(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表層が絶縁体とされた基板（１０１）と、
前記基板の上に、側面および上面を有し、少なくとも表面が絶縁体で構成され、前記基板と異なる材料で構成されたリブ（１０２）と、
前記リブの側面に、ゲート電極（１０３）と、ゲート絶縁膜（１０４）と、半導体薄膜（１０５）とが形成されていると共に、前記基板のうち前記リブが形成された部分を凸部とし、前記リブが形成されていない部分を凹部として、前記凹部の底面において前記半導体薄膜と接するように形成された底部電極層（１０６）および前記凸部の上面において前記半導体薄膜と接するように形成された頂部電極層（１０７）と、を有し、前記ゲート電極に対してゲート電圧が印加されることで前記半導体薄膜にチャネル領域が形成されて前記底部電極層と前記頂部電極層との間に電流を流す縦型トランジスタ（１１、１２、２１〜２４、３１、３２、４１〜４４、５１〜５６）と、を備え、
前記縦型トランジスタは少なくとも２つ備えられ、該２つの縦型トランジスタそれぞれのチャネル領域の法線方向の直線同士が所定の角度を有して前記リブにおける異なる側面に配置されていることを特徴とする縦型トランジスタを用いた荷重センサ。
【請求項２】
少なくとも表層が絶縁体とされた基板（１０１）と、
前記基板の上に、側面および上面を有し、少なくとも表面が絶縁体で構成され、前記基板と異なる材料で構成されたリブ（１０２）と、
前記リブの側面に、ゲート電極（１０３）と、ゲート絶縁膜（１０４）と、半導体薄膜（１０５）とが形成されていると共に、前記基板のうち前記リブが形成された部分を凸部とし、前記リブが形成されていない部分を凹部として、前記凹部の底面において前記半導体薄膜と接するように形成された底部電極層（１０６）および前記凸部の上面において前記半導体薄膜と接するように形成された頂部電極層（１０７）と、を有し、前記ゲート電極に対してゲート電圧が印加されることで前記半導体薄膜にチャネル領域が形成されて前記底部電極層と前記頂部電極層との間に電流を流す縦型トランジスタ（２１〜２４、４１〜４４、５１〜５６）と、を備え、
前記縦型トランジスタは２つを１対とした組として少なくとも２組備えられ、各組の２つの縦型トランジスタそれぞれのチャネル領域の法線方向の直線同士が所定の角度を有して前記リブにおける異なる側面に配置されていると共に、１組の２つの縦型トランジスタそれぞれが配置された前記リブの側面に対する相対する側面に、もう１組の２つの縦型トランジスタがそれぞれ配置されていることを特徴とする縦型トランジスタを用いた荷重センサ。
【請求項３】
前記リブの底面と、前記リブの側面がなす角度が８５〜９５度であることを特徴とする請求項１または２に記載の荷重センサ。
【請求項４】
前記リブの底面と、前記リブの側面がなす角度が８９．５〜９０．５度であることを特徴とする請求項１または２に記載の荷重センサ。
【請求項５】
前記リブの上面に、前記リブよりもヤング率の大きな材料で構成された構造体（１０８）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の荷重センサ。
【請求項６】
前記リブの上面中央の所定の領域には前記構造体が形成されず、少なくとも前記リブの上面に形成された前記頂部電極層上に前記構造体が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の荷重センサ。
【請求項７】
前記構造体上に、前記構造体よりもヤング率の大きい剛体層（１０９）が形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の荷重センサ。
【請求項８】
少なくとも表層が絶縁体とされた基板（１０１）と、
前記基板の上に、側面および上面を有し、上面形状が多角形状で構成されていると共に少なくとも表面が絶縁体で構成され、前記基板と異なる材料で構成されたリブ（１０２）と、
前記リブにおける側面同士の交差部分となる角部に、ゲート電極（１０３）と、ゲート絶縁膜（１０４）と、半導体薄膜（１０５）とが形成されていると共に、前記基板のうち前記リブが形成された部分を凸部とし、前記リブが形成されていない部分を凹部として、前記凹部の底面において前記半導体薄膜と接するように形成された底部電極層（１０６）および前記凸部の上面において前記半導体薄膜と接するように形成された頂部電極層（１０７）と、を有し、前記ゲート電極に対してゲート電圧が印加されることで前記半導体薄膜にチャネル領域が形成されて前記底部電極層と前記頂部電極層との間に電流を流す縦型トランジスタ（３３、３４、４５〜４８）と、を備え、
前記縦型トランジスタは少なくとも２つ備えられ、該２つの縦型トランジスタそれぞれのチャネル領域の法線方向の直線同士が所定の角度を有して前記リブにおける異なる角部に配置されていることを特徴とする縦型トランジスタを用いた荷重センサ。
【請求項９】
少なくとも表層が絶縁体とされた基板（１０１）と、
前記基板の上に、側面および上面を有し、上面形状が偶数角の多角形状で構成されていると共に少なくとも表面が絶縁体で構成され、前記基板と異なる材料で構成されたリブ（１０２）と、
前記リブにおける側面同士の交差部分となる角部に、ゲート電極（１０３）と、ゲート絶縁膜（１０４）と、半導体薄膜（１０５）とが形成されていると共に、前記基板のうち前記リブが形成された部分を凸部とし、前記リブが形成されていない部分を凹部として、前記凹部の底面において前記半導体薄膜と接するように形成された底部電極層（１０６）および前記凸部の上面において前記半導体薄膜と接するように形成された頂部電極層（１０７）と、を有し、前記ゲート電極に対してゲート電圧が印加されることで前記半導体薄膜にチャネル領域が形成されて前記底部電極層と前記頂部電極層との間に電流を流す縦型トランジスタ（４５〜４８）と、を備え、
前記縦型トランジスタは２つを組として少なくとも２組が備えられ、各組の２つの縦型トランジスタそれぞれのチャネル領域の法線方向の直線同士が所定の角度を有して前記リブにおける異なる角部に配置されていると共に、１組目の２つの縦型トランジスタが配置された角部と対角の関係にある角部に２組目の２つの縦型トランジスタを配置していることを特徴とする縦型トランジスタを用いた荷重センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型トランジスタを用いた荷重センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間のように様々な対象物に対し、より高度で複雑な作業を行うことができるようなロボットアームの開発が期待されている。そして、ロボットが複雑な形状の対象物（柔軟物や形状の複雑な物体など）を壊したり、滑って落としたりせずに的確に把持できるように、荷重センサや触覚センサを用いて接触面にかかる荷重の大きさや方向を検出できるようにする研究が盛んに行われている。
【０００３】
従来、荷重の大きさと作用する方向を３次元的に検出するために、弾性を有し、凸形状をした弾性体の側面部にセンサを取り付けたものが知られている。このセンサでは、荷重がかかった際に、その弾性体の凸部に生じた歪をセンサで検出することにより、荷重の大きさと方向を検出することが可能となっている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、センサを薄膜フィルム上に作製し、側面が台形形状を有した弾性体の凸部に接着剤を用いて取り付けることで、弾性体の凸部側面上に、センサを形成することを実現している。
【０００５】
具体的には、人間の場合、触覚は１個／ｍｍ2の密度で存在することが知られている。このため、人間のように高度な触覚機能を実現するには、荷重センサを１個／ｍｍ2程度の密度で集積する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１６３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、接着剤でセンサを形成した薄膜フィルムを貼り付ける作業のため、小型化が難しく高密度化が困難であるという問題があった。
【０００８】
なお、リブの側面に薄膜状の有機縦型トランジスタを形成する技術がある。この技術を特許文献１に記載の構成に対して組み合わせると、台形形状（傾斜６０°）を有するリブの側面に薄膜技術で縦型トランジスタを形成することができる。しかし、このような構成としても、リブを上方から押す方向の荷重とリブ上面に対する水平方向の荷重検知を分離することが難しい。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、荷重の大きさだけでなく荷重の方向についても検知することが可能な荷重センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、少なくとも表層が絶縁体とされた基板（１０１）と、基板の上に、側面および上面を有し、少なくとも表面が絶縁体で構成され、基板と異なる材料で構成されたリブ（１０２）と、リブの側面に、ゲート電極（１０３）と、ゲート絶縁膜（１０４）と、半導体薄膜（１０５）とが形成されていると共に、基板のうちリブが形成された部分を凸部とし、リブが形成されていない部分を凹部として、凹部の底面において半導体薄膜と接するように形成された底部電極層（１０６）および凸部の上面において半導体薄膜と接するように形成された頂部電極層（１０７）と、を有し、ゲート電極に対してゲート電圧が印加されることで半導体薄膜にチャネル領域が形成されて底部電極層と頂部電極層との間に電流を流す縦型トランジスタ（１１、１２、２１〜２４、３１、３２、４１〜４４、５１〜５６）と、を備え、縦型トランジスタは少なくとも２つ備えられ、該２つの縦型トランジスタそれぞれのチャネル領域の法線方向の直線同士が所定の角度を有してリブにおける異なる側面に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
このように、リブに対して縦型トランジスタを少なくとも２つ備え、２つの縦型トランジスタそれぞれのチャネル領域の法線方向の直線同士が所定の角度を有してリブにおける異なる側面に配置するようにしている。荷重センサによれば、荷重の大きさだけでなく荷重の方向についても検知することが可能となる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態における荷重センサの構造を示す平面図である。
【図２】図１に示す荷重センサのII−II’断面図である。
【図３】荷重センサの荷重印加に対する電流ＩDSの時間変化を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、荷重センサの荷重の大きさと電流ＩDS変化率の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大スケールで表したグラフである。
【図５】荷重センサの荷重位置に対する荷重の大きさと電流ＩDS変化率の関係を示すグラフである。
【図６】荷重センサの荷重位置に対する効果を説明するための平面図である。
【図７】第１実施形態における荷重センサに印加する荷重の方向を種々変化させた場合の各検出部の出力信号の極性パターンを表す図である。
【図８】第２実施形態における荷重センサの構造を示す平面図である。
【図９】第２実施形態における荷重センサに印加する荷重の方向を種々変化させた場合の各検出部の出力信号の極性パターンを表す図である。
【図１０】同荷重センサのリブの底面と側面の角度の影響を説明するための断面図である。
【図１１】板とリブの底面のなす角度が８５度以下の場合の荷重センサの荷重印加に対する電流ＩDSの時間変化を示すグラフである。
【図１２】板とリブのなす角度が８５度以下の場合のリブの変形形状を示す断面図である。
【図１３】第３実施形態における荷重センサの構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１４】第３実施形態における構造体の効果を説明するための断面図である。
【図１５】第４実施形態における荷重センサの構造を示す断面図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１６】第４実施形態における構造体の効果を説明するための図である。
【図１７】荷重センサの荷重印加面積に対する荷重の大きさと電流ＩDS変化率の関係を示すグラフである。
【図１８】第５実施形態における荷重センサの構造を示す断面図である。
【図１９】第５実施形態における構造体の効果を説明するための断面図である。
【図２０】第６実施形態における荷重センサの構造を示す平面図である。
【図２１】第６実施形態における荷重センサに印加する荷重の方向を種々変化させた場合の各検出部の出力信号の極性パターンを表す図である。
【図２２】第７実施形態における荷重センサの構造を示す平面図である。
【図２３】第７実施形態における荷重センサに印加する荷重の方向を種々変化させた場合の各検出部の出力信号の極性パターンを表す図である。
【図２４】他の実施形態における荷重センサの構造を示す断面図である。
【図２５】他の実施形態における荷重センサの構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、有機半導体薄膜を用いて構成される縦型トランジスタを用いて荷重センサを構成している。この縦型トランジスタを用いた荷重センサの構造について、図１および図２を参照して説明する。なお、図１は断面図ではないが、各構成要素を見やすくするためにハッチングを付してある。また、後述する各実施形態の説明においても、荷重センサ１００の上面図について、同様に、断面図ではないが、各構成要素を見やすくするためにハッチングを付してある。
【００１６】
図１および図２に示すように、本実施形態にかかる荷重センサ１００は、基板１０１上に形成した四角形状のリブ１０２の各側面のうちの２側面に第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２を形成することで構成されている。具体的には、図１のリブ１０２の各側面のうち、紙面上下方向が法線方向となる両側面のうちの紙面上側に第１の縦型トランジスタ１１を形成し、紙面左右方向が法線方向となる両側面のうちの紙面右側に第２の縦型トランジスタ１２を形成してある。
【００１７】
基板１０１は、ガラスやプラスチックフィルムなどのように少なくとも表面が絶縁体とされた絶縁性基板によって構成されている。具体的には、基板１０１の上に形成された荷重センサ１００を構成する各要素、すなわちリブ１０２と第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２を構成する各要素は、次のように構成されている。
【００１８】
リブ１０２は、上記したように上面形状が四角形状で構成されており、基板１０１と異なった材料で、基板１０１よりもヤング率が小さく変形しやすい材質で構成されている。例えば、リブ１０２は、フォトレジストとして用いられるＳＵ−８（マイクロケム製、ヤング率：４ＧＰａ）やＷＬ−５１５０（東レ・ダウコーニング製、ヤング率：１５０ＭＰａ）などの絶縁材料で構成される。また、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、ヤング率  １ＭＰａ）などの熱硬化性樹脂によってリブ１０２を構成してもよい。
【００１９】
本実施形態では、リブ１０２は図１に示すように上面形状が四角形とされていると共に、図２に示すように断面形状も四角形とされている。具体的には、リブ１０２は上面形状が２ｍｍ×２ｍｍ□、高さ（厚み方向寸法）が１μｍ以上、例えば５０μｍとされている。そして、基板１０１上において、リブ１０２が形成された位置は凸部、これらが形成されていない位置は凹部となっている。
【００２０】
第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２は、１対の組として荷重検知を行うセンサ機能を果たす。これら第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２の各要素は以下のように構成されている。なお、図２は、図１中におけるII−II’断面であることから、第２の縦型トランジスタ１２の断面構成を示しているが、第１の縦型トランジスタ１１も同様の構成である。
【００２１】
リブ１０２の側面において、導電層、例えばＡｕとＣｒとが順に積層されることで構成されたゲート電極１０３が形成されている。リブ１０２の側面に形成されるゲート電極１０３は、荷重が印加された際のリブ１０２の変形に対する抵抗を小さくするために可能な限り薄くすることが好ましい。例えば、本実施形態ではＡｕを６０ｎｍ、Ｃｒを３ｎｍの厚みで成膜することでゲート電極１０３を形成している。
【００２２】
基板１０１の表面やリブ１０２およびゲート電極１０３の表面には、ゲート絶縁膜１０４が形成されている。ゲート絶縁膜１０４は、例えばパリレン（登録商標）、ＳｉＯ2、アルミナもしくは有機材料などの絶縁材料によって構成されている。本実施形態の場合、ゲート絶縁膜１０４をパリレンで４５０ｎｍの厚みで形成している。
【００２３】
また、リブ１０２の側面において、ゲート絶縁膜１０４の表面からリブ１０２の上面および基板１０１上におけるリブ１０２が形成されていない位置に延設されるように、有機半導体薄膜１０５がそれぞれ形成されている。各縦型トランジスタ１１、１２の有機半導体薄膜１０５は、図１に示すように離間配置されることで互いに電気的に絶縁されている。有機半導体薄膜１０５は、例えば高分子有機材料や低分子有機材料もしくはそれらの積層構造などからなる有機半導体材料にて構成されている。本実施形態ではジナフトチオチエノフェン（ＤＮＴＴ）を厚さ１２０ｎｍで形成することで、有機半導体薄膜１０５を構成している。
【００２４】
そして、有機半導体薄膜１０５のうち、凹部の底面、つまり基板１０１上においてリブ１０２が形成されていない位置に配置された部分の上に、有機半導体薄膜１０５と接するようにＡｕなどの電極材料で構成された底部電極層１０６が形成されている。さらに、有機半導体薄膜１０５のうち凸部の上面、つまり基板１０１上において、リブ１０２が形成されている位置に配置された部分の上に、有機半導体薄膜１０５と接するようにＡｕなどの電極材料で構成された頂部電極層１０７が形成されている。これら底部電極層１０６および頂部電極層１０７は、同縦型トランジスタにおいて離間配置されることで電気的に分離されている。本実施形態では、これら底部電極層１０６および頂部電極層１０７を例えば２０ｎｍの厚みで形成している。
【００２５】
なお、ゲート電極１０３や底部電極層１０６および頂部電極層１０７は、図２に示すように、基板１０１上においてリブ１０２が形成されていない部分に引き出された各引出部１０３ａ、１０６ａ、１０７ａを通じて、外部との電気的接続が可能となっている。
【００２６】
このような構造により、第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２が構成されており、第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２は、互いに所定の角度を有した位置に配置されるように、リブ１０２における少なくとも２つの側面に配置されている。具体的には、後述するように有機半導体薄膜１０５にチャネル領域が形成するが、各チャネル領域の法線方向の直線同士が所定の角度を有して配置されるように、有機半導体薄膜１０５をリブ１０２の２つの側面に配置している。
【００２７】
そして、このような第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２を備えた構造により、本実施形態にかかる荷重センサ１００が構成されている。このように構成された荷重センサ１００では、底部電極層１０６と頂部電極層１０７のうちの一方がドレイン電極、他方がソース電極を構成する。本実施形態の場合、底部電極層１０６をソース、頂部電極層１０７をドレインとして適用する場合を想定しているが、これらが逆であっても良い。
【００２８】
第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２は、ゲート電極１０３に対して所定のゲート電圧が印加されると、有機半導体薄膜１０５のうち、ドレイン電極とソース電極の間に位置する部分においてチャネル領域を形成する。これにより、チャネル領域を通じてドレイン・ソース間、つまりリブ１０２の側面において電流ＩDSを流す動作を行う。
【００２９】
このとき、荷重センサ１００に対して、図２の紙面上方、つまり基板１０１に対して垂直方向（基板１０１の表面に対する法線方向）の荷重が印加されると荷重に応じて、リブ１０２が変形させられる。
【００３０】
これにより、リブ１０２の高さが低くなり、有機半導体薄膜１０５のうち底部電極層１０６および頂部電極層１０７の間に位置する部分の最短距離が荷重印加前より短くなって、チャネル長が短くなる。このためチャネル長が短くなることに伴ってチャネル抵抗が低下する。
【００３１】
また、荷重印加によって有機半導体薄膜１０５が圧縮されることで、有機半導体を構成する分子間の距離が短くなり、トランスファー積分が増加することで、有機半導体の移動度が増加する。
【００３２】
これらの２つの効果に基づいて、電流ＩDSが大きくなる。この電流ＩDSの変化に基づいて荷重測定を行うことが可能となる。したがって、リブ１０２の変形に伴って有機半導体薄膜１０５が変形させられ、これに基づいて荷重検知を行うことが可能となる。
【００３３】
具体的に、本実施形態の荷重センサ１００について荷重印加時の電流ＩDSの変化を調べたところ、図３に示す結果が得られた。材質をＳＵ−８としたリブ１０２の上面形状は、２ｍｍ×２ｍｍとし、第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２のサイズはＷ／Ｌ＝２０００／５０μｍで、Ｖｇｓ＝−２０Ｖ、Ｖｄｓ＝−２０Ｖで測定した。Ｔ１、Ｔ３期間は荷重が０であり、Ｔ２期間中にリブ１０２の上方からリブ１０２全体に、２ｍｍ×２ｍｍよりも大きな面積のガラスを介して３０Ｎを印加した。なお、Ｗはゲート幅、Ｌはゲート長、Ｖｇｓはゲート・ソース間電圧、Ｖｄｓはドレイン・ソース間電圧である。
【００３４】
また、荷重と電流ＩDSの変化率について調べたところ、図４に示す結果が得られた。
ＩDSの変化率は（Ｔ２期間の平均電流値−Ｔ１期間の平均電流値）／Ｔ１期間の平均電流値×１００で定義した。
【００３５】
図３の結果から分かるように、荷重印加前の期間Ｔ１と比較して荷重印加時の期間Ｔ２では電流ＩDSが増加しており、荷重開放時となる期間Ｔ３になると再び電流ＩDSが減少している。また、Ｔ１期間とＴ３期間の平均電流値は概ね同様であった。このため、電流ＩDSの変化に基づいて荷重の大きさ測定を行うことが可能であることが分かる。これは、荷重に対する電流ＩDSの変化が主にチャネル領域の長さの変化または移動度の変化に基づいて生じているためである。
【００３６】
図４（ａ）は、本実施形態の荷重センサ１００を用いて０〜１８０Ｎの荷重を印加した時の荷重とＩDS変化率の結果を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）における荷重０〜２５Ｎの部分の拡大図である。図４（ａ）、（ｂ）に示された各プロットは検知可能であった荷重であり、これらの図から分かるように、最小検知荷重２Ｎとなっている。そして、そのときのＩDSの変化率は１００．０９５％であった。
【００３７】
次に、本実施形態にかかる荷重センサ１００による荷重方向の測定のメカニズムについて説明する。
【００３８】
図５は上面を四角形状としたリブ１０２の一側面に縦型トランジスタを形成した場合において、荷重の掛け方を変えて、電流ＩDSの変化率を調べた結果を示している。具体的には、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、リブ１０２の上に構造体２０１を乗せ、構造体２０１を介して構造体２０１が乗せられた領域に荷重を印加している。そして、図６（ａ）〜（ｃ）に示す各パターン毎に、構造体２０１を乗せる領域を変えることで荷重の掛け方を変えている。構造体２０１としては、ヤング率８０ＧＰａで上記したリブ１０２の材料よりも固いガラス等を用いている。
【００３９】
図６（ａ）に示すパターン１では、基板１０１から突き出た部分（リブ１０２や有機半導体薄膜１０５など）のうち、縦型トランジスタが形成された側に、構造体２０１を介して荷重を印加している。この場合には、縦型トランジスタ側の一側面と相対する一側面側には荷重が掛けられていない状態となる。図６（ｂ）に示すパターン２では、基板１０１から突き出た部分のうち縦型トランジスタ側の一側面と相対する一側面側に、構造体２０２を介して荷重を印加している。この場合には、縦型トランジスタ側の一側面にはあまり荷重が掛けられていない状態となる。
【００４０】
その結果、図５中の白三角で示すように、パターン１の場合には、荷重が大きくなるほど電流ＩDSが大きくなり、図５中の白ひし形で示すように、パターン２の場合には、荷重が大きくなるほど電流ＩDSが小さくなることが確認された。
【００４１】
図６（ｃ）に示すパターン３では、基板１０１から突き出た部分のうち縦型トランジスタ側の一側面およびその一側面と相対する一側面の全域を含むように、リブ１０２の上面よりも接触面積の大きな構造体２０３を用い、構造体２０３を介して荷重を印加している。
【００４２】
図５中の白丸がパターン３の場合を示しており、このパターン３の場合と比較して、パターン１の場合には、ＩDS電流変化率が増加方向、つまりＩDSが大きくなったことを示している。一方、パターン２の場合には、パターン３の場合と比較して、ＩDS電流変化率が減少方向、つまりＩDSが小さくなったことを示している。
【００４３】
すなわち、パターン１の場合には、縦型トランジスタ側に荷重が掛けられていることから、縦型トランジスタに対して圧縮応力が加えられることになる。このため、有機半導体薄膜１０５の高さ方向の最短距離が短くなり、さらに圧縮応力により有機半導体薄膜１０５の移動度が増加し、電流ＩDSが増加する。また、パターン２の場合には、縦型トランジスタと反対側に荷重が掛けられていることから、縦型トランジスタに対して引張応力が加えられることになる。このため、有機半導体薄膜１０５の高さ方向の最短距離が長くなり、さらに引張応力により有機半導体薄膜１０５の移動度が減少し、電流ＩDSが減少する。
【００４４】
したがって、荷重の加わる方向に応じて、電流ＩDSの変化率が変わることから、電流ＩDSに基づいて荷重の加わる方向を把握することが可能となる。例えば、縦型トランジスタの一側面からそれと反対側の一側面に向かう方向において荷重が加えられた場合には電流ＩDSの変化率が大きくなり、逆方向に荷重が加えられた場合には電流ＩDSの変化率が小さくなる。これに基づいて、荷重の大きさだけでなく、荷重の方向についても測定できる。
【００４５】
そして、本実施形態では、四角形状のリブ１０２の各側面のうち、紙面上下方向が法線方向となる両側面のうちの紙面上側に第１の縦型トランジスタ１１を形成し、紙面左右方向が法線方向となる両側面のうちの紙面右側に第２の縦型トランジスタ１２を形成してある。このため、下記のように、第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２によって紙面上下方向や左右方向の荷重についての大きさと方向の検知が行え、リブ１０２の上方からの垂直荷重、つまり押し方向からの荷重の大きさの検知が行える。
【００４６】
荷重センサ１００に印加する荷重の方向を種々変化させた場合において、各縦型トランジスタ１１、１２の電流検出を行っている各検知部での出力電流変化方向の極性パターン表を図７に示す。
【００４７】
図７中、各検知部からの出力電流変化方向極性について、「＋」は正の極性（出力電流増加方向）、「−」は負の極性（出力電流減少方向）、「０」は出力変化が微量（ノイズレベル以下）、もしくは無い状態であることを示す。
【００４８】
つまり、紙面上下方向に荷重が加わった場合、第１の縦型トランジスタ１１の出力電流は、上方向では＋に、下方向では−に変化する。また、紙面左右方向に荷重が加わった場合、第２の縦型トランジスタ１２の出力電流は、左方向では−に、下方向では＋に変化する。さらに、第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２は垂直荷重（押し方向）に対して、出力電流は＋に変化する。
【００４９】
したがって、第１の縦型トランジスタ１１は紙面上下方向の荷重の大きさと方向を検知することができ、第２の縦型トランジスタ１２は紙面左右方向の荷重の大きさと方向を検知することができる。さらに、第１の縦型トランジスタ１１と第２の縦型トランジスタ１２によって垂直荷重（押し方向）の大きさの検知が可能となる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態にかかる荷重センサ１００によれば、荷重の大きさだけでなく荷重の方向についても検知することが可能となる。そして、荷重センサ１００をリブ１０２および有機半導体薄膜１０５などを用いた第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２によって構成している。このため、センサの位置合わせの困難性やセンサの重ね合わせによる精度低下を招くことなく、精度良く垂直荷重の大きさおよび水平荷重方向を測定できる荷重センサ１００とすることが可能となる。
【００５１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、縦型トランジスタの配置数を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
図８に示すように、本実施形態の荷重センサ１００は、第１〜第４の縦型トランジスタ２１〜２４を備えた構成とされている。本実施形態でもリブ１０２を上面形状が四角形状となるように構成し、そのリブ１０２の各側面それぞれに第１〜第４の縦型トランジスタ２１〜２４を備えている。具体的には、図８のリブ１０２の各側面のうち、紙面上下方向が法線方向となる両側面のうちの紙面上側に第１の縦型トランジスタ２１を形成すると共に、紙面下側に第２の縦型トランジスタ２２を形成してある。また、リブ１０２の各側面のうち、紙面左右方向が法線方向となる両側面のうちの紙面左側に第３の縦型トランジスタ２３を形成すると共に、紙面右側に第４の縦型トランジスタ２４を形成してある。これらの縦型トランジスタ２１〜２４のうち、チャネル領域の法線方向の直線同士が所定の角度を有して配置されている２つを１対の組とし、その組の２つに対して相対する側面に位置する２つをもう１対の組として、２組の縦型トランジスタ群を備えてある。これら第１〜第４の縦型トランジスタ２１〜２４の各要素については、第１実施形態における第１、第２の縦型トランジスタ１１、１２と基本的に同じにしている。
【００５３】
この荷重センサ１００においては、例えば図８の紙面左側から右側に向く方向の荷重が加えられた場合に、紙面左右方向に形成された２つの縦型トランジスタに対して応力が加わる。具体的には、左側の第３の縦型トランジスタ２３については圧縮応力が加わり、右側の第４の縦型トランジスタ２４については引張応力が加わることになる。したがって、紙面左側の第３の縦型トランジスタ２３と紙面右側の第４の縦型トランジスタ２４の電流ＩDSの変化率に差が出る。これにより、リブ１０２の紙面左側の第３の縦型トランジスタ２３の出力信号と、第４の縦型トランジスタ２４の出力信号とが異なった値となり、これから荷重の大きさに加えて方向も検出可能となる。
【００５４】
また、紙面上側から下側に向く方向の荷重が加えられた場合には、紙面上下方向に形成された２つの縦型トランジスタに対して応力が加わる。具体的には、上側の第１の縦型トランジスタ２１については圧縮応力が加わり、下側の第２の縦型トランジスタ２２については引張応力が加わることになる。したがって、紙面上側の第１の縦型トランジスタ２１と紙面下側の第２の縦型トランジスタ２２の電流ＩDSの変化率に差が出る。これにより、リブ１０２の紙面上側の第１の縦型トランジスタ２１の出力信号と、紙面下側の第２の縦型トランジスタ２２の出力信号とが異なった値となり、これから荷重の大きさに加えて方向も検出可能となる。
【００５５】
なお、図８の紙面右側から左側に向く方向の荷重が加えられた場合には、紙面左側から右側に向く方向の荷重が加えられた場合と比較して、上記した応力の関係が逆となる。また、図８の紙面下側から上側に向く方向の荷重が加えられた場合にも、紙面上側から下側に向く方向の荷重が加えられた場合と比較して、上記した応力の関係が逆となる。
【００５６】
図８に示す荷重センサ１００に印加する荷重の方向を種々変化させた場合において、各縦型トランジスタ２１〜２４の電流検出を行っている検知部での出力電流変化方向の極性パターン表を図９に示す。
【００５７】
図９中、各検知部からの出力電流変化方向極性について、「＋」は正の極性（出力電流増加方向）、「−」は負の極性（出力電流減少方向）、「０」は出力変化が微量、もしくは無い状態であることを示す。
【００５８】
図９から、紙面上下方向に荷重が加わると、第１の縦型トランジスタ２１の出力電流は上方向では＋に、下方向では−に変化し、第２の縦型トランジスタ２２の出力電流は上方向では−に、下方向では＋に変化する。また、紙面左右方向に荷重が加わると、第３の縦型トランジスタ２３の出力電流は、左方向では＋に、右方向では−に変化し、第４の縦型トランジスタ２４の出力電流は、左方向では−に、右方向では＋に変化する。したがって、紙面上下方向の荷重に対して、第１、第２の縦型トランジスタ２１、２２の出力電流変化極性が逆になることから、第１、第２の縦型トランジスタ２１、２２の出力の差分を取ることで、紙面上下方向の荷重の大きさと方向を精度よく検知することができる。また、紙面左右方向の荷重に対して、第３、第４の縦型トランジスタ２３、２４の出力電流変化極性が逆になることから、第３、第４の縦型トランジスタ２３、２４の出力の差分を取ることで、紙面左右方向の荷重の大きさと方向を精度よく検知することができる。また、垂直荷重（押し荷重）に対しては全ての縦型トランジスタ２１〜２４の出力電流の変化方向が＋（増加）方向となるため、水平方向荷重と分離して検知することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態では、１つの方向に対して、リブ１０２の相対する側面に第１〜第４の縦型トランジスタ２１〜２４を形成している。これにより、信号の差分を取ることができ、第１実施形態に対して、外乱の影響を除去できるため、より精度良く垂直荷重の大きさ及び水平荷重の方向と大きさの検出が可能となる。
【００６０】
また、本実施形態では、リブ１０２は、上面形状が四角形とされているとともに、断面形状も四角形とされている。すなわち、リブ１０２は、縦の長さ（図８の上下方向の長さ）と横の長さ（図８の左右方向の長さ）が等しく、高さがそれぞれの長さよりも低い長方体で構成されている。
【００６１】
しかしながら、リブ１０２が必ずしも長方体である必要はなく、例えば、リブ１０２の底面と側面とのなす角度が垂直でなくても良い。ただし、リブ１０２の底面と側面のなす角度は少なくとも８５〜９５°の範囲であることが好ましく、さらには８９．５°〜９０．５°であることがより好ましい。
【００６２】
図１０のように、リブ１０２の底面と側面のなす角度をθとして、ヤング率８０ＧＰａで構成されるガラス等の構造体３０１で上方からリブ１０２を垂直に押付けたとする。この場合において、角度θが例えば６０°であると、リブ１０２に垂直に印加された荷重の垂直方向への寄与と水平方向への寄与はｓｉｎ６０°とｃｏｓ６０°で表され、それぞれの値は０．８７と０．５０となる。この場合、垂直方向成分に比べ水平方向成分の大きさが同じオーダーになるため、水平方向成分が無視できない。そのため、押し荷重を精度よく検知することができないといった問題が生じる。
【００６３】
また、リブ１０２の底面と側面のなす角度θが８５度以下の場合、図１１に示すように、構造体３０１を介してリブ１０２上面全体に荷重を印加すると荷重印加前の期間Ｔ１と比較して荷重印加時の期間Ｔ２では電流ＩDSが減少している。また、荷重開放時となる期間Ｔ３になると再び電流ＩDSが増加している。このときのＴ１期間とＴ３期間の平均電流値は概ね同様であった。
【００６４】
図１２に示すようにリブ１０２の底面と側面のなす角度θが８５度以下であると、リブ１０２の上面全体に荷重を印加したときに、リブ１０２の側面は外側へ膨らむため、縦型トランジスタに対して引張応力が加えられることになる。このため、有機半導体薄膜１０５の高さ方向の最短距離が長くなり、さらに引張応力により有機半導体薄膜１０５の移動度が減少し、電流ＩDSが減少する。したがって、電流ＩDSが上記のような変化を示すのである。
【００６５】
一方、リブ１０２の底面と側面のなす角度θが、８５°＜θ＜９５°とすると、垂直方向への寄与は０．９９６≦｜ｓｉｎθ｜≦１、水平方向への寄与は０≦｜ｃｏｓθ｜≦０．０８７となる。このため、垂直方向への寄与に対して、水平方向への寄与は９％となるため、荷重の水平方向の寄与は小さくなる。より好ましくは８９．５°＜θ＜９０．５°である場合、垂直方向への寄与は０．９９９９６≦｜ｓｉｎθ｜≦１、水平方向への寄与は０≦｜ｃｏｓθ｜≦０．００８７となり、垂直方向への寄与に対して、水平方向への寄与は０．９％となる。このため、荷重の水平方向への寄与はほとんど無視することが出来るため、押し荷重をより精度よく検知することができる。
【００６６】
したがって、上記したように、リブ１０２の底面と側面のなす角度θは少なくとも８５〜９５°の範囲であることが好ましく、さらには８９．５°〜９０．５°であることがより好ましい。
【００６７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２の実施形態に対して、荷重によるリブ１０２の変形の精度をより向上させるための構造体を追加したものであり、その他については第１、第２の実施形態と同様であるため、第１および第２の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第２実施形態のように縦型トランジスタを４つ備えた構造を例に挙げて説明するが、第１実施形態のように縦型トランジスタを２つ備えた構造についても適用可能である。
【００６８】
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、凸部の上面、つまり基板１０１上において、リブ１０２が形成されている位置に配置された部分の上に形成された頂部電極層１０７と接するように、構造体１０８を形成している。
【００６９】
構造体１０８は、リブ１０２よりもヤング率が大きく変形しにくい材質で構成されており、例えばヤング率８０ＧＰａのＳｉＯ2や４００ＧＰａのアルミナなどの絶縁材料で構成されている。
【００７０】
このような構造体１０８を形成していない場合、図１４（ａ）に示すようにリブ１０２上面に局所的に荷重が印加された際に、リブ１０２の上面の一部だけが変形し精度が低下する可能性がある。そこで、本実施形態のように構造体１０８をリブ１０２上面に形成することで、図１４（ｂ）に示すようにリブ１０２上面に局所的に荷重が印加された場合でも、構造体１０８を介してリブ１０２の上面全体に荷重が伝えることができる。したがって、荷重検知の精度を向上させることができる。
【００７１】
また、図１４（ｃ）のように、リブ１０２の斜め方向から局所的に荷重が印加された場合、リブ１０２が上手く変形しない場合があるが、構造体１０８を形成することで図１４（ｄ）のように斜め方向からの荷重を精度良く検知できる。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態にかかる荷重センサ１００によれば、リブ１０２よりもヤング率が大きく変形しにくい材質で構成された構造体を形成することで、第１および第２の実施形態で荷重を印加する際に必要であったガラス等を介さず、直接荷重を印加することができる。また、荷重を印加するものの形状を選ばずに荷重印加を行える。例えば針のような先端の細いものでも良いし、風船のように形状が容易に変化するものでもよい。
【００７３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して構造体１０８の形状を変更したものであり、その他については第３実施形態と同様であるため、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７４】
図１５（ａ）、（ｂ）のように、凸部の上面、つまりリブ１０２上面において、各縦型トランジスタの各頂部電極層１０７と接するように、それぞれ構造体１０８が形成されている。構造体１０８は、リブ１０２の上面中央の所定の領域には構造体１０８が形成されておらず、上面中央の所定の領域を避けたリブ１０２の外縁部において、各縦型トランジスタの各頂部電極層１０７と接するように各構造体１０８が形成されている。
【００７５】
このように配置すると、第３実施形態のようにリブ１０２の上面全体に構造体１０８を形成した場合と比較して、局所的に荷重が加えられた場合における荷重検知の感度を向上させることができる。例えば、所定の荷重がリブ１０２の全体ではなく一部にのみ加えられた場合、リブ１０２の上面全体に構造体１０８が形成されている場合であれば、４つの縦型トランジスタ２１〜２４に荷重が分配されて印加されることになる。これに対して、本実施形態のように、構造体１０８を複数に分割した場合、その一部の構造体１０８にのみ荷重が加わることになり、４つの縦型トランジスタ２１〜２４のうちの一部のみに荷重が分配されて印加されることになる。このため、本実施形態のように構造体１０８を複数に分割した構造の方が、荷重が加えられる縦型トランジスタに対して印加圧力が大きくなり、荷重検知の感度を向上させることができる。
【００７６】
具体的には、図１６（ａ）に示すように、リブ１０２の上面全体に形成した場合の構造体１０８の面積をＳ１とする。また、図１６（ｂ）に示すように、リブ１０２の上面中央の所定の領域に構造体１０８が形成されておらず、各頂部電極層１０７と接するように形成した場合の構造体１０８の面積をＳ２とする。この場合において、Ｓ１＞Ｓ２であり、これら各構造の構造体１０８に対して同一荷重Ｆ［Ｎ］を印加した場合、ひとつの縦型トランジスタに加わる圧力Ｐの関係は、次式で表される。
【００７７】
Ｐ１  ＝  Ｆ／Ｓ１  ＜  Ｐ２  ＝  Ｆ／Ｓ２
ただし、Ｐ１は、図１６（ａ）の構成における圧力Ｐ、Ｐ２は、図１６（ｂ）の構成における圧力Ｐを示している。
【００７８】
このような関係となり、本実施形態のように、構造体１０８をリブ１０２の上面中央の所定の領域に形成せずに各頂部電極層１０７と接するように形成した場合の方が、リブ１０２の変形がより大きくなる。
【００７９】
具体的に、本実施形態の荷重センサ１００の構造体１０８に対するメカニズムを、図１６（ａ）、（ｂ）のような異なる面積Ｓ１、Ｓ２の構造体１０８を用いて荷重センサ１００にかかる圧力を変化させることで確認した。その結果、図１７に示すような、荷重と電流ＩDS変化率の関係が得られた。なお、材質をＳＵ−８としたリブ１０２の上面形状は、５ｍｍ×５ｍｍとし、各縦型トランジスタ２１〜２４のサイズはＷ／Ｌ＝２０００／５０μｍで、Ｖｇｓ＝−２０Ｖ、Ｖｄｓ＝−２０Ｖで測定した。また、Ｗはゲート幅、Ｌはゲート長、Ｖｇｓはゲート・ソース間電圧、Ｖｄｓはドレイン・ソース間電圧である。ＩDSの変化率は（荷重印加期間の電流値−荷重非印加期間の平均電流値）／荷重非印加期間の平均電流値×１００で定義した。
【００８０】
図１７において、白丸は、図１６（ａ）に示すように面積Ｓ１（６ｍｍ×６ｍｍ）のガラス等の構造体２０５で荷重センサ１００に荷重を印加した場合の結果を示している。また、黒三角は、図１６（ｂ）に示すように、面積Ｓ２（６ｍｍ×３ｍｍ）のガラス等の構造体２０６で荷重センサ１００に荷重を印加した場合の結果を示している。
【００８１】
この図１７の結果からわかるように、構造体２０５、２０６の面積の大きさに対して、荷重センサ１００の出力（ＩDS変化率）が変化する。具体的には、面積が小さくなるとＩDS変化率が大きくなる。これは、荷重の印加される面積が小さくなることで、圧力が増加し、リブ１０２の変形がより大きくなるためである。つまり荷重の印加される面積を制御することで、荷重センサ１００における荷重の絶対値に対する感度を制御することができる。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態にかかる荷重センサ１００によれば、リブ１０２の上面中央の所定の領域には構造体１０８を形成せず、上面中央の所定の領域を避けたリブ１０２の外縁部において、分割して各構造体１０８を形成している。そして、分割した各構造体１０８が対応する各縦型トランジスタ２１〜２４と接するようにしている。これにより、荷重印加時に縦型トランジスタにかかる圧力が大きくなり、荷重の絶対値に対する感度を向上させることができると共に、水平荷重方向に対する検知精度を向上している。
【００８３】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対して、構成要素を追加したものであり、その他については第４実施形態と同様であるため、第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８４】
図１８に示すように、本実施形態の荷重センサ１００では、構造体１０８に接しており、かつリブ１０２上面に接しないように剛体層１０９を形成している。
【００８５】
剛体層１０９は構造体１０８とヤング率が等しいもしくはそれ以上の変形し難い材質で構成されており、例えばヤング率８０ＧＰａのＳｉＯ2や４００ＧＰａのアルミナなどの絶縁材料で構成されている。また、ヤング率７８ＧＰａのＡｕなどの金属で剛体層１０９を構成しても良い。すなわち、ヤング率の大きさは剛体層１０９≧構造体１０８＞リブ１０２となっている。
【００８６】
図１９（ａ）のように、構造体１０８が形成されていない部分に局所的に荷重が印加された際に、リブ１０２に精度よく荷重が伝わらない可能性がある。しかしながら、リブ１０２上面を覆うように剛体層１０９を形成することで、図１９（ｂ）のように、局所的に荷重が印加された場合でも、リブ１０２に精度よく荷重を伝えることができる。また、図１３（ａ）、（ｂ）に示す構造では、各縦型トランジスタ２１〜２４の全体に構造体１０８が形成されている。これに対して、本実施形態では、図１９（ｂ）に示すように、個々の縦型トランジスタ２１〜２４の上に構造体１０８が形成されているため荷重を個々に局所的に伝えることができる。そうすることで、荷重センサ１００における荷重の大きさの検知精度および荷重の絶対値の検知感度を向上させることができる。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態にかかる荷重センサ１００によれば、第４実施形態に示した構造に加えて、構造体１０８に接しつつ、リブ１０２上面に接しないように配置した剛体層１０９を備えている。そうすることで、第４実施形態に示した効果に加えて、構造体１０８の形成されていない部分に荷重が印加された場合でも、剛体層１０９を介して、精度良くリブ１０２に荷重を伝えることができる。また、荷重を印加するものの形状を選ばずに荷重印加を行える。例えば針のような先端の細いものでも良いし、風船のように形状が容易に変化するものでもよい。
【００８８】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、縦型トランジスタを追加し水平方向荷重の空間分解能を向上したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８９】
本実施形態では、例えば図２０に示すように、リブ１０２の各側面のうち、紙面上下方向が法線方向となる両側面のうちの紙面上側に第１の縦型トランジスタ３１を形成し、紙面左右方向が法線方向となる両側面のうちの紙面右側に第２の縦型トランジスタ３２を形成してある。また、図２０の上面から見て、リブ１０２の上側面と右側面の交差部分となる角部に第３の縦型トランジスタ３３を形成し、リブ１０２の下側面と右側面の交差部分となる角部に第４の縦型トランジスタ３４を形成してある。
【００９０】
このように構成された本実施形態にかかる荷重センサ１００に印加する荷重の方向を種々変化させた場合の各縦型トランジスタ３１〜３４の電流検出を行っている各検知部での出力電流変化方向の極性パターン表を図２１に示す。
【００９１】
図２１中、各検知部からの出力電流変化方向極性について、「＋」は正の極性（出力電流増加方向）、「−」は負の極性（出力電流減少方向）、「０」は出力変化が微量、もしくは無い状態であることを示す。
【００９２】
ここで、本実施形態の荷重センサ１００の荷重検知について、例を挙げて説明する。本実施形態の荷重センサ１００に印加する荷重の方向を種々変化させた場合、各縦型トランジスタ３１〜３４の出力電流変化方向の極性パターンが図２１に示す関係となる。このため、第１〜第４の縦型トランジスタ３１〜３４の出力電流の極性に基づいて、印加された荷重の方向を検出できる。
【００９３】
例えば、第３の縦型トランジスタ３３から正の極性（＋）の電流変化が検出され、第４の縦型トランジスタ３４からは微量の電流変化が検出されるか電流変化が検出されなかったとする。この場合、図２１より、図２０の紙面右上方向に荷重が印加されていると判定できる。このとき、第１の縦型トランジスタ３１および第２の縦型トランジスタ３２の出力を同時に検出することで上下左右方向の検知も可能となる。
【００９４】
具体的には、第１、第３の縦型トランジスタ３１、３３から正の極性（＋）の電流変化が検出され、第２の縦型トランジスタ３２から微量の電流変化が検出されるか電流変化が検出されず、第４の縦型トランジスタ３４からは、負の極性（−）の電流変化が検出されたとする。この場合、図２１より紙面上方向に荷重が印加されていると判定できる。
【００９５】
このように、リブ１０２の角部に第３、第４の縦型トランジスタ３３、３４を形成することで、紙面斜め方向に印加された荷重の大きさと方向を精度良く検知することが可能となる。また、リブ１０２の少なくとも２つの所定の角度を有した側面にも第１、第２の縦型トランジスタ３１、３２を形成することで、斜め方向荷重と上下左右方向の荷重を分離して検知することが可能となる。したがって、第１実施形態の荷重センサ１００では紙面上下方向と紙面左右方向の２本の軸方向の水平荷重方向検知が可能であったのに対して、本実施形態による荷重センサ１００では、互いに平行ではない２の紙面斜め方向を検知することができる。つまり、水平荷重方向の分解能が２倍となる。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態にかかる荷重センサ１００によれば、上面から見て、リブ１０２の上側面と右側面の交差部分となる角部およびリブ１０２の下側面と右側面の交差部分となる角部に第１〜第４の縦型トランジスタ３１〜３４が形成している。これにより、水平荷重方向の空間分解能を２倍向上することが可能となる。
【００９７】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態は、第６実施形態に対して、縦型トランジスタを追加し、リブ１０２の面側面の法線方向以外から印加される水平方向荷重の検知精度を更に向上したものであり、その他については第６実施形態と同様であるため、第６の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９８】
図２２に示すように、本実施形態の荷重センサ１００では、上面から見て、リブ１０２の全ての側面および側面同士の交差部分となる角部に縦型トランジスタを形成してある。具体的には、第２実施形態と同様に、第１〜第４の縦型トランジスタ４１〜４４をリブ１０２の各側面に配置しつつ、さらに第５〜第８の縦型トランジスタ４５〜４８を第６実施形態と同様にリブ１０２の各側面の交差部分となる各角部に配置している。
【００９９】
このように構成された本実施形態にかかる荷重センサ１００に印加する荷重の方向を種々変化させた場合の各縦型トランジスタ４１〜４８の電流検出を行っている各検知部での出力電流変化方向の極性パターン表を図２３に示す。
【０１００】
図２３中、各検知部からの出力電流変化方向極性について、「＋」は正の極性（出力電流増加方向）、「−」は負の極性（出力電流減少方向）、「０」は出力変化が微量、もしくは無い状態であることを示す。
【０１０１】
ここで、本実施形態による荷重センサ１００の荷重検知について、例を挙げて説明する。本実施形態の荷重センサ１００に印加する荷重の方向を種々変化させた場合、各縦型トランジスタ４１〜４４の出力電流変化方向の極性パターンが図２３に示す関係となる。このため、第１〜第８の縦型トランジスタ４１〜４８の出力電流の極性に基づいて、印加された荷重の方向を検出でき、特に、本実施形態の荷重センサ１００によれば斜め方向の荷重検知も行える。
【０１０２】
この斜め方向の荷重検知について、例を挙げて説明する。第５の縦型トランジスタ４５から正の極性（＋）の電流変化が検出され、第６の縦型トランジスタ４６および第７の縦型トランジスタ４７からは微量の電流変化が検出されるか電流変化が検出されず、第８の縦型トランジスタからは負の極性（−）の電流変化が検出されたとする。この場合、図２３より、図２２の紙面左上方向に荷重が印加されていると判定できる。第５の縦型トランジスタ４５と第８の縦型トランジスタ４８は対角の関係に位置する角部に形成されている。このため、第５の縦型トランジスタ４５と第８の縦型トランジスタ４８の出力の差分を検出することで、紙面左上方向に印加された荷重の大きさと方向を精度良く検知することが可能となる。
【０１０３】
また、このとき第１〜第４の縦型トランジスタ４１〜４４の出力を同時に検出することで上下左右方向荷重が精度良く検知可能となる。具体的には、第１の縦型トランジスタ４１、第３の縦型トランジスタ４３から正の極性（＋）の電流変化が検出され、第２の縦型トランジスタ４２から負の極性（−）の電流変化が検出され、第４の縦型トランジスタ４４からは微量の電流変化が検出されるか電流変化が検出されなかったとする。この場合、図２３から紙面上方向に荷重が印加されていると判定できる。
【０１０４】
以上、説明したように、本実施形態にかかる荷重センサ１００によれば、リブ１０２の全ての側面の交差部分となる角部に縦型トランジスタを形成している。このため、第６実施形態の効果が得られるのに加えて、各紙面斜め方向に印加された荷重に対して、その軸方向の相対する角部に形成された縦型トランジスタ同士の出力の差分により、精度良く斜め方向荷重の検知が可能となる。また、同時にリブ１０２の上下左右の側面に縦型トランジスタを形成することで、斜め方向と上下左右方向の荷重を精度良く分離して検知することができ、水平荷重方向の空間分解能を向上させることができる。
【０１０５】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【０１０６】
例えば、上記各実施形態において、構造体１０８を頂部電極層１０７とは別の材料で構成したが、図２４のように構造体１０８を頂部電極層１０７で構成してもよい。こうすることで図１３に示した構造体１０８を別部材として形成する必要が無く、デバイスを簡素化できる。
【０１０７】
また、上記各実施形態において、リブ１０２の上面形状が四角形状のものを例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、上面形状が円形状や楕円形状、その他、多角形状によってリブ１０２を構成してもよい。例えば、図２５のように六角形状のリブ１０２とすることができる。この場合、六角形の側面に沿って縦型トランジスタを構成することで方向検知精度を向上させることができる。
【０１０８】
また、リブ１０２を上面形状が偶数角の多角形とする場合、２つの縦型トランジスタを１対の組として、２つの縦型トランジスタそれぞれのチャネル領域の法線方向の直線同士が角度を有するように異なる２つの角部に配置する。そして、その組の２つの縦型トランジスタと異なる２つの縦型トランジスタを１対の組として、１組目の２つの縦型トランジスタが配置された角部と対角の関係にある角部に２組目の２つの縦型トランジスタを配置する。これにより、第７実施形態で示した斜め方向の荷重検知を行うことができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１００      荷重センサ
１０１      基板
１０２      リブ
１０３      ゲート電極
１０４      ゲート絶縁膜
１０５      有機半導体薄膜
１０６      底部電極層
１０７      頂部電極層
１１、１２、２１〜２４、３１〜３４、４１〜４８、５１〜５６  縦型トランジスタ
【図１】
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【図２】
0006330595.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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