特開 2025-7775 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】P2025007775

(43)【公開日】2025-01-17

(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 1/18 20060101AFI20250109BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20250109BHJP

   H10D 86/40 20250101ALI20250109BHJP

   G01L 1/00 20060101ALI20250109BHJP

   G01L 5/00 20060101ALN20250109BHJP

【ＦＩ】

G01L1/18 Z

H05K1/02 A

H01L29/78 613Z

G01L1/00 D

G01L5/00 101Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023109385

(22)【出願日】2023-07-03

(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】兵頭 洋祐

【テーマコード（参考）】

2F051

5E338

5F110

【Ｆターム（参考）】

2F051AB10

5E338AA12

5E338AA16

5E338BB63

5E338BB75

5E338CD17

5E338EE60

5F110AA30

5F110BB20

5F110CC01

5F110CC05

(57)【要約】

【課題】高感度の半導体ひずみゲージを有する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、順に積層される第１伸縮性樹脂、樹脂基材、アレイ層、第２伸縮性樹脂を有し、樹脂基材は、複数のボディ部と、ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、を有し、アレイ層は、ボディ部に配置される複数の薄膜トランジスタと、ヒンジ部に配置される複数のひずみゲージと、を有し、ひずみゲージは、長さ方向の一部に、半導体材料で形成された半導体ひずみゲージを含み、半導体ひずみゲージの不純物濃度は、薄膜トランジスタの不純物濃度より高い。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

順に積層される第１伸縮性樹脂、樹脂基材、アレイ層、第２伸縮性樹脂を有し、
前記樹脂基材は、
複数のボディ部と、
前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、
を有し、
前記アレイ層は、
前記ボディ部に配置される複数の薄膜トランジスタと、
前記ヒンジ部に配置される複数のひずみゲージと、
を有し、
前記ひずみゲージは、長さ方向の一部に、半導体材料で形成された半導体ひずみゲージを含み、
前記半導体ひずみゲージの不純物濃度は、前記薄膜トランジスタの不純物濃度より高い
ストレッチャブルデバイス。

【請求項2】

前記半導体ひずみゲージの不純物濃度は、前記薄膜トランジスタの不純物濃度より３０％以上高い
請求項１に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項3】

前記半導体ひずみゲージの長さは、前記ひずみゲージの長さの１０％以上２０％以下である
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。

【請求項4】

前記ヒンジ部は、荷重が作用していない場合を基準とし、荷重が作用している時の変形量が１％以下となっている変形量低減領域を有し、
前記変形量低減領域に前記半導体ひずみゲージが配置されている
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。

【請求項5】

前記ヒンジ部は、荷重が作用していない場合を基準とし、荷重が作用している時の変形量が１％以下となっている変形量低減領域を有し、
前記変形量低減領域に前記半導体ひずみゲージが配置されている
請求項３に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項6】

前記ひずみゲージは、
前記ヒンジ部の長さ方向の一端から他端に延在する第１ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の長さ方向の他端から一端に延在する第２ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の長さ方向の他端に配置され、前記第１ひずみゲージと前記第２ひずみゲージとを接続する折り返し部と、
を有している
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。

【請求項7】

前記ひずみゲージは、
前記ヒンジ部の長さ方向の一端から他端に延在する第１ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の長さ方向の他端から一端に延在する第２ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の長さ方向の他端に配置され、前記第１ひずみゲージと前記第２ひずみゲージとを接続する折り返し部と、
を有している
請求項３に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項8】

前記ひずみゲージは、
前記ヒンジ部の長さ方向の一端から他端に延在する第１ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の長さ方向の他端から一端に延在する第２ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の長さ方向の他端に配置され、前記第１ひずみゲージと前記第２ひずみゲージとを接続する折り返し部と、
を有している
請求項４に記載のストレッチャブルデバイス。

【請求項9】

前記ひずみゲージは、
前記ヒンジ部の長さ方向の一端から他端に延在する第１ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の長さ方向の他端から一端に延在する第２ひずみゲージと、
前記ヒンジ部の長さ方向の他端に配置され、前記第１ひずみゲージと前記第２ひずみゲージとを接続する折り返し部と、
を有している
請求項５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、アレイ層と、アレイ層が設けられる樹脂基材と、アレイ層及び樹脂基材を挟む一対の伸縮性樹脂と、を備える。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。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。

【0003】

また、ストレッチャブルデバイスのアレイ層に、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。以下、「ＴＦＴ」と略する場合がある。）を設けられることがある。下記特許文献２に示すように、ＴＦＴの製造工程でＴＦＴの半導体層に不純物が注入される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１１８２７３号公報

【特許文献2】特開２０２３－２８９８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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、ひずみゲージとして、金属材料よりもゲージ率が高い半導体材料で製造された半導体ひずみゲージの利用が検討されている。ここで、半導体ひずみゲージをＴＦＴと同じ工程で製造すると、半導体ひずみゲージはＴＦＴと同じ不純物濃度となる。ＴＦＴと同じ不純物濃度の半導体ひずみゲージは、金属製のひずみゲージよりもゲージ率が大きいが、より高感度の半導体ひずみゲージが求められている。

【0006】

本発明は、高感度の半導体ひずみゲージを有する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】

【0007】

本開示の一態様に係るストレッチャブルデバイスは、順に積層される第１伸縮性樹脂、樹脂基材、アレイ層、第２伸縮性樹脂を有している。前記樹脂基材は、複数のボディ部と、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。前記アレイ層は、前記ボディ部に配置される複数の薄膜トランジスタと、前記ヒンジ部に配置される複数のひずみゲージと、を有している。前記ひずみゲージは、長さ方向の一部に、半導体材料で形成された半導体ひずみゲージを含む。前記半導体ひずみゲージの不純物濃度は、前記薄膜トランジスタの不純物濃度より高い。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【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6】図６は、実施形態のヒンジ部に配置された荷重検出回路の各構成を模式化した平面図である。

【図7】図７は、実施形態のボディ部に配置された荷重検出回路の各構成を模式化した平面図である。

【図8】図８は、実施形態のホイートストンブリッジ回路を模式的に示した図である。

【図9】図９は、実施例の実験データを示す図（グラフ）である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

（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１００は、平板状を成している。ストレッチャブルデバイス１００は、互いに反対方向を向く表面１と裏面２（図１で不図示。図２参照）を有している。

【0012】

以下、表面１及び裏面２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Ｘと称する。平面方向と平行であり、かつ第１方向Ｘと交差する方向を第２方向Ｙと称する。

【0013】

ストレッチャブルデバイス１００は、平面視で長方形（四角形）に形成されている。よって、表面１は、一対の短辺３と、一対の長辺４と、を有している。長辺１ｄは、第１方向Ｘと平行となっている。短辺１ｃは、第２方向Ｙと平行となっている。よって、本実施形態では、第１方向Ｘと第２方向Ｙとは、互いに直交している。

【0014】

ストレッチャブルデバイス１００は、平面視で、ストレッチャブルデバイス１００に入力された荷重を検出可能な検出領域５と、検出領域５の外側を囲む枠状の周辺領域６と、に区分けされる。なお、図１では、検出領域５と周辺領域６の境界を理解し易くするため、境界線Ｌ１を引いている。

【0015】

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１００は、順に積層された第１伸縮性樹脂６０、樹脂基材１０、アレイ層３０、及び第２伸縮性樹脂７０を有している。

【0016】

以下、第１伸縮性樹脂６０、樹脂基材１０、アレイ層３０、及び第２伸縮性樹脂７０が積層された方向を厚み方向と称する。厚み方向に関し、第１伸縮性樹脂６０から視て第２伸縮性樹脂７０が配置された方向を第１厚み方向Ｚ１と称し、第１厚み方向Ｚ１の反対方向を第２厚み方向Ｚ２と称する。さらに、第１厚み方向Ｚ１からストレッチャブルデバイス１００を視ることを平面視と称する。

【0017】

第１伸縮性樹脂６０及び第２伸縮性樹脂７０は、絶縁性、伸縮性、及び可撓性を有している。第１伸縮性樹脂６０及び第２伸縮性樹脂７０として使用される樹脂として、アクリル系エラストマーが挙げられる。なお、本開示の第１伸縮性樹脂６０及び第２伸縮性樹脂７０は、アクリル系エラストマーに限定されず、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、特に限定はない。

【0018】

第１伸縮性樹脂６０及び第２伸縮性樹脂７０は、板状に形成され、平面方向に延在している。第１伸縮性樹脂６０の第２厚み方向Ｚ２の面は、ストレッチャブルデバイス１００の裏面２を構成している。第１伸縮性樹脂６０は、第１厚み方向Ｚ１を向く第１面６１を有している。第１面６１に樹脂基材１０が積層される。

【0019】

第２伸縮性樹脂７０の第１厚み方向Ｚ１の面は、ストレッチャブルデバイス１００の表面１を構成している。第２伸縮性樹脂７０の第２厚み方向Ｚ２の面７１は、アレイ層３０と粘着している。第２伸縮性樹脂７０の第１方向Ｘの端部及び第２方向Ｙの端部には、面７１よりも第２厚み方向Ｚ２に突出する枠部７２が設けられている。

【0020】

枠部７２は、平面視で環状に形成され、樹脂基材１０及びアレイ層３０の外周側を囲んでいる。枠部７２の第２厚み方向Ｚ２の面７２ａは、第１伸縮性樹脂６０の第１面６１と接着している。よって、第１伸縮性樹脂６０及び第２伸縮性樹脂７０は、互いに協働して樹脂基材１０及びアレイ層３０を収容する筐体となっている。

【0021】

樹脂基材１０は、第１伸縮性樹脂６０の第１面６１に粘着している。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製造されている。

【0022】

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の一部を見た拡大図である。図３に示すように、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、を備えている。平面視した場合、ボディ部１１及びヒンジ部１２は、それぞれ検出領域５に配置されている。

【0023】

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Ｘと第２方向Ｙ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Ｘと第２方向Ｙに配列し、かつ互いに離隔している。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。

【0024】

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Ｘに延在するする縦ヒンジ部１２Ａと、第２方向Ｙ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を厚み方向に貫通する肉抜き孔１９となっている。つまり、樹脂基材１０は、複数の肉抜き孔１９を有している。

【0025】

図２に示すように、肉抜き孔１９と重なる領域には、アレイ層３０が積層されない。肉抜き孔１９は、第２伸縮性樹脂７０により埋められている。これにより、ストレッチャブルデバイス１００は、肉抜き孔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。つまり、ストレッチャブルデバイス１００に荷重が作用すると、ヒンジ部１２が変形する。一方、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（薄膜トランジスタ４０）の破損が抑制される。

【0026】

なお、本実施形態の肉抜き孔１９は、第２伸縮性樹脂７０により埋められているが、本開示は、第１伸縮性樹脂６０により埋められてもよい。又は、肉抜き孔１９は、第１伸縮性樹脂６０と第２伸縮性樹脂７０の両方により埋められていてもよい。若しくは、肉抜き孔１９は、第１伸縮性樹脂６０と第２伸縮性樹脂７０以外の樹脂材により埋められていてもよい。そのほか、肉抜き孔１９は、何も配置されておらず、空間となっていてもよい。

【0027】

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。

【0028】

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。また、説明の都合上、縦ヒンジ部１２Ａを挟む２つのボディ部１１のうち、一方を第１ボディ部１１ａと称し、他方を第２ボディ部１１ｂと称する。

【0029】

図４に示すように、縦ヒンジ部１２Ａは、４つの屈曲部２０を有し、蛇行しながら第１方向Ｘに延在している。本実施形態の各屈曲部２０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。また、屈曲部の数は、４つに限定されない。

【0030】

４つの屈曲部２０は、第１ボディ部１１ａから第２ボディ部１１ｂ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、及び第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。なお、第２円弧部２２と第３円弧部２３との間には、直線状の接続部２５が設けられている。

【0031】

各屈曲部２０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（第１内周部２１Ｎ、第２内周部２２Ｎ、第３内周部２３Ｎ、第４内周部２４Ｎ）と、外側（外周側）に配置される外周部（第１外周部２１Ｇ、第２外周部２２Ｇ、第３外周部２３Ｇ、第４外周部２４Ｇ）と、に区分けされる。なお、図４では、各屈曲部２０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、図４におい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。

【0032】

図５に示すように、ストレッチャブルデバイス１００に第１方向Ｘに引っ張り荷重（図５の矢印Ｆ参照）が作用すると、第１円弧部２１、第２円弧部２２、第３円弧部２３、及び第４円弧部２４は、それぞれ曲率が小さくなるように変形する。この結果、縦ヒンジ部１２Ａの一端から他端までの距離が大きくなり、ボディ部１１同士が離隔する。また、各屈曲部２０が折れ曲がり角度が大きくなった場合、各屈曲部２０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。

【0033】

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。以上から、各屈曲部２０の内周部に引っ張りひずみが生じ、一方、各屈曲部２０の外周部に圧縮ひずみが生じるようになっている。

【0034】

なお、特に図示しないが第１方向Ｘの圧縮荷重が縦ヒンジ部１２Ａに作用した場合、第１円弧部２１、第２円弧部２２、第３円弧部２３、及び第４円弧部２４は、それぞれ曲率が大きくなるように変形する。この結果、縦ヒンジ部１２Ａの一端から他端までの距離が小さくなり、ボディ部１１同士が近接する。また、各屈曲部２０の内周部に圧縮荷重が作用し、一方で各屈曲部２０の外周部に引っ張り荷重が作用するようになっている。

【0035】

以上、縦ヒンジ部１２Ａに荷重が作用すると、各屈曲部２０の内周部及び外周部で大きなひずみが発生する。一方で、縦ヒンジ部１２Ａには、各屈曲部２０と異なり、変形量が１％以下に抑制される領域（変形量低減領域Ｌ２）がある場合がある。本実施形態では、図４、図５に示すように、第２円弧部２２と第３円弧部２３との間の接続部２５が変形量低減領域Ｌ２に相当する。つまり、縦ヒンジ部１２Ａに荷重が作用しても接続部２５の変形量が１％以下に抑制されている。

【0036】

アレイ層３０は、厚み方向に積層された複数の絶縁層（不図示）と、複数の絶縁層に埋設されて外部と絶縁された荷重検出回路と、を有している。荷重検出回路は、ストレッチャブルデバイス１００に入力された荷重を検出するための回路である。

【0037】

図６は、実施形態のヒンジ部に配置された荷重検出回路の各構成を模式化した平面図である。図７は、実施形態のボディ部に配置された荷重検出回路の各構成を模式化した平面図である。図６、図７に示すように、荷重検出回路は、ひずみゲージ３１（図６参照）、薄膜トランジスタ４０（図７参照）、ゲート線４１（図７参照）、第１信号線４２、第２信号線４３、第１配線４４（図７参照）、第２配線４５（図７参照）、第２抵抗部５２（図７参照）、第３抵抗部５３（図７参照）、第４抵抗部５４（図７参照）、第１電位検出線５５（図７参照）、及び第２電位検出線５６（図７参照）を備えている。

【0038】

図６に示すように、ひずみゲージ３１は、各縦ヒンジ部１２Ａにのみ配置されている。なお、本実施形態のひずみゲージ３１は、縦ヒンジ部１２Ａにのみ配置されているが、本開示は、ひずみゲージ３１を横ヒンジ部１２Ｂにのみ配置したり、縦ヒンジ部１２Ａ及び横ヒンジ部１２Ｂの両方に配置したりしてもよい。

【0039】

ひずみゲージ３１は、第１ひずみゲージ３２と第２ひずみゲージ３３と折り返し部３４を有している。第１ひずみゲージ３２と第２ひずみゲージ３３は、縦ヒンジ部１２Ａに沿って延在し、互いに平行に配置されている。第１ひずみゲージ３２及び第２ひずみゲージ３３は、ヒンジ部１２の各屈曲部２０で内周部（第１内周部２１Ｎ、第２内周部２２Ｎ、第３内周部２３Ｎ、及び第４内周部２４Ｎ。図４及び図５参照）と重なるように配置されている。よって、縦ヒンジ部１２Ａが変形すると、第１ひずみゲージ３２及び第２ひずみゲージ３３は、各屈曲部２０と重なる部分で共通するひずみ（引っ張りひずみ又は圧縮ひずみ）が発生する。

【0040】

折り返し部３４は、第２ボディ部１１ｂに配置され、第１ひずみゲージ３２と第２ひずみゲージ３３の端部同士を接続している。よって、本実施形態のひずみゲージ３１は、第１ボディ部１１ａから第２ボディ部１１ｂに延在した後、第２ボディから折り返して第１ボディ部１１ａに戻っている。以上から、本実施形態のひずみゲージ３１は、２本のひずみゲージ（第１ひずみゲージ３２及び第２ひずみゲージ３３）を有している。このため、１本のひずみゲージから成る場合よりも多くのひずみ量を検出でき、検出感度が高い。なお、本開示は、１本のひずみゲージから構成されていてもよい。

【0041】

第２ひずみゲージ３３は、長さ方向のすべてが金属材料で製造された金属ひずみゲージである。一方で、第１ひずみゲージ３２は、一部が半導体ひずみゲージ３５であり、残部と金属ひずみゲージとなっている。半導体ひずみゲージ３５は、金属ひずみゲージよりもゲージ率が高い。よって、ひずみゲージ３１は、長さ方向の全てが金属材料で製造された場合よりも高感度となっている。なお、図６において、半導体ひずみゲージ３５の部分を分かり易くするため、半導体ひずみゲージ３５に相当する部分だけ太く図示している。

【0042】

半導体ひずみゲージ３５の材料は、例えばポリシリコンが挙げられる。ポリシリコンに不純物を注入し、Ｐ型ポリシリコンからなる半導体ひずみゲージ３５が製造される。不純物の元素は、例えば、水素、アルゴン、リン、ホウ素が挙げられる。また、半導体ひずみゲージ３５は、薄膜トランジスタ４０の半導体層（不図示）を製造する工程で同時に製造されている。但し、半導体ひずみゲージ３５に不純物を注入する場合と、薄膜トランジスタ４０の半導体層に不純物を注入する場合は、別々に行われており、半導体ひずみゲージ３５は、薄膜トランジスタ４０の半導体層との不純物濃度が異なる。本実施形態においては、半導体ひずみゲージ３５は、薄膜トランジスタ４０の半導体層よりも、不純物濃度が３０％大きい。よって、半導体ひずみゲージ３５は、薄膜トランジスタ４０の半導体層の不純物濃度と同じ場合よりもゲージ率が高く、高感度となっている。

【0043】

半導体ひずみゲージ３５は、縦ヒンジ部１２Ａのうち接続部２５（変形量低減領域Ｌ２）に配置されている。よって、半導体ひずみゲージ３５に荷重が作用し難く、半導体ひずみゲージ３５の破損が抑制される。

【0044】

なお、本開示は、半導体ひずみゲージ３５を第１ひずみゲージ３２でなく、第２ひずみゲージ３３に配置してもよい。又は、半導体ひずみゲージ３５を第１ひずみゲージ３２と第２ひずみゲージ３３の両方に配置してもよい。また、半導体ひずみゲージ３５が占める割合は、ひずみゲージ３１の長さ方向の１０％から２０％の範囲内であることが望ましい。

【0045】

そのほか、図７に示すように、第１ひずみゲージ３２の一端（ひずみゲージ３１の始端３１ａ）は、第１ボディ部１１ａに配置されている。第２ひずみゲージ３３の一端（ひずみゲージ３１の終端３１ｂ）は、第１ボディ部１１ａに配置されている。

【0046】

図７に示すように、薄膜トランジスタ４０は、ボディ部１１に配置されている。よって、複数の薄膜トランジスタ４０は、ボディ部１１に対応して、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配列している。本実施形態の薄膜トランジスタ４０は、トップゲート型トランジスタである。

【0047】

特に図示しないが、薄膜トランジスタ４０は、半導体層と、半導体層に積層されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜に積層されたゲート電極と、半導体層の一部に積層されたソース電極と、半導体層の他部に積層されたドレイン電極と、を備えている。ソース電極とドレイン電極の間にゲート絶縁膜が配置されている。半導体層は、ソース電極とドレイン電極に接続する部分に不純物が注入され、所定の不純物濃度となっている。薄膜トランジスタ４０のソース電極にひずみゲージ３１の始端３１ａが接続している。以下、薄膜トランジスタ４０とひずみゲージ３１の始端３１ａとの接続点を第１接続点Ｐ１と称する。

【0048】

ゲート線４１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、第２方向Ｙに延在している。また、ゲート線４１は、第１方向Ｘに複数配置されている。ゲート線４１は、薄膜トランジスタ４０のゲート電極に接続している。よって、第２方向Ｙに配列する複数の薄膜トランジスタ４０は、１つのゲート線４１を共有している。

【0049】

図６に示すように、第１信号線４２は、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、第１方向Ｘに延在している。同様に、第２信号線４３は、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、第１方向に延在している。なお、特に図示しないが第１信号線４２及び第２信号線４３は、第２方向Ｙに複数配置されている。

【0050】

図７に示すように、第１信号線４２は、各ボディ部１１において薄膜トランジスタ４０のドレイン電極と接続している。よって、第１方向Ｘに配列する複数の薄膜トランジスタは、１つの第１信号線４２を共有している。

【0051】

第１配線４４は、ボディ部１１に配置された配線である。第１配線４４の一端は、ひずみゲージ３１の終端３１ｂと接続している。以下、第１配線４４とひずみゲージ３１の終端３１ｂとの接続点を第１中間点Ｐ２と称する。第１配線４４の他端は、第２信号線４３と接続している。以下、第１配線４４と第２信号線４３との接続点を第２接続点Ｐ３と称する。また、第１配線４４は、各ボディ部１１に設けられている。よって、第１方向Ｘに配列する複数の薄膜トランジスタ４０は、１つの第２信号線４３を共有している。また、第１配線４４上には、第２抵抗部５２が設けられている。

【0052】

第２配線４５は、ボディ部１１に配置された配線である。第２配線４５は、第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ３とを接続している。よって、第２配線４５は、ひずみゲージ３１の始端３１ａを分岐点として、ひずみゲージ３１及び第１配線５０からなる回路に対し、平行な回路となっている。また、第２配線４５には、第３抵抗部５３と第４抵抗部５４とが配置されている。以下、第２配線４５のうち第３抵抗部５３と第４抵抗部５４との間のある点を第２中間点Ｐ４と称する。

【0053】

第１電位検出線５５は、第１中間点Ｐ２から延在し、ひずみゲージ３１の終端３１ｂの電位を検出するための配線である。第２電位検出線５６は、第２配線４５の第２中間点Ｐ４から延在し、第２配線５１の第２中間点Ｐ４の電位を検出するための電気配線である。第１電位検出線５５は、複数の横ヒンジ部１２Ｂと複数のボディ部とに跨って配置され、第２方向Ｙの一方に延在している。また、第２電位検出線５６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、第２方向Ｙの他方に延在している。

【0054】

以上、本実施形態によれば、ひずみゲージ３１を含む回路がホイートストンブリッジ回路を構成している。以下、詳細を説明する。

【0055】

図８は、実施形態のホイートストンブリッジ回路を模式的に示した図である。第２抵抗部５２の第２抵抗値Ｒ２と、第３抵抗部５３の第３抵抗値Ｒ３と、第４抵抗部５４の第４抵抗値Ｒ４は、それぞれ、ヒンジ部１２が変形例していない場合のひずみゲージ３１の第１抵抗値Ｒ１と同じである（Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４）。また、第２抵抗部５２と第３抵抗部５３と第４抵抗部５４は、ボディ部１１に設けられている。よって、ヒンジ部１２の変形時であっても抵抗値の変化量はゼロである。

【0056】

図８に示すように、ひずみゲージ３１によるひずみ量検出時において、第１信号線４２には、所定の第１電位Ｖ１である検出信号が供給される。また、第２信号線４３には、第１電位Ｖ１よりも低い第２電位Ｖ２が供給されている（Ｖ２＞Ｖ１）。本実施形態において、第２電位Ｖ２は０Ｖである。よって、薄膜トランジスタ４０が閉じると、第１接続点Ｐ！（ひずみゲージ３１の始端３１ａ）の電位は第１電位Ｖ１となる。

【0057】

ヒンジ部１２が変形していないとき、ひずみゲージ３１の第１抵抗値Ｒ１が変化していない。よって、ひずみゲージ３１の第１抵抗値Ｒ１と、第２抵抗部５２の第２抵抗値Ｒ２と、第３抵抗部５３の第３抵抗値Ｒ３と、第４抵抗部５４の第４抵抗値Ｒ４と、はそれぞれ等しい。よって、第１電位検出線５５で読み込まれた第１中間点Ｐ２の電位Ｖ３と、第２電位検出線５６で読み込まれた第２中間点Ｐ４の電位Ｖ４は等しい。

【0058】

一方で、ヒンジ部１２が変形し、ひずみゲージ３１にひずみが生じると、第１抵抗値Ｒ１が変化し、第１中間点Ｐ２の電位Ｖ３が変化する。よって、第１中間点Ｐ２と第２中間点Ｐ４との間に電位差が生じる。以上から、電位Ｖ３と電位Ｖ４を検出することで、ひずみゲージ３１の抵抗値の変化量を検出することができる。

【0059】

また、図１に示すように、アレイ層３０は、荷重検出回路を駆動させるため、周辺領域６に配置された接続部１０１と、ゲート線駆動回路１０２と、第１信号線選択回路１０３と、第２信号線選択回路１０４と、第１電位検出線選択回路１０５と、第２電位検出線選択回路１０６と、を有している。

【0060】

接続部１０１は、ストレッチャブルデバイス１００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伸縮性樹脂６０の周辺領域６にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）として実装されてもよい。

【0061】

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４１（図７参照）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４１を順次又は同時に選択し、選択したゲート線４１にゲート駆動信号を供給する。

【0062】

第１信号線選択回路１０３は、複数の第１信号線４２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１０３は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、第１信号線４２と駆動ＩＣと接続する。これにより、第１信号線４２に所定の第１電位Ｖ１が印加される。

【0063】

第２信号線選択回路１０４は、複数の第２信号線４３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１０４は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、第２信号線４３と駆動ＩＣと接続する。これにより、第２信号線４３に所定の第２電位Ｖ２が印加される。なお、本実施形態において、第２電位Ｖ２は０Ｖである。

【0064】

第１電位検出線選択回路１０５は、複数の第１電位検出線５５を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。第１電位検出線選択回路１０５は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、選択された第１電位検出線５５と駆動ＩＣとを接続する。これにより第１中間点Ｐ２の電位Ｖ３が駆動ＩＣに送られる。

【0065】

第２電位検出線選択回路１０６は、複数の第２電位検出線５６を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。第２電位検出線選択回路１０６は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、選択された第２電位検出線５６と駆動ＩＣとを接続する。これにより第２中間点Ｐ４の電位Ｖ４が駆動ＩＣに送られる。

【0066】

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。例えば、半導体ひずみゲージ３５は、ヒンジ部１２の接続部２５にのみ配置されているが、本開示は接続部２５以外であってもよい。つまり、ヒンジ部１２に接続部２５以外の変形量低減領域Ｌ２が存在する場合、半導体ひずみゲージ３５は、接続部２５以外の変形量低減領域Ｌ２に配置されてもよい。また、半導体ひずみゲージ３５が変形量低減領域Ｌ２に配置される理由は、半導体ひずみゲージ３５の破損の抑制のためである。よって、本開示は、半導体ひずみゲージ３５が破損し易くなるものの、変形量低減領域Ｌ２以外の個所に配置されてもよい。

【0067】

（実施例）
図９は、実施例の実験データを示す図（グラフ）である。次に実施例について説明する。半導体ひずみゲージの効果を確認するため、試料として、それぞれ異なるの不純物濃度の半導体ひずみゲージを５つ製造した。また、５つの半導体ひずみゲージの不純物濃度は、薄膜トランジスタの半導体層の不純物濃度を基準とした場合、０．１６倍、０．３３倍、０．５倍、１倍、１．３３倍に設定した。なお、不純物濃度が１．３３倍を示す半導体ひずみゲージが実施例であり、その他の半導体ひずみゲージが比較例である。また、５つの半導体ひずみゲージのそれぞれのゲージ率を求めた。注入した不純物はホウ素である。各ゲージ率の結果を図９に示す。

【0068】

図９に示すように、不純物濃度が１倍（薄膜トランジスタの半導体層と同じ不純物濃度）の半導体ひずみゲージは、ゲージ率が１３.５程度を示していた。不純物濃度が０．１６倍、０．３３倍、０．５倍、の半導体ひずみゲージのゲージ率は、不純物濃度が１倍の半導体ひずみゲージのゲージ率と同程度、若しくは低い結果を示した。

【0069】

一方、不純物濃度が１．３３倍（薄膜トランジスタの半導体層よりも３０％以上高い不純物濃度）の半導体ひずみゲージは、ゲージ率が１８程度を示した。つまり、不純物濃度が１倍の半導体ひずみゲージのゲージ率よりも格段に高い値を示した。以上から、半導体ひずみゲージの不純物濃度を、薄膜トランジスタの不純物濃度よりも高くすることで、高感度の半導体ひずみゲージを得られることがわかった。

【符号の説明】

【0070】

１０ 樹脂基材
１１ ボディ部
１２ ヒンジ部
１９ 肉抜き孔
２０ 屈曲部
２５ 接続部
３０ アレイ層
３１ ひずみゲージ
３２ 第１ひずみゲージ
３３ 第２ひずみゲージ
３４ 折り返し部
３５ 半導体ひずみゲージ
４０ 薄膜トランジスタ
４１ ゲート線
４２ 第１信号線
４３ 第２信号線
４４ 第１配線
４５ 第２配線
５２ 第２抵抗部
５３ 第３抵抗部
５４ 第４抵抗部
５５ 第１電位検出線
５６ 第２電位検出線
６０ 第１伸縮性樹脂
７０ 第２伸縮性樹脂
１００ ストレッチャブルデバイス
Ｌ２ 変形量低減領域
Ｐ１ 第１接続点
Ｐ２ 第１中間点
Ｐ３ 第２接続点
Ｐ４ 第２中間点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】