WO2016002460A1 - 入力端末 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an input terminal that detects a user operation input.
- an input device disclosed in Patent Document 1 includes a touch position detection panel, a piezoelectric film formed of L-type polylactic acid (PLLA) uniaxially stretched so as not to be affected by pyroelectricity, and a piezoelectric film Displacement detection electrodes for detecting the bending displacement and torsional displacement are provided.
- the input device disclosed in Patent Document 1 can detect the direction and amount of bending displacement and torsional displacement from the voltage generated between the displacement detection electrodes due to the displacement of the piezoelectric film, in addition to the touch position and the pressing force against the touch position. Is detected.
- An object of the present invention is to provide an input terminal that can detect a bending displacement and a torsion displacement with a simple structure and without increasing the thickness in the film stacking direction.
- An input terminal of the present invention includes a flat base substrate having a first main surface and a second main surface facing each other, a third main surface and a fourth main surface facing each other, and Three main surfaces are formed on the flat main film-like piezoelectric film disposed opposite to the second main surface of the base substrate, the third main surface and the fourth main surface of the piezoelectric film, and the piezoelectric film
- An input terminal of the present invention includes a flat base substrate having a first main surface and a second main surface facing each other, a third main surface and a fourth main surface facing each other, and Three main surfaces are formed on the flat main film-like piezoelectric film disposed opposite to the second main surface of the base substrate, the third main surface and the fourth main surface of the piezoelectric film, and the piezoelectric film
- a rigid body is provided which is disposed to be opposed to each other and extends in a direction intersecting with a direction of deformation due to twisting of the base substrate.
- This configuration makes it possible to detect the displacement of the piezoelectric film from the voltage distribution by utilizing the fact that the voltage output from each of the displacement detection electrodes is individual according to the displacement of the piezoelectric film.
- the voltage distribution differs depending on whether the piezoelectric film is bent in a predetermined direction or twisted. Therefore, by detecting this voltage distribution, it is possible to detect that the piezoelectric film is bent or twisted, that is, it is displaced. Thereby, the input terminal which enabled the operation input by displacing (bending, twisting, etc.) an input terminal is realizable.
- the displacement detection electrode is divided into a plurality along the first direction of the first main surface or the second main surface, and is divided into a plurality along the second direction orthogonal to the first direction. It is preferable. In this configuration, four or more displacement detection electrodes are formed in different regions with respect to the piezoelectric film, that is, a plurality along the first direction and a plurality along the second direction. With this configuration, individual voltage distributions can be obtained with a plurality of types of displacements (bending, twisting, etc.) having different displacement patterns. Therefore, multiple types of displacement can be detected individually.
- the piezoelectric film is made of polylactic acid uniaxially stretched in a direction parallel to the first main surface and the second main surface, and the direction of the uniaxial stretch of the piezoelectric film is the first direction and the A direction that forms a predetermined angle with respect to the second direction is preferable.
- This configuration shows a specific usage mode of a piezoelectric film using polylactic acid.
- the rigid body is formed along the second direction at both ends of the piezoelectric film in the first direction.
- the direction of the stress in the vicinity of the rigid body generated by the torsional displacement is the same as the direction of the stress generated when the piezoelectric film is bent along the second direction, and the torsional displacement is increased as in the bending displacement. It can be detected with sensitivity.
- the input terminal of the present invention includes a flat membrane-shaped main body having a third main surface on the operation surface side and a fourth main surface facing the third main surface, and the third main surface and the A touch position detection panel including a capacitance detection electrode formed on a fourth main surface; the first main surface and the second main surface; the third main surface and the fourth main surface; It is preferable that they are arranged so as to substantially overlap when viewed from the operation surface side. With this configuration, it is possible to realize an input terminal that enables an operation input on the operation surface by the touch position detection panel and an operation input by displacing (bending, twisting, etc.) the input terminal. Further, at this time, since the touch position detection panel and the piezoelectric film are each in the form of a flat film, a thin input terminal can be realized.
- the capacitance detection electrode and the displacement detection electrode are formed in a composite manner on the same surface.
- the capacitance detection electrode and the displacement detection electrode are formed in the same layer, so there is no need to provide a base substrate between the electrostatic sensor and the piezoelectric sensor, and a thinner input terminal is realized. it can.
- the main body of the touch position detection panel is formed by the piezoelectric film, and the capacitance detection electrode and the displacement detection electrode are combined on the same surface. Preferably it is formed.
- the main body of the touch position detection panel is a piezoelectric film, and the capacitance detection electrode and the displacement detection electrode are formed on one surface of the piezoelectric film, so that a thinner input terminal can be realized.
- an input terminal capable of detecting a bending displacement and a twisting displacement with a simple structure and without increasing the thickness in the film stacking direction.
- FIG. 1 is a plan view of a panel 21A of the input terminal 1 according to the first embodiment of the present invention.
- 2A is a plan view showing the structure of the electrostatic sensor 13 of the panel 21A
- FIG. 2B is a plan view showing the structure of the piezoelectric sensor 12 of the panel 21A
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1 and FIG.
- FIG. 3 is a functional block diagram of the input terminal 1 according to the first embodiment of the present invention.
- 4A is a side view of the state before bending the panel 20 without a rigid body
- FIG. 4B is a side view when the panel 20 is bent
- FIG. 4C is FIG. It is a side view at the time of bending in the reverse direction to B).
- FIG. 5A is a perspective view of a state in which the panel 20 without a rigid body is twisted
- FIG. 5B is a side view of the state in which the panel 20 without a rigid body is twisted
- FIG. 6A is a diagram showing a voltage distribution generated in a state where the panel 20 without a rigid body is bent
- FIG. 6B shows a voltage distribution generated when the panel 20 without a rigid body is twisted
- FIG. 7 is a diagram showing the direction of expansion and contraction that occurs in the piezoelectric film in a state where the panel 20 that does not include a rigid body is twisted
- 8A is a side view of the state before the panel 21A is bent
- FIG. 8B is a side view when the panel 21A is bent
- FIG. 8C is the same as FIG. 8B. It is a side view at the time of bending in the reverse direction.
- FIG. 9A is a perspective view of a state where the panel 21A is twisted
- FIG. 9B is a side view of the state where the panel 21A is twisted.
- FIG. 10 is a diagram showing a voltage distribution generated when the panel 21A is twisted.
- FIG. 11 is a diagram showing the direction of expansion and contraction that occurs in the piezoelectric film when the panel 21A is twisted.
- FIG. 12 is a diagram illustrating voltage distribution examples detected by the input terminal 1 in a bent state and a twisted state of the panel 21A according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a plan view showing the structure of the panel 21B of the input terminal according to the modification.
- FIG. 14 is a plan view showing the structure of the panel 22 of the input terminal according to the second embodiment.
- FIG. 15 is a back view showing the structure of the panel 22 of the input terminal according to the second embodiment.
- FIG. 16 is a plan perspective view showing the structure of the panel 23 of the input terminal according to the third embodiment.
- FIG. 17 is a plan view showing the structure of the segment electrode 403 provided in the panel 23.
- FIG. 18 is a plan view showing the structure of the common electrode 407 and the displacement detection electrode 205 provided in the panel 23.
- FIG. 19 is a rear view showing the structure of the panel 23.
- FIG. 1 is a plan view of a panel 21A of the input terminal 1 according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of the panel 21A of the input terminal 1 according to the first embodiment of the present invention.
- 2A is a plan view showing the structure of the electrostatic sensor 13 of the panel 21A
- FIG. 2B is a plan view showing the structure of the piezoelectric sensor 12 of the panel 21A
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1 and FIG.
- FIG. 3 is a functional block diagram of the input terminal 1 according to the first embodiment of the present invention.
- the input terminal 1 includes a piezoelectric sensor 12, an electrostatic sensor 13, a displacement detection unit 14, a touch position detection unit 15, and an operation content analysis unit 16.
- the piezoelectric sensor 12, the electrostatic sensor 13, the base substrate 501, the rigid body 601, and the rigid body 601R are combined to form a panel 21A.
- the panel 21A has a structure as shown in FIG.
- the piezoelectric sensor 12 includes a piezoelectric film 101, a displacement detection electrode 201, a displacement detection electrode 202, a displacement detection electrode 203, a displacement detection electrode 204, a displacement detection electrode 201R, a displacement detection electrode 202R, and a displacement detection electrode 203R. , And a displacement detection electrode 204R.
- the piezoelectric film 101 is formed of a rectangular flat film having a third main surface and a fourth main surface facing each other.
- the longitudinal direction is the first direction
- the short direction is the second direction.
- the piezoelectric film 101 is formed of uniaxially stretched L-type polylactic acid (PLLA).
- PLLA uniaxially stretched L-type polylactic acid
- the piezoelectric film 101 is uniaxially stretched in a direction substantially along a diagonal line of the rectangle (refer to a two-dot chain line hollow arrow in FIG. 2B). This direction is hereinafter referred to as a uniaxial stretching direction 900.
- the uniaxial stretching direction 900 is preferably along a diagonal line.
- the uniaxial stretching direction 900 is 45 ° with respect to the first direction or the second direction. It is preferable to make the angle. However, the angle is not limited to this, and it may be designed to an optimum angle in view of the characteristics of the piezoelectric film 101 and the usage state of the apparatus. Thereby, the uniaxial stretching direction 900 is set to form a predetermined angle with respect to the first direction and the second direction of the piezoelectric film 101.
- PLLA is a chiral polymer, and the main chain has a helical structure.
- PLLA is uniaxially stretched and has piezoelectricity when the molecules are oriented.
- the piezoelectric constant of uniaxially stretched PLLA belongs to a very high class among polymers.
- the draw ratio is preferably about 3 to 8 times.
- PLLA generates piezoelectricity by molecular orientation processing such as stretching, and there is no need to perform poling processing like other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics. That is, the piezoelectricity of PLLA that does not belong to ferroelectrics is not expressed by the polarization of ions like ferroelectrics such as PVDF and PZT, but is derived from a helical structure that is a characteristic structure of molecules. is there. For this reason, the pyroelectricity generated in other ferroelectric piezoelectric materials does not occur in PLLA. Further, PVDF or the like shows a change in piezoelectric constant over time, and in some cases, the piezoelectric constant may be significantly reduced, but the piezoelectric constant of PLLA is extremely stable over time.
- PLLA is described as a main example, but PDLA which is an optical isomer of PLLA may be used.
- a displacement detection electrode 201, a displacement detection electrode 202, a displacement detection electrode 203, and a displacement detection electrode 204 are provided on the third principal surface, which is one principal surface of the piezoelectric film 101 made of PLLA having such characteristics. Is formed.
- the displacement detection electrode 201, the displacement detection electrode 202, the displacement detection electrode 203, and the displacement detection electrode 204 are formed in a shape that equally divides the third main surface of the piezoelectric film 101 into four. More specifically, the displacement detection electrode 201 and the displacement detection electrode 202 are formed so as to be aligned along the first direction of the piezoelectric film 101.
- the displacement detection electrode 203 and the displacement detection electrode 204 are formed so as to be aligned along the first direction of the piezoelectric film 101.
- the displacement detection electrode 201 and the displacement detection electrode 203 are formed so as to be aligned along the second direction of the piezoelectric film 101.
- the displacement detection electrode 202 and the displacement detection electrode 204 are formed so as to be aligned along the second direction of the piezoelectric film 101.
- the displacement detection electrode 201 and the displacement detection electrode 203 are arranged so as to be on one diagonal line of the piezoelectric film 101. Further, the displacement detection electrode 202 and the displacement detection electrode 204 are arranged so as to be on the other diagonal line of the piezoelectric film 101.
- the displacement detection electrode 201, the displacement detection electrode 202, the displacement detection electrode 203, and the displacement detection electrode 204 are arranged in a rotational symmetry of 180 ° with respect to the center of the operation surface in plan view.
- a displacement detection electrode 201R On the fourth main surface, which is the other main surface of the piezoelectric film 101, a displacement detection electrode 201R, a displacement detection electrode 202R, a displacement detection electrode 203R, and a displacement detection electrode 204R are formed.
- the displacement detection electrode 201R has substantially the same area as the displacement detection electrode 201, and is formed at a position where the entire surface of the displacement detection electrode 201 is opposed to the displacement detection electrode 201.
- the displacement detection electrode 202R has substantially the same area as the displacement detection electrode 202, and is formed at a position where the entire surface of the displacement detection electrode 202 faces the displacement detection electrode 202.
- the displacement detection electrode 203R has substantially the same area as the displacement detection electrode 203, and is formed at a position where the entire surface of the displacement detection electrode 203 faces the displacement detection electrode 203.
- the displacement detection electrode 204R has substantially the same area as the displacement detection electrode 204, and is formed at a position where the entire surface of the displacement detection electrode 204 faces the displacement detection electrode 204.
- displacement detection electrode 201 displacement detection electrode 202, displacement detection electrode 203, displacement detection electrode 204, displacement detection electrode 201R, displacement detection electrode 202R, displacement detection electrode 203R, and displacement detection electrode 204R It is preferable to use any one of an organic electrode mainly composed of ITO, ZnO, and polythiophene, an organic electrode mainly composed of polyaniline, a silver nanowire electrode, or a carbon nanotube electrode. By using these materials, an electrode pattern with high translucency can be formed. When transparency is not required, an electrode formed of silver paste, a metal electrode formed by vapor deposition, sputtering, plating, or the like can be used.
- an organic electrode mainly composed of polythiophene having excellent flexibility an organic electrode mainly composed of polyaniline, a silver nanowire electrode, a carbon nanotube electrode, or a metal-based electrode is particularly suitable. is there.
- a region sandwiched between the displacement detection electrode 201 and the displacement detection electrode 201R in the piezoelectric film 101 becomes a detection region ReA, and functions as the ReA voltage detection unit 121.
- a region sandwiched between the displacement detection electrode 202 and the displacement detection electrode 202R in the piezoelectric film 101 is a detection region ReB and functions as the ReB voltage detection unit 122.
- a region sandwiched between the displacement detection electrode 203 and the displacement detection electrode 203R in the piezoelectric film 101 becomes a detection region ReC and functions as the ReC voltage detection unit 123.
- a region sandwiched between the displacement detection electrode 204 and the displacement detection electrode 204R in the piezoelectric film 101 is a detection region ReD and functions as the ReD voltage detection unit 124.
- the piezoelectric sensor 12 having such a configuration has a first main surface and a second main surface facing each other, and is affixed to a second main surface of a base substrate 501 formed of a rectangular flat plate. That is, as shown in FIG. 2C, the third main surface of the piezoelectric film 101 of the piezoelectric sensor 12 is disposed so as to be parallel to the second main surface of the base substrate 501.
- the piezoelectric sensor 12 is attached to the base substrate 501, when the surface of the base substrate 501 expands and contracts due to the displacement of the base substrate 501, the piezoelectric film 101 expands and contracts along with the expansion and contraction of the surface of the base substrate 501. Will do.
- the base substrate 501 is formed of a polymer having a relatively high strength such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), or acrylic resin (PMMA).
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- PC polycarbonate
- PMMA acrylic resin
- the base substrate may be a metal.
- the thickness of the base substrate 501 is appropriately set according to the strength required for the base substrate 501.
- a rigid body 601 is disposed on the first main surface which is one main surface of the base substrate 501.
- the rigid body 601 is disposed along the second direction at the ends of two opposite sides of the first main surface of the base substrate 501.
- a rigid body 601R is disposed on the second main surface, which is the other main surface of the base substrate 501.
- the rigid body 601R is disposed along the second direction at the ends of two opposite sides of the second main surface of the base substrate 501.
- the rigid body 601R has substantially the same area as the rigid body 601, and is disposed at a position where the entire surface faces the rigid body 601 with the base substrate 501 interposed therebetween.
- the rigid body 601 and the rigid body 601R are, for example, aluminum (Al) flat plates.
- the rigid body 601 and the rigid body 601R are arranged so that the ends of the two sides facing the first direction of the base substrate 501 are the first main surface and the second main surface of the base substrate 501. It is a structure sandwiched from both main surfaces.
- the rigid body 601 and the rigid body 601R are located at both ends in the first direction. It is preferably formed along the second direction.
- the rigid body 601 and the rigid body 601R are arranged not along the center of the base substrate 501 but along the end of the base substrate 501, so that the voltage required to detect bending displacement and torsional displacement is detected. Is easily secured. Further, by arranging along the second direction, the rigid bodies arranged along the two opposite ends are arranged in parallel, so that torsional displacement can be detected with high sensitivity in the same way as bending displacement. Can do.
- the material of the rigid body 601 and the rigid body 601R is not limited to the configuration of the present embodiment, and can be arbitrarily changed as long as the material has rigidity capable of partially preventing the twisting deformation of the base substrate 501. .
- wood, plastic, metal, etc. can be used.
- the material which has electroconductivity for a rigid body it is necessary to form the protective film which has insulation on the rigid body surface.
- the method of attaching the rigid body to the base substrate is not limited to the configuration of the present embodiment, and can be arbitrarily changed such as sticking with an adhesive material, fastening with a screw or the like, or combined use of the above-described methods.
- a metal formed by vapor deposition, sputtering, plating, or the like can be used as long as it has rigidity capable of partially preventing the deformation of the base substrate 501 from being twisted.
- the electrostatic sensor 13 includes a base film 301, a plurality of segment electrodes 401, and a plurality of common electrodes 405.
- the base film 301 is made of a rectangular flat film having a fifth main surface and a sixth main surface facing each other.
- the base film 301 is made of a material having a predetermined dielectric constant, and has a strength that does not hinder displacement (bending, twisting, etc.) of the base substrate 501 as much as possible.
- the base film 301 is preferably a light-transmitting material.
- a plurality of segment electrodes 401 are arranged at predetermined intervals on the fifth main surface, which is one main surface of the base film 301.
- Each of the plurality of segment electrodes 401 has a long shape, and is arranged along a direction orthogonal to the long direction.
- a plurality of common electrodes 405 are arranged at predetermined intervals on the sixth main surface, which is the other main surface of the base film 301.
- Each of the plurality of common electrodes 405 has a long shape and is arranged along a direction orthogonal to the long direction.
- the plurality of segment electrodes are arranged such that the long direction of the plurality of common electrodes 405 and the long direction of the plurality of segment electrodes 401 are substantially orthogonal to each other. 401 and a plurality of common electrodes 405 are formed.
- the segment electrode 401 and the common electrode 405 are the displacement detection electrode 201, the displacement detection electrode 202, the displacement detection electrode 203, the displacement detection electrode 204, the displacement detection electrode 201R, the displacement detection electrode 202R, the displacement It is preferable to form the same material as the detection electrode 203R and the displacement detection electrode 204R.
- a capacitive touch position detection panel that detects the touch position by detecting a change in the capacitance between the segment electrode 401 and the common electrode 405 according to the touched position is configured. be able to.
- the electrostatic sensor 13 having such a configuration is attached to the first main surface which is one main surface of the base substrate 501. That is, the base substrate 501 is attached to a surface opposite to the surface to which the piezoelectric sensor 12 is attached.
- a protective film 503 is disposed on the surface of the electrostatic sensor 13 opposite to the surface attached to the base substrate 501.
- the protective film 503 is made of a flexible and insulating material.
- the protective film 503 is made of a light-transmitting material.
- PET or PP is preferably used for the protective film 503.
- a protective film 502 is disposed on the surface of the piezoelectric sensor 12 opposite to the surface attached to the base substrate 501.
- the protective film 502 is made of a flexible and insulating material.
- the protective film 502 is made of a light-transmitting material.
- PET or PP is preferably used for the protective film 502.
- the panel 21A including the piezoelectric sensor 12, the electrostatic sensor 13, the base substrate 501, the rigid body 601, and the rigid body 601R can be configured to be flat, that is, thin. Further, by forming all of the base substrate 501, the piezoelectric sensor 12, the electrostatic sensor 13, the protective film 502, and the protective film 503 from a light-transmitting material, the light-transmitting panel 21A is configured. Can do. Thus, by using the panel 21A having translucency, when a liquid crystal display or the like is arranged on the back surface side of the panel 21A, the display of the liquid crystal display can be seen. Moreover, a photovoltaic cell etc. can also be arrange
- FIG. 4A is a side view of the state before bending the panel 20 without a rigid body
- FIG. 4B is a side view when the panel 20 is bent
- FIG. 4C is FIG. It is a side view at the time of bending in the reverse direction to B).
- FIG. 5A is a perspective view of a state in which the panel 20 without a rigid body is twisted
- FIG. 5B is a side view of the state in which the panel 20 without a rigid body is twisted
- FIG. 6A is a diagram showing a voltage distribution generated in a state where the panel 20 without a rigid body is bent
- FIG. 6B shows a voltage distribution generated when the panel 20 without a rigid body is twisted.
- FIG. 7 is a diagram showing the direction of expansion and contraction that occurs in the piezoelectric film in a state where the panel 20 that does not include a rigid body is twisted.
- 4, 5, 6, and 7 are configurations in which the piezoelectric sensor 12 is attached to the upper side of the drawing, and the structure of the panel 20 is simplified for easy understanding of the drawing and the principle.
- the voltage distribution is expressed by shading, and shows that the generated voltage increases as the color changes from light to dark.
- FIG. 4B shows a state where the panel 20 is bent along the longitudinal direction. 6A, the corners A and B that are both ends of the end side AB and the corners C and D that are both ends of the end side CD are the piezoelectric sensor 12 of the panel 20. The case where it is displaced in the direction substantially orthogonal to the surface to which is attached and in the same direction is shown (see arrows in FIGS. 4B and 6A).
- FIG. 4B since the base substrate 501 of the panel 20 is curved in a valley fold along the longitudinal direction, the surface of the base substrate 501 is compressed by the bending displacement of the base substrate 501. Since the piezoelectric sensor 12 is affixed to the base substrate 501, the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is compressed as the surface of the base substrate 501 is compressed (the hollow arrow in FIG. 4B). reference).
- the voltage distribution as shown in FIG. 6A is obtained from the relationship between the uniaxial stretching direction 900 and the bending direction. That is, the largest voltage is generated in the portion along the vertical direction (short direction) from the longitudinal center of the panel 20 where the expansion of the piezoelectric film is greatest, and both ends in the longitudinal direction (end side AB, end side CD). ), The generated voltage becomes lower.
- FIG. 5 (A) illustrates a case where the edge AB that is one end in the longitudinal direction of the panel 20 and the edge CD that is the other end are twisted.
- the corners A and B that are both ends of the end side AB and the corners C and D that are both ends of the end side CD are substantially orthogonal to the surface of the panel 20 to which the piezoelectric sensor 12 is attached.
- the directions are displaced in directions opposite to each other (see the arrows in FIG. 5A). As shown in FIG.
- the base substrate 501 of the panel 20 is mainly in the same direction (0 °) with respect to the uniaxial stretching direction 900 of the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12, or with respect to the uniaxial stretching direction 900. It occurs in the vertical direction (90 °) (see the hollow arrow in FIG. 9B).
- a voltage having the largest absolute value is generated at the corner B and the corner D where the expansion is greatest with respect to the piezoelectric film.
- the voltages generated at the corners A and C have substantially the same absolute values as the voltages generated at the corners B and D, and voltages with different signs are generated.
- produces is small as it goes to the center part of a piezoelectric film.
- the absolute value of the voltage that is generated when an external force that causes twisting is applied to the panel 20 is significantly higher than the absolute value of the voltage that is generated when an external force that causes bending is applied to the panel 20. small.
- FIG. 7 shows the direction of expansion and contraction that occurs in the piezoelectric film when the panel 20 is twisted.
- the expansion / contraction direction generated in the piezoelectric film when the panel 20 is twisted is approximately 0 ° direction or approximately 90 ° direction with respect to the uniaxial stretching direction 900 in the entire piezoelectric film.
- almost no expansion or contraction occurs in the 45 ° direction (longitudinal direction of the base substrate 501) with respect to the uniaxial stretching direction 900 of the piezoelectric film. Therefore, the absolute value of the voltage that is generated when an external force that causes twisting is applied to the panel 20 is significantly higher than the absolute value of the voltage that is generated when an external force that causes bending is applied to the panel 20. small.
- FIG. 8A is a side view of the state before the panel 21A is bent
- FIG. 8B is a side view when the panel 21A is bent
- FIG. 8C is the same as FIG. 8B. It is a side view at the time of bending in the reverse direction.
- FIG. 9A is a perspective view of a state where the panel 21A is twisted
- FIG. 9B is a side view of the state where the panel 21A is twisted.
- FIG. 10 is a diagram showing a voltage distribution generated when the panel 21A is twisted.
- FIG. 11 is a diagram showing the direction of expansion and contraction that occurs in the piezoelectric film when the panel 21A is twisted.
- FIG. 8B shows a state where the panel 21A is bent along the longitudinal direction. 6A, the corners A and B serving as both ends of the end side AB and the corners C and D serving as both ends of the end CD are the piezoelectric sensor 12 of the panel 21A. 8 shows a case where they are displaced in a direction substantially orthogonal to the surface to which they are attached and in the same direction (see arrows in FIG. 8B). As in the case of the panel 20, the base substrate 501 of the panel 21A is curved in a valley fold along the longitudinal direction. Therefore, when an external force causing bending is applied to the panel 21A, the voltage distribution shown in FIG. 6A is obtained from the relationship between the uniaxial stretching direction 900 and the bending direction, as in the case of the panel 20. .
- FIG. 9B illustrates a case where twist occurs in the end side AB that is one end in the longitudinal direction of the panel 21A and the end side CD that is the other end, as in the case of FIG. 5A.
- the corners A and B that are both ends of the end side AB and the corners C and D that are both ends of the end side CD are substantially orthogonal to the surface of the panel 21A to which the piezoelectric sensor 12 is attached.
- the direction is displaced in the direction opposite to each other (see the arrows in FIG. 9A).
- the base substrate 501 on the corner B side of the panel 21A has a peak along the longitudinal direction. Curve to fold. Therefore, the surface of the base substrate 501 is expanded by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also expanded in accordance with the expansion of the surface of the base substrate 501 (FIGS. 9A and 9B). (See the hollow arrow on the corner B side). Further, the base substrate 501 on the corner C side of the panel 21A is curved in a valley fold along the longitudinal direction.
- the surface of the base substrate 501 is compressed by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also compressed along with the compression of the surface of the base substrate 501 (FIGS. 9A and 9B). (See the hollow arrow on the corner C side).
- the base substrate 501 on the corner A side of the panel 21A is curved in a valley fold along the longitudinal direction. Therefore, the surface of the base substrate 501 is compressed by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also compressed along with the compression of the surface of the base substrate 501 (in the corner A side in FIG. 9A). See the drop arrow). Further, the base substrate 501 on the corner portion D side of the panel 21A is curved in a valley fold along the longitudinal direction.
- the surface of the base substrate 501 is compressed by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also compressed along with the compression of the surface of the base substrate 501 (in the corner D side in FIG. 9A). See the drop arrow).
- a voltage distribution as shown in FIG. 10 is obtained from the relationship between the uniaxial stretching direction 900 and the twisting direction.
- a voltage having the largest absolute value is generated at the corner A and the corner C where the compression is greatest with respect to the piezoelectric film.
- a voltage having the largest absolute value is generated at the corner B and the corner D where the expansion is greatest with respect to the piezoelectric film. Note that the voltages generated at the corners A and C have substantially the same absolute values as the voltages generated at the corners B and D, and voltages with different signs are generated. And the absolute value of the voltage which generate
- the voltage generated at each corner when the panel 21A is twisted is larger than the voltage generated at each corner when the panel 20 is twisted, and is approximately the same absolute value as the voltage generated when the panel is bent. It can be seen that the voltage is generated. The reason will be described below.
- FIG. 11 shows the direction of expansion and contraction that occurs in the piezoelectric film when the panel 21A is twisted.
- the expansion / contraction direction generated in the piezoelectric film occurs in the direction of approximately 0 ° or approximately 90 ° with respect to the uniaxial stretching direction 900 at the center of the panel 21 ⁇ / b> A.
- the rigid body it can be seen that it occurs in a direction of approximately 45 ° with respect to the uniaxial stretching direction 900.
- the piezoelectric sensor 12 and the electrostatic sensor 13 of the panel 21A having the above-described configuration are connected to each subsequent circuit as shown in FIG.
- the detection voltage V (ReA) output from the ReA voltage detection unit 121 that is, the voltage generated between the displacement detection electrode 201 and the displacement detection electrode 201R due to the displacement of the piezoelectric film 101, 14 is output.
- the detection voltage V (ReB) output from the ReB voltage detection unit 122 that is, the voltage generated between the displacement detection electrode 202 and the displacement detection electrode 202 ⁇ / b> R due to the displacement of the piezoelectric film 101 is output to the displacement detection unit 14.
- the detection voltage V (ReC) output from the ReC voltage detection unit 123 that is, the voltage generated between the displacement detection electrode 203 and the displacement detection electrode 203 R due to the displacement of the piezoelectric film 101 is output to the displacement detection unit 14.
- the detection voltage V (ReD) output from the ReD voltage detection unit 124 that is, the voltage generated between the displacement detection electrode 204 and the displacement detection electrode 204 ⁇ / b> R due to the displacement of the piezoelectric film 101 is output to the displacement detection unit 14.
- the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) have a voltage distribution according to the displacement state of the piezoelectric film 101. Therefore, the displacement detector 14 detects the displacement state from the voltage distribution of the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD). The displacement detection unit 14 outputs the detection result of the displacement state to the operation content analysis unit 16.
- Each segment electrode 401 and each common electrode 405 of the electrostatic sensor 13 are connected to the touch position detection unit 15.
- the touch position detection voltage detected by the electrostatic sensor 13 is output to the touch position detection unit 15.
- the touch position detection unit 15 detects the touch position on the operation surface from the combination of the segment electrode 401 and the common electrode 405 from which the touch position detection voltage is detected.
- the touch position detection unit 15 outputs the touch position detection result to the operation content analysis unit 16.
- the operation content analysis unit 16 analyzes the operation content using at least one of the displacement state detection result and the touch position detection result.
- the operation content analysis unit 16 acquires a control command based on the touched position from the touch position detection result, and executes the control command.
- control command the following various commands are possible when the input terminal 1 is used as a TV remote control.
- the operation content analysis unit 16 specifies a control command from the detection result of the displacement state, and executes the control command.
- control command the following various commands are possible when the input terminal 1 is used as a TV remote control.
- a command for adjusting the volume according to the amount of bending and the direction of bending when the bending of the input terminal 1 is detected.
- a command for switching the channel according to the amount of twisting and the direction of twisting when the twist of the input terminal 1 is detected.
- FIG. 12 is a diagram illustrating voltage distribution examples detected by the input terminal 1 in a bent state and a twisted state of the panel 21A according to the first embodiment of the present invention.
- the detection voltage V (ReA) output from the ReA voltage detection unit 121 and the detection voltage V output from the ReB voltage detection unit 122 (ReB), the detection voltage V (ReC) output from the ReC voltage detection unit 123, and the detection voltage V (ReD) output from the ReD voltage detection unit 124 are all 0 [V].
- the base substrate 501 of the panel 21A has a main surface as shown in FIG. 8B or 8C. Curve along the longitudinal direction.
- the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 attached to the second main surface of the base substrate 501 expands or contracts as the surface of the base substrate 501 attached with the piezoelectric sensor 12 expands and contracts. This causes a change in the output voltage from the piezoelectric sensor due to bending displacement.
- the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) change as shown below. To do.
- the base substrate 501 When the bending displacement is + a, as shown in FIG. 8B, the base substrate 501 is curved in a valley fold along the longitudinal direction of the base substrate 501, so that the surface of the base substrate 501 is compressed by the displacement of the base substrate 501, and the base substrate As the surface 501 is compressed, the piezoelectric film 101 is also compressed (see the hollow arrow in FIG. 8B). Therefore, from the relationship between the uniaxial stretching direction 900 and the bending direction (longitudinal direction of the panel 21A), as shown in FIG. 12, the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and The detection voltage V (ReD) is substantially the same voltage value + VBa.
- the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) are substantially the same as shown in FIG.
- the voltage value is + VBb ( ⁇ + VBa).
- the bending displacement is ⁇ a, that is, when the bending displacement has the same bending amount in the opposite direction to + a, as shown in FIG. 8C, it is bent in a mountain fold along the longitudinal direction of the base substrate 501.
- the surface of the base substrate 501 is expanded by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film 101 is also expanded along with the expansion of the surface of the base substrate 501 (see the hollow arrow in FIG. 8C). Therefore, as shown in FIG. 12, the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) have substantially the same voltage value ⁇ VBa.
- all the detection voltages V (ReA), the detection voltages V (ReB), the detection voltages V (ReC), and the detection voltages V (ReD) are bent with respect to the bending displacement. It becomes substantially the same voltage value according to the amount.
- the voltage values of the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) are compared. If these are substantially the same, the panel 21A is bent. Can be detected. Further, by measuring the voltage value at this time, the bending direction and the bending amount can be detected.
- the detection voltage V (ReA) output from the ReA voltage detection unit 121 and the detection voltage V output from the ReB voltage detection unit 122 (ReB), the detection voltage V (ReC) output from the ReC voltage detection unit 123, and the detection voltage V (ReD) output from the ReD voltage detection unit 124 are all 0 [V].
- the base substrate 501 of the panel 21A has one end in the longitudinal direction of the panel 21A as shown in FIG.
- the end side AB and the other end CD are twisted.
- the corners A and B serving as both ends of the end side AB and the corners C and D serving as both ends of the end side CD are substantially orthogonal to the surface of the panel 21A to which the piezoelectric sensor 12 is attached. In a direction opposite to each other and in a direction opposite to each other (see arrows in FIG. 9A).
- the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 attached to the second main surface of the base substrate 501 expands or contracts as the surface of the base substrate 501 attached with the piezoelectric sensor 12 expands and contracts.
- the corner portion B is displaced above the main surface (the surface to which the piezoelectric sensor 12 is attached), and the corner portion C is the main surface (piezoelectric sensor).
- the surface 12 is affixed to the lower side.
- the base substrate 501 on the corner B side is bent in a mountain fold along the longitudinal direction. Therefore, the surface of the base substrate 501 is expanded by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also expanded in accordance with the expansion of the surface of the base substrate 501 (FIGS. 9A and 9B). (See the hollow arrow on the corner B side).
- the base substrate 501 on the corner C side is curved in a valley fold along the longitudinal direction. Therefore, the surface of the base substrate 501 is compressed by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also compressed along with the compression of the surface of the base substrate 501 (FIGS. 9A and 9B). (See the hollow arrow on the corner C side).
- the base substrate 501 on the corner A side is curved in a valley fold along the longitudinal direction. Therefore, the surface of the base substrate 501 is compressed by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also compressed along with the compression of the surface of the base substrate 501 (in the corner A side in FIG.
- the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) The absolute value is substantially the same voltage value VWc.
- the detection voltage V (ReA) and detection voltage V (ReC) are different from the detection voltage V (ReB) and detection voltage V (ReD).
- the detection voltage V (ReA) and the detection voltage V (ReC) have a voltage value + VWc
- the detection voltage V (ReB) and the detection voltage V (ReD) have a voltage value ⁇ VWc.
- the absolute values of the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) are as shown in FIG.
- the voltage values VWd are substantially the same.
- the detection voltage V (ReA) and detection voltage V (ReC) are different from the detection voltage V (ReB) and detection voltage V (ReD).
- the detection voltage V (ReA) and the detection voltage V (ReC) have a voltage value + VWd
- the detection voltage V (ReB) and the detection voltage V (ReD) have a voltage value ⁇ VWd.
- the base substrate 501 on the corner B side is curved in a valley fold along the longitudinal direction. Therefore, the surface of the base substrate 501 is compressed by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also compressed as the surface of the base substrate 501 expands. Further, the base substrate 501 on the corner C side is bent in a mountain fold along the longitudinal direction. Therefore, the surface of the base substrate 501 expands due to the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 expands as the surface of the base substrate 501 expands.
- the base substrate 501 on the corner A side is bent in a mountain fold along the longitudinal direction. Therefore, the surface of the base substrate 501 expands due to the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 expands along with the expansion of the surface of the base substrate 501 (in the corner A side in FIG. 9A). See the drop arrow). Further, the base substrate 501 on the corner portion D side is curved in a valley fold along the longitudinal direction. Therefore, the surface of the base substrate 501 is compressed by the displacement of the base substrate 501, and the piezoelectric film of the piezoelectric sensor 12 is also compressed as the surface of the base substrate 501 is compressed.
- the absolute values of the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) are substantially the same voltage value VWc.
- the detection voltage V (ReA) and detection voltage V (ReC) are different from the detection voltage V (ReB) and detection voltage V (ReD).
- the sign of the detection voltage is opposite to that when the torsional displacement is + c.
- the torsional displacement is + c
- the detection voltage V (ReA) and the detection voltage V (ReC) are the voltage value + VWc
- the detection voltage V (ReB) and the detection voltage V (ReD) are the voltage value ⁇ VWc.
- the detection voltage V (ReA) and the detection voltage V (ReC) by the displacement detection electrode arranged along the uniaxial stretching direction and the uniaxial stretching direction with respect to the torsional displacement have substantially the same voltage absolute value according to the twist amount and voltages with different signs.
- the detection voltage V (ReA), the detection voltage V (ReB), the detection voltage V (ReC), and the detection voltage V (ReD) it can be detected that the panel 21A is twisted. . Further, by measuring the voltage value at this time, the twist direction and the twist amount can be detected.
- the ends of the rigid body 601 and the rigid body 601R are arranged along the end portions (both end portions in the first direction) of the base substrate 501 (FIG. 1 and FIG. 2 (C)).
- the base substrate 501 has rigidity capable of partially preventing the torsional deformation
- the ends of the rigid body 601 and the rigid body 601R are precisely the ends of the base substrate 501 (both ends in the first direction). It is not restricted to what is along.
- FIG. 13 is a plan view showing the structure of the panel 21B of the input terminal according to the modification.
- the panel 21B is different from the panel 21A in the arrangement of the rigid body 601 and the rigid body 601R, and the other configuration is the same.
- the distance from one end of the base substrate 501 in the first direction (the left short side of the panel 21B in FIG. 13) to the end of the rigid body is x, and the width of the rigid body 601 and the rigid body 601R along the first direction is y.
- the distance from the ends of the rigid body 601 and the rigid body 601R to an imaginary dividing line that bisects the panel 21B in the second direction is z.
- the panel 21B satisfies x ⁇ y ⁇ z, it becomes easy to secure a voltage necessary for detecting the bending displacement and the torsional displacement, and the torsional displacement is highly sensitive like the bending displacement. Can be detected.
- the end portion (the “end portion” in the claims of the present application) is not limited to the end portion (both end portions in the first direction) of the base substrate 501, and the case where x ⁇ y is satisfied. Is included.
- FIG. 14 is a plan view showing the structure of the panel 22 of the input terminal according to the second embodiment.
- FIG. 15 is a back view showing the structure of the panel 22 of the input terminal according to the second embodiment.
- the base substrate and the rigid body are not shown.
- the piezoelectric film 101 also serves as a base film for an electrostatic sensor.
- a plurality of elongated segment electrodes 402 are formed as an approximate shape.
- the plurality of segment electrodes 402 are arrayed along a direction orthogonal to the longitudinal direction.
- the segment electrode 402 is formed in a shape in which wide portions and narrow portions are alternately connected along the longitudinal direction.
- a displacement detection electrode 201A On the third main surface which is one main surface of the piezoelectric film 101, a displacement detection electrode 201A, a displacement detection electrode 202B, a displacement detection electrode 203C, and a displacement detection electrode 204D are formed.
- the displacement detection electrode 201A is formed in a detection region ReA that is divided by an imaginary dividing line that passes through the center of the third main surface in plan view and is orthogonal to each side.
- the displacement detection electrode 201A is a linear electrode, and is formed in a shape along the outer shape at a predetermined distance from the outer shape of the segment electrode 402 in the range within the detection area ReA.
- the displacement detection electrode 201A is connected by a routing electrode 211A.
- the displacement detection electrode 202B is formed in a detection region ReB that is divided by an imaginary dividing line that passes through the center of the third main surface in plan view and is orthogonal to each side.
- the displacement detection electrode 202B is a linear electrode, and is formed in a shape along the outer shape at a predetermined interval from the outer shape of the segment electrode 402 in the range within the detection region ReB.
- the displacement detection electrode 202B is connected by the routing electrode 212B.
- the displacement detection electrode 203C is formed in a detection region ReC that is divided by an imaginary dividing line that passes through the center of the third main surface in plan view and is orthogonal to each side.
- the displacement detection electrode 203 ⁇ / b> C is a linear electrode, and is formed in a shape along the outer shape at a predetermined interval from the outer shape of the segment electrode 402 in the range within the detection region ReC.
- the displacement detection electrode 203C is connected by a routing electrode 213C.
- the displacement detection electrode 204D is formed in a detection region ReD that is divided by an imaginary dividing line that passes through the center of the third main surface in plan view and is orthogonal to each side.
- the displacement detection electrode 204D is a linear electrode, and is formed in a shape along the outer shape with a predetermined distance from the outer shape of the segment electrode 402 in a range within the detection region ReD.
- the displacement detection electrode 204D is connected by the routing electrode 214D.
- a plurality of elongated common electrodes 406 are arranged in an approximate shape.
- the plurality of common electrodes 406 are arrayed along a direction orthogonal to the longitudinal direction.
- the common electrode 406 is formed in a shape in which wide portions and narrow portions are alternately connected along the longitudinal direction.
- the long direction of the common electrode 406 and the long direction of the segment electrode 402 are perpendicular to each other when viewed from the direction of the piezoelectric film 101 in plan view.
- a displacement detection electrode 201RA On the fourth main surface of the piezoelectric film 101, a displacement detection electrode 201RA, a displacement detection electrode 202RB, a displacement detection electrode 203RC, and a displacement detection electrode 204RD are formed.
- the displacement detection electrode 201RA is formed in a detection area ReA that is divided by an imaginary dividing line that passes through the center of the second main surface in plan view and is orthogonal to each side.
- the displacement detection electrode 201RA is a linear electrode, and is formed in a shape along the outer shape at a predetermined interval from the outer shape of the common electrode 406 in a range within the detection area ReA.
- the displacement detection electrode 201RA is formed so as to partially overlap the displacement detection electrode 201A when viewed from the direction in which the piezoelectric film 101 is viewed in plan.
- the displacement detection electrode 201RA is connected by a routing electrode 211RA.
- the displacement detection electrode 202RB is formed in a detection region ReB that is divided by an imaginary dividing line that passes through the center of the fourth main surface in plan view and is orthogonal to each side.
- the displacement detection electrode 202RB is a linear electrode, and is formed in a shape along the outer shape at a predetermined distance from the outer shape of the common electrode 406 in the range within the detection region ReB.
- the displacement detection electrode 202RB is formed so as to partially overlap the displacement detection electrode 202B when viewed from the direction in which the piezoelectric film 101 is viewed in plan.
- the displacement detection electrode 202RB is connected by the routing electrode 212RB.
- the displacement detection electrode 203RC is formed in a detection region ReC that is divided by an imaginary dividing line that passes through the center of the fourth main surface in plan view and is orthogonal to each side.
- the displacement detection electrode 203RC is a linear electrode, and is formed in a shape along the outer shape at a predetermined interval from the outer shape of the common electrode 406 in a range within the detection region ReC.
- the displacement detection electrode 203RC is formed so as to partially overlap the displacement detection electrode 203C when seen from the direction in which the piezoelectric film 101 is viewed in plan.
- the displacement detection electrode 203RC is connected by the routing electrode 213RC.
- the displacement detection electrode 204RD is formed in a detection region ReD that is divided by an imaginary dividing line that passes through the center of the fourth main surface in plan view and is orthogonal to each side.
- the displacement detection electrode 204RD is a linear electrode, and is formed in a shape along the outer shape at a predetermined distance from the outer shape of the common electrode 406 in a range within the detection region ReD.
- the displacement detection electrode 204RD is formed so as to partially overlap the displacement detection electrode 204D when viewed from the direction of viewing the piezoelectric film 101 in a plan view.
- the displacement detection electrode 204RD is connected by the routing electrode 214RD.
- an electrostatic sensor and a piezoelectric sensor can be formed with one piezoelectric film, and it is not necessary to form a piezoelectric sensor and an electrostatic sensor separately. Therefore, the input terminal can be formed thinner. Moreover, when forming transparently, since the electrode layer with respect to a layer direction reduces, transparency increases.
- each electrode pattern of the above-mentioned embodiment shows an example, and if the electrode pattern is formed so that a voltage due to displacement can be detected for each divided area by dividing the operation surface into a plurality of areas, The above-described effects can be obtained.
- FIG. 16 is a plan perspective view showing the structure of the panel 23 of the input terminal according to the third embodiment.
- FIG. 17 is a plan view showing the structure of the segment electrode 403 provided in the panel 23.
- FIG. 18 is a plan view showing the structure of the common electrode 407 and the displacement detection electrode 205 provided in the panel 23.
- FIG. 19 is a rear view showing the structure of the panel 23. In FIGS. 17, 18, and 19, the base substrate and the rigid body are not shown.
- the panel 23 of the present embodiment has a common electrode 407 for an electrostatic sensor and a displacement detection electrode 205 for a piezoelectric sensor formed in the same layer.
- a plurality of elongated segment electrodes 403 are formed as an approximate shape.
- the plurality of segment electrodes 403 are arrayed along a direction orthogonal to the longitudinal direction.
- the segment electrode 403 is formed in a shape in which wide portions and narrow portions are alternately connected along the longitudinal direction.
- a plurality of long common electrodes 407 are formed in an array on the sixth main surface which is the other main surface of the base film 301.
- the plurality of common electrodes 407 are arrayed along a direction orthogonal to the longitudinal direction.
- the common electrode 407 is formed in a shape in which wide portions and narrow portions are alternately connected along the longitudinal direction.
- the longitudinal direction of the common electrode 407 is orthogonal to the longitudinal direction of the segment electrode 403 when viewed from the direction in which the piezoelectric film 101 is viewed in plan.
- an elongated displacement detection electrode 205 is formed as a schematic shape.
- the plurality of displacement detection electrodes 205 are arrayed along a direction orthogonal to the longitudinal direction.
- the displacement detection electrode 205 is formed in a shape in which wide portions and narrow portions are alternately connected along the longitudinal direction.
- the displacement detection electrode 205 is connected by a routing electrode 215.
- the longitudinal direction of the displacement detection electrode 205 is parallel to the longitudinal direction of the common electrode 407, and is orthogonal to the longitudinal direction of the segment electrode 403 when viewed in a plan view of the piezoelectric film 101. Further, the displacement detection electrodes 205 and the common electrodes 407 are alternately arranged along a direction orthogonal to the longitudinal direction when the piezoelectric film 101 is viewed in a plan view.
- the common electrode 407 and the displacement detection electrode 205 are the same. (See FIG. 18).
- the wide portion of the common electrode 407 and the narrow portion of the displacement detection electrode 205 and the narrow portion of the common electrode 407 and the wide portion of the displacement detection electrode 205 alternate along the longitudinal direction like a mosaic pattern. Is arranged. Therefore, the displacement detection electrode 205 has a structure that does not overlap the common electrode 407 when the piezoelectric film 101 is viewed in a plan view.
- the displacement detection electrode 205 has a structure in which substantially the entire surface overlaps the segment electrode 403 when the piezoelectric film 101 is viewed in a plan view.
- a displacement detection electrode 205RA On the fourth main surface which is the other main surface of the piezoelectric film 101, a displacement detection electrode 205RA, a displacement detection electrode 205RB, a displacement detection electrode 205RC, and a displacement detection electrode 205RD are formed.
- the displacement detection electrode 205RA is formed at a position where the entire surface of the displacement detection electrode 205 faces the displacement detection electrode 205.
- the displacement detection electrode 205RB is formed at a position where the entire surface of the displacement detection electrode 205 is opposed to the displacement detection electrode 205.
- the displacement detection electrode 205RC is formed at a position where the substantially entire surface faces the displacement detection electrode 205.
- the displacement detection electrode 205RD is formed at a position where the substantially entire surface faces the displacement detection electrode 205.
- the common electrode 407 for the electrostatic sensor and the displacement detection electrode 205 for the piezoelectric sensor are formed in the same layer, so that the panel 23 and the input terminal can be made thinner. Can be formed. Moreover, when forming transparently, since the electrode layer with respect to a layer direction reduces, transparency increases.
- the displacement detection electrodes 205RA, the displacement detection electrodes 205RB, the displacement detection electrodes 205RC, and the displacement detection electrodes 205RC formed in the four regions for displacement detection as viewed from the direction in which the piezoelectric film 101 is viewed in plan
- the displacement detection electrode 205 is a common electrode so as to partially overlap the displacement detection electrode 205RD
- the present invention is not limited to this configuration, and may be changed as appropriate.
- the displacement detection electrode formed on the third main surface of the piezoelectric film 101 may be formed with an electrode pattern so that a voltage due to displacement can be detected for each divided region, and the displacement detection electrode may be formed by displacement over a plurality of divided regions.
- An electrode pattern may be formed so that the voltage can be detected.
- PLLA is used as the piezoelectric film.
- PDLA poly- ⁇ -methyl glutamate
- poly- ⁇ -benzyl glutamate poly- ⁇ -benzyl glutamate
- cellulose rayon
- collagen poly-D-propylene oxide
- the present invention is not limited to this configuration. If the rigid body can partially prevent the deformation of the base substrate from being twisted, the shapes of the panel, the base substrate, and the like may be changed as appropriate.
- the displacement detection regions are set to four regions.
- the number of regions to be set is not limited to this as long as the predetermined positional relationship with respect to the uniaxial stretching direction. There may be more than one.
Landscapes
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Abstract
入力端末(1)のパネル(21A)は、互いに対向する第1主面と第2主面を有するベース基板(501)と、互いに対向する第3主面と第4主面とを有し、一軸延伸されたポリ乳酸からなる圧電フィルムと、ベース基板(501)の第1主面および第2主面の端部に配置し、ベース基板(501)を挟んで対向配置することにより、ベース基板(501)の捻れの変形を部分的に妨げる剛体(601,601R)とを備える。圧電フィルム(101)の第1主面には、第1主面を四分割するように、変位検出用電極(201,202,203,204)が形成されている。圧電フィルム(101)の第2主面には、第1主面の変位検出用電極(201,202,203,204)と対向するように、変位検出用電極(201R,202R,203R,204R)が形成されている。
Description
本発明は、ユーザの操作入力を検出する入力端末に関する。
従来、操作者による操作面のタッチによる入力だけでなく、より多様性に富んだ操作入力が可能な入力端末(装置)が各種考案されている。例えば、特許文献1に示されている入力装置は、タッチ位置検出パネル、焦電性による影響を受けないよう一軸延伸されたL型ポリ乳酸(PLLA)によって形成されている圧電フィルム、および圧電フィルムの曲げ変位・捻れ変位を検出する変位検出用電極を備えている。この構成によって、特許文献1の入力装置は、タッチ位置および当該タッチ位置に対する押圧力のほかに、圧電フィルムの変位により変位検出用電極間に生じる電圧から、曲げ変位・捻れ変位の方向および変位量を検出している。
しかしながら、特許文献1に記載の入力端末では、圧電フィルムを形成するPLLAの一軸延伸方向と長手方向または短手方向とが45°の角度を成す場合に、曲げ変位により生じる電圧と比べて、捻れ変位によりに生じる電圧が著しく小さく、ノイズ等により誤検知されることも多かった。
一方、圧電フィルムを形成するPLLAの一軸延伸方向と長手方向とが成す角度が0°の場合には、曲げ変位により生じる電圧に比べて、捻れ変位により生じる電圧が著しく大きくなることが知られている。このため、捻れ変位により生じる電圧のレベルを高めるため、異なる一軸延伸方向のPLLAから成る圧電フィルムを単純に2枚重ね合わせる方法が考えられる。しかしながら、曲げ変位・捻れ変位の検出センサを2枚重ね合わせると、圧電フィルム層が単に2倍になることに加えて電極層も増えることになる。これによりデバイス全体の厚みが増すとともに透明度が著しく低下してしまう。また、製造工程が多く、コストが増大するという問題もある。その一方で、いずれか1つのセンサだけでは、曲げ変位・捻れ変位の両方を検出するために、信号検知回路において検知信号の強度の差を適正化するなどの特別な処置が必要となる。
本発明の目的は、簡素な構造で、フィルムの積層方向の厚みを増やすことなく、曲げ変位・捻れ変位を検出することのできる入力端末を提供することにある。
(1)本発明の入力端末は、互いに対向する第1主面と第2主面を有する平板状のベース基板と、互いに対向する第3主面と第4主面とを有し、前記第3主面が前記ベース基板の前記第2主面と対向して配設する平膜状の圧電フィルムと、前記圧電フィルムの前記第3主面および前記第4主面に形成され、前記圧電フィルムの曲げの変位によって発生する電圧を検出する変位検出用電極と、を備えた入力端末であって、前記ベース基板の前記第1主面および前記第2主面の端部に配置され、前記ベース基板を挟んで対向配置されることにより、前記ベース基板の捻れの変形を部分的に妨げる剛体を備えていることを特徴とする。
(2)本発明の入力端末は、互いに対向する第1主面と第2主面を有する平板状のベース基板と、互いに対向する第3主面と第4主面とを有し、前記第3主面が前記ベース基板の前記第2主面と対向して配設する平膜状の圧電フィルムと、前記圧電フィルムの前記第3主面および前記第4主面に形成され、前記圧電フィルムの曲げの変位によって発生する電圧を検出する変位検出用電極と、を備えた入力端末であって、前記ベース基板の前記第1主面および前記第2主面の端部に、前記ベース基板を挟んで対向配置され、前記ベース基板の捻れによる変形の方向に対して交差する方向に延在する剛体を備えていることを特徴とする。
この構成により、変位検出用電極のそれぞれから出力される電圧が、圧電フィルムの変位に応じて個別であることを利用し、電圧分布から圧電フィルムの変位を検出することが可能になる。例えば、圧電フィルムを所定方向に曲げた場合と、捻った場合とで、異なる電圧分布となる。したがって、この電圧分布を検出することで圧電フィルムが曲がったり捻れたりしたこと、すなわち変位したことを検出することができる。これにより、入力端末を変位させる(曲げる、捻る等)ことによる操作入力を可能にした入力端末を実現できる。
また、ベース基板の端部に沿って剛体を配置したことにより、パネルに対して捻れを生じさせる外力が加わった場合に、ベース基板の表面の伸縮が剛体近傍では部分的に妨げられ、圧電フィルムの伸縮方向の向きが部分的に変更される。そのため、曲げ変位により発生する電圧と比較して、著しく小さな出力であった捻れ変位により発生する電圧を高出力で得ることができる。曲げ変位と同様に、捻れ変位を高感度で検出することができため、ノイズ等を誤検知する可能性を低くすることができる。さらに、1つの圧電フィルムで曲げ変位・捻れ変位の両方を検出することができるため、曲げ変位用と捻れ変位用の圧電フィルムを二枚重ね合わせる必要がない。そのため、フィルムの積層方向の厚みを増やすことなく薄型の入力端末を実現できる。
(3)前記変位検出用電極は、前記第1主面または前記第2主面の第1方向に沿って複数に分割され、前記第1方向に直交する第2方向に沿って複数に分割されていることが好ましい。この構成では、第1方向に沿って複数、第2方向に沿って複数、すなわち圧電フィルムに対してそれぞれ異なる領域に四個以上の変位検出用電極が形成される。この構成によって、変位パターンの異なる複数種類の変位(曲げ、捻れ等)でそれぞれ個別の電圧分布が得られる。したがって、複数種類の変位を個別に検出することができる。
(4)前記圧電フィルムは、前記第1主面および前記第2主面に平行な方向へ一軸延伸されたポリ乳酸からなり、前記圧電フィルムの前記一軸延伸の方向は、前記第1方向および前記第2方向に対して所定角をなす方向であることが好ましい。この構成は、ポリ乳酸を用いた圧電フィルムの具体的な使用態様を示すものである。このように、一軸延伸の方向を適宜設定することで、検出したい変位に対する圧電フィルムの感度を適正に設定することができる。
(5)前記剛体は、前記圧電フィルムの前記第1方向の両端部に、前記第2方向に沿って形成されていることが好ましい。この構成により、捻れ変位によって発生する剛体近傍の応力の向きが、第2方向に沿って圧電フィルムを曲げた場合に発生する応力の向きと同方向となり、曲げ変位と同様に、捻れ変位を高感度で検出することができる。
(6)本発明の入力端末は、操作面側となる第3主面と前記第3主面に対向する第4主面とを有する平膜状の主体を備え、前記第3主面および前記第4主面に形成された静電容量検出用電極を備えるタッチ位置検出パネルと、前記第1主面および前記第2主面と、前記第3主面および前記第4主面とが、前記操作面側から見て略重なるように配置されていることが好ましい。この構成により、タッチ位置検出パネルによる操作面上での操作入力と、入力端末を変位(曲げ、捻れ等)させることによる操作入力とを、それぞれに可能にした入力端末を実現できる。さらに、この際、タッチ位置検出パネルと圧電フィルムとがそれぞれ平膜状であるので、薄型の入力端末を実現できる。
(7)本発明の入力端末は、前記静電容量検出用電極と前記変位検出用電極とが同一面上に複合して形成されていることが好ましい。この構成では、静電容量検出用電極と変位検出用電極が同じ層に形成されているため、静電センサと圧電センサとの間にベース基板を設ける必要がなく、さらに薄型の入力端末を実現できる。
(8)また、本発明の入力端末は、前記タッチ位置検出パネルの前記主体が前記圧電フィルムによって形成され、前記静電容量検出用電極と前記変位検出用電極とが同一面上に複合して形成されていることが好ましい。この構成では、タッチ位置検出パネルの主体が圧電フィルムであり、圧電フィルムの一方面に静電容量検出用電極と変位検出用電極が形成されているため、さらに薄型の入力端末を実現できる。
本発明によれば、簡素な構造で、フィルムの積層方向の厚みを増やすことなく、曲げ変位・捻れ変位を検出することのできる入力端末を構成できる。
以降、図を参照していくつかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
《第1の実施形態》
本発明の第1の実施形態に係る入力端末について、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る入力端末1のパネル21Aの平面図である。図2は本発明の第1の実施形態に係る入力端末1のパネル21Aの構造を説明するための図である。図2(A)はパネル21Aの静電センサ13の構造を示す平面図であり、図2(B)はパネル21Aの圧電センサ12の構造を示す平面図であり、図2(C)は図1および図2(A)におけるA-A’断面図である。図2(C)において、各部の厚みは誇張して図示している。以降の各実施形態における断面図についても同様である。図3は、本発明の第1の実施形態に係る入力端末1の機能ブロック図である。
本発明の第1の実施形態に係る入力端末について、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る入力端末1のパネル21Aの平面図である。図2は本発明の第1の実施形態に係る入力端末1のパネル21Aの構造を説明するための図である。図2(A)はパネル21Aの静電センサ13の構造を示す平面図であり、図2(B)はパネル21Aの圧電センサ12の構造を示す平面図であり、図2(C)は図1および図2(A)におけるA-A’断面図である。図2(C)において、各部の厚みは誇張して図示している。以降の各実施形態における断面図についても同様である。図3は、本発明の第1の実施形態に係る入力端末1の機能ブロック図である。
入力端末1は、圧電センサ12、静電センサ13、変位検出部14、タッチ位置検出部15、および操作内容解析部16を備える。圧電センサ12、静電センサ13、ベース基板501、剛体601,および剛体601Rは組み合わされてパネル21Aとなっており、パネル21Aは、図2に示すような構造からなる。
圧電センサ12は、圧電フィルム101、変位検出用電極201,変位検出用電極202,変位検出用電極203,変位検出用電極204,変位検出用電極201R,変位検出用電極202R,変位検出用電極203R,および変位検出用電極204Rを備える。
圧電フィルム101は、互いに対向する第3主面と第4主面を備える矩形状の平膜からなる。ここで、長手方向を第1方向とし、短手方向を第2方向とする。圧電フィルム101は、一軸延伸されたL型ポリ乳酸(PLLA)によって形成されている。本実施形態では、圧電フィルム101は、矩形の対角線に略沿った方向に一軸延伸されている(図2(B)の二点鎖線の中抜き矢印参照)。この方向を、以下では一軸延伸方向900と称する。圧電フィルム101が正方形の場合には一軸延伸方向900は対角線に沿うことが好ましく、また圧電フィルム101が長方形の場合には一軸延伸方向900は第1の方向または第2の方向に対して45°の角度を成すようにするのが好ましい。ただし、角度はこれに限るものではなく、圧電フィルム101の特性や、装置の使用状態に鑑みて最適な角度に設計すればよい。これにより、一軸延伸方向900は、圧電フィルム101の第1方向および第2方向に対して所定の角度をなすように設定されている。
PLLAは、キラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を有する。PLLAは、一軸延伸され、分子が配向すると、圧電性を有する。一軸延伸されたPLLAの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。
なお、延伸倍率は3~8倍程度が好適である。延伸後に熱処理を施すことにより、ポリ乳酸の延びきり鎖結晶の結晶化が促進され圧電定数が向上する。なお、二軸延伸した場合はそれぞれの軸の延伸倍率を異ならせることによって一軸延伸と同様の効果を得ることが出来る。例えばある方向をX軸としてその方向に8倍、その軸に直交するY軸方向に2倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそX軸方向に4倍の一軸延伸を施した場合と同等の効果が得られる。単純に一軸延伸したフィルムは延伸軸方向に沿って裂け易いため、前述したような二軸延伸を行うことにより幾分強度を増すことが出来る。
また、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や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。
また、PLLAは圧電出力定数(=圧電g定数、g=d/εT)が大きい。したがって、PLLAを用いることで、非常に高感度に変位を検出することが可能になる。ここではPLLAを主たる実施例として述べるが、PLLAの光学異性体であるPDLAを用いてもよい。
このような特性を有するPLLAからなる圧電フィルム101の一方主面である第3主面には、変位検出用電極201,変位検出用電極202,変位検出用電極203,および変位検出用電極204が形成されている。変位検出用電極201,変位検出用電極202,変位検出用電極203,および変位検出用電極204は、圧電フィルム101の第3主面を略均等に四分割する形状で形成されている。より具体的には、変位検出用電極201と変位検出用電極202とは、圧電フィルム101の第1方向に沿って並ぶように形成されている。変位検出用電極203と変位検出用電極204とは、圧電フィルム101の第1方向に沿って並ぶように形成されている。また、変位検出用電極201と変位検出用電極203とは、圧電フィルム101の第2方向に沿って並ぶように形成されている。変位検出用電極202と変位検出用電極204とは、圧電フィルム101の第2方向に沿って並ぶように形成されている。
このような構成により、変位検出用電極201と変位検出用電極203とが圧電フィルム101の一方の対角線上にあるように配置された構成となる。また、変位検出用電極202と変位検出用電極204とが圧電フィルム101の他方の対角線上にあるように配置された構成となる。変位検出用電極201、変位検出用電極202、変位検出用電極203、および変位検出用電極204は、操作面を平面視した中心に対して180°の回転対称に配置された構成となる。
圧電フィルム101の他方主面である第4主面には、変位検出用電極201R,変位検出用電極202R,変位検出用電極203R,および変位検出用電極204Rが形成されている。変位検出用電極201Rは、変位検出用電極201と略同じ面積であり、変位検出用電極201と略全面が対向する位置に形成されている。変位検出用電極202Rは、変位検出用電極202と略同じ面積であり、変位検出用電極202と略全面が対向する位置に形成されている。変位検出用電極203Rは、変位検出用電極203と略同じ面積であり、変位検出用電極203と略全面が対向する位置に形成されている。変位検出用電極204Rは、変位検出用電極204と略同じ面積であり、変位検出用電極204と略全面が対向する位置に形成されている。
これら変位検出用電極201,変位検出用電極202,変位検出用電極203,変位検出用電極204,変位検出用電極201R,変位検出用電極202R,変位検出用電極203R,および変位検出用電極204Rは、ITO、ZnO、ポリチオフェンを主成分とする有機電極、ポリアニリンを主成分とする有機電極、銀ナノワイヤ電極、またはカーボンナノチューブ電極のいずれかを用いるのが好適である。これらの材料を用いることで、透光性の高い電極パターンを形成できる。なお、透明性が必要とされない場合には銀ペーストにより形成された電極、蒸着やスパッタ、あるいはメッキ等により形成された金属系の電極を用いることもできる。パネル21Aは大きく変位させられるため、屈曲性に優れているポリチオフェンを主成分とする有機電極、ポリアニリンを主成分とする有機電極、銀ナノワイヤ電極、カーボンナノチューブ電極、または金属系の電極は特に好適である。
圧電フィルム101における変位検出用電極201、および変位検出用電極201Rで挟まれる領域が検出領域ReAとなり、ReA電圧検出部121として機能する。圧電フィルム101における変位検出用電極202、および変位検出用電極202Rで挟まれる領域が検出領域ReBとなり、ReB電圧検出部122として機能する。圧電フィルム101における変位検出用電極203、および変位検出用電極203Rで挟まれる領域が検出領域ReCとなり、ReC電圧検出部123として機能する。圧電フィルム101における変位検出用電極204、および変位検出用電極204Rで挟まれる領域が検出領域ReDとなり、ReD電圧検出部124として機能する。
このような構成からなる圧電センサ12は、互いに対向する第1主面と第2主面を備え、矩形状の平板からなるベース基板501の第2主面に貼り付けられている。すなわち、図2(C)に示すように、圧電センサ12の圧電フィルム101の第3主面が、ベース基板501の第2主面と平行になるように対向して配設されている。このように、ベース基板501に圧電センサ12が貼り付けられているため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が伸縮すると、このベース基板501の表面の伸縮に伴って圧電フィルム101も伸縮することになる。
ベース基板501は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、またはアクリル樹脂(PMMA)等の比較的強度が高いポリマーで形成されている。また、ベース基板は金属であってもよい。ベース基板501の厚みは、ベース基板501に必要とされる強度に応じて適宜設定されている。
また、ベース基板501の一方主面である第1主面には、剛体601が配置されている。剛体601は、ベース基板501の第1主面の対向する二辺の端部に、第2方向に沿って配置されている。ベース基板501の他方主面である第2主面には、剛体601Rが配置されている。剛体601Rは、ベース基板501の第2主面の対向する二辺の端部に、第2方向に沿って配置されている。剛体601Rは、剛体601と略同じ面積であり、ベース基板501を挟んで剛体601と略全面が対向する位置に配置されている。剛体601および剛体601Rは、例えばアルミニウム(Al)平板等である。図2(C)に示した構成では、剛体601と剛体601Rとが、ベース基板501の第1方向に対向する二辺の端部を、ベース基板501の第1主面と第2主面の両主面から挟持する構造である。
ここで、上述のように、矩形状の平板からなるベース基板501の長手方向を第1方向とし、短手方向を第2方向とすると、剛体601および剛体601Rは、第1方向の両端部に、第2方向に沿って形成されていることが好ましい。詳細は後述するが、剛体601および剛体601Rが、ベース基板501の中央部ではなく、ベース基板501の端部に沿って配置されることにより、曲げ変位・捻れ変位を検出するために必要な電圧の確保が容易となる。また、第2方向に沿って配置することにより、対向する二辺の端部に沿って配置された剛体同士が並行配置されるため、曲げ変位と同様に、捻れ変位を高感度で検出することができる。
剛体601および剛体601Rの材質は、本実施形態の構成に限られるものではなく、ベース基板501の捻れの変形を部分的に妨げることができる剛性を有する材質であれば、任意に変更可能である。例えば、木材、プラスチック、金属等を用いることもできる。なお、導電性を有する材質を剛体に用いる場合には、剛体表面に絶縁性を有する保護膜を形成する必要がある。ベース基板に対する剛体の取り付け方法については、本実施形態の構成に限られるものではなく、接着材による貼付、螺子等による締め付け、または上述した方法の併用等、任意に変更可能である。また、ベース基板501の捻れの変形を部分的に妨げることができる剛性を有するのであれば、蒸着やスパッタ、あるいはメッキ等により形成された金属を用いることもできる。
静電センサ13は、ベースフィルム301、複数のセグメント電極401、および複数のコモン電極405を備える。ベースフィルム301は、互いに対向する第5主面と第6主面を有する矩形の平膜からなる。ベースフィルム301は、所定の誘電率を有する材質からなり、ベース基板501の変位(曲げ、捻れ等)を極力阻害しない程度の強度からなる。ベースフィルム301は、透光性を有する材質であると好適である。
ベースフィルム301の一方主面である第5主面には、複数のセグメント電極401が所定の間隔で配列形成されている。複数のセグメント電極401のそれぞれは、長尺状からなり、長尺方向に直交する方向に沿って配列されている。
ベースフィルム301の他方主面である第6主面には、複数のコモン電極405が所定の間隔で配列形成されている。複数のコモン電極405のそれぞれは、長尺状からなり、長尺方向に直交する方向に沿って配列されている。第5主面および第6主面に直交する方向から見て、複数のコモン電極405の長尺方向と、複数のセグメント電極401の長尺方向とは、略直交するように、複数のセグメント電極401および複数のコモン電極405が形成されている。
なお、セグメント電極401およびコモン電極405は、上述した変位検出用電極201,変位検出用電極202,変位検出用電極203,変位検出用電極204,変位検出用電極201R,変位検出用電極202R,変位検出用電極203R,および変位検出用電極204Rと同じ材料で形成するとよい。
このような構成により、タッチした位置に応じたセグメント電極401とコモン電極405との間の静電容量の変化を検出することでタッチ位置を検出する静電容量式のタッチ位置検出パネルを構成することができる。
このような構成からなる静電センサ13は、ベース基板501の一方主面である第1主面に貼り付けられている。すなわち、ベース基板501における圧電センサ12が貼り付けられた面と対向する面に貼り付けられている。
静電センサ13のベース基板501に貼り付けられる面と反対側の面には、保護膜503が配設されている。保護膜503は、可撓性を有し絶縁性を有する材質からなる。保護膜503は、透光性を有する材質からなる。例えば、保護膜503には、PETまたはPPを用いるとよい。
圧電センサ12のベース基板501に貼り付けられる面と反対側の面には、保護膜502が配設されている。保護膜502は、可撓性を有し絶縁性を有する材質からなる。保護膜502は、透光性を有する材質からなる。例えば、保護膜502には、PETまたはPPを用いるとよい。
以上のような構成により、圧電センサ12、静電センサ13、ベース基板501、剛体601,および剛体601Rを備えるパネル21Aを平板状、すなわち薄型に構成することができる。また、ベース基板501、圧電センサ12、静電センサ13、保護膜502、および保護膜503の全てを、透光性を有する材質で形成することにより、透光性を有するパネル21Aを構成することができる。このように、透光性を有するパネル21Aにすることで、パネル21Aの裏面側に、液晶ディスプレイ等を配置した場合に、当該液晶ディスプレイの表示を見ることができる。また、パネル21Aの裏面側に光電池等を配置することもできる。このように、光電池を配置することで、光電池で発電した電気を別途設置した二次電池に充電し、入力端末1の電源として利用することができる。
(剛体配置による作用)
図4(A)は剛体を備えないパネル20を曲げる前の状態の側面図であり、図4(B)はパネル20を曲げた場合の側面図であり、図4(C)は図4(B)とは逆方向に曲げた場合の側面図である。図5(A)は剛体を備えないパネル20を捻った状態の斜視図であり、図5(B)は剛体を備えないパネル20を捻った状態の側面図である。図6(A)は剛体を備えないパネル20を曲げた状態で発生した電圧分布を示す図であり、図6(B)は剛体を備えないパネル20を捻った状態で発生した電圧分布を示す図である。図7は剛体を備えないパネル20を捻った状態において圧電フィルムに生じる伸縮方向を示す図である。図4、図5、図6、および図7は図の上側に圧電センサ12を貼り付けた構成であり、図および原理を分かりやすくするために、パネル20の構造を簡略化して図示している。図6では、電圧分布を濃淡で表現しており、淡い色から濃い色に変化するのに従って発生した電圧が高くなっていくことを示している。
図4(A)は剛体を備えないパネル20を曲げる前の状態の側面図であり、図4(B)はパネル20を曲げた場合の側面図であり、図4(C)は図4(B)とは逆方向に曲げた場合の側面図である。図5(A)は剛体を備えないパネル20を捻った状態の斜視図であり、図5(B)は剛体を備えないパネル20を捻った状態の側面図である。図6(A)は剛体を備えないパネル20を曲げた状態で発生した電圧分布を示す図であり、図6(B)は剛体を備えないパネル20を捻った状態で発生した電圧分布を示す図である。図7は剛体を備えないパネル20を捻った状態において圧電フィルムに生じる伸縮方向を示す図である。図4、図5、図6、および図7は図の上側に圧電センサ12を貼り付けた構成であり、図および原理を分かりやすくするために、パネル20の構造を簡略化して図示している。図6では、電圧分布を濃淡で表現しており、淡い色から濃い色に変化するのに従って発生した電圧が高くなっていくことを示している。
図4(B)は、パネル20を長手方向に沿って曲げた状態を図示している。図6(A)を使って説明すると、端辺ABの両端となる角部Aおよび角部Bと、端辺CDの両端となる角部Cおよび角部Dとが、パネル20の圧電センサ12を貼り付けた面に略直交する方向で、且つ互いに同じ方向へ変位した場合を示している(図4(B)および図6(A)中の矢印参照)。図4(B)に示すように、パネル20のベース基板501は長手方向に沿って谷折りに湾曲するため、ベース基板501の曲げ変位によりベース基板501の表面は圧縮する。圧電センサ12はベース基板501に貼り付けられているため、このベース基板501の表面の圧縮に伴って、圧電センサ12の圧電フィルムは圧縮されることになる(図4(B)の中抜き矢印参照)。
このように、パネル20に対して曲げを生じさせる外力が加わった場合、一軸延伸方向900と曲げ方向との関係から、図6(A)に示すような電圧分布となる。すなわち、圧電フィルムの伸張が最も大きくなるパネル20の長手方向の中心から垂直方向(短手方向)に沿った部分に、最も大きな電圧が発生し、長手方向の両端(端辺AB、端辺CD)に向かうに従って発生する電圧は低くなる。
図5(A)は、パネル20の長手方向の一端となる端辺ABと、他方端となる端辺CDに捻れが生じた場合を図示している。言い換えれば、端辺ABの両端となる角部Aおよび角部Bと、端辺CDの両端となる角部Cおよび角部Dとが、パネル20の圧電センサ12を貼り付けた面に略直交する方向で、且つ互いに逆方向へ変位した場合を示している(図5(A)中の矢印参照)。図5(A)に示すように、パネル20のベース基板501は、主に圧電センサ12の圧電フィルムの一軸延伸方向900に対して略同じ方向(0°)、または一軸延伸方向900に対して垂直方向(90°)に発生している(図9(B)中の中抜き矢印参照)。
また、図5(B)に示すように、パネル20に対して捻れを生じさせる外力が加わった場合、パネル20のベース基板501は長手方向に沿ってほとんど湾曲しておらず、ベース基板501に貼り付けた圧電センサ12の圧電フィルムは一軸延伸方向900に対して45°方向にはほとんど伸縮しないことがわかる。そのため、パネル20に対して捻れを生じさせる外力が加わった場合、一軸延伸方向900と捻れ方向との関係から、図6(B)に示すような電圧分布となる。すなわち、圧電フィルムに対して圧縮が最も大きくなる角部Aおよび角部Cに、最も大きな電圧が発生する。圧電フィルムに対して伸張が最も大きくなる角部Bおよび角部Dに、最も絶対値の大きな電圧が発生する。なお、角部Aおよび角部Cに発生する電圧は、角部Bおよび角部Dに発生する電圧と絶対値が略同じであり、異符号の電圧が発生する。そして、圧電フィルムの中央部に向かうに従って発生する電圧の絶対値が小さくなっている。しかし、パネル20に対して捻れを生じさせる外力が加わった場合に発生する電圧の絶対値は、パネル20に対して曲げを生じさせる外力が加わった場合に発生する電圧の絶対値に比べて著しく小さい。
図7はパネル20を捻った状態において圧電フィルムに生じる伸縮方向を示している。図7に示すように、パネル20を捻った場合に圧電フィルムに生じる伸縮方向が、圧電フィルム全体に一軸延伸方向900に対して略0°方向、または略90°方向である。また、図5(B)に示すように、圧電フィルムの一軸延伸方向900に対して45°方向(ベース基板501の長手方向)に伸縮がほとんど発生していない。そのため、パネル20に対して捻れを生じさせる外力が加わった場合に発生する電圧の絶対値は、パネル20に対して曲げを生じさせる外力が加わった場合に発生する電圧の絶対値に比べて著しく小さい。
次にパネル21Aの場合について、図を参照して説明する。図8(A)はパネル21Aを曲げる前の状態の側面図であり、図8(B)はパネル21Aを曲げた場合の側面図であり、図8(C)は図8(B)とは逆方向に曲げた場合の側面図である。図9(A)はパネル21Aを捻った状態の斜視図であり、図9(B)はパネル21Aを捻った状態の側面図である。図10はパネル21Aを捻った状態で発生した電圧分布を示す図である。図11はパネル21Aを捻った状態において圧電フィルムに生じる伸縮方向を示す図である。図8、図9、図10、および図11は図の上側に圧電センサ12を貼り付けた構成であり、図および原理を分かりやすくするために、パネル21Aの構造を簡略化して図示している。図10では、電圧分布を濃淡で表現しており、淡い色から濃い色に変化するのに従って発生した電圧が高くなっていくことを示している。
図8(B)は、パネル21Aを長手方向に沿って曲げた状態を図示している。図6(A)を使って説明すると、端辺ABの両端となる角部Aおよび角部Bと、端辺CDの両端となる角部Cおよび角部Dとが、パネル21Aの圧電センサ12を貼り付けた面に略直交する方向で、且つ互いに同じ方向へ変位した場合を示している(図8(B)中の矢印参照)。パネル20の場合と同様に、パネル21Aのベース基板501は長手方向に沿って谷折りに湾曲する。したがって、パネル21Aに対して曲げを生じさせる外力が加わった場合、一軸延伸方向900と曲げ方向との関係から、パネル20の場合と同様に、図6(A)に示すような電圧分布となる。
図9(B)は、図5(A)の場合と同様に、パネル21Aの長手方向の一端となる端辺ABと、他方端となる端辺CDに捻れが生じた場合を図示している。言い換えれば、端辺ABの両端となる角部Aおよび角部Bと、端辺CDの両端となる角部Cおよび角部Dとが、パネル21Aの圧電センサ12を貼り付けた面に略直交する方向で、且つ互いに逆方向へ変位した場合を示している(図9(A)中の矢印参照)。
パネル21Aに対して捻れを生じさせる外力が加わった場合、図9(A)および図9(B)に示すように、パネル21Aの角部B側のベース基板501は、長手方向に沿って山折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が伸張し、ベース基板501の表面の伸張に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも伸張される(図9(A)および図9(B)の角部B側の中抜き矢印参照)。また、パネル21Aの角部C側のベース基板501は、長手方向に沿って谷折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が圧縮し、ベース基板501の表面の圧縮に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも圧縮される(図9(A)および図9(B)の角部C側の中抜き矢印参照)。
一方、パネル21Aの角部A側のベース基板501は、長手方向に沿って谷折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が圧縮し、ベース基板501の表面の圧縮に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも圧縮される(図9(A)の角部A側の中抜き矢印参照)。また、パネル21Aの角部D側のベース基板501は、長手方向に沿って谷折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が圧縮し、ベース基板501の表面の圧縮に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも圧縮される(図9(A)の角部D側の中抜き矢印参照)。
したがって、パネル21Aに対して捻れを生じさせる外力が加わった場合、一軸延伸方向900と捻れ方向との関係から、図10に示すような電圧分布となる。圧電フィルムに対して圧縮が最も大きくなる角部Aおよび角部Cに、最も絶対値の大きい電圧が発生する。圧電フィルムに対して伸張が最も大きくなる角部Bおよび角部Dに、最も絶対値の大きい電圧が発生する。なお、角部Aおよび角部Cに発生する電圧は、角部Bおよび角部Dに発生する電圧と絶対値が略同じであり、異符号の電圧が発生する。そして、圧電フィルムの中央部に向かうに従って発生する電圧の絶対値が小さくなっている。つまり、図6(B)に示すパネル20の場合と同様である。但し、パネル21Aを捻った状態で各角部に発生する電圧は、パネル20を捻った状態で各角部に発生する電圧よりも大きく、パネルを曲げた状態で発生する電圧と略同じ絶対値の電圧が発生していることがわかる。以下、その理由について説明する。
図11はパネル21Aを捻った状態において圧電フィルムに生じる伸縮方向を示している。図11に示すように、パネル21Aを捻った場合、圧電フィルムに生じる伸縮方向は、パネル21Aの中央部では一軸延伸方向900に対して略0°方向、または略90°方向に発生しているが、剛体近傍では一軸延伸方向900に対して略45°方向に発生していることがわかる。これは、ベース基板501の端部に沿って剛体を配置したことにより、パネル21Aを捻った場合に、ベース基板501の表面の伸縮が剛体近傍では部分的に妨げられ、圧電フィルムの伸縮方向の向きが部分的に変更されたことを示している。
つまり、ベース基板501の長手方向の両端部に剛体を配置したことにより、パネル21Aを捻った場合に、ベース基板501の表面(および圧電フィルム)の剛体近傍における伸縮方向の向きが、パネル21Aを曲げた場合に発生する伸縮方向と同じ方向となる。したがって、パネルを捻った場合においても、パネルを曲げた場合と略同じ絶対値の電圧を発生することができる。
以上から、この構成により、曲げ変位により発生する電圧と比較して、著しく小さな出力であった捻れ変位により発生する電圧を高出力で得ることができる。曲げ変位と同様に、捻れ変位を高感度で検出することができるため、ノイズ等を誤検知する可能性を低くすることができる。さらに、1つの圧電フィルムで曲げ変位・捻れ変位の両方を検出することができるため、曲げ変位用と捻れ変位用の圧電フィルムを二枚重ね合わせる必要がない。そのため、フィルムの積層方向の厚みを増やすことなく薄型のパネルおよび入力端末を実現できる。
上述の構成からなるパネル21Aの圧電センサ12および静電センサ13は、図3に示すように、後段の各回路へ接続されている。
図3に示すように、ReA電圧検出部121から出力される検出電圧V(ReA)、すなわち圧電フィルム101の変位により変位検出用電極201および変位検出用電極201R間に生じる電圧は、変位検出部14へ出力される。ReB電圧検出部122から出力される検出電圧V(ReB)、すなわち圧電フィルム101の変位により変位検出用電極202および変位検出用電極202R間に生じる電圧は、変位検出部14へ出力される。ReC電圧検出部123から出力される検出電圧V(ReC)、すなわち圧電フィルム101の変位により変位検出用電極203および変位検出用電極203R間に生じる電圧は、変位検出部14へ出力される。ReD電圧検出部124から出力される検出電圧V(ReD)、すなわち圧電フィルム101の変位により変位検出用電極204および変位検出用電極204R間に生じる電圧は、変位検出部14へ出力される。
詳細は後述するが、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)は、圧電フィルム101の変位状態に応じた電圧分布となる。したがって、変位検出部14は、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)の電圧分布から変位状態を検出する。変位検出部14は、変位状態の検出結果を操作内容解析部16へ出力する。
静電センサ13の各セグメント電極401と各コモン電極405は、タッチ位置検出部15に接続されている。静電センサ13で検出されたタッチ位置検出電圧は、タッチ位置検出部15へ出力される。タッチ位置検出部15は、タッチ位置検出電圧が検出されるセグメント電極401とコモン電極405との組合せから操作面上でのタッチ位置を検出する。タッチ位置検出部15は、タッチ位置検出結果を操作内容解析部16へ出力する。
操作内容解析部16は、変位状態の検出結果またはタッチ位置検出結果の少なくともいずれか一方を用いて、操作内容を解析する。
タッチ位置に基づいて操作を解析する場合、例えば、操作内容解析部16は、タッチ位置検出結果から、タッチされた位置に基づく制御コマンドを取得し、当該制御コマンドを実行する。
制御コマンドとしては、入力端末1をTVのリモコンに利用する場合として、次の各種コマンドが可能である。
・タッチ位置に相当するチャンネルに切り替えるコマンド
・タッチ位置の軌跡に応じてボリュームを調整するコマンド
・タッチ位置の軌跡に応じてチャンネル番号を解析し、解析したチャンネルに切り替えるコマンド
変位状態に基づいて操作内容を解析する場合、例えば、操作内容解析部16は、変位状態の検出結果から、制御コマンドを特定し、当該制御コマンドを実行する。
・タッチ位置の軌跡に応じてボリュームを調整するコマンド
・タッチ位置の軌跡に応じてチャンネル番号を解析し、解析したチャンネルに切り替えるコマンド
変位状態に基づいて操作内容を解析する場合、例えば、操作内容解析部16は、変位状態の検出結果から、制御コマンドを特定し、当該制御コマンドを実行する。
制御コマンドとしては、入力端末1をTVのリモコンに利用する場合として、次の各種コマンドが可能である。
・入力端末1の曲がりを検出した場合に、曲がり量および曲がる方向に応じてボリュームを調整するコマンド
・入力端末1の捻れを検出した場合に、捻れ量および捻れる方向に応じてチャンネルを切り替えるコマンド
以上のように、本実施形態の構成を用いれば、操作面に対するタッチ操作だけでなく、パネル21Aを変位(曲げ、捻れ等)させて、制御コマンドの実行処理を行うことができる。これにより、多様性に富んだ操作入力が可能な入力端末を実現することができる。
・入力端末1の捻れを検出した場合に、捻れ量および捻れる方向に応じてチャンネルを切り替えるコマンド
以上のように、本実施形態の構成を用いれば、操作面に対するタッチ操作だけでなく、パネル21Aを変位(曲げ、捻れ等)させて、制御コマンドの実行処理を行うことができる。これにより、多様性に富んだ操作入力が可能な入力端末を実現することができる。
(曲げや捻れの検出概念)
次に、本実施形態における曲げや捻れの検出概念について、より詳細に説明する。図12は、本発明の第1の実施形態に係るパネル21Aを曲げた状態と捻った状態での入力端末1で検出した電圧分布例を示す図である。
次に、本実施形態における曲げや捻れの検出概念について、より詳細に説明する。図12は、本発明の第1の実施形態に係るパネル21Aを曲げた状態と捻った状態での入力端末1で検出した電圧分布例を示す図である。
(曲げ変位検出)
図8(A)に示すように、曲げ変位が0の場合、すなわちパネル21Aに対して曲げを生じさせる外力が加わっていない場合、パネル21Aのベース基板501は、図8(A)に示すように主面が平坦な状態となる。この場合、ベース基板501の第2主面に貼り付けた圧電センサ12の圧電フィルムは伸縮せず、曲げ変位による圧電センサ12からの出力電圧の変化は生じない。例えば、この状態で検出電圧が0[V]になるように設定しておけば、ReA電圧検出部121から出力される検出電圧V(ReA)、ReB電圧検出部122から出力される検出電圧V(ReB)、ReC電圧検出部123から出力される検出電圧V(ReC)、およびReD電圧検出部124から出力される検出電圧V(ReD)は、全て0[V]となる。
図8(A)に示すように、曲げ変位が0の場合、すなわちパネル21Aに対して曲げを生じさせる外力が加わっていない場合、パネル21Aのベース基板501は、図8(A)に示すように主面が平坦な状態となる。この場合、ベース基板501の第2主面に貼り付けた圧電センサ12の圧電フィルムは伸縮せず、曲げ変位による圧電センサ12からの出力電圧の変化は生じない。例えば、この状態で検出電圧が0[V]になるように設定しておけば、ReA電圧検出部121から出力される検出電圧V(ReA)、ReB電圧検出部122から出力される検出電圧V(ReB)、ReC電圧検出部123から出力される検出電圧V(ReC)、およびReD電圧検出部124から出力される検出電圧V(ReD)は、全て0[V]となる。
曲げ変位が所定値の場合、すなわちパネル21Aに対して曲げを生じさせる外力が加わった場合、パネル21Aのベース基板501は、図8(B)または図8(C)に示すように主面が長手方向に沿って湾曲する。この場合、ベース基板501の第2主面に貼り付けた圧電センサ12の圧電フィルムは、圧電センサ12が貼り付けられているベース基板501の表面の伸縮に伴って、伸びるかもしくは縮む。これにより、曲げ変位による圧電センサからの出力電圧の変化が生じる。
そして、本実施形態のような構成を用いることで、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)は、次に示すように変化する。
曲げ変位が+aの場合、図8(B)に示すように、ベース基板501の長手方向に沿って谷折りに湾曲するため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が圧縮し、ベース基板501の表面の圧縮に伴って圧電フィルム101も圧縮される(図8(B)の中抜き矢印参照)。したがって、一軸延伸方向900と曲げ方向(パネル21Aの長手方向)との関係から、図12に示すように、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)は、略同じ電圧値+VBaとなる。
曲げ変位が+b(≠+a)の場合、図12に示すように、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)は、略同じ電圧値+VBb(≠+VBa)となる。
曲げ変位が-aの場合、すなわち、曲げ変位が+aと逆方向で同じ曲げ量である場合、図8(C)に示すように、ベース基板501の長手方向に沿って山折りに湾曲するため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が伸張し、ベース基板501の表面の伸張に伴って圧電フィルム101も伸張される(図8(C)の中抜き矢印参照)。したがって、図12に示すように、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)は、略同じ電圧値-VBaとなる。
このように、本実施形態の構成では、曲げ変位に対して、全ての検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)は、曲げ量に応じた略同じ電圧値となる。
したがって、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)の電圧値を比較し、これらが略同じであれば、パネル21Aが曲げられていることを検出できる。また、この際の電圧値を測定することで、曲げ方向および曲げ量を検出することができる。
(捻れ変位検出)
捻れ変位が0の場合、すなわちパネル21Aに対して捻れを生じさせる外力が加わっていない場合、パネル21Aのベース基板501は、主面が平坦な状態となる。この場合、圧電センサ12の圧電フィルム101は伸縮せず、捻れ変位による圧電センサ12からの出力電圧の変化は生じない。例えば、この状態で検出電圧が0[V]になるように設定しておけば、ReA電圧検出部121から出力される検出電圧V(ReA)、ReB電圧検出部122から出力される検出電圧V(ReB)、ReC電圧検出部123から出力される検出電圧V(ReC)、ReD電圧検出部124から出力される検出電圧V(ReD)は、全て0[V]となる。
捻れ変位が0の場合、すなわちパネル21Aに対して捻れを生じさせる外力が加わっていない場合、パネル21Aのベース基板501は、主面が平坦な状態となる。この場合、圧電センサ12の圧電フィルム101は伸縮せず、捻れ変位による圧電センサ12からの出力電圧の変化は生じない。例えば、この状態で検出電圧が0[V]になるように設定しておけば、ReA電圧検出部121から出力される検出電圧V(ReA)、ReB電圧検出部122から出力される検出電圧V(ReB)、ReC電圧検出部123から出力される検出電圧V(ReC)、ReD電圧検出部124から出力される検出電圧V(ReD)は、全て0[V]となる。
捻れ変位が所定値の場合、すなわちパネル21Aに対して捻れを生じさせる外力が加わった場合、パネル21Aのベース基板501は、図9(A)に示すように、パネル21Aの長手方向の一端となる端辺ABと、他方端となる端辺CDが捻れた状態となる。言い換えると、端辺ABの両端となる角部Aおよび角部Bと、端辺CDの両端となる角部Cおよび角部Dとが、パネル21Aの圧電センサ12を貼り付けた面に略直交する方向で、且つ互いに逆方向へ変位した状態となる(図9(A)中の矢印参照)。この場合、ベース基板501の第2主面に貼り付けた圧電センサ12の圧電フィルムは、圧電センサ12が貼り付けられているベース基板501の表面の伸縮に伴って、伸びるかもしくは縮む。これにより、捻れ変位による圧電センサからの出力電圧の変化が生じる。より具体的には、捻れ状態により、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)はそれぞれ個別に変化する。
捻れ変位が+cの場合、図9(A)に示すように、角部Bが主面(圧電センサ12が貼り付けられた面)よりも上側に変位し、角部Cが主面(圧電センサ12が貼り付けられた面)よりも下側に変位する。角部B側のベース基板501は、長手方向に沿って山折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が伸張し、ベース基板501の表面の伸張に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも伸張される(図9(A)および図9(B)の角部B側の中抜き矢印参照)。また、角部C側のベース基板501は、長手方向に沿って谷折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が圧縮し、ベース基板501の表面の圧縮に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも圧縮される(図9(A)および図9(B)の角部C側の中抜き矢印参照)。一方、角部A側のベース基板501は、長手方向に沿って谷折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が圧縮し、ベース基板501の表面の圧縮に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも圧縮される(図9(A)の角部A側の中抜き矢印参照)。また、角部D側のベース基板501は、長手方向に沿って山折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が伸張し、ベース基板501の表面の伸張に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも伸張される(図9(A)の角部D側の中抜き矢印参照)。
したがって、一軸延伸方向900と捻れ方向との関係から、図12に示すように、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)の絶対値は、略同じ電圧値VWcとなる。そして、検出電圧V(ReA)および検出電圧V(ReC)と、検出電圧V(ReB)および検出電圧V(ReD)とは異符号になる。例えば、検出電圧V(ReA)および検出電圧V(ReC)は電圧値+VWcとなり、検出電圧V(ReB)および検出電圧V(ReD)は電圧値-VWcとなる。
捻れ変位が+d(≠+c)の場合、図12に示すように、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)の絶対値は、略同じ電圧値VWdとなる。そして、検出電圧V(ReA)および検出電圧V(ReC)と、検出電圧V(ReB)および検出電圧V(ReD)とは異符号になる。例えば、検出電圧V(ReA)および検出電圧V(ReC)は電圧値+VWdとなり、検出電圧V(ReB)および検出電圧V(ReD)は電圧値-VWdとなる。
捻れ変位が-cの場合、すなわち、捻れ変位が+cと逆方向で同じ捻れ量である場合、角部B側のベース基板501は、長手方向に沿って谷折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が圧縮し、ベース基板501の表面の伸張に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも圧縮される。また、角部C側のベース基板501は、長手方向に沿って山折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が伸張し、ベース基板501の表面の伸張に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも伸張される。一方、角部A側のベース基板501は、長手方向に沿って山折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が伸張し、ベース基板501の表面の伸張に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも伸張される(図9(A)の角部A側の中抜き矢印参照)。また、角部D側のベース基板501は、長手方向に沿って谷折りに湾曲する。そのため、ベース基板501の変位によりベース基板501の表面が圧縮し、ベース基板501の表面の圧縮に伴って圧電センサ12の圧電フィルムも圧縮される。
したがって、図12に示すように、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)の絶対値は、略同じ電圧値VWcとなる。そして、検出電圧V(ReA)および検出電圧V(ReC)と、検出電圧V(ReB)および検出電圧V(ReD)とは異符号になる。この際、検出電圧の符号は、捻れ変位が+cの場合と逆になる。具体的には、捻れ変位が+cで、検出電圧V(ReA)および検出電圧V(ReC)が電圧値+VWcとなり、検出電圧V(ReB)および検出電圧V(ReD)が電圧値-VWcとなる場合、捻れ変位が-cでは、検出電圧V(ReA)および検出電圧V(ReC)が電圧値-VWcとなり、検出電圧V(ReB)および検出電圧V(ReD)が電圧値+VWcとなる。
このように、本実施形態の構成では、捻れ変位に対して、一軸延伸方向に沿って配置される変位検出用電極による検出電圧V(ReA)および検出電圧V(ReC)と、一軸延伸方向に直交する方向に沿って配置される変位検出用電極による検出電圧V(ReB)および検出電圧V(ReD)とは、捻れ量に応じた略同じ電圧絶対値で且つ異符号の電圧となる。
したがって、検出電圧V(ReA),検出電圧V(ReB),検出電圧V(ReC),および検出電圧V(ReD)の電圧分布を観測することで、パネル21Aが捻られていることを検出できる。また、この際の電圧値を測定することで、捻れ方向および捻れ量を検出することができる。
なお、本実施形態に係る入力端末1のパネル21Aにおいて、剛体601および剛体601Rの端部は、ベース基板501の端部(第1方向の両端部)に沿って配置された構成である(図1および図2(C)を参照)。しかし、ベース基板501の捻れの変形を部分的に妨げることができる剛性を有するのであれば、剛体601および剛体601Rの端部は、正確にベース基板501の端部(第1方向の両端部)に沿っているものに限らない。
図13は、変形例に係る入力端末のパネル21Bの構造を示す平面図である。パネル21Bは、パネル21Aとは剛体601および剛体601Rの配置が異なっており、それ以外は同じ構成である。ベース基板501の第1方向の一方端(図13におけるパネル21Bの左側短辺)から剛体の端部までの距離はxであり、剛体601および剛体601Rの第1方向に沿った幅はyであり、剛体601および剛体601Rの端部からパネル21Bを第2方向に二等分する架空の分割線までの距離はzである。この場合において、パネル21Bは、x<y<zとなっていることにより、曲げ変位・捻れ変位を検出するために必要な電圧の確保が容易となり、曲げ変位と同様に、捻れ変位を高感度で検出することができる。このように、端部(本願請求項における”端部”)とは、正確にベース基板501の端部(第1方向の両端部)に沿っているものに限らず、x<yの場合を含むものである。
《第2の実施形態》
次に、第2の実施形態に係る入力端末について、図を参照して説明する。図14は第2の実施形態に係る入力端末のパネル22の構造を示す平面図である。図15は第2の実施形態に係る入力端末のパネル22の構造を示す裏面図である。なお、図14および図15では、ベース基板および剛体の図示は省略している。概略的には、本実施形態のパネル22は、圧電フィルム101が静電センサのベースフィルムを兼用しているものである。
次に、第2の実施形態に係る入力端末について、図を参照して説明する。図14は第2の実施形態に係る入力端末のパネル22の構造を示す平面図である。図15は第2の実施形態に係る入力端末のパネル22の構造を示す裏面図である。なお、図14および図15では、ベース基板および剛体の図示は省略している。概略的には、本実施形態のパネル22は、圧電フィルム101が静電センサのベースフィルムを兼用しているものである。
圧電フィルム101の第3主面には、概略形状として長尺状のセグメント電極402が複数配列形成されている。複数のセグメント電極402は、長尺方向に対して直交する方向に沿って配列形成されている。セグメント電極402は、長手方向に沿って、幅広部と幅狭部とが交互に繋がる形状で形成されている。
圧電フィルム101の一方主面である第3主面には、変位検出用電極201A,変位検出用電極202B,変位検出用電極203C,および変位検出用電極204Dが形成されている。変位検出用電極201Aは、第3主面を平面視した中心を通り各辺に直交する架空の分割線で分割される検出領域ReAに形成されている。変位検出用電極201Aは線状電極であり、検出領域ReA内の範囲において、セグメント電極402の外形から所定間隔離間して、当該外形に沿う形状で形成されている。変位検出用電極201Aは引き回し電極211Aによって接続されている。
変位検出用電極202Bは、第3主面を平面視した中心を通り各辺に直交する架空の分割線で分割される検出領域ReBに形成されている。変位検出用電極202Bは線状電極であり、検出領域ReB内の範囲において、セグメント電極402の外形から所定間隔離間して、当該外形に沿う形状で形成されている。変位検出用電極202Bは引き回し電極212Bによって接続されている。
変位検出用電極203Cは、第3主面を平面視した中心を通り各辺に直交する架空の分割線で分割される検出領域ReCに形成されている。変位検出用電極203Cは線状電極であり、検出領域ReC内の範囲において、セグメント電極402の外形から所定間隔離間して、当該外形に沿う形状で形成されている。変位検出用電極203Cは引き回し電極213Cによって接続されている。
変位検出用電極204Dは、第3主面を平面視した中心を通り各辺に直交する架空の分割線で分割される検出領域ReDに形成されている。変位検出用電極204Dは線状電極であり、検出領域ReD内の範囲において、セグメント電極402の外形から所定間隔離間して、当該外形に沿う形状で形成されている。変位検出用電極204Dは引き回し電極214Dによって接続されている。
圧電フィルム101の他方主面である第4主面には、概略形状として長尺状のコモン電極406が複数配列形成されている。複数のコモン電極406は、長尺方向に対して直交する方向に沿って配列形成されている。コモン電極406は、長尺方向に沿って、幅広部と幅狭部とが交互に繋がる形状で形成されている。コモン電極406の長尺方向と、セグメント電極402の長尺方向は、圧電フィルム101を平面視した方向から見て直交する。
圧電フィルム101の第4主面には、変位検出用電極201RA,変位検出用電極202RB,変位検出用電極203RC,および変位検出用電極204RDが形成されている。変位検出用電極201RAは、第2主面を平面視した中心を通り各辺に直交する架空の分割線で分割される検出領域ReAに形成されている。変位検出用電極201RAは線状電極であり、検出領域ReA内の範囲において、コモン電極406の外形から所定間隔離間して、当該外形に沿う形状で形成されている。変位検出用電極201RAは、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、変位検出用電極201Aと部分的に重なるように形成されている。変位検出用電極201RAは引き回し電極211RAによって接続されている。
変位検出用電極202RBは、第4主面を平面視した中心を通り各辺に直交する架空の分割線で分割される検出領域ReBに形成されている。変位検出用電極202RBは線状電極であり、検出領域ReB内の範囲において、コモン電極406の外形から所定間隔離間して、当該外形に沿う形状で形成されている。変位検出用電極202RBは、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、変位検出用電極202Bと部分的に重なるように形成されている。変位検出用電極202RBは引き回し電極212RBによって接続されている。
変位検出用電極203RCは、第4主面を平面視した中心を通り各辺に直交する架空の分割線で分割される検出領域ReCに形成されている。変位検出用電極203RCは線状電極であり、検出領域ReC内の範囲において、コモン電極406の外形から所定間隔離間して、当該外形に沿う形状で形成されている。変位検出用電極203RCは、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、変位検出用電極203Cと部分的に重なるように形成されている。変位検出用電極203RCは引き回し電極213RCによって接続されている。
変位検出用電極204RDは、第4主面を平面視した中心を通り各辺に直交する架空の分割線で分割される検出領域ReDに形成されている。変位検出用電極204RDは線状電極であり、検出領域ReD内の範囲において、コモン電極406の外形から所定間隔離間して、当該外形に沿う形状で形成されている。変位検出用電極204RDは、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、変位検出用電極204Dと部分的に重なるように形成されている。変位検出用電極204RDは引き回し電極214RDによって接続されている。
このような構成であっても、上述の各実施形態と同様に、タッチ位置による操作入力と、入力端末の変位による操作入力とを行うことができる。そして、本実施形態の構成を用いることで、1枚の圧電フィルムで静電センサと圧電センサとを形成することができ、圧電センサと静電センサとを個別に形成する必要が無い。したがって、入力端末をより薄型に形成することができる。また、透明に形成する場合には層方向に対する電極層が減るので、透明度が増す。
なお、上述の実施形態の各電極パターンは一例を示すものであり、操作面を複数の領域に分割して、分割した領域毎に変位による電圧を検出できるように、電極パターンを形成すれば、上述の作用効果を得ることができる。
《第3の実施形態》
次に、第3の実施形態に係る入力端末について、図を参照して説明する。図16は第3の実施形態に係る入力端末のパネル23の構造を示す平面透視図である。図17は、パネル23に備えるセグメント電極403の構造を示す平面図である。図18は、パネル23に備えるコモン電極407および変位検出用電極205の構造を示す平面図である。図19は、パネル23の構造を示す裏面図である。なお、図17、図18、および図19では、ベース基板および剛体の図示は省略している。概略的には、本実施形態のパネル23は、静電センサ用のコモン電極407と圧電センサ用の変位検出用電極205とが同じ層に形成されているものである。
次に、第3の実施形態に係る入力端末について、図を参照して説明する。図16は第3の実施形態に係る入力端末のパネル23の構造を示す平面透視図である。図17は、パネル23に備えるセグメント電極403の構造を示す平面図である。図18は、パネル23に備えるコモン電極407および変位検出用電極205の構造を示す平面図である。図19は、パネル23の構造を示す裏面図である。なお、図17、図18、および図19では、ベース基板および剛体の図示は省略している。概略的には、本実施形態のパネル23は、静電センサ用のコモン電極407と圧電センサ用の変位検出用電極205とが同じ層に形成されているものである。
ベースフィルム301の一方主面である第5主面には、概略形状として長尺状のセグメント電極403が複数配列形成されている。複数のセグメント電極403は、長尺方向に対して直交する方向に沿って配列形成されている。セグメント電極403は、長尺方向に沿って、幅広部と幅狭部とが交互に繋がる形状で形成されている。
ベースフィルム301の他方主面である第6主面には、概略形状として長尺状のコモン電極407が複数配列形成されている。複数のコモン電極407は、長尺方向に対して直交する方向に沿って配列形成されている。コモン電極407は長尺方向に沿って、幅広部と幅狭部とが交互に繋がる形状で形成されている。コモン電極407の長尺方向は、圧電フィルム101を平面視した方向から見て、セグメント電極403の長尺方向と直交する。
圧電フィルム101の一方主面である第3主面には、概略形状として長尺状の変位検出用電極205が形成されている。複数の変位検出用電極205は、長尺方向に対して直交する方向に沿って配列形成されている。変位検出用電極205は、長尺方向に沿って、幅広部と幅狭部とが交互に繋がる形状で形成されている。変位検出用電極205は引き回し電極215によって接続されている。変位検出用電極205の長尺方向は、コモン電極407の長尺方向と並行であり、圧電フィルム101を平面視した方向から見て、セグメント電極403の長尺方向と直交している。また、変位検出用電極205とコモン電極407は、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、長尺方向に対して直交する方向に沿って交互に配列形成されている。
本実施形態におけるパネル23は、ベースフィルム301の第6主面と圧電フィルム101の第3主面とが対向して貼り合わされた構成であるため、コモン電極407と変位検出用電極205とが同一の層に存在している(図18を参照)。コモン電極407の幅広部および変位検出用電極205の幅狭部と、コモン電極407の幅狭部および変位検出用の電極205の幅広部とは、モザイクパターンのように長尺方向に沿って交互に配置されている。したがって、変位検出用電極205は、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、コモン電極407と重ならない構造となっている。なお、変位検出用電極205は、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、セグメント電極403と略全面が重なった構造となっている。
圧電フィルム101の他方主面である第4主面には、変位検出用電極205RA,変位検出用電極205RB,変位検出用電極205RC,および変位検出用電極205RDが形成されている。変位検出用電極205RAは、変位検出用電極205と略全面が対向する位置に形成されている。変位検出用電極205RBは、変位検出用電極205と略全面が対向する位置に形成されている。変位検出用電極205RCは、変位検出用電極205と略全面が対向する位置に形成されている。変位検出用電極205RDは、変位検出用電極205と略全面が対向する位置に形成されている。
このような構成であっても、上述の各実施形態と同様に、タッチ位置による操作入力と、入力端末の変位による操作入力とを行うことができる。そして、本実施形態の構成を用いることで、静電センサ用のコモン電極407と圧電センサ用の変位検出用電極205とが同じ層に形成されているため、パネル23および入力端末をより薄型に形成することができる。また、透明に形成する場合には層方向に対する電極層が減るので、透明度が増す。
上述の実施形態では、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、変位検出用の四つの領域に形成された全ての変位検出用電極205RA,変位検出用電極205RB,変位検出用電極205RC,および変位検出用電極205RDと部分的に重なるよう、変位検出用電極205を共通電極とした例を示したが、この構成に限るものではなく、適宜変更してもよい。例えば、圧電フィルム101の第3主面に形成される変位検出用電極は、分割した領域毎に変位による電圧を検出できるように電極パターンを形成してもよく、分割した複数の領域にわたる変位による電圧を検出できるように電極パターンを形成してもよい。このような構成により、上述の作用効果のほか、検出したい変位に対して圧電フィルムの感度を適正に設定することもできる。
《その他の実施形態》
なお、上述の実施形態では、圧電フィルムにPLLAを用いた例を示したが、PDLA、ポリ-γ-メチルグルタメート、ポリ-γ-ベンジルグルタメート、セルロース、コラーゲン、ポリ-D-プロピレンオキシドを用いることもできる。
なお、上述の実施形態では、圧電フィルムにPLLAを用いた例を示したが、PDLA、ポリ-γ-メチルグルタメート、ポリ-γ-ベンジルグルタメート、セルロース、コラーゲン、ポリ-D-プロピレンオキシドを用いることもできる。
また、上述の実施形態では、圧電フィルム101を平面視する方向から見て、パネル、およびベース基板等の形状が矩形である例を示したが、この構成に限るものではない。剛体によりベース基板の捻れの変形を部分的に妨げることができるのであれば、パネル、およびベース基板等の形状は適宜変更してもよい。
また、上述の実施形態では、変位検出用の領域を四つの領域に設定する例を示したが、一軸延伸方向に対して所定の位置関係であれば、設定する領域数はこれに限るものではなく複数であればよい。
1…入力端末
12…圧電センサ
13…静電センサ
14…変位検出部
15…タッチ位置検出部
16…操作内容解析部
20,21A,21B,22,23…パネル
101…圧電フィルム
121…ReA電圧検出部
122…ReB電圧検出部
123…ReC電圧検出部
124…ReD電圧検出部
201,202,203,204,201R,202R,203R,204R,201A,202B,203C,204D,201RA,202RB,203RC,204RD,205,205RA,205RB,205RC,205RD…変位検出用電極
211A,211RA,212B,212RB,213C,213RC,214D,214RD,215…引き回し電極
301…ベースフィルム
401,402,403…セグメント電極
405,406,407…コモン電極
501…ベース基板
502,503…保護膜
601,601R…剛体
900…一軸延伸方向
12…圧電センサ
13…静電センサ
14…変位検出部
15…タッチ位置検出部
16…操作内容解析部
20,21A,21B,22,23…パネル
101…圧電フィルム
121…ReA電圧検出部
122…ReB電圧検出部
123…ReC電圧検出部
124…ReD電圧検出部
201,202,203,204,201R,202R,203R,204R,201A,202B,203C,204D,201RA,202RB,203RC,204RD,205,205RA,205RB,205RC,205RD…変位検出用電極
211A,211RA,212B,212RB,213C,213RC,214D,214RD,215…引き回し電極
301…ベースフィルム
401,402,403…セグメント電極
405,406,407…コモン電極
501…ベース基板
502,503…保護膜
601,601R…剛体
900…一軸延伸方向
Claims (8)
- 互いに対向する第1主面と第2主面を有する平板状のベース基板と、
互いに対向する第3主面と第4主面とを有し、前記第3主面が前記ベース基板の前記第2主面と対向して配設する平膜状の圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの前記第3主面および前記第4主面に形成され、前記圧電フィルムの曲げの変位によって発生する電圧を検出する変位検出用電極と、
を備えた入力端末であって、
前記ベース基板の前記第1主面および前記第2主面の端部に配置され、前記ベース基板を挟んで対向配置されることにより、前記ベース基板の捻れによる変形を部分的に妨げる剛体を備えていることを特徴とする、入力端末。 - 互いに対向する第1主面と第2主面を有する平板状のベース基板と、
互いに対向する第3主面と第4主面とを有し、前記第3主面が前記ベース基板の前記第2主面と対向して配設する平膜状の圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの前記第3主面および前記第4主面に形成され、前記圧電フィルムの曲げの変位によって発生する電圧を検出する変位検出用電極と、
を備えた入力端末であって、
前記ベース基板の前記第1主面および前記第2主面の端部に、前記ベース基板を挟んで対向配置され、前記ベース基板の捻れによる変形の方向に対して交差する方向に延在する剛体を備えていることを特徴とする、入力端末。 - 前記変位検出用電極は、前記第3主面または前記第4主面の第1方向に沿って複数に分割され、前記第1方向に直交する第2方向に沿って複数に分割されている、請求項1または2に記載の入力端末。
- 前記圧電フィルムは、前記第3主面および前記第4主面に平行な方向へ一軸延伸されたポリ乳酸からなり、
前記圧電フィルムの前記一軸延伸の方向は、前記第1方向および前記第2方向に対して所定角をなす方向である、請求項3に記載の入力端末。 - 前記剛体は、前記圧電フィルムの前記第1方向の両端部に、前記第2方向に沿って形成されている、請求項3または4に記載の入力端末。
- 操作面側となる第5主面と前記第5主面に対向する第6主面とを有する平膜状の主体を備え、前記第5主面および前記第6主面に形成された静電容量検出用電極を備えるタッチ位置検出パネルを備え、
前記第3主面および前記第4主面と、前記第5主面および前記第6主面とが、前記操作面側から見て略重なるように配置された、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の入力端末。 - 前記静電容量検出用電極と前記変位検出用電極とが同一面上に複合して形成されている、請求項6に記載の入力端末。
- 前記タッチ位置検出パネルの前記主体が前記圧電フィルムによって形成され、前記静電容量検出用電極と前記変位検出用電極とが同一面上に複合して形成されている、請求項6または7に記載の入力端末。
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