JP2007121107A

JP2007121107A - 圧力センサー

Info

Publication number: JP2007121107A
Application number: JP2005313560A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Takahashi; 美朝高橋
Original assignee: NEC LCD Technologies Ltd
Current assignee: Tianma Japan Ltd
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-17
Also published as: US20070095148A1; US7373834B2

Abstract

【課題】加速度センサーを内部に有することにより、圧力センサーと加速度センサーを別個設けることを不要として、またこの加速度センサーの耐湿性を向上させた圧力センサーを提供する。
【解決手段】ＴＦＴ基板１及び対向基板５の対向する面上に、夫々下部容量電極２及び対向基板容量電極６が設けられており、両基板の周辺部にシール材７を設け、このシール材７により、両基板間が所定の間隔になるようにシール材７により囲まれた空間が密封されている。この圧力センサーは、基板に加わる圧力を下部容量電極２と対向基板容量電極６間の容量変化から計測するが、圧力センサー内部のＴＦＴ基板上１に加速度センサー３が組み込まれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度センサーを内部に有する圧力センサーに関する。

近時の技術発展に伴い、圧力センサー装置が実用化されている。従来の圧力センサーとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。図６は、特許文献１に記載の圧力感知素子の構造を示す断面図である。図６に示すように、この従来の圧力センサーは、対向する一対のダイヤフラム１００の周辺部の間にスペーサ１０１を配置し、ダイヤフラム１００が適長間隔をおいて対向するように形成されている。ダイヤフラム１００はガラス、セラミック又は金属等からなる。但し、ダイヤフラム１００が導電性でない場合には、対向する内面に電極（図示せず）が設けられる。この従来の圧力センサーにおいては、ダイヤフラム１００に外部から圧力が加わると、ダイヤフラム１００が撓み、ダイヤフラム１００間の容量が次第に増加する。この容量を計測することで、印加された圧力を測定することができる。なお、特許文献１では、線温度係数ができるだけ小さい材料からなるスペーサ１０１を用いることで容量自体の温度変化を抑制し、更に、ダイヤフラムとして適切な材料を選択することで撓み量の温度変化も抑制し、これにより、温度変化の影響の少ない圧力センサーが得られるとしている。

また、特許文献２には、圧力検知センサーとしての容量値検出センサーを設けた液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置は、対向配置された第１基板と第２基板との間に液晶層が設けられて構成された表示エリアにおいて、その各画素における第１基板の液晶層側の面に、各画素に加わる圧力を検知し、その検知したデータを出力する圧力検知センサーが設けられている。

特開昭５６−２７６３０号公報特開平１１−２５９２３４号公報

しかしながら、上述の従来の技術においては、圧力センサーの内部に別の種類のセンサーを作り込むことはなかった。即ち、圧力センサーと、例えば加速度センサーは別々のデバイスとして供給される。このような一例として、従来のＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System）が挙げられる。そこでは、省電力動作のためにタイヤが回転してからタイヤの圧力センシング回路及びデータ送受信回路が動作する仕様となっており、圧力を計測するためには、タイヤの回転を検知するための加速度センサーを別に用意する必要があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、加速度センサーを内部に有することにより、圧力センサーと加速度センサーを別個設けることを不要として、またこの加速度センサーの耐湿性を向上させた圧力センサーを提供することを目的とする。

本発明に係る圧力センサーは、第１の基板と、この第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間を外部から遮蔽するシール材と、前記第１の基板と前記第２の基板の対向する面上に夫々形成され前記第１及び第２の基板に加わる圧力を容量変化として検出する第１及び第２の電極と、前記第１又は第２の基板の前記シール材に囲まれた領域の対向面上に形成された加速度センサーと、を有することを特徴とする。

本発明においては、対向する絶縁性基板の対向する面に夫々第１及び第２の電極を設け、両基板間の空間をシール材で密封する。基板に圧力が加わると第１及び第２電極間の距離が変化し、これに応じて容量も変化する。圧力センサーはこの容量の変化から圧力を測定する。また、本発明に係る圧力センサーにおいては、シール材に囲まれた密封空間内に加速度センサーが組み込まれているので、この加速度センサーの耐湿性が著しく向上する。

加速度センサーは、上部電極と下部電極とを有し、上部電極と下部電極との電極間隔が加速度により変わる構造を持ち、それに伴う容量の変化から加速度を検出する加速度センサーとすることができる。

また、第１又は第２の基板は回路素子及び検出回路が形成された基板とすることもでき。更に、第１又は第２の基板はＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板とすることができ、また、加速度センサーをＴＦＴ基板上に設けることができる。

回路素子及びこれらの回路素子から構成される検出回路は、第１及び第２の基板とシール材により密閉された圧力センサーの内部に形成されており、回路素子及びこれらの回路素子から構成される検出回路の耐湿性が著しく向上する。また、ＴＦＴ基板に対しても同様の効果が得られる。

更に、第１又は第２の基板上のシール材の内側に温度センサーを設けることもできる。圧力センサーの内部に加速度センサー及び温度センサーを有することで、両センサーの耐湿性が向上する。また、温度センサーをＴＦＴ基板上に設けることができる。

本発明によれば、圧力センサーの内部には、加速度センサーが密閉されて形成されており、加速度センサーの耐湿性を著しく向上させることができる。また、圧力センサーを構成する基板に回路素子及びこれらの回路素子から構成される検出回路が形成されていれば、回路素子及び検出回路の耐湿性も向上し、更に、圧力センサーの内部に温度センサーが設けられていれば、温度センサーの耐湿性も著しく向上する。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照にして具体的に説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る圧力センサーを示す縦断面図であり、図２（ａ）は、図１に示す加速度センサーの構造を示す縦断面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る圧力センサーには、ＴＦＴ基板１及び対向基板５が相互に平行に設置されており、両基板の間にはシール材７が設けられている。また、ＴＦＴ基板１上には下部容量電極２が設けられ、対向基板５のＴＦＴ基板１と対向する面上には対向基板容量電極６が設けられている。ＴＦＴ基板１と対向基板５は所定の電極間隔となるようにシール材７によって周囲が密閉されている。更に、シール材７の内側でＴＦＴ基板１上には、加速度によって電極間隔が変化することにより、容量の変化から加速度を検出する加速度センサー３が設けられている。対向基板容量電極６はトランスファー８を介してＴＦＴ基板１の対応する電極パターンと電気的に接続されており、回路素子により構成された検出回路により容量又は圧力が検出され、更に、送信回路により容量又は圧力のデータが外部に送信される。

次に、加速度センサー３の構成及びその製造方法について説明する。図２（ａ）は、加速度センサー３の構造を示す縦断面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。図２（ａ）に示すように、ガラス基板９上に、保護膜１０としてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気層成長）法により酸化膜を例えば約１００ｎｍ成長させた後、リンドープポリシリコンゲート電極１１及びＣｒ（クロム）ゲート電極１２からなる積層ゲート電極を連続成膜し、フォトレジスト工程及びエッチング工程により所定の形状にパターニングする。ゲート電極上には、層間膜１３として酸化膜をＣＶＤ法により例えば１００ｎｍ成膜させ、次に、上部電極１４となるＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を例えば５０ｎｍの厚さにスパッタにより成膜し、フォトレジスト工程及びエッチング工程によりパターニングする。その後、フォトレジスト工程及びエッチング工程により、Ｃｒゲート電極１２と上部電極１４との間の層間膜を除去して、電極間のギャップを形成する。なお、上部電極１４としては、塑性変形しにくい硬い材質の導電体が用いられ、Ｃｒ、Ｍｏ（モリブデン）又はこれらの化合物等を用いてもよい。

また、図２（ｂ）に示すように、Ｃｒゲート電極１２上には、上部電極のリード部１５及び上部電極の容量電極部１６からなる上部電極１４が設けられており、層間膜除去領域１７により電極間のギャップが形成されている。ここで、上部電極１４は所定の加速度が得られるように、上部電極のリード部１５を１層で撓み易くし、上部電極の容量電極部１６を２層構造として重くして、電極間ギャップが加速度により変わりやすくした構造をとることもできる。

次に、本実施形態に係る圧力センサーの動作について説明する。上述のように、圧力センサーは、ＴＦＴ基板１及び対向基板５の夫々対向する面上に下部容量電極２及び対向基板容量電極６が設けられており、下部容量電極２及び対向基板容量電極６の周囲に設けられたシール材７により、このシール材７により囲まれた下部容量電極２及び対向基板容量電極６の空間が密封されている。また、このシール材７により、下部容量電極２及び対向基板容量電極６が、所定の間隔で離隔している。対向基板５に外側から圧力が加わると、電極が撓むことにより電極間の距離が変化し、これに応じて容量も変化する。圧力センサーはこの容量の変化から圧力を測定する。また、加速度センサー３は、加速度によって上部電極１４が撓み、上部電極１４とＣｒゲート電極１２との間の距離が変化することによる容量変化を検出することで、加速度を測定する。

次に、本実施形態の効果について説明する。上述の如く、本実施形態の圧力センサーの内部には加速度センサーが組み込まれている。また、ＴＦＴ基板１の内面には回路素子及び検出素子が形成されている。このため、これらの加速度センサー、ＴＦＴ、回路素子及び検出回路は圧力センサーの内部に密封されているので、これらの耐湿性が著しく向上する。

なお、本実施形態においては、下部容量電極２を設けた基板をＴＦＴ基板としたが、圧力センサーのみが形成される基板であってもよい。この場合は、下部容量電極２が形成された基板には外部と接続するための端子部が設けられる。なお、ＴＦＴ基板を使用した場合も、外部回路と接続する必要がある場合には、同様に端子部が設けられる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る圧力センサーを示す縦断面図であり、図４（ａ）は、図３に示す温度センサーの縦断面図であり、図４（ｂ）はその平面図である。図３に示すように、本実施形態に係る圧力センサーは、前述の第１の実施形態と比較して、ＴＦＴ基板１上に温度センサー４が設けられている点が異なっている。本実施形態における上記以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

次に、温度センサー４の構成について説明する。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、温度センサーは上述の加速度センサーと同様の工程を経て形成される。異なる点は、スペーサ１８を上部電極１４の四隅に配することにより、上部電極１４とＣｒゲート電極１２との間にギャップを形成している点である。スペーサ１８は、例えば約２μｍの高さのアクリル樹脂であり、塗布、フォトレジスト工程及びベーク工程を経て形成される。本実施形態の動作は、前述の第１の実施形態と基本的に同じであり、温度センサーは加速度センサーと同様に、温度変化で電極間隔が変わることによる容量変化を検知することにより温度を検出する。本実施形態の効果は、第１の実施形態の効果と同様であり、圧力センサーの内部に加速度センサー及び温度センサーが密閉して設置されているので、各センサーの耐湿性が向上することである。

次に、本発明の第２の実施形態の変形例について説明する。本変形例における構成は図３と同様であり、第２の実施形態と異なる点は、温度センサー４として、図５に示すようにダイオードを利用する点である。ここで、図５（ａ）は本変形例における温度センサー４の構成を示す縦断面図であり、図５（ｂ）はその平面図である。次に、本変形例における温度センサー４の構成について説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、Ｎ+領域１９の内側にＰ領域２０、更にその内側にＰ+領域２１が形成されている。それらは、フォトレジスト工程並びにリン及びボロンのドーピング工程を経て形成される。Ｐ領域２０はダイオードの接合リークを防ぐのに有効である。そして、ＥＬＡ（Excimer Laser Anneal）工程を経て結晶化された後、ＳｉＮのパッシベーション膜をＣＶＤ法により例えば約２０ｎｍの厚さで成膜し、コンタクト２２を形成した後、アノード電極２３及びカソード電極２４の形状にパターニングをする。本変形例における温度センサーの動作は、第２の実施形態における温度センサーの動作とは異なり、ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧降下（Ｖｆ）の温度依存性（ΔＶｆ≒2ｍＶ/℃）を利用することで温度を検出する。本変形例におけるその他の動作は、前述の第２の実施形態における動作と同様である。また、本変形例における効果は、前述の第２の実施形態における効果と同様である。

本発明は、ＴＰＭＳ用センサー等に好適に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る圧力センサーを示す縦断面図である。（ａ）は、図１に示す加速度センサーを示す縦断面図であり、（ｂ）はその平面図である。本発明の第２の実施形態に係る圧力センサーを示す縦断面図である。（ａ）は、図３に示す温度センサーを示す縦断面図であり、（ｂ）はその平面図である。（ａ）は、第２の実施形態の変形例における温度センサーを示す縦断面図であり、（ｂ）はその平面図である。特許文献１に記載の圧力感知素子の構造を示す断面図である。

符号の説明

１；ＴＦＴ基板
２；下部容量電極
３；加速度センサー
４；温度センサー
５；対向基板
６；対向基板容量電極
７；シール材
８；トランスファー
９；ガラス基板
１０；保護膜
１１；リンドープポリシリコンゲート電極
１２；Ｃｒゲート電極
１３；層間膜
１４；上部電極
１５；上部電極のリード部
１６；上部電極の容量電極部
１７；層間膜除去領域
１８；スペーサ
１９；Ｎ+領域
２０；Ｐ領域
２１；Ｐ+領域
２２；コンタクト
２３；アノード電極
２４；カソード電極
１００；ダイヤフラム
１０１；スペーサ

Claims

第１の基板と、この第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間を外部から遮蔽するシール材と、前記第１の基板と前記第２の基板の対向する面上に夫々形成され前記第１及び第２の基板に加わる圧力を容量変化として検出する第１及び第２の電極と、前記第１又は第２の基板の前記シール材に囲まれた領域の対向面上に形成された加速度センサーと、を有することを特徴とする圧力センサー。
前記加速度センサーは、上部電極と下部電極とを有し、加速度により前記上部電極と前記下部電極との間隔が変化し、容量の変化から加速度を検出することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
前記第１又は第２の基板が回路素子及び検出回路が形成された基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサー。
前記第１又は第２の基板がＴＦＴを含む回路素子が形成された基板であることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサー。
前記加速度センサーが前記ＴＦＴを含む回路素子が形成された基板上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサー。
前記第１又は第２の基板の前記シール材に囲まれた領域の対向面上に形成された温度センサーを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサー。
前記温度センサーが形成された基板がＴＦＴを含む回路素子が形成された基板であることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサー。