(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】圧力センサ１では、複数の個別電極３１は、第１絶縁膜２５の絶縁フィルム７側の主面２７ａ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。第２絶縁膜２７は、第１絶縁膜２５の主面の上に設けられ、複数の個別電極３１を露出する複数の開口部２７Ａを有する。複数の感圧層３３は、複数の開口部２７Ａに設けられて、複数の開口部２７Ａから絶縁フィルム７側に延びる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁基材と、
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。
【請求項２】
前記開口部の径は、０．３〜１．０ｍｍの範囲であり、
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。
【請求項３】
前記開口部の縁は、前記感圧層の外周縁から半径方向外側に２０μｍ〜３００μｍの位置にある、請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記絶縁膜はフォトレジストからなる、請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記絶縁膜の前記第１絶縁基材側の面において平面視で前記複数の個別電極の間に配置され、前記共通電極に対向する複数のスペーサをさらに備えている、請求項１〜４のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記複数のスペーサの径は前記複数の感圧層の径より小さく、そのため前記複数のスペーサの高さは前記複数の感圧層の高さより小さい、請求項５に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記複数のスペーサの各々の径は、０．３ｍｍ未満である、請求項６に記載の圧力センサ。
【請求項８】
第１絶縁基材の主面に共通電極を形成するステップと、
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。
【請求項９】
前記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る、請求項８に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜の前記第１絶縁基材側の面において平面視で前記複数の個別電極の間に、前記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、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６―４９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図。
【図２】圧力センサの下側電極部材の概略平面図。
【図３】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。
【図４】圧力センサの等価回路図。
【図５】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図６】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図７】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図８】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図９】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図１０】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図１１】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図１２】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図１３】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図１４】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図１５】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図１６】第２実施形態に係る圧力センサの概略断面図。
【図１７】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。
【図１８】第３実施形態に係る圧力センサの概略断面図。
【図１９】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。
【図２０】第４実施形態に係る圧力センサの概略断面図。
【図２１】第５実施形態に係る圧力センサの概略断面図。
【図２２】感圧層サイズに対する感圧層厚みの変化を示すグラフ。
【図２３】第６実施形態に係る圧力センサの概略断面図。
【図２４】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図２５】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図２６】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図２７】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図２８】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図２９】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【図３０】圧力センサの製造方法を示す模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
（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。
【００６３】
（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。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
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
【図１】
2020016437.tif 000003
【図２】
2020016437.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020016437.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020016437.tif 000012
【図１１】
2020016437.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2020016437.tif 000015
【図１４】
2020016437.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2020016437.tif 000018
【図１７】
2020016437.tif 000019
【図１８】
2020016437.tif 000020
【図１９】
2020016437.tif 000021
【図２０】
2020016437.tif 000022
【図２１】
2020016437.tif 000023
【図２２】
2020016437.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2020016437.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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