JP2005150146A - Flexible detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の物理量(圧力、温度、光量、加速度、歪、磁気、湿度、電圧、抵抗等)及び/又は化学的特性を検出する(例えば、有機半導体と、対象とする物質との化学的相互作用を利用することによる検出法)フレキシブル検知装置に関する。 The present invention detects a predetermined physical quantity (pressure, temperature, light quantity, acceleration, strain, magnetism, humidity, voltage, resistance, etc.) and / or chemical characteristics (for example, the chemistry of an organic semiconductor and a target substance). This invention relates to a flexible sensing device.
近年、温度や歪のような所定の物理量を検出することによって触覚を検知する検知装置が提案されている(例えば、特許文献1)。かかる検知装置では、スイッチング素子として機能する複合素子が、導電性基板上に形成された絶縁膜又は絶縁性基板上に形成されている。
しかしながら、従来の検知装置では、以下のような不都合がある。
(1)導電性基板上に形成された絶縁膜又は絶縁性基板(すなわち、無機材料)を使用しているため、大面積化及び機械的なフレキシビリティの確保が困難である。
(2)検出し得る物理量の種類が、圧力、温度及び歪に限られている。
(3)同一の機能を維持したまま切離し及び/又は貼り合わせを行なうことができない。
(4)検知装置を効率よく任意の大きさにするのが困難である。
However, the conventional detection device has the following disadvantages.
(1) Since an insulating film or an insulating substrate (that is, an inorganic material) formed on a conductive substrate is used, it is difficult to increase the area and secure mechanical flexibility.
(2) The types of physical quantities that can be detected are limited to pressure, temperature, and strain.
(3) Separation and / or bonding cannot be performed while maintaining the same function.
(4) It is difficult to efficiently make the detection device arbitrarily large.
本発明の目的は、大面積化及び機械的なフレキシビリティに有利なフレキシブル検知装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a flexible detection device that is advantageous in increasing the area and mechanical flexibility.
本発明の他の目的は、多様な物理量及び/又は化学的な特性を検出しうるフレキシブル検知装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a flexible sensing device capable of detecting various physical quantities and / or chemical characteristics.
本発明の他の目的は、同一の機能を維持したまま切離し及び/又は貼り合わせを自在に行なうことができるフレキシブル検知装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a flexible detection device capable of freely performing separation and / or bonding while maintaining the same function.
本発明の他の目的は、効率よく任意の大きさにすることができるフレキシブル検知装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a flexible sensing device that can be efficiently sized.
本発明によるフレキシブル検知装置は、
m行n列(m,nを共に2以上の自然数とする。)のセルのアレイを具え、
これらセルの各々が、所定の物理量及び/又は化学的特性を検出する検出手段と、そのセンサに接続された、スイッチング機能を有する有機セルを有することを特徴とする。
The flexible detection device according to the present invention comprises:
comprising an array of cells of m rows and n columns (both m and n are natural numbers greater than or equal to 2);
Each of these cells has a detection means for detecting a predetermined physical quantity and / or chemical characteristic, and an organic cell having a switching function connected to the sensor.
本発明による他のフレキシブル検知装置は、
m行n列(m,nを共に2以上の自然数とする。)のセルのアレイを具え、
これらセルの各々が、アクチュエータ又は感熱プリンタ用ヒータと、そのアクチュエータ又は感熱プリンタ用ヒータに接続された、スイッチング機能を有する有機セルを有することを特徴とする。
Another flexible sensing device according to the present invention is:
comprising an array of cells of m rows and n columns (both m and n are natural numbers greater than or equal to 2);
Each of these cells has an actuator or a thermal printer heater and an organic cell having a switching function connected to the actuator or the thermal printer heater.
本発明によるフレキシブル検知装置によれば、スイッチング機能を有する有機トランジスタを使用することにより、スイッチング素子を他の材料(例えば、シリコンのような無機材料)で構成した場合に比べて大面積化及び機械的なフレキシビリティに有利となる。なお、本明細書中、「m行n列のセルのアレイ」とは、セルがm行及びn列連続している場合だけでなく、後に説明するように、一部が抜けている場合も意味するものとする。 According to the flexible detection device of the present invention, the use of an organic transistor having a switching function increases the area and machine compared to the case where the switching element is made of another material (for example, an inorganic material such as silicon). This is advantageous for general flexibility. In this specification, “an array of cells of m rows and n columns” means not only a case where cells are continuous in m rows and n columns, but also a case where a part is missing as will be described later. Shall mean.
シリコンのような無機材料は熱抵抗が低く、したがって、無機材料を被測定物に接触させると、ヒートシンクのように作用し、熱が均等に分布しようとして擾乱を与える。それに対して、有機材料は熱抵抗が高く、したがって、有機材料を被測定物に接触させたとしても擾乱を与えにくい。したがって、スイッチング機能を有する有機トランジスタを用いた場合、物理量及び化学的特性の正確な検知の観点から有利である。 An inorganic material such as silicon has a low thermal resistance. Therefore, when an inorganic material is brought into contact with an object to be measured, it acts like a heat sink, causing a disturbance as heat is evenly distributed. On the other hand, the organic material has a high thermal resistance. Therefore, even when the organic material is brought into contact with the object to be measured, the organic material is hardly disturbed. Therefore, when an organic transistor having a switching function is used, it is advantageous from the viewpoint of accurate detection of physical quantities and chemical characteristics.
前記検出手段が、圧力センサ、温度センサ、光センサ、加速度センサ、歪センサ、磁気センサ、湿度センサ、キャパシタ、電圧センサ及びケミカルセンサのうちの少なくとも一つを有する。これによって、様々な物理量及び/又は化学的特性を検出することができる。 The detection means includes at least one of a pressure sensor, a temperature sensor, an optical sensor, an acceleration sensor, a strain sensor, a magnetic sensor, a humidity sensor, a capacitor, a voltage sensor, and a chemical sensor. Thereby, various physical quantities and / or chemical properties can be detected.
好適には、前記アレイの行及び/又は列を選択する手段を更に具え、前記アレイを、同一機能を維持しながら行単位及び/又は列単位で切離し及び/又は貼り合わせ自在となるように構成する。これによって、同一の機能を維持したまま切離し及び/又は貼り合わせを自在に行なうことができる。 Preferably, the apparatus further comprises means for selecting a row and / or a column of the array, and the array is configured to be separable and / or pasted in a row unit and / or a column unit while maintaining the same function. To do. Thereby, separation and / or bonding can be performed freely while maintaining the same function.
更に好適には、前記アレイの周辺回路を独立に構成し、前記アレイが個別に取付け自在となるように構成する。これによって、任意の大きさのアレイを効率よく作成することができる。 More preferably, the peripheral circuits of the array are configured independently so that the arrays can be individually attached. This makes it possible to efficiently create an array of an arbitrary size.
なお、前記検出手段が、圧力センサ、温度センサ、光センサ、加速度センサ、歪センサ、磁気センサ、湿度センサ、キャパシタ、電圧センサ及びケミカルセンサのうちの少なくとも二つを有し、これら少なくとも二つのものが、同一のトランジスタによってアクセス可能となるように構成することもできる。 The detecting means includes at least two of a pressure sensor, a temperature sensor, an optical sensor, an acceleration sensor, a strain sensor, a magnetic sensor, a humidity sensor, a capacitor, a voltage sensor, and a chemical sensor, and at least two of them. However, it can be configured to be accessible by the same transistor.
本発明による他のフレキシブル検知装置によれば、大面積化及び機械的なフレキシビリティに有利となるように、アクチュエータ又は感熱プリンタ用ヒータ及び有機トランジスタを集積することができる。 According to another flexible detection device according to the present invention, an actuator or a heater for a thermal printer and an organic transistor can be integrated so as to be advantageous in increasing the area and mechanical flexibility.
本発明によるフレキシブル検知装置の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明によるフレキシブル検知装置の実施の形態を示す図である。このフレキシブル検知装置は、16行16列のセルのアレイ1と、ローデコーダ2と、カラムセレクタ3とを具える。
Embodiments of a flexible detection device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a flexible detection device according to the present invention. This flexible sensing device comprises an
アレイ1の各セル11は、所定の物理量及び/又は化学的特性を検出するセンサ11aと、センサ11aに接続された、スイッチング機能を有するPMOSの有機トランジスタ11bとを有する。センサ11aを、後に詳しく説明するように、圧力センサ、温度センサ、光センサ、加速度センサ、歪センサ、磁気センサ、湿度センサ、キャパシタ、電圧センサ及びケミカルセンサのうちの少なくとも一つとする。
Each
ローデコーダ2は、アレイ1の各行に対応する5個のPMOS12a〜12eを有し、これらPMOS12a〜12eは、NANDを構成する。カラムセレクタ3は、アレイ1の各列に対応する3個のPMOS13a〜13cを有し、これらPMOS13a〜13cは、NANDを構成する。
The
本実施の形態によれば、スイッチング機能を有する有機トランジスタ11bを使用することにより、スイッチング素子を他の材料(例えば、シリコンのような無機材料)で構成した場合に比べて大面積化及び機械的なフレキシビリティに有利となる。
According to the present embodiment, the use of the
なお、アレイ1、ローデコーダ2及びカラムセレクタ3を独立に構成し、金属配線を蒸着したテープや導電性接着剤を用いて互いに接続させることによって、アレイが個別に取付け自在となり、これによって、任意の大きさのアレイを効率よく作成することができる。
The
また、ローデコーダ2及びカラムセレクタ3をNANDで構成しているので、任意の行数及び/又は列数のセル及びそれに対応するローデコーダ2及びカラムセレクタ3のPMOSをカッターナイフなどで切り離すことによって、マスクを設計し直すことなく同一機能を維持しながらフレキシブル検知装置の一部を切離し自在にすることができる。その結果、フレキシブル検知装置の設計時間を短縮し、かつ、製造コストを削減することができる。図1において、4行4列のセルのアレイを切り離す場合を破線で示す。
In addition, since the
さらに、より多くのアドレス線を用意し、これらアドレス線に対応するアレイを貼り付ける構成にすることによって、同一機能を維持しながらアレイを貼り合わせ自在とすることができ、その結果、フレキシブル検知装置の検知領域を拡張することができる。 Furthermore, by preparing more address lines and attaching the arrays corresponding to these address lines, the arrays can be attached together while maintaining the same function. As a result, the flexible detection device The detection area can be expanded.
図2は、図1のフレキシブル検知装置の動作を説明するための図である。この場合、16行1列目のセル1のセンサ11aが所定の物理量及び/又は化学的特性を検出した場合の信号波形の一例を示すものであり、アドレス、負荷信号を外部から供給すると同時に、データ出力も外部からプリチャージしてGNDに落としておく。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the flexible detection device of FIG. In this case, an example of a signal waveform when the sensor 11a of the
ローデコーダ2によってワード線Fが選択されるとともに、カラムセレクタ3によってカラムS3が選択される。センサ11aの抵抗の抵抗値が小さくなるので、図1の一番左下にあるビット線からデータ出力D0に電流が流れ出し、電圧が上昇する。
The
このようにして得られた出力から、画像処理技術を用いて所定の物理量及び/又は化学的特性のデータを解析し、これによって、人間が持つ鋭敏な触覚に匹敵するセンシング機能を達成することができる。 From the output obtained in this way, data of a predetermined physical quantity and / or chemical property is analyzed using an image processing technique, thereby achieving a sensing function comparable to a human's sensitive tactile sense. it can.
図3は、本発明によるフレキシブル検知装置の他の実施の形態を示す図である。このフレキシブル検知装置は、16行16列のセルのアレイ1と、シフトレジスタを有するローデコーダ2’と、シフトレジスタを有するカラムセレクタ3’とを具える。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the flexible detection device according to the present invention. This flexible sensing device comprises an
本実施の形態のように、PMOSの代わりにシフトレジスタを用いてローデコーダ2’及びカラムセレクタ3’を構成することができる。なお、図3において、4行4列のセルのアレイを切り離す場合を破線で示す。 As in this embodiment, the row decoder 2 'and the column selector 3' can be configured using shift registers instead of PMOS. In FIG. 3, a case where a cell array of 4 rows and 4 columns is separated is indicated by a broken line.
図4は、ローデコーダのレイアウトの一部を示す図である。図4において、ソース/ドレイン21a、ゲート21b及び有機膜21cを有するローアドレス入力部21と、ビア22aを有する負荷部22とを示し、ローアドレス入力部21及び負荷部22は、接続部23によって接続されている。
FIG. 4 shows a part of the layout of the row decoder. 4 shows a row
図4に示すように、切断箇所A−A’,B−B’の配線を、他の箇所に比べて太くし、外部との接続を容易にしている。また、接続部23も、他の箇所に比べて配線を太くしている。 As shown in FIG. 4, the wirings at the cut portions A-A ′ and B-B ′ are thicker than other portions to facilitate connection to the outside. Further, the connection portion 23 is also thicker than other portions.
ローアドレス入力部21にはビアが存在しない。ビアの存在により製造コストに差が生じる場合には、図4に示すようにロードアドレス入力部21及び負荷部22を分離することによって、製造コストを削減することができる。
There is no via in the row
なお、ロードアドレス入力部21及び負荷部22を一体で製造することもできる。さらに、アドレスを更に拡張するためにロードアドレス入力部21に端子を用意し、貼り合わせによる拡張を行なうこともできる。
It should be noted that the load
図5は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの製造方法を説明するための図である。この場合、有機トランジスタ及び圧力センサが集積化される。
先ず、ポリイミドフィルムやポリエチレンテレフタレート(PET)のような高分子フィルム31にゲート電極32を形成する。次いで、ポリイミドのようなゲート絶縁膜33を、スピンコートによって塗布し、オーブンで硬化させる。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing an array cell of the flexible detection device. In this case, the organic transistor and the pressure sensor are integrated.
First, a
次いで、レーザ加工などによってポリイミドの一部を剥離し、ビアを形成するための準備をする。なお、レーザ加工の際には、例えば、YAGレーザ発振機、Qスイッチ、X−Yテーブル及びコンピュータからなるレーザ加工機を用いる。ペンタセンなどの有機半導体層34を、蒸着などによって形成する。蒸着の際に、メタルマスクを用いることによって、必要な箇所だけに有機半導体層34を形成し、素子分離を行う。最後に、ソース電極35及びドレイン電極36を形成し、有機トランジスタを完成する。
Next, a part of the polyimide is peeled off by laser processing or the like to prepare for forming a via. In laser processing, for example, a laser processing machine including a YAG laser oscillator, a Q switch, an XY table, and a computer is used. An
有機トランジスタを形成した後、圧力センサとの集積化を行うために、先ず、ポリイミドフィルムなどの高分子フィルム37に加工を施し、スルーホールシート38を形成する。高分子フィルム37を、有機トランジスタを形成した高分子フィルム31に重ね合わせて張り合わせる。さらに、シリコーンゴムにグラファイトを添加して形成された感圧導電ゴムシート39を張り合わせる。最後に、電極40を保持した高分子フィルム41を張り合わせて、デバイスが完成する。
After forming the organic transistor, in order to integrate with the pressure sensor, first, a
図6は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の製造方法を説明するための図である。この場合、有機トランジスタ及び圧力センサを集積するに際し、スルーホールシートが形成された高分子フィルムを、有機トランジスタが形成された高分子フィルムに重ね合わせる代わりに、高分子フィルム51に、機械的な加工を施してスルーホールシート52を予め形成する(図6A)。
FIG. 6 is a diagram for explaining another method of manufacturing the cells of the array of the flexible detection device. In this case, when integrating the organic transistor and the pressure sensor, instead of superimposing the polymer film on which the through-hole sheet is formed on the polymer film on which the organic transistor is formed, the
その後、図5で説明したのと同様にして、高分子フィルム51の一方の面に有機トランジスタ53を形成する(図6B)とともに、他方の面に感圧導電ゴムシート54を貼り合わせる。最後に、感圧導電ゴム54に、電極55を保持した高分子フィルム56を貼り合わせる(図6C)。
Thereafter, in the same manner as described with reference to FIG. 5, an
図7は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の製造方法を説明するための図である。この場合、高分子フィルム上に様々な素子を集積したものであり、素子分離が完全に行われている。先ず、高分子フィルム61の一方の面には、硬化させる前のシリコーンゴムを載せる際に、パターニングを施しておく。その後、シリコーンゴムを硬化させ、感圧導電ゴムシート62を形成する。その後、高分子フィルム61の他方の面に有機トランジスタ63を形成する。最後に、高分子フィルム64に保持された電極65を、感圧導電ゴムシート62に貼り合わせ、デバイスを完成させる。
FIG. 7 is a diagram for explaining another method of manufacturing the cells of the array of the flexible detection device. In this case, various elements are integrated on the polymer film, and the elements are completely separated. First, patterning is performed on one surface of the
図8は、図5〜図7のうちのいずれかの製造方法によって製造されたフレキシブル検知装置のアレイのセルの電圧・電流特性を示す図である。図8において、横軸はゲート電圧VGSを表し、縦軸はソース・ドレイン電流IDSを示す。また、実線は、高分子フィルムをポリエチレンテレフタレート(PET)で構成した場合の電圧・電流特性を示し、破線は、高分子フィルムをポリイミドで構成した場合の電圧・電流特性を示す。 FIG. 8 is a diagram showing the voltage / current characteristics of the cells of the array of the flexible sensing device manufactured by any one of the manufacturing methods of FIGS. 8, the horizontal axis represents the gate voltage V GS, the vertical axis represents the source-drain current I DS. The solid line shows the voltage / current characteristics when the polymer film is made of polyethylene terephthalate (PET), and the broken line shows the voltage / current characteristics when the polymer film is made of polyimide.
図9は、図5〜図7のうちのいずれかの製造方法によって製造されたフレキシブル検知装置のアレイのセンサの入出力特性の場所依存性を示す図である。図9において、横軸は位置を表し、縦軸は電流を表す。なお、位置1〜4mmがセンサ位置に対応する。
FIG. 9 is a diagram showing the location dependence of the input / output characteristics of the sensors in the array of the flexible detection device manufactured by any one of the manufacturing methods in FIGS. In FIG. 9, the horizontal axis represents position, and the vertical axis represents current. The
図8及び9からわかるように、圧力センサ及び有機トランジスタを集積したセルにおいて、圧力が良好に検知される。このようなセルによって構成されたアレイを具えるフレキシブル検知装置は、大面積化及び機械的なフレキシビリティに有利であり、人工皮膚などの用途に最適である。 As can be seen from FIGS. 8 and 9, the pressure is well detected in the cell in which the pressure sensor and the organic transistor are integrated. A flexible sensing device including an array constituted by such cells is advantageous in increasing the area and mechanical flexibility, and is optimal for applications such as artificial skin.
本発明のフレキシブル検知装置を人工皮膚として使用する場合、圧力センサの他に温度センサも使用すると効果的である。温度センサとしては、温度依存性のある有機トランジスタや、異種金属を接合させた熱電効果を利用した素子を使用することができる。なお、2個の有機トランジスタを集積した構造は、光センサ及び有機トランジスタの集積化に関連して詳しく説明する。 When the flexible detection device of the present invention is used as artificial skin, it is effective to use a temperature sensor in addition to the pressure sensor. As the temperature sensor, an organic transistor having temperature dependency or an element utilizing a thermoelectric effect in which different metals are joined can be used. Note that a structure in which two organic transistors are integrated will be described in detail in connection with integration of an optical sensor and an organic transistor.
図10は、光センサを用いた場合の本発明によおるフレキシブル検知装置の動作を説明するための図である。この場合、センサとして光センサを用いることによって、フレキシブル検知装置をイメージキャプチャ71として用いることができる。
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the flexible detection device according to the present invention when an optical sensor is used. In this case, the flexible detection device can be used as the
従来、画像の読取りを行うに際し、CCDを使用するのが一般的であるが、CCDを用いた場合、大面積化及び機械的なフレキシビリティに不利であり、複雑な光学素子が必要となる。それに対して、本発明のように有機トランジスタを用いた場合、大面積化及び機械的なフレキシビリティに有利であり、簡単な光学系によって又は光学素子を用いることなく画像を読み取ることができる。 Conventionally, when an image is read, a CCD is generally used. However, when a CCD is used, it is disadvantageous for an increase in area and mechanical flexibility, and a complicated optical element is required. On the other hand, when an organic transistor is used as in the present invention, it is advantageous for an increase in area and mechanical flexibility, and an image can be read with a simple optical system or without using an optical element.
イメージキャプチャ71の動作を説明する。光がセル72,73の光センサを通過すると、その光は、紙上の読み取るべきイメージに到達する。セル72のように、黒インク上に当たった光74は、光センサにほとんど戻らない。それに対して、セル73のように、黒インクのない白紙部分に当たった光75の大部分は、反射して光センサに戻る。その結果、光センサの出力から紙の白黒を判別することができる。
The operation of the
さらに、本のコピーする場合、従来のスキャナでは、本の背に近い内側部分を鮮明にコピーするのが困難であることが多い。しかしながら、本発明によれば、イメージキャプチャ71それ自体が機械的なフレキシビリティを有するので、ページ全体をゆがみなく読み取ることができる。
Further, when copying a book, it is often difficult for a conventional scanner to clearly copy an inner portion near the back of the book. However, according to the present invention, since the
また、可動部品のような機械部分がないので、後に説明するように、製造を簡単かつ低コストで行うことができる。さらに、イメージキャプチャ71は、軽量あるとともに、耐衝撃性に強いという利点も有する。
Further, since there is no mechanical part such as a movable part, as will be described later, manufacturing can be performed easily and at low cost. Further, the
図11は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの一例の断面図である。このセルは、高分子フィルム81の上に有機トランジスタ82及び光センサ83が形成されたものであり、図5で説明したのと同一の製造方法で製造される。
FIG. 11 is a cross-sectional view of an example of a cell in an array of flexible sensing devices. In this cell, an
この場合、有機トランジスタ82は、有機トランジスタ53(図6)とほぼ同一構造を有するが、ゲート電極84を、光センサ84とのコンパティビリティのために、ITOなどの透明電極で構成する。光センサ83は、ITO85、p型有機半導体86、n型有機半導体87、及びアルミニウムやITOのような陰極用の電極88の多層構造で形成される。
In this case, the
p型有機半導体86を、有機トランジスタ82のチャネルを構成する材料と同一材料と異なる材料のうちのいずれで構成してもよく、n型有機半導体87を、例えばNTCDIで構成する。
The p-type
図12は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。このセルには、高分子フィルム91上に、有機トランジスタ82(図11)と同一構成の有機トランジスタ92と、pn接合を用いる代わりに有機トランジスタによって構成された光センサ93とを有する。
FIG. 12 is a cross-sectional view of another example of cells of an array of flexible sensing devices. In this cell, an
光センサ93を構成する有機トランジスタは、有機トランジスタ92と同一構成を有する。この場合、有機半導体層の成膜を一度で済ますことができるので、製造工程を著しく簡単にすることができる。また、光センサ93において、光を吸収する有機半導体層94が露出しているため、光の透過率の観点から有利である。
The organic transistor that constitutes the
図13は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。この場合、高分子フィルム91に形成された有機トランジスタ92及び光センサ93の上に、光が透過しない高分子フィルム101を設け、光センサ93の上に孔102を開ける。このように有機トランジスタ92に光が当たらなくするとともに、光センサ93のみに光を当てるような構成にすることによって、動作が安定する。
FIG. 13 is a cross-sectional view of another example of cells of an array of flexible sensing devices. In this case, a
図14は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。この場合、光センサ103は、光センサ93(図12、13)からゲート電極及び絶縁膜を省略した構成を有する。図5で説明した製造方法で有機トランジスタを製造する場合には、ポリイミドなどのゲート絶縁膜をスピンコートで塗布するために、ゲート絶縁膜の剥離を最小限にすることが好ましい。このようなときには、剥離を省略することができる。さらに、図14において、電極104,105を有機半導体層106の上に形成しているが、電極104,105を高分子フィルム91と有機半導体層106との間に形成してもよい。
FIG. 14 is a cross-sectional view of another example of a cell of an array of flexible sensing devices. In this case, the
図15は、pn接合を有する光センサの特性を示す図であり、図16は、有機トランジスタを有する光センサの特性を示す図である。いずれの場合にも、光強度に応じて光センサが応答することを示す。 FIG. 15 is a diagram illustrating characteristics of an optical sensor having a pn junction, and FIG. 16 is a diagram illustrating characteristics of an optical sensor having an organic transistor. In either case, the optical sensor responds according to the light intensity.
高分子フィルムのようなフレキシブルシート上に形成された有機トランジスタは、折れ曲がると電流値が変化する。その結果、図12に示すセルは、光の代わりに歪を検出する機能を有するようになる。有機トランジスタが歪を検出するのに最適化するために、図17に示すように、高分子フィルム111の一方の面に、スイッチング機能を有する有機トランジスタ112と、有機トランジスタによって構成された歪センサ113とを形成し、高分子フィルム114の他方の面に、高分子フィルム114及び硬い部分115を形成する。有機トランジスタ112の下に硬い部分115を設けることにより、歪によって特性が変化しにくくなり、歪センサ113の下に高分子フィルム114を設けることにより、歪を検出しやすくなる。
An organic transistor formed on a flexible sheet such as a polymer film changes its current value when it is bent. As a result, the cell shown in FIG. 12 has a function of detecting distortion instead of light. In order to optimize the organic transistor for detecting strain, as shown in FIG. 17, on one surface of the polymer film 111, an
図18に示すように、スイッチング機能を有する有機トランジスタ121に対応する部分を肉厚にするとともに、有機トランジスタで構成された歪センサ122に対応する部分を肉薄にした高分子フィルム123を設けることによって、歪検出機能を有するセルを構成することもできる。
As shown in FIG. 18, by providing a
図17及び図18において、有機トランジスタのゲート電極をITOで構成する必要がない。なお、歪によって有機トランジスタの特性が変化することを、図19に示す。図19において、有機トランジスタを折り曲げていくと、曲率の応じて電流電圧特性が変化することがわかる。その結果、有機トランジスタを歪センサや加速度センサ(これについては後に説明する。)に適用できることがわかる。 17 and 18, it is not necessary to form the gate electrode of the organic transistor from ITO. FIG. 19 shows that the characteristics of the organic transistor change due to strain. In FIG. 19, it can be seen that when the organic transistor is bent, the current-voltage characteristics change according to the curvature. As a result, it can be seen that the organic transistor can be applied to a strain sensor and an acceleration sensor (which will be described later).
図20は、本発明によるフレキシブル検知装置のアレイのセルが有機トランジスタ及びキャパシタを有する場合の回路図である。図20において、有機トランジスタ131及びキャパシタ132を有することによって、キャパシタンス・カップリングのセンサアレイを実現することができる。このような構成は、フレキシブルタッチパネル、人工皮膚、生体計測等に利用することができる。
FIG. 20 is a circuit diagram when the cell of the array of the flexible detection device according to the present invention has an organic transistor and a capacitor. In FIG. 20, by having the
図21は、図20の回路の具体的な構成の断面図である。この場合、有機トランジスタ141のソース電極142とドレイン電極143のうちのいずれか一方を、キャパシタを構成する電極144に接続する(図21の場合、ドレイン電極143を電極144に接続する。)。その後、電極144は、絶縁膜(保護膜)145によって被覆される。なお、キャパシタの電極は、高分子フィルム146のいずれの面にあってもよい。
FIG. 21 is a cross-sectional view of a specific configuration of the circuit of FIG. In this case, one of the
図22は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。この場合、高分子フィルム151上に、スイッチング機能を有する有機トランジスタ152と、有機トランジスタによって構成された3端子構造の化学センサ153とが集積されている。
FIG. 22 is a cross-sectional view of another example of cells of an array of flexible sensing devices. In this case, an
図23は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。この場合、高分子フィルム161上に、スイッチング機能を有する有機トランジスタ162と、2端子構造の化学センサ163とが集積されている。化学センサ163は、化学センサ用高分子を有する。
FIG. 23 is a cross-sectional view of another example of cells of an array of flexible sensing devices. In this case, an
図24は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。この場合、高分子フィルム171上に、スイッチング機能を有する有機トランジスタ172と、有機トランジスタによって構成された3端子構造の化学センサ173とが集積されている。また、有機トランジスタ172及び化学センサ173の上には、光を通さない高分子フィルム174が設けられ、化学センサ173の上には、孔175が形成されている。このように化学センサ173の実行部分のみを露出させることによって、動作が安定する。
FIG. 24 is a cross-sectional view of another example of cells of an array of flexible sensing devices. In this case, an
図25は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。この場合、高分子フィルム181の上に、スイッチング機能を有する有機トランジスタ182と、有機トランジスタによって構成された電圧センサ183とが集積されており、対象184の電圧のマッピングなどを直接電極185に当てて計測するものである。なお、電極は、高分子フィルム181のいずれの面に形成されてもよい。
FIG. 25 is a cross-sectional view of another example of cells of an array of flexible sensing devices. In this case, an
図26は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。図26に示すセルは、高分子フィルム191の一方の面に有機トランジスタ192が形成され、他方の面に高分子フィルム193及び高分子フィルム194が順に形成される。また、高分子フィルム191,194に形成された電極195,196は、キャパシタを構成する。
FIG. 26 is a cross-sectional view of another example of cells of an array of flexible sensing devices. In the cell shown in FIG. 26, an
本実施の形態では、加速度センサの機能を有する。従来、加速度センサとして、シリコンMEMSを利用したものなどが提案されているが、大面積化及び機械的なフレキシビリティに不利である。 In this embodiment, it has a function of an acceleration sensor. Conventionally, an acceleration sensor using silicon MEMS has been proposed, but it is disadvantageous for an increase in area and mechanical flexibility.
大面積化及び機械的なフレキシビリティに有利となるようにするために、スイッチ部分のみならず、加速度センサ部分もフレキシブルである必要がある。また、印刷技術などを利用して大面積を低価格で実現できることが望ましい。 In order to be advantageous in increasing the area and mechanical flexibility, not only the switch part but also the acceleration sensor part needs to be flexible. In addition, it is desirable that a large area can be realized at a low price by using a printing technique or the like.
したがって、高分子フィルムに加工を施して変位を計測できるようにすることによって、加速度センサ部分を実現する。図26に示すセルにおいては、高分子フィルム194でメンブランを形成し、スプリングの機能を持たせ、このメンブランの変位量を静電容量の変化から読み取る。
Therefore, the acceleration sensor portion is realized by processing the polymer film so that the displacement can be measured. In the cell shown in FIG. 26, a membrane is formed with a
図27は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。この場合、高分子フィルム201の肉厚部分に、スイッチング機能を有する有機トランジスタ202を形成し、高分子フィルム201の肉薄部分に、有機トランジスタで構成された加速度センサ203を形成する。この場合も、高分子フィルム201の変位を感知することによって、加速度を計測することができる。
FIG. 27 is a cross-sectional view of another example of a cell in an array of flexible sensing devices. In this case, the
図28は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。この場合、高分子フィルム211の一方の面に、スイッチング機能を有する有機トランジスタ212と、アルメル線213及びクロメル線214の熱電対からなる温度センサ215とが形成されている。
FIG. 28 is a cross-sectional view of another example of cells of an array of flexible sensing devices. In this case, an
図29は、フレキシブル検知装置のアレイのセルの他の例の断面図である。図29に示すセルは、高分子フィルム221の一方の面に有機トランジスタ222が形成され、他方の面に高分子フィルム223及び高分子フィルム224が順に形成される。また、高分子フィルム223内に形成された電極225,226は、キャパシタを構成する。
FIG. 29 is a cross-sectional view of another example of a cell in an array of flexible sensing devices. In the cell shown in FIG. 29, the
高分子フィルム223は、湿度によって静電容量が変化する高分子材料によって構成される。これによって、大面積化及び機械的なフレキシビリティに有利な湿度検出機能を実現することができる。
The
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、有機トランジスタとして、上記実施の形態で用いられたもの以外の任意の構成の有機トランジスタを使用することができる。また、センサとして、任意の種類のセンサを組み合わせて使用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many changes and modifications can be made.
For example, as the organic transistor, an organic transistor having an arbitrary configuration other than that used in the above embodiment can be used. Further, any type of sensor can be used in combination as a sensor.
上記実施の形態において、アレイを、同一機能を維持しながら行単位及び/又は列単位で切離し自在となるように構成する場合について説明したが、同一の機能を維持したまま貼り合わせを自在に行うことができる。また、アレイの周辺回路(ローデコーダ及び/又はカラムセレクタ)を独立に構成し、アレイが個別に取付け自在となるように構成することもでき、これによって、任意の大きさのアレイを効率よく作成することができる。 In the above-described embodiment, the case has been described in which the array is configured to be separable in units of rows and / or columns while maintaining the same function. However, bonding can be performed while maintaining the same function. be able to. In addition, the array peripheral circuits (row decoder and / or column selector) can be configured independently, so that the array can be mounted individually, so that an array of any size can be created efficiently. can do.
さらに、アレイは、行列が連続である場合のみならず、抜けがある場合も本発明を実現することができる。例えば、図30に示すように、m行n列のセルのアレイにおいて、m行n−1列目のセル及びm−1〜m行n列目のセルの抜けがある場合でも、本発明を実現することができる。 Furthermore, the array can implement the present invention not only when the matrix is continuous, but also when there is an omission. For example, as shown in FIG. 30, in the array of cells of m rows and n columns, the present invention can be achieved even when there are missing cells in the m rows and n-1 columns and the cells in the m-1 to m rows and n columns. Can be realized.
人工皮膚は、痛点、温点等を有する。したがって、本発明によるフレキシブル検知装置を人工皮膚に適用されたときのように各セルが複数のセンサを有する場合、複数のセンサへのアクセスが同一トランジスタによってアクセス可能となる、すなわち、複数のセンサにアクセスするトランジスタを共有するのが好ましい。 Artificial skin has pain points, warm points, and the like. Therefore, when each cell has a plurality of sensors as in the case where the flexible detection device according to the present invention is applied to artificial skin, access to the plurality of sensors becomes accessible by the same transistor, that is, the plurality of sensors It is preferable to share the transistor to be accessed.
各セルが圧力センサ301及び温度センサ302を有する場合について説明すると、ワード線を共用することによって、ワード線に接続された、図示しないアクセス用のトランジスタを共有する場合(図31A参照)、及びビット線を共有することによって、ビット線に接続された、図示しないアクセス用のトランジスタを共有する場合(図31B参照)がありうる。
A case where each cell has a
本発明の他のフレキシブル検知装置では、m行n列(m,nを共に2以上の自然数とする。)のセルのアレイを具え、これらセルの各々について、有機トランジスタ321及びプラスチック製の静電アクチュエータ322を集積化し、有機トランジスタ321が、静電アクチュエータ322を駆動するためのスイッチとして機能する(図32,33)。
Another flexible sensing device of the present invention comprises an array of cells of m rows and n columns (both m and n are natural numbers greater than or equal to 2), for each of these cells an
この場合、高分子フィルム323の一方の面に有機トランジスタ321が形成され、その他方には、高分子フィルム324が形成される。アクチュエータ322は、電極325と、フリースタンディングのメンブレン326の裏面にある電極327とを有する。なお、区分328の反対側の面には有機トランジスタ321が形成されている。
In this case, the
可動なメンブレン326の表面に高反射率の金属などをコーティングすることによって、光スイッチアレイ、ディスプレイ等に適用することができる。また、音響の反射の状況を自在に変化できる壁紙などにも利用することができる。
By coating the surface of the
さらに、局所的に電流を流し、電圧を印加し、加熱し、又は磁場を加えることができるデバイスを、フレキシブルなシート(例えば、プラスチックシート上に形成することができる。その結果、溶けることなくパルス状に駆動する有機感熱プリンタを実現することができる。図34に示す例では、高分子フィルム331の一方の面に、有機トランジスタ332と、加熱(感熱プリンタ)用のヒータ333とを集積する。この場合、ヒータ333は、電極334,335と、加熱用抵抗体336とを有する。
In addition, a device capable of applying a current locally, applying a voltage, heating, or applying a magnetic field can be formed on a flexible sheet (eg, a plastic sheet. As a result, the pulse without melting. 34, the
本発明は、エレクトロニクス、ロボテクス、機械工学等の分野で利用され、人工皮膚などに適用される。 The present invention is used in the fields of electronics, robotics, mechanical engineering and the like, and is applied to artificial skin and the like.
1 アレイ
2,2’ ローデコーダ
3,3’ カラムセレクタ
11,72,73 セル
11a センサ
11b,53,63,82,92,112,121,131,141,152,162,172,182,192,202,203,212,222,321,332 有機トランジスタ
12a,12b,12c,12d,12e,13a,13b,13c PMOS
21 ローアドレス入力部
21a ソース/ドレイン
21b ゲート
21c 有機膜
22 負荷部
22a ビア
23 接続部
31,37、41,51,56,61,64,81,91,101,111,114,123,146,151,161,171,174,181,191,193,194,201,211,221,223,224,323,324,331 高分子フィルム
32,84 ゲート電極
33 ゲート絶縁膜
34,94,106 有機半導体層
35,142 ソース電極
36,143 ドレイン電極
38,52 スルーホールシート
39,54,62 感圧導電ゴムシート
40,55,65,88,104,105,133,144,185,195,196,225,226、325,327,334,335 電極
71 イメージキャプチャ
74,75 光
83,93,103 光センサ
85 ITO
86 p型有機半導体
87 n型有機半導体
102,175 孔
113,122 歪センサ
115 硬い部分
132 キャパシタ
145 絶縁膜(保護膜)
153,163,173 化学センサ
184 対象
213 アルメル線
214 クロメル線
215,302 温度センサ
301 圧力センサ
322 静電アクチュエータ
326 メンブレン
327 区分
333 ヒータ
336 加熱用抵抗導体
1
21 row
86 p-type organic semiconductor 87 n-type organic semiconductor 102,175 hole 113,122
153, 163, 173
Claims (8)
これらセルの各々が、所定の物理量及び/又は化学的特性を検出する検出手段と、そのセンサに接続された、スイッチング機能を有する有機セルを有することを特徴とするフレキシブル検知装置。 comprising an array of cells of m rows and n columns (both m and n are natural numbers greater than or equal to 2);
Each of these cells has a detection means for detecting a predetermined physical quantity and / or chemical property, and an organic cell having a switching function connected to the sensor.
これらセルの各々が、アクチュエータ又は感熱プリンタ用ヒータと、そのアクチュエータ又は感熱プリンタ用ヒータに接続された、スイッチング機能を有する有機セルを有することを特徴とするフレキシブル検知装置。 comprising an array of cells of m rows and n columns (both m and n are natural numbers greater than or equal to 2);
Each of these cells has an actuator or a thermal printer heater and an organic cell having a switching function connected to the actuator or thermal printer heater.
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