(57)【要約】【課題】タッチ位置およびタッチ圧を高精度に検出可能なタッチパネルを提供する。【解決手段】タッチパネル２は、圧電体２１を備える。圧電体２１は、タッチパネル２の検出単位領域に対応する複数の圧電ブロックを備え、各圧電ブロックは、隣接する圧電ブロックへの変形伝播を抑制する切れ目Ｃによって、互いに区画されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルに用いられる圧電体であって、
前記タッチパネルの検出単位領域に対応する複数の圧電ブロックを備え、
各圧電ブロックは、隣接する圧電ブロックへの変形伝播を抑制する変形伝播抑制構造によって、互いに区画されている、圧電体。
【請求項２】
前記変形伝播抑制構造は、前記圧電体に形成された切れ目である、請求項１に記載の圧電体。
【請求項３】
前記変形伝播抑制構造は、各圧電ブロックを互いに分離する溝である、請求項１に記載の圧電体。
【請求項４】
有機圧電フィルムからなる、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電体。
【請求項５】
前記有機圧電フィルムは、フッ化ビニリデン系フィルムである、請求項４に記載の圧電体。
【請求項６】
前記有機圧電フィルムは、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体フィルムである、請求項４に記載の圧電体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の圧電体を備えたタッチパネル。
【請求項８】
請求項７に記載のタッチパネルを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体およびこれを用いたタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン、タブレットＰＣ、及びカーナビゲーションシステムのように、液晶ディスプレイ等の表示装置の前面に、タッチパネルを有する入力装置を配置した電子機器が普及している。スマートフォン及びタブレットＰＣでは、タップ、フリップ、ピンチ及びドラッグ等の操作を軽快に行える（すなわち、操作の快適性の高い）静電容量方式のタッチパネルが多く採用されている。一方、カーナビゲーションシステムでは、誤操作が起こりにくい（すなわち、操作の確実性の高い）抵抗膜方式のタッチパネルが多く採用されている。
【０００３】
ここで、もし、ユーザーがタッチした“位置”（本明細書中、タッチ位置と称する場合がある）及びその“強さ”（言い換えれば、押圧の有無、強さ、速度又はこれらの組み合わせ）（本明細書中、タッチ圧と称する場合がある）の両方を検出できるタッチパネルが実用化されれば、前述の操作の快適性と確実性との両立等、多くの利点が考えられる。
【０００４】
そこで、圧電体を有するタッチパネルが提案されている（例えば、特許文献１）。圧電体を押圧すると、圧電体は、押圧時のひずみの時間的変位に応じた電圧を発生する。この性質を利用して、特許文献１に係る技術では、圧電体を用いることにより、タッチ位置（ＸＹ軸）だけでなく、タッチ圧（Ｚ軸）も検出可能としている。
【０００５】
図７は、特許文献１に開示されているタッチパネル１０１を示す平面図である。図７に示すように、タッチパネル１０１は、Ｘ方向に配列されるｍ本の透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍと、Ｙ方向に配列されるｎ本の透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎとを有している。
【０００６】
図８は、タッチパネル１０１の透明電極ＥＣ１に沿った断面図である。図８に示すように、タッチパネル１０１は、圧電体１０２を備えており、圧電体１０２の一方面に透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍが設けられ、圧電体１０２の他方面に透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎが設けられている。また、透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍは保護膜１０３によって覆われ、透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎは保護膜１０４によって覆われている。
【０００７】
タッチパネル１０１に対してタッチ操作が行われた場合、圧電体１０２のタッチ位置に対応する部分が変形して電圧が発生し、タッチ位置に対応する２つの透明電極に電圧信号が印加される。電圧信号が印加された透明電極の位置および電圧の大きさに基づいて、タッチパネル１０１におけるタッチ位置およびタッチ圧を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１６３６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に係る技術では、押圧による圧電体１０２の変形（たわみ）はタッチ位置の周辺にも及ぶため、タッチ位置に対応する透明電極だけでなく、隣接する透明電極にも電圧が印加されてしまう。そのため、タッチ位置およびタッチ圧の検出感度が低いという問題がある。
【００１０】
従って、本発明は、タッチ位置およびタッチ圧を高精度に検出可能なタッチパネルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討の結果、
タッチパネルに用いられる圧電体であって、
前記タッチパネルの検出単位領域に対応する複数の圧電ブロックを備え、
各圧電ブロックは、隣接する圧電ブロックへの変形伝播を抑制する変形伝播抑制構造によって、互いに区画されている、圧電体
によって、前記課題が解決出来ることを見出した。
【００１２】
本発明は、次の態様を含む。
［項１］
タッチパネルに用いられる圧電体であって、
前記タッチパネルの検出単位領域に対応する複数の圧電ブロックを備え、
各圧電ブロックは、隣接する圧電ブロックへの変形伝播を抑制する変形伝播抑制構造によって、互いに区画されている、圧電体。
［項２］
前記変形伝播抑制構造は、前記圧電体に形成された切れ目である、前記項１に記載の圧電体。
［項３］
前記変形伝播抑制構造は、各圧電ブロックを互いに分離する溝である、前記項１に記載の圧電体。
［項４］
有機圧電フィルムからなる、前記項１〜３のいずれかに記載の圧電体。
［項５］
前記有機圧電フィルムは、フッ化ビニリデン系フィルムである、前記項４に記載の圧電体。
［項６］
前記有機圧電フィルムは、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体フィルムである、前記項４に記載の圧電体。
［項７］
前記項１〜６のいずれかに記載の圧電体を備えたタッチパネル。
［項８］
前記項７に記載のタッチパネルを備えた電子機器。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、タッチ位置およびタッチ圧を高精度に検出可能なタッチパネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るタッチ入力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るタッチパネルの断面図である。
【図３】図２に示すタッチパネルの平面図である。
【図４】圧電体の部分拡大断面図であり、（ａ）は、押圧前の状態を示しており、（ｂ）は、押圧時の状態を示している。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に係るタッチパネルの断面図である。
【図６】図５に示すタッチパネルの平面図である。
【図７】従来のタッチパネルの平面図である。
【図８】従来のタッチパネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
用語の意味
本明細書中、「タッチ位置」の「検出」は、タッチ位置の決定を意味し、一方、「タッチ圧」の「検出」は、押圧の有無、速度、大きさ又はこれらの組み合わせの決定を意味する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るタッチ入力装置１の構成を示すブロック図である。タッチ入力装置１は、タッチパネル２と、タッチパネル２の出力信号を処理する信号処理部３とを有しており、携帯電話（例、スマートフォン）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレットＰＣ、デジタイザ、タッチパッド、ＡＴＭ、自動券売機、及びカーナビゲーションシステムなどの電子機器に組み込まれている。
【００１７】
タッチパネル２は、タッチ位置およびタッチ圧を検出可能に構成されており、Ｘ方向に配列されるｍ本の透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍと、Ｙ方向に配列されるｎ本の透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎとを有している。各透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍ、ＥＣ１〜ＥＣｎの一端は、信号処理部３に接続されている。信号処理部３は、タッチパネル２におけるタッチ位置を検出する位置検出部４と、タッチ圧を検出する圧力検出部５とを備える。
【００１８】
図２（ａ）は、タッチパネル２の透明電極ＥＣ１に沿った断面図であり、図２（ｂ）は、タッチパネル２の透明電極ＥＳ１に沿った断面図である。タッチパネル２は、シート状の圧電体２１を備えており、圧電体２１の一方面に透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍが設けられ、圧電体２１の他方面に透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎが設けられている。また、透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍは保護膜２２によって覆われ、透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎは保護膜２３によって覆われている。
【００１９】
圧電体２１は、透明又は不透明の圧電体であることができ、好ましくは、透明圧電体である。
【００２０】
圧電体２１は、無機圧電膜又は有機圧電フィルムであることができる。無機圧電膜の例としては、水晶圧電膜（ウェーハ）、ＬｉＮｂＯ３圧電膜、ＬｉＴａＯ３圧電膜、ＫＮｂＯ３圧電膜、ＺｎＯ圧電膜、ＡｌＮ圧電膜、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３系固溶体系材料）圧電膜等が挙げられる。有機圧電フィルムの例としては、奇数鎖ナイロン圧電フィルム、フッ化ビニリデン系重合体圧電フィルム（例、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、フッ化ビニリデン／トリフロオロエチレン共重合体フィルム、ポリフッ化ビニリデンフィルム）、及びポリ乳酸が挙げられる。
【００２１】
前記フッ化ビニリデン系重合体フィルムは、好ましくはフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体フィルムである。
【００２２】
当該「フッ化ビニリデン系重合体フィルム」は、樹脂フィルムに通常用いられる添加剤を含有してもよい。
【００２３】
当該「フッ化ビニリデン系重合体フィルム」は、フッ化ビニリデン系重合体から構成されるフィルムであり、フッ化ビニリデン系重合体を含有する。
【００２４】
当該「フッ化ビニリデン系重合体」の例としては、
（１）フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な１種以上のモノマーと、の共重合体；及び
（２）ポリフッ化ビニリデン
が挙げられる
当該「（１）フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な１種以上のモノマーと、の共重合体」における「これと共重合可能なモノマー」の例としては、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、及びフッ化ビニルが挙げられる。
【００２５】
当該「これと共重合可能な１種以上のモノマー」又はそのうちの１種は、好ましくはテトラフルオロエチレンである。
【００２６】
当該「フッ化ビニリデン系重合体」の好ましい例としては、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体が挙げられる。
【００２７】
当該「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」は、本発明に関する性質が著しく損なわれない限りにおいて、フッ化ビニリデン及びテトラフルオロエチレン以外のモノマーに由来する繰り返し単位を含有してもよい。
【００２８】
前記「（１）フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な１種以上のモノマーと、の共重合体」は、フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位を５０モル％以上（好ましくは６０モル％以上）含有する。
【００２９】
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」における（テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位）／（フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位）のモル比は、好ましくは５／９５〜３６／６４の範囲内、より好ましくは１５／８５〜２５／７５の範囲内、更に好ましくは１８／８２〜２２／７８の範囲内である。
【００３０】
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」は、本発明に関する性質が著しく損なわれない限りにおいて、フッ化ビニリデン及びテトラフルオロエチレン以外のモノマーに由来する繰り返し単位を含有してもよい。通常、このような繰り返し単位の含有率は、１０モル％以下である。このようなモノマーは、フッ化ビニリデンモノマー、テトラフルオロエチレンモノマーと共重合可能なものである限り限定されないが、その例としては、
（１）フルオロモノマー（例、ビニルフルオリド（ＶＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）、ヘキサフルオロプロペン（ＨＦＰ）、１−クロロ−１−フルオロ−エチレン（１，１−ＣＦＥ）、１−クロロ−２−フルオロ−エチレン（１，２−ＣＦＥ）、１−クロロ−２，２−ジフルオロエチレン（ＣＤＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、トリフルオロビニルモノマー、１，１，２−トリフルオロブテン−４−ブロモ−１−ブテン、１，１，２−トリフルオロブテン−４−シラン−１−ブテン、ペルフルオロアルキルビニルエーテル、ペルフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）、ペルフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）、ペルフルオロアクリラート、２，２，２−トリフルオロエチルアクリラート、２−（ペルフルオロヘキシル）エチルアクリラート）；並びに
（２）炭化水素系モノマー（例、エチレン、プロピレン、無水マレイン酸、ビニルエーテル、ビニルエステル、アリルグリシジルエーテル、アクリル酸系モノマー、メタクリル酸系モノマー、酢酸ビニルが挙げられる。
【００３１】
本発明の有機圧電フィルムは、全光線透過率が９０％以上である。
【００３２】
本発明の有機圧電フィルムの全光線透過率は、好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上である。当該全光線透過率の上限は限定されないが、本発明の有機圧電フィルムの全光線透過率は、通常９９％以下である。
【００３３】
本明細書中、「全光線透過率」は、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３に基づき、ヘイズガードＩＩ（製品名）（東洋精機製作所）又はその同等品を使用した光透過性試験によって得られる。
【００３４】
本発明の有機圧電フィルムの全ヘイズ値は、３．０％以下であることが好ましい。
【００３５】
本発明の有機圧電フィルムの全ヘイズ値は、より好ましくは２．０％以下、更に好ましくは１．５％以下、特に好ましくは１．０％以下である。当該全ヘイズ値は低いほど好ましく、その下限は限定されないが、本発明の有機圧電フィルムの全ヘイズ値は、通常０．２％以上である。
【００３６】
本明細書中、「全ヘイズ値」（total haze）は、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３に準拠し、ヘイズガードＩＩ（製品名）（東洋精機製作所）又はその同等品を使用したヘイズ（ＨＡＺＥ、濁度）試験によって得られる。
【００３７】
本発明の有機圧電フィルムの内部ヘイズ値は、１．２％以下であることが好ましい。
【００３８】
本発明の有機圧電フィルムの内部ヘイズ値は、より好ましくは１．０％以下、更に好ましくは０．９％以下、特に好ましくは０．８％以下である。当該内部ヘイズ値は低いほど好ましく、その下限は限定されないが、本発明の有機圧電フィルムの内部ヘイズ値は、通常０．１％以上である。
【００３９】
本明細書中、「内部ヘイズ値」（inner haze）は、前記全ヘイズ値の測定方法において、ガラス製セルの中に水を入れて、その中にフィルムを挿入し、ヘイズ値を測定することにより、得られる。
【００４０】
本発明の有機圧電フィルムの外部ヘイズ値は、好ましくは１．５％以下、より好ましくは１．２％以下、更に好ましくは１．０％以下である。当該外部ヘイズ値は低いほど好ましく、その下限は限定されないが、本発明の有機圧電フィルムの外部ヘイズ値は、通常０．１％以上である。
【００４１】
本明細書中、「外部ヘイズ値」（outer haze）は、フィルムの全ヘイズ値から内部へイズ値を差し引くことで算出される。
【００４２】
本発明の有機圧電フィルムの厚さは、通常３〜１００μｍの範囲内、好ましくは６〜５０μｍの範囲内、より好ましくは９〜４０μｍの範囲内、更に好ましくは１０〜３０μｍの範囲内である。
【００４３】
圧電体２１の厚さは、通常１〜２００μｍであり、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１〜５０μｍである。透明性の観点では、当該厚さは、より薄いことが好ましく、圧電性が重視される場合は、より厚いほうが好ましい。これらのことに基づき、圧電体２１の厚さは、その用途等に応じて適宜設定できる。
【００４４】
透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍおよび透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎは、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）電極又は酸化スズ電極であることができる。
【００４５】
タッチパネル２に対してタッチ操作が行われた場合、圧電体２１のタッチ位置に対応する部分に電圧が発生し、電圧信号が透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍのいずれか、及び、透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎのいずれかを介して信号処理部３に入力される。図１に示す位置検出部４は、電圧信号を入力した電極に基づいて、タッチパネル２におけるタッチ位置を検出することができる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、圧電体２１に複数の切れ目Ｃ（変形伝播抑制構造）が形成されている。図３に示すように、切れ目Ｃは、格子状に形成されている。具体的には、圧電体２１のＸ方向に延びる切れ目Ｃは、各透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎの中間に形成されており、圧電体２１のＹ方向に延びる切れ目Ｃは、各透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍの中間に形成されている。この格子状の切れ目Ｃによって、圧電体２１は、複数の圧電ブロック２１１に区画されている。
【００４７】
図３では、透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎが破線で示され、透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍが一点鎖線で示されており、各圧電ブロック２１１の中央領域において、透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍと透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎとが交差している。すなわち、各圧電ブロック２１１は、タッチパネル２の検出単位領域に対応している。
【００４８】
図４は、圧電体２１の部分拡大断面図であり、（ａ）は、押圧前の状態を示しており、（ｂ）は、押圧時の状態を示している。図４（ａ）に示すように、切れ目Ｃは、断面がＶ字状である。２つの切れ目Ｃによって区画された３つの圧電ブロックをそれぞれ左側から２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃとする。
【００４９】
タッチ操作により圧電ブロック２１１ｂに圧力が加えられると、図４（ｂ）に示すように、圧電ブロック２１１ｂが弾性変形して電圧を発生する。このとき、切れ目Ｃでは、一方の側面が他方の側面側に変位して、切れ目Ｃの幅が狭くなるが、他方の側面は移動しない。そのため、圧電ブロック２１１ｂに隣接する圧電ブロック２１１ａ、２１１ｃは変形せず、電圧は発生しない。すなわち、切れ目Ｃによって、圧電ブロック２１１ｂから隣接する圧電ブロック２１１ａ、２１１ｃへの変形伝播が抑制される。よって、圧電ブロック２１１ｂに対応する透明電極のみに電圧信号が印加され、隣接する圧電ブロック２１１ａ、２１１ｃに対応する透明電極には、電圧信号は印加されない。したがって、図１に示す位置検出部４および圧力検出部５は、タッチ位置およびタッチ圧をそれぞれ高精度に検出することができる。
【００５０】
このように、本実施形態に係るタッチパネル２では、圧電体２１に圧電ブロック２１１を画する切れ目Ｃが形成されているので、押圧された圧電ブロック２１１ｂに隣接する圧電ブロック２１１ａ、２１１ｃは変形せず、タッチ位置に対応する検出単位領域においてのみ、圧電ブロックの電圧が発生する。したがって、タッチ位置およびタッチ圧を高精度に検出することができる。
【００５１】
なお、切れ目Ｃの断面形状は、隣接する圧電ブロックへの変形伝播を抑制可能な形状であれば特に限定されず、例えば、Ｕ字状、凹状などであってもよい。また、切れ目Ｃの大きさ（深さ、幅）についても、隣接する圧電ブロックへの変形伝播を抑制可能であり、かつ、視認されない大きさであれば、特に限定されない。
【００５２】
さらに、圧電体に切れ目を形成する上記形態の他、各圧電ブロックを互いに分離して配置した形態とすることもできる。この形態について、以下説明する。
【００５３】
図５は、本実施形態の変形例に係るタッチパネル２’の断面構造を示すものであり、（ａ）は、透明電極ＥＣ１に沿った断面図であり、（ｂ）は、透明電極ＥＳ１に沿った断面図である。タッチパネル２’は、図２に示すタッチパネル２において、圧電体２１を圧電体２１’に置き換えた構成である。圧電体２１’には、切れ目Ｃの代わりに、圧電体２１’を厚み方向に貫通する溝Ｔが設けられている。
【００５４】
図６は、圧電体２１’を示す平面図である。図６に示すように、溝Ｔは、切れ目Ｃと同様、格子状に形成されている。具体的には、圧電体２１’のＸ方向に延びる溝Ｔは、各透明電極ＥＣ１〜ＥＣｎの中間に形成されており、圧電体２１’のＹ方向に延びる溝Ｔは、各透明電極ＥＳ１〜ＥＳｍの中間に形成されている。この格子状の溝Ｔによって、圧電体２１’は、タッチパネル２’の検出単位領域に対応する複数の圧電ブロック２１１’に区画されている。
【００５５】
上記の構成では、各圧電ブロック２１１’の間に溝Ｔが設けられているので、各圧電ブロック２１１’は、溝Ｔによって互いに分離されている。そのため、いずれかの圧電ブロック２１１’が押圧されて弾性変形しても、隣接する圧電ブロック２１１’は変形しない。よって、押圧された圧電ブロック２１１’に対応する透明電極のみに電圧信号が印加される。したがって、タッチ位置およびタッチ圧を高精度に検出することができる。
【００５６】
なお、溝Ｔの幅は、隣接する圧電ブロックへの変形伝播を抑制可能であり、かつ、視認されない程度であれば、特に限定されない。
【００５７】
以上のように、本実施形態に係るタッチパネルは、切れ目または溝によって圧電体を複数の圧電ブロックに区画しているので、タッチ位置およびタッチ圧を高精度に検出することができる。
【００５８】
なお、圧電ブロックを互いに区画する構造は、隣接する圧電ブロックへの変形伝播を抑制する構造であれば、切れ目および溝に限定されない。また、本発明に係るタッチパネルは、圧電体を有するものであれば、抵抗膜方式、静電容量方式等、あらゆる方式のタッチパネルを用いることができる。
【００５９】
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１      タッチ入力装置
２      タッチパネル
２’    タッチパネル
３      信号処理部
４      位置検出部
５      圧力検出部
２１      圧電体
２１’    圧電体
２２      保護膜
２３      保護膜
２１１    圧電ブロック
２１１’  圧電ブロック
２１１ａ  圧電ブロック
２１１ｂ  圧電ブロック
２１１ｃ  圧電ブロック
Ｃ      切れ目（変形伝播抑制構造）
Ｔ      溝（変形伝播抑制構造）
【図１】
2015075893.tif 000003
【図２】
2015075893.tif 000004
【図３】
2015075893.tif 000005
【図４】
2015075893.tif 000006
【図５】
2015075893.tif 000007
【図６】
2015075893.tif 000008
【図７】
2015075893.tif 000009
【図８】
2015075893.tif 000010