JP6879826B2 - タッチセンサ - Google Patents
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Description
図1、図2に示す本発明のタッチセンサ10は、ディスプレイの表示面に配置されるものである。本発明のタッチセンサ10は、圧電センサ11および静電容量センサ12を備える。圧電センサ11は押圧力を圧電方式で検出する。静電容量センサ12は押圧された位置(X座標およびY座標)を静電容量方式で検出する。圧電センサ11と静電容量センサ12は透明充填層13によって接着されている。
圧電センサ11は、第1基材フィルム14と圧電性を有するコーティング層15からなる第1積層体である圧電フィルム16、圧電フィルム16の一面に形成された第1透明電極17、圧電フィルム13の他面に形成された第2透明電極18を備える。タッチセンサ10が押圧されると圧電性を有するコーティング層15が分極し、その際の電位の変化を透明電極17、18で検出することで、押圧力を検出することができる。
静電容量センサ12は、圧電センサ13の一面側に配置されている。静電容量センサ12は、第2基材フィルム19の一面に第3透明電極20を形成した第2積層体21、第3基材フィルム22の一面に第4透明電極23を形成した第3積層体24、第2積層体21と第3積層体24とを接着する透明充填層25を備える。透明電極20、24同士は絶縁されている。静電容量センサ12は、指またはペンがタッチセンサ10に接触または近接したときにその位置の静電容量が変化し、その位置にある透明電極20、24の電位が変化し、その電位の変化によってタッチ位置を検出することができる。
第1および第2、第3基材フィルム14、19、22は、たとえばポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリオレフィン、ポリシクロオレフィン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリノルボルネンなどの高分子フィルムが挙げられる。それぞれの基材フィルム14、19、22は透明性、耐熱性、および機械特性に優れるポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)が好ましいが、これに限定されない。また、異なる材料のフィルムを積層して1枚の基材フィルムにしても良い。
圧電性を有するコーティング層15は、第1基材フィルム14のいずれかの面上に薄膜状にコーティングされたものである。圧電性を有するコーティング層15は、コーティング後の膜が圧電性を有するものであれば、特に限定されない。圧電性を有するコーティング層15は、ポーリング(分極処理)を行なわなくても圧電性を示すものが望ましいが、ポーリング後に圧電性を示すものでもよい。
圧電性を有するコーティング層15の材料は、例えば、フッ素樹脂を含む材料が好適に用いられる。フッ素樹脂を含む材料を具体的に例示すると、フッ化ビニリデン成分含有ポリマーであるポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレンの共重合体、ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフロライドの共重合体、パーフルオロビニルエーテル−ビニリデンフロライドの共重合体、テトラフルオロエチレン−ビニリデンフロライドの共重合体、ヘキサフルオロプロピレンオキシド−ビニリデンフロライドの共重合体、ヘキサフルオロプロピレンオキシド−テトラフルオロエチレン−ビニリデンフロライドの共重合体、ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン−ビニリデンフロライドの共重合体から選ぶことができる。そしてこれらのポリマーは単独でも混合体でも用いることができる。より好ましくは、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデンの重合体である。
圧電性を有するコーティング層15の乾燥後の厚さが限定されることはないが、後述する光学特性を考慮すると、0.5μm以上、20μm以下が適切であるが、0.5〜10μmがより好ましく、0.5〜5μmがさらに好ましい。圧電性を有するコーティング層15の乾燥後の厚さが0.5μm未満であると、形成された膜が不完全であるおそれがある。圧電性を有するコーティング層15の乾燥後の厚さが20μmを超えると、光学特性(ヘイズおよび全光線透過率)が不適切になるおそれがある。
ディスプレイの画像が明瞭に視認されなければならないため、圧電フィルム16のヘイズ値は5%未満が好ましく、全光線透過率は90%以上が好ましい。圧電フィルム16のヘイズ値が5%以上の場合、あるいは、全光線透過率が85%未満となった場合、ディスプレイの画像が明瞭に視認できなくなるおそれがある。
第1および第2透明電極17、18は押圧力を検出するための電極であり、第3および第4透明電極20、23は押圧位置を検出するための電極である。
第1基材フィルム14と圧電性を有するコーティング層15、第1、第2および第3基材フィルム14、19、22と第1、第3、第4透明電極17、20、23の間にアンダーコート層(ancher coat layer)、屈折率調整層(Index matching layer)(光学調整層)などの数nm〜数十nm程度の薄層を設けても良い。アンダーコート層は層間の密着性を高め、屈折率調整層は反射率を調整する。さらに、各基材フィルム14、19、22と透明電極17、20、23の間にアンチブロッキング層を設けても良い。アンチブロッキング層は積み重ねられたフィルムが圧着(ブロッキング)することを防止する効果がある。
透明充填層13、25は、空気層を作らずに層間を満たすようにする。第1および第4透明電極17、23の表面は透明充填層13、25で覆われる。第1および第4透明電極17、23の表面による反射と微細な凹凸によって生じる散乱により、全光線透過率とヘイズが低下するのを防止するためである。
ディスプレイの前面にタッチセンサ10が配置される。ディスプレイは液晶ディスプレイまたは有機ELディスプレイなどの平面ディスプレイを使用することができる。押圧位置を検出するための静電容量センサ12が圧電センサ11よりも上方(タッチする側)に配置されるようにする。第1および第2透明電極17、18は圧電フィルム16を覆うように形成されており、圧電センサ11が静電容量センサ12よりも上方に配置されると、第3および第4透明電極20、23が静電容量の変化を検出できなくなるためである。タッチセンサ10とディスプレイは透明充填層で接着する。透明充填層は上記の光学透明接着材料または光学透明粘着材料が使用可能である。
図1のタッチセンサ10において、圧電フィルム16の方向は任意である。図4のタッチセンサ30のように、圧電性を有するコーティング層15が第1基材フィルム14の上側に配置されても良い。
図5(a)のタッチセンサ40の圧電センサ41のように、圧電フィルム16に第2透明電極18を直接形成していなくても良い。第4基材フィルム42に第2透明電極18を積層した第4積層体43を準備し、透明充填層44によって圧電フィルム16と第4積層体を接着している。第4基材フィルム42は第1基材フィルム14などと同じ材料で構成することができる。また、透明充填層44は他の透明充填層13などと同じ材料で構成することができる。
図6(a)のタッチセンサ50の圧電センサ51のように、圧電フィルム16に第1透明電極17を直接形成しなくても良い。第5基材フィルム52に第1透明電極17を積層した第5積層体53を準備し、透明充填層54によって圧電フィルム16と第5積層体53を接着している。第5基材フィルム52は第1基材フィルム14などと同じ材料で構成することができる。また、透明充填層54は他の透明充填層13などと同じ材料で構成することができる。
図7のタッチセンサ60の圧電センサ61は、圧電フィルム16、第4積層体43、第5積層体53を透明充填層44、54によって接着した構成である。圧電センサ61は、図5の圧電センサ41と図6の圧電センサ51を組み合わせた構成である。
図8のタッチセンサ70の静電容量センサ71は、第6基材フィルム72の一面に第3透明電極20が形成され、第6基材フィルム72の他面に第4透明電極23が形成されている。第6基材フィルム72は第1基材フィルム14などと同じものを使用できる。図8では第4透明電極23が透明充填層13に接着されているが、第3透明電極20を透明充填層13に接着しても良い。
図9(a)のタッチセンサ80の静電容量センサ81は、第6基材フィルム72の一面側に第3'透明電極82と第4'透明電極83が形成されている。第3'透明電極82と第4'透明電極83は第3透明電極20と第4透明電極23と同じ材料で形成されている。
静電容量センサは2本の透明電極20、23で静電容量の変化を検出する構成に限定されない。図10のタッチセンサ90の静電容量センサ91は、第6基材フィルム72の一面に縦横に配列された矩形状の透明電極92を備える。矩形状の透明電極92に引出配線93が接続されている。矩形状の透明電極92と引出配線93は、第3透明電極20と第4透明電極23と同じ材料で形成されている。
本願は静電容量センサと圧電センサを完全に分離した形態に限定されない。たとえば、図11(a)のタッチセンサ100は、図1のタッチセンサ10と比較して第1透明電極17を省略している。圧電フィルム16の一面側に配置された第4透明電極23が、静電容量方式によってタッチ位置の座標を検出する電極であり、かつ圧電性を有するコーティング層15が分極したときの電位を検出するための電極である。第4透明電極23が上記実施形態の第1透明電極17の機能も備える。
また、図12(a)のタッチセンサ110の圧電センサ111のように、第2透明電極18を圧電フィルム16に直接形成しない構成であっても良い。図5の圧電センサ41、46と同様に、圧電センサ111は第4基材フィルム42のいずれかの面に第2透明電極18を積層した第4積層体43を準備し、透明充填層44によって第4積層体43と圧電フィルム16を接着している。
図13(a)のタッチセンサ120のように圧電フィルム16に第4透明電極23を直接形成しても良い。圧電フィルム16の一面に第4透明電極23、圧電フィルム16の他面に第2透明電極18が積層されている。第3透明電極20から第4透明電極23までが121になっており、第4透明電極23から第2透明電極18までが圧電センサ122になっている。
図14(a)のタッチセンサ130の圧電センサ131のように、第2透明電極18を圧電フィルム16に直接形成しない構成であっても良い。図5の圧電センサ41、46と同様に、圧電センサ131は、第4基材フィルム42のいずれかの面に第2透明電極18を積層した第4積層体43を準備し、透明充填層44によって第4積層体43と圧電フィルム16を接着している。
実施形態11、12において、図8の静電容量センサ71を使用しても良い。図15(a)のタッチセンサ140のように、第6基材フィルム72の一面に第3透明電極20、他面に第4透明電極23を積層した静電容量センサ71を使用する。圧電センサ141は圧電フィルム16の他面に第2透明電極18を積層し、一面を透明充填層25に接着する。透明充填層25は第4透明電極23に接着されており、第4透明電極23から第2透明電極18までが圧電センサ141である。
図16(a)のタッチセンサ150のように、図9の静電容量センサ81を使用しても良い。圧電フィルム16の圧電性を有するコーティング層15に第2透明電極18を積層し、第1基材フィルム14と第6基材フィルム72が透明充填層13で接着されている。圧電センサ151は第2透明電極18から静電容量センサ81の第4'透明電極83までである。
図17(a)のタッチセンサ160のような静電容量センサ161を使用しても良い。静電容量センサ161は、圧電フィルム16の一面側に図9の静電容量センサ81の2方向の透明電極82、83を形成している。なお、説明の便宜上、圧でフィルム161よりも上側を静電容量センサ161としているが、第4'透明電極83よりも上を静電容量センサ161としても良い。
圧電フィルム16の一面側と他面側にある透明電極が静電容量センサと圧電センサの両方で使用されるようにしても良い。たとえば、図18のタッチセンサ170のように、圧電フィルム16の一面に第3透明電極20、圧電フィルム16の他面に第4透明電極23を積層しても良い。
各実施形態において、タッチセンサとディスプレイの間に透明電極を配置しても良い。たとえば図20のタッチセンサ200のように、第7透明電極201を第7基材フィルム202の一面全体に積層した積層体を準備し、透明充填層203で接着する。第7透明電極201がシールドの役目を果たす。
上記実施形態で屈折率調整層について説明したが、図21のタッチセンサ210のように圧電フィルム16と第2透明電極18の間に屈折率調整層210を配置しても良い。図21のタッチセンサ210は、図1のタッチセンサ10に屈折率調整層210を追加した以外は同じ構成である。また、屈折率調整層210は圧電フィルム16と第1透明電極17の間に配置されても良い。
図12においてコーティング層15の厚みが1μm、5μm、10μmの場合のタッチセンサ10の全光線透過率とヘイズを測定したので、その結果を表1に示す。コーティング層15はP(VDF−TrFE)を使用し、モル比は72:25であった。基材フィルム14はPETを使用し、その厚みは23μmであった。全光線透過率およびヘイズはDirect reading haze computer(Suga Test Instruments社製 HGM−ZDP)を用いて測定した。
なお、比較例として、図22に示すタッチセンサ220のように、透明充填層221によって圧電フィルム222を第1基材フィルム14に貼りつけた場合について、全光線透過率とヘイズを測定した。圧電フィルム222はPVDFを使用して押出しで製造した単独のフィルムであり、厚みは80μmであった。透明充填層221は光学透明粘着剤を使用し、その厚みは22μmであった。その他の構成は実施例の場合と同じである。
また、図21の屈折率調整層211による見栄えの変化を確認するために、図23のように厚さ23μmの第1基材フィルム14の上に圧電性を有するコーティング層15、屈折率調整層211、第2透明電極18を作成し、厚さおよび屈折率を測定した。その結果を表2に示すが、「第1層」が圧電性を有するコーティング層15、「第2層」が屈折率調整層211、「第3層」が第2透明電極18である。
実施例4〜9に対する比較例として、屈折率調整層211の無い場合(比較例3)と屈折率調整層211の屈折率が1.5より小さい場合(比較例4)をおこなった。屈折率調整層211が無い場合、反射率差は第2透明電極18と圧電性を有するコーティング層15の差である。反射率差が2%より大きくなり、見栄えが悪くなった。
11、41、46、56、61、101、103、111、113、122、124、131、133、141、143、151、153、162、165、172、192、195、198:圧電センサ
12、27、28、29、71、81、91、121、161、171、191、194、197:静電容量センサ
13、25、44、183:透明充填層
14、19、22、42、52、72、182:基材フィルム
15:圧電性を有するコーティング層
16、21、24、43、53、62、71、81:積層体
17、18、20、23、82、83、92、181:透明電極
84:絶縁体
211:屈折率調整層
231:アンチブロッキング機能を有するハードコート層
Claims (15)
- 静電容量方式によってタッチ位置の座標を検出する静電容量センサと、
前記静電容量センサの裏面に備えられ、基材フィルムに圧電性を有するコーティング層が積層された圧電フィルムを用い、押圧検出をおこなう圧電センサと、
を備えたタッチセンサ。 - 基材フィルムの裏面に圧電性を有するコーティング層が積層された圧電フィルムを用い、押圧検出をおこなう圧電センサと、
前記基材フィルムの表面に積層され、静電容量方式によってタッチ位置の座標を検出するための透明電極と、
を備えたタッチセンサ。 - 基材フィルムに圧電性を有するコーティング層が積層された圧電フィルム、および該圧電フィルムの一面側と他面側に配置され、圧電性を有するコーティング層が分極したときの電位の変化を検出するための透明電極を備えた圧電センサと、
前記圧電センサの一面側に配置され、静電容量方式によってタッチ位置の座標を検出するための透明電極と、
を備えたタッチセンサ。 - 基材フィルムに圧電性を有するコーティング層が積層された圧電フィルム、および該圧電フィルムの一面側と他面側に配置され透明電極を備えた圧電センサと、
前記圧電センサの一面側に配置され、静電容量方式によってタッチ位置の座標を検出する静電容量センサと、
を備え、
前記圧電フィルムの一面側に配置された透明電極が、圧電性を有するコーティング層が分極したときの電位の変化を検出するための透明電極および静電容量方式によってタッチ位置の座標を検出するための透明電極であるタッチセンサ。 - 基材フィルムに圧電性を有するコーティング層が積層された圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの一面側と他面側に配置された透明電極と、
を備え、
前記圧電フィルムの一面側と他面側に配置された透明電極が、圧電性を有するコーティング層が分極したときの電位の変化を検出するための透明電極であり、かつ少なくとも前記圧電フィルムの一面側に配置された透明電極が、静電容量方式によってタッチ位置の座標を検出するための透明電極であるタッチセンサ。 - 前記圧電性を有するコーティング層の厚みが0.5μmを越え、20μm未満である請求項1から5のいずれかに記載のタッチセンサ。
- 前記圧電性を有するコーティング層がフッ素樹脂を含む請求項1から6のいずれかに記載のタッチセンサ。
- 前記フッ素系樹脂がフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロチレンのうちの2種類以上の共重合体またはフッ化ビニリデンの重合体である請求項7に記載のタッチセンサ。
- 前記基材フィルムと圧電性を有するコーティング層との間にアンダーコート層、屈折率調整層、アンチブロッキング層の少なくとも1層を備えた請求項1から8のいずれかに記載のタッチセンサ。
- 前記圧電フィルムとタッチ位置の座標を検出するための透明電極との間、前記圧電フィルムと圧電性を有するコーティング層が分極したときの電位の変化を検出するための透明電極との間、またはその両方の間にアンダーコート層、屈折率調整層、アンチブロッキング層の少なくとも1層を備えた請求項1から9のいずれかに記載のタッチセンサ。
- 前記コーティング層の厚みが0.5〜10μm、屈折率調整層の厚みが80〜160nm、透明電極の厚みが20nm以上である請求項10のタッチセンサ。
- 前記コーティング層の屈折率が1.40〜1.50、屈折率調整層の屈折率が1.50〜1.70、透明電極の屈折率が1.90〜2.10である請求項10または11のタッチセンサ。
- 前記タッチ位置の座標を検出するための透明電極、前記圧電性を有するコーティング層が分極したときの電位の変化を検出するための透明電極、またはその両方が前記圧電フィルムに直接形成された請求項1から12のいずれかに記載のタッチセンサ。
- 前記基材フィルムが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリオレフィン、ポリシクロオレフィン、シクロオレフィンコポリマー、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリノルボルネンの少なくとも1種から選択される請求項1から13のいずれかに記載のタッチセンサ。
- 前記透明電極が酸化インジウムを主成分とする透明電極である請求項1から14のいずれかに記載のタッチセンサ。
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