JP2023170940A - 押圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】個別検出領域に作用した圧力値を検出しつつ、正確な全荷重値を検出できる押圧センサを提供する。【解決手段】押圧センサは、押圧される入力面と、入力面に対し、押圧方向に順に重ねられた第１センサ及び第２センサと、を備えている。入力面には、圧力を検出する検出領域が設けられている。第１センサ及び第２センサのうち一方は、検出領域を分割した複数の個別検出領域が設けられ、個別検出領域に入力された圧力を検出する圧力分布センサである。第１センサ及び第２センサのうち他方は、少なくても２つ以上の個別検出領域と重なる包括検出領域が設けられ、包括検出領域に入力された圧力を検出する圧力センサである。【選択図】図４

Description

本発明は、押圧センサに関する。

下記特許文献に示すように、押圧センサは、複数のアレイ電極が設けられたアレイ基板を備えている。押圧センサの検出領域は、複数のアレイ電極に対応して複数の個別検出領域に分けられている。また、近年の押圧センサの空間分解能が高いため、検出領域の一部が押圧されると、１つの個別検出領域でなく、複数の個別検出領域で圧力が検出される。これにより、各個別検出領域に作用した圧力値の分布を示す圧力分布を得ることができる。

特開２０１８－１４６４８９号公報

上記特許文献の押圧センサによれば、アレイ電極間に入力された圧力を検出できない。また、押圧センサに利用されるセンサ層として、接触面積の増加に伴って抵抗値が小さくなる感圧層が挙げられる。このような感圧層を利用すると、ヒステリシスが生じるため、個別検出領域に検出された圧力値の信頼性が高くない。このため、各個別検出領域で検出された圧力値を足し合わせても、正確な全荷重値を求めることができない。

本発明は、各個別検出領域に作用した圧力値を検出しつつ、正確な全荷重値を検出できる押圧センサを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る押圧センサは、押圧される入力面と、前記入力面に対し、押圧方向に順に重ねられた第１センサ及び第２センサと、を備えている。前記入力面には、圧力を検出する検出領域が設けられている。前記第１センサ及び前記第２センサのうち一方は、前記検出領域を分割した複数の個別検出領域が設けられ、前記個別検出領域に入力された前記圧力を検出する圧力分布センサである。前記第１センサ及び前記第２センサのうち他方は、少なくても２つ以上の前記個別検出領域と重なる包括検出領域が設けられ、前記包括検出領域に入力された前記圧力を検出する圧力センサである。

図１は、実施形態１に係る押圧センサを模式的に示す斜視図である。 図２は、実施形態１の押圧センサの断面図である。 図３は、実施形態１の圧力分布センサの回路構成を示す回路図である。 図４は、実施形態１の押圧センサに圧力が入力された場合の断面図である。 図５は、実施形態２の押圧センサの構成を模式的に示す図である。 図６は、実施形態３の押圧センサの断面図である。 図７は、変形例１の押圧センサの断面図である。 図８は、変形例２の押圧センサの断面図である。 図９は、変形例３の押圧センサの断面図である。 図１０は、実施形態４の検出電極と対向電極を平面視した図である。 図１１は、変形例４の検出電極と対向電極を平面視した図である。 図１２は、変形例５の検出電極と対向電極を平面視した図である。 図１３は、平行型の電極を備える圧力センサ（変形例６と変形例７の圧力センサ）の断面図である。 図１４は、変形例６の検出電極と共通電極とを平面視した図である。 図１５は、変形例７の検出電極と共通電極とを平面視した図である。 図１６は、ハイブリッド型の電極を備える圧力センサ（変形例８から変形例１０の圧力センサ）の断面図である。 図１７は、変形例８の検出電極と共通電極と中間電極を平面視した図である。 図１８は、変形例９の検出電極と共通電極と中間電極を平面視した図である。 図１９は、変形例１０の検出電極と共通電極と中間電極を平面視した図である。 図２０は、変形例１１の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。 図２１は、変形例１１の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。 図２２は、変形例１２の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。 図２３は、変形例１２の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。 図２４は、変形例１３の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。 図２５は、変形例１３の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。 図２６は、変形例１４の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。 図２７は、変形例１４の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。 図２８は、変形例１５の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。 図２９は、変形例１５の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。

本開示の押圧センサを実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示の発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略することがある。

また、本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る押圧センサを模式的に示す斜視図である。押圧センサ１は、入力面１ａに作用した圧力を検出する装置である。図１に示すように、押圧センサ１は、平板状を成している。そして、押圧センサ１の一面は、圧力が入力される入力面１ａとなっている。また、押圧センサ１は、長方形状（矩形状）を成している。入力面１ａは、圧力を検出可能な検出領域２と、検出領域２の外側を囲む周辺領域３と、に区分けされる。なお、図１において、検出領域２と周辺領域３と境界を分かり易くするため、境界線Ｌ１を引いている。また、以下の説明で、入力面１ａに対し法線方向であり、かつ押圧センサ１に作用する圧力と同じ方向を押圧方向Ａ１（図２参照）と称する。

押圧センサ１は、入力面１ａと、入力面１ａに対し、押圧方向Ａ１（図２参照）に順に重ねられた第１センサ１０１及び第２センサ１０２と、を備えている。

第１センサ１０１は、圧力分布センサ５０である。圧力分布センサ５０は、検出領域２を分割した複数の個別検出領域４に入力された圧力を検出する装置である。なお、図１において、個別検出領域４同士の境界を分かり易くするため、境界線Ｌ２を引いている。

複数の個別検出領域４は、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙに配列している。第１方向Ｄｘは、入力面１ａと平行な方向である。第２方向Ｄｙは、入力面１ａと平行であり、第１方向Ｄｘと交差する方向である。本実施形態において、第１方向Ｄｘは、押圧センサ１の短辺と平行な方向である。また、第２方向Ｄｙは、押圧センサ１の長辺と平行な方向である。つまり、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとは、互いに直交している。また、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとのそれぞれに直交する方向（入力面１ａの法線方向）を、第３方向Ｄｚを称する。

第２センサ１０２は、圧力センサ２０である。圧力センサ２０は、包括検出領域５に入力された圧力（荷重）を検出する装置である。包括検出領域５は、押圧方向Ａ１から視て、少なくても２つ以上の個別検出領域４と重なっている。よって、圧力センサ２０は、２つ以上の個別検出領域４に跨って入力された全荷重を検出する装置である。また、本実施形態において、包括検出領域５は、検出領域２と一致している。つまり、押圧方向Ａ１から視て、検出領域２の全ての範囲が包括検出領域５と重なっている。次に、押圧センサ１の詳細について説明する。

図２は、実施形態１の押圧センサの断面図である。図２に示すように、押圧センサ１は、押圧方向Ａ１から順に重ねられた、圧力分布センサ５０、接着層４９と、圧力センサ２０と、を備えている。以下、押圧方向Ａ１を下方と称し、押圧方向Ａ１と反対方向を上方と称する場合がある。

圧力分布センサ５０は、下方から順に配置された第１基板５２と、アレイ層５３と、第１センサ層６０と、第１対向電極６１と、第１保護層６２と、を有している。なお、第１基板５２とアレイ層５３とが一体化したものをアレイ基板５１という。

第１基板５２と第１保護層６２は、絶縁性と可撓性を備えている基板である。第１基板５２と第１保護層６２には、例えば樹脂基板又は樹脂フィルム等が用いられる。また、第１保護層６２の上方の面は、入力面１ａとなっている。

アレイ層５３は、複数の駆動用トランジスタ５４と、各駆動用トランジスタ５４を駆動するための各種構成と、を備えている。なお、各種構成とは、図１に示すように、接続部７、ゲート線駆動回路８、信号線選択回路９、ゲート線１１（図３参照）、及び信号線１２（図３参照）である。

接続部７、ゲート線駆動回路８、及び信号線選択回路９は、アレイ層５３において周辺領域３に配置されている。接続部７は、押圧センサ１の外部に配置された駆動ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と接続するためのものである。なお、駆動ＩＣは、接続部７に接続するフレキシブルプリント基板やリジット基板の上に、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）として実装されてもよい。または、駆動ＩＣは、第１基板５２の周辺領域３にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）として実装されてもよい。

ゲート線駆動回路８は、駆動ＩＣからの各種制御信号に基づいて複数のゲート線１１（図３参照）を駆動する回路である。ゲート線駆動回路８は、複数のゲート線１１を順次又は同時に選択し、選択されたゲート線１１にゲート駆動信号を供給する。信号線選択回路９は、複数の信号線１２（図３参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路９は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路９は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、選択された信号線１２と駆動ＩＣとを接続する。

図３は、実施形態１の圧力分布センサの回路構成を示す回路図である。図３に示すように、ゲート線１１は、第１方向Ｄｘに延在する。複数のゲート線１１は、第２方向Ｄｙに配列している。信号線１２は、第２方向Ｄｙに延在する。複数の信号線１２は、第１方向Ｄｘに配列している。そのほか、特に図示しないが、アレイ層５３は、周辺領域３に沿って延在する共通配線を有している。共通配線は、接続部７を介して駆動ＩＣに接続し、駆動ＩＣから一定量の電流が供給されている。

駆動用トランジスタ５４は、各個別検出領域４に１つずつ設けられている。図２に示すように、駆動用トランジスタ５４は、半導体層５４ａと、ゲート絶縁膜５４ｂと、ゲート電極５４ｃと、ソース電極５４ｄと、ドレイン電極５４ｅと、を備えている。ソース電極５４ｄは、アレイ電極５５と電気的に接続している。ゲート電極５４ｃは、ゲート線１１と接続している。ドレイン電極５４ｅは、信号線１２と接続している。これにより、ゲート線１１を走査すると、アレイ電極５５の電気的状態、言い換えると、アレイ電極５５に入力された電気信号（電流値）が信号線１２経由で得られる。そして、信号線１２経由で得られた電流値の大きさで、個別検出領域４に作用した圧力値を求めている。

また、アレイ基板５１において第１センサ層６０の方を向く第１面５１ａは、駆動用トランジスタ５４等を被覆する絶縁層５６により平坦化している。

アレイ電極５５は、アレイ基板５１の第１面５１ａに設けられている。アレイ電極５５は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの金属材料で製造されている。アレイ電極５５は、押圧方向Ａ１から視て矩形状を成している（図１参照）。また、アレイ電極５５の大きさは、個別検出領域４よりも小さい（図１参照）。つまり、個別検出領域４の外周側の一部は、アレイ電極５５と重ならない不感領域４ａを成している。不感領域４ａは、押圧方向Ａ１から視て枠状を成している。

第１対向電極６１は、第１保護層６２の下方の面に成膜されたベタ膜である。つまり、第１対向電極６１は、押圧方向Ａ１から視て、検出領域２の全域と重なる共通電極である。第１対向電極６１には、図示しない配線により共通配線（不図示）と接続している。よって、第１対向電極６１には、駆動ＩＣから一定量の電流が供給されている。

第１センサ層６０は、第１対向電極６１の下方の面に設けられている。第１センサ層６０は、押圧方向Ａ１から視て、検出領域２の全域と重なっている。第１センサ層６０は、導電性樹脂により製造されている。第１センサ層６０の下方の面には、複数の凸部６０ａが設けられている。各凸部６０ａは、アレイ電極５５及びアレイ基板５１の第１面５１ａと離隔している。よって、アレイ電極５５及び第１面５１ａと、第１センサ層６０との間に空間が生じている。

この圧力分布センサ５０によれば、入力面１ａが押圧されると、第１センサ層６０が押圧方向Ａ１に移動し、第１センサ層６０の凸部６０ａがアレイ電極５５に接触する。これにより、アレイ電極５５と第１対向電極６１を電気的に接続し、アレイ電極５５に電流が流れる。

また、第１センサ層６０に作用する圧力が大きくなると、アレイ電極５５に接触する凸部６０ａに数が増加し、アレイ電極５５との接触面積が増加する。また、凸部６０ａは、アレイ電極５５に押し付けられて平坦化することで、アレイ電極５５との接触面積が増加する。このような理由から、第１センサ層６０は、圧力の増加（接触面積の増加）に比例してアレイ電極５５に入力する電流量が大きくなる。よって、電流値の大きさに基づいて圧力値を検出することができる。

圧力センサ２０は、下から順に配置された、第２基板２１と検出電極２２と第２センサ層２３と第２対向電極２４と第２保護層２５とを備えている。第２基板２１は、絶縁性を有する基板である。例えば、ガラス基板、樹脂基板、又は樹脂フィルム等が挙げられる。第２保護層２５は、絶縁性及び可撓性を備えている。第２保護層２５には、例えば樹脂基板、又は樹脂フィルム等が用いられる。

検出電極２２及び第２対向電極２４は、金属材料で成膜された層である。検出電極２２は、第２基板２１の上側の面に成膜されたベタ膜である。また、第２対向電極２４は、第２センサ層２３の上側に成膜されたベタ膜である。第２対向電極２４は、図示しない配線によって押圧センサ１の外部に配置された駆動ＩＣから一定量の電流が供給されている。

第２センサ層２３は、検出電極２２と第２対向電極２４との間に配置された感圧層である。第２センサ層２３は、絶縁性が高い樹脂層の内部に導電性の微粒子が含まれた材料で製造されている。微粒子は、樹脂層の内部で分散し、互いに離隔している。よって、樹脂層が変形していない場合、第２センサ層２３の抵抗値が高く、検出電極２２と第２対向電極２４とは電気的に接続されない。

一方、樹脂層が変形すると微粒子が接触又は近接し、第２センサ層２３の抵抗値が小さくなる。これにより、検出電極２２に電流が流れる。また、樹脂層の変形量が大きくなると、微粒子の接触する量が増加し、第２センサ層２３の抵抗値が大きく低減する。よって、検出電極２２に流れる電流が多くなる。よって、入力された圧力に比例して、検出電極２２に入力される電流値が大きくなる。また、検出電極２２に入力された電気信号（電流値）は、図示しない信号線により出力される。そして、電流値の大きさに基づき、包括検出領域５に入力された全荷重を求めている。なお、本実施形態では、圧力センサ２０として、抵抗式の圧力センサを用いた例を示しているが、本開示は、例えば静電容量式や圧電式の圧力センサであってもよく、抵抗式の圧力センサに限定されない。

検出電極２２と第２センサ層２３と第２対向電極２４は、押圧方向Ａ１から視ると、検出領域２の全域と重なっている。このため、包括検出領域５は、検出領域２と一致しており、圧力センサ２０は、検出領域２に入力された重量（全荷重）を検出する。

接着層４９は、第１センサ１０１と第２センサ１０２を接着する層である。翻字し形態においては、接着層４９は、圧力センサ２０の第２保護層２５と、圧力分布センサ５０の第１基板５２と、に接着している。接着層４９として、例えば熱硬化性樹脂や、両面テープなどが挙げられる。

図４は、実施形態１の押圧センサに圧力が入力された場合の断面図である。次に、実施形態１の押圧センサ１の動作例を説明する。なお、図４において、駆動用トランジスタ５４を省略している。図４に示すように、手指２００により入力面１ａが押圧されると、入力面１ａに押圧方向Ａ１の荷重が作用する。また、手指２００は、隣り合う２つの個別検出領域４の境界（境界線Ｌ２）を押圧している。つまり、２つの個別検出領域４に跨って押圧方向Ａ１の荷重が作用する。

そして、圧力分布センサ５０の第１センサ層６０が押圧方向Ａ１に移動する。第１センサ層６０がアレイ電極５５と接触し、アレイ電極５５に電流が流れる。また、本実施形態では、隣り合う２つのアレイ電極５５のそれぞれに電流が流れる。この結果、２か所の個別検出領域４で圧力値が検出される。

また、アレイ電極５５は、第１センサ層６０から押圧方向Ａ１の荷重を受け、下方に沈むように変形する。つまり、アレイ基板５１の一部は、下方へ沈むように変形し、圧力センサ２０に押圧方向Ａ１の荷重が伝達される。これに伴い、接着層４９と第２保護層２５と第２対向電極２４も下方に沈むように変形する。この結果、第２センサ層２３の厚みが小さくなり、検出電極２２に電流が流れる。

なお、図４に示すように、個別検出領域４のうち不感領域４ａは、下方に第１センサ層６０が配置されているものの、アレイ電極５５が配置されていない。よって、不感領域４ａに圧力が入力されても、第１センサ層６０がアレイ基板５１の第１面５１ａに接触するだけである。このため、不感領域４ａに入力された圧力は、圧力分布センサ５０により検出されない。

一方で、第１センサ層６０が第１面５１ａを押圧する押圧荷重は、圧力センサ２０に伝達される。この結果、第２センサ層２３のうち不感領域４ａと重なる範囲の厚みが小さくなり、検出電極２２に電流が流れる。よって、圧力センサ２０によって検出される圧力値には、不感領域４ａに入力された荷重を含めた全荷重が検出される。

以上から、実施形態１の押圧センサ１によれば、圧力分布を検出しつつ、正確な全荷重値を検出することができる。

（実施形態２）
図５は、実施形態２の押圧センサの構成を模式的に示す図である。図５に示すように、実施形態２の押圧センサ１Ａは、さらに情報処理部１１０を備えている点で、実施形態１の押圧センサ１と相違する。以下、相違点に絞って説明する。

情報処理部１１０は、圧力分布センサ５０によって得られた各個別検出領域４の圧力値を補正する装置である。情報処理部１１０は、圧力分布センサ５０の信号線１２と圧力センサ２０の信号線２６に接続し、圧力分布センサ５０と圧力センサ２０の結果（電気信号）を得ている。

情報処理部１１０は、圧力分布センサ５０と圧力センサ２０の結果（電気信号）から、各個別検出領域４に作用した圧力値ｐｉと、包括検出領域５に作用した圧力値Ｗと、を求めている。また、情報処理部１１０は、下記の数１式により、補正係数Ａを算出する。

数１式中のｐｉは、圧力分布センサ５０で得られた個別検出領域４毎の圧力値である。数１式中のｓｉは、各個別検出領域４の面積である。数１式中のＷは、圧力センサ２０で得られた全荷重である。数１式中のｍは、押圧方向Ａ１に交差する第１方向Ｄｘに配列する個別検出領域４の数である。数１式中のｎは、押圧方向Ａ１と第１方向Ｄｘの両方に交差する第２方向Ｄｙに配列する個別検出領域４の数である。なお、各個別検出領域４の面積ｓｉは、予め測定された測定値が情報処理部１１０に記憶されている。

数１式について説明すると、数１式の左辺のうち補正係数Ａを除く部分は、ｍ×ｎ個ある個別検出領域４の圧力値を足し合わせて合計圧力値を算出し、さらに各個別検出領域４の面積ｓｉを乗じて合計荷重を荷重している。なお、合計荷重は、本来であれば、検出領域２の全域に作用した全荷重値（数１式の右辺）と等しい。しかしながら、圧力分布センサ５０では、不感領域４ａに入力された圧力（荷重）が検出されない。また、第１センサ層６０のヒステリシス特性を考慮する必要がある。よって、ｍ×ｎ個の個別検出領域４の圧力値を足し合わせ、さらに各個別検出領域４の面積ｓｉを乗じて合計荷重を求めても、全荷重値と等しくならない。

よって、情報処理部１１０は、圧力センサ２０の結果から求められた全荷重値Ｗを合計圧力値で割り、補正係数Ａを算出している。また、補正係数Ａが求められた後、情報処理部１１０は、個別検出領域４の補正後の圧力値ｐｉ^＊を下記の数２式により求め、出力している。

なお、数２式中のｐｉ^＊は、個別検出領域４における補正後の圧力値である。実施形態２によれば、個別検出領域４の圧力値は、不感領域４ａに入力された圧力や、第１センサ層６０のヒステリシス特性が考慮されており、正確性及び信頼性が向上する。

次に、圧力分布センサ５０と圧力センサ２０の接着関係や配置関係を変更した実施形態３と変形例１から変形例３を説明する。

（実施形態３）
図６は、実施形態３の押圧センサの断面図である。図６に示すように、実施形態３の押圧センサ１Ｂは、圧力分布センサ５０と圧力センサ２０との間に配置された接着層４９を有していない点で、実施形態１と相違する。

また、実施形態３の押圧センサ１Ｂは、圧力分布センサ５０の周辺領域に枠状の接着層４９Ｂが設けられている点で、実施形態１と相違する。この接着層４９Ｂの上端は、第１保護層６２の下方の面と接着している。また、接着層４９Ｂの下端は、圧力センサ２０の第２保護層２５の上方の面と接着している。これにより、圧力分布センサ５０と圧力センサ２０とが一体化している。

以上、実施形態３によれば、圧力分布センサ５０と圧力センサ２０は、第３方向Ｄｚに重ねられて当接している。よって、実施形態１よりも第３方向Ｄｚの厚みが小さい。また、圧力分布センサ５０と圧力センサ２０との間に接着層４９が介在しないため、圧力センサ２０に有効に圧力が入力される。

（変形例１）
図７は、変形例１の押圧センサの断面図である。図７に示すように、変形例１の押圧センサ１Ｃは、枠状の接着層４９Ｂの下端が圧力センサ２０の第２基板２１に接続している点で、実施形態３と相違している。変形例１の押圧センサ１Ｃであっても、実施形態３と同等な作用効果を奏することができる。

（変形例２）
図８は、変形例２の押圧センサの断面図である。図８に示すように、変形例２の押圧センサ１Ｄは、接着層４９と第２保護層２５を有していない点で、実施形態１と相違する。つまり、変形例２の押圧センサ１Ｄでは、第１基板５２の底面５２ａに、圧力センサ２０の第２対向電極２４に成膜されている。なお、底面５２ａは、押圧方向Ａ１を向く第１センサ１０１の面である。

以上、変形例２によれば、第２センサ１０２は、第１電極（第２対向電極２４）と、第１電極に対し押圧方向Ａ１に配置され、第１電極と対向する第２電極（検出電極２２）と、を有している。第１電極（第２対向電極２４）は、第１センサ１０１の底面５２ａに設けられている。よって、実施形態１及び変形例１よりも第３方向Ｄｚの厚みがより小さい。また、圧力分布センサ５０と圧力センサ２０との間に、接着層４９と第２保護層が介在しないため、圧力センサ２０に有効に圧力が入力される。

（変形例３）
図９は、変形例３の押圧センサの断面図である。図９に示すように、変形例３の押圧センサ１Ｅは、実施形態１と同様に、押圧方向Ａ１に順に重ねられた第１センサ１０１と第２センサ１０２を有している。ただし、第１センサ１０１が圧力センサ２０であり、第２センサ１０２が圧力分布センサ５０である点で、実施形態１と相違する。変形例３によっても、実施形態１と同等な作用効果を得られる。なお、本変形例によれば、圧力センサ２０の第２保護層２５の上方の面が入力面１ａとなる。

なお、実施形態１の圧力センサ２０の検出電極２２と第２対向電極２４は、両方ともに検出領域２と同じ大きさとなっているが、本開示はこれに限定されない。言い換えると、包括検出領域５は、少なくとも２つ以上の個別検出領域４を含んでいればよい。以下、圧力センサ２０における検出電極２２と第２対向電極２４を変形した変形例について説明する。また、以下の説明では、検出電極２２と第２対向電極２４のみを抽出して説明する。

（実施形態４）
図１０は、実施形態４の検出電極と対向電極を平面視した図である。実施形態４の圧力センサ２０Ｆにおいて、検出電極２２Ｆは４つに分割されている。詳細には、検出電極２２Ｆは、第１方向Ｄｘに２列、第２方向Ｄｙに２列となるように分割されている。一方で、第２対向電極２４Ｆは、実施形態１と同様に検出領域２の全域に成膜されている。

この実施形態４によれば、押圧方向Ａ１から視て、検出電極２２Ｆと重なる範囲が包括検出領域５となる。つまり、包括検出領域５は、４つに分割されている。また、包括検出領域５は、２つ以上の個別検出領域４を含んでいる。以上から、実施形態４によれば、包括検出領域５と重なる範囲の全荷重が圧力センサ２０Ｆにより検出される。

（変形例４）
図１１は、変形例４の検出電極と対向電極を平面視した図である。変形例４の圧力センサ２０Ｇの第２対向電極２４Ｇは、４つの検出電極２２Ｆに対応して、４つに分割している。この変形例４によれば、包括検出領域５は、検出電極２２Ｆと重なる範囲であり、実施形態４と同等な効果を奏する。

（変形例５）
図１２は、変形例５の検出電極と対向電極を平面視した図である。変形例５の圧力センサ２０Ｈは、検出電極２２Ｈと第１方向Ｄｘに複数に分割している。第２対向電極２４Ｈは、第２方向Ｄｙに複数に分割している。よって、検出電極２２Ｈと第２対向電極２４Ｈは交差しており、いわゆるパッシブマトリックス型と呼ばれている。この変形例５によれば、検出電極２２Ｈと第２対向電極２４Ｈとが重なる範囲が包括検出領域５となる。つまり、包括検出領域５は、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとに配列し、マトリックス状に配置されている。以上から、変形例５においても、包括検出領域５と重なる領域に作用した全荷重を検出できる。

図１３は、平行型の電極を備える圧力センサ（変形例６と変形例７の圧力センサ）の断面図である。以上、第３方向Ｄｚに対向するように配置された対向型の電極（検出電極２２と第２対向電極２４）の変形例について説明したが、本開示は、対向型の電極に限定されない。本開示は、図１３に示すように、検出電極２２と共通電極２７とが平面方向（第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙの両者に平行な方向）に配置される平行型の電極であってもよい。この平行型の電極によれば、電流は、第２センサ層２３内を平面方向に流れる（図１３の矢印を参照）。以下、平行型の電極の詳細を説明する。

（変形例６）
図１４は、変形例６の検出電極と共通電極とを平面視した図である。変形例６の圧力センサ２０Ｉの検出電極２２Ｉと共通電極２７Ｉは、第２方向Ｄｙに延びる１つの電極と、その１つの電極から第１方向Ｄｘに延びる複数の電極と、を有し、いわゆる櫛歯形状となっている。そして、検出電極２２Ｉと共通電極２７Ｉは、第１方向Ｄｘに延びる電極が、第２方向Ｄｙに交互に配置されている。

（変形例７）
図１５は、変形例７の検出電極と共通電極とを平面視した図である。変形例７の圧力センサ２０Ｊは、検出電極２２Ｊと共通電極２７Ｊが変形例６と同様に櫛歯形状となっている。また、変形例７において、検出電極２２Ｊと共通電極２７Ｊは、それぞれ４つに分割されている。

図１６は、ハイブリッド型の電極を備える圧力センサ（変形例８から変形例１０の圧力センサ）の断面図である。また、本開示は、対向型と平行型とを組み合わせたハイブリッド型の電極であってもよい。ハイブリッド型の電極は、図１６に示すように、第２基板２１の上方の面に、検出電極２２と共通電極２７が配置されている。また、第２保護層２５の下方の面に、中間電極２８が配置されている。中間電極２８は、検出電極２２と共通電極２７に対向している。このハイブリッド型の電極を備える圧力センサは、圧力が入力されると、最初に共通電極２７から中間電極２８に電流が流れる。そして、電流は、中間電極２８沿って平面方向に流れる。その後、第２センサ層２３を介して検出電極２２に電流が流れる。以下、ハイブリッド型の電極の詳細を説明する。

（変形例８）
図１７は、変形例８の検出電極と共通電極と中間電極を平面視した図である。変形例８の圧力センサ２０Ｋにおいて、検出電極２２Ｋと共通電極２７Ｋは、いわゆる櫛歯形状である。よって、変形例６の検出電極２２Ｉと共通電極２７Ｉと同一形状である。中間電極２８Ｋは、検出領域２の全域に亘って延在するベタ膜である。よって、実施形態１の第２対向電極２４と同一形状である。変形例８の圧力センサ２０Ｋであれば、中間電極２８Ｋを介して検出電極２２Ｋに電流が流れる。

（変形例９）
図１８は、変形例９の検出電極と共通電極と中間電極を平面視した図である。変形例９の圧力センサ２０Ｌの検出電極２２Ｌと共通電極２７Ｌは、いわゆる櫛歯形状であり、４つに分割されている。よって、変形例７の検出電極２２Ｊと共通電極２７Ｊと同一形状である。なお、中間電極２８Ｌは、検出領域２の全域に亘って延在するベタ膜であり、実施形態１の第２対向電極２４と同一形状である。

（変形例１０）
図１９は、変形例１０の検出電極と共通電極と中間電極を平面視した図である。変形例１０の圧力センサ２０Ｍにおいて、検出電極２２Ｍと共通電極２７Ｍは、変形例７の検出電極２２Ｊと共通電極２７Ｊと同一形状であり、４つに分割されている。中間電極２８Ｍは、４つに分割されたベタ膜である。この４つの中間電極２８Ｍは、第３方向Ｄｚから視て検出電極２２Ｍと共通電極２７Ｍと重なっている。

次に、圧力センサ２０の第２センサ層２３について説明する。実施形態１の第２センサ層２３は、樹脂層の内部に導電性の微粒子が含まれたものを使用しているが、本開示は、これに限定されない。以下、導電性樹脂により製造された変形例１１、変形例１２について説明する。

（変形例１１）
図２０は、変形例１１の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。図２１は、変形例１１の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。図２０に示すように、変形例１１の圧力センサ２０Ｎの第２センサ層２３Ｎは、導電性樹脂により製造されている。第２センサ層２３Ｎは、圧力入力前の状態で、検出電極２２と接触していない。

図２１に示すように、圧力が入力されると、第２センサ層２３Ｎは、押圧方向Ａ１に窪むように変形し、検出電極２２と接触する。これにより、検出電極２２に電流が流れる。また、圧力が大きくなり、第２センサ層２３Ｎと検出電極２２との接触面積が大きくなると、検出電極２２に流れる電流も大きくなる。

（変形例１２）
図２２は、変形例１２の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。図２３は、変形例１２の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。図２２に示すように、変形例１２の圧力センサ２０Ｏの第２センサ層２３Ｏは、導電性樹脂により製造されている。また、第２センサ層２３Ｏには、検出電極２２に向かって突出する凸部２３ａが複数設けられている。また、第２センサ層２３Ｏにおいて複数の凸部２３ａのうち一部は、圧力入力前の状態で、検出電極２２と接触している。ただし、接触している凸部２３ａの数が少なく、第２センサ層２３Ｏは絶縁状態を保持している。

図２３に示すように、圧力が入力されると、第２センサ層２３Ｏが押圧方向Ａ１に移動するように変形し、検出電極２２と接触する凸部２３ａの数が増加する。この結果、第２センサ層２３Ｏを介して、検出電極２２に電流が流れる。また、圧力がさらに大きくなると、検出電極２２と接触する凸部２３ａの数がさらに増加する。また、凸部２３ａがアレイ電極５５に押し付けられて平坦化し、アレイ電極５５との接触面積が増加する。これにより、検出電極２２に流れる電流が大きくなる。

また、上記した実施形態及び変形例の圧力センサは、センサ層（感圧層）を備えているが、本開示はこれに限定されない。以下、センサ層を備えていない変形例１３から変形例１５について説明する。

（変形例１３）
図２４は、変形例１３の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。図２５は、変形例１３の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。図２４に示すように、変形例１３の圧力センサ２０Ｐは、第２基板２１と、スペーサ３０と、検出電極２２Ｐと、第２対向電極２４と、第２保護層２５と、を備えている。

スペーサ３０は、半球状を成している。スペーサ３０は、検出電極２２の上方の面に設けられ、第２対向電極２４に向かって凸状となるように配置されている。スペーサ３０は、第２保護層２５よりも剛性が高い物質で製造され、変形し難くなっている。なお、スペーサ３０は、導電性材料と絶縁性材料のうちどちらでもよい。スペーサ３０は、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙに等間隔で複数配列している。

検出電極２２Ｐは、第２基板２１及びスペーサ３０に成膜されている。また、検出電極２２Ｐのうち、スペーサ３０のうち最も第２対向電極２４に向かって突出している部分（以下、頂点３１と称する）が第２対向電極２４と接触している。また、検出電極２２Ｐの頂点３１と第２対向電極２４との接触面積が極小となっているため、検出電極２２Ｐに電流が流れないようになっている。

図２４に示すように、圧力が入力されると、第２保護層２５及び第２対向電極２４が下方に移動する。よって、第２保護層２５及び第２対向電極２４は、スペーサ３０に押圧され、上方に向かって窪むように変形する。この結果、検出電極２２Ｐと第２対向電極２４の接触面積が大きくなり、検出電極２２Ｐに電流が流れる。また、スペーサ３０が半球状を成しているため、第２対向電極２４の下方への移動量が大きくなると、検出電極２２Ｐとの接触面積が大きくなる。よって、検出電極２２Ｐに流れる電流量も大きくなる。

（変形例１４）
図２６は、変形例１４の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。図２７は、変形例１４の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。図２６に示すように、変形例１４の圧力センサ２０Ｑは、第２基板２１と、検出電極２２と、第２対向電極２４Ｑと、スペーサ３２と、第２保護層２５と、を備えている。

スペーサ３２は、円錐状を成している。スペーサ３２は、第２保護層２５の下方の面に設けられ、検出電極２２に向かって凸状となるように配置されている。スペーサ３２は、第２保護層２５よりも剛性が低い物質で製造され、容易に変形する。スペーサ３２の頂点３３は、検出電極２２に接触している。スペーサ３２は、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙに等間隔で複数配列している。

第２対向電極２４Ｑは、第２保護層２５の下方の面とスペーサ３２に成膜されている。第２対向電極２４Ｑのうちスペーサ３２の先端部に設けられた頂点３３は、検出電極２２と接触している。また、第２対向電極２４Ｑの頂点３３と、検出電極２２との接触面積が極小となっているため、検出電極２２に電流が流れないようになっている。

図２７に示すように、圧力が入力されて第２保護層２５が下方に移動すると、第２保護層２５及び第２基板２１との間でスペーサ３２の先端部が潰れる。このため、第２対向電極２４Ｑと検出電極２２と、の接触面積が大きくなり、検出電極２２に電流が流れる。圧力が大きくなると、スペーサ３２の先端部の潰れ量が大きくなり、接触面積も大きくなる。よって、検出電極２２Ｐに流れる電流量も大きくなる。

（変形例１５）
図２８は、変形例１５の圧力センサであって、圧力入力前の状態の断面図である。図２９は、変形例１５の圧力センサであって、圧力入力後の状態の断面図である。図２８に示すように、変形例１５の圧力センサ２０Ｒは、第２基板２１と、検出電極２２と、第２対向電極２４と、第２保護層２５と、を備えている。つまり、実施形態１の圧力センサ２０から第２センサ層２３を取り除いた状態となっている。

圧力が入力されていない状態では、検出電極２２と第２対向電極２４とが離隔し、検出電極２２に電流が流れない。一方で、圧力が入力されると、第２保護層２５と第２対向電極２４が押圧方向Ａ１に移動し、第２対向電極２４が検出電極２２と接触する。これにより、検出電極２２に電流が流れる。また、圧力が大きくなり、第２対向電極２４と検出電極２２との接触面積が大きくなると、検出電極２２に流れる電流も大きくなる。これにより、包括検出領域５に入力された圧力を検出することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 押圧センサ
１ａ 入力面
２ 検出領域
３ 周辺領域
４ 個別検出領域
５ 包括検出領域
２０、２０Ｆ、２０Ｇ、２０Ｈ、２０Ｉ、２０Ｊ、２０Ｋ、２０Ｌ、２０Ｍ、２０Ｎ、２０Ｏ、２０Ｐ、２０Ｑ、２０Ｒ 圧力センサ
２１ 第２基板
２２、２２Ｆ、２２Ｈ、２２Ｊ、２２Ｋ、２２Ｌ、２２Ｍ 検出電極
２３、２３Ｎ、２３Ｏ 第２センサ層
２４、２４Ｇ、２４Ｈ 第２対向電極
２５ 第２保護層
２７、２７Ｉ、２７Ｊ、２７Ｋ、２７Ｌ、２７Ｍ 共通電極
２８、２８Ｋ、２８Ｌ、２８Ｍ 中間電極
３０、３２ スペーサ
４９、４９Ｂ 接着層
５０ 圧力分布センサ
５１ アレイ基板
５２ 第１基板
５３ アレイ層
５４ 駆動用トランジスタ
５５ アレイ電極
６０ 第１センサ層
６１ 第１対向電極
６２ 第１保護層
１０１ 第１センサ
１０２ 第２センサ
１１０ 情報処理部

Claims (7)

1. 押圧される入力面と、
   前記入力面に対し、押圧方向に順に重ねられた第１センサ及び第２センサと、
   を備え、
   前記入力面には、圧力を検出する検出領域が設けられ、
   前記第１センサ及び前記第２センサのうち一方は、前記検出領域を分割した複数の個別検出領域が設けられ、前記個別検出領域に入力された前記圧力を検出する圧力分布センサであり、
   前記第１センサ及び前記第２センサのうち他方は、少なくても２つ以上の前記個別検出領域と重なる包括検出領域が設けられ、前記包括検出領域に入力された前記圧力を検出する圧力センサである
   押圧センサ。
2. 前記第１センサは、前記圧力分布センサである
   請求項１に記載の押圧センサ。
3. 前記第１センサは、前記圧力センサである
   請求項１に記載の押圧センサ。
4. 前記第１センサと前記第２センサは、接着層により接着している
   請求項１に記載の押圧センサ。
5. 前記第１センサは、前記押圧方向を向く底面を有し、
   前記第２センサは、
   第１電極と、
   前記第１電極に対し前記押圧方向に配置され、前記第１電極と対向する第２電極と、
   を有し、
   前記第１電極は、前記第１センサの前記底面に設けられている
   請求項１に記載の押圧センサ。
6. 前記包括検出領域は、前記検出領域の全ての範囲と重なっている
   請求項１に記載の押圧センサ。
7. 前記圧力分布センサの検出結果と前記圧力センサの検出結果を受け取る情報処理部を有し、
   前記情報処理部は、以下の数１式から補正係数を求め、以下の数２式から前記個別検出領域における補正後の圧力値を求める
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の押圧センサ。
   

   

   

   数１式及び数２式中のＡは、補正係数である。
   数１式及び数２式中のｐｉは、圧力分布センサで得られた個別検出領域毎の圧力値である。
   数１式中のｓｉは、各個別検出領域の面積である。
   数１式中のｍは、押圧方向に交差する第１方向に配列した個別検出領域の数である。
   数１式中のｎは、押圧方向と第１方向の両方に交差するに第２方向に配列した個別検出領域の数である。
   数１式中のＷは、圧力センサで得られた全荷重である。
   数２式中のｐｉ^＊は、個別検出領域における補正後の圧力値である。

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