壓電片、觸摸面板、及輸入輸出裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及壓電片。具體地，本發(fā)明涉及能夠進行觸摸位置檢測和觸摸壓力檢測的壓電片。另外，本發(fā)明涉及使用這些壓電片或者觸摸面板的輸入輸出裝置。
【背景技術】
[0002]設置或者組合有作為輸入裝置的觸摸屏(還稱為觸摸面板)的顯示及輸入輸出裝置被廣泛地作為顯示裝置、例如液晶顯示器投入實際使用。特別地，在手機等便攜設備中，使用顯示和輸入裝置正成為主流。通過用戶按下顯示裝置的屏幕上的顯示內(nèi)容，從而具有該觸摸屏的顯示和輸入裝置能夠使用戶直觀地操作設備。
[0003]盡管在觸摸屏中存在各種系統(tǒng)，然而近年來，電容系統(tǒng)逐漸增加。在電容系統(tǒng)中，在X方向和Y方向具有多個被圖案化的電極的投射式電容系統(tǒng)易于檢測多點觸摸，并且近年來正快速普及。
[0004]另一方面，在電容型系統(tǒng)中的將平面狀的沒有圖案化的電極作為檢測面的表面電容式系統(tǒng)中，存在大量的需要魯棒性的用途。下面是與其他的系統(tǒng)不同的點:(I)由于電極上沒有圖案，因此不通過數(shù)字信號而是通過模擬信號獲取靈敏度，(2)即使具有小電容，仍更加靈敏，(3)由于測量地面(人體)與平面狀電極的絕對的電容，因此，水的附著所造成的影響少，(4)類似的構造能夠應用于從小型到大型的各種尺寸，(5)可應用簡單的結構，(6)層疊的層少，并且識別部沒有圖案化，因此，識別性好。
[0005]接著，針對與壓電片相關的【背景技術】進行敘述。
[0006]壓電效應(Piezoelectricity:壓電)是指使機械應變作用于物質(zhì)時產(chǎn)生的電極化(表面電荷)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的電勢與應變的大小成比例，該極性與應變的方向對應。該現(xiàn)象具有可逆性，如果對相同的物質(zhì)施加電場進行電極化，則與該電極化的大小成比例地在物質(zhì)中產(chǎn)生機械應變，即變形。
[0007]作為與壓電效應類似的現(xiàn)象,存在熱電效應。熱電效應(Pyroelectricity:壓電)是指物質(zhì)吸收熱而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象。所產(chǎn)生的電荷與溫度變化的大小成比例。具有熱電效應的所有熱電物質(zhì)均顯示出壓電效應。
[0008]另一方面，具有壓電效應的一些壓電物質(zhì)沒有示出熱電效應。
[0009]作為具有壓電效應的材料，大多數(shù)情況下使用PZT (鋯鈦酸鉛、Pb [ZrxTi1J O3)所代表的陶瓷。另外，由于壓電陶瓷含鉛，存在毒性的問題，因此，開發(fā)了很多鐵酸鉍(BiFeO3)等無鉛的壓電陶瓷。但是，陶瓷存在由于材料硬使得柔性和加工性差，以及，難以大面積的片進行處理的缺點。
[0010]另一方面，使用高分子材料的壓電薄膜具有以下的特征。其具有柔性(柔軟、富有彈性變形性)、加工性(例如，易于用剪刀剪開)、耐碰撞性、高耐電壓性、耐水性、化學穩(wěn)定性等，另外，易于形成大面積和薄膜化。另外，具有比重小、輕量型、透明性好等特征。另外，其具有高電壓輸出、大范圍的頻率特性、低聲阻抗、大的壓電系數(shù)等特征。
[0011]極化(電極化)的均聚物的聚偏二氟乙烯(1，1-2氟代乙烷聚合物，PVDF)表示高壓電性。陶瓷通過材料的結晶構造產(chǎn)生壓電效應。另一方面，PVDF是結晶度為約50%的半結晶高分子。由于在聚合物內(nèi)中相互扭曲的長鏈分子凝集或者分離，因此，其示出與結晶構造本身所具有的壓電性不同的特性。原理上，PVDF被認為通過兩個機構產(chǎn)生壓電效應。一個是由于外力而在晶體內(nèi)的雙極子變形而產(chǎn)生的晶體的壓電性，另一個是基于精巧的非結晶部分變形由示出在電極中由殘留極化誘發(fā)的電荷發(fā)生變化的尺寸效果導致的壓電性。
[0012]在專利文獻I中公開了使用示出上述壓電性的聚合物，檢測壓力的透明的壓電片。
[0013]在專利文獻I中，公開了包含片狀透明壓電層、配置在層的一個表面上的第一透明平板電極、配置在層的另一個表面上的第二透明平板電極的透明壓電片。該透明壓電片能夠用于檢測觸摸壓力，并能夠作為觸摸壓力檢測用透明壓電片。該觸摸壓力檢測用透明壓電片通過與觸摸位置檢測用觸摸面板組合使用，從而，對觸摸位置檢測用觸摸面板賦予檢測觸摸壓力的功能。觸摸位置檢測用觸摸面板設計成使用制造成本低的電阻膜式觸摸面板，或者易于檢測多點觸摸的投射式電容觸摸面板。參照與專利文獻I的圖1對應的圖35，在電阻膜式或者投射式電容系統(tǒng)的觸摸面板2210的下方，將形成有透明平板電極2122、2123的兩個透明片部件以透明平板電極2122、2123相互面對的方式進行組合，并在其間設置有片狀透明壓電體層2121。通過透明平板電極2122、2123和片狀透明壓電體層2121形成壓電片2120。它們的整體容納在框架2124中。通過這樣的結構，能夠檢測觸摸位置與觸摸壓力兩者。
[0014]另一方面，在專利文獻2中，公開了通過檢測投射式電容系統(tǒng)的觸摸位置的觸摸面板和設置于其四個角的壓電元件(壓力傳感器)，檢測觸摸位置和觸摸壓力的系統(tǒng)。
[0015]在專利文獻2中，公開了傳感器裝置。將示出具備專利文獻2的傳感器裝置的數(shù)據(jù)處理裝置的圖1作為圖36來參照。該傳感器裝置由觸摸面板2250、殼體2210、以及壓力傳感器2260構成。觸摸面板應用為電容式系統(tǒng)或電阻膜式系統(tǒng)。專利文獻2的電容式系統(tǒng)的觸摸面板例如配置為層疊X電極基板和Y電極基板，以在X電極基板和Y電極基板上分別形成檢測用X透明電極圖案以及Y透明電極圖案。即，專利文獻2的電容式觸摸面板是投射式電容系統(tǒng)的觸摸面板。
[0016]壓力傳感器2260具有固定于觸摸面板2250的第一電極、固定于殼體2210的第二電極、以及配置于觸摸面板與殼體之間的彈性體。將按下輸入操作面的觸摸壓力作為第一電極以及第二電極間的電容的變化來檢測。該壓力傳感器被配置于觸摸面板的四個角。
[0017]另外，液晶面板2230被配置在觸摸面板2250的背面。液晶面板2230、觸摸面板2250以及壓力傳感器2260保存于殼體2210中。
[0018]現(xiàn)有技術文獻
[0019]專利文獻
[0020][專利文獻I]
[0021]日本專利特開公報N0.2010-108490
[0022]圖1至圖4、和6頁32行至8頁20行
[0023][專利文獻2]
[0024]國際專利申請N0.W02010/106759A1

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]發(fā)明要解決的問題
[0026]傳統(tǒng)發(fā)明中的第一個問題是作為檢測觸摸位置用的觸摸面板，由于檢測觸摸位置用的觸摸面板配置成使用電阻膜系統(tǒng)或者投射式電容系統(tǒng)，因此，檢測觸摸位置用的觸摸面板的構造復雜。電阻膜系統(tǒng)或者投射式電容系統(tǒng)需要至少2層電極層。在電阻膜系統(tǒng)的電極之間需要構造物，并且，投射式電容系統(tǒng)的每個電極需要圖案化處理。另外，在投射式電容系統(tǒng)中，需要將由圖案化分割后的各個電極片與外部的信號源和檢測源連接。由于復雜的結構，成本增加，同時，由于使用材料的種類和數(shù)量較多，因此，對于保護環(huán)境而言不優(yōu)選。
[0027]第二個問題是當與顯示器等組合時，識別性差。其理由因為是在專利文獻I中觸摸位置檢測和觸摸壓力檢測需要至少兩組透明電極。在專利文獻I和專利文獻2中為了實現(xiàn)觸摸位置檢測需要多層。當電極層的數(shù)量增加，并且構成的層的數(shù)量增加時，由于各個層的吸收等，透射率降低。隨著所構成的層的數(shù)量增加，由于各層的界面的反射，造成明亮處的對比度降低，因此識別性降低。在專利文獻2中，在液晶面板2230與觸摸面板2250之間存在空隙2295，因此，界面反射由于該空隙而變大，因此，識別性進一步降低。
[0028]第三個問題是在專利文獻2中當構成檢測觸摸壓力用的壓力傳感器時，需要設置于觸摸面板中的第一電極和設置于殼體中的第二電極。由于在電極之間需要彈性體，因此構造復雜。為了固定該壓力傳感器，需要在傳統(tǒng)的觸摸面板或顯示器中看不到的特別的固定構造，因此，制造耗時，成本增加，同時抗振動或撞擊的機械強度弱。
[0029]第四個問題是在專利文獻I或專利文獻2中，由于構成的部件的數(shù)量多，因此，觸摸面板的重量和體積尺寸大。高重量在攜帶型的情況下妨礙可攜帶性，即使在非攜帶型的情況下對其支承件需要規(guī)定的強度。另外，由于體積大，因此，厚度增加，或者觸摸面板的除了觸摸壓力的檢測面以外的框架部分的面積擴大，因此，妨礙可攜帶性，安裝面積和體積增大。
[0030]傳統(tǒng)的技術并沒有公開通過使用透明壓電片和表面電容式系統(tǒng)，檢測觸摸位置和觸摸壓力的觸摸面板技術。即使在傳統(tǒng)的組合透明壓電片和表面電容式系統(tǒng)的觸摸面板的情況下，為了構成透明壓電片，需要導電層和壓電體層兩層，表面電容式觸摸面板需要一個導電層。另外，需要使透明壓電片的一個導電層和表面電容式觸摸面板的導電層之間不會發(fā)生短路的絕緣體層或者空隙。因此，與電阻膜系統(tǒng)或投射式電容系統(tǒng)相比較，即使使用構造簡單的表面電容式系統(tǒng)，也會成為復雜的構造，成本增加，并且部件的數(shù)量增加。另外，表面電容式系統(tǒng)配置成檢測與觸摸的手指的靜電電容，因此，表面電容式系統(tǒng)的導電層需要被放置在接近手指的上部，透明壓電片被放置于下層。僅通過上述結構實現(xiàn)表面電容式系統(tǒng)。為了通過透明壓電片準確地檢測觸摸壓力，表面電容式的觸摸面板和其下層的絕緣體層或者空隙在不存在根據(jù)觸摸壓力而變形的靈活性時不能檢測觸摸壓力。這樣的結構意味著不需要已知的表面電容式的觸摸面板，而需要特別地設計的表面電容式的觸摸面板。因此,這成為增加成本的原因。
[0031]這樣，已知的透明壓電片和表面電容式的觸摸面板的組合在成本方面和性能方面具有問題，難以實現(xiàn)，在表面電容式的觸摸面板的現(xiàn)有技術中，不能檢測觸摸位置和觸摸壓力二者。
[0032]如上所述，為了解決上述的問題，本發(fā)明的第一個目的在于提供一種能夠通過簡單的構造，檢測觸摸位置和觸摸壓力(按壓力)的壓電片。由于構造簡單，與以往的結構相t匕，本發(fā)明制成薄型、重量輕，同時成本低的壓電片。另外，提供一種壓電片，其通過簡單的構造，相對于振動和外壓的機械強度強，并且可靠性和魯棒性高。
[0033]本發(fā)明的第二個目的在于提供一種能夠檢測觸摸位置和觸摸壓力(按壓力)，當與顯示器等組合時識別性極為良好的壓電片。此外，本發(fā)明的目的是提供一種壓電片，其光透射率高，光量的減少量低，并能夠實現(xiàn)低電耗或者高亮度。
[0034]本發(fā)明的第三個目的在于提供一種除了檢測觸摸位置和觸摸壓力之外，還能夠在片彎曲和扭曲時檢測彎曲和扭曲的壓電片。
[0035]本發(fā)明的第四個目的在于提供一種除了檢測觸摸位置和觸摸壓力之外，能夠得到由振動產(chǎn)生的反饋和感覺的壓電片。當觸摸時與觸摸相關聯(lián)的振動反饋提供給手指等。另夕卜，通過調(diào)整振動的頻率來提供作為聲音的反饋。另一方面，通過觸摸時的振動狀態(tài)和觸摸前后的振動的變化，產(chǎn)生材料的觸感。
[0036]本發(fā)明的第五個目的在于提供一種壓電片,其主要由表面電容式系統(tǒng)來檢測觸摸位置，并且即使在存在非導電性筆(非導電性觸針)時也能夠檢測觸摸位置。
[0037]本發(fā)明的第六個目的在于提供一種使用滿足第一至第五目的的壓電片的觸摸面板以及一種使用這些壓電片或者觸摸面板的輸入輸出裝置。
[0038]用于解決問題的手段
[0039]為了解決上述問題，本發(fā)明的第一裝置是一種壓電片，包括:壓電體層；配置在壓電體層的一個表面上的第一導電體層；配置在另一個表面上的第二導電體層；以及配置于第一導電體層上的絕緣體層。因此，本發(fā)明的第一裝置是設計為檢測第一導電體層中的觸摸位置并通過第二導電體層檢測觸摸壓力的壓電片。
[0040]壓電體層的一個表面上的第一導電體層和另一表面上的第二導電體層使得由外力引起的在壓電體層中產(chǎn)生的應力能夠從第一導電體層或第二導電體層被提取作為電信號。在本發(fā)明的實例中，第二層能夠檢測由應力引起的作為電信號的觸摸壓力。另一方面，第一導電體層能夠通過用作表面電容式的導電膜的表面來檢測觸摸位置。通常，已知的是，能夠通過單層導電膜和置于其上的絕緣體層來檢測表面電容式觸摸面板上的觸摸位置。
[0041]具體地，能夠通過對第一導電體層施加例如正弦波電信號、并監(jiān)視取決于與壓電片平行的表面位置上的觸摸位置的正弦波電信號的振幅的偏差，來檢測表面上的觸摸位置。第二導電體層通常被固定于特定的電壓或者與特定的另一波形(例如，施加到第一導電體層的正弦波)同步。因此，第二導電體層用作屏蔽層，其減小來自其他的信號源的輻射噪聲等對位置檢測的影響。另一方面，當施加壓力時，在第一導電體層與第二導電體層之間在壓電體層中產(chǎn)生應力，并觀察與壓力的變化相對應的電波形。由于該波形示出與施加到第一導電體層的正弦波形以及施加到第二導電體層的特定的電壓、波形不同的時間振幅波形，因此其能夠容易地與所施加的波形分離。
[0042]本裝置被設計成使用第一導電體層作為表面電容式觸摸面板的導電體層膜，并作為檢測在第二導電體層上的壓電物質(zhì)中產(chǎn)生的應力的基準電勢表面。這種應用能夠實現(xiàn)的原因是，施加到各導電體層的波形和由壓力獲得的波形能夠容易地分離。可以通過將由壓力獲得的波形與通過監(jiān)視第二導電體層的電壓獲得的信號分離，來檢測壓力。另一方面，能夠基于第一導電體層中的信號分離來檢測壓力。然而，優(yōu)選通過濾波器從在第一導電體層中觀察到的信號中