WO2018096883A1 - 圧力センサ - Google Patents

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WO2018096883A1
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individual
pressure
electrode
spacer
electrodes
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秀明 灘
敦夫 井上
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Ｎｉｓｓｈａ株式会社
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    • G06F2203/04103—Manufacturing, i.e. details related to manufacturing processes specially suited for touch sensitive devices

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor having a pressure sensitive layer and a large number of thin film transistors as electrodes.
  • a pressure sensor As a pressure sensor, a combination of a number of thin film transistors with a pressure-sensitive resin is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the pressure sensitive resin is obtained by dispersing conductive particles in an insulating resin such as silicone rubber.
  • the resistance value decreases due to contact between the conductive particles in the insulating resin. Thereby, the pressure applied to the pressure sensitive resin can be detected.
  • Many thin film transistors are arranged in a matrix and function as electrodes. This makes it possible to increase the pressure detection speed, increase the resolution, and reduce the power consumption.
  • a pressure sensor in which a pressure sensitive layer and a plurality of electrodes are arranged to face each other with a predetermined gap.
  • a pressure sensor using a change in the contact area of the pressure sensitive layer has a problem that the pressure measurement range of the pressure sensitive layer is narrow. Specifically, in the pressure-electric resistance characteristic, the change rate of the electric resistance is large in the range where the pressure is low, but the change rate of the electric resistance is small in the range where the pressure is high. The reason is that even if the pressure is high, the contact area between the pressure sensitive layer and the electrode does not increase from the middle, that is, the contact resistance does not follow the pressure. As a result, in a high pressure range, the sensitivity is insufficient and the pressure cannot be measured accurately. Moreover, since pressure concentrates on the plurality of individual electrodes and is easily broken, the durability of the pressure sensor is not high.
  • An object of the present invention is to widen a pressure measurement range that can be accurately measured in a pressure sensor having a plurality of electrodes arranged with a gap therebetween. Another object of the present invention is to increase the durability of the pressure sensor.
  • a pressure sensor includes a first insulating base, a common electrode, a second insulating base, a plurality of individual electrodes, a pressure-sensitive layer, a plurality of thin film transistors, and a first individual. And a spacer and a second individual spacer.
  • the common electrode is formed so as to spread over the main surface of the first insulating base material.
  • the 2nd insulating base material is arrange
  • the plurality of individual electrodes are provided on the main surface of the second insulating base on the first insulating base side so as to be opposed to the common electrode.
  • the pressure sensitive layer is laminated on at least one of the plurality of individual electrodes and the common electrode.
  • the plurality of thin film transistors are provided on the side opposite to the main surface of the second insulating base corresponding to the plurality of individual electrodes, and one or two or more adjacent ones are connected to one individual electrode.
  • the first individual spacer and the second individual spacer are disposed between the plurality of individual electrodes on the main surface of the second insulating base, and face the common electrode.
  • the second individual spacer is formed higher than the first individual spacer.
  • the plurality of individual electrodes include a low voltage individual electrode and a high voltage individual electrode. The low-voltage individual electrode is electrically connected to the common electrode only by applying a low pressure so that the first insulating base material and the second insulating base material are close to each other due to the arrangement of the surrounding first and second individual spacers.
  • Is set to The high-voltage individual electrode does not conduct with the common electrode when a low pressure is applied so that the first insulating base and the second insulating base are brought close to each other due to the arrangement of the surrounding first and second individual spacers.
  • it is set to conduct with the common electrode when a high pressure is applied.
  • this pressure sensor by providing the first individual spacer and the second individual spacer, it is difficult for pressure to concentrate on the plurality of individual electrodes. As a result, the durability of the pressure sensor is increased.
  • this pressure sensor when the pressure is low, only the low-pressure individual electrode is electrically connected to the common electrode. Thereby, the resistance change (that is, pressure) of the pressure-sensitive layer can be accurately measured via the low-pressure individual electrode.
  • the high voltage individual electrode is not electrically in contact with the common electrode as compared with the low voltage individual electrode due to the arrangement of the first individual spacer and the second individual spacer, the high voltage individual electrode is electrically connected to the common electrode. Not conducting.
  • the high voltage individual electrode When the pressure increases, the high voltage individual electrode is electrically connected to the common electrode in addition to the low voltage individual electrode. Thereby, the resistance change (that is, pressure) of the pressure-sensitive layer can be accurately measured via the high-voltage individual electrode. This is because the high-pressure individual electrode has a pressure measurement range in which the electric resistance can be accurately measured shifted to a higher pressure side than that of the low-pressure individual electrode.
  • the high-voltage individual electrode may be adjacent to the second individual spacer.
  • the high-voltage individual electrode may be sandwiched between the second individual spacers.
  • the pressure measurement range that can be accurately measured is widened.
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • the partial schematic sectional drawing of a pressure sensor The schematic plan view of the lower electrode member of a pressure sensor.
  • the equivalent circuit diagram of a pressure sensor The schematic plan view which shows the plane positional relationship of an individual electrode and an individual spacer.
  • the graph which shows the relationship between the pressure of a pressure sensor, and electrical resistance.
  • a typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. A typical sectional view showing a manufacturing method of a pressure sensor. Schematic plan view showing a planar shape of individual electrodes and individual spacers (second embodiment). FIG.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing a planar positional relationship between individual electrodes and individual spacers (third embodiment).
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing a planar positional relationship between individual electrodes and individual spacers (fourth embodiment).
  • Partial schematic sectional drawing of a pressure sensor (5th Embodiment).
  • Partial schematic sectional drawing of a pressure sensor (6th Embodiment).
  • FIGS. 1 to 3 are schematic sectional views of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view of the pressure sensor.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of the lower electrode member of the pressure sensor.
  • the pressure sensor 1 is a device that detects a pressing position and a pressing force when a pressing force is applied.
  • the pressure sensor 1 is employed in a touch panel of a smartphone, a tablet PC, or a notebook PC.
  • the pressure sensor 1 has an upper electrode member 3.
  • the upper electrode member 3 is a planar member on which a pressing force acts.
  • the upper electrode member 3 has an insulating film 7 (an example of a first insulating substrate) and a common electrode 9 formed on the lower surface (an example of a main surface) over the entire surface, that is, on one surface or patterned. is doing.
  • the pressure sensor 1 has a lower electrode member 5.
  • the lower electrode member 5 is a planar member disposed below the upper electrode member 3.
  • the lower electrode member 5 includes, for example, a rectangular insulating film 15 and a plurality of individual electrodes 31.
  • the individual electrode is also referred to as a pixel electrode.
  • the lower electrode member 5 has a plurality of mountain-shaped pressure sensitive layers 33.
  • the plurality of mountain-shaped pressure sensitive layers 33 are respectively formed on the common electrode 9 side of the plurality of individual electrodes 31.
  • the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 covers the entire individual electrode 31 and has a slightly larger outer diameter. Therefore, the individual electrode 31 is hidden by the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 in plan view.
  • the “mountain shape” has a top portion (or center portion) and a peripheral portion, and includes a dome shape, a cone shape, and a frustum shape.
  • the mountain-shaped planar shape includes a circle, a square, and other shapes.
  • the height H of the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 is 5 to 100 ⁇ m in a wide range and 10 to 30 ⁇ m in a narrow range.
  • the diameter L of the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 is 0.1 to 1.0 mm in a wide range, and 0.3 to 0.6 mm in a narrow range.
  • the upper electrode member 3 and the lower electrode member 5 are bonded to each other by a frame spacer 13 at the peripheral edge as shown in FIG.
  • the frame spacer 13 is formed in a frame shape, and is made of, for example, an adhesive or a double-sided tape.
  • the plurality of individual electrodes 31 and the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 are arranged in a flat manner.
  • a first individual spacer 35A and a second individual spacer 35B which will be described later, are disposed between the plurality of individual electrodes 31 and the mountain-shaped pressure-sensitive layers 33.
  • the reference numerals of the first individual spacer 35A and the second individual spacer 35B are omitted in FIG.
  • the plurality of individual electrodes 31, the mountain-shaped pressure sensitive layer 33, the first individual spacer 35A, and the second individual spacer 35B are arranged in a matrix.
  • the matrix form means a state in which the matrix is two-dimensionally arranged or a state similar thereto.
  • the lower electrode member 5 includes a plurality of thin film transistors 30 (hereinafter referred to as “TFT 30”). Each TFT 30 is provided corresponding to each individual electrode 31 and functions as an electrode for current value detection.
  • the TFT 30 has a source electrode 17, a drain electrode 19, and a gate electrode 21, as shown in FIGS.
  • the TFT 30 is a top gate type.
  • the material which comprises a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode is not specifically limited.
  • the TFT may be a bottom gate type.
  • the source electrode 17 and the drain electrode 19 are formed on the upper surface of the insulating film 15.
  • the TFT 30 has an organic semiconductor 23 formed between the source electrode 17 and the drain electrode 19.
  • a known material such as silicon, an oxide semiconductor, or an organic semiconductor can be used.
  • the TFT 30 has a first insulating film 25 formed so as to cover the source electrode 17, the drain electrode 19, and the organic semiconductor 23.
  • the drain electrode 19 is connected to the individual electrode 31 as will be described later.
  • the gate electrode 21 is formed above the organic semiconductor 23 on the upper surface of the first insulating film 25.
  • the TFT 30 has a second insulating film 27 that is formed on the upper surface of the first insulating film 25 and covers the gate electrode 21.
  • the plurality of individual electrodes 31 are formed on the upper surface of the second insulating film 27 (an example of a second insulating base material).
  • the individual electrode is connected to the TFT 30 via a conductive portion 29 formed in a through hole that penetrates the first insulating film 25 and the second insulating film 27.
  • FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the pressure sensor.
  • a voltage is applied to the drain electrode 19 of the TFT 30 to which the gate voltage is input, a drain current corresponding to the resistance of the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 flows. Since the resistance decreases as the pressure applied to the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 increases, an increase in drain current is detected.
  • the pressure sensor 1 has a circuit part (not shown). The circuit unit controls the drain electrode 19, the source electrode 17, and the common electrode 9.
  • the power supply voltage for applying a predetermined voltage to the common electrode 9 and the source electrode 17 and the current value between the source and drain.
  • a current detection circuit that generates a signal and outputs it to an external signal processing device.
  • the external signal processing device detects the pressing position and the pressing force based on the signal sent from the circuit unit.
  • a plurality of individual spacers are provided on the upper surface of the lower electrode member 5 between the individual electrodes 31 and the mountain-shaped pressure sensitive layer 33.
  • a first individual spacer 35A and a second individual spacer 35B are formed.
  • the first individual spacer 35 ⁇ / b> A and the second individual spacer 35 ⁇ / b> B have a mountain shape similar to the mountain pressure-sensitive layer 33.
  • the first individual spacer 35 ⁇ / b> A has the same height as the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 and has a gap with the common electrode 9.
  • the first individual spacer 35 ⁇ / b> A may be higher than the mountain-shaped pressure sensitive layer 33.
  • the height of the first individual spacer 35A and the second individual spacer 35B and the gap in the individual electrode 31 can be appropriately set from a wide range. For example, it is 0 to several tens of ⁇ m, and may be on the order of several ⁇ m or several tens of ⁇ m.
  • the second individual spacer 35B is higher than the first individual spacer 35A. Specifically, when the height of the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 is 20 ⁇ m, the height of the first individual spacer 35A is in the range of 20 to 70 ⁇ m, and the height of the second individual spacer 35B is 25 to 125 ⁇ m. Range.
  • the ratio between the height of the first individual spacer 35A and the height of the second individual spacer 35B is in the range of 1.07 to 3.75. Therefore, the second individual spacer 35B is in contact with or close to the common electrode 9. With the above structure, a gap is reliably ensured between the common electrode 9 and the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 when no pressure is applied, so that the pressure acting on the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 can be reduced to zero. Since the shape of the first individual spacer 35A and the second individual spacer 35B is a mountain shape, the space above the mountain pressure-sensitive layer 33 is relatively large, so that the common electrode 9 is a mountain pressure-sensitive. Easy to follow the layer 33. However, the shape of the individual spacer is not limited to the mountain shape, and the upper surface may be a flat surface.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing a planar positional relationship between individual electrodes and individual spacers.
  • the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 is actually laminated on the individual electrode 31, the symbol of the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 is omitted for the sake of simplicity of explanation.
  • the individual electrodes 31 and the first individual spacers 35 ⁇ / b> A or the second individual spacers 35 ⁇ / b> B are alternately arranged in the upper half region or the lower half region of the drawing.
  • the individual electrodes 31 are not adjacent to each other in either the row direction or the column direction.
  • the individual spacers are not adjacent to each other in either the row direction or the column direction.
  • the individual electrodes 31 are adjacent to each other in the vertical direction in the region boundary, and the first individual spacer 35 ⁇ / b> A and the second individual spacer 35 ⁇ / b> B are adjacent to each other in the vertical direction.
  • a plurality of first individual spacers 35A and second individual spacers 35B are provided. Can distribute the pressure to multiple vertices. As a result, the durability of the pressure sensor 1 is improved.
  • the two individual electrodes 31 (low" characters) on the line A in FIG. 7 will be described.
  • 1 is a cross-sectional view taken along line A in FIG.
  • the individual electrode 31 is surrounded on four sides by four first individual spacers 35A.
  • the individual electrodes 31 are arranged at four positions in the oblique direction of the individual electrode 31. In other words, all eight places around the individual electrode 31 have the same height structure.
  • the individual electrode 31 is an individual electrode 31 for low pressure measurement (an example of an individual electrode for low pressure).
  • the first individual electrode 31 (character “middle”) from the top of the line B in FIG. 7 will be described.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line B in FIG.
  • the individual electrode 31 is surrounded on all sides by three first individual spacers 35A and one individual electrode 31 ("high" character).
  • the individual electrodes 31 are arranged at two oblique directions of the individual electrode 31, and the second individual spacers 35B are arranged at the remaining two oblique directions. That is, two of the eight positions around the individual electrode 31 are provided with a structure higher than that.
  • the individual electrode 31 is an intermediate electrode 31 for medium pressure measurement.
  • One individual electrode 31 (“high” character) on the right side on the line C in FIG. 7 will be described.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line C in FIG.
  • the individual electrode 31 is surrounded on four sides by four second individual spacers 35B.
  • the individual electrodes 31 are arranged at four positions in the oblique direction of the individual electrode 31. In other words, higher structures are provided at four of the eight positions around the individual electrode 31.
  • the individual electrode 31 is an individual electrode 31 for high pressure measurement (an example of an individual electrode for high pressure).
  • a plurality of high-voltage individual electrodes 31 are arranged in the lower region of the figure to form a high-voltage area, and one medium-pressure individual electrode 31 is arranged over the entire top and bottom of the figure, The individual electrodes 31 are arranged in the upper partial region of the figure to form a low pressure area.
  • the low-pressure individual electrode 31 is set so as to be electrically connected to the common electrode 9 only by the action of low pressure by the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and second individual spacer 35B. .
  • the high voltage individual electrode 31 is not connected to the common electrode 9 when a low pressure or a medium pressure is applied due to the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and the second individual spacer 35B.
  • Due to the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and second individual spacer 35B the medium pressure individual electrode 31 is not electrically connected to the common electrode 9 when a low pressure is applied, but is common when an intermediate pressure is applied.
  • 9 is set to be conductive.
  • each individual electrode 31 is electrically connected to the common electrode 9 even at a low pressure if the “ease of contact at low pressure” is high due to the small number of second individual spacers 35B around it.
  • the individual electrode 31 does not conduct to the common electrode 9 at low pressure. It becomes conductive to the common electrode 9 after high pressure is reached.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pressure of the pressure sensor and the electrical resistance. As shown in FIG. 8, when pressure is applied, the resistance of the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 decreases. The potential difference between the source and the drain when a constant voltage is applied by the voltage power supply depends on the resistance value of the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 connected in series with the drain electrode 19. As a result, the potential difference between the source and the drain increases, and the amount of current flowing increases.
  • the signal processing device (not shown) reads the change in the signal according to the current amount, so that the pressure sensor 1 The amount of pressure applied (pressing force) can be detected.
  • a small force acts on the upper electrode member 3 so that the common electrode 9 is in contact only with the individual electrode 31 for low pressure (specifically, the mountain-shaped pressure sensitive layer 33). Therefore, as shown in FIG. 8, the low pressure can be accurately measured by the output from the TFT 30 corresponding to the individual electrode 31.
  • a medium force is applied to the upper electrode member 3 so that the common electrode 9 is also in contact with the individual electrode 31 (specifically, the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33) for medium pressure. Therefore, as shown in FIG. 8, the intermediate pressure can be accurately measured by the output from the TFT 30 corresponding to the individual electrode 31.
  • the pressure sensor 1 has a pressing area.
  • the entire pressure sensor 1 may be sufficient as a press area
  • the low pressure individual electrode 31, the medium pressure individual electrode 31, and the high voltage individual electrode 31 are arranged so as to be included in the minimum pressing area at any pressing location.
  • the “minimum pressing area” is a minimum area that is supposed to be pressed when a predetermined pressing object (for example, a finger or a pen) presses the pressure sensor.
  • insulating film 7 and the insulating film 15 Materials As the insulating film 7 and the insulating film 15, engineering plastics such as polycarbonate, polyamide, or polyether ketone, or resin films such as acrylic, polyethylene terephthalate, or polybutylene terephthalate are used. Can be used. In the case where the insulating film 7 requires stretchability, for example, a urethane film, silicon, or rubber is used.
  • the insulating film 7 and the insulating film 15 are preferably made of a material having heat resistance because the electrodes are printed and dried.
  • a metal oxide film such as tin oxide, indium oxide, antimony oxide, zinc oxide, cadmium oxide, or indium tin oxide (ITO), or a composite mainly composed of these metal oxides. It can be formed by a film or a metal film such as gold, silver, copper, tin, nickel, aluminum, or palladium.
  • stretchable Ag paste is used.
  • the mountain pressure-sensitive layer 33 is made of, for example, pressure-sensitive ink.
  • Pressure-sensitive ink is a material that enables pressure detection by changing the contact resistance with an opposing electrode in accordance with an external force.
  • the pressure sensitive ink layer can be arranged by coating.
  • a printing method such as screen printing, offset printing, gravure printing, or flexographic printing, or application by a dispenser can be used.
  • a printing layer or a coating layer of a resin such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a silicone resin can be used.
  • FIGS. 9 to 19 are schematic cross-sectional views showing a manufacturing method of the pressure sensor. First, each step of the method for manufacturing the lower electrode member 5 will be described with reference to FIGS.
  • an electrode material 37 is formed on one surface of the insulating film 15 by, for example, sputtering.
  • a film exposed portion 39 is formed by removing a part of the electrode material 37 by, for example, photolithography.
  • the source electrode 17 and the drain electrode 19 are formed.
  • the formation method of the source electrode 17 and the drain electrode 19 is not specifically limited.
  • the organic semiconductor 23 is formed in the film exposed portion 39.
  • a method for forming the organic semiconductor 23 is a known technique.
  • a first insulating film 25 is formed so as to cover the surface on which the source electrode 17, the drain electrode 19, and the organic semiconductor 23 are formed.
  • the gate electrode 21 is formed above the organic semiconductor 23 on the upper surface of the first insulating film 25.
  • the formation method of the gate electrode 21 is a known technique.
  • a second insulating film 27 is formed so as to cover the entire first insulating film 25 on which the gate electrode 21 is formed.
  • a through hole reaching the drain electrode 19 is formed by laser in the first insulating film 25 and the second insulating film 27, and a conductive portion 29 is formed by filling a conductive material therein.
  • the individual electrode 31 is formed by a printing method and connected to the TFT 30 through the conductive portion 29.
  • a mountain-shaped pressure sensitive layer 33 is formed on the individual electrode 31 by a printing method.
  • a first individual spacer 35A and a second individual spacer 35B are formed on the second insulating film 27 by a printing method.
  • the common electrode 9 is formed on one surface of the insulating film 7 by a printing method. Note that the material of the common electrode 9 may be formed on one surface of the insulating film 7 by sputtering, for example, and then the common electrode 9 may be formed by photolithography. Finally, the pressure sensor 1 is completed by bonding the upper electrode member 3 and the lower electrode member 5 through a frame-shaped frame spacer 13 (FIG. 4) made of an adhesive.
  • planar shapes of the individual electrode 31 and the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 are both circular, but are not particularly limited. Such an embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a schematic plan view showing the planar shapes of the individual electrodes and the individual spacers.
  • the planar shape of the individual electrode 31C and the mountain-shaped pressure sensitive layer 33C is a quadrangle. These planar shapes may be triangles or other polygons.
  • FIG. 21 is a schematic plan view showing a planar positional relationship between individual electrodes and individual spacers.
  • the individual electrodes 31, the first individual spacers 35 ⁇ / b> A, and the second individual spacers 35 ⁇ / b> B are alternately arranged. That is, the individual electrodes 31 are not adjacent to each other in either the row direction or the column direction. The individual spacers are not adjacent to each other in either the row direction or the column direction.
  • the second individual spacer 35B is linearly arranged on the left and right in the middle in the vertical direction of the figure. Therefore, the individual electrode 31 ("high” character) sandwiched between the second individual spacers 35B is for high voltage, and is not sandwiched between the second individual spacers 35B but is disposed adjacent to the second individual spacers 35B.
  • the individual electrode 31 (“middle” character) is for medium pressure, and the individual electrode 31 ("low” character) separated from the second individual spacer 35B is for low pressure.
  • a plurality of high-voltage individual electrodes 31 are arranged in the upper and lower middles of the figure, a plurality of medium-pressure individual electrodes 31 are arranged on the upper and lower sides of the plurality of high-voltage individual electrodes 31, and a plurality of low-voltage individual electrodes 31 are arranged.
  • the individual electrodes 31 are arranged on the upper and lower outer sides of the plurality of medium pressure individual electrodes 31.
  • the low-voltage individual electrode 31 is set so as to be electrically connected to the common electrode 9 only by a low pressure by the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and second individual spacer 35B. .
  • the high voltage individual electrode 31 is not connected to the common electrode 9 when a low pressure or a medium pressure is applied due to the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and the second individual spacer 35B. Are set to be electrically connected to the common electrode 9. Due to the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and second individual spacer 35B, the medium pressure individual electrode 31 is not electrically connected to the common electrode 9 when a low pressure is applied, but is common when an intermediate pressure is applied. 9 is set to be conductive.
  • FIG. 22 is a schematic plan view showing a planar positional relationship between individual electrodes and individual spacers.
  • the individual electrodes 31, the first individual spacers 35 ⁇ / b> A, and the second individual spacers 35 ⁇ / b> B are alternately arranged. That is, the individual electrodes 31 are not adjacent to each other in either the row direction or the column direction. The individual spacers are not adjacent to each other in either the row direction or the column direction.
  • the pair of second individual spacers 35 ⁇ / b> B are arranged away from each other in the left-right direction in the figure. Therefore, the individual electrode 31 ("high" character) around the second individual spacer 35B is for high voltage and is not adjacent to the second individual spacer 35B but is disposed adjacent to the second individual spacer 35B.
  • the individual electrode 31 (“middle” character) is for medium pressure, and the individual electrode 31 ("low” character) away from the second individual spacer 35B is for low pressure.
  • a plurality of high-voltage individual electrodes 31 are arranged on both the left and right sides of the figure, a plurality of medium-pressure individual electrodes 31 are arranged on the entire figure, and a pair of low-voltage individual electrodes 31 are arranged on both the upper and lower sides of the figure. Is arranged. Also in this embodiment, the low-voltage individual electrode 31 is set so as to be electrically connected to the common electrode 9 only by a low pressure by the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and second individual spacer 35B. .
  • the high-pressure individual electrode 31 When the high-pressure individual electrode 31 is not connected to the common electrode 9 when a low pressure or a high pressure is applied due to the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and the second individual spacer 35B, a high pressure is applied. Are set to be electrically connected to the common electrode 9. Due to the arrangement of the surrounding first individual spacer 35A and second individual spacer 35B, the medium pressure individual electrode 31 is not electrically connected to the common electrode 9 when a low pressure is applied, but is common when an intermediate pressure is applied. 9 is set to be conductive.
  • the individual electrode has a flat plate shape, but may have a mountain shape.
  • FIG. 23 is a partial schematic cross-sectional view of the pressure sensor.
  • the individual electrode 31A is mountain-shaped, and a mountain-shaped pressure sensitive layer 33A is laminated on the upper surface thereof.
  • the pressure sensitive layer is laminated on the individual electrode, but may be formed on the upper electrode member. Such an embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a partial schematic cross-sectional view of the pressure sensor.
  • a pressure sensitive layer 33B is formed on the lower surface of the common electrode 9 in the upper electrode member 3A.
  • the individual electrode 31A has a mountain shape.
  • the pressure-sensitive layer is formed only on one of the upper electrode member and the lower electrode member, but the pressure-sensitive layer may be formed on both members and face each other.
  • FIG. 25 is a partial schematic cross-sectional view of the pressure sensor.
  • a mountain-shaped pressure sensitive layer 33 is formed on the individual electrode 31.
  • a pressure sensitive layer 33 ⁇ / b> B is formed on the lower surface of the common electrode 9.
  • the individual electrode 31, the first individual spacer 35A, and the second individual spacer 35B are in a matrix shape in which rows and columns are completely aligned. However, as long as they are arranged in a matrix shape in a broad sense. Good.
  • the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33 has a dome shape and the side surface shape is a semicircular shape, but is not particularly limited.
  • a thin film transistor is associated with each individual electrode, and the current of each thin film transistor is detected.
  • one thin film transistor is connected to one individual electrode.
  • a plurality of thin film transistors may correspond to one individual electrode, and currents of the plurality of thin film transistors may be detected.
  • two or more thin film transistors adjacent to one individual electrode are connected.
  • the individual electrodes are separated for low pressure, medium pressure, and high pressure, but may be two types of low pressure and high pressure, or four or more types.
  • the individual spacer is made of a material different from that of the individual electrode and the pressure-sensitive layer. However, if the individual spacer is electrically independent from the individual electrode, the condition is satisfied. It is not limited.
  • the individual spacer may have a structure in which the conductive portion 29 is omitted although the individual spacer includes an individual electrode and a pressure-sensitive layer. In this case, the individual spacers are formed simultaneously with the step of forming the individual electrodes and the pressure-sensitive layer.
  • the individual spacer includes the conductive portion 29 and the individual electrode 31, a structure in which an insulating material is used instead of the mountain-shaped pressure sensitive layer 33 may be used.
  • the conductive portion 29 and the individual electrode 31 can be formed at all locations, and then the pressure-sensitive portion and the individual spacer can be formed by the mountain pressure-sensitive layer 33 or an insulating material.
  • the individual spacer may have a structure in which the conductive portion 29 is not electrically connected to the drain electrode 19 although it has the conductive portion 29, the individual electrode 31, and the mountain-shaped pressure-sensitive layer 33.
  • the individual electrodes 31 may be adjacent to each other in either or both of the row direction and the column direction.
  • the individual spacers may be adjacent to each other in either or both of the row direction and the column direction.
  • the individual spacer When the individual spacer is insulated, it may be in contact with the adjacent individual spacer or individual electrode.
  • the present invention can be widely applied to pressure sensors having a pressure-sensitive layer and a large number of thin film transistors as electrodes.
  • the pressure sensor according to the present invention is suitable for a sheet sensor having a large area other than a touch panel.
  • the pressure sensor according to the present invention can be applied to walking measurement technology (medical, sports, and security fields) and bed bed slip measurement technology.
  • Pressure sensor 3 Upper electrode member 5: Lower electrode member 7: Insulating film 9: Common electrode 13: Frame spacer 15: Insulating film 30: Thin film transistor 31: Individual electrode 33: Mountain-shaped pressure sensitive layer 35A: 1st individual Spacer 35B: Second individual spacer

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Abstract

圧力センサ１において、複数の個別電極３１は、第２絶縁膜２７の絶縁フィルム７側の主面に、共通電極９に対向して敷き詰められたように設けられている。感圧層９は、複数の個別電極３１の上に積層されている。第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂは、第２絶縁膜２７の上面において複数の個別電極３１の間に配置され、共通電極９に対向する。第２個別スペーサ３５Ｂは、第１個別スペーサ３５Ａより高く形成されている。複数の個別電極３１は、低圧用の個別電極３１と、高圧用の個別電極３１とを有している。低圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力が作用するだけで共通電極９と導通する。高圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力が作用するときに共通電極９と導通せずに、高圧力が作用するときに共通電極９と導通する。

Description

圧力センサ
　本発明は、圧力センサ、特に、感圧層と電極として多数の薄膜トランジスタとを有する圧力センサに関する。
　圧力センサとして、感圧樹脂に多数の薄膜トランジスタを組み合わせたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
　感圧樹脂は、導電性粒子をシリコーンゴム等の絶縁樹脂内に分散させたものである。感圧樹脂では、圧力が加えられると、絶縁樹脂内において導電性粒子同士が接触することで、抵抗値が低下する。これにより、感圧樹脂に加えられた圧力を検知できる。
　多数の薄膜トランジスタは、マトリクス状に配置されており、電極として機能する。これにより、圧力検出の高速化、高解像度化、低消費電力化が可能になる。
特開２０１６―４９４０号公報
　感圧層と複数の電極が所定の隙間を空けて対向配置された圧力センサも知られている。
　一般的に、感圧層の接触面積の変化を用いた圧力センサは、感圧層の圧力測定範囲が狭いという問題を有している。具体的には、圧力－電気抵抗特性では、圧力が低い範囲では電気抵抗の変化割合は大きいが、圧力が高い範囲では電気抵抗の変化割合が小さい。その理由は、圧力が高くなっていっても、途中から感圧層と電極との接触面積は大きくならず、つまり接触抵抗が圧力に追従しないからである。この結果、圧力が高い範囲では、感度が不足して圧力を正確に測定できない。
　また、複数の個別電極には圧力が集中して壊れやすいので、圧力センサの耐久性が高くない。
　本発明の目的は、互いに隙間を空けて配置された複数の電極を有する圧力センサにおいて、正確に測定できる圧力測定範囲を広くすることにある。
　本発明の他の目的は、圧力センサの耐久性を高くすることにある。
　以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
　本発明の一見地に係る圧力センサは、第１絶縁基材と、共通電極と、第２絶縁基材と、と、複数の個別電極と、感圧層と、複数の薄膜トランジスタと、第１個別スペーサ及び第２個別スペーサとを備えている。
　共通電極は、第１絶縁基材の主面に広がって形成されている。
　第２絶縁基材は、第１絶縁基材の主面に対向して配置されている。
　複数の個別電極は、第２絶縁基材の第１絶縁基材側の主面に、共通電極に対向して敷き詰められたように設けられている。
　感圧層は、複数の個別電極及び共通電極の少なくとも一方の上に積層されている。
　複数の薄膜トランジスタは、複数の個別電極に対応して第２絶縁基材の主面と反対側に設けられ、１又は隣接する２以上が１つの個別電極に接続される。
　第１個別スペーサ及び第２個別スペーサは、第２絶縁基材の主面において複数の個別電極の間に配置され、共通電極に対向する。
　第２個別スペーサは、第１個別スペーサより高く形成されている。
　複数の個別電極は、低圧用個別電極と、高圧用個別電極とを有している。低圧用個別電極は、周囲の第１個別スペーサ及び第２個別スペーサの配置によって、第１絶縁基材と第２絶縁基材が接近するように低圧力が作用するだけで共通電極と導通するように設定されている。高圧用個別電極は、周囲の第１個別スペーサ及び第２個別スペーサの配置によって、第１絶縁基材と第２絶縁基材が接近するように低圧力が作用するときに共通電極と導通せずに、高圧力が作用するときに共通電極と導通するように設定されている。
　この圧力センサでは、第１個別スペーサ及び第２個別スペーサを設けることで、複数の個別電極には圧力が集中しにくい。その結果、圧力センサの耐久性が高くなる。
　この圧力センサでは、圧力が低い場合は、低圧用個別電極のみが共通電極と電気的に導通する。これにより、低圧用個別電極を介して感圧層の抵抗変化（つまり、圧力）を正確に測定できる。このとき、第１個別スペーサ及び第２個別スペーサの配置によって高圧用個別電極が低圧用個別電極に比べて共通電極に電気的に接触しないので、高圧用個別電極は共通電極に対して電気的に導通しない。そして、圧力が高くなれば、低圧用個別電極に加えて高圧用個別電極が共通電極と電気的に導通する。これにより、高圧用個別電極を介して感圧層の抵抗変化（つまり、圧力）を正確に測定できる。高圧用個別電極は、電気抵抗を正確に測定可能な圧力測定範囲が、低圧用個別電極のそれよりも高圧力側にシフトしているからである。
　高圧用個別電極は、第２個別スペーサと隣接していてもよい。
　高圧用個別電極は、第２個別スペーサの間に挟まれていてもよい。
　本発明に係る圧力センサでは、正確に測定できる圧力測定範囲が広くなる。
本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図。 本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図。 本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図。 圧力センサの部分概略断面図。 圧力センサの下側電極部材の概略平面図。 圧力センサの等価回路図。 個別電極と個別スペーサの平面位置関係を示す概略平面図。 圧力センサの圧力と電気抵抗の関係を示すグラフ。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。 個別電極及び個別スペーサの平面形状を示す模式的平面図（第２実施形態）。 個別電極と個別スペーサの平面位置関係を示す概略平面図（第３実施形態）。 個別電極と個別スペーサの平面位置関係を示す概略平面図（第４実施形態）。 圧力センサの部分概略断面図（第５実施形態）。 圧力センサの部分概略断面図（第６実施形態）。 圧力センサの部分概略断面図（第７実施形態）。
１．第１実施形態
（１）圧力センサの基本構成
　図１～図５を用いて、第１実施形態に係る圧力センサ１を説明する。図１～図３は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。図４は、圧力センサの部分概略断面図である。図５は、圧力センサの下側電極部材の概略平面図である。
　圧力センサ１は、押圧力が作用すると押圧位置と押圧力を検出する装置である。圧力センサ１は、例えば、スマートフォン、タブレットＰＣ、ノートＰＣのタッチパネルに採用される。
　圧力センサ１は、上側電極部材３を有している。上側電極部材３は、押圧力が作用する平面状の部材である。上側電極部材３は、絶縁フィルム７（第１絶縁基材の一例）と、その下面（主面の一例）に全面的につまり一面に広がって又はパターニングされて形成された共通電極９とを有している。
　圧力センサ１は、下側電極部材５を有している。下側電極部材５は、上側電極部材３の下方に配置された平面状の部材である。下側電極部材５は、例えば矩形の絶縁フィルム１５と、複数の個別電極３１を有している。個別電極は画素電極ともいう。
　下側電極部材５は、複数の山型感圧層３３を有している。複数の山型感圧層３３は、複数の個別電極３１の共通電極９側の上にそれぞれ形成されている。概略的に説明すれば、山型感圧層３３は個別電極３１全体を覆っており、外径もわずかに大きい。したがって、平面視では個別電極３１は山型感圧層３３によって隠れている。
　なお、「山型」とは、頂部（又は中心部）と周縁部とを有しており、ドーム形状、錐体形状、錐台形状を含む。山型の平面形状は、丸、四角、その他の形状を含む。
　一例として、山型感圧層３３の高さＨは、広い範囲では５～１００μｍであり、狭い範囲では１０～３０μｍである。山型感圧層３３の径Ｌは、広い範囲では０．１～１．０ｍｍであり、狭い範囲では０．３～０．６ｍｍである。
　上側電極部材３と下側電極部材５は、図４に示すように、周縁部において額縁スペーサ１３によって互いに接着されている。額縁スペーサ１３は額縁状に形成されており、例えば、粘着剤、両面テープからなる。
　図５に示すように、複数の個別電極３１及び山型感圧層３３は、平面に敷き詰められて配置されている。複数の個別電極３１及び山型感圧層３３同士の間には、後述する第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂが配置されている。ただし、記載の煩雑を避けるため、図５では第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの符号は省略されている。
　この実施形態では、複数の個別電極３１並びに山型感圧層３３、第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂは、マトリクス状に配置されている。マトリクス状とは、行列状に二次元配列されている状態又はそれに類似した状態をいう。
　共通電極９の領域が山型感圧層３３に向かって押し下げられると、共通電極９と押し下げ領域に位置付けられている個別電極３１が電気的に導通する。押し下げは、例えば、指、スタイラスペン、棒、手の平、足裏で行えばよい。電極ピッチは例えば０．３～０．７ｍｍである。
　下側電極部材５は、複数の薄膜トランジスタ３０（以下、「ＴＦＴ３０」という）を有している。各ＴＦＴ３０は、個別電極３１の各々に対応して設けられており、電流値検出用の電極として機能する。
（２）ＴＦＴ及び個別電極の関係
　ＴＦＴ３０は、図１～図４に示すように、ソース電極１７と、ドレイン電極１９と、ゲート電極２１とを有している。ＴＦＴ３０は、トップゲート型である。ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を構成する材料は、特に限定されない。また、ＴＦＴはボトムゲート型であってもよい。
　ソース電極１７とドレイン電極１９は、絶縁フィルム１５の上面に形成されている。ＴＦＴ３０は、ソース電極１７及びドレイン電極１９間に形成された有機半導体２３を有している。このような半導体層を構成する材料としては、公知の材料、例えば、シリコン、酸化物半導体、有機半導体を用いることができる。
　ＴＦＴ３０は、ソース電極１７、ドレイン電極１９及び有機半導体２３を覆うように形成された第１絶縁膜２５を有している。
　ドレイン電極１９は、後述するように、個別電極３１に接続されている。ゲート電極２１は、第１絶縁膜２５の上面において有機半導体２３の上方に形成されている。
　ＴＦＴ３０は、第１絶縁膜２５の上面に形成されゲート電極２１を覆う第２絶縁膜２７を有している。
　複数の個別電極３１は、第２絶縁膜２７（第２絶縁基材の一例）の上面に形成されている。個別電極は、第１絶縁膜２５及び第２絶縁膜２７を貫通する貫通孔に形成された導電部２９を介して、ＴＦＴ３０に接続されている。
　図６を用いて、圧力センサ１の動作原理を説明する。図６は、圧力センサの等価回路図である。
　ゲート電圧を入力したＴＦＴ３０のドレイン電極１９に電圧を印加すると、山型感圧層３３の抵抗に対応するドレイン電流が流れる。そして、山型感圧層３３に加わる圧力が高くなると抵抗が下がるので、ドレイン電流の増加が検出される。圧力センサ１上のＴＦＴ３０を掃引してゲート電圧を加えドレイン電流を測定することにより、シート表面の圧力分布を観測できる。
　圧力センサ１は、回路部（図示せず）を有している。回路部は、ドレイン電極１９、ソース電極１７及び共通電極９を制御するものであり、例えば、共通電極９、ソース電極１７に所定電圧を印加する電源電圧と、ソース－ドレイン間の電流値に応じた信号を発生して外部の信号処理装置へ出力する電流検出回路とを有している。外部の信号処理装置は、回路部から送られてきた信号に基づいて、押圧位置及び押圧力を検出する。
（３）個別スペーサ
　図１～図３に示すように、下側電極部材５の上面には、個別電極３１及び山型感圧層３３の間に、複数の個別スペーサ（ダミー電極ともいう）、具体的には、第１個別スペーサ３５Ａと第２個別スペーサ３５Ｂが形成されている。
　第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂは、山型感圧層３３と同じく山型形状である。第１個別スペーサ３５Ａは、山型感圧層３３と同じ高さであり、共通電極９との間に隙間を有している。ただし、第１個別スペーサ３５Ａは、山型感圧層３３より高くてもよい。
　第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの高さ、個別電極３１における隙間は広い範囲から適宜設定可能である。例えば、０～数十μｍであり、数μｍオーダーや十数μｍオーダーでもよい。
　第２個別スペーサ３５Ｂは第１個別スペーサ３５Ａより高い。具体的には、山型感圧層３３の高さが２０μｍのとき、第1個別スペーサ３５Ａの高さは、２０～７０μｍの範囲であり、第２個別スペーサ３５Ｂの高さは、２５～１２５μｍの範囲である。また、第１個別スペーサ３５Ａの高さと第２個別スペーサの３５Ｂの高さの比は、１．０７～３．７５の範囲である。そのため、第２個別スペーサ３５Ｂは、共通電極９に当接又は近接している。以上の構造により、非加圧時に共通電極９と山型感圧層３３との間には隙間が確実に確保され、そのため山型感圧層３３に作用する圧力をゼロにできる。
　なお、第１個別スペーサ３５Ａと第２個別スペーサ３５Ｂの形状が山型であるので、山型感圧層３３の周囲上側の空間が比較的大きくなっており、そのため共通電極９が山型感圧層３３に追従しやすい。ただし、個別スペーサの形状は山型に限定されず、上面が平面であってもよい。
　次に、図７を用いて、個別電極３１と第１個別スペーサ３５Ａと第２個別スペーサ３５Ｂとの平面位置関係を説明する。図７は、個別電極と個別スペーサの平面位置関係を示す概略平面図である。以下、個別電極３１の上には実際には山型感圧層３３が積層されているが、説明の簡略化のために山型感圧層３３の符号は省略する。
　図７では、図の上側半分の領域又は下側半分の領域では、個別電極３１と、第１個別スペーサ３５Ａ又は第２個別スペーサ３５Ｂとは、交互に並んで配置されている。つまり、各領域では、個別電極３１同士は行方向及び列方向のいずれにも互いに隣接していない。また、各領域では、個別スペーサ同士は、行方向及び列方向のいずれにも互いに隣接していない。ただし、図７では、領域の境界において、個別電極３１同士が図上下方向に隣接しており、第１個別スペーサ３５Ａと第２個別スペーサ３５Ｂが図上下方向に隣接している。
　なお、個別電極３１に山型感圧層３３が形成されていることで山の頂点に圧力が集中することが想定されるが、複数の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂを設けることで複数の頂点に圧力を分散できる。その結果、圧力センサ１の耐久性が向上する。
　図７の線Ａ上の２個の個別電極３１（「低」の字）を説明する。なお、図１は、図７の線Ａにおける断面図となっている。
　この個別電極３１は、４つの第１個別スペーサ３５Ａによって四方が囲まれている。この個別電極３１の斜め方向４カ所には、個別電極３１が配置されている。つまり、この個別電極３１の周囲８カ所は全て同じ高さの構造になっている。以上の結果、この個別電極３１は、低圧力測定用の個別電極３１（低圧用個別電極の一例）になっている。
　図７の線Ｂ上の図上から１つ目の個別電極３１（「中」の字）を説明する。なお、図２は、図７の線Ｂにおける断面図となっている。この個別電極３１は、３個の第１個別スペーサ３５Ａと１個の個別電極３１（「高」の字）によって四方が囲まれている。この個別電極３１の斜め方向２カ所には個別電極３１が配置されており、残りの斜め方向２カ所には第２個別スペーサ３５Ｂが配置されている。つまり、この個別電極３１の周囲８カ所のうち２カ所がそれより高い構造が設けられている。以上の結果、この個別電極３１は、中圧力測定用の個別電極３１になっている。
　図７の線Ｃ上の右側の１個の個別電極３１（「高」の字）を説明する。なお、図３は、図８の線Ｃにおける断面図となっている。この個別電極３１は、４個の第２個別スペーサ３５Ｂ及びによって四方が囲まれている。この個別電極３１の斜め方向４カ所には個別電極３１が配置されている。つまり、この個別電極３１の周囲８カ所のうち４カ所にそれより高い構造が設けられている。以上の結果、この個別電極３１は、高圧力測定用の個別電極３１（高圧用個別電極の一例）になっている。
　以上の結果、複数の高圧用の個別電極３１が図の下側領域に配置され高圧エリアを形成して、１個の中圧用の個別電極３１が図の上下全体に配置され、一対の低圧用の個別電極３１が図の上側部分領域に配置されて低圧エリア形成している。
　以上に述べたように、低圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力が作用だけで共通電極９と導通するように設定されている。高圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力又は中圧力が作用するときに共通電極９と導通せずに、高圧力が作用するときに共通電極９と導通するように設定されている。中圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力が作用するときに共通電極９と導通せずに、中圧力が作用するときに共通電極９と導通するように設定されている。
　より詳細に説明すれば、各個別電極３１は、周囲にある第２個別スペーサ３５Ｂの密度、距離、高さによって、いずれの圧力範囲に対応するかが決定される。つまり、各個別電極３１は、周囲にある第２個別スペーサ３５Ｂの数が少ない等の理由によって「低圧での接触しやすさ」が高ければ、低圧力であっても共通電極９に導通する。また、例えば、各個別電極３１は、周囲にある第２個別スペーサ３５Ｂの数が多い等の理由によって「低圧での接触しやすさ」が低ければ、低圧力では共通電極９に導通せず、高圧力になってから共通電極９に導通する。
（４）押圧動作及び圧力測定動作
　図８を用いて、押圧動作及び圧力測定動作を説明する。図８は、圧力センサの圧力と電気抵抗の関係を示すグラフである。
　図８に示すように、圧力が加えられると、山型感圧層３３の抵抗が低下する。電圧電源により一定の電圧を加えたときのソース－ドレイン間の電位差は、ドレイン電極１９と直列に接続された山型感圧層３３の抵抗値に依存する。その結果、ソース－ドレイン間の電位差が大きくなり、流れる電流量が増加する。したがって山型感圧層３３に与える押圧力と電流量とを予め取得しておけば、信号処理装置（図示せず）は、電流量に応じた信号の変化を読み取ることで、圧力センサ１に印加される圧力量（押圧力）を検知できる。
　上側電極部材３に小さな力が作用して共通電極９が低圧用の個別電極３１（具体的には、山型感圧層３３）のみに接触している。そのため、図８に示すように、当該個別電極３１に対応するＴＦＴ３０からの出力によって、低圧力を正確に測定できる。　上側電極部材３に中くらいの力が作用して共通電極９が中圧用の個別電極３１（具体的には、山型感圧層３３）にも接触している。そのため、図８に示すように、当該個別電極３１に対応するＴＦＴ３０からの出力によって、中圧力を正確に測定できる。
　上側電極部材３に大きな力が作用して共通電極９が高圧用の個別電極３１（具体的には、山型感圧層３３）にも接触している。そのため、図８に示すように、当該個別電極３１に対応するＴＦＴ３０からの出力によって、高圧力を正確に測定できる。
　以上に述べたように、各電極の抵抗変化の割合が十分に高い領域が荷重に応じてずらされているので、低圧力、中圧力、高圧力のいずれであっても正確に測定できる。
　圧力センサ１は、押圧領域を有している。押圧領域は、圧力センサ１の全体であってもよいし、一部であってもよい。
　押圧領域では、いずれの押圧箇所であっても低圧用の個別電極３１と、中圧用の個別電極３１と、高圧用の個別電極３１とが最低押圧面積内に含まれるように並べられている。
「最低押圧面積」とは、予定される押圧物（例えば、指、ペン）が圧力センサを押したときに必ず押されると想定される最低限の面積である。
（５）材料
　絶縁フィルム７、絶縁フィルム１５としては、ポリカーボネート系、ポリアミド系、若しくは、ポリエーテルケトン系などのエンジニアリングプラスチック、又は、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート系、若しくは、ポリブチレンテレフタレート系などの樹脂フィルムを用いることができる。
　絶縁フィルム７に伸縮性を要求する場合は、例えばウレタンフィルム、シリコン、ゴムである。絶縁フィルム７及び絶縁フィルム１５は、電極を印刷して乾燥するので耐熱性を有する材料が好ましい。
　共通電極９、個別電極３１としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、若しくは、インジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）などの金属酸化物膜、これらの金属酸化物を主体とする複合膜、又は金、銀、銅、錫、ニッケル、アルミニウム、若しくは、パラジウムなどの金属膜によって、形成することができる。共通電極９に伸縮性を要求する場合は、例えば、伸縮性Ａｇペーストである。
　山型感圧層３３は、例えば感圧インキからなる。感圧インキは、外力に応じて対向する電極との接触抵抗が変化することよって圧力検出を可能にする材料である。感圧インキ層は、塗布により配置できる。感圧インキ層の塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、又はフレキソ印刷などの印刷法、又はディスペンサによる塗布を用いることができる。
　第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂとしては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、若しくは、シリコーン系樹脂のような樹脂の印刷層又は塗布層を用いることができる。
（６）圧力センサの製造方法
　図９～図１９を用いて、圧力センサ１の製造方法を説明する。図９～図１９は、圧力センサの製造方法を示す模式的断面図である。
　最初に、図９～図１８を用いて、下側電極部材５の製造方法の各ステップを説明する。
　図９に示すように、絶縁フィルム１５の一面に、例えばスパッタリングによって電極材料３７を形成する。
　図１０に示すように、例えばフォトリソグラフィー法によって電極材料３７の一部を除去することで、フィルム露出部３９を形成する。また、これにより、ソース電極１７とドレイン電極１９を形成する。なお、ソース電極１７とドレイン電極１９の形成手法は特に限定されない。
　図１１に示すように、フィルム露出部３９において有機半導体２３を形成する。有機半導体２３の形成方法は公知の技術である。
　図１２に示すように、ソース電極１７、ドレイン電極１９及び有機半導体２３が形成された面を覆うように、第１絶縁膜２５を形成する。
　図１３に示すように、第１絶縁膜２５の上面において有機半導体２３の上方に、ゲート電極２１を形成する。ゲート電極２１の形成手法は公知の技術である。
　図１４に示すように、ゲート電極２１の形成された第１絶縁膜２５全体を覆うように、第２絶縁膜２７を形成する。
　図１５に示すように、第１絶縁膜２５と第２絶縁膜２７にレーザによってドレイン電極１９に至る貫通孔を形成し、そこに導電材料を埋めることで導電部２９を形成する。
　図１６に示すように、個別電極３１を印刷法によって形成し、導電部２９を介してＴＦＴ３０と接続する。
　図１７に示すように、個別電極３１の上に山型感圧層３３を印刷法によって形成する。
　さらに、図１８に示すように、第２絶縁膜２７の上に第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂを印刷法によって形成する。
　次に、図１９を用いて、上側電極部材３の製造を説明する。
　図１９に示すように、印刷法によって絶縁フィルム７の一面に共通電極９を形成する。なお、絶縁フィルム７の一面に例えばスパッタリングによって共通電極９の材料を形成し、続いてフォトリソグラフィー法によって共通電極９を形成してもよい。
　最後に、上側電極部材３と下側電極部材５とを接着剤からなる額縁状の額縁スペーサ１３（図４）を介して貼り合わせることで、圧力センサ１を完成させる。
２．第２実施形態
　前記実施形態では個別電極３１と山型感圧層３３の平面形状は共に円であったが、特に限定されない。図２０を用いて、そのような実施形態を説明する。図２０は、個別電極及び個別スペーサの平面形状を示す模式的平面図である。
　図２０では、個別電極３１Ｃ及び山型感圧層３３Ｃの平面形状は四角形である。これらの平面形状は、三角形、その他の多角形でもよい。
３．第３実施形態
　図２１を用いて、個別電極３１と第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配列パターンの変形例を説明する。図２１は、個別電極と個別スペーサの平面位置関係を示す概略平面図である。
　図２１では、個別電極３１と第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂとは、交互に並んで配置されている。つまり、個別電極３１同士は行方向及び列方向のいずれにも互いに隣接していない。また、個別スペーサ同士は、行方向及び列方向のいずれにも互いに隣接していない。
　図２１では、第２個別スペーサ３５Ｂが図上下方向真ん中で左右に直線状に配置されている。そのため、第２個別スペーサ３５Ｂに挟まれた個別電極３１（「高」の字）が高圧用になり、第２個別スペーサ３５Ｂに挟まれてはいないが第２個別スペーサ３５Ｂに隣接して配置された個別電極３１（「中」の字）が中圧用になり、第２個別スペーサ３５Ｂから離れた個別電極３１（「低」の字）が低圧用になる。
　以上の結果、複数の高圧用の個別電極３１が図の上下真ん中に配置され、複数の中圧用の個別電極３１が複数の高圧用の個別電極３１の上下外側に配置され、複数の低圧用の個別電極３１が複数の中圧用の個別電極３１の上下外側に配置されている。
　この実施形態においても、低圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力が作用するだけで共通電極９と導通するように設定されている。高圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力又は中圧力が作用するときに共通電極９と導通せずに、高圧力が作用するときに共通電極９と導通するように設定されている。中圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力が作用するときに共通電極９と導通せずに、中圧力が作用するときに共通電極９と導通するように設定されている。
４．第４実施形態
　図２２を用いて、個別電極３１と第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配列パターンの変形例を説明する。図２２は、個別電極と個別スペーサの平面位置関係を示す概略平面図である。
　図２２では、個別電極３１と第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂとは、交互に並んで配置されている。つまり、個別電極３１同士は行方向及び列方向のいずれにも互いに隣接していない。また、個別スペーサ同士は、行方向及び列方向のいずれにも互いに隣接していない。
　一対の第２個別スペーサ３５Ｂは、図左右方向に離れて配置されている。そのため、第２個別スペーサ３５Ｂの周囲の個別電極３１（「高」の字）が高圧用になり、第２個別スペーサ３５Ｂに挟まれてはいないが第２個別スペーサ３５Ｂに隣接して配置された個別電極３１（「中」の字）が中圧用になり、第２個別スペーサ３５Ｂから離れた個別電極３１（「低」の字）が低圧用になる。
　以上の結果、複数の高圧用の個別電極３１が図の左右両側に配置され、複数の中圧用の個別電極３１が図の全体に配置され、一対の低圧用の個別電極３１が図の上下両側に配置されている。
　この実施形態においても、低圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力が作用するだけで共通電極９と導通するように設定されている。高圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力又は高圧力が作用するときに共通電極９と導通せずに、高圧力が作用するときに共通電極９と導通するように設定されている。中圧用の個別電極３１は、周囲の第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂの配置によって、低圧力が作用するときに共通電極９と導通せずに、中圧力が作用するときに共通電極９と導通するように設定されている。
５．第５実施形態
　前記実施形態では個別電極は平板形状であったが、山型形状であってもよい。図２３を用いて、そのような実施形態を説明する。図２３は、圧力センサの部分概略断面図である。
　図２３では、個別電極３１Ａは山型であって、その上面に山型感圧層３３Ａが積層されている。
６．第６実施形態
　前記実施形態では感圧層は個別電極の上に積層されていたが、上側電極部材に形成されていてもよい。図２４を用いて、そのような実施形態を説明する。図２４は、圧力センサの部分概略断面図である。
　図２４では、上側電極部材３Ａにおいて、共通電極９の下面には感圧層３３Ｂが形成されている。個別電極３１Ａは山型である。
７．第７実施形態
　前記実施形態のいずれも感圧層は上側電極部材及び下側電極部材の一方にのみ形成されていたが、感圧層は両部材に形成されて互いに対向してもよい。図２５を用いて、そのような実施形態を説明する。図２５は、圧力センサの部分概略断面図である。
　図２５では、個別電極３１の上に山型感圧層３３が形成されている。さらに、上側電極部材３Ａにおいて、共通電極９の下面には感圧層３３Ｂが形成されている。
８．他の実施形態
　以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
（１）前記実施形態では個別電極３１と第１個別スペーサ３５Ａ及び第２個別スペーサ３５Ｂは行と列が完全にそろったマトリクス状であったが、広い意味でのマトリクス状に配置されていればよい。
（２）感圧層の側面形状の変形例
　前記実施形態では、山型感圧層３３はドーム形状であって側面形状は半円形状であったが、特に限定されない。
（３）前記実施形態では、各個別電極に薄膜トランジスタを対応させ、さらに各薄膜トランジスタの電流を検出していた。言い換えると、１つの個別電極に１つの薄膜トランジスタが接続されていた。しかし、１つの個別電極に複数の薄膜トランジスタを対応させ、複数の薄膜トランジスタの電流を検出するようにしてもよい。具体的には、１つの個別電極に隣接する２以上の薄膜トランジスタが接続される。これにより検出される電流値が大きくなり、さらに、回路に冗長性をもたすことができる。
（４）前記実施形態では個別電極は低圧用、中圧用、高圧用に分かれていたが、低圧・高圧の２種類であってもよいし、４種類以上であってもよい。
（５）前記実施形態では感圧層は山型であったが、他の形状でもよい。
（６）前記実施形態では個別スペーサは個別電極及び感圧層とは異なる材料によって構成されていたが、個別スペーサは個別電極から電気的に独立していれば条件を満たすので、前記実施形態に限定されない。
　例えば、個別スペーサは、個別電極と感圧層を有するものの、導電部２９が省略された構造であってもよい。この場合は個別スペーサは、個別電極及び感圧層を形成する工程でそれらと同時に形成される。
　また、例えば、個別スペーサは、導電部２９と個別電極３１を有するものの、山型感圧層３３の代わりに絶縁材料が用いられた構造であってもよい。この場合は、導電部２９と個別電極３１を全ての箇所に形成しておき、その後に山型感圧層３３又は絶縁材料によって感圧部と個別スペーサとを形成できる。
　また、個別スペーサは、導電部２９と個別電極３１と山型感圧層３３を有するものの、導電部２９がドレイン電極１９に導通していない構造であってもよい。
（７）個別電極３１同士が、行方向若しくは列方向のいずれか又は両方に互いに隣接していてもよい。
　また、個別スペーサ同士が、行方向及び列方向のいずれか又は両方に互いに隣接していてもよい。
（８）個別スペーサは、絶縁されている場合は、隣接する個別スペーサ又は個別電極と接触していてもよい。
　本発明は、感圧層と電極として多数の薄膜トランジスタとを有する圧力センサに広く適用できる。特に、本発明に係る圧力センサは、タッチパネル以外に、大面積のシートセンサに適している。具体的には、本発明に係る圧力センサは、歩行の測定技術（医療、スポーツ、セキュリティの分野）、ベッドの床ずれ測定技術に適用できる。
１　　　：圧力センサ
３　　　：上側電極部材
５　　　：下側電極部材
７　　　：絶縁フィルム
９　　　：共通電極
１３　　：額縁スペーサ
１５　　：絶縁フィルム
３０　　：薄膜トランジスタ
３１　　：個別電極
３３　　：山型感圧層
３５Ａ　：第１個別スペーサ
３５Ｂ　：第２個別スペーサ

Claims (3)

  1. 　第１絶縁基材と、
    　前記第１絶縁基材の主面に広がって形成された共通電極と、
    　前記第１絶縁基材の前記主面に対向して配置された第２絶縁基材と、
    　前記第２絶縁基材の前記第１絶縁基材側の主面に前記共通電極に対向して敷き詰められたように設けられた複数の個別電極と、
    　前記複数の個別電極及び前記共通電極の少なくとも一方の上に積層された感圧層と、
    　前記複数の個別電極に対応して前記第２絶縁基材の前記主面と反対側に設けられ、１又は隣接する２以上が１つの個別電極に接続される複数の薄膜トランジスタと、
    　前記第２絶縁基材の前記主面において前記複数の個別電極の間に配置され、前記共通電極に対向する第１個別スペーサ及び第２個別スペーサと、
    を備え、
    　前記第２個別スペーサは、前記第１個別スペーサより高く形成されており、
    　前記複数の個別電極は、周囲の前記第１個別スペーサ及び前記第２個別スペーサの配置によって前記第１絶縁基材と前記第２絶縁基材が接近するように低圧力が作用するだけで前記共通電極と導通するように設定された低圧用個別電極と、周囲の前記第１個別スペーサ及び前記第２個別スペーサの配置によって前記第１絶縁基材と前記第２絶縁基材が接近するように低圧力が作用するときに前記共通電極と導通せずに高圧力が作用するときに前記共通電極と導通するように設定された高圧用個別電極とを有している、
    圧力センサ。
  2. 　前記高圧用個別電極は前記第２個別スペーサと隣接している、請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 　前記高圧用個別電極は前記第２個別スペーサの間に挟まれている、請求項２に記載の圧力センサ。
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