压电片、触摸面板、及输入输出装置的制作方法

本申请是申请日为2014年11月11日、申请号为201410643957.8、发明名称为“压电片、触摸面板、及输入输出装置”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及压电片。具体地，本发明涉及能够进行触摸位置检测和触摸压力检测的压电片。另外，本发明涉及使用这些压电片或者触摸面板的输入输出装置。

背景技术：

设置或者组合有作为输入装置的触摸屏(还称为触摸面板)的显示及输入输出装置被广泛地作为显示装置、例如液晶显示器投入实际使用。特别地，在手机等便携设备中，使用显示和输入装置正成为主流。通过用户按下显示装置的屏幕上的显示内容，从而具有该触摸屏的显示和输入装置能够使用户直观地操作设备。

尽管在触摸屏中存在各种系统，然而近年来，电容系统逐渐增加。在电容系统中，在x方向和y方向具有多个被图案化的电极的投射式电容系统易于检测多点触摸，并且近年来正快速普及。

另一方面，在电容型系统中的将平面状的没有图案化的电极作为检测面的表面电容式系统中，存在大量的需要鲁棒性的用途。下面是与其他的系统不同的点：(1)由于电极上没有图案，因此不通过数字信号而是通过模拟信号获取灵敏度，(2)即使具有小电容，仍更加灵敏，(3)由于测量地面(人体)与平面状电极的绝对的电容，因此，水的附着所造成的影响少，(4)类似的构造能够应用于从小型到大型的各种尺寸，(5)可应用简单的结构，(6)层叠的层少，并且识别部没有图案化，因此，识别性好。

接着，针对与压电片相关的背景技术进行叙述。

压电效应(piezoelectricity：压电)是指使机械应变作用于物质时产生的电极化(表面电荷)现象。所产生的电势与应变的大小成比例，该极性与应变的方向对应。该现象具有可逆性，如果对相同的物质施加电场进行电极化，则与该电极化的大小成比例地在物质中产生机械应变，即变形。

作为与压电效应类似的现象，存在热电效应。热电效应(pyroelectricity：压电)是指物质吸收热而产生的电极化现象。所产生的电荷与温度变化的大小成比例。具有热电效应的所有热电物质均显示出压电效应。

另一方面，具有压电效应的一些压电物质没有示出热电效应。

作为具有压电效应的材料，大多数情况下使用pzt(锆钛酸铅、pb[zrxti1-x]o3)所代表的陶瓷。另外，由于压电陶瓷含铅，存在毒性的问题，因此，开发了很多铁酸铋(bifeo3)等无铅的压电陶瓷。但是，陶瓷存在由于材料硬使得柔性和加工性差，以及，难以大面积的片进行处理的缺点。

另一方面，使用高分子材料的压电薄膜具有以下的特征。其具有柔性(柔软、富有弹性变形性)、加工性(例如，易于用剪刀剪开)、耐碰撞性、高耐电压性、耐水性、化学稳定性等，另外，易于形成大面积和薄膜化。另外，具有比重小、轻量型、透明性好等特征。另外，其具有高电压输出、大范围的频率特性、低声阻抗、大的压电系数等特征。

极化(电极化)的均聚物的聚偏二氟乙烯(1，1-2氟代乙烷聚合物，pvdf)表示高压电性。陶瓷通过材料的结晶构造产生压电效应。另一方面，pvdf是结晶度为约50％的半结晶高分子。由于在聚合物内中相互扭曲的长链分子凝集或者分离，因此，其示出与结晶构造本身所具有的压电性不同的特性。原理上，pvdf被认为通过两个机构产生压电效应。一个是由于外力而在晶体内的双极子变形而产生的晶体的压电性，另一个是基于精巧的非结晶部分变形由示出在电极中由残留极化诱发的电荷发生变化的尺寸效果导致的压电性。

在专利文献1中公开了使用示出上述压电性的聚合物，检测压力的透明的压电片。

在专利文献1中，公开了包含片状透明压电层、配置在层的一个表面上的第一透明平板电极、配置在层的另一个表面上的第二透明平板电极的透明压电片。该透明压电片能够用于检测触摸压力，并能够作为触摸压力检测用透明压电片。该触摸压力检测用透明压电片通过与触摸位置检测用触摸面板组合使用，从而，对触摸位置检测用触摸面板赋予检测触摸压力的功能。触摸位置检测用触摸面板设计成使用制造成本低的电阻膜式触摸面板，或者易于检测多点触摸的投射式电容触摸面板。参照与专利文献1的图1对应的图35，在电阻膜式或者投射式电容系统的触摸面板2210的下方，将形成有透明平板电极2122、2123的两个透明片部件以透明平板电极2122、2123相互面对的方式进行组合，并在其间设置有片状透明压电体层2121。通过透明平板电极2122、2123和片状透明压电体层2121形成压电片2120。它们的整体容纳在框架2124中。通过这样的结构，能够检测触摸位置与触摸压力两者。

另一方面，在专利文献2中，公开了通过检测投射式电容系统的触摸位置的触摸面板和设置于其四个角的压电元件(压力传感器)，检测触摸位置和触摸压力的系统。

在专利文献2中，公开了传感器装置。将示出具备专利文献2的传感器装置的数据处理装置的图1作为图36来参照。该传感器装置由触摸面板2250、壳体2210、以及压力传感器2260构成。触摸面板应用为电容式系统或电阻膜式系统。专利文献2的电容式系统的触摸面板例如配置为层叠x电极基板和y电极基板，以在x电极基板和y电极基板上分别形成检测用x透明电极图案以及y透明电极图案。即，专利文献2的电容式触摸面板是投射式电容系统的触摸面板。

压力传感器2260具有固定于触摸面板2250的第一电极、固定于壳体2210的第二电极、以及配置于触摸面板与壳体之间的弹性体。将按下输入操作面的触摸压力作为第一电极以及第二电极间的电容的变化来检测。该压力传感器被配置于触摸面板的四个角。

另外，液晶面板2230被配置在触摸面板2250的背面。液晶面板2230、触摸面板2250以及压力传感器2260保存于壳体2210中。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]

日本专利特开公报no.2010-108490

图1至图4、和6页32行至8页20行

[专利文献2]

国际专利申请no.wo2010/106759a1

技术实现要素：

发明要解决的问题

传统发明中的第一个问题是作为检测触摸位置用的触摸面板，由于检测触摸位置用的触摸面板配置成使用电阻膜系统或者投射式电容系统，因此，检测触摸位置用的触摸面板的构造复杂。电阻膜系统或者投射式电容系统需要至少2层电极层。在电阻膜系统的电极之间需要构造物，并且，投射式电容系统的每个电极需要图案化处理。另外，在投射式电容系统中，需要将由图案化分割后的各个电极片与外部的信号源和检测源连接。由于复杂的结构，成本增加，同时，由于使用材料的种类和数量较多，因此，对于保护环境而言不优选。

第二个问题是当与显示器等组合时，识别性差。其理由因为是在专利文献1中触摸位置检测和触摸压力检测需要至少两组透明电极。在专利文献1和专利文献2中为了实现触摸位置检测需要多层。当电极层的数量增加，并且构成的层的数量增加时，由于各个层的吸收等，透射率降低。随着所构成的层的数量增加，由于各层的界面的反射，造成明亮处的对比度降低，因此识别性降低。在专利文献2中，在液晶面板2230与触摸面板2250之间存在空隙2295，因此，界面反射由于该空隙而变大，因此，识别性进一步降低。

第三个问题是在专利文献2中当构成检测触摸压力用的压力传感器时，需要设置于触摸面板中的第一电极和设置于壳体中的第二电极。由于在电极之间需要弹性体，因此构造复杂。为了固定该压力传感器，需要在传统的触摸面板或显示器中看不到的特别的固定构造，因此，制造耗时，成本增加，同时抗振动或撞击的机械强度弱。

第四个问题是在专利文献1或专利文献2中，由于构成的部件的数量多，因此，触摸面板的重量和体积尺寸大。高重量在携带型的情况下妨碍可携带性，即使在非携带型的情况下对其支承件需要规定的强度。另外，由于体积大，因此，厚度增加，或者触摸面板的除了触摸压力的检测面以外的框架部分的面积扩大，因此，妨碍可携带性，安装面积和体积增大。

传统的技术并没有公开通过使用透明压电片和表面电容式系统，检测触摸位置和触摸压力的触摸面板技术。即使在传统的组合透明压电片和表面电容式系统的触摸面板的情况下，为了构成透明压电片，需要导电层和压电体层两层，表面电容式触摸面板需要一个导电层。另外，需要使透明压电片的一个导电层和表面电容式触摸面板的导电层之间不会发生短路的绝缘体层或者空隙。因此，与电阻膜系统或投射式电容系统相比较，即使使用构造简单的表面电容式系统，也会成为复杂的构造，成本增加，并且部件的数量增加。另外，表面电容式系统配置成检测与触摸的手指的静电电容，因此，表面电容式系统的导电层需要被放置在接近手指的上部，透明压电片被放置于下层。仅通过上述结构实现表面电容式系统。为了通过透明压电片准确地检测触摸压力，表面电容式的触摸面板和其下层的绝缘体层或者空隙在不存在根据触摸压力而变形的灵活性时不能检测触摸压力。这样的结构意味着不需要已知的表面电容式的触摸面板，而需要特别地设计的表面电容式的触摸面板。因此，这成为增加成本的原因。

这样，已知的透明压电片和表面电容式的触摸面板的组合在成本方面和性能方面具有问题，难以实现，在表面电容式的触摸面板的现有技术中，不能检测触摸位置和触摸压力二者。

如上所述，为了解决上述的问题，本发明的第一个目的在于提供一种能够通过简单的构造，检测触摸位置和触摸压力(按压力)的压电片。由于构造简单，与以往的结构相比，本发明制成薄型、重量轻，同时成本低的压电片。另外，提供一种压电片，其通过简单的构造，相对于振动和外压的机械强度强，并且可靠性和鲁棒性高。

本发明的第二个目的在于提供一种能够检测触摸位置和触摸压力(按压力)，当与显示器等组合时识别性极为良好的压电片。此外，本发明的目的是提供一种压电片，其光透射率高，光量的减少量低，并能够实现低电耗或者高亮度。

本发明的第三个目的在于提供一种除了检测触摸位置和触摸压力之外，还能够在片弯曲和扭曲时检测弯曲和扭曲的压电片。

本发明的第四个目的在于提供一种除了检测触摸位置和触摸压力之外，能够得到由振动产生的反馈和感觉的压电片。当触摸时与触摸相关联的振动反馈提供给手指等。另外，通过调整振动的频率来提供作为声音的反馈。另一方面，通过触摸时的振动状态和触摸前后的振动的变化，产生材料的触感。

本发明的第五个目的在于提供一种压电片，其主要由表面电容式系统来检测触摸位置，并且即使在存在非导电性笔(非导电性触针)时也能够检测触摸位置。

本发明的第六个目的在于提供一种使用满足第一至第五目的的压电片的触摸面板以及一种使用这些压电片或者触摸面板的输入输出装置。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的第一装置是一种压电片，包括：压电体层；配置在压电体层的一个表面上的第一导电体层；配置在另一个表面上的第二导电体层；以及配置于第一导电体层上的绝缘体层。因此，本发明的第一装置是设计为检测第一导电体层中的触摸位置并通过第二导电体层检测触摸压力的压电片。

压电体层的一个表面上的第一导电体层和另一表面上的第二导电体层使得由外力引起的在压电体层中产生的应力能够从第一导电体层或第二导电体层被提取作为电信号。在本发明的实例中，第二层能够检测由应力引起的作为电信号的触摸压力。另一方面，第一导电体层能够通过用作表面电容式的导电膜的表面来检测触摸位置。通常，已知的是，能够通过单层导电膜和置于其上的绝缘体层来检测表面电容式触摸面板上的触摸位置。

具体地，能够通过对第一导电体层施加例如正弦波电信号、并监视取决于与压电片平行的表面位置上的触摸位置的正弦波电信号的振幅的偏差，来检测表面上的触摸位置。第二导电体层通常被固定于特定的电压或者与特定的另一波形(例如，施加到第一导电体层的正弦波)同步。因此，第二导电体层用作屏蔽层，其减小来自其他的信号源的辐射噪声等对位置检测的影响。另一方面，当施加压力时，在第一导电体层与第二导电体层之间在压电体层中产生应力，并观察与压力的变化相对应的电波形。由于该波形示出与施加到第一导电体层的正弦波形以及施加到第二导电体层的特定的电压、波形不同的时间振幅波形，因此其能够容易地与所施加的波形分离。

本装置被设计成使用第一导电体层作为表面电容式触摸面板的导电体层膜，并作为检测在第二导电体层上的压电物质中产生的应力的基准电势表面。这种应用能够实现的原因是，施加到各导电体层的波形和由压力获得的波形能够容易地分离。可以通过将由压力获得的波形与通过监视第二导电体层的电压获得的信号分离，来检测压力。另一方面，能够基于第一导电体层中的信号分离来检测压力。然而，优选通过滤波器从在第一导电体层中观察到的信号中去除触摸压力的信号。其原因是在第一导电体层中检测到的触摸位置的精确度优先。

作为基于触摸压力的其他信号检测系统，具有使应用信号的周期和时间移位来检测触摸位置的检测系统。即，具有通过分时驱动的检测系统。虽然根据该系统的驱动稍微复杂化，但是容易捕捉检测信号，因为信号能够在时间轴上分离。

根据需要，本装置设置有对第一导电体层施加电压波形的施加装置、对第二导电体层施加电压波形的施加装置、检测在第一导电体层中流动的电流的检测装置、以及检测第二导电体层中的电压的检测装置等。对于这些施加装置和检测装置，能够使用由一个装置实现多个装置的功能的元件。例如，能够集成作为一个ic。

本发明的第二装置是一种压电片，包括：配置在压电体层的一个表面上的第一导电体层；配置在另一个表面上的第二导电体层；以及配置在第一导电体层的与压电体层相反的面的绝缘体层，该压电片检测第一导电体层的表面上的触摸位置并通过第一导电体层检测触摸压力。

通过在压电体层的一个表面上设置第一导电体层并在压电体层的另一个表面上设置第二导电体层，能够将由外力在压电体层中产生的应力从第一和第二导电体层捕捉作为电信号。本发明被设计为通过检测第一导电体层中由应力引起的电信号来检测压力。另外，第一导电体层能够通过用作表面电容式的导电膜面来检测位置。公知的是，能够通过由单层和置于其上的绝缘体层形成的导电膜面检测在表面电容式触摸面板上的触摸位置。

如上所述，第一导电体层能够通过作为表面电容式的导电膜面来检测触摸位置，并通过作为压电体层的电压变化监视用的导电膜面来检测触摸压力。该系统配置成，在第二导电体层中不检测电流或电压，而只进行压电体层的驱动。即，第二导电体层能够固定于特定的电压和特定的波形。

因此，当将本发明的压电片与显示装置组合时，第二导电体层还能够同时实现屏蔽面的作用，难以受到来自显示装置的辐射噪声等的影响。在该结构中，由于将第二导电体层只用于驱动，因此，通常能够得到该屏蔽效果。另一方面，因为只通过第一导电体层检测触摸位置与触摸压力，因此，通过分时驱动第一导电体层。因此，用于检测触摸位置和触摸压力的系统配置成根据时间差进行检测。

根据需要，本装置设置有对第一导电体层施加电压波形的施加装置、对第二导电体层施加电压波形的施加装置、检测在第一导电体层中流动的电流的检测装置、以及检测第一导电体层的电压的检测装置等。这些施加装置和检测装置能够使用由一个装置实现多个装置的功能的元件，例如，有时能够集成作为一个ic。

本发明的第三装置是一种输入输出装置压电片，其包括：由配置在压电体层的一个表面上的第一导电体层、配置在另一个表面上的第二导电体层、以及配置在第一导电体层的与压电体层相反的面的绝缘体层，其特征在于，该压电片具有施加用于检测在第一导电体层上的表面上的位置的信号的信号施加装置，以及向第二导电体层的表面施加振动产生信号与检测上述面内的位置的信号叠加的信号的信号施加装置。

第一导电体层配置成施加用于检测触摸位置的驱动信号，以及检测与触摸位置相关的信号。另一方面，压电体层设计成通过对第二导电体层施加的振动产生信号的叠加信号而振动。该振动能够通过频率和强度，对触摸的用户提示各种触感。即，能够进行所谓触觉反馈(触觉反馈)。

本发明的第四装置是一种触摸面板，其包括配置在压电体层的一个表面上的第一导电体层、配置在另一个表面上的条纹状地图案化的第二导电体层、以及配置在第一导电体层的与压电体层相反的面的绝缘体层，其特征在于，所述触摸面板具有施加用于检测在第一导电体层的表面上的位置的信号的信号施加装置，以及测量在被图案化的第二导电体层的两端的电压的测量装置。

在该结构中，在第一导电体层中，能够按照与表面电容式触摸面板相同的原理检测触摸位置。另一方面，在第二导电体层中能够检测触摸压力。此时，由于第二导电体层条纹状地图案化，在与条纹的纵向正交的方向，取决于触摸位置，不能检测触摸压力，或者所检测的触摸压力存在显著的差异。因此，关于与该条纹的长度方向正交的方向，由于触摸压力的差异，能够检测触摸位置。第二导电体层配置成在被条纹状地图案化的各区域的两端测量电压。由触摸压力产生的电荷在条纹状的各区域中在条纹的长度方向根据触摸的位置产生与位置对应的分布。通过在条纹状的各区域的两端测量电压，从而能够根据两端的电压的不同，检测在条纹的长度方向的触摸位置。因此，在两个导电体层中，能够在二维的面内检测产生触摸压力的触摸位置。通常，只有在特定的笔具有导电性并且笔固定有接地电势的情况下，通过笔触摸表面电容式触摸面板的表面，检测由笔产生的触摸。另外，当手上戴有极厚的手套时等，在静电的变化非常小时，检测精度可能降低。该结构由于能够通过检测触摸压力的不同而检测触摸位置，因此，在通过普通笔或者不是特殊的笔进行触摸或戴有极厚的手套进行触摸等时，能够将触摸位置检测为触摸压力位置的不同。

本发明的第五装置是一种输入输出装置压电片，其包括配置在压电体层的一个表面上的第一导电体层、配置于压电体层的另一个表面上的第二导电体层、以及配置于第一导电体层的与压电体层相反的面的绝缘体层，施加用于检测在第一导电体层的面内的位置的信号的信号施加装置，通过在第一导电体层与第二导电体层之间施加信号来驱动压电体层并产生声音的声响产生信号施加装置，以产生声音。

声响产生信号可以与其他的信号叠加。通过对该信号的频率和强度进行调整，对用户提示基于各种声音的反馈。对压电体层施加的电压的变化能够转换为物质的应变和力的变化。因此，作为物质的应变和力的变化的结果能够产生声音。

本发明的第六装置是一种压电片，其包括：配置在压电体层的一个表面上的第一导电体层、配置在压电体层的另一个表面上的第二导电体层、在第一导电体层的相反侧相对于第二导电体层分离规定的距离而配置的第三导电体层、以及配置于第一导电体层的与压电体层相反的面的绝缘体层，压电片检测在第一导电体层的表面上的位置以及第二导电体层中的压力。

该结构是为了不受来自压电片的下表面的辐射噪声等的影响而使用的结构。例如，通过在压电片的下表面组合显示装置等其他的元件，从而，不会受到来自配置于下表面的其他装置的辐射噪声等的影响。该结构的一个例子设计成施加检测第一导电体层的表面上的位置的信号，同时对第三导电体层施加与对第一导电体层施加的信号相同的信号。由此，第三导电体层发挥抵抗来自下表面的辐射噪声等的屏蔽面的功能。另外，在不产生触摸压力的状态下，第二导电体层配置成稳定基于第一导电体层和第三导电体层之间的电容耦合规定的电势。理想的情况是电势与第一导电体层与第三导电体层之间的电势相同。另一方面，在产生触摸压力的状态下，第二导电体层的电势成为与第一导电体层的电势不同的电势。因此，能够由第二导电体层检测触摸压力。导电体层的数量与其他的结构相比并没有增加，本结构不易受到辐射噪声等的影响，并且，由于信号的分离容易，能够高精度地检测位置精度和触摸压力。

如上所述，通过实施本发明，获得多种效果。第一效果是本发明是包括两层的导电体层、其间的压电体层以及绝缘体层的简单结构，且以低的成本提供能够检测触摸位置和触摸压力两者的压电片。

其理由是由于对触摸位置的检测使用表面电容式触摸面板的原理，检测触摸位置的所需的导电体层只有一层，同时，触摸压力的检测所需的两个导电体层之一还用作检测触摸位置的导电体层。在专利文献1等的相关技术中，触摸位置的检测需要两层导电体层，触摸压力的检测需要两层导电体层，合计需要4层导电体层。根据本发明的导电体层仅需要两层，即，本发明将导电体层的数量减半。因此，本发明将导电体层间所需要的绝缘体层等其他的层的数量也减少。

第二效果在于提高识别性。

其理由是由于如在第一效果中记载的那样，所构成的层的数量锐减，因此，层间的反射减少。由此，能够提高透射率，以防止由于层间的界面反射而造成的2重像，防止作为显示与触摸位置之间的偏差的视差，同时，能够防止明亮处的对比度的降低。另外，不需要如以往那样的x方向用和y方向用的双层的图案化电极层，不会看到被图案化的图案。因此，不存在在投射式电容系统中经常使用的用于难以看到图案化电极的图案的折射率调节层等。

第三效果在于能够不添加新的其他部件，而能够具有触觉和声音这样的新的功能，能够实现触觉和声音这样的新的其他反馈。

其理由是因为向对压电体层施加的信号叠加与触觉和声音相关的信号。压电体层配置成通过产生与触摸压力对应的电力来检测触摸压力。相反，压电体层配置成通过产生与所施加的电气对应的变形来产生触觉和声音。

第四效果是，即使在通过手指或非导电性的物质进行触摸，也能通过表面电容式的触摸面板检测触摸位置。

其理由是，由于通过第二导电层的条纹状的图案化来检测y方向的压力位置，通过监视条纹的两端的电压来检测x方向的压力位置。该效果能够利用经由厚的手套或塑料触针等多种装置作为触摸装置进行触摸。

第五效果在于得到结构简单但对外部噪声抵抗性强的带有触摸面板功能的压电片。

其理由是第二导电层或者第三导电层发挥屏蔽面的功能，从而第一导电层不会受到来自显示装置等的辐射噪声等的影响。

第六效果在于得到除了检测位置之外，当使压电片整体弯曲或者扭曲时，还能够检测其弯曲或扭曲的压电片。

其理由是上述的本发明与相关技术相比较，结构简单，并且，配置成使用柔性材料，或者在某种程度上能够追随柔性材料的材料，作为构成发明的材料。这样，能够提供不用增加新的部件，而提供测量应力分布或荷重分布的元件。由于压电力能够选择被检测的方向，因此，压电片能够有效地制作以检测弯曲或扭转。特别地，通过使用几乎不具有热电性的材料，从而能够不受到温度变化的影响。即，当存在热电性时，由于温度的变化产生极化。因此，仅仅由于使用温度发生变化，或者由于人的手持变暖，产生特性的变化。另一方面，当不存在热电性时，温度的变化不会产生影响。于是，能够准确地检测弯曲或扭转。

附图说明

图1是表示第一实施方式的立体图。

图2是在本发明中使用的位置检测和坐标计算ic的框图的一个例子。

图3是在本发明中使用的压力检测ic的框图的一个例子。

图4是本发明的第一实施方式的时序图的一个例子。

图5是在本发明中使用的位置检测和坐标计算ic的框图的一个例子。

图6是实现在本发明中使用的施加信号与浮置状态之间的切换的电路的框图的一个例子。

图7是表示本发明的第二实施方式的立体图。

图8是本发明的第二实施方式的时序图的一个例子。

图9是表示本发明的第三实施方式的立体图。

图10是本发明的第三实施方式的时序图的一个例子。

图11是表示本发明的第四实施方式的立体图。

图12是产生对在本发明的第四实施方式中使用的第二导电体层施加的信号的电路的框图的一个例子。

图13是能够在本发明的第四实施方式中使用的触觉反馈的施加波形的一个例子。

图14是表示本发明的第五实施方式的立体图。

图15是从第二导电体侧观察本发明的第五实施方式时的平面图。

图16是从第一导电体侧观察第五实施方式的第二导电体面时的平面图。

图17是表示本发明的第五实施方式中的发生挠曲的状态的示意图。

图18是表示本发明的第五实施方式中的由压电极化产生的电荷产生的状态的示意图。

图19是表示在本发明的第五实施方式中，由x方向的触摸压力的发生位置产生的两端电压的不同的图。

图20是表示本发明的第六实施方式的立体图。

图21是产生对在本发明的第六实施方式中使用的第二导电体层施加的信号的电路的框图的一个例子。

图22是产生对在本发明的第六实施方式中使用的第二导电体层施加的信号的电路的框图的另一个例子。

图23是表示本发明的第7实施方式的立体图。

图24是表示具有压电片、位置检测和坐标计算ic、以及具有压力检测ic的输入输出装置的一个例子的图。

图25是表示本发明的实施例1中的、设置于第二导电体层的电极的例子的平面图。

图26是表示在本发明的实施例1中，根据压力的强度选择功能时的时间与压力的强度之间的关系的一个例子的图。

图27a是表示在本发明的实施例中，选择功能时的图像显示的转变的一个例子的图。

图27b是表示在本发明的实施例中，选择功能时的图像显示的转变的一个例子的图。

图27c是表示在本发明的实施例中，选择功能时的图像显示的转变的一个例子的图。

图27d是表示在本发明的实施例中，选择功能时的图像显示的转变的一个例子的图。

图27e是表示在本发明的实施例中，选择功能时的图像显示的转变的一个例子的图。

图28是能够在本发明的实施例中使用的保护传动系统的一个例子。

图29是表示在本发明的实施例2中，根据压力的强度，选择功能时的时间与压力强度之间的关系的一个例子的图。

图30是产生对本发明的实施例4中的第二导电体层施加的信号的电路的框图的一个例子。

图31是表示本发明的实施例5的结构的立体图。

图32a和图32b是表示本发明的实施例5中的智力玩具的图。其中，图32a是音量小的情况(平面状)，图32b是音量大的情况(手持两端弯曲时)。

图33是表示产生声音时所使用的电路的一个例子的电路图。

图34是产生对本发明的实施例5中的第二导电体层施加的信号的电路的框图的一个例子。

图35是表示组合传统的位置检测用触摸面板和压电片的触摸面板的截面图。

图36是表示具备传统的传感器装置的数据处理装置的截面图。

具体实施方式

接着，针对本发明的实施方式参照附图详细地说明。参照作为本发明的实施方式的立体图的图1，本发明的实施方式包括压电体层102、配置于压电体层102的一个表面的第一导电体层112、配置于压电体层102的另一个表面的第二导电体层122、以及配置于第一导电体层112的与压电体层102的面相反的面的绝缘体层142。也就是，绝缘体层142设置在第一导电体层112上。

优选压电体层102是在可见光区域透明的压电片。另外，根据所使用的用途，设计成使用不仅在可见光区域而且在与用途对应的波长区域具有透明的特性的压电片。

本发明的实施方式设计成检测在第一导电体层112的表面上触摸位置，并且检测在第二导电体层122中的触摸压力。图1作为为了检测而配置的电极的例子，示出了设置于第一导电体层112的四个角的电极和由此引出的布线连接123、和设置于第二导电体层122的电极(未图示)和由此引出的第二导电体层用布线连接124。其中，也可以不使用布线连接，而通过其他的装置进行电气连接。

从设置于图1的第一导电体层112的四个角的电极引出的各布线连接设计成例如，对第一导电体层提供交流信号。通过读取在该布线连接中流动的电流的变化，能够监控基于触摸和触摸位置引起的电流变化的不同。另外，使用从设置于第一导电体层112和第二导电体层122中的电极引出的布线连接，能够监控由触摸压力在压电体层102中产生的电压。针对这些结构，接着，详细地进行说明。

图2是本发明的实施方式中的位置检测和坐标计算ic的框图的一个例子。本发明的实施方式的位置检测和坐标计算ic210设计成经由从第一导电体层112引出的4根布线连接对第一导电体层112施加正弦波等驱动信号，并且通过检测从第一导电体层112引出的四根布线连接中的电流的变化计算位置坐标。

具体地说明图2的框图的动作。图2的位置检测和坐标计算ic210设计成在信号处理的最初阶段将四根布线连接的信号并列地进行处理，且进行模拟处理。然后，在从由交流驱动电路(信号施加装置)207驱动的第一导电体层112引出的四根布线连接中流动的信号在通过触摸使电流经由人体向虚拟地面流动的新路径中产生。电流变化检测部201设计成检测基于该触摸的电流变化，将检测的信号转换成在下一块中易于处理的形式。

接着，将来自电流变化检测部201的微弱信号由滤波和放大部202进行滤波，且进行放大从而进行整形。随后的噪声消除部203设计成通过除去噪音分量来提高s/n比(信号/噪声比)。a/d转换部204设计成将模拟信号转换成数字信号，之后处理数字信号。随后的位置坐标计算部205设计成根据由四根布线连接的信号得到的基于触摸的信号变化计算位置坐标。根据设置于第一导电体层112的四个角的电极和触摸位置间的距离，经由各个电极而观测的电流变化量不同。通过使用该电流变化，从而能够知道面内的触摸位置。这与其他的表面电容式的触摸面板相同。终端接口驱动器206设计成与随后的外部的主机208进行数据的接收发送或指令的接收发送。

图3是本发明的实施方式中的压力检测ic的框图的一个例子。压力检测ic310设计成检测由压电体层102和两个导电体层112，122感测的触摸压力。触摸压力检测部302与图1的第二导电体层用的布线连接124连接。触摸压力检测部302设计成检测触摸压力(按压力)，并且判断检测的值是否超过存储于存储部303中的阈值等控制值，并设计成进行以下的动作。如后所述，通过触摸压力产生的电压没有严格地与触摸压力成比例，但具有大致的比例关系。通过预先求该比例的系数，从而，触摸压力检测部302能够根据测量到的电压的变化来获得触摸压力。但是，通过单纯的比例系数会将噪声产生的电压变化检测为触摸压力，因此，所测量的电压的变化设计成在超过预先存储于存储部303的阈值时产生触摸压力。这些整体由控制部301进行控制。

另外，触摸压力检测部302被配置成包括：测量所连接的导电体层的电压的电压监视器(测量装置)[k1]和根据由电压监视器测量到的电压求触摸压力的电压至触摸压力换算部。如后所述，当电压和触摸压力大致呈比例关系时，电压至触摸压力换算部能够是根据偏移量和比例系数对测量到的电压和触摸压力进行转换的简单的结构。

在此示出的位置检测和坐标计算ic和触摸压力检测ic的结构是一个例子，也可以是其他的结构。另外，结构也可以不使用ic而由其他的电路组合构成。或者，也可以是使两个ic一体化的一个ic。

存在各种系统作为触摸位置与触摸压力的检测的更详细的系统。在此，首先示出错开时间来检测触摸位置和触摸压力的分时检测系统的一个例子。

图4是表示分时检测的一个例子的时序图。分时检测分成触摸位置检测时段(图4中的4c)和触摸压力检测时段(图4中的4d)。在触摸位置检测时段中，例如对第一导电体层112、第二导电体层122均施加正弦波。在该时段中，通过触摸，更接近所触摸的面的第一导电体层112的信号发生变化(未图示)。由图5的位置检测和坐标计算ic2101读取该信号变化。在接着的触摸压力检测时段中，第一导电体层112被固定为恒定电势，例如，被固定为地电势。与向该第一导电体层施加电压的时间对应的切换例如由图5所示的位置检测和坐标检测ic2101内的选择器2072、直流驱动电路2071、交流驱动电路207构成。在施加交流信号的时段，由选择器2072选择交流驱动电路207的输出，在施加固定的特定电压的时段，由选择器2072选择直流驱动电路2071的输出。另一方面，第二导电体层122在触摸压力检测时段中为浮置状态。交流信号的施加与浮置状态之间的切换例如由图6所示的电路实现。该电路与第二导电体层122连接，由高阻抗开关2077和交流驱动电路2075构成。高阻抗开关2077选择与交流驱动电路2075连接，还是不连接至任何电路而为浮置状态(高阻抗)。通过由fet放大器或op放大器等构成的电压监视器(设置于触摸压力检测部302)来测量该浮置状态期间的第二导电体层的电压变化。此时，测量电压变化的检测电路与记载为图6的高阻抗开关2077的第二导电体层122的部分连接。于是，当存在基于触摸的触摸压力时(图4中的4a)，压电片发生挠曲，产生由于压电极化产生的电荷。因此，作为相对于第一导电体层112的电势的第二导电体层122的电势的变化，能够测量电压变化。按下时和松开时，该电压变化的正负相反。该电压变化的强度与按压力成比例(正确的情况是与触摸压力所产生的电荷成比例。通过按压压电体层，电容变化，因此，电压不完全与按压力成比例，而是大致成比例)。在存在触摸压力的情况下，当停止按下时，产生取消由触摸压力产生的电荷的那样的相反的电势变化(在图4中，相对于没有触摸压力的情况，向下延伸的变化)。通过检测该相反的电势变化还能够求触摸压力的强度。通过将测量的触摸压力与存储于图3的触摸压力检测ic310的存储部303中的阈值进行比较，从而能够实现与触摸压力对应的反应。

例如，通过在存储部303中存储相对于触摸压力具有3个阶段的的阈值(最低的阶段的阈值与用于检测上述的触摸压力的阈值相同)，从而能够分类为轻的触摸压力的情况下的触摸状态(尽管触摸表面，但还在搜索触摸位置可能没有达到选择的中间状态)、中间触摸压力的情况下的临时选择(准备选择菜单的特定项目的状态)、强的触摸压力的情况下的最终决定(确定选择菜单的特定项目，和选择附随的子菜单内的特定项目的状态)。当不存在触摸压力时(图4中的4b)，在压电片中没有发生挠曲，因此，没有压电极化，也不会产生电荷。

另外，在该分时检测的结构中，在触摸位置检测期间对第二导电体层122施加的波形不一定是正弦波。但是，当使用与第一导电体层112相同的正弦波时，在压电片下方组合显示装置的情况下，第二导电体层122发挥用于使下侧的元件所产生的辐射噪声等的影响不会传递的屏蔽面的功能。由此，能够进行高精度的触摸位置的检测。

在本实施方式中，通过利用被第一导电体层和第二导电体层夹着的压电片，从而检测触摸位置和触摸压力，因此，有效解决了在传统技术中成为问题的、所使用的部件多或装置整体的尺寸大的问题。

[发明的其他的实施方式]

作为本发明的第二实施方式，描述第一实施方式的变形例。在该实施方式中，描述触摸位置和触摸压力的检测系统的其他例子。

在上述示出分时检测的例子，但在此，描述没有时分的其它系统的一个例子。图7表示没有按照时间进行分割而检测的系统的立体图，图8是该时序图。对第一导电体层112施加交流电压。另一方面，第二导电体层122设计成从导电体层的一端(例如，第二导电体层用布线连接2201)施加交流电压，在另一端(例如，第二导电体层用布线连接2202)检测电压。通过该结构，能够检测触摸位置和触摸压力。尽管在第一导电体层112中检测的基于触摸位置的第一导电体层的电势的相位变化小，但其变化量在触摸期间大致一定，并且振幅根据触摸状态较大地变化。即，基于相位的变化，波形的时间偏移较小，另外，相对于时间轴，波形平行移动，另一方面，振幅从触摸开始到触摸结束复杂地变化。另一方面，通过第二导电体层122的布线连接2202检测的基于触摸压力的第二导电体层的电势的相位和振幅均较大地变化。在第二导电体层检测的触摸压力的影响基于压电效应和逆压电效应，因此，是复杂的变化。由于基于触摸位置的波形和基于触摸压力的波形完全不同，因此，能够分离。例如，能够利用相位较大地变化，以特定频率进行滤波。另外，不存在触摸压力的状态下的振幅只示出在具有比特定振幅大的振幅和向特定振幅返回这样的正侧的变化。根据逆压电效应，当触摸压力的振幅示出在具有比特定振幅减少的振幅的负侧变化时，能够使用该特征进行分离。还能够对这些分离方法进行组合。在此，在图5中，图5的5a示出存在触摸压力时的波形，图5的5b示出不存在触摸压力时的波形。

在基于第一实施方式的分时的检测中，触摸压力的检测时段是不连续的，因此，难以估计准确的触摸压力。即，当触摸压力的变化极缓时，一次的触摸中的触摸压力的变化被分解为多个分时的时段。当将触摸位置的检测时段和触摸压力的检测时段组合为一组时，经过多个组，能够检测一次的触摸动作的触摸压力的变化。此时，在分时切换时施加波形发生变化，因此，难以进行检测基准的设定和变化的追踪。例如，当在触摸压力的检测时段结束后向下一触摸位置检测时段转移时，在图4中第二导电体层122从浮置状态被认为与第一导电体层112同电势、同波形。此时，由于其操作为确定包含由触摸压力产生的极化电荷的成分的两个导电体层的电位，因此，在下一触摸压力检测时段中，信号被检测为不存在之前的触摸位置检测时段开始时存在的触摸压力。这样，触摸压力在各组检测时段不连续，因此，经常难以估计准确的触摸压力。在触摸压力检测ic310的存储部303中存储每个检测时段的数据，以能够由控制部301保存连续性。

另一方面，在不具有本实施方式的分时的系统中，需要对复杂的波形进行分离，另一方面，所施加的波形是恒定连续的，因此，几乎不会发生难以进行基准的设定和变化的追踪的情况。因此，能够连续地估计触摸压力。因此，触摸压力检测ic310的结构简单即可。

接着，参照附图，说明本发明的第三实施方式。

参照作为本实施方式的立体图的图9，本发明的实施方式被配置为包括压电体层602、配置于压电体层602的一个表面的第一导电体层612、配置于压电体层602的另一个表面的第二导电体层622、以及配置于第一导电体层612的与压电体层602的面相反的面的绝缘体层642。

压电体层602优选是在可见光区域透明的透明压电片。另外，根据所使用的用途，其可以是不仅在可见光区域而且在与用途对应的波长区域具有透明的特性的压电片。

在本实施方式中，第一导电体层612设计成不仅检测面内的触摸位置，同时检测触摸压力。在图9中，作为为了进行检测而配置的电极的例子，示出设置于第一导电体层612的四个角的电极和由此引出的布线连接623。第二导电体层622设计成施加信号。

从设置于图9的第一导电体层612的四个角的电极引出的布线连接623设计成例如，对第一导电体层施加交流信号，同时读取在该布线连接623中流动的电流的变化，从而，能够知道由触摸引起的电流变化和由触摸位置引起的电流变化量的不同。另外，使用从设置于第一导电体层612和第二导电体层622的电极引出的布线连接623，能够知道触摸压力引起的压电物质中产生的电压。接着针对这些结构，详细地说明。

本实施方式与第一实施方式和第二实施方式的不同在于，在本实施方式中，所有的检测都在第一导电体层612中进行。即，通过分时进行检测。位置检测和坐标计算ic210和触摸压力检测ic310也按照每个时间分开使用。例如，两个ic均与第一导电体层612连接。配置成通过开关和继电器等装置周期性地或间断地对它们进行切换使用。

图10是表示本实施方式中的分时检测的一个例子的时序图。分时检测分为触摸位置检测时段(7a)和触摸压力检测时段(7b)。与图4的不同的点是，第二导电体层的电势是正弦波或者固定电势。第一导电体层的电势从正弦波设定为浮置状态，成为将图4的第二替换为第一的时序图。即，在使用触摸压力检测ic310的时段(触摸压力检测时段)中，位置检测和坐标计算ic210与第一导电体层612的连接为高阻抗状态，第一导电体层612为浮置状态。在该时段中触摸压力检测ic310与第一导电体层612连接，以检测触摸压力。另一方面，通过将选择器2072、直流驱动电路2071和与交流驱动电路207相当的电路连接至第二导电体层622，能够在基于交流驱动电路207得到的正弦波和基于直流驱动电路2071得到的固定电势之间切换。

根据该结构，虽然是分时检测，但也能够检测触摸位置和触摸压力。图10示出当存在触摸压力时的波形7c和不存在触摸压力时的波形7d。另外，与在第一实施方式中的分时检测相比较，通常对第二导电体层不断供给一些电势和信号。

因此，当将显示装置组合在第二导电体层622下方时，第二导电体层622用作使来自显示装置的辐射噪声等不会传递给第一导电体层612的屏蔽面。因此，与第一实施方式中的分时检测相比较，来自背面的噪声的抵抗性强。

接着，针对本发明的第四实施方式，参照附图进行说明。

图11是表示本实施方式的立体图。与第一实施方式的图1相同，图11示出了结构包括压电体层802、配置于压电体层802的一个表面上的第一导电体层812、配置于压电体层802的另一个表面上的第二导电体层822、以及配置于配置有第一导电体层812的与压电体层802的面相反的面的绝缘体层842。

优选地，压电体层802是在可见光区域透明的透明压电片。另外，根据所使用的用途，其可以是不仅在可见光区域而且在与用途对应的波长区域具有透明的特性的压电片。

本实施方式设计成由第一导电体层812检测面内的位置。在图11中，作为为了进行检测而配置的电极的例子，示出设置于第一导电体层812的四个角的电极和由此引出的布线连接823、和设置于第二导电体层822的电极(未图示)和由此引出的布线连接824。

另一方面，对第二导电体层822除了施加与对第一导电体层812施加的用于检测触摸位置的信号相同的信号之外，根据需要叠加并施加振动信号(关于振动信号的波形后述)。该叠加的振动信号用于对触摸的人或物提供由振动引起的反馈。图12示出与第二导电体用布线连接824连接以叠加和施加用于检测触摸位置的信号和振动信号的电路(第二信号施加装置)的框图。该电路具有叠加部8010，上述叠加部8010将产生用于检测触摸位置的信号的交流驱动电路8075的输出和振动信号产生部(振动信号产生装置)8055的输出叠加。

当与触摸位置信号等相比较需要高电压时，上述振动信号的振幅根据需要配置成利用由dc/dc变换器等构成的升压电路。

另外，由振动产生的用于反馈的振动信号可以根据想要提示的振动刺激适当地选择。

例如，约5hz的振动刺激能够提示压觉(压感)。这是由于该频率附近的低频率被称为sa型，特别地，有效地刺激作为被分类为感受域大的sai的梅克尔触盘。此时，能够通过由低频振动生成大的变异从而明确地提示或确认凹凸感。该sai型的触觉感受器具有作为应变传感器的功能，与压觉对应。

另一方面，在改变约20hz的振动频率的刺激中，能够提示粗糙感。与触觉运动的速度变化等组合更能明确地提示粗糙感。该区域附近的频率被认为刺激被分类为高频率且感受域大的fai的梅斯诺氏小体。该fai型的触觉感受器用作速度传感器，以与粗糙感(粗糙感觉)对应。

另外，约200hz的信号刺激能够提示摩擦感。此时，通过与触觉运动的加速度变化(即，使手指活动的动作等)等组合更清晰地提示摩擦感。该区域附近的频率被认为刺激被分类为高频率且感受域窄的faii的刺激帕西尼氏小体。该faii型的触觉感受器具有作为加速度传感器的功能，因此，与摩擦感(摩擦的感觉)对应。

另外，当提示简单的操作感时，还需要以下观点的考虑。即，在比数百hz高的频率中大部分的触觉感受器的灵敏度降低，因此，在触觉反馈方面不优异，且电耗会变大。另一方面，快速的上升时间产生强的触觉，但同时有时产生不必要的点击声。因此，需要根据想要提供的触觉反馈的类型，对所施加的振动信号的波形进行调整。作为一个例子，图13的那样的波形成为参考。这是模拟机械式按钮的触觉反馈中出现的波形的例子。由p0至p1的时段表示按下按钮时的触觉反馈的响应，由p2至p3的时段表示松开按钮时的触觉反馈的响应。p1至p2的时段是按下按钮的时段，该时段由实际的触摸状况来决定。通过由振动信号产生部8055产生如图13所示的波形，从而能够对压电元件的振动进行调整，使人识别为触觉。

另外，当需要高电压时，能够通过改变或改造包括dc/dc变换器等的电路来满足上述需要。同时，通过由层叠压电片等的方法进行压电片的厚膜化，能够即使在相同的电压下每电压得到大的驱动力，从而能够降低所需的电压。

针对本发明的第五实施方式，参照附图进行说明。

图14是表示本实施方式的立体图。图14示出的结构包括压电体层1002、配置于压电体层1002的一个表面的第一导电体层1012、配置于压电体层1002的另一个表面的第二导电体层1022、配置于与配置有压电体层1002的面相反的面的绝缘体层1042。第二导电体层1022以多个条纹状进行图案化。

压电体层1002优选是在可见光区域透明的透明压电片。另外，根据所使用的用途，其可以是不仅在可见光区域而且在与用途对应的波长区域具有透明特性的压电片。

本实施方式设计成检测在第一导电体层1012中的表面上的位置。作为为了进行检测而配置的电极的例子，图14示出设置于第一导电体层1012的四个角的电极和由此引出的布线连接1024。

另一方面，第二导电体层1022配置成在条纹状地图案化的各个导电体的两端设置电极，由此从其引出布线连接1024。图15示出该状况的平面图。图15是表示从第二导电层1022侧观察图14的结构的平面图。另外，图14和图15中的任何方向由图中所示的xyz坐标系的符号得知。条纹状的各图案形成为图中的x方向为纵向。并且，条纹在图的y方向排列。

本实施方式配置为通过设置于该条纹状地图案化的第二导电体层的两端的电极在条纹的两端测量电压。如图15所示，对条纹状地图案化的第二导电体层1022的各条纹图案的两端设置电极，并分别对电极设置布线连接1024。在该各个布线连接1024的前端设置电压放大器等测量装置。

根据该条纹状的图案化的效果和两端的电压测量的效果，能够根据触摸压力得到触摸位置。以下，详细地进行说明本实施方式。

图16示出从用户触摸条纹状的导电体层的一侧，即，从第一导电体层侧观察时的图。在该图中，没有示出布线连接，而只示出执行了图案化的第二导电体层。假设第二导电体层分割成13根条纹状的图案1022a至1022m。

在本实施方式中，当由笔等以某种程度的压力触摸任何部位时，如图17所示，由笔等以触摸的部位为中心在周围大致同心圆状地产生挠曲。当如图示在其上产生极化电荷时，例如，成为图18那样。在此，示出的正记号利用面内密度代替极化电荷的产生及其强度。即，观察以所触摸的部位为中心强度同心状地不同的极化电荷。在该图18的测量状态下，由于两个正记号位于条纹1022f中，因此，观察到细微的极化电荷。另一方面，在条纹1022h中存在四个正记号，观察到约为1022f的2倍的极化电荷。并且，在条纹1022g中存在12个正记号，观察到约为1022h的3倍的极化电荷。在不存在正记号的其他条纹上，不能观察到极化电荷，或者即使观察到极化电荷，极化电荷的数量非常少。如上所述，通过将在各条纹中观察的极化电荷进行比较，从而，知道所触摸的部位的y方向的位置关于1022g的中心接近1022h。这样，根据基于触摸压力的极化电荷，能够知道在y方向的位置。当各条纹的电阻十分小时，在产生有挠曲的位置生成极化电荷之后，极化电荷分配到各条纹内。在发生这样的电荷分配时，发生大的极化电荷的条纹(例如，1022g)与没有发生极化电荷的条纹能够容易地区别。因此，能够知道在y方向的位置。

另外，在条纹的两端设置电极，以在各条纹的两端测量电压。在该结构中，将第二导电体层1022的片电阻设定为合适的值，同时，对厚度等进行调节，以使得电压测量部和压电体层1002的时间常数成为合适的值。因此，通过触摸压力在条纹的两端产生的电压根据条纹内的触摸位置1023而变化。这在图19中示意地示出。图19示出根据所触摸的位置1023的差异，在两端观察的不同电压。尽管示意地示出电压值，例如，当触摸右端时，测量右侧为5.45v，左侧为4.5v。当触摸中央时，测量左右侧均为5.0v。这样，根据影响在x方向的触摸压力的位置的不同，在两端观测的电压相互不同。通过利用该结果，能够求出在x方向产生触摸压力的位置1023。

这样，通过测量条纹状的第二导电体层在条纹的两侧的电压，能够求出产生触摸压力的表面上的位置。

第一导电体层1012是表面电容式，因此，需要所触摸的物体相对于虚拟接地导通。即，在通过身体、例如人体与虚拟地面连接的例子或特定的导电性笔与地面连接的例子中，能够检测触摸位置1023，但在通过通常的笔的触摸等中不能检测触摸位置1023。在该第四实施方式中，由于能够利用触摸压力求触摸位置，通过包括未图案化的第一导电体层、条纹状地图案化的第二导电体层、以及其间的压电体层的结构，通过普通笔的触摸或经由绝缘体的触摸能够知道触摸位置1023。

接着，针对本发明的第六实施方式，参照附图进行说明。

图20是表示本实施方式的立体图。与本发明的第一实施方式的图1或第四实施方式的图11相同，图20配置成包括压电体层1602、配置于压电体层1602的一个表面上的第一导电体层1612、配置于压电体层1602的另一个表面上的第二导电体层1622、配置于第一导电体层1612的与配置有压电体层1602的面相反的面的绝缘体层1642。

压电体层1602优选是在可见光区域透明的透明压电片。另外，根据所使用的用途，其可以是不仅在可见光区域而且在与用途对应的波长区域具有透明的特性的压电片。

本实施方式设计成检测在第一导电体层1612的表面内的位置。作为为了进行检测而配置的电极的例子，图20示出设置于第一导电体层1612的四个角的电极和由此引出的布线连接1623、和设置于第二导电体层1622的电极(未图示)和由此引出的布线连接1624。图21示出与第二导电体层1622用布线连接1624连接以叠加和施加用于检测触摸位置的信号和声响产生信号的电路(声响产生信号施加装置)的框图。在该电路中，具有叠加部16010，叠加部16010将产生位置检测用的信号的交流驱动电路16075的输出和声响产生信号产生部(声响产生信号产生装置)16085的输出叠加。

本实施方式与第四实施方式的图12的较大的不同点是在图21的电路中叠加的振动信号的波形、频率和强度。该本实施方式设计成产生声音作为用户反馈的之一。作为一个例子，该本实施方式配置成消除在第四实施方式不期望的声音的产生。在本实施方式中，特别地，通过将范围在数百hz至数khz的频率规定为易于听取的声音的频率，从而用户能够检测声音。因此，本实施方式设计成检测在第一导电体层1612的表面内的位置，对第一导电体层1612与第二导电体层1622之间施加信号，从而产生用户可听见的声音。

另外，通过所叠加的振动信号的波形，能够良好地提供触觉与声音两者。即，通过对与听觉用信号相比较低频的触觉用的信号叠加与触觉用信号相比较高频的听觉用的信号，从而能够实现提供触觉和声音两者。此时，图22示出与第二导电体层1622用布线连接1624连接并叠加位置检测用信号与振动信号和声响产生信号两者而施加的电路(声响产生信号施加装置)的框图的一个例子。该电路具有叠加部16110，上述叠加部16110将产生位置检测用的信号的交流驱动电路16175的输出和振动信号产生部16155的输出、声响产生信号产生部16185的输出叠加。

因此，本实施方式的特征在于，除了触觉之外，还产生用户能够听到的声音。

参照附图，详细说明本发明的第7实施方式。

参照作为本实施方式的立体图的图23，本实施方式配置成包括压电体层1702、配置于压电体层1702的一个表面的第一导电体层1712、配置于压电体层1702的另一个表面的第二导电体层1722、配置于第一导电体层1712的与配置有压电体层1702的面相反的面的绝缘体层1742、以及在上述第一导电体层1712的相反侧相对于第二导电体层1722间隔规定的距离而配置的第三导电体层1732。

压电体层1702优选是在可见光区域透明的透明压电片。根据所使用的用途，其可以是不仅在可见光区域而且在与用途对应的波长区域具有透明特性的压电片。

本实施方式配置成检测第一导电体层1712的表面内的触摸位置以及检测第二导电体层1722中的触摸压力。作为为了进行检测而配置的电极的例子，图23示出设置于第一导电体层1712的四个角的电极和由此引出的布线连接1723。

从设置于图23的第一导电体层1712的四个角的电极引出的布线连接例如，对第一导电体层供应交流信号。通过读取在该布线连接中流动的电流的变化，该布线连接能够知道基于触摸的电流变化和电流变化量的不同。另外，使用从设置于第一导电体层1712和第二导电体层1722的电极引出的布线连接(未图示)，能够知道由触摸压力引起的压电物质中产生的电压。本实施方式设计成具有第三导电体层1732，不对第二导电体层1722施加直接信号，而对第三导电体层1732施加信号。针对这些结构，接着详细地进行说明。

在其他的实施方式中，第二导电体层用于信号的施加和信号的检测，或者只用于信号的施加。另一方面，在本实施方式中，第二导电体层1722设计成只用于信号的检测。通过由第一导电体层1712、第三导电体层1732、以及其间的第二导电体层1722构成的电容耦合，需要向第二导电体层1722施加的信号作为对第一导电体层1712和第三导电体层1732施加的信号的结果而得到。

理想的情况是，优选在压电体层1702不产生压电现象的状态下，第一导电体层1712与第二导电体层1722间的电容和第二导电体层1722与第三导电体间的电容相等。另外，第一导电体层1712和第三导电体层1732的片电阻相同，信号的施加方法(从很多处施加等)也相同，所施加的信号也相同。通过该结构，由第二导电体层1722产生的电势配置为与第一导电体层1712和第三导电体层1732的电势相同。当对第一导电体层1712施加的表面电容式的触摸面板用的检测信号的频率是特定的条件时，对于对第一导电体层1712施加的正弦波等信号，有时压电体层产生反应，从而显示出压电现象。在这样的情况下，优选的是，改变检测信号的频率，或者在对电容耦合的电容比产生影响的第一导电体层1712与第二导电体层1722之间的电容的计算中，考虑由检测信号的频率产生的压电现象导致的压电体层的厚度等的变化导致的电容的变化。

通过上述的结构，即使不对第二导电体层1722直接施加信号，通过引发电容耦合也能够得到所希望的信号波形。

在本结构中，第二导电体层1722的电气连接不是电容耦合等间接连接，而是与外部的直接的连接，该电气连接只是用于检测第二导电体层1722中的触摸压力的结构。由于不需要分时进行触摸压力的检测并且不会受到信号施加的影响，因此噪声等降低。另外，当将显示装置等配置于第三导电体层1732的背侧时，由于第三导电体层1732发挥对来自显示装置的噪声的屏蔽面的功能，因此，提高触摸压力的检测精度，同时还提高触摸位置的检测精度。

图24示出将在上述的压电片与显示装置进行组合时的结构的一个例子。在压电片2510下配置显示装置2502。由于压电片2510是大致透明的，因此，能够没有问题地观察显示装置2502的显示。压电片2510与位置检测和坐标计算ic2508和触摸压力检测ic2504经由连接部2506连接。在图中，通过将连接部2506放置于显示装置2502的侧面，从而这些ic2508、2504被配置于显示装置2502的背面。

[实施例1]

以下示出根据本发明的第一实施方式的实施例。

本实施例设计成使用pvdf膜作为压电体层102。pvdf膜的厚度假设为50μm。在挤出成型后通过同轴延伸而形成膜状之后，通过在外部准备金属电极、施加高电压从而实施极化处理(极化工艺)，提供压电性。尽管在膜形成后进行压电处理，但可以在伸展等机械工序中进行极化处理。

使用ito(铟-锡氧化物)，在被极化处理的pvdf膜的两面上，通过溅射技术使透明电极的膜形成50nm的厚度。此时，由于由目标种类、氧压、蒸镀温度构成透明电极膜蒸镀条件，第一导电体层侧的ito膜的片电阻为500ω(欧姆)，第二导电体层侧的ito膜的片电阻为50ω。

在相当于第一导电体层的ito膜的四个角，由银浆形成电极，并且，将布线与该电极连接，总共形成四根布线。由于很少或不受到外部噪声的影响，布线为同轴布线。

在相当于第二导电体层的ito膜中，分别对作为压电体层的外形的长方形的两个短边上的两点，即，对两点间的距离长的方向的两点通过银浆形成两个电极，另外，将布线分别与该电极连接，总共形成两根布线。图25示出该外观。在图中，在导电体层的左右端通过银浆设置在上下方向延伸的电极。在这种情况下，为了很少或不受到外部噪声的影响，并且为了当在电压的检测的部分使用高输入阻抗的阻抗转换电路时最大限度地提高屏蔽效果，布线为同轴布线。

第二导电体层的电压的检测所使用的电压监视器可以使用fet开关、源极跟随器或者利用op放大器的电压跟随器。

另外，利用上述位置检测和坐标计算ic和触摸压力检测ic。

在本实施例中，触摸位置的检测能够对触摸检测区域的对角尺寸，进行3％的精度的检测。另外，按压和脱离的触摸压力能够准确地测量为0.3n(牛顿)至8n之间。还能够检测到大于8n的按压力，但由于能够看到压力与电势之间的非线性，发现可能支承压电片的壳体的变形等与此相关，因此，本实施例中使用达8n的实用等级。另一方面，在0.3n至8n之间，压力与电压之间的关系大致是线性，当直线近似时的决定系数r2(相关系数的平方)为0.98时，线性极为良好。

在这种情况下，采用根据触摸压力的强度来选择功能的结构。使用图3的触摸压力检测ic310，能够将测量到的触摸压力的强度与存储于触摸压力检测ic310的存储部303中的阈值进行比较，从而能够实现与触摸压力对应的反应。在图26和图27a-图27e中示出在存储部303中存储相对于3阶段的触摸压力的阈值的结构的软件的功能选择的例子。图26是表示时间与触摸压力等级的关系的图，并示出存储于存储部303中的3种阈值(阈值1、阈值2、阈值3)和触摸压力的变化的例子。图27a-图27d表示在图26所示的27a至27d的各状态下，在显示器上显示的对象的例子。

就作为最低的阈值等级的阈值1来说，考虑到该触摸不能被检测为小于或等于该阈值。因此，画面显示如图27a(与图26的27a)那样没有特别地变化。当触摸压力等级超过该阈值1时，判断为产生触摸，以执行表面选择(尽管触摸表面，但还在搜索触摸位置中可能没有达到选择的状态)。在这种情况下，当在显示器上的触摸位置改变而保持在阈值1与阈值2之间的触摸压力等级时，根据触摸的位置变更所选择的显示对象。接着，当超过阈值2时，成为作为下一功能。这是暂时选择(准备选择菜单的特定项目的状态)。在暂时选择的状态中，例如，如图27d(与图26的27d对应)所示，在所选择的对象上显示与对象对应的菜单。另外，当触摸压力上升超过阈值3时，成为作为最终决定的下一功能(确定选择菜单的特定项目，或者选择附随的子菜单内的特定项目的状态)。在最终决定的状态下，例如，如图27e(与图26的27e对应)所示，在与所选择的对象对应的菜单中选择1个项目，接着进行与菜单对应的动作。这样，能够进行根据所存储的触摸压力的阈值选择功能变更那样的动作。

尽管在本实施例中，使用pvdf膜作为压电体层102，但还能够通过略微变更材料的组成，得到新的特性。例如，能够通过补充聚乙二烯-四氟乙烯共聚物，提高透明性。即，是将由(ch2-cf2)n表示的聚乙二烯和由构成特氟隆(注册商标)的(cf2-cf2)n表示的四氟乙烯的共聚物组成。另外，在pvdf与三氟乙烯的共聚物中，即使不进行伸展处理也能够得到合适的压电性。由于这些共聚物改变由摩尔比得到的特性，因此，根据所需要的特性对摩尔比进行调整。

尽管在该实例中配置成利用同轴布线，但还能够使用三轴布线作为同轴布线。该例子配置成使用三轴布线并且应用保护传动方法，其能够忽视由与布线并列而对电压的检测部产生的诸如寄生电阻和寄生电容的影响。图28表示保护传动方法的等价电路的一个例子。假设压电物质由等价电路1802表示。与测量电压的反馈构造的放大器的输出具有相同值的电势被施加给内部屏蔽件1804。因此，输入值和输出值均成为相同的电势，因此，电阻无限大，没有产生位于放大器的输入侧的电缆的电阻导致的泄露。于是，电容视为零。通过这样的结构，能够更准确地测量通过触摸压力所产生的电势(由电压计的记号表示)。因此，增加触摸压力的测量结果的准确性，并且能够准确地检测微小的变化。在内部屏蔽件1804的周围设置外部屏蔽件1806。全部电路的接地端被施加给外部屏蔽件1806。

[实施例2]

尽管实施例2是与实施例1大致相同的结构，但较大地改变所使用的材料。

在本实施例中，作为压电体层102使用与实施例1不同的材料。具体而言，使用由聚乳酸制成的层叠膜。聚乳酸制成的层叠膜配置成层叠具有光学异构体关系的聚l乳酸(plla)和聚d乳酸(pdla)的两种膜。

聚乳酸制成的层叠膜配置成仅仅通过伸展就会产生压电性。因此，不需要pvdf膜所需要的极化处理，不需要高电压设备等极化处理所需的设备。由于聚乳酸制成的层叠膜很少具有或不具有pvdf膜所具有的集电性，因此，当温度变化时，特性不会变化，稳定性优异。

本实施例中的透明电极使用ato(含锑锡氧化物)。与ito相比较长期可靠性更加优异，适用于本发明。

在本实施例中制成的样本在高温和高湿偏差试验(温度60℃，湿度90％)中，与实施例1的样本相比示出良好的特性(劣化开始时间晚等)。

另外，在实施例1中，通过使用触摸和按压力两者实现与在实施例1中实施的触摸按压对应的功能选择相同的功能。图29是表示时间与触摸压力等级的关系的图，示出存储于存储部303的两种阈值(阈值4、阈值5)和触摸压力的变化的例子。在本实施例中，图27a至图27c不通过按压而通过触摸检测的功能决定触摸位置来实现。在这期间的触摸压力的变化例如如图29的29a至29c所示。并且，如图29的29d所示，当超过触摸压力的阈值4时，作为暂时选择的功能成为图27d。即，本实施例的阈值4在功能上相当于实施例1的阈值2(尽管实际的触摸压力的等级不同，但功能相同)。另外，如图29的29e所示，当超过触摸压力的阈值5时，作为最终决定的功能成为图27e。即，本实施例的阈值5在功能上相当于实施例1的阈值3(尽管实际的触摸压力的等级不同，但功能相同)。

这样，由触摸位置检测和触摸压力等级的两个不同的检测值来控制功能的选择。因此，能够减少触摸压力的阈值的种类。因此，即使在实施不稳定的按压时，也能够实现错误动作少的功能选择。

[实施例3]

在实施例3中，透明电极的材料还使用azo(含铝氧化锌)。该材料是不使用稀有元素或有害元素的材料类。特别地，铝和锌是在地球上丰富地存在，同时能够提炼的材料，因此，不用担心由于材料的枯竭而导致费用的增加等。

通过采用本材料类，能够以更低的成本实现本发明的压电片。

[实施例4]

本发明的实施例4示出使用本发明的压电片的带有触觉反馈功能的触摸面板的例子。

本实施例是实施例4的结构。在本实施例中，对向第一导电体层施加的正弦波叠加图13所示的波形，同时还叠加以约20hz进行调制的另一触觉信号叠加的波形。于是，上述叠加的信号施加到第二导电体层。因此，在触摸时提示与机械点击类似的按压的感触，同时还能够提示基于机械按键的表面材料产生的粗糙感。通过提供这样的触觉反馈和在显示器上显示的按键的形状以及质感的视觉提示，能够提供按下真的按钮的感觉。

作为其他的信号波形，对向第一导电体层施加的正弦波叠加图13所示的那样的波形以及叠加了约1khz的信号的波形。然后，将叠加的信号施加给第二导电体层。由此，能够在触摸时显示机械点击的感觉，以及根据各按钮表现不同的声音。图30表示在本实施例中使用的电路的一个例子。将与第一导电体层连接的位置检测和坐标检测ic内的交流驱动电路的结构替换为图30所示的电路。即，通过叠加部8210将交流驱动电路8275的输出和振动信号产生部8255的输出叠加施加给第一导电体层。振动信号产生部8255配置成产生图13所示的那样的波形。图12所示的电路与第二导电体层连接。

[实施例5]

本发明的实施例5示出使用本发明的压电片1902检测弯曲和扭转的例子。图31示出本实施例的结构。

在本实施例中，在极化处理的厚度50μm的pvdf膜1904的两侧，通过丝网印刷形成由pedot/pss1906构成的导电材料而制造导电膜。pedot/pss1906是高分子材料，与ito等相比较，弯曲等机械变化强。示出设置于高分子材料pedot/pss1906的四个角的电极和由此引出的布线连接1923。

在这样形成的压电片1902的背面，配置由2个柔性基板1908夹着液晶1912而制成的液晶显示器1910。液晶显示器1910中的tft设计成通过使用有机tft来确保柔性。液晶显示器1910的背光源1914也使用柔软的导光材料等，从而成为柔软的背光源1914。通过该结构，形成与由液晶显示器1910和压电片1902构成的触摸面板一体型的液晶显示装置。在与该触摸面板一体型的液晶显示装置中，基板等由柔软的材料构成。易于通过弯曲或扭曲进行变形。

因此，当本液晶显示装置受弯曲和扭曲的影响时，将弯曲和扭曲检测为由弯曲和扭曲产生的信号。当使该检测到的弯曲和扭曲设定为具有特定的含义时，能够进行信号输入。例如，当整个部分弯曲时，意味着整个显示器的放大或缩小，当使右端弯曲时意味着决定菜单。另外，例如，当产生扭曲时，意味着取消所有的选择。检测的动作和含义的对应能够根据目的适当地处理。根据本结构，当不存在键盘或鼠标时，不仅通过触摸面板还通过整个装置进行输入等作业。

另外，作为另一应用对在第六实施方式中提到的声音的产生进行测试。在弯曲的状态下，通过叠加约1khz的频率对应的信号，与不弯曲的平的状态相比较能够发出大的声音。这样，能够伴随着弯曲的变化表示为声音。

另一方面，作为另一个应用，能够提供利用基于弯曲和伸展产生的音量的变化提供面向孩子的智力玩具2002。图32a、图32b表示该智力玩具的例子。当由压电片产生声音时，其设计成利用在平面状时声音小，通过弯曲应变变大，因此声音随着弯曲而变大的特性。即，即使叠加的信号是恒定的，通过用户使装置弯曲从而音量自动地变大，以在显示器上显示三角形的图标，该被涂布或填充的图标的显示面积来表示显示音量的音量显示2004(图32b)。用户通过使装置变平，从而音量自动变小(图32a)，因此，实现一种将手的动作和声音的音量的变化组合的类似乐器的智力玩具。

当产生声音时，已知的是，与使用作为模拟波的正弦波相比，使用作为数字波的矩形波感觉到更大的声音。因此，在本实施例的最终产品中，通过对声音的产生使用矩形波，从而谋求低电压化，并且通过降低电耗，能够缩小电池的大小，从而一次充电得到足够的耐用时间。图33和图34表示此时的声音的产生所使用的驱动电路的一个例子。在图34中，叠加部16110配置成使交流驱动电路16175的输出、和产生基于方波的声响产生信号的矩形波产生部16195的输出叠加，以向图33的声响产生信号输入部输出。在图33中，将来自图34的信号从声响产生信号输入部经由第一电阻向npn晶体管输入。被输入的信号经由npn晶体管，向压电片的第二导电体层施加。另一方面，第一导电体层设计成向第一导电体层输入信号。与该压电片并列配置第二电阻。第二电阻的电阻值设定为能够支持压电片的充放电的电阻值。通过利用这样的电路结构，从而能够使压电片产生声音。

附图标记的说明

1数据处理装置

10电阻膜式或者电容式的触摸面板2210

11壳体

20透明压电片

21片状透明压电体层

22，23透明平板电极

24框架

25背光源

30液晶面板

32，33透明片部件

40顶板

41操作子接触面

50触摸面板

51输入操作面

52触摸面板的第二面

60压力传感器

95空隙

100触摸面板

101传感器装置

102，602，802，1002，1602，1702压电体层

112，612，812，1012，1612，1712第一导电体层

122，622，822，1022，1622，1722第二导电体层

1732第三导电体层

142，642，842，1042，1642，1742绝缘体层

201电流变化检测部

202滤波和放大部

203噪声消除部

204a/d转换部

205位置坐标计算部

206终端接口驱动器

207，2075，8075，8275，16075，16175交流驱动电路

210，2508位置检测和坐标计算ic

301控制部

302压力检测部

303存储部

310，2504触摸压力检测ic

1623，1624布线连接

2201，2202第二导电体层

2071直流驱动电路

2072交流驱动电路

2077高阻抗开关

8055，8255，16155振动信号产生部

16085，16185声响产生信号产生部

16195矩形波产生部。