JP7725896B2 - Bending sensor, bending detection device, and bending detection method - Google Patents
Bending sensor, bending detection device, and bending detection methodInfo
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Description
本発明は、曲げセンサ、曲げ検出装置、及び曲げ検出方法に関する。 The present invention relates to a bending sensor, a bending detection device, and a bending detection method.
曲げセンサに関する技術として、例えば、特許文献1及び特許文献2に記載された技術が知られている。特許文献1には、手袋型の装着具の各指に装着される曲げセンサが開示されている。特許文献1に開示された曲げセンサは、弾性体の内部に金属抵抗体(歪センサ)が設けられた構成を有する。この曲げセンサは、装着具の指の曲げ動作に応じて生じる金属抵抗体の電気抵抗値の変化に基づいて、曲げの状態を検出する。特許文献2には、有機EL表示装置に設けられる曲げセンサが開示されている。特許文献2に開示された曲げセンサは、第1電極層と圧電体層と第2電極層とが基板上に順に積層された構成を有する。この曲げセンサは、曲げ変形に応じた第1電極層と第2電極層との間の電圧の変化に基づいて、曲げの状態を検出する。 Known bending sensor technologies include those described in Patent Documents 1 and 2. Patent Document 1 discloses a bending sensor worn on each finger of a glove-type wearing device. The bending sensor disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which a metal resistor (strain sensor) is provided inside an elastic body. This bending sensor detects the bending state based on changes in the electrical resistance value of the metal resistor that occur in response to bending movements of the fingers wearing the wearing device. Patent Document 2 discloses a bending sensor provided in an organic EL display device. The bending sensor disclosed in Patent Document 2 has a configuration in which a first electrode layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are layered in this order on a substrate. This bending sensor detects the bending state based on changes in voltage between the first electrode layer and the second electrode layer in response to bending deformation.
しかしながら、特許文献1に開示された曲げセンサは、装着具の指ごとに装着されているため、指ごとに曲げを検出できるが、指のどの部位(例えば、指先又は指の付け根など)に生じた曲げであるかまでは検出できない。また、特許文献2に開示された曲げセンサは、基板全体の曲げの状態を検出できるに留まる。このように、上述したような曲げセンサでは、得られる曲げの状態の情報が乏しいため、曲げの状態を詳細に把握することが難しい。このような曲げセンサの活用範囲は限られたものとなる。 However, the bending sensor disclosed in Patent Document 1 is attached to each finger of the attachment, and so while it can detect bending for each finger, it cannot detect which part of the finger (for example, the fingertip or the base of the finger) the bending has occurred in. Furthermore, the bending sensor disclosed in Patent Document 2 can only detect the bending state of the entire board. As such, bending sensors such as those described above provide insufficient information about the bending state, making it difficult to grasp the bending state in detail. This limits the scope of use of such bending sensors.
本発明は、曲げの状態を詳細に把握することが可能な曲げセンサ、曲げ検出装置、及び曲げ検出方法を提供する。 The present invention provides a bending sensor, bending detection device, and bending detection method that can grasp the bending state in detail.
本発明の一側面に係る曲げセンサは、曲げを検出するための曲げセンサであって、可撓性を有する基板と、基板上に配置された複数の薄膜トランジスタからなる薄膜トランジスタアレイと、薄膜トランジスタアレイ上に配置された複数の画素電極と、複数の画素電極上に配置された圧電体層と、圧電体層上に配置された共通電極と、を備え、圧電体層は、共通電極と電気的に接続された表面と、複数の画素電極と電気的に接続された裏面と、を有し、複数の画素電極は、基板の平面視において互いに離間して配置され、互いに電気的に絶縁された第1画素電極及び第2画素電極を有し、薄膜トランジスタアレイは、第1画素電極と電気的に接続された第1薄膜トランジスタと、第2画素電極と電気的に接続された第2薄膜トランジスタと、を有する。 A bending sensor according to one aspect of the present invention is a bending sensor for detecting bending, comprising: a flexible substrate; a thin-film transistor array consisting of a plurality of thin-film transistors arranged on the substrate; a plurality of pixel electrodes arranged on the thin-film transistor array; a piezoelectric layer arranged on the plurality of pixel electrodes; and a common electrode arranged on the piezoelectric layer. The piezoelectric layer has a front surface electrically connected to the common electrode and a back surface electrically connected to the plurality of pixel electrodes. The plurality of pixel electrodes are arranged spaced apart from each other in a plan view of the substrate and have first and second pixel electrodes that are electrically insulated from each other. The thin-film transistor array comprises a first thin-film transistor electrically connected to the first pixel electrode and a second thin-film transistor electrically connected to the second pixel electrode.
この曲げセンサに曲げが付与されることによって圧電体層に引張応力又は圧縮応力が付与されると、複数の画素電極と共通電極との間の電気的特性が変化する。ここで、複数の画素電極は、平面視において互いに離間して配置され、互いに電気的に絶縁された第1画素電極及び第2画素電極を有する。そのため、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化と、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化とは、互いに独立して生じる。そこで、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す信号と、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す信号とを、第1薄膜トランジスタ及び第2薄膜トランジスタを利用して区別して検出することで、第1画素電極の位置での曲げの状態を示す情報と、第2画素電極の位置での曲げの状態を示す情報とを区別して取得できる。これにより、第1画素電極及び第2画素電極のそれぞれの位置での局所的な曲げの状態を把握できる。従って、上述した曲げセンサによれば、曲げの状態を詳細に把握することが可能となる。 When bending is applied to this bending sensor, tensile or compressive stress is applied to the piezoelectric layer, causing changes in the electrical characteristics between the multiple pixel electrodes and the common electrode. The multiple pixel electrodes include first and second pixel electrodes that are spaced apart from each other in a planar view and electrically insulated from each other. Therefore, changes in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode and changes in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode occur independently of each other. Therefore, by separately detecting signals indicating changes in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode and signals indicating changes in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode using the first and second thin film transistors, it is possible to separately obtain information indicating the bending state at the position of the first pixel electrode and information indicating the bending state at the position of the second pixel electrode. This allows the local bending state at each of the first and second pixel electrodes to be grasped. Therefore, the bending sensor described above makes it possible to grasp the bending state in detail.
複数の画素電極は、マトリクス状に配列されていてもよい。この場合、曲げの状態を示す情報を画素電極ごとに取得することで、より局所的な曲げの状態を把握できる。これにより、曲げセンサの曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 The multiple pixel electrodes may be arranged in a matrix. In this case, by acquiring information indicating the bending state for each pixel electrode, it is possible to grasp the bending state at a more localized level. This makes it possible to grasp the bending state of the bending sensor in more detail.
第1画素電極は、基板に沿った第1方向に延びる形状を有し、第2画素電極は、基板に沿いかつ第1方向と交差する第2方向に延びる形状を有してもよい。この場合、第1画素電極は、第1方向の曲げの影響を強く受け、第2画素電極は、第2方向の曲げの影響を強く受ける。そこで、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す信号を、第1方向の曲げの状態を示す情報として検出し、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す信号を、第2方向の曲げの状態を示す情報として検出することで、第1方向の曲げの状態と第2方向の曲げの状態とを区別して把握できる。これにより、曲げセンサの曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 The first pixel electrode may have a shape extending in a first direction along the substrate, and the second pixel electrode may have a shape extending in a second direction along the substrate and intersecting the first direction. In this case, the first pixel electrode is strongly affected by bending in the first direction, and the second pixel electrode is strongly affected by bending in the second direction. Therefore, by detecting a signal indicating a change in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode as information indicating the state of bending in the first direction, and detecting a signal indicating a change in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode as information indicating the state of bending in the second direction, it is possible to distinguish between the state of bending in the first direction and the state of bending in the second direction. This makes it possible to grasp the state of bending of the bending sensor in more detail.
第1画素電極及び第2画素電極のそれぞれは、第1画素電極と第2画素電極との間の電極間領域のヤング率よりも高いヤング率を有してもよい。この場合、第1画素電極が第1方向の曲げの影響を強く受け、第2画素電極が第2方向の曲げの影響を強く受ける態様をより確実に実現できる。これにより、第1方向の曲げの状態と第2方向の曲げの状態とをより確実に区別して把握することが可能となる。 The first pixel electrode and the second pixel electrode may each have a Young's modulus higher than the Young's modulus of the inter-electrode region between the first pixel electrode and the second pixel electrode. In this case, it is possible to more reliably achieve a state in which the first pixel electrode is strongly affected by bending in the first direction, and the second pixel electrode is strongly affected by bending in the second direction. This makes it possible to more reliably distinguish and grasp the state of bending in the first direction and the state of bending in the second direction.
電極間領域は、電気絶縁性を有する接着剤によって構成されていてもよい。この場合、第1画素電極及び第2画素電極のそれぞれのヤング率が電極間領域のヤング率よりも高い構成を簡易に実現できる。更に、第1画素電極と第2画素電極との間に電気絶縁性の接着剤が設けられることで、第1画素電極と第2画素電極との間の電気的絶縁性を確保しつつ第1画素電極と第2画素電極との位置関係を固定することができる。 The inter-electrode region may be formed from an electrically insulating adhesive. In this case, it is possible to easily achieve a configuration in which the Young's modulus of each of the first pixel electrode and the second pixel electrode is higher than the Young's modulus of the inter-electrode region. Furthermore, by providing an electrically insulating adhesive between the first pixel electrode and the second pixel electrode, it is possible to fix the positional relationship between the first pixel electrode and the second pixel electrode while ensuring electrical insulation between them.
曲げセンサに曲げが生じたときに引張応力又は圧縮応力が作用しない中立面は、圧電体層とは異なる高さに位置し、第1画素電極及び第2画素電極のそれぞれの少なくとも一部は、中立面に対して圧電体層と同じ側に配置されていてもよい。この場合、第1画素電極及び第2画素電極のそれぞれのヤング率と、第1画素電極と第2画素電極との間の電極間領域のヤング率との大小関係を利用して、第1画素電極が第1方向の曲げの影響を強く受け、第2画素電極が第2方向の曲げの影響を強く受ける態様をより確実に実現できる。これにより、第1方向の曲げの状態と第2方向の曲げの状態とをより確実に区別して把握することが可能となる。 The neutral plane, where no tensile or compressive stress acts when the bending sensor is bent, may be located at a different height from the piezoelectric layer, and at least a portion of each of the first pixel electrode and the second pixel electrode may be located on the same side of the neutral plane as the piezoelectric layer. In this case, by utilizing the magnitude relationship between the Young's modulus of each of the first pixel electrode and the second pixel electrode and the Young's modulus of the inter-electrode region between the first pixel electrode and the second pixel electrode, it is possible to more reliably achieve a state in which the first pixel electrode is strongly affected by bending in the first direction and the second pixel electrode is strongly affected by bending in the second direction. This makes it possible to more reliably distinguish and grasp the state of bending in the first direction and the state of bending in the second direction.
複数の画素電極は、複数の第1画素電極及び複数の第2画素電極を有し、各第1画素電極と各第2画素電極とは、交互に並ぶようにマトリクス状に配列されていてもよい。この場合、曲げの状態を示す情報を画素電極ごとに取得することで、より局所的な曲げの状態を把握できる。更に、各第1画素電極と各第2画素電極とが交互に配列されることで、各第1画素電極と各第2電極とを分散して配置することができ、得られる曲げの状態を示す情報に偏りが生じる事態を抑制できる。 The multiple pixel electrodes may include multiple first pixel electrodes and multiple second pixel electrodes, and the first pixel electrodes and second pixel electrodes may be arranged in a matrix so that they alternate with each other. In this case, by obtaining information indicating the bending state for each pixel electrode, it is possible to grasp the bending state more locally. Furthermore, by arranging the first pixel electrodes and second pixel electrodes alternately, the first pixel electrodes and second electrodes can be arranged in a dispersed manner, which prevents bias from occurring in the information indicating the bending state obtained.
共通電極は、平面視において第1画素電極を包含するように第1方向に延びる第1延在部と、平面視において第2画素電極を包含するように第2方向に延び、第1延在部に接続された第2延在部と、を有してもよい。この場合、共通電極が第1画素電極及び第2画素電極をそれぞれ包含するように配置されることにより、第1画素電極は、第1方向の曲げの影響をより強く受け、第2画素電極は、第2方向の曲げの影響をより強く受ける。これにより、第1方向の曲げの状態を示す情報と第2方向の曲げの状態を示す情報とをより確実に区別して取得することが可能となる。 The common electrode may have a first extension portion extending in a first direction to encompass the first pixel electrode in a planar view, and a second extension portion extending in a second direction to encompass the second pixel electrode in a planar view and connected to the first extension portion. In this case, by arranging the common electrode to encompass both the first pixel electrode and the second pixel electrode, the first pixel electrode is more strongly affected by bending in the first direction, and the second pixel electrode is more strongly affected by bending in the second direction. This makes it possible to more reliably distinguish and acquire information indicating the state of bending in the first direction from information indicating the state of bending in the second direction.
複数の画素電極は、複数の第1画素電極及び複数の第2画素電極を有し、複数の第1画素電極のそれぞれと複数の第2画素電極のそれぞれとは、マトリクス状に配列され、共通電極は、平面視において複数の第1画素電極をそれぞれ包含するように配置された複数の第1延在部と、平面視において複数の第2画素電極をそれぞれ包含するように配置された複数の第2延在部と、を有し、複数の第1延在部及び複数の第2延在部は、平面視において格子状に配列されていてもよい。この場合、曲げの状態を示す情報を画素電極ごとに取得することで、より局所的な曲げの状態を把握できる。これにより、曲げセンサの曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 The multiple pixel electrodes include multiple first pixel electrodes and multiple second pixel electrodes, each of which is arranged in a matrix. The common electrode includes multiple first extension portions arranged to encompass each of the multiple first pixel electrodes in a planar view, and multiple second extension portions arranged to encompass each of the multiple second pixel electrodes in a planar view. The multiple first extension portions and multiple second extension portions may be arranged in a grid pattern in a planar view. In this case, by acquiring information indicating the bending state for each pixel electrode, it is possible to grasp the bending state of a more localized area. This makes it possible to grasp the bending state of the bending sensor in more detail.
複数の画素電極は、平面視において第1画素電極及び第2画素電極と離間して配置され、第1画素電極及び第2画素電極と電気的に絶縁された、第3画素電極を更に有し、第3画素電極は、基板に沿いかつ第1方向及び第2方向に交差する第3方向に延びる形状を有してもよい。この場合、第3画素電極は、第3方向の曲げの影響を強く受ける。そこで、第3画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す信号を、第3方向の曲げの状態を示す情報として検出することで、第3方向の曲げの状態を示す情報を、第1方向の曲げの状態を示す情報及び第2方向の曲げの状態を示す情報と区別して取得できる。すなわち、上述した構成によれば、第1方向の曲げの状態及び第2方向の曲げの状態に加えて、第3方向の曲げの状態を把握できる。従って、上述した構成によれば、曲げセンサの曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 The plurality of pixel electrodes may further include a third pixel electrode that is spaced apart from the first pixel electrode and the second pixel electrode in a planar view and electrically insulated from the first pixel electrode and the second pixel electrode. The third pixel electrode may have a shape that extends along the substrate in a third direction that intersects the first and second directions. In this case, the third pixel electrode is strongly affected by bending in the third direction. Therefore, by detecting a signal indicating a change in the electrical characteristics between the third pixel electrode and the common electrode as information indicating the bending state in the third direction, the information indicating the bending state in the third direction can be obtained separately from the information indicating the bending state in the first direction and the information indicating the bending state in the second direction. In other words, with the above-described configuration, the bending state in the third direction can be determined in addition to the bending state in the first direction and the bending state in the second direction. Therefore, with the above-described configuration, the bending state of the bending sensor can be determined in more detail.
共通電極は、平面視において第1画素電極を包含するように第1方向に延びる第1延在部と、平面視において第2画素電極を包含するように第2方向に延び、第1延在部に接続された第2延在部と、平面視において第3画素電極を包含するように第3方向に延び、第1延在部及び第2延在部に接続された第3延在部と、を有してもよい。この場合、共通電極が第3画素電極を包含するように配置されることにより、第3画素電極は、第3方向の曲げの影響をより強く受ける。これにより、第3方向の曲げの状態を示す情報をより確実に区別して取得することが可能となる。 The common electrode may have a first extension portion extending in a first direction to encompass the first pixel electrode in a planar view, a second extension portion extending in a second direction to encompass the second pixel electrode in a planar view and connected to the first extension portion, and a third extension portion extending in a third direction to encompass the third pixel electrode in a planar view and connected to the first and second extension portions. In this case, by arranging the common electrode to encompass the third pixel electrode, the third pixel electrode is more strongly affected by bending in the third direction. This makes it possible to more reliably distinguish and obtain information indicating the state of bending in the third direction.
本発明の別の側面に係る曲げ検出装置は、上述したいずれかの曲げセンサと、曲げセンサの曲げを検出する検出部と、を備え、曲げセンサに曲げが付与されたときに、第1薄膜トランジスタは、曲げに応じた第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第1信号を検出部に出力し、第2薄膜トランジスタは、曲げに応じた第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第2信号を検出部に出力し、検出部は、第1信号を、第1画素電極の位置での曲げの状態を示す情報として検出し、第2信号を、第2画素電極の位置での曲げの状態を示す情報として検出する。 A bending detection device according to another aspect of the present invention includes any of the bending sensors described above and a detection unit that detects bending of the bending sensor. When a bend is applied to the bending sensor, the first thin-film transistor outputs a first signal to the detection unit that indicates a change in electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode in response to the bending, and the second thin-film transistor outputs a second signal to the detection unit that indicates a change in electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode in response to the bending. The detection unit detects the first signal as information indicating the state of bending at the position of the first pixel electrode and the second signal as information indicating the state of bending at the position of the second pixel electrode.
上述した曲げ検出装置では、上述したいずれかの曲げセンサを備えるので、上述したように、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化と、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化とは、互いに独立して生じる。そこで、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第1信号と、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第2信号とを、第1薄膜トランジスタ及び第2薄膜トランジスタを利用して区別して検出することで、第1画素電極の位置での曲げの状態を示す情報と、第2画素電極の位置での曲げの状態を示す情報とを区別して取得できる。これにより、第1画素電極及び第2画素電極のそれぞれの位置での局所的な曲げの状態を把握できる。従って、上述した曲げ検出装置によれば、曲げの状態を詳細に把握することが可能となる。 The bending detection device described above includes one of the bending sensors described above. Therefore, as described above, changes in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode and changes in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode occur independently of each other. Therefore, by separately detecting a first signal indicating a change in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode and a second signal indicating a change in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode using the first thin-film transistor and the second thin-film transistor, it is possible to separately obtain information indicating the bending state at the position of the first pixel electrode and information indicating the bending state at the position of the second pixel electrode. This makes it possible to grasp the local bending state at each of the positions of the first pixel electrode and the second pixel electrode. Therefore, the bending detection device described above makes it possible to grasp the bending state in detail.
第1画素電極は、基板に沿った第1方向に延びる形状を有し、第2画素電極は、基板に沿いかつ第1方向と交差する第2方向に延びる形状を有し、検出部は、第1信号を、第1画素電極の位置での第1方向の曲げの状態を示す情報として検出し、第2信号を、第2画素電極の位置での第2方向の曲げの状態を示す情報として検出してもよい。この場合、第1画素電極は、第1方向の曲げの影響を強く受け、第2画素電極は、第2方向の曲げの影響を強く受ける。そこで、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第1信号を、第1方向の曲げの状態を示す情報として検出し、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第2信号を、第2方向の曲げの状態を示す情報として検出することで、第1方向の曲げの状態と第2方向の曲げの状態とを区別して把握できる。これにより、曲げセンサの曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 The first pixel electrode may extend in a first direction along the substrate, and the second pixel electrode may extend in a second direction along the substrate that intersects the first direction. The detection unit may detect a first signal as information indicating the bending state in the first direction at the position of the first pixel electrode, and a second signal as information indicating the bending state in the second direction at the position of the second pixel electrode. In this case, the first pixel electrode is strongly affected by bending in the first direction, and the second pixel electrode is strongly affected by bending in the second direction. Therefore, by detecting a first signal indicating a change in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode as information indicating the bending state in the first direction, and detecting a second signal indicating a change in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode as information indicating the bending state in the second direction, it is possible to distinguish between the bending state in the first direction and the bending state in the second direction. This makes it possible to more precisely determine the bending state of the bending sensor.
本発明の更に別の側面に係る曲げ検出方法は、上述したいずれかの曲げセンサを用いて実施される曲げ検出方法であって、曲げセンサに曲げが付与されたときに、第1薄膜トランジスタから、曲げに応じた第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第1信号を出力し、第2薄膜トランジスタから、曲げに応じた第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第2信号を出力するステップと、第1信号を、第1画素電極の位置での曲げの状態を示す情報として検出し、第2信号を、第2画素電極の位置での曲げの状態を示す情報として検出するステップと、を備える。 A bending detection method according to yet another aspect of the present invention is a bending detection method implemented using any of the bending sensors described above, and includes the steps of: when a bend is applied to the bending sensor, outputting from the first thin-film transistor a first signal indicating a change in electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode in response to the bend; and outputting from the second thin-film transistor a second signal indicating a change in electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode in response to the bend; detecting the first signal as information indicating the state of the bend at the position of the first pixel electrode; and detecting the second signal as information indicating the state of the bend at the position of the second pixel electrode.
上述した曲げ検出方法では、上述したいずれかの曲げセンサを用いるので、上述したように、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化と、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化とは、互いに独立して生じる。そこで、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第1信号と、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第2信号とを、第1薄膜トランジスタ及び第2薄膜トランジスタを利用して区別して検出することで、第1画素電極の位置での曲げの状態を示す情報と、第2画素電極の位置での曲げの状態を示す情報とを区別して取得できる。これにより、第1画素電極及び第2画素電極のそれぞれの位置での局所的な曲げの状態を把握できる。従って、上述した曲げ検出方法によれば、曲げの状態を詳細に把握することが可能となる。 The bending detection method described above uses one of the bending sensors described above. As described above, changes in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode and changes in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode occur independently of each other. Therefore, by separately detecting a first signal indicating a change in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode and a second signal indicating a change in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode using the first thin-film transistor and the second thin-film transistor, it is possible to separately obtain information indicating the bending state at the position of the first pixel electrode and information indicating the bending state at the position of the second pixel electrode. This makes it possible to grasp the local bending state at each of the positions of the first pixel electrode and the second pixel electrode. Therefore, the bending detection method described above makes it possible to grasp the bending state in detail.
第1信号及び第2信号を出力するステップでは、基板に沿った第1方向に延びる形状を有する第1画素電極を用いて第1信号を出力し、基板に沿いかつ第1方向と交差する第2方向に延びる形状を有する第2画素電極を用いて第2信号を出力し、第1信号及び第2信号を検出するステップでは、第1信号を、第1画素電極の位置での第1方向の曲げの状態を示す情報として検出し、第2信号を、第2画素電極の位置での第2方向の曲げの状態を示す情報として検出してもよい。この場合、第1画素電極は、第1方向の曲げの影響を強く受け、第2画素電極は、第2方向の曲げの影響を強く受ける。そこで、第1画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第1信号を、第1方向の曲げの状態を示す情報として検出し、第2画素電極と共通電極との間の電気的特性の変化を示す第2信号を、第2方向の曲げの状態を示す情報として検出することで、第1方向の曲げの状態と第2方向の曲げの状態とを区別して把握できる。これにより、曲げセンサの曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 In the step of outputting the first and second signals, the first signal may be output using a first pixel electrode having a shape extending in a first direction along the substrate, and the second signal may be output using a second pixel electrode having a shape extending in a second direction along the substrate and intersecting the first direction. In the step of detecting the first and second signals, the first signal may be detected as information indicating the bending state in the first direction at the position of the first pixel electrode, and the second signal may be detected as information indicating the bending state in the second direction at the position of the second pixel electrode. In this case, the first pixel electrode is strongly affected by the bending in the first direction, and the second pixel electrode is strongly affected by the bending in the second direction. Therefore, by detecting the first signal indicating a change in the electrical characteristics between the first pixel electrode and the common electrode as information indicating the bending state in the first direction, and detecting the second signal indicating a change in the electrical characteristics between the second pixel electrode and the common electrode as information indicating the bending state in the second direction, the bending state in the first direction and the bending state in the second direction can be distinguished and identified. This makes it possible to identify the bending state of the bending sensor in more detail.
本発明によれば、曲げの状態をより詳細に把握することが可能である。 This invention makes it possible to grasp the bending state in more detail.
以下、本発明の実施形態に係る曲げセンサ、曲げ検出装置、及び曲げ検出方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を適宜省略する。図面の寸法及び寸法比率は、必ずしも実際の寸法及び寸法比率とは一致していない。 Below, a bending sensor, bending detection device, and bending detection method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be designated by the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted where appropriate. The dimensions and dimensional ratios in the drawings do not necessarily correspond to the actual dimensions and dimensional ratios.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る曲げセンサ10を示す平面図である。図2は、図1のA1-A1線に沿った曲げセンサ10を示す断面図である。曲げセンサ10は、曲げセンサ10に付与される曲げを検出する。曲げセンサ10は、後述する検出部5と共に、曲げ検出装置1を構成する(図12参照)。曲げセンサ10は、複数のセンサ11がマトリクス状(二次元状)に配列されたセンサアレイである。曲げセンサ10を構成する複数のセンサ11は、画素ごとに1個ずつ配置されている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing a bending sensor 10 according to a first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the bending sensor 10 taken along line A1-A1 in FIG. 1. The bending sensor 10 detects bending applied to the bending sensor 10. The bending sensor 10, together with a detection unit 5 described below, constitutes a bending detection device 1 (see FIG. 12). The bending sensor 10 is a sensor array in which a plurality of sensors 11 are arranged in a matrix (two-dimensionally). The plurality of sensors 11 that constitute the bending sensor 10 are arranged one for each pixel.
本明細書において、「画素」とは、後述する走査配線61及び信号配線62(図6参照)の交点に対応する検知点を指す。この場合、図1の平面視において、複数の画素が一定のピッチでマトリクス状に配列される。本実施形態では、複数の画素がN行M列(M、Nは2以上の整数)に配列される場合について説明する。複数の画素は、N行M列に配列される複数の画素領域RPによってそれぞれ区分けすることができる。図1には、互いに隣り合う各画素の境界線(すなわち、各画素領域RPの境界線)BLが示されている。但し、境界線BLは、各画素の境界を示す仮想線であって、実際に存在する構成物の境界を示す線ではない。 In this specification, the term "pixel" refers to a detection point corresponding to the intersection of scanning wiring 61 and signal wiring 62 (see Figure 6), which will be described later. In this case, in the plan view of Figure 1, multiple pixels are arranged in a matrix at a constant pitch. In this embodiment, a case where multiple pixels are arranged in N rows and M columns (M and N are integers of 2 or greater) is described. The multiple pixels can be divided into multiple pixel regions RP arranged in N rows and M columns. Figure 1 shows the boundary line BL between adjacent pixels (i.e., the boundary line between each pixel region RP). However, the boundary line BL is a virtual line that indicates the boundary between each pixel, and does not indicate the boundary of an actual component.
図1及び図2に示すように、曲げセンサ10は、フレキシブル基板15と、複数の薄膜トランジスタを含む薄膜トランジスタ層20と、複数の画素電極25と、圧電体層30と、対向電極35と、を備える。フレキシブル基板15は、可撓性を有する基板であり、絶縁材料によって構成されている。フレキシブル基板15の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド(PI)、及びアクリルなどが挙げられる。図2に示すように、フレキシブル基板15は、その厚み方向において互いに反対側を向く表面15a及び裏面15bを有する。フレキシブル基板15の表面15a上には、複数の薄膜トランジスタを含む薄膜トランジスタ層20と、複数の画素電極25と、圧電体層30と、対向電極35とが順に積層されている。 As shown in Figures 1 and 2, the bending sensor 10 includes a flexible substrate 15, a thin-film transistor layer 20 including multiple thin-film transistors, multiple pixel electrodes 25, a piezoelectric layer 30, and a counter electrode 35. The flexible substrate 15 is a flexible substrate made of an insulating material. Examples of materials for the flexible substrate 15 include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyimide (PI), and acrylic. As shown in Figure 2, the flexible substrate 15 has a front surface 15a and a back surface 15b facing opposite each other in the thickness direction. On the front surface 15a of the flexible substrate 15, a thin-film transistor layer 20 including multiple thin-film transistors, multiple pixel electrodes 25, a piezoelectric layer 30, and a counter electrode 35 are stacked in this order.
以下では、フレキシブル基板15の表面15aに沿った一方向をX方向(第1方向)とし、表面15aに沿い且つ当該一方向と直交する方向をY方向(第2方向)とし、表面15aに直交する方向(すなわち、フレキシブル基板15の厚み方向)をZ方向として説明する。また、本実施形態では、Z方向から見ることを「平面視」と称し、Z方向におけるフレキシブル基板15側を「下」、その反対側(すなわち、対向電極35側)を「上」と称することがある。また、或る構成の高さを説明する場合には、Z方向におけるフレキシブル基板15の裏面15bの高さを基準として説明することがある。 In the following description, one direction along the surface 15a of the flexible substrate 15 is referred to as the X direction (first direction), the direction along the surface 15a and perpendicular to that direction is referred to as the Y direction (second direction), and the direction perpendicular to the surface 15a (i.e., the thickness direction of the flexible substrate 15) is referred to as the Z direction. In this embodiment, the view from the Z direction is referred to as a "planar view," and the flexible substrate 15 side in the Z direction may be referred to as "bottom," and the opposite side (i.e., the opposing electrode 35 side) as "top." Furthermore, when describing the height of a certain configuration, the height of the back surface 15b of the flexible substrate 15 in the Z direction may be used as the reference.
薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)層20においては、複数の薄膜トランジスタは、X方向及びY方向に沿ってマトリクス状に配列されており、画素ごとに1つずつ、あるいは画素ごとに1組ずつ配置されている。つまり、各薄膜トランジスタまたは薄膜トランジスタ群は、各画素に対応してN行M列に配列されている。例えば後述する図4~図6の回路は、1画素に画素用薄膜トランジスタ21と選択用薄膜トランジスタ22との2個の薄膜トランジスタを有し、画素電極25は、画素用薄膜トランジスタ21のゲート電極G1に接続されている。或いは、後述する図7~図9の回路は、1画素に、画素用薄膜トランジスタ21、選択用薄膜トランジスタ22、及びリセット用薄膜トランジスタ23の3個の薄膜トランジスタを有し、画素電極25は、画素用薄膜トランジスタ21のゲート電極G1に接続されている。これらの薄膜トランジスタは、図4~図5または図7~図8に示すように、同様な積層構成(例えばゲート電極\ゲート絶縁膜\半導体層\(ソース・ドレイン電極)\層間絶縁膜)からなる薄膜トランジスタを面内に配置して配線で接続したものであり、積層構成全体を薄膜トランジスタ層20と呼ぶ。薄膜トランジスタ層20の構成要素のうち体積の大部分を占めるのは層間絶縁膜51とゲート絶縁膜50であり、薄膜トランジスタ層20のヤング率には、層間絶縁膜51及びゲート絶縁膜50の積層体のヤング率を用いてよい。特に層間絶縁膜51とゲート絶縁膜50が同一物質なら、当該積層体のヤング率を用いてよい。このように、複数の薄膜トランジスタ群はアレイ状に配列されているため、以下では、複数の薄膜トランジスタ群を「薄膜トランジスタアレイ20」として説明することがある。各薄膜トランジスタは、例えば、有機薄膜トランジスタ(有機半導体)又は酸化物薄膜トランジスタ(酸化物半導体)としてよい。有機薄膜トランジスタ及び酸化物薄膜トランジスタは、有機絶縁膜が主体として構成される場合、フレキシブルで壊れにくいという利点を有する。 In the thin film transistor (TFT) layer 20, multiple thin film transistors are arranged in a matrix along the X and Y directions, with one or one group per pixel. That is, each thin film transistor or group of thin film transistors is arranged in N rows and M columns, corresponding to each pixel. For example, the circuits shown in Figures 4 to 6 (described below) have two thin film transistors per pixel: a pixel thin film transistor 21 and a selection thin film transistor 22, and the pixel electrode 25 is connected to the gate electrode G1 of the pixel thin film transistor 21. Alternatively, the circuits shown in Figures 7 to 9 (described below) have three thin film transistors per pixel: a pixel thin film transistor 21, a selection thin film transistor 22, and a reset thin film transistor 23, and the pixel electrode 25 is connected to the gate electrode G1 of the pixel thin film transistor 21. As shown in Figures 4-5 or 7-8, these thin-film transistors are formed by arranging thin-film transistors having similar layered structures (e.g., gate electrode, gate insulating film, semiconductor layer, (source/drain electrodes), and interlayer insulating film) in a plane and connecting them with wiring. The entire layered structure is referred to as the thin-film transistor layer 20. The interlayer insulating film 51 and gate insulating film 50 account for the majority of the volume of the components of the thin-film transistor layer 20. Therefore, the Young's modulus of the thin-film transistor layer 20 may be that of the laminate of the interlayer insulating film 51 and gate insulating film 50. In particular, if the interlayer insulating film 51 and the gate insulating film 50 are made of the same material, the Young's modulus of the laminate may be used. Because the multiple thin-film transistors are arranged in an array, the multiple thin-film transistors may be referred to as the "thin-film transistor array 20" below. Each thin-film transistor may be, for example, an organic thin-film transistor (organic semiconductor) or an oxide thin-film transistor (oxide semiconductor). Organic thin-film transistors and oxide thin-film transistors, when primarily composed of an organic insulating film, have the advantage of being flexible and durable.
図2において薄膜トランジスタ層20は単一層のように記載しているが、実際には複数の薄膜トランジスタを含み、図4又は図7のように、画素電極25は、画素用薄膜トランジスタ21のゲート電極G1に接続されている。複数の薄膜トランジスタは、少なくとも2個の第1の画素用薄膜トランジスタ21A及び第2の画素用薄膜トランジスタ21B(図6参照)を有する。第1の画素用薄膜トランジスタ21A及び第2の画素用薄膜トランジスタ21Bは、フレキシブル基板15の表面15a上においてX方向に離間した位置に配置されている。第1の画素用薄膜トランジスタ21Aは、後述する第1画素電極25Aに電気的に接続され、第2の画素用薄膜トランジスタ21Bは、後述する第2画素電極25Bに電気的に接続されている。 In Figure 2, the thin-film transistor layer 20 is depicted as a single layer, but in reality it includes multiple thin-film transistors, and as shown in Figure 4 or Figure 7, the pixel electrode 25 is connected to the gate electrode G1 of the pixel thin-film transistor 21. The multiple thin-film transistors include at least two: a first pixel thin-film transistor 21A and a second pixel thin-film transistor 21B (see Figure 6). The first pixel thin-film transistor 21A and the second pixel thin-film transistor 21B are arranged at positions spaced apart in the X direction on the surface 15a of the flexible substrate 15. The first pixel thin-film transistor 21A is electrically connected to a first pixel electrode 25A (described below), and the second pixel thin-film transistor 21B is electrically connected to a second pixel electrode 25B (described below).
複数の画素電極25は、X方向及びY方向に沿ってマトリクス状に配列されており、通常は画素ごとに1つずつ配置されている。つまり、各画素電極25も、各薄膜トランジスタ群と同様、各画素に対応してN行M列に配列されている。各画素電極25は、平面視において各画素用薄膜トランジスタ21と重なる位置又はその近くに配置されている。各画素電極25は、X方向及びY方向に沿って一定のピッチで配列されており、X方向及びY方向の各方向において互いに離間するように配置されている。 The multiple pixel electrodes 25 are arranged in a matrix along the X and Y directions, with one electrode typically provided for each pixel. That is, like each thin-film transistor group, each pixel electrode 25 is arranged in N rows and M columns corresponding to each pixel. Each pixel electrode 25 is arranged at a position overlapping with or near each pixel thin-film transistor 21 in a plan view. The pixel electrodes 25 are arranged at a constant pitch along the X and Y directions, and are spaced apart from each other in both the X and Y directions.
各画素電極25は、X方向及びY方向に沿って互いに離間している。各画素電極25が互いに離間する状態とは、各画素電極25が物理的に互いに離れた位置に配置された状態であればよく、各画素電極25の間の領域(以下、「画素電極間領域26」と称する)に固体物質が介在していてもよいし、画素電極間領域26に固体物質が介在していなくてもよい。画素電極間領域26に固体物質が介在する場合、当該固体物質は、電気絶縁性を有する材料によって構成される。この場合、各画素電極25の間の電気的絶縁性が確保される。 The pixel electrodes 25 are spaced apart from one another in the X and Y directions. The pixel electrodes 25 being spaced apart from one another means that the pixel electrodes 25 are physically spaced apart from one another. A solid material may be present in the region between the pixel electrodes 25 (hereinafter referred to as the "inter-pixel electrode region 26"), or the inter-pixel electrode region 26 may not have a solid material present. If a solid material is present in the inter-pixel electrode region 26, the solid material is made of an electrically insulating material. In this case, electrical insulation between the pixel electrodes 25 is ensured.
本実施形態では、画素電極間領域26には、電気絶縁性の接着剤が設けられている。この場合、画素電極間領域26は、電気絶縁性の接着剤によって構成されているといえる。接着剤は、画素電極25に対して接着可能であり、例えば粘着剤などを含む。従って、各画素電極25の間の画素電極間領域26は、各画素電極25に接着されることで、各画素電極25の位置を固定(或いは維持)する。画素電極間領域26に固体物質が介在しない場合、画素電極間領域26は空気によって構成される。この場合も、画素電極間領域26に存在する空気層によって各画素電極25の間の電気的絶縁性が確保される。 In this embodiment, an electrically insulating adhesive is provided in the inter-pixel electrode region 26. In this case, the inter-pixel electrode region 26 can be said to be composed of an electrically insulating adhesive. The adhesive is capable of adhering to the pixel electrodes 25 and includes, for example, a pressure-sensitive adhesive. Therefore, the inter-pixel electrode region 26 between each pixel electrode 25 fixes (or maintains) the position of each pixel electrode 25 by adhering to each pixel electrode 25. If no solid material is present in the inter-pixel electrode region 26, the inter-pixel electrode region 26 is composed of air. In this case, too, the air layer present in the inter-pixel electrode region 26 ensures electrical insulation between each pixel electrode 25.
各画素電極25は、例えば、X方向の長さとY方向の長さとが互いに同一の正方形状を有している。各画素電極25は、例えば、モリブデン(Mо)又はアルミニウム(Al)用の金属膜、銀(Ag)ペースト等の金属ペースト、或いはカーボンペーストによって構成される。 Each pixel electrode 25 has, for example, a square shape with the same length in the X direction and the same length in the Y direction. Each pixel electrode 25 is made of, for example, a metal film for molybdenum (Mo) or aluminum (Al), a metal paste such as silver (Ag) paste, or a carbon paste.
各画素電極25は、圧電体層30側を向く表面25aと、薄膜トランジスタ層20側を向く裏面25bと、を有する。各画素電極25の表面25aは、圧電体層30と電気的に接続されている。各画素電極25の裏面25bは、各画素用薄膜トランジスタ21と接触して電気的に接続されている。複数の画素電極25は、少なくとも2個の第1画素電極25A(第1電極)及び第2画素電極25B(第2電極)を有する。図1に示す例では、第1画素電極25A及び第2画素電極25Bは、X方向において画素電極間領域26を介して隣り合っている。第1画素電極25Aは、第1の画素用薄膜トランジスタ21Aに対応する位置に配置されている。第1画素電極25Aの裏面25bは、第1の画素用薄膜トランジスタ21A(第1薄膜トランジスタ)と電気的に接続されている。第2画素電極25Bは、第2の画素用薄膜トランジスタ21Bに対応する位置に配置されている。第2画素電極25Bの裏面25bは、第2の画素用薄膜トランジスタ21B(第2薄膜トランジスタ)と電気的に接続されている。 Each pixel electrode 25 has a front surface 25a facing the piezoelectric layer 30 and a back surface 25b facing the thin-film transistor layer 20. The front surface 25a of each pixel electrode 25 is electrically connected to the piezoelectric layer 30. The back surface 25b of each pixel electrode 25 is in contact with and electrically connected to each pixel thin-film transistor 21. The multiple pixel electrodes 25 have at least two first pixel electrodes 25A (first electrodes) and two second pixel electrodes 25B (second electrodes). In the example shown in FIG. 1, the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B are adjacent to each other in the X direction via an inter-pixel electrode region 26. The first pixel electrode 25A is located at a position corresponding to the first pixel thin-film transistor 21A. The back surface 25b of the first pixel electrode 25A is electrically connected to the first pixel thin-film transistor 21A (first thin-film transistor). The second pixel electrode 25B is located at a position corresponding to the second pixel thin-film transistor 21B. The back surface 25b of the second pixel electrode 25B is electrically connected to the second pixel thin film transistor 21B (second thin film transistor).
対向電極35は、Z方向において圧電体層30を介して複数の画素電極25と対向する位置に配置されている。対向電極35は、例えば、平面視において全ての画素電極25と重なるように配置される1枚の共通電極である。対向電極35は、平面視において全ての画素電極25を包含する矩形状を有している。対向電極35としては、例えば、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はモリブデン(Mo)などの金属材料によって構成される金属薄膜が用いられる。対向電極35は、例えば、グランド(GND)と電気的に接続されている。この場合、対向電極35には、グランド電位が印加される。対向電極35には、グランド電位が印加されなくてもよく、任意の一定の電圧が印加されてもよい。 The counter electrode 35 is disposed in a position facing the multiple pixel electrodes 25 in the Z direction via the piezoelectric layer 30. The counter electrode 35 is, for example, a single common electrode disposed so as to overlap all of the pixel electrodes 25 in a planar view. The counter electrode 35 has a rectangular shape that encompasses all of the pixel electrodes 25 in a planar view. The counter electrode 35 is, for example, a thin metal film made of a metal material such as aluminum (Al), gold (Au), or molybdenum (Mo). The counter electrode 35 is, for example, electrically connected to ground (GND). In this case, a ground potential is applied to the counter electrode 35. Ground potential does not have to be applied to the counter electrode 35, and any constant voltage may be applied.
圧電体層30は、Z方向における複数の画素電極25と対向電極35との間に配置されている。圧電体層30は、圧電体を含む層である。圧電体の材料としては、例えば、ポリビニリデンジフルオリド(PVDF)、ポリトリフルオロエチレン(PTrFE)、ポリ(ビニリデンジフルオリド-トリフルオロエチレン)共重合体(P(VDF-TrFE))などが挙げられる。これらの材料は、ポーリング処理によって圧電体層30に強い圧電性を付与することができる。圧電体層30は、対向電極35側を向く表面30aと、複数の画素電極25側を向く裏面30bと、を有する。表面30aは、対向電極35と接触して電気的に接続されている。裏面30bは、全ての画素電極25と接触して電気的に接続されている。 The piezoelectric layer 30 is disposed between the multiple pixel electrodes 25 and the counter electrode 35 in the Z direction. The piezoelectric layer 30 is a layer containing a piezoelectric material. Examples of piezoelectric materials include polyvinylidene difluoride (PVDF), polytrifluoroethylene (PTrFE), and poly(vinylidene difluoride-trifluoroethylene) copolymer (P(VDF-TrFE)). These materials can be imparted with strong piezoelectricity to the piezoelectric layer 30 by a poling process. The piezoelectric layer 30 has a front surface 30a facing the counter electrode 35 and a back surface 30b facing the multiple pixel electrodes 25. The front surface 30a is in contact with and electrically connected to the counter electrode 35. The back surface 30b is in contact with and electrically connected to all of the pixel electrodes 25.
曲げセンサ10が曲げられることによって圧電体層30に引張応力又は圧縮応力が付与されると、圧電体層30では、圧電体に分極が生じる圧電効果によって、応力に応じた電圧が発生する。これにより、対向電極35と画素電極25との間の電気的特性が変化する。具体的には、対向電極35と画素電極25との間に電位差が発生する。 When tensile or compressive stress is applied to the piezoelectric layer 30 due to bending of the bending sensor 10, a voltage corresponding to the stress is generated in the piezoelectric layer 30 due to the piezoelectric effect, which causes polarization in the piezoelectric material. This changes the electrical characteristics between the counter electrode 35 and the pixel electrode 25. Specifically, a potential difference is generated between the counter electrode 35 and the pixel electrode 25.
対向電極35に一定の電圧が印加される場合、画素電極25の電圧は、対向電極35の電圧に圧電体層30の電圧が加算された値となる。画素電極25の電圧は、電圧信号として薄膜トランジスタアレイ20から出力された後、検出部5によって、曲げの状態を示す情報(曲げ情報)として検出される。当該信号が示す電圧は、曲げの大きさに比例するため、当該信号からは曲げの大きさを把握できる。曲げの大きさからは、曲げの有無の他、曲げ量、及び曲げの向き(すなわち、上方に凸となる曲げであるか、下方に凹となる曲げであるか)といった情報が得られる。従って、曲げ情報は、曲げの有無、曲げ量、及び曲げの向きなどを含む情報としてよい。 When a constant voltage is applied to the opposing electrode 35, the voltage of the pixel electrode 25 is the sum of the voltage of the opposing electrode 35 and the voltage of the piezoelectric layer 30. The voltage of the pixel electrode 25 is output as a voltage signal from the thin-film transistor array 20 and then detected by the detection unit 5 as information indicating the state of bending (bending information). Because the voltage indicated by this signal is proportional to the magnitude of bending, the magnitude of bending can be determined from this signal. The magnitude of bending provides information such as whether or not there is bending, the amount of bending, and the direction of bending (i.e., whether the bending is upwardly convex or downwardly concave). Therefore, bending information may include information on whether or not there is bending, the amount of bending, and the direction of bending.
本実施形態では、上述したように、1枚の対向電極35に対して複数の画素電極25がマトリクス状に離間して配列され、各画素電極25が互いに電気的に絶縁されている。この場合、各画素電極25に生じる電圧は、画素電極25ごとに独立して変化する。従って、曲げセンサ10に曲げられることによって圧電体層30に応力が付与されると、各画素電極25には、各画素電極25の位置での当該応力に応じた電圧が生じる。つまり、圧電体層30の全体に付与される曲げのうち、第1画素電極25Aの位置での曲げに応じた電圧が第1画素電極25Aに生じ、第2画素電極25Bの位置での曲げに応じた電圧が第2画素電極25Bに生じる。そこで、本実施形態に係る曲げセンサ10では、各画素電極25に生じる電圧を区別して検出することによって、画素電極25ごとに曲げ情報を取得する。これにより、曲げセンサ10の曲げの状態を画素電極25単位で把握できる。 In this embodiment, as described above, multiple pixel electrodes 25 are arranged in a matrix with a space between them relative to a single counter electrode 35, and the pixel electrodes 25 are electrically insulated from one another. In this case, the voltage generated at each pixel electrode 25 varies independently for each pixel electrode 25. Therefore, when stress is applied to the piezoelectric layer 30 by bending the bending sensor 10, a voltage corresponding to the stress is generated at each pixel electrode 25. In other words, of the bending applied to the entire piezoelectric layer 30, a voltage corresponding to the bending at the position of the first pixel electrode 25A is generated at the first pixel electrode 25A, and a voltage corresponding to the bending at the position of the second pixel electrode 25B is generated at the second pixel electrode 25B. Therefore, the bending sensor 10 according to this embodiment separately detects the voltage generated at each pixel electrode 25, thereby acquiring bending information for each pixel electrode 25. This allows the bending state of the bending sensor 10 to be determined for each pixel electrode 25.
図2に示すように、圧電体層30は、曲げセンサ10が曲げられたときに応力が付与されるように、中立面NPとは異なる位置に配置される。中立面NPとは、曲げセンサ10が曲げられても引張応力又は圧縮応力が付与されない面である。本実施形態において、中立面NPは、XY平面に沿った仮想面として示すことができ、曲げセンサ10を構成する各層(すなわち、フレキシブル基板15、薄膜トランジスタ層20、画素電極25、圧電体層30、及び対向電極35)のいずれかに位置する。 As shown in FIG. 2, the piezoelectric layer 30 is positioned at a position different from the neutral plane NP so that stress is applied when the bending sensor 10 is bent. The neutral plane NP is a plane to which no tensile or compressive stress is applied when the bending sensor 10 is bent. In this embodiment, the neutral plane NP can be shown as a virtual plane along the XY plane, and is located on any of the layers that make up the bending sensor 10 (i.e., the flexible substrate 15, the thin-film transistor layer 20, the pixel electrode 25, the piezoelectric layer 30, and the counter electrode 35).
中立面NPのZ方向の位置は、フレキシブル基板15の裏面15bからの高さλによって表すことができる。中立面NPの高さλは、曲げセンサ10を構成する各層(すなわち、フレキシブル基板15、薄膜トランジスタ層20、画素電極25、圧電体層30、及び対向電極35)のヤング率及び厚さに依存する。曲げセンサ10がN層(Nは自然数)で構成される場合、最下層を第1層として第i層(iはN以下の自然数)のヤング率をEi、第i層の厚さをTi、最下層からの第i層の中央の高さをYiとすると、中立面NPの高さλは、一般的に次の式(1)によって表される。
このように、中立面NPの高さλは、各層のヤング率及び厚さによって変化するため、各層のヤング率及び厚さの調整によって調整可能である。中立面NPの高さλは、例えば、圧電体層30の裏面30bよりも低い位置に位置している。図2に示す例では、中立面NPの高さλが、画素電極25の裏面25bの高さに位置している場合を示している。この場合、各画素電極25の全体、各画素電極間領域26の全体、及び圧電体層30の全体が、中立面NPの高さλよりも高い位置に位置している。但し、中立面NPの高さλは、必ずしも画素電極25の裏面25bの高さであるとは限らず、裏面25bよりも高いこともあるし、裏面25bよりも低いこともある。例えば、中立面NPの高さλは、画素電極25の内部の高さとなる場合もある。 As such, the height λ of the neutral plane NP varies depending on the Young's modulus and thickness of each layer, and can be adjusted by adjusting the Young's modulus and thickness of each layer. The height λ of the neutral plane NP is, for example, located lower than the rear surface 30b of the piezoelectric layer 30. The example shown in Figure 2 shows a case where the height λ of the neutral plane NP is located at the height of the rear surface 25b of the pixel electrode 25. In this case, the entire pixel electrode 25, the entire inter-pixel electrode region 26, and the entire piezoelectric layer 30 are located higher than the height λ of the neutral plane NP. However, the height λ of the neutral plane NP is not necessarily the height of the rear surface 25b of the pixel electrode 25; it may be higher or lower than the rear surface 25b. For example, the height λ of the neutral plane NP may be the internal height of the pixel electrode 25.
図3(a)は、曲げセンサ10が凸状に曲げられた状態を示す断面図である。図3(a)では、曲げセンサ10にX方向の曲げが付与されることによって、XZ断面において、曲げセンサ10が上方に凸となるように曲げられている。本実施形態のように、圧電体層30が中立面NPよりも上方に位置している場合、図3(a)に示すように曲げセンサ10が凸状に曲げられると、圧電体層30にX方向の引張応力が付与される。第1画素電極25Aの位置での曲率と第2画素電極25Bの位置での曲率とが同等の場合、第1画素電極25Aの位置及び第2画素電極25Bの位置において圧電体層30にX方向の引張応力SS1が付与される。このため、第1画素電極25A及び第2画素電極25Bには、引張応力SS1に応じた電圧が生じる。第1画素電極25Aの位置での曲率と第2画素電極25Bの位置での曲率が異なる場合、第1画素電極25Aの位置及び第2画素電極25Bの位置において、圧電体層30に異なる大きさのX方向の引張応力が付与される。この場合、第1画素電極25A及び第2画素電極25Bには、それぞれの引張応力に応じた電圧が生じる。 Figure 3(a) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10 bent convexly. In Figure 3(a), bending the bending sensor 10 in the X-direction causes the bending sensor 10 to bend convexly upward in the XZ cross section. When the piezoelectric layer 30 is located above the neutral plane NP, as in this embodiment, bending the bending sensor 10 convexly as shown in Figure 3(a) imparts tensile stress in the X-direction to the piezoelectric layer 30. When the curvature at the position of the first pixel electrode 25A and the curvature at the position of the second pixel electrode 25B are equal, tensile stress SS1 in the X-direction is imparted to the piezoelectric layer 30 at the positions of the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B. As a result, a voltage corresponding to the tensile stress SS1 is generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B. When the curvature at the position of the first pixel electrode 25A differs from the curvature at the position of the second pixel electrode 25B, tensile stresses of different magnitudes in the X direction are applied to the piezoelectric layer 30 at the positions of the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B. In this case, voltages corresponding to the respective tensile stresses are generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B.
図3(b)は、曲げセンサ10が凹状に曲げられた状態を示す断面図である。図3(b)では、曲げセンサ10にX方向の曲げが付与されることによって、XZ断面において、曲げセンサ10が上方に凹となるように曲げられている。本実施形態のように、圧電体層30が中立面NPよりも上方に位置している場合、図3(b)に示すように曲げセンサ10が凹状に曲げられると、圧電体層30にX方向の圧縮応力が付与される。第1画素電極25Aの位置での曲率と第2画素電極25Bの位置での曲率とが同等の場合、第1画素電極25Aの位置及び第2画素電極25Bの位置において圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2が付与される。このため、第1画素電極25A及び第2画素電極25Bには、圧縮応力SS2に応じた電圧が生じる。第1画素電極25Aの位置での曲率と第2画素電極25Bの位置での曲率とが異なる場合、第1画素電極25Aの位置及び第2画素電極25Bの位置において、圧電体層30に異なる大きさのX方向の圧縮応力が付与される。この場合、第1画素電極25A及び第2画素電極25Bには、それぞれの圧縮応力に応じた電圧が生じる。第1画素電極25A及び第2画素電極25Bに生じる電圧は、図3(a)に示す場合に第1画素電極25A及び第2画素電極25Bに生じる電圧とは逆向きとなる。 Figure 3(b) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10 bent concavely. In Figure 3(b), the bending sensor 10 is bent in the X-direction, causing it to bend concave upward in the XZ cross section. When the piezoelectric layer 30 is located above the neutral plane NP, as in this embodiment, bending the bending sensor 10 concavely as shown in Figure 3(b) imparts compressive stress in the X-direction to the piezoelectric layer 30. When the curvature at the position of the first pixel electrode 25A and the curvature at the position of the second pixel electrode 25B are equal, compressive stress SS2 in the X-direction is imparted to the piezoelectric layer 30 at the positions of the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B. As a result, a voltage corresponding to the compressive stress SS2 is generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B. When the curvature at the position of the first pixel electrode 25A differs from the curvature at the position of the second pixel electrode 25B, compressive stresses of different magnitudes in the X direction are applied to the piezoelectric layer 30 at the positions of the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B. In this case, voltages corresponding to the respective compressive stresses are generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B. The voltages generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B are opposite in direction to the voltages generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B in the case shown in FIG. 3(a).
ここで、画素電極25に生じる電圧(すなわち、圧電体層30に生じる電圧)についてより詳細に説明する。画素電極25に生じる電圧をVとし、対向電極35と圧電体層30と画素電極25とによって構成されるキャパシタの容量をCとし、当該キャパシタに蓄積される電荷をQとすると、電圧Vと容量Cと電荷Qとの間には、以下の式(3)に示す関係が成り立つ。また、対向電極35と画素電極25との間に発生する電束密度をDeとし、電極面積(すなわち、平面視における画素電極25の面積)をAとすると、電荷Qは、以下の式(4)によって表される。そして、Z方向を3、X方向を1、Y方向を2として、圧電体層30の圧電ひずみ定数をd31、d32、d33で表し、圧電体層30に付与されるX方向の引張応力をσ1、Y方向の引張応力をσ2、Z方向の引張応力をσ3と表すと、電束密度Deは、以下の式(5)によって表される。なお、圧電体層30が一軸延伸したフィルムの場合には、その延伸方向をX方向とすると、d31>>d32の関係が成り立つ。一方、圧電体層30が二軸延伸又は延伸なしのフィルムの場合には、d31=d32の関係が成り立つ。
従って、式(3)~式(5)を用いれば、画素電極25に生じる電圧Vが求められる。なお、圧電体層30に付与される応力はひずみに比例し、ひずみは圧電体層30の曲げの曲率に比例するため、応力は曲率に比例する。そして、応力は、電荷Q及び電圧Vに比例するため、電荷Q及び電圧Vは曲率に比例する。従って、画素電極25に生じる電圧Vは、曲げセンサ10に付与される曲げの曲率が大きくなるほど大きくなる。 Therefore, using equations (3) to (5), the voltage V generated in the pixel electrode 25 can be calculated. Note that the stress applied to the piezoelectric layer 30 is proportional to the strain, and the strain is proportional to the curvature of the bending of the piezoelectric layer 30, so the stress is proportional to the curvature. Furthermore, since the stress is proportional to the charge Q and the voltage V, the charge Q and the voltage V are proportional to the curvature. Therefore, the voltage V generated in the pixel electrode 25 increases as the curvature of the bending applied to the bending sensor 10 increases.
図4は、1画素の薄膜トランジスタ群の構成を示す断面図である。図5は、1画素の薄膜トランジスタ群の構成を示す平面図である。画素電極25に生じた電圧は、電圧信号として画素用薄膜トランジスタ21に入力される。図4及び図5に示すように、薄膜トランジスタ群は、例えば、画素用薄膜トランジスタ21及び選択用薄膜トランジスタ22を含んで構成されている。画素用薄膜トランジスタ21は、ゲート電極G1と、ゲート絶縁膜50と、ソース電極S1と、半導体層SC1と、ドレイン電極D1と、層間絶縁膜51と、を含む。選択用薄膜トランジスタ22は、ゲート電極G2と、ゲート絶縁膜50と、ソース電極S2と、半導体層SC2と、ドレイン電極D2と、層間絶縁膜51と、を含む。 Figure 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the thin-film transistor group of one pixel. Figure 5 is a plan view showing the configuration of the thin-film transistor group of one pixel. The voltage generated in the pixel electrode 25 is input as a voltage signal to the pixel thin-film transistor 21. As shown in Figures 4 and 5, the thin-film transistor group is composed of, for example, the pixel thin-film transistor 21 and the selection thin-film transistor 22. The pixel thin-film transistor 21 includes a gate electrode G1, a gate insulating film 50, a source electrode S1, a semiconductor layer SC1, a drain electrode D1, and an interlayer insulating film 51. The selection thin-film transistor 22 includes a gate electrode G2, a gate insulating film 50, a source electrode S2, a semiconductor layer SC2, a drain electrode D2, and an interlayer insulating film 51.
ゲート電極G1及びゲート電極G2は、フレキシブル基板15の表面15a上に配置されており、X方向において互いに離間している。ゲート絶縁膜50は、フレキシブル基板15上においてゲート電極G1及びゲート電極G2を覆うように配置されている。ゲート絶縁膜50は、ゲート電極G1とゲート電極G2と他の電極とを電気的に絶縁する。ソース電極S1、ドレイン電極D1、半導体層SC1、ソース電極S2、ドレイン電極D2、及び半導体層SC2は、ゲート絶縁膜50上に配置されている。ソース電極S1、ドレイン電極D1、及び半導体層SC1は、ゲート絶縁膜50を介してゲート電極G1上に配置されている。 The gate electrode G1 and the gate electrode G2 are disposed on the surface 15a of the flexible substrate 15 and are spaced apart from each other in the X direction. The gate insulating film 50 is disposed on the flexible substrate 15 so as to cover the gate electrode G1 and the gate electrode G2. The gate insulating film 50 electrically insulates the gate electrode G1 and the gate electrode G2 from other electrodes. The source electrode S1, the drain electrode D1, the semiconductor layer SC1, the source electrode S2, the drain electrode D2, and the semiconductor layer SC2 are disposed on the gate insulating film 50. The source electrode S1, the drain electrode D1, and the semiconductor layer SC1 are disposed on the gate electrode G1 via the gate insulating film 50.
ソース電極S2、ドレイン電極D2、及び半導体層SC2は、ゲート絶縁膜50を介してゲート電極G2上に配置されている。層間絶縁膜51は、ゲート絶縁膜50上において、ソース電極S1、ドレイン電極D1、半導体層SC1、ソース電極S2、ドレイン電極D2、及び半導体層SC2を覆うように配置されている。層間絶縁膜51上には、画素電極25が積層されている。層間絶縁膜51は、ソース電極S1・ドレイン電極D1・ソース電極S2・ドレイン電極D2と、画素電極25との間を電気的に絶縁する。 The source electrode S2, drain electrode D2, and semiconductor layer SC2 are arranged on the gate electrode G2 via the gate insulating film 50. The interlayer insulating film 51 is arranged on the gate insulating film 50 to cover the source electrode S1, drain electrode D1, semiconductor layer SC1, source electrode S2, drain electrode D2, and semiconductor layer SC2. The pixel electrode 25 is stacked on the interlayer insulating film 51. The interlayer insulating film 51 electrically insulates the source electrode S1, drain electrode D1, source electrode S2, and drain electrode D2 from the pixel electrode 25.
ゲート電極G1は、ゲート絶縁膜50内に形成された第1ビア配線53と、層間絶縁膜51内に形成された第2ビア配線54とを介して、画素電極25と電気的に接続されている。ソース電極S1は、接続配線55を介して、ドレイン電極D2と電気的に接続されている。図5に示すように、薄膜トランジスタアレイ20には、ドレイン配線60と、走査配線61と、信号配線62とが設けられている。ドレイン配線60は、ドレイン電極D1と接続されてY方向に沿って延びている。ドレイン電極D1は、ドレイン配線60と電気的に接続され、ドレイン配線60は、電源と電気的に接続されている。走査配線61は、ゲート電極G2と接続されてY方向に沿って延びている。ゲート電極G2は、走査配線61と電気的に接続されている。信号配線62は、Y方向に沿って延びており、ドレイン配線60とはX方向に離間して配置されている。ソース電極S2は、信号配線62と電気的に接続されている。 The gate electrode G1 is electrically connected to the pixel electrode 25 via a first via wiring 53 formed in the gate insulating film 50 and a second via wiring 54 formed in the interlayer insulating film 51. The source electrode S1 is electrically connected to the drain electrode D2 via a connection wiring 55. As shown in FIG. 5, the thin-film transistor array 20 is provided with a drain wiring 60, a scanning wiring 61, and a signal wiring 62. The drain wiring 60 is connected to the drain electrode D1 and extends along the Y direction. The drain electrode D1 is electrically connected to the drain wiring 60, which is electrically connected to a power supply. The scanning wiring 61 is connected to the gate electrode G2 and extends along the Y direction. The gate electrode G2 is electrically connected to the scanning wiring 61. The signal wiring 62 extends along the Y direction and is spaced apart from the drain wiring 60 in the X direction. The source electrode S2 is electrically connected to the signal wiring 62.
図6は、薄膜トランジスタアレイ20の回路構成を示す図である。信号配線62は、X方向において間隔を空けて複数並んでおり、列ごとに1本ずつ設けられる。走査配線61は、Y方向において間隔を空けて複数並んでおり、行ごとに1本ずつ設けられる。本実施形態では、N本の走査配線61及びM本の信号配線62が設けられる。図6に示すように、X方向に一行に並ぶ複数の薄膜トランジスタ群のゲート電極G2は、1本の走査配線61に接続され、Y方向に一列に並ぶ複数の薄膜トランジスタ群のソース電極S2は、1本の信号配線62に接続されている。 Figure 6 is a diagram showing the circuit configuration of the thin-film transistor array 20. Multiple signal wirings 62 are arranged at intervals in the X direction, with one wiring per column. Multiple scanning wirings 61 are arranged at intervals in the Y direction, with one wiring per row. In this embodiment, N scanning wirings 61 and M signal wirings 62 are provided. As shown in Figure 6, the gate electrodes G2 of multiple thin-film transistor groups arranged in a row in the X direction are connected to one scanning wiring 61, and the source electrodes S2 of multiple thin-film transistor groups arranged in a row in the Y direction are connected to one signal wiring 62.
圧電体層30に応力が付与されると、画素電極25に電圧が発生し、発生した電圧は、画素電極25に接続される画素用薄膜トランジスタ21に入力される。簡単のため、1組の薄膜トランジスタに着目すると、画素電極25の電圧は、画素用薄膜トランジスタ21のゲート電極G1に入力される。すると、画素用薄膜トランジスタ21は、ドレイン配線60に接続される電源の電圧を基に、ゲート電極G1に入力された電圧に対応する信号を、ドレイン電極D1からソース電極S1に出力する。ソース電極S1に出力された信号は、選択用薄膜トランジスタ22のドレイン電極D2に入力される。なお、画素用薄膜トランジスタ21は、後述する信号検出回路の負荷抵抗を含めると、ドレイン接地(ソースフォロワ)回路を構成する。また、対向電極35に任意の一定の電圧が印加される場合、対向電極35の電圧と圧電体層30の電圧とが加算された電圧がゲート電極G1に印加されるので、対向電極35の電圧の調整によって画素用薄膜トランジスタ21の動作点を調整することが可能である。 When stress is applied to the piezoelectric layer 30, a voltage is generated in the pixel electrode 25, and this voltage is input to the pixel thin-film transistor 21 connected to the pixel electrode 25. For simplicity's sake, focusing on one pair of thin-film transistors, the voltage of the pixel electrode 25 is input to the gate electrode G1 of the pixel thin-film transistor 21. Based on the voltage of the power supply connected to the drain wiring 60, the pixel thin-film transistor 21 outputs a signal corresponding to the voltage input to the gate electrode G1 from the drain electrode D1 to the source electrode S1. The signal output to the source electrode S1 is input to the drain electrode D2 of the selection thin-film transistor 22. The pixel thin-film transistor 21, including the load resistance of the signal detection circuit described below, forms a drain-grounded (source follower) circuit. Furthermore, when a given constant voltage is applied to the counter electrode 35, the sum of the voltage of the counter electrode 35 and the voltage of the piezoelectric layer 30 is applied to the gate electrode G1. Therefore, the operating point of the pixel thin-film transistor 21 can be adjusted by adjusting the voltage of the counter electrode 35.
選択用薄膜トランジスタ22は、ドレイン電極D2に入力された信号を信号配線62に出力するか否かを制御する。選択用薄膜トランジスタ22のゲート電極G2には、走査配線61から、選択用薄膜トランジスタ22のオン/オフを切り替えるゲート電圧が印加される。選択用薄膜トランジスタ22は、ゲート電極G2に印加されるゲート電圧に基づいてドレイン電極D2とソース電極S2との間のオン/オフを切り替えるスイッチの役割を有する。選択用薄膜トランジスタ22がオフになるゲート電圧(オフ電圧)が走査配線61からゲート電極G2に印加された場合には、ドレイン電極D2に入力された信号は、信号配線62に出力されない。一方、選択用薄膜トランジスタ22がオンになるゲート電圧(オン電圧)が走査配線61からゲート電極G2に印加された場合には、ドレイン電極D2に入力された信号は、ソース電極S2から信号配線62に出力される。 The selection thin-film transistor 22 controls whether or not a signal input to the drain electrode D2 is output to the signal wiring 62. A gate voltage that switches the selection thin-film transistor 22 on/off is applied from the scanning wiring 61 to the gate electrode G2 of the selection thin-film transistor 22. The selection thin-film transistor 22 functions as a switch that switches on/off between the drain electrode D2 and the source electrode S2 based on the gate voltage applied to the gate electrode G2. When a gate voltage (off voltage) that turns the selection thin-film transistor 22 off is applied from the scanning wiring 61 to the gate electrode G2, the signal input to the drain electrode D2 is not output to the signal wiring 62. On the other hand, when a gate voltage (on voltage) that turns the selection thin-film transistor 22 on is applied from the scanning wiring 61 to the gate electrode G2, the signal input to the drain electrode D2 is output from the source electrode S2 to the signal wiring 62.
そして、信号配線62に出力された信号は、後述する検出部5(図12参照)によって検出される。本実施形態では、当該信号から、X方向の曲げの大きさと、Y方向の曲げの大きさとの合計値が得られる。X方向の曲げとは、X方向に応力が付与されるときの曲げである。より具体的には、X方向の曲げとは、XZ断面において曲げセンサ10がZ方向に凸又は凹となる方向の曲げをいう。Y方向の曲げとは、Y方向に応力が付与されるときの曲げである。より具体的には、Y方向の曲げとは、YZ断面において曲げセンサ10がZ方向に凸又は凹となる方向の曲げをいう。以下、X方向の曲げをX曲げと省略し、Y方向の曲げをY曲げと省略する場合がある。 The signal output to the signal wiring 62 is then detected by the detection unit 5 (see FIG. 12), which will be described later. In this embodiment, the signal provides the sum of the magnitude of bending in the X direction and the magnitude of bending in the Y direction. Bending in the X direction refers to bending when stress is applied in the X direction. More specifically, bending in the X direction refers to bending in a direction in which the bending sensor 10 becomes convex or concave in the Z direction on an XZ cross section. Bending in the Y direction refers to bending when stress is applied in the Y direction. More specifically, bending in the Y direction refers to bending in a direction in which the bending sensor 10 becomes convex or concave in the Z direction on a YZ cross section. Hereinafter, bending in the X direction may be abbreviated as X bending, and bending in the Y direction may be abbreviated as Y bending.
但し、圧電体層30として一軸延伸したフィルム(例えば、一軸延伸タイプのPVDF)を用いる場合にはX方向の曲げの大きさと、Y方向の曲げの大きさとを独立して検出することが可能である。例えば、圧電体層30として一軸延伸フィルムを用いた曲げセンサ10を2枚用意し、その2枚の曲げセンサ10を、互いの圧電体層30の延伸方向が90°ずれるように、Z方向に重ねる構成が考えられる。この構成において、一方の曲げセンサ10の圧電体層30の延伸方向をX方向とし、他方の曲げセンサ10の圧電体層30の延伸方向をY方向とする。この場合、延伸方向Xの曲げセンサ10から出力される電圧を電圧VXとし、延伸方向Yの曲げセンサ10から得られる電圧を電圧VYとし、X曲げの大きさをBXとし、Y曲げの大きさをBYとすると、電圧VX及び電圧VYは、それぞれ次の式(6)及び式(7)のように定式化できる。但し、k1、k2は、k1>k2を満たす定数である。
そこで、k1、k2を実験的に求めておけば、X曲げの大きさBX、及びY曲げの大きさBYは、式(6)及び式(7)から次の式(8)及び式(9)を導出できる。このように、本実施形態に係る曲げセンサ10を用いる場合であっても、X方向の曲げの大きさBXと、Y方向の曲げの大きさBYとを独立して検出することは可能である。
このように、信号配線62に出力された信号に基づいて、曲げ情報を取得することができる。但し、画素電極25ごとの曲げ情報を得るためには、各画素用薄膜トランジスタ21から出力される各信号を区別して検出する必要がある。そのため、後述する検出部5(図12参照)は、各信号の検出を区別して検出するように構成されている。なお、後述する図12に示すように、各信号配線62は、薄膜トランジスタアレイ20の外部である検出回路内に位置する負荷抵抗76に接続されている。この場合、各信号配線62に電流が流れるので、インピーダンスが低くなり、信号にノイズが混入し難くなる。更に、画素用薄膜トランジスタ21は、ドレイン接地(ソースフォロワ)回路を構成しているため、電流のみが増幅され、ソース電極S1の電位はゲート電極G1の電位に近い。そのため、信号は、画素用薄膜トランジスタ21の移動度のばらつきの影響を受けにくい。 In this way, bending information can be obtained based on the signal output to the signal wiring 62. However, to obtain bending information for each pixel electrode 25, it is necessary to distinguish between the signals output from each pixel thin film transistor 21. For this reason, the detection unit 5 (see FIG. 12), described below, is configured to distinguish between the signals. As shown in FIG. 12, each signal wiring 62 is connected to a load resistor 76 located in a detection circuit external to the thin film transistor array 20. In this case, current flows through each signal wiring 62, reducing impedance and reducing the likelihood of noise contamination of the signal. Furthermore, because the pixel thin film transistor 21 forms a drain-grounded (source follower) circuit, only the current is amplified, and the potential of the source electrode S1 is close to the potential of the gate electrode G1. Therefore, the signal is less susceptible to variations in the mobility of the pixel thin film transistor 21.
一方、仮に薄膜トランジスタアレイ20の内部に負荷抵抗が位置する場合には、各信号配線62に流れる電流が小さくなり、各信号配線62が長いと信号にノイズが混入しやすくなる。また、信号にノイズが混入されにくくなるように、検出部5のインピーダンスを下げると、負荷抵抗には、画素用薄膜トランジスタ21を流れる電流以外に、検出部5の電流も流れる。この場合、検出部5の電流による負荷抵抗の電圧降下分が誤差になってしまう。また、仮に、画素用薄膜トランジスタ21がソース接地回路を構成する場合、電圧及び電流がともに増幅するため感度が高くなるが、信号は、画素用薄膜トランジスタ21の移動度及び閾値のばらつきの影響を受けやすくなる。 On the other hand, if a load resistor is located inside the thin-film transistor array 20, the current flowing through each signal wiring 62 will be smaller, and if each signal wiring 62 is long, noise will be more likely to be mixed into the signal. Furthermore, if the impedance of the detection unit 5 is lowered to prevent noise from being mixed into the signal, the current of the detection unit 5 will also flow through the load resistor in addition to the current flowing through the pixel thin-film transistor 21. In this case, the voltage drop across the load resistor due to the current of the detection unit 5 will result in an error. Furthermore, if the pixel thin-film transistor 21 forms a source-grounded circuit, both the voltage and current are amplified, increasing sensitivity, but the signal will be more susceptible to variations in the mobility and threshold of the pixel thin-film transistor 21.
また、図6に示す回路において、曲げセンサ10による曲げ検出を行う直前に、ドレイン配線60の電圧をゼロからVdd(電源の電圧)に設定する場合、画素用薄膜トランジスタ21のゲート電極G1とドレイン電極D1との間の容量(ゲート電極G1に接続された画素電極25、ドレイン電極D1に接続されたドレイン配線60を含む)をCgd1とし、画素電極25と対向電極35との間の容量をCpとすると、画素電極25の電圧のずれΔVpは、次の式(10)によって表される。
ここで、画素電極25の電圧のずれΔVpは、圧電体層30の最大電位変化量ΔVMAXに比べて充分に小さい必要がある。例えば、画素電極25の電圧のずれΔVpは、最大電位変化量ΔVMAXの10%以内に抑えるとよい。つまり、次の式(11)を満たすとよい。最大電位変化量ΔVMAXとは、曲げセンサ10に曲げが付与されていない状態から、曲げセンサ10に最大の曲げ(すなわち、曲げセンサ10に設定された検出範囲が最大値となる曲げ)が付与されたときの、圧電体層30の電位の変化量である。例えば、最大電位変化量ΔVMAXが4[V]の場合、画素電極25の電圧のずれΔVpは、0.4[V]以下であればよい。
図7は、薄膜トランジスタアレイ20の他の例の構成を示す断面図である。図8は、図7に示す薄膜トランジスタアレイ201を示す平面図である。図7及び図8に示すように、薄膜トランジスタアレイ201は、画素用薄膜トランジスタ21及び選択用薄膜トランジスタ22に加えて、リセット用薄膜トランジスタ23を有している。リセット用薄膜トランジスタ23は、ゲート電極G3と、ゲート絶縁膜50と、ソース電極S3と、半導体層SC3と、ドレイン電極D3と、層間絶縁膜51と、を含む。リセット用薄膜トランジスタ23は、画素用薄膜トランジスタ21及び選択用薄膜トランジスタ22と共に、ゲート絶縁膜50及び層間絶縁膜51を共有する。 Figure 7 is a cross-sectional view showing the configuration of another example of the thin-film transistor array 20. Figure 8 is a plan view showing the thin-film transistor array 201 shown in Figure 7. As shown in Figures 7 and 8, the thin-film transistor array 201 has a reset thin-film transistor 23 in addition to the pixel thin-film transistor 21 and the selection thin-film transistor 22. The reset thin-film transistor 23 includes a gate electrode G3, a gate insulating film 50, a source electrode S3, a semiconductor layer SC3, a drain electrode D3, and an interlayer insulating film 51. The reset thin-film transistor 23 shares the gate insulating film 50 and the interlayer insulating film 51 with the pixel thin-film transistor 21 and the selection thin-film transistor 22.
ゲート電極G3は、ゲート電極G1及びゲート電極G2と共に、ゲート絶縁膜50に覆われている。ソース電極S3、半導体層SC3、及びドレイン電極D3は、ゲート絶縁膜50上に配置されている。ソース電極S3、ドレイン電極D3、及び半導体層SC3は、ゲート絶縁膜50を介してゲート電極G3上に配置されている。ソース電極S3、ドレイン電極D3、及び半導体層SC3は、層間絶縁膜51に覆われている。 The gate electrode G3, along with the gate electrodes G1 and G2, is covered by the gate insulating film 50. The source electrode S3, the semiconductor layer SC3, and the drain electrode D3 are disposed on the gate insulating film 50. The source electrode S3, the drain electrode D3, and the semiconductor layer SC3 are disposed on the gate electrode G3 with the gate insulating film 50 interposed therebetween. The source electrode S3, the drain electrode D3, and the semiconductor layer SC3 are covered by the interlayer insulating film 51.
ドレイン電極D3は、第1ビア配線53及び第2ビア配線54と接続されており、第1ビア配線53及び第2ビア配線54を介して画素用薄膜トランジスタ21のゲート電極G1と電気的に接続されている。図8に示すように、リセット用薄膜トランジスタ23には、共通配線63及びリセット配線64が設けられている。共通配線63は、ソース電極S3と接続されてY方向に沿って延びている。ソース電極S3は、共通配線63と電気的に接続されている。共通配線63は、対向電極35と同電位に設定される。リセット配線64は、共通配線63及び信号配線62と交差するようにX方向に沿って延びている。ゲート電極G3は、リセット配線64と電気的に接続されている。リセット配線64には、リセット用薄膜トランジスタ23のオン/オフを切り替えるゲート電圧が印加される。 The drain electrode D3 is connected to the first via wiring 53 and the second via wiring 54, and is electrically connected to the gate electrode G1 of the pixel thin film transistor 21 via the first via wiring 53 and the second via wiring 54. As shown in FIG. 8, the reset thin film transistor 23 is provided with a common wiring 63 and a reset wiring 64. The common wiring 63 is connected to the source electrode S3 and extends along the Y direction. The source electrode S3 is electrically connected to the common wiring 63. The common wiring 63 is set to the same potential as the counter electrode 35. The reset wiring 64 extends along the X direction so as to intersect with the common wiring 63 and the signal wiring 62. The gate electrode G3 is electrically connected to the reset wiring 64. A gate voltage that switches the reset thin film transistor 23 on and off is applied to the reset wiring 64.
図9は、図7及び図8に示す薄膜トランジスタアレイ201の回路構成を示す図である。リセット用薄膜トランジスタ23は、曲げセンサ10による曲げ検出を行う前に、画素電極25を共通配線63に短絡する(すなわち、画素電極25を対向電極35と同電位にする)ことで、圧電体層30の電圧をゼロにリセットする役割を有する。これにより、図9に示す回路では、図6に示す回路よりもより精密な検出を行うことが可能となる。なお、図6及び図9に示す回路は、薄膜トランジスタアレイの回路構成の一例を示したにすぎず、他の回路であってもよい。 Figure 9 is a diagram showing the circuit configuration of the thin-film transistor array 201 shown in Figures 7 and 8. The reset thin-film transistor 23 has the role of resetting the voltage of the piezoelectric layer 30 to zero by shorting the pixel electrode 25 to the common wiring 63 (i.e., setting the pixel electrode 25 to the same potential as the opposing electrode 35) before bending detection by the bending sensor 10. This enables the circuit shown in Figure 9 to perform more precise detection than the circuit shown in Figure 6. Note that the circuits shown in Figures 6 and 9 are merely examples of circuit configurations for thin-film transistor arrays, and other circuits may be used.
図9に示す回路において、曲げセンサ10による曲げ検出が行われる前に、圧電体層30に応力が付与されていない状態で、リセット配線64に、リセット用薄膜トランジスタ23がオンになるゲート電圧(オン電圧)が印加される。このとき、画素電極25がリセット用薄膜トランジスタ23を介して共通配線63に電気的に接続されるため、画素電極25に蓄積されていた電荷をゼロにできる。その後、リセット配線64に、リセット用薄膜トランジスタ23がオフになるゲート電圧(オフ電圧)が印加され、ドレイン配線60に電圧Vddが印加される。 9 , before bending detection is performed by the bending sensor 10, a gate voltage (on voltage) that turns on the reset thin film transistor 23 is applied to the reset wiring 64 while no stress is being applied to the piezoelectric layer 30. At this time, the pixel electrode 25 is electrically connected to the common wiring 63 via the reset thin film transistor 23, so that the charge accumulated in the pixel electrode 25 can be reduced to zero. Thereafter, a gate voltage (off voltage) that turns off the reset thin film transistor 23 is applied to the reset wiring 64, and a voltage Vdd is applied to the drain wiring 60.
通常、圧電体層30に応力が付与されていない場合には、圧電体層30の電圧はゼロとなる。しかし、過去の履歴によっては、例えば、曲げセンサ10を使用する直前まで圧電体層30に応力がかかり続けていた場合などには、圧電体層30の電圧がゼロとならないことがある。この場合、圧電体層30の残留電荷に起因する誤差が生じ得る。これに対し、図9に示す回路によれば、曲げセンサ10の検出を行う前に、リセット用薄膜トランジスタ23をオンにすることで、画素電極25の電荷をリセットできるので、圧電体層30の残留電荷に起因する誤差の発生を抑制できる。 Normally, when no stress is applied to the piezoelectric layer 30, the voltage of the piezoelectric layer 30 is zero. However, depending on past history, for example, if stress continues to be applied to the piezoelectric layer 30 until just before the bending sensor 10 is used, the voltage of the piezoelectric layer 30 may not be zero. In this case, errors may occur due to residual charge in the piezoelectric layer 30. In contrast, with the circuit shown in Figure 9, the charge in the pixel electrode 25 can be reset by turning on the reset thin-film transistor 23 before detection by the bending sensor 10, thereby suppressing errors due to residual charge in the piezoelectric layer 30.
なお、図9に示す回路において、画素用薄膜トランジスタ21のゲート電極G1とドレイン電極D1との間の容量(ゲート電極G1に接続された画素電極25、及びドレイン電極D1に接続されたドレイン配線60の容量を含む)をCgd1とし、リセット用薄膜トランジスタ23のゲート電極G3とドレイン電極D3との間の容量(ゲート電極G3に接続されたリセット配線64、及びドレイン電極D3に接続された画素電極25の容量を含む)をCgd3とし、画素電極25と対向電極35との間の容量をCpとし、他の容量は小さいため無視する。この場合、リセット配線64へのオフ電圧の印加によってリセット用薄膜トランジスタ23がオフにされるとき、画素電極25の電圧のずれΔVp1は、次の式(12)によって表される。但し、Vreset(on)は、リセット配線64に印加されるオン電圧を示し、Vreset(off)は、リセット配線64に印加されるオフ電圧を示す。
ドレイン配線60の電圧をゼロからVdd(電源の電圧)に設定するとき、画素電極25の電圧のずれΔVp2は、次の式(13)によって表される。
図6又は図9に示す回路において、ドレイン配線60には、電流制限回路(保護回路)が設けられてもよい。図10(a)、図10(b)、図11(a)、及び図11(b)は、電流制限回路の構成の例を示す図である。電流制限回路は、薄膜トランジスタアレイ20内においてドレイン配線60と他の配線(例えば、走査配線61、信号配線62、及び共通配線63など)との間に短絡が発生した場合に、これらの配線に過大電流が流れることを防止するために設けられる。図10(a)に示す例では、電源70と複数のドレイン配線60との間が接続部72によって接続されている。接続部72は、電源70に接続される1本の接続線73と、接続線73から分岐して複数のドレイン配線60にそれぞれ接続される複数の分岐線74と、を有する。そして、1個の電流制限回路71が1本の接続線73に設けられている。 In the circuits shown in FIG. 6 or FIG. 9, the drain wiring 60 may be provided with a current limiting circuit (protection circuit). FIGS. 10(a), 10(b), 11(a), and 11(b) are diagrams showing examples of the configuration of a current limiting circuit. The current limiting circuit is provided to prevent excessive current from flowing through the drain wiring 60 and other wiring (e.g., the scanning wiring 61, the signal wiring 62, and the common wiring 63) in the event of a short circuit between these wirings within the thin-film transistor array 20. In the example shown in FIG. 10(a), a power supply 70 and multiple drain wirings 60 are connected by a connection portion 72. The connection portion 72 includes a single connection line 73 connected to the power supply 70 and multiple branch lines 74 branching from the connection line 73 and connected to the multiple drain wirings 60, respectively. One current limiting circuit 71 is provided for each connection line 73.
図10(a)に示す例では、1個の電流制限回路71に異常が生じると、全てのドレイン配線60の電圧が低下し、曲げセンサ10全体が異常な状態になることが想定される。そこで、図10(b)に示す例のように、複数の電流制限回路71Aが複数の分岐線74にそれぞれ設けられる構成が考えられる。この例では、各分岐線74は、各電流制限回路71Aを通った後に、各ドレイン配線60に接続される。通常、ドレイン配線60は、列ごと又は行ごとに設けられるので、ドレイン配線60ごとに1個ずつ電流制限回路71Aが設けられるとよい。この場合、1個の電流制限回路71Aに異常が生じると、当該電流制限回路71Aに接続される1本のドレイン配線60の電圧が低下し、1列又は1行の画素が異常な状態となることがあるが、1列又は1行の画素の異常は補間によって補正することが可能である。 In the example shown in FIG. 10(a), if an abnormality occurs in one current limiting circuit 71, the voltage of all drain wirings 60 will drop, and the entire bending sensor 10 will become abnormal. Therefore, as shown in the example shown in FIG. 10(b), a configuration in which multiple current limiting circuits 71A are provided for multiple branch lines 74 is possible. In this example, each branch line 74 passes through a current limiting circuit 71A before connecting to a corresponding drain wiring 60. Typically, drain wirings 60 are provided for each column or row, so it is preferable to provide one current limiting circuit 71A for each drain wiring 60. In this case, if an abnormality occurs in one current limiting circuit 71A, the voltage of the drain wiring 60 connected to that current limiting circuit 71A will drop, potentially causing an abnormality in one column or row of pixels. However, the abnormality in one column or row of pixels can be corrected by interpolation.
図11(a)に示す例のように、各分岐線74が更に複数に分岐することにより、第1分岐部分74aと第2分岐部分74bとを有する構成であってもよい。この例では、第1分岐部分74aと第2分岐部分74bとは互いに隣り合うように配置されている。或いは、図11(b)に示すように、第1分岐部分74aと第2分岐部分74bとが互いに隣接しないように配置されてもよい。この例では、各分岐線74の第1分岐部分74a同士が隣り合うように配置され、各分岐線74の第2分岐部分74b同士が隣り合うように配置される。図11(b)に示す例では、1個の電流制限回路71Aに異常が生じた場合に、異常となるドレイン配線60を密集させずに分散させることができるので、当該異常を補完により補正することが可能となる。なお、電流制限回路の例は、上述した例に限られず、他の方式の電流回路であってもよい。 As shown in FIG. 11(a), each branch line 74 may be further branched into multiple parts, resulting in a first branch portion 74a and a second branch portion 74b. In this example, the first branch portion 74a and the second branch portion 74b are arranged adjacent to each other. Alternatively, as shown in FIG. 11(b), the first branch portion 74a and the second branch portion 74b may be arranged so that they are not adjacent to each other. In this example, the first branch portions 74a of each branch line 74 are arranged adjacent to each other, and the second branch portions 74b of each branch line 74 are arranged adjacent to each other. In the example shown in FIG. 11(b), if an abnormality occurs in one current limiting circuit 71A, the abnormal drain wiring 60 can be dispersed rather than clustered, making it possible to correct the abnormality by complementation. The current limiting circuit is not limited to the above example, and other types of current circuits may also be used.
[曲げ検出装置]
続いて、上述した曲げセンサ10を備える曲げ検出装置1について説明する。曲げ検出装置1は、曲げセンサ10と、曲げセンサ10からの信号を検出するための検出部5と、を備える。
[Bending detection device]
Next, a description will be given of the bending detection device 1 including the bending sensor 10. The bending detection device 1 includes the bending sensor 10 and a detection unit 5 for detecting a signal from the bending sensor 10.
図12は、本実施形態に係る検出部5の構成を示す図である。図12に示すように、検出部5は、信号検出回路75と、制御回路80と、駆動回路85と、を有する。図12に示す例では、M本の信号配線62は、M1本ごとにM2個のブロックB(図12において破線で囲まれた部分)によって区分けされている。つまり、M2個のブロックBのそれぞれに、M1本の信号配線62が設けられている。M1、M2はそれぞれ、M=M1×M2の関係を満たす2以上の整数である。 Fig. 12 is a diagram showing the configuration of the detection unit 5 according to this embodiment. As shown in Fig. 12, the detection unit 5 has a signal detection circuit 75, a control circuit 80, and a drive circuit 85. In the example shown in Fig. 12, the M signal wirings 62 are divided into M2 blocks B (areas surrounded by dashed lines in Fig. 12) for each M signal wiring. In other words, M1 signal wirings 62 are provided in each of the M2 blocks B. M1 and M2 are each integers equal to or greater than 2 that satisfy the relationship M = M1 × M2 .
信号検出回路75は、M本の信号配線62と電気的に接続され、M本の信号配線62から出力される信号を検出する。信号検出回路75は、各信号配線62から出力される各信号を区別して検出するために、各信号を行ごとに順次読み出すように構成されている。信号検出回路75は、例えば、M2個の第1切替回路81と、M2個の負荷抵抗76と、M2個のアンプ77と、1個の第2切替回路78と、1個のADコンバータ79と、を有する。M2個の第1切替回路81、M2個の負荷抵抗76、及びM2個のアンプ77は、M2個のブロックBによってそれぞれ区分けされている。つまり、各ブロックBには、M1本の信号配線62に加えて、1個の第1切替回路81と、1個の負荷抵抗76と、1個のアンプ77と、が設けられている。 The signal detection circuit 75 is electrically connected to the M signal wirings 62 and detects signals output from the M signal wirings 62. The signal detection circuit 75 is configured to sequentially read out each signal row by row in order to distinguish and detect each signal output from each signal wiring 62. The signal detection circuit 75 has, for example, M 2 first switching circuits 81, M 2 load resistors 76, M 2 amplifiers 77, one second switching circuit 78, and one AD converter 79. The M 2 first switching circuits 81, the M 2 load resistors 76, and the M 2 amplifiers 77 are each divided into M 2 blocks B. That is, each block B includes, in addition to M 1 signal wirings 62, one first switching circuit 81, one load resistor 76, and one amplifier 77.
第1切替回路81は、例えば、M1個の入力端と1個の出力端とを含むアナログマルチプレクサである。アナログマルチプレクサは、アナログ信号である信号の情報を失うことなく、高速で切り替えが可能である。但し、信号の電圧範囲が大きい場合など、アナログマルチプレクサによる対応が難しい場合は、アナログマルチプレクサに代えてリレーを採用してもよい。第1切替回路81のM1個の入力端は、ブロックB内のM1本の信号配線62とそれぞれ電気的に接続されている。第1切替回路81は、制御回路80からの制御信号S81に応じて、出力端の接続先をM1個の入力端のいずれかに切り替える。換言すると、第1切替回路81は、出力端の接続先として、M1本の信号配線62のいずれかを選択する。 The first switching circuit 81 is, for example, an analog multiplexer including M1 input terminals and one output terminal. An analog multiplexer can perform high-speed switching without losing analog signal information. However, when it is difficult to use an analog multiplexer, such as when the signal voltage range is wide, a relay may be used instead of the analog multiplexer. The M1 input terminals of the first switching circuit 81 are electrically connected to the M1 signal wirings 62 in the block B. The first switching circuit 81 switches the connection destination of the output terminal to one of the M1 input terminals in response to a control signal S81 from the control circuit 80. In other words, the first switching circuit 81 selects one of the M1 signal wirings 62 as the connection destination of the output terminal.
アンプ77は、例えば、電圧検出型のアンプである。アンプ77は、例えば、ボルテージフォロワ回路である。アンプ77の+の入力端には、第1切替回路81の出力端が接続されている。アンプ77の-の入力端は、出力端に接続されている。アンプ77は、第1切替回路81を介して信号配線62から入力される信号を電流増幅する。負荷抵抗76は、第1切替回路81とアンプ77との間に配置されている。負荷抵抗76の一端は、第1切替回路81の出力端とアンプ77の一方の入力端とを接続する接続線に接続されており、負荷抵抗76の他端は、グランド(GND)に接続されている。 The amplifier 77 is, for example, a voltage detection amplifier. The amplifier 77 is, for example, a voltage follower circuit. The output terminal of the first switching circuit 81 is connected to the positive input terminal of the amplifier 77. The negative input terminal of the amplifier 77 is connected to the output terminal. The amplifier 77 current-amplifies the signal input from the signal wiring 62 via the first switching circuit 81. The load resistor 76 is disposed between the first switching circuit 81 and the amplifier 77. One end of the load resistor 76 is connected to a connection line connecting the output terminal of the first switching circuit 81 and one input terminal of the amplifier 77, and the other end of the load resistor 76 is connected to ground (GND).
第2切替回路78は、例えば、M1個の入力端と1個の出力端とを含むアナログマルチプレクサである。M1個の入力端は、M1個のブロックBのアンプ77の出力端とそれぞれ接続されている。第2切替回路78は、駆動回路85からの駆動信号S61に応じて、出力端の接続先をM1個の入力端のうちのいずれかに切り替える。換言すると、第2切替回路78は、出力端の接続先として、M1個のブロックBのいずれかを選択する。ADコンバータ79は、第2切替回路78の出力端と電気的に接続されている。従って、ADコンバータ79は、第1切替回路81及び第2切替回路78によって選択されたいずれかの信号配線62と電気的に接続される。ADコンバータ79は、いずれかの信号配線62から出力された信号をデジタル値に変換して制御回路80に出力する。 The second switching circuit 78 is, for example, an analog multiplexer including M1 input terminals and one output terminal. The M1 input terminals are respectively connected to the output terminals of the amplifiers 77 of the M1 blocks B. The second switching circuit 78 switches the connection destination of the output terminal to one of the M1 input terminals in response to the drive signal S61 from the drive circuit 85. In other words, the second switching circuit 78 selects one of the M1 blocks B as the connection destination of the output terminal. The AD converter 79 is electrically connected to the output terminal of the second switching circuit 78. Therefore, the AD converter 79 is electrically connected to one of the signal wirings 62 selected by the first switching circuit 81 and the second switching circuit 78. The AD converter 79 converts a signal output from one of the signal wirings 62 into a digital value and outputs the digital value to the control circuit 80.
駆動回路85は、N本の走査配線61と電気的に接続されている。駆動回路85は、制御回路80からの制御信号S85を受けて駆動信号S61を走査配線61に出力することにより、N本の走査配線61のうちいずれかの走査配線61にオン電圧を印加しかつ他の全ての走査配線61にオフ電圧を印加する。制御回路80は、信号検出回路75及び駆動回路85と電気的に接続されており、信号検出回路75及び駆動回路85を制御する。制御回路80は、例えば、CPUといったプロセッサ、及び、メモリといった記憶装置などを備えるコンピュータ(例えば、マイクロコンピュータ)によって構成される。 The drive circuit 85 is electrically connected to the N scanning wirings 61. The drive circuit 85 receives a control signal S85 from the control circuit 80 and outputs a drive signal S61 to the scanning wirings 61, thereby applying an ON voltage to one of the N scanning wirings 61 and an OFF voltage to all the other scanning wirings 61. The control circuit 80 is electrically connected to the signal detection circuit 75 and the drive circuit 85, and controls the signal detection circuit 75 and the drive circuit 85. The control circuit 80 is composed of, for example, a computer (e.g., a microcomputer) equipped with a processor such as a CPU and a storage device such as a memory.
制御回路80は、信号検出回路75に対して、第1切替回路81の接続先をいずれかの信号配線62に切り替える制御信号S81を出力する。また、制御回路80は、第2切替回路78に対して、第2切替回路78の接続先をいずれかのブロックBに切り替える制御信号S78を出力する。そして、制御回路80は、駆動回路85に対して、いずれかの走査配線61にオン電圧を印加させかつ他の全ての走査配線61にオフ電圧を印加させる制御信号S85を出力する。 The control circuit 80 outputs a control signal S81 to the signal detection circuit 75, which switches the connection destination of the first switching circuit 81 to one of the signal lines 62. The control circuit 80 also outputs a control signal S78 to the second switching circuit 78, which switches the connection destination of the second switching circuit 78 to one of the blocks B. The control circuit 80 then outputs a control signal S85 to the drive circuit 85, which applies an ON voltage to one of the scanning lines 61 and an OFF voltage to all other scanning lines 61.
その結果、1行の走査配線61のみにオン電圧が印加され、当該1行に並ぶM個の薄膜トランジスタ群のそれぞれに接続される信号配線62に信号が出力される。そして、1画素の画素用薄膜トランジスタ21から出力された信号は、第1切替回路81及び第2切替回路78などを介してADコンバータ79に入力され、制御回路80に読み出される。これにより、1画素分の曲げ情報が得られる。次に、制御回路80は、1行の走査配線61のみにオン電圧が印加された状態で、1行分の各信号配線62から信号が順次読み出されるように、第1切替回路81の接続先及び第2切替回路78の接続先を切り替える。これにより、1行分の曲げ情報が得られる。第1切替回路81の接続先及び第2切替回路78の接続先を切り替える動作の詳細については、後述する。 As a result, an on-voltage is applied only to the scanning wiring 61 of one row, and signals are output to the signal wiring 62 connected to each of the M thin film transistor groups arranged in that row. The signal output from the pixel thin film transistor 21 of one pixel is then input to the AD converter 79 via the first switching circuit 81, the second switching circuit 78, etc., and read out by the control circuit 80. This obtains bending information for one pixel. Next, with the on-voltage applied only to the scanning wiring 61 of one row, the control circuit 80 switches the connection destination of the first switching circuit 81 and the connection destination of the second switching circuit 78 so that signals are sequentially read out from each signal wiring 62 of one row. This obtains bending information for one row. The operation of switching the connection destination of the first switching circuit 81 and the connection destination of the second switching circuit 78 will be described in detail below.
次に、制御回路80は、駆動回路85に対して、次の行の走査配線61にオン電圧を印加させかつ他の全ての走査配線61にオフ電圧を印加させる制御信号S85を出力する。この状態で、制御回路80は、上記と同様に、第1切替回路81の接続先及び第2切替回路78の接続先を切り替えることにより、各信号配線62から信号を順次読み出す。これにより、当該次の行分の曲げ情報が得られる。制御回路80は、上記の動作を繰り返すことにより、オン電圧が印加される走査配線61を順次切り替えながら、各行の信号を順次読み出す。これにより、行ごとに曲げ情報が順次得られる。そして、全ての行の信号が読み出されると、全画素の曲げ情報、すなわち、1画面分の画素ごとの曲げ情報が得られる。更に、以上の動作が繰り返されることで、複数画面分の画素ごとの曲げ情報、すなわち、全画素についての時間依存の曲げ情報が得られる。 Next, the control circuit 80 outputs a control signal S85 to the drive circuit 85, causing it to apply an ON voltage to the scanning lines 61 in the next row and an OFF voltage to all other scanning lines 61. In this state, the control circuit 80 sequentially reads out signals from each signal line 62 by switching the connection destination of the first switching circuit 81 and the connection destination of the second switching circuit 78, as described above. This obtains bending information for the next row. The control circuit 80 repeats the above operation, sequentially switching the scanning lines 61 to which the ON voltage is applied, and sequentially reads out signals from each row. This obtains bending information for each row. When signals from all rows have been read out, bending information for all pixels, i.e., bending information for each pixel for one screen, is obtained. Furthermore, by repeating the above operation, bending information for each pixel for multiple screens, i.e., time-dependent bending information for all pixels, is obtained.
図12に示す信号検出回路75では、第1切替回路81が用いられているため、必要な負荷抵抗76の個数及びアンプ77の個数はそれぞれM2個となり、信号配線62の本数(M本)よりも減らすことができる。また、信号検出回路75では、第2切替回路78が用いられているため、1個の第2切替回路78の入力端の数をLとしたときに必要となるADコンバータ79の数はM2/L個となり、アンプ77の数(M2個)より減らすことができる。なお、第2切替回路78の入力端の数LがM2と等しい場合、必要なADコンバータ79の個数は1個となる。信号検出回路75では、このように、第1切替回路81と第2切替回路78とが用いられることで、負荷抵抗76の個数及びアンプ77の個数をそれぞれ信号配線62の本数より減らすことができ、かつADコンバータ79の個数をアンプ77の個数より減らすことができる。これにより、信号検出回路75の回路規模を小さくでき、信号検出回路75の設置面積及び製造コストを抑制できる。 12 uses a first switching circuit 81, so the number of required load resistors 76 and the number of required amplifiers 77 are M2 each, which can be reduced compared to the number (M) of signal wirings 62. Furthermore, the signal detection circuit 75 uses a second switching circuit 78, so when the number of input terminals of one second switching circuit 78 is L, the number of required AD converters 79 is M2 /L, which can be reduced compared to the number ( M ) of amplifiers 77. Note that when the number of input terminals of the second switching circuit 78, L, is equal to M2 , the number of required AD converters 79 is one. In this way, by using the first switching circuit 81 and the second switching circuit 78 in the signal detection circuit 75, the number of required load resistors 76 and the number of required amplifiers 77 can be reduced compared to the number of signal wirings 62, and the number of required AD converters 79 can be reduced compared to the number of required amplifiers 77. This allows the circuit scale of the signal detection circuit 75 to be reduced, and the installation area and manufacturing costs of the signal detection circuit 75 to be reduced.
また、信号検出回路75では、第1切替回路81の入力側でなく出力側(具体的には、第1切替回路81の出力端とアンプ77の入力端との間の接続線)に負荷抵抗76が設けられている。これにより、第1切替回路81に電流が流れやすくなりインピーダンスが低くなるため、ノイズの影響を受けにくくなる。更に、信号検出回路75では、第1切替回路81に接続されたM1本の信号配線62のうち、第1切替回路81に選択された1本の信号配線62のみに電流が流れるので、消費電力を抑えることができる。 Furthermore, in the signal detection circuit 75, a load resistor 76 is provided on the output side (specifically, on the connection line between the output terminal of the first switching circuit 81 and the input terminal of the amplifier 77) rather than on the input side of the first switching circuit 81. This allows current to flow more easily through the first switching circuit 81, lowering impedance and reducing the influence of noise. Furthermore, in the signal detection circuit 75, current flows only through the one signal wiring 62 selected by the first switching circuit 81 out of the M signal wirings 62 connected to the first switching circuit 81, thereby reducing power consumption.
なお、アンプ77は、ボルテージフォロワ回路に限定されず、増幅率が1以外の回路、又は反転増幅回路であってもよい。アンプ77は、既知の発振防止回路、位相補償回路、容量補正回路、及び保護回路を有してもよい。アンプ77に代えてFET(Field EffectTransistor)などが用いられてもよい。図12では、信号配線62とGNDとを接続する接続線に負荷抵抗76が設けられているが、例えば、アンプ77が反転増幅回路である場合には、信号配線62とアンプ77の出力端とを接続する接続線に設けられていてもよい。検出部5は、図12に示す例に限られず、他の構成を有してもよい。 The amplifier 77 is not limited to a voltage follower circuit, but may be a circuit with an amplification factor other than 1, or an inverting amplifier circuit. The amplifier 77 may also include a known oscillation prevention circuit, phase compensation circuit, capacitance correction circuit, and protection circuit. A FET (Field Effect Transistor) or the like may be used instead of the amplifier 77. In FIG. 12, the load resistor 76 is provided on the connection line connecting the signal wiring 62 and GND. However, for example, if the amplifier 77 is an inverting amplifier circuit, the load resistor 76 may be provided on the connection line connecting the signal wiring 62 and the output terminal of the amplifier 77. The detector 5 is not limited to the example shown in FIG. 12 and may have other configurations.
図13は、検出部5の他の例を示す図である。図13に示す検出部5Aでは、信号検出回路75Aが複数のカウンタ82を有する。複数のカウンタ82は、ブロックBごとに設けられている。つまり、1個のブロックBに対して1個のカウンタ82が設けられている。各ブロックBにおいて、カウンタ82は、第1切替回路81及び制御回路80と電気的に接続されている。カウンタ82は、制御回路80からの制御信号S82を受けて、第1切替回路81の接続先の切り替えを制御するための制御信号S81を第1切替回路81に出力する。 Figure 13 is a diagram showing another example of the detection unit 5. In the detection unit 5A shown in Figure 13, the signal detection circuit 75A has multiple counters 82. The multiple counters 82 are provided for each block B. In other words, one counter 82 is provided for each block B. In each block B, the counter 82 is electrically connected to the first switching circuit 81 and the control circuit 80. The counter 82 receives a control signal S82 from the control circuit 80 and outputs a control signal S81 to the first switching circuit 81 to control switching of the connection destination of the first switching circuit 81.
図12に示す検出部5では、制御回路80が第1切替回路81を制御するためには、M1個の入力端を切り替え可能なビット数n(但し、nは、2n-1<M1≦2nを満たす整数)のデジタル配線が必要となる。例えば、各ブロックBにおいて必要なデジタル配線の本数は、M1=4の場合は2本、M1=8の場合は3本、M1=16の場合は4本となる。これに対し、図13に示す検出部5Aのように、ブロックBごとにカウンタ82が用いられる場合、ブロックBごとに1本ずつデジタル配線が設けられればよい。このような構成は、制御回路80のデジタル出力数が少ない場合に特に有効である。 In the detection unit 5 shown in FIG. 12, in order for the control circuit 80 to control the first switching circuit 81, digital wiring with a bit number n (where n is an integer satisfying 2 n-1 < M 1 ≦ 2 n ) capable of switching M 1 input terminals is required. For example, the number of digital wirings required in each block B is two when M 1 = 4, three when M 1 = 8, and four when M 1 = 16. In contrast, when a counter 82 is used for each block B as in the detection unit 5A shown in FIG. 13, it is sufficient to provide one digital wiring for each block B. This configuration is particularly effective when the number of digital outputs of the control circuit 80 is small.
図14は、検出部5の他の例を示す図である。図14に示す検出部5Bでは、信号検出回路75Bは、第1切替回路81を有していない。この場合、M本の信号配線62はブロックBごとに区分けされないため、M本の信号配線62に対応してM個の負荷抵抗76及びM個のアンプ77が必要となる。第2切替回路78としては、例えば、アナログスイッチが用いられる。図13に示す検出部5A、及び図14に示す検出部5Bのような構成であっても、図12に示す検出部5と同様に、行ごとに信号を順次読み出すことができるため、画素ごとに曲げ情報を得ることができる。 Figure 14 is a diagram showing another example of the detection unit 5. In the detection unit 5B shown in Figure 14, the signal detection circuit 75B does not have a first switching circuit 81. In this case, the M signal wirings 62 are not divided into blocks B, so M load resistors 76 and M amplifiers 77 are required corresponding to the M signal wirings 62. An analog switch, for example, is used as the second switching circuit 78. Even with configurations such as the detection unit 5A shown in Figure 13 and the detection unit 5B shown in Figure 14, signals can be read out sequentially row by row, just like the detection unit 5 shown in Figure 12, so bending information can be obtained for each pixel.
[曲げ検出方法]
続いて、図15及び図16を更に参照して、曲げ検出装置1の動作を説明すると共に、本実施形態に係る曲げ検出方法について説明する。図15は、曲げ検出装置1の動作を示すフローチャートである。図16(a)~図16(e)は、曲げ検出装置1の動作を説明するための図である。
[Bending detection method]
Next, the operation of the bend detection device 1 and the bend detection method according to this embodiment will be described with further reference to Figures 15 and 16. Figure 15 is a flowchart showing the operation of the bend detection device 1. Figures 16(a) to 16(e) are diagrams for explaining the operation of the bend detection device 1.
以下では、図12に示すように、M2個のブロックBをそれぞれブロックB1~BM2と表し、各ブロックB1~BM2に区分けされる信号配線62をそれぞれ信号配線W1~WM1と表す。この場合、1列目~M1列目の信号配線62がブロックB1の信号配線W1~WM1であり、(M1+1)列目~2M1列目の信号配線62がブロックB2の信号配線W1~WM1である。(M1(M2-1)+1)列目~M列目の信号配線62がブロックBM2の信号配線W1~WM1である。また、N行M列に配列される各画素から出力される信号をそれぞれ信号D11~DNMと表す。 12, the M2 blocks B will be referred to as blocks B1 to B2 , and the signal wirings 62 divided into the blocks B1 to B2 will be referred to as signal wirings W1 to W1 . In this case, the signal wirings 62 in the 1st to M1st columns are the signal wirings W1 to W1 of block B1 , and the signal wirings 62 in the ( M1 + 1)th to 2M1st columns are the signal wirings W1 to W1 of block B2 . The signal wirings 62 in the ( M1 ( M2 - 1) + 1)th to Mth columns are the signal wirings W1 to W1 of block B2 . Furthermore, the signals output from the pixels arranged in N rows and M columns will be referred to as signals D11 to DNM .
図16(a)は、1行目の走査配線に印加されるゲート電圧(駆動信号S61)を示す。図16(b)は、1行目の走査配線に印加された状態での、第1切替回路81の接続先(選択)とブロックB1のアンプ77の出力電圧との関係を示す。図16(c)は、1行目の走査配線に印加された状態での、第1切替回路81の接続先(選択)とブロックB2のアンプ77の出力電圧との関係を示す。図16(d)は、1行目の走査配線に印加された状態での、第1切替回路81の接続先(選択)とブロックBM2のアンプ77の出力電圧との関係を示す。図16(e)は、第2切替回路78の接続先(選択)を示す。 FIG. 16(a) shows the gate voltage (drive signal S61) applied to the scanning wiring of the first row. FIG. 16(b) shows the relationship between the connection (selection) of the first switching circuit 81 and the output voltage of the amplifier 77 of block B1 when applied to the scanning wiring of the first row. FIG. 16(c) shows the relationship between the connection (selection) of the first switching circuit 81 and the output voltage of the amplifier 77 of block B2 when applied to the scanning wiring of the first row. FIG. 16(d) shows the relationship between the connection (selection) of the first switching circuit 81 and the output voltage of the amplifier 77 of block B2 when applied to the scanning wiring of the first row. FIG. 16(e) shows the connection (selection) of the second switching circuit 78.
まず、制御回路80は、予め、各ブロックB1~BM2の第1切替回路81の接続先を信号配線W1に設定する。そして、制御回路80は、1行目の走査配線61にオン電圧を印加させ、他の全ての行の走査配線61にはオフ電圧を印加させる(ステップS11)。次に、制御回路80は、一定時間待機した後、第2切替回路78の接続先をブロックB1に設定する。 First, the control circuit 80 sets the connection destination of the first switching circuit 81 of each of the blocks B1 to BM2 to the signal wiring W1 in advance. Then, the control circuit 80 applies an ON voltage to the scanning wiring 61 of the first row and an OFF voltage to the scanning wiring 61 of all other rows (step S11). Next, after waiting for a certain period of time, the control circuit 80 sets the connection destination of the second switching circuit 78 to the block B1 .
次に、制御回路80は、1行目の各画素に接続された各信号配線62から信号を順次読み出す(ステップS12)。まず、1行目の走査配線61にオン電圧が印加された状態で、ブロックB1の信号配線W1(すなわち、1列目の信号配線62)から信号D11が出力される。制御回路80は、信号D11を、1行1列目の画素の曲げ情報として検出する(読み出す)。信号D11は、第1の画素用薄膜トランジスタ21Aから出力される信号(第1信号)としてよい。次に、制御回路80は、ブロックB1の第1切替回路81の接続先を信号配線W2(すなわち、2列目の信号配線62)に切り替える。ここで、制御回路80は、信号配線W2から信号D12を読み出さずに、第2切替回路78の接続先をブロックB2に切り替える。すると、ブロックB2の信号配線W1から信号D1(M1+1)が出力される。制御回路80は、信号D1(M1+1)を、1行(M1+1)列目の曲げ情報として検出する。 Next, the control circuit 80 sequentially reads out signals from the signal wirings 62 connected to the pixels in the first row (step S12). First, with an on-voltage applied to the scanning wiring 61 in the first row, a signal D11 is output from the signal wiring W1 of the block B1 (i.e., the signal wiring 62 in the first column). The control circuit 80 detects (reads out) the signal D11 as bending information for the pixel in the first row and first column. The signal D11 may be the signal (first signal) output from the first pixel thin film transistor 21A. Next, the control circuit 80 switches the connection destination of the first switching circuit 81 in the block B1 to the signal wiring W2 (i.e., the signal wiring 62 in the second column). Here, the control circuit 80 switches the connection destination of the second switching circuit 78 to the block B2 without reading out the signal D12 from the signal wiring W2 . Then, a signal D1 (M1+1) is output from the signal wiring W1 of the block B2 . The control circuit 80 detects the signal D 1 (M 1 +1) as bending information for the first row and the (M 1 +1)th column.
次に、制御回路80は、ブロックB2の第1切替回路81の接続先を信号配線W2(すなわち、(M1+2)列目の信号配線62)に切り替える。ここで、制御回路80は、ブロックB2の信号配線W2から信号D1(M1+2)を読み出さずに、第2切替回路78の接続先をブロックB3に切り替える。制御回路80は、以上の動作をブロックB3以降についても同様に行う。そして、制御回路80は、第2切替回路78の接続先をブロックBM2に切り替え、ブロックBM2の信号配線W1から信号D1(M1(M2-1)+1)を読み出し、ブロックBM2の第1切替回路81の接続先を信号配線W2(すなわち、(M1(M2-1)+2)列目の信号配線62)に切り替える。このように、制御回路80は、ブロックB1~BM2ごとに、信号配線W1の信号の読み出しと、信号配線W2への第1切替回路81の接続先の切り替えと、を繰り返す第1処理を行う。 Next, the control circuit 80 switches the connection destination of the first switching circuit 81 in block B2 to signal wiring W2 (i.e., signal wiring 62 in the ( M1 +2)th column). Here, the control circuit 80 switches the connection destination of the second switching circuit 78 to block B3 without reading out the signal D1 (M1+2) from the signal wiring W2 in block B2. The control circuit 80 performs the above operation in the same way for blocks B3 and onwards. Then, the control circuit 80 switches the connection destination of the second switching circuit 78 to block B2M2 , reads out the signal D1 (M1(M2-1)+1) from the signal wiring W1 in block B2M2 , and switches the connection destination of the first switching circuit 81 in block B2M2 to signal wiring W2 (i.e., signal wiring 62 in the ( M1 ( M2-1 )+2)th column). In this way, the control circuit 80 performs the first process of repeating, for each of the blocks B 1 to B M2 , the reading of the signal from the signal wiring W 1 and the switching of the connection destination of the first switching circuit 81 to the signal wiring W 2 .
次に、制御回路80は、第2切替回路78の接続先を再びブロックB1に切り替える。すると、ブロックB1の信号配線W2から信号D12が出力される。ここでやっと制御回路80は、信号D12を、1行2列目の曲げ情報として検出する。信号D12は、第2の画素用薄膜トランジスタ21Bから出力される信号(第2信号)としてよい。次に、制御回路80は、ブロックB1の第1切替回路81の接続先を信号配線W3(すなわち、3列目の信号配線62)に切り替える。ここで、制御回路80は、ブロックB2の信号配線W3から信号D13を読み出さずに、第2切替回路78の接続先をブロックB3に切り替える。制御回路80は、以上の動作をブロックB3以降についても同様に行う。そして、制御回路80は、第2切替回路78の接続先をブロックBM2に切り替え、ブロックBM2の信号配線W2から信号D1(M1(M2-1)+2)を読み出し、ブロックBM2の第1切替回路81の接続先を信号配線W3(すなわち、(M1(M2-1)+3)列目の信号配線62)に切り替える。このように、制御回路80は、ブロックB1~BM2ごとに、信号配線W2の信号の読み出し(検出)と、信号配線W3への第1切替回路81の接続先の切り替えと、を繰り返す第2処理を行う。 Next, the control circuit 80 switches the connection destination of the second switching circuit 78 back to block B1 . As a result, signal D12 is output from signal wiring W2 of block B1 . At this point, the control circuit 80 finally detects signal D12 as bending information for the first row and second column. Signal D12 may be the signal (second signal) output from the second pixel thin film transistor 21B. Next, the control circuit 80 switches the connection destination of the first switching circuit 81 of block B1 to signal wiring W3 (i.e., signal wiring 62 in the third column). Here, the control circuit 80 switches the connection destination of the second switching circuit 78 to block B3 without reading out signal D13 from signal wiring W3 of block B2 . The control circuit 80 performs the above operation in the same way for blocks B3 and onwards. Then, the control circuit 80 switches the connection destination of the second switching circuit 78 to block B M2 , reads out the signal D1 (M1(M2-1)+2) from the signal wiring W2 of block B M2 , and switches the connection destination of the first switching circuit 81 of block B M2 to the signal wiring W3 (i.e., the signal wiring 62 in the ( M1 ( M2-1 )+3)th column). In this way, the control circuit 80 performs the second process of repeatedly reading (detecting) the signal from the signal wiring W2 and switching the connection destination of the first switching circuit 81 to the signal wiring W3 for each of blocks B 1 to B M2 .
制御回路80は、第1処理及び第2処理と同様に、ブロックB1~BM2ごとに、信号配線W3の信号の読み出しと、信号配線W4への第1切替回路81の接続先の切り替えと、を繰り返す第3処理を行う。同様に、制御回路80は、信号配線W4の信号の読み出しと、信号配線W5への第1切替回路81の接続先の切り替えと、を繰り返す第4処理を行う。そして、制御回路80は、同様の処理を行い、ブロックB1~BM2ごとに、信号配線WM1の信号の読み出しと、信号配線W1への第1切替回路81の接続先の切り替えと、を繰り返す第M1処理を行う。これにより、制御回路80は、1行分の信号D11~D1Mを順次読み出し、1行分の画素ごとの曲げ情報を取得する(ステップS13)。 The control circuit 80 performs a third process, similar to the first and second processes, in which, for each of the blocks B1 to B1M2 , it repeatedly reads out the signal from the signal wiring W3 and switches the connection of the first switching circuit 81 to the signal wiring W4 . Similarly, the control circuit 80 performs a fourth process in which it repeatedly reads out the signal from the signal wiring W4 and switches the connection of the first switching circuit 81 to the signal wiring W5 . The control circuit 80 then performs a similar process, performing an M1 process in which, for each of the blocks B1 to B1M2 , it repeatedly reads out the signal from the signal wiring W1M and switches the connection of the first switching circuit 81 to the signal wiring W1. In this way, the control circuit 80 sequentially reads out signals D11 to D1M for one row and obtains bending information for each of the pixels for one row (step S13).
次に、制御回路80は、2行目の走査配線61にオン電圧を印加させ、他の全ての行の走査配線61にはオフ電圧を印加させる(ステップS11)。次に、制御回路80は、一定時間待機した後、第2切替回路78の接続先をブロックB1に切り替える。次に、制御回路80は、1行目の走査配線61のみにオン電圧を印加させたときと同様に、第1処理~第M2処理を行う(ステップS12及びS13)。これにより、制御回路80は、2行目の曲げ情報を取得する。制御回路80は、以上の動作をN行まで行うことにより、残りの全行の信号D21~DNMを順次読み出す。このようにして、制御回路80は、信号D11~DNMを画素ごとに区別して検出し、1画面分の画素ごとの曲げ情報(すなわち、全体の曲げ分布)を取得する。更に、制御回路80は、以上の動作を繰り返すことにより、複数画面分の曲げ情報、すなわち全画素の時間依存の曲げ情報を取得する。 Next, the control circuit 80 applies an ON voltage to the scanning wiring 61 in the second row and an OFF voltage to the scanning wiring 61 in all other rows (step S11). Next, after waiting for a certain period of time, the control circuit 80 switches the connection destination of the second switching circuit 78 to block B1 . Next, the control circuit 80 performs the first process through the M2nd process, similar to when the ON voltage is applied only to the scanning wiring 61 in the first row (steps S12 and S13). This allows the control circuit 80 to acquire bending information for the second row. The control circuit 80 performs the above operations up to N rows, sequentially reading out signals D21 to DNM for all remaining rows. In this way, the control circuit 80 detects signals D11 to DNM for each pixel and acquires bending information for each pixel in one screen (i.e., the overall bending distribution). Furthermore, the control circuit 80 repeats the above operations to acquire bending information for multiple screens, i.e., time-dependent bending information for all pixels.
このように制御回路80は、第1切替回路81の接続先の信号配線62から信号を読み出し、第1切替回路81の接続先を次の信号配線62に切り替えた後、当該次の信号配線62から信号を読み出す前に、第2切替回路78の接続先を別のブロックBに切り替え、当該別のブロックBの第1切替回路81の信号を読み出す動作を行うことが特徴である。制御回路80は、この動作を各ブロックBについて繰り返し行うことにより、制御回路80は、n行分の曲げ情報を取得する。そして、制御回路80は、同様の動作を全ての行に対して行うことにより、1画面分の曲げ情報を取得する。 In this way, the control circuit 80 reads a signal from the signal wiring 62 connected to the first switching circuit 81, switches the connection of the first switching circuit 81 to the next signal wiring 62, and then, before reading the signal from the next signal wiring 62, switches the connection of the second switching circuit 78 to another block B and reads the signal from the first switching circuit 81 in that other block B. The control circuit 80 repeats this operation for each block B, thereby obtaining bending information for n rows. The control circuit 80 then performs the same operation for all rows to obtain bending information for one screen.
但し、制御回路80は、第1切替回路81の接続先を次の信号配線62に切り替える手順と、第2切替回路78の接続先を次のブロックBに切り替える手順と、を逆に行ってもよい。この場合、制御回路80は、n行目の走査配線61にオン電圧を印加させ、第1切替回路81の接続先の信号配線62から信号を読み出した後、第2切替回路78の接続先を次のブロックBに切り替える。その後、制御回路80は、第1切替回路81の接続先を次の信号配線62に切り替え、当該次の信号配線62から信号を読み出す前に、当該次のブロックBの第1切替回路81の接続先の信号配線62から信号を読み出す。制御回路80は、この動作を各ブロックBについて繰り返し行うことにより、n行分の曲げ情報を取得してもよい。 However, the control circuit 80 may reverse the procedure for switching the connection destination of the first switching circuit 81 to the next signal wiring 62 and the procedure for switching the connection destination of the second switching circuit 78 to the next block B. In this case, the control circuit 80 applies an ON voltage to the scanning wiring 61 in the nth row, reads out a signal from the signal wiring 62 connected to the first switching circuit 81, and then switches the connection destination of the second switching circuit 78 to the next block B. The control circuit 80 then switches the connection destination of the first switching circuit 81 to the next signal wiring 62, and before reading out a signal from the next signal wiring 62, reads out a signal from the signal wiring 62 connected to the first switching circuit 81 in the next block B. The control circuit 80 may repeat this operation for each block B to acquire bending information for n rows.
上述した動作において、第1切替回路81の接続先を信号配線62に切り替えてから、読み出す信号が安定するまでには、或る程度の時間を要する。そのため、上述したように、制御回路80は、1行目の走査配線61にオン電圧を印加させてから一定時間経過後に、信号D11の測定(読み出し)を行う(図16(b)参照)。この「一定時間」は、例えば、ADコンバータの測定時間の(M2-1)倍以上としてよい。この場合、第1切替回路81の接続先が信号配線62に切り替えられてから信号の測定が行われるまでに、ADコンバータの測定時間×(M2-1)以上の時間を挟むことができ、信号が安定するまでの時間を確保することができる。これにより、信号の検出精度を高めることができる。 In the above-described operation, it takes a certain amount of time for the read signal to stabilize after the first switching circuit 81 switches its connection to the signal wiring 62. Therefore, as described above, the control circuit 80 measures (reads) the signal D11 a certain time after applying an on-voltage to the scanning wiring 61 of the first row (see FIG. 16(b)). This "certain time" may be, for example, at least (M 2 - 1) times the measurement time of the AD converter. In this case, a time of at least (M 2 - 1) times the measurement time of the AD converter can be inserted between the time the first switching circuit 81 switches its connection to the signal wiring 62 and the time the signal is measured, thereby ensuring time for the signal to stabilize. This improves the accuracy of signal detection.
以上のように、上述した動作において、制御回路80は、或るブロックBにおいて切り替え直後の信号配線62から信号の読み出しを行う前に、他のブロックBにおいて切り替え済みの信号配線62から信号の読み出しを1回以上(本実施形態では、M2-1回)行う(図16(b)~図16(d)参照)。切り替え直後の信号配線62の信号が安定するまでに或る程度時間を要する一方で、切替済みの信号配線62(すなわち、切り替えてから或る程度時間が経過した信号配線62)の信号は安定した状態となっている。そこで、制御回路80は、或るブロックBにおいて信号配線62を切り替えた後、切り替え後の信号配線62の信号が安定するまで待機するのではなく、当該信号配線62の信号が安定するまでの間に、他のブロックBにおいて切り替え済みの信号配線62から信号の読み出しを行う。これにより、各信号配線62からの信号の読み出しを効率的に行うことができる。更に、安定した状態で信号の読み出しを行うことで、信号の検出精度を高めることができる。 As described above, in the above-described operation, before reading a signal from the signal wiring 62 immediately after switching in a certain block B, the control circuit 80 reads a signal from the switched signal wiring 62 in another block B at least once (M 2 −1 times in this embodiment) (see FIGS. 16( b) to 16(d)). While it takes some time for the signal from the signal wiring 62 immediately after switching to stabilize, the signal from the switched signal wiring 62 (i.e., the signal wiring 62 a certain amount of time has passed since switching) is in a stable state. Therefore, after switching the signal wiring 62 in a certain block B, the control circuit 80 does not wait until the signal from the switched signal wiring 62 stabilizes, but reads a signal from the switched signal wiring 62 in another block B while the signal from the switched signal wiring 62 stabilizes. This allows for efficient reading of signals from each signal wiring 62. Furthermore, reading signals in a stable state can improve signal detection accuracy.
[第1実施形態の作用効果]
以上に説明した、本実施形態に係る曲げセンサ10及び曲げ検出装置1によって得られる作用効果を説明する。曲げセンサ10に曲げが付与されることによって圧電体層30に応力が付与されると、圧電体層30に電圧が生じることで、対向電極35と画素電極25との間に電位差が生じる(すなわち、画素電極25に電圧が生じる)。ここで、各画素電極25は、平面視において互いに離間して配置され、互いに電気的に絶縁されている。従って、第1画素電極25Aの電圧と、第2画素電極25Bの電圧とは、互いに独立して変化する。そこで、第1画素電極25Aの電圧を示す信号と、第2画素電極25Bの電圧を示す信号とを、第1の画素用薄膜トランジスタ21A及び第2の画素用薄膜トランジスタ21Bを利用して区別して検出することで、第1画素電極25Aの位置での曲げ情報と、第2画素電極25Bの位置での曲げ情報とを区別して取得できる。これにより、各画素電極25の位置での局所的な曲げの状態を把握できる。従って、本実施形態に係る曲げセンサ10によれば、曲げの状態を詳細に把握することが可能となる。
[Operation and effect of the first embodiment]
The effects achieved by the bending sensor 10 and bending detection device 1 according to the present embodiment described above will now be described. When bending is applied to the bending sensor 10, stress is applied to the piezoelectric layer 30, generating a voltage in the piezoelectric layer 30, which in turn generates a potential difference between the counter electrode 35 and the pixel electrodes 25 (i.e., a voltage is generated in the pixel electrodes 25). The pixel electrodes 25 are spaced apart from each other in a planar view and are electrically insulated from each other. Therefore, the voltages of the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B change independently. Therefore, by separately detecting a signal indicating the voltage of the first pixel electrode 25A and a signal indicating the voltage of the second pixel electrode 25B using the first pixel thin film transistor 21A and the second pixel thin film transistor 21B, bending information at the position of the first pixel electrode 25A and bending information at the position of the second pixel electrode 25B can be separately obtained. This allows the local bending state at the position of each pixel electrode 25 to be grasped. Therefore, the bending sensor 10 according to this embodiment makes it possible to grasp the bending state in detail.
本実施形態では、複数の画素電極25は、マトリクス状に配列されている。これにより、曲げ情報を画素電極25ごとに取得することで、より局所的な曲げの状態を把握できる。その結果、曲げセンサ10の曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 In this embodiment, the multiple pixel electrodes 25 are arranged in a matrix. This allows bending information to be acquired for each pixel electrode 25, making it possible to grasp the bending state more locally. As a result, it becomes possible to grasp the bending state of the bending sensor 10 in more detail.
[第2実施形態]
続いて、第2実施形態に係る曲げセンサについて説明する。第2実施形態では、画素電極の形状が第1実施形態とは相違する。以下の第2実施形態において、第1実施形態と重複する箇所の説明は適宜省略し、第1実施形態と異なる箇所を主に説明する。
Second Embodiment
Next, a bending sensor according to a second embodiment will be described. In the second embodiment, the shape of the pixel electrodes is different from that of the first embodiment. In the following second embodiment, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted as appropriate, and the points different from the first embodiment will be mainly described.
図17は、第2実施形態に係る曲げセンサ10Aの平面図である。図18(a)は、図17のA2-A2線に沿った曲げセンサ10Aの断面図である。図18(b)は、図17のA3-A3線に沿った曲げセンサ10Aの断面図である。曲げセンサ10Aでは、複数の画素電極25は、Y方向に延びる形状を有する複数の第1画素電極25A(第1電極)と、X方向に延びる形状を有する複数の第2画素電極25B(第2電極)と、を含む。「Y方向に延びる形状」とは、Y方向を長手方向とする形状を意味する。「X方向に延びる形状」とは、X方向を長手方向とする形状を意味する。 Figure 17 is a plan view of the bending sensor 10A according to the second embodiment. Figure 18(a) is a cross-sectional view of the bending sensor 10A taken along line A2-A2 in Figure 17. Figure 18(b) is a cross-sectional view of the bending sensor 10A taken along line A3-A3 in Figure 17. In the bending sensor 10A, the multiple pixel electrodes 25 include multiple first pixel electrodes 25A (first electrodes) extending in the Y direction and multiple second pixel electrodes 25B (second electrodes) extending in the X direction. "A shape extending in the Y direction" means a shape whose longitudinal direction is the Y direction. "A shape extending in the X direction" means a shape whose longitudinal direction is the X direction.
第1画素電極25Aは、例えば、Y方向を長手方向としX方向を短手方向とする長方形状(すなわち、Y方向に長くX方向に短い長方形状)を有する。従って、第1画素電極25AのY方向の長さは、第1画素電極25AのX方向の幅よりも長い。第1画素電極25AのX方向の幅は、例えば、Y方向に沿った第1画素電極25Aの各位置において一定としてよい。第2画素電極25Bは、例えば、X方向を長手方向としY方向を短手方向とする長方形状(すなわち、X方向に長くY方向に短い長方形状)を有する。従って、第2画素電極25BのX方向の長さは、第2画素電極25BのY方向の幅よりも長い。第2画素電極25BのY方向の幅は、例えば、X方向に沿った第2画素電極25Bの各位置において一定としてよい。 The first pixel electrode 25A has, for example, a rectangular shape with its longitudinal direction in the Y direction and its transverse direction in the X direction (i.e., a rectangular shape that is long in the Y direction and short in the X direction). Therefore, the length of the first pixel electrode 25A in the Y direction is longer than its width in the X direction. The width of the first pixel electrode 25A in the X direction may be constant, for example, at each position of the first pixel electrode 25A along the Y direction. The second pixel electrode 25B has, for example, a rectangular shape with its longitudinal direction in the X direction and its transverse direction in the Y direction (i.e., a rectangular shape that is long in the X direction and short in the Y direction). Therefore, the length of the second pixel electrode 25B in the X direction is longer than its width in the Y direction. The width of the second pixel electrode 25B in the Y direction may be constant, for example, at each position of the second pixel electrode 25B along the X direction.
平面視において第2画素電極25Bを90°回転させたときの第2画素電極25Bの形状は、第1画素電極25Aと同形状となる。従って、第1画素電極25AのY方向の長さは、第2画素電極25BのY方向の幅よりも長く、第2画素電極25BのX方向の長さは、第1画素電極25AのX方向の幅よりも長い。また、第1実施形態と同様、各画素電極25は、各画素電極間領域26よりも高いヤング率を有する。図17に示すように、各第1画素電極25Aと各第2画素電極25Bとは、例えば、X方向及びY方向に沿って交互に配置されている。 When the second pixel electrode 25B is rotated 90° in a plan view, the shape of the second pixel electrode 25B becomes the same as that of the first pixel electrode 25A. Therefore, the length of the first pixel electrode 25A in the Y direction is longer than the width of the second pixel electrode 25B in the Y direction, and the length of the second pixel electrode 25B in the X direction is longer than the width of the first pixel electrode 25A in the X direction. Also, as in the first embodiment, each pixel electrode 25 has a higher Young's modulus than each inter-pixel electrode region 26. As shown in FIG. 17 , the first pixel electrodes 25A and the second pixel electrodes 25B are arranged alternately, for example, along the X and Y directions.
図18(a)及び図18(b)に示す例では、中立面NPは、各画素電極25の裏面25bに位置している。中立面NPよりも上方に、各画素電極25を含む層と、圧電体層30と、対向電極35とが位置している。従って、画素電極25の全体と、画素電極間領域26の全体とが、中立面NPに対して圧電体層30と同じ側に位置している。なお、画素電極25の少なくとも一部と、画素電極間領域26の少なくとも一部とが、中立面NPに対して圧電体層30と同じ側に位置してもよい。 In the example shown in Figures 18(a) and 18(b), the neutral plane NP is located on the back surface 25b of each pixel electrode 25. The layer including each pixel electrode 25, the piezoelectric layer 30, and the counter electrode 35 are located above the neutral plane NP. Therefore, the entire pixel electrode 25 and the entire inter-pixel electrode region 26 are located on the same side of the neutral plane NP as the piezoelectric layer 30. Note that at least a portion of the pixel electrode 25 and at least a portion of the inter-pixel electrode region 26 may also be located on the same side of the neutral plane NP as the piezoelectric layer 30.
分かり易くするため、中立面NPが画素電極25の裏面25bに一致した場合において、中立面NPより上の、圧電体層30と同方向の応力がかかる部分だけを考える。ここで、隣接する各画素のピッチをPとし、画素電極25の長辺の長さをUとし、画素電極25の短辺の長さをVとし、画素電極25の厚さ及び画素電極間領域26の厚さのそれぞれをT1とし、画素電極25のヤング率をE11とし、画素電極間領域26のヤング率をE12とし、圧電体層30の厚さをT2、圧電体層30のヤング率をE2、対向電極35の厚さをT3、対向電極35のヤング率をE3とする。この場合、図18(a)及び図18(b)に示すように、第1画素電極25AのX方向の幅はVで表される。そして、第2画素電極25BのX方向の長さは、Vよりも長いU(V<<U)で表される。長さUは、画素のピッチPと同等か、或いはピッチPよりも短く設定されてよい。 For ease of understanding, consider only the portion above the neutral plane NP, where stress is applied in the same direction as the piezoelectric layer 30, when the neutral plane NP coincides with the rear surface 25b of the pixel electrode 25. Here, let P be the pitch between adjacent pixels, U be the length of the long side of the pixel electrode 25, V be the length of the short side of the pixel electrode 25, T1 be the thickness of the pixel electrode 25 and the thickness of the inter-pixel electrode region 26, E11 be the Young's modulus of the pixel electrode 25, E12 be the Young's modulus of the inter-pixel electrode region 26, T2 be the thickness of the piezoelectric layer 30, E2 be the Young's modulus of the piezoelectric layer 30, T3 be the thickness of the counter electrode 35, and E3 be the Young's modulus of the counter electrode 35. In this case, as shown in Figures 18(a) and 18(b), the width in the X direction of the first pixel electrode 25A is represented by V. The length in the X direction of the second pixel electrode 25B is represented by U, which is longer than V (V<<U). The length U may be set to be equal to or shorter than the pixel pitch P.
上記のように各パラメータを設定した場合において、画素電極25と圧電体層30と対向電極35との合成ヤング率をEC1とし、画素電極間領域26と圧電体層30と対向電極35との合成ヤング率EC2とすると、合成ヤング率EC1及び合成ヤング率EC2は、それぞれ次の式(15)及び式(16)のように表される。
一方、図18(b)に示す断面のうち中立面NPより上側において、X方向に応力Sが付与された場合、曲げセンサ10Aに生じるX方向の変位をΔL2とすると、変位ΔL2は、次の式(18)のように表される。
図17では、図18(a)に示す断面において画素電極25が存在する領域RAを斜線のハッチングで示し、図18(b)に示す断面において画素電極25が存在する領域RBをドットのハッチングで示している。領域RAでは、(U+V)/2P(すなわち、2画素分のピッチPに占める画素電極25のX方向の合計長さの割合)が大きいため、曲げセンサ10Aに対してX曲げを行ったときに発生する電圧が大きい。一方、領域RBでは、V/2Pが(U+V)/2Pよりも小さいため、領域RAと比べて、曲げセンサ10Aに対してX曲げを行ったときに発生する電圧が小さくなる。このように、曲げセンサ10Aに対してX曲げが行われたときに、領域RAが全てを占める第2画素電極25Bでは、発生する電荷が多くなり、領域RBが大部分を占める第1画素電極25Aでは、発生する電荷が少ないので、第1画素電極25Aに生じる電圧は、第2画素電極25Bに生じる電圧よりも小さくなる。つまり、第2画素電極25Bの方が、第1画素電極25Aよりも、X曲げに対する感度が高いと言える。中立面NPが画素電極25の裏面25bに一致していない場合においても、同様の効果がある。 In Figure 17, the region RA where the pixel electrodes 25 exist in the cross section shown in Figure 18(a) is indicated by diagonal hatching, and the region RB where the pixel electrodes 25 exist in the cross section shown in Figure 18(b) is indicated by dotted hatching. In region RA, (U + V)/2P (i.e., the proportion of the total X-direction length of the pixel electrodes 25 to the pitch P of two pixels) is large, so a large voltage is generated when the bending sensor 10A is bent in the X direction. On the other hand, in region RB, V/2P is smaller than (U + V)/2P, so a smaller voltage is generated when the bending sensor 10A is bent in the X direction than in region RA. Thus, when the bending sensor 10A is bent in the X direction, the second pixel electrode 25B, which is entirely occupied by region RA, generates a large amount of charge, while the first pixel electrode 25A, which is mostly occupied by region RB, generates a small amount of charge. Therefore, the voltage generated in the first pixel electrode 25A is smaller than the voltage generated in the second pixel electrode 25B. In other words, the second pixel electrode 25B has a higher sensitivity to X-bending than the first pixel electrode 25A. The same effect can be achieved even if the neutral plane NP does not coincide with the rear surface 25b of the pixel electrode 25.
曲げセンサ10Aに対してY曲げを行ったときにおいても同様に考えれば、第1画素電極25Aでは、発生する電荷が多く、第2画素電極25Bでは、発生する電荷が少ないので、第1画素電極25Aの方が、第2画素電極25Bよりも、発生する電圧が大きくなる。つまり、第1画素電極25Aの方が、第2画素電極25Bよりも、Y曲げに対する感度が高いと言える。第2画素電極25Bの電圧をVXとし、第1画素電極25Aの電圧をVYとすると、前述した式(6)及び式(7)と同様に定式化でき、前述した式(8)及び式(9)と同様にX曲げの大きさBX及びY曲げの大きさBYが求められる。 Similarly, when bending sensor 10A in the Y direction, a large amount of charge is generated in first pixel electrode 25A and a small amount of charge is generated in second pixel electrode 25B, so that first pixel electrode 25A generates a larger voltage than second pixel electrode 25B. In other words, it can be said that first pixel electrode 25A is more sensitive to Y bending than second pixel electrode 25B. If the voltage of second pixel electrode 25B is VX and the voltage of first pixel electrode 25A is VY , these can be formulated in the same way as equations (6) and (7), and the magnitude of X bending BX and the magnitude of Y bending BY can be found in the same way as equations (8) and (9).
本実施形態において、2個の第1画素電極25Aと2個の第2画素電極25Bとが1画素内に配置される場合、すなわち、1画素内に4個の副画素が配置される場合も想定される。この場合、電圧VXは、2個の第2画素電極25Bから得られる電圧の平均値とすればよく、電圧VYは、2個の第1画素電極25Aから得られる電圧の平均値とすればよい。1画素内に複数配置される画素(副画素)の数は、4個でなくてもよく、2個、3個、6個、又は8個等の任意の数であってもよい。 In this embodiment, it is also possible to assume that two first pixel electrodes 25A and two second pixel electrodes 25B are arranged within one pixel, i.e., four sub-pixels are arranged within one pixel. In this case, the voltage VX may be the average value of the voltages obtained from the two second pixel electrodes 25B, and the voltage VY may be the average value of the voltages obtained from the two first pixel electrodes 25A. The number of pixels (sub-pixels) arranged within one pixel does not have to be four, and may be any number such as two, three, six, or eight.
なお、式(17)及び式(18)においては、画素電極25のヤング率E11が画素電極間領域26のヤング率E12よりも大きいことを前提としている。従って、上述した領域RAと領域RBとの間の電圧の関係は、画素電極25のヤング率E11と画素電極間領域26のヤング率E12との違いを利用して導出される。このようなヤング率の違いを利用するために、中立面NPに対して圧電体層30と同じ側に、画素電極25の大部分及び画素電極間領域26の大部分が位置しているとよい。また、合成ヤング率EC1及び合成ヤング率EC2を曲げセンサ10Aが曲げられた状態で考えると、より複雑な式となるが、画素電極25が画素電極間領域26よりも大きく変位する点、(U+V)が大きいほど電圧が大きくなる点は同様である。 Note that equations (17) and (18) assume that the Young's modulus E11 of the pixel electrode 25 is greater than the Young's modulus E12 of the inter-pixel electrode region 26. Therefore, the voltage relationship between the above-mentioned region RA and region RB is derived using the difference between the Young's modulus E11 of the pixel electrode 25 and the Young's modulus E12 of the inter-pixel electrode region 26. To take advantage of this difference in Young's modulus, it is preferable that most of the pixel electrode 25 and most of the inter-pixel electrode region 26 are located on the same side of the neutral plane NP as the piezoelectric layer 30. Furthermore, when considering the composite Young's modulus EC1 and composite Young's modulus EC2 when the bending sensor 10A is bent, the equations become more complex, but the pixel electrode 25 displaces more than the inter-pixel electrode region 26, and the larger (U + V) the greater the voltage.
図19(a)は、図18(a)に示す断面において曲げセンサ10Aが凸状に曲げられた状態を示す断面図である。図19(b)は、図18(b)に示す断面において曲げセンサ10Aが凸状に曲げられた状態を示す断面図である。図19(a)及び図19(b)では、曲げセンサ10AにX方向の曲げが付与されることによって、XZ断面において、曲げセンサ10Aが上方に凸となるように曲げられている。本実施形態のように、圧電体層30が中立面NPよりも上方に位置している場合、図19(a)及び図19(b)に示すように曲げセンサ10Aが凸状に曲げられると、圧電体層30にX方向の引張応力が付与される。 Figure 19(a) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10A bent convexly in the cross section shown in Figure 18(a). Figure 19(b) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10A bent convexly in the cross section shown in Figure 18(b). In Figures 19(a) and 19(b), bending the bending sensor 10A in the X direction causes the bending sensor 10A to bend so that it is convex upward in the XZ cross section. When the piezoelectric layer 30 is located above the neutral plane NP, as in this embodiment, bending the bending sensor 10A convexly as shown in Figures 19(a) and 19(b) applies tensile stress in the X direction to the piezoelectric layer 30.
図19(a)のように、第1画素電極25Aの領域RAの位置では、圧電体層30にX方向の引張応力SS1Aが付与され、第2画素電極25Bの領域RAの位置では、圧電体層30にX方向の引張応力SS1Aが付与される。第1画素電極25Aの領域RBの位置では、圧電体層30にX方向の引張応力SS1Bが付与される。但し、|SS1A|>>|SS1B|である。この場合、図17からわかるように、第1画素電極25Aには、主に引張応力SS1Bに応じた電圧が生じ、第2画素電極25Bには、引張応力SS1Aに応じた電圧が生じる。本実施形態では、引張応力SS1Bは、引張応力SS1Aよりも小さくなるため、第1画素電極25Aに生じる電圧の絶対値は、第2画素電極25Bに生じる電圧の絶対値よりも小さくなる。 As shown in FIG. 19(a), in the region RA of the first pixel electrode 25A, a tensile stress SS1A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30, and in the region RA of the second pixel electrode 25B, a tensile stress SS1A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. In the region RB of the first pixel electrode 25A, a tensile stress SS1B in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. However, |SS1A| >> |SS1B| holds. In this case, as can be seen from FIG. 17, a voltage corresponding mainly to the tensile stress SS1B is generated in the first pixel electrode 25A, and a voltage corresponding to the tensile stress SS1A is generated in the second pixel electrode 25B. In this embodiment, the tensile stress SS1B is smaller than the tensile stress SS1A, so the absolute value of the voltage generated in the first pixel electrode 25A is smaller than the absolute value of the voltage generated in the second pixel electrode 25B.
図20(a)は、図18(a)に示す断面において曲げセンサ10Aが凹状に曲げられた状態を示す断面図である。図20(b)は、図18(b)に示す断面において曲げセンサ10Aが凹状に曲げられた状態を示す断面図である。図20(a)及び図20(b)では、曲げセンサ10AにX方向の曲げが付与されることによって、XZ断面において、曲げセンサ10Aが上方に凹となるように曲げられている。本実施形態のように、圧電体層30が中立面NPよりも上方に位置している場合、図20(a)及び図20(b)に示すように曲げセンサ10Aが凹状に曲げられると、圧電体層30にX方向の圧縮応力が付与される。 Figure 20(a) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10A bent concavely in the cross section shown in Figure 18(a). Figure 20(b) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10A bent concavely in the cross section shown in Figure 18(b). In Figures 20(a) and 20(b), bending the bending sensor 10A in the X direction causes the bending sensor 10A to bend concavely upward in the XZ cross section. When the piezoelectric layer 30 is located above the neutral plane NP, as in this embodiment, bending the bending sensor 10A concavely as shown in Figures 20(a) and 20(b) applies compressive stress in the X direction to the piezoelectric layer 30.
図20(a)のように、第1画素電極25Aの領域RAの位置では、圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2Aが付与され、第2画素電極25Bの領域RAの位置では、圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2Aが付与される。第1画素電極25Aの領域RBの位置では、圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2Bが付与される。ただし|SS2A|>>|SS2B|である。この場合、第1画素電極25Aには、主に圧縮応力SS2Bに応じた電圧が生じ、第2画素電極25Bには、圧縮応力SS2Aに応じた電圧が生じる。本実施形態では、圧縮応力SS2Bは、圧縮応力SS2Aよりも小さくなるため、第1画素電極25Aに生じる電圧の絶対値は、第2画素電極25Bに生じる電圧の絶対値よりも小さくなる。なお、図20(a)及び図20(b)に示す場合の第1画素電極25A及び第2画素電極25Bに生じる電圧は、図19(a)及び図19(b)に示す場合に第1画素電極25A及び第2画素電極25Bに生じる電圧とは逆向きとなる。 As shown in Figure 20(a), at the position of region RA of the first pixel electrode 25A, compressive stress SS2A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30, and at the position of region RA of the second pixel electrode 25B, compressive stress SS2A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. At the position of region RB of the first pixel electrode 25A, compressive stress SS2B in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30, where |SS2A|>>|SS2B|. In this case, a voltage corresponding mainly to compressive stress SS2B is generated in the first pixel electrode 25A, and a voltage corresponding to compressive stress SS2A is generated in the second pixel electrode 25B. In this embodiment, compressive stress SS2B is smaller than compressive stress SS2A, so the absolute value of the voltage generated in the first pixel electrode 25A is smaller than the absolute value of the voltage generated in the second pixel electrode 25B. Note that the voltage generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B in the cases shown in Figures 20(a) and 20(b) is opposite in direction to the voltage generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B in the cases shown in Figures 19(a) and 19(b).
このような素子構成にすることで、圧電体層30として無延伸フィルム又は二軸延伸したフィルム(例えば、無延伸タイプのPVDF)を用いる場合でも、X方向の曲げの大きさと、Y方向の曲げの大きさとを独立して検出することが可能である。そして、更に精度を上げるためには、X方向に長い第2画素電極25Bに接続された薄膜トランジスタから出力される電圧をVXとし、Y方向に長い第1画素電極25Aに接続された薄膜トランジスタから出力される電圧VYとし、X曲げの大きさをBXとし、Y曲げの大きさをBYとすると、電圧VX及び電圧VYは、それぞれ前述の式(6)及び式(7)のように定式化できる。但し、k1、k2は、k1>>k2を満たす定数である。 With this element configuration, it is possible to independently detect the magnitude of bending in the X direction and the magnitude of bending in the Y direction, even when a non-stretched film or a biaxially stretched film (e.g., non-stretched PVDF) is used as the piezoelectric layer 30. To further improve accuracy, let VX be the voltage output from the thin-film transistor connected to the second pixel electrode 25B long in the X direction, VY be the voltage output from the thin-film transistor connected to the first pixel electrode 25A long in the Y direction, BX be the magnitude of X bending, and BY be the magnitude of Y bending. The voltages VX and VY can be formulated as shown in the above-mentioned equations (6) and (7), respectively. Here, k1 and k2 are constants that satisfy k1>>k2.
そこで、k1、k2を実験的に求めておけば、X曲げの大きさBX、及びY曲げの大きさBYは、式(6)及び式(7)から式(8)及び式(9)を導出できる。このように、本実施形態に係る曲げセンサ10Aを用いる場合であっても、X方向の曲げの大きさBXと、Y方向の曲げの大きさBYとを独立して検出することは可能である。 Therefore, if k1 and k2 are experimentally determined, the magnitude of bending in the X direction BX and the magnitude of bending in the Y direction BY can be derived from equations (6) and (7) as equations (8) and (9). In this way, even when using the bending sensor 10A according to this embodiment, it is possible to independently detect the magnitude of bending in the X direction BX and the magnitude of bending in the Y direction BY .
[第2実施形態の作用効果]
以上に説明した、本実施形態に係る曲げセンサ10Aによって得られる作用効果を説明する。本実施形態では、第1画素電極25Aは、Y方向に延びる形状を有し、第2画素電極25Bは、X方向に延びる形状を有する。そのため、第1画素電極25Aは、Y曲げの影響を強く受け、第2画素電極25Bは、X曲げの影響を強く受ける。そこで、第1画素電極25Aの電圧を示す信号を、Y方向の曲げ情報として検出し、第2画素電極25Bの電圧を示す信号を、X方向の曲げ情報として検出することで、Y曲げの状態とX曲げの状態とを区別して把握できる。これにより、曲げセンサ10Aの曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。
[Operation and effect of the second embodiment]
The effects achieved by the bending sensor 10A according to the present embodiment described above will now be described. In this embodiment, the first pixel electrode 25A has a shape extending in the Y direction, and the second pixel electrode 25B has a shape extending in the X direction. Therefore, the first pixel electrode 25A is strongly affected by Y bending, and the second pixel electrode 25B is strongly affected by X bending. Therefore, by detecting a signal indicating the voltage of the first pixel electrode 25A as bending information in the Y direction and a signal indicating the voltage of the second pixel electrode 25B as bending information in the X direction, it is possible to distinguish between Y bending and X bending. This makes it possible to grasp the bending state of the bending sensor 10A in more detail.
本実施形態では、画素電極25は、画素電極間領域26のヤング率よりも高いヤング率を有している。従って、画素電極間領域26は、画素電極25よりも伸びやすい。そのため、画素電極25の位置で圧電体層30に付与される応力は、画素電極間領域26の位置で圧電体層30に付与される応力よりも大きくなる。この場合、Y方向に多く存在する第1画素電極25Aの位置での応力はY曲げ時に大きくなり、X方向に多く存在する第2画素電極25Bの位置での応力はX曲げ時に大きくなる。つまり、第1画素電極25Aの電圧は、Y曲げ時に大きな値を示し、第2画素電極25Bの電圧は、X曲げ時に大きな値を示す。従って、上述した構成では、第1画素電極25AがY曲げの影響を強く受け、第2画素電極25BがX曲げの影響を強く受けるという態様をより確実に実現できる。これにより、Y曲げの状態とX曲げの状態とをより確実に区別して把握することが可能となる。 In this embodiment, the pixel electrodes 25 have a higher Young's modulus than the inter-pixel electrode region 26. Therefore, the inter-pixel electrode region 26 is more easily stretched than the pixel electrodes 25. Therefore, the stress applied to the piezoelectric layer 30 at the pixel electrodes 25 is greater than the stress applied to the piezoelectric layer 30 at the inter-pixel electrode region 26. In this case, the stress at the positions of the first pixel electrodes 25A, which are more prevalent in the Y direction, is greater during Y bending, while the stress at the positions of the second pixel electrodes 25B, which are more prevalent in the X direction, is greater during X bending. In other words, the voltage of the first pixel electrode 25A exhibits a greater value during Y bending, and the voltage of the second pixel electrode 25B exhibits a greater value during X bending. Therefore, the above-described configuration more reliably achieves a configuration in which the first pixel electrode 25A is strongly influenced by Y bending and the second pixel electrode 25B is strongly influenced by X bending. This makes it possible to more reliably distinguish and grasp the Y bending state and the X bending state.
本実施形態では、画素電極間領域26は、電気絶縁性を有する接着剤によって構成されている。この場合、画素電極25のヤング率が画素電極間領域26のヤング率よりも高い構成を簡易に実現できる。更に、各画素電極25間に電気絶縁性の接着剤が設けられることで、各画素電極25の間の電気的絶縁性を確保しつつ各画素電極25の位置関係を固定することができる。 In this embodiment, the inter-pixel electrode region 26 is made of an electrically insulating adhesive. In this case, a configuration in which the Young's modulus of the pixel electrodes 25 is higher than that of the inter-pixel electrode region 26 can be easily achieved. Furthermore, by providing an electrically insulating adhesive between each pixel electrode 25, the positional relationship between each pixel electrode 25 can be fixed while ensuring electrical insulation between each pixel electrode 25.
本実施形態では、画素電極25の全部及び画素電極間領域26の全部が、中立面NPに対して圧電体層30と同じ側に配置されている。この場合、画素電極25のヤング率と、画素電極間領域26のヤング率との大小関係を利用して、第1画素電極25AがY曲げの影響を強く受け、第2画素電極25BがX曲げの影響を強く受けるという態様をより確実に実現できる。これにより、Y曲げの状態とX曲げの状態とをより確実に区別して把握することが可能となる。 In this embodiment, all of the pixel electrodes 25 and all of the inter-pixel electrode regions 26 are arranged on the same side of the neutral plane NP as the piezoelectric layer 30. In this case, by utilizing the magnitude relationship between the Young's modulus of the pixel electrodes 25 and the Young's modulus of the inter-pixel electrode regions 26, it is possible to more reliably achieve a state in which the first pixel electrode 25A is strongly influenced by Y bending and the second pixel electrode 25B is strongly influenced by X bending. This makes it possible to more reliably distinguish and grasp the Y bending state and the X bending state.
本実施形態では、各第1画素電極25Aと各複数の第2画素電極25Bとが、交互に並ぶようにマトリクス状に配列されている。この場合、曲げ情報を画素電極25ごとに取得することで、より局所的な曲げの状態を把握できる。更に、各第1画素電極25Aと各第2画素電極25Bとが交互に配列されることで、Y方向の曲げ情報を得るための各第1画素電極25Aと、X方向の曲げ情報を得るための各第2画素電極25Bとを分散して配置することができ、得られる曲げの状態の情報に偏りが生じる事態を抑制できる。 In this embodiment, each first pixel electrode 25A and each of the plurality of second pixel electrodes 25B are arranged in a matrix, alternating with one another. In this case, by acquiring bending information for each pixel electrode 25, it is possible to grasp the bending state more locally. Furthermore, by arranging each first pixel electrode 25A and each second pixel electrode 25B alternately, it is possible to disperse each first pixel electrode 25A for obtaining bending information in the Y direction and each second pixel electrode 25B for obtaining bending information in the X direction, thereby preventing bias in the bending state information obtained.
なお、第1実施形態に係る曲げセンサ10では、X方向の曲げ情報とY方向の曲げ情報とを独立して検出するために、一軸延伸タイプの圧電体層30をそれぞれ備える2枚の曲げセンサ10を準備し、それぞれの圧電体層30の延伸方向が直交するように2枚の曲げセンサ10を重ねる必要があったが、第2実施形態では、二軸延伸タイプ又は無延伸タイプの圧電体層30を備える1枚の曲げセンサ10Aを用いて、X方向の曲げ情報とY方向の曲げ情報とを独立して検出できる。また、第2実施形態において、薄膜トランジスタアレイ20に代えて、薄膜トランジスタアレイ201が用いられてもよいし、他の回路構成を有する薄膜トランジスタアレイが用いられてもよい。 In the bending sensor 10 according to the first embodiment, in order to independently detect bending information in the X and Y directions, two bending sensors 10 each having a uniaxially stretched piezoelectric layer 30 had to be prepared and stacked so that the stretching directions of the piezoelectric layers 30 were perpendicular to each other. However, in the second embodiment, a single bending sensor 10A having a biaxially stretched or non-stretched piezoelectric layer 30 can be used to independently detect bending information in the X and Y directions. Furthermore, in the second embodiment, a thin-film transistor array 201 may be used instead of the thin-film transistor array 20, or a thin-film transistor array having another circuit configuration may be used.
[第2実施形態の変形例]
第1画素電極25A及び第2画素電極25Bの形状は、上述した第2実施形態の例に限られない。図21(a)~図21(c)、図22(a)、及び図22(b)は、第2実施形態に係る曲げセンサ10Aの他の例を示す平面図である。図21(a)に示す曲げセンサ101Aのように、第1画素電極251A及び第2画素電極251Bのそれぞれは、十字形状を有してもよい。この場合、第1画素電極251Aは、Y方向に延びる部分251aに加えて、X方向に延びる部分251bを有する。部分251bは、例えば、部分251aの中央部と交差するように配置される。部分251bのX方向の長さは、部分251aのY方向の長さよりも短く設定される。第2画素電極251Bも同様に、X方向に延びる部分251cに加えて、Y方向に延びる部分251dを有する。部分251dは、例えば、部分251cの中央部と交差するように配置される。部分251dのY方向の長さは、部分251cのX方向の長さよりも短く設定される。
[Modification of the second embodiment]
The shapes of the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B are not limited to the example of the second embodiment described above. FIGS. 21(a) to 21(c), 22(a), and 22(b) are plan views showing other examples of the bending sensor 10A according to the second embodiment. As in the bending sensor 101A shown in FIG. 21(a), the first pixel electrode 251A and the second pixel electrode 251B may each have a cross shape. In this case, the first pixel electrode 251A has a portion 251a extending in the Y direction and a portion 251b extending in the X direction. The portion 251b is disposed, for example, so as to intersect with the center of the portion 251a. The length of the portion 251b in the X direction is set shorter than the length of the portion 251a in the Y direction. The second pixel electrode 251B similarly has a portion 251c extending in the X direction and a portion 251d extending in the Y direction. The portion 251d is disposed, for example, so as to intersect with the center of the portion 251c. The length of the portion 251d in the Y direction is set to be shorter than the length of the portion 251c in the X direction.
図21(b)に示す曲げセンサ102Aのように、第1画素電極252Aは、Y方向に延びる楕円形状(長円形状)を有してもよい。同様に、第2画素電極252Bは、X方向に延びる楕円形状(長円形状)を有してもよい。或いは、図21(c)に示す曲げセンサ103Aのように、第1画素電極253Aは、Y方向に延びる二等辺三角形状であってもよい。この場合、第1画素電極253Aは、二等辺三角形状の頂点がY方向の一方側を向くように配置されてもよいし、二等辺三角形状の頂点がY方向の他方側を向くように配置されてもよい。同様に、第2画素電極253Bは、X方向に延びる二等辺三角形状であってもよい。この場合、第2画素電極253Bは、二等辺三角形状の頂点がX方向の一方側を向くように配置されてもよいし、二等辺三角形状の頂点がX方向の他方側を向くように配置されてもよい。 As in the bending sensor 102A shown in FIG. 21(b), the first pixel electrode 252A may have an elliptical (oval) shape extending in the Y direction. Similarly, the second pixel electrode 252B may have an elliptical (oval) shape extending in the X direction. Alternatively, as in the bending sensor 103A shown in FIG. 21(c), the first pixel electrode 253A may have an isosceles triangular shape extending in the Y direction. In this case, the first pixel electrode 253A may be arranged so that the apex of the isosceles triangle faces one side in the Y direction, or so that the apex of the isosceles triangle faces the other side in the Y direction. Similarly, the second pixel electrode 253B may have an isosceles triangular shape extending in the X direction. In this case, the second pixel electrode 253B may be arranged so that the apex of the isosceles triangle faces one side in the X direction, or so that the apex of the isosceles triangle faces the other side in the X direction.
図22(a)に示す曲げセンサ104Aのように、第1画素電極254AのX方向の幅は、Y方向に沿った第1画素電極254Aの各位置において変化してもよい。具体的には、第1画素電極254AのX方向の幅は、第1画素電極254AのY方向の中央において最も小さくなり、当該中央からY方向に離れるほど徐々に大きくなってもよい。第2画素電極254BのY方向の幅は、X方向に沿った第2画素電極254Bの各位置において変化してもよい。具体的には、第2画素電極254BのY方向の幅は、第2画素電極254BのX方向の中央において最も小さくなり、当該中央からX方向に離れるほど徐々に大きくなってもよい。 As in the bending sensor 104A shown in FIG. 22(a), the X-direction width of the first pixel electrode 254A may vary at each position on the first pixel electrode 254A along the Y direction. Specifically, the X-direction width of the first pixel electrode 254A may be smallest at the center of the first pixel electrode 254A in the Y direction, and gradually increase as the distance from the center increases in the Y direction. The Y-direction width of the second pixel electrode 254B may vary at each position on the second pixel electrode 254B along the X direction. Specifically, the Y-direction width of the second pixel electrode 254B may be smallest at the center of the second pixel electrode 254B in the X direction, and gradually increase as the distance from the center increases in the X direction.
図22(b)に示す曲げセンサ105Aのように、第1画素電極255A及び第2画素電極255Bのそれぞれは、1画素内に収まるように配置されなくてもよく、画素の外側にはみ出していてもよい。この場合、第1画素電極255Aは、境界線BLを越えて、Y方向に隣接する第2画素電極255Bに接触しない位置まで、Y方向に延在する。同様に、第2画素電極255Bは、境界線BLを越えて、X方向に隣接する第1画素電極255Aに接触しない位置まで、X方向に延在する。また、複数の画素電極25は、第1画素電極25A及び第2画素電極25B以外の第3画素電極を有してもよい。この場合、第3画素電極は、X方向及びY方向の双方に対して傾斜する方向に延びてもよい。上述したような曲げセンサであっても、第2実施形態に係る曲げセンサ10Aと同様の効果が得られる。 As in the bending sensor 105A shown in FIG. 22(b), the first pixel electrode 255A and the second pixel electrode 255B do not have to be arranged to fit within one pixel, but may extend outside the pixel. In this case, the first pixel electrode 255A extends in the Y direction beyond the boundary line BL to a position where it does not contact the second pixel electrode 255B adjacent in the Y direction. Similarly, the second pixel electrode 255B extends in the X direction beyond the boundary line BL to a position where it does not contact the first pixel electrode 255A adjacent in the X direction. Furthermore, the multiple pixel electrodes 25 may include a third pixel electrode other than the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B. In this case, the third pixel electrode may extend in a direction inclined with respect to both the X direction and the Y direction. The bending sensor described above also achieves the same effects as the bending sensor 10A according to the second embodiment.
[第3実施形態]
続いて、第3実施形態に係る曲げセンサについて説明する。第3実施形態では、画素電極の形状及び対向電極の形状が、第1実施形態とは相違する。以下の第3実施形態において、第1実施形態と重複する箇所の説明は適宜省略し、第1実施形態と異なる箇所を主に説明する。
[Third embodiment]
Next, a bending sensor according to a third embodiment will be described. In the third embodiment, the shape of the pixel electrode and the shape of the counter electrode are different from those of the first embodiment. In the following third embodiment, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted as appropriate, and the differences from the first embodiment will be mainly described.
図23は、第3実施形態に係る曲げセンサ10Bの平面図である。図24(a)は、図23のA4-A4線に沿った曲げセンサ10Bの断面図である。図24(b)は、図23のA5-A5線に沿った曲げセンサ10Bの断面図である。曲げセンサ10Bでは、複数の画素電極25は、Y方向に延びる形状を有する複数の第1画素電極25A(第1電極)と、X方向に延びる形状を有する複数の第2画素電極25B(第2電極)と、を含む。「Y方向に延びる形状」とは、Y方向を長手方向とする形状を意味する。「X方向に延びる形状」とは、X方向を長手方向とする形状を意味する。図23に示すように、各第1画素電極25Aと各第2画素電極25Bとは、X方向及びY方向に沿って交互に配置されている。 Figure 23 is a plan view of a bending sensor 10B according to the third embodiment. Figure 24(a) is a cross-sectional view of the bending sensor 10B taken along line A4-A4 in Figure 23. Figure 24(b) is a cross-sectional view of the bending sensor 10B taken along line A5-A5 in Figure 23. In the bending sensor 10B, the multiple pixel electrodes 25 include multiple first pixel electrodes 25A (first electrodes) extending in the Y direction and multiple second pixel electrodes 25B (second electrodes) extending in the X direction. "A shape extending in the Y direction" refers to a shape whose longitudinal direction is the Y direction. "A shape extending in the X direction" refers to a shape whose longitudinal direction is the X direction. As shown in Figure 23, the first pixel electrodes 25A and the second pixel electrodes 25B are alternately arranged along the X and Y directions.
第1画素電極25Aは、例えば、Y方向を長手方向としX方向を短手方向とする長方形状(すなわち、Y方向に長くX方向に短い長方形状)を有する。従って、第1画素電極25AのY方向の長さは、第1画素電極25AのX方向の幅よりも長い。第1画素電極25AのX方向の幅は、例えば、Y方向に沿った第1画素電極25Aの各位置において一定としてよい。第2画素電極25Bは、例えば、X方向を長手方向としY方向を短手方向とする長方形状(すなわち、X方向に長くY方向に短い長方形状)を有する。従って、第2画素電極25BのX方向の長さは、第2画素電極25BのY方向の幅よりも長い。第2画素電極25BのY方向の幅は、例えば、X方向に沿った第2画素電極25Bの各位置において一定としてよい。 The first pixel electrode 25A has, for example, a rectangular shape with its longitudinal direction in the Y direction and its transverse direction in the X direction (i.e., a rectangular shape that is long in the Y direction and short in the X direction). Therefore, the length of the first pixel electrode 25A in the Y direction is longer than its width in the X direction. The width of the first pixel electrode 25A in the X direction may be constant, for example, at each position of the first pixel electrode 25A along the Y direction. The second pixel electrode 25B has, for example, a rectangular shape with its longitudinal direction in the X direction and its transverse direction in the Y direction (i.e., a rectangular shape that is long in the X direction and short in the Y direction). Therefore, the length of the second pixel electrode 25B in the X direction is longer than its width in the Y direction. The width of the second pixel electrode 25B in the Y direction may be constant, for example, at each position of the second pixel electrode 25B along the X direction.
平面視において第2画素電極25Bを90°回転させたときの第2画素電極25Bの形状は、第1画素電極25Aと同形状となる。従って、第1画素電極25AのY方向の長さは、第2画素電極25BのY方向の幅よりも長く、第2画素電極25BのX方向の長さは、第1画素電極25AのX方向の幅よりも長い。また、第1実施形態と同様、各画素電極25は、各画素電極間領域26よりも高いヤング率を有してもよい。 When the second pixel electrode 25B is rotated 90° in a plan view, the shape of the second pixel electrode 25B becomes the same as that of the first pixel electrode 25A. Therefore, the length in the Y direction of the first pixel electrode 25A is longer than the width in the Y direction of the second pixel electrode 25B, and the length in the X direction of the second pixel electrode 25B is longer than the width in the X direction of the first pixel electrode 25A. Also, as in the first embodiment, each pixel electrode 25 may have a higher Young's modulus than each inter-pixel electrode region 26.
更に、第3実施形態では、対向電極35が平面視において格子形状を有している。対向電極35は、Y方向に延びる形状を有する複数の第1延在部35Aと、X方向に延びる形状を有する複数の第2延在部35Bと、を有している。各第1延在部35Aは、平面視において、各第1画素電極25Aを包含するようにY方向に沿って直線状に延在しており、X方向に沿って一定の間隔で離間して並んでいる。第1延在部35Aが第1画素電極25Aを包含する状態とは、平面視において第1画素電極25Aが第1延在部35A内に収まっている状態をいう。 Furthermore, in the third embodiment, the counter electrode 35 has a lattice shape in plan view. The counter electrode 35 has a plurality of first extension portions 35A extending in the Y direction and a plurality of second extension portions 35B extending in the X direction. In plan view, each first extension portion 35A extends linearly along the Y direction so as to encompass each first pixel electrode 25A, and is spaced apart at regular intervals along the X direction. The state in which the first extension portion 35A encompasses the first pixel electrode 25A refers to the state in which the first pixel electrode 25A is contained within the first extension portion 35A in plan view.
従って、第1延在部35AのX方向の幅は、第1画素電極25AのX方向の幅と同一か或いは大きい。第1延在部35AのY方向の長さは、第1画素電極25AのY方向の長さよりも長い。第1延在部35Aは、例えば、Y方向においてフレキシブル基板15の一端から他端にわたって連続的に延在している。なお、必ずしも第1延在部35Aが第1画素電極25Aを包含する状態である必要は無く、第1延在部35Aは、平面視において第1画素電極25Aと重なった状態であってもよい。従って、平面視において第1画素電極25Aが第1延在部35Aからはみ出すように配置されてもよいし、第1延在部35AのX方向の幅は、第1画素電極25AのX方向の幅よりも小さくてもよい。 Therefore, the X-direction width of the first extension portion 35A is the same as or greater than the X-direction width of the first pixel electrode 25A. The Y-direction length of the first extension portion 35A is greater than the Y-direction length of the first pixel electrode 25A. The first extension portion 35A extends continuously in the Y direction from one end to the other end of the flexible substrate 15. Note that the first extension portion 35A does not necessarily have to encompass the first pixel electrode 25A; the first extension portion 35A may overlap the first pixel electrode 25A in a planar view. Therefore, the first pixel electrode 25A may be positioned to extend beyond the first extension portion 35A in a planar view, or the X-direction width of the first extension portion 35A may be smaller than the X-direction width of the first pixel electrode 25A.
各第2延在部35Bは、平面視において、各第2画素電極25Bを包含するようにX方向に沿って直線状に延在しており、Y方向に沿って一定の間隔で離間して並んでいる。各第2延在部35Bは、各第1延在部35Aと直交するように接続されている。従って、各第1延在部35A及び各第2延在部35Bは、X方向及びY方向に格子状をなすように配列されている。第2延在部35Bが第2画素電極25Bを包含する状態とは、平面視において第2画素電極25Bが第2延在部35B内に収まっている状態をいう。 In a plan view, each second extension portion 35B extends linearly along the X direction to encompass each second pixel electrode 25B, and is spaced apart at regular intervals along the Y direction. Each second extension portion 35B is connected perpendicularly to each first extension portion 35A. Therefore, each first extension portion 35A and each second extension portion 35B are arranged in a grid pattern in the X and Y directions. A state in which the second extension portion 35B encompasses a second pixel electrode 25B refers to a state in which the second pixel electrode 25B is contained within the second extension portion 35B in a plan view.
従って、第2延在部35BのY方向の幅は、第2画素電極25BのY方向の幅と同一か或いは大きい。第2延在部35BのX方向の長さは、第2画素電極25BのX方向の長さよりも長い。第2延在部35Bは、例えば、X方向においてフレキシブル基板15の一端から他端にわたって連続的に延在している。なお、必ずしも第2延在部35Bが第2画素電極25Bを包含する状態である必要は無く、第2延在部35Bは、平面視において第2画素電極25Bと重なった状態であってもよい。従って、平面視において第2画素電極25Bが第2延在部35Bからはみ出すように配置されてもよいし、第2延在部35BのY方向の幅は、第2画素電極25BのY方向の幅よりも小さくてもよい。 Therefore, the Y-direction width of the second extension portion 35B is the same as or greater than the Y-direction width of the second pixel electrode 25B. The X-direction length of the second extension portion 35B is greater than the X-direction length of the second pixel electrode 25B. The second extension portion 35B extends continuously in the X-direction from one end to the other end of the flexible substrate 15. Note that the second extension portion 35B does not necessarily have to encompass the second pixel electrode 25B; the second extension portion 35B may overlap the second pixel electrode 25B in a planar view. Therefore, the second pixel electrode 25B may be positioned to extend beyond the second extension portion 35B in a planar view, or the Y-direction width of the second extension portion 35B may be smaller than the Y-direction width of the second pixel electrode 25B.
図24(a)及び図24(b)に示すように、中立面NPは、各画素電極25の裏面25bに位置し、中立面NPよりも上方に、各画素電極25を含む層と、圧電体層30と、対向電極35とが位置している。従って、画素電極25の全体と、画素電極間領域26の全体とが、中立面NPに対して圧電体層30と同じ側に位置している。なお、画素電極25の少なくとも一部と、画素電極間領域26の少なくとも一部とが、中立面NPに対して圧電体層30と同じ側に位置していてもよい。 As shown in Figures 24(a) and 24(b), the neutral plane NP is located on the back surface 25b of each pixel electrode 25, and the layer including each pixel electrode 25, the piezoelectric layer 30, and the counter electrode 35 are located above the neutral plane NP. Therefore, the entire pixel electrode 25 and the entire inter-pixel electrode region 26 are located on the same side of the neutral plane NP as the piezoelectric layer 30. Note that at least a portion of the pixel electrode 25 and at least a portion of the inter-pixel electrode region 26 may be located on the same side of the neutral plane NP as the piezoelectric layer 30.
分かり易くするため、中立面NPが画素電極25の裏面25bに一致した場合において、中立面NPより上の、圧電体層30と同方向の応力がかかる部分だけを考える。ここで、隣接する各画素のピッチをPとし、画素電極25の長辺の長さをUとし、画素電極25の短辺の長さをVとし、画素電極25の厚さ及び画素電極間領域26の厚さのそれぞれをT1とし、画素電極25のヤング率をE11とし、画素電極間領域26のヤング率をE12とし、圧電体層30の厚さをT2、圧電体層30のヤング率をE2、対向電極35の厚さをT3、対向電極35のヤング率をE3とする。この場合、図24(a)及び図24(b)に示すように、第1画素電極25AのX方向の長さは、Vで表され、第2画素電極25BのX方向の長さは、Vよりも長いU(V<<U)で表される。長さUは、画素のピッチPと同等か、或いはピッチPよりも短く設定されてよい。 For ease of understanding, consider only the portion above the neutral plane NP where stress is applied in the same direction as the piezoelectric layer 30 when the neutral plane NP coincides with the rear surface 25b of the pixel electrode 25. Here, let P be the pitch between adjacent pixels, U be the length of the long side of the pixel electrode 25, V be the length of the short side of the pixel electrode 25, T1 be the thickness of the pixel electrode 25 and the thickness of the inter-pixel electrode region 26, E11 be the Young's modulus of the pixel electrode 25, E12 be the Young's modulus of the inter-pixel electrode region 26, T2 be the thickness of the piezoelectric layer 30, E2 be the Young's modulus of the piezoelectric layer 30, T3 be the thickness of the counter electrode 35, and E3 be the Young's modulus of the counter electrode 35. In this case, as shown in Figures 24(a) and 24(b), the X-direction length of the first pixel electrode 25A is represented by V, and the X-direction length of the second pixel electrode 25B is represented by U, which is longer than V (V<<U). The length U may be set to be equal to or shorter than the pixel pitch P.
上記のように各パラメータを設定した場合において、画素電極25と圧電体層30と対向電極35との合成ヤング率をEC1とし、画素電極間領域26と圧電体層30と対向電極35との合成ヤング率EC2とし、画素電極間領域26と圧電体層30との合成ヤング率EC3とすると、合成ヤング率EC1及び合成ヤング率EC2は、それぞれ前述した式(15)及び式(16)のように表される。また、合成ヤング率EC3は、次の式(19)のように表される。
そして、図24(a)に示す断面のうち中立面NPより上側において、X方向に応力S(引張応力又は圧縮応力)が付与された場合、曲げセンサ10Bに生じるX方向の変位をΔL1とすると、変位ΔL1は、前述した式(17)のように表される。一方、図24(b)に示す断面のうち中立面NPより上側において、X方向に応力Sが付与された場合、曲げセンサ10Bに生じるX方向の変位をΔL2とすると、変位ΔL2は、次の式(20)のように表される。
図23では、図24(a)に示す断面において対向電極35が存在する領域RAを斜線のハッチングで示し、図24(b)に示す断面において対向電極35が存在する領域RBをドットのハッチングで示している。領域RAでは、対向電極35が全領域に位置している。そのため、領域RAでは、曲げセンサ10Bに対してX曲げを行ったときに発生する電圧が大きい。 In Figure 23, the region RA where the counter electrode 35 exists in the cross section shown in Figure 24(a) is indicated by diagonal hatching, and the region RB where the counter electrode 35 exists in the cross section shown in Figure 24(b) is indicated by dotted hatching. In region RA, the counter electrode 35 is located over the entire region. Therefore, in region RA, a large voltage is generated when bending sensor 10B in the X direction.
一方、領域RBでは、対向電極35がごく一部にしか存在しない。そのため、領域RBでは、領域RAと比べて、曲げセンサ10Bに対してX曲げを行ったときに発生する電圧が小さくなる。このように、曲げセンサ10Bに対してX曲げが行われたときに、領域RAが全てを占める第2画素電極25Bでは、発生する電荷が多く、領域RBが大部分を占める第1画素電極25Aでは、発生する電荷が少ないので、第1画素電極25Aに生じる電圧は、第2画素電極25Bに生じる電圧よりも小さくなる。つまり、X方向に延びる第2画素電極25Bの方が、Y方向に延びる第1画素電極25Aよりも、X曲げに対する感度が高いと言える。中立面NPが画素電極25の裏面25bに一致していない場合においても、同様の効果がある。 On the other hand, in region RB, the opposing electrode 35 is present in only a small portion. Therefore, in region RB, the voltage generated when bending sensor 10B in the X direction is smaller than in region RA. Thus, when bending sensor 10B in the X direction, a large amount of charge is generated in second pixel electrode 25B, which is entirely in region RA, while a small amount of charge is generated in first pixel electrode 25A, which is mostly in region RB. Therefore, the voltage generated in first pixel electrode 25A is smaller than the voltage generated in second pixel electrode 25B. In other words, it can be said that second pixel electrode 25B, which extends in the X direction, is more sensitive to X bending than first pixel electrode 25A, which extends in the Y direction. The same effect is achieved even when neutral plane NP does not coincide with the rear surface 25b of pixel electrode 25.
曲げセンサ10Bに対してY曲げを行ったときにおいても同様に考えれば、Y方向に延びる第1画素電極25Aでは、発生する電荷が多く、X方向に延びる第2画素電極25Bでは、発生する電荷が少ないので、第1画素電極25Aの方が、第2画素電極25Bよりも、発生する電圧よりも大きくなる。つまり、第1画素電極25Aの方が、第2画素電極25Bよりも、Y曲げに対する感度が高いと言える。第2画素電極25Bの電圧をVXとし、第1画素電極25Aの電圧をVYとすると、前述した式(6)及び式(7)と同様に定式化でき、前述した式(8)及び式(9)と同様にX曲げの大きさBX及びY曲げの大きさBYが求められる。 Similarly, when bending sensor 10B is bent in the Y direction, the first pixel electrode 25A extending in the Y direction generates a large amount of charge, while the second pixel electrode 25B extending in the X direction generates a small amount of charge, resulting in a larger voltage being generated in the first pixel electrode 25A than in the second pixel electrode 25B. In other words, it can be said that the first pixel electrode 25A is more sensitive to Y bending than the second pixel electrode 25B. If the voltage of second pixel electrode 25B is VX and the voltage of first pixel electrode 25A is VY , these can be formulated in the same way as equations (6) and (7), and the magnitude of X bending BX and the magnitude of Y bending BY can be found in the same way as equations (8) and (9).
本実施形態において、2個の第1画素電極25Aと2個の第2画素電極25Bとが1画素内に配置される場合、すなわち、1画素内に4個の副画素が配置される場合も想定される。この場合、電圧VXは、2個の第2画素電極25Bから得られる電圧の平均値とすればよく、電圧VYは、2個の第1画素電極25Aから得られる電圧の平均値とすればよい。1画素内に複数配置される画素(副画素)の数は、4個でなくてもよく、2個、3個、6個、又は8個等の任意の数であってもよい。 In this embodiment, it is also possible to assume that two first pixel electrodes 25A and two second pixel electrodes 25B are arranged within one pixel, i.e., four sub-pixels are arranged within one pixel. In this case, the voltage VX may be the average value of the voltages obtained from the two second pixel electrodes 25B, and the voltage VY may be the average value of the voltages obtained from the two first pixel electrodes 25A. The number of pixels (sub-pixels) arranged within one pixel does not have to be four, and may be any number such as two, three, six, or eight.
図25(a)は、図24(a)に示す断面において曲げセンサ10Bが凸状に曲げられた状態を示す断面図である。図25(b)は、図24(b)に示す断面において曲げセンサ10Bが凸状に曲げられた状態を示す断面図である。図25(a)及び図25(b)では、曲げセンサ10BにX方向の曲げが付与されることによって、XZ断面において、曲げセンサ10Bが上方に凸となるように曲げられている。本実施形態のように、圧電体層30が中立面NPよりも上方に位置している場合、図25(a)及び図25(b)に示すように曲げセンサ10Bが凸状に曲げられると、圧電体層30にX方向の引張応力が付与される。 Figure 25(a) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10B bent convexly in the cross section shown in Figure 24(a). Figure 25(b) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10B bent convexly in the cross section shown in Figure 24(b). In Figures 25(a) and 25(b), bending the bending sensor 10B in the X direction causes the bending sensor 10B to bend so that it is convex upward in the XZ cross section. When the piezoelectric layer 30 is located above the neutral plane NP, as in this embodiment, bending the bending sensor 10B convexly as shown in Figures 25(a) and 25(b) applies tensile stress in the X direction to the piezoelectric layer 30.
図25(a)のように、第1画素電極25Aの領域RAの位置では、圧電体層30にX方向の引張応力SS1Aが付与され、第2画素電極25Bの領域RAの位置では、圧電体層30にX方向の引張応力SS1Aが付与される。第1画素電極25Aの領域RBの位置では、圧電体層30にX方向の引張応力SS1Bが付与される。ただし|SS1A|>>|SS1B|である。この場合、第1画素電極25Aには、主に引張応力SS1Bに応じた電圧が生じ、第2画素電極25Bには、引張応力SS1Aに応じた電圧が生じる。本実施形態では、引張応力SS1Bは、引張応力SS1Aよりも小さくなるため、第1画素電極25Aに生じる電圧の絶対値は、第2画素電極25Bに生じる電圧の絶対値よりも小さくなる。 As shown in FIG. 25A, in the region RA of the first pixel electrode 25A, a tensile stress SS1A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30, and in the region RA of the second pixel electrode 25B, a tensile stress SS1A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. In the region RB of the first pixel electrode 25A, a tensile stress SS1B in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30, where |SS1A|>>|SS1B|. In this case, a voltage corresponding mainly to the tensile stress SS1B is generated in the first pixel electrode 25A, and a voltage corresponding to the tensile stress SS1A is generated in the second pixel electrode 25B. In this embodiment, the tensile stress SS1B is smaller than the tensile stress SS1A, so the absolute value of the voltage generated in the first pixel electrode 25A is smaller than the absolute value of the voltage generated in the second pixel electrode 25B.
図26(a)は、図24(a)に示す断面において曲げセンサ10Bが凹状に曲げられた状態を示す断面図である。図26(b)は、図24(b)に示す断面において曲げセンサ10Bが凹状に曲げられた状態を示す断面図である。図26(a)及び図26(b)では、曲げセンサ10BにX方向の曲げが付与されることによって、XZ断面において、曲げセンサ10Bが上方に凹となるように曲げられている。本実施形態のように、圧電体層30が中立面NPよりも上方に位置している場合、図26(a)及び図26(b)に示すように曲げセンサ10Bが凹状に曲げられると、圧電体層30にX方向の圧縮応力が付与される。 Figure 26(a) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10B bent concavely in the cross section shown in Figure 24(a). Figure 26(b) is a cross-sectional view showing the bending sensor 10B bent concavely in the cross section shown in Figure 24(b). In Figures 26(a) and 26(b), bending the bending sensor 10B in the X direction causes the bending sensor 10B to bend concavely upward in the XZ cross section. When the piezoelectric layer 30 is located above the neutral plane NP, as in this embodiment, bending the bending sensor 10B concavely as shown in Figures 26(a) and 26(b) applies compressive stress in the X direction to the piezoelectric layer 30.
図26(a)のように、第1画素電極25Aの領域RAの位置では、圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2Aが付与され、第2画素電極25Bの領域RAの位置では、圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2Aが付与される。第1画素電極25Aの領域RBの位置では、圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2Bが付与される。ただし|SS2A|>>|SS2B|である。この場合、第1画素電極25Aには、主に圧縮応力SS2Bに応じた電圧が生じ、第2画素電極25Bには、圧縮応力SS2Aに応じた電圧が生じる。本実施形態では、圧縮応力SS2Bは、圧縮応力SS2Aよりも小さくなる。そのため、第1画素電極25Aに生じる電圧の絶対値は、第2画素電極25Bに生じる電圧の絶対値よりも小さくなる。なお、図26(a)及び図26(b)に示す場合に第1画素電極25A及び第2画素電極25Bに生じる電圧は、図25(a)及び図25(b)に示す場合に第1画素電極25A及び第2画素電極25Bに生じる電圧とは逆向きとなる。 As shown in Figure 26(a), at the position of region RA of the first pixel electrode 25A, compressive stress SS2A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30, and at the position of region RA of the second pixel electrode 25B, compressive stress SS2A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. At the position of region RB of the first pixel electrode 25A, compressive stress SS2B in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30, where |SS2A|>>|SS2B|. In this case, a voltage corresponding mainly to compressive stress SS2B is generated in the first pixel electrode 25A, and a voltage corresponding to compressive stress SS2A is generated in the second pixel electrode 25B. In this embodiment, compressive stress SS2B is smaller than compressive stress SS2A. Therefore, the absolute value of the voltage generated in the first pixel electrode 25A is smaller than the absolute value of the voltage generated in the second pixel electrode 25B. Note that the voltage generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B in the cases shown in Figures 26(a) and 26(b) is opposite in direction to the voltage generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B in the cases shown in Figures 25(a) and 25(b).
このような素子構成にすることで、圧電体層30として無延伸フィルム又は二軸延伸したフィルム(例えば、無延伸タイプのPVDF)を用いる場合でも、X方向の曲げの大きさと、Y方向の曲げの大きさとを独立して検出することが可能である。そして、更に精度を上げるためには、X方向に長い第2画素電極25Bに接続された薄膜トランジスタから出力される電圧をVXとし、Y方向に長い第1画素電極25Aに接続された薄膜トランジスタから出力される電圧VYとし、X曲げの大きさをBXとし、Y曲げの大きさをBYとすると、電圧VX及び電圧VYは、それぞれ前述の式(6)及び式(7)のように定式化できる。そこで、k1、k2を実験的に求めておけば、X曲げの大きさBX、及びY曲げの大きさBYは、式(6)及び式(7)から前述の式(8)及び式(9)を導出できる。このように、本実施形態に係る曲げセンサ10Bを用いる場合であっても、X方向の曲げの大きさBXと、Y方向の曲げの大きさBYとを独立して検出することは可能である。 With this element configuration, it is possible to independently detect the magnitude of bending in the X direction and the magnitude of bending in the Y direction, even when a non-stretched film or a biaxially stretched film (e.g., non-stretched PVDF) is used as the piezoelectric layer 30. To further improve accuracy, if the voltage output from the thin-film transistor connected to the second pixel electrode 25B long in the X direction is VX , the voltage output from the thin-film transistor connected to the first pixel electrode 25A long in the Y direction is VY , the magnitude of X bending is BX , and the magnitude of Y bending is BY , the voltages VX and VY can be formulated as in the above-mentioned equations (6) and (7), respectively. Therefore, if k1 and k2 are experimentally determined, the magnitude of X bending BX and the magnitude of Y bending BY can be derived from equations (6) and (7) as the above-mentioned equations (8) and (9). In this way, even when the bending sensor 10B according to this embodiment is used, it is possible to independently detect the magnitude of bending in the X direction BX and the magnitude of bending in the Y direction BY .
[第3実施形態の作用効果]
以上に説明した、本実施形態に係る曲げセンサ10Bによって得られる作用効果を説明する。本実施形態では、第1画素電極25Aは、Y方向に延びる形状を有し、第2画素電極25Bは、X方向に延びる形状を有する。そのため、第1画素電極25Aは、上述したように、Y曲げの影響を強く受け、第2画素電極25Bは、X曲げの影響を強く受ける。また、本実施形態では、対向電極35は、第1画素電極25Aを包含するようにY方向に延びる第1延在部35Aと、第2画素電極25Bを包含するようにX方向に延びる第2延在部35Bと、を有する。対向電極35が位置しない部分は、対向電極35が位置する部分よりも伸びやすい。そのため、対向電極35が位置する部分の応力は、対向電極35が位置しない部分の応力よりも大きくなる。
[Operation and effect of the third embodiment]
The effects achieved by the bending sensor 10B according to the present embodiment described above will now be described. In this embodiment, the first pixel electrode 25A has a shape extending in the Y direction, and the second pixel electrode 25B has a shape extending in the X direction. Therefore, as described above, the first pixel electrode 25A is strongly affected by the Y bending, and the second pixel electrode 25B is strongly affected by the X bending. Furthermore, in this embodiment, the counter electrode 35 has a first extension portion 35A extending in the Y direction to encompass the first pixel electrode 25A, and a second extension portion 35B extending in the X direction to encompass the second pixel electrode 25B. The portion where the counter electrode 35 is not located is more likely to stretch than the portion where the counter electrode 35 is located. Therefore, the stress in the portion where the counter electrode 35 is located is greater than the stress in the portion where the counter electrode 35 is not located.
この場合、対向電極35の第1延在部35Aが位置する第1画素電極25Aの位置での応力は、Y曲げ時に大きくなり、対向電極35の第2延在部35Bが位置する第2画素電極25Bの位置での応力はX曲げ時に大きくなる。つまり、第1画素電極25Aの電圧は、第1画素電極25Aに対向電極35が位置することで、Y曲げ時に大きな値を示す。第2画素電極25Bの電圧は、第2画素電極25Bに対向電極35が位置することで、X曲げ時に大きな値を示す。従って、本実施形態では、第1画素電極25Aは、Y曲げの影響をより強く受け、第2画素電極25BがX曲げの影響を強く受ける。 In this case, the stress at the position of the first pixel electrode 25A where the first extension portion 35A of the opposing electrode 35 is located increases during Y bending, and the stress at the position of the second pixel electrode 25B where the second extension portion 35B of the opposing electrode 35 is located increases during X bending. In other words, the voltage of the first pixel electrode 25A exhibits a large value during Y bending because the opposing electrode 35 is located on the first pixel electrode 25A. The voltage of the second pixel electrode 25B exhibits a large value during X bending because the opposing electrode 35 is located on the second pixel electrode 25B. Therefore, in this embodiment, the first pixel electrode 25A is more strongly affected by Y bending, and the second pixel electrode 25B is more strongly affected by X bending.
そのため、第1画素電極25Aは、Y曲げの影響をより強く受け、第2画素電極25Bは、X曲げの影響をより強く受ける。そこで、第1画素電極25Aの電圧を示す信号を、Y方向の曲げ情報として検出し、第2画素電極25Bの電圧を示す信号を、X方向の曲げ情報として検出することで、Y曲げの状態とX曲げの状態とを区別して把握できる。これにより、曲げセンサ10Bの曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 As a result, the first pixel electrode 25A is more strongly affected by Y bending, and the second pixel electrode 25B is more strongly affected by X bending. Therefore, by detecting the signal indicating the voltage of the first pixel electrode 25A as bending information in the Y direction and the signal indicating the voltage of the second pixel electrode 25B as bending information in the X direction, it is possible to distinguish between the Y bending state and the X bending state. This makes it possible to grasp the bending state of the bending sensor 10B in more detail.
本実施形態では、各第1画素電極25Aと各複数の第2画素電極25Bとが、Y方向及びX方向に沿って交互に並ぶように、マトリクス状に配列されている。この場合、曲げ情報を画素電極25ごとに取得することで、より局所的な曲げの状態を把握できる。更に、各第1画素電極25Aと各第2画素電極25Bとが交互に配列されることで、Y方向の曲げ情報を得るための各第1画素電極25Aと、X方向の曲げ情報を得るための各第2画素電極25Bとを分散して配置することができ、得られる曲げの状態の情報に偏りが生じる事態を抑制できる。 In this embodiment, each first pixel electrode 25A and each of the plurality of second pixel electrodes 25B are arranged in a matrix so that they alternate along the Y and X directions. In this case, by acquiring bending information for each pixel electrode 25, it is possible to grasp the local bending state more precisely. Furthermore, by arranging each first pixel electrode 25A and each second pixel electrode 25B alternately, it is possible to disperse each first pixel electrode 25A for obtaining bending information in the Y direction and each second pixel electrode 25B for obtaining bending information in the X direction, thereby preventing bias in the bending state information obtained.
なお、第1実施形態に係る曲げセンサ10では、X方向の曲げ情報とY方向の曲げ情報とを独立して検出するために、一軸延伸タイプの圧電体層30をそれぞれ備える2枚の曲げセンサ10を準備し、それぞれの圧電体層30の延伸方向が直交するように2枚の曲げセンサ10を重ねる必要があったが、第3実施形態では、二軸延伸タイプ又は無延伸タイプの圧電体層30を備える1枚の曲げセンサ10Bを用いて、X方向の曲げ情報とY方向の曲げ情報とを独立して検出できる。また、第3実施形態においても、薄膜トランジスタアレイ20に代えて、薄膜トランジスタアレイ201が用いられてもよいし、他の回路構成を有する薄膜トランジスタアレイが用いられてもよい。 In the bending sensor 10 according to the first embodiment, in order to independently detect bending information in the X and Y directions, two bending sensors 10 each having a uniaxially stretched piezoelectric layer 30 had to be prepared and stacked so that the stretch directions of the piezoelectric layers 30 were perpendicular to each other. However, in the third embodiment, a single bending sensor 10B having a biaxially stretched or non-stretched piezoelectric layer 30 can be used to independently detect bending information in the X and Y directions. Also, in the third embodiment, a thin-film transistor array 201 may be used instead of the thin-film transistor array 20, or a thin-film transistor array having another circuit configuration may be used.
[第3実施形態の変形例]
第1画素電極25A及び第2画素電極25Bの形状は、上述した第3実施形態の例に限られない。図27(a)~図27(c)、図28(a)、及び図28(b)は、第3実施形態に係る曲げセンサ10Bの他の例を示す平面図である。図27(a)に示す曲げセンサ101Bのように、第1画素電極251A及び第2画素電極251Bのそれぞれは、十字形状を有してもよい。この場合、第1画素電極251Aは、Y方向に延びる部分251aに加えて、X方向に延びる部分251bを有する。部分251bは、例えば、部分251aの中央部と交差するように配置される。部分251bのX方向の長さは、部分251aのY方向の長さよりも短く設定される。第2画素電極251Bも同様に、X方向に延びる部分251cに加えて、Y方向に延びる部分251dを有する。部分251dは、例えば、部分251cの中央部と交差するように配置される。部分251dのY方向の長さは、部分251cのX方向の長さよりも短く設定される。
[Modification of the third embodiment]
The shapes of the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B are not limited to those of the third embodiment. FIGS. 27(a) to 27(c), 28(a), and 28(b) are plan views showing other examples of the bending sensor 10B according to the third embodiment. As in the bending sensor 101B shown in FIG. 27(a), the first pixel electrode 251A and the second pixel electrode 251B may each have a cross shape. In this case, the first pixel electrode 251A has a portion 251a extending in the Y direction and a portion 251b extending in the X direction. The portion 251b is disposed, for example, so as to intersect with the center of the portion 251a. The length of the portion 251b in the X direction is set shorter than the length of the portion 251a in the Y direction. Similarly, the second pixel electrode 251B has a portion 251c extending in the X direction and a portion 251d extending in the Y direction. The portion 251d is disposed, for example, so as to intersect with the center of the portion 251c. The length of the portion 251d in the Y direction is set to be shorter than the length of the portion 251c in the X direction.
図27(b)に示す曲げセンサ102Bのように、第1画素電極252Aは、Y方向に延びる楕円形状(長円形状)を有してもよい。同様に、第2画素電極252Bは、X方向に延びる楕円形状(長円形状)を有してもよい。或いは、図27(c)に示す曲げセンサ103Bのように、第1画素電極253Aは、Y方向に延びる二等辺三角形状であってもよい。この場合、第1画素電極253Aは、二等辺三角形状の頂点がY方向の一方側を向くように配置されてもよいし、二等辺三角形状の頂点がY方向の他方側を向くように配置されてもよい。同様に、第2画素電極253Bは、X方向に延びる二等辺三角形状であってもよい。この場合、第2画素電極253Bは、二等辺三角形状の頂点がX方向の一方側を向くように配置されてもよいし、二等辺三角形状の頂点がX方向の他方側を向くように配置されてもよい。 As in the bending sensor 102B shown in FIG. 27(b), the first pixel electrode 252A may have an elliptical (oval) shape extending in the Y direction. Similarly, the second pixel electrode 252B may have an elliptical (oval) shape extending in the X direction. Alternatively, as in the bending sensor 103B shown in FIG. 27(c), the first pixel electrode 253A may have an isosceles triangular shape extending in the Y direction. In this case, the first pixel electrode 253A may be arranged so that the apex of the isosceles triangle faces one side in the Y direction, or so that the apex of the isosceles triangle faces the other side in the Y direction. Similarly, the second pixel electrode 253B may have an isosceles triangular shape extending in the X direction. In this case, the second pixel electrode 253B may be arranged so that the apex of the isosceles triangle faces one side in the X direction, or so that the apex of the isosceles triangle faces the other side in the X direction.
図28(a)に示す曲げセンサ104Bのように、第1画素電極254AのX方向の幅は、Y方向に沿った第1画素電極254Aの各位置において変化してもよい。具体的には、第1画素電極254AのX方向の幅は、第1画素電極254AのY方向の中央において最も小さくなり、当該中央からY方向に離れるほど徐々に大きくなってもよい。第2画素電極254BのY方向の幅は、X方向に沿った第2画素電極254Bの各位置において変化してもよい。具体的には、第2画素電極254BのY方向の幅は、第2画素電極254BのX方向の中央において最も小さくなり、当該中央からX方向に離れるほど徐々に大きくなってもよい。 As in the bending sensor 104B shown in FIG. 28(a), the X-direction width of the first pixel electrode 254A may vary at each position on the first pixel electrode 254A along the Y direction. Specifically, the X-direction width of the first pixel electrode 254A may be smallest at the center of the first pixel electrode 254A in the Y direction, and gradually increase as the distance from the center increases in the Y direction. The Y-direction width of the second pixel electrode 254B may vary at each position on the second pixel electrode 254B along the X direction. Specifically, the Y-direction width of the second pixel electrode 254B may be smallest at the center of the second pixel electrode 254B in the X direction, and gradually increase as the distance from the center increases in the X direction.
図28(b)に示す曲げセンサ105Bのように、第1画素電極255A及び第2画素電極255Bのそれぞれは、1画素内に収まるように配置されなくてもよく、画素の外側にはみ出していてもよい。この場合、第1画素電極255Aは、境界線BLを越えて、Y方向に隣接する第2画素電極255Bに接触しない位置まで、Y方向に延在する。同様に、第2画素電極255Bは、境界線BLを越えて、X方向に隣接する第1画素電極255Aに接触しない位置まで、X方向に延在する。上述したような曲げセンサであっても、第3実施形態に係る曲げセンサ10Bと同様の効果が得られる。 As in the bending sensor 105B shown in FIG. 28(b), the first pixel electrode 255A and the second pixel electrode 255B do not have to be arranged to fit within one pixel, but may extend outside the pixel. In this case, the first pixel electrode 255A extends in the Y direction beyond the boundary line BL to a position where it does not contact the second pixel electrode 255B adjacent in the Y direction. Similarly, the second pixel electrode 255B extends in the X direction beyond the boundary line BL to a position where it does not contact the first pixel electrode 255A adjacent in the X direction. Even with the bending sensor described above, the same effects as those of the bending sensor 10B according to the third embodiment can be obtained.
本実施形態に係る第1画素電極25A及び第2画素電極25Bは他に様々な変形が可能である。図29は、第3実施形態に係る曲げセンサ106Bの他の例を示す平面図である。図30(a)は、図29のA6-A6線に沿った曲げセンサ106Bの断面図である。図30(b)は、図29のA7-A7線に沿った曲げセンサ106Bの断面図である。図29に示す曲げセンサ106Bでは、各第1画素電極25A及び各第2画素電極25Bは、画素の配列方向とは傾斜した方向に延びている。 The first pixel electrode 25A and second pixel electrode 25B according to this embodiment can be modified in various ways. Figure 29 is a plan view showing another example of a bending sensor 106B according to the third embodiment. Figure 30(a) is a cross-sectional view of the bending sensor 106B taken along line A6-A6 in Figure 29. Figure 30(b) is a cross-sectional view of the bending sensor 106B taken along line A7-A7 in Figure 29. In the bending sensor 106B shown in Figure 29, each first pixel electrode 25A and each second pixel electrode 25B extends in a direction inclined relative to the pixel arrangement direction.
曲げセンサ106Bでは、各第1画素電極25A及び各第2画素電極25Bが延びる方向をそれぞれY方向及びX方向とすると、各第1画素電極25Aは、Y方向において互いに隣り合うように離間して配列され、各第2画素電極25Bは、X方向において互いに隣り合うように離間して配列される。そして、対向電極35の各第1延在部35Aは、各第1画素電極25Aを包含するようにY方向に沿って延びており、各第2延在部35Bは、各第2画素電極25Bを包含するようにX方向に沿って延びている。一方、マトリクスは図29の縦方向と横方向に並んでいる。即ち図29のように、マトリクスの並び方向と、XY方向とは、一致していなくてもよい。なお、図29の縦方向及び横方向に隣接する各画素においては、第1画素電極25Aと第2画素電極25Bとが交互に並んでいる。 In the bending sensor 106B, if the extension directions of each first pixel electrode 25A and each second pixel electrode 25B are defined as the Y direction and the X direction, respectively, the first pixel electrodes 25A are arranged adjacent to each other at a distance in the Y direction, and the second pixel electrodes 25B are arranged adjacent to each other at a distance in the X direction. Each first extension portion 35A of the opposing electrode 35 extends along the Y direction to encompass each first pixel electrode 25A, and each second extension portion 35B extends along the X direction to encompass each second pixel electrode 25B. Meanwhile, the matrix is aligned vertically and horizontally in Figure 29. That is, as shown in Figure 29, the matrix alignment direction and the X and Y directions do not have to coincide. Note that in adjacent pixels in the vertical and horizontal directions in Figure 29, the first pixel electrodes 25A and second pixel electrodes 25B are aligned alternately.
図31(a)は、図30(a)に示す断面において曲げセンサ106Bが凸状に曲げられた状態を示す断面図である。図31(b)は、図30(b)に示す断面において曲げセンサ106Bが凸状に曲げられた状態を示す断面図である。圧電体層30は中立面NPよりも上方に位置しているので、図31(a)及び図31(b)に示すように曲げセンサ106Bが凸状に曲げられると、圧電体層30にX方向の引張応力が付与される。第2画素電極25Bの位置では、圧電体層30にX方向の引張応力SS1Bが付与される。この場合、第2画素電極25Bには、引張応力SS1Bに応じた電圧が生じる。一方、第1画素電極25Aの位置では、圧電体層30にX方向の引張応力SS1Aが付与される。この場合、第1画素電極25Aには、引張応力SS1Aに応じた電圧が生じる。引張応力SS1Bは、対向電極35が全領域にあるため、また、第2画素電極25Bの長さが長いため、引張応力SS1Aよりも大きくなり、第2画素電極25Bに生じる電圧は、第1画素電極25Aに生じる電圧よりも大きくなる。 Figure 31(a) is a cross-sectional view showing the bending sensor 106B bent convexly in the cross section shown in Figure 30(a). Figure 31(b) is a cross-sectional view showing the bending sensor 106B bent convexly in the cross section shown in Figure 30(b). Because the piezoelectric layer 30 is located above the neutral plane NP, when the bending sensor 106B is bent convexly as shown in Figures 31(a) and 31(b), a tensile stress in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. At the position of the second pixel electrode 25B, a tensile stress SS1B in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. In this case, a voltage corresponding to the tensile stress SS1B is generated in the second pixel electrode 25B. Meanwhile, at the position of the first pixel electrode 25A, a tensile stress SS1A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. In this case, a voltage corresponding to the tensile stress SS1A is generated in the first pixel electrode 25A. Because the opposing electrode 35 is present over the entire area and because the second pixel electrode 25B is long, the tensile stress SS1B is greater than the tensile stress SS1A, and the voltage generated in the second pixel electrode 25B is greater than the voltage generated in the first pixel electrode 25A.
図32(a)は、図30(a)に示す断面において曲げセンサ106Bが凹状に曲げられた状態を示す断面図である。図32(b)は、図30(b)に示す断面において曲げセンサ106Bが凹状に曲げられた状態を示す断面図である。圧電体層30が中立面NPよりも上方に位置しているので、圧電体層30にX方向の圧縮応力が付与される。図32(a)及び図32(b)に示すように曲げセンサ106Bが凹状に曲げられると、圧電体層30にX方向の圧縮応力が付与される。第2画素電極25Bの位置では、圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2Bが付与される。この場合、第2画素電極25Bには、圧縮応力SS2Bに応じた電圧が生じる。 Figure 32(a) is a cross-sectional view showing the bending sensor 106B bent concavely in the cross section shown in Figure 30(a). Figure 32(b) is a cross-sectional view showing the bending sensor 106B bent concavely in the cross section shown in Figure 30(b). Because the piezoelectric layer 30 is located above the neutral plane NP, a compressive stress in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. When the bending sensor 106B is bent concavely as shown in Figures 32(a) and 32(b), a compressive stress in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. At the position of the second pixel electrode 25B, a compressive stress SS2B in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. In this case, a voltage corresponding to the compressive stress SS2B is generated in the second pixel electrode 25B.
一方、第1画素電極25Aの位置では、圧電体層30にX方向の圧縮応力SS2Aが付与される。この場合、第1画素電極25Aには、圧縮応力SS2Aに応じた電圧が生じる。圧縮応力SS2Bは、対向電極35が全領域にあるため、また、第2画素電極25Bの長さが長いため、圧縮応力SS2Aよりも大きくなり、第2画素電極25Bに生じる電圧は、第1画素電極25Aに生じる電圧よりも大きくなる。なお、図32(a)及び図32(b)に示す場合の第1画素電極25A及び第2画素電極25Bに生じる電圧は、図31(a)及び図31(b)に示す場合に第1画素電極25A及び第2画素電極25Bに生じる電圧とは逆向きとなる。このような曲げセンサ106Bであっても、曲げセンサ10Bと同様の効果が得られる。 On the other hand, at the position of the first pixel electrode 25A, a compressive stress SS2A in the X direction is applied to the piezoelectric layer 30. In this case, a voltage corresponding to the compressive stress SS2A is generated in the first pixel electrode 25A. Because the opposing electrode 35 covers the entire area and the second pixel electrode 25B is long, the compressive stress SS2B is greater than the compressive stress SS2A, and the voltage generated in the second pixel electrode 25B is greater than the voltage generated in the first pixel electrode 25A. Note that the voltage generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B in the cases shown in Figures 32(a) and 32(b) is opposite in direction to the voltage generated in the first pixel electrode 25A and the second pixel electrode 25B in the cases shown in Figures 31(a) and 31(b). This bending sensor 106B also achieves the same effect as bending sensor 10B.
図33は、第3実施形態に係る曲げセンサ10Bの他の例を示す平面図である。図33に示す曲げセンサ107Bは、複数の第1画素電極25A及び複数の第2画素電極25Bに加えて、複数の第3画素電極25C(第3電極)及び複数の第4画素電極25Dを備える。各第3画素電極25Cは、X方向及びY方向に対して傾斜する方向DD1(第3方向)に沿って延びる形状を有する。方向DD1は、例えば、(X,Y)=(1,-1)方向である。つまり、方向DD1は、X方向に対してY方向の一方側(負側)に45°傾斜した方向である。各第4画素電極25Dは、X方向及びY方向に対して傾斜しかつ方向DD1と直交する方向DD2に沿って延びる形状を有する。方向DD2は、例えば、(X,Y)=(1,1)方向である。つまり、方向DD2は、X方向に対してY方向の他方側(正側)に45°傾斜した方向である。従って、方向DD1及び方向DD2は、X方向及びY方向に対して傾斜しかつ互いに直交する。 Figure 33 is a plan view showing another example of a bending sensor 10B according to the third embodiment. The bending sensor 107B shown in Figure 33 includes a plurality of first pixel electrodes 25A and a plurality of second pixel electrodes 25B, as well as a plurality of third pixel electrodes 25C (third electrodes) and a plurality of fourth pixel electrodes 25D. Each third pixel electrode 25C has a shape extending along a direction DD1 (third direction) that is inclined with respect to the X and Y directions. The direction DD1 is, for example, the (X, Y) = (1, -1) direction. In other words, the direction DD1 is inclined 45 degrees to one side (negative side) of the Y direction with respect to the X direction. Each fourth pixel electrode 25D has a shape extending along a direction DD2 that is inclined with respect to the X and Y directions and is perpendicular to the direction DD1. The direction DD2 is, for example, the (X, Y) = (1, 1) direction. In other words, direction DD2 is inclined 45 degrees to the other side (positive side) of the Y direction with respect to the X direction. Therefore, directions DD1 and DD2 are inclined with respect to the X direction and Y direction and are perpendicular to each other.
第3画素電極25C及び第4画素電極25Dは、Y方向において第1画素電極25Aを挟んで両側に配置されている。従って、第3画素電極25Cと第1画素電極25Aと第4画素電極25Dとは、Y方向においてこの順で交互に配列されている。第3画素電極25C及び第4画素電極25Dは、X方向において第2画素電極25Bを挟んで両側に配置されている。従って、第3画素電極25Cと第2画素電極25Bと第4画素電極25Dとは、X方向においてこの順で交互に配列されている。 The third pixel electrode 25C and the fourth pixel electrode 25D are arranged on both sides of the first pixel electrode 25A in the Y direction. Therefore, the third pixel electrode 25C, the first pixel electrode 25A, and the fourth pixel electrode 25D are arranged alternately in this order in the Y direction. The third pixel electrode 25C and the fourth pixel electrode 25D are arranged on both sides of the second pixel electrode 25B in the X direction. Therefore, the third pixel electrode 25C, the second pixel electrode 25B, and the fourth pixel electrode 25D are arranged alternately in this order in the X direction.
対向電極351は、複数の第1延在部35A及び複数の第2延在部35Bに加えて、複数の第3延在部35C及び複数の第4延在部35Dを有する。各第3延在部35Cは、平面視において各第3画素電極25Cを包含するように方向DD1に沿って延びている。第3延在部35Cの方向DD1の一端は、X方向に隣り合う第2延在部35Bと、Y方向に隣り合う第1延在部35Aとに接続されている。第3延在部35Cの方向DD1の他端も同様に、X方向に隣り合う第2延在部35Bと、Y方向に隣り合う第1延在部35Aとに接続されている。 In addition to multiple first extension portions 35A and multiple second extension portions 35B, the opposing electrode 351 also has multiple third extension portions 35C and multiple fourth extension portions 35D. Each third extension portion 35C extends in direction DD1 so as to encompass each third pixel electrode 25C in a plan view. One end of each third extension portion 35C in direction DD1 is connected to the second extension portion 35B adjacent to it in the X direction and the first extension portion 35A adjacent to it in the Y direction. Similarly, the other end of each third extension portion 35C in direction DD1 is connected to the second extension portion 35B adjacent to it in the X direction and the first extension portion 35A adjacent to it in the Y direction.
各第4延在部35Dは、平面視において各第4画素電極25Dを包含するように方向DD2に沿って延びている。第4延在部35Dの方向DD2の一端は、X方向に隣り合う第2延在部35Bと、Y方向に隣り合う第1延在部35Aとに接続されている。第4延在部35Dの方向DD2の他端も同様に、X方向に隣り合う第2延在部35Bと、Y方向に隣り合う第1延在部35Aとに接続されている。対向電極351は、各第1延在部35Aと各第2延在部35Bと各第3延在部35Cと各第4延在部35Dとの接続により、平面視において格子状をなしている。 Each fourth extension portion 35D extends in direction DD2 so as to encompass each fourth pixel electrode 25D in plan view. One end of the fourth extension portion 35D in direction DD2 is connected to the second extension portion 35B adjacent to it in the X direction and the first extension portion 35A adjacent to it in the Y direction. The other end of the fourth extension portion 35D in direction DD2 is similarly connected to the second extension portion 35B adjacent to it in the X direction and the first extension portion 35A adjacent to it in the Y direction. The opposing electrode 351 forms a lattice pattern in plan view due to the connections between each first extension portion 35A, each second extension portion 35B, each third extension portion 35C, and each fourth extension portion 35D.
図33に示す曲げセンサ107Bでは、曲げセンサ10Bと同様、第1画素電極25Aは、Y曲げの影響を強く受け、第2画素電極25Bは、X曲げの影響を強く受ける。更に、第3画素電極25Cは、方向DD1の曲げの影響を強く受け、第4画素電極25Dは、方向DD2の曲げの影響を強く受ける。そこで、第3画素電極25Cの電圧を示す信号を、方向DD1の曲げ情報として検出し、第4画素電極25Dの電圧を示す信号を、方向DD2の曲げ情報として検出することで、Y方曲げの状態とX曲げの状態とに加えて、方向DD1の曲げの状態と方向DD2の曲げの状態とをそれぞれ区別して把握できる。従って、図33に示す曲げセンサ107Bによれば、曲げの状態をより詳細に把握することが可能となる。 In the bending sensor 107B shown in FIG. 33, similar to the bending sensor 10B, the first pixel electrode 25A is strongly affected by Y bending, and the second pixel electrode 25B is strongly affected by X bending. Furthermore, the third pixel electrode 25C is strongly affected by bending in direction DD1, and the fourth pixel electrode 25D is strongly affected by bending in direction DD2. Therefore, by detecting the signal indicating the voltage of the third pixel electrode 25C as bending information in direction DD1 and the signal indicating the voltage of the fourth pixel electrode 25D as bending information in direction DD2, it is possible to distinguish and grasp the bending state in direction DD1 and the bending state in direction DD2, in addition to the bending state in the Y direction and the bending state in the X direction. Therefore, the bending sensor 107B shown in FIG. 33 makes it possible to grasp the bending state in more detail.
更に、各第3延在部35Cが各第3画素電極25Cを包含するように配置され、各第4延在部35Dが各第4画素電極25Dを包含するように配置されることで、第3画素電極25Cは、方向DD1の曲げの影響をより強く受け、第4画素電極25Dは、方向DD2の曲げの影響をより強く受ける。これにより、方向DD1の曲げ情報及び方向DD2の曲げ情報をより確実に区別して取得することが可能となる。 Furthermore, by arranging each third extension portion 35C to encompass each third pixel electrode 25C, and each fourth extension portion 35D to encompass each fourth pixel electrode 25D, the third pixel electrode 25C is more strongly affected by bending in direction DD1, and the fourth pixel electrode 25D is more strongly affected by bending in direction DD2. This makes it possible to more reliably distinguish and acquire bending information in direction DD1 and bending information in direction DD2.
なお、図33に示す曲げセンサ107Bでは、画素電極25及び対向電極351が存在しない画素が存在する。この場合、当該画素に位置する薄膜トランジスタをリファレンス回路として使用してもよい。つまり、第1画素電極25A、第2画素電極25B、第3画素電極25C、及び第4画素電極25Dが位置する各画素からの信号が示す電圧から、画素電極25及び対向電極351が存在しない画素からの信号が示す電圧を差し引いてもよい。これにより、薄膜トランジスタアレイ20の面内分布に起因する特性ばらつきを抑えることができる。 Note that in the bending sensor 107B shown in Figure 33, there are pixels where the pixel electrode 25 and counter electrode 351 are not present. In this case, the thin-film transistor located in that pixel may be used as a reference circuit. In other words, the voltage indicated by the signal from a pixel where the pixel electrode 25 and counter electrode 351 are not present may be subtracted from the voltage indicated by the signal from each pixel where the first pixel electrode 25A, second pixel electrode 25B, third pixel electrode 25C, and fourth pixel electrode 25D are located. This makes it possible to suppress characteristic variations due to the in-plane distribution of the thin-film transistor array 20.
図34は、第3実施形態に係る曲げセンサ10Bの他の例を示す平面図である。図34に示す曲げセンサ108Bは、複数の第1画素電極25Aと、複数の第2画素電極25Bに加えて、複数の第5画素電極25Eを備える。各第5画素電極25Eは、X方向及びY方向の双方に延びる十字形状を有する。第5画素電極25Eは、Y方向に延びる第1部分251Eと、X方向に延びる第2部分252Eと、を有する。第1部分251Eは、Y方向を長手方向とする長方形状を有しており、第2部分252Eは、X方向を長手方向とする長方形状を有している。第1部分251EのY方向の長さと、第2部分252EのX方向の長さとは、例えば、互いに同一に設定される。第1部分251E及び第2部分252Eは、例えば、互いに中央部において直交するように配置されている。 Figure 34 is a plan view showing another example of a bending sensor 10B according to the third embodiment. The bending sensor 108B shown in Figure 34 includes multiple first pixel electrodes 25A, multiple second pixel electrodes 25B, and multiple fifth pixel electrodes 25E. Each fifth pixel electrode 25E has a cross shape extending in both the X and Y directions. The fifth pixel electrode 25E has a first portion 251E extending in the Y direction and a second portion 252E extending in the X direction. The first portion 251E has a rectangular shape with its longitudinal direction in the Y direction, and the second portion 252E has a rectangular shape with its longitudinal direction in the X direction. The length of the first portion 251E in the Y direction and the length of the second portion 252E in the X direction are set to be the same, for example. The first portion 251E and the second portion 252E are arranged, for example, so as to be perpendicular to each other at their centers.
各第5画素電極25Eは、平面視において、対向電極352における各第1延在部35Aと各第2延在部35Bとの各交点(接続点)と重なる位置に配置されている。平面視において、各第5画素電極25Eの第1部分251Eは、対向電極352の各第1延在部35Aに包含されるように配置され、各第5画素電極25Eの第2部分252Eは、対向電極352の各第2延在部35Bに包含されるように配置されている。 In a plan view, each fifth pixel electrode 25E is arranged at a position that overlaps with each intersection (connection point) of each first extension portion 35A and each second extension portion 35B of the opposing electrode 352. In a plan view, the first portion 251E of each fifth pixel electrode 25E is arranged so as to be encompassed by each first extension portion 35A of the opposing electrode 352, and the second portion 252E of each fifth pixel electrode 25E is arranged so as to be encompassed by each second extension portion 35B of the opposing electrode 352.
X方向において互いに隣り合う2個の第5画素電極25Eの間には、平面視において第1延在部35Aに包含されるように、1個の第1画素電極25Aが配置されている。従って、各第1画素電極25Aと各第5画素電極25Eとは、X方向に沿って交互に配列されている。Y方向において互いに隣り合う2個の第5画素電極25Eの間には、平面視において第2延在部35Bに包含されるように、1個の第2画素電極25Bが配置されている。従って、各第2画素電極25Bと各第5画素電極25Eとは、Y方向に沿って交互に配列されている。 Between two adjacent fifth pixel electrodes 25E in the X direction, one first pixel electrode 25A is arranged so as to be encompassed by the first extension portion 35A in plan view. Therefore, each first pixel electrode 25A and each fifth pixel electrode 25E are arranged alternately along the X direction. Between two adjacent fifth pixel electrodes 25E in the Y direction, one second pixel electrode 25B is arranged so as to be encompassed by the second extension portion 35B in plan view. Therefore, each second pixel electrode 25B and each fifth pixel electrode 25E are arranged alternately along the Y direction.
図34に示す曲げセンサ108Bでは、曲げセンサ10Bと同様、第1画素電極25Aは、Y曲げの影響を強く受け、第2画素電極25Bは、X曲げの影響を強く受ける。一方、第5画素電極25Eは、X方向及びY方向に均等に延びるため、X曲げの影響とY曲げの影響とを均等に受ける。このような曲げセンサ108Bであっても、第1画素電極25Aの電圧を示す信号を、Y方向の曲げ情報として検出し、第2画素電極25Bの電圧を示す信号を、X方向の曲げ情報として検出することで、Y曲げの状態とX曲げの状態とを区別して把握できるので、曲げセンサ10Bと同様の効果が得られる。 In the bending sensor 108B shown in FIG. 34, similar to bending sensor 10B, the first pixel electrode 25A is strongly affected by Y bending, and the second pixel electrode 25B is strongly affected by X bending. On the other hand, the fifth pixel electrode 25E extends equally in the X and Y directions, and is therefore equally affected by X bending and Y bending. Even with this bending sensor 108B, by detecting the signal indicating the voltage of the first pixel electrode 25A as bending information in the Y direction and the signal indicating the voltage of the second pixel electrode 25B as bending information in the X direction, it is possible to distinguish between Y bending and X bending, thereby achieving the same effect as bending sensor 10B.
なお、図34に示す曲げセンサ108Bでは、画素電極25及び対向電極352が存在しない画素(例えば、図34の中央の画素)が存在する。この場合、当該画素に位置する薄膜トランジスタをリファレンス回路として使用してもよい。つまり、第1画素電極25A、第2画素電極25B、及び第3画素電極25Cが位置する各画素からの信号が示す電圧から、画素電極25及び対向電極352が存在しない画素からの信号が示す電圧を差し引いてもよい。これにより、薄膜トランジスタアレイ20の面内分布に起因する特性ばらつきを抑えることができる。 Note that the bending sensor 108B shown in Figure 34 has pixels where the pixel electrode 25 and counter electrode 352 are not present (for example, the pixel in the center of Figure 34). In this case, the thin-film transistor located in that pixel may be used as a reference circuit. That is, the voltage indicated by the signal from a pixel where the pixel electrode 25 and counter electrode 352 are not present may be subtracted from the voltage indicated by the signal from each pixel where the first pixel electrode 25A, second pixel electrode 25B, and third pixel electrode 25C are located. This makes it possible to suppress characteristic variations due to the in-plane distribution of the thin-film transistor array 20.
[介護データ収集・判定システム]
続いて、本発明の一実施形態に係る曲げ検出装置が適用される例として、介護データ収集・判定システム(健康状態推定システム)を説明する。図35は、曲げ検出装置が適用された介護データ収集・判定システムの一例を示すブロック図である。図35に示す介護データ収集・判定システム300は、被介護者の健康状態の推定を行うために利用される。介護データ収集・判定システム300は、複数の介護センサ装置200と、データ収集・判定装置210と、を備える。各介護センサ装置200は、曲げセンサ110と、信号検出回路175と、駆動回路185と、制御回路180(例えば、マイクロコンピュータ)と、通信回路202と、を有する。
[Care data collection and assessment system]
Next, a care data collection and determination system (health condition estimation system) will be described as an example to which a bending detection device according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 35 is a block diagram showing an example of a care data collection and determination system to which a bending detection device is applied. The care data collection and determination system 300 shown in FIG. 35 is used to estimate the health condition of a care recipient. The care data collection and determination system 300 includes a plurality of care sensor devices 200 and a data collection and determination device 210. Each care sensor device 200 includes a bending sensor 110, a signal detection circuit 175, a drive circuit 185, a control circuit 180 (e.g., a microcomputer), and a communication circuit 202.
曲げセンサ110は、例えば、上述した第1実施形態~第3実施形態のいずれかに係る曲げセンサと同一の構成を有する。信号検出回路175は、例えば、上述した信号検出回路75、75A、及び75Bのいずれかと同一の構成を有する。駆動回路185は、上述した駆動回路85と同一の構成を有する。制御回路180は、上述した制御回路80と同一の構成を有する。曲げセンサ110、信号検出回路175、駆動回路185、及び制御回路180は、曲げ検出装置を構成する。 The bending sensor 110 has the same configuration as, for example, the bending sensors according to any of the first to third embodiments described above. The signal detection circuit 175 has the same configuration as, for example, any of the signal detection circuits 75, 75A, and 75B described above. The drive circuit 185 has the same configuration as the drive circuit 85 described above. The control circuit 180 has the same configuration as the control circuit 80 described above. The bending sensor 110, signal detection circuit 175, drive circuit 185, and control circuit 180 constitute a bending detection device.
通信回路202は、制御回路180及び外部の回路との間で有線通信又は無線通信を行う。無線通信の例としては、例えば、Wi-Fi(登録商標)、及びBluetooth(登録商標)などが挙げられる。通信回路202は、インターネットに接続されてもよい。通信回路202は、制御回路180から、画素ごとの曲げ情報を示す曲げデータをデータ収集・判定装置210に送信する。 The communication circuit 202 performs wired or wireless communication between the control circuit 180 and external circuits. Examples of wireless communication include Wi-Fi (registered trademark) and Bluetooth (registered trademark). The communication circuit 202 may be connected to the Internet. The communication circuit 202 transmits bending data indicating bending information for each pixel from the control circuit 180 to the data collection and determination device 210.
データ収集・判定装置210は、制御回路211(例えば、コンピュータ)と、通信回路212と、データベース213と、を有する。通信回路212は、制御回路211及び介護センサ装置200の通信回路202との間で有線通信又は無線通信を行う。通信回路202は、各介護センサ装置200の通信回路202から曲げデータを受信し、受信した曲げデータを制御回路211に送る。制御回路211は、曲げデータの処理を行う。制御回路211は、曲げデータをそのまま或いは加工してから、データベース213に送る。データベース213は、制御回路211から送られた曲げデータを保存する。データベース213は、被介護者の病状を示すデータを保存してもよい。制御回路211は、人工知能を用いてデータベース213内のビッグデータを機械学習等により解析してもよい。これにより、被介護者の体勢と病状との関係を明らかにすることができる。また、制御回路211は、介護センサ装置200から送られる曲げデータと、データベース213内のデータとを比較することにより、被介護者の病状の判定を行ってもよい。 The data collection and determination device 210 has a control circuit 211 (e.g., a computer), a communication circuit 212, and a database 213. The communication circuit 212 performs wired or wireless communication between the control circuit 211 and the communication circuit 202 of the care sensor device 200. The communication circuit 202 receives bending data from the communication circuit 202 of each care sensor device 200 and sends the received bending data to the control circuit 211. The control circuit 211 processes the bending data. The control circuit 211 sends the bending data to the database 213 either directly or after processing. The database 213 stores the bending data sent from the control circuit 211. The database 213 may store data indicating the medical condition of the care recipient. The control circuit 211 may use artificial intelligence to analyze the big data in the database 213 through machine learning, etc. This makes it possible to clarify the relationship between the posture of the care recipient and their medical condition. The control circuit 211 may also determine the condition of the care recipient by comparing the bending data sent from the care sensor device 200 with the data in the database 213.
このように、介護データ収集・判定システム300は、介護センサ装置200から送られる曲げデータをそのまま或いは加工してからデータベース213に保存する動作と、人工知能を用いてデータベース213内のビッグデータを機械学習等により解析する動作と、介護センサ装置200からの曲げデータをデータベース213のデータと比較して被介護者の病状を判定する動作と、を行うことができる。 In this way, the care data collection and determination system 300 can perform the following operations: store the bending data sent from the care sensor device 200 in the database 213 either directly or after processing; use artificial intelligence to analyze the big data in the database 213 through machine learning, etc.; and compare the bending data from the care sensor device 200 with the data in the database 213 to determine the medical condition of the care recipient.
上述した介護データ収集・判定システム300において、1個のデータ収集・判定装置210が複数の介護センサ装置200と通信可能に接続されていてもよく、1個のデータ収集・判定装置210が1個の介護センサ装置200とのみ通信可能に接続されていてもよい。1個のデータ収集・判定装置210が1個の介護センサ装置200とのみ通信可能に接続される場合、データ収集・判定装置210と介護センサ装置200との曲げデータのやり取りが容易となるが、介護センサ装置200の応答速度が速いことが求められる。 In the above-described care data collection and determination system 300, one data collection and determination device 210 may be communicatively connected to multiple care sensor devices 200, or one data collection and determination device 210 may be communicatively connected to only one care sensor device 200. When one data collection and determination device 210 is communicatively connected to only one care sensor device 200, the exchange of bending data between the data collection and determination device 210 and the care sensor device 200 becomes easier, but the care sensor device 200 is required to have a fast response speed.
一方、データ収集・判定装置210の応答速度はあまり速くなくてよい。1個のデータ収集・判定装置210が複数の介護センサ装置200と通信可能に接続される場合、データ収集・判定装置210と各介護センサ装置200との間のデータのやり取りは複雑になるが、各介護センサ装置200の応答速度は遅くてもよい。一方、データ収集・判定装置210の応答速度は速いことが求められる。また、制御回路211とデータベース213とは、図示しない通信回路を介して通信可能に接続されてもよい。 On the other hand, the response speed of the data collection and judgment device 210 does not need to be very fast. When one data collection and judgment device 210 is communicatively connected to multiple care sensor devices 200, the exchange of data between the data collection and judgment device 210 and each care sensor device 200 becomes complicated, but the response speed of each care sensor device 200 may be slow. On the other hand, a fast response speed is required for the data collection and judgment device 210. In addition, the control circuit 211 and database 213 may be communicatively connected via a communication circuit (not shown).
図36(a)~図36(f)は、介護センサ装置の例を示す斜視図である。図36(a)~図36(f)に示すように、直方体状のベッド上に大型のシート状の介護センサ装置が配置される。図36(a)~図36(f)において、ベッド上の介護センサ装置が視認可能な状態で示されているが、実際には、介護センサ装置上にシーツが被せられ、そのシーツの上に被介護者が乗せられる。図36(a)~図36(f)において、制御回路180及び通信回路202を含む回路を制御・通信回路203として説明する。 Figures 36(a) to 36(f) are perspective views showing examples of care sensor devices. As shown in Figures 36(a) to 36(f), a large, sheet-like care sensor device is placed on a rectangular parallelepiped bed. In Figures 36(a) to 36(f), the care sensor device on the bed is shown in a visible state, but in reality, a sheet is placed over the care sensor device and the care recipient is placed on the sheet. In Figures 36(a) to 36(f), the circuit including the control circuit 180 and communication circuit 202 is described as the control/communication circuit 203.
図36(a)に示す介護センサ装置200では、ベッドの中央部に大型シート状の曲げセンサ110が配置され、ベッドの長辺側の端部に信号検出回路175が配置され、ベッドの短辺側の端部に駆動回路185が配置されている。そして、曲げセンサ110の各走査配線61がベッドの長手方向に延びて駆動回路185と接続され、曲げセンサ110の各信号配線62がベッドの短手方向に延びて信号検出回路175と接続されている。制御・通信回路203は、ベッドの長辺と短辺との角部に配置され、信号検出回路175及び駆動回路185と接続されている。 In the care sensor device 200 shown in Figure 36 (a), a large sheet-like bending sensor 110 is placed in the center of the bed, a signal detection circuit 175 is placed at the end of the long side of the bed, and a drive circuit 185 is placed at the end of the short side of the bed. Each scanning wiring 61 of the bending sensor 110 extends in the longitudinal direction of the bed and is connected to the drive circuit 185, and each signal wiring 62 of the bending sensor 110 extends in the lateral direction of the bed and is connected to the signal detection circuit 175. The control and communication circuit 203 is placed at the corner between the long and short sides of the bed and is connected to the signal detection circuit 175 and drive circuit 185.
図36(b)に示す介護センサ装置200Aでは、介護センサ装置200と比べて、信号検出回路175と駆動回路185との配置が入れ替わっている。すなわち、介護センサ装置200Aでは、ベッドの長辺側の端部に駆動回路185が配置され、ベッドの短辺側の端部に信号検出回路175が配置されている。図36(c)に示す介護センサ装置200B、及び図36(e)に示す介護センサ装置200Dは、大型シート状の曲げセンサ110に代えて、複数の帯状の曲げセンサ110Aを備える。各曲げセンサ110Aは、ベッドの長手方向に互いに離間して並んでおり、ベッドの短手方向に延びている。図36(c)に示す介護センサ装置200Bでは、長手方向において互いに隣り合う曲げセンサ110Aの間に接続部品205が設けられている。接続部品205は、長手方向において各曲げセンサ110Aの走査配線61同士を接続している。 In the care sensor device 200A shown in FIG. 36(b), the signal detection circuit 175 and the drive circuit 185 are swapped compared to the care sensor device 200. That is, in the care sensor device 200A, the drive circuit 185 is located at the end of the long side of the bed, and the signal detection circuit 175 is located at the end of the short side of the bed. The care sensor device 200B shown in FIG. 36(c) and the care sensor device 200D shown in FIG. 36(e) have multiple strip-shaped bending sensors 110A instead of the large sheet-shaped bending sensor 110. The bending sensors 110A are arranged spaced apart in the longitudinal direction of the bed and extend in the lateral direction of the bed. In the care sensor device 200B shown in FIG. 36(c), a connecting part 205 is provided between adjacent bending sensors 110A in the longitudinal direction. The connecting part 205 connects the scanning wiring 61 of each bending sensor 110A in the longitudinal direction.
図36(e)に示す介護センサ装置200Dは、駆動回路185及び制御・通信回路203に代えて、複数の駆動回路185A及び複数の制御・通信回路203Aを備える。複数の駆動回路185Aは、複数の曲げセンサ110Aに対応するように配置されている。すなわち、各駆動回路185Aは、長手方向において互いに隣り合う各曲げセンサ110Aの間に配置されている。各駆動回路185Aは、各曲げセンサ110Aの走査配線61に接続されている。各制御・通信回路203Aは、短手方向において各駆動回路185Aと対向する位置に配置されている。 The care sensor device 200D shown in Figure 36 (e) has multiple drive circuits 185A and multiple control and communication circuits 203A instead of the drive circuit 185 and control and communication circuit 203. The multiple drive circuits 185A are arranged to correspond to the multiple bending sensors 110A. That is, each drive circuit 185A is arranged between adjacent bending sensors 110A in the longitudinal direction. Each drive circuit 185A is connected to the scanning wiring 61 of each bending sensor 110A. Each control and communication circuit 203A is arranged in a position opposite each drive circuit 185A in the lateral direction.
図36(d)に示す介護センサ装置200C、及び図36(f)に示す介護センサ装置200Eは、大型シート状の曲げセンサ110に代えて、複数の小型シート状の曲げセンサ110Bを備える。各曲げセンサ110Bは、長手方向及び短手方向に沿って互いに離間するようにマトリクス状に配列されている。図36(d)に示す介護センサ装置200Cでは、長手方向に互いに隣り合う各曲げセンサ110Bの間に接続部品206が設けられている。接続部品206は、長手方向において各曲げセンサ110Aの走査配線61同士を接続している。短手方向に互いに隣り合う各曲げセンサ110Bの間には、接続部品207が設けられている。接続部品207は、短手方向において曲げセンサ110Aの信号配線62同士を接続している。なお、介護センサ装置200B及び200Cにおいても、介護センサ装置200Aのように、駆動回路185と信号検出回路175との配置が入れ替わっていてもよい。 36(d) and the care sensor device 200E shown in FIG. 36(f) have multiple small sheet-shaped bending sensors 110B instead of the large sheet-shaped bending sensor 110. The bending sensors 110B are arranged in a matrix so as to be spaced apart from each other in the longitudinal and lateral directions. In the care sensor device 200C shown in FIG. 36(d), a connecting part 206 is provided between adjacent bending sensors 110B in the longitudinal direction. The connecting part 206 connects the scanning wiring 61 of each bending sensor 110A in the longitudinal direction. A connecting part 207 is provided between adjacent bending sensors 110B in the lateral direction. The connecting part 207 connects the signal wiring 62 of the bending sensors 110A in the lateral direction. In the care sensor devices 200B and 200C, the positions of the drive circuit 185 and the signal detection circuit 175 may be reversed, as in the care sensor device 200A.
図36(f)に示す介護センサ装置200Eは、駆動回路185及び制御・通信回路203に代えて、複数の駆動回路185A及び複数の制御・通信回路203Aを備える。各駆動回路185Aは、長手方向において互いに隣り合う各曲げセンサ110Aの間に、短手方向に延びるように配置されている。また、介護センサ装置200Eでは、短手方向に互いに隣り合う各曲げセンサ110Bの間には、接続部品207が設けられている。接続部品207は、短手方向において各曲げセンサ110Aの信号配線62同士を接続している。 The care sensor device 200E shown in Figure 36 (f) has multiple drive circuits 185A and multiple control and communication circuits 203A instead of the drive circuit 185 and control and communication circuit 203. Each drive circuit 185A is arranged to extend in the short direction between adjacent bending sensors 110A in the long direction. In addition, in the care sensor device 200E, a connecting part 207 is provided between adjacent bending sensors 110B in the short direction. The connecting part 207 connects the signal wiring 62 of each bending sensor 110A in the short direction.
上述したいずれかの介護センサ装置を用いて被介護者の体勢の判定を行う場合、必ずしも全ての画素の曲げ(刺激値)が正確に検出されなくもよい。1個の画素に不具合が発生して曲げデータが異常となった場合であっても、当該画素の周囲の画素から得られる曲げデータによって補間することができる。複数の画素に不具合が発生して曲げデータが異常となった場合であっても、当該複数の画素の周囲の画素の曲げデータによって補完することが可能である。この場合、不具合が生じた画素が分散していれば、不具合が生じた画素が密集している場合と比べて、曲げデータを補間しやすい。しかし、不具合が生じた画素が密集している場合であっても、曲げデータの補間は可能である。従って、1個又は複数の画素に不具合が生じた場合であっても、周囲の画素の曲げデータによって補完することによって、被介護者の体勢の判定を行うことが可能である。 When determining the posture of a care recipient using any of the care sensor devices described above, it is not necessary to accurately detect the bending (stimulus value) of all pixels. Even if a defect occurs in one pixel, resulting in abnormal bending data, it is possible to interpolate using bending data obtained from pixels surrounding the defect. Even if defects occur in multiple pixels, resulting in abnormal bending data, it is possible to complement using bending data from pixels surrounding those multiple pixels. In this case, if the defective pixels are dispersed, it is easier to interpolate bending data than when the defective pixels are densely packed. However, even when the defective pixels are densely packed, it is possible to interpolate bending data. Therefore, even if a defect occurs in one or multiple pixels, it is possible to determine the posture of a care recipient by complementing using bending data from surrounding pixels.
以下、本発明に係る曲げセンサ10の実施例1~4について説明する。しかし、本発明は、実施例1~4に限定されるものではない。 Below, we will explain Examples 1 to 4 of the bending sensor 10 according to the present invention. However, the present invention is not limited to Examples 1 to 4.
(実施例1)
図1に示す曲げセンサ10を作製した。フレキシブル基板15としてガラス基板上のPEN膜を用い、薄膜トランジスタアレイ20を作製した。薄膜トランジスタアレイ20の回路は、図6に示す回路である。次に、画素電極25としてのAgペーストを印刷し、別途準備したAl付PVDFフィルムを重ねて焼成し、ガラス基板から剥がすことで、曲げセンサ10を作製した。画素電極間領域26は空気である。
Example 1
The bending sensor 10 shown in Figure 1 was fabricated. A thin-film transistor array 20 was fabricated using a PEN film on a glass substrate as the flexible substrate 15. The circuit of the thin-film transistor array 20 is the circuit shown in Figure 6. Next, Ag paste was printed as pixel electrodes 25, and a separately prepared PVDF film with Al was placed on top of it, baked, and peeled off from the glass substrate, thereby fabricating the bending sensor 10. The region 26 between the pixel electrodes was air.
フレキシブル基板15の厚さは100um、薄膜トランジスタ層20の厚さは4um、画素電極25の厚さは10um、圧電体層30の厚さは20um、対向電極35の厚さは0.1um、フレキシブル基板15のヤング率は5GPa、画素電極25のヤング率は6GPa、圧電体層30のヤング率は3GPa、対向電極35のヤング率は70GPaである。この場合、中立面NPはフレキシブル基板15の内部に位置し、画素電極25及び圧電体層30は中立面NPよりも上側に位置する。画素のピッチは5mm、画素電極25は、3.6mm角の正方形状を有する。 The flexible substrate 15 is 100 um thick, the thin-film transistor layer 20 is 4 um thick, the pixel electrode 25 is 10 um thick, the piezoelectric layer 30 is 20 um thick, and the counter electrode 35 is 0.1 um thick. The Young's modulus of the flexible substrate 15 is 5 GPa, the Young's modulus of the pixel electrode 25 is 6 GPa, the Young's modulus of the piezoelectric layer 30 is 3 GPa, and the Young's modulus of the counter electrode 35 is 70 GPa. In this case, the neutral plane NP is located inside the flexible substrate 15, and the pixel electrode 25 and piezoelectric layer 30 are located above the neutral plane NP. The pixel pitch is 5 mm, and the pixel electrode 25 is a square with sides of 3.6 mm.
図14に示す検出部5Bを用い、曲げセンサ10から出力される信号を検出した。当該信号を検出することにより、画素ごとに、曲げの有無、曲げの方向、及び曲げ量を含む曲げ情報を取得した。 The detection unit 5B shown in Figure 14 was used to detect the signal output from the bending sensor 10. By detecting this signal, bending information including the presence or absence of bending, the bending direction, and the bending amount was obtained for each pixel.
(実施例2)
図17に示す曲げセンサ10Aを作製した。フレキシブル基板15としてガラス基板上のPI膜を用い、薄膜トランジスタアレイ201を作製した。薄膜トランジスタアレイ201の回路は、図9に示す回路である。次に、画素電極25としてのAgペーストを印刷し、別途準備したAl付PVDFフィルムを重ねて焼成し、ガラス基板から剥がすことで、曲げセンサ10Aを作製した。画素電極25間は空気である。
Example 2
The bending sensor 10A shown in Figure 17 was fabricated. A thin-film transistor array 201 was fabricated using a PI film on a glass substrate as the flexible substrate 15. The circuit of the thin-film transistor array 201 is the circuit shown in Figure 9. Next, Ag paste was printed as pixel electrodes 25, and a separately prepared PVDF film with Al was placed on top of it, baked, and peeled off from the glass substrate to fabricate the bending sensor 10A. There was air between the pixel electrodes 25.
フレキシブル基板15の厚さは25um、薄膜トランジスタ層201の厚さは4um、画素電極25の厚さは10um、圧電体層30の厚さは20um、対向電極35の厚さは0.1um、フレキシブル基板15のヤング率は5GPa、画素電極25のヤング率は6GPa、圧電体層30のヤング率は3GPa、対向電極35のヤング率は70GPaである。画素電極間領域26は空気なので、画素電極間領域26のヤング率は0とみなすことができる。この場合、中立面NPは薄膜トランジスタ層201の内部に位置し、画素電極25及び圧電体層30は中立面NPよりも上側に位置する。画素のピッチは5mm、画素電極25は、長辺4mm及び短辺0.6mmを有する長方形である。 The flexible substrate 15 is 25 um thick, the thin-film transistor layer 201 is 4 um thick, the pixel electrode 25 is 10 um thick, the piezoelectric layer 30 is 20 um thick, and the counter electrode 35 is 0.1 um thick. The Young's modulus of the flexible substrate 15 is 5 GPa, the Young's modulus of the pixel electrode 25 is 6 GPa, the Young's modulus of the piezoelectric layer 30 is 3 GPa, and the Young's modulus of the counter electrode 35 is 70 GPa. Since the region 26 between the pixel electrodes is air, the Young's modulus of the region 26 between the pixel electrodes can be considered to be 0. In this case, the neutral plane NP is located inside the thin-film transistor layer 201, and the pixel electrode 25 and piezoelectric layer 30 are located above the neutral plane NP. The pixel pitch is 5 mm, and the pixel electrode 25 is rectangular with long sides of 4 mm and short sides of 0.6 mm.
図14に示す検出部5Bを用い、曲げセンサ10Aから出力される信号(電圧VX及び電圧VY)を検出した。式(8)及び式(9)において、k1、k2を実験的に求めておくことで、検出した電圧VX及び電圧VYを用いてX曲げの大きさBXとY曲げの大きさBYとを独立して求めることができた。 The signals (voltages VX and VY ) output from bending sensor 10A were detected using detection unit 5B shown in Fig. 14. By experimentally determining k1 and k2 in equations (8) and (9), the magnitude of X bending BX and the magnitude of Y bending BY could be determined independently using the detected voltages VX and VY .
(実施例3)
図23に示す曲げセンサ10Bを作製した。フレキシブル基板15としてガラス基板上のPI膜を用い、薄膜トランジスタアレイ201を作製した。薄膜トランジスタアレイ201の回路は、図9に示す回路である。次に画素電極25としてのAgペーストを印刷・焼成し、別途準備したAlパターン付PVDFフィルムの裏面に接着剤を重ね、ラミネータを用いて貼り合わせし、接着剤を画素電極25の間に入れ込んだ。従って、画素電極間領域26は接着剤である。圧力及び温度を適宜選択することで、画素電極25と圧電体層30との電気的な接続を確保した。そして、ガラス基板から剥がすことで、曲げセンサ10Bを作製した。
Example 3
The bending sensor 10B shown in Figure 23 was fabricated. A thin-film transistor array 201 was fabricated using a PI film on a glass substrate as the flexible substrate 15. The circuit of the thin-film transistor array 201 is the circuit shown in Figure 9. Next, Ag paste was printed and baked as pixel electrodes 25, and an adhesive was placed on the backside of a separately prepared PVDF film with an Al pattern. The films were then bonded together using a laminator, and the adhesive was inserted between the pixel electrodes 25. Therefore, the inter-pixel electrode region 26 was adhesive. By appropriately selecting the pressure and temperature, electrical connection between the pixel electrodes 25 and the piezoelectric layer 30 was ensured. The bending sensor 10B was then fabricated by peeling it off from the glass substrate.
フレキシブル基板15の厚さは25um、薄膜トランジスタ層201の厚さは4um、画素電極25の厚さは10um、圧電体層30の厚さは20um、対向電極35の厚さは0.1um、フレキシブル基板15のヤング率は5GPa、画素電極25のヤング率は6GPa、画素電極間領域26のヤング率は1MPa、圧電体層30のヤング率は3GPa、対向電極35のヤング率は70GPaである。中立面NPは薄膜トランジスタ層201の内部に位置し、画素電極25及び圧電体層30は中立面NPよりも上側に位置する。画素電極25の形状は、長辺4mm及び短辺0.6mmを有する長方形状である。画素のピッチは5mmであり、対向電極35の幅は0.7mmである。 The flexible substrate 15 is 25 um thick, the thin-film transistor layer 201 is 4 um thick, the pixel electrode 25 is 10 um thick, the piezoelectric layer 30 is 20 um thick, and the counter electrode 35 is 0.1 um thick. The Young's modulus of the flexible substrate 15 is 5 GPa, the Young's modulus of the pixel electrode 25 is 6 GPa, the Young's modulus of the inter-pixel electrode region 26 is 1 MPa, the Young's modulus of the piezoelectric layer 30 is 3 GPa, and the Young's modulus of the counter electrode 35 is 70 GPa. The neutral plane NP is located inside the thin-film transistor layer 201, and the pixel electrode 25 and piezoelectric layer 30 are located above the neutral plane NP. The pixel electrode 25 is rectangular with long sides of 4 mm and short sides of 0.6 mm. The pixel pitch is 5 mm, and the width of the counter electrode 35 is 0.7 mm.
図14に示す検出部5Bを用い、曲げセンサ10Bから出力される信号(電圧VX及び電圧VY)を検出した。式(8)及び式(9)において、k1、k2を実験的に求めておくことで、検出した電圧VX及び電圧VYに用いてX曲げの大きさBXとY曲げの大きさBYとを独立して求めることができた。 The signals (voltages VX and VY ) output from bending sensor 10B were detected using detection unit 5B shown in Fig. 14. By experimentally determining k1 and k2 in equations (8) and (9), the magnitude of X bending BX and the magnitude of Y bending BY could be independently determined using the detected voltages VX and VY .
(実施例4)
図23に示す曲げセンサ10Bを作製した。フレキシブル基板15としてガラス基板上のPI膜を用い、薄膜トランジスタアレイ201を作製した。薄膜トランジスタアレイ201の回路は、図9に示す回路である。次に、画素電極25としてAlをスパッタ成膜・フォトリソ加工し、PVDFフィルムの裏面に接着剤を重ね、ラミネータを用いて貼り合わせし、接着剤を画素電極25の間に入れ込んだ。従って、画素電極間領域26は接着剤である。圧力と温度を適宜選択することで、画素電極25と圧電体層30の電気的な接続を確保した。更に、対向電極35としてのAgペーストを印刷・焼成し、ガラス基板から剥がすことで、曲げセンサ10Bを作製した。
Example 4
The bending sensor 10B shown in Figure 23 was fabricated. A thin-film transistor array 201 was fabricated using a PI film on a glass substrate as the flexible substrate 15. The circuit of the thin-film transistor array 201 is the circuit shown in Figure 9. Next, Al was sputter-deposited as pixel electrodes 25 and processed by photolithography. An adhesive was then layered on the backside of the PVDF film, and the films were bonded together using a laminator, with the adhesive filling the gaps between the pixel electrodes 25. Therefore, the inter-pixel electrode region 26 was adhesive. By appropriately selecting the pressure and temperature, electrical connection between the pixel electrodes 25 and the piezoelectric layer 30 was ensured. Furthermore, Ag paste was printed and baked as the counter electrode 35, and the film was peeled off from the glass substrate to fabricate the bending sensor 10B.
フレキシブル基板15の厚さは10um、薄膜トランジスタ層201の厚さは4um、画素電極25の厚さは0.1um、圧電体層30の厚さは20um、対向電極35の厚さは10um、フレキシブル基板15のヤング率は5GPa、画素電極25のヤング率は70GPa、画素電極間領域26のヤング率は1MPa、圧電体層30のヤング率は3GPa、対向電極35のヤング率は6GPaである。中立面NPは圧電体層30の裏面30b付近に位置する。画素電極25は中立面NPよりも下側にあるが、圧電体層30の大部分は中立面NPよりも上側にある。画素のピッチは5mm、画素電極25の形状は、長辺4mm及び短辺0.6mmを有する長方形状である。対向電極35の幅は0.7mmである。 The flexible substrate 15 is 10 μm thick, the thin-film transistor layer 201 is 4 μm thick, the pixel electrode 25 is 0.1 μm thick, the piezoelectric layer 30 is 20 μm thick, and the counter electrode 35 is 10 μm thick. The Young's modulus of the flexible substrate 15 is 5 GPa, the Young's modulus of the pixel electrode 25 is 70 GPa, the Young's modulus of the inter-pixel electrode region 26 is 1 MPa, the Young's modulus of the piezoelectric layer 30 is 3 GPa, and the Young's modulus of the counter electrode 35 is 6 GPa. The neutral plane NP is located near the back surface 30b of the piezoelectric layer 30. The pixel electrode 25 is below the neutral plane NP, but most of the piezoelectric layer 30 is above the neutral plane NP. The pixel pitch is 5 mm, and the pixel electrode 25 is rectangular with long sides of 4 mm and short sides of 0.6 mm. The width of the counter electrode 35 is 0.7 mm.
図14に示す検出部5Bを用い、曲げセンサ10Bから出力される信号(電圧VX及び電圧VY)を検出した。式(8)及び式(9)において、k1、k2を実験的に求めておくことで、検出した電圧VX及び電圧VYに用いてX曲げの大きさBXとY曲げの大きさBYとを独立して求めることができた。 The signals (voltages VX and VY ) output from bending sensor 10B were detected using detection unit 5B shown in Fig. 14. By experimentally determining k1 and k2 in equations (8) and (9), the magnitude of X bending BX and the magnitude of Y bending BY could be independently determined using the detected voltages VX and VY .
本発明に係る曲げセンサ、曲げ検出装置、及び曲げ検出方法は、上述した各実施形態に限られず、適宜変更可能である。第1実施形態~第3実施形態のいずれかに係る曲げセンサは、フレキシブル基板、薄膜トランジスタアレイ、画素電極、圧電体層、対向電極、及び画素電極間領域以外の構成要素を備えてもよい。例えば、曲げセンサは、対向電極上に絶縁性のカバー層を備えてもよい。この場合、カバー層の厚さは薄くてもよく、カバー層のヤング率は小さくてもよい。カバー層が積層体の合成ヤング率に与える影響は小さい。カバー層の材料としては、例えば、ヤング率が小さいゴム材料が選択され得る。また、曲げセンサは、各層の間に別の構成要素を備える場合でも、当該構成要素の膜厚が薄いか、あるいは当該構成要素のヤング率が小さければ、合成ヤング率への影響が小さい。 The bending sensor, bending detection device, and bending detection method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and can be modified as appropriate. The bending sensor according to any of the first to third embodiments may include components other than the flexible substrate, thin-film transistor array, pixel electrode, piezoelectric layer, counter electrode, and area between the pixel electrodes. For example, the bending sensor may include an insulating cover layer on the counter electrode. In this case, the cover layer may be thin and have a small Young's modulus. The cover layer has little effect on the composite Young's modulus of the laminate. For example, a rubber material with a small Young's modulus may be selected as the material for the cover layer. Furthermore, even if the bending sensor includes other components between the layers, the effect on the composite Young's modulus is small if the film thickness of the component is thin or the Young's modulus of the component is small.
上述した各実施形態では、対向電極と画素電極との間の電位差を「電気的特性の変化」として検出しているが、対向電極と画素電極との間の電流の変化を「電気的特性の変化」として検出してもよい。この場合、曲げセンサから出力される信号は、電流を示してもよい。或いは、対向電極と画素電極との間の抵抗値の変化を「電気的特性の変化」として検出してもよい。また、上述した各実施形態では、対向電極に一定の電圧が印加されていてもよい。 In each of the above-described embodiments, the potential difference between the counter electrode and pixel electrode is detected as a "change in electrical characteristics." However, a change in current between the counter electrode and pixel electrode may also be detected as a "change in electrical characteristics." In this case, the signal output from the bending sensor may indicate a current. Alternatively, a change in resistance between the counter electrode and pixel electrode may be detected as a "change in electrical characteristics." Also, in each of the above-described embodiments, a constant voltage may be applied to the counter electrode.
1…曲げ検出装置、5,5A,5B…検出部、10,10A,10B,101A,101B,102A,102B,103A,103B,104A,104B,105A,105B,106B,107B,108B,110,110A,110B…曲げセンサ、15…フレキシブル基板(基板)、30a…表面、30b…裏面、20,201…薄膜トランジスタ層(薄膜トランジスタアレイ)、21A…第1の画素用薄膜トランジスタ(第1薄膜トランジスタ)、21B…第1の画素用薄膜トランジスタ(第2薄膜トランジスタ)、25…画素電極、25A,251A,252A,253A,254A,255A…第1画素電極、25B,251B,252B,253B,254B,255B…第2画素電極、25C…第3画素電極、26…画素電極間領域(電極間領域)、30…圧電体層、35,351,352…対向電極(共通電極)、35A…第1延在部、35B…第2延在部、35C…第3延在部、D11~DNM…信号、NP…中立面。 1... bending detection device, 5, 5A, 5B... detection unit, 10, 10A, 10B, 101A, 101B, 102A, 102B, 103A, 103B, 104A, 104B, 105A, 105B, 106B, 107B, 108B, 110, 110A, 110B... bending sensor, 15... flexible substrate (substrate), 30a... front surface, 30b... rear surface, 20, 201... thin film transistor layer (thin film transistor array), 21A... first pixel thin film transistor (first thin film transistor 25B...second pixel electrode; 25C...third pixel electrode; 26...region between pixel electrodes (inter-electrode region); 30...piezoelectric layer; 35, 351, 352...opposing electrode (common electrode); 35A...first extension portion; 35B...second extension portion; 35C...third extension portion; D 11 to D NM ...signal; NP...neutral plane.
Claims (16)
可撓性を有する基板と、
前記基板上に配置された複数の薄膜トランジスタからなる薄膜トランジスタアレイと、
前記薄膜トランジスタアレイ上に配置された複数の画素電極と、
前記複数の画素電極上に配置された圧電体層と、
前記圧電体層上に配置された共通電極と、を備え、
前記圧電体層は、前記共通電極と電気的に接続された表面と、前記複数の画素電極と電気的に接続された裏面と、を有し、
前記複数の画素電極は、前記基板の平面視において互いに離間して配置され、互いに電気的に絶縁された第1画素電極及び第2画素電極を有し、
前記薄膜トランジスタアレイは、前記第1画素電極と電気的に接続された第1薄膜トランジスタと、前記第2画素電極と電気的に接続された第2薄膜トランジスタと、を有し、
前記基板に沿った第1方向の曲げが付与されたときに、前記第1画素電極に生じる電圧は、前記第2画素電極に生じる電圧よりも大きく、
前記基板に沿いかつ前記第1方向と交差する第2方向の曲げが付与されたときに、前記第2画素電極に生じる電圧は、前記第1画素電極に生じる電圧よりも大きい、曲げセンサ。 A bending sensor for detecting bending, comprising:
a flexible substrate;
a thin film transistor array consisting of a plurality of thin film transistors arranged on the substrate;
a plurality of pixel electrodes disposed on the thin film transistor array;
a piezoelectric layer disposed on the plurality of pixel electrodes;
a common electrode disposed on the piezoelectric layer,
the piezoelectric layer has a front surface electrically connected to the common electrode and a back surface electrically connected to the plurality of pixel electrodes,
the plurality of pixel electrodes include a first pixel electrode and a second pixel electrode that are arranged spaced apart from each other in a plan view of the substrate and are electrically insulated from each other;
the thin film transistor array includes a first thin film transistor electrically connected to the first pixel electrode and a second thin film transistor electrically connected to the second pixel electrode;
When a bending force is applied in a first direction along the substrate, a voltage generated in the first pixel electrode is greater than a voltage generated in the second pixel electrode;
A bending sensor , wherein when bending is applied in a second direction along the substrate and intersecting the first direction, a voltage generated in the second pixel electrode is greater than a voltage generated in the first pixel electrode .
前記第2画素電極は、前記基板に沿いかつ前記第1方向と交差する第2方向に延びる形状を有する、請求項1又は2に記載の曲げセンサ。 the first pixel electrode has a shape extending in a first direction along the substrate,
The bending sensor according to claim 1 , wherein the second pixel electrode has a shape extending along the substrate and in a second direction intersecting the first direction.
前記第1画素電極及び前記第2画素電極のそれぞれの少なくとも一部は、前記中立面に対して前記圧電体層と同じ側に配置されている、請求項3~5のいずれか一項に記載の曲げセンサ。 a neutral plane on which no tensile stress or compressive stress acts when bending occurs in the bending sensor is located at a height different from that of the piezoelectric layer;
The bending sensor according to any one of claims 3 to 5, wherein at least a portion of each of the first pixel electrode and the second pixel electrode is arranged on the same side as the piezoelectric layer with respect to the neutral plane.
各前記第1画素電極と各前記第2画素電極とは、交互に並ぶようにマトリクス状に配列されている、請求項3~6のいずれか一項に記載の曲げセンサ。 the plurality of pixel electrodes include a plurality of the first pixel electrodes and a plurality of the second pixel electrodes;
7. The bending sensor according to claim 3, wherein the first pixel electrodes and the second pixel electrodes are arranged in a matrix so as to alternate with each other.
前記平面視において前記第1画素電極を包含するように前記第1方向に延びる第1延在部と、
前記平面視において前記第2画素電極を包含するように前記第2方向に延び、前記第1延在部に接続された第2延在部と、を有する、請求項3~7のいずれか一項に記載の曲げセンサ。 The common electrode is
a first extension portion extending in the first direction so as to encompass the first pixel electrode in the plan view;
The bending sensor according to any one of claims 3 to 7, further comprising: a second extension portion connected to the first extension portion and extending in the second direction so as to encompass the second pixel electrode in the planar view.
複数の前記第1画素電極のそれぞれと複数の前記第2画素電極のそれぞれとは、マトリクス状に配列され、
前記共通電極は、
前記平面視において複数の前記第1画素電極をそれぞれ包含するように配置された複数の第1延在部と、
前記平面視において複数の前記第2画素電極をそれぞれ包含するように配置された複数の第2延在部と、を有し、
複数の前記第1延在部及び複数の前記第2延在部は、平面視において格子状に配列されている、請求項8に記載の曲げセンサ。 the plurality of pixel electrodes include a plurality of the first pixel electrodes and a plurality of the second pixel electrodes;
the plurality of first pixel electrodes and the plurality of second pixel electrodes are arranged in a matrix,
The common electrode is
a plurality of first extension portions arranged so as to respectively include the plurality of first pixel electrodes in the plan view;
a plurality of second extension portions arranged so as to respectively include the plurality of second pixel electrodes in the plan view;
The bending sensor according to claim 8 , wherein the plurality of first extending portions and the plurality of second extending portions are arranged in a lattice pattern in a plan view.
前記第3画素電極は、前記基板に沿いかつ前記第1方向及び第2方向に交差する第3方向に延びる形状を有する、請求項3~9のいずれか一項に記載の曲げセンサ。 the plurality of pixel electrodes further include a third pixel electrode that is disposed apart from the first pixel electrode and the second pixel electrode in the plan view and is electrically insulated from the first pixel electrode and the second pixel electrode;
The bending sensor according to any one of claims 3 to 9, wherein the third pixel electrode has a shape extending along the substrate and in a third direction intersecting the first direction and the second direction.
前記平面視において前記第1画素電極を包含するように前記第1方向に延びる第1延在部と、
前記平面視において前記第2画素電極を包含するように前記第2方向に延び、前記第1延在部に接続された第2延在部と、
前記平面視において前記第3画素電極を包含するように前記第3方向に延び、前記第1延在部及び前記第2延在部に接続された第3延在部と、を有する、請求項10に記載の曲げセンサ。 The common electrode is
a first extension portion extending in the first direction so as to encompass the first pixel electrode in the plan view;
a second extension portion that extends in the second direction so as to encompass the second pixel electrode in the plan view and is connected to the first extension portion;
The bending sensor according to claim 10 , further comprising: a third extension portion that extends in the third direction so as to encompass the third pixel electrode in the plan view and is connected to the first extension portion and the second extension portion.
前記曲げセンサの曲げを検出する検出部と、を備え、
前記曲げセンサに曲げが付与されたときに、前記第1薄膜トランジスタは、前記曲げに応じた前記第1画素電極と前記共通電極との間の電気的特性の変化を示す第1信号を前記検出部に出力し、前記第2薄膜トランジスタは、前記曲げに応じた前記第2画素電極と前記共通電極との間の電気的特性の変化を示す第2信号を前記検出部に出力し、
前記検出部は、前記第1信号を、前記第1画素電極の位置での前記曲げの状態を示す情報として検出し、前記第2信号を、前記第2画素電極の位置での前記曲げの状態を示す情報として検出する、曲げ検出装置。 A bending sensor according to any one of claims 1 to 11;
a detection unit that detects bending of the bending sensor,
when a bend is applied to the bending sensor, the first thin film transistor outputs a first signal to the detection unit, the first signal indicating a change in an electrical characteristic between the first pixel electrode and the common electrode in response to the bend, and the second thin film transistor outputs a second signal to the detection unit, the second signal indicating a change in an electrical characteristic between the second pixel electrode and the common electrode in response to the bend;
a bending detection device, wherein the detection unit detects the first signal as information indicating the bending state at the position of the first pixel electrode, and detects the second signal as information indicating the bending state at the position of the second pixel electrode.
前記第2画素電極は、前記基板に沿いかつ前記第1方向と交差する第2方向に延びる形状を有し、
前記検出部は、前記第1信号を、前記第1画素電極の位置での前記第1方向の前記曲げの状態を示す情報として検出し、前記第2信号を、前記第2画素電極の位置での前記第2方向の前記曲げの状態を示す情報として検出する、請求項12に記載の曲げ検出装置。 the first pixel electrode has a shape extending in a first direction along the substrate,
the second pixel electrode has a shape extending along the substrate and in a second direction intersecting the first direction;
13. The bending detection device according to claim 12, wherein the detection unit detects the first signal as information indicating the bending state in the first direction at the position of the first pixel electrode, and detects the second signal as information indicating the bending state in the second direction at the position of the second pixel electrode.
前記曲げセンサに曲げが付与されたときに、前記第1薄膜トランジスタから、前記曲げに応じた前記第1画素電極と前記共通電極との間の電気的特性の変化を示す第1信号を出力し、前記第2薄膜トランジスタから、前記曲げに応じた前記第2画素電極と前記共通電極との間の電気的特性の変化を示す第2信号を出力するステップと、
前記第1信号を、前記第1画素電極の位置での前記曲げの状態を示す情報として検出し、前記第2信号を、前記第2画素電極の位置での前記曲げの状態を示す情報として検出するステップと、を備える、曲げ検出方法。 A bending detection method carried out using the bending sensor according to any one of claims 1 to 11, comprising:
When a bend is applied to the bending sensor, outputting from the first thin film transistor a first signal indicating a change in an electrical characteristic between the first pixel electrode and the common electrode in response to the bend, and outputting from the second thin film transistor a second signal indicating a change in an electrical characteristic between the second pixel electrode and the common electrode in response to the bend;
detecting the first signal as information indicating the state of the bending at the position of the first pixel electrode, and detecting the second signal as information indicating the state of the bending at the position of the second pixel electrode.
前記基板に沿った第1方向に延びる形状を有する前記第1画素電極を用いて前記第1信号を出力し、前記基板に沿いかつ前記第1方向と交差する第2方向に延びる形状を有する前記第2画素電極を用いて前記第2信号を出力し、
前記第1信号及び前記第2信号を検出するステップでは、
前記第1信号を、前記第1画素電極の位置での前記第1方向の前記曲げの状態を示す情報として検出し、前記第2信号を、前記第2画素電極の位置での前記第2方向の前記曲げの状態を示す情報として検出する、請求項14に記載の曲げ検出方法。 In the step of outputting the first signal and the second signal,
outputting the first signal using the first pixel electrode having a shape extending in a first direction along the substrate, and outputting the second signal using the second pixel electrode having a shape extending in a second direction along the substrate and intersecting the first direction;
In the step of detecting the first signal and the second signal,
15. The bending detection method according to claim 14, wherein the first signal is detected as information indicating the state of bending in the first direction at the position of the first pixel electrode, and the second signal is detected as information indicating the state of bending in the second direction at the position of the second pixel electrode.
可撓性を有する基板と、a flexible substrate;
前記基板上に配置された複数の薄膜トランジスタからなる薄膜トランジスタアレイと、a thin film transistor array consisting of a plurality of thin film transistors arranged on the substrate;
前記薄膜トランジスタアレイ上に配置された複数の画素電極と、a plurality of pixel electrodes disposed on the thin film transistor array;
前記複数の画素電極上に配置された圧電体層と、a piezoelectric layer disposed on the plurality of pixel electrodes;
前記圧電体層上に配置された共通電極と、を備え、a common electrode disposed on the piezoelectric layer,
前記圧電体層は、前記共通電極と電気的に接続された表面と、前記複数の画素電極と電気的に接続された裏面と、を有し、the piezoelectric layer has a front surface electrically connected to the common electrode and a back surface electrically connected to the plurality of pixel electrodes,
前記複数の画素電極は、前記基板の平面視において互いに離間して配置され、互いに電気的に絶縁された第1画素電極及び第2画素電極を有し、the plurality of pixel electrodes include a first pixel electrode and a second pixel electrode that are arranged spaced apart from each other in a plan view of the substrate and are electrically insulated from each other;
前記薄膜トランジスタアレイは、前記第1画素電極と電気的に接続された第1薄膜トランジスタと、前記第2画素電極と電気的に接続された第2薄膜トランジスタと、を有し、the thin film transistor array includes a first thin film transistor electrically connected to the first pixel electrode and a second thin film transistor electrically connected to the second pixel electrode;
前記第1画素電極は、前記基板に沿った第1方向に延びる形状を有し、the first pixel electrode has a shape extending in a first direction along the substrate,
前記第2画素電極は、前記基板に沿いかつ前記第1方向と交差する第2方向に延びる形状を有する、曲げセンサ。The second pixel electrode has a shape extending along the substrate and in a second direction intersecting the first direction.
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