JP6531872B2 - 圧電デバイス及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明の一実施形態は、圧電素子を備える圧電デバイス、及びこれを用いた表示装置に関する。

特許文献１には、筐体に装着した圧電センサを用いて、保持状態を検出する保持状態検出装置が開示されている。特許文献１に記載の保持状態検出装置では、圧電センサとして一軸方向へ延伸処理を行ったポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を主成分とする圧電フィルムが用いられている。筺体に対して押圧が加えられると、筺体が歪み、この歪みが圧電フィルムに伝わることで正負の電荷が発生する。発生した電荷、すなわち圧電センサにおける出力電圧の変動を検出することによって、圧電フィルムに対する押圧力が検出される。これにより、操作者が筐体を保持した状態を直接的且つ瞬間的に検出することができる。

国際公開第２０１６／０３８９５１号

特許文献１に記載の保持状態検出装置においては、筺体の一部を押圧すると、押圧された以外の周辺の部分も歪む。押圧された位置が筺体のうち特定の領域であってもそれ以外の領域であっても圧電フィルムから電荷が発生し、筺体に対する押圧力が検出される。ここで、筺体の特定の領域を押圧したときに反応する、いわゆるスイッチのように使用したい場合がある。特許文献１に記載の保持状態検出装置は、筐体のどこを押圧しても押圧力が検出されるため、スイッチとして使用するのは困難である。また、押圧された位置と、押圧された以外の周辺の部分との違いを検知するために、閾値を設けて押圧力の強さによって判断する手法が考えられる。しかしながら、押圧力の強さには個人差があるため、閾値の設定は困難である。その結果、操作者が筺体のうち特定の領域を押圧したのか、又はそれ以外の領域を押圧したのかを判別するという点において改善の余地がある。

そこで、本発明の一実施形態の目的は、局所的な特定の領域の変形を検知できる圧電デバイスを提供することにある。

本発明の一実施形態に係る圧電デバイスは、押圧操作を受付ける第一領域と、前記第一領域以外の第二領域と、前記第一領域で押圧操作を受付けたときに、前記第二領域で押圧操作を受付けたときより相対的に強い電位を出力する圧電素子と、を備えることを特徴とする。

この構成では、第一領域が押圧操作を受付けたときに、第二領域で押圧操作を受付けたときより、圧電素子が相対的に強い電位を出力する。このため、圧電素子が出力する電位の大きさによって、第一領域が押圧されたか否かが明確に判別できる。この結果、局所的な特定の領域の変形を検知できる。

前記圧電デバイスは、前記第一領域を複数備えることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る表示装置は、前記圧電デバイスを用いることを特徴とする。

この構成では、圧電デバイスが用いられるため、表示装置における第一領域が押圧操作を受付けたときに、第二領域で押圧操作を受付けたときより、圧電素子が相対的に強い電位を出力する。このため、圧電素子が出力する電位の大きさによって、第一領域が押圧されたか否かが明確に判別できる。この結果、表示装置において局所的な特定の領域の変形を検知できる。

本発明の一実施形態によれば、局所的な領域の変形を検知できる。

（Ａ）は第一実施形態に係る圧電デバイスを備えた表示装置の斜視図、（Ｂ）はその断面図である。 （Ａ）は第一実施形態に係る圧電素子の分解斜視図、（Ｂ）はその断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）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。 （Ａ）〜（Ｃ）は第一実施形態に係る圧電デバイスの押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。 （Ａ）は、第二実施形態に係る圧電素子を示す分解斜視図、（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。 （Ａ）は、第三実施形態に係る圧電素子を示す分解斜視図、（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。 （Ａ）は、第四実施形態に係る圧電素子を示す分解斜視図、（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。 （Ａ）は、第五実施形態に係る圧電素子の示す分解斜視図、（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。 （Ａ）は、第六実施形態に係る圧電素子を示す分解斜視図、（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。 （Ａ）は、第七実施形態に係る圧電素子を示す分解斜視図、（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。

図１（Ａ）は第一実施形態に係る圧電デバイスを備えた表示装置の斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すＩ−Ｉ線における断面図である。図２（Ａ）は第一実施形態に係る圧電素子の分解斜視図、図２（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。なお、図２に示す圧電デバイス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。

図１（Ａ）に示すように、表示装置１は、上面が開口した略直方体形状の筐体２を備える。表示装置１は、筐体２の上面の開口部に配置された平板状の表面パネル３を備える。表面パネル３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２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。Ｘ方向は本発明に係る「第１方向」に相当し、Ｙ方向は本発明に係る「第２方向」に相当する。

表面パネル３の操作面には表示部４、第一押圧部５、及び第二押圧部６が形成されている。本実施形態では、第一押圧部５及び第二押圧部６は平面視で正方形状であり、Ｘ方向に並んで所定の間隔を隔てて形成されている。例えば、第一押圧部５は「Ｈｏｍｅ」ボタン、第二押圧部６は「戻る」ボタンとして機能するものが挙げられる。第一押圧部５又は第二押圧部６は、本発明に係る押圧操作を受付ける「第一領域Ｒ１」に相当する。また、表示部４を除く表面パネル３において第一押圧部５又は第二押圧部６以外の領域は、本発明に係る「第二領域Ｒ２」に相当する。ここで、第一押圧部５及び第二押圧部のうちいずれか一方が押圧操作を受付けたとき、押圧操作を受付けている方は「第一領域Ｒ１」に相当し、押圧操作を受付けていない方は「第二領域Ｒ２」に相当する。すなわち、「第一領域Ｒ１」は第一押圧部５又は第二押圧部６のいずれ一方であり、「第二領域Ｒ２」は操作面の表示部４を除く表面パネル３において、第一押圧部５又は第二押圧部６のうち押圧操作を受付けている方を除いた領域である。なお、本実施形態では、第一押圧部５及び第二押圧部６の二つの押圧部が形成されているが、一つ又は複数個形成されていてもよく、それぞれ表面パネル３の操作面の表示部４以外のいずれの位置に配置されていてもよい。第一押圧部５及び第二押圧部６は表面パネル３の一部の領域であり、表面パネル３と連続して形成されている。第一押圧部５及び第二押圧部６は、表面パネル３の一部を色分けする、マークを付ける、又は周囲に溝を形成することなどによって、表面パネル３の他の部分と区別されている。また、第一押圧部５及び第二押圧部６の形状は正方形状には限らず円形形状等別の形状であってもよい。

図１（Ｂ）に示すように、筐体２内部であって表面パネル３のＺ方向下方には、圧電デバイス１００が形成されている。圧電デバイス１００は、第一領域Ｒ１に対応する部分に圧電素子１０を備える。表面パネル３に利用者が指やペンなどを用いてタッチ操作を行うと、圧電素子１０に圧力が伝わる。後で詳述するが、圧電素子１０は、第一領域Ｒ１である第一押圧部５又は第二押圧部６で押圧操作を受付けたときに、第二領域Ｒ２で押圧操作を受付けたときより相対的に強い電位を出力する。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、圧電素子１０は、平膜状の第一圧電フィルム１１１、平膜状の第二圧電フィルム１１２、及び電極１２、を備えることが好ましい。なお、図２（Ａ）では、第一圧電フィルム１１１、第二圧電フィルム１１２、及び電極１２以外の図示は省略している。第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２は、それぞれ第一領域Ｒ１に配置されている。第一圧電フィルム１１１は、平面視で第一領域Ｒ１の面、すなわち第一押圧部５及び第二押圧部６と同様、正方形状である。なお、第一押圧部５及び第二押圧部６の形状に併せて適宜変更することも可能である。また、第二圧電フィルム１１２は、第一圧電フィルム１１１と同一平面上において第一圧電フィルム１１１を囲む形状に形成されており、第二圧電フィルム１１２の外周は、概ね第一押圧部５又は第二押圧部６の外周と一致するように形成されている。

電極１２は、電極１２１、電極１２２、及び電極１２３からなる。電極１２は、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２の両主面に、主面の略全面を覆うようにそれぞれ形成されている。詳細に説明すると、電極１２１は平面視で第一領域Ｒ１の面と同様に正方形状に形成されており、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２の一方の主面を覆うように形成されている。電極１２２は、平面視で第一圧電フィルム１１１と同様に正方形状に形成されており、第一圧電フィルム１１１における電極１２１が形成されていない側の主面を覆うように形成されている。また、電極１２３は、平面視で第二圧電フィルム１１２と同様の形状に形成されており、第二圧電フィルム１１２における電極１２１が形成されていない側の主面を覆うように形成されている。なお、電極１２２及び電極１２３側から平面視したとき、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２の端辺が見える大きさである構造が好適である。貼り合わせた時に生じるずれによる特性ばらつきや、押圧を加えたときに生じる圧電素子１０の変形によって、電極１２１と電極１２２もしくは電極１２３とがショートしてしまう虞を軽減することが出来る。

図３（Ａ）〜（Ｃ）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３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、第一実施形態に係る圧電フィルムを平面視した図である。図３（Ｃ）は、第一実施形態に係る圧電フィルムのＸ−Ｚ平面における断面図である。第一圧電フィルム１１１は、押圧操作を受付けたときに第二圧電フィルム１１２が発生する電位と逆の極性の電位を発生するものであることが好ましい。

図３（Ａ）に示すように、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２はキラル高分子から形成されるフィルムからなる。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、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２の平板面が押圧されることにより、電位を発生する。この際、発生する電位量は、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、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２（ＰＬＬＡ）の一軸延伸方向は、図３（Ａ）の矢印に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に対してそれぞれ逆向きに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、第一圧電フィルム１１１が押圧されることにより発生する電位と、第二圧電フィルム１１２が押圧されることにより発生する電位とは逆の極性となる。

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。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。したがって、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。

また、図３（Ｂ）に示すように、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２は、二種類のキラル高分子から形成されるフィルムからなるものであってもよい。例えば、第一圧電フィルム１１１としてＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を用い、第二圧電フィルム１１２としてＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）を用いてもよい。この場合、一軸延伸方向は、図３（Ｂ）の矢印に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に対して向きに４５度の角度を成す同一の方向としている。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、第一圧電フィルム１１１が押圧されることにより発生する電位と、第二圧電フィルム１１２が押圧されることにより発生する電位とは逆の極性となる。

また、図３（Ｃ）に示すように、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２は、ポーリング処理を行ったＰＶＤＦ又はＰＺＴ等のようなイオンが分極した強誘電体から形成されるフィルムからなるものであってもよい。例えば、図３（Ｃ）に示すように、第一圧電フィルム１１１としてＺ方向上側がプラスに帯電したＰＶＤＦを用い、第二圧電フィルム１１２としてＺ方向上側がマイナスに帯電したＰＶＤＦを用いてもよい。これにより、第一圧電フィルム１１１が押圧されることにより発生する電位と、第二圧電フィルム１１２が押圧されることにより発生する電位とは逆の極性となる。

第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２の両主面に形成されている電極１２１、電極１２２、及び電極１２３は、アルミニウムや銅等の金属系の電極を用いるのが好適である。アルミニウムや銅は導電率が高い。このため、電極１２１、電極１２２、及び電極１２３は、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２が変形することによって発生する電荷を、高感度に検知することができる。圧電素子１０に透明性が求められる場合は、ＩＴＯやＰＥＤＯＴなどを用いて電極１２１、電極１２２、及び電極１２３を透明にするものでも良い。ＰＬＬＡやＰＤＬＡは透明性が高い。このため、圧電素子１０の透明性を高めることが可能となる。このような電極１２１、電極１２２、及び電極１２３を設けることで、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２が発生する電荷を電位差として取得でき、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。

ここで、圧電デバイス１００が押圧操作を受けたときに発生する電位について説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第一実施形態に係る圧電デバイス１００の押圧操作を受ける位置と発生電位との関係を説明するための図である。ここでは、第一領域Ｒ１が一つの場合について説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）では、圧電デバイス１００のうち第一押圧部５の周辺のみが拡大して表示されている。

図４（Ａ）に示すように、第一領域Ｒ１に配置されている第一圧電フィルム１１１が局所的に押圧操作を受付けたとき、第一圧電フィルム１１１がＺ軸方向の下方に大きく歪む。これにより、第一圧電フィルム１１１の押圧操作を受付けた部分には電荷が発生する。第一圧電フィルム１１１が歪むことにより、第一圧電フィルム１１１を取り巻く周辺の第二圧電フィルム１１２にもＺ軸方向の上方に多少の歪みが生じる。これにより、第二圧電フィルム１１２に第一圧電フィルム１１１より相対的に小さい電荷が発生する。ここで、第一圧電フィルム１１１に対応する電極１２２では、例えばプラスの電位が検出される。これに対して、第二圧電フィルム１１２の表面は逆にＺ軸方向の上方に歪むため、第二圧電フィルム１１２に対応する電極１２３では、電極１２２に比べて相対的に小さいプラスの電位が検出される。このため、圧電デバイス１００全体としては、第一圧電フィルム１１１と第二圧電フィルム１１２で発生した電位の和からなるプラスの電位が出力される。

図４（Ｂ）に示すように、第一領域Ｒ１に配置されている第二圧電フィルム１１２が局所的に押圧操作を受付けたとき、第二圧電フィルム１１２がＺ軸方向の下方に大きく歪む。これにより、第二圧電フィルム１１２の押圧操作を受付けた部分には電荷が発生する。第二圧電フィルム１１２の押圧操作を受付けた部分が歪むことにより、近隣に存在する第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２にもＺ軸方向の上方に多少の歪みが生じる。このとき、第二圧電フィルム１１２はＺ軸方向の下方に大きく歪むため、ひずんだ箇所に対応する電極１２３においては、例えばマイナスの電位が検出される。これに対して、第二圧電フィルム１１２の押圧操作を受付けていない部分は逆にＺ軸方向の上方に歪むため、第二圧電フィルム１１２の押圧操作を受付けていない部分に対応する電極１２３においては、押圧操作を受付けた部分と比べて相対的に小さいプラスの電位が生じる。このため、第二圧電フィルム１１２全体に対応する電極１２３として生じる電位は、プラスとマイナスとで一部相殺され、第二圧電フィルム１１２の押圧操作を受付けた部分のみが生じるマイナスの電位より小さくなる。また、第一圧電フィルム１１１もＺ軸方向の上方に多少の歪みが生じるため、第一圧電フィルム１１１に対応する電極１２２においては、マイナスの電位が生じる。これにより、圧電デバイス１００全体としては、第一圧電フィルム１１１と第二圧電フィルム１１２で発生した電位の和からなるマイナスの電位が出力される。

図４（Ｃ）に示すように、第二領域Ｒ２における第二圧電フィルム１１２に対応しない領域が局所的に押圧操作を受付けたとき、第一圧電フィルム１１１と第二圧電フィルム１１２は共にＺ軸方向の上方に多少歪む。第一圧電フィルム１１１と第二圧電フィルム１１２にはそれぞれ逆方向に電荷が発生する。このため、第一圧電フィルム１１１に対応する電極１２２ではマイナスの電位が、第二圧電フィルム１１２に対応する電極１２３ではプラスの電位が検出される。第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２で発生した電位の和はプラスとマイナスとで相殺され、圧電デバイス１００全体としては殆ど電位が検出されない。

上述のように、圧電デバイス１００において検出される電位は、操作者が押圧する位置によって異なる。すなわち、圧電デバイス１００は、第一領域Ｒ１が押圧操作を受付けたとき、第二領域Ｒ２で押圧操作を受付けたときより、相対的に強い電位を出力する。このため、圧電素子１０が出力する電位の大きさによって、第一領域Ｒ１が押圧されたか否かが明確に判別できる。この結果、局所的な特定の領域の変形を検知できる。

なお、圧電デバイス１００において検出される電位は、第一実施形態のように二つの第一領域Ｒ１に該当する領域（第一押圧部５又は第二押圧部６）がある場合であっても、それぞれの領域を判別できる。第一押圧部５が押圧された場合と、第二押圧部６が押圧された場合とで逆の極性の電位が検出されることにより判別できる。例えば、第一押圧部５が押圧された場合、第一押圧部５は図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に示す状態であり、第二押圧部６は図４（Ｃ）に示す状態である。このとき、第一押圧部５に対応する圧電素子１０においてプラスの電位が検出され、第二押圧部６に対応する圧電素子１０においてプラスの電位が検出される。逆に第二押圧部６が押圧された場合、第一押圧部５に対応する圧電素子１０においてマイナスの電位が検出され、第二押圧部６に対応する圧電素子１０においてマイナスの電位が検出される。これにより、第一押圧部５を押した場合と第二押圧部６を押した場合とで、圧電デバイス１００全体として出力される電位の極性が異なるため、いずれの押圧部が挿圧されたかを判別できる。なお、第一押圧部５が押圧された場合と、第二押圧部６が押圧された場合とで同じ極性の電位が検出される場合であっても、検出された電位を後から反転させて演算することによっても判別できる。例えば、圧電デバイス１００全体として出力される電位を、第一押圧部５に対応する圧電素子１０で検出された電位から第二押圧部６に対応する圧電素子１０で検出された電位を引いた差として演算する。ここで説明のため、第一押圧部５又は第二押圧部６が押圧された場合、押圧された押圧部に対応する圧電素子１０においてプラスの電位が検出される場合を想定する。例えば、第一押圧部５が押圧された場合、第一押圧部５は図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に示す状態であり、第二押圧部６は図４（Ｃ）に示す状態である。このとき、第一押圧部５に対応する圧電素子１０においてプラスの電位が検出され、第二押圧部６に対応する圧電素子１０においてマイナスの電位が検出される。逆に第二押圧部６が押圧された場合、第一押圧部５に対応する圧電素子１０においてマイナスの電位が検出され、第二押圧部６に対応する圧電素子１０においてプラスの電位が検出される。これにより、第一押圧部５を押した場合と第二押圧部６を押した場合とで、圧電デバイス１００全体として出力される電位が異なるため、いずれの押圧部が挿圧されたかを判別できる。また、第１押圧部５及び第２押圧部６が近接して配置されているときは、第１押圧部５及び第２押圧部６に同じ圧電素子１０を用いることが好ましい。例えば、第１押圧部５及び第２押圧部６に配置された圧電素子１０が共に、図３（Ａ）で示すように操作面側から見たときの延伸軸方向はＸ軸正方向を０°としたときに４５°の第１圧電フィルム１１１と、１３５°の第２圧電フィルム１１２とを備える。これにより、第１押圧部５及び第２押圧部６を近接して配置した場合においても、それぞれの第２圧電フィルム１１２同士が近接することにより信号が打ち消されることなく出力することができる。すなわち、同様の圧電素子１０を用いることにより、第１押圧部５及び第２押圧部６を近接して並べて配置することが可能となる。逆に、第１押圧部５及び第２押圧部６が離れている場合は、それぞれ圧電素子１０の出力の電荷の向きに関係なく、出力レベルの差から第１押圧部５、又は第２押圧部６のいずれかを押されたかを判別することができるため、第１押圧部５及び第２押圧部６で異なった圧電素子を使用することも可能である。

また、第一実施形態においては、第一圧電フィルム１１１及び第二圧電フィルム１１２は共に第一領域Ｒ１に配置されていたが、第二圧電フィルム１１２は必ずしも第一領域Ｒ１に配置される必要はなく、第一領域Ｒ１の近傍に配置されていてもよい。第一圧電フィルム１１１に対応する部分が押圧された場合、第二圧電フィルム１１２に対応する部分が押圧された場合に比べて相対的に大きな電位が検出される。従って、第一圧電フィルム１１１に対応する部分が押圧された場合のみ、相対的に大きな電位が出力されるため、さらに局所的に限定された特定の領域の変形を検知できる。

図５〜図１０は、第二実施形態〜第七実施形態に係る圧電素子を示す分解斜視図、及びそのＸ−Ｚ平面における断面図である。

図５（Ａ）は第二実施形態に係る圧電素子２０の分解斜視図、図５（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第二実施形態に係る圧電素子２０は、平膜状の圧電フィルム２１、及び第一検知電極２２、及び第一検知電極２２と極性の異なる第二検知電極２３と、を備える。第一検知電極２２は、圧電フィルム２１のＺ方向上方（圧電フィルム２１の第一主面側）に形成され、第二検知電極２３は、圧電フィルム２１のＺ方向下方（圧電フィルム２１の第二主面側）に形成されている。第一検知電極２２及び第二検知電極２３は、それぞれ第一領域Ｒ１に配置されている。圧電フィルム２１は、平面視で第一領域Ｒ１の面、すなわち第一押圧部５及び第二押圧部６と同様、正方形状であり、圧電フィルム２１の外周は、概ね第一押圧部５又は第二押圧部６の外周と一致するように形成されている。

圧電素子２０は、第一検知電極２２と対になる電極２４と、第一検知電極２２と対になる電極２５とをさらに備える。電極２４は、圧電フィルム２１の第二主面側に形成され、電極２５は、圧電フィルム２１の第一主面側に形成されている。電極２５は、第一検知電極２２と同一平面上において第一検知電極２２を囲む形状に形成されている。電極２３は、第二検知電極２４と同一平面上において第二検知電極２４を囲む形状に形成されている。

第一検知電極２２は圧電フィルム２１に対して、第二検知電極２３が形成されている主面と逆の主面に形成されている。このため、圧電フィルム２１が同一の方向から同様に押圧操作を受付けたとき、第一検知電極２２が検出する電位と、第二検知電極２３が検出する電位とは極性が逆になる。従って、圧電フィルム２１において押圧される位置によって、圧電フィルム２１から生じる電位が異なる。これにより、一枚の圧電フィルムであっても、確実に特定の領域の変形を検知できる。

第一検知電極２２及び第二検知電極２３は第一領域Ｒ１に配置されているため、第一領域Ｒ１で生じた電位を検知可能である。第一検知電極２２に対応する圧電フィルム２１の一部が押圧操作を受付けたとき、圧電フィルム２１の一部がＺ軸方向の下方に大きく歪む。圧電フィルム２１の押圧操作を受付けた部分には電荷が発生し、第一検知電極２２には、例えばプラスの電位が生じる。このとき圧電フィルム２１における第二検知電極２３に対応する部分は、Ｚ軸方向の上方に多少の歪みが生じ、第二検知電極２３にはプラスの電位が生じる。このため、圧電デバイス１００全体としては、第一検知電極２２及び第二検知電極２３で検知した電位の和からなるプラスの電位が検出される。

第一検知電極２３に対応する圧電フィルム２１の一部が押圧操作を受付けたとき、圧電フィルム２１の一部がＺ軸方向の下方に大きく歪む。圧電フィルム２１の押圧操作を受付けた部分には電荷が発生し、第一検知電極２３には、例えばマイナスの電位が出力される。第一検知電極２２に対応する圧電フィルム２１の内、押圧操作を受付けていない部分はＺ軸方向の上方に多少の歪みが生じ電荷が発生する。このとき、第一検知電極２２には、プラスの電位が生じる。また圧電フィルム２１における第二検知電極２３に対応する部分は、Ｚ軸方向の上方に多少の歪みが生じ電荷が発生する。このとき、第二検知電極２３には、マイナスの電位が生じる。このため、圧電デバイス１００全体としては、第一検知電極２２及び第二検知電極２３で検知した電位の和からなるマイナスの電位が検出される。

第二領域Ｒ２で押圧操作を受付けたとき、第一検知電極２２に対応する圧電フィルム２１も、第二検知電極２３に対応する圧電フィルム２１も、同様にＺ軸方向の上方に多少の歪みが生じ、電荷が発生する。このとき、第一検知電極２２にはプラスの電位が生じ、第二検知電極２３にはマイナスの電位が生じる。このため、圧電フィルム２１全体で発生する電位の和はプラスとマイナスとで相殺され、電位は殆ど検出されない。この結果、操作者が押圧する位置によって圧電デバイス１００全体として検出される電位が異なるため、局所的に第一領域Ｒ１の変形を検出できる。また、圧電フィルム２１が一枚で構成されているため、圧電デバイス１００の構造が単純なものとなり製造が容易となる。

図６（Ａ）は第三実施形態に係る圧電素子３０の分解斜視図、図６（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、第三実施形態に係る圧電素子３０は、増幅器３６、圧電フィルム３１、第一検知電極３２、及び第二検知電極３３、電極３４を備える。第一検知電極３２及び第二検知電極３３は、圧電フィルム３１のＺ方向上方（圧電フィルム３１の第一主面側）に形成されている。電極３４は、圧電フィルム３１のＺ方向下方（圧電フィルム３１の第二主面側）に形成されている。第一検知電極３２及び第二検知電極３３は、それぞれＲ１に配置されている。圧電フィルム３１は、平面視で第一領域Ｒ１の面、すなわち第一押圧部５及び第二押圧部６と同様、正方形状であり、圧電フィルム３１の外周は、概ね第一押圧部５又は第二押圧部６の外周と一致するように形成されている。

第一検知電極３２は増幅器３６の反転入力端子に接続され、第二検知電極３３は増幅器３６の非反転入力端子に接続されている。このため、第一検知電極３２及び第二検知電極３３は圧電フィルム３１の主面の同一方向に形成されるため製造が容易となる。また、増幅器３６において、第一検知電極３２が反転入力端子に接続され、第二検知電極３３が非反転入力端子に接続されている。このため、圧電フィルム３１が同一の方向から同様に押圧操作を受付けたとき、第一検知電極３２が検出する電位と、第二検知電極３３が検出する電位とは極性が逆になる。従って、圧電フィルム３１において押圧される位置によって、圧電素子３０から出力される電位が異なる。これにより、一枚の圧電フィルム３１であっても、確実に特定の領域の変形を検知できる。

図７（Ａ）は第四実施形態に係る圧電素子４０の分解斜視図、図７（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、第四実施形態に係る圧電素子４０は、増幅器３６の代わりに信号処理部４５を備えること以外は第三実施形態と概ね同様の構成となっている。すなわち、圧電素子４０は、圧電フィルム４１、第一検知電極４２、第二検知電極４３、電極４４、及び信号処理部４５を備える。信号処理部４５は、第一検知電極４２又は第二検知電極４３が出力するいずれかの信号を反転する処理を行う。これにより、第一検知電極４２及び第二検知電極４３は圧電フィルム４１の主面の同一方向に形成されるため製造が容易となる。また、信号処理部４５によって、第一検知電極４２又は第二検知電極４３が検出するいずれかの信号が反転される。このため、圧電フィルム４１が同一の方向から同様に押圧操作を受付けたとき、第一検知電極４２が検出する電位は、第二検知電極４３が検出する電位と極性が逆になる。従って、圧電フィルム４１において押圧される位置によって、圧電素子４０から出力される電位が異なる。これにより、一枚の圧電フィルムであっても、確実に特定の領域の変形を検知できる。

図８（Ａ）は第五実施形態に係る圧電素子５０の分解斜視図、図８（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、第五実施形態に係る圧電素子５０は、圧電フィルム５１と、圧電フィルム５１の両主面に形成された対の電極５２（電極５２１及び電極５２２）とを備える。圧電フィルム５１は、圧電フィルム５１の主面に沿った第一方向（Ｘ方向）の長さが第一方向に直行する第二方向（Ｙ方向）の長さより長い第三領域５１１と、前記第一方向（Ｘ方向）の長さが前記第二方向（Ｙ方向）の長さより短い第四領域５１２と、を有する。圧電フィルム５１は、第一領域Ｒ１又は第一領域及びその近傍に亘って配置され、キラル高分子からなる。このため、第三領域５１１が押圧されたとき、第三領域５１１は第二方向に比べて第一方向に大きく歪む。一方、第四領域５１２が押圧されたとき、第四領域５１２は第一方向に比べて第二方向に大きく歪む。また、圧電フィルム５１がキラル高分子からなるため、圧電フィルム５１の伸縮する方向によって圧電フィルム５１に生じる電位が逆となる。このため、第三領域５１１が押圧されたときと、第四領域５１２が押圧されたときとで、検出される電位が異なり、極性が逆となる。従って、検出される電位によって、圧電フィルム５１における押圧された位置が正確に検知できる。

図９（Ａ）は第五実施形態に係る圧電素子６０の分解斜視図、図９（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、第五実施形態に係る圧電素子６０は、圧電フィルム６１と、圧電フィルム６１の両主面に形成された対の電極６２（電極６２１及び電極６２２）とを備える。圧電フィルム６１は、一枚の圧電フィルム６１１と、二枚の圧電フィルム６１２とから成り、圧電フィルム６１１を中央にして同一平面上に平行に並んで形成されている。圧電フィルム６１１は、第一領域Ｒ１に配置されている。また、圧電フィルム６１１は、押圧操作を受付けたときに圧電フィルム６１２が発生する電位と逆の極性の電位を発生するものである。これにより、圧電フィルム６１１に対応する領域が押圧されたときと圧電フィルム６１２に対応する領域が押圧されたときとで、検出される電位が異なり、極性が逆となる。従って、検出される電位によって、圧電フィルム６１における押圧された位置が正確に検知できる。なお、圧電フィルム６１１と圧電フィルム６１２の面積は必要に応じて適時設計されるが、特に圧電フィルム６１１と圧電フィルム６１２の面積を等しくすることが好ましい。この場合、第２領域を押したときの出力をより軽減できるので好適である。さらに、出力が形状（例えば、アスペクト比等）に依存する特性をもつ圧電フィルムの場合、圧電フィルム６１１及び圧電フィルム６１２の面積を等しくし、かつ相似形にすることが望ましい。これにより、第２領域を押したときの出力をより軽減することができる。

図１０（Ａ）は第五実施形態に係る圧電素子７０の分解斜視図、図１０（Ｂ）はそのＸ−Ｚ平面における断面図である。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、第五実施形態に係る圧電素子７０は、圧電フィルム７１と、圧電フィルム７１の両主面に形成された対の電極７２（電極７２１及び電極７２２）とを備える。圧電フィルム７１は、一枚の圧電フィルム７１１と、一枚の圧電フィルム７１２とから成り、それぞれ同一平面上に平行に並んで形成されている。圧電フィルム７１は、第一領域Ｒ１に配置されている。また、圧電フィルム７１１は、押圧操作を受付けたときに圧電フィルム７１２が発生する電位と逆の極性の電位を発生するものである。圧電フィルム７１１に対応する領域が押圧されたときと圧電フィルム７１２に対応する領域が押圧されたときとで、検出される電位が異なり、極性が逆となる。従って、検出される電位によって、圧電フィルム７１における押圧された位置が正確に検知できる。これにより、例えば温度等を「上げる」又は「下げる」といった選択肢のあるボタンなどを構成することが可能となる。なお、本発明の圧電デバイスは、表示装置以外、つまりディスプレイを備えない電子機器にも適用可能である。

最後に、上述の実施形態の説明は、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とを含む。

１…表示装置
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０…圧電素子
１２，５２…電極
２１，３１，４１，５１，６１，７１…圧電フィルム
２２，３２，４２…第一検知電極
２３，３３，４３…第二検知電極
３４…増幅器
４５…信号処理部
１００…圧電デバイス
１１１…第一圧電フィルム
１１２…第二圧電フィルム
５１１…第三領域
５１２…第四領域
Ｒ１…第一領域
Ｒ２…第二領域

Claims (7)

1. 押圧操作を受付ける第一領域と、
   前記第一領域以外の第二領域と、
   前記第一領域で押圧操作を受付けたときに、前記第二領域で押圧操作を受付けたときより相対的に強い電位を出力する圧電素子と、
   を備え、
   前記圧電素子は、
   前記第一領域に配置される第一圧電フィルムと、
   前記第一領域又はその近傍に配置され、押圧操作を受付けたときに前記第一圧電フィルムが発生する電位と逆の極性の電位を発生する第二圧電フィルムと、
   前記第一圧電フィルム及び前記第二圧電フィルムの両主面に形成された電極と、
   を備える圧電デバイス。
2. 押圧操作を受付ける第一領域と、
   前記第一領域以外の第二領域と、
   前記第一領域で押圧操作を受付けたときに、前記第二領域で押圧操作を受付けたときより相対的に強い電位を出力する圧電素子と、
   を備え、
   前記圧電素子は、
   圧電フィルムと、
   前記第一領域に配置され前記圧電フィルムの第一主面又は第二主面に形成される第一検知電極と、
   前記第一領域又はその近傍に配置され前記圧電フィルムの第一主面又は第二主面に形成され、前記第一検知電極と極性の異なる第二検知電極と、
   を備え
   前記圧電素子は信号処理部を備え、
   前記第一検知電極及び前記第二検知電極は前記圧電フィルムの第一主面に形成され、前記信号処理部は前記第一検知電極又は前記第二検知電極が出力するいずれかの信号を反転する処理を行う圧電デバイス。
3. 前記第一検知電極は前記圧電フィルムの第一主面に形成され、前記第二検知電極は前記圧電フィルムの第二主面に形成される請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記圧電素子は増幅器を備え、
   前記第一検知電極及び前記第二検知電極は前記圧電フィルムの第一主面に形成され、前記第一検知電極は前記増幅器の反転入力端子に接続され、前記第二検知電極は前記増幅器の非反転入力端子に接続される請求項２に記載の圧電デバイス。
5. 押圧操作を受付ける第一領域と、
   前記第一領域以外の第二領域と、
   前記第一領域で押圧操作を受付けたときに、前記第二領域で押圧操作を受付けたときより相対的に強い電位を出力する圧電素子と、
   を備え、
   前記圧電素子は、
   前記第一領域又は前記第一領域及びその近傍に亘って配置され、キラル高分子からなる圧電フィルムと、
   前記圧電フィルムの両主面に形成された電極と、
   を備え、
   前記圧電フィルムは、前記圧電フィルムの主面に沿った第一方向の長さが前記第一方向に直行する第二方向の長さより長い第三領域と、前記第一方向の長さが前記第二方向の長さより短い第四領域と、を有する圧電デバイス。
6. 前記第一領域を複数備える請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧電デバイス。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の圧電デバイスを用いた表示装置。

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