JP2023091157A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電センサの出力を向上させた電子機器を提供する。
【解決手段】電子機器は、長辺および短辺を有し、表面および裏面を有する表面パネルと、前記表面パネルの前記長辺および前記短辺を保持する筐体と、第１主面および第２主面を有し、該第１主面が前記表面パネルの前記裏面に貼り付けられる表示器と、前記表示器の前記第２主面に貼り付けられ、前記表面パネルおよび前記表示器の撓みを検出する圧電センサと、前記圧電センサを前記表示器の前記第２主面に貼り付ける貼り付け部材と、を備え、前記圧電センサは、圧電フィルムと、前記圧電フィルムを保持する基材と、前記圧電フィルムの両主面に配置される電極と、を備え、前記圧電フィルム、前記基材、および前記電極を前記短辺方向に沿って分割するスリットが設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電センサを備えた電子機器に関する。

特許文献１の電子機器は、表示器の背面に圧電センサが貼り付けられている。特許文献１の圧電センサのアスペクトは２．５倍以上である。特許文献１の圧電センサは、弾性率１ＭＰａ以上の両面テープで表示器に貼り付けられている。圧電センサは、表示器の短辺方向に沿った撓みを検出する。

国際公開第２０１５／０１９９８１号公報

特許文献１に示した様な構造では、圧電センサの感度を向上させようとした場合、該圧電センサの幅（表示器の長辺方向に沿った長さ）を拡大し、圧電センサの面積を大きくすることが考えられる。しかし、圧電センサの幅を拡大すると、表示器の長辺方向に沿った方向の撓みに対する感度が大きくなる。表示器の長辺方向の撓みによる圧電センサの出力極性は、短辺方向の撓みによる圧電センサの出力極性と逆である。したがって、圧電センサの幅を拡大しても逆極性の感度が高くなるため、結果として圧電センサの感度は向上しない。

本発明は、圧電センサの出力を向上させた電子機器を提供することを目的とする。

電子機器は、長辺および短辺を有し、表面および裏面を有する表面パネルと、前記表面パネルの前記長辺および前記短辺を保持する筐体と、第１主面および第２主面を有し、該第１主面が前記表面パネルの前記裏面に貼り付けられる表示器と、前記表示器の前記第２主面に貼り付けられ、前記表面パネルおよび前記表示器の撓みを検出する圧電センサと、前記圧電センサを前記表示器の前記第２主面に貼り付ける貼り付け部材と、を備え、前記圧電センサは、圧電フィルムと、前記圧電フィルムを保持する基材と、前記圧電フィルムの両主面に配置される電極と、を備え、前記圧電フィルム、前記基材、および前記電極を前記短辺方向に沿って分割するスリットが設けられている。

圧電センサは、短辺方向に沿ってスリットにより分割されているため、表面パネルおよび表示器の長辺方向の撓みに追従して撓むことがない。したがって、圧電センサの幅（表面パネルおよび表示器の長辺方向に沿った長さ）幅を拡大しても逆極性の出力は小さくなり、圧電センサの出力を向上させることができる。

本発明の電子機器は、圧電センサの出力を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る圧電センサ１６を備える電子機器１の平面図である。 図１に示すＡ－Ａ線の断面図である。 圧電センサ１６の平面図である。 図３に示すＢ－Ｂ線の断面図である。 電子機器１の平面図である。 表面パネル１２の押圧位置と圧電センサが発生した電荷との関係を示したグラフである。 点１２の位置を押圧した場合のＸ方向の歪みおよびＹ方向の歪みを示す図である。 変形例１に係る圧電センサ１６Ａの平面図である。 変形例２に変形例１に係る圧電センサ１６Ｂの平面図である。 図９に示すＢ－Ｂ線の断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電子機器１について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電子機器１の平面図である。図２は、図１に示すＡ－Ａ線の断面図である。

電子機器１は、筐体１１、表面パネル１２、および圧電センサ１６を備える。電子機器１は、携帯可能な程度の大きさであり、例えばタブレット型パーソナルコンピュータ、あるいはスマートフォン等の電子機器である。

筐体１１は、天面が開口する直方体形状からなる。筐体１１は、平面視して長辺方向（Ｙ方向）および短辺方向（Ｘ方向）を有する長方形状である。

筐体１１には、図１および図２に示すように、筐体１１の開口面を塞ぐように表面パネル１２を保持する。表面パネル１２は、例えばガラスである。表面パネル１２の表面（最外層のガラスの一方の主面）が操作面となる。表面パネル１２は、透光性を有する材料からなる。

筐体１１内には、図２に示すように、操作面側から順に、厚み方向（Ｚ方向）に沿って、表面パネル１２、表示器１３、粘着剤１４、板材１５、貼り付け部材１７、および圧電センサ１６が配置されている。

表面パネル１２と表示器１３との間には、タッチセンサ（静電容量式センサ）が配置されていてもよい。表示器１３は、ＬＣＤあるいはＯＬＤＥ等からなる。表示器１３は、不図示の粘着剤等で表面パネル１２の裏面に貼り付けられている。

板材１５の第１主面は、粘着剤１４で表示器１３の第２主面に貼り付けられている。板材１５は、例えばＳＵＳ（ステンレススチール）からなる。粘着剤１４は、表示器１３の第２主面を保護し、かつ板材１５を貼り付ける機能を有する。

圧電センサ１６は、貼り付け部材１７により板材１５の第２主面に貼り付けられる。これにより、圧電センサ１６は、粘着剤１４、板材１５、および貼り付け部材１７を介して表示器１３の第２主面に貼り付けられる。なお、粘着剤１４および板材１５は、本発明に必須の構成ではない。圧電センサ１６は、貼り付け部材１７を介して直接、表示器１３の第２主面に貼り付けてもよい。

圧電センサ１６は、図１に示す様に、表面パネル１２の短辺方向に沿って長く、長辺方向に沿って短い形状である。圧電センサ１６は、表面パネル１２および表示器１３の撓みを検出する。

図３は、圧電センサ１６の平面図であり、図４は、図３に示すＢ－Ｂ線の断面図である。図３および図４に示すように、圧電センサ１６は、圧電フィルム３１、粘着剤９１、粘着剤９２、第１電極３４、第２電極３５、基材３６、および基材３７を備える。

第１電極３４、第２電極３５、圧電フィルム３１、基材３６、および基材３７は、それぞれ平板状で厚み方向に対向する第１主面および第２主面を備える。第１電極３４は、基材３６の上面に形成されている。第１電極３４は、圧電フィルム３１の下面に粘着剤９２を介して接続される。第２電極３５は、基材３７の下面に形成されている。第２電極３５は、圧電フィルム３１の上面に粘着剤９１を介して接続される。第１電極３４および第２電極３５のいずれか一方は基準電極（グランド電極）であり、他方は検出用電極である。例えば、第１電極３４は検出用電極である。取り出し電極５０は、基材３６に設けられたビアホールを介して第１電極３４に電気的に接続されている。

第１電極３４、第２電極３５、圧電フィルム３１、基材３６、および基材３７は、それぞれの平面視した外形状が概略長方形状である。基材３６および基材３７は、平面視して第１電極３４、第２電極３５、および圧電フィルム３１より大きい。

なお、粘着剤９１及び粘着剤９２は、例えばアクリル系粘着剤で構成される。

圧電フィルム３１は、例えばポリ乳酸等のキラル高分子を主材料とするフィルムである。ポリ乳酸は、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）またはＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）のどちらでもよい。

ポリ乳酸は、主鎖が螺旋構造を有するキラル高分子であり、所定の軸方向に配向させることで圧電性を発現する性質を有している。この圧電性は、フィルムの厚み方向を第１軸とし、ポリ乳酸の分子が配向する方向を第３軸として圧電テンソル成分ｄ１４で表わされる。

圧電フィルム３１は、表面パネル１２および表示器１３の長辺および短辺に対して交差する方向にポリ乳酸の分子が配向する方向（延伸方向）を配置すれば、表面パネル１２および表示器１３の長辺または短辺の方向の伸縮により分極が生じる。例えば、圧電フィルム３１は、表面パネル１２および表示器１３の長辺および短辺に対する約４５°方向を、延伸方向とすることで、表面パネル１２および表示器１３の長辺または短辺の方向の伸縮により分極が生じ、圧電センサ１６に出力が現れる。

なお、圧電フィルム３１における延伸方向の角度は、表面パネル１２および表示器１３の長辺および短辺に対して正確な４５°に限られることなく、４５°に近い任意の角度とすることができる。ただし、延伸方向の角度が、長辺および短辺に対して４５°または０°に近い角度であるほど、表面パネル１２および表示器１３の長辺および短辺の撓みを効率的に検出することができる。

したがって、本実施形態でいう約４５°とは、例えば４５°±１０°程度の４５°を中心とする所定範囲の角度をいう。これらの具体的な角度は、変位センサの用途や各部の特性などに基づいて全体の設計に応じて適宜決定するとよい。

以上の様に圧電フィルム３１の延伸方向を表面パネル１２および表示器１３の長辺および短辺に対して約４５°に向けて配置した場合、圧電フィルム３１の出力は、表面パネル１２および表示器１３の長辺方向の撓みによる圧電センサの出力極性は、短辺方向の撓みによる圧電センサの出力極性と逆である。圧電フィルム３１は、表面パネル１２および表示器１３の長辺方向に沿って短く、短辺方向に沿って長い。したがって、圧電フィルム３１は、表面パネル１２および表示器１３の短辺方向に沿った方向の撓みを高い感度で検出する。

一方で、圧電フィルム３１の出力は、圧電フィルム３１の表面積に依存するため、圧電フィルム３１の面積は大きい方が好ましい。しかし、圧電フィルム３１の幅（表面パネル１２および表示器１３の長辺方向）に圧電センサを拡大すると、逆極性の分極が大きくなるため、圧電フィルム３１の幅を拡大するだけでは感度は向上しない。

そこで、本実施形態の圧電センサ１６は、圧電フィルム３１、基材３６、基材３７、第１電極３４、および第２電極３５を表面パネル１２および表示器１３の短辺方向に沿って分割するスリット１８が設けられている。図３に示す例では、スリット１８は、取り出し電極５０が設けられている箇所を除き、圧電フィルム３１、基材３６、基材３７、第１電極３４、および第２電極３５を短辺方向に沿って分割する。

ただし、図３および図４に示した圧電センサ１６の構造は、平面視して基材および電極が接続されている部分を有している。具体的には、取り出し電極５０が設けられている部分は、基材３６、基材３７、および第１電極３４は、スリット１８により分割されていない。

圧電センサ１６は、短辺方向に沿ってスリット１８により分割されているため、表面パネル１２および表示器１３の長辺方向の撓みに追従して撓むことがない。したがって、圧電センサ１６の幅（表面パネル１２および表示器１３の長辺方向に沿った長さ）を拡大しても逆極性の出力は小さくなる。

図５は、電子機器１の上面図である。図５の点１～点２５は、表面パネル１２の上面の押圧位置を示している。図６は、表面パネル１２の押圧位置と圧電センサが発生した電荷の積分値との関係を示したグラフである。図６では、参考例としてスリット１８が無い場合、および本実施形態のスリット１８が有る場合の電荷の積分値を示す。図７は、点１２の位置を押圧した場合のＸ方向の歪みおよびＹ方向の歪みを示す図である。

図６に示す様に、本実施形態のスリット１８が有る場合の圧電センサ１６の出力値は、従来のスリット１８が無い場合に比べて、特に点１１～１５の位置を押圧した場合に大きく向上する。

例えば、図７に示す様に、本実施形態のスリット１８が有る場合の圧電センサ１６は、従来のスリット１８が無い場合に比べて、点１２の位置を押圧した場合に、Ｘ方向の歪みは略変わらないのに対してＹ方向の歪みは約６０％減少する。

この様に、本実施形態の圧電センサ１６は、短辺方向に沿ってスリットにより分割されているため、圧電センサ１６の幅（表面パネルおよび表示器の長辺方向）を拡大してもＹ方向の歪みが小さくなり、逆極性の出力は小さくなる。そのため、本実施形態のスリット１８は、圧電センサの出力を向上させることができる。

次に、図８は、変形例１に係る圧電センサ１６Ａの平面図である。図３および図４に示した圧電センサ１６の構造は、平面視して基材および電極が接続されている部分を有していた。具体的には、取り出し電極５０が設けられている部分は、基材３６、基材３７、および第１電極３４は、スリット１８により分割されていなかった。一方で、図８に示すスリット１８Ａは、Ｘ方向に沿って全ての部分において圧電フィルム、基材、および電極を分割する。そのため、図８の例では、取り出し電極は、第１取り出し電極５０Ａおよび第２取り出し電極５０Ｂに分割されている。また、圧電フィルム３１は、第１圧電フィルム３１Ａおよび第２圧電フィルム３１Ｂに分割されている。また、基材３７は、第１基材３７Ａおよび第２基材３７Ｂに分割されている。その他、図４で示した第１電極３４、第２電極３５、および基材３６もスリットにより分割されている。

この様に、スリットは、Ｘ方向に沿って全ての部分において圧電フィルム、基材、および電極を分割してもよい。

なお、図６に示した電荷の積分値、および図７で示した歪みは、平面視して基材および電極が接続されている部分を有している構造（図３および図４で示した構造）に対応する。図３および図４では、説明のため、スリット１８のＸ方向の長さを長く示しているが、基材および電極が接続されている部分のＸ方向に沿った長さは、圧電センサ１６のＸ方向に沿った長さの１／５以下である。

次に、図９は、変形例２に係る圧電センサ１６Ｂの平面図である。図１０は、図９に示すＢ－Ｂ線の断面図である。図９および図１０に示す圧電センサ１６Ｂは、第１電極３４、および第２電極３５のＸ方向の長さが図３および図４に示した圧電センサ１６の例よりも短くなっている。言い換えると、圧電センサ１６ＢのＸ方向の端部に、電極が形成されていない部分を有する。一方で、圧電フィルム３１、基材３７および貼り付け部材１７は、圧電センサ１６のＸ方向の端部にも配置されている。

Ｙ方向の中心（圧電センサ１６を配置する位置）付近を押圧すると、Ｙ方向の端部付近に比べるとＸ方向の歪みは大きくなるが、同時にＹ方向の歪みも大きくなる。例えば、図５に示した点１１および点１５を押圧した時のＹ方向の歪みは、他の位置（例えば点６、点１０、点１６、および点２０）を押圧した時のＹ方向の歪みよりも大きくなる。したがって、図６の点１１および点１５の電荷に示した様に、Ｘ方向の両端を押圧した時の出力は、他の位置（例えば点６、点１０、点１６、および点２０）を押圧した時の出力より低くなる。

これに対して、変形例２に係る圧電センサ１６Ｂは、Ｘ方向の端部に、電極が形成されていない部分を有する。したがって、Ｘ方向の両端におけるＹ方向の歪みによる逆極性の電荷を検出しないようになっている。一方で、圧電フィルム３１、基材３７および貼り付け部材１７は、圧電センサ１６のＸ方向の端部にも配置されているため、圧電センサ１６は、表面パネル１２および表示器１３のＸ方向の歪みに連動して歪む。したがって、変形例２に係る圧電センサ１６Ｂは、Ｙ方向の中心（圧電センサ１６を配置する位置）付近のＸ方向の端部付近を押圧した場合における出力低下を抑えることができる。なお、変形例２に係る圧電センサ１６Ｂは、第１電極３４または第２電極３５のうちいずれか一方のみ、Ｘ方向の端部に形成されていない態様であってもよい。この場合でも、変形例２に係る圧電センサ１６Ｂは、第１電極３４および第２電極３５の両方ともＸ方向の端部に形成されていない態様と同等の効果を得ることができる。

最後に、前記各実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、スリットの数は１つに限らない。圧電フィルム、基材、および電極は、２つ以上のスリットで分割されてもよい。

１ ：電子機器
１１ ：筐体
１２ ：表面パネル
１３ ：表示器
１４ ：粘着剤
１５ ：板材
１６ ：圧電センサ
１６Ａ ：圧電センサ
１６Ｂ ：圧電センサ
１７ ：貼り付け部材
１８ ：スリット
１８Ａ ：スリット
３１ ：圧電フィルム
３１Ａ ：第１圧電フィルム
３１Ｂ ：第２圧電フィルム
３４ ：第１電極
３５ ：第２電極
３６ ：基材
３７ ：基材
３７Ａ ：第１基材
３７Ｂ ：第２基材
５０ ：取り出し電極
５０Ａ ：第１取り出し電極
５０Ｂ ：第２取り出し電極
９１ ：粘着剤
９２ ：粘着剤

Claims (5)

1. 長辺および短辺を有し、表面および裏面を有する表面パネルと、
   前記表面パネルの前記長辺および前記短辺を保持する筐体と、
   第１主面および第２主面を有し、該第１主面が前記表面パネルの前記裏面に貼り付けられる表示器と、
   前記表示器の前記第２主面に貼り付けられ、前記表面パネルおよび前記表示器の撓みを検出する圧電センサと、
   前記圧電センサを前記表示器の前記第２主面に貼り付ける貼り付け部材と、
   を備え、
   前記圧電センサは、圧電フィルムと、前記圧電フィルムを保持する基材と、前記圧電フィルムの両主面に配置される電極と、を備え、
   前記圧電フィルム、前記基材、および前記電極を前記短辺方向に沿って分割するスリットが設けられている、
   電子機器。
2. 前記圧電センサは、平面視して前記基材および前記電極が接続されている部分を有する、
   請求項１に記載の電子機器。
3. 前記接続されている部分の前記短辺方向に沿った長さは、前記圧電センサの前記短辺方向に沿った長さの１／５以下である、
   請求項２に記載の電子機器。
4. 前記圧電センサは、前記短辺方向の端部に前記両主面に配置される電極のうち少なくとも一方が形成されていない部分を有し、
   前記貼り付け部材は、前記圧電センサの前記短辺方向の端部にも配置されている、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 前記圧電フィルムは、前記圧電センサの前記短辺方向の端部にも配置されている、
   請求項４に記載の電子機器。

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