KR20180033053A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복수 종류의 센서를 가지는 센서 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor device having a plurality of kinds of sensors.
종래 박막 촉각 센서로서, 온도 검지 재료 박막과 변형 검지 재료 박막을 절연막 등의 위에 배열 성막 또는 적층 성막하여 이루어지는 복합 소자를 포함하는 것이 알려져 있다(특허문헌 1).As a conventional thin-film tactile sensor, there is known a composite device comprising a thin film of a temperature detecting material and a thin film of a deformation detecting material formed by arranging or laminating a film on an insulating film or the like (Patent Document 1).
또한 압력 센서 등의 센서를 포함하는 셀의 어레이를 가지는 검지 장치가 알려져 있다(특허문헌 2). 특허문헌 2에 기재된 검지 장치는 셀의 어레이를 가지고, 어레이의 각 셀이 압력 센서, 온도 센서 등의 센서와, 센서에 접속된 스위칭 기능을 가지는 유기 트랜지스터를 가지고 있다. There is also known a detecting device having an array of cells including sensors such as pressure sensors (Patent Document 2). The detection device described in Patent Document 2 has an array of cells, and each cell of the array has a sensor such as a pressure sensor and a temperature sensor, and an organic transistor having a switching function connected to the sensor.
압력 센서, 온도 센서 등을 가지는 장치는, 압력, 온도, 습도, 가속도, 변형 등의 환경 조건이 다른 다양한 사용 기회에서 사용되는 것이 상정된다. 측정 대상으로 하는 측정량이 다른 복수 종류의 센서를 가지는 센서 장치의 경우, 환경 조건이 변동되면 센서의 출력도 변동되어, 복수 종류의 센서의 각 센서에 대하여, 정확한 측정 결과를 얻는 것은 곤란하였다. Devices having pressure sensors, temperature sensors, etc. are assumed to be used in various use opportunities where environmental conditions such as pressure, temperature, humidity, acceleration, and deformation are different. In the case of a sensor device having a plurality of different types of sensors whose measurement amounts are different from each other, it is difficult to obtain accurate measurement results for each sensor of a plurality of types of sensors because the output of the sensor also fluctuates when environmental conditions change.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 환경 조건이 변동된 경우라도 복수 종류의 센서의 각 센서에 대하여 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는 센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a sensor device capable of obtaining more accurate measurement results for each sensor of a plurality of types of sensors even when environmental conditions are changed.
본 발명의 일 관점에 의하면, 센서와 액티브 소자를 각각이 포함하고, 2차원상으로 배열된 복수의 센서 셀로서, 복수의 상기 센서는 다른 복수 종류의 센서를 포함하는 복수의 센서 셀과, 상기 복수 종류의 센서 중 1종류의 센서의 측정 결과를, 상기 복수 종류의 센서 중 다른 종류의 센서의 측정 결과를 이용하여 보상하는 보상 처리부를 가지는 것을 특징으로 하는 센서 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plurality of sensor cells each including a sensor and an active element and arranged two-dimensionally, wherein the plurality of sensors include a plurality of sensor cells including a plurality of different types of sensors, There is provided a sensor device comprising a compensation processing section for compensating measurement results of one kind of sensor among a plurality of types of sensors by using measurement results of different kinds of sensors among the plurality of kinds of sensors.
본 발명에 의하면, 환경 조건이 변동된 경우라도 복수 종류의 센서의 각 센서에 대하여 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain more accurate measurement results for each sensor of a plurality of types of sensors even when environmental conditions are changed.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 장치의 전체 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 장치에서 다른 복수 종류의 센서를 포함하는 센서 셀의 배치 일례를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 장치에서 압력 센서를 포함하는 센서 셀의 구조를 도시한 개략도이다.
도 4는 도전성 고무를 사용한 저항 변화형 압력 센서의 출력의 온도 의존성 예를 도시한 그래프이다.
도 5는 고분자막을 사용한 용량 변화형 습도 센서의 출력의 온도 의존성 예를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 장치에서의 보간 처리를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 변형 실시형태에 따른 센서 어레이의 다른 예 및 그 구성 단위를 도시한 개략도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an overall structure of a sensor device according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a schematic view showing an example of arrangement of sensor cells including a plurality of different types of sensors in a sensor device according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing the structure of a sensor cell including a pressure sensor in a sensor device according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing an example of the temperature dependency of the output of the resistance change type pressure sensor using the conductive rubber.
5 is a graph showing an example of the temperature dependency of the output of the capacitance-change type humidity sensor using the polymer membrane.
6 is a view for explaining an interpolation process in the sensor device according to the embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing another example of the sensor array and its constituent units according to the modified embodiment of the present invention.
<일 실시형태><Embodiment>
본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 장치에 대하여 도 1 내지 도 7을 가지고 설명한다. A sensor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 7. Fig.
우선 본 실시형태에 따른 센서 장치의 구성에 대하여 도 1 내지 도 3을 가지고 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 센서 장치의 전체 구조를 도시한 개략도이다. 도 2는, 본 실시형태에 따른 센서 장치에서 다른 복수 종류의 센서를 포함하는 센서 셀의 배치 일례를 도시한 개략도이다. 도 3은 본 실시형태에 따른 센서 장치에서 압력 센서를 포함하는 센서 셀의 구조를 도시한 개략도이다. First, the configuration of the sensor device according to the present embodiment will be described with reference to Figs. 1 to 3. Fig. 1 is a schematic view showing an overall structure of a sensor device according to the present embodiment. 2 is a schematic view showing an example of arrangement of sensor cells including a plurality of different types of sensors in the sensor device according to the present embodiment. 3 is a schematic view showing the structure of a sensor cell including a pressure sensor in the sensor device according to the present embodiment.
본 실시형태에 따른 센서 장치(100)는, 도 1에 도시한 것과 같이 센서 어레이(10)와, 수직 주사 회로(20), 검출 회로(30), 제어부(40)를 가지는 2차원 센서이다. The
센서 어레이(10)는, 복수 행(예를 들면 m행) 및 복수 열(예를 들면 n열)에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀(12)을 포함한다. 또한 m, n은 각각 2 이상의 정수이다. 센서 어레이(10)에서 복수의 센서 셀(12)은, 예를 들면 정방 격자상 등 직사각형 격자상으로 배치되어 있다. The
각각의 센서 셀(12)은, 선택 트랜지스터(M)와, 센서(S)를 포함한다. 선택 트랜지스터(M)는, 예를 들면 박막 트랜지스터로 이루어진다. 센서(S)는, 압력을 측정 대상으로 하는 압력 센서, 온도를 측정 대상으로 하는 온도 센서 및 습도를 측정 대상으로 하는 습도 센서 중 어느 것이다. 본 실시형태에 따른 센서 장치(100)는, 선택 트랜지스터(M)를 액티브 소자로 하는 액티브 매트릭스 구동 방식의 2차원 센서이다. 액티브 소자로서 박막 트랜지스터로 이루어지는 선택 트랜지스터(M)를 사용함으로써, 복수 종류의 센서를 용이하게 실장하는 것이 가능해졌다.Each
센서 어레이(10)는, 측정 대상으로 하는 측정량이 다른 복수 종류의 센서(S)를 포함하는 센서 셀(12)을 포함하고 있다. 즉, 센서 어레이(10)는, 센서(S)로서 압력 센서를 포함하는 센서 셀(12)과, 센서(S)로서 온도 센서를 포함하는 센서 셀(12)과, 센서(S)로서 습도 센서를 포함하는 센서 셀(12)을 포함하고 있다. 이하, 필요에 따라서 센서(S)로서 압력 센서를 포함하는 센서 셀(12), 센서(S)로서 온도 센서를 포함하는 센서 셀(12) 및 센서(S)로서 습도 센서를 포함하는 센서 셀(12)을, 각각 센서 셀(12P), 센서 셀(12T), 및 센서 셀(12H)로 표기한다. The
압력 센서로는, 예를 들면 압력 변화에 수반되는 전기 저항값의 변화를 이용한 저항 변화형 압력 센서를 사용할 수 있다. 또한 온도 센서로는, 예를 들면 온도 변화에 수반되는 전기 저항값의 변화를 이용한 저항 변화형 온도 센서를 사용할 수 있다. 또한 습도 센서로는, 예를 들면 습도 변화에 수반되는 전기 저항값의 변화를 이용한 저항 변화형 습도 센서를 사용할 수 있다. 또한 센서(S)로서 사용하는 각 센서는 이들에 한정되는 것은 아니고, 정전 용량값의 변화를 이용한 용량 변화형 압력 센서, 온도 센서, 습도 센서 등 여러 가지 측정 원리에 기초한 센서를 사용할 수 있다. 도 1에서는 편의상 센서(S)를 가변 저항 기호로 표기하고 있다. As the pressure sensor, for example, a resistance change type pressure sensor using a change in electric resistance value accompanying a pressure change can be used. As the temperature sensor, for example, a resistance change type temperature sensor using a change in electric resistance value accompanying a temperature change can be used. As the humidity sensor, for example, a resistance change type humidity sensor using a change in electrical resistance value accompanying a humidity change can be used. Further, the sensors used as the sensor S are not limited to these, and sensors based on various measurement principles such as a capacitance change type pressure sensor, a temperature sensor, and a humidity sensor using a change in capacitance value can be used. In Fig. 1, the sensor S is represented by a variable resistance symbol for the sake of convenience.
도 2는, 센서 어레이(10)에서의 센서 셀(12P, 12T, 12H)의 배치 일례를 도시하고 있다. 도 2에 도시한 것과 같이, 온도 센서를 포함하는 센서 셀(12T) 및 습도 센서를 포함하는 센서 셀(12H)의 주위에, 압력 센서를 포함하는 센서 셀(12P)을 배치할 수 있다. 또한 다른 복수 종류의 센서 셀(12P, 12T, 12H)의 배치 위치는, 여기에 한정되는 것이 아니라, 센서 장치(100)의 사용 목적 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다. Fig. 2 shows an example of the arrangement of the
도 1에 도시한 것과 같이 센서 어레이(10)의 각 행에는, 행 방향으로 연장되어 구동 신호선(X)이 배치되어 있다. 도 1에는 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행, 제 4 행, 제 5 행, ..., 제 m 행에 배치된 구동 신호선(X)을, 각각 구동 신호선 X1, X2, X3, X4, X5, ..., Xm으로 표기하고 있다. 구동 신호선(X1, X2, X3, X4, X5, ..., Xm)은 수직 주사 회로(20)에 접속되어 있다. As shown in Fig. 1, in each row of the
센서 어레이(10)의 각 열에는, 열 방향으로 연장하여 출력 신호선(Y)이 각각 배치되어 있다. 도 1에는 제 1 열, 제 2 열, 제 3 열, ..., 제 n 열에 배치된 출력 신호선(Y)을, 출력 신호선 Y1, Y2, Y3, ..., Yn으로 표기하고 있다. 출력 신호선(Y1, Y2, Y3, ..., Yn)은, 검출 회로(30)에 접속되어 있다. In each column of the
센서 셀(12)의 센서(S)는, 일방 단자가 전원 전압선에 접속되어 있고, 타방 단자가 선택 트랜지스터(M)의 드레인 전극에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M)의 소스 전극은, 대응되는 열의 출력 신호선(Y)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M)의 게이트 전극은, 대응되는 행의 구동 신호선(X)에 접속되어 있다.The sensor S of the
수직 주사 회로(20)는, 디코더와 시프트 레지스터로 구성된다. 수직 주사 회로(20)는, 구동 신호선(X1, X2, X3, X4, X5, ..., Xm)에 구동 신호(PTX1, PTX2, PTX3, PTX4, PTX5, ..., PTXm)를 각각 공급한다. 이들 구동 신호(PTX)는, 구동 신호선(X)에 접속된 선택 트랜지스터(M)의 구동 신호이다. 이 의미에서, 수직 주사 회로(20)는 선택 트랜지스터(M)의 구동 회로이기도 하다. 예를 들면 선택 트랜지스터(M)가 N형 트랜지스터인 경우, 구동 신호(PTX)가 하이 레벨일 때, 대응되는 행의 선택 트랜지스터(M)는 온(ON) 상태가 된다. 또 구동 신호(PTX)가 로우 레벨일 때, 대응되는 행의 선택 트랜지스터(M)가 오프(OFF) 상태가 된다. The
검출 회로(30)는, 출력 신호선(Y1, Y2, Y3, ..., Yn)의 전압을 검출하고, 센서(S)의 전기 저항값, 정전 용량값 등의 출력을 검출하기 위한 회로이다. 검출 회로(30)에 의해 검출된 센서(S)의 전기 저항값, 정전 용량값 등의 출력에 기초하여, 센서(S)에 의한 측정값인 압력, 온도 또는 습도값을 산출하는 것이 가능해진다. The
제어부(40)는, 수직 주사 회로(20) 및 검출 회로(30)에 접속되어 있다. 제어부(40)는, 여러 가지 연산, 제어, 판별 등의 처리를 실행하는 CPU를 가지고 있다. 또한 제어부(40)는, CPU에 의해 실행되는 다양한 프로그램, CPU가 참조하는 데이터 베이스 등을 격납하는 ROM을 가지고 있다. 또한 제어부(40)는, CPU가 처리 중인 데이터와 입력 데이터 등을 일시적으로 격납하는 RAM을 가지고 있다. The
제어부(40)는, CPU가 프로그램을 실행함으로써, 수직 주사 회로(20) 및 검출 회로(30)의 동작과 그 타이밍을 제어한다. 또한 제어부(40)는, CPU가 프로그램을 실행함으로써, 후술하는 것과 같이 복수 종류의 센서를 포함하는 센서에 의한 측정 결과를 상호 보상하는 보상 처리부로서 기능한다. 또한 제어부(40)는, CPU가 프로그램을 실행함으로써, 후술하는 것과 같이 센서 셀에 포함되는 센서가 측정할 수 없는 다른 센서가 측정 대상으로 하는 측정량을 보간하는 보간 처리부로서 기능한다.The
여기서, 센서 셀(12)의 구조의 일례에 대하여 도 3을 가지고 설명한다. 도 3(a)는, 구동 신호선(X) 및 출력 신호선(Y)에 접속된 센서 셀(12)의 구조의 일례를 도시한 평면도이다. 도 3(b)는, 도 3(a)의 A-B선에 따른 확대 단면도이다. 또한 도 3(a) 및 도 3(b)에는 센서(S)로서, 압력 센서(SP)를 포함하는 센서 셀(12P)의 구조 일례를 도시하고 있다. Here, an example of the structure of the
도 3(a) 및 도 3(b)에 도시한 것과 같이, 기판(60) 상에는, 선택 트랜지스터(M)의 게이트 전극(62)이 형성되어 있다. 또한 기판(60) 상에는, 구동 신호선(X)이 형성되어 있다. 게이트 전극(62)은, 구동 신호선(X)과 일체적으로 형성되어 구동 신호선(X)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한 기판(60)은, 기판상 부재 이외에, 시트상 부재, 필름상 부재도 포함하는 것으로, 그 재료로는 모든 재료를 채용할 수 있다. 또한 기판(60)은, 유연성을 가지는 플렉서블한 것이어도 되고, 유연성을 갖지 않는 경질의 것이어도 된다. 3 (a) and 3 (b), a
게이트 전극(62) 상에는, 게이트 절연층(64)이 형성되어 있다. 게이트 절연층(64)은, 구동 신호선(X) 상 및 기판(60) 상에도 형성되어 있고, 층간 절연층으로서도 기능하고 있다. 또한 도 3(a)에서는, 게이트 절연층(64)을 생략하고 있다. On the
게이트 절연층(64) 상에는, 선택 트랜지스터(M)의 소스 전극(66S) 및 드레인 전극(66D)이 간격을 두고 병렬로 형성되어 있다. 또한 게이트 절연층(64) 상에는, 출력 신호선(Y)이 형성되어 있다. 또한 게이트 절연층(64) 상에는, 압력 센서(SP)의 한 쌍의 전극(68, 70)이 간격을 두고 병렬로 형성되어 있다. 더욱이 게이트 절연층(64) 상에는, 전원 전압선(72)이 형성되어 있다. 소스 전극(66S)은, 출력 신호선(Y)과 일체적으로 형성되어 출력 신호선(Y)에 전기적으로 접속되어 있다. 드레인 전극(66D)은, 전극(68)과 일체적으로 형성되어 전극(68)과 전기적으로 접속되어 있다. 전극(70)은, 전원 전압선(72)과 일체적으로 형성되어 전원 전압선(72)에 전기적으로 접속되어 있다. On the
게이트 절연층(64)의 소스 전극(66S) 및 드레인 전극(66D)을 포함하는 영역 상에는, 소스 전극(66S) 및 드레인 전극(66D)을 덮고 소스 전극(66S) 및 드레인 전극(66D)에 접촉되도록 반도체층(80)이 형성되어 있다. A
또한 게이트 절연층(64)의 한 쌍의 전극(68, 70)을 포함하는 영역 상에는, 한 쌍의 전극(68, 70)을 덮고 한 쌍의 전극(68, 70)에 접촉되도록 센서층(82)이 형성되어 있다. 센서층(82)을 구성하는 재료는, 압력 인가에 수반하여 전기 저항값이 변하는 감압 도전성 재료로, 예를 들면 도전성 입자가 분산된 수지 등이며, 보다 구체적으로는 예를 들면 감압 도전성 고무이다. A
이렇게 해서 기판(60) 상에는 게이트 전극(62), 소스 전극(66S) 및 드레인 전극(66D)을 가지는 선택 트랜지스터(M)가 형성되어 있다. 또한 기판(60) 상에는 한 쌍의 전극(68, 70) 및 센서층(82)을 가지는 압력 센서(SP)가 형성되어 있다. 전극(68, 70)은, 각각 센서층(82)에 접촉하여 센서층(82)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한 선택 트랜지스터(M) 및 압력 센서(SP)가 형성된 기판(60) 상에는, 보호막 등이 형성되어 있다. A selection transistor M having a
또한 도 3(a) 및 도 3(b)에서는, 압력 센서(SP)를 포함하는 센서 셀(12P)에 대하여 설명했지만, 센서층(82)의 구성 재료를 측온 저항체 등으로 함으로써, 온도 센서를 포함하는 센서 셀(12T)을 구성할 수 있다. 또한 센서층(82)의 구성 재료를 고분자 재료 등 감습 재료로 함으로써, 습도 센서를 포함하는 센서 셀(12H)을 구성할 수 있다. 3 (a) and 3 (b), the
본 실시형태에 따른 센서 장치(100)에서 사용되는 압력 센서, 온도 센서 및 습도 센서는, 각각 환경 조건에 대한 의존성을 가지고 있기 때문에 환경 조건이 변동되면 그 출력인 전기 저항값 등도 변동되는 경우가 있다. 또한 각 센서와 함께 형성된 선택 트랜지스터(M)의 특성 변화에 의해 출력에 오차가 포함되는 경우가 있다. Since the pressure sensor, the temperature sensor, and the humidity sensor used in the
도 4는, 도전성 고무를 사용한 저항 변화형 압력 센서의 출력의 온도 의존성 예를 도시한 그래프이다. 도 4에 도시한 그래프에서, 횡축은 온도를 나타내고, 종축은 대수축으로서 압력 센서의 출력인 전기 저항값을 임의 단위로 나타내고 있다. 4 is a graph showing an example of the temperature dependence of the output of the resistance change type pressure sensor using the conductive rubber. In the graph shown in Fig. 4, the axis of abscissas represents the temperature, and the axis of ordinates represents the major axis of the electric resistance, which is the output of the pressure sensor, in arbitrary units.
도 4에 도시한 것과 같이 온도 센서에 대해서 8.8 gf/cm2, 11.3 gf/cm2, 15.9 gf/cm2의 압력이 인가된 경우 모두에서, 압력 센서의 출력인 전기 저항값은, 온도가 높아질수록 더욱 커지는 온도 의존성을 나타내고 있다. As shown in Fig. 4, in all cases where a pressure of 8.8 gf / cm 2 , 11.3 gf / cm 2 , and 15.9 gf / cm 2 is applied to the temperature sensor, the electric resistance value, which is the output of the pressure sensor, The more the temperature dependency is shown.
또한 도 5는, 고분자막을 사용한 용량 변화형 습도 센서의 출력의 온도 의존성 예를 도시한 그래프이다. 도 5에 도시한 그래프에서, 횡축은 온도를 나타내고, 종축은 대수축으로서 습도 센서의 출력인 정전 용량값을 임의 단위로 나타내고 있다. 5 is a graph showing an example of the temperature dependency of the output of the capacitance-change type humidity sensor using the polymer membrane. In the graph shown in Fig. 5, the horizontal axis represents the temperature, and the vertical axis represents the capacitance, which is the output of the humidity sensor, in arbitrary units.
도 5에 도시한 것과 같이, 습도 센서가 놓인 환경의 상대 습도가 20 %, 40 %, 60 %, 80 % 중 어느 경우에도 습도 센서의 출력인 정전 용량값은, 온도가 높아질수록 더욱 커지는 온도 의존성을 나타내고 있다. As shown in FIG. 5, the capacitance value which is the output of the humidity sensor in any of the relative humidity of 20%, 40%, 60%, and 80% of the environment in which the humidity sensor is placed becomes larger as the temperature becomes higher .
이와 같이 어느 센서의 출력은, 다른 센서의 측정 대상인 환경 조건에 대해서 의존성을 나타내는 경우가 있다. 따라서 이와 같은 의존성을 고려하지 않으면 각 센서에 의한 정확한 측정은 곤란하다. In this way, the output of a certain sensor may show a dependency on an environmental condition to be measured by another sensor. Therefore, accurate measurement by each sensor is difficult without considering such dependence.
본 실시형태에 따른 센서 장치(100)에서는, 보상 처리부로서 기능하는 제어부(40)가, 센서 어레이(10)에 있어서의 복수의 센서 셀(12)의 다른 복수 종류의 센서(S)에 의한 측정 결과를 상호 보상하여, 보다 정확한 측정 결과를 얻는 것을 실현한다. 이하, 제어부(40)에 의한 상호 보상 원리에 대하여 상술한다. In the
센서 셀(12P)에 포함되는 압력 센서에 의해 측정된 압력의 측정값인 압력 측정값을 P1로 한다. 또한 센서 셀(12T)에 포함되는 온도 센서에 의해 측정된 온도의 측정값인 온도 측정값을 T1로 한다. 또한 센서 셀(12H)에 포함되는 습도 센서에 의해 측정된 습도의 측정값인 습도 측정값을 H1로 한다. 또한 압력 센서에 의해 측정되어야 할 실제 압력의 값인 실압력값을 PO로 한다. 실압력값(PO)은, 온도 측정값(T1) 및 습도 측정값(H1)을 이용하여 압력 측정값(P1)을 보상함으로써 얻어지는 것이다. 또한 온도 센서에 의해 측정되어야 할 실제 온도의 값인 실온도값을 TO으로 한다. 실온도값(TO)은, 압력 측정값(P1) 및 습도 측정값(H1)을 이용하여 온도 측정값(T1)을 보상함으로써 얻어지는 것이다. 또한 습도 센서에 의해 측정되어야 할 실제 습도의 값인 실습도값을 HO로 한다. 실습도값(HO)은, 압력 측정값(P1) 및 온도 측정값(T1)을 이용하여 습도 측정값(H1)을 보상함으로써 얻어지는 것이다. P 1 is a pressure measurement value which is a measurement value of the pressure measured by the pressure sensor included in the
또한 센서(S)에 의한 측정 결과의 상호 보상을 수행하는 센서 셀(12P, 12T, 12H)의 위치, 수 등의 조합은 특별히 한정되는 것이 아니라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들면 도 2에 도시한 센서 셀(12P, 12T, 12H)의 배치에 있어서, 10개의 센서 셀(12P) 중에서 어느 1개 및 센서 셀(12T, 12H)의 각 1개에 대하여 상호 보상을 수행할 수 있다. Also, the combination of the positions and numbers of the
압력 센서는 온도(T) 및 습도(H)에 대해서, 각각 이하의 식으로 도시되는 의존성을 가지는 것으로 간주할 수 있다. 또한 ΔP는, 실제 압력값으로부터 압력 센서에 의한 압력의 측정값을 뺀 양자의 차를 나타낸다. The pressure sensor can be regarded as having a dependence shown by the following equations for the temperature (T) and the humidity (H), respectively. Further,? P represents the difference between the actual pressure value minus the measured value of the pressure by the pressure sensor.
ΔP=A1(T)ΔP = A 1 (T)
ΔP=B1(H)ΔP = B 1 (H)
또한 온도 센서는 압력(P) 및 습도(H)에 대해서, 각각 이하의 식으로 도시되는 의존성을 가지는 것으로 간주할 수 있다. 또한 ΔT는, 실제 온도값으로부터 온도 센서에 의한 온도의 측정값을 뺀 양자의 차를 나타낸다. Further, the temperature sensor can be regarded as having the dependence shown by the following equations for the pressure P and the humidity H, respectively. DELTA T represents the difference between the actual temperature value and the measured value of the temperature sensor.
ΔT=A2(P)ΔT = A 2 (P)
ΔT=C1(H)? T = C 1 (H)
또한 습도 센서는 압력(P) 및 온도(T)에 대해서, 각각 이하의 식으로 도시되는 의존성을 가지는 것으로 간주할 수 있다. 또한 ΔH는, 실제 습도값으로부터 습도 센서에 의한 습도의 측정값을 뺀 양자의 차를 나타낸다. Further, the humidity sensor can be regarded as having the dependence shown by the following equations for the pressure P and the temperature T, respectively. DELTA H represents the difference between the actual humidity value and the humidity value measured by the humidity sensor, minus the measured humidity value.
ΔH=B2(P)ΔH = B 2 (P)
ΔH=C2(T)ΔH = C 2 (T)
상기 각 의존성을 나타내는 함수 A1, A2, B1, B2, C1 및 C2는 실험값, 시뮬레이션값 등을 이용하여 미리 결정할 수 있다. The functions A 1 , A 2 , B 1 , B 2 , C 1 and C 2 expressing the dependency can be determined in advance using experiment values, simulation values, and the like.
각 센서는 그 측정 대상으로 하는 환경 조건 이외의 환경 조건의 영향을 받는다. 예를 들면 압력 센서에 대하여, 압력 측정값(P1)은, 압력 이외의 환경 조건인 온도 및 습도의 영향을 받은 결과, 실압력값(PO)과는 다른 값이 된다. 실압력값(PO)과 압력 측정값(P1)의 차는, 온도 및 습도 영향의 총량이라고 간주하고, 상기 의존성을 도시한 식을 이용하여 다음 식 1로 나타낼 수 있다. Each sensor is influenced by environmental conditions other than the environmental condition to be measured. For example, with respect to the pressure sensor, the pressure measurement value P 1 is different from the actual pressure value P 0 as a result of being influenced by temperature and humidity, which are environmental conditions other than pressure. The difference between the actual pressure value (P O ) and the pressure measurement value (P 1 ) is regarded as the total amount of temperature and humidity influences, and can be expressed by the following equation (1)
PO-P1=A1(TO)+B1(HO) 식(1)P O -P 1 = A 1 (T 0 ) + B 1 (H 2 O )
마찬가지로 온도 센서 및 습도 센서에 대해서도, 각각 다음 식 2 및 식 3을 얻을 수 있다. Similarly, for the temperature sensor and the humidity sensor, the following
TO-T1=A2(PO)+C1(HO) 식(2)T O - T 1 = A 2 (P 0 ) + C 1 (H 2 O )
HO-H1=B2(PO)+C2(TO) 식(3)H O -H 1 = B 2 (P 0 ) + C 2 (T 0 )
상술한 것과 같이 함수 A1, A2, B1, B2, C1 및 C2는 미리 결정할 수 있다. 또한 P1, T1, H1은, 각 센서에 의해 측정되는 측정값이다. 따라서 상기 식 1, 식 2 및 식 3은, PO, TO 및 HO를 미지수로 하는 삼원 연립 방정식이다. PO, TO 및 HO는, 식1, 식2 및 식 3의 삼원 연립 방정식을 풂으로써 산출할 수 있다. As described above, the functions A 1 , A 2 , B 1 , B 2 , C 1, and C 2 can be predetermined. P 1 , T 1 , and H 1 are measured values measured by the respective sensors. Therefore, the above equations (1), (2) and (3) are triplet simultaneous equations with P O , T O and H O as unknowns. P O , T O and H O can be calculated by subtracting the three-way simultaneous equations of
또한 함수 A1, A2, B1, B2, C1 및 C2가 모두 선형 관계인 경우, 상기 식 1, 식 2 및 식 3은, 각각 다음 식 4, 식 5 및 식 6으로 나타난다. 또한 식 4, 식 5 및 식 6에서 A1, A2, B1, B2, C1 및 C2는 각각 계수이다. In addition, when the functions A 1 , A 2 , B 1 , B 2 , C 1 and C 2 are both in a linear relationship, the above-mentioned
PO-P1=A1·TO+B1·HO 식(4)P O -P 1 = A 1 · T O + B 1 · H 2 O (4)
TO-T1=A2·PO+C1·HO 식(5)T O -T 1 = A 2揃 P O + C 1揃 H O (5)
HO-H1=B2·PO+C2·TO 식(6)H O - H 1 = B 2 · P O + C 2 · T O (6)
상기 식 4, 식 5 및 식 6의 삼원 연립 방정식을 풂으로써, 각각 다음 식 7, 식 8 및 식 9로 나타나는 PO, TO 및 HO를 얻는다. By taking the three-way simultaneous equations of the above-mentioned
(식 7) (Equation 7)
(식 8) (Expression 8)
(식 9) (Equation 9)
보상 처리부로서 기능하는 제어부(40)는, 상술한 원리에 기초하여 압력 측정값(P1), 온도 측정값(T1) 및 습도 측정값(H1)에 대하여 상호 보상하는 보상 처리를 실행함으로써, 실압력값(PO), 실온도값(TO) 및 실습도값(HO)을 얻을 수 있다. 이렇게 해서 본 실시형태에 따른 센서 장치(100)는, 환경 조건이 변동된 경우라도 복수 종류의 센서인 압력 센서, 온도 센서 및 습도 센서의 각 센서에 대하여 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다. The
또한 각 센서에 대하여, 센서 재료를 적절히 선정하거나 센서 셀의 배치 위치를 연구하는 것 등에 의해, 일부 환경 조건에 대한 의존성을 무시할 수 있는 경우가 있다. 예를 들면 압력 센서에 대해서는, 센서 재료를 적절히 선정하는 것 등에 의해, 습도 의존성을 무시할 수 있다. 또한 온도 센서에 대해서도 재료를 적절히 선정하는 것 등에 의해, 습도 의존성을 무시할 수 있다. 또한 온도 센서에 대하여, 센서 셀의 배치 위치를 연구함으로써, 압력 의존성을 무시할 수 있다. 또한 습도 센서에 대해서도 센서 셀의 배치 위치를 연구함으로써, 압력 의존성을 무시할 수 있다. 이들 조건을 만족하는 경우, 상기 식 4, 식 5 및 식 6에서 B1=0, A2=0, C1=0, B2=0으로 할 수 있고, 따라서 이하의 PO, TO 및 HO를 얻는다. In addition, dependency on some environmental conditions may be ignored for each sensor, for example, by appropriately selecting a sensor material or studying the arrangement position of the sensor cell. For example, the humidity dependence of the pressure sensor can be ignored by appropriately selecting the sensor material. In addition, the temperature dependency of the temperature sensor can be neglected by appropriately selecting the material. Further, by studying the arrangement position of the sensor cell with respect to the temperature sensor, the pressure dependence can be neglected. Further, by studying the arrangement position of the sensor cell with respect to the humidity sensor, the pressure dependence can be ignored. When satisfying these conditions, the equation (4), can be in the equations 5 and 6 as B 1 = 0, A 2 = 0, C 1 = 0, B 2 = 0, therefore the following P O, T O, and H 2 O is obtained.
PO=P1+A1·T1 식(7')P O = P 1 + A 1 · T 1 (7 ')
TO=T1 식(8')T O = T 1 (8 ')
HO=H1+C2·T1 식(9')H O = H 1 + C 2 · T 1 (9 ')
또한 상기 센서 어레이(10)에서는, 다른 복수 종류의 센서인 압력 센서, 온도 센서 및 습도 센서를 포함하는 센서 셀(12)이 배치되어 있다. 따라서 어느 센서를 포함하는 센서 셀(12)로는, 다른 센서가 측정 대상으로 하는 측정량을 직접 측정할 수는 없다. 예를 들면 압력 센서를 포함하는 센서 셀(12P)로는, 온도 및 습도를 직접 측정할 수는 없다. Further, in the
본 실시형태에 따른 센서 장치(100)에서는, 더욱이 제어부(40)가, 센서 셀(12)에 포함되는 센서가 측정할 수 없는 다른 센서가 측정 대상으로 하는 측정량을 보간하는 보간 처리부로서도 기능한다. 이하, 온도 센서에 의해 측정되는 온도를 보간하는 경우를 예로, 보간 처리부로서의 제어부(40)의 보간 처리에 대하여 도 6을 가지고 설명한다. In the
도 6(a)는, R1행 ~ R5행 및 C1열 ~ C5열을 가지는 5행 5열의 센서 어레이(10)에서의 센서 셀(12)의 배치 예를 도시하고 있다. 이하, 행 번호 및 열 번호를 가지고 센서 셀(12)의 위치를 (Rm, Cn) 표기로 나타내는 것으로 한다. 또한 m, n은 각각 1 이상 5 이하의 정수이다. 6 (a) shows an example of arrangement of the
도 6(a)에 도시한 것과 같이, 센서 어레이(10)에서 4개의 모퉁이 (R1, C1), (R1, C5), (R5, C1) 및 (R5, C5)의 위치에는, 온도 센서를 포함하는 센서 셀(12T)이 배치되어 있다. 한편 이들 이외의 위치에는, 압력 센서를 포함하는 센서 셀(12P)이 배치되어 있다. As shown in Fig. 6 (a), at the positions of the four corners R1, C1, R1, C5, R5, C1 and R5, C5 in the
도 6(b)는, 도 6(a)에 도시한 센서 어레이(10)의 각 센서 셀에서의 온도 측정값의 예를 도시하고 있다. 도 6(b)에 도시한 것과 같이 (R1, C1), (R1, C5), (R5, C1) 및 (R5, C5)의 위치에서는, 온도 센서를 포함하는 센서 셀(12T)에 의해, 각각 25 ℃, 30 ℃, 40 ℃ 및 45 ℃의 온도 측정값이 얻어졌다. 한편 이들 이외의 위치에서는, 압력 센서를 포함하는 센서 셀(12P)이 배치되어 있기 때문에 온도 측정값이 얻어지지 않는다. 6 (b) shows an example of temperature measurement values in each sensor cell of the
보간 처리부로서의 제어부(40)는, 어느 측정량에 대하여 측정값이 얻어진 센서 셀(12)의 측정값에 기초하여, 그 측정량에 대하여 측정값이 얻어지지 않는 센서 셀(12)의 측정량의 값을 보간한다. 측정량의 값을 보간하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 제어부(40)는, 유한요소법에서의 아이소파라메트릭 요소의 형상 함수를 이용하여 측정량의 값을 보간한다. The
도 6(b)에 도시한 경우, 보간 처리부로서의 제어부(40)는, (R1, C1), (R1, C5), (R5, C1) 및 (R5, C5), 4마디점의 위치의 온도 측정값에 기초하여, 아이소파라메트릭 요소의 형상 함수를 이용하여, 그 이외의 위치의 온도값을 보간한다. 도 6(c)는, 도 6(b)에 도시한 온도 측정값에 기초하여, 4마디점의 위치 이외의 위치의 온도값을 보간한 결과를 도시하고 있다. 또한 보간에 사용되는 측정량의 수, 센서 어레이(10)에서의 마디점의 위치는 특별히 한정되는 것이 아니라, 보간해야 할 측정량 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 6 (b), the
이렇게 해서 보간 처리부로서의 제어부(40)는, 각 센서 셀(12)에 대하여, 상기 센서 셀(12) 이외의 센서 셀(12)이 측정 대상으로 하는 측정량의 값을 보간한다. 더욱이 보상 처리부로서의 제어부(40)는, 상기와 같이 해서 보간된 각 측정량의 값을 이용하여 상술한 것과 같이 해서, 다른 복수 종류의 센서(S)에 따른 측정 결과를 상호 보상하는 보상 처리를 실행할 수 있다. The
이와 같이 본 실시형태에 따르면 환경 조건이 변동된 경우라도, 복수 종류의 센서의 각 센서에 대하여 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다. As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain more accurate measurement results for each sensor of a plurality of types of sensors even when environmental conditions are changed.
<변형 실시형태><Modified Embodiment>
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변형이 가능하다. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
예를 들면 상기 실시형태에서는, 센서 셀(12)에 포함되는 센서(S)가 압력 센서, 온도 센서 및 습도 센서인 경우를 예로 설명했지만, 센서(S)의 종류는 이들에 한정되는 것은 아니다. 센서(S)는 이들 이외에 변위량을 측정 대상으로 하는 변위량 센서, 가속도를 측정 대상으로 하는 가속도 센서, 대상물의 접촉과 근접을 감지하는 센서 등이어도 된다. For example, in the above embodiment, the case where the sensor S included in the
또한 상기 실시형태에서는, 측정 대상으로 하는 측정량이 다른 복수 종류의 센서의 경우를 예로 설명했지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 측정 대상으로 하는 측정량이 동일하더라도 측정 범위, 감도 또는 분해능과 같은 측정 성능이 다른 복수의 센서는, 다른 복수 종류의 센서에 포함된다. 또한 측정 대상으로 하는 측정량이 다른 센서와, 측정 성능이 다른 센서가 혼재해 있어도 된다. Further, in the above embodiment, the case of a plurality of types of sensors having different measurement amounts to be measured has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. A plurality of sensors having different measurement performances such as a measurement range, a sensitivity, or a resolution are included in a plurality of different types of sensors even if the measurement amounts to be measured are the same. In addition, the measurement quantity to be measured may be mixed with other sensors and sensors having different measurement performances.
또한 상기 실시형태에서는, 도 2에 도시한 센서 셀(12)의 배치를 예로 설명했지만, 센서 셀(12)의 배치는, 여기에 한정되는 것은 아니다. 이하, 센서 어레이의 다른 예에 대하여 도 7을 가지고 설명한다. 도 7(a)는, 센서 어레이의 다른 예를 도시한 개략도이다. 도 7(b)는, 도 7(a)에 도시한 센서 어레이에서의 구성 단위를 도시한 개략도이다. In the above embodiment, the arrangement of the
도 7(a)에 도시한 것과 같이, 센서 어레이(110)는, 복수의 구성 단위(110U)로 분할되어 있다. 구성 단위(110U)는, 복수의 센서 셀로 구성되어 있고, 도 7(b)에 도시한 것과 같이, 예를 들면 온도 센서를 포함하는 센서 셀(112T)과, 기계적 정보를 측정 대상으로 하는 센서를 포함하는 센서 셀(112M)을 각각 복수 포함하고 있다. 또한 센서 셀(112M)에 포함되는 기계적 정보 센서로서는 압력 센서, 변위량 센서, 가속도 센서, 대상물의 접촉과 근접을 감지하는 센서 등이 예시된다. As shown in Fig. 7A, the
일반적으로 물체 온도의 공간 분포와, 형상이나 경도 등 기계적 정보의 공간 분포를 비교한 경우, 기계적 정보의 공간 분포가, 해상도를 향상함으로써 유용한 정보가 부여되는 경우가 많다. 일례로서는, 사람의 손에 있어서의 온도 자극의 공간 분해능은, 기계적 자극의 공간 분해능에 비교해서 크게 저하되는 것이 알려져 있다(시모조 마코토 외 3명 편, '촉각 인식 메커니즘과 응용 기술 -촉각 센서·촉각 디스플레이-', 증보판, S&T출판, 2014년 3월, p.10 및 p.94). 한편 면 요소의 보간은, 모퉁이의 마디점에 둘러싸인 영역 내에서 이루어지는 것이 바람직하다. In general, when the spatial distribution of the object temperature and the spatial distribution of the mechanical information such as the shape and the hardness are compared, the spatial distribution of the mechanical information is often given useful information by improving the resolution. As an example, it is known that the spatial resolution of temperature stimuli in human hands is significantly lowered compared to the spatial resolution of mechanical stimuli (see, for example, Makoto Shimozoo et al., 'Tactile Recognition Mechanism and Applied Technology - Tactile Display - ', Supplement, S & T Publishing, March 2014, p.10 and p.94). On the other hand, the interpolation of the surface elements is preferably carried out in an area surrounded by the nodal points of the corners.
상기에 의해 구성 단위(110U)는, 바람직하게는 복수 행, 복수 열의 어레이에 있어서, 4개의 모퉁이에 배치된 온도 센서를 포함하는 4개의 센서 셀(112T)과, 그 이외의 위치에 배치된 복수의 기계적 정보 센서를 포함하는 센서 셀(112M)을 가질 수 있다. As described above, the structural unit 110U preferably includes four
또한 센서 어레이(110)의 복수의 구성 단위(110U)는, 다른 복수 종류의 센서를 포함하는 복수의 센서 셀의 배치가 동일한 것이어도 되고, 다른 것이어도 된다. 또한 센서 어레이(110)의 복수의 구성 단위(110U)는, 동일한 센서 셀을 포함하는 것이어도 되고, 다른 센서 셀을 포함하는 것이어도 된다. 또한 구성 단위(110U) 영역의 형상은, 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시한 것과 같은 사각형상뿐만 아니라 여러 가지 형상으로 할 수 있다. 또한 센서 셀의 치수는 동일해도 되고 달라도 된다. 치수가 다른 경우라도 미리 센서 셀의 좌표 위치에 관한 정보를 미리 취득해 둠으로써, 상기 실시형태와 동일하게, 보상 처리 및 보간 처리를 실행할 수 있다. Further, in the plurality of constituent units 110U of the
또한 상기 실시형태에서는, 박막 트랜지스터 등의 선택 트랜지스터(M)를 액티브 소자로 하는 경우를 예로 설명했지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 선택 트랜지스터(M)를 대신하여, 예를 들면 MIM(Metal Insulator Metal) 다이오드 등 다른 액티브 소자를 사용할 수 있다. 각 센서 셀이, 메모리성을 가지는 소자를 구비하고 있어도 된다. 검출 회로(30)는, 예를 들면 전류 등 전압 이외의 방법으로 출력 신호선(Y1, Y2, Y3, ..., Yn)의 출력을 얻어도 된다. In the above embodiment, the case where the selection transistor M such as a thin film transistor is used as an active element has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. Other active elements such as a metal insulator metal (MIM) diode may be used in place of the selection transistor M. [ Each sensor cell may be provided with a device having memory property. The
또한 상기 실시형태에서는, 센서 어레이(10)에서 복수의 센서 셀(12)이 직사각형 격자상으로 배치되어 있는 경우를 예로 설명했지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 복수의 센서 셀(12)은, 규칙적 또는 불규칙적으로 2차원으로 배치할 수 있다.In the above embodiment, the case where the plurality of
10: 센서 어레이 12, 12H, 12P, 12T: 센서 셀
20: 수직 주사 회로 30: 검출 회로
40: 제어부 100: 센서 장치
110: 센서 어레이 110U: 구성 단위
112M, 112T: 센서 셀 M: 선택 트랜지스터
S: 센서10:
20: vertical scanning circuit 30: detection circuit
40: control unit 100: sensor device
110: Sensor array 110U: Configuration unit
112M, 112T: sensor cell M: selection transistor
S: Sensor
Claims (10)
상기 복수 종류의 센서 중 1종류의 센서의 측정 결과를, 상기 복수 종류의 센서 중 다른 종류의 센서의 측정 결과를 이용하여 보상하는 보상 처리부를 가지는 센서 장치.
A plurality of sensor cells each including a sensor and an active element and arranged two-dimensionally, wherein the plurality of sensors include a plurality of sensor cells including a plurality of different kinds of sensors,
And a compensation processing unit for compensating measurement results of one kind of sensor among the plurality of types of sensors by using measurement results of different kinds of sensors among the plural kinds of sensors.
상기 보상 처리부가, 상기 복수 종류의 센서의 각각의 측정 결과를 상호 보상하는 센서 장치.
The method of claim 1, wherein
Wherein the compensation processing unit mutually compensates measurement results of the plurality of types of sensors.
상기 복수 종류의 센서가, 측정 대상으로 하는 측정량이 다른 센서를 포함하는 센서 장치.
The method according to claim 1 or 2, wherein
Wherein the plurality of types of sensors include sensors different in the amount of measurement to be measured.
상기 복수 종류의 센서가, 측정 성능이 다른 센서를 포함하는 센서 장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein
Wherein the plurality of types of sensors include sensors having different measurement performances.
상기 복수의 센서 셀의 센서가, 압력 센서, 온도 센서 및 습도 센서 중 적어도 어느 것인 센서 장치.
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein
Wherein the sensor of the plurality of sensor cells is at least one of a pressure sensor, a temperature sensor and a humidity sensor.
상기 복수 종류의 센서가, 압력 센서, 온도 센서 및 습도 센서를 포함하고,
상기 보상 처리부가, 상기 압력 센서의 측정 결과를 상기 온도 센서의 측정 결과를 이용하여 보상하고, 상기 습도 센서의 측정 결과를 상기 온도 센서의 측정 결과를 이용하여 보상하는 센서 장치.
The method according to any one of claims 1 to 5, wherein
Wherein the plurality of types of sensors include a pressure sensor, a temperature sensor, and a humidity sensor,
Wherein the compensation processing unit compensates the measurement result of the pressure sensor using the measurement result of the temperature sensor and compensates the measurement result of the humidity sensor by using the measurement result of the temperature sensor.
상기 보상 처리부가, 상기 압력 센서의 측정 결과를, 상기 온도 센서의 측정 결과 및 상기 습도 센서의 측정 결과를 이용하여 보상하고, 상기 온도 센서의 측정 결과를, 상기 압력 센서의 측정 결과 및 상기 습도 센서의 측정 결과를 이용하여 보상하며, 상기 습도 센서의 측정 결과를, 상기 압력 센서의 측정 결과 및 상기 온도 센서의 측정 결과를 이용하여 보상하는 센서 장치.
The method of claim 6, wherein
Wherein the compensation processing unit compensates the measurement result of the pressure sensor using the measurement result of the temperature sensor and the measurement result of the humidity sensor and outputs the measurement result of the temperature sensor to the humidity sensor And compensates the measurement result of the humidity sensor by using the measurement result of the pressure sensor and the measurement result of the temperature sensor.
상기 압력 센서가, 저항 변화형 압력 센서인 센서 장치.
8. The method according to any one of claims 1 to 7
Wherein the pressure sensor is a resistance change type pressure sensor.
상기 복수 종류의 센서의 측정 결과를 보간하는 보간 처리부를 가지는 센서 장치.
The method according to any one of claims 1 to 8, wherein
And an interpolation processing unit for interpolating measurement results of the plurality of types of sensors.
상기 액티브 소자가 박막 트랜지스터인 센서 장치.10. A compound according to any one of claims 1 to 9
Wherein the active element is a thin film transistor.
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