CN215494955U - 按压传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种按压传感器，其能够与按压位置无关地检测按压。按压传感器具备压电膜和检测电极。压电膜具有至少沿单轴方向拉伸的手性高分子，且具有第一主面及第二主面。检测电极配置于上述第一主面或者上述第二主面。而且，检测电极具有第一电极和第二电极，上述第一电极和上述第二电极倾斜地夹着单轴方向而相对配置。

Description

按压传感器
技术领域
本实用新型涉及对按压操作进行检测的按压传感器。
背景技术
在专利文献1中公开了对按压操作进行检测的按压传感器。
在专利文献1中公开了如下要点：在将操作面的整周固定于壳体的情况下，根据按压位置，相对于操作面的挠曲，产生于压电元件的电位变为相反，存在输出降低或者反转的情况。对于专利文献1的发明而言，保持部件的横剖面的形状和纵剖面的形状不同，从而抑制产生相反电位。
专利文献1：日本专利第6132076号公报
在俯视观察时按压中心附近的情况、和按压端部的情况下，操作面的挠曲方式不同。因此，根据按压位置，存在无法检测出按压的情况。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够与按压位置无关地检测按压的按压传感器。
本实用新型的按压传感器具备压电膜和检测电极。压电膜具有至少沿单轴方向拉伸的手性高分子，且具有第一主面和第二主面。检测电极配置于上述第一主面或上述第二主面。而且，检测电极具有第一电极和第二电极，上述第一电极和上述第二电极倾斜地夹着单轴方向而相对配置。
压电膜最有效地检测相对于单轴方向(拉伸方向)45度的方向的伸缩。另外，在倾斜地夹着拉伸方向而相对的部位，产生相同极性的电位。本实用新型的按压传感器具有倾斜地夹着拉伸方向而相对配置的第一电极和第二电极，因此具有高的灵敏度。另外，在按压操作面的中心部的情况下，在按压操作面的端部的情况下，均在倾斜地夹着拉伸方向而相对部位获取相同极性的电位，因此本实用新型的按压传感器能够与按压位置无关地检测出按压。
根据该实用新型，能够与按压位置无关地检测出按压。
附图说明
图1是具备触摸面板的显示装置的外观立体图。
图2是显示装置的侧面剖视图。
图3是表示触摸传感器20的电极配置的一个例子的俯视图。
图4的(A)是按压传感器30中的压电膜32的俯视图，图4的(B)是表示按压传感器30的检测电极31的配置的俯视图。
图5是表示按压传感器30中的接地电极33的配置的俯视图。
图6是表示按压表面面板40的中心部分的情况下的产生于压电膜32的电位的分布的俯视图。
图7是表示按压表面面板40的角部分的情况下的产生于压电膜32的电位的分布的俯视图。
图8是表示变形例所涉及的按压传感器30的检测电极31的配置的俯视图。
图9是表示按压传感器30的检测电极的配置的俯视图。
图10是表示按压传感器30的检测电极的配置的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对具备本实用新型的触摸面板的显示装置进行说明。图1是显示装置1的外观立体图。在本实施方式中，将壳体50的宽度方向(横向)设为X方向，将长度方向(纵向)设为Y方向，将厚度方向设为Z方向。
如图1的外观立体图所示，显示装置1在外观上具备长方体形状的壳体50、和在壳体50的上表面的开口部配置的平面状的表面面板40。显示装置1例如是智能手机或者平板终端等信息处理装置。表面面板40作为用户使用手指或笔等来进行触摸操作的操作面发挥功能。
图2是显示装置1的侧面剖视图。如图2所示，在壳体50的内部，从壳体50的开口部(表面面板40)侧起沿Z方向依次配置有触摸传感器20、按压传感器30、以及显示面板60。此外，在该例中，触摸传感器20配置于开口部侧，但也可以将按压传感器30配置于开口部侧。
触摸传感器20、按压传感器30、表面面板40、以及显示面板60是平板状的形状，俯视观察时为矩形形状。触摸传感器20和按压传感器30的各自的主面以与表面面板40的主面对置的方式配置于壳体50的内部。触摸传感器20的上侧(开口部侧)的主面与表面面板40的下侧(与开口部相反侧)的主面连接。触摸传感器20的下侧的主面通过粘着剂70与按压传感器30连接。
在壳体50配置有电路基板80。电路基板80经由未图示的挠性缆线而与触摸传感器20、按压传感器30、表面面板40、或者显示面板60连接。电路基板80使用挠性基板等可弯曲的基板材料，可以与上述挠性缆线一体化，或者也可以作为主基板的一部分而形成。
触摸传感器20是电容式传感器。触摸传感器20具备第一电极21、绝缘性基板22、以及第二电极23。绝缘性基板22由具有透明性的材料构成，例如由PMMA(丙烯酸树脂)构成。在绝缘性基板22的表面侧的第一主面配置有第一电极21，在背面侧的第二主面配置有第二电极23。
第一电极21和第二电极23全部由具有透明性的材料构成，例如由以氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、银纳米线、或者聚噻吩为主成分的材料构成。此外，按压传感器30也可以配置于显示面板60的下表面侧。该情况下，第一电极21和第二电极23不需要具有透明性。
图3是表示触摸传感器20的电极配置的一个例子的俯视图。第一电极21是俯视时在一个方向上较长的长方形，配置为长度方向与Y方向平行。多个第一电极21沿X方向以规定的间隔而配置。
另外，第二电极23也是俯视时在一个方向上较长的长方形。第二电极23配置为长度方向与X方向平行。多个第二电极23沿Y方向以规定的间隔而配置。
按压传感器30从表面面板40侧开始依次具备检测电极31、压电膜32、以及接地电极33。图4的(A)是按压传感器30中的压电膜32的俯视图。图4的(B)是表示按压传感器30中的检测电极31的配置的俯视图。图5是表示按压传感器30中的接地电极33的配置的俯视图。检测电极31以及接地电极33由具有透明性的材料构成，例如由以氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、银纳米线、或者聚噻吩为主成分的材料构成。
压电膜32通过用户按压表面面板40而在法线方向上挠曲，产生电荷。压电膜32由具有透明性的材料构成，由手性高分子构成。更优选地，压电膜32是至少沿单轴方向拉伸的聚乳酸(PLA)、进而是L型聚乳酸(PLLA)。
对于手性高分子而言，主链具有螺旋构造，若单轴拉伸而分子取向，则具有压电性。而且，单轴拉伸的手性高分子产生的电荷量由沿着螺旋分子的分子轴施加的剪切变形唯一地决定。
单轴拉伸的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的种类。即，能够高灵敏度地检测按压操作，并高精度地输出与按压量相应的电荷。
另外，手性高分子在基于拉伸等的分子的取向处理中产生压电性，因此不需要进行极化处理。特别是，聚乳酸没有热电性，因此即使在传递用户的手指等的热量的情况下，产生的电荷量也不会变化。另外，也不会受到按压灵敏度因设备的发热、周围环境温度而改变等的影响。特别是，聚乳酸用于将容易发热的电池和压电膜接近配置那样的智能手机或者平板终端等的小型电子设备是有效的。并且，聚乳酸的压电常数不随时间变化而变动，极其稳定。
在表面面板40被用户按下时，压电膜32沿水平方向延伸、或者收缩。优选将分子轴配置成由按下操作引起的伸缩相对于螺旋分子的分子轴成为剪切变形。在单轴拉伸的聚乳酸膜中，有助于压电性的螺旋分子朝向拉伸轴向。在本实施方式中，压电膜32沿着压电膜32的边(X方向以及Y方向)而配置。此外，拉伸方向可以相对于压电膜的边以0±10度的角度配置。
此外，拉伸倍率优选为3～8倍左右。通过在拉伸后实施热处理，促进聚乳酸的伸展链晶体的结晶化，提高压电常数。另外，在双轴拉伸的情况下，通过使各自的轴的拉伸倍率不同，能够得到与单轴拉伸同样的效果。例如，在以某个方向为X轴，在X轴方向上实施8倍的拉伸，在与X轴正交的Y轴方向上实施2倍的拉伸的情况下，对于压电常数，能够得到与大概在X轴方向上实施4倍的单轴拉伸的情况几乎同等的效果。单纯地单轴拉伸的膜容易沿着拉伸轴向裂开，因此通过进行上述那样的双轴拉伸能够稍微增加强度。
在压电膜32的表面侧的第一主面配置有上述的检测电极31，在背面侧的第二主面配置有接地电极33。如图5所示，接地电极配置为俯视时覆盖压电膜32的大致整个面。
如图4的(B)所示，检测电极31具有第一检测电极31A和第二检测电极31B。第一检测电极31A和第二检测电极31B是相同的形状。第一检测电极31A和第二检测电极31B倾斜地夹着压电膜32的拉伸方向而相对配置。在该例中，第一检测电极31A具有形成于压电膜32的角部分的实心部311A和沿拉伸方向延伸的延伸部312A。第二检测电极31B具有形成于压电膜32的角部分的实心部311B和沿拉伸方向延伸的延伸部312B。延伸部312A和延伸部312B沿着压电膜32的边而形成。延伸部312A和延伸部312B具有相对较长的长部、和相对较短的短部，成为梳齿状。长部成为比压电膜32的长边的长度的一半长的部位。长部和短部是与图3所示的电容式的触摸传感器20的电极对应的形状。长部和短部的宽度与第一电极21的宽度相同。另外，长部和短部的Y方向的端部位于多个第二电极23的边界部分。另外，对于实心部311A和实心部311B的Y方向的端部，也位于多个第二电极23的边界部分。因此，按压传感器30能够降低检测电极31的可视性。
图6是表示按压表面面板40的中心部分的情况下的产生于压电膜32的电位的分布的俯视图。图7是表示按压表面面板40的角部分的情况下的产生于压电膜32的电位的分布的俯视图。在图6和图7中，浅的部位产生正电位，深的部位产生负电位。越接近白色，正电位越高，越接近黑色，负电位越高。在图6和图7所示的俯视图中，将左上部分称为第一区域，将右下部分称为第二区域，将右上部分称为第三区域，将左下部分称为第四区域。
如图6所示，在按压表面面板40的中心部分的情况下，压电膜32沿着夹着拉伸方向倾斜的方向，在第一区域以及第二区域产生正电位。压电膜32沿着夹着拉伸方向倾斜的方向，在第三区域以及第四区域产生负电位。另外，如图7所示，在按压表面面板40的角部分的情况下，压电膜32在第一区域、第二区域、以及第四区域中，沿着夹持按压部位的两个边，产生正电位。另外，压电膜32从按压部位相对于拉伸方向倾斜地产生负电位。
无论在按压表面面板40的中心部分的情况下，还是在按压表面面板40的角部分的情况下，实心部311A和实心部311B沿着产生正电位的位置即第一区域和第二区域的角部以及两个边而配置。另外，无论在按压表面面板40的中心部分的情况下，还是在按压表面面板40的角部分的情况下，在产生负电位的部位没有配置检测电极。因此，无论在按压表面面板40的中心部分的情况下，还是在按压表面面板40的角部分的情况下，按压传感器30都能够检测正电位，并能够与按压位置无关地检测按压。
另外，延伸部312A和延伸部312B中的长部的X方向的端部最长，越接近中心的部位越短。如图7所示，在按压表面面板40的角部分的情况下，压电膜32沿着夹持按压部位的两个边产生正电位。延伸部312A能够通过X方向的端部即最长的部位，以高的灵敏度检测正电位。另外，负电位沿着拉伸方向倾斜地产生，但延伸部312A和延伸部312B中的长部越接近中心的部位越短，难以检测负电位。由此，无论按压表面面板40的中心部分的情况下，还是按压表面面板40的角部分的情况下，按压传感器30都能够进一步与按压位置无关地检测按压。
特别是，负电位具有椭圆状的分布，该椭圆状具有沿拉伸方向倾斜地延伸的长轴。因此，延伸部312A的多个长部的X方向的端部即最长的部位沿着与椭圆的长轴平行的直线排列。由此，延伸部312A的长部难以检测负电位。其结果，无论按压表面面板40的中心部分的情况下，还是按压表面面板40的角部分的情况下，按压传感器30都能够进一步与按压位置无关地高精度检测按压。根据相同的理由，优选将延伸部312B的多个长部的X方向的端部即最长的部位连结的线沿着与椭圆的长轴平行的直线排列。
此外，优选延伸部312A的多个长部的X方向的端部分别以沿着椭圆的长轴的方式相对于X方向倾斜。由此，延伸部312A中的长部更难以检测负电位。其结果，无论按压表面面板40的中心部分的情况下，还是按压表面面板40的角部分的情况下，按压传感器30都能够进一步与按压位置无关地高精度检测按压。根据相同的理由，优选延伸部312B的多个长部的X方向的端部分别以沿着椭圆的长轴的方式相对于X方向倾斜。
如图6所示，在按压表面面板40的中心部分的情况下，延伸部312A和延伸部312B从产生正电位的第一区域及第二区域遍及到产生负电位的第三区域及第四区域而配置。因此，延伸部312A和延伸部312B也检测负电位。另一方面，在按压表面面板40的角部分的情况下，延伸部312A(或者延伸部312B)检测正电位。
在按压表面面板40的中心部分的情况下，与按压表面面板40的端部的情况相比，产生的正电位变得非常高，因此，在按压表面面板40的中心部分的情况和按压表面面板40的端部的情况下，所检测的电位之差变大。但是，按压传感器30通过延伸部312A和延伸部312B也检测负电位，因此降低按压表面面板40的端部时检测的电位。由此，按压传感器30能够减少由按压的位置产生的电位之差，能够进一步与按压位置无关地检测按压。
在这里，如图6所示，在按压表面面板40的中心部分的情况下，负电位最强产生的位置是将表面面板40的长边内分为3∶1的点附近。因此，优选延伸部312A的长部的X方向的端部即最长的部位位于将表面面板40的长边内分为3∶1的点附近。由此，按压传感器30通过延伸部312A高效地检测负电位，因此按压表面面板40的端部时检测的电位被降低。其结果，按压传感器30能够减少由按压的位置产生的电位之差，能够进一步与按压位置无关地检测按压。根据相同的理由，优选延伸部312B的长部的X方向的端部即最长的部位位于将表面面板40的长边内分为1∶3的点附近。
另外，如图6所示，在按压表面面板40的中心部分的情况下，正电位最强产生的位置是将表面面板40的长边内分为1∶3的点附近。优选位于实心部311A内的长边附近的部分不位于将表面面板40的长边内分为1∶3的点附近。由此，实心部311A避开过强产生正电位的位置。其结果，按压表面面板40的中心部分时被检测的电位与按压表面面板40的端部时被检测的电位之差变小。
另外，延伸部312A和延伸部312B具有梳齿状。因此，延伸部312A和延伸部312B为梳齿状的导体的情况下的延伸部312A和延伸部312B的面积比延伸部为实心状的导体的情况下的延伸部的面积小。由此，在按压表面面板40的中心部分的情况下，延伸部312A和延伸部312B检测的正电位被降低。其结果，按压表面面板40的中心部分时被检测的电位与按压表面面板40的端部时被检测的电位之差变小。
另外，延伸部312A和延伸部312B具有梳齿状。由此，第一检测电极31A及第二检测电极31B覆盖表面面板40的大部分。第一检测电极31A及第二检测电极31B的形状成为与触摸传感器20的形状相近的形状。由此，根据第一检测电极31A及第二检测电极31B的有无，抑制表面面板40的可视性变动。此外，即使延伸部312A和延伸部312B为方格花纹，也会产生该效果。
另外，延伸部312A和延伸部312B具有梳齿状。因此，第一检测电极31A及第二检测电极31B分别由一个电极构成。即，第一检测电极31A及第二检测电极31B分别不包含没有电连接的分离的部分(所谓的浮岛部分)。因而，对第一检测电极31A及第二检测电极31B的布线的连接是容易的。此外，即使延伸部312A和延伸部312B为方格花纹，也会产生该效果。
图8是表示变形例所涉及的按压传感器30的检测电极31的配置的俯视图。变形例所涉及的按压传感器30具有接地电极(或者虚设电极)351。其它的结构与图4的(B)所示的结构同样。
接地电极351配置于没有配置检测电极的部位。接地电极351也由全部具有透明性的材料构成，例如由以氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、银纳米线、或者聚噻吩为主成分的材料构成。
根据变形例1的结构，在压电膜32的第二主面，与实心电极同样，遍及整个面地配置有电极。因此，能够进一步减少电极的可视性。
此外，在图8中，接地电极351是实心电极。然而，接地电极351也可以不是实心电极。接地电极351也可以具有与图3的触摸传感器20的第一电极21或者第二电极23相同的形状。即，接地电极351也可以被分割为多个。
此外，在上述实施方式中，检测电极31(第一检测电极31A及第二检测电极31B)具有实心部和延伸部。但是，例如，如图9所示，第一检测电极31A及第二检测电极31B也可以分别仅具有实心部。该情况下，在如图6所示那样按压表面面板40的中心部分的情况下，在如图7所示那样按压表面面板40的角部分的情况下，也检测正电位，并且不检测负电位。因此，按压传感器30能够与按压位置无关地检测按压。
另外，延伸部不需要变成梳齿状。例如，如图10所示，延伸部312A和延伸部312B也可以是与实心部311A和实心部311B同样的形状。在图10的例子中，延伸部312A和延伸部312B的X方向的端部最长，越接近中心的部位越短。另外，延伸部312A和延伸部312B从产生正电位的第一区域及第二区域遍及到产生负电位的第三区域及第四区域而配置。因此，按压传感器30能够与按压位置无关地检测按压。
本实施方式的说明在所有方面均是例示，并非是对本实用新型进行的限制。本实用新型的范围不是由上述的实施方式表示，而是由权利要求书表示。并且，本实用新型的范围意在包括与权利要求书等同的意思以及在范围内的全部变更。
附图标记说明
1…显示装置；20…触摸传感器；21…第一电极；22…绝缘性基板；23…第二电极；30…按压传感器；31…检测电极；31A…第一检测电极；31B…第二检测电极；32…压电膜；33…接地电极；40…表面面板；50…壳体；70…粘着剂；80…电路基板；311A…实心部；311B…实心部；312A…延伸部；312B…延伸部；351…接地电极。

Claims (6)

1.一种按压传感器，其特征在于，具备：
压电膜，具有至少沿单轴方向拉伸的手性高分子，且具有第一主面及第二主面；以及
检测电极，配置于所述第一主面或者所述第二主面，
所述检测电极具有第一检测电极和第二检测电极，所述第一检测电极和所述第二检测电极倾斜地夹着所述单轴方向而相对配置。
2.根据权利要求1所述的按压传感器，其特征在于，
所述第一检测电极或者所述第二检测电极具有沿着所述单轴方向延伸的延伸部。
3.根据权利要求2所述的按压传感器，其特征在于，
所述延伸部具有相对长的长部、和相对短的短部。
4.根据权利要求2所述的按压传感器，其特征在于，
所述延伸部具有比所述压电膜的长边的长度的一半长的部位。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的按压传感器，其特征在于，
所述按压传感器具备对触摸操作进行检测的触摸传感器，
所述检测电极的形状与所述触摸传感器的电极的形状相对应。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的按压传感器，其特征在于，
所述压电膜为矩形形状，
所述单轴方向以相对于所述压电膜的边为0±10度的角度而配置。
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