(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024108487
(43)【公開日】2024-08-13
(54)【発明の名称】ストレッチャブルデバイス
(51)【国際特許分類】
G01L 5/00 20060101AFI20240805BHJP
【FI】
G01L5/00 101Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023012881
(22)【出願日】2023-01-31
(71)【出願人】
【識別番号】502356528
【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】菱沼 賢智
(72)【発明者】
【氏名】佐野 匠
【テーマコード(参考)】
2F051
【Fターム(参考)】
2F051AB09
2F051AC01
(57)【要約】
【課題】ひずみ量を検出する感度が高いストレッチャブルデバイスを提供する。
【解決手段】ストレッチャブルデバイスのひずみゲージは、第1ひずみゲージと第2ひずみゲージを有する。電気配線は、第1電位を印加する第1電位線と、第2電位を印加する第2電位線と、第1電位線と第2電位線を接続する接続線と、所定の電位を検出する第1信号線と、所定の電位を検出する第2信号線を有する。第1信号線が検出する所定の電位は、第1接続点における第3電位である。第2信号線が検出する所定の電位には、接続線の中間点における第4電位である。第1ひずみゲージ及び第2ひずみゲージのうり、一方がヒンジ部の内周側に配置された内周ひずみゲージであり、他方がヒンジ部の外周側に配置された外周ひずみゲージである。第3電位と第4電位の電位差によりひずみゲージの抵抗値の変化量を検出する。
【選択図】
図7
【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂基材と、
前記樹脂基材に配置される複数のひずみゲージと、
前記ひずみゲージの抵抗値の変化量を検出する電気配線と、
前記樹脂基材、前記ひずみゲージ、及び前記電気配線を収容する筐体と、
を有し、
前記筐体は、前記樹脂基材が延在する平面方向と直交する方向から視て、入力された荷重を検出可能な検出領域と、前記検出領域を囲む枠状の周辺領域と、に区分けされ、
前記樹脂基材は、
前記検出領域に配置され、互いに離隔する複数のボディ部と、
前記検出領域に配置され、蛇行しながら前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、
を有し、
前記ひずみゲージは、
前記ヒンジ部の一端から前記ヒンジ部の他端に延在する第1ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の他端から前記ヒンジ部の一端に延在する第2ひずみゲージと、
を有し、
前記第1ひずみゲージの一端と前記第2ひずみゲージの一端は、前記ヒンジ部の他端側で接続し、
前記電気配線は、
前記周辺領域と前記ボディ部と前記ヒンジ部とに跨って配置され、前記第1ひずみゲージの他端に第1電位を印加する第1電位線と、
前記周辺領域と前記ボディ部と前記ヒンジ部とに跨って配置され、前記第1電位よりも低い第2電位を前記第2ひずみゲージの他端に印加する第2電位線と、
前記周辺領域に配置され、前記第1電位線と前記第2電位線とを接続する接続線と、
前記周辺領域と前記ボディ部と前記ヒンジ部とに跨って配置され、所定の電位を検出する第1信号線と、
前記周辺領域に配置され、所定の電位を検出する第2信号線と、
を有し、
前記第1信号線が検出する所定の電位は、前記第1ひずみゲージの一端と前記第2ひずみゲージの一端とが接続する第1接続点における第3電位であり、
前記第2信号線が検出する所定の電位は、前記接続線の中間点における第4電位であり、
前記第1ひずみゲージ及び前記第2ひずみゲージの一方は、前記ヒンジ部の内周側に配置された内周ひずみゲージであり、
前記第1ひずみゲージ及び前記第2ひずみゲージの他方は、前記ヒンジ部の外周側に配置された外周ひずみゲージであり、
前記第1信号線から検出された前記第3電位と、前記第2信号線から検出された前記第4電位と、の電位差により前記ひずみゲージの抵抗値の変化量を検出する
ストレッチャブルデバイス。
【請求項2】
前記ボディ部に配置され、前記第1信号線と前記第1ひずみゲージの他端との間に介在するスイッチ素子と、
前記周辺領域と前記ボディ部と前記ヒンジ部とに跨って配置され、前記スイッチ素子を開閉させるゲート線と、
を有している
請求項1に記載のストレッチャブルデバイス。
【請求項3】
前記ヒンジ部は、
前記平面方向と平行な第1方向に延在する縦ヒンジ部と、
前記平面方向と平行であり、かつ前記第1方向と交差する第2方向に延在する横ヒンジ部と、
を有し、
前記ひずみゲージは、前記縦ヒンジ部及び前記横ヒンジ部のそれぞれに配置されている
請求項1又は請求項2に記載のストレッチャブルデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ストレッチャブルデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
ストレッチャブルデバイスは、伸縮性及び可撓性に優れている。このようなストレッチャブルデバイスは、配線層が積層される樹脂基材を有している。樹脂基材は、マトリクス状に配置されたボディ部と、ボディ部同士を接続するヒンジ部と、を有している。特許文献1のヒンジ部は、複数の円弧部を有し、蛇行するミアンダ形状となっている。そして、ストレッチャブルデバイスに引っ張り荷重が作用すると、ヒンジ部の円弧部が拡大するように変形する。この結果、ボディ部同士が離隔し、ストレッチャブルデバイスが伸長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、ストレッチャブルデバイスに作用した荷重を検出するため、ヒンジ部にひずみゲージを設け、ヒンジ部のひずみ量(変形量)を検出することが検討されている。また、ひずみ量を検出する感度が高いことが望まれている。
【0005】
本発明は、ヒンジ部のひずみ量を検出する感度が高いストレッチャブルデバイス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】
【0006】
本開示の一態様に係るストレッチャブルデバイスは、樹脂基材と、前記樹脂基材に配置される複数のひずみゲージと、前記ひずみゲージの抵抗値の変化量を検出する電気配線と、前記樹脂基材、前記ひずみゲージ、及び前記電気配線を収容する筐体と、を有する。前記筐体は、前記樹脂基材が延在する平面方向と直交する方向から視て、入力された荷重を検出可能な検出領域と、前記検出領域を囲む枠状の周辺領域と、に区分けされている。前記樹脂基材は、前記検出領域に配置され、互いに離隔する複数のボディ部と、前記検出領域に配置され、蛇行しながら前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、を有している。前記ひずみゲージは、前記ヒンジ部の一端から前記ヒンジ部の他端に延在する第1ひずみゲージと、前記ヒンジ部の他端から前記ヒンジ部の一端に延在する第2ひずみゲージと、を有している。前記第1ひずみゲージの一端と前記第2ひずみゲージの一端は、前記ヒンジ部の他端側で接続している。前記電気配線は、前記周辺領域と前記ボディ部と前記ヒンジ部とに跨って配置され、前記第1ひずみゲージの他端に第1電位を印加する第1電位線と、前記周辺領域と前記ボディ部と前記ヒンジ部とに跨って配置され、前記第1電位よりも低い第2電位を前記第2ひずみゲージの他端に印加する第2電位線と、前記周辺領域に配置され、前記第1電位線と前記第2電位線とを接続する接続線と、前記周辺領域と前記ボディ部と前記ヒンジ部とに跨って配置され、所定の電位を検出する第1信号線と、前記周辺領域に配置され、所定の電位を検出する第2信号線と、を有している。前記第1信号線が検出する所定の電位は、前記第1ひずみゲージの一端と前記第2ひずみゲージの一端とが接続する第1接続点における第3電位である。前記第2信号線が検出する所定の電位は、前記接続線の中間点における第4電位である。前記第1ひずみゲージ及び前記第2ひずみゲージの一方は、前記ヒンジ部の内周側に配置された内周ひずみゲージである。前記第1ひずみゲージ及び前記第2ひずみゲージの他方は、前記ヒンジ部の外周側に配置された外周ひずみゲージである。前記第1信号線から検出された前記第3電位と、前記第2信号線から検出された前記第4電位と、の電位差により前記ひずみゲージの抵抗値の変化量を検出する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】
図1は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスを斜視した模式図である。
【
図2】
図2は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスの断面を模式的に示した図であり、詳細には、
図3のII-II線に沿って切った断面図である。
【
図3】
図3は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスの表面の方から樹脂基材及び第1樹脂板の一部を見た拡大図である。
【
図4】
図4は、実施形態の第1ヒンジを拡大した拡大図である。
【
図5】
図5は、実施形態の縦ヒンジ部であって第1方向に伸張するような荷重が作用した場合の拡大図である。
【
図7】
図7は、実施形態のボディ部と縦ヒンジ部を平面視した図である。
【
図8】
図8は、実施形態のボディ部と横ヒンジ部を平面視した図である。
【
図9】
図9は、実施形態の回路を模式的に示した図である。
【
図10】
図10は、実施形態の回路においてヒンジ部が変形した場合模式的に示した図である。
【
図13】
図13は、変形例のストレッチャブルデバイスにおける配線層の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本開示を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示の発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略することがある。
【0009】
また、本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
【0010】
(実施形態)
図1は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスを斜視した模式図である。
図1に示すように、ストレッチャブルデバイス1は、平板状を成している。ストレッチャブルデバイス1は、互いに反対方向を向く表面1aと裏面1b(
図1で不図示。
図2参照)を有している。
【0011】
以下、表面1a及び裏面1bのそれぞれと平行な方向を平面方向と称する。また、平面方向と平行な一方向を第1方向Dxと称する。平面方向と平行であり、かつ第1方向Dxと交差する方向を第2方向Dyと称する。表面1aの法線方向(積層方向)を第3方向Dzと称する。そのほか、ストレッチャブルデバイス1を第3方向Dzから視ることを平面視と称する場合がある。
【0012】
ストレッチャブルデバイス1は、平面視で長方形(四角形)に形成されている。よって、表面1aは、一対の短辺1cと、一対の長辺1dと、を有している。第1方向Dxは、長辺1dと平行な方向とする。第2方向Dyは、短辺1cと平行な方向とする。よって、本実施形態では、第1方向Dxと第2方向Dyとは、互いに直交している。
【0013】
ストレッチャブルデバイス1は、平面視で、ストレッチャブルデバイス1に入力された荷重を検出可能な検出領域2と、検出領域2の外側を囲む枠状の周辺領域3と、に区分けされる。なお、
図1では、検出領域2と周辺領域3の境界を理解し易くするため、境界線L1を引いている。
【0014】
図2は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスの断面を模式的に示した図であり、詳細には、
図3のII-II線に沿って切った断面図である。
図2に示すように、ストレッチャブルデバイス1は、裏面1bを有する第1樹脂板60と、表面1aを有する第2樹脂板70と、第1樹脂板60と第2樹脂板70の間に挟まれた樹脂基材10及び配線層30と、を備えている。第1樹脂板60及び第2樹脂板70は、互いに協働して樹脂基材10及び配線層30を収容する筐体となっている。第1樹脂板60は、裏面1bの反対面である積層面60aを有している。この積層面60aに、樹脂基材10、配線層30の順で積層されている。
【0015】
第1樹脂板60及び第2樹脂板70は、ポリイミドにより製造され、伸縮性及び可撓性を有している。なお、第1樹脂板60及び第2樹脂板70を形成する樹脂材料は、ポリイミドに限定されず、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などであってもよく、本開示は上記したものに限定されない。また、以下の説明において、上側又は上方とは、第3方向Dzの一方向であり、第1樹脂板60から視て第2樹脂板70が配置されている方を指す。また、下側又は下方とは、第3方向Dzの他方向であり、第2樹脂板70から視て第1樹脂板60が配置されている方を指す。
【0016】
図3は、実施形態に係るストレッチャブルデバイスの表面の方から樹脂基材及び第1樹脂板の一部を見た拡大図である。なお、
図3において樹脂基材10を見易くするため、樹脂基材10にハッチングを施している。樹脂基材10は、第1樹脂板60の積層面60aに設けられている。樹脂基材10は、伸縮性、可撓性、及び絶縁性を有している。樹脂基材10は、例えばポリイミドなどの樹脂材料から形成されている。
【0017】
樹脂基材10は、複数のボディ部11と、蛇行しながら平面方向に延在する複数のヒンジ部12と、を有している。ボディ部11及びヒンジ部12は、それぞれ検出領域2に配置されている。
【0018】
ボディ部11は、平面視で四角形状(正方形状)となっている。ボディ部11は、4つの角部が第1方向Dxと第2方向Dyを指すように配置されている。複数のボディ部11は、第1方向Dx及び第2方向Dyに配列し、かつ互いに離隔している。ボディ部11に積層される配線層30には、スイッチ素子(トランジスタ41)が含まれている(
図11参照)。なお、本開示は、平面視でのボディ部11の形状に関し、四角形状に限定されず、円形状や他の多角形状であってもよい。
【0019】
ヒンジ部12は、隣り合うボディ部11同士を接続している。ヒンジ部12は、第1方向Dxに延在するする縦ヒンジ部12Aと、第2方向Dyに延在する横ヒンジ部12Bと、の2種類がある。また、樹脂基材10においてボディ部11とヒンジ部12とが設けられていない部分は、樹脂基材10を第3方向Dzに貫通する肉抜き部19となっている。つまり、樹脂基材10は、複数の肉抜き部19を有している。
【0020】
肉抜き部19と重なる領域には、配線層30が積層されない。
図2に示すように、肉抜き部19は、第2樹脂板70により埋められている。このため、ストレッチャブルデバイス1は、肉抜き部19と重なる範囲の剛性が低く、伸縮性や屈曲性(ストレッチャブル性)を備える。そして、ストレッチャブルデバイス1に荷重が作用すると、ヒンジ部12が変形する。一方で、ボディ部11の変形が小さく、ボディ部11に積層される機能素子(本実施形態ではトランジスタ41)の破損が抑制される。
【0021】
なお、本実施形態の肉抜き部19は、第2樹脂板70により埋められているが、本開示は、第1樹脂板60により埋められてもよい。又は、肉抜き部19は、第1樹脂板60と第2樹脂板70により埋められていてもよい。若しくは、肉抜き部19は、第1樹脂板60と第2樹脂板70以外の樹脂材により埋められていてもよい。そのほか、肉抜き部19は、何も配置されておらず、空間となっていてもよい。
【0022】
次に、ヒンジ部12の詳細を説明する。なお、縦ヒンジ部12Aを90°回転させると、横ヒンジ部12Bと同一形状となる。よって、以下では、縦ヒンジ部12Aを代表例として説明する。
【0023】
図4は、実施形態の第1ヒンジを拡大した拡大図である。
図5は、実施形態の縦ヒンジ部であって第1方向に伸張するような荷重が作用した場合の拡大図である。なお、
図4、
図5で示す仮想線Kは、縦ヒンジ部12Aの幅方向の中央を通過する仮想線である。
【0024】
図4に示すように、縦ヒンジ部12Aの幅方向の大きさWは、縦ヒンジ部12Aが延在する長さ方向に一定となっている。縦ヒンジ部12Aは、縦ヒンジ部12Aの長さ方向の両端部に位置する2つの基部13と、2つの基部13の間に配置された4つの屈曲部14と、を有している。よって、縦ヒンジ部12Aは、2つのボディ部11の間を蛇行しながら第1方向Dxに延在している。説明の都合上、縦ヒンジ部12Aの一端と接続するボディ部11を第1ボディ部11aと称し、縦ヒンジ部12Aの他端と接続するボディ部11を第2ボディ部11bと称する。
【0025】
基部13は、ボディ部11に連続し、ボディ部11から第1方向Dxに直線状に延びている。なお、2つの基部13のうち第1ボディ部11aに連続する基部13を第1基部13aと称し、第2ボディ部11bに連続する基部13を第2基部13bと称する。
【0026】
屈曲部14は、第2方向Dyに折れ曲がっている。本実施形態の屈曲部14は、円弧状を成している。なお、本開示の屈曲部は、円弧状でなく、角状に形成されていてもよい。4つの屈曲部14は、第1基部13aから第2基部13bに向かって順に配置される第1円弧部21、第2円弧部22、第3円弧部23、第4円弧部24である。第1円弧部21及び第4円弧部24は、四分円状を成し、90度折れ曲がっている。第2円弧部22及び第3円弧部23は、半円弧状を成し、180度折れ曲がっている。
【0027】
第1円弧部21の一端は、第1基部13aと接続している。第1円弧部21は、第1基部13aに対し、第2方向Dyの一方に折れ曲がっている。また、第4円弧部24の一端は、第2基部13bと接続している。第4円弧部24は、第2基部13bから第2方向Dyの他方に折れ曲がっている。よって、第1円弧部21と第4円弧部24とは、折れ曲がる方向が反対となっている。
【0028】
第2円弧部22の一端は、第1円弧部21と接続している。第2円弧部22の他端は、第2方向Dyの他方を向いている。また、第3円弧部23は、一端が第4円弧部24と接続し、他端が第2方向Dyの一方を向き、第2円弧部22の他端と接続している。以上か、4つの屈曲部14により縦ヒンジ部12Aが蛇行している。
【0029】
図4で示すように、各屈曲部14は、仮想線Kを境界として、内側(内周側)に配置される内周部と、外側(外周側)に配置される外周部と、に区分けされる。なお、
図4では、各屈曲部14の内周部と外周部の範囲を明確にするため、内周部と外周部を楕円形で囲んでいる。ただし、仮想線Kよりも内周側の全てが内周部であり、仮想線Kよりも外周側の全てが外周部である。よって、楕円で囲まれた範囲は、内周部又は外周部の一部である。
【0030】
図5に示すように、ストレッチャブルデバイス1に第1方向Dxに引っ張られると(
図5の矢印F参照)、縦ヒンジ部12Aが第1方向Dxに伸張する。つまり、各屈曲部14が折れ曲がり角度が大きくなり、縦ヒンジ部12Aの第1方向Dxの長さが大きくなる。また、各屈曲部14が折れ曲がり角度が大きくなった場合、各屈曲部14の内周部と外周部とでは、つぎのような荷重(応力)が作用する。
【0031】
第1円弧部21の第1内周部21Nには、引っ張り荷重が作用する。第1円弧部21の第1外周部21Gに圧縮荷重が作用する。第2円弧部22の第2内周部22Nには、引っ張り荷重が作用する。第2円弧部22の第2外周部22Gには、圧縮荷重が作用する。第3円弧部23の第3内周部23Nには、引っ張り荷重が作用する。第3円弧部23の第3外周部23Gは、圧縮荷重が作用する。第4円弧部24の第4内周部24Nは、引っ張り荷重が作用する。第4円弧部24の第4外周部24Gは、圧縮荷重が作用する。
【0032】
以上から、縦ヒンジ部12Aが第1方向Dxに伸張した場合、各屈曲部14の内周部に引っ張り荷重が作用し、一方で各屈曲部14の外周部に圧縮荷重が作用する。
【0033】
図4に示すように、ヒンジ部12には、配線層30のひずみゲージ27が配置される。ひずみゲージ27は、ヒンジ部12の変形に対応して変形し、抵抗値が変化する。ひずみゲージ27は、同一材料で形成された第1ひずみゲージ28と第2ひずみゲージ29とを有している。なお、第1ひずみゲージ28と第2ひずみゲージ29は、異なる材料により形成されていてもよい。第1ひずみゲージ28は、第1ボディ部11a(ヒンジ部12の一端)から第2ボディ部11b(ヒンジ部12の他端)に延在している。第2ひずみゲージ29は、第2ボディ部11b(ヒンジ部12の他端)から第1ボディ部11a(ヒンジ部12の一端)に延在している。第1ひずみゲージ28の一端28aと、第2ひずみゲージ29の一端29aは、第2ボディ部11b(ヒンジ部の他端)で接続している。
【0034】
第1ひずみゲージ28は、各屈曲部14において、内周部(第1内周部21N、第2内周部22N、第3内周部23N、第4内周部24N)のみと重なるように配置されている。以下、このようなひずみゲージ27を内周ひずみゲージと称する場合がある。一方、第2ひずみゲージ29は、各屈曲部14において、外周部(第1外周部21G、第2外周部22G、第3外周部23G、第4外周部24G)のみと重なるように配置されている。以下、このようなひずみゲージ27を外周ひずみゲージと称する場合がある。以上から、ヒンジ部12が第1方向Dxに伸張した場合、第1ひずみゲージ28は、各屈曲部14と重なっている部分において、共通した応力(引っ張り荷重)が作用する。また、第2ひずみゲージ29は、各屈曲部14と重なっている部分において、共通した応力(圧縮荷重)が作用する。なお、本開示は、第1ひずみゲージ28が外周ひずみゲージであり、第2ひずみゲージ29が内周ひずみゲージであってもよい。
【0035】
なお、ひずみゲージ27は、縦ヒンジ部12Aに配置される縦ひずみゲージ127(
図7参照)と、横ヒンジ部12Bに配置される横ひずみゲージ227(
図8参照)と、の2種類がある。そして、縦ひずみゲージ127は、第1縦ひずみゲージ128(
図7参照)と、第2縦ひずみゲージ129(
図7参照)と、を有している。同様に、横ひずみゲージ227(
図8参照)は、第1横ひずみゲージ228(
図8参照)と、第2横ひずみゲージ229(
図8参照)と、を有している。次に配線層30について説明する。
【0036】
図6は、実施形態の配線層の回路図である。配線層30は、ヒンジ部12のひずみ量を検出するための層である。
図6に示すように、配線層30は、前記した複数のひずみゲージ27と、電気配線40と、を有している。電気配線40は、各ボディ部11に配置されたスイッチ素子(トランジスタ41)と、第2方向Dyに延在するゲート線43と、第1方向Dxに延在する第1電位線44、第2電位線45、及び第1信号線46と、周辺領域3に配置された第2信号線47及び接続線49と、を備えている。なお、電気配線40の各構成については後述する。
【0037】
また、
図1に示すように、配線層30は、電気配線40を駆動させるため、周辺領域3に配置された接続部101と、ゲート線駆動回路102と、第1電位線選択回路103と、第2電位線選択回路104と、第1信号線選択回路105と、第2信号線選択回路106と、を有している。
【0038】
接続部101は、ストレッチャブルデバイス1の外部に配置された駆動IC(Integrated Circuit)と接続するためのものである。なお、駆動ICは、接続部101に接続される図示しないフレキシブルプリント基板やリジット基板の上に、COF(Chip On Film)として実装されてもよい。または、駆動ICは、第1樹脂板60の周辺領域3にCOG(Chip On Glass)として実装されてもよい。
【0039】
ゲート線駆動回路102は、駆動ICからの各種制御信号に基づいて複数のゲート線43(
図6参照)を駆動する回路である。ゲート線駆動回路102は、複数のゲート線43を順次又は同時に選択し、選択したゲート線43にゲート駆動信号を供給する。
【0040】
第1電位線選択回路103は、複数の第1電位線44を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。第1電位線選択回路103は、駆動ICから供給される選択信号に基づき、選択された第1電位線44と駆動ICとを接続し、第1電位線44に所定の第1電位V1を印加する。
【0041】
第2電位線選択回路104は、複数の第2電位線45を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。第2電位線選択回路104は、駆動ICから供給される選択信号に基づき、選択された第2電位線45と駆動ICとを接続し、第2電位線45に所定の第2電位V2を印加する。また、第2電位V2は、第1電位V1よりも低い(V2<V1)。本実施形態において、第2電位V2は0Vである。
【0042】
第1信号線選択回路105は、複数の第1信号線46を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。第1信号線選択回路105は、駆動ICから供給される選択信号に基づき、第1信号線46と駆動ICと接続する。これにより、第1信号線46の信号(電位)が駆動ICに送られる。
【0043】
第2信号線選択回路106は、複数の第2信号線47を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。第2信号線選択回路106は、駆動ICから供給される選択信号に基づき、第2信号線47と駆動ICと接続する。これにより、第2信号線47の信号(電位)が駆動ICに送られる。次に電気配線40の各構成の詳細を説明する。
【0044】
図7は、実施形態のボディ部と縦ヒンジ部を平面視した図である。
図8は、実施形態のボディ部と横ヒンジ部を平面視した図である。
図7に示すように、電気配線40は、縦ひずみゲージ127と接続する縦ひずみ用電気配線140と、横ひずみゲージ227と接続する横ひずみ用電気配線240と、を有している。なお、ゲート線43は、縦ひずみ用電気配線140と横ひずみ用電気配線240とで共用されている。最初にゲート線43を説明する。
【0045】
図8に示すように、ゲート線43は、複数の横ヒンジ部12Bと複数のボディ部11とに跨って配置されている。これにより、ゲート線43は、検出領域2内を第2方向Dyに延在している。また、ゲート線43は、第1方向Dxに複数配置されている(
図7参照)。ゲート線43の第2方向Dyの端部は、周辺領域3に延在し、ゲート線駆動回路102に接続している。
【0046】
図7に示すように、縦ひずみ用電気配線140は、縦ひずみ用トランジスタ141と、縦ひずみ用第1電位線144、縦ひずみ用第2電位線145、縦ひずみ用第1信号線146、縦ひずみ用第2信号線147(
図6参照)、及び縦ひずみ用接続線149(
図6参照)を有している。
【0047】
縦ひずみ用第1電位線144と、縦ひずみ用第2電位線145と、縦ひずみ用第1信号線146は、それぞれ、複数の縦ヒンジ部12Aと複数のボディ部11とに跨って配置されている。これにより、検出領域2内を第1方向Dxに延在している。縦ひずみ用第1電位線144と、縦ひずみ用第2電位線145と、縦ひずみ用第1信号線146は、それぞれ、第2方向Dyに複数配置されている(
図8参照)。
【0048】
縦ひずみ用第1電位線144と、縦ひずみ用第2電位線145と、縦ひずみ用第1信号線146は、それぞれの端部が周辺領域3まで延在している(
図6参照)。そして、縦ひずみ用第1電位線144は、第1電位線選択回路103(
図1参照)に接続している。縦ひずみ用第2電位線145は、第2電位線選択回路104(
図1参照)に接続している。縦ひずみ用第1信号線146は、第1信号線選択回路105(
図1参照)に接続している。
【0049】
図7に示すように、縦ひずみ用トランジスタ141は、各ボディ部11に配置されている。縦ひずみ用トランジスタ141のゲート電極は、ゲート線43と接続している。縦ひずみ用トランジスタ141のドレイン電極は、縦ひずみ用第1電位線144と接続している。縦ひずみ用トランジスタ141のソース電極は、第1縦ひずみゲージ128の他端128bと接続している。よって、縦ひずみ用トランジスタ141は、縦ひずみ用第1電位線144と第1縦ひずみゲージ128の他端128bとの間に介在している。
【0050】
また、第1縦ひずみゲージ128の一端128aは、第2縦ひずみゲージ129の一端129aと接続している。第2縦ひずみゲージ129の他端129bは、縦ひずみ用第2電位線145を接続している。よって、縦ひずみ用トランジスタ141が閉じると、第1縦ひずみゲージ128と、第2縦ひずみゲージ129には、第1電位V1と第2電位V2の電位差(電圧)が印加される。
【0051】
また、第1縦ひずみゲージ128の一端128aと、第2縦ひずみゲージ129の一端129aとの接続点を第1接続点P11と称する。第1接続点P11には、縦ひずみ用第1信号線146が接続している。よって、縦ひずみ用第1信号線146には、第1接続点P11の電位(以下、第3電位V3と称する)が入力される。
【0052】
図6に示すように、縦ひずみ用第2信号線147と縦ひずみ用接続線149は、周辺領域3に配置されている。縦ひずみ用接続線149は、縦ひずみ用第1電位線144と縦ひずみ用第2電位線145とを接続している。以下、縦ひずみ用接続線149と縦ひずみ用第1電位線144との接続点を第2接続点P12と称する。縦ひずみ用接続線149と縦ひずみ用第2電位線145との接続点を第3接続点P13と称する。
【0053】
縦ひずみ用第2信号線147の一端は、縦ひずみ用接続線149の中間点P14と接続している。よって、縦ひずみ用第2信号線147には、中間点P14の電位(以下、第4電位V4を称する)が入力される。そして、縦ひずみ用第2信号線147の他端は、信号線選択回路8に接続している。
【0054】
横ひずみ用電気配線240は、横ひずみ用トランジスタ241と、横ひずみ用第1電位線244、横ひずみ用第2電位線245、横ひずみ用第1信号線246、横ひずみ用第2信号線247(
図6参照)、及び横ひずみ用接続線249(
図6参照)を有している。
【0055】
図7に示すように、横ひずみ用第1電位線244と、横ひずみ用第2電位線245と、横ひずみ用第1信号線246は、それぞれ、複数の縦ヒンジ部12Aと複数のボディ部11とに跨って配置されている。これにより、検出領域2内を第1方向Dxに延在している。また、横ひずみ用第1電位線244、横ひずみ用第2電位線245、横ひずみ用第1信号線246は、それぞれ、第2方向Dyに複数配置されている(
図8参照)。
【0056】
横ひずみ用第1電位線244と、横ひずみ用第2電位線245と、横ひずみ用第1信号線246は、それぞれの端部が周辺領域3まで延在している(
図6参照)。そして、横ひずみ用第1電位線244は、第1電位線選択回路103(
図1参照)に接続している。横ひずみ用第2電位線245は、第2電位線選択回路104(
図1参照)に接続している。横ひずみ用第1信号線246は、第1信号線選択回路105(
図1参照)に接続している。
【0057】
横ひずみ用トランジスタ241は、各ボディ部11に配置されている。横ひずみ用トランジスタ241のゲート電極は、ゲート線43に接続している。横ひずみ用トランジスタ241のドレイン電極側は、横ひずみ用第1電位線244と接続している。横ひずみ用トランジスタ241のソース電極側は、第1横ひずみゲージ227の他端227bと接続している。よって、横ひずみ用トランジスタ241は、横ひずみ用第1電位線244と第1横ひずみゲージ227の他端227bとの間に介在している。
【0058】
図8に示すように、第1横ひずみゲージ228の一端228aは、第2横ひずみゲージ229の一端229aが接続している。第2横ひずみゲージ229の他端229bは、横ひずみ用第2電位線245を接続している。よって、横ひずみ用トランジスタ241が閉じると、第1横ひずみゲージ228と、第2横ひずみゲージ229には、第1電位V1と第2電位V2の電位差(電圧)が印加される。
【0059】
また、第1横ひずみゲージ228の一端228aと第2横ひずみゲージ229の一端229aとの接続点を第1接続点P21と称する。第1接続点P21には、横ひずみ用第1信号線246が接続している。よって、横ひずみ用第1信号線246には、第1接続点P21の電位(以下、第3電位V3と称する)が入力される。
【0060】
図6に示すように、横ひずみ用第2信号線247と横ひずみ用接続線249は、周辺領域3に配置されている。横ひずみ用接続線249は、横ひずみ用第1電位線244と横ひずみ用第2電位線245とを接続している。以下、横ひずみ用接続線249と横ひずみ用第1電位線244との接続点を第2接続点P22と称する。横ひずみ用接続線249と横ひずみ用第2電位線245との接続点を第3接続点P23と称する。
【0061】
横ひずみ用第2信号線247の一端は、横ひずみ用接続線249の中間点P24と接続している。よって、横ひずみ用第2信号線247には、中間点P24の電位(以下、第4電位V4を称する)が入力される。横ひずみ用第2信号線247の他端は、信号線選択回路8に接続している。
【0062】
図6に示すように、電気配線40(縦ひずみ用電気配線140及び横ひずみ用電気配線240)において、トランジスタ41(141、241)が閉じている場合、第1接続点P11、P21と、第2接続点P12、P22と、第3接続点P31、P32と、中間点P14、P24と、のそれぞれを結ぶ4つの配線から回路(第1回路150、第2回路250)が構成される。なお、
図6において、回路(第1回路150、第2回路250)を分かり易くするため、回路を構成する配線を他の配線よりも太く表している。
【0063】
第1接続点P11、P21から第2接続点P12、P22までの間には、第1ひずみゲージ28(第1縦ひずみゲージ128、第1横ひずみゲージ228)が配置されている。第3接続点P31、P32から第1接続点P11、P21までの間に、第2ひずみゲージ29(第2縦ひずみゲージ129、第2横ひずみゲージ229)が配置されている。第1ひずみゲージ28は、ひずみが発生していない状態の第1抵抗値R1である。また、第2ひずみゲージ29は、ひずみが発生していない状態の第2抵抗値R2である。この第1抵抗値R1と第2抵抗値R2は等しい。
【0064】
図4に示すように、第2ひずみゲージ29は、ヒンジ部12における各屈曲部14の外周部と重なっており、各屈曲部14の内周部と重なる第1ひずみゲージ28よりも長い。よって、通常であれば、第2ひずみゲージ29の第2抵抗値R2は、第1ひずみゲージ28の第1抵抗値R1よりも大きくなる。本実施形態では、第1ひずみゲージ28の幅W1(
図12参照)は、第2ひずみゲージ29の幅W2よりも大きくなっている。これにより、第1抵抗値R1と第2抵抗値R2が等しくなっている。なお、本開示は、他の方法により第1ひずみゲージ28と第2ひずみゲージ29の抵抗値が等しくなるようにしてもよい。
【0065】
図6に示すように、第2接続点P12、P22から中間点P14、P24までの間に、第3抵抗値R3を有する第3抵抗部品53が配置されている。第3接続点P31、P32から中間点P14、P24までの間に、第4抵抗値R4を有する第4抵抗部品54が配置されている。第3抵抗部品53及び第4抵抗部品54は、第3抵抗値R3及び第4抵抗値R4が固定されている(変化しない)。第3抵抗部品53と第4抵抗部品54のそれぞれは、周辺領域3に配置されている。第3抵抗値R3と第4抵抗値R4は、第1抵抗値R1及び第2抵抗値R2と等しい(R1=R2=R3=R4)。
【0066】
図9は、実施形態の回路を模式的に示した図である。
図9に示すように、回路(第1回路150、第2回路250)は、ホイートストンブリッジ回路を構成している。つまり、第1信号線46から検出された第3電位V3と、第2信号線47から検出された第4電位V4と、の電位差によりひずみゲージ27(第1ひずみゲージ28、第2ひずみゲージ29)の抵抗値の変化量を検出することができる。
【0067】
例えば、ひずみゲージ27にひずみが生じていない場合、第1信号線46で読み込まれた第1接続点P11、P21の第3電位V3と、第2信号線47で読み込まれた中間点P14、P24の第4電位V4と、が同電位となる。
【0068】
一方で
図10に示すように、ヒンジ部12が伸長した場合(
図5参照)、第1ひずみゲージ28に引っ張り荷重が作用する。第1ひずみゲージ28の第1抵抗値は、ΔR分だけ抵抗値が小さくなり、(R1-ΔR)となる。つまり、第1接続点P11、P21の第3電位V3が大きくなる。また、第2ひずみゲージ29に圧縮荷重が作用する。第2ひずみゲージ29の第2抵抗値は、ΔR分だけ大きくなり、(R2+ΔR)となる。つまり、第3電位V3はさらに大きくなる。以上から、ヒンジ部12に第1ひずみゲージ28と第2ひずみゲージ29のうち一方のみを配置した場合よりも、第3電位V3の変化量が大きく、ヒンジ部12のひずみ量を検出する感度が高い。
【0069】
なお、第1信号線46は、回路(第1回路150、第2回路250)の外にある。よって、第1接続点P11、P21の電位に影響を与えない。そのほか、接続線49は、周辺領域3に配置されて変形しない。よって、第2接続点P12、P22から中間点P14、P24までの抵抗値(第3抵抗部品53の第3抵抗値R3)の変化量はゼロである。同様に、中間点P14、P24から第3接続点P13、P23までの抵抗値(第4抵抗部品54の第4抵抗値R4)の変化量はゼロである。よって、第1接続点P11、P21の電位に影響を与えない。
【0070】
次に、配線層30の断面構造について説明する。また、断面構造では、配線層30のうちボディ部11に積層される部分と、ヒンジ部12に積層される部分と、に分けて説明する。
【0071】
図11は、
図3のXI-XI線矢視断面図である。配線層30のうちボディ部11に積層される部分には、複数の絶縁層が積層されている。具体的に複数の絶縁層は、ボディ部11の上方には、順に積層された、第1絶縁層31、第2絶縁層32、第3絶縁層33、第4絶縁層34、及び第5絶縁層38である。第1絶縁層31、第2絶縁層32、第3絶縁層33、第4絶縁層34、及び第5絶縁層38は、例えばシリコン酸化膜であり、ひずみゲージ27及び電気配線40の各構成を覆っている。また、第1絶縁層31と第2絶縁層32の間には、トランジスタ41のゲート絶縁膜41bが介在している。
【0072】
第2絶縁層32上には、第1電位線44(縦ひずみ用第1電位線144、横ひずみ用第1電位線244)、第2電位線45(縦ひずみ用第2電位線145、横ひずみ用第2電位線245)、第1信号線(縦ひずみ用第1信号線146、横ひずみ用第1信号線246)が積層されている。第3絶縁層33上には、ゲート線43が積層されている。第4絶縁層34上には、ひずみゲージ27(縦ひずみゲージ127、横ひずみゲージ227)が積層されている。ひずみゲージ27は、第2樹脂板70に覆われ、ひずみゲージ27の絶縁性が確保されている。なお、本開示は、ひずみゲージ27の上にシリコン酸化膜からなる絶縁層を設け、その上を第2樹脂板70で覆うようにしてもよい。
【0073】
トランジスタ41(縦ひずみ用トランジスタ141、横ひずみ用トランジスタ241)は、半導体層41aと、ゲート絶縁膜41bと、ゲート電極41cと、ドレイン電極41dと、ソース電極41eと、を備えている。半導体層41aは、コンタクト層を介して、ドレイン電極41dとソース電極41eと接続している。
【0074】
ゲート電極41cは、コンタクト層を介して、ゲート線43と接続している。ドレイン電極41dは、第1電位線44(縦ひずみ用第1電位線144、横ひずみ用第1電位線244)と同層に配置され、第1電位線44(縦ひずみ用第1電位線144、横ひずみ用第1電位線244)と接続している。ソース電極41eは、第1縦ひずみゲージ128及び第1横ひずみゲージ228と同層に配置されている。そして、ソース電極41eは、第1縦ひずみゲージ128の他端128b、又は第1横ひずみゲージ228の他端228bと接続している。
【0075】
第5絶縁層38上には、第1接続点P11及び第2接続点P21となる導電層が設けられている。第1接続点P11(導電層)は、第1信号線46(縦ひずみ用第1信号線146)と接続している。第2接続点P21(導電層)は、第1信号線46(横ひずみ用第1信号線246)と接続している。第1接続点P11は、コンタクト層により、第4絶縁層34に積層された第1縦ひずみゲージ128の一端128aと接続している。第2接続点P21は、コンタクト層により第4絶縁層34に積層された第1横ひずみゲージ228の一端228aと接続している。
【0076】
第2縦ひずみゲージ129及び第2横ひずみゲージ229は、第1縦ひずみゲージ128及び第1横ひずみゲージ228と異なる層に配置されている。具体的には、第1縦ひずみゲージ128及び第1横ひずみゲージ228は、第4絶縁層34に積層されている。第2縦ひずみゲージ129及び第2横ひずみゲージ229は、第5絶縁層38に積層されている。
【0077】
第2縦ひずみゲージ129の他端129bは、第2電位線45(縦ひずみ用第2電位線145)と接続している。第2横ひずみゲージ229の他端229bは、第2電位線45(横ひずみ用第2電位線245)と接続している。第2縦ひずみゲージ129の一端129aは、第1接続点P11(導電層)に接続している。これにより、第2縦ひずみゲージ129の一端129aと第1縦ひずみゲージ128の一端128aとが接続している。また、第2横ひずみゲージ229の一端229aは、第2接続点P21(導電層)に接続している。これにより、第2横ひずみゲージ229の一端229aと第1横ひずみゲージ228の一端228aとが接続している。
【0078】
図12は、
図3のXII-XII線矢視断面図である。配線層30のうち縦ヒンジ部12Aに積層される部分について説明する。縦ヒンジ部12A上に、第1電位線44(縦ひずみ用第1電位線144、横ひずみ用第1電位線244)、第2電位線45(縦ひずみ用第2電位線145、横ひずみ用第2電位線245)、第1信号線46(縦ひずみ用第1信号線146、横ひずみ用第1信号線246)が配置されている。
【0079】
第1電位線44、第2電位線45、第1信号線46は、絶縁層37に覆われている。そして、絶縁層37の上に、第1ひずみゲージ28(第1縦ひずみゲージ128)が積層されている。また、第1ひずみゲージ28(第1縦ひずみゲージ128)は、第5樹脂層38に覆われている。なお、第5樹脂層38は、ボディ部11から延設されている(
図11参照)。そして、第5樹脂層38上に、第2ひずみゲージ29(第2縦ひずみゲージ129)が積層されている。よって、第1ひずみゲージ28(第1縦ひずみゲージ128)と第2ひずみゲージ29(第2縦ひずみゲージ129)は、異なる層に配置されている。そして、第2ひずみゲージ29(第2縦ひずみゲージ129)は、第2樹脂板70に覆われ、第2ひずみゲージ29の絶縁性が確保される。なお、絶縁層37を形成する樹脂材料は、特に限定されないが、柔軟性が高いポリイミド等が好ましい。
【0080】
配線層30のうち横ヒンジ部12Bに積層される部分について説明する。特に図示しないが、縦ヒンジ部12A上には、ゲート線43が積層されている。ゲート線43は、絶縁層37に覆われている。そして、絶縁層37の上に、横ひずみゲージ227が積層されている。また、第1ひずみゲージ28(第1横ひずみゲージ228)は、第5樹脂層38に覆われている。そして、第5樹脂層38上に、第2ひずみゲージ29(第2横ひずみゲージ229)が積層されている。そして、第2ひずみゲージ29(第2横ひずみゲージ229)は、第2樹脂板70に覆われ、第2ひずみゲージ29の絶縁性が確保される。
【0081】
以上、実施形態のストレッチャブルデバイス1によれば、ヒンジ部12のひずみ量を検出する感度が高い。
【0082】
以上、実施形態について説明したが、本開示は、実施形態で示した例に限定されない。次に変形例について説明する。なお、変形例の説明では、実施形態との相違点に絞って説明する。
【0083】
図13は、変形例のストレッチャブルデバイスにおける配線層の回路図である。変形例について説明する。変形例1のストレッチャブルデバイス1の電気配線40において、横ひずみ用電気配線240は、横ひずみ用第1電位線244を有していない点で、実施形態と相違する。また、横ひずみ用電気配線240は、横ひずみ用第1電位線244の代わりに、第1方向Dxに延在する第1連絡線344を有している点で実施形態と相違する。
【0084】
第1連絡線344は、複数のボディ部11と複数の縦ヒンジ部12Aに跨って配置され、第1方向Dxに延在している。第1連絡線344の一端は、周辺領域3に配置され、横ひずみ用接続線249に接続している。また、第1連絡線344には、横ひずみ用トランジスタ241のソース電極が接続している。よって、第1連絡線344と、横ひずみ用第1電位線244と、の相違点は、第1連絡線344は、第1電位線選択回路103に接続していないが、横ひずみ用第1電位線244は、第1電位線選択回路103に接続している点である。
【0085】
また、変形例のストレッチャブルデバイス1の電気配線40は、第2連絡線345を有している点で、実施形態と相違する。第2連絡線345は、縦ひずみ用第1電位線144と第1連絡線344とを連絡している。これによれば、第2連絡線345を介して、第1連絡線344には第1電位V1が入力される。よって、横ひずみ用第1電位線244を削減される。
【0086】
なお、実施形態及び変形例では、縦ヒンジ部12A及び横ヒンジ部12Bのそれぞれにひずみゲージ27を設けた例を挙げて説明しているが、本開示は、縦ヒンジ部12A及び横ヒンジ部12Bのうち一方のみにひずみゲージ27を設けたストレッチャブルデバイスであってもよい。
【符号の説明】
【0087】
1 ストレッチャブルデバイス
2 検出領域
3 周辺領域
10 樹脂基材
11 ボディ部
12 ヒンジ部
12A 縦ヒンジ部
12B 横ヒンジ部
27 ひずみゲージ
28 第1ひずみゲージ(内周ひずみゲージ)
29 第2ひずみゲージ(外周ひずみゲージ)
30 配線層
40 電気配線
41 トランジスタ
43 ゲート線
44 第1電位線
45 第2電位線
46 第1信号線
47 第2信号線
49 接続線
52 第2抵抗部品
53 第3抵抗部品
54 第4抵抗部品
60 第1樹脂板
70 第2樹脂板
127 縦ひずみゲージ
140 縦ひずみ用電気配線
141 縦ひずみ用トランジスタ
144 縦ひずみ用第1電位線
145 縦ひずみ用第2電位線
146 縦ひずみ用第1信号線
147 縦ひずみ用第2信号線
149 縦ひずみ用接続線
227 横ひずみゲージ
240 横ひずみ用電気配線
241 横ひずみ用トランジスタ
244 横ひずみ用第1電位線
245 横ひずみ用第2電位線
246 横ひずみ用第1信号線
247 横ひずみ用第2信号線
249 横ひずみ用接続線
344 第1連絡線
345 第2連絡線