JP6635503B2 - 入力センサ素子、その検知方法、入力デバイス、それへの入力方法および入力情報判定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、入力デバイスに関し、特に、外部入力デバイスの先端の面積の大小、形状によって自動的に入力モードを切り替えるのを可能とする、入力センサ素子、その検知方法、入力デバイス、それへの入力方法、および入力情報判定プログラムに関する。

パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット、スマートフォンなどで簡便に情報を入力できるデバイスとしてタッチパネルが利用されている。タッチパネルは、パーソナルな電子機器以外にも駅などの切符販売や金融機関のＡＴＭ（automatic teller’s machine）等、公共機関や公共施設が幅広く利用されている。また、タッチパネルは、直接ディスプレイなどの平面媒体を触れることで情報を入力することが可能であるため、その情報入力の簡便さからキーボード以外の入力方法としても多く利用されている。タッチパネルの情報検知方式としては、数多くの種類や方式が検討され、開発・実用化されている。

タッチパネルの情報検知方式として最も多く用いられるものは、抵抗膜方式と静電容量方式で、モバイル機器やスマートフォン等、多くの用途ですでに実用化されている。

抵抗膜方式は、２枚の電気抵抗を設けた基板（フィルム、ガラス）が触れたことで発生する電気の電圧を計測することによって、位置を検出する方式である。この抵抗膜方式においては、通常状態では互いに触れ合わないように設置されている基板が、情報入力時にタッチすることで上部の基板と下部の基板膜が接触し、電圧の変化を測定することによって、入力位置の座標を検出することができる。抵抗膜方式は、タッチパネルの構造が単純であるため、広く普及している方式の一つである。しかしながら、抵抗膜方式においては、抵抗膜の電圧を測定するという原理上、一対の抵抗膜のデバイスでは、単一の信号入力（シングルタッチ、シングルセンシング）のみが可能であり、複数の信号入力（マルチタッチ、マルチセンシング）はできない。

静電容量方式は、導電膜が形成された基板と導電性を有する物体が接近したり接触したりしたときに生じる基板上の静電容量の変化を計測することで、位置を検出する方式である。この静電容量方式は、タッチパネルの構造が単純で、タッチパネルを安価に製造することが可能である。しかも、静電容量方式は、導電膜の形状を工夫することで、マルチタッチ、マルチセンシングを行うことが可能である。その為、静電容量方式のタッチパネルは、ＰＣ、タブレット等の情報機器の入力に広く利用されている。この一方で、静電容量方式は、タッチパネルのシート上の静電容量の変化を読み取る方式のため、一般的なタッチペンや手袋を着けた手なのでは、入力することができない。

また、抵抗膜方式や静電容量方式は、平面上の抵抗や静電容量を測定する方式のため、ある程度の大きさを超えると入力が困難となり、一般的には対角４０インチ程度のシートまでが実用的な大きさとなる。

最近では、タッチパネルの情報検知方式として、上記２方式の他に、大画面をターゲットとした赤外線光学イメージング方式や、専用ペンを用い超解像度化を狙った電磁誘導方式なども開発されている。また、タッチパネルの情報検知方式として、直接画面に触れずに情報の入力を可能とする、キネクトに代表されるような入力方式も検討され、実用化されている。

本発明に関連する先行技術文献も種々知られている。

例えば、特許文献１は、押圧を高精度に検出することが可能な圧力センサを開示している。圧力センサは、複数（ｍ×ｎ個）の感圧セルを有する感知部と、第１の走査回路と、第２の走査回路と、圧力検出回路と、を備え、感知部に加わる圧力を検出する。ｍ×ｎ個の感圧セルは、Ｙ方向及びＸ方向に沿ってｍ行ｎ列のマトリクス状に配列されている。圧力センサは、感知部に加わった圧力を、感圧セルの数に応じた面分解能で検出することができる。感圧セルは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）と、歪みゲージと、を備え、薄膜トランジスタの上に歪みゲージが形成されている。歪みゲージは、平面視において薄膜トランジスタと重なるように、当該薄膜トランジスタの保護層の上に設けられている。歪みゲージは、数μｍの厚さの金属薄膜から構成されている。感知部は、歪みゲージの両端に接続されたｍ個の第３及び第４の配線が設けられており、この第３及び第４の配線を介して、Ｘ方向に沿って並んでいるｎ個の感圧セルが圧力検出回路の電圧検出部に接続されている。この電圧検出部は、歪みゲージの両端の電位差を計測する。尚、特許文献１は、歪みゲージと薄膜トランジスタの間に弾性部材を介在させた、感圧セルも開示している。

また、特許文献２は、アクティブマトリクス型のＴＦＴ基板を用いた指紋センサに適した感圧センサユニットを開示している。特許文献２において、感圧センサパネルは、絶縁性基板上にアモルファスシリコン膜を形成し、多数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、ドレイン線、ゲート線を形成し、接触電極などを形成して成る感圧センサ集積回路チップに、導電シートを貼り付けたものである。感圧センサパネルの導電シートの導電膜は抵抗を介して接地されている。感圧センサパネルのドレイン線は抵抗を介してＸ方向走査回路に接続されており、ゲート線はＹ方向走査回路に接続されている。すべてのドレイン線は検出器に接続されている。検出器はドレイン線の検出点の電位を取り込み、この電位に基づいて指紋パターンを検出する。感圧センサパネルに指の乗せて軽く押すと、導電シートは全体が押し下げられるが、細かく観察すると、指紋の山の部分と谷の部分とでは押圧力が異なる。電位が印加されたゲート線と走査信号が印加されたドレイン線とが交差する近傍に位置する感圧セルの接触電極が指紋パターンの山の部分で押された部位の導電シートの導電膜と電気的に接触する。その感圧セルのＴＦＴのソース電極が接触電極、導電膜、抵抗を介して接地されるので導通し、ドレイン電流が流れて抵抗による電圧降下が生ずる。感圧センサ集積回路チップの表面にリング状のパッキンを配置し、さらに当該パッキンの上に導電シートを配置し、上枠と下枠とで、これら積層体を挟んだ状態で嵌め合わせる。このように、導電シートと感圧センサ集積回路チップとの間に挿入されたリング状のパッキンよって、それらの間の距離（ギャップ）を一定に保っている。

特許文献３は、感度の良好なセンサ用材料およびこれを備えた感圧センサを開示している。特許文献３に開示された感知センサは、センサ用材料に加えられた圧力と、センサ用材料の静電容量との関係に基づいて圧力を感知（測定）するものである。感圧センサは、下部電極と上部電極と、異方性導電シートとを主に備えている。異方性導電シートはセンサ用材料に対応する。異方性導電シートは下部電極と上部電極との間に挟みこまれている。下部電極および上部電極は、異方性導電シートの抵抗値を測定する。圧力が加えられると感圧センサは凹形状に変形する。異方性導電シートの電気容量は変形に応じて変化する。感圧センサに対して圧力を加えた際の異方性導電シートの電気容量が、下部電極および上部電極で測定される。

特許文献４は、チョーク等の筆記具による入力モードと、黒板消し等による部分消去モードとを自動的に識別する「描画モード識別方式」を開示している。特許文献４では、入力位置の検出に用いる第１の平行電極群および第２の平行電極群の他に、これらとは別に互いに直交し対向して配置される第３の電極群および第４の電極群を設けている。第３の電極群は一端を共通に接続し、第４の電極群は２つのグループに分けている。例えば、黒板消し等のような通常の入力器具と異なる器具により入力が行われた場合にのみ、上記第３の電極群を介して上記第４の電極群の２つのグループ間に電流が流れるようにしている。

特開２０１４−２２８４５４号公報 特開２００６−１４５３１８号公報 特開２０１１−２５７２１７号公報 特開昭６１−３３５２６号公報

越石健司編集、「タッチパネルがわかる本」（オーム社） 越石健司著、「要点解説 タッチパネル」（工業調査会） 西野敏晴著、「タッチパネル−技術開発・市場・アプリケーションの動向−」（オーム社）

上記の入力デバイスは、それぞれ簡便であるとか、安価であるとか、マルチタッチが可能、大画面化が可能であるなどの特長を有している。しかしながら、上記の入力デバイスは、マルチタッチ入力時の位置情報の他に、入力の大きさや強さを同時に検出できるものではない。

また、様々な方式の入力方式を利用して電子端末に情報を入力する場合、データを記入するデータ入力時にペン書きモードや線書きモード等の「記入モード」を選択して入力を行い、データ消去時には消しゴムモード等の「消去モード」を選択して入力の消去を行うことが一般的である。「記入モード」や「消去モード」への切り替えは、一般的には、タッチパネル上の表示画面上に配置されるアイコン等をタッチもしくは選択することで行うことが必要である。場合によっては、「消去モード」に切り替えるアイコンを表示させるのに複雑な操作が必要であったりと、操作が煩雑となり簡便さを損なうものであった。

一方、上記特許文献１〜４には、次に述べるような問題点がある。

前述したように、特許文献１は、歪みゲージを用いた圧力センサを開示している。このような圧力センサは、歪みゲージの両端の電位差を計測することで、押圧を検出している。その結果、特許文献１に開示された圧力センサは、多数の配線が必要となり、構成が複雑となるという問題がある。

特許文献２の感圧センサユニットでは、感圧セルの接触電極が導電シートの導電膜と電気的に接触したか否かによって、押圧を検出しているだけである。したがって、特許文献２に開示された感圧センサパネルでは、圧力の大きさ（強度）を検出することができない。

特許文献３に開示された感圧センサでは、異方性導電シートの電気容量を計測して、圧力を検出しているので、電気容量を計測するための計測装置が必要となる。

特許文献４に開示された描画モード識別方式では、第１および第２の平行電極群の他に、第３および第４の電極群が必要となるので、構成が複雑となる問題がある。

本発明の目的は、上記した課題を解決する、入力センサ素子、その検知方法、入力デバイス、それへの入力方法、および入力情報判定プログラムを提供することにある。

本発明の一形態は、制御電極と第１および第２の主電極とを持つスイッチング素子と；該スイッチング素子の前記第２の主電極に接続された画素電極と；該画素電極と対向する共通電極と；前記画素電極と前記共通電極との間に挟持され、圧力に応じて抵抗が変化する感圧層であって、導電性微粒子を混入したゴムから成る感圧層と；を有し、前記第１の主電極と前記共通電極との間を流れる電流によって、前記感圧層に印加された圧力の大きさを検出することが可能な入力センサ素子である。

本発明によれば、上記入力センサ素子の検知方法であって、前記第１の主電極と前記共通電極との間に電圧を印加し、前記制御電極に電圧を印加し、前記第１の主電極と前記共通電極との間に流れる電流を測定し、該測定した電流値に基づいて当該入力センサ素子上の印加圧力を検知する、入力センサ素子の検知方法が得られる。

また、本発明による入力デバイスは、上記入力センサ素子を一画素として、複数個、二次元状に配置されてなる入力センサシートを有する入力デバイスであって、前記入力センサシートは、縦横一方向に並んだ前記複数の入力センサ素子の制御電極にそれぞれ接続された複数本の制御ラインと、前記制御ラインと直交する方向に並んだ前記複数の入力センサ素子の第１の主電極にそれぞれ接続された複数本の検出ラインと、を有する。

さらに、本発明によれば、上記入力デバイスへの入力方法であって、二次元に配置された前記複数の入力センサ素子の前記第１の主電極と前記共通電極との間に電圧を印加し、ついで、前記制御電極に順次電圧を印加し、前記制御電極に電圧が印加されている状態における前記第１の主電極と前記共通電極との間を流れる電流を測定し、これらの動作を、二次元に配置された前記入力センサ素子ごとに行い、電流値もしくはこれから換算される数値データを二次元状に表現することで、前記入力センサシート上の圧力分布を入力情報とする、入力デバイスの入力方法が得られる。

さらにまた、本発明によれば、上記入力デバイスの入力方法によって入力された入力情報を、コンピュータに判定させる入力情報判定プログラムであって、前記コンピュータに、外部入力デバイスにより前記入力センサシートに圧力が加えられた時に、前記入力情報として、複数画素の検知、及び画素毎の圧力の強度の測定を同時に行う測定手順と、該測定結果に基づいて、前記外部入力デバイスの先端の三次元形状を認識する認識手順と、該認識された三次元形状に応じて自動的に入力モードを切り替える切替手順と、を実行させる入力情報判定プログラムが得られる。

本発明によれば、入力モードの切り替えを容易に行うのが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る入力センサ素子の構造を示す断面図である。 図１に示した入力センサ素子に使用される、感圧導電ゴムの圧力と抵抗の相関を示す図である。 図１に示した入力センサ素子の圧力と出力電流の相関を示す図である。 図１に示した入力センサ素子を二次元状に配置した、入力センサシートの模式図である。 本発明の実施形態に係る外部入力デバイスの先端形状の識別法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る感圧センサ二次元シート入力システムの使用例を示す図である。 図４に示した入力センサシート上に大きさ２０ｍｍ程度の円形物質の乗せた時の圧力分布を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る入力システムの構成および動作説明概略図である。

[実施の形態]
以下、本発明に係る実施形態に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る入力デバイスは、後述する感圧センサ素子を利用した入力デバイスであって、感圧導電ゴムから成る感圧層を用いた複数の感圧センサ素子を、薄膜トランジスタのマトリクスを用いて二次元シート状に配置することによって構成される。そのような二次元シートを、入力センサシートとも呼ぶ。感圧センサ素子を用いて情報を入力するためには、直接、感圧センサ素子に圧力を加える必要がある。ここでは、感圧センサ素子に圧力を加える物体を「外部入力デバイス」とする。

外部入力デバイスは、入力センサシート（２次元シート）に圧力を加えることのできる物であれば限定されず、人体や電子機器、食品、飲料、文具などが挙げられる。特に、黒板やホワイトボード等の利用を想定すれば、外部入力デバイスとして、ペン、指先、手のひら全体、手のひらの側面などを用いると、より直観的で望ましい。

前記の入力センサシート（２次元シート）に圧力を加えた時に、複数画素の検知、及び画素毎の圧力の強度の測定を同時に行うことにより、外部入力デバイスの先端の三次元形状を認識し、外部入力デバイスの先端（入力センサシートとの接触面）の平面形状、大きさ（接触面積）、圧力の大きさを同時に検知することができる。この認識された三次元形状に応じて、自動的に所定の動作を実行するための入力モードを選択もしくは切り替えることができる。

選択可能な入力モードは任意に設定可能で、たとえば電子機器の電源オン、オフの切り替えや、オーディオ機器の場合は、ラジオ等の選局モードと音量コントロールモードなどを一つの動作で行うことができるようになる。電子黒板やホワイトボード等の場合には、選択する入力モードとして、「記入モード」と「消去モード」を設定し、一度の入力で、「記入モード」なのか「消去モード」なのかを選択させることができる。

したがって、本実施形態に係る入力デバイスでは、モード切替アイコン等を選択することなく、入力モードを選択もしくは切り替えることにより、関連技術の入力デバイスにはなかった簡便な入力方法を実現することができる。また、本実施形態に係る入力デバイスにおいては、入力モードの選択・切り替えをあらかじめ任意に設定しておくことができる。たとえば、外部入力デバイスの先端が丸い形状や四角い形状、細長い形状等、先端の平面形状でモード選択を行なったり、外部入力デバイスの先端の面積の違いによって、モード切替を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る入力デバイスで用いられる、感圧センサ素子１００の構造を示す断面図である。感圧センサ素子は入力センサ素子とも呼ばれる。

図示の例では、スイッチング素子として薄膜トランジスタを用いた場合を例に挙げて説明する。薄膜トランジスタは、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子とも呼ばれる。一般に、スイッチング素子は、制御電極と、第１及び第２の主電極とを持つ。薄膜トランジスタは、制御電極としてゲート電極を持ち、第１及び第２の主電極として、ソース電極およびドレイン電極を持つ。

図示の感圧センサ素子１００は、第１の基板１０の上に、薄膜トランジスタのゲート電極となる第１の電極２０を有し、第１の電極（ゲート電極）２０の一部もしくは全体を覆うゲート絶縁膜３０を有する。感圧センサ素子１００は、ゲート絶縁膜３０上に、薄膜トランジスタのソース電極となる第２の電極２１及びドレイン電極となる第３の電極２２を有する。感圧センサ素子１００において、第２の電極（ソース電極）２１と第３の電極（ドレイン電極）２２との間には半導体層４０が形成され、この半導体層４０は薄膜トランジスタのチャネルを構成する。

感圧センサ素子１００において、薄膜トランジスタの上部には、必要に応じて半導体層４０の全体を覆う範囲で保護層３１が形成され、また、薄膜トランジスタの全体を覆う範囲で中間層３２が形成される。中間層３２は、第３の電極（ドレイン電極）２２の一部の上部の開口部を有し、必要に応じてビア電極２３が形成される。ビア電極２３もしくは中間層３２の開口部を通じて、第３の電極（ドレイン電極）２２と電気的接続可能なように、中間層３２上に画素電極２４が形成される。

薄膜トランジスタと保護層３１と中間層３２とビア電極２３と画素電極２４との組み合わせは、「感圧セル」とも呼ばれる。したがって、感圧セルは、薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタのドレイン電極２２に電気的に接続された画素電極２４と、を有する。

さらに、感圧センサ素子１００において、中間層３２及び画素電極２４上に感圧薄膜層５０が形成され、感圧薄膜層５０上に対向共通電極２５と第２の基板１１がこの順序に積層されている。感圧センサ素子１００は、このような構造を有する。

次に、図１に示した感圧センサ素子１００を用いて圧力を検知する方法について説明する。すなわち、圧力の検知は、第２の電極（ソース電極）２１と対向共通電極２５との間に電圧を印加し、第１の電極（ゲート電極）２０に電圧を印加して、薄膜トランジスタをオン状態にして行う。第１の基板１０と第２の基板１１との間に何も圧力が印加されない状態では、感圧薄膜層５０は絶縁体の特性を有し、第２の電極（ソース電極）２１と対向共通電極２５との間には電流が流れない。これに対して、第１の基板１０と第２の基板１１との間に圧力が印加された状態では、感圧薄膜層５０は導電性を有する抵抗体の特性を有し、第２の電極（ソース電極）２１と対向共通電極２５との間に電流が流れる。したがって、この電流を測定することで、感圧センサ素子１００上の印加圧力を検知することができる。

感圧センサ素子１００において、感圧薄膜層５０には、図２に示されるように、印加圧力に応じて電気抵抗が変化する可変抵抗特性を持たせている。これにより、感圧センサ素子１００の検出電流を、図３に示されるように、圧力に応じて変化させることができる。この結果、本発明の実施形態に係る感圧センサ素子１００に、単に印加圧力の有無だけでなく、印加圧力の大小に応じた諧調検出能力を持たせることができる。

図４は、図１に示した感圧センサ素子１００を二次元状（マトリクス状）に配置させた、感圧センサ二次元シート１０１を示す模式図である。このように、感圧センサ素子１００を二次元状（マトリクス状）に配置させることにより、平面上に印加された圧力分布を検知させることができるようになる。

平面上に印加された圧力分布を検知できる感圧センサ二次元シート１０１は、二次元状に配置された複数個の感圧センサ素子１００と、縦横一方の方向に並んだ感圧センサ素子１０１のゲート電極２０にそれぞれ接続された複数本のゲートライン２００と、ゲートライン２００と直交する方向に並んだ感圧センサ素子１０１のソース電極２１にそれぞれ接続された複数本のソースライン２０１と、を有する。尚、各ゲートライン２００は制御ラインとも呼ばれ、各ソースライン２０１は検出ラインとも呼ばれる。

次に、このような感圧センサ二次元シート１０１を用いて平面上の圧力印加分布を検出する方法について説明する。

まず、対向共通電極２５に電圧を印加した状態で、複数本形成されたゲートライン２００に順番に電圧を印加する。次に、ゲートライン２００上に配置された薄膜トランジスタのソース電極２１を流れる電流を測定することで、電圧を印加したゲートライン２００上のどの薄膜トランジスタに圧力が印加されているのかを検出する。これら動作をゲートライン２００すべてに対して実施することで、二次元状に配置された薄膜トランジスタのオン・オフ状態を検知することができる。

このような感圧センサ二次元シート１０１を入力デバイスとして使用する場合には、次のような動作を行うことによって、複数スキャン分の圧力分布を検知させることができる。すなわち、形成された複数本のゲートライン２００すべての圧力検知が終了した時点の平面圧力分布を１スキャン分の圧力分布とし、ゲートライン２００への電圧印加を繰り返し行う。このような繰り返し動作により、複数スキャン分の圧力分布を検知させることができる。この複数スキャン分の圧力分布を時系列で入力値とすることで、感圧センサ二次元シート１０１に入力デバイスとして機能を持たせることができる。

一般的なタッチパネル等の入力デバイスでは、点としての入力座標を検知することが可能であるが、複数同時に入力された情報を検知することは必ずしも容易ではない。スマートフォンやタブレットなどは、マルチタッチ入力機能を有しており、また大型のタッチパネルでも１０点程度までのマルチ入力機能を有している。しかしながら、このマルチタッチ入力機能においては、複数の入力はあくまでも複数の点として検知しているだけである。したがって、関連技術においては、それぞれ、大きさを持った面積成分まで検知できる入力デバイスは見られない。

これに対して、本発明の実施形態に係る感圧センサ二次元シート１０１は、シート内に配置された薄膜トランジスタの数だけ情報を検知することが可能である。したがって、本発明の実施形態に係る感圧センサ二次元シート１０１では、大きさを持った物体でその感圧センサ二次元シート１０１に圧力を印加した場合、その圧力の大きさに応じた数の薄膜トランジスタがオン状態になり、電流を検知することができる。その結果、本発明の実施形態に係る感圧センサ二次元シート１０１では、入力時に、入力に用いた物体の大きさまで検知させることが可能となる。

一般的に、人間が、黒板や事務機器のホワイトボードなどに文字などを記載する場合、チョークや専用ペンを用いて文字を記載し、文字の一部分を消去する場合、手のひらや専用イレーサを用いて文字の一部分を消去する。

本発明の実施形態では、感圧センサ二次元シート１０１を用いる場合、以下に述べるように、入力時の検知面積に応じて「記入モード」と「消去モード」とを自動で切り替えることができる。例えば、入力時の検知面積が小さい時は、あたかもペンで記入しているように「記入モード」（情報入力モード）とし、入力時の検知面積が大きい時は、あたかも手のひらやイレーサで消去しているような「消去モード」とする。これにより、感圧センサ二次元シート１０１を、上記黒板やホワイトボードと使い勝手の類似した、人間によって扱いやすい入力デバイスとして用いることが可能となる。

次に、図１に示した感圧センサ素子１００を構成する構成要素の具体例について詳細に説明する。

最初に、感圧センサ素子１００を構成する２つの基板１０、１１として用いることが可能な材料について説明する。

基板１０、１１の材料としては、ガラス、シリコン等の無機材料や、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂のようなプラスチックなど、その上に形成される電極、絶縁膜を保持できる材料であれば特に限定はされない。

また、電極材料等の基板以外の構成要素により感圧センサ素子１００の構造を十分に支持し得る場合には、基板１０、１１を使用しないことも可能である。

基板１０、１１に求められる特性としては、感圧センサ素子１００を製造する際に加えられる熱や、感圧センサ素子１００に使用する電極、絶縁膜、半導体等の材料や、それらを形成するとき用いる溶媒で劣化、浸食されなければ、特に高い耐熱性や耐薬品性は必要ない。

感圧センサ素子１００の最表面となる第２の基板１１については、圧力を印加することを考慮すると、感圧薄膜層５０に圧力を伝えやすい材料が望ましく、形状のフレキシブル性を有するプラスチックもしくは樹脂が望ましい。また、第２の基板１１としては、布などのような繊維状の物質も使用することができる。

次に、感圧センサ素子１００を構成する電極２０、２１、２２、２３、２４、２５として夫々用いることが可能な材料、作製方法、および膜厚について説明する。

電極２０、２１、２２、２３、２４、２５の材料としては、酸化インジウム錫合金（ＩＯＴ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、白金、銅、インジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等の金属や合金の他、導電性ポリマーなどの有機材料が挙げられる。

電極２０、２１、２２、２３、２４、２５に求められる特性としては、特に高い耐熱性や耐薬品性は必要ない。ただし、感圧センサ二次元シート１０１としての入力印加時に、圧力印加による変形があるため、圧力印加時の耐変形性を有していることが必要となる。

引き続いて、電極２０、２１、２２、２３、２４、２５の作製方法について説明する。電極２０、２１、２２、２３、２４、２５の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、エッチング法、リフトオフ等、通常の電極形成プロセスを利用でき、特に限定されない。また、導電性ポリマーのような有機材料や、銀ペーストや金属粒子を含んだ分散液、金属の有機化合物を電極２０、２１、２２、２３、２４、２５として使用する場合には、スピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスも利用することができ、この場合にも特に限定されない。また、電極２０、２１、２２、２３、２４、２５をパターニングし、電極を加工する場合は、一般的なフォトリソエッチング法やシャドウマスクを用いたパターニング法などを用いることができる。溶液プロセスから形成される場合は、ディスペンサ法やインクジェット法により直接描画することもできる。

引き続いて、電極２０、２１、２２、２３、２４、２５の膜厚について説明する。ゲート電極２０、ソース電極２１、ドレイン電極２２の膜厚としては、特に限定されるものでないが、薄すぎると電気伝導性が低下するため、５０ｎｍ以上であることが望ましく、厚すぎると凹凸の高さからゲート絶縁膜３０の絶縁性が低下するために、２００ｎｍ以下であることが望ましい。ビア電極２３は必要に応じて形成されるが、中間層３２の膜厚と同程度の厚さがあることが望ましい。画素電極２４の膜厚については特に限定されないが、感圧薄膜層５０との電気接続が必要であることから、１μｍ以上の厚さがあることが望ましい。

次に、感圧センサ素子１００を構成するゲート絶縁膜３０、保護層３１、中間層３２に用いることが可能や材料、形成方法、および膜厚について説明する。

ゲート絶縁膜３０、保護層３１、中間層３２の材料としては、二酸化ケイ素膜、窒化珪素膜のような無機化合物のほか、アクリル樹脂、ポリイミドのような有機絶縁性材料を使用することが出来るが、電気絶縁性を有していれば用いることができ、特に限定されない。保護層３１、中間層３２は、半導体層４０の電気特性に影響を与えないことが必要である。また、膜厚等の必要性から、中間層３２の形成プロセスが半導体層４０の特性低下を引き起こす場合には、半導体層４０に影響を及ぼさない保護層３１の形成が必要である。

引き続いて、ゲート絶縁膜３０、保護層３１、中間層３２の形成方法について説明する。ゲート絶縁膜３０、保護層３１、中間層３２の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法等のドライプロセスの他、スピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスも利用することができ、特に限定されない。

引き続いて、ゲート絶縁膜３０、保護層３１、中間層３２の膜厚について説明する。

ゲート絶縁膜３０の膜厚は特に限定されないが、膜厚を大きくすぎると後から形成する電極などの成膜および夫々の必要特性の維持が困難となる。また、ゲート絶縁膜３０が厚過ぎると、薄膜トランジスタの動作時の印加電圧を大きくする必要があるため、できるだけ薄く成膜することが望ましいが、ソース電極またはドレイン電極とゲート電極間の短絡を防止するために、数十ｎｍから数百ｎｍの範囲が望ましい。

保護層３１の膜厚は特に限定されない。中間層３２の形成プロセスによって、半導体層４０の特性変化がないように、保護層３１の膜厚として適切な範囲を選択することができる。

中間層３２の膜厚も特に限定されないが、圧力印加時に画素電極２４とソース電極２１あるいはドレイン電極２２の電気的な短絡を防ぐ必要があるため、１μｍから１０μｍの範囲が望ましい。

次に、感圧センサ素子１００を構成する半導体層４０に用いることが可能な材料、形成方法、および膜厚について説明する。

半導体層４０に含まれる化合物として、テトラセン、ペンタセン等の縮合多環式芳香族化合物や、銅フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン等のフタロシアニン系化合物、アミン系化合物、ポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール等のポリマー系半導体特性を有する有機化合物もしくはカーボンナノチューブおよびカーボンナノチューブを含有した混合物を使用することができるが、半導体特性を有する材料であれば特に限定されない。

半導体層４０の形成方法としては、真空蒸着法等のドライプロセスの他、スピンコート法、ディップ法、ディスペンサ法、インクジェット法等の溶液プロセスも利用することができ、特に限定されない。

半導体層４０の膜厚は、特に制限されることはない。しかし、一般的に、半導体層４０の膜厚が薄すぎるとチャネル内を流れる電流が小さくなり、逆に厚すぎるとチャネル内の抵抗成分の増加の要因になるので、数ｎｍから数百ｎｍの範囲が好ましい。

次に、感圧センサ素子１００を構成する感圧薄膜層５０として用いることが可能な材料および膜厚について説明する。

感圧薄膜層５０の材料としては、圧力を印加した時に、電気抵抗が変化する材料であれば特に限定されないが、圧力印加を繰り返し行った後で、絶縁性と導電性を安定して再現することが必要であるため、導電性微粒子を混入したゴムを用いることが望ましい。感圧薄膜層５０の膜厚としては、特に限定されないが、印加圧力の大小で電気抵抗を変化させるためには、適度な厚みの範囲が望ましく、数μｍから数百μｍの範囲の厚さが望ましい。

次に、感圧センサ素子１００の大きさについて説明する。

感圧センサ素子１００の大きさは、利用目的に応じて選択をすることができるが、卓上タブレット型の用途を考えた場合、１センサ素子の大きさは２００μｍ四方から３ｍｍ四方程度の大きさが望ましい。感圧センサ素子１００の大きさが小さくなれば、単位面積当たりの感圧センサ素子１００の個数が増加し、感圧センサ二次元シート１０１としての解像度が向上する。

以上、本発明の実施形態に係る感圧センサ素子１００、感圧センサ二次元シート１０１を構成する要素について述べたが、それぞれの項目で構成された条件を満たす材料、装置、機構であれば、上記に例示した材料、装置、機構に限定されるものではない。

次に、図５を用いて、感圧センサ二次元シート１０１により、外部入力デバイスの先端の３次元形状を識別する手法について説明する。

今、同じ棒状構造体であるが、先端の構造が異なる２種類の外部入力デバイス（第１の外部入力デバイス３０１、第２の外部入力デバイス３０２）を想定する。第１の外部入力デバイス３０１は先端が球状であり、第２の外部入力デバイス３０２は先端が平坦な円柱状の構造を有している。これらをそれぞれ感圧センサ二次元シート１０１に押し付けた（接触させた）場合を考える。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、第１、第２の外部入力デバイス３０１、３０２を感圧センサ２次元シート１０１に接触させた際に、感圧薄膜層５０としての構成部品である感圧ゴムシート３０３がどのように変形するかを模式的に表している。感圧ゴムシート３０３は圧力を受けると変形し、変形量に応じて変形した個所の電気抵抗値が変化する。感圧ゴムシート３０３とＴＦＴ素子は直列に接続されており、その結果、感圧ゴムシート３０３と電気的に接続されているＴＦＴ素子がその変形量に対応した電流を流す。

第１の外部入力デバイス３０１を感圧ゴムシート３０３に押し付けた（接触させた）とする。この場合、第１の外部入力デバイス３０１の先端形状は球形であるため、先端中心部直下の感圧センサ素子１００の感圧導電ゴム５０は大きな圧力を受け、その結果大きく凹んで変形し、ＴＦＴ素子はその感圧導電ゴム５０の変形量に応じた電流を流す。

一方、周辺部の感圧センサ素子１００の感圧導電ゴム５０は、受ける圧力が小さく変形量も小さいので、中心部の感圧導電ゴム５０の抵抗値と比較して周辺部の感圧導電ゴム５０の抵抗値は大きくなり、ＴＦＴ素子を流れる電流も小さくなる。

二次元状に配置された感圧センサ素子１００毎に出力される電流値に応じた値を二次元で諧調表示させると、感圧センサ二次元シート１０１に対して外部入力デバイス先端が及ぼす圧力の二次元分布、すなわち、感圧センサ二次元シート１０１の変形量の二次元分布を得ることができる。この感圧センサ二次元シート１０１の変形量の二次元分布は、外部入力デバイスの先端部の三次元形状に対応する。

図５（ｃ）および図５（ｄ）は、それぞれ、第１の外部入力デバイス３０１および第２の外部入力デバイス３０２を感圧センサ二次元シート１０１に押し付けた場合の各感圧センサ素子１００での電流出力値を二次元で諧調（濃淡）表示したものである。これらの図において、発生した電流値が大きい画素は濃く、小さい画素は薄く表示されている。

第１の外部入力デバイス３０１を感圧センサ二次元シート１０１に押し付けた（接触させた）場合、中心部の画素は濃く、周辺部に行くに従って薄く表示されており、第１の外部入力デバイス３０１先端の球状の構造を反映した濃淡分布出力を得ることができることがわかる（図５（ｃ））。

これに対し、先端形状が平らな第２の外部入力デバイス３０２の場合、先端形状が平らであるため、先端が押し付けられた（接触した）全領域にわたり、感圧センサ素子１００内の感圧導電ゴム５０は均一に変形する。このため、感圧センサ素子１００の電流出力は一定であり、図５（ｄ）に示す様に、先端が押し付けられた領域の画素は均一な濃度で表示される。つまり、第２の外部入力デバイス３０２先端の形状は平坦であることを示している。

したがって、本機構を利用すれば、感圧センサ二次元シート１０１に圧力を加えた時（外部入力デバイスの先端が接触した時）に検知できる接触した画素の位置情報、及び、画素毎の圧力の強度の測定を同時に行うことにより、外部入力デバイスの先端（入力センサシート１０１との接触面）の平面形状、大きさ（接触面積）、圧力の大きさ（外部入力デバイスの先端形状）を瞬時に認識することができる。これらの同時に得られた情報により外部入力デバイスを判別し、判別された情報に基づき、自動的に所定の動作を実行するための制御信号を発生させて機器の動作を制御することができる。

次に、実際に感圧センサ二次元シート１０１を備えた入力システムの使用例について説明する。ここでは、一例として、電子黒板システムを想定した場合について説明する。

図６は、入力システムの概略図である。図示の入力システムは、外部入力デバイス４０１と、感圧センサ二次元シート１０１を含む入力デバイス４０２と、制御装置４０３と、出力装置４０４とから成る。以下では、入力システムとして、外部入力デバイス４０１を入力デバイス４０２上で接触・移動させ、外部入力デバイス４０１の先端が入力デバイス４０２上で移動した軌跡を出力装置４０４上に描画するシステムについて説明する。

外部入力デバイス４０１を用いて入力デバイス４０２上に二次元情報を描画するために、外部入力デバイス４０１の先端を入力デバイス４０２上の感圧センサ二次元シート１０１に接触させ圧力を加える。すると、感圧センサ二次元シート１０１の画素を構成する感圧センサ素子１００は、外部入力デバイス４０１の先端部と感圧センサ二次元シート１０１との接触領域において、接触している画素の位置情報および接触圧力による感圧導電ゴム５０の変形を検知し、その変形の度合いに応じた電流を出力する。

制御装置４０３は、これらの情報をすべての画素において同時に収集し、電流値の二次元分布データを得る。この二次元電流値分布は、外部入力デバイス４０１の先端の情報を含んでいる。つまり、電流を検出した領域は外部入力デバイス４０１の先端と感圧センサ二次元シート１０１とが接触している領域を意味しているので、制御装置４０３は、両者の接触領域の平面形状、および面積がわかる。また、制御装置４０３は、電流値の二次元分布から外部入力デバイス４０１の先端の三次元形状を判明し、外部入力デバイス４０１固有の情報を得ることができる。外部入力デバイス４０１が入力デバイス４０２に接触した瞬間にこれらのシーケンスに従い得られた外部入力デバイス４０１に固有の情報は、制御装置４０３へ送られる。制御装置４０３は、その固有の情報を、その制御装置４０３内に附帯している予め収集された外部入力デバイス固有の情報を蓄積したデータベース（図示せず）と照合して、外部入力デバイス４０１の認識・判別を行う。

制御装置４０３は、外部入力デバイス４０１が何であるかを判別した後、予め定められた所定の動作を実行するための制御信号を出力する。例えば、制御装置４０３に、先端が丸い外部入力デバイス４０１の場合はその動いた軌跡を描画するという動作を定めておいたとする。その場合、制御装置４０３は、図６に示した様に、出力装置４０４上に外部入力デバイス４０１の動いた軌跡を描画することになる。

また、例えば、制御装置４０３に、先端が平らな外部入力デバイス４０１が接触したら、その前過程で描画されたデータのうち軌跡上にあるデータを消去するという動作を定めていたとする。この場合、先端が平らな外部入力デバイス４０１を入力デバイス４０２に押し当てて移動させるだけで、制御装置４０３は、予め入力モード切り替えのためのアイコン選択等の動作を行うことなく、出力装置４０４上に描画表示されているデータを外部入力デバイス４０１の移動した軌跡に従って消去することができる。

また、接触面積が所定の面積より小さい場合は「記入モード」、接触面積が所定の面積より大きい場合は「消去モード」というように、制御装置４０３で定めておいたとする。この場合、図６に示す様な直方体の外部入力デバイス４０１の角で入力デバイス４０２をなぞれば「記入モード」、面でこすれば「消去モード」というような、電子黒板システムを実現することができる。

また、「記入モード」、「消去モード」だけではなく、他のモード、例えば、毛筆書体で記入する、２重線を引く、波線を引く、取り消し線を引く等の動作を外部入力デバイス４０１の特徴データと関連付けを行い、制御装置４０３で予め定めておいたとする。その場合には、任意の動作モードで動作する電子黒板システムを実現することができる。

次に、本発明の第１の実施例について説明する。第１の実施例では、上記実施形態で説明した図１の感圧センサ素子１００を以下の手順で作製した。

まず、厚さ５０μｍのＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム１０上に金を真空蒸着法により１００ｎｍの厚膜で成膜してゲート電極２０とした。次いで、このゲート電極２０上に、ポリメタクリル酸メチルをスピンコートによって２００ｎｍの厚膜に成膜し、これをゲート絶縁膜（絶縁体層）３０とした。更に、このゲート絶縁膜３０上に、ディスペンサ装置を用いてナノ銀コロイド溶液を線幅２００μｍ、間隔２００μｍで２本成膜し、１５０℃で３０分加熱することにより、ソース電極２１及びドレイン電極２２を形成した。

続いて、ディスペンサ装置を用いてポリ（３−へキシル）チオフェン溶液を直径５００μｍの大きさで、上記ソース電極２１・ドレイン電極２２・ゲート絶縁膜３０で囲まれた領域に４滴塗布し、半導体層４０を形成して、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）を得た。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）上に銀ペーストをスクリーン印刷法により直径６０μｍの大きさで形成し、ビア電極２３とした。さらに、ポリメタクリル酸メチルをスクリーン印刷法により厚さ１０μｍで形成し、中間層３２とした。最後に、銀ペーストをスクリーン印刷法で形成することにより、画素電極２４を形成した。これにより、画素電極付き薄膜トランジスタ（画素電極付きＴＦＴ素子）から成る感圧セルを得た。この作製した感圧セル上に、感圧薄膜層としてイナバコム製の感圧導電ゴムイナストマー（登録商標）５０を設置した。さらに、対向共通電極２５として銅箔をめっき法で成膜した、第２の基板としてのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム１１を積層した。これにより、感圧センサ素子１００を得た。

ＰＥＴフィルム１１上に加える圧力を変化させながら、対向共通電極２５である銅とソース電極２１との間に−３０Ｖを印加したときのゲート電圧と感圧センサ素子１００に流れる電流値の測定結果は、図３のようになった。一方、圧力を印加しないときには、電流は観測されなかった。このように、圧力を大きく加えたときに、大きな電流が得られる特性が得られた。

以上の説明から、本発明の第１の実施例に係る感圧センサ素子１００は、印加する圧力に応じた特性変化を検知することが可能であることがわかった。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例では、上記第１の実施例で得られた感圧センサ素子１００を使用して、感圧センサ二次元シート１０１を作製した。

詳述すると、上記第１の実施例で作製した大きさ１．２ｍｍ四方の感圧センサ素子１００を、ゲートライン２００を１４４ライン、ソースライン２０１を２１６ラインで配置し、約３１０００個の感圧センサ素子１００が二次元格子状に配置された感圧センサ二次元シート１０１を作製した。

この感圧センサ二次元シート１０１上に直径２０ｍｍの円形物質を載せ、薄膜トランジスタがオン状態である部分とオフ状態である部分をマッピングしたところ、図７のような円状配置を呈した。これにより、本発明の第２の実施例に係る感圧センサ二次元シート１０１が、二次元の圧力分布を同時に測定し、検知することが可能であることがわかった。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例は、上記実施形態で説明した応用例である。

第３の実施例において、Ａ４サイズ相当のタブレット型入力装置を想定し、上記第１の実施例と同等の条件で作製したサイズ１．２ｍｍ×１．２ｍｍの画素電極付きＴＦＴ素子（感圧セル）を、（ゲートライン方向１６０素子）×（ソースライン方向２２０素子）だけ配置した、ＴＦＴアレイを作製した。作製したＴＦＴアレイ上に、感圧薄膜層としてＡ４サイズのイナバゴム製感圧導電ゴムイナストマー（登録商標）５０を設置、固定した。さらに、対向共通電極２５として銅箔をめっき法で成膜した、第２の基板１１としてのＡ４サイズのＰＥＴフィルムを積層することで、感圧センサ二次元シート１０１を得た。

感圧センサ二次元シート１０１上のゲートライン２００とソースライン２０１及び対向共通電極２５を制御装置４０３に接続し、制御装置４０３から対向共通電極２５に−３０Ｖの電圧を印加した。

制御装置４０３は、ゲートライン２００に対して、一本のゲートラインに０．６３ミリ秒ごとに−３０Ｖの電圧を順番に印圧するように駆動し、全体の感圧センサ二次元シート１０１が１秒間に１０回スキャンできるような制御を行った。制御装置４０３は、上記間隔中にソースライン２０１から出力される電流値を読み取ることにより、ゲート電圧が印加しているゲートライン２００上のＴＦＴ素子の電流値を測定することができる。制御装置４０３は、これを全ゲートライン２００、全ソースライン２０１で測定することで、感圧センサ二次元シート１０１全体の電流値の分布を得ることができた。

ここで、画素毎に得られた電流値は、最小０μＡから最大−１５０μＡの範囲である。本例では、−１０μＡ以上の電流値が得られた画素は外部入力デバイスにより入力されたと判定するように、制御装置４０３を設定した。さらに二次元に連続した範囲で入力判定が得られた場合には、一つの（同一の）外部入力デバイスからの入力と判定し、一方で、同時に複数の入力判定があり、それらが二次元に不連続の場合、複数の外部入力デバイスからの入力と判定するように、制御装置４０３を設定した。

また、一つの外部入力デバイスから入力されたと判断される場合、外部入力デバイスとの接触面積の大きさが、５００個以下の感圧センサ素子１００分の面積に相当する場合には「記入モード」と判定し、５００個より多い感圧センサ素子１００分の面積に相当する場合には「消去モード」と判定するように、制御装置４０３を設定した。すなわち、本例では、５００個の感圧センサ素子１００分の面積が上記所定の面積である。

制御装置４０３で判定された結果については、出力装置４０４として３２インチの外部モニタに表示させた。制御装置４０３は、「記入モード」と判定した場合には、外部入力デバイス４０１で入力された情報を出力装置４０４に表示させ、「消去モード」と判定した場合には、その位置にある出力装置４０４上の画素情報を消去させた。

この条件で入力システムを動作させた。その結果、指先及び、タッチペンで感圧センサ二次元シート１０１に触れて、入力した場合には、指及びタッチペンを動かした通りに情報を入力することができた。一方、手のひらの側面（小指側）で感圧センサ二次元シート１０１をなぞった場合には、なぞった部分に存在する先に指で入力した部分が上書き初期化され、入力面積によって、入力モードを切り替えることができた。

換言すれば、本第３の実施例では、所定の面積内に外部入力デバイス４０１の先端が収まるときに「記入モード」として外部入力デバイスの軌跡を記入することとし、外部入力デバイス４０１の先端の形状が上記所定の面積を超えるような大きな形状の場合、「消去モード」としてその軌跡上のデータを消去する、入力情報判定プログラムを作成した。この作成した入力情報判定プログラムを、コンピュータである制御装置４０３に実行させた。

また、外部入力デバイス４０１として、図８に示すような、手の平やペン、黒板消し、スポンジ等を利用して、入力デバイス４０２に触れた。そのとき、その接触面積に応じて、上記の「記入モード」、「消去モード」を切り替えることができた。

以上説明したように、本発明の実施形態（実施例）に係る感圧センサ素子１００を利用した入力デバイスおよび入力方法を用いることで、情報入力を簡便化した入力装置を提供することができる。

前述したように、制御装置４０３は、入力情報を判定する入力情報判定装置（図示せず）を有する。入力情報判定装置は、測定部と、認識部と、切替部とを含む。測定部は、外部入力デバイス４０１により入力センサシート１０１に圧力が加えられた時に、入力情報として、複数画素の検知、及び画素毎の圧力の強度の測定を同時に行う。認識部は、その測定結果に基づいて、外部入力デバイス４０１の先端の三次元形状を認識する。切替部は、その認識された三次元形状に応じて自動的に入力モードを切り替える。切替部は、入力センサシート１０１上の外部入力デバイス４０１による圧力分布の大きさ、形状によって、入力モードを記入モードと消去モードとに自動的に判別して切り替える。切替部は、入力センサシート１０１に、所定の面積より小さい面積を持つ第１の外部入力デバイス３０１で圧力が印加された時に、入力モードを記入モードと判別し、入力センサシート１０１上に、所定の面積より大きい面積を持つ第２の外部入力デバイス３０２で圧力が印加された時に、入力モードを消去モードと判別する。

尚、上記入力情報判定プログラムを処理する入力情報判定装置は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実現すればよい。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、ＲＡＭ（random access memory）に入力情報判定プログラムが展開され、該プログラムに基づいて制御部（ＣＰＵ（central processing unit））等のハードウェアを動作させることによって、各部を各種手段として実現する。また、該入力判定プログラムは、記録媒体に記録されて頒布されても良い。当該記録媒体に記録されたプログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読込まれ、制御部等を動作させる。尚、記録媒体を例示すれば、オプティカルディスクや磁気ディスク、半導体メモリ装置、ハードディスクなどが挙げられる。

上記実施の形態を別の表現で説明すれば、入力情報判定装置として動作させるコンピュータを、ＲＡＭに展開された入力情報判定プログラムに基づき、測定部、認識部、および切替部として動作させることで実現することが可能である。

また、本発明の具体的な構成は前述の実施形態（実施例）に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があってもこの発明に含まれる。

以上、実施の形態（実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態（実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１０ 第１の基板
１１ 第２の基板
２０ 第１の電極（制御電極；ゲート電極）
２１ 第２の電極（第１の主電極；ソース電極）
２２ 第３の電極（第２の主電極；ドレイン電極）
２３ ビア電極
２４ 画素電極
２５ 対向共通電極
３０ ゲート絶縁膜
３１ 保護層
３２ 中間層
４０ 半導体層
５０ 感圧薄膜層
１００ 感圧センサ素子（入力センサ素子）
１０１ 感圧センサ二次元シート（入力センサシート）
２００ ゲートライン（制御ライン）
２０１ ソースライン（検出ライン）
３０１ 第１の外部入力デバイス
３０２ 第２の外部入力デバイス
３０３ 感圧ゴムシート
４０１ 外部入力デバイス
４０２ 入力デバイス
４０３ 制御装置
４０４ 出力装置

Claims (15)

1. 制御電極と第１および第２の主電極とを持つスイッチング素子と、
   該スイッチング素子の前記第２の主電極に接続された画素電極と、
   該画素電極と対向する共通電極と、
   前記画素電極と前記共通電極との間に挟持され、圧力に応じて抵抗が変化する感圧層であって、導電性微粒子を混入したゴムから成る感圧層と、
   を有し、
   前記第１の主電極と前記共通電極との間を流れる電流によって、前記感圧層に印加された圧力の大きさを検出することが可能な入力センサ素子。
2. 前記制御電極、前記第１および第２の主電極の膜厚は、５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の範囲にあり、
   前記画素電極の膜厚は、１μｍ以上の厚さを持つ、
   請求項１に記載の入力センサ素子。
3. 前記スイッチング素子は、前記制御電極としてゲート電極を持ち、前記第１の主電極としてソース電極を持ち、前記第２の主電極としてドレイン電極を持つ、薄膜電界効果トランジスタ素子から成る、請求項１又は２に記載の入力センサ素子。
4. 前記スイッチング素子は、
   基板上に前記制御電極および絶縁体層をこの順に有し、
   前記絶縁体層上に所定の間隔をあけて形成された前記第１の主電極および前記第２の主電極を有し、
   前記第１の主電極および前記第２の主電極の双方の一部表面を含み、前記第１の主電極と前記第２の主電極との間に露出する前記絶縁体層上に形成された半導体薄膜層と、
   を備え、
   前記第２の主電極が、中間層を介して前記画素電極と電気的に接続されている、
   請求項１又は２に記載の入力センサ素子。
5. 前記第２の主電極と前記画素電極とは、前記中間層に形成されたビア電極を通じて電気的に接続されている、請求項４に記載の入力センサ素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の入力センサ素子の検知方法であって、
   前記第１の主電極と前記共通電極との間に電圧を印加し、
   前記制御電極に電圧を印加し、
   前記第１の主電極と前記共通電極との間に流れる電流を測定し、
   該測定した電流値に基づいて当該入力センサ素子上の印加圧力を検知する、
   入力センサ素子の検知方法。
7. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の入力センサ素子を一画素として、複数個、二次元状に配置されてなる入力センサシートを有する入力デバイスであって、
   前記入力センサシートは、
   縦横一方向に並んだ前記複数の入力センサ素子の制御電極にそれぞれ接続された複数本の制御ラインと、
   前記制御ラインと直交する方向に並んだ前記複数の入力センサ素子の第１の主電極にそれぞれ接続された複数本の検出ラインと、
   を有する入力デバイス。
8. 請求項７に記載の入力デバイスへの入力方法であって、
   二次元に配置された前記複数の入力センサ素子の前記第１の主電極と前記共通電極との間に電圧を印加し、
   ついで、前記制御電極に順次電圧を印加し、
   前記制御電極に電圧が印加されている状態における前記第１の主電極と前記共通電極との間を流れる電流を測定し、
   これらの動作を、二次元に配置された前記入力センサ素子ごとに行い、
   電流値もしくはこれから換算される数値データを二次元状に表現することで、前記入力センサシート上の圧力分布を入力情報とする、
   入力デバイスの入力方法。
9. 外部入力デバイスにより前記入力センサシートに圧力が加えられた時に、前記入力情報として、複数画素の検知、及び画素毎の圧力の強度の測定を同時に行い、
   該測定結果に基づいて、前記外部入力デバイスの先端の三次元形状を認識し、
   該認識された三次元形状に応じて自動的に入力モードを切り替える、
   請求項８に記載の入力デバイスの入力方法。
10. 前記入力センサシート上の前記外部入力デバイスによる圧力分布の大きさ、形状によって、前記入力モードを記入モードと消去モードとに自動的に判別して切り替える、請求項９に記載の入力デバイスの入力方法。
11. 前記入力センサシートに、所定の面積より小さい面積を持つ第１の外部入力デバイスで圧力が印加された時に、前記入力モードを前記記入モードと判別し、
    前記入力センサシート上に、前記所定の面積より大きい面積を持つ第２の外部入力デバイスで圧力が印加された時に、前記入力モードを前記消去モードと判別する、
    請求項１０に記載の入力デバイスの入力方法。
12. 前記第１の外部入力デバイスは、ペンまたは指先から成り、
    前記第２の外部入力デバイスは、手のひらの側面、手のひら全体、および大きい布から選択された少なくとも１つから成る、
    請求項１１に記載の入力デバイスの入力方法。
13. 請求項８によって入力された入力情報を、コンピュータに判定させる入力情報判定プログラムであって、前記コンピュータに、
    外部入力デバイスにより前記入力センサシートに圧力が加えられた時に、前記入力情報として、複数画素の検知、及び画素毎の圧力の強度の測定を同時に行う測定手順と、
    該測定結果に基づいて、前記外部入力デバイスの先端の三次元形状を認識する認識手順と、
    該認識された三次元形状に応じて自動的に入力モードを切り替える切替手順と、
    を実行させる入力情報判定プログラム。
14. 前記切替手順は、前記コンピュータに、前記入力センサシート上の前記外部入力デバイスによる圧力分布の大きさ、形状によって、前記入力モードを記入モードと消去モードとに自動的に判別して切り替えさせる、請求項１３に記載の入力情報判定プログラム。
15. 前記切替手順は、前記コンピュータに、
    前記入力センサシートに、所定の面積より小さい面積を持つ第１の外部入力デバイスで圧力が印加された時に、前記入力モードを前記記入モードと判別させ、
    前記入力センサシート上に、前記所定の面積より大きい面積を持つ第２の外部入力デバイスで圧力が印加された時に、前記入力モードを前記消去モードと判別させる、
    請求項１４に記載の入力情報判定プログラム。

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