JP2023108953A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮した場合であっても正確な圧力値を検出できる圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサは、樹脂基板、アレイ基板、センサ層、共通電極、及び保護膜を備える。アレイ基板は、ストレッチャブル基材、及びアレイ層を備える。ストレッチャブル基材は、樹脂基板と平行な第１方向に延在する複数の第１延在部と、複数の第２延在部と、第１延在部と第２延在部とが交差する位置に設けられた複数の本体部を有する。アレイ層は、第１延在部又は第２延在部に積層される複数のアレイ層枝部と、本体部に積層される複数のアレイ層本体部と、を有する。アレイ層本体部は、共通電極と対向する第１面と、第１面に積層されたアレイ電極と、を有する。センサ層は、第１方向及び第２方向に分割された複数の分割センサ層を有する。分割センサ層は、第１面に設けられてアレイ電極を覆っている。【選択図】図４

Description

本発明は、圧力センサに関する。

圧力センサは、複数のアレイ電極が設けられたアレイ基板と、アレイ電極と対向し共通電極を支持する対向基板と、を備える。なお、対向基板は、圧力が入力される基材であり、保護膜と呼ばれることがある。下記特許文献では、対向基板のうちアレイ電極と対向する面に、共通電極を覆うセンサ層が設けられている。また、下記特許文献のセンサ層には、導電性エマストラーが用いられている。導電性エマストラーは、絶縁体であるゴム材料に導電材が混在している。よって、導電性エマストラーは、変形すると電気抵抗が低くなる。

特開２０１８－４４９３７号公報

近年、面方向に伸縮性を備えた圧力センサ（ストレッチャブル圧力センサ）が提案されている。この圧力センサにおいては、アレイ基板と対向基板のそれぞれが伸縮する。一方、アレイ基板又は対向基板の伸縮に対応してセンサ層が伸縮すると、センサ層の抵抗値が変化してしまう。つまり、正確な圧力値を検出することができない。

本発明は、伸縮した場合であっても正確な圧力値を検出できる圧力センサを提供することを目的とする。

本開示の第１態様に係る圧力センサは、順に積層された、樹脂基板と、アレイ基板と、センサ層と、共通電極と、保護膜とを備える。前記アレイ基板は、前記樹脂基板に積層されたストレッチャブル基材と、前記ストレッチャブル基材を介して前記樹脂基板に積層されるアレイ層と、を有する。前記ストレッチャブル基材は、前記樹脂基板と平行な第１方向に延在し、前記樹脂基板と平行であって前記第１方向と交差する第２方向に複数設けられた第１延在部と、前記第２方向に延在し、かつ前記第１方向に複数設けられた第２延在部と、前記第１延在部と前記第２延在部とが交差する部分に設けられた複数の本体部と、を有する。前記アレイ層は、前記第１延在部又は前記第２延在部に積層される複数のアレイ層枝部と、前記本体部に積層される複数のアレイ層本体部と、を有する。前記アレイ層本体部は、前記共通電極と対向する第１面と、前記第１面に積層されたアレイ電極と、を有する。前記センサ層は、前記第１方向及び前記第２方向に分割された複数の分割センサ層を有する。前記分割センサ層は、前記第１面に設けられて前記アレイ電極を覆っている。

本開示の第２態様に係る圧力センサは、順に積層された、樹脂基板と、アレイ基板と、センサ層と、共通電極と、保護膜とを備える。前記アレイ基板は、前記樹脂基板に積層されたストレッチャブル基材と、前記ストレッチャブル基材を介して前記樹脂基板に積層されるアレイ層と、を有する。前記ストレッチャブル基材は、前記樹脂基板と平行な第１方向に延在し、前記樹脂基板と平行であって前記第１方向と交差する第２方向に複数設けられた第１延在部と、前記第２方向に延在し、かつ前記第１方向に複数設けられた第２延在部と、前記第１延在部と前記第２延在部とが交差する部分に設けられた複数の本体部と、を有する。前記アレイ層は、前記第１延在部又は前記第２延在部に積層される複数のアレイ層枝部と、前記本体部に積層される複数のアレイ層本体部と、を有する。前記アレイ層本体部は、前記共通電極と対向する第１面と、前記第１面に積層されたアレイ電極と、前記第１面に積層されて前記アレイ電極を囲み、かつ前記アレイ電極と同電位の環状ガード電極と、を有する。前記センサ層は、複数の前記アレイ層枝部と複数の前記アレイ層本体部に設けられ、複数の前記アレイ電極と複数の前記環状ガード電極を覆っている。

図１は、実施形態１に係る圧力センサを検出面の方から視た斜視図である。 図２は、実施形態１に係る圧力センサの断面を模式的に示した断面図である。 図３は、検出領域に配置されたストレッチャブル基材の一部を拡大した平面図である。 図４は、ストレッチャブル基材の本体部にアレイ層とセンサ層が積層された状態を平面視した平面図である。 図５は、実施形態１の圧力センサの回路構成を示す回路図である。 図６は、実施形態１の圧力センサを図３のＩＩＩ－ＩＩＩ線で切った場合の断面図である。 図７は、実施形態１の圧力センサを図４のＩＶ－ＩＶで切った場合の断面図である。 図８は、実施形態１の圧力センサが押圧された場合を示す断面図である。 図９は、実施形態１の圧力センサ１の製造方法の工程を示す図である。 図１０は、変形例１に係る分割センサ層の平面図である。 図１１は、実施形態２の圧力センサにおいてセンサ層とアレイ基板と樹脂基板の一部を平面視した平面図である。 図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線矢視断面図である。 図１３は、図１１のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線矢視断面図である。 図１４は、実施形態２の圧力センサの検出面が押圧された状態の一例を示す断面図である。 図１５は、実施形態２の圧力センサの検出面が押圧された状態の他の例を示す断面図である。 図１６は、実施形態２の圧力センサ１の製造方法の工程を示す図である。 図１７は、変形例２の圧力センサにおいて、共通電極から視たセンサ層とアレイ基板と基板の一部を示す平面図である。 図１８は、変形例３の圧力センサにおいて第１延在部を第２方向に切った断面図である。 図１９は、変形例３の圧力センサの環状ガード電極を共通電極の方から視た平面図である。 図２０は、変形例４の圧力センサの環状ガード電極を共通電極の方から視た平面図である。 図２１は、変形例５の圧力センサの環状ガード電極を共通電極の方から視た平面図である。 図２２は、変形例６の圧力センサの環状ガード電極を共通電極の方から視た平面図である。 図２３は、変形例７の圧力センサの断面を模式的に示した断面図である。

本開示の圧力センサを実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示の発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略することがある。

また、本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る圧力センサを検出面の方から視た斜視図である。図１に示すように、圧力センサ１は、板状を成している装置である。圧力センサ１のうち一面は、圧力が入力される検出面１ａとなっている。検出面１ａの法線方向から視ると、圧力センサ１は、四角形状を成している。

圧力センサ１の検出面１ａは、圧力を検出可能な検出領域２と、検出領域２の外側を囲む枠状の周辺領域３と、に区分けされる。なお、図１では、検出領域２と周辺領域３の境界を理解し易くするため、境界線Ｌ１を引いている。検出領域２は、複数の個別検出領域４に区分けされる。言い換えると、検出領域２は、複数の個別検出領域４が集合したものである。

複数の個別検出領域４は、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとに配列している。第１方向Ｄｘは、検出面１ａと平行な方向である。第２方向Ｄｙは、検出面１ａと平行であり、かつ第１方向Ｄｘと交差する方向である。本実施形態において、第１方向Ｄｘは、圧力センサ１の短辺１ｂと平行な方向である。第２方向Ｄｙは、圧力センサ１の長辺１ｃと平行な方向である。つまり、本実施形態において、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとは、互いに直交している。また、検出面１ａの法線方向（積層方向）を第３方向Ｄｚと称する。

図２は、実施形態１に係る圧力センサの断面を模式的に示した断面図である。図２に示すように、圧力センサ１は、第３方向Ｄｚに順に積層された、樹脂基板５と、アレイ基板６と、センサ層３０と、共通電極４０と、保護膜５０とを備えている。

以下、上側又は上方とは、第３方向Ｄｚの一方向であり、樹脂基板５から視てアレイ基板６が配置されている方を指す。また、下側又は下方とは、第３方向Ｄｚの他方向であり、アレイ基板６から視て樹脂基板５が配置されている方を指す。そのほか、上側から視た場合を平面視と称する場合がある。

樹脂基板５は、圧力センサ１の基材である。樹脂基板５は、平面視で四角形状を成している。樹脂基板５は、樹脂から成り、伸縮性及び可撓性を有している。

アレイ基板６は、樹脂基板５に積層されたストレッチャブル基材１０と、ストレッチャブル基材１０を介して樹脂基板５に積層されるアレイ層２０と、を備えている。ストレッチャブル基材１０は、樹脂基板５の上側の面に成膜された薄膜である。ストレッチャブル基材１０は、伸縮性、可撓性、及び絶縁性を有している。ストレッチャブル基材１０は、例えばポリイミドなどの樹脂材料から成る。

図３は、検出領域に配置されたストレッチャブル基材の一部を拡大した平面図である。図３に示すように、ストレッチャブル基材１０は、検出領域２において第１方向Ｄｘに延在する複数の第１延在部１１と、検出領域２において第２方向Ｄｙに延在する複数の第２延在部１２と、第１延在部１１と第２延在部１２の交差する部分に設けられた複数の本体部１３と、を有している。

第１延在部１１は、第２方向Ｄｙに複数配列している。第１延在部１１は、第２方向Ｄｙの一方に突出する第１円弧部１１ａと、第２方向Ｄｙの他方に突出する第２円弧部１１ｂと、を組み合わせて成る。なお、本実施形態の第１延在部１１は、第１円弧部１１ａと第２円弧部１１ｂのうちいずれか一方を２つ、他方を１つ有し、合計３つの円弧部を有している。よって、第１延在部１１は、第２方向Ｄｙの一方と他方に交互に屈曲しながら第１方向Ｄｘに延在している。

第２延在部１２は、第１方向Ｄｘに複数配列している。第２延在部１２は、第１方向Ｄｘの一方に突出する第３円弧部１２ａと、第１方向Ｄｘの他方に突出する第４円弧部１２ｂと、を組み合わせて成る。なお、本実施形態の第２延在部１２は、第３円弧部１２ａと第４円弧部１２ｂのうちいずれか一方を２つ、他方を１つ有し、合計３つの円弧部を有している。よって、第２延在部１２は、第１方向Ｄｘの一方と他方に交互に屈曲しながら第２方向Ｄｙに延在している。

図４は、ストレッチャブル基材の本体部にアレイ層とセンサ層が積層された状態を平面視した平面図である。図４に示すように、本体部１３は、平面視で四角形状となっており、４つの角部を有している。本体部１３は、４つの角部のそれぞれが第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙを向くように配置されている。そして、本体部１３の角部のそれぞれが第１延在部１１又は第２延在部１２と合流（接続）している。

よって、図３に示すように、ストレッチャブル基材１０には、第１延在部１１と第２延在部１２とに囲まれる肉抜き部１４が複数設けられている。肉抜き部１４は、第３方向Ｄｚに貫通している。肉抜き部１４から樹脂基板５が露出している。このようなストレッチャブル基材１０によれば、第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに荷重が作用した場合、剛性が低くなっている肉抜き部１４の領域が拡張したり、縮小したりするように変形する。つまり、第１延在部１１又は第２延在部１２が伸縮する。よって、本体部１３は、第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙへの伸縮が極めて小さい。

そのほか、ストレッチャブル基材１０は、周辺領域３に沿って延在する枠状の枠部１５を有している（図２参照。そのほかの図で不図示）。枠部１５の内周側は、第１延在部１１及び第２延在部１２と接続している。枠部１５の上側には、保護膜５０を接着する接着層１６が設けられている。なお、本開示は、枠部１５と保護膜５０は、スペーサを介して接着されてもよい。

アレイ層２０は、ストレッチャブル基材１０の上側の面に積層されている。アレイ層２０は、ストレッチャブル基材１０の枠部１５に積層されるアレイ層周辺部（不図示）と、第１延在部１１又は第２延在部１２に積層されるアレイ層枝部２０Ａ（図６参照）と、本体部１３に積層されるアレイ層本体部２０Ｂ（図７参照）と、を有している。なお、アレイ層本体部２０Ｂには、駆動用トランジスタ２３とアレイ電極２５が配置されている（図７参照）。

図１に示すように、アレイ層周辺部（不図示）には、接続部７、ゲート線駆動回路８、信号線選択回路９、ゲート線２１（図５参照）、信号線２２（図５参照）、及び共通配線４１が設けられている。

接続部７、ゲート線駆動回路８、及び信号線選択回路９は、周辺領域３に配置されている。接続部７は、圧力センサ１の外部に配置された駆動ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と接続するためのものである。なお、本開示において、駆動ＩＣは、接続部７に接続されたフレキシブルプリント基板や、リジット基板の上にＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）として実装されてもよい。または、駆動ＩＣは、樹脂基板５の周辺領域３にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）として実装されてもよい。

ゲート線駆動回路８は、駆動ＩＣからの各種制御信号に基づいて複数のゲート線２１（図５参照）を駆動する回路である。ゲート線駆動回路８は、複数のゲート線２１（図５参照）を順次又は同時に選択し、選択されたゲート線２１にゲート駆動信号を供給する。信号線選択回路９は、複数の信号線２２（図５参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路９は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路９は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、選択された信号線２２と駆動ＩＣとを接続する。

共通配線４１は、共通電極４０に所定の電圧を供給するための配線であり、周辺領域３に沿って延在している。共通配線４１は、接続部７を介して駆動ＩＣに接続し、駆動ＩＣから一定の電圧が供給される。

図５は、実施形態１の圧力センサの回路構成を示す回路図である。ゲート線２１と信号線２２は、周辺領域３（ゲート線駆動回路８又は信号線選択回路９）から検出領域２内に引き出されている。図５に示すように、ゲート線２１は、第１方向Ｄｘに延在している。ゲート線２１は、第２方向Ｄｙに複数配列している。信号線２２は、第２方向Ｄｙに延在する。信号線２２は、第１方向Ｄｘに複数配列している。

ゲート線２１は、検出領域２内において、ストレッチャブル基材１０の第１延在部１１と本体部１３に積層され、第１方向Ｄｘに延在している。言い換えると、ゲート線２１は、第１延在部１１上を延在する第１ゲート線２１ａ（図６参照）と、本体部１３上を延在する第２ゲート線２１ｂ（図７参照）と、を備えている。以下、詳細を説明する。

図６は、実施形態１の圧力センサを図３のＶＩ－ＶＩ線で切った場合の断面図である。図６に示すように、アレイ層枝部２０Ａは、第１延在部１１の上側の面に積層された第１絶縁層２７と、第１絶縁層２７の上側の面に積層された第１ゲート線２１ａと、第１絶縁層２７の上側の面及び第１ゲート線２１ａの上側の面に積層された第３絶縁層２９と、を備えている。よって、第１ゲート線２１ａは、第１延在部１１に沿って蛇行しながら第１方向Ｄｘに延在している。また、第１ゲート線２１ａの第１方向Ｄｘの端部２１ｃは、本体部１３まで延びている（図４参照）。

図７は、実施形態１の圧力センサを図４のＶＩＩ－ＶＩＩで切った場合の断面図である。なお、図７において、アレイ層本体部２０Ｂ（本体部１３）と、アレイ層枝部２０Ａ（第１延在部１１）と、の境界を理解し易くするため、境界線Ｌ２を引いている。図７に示すように、アレイ層本体部２０Ｂには、第１絶縁層２７と第２絶縁層２８との間に積層され、第１方向Ｄｘに延在する第２ゲート線２１ｂが設けられている。第２ゲート線２１ｂの端部２１ｄは、コンタクト層２４により、第１ゲート線２１ａの端部２１ｃと接続している。これにより、第１ゲート線２１ａと第２ゲート線２１ｂが交互に接続してゲート線２１を成している。

信号線２２は、検出領域２内において、ストレッチャブル基材１０の第２延在部１２と本体部１３とに積層され、第２方向Ｄｙに延在している。言い換えると、信号線２２は、第２延在部１２上を延在する第１信号線２２ａ（図４参照）と、本体部１３上を延在する第２信号線２２ｂ（図７参照）と、を備えている。

特に図示しないが第１信号線２２ａは、第１ゲート線２１ａと同様に、第２延在部１２の上側に積層された第１絶縁層２７と第３絶縁層２９との間に積層されている。よって、第１信号線２２ａは、第２延在部１２に沿って蛇行しながら第２方向Ｄｙに延在している。また、第１信号線２２ａの端部２２ｃは、本体部１３まで延びている（図４参照）。

図７に示すように、第２信号線２２ｂは、本体部１３と第１絶縁層２７との間に積層され、第２方向Ｄｙに延在している。そして、第２信号線２２ｂの端部は、図示しないコンタクト層により、第１信号線２２ａの端部２２ｃと接続している。よって、第１信号線２２ａと第２信号線２２ｂが交互に接続して信号線２２を成している。

アレイ層本体部２０Ｂは、本体部１３の上側の面に順に積層された、第２信号線２２ｂ、第１絶縁層２７、第２ゲート線２１ｂ、第２絶縁層２８、駆動用トランジスタ２３、第３絶縁層２９、アレイ電極２５を有している。なお、第３絶縁層２９の上側の面は、アレイ層２０（アレイ基板６）の第１面２０ａと呼ばれ、平坦化されている。

駆動用トランジスタ２３は、半導体層２３ａと、ゲート絶縁膜２３ｂと、ゲート電極２３ｃと、ドレイン電極２３ｄと、ソース電極２３ｅと、を備えている。ソース電極２３ｅは、アレイ電極２５と電気的に接続している。ゲート電極２３ｃは、コンタクト層２３ｆによりゲート線２１と接続している。ドレイン電極１３ｄは、図示しないコンタクト層により信号線２２と接続している。よって、ゲート線２１を走査すると、アレイ電極２５と信号線２２が電気的に接続する。そして、アレイ電極２５に入力された電気信号（電流値）が信号線２２経由で得られる。

センサ層３０は、絶縁体であるゴム材料（母材）に導電材が混在した導電性エマストラーである。センサ層３０は、圧力が入力されていない状態で抵抗値が大きい。センサ層３０に圧力が入力されると、ゴム材料内の微粒子が接触又は近接し、センサ層３０の抵抗値が小さくなる。また、ゴム材料の変形量が大きくなるについて、微粒子の接触する量が増加し、センサ層３０の抵抗値は大幅に小さくなる。

図２に示すように、センサ層３０は、アレイ層２０の第１面２０ａに積層されている。センサ層３０は、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙに分割された複数の分割センサ層３１を有している。なお、分割センサ層３１は、アレイ電極２５と同数であり、接着により第１面２０ａに接着している。

図４に示すように、分割センサ層３１は、アレイ層本体部２０Ｂに積層されるセンサ層本体部３２と、アレイ層本体部２０Ｂからアレイ層枝部２０Ａの方に延びる（拡張する）センサ層拡張部３３と、を有している。センサ層本体部３２は、四角形状を成している。

図７に示すように、センサ層本体部３２は、アレイ電極２５の上方を覆い、アレイ電極２５と接触している。センサ層本体部３２は、上側に配置される共通電極４０と離隔している。よって、センサ層本体部３２は、アレイ電極２５と導通し、共通電極４０と絶縁している。センサ層拡張部３３は、センサ層本体部３２から第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに拡張された部分である。これによれば、センサ層３０とアレイ層２０との接着面積が大きくなり、センサ層３０の固定強度が向上する。

保護膜５０は、伸縮性、可撓性、及び絶縁性を有する樹脂基材である。図７に示すように、保護膜５０は、下側を向き、センサ層３０と対向する対向面５１と、上側を向く検出面１ａと、を有している。

共通電極４０は、対向面５１に設けられたベタ膜である。共通電極４０は、母材（樹脂）の内部に複数の金属ファイラーを含有した導電層、又は、母材（樹脂）の内部に複数の銀ナノファイバーが重ねられた導電層が挙げられる。共通電極４０は、共通配線４１を介して所定の電圧が印加されている。

図８は、実施形態１の圧力センサが押圧された場合を示す断面図である。次に、圧力センサ１の使用方法を説明する。圧力センサ１の検出面１ａが手指２００によって押圧されると、保護膜５０の一部が下側に突出するように変形する。これにより、共通電極４０がセンサ層３０と接触する。この結果、共通電極４０とアレイ電極２５とが電気的に接続する。共通電極４０からアレイ電極２５に電流が流れる（図８の矢印Ａ参照）。そして、アレイ電極２５に入力した電流値は信号線２２から出力される。

また、圧力センサ１に第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに伸縮荷重が作用した場合、樹脂基板５には、第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙへの荷重が作用する。これに伴い、樹脂基板５に積層されるストレッチャブル基材１０にも第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙの荷重が作用する。また、本実施形態のストレッチャブル基材１０は、肉抜き部１４が設けられており、剛性が低い部分が伸縮する。よって、第１延在部１１又は第２延在部１２が伸縮する（図８の矢印Ｂ参照）。つまり、本体部１３の伸縮量が極めて小さい。

よって、本体部１３に積層されるアレイ層本体部２０Ｂとセンサ層本体部３２の変形量も極めて小さい。つまり、第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙへの伸縮荷重により分割センサ層３１（センサ層本体部３２）が変形しないように（抵抗値が変わらないように）なっている。従って、正確な圧力値を検出することができる。

なお、本実施形態のセンサ層拡張部３３は、第１延在部１１又は第２延在部１２に積層されているものの、積層されている長さが比較的短い。よって、センサ層拡張部３３は、第１延在部１１又は第２延在部１２に追従して伸縮（変形）しない。このため、センサ層拡張部３３の抵抗値も変化しない。

また、分割センサ層３１は、隣接する他の分割センサ層３１と離隔し、それぞれ絶縁している。よって、センサ層３０を介して隣接するアレイ電極２５に電流が流れる（図８の破線の矢印Ｃ参照）、ということが回避される。

図９は、実施形態１の圧力センサ１の製造方法の工程を示す図である。実施形態１の圧力センサ１の製造方法は、図９に示すように、アレイ基板製造構成Ｓ１と、転写材に転写する第１転写工程Ｓ２と、樹脂基板５に転写する第２転写工程Ｓ３と、センサ層３０を積層させるセンサ層積層工程Ｓ４と、基材と保護膜とを一体化させる一体化工程Ｓ５と、を備える。なお、図９のストレッチャブル基材１０については、形状を抽象化している。

アレイ基板製造構成Ｓ１は、ガラス基板２０１の上に、アレイ基板６を製造する工程である。詳細には、最初にガラス基板２０１の上に、ストレッチャブル基材１０の材料（例えばポリイミド）を成膜する。次いで、ストレッチャブル基材１０の上にアレイ層２０（アレイ電極２５を含む）の各層を成膜する。その後、アレイ層２０の上方からエッチングを行い、ストレッチャブル基材１０の肉抜き部１４を形成する。なお、これによれば、肉抜き部１４の形成に同時に、アレイ層枝部２０Ａとアレイ層本体部２０Ｂも形成される。

第１転写工程Ｓ２は、ガラス基板２０１から転写材２０２にアレイ基板６を転写する工程である。なお、転写材２０２は、粘着テープが挙げられる。本工程の方法としては、最初に、アレイ基板６の上方から転写材２０２を重ね、アレイ基板６の上面を転写材２０２に粘着させる。次に、転写材２０２を捲り、アレイ基板６からアレイ基板６を剥がす。これにより、転写材２０２にアレイ基板６が転写される。

第２転写工程Ｓ３は、転写材２０２から樹脂基板５にアレイ基板６を転写する工程である。樹脂基板５には、図示しない接着剤が塗布されている。よって、本工程により、樹脂基板５にアレイ基板６が接着される。

センサ層積層工程Ｓ４は、アレイ層本体部２０Ｂの上にセンサ層３０（分割センサ層３１）を積層する工程である。なお、図９において、見やすくするため、分割センサ層３１を正方形状としている。また、分割センサ層３１は、接着によりアレイ層本体部２０Ｂに固定する。

一体化工程Ｓ５は、アレイ基板６の周辺領域３に接着層（不図示）を塗布する。次に、予め共通電極４０が成膜された保護膜５０の縁部と、接着層と、を重ねる。そして、接着層が硬化すると、各層が一体化する。これにより、圧力センサ１の製造工程が終了する。

以上、実施形態１の圧力センサ１について説明したが、本開示は、実施形態１の例に限定されない。実施形態１の分割センサ層３１は、センサ層本体部３２の他に、センサ層拡張部３３を有しているが、本開示は、センサ層本体部のみから成る分割センサ層であってもよい。また、実施形態のセンサ層３０は上側の面が平坦となっているが、センサ層が共通電極の方に突出する突起を有していてもよく、本開示においてセンサ層の形状について限定はない。

図１０は、変形例１に係る分割センサ層の平面図である。また、実施形態１の分割センサ層３１は、アレイ層２０の第１面２０ａに積層されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、変形例１の分割センサ層３１Ａは、平面視で矩形状を成している。分割センサ層３１Ａは、センサ層本体部３２と、センサ層拡張部３３と、平面視でアレイ層２０からはみ出しているセンサ層はみ出し部３４と、を有している。センサ層はみ出し部３４は、樹脂基板５の上面に積層されている。これによれば、接着面積が増加し、分割センサ層３１Ａの固定力が大きくなる。次に実施形態２の圧力センサについて説明する。以下、実施形態１との相違点に絞って説明する。

（実施形態２）
図１１は、実施形態２の圧力センサにおいてセンサ層とアレイ基板と樹脂基板の一部を平面視した平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線矢視断面図である。図１３は、図１１のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線矢視断面図である。図１１に示すように、実施形態２の圧力センサ１Ｂは、ガード電極６０を備えている点で、実施形態１と相違する。また、実施形態２の圧力センサ１Ｂは、センサ層３０に代えてセンサ層３０Ｂを備えている点で、実施形態１と相違する。

ガード電極６０は、導電性を有する材料で製造されている。ガード電極６０は、アレイ層本体部２０Ｂに積層される複数の環状ガード電極６１と、アレイ層枝部２０Ａに積層された複数の接続ガード電極６２と、を備えている。

環状ガード電極６１は、環状を成している。本実施形態の環状ガード電極６１は、平面視で四角枠状を成している。環状ガード電極６１の内周側に、アレイ電極２５が配置されている。図１２に示すように、環状ガード電極６１は、アレイ層２０の第１面２０ａに積層されている。つまり、環状ガード電極６１は、アレイ電極２５と同層に配置されている。

図１１に示すように、接続ガード電極６２は、アレイ層枝部２０Ａ（第１延在部１１又は第２延在部１２）に沿って蛇行しながら第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに延在している。図１３に示すように、接続ガード電極６２は、アレイ層２０の第１面２０ａに積層されている。また、図１２に示すように、接続ガード電極６２の端部６２ａは、アレイ層本体部２０Ｂまで延びている。そして、接続ガード電極６２の端部６２ａは、環状ガード電極６１に接続している。よって、接続ガード電極６２は、第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに隣り合う環状ガード電極６１同士を接続している。

特に図示しないが、接続ガード電極６２のうち検出領域２の縁部に配置されるものは、周辺領域３に延在し、ガード電極用配線（不図示）と接続している。なお、ガード電極用配線は、環状ガード電極６１に所定の電圧を供給するための配線である。ガード電極用配線（不図示）は、接続部７を介して駆動ＩＣに接続し、駆動ＩＣから所定の電圧が供給される。そして、圧力センサ１Ｂの使用時、環状ガード電極６１は、ガード電極用配線（不図示）を介して、アレイ電極２５の電位と同じ電位となる電圧が印加される。

図１１に示すように、センサ層３０Ｂは、アレイ層本体部２０Ｂに積層されるセンサ層本体部３２と、アレイ層枝部２０Ａに積層されるセンサ層接続部３５と、を有している。なお、図１２に示すように、センサ層本体部３２は、実施形態１と同様に、アレイ層２０の第１面２０ａに積層され、アレイ電極２５を覆っている。また、実施形態２において、センサ層本体部３２は、環状ガード電極６１を覆い、かつ環状ガード電極６１と接触している。

図１１に示すように、センサ層接続部３５は、アレイ層枝部２０Ａ（第１延在部１１又は第２延在部１２）に沿って蛇行しながら第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに延在している。図１３に示すように、センサ層接続部３５は、アレイ層２０の第１面２０ａに積層され、接続ガード電極６２を覆っている。また、センサ層接続部３５は、第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに隣接するセンサ層本体部３２同士を接続している（図１４参照）。以上から、実施形態２のセンサ層３０Ｂは、複数のセンサ層本体部３２と複数のセンサ層接続部３５とが一体化している。

図１４は、実施形態２の圧力センサの検出面が押圧された状態の一例を示す断面図である。次に、圧力センサ１Ｂの検出面１ａの一部が押圧された場合を説明する。なお、以下の説明において、押圧された部分と第３方向Ｄｚに重なるアレイ電極２５を押下アレイ電極２５Ａと称し、押下アレイ電極２５Ａに隣接するアレイ電極を隣接アレイ電極２５Ｂと称する。

図１４に示すように、圧力センサ１Ｂの検出面１ａが手指２００によって押圧され、共通電極４０がセンサ層３０と接触する。ここで、押下アレイ電極２５Ａが信号線２２と接続している場合（駆動用トランジスタ２３のＯＮ時）、押下アレイ電極２５Ａと共通電極４０とが電気的に接続する。よって、押下アレイ電極２５Ａに電流が流れる（図１４の矢印Ｄ参照）。

また、押下アレイ電極２５Ａを囲む環状ガード電極６１は、押下アレイ電極２５Ａは同電位となっている。よって、押下アレイ電極２５Ａを囲む環状ガード電極６１にも電流が流れる（図１４の矢印Ｅ参照）。このため、共通電極４０から流れる電流は、環状ガード電極６１の外側に流れない。言い換えると、共通電極４０から流れた電流が、センサ層接続部３５を通過して隣接アレイ電極２５Ｂに流れる（図１４の破線の矢印Ｆ参照）、ということが回避される。

図１５は、実施形態２の圧力センサの検出面が押圧された状態の他の例を示す断面図である。また、図１５に示すように、押下アレイ電極２５Ａが信号線２２と接続していない場合（駆動用トランジスタ２３のＯＦＦ時）、押下アレイ電極２５Ａと共通電極４０とが電気的に接続していない。よって、押下アレイ電極２５Ａに電流が流れない。

一方で、隣接アレイ電極２５Ｂが信号線２２と接続している場合（駆動用トランジスタ２３のＯＮ時）、センサ層接続部３５を通過した電流が隣接アレイ電極２５Ｂに流れる可能性がある（図１５の破線の矢印Ｈ参照）。しかしながら、共通電極４０と隣接アレイ電極２５Ｂとの間に押下アレイ電極２５Ａを囲む環状ガード電極６１が配置されている。よって、共通電極４０から流れる電流は、環状ガード電極６１の方に流れ（図１５の矢印Ｇ参照）、隣接アレイ電極２５Ｂに流れない。

よって、実施形態２の圧力センサ１は、各アレイ電極２５がセンサ層３０Ｂにより電気的に接続しているものの、クロストークが発生しない。また、実施形態２において、圧力センサ１Ｂに第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに伸縮荷重が作用した場合、実施形態１と同様に、第１延在部１１又は第２延在部１２が伸縮する。よって、センサ層本体部３２の変形量も極めて小さく、センサ層本体部３２の抵抗値が変わらないようになっている。従って、正確な圧力値を検出することができる。

なお、圧力センサ１Ｂの伸縮時、センサ層接続部３５は、第１延在部１１又は第２延在部１２の伸縮に伴い変形する。そして、共通電極４０がセンサ層接続部３５と接触した場合、センサ層接続部３５を通過してアレイ電極２５の方に流れる可能性がある。しかしながら、アレイ電極２５に向かう電流は、環状ガード電極６１に流れる。よって、検出面１ａのうちセンサ層接続部３５と重なる部位を押圧されても、アレイ電極２５に電流が流れない。つまり、誤った電気信号（電流）がアレイ電極２５に入力しないようになっている。

図１６は、実施形態２の圧力センサ１の製造方法の工程を示す図である。実施形態２の圧力センサ１Ｂの製造方法は、図１６に示すように、積層体製造工程Ｓ１１と、センサ層積層工程Ｓ１２と、成形工程Ｓ１３と、第１転写工程Ｓ１４と、第２転写工程Ｓ１５と、一体化工程Ｓ１６と、を備える。なお、図１６のストレッチャブル基材１０については、形状を抽象化している。

積層体製造工程Ｓ１１は、ガラス基板２０１の上に、アレイ基板６（ストレッチャブル基材１０及びアレイ層２０）を構成する各層を成膜し、積層体２０３を製造する工程である。成膜は、ガラス基板２０１にベタ膜状に行う。なお、本工程では、エッチング等によりアレイ電極２５の形状のみ成形しておく。

センサ層積層工程Ｓ１２は、積層体２０３の上（アレイ電極２５の上）にベタ膜状のセンサ層３０Ｂを積層する。本工程は、予め製造したベタ膜状のセンサ層３０Ｂを積層体２０３の上に重ね、接着により固定してもよい。若しくは、積層体２０３の上にセンサ層３０Ｂの原材料を塗布することで成膜してもよい。

成形工程Ｓ１３は、ベタ膜のセンサ層３０Ｂの上からエッチングを行い、ストレッチャブル基材１０の肉抜き部１４を形成する。これによれば、アレイ層枝部２０Ａとアレイ層本体部２０Ｂも形成される。また、センサ層本体部３２とセンサ層接続部３５も形成される。つまり、センサ層３０Ｂが積層されたアレイ基板６が製造される。

第１転写工程Ｓ１４は、ガラス基板２０１から転写材２０２にアレイ基板６を転写する工程である。

第２転写工程Ｓ１５は、転写材２０２から樹脂基板５にアレイ基板６を転写する工程である。樹脂基板５には、図示しない接着剤が塗布されている。よって、本工程により、樹脂基板５にアレイ基板６が接着される。

一体化工程Ｓ１６は、アレイ基板６の周辺領域３に接着層（不図示）を塗布する。次に、予め共通電極４０が成膜された保護膜５０の縁部と、接着層と、を重ねる。そして、接着層が硬化すると、各層が一体化する。これにより、圧力センサ１Ｂの製造工程が終了する。

以上、実施形態２の圧力センサ１について説明したが、本開示は、実施形態１の例に限定されない。例えば、環状ガード電極は、四角枠状となっているが、本開示の環状ガード電極は、円形枠状となっていてもよく、特に限定されない。以下、実施形態２の変形例について説明する。

（変形例２）
図１７は、変形例２の圧力センサにおいて、共通電極から視たセンサ層とアレイ基板と基板の一部を示す平面図である。図１７に示すように、変形例２のセンサ層３０Ｃは、ベタ膜状となっている点で、実施形態２と相違する。つまり、センサ層３０Ｃは、アレイ層２０と、樹脂基板５のうち肉抜き部１４から露出している部分とを覆っている。このセンサ層３０Ｃであっても、環状ガード電極６１が設けられるため、クロストークが回避される。

（変形例３）
図１８は、変形例３の圧力センサにおいて第１延在部を第２方向に切った断面図である。図１９は、変形例３の圧力センサの環状ガード電極を共通電極の方から視た平面図である。変形例３の接続ガード電極６２Ｄは、第１絶縁層２７の上側の面に配置されている点で、実施形態２と相違する。変形例３の接続ガード電極６２Ｄは、第１ゲート線２１ａや第１信号線２２ａ（図１８で不図示）と同層に形成されている。よって、第１ゲート線２１ａや第１信号線２２ａと同時に、接続ガード電極６２Ｄを第１絶縁層２７に成膜することができ、製造が容易となる。

また、変形例３によれば、図１９に示すように、アレイ層２０の第１面２０ａには、環状ガード電極６１のみが配置されるようになる。よって、変形例３においては、アレイ層本体部２０Ｂにコンタクトホール（不図示）が形成されている。そして、コンタクトホールに充填されたコンタクト層（不図示）により、接続ガード電極６２Ｄと環状ガード電極６１とを接続している。つまり、本開示において、接続ガード電極６２Ｄは、環状ガード電極６１と同層である必要がない。

（変形例４）
図２０は、変形例４の圧力センサの環状ガード電極を共通電極の方から視た平面図である。変形例４のガード電極６０Ｅは、アレイ電極２５を中心とする環状ガード電極６１が２つ（複数）となっている点で、変形例３と相違する。２つの環状ガード電極６１は、アレイ電極２５の外側を囲む第１環状ガード電極６１ａと、第１環状ガード電極６１ａの外周側を囲む第２環状ガード電極６１ｂと、である。なお、第１環状ガード電極６１ａと第２環状ガード電極６１ｂを合わせて多重ガード電極と呼ぶ場合がある。

第１環状ガード電極６１ａと第２環状ガード電極６１ｂは、変形例１の環状ガード電極６１と比べて幅が細い。特に図示しないが、アレイ層本体部２０Ｂには、第１環状ガード電極６１ａと接続ガード電極６２Ｄ（図２０で不図示、図１８参照）とを接続するコンタクト層と、第２環状ガード電極６１ｂと接続ガード電極６２Ｄとを接続するコンタクト層（不図示）と、が設けられている。よって、第１環状ガード電極６１ａと第２環状ガード電極６１ｂは、接続ガード電極６２Ｄに対し並列接続している。この変形例４によれば、２つの環状ガード電極６１のうち１つが分断しても残りが環状ガード電極６１として機能する。よって、確実にクロストークを回避できる。なお、変形例４では、環状ガード電極が２つ設けられた例を挙げたが、本開示は３つ以上であってもよい。

（変形例５）
図２１は、変形例５の圧力センサの環状ガード電極を共通電極の方から視た平面図である。変形例５のガード電極６０Ｆは、第１環状ガード電極６１ａと第２環状ガード電極６１ｂを連結する連結ガード電極６３を有している点で、変形例４と相違する。また、変形例５においては、接続ガード電極６２Ｄ（図２１で不図示、図１８参照）は、図示しないコンタクト層を介して連結ガード電極６３と接続している。よって、連結ガード電極６３を介して、第１環状ガード電極６１ａと第２環状ガード電極６１ｂとに所定の電圧が供給される。変形例５によれば、環状ガード電極６１毎にコンタクト層を設ける必要がなくなり、製造が容易となる。

（変形例６）
図２２は、変形例６の圧力センサの環状ガード電極を共通電極の方から視た平面図である。変形例６のガード電極６０Ｇは、接続ガード電極６２Ｇがアレイ層２０の第１面２０ａに設けられている点で、変形例５と相違する。接続ガード電極６２Ｇの端部は、第２環状ガード電極６１ｂに接続している。連結ガード電極６３Ｇは、第１環状ガード電極６１ａと第２環状ガード電極６１ｂとの角部同士を接続している。変形例６によれば、ガード電極６０Ｇが同一層に配置されるため、同時に成膜することが可能となる。

図２３は、変形例７の圧力センサの断面を模式的に示した断面図である。以上、各実施形態と各変形例について説明したが、本開示の圧力センサの全体構造に関し、実施形態１で説明した例（図２参照）に限定されない。本開示は、図２３に示すように、別で形成された筐体８２に、アレイ基板６が接着された樹脂基板５を貼り合わせる。また、枠状のスペーサ８１により、筐体８２と保護膜５０とを接合してもよい。このような圧力センサ１Ｈによれば、筐体８２とは別工程で圧力センサを形成することができる。また、本開示においては、アレイ基板６を有する樹脂基板５と、筐体８２及び保護膜５０と、が接合される（貼り付けられる）対象は、筐体８２以外のものであってよい。

１、１Ｈ 圧力センサ
１ａ 検出面
２ 検出領域
３ 周辺領域
４ 個別検出領域
５ 樹脂基板
６ アレイ基板
１０ ストレッチャブル基材
２０ アレイ層
２０Ａ アレイ層枝部
２０Ｂ アレイ層本体部
２０ａ 第１面
２１ ゲート線
２２ 信号線
２３ 駆動用トランジスタ
２５ アレイ電極
３０、３０Ｂ、３０Ｃ センサ層
３１ 分割センサ層
３２ センサ層本体部
３３ センサ層拡張部
４０ 共通電極
５０ 保護膜
６０、６０Ｅ、６０Ｆ ガード電極
６１ 環状ガード電極
６２、６２Ｄ、６２Ｇ 接続ガード電極
６３ 連結ガード電極
６１ａ 第１環状ガード電極
６１ｂ 第２環状ガード電極

Claims (6)

1. 順に積層された、樹脂基板と、アレイ基板と、センサ層と、共通電極と、保護膜とを備え、
   前記アレイ基板は、
   前記樹脂基板に積層されたストレッチャブル基材と、
   前記ストレッチャブル基材を介して前記樹脂基板に積層されるアレイ層と、
   を有し、
   前記ストレッチャブル基材は、
   前記樹脂基板と平行な第１方向に延在し、前記樹脂基板と平行であって前記第１方向と交差する第２方向に複数設けられた第１延在部と、
   前記第２方向に延在し、かつ前記第１方向に複数設けられた第２延在部と、
   前記第１延在部と前記第２延在部とが交差する部分に設けられた複数の本体部と、
   を有し、
   前記アレイ層は、
   前記第１延在部又は前記第２延在部に積層される複数のアレイ層枝部と、
   前記本体部に積層される複数のアレイ層本体部と、
   を有し、
   前記アレイ層本体部は、
   前記共通電極と対向する第１面と、
   前記第１面に積層されたアレイ電極と、
   を有し、
   前記センサ層は、前記第１方向及び前記第２方向に分割された複数の分割センサ層を有し、
   前記分割センサ層は、前記第１面に設けられて前記アレイ電極を覆っている
   圧力センサ。
2. 前記第１延在部は、前記第２方向の一方と他方に交互に屈曲しながら前記第１方向に延在し、
   前記第２延在部は、前記第１方向の一方と他方に交互に屈曲しながら前記第２方向に延在している
   請求項１に記載の圧力センサ。
3. 順に積層された、樹脂基板と、アレイ基板と、センサ層と、共通電極と、保護膜とを備え、
   前記アレイ基板は、
   前記樹脂基板に積層されたストレッチャブル基材と、
   前記ストレッチャブル基材を介して前記樹脂基板に積層されるアレイ層と、
   を有し、
   前記ストレッチャブル基材は、
   前記樹脂基板と平行な第１方向に延在し、前記樹脂基板と平行であって前記第１方向と交差する第２方向に複数設けられた第１延在部と、
   前記第２方向に延在し、かつ前記第１方向に複数設けられた第２延在部と、
   前記第１延在部と前記第２延在部とが交差する部分に設けられた複数の本体部と、
   を有し、
   前記アレイ層は、
   前記第１延在部又は前記第２延在部に積層される複数のアレイ層枝部と、
   前記本体部に積層される複数のアレイ層本体部と、
   を有し、
   前記アレイ層本体部は、
   前記共通電極と対向する第１面と、
   前記第１面に積層されたアレイ電極と、
   前記第１面に積層されて前記アレイ電極を囲み、かつ前記アレイ電極と同電位の環状ガード電極と、
   を有し、
   前記センサ層は、複数の前記アレイ層枝部と複数の前記アレイ層本体部に設けられ、複数の前記アレイ電極と複数の前記環状ガード電極を覆っている
   圧力センサ。
4. 前記第１延在部は、前記第２方向の一方と他方に交互に屈曲しながら前記第１方向に延在し、
   前記第２延在部は、前記第１方向の一方と他方に交互に屈曲しながら前記第２方向に延在している
   請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記第１延在部と前記第２延在部とに囲まれる領域は、前記樹脂基板の一部を露出する肉抜き部であり、
   前記センサ層は、前記肉抜き部を介して前記樹脂基板も覆うベタ膜状である
   請求項３又は請求項４に記載の圧力センサ。
6. 前記環状ガード電極は、１つの前記アレイ電極を中心に複数設けられている
   請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の圧力センサ。

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