JP2021101172A - 押力センサ - Google Patents
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Abstract
Description
前記複数の個別電極と前記共通電極との間に配置され、前記複数の個別電極と重畳する複数の第1スペーサと、前記センサ領域に設けられ、前記複数の第1スペーサと異なる材料で構成された複数の第2スペーサと、を備える。
以下、図面を参照しながら一実施形態に係る押力センサについて詳細に説明する。
押力センサ(荷重センサ)IPDの第1基板SUB1は、第1基材BA1、第1基材BA1上のセンサ領域SA、センサ領域SAを囲む額縁領域FR、額縁領域FRに設けられた額縁スペーサFRSを備えている。センサ領域SAには、第1方向X及び第2方向Yにマトリクス状に配置された複数の個別電極PE、各個別電極PE上に設けられたスペーサSPCを有している。さらに図1に示す押力センサIPDは、第1方向Xに延伸する壁状の補助スペーサADSを有している。なお本実施形態では、スペーサSPCを第1スペーサ、補助スペーサADSを第2スペーサとも呼ぶ。
なお第2基板SUB2の上方に、押力センサIPDの保護のために、保護フィルムを設けてもよい。
図3(A)に示す補助スペーサADSは、第1方向Xに並んで配置される複数の個別領域PAを亘って設けられている。補助スペーサADSについての詳細は後述する。
なお本実施形態において、押力センサIPDの個別電極PEは同じ形状及び同じ大きさを有しているが、これに限定されない。押力センサIPDの個別電極PEは異なる形状を有していてもよい。また押力センサIPDの個別電極PEは、異なる大きさを有していてもよい。
図4に示すように、押力センサIPDの第1基板SUB1は、第1基材BA1、絶縁層UC、半導体層SC、絶縁層GI、走査線G、絶縁層ILI、絶縁層PLI、信号線S、及び個別電極PEを有している。絶縁層UC、半導体層SC、絶縁層GI、走査線G、絶縁層ILI、絶縁層PLIは、第1基材BA1上に第3方向Zにおいてこの順に積層されている。信号線S及び個別電極PEは、絶縁層PLI上に設けられている。なお絶縁層ILIは必要がなければ設けなくてもよい。
走査線G及び信号線Sは、それぞれ、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、Ag(銀)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Cu(銅)、Cr(クロム)などの金属材料や、これらの金属材料を組み合わせた合金などによって形成される。走査線G及び信号線、それぞれが単層構造であってもよいし、上述の金属材料を適宜積層した多層構造であってもよい。
絶縁層PLIは、アクリルやポリイミド等の有機絶縁材料によって形成された有機絶縁層に相当する。
共通電極CEが個別電極PEに向かって押し下げられると、共通電極CEが押し下げられている領域(以降押し下げ領域とする)に対向する個別電極PEと共通電極CEとが、感圧層FSLを介して、電気的に導通する。押し下げられる量(力、及び/或いは、面積)により、感圧層FSLの抵抗値が変化する。トランジスタTrがオン状態の際、感圧層FSLに流れる電流値がトランジスタTrを介して信号線Sに流れ、信号線Sに接続された検出回路にて、押力センサIPDにどの程度の押力が加わったかが検知される。
また、感圧層FSLとして、コイル状に巻いた金属細線を用いてもよい。上述した通り、感圧層FSLとして、絶縁性樹脂及び導電性粒子を含むものやコイル状に巻いた金属細線を用いた場合、所定面積における押力が大きくなることで、感圧層FSLの抵抗値が低下するものがある。このような材料を用いることで、押力センサIPDを圧力センサとして用いることが可能となる。
またこのような感圧層FSLとして、透明導電体に代えて、珪素等の半導体や、酸化珪素や高分子等の絶縁体であって、トンネル電流が流れる程度の絶縁体を用いてもよい。
また感圧層FSLとして、透明導電体を用いた場合、感圧層FSLは共通電極CEを兼ねてもよい。すなわち感圧層FSL及び共通電極CEは別々に設けず単一の層であってもよい。
補助スペーサADSは、スペーサSPCとは異なる材料で構成される。補助スペーサADSの材料として、接着剤、例えば光学透明接着剤(OCA:Optical Clear Adhesive)や、UV硬化型樹脂である光学透明樹脂(OCR:Optical Clear Resin)が挙げられる。
また補助スペーサADSを設けることにより、額縁スペーサFRSにかかる力が減少する。これにより額縁スペーサFRSの幅を短くすることができ、狭額縁化が可能である。
まず第1基材BA1上に、図4に示す絶縁層PLIまでを形成する。絶縁層PLI上に、トランジスタTrと電気的に接続される個別電極PEを形成する。また絶縁層PLI上に、補助スペーサADSを形成する。図示しないが、第1基板SUB1には額縁スペーサFRSも形成される。このようにして第1基板SUB1を形成する。
まず図6(A)に示すように、第1基板SUB1の絶縁層PLI上に補助スペーサADSの前駆体PRCを設ける。第2基板SUB2の感圧層FSLと接し、補助スペーサADSの前駆体PRCと対向する位置に、スペーサSSPCを形成する。
次いで前駆体PRCに硬化処理を行い、補助スペーサADSを形成する。
図5においては、スペーサSPCを第2基板SUB2(第2基材BA2)側に設けたが、図7では第1基板SUB1(第1基材BA1)側に設ける。
第2基材BA2には、共通電極CE及び感圧層FSLがこの順に形成され、これらが第2基板SUB2を構成する。
まず図8(A)に示すように、第1基板SUB1の絶縁層PLI上にスペーサSSPCを形成する。スペーサSSPCを覆って、補助スペーサADSの前駆体PRCを設ける。換言すると、スペーサSSPCは、補助スペーサADSの前駆体PRCの内部に配置される。
次いで前駆体PRCに硬化処理行い、補助スペーサADSを形成する。
図9(A)及び(B)は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す平面図である。図9(A)及び(B)に示した構成例では、図3に示した構成例と比較して、補助スペーサの形状が異なるという点、及び補助スペーサが個別電極を囲んで形成されるという点で異なっている。
図10は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す平面図である。図10に示した構成例では、図9に示した構成例と比較して、補助スペーサADSが個別電極PEと一部が重畳し、別の一部が重畳しないという点で異なっている。
また図10の補助スペーサADSは、個別電極PEとは一部しか重畳しないので、押力を検知可能な領域を減らすことなく検知が可能である。ただし補助スペーサADSと個別電極PEが重畳する面積は、押力検知に影響を及ぼさない大きさであることが好適である。なお、補助スペーサADSと絶縁層PLIとの密着性を高めるため、補助スペーサADSが設けられた箇所の個別電極PEを除去するものであってもよい。つまり、補助スペーサADSが設けられた個別領域PAにおける個別電極PEの形状が、補助スペーサADSが設けられていない個別領域PAにおける個別電極PEの形状と異なるものであってもよい。
図11(A)及び(B)は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す平面図である。図11(A)及び(B)に示した構成例では、図3に示した構成例と比較して、補助スペーサADSが個別電極PEを覆っているという点で異なっている。
図12は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す平面図である。図12に示した構成例では、図11に示した構成例と比較して、補助スペーサADSが個別電極PEより小さいという点で異なっている。
図12の補助スペーサADSは、個別電極PEとは一部しか重畳しないので、押力を検知可能な領域を減らすことなく検知が可能である。
図13は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す平面図である。図13に示した構成例では、図9に示した構成例と比較して、補助スペーサADSの散在密度が不均一であるという点で異なっている。
一方、押力が大きくなると、散在密度が高い領域SADでも曲がるため、領域SADにおいても押力が検知される。
以上から、領域SASは低押力用の領域、領域SADは高押力用の領域であると言える。このように低押力用の領域と高押力用の領域を設けることにより、押力センサIPDのダイナミックレンジが拡大する。
図14(A)及び(B)は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す平面図である。図14(A)及び(B)に示した構成例では、図9に示した構成例と比較して、スペーサの硬さにより補助スペーサの数を変えるという点で異なっている。なお本構成例において、スペーサSPC及び補助スペーサADSは平面視で同じ大きさであるとする。
上記を換言すると、単位面積当たりの補助スペーサADSの数がスペーサSPCの数より少ない場合は、補助スペーサADSの硬さはスペーサSPCより硬ければよい。さらに換言すると、単位面積当たりの補助スペーサADSの占有面積がスペーサSPCの占有面積より小さい場合は、補助スペーサADSの硬さはスペーサSPCより硬ければよい。
ただしスペーサSPCの数及び補助スペーサADSの数は、上記に限定されるものでない。補助スペーサADSの数がスペーサSPCの数より少なければ、適宜変更可能である。
補助スペーサADSがスペーサSPCより柔らかい材料であると、補助スペーサADSがスペーサSPCの機能を妨げることがない。すなわち補助スペーサADSが押力及びその変化量(押力量)の検知に影響を及ぼさない。
ただしスペーサSPCの数及び補助スペーサADSの数は、上記に限定されるものでない。補助スペーサADSの数がスペーサSPCの数より多ければ、適宜変更可能である。
図15は、本実施形態の押力センサIPDを示す断面図である。本実施形態は、実施形態1に比較して、スペーサを絶縁層材料を用いて形成するという点で異なっている。
本実施形態では、補助スペーサHADSもスペーサHSPC同様、絶縁層PLIと同じ材料で形成されている。補助スペーサHADSは、絶縁層PLIの上面PLIu及び感圧層FSLに接している。
なお絶縁層PLI及び感圧層FSLの間隔を距離dとすると、スペーサHSPC及び補助スペーサHADSの高さは距離dである。また絶縁層PLIの膜厚を距離tとする。
まず第1基材BA1上にトランジスタTrの走査線G(ゲート電極)までを形成し、走査線G及び絶縁層GIを覆って、絶縁層ILIを形成する。
次いで絶縁層ILIを覆って、距離(d+t)の厚さで絶縁層PLIの材料層を成膜する。なお上述のように絶縁層ILIを設ける必要がない場合は、走査線G及び絶縁層GIを覆って絶縁層PLIの材料層を距離(d+t)の厚さで成膜する。
次いで信号線S並びに貫通孔PEHを有する個別電極PEを形成する。
絶縁層ILIを覆って絶縁層PLIの材料層を距離tの膜厚で成膜する。当該材料層を成膜後、当該材料層上に個別電極PE及び信号線Sを形成する。このとき個別電極PEには貫通孔PEHが設けられ、貫通孔PEHはスペーサHSPCが形成される領域に重畳している。
その後再度絶縁層PLIの材料層を距離dの膜厚で成膜する。当該材料層をフォトリソグラフィによりエッチングし、距離dの高さを有するスペーサHSPC及び補助スペーサHADSを形成する。
図16は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す断面図である。図16に示した構成例では、図15に示す構成例と比較して、補助スペーサHADSが絶縁層材料ではなく、スペーサHSPCとは異なる材料で構成されるという点で異なっている。
図17は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す断面図である。図17に示した構成例においては、図15に示す構成例と比較して、補助スペーサが絶縁層材料、及び当該絶縁層材料を覆い、スペーサとは異なる材料で構成されるという点で異なっている。
凸部HADSEの材料としては、実施形態1の補助スペーサADSと同様の材料を用いればよい。
図18(A)は、本実施形態の押力センサIPDを示す平面図である。図16(B)は、図18(A)の1つの個別領域PAを示す拡大平面図である。本実施形態は、実施形態1に比較して、スペーサ及び補助スペーサとしてスペーサビーズを硬化樹脂で被覆したもので構成するという点、及び、スペーサ及び補助スペーサの支持構造を有するという点で異なっている。
補助スペーサBADSは、個別電極PEと重畳しない領域に設けられている。なお本実施形態のスペーサBSPC及び補助スペーサBADSは、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみ設けてもよい。図18では、スペーサBSPC及び補助スペーサBADSの両方を設けた場合について説明する。
図19に示す押力センサIPDにおいて、第1基板SUB1は、トランジスタTr、トランジスタTr上に絶縁層ILI、絶縁層ILI上に絶縁層PLIを有している。絶縁層ILIまでの構成は、図4と同等である。なお絶縁層ILIは必要がなければ設けなくてもよい。
スペーサBSPCは、第1基板SUB1の個別電極PE及び第2基板SUB2の感圧層FSLとの間に設けられている。補助スペーサBADSは、第1基板SUB1の絶縁層PLIと第2基板SUB2の感圧層FSLとの間に設けられている。
硬化樹脂TSRは、スペーサビーズSBDを被覆しており、スペーサビーズSBDの位置を固定する。硬化樹脂TSRは、例えば熱硬化樹脂、具体的にはエポキシ樹脂やアクリル樹脂等で構成される。
まずスペーサビーズSBD及びスペーサビーズSBDを被覆した未硬化の硬化樹脂TSRを、第1基板SUB1上に配置する。ここでスペーサBSPCとなるスペーサビーズSBD及び未硬化の硬化樹脂TSRは、個別電極PE上に配置される。補助スペーサBADSとなるスペーサビーズSBD及び未硬化の硬化樹脂TSRは、絶縁層PLI上に配置される。
なおスペーサビーズSBD及び未硬化の硬化樹脂TSRを、第2基板SUB2に設けてもよい。その場合は、第1基板SUB1を第2基板SUB2に対向して配置した後、未硬化の硬化樹脂TSRを硬化する。
しかしながら、スペーサビーズSBDを覆った硬化樹脂TSRを硬化することにより、スペーサビーズSBDを含むスペーサSPC全体の位置を固定することができる。これにより本実施形態の押力センサIPDは、正確な押力を検知することができる。
図19に示すように、第1基板SUB1の個別電極PEは、スペーサBSPCと接する領域に凹部SCAVが設けられている。凹部SCAVは、例えば個別電極PEを形成後、個別電極PEの一部を除去することにより形成される。
上記のような場合、凹部ACAVは、第1基板SUB1の層構成のうち補助スペーサBADSに接する領域に設けられる。
図20は、本実施形態における押力センサの他の構成例を示す平面図である。図18に示した構成例では、図18に示した構成例と比較して、スペーサの散在密度が不均一という点で異なっている。
図21(A)では、全ての個別電極PEに凹部SCAVが設けられる。図21(B)では、個別電極PE1個おきに凹部SCAVが設けられる。図21(A)及び(B)いずれにおいても、スペーサBSPCは凹部SCAVに嵌合して配置される。
Claims (20)
- センサ領域と、
前記センサ領域に、第1方向及び前記第1方向に交差する第2方向にマトリクス状に配置された、複数の個別電極と、
前記複数の個別電極に対向する共通電極と、
前記複数の個別電極と前記共通電極との間に配置され、前記複数の個別電極と重畳する複数の第1スペーサと、
前記センサ領域に設けられ、前記複数の第1スペーサと異なる材料で構成された複数の第2スペーサと、
を備える押力センサ。 - 前記第2スペーサの材料は、接着剤である、請求項1に記載の押力センサ。
- 前記複数の個別電極及び前記共通電極との間に配置された感圧層とを、さらに備える請求項1又は2に記載の押力センサ。
- 前記第2スペーサは、前記個別電極に重畳しない、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の押力センサ。
- 前記第2スペーサは、前記第1方向に延伸する壁状である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の押力センサ。
- 前記第2スペーサは、前記個別電極を囲んで設けられる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の押力センサ。
- 前記第2スペーサの一部は、前記個別電極の一部と重畳する、請求項1乃至3いずれか1項に記載の押力センサ。
- 前記個別電極と重畳する第2スペーサは、前記個別電極を覆う、請求項1乃至3いずれか1項に記載の押力センサ。
- 前記複数の第2スペーサは、前記センサ領域内での散在密度が不均一である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の押力センサ。
- 第1基材と、
前記第1基材上に設けられたトランジスタと、
前記トランジスタ上に設けられた絶縁層と、
第1基材上に設けられたセンサ領域と、
前記センサ領域に、第1方向及び前記第1方向に交差する第2方向にマトリクス状に配置された、複数の個別電極と、
前記複数の個別電極に対向する共通電極と、
前記複数の個別電極と前記共通電極との間に配置され、前記複数の個別電極と重畳する複数の第1スペーサと、
前記センサ領域に設けられた複数の第2スペーサと、
を備え、
前記複数の個別領域は、それぞれ前記絶縁層を介して、前記トランジスタに電気的に接続され、
前記複数の第1スペーサの材料は、前記絶縁層と同じ材料である、押力センサ。 - 前記複数の個別電極及び前記共通電極との間に配置された感圧層とを、さらに備える請求項10に記載の押力センサ。
- 前記第2スペーサは、前記個別電極に重畳しない、請求項10又は11に記載の押力センサ。
- 前記第2スペーサは、前記第1方向に延伸する壁状である、請求項10乃至12のいずれか1項に記載の押力センサ。
- 前記第2スペーサは、前記個別電極を囲んで設けられる、請求項10乃至12のいずれか1項に記載の押力センサ。
- 前記第2スペーサの一部は、前記個別電極の一部と重畳する、請求項10又は11に記載の押力センサ。
- 前記個別電極と重畳する第2スペーサは、前記個別電極を覆う、請求項10又は11に記載の押力センサ。
- 前記複数の第2スペーサは、前記センサ領域内での散在密度が不均一である、請求項10又は11に記載の押力センサ。
- センサ領域と、
前記センサ領域に、第1方向及び前記第1方向に交差する第2方向にマトリクス状に配置された、複数の個別電極と、
前記複数の個別電極に対向する共通電極と、
前記複数の個別電極と前記共通電極との間に配置され、前記複数の個別電極と重畳する複数の第1スペーサと、
を備え、
前記複数の第1スペーサはそれぞれ、スペーサビーズ及び前記スペーサビーズを被覆する硬化樹脂を有する、押力センサ。 - 前記複数の個別電極及び前記共通電極との間に配置された感圧層とを、さらに備える請求項18に記載の押力センサ。
- 前記第1スペーサと重畳する前記個別電極は、凹部を有し、
前記第1スペーサの前記凹部は、前記個別電極に接する、請求項18又は19に記載の押力センサ。
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