特開 2024-63591 ストレッチャブルデバイス

(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】P2024063591

(43)【公開日】2024-05-13

(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】

   H05K 1/02 20060101AFI20240502BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022171666

(22)【出願日】2022-10-26

(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】佐野 匠

(72)【発明者】

【氏名】菱沼 賢智

【テーマコード（参考）】

5E338

【Ｆターム（参考）】

5E338AA12

5E338AA16

5E338CD15

5E338CD17

5E338CD24

5E338EE60

(57)【要約】

【課題】検出感度を向上させることが可能な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は、離隔して配置された複数の島状部と、複数の島状部を接続する複数の帯部とを含む樹脂基材と、帯部に設けられた第１ゲージ線と、第１ゲージ線のゲージ率よりも高いゲージ率を有する第２ゲージ線と、を有し、第１ゲージ線、及び、第２ゲージ線は、それぞれ帯部の延在方向に沿って延在するとともに、帯部の延在方向に沿って接続され、第２ゲージ線の、帯部の延在方向に沿った長さは、第１ゲージ線の、帯部の延在方向に沿った長さよりも短い。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

離隔して配置された複数の島状部と、複数の前記島状部を接続する複数の帯部とを含む樹脂基材と、
前記帯部に設けられた第１ゲージ線と、前記第１ゲージ線のゲージ率よりも高いゲージ率を有する第２ゲージ線と、を有し、
前記第１ゲージ線及び前記第２ゲージ線は、それぞれ前記帯部の延在方向に沿って延在するとともに、前記帯部の延在方向に沿って接続され、
前記第２ゲージ線の、前記帯部の延在方向に沿った長さは、前記第１ゲージ線の、前記帯部の延在方向に沿った長さよりも短い
ストレッチャブルデバイス。

【請求項2】

前記樹脂基材の前記帯部は、複数の湾曲部と、複数の前記湾曲部を接続する直線部とを含み、
複数の前記第１ゲージ線と、少なくとも１つの前記第２ゲージ線と、を有し、
複数の前記第１ゲージ線は、前記直線部及び前記湾曲部の一部に設けられ、
前記第２ゲージ線は、前記湾曲部の一部に設けられ、前記湾曲部の延在方向に沿って複数の前記第１ゲージ線の間に接続される
請求項１に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項3】

１つの前記湾曲部で、前記第２ゲージ線の長さは複数の前記第１ゲージ線の長さよりも短い
請求項２に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項4】

前記樹脂基材の前記帯部は、前記島状部に接続され前記島状部から直線状に延在する基部と、前記基部に接続された湾曲部と、を含み、
複数の前記第１ゲージ線と、少なくとも１つの前記第２ゲージ線と、を有し、
前記第１ゲージ線は、前記基部の一部及び前記湾曲部に設けられ、
前記第２ゲージ線は、前記基部の一部に設けられ、前記基部の延在方向に沿って複数の前記第１ゲージ線の間に接続される
請求項１に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項5】

１つの前記基部で、前記第２ゲージ線の長さは複数の前記第１ゲージ線の長さよりも短い
請求項４に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項6】

前記樹脂基材の前記帯部は、
第１湾曲部と、前記第１湾曲部に接続された直線部と、前記直線部に接続された第２湾曲部と、を含み、
前記第１湾曲部及び前記第２湾曲部は、それぞれ、前記帯部の延在方向に対し直交する幅方向の中央を境界として、内周側に配置される内周部と、外周側に配置される外周部と、に区分けされ、
前記第１湾曲部の前記内周部と、前記第２湾曲部の前記内周部とは、前記幅方向の中央に対して反対側に配置され、
前記第１ゲージ線及び前記第２ゲージ線は、前記第１湾曲部及び前記第２湾曲部で、前記内周部及び前記外周部の一方のみと重なって設けられる
請求項１に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項7】

前記第１ゲージ線は、前記第１湾曲部、前記直線部及び前記第２湾曲部の一部に亘って設けられ、
前記直線部で前記幅方向に延在し、前記第１湾曲部の前記第１ゲージ線と前記第２湾曲部の前記第１ゲージ線とを接続する交差部を有する
請求項６に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項8】

前記樹脂基材に積層される信号線を有し、
前記信号線は、前記帯部の延在方向に沿って設けられ、前記帯部の延在方向に対し直交する幅方向の中央に重なって配置され、
前記第１ゲージ線及び前記第２ゲージ線は、前記信号線の延在方向に沿って延在し、前記信号線と重なって設けられる
請求項１に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項9】

前記帯部の幅は、前記信号線の幅と等しい
請求項８に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項10】

前記第１ゲージ線は、第１ゲージ率を有する金属材料または合金で形成され、
前記第２ゲージ線は、前記第１ゲージ率よりも高い第２ゲージ率を有する半導体材料で形成される
請求項１から請求項９のいずれか１項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】

特許文献１には、島状部と、島状部と一体的に形成された複数の帯部とを有する絶縁基材と、有機絶縁層と、有機絶縁層の上に設けられ島状部に重なる電気素子と、を備えるストレッチャブルデバイス（特許文献１ではフレキシブル基板と記載されている）について開示されている。特許文献１に示すように、帯部は、蛇行したミアンダ形状となっている。例えば引張荷重がストレッチャブルデバイスに作用すると、帯部が伸長する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１１８２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ストレッチャブルデバイスの帯部にゲージ線を設け、帯部のひずみ量を検出することが検討されている。このようなストレッチャブルデバイスでは、ひずみ量の検出感度を向上させることが要求される。

【0005】

本発明は、検出感度を向上させることが可能な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】

本発明の一態様のストレッチャブルデバイスは、離隔して配置された複数の島状部と、複数の前記島状部を接続する複数の帯部とを含む樹脂基材と、前記帯部に設けられた第１ゲージ線と、前記第１ゲージ線のゲージ率よりも高いゲージ率を有する第２ゲージ線と、を有し、前記第１ゲージ線及び前記第２ゲージ線は、それぞれ前記帯部の延在方向に沿って延在するとともに、前記帯部の延在方向に沿って接続され、前記第２ゲージ線の、前記帯部の延在方向に沿った長さは、前記第１ゲージ線の、前記帯部の延在方向に沿った長さよりも短い。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施形態に係るストレッチャブルデバイスを模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係るストレッチャブルデバイスを模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ’断面図である。

【図4】図４は、図２のＩＶ－ＩＶ’断面図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係るストレッチャブルデバイスを示す回路図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る樹脂基材の島状部及び帯部を拡大して示す平面図である。

【図7】図７は、島状部が離れる方向に変形したときの、樹脂基材の島状部及び帯部を拡大して示す平面図である。

【図8】図８は、第１実施形態に係る樹脂基材、信号線及びゲージ線の構成を示す平面図である。

【図9】図９は、図８のＩＸ－ＩＸ’断面図である。

【図10】図１０は、図８のＸ－Ｘ’断面図である。

【図11】図１１は、第２実施形態に係るストレッチャブルデバイスの、樹脂基材、信号線及びゲージ線の構成を示す平面図である。

【図12】図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ’断面図である。

【図13】図１３は、第３実施形態に係るストレッチャブルデバイスの、樹脂基材、信号線及びゲージ線の構成を示す平面図である。

【図14】図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ’断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明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、本開示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、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、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、本開示の解釈を限定するものではない。また、本開示と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

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】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るストレッチャブルデバイスを模式的に示す斜視図である。図１に示すように、ストレッチャブルデバイス１は、樹脂基材１０と、接続部６と、ゲート線駆動回路７と、信号線選択回路８と、基準電位供給配線９と、を含む。

【0011】

なお、以下の説明において、第１方向Ｄｘは、樹脂基材１０と平行な面内の一方向である。第２方向Ｄｙは、樹脂基材１０と平行な面内の一方向であり、第１方向Ｄｘと直交する方向である。なお、第２方向Ｄｙは、第１方向Ｄｘと直交しないで交差してもよい。第３方向Ｄｚは、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙと直交する方向であり、樹脂基材１０の主面の法線方向である。また、「平面視」とは、樹脂基材１０と垂直な方向から見た場合の位置関係をいう。なお、ストレッチャブルデバイス１の樹脂基材１０は、伸縮性、可撓性を有する材料で変形可能に形成される。第１方向Ｄｘ、第２方向Ｄｙ及び第３方向Ｄｚは、樹脂基材１０が平坦に配置されたときの方向を示す。

【0012】

ストレッチャブルデバイス１は、樹脂基材１０を基体として形成される。ストレッチャブルデバイス１は、検出領域ＡＡと、周辺領域ＧＡとを有する。検出領域ＡＡは、ストレッチャブルデバイス１のひずみ量を検出可能な領域である。具体的には、検出領域ＡＡは、複数のゲージ線３５（図２参照）及び複数のトランジスタＴｒ（図２参照）が設けられた領域である。周辺領域ＧＡは、検出領域ＡＡの外周と、樹脂基材１０外縁部との間の領域であり、複数のゲージ線３５が設けられない領域である。接続部６、ゲート線駆動回路７、信号線選択回路８及び基準電位供給配線９は、周辺領域ＧＡに設けられる。

【0013】

接続部６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）と電気的に接続される。駆動ＩＣは、接続部６に接続される図示しない配線基板（フレキシブルプリント基板やリジット基板）の上に実装されてもよい。または、駆動ＩＣは、第１樹脂層６０（図３参照）の周辺領域ＧＡに実装されてもよい。

【0014】

ゲート線駆動回路７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ＧＬ（図２参照）を駆動する回路である。ゲート線駆動回路７は、複数のゲート線ＧＬを順次又は同時に選択し、選択したゲート線ＧＬにゲート駆動信号を供給する。信号線選択回路８は、複数の信号線ＳＬ（図２参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路８は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路８は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、選択された信号線ＳＬと、駆動ＩＣとを接続する。

【0015】

基準電位供給配線９は、ストレッチャブルデバイス１に基準電位を供給するための配線であり、周辺領域ＧＡに沿って延在している。基準電位供給配線９は、接続部６を介して駆動ＩＣに接続される。

【0016】

図２は、第１実施形態に係るストレッチャブルデバイスを模式的に示す平面図である。なお、図２において樹脂基材１０を見やすくするため、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樹脂層６０の上側の面に設けられている。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で形成される。

【0017】

樹脂基材１０は、離隔して配置された複数の島状部１１と、複数の島状部１１を接続する複数の帯部１２とを含む。より具体的には、複数の島状部１１はマトリクス状に配置される。複数の島状部１１は、それぞれ、平面視で四角形状（正方形状）となっている。島状部１１の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。この島状部１１には、トランジスタＴｒを含むアレイ層３０が積層される（図３参照）。なお、島状部１１は、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。

【0018】

帯部１２は、第１方向Ｄｘに延在するする第１帯部１２ａと、第２方向Ｄｙに延在する第２帯部１２ｂと、を含む。第１帯部１２ａは、第１方向Ｄｘに隣り合う複数の島状部１１を接続する。第２帯部１２ｂは、第２方向Ｄｙに隣り合う複数の島状部１１を接続する。第１帯部１２ａ及び第２帯部１２ｂは、それぞれミアンダ状に形成される。第１帯部１２ａ及び第２帯部１２ｂのそれぞれの幅（第１帯部１２ａ及び第２帯部１２ｂの延在方向と直交する方向の長さ）は、複数の島状部１１の幅よりも小さい。

【0019】

第１帯部１２ａには、ゲート線ＧＬ及びゲージ線３５が設けられる。ゲート線ＧＬ及びゲージ線３５は、第１帯部１２ａの延在方向に沿って設けられる。第２帯部１２ｂには、信号線ＳＬ、駆動電源線ＰＬ及びゲージ線３５が設けられる。信号線ＳＬ、駆動電源線ＰＬ及びゲージ線３５は、第２帯部１２ｂの延在方向に沿って設けられる。ゲージ線３５は、ひずみ量に応じて抵抗値が変化するひずみゲージ（ひずみ検出素子）である。ゲージ線３５の構成については、図８以下で後述する。

【0020】

ゲート線ＧＬは、複数の島状部１１と複数の第１帯部１２ａとに跨っている。これにより、ゲート線ＧＬは、検出領域ＡＡ内の第１方向Ｄｘの一端から他端まで連続して延在する。ゲート線ＧＬの一端は、ゲート線駆動回路７（図１参照）に接続される。

【0021】

信号線ＳＬ及び駆動電源線ＰＬは、複数の島状部１１と複数の第２帯部１２ｂとに跨っている。これにより、信号線ＳＬ及び駆動電源線ＰＬは、検出領域ＡＡ内の第２方向Ｄｙの一端から他端まで連続して延在する。信号線ＳＬ及び駆動電源線ＰＬは、駆動ＩＣと電気的に接続される。

【0022】

なお、以下の説明において、第１帯部１２ａと第２帯部１２ｂとを区別して説明する必要が無い場合には単に帯部１２と表す。図２では、図面を見やすくするために、ゲート線ＧＬ、信号線ＳＬ、駆動電源線ＰＬ及びゲージ線３５の一部を示しているが、ゲート線ＧＬ及びゲージ線３５は各行の帯部１２（第１帯部１２ａ）にそれぞれ設けられ、信号線ＳＬ、駆動電源線ＰＬ及びゲージ線３５は各列の帯部１２（第２帯部１２ｂ）にそれぞれ設けられる。なお、帯部１２の詳細な構成については図６以下で後述する。

【0023】

島状部１１と帯部１２とで囲まれた領域には、樹脂基材１０を第３方向Ｄｚに貫通する開口部１９が形成される。樹脂基材１０には、複数の開口部１９が設けられている。

【0024】

図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ’断面図である。図３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樹脂層６０と、表面１ａを有する第２樹脂層７０と、第１樹脂層６０と第２樹脂層７０との間に挟まれた樹脂基材１０及びアレイ層３０と、を備えている。樹脂基材１０及びアレイ層３０は、第１樹脂層６０の裏面１ｂの反対面に、樹脂基材１０、アレイ層３０の順で積層されている。アレイ層３０は、帯部１２のひずみ量を検出するための各種構成を含んでいる。アレイ層３０は、トランジスタＴｒ等の各種回路、及び、ゲージ線３５、ゲート線ＧＬ、信号線ＳＬ、駆動電源線ＰＬ等の各種配線が設けられる。

【0025】

第１樹脂層６０及び第２樹脂層７０は、樹脂材料により形成され、伸縮性及び可撓性を有している。樹脂材料としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂が挙げられるが、本開示はこれらに限定されない。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樹脂層６０から第２樹脂層７０が配置されている方向を指す。また、下側又は下方とは、第３方向Ｄｚの他方向であり、第２樹脂層７０から第１樹脂層６０が配置されている方向を指す。

【0026】

樹脂基材１０の開口部１９と重なる領域には、アレイ層３０が積層されない。開口部１９は、第２樹脂層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、開口部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、開口部１９に対し第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに重なる帯部１２が変形する。よって、島状部１１の変形が小さく、島状部１１に積層される機能素子（本実施形態ではトランジスタＴｒ）の破損が抑制される。なお、本実施形態では、開口部１９は、第２樹脂層７０により埋められているが、第１樹脂層６０により埋められてもよく、若しくは、第１樹脂層６０と第２樹脂層７０により埋められていてもよい。

【0027】

図４は、図２のＩＶ－ＩＶ’断面図である。図４に示すように、樹脂基材１０の上方に絶縁層４１、絶縁層４１ａ、絶縁層４２、絶縁層４３、絶縁層４４、絶縁層４５及び絶縁層４６の順に積層される。絶縁層４１、絶縁層４１ａ、絶縁層４２、絶縁層４３、絶縁層４４、絶縁層４５、及び絶縁層４６は、例えばシリコン酸化膜であり、トランジスタＴｒや各種配線（ゲート線ＧＬ、信号線ＳＬ、駆動電源線ＰＬ及びゲージ線３５）を覆っている。

【0028】

トランジスタＴｒは、樹脂基材１０の島状部１１に設けられる。トランジスタＴｒは、半導体層５１と、ソース電極５２と、ドレイン電極５３と、ゲート電極５４と、を備えている。半導体層５１は、絶縁層４１の上に設けられる。絶縁層４１ａは、半導体層５１を覆って絶縁層４１の上に設けられる。

【0029】

ゲート電極５４は、絶縁層４１ａの上に設けられる。絶縁層４２は、ゲート電極５４を覆って絶縁層４１ａの上に設けられる。ソース電極５２は、絶縁層４２の上に設けられ、コンタクト層５１ｂを介して半導体層５１と接続される。絶縁層４３は、ソース電極５２を覆って絶縁層４２の上に設けられる。ドレイン電極５３は、絶縁層４３の上に設けられ、コンタクト層５１ａを介して半導体層５１と接続される。

【0030】

ゲージ線３５は、絶縁層４２上に設けられる。ゲージ線３５は、島状部１１上の絶縁層４２と、第２帯部１２ｂの絶縁層４２と、に跨って積層され、平面方向（第２方向Ｄｙ）に連続している。ゲージ線３５は、トランジスタＴｒのソース電極５２と同層に設けられる。ゲージ線３５の一端はソース電極５２に電気的に接続される。なお、ゲージ線３５の他端は、コンタクト層５１ｄを介して、信号線ＳＬと接続される。

【0031】

駆動電源線ＰＬは、ゲージ線３５に所定の駆動電源電位を供給するための配線である。図４に示すように、駆動電源線ＰＬは、ドレイン電極５３と同層に、絶縁層４３上に設けられる。駆動電源線ＰＬは、島状部１１上の絶縁層４３と、第２帯部１２ｂ上の絶縁層４３とに跨って積層され、平面方向（第２方向Ｄｙ）に連続している。

【0032】

信号線ＳＬは、絶縁層４４上に設けられる。信号線ＳＬは、島状部１１上の絶縁層４４と、第２帯部１２ｂ上の絶縁層４４とに跨って積層され、平面方向（第２方向Ｄｙ）に連続している。信号線ＳＬは、コンタクト層５１ｄ及びゲージ線３５を介してトランジスタＴｒのソース電極５２と接続される。

【0033】

ゲート線ＧＬは、絶縁層４５上に設けられる。ゲート線ＧＬは、島状部１１上の絶縁層４５と、第１帯部１２ａ上の絶縁層４５とに跨って積層され、平面方向（第１方向Ｄｘ）に連続している。ゲート線ＧＬは、コンタクト層５１ｃを介してトランジスタＴｒのゲート電極５４と接続される。

【0034】

図５は、第１実施形態に係るストレッチャブルデバイスを示す回路図である。図５に示すように、トランジスタＴｒのゲートはゲート線ＧＬに接続される。トランジスタＴｒのドレインは駆動電源線ＰＬに接続される。トランジスタＴｒのソースはゲージ線３５を介して信号線ＳＬに接続される。

【0035】

ゲート線駆動回路７によりゲート線ＧＬが走査されると、トランジスタＴｒがＯＮ（導通状態）となる。この結果、駆動電源線ＰＬとゲージ線３５とが電気的に接続され、駆動電源線ＰＬからゲージ線３５に駆動電源電位が供給される。信号線ＳＬには、ゲージ線３５の抵抗値に応じた検出信号（電流）が流れる。そして、信号線ＳＬの検出信号（電流）は、駆動ＩＣに出力される。

【0036】

ここで、帯部１２が変形していると（ゲージ線３５にひずみが生じていると）、ゲージ線３５の抵抗値が変化する。つまり、ゲージ線３５にひずみが発生している場合と発生していない場合では、信号線ＳＬから出力される検出信号の値が異なる。駆動ＩＣは、信号線ＳＬからの検出信号の変化量に基づいてゲージ線３５のひずみ量を検出する。

【0037】

次に帯部１２の構成について説明する。図６は、第１実施形態に係る樹脂基材の島状部及び帯部を拡大して示す平面図である。図７は、島状部が離れる方向に変形したときの、樹脂基材の島状部及び帯部を拡大して示す平面図である。

【0038】

以下の説明では、第２帯部１２ｂについて説明する。ただし、第２帯部１２ｂを９０°回転させると第１帯部１２ａと同一形状となるため、第２帯部１２ｂについての説明は、第１帯部１２ａにも適用できる。

【0039】

図６に示すように、帯部１２の幅方向の長さＷは、帯部１２の延在方向に沿って一定となっている。また、帯部１２は、２つの島状部１１の間を蛇行して、全体として第２方向Ｄｙに延在している。

【0040】

帯部１２は、第２方向Ｄｙで離隔して配置された第１島状部１１ａと第２島状部１１ｂとの間に配置される。帯部１２は、２つの基部２１と、２つの基部２１の間に配置された複数の湾曲部２２と、複数の湾曲部２２を接続する直線部２３と、を含む。２つの基部２１は、それぞれ島状部１１に接続され、島状部１１から直線状に延在する。複数の湾曲部２２はそれぞれ円弧状に湾曲している。複数の直線部２３は、湾曲部２２よりも曲率が小さい部分であり、２つの湾曲部２２の間で実質的に直線状に形成される部分を示す。

【0041】

より詳細には、帯部１２は、第１島状部１１ａから第２島状部１１ｂに向かって、第１基部２１ａ、第１湾曲部２２ａ、第１直線部２３ａ、第２湾曲部２２ｂ、第２直線部２３ｂ、第３湾曲部２２ｃ、第３直線部２３ｃ、第４湾曲部２２ｄ、第２基部２１ｂの順に接続される。

【0042】

以下の説明では、第１島状部１１ａ及び第２島状部１１ｂを区別して説明する必要が無い場合には、単に島状部１１と表す。また、第１基部２１ａ及び第２基部２１ｂを区別して説明する必要が無い場合には、単に基部２１と表す。また、第１湾曲部２２ａ、第２湾曲部２２ｂ、第３湾曲部２２ｃ及び第４湾曲部２２ｄを区別して説明する必要が無い場合には、単に湾曲部２２と表す。また、第１直線部２３ａ、第２直線部２３ｂ及び第３直線部２３ｃを区別して説明する必要が無い場合には、単に直線部２３と表す。

【0043】

第１基部２１ａは、第２方向Ｄｙに延在する直線状に形成され、一端側が第１島状部１１ａに接続され、他端側が第１湾曲部２２ａに接続される。第１湾曲部２２ａは、四分円状を成し、約９０度湾曲する。第１湾曲部２２ａは、第１基部２１ａに対し第１方向Ｄｘの他方（図６左側）に湾曲する。第１直線部２３ａは、第１湾曲部２２ａと第２湾曲部２２ｂとを接続する。第２湾曲部２２ｂは、半円弧状を成し、約１８０度湾曲する。第２直線部２３ｂは、第２湾曲部２２ｂと第３湾曲部２２ｃとを接続する。

【0044】

第３湾曲部２２ｃは、半円弧状を成し、第２湾曲部２２ｂと反対側に約１８０度湾曲する。第３直線部２３ｃは、第３湾曲部２２ｃと第４湾曲部２２ｄとを接続する。第４湾曲部２２ｄは、四分円状を成し、約９０度湾曲する。第４湾曲部２２ｄは、第２基部２１ｂに対し第１方向Ｄｘの一方（図６右側）に湾曲する。第１湾曲部２２ａと第４湾曲部２２ｄとは湾曲する方向が反対となっている。第２基部２１ｂは、第２方向Ｄｙに延在する直線状に形成され、一端側が第４湾曲部２２ｄに接続され、他端側が第２島状部１１ｂに接続される。

【0045】

ここで図６、図７に示す仮想中心線Ｋは、帯部１２の延在方向に対して直交する幅方向の中央を通過する仮想線である。複数の湾曲部２２は、それぞれ仮想中心線Ｋを境界として、内側（内周側）に配置される内周部ＩＡと、外側（外周側）に配置される外周部ＯＡとに区分けされる。なお、図６、図７では、内周部ＩＡ及び外周部ＯＡについて模式的に楕円形で囲んで示している。ただし、複数の湾曲部２２のそれぞれで、仮想中心線Ｋよりも内周側の全てが内周部ＩＡであり、仮想中心線Ｋよりも外周側の全てが外周部ＯＡである。よって、楕円で囲まれた範囲は、内周部ＩＡ又は外周部ＯＡの一部である。第１湾曲部２２ａの内周部ＩＡと、第２湾曲部２２ｂの内周部ＩＡとは、幅方向の中央の仮想中心線Ｋに対して反対側に配置される。また、第２湾曲部２２ｂの内周部ＩＡと、第３湾曲部２２ｃの内周部ＩＡは、幅方向の中央の仮想中心線Ｋに対して反対側に配置される。また、第３湾曲部２２ｃの内周部ＩＡと、第４湾曲部２２ｄの内周部ＩＡは、幅方向の中央の仮想中心線Ｋに対して反対側に配置される。

【0046】

例えば、図７に示すように、ストレッチャブルデバイス１が矢印Ｆの方向（第２方向Ｄｙ）に引っ張られると、帯部１２が第２方向Ｄｙに伸長する。つまり、各湾曲部２２の一端側と他端側とが開くように変形し、帯部１２の第２方向Ｄｙの長さが長くなる。言い換えると第１島状部１１ａと第２島状部１１ｂとの第２方向Ｄｙでの距離が大きくなる。

【0047】

この場合、各湾曲部２２の内周部ＩＡ及び外周部ＯＡでは、それぞれ異なる応力が作用する。第１湾曲部２２ａ、第２湾曲部２２ｂ、第３湾曲部２２ｃ及び第４湾曲部２２ｄのそれぞれの内周部ＩＡには、引張応力が生じる。第１湾曲部２２ａ、第２湾曲部２２ｂ、第３湾曲部２２ｃ及び第４湾曲部２２ｄのそれぞれの外周部ＯＡには圧縮応力が生じる。

【0048】

また、第１直線部２３ａ、第２直線部２３ｂ及び第３直線部２３ｃは、それぞれの両端に湾曲部２２が接続されている。この結果、第１直線部２３ａ、第２直線部２３ｂ及び第３直線部２３ｃは、湾曲部２２に比べてひずみ量が少ない。

【0049】

上述したように第１基部２１ａは、一端側が第１島状部１１ａに接続され、他端側が第１湾曲部２２ａに接続される。第２基部２１ｂは、一端側が第４湾曲部２２ｄに接続され、他端側が第２島状部１１ｂに接続される。すなわち、第１基部２１ａ及び第２基部２１ｂは、それぞれ、湾曲部２２に比べて変形しにくい島状部１１に接続される。したがって、帯部１２が第２方向Ｄｙに伸長したときに、第１基部２１ａ及び第２基部２１ｂは、直線部２３に比べてひずみ量が大きい。

【0050】

なお、図７では、ストレッチャブルデバイス１に第２方向Ｄｙに伸長荷重が作用した場合を例に挙げて説明したが、ストレッチャブルデバイス１に第２方向Ｄｙに圧縮荷重が作用した場合、各湾曲部２２の内周部ＩＡには圧縮応力が生じ、各湾曲部２２の外周部ＯＡには引張応力が生じる。

【0051】

次に、ゲージ線３５の詳細な構成について説明する。図８は、第１実施形態に係る樹脂基材、信号線及びゲージ線の構成を示す平面図である。図８に示すように帯部１２（第１帯部１２ａ）にはゲージ線３５及び信号線ＳＬが設けられる。信号線ＳＬは、帯部１２の延在方向に沿って延在し、複数の基部２１、複数の湾曲部２２及び複数の直線部２３に亘って設けられる。信号線ＳＬは、帯部１２の幅方向の中央部を通っている。つまり、平面視で、信号線ＳＬは仮想中心線Ｋと重なっている。

【0052】

ゲージ線３５は、第１ゲージ線３６と、第２ゲージ線３７とを有する。第２ゲージ線３７のゲージ率は、第１ゲージ線３６のゲージ率よりも高い。具体的には、第１ゲージ線３６は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料、または銅ニッケル合金（Ｃｕ－Ｎｉ）等の合金で形成される。これらの金属材料または合金で形成された第１ゲージ線３６の第１ゲージ率は、２．０程度である。第２ゲージ線３７は、ポリシリコン（ｐ－Ｓｉ）等の半導体材料で形成される。第２ゲージ線３７の第２ゲージ率は、第１ゲージ率の１００倍程度、すなわち２００程度である。

【0053】

なお、ゲージ率とは、ゲージ線３５（第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７）に用いられる材料によって規定される定数である。ゲージ線３５のひずみ量を一定としたときに抵抗値の変化量はゲージ率に比例する。すなわち、第２ゲージ線３７は、第１ゲージ線３６に比べて良好な検出感度を有する。

【0054】

第１ゲージ線３６、及び、第２ゲージ線３７は、それぞれ帯部１２の延在方向に沿って延在するとともに、帯部１２の延在方向に沿って接続される。言い換えると、第１ゲージ線３６は、第２ゲージ線３７が設けられた箇所で複数に分離して配置される。第１ゲージ線３６、及び、第２ゲージ線３７は、全体として帯部１２の延在方向に沿ってミアンダ状に形成される。

【0055】

より具体的には、第１ゲージ線３６は、第１島状部１１ａから第２島状部１１ｂに向かって、第１基部２１ａの一部、第１湾曲部２２ａ、第１直線部２３ａ、第２湾曲部２２ｂの一部、第２直線部２３ｂ、第３湾曲部２２ｃの一部、第３直線部２３ｃ、第４湾曲部２２ｄ、及び、第２基部２１ｂの一部に設けられる。

【0056】

第２ゲージ線３７は、第１基部２１ａの一部、第２湾曲部２２ｂの一部、第３湾曲部２２ｃの一部、及び、第２基部２１ｂの一部に設けられる。第１基部２１ａ及び第２基部２１ｂで、第２ゲージ線３７は、第１基部２１ａ及び第２基部２１ｂの延在方向に沿って、複数の第１ゲージ線３６の間に接続される。また、第２湾曲部２２ｂ及び第３湾曲部２２ｃで、第２ゲージ線３７は、第２湾曲部２２ｂ及び第３湾曲部２２ｃの延在方向に沿って複数の第１ゲージ線３６の間に接続される。

【0057】

図９は、図８のＩＸ－ＩＸ’断面図である。図１０は、図８のＸ－Ｘ’断面図である。図９及び図１０に示すように、帯部１２の上に絶縁層４６が設けられている。絶縁層４６の上に信号線ＳＬが積層されている。信号線ＳＬ及び帯部１２を覆って絶縁層４７が設けられる。絶縁層４７の上に、第１ゲージ線３６（ゲージ線３５）が設けられる。また、第１ゲージ線３６（ゲージ線３５）及び絶縁層４７を覆って絶縁層４８が設けられている。絶縁層４６、４７、４８の材料は、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。

【0058】

図９に示すように、第２方向Ｄｙの一方側に配置された第１ゲージ線３６は、第２ゲージ線３７の一方の端部と重なって配置される。また、第２方向Ｄｙの他方側に配置された第１ゲージ線３６は、第２ゲージ線３７の他方の端部と重なって配置される。このような構成で、２つの第１ゲージ線３６と第２ゲージ線３７とが電気的に接続される。

【0059】

図１０に示すように、信号線ＳＬは、帯部１２の幅方向の中央部を通っている。つまり、平面視で、信号線ＳＬが仮想中心線Ｋと重なっている。また、第１ゲージ線３６（ゲージ線３５）は、仮想中心線Ｋと重ならない位置に設けられる。このような構成により、帯部１２の伸縮時、信号線ＳＬに発生するひずみ量は、ゲージ線３５に発生するひずみ量に比べて小さい。

【0060】

図８に示すように、１つの帯部１２で、第２ゲージ線３７の、帯部１２の延在方向での長さ（複数の第２ゲージ線３７の合計長さ）は、第１ゲージ線３６の、帯部１２の延在方向での長さ（複数の第１ゲージ線３６の合計長さ）よりも短い。また、１つの基部２１で、第２ゲージ線３７の長さは複数の第１ゲージ線３６（複数の第１ゲージ線３６の合計長さ）の長さよりも短い。同様に、１つの湾曲部２２で、第２ゲージ線３７の長さは複数の第１ゲージ線３６の長さ（複数の第１ゲージ線３６の合計長さ）よりも短い。

【0061】

以上説明したように、ストレッチャブルデバイス１は、第１ゲージ線３６と、第１ゲージ線３６よりも大きいゲージ率を有する第２ゲージ線３７と、を有しているので、第１ゲージ線３６のみを用いた場合に比べて検出感度を向上させることができる。

【0062】

より具体的には、第２ゲージ線３７は、第１ゲージ線３６よりも大きいゲージ率を有しており、帯部１２のうち、ストレッチャブルデバイス１が変形したときのひずみ量が大きい基部２１及び湾曲部２２に設けられる。これにより、ストレッチャブルデバイス１は、基部２１及び湾曲部２２でのひずみ量を良好に検出することができる。また、第２ゲージ線３７は、帯部１２のうち、ストレッチャブルデバイス１が変形したときのひずみ量が小さい直線部２３には設けられない。

【0063】

これにより、ストレッチャブルデバイス１は、ひずみ量が大きい基部２１及び湾曲部２２では大きいゲージ率を有する第２ゲージ線３７によりひずみ量を検出し、ひずみ量が小さい直線部２３では第１ゲージ線３６によりひずみ量を検出する。したがって、本実施形態では、帯部１２のうちひずみ量が大きい基部２１及び湾曲部２２での検出感度を向上させることで、帯部１２全体での検出感度を向上させることができる。

【0064】

また、第２ゲージ線３７の長さは複数の第１ゲージ線３６の長さよりも短いので、半導体材料で形成された第２ゲージ線３７の断線を抑制しつつ、効果的に検出感度を向上させることができる。

【0065】

また、図８に示すように、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、第１湾曲部２２ａ、第２湾曲部２２ｂ、第３湾曲部２２ｃ及び第４湾曲部２２ｄで、内周部ＩＡのみと重なって設けられる。言い換えると、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、第１湾曲部２２ａ、第２湾曲部２２ｂ、第３湾曲部２２ｃ及び第４湾曲部２２ｄで、外周部ＯＡには設けられない。

【0066】

また、第１ゲージ線３６は、直線部２３で、仮想中心線Ｋを跨ぐように幅方向に延在する交差部３６ａ、３６ｄ、３６ｇを有する。

【0067】

より詳細には、第１基部２１ａで、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、仮想中心線Ｋよりも第１方向Ｄｘの他方側（図８左側）に設けられ、第２方向Ｄｙに延在する。第１湾曲部２２ａで、第１ゲージ線３６は内周部ＩＡに設けられ第１湾曲部２２ａに沿って湾曲する。第１直線部２３ａで、第１ゲージ線３６の交差部３６ａは、幅方向に延在し、第１湾曲部２２ａの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６と、第２湾曲部２２ｂの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６とを接続する。

【0068】

交差部３６ａと、第１湾曲部２２ａの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６との間に接続される接続部３６ｂは、円弧状に湾曲して形成される。また、交差部３６ａと、第２湾曲部２２ｂの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６との間に接続される接続部３６ｃは、円弧状に湾曲して形成される。これにより、帯部１２の伸縮時に、交差部３６ａ及び接続部３６ｂ、３６ｃに応力が集中することを抑制でき、第１ゲージ線３６の断線を抑制することができる。

【0069】

第２湾曲部２２ｂで、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は内周部ＩＡに設けられ、第２湾曲部２２ｂに沿って湾曲する。第２直線部２３ｂで、第１ゲージ線３６の交差部３６ｄは、幅方向に延在し、第２湾曲部２２ｂの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６と、第３湾曲部２２ｃの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６とを接続する。

【0070】

交差部３６ｄと、第２湾曲部２２ｂの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６との間に接続される接続部３６ｆは、屈曲する角部を有して形成される。また、交差部３６ｄと、第３湾曲部２２ｃの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６との間に接続される接続部３６ｅは、屈曲する角部を有して形成される。なお、第２直線部２３ｂにおいて、接続部３６ｅ、３６ｆは円弧状に湾曲してもよい。

【0071】

第３湾曲部２２ｃで、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は内周部ＩＡに設けられ、第３湾曲部２２ｃに沿って湾曲する。第３直線部２３ｃで、第１ゲージ線３６の交差部３６ｇは、幅方向に延在し、第３湾曲部２２ｃの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６と、第４湾曲部２２ｄの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６とを接続する。

【0072】

第４湾曲部２２ｄで、第１ゲージ線３６は内周部ＩＡに設けられ第４湾曲部２２ｄに沿って湾曲する。第２基部２１ｂで、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、仮想中心線Ｋよりも第１方向Ｄｘの一方側（図８右側）に設けられ、第２方向Ｄｙに延在する。第２基部２１ｂの第１ゲージ線３６は、第４湾曲部２２ｄの内周部ＩＡの第１ゲージ線３６と接続される。

【0073】

このような構成により、帯部１２の伸縮時、複数の湾曲部２２で、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７に対し引張応力及び圧縮応力のいずれか一方のみが生じることとなる。すなわち、本実施形態では、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７に対し引張応力と圧縮応力の両方が生じることが回避される。この結果、帯部１２に作用するひずみ量を正確に検出することができる。なお、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、各湾曲部２２の内周部ＩＡのみに設けられる構成を示した。ただしこれに限定されず、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、各湾曲部２２の外周部ＯＡのみに設けられる構成であってもよい。

【0074】

図８から図１０に示す帯部１２、ゲージ線３５及び信号線ＳＬの構成はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、１つの帯部１２に４つの第２ゲージ線３７が設けられている。ただし、これに限定されず、１つの帯部１２に少なくとも１つの第２ゲージ線３７が設けられていればよい。第２ゲージ線３７は、１つの帯部１２で２つ、３つ、または５つ以上設けられていてもよい。１つの帯部１２は、４つの湾曲部２２を有しているが、３つの湾曲部２２、あるいは５つ以上の湾曲部２２を有していてもよい。ゲージ線３５（第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７）の構成は、帯部１２の構成に応じて適切に変更できる。

【0075】

（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係るストレッチャブルデバイスの、樹脂基材、信号線及びゲージ線の構成を示す平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ’断面図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【0076】

図１１及び図１２に示すように、ストレッチャブルデバイス１Ａは、第１実施形態と同様に、第１ゲージ線３６と、第１ゲージ線３６よりも大きいゲージ率を有する第２ゲージ線３７と、を有する。また、第２ゲージ線３７は、ひずみ量の大きい基部２１の一部及び湾曲部２２の一部に設けられる。これにより、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７の配線の自由度を向上させることができる。

【0077】

第２実施形態に係るストレッチャブルデバイス１Ａにおいて、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、信号線ＳＬの延在方向に沿って延在し、信号線ＳＬと重なって設けられる。信号線ＳＬ、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、帯部１２の延在方向に沿って設けられ、帯部１２の延在方向に対し直交する幅方向の中央（仮想中心線Ｋ）に重なって配置される。これにより、第２実施形態では、帯部１２の狭幅化を図るとともに、検出感度を向上させることができる。

【0078】

本実施形態では、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、交差部３６ａ、３６ｄ、３６ｇ（図８参照）を有さないので、帯部１２の狭幅化を図ることができる。また、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、第１湾曲部２２ａ、第１直線部２３ａ、第２湾曲部２２ｂ、第２直線部２３ｂ、第３湾曲部２２ｃ、第３直線部２３ｃ及び第４湾曲部２２ｄに亘って、屈曲部や角部を有さず滑らかに接続されるので、意図しないひずみの発生や応力の集中を抑制することができる。

【0079】

（第３実施形態）
図１３は、第３実施形態に係るストレッチャブルデバイスの、樹脂基材、信号線及びゲージ線の構成を示す平面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ’断面図である。

【0080】

図１３及び図１４に示すように、第３実施形態に係るストレッチャブルデバイス１Ｂにおいて、帯部１２の幅は、信号線ＳＬ、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７の幅と等しい。これによれば、第３実施形態では、上述した第２実施形態に比べてさらに帯部１２の狭幅化を図ることができる。

【0081】

第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、信号線ＳＬと同じ幅を有している。ただし、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７は、信号線ＳＬと異なる幅を有していてもよい。すなわち、帯部１２には第１ゲージ線３６よりも高いゲージ率を有する第２ゲージ線３７が設けられているので、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７の配線の自由度を向上させることができる。例えば、第１ゲージ線３６のみで構成された場合に比べて、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７の幅を小さくすることができる。この場合、帯部１２の幅は、信号線ＳＬの幅と等しく、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７の幅よりも大きく形成される。

【0082】

なお、第１実施形態及び第２実施形態のストレッチャブルデバイス１、１Ａにおいても、第１ゲージ線３６及び第２ゲージ線３７が、信号線ＳＬと異なる幅を有する構成を適用することができる。

【0083】

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

【符号の説明】

【0084】

１、１Ａ、１Ｂ ストレッチャブルデバイス
１０ 樹脂基材
１１ 島状部
１２ 帯部
１９ 開口部
２１ 基部
２２ 湾曲部
２３ 直線部
３５ ゲージ線
３６ 第１ゲージ線
３７ 第２ゲージ線
３０ アレイ層
６０ 第１樹脂層
７０ 第２樹脂層
ＡＡ 検出領域
ＧＡ 周辺領域
ＳＬ 信号線
ＩＡ 内周部
ＯＡ 外周部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】