JP2020016437A - Pressure sensor and manufacturing method of pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサ及びその製造方法、特に、独立した多数の感圧素子とそれぞれに対応する薄膜トランジスタとを有する圧力センサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a pressure sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a pressure sensor having a plurality of independent pressure-sensitive elements and thin-film transistors corresponding to the respective pressure-sensitive elements and a method of manufacturing the same.
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、スイッチとして機能する。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。
As a pressure sensor, a combination of a plurality of thin film transistors with a pressure-sensitive resin is known (for example, see Patent Document 1). The pressure-sensitive resin is obtained by dispersing conductive particles in an insulating resin such as silicone rubber. In a pressure-sensitive resin, when pressure is applied, the conductive particles contact each other in the insulating resin, so that the resistance value decreases. Thereby, the pressure applied to the pressure-sensitive resin can be detected.
Many thin film transistors are arranged in a matrix and function as switches. As a result, it is possible to speed up the pressure detection, increase the resolution, and reduce the power consumption.
個別電極ごとに感圧層が形成された圧力センサが提案されている。これら感圧層は、共通電極に対して押圧方向に対向して配置されている。この場合、感圧層の接触面積の変化によって生じる抵抗の変化が検出される。 A pressure sensor in which a pressure-sensitive layer is formed for each individual electrode has been proposed. These pressure-sensitive layers are arranged to face the common electrode in the pressing direction. In this case, a change in resistance caused by a change in the contact area of the pressure-sensitive layer is detected.
具体的には、圧力センサは、上側電極部材と下側電極部材とを有している。両者の間には、空気層が確保されている。上側電極部材は、基材フィルムと、共通電極とを有している。下側電極部材は、基材フィルムと、基材フィルムの上に形成された複数のＴＦＴと、基材フィルムの上に形成されたＶｉａ加工部（Ｖｉａホール及び導通充填部）を有する絶縁膜と、Ｖｉａ加工部に対応して形成された複数の個別電極と、個別電極の上に形成された複数の感圧層とを有している。
圧力センサに荷重が作用すると、上側電極部材と下側電極部材が接近して、それにより感圧層が共通電極に当接し、その後に両者の接触面積が増大する。これにより、抵抗の変化が検出されて、その結果圧力の大きさ及び位置が特定される。
Specifically, the pressure sensor has an upper electrode member and a lower electrode member. An air space is secured between the two. The upper electrode member has a base film and a common electrode. The lower electrode member includes a base film, a plurality of TFTs formed on the base film, and an insulating film having via-processed portions (via holes and conductive filling portions) formed on the base film. , Via-processed portions, and a plurality of pressure-sensitive layers formed on the individual electrodes.
When a load acts on the pressure sensor, the upper electrode member and the lower electrode member come closer to each other, whereby the pressure-sensitive layer comes into contact with the common electrode, and thereafter, the contact area between them increases. As a result, a change in resistance is detected, and as a result, the magnitude and position of the pressure are specified.
上記の圧力センサでは、絶縁膜が薄い場合、押圧時の衝撃にＴＦＴが耐えられない。つまり、圧力センサの信頼性が低い。
逆に絶縁膜が厚い場合、Ｖｉａホールが垂直方向に細長く延びることになるので、そこに導電材料を充填することが困難になる。
In the above-described pressure sensor, when the insulating film is thin, the TFT cannot withstand the impact when pressed. That is, the reliability of the pressure sensor is low.
Conversely, when the insulating film is thick, the via hole extends vertically and elongated, and it becomes difficult to fill the via hole with a conductive material.
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、圧力センサの応力に対する信頼性を向上させることにある。 An object of the present invention is to improve the reliability of a pressure sensor against stress in a pressure sensor having a plurality of electrodes arranged with a gap therebetween.
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。 Hereinafter, a plurality of modes will be described as means for solving the problems. These embodiments can be arbitrarily combined as needed.
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、複数の薄膜トランジスタと、複数の個別電極と、絶縁膜と、複数の感圧層と、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。
複数の薄膜トランジスタは、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。
複数の個別電極は、複数の薄膜トランジスタの第１絶縁基材側の主面に設けられ、１又は隣接する２以上の薄膜トランジスタに対して1つが接続される。
絶縁膜は、複数の薄膜トランジスタの主面の上に設けられ、複数の個別電極を露出する複数の開口部を有する。「複数の個別電極を露出する」とは、複数の個別電極が絶縁膜によって覆われていないことをいう。
複数の感圧層は、複数の開口部に設けられて、複数の開口部から第１絶縁基材側に延びる。
A pressure sensor according to an aspect of the present invention includes a first insulating base, a common electrode, a second insulating base, a plurality of thin film transistors, a plurality of individual electrodes, an insulating film, and a plurality of pressure-sensitive layers. , Is provided.
The common electrode extends over the main surface of the first insulating base.
The second insulating base is arranged to face the main surface of the first insulating base.
The plurality of thin film transistors are provided on the main surface of the second insulating base material on the first insulating base material side so as to face the common electrode.
The plurality of individual electrodes are provided on the main surface of the plurality of thin film transistors on the first insulating base material side, and one is connected to one or two or more adjacent thin film transistors.
The insulating film is provided on the main surfaces of the plurality of thin film transistors and has a plurality of openings exposing the plurality of individual electrodes. “Exposing a plurality of individual electrodes” means that a plurality of individual electrodes are not covered with an insulating film.
The plurality of pressure-sensitive layers are provided in the plurality of openings, and extend from the plurality of openings toward the first insulating base material.
この圧力センサでは、複数の感圧層は、絶縁膜に形成された複数の開口部内に形成されている。したがって、絶縁膜においてＶｉａホールを形成すること及び導通材料の充填が不要になる。そのため、絶縁膜を厚くすることができ、その結果として圧力センサの応力に対する信頼性が上がる。 In this pressure sensor, the plurality of pressure-sensitive layers are formed in the plurality of openings formed in the insulating film. Therefore, it is unnecessary to form a via hole in the insulating film and to fill the conductive material. Therefore, the thickness of the insulating film can be increased, and as a result, the reliability of the pressure sensor against stress increases.
開口部の径は、０．３〜１．０ｍｍの範囲であってもよい。
絶縁膜の厚みは、３〜１０μｍの範囲であってもよい。
この圧力センサでは、上記の範囲では、押圧時のＴＦＴへの衝撃耐性が向上する。
The diameter of the opening may be in the range of 0.3-1.0 mm.
The thickness of the insulating film may be in the range of 3 to 10 μm.
In this pressure sensor, in the above range, the shock resistance to the TFT when pressed is improved.
開口部の縁は、感圧層の外周縁から半径方向外側に２０μｍ〜３００μｍの位置にあってもよい。２０μｍ未満であれば、感圧層が絶縁膜に乗り上げて感度がばらつくおそれがある。３００μｍを超えれば薄膜トランジスタを保護できない部分が発生し、信頼性が低下する。なお、開口部の縁は、感圧層の外周縁から半径方向外側に２０〜３５μｍの位置にあることが好ましい。
この圧力センサでは、開口部の内壁形状のばらつきが少なく、そのため電極を確実に露出させることができる。
The edge of the opening may be located 20 μm to 300 μm radially outward from the outer peripheral edge of the pressure-sensitive layer. If it is less than 20 μm, the pressure-sensitive layer may run on the insulating film and the sensitivity may vary. If it exceeds 300 μm, a portion where the thin film transistor cannot be protected occurs, and the reliability is reduced. The edge of the opening is preferably located at a position of 20 to 35 μm radially outward from the outer peripheral edge of the pressure-sensitive layer.
In this pressure sensor, the variation in the shape of the inner wall of the opening is small, so that the electrodes can be reliably exposed.
絶縁膜はフォトレジストからなっていてもよい。
この圧力センサでは、開口部がフォトリソグラフィーで形成されるので、開口部の寸法精度が向上する。
すなわち、開口部の開口サイズのばらつきが減少し、個別電極と感圧層の間の抵抗値が安定する。その結果、個別電極と感圧層からなる複数のセンサの感度のばらつきが減少する。なお、開口部の開口サイズが小さい場合は、絶縁膜が個別電極を覆ってしまうことで個別電極と感圧層の抵抗値が上昇してしまう。また、感圧層が絶縁膜の上面に重なってしまうことで、感圧層の高さが変わり、そのため感度がばらついてしまう。開口サイズが大きい場合は、絶縁膜における隙間が大きくなり、そのため薄膜トランジスタを十分に保護できなくなる。
フォトレジストは、例えば、ドライフィルムタイプであってもよい。ＤＦＲ（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ）化によって、溶剤に起因して薄膜トランジスタの特性が劣化することを防止できる。
The insulating film may be made of a photoresist.
In this pressure sensor, since the opening is formed by photolithography, the dimensional accuracy of the opening is improved.
That is, the variation in the opening size of the opening is reduced, and the resistance value between the individual electrode and the pressure-sensitive layer is stabilized. As a result, variations in the sensitivity of the plurality of sensors including the individual electrodes and the pressure-sensitive layer are reduced. When the size of the opening is small, the resistance value between the individual electrode and the pressure-sensitive layer increases because the insulating film covers the individual electrode. In addition, since the pressure-sensitive layer overlaps the upper surface of the insulating film, the height of the pressure-sensitive layer changes, so that the sensitivity varies. When the opening size is large, a gap in the insulating film becomes large, and thus the thin film transistor cannot be sufficiently protected.
The photoresist may be, for example, a dry film type. By adopting DFR (Dry Film Resist), it is possible to prevent the characteristics of the thin film transistor from being deteriorated due to the solvent.
圧力センサは、複数のスペーサをさらに備えていてもよい。複数のスペーサは、絶縁膜の第１絶縁基材側の面において平面視で複数の個別電極の間に配置され、共通電極に対向していてもよい。
この圧力センサでは、複数のスペーサが設けられているので、感度のばらつきを減らせる。
この圧力センサでは、感圧層は開口部内に形成されかつスペーサは絶縁膜の第１絶縁基材側の面に形成されているので、感圧層とスペーサを同時印刷しても、感圧層とスペーサの高さを異ならせることができる。つまり、感圧層と共通電極との間に隙間を確保できる。
The pressure sensor may further include a plurality of spacers. The plurality of spacers may be arranged between the plurality of individual electrodes in a plan view on the surface of the insulating film on the first insulating base material side, and may face the common electrode.
In this pressure sensor, since a plurality of spacers are provided, variation in sensitivity can be reduced.
In this pressure sensor, the pressure-sensitive layer is formed in the opening, and the spacer is formed on the surface of the insulating film on the first insulating base material side. And the height of the spacer can be made different. That is, a gap can be secured between the pressure-sensitive layer and the common electrode.
複数のスペーサの径は複数の感圧層の径より小さく、そのため複数のスペーサの高さは複数の感圧層の高さより小さくてもよい。
したがって、スペーサに絶縁膜に加えた合計高さが高くなり過ぎず、つまり、感圧層と上側電極部材との間のギャップを小さく確保できる。その結果、低圧での感度が向上する。
複数のスペーサの各々の径は、０．３ｍｍ未満であってもよい。
The diameter of the plurality of spacers is smaller than the diameter of the plurality of pressure-sensitive layers, so that the height of the plurality of spacers may be smaller than the height of the plurality of pressure-sensitive layers.
Therefore, the total height of the spacer and the insulating film does not become too high, that is, the gap between the pressure-sensitive layer and the upper electrode member can be kept small. As a result, the sensitivity at low pressure is improved.
The diameter of each of the plurality of spacers may be less than 0.3 mm.
本発明の他の見地に係る圧力センサの製造方法は、下記のステップを備えている。
◎第１絶縁基材の主面に共通電極を形成するステップ
◎第２絶縁基材の主面に複数の薄膜トランジスタを敷き詰めるように形成するステップ
◎複数の薄膜トランジスタの１又は隣接する２以上に対応しており、複数の薄膜トランジスタの第１絶縁基材側の主面において共通電極に対向する複数の個別電極を形成するステップ
◎複数の薄膜トランジスタの第1絶縁基材側の主面の上に、複数の個別電極に対応する複数の開口部を有するように絶縁膜を形成するステップ
◎複数の開口部に、第１絶縁基材側に延びる複数の感圧層を形成するステップ
◎第１絶縁基材と第２絶縁基材とを組み付けるステップ
この圧力センサの製造方法では、複数の感圧層は、絶縁膜に形成された複数の開口部内に形成される。したがって、絶縁膜においてＶｉａホールの形成及び導通材料の充填が不要になる。この結果、絶縁膜を厚くすることができ、その結果として圧力センサの応力に対する信頼性が上がる。
A method for manufacturing a pressure sensor according to another aspect of the present invention includes the following steps.
◎ Step of forming a common electrode on the main surface of the first insulating base material ◎ Step of forming a plurality of thin film transistors on the main surface of the second insulating base material ◎ Corresponding to one or two or more adjacent thin film transistors Forming a plurality of individual electrodes facing the common electrode on the first insulating substrate-side main surface of the plurality of thin film transistors. Forming an insulating film so as to have a plurality of openings corresponding to the individual electrodes; ◎ forming a plurality of pressure-sensitive layers extending toward the first insulating base material in the plurality of openings; Step of Assembling with Second Insulating Base In the method of manufacturing a pressure sensor, the plurality of pressure-sensitive layers are formed in the plurality of openings formed in the insulating film. Therefore, it is not necessary to form a via hole and fill a conductive material in the insulating film. As a result, the thickness of the insulating film can be increased, and as a result, the reliability of the pressure sensor against stress is increased.
絶縁膜を形成するステップは、フォトリソグラフィーを用いてもよい。
この圧力センサの製造方法では、フォトリソグラフィーを用いているので、印刷による開口部形成に比べれば、開口部のサイズのばらつきを容易に制御できる。この結果、個別電極と感圧層との抵抗値が安定する。つまり、各センサのばらつきが減少する。
なお、本発明と異なり印刷法によって絶縁膜が形成する場合、マージンを考慮して開口部の面積を広く設定しなければいけないが、開口部が広くなると耐久力が低下する。逆に開口部が狭ければ、感圧層が開口部の外に載ってしまい、それによりセンサの感度が変化してしまう。
The step of forming the insulating film may use photolithography.
In the method of manufacturing the pressure sensor, since photolithography is used, variation in the size of the opening can be more easily controlled than in the case of forming the opening by printing. As a result, the resistance value between the individual electrode and the pressure-sensitive layer is stabilized. That is, variations among the sensors are reduced.
Note that, unlike the present invention, when an insulating film is formed by a printing method, the area of the opening must be set to be large in consideration of a margin. However, if the opening is widened, durability decreases. Conversely, if the opening is narrow, the pressure sensitive layer will be placed outside the opening, thereby changing the sensitivity of the sensor.
圧力センサの製造方法は、絶縁膜の第１絶縁基材側の面において平面視で複数の個別電極の間に、共通電極に対向する複数のスペーサを形成するステップをさらに備えていてもよい。
感圧層を形成するステップとスペーサを形成するステップは、印刷法によって同時に実行されてもよい。
この圧力センサの製造法では、生産性が向上する。また、感圧層とスペーサのズレがなくなり、そのため感度が正確になる。
The method for manufacturing a pressure sensor may further include a step of forming a plurality of spacers facing the common electrode between the plurality of individual electrodes in plan view on the surface of the insulating film on the first insulating base material side.
The step of forming the pressure-sensitive layer and the step of forming the spacer may be performed simultaneously by a printing method.
In this method of manufacturing a pressure sensor, productivity is improved. In addition, the displacement between the pressure-sensitive layer and the spacer is eliminated, so that the sensitivity becomes accurate.
本発明に係る圧力センサ及び圧力センサの製造方法では、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、圧力センサの応力に対する信頼性が向上する。 According to the pressure sensor and the method of manufacturing the pressure sensor according to the present invention, in a pressure sensor having a plurality of electrodes arranged with a gap therebetween, reliability of the pressure sensor against stress is improved.
１．第１実施形態
（１）圧力センサの基本構成
図１〜図３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は、第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。図２は、圧力センサの下側電極部材の概略平面図である。図３は、図２の部分拡大図であり、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。
1. 1. First Embodiment (1) Basic Configuration of Pressure Sensor A pressure sensor 1 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic sectional view of the pressure sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic plan view of the lower electrode member of the pressure sensor. FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2 and is a schematic plan view showing a planar positional relationship between an individual electrode and an individual spacer.
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、共通電極９の下面に形成された共通感圧層１１とを有している。
The pressure sensor 1 is a device that detects a pressing position and a pressing force when a pressing force acts. The pressure sensor 1 is employed in, for example, 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 is shared with an insulating film 7 (an example of a first insulating base material) and a common electrode 9 formed on the entire lower surface (an example of a main surface), that is, over the entire surface or by patterning. And a common pressure-sensitive layer 11 formed on the lower surface of the electrode 9.
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（第２絶縁基材の一例）を有している。 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 has, for example, a rectangular insulating film 15 (an example of a second insulating base material).
圧力センサ１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。複数のＴＦＴ３０は、絶縁フィルム１５の絶縁フィルム７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。
ＴＦＴ３０は、図１及び図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。
The pressure sensor 1 has a plurality of thin film transistors 30 (hereinafter, referred to as “TFT 30”). The plurality of TFTs 30 are provided on the main surface of the insulating film 7 of the insulating film 15 so as to face the common electrode 9.
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 forming the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode is not particularly limited.
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。
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. As a material for forming such a semiconductor layer, 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.
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。第１絶縁膜２５には、ＴＦＴ３０から延びる導電部２９が形成されている。導電部２９は、前述の個別電極３１に接続されている。 The drain electrode 19 is connected to the individual electrode 31 as described later. The gate electrode 21 is formed above the organic semiconductor 23 on the upper surface of the first insulating film 25. A conductive portion 29 extending from the TFT 30 is formed in the first insulating film 25. The conductive portion 29 is connected to the individual electrode 31 described above.
下側電極部材５は、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。複数の個別電極３１は、複数のＴＦＴの絶縁フィルム７側の主面に設けられ、１又は隣接する２以上のＴＦＴ３０に対して1つが接続される。さらに具体的には、個別電極３１は、開口部２７Ａの底面部分の上に形成されており、導電部２９に接続されている。 The lower electrode member 5 has a plurality of individual electrodes 31. The individual electrodes are also called pixel electrodes. The plurality of individual electrodes 31 are provided on the main surface of the plurality of TFTs on the insulating film 7 side, and one is connected to one or two or more adjacent TFTs 30. More specifically, the individual electrode 31 is formed on the bottom surface of the opening 27A and is connected to the conductive part 29.
下側電極部材５は、第２絶縁膜２７（絶縁膜の一例）を有している。第２絶縁膜２７は、複数のＴＦＴ３０の主面の上に設けられており、具体的には、絶縁フィルム１５の上の第１絶縁膜２５の上に設けられている。第２絶縁膜２７の厚みは、この実施形態では５μｍであり、広い範囲では３〜１０μｍであり、狭い範囲では５〜１０μｍである。このように第２絶縁膜２７の厚みが十分に大きいので、押圧時の衝撃に対してＴＦＴ３０が悪影響を受けない。
第２絶縁膜２７は、個別電極３１に対応する複数の開口部２７Ａを有している。開口部２７Ａは、製造中に個別電極３１を露出する孔であり、上側電極部材３側に開いている。開口部２７Ａの深さは、前述の第２絶縁膜２７の厚みに一致する。開口部２７Ａの径は、広い範囲では０．３〜１．０ｍｍであり、狭い範囲では０．４〜０．６ｍｍである。なお、「径」とは、円形の場合は直径であり、多角形の場合は中心を通って対向する頂点同士を結ぶ最長の線の長さである。
開口２７Ａの縁は、個別感圧層３３の外周縁から半径方向外側に２０μｍ〜３００μｍの位置にある。２０μｍ未満であれば、個別感圧層３３が第２絶縁膜２７に乗り上げて感度がばらつくおそれがある。３００μｍを超えれば薄膜トランジスタ３０を保護できない部分が発生し、信頼性が低下する。なお、開口部２７Ａの縁は、個別感圧層３３の外周縁から半径方向外側に２０〜３５μｍの位置にあることが好ましい。
The lower electrode member 5 has a second insulating film 27 (an example of an insulating film). The second insulating film 27 is provided on the main surfaces of the plurality of TFTs 30, and specifically, is provided on the first insulating film 25 on the insulating film 15. The thickness of the second insulating film 27 is 5 μm in this embodiment, 3 to 10 μm in a wide range, and 5 to 10 μm in a narrow range. Since the thickness of the second insulating film 27 is sufficiently large as described above, the TFT 30 is not adversely affected by the impact at the time of pressing.
The second insulating film 27 has a plurality of openings 27A corresponding to the individual electrodes 31. The opening 27A is a hole for exposing the individual electrode 31 during manufacturing, and is open to the upper electrode member 3 side. The depth of the opening 27A matches the thickness of the second insulating film 27 described above. The diameter of the opening 27A is 0.3 to 1.0 mm in a wide range and 0.4 to 0.6 mm in a narrow range. The “diameter” is the diameter in the case of a circle, and the length of the longest line connecting the vertices facing each other through the center in the case of a polygon.
The edge of the opening 27 </ b> A is located 20 μm to 300 μm radially outward from the outer peripheral edge of the individual pressure-sensitive layer 33. If the thickness is less than 20 μm, the individual pressure-sensitive layers 33 may run on the second insulating film 27 and the sensitivity may vary. If the thickness exceeds 300 μm, a portion where the thin film transistor 30 cannot be protected occurs, and the reliability is reduced. The edge of the opening 27A is preferably located at a position of 20 to 35 μm radially outward from the outer peripheral edge of the individual pressure-sensitive layer 33.
下側電極部材５は、複数の個別感圧層３３を有している。複数の個別感圧層３３は、第２絶縁膜２７の複数の開口部２７Ａに設けられており、複数の開口部２７Ａから上側電極部材３側に延びている。個別感圧層３３の上面は平面形状である。個別感圧層３３は、複数の個別電極３１の上にそれぞれ形成されており、個別電極３１を覆っている。
個別感圧層３３の高さＨ１は、この実施形態では２０μｍであり、広い範囲では１５〜２５μｍであり、狭い範囲では１８〜２２μｍである。個別感圧層３３の径Ｌ１は、広い範囲では０．３〜１．０ｍｍであり、狭い範囲では０．４〜０．６ｍｍである。個別感圧層３３の径Ｌ１は、個別電極３１との重複を確実にするために、ある程度の長さがあることが好ましい。
個別感圧層３３の高さＨ１は、径Ｌ１を調整することで調整可能である。感圧層サイズ（径）によって膜厚は変化するからである。たとえば、図２２に示すように、感圧層サイズが０．５ｍｍ以上であれば、感圧層厚みはおよそ２０μｍになる。そして、感圧層サイズが０．５ｍｍ以下であればサイズが小さくなるのにしたがって感圧層厚みは小さくなっていく。たとえば、感圧層サイズが０．３ｍｍで感圧層厚みが１５μｍ、感圧層サイズが０．２ｍｍで感圧層厚みが１１．２７μｍ、感圧層サイズが０．１ｍｍで感圧層厚みが５．０６μｍになる。
The lower electrode member 5 has a plurality of individual pressure-sensitive layers 33. The plurality of individual pressure-sensitive layers 33 are provided in the plurality of openings 27A of the second insulating film 27, and extend from the plurality of openings 27A to the upper electrode member 3 side. The upper surface of the individual pressure-sensitive layer 33 has a planar shape. The individual pressure-sensitive layers 33 are respectively formed on the plurality of individual electrodes 31 and cover the individual electrodes 31.
The height H1 of the individual pressure-sensitive layer 33 is 20 μm in this embodiment, 15 to 25 μm in a wide range, and 18 to 22 μm in a narrow range. The diameter L1 of the individual pressure-sensitive layer 33 is 0.3 to 1.0 mm in a wide range, and is 0.4 to 0.6 mm in a narrow range. It is preferable that the diameter L1 of the individual pressure-sensitive layer 33 has a certain length in order to ensure the overlap with the individual electrode 31.
The height H1 of the individual pressure-sensitive layer 33 can be adjusted by adjusting the diameter L1. This is because the film thickness changes depending on the size (diameter) of the pressure-sensitive layer. For example, as shown in FIG. 22, when the size of the pressure-sensitive layer is 0.5 mm or more, the thickness of the pressure-sensitive layer is approximately 20 μm. If the size of the pressure-sensitive layer is 0.5 mm or less, the thickness of the pressure-sensitive layer decreases as the size decreases. For example, the pressure-sensitive layer size is 0.3 mm, the pressure-sensitive layer thickness is 15 μm, the pressure-sensitive layer size is 0.2 mm, the pressure-sensitive layer thickness is 11.27 μm, the pressure-sensitive layer size is 0.1 mm, and the pressure-sensitive layer thickness is It becomes 5.06 μm.
個別電極３１と上側電極部材３との間のギャップＧ１は、広い範囲から適宜設定可能である。ギャップＧ１は、この実施形態では５μｍ以上であるが、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。
以上に述べた個別電極３１と個別感圧層３３によって、センサ４１が形成されている。
The gap G1 between the individual electrode 31 and the upper electrode member 3 can be appropriately set from a wide range. The gap G1 is 5 μm or more in this embodiment, but is, for example, 0 to several tens of μm, and may be on the order of several μm or tens of μm.
The sensor 41 is formed by the individual electrodes 31 and the individual pressure-sensitive layers 33 described above.
図１〜図３に示すように、第２絶縁膜２７の主面２７ａには、複数の個別スペーサ３５（ダミー電極ともいう）が形成されている。具体的には、図２及び図３に示すように、複数の個別感圧層３３は、複数の個別電極３１と共に、平面に敷き詰められて配置されている。具体的には、平面視で、縦横に個別感圧層３３と個別スペーサ３５が交互に配置されている。
複数の個別感圧層３３及び個別スペーサ３５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。
As shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of individual spacers 35 (also called dummy electrodes) are formed on the main surface 27 a of the second insulating film 27. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the plurality of individual pressure-sensitive layers 33 are arranged on a plane together with the plurality of individual electrodes 31. Specifically, the individual pressure-sensitive layers 33 and the individual spacers 35 are alternately arranged vertically and horizontally in plan view.
The plurality of individual pressure-sensitive layers 33 and the individual spacers 35 are arranged in a matrix. The term “matrix” refers to a state in which two-dimensional arrangement is performed in a matrix or a state similar thereto.
複数の個別スペーサ３５は、第２絶縁膜２７から上側電極部材３に向かって延びており、上側電極部材３に当接又は近接している。このように、複数の個別スペーサ３５が設けられているので、センサ４１同士の感度のばらつきを減らせ、そのため誤検知が少なくなる。
個別スペーサ３５は、個別感圧層３３と同じく上面が平面形状である。
個別スペーサ３５の高さＨ２及び径Ｌ２は、それぞれ、個別感圧層３３の高さＨ１、径Ｌ１より同じ又はわずかに小さい。これは感圧層サイズを小さくすると感圧層厚みが小さくなることを利用して、個別スペーサ３５の径Ｌ２を個別感圧層３３の径Ｌ１より小さく設定することで実現されている。しかし、個別スペーサ３５は第２絶縁膜２７の上に形成されているので、個別感圧層３３と共通感圧層１１との間にギャップＧ１を確保できる。
The plurality of individual spacers 35 extend from the second insulating film 27 toward the upper electrode member 3 and are in contact with or close to the upper electrode member 3. As described above, since the plurality of individual spacers 35 are provided, the variation in sensitivity between the sensors 41 can be reduced, and therefore, erroneous detection is reduced.
The upper surface of the individual spacer 35 has a planar shape like the individual pressure-sensitive layer 33.
The height H2 and the diameter L2 of the individual spacer 35 are the same as or slightly smaller than the height H1 and the diameter L1 of the individual pressure-sensitive layer 33, respectively. This is realized by setting the diameter L2 of the individual spacer 35 to be smaller than the diameter L1 of the individual pressure-sensitive layer 33, utilizing the fact that the thickness of the pressure-sensitive layer decreases as the size of the pressure-sensitive layer decreases. However, since the individual spacer 35 is formed on the second insulating film 27, a gap G1 can be secured between the individual pressure-sensitive layer 33 and the common pressure-sensitive layer 11.
個別スペーサ３５の高さを変更することで、センサ４１の感度を調整できる。ギャップＧ１が小さくなれば、センサ４１は高感度になり、ギャップＧ１が大きくなれば、センサ４１は低感度になる。
個別スペーサ３５の密度を変更することで、センサ４１の感度を調整できる。センサ４１の周辺の個別スペーサ３５の密度が小さければセンサ４１は高感度になり、センサ４１の周辺の個別スペーサ３５の密度が大きければセンサ４１は低感度になる。
By changing the height of the individual spacer 35, the sensitivity of the sensor 41 can be adjusted. If the gap G1 becomes smaller, the sensor 41 becomes more sensitive, and if the gap G1 becomes larger, the sensor 41 becomes less sensitive.
By changing the density of the individual spacer 35, the sensitivity of the sensor 41 can be adjusted. If the density of the individual spacers 35 around the sensor 41 is low, the sensor 41 has high sensitivity, and if the density of the individual spacers 35 around the sensor 41 is high, the sensor 41 has low sensitivity.
上側電極部材３と下側電極部材５は、図１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。
上側電極部材３が例えば指によって押し下げられると、押し下げ領域において共通感圧層１１と個別感圧層３３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。
As shown in FIG. 1, the upper electrode member 3 and the lower electrode member 5 are bonded to each other by a frame spacer 13 at a peripheral portion. The frame spacer 13 is formed in a frame shape and is made of, for example, an adhesive or a double-sided tape.
When the upper electrode member 3 is pressed down, for example, by a finger, the common pressure-sensitive layer 11 and the individual pressure-sensitive layers 33 are electrically connected in the pressed area. The depression may be performed with, for example, a finger, a stylus pen, a stick, a palm, or a sole. The electrode pitch is, for example, 0.3 to 0.7 mm.
（２）圧力センサの動作原理
図４を用いて、圧力センサ１の動作原理を説明する。図４は、圧力センサの等価回路図である。
(2) Operation Principle of Pressure Sensor The operation principle of the pressure sensor 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the pressure sensor.
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、個別感圧層３３の抵抗に対応するドレイン電流が流れる。そして、個別感圧層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。
When a voltage is applied to the drain electrode 19 of the TFT 30 to which the gate voltage has been input, a drain current corresponding to the resistance of the individual pressure-sensitive layer 33 flows. Then, when the pressure applied to the individual pressure-sensitive layer 33 increases, the resistance decreases, so that an increase in the drain current is detected. By sweeping the TFT 30 on the pressure sensor 1 and applying a gate voltage to measure the drain current, the pressure distribution on the sheet surface can be observed.
The pressure sensor 1 has a circuit unit (not shown). The circuit unit controls the drain electrode 19, the source electrode 17, and the common electrode 9, and for example, according to a power supply voltage for applying a predetermined voltage to the common electrode 9, the source electrode 17, and a current value between the source and the drain. And a current detection circuit for generating the output signal and outputting the generated signal to an external signal processing device.
上側電極部材３から個別感圧層３３に圧力が加えられると、個別感圧層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個別感圧層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。したがって個別感圧層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。 When pressure is applied from the upper electrode member 3 to the individual pressure-sensitive layer 33, the resistance of the individual 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 individual 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 flowing current increases. Therefore, if the pressing force and the amount of current given to the individual pressure-sensitive layer 33 are acquired in advance, the signal processing device reads the change in the signal corresponding to the amount of current, thereby obtaining the amount of pressure ( Pressure) can be detected.
（３）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。
(3) Materials The insulating film 7 and the insulating film 15 are engineering plastics such as polycarbonate, polyamide, or polyetherketone, or resin films such as acrylic, polyethylene terephthalate, or polybutylene terephthalate. Can be used.
When the insulating film 7 requires elasticity, it is, for example, a urethane film, silicon, or rubber. 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.
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。 As the common electrode 9 and the individual electrode 31, 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 of gold, silver, copper, tin, nickel, aluminum, palladium, or the like. When the common electrode 9 requires elasticity, it is, for example, an elastic Ag paste.
個別感圧層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。
個別スペーサ３５の材料は、個別感圧層３３の材料と同じである。
The individual pressure-sensitive layer 33 is made of, for example, a pressure-sensitive ink. The pressure-sensitive ink is a material that enables pressure detection by changing the contact resistance between the electrodes facing each other in response to an external force. The pressure-sensitive ink layer can be arranged by coating. As a method for applying the pressure-sensitive ink layer, a printing method such as screen printing, offset printing, gravure printing, or flexographic printing, or application using a dispenser can be used.
The material of the individual spacer 35 is the same as the material of the individual pressure-sensitive layer 33.
（４）圧力センサの製造方法
図５〜図１５を用いて、圧力センサ１の製造方法を説明する。図５〜図１５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５〜図１３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。
(4) Manufacturing Method of Pressure Sensor A manufacturing method of the pressure sensor 1 will be described with reference to FIGS. 5 to 15 are schematic sectional views illustrating a method for manufacturing the pressure sensor.
First, each step of the method for manufacturing the lower electrode member 5 will be described with reference to FIGS.
図５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６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。
As shown in FIG. 5, an electrode material 37 is formed on one surface of the insulating film 15 by, for example, sputtering.
As shown in FIG. 6, the film exposed portion 39 is formed by removing a part of the electrode material 37 by, for example, a photolithography method. Thus, a source electrode 17 and a drain electrode 19 are formed. The method for forming the source electrode 17 and the drain electrode 19 is not particularly limited.
図７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８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９に示すように、第１絶縁膜２５にレーザによってドレイン電極１９に至るＶｉａホールを形成し、そこに導電材料を埋めることで導電部２９を形成する。なお、Ｖｉａホールの形成は、フォトリソグラフィーとアッシングの組み合わせでもよい。
図１０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を印刷法によって形成する。ゲート電極２１の形成手法は公知の技術である。また、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。このようにゲート電極２１と個別電極３１を同時に形成できるので、工数が減る。
以上の結果、絶縁フィルム１５の主面に、複数のＴＦＴ３０が敷き詰められるように形成される。また、複数のＴＦＴ３０の絶縁フィルム７側の主面において、共通電極９に対向する複数の個別電極３１が形成される。
As shown in FIG. 7, the organic semiconductor 23 is formed at the film exposed portion 39. The method for forming the organic semiconductor 23 is a known technique.
As shown in FIG. 8, the 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.
As shown in FIG. 9, a via hole reaching the drain electrode 19 is formed in the first insulating film 25 by laser, and a conductive material is buried in the via hole to form a conductive portion 29. The via hole may be formed by a combination of photolithography and ashing.
As shown in FIG. 10, a gate electrode 21 is formed by printing on the upper surface of the first insulating film 25 and above the organic semiconductor 23. The technique for forming the gate electrode 21 is a known technique. The individual electrode 31 is formed by a printing method, and is connected to the TFT 30 via the conductive portion 29. Since the gate electrode 21 and the individual electrode 31 can be formed at the same time, the number of steps is reduced.
As a result, a plurality of TFTs 30 are formed so as to be spread on the main surface of the insulating film 15. In addition, a plurality of individual electrodes 31 facing the common electrode 9 are formed on the main surface of the plurality of TFTs 30 on the insulating film 7 side.
図１１に示すように、複数のＴＦＴ３０の主面の上に、第２絶縁膜２７を形成する。第２絶縁膜２７は、ゲート電極２１及び個別電極３１の形成された第１絶縁膜２５全体を覆う。第２絶縁膜２７は、例えば、フォトレジストからなる。 As shown in FIG. 11, a second insulating film 27 is formed on the main surfaces of the plurality of TFTs 30. The second insulating film 27 covers the entire first insulating film 25 on which the gate electrode 21 and the individual electrode 31 are formed. The second insulating film 27 is made of, for example, a photoresist.
図１２に示すように、第２絶縁膜２７において個別電極３１に対応する箇所に開口部２７Ａが形成され、個別電極３１が露出される。具体的には、開口部２７Ａは、フォトリソグラフィーで形成される。そのため、開口部２７Ａの寸法精度が向上する。すなわち、開口部２７Ａのサイズのばらつきが減少し、個別電極３１と個別感圧層３３からなるセンサ４１の感度のばらつきが減少する。なお、本発明と異なり印刷法によって絶縁膜が形成する場合、感圧層が開口部の外に載ってしまってセンサの感度が変わってしまうことを避けるため、開口部の面積を広くしなければいけない。しかし、開口部の面積を広くすれば、開口部付近の耐久性が低下してしまう。
なお、開口部２７Ａの開口サイズが小さい場合は、第２絶縁膜２７が個別電極３１を覆ってしまうことで、個別電極３１と個別感圧層３３の抵抗値が上昇してしまう。また、個別感圧層３３が第２絶縁膜２７の上面に重なってしまうことで、個別感圧層３３の高さが変わり、そのため感度がばらついてしまう。開口サイズが大きい場合は、第２絶縁膜２７における隙間が大きくなり、そのため薄膜トランジスタ３０を十分に保護できなくなる。
第２絶縁膜２７の材料であるフォトレジストは、例えば、ドライフィルムタイプであってもよい。ＤＦＲ化によって、溶剤に起因して薄膜トランジスタ３０の特性が劣化することを防止できる。なお、第１絶縁膜２５は１μm程度と薄く、そのため薄膜トランジスタ３０は物理ダメージの他に、溶剤のダメージも受けやすい。
As shown in FIG. 12, an opening 27A is formed in the second insulating film 27 at a position corresponding to the individual electrode 31, and the individual electrode 31 is exposed. Specifically, the opening 27A is formed by photolithography. Therefore, the dimensional accuracy of the opening 27A is improved. That is, variation in the size of the opening 27A is reduced, and variation in the sensitivity of the sensor 41 including the individual electrode 31 and the individual pressure-sensitive layer 33 is reduced. When the insulating film is formed by a printing method different from the present invention, the area of the opening must be increased in order to prevent the pressure-sensitive layer from being placed outside the opening and changing the sensitivity of the sensor. should not. However, if the area of the opening is increased, the durability near the opening is reduced.
When the opening size of the opening 27A is small, the resistance of the individual electrode 31 and the individual pressure-sensitive layer 33 increases because the second insulating film 27 covers the individual electrode 31. In addition, since the individual pressure-sensitive layer 33 overlaps the upper surface of the second insulating film 27, the height of the individual pressure-sensitive layer 33 changes, so that the sensitivity varies. If the opening size is large, the gap in the second insulating film 27 becomes large, so that the thin film transistor 30 cannot be sufficiently protected.
The photoresist as the material of the second insulating film 27 may be, for example, a dry film type. The use of DFR can prevent the characteristics of the thin film transistor 30 from deteriorating due to the solvent. Note that the first insulating film 25 is as thin as about 1 μm, so that the thin film transistor 30 is easily damaged by a solvent in addition to physical damage.
図１３に示すように個別感圧層３３及び個別スペーサ３５を印刷法によって同時に形成する。個別感圧層３３は第２絶縁膜２７の開口部２７Ａに形成され、個別スペーサ３５は主面２７ａに形成される。
この場合、個別感圧層３３及び個別スペーサ３５を同時印刷するので、工程が簡略化され、そのため生産性が向上する。また、個別感圧層３３と個別スペーサ３５のズレがなくなり、そのため感度が正確になる。さらに、個別感圧層３３の径が十分に大きいので、個別電極３１とのズレが生じにくい。
As shown in FIG. 13, the individual pressure-sensitive layers 33 and the individual spacers 35 are simultaneously formed by a printing method. The individual pressure-sensitive layer 33 is formed in the opening 27A of the second insulating film 27, and the individual spacer 35 is formed on the main surface 27a.
In this case, since the individual pressure-sensitive layers 33 and the individual spacers 35 are printed at the same time, the process is simplified, and thus the productivity is improved. Further, the displacement between the individual pressure-sensitive layer 33 and the individual spacer 35 is eliminated, and the sensitivity becomes accurate. Further, since the diameter of the individual pressure-sensitive layer 33 is sufficiently large, a deviation from the individual electrode 31 hardly occurs.
上記の結果、開口部２７Ａ内に個別感圧層３３が存在するので、個別感圧層３３と個別スペーサ３５を同時印刷しても、個別感圧層３３と個別スペーサ３５の高さを異ならせることができる。その結果、共通感圧層１１と個別感圧層３３のギャップを小さくできる。
また、複数の個別感圧層３３は第２絶縁膜２７に形成された複数の開口部２７Ａ内に形成される。したがって、第２絶縁膜２７においてＶｉａホールの形成及び導通材料の充填が不要になる。この結果、第２絶縁膜２７を厚くすることができ、その結果として圧力センサ１の応力に対する信頼性が上がる。さらに、環境試験にも良い成績を提供できる。
As a result, since the individual pressure-sensitive layers 33 are present in the openings 27A, the heights of the individual pressure-sensitive layers 33 and the individual spacers 35 are made different even when the individual pressure-sensitive layers 33 and the individual spacers 35 are simultaneously printed. be able to. As a result, the gap between the common pressure-sensitive layer 11 and the individual pressure-sensitive layers 33 can be reduced.
The plurality of individual pressure-sensitive layers 33 are formed in the plurality of openings 27A formed in the second insulating film 27. Therefore, it is not necessary to form a via hole and fill a conductive material in the second insulating film 27. As a result, the thickness of the second insulating film 27 can be increased, and as a result, the reliability of the pressure sensor 1 against stress increases. In addition, good results can be provided for environmental tests.
次に、図１４及び図１５を用いて、上側電極部材３の製造を説明する。
図１４に示すように、印刷法によって絶縁フィルム７の主面全体に共通電極９を形成する。なお、絶縁フィルム７の主面全体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。
図１５に示すように、印刷法によって共通電極９の主面全体に共通感圧層１１を形成する。
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１）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。
Next, the production of the upper electrode member 3 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 14, a common electrode 9 is formed on the entire main surface of the insulating film 7 by a printing method. The material of the common electrode 9 may be formed on the entire main surface of the insulating film 7 by, for example, sputtering, and then the common electrode 9 may be formed by photolithography.
As shown in FIG. 15, a common pressure-sensitive layer 11 is formed on the entire main surface of the common electrode 9 by a printing method.
Finally, the pressure sensor 1 is completed by bonding the upper electrode member 3 and the lower electrode member 5 via a frame spacer 13 (FIG. 1) made of an adhesive.
２．第２実施形態
図１６及び図１７を用いて、第２実施形態を説明する。図１６は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。図１７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。基本的な構造は第１実施形態と同じであるので、異なる点のみを説明する。
個別スペーサ３５Ａの径Ｌ２が、個別感圧層３３Ａの径Ｌ１より小さい。例えば、個別スペーサ３５Ａの径Ｌ２は、０．３ｍｍ未満である。この場合、個別スペーサ３５Ａは個別感圧層３３Ａよりも低くなる。
したがって、個別スペーサ３５Ａに第２絶縁膜２７に加えた合計高さが高くなり過ぎない。つまり、個別感圧層３３Ａと上側電極部材３との間のギャップＧ２を小さく制御できる。ギャップＧ２は５μｍ未満であることが好ましい。このようにギャップを制御することで、低圧力を正確に測定できる。さらに、絶縁フィルム７のシワによる誤検知を減らせる。
2. Second Embodiment A second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a schematic sectional view of the pressure sensor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 17 is a schematic plan view showing a planar positional relationship between an individual electrode and an individual spacer. Since the basic structure is the same as that of the first embodiment, only different points will be described.
The diameter L2 of the individual spacer 35A is smaller than the diameter L1 of the individual pressure-sensitive layer 33A. For example, the diameter L2 of the individual spacer 35A is less than 0.3 mm. In this case, the individual spacer 35A is lower than the individual pressure-sensitive layer 33A.
Therefore, the total height of the individual spacers 35A added to the second insulating film 27 does not become too high. That is, the gap G2 between the individual pressure-sensitive layer 33A and the upper electrode member 3 can be controlled to be small. The gap G2 is preferably smaller than 5 μm. By controlling the gap in this way, low pressure can be accurately measured. Further, erroneous detection due to wrinkles of the insulating film 7 can be reduced.
３．第３実施形態
前記実施形態では個別感圧層及び個別スペーサは、側面視で平板形状かつ平面視で四角形状であったが、形状は特に限定されない。
図１８及び図１９を用いて、個別感圧層及びと個別スペーサの側面形状が山型形状かつ平面視で丸形状の例を説明する。図１８は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。図１９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。
3. Third Embodiment In the above embodiment, the individual pressure-sensitive layers and the individual spacers have a flat plate shape in side view and a square shape in plan view, but the shape is not particularly limited.
An example in which the side surfaces of the individual pressure-sensitive layer and the individual spacer are mountain-shaped and round in plan view will be described with reference to FIGS. 18 and 19. FIG. 18 is a schematic sectional view of the pressure sensor according to the third embodiment of the present invention. FIG. 19 is a schematic plan view showing a planar positional relationship between an individual electrode and an individual spacer.
個別感圧層３３Ｂは、山型形状である。ここでは、「山型」とは、頂点又は頂点部分を有しており、そこから周囲に広がるに従って低くなる形状である。この場合、測定圧力範囲が広くなる。 The individual pressure-sensitive layer 33B has a mountain shape. Here, the “mountain shape” has a vertex or a vertex portion, and has a shape that becomes lower as it spreads from there around. In this case, the measurement pressure range is widened.
４．第４実施形態
前記実施形態では上側電極部材に共通感圧層が設けられていたが、上側電極部材において感圧層は省略されてもよい。
図２０を用いて、そのような例を第１実施形態の変形例として説明する。図２０は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。
上側電極部材３Ａは、押圧力が作用する平面状の部材である。上側電極部材３Ａは、絶縁フィルム７と、その下面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。
4. Fourth Embodiment In the above-described embodiment, the common pressure-sensitive layer is provided on the upper electrode member. However, the pressure-sensitive layer may be omitted in the upper electrode member.
Such an example will be described as a modification of the first embodiment with reference to FIG. FIG. 20 is a schematic sectional view of the pressure sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
The upper electrode member 3A is a planar member on which a pressing force acts. The upper electrode member 3A has an insulating film 7 and a common electrode 9 formed on the entire lower surface thereof, that is, over the entire surface or by patterning.
５．第５実施形態
図２１を用いて、そのような例を第２実施形態の変形例として説明する。図２１は、本発明の第５実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。
上側電極部材３Ａは、押圧力が作用する平面状の部材である。上側電極部材３Ａは、絶縁フィルム７と、その下面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。
5. Fifth Embodiment Such an example will be described as a modification of the second embodiment with reference to FIG. FIG. 21 is a schematic sectional view of the pressure sensor according to the fifth embodiment of the present invention.
The upper electrode member 3A is a planar member on which a pressing force acts. The upper electrode member 3A has an insulating film 7 and a common electrode 9 formed on the entire lower surface thereof, that is, over the entire surface or by patterning.
６．第６実施形態
前記第１〜第５実施形態では、ＴＦＴはトップゲート型であったが、ボトムゲート型であってもよい。
そのような実施形態を、図２３を用いて説明する。図２３は、第６実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。
6. Sixth Embodiment In the first to fifth embodiments, the TFT is a top gate type, but may be a bottom gate type.
Such an embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a schematic sectional view of the pressure sensor according to the sixth embodiment.
以下、圧力センサ１Ｃの下側電極部材５Ｃを中心に説明する。
第１〜第５実施形態と同様に、下側電極部材５Ｃは、複数のＴＦＴ３０Ｃを有している。複数のＴＦＴ３０Ｃは、絶縁フィルム１５Ｃの絶縁フィルム７Ｃ側の主面に共通電極９Ｃに対向して敷き詰められたように設けられている。ただし、図２３に示すように、第１〜第５実施形態とは異なり、ＴＦＴ３０Ｃは、ボトムゲート型であり、ソース電極１７Ｃ、ドレイン電極１９Ｃ及び有機半導体２３Ｃは第１絶縁膜２５ｃの上に形成され、ゲート電極２１Ｃは絶縁フィルム１５Ｃの上に形成されている。
Hereinafter, the lower electrode member 5C of the pressure sensor 1C will be mainly described.
Similarly to the first to fifth embodiments, the lower electrode member 5C has a plurality of TFTs 30C. The plurality of TFTs 30C are provided on the main surface of the insulating film 15C on the insulating film 7C side so as to face the common electrode 9C. However, as shown in FIG. 23, unlike the first to fifth embodiments, the TFT 30C is a bottom gate type, and the source electrode 17C, the drain electrode 19C, and the organic semiconductor 23C are formed on the first insulating film 25c. The gate electrode 21C is formed on the insulating film 15C.
第１〜第５実施形態と同様に、下側電極部材５Ｃは、複数の個別電極３１Ｃを有している。複数の個別電極３１Ｃは、複数のＴＦＴ３０Ｃの絶縁フィルム７Ｃ側の主面に設けられ、１又は隣接する２以上のＴＦＴ３０Ｃに対して1つが接続される。さらに具体的には、個別電極３１Ｃは、開口部２７Ｄの底面部分の上に形成されており、導通部２９Ｃに接続されている。
第１〜第５実施形態と同様に、圧力センサ１は、複数の個別感圧層３３Ｃを有している。複数の個別感圧層３３Ｃは、第２絶縁膜２７の複数の開口部２７Ｄに設けられており、複数の開口部２７Ｄから上側電極部材３Ｃ側に延びている。さらに、第２絶縁膜２７Ｃの主面２７aには、複数の個別スペーサ３５Ｃが形成されている。具体的には、複数の個別感圧層３３Ｃは、複数の個別電極３１Ｃと共に、平面に敷き詰められて配置されている。複数の個別スペーサ３５は、第２絶縁膜２７Ｃから上側電極部材３Ｃに向かって延びており、上側電極部材３Ｃに当接又は近接している。
Similarly to the first to fifth embodiments, the lower electrode member 5C has a plurality of individual electrodes 31C. The plurality of individual electrodes 31C are provided on the main surface of the plurality of TFTs 30C on the insulating film 7C side, and one is connected to one or two or more adjacent TFTs 30C. More specifically, the individual electrode 31C is formed on the bottom portion of the opening 27D, and is connected to the conducting portion 29C.
As in the first to fifth embodiments, the pressure sensor 1 has a plurality of individual pressure-sensitive layers 33C. The plurality of individual pressure-sensitive layers 33C are provided in the plurality of openings 27D of the second insulating film 27, and extend from the plurality of openings 27D toward the upper electrode member 3C. Further, a plurality of individual spacers 35C are formed on the main surface 27a of the second insulating film 27C. Specifically, the plurality of individual pressure-sensitive layers 33C are arranged in a plane with the plurality of individual electrodes 31C. The plurality of individual spacers 35 extend from the second insulating film 27C toward the upper electrode member 3C, and are in contact with or close to the upper electrode member 3C.
図２４〜図３０を用いて、圧力センサ１Ｃの下側電極部材５Ｃの製造方法の各ステップを説明する。図２４〜図３０は、圧力センサの製造方法を示す模式的断面図である。
図２４に示すように、絶縁フィルム１５Ｃの主面の一部に、例えばスパッタリングによってゲート電極２１Ｃを形成する。
図２５に示すように、ゲート電極２１Ｃが形成された面を覆うように、第１絶縁膜２５Ｃを形成する。
Each step of the method of manufacturing the lower electrode member 5C of the pressure sensor 1C will be described with reference to FIGS. 24 to 30 are schematic sectional views illustrating a method for manufacturing the pressure sensor.
As shown in FIG. 24, a gate electrode 21C is formed on a part of the main surface of the insulating film 15C by, for example, sputtering.
As shown in FIG. 25, a first insulating film 25C is formed so as to cover the surface on which the gate electrode 21C is formed.
図２６に示すように、第１絶縁膜２５Ｃの主面の一部に、例えばスパッタリングによってソース電極１７Ｃ、ドレイン電極１９Ｃ及び個別電極３１Ｃを形成する。ドレイン電極１９Ｃと個別電極３１Ｃは、導通部２９Ｃによって接続されている。
図２７に示すように、ソース電極１７Ｃとドレイン電極１９Ｃとの間に有機半導体２３Ｃを形成する。有機半導体２３Ｃの形成方法は公知の技術である。
以上の結果、絶縁フィルム１５Ｃの主面に、複数のＴＦＴ３０Ｃが敷き詰められるように形成される。また、複数のＴＦＴ３０Ｃの絶縁フィルム７側の主面において、共通電極９に対向する複数の個別電極３１Ｃが形成される。
As shown in FIG. 26, a source electrode 17C, a drain electrode 19C, and an individual electrode 31C are formed on a part of the main surface of the first insulating film 25C by, for example, sputtering. The drain electrode 19C and the individual electrode 31C are connected by a conduction portion 29C.
As shown in FIG. 27, an organic semiconductor 23C is formed between the source electrode 17C and the drain electrode 19C. The method for forming the organic semiconductor 23C is a known technique.
As a result, a plurality of TFTs 30C are formed on the main surface of the insulating film 15C. In addition, a plurality of individual electrodes 31C facing the common electrode 9 are formed on the main surface of the plurality of TFTs 30C on the insulating film 7 side.
図２８に示すように、複数のＴＦＴ３０の主面の上に、第２絶縁膜２７Ｃを形成する。第２絶縁膜２７Ｃは、ソース電極１７Ｃとドレイン電極１９Ｃ及び個別電極３１Ｃの形成された第１絶縁膜２５Ｃ全体を覆う。第２絶縁膜２７Ｃは、例えば、フォトレジストからなる。
図２９に示すように、第２絶縁膜２７Ｃにおいて個別電極３１Ｃに対応する箇所に開口部２７Ｄが形成され、個別電極３１Ｃが露出される。具体的には、開口部２７Ｄは、フォトリソグラフィーで形成される。
As shown in FIG. 28, a second insulating film 27C is formed on the main surfaces of the plurality of TFTs 30. The second insulating film 27C covers the entire first insulating film 25C on which the source electrode 17C, the drain electrode 19C, and the individual electrode 31C are formed. The second insulating film 27C is made of, for example, a photoresist.
As shown in FIG. 29, an opening 27D is formed at a position corresponding to the individual electrode 31C in the second insulating film 27C, and the individual electrode 31C is exposed. Specifically, the opening 27D is formed by photolithography.
図３０に示すように個別感圧層３３Ｃ及び個別スペーサ３５Ｃを印刷法によって同時に形成する。個別感圧層３３Ｃは第２絶縁膜２７Ｃの開口部２７Ｄに形成され、個別スペーサ３５Ｃは第２絶縁膜２７Ｃの主面２７ａに形成される。
以上に述べたように、ドレイン電極１９Ｃは、個別電極３１Ｃと同じく、第１絶縁膜２５Ｃの上面に存在する。そのため、ドレイン電極１９Ｃと個別電極３１Ｃとを接続する導通部２９Ｃは、ドレイン電極１９Ｃ及び個別電極３１Ｃと同時に形成できる。この結果、第１絶縁膜２５Ｃには、導通部のためのＶｉａホールをレーザで形成する必要はない。
As shown in FIG. 30, the individual pressure-sensitive layers 33C and the individual spacers 35C are simultaneously formed by a printing method. The individual pressure-sensitive layer 33C is formed in the opening 27D of the second insulating film 27C, and the individual spacer 35C is formed on the main surface 27a of the second insulating film 27C.
As described above, the drain electrode 19C exists on the upper surface of the first insulating film 25C, like the individual electrode 31C. Therefore, the conductive portion 29C connecting the drain electrode 19C and the individual electrode 31C can be formed simultaneously with the drain electrode 19C and the individual electrode 31C. As a result, it is not necessary to form a via hole for the conduction portion in the first insulating film 25C by using a laser.
７．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と個別スペーサ３５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。
7. Other Embodiments A plurality of embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the spirit of the invention. In particular, a plurality of embodiments and modifications described in this specification can be arbitrarily combined as needed.
(1) In the above-described embodiment, the individual electrodes 31 and the individual spacers 35 are in the form of a matrix in which rows and columns are completely aligned, but may be arranged in a matrix in a broad sense.
（２）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。 (2) In the above embodiment, a thin film transistor is associated with each individual electrode, and the current of each thin film transistor is detected. In other words, one thin film transistor is connected to one individual electrode. However, a plurality of thin film transistors may be associated with one individual electrode, and currents of the plurality of thin film transistors may be detected. Specifically, two or more thin film transistors adjacent to one individual electrode are connected. As a result, the detected current value increases, and the circuit can be provided with redundancy.
（３）前記実施形態では個別感圧層と個別スペーサが交互に配置されていたが、両者の位置関係は特に限定されない。
個別感圧層同士が、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。
(3) In the above embodiment, the individual pressure-sensitive layers and the individual spacers are alternately arranged, but the positional relationship between them is not particularly limited.
The individual pressure-sensitive layers may be adjacent to each other in either the row direction or the column direction or both.
Further, the individual spacers may be adjacent to each other in one or both of the row direction and the column direction.
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。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be widely applied to the pressure sensor which has a pressure sensitive layer and many thin film transistors as an electrode. In particular, the pressure sensor according to the present invention is suitable for a large-area sheet sensor other than the touch panel. Specifically, the pressure sensor according to the present invention can be applied to a walking measurement technology (medical, sports, and security fields) and a bed bedsore measurement technology.
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
１１ ：共通感圧層
１５ ：絶縁フィルム
２５ ：第１絶縁膜
２７ ：第２絶縁膜
２７Ａ ：開口部
２７ａ ：主面
２９ ：導電部
３０ ：薄膜トランジスタ
３１ ：個別電極
３３ ：個別感圧層
３５ ：個別スペーサ
４１ ：センサ
1: pressure sensor 3: upper electrode member 5: lower electrode member 7: insulating film 9: common electrode 11: common pressure-sensitive layer 15: insulating film 25: first insulating film 27: second insulating film 27A: opening 27a : Main surface 29: Conductive part 30: Thin film transistor 31: Individual electrode 33: Individual pressure-sensitive layer 35: Individual spacer 41: Sensor
Claims (10)
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薄膜トランジスタと、
前記複数の薄膜トランジスタの前記第１絶縁基材側の主面に設けられ、１又は隣接する２以上の薄膜トランジスタに対して1つが接続される複数の個別電極と、
前記複数の薄膜トランジスタの前記主面の上に設けられ、前記複数の個別電極を露出する複数の開口部を有する絶縁膜と、
前記複数の開口部に設けられて、前記複数の開口部から前記第１絶縁基材側に延びる複数の感圧層と、
を備えた、圧力センサ。 A first insulating base material;
A common electrode formed so as to extend on a main surface of the first insulating base material;
A second insulating base material disposed opposite to the main surface of the first insulating base material,
A plurality of thin film transistors provided on the main surface of the second insulating base material on the first insulating base material side so as to face the common electrode;
A plurality of individual electrodes provided on the main surface of the plurality of thin film transistors on the first insulating substrate side, one of which is connected to one or two or more adjacent thin film transistors;
An insulating film provided on the main surface of the plurality of thin film transistors and having a plurality of openings exposing the plurality of individual electrodes,
A plurality of pressure-sensitive layers provided in the plurality of openings and extending from the plurality of openings toward the first insulating base material;
, A pressure sensor.
前記絶縁膜の厚みは、３〜１０μｍの範囲である、請求項１に記載の圧力センサ。 The diameter of the opening is in the range of 0.3 to 1.0 mm,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the thickness of the insulating film is in a range of 3 to 10 m.
第２絶縁基材の前記主面に複数の薄膜トランジスタを敷き詰めるように形成するステップと、
前記複数の薄膜トランジスタの１又は隣接する２以上に対応しており、前記複数の薄膜トランジスタの前記第１絶縁基材側の主面において前記共通電極に対向する複数の個別電極を形成するステップと、
前記複数の薄膜トランジスタの前記第１絶縁基材の前記主面の上に、前記複数の個別電極に対応する複数の開口部を有するように絶縁膜を形成するステップと、
前記複数の開口部に、前記第１絶縁基材側に延びる複数の感圧層を形成するステップと、
前記第１絶縁基材と前記第２絶縁基材とを組み付けるステップと、
を備えた、圧力センサの製造方法。 Forming a common electrode on the main surface of the first insulating base;
Forming a plurality of thin film transistors so as to cover the main surface of the second insulating base material;
Forming a plurality of individual electrodes corresponding to one or two or more adjacent ones of the plurality of thin film transistors and facing the common electrode on a main surface of the plurality of thin film transistors on the first insulating substrate side;
Forming an insulating film on the main surface of the first insulating base material of the plurality of thin film transistors so as to have a plurality of openings corresponding to the plurality of individual electrodes;
Forming a plurality of pressure-sensitive layers extending toward the first insulating base material in the plurality of openings;
Assembling the first insulating base and the second insulating base,
A method for manufacturing a pressure sensor, comprising:
前記感圧層を形成するステップと前記スペーサを形成するステップは、印刷法によって同時に実行される、請求項８又は９に記載の圧力センサの製造方法。 Forming a plurality of spacers facing the common electrode between the plurality of individual electrodes in a plan view on a surface of the insulating film on the first insulating substrate side,
The method of manufacturing a pressure sensor according to claim 8, wherein the step of forming the pressure-sensitive layer and the step of forming the spacer are performed simultaneously by a printing method.
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