圧力センサ
【課題】広い圧力領域で感度の良い圧力センサ１を提供する。
【解決手段】絶縁性基材２と、絶縁性基材２の一方主面に設けられた有機トランジスタ１０と、有機トランジスタ１０のソース電極１２に所定電圧を印加する電圧電源３０と、電圧電源３０とソース電極１２との間に、ソース電極１２と直列に接続された感圧導電体２０と、感圧導電体２０は、圧力抵抗特性の異なる複数の感圧導電シート２１，２２が積層されて構成されていることを特徴とする圧力センサを提供する。
【解決手段】絶縁性基材２と、絶縁性基材２の一方主面に設けられた有機トランジスタ１０と、有機トランジスタ１０のソース電極１２に所定電圧を印加する電圧電源３０と、電圧電源３０とソース電極１２との間に、ソース電極１２と直列に接続された感圧導電体２０と、感圧導電体２０は、圧力抵抗特性の異なる複数の感圧導電シート２１，２２が積層されて構成されていることを特徴とする圧力センサを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルな圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術に関し、有機トランジスタが形成された高分子フィルムの主面に、電極が形成された感圧導電ゴムシートを貼り合わせたフレキシブル検知装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５０１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、有機トランジスタのオン抵抗はＭΩオーダーと高いため、ソース−ドレイン間の電位差を変動させるためには、押圧時の感圧導電ゴムシートの抵抗変化は数ＭΩから数１００ｋΩのオーダーで変動することが望ましい。
【０００５】
しかしながら、感圧導電ゴムシートが示す押圧時の抵抗変化の範囲が狭い場合には、押圧力によっては圧力センサとしての感度が不足するという問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、押圧力の強さにかかわらず、感度の良好な圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[１]本発明は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に設けられた有機トランジスタと、前記有機トランジスタのソース電極に所定電圧を印加する電圧電源と、前記電圧電源と前記ソース電極との間に配置され、前記ソース電極と直列に接続された感圧導電体と、を備え、前記感圧導電体は、圧力抵抗特性の異なる複数の感圧導電シートが積層されて構成されていることを特徴とする圧力センサを提供することにより、上記課題を解決する。
【０００８】
[２]上記発明の感圧導電シートは、第１圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が、第１圧力領域以外の第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率よりも大きい第１感圧導電シートと、前記第２圧力領域における前記圧力に対する抵抗変化率が、前記第１感圧導電シートの前記第２圧力領域における前記圧力に対する抵抗変化率よりも高い第２感圧導電シートと、を少なくとも含むように構成することができる。
【０００９】
[３]上記発明の感圧導電シートは、ゴム系材料製のシートであり、ゴム系材料の全量に対して第１の添加率で硬度調整剤が添加された材料からなる第１感圧導電シートと、前記ゴム系材料の全量に対し、前記第１の添加率とは異なる第２の添加率で前記硬度調整剤が添加された材料からなる第２感圧導電シートと、を少なくとも含むように構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機トランジスタのソース電極とドレイン電極との間に、ソース電極と直列に接続される感圧導電体を、圧力特性の異なる複数の感圧導電シートの積層体として構成するので、広い圧力領域におけるソース−ドレイン間の電位差の変動量を大きくすることができる。この結果、押圧力の強さにかかわらず、感度の良好な圧力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの単位構成の回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧力センサの単位構成の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧力センサの感圧導電シート及び感圧導電体の圧力抵抗特性の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る圧力センサを図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る圧力センサをマトリックス状に配置して、タッチパネル式入力装置に適用した例を説明する。
【００１３】
図１、図２は、本発明の本実施形態の圧力センサ１の一例の構成を示す図である。本実施形態では、図１及び図２に示す圧力センサ１は、所定の操作面に沿ってマトリックス状に配置され、タッチパネルディスプレイを構成する。なお、本実施形態の圧力センサ１の用途は、タッチパネルディスプレイに限定されず、指紋センサ、スイッチなどに適用することができる。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、有機トランジスタ１０と、感圧導電体２０と、電圧電源３０とを備える。有機トランジスタ１０は、有機半導体層１５を用いたトランジスタであり、ゲート電極１１と、ソース電極１２と、ドレイン電極１３とを備える。電圧電源３０は、有機トランジスタ１０のソース電極１２に所定電圧ＶＤＤを印加する。有機トランジスタ１０は、所定電圧ＶＤＤの印加時におけるソース-ドレイン間の電流値に応じた信号を外部の信号処理装置４０へ出力する。信号処理装置４０は有機トランジスタ１０から取得した信号に基づいて、押圧位置又は押圧力を検出する。
【００１５】
図１に、有機トランジスタ（ＦＥＴ）１０と感圧導電体２０とを組み合わせた圧力センサ１の回路図を示す。本実施形態の圧力センサ１では、感圧導電体２０は、電圧電源３０と有機トランジスタ１０の間に設けられており、有機トランジスタ１０のソース電極１２と感圧導電体２０とが直列に接続された構造となっている。
【００１６】
有機トランジスタ１０がオン状態になるようにワードライン（ＷＬ）の電圧（ＶＷＬ）と電源電圧ＶＤＤを設定すると、有機トランジスタ１０の出力特性の線形領域において、ソース-ドレイン間を流れる電流量は、ソース-ドレイン間の電位差に比例して変化する。また、電圧電源３０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、ソース電極１２と直列に接続された感圧導電体２０の抵抗値に依存する。
【００１７】
感圧導電体２０は、押圧により受けた圧力に応じて抵抗値が変化する可変抵抗部材として機能する。本実施形態の感圧導電体２０は、導電体粒子が弾性のある高分子ゴムなどに分散された材料等からなり、押圧すると抵抗値が低下する特性を有する。特に限定されないが、本実施形態の感圧導電シート２１としては、例えば、シリコーンゴムにグラファイトを添加して形成された感圧導電ゴムシートを用いることができる。感圧導電シート２１は圧力印加によりシリコーンゴムが圧縮されると、導電物質であるグラファイトが相互に接触し、導電経路が形成されて抵抗値が減少するという原理となっている。つまり、感圧導電体２０を押圧して圧力を印加すると、この圧力印加によって感圧導電体２０の抵抗値が低下するので、ソース-ドレイン間の電位差は大きくなり、流れる電流量が増加する。感圧導電体２０に与える押圧力と電流量とを予め取得しておけば、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）を検知することができる。
【００１８】
図２は、図１に示す回路を有する本実施形態の圧力センサ１の断面図である。図２に示すように、有機トランジスタ１０を構成するゲート電極１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３は、絶縁性基材２の一方主面に形成され、ゲート絶縁層１４に覆われたゲート電極１１の上（積層方向に沿う図面の上方向、以下同じ）には、有機半導体層１５が形成されている。この有機半導体層１５の上には絶縁層１７を介して感圧導電体２０が形成されている。さらに、感圧導電体２０の上面（積層方向に沿う図面の上側の面、以下同じ）はカバー部材５０により覆われている。図２に示す圧力センサ１では、カバー部材５０の上面Ｐが押圧されると、有機トランジスタ１０はその押圧力に応じた信号を出力する。
【００１９】
図２に示すように、感圧導電体２０は、第１パッド電極１８、１８ａを介してソース電極１２と直列に接続されている。本実施形態の感圧導電体２０は、圧力抵抗特性の異なる複数の感圧導電シート２１，２２を積層することにより構成されている。本例では２枚の感圧導電シート２１，２２を積層する例を示すが、３枚以上の感圧導電シート２１，２２を積層してもよい。また、同図に示すように、感圧導電体２０の上側に積層された感圧導電シート２２の上面（カバー部材５０との境界面）には第２パッド電極１９が形成されている。この第２パッド電極１９は、電圧電源３０と接続している。電圧電源３０と接続された第２パッド電極１９と第１パッド電極１８とは、感圧導電体２０（２１，２２）を介して導通している。
【００２０】
本実施形態において、感圧導電体２０を構成する複数の感圧導電シート２１，２２は、その圧力抵抗特性が異なる。本実施形態の圧力抵抗特性とは、押圧時における印加圧力値に対する抵抗値の変化の態様である。圧力抵抗特性は、所定の印加圧力値の領域における抵抗値、抵抗値の変化量などに基づいて評価することができる。
【００２１】
ここで、異なる圧力抵抗特性の感圧導電シート２１，２２を積層して用いる理由を説明する。図３に、シリコーンゴムにグラファイトを添加して形成された第１感圧導電シート２１と第２感圧導電シート２２の圧力抵抗特性を示す。図３に示す第１感圧導電シート２１は、押圧時における印加圧力が２０ｋＰａ未満の低圧領域において比較的に大きな抵抗変化率を示すが、２０ｋＰａを超える中高圧領域において、抵抗変化率が急激に低くなる。このような感圧導電シートを感圧導電体２０として用いると押圧時の印加圧力が２０ｋＰａ以上となった場合の圧力変化を正確に検出することができず、圧力センサの感度が低くなる。他方、押圧時の印加圧力が２０ｋＰａ以上の領域で抵抗変化率の大きい感圧導電シートを用いると、今度は印加圧力が２０ｋＰａ未満の領域で圧力センサの感度が低くなる。
【００２２】
本実施形態では、第１感圧導電シート２１と圧力抵抗特性が異なる第２感圧導電シート２２を、第１感圧導電シート２１に積層して感圧導電体２０を構成する。第２感圧導電シート２２は、押圧時における印加圧力が２０ｋＰａを超える領域において、図３に示すように第１感圧導電シート２１の抵抗変化率よりも高い抵抗変化率を有する。
【００２３】
このように異なる圧力抵抗特性を有する第１感圧導電シート２１と第２感圧導電シート２２とを積層すると、図３に示す「積層時の合成抵抗値」のように、印加圧力が２０ｋＰａ未満の低圧領域だけではなく、印加圧力が２０ｋＰａ以上の中高圧領域でも、高い抵抗変化率を示す。つまり、図３に示す第１感圧導電シート２１や第２感圧導電シート２２が積層された感圧導電体２０の圧力抵抗特性は、第１感圧導電シート２１又は第２感圧導電シート２２の単独の圧力抵抗特性よりも、印加圧力の広い領域において高い抵抗変化率を示す。
【００２４】
特に限定されないが、本実施形態では、押圧時における印加圧力の第１圧力領域（低圧領域に相当）における圧力に対する抵抗変化率が、第１圧力領域以外の第２圧力領域（中高圧領域に相当）における圧力に対する抵抗変化率よりも大きい第１感圧導電シート２１と、第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が、第１感圧導電シートの圧力に対する抵抗変化率よりも高い第２感圧導電シート２２と、を少なくとも含むように感圧導電体２０を構成することができる。
【００２５】
第１感圧導電シート２１の圧力抵抗特性に偏りがあり、押圧時における印加圧力の第１圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が第１圧力領域以外の第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率よりも大きい場合、つまり第２圧力領域における抵抗変化率が低い場合には、この第１感圧導電シート２１のみを用いると第２圧力領域における感度が低くなる可能性がある。このような第２圧力領域において低下する感度を補うため、本実施形態では、第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が、第１感圧導電シートの圧力に対する抵抗変化率よりも高い第２感圧導電シート２２を第１感圧導電シート２１に積層して圧力抵抗特性が合成された感圧導電体２０を利用する。
【００２６】
このように、印加圧力の領域（値域）によって異なる抵抗変化率を示す複数の感圧導電シート２１，２２を用いることにより、ある印加圧力の領域で抵抗変化率が低い第１感圧導電シート２１を用いても、その印加圧力の領域で抵抗変化率が高い第２感圧導電シート２２を積層させることで、第１感圧導電シート２１の圧力抵抗特性を補うことができ、結果として広い範囲で抵抗変化率の大きい合成された圧力抵抗特性を得ることができる。この結果、第１圧力領域においても第２圧力領域においても圧力センサとしての感度を良好に保つことができる。
【００２７】
ここで、感圧導電シート２１の圧力抵抗特性を調整する手法について説明する。
【００２８】
まず、感圧導電シート２１，２２として、シリコーンゴムにグラファイトが添加されたシートを用いる場合には、グラファイトの添加量を変えることで感圧導電シートの圧力抵抗（P-R）特性を調整することが可能である。
【００２９】
また、感圧導電シート２１，２２の硬度を調整することにより、これらの圧力抵抗特性を変化させることができる。硬度が異なると押圧されたときの感圧導電シート２１，２２の圧縮度が異なるため抵抗値も変化するからである。例えば、本実施形態の感圧導電シート２１，２２として、シリコーンゴムなどのゴム系材料製のシートを用いることができるが、この場合は、シリカ系粉体充填剤などの硬度調整剤を用いてシリコーンゴムの硬度を調整することができる。特に限定されないが、本実施形態では、ゴム系材料の全量に対して第１の添加率で硬度調整剤が添加された材料からなる第１感圧導電シート２１と、硬度調整剤がゴム系材料の全量に対する第１の添加率とは異なる第２の添加率で添加された材料からなる第２感圧導電シート２２と、を積層して感圧導電体２０を構成することができる。第１の添加率と第２の添加率との大小関係は特に限定されず、硬度調整剤に応じて適宜に設定することができる。
【００３０】
例えば、硬度調整剤としてシリカ系分体充填剤を用いた場合において、感圧導電シート２１、２２のゴム系材料に対するシリカ系粉体充填剤の添加量が多いと、ゴム硬度が高く（硬く）なる傾向があり、逆に添加量が少ないとゴム硬度が低く（柔らかく）なる傾向がある。このため、本実施形態では、ゴム系材料の全量に対して第１の添加率でシリカ系粉体充填剤を添加したゴム系材料で作製された硬い第１感圧導電シート２１と、ゴム系材料の全量に対して第１の添加率よりも低い第２の添加率でシリカ系粉体充填剤を添加したゴム系材料で作製された柔らかい第２感圧導電シート２２とを積層して、圧力抵抗特性が合成された所望の感圧導電体２０を構成することができる。
【００３１】
なお、感圧導電シート２１、２２のゴム硬度を低く（柔らかく）する場合には、硬度調整剤として、シリコーン系のオイルを添加する又はシリコーン系のオイルの添加量を増やすという手法を用いることもできる。つまり、硬い感圧導電シート２１、２２を得る場合には粉分の多いシリコーンゴムを用い、柔らかい感圧導電シート２１、２２を得る場合には、オイル分が多いシリコーンゴムを用いることができる。
【００３２】
本実施形態では、グラファイトの添加量、シリカ系粉体充填剤などの硬度調整剤の添加量、シリコーン系のオイルの添加量によって圧力抵抗特性を調整することができるので、用いる感圧導電シート２１，２２の圧力抵抗特性と上記添加量との関係を予め対応づけておけば、上記添加量を調整することにより任意の圧力抵抗特性の感圧導電シート２１，２２を作製し、これを用いて所望の圧力抵抗特性の感圧導電体２０を構成することができる。この結果、所望の圧力抵抗特性の圧力センサ１を得ることができる。
【００３３】
このように、相対的に低い圧力値の領域で抵抗変化が大きい感圧導電シート２１、中高圧の圧力値の領域で抵抗変化が大きい感圧導電シート２２を重ねて感圧導電体２０を構成し、これを電圧電源３０と有機トランジスタ１０のソース電極１２の間に電気的に直列に挿入することにより、広い圧力領域で大きな抵抗変化が起きるため、ソース-ドレイン間の電位差も大きくなり、結果として、広い圧力領域で感度の良い圧力センサ１を提供することができる。
【００３４】
以下、図４〜図１０に基づいて、本実施形態の圧力センサ１の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、図４に示すように、絶縁性基材２の一方主面にゲート電極１１を形成する。絶縁性基材２としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ポリイミドなどの高分子フィルムを用いることができる。ゲート電極１１の形成手法は特に限定されず、インクジェット法又はグラビアオフセット法などの印刷技術や、真空蒸着又はスパッタ法などの形成方法によりゲート電極１１を形成する。ゲート電極１１の材料としては、例えば、ＡｇやＣｕなどの金属のナノ粒子インクや、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）などの導電性高分子や、ＡｕやＡｌなどの金属材料を用いることができる。ゲート電極１１を形成した後に、必要に応じてオーブンなどで焼成を行う。
【００３６】
次に、図５に示すように、ゲート電極１１の周囲に、エポキシ樹脂などの樹脂材料を用いて、例えばスクリーン印刷などの方法で土手（堰）として機能する絶縁層１６を形成する。絶縁層１６を形成した後に、必要に応じてオーブンなどで乾燥させる。なお、本例の絶縁層１６は、必ずしも必要ではなく、後の工程や、後の工程において用いられる材料に応じて形成すればよい。続いて、例えばポリイミド系樹脂などの樹脂材料を用いて、例えばインクジェット法などの印刷技術を用いて、ゲート電極１１を覆うようにゲート絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４を形成した後に、必要に応じてオーブンなどで加熱し、乾燥や架橋を行う。
【００３７】
次に、図６に示すように、ソース電極１２とドレイン電極１３を形成する。ソース電極１２及びドレイン電極１３の形成手法は特に限定されず、インクジェット法又はグラビアオフセット法などの印刷技術や、真空蒸着又はスパッタ法などの形成方法によりソース電極１２とドレイン電極１３を形成する。ソース電極１２とドレイン電極１３の材料としては、例えば、ＡｇやＣｕなどの金属のナノ粒子インクや、PEDOT/PSSなどの導電性高分子や、ＡｕやＡｌなどの金属材料を用いることができる。ソース電極１２とドレイン電極１３を形成した後に、必要に応じてオーブンなどで焼成を行う。
【００３８】
次に、図７に示すように、有機半導体層１５を形成する。有機半導体層１５の形成手法は特に限定されず、例えばインクジェット法やフレキソ印刷法などの印刷技術や、真空蒸着などの成膜方法を用いることができる。また、有機半導体材料としては、ペンタセンのほか、アントラセン、テトラセン、ヘキサセン等のアセン類、又はα − オリゴチオフェン類、例えばクォーターチオフェン（４ Ｔ） 、セキシチオフェン、オクタチオフェンなどの多環芳香族炭化水素系材料の１種または２種以上を混合して用いることができる。そのほか、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリ（３− オクチルチオフェン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−メトキシフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール）などの出願時に知られた有機半導体材料を用いることができる。
【００３９】
また、有機半導体層１５の形成手法も特に限定されず、インクジェット法やフレキソ印刷法などの印刷技術や、真空蒸着法、スプレー法などの手法を用いることができる。
【００４０】
本実施形態では、有機半導体層１５を用いて圧力センサ１を作製するので、低温プロセスで製造できる。また、プラスチック基板を用いることができるので、フレキシブルかつ軽量であり、壊れにくい素子を提供することができる。また、有機トランジスタ１０は、印刷法で形成することができるため、無機半導体層を作製するためのフォトリソグラフィー法と比較して製造工程を大幅に簡略化でき、製造時に使用する材料も大幅に削減することができる。このため、製造時の環境負荷を抑えるとともに製造コストを抑制することができる。
【００４１】
次に、図８に示すように、有機半導体層１５を覆う絶縁層１７を形成する。絶縁層１７の材料は特に限定されず、例えばパリレン（パラキシリレン系ポリマー）などの絶縁体材料を用いることができる。また、絶縁層１７の形成手法も特に限定されず、例えば蒸着法などの形成方法により成膜することができる。また、同図に示すように、絶縁層１７には、製品においてソース電極１２と導通する第１パッド電極１８の一部を構成するビア１８ａ用のビアホール１８ａ´を形成する。ビアホール１８ａ´の形成手法は特に限定されないが、本例ではＣＯ２レーザーにより穿孔してビアホール１８ａ´を形成する。
【００４２】
次に、図９に示すように、先の工程において形成したビアホール１８ａ´に、導電性材料を充填して、ソース電極１２と導通する第１パッド電極１８を形成する。第１パッド電極１８の形成に用いられる導電性材料は特に限定されないが、ＡｕやＡｇなどの金属材料や、これらを含む導電性ペーストを用いることができる。また、第１パッド電極１８の形成手法は特に限定されないが、インクジェット法などの印刷技術や、真空蒸着法やスパッタ法などの成膜方法を用いることができる。また、予めビア１８ａと電極とを含む第１パッド電極１８が形成されている絶縁層１７を準備しておき、図７に示す有機半導体層１５を形成した半製品にこの絶縁層１７をラミネートすることにより、図９に示す半製品を得ることができる。
【００４３】
次に、図１０に示すように第１パッド電極１８と接するように、圧力抵抗（P-R）特性の異なる２枚の感圧導電シート２１，２２を絶縁層１７の上にラミネートする。本例では、２枚の感圧導電シート２１，２２を積層する例を示すが、必要に応じて枚数を増やすことができる。また、感圧導電シート２１，２２の積層順序は特に限定されず、感圧導電シート２１，２２のいずれを上又は下に配置しても構わない。
【００４４】
最後に、第２パッド電極１９が形成されたＰＥＴやＰＥＮなどの高分子フィルムを、感圧導電シート２２の上にラミネートすることで、先に説明した図２に示す本実施形態の圧力センサ１を作製することができる。第２パッド電極１９の材料は特に限定されず、例えばＡｕやＣｕなどの導電性材料を用いることができる。
【００４５】
なお、有機トランジスタ１０を作製するための材料や作製手法は、上記に限定されず、出願時に知られた材料及び作製手法を適宜に適用することができる。
【００４６】
本明細書及び図面では、説明の便宜から一単位の圧力センサ１を例に説明するが、本実施形態では図２に示す圧力センサ１を複数個準備して、縦横に操作面（押圧面と平行な面）にマトリックス状に配置して面状の圧力センサ１を作製し、タッチパネルディスプレイを構成することができる。このように面状の圧力センサ１を作製することにより、同じくマトリックス状に配置された各有機トランジスタ１０の検出結果に基づいて操作面における圧力の分布信号を検出することができる。また、所定の押圧力に対するソース電極１２とドレイン電極１３との間の電流変化を予め取得しておくことにより、圧力センサ１が押圧された場合の圧力の大きさをも検出することができる。
【００４７】
以上のとおり、本発明において本実施形態に係る有機トランジスタ１０と感圧導電体２０を組み合わせた圧力センサ１によれば、圧力抵抗特性の異なる感圧導電シート２１，２２を積層させて、電圧電源３０とソース電極１２との間に、ソース電極１２と直列に接続するので広い範囲の押圧力に対するソース−ドレイン間の電位差の変動量を大きくすることができる。この結果、押圧力の強さにかかわらず、感度の良好な圧力センサ１（タッチパネルディスプレイ）を提供することができる。
【００４８】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００４９】
１…圧力センサ
２…絶縁性基材
１０…有機トランジスタ
１１…ゲート電極
１２…ソース電極
１３…ドレイン電極
１４…ゲート絶縁層
１５…有機半導体層
１６，１７…絶縁層
１８，１８ａ…第１パッド電極（１８…電極，１８ａ…ビア）
１８ａ´…ビアホール
１９…第２パッド電極
２０…感圧導電体
２１…第１感圧導電シート
２２…第２感圧導電シート
３０…電圧電源
４０…信号処理装置
５０…カバー部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルな圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術に関し、有機トランジスタが形成された高分子フィルムの主面に、電極が形成された感圧導電ゴムシートを貼り合わせたフレキシブル検知装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５０１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、有機トランジスタのオン抵抗はＭΩオーダーと高いため、ソース−ドレイン間の電位差を変動させるためには、押圧時の感圧導電ゴムシートの抵抗変化は数ＭΩから数１００ｋΩのオーダーで変動することが望ましい。
【０００５】
しかしながら、感圧導電ゴムシートが示す押圧時の抵抗変化の範囲が狭い場合には、押圧力によっては圧力センサとしての感度が不足するという問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、押圧力の強さにかかわらず、感度の良好な圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[１]本発明は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に設けられた有機トランジスタと、前記有機トランジスタのソース電極に所定電圧を印加する電圧電源と、前記電圧電源と前記ソース電極との間に配置され、前記ソース電極と直列に接続された感圧導電体と、を備え、前記感圧導電体は、圧力抵抗特性の異なる複数の感圧導電シートが積層されて構成されていることを特徴とする圧力センサを提供することにより、上記課題を解決する。
【０００８】
[２]上記発明の感圧導電シートは、第１圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が、第１圧力領域以外の第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率よりも大きい第１感圧導電シートと、前記第２圧力領域における前記圧力に対する抵抗変化率が、前記第１感圧導電シートの前記第２圧力領域における前記圧力に対する抵抗変化率よりも高い第２感圧導電シートと、を少なくとも含むように構成することができる。
【０００９】
[３]上記発明の感圧導電シートは、ゴム系材料製のシートであり、ゴム系材料の全量に対して第１の添加率で硬度調整剤が添加された材料からなる第１感圧導電シートと、前記ゴム系材料の全量に対し、前記第１の添加率とは異なる第２の添加率で前記硬度調整剤が添加された材料からなる第２感圧導電シートと、を少なくとも含むように構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機トランジスタのソース電極とドレイン電極との間に、ソース電極と直列に接続される感圧導電体を、圧力特性の異なる複数の感圧導電シートの積層体として構成するので、広い圧力領域におけるソース−ドレイン間の電位差の変動量を大きくすることができる。この結果、押圧力の強さにかかわらず、感度の良好な圧力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの単位構成の回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧力センサの単位構成の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧力センサの感圧導電シート及び感圧導電体の圧力抵抗特性の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る圧力センサを図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る圧力センサをマトリックス状に配置して、タッチパネル式入力装置に適用した例を説明する。
【００１３】
図１、図２は、本発明の本実施形態の圧力センサ１の一例の構成を示す図である。本実施形態では、図１及び図２に示す圧力センサ１は、所定の操作面に沿ってマトリックス状に配置され、タッチパネルディスプレイを構成する。なお、本実施形態の圧力センサ１の用途は、タッチパネルディスプレイに限定されず、指紋センサ、スイッチなどに適用することができる。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、有機トランジスタ１０と、感圧導電体２０と、電圧電源３０とを備える。有機トランジスタ１０は、有機半導体層１５を用いたトランジスタであり、ゲート電極１１と、ソース電極１２と、ドレイン電極１３とを備える。電圧電源３０は、有機トランジスタ１０のソース電極１２に所定電圧ＶＤＤを印加する。有機トランジスタ１０は、所定電圧ＶＤＤの印加時におけるソース-ドレイン間の電流値に応じた信号を外部の信号処理装置４０へ出力する。信号処理装置４０は有機トランジスタ１０から取得した信号に基づいて、押圧位置又は押圧力を検出する。
【００１５】
図１に、有機トランジスタ（ＦＥＴ）１０と感圧導電体２０とを組み合わせた圧力センサ１の回路図を示す。本実施形態の圧力センサ１では、感圧導電体２０は、電圧電源３０と有機トランジスタ１０の間に設けられており、有機トランジスタ１０のソース電極１２と感圧導電体２０とが直列に接続された構造となっている。
【００１６】
有機トランジスタ１０がオン状態になるようにワードライン（ＷＬ）の電圧（ＶＷＬ）と電源電圧ＶＤＤを設定すると、有機トランジスタ１０の出力特性の線形領域において、ソース-ドレイン間を流れる電流量は、ソース-ドレイン間の電位差に比例して変化する。また、電圧電源３０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、ソース電極１２と直列に接続された感圧導電体２０の抵抗値に依存する。
【００１７】
感圧導電体２０は、押圧により受けた圧力に応じて抵抗値が変化する可変抵抗部材として機能する。本実施形態の感圧導電体２０は、導電体粒子が弾性のある高分子ゴムなどに分散された材料等からなり、押圧すると抵抗値が低下する特性を有する。特に限定されないが、本実施形態の感圧導電シート２１としては、例えば、シリコーンゴムにグラファイトを添加して形成された感圧導電ゴムシートを用いることができる。感圧導電シート２１は圧力印加によりシリコーンゴムが圧縮されると、導電物質であるグラファイトが相互に接触し、導電経路が形成されて抵抗値が減少するという原理となっている。つまり、感圧導電体２０を押圧して圧力を印加すると、この圧力印加によって感圧導電体２０の抵抗値が低下するので、ソース-ドレイン間の電位差は大きくなり、流れる電流量が増加する。感圧導電体２０に与える押圧力と電流量とを予め取得しておけば、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）を検知することができる。
【００１８】
図２は、図１に示す回路を有する本実施形態の圧力センサ１の断面図である。図２に示すように、有機トランジスタ１０を構成するゲート電極１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３は、絶縁性基材２の一方主面に形成され、ゲート絶縁層１４に覆われたゲート電極１１の上（積層方向に沿う図面の上方向、以下同じ）には、有機半導体層１５が形成されている。この有機半導体層１５の上には絶縁層１７を介して感圧導電体２０が形成されている。さらに、感圧導電体２０の上面（積層方向に沿う図面の上側の面、以下同じ）はカバー部材５０により覆われている。図２に示す圧力センサ１では、カバー部材５０の上面Ｐが押圧されると、有機トランジスタ１０はその押圧力に応じた信号を出力する。
【００１９】
図２に示すように、感圧導電体２０は、第１パッド電極１８、１８ａを介してソース電極１２と直列に接続されている。本実施形態の感圧導電体２０は、圧力抵抗特性の異なる複数の感圧導電シート２１，２２を積層することにより構成されている。本例では２枚の感圧導電シート２１，２２を積層する例を示すが、３枚以上の感圧導電シート２１，２２を積層してもよい。また、同図に示すように、感圧導電体２０の上側に積層された感圧導電シート２２の上面（カバー部材５０との境界面）には第２パッド電極１９が形成されている。この第２パッド電極１９は、電圧電源３０と接続している。電圧電源３０と接続された第２パッド電極１９と第１パッド電極１８とは、感圧導電体２０（２１，２２）を介して導通している。
【００２０】
本実施形態において、感圧導電体２０を構成する複数の感圧導電シート２１，２２は、その圧力抵抗特性が異なる。本実施形態の圧力抵抗特性とは、押圧時における印加圧力値に対する抵抗値の変化の態様である。圧力抵抗特性は、所定の印加圧力値の領域における抵抗値、抵抗値の変化量などに基づいて評価することができる。
【００２１】
ここで、異なる圧力抵抗特性の感圧導電シート２１，２２を積層して用いる理由を説明する。図３に、シリコーンゴムにグラファイトを添加して形成された第１感圧導電シート２１と第２感圧導電シート２２の圧力抵抗特性を示す。図３に示す第１感圧導電シート２１は、押圧時における印加圧力が２０ｋＰａ未満の低圧領域において比較的に大きな抵抗変化率を示すが、２０ｋＰａを超える中高圧領域において、抵抗変化率が急激に低くなる。このような感圧導電シートを感圧導電体２０として用いると押圧時の印加圧力が２０ｋＰａ以上となった場合の圧力変化を正確に検出することができず、圧力センサの感度が低くなる。他方、押圧時の印加圧力が２０ｋＰａ以上の領域で抵抗変化率の大きい感圧導電シートを用いると、今度は印加圧力が２０ｋＰａ未満の領域で圧力センサの感度が低くなる。
【００２２】
本実施形態では、第１感圧導電シート２１と圧力抵抗特性が異なる第２感圧導電シート２２を、第１感圧導電シート２１に積層して感圧導電体２０を構成する。第２感圧導電シート２２は、押圧時における印加圧力が２０ｋＰａを超える領域において、図３に示すように第１感圧導電シート２１の抵抗変化率よりも高い抵抗変化率を有する。
【００２３】
このように異なる圧力抵抗特性を有する第１感圧導電シート２１と第２感圧導電シート２２とを積層すると、図３に示す「積層時の合成抵抗値」のように、印加圧力が２０ｋＰａ未満の低圧領域だけではなく、印加圧力が２０ｋＰａ以上の中高圧領域でも、高い抵抗変化率を示す。つまり、図３に示す第１感圧導電シート２１や第２感圧導電シート２２が積層された感圧導電体２０の圧力抵抗特性は、第１感圧導電シート２１又は第２感圧導電シート２２の単独の圧力抵抗特性よりも、印加圧力の広い領域において高い抵抗変化率を示す。
【００２４】
特に限定されないが、本実施形態では、押圧時における印加圧力の第１圧力領域（低圧領域に相当）における圧力に対する抵抗変化率が、第１圧力領域以外の第２圧力領域（中高圧領域に相当）における圧力に対する抵抗変化率よりも大きい第１感圧導電シート２１と、第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が、第１感圧導電シートの圧力に対する抵抗変化率よりも高い第２感圧導電シート２２と、を少なくとも含むように感圧導電体２０を構成することができる。
【００２５】
第１感圧導電シート２１の圧力抵抗特性に偏りがあり、押圧時における印加圧力の第１圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が第１圧力領域以外の第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率よりも大きい場合、つまり第２圧力領域における抵抗変化率が低い場合には、この第１感圧導電シート２１のみを用いると第２圧力領域における感度が低くなる可能性がある。このような第２圧力領域において低下する感度を補うため、本実施形態では、第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が、第１感圧導電シートの圧力に対する抵抗変化率よりも高い第２感圧導電シート２２を第１感圧導電シート２１に積層して圧力抵抗特性が合成された感圧導電体２０を利用する。
【００２６】
このように、印加圧力の領域（値域）によって異なる抵抗変化率を示す複数の感圧導電シート２１，２２を用いることにより、ある印加圧力の領域で抵抗変化率が低い第１感圧導電シート２１を用いても、その印加圧力の領域で抵抗変化率が高い第２感圧導電シート２２を積層させることで、第１感圧導電シート２１の圧力抵抗特性を補うことができ、結果として広い範囲で抵抗変化率の大きい合成された圧力抵抗特性を得ることができる。この結果、第１圧力領域においても第２圧力領域においても圧力センサとしての感度を良好に保つことができる。
【００２７】
ここで、感圧導電シート２１の圧力抵抗特性を調整する手法について説明する。
【００２８】
まず、感圧導電シート２１，２２として、シリコーンゴムにグラファイトが添加されたシートを用いる場合には、グラファイトの添加量を変えることで感圧導電シートの圧力抵抗（P-R）特性を調整することが可能である。
【００２９】
また、感圧導電シート２１，２２の硬度を調整することにより、これらの圧力抵抗特性を変化させることができる。硬度が異なると押圧されたときの感圧導電シート２１，２２の圧縮度が異なるため抵抗値も変化するからである。例えば、本実施形態の感圧導電シート２１，２２として、シリコーンゴムなどのゴム系材料製のシートを用いることができるが、この場合は、シリカ系粉体充填剤などの硬度調整剤を用いてシリコーンゴムの硬度を調整することができる。特に限定されないが、本実施形態では、ゴム系材料の全量に対して第１の添加率で硬度調整剤が添加された材料からなる第１感圧導電シート２１と、硬度調整剤がゴム系材料の全量に対する第１の添加率とは異なる第２の添加率で添加された材料からなる第２感圧導電シート２２と、を積層して感圧導電体２０を構成することができる。第１の添加率と第２の添加率との大小関係は特に限定されず、硬度調整剤に応じて適宜に設定することができる。
【００３０】
例えば、硬度調整剤としてシリカ系分体充填剤を用いた場合において、感圧導電シート２１、２２のゴム系材料に対するシリカ系粉体充填剤の添加量が多いと、ゴム硬度が高く（硬く）なる傾向があり、逆に添加量が少ないとゴム硬度が低く（柔らかく）なる傾向がある。このため、本実施形態では、ゴム系材料の全量に対して第１の添加率でシリカ系粉体充填剤を添加したゴム系材料で作製された硬い第１感圧導電シート２１と、ゴム系材料の全量に対して第１の添加率よりも低い第２の添加率でシリカ系粉体充填剤を添加したゴム系材料で作製された柔らかい第２感圧導電シート２２とを積層して、圧力抵抗特性が合成された所望の感圧導電体２０を構成することができる。
【００３１】
なお、感圧導電シート２１、２２のゴム硬度を低く（柔らかく）する場合には、硬度調整剤として、シリコーン系のオイルを添加する又はシリコーン系のオイルの添加量を増やすという手法を用いることもできる。つまり、硬い感圧導電シート２１、２２を得る場合には粉分の多いシリコーンゴムを用い、柔らかい感圧導電シート２１、２２を得る場合には、オイル分が多いシリコーンゴムを用いることができる。
【００３２】
本実施形態では、グラファイトの添加量、シリカ系粉体充填剤などの硬度調整剤の添加量、シリコーン系のオイルの添加量によって圧力抵抗特性を調整することができるので、用いる感圧導電シート２１，２２の圧力抵抗特性と上記添加量との関係を予め対応づけておけば、上記添加量を調整することにより任意の圧力抵抗特性の感圧導電シート２１，２２を作製し、これを用いて所望の圧力抵抗特性の感圧導電体２０を構成することができる。この結果、所望の圧力抵抗特性の圧力センサ１を得ることができる。
【００３３】
このように、相対的に低い圧力値の領域で抵抗変化が大きい感圧導電シート２１、中高圧の圧力値の領域で抵抗変化が大きい感圧導電シート２２を重ねて感圧導電体２０を構成し、これを電圧電源３０と有機トランジスタ１０のソース電極１２の間に電気的に直列に挿入することにより、広い圧力領域で大きな抵抗変化が起きるため、ソース-ドレイン間の電位差も大きくなり、結果として、広い圧力領域で感度の良い圧力センサ１を提供することができる。
【００３４】
以下、図４〜図１０に基づいて、本実施形態の圧力センサ１の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、図４に示すように、絶縁性基材２の一方主面にゲート電極１１を形成する。絶縁性基材２としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ポリイミドなどの高分子フィルムを用いることができる。ゲート電極１１の形成手法は特に限定されず、インクジェット法又はグラビアオフセット法などの印刷技術や、真空蒸着又はスパッタ法などの形成方法によりゲート電極１１を形成する。ゲート電極１１の材料としては、例えば、ＡｇやＣｕなどの金属のナノ粒子インクや、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）などの導電性高分子や、ＡｕやＡｌなどの金属材料を用いることができる。ゲート電極１１を形成した後に、必要に応じてオーブンなどで焼成を行う。
【００３６】
次に、図５に示すように、ゲート電極１１の周囲に、エポキシ樹脂などの樹脂材料を用いて、例えばスクリーン印刷などの方法で土手（堰）として機能する絶縁層１６を形成する。絶縁層１６を形成した後に、必要に応じてオーブンなどで乾燥させる。なお、本例の絶縁層１６は、必ずしも必要ではなく、後の工程や、後の工程において用いられる材料に応じて形成すればよい。続いて、例えばポリイミド系樹脂などの樹脂材料を用いて、例えばインクジェット法などの印刷技術を用いて、ゲート電極１１を覆うようにゲート絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４を形成した後に、必要に応じてオーブンなどで加熱し、乾燥や架橋を行う。
【００３７】
次に、図６に示すように、ソース電極１２とドレイン電極１３を形成する。ソース電極１２及びドレイン電極１３の形成手法は特に限定されず、インクジェット法又はグラビアオフセット法などの印刷技術や、真空蒸着又はスパッタ法などの形成方法によりソース電極１２とドレイン電極１３を形成する。ソース電極１２とドレイン電極１３の材料としては、例えば、ＡｇやＣｕなどの金属のナノ粒子インクや、PEDOT/PSSなどの導電性高分子や、ＡｕやＡｌなどの金属材料を用いることができる。ソース電極１２とドレイン電極１３を形成した後に、必要に応じてオーブンなどで焼成を行う。
【００３８】
次に、図７に示すように、有機半導体層１５を形成する。有機半導体層１５の形成手法は特に限定されず、例えばインクジェット法やフレキソ印刷法などの印刷技術や、真空蒸着などの成膜方法を用いることができる。また、有機半導体材料としては、ペンタセンのほか、アントラセン、テトラセン、ヘキサセン等のアセン類、又はα − オリゴチオフェン類、例えばクォーターチオフェン（４ Ｔ） 、セキシチオフェン、オクタチオフェンなどの多環芳香族炭化水素系材料の１種または２種以上を混合して用いることができる。そのほか、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリ（３− オクチルチオフェン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−メトキシフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール）などの出願時に知られた有機半導体材料を用いることができる。
【００３９】
また、有機半導体層１５の形成手法も特に限定されず、インクジェット法やフレキソ印刷法などの印刷技術や、真空蒸着法、スプレー法などの手法を用いることができる。
【００４０】
本実施形態では、有機半導体層１５を用いて圧力センサ１を作製するので、低温プロセスで製造できる。また、プラスチック基板を用いることができるので、フレキシブルかつ軽量であり、壊れにくい素子を提供することができる。また、有機トランジスタ１０は、印刷法で形成することができるため、無機半導体層を作製するためのフォトリソグラフィー法と比較して製造工程を大幅に簡略化でき、製造時に使用する材料も大幅に削減することができる。このため、製造時の環境負荷を抑えるとともに製造コストを抑制することができる。
【００４１】
次に、図８に示すように、有機半導体層１５を覆う絶縁層１７を形成する。絶縁層１７の材料は特に限定されず、例えばパリレン（パラキシリレン系ポリマー）などの絶縁体材料を用いることができる。また、絶縁層１７の形成手法も特に限定されず、例えば蒸着法などの形成方法により成膜することができる。また、同図に示すように、絶縁層１７には、製品においてソース電極１２と導通する第１パッド電極１８の一部を構成するビア１８ａ用のビアホール１８ａ´を形成する。ビアホール１８ａ´の形成手法は特に限定されないが、本例ではＣＯ２レーザーにより穿孔してビアホール１８ａ´を形成する。
【００４２】
次に、図９に示すように、先の工程において形成したビアホール１８ａ´に、導電性材料を充填して、ソース電極１２と導通する第１パッド電極１８を形成する。第１パッド電極１８の形成に用いられる導電性材料は特に限定されないが、ＡｕやＡｇなどの金属材料や、これらを含む導電性ペーストを用いることができる。また、第１パッド電極１８の形成手法は特に限定されないが、インクジェット法などの印刷技術や、真空蒸着法やスパッタ法などの成膜方法を用いることができる。また、予めビア１８ａと電極とを含む第１パッド電極１８が形成されている絶縁層１７を準備しておき、図７に示す有機半導体層１５を形成した半製品にこの絶縁層１７をラミネートすることにより、図９に示す半製品を得ることができる。
【００４３】
次に、図１０に示すように第１パッド電極１８と接するように、圧力抵抗（P-R）特性の異なる２枚の感圧導電シート２１，２２を絶縁層１７の上にラミネートする。本例では、２枚の感圧導電シート２１，２２を積層する例を示すが、必要に応じて枚数を増やすことができる。また、感圧導電シート２１，２２の積層順序は特に限定されず、感圧導電シート２１，２２のいずれを上又は下に配置しても構わない。
【００４４】
最後に、第２パッド電極１９が形成されたＰＥＴやＰＥＮなどの高分子フィルムを、感圧導電シート２２の上にラミネートすることで、先に説明した図２に示す本実施形態の圧力センサ１を作製することができる。第２パッド電極１９の材料は特に限定されず、例えばＡｕやＣｕなどの導電性材料を用いることができる。
【００４５】
なお、有機トランジスタ１０を作製するための材料や作製手法は、上記に限定されず、出願時に知られた材料及び作製手法を適宜に適用することができる。
【００４６】
本明細書及び図面では、説明の便宜から一単位の圧力センサ１を例に説明するが、本実施形態では図２に示す圧力センサ１を複数個準備して、縦横に操作面（押圧面と平行な面）にマトリックス状に配置して面状の圧力センサ１を作製し、タッチパネルディスプレイを構成することができる。このように面状の圧力センサ１を作製することにより、同じくマトリックス状に配置された各有機トランジスタ１０の検出結果に基づいて操作面における圧力の分布信号を検出することができる。また、所定の押圧力に対するソース電極１２とドレイン電極１３との間の電流変化を予め取得しておくことにより、圧力センサ１が押圧された場合の圧力の大きさをも検出することができる。
【００４７】
以上のとおり、本発明において本実施形態に係る有機トランジスタ１０と感圧導電体２０を組み合わせた圧力センサ１によれば、圧力抵抗特性の異なる感圧導電シート２１，２２を積層させて、電圧電源３０とソース電極１２との間に、ソース電極１２と直列に接続するので広い範囲の押圧力に対するソース−ドレイン間の電位差の変動量を大きくすることができる。この結果、押圧力の強さにかかわらず、感度の良好な圧力センサ１（タッチパネルディスプレイ）を提供することができる。
【００４８】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００４９】
１…圧力センサ
２…絶縁性基材
１０…有機トランジスタ
１１…ゲート電極
１２…ソース電極
１３…ドレイン電極
１４…ゲート絶縁層
１５…有機半導体層
１６，１７…絶縁層
１８，１８ａ…第１パッド電極（１８…電極，１８ａ…ビア）
１８ａ´…ビアホール
１９…第２パッド電極
２０…感圧導電体
２１…第１感圧導電シート
２２…第２感圧導電シート
３０…電圧電源
４０…信号処理装置
５０…カバー部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基材と、
前記絶縁性基材の一方主面に設けられた有機トランジスタと、
前記有機トランジスタのソース電極に所定電圧を印加する電圧電源と、
前記電圧電源と前記ソース電極との間に配置され、前記ソース電極と直列に接続された感圧導電体と、を備え、
前記感圧導電体は、圧力抵抗特性の異なる複数の感圧導電シートが積層されて構成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記感圧導電シートは、
第１圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が、第１圧力領域以外の第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率よりも大きい第１感圧導電シートと、
前記第２圧力領域における前記圧力に対する抵抗変化率が、前記第１感圧導電シートの前記第２圧力領域における前記圧力に対する抵抗変化率よりも高い第２感圧導電シートと、を少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記感圧導電シートは、ゴム系材料製のシートであり、
ゴム系材料の全量に対して第１の添加率で硬度調整剤が添加された材料からなる第１感圧導電シートと、
前記ゴム系材料の全量に対し、前記第１の添加率とは異なる第２の添加率で前記硬度調整剤が添加された材料からなる第２感圧導電シートと、を少なくとも含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項１】
絶縁性基材と、
前記絶縁性基材の一方主面に設けられた有機トランジスタと、
前記有機トランジスタのソース電極に所定電圧を印加する電圧電源と、
前記電圧電源と前記ソース電極との間に配置され、前記ソース電極と直列に接続された感圧導電体と、を備え、
前記感圧導電体は、圧力抵抗特性の異なる複数の感圧導電シートが積層されて構成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記感圧導電シートは、
第１圧力領域における圧力に対する抵抗変化率が、第１圧力領域以外の第２圧力領域における圧力に対する抵抗変化率よりも大きい第１感圧導電シートと、
前記第２圧力領域における前記圧力に対する抵抗変化率が、前記第１感圧導電シートの前記第２圧力領域における前記圧力に対する抵抗変化率よりも高い第２感圧導電シートと、を少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記感圧導電シートは、ゴム系材料製のシートであり、
ゴム系材料の全量に対して第１の添加率で硬度調整剤が添加された材料からなる第１感圧導電シートと、
前記ゴム系材料の全量に対し、前記第１の添加率とは異なる第２の添加率で前記硬度調整剤が添加された材料からなる第２感圧導電シートと、を少なくとも含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−６８５６２（Ｐ２０１３−６８５６２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８６９４（Ｐ２０１１−２０８６９４）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
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