押された場合、第２電極１２０～第２電極１２２と、第２電極１２３～第２電極１２９とはそれぞれ逆の極性の電荷を検知する。
　折り畳み検知部２１は、第２電極１２０～第２電極１２９が異なる極性の電荷を検知した信号を受けて、電子機器１００が第２電極１２２と第２電極１２３との間で折り畳まれている状態を検知する。折り畳み検知部２１がセンサ素子２０、すなわち圧電フィルム１０の折り畳まれた状態を検知した場合、センサ素子２０（圧電フィルム１０）が押圧操作を受け付けると、処理部２５は第２電極１２０及び第２電極１２１で発生する電荷を逆に反転する指示を出す。極性変更スイッチ２３は、処理部２５において指示を受けて第２電極１２０及び第２電極１２１で発生する電荷を逆に反転する。第２電極１２４～第２電極１２９から発生した電荷はそのままの極性で、第２電極１２０及び第２電極１２１から発生した電荷は逆に反転されて回路２４に出力される。これにより、例えば第２電極１２１から発生した電荷は、Ｚ軸方向に重なる位置にある第２電極１２４から発生した電荷によってうち消されることを防止できる。
　またこのとき、処理部２５は折り畳み線である線ＩＩＩの付近に存在する第２電極１２２及び第２電極１２３から発生する電荷をゼロにする指示を出すことも可能である。第２電極１２２及び第２電極１２３から発生した電荷は、ゼロとして回路２４から出力される。第２電極１２２及び第２電極１２３付近では、圧電フィルム１０がＸ－Ｙ平面に平行ではなく歪んでいるため、折り畳み線付近に存在する電極からは正確な電荷が得られない場合がある。折り畳み線付近に存在する電極から発生する電荷をゼロにすることにより、必要とする発生した電荷をより正確に検知することができる。
　図６は、第二実施形態に係る折り畳み構造に用いられる押圧センサを説明するための図である。第二実施形態に係る押圧センサ２は、極性変更スイッチ２３の代わりに処理部２５の回路において信号の処理を行うこと以外は第一実施形態と概ね同様の構成となっている。従って、第二実施形態においては、第一実施形態と異なるところについてのみ説明を行い、後は省略する。
　図６に示すように、処理部２５は、チャージアンプ６１、スイッチ６２、第１増幅回路６３、第２増幅回路６４、及びデータ検出部６５を備える。チャージアンプ６１は各第２電極１２から得られた電圧を調整する。スイッチ６２は、折り畳み検知部２１及び方向検知部２２の指示を受け付ける。折り畳み検知部２１はセンサ素子２０から折り畳まれたか否かを検知する。スイッチ６２は、チャージアンプ６１で調整された信号を第１増幅回路６３又は第２増幅回路６４へ出力する方向を切り変える。スイッチ６２の切り替えは、折り畳み検知部２１の検知信号を基に行う。
　例えば、折り畳み検知部２１はセンサ素子２０から折り畳まれた状態を検知した場合、スイッチ６２は信号を第１増幅回路６３へ出力する方向へ切り変える。折り畳み検知部２１はセンサ素子２０から折り畳まれていない状態を検知した場合、スイッチ６２は信号を第２増幅回路６４へ出力する方向へ切り変える。
　第１増幅回路６３又は第２増幅回路６４においては、それぞれ異なるゲイン調整が行われる。ゲイン調整は、例えば、方向検知部２２において検知された所定の一方向から押圧操作された第２電極１２から出力された信号を第１増幅回路６３において増加させるように行う。また、方向検知部２２において検知された所定の一方向の逆方向から押圧操作された第２電極１２から出力された信号を第２増幅回路６４において減少させるように行う。
　データ検出部６５は、第１増幅回路６３又は第２増幅回路６４から出力された信号を検出する。これにより、センサ素子２０が折り畳まれた状態とそうでない状態において、それぞれ異なった処理が行われる。従って、センサ素子２０が折り畳まれた状態であっても、出力信号に異なった処理が施されることにより、押圧操作を感度良く検知することができる。
　図７は第三実施形態に係る折り畳み構造に用いられる押圧センサを説明するための図である。第三実施形態に係る押圧センサ３は、さらに容量検出部２７、及び容量検出部２７用の第２電極７２を備えること以外は第一実施形態と概ね同様の構成となっている。従って、第三実施形態においては、第一実施形態と異なるところについてのみ説明を行い、後は省略する。
　図７に示すように、押圧センサ３は、センサ素子３０及び容量検出部２７を備える。センサ素子３０は、第２電極１２及び第２電極７２を備える。第２電極７２は、第２電極１２と同様に、圧電フィルム１０の折り畳み線であるＸ方向と直交するＹ方向に沿って並んで配置されている。第２電極１２の数や形状は、仕様に応じて適宜変更可能である。なお、押圧センサ３において、第２電極１２及び第２電極７２は対として形成されているが、これに限られず、例えば、第２電極７２は第２電極１２に対してさらに多く形成されていてもよい。
　例えば、図５（Ｂ）に示すように折り畳まれた状態のセンサ素子３０について説明する。容量検出部２７は、向かい合う第２電極７２間の静電容量を検知する。例えば、第２電極１２１と対の第２電極７２と、第２電極１２８と対の第２電極７２と、の間の静電容量である。このとき、第２電極７２のうち折り畳み線ＩＩに近接する第２電極１２４及び第２電極１２５と対の第２電極７２の間の静電容量は、他の第２電極７２の間と異なる。これにより、センサ素子３０がどの位置で折り畳まれているかを正確に検知することができる。また、容量検出部２７で検知されている静電容量の変化を随時得ることにより、押圧センサ３の開閉状態を検知することが可能となる。
　図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は第四実施形態に係る電子機器を説明するための図である。第四実施形態に係る電子機器２００は、さらにカメラ２０４を備えること以外は第一実施形態と概ね同様の構成となっている。従って、第四実施形態においては、第一実施形態と異なるところについてのみ説明を行い、後は省略する。第四実施形態において、電子機器２００が折り畳まれた状態について説明する。なお、カメラ２０４は本発明における「画像取得部」に相当する。
　図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、電子機器２００は、カメラ２０４を備える。例えば、ユーザが図８（Ａ）に示す方向から電子機器２００を操作する場合、カメラ２０４はユーザの姿の画像を取得することができる。逆に、ユーザが図８（Ｂ）に示す方向から電子機器２００を操作する場合、カメラ２０４はユーザの姿の画像を取得することができない。カメラ２０４における画像を解析することにより、電子機器２００が折り畳まれた状態において、電子機器２００のいずれの面が操作されているかを判断することができる。
　図９は、変形例に係るセンサ素子を説明するための図である。変形例に係るセンサ素子４０は、さらにセンサ素子２０と比べて第２電極１２の配置及び形状が異なる。
　図９に示すように、センサ素子４０において第２電極１２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿ってそれぞれ複数設けられている。これにより、センサ素子４０は折り畳み線がＸ軸方向に沿っている時だけではなく、Ｙ軸方向に沿っている時にもセンサ素子４０の折り畳み状態を検知することができる。
　最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であり、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を含む。
１，２，３…折り畳み構造に用いられる押圧センサ
１１…第１電極
１２，７２，１２０～１２９…第２電極
１０…圧電フィルム
１４…第１主面
１５…第２主面
２１…折り畳み検知部
２５…処理部
１００，２００…電子機器

Claims (9)

  1. 　折り畳み可能な圧電フィルムと、
    　前記圧電フィルムの第１主面に配置される第１電極と、
    　前記圧電フィルムの第２主面に、前記第１電極と対向するように、且つ前記圧電フィルムの折り畳み線と直交する方向に沿って並んで配置される複数の第２電極と、
    　前記圧電フィルムが折り畳まれた状態を検知する折り畳み検知部と、
    　前記折り畳み検知部が前記圧電フィルムの折り畳まれた状態を検知した場合に、前記圧電フィルムが押圧操作を受け付けたとき、前記第２電極で発生する信号のうち少なくとも1つの処理を変更する処理部と、
    　を備える折り畳み構造に用いられる押圧センサ。
  2. 　前記処理部は、前記圧電フィルムが発生する信号に基づいて、前記処理を変更する前記第２電極を抽出する請求項１に記載の折り畳み構造に用いられる押圧センサ。
  3. 　画像を取得する画像取得部をさらに備え、
    　前記画像取得部で取得される画像に基づいて、前記処理を変更する前記第２電極を抽出する請求項１に記載の折り畳み構造に用いられる押圧センサ。
  4. 　前記変更は、信号の極性の反転である、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の折り畳み構造に用いられる押圧センサ。
  5. 　前記変更は、信号のゲインの調整である、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の折り畳み構造に用いられる押圧センサ。
  6. 　前記折り畳み検知部は、前記複数の第２電極の間で生じる容量を検出する容量検出部を有し、前記容量検出部が検出した容量に基づいて前記圧電フィルムが折り畳まれた状態を検知する、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の折り畳み構造に用いられる押圧センサ。
  7. 　前記圧電フィルムはキラル高分子を含む、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の折り畳み構造に用いられる押圧センサ。
  8. 　前記キラル高分子はポリ乳酸である、請求項７に記載の折り畳み構造に用いられる押圧センサ。
  9. 　請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の折り畳み構造に用いられる押圧センサを備える電子機器。
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