特許 7418167 力センサ及び力検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-11

(45)【発行日】2024-01-19

(54)【発明の名称】力センサ及び力検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/1623 20200101AFI20240112BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20240112BHJP

   G01L 1/20 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

G01L5/1623

G01L5/00 101Z

G01L1/20 Z

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2019142792

(22)【出願日】2019-08-02

(65)【公開番号】P2021025850

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-07-27

(73)【特許権者】

【識別番号】501426046

【氏名又は名称】エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100114915

【弁理士】

【氏名又は名称】三村 治彦

(74)【代理人】

【識別番号】100125139

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 洋

(72)【発明者】

【氏名】三瓶 友広

(72)【発明者】

【氏名】川島 紀之

(72)【発明者】

【氏名】平木 克良

【審査官】岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１９４５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－６９３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－９６８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２００２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ５／００ － ５／２８

Ｇ０１Ｌ １／００ － １／２６

Ｇ０６Ｆ ３／０４１－ ３／０４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、
前記基体の上に、互いに間隙を隔てて配された複数の電極と、
前記間隙を覆うように前記複数の電極の上に配され、前記複数の電極と接触するように前記間隙の中に充填され、印加された応力に応じて電気抵抗が変化する感圧材料を含む感圧層と、
前記間隙の少なくとも一部の上に、前記感圧層に接するように配された押圧部材と、
前記感圧層及び前記押圧部材の上に、前記押圧部材を覆うように配された保護層と
を有する、力センサ。

【請求項2】

前記押圧部材と前記保護層とは同一の材料を含む、請求項１に記載の力センサ。

【請求項3】

前記押圧部材と前記保護層とが一体に形成されている、請求項１又は２に記載の力センサ。

【請求項4】

前記保護層の厚さが前記押圧部材の高さよりも小さい、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項5】

前記押圧部材がポリエチレンテレフタレートを含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項6】

前記感圧材料がシリコーンゴムを含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項7】

前記押圧部材が前記感圧材料よりも高い弾性率を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項8】

前記押圧部材が前記間隙の中心上において前記感圧層と接している、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項9】

前記押圧部材と前記感圧層との接触面積が、前記感圧層の上面の面積よりも小さい、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項10】

前記押圧部材と前記感圧層との接触面積が、前記押圧部材と前記保護層との接触面積よりも小さい、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項11】

前記押圧部材が前記感圧層に点接触している、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項12】

前記押圧部材が半球状である、請求項１１に記載の力センサ。

【請求項13】

前記押圧部材が錐状である、請求項１１に記載の力センサ。

【請求項14】

前記押圧部材が前記感圧層に面接触している、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項15】

前記押圧部材が柱状である、請求項１４に記載の力センサ。

【請求項16】

前記押圧部材が、前記間隙全体を覆うように配されている、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項17】

第１の主電極及び第２の主電極を有し、前記基体に設けられたトランジスタを更に有し、
前記第１の主電極及び前記第２の主電極のうちの一方が前記複数の電極のうちの１つに接続されている、
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項18】

前記複数の電極は第１の電極、第２の電極及び第３の電極を含み、
前記第２の電極は前記第１の電極に対して第１の方向に配されており、
前記第３の電極は前記第１の電極に対して第２の方向に配されている、
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の力センサ。

【請求項19】

前記複数の電極の上に設けられたバンクを更に備え、
前記バンクは前記複数の電極の一部分を露出させ、
前記感圧層は前記バンクによって露出された前記複数の電極の前記一部分と接触している、
請求項１に記載の力センサ。

【請求項20】

断面視において、前記押圧部材は前記間隙の内側且つ上方の領域に設けられる、請求項１に記載の力センサ。

【請求項21】

請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の力センサと、
前記力センサの前記複数の電極の間の電気抵抗値を検出する検出部と、
を有する、力検出装置。

【請求項22】

請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の力センサが複数個配されたセンサアレイと、
前記複数の力センサの各々が有する前記複数の電極の間の電気抵抗値を検出する検出部と、
を有する、タッチパネル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力センサ及び力検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

接触圧力及びせん断力を検出する力センサを含む力検出装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の力検出装置に用いられている力センサは、感圧材料及び３つ以上の電極を有し、感圧材料を介した各電極間の電気抵抗値から接触圧力及びせん断力を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－２００２８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような力センサは、接触検出、触覚情報等の種々の用途に用いられ得る。力センサをこのような種々の用途に適用する際に、更なる高感度化が要求される場合がある。

【0005】

本発明の目的は、上述した課題に鑑み、検出感度が更に向上された力センサ及び力検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によれば、基体と、前記基体の上に、互いに間隙を隔てて配された複数の電極と、前記間隙を覆うように前記複数の電極の上に配され、印加された応力に応じて電気抵抗が変化する感圧材料を含む感圧層と、前記間隙の少なくとも一部の上に、前記感圧層に接するように配された押圧部材と、前記感圧層及び前記押圧部材の上に、前記押圧部材を覆うように配された保護層とを有する力センサが提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、検出感度を更に向上させた力センサ及び力検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態による力検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態による力検出装置におけるセンサセルを含むセルアレイの回路構成を説明する平面図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の第１実施形態による力検出装置におけるセンサセルの平面図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明の第１実施形態による力検出装置におけるセンサセルの電気抵抗値の大小関係と力の方向との対応関係を示す図である。

【図4】図４は、本発明の第１実施形態による力検出装置におけるセンサセルの断面の構造を示す概略図である。

【図5】図５は、本発明の第１実施形態による力センサ及び従来の力センサに印加された荷重に対する電気抵抗値を示すグラフである。

【図6A】図６Ａは、本発明の第２実施形態によるセンサセルの断面の構造を示す概略図である。

【図6B】図６Ｂは、本発明の第３実施形態によるセンサセルの断面の構造を示す概略図である。

【図6C】図６Ｃは、本発明の第４実施形態によるセンサセルの断面の構造を示す概略図である。

【図6D】図６Ｄは、本発明の第５実施形態によるセンサセルの断面の構造を示す概略図である。

【図7A】図７Ａは、本発明の他の変形実施形態によるセンサセルの平面図である。

【図7B】図７Ｂは、本発明の他の変形実施形態によるセンサセルの平面図である。

【図7C】図７Ｃは、本発明の他の変形実施形態によるセンサセルの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による力センサ及び力検出装置について図１から図５を用いて説明する。

【0010】

図１は、本実施形態による力検出装置の全体構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による力検出装置におけるセンサセルを含むセルアレイの回路構成を説明する平面図である。図３Ａは、本実施形態による力検出装置におけるセンサセルの平面図である。図３Ｂは、本実施形態による力検出装置におけるセンサセルの電気抵抗値の大小関係と力の方向との対応関係を示す図である。

【0011】

本実施形態による力検出装置１００は、図１及び図２に示すように、センサアレイ１０と、ゲート線駆動回路２０と、検出回路３０と、電源線駆動回路４０と、制御部５０とを有している。

【0012】

センサアレイ１０は、複数行（例えばｍ行）及び複数列（例えばｎ列）に渡って二次元状に配された複数のセンサセル６０を含む。なお、ｍ、ｎは、それぞれ２以上の整数である。センサアレイ１０において、複数のセンサセル６０は、例えば図１及び図２に示すような正方格子状等の矩形格子状に配されている。

【0013】

それぞれのセンサセル６０は、それぞれ第１アクティブ素子及び第２アクティブ素子である２つの選択トランジスタＭ１，Ｍ２と、感圧材料を用いた力センサＳとを含む。本実施形態による力検出装置１００は、選択トランジスタＭ１，Ｍ２をアクティブ素子とするアクティブマトリクス駆動方式のセンサ装置である。

【0014】

力センサＳは、４つの電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄと、４つの電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ上に形成された感圧材料を含む感圧層６４と後述する押圧部材６６とを有する。

【0015】

電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄは、互いに別個独立の第１の電極、第２の電極、第３の電極及び第４の電極を構成している。電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄは、それぞれ基体上に形成されている。電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄのそれぞれは、隣り合う電極と所定の間隙を隔てて配されている。２電極間の間隙の距離は特に限定されないが、例えば５０μｍから４５０μｍ程度とすることができる。

【0016】

感圧層６４は、電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄの上に各間隙を覆うように形成されている。感圧層６４は、例えば、印加された応力に応じて電気抵抗値が変化する感圧材料から構成されている。

【0017】

感圧層６４は、例えば、電極６２Ａ、６２Ｂが並ぶ行方向（第１の方向）及び電極６２Ａ、６２Ｃが並ぶ列方向（第２の方向）に沿った２組の辺を有するほぼ矩形状の平面形状を有している。なお、感圧層の平面形状は、特に限定されるものではなく、種々の形状を採ることができる。また、感圧層６４の各辺の長さも限定されるものではないが、例えば、１００μｍから１５００μｍ程度の間とすることができる。

【0018】

電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄは、感圧層６４の四隅に位置するように配されている。図２では、電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄが、それぞれ感圧層６４の左上隅、右上隅、左下隅及び右下隅に配されている場合を示している。

【0019】

電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ上に感圧層６４が形成されている側の面は、接触した物体により作用する力を検出する力検出面であるセンサ面７０である。センサ面７０には、複数の感圧層６４が露出していてもよいし、複数の感圧層６４を含むセンサ面７０を保護する保護層６７が形成されていてもよい。

【0020】

センサアレイ１０の各行には、行方向に延在して、第１アクティブ素子である選択トランジスタＭ１を駆動するための第１駆動信号線である複数の第１ゲート線ＧＬ１ａ、ＧＬ２ａ、…、ＧＬｍａが配されている。また、センサアレイ１０の各行には、行方向に延在して、第２アクティブ素子である選択トランジスタＭ２を駆動するための第２駆動信号線である複数の第２ゲート線ＧＬ１ｂ、ＧＬ２ｂ、…、ＧＬｍｂが配されている。第２ゲート線ＧＬ１ｂ、ＧＬ２ｂ、…、ＧＬｍｂは、それぞれ第１ゲート線ＧＬ１ａ、ＧＬ２ａ、…、ＧＬｍａに対応して配されている。第１ゲート線ＧＬ１ａ、ＧＬ２ａ、…、ＧＬｍａ及び第２ゲート線ＧＬ１ｂ、ＧＬ２ｂ、…、ＧＬｍｂは、ゲート線駆動回路２０に接続されている。なお、以下では、第１ゲート線を「第１ゲート線ＧＬｉａ」と適宜表記し、第２ゲート線を「第２ゲート線ＧＬｉｂ」と適宜表記する。ただし、ｉは１≦ｉ≦ｍを満たす整数である。

【0021】

センサアレイ１０の各列には、列方向に延在して、出力信号線であるデータ線ＤＬ１，ＤＬ２，…、ＤＬｎが配されている。データ線ＤＬ１，ＤＬ２，…、ＤＬｎは、それぞれ検出回路３０に含まれる抵抗Ｒの一端に接続されている。抵抗Ｒの他端は、接地電圧ＶＳの接地電圧線に接続されている。データ線ＤＬ１，ＤＬ２，…、ＤＬｎと抵抗Ｒの一端との間の接続ノードには、検出回路３０に含まれるＡ／Ｄコンバータ６８の入力端子側が接続されている。なお、データ線ＤＬ１，ＤＬ２，…、ＤＬｎをＡ／Ｄコンバータに接続する構成は、図２に示す構成に限定されるものではなく、種々の構成を採用することができる。例えば、データ線ＤＬ１，ＤＬ２，…、ＤＬｎを、マルチプレクサを介して単一のＡ／Ｄコンバータの入力に接続する構成を採用することができる。以下では、データ線を「データ線ＤＬｊ」と適宜表記する。ただし、ｊは１≦ｊ≦ｎを満たす整数である。

【0022】

また、センサアレイ１０の各列には、列方向に延在して、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａが配されている。また、センサアレイ１０の各列には、列方向に延在して、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａに対応して、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂが配されている。第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａ及び第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂは、電源線駆動回路４０に接続されている。なお、以下では、第１電源線を「第１電源線ＶＬｊａ」と適宜表記し、第２電源線を「第２電源線ＶＬｊｂ」と適宜表記する。ただし、ｊは１≦ｊ≦ｎを満たす整数である。

【0023】

第ｉ行、第ｊ列に位置するセンサセル６０における力センサＳの電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ、選択トランジスタＭ１、Ｍ２は、それぞれ次のように接続されている。

【0024】

すなわち、選択トランジスタＭ１のゲート電極は、対応する第ｉ行の第１ゲート線ＧＬｉａに接続されている。選択トランジスタＭ１のソース電極は、対応する第ｊ列のデータ線ＤＬｊに接続されている。選択トランジスタＭ１のドレイン電極は、電極６２Ａに接続されている。

【0025】

また、選択トランジスタＭ２のゲート電極は、対応する第ｉ行の第２ゲート線ＧＬｉｂに接続されている。選択トランジスタＭ２のソース電極は、対応する第ｊ列のデータ線ＤＬｊに接続されている。選択トランジスタＭ２のドレイン電極は、電極６２Ｄに接続されている。

【0026】

また、電極６２Ｃは、対応する第ｊ列の第１電源線ＶＬｊａに接続されている。電極６２Ｂは、対応する第ｊ列の第２電源線ＶＬｊｂに接続されている。

【0027】

ゲート線駆動回路２０は、デコーダ又はシフトレジスタを含んで構成される。ゲート線駆動回路２０は、第１ゲート線ＧＬｉａに駆動信号Ｐｉａを供給する。また、ゲート線駆動回路２０は、第２ゲート線ＧＬｉｂに駆動信号Ｐｉｂを供給する。駆動信号Ｐｉａは、第１ゲート線ＧＬｉａに接続された選択トランジスタＭ１の駆動信号である。また、駆動信号Ｐｉｂは、第２ゲート線ＧＬｉｂに接続された選択トランジスタＭ２の駆動信号である。このように、ゲート線駆動回路２０は、選択トランジスタＭ１、Ｍ２を駆動する駆動回路である。例えば、選択トランジスタＭ１、Ｍ２がＮ型トランジスタの場合、駆動信号Ｐｉａ、Ｐｉｂがハイレベルのとき、対応する第ｉ行の選択トランジスタＭ１、Ｍ２はオン状態になる。また、駆動信号Ｐｉａ、Ｐｉｂがローレベルのとき、対応する第ｉ行の選択トランジスタＭ１、Ｍ２がオフ状態になる。

【0028】

検出回路３０は、データ線ＤＬｊの電圧を計測することにより力センサＳにおける電極間の電気抵抗値を検出するための検出部として機能する回路である。検出回路３０は、上述のような抵抗Ｒ、Ａ／Ｄコンバータ６８等を含む。Ａ／Ｄコンバータ６８の入力ノードの電圧は、抵抗Ｒの既知の電気抵抗値と力センサＳにおける電極間の電気抵抗値との比に応じて変化する。したがって、検出回路３０は、Ａ／Ｄコンバータ６８から出力された電圧信号から力センサＳにおける電極間の電気抵抗値を算出することができる。また、電気抵抗値が変化した電極の組み合わせに基づいて力の方向を判別することもできる。このようにして、検出回路３０により検出された力センサＳにおける電極間の電気抵抗値に基づき、力センサＳにより検出される力の方向及び大きさを求めることが可能となる。

【0029】

電源線駆動回路４０は、第１電源線ＶＬｊａに電源電圧ＶＤを供給すること又は第１電源線ＶＬｊａに電源電圧ＶＤを供給せずハイインピーダンスにすることができる。以下では、第１電源線ＶＬｊａに電源電圧ＶＤを供給することを「第１電源線ＶＬｊａをオン状態にする」、第１電源線ＶＬｊａをハイインピーダンスにすることを「第１電源線ＶＬｊａをオフ状態にする」等と呼ぶことがある。また、電源線駆動回路４０は、第２電源線ＶＬｊｂに電源電圧ＶＤを供給して第２電源線ＶＬｊｂをオン状態にすること、又は、第２電源線ＶＬｊｂをハイインピーダンスにしてオフ状態にすることができる。

【0030】

制御部５０は、ゲート線駆動回路２０、検出回路３０及び電源線駆動回路４０に接続されている。制御部５０は、種々の演算、制御、判別等の処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）を有している。また、制御部５０は、ＣＰＵによって実行される様々なプログラム、ＣＰＵが参照するデータベース等を格納する記憶装置、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）を有している。また、制御部５０は、ＣＰＵが処理中のデータ、入力データ等を一時的に格納する記憶装置、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）を有している。なお、制御部５０は、力検出装置１００に一体的に内蔵されたものであってもよいし、別個独立のコンピュータ装置によりその機能が実現されるものであってもよい。

【0031】

制御部５０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、不図示の制御回路等を介してゲート線駆動回路２０、検出回路３０及び電源線駆動回路４０の動作やそのタイミングを制御する。また、制御部５０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、検出回路３０により検出された力センサＳの電気抵抗値の出力に基づき、力検出装置１００のセンサ面に加わる力の方向及び大きさを求める処理部として機能する。

【0032】

力検出装置１００のセンサ面７０に物体が接触すると、センサ面７０に平行な力が作用する場合がある。「センサ面７０に平行な力」には、センサ面７０に平行な成分を含むような力、ずなわち、センサ面に対して傾斜した方向に作用する力も含まれる。具体的には、センサ面７０に対して作用し得るセンサ面７０に平行な力には、例えば、せん断力、摩擦力等が含まれる。

【0033】

このようにセンサ面７０に平行な力が作用する場合、共通の感圧層６４に接触する複数の電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄを有する力センサＳにおいて、センサ面７０に平行な力の方向によって感圧層６４に作用する圧力に分布が生じうる。このため、複数の電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄの間の電気抵抗値には、相対的な大小関係が生じうる。力センサＳにおける電気抵抗値の大小関係は、センサ面７０に平行な力の方向と対応付けることができる。更に、電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄの間の電気抵抗値に基づき、センサ面７０に平行な力の大きさを求めることができる。

【0034】

図３Ａに示すように、力センサＳでは、電極６２Ａと電極６２Ｂとの間の電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、電極６２Ａと電極６２Ｃとの間の電気抵抗値Ｒ_ＡＣ、電極６２Ｂと電極６２Ｄとの間の電気抵抗値Ｒ_ＢＤ及び電極６２Ｃと電極６２Ｄとの間の電気抵抗値Ｒ_ＣＤが規定される。これらの電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの値には、センサ面７０に平行な力の方向によって相対的な大小関係が生じる。

【0035】

図３Ａに示す力センサＳの紙面に平行なセンサ面７０に対して、センサ面に平行な力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、図３Ｂに示すとおりになる。なお、記号「～」は、記号を挟んだ両側の電気抵抗値はほぼ等しいことを示している。

【0036】

すなわち、センサ面７０に対して紙面の上から下に垂直に向かう力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、Ｒ_ＣＤ＜Ｒ_ＡＣ～Ｒ_ＢＤ＜Ｒ_ＡＢとなる。

【0037】

また、センサ面７０に対して紙面の下から上に垂直に向かう力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、Ｒ_ＡＢ＜Ｒ_ＡＣ～Ｒ_ＢＤ＜Ｒ_ＣＤとなる。

【0038】

また、センサ面７０に対して紙面の左から右に平行に向かう力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、Ｒ_ＢＤ＜Ｒ_ＡＢ～Ｒ_ＣＤ＜Ｒ_ＡＣとなる。

【0039】

また、センサ面７０に対して紙面の右から左に平行に向かう力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、Ｒ_ＡＣ＜Ｒ_ＡＢ～Ｒ_ＣＤ＜Ｒ_ＢＤとなる。

【0040】

また、センサ面７０に対して紙面の左上から右下に斜め４５°に向かう力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、Ｒ_ＡＢ～Ｒ_ＡＣ＜Ｒ_ＢＤ～Ｒ_ＣＤとなる。

【0041】

また、センサ面７０に対して紙面の右下から左上に斜め４５°に向かう力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、Ｒ_ＡＢ～Ｒ_ＡＣ＜Ｒ_ＢＤ～Ｒ_ＣＤとなる。

【0042】

また、センサ面７０に対して紙面の右上から左下に斜め４５°に向かう力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、Ｒ_ＡＣ～Ｒ_ＣＤ＜Ｒ_ＡＢ～Ｒ_ＢＤとなる。

【0043】

また、センサ面７０に対して紙面の左下から右上に斜め４５°に向かう力が作用した場合、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係は、Ｒ_ＡＢ～Ｒ_ＢＤ＜Ｒ_ＡＣ～Ｒ_ＣＤとなる。

【0044】

このように、各力センサＳにおける電極６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄの間の電気抵抗値に基づき、センサ面７０に平行な力の方向を求めることができ、更にはセンサ面７０に平行な力の大きさも求めることができる。なお、電極間の電気抵抗値の相対的な大小関係は、感圧層６４を構成する感圧材料、感圧層６４の構造、形状等によって異なる。そのため、予め実験又はシミュレーションにより電極間の電気抵抗値の相対的な大小関係を取得しておくことで、感圧層６４の設計による差を補償することができる。

【0045】

本実施形態による力検出装置１００は、次のようにして電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤを取得してこれらの相対的な大小関係を取得することができる。以下、本実施形態による力検出装置１００の動作シーケンスについて説明する。

【0046】

本実施形態による力検出装置１００のセンサ面７０に対しては、物体が接触して、センサ面７０に平行な力が作用している。

【0047】

まず、ゲート線駆動回路２０から駆動信号Ｐｉａを第ｉ行の第１ゲート線ＧＬｉａに供給して、第ｉ行の第１ゲート線ＧＬｉａをオン状態とする。これにより、第ｉ行の第１ゲート線ＧＬｉａに接続された選択トランジスタＭ１を、行単位でオン状態とする。一方、他の第１ゲート線及び第２ゲート線は、駆動信号が供給されていないオフ状態とする。

【0048】

上述のように第ｉ行の第１ゲート線ＧＬｉａをオン状態とするとともに、電源線駆動回路４０により、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａに電源電圧ＶＤを供給して、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをオン状態とする。一方、電源線駆動回路４０により、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをハイインピーダンスとして、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをオフ状態とする。

【0049】

上述のようにして、第ｉ行の第１ゲート線ＧＬｉａをオン状態、他の第１ゲート線及び第２ゲート線をオフ状態、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをオン状態、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをオフ状態とする。これにより、データ線ＤＬ１、ＤＬ２、……、ＤＬｎには、それぞれ第ｉ行の対応するセンサセル６０における力センサＳの電極６２Ａと電極６２Ｃとの間の電気抵抗値Ｒ_ＡＣに応じた電圧が出力される。検出回路３０は、データ線ＤＬ１、ＤＬ２、……、ＤＬｎに出力された電気抵抗値Ｒ_ＡＣに応じた電圧を検出する。こうして、検出部として機能する検出回路３０は、第ｉ行の各センサセル６０について、電気抵抗値Ｒ_ＡＣを検出することができる。

【0050】

次いで、第ｉ行の第１ゲート線ＧＬｉａのオン状態、他の第１ゲート線及び第２ゲート線のオフ状態を維持しつつ、第１電源線及び第２電源線のオンオフ状態を切り替える。すなわち、電源線駆動回路４０により、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをハイインピーダンスとして、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをオフ状態とする。一方、電源線駆動回路４０により、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂに電源電圧ＶＤを供給して、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをオン状態とする。

【0051】

上述のようにして、第ｉ行の第１ゲート線ＧＬｉａをオン状態、他の第１ゲート線及び第２ゲート線をオフ状態、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをオフ状態、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをオン状態とする。これにより、データ線ＤＬ１、ＤＬ２、……、ＤＬｎには、それぞれ第ｉ行に対応するセンサセル６０における力センサＳの電極６２Ａと電極６２Ｂとの間の電気抵抗値Ｒ_ＡＢに応じた電圧が出力される。検出回路３０は、データ線ＤＬ１、ＤＬ２、……、ＤＬｎに出力された電気抵抗値Ｒ_ＡＢに応じた電圧を検出する。こうして、検出部として機能する検出回路３０は、第ｉ行の各センサセル６０について、電気抵抗値Ｒ_ＡＢを検出することができる。

【0052】

次いで、ゲート線駆動回路２０から駆動信号Ｐｉｂを第ｉ行の第２ゲート線ＧＬｉｂに供給して、第ｉ行の第２ゲート線ＧＬｉｂをオン状態にする。これにより、第ｉ行の第２ゲート線ＧＬｉｂに接続された選択トランジスタＭ２を、行単位でオン状態とする。一方、他の第２ゲート線及び第１ゲート線は、駆動信号が供給されていないオフ状態とする。

【0053】

上述のように第ｉ行の第２ゲート線ＧＬｉｂをオン状態とするとともに、電源線駆動回路４０により、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａに電源電圧ＶＤを供給して、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをオン状態とする。一方、電源線駆動回路４０により、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをハイインピーダンスとして、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをオフ状態とする。

【0054】

上述のようにして、第ｉ行の第２ゲート線ＧＬｉｂをオン状態、他の第２ゲート線及び第１ゲート線をオフ状態、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをオン状態、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをオフ状態とする。これにより、データ線ＤＬ１、ＤＬ２、……、ＤＬｎには、それぞれ第ｉ行の対応するセンサセル６０における力センサＳの電極６２Ｃと電極６２Ｄとの間の電気抵抗値Ｒ_ＣＤに応じた電圧が出力される。検出回路３０は、データ線ＤＬ１、ＤＬ２、……、ＤＬｎに出力された電気抵抗値Ｒ_ＣＤに応じた電圧を検出する。こうして、検出部として機能する検出回路３０は、第ｉ行の各センサセル６０について、電気抵抗値Ｒ_ＣＤを検出することができる。

【0055】

次いで、第ｉ行の第２ゲート線ＧＬｉｂのオン状態、他の第２ゲート線及び第１ゲート線のオフ状態を維持しつつ、第１電源線及び第２電源線のオンオフ状態を切り替える。すなわち、電源線駆動回路４０により、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをハイインピーダンスとして、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをオフ状態とする。一方、電源線駆動回路４０により、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂに電源電圧ＶＤを供給して、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをオン状態とする。

【0056】

上述のようにして、第ｉ行の第２ゲート線ＧＬｉｂをオン状態、他の第２ゲート線及び第１ゲート線をオフ状態、第１電源線ＶＬ１ａ、ＶＬ２ａ、…、ＶＬｎａをオフ状態、第２電源線ＶＬ１ｂ、ＶＬ２ｂ、…、ＶＬｎｂをオン状態とする。これにより、データ線ＤＬ１、ＤＬ２、……、ＤＬｎには、それぞれ第ｉ行の対応するセンサセル６０における力センサＳの電極６２Ｂと電極６２Ｄとの間の電気抵抗値Ｒ_ＢＤに応じた電圧が出力される。検出回路３０は、データ線ＤＬ１、ＤＬ２、……、ＤＬｎに出力された電気抵抗値Ｒ_ＢＤに応じた電圧を検出する。こうして、検出部として機能する検出回路３０は、第ｉ行の各センサセル６０について、電気抵抗値Ｒ_ＢＤを検出することができる。

【0057】

上述した動作を第１行から第ｍ行について順次行うことにより、センサアレイ１０における各センサセル６０について、検出部として機能する検出回路３０が、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤを個別に検出して取得する。制御部５０は、各センサセル６０について、取得された電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤに基づき、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の方向及び大きさを求める。すなわち、制御部５０は、各センサセル６０について、取得された電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係に基づき、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の方向を求める。また、制御部５０は、各センサセル６０について、取得された電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤに基づき、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の大きさを求める。

【0058】

制御部５０は、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤの相対的な大小関係と、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の方向との関係に関するデータベースを記憶装置に保持している。制御部５０は、このようなデータベースを参照して、各センサセル６０について、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の方向を求めることができる。

【0059】

また、制御部５０は、電気抵抗値Ｒ_ＡＢ、Ｒ_ＡＣ、Ｒ_ＢＤ、Ｒ_ＣＤと、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の大きさとの関係に関するデータベースを記憶装置に保持している。制御部５０は、このようなデータベースを参照して、各センサセル６０について、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の大きさをも求めることができる。

【0060】

更に、制御部５０は、近傍の複数のセンサセル６０について、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の方向及び大きさの検出結果を用いて統計的な処理を行うこともできる。例えば、制御部５０は、２×２、３×３等の複数のセンサセル６０について、センサ面７０に平行な力の方向及び大きさの検出結果を平均化することができる。これにより、センサ面７０に対して作用するセンサ面７０に平行な力の検出結果における誤差を低減することができる。

【0061】

次に、図４を参照して本実施形態による力検出装置におけるセンサセル６０の断面の構造を説明する。図４は、図３Ａにおけるセンサセル６０のＡ－Ａ区間に沿った断面の構造を示す概略図である。

【0062】

図４に示す断面において、センサセル６０は、基体８１と、遮光膜８３と、バッファ層８５と、選択トランジスタＭ２と、中間層８７と、平坦化層８９と、力センサＳと、バンク６９と、保護層６７とを含む。遮光膜８３は、基体８１の上の一部に配される。バッファ層８５は、遮光膜８３の上を含む基体８１の上に配される。基体８１は、基板状部材のほか、シート状部材、フィルム状部材をも含むものであり、その材料としてはあらゆる材料を採用することができる。また、基体８１は、フレキシブルなものであってもよいし、硬質なものであってもよい。基体８１の材料として、例えば、樹脂、ガラス等を用いることができる。遮光膜８３は、光を透過しない材料を含む。光を透過しない材料の例としては、例えば、遷移金属、ケイ素等が挙げられる。バッファ層８５は絶縁性の材料を含む。絶縁性の材料の例としては、例えば、酸化物、窒化物等が挙げられる。

【0063】

選択トランジスタＭ２は、基体８１の上に、遮光膜８３及びバッファ層８５を介して配される。選択トランジスタＭ２は、例えば、薄膜トランジスタからなり、活性層９１と、ゲート絶縁層９３と、ゲート電極９５と、第１の主電極９７と、第２の主電極９９とを有する。活性層９１は、例えば、ケイ素等の半導体材料を含み、バッファ層８５の上に配される。ゲート絶縁層９３は、例えば、酸化物、窒化物等の絶縁性材料を含み、活性層９１の上に配される。ゲート電極９５は、選択トランジスタＭ２の制御電極として機能する。ゲート電極９５は、例えばアルミニウム、銅等の導電性材料を含み、活性層９１の上方に、ゲート絶縁層９３を介して配される。

【0064】

中間層８７は、ゲート電極９５及びゲート絶縁層９３の上に配される。中間層８７は、選択トランジスタＭ２等の中間層８７よりも下方の部材の保護及び絶縁性の確保の機能を有する。中間層８７は、例えば酸化物、窒化物等の絶縁性の材料を含む。

【0065】

第１の主電極９７は、選択トランジスタＭ２のソース電極又はドレイン電極のうちの一方であり、第２の主電極９９は、選択トランジスタＭ２のソース電極又はドレイン電極のうちの他方である。第１の主電極９７及び第２の主電極９９は、例えば、アルミニウム、銅等の導電性材料を含む。第１の主電極９７及び第２の主電極９９の各々は、中間層８７の上からコンタクトホールを介して活性層９１の一部に延在するとともに、活性層９１と導通するように配される。第１の主電極９７及び第２の主電極９９の上には、平坦化層８９が配される。平坦化層８９は、例えば、酸化物、窒化物等の絶縁性の材料を含み、選択トランジスタＭ２の上層の表面を平坦化する。

【0066】

力センサＳは、平坦化層８９の上に配される。図４に示す断面においては、力センサＳは、電極６２Ｃ、６２Ｄと、感圧層６４と、押圧部材６６とを有する。

【0067】

電極６２Ｃ、６２Ｄは、互いに所定の距離の間隙を隔てて平坦化層８９の上に配される。電極６２Ｄは、平坦化層８９を貫通するコンタクトホールを介して第２の主電極９９と接続されている。電極６２Ｃ、６２Ｄは、例えば、チタン、アルミニウム等の導電性材料を含む。電極６２Ｃ、６２Ｄの上には、感圧層６４が配される領域を画定するバンク６９が配される。バンク６９は、例えば酸化物、窒化物等の絶縁性材料を含む。なお、電極６２Ｄは、第２の主電極９９に代えて第１の主電極９７と接続されていてもよい。

【0068】

感圧層６４は、電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙上、かつバンク６９によって画定された領域に配される。感圧層６４は、印加される圧力の変化に応じて電気抵抗値が変化する感圧材料を含む。具体的には、感圧層６４を構成する感圧材料として、シリコーンゴム等の絶縁性樹脂と、絶縁性樹脂内に分散されたニッケル、酸化チタン、酸化スズ等の導電性フィラーとを含む感圧導電性材料が例示される。このような感圧導電性材料では、印加される力の大きさに応じて導電性フィラー間の接点数が変化し、接点数に応じて電気抵抗値が変化する。

【0069】

本実施形態においては、押圧部材６６は、柱状をなしている。押圧部材６６は、感圧層６４の上に感圧層６４の一部分と接するように配される。また、押圧部材６６と感圧層６４との接触面積は、感圧層６４の上面の面積よりも小さい。また、押圧部材６６と感圧層６４は、電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の少なくとも一部の上において互いに接するように配されている。

【0070】

このように押圧部材６６を配することにより、物体の接触により力センサＳに力が印加されたときに、押圧部材６６の下方に位置する部分の感圧層６４に応力を集中させることができる。押圧部材６６は、電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の少なくとも一部の上において感圧層６４と接しているため、電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の近傍に配された感圧層６４に応力が集中する。このような応力の集中により、相対的に小さな力の印加に対しても、電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の近傍に配された感圧層６４の電気抵抗値の変化量が大きい。また、間隙の近傍に配された部分の感圧層６４は、力センサＳの検出感度に大きく寄与する。したがって、本実施形態による押圧部材６６は、力センサＳの検出感度を向上させることができる。

【0071】

押圧部材６６と感圧層６４は、電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の中心上において接していることがより好ましい。これにより、更に感圧層６４に応力を集中させることができ、力センサＳの検出感度を更に向上させることができる。

【0072】

押圧部材６６は、感圧層６４の感圧材料よりも高い弾性率を有することがより好ましい。これにより、押圧部材６６の変形を少なくし、感圧層６４の変形を大きくすることができるため、更に感圧層６４に応力を集中させることができ、力センサＳの検出感度を更に向上させることができる。押圧部材６６は、例えばポリエチレンテレフタレートを含む材料から構成することができる。ポリエチレンテレフタレートは、シリコーンゴム等を主成分とする感圧導電性材料に比べて高い弾性率を有するため、上述の弾性率の関係が実現される。

【0073】

力センサＳの感圧層６４及び押圧部材６６の上には、押圧部材６６と接するように保護層６７が配される。保護層６７は、センサセル６０の表面全体を保護するための層である。物体が保護層６７に接触すると、物体の接触によって生じた力が、押圧部材６６を介して間隙の近傍に配された感圧層６４に印加される。このように、保護層６７は、センサセル６０の保護の機能に加えて、物体の接触によって生じた力を伝達する機能を有している。

【0074】

保護層６７は、押圧部材６６と同一の材料から構成することもでき、また別の材料から構成することもできる。しかしながら、保護層６７は、押圧部材６６と同程度又は押圧部材６６よりも大きい弾性率を有することが好ましい。また、保護層６７の厚さは、押圧部材６６の高さよりも小さいことが好ましい。これらの構成によれば、物体の接触によって生じた力が保護層６７で分散又は吸収されて力センサの検出感度が低下することを避けることができる。

【0075】

本実施形態による力センサＳを用いた実験結果を図５を参照して説明する。図５は、本実施形態による力センサＳ及び本実施形態の力センサから押圧部材６６を省略した比較例による力センサに対して様々な荷重を印加したときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。図５において、実線で接続されているデータは本実施形態による力センサＳの電気抵抗値を示しており、破線で接続されているデータは比較例による力センサの電気抵抗値を示している。グラフが示す実験結果によれば、本実施形態による力センサＳにおいては、印加された力に対する電気抵抗値の変化率（電気抵抗値の傾き）が比較例による力センサと比較して大きいことが理解される。これは、比較例による力センサでは印加された力が感圧層全体に分散されるのに対し、本実施形態による力センサＳでは、押圧部材６６によって、印加された力が電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の近傍に配された感圧層６４に集中するためである。このように、本実施形態によれば、図５に示すように、印加された力に対する電気抵抗値の変化率が大きくなるため、検出感度が更に向上された力センサ及び力検出装置が提供される。

【0076】

［第２実施形態］
図６Ａは、本発明の第２実施形態によるセンサセル６０の断面の構造を示す概略図である。本実施形態において、押圧部材６６は、凸部６６Ａと保護部６６Ｂを含む。すなわち、本実施形態の押圧部材６６は、第１実施形態の保護層６７の機能を兼ね備えている。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0077】

凸部６６Ａは、保護部６６Ｂと同一の材料を含む。また、凸部６６Ａと保護部６６Ｂとは、一体に形成されることにより押圧部材６６を構成している。凸部６６Ａ及び保護部６６Ｂの材料は、感圧層６４の感圧材料よりも高い弾性率を有することが好ましい。凸部６６Ａ及び保護部６６Ｂは、例えばポリエチレンテレフタレートを含む材料から構成することができる。

【0078】

凸部６６Ａは、感圧層６４の上に感圧層６４の一部分と接するように配される。また、凸部６６Ａと感圧層６４との接触面積は、感圧層６４の上面の面積よりも小さい。また、凸部６６Ａと感圧層６４は、電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の少なくとも一部の上において互いに接するように配されている。凸部６６Ａと感圧層６４は、電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の中心上において互いに接していることがより好ましい。これらの構成により、第１実施形態と同様に感圧層６４に応力を集中させることができ、力センサＳの検出感度を向上させることができる。

【0079】

保護部６６Ｂは、センサセル６０の表面全体を保護する。物体が保護部６６Ｂに接触すると、物体の接触によって生じた力が、凸部６６Ａを介して間隙の近傍に配された感圧層６４の近傍に印加される。保護部６６Ｂの厚さは凸部６６Ａの高さよりも小さいことが好ましい。これにより、第１実施形態と同様に物体の接触によって生じた力が保護層６７で分散又は吸収されて力センサの検出感度が低下することを避けることができる。

【0080】

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、凸部６６Ａと保護部６６Ｂとを一体に形成して押圧部材６６を構成することで、製造工程を削減することができる。また、本実施形態の構成では、１つの押圧部材６６に複数の凸部６６Ａを配列することができる。これにより、第１実施形態のように、押圧部材６６と間隙とを一対一でアラインメントする構成と比べて、本実施形態では、凸部６６Ａと間隙とのアラインメントを一括で行うことができる。したがって、アラインメント工程を簡略化することができる。

【0081】

［第３実施形態］
図６Ｂは、本発明の第３実施形態によるセンサセルの断面の構造を示す概略図である。本実施形態において、力センサＳは押圧部材６６Ｃを有する。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0082】

第１実施形態に係る力センサＳが有する押圧部材６６は、柱状をなしている。すなわち、図４に示す断面における形状が矩形である。しかしながら、本発明による押圧部材の形状はこれに限定されない。例えば、図６Ｂに示すように、本実施形態による押圧部材６６Ｃは、実質的に柱状をなしている。しかしながら、本実施形態では、押圧部材６６Ｃと感圧層６４との接触面積が押圧部材６６Ｃと保護層６７との接触面積よりも小さい。押圧部材６６Ｃと感圧層６４との接触が面接触である場合、接触面積が小さいほど応力を集中させる効果が大きい。そのため、このような形状の押圧部材６６Ｃを用いることにより、押圧部材６６Ｃの下方かつ電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の近傍に配された感圧層６４に、印加された力を効率的に集中させることができる。したがって、本実施形態によれば、力センサＳの更なる高感度化が実現可能となる。

【0083】

［第４実施形態］
図６Ｃは、本発明の第４実施形態によるセンサセルの断面の構造を示す概略図である。本実施形態において、力センサＳは押圧部材６６Ｄを有する。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0084】

図６Ｃに示すように、本実施形態による押圧部材６６Ｄは、半球状をなしている。また、押圧部材６６Ｄと感圧層６４との接触面積が押圧部材６６Ｄと保護層６７との接触面積よりも小さい。押圧部材６６Ｄは、少なくとも力が印加されていない状態において感圧層６４と点接触している。本実施形態によれば、このような形状の押圧部材６６Ｄを用いることにより、押圧部材６６Ｄの下方かつ電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の近傍に配された感圧層６４に、印加された力をより効率的に集中させることができる。したがって、本実施形態によれば、力センサＳの更なる高感度化が実現可能となる。

【0085】

［第５実施形態］
図６Ｄは、本発明の第５実施形態によるセンサセルの断面の構造を示す概略図である。本実施形態において、力センサＳは押圧部材６６Ｅを有する。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0086】

図６Ｄに示すように、本実施形態による押圧部材６６Ｅは、錐状をなしている。また、押圧部材６６Ｅと感圧層６４との接触面積が押圧部材６６Ｅと保護層６７との接触面積よりも小さい。押圧部材６６Ｄは、一定の力が印加されたときであっても感圧層６４との点接触を維持する。本実施形態によれば、このような形状の押圧部材６６Ｅを用いることにより、押圧部材６６Ｄの下方かつ電極６２Ｃ、６２Ｄの間隙の近傍に配された感圧層６４に、印加された力をより効率的に集中させることができる。したがって、本実施形態によれば、力センサＳの更なる高感度化が実現可能となる。

【0087】

［その他の変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限らず、更に種々の変形が可能である。

【0088】

上述の実施形態では、力センサＳが備えている電極の個数は４である。しかしながら、電極の個数はこれに限定されるものではなく、２つ以上であればよい。例えば、図７Ａから図７Ｃに示すように、力センサＳが備えている電極数が２、６又は８であってもよい。

【0089】

図７Ａに示されているセンサセル６０は、２つの電極６２Ｅ、６２Ｆを有する。電極６２Ｅ、６２Ｆは、所定の間隙を隔てて配されている。感圧層６４は、電極６２Ｅ、６２Ｆの上に間隙を覆うように配されている。なお、図７Ａの変形実施形態においては、押圧部材６６は、２つの電極の間隙全体を覆うように配されている。

【0090】

図７Ｂに示されているセンサセル６０は、６つの電極６２Ｇ、６２Ｈ、６２Ｉ、６２Ｊ、６２Ｋ、６２Ｌを有する。６つの電極６２Ｇ、６２Ｈ、６２Ｉ、６２Ｊ、６２Ｋ、６２Ｌのそれぞれは、隣り合う電極と所定の間隙を隔てて配されている。感圧層６４は、電極６２Ｇ、６２Ｈ、６２Ｉ、６２Ｊ、６２Ｋ、６２Ｌの上に各間隙を覆うように形成されている。なお、図７Ｂの変形実施形態においては、押圧部材６６は、６つの電極の各間隙の一部を覆うように配されている。

【0091】

図７Ｃに示されているセンサセル６０は、８つの電極６２Ｍ、６２Ｎ、６２Ｏ、６２Ｐ、６２Ｑ、６２Ｒ、６２Ｓ、６２Ｔを有する。８つの電極６２Ｍ、６２Ｎ、６２Ｏ、６２Ｐ、６２Ｑ、６２Ｒ、６２Ｓ、６２Ｔのそれぞれは、隣り合う電極と所定の間隙を隔てて配されている。感圧層６４は、８つの電極６２Ｍ、６２Ｎ、６２Ｏ、６２Ｐ、６２Ｑ、６２Ｒ、６２Ｓ、６２Ｔの上に各間隙を覆うように形成されている。なお、図７Ｃの変形実施形態においては、押圧部材６６は、８つの電極の各間隙の一部を覆うように配されている。

【0092】

また、センサセル６０の形状は矩形に限られるものではなく、例えば、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、六角形又は円形であってもよい。

【0093】

本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。例えば、第３実施形態から第５実施形態において、第２実施形態のように、押圧部材と保護層とを同じ材料を用いて一体に形成することも可能である。

【0094】

上述したような力センサ及び力検出装置は、人間を模したロボットの指先等における触覚情報等を検出する触覚検出装置に適用することができる。本変形実施形態によれば、上述の実施形態による検出感度が向上された力センサを用いることにより、高精度に触覚情報を取得することができる触覚検出装置が提供される。

【0095】

また、上述したような力センサ及び力検出装置は、タッチパネルにおけるパネル上への接触の検出に適用することもできる。具体的には、上述の力センサ本変形実施形態によれば、上述の実施形態による検出感度が向上された力センサを用いることにより、高精度に接触を検出することができるタッチパネルが提供される。

【符号の説明】

【0096】

６０…センサセル
６２Ａ―６２Ｔ…電極
６４…感圧層
６６…押圧部材
６７…保護層
７０…センサ面
１００…力検出装置
Ｓ…力センサ
Ｍ１、Ｍ２…選択トランジスタ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7A】

【図7B】

【図7C】