CN108334222A - 触摸输入装置 - Google Patents

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CN108334222A CN201810048056.2A CN201810048056A CN108334222A CN 108334222 A CN108334222 A CN 108334222A CN 201810048056 A CN201810048056 A CN 201810048056A CN 108334222 A CN108334222 A CN 108334222A
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Abstract

本发明的触摸输入装置包括：显示模块；位于显示模块下部的基板；位于显示模块和基板之间的压力传感器；及输出与距离成比例的电压的压力感测电路，触摸输入装置根据压力感测电路输出的电压检测压力大小，压力感测电路包括：具有与压力传感器上的电压相同的电压的压力传感器节点；串联于电源电压和压力传感器节点之间的开关；串联于压力传感器节点和接地间的电流源；及连接于压力传感器节点输出输出信号的输出节点，电流源和开关按每个周期接通及断开至少一次以上，电流源按每个周期在第一时间区间期间接通，开关按每个周期在与第一时间区间相隔预定时间的第三时间区间期间接通，能够最小化通过压力传感器流入的噪声，保持预定的压力感测感应度。

Description

触摸输入装置
技术领域
本发明涉及触摸输入装置，尤其涉及能够最小化通过压力传感器流入的噪声，保持预定的压力感测感应度的触摸输入装置。
背景技术
为了操作计算系统而利用多种输入装置。例如，利用按键(button)、键(key)、操纵杆(joystick)及触摸屏等输入装置。由于触摸屏简单易操作，因此触摸屏在计算系统操作方面的利用率上升。
触摸屏之类的触摸输入装置的触摸表面可以由具有触摸-感应表面(touch-sensitive surface)的透明板和作为触摸输入单元的触摸传感器(touch sensor)构成。这种触摸传感器可附着在显示屏的前面，触摸-感应表面可覆盖显示屏的可视面。用户用手指等单纯地触摸触摸屏即可操作计算系统。通常，计算系统能够识别触摸屏上的触摸及触摸位置并解析该触摸以相应地执行运算。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供能够最小化通过压力传感器流入的噪声的触摸输入装置。
并且，提供能够保持预定的压力感测感应度的触摸输入装置。
技术方案
本发明提供一种触摸输入装置，用于检测输入的触摸的压力大小，包括：显示模块；
基板，其配置于所述显示模块的下部；压力传感器，其配置于所述显示模块和所述基板之间；以及压力感测电路，其输出与所述距离成比例的电压，其中，所述触摸输入装置根据从所述压力感测电路输出的所述电压检测所述压力大小，所述压力感测电路包括：压力传感器节点(NA)，其具有与所述压力传感器上的电压相同的电压；开关，其串联于电源电压(VDDA)和所述压力传感器节点之间；电流源，其串联于所述压力传感器节点和接地之间；以及输出节点(No)，其连接于所述压力传感器节点输出输出信号(Vo)，所述电流源和所述开关按每个周期接通及断开至少一次以上，所述电流源按所述每个周期在第一时间区间(t1)期间接通，所述开关按所述每个周期在与所述第一时间区间(t1)相隔预定时间的第三时间区间(t3)期间接通。
本发明提供另一种触摸输入装置，用于检测输入的触摸的压力大小，包括：显示模块；基板，其配置于所述显示模块的下部；压力传感器，其配置于所述显示模块和所述基板之间；以及压力感测电路，其输出与所述距离成比例的电压，其中，所述触摸输入装置根据从所述压力感测电路输出的所述电压检测所述压力大小，所述压力感测电路包括：压力传感器节点(NA)，其具有与所述压力传感器上的电压相同的电压；电流源，其串联于电源电压(VDDA)和所述压力传感器节点之间；开关，其串联于所述压力传感器节点和接地之间；以及输出节点(No)，其连接于所述压力传感器节点输出输出信号(Vo)，所述电流源和所述开关按每个周期接通及断开至少一次以上，所述电流源按所述每个周期在第一时间区间(t1)期间接通，所述开关按所述每个周期在与所述第一时间区间(t1)相隔预定时间的第三时间区间(t3)接通。
本发明提供又一种触摸输入装置，用于检测输入的触摸的压力大小，包括：显示模块；基板，其配置于所述显示模块的下部；压力传感器，其配置于所述显示模块和所述基板之间；以及压力感测电路，其输出与所述距离成比例的电压，其中，所述触摸输入装置根据从所述压力感测电路输出的所述电压检测所述压力大小，所述压力感测电路包括：压力传感器节点(NA)，其具有与所述压力传感器上的电压相同的电压；第一电流源，其串联于电源电压(VDDA)和所述压力传感器节点之间；第二电流源，其串联于所述第一电流源和接地之间；以及输出节点(No)，其连接于所述压力传感器节点输出输出信号(Vo)，
所述第一电流源和所述第二电流源按每个周期接通及断开至少一次以上，所述第一电流源按所述每个周期在第一时间区间(t1)期间接通，所述第二电流源按所述每个周期在与所述第一时间区间(t1)相隔预定时间的第三时间区间(t3)期间接通。
技术效果
使用本发明实施形态的触摸输入装置的情况下，具有能够最小化通过压力传感器流入的噪声、能够保持预定的压力感测感应度的技术效果。因此，具有压力传感器和基准电位层之间的距离因制造工程而并不在预定水平的情况下也能够确保预定的压力感测感应度，基板受外力弯曲的特殊情况下也能够保持预定的压力感测感应度的技术效果。
附图说明
图1a及图1b为包含于本发明实施例的触摸输入装置的电容方式的触摸传感器及用于其工作的构成的简要示意图；
图2例示本发明实施例的触摸输入装置中用于控制触摸位置、触摸压力及显示动作的控制块；
图3a及图3b为用于说明本发明实施例的触摸输入装置的显示模块的构成的概念图；
图4a、图4b及图4d至图4g为本发明实施例的触摸输入装置的剖面图；
图4c为本发明实施例的触摸输入装置的分解立体图；
图5例示本发明实施例的传感器片的剖面；
图6a至图6c为显示直接形成于本发明实施例的触摸输入装置的多种显示板的压力传感器的实施例的剖面图；
图7a至图7d为例示包含于本发明实施例的触摸输入装置的传感器的形态的示意图；
图8例示本发明实施形态的适用压力感测电路的触摸输入装置的剖面；
图9例示本发明实施形态的适用压力感测电路的另一触摸输入装置的剖面；
图10为本发明第一实施形态的压力感测电路；
图11为图10所示本发明第一实施形态的压力感测电路的第一变形例；
图12为图10所示本发明第一实施形态的压力感测电路的第二变形例；
图13为本发明第二实施形态的压力感测电路；
图14为本发明第三实施形态的压力感测电路；
图15为显示图14所示的压力感测电路的对应于时间的第一电流源SI1、第二电流源S12及开关PH3上流动的电流与驱动控制电压VDRV的电压大小的时间图；
图16为第一时间区间t1时图14所示的压力感测电路的等价电路；
图17为图16所示压力感测电路中压力感测节点NA的电压VA-时间t曲线图；
图18为第三时间区间t3时图14所示压力感测电路的等价电路；
图19为图18所示压力感测电路中压力感测节点NA的电压VA-时间t曲线图；
图20为第二时间区间t2与第四时间区间t4时图14所示压力感测电路的等价电路；
图21为本发明第四实施形态的压力感测电路；
图22为图21所示压力感测电路中压力感测节点NA的电压VA、驱动控制电压VDRV及输出节点No的电压Vo分别对应于时间的曲线图。
附图标记说明
10：触摸传感器 11：感测部
12：驱动部 13：控制部
100：覆盖层 200：显示模块
300：基板 450、460：压力传感器
具体实施方式
以下参见示出能够实施本发明的特定实施例的附图对本发明进行具体说明。通过具体说明这些实施例使得本领域技术人员足以实施本发明。应理解本发明的多种实施例虽不尽相同，但并非相互排斥。例如，本说明书记载的特定形状、结构及特性在一个实施例中不超出本发明的精神及范围的前提下可以通过其他实施例实施。另外，公开的各实施例内的个别构成要素的位置或配置在不超出本发明的精神及范围的前提下可以变更。附图中类似的附图标记在各方面表示相同或类似的功能。
以下，参见附图说明本发明实施例的能够检测压力的触摸输入装置。以下例示电容方式的触摸传感器10，但也可以适用能够以任意方式检测触摸位置的触摸传感器10。
图1a为说明包含于本发明实施例的触摸输入装置的电容方式的触摸传感器10及用于其工作的构成的简要示意图。参见图1a，触摸传感器10包括多个驱动电极TX1至TXn及多个接收电极RX1至RXm，可包括驱动部12及感测部11，其中驱动部12为了所述触摸传感器10的动作而向多个驱动电极TX1至TXn施加驱动信号，感测部11从多个接收电极RX1至RXm接收包括关于随施加于触摸表面的触摸变化的电容变化量的信息的感测信号以检测触摸及触摸位置。
如图1a所示，触摸传感器10可包括多个驱动电极TX1至TXn与多个接收电极RX1至RXm。图1a显示触摸传感器10的多个驱动电极TX1至TXn与多个接收电极RX1至RXm构成正交阵列，但本发明不限于此。可以使多个驱动电极10与多个接收电极20构成对角线、同心圆及三维随机排列等任意数维及其应用排列。此处，n及m是正整数，可具有相同或不同的值，大小可以因实施例而异。
多个驱动电极TX1至TXn与多个接收电极RX1至RXm可排列成分别相互交叉。驱动电极TX可包括向第一轴方向延伸的多个驱动电极TX1至TXn，接收电极RX可包括向交叉于第一轴方向的第二轴方向延伸的多个接收电极RX1至RXm。
如图7a及图7b所示，本发明实施例的触摸传感器10中多个驱动电极TX1至TXn与多个接收电极RX1至RXm可形成于相同的层。例如，多个驱动电极TX1至TXn与多个接收电极RX1至RXm可形成于下述显示板200A的上面。
并且，如图7c所示，多个驱动电极TX1至TXn与多个接收电极RX1至RXm可分别形成于不同的层。例如，可以使多个驱动电极TX1至TXn与多个接收电极RX1至RXm中任意一个形成于显示板200A的上面，其余一个形成于下述盖的下面或显示板200A的内部。
多个驱动电极TX1至TXn与多个接收电极RX1至RXm可以由透明导电物质(例如，氧化锡(SnO2)及氧化铟(In2O3)等构成的铟锡氧化物(ITO：Indium Tin Oxide)或氧化锑锡(ATO：Antimony Tin Oxide))等形成。但这只是举例而已，驱动电极TX及接收电极RX也可以由其他透明导电物质或非透明导电物质形成。例如，形成驱动电极TX及接收电极RX的物质可包括银墨(silver ink)、铜(copper)、银纳米(nano silver)及碳纳米管(CNT：Ca rbonNanotube)中至少任意一个。并且，驱动电极TX及接收电极RX可以由金属网(met al mesh)构成。
本发明实施例的驱动部12可以向驱动电极TX1至TXn施加驱动信号。根据本发明的实施例，可以向第一驱动电极TX1至第n驱动电极TXn按顺序一次向一个驱动电极施加驱动信号。可以再次重复上述驱动信号施加过程。但这只是举例而已，根据实施例，可以同时向多个驱动电极施加驱动信号。
感测部11可以通过接收电极RX1至RXm接收包括关于被施加驱动信号的驱动电极TX1至TXn与接收电极RX1至RXm之间生成的电容(Cm)14的信息的感测信号，以检测有无触摸及触摸位置。例如，感测信号可以是施加到驱动电极TX的驱动信号通过驱动电极TX与接收电极RX之间生成的电容(Cm)101耦合的信号。如上，可以将通过接收电极RX1至RXm感测施加到第一驱动电极TX1至第n驱动电极TXn的驱动信号的过程称为扫描(scan)触摸传感器10。
例如，感测部11可包括通过开关连接于各接收电极RX1至RXm的接收器(未示出)。所述开关在感测相应接收电极RX的信号的时间区间开启(on)使得接收器能够从接收电极RX感测到感测信号。接收器可包括放大器(未示出)及结合于放大器的负(-)输入端与放大器的输出端之间，即反馈路径的反馈电容器。此处，放大器的正(+)输入端可与接地(ground)接通。并且，接收器还可以包括与反馈电容器并联的复位开关。复位开关可以对接收器执行的从电流到电压的转换进行复位。放大器的负输入端连接于相应接收电极RX，可以在接收包括关于电容(Cm)14的信息的电流信号后通过积分转换为电压。感测部11还可以包括将通过接收器积分的数据转换为数字数据的模数转换器(未示出，analog to digitalconverter：ADC)。随后，数字数据输入到处理器(未示出)，能够被处理成用于获取对触摸传感器10的触摸信息。感测部11除接收器之外还可以包括ADC及处理器。
控制部13可以执行控制驱动部12与感测部11的动作的功能。例如，控制部13可以生成驱动控制信号后发送到驱动部12使得驱动信号在预定时间施加到预先设定的驱动电极TX。并且，控制部13可以生成感测控制信号后发送到感测部11使得感测部11在预定时间从预先设定的接收电极RX接收感测信号并执行预先设定的功能。
图1a中，驱动部12及感测部11可以构成能够检测触摸传感器10是否受到触摸及触摸位置的触摸检测装置(未标出)。触摸检测装置还可以包括控制部13。触摸检测装置可以集成于包括触摸传感器10的触摸输入装置中相当于下述的触摸传感器控制器1100的触摸感测IC(touch sensing Integrated Circuit)上。包含于触摸传感器10的驱动电极TX及接收电极RX例如可以通过导电线路(conductive trace)及/或印刷于电路板上的导电图案(conductive pattern)等连接到包含于触摸感测IC的驱动部12及感测部11。触摸感测IC可以位于印刷有导电图案的电路板，例如触摸电路板(以下称为“触摸PCB”)上。根据实施例，触摸感测IC可安装在用于触摸输入装置工作的主板上。
如上所述，驱动电极TX与接收电极RX的各交叉点都生成预定值的电容(Cm)，手指之类的客体靠近触摸传感器10时这种电容的值能够发生变化。图1a中，所述电容可以表示互电容(mutual capacitance，Cm)。感测部11可以通过感测这种电学特性感测触摸传感器10是否受到触摸及/或触摸位置。例如，可以感测由第一轴与第二轴构成的二维平面构成的触摸传感器10的表面是否受到触摸及/或其位置。
更具体来讲，触摸传感器10受到触摸时可以通过检测被施加驱动信号的驱动电极T X检测触摸的第二轴方向的位置。同样，触摸传感器10受到触摸时可以从通过接收电极RX接收的接收信号检测电容变化以检测触摸的第一轴方向的位置。
以上说明了根据驱动电极TX与接收电极RX之间的互电容变化量感测触摸位置的触摸传感器10的工作方式，但本发明不限于此。即，还可以如图1b根据自电容(self capacitance)的变化量感测触摸位置。
图1b为用于说明包含于本发明又一实施例的触摸输入装置的又一电容方式的触摸传感器10及其动作的简要示意图。图1b所示的触摸传感器10具有多个触摸电极30。多个触摸电极30可如图7d相隔预定间隔配置成格子状，但不限于此。
由控制部13生成的驱动控制信号传输到驱动部12，驱动部12根据驱动控制信号在预定时间向预先设定的触摸电极30施加驱动信号。并且，由控制部13生成的感测控制信号传输到感测部11，感测部11根据感测控制信号在预定时间从预先设定的触摸电极30接收感测信号。此处，感测信号可以是关于形成于触摸电极30的自电容变化量的信号。
此处，根据感测部11感测的感测信号检测触摸传感器10是否受到触摸及/或触摸位置。例如，由于事先知道触摸电极30的坐标，因此能够感测客体是否触摸了触摸传感器10的表面及/或其位置。
以上，为了方便而说明了驱动部12与感测部11分为独立的块动作的情况，但可以使得由一个驱动及感测部执行向触摸电极30施加驱动信号，从触摸电极30接收感测信号的动作。
以上具体说明了作为触摸传感器10的电容方式的触摸传感器板，但本发明实施例的触摸输入装置1000中用于检测是否受到触摸及触摸位置的触摸传感器10除上述方法之外还可以用表面电容方式、投射(projected)电容方式、电阻膜方式、表面弹性波方式(SAW：surface acoustic wave)、红外线(infrared)方式、光学成像方式(optical imaging)、分散信号方式(dispersive signal technology)及声学脉冲识别(acoustic pulserecognition)方式等任意的触摸感测方式。
图2例示本发明实施例的触摸输入装置中用于控制检测触摸位置、触摸压力及显示的动作的控制块。除显示功能及检测触摸位置之外还能够检测触摸压力的触摸输入装置1000中，控制块可包括上述用于检测触摸位置的触摸传感器控制器1100、用于驱动显示板的显示器控制器1200及用于检测压力的压力传感器控制器1300。显示器控制器1200可包括控制电路，该控制电路使得从用于触摸输入装置1000工作的主板(main board)上的中央处理单元即CPU(central processing unit)或应用处理器(AP：application processor)等接收输入并在显示板200A上显示想要的内容。这种控制电路可安装在显示电路板(以下称为“显示PCB”)。这种控制电路可包括显示板控制IC、图形控制IC(graphic controller IC)及其他显示板200A工作所需的电路。
用于通过压力感测部检测压力的压力传感器控制器1300可以具有和触摸传感器控制器1100的构成相似的构成并与触摸传感器控制器1100近似地工作。具体来讲，压力传感器控制器1300可如图1a及图1b包括驱动部、感测部及控制部，并通过感测部感测的感测信号检测压力的大小。此处，压力传感器控制器1300可安装于安装有触摸传感器控制器1100的触摸PCB，也可以安装于安装有显示器控制器1200的显示PCB。
根据实施例，触摸传感器控制器1100、显示器控制器1200及压力传感器控制器1300作为互不相同的构成要素，可包含于触摸输入装置1000。例如，触摸传感器控制器1100、显示器控制器1200及压力传感器控制器1300可分别由不同的芯片(chip)构成。此处，触摸输入装置1000的处理器1500可起到关于触摸传感器控制器1100、显示器控制器1200及压力传感器控制器1300的主(host)处理器的功能。
根据其他实施例，触摸传感器控制器1100、显示器控制器1200及压力传感器控制器1300可作为一个构成要素包含于触摸输入装置1000。例如，触摸传感器控制器1100、显示器控制器1200及压力传感器控制器1300可构成为一个芯片(chip)。
本发明实施例的触摸输入装置1000可以包括手机(cell phone)、个人数字助理(PDA：Personal Data Assistant)、智能手机(smart phone)、平板电脑(tablet PersonalComputer)、MP3播放器、笔记本电脑(notebook)等具有显示画面及/或触摸屏的电子装置。
为了将上述触摸输入装置1000制造成纤薄(slim)且轻量(light weight)，如上分开构成的触摸传感器控制器1100、显示器控制器1200及压力传感器控制器1300可根据实施例集成为一个以上的构成。进一步地，可以将上述各控制器集成于处理器1500。并且，根据实施例，可以在显示板200A上集成触摸传感器10及/或压力传感器。
实施例的触摸输入装置1000中，用于检测触摸位置的触摸传感器10可位于显示板200A外部或内部。实施例的触摸输入装置1000的显示板200A可以是包含于液晶显示装置(Liquid Crystal Display：LCD)、等离子显示装置(Plasma Display Panel：PDP)、有机发光显示装置(Organic Light Emitting Diode：OLED)等的显示板。从而，用户可以一边视觉确认显示在显示板的画面，一边对触摸表面进行触摸进行输入行为。
图3a及图3b为用于说明本发明的触摸输入装置1000的显示模块的构成的概念图。首先参见图3a说明包括利用LCD板的显示板200A的显示模块200的构成。
如图3a所示，显示模块200可包括LCD板构成的显示板200A、配置于显示板200A上部的第一偏光层271及配置于显示板200A下部的第二偏光层272。并且，LCD板构成的显示板200A可包括具有液晶元件(liquid crystal cell)的液晶层250、配置于液晶层250的上部的第一基板层261及配置于液晶层250的下部的第二基板层262。其中，第一基板层261可以是滤色玻璃(color filter glass)，第二基板层262可以是薄膜晶体管玻璃(TFT glass)。并且，根据实施例，第一基板层261及第二基板层262中至少一个可以由塑料之类的能够弯曲(bending)的物质形成。图3a中，第二基板层262可以由包括数据线(data line)、栅极线(gate line)、TFT、公用电极(Vcom：common electro de)及像素电极(pixel electrode)等的多种层构成。这些电子构成要素能够生成受控的电场使得位于液晶层250的液晶配向。
以下参见图3b说明包括利用OLED板的显示板200A的显示模块200的构成。
如图3b所示，显示模块200可包括由OLED板构成的显示板200A、配置于显示板200A上部的第一偏光层282。并且，由OLED板构成的显示板200A可包括含有OLED(OrganicLight-Emitting Diode)的有机物层280、配置于有机物层280的上部的第一基板层281及配置于有机物层280下部的第二基板层283。此处，第一基板层281可以是封装玻璃(Encapsulation glass)，第二基板层283可以是TFT玻璃(TFT glass)。并且，根据实施例，第一基板层281及第二基板层283中至少一个可以由塑料之类的能够弯曲(ben ding)的物质形成。图3b所示的OLED板的情况下，可包括栅极线、数据线、第一电源线(ELVDD)、第二电源线(ELVSS)等用于驱动显示板200A的电极。OLED(Organi c Light-Emitting Diode)板是利用向荧光或磷光有机物薄膜导通电流时电子与空穴在有机物层结合的同时发光的原理的自发光型显示板，构成发光层的有机物质决定光的颜色。
具体来讲，OLED利用在玻璃或塑料上涂布有机物并导通电流时有机物发光的原理。即，利用分别向有机物的阳极与阴极注入空穴与电子使得在发光层再结合时形成高能量态的励磁(excitation)，励磁降到低能量态的过程中放出能量生成特定波长的光的原理。此处，光的颜色因发光层的有机物而异。
根据构成像素矩阵的像素的工作特性，OLED具有线驱动方式的无源矩阵OLED(PM-OLED：Passive-matrix Organic Light-Emitting Diode)与独立驱动方式的主动矩阵OLED(AM-OLED：Active-matrix Organic Light-Emitting Diode)。由于两者都不需要背光，因此能够使显示模块非常薄，各角度具有一定的明暗比，基于温度的颜色再现性强，具有如上优点。并且，由于未驱动的像素不消耗电能，因此还具有很好的经济性。
在工作方面，PM-OLED仅在扫描时间(scanning time)期间用高电流发光，AM-OLED在帧时间(frame time)期间用低电流保持持续发光状态。因此，与PM-OLED相比，AM-OLED具有分辨率高、有利于驱动大面积显示板、电能消耗小的优点。并且，由于可以内置薄膜晶体管(TFT)以分别控制各元件，因此容易得到精致画面。
并且，有机物层280可包括空穴注入层(HIL：Hole Injection Layer)、空穴输送层(HTL：Hole Transfer Layer)、电子注入层(EIL：Emission Material Layer)、电子输送层(ETL：Electron Transfer Layer)及发光层(EML：Electron Injection Layer)。
以下对各层进行简单说明。HIL注入空穴，利用CuPc等物质。HTL的功能是移动注入的空穴，主要利用空穴移动性(hole mobility)好的物质。HTL可以采用芳基胺(arylamine)、TPD等。EIL与ETL是用于注入和输送电子的层，注入的电子与空穴在EML结合而发光。EML是表现发光颜色的元件，由决定有机物寿命的主体(host)与决定色感与效率的掺杂物(dopant)构成。以上只是说明了包含于OLED板的有机物层280的基本构成，本发明不受有机物层280的层结构或材料等的限制。
有机物层280插入到阳极(Anode)(未示出)与阴极(Cathode)(未示出)之间，在TFT为开(On)状态时阳极被施加驱动电流以被注入空穴，阴极被注入电子，空穴与电子向有机物层280移动以发光。
对于本领域技术人员来讲，LCD板或OLED板可包括用于执行显示功能的其他构成且可以变形是显而易见的。
本发明的触摸输入装置1000的显示模块200可包括用于驱动图3a所示的显示板200A及图3b所示的显示板200A的构成。具体来讲，显示板200A为LCD板的情况下，显示模块200可包括配置于第二偏光层272下部的背光单元(未示出：backlight unit)，还可以包括用于LCD板工作的显示板控制IC、图形控制IC及其他电路。
本发明实施例的触摸输入装置1000中用于检测触摸位置的触摸传感器10可位于显示模块200外部或内部。
触摸输入装置1000的触摸传感器10配置于显示模块200的外部的情况下，可在显示模块200上部配置触摸传感器板，使触摸传感器10包含于触摸传感器板。触摸输入装置1000的触摸表面可以是触摸传感器板的表面。
触摸输入装置1000的触摸传感器10配置于显示模块200的内部的情况下，触摸传感器10可位于显示板200A外部。具体来讲，触摸传感器10可形成于第一基板层261、281的上面。此处，触摸输入装置1000的触摸表面为显示模块200的外部面，具体可以是图3a及图3b中的上部面或下部面。
触摸输入装置1000的触摸传感器10配置于显示模块200的内部的情况下，根据实施例，可以使触摸传感器10中至少一部分位于显示板200A内，触摸传感器10中至少其余一部分位于显示板200A外部。例如，可以使构成触摸传感器10的驱动电极TX与接收电极RX中任意一个电极位于显示板200A外部，其余电极位于显示板200A内部。具体来讲，可以使构成触摸传感器10的驱动电极TX与接收电极RX中任意一个电极形成于第一基板层261、281上面，其余电极形成于第一基板层261、281下面或第二基板层262、283上面。
触摸输入装置1000的触摸传感器10配置于显示模块200的内部的情况下，可以使触摸传感器10位于显示板200A内部。具体来讲，触摸传感器10可形成于第一基板层261、281的下面或第二基板层262、283的上面。
触摸传感器10配置在显示板200A内部的情况下，还可以配置用于触摸传感器工作的电极，但也可以将位于显示板200A内部的多种构成及/或电极用作感测触摸的触摸传感器10。具体来讲，显示板200A为LCD板的情况下，包含于触摸传感器10的电极中至少任意一个可包括数据线(data line)、栅极线(gate line)、TFT、公用电极(Vcom：commonelectrode)及像素电极(pixel electrode)中至少任意一个，显示板200A为OLED板的情况下，包含于触摸传感器10的电极中的至少任意一个可包括数据线(data line)、栅极线(gate line)、第一电源线(ELVDD)及第二电源线(ELVSS)中的至少任意一个。
其中，触摸传感器10可通过图1a说明的驱动电极及接收电极工作，根据驱动电极及接收电极之间的互电容检测触摸位置。并且，触摸传感器10可通过图1b说明的单一电极30工作，根据各单一电极30的自电容检测触摸位置。此处，包含于触摸传感器10的电极为用于驱动显示板200A的电极的情况下，可以在第一时间区间驱动显示板200A，在不同于第一时间区间的第二时间区间检测触摸位置。
本发明的触摸输入装置1000中形成有用于检测触摸位置的触摸传感器的覆盖层100与包括显示板200A的显示模块200之间可通过粘贴剂(OCA：Optically ClearAdhesive)之类的粘贴物质层压。因此，可提高能够通过触摸传感器10的触摸表面确认的显示模块200的显示颜色鲜明度、清晰度及透光性。
图4a、图4b及图4d至图4g为本发明实施例的触摸输入装置的剖面图，图4c为本发明实施例的触摸输入装置的分解立体图。
图4a及以下部分附图显示了显示板200A直接层压附着于覆盖层100，但这只是为了便于说明而已，可以使第一偏光层271、282位于显示板200A上部的显示模块200层压附着于覆盖层100，LCD板为显示板200A的情况下，省略示出了第二偏光层272及背光单元。
参见图4a至图4g所述说明中，例示了本发明实施例的触摸输入装置1000为形成有触摸传感器10的覆盖层100通过粘贴剂层压附着于图3a及图3b所示显示模块200上，但本发明实施例的触摸输入装置1000还可以包括触摸传感器10配置于图3a及图3b所示显示模块200内部的情况。更具体来讲，图4a至图4c显示了形成有触摸传感器10的覆盖层100盖住包括显示板200A的显示模块200。而触摸传感器10位于显示模块200内部且显示模块200被玻璃之类的覆盖层100盖住的触摸输入装置1000也可作为本发明的实施例利用。
本发明实施例的触摸输入装置1000可包括手机(cell phone)、个人数字助理(PDA：Personal Data Assistant)、智能手机(smart phone)、平板电脑(tablet PersonalComputer)、MP3播放器、笔记本电脑(notebook)等包括触摸屏的电子装置。
本发明实施例的触摸输入装置1000中，基板300例如可以和作为触摸输入装置1000的最外廓机构的壳体320一起起到包围能够配置用于触摸输入装置1000工作的电路板及/或电池的装配空间310等的功能。此处，用于触摸输入装置1000工作的电路板可以作为主板(main board)装配有中央处理单元即CPU(central processing unit)或应用处理器(AP：application processor)等。可通过基板300分离显示模块200与用于触摸输入装置1000工作的电路板及/或电池，切断显示模块200发生的电噪声及电路板发生的噪声。
在触摸输入装置1000中，触摸传感器10或覆盖层100可以比显示模块200、基板300及装配空间310宽广，因此可以将壳体320形成为壳体320与触摸传感器10一起包围显示模块200、基板300及电路板。
本发明实施例的触摸输入装置1000可通过触摸传感器10检测触摸位置，将不同于用来检测触摸位置的电极及用来驱动显示板的电极的另外的传感器作为压力感测部检测触摸压力。此处，触摸传感器10可位于显示模块200的内部或外部。
以下将用于检测压力的构成统称为压力感测部。例如，图4a所示实施例的压力感测部可包括传感器片440，图4b所示实施例的压力感测部可包括压力传感器450、460。
本发明的触摸输入装置如图4a所示，包括压力传感器450、460的传感器片440可配置于显示模块200和基板300之间，可如图4b使压力传感器450、460直接形成于显示板200A下面。
并且，压力感测部400例如包括由气隙(air gap)构成的间隔层420，后续参见图4a至图4g对此进行具体说明。
根据实施例，间隔层420可以是气隙(air gap)。根据实施例，间隔层可以由冲击吸收物质构成。根据实施例，可以用介电物质(dielectric material)填充间隔层420。根据实施例，间隔层420可以由具有被施加压力时收缩且压力解除时恢复原形态的恢复力的物质形成。根据实施例，间隔层420可以由弹性泡沫(elastic foam)形成。并且，由于间隔层420配置于显示模块200下部，因此可以是透明物质或非透明物质。
并且，基准电位层可配置于显示模块200的下部。具体来讲，基准电位层可形成于配置在显示模块200下部的基板300或由基板300本身起到基准电位层的作用。并且，基准电位层可形成于配置在基板300上部、配置于显示模块200下部、形成于起到保护显示模块200的功能的盖(未示出)，或由盖本身起到基准电位层的作用。向触摸输入装置1000施加压力时显示板200A弯曲，随着显示板200A弯曲，基准电位层与压力感测部400之间的距离能够发生变化。并且，基准电位层与压力传感器450、460之间还可以配置有间隔层。具体来讲，可以在显示模块200与配置有基准电位层的基板300之间或显示模块200与配置有基准电位层的盖之间配置间隔层。
并且，基准电位层可配置于显示模块200的内部。具体来讲，基准电位层可配置于显示板200A的第一基板层261、281的上面或下面或第二基板层262、283的上面或下面。向触摸输入装置1000施加压力时显示板200A弯曲，随着显示板200A弯曲，基准电位层与压力传感器450、460之间的距离能够发生变化。并且，基准电位层与压力传感器450、460之间还可配置有间隔层。图3a及图3b所示触摸输入装置1000的情况下，间隔层还可以配置于显示板200A的上部或内部。
根据实施例，间隔层配置于显示模块200内部的情况下，间隔层可以是制造显示板200A及/或背光单元时包含于其中的气隙(air gap)。显示板200A及/或背光单元包括一个气隙的情况下，所述一个气隙可起到间隔层的功能，包括多个气隙的情况下，所述多个气隙可整体执行间隔层的功能。
图4c为本发明的图4a所示的实施例的触摸输入装置1000的立体图。如图4c所示，本发明的实施例中传感器片440在触摸输入装置1000中可配置于显示模块200和基板300之间。此处，触摸输入装置1000可包括为配置传感器片440而配置于触摸输入装置1000的显示模块200与基板300之间的间隔层。
以下为了与包含于触摸传感器10的电极进行明确区分，将用于检测压力的传感器450及460称为压力传感器450、460。此处，压力传感器450、460配置于显示板200A的后面而不是前面，因此不仅可以由透明物质构成，也可以由非透明物质构成。显示板200A为LCD板的情况下，光需要从背光单元透过，因此压力传感器450、460可以由ITO之类的透明物质构成。
此处，为保持用于配置压力传感器450、460的间隔层420，可沿着基板300上部的边缘形成具有预定高度的框架330。此处，框架330可通过粘贴带(未示出)粘贴于覆盖层100。图4c显示框架330形成于基板300的所有边缘(例如，四角形的四个边)，而框架330也可以仅形成于基板300的边缘中的至少一部分(例如，四角形的三个边)。根据实施例，框架330可与基板300一体形成于基板300的上部面。根据本发明的实施例，框架330可以由无弹性的物质构成。根据本发明的实施例，通过覆盖层100向显示板200A施加压力的情况下，显示板200A能够和覆盖层100一起弯曲，因此即使框架330不随压力发生形体变形也能够检测触摸压力的大小。
图4d为包括本发明实施例的压力传感器的触摸输入装置的剖面图。如图4d所示，本发明实施例的压力传感器450、460可在间隔层420内配置于显示板200A下部面上。
用于检测压力的压力传感器可包括第一传感器450与第二传感器460。此处，第一传感器450与第二传感器460中任意一个可以是驱动传感器，其余一个可以是接收传感器。可以向驱动传感器施加驱动信号并通过接收传感器获取包括施加压力时变化的电学特性的信息的感测信号。施加电压的情况下，第一传感器450与第二传感器460之间能够生成互电容。
图4e为图4d所示触摸输入装置1000被施加压力的情况的剖面图。基板300的上部面可具有接地(ground)电位以屏蔽噪声。通过客体500向覆盖层100的表面施加压力的情况下，覆盖层100及显示板200A可弯曲或挤压。因此接地电位面与压力传感器450、460之间的距离d能够减小到d′。该情况下，随着所述距离d减小，边缘电容被基板300的上部面吸收，因此第一传感器450与第二传感器460之间的互电容能够减小。因此，可以从通过接收传感器获取的感测信号获得互电容的减小量以算出触摸压力的大小。
图4e说明了基板300的上部面为接地电位，即基准电位层的情况，而基准电位层可配置在显示模块200内部。此处，通过客体500向覆盖层100的表面施加压力的情况下，覆盖层100及显示板200A能够弯曲或挤压。因此，配置于显示模块200内部的基准电位层与压力传感器450、460之间的距离发生变化，因此能够从通过接收传感器获取的感测信号获得电容变化量以算出触摸压力的大小。
本发明实施例的触摸输入装置1000中，显示板200A可随施加压力的触摸弯曲或挤压。根据实施例，显示板200A弯曲或挤压时发生最大变形的位置和所述触摸位置可能并不一致，但至少显示板200A的所述触摸位置能够发生弯曲。例如，触摸位置相邻于显示板200A的边缘及角部等的情况下，显示板200A弯曲或挤压的程度最大的位置可能不同于触摸位置，但至少显示板200A的所述触摸位置能够发生弯曲或挤压。
对于第一传感器450与第二传感器460形成于同一层的形态来讲，图4d及图4e所示的第一传感器450与第二传感器460可分别如图7a由菱形态的多个传感器构成。此处，多个第一传感器450为向第一轴方向相互连续的形态，多个第二传感器460为向垂直于第一轴方向的第二轴方向相互连续的形态，第一传感器450及第二传感器460中至少一个可以是各自的多个菱形态的传感器通过桥(bridge)连接的第一传感器450与第二传感器460彼此绝缘的形态。另外，此处图4a至图4c所示的压力传感器可由图7b所示形态的传感器构成。
以上例示了根据第一传感器450与第二传感器460之间的互电容的变化检测触摸压力。但是，压力感测部400可以构成为仅包括第一传感器450与第二传感器460中任意一个压力传感器。该情况下，可通过检测一个压力传感器和接地层(基板300或配置于显示模块200内部的基准电位层)之间的电容，即自电容的变化检测触摸压力的大小。此处，驱动信号施加于所述一个压力传感器，可从所述压力传感器感测压力传感器与接地层之间的自电容变化。
例如，图4d的压力传感器可以仅包括第一传感器450。此处，可从由基板300与第一传感器450之间的距离变化引起的第一传感器450与基板300之间的电容变化检测触摸压力的大小。由于距离d随着触摸压力增大而减小，因此基板300与第一传感器450之间的电容可随触摸压力增大而增大。此处，压力传感器的形态不必是提高互电容变化量检测精确度所需的梳齿形态或三叉形状，其可以具有一个板(例如，四角板)形状，也可以是如图7d所示的多个第一传感器450相隔预定间隔配置的格子状。
图4f显示压力传感器450、460在间隔层420内形成于基板300的上部面及显示板200A的下部面上的情况。压力感测部如图4a由传感器片构成的情况下，传感器片可以如图5所示由包括第一传感器450的第一传感器片440-1和包括第二传感器460的第二传感器片440-2构成。此处，第一传感器450和第二传感器460中任意一个形成于基板300上，其余一个可形成于显示模块200的下部面上。图4g例示第一传感器450形成于基板300上，第二传感器460形成于显示模块200的下部面上。
图4g例示压力传感器450、460在间隔层420内形成于基板300的上部面及显示板200A的下部面上的情况。此处，可以以第一传感器450形成于显示板200A的下部面上，第二传感器460形成于第一绝缘层470上且第二绝缘层471形成于第二传感器460上的传感器片形态的第二传感器460配置于基板300的上部面。
通过客体500向覆盖层100的表面施加压力的情况下，覆盖层100及显示板200A可发生弯曲或挤压。从而，第一传感器450与第二传感器460之间的距离d能够减小。该情况下，随着所述距离d减小，第一传感器450与第二传感器460之间的互电容能够增大。因此，可以从通过接收传感器获取的感测信号获得互电容的增大量以算出触摸压力的大小。此处，图4g中第一传感器450与第二传感器460分别形成于不同的层，因此第一传感器450及第二传感器460的形态无需是梳齿形状或三叉形状，可以使第一传感器450及第二传感器460中任意一个具有一个板(例如，四角板)形状，另一个可以如图7d配置成多个电极相隔预定间隔的格子状。
以上以压力传感器450、460如图4b直接形成于显示板200A的下面的实施例为基准进行了说明，但也可以适用于如图4a所示的包括压力传感器450、460的传感器片440配置于显示模块200与基板300之间的实施例。具体来讲，包括压力传感器450、460的传感器片440可附着于显示模块200下面，也可以附着于基板300的上面。
该情况下，基板300的上部面也可以具有接地电位以用于屏蔽噪声。图5例示本发明实施例的传感器片的剖面。参见图5的(a)，例示包括压力传感器450、460的传感器片440附着于基板300或显示模块200上的情况的剖面。此处，传感器片440中压力传感器450、460位于第一绝缘层470和第二绝缘层471之间，因此能够防止压力传感器450、460和基板300或显示模块200发生短路。并且，根据触摸输入装置1000的种类及/或实现方式，被附着压力传感器450、460的基板300或显示模块200可无接地电位或有弱接地电位。这种情况下，本发明实施例的触摸输入装置1000还可以包括位于基板300或显示模块200和绝缘层470之间的接地电极(ground electrode：未示出)。根据实施例，接地电极和基板300或显示模块200之间还可以包括又一绝缘层(未示出)。此处，接地电极(未示出)能够防止作为压力传感器的第一传感器450与第二传感器460之间生成的电容的大小过大。
根据实施例，第一传感器450与第二传感器460分别位于不同的层以构成传感器层也无妨。图5的(b)例示第一传感器450与第二传感器460位于不同的层的情况的剖面。如图5的(b)所示，可以使第一传感器450形成于第一绝缘层470上且第二传感器460形成于位于第一传感器450上的第二绝缘层471上。根据实施例，第二传感器460可被第三绝缘层472盖住。即，传感器片440可包括第一绝缘层470至第三绝缘层472、第一传感器450及第二传感器460。此处，由于第一传感器450与第二传感器460分别位于不同的层，因此可设置成彼此重叠(overlap)。例如，第一传感器450与第二传感器460如图7c所示，可与排列成MXN结构的驱动电极TX和接收电极RX的图案相似地形成。此处，M及N可以是1以上的自然数。或者，可以如图7a所示使菱形态的第一传感器450与第二传感器460分别位于不同的层。
图5的(c)例示传感器片440仅包括第一传感器450的情况的剖面。如图5的(c)所示，包括第一传感器450的传感器片440可配置在基板300或显示模块200上。
图5的(d)例示包括第一传感器450的第一传感器片440-1附着于基板300上且包括第二传感器460的第二传感器片440-2附着于显示模块200的情况的剖面。如图5的(d)所示，包括第一传感器450的第一传感器片440-1可配置于基板300上。并且，包括第二传感器460的第二传感器片440-2可配置于显示模块200的下部面上。
如以上对图5的(a)所述说明，被附着压力传感器450、460的基板300或显示模块200无接地电位或接地电位弱的情况下，图5的(a)至(d)的传感器片440还可以包括位于基板300或显示模块200和第一绝缘层470、470-1、470-2之间的接地电极(未示出)。此处，传感器片440还可以包括位于接地电极(未示出)和基板300或显示模块200之间的绝缘层(未示出)。
本发明的触摸输入装置1000中压力传感器450、460可直接形成于显示板200A。图6a至图6c为显示本发明实施例的触摸输入装置中直接形成于多种显示板的压力传感器的实施例的剖面图。
首先，图6a显示形成于利用LCD板的显示板200A的压力传感器450、460。具体如图6a所示，压力传感器450、460可形成于第二基板层262下面。此处，压力传感器450、460也可形成于第二偏光层272下面。触摸输入装置1000受到压力时根据互电容变化量检测触摸压力的情况下，向驱动传感器450施加驱动信号，从接收传感器460接收包括随相隔于压力传感器450、460的基准电位层和压力传感器450、460之间的距离变化发生变化的电容的信息的电子信号。根据自电容变化量检测触摸压力的情况下，向压力传感器450、460施加驱动信号，从压力传感器450、460接收包括随相隔于压力传感器450、460的基准电位层和压力传感器450、460之间的距离变化发生变化的电容的信息的电子信号。此处，基准电位层可以是基板300或配置在显示板200A与基板300之间。并且，基准电位层可以是起到保护显示板200A的功能的盖。
然后，图6b显示形成于利用OLED板(尤其是AM-OLED板)的显示板200A的下部面的压力传感器450、460。具体来讲，压力传感器450、460可形成于第二基板层283下面。此处，检测压力的方法和图6a说明的方法相同。
OLED板的情况下有机物层280发光，因此形成于配置在有机物层280下部的第二基板层283的下面的压力传感器450、460可以由非透明物质构成。但该情况下，用户能够看到形成于显示板200A下面的压力传感器450、460的图案，因此为了将压力传感器450、460直接形成在第二基板层283下面，可以在第二基板层283下面涂布黑墨之类的遮光层后，在遮光层上形成压力传感器450、460。
并且，图6b显示了压力传感器450、460形成于第二基板层283的下面，但也可以在第二基板层283的下部配置第三基板层(未示出)，并在第三基板层的下面配置压力传感器450、460。尤其，显示板200A为柔性OLED板的情况下，由第一基板层281、有机物层280及第二基板层283构成的显示板200A非常薄且容易弯曲，因此可以在第二基板层283的下部配置相对不容易弯曲的第三基板层。
然后，图6c显示形成于利用OLED板的显示板200A内的压力传感器450、460。具体地，压力传感器450、460可形成于第二基板层283上面。此处，检测压力的方法与图6a中说明的方法相同。
并且，图6c举例说明了利用OLED板的显示板200A，但也可以在利用LCD板的显示板200A的第二基板层262上面形成压力传感器450、460。
并且，图6a至图6c说明了压力传感器450、460形成于第二基板层262、283的上面或下面，但压力传感器450、460形成于第一基板层261、281的上面或下面也无妨。
并且，图6a至图6c说明了包括压力传感器450、460的压力感测部直接形成于显示板200A，但压力感测部可直接形成于基板300且电位层可以是显示板200A或配置于显示板200A和基板300之间或可以是起到保护显示板200A的功能的盖。
并且，图6a至图6c说明了基准电位层配置于压力感测部的下部，而基准电位层可配置于显示板200A的内部。具体来讲，基准电位层可以配置于显示板200A的第一基板层261、281的上面或下面，或第二基板层262、283的上面或下面。
本发明的触摸输入装置1000中用于感测电容变化量的压力传感器450、460如图4g所述，可以由直接形成于显示板200A的第一传感器450及以传感器片的形态构成的第二传感器460构成。具体地，可以使第一传感器450如图6a至图6c直接形成于显示板200A，第二传感器460如图4g构成为传感器片的形态附着于触摸输入装置1000。
本发明实施例的触摸输入装置1000中，压力传感器控制器1300与触摸传感器控制器1100集成为一个IC驱动的情况，集成的IC的控制部可以生成控制信号使得在扫描触摸传感器10的同时扫描压力感测部，或者集成的IC的控制部也可以生成控制信号使得分时并在第一时间区间扫描触摸传感器10且在第一时间区间以外的第二时间区间扫描压力感测部。
以上说明了包含于压力感测部的压力传感器450由电极构成，通过压力感测部感测的电子特性检测随显示板200A弯曲发生的电容变化量以检测压力的大小，但不限于此。可以使包含于压力感测部的压力传感器450由应变计构成，通过压力感测部感测电子特性检测随着显示板200A弯曲发生变化的压力传感器450的电阻值的变化量以检测压力的大小。
以下说明的本发明实施形态的触摸输入装置包括压力感测电路。压力感测电路感测触摸输入装置的压力感测部发生的电容变化量。
图8例示适用本发明实施形态的压力感测电路的触摸输入装置的剖面。图8所示的触摸输入装置包括显示模块200、基板300及压力传感器450。
基板300配置于显示模块200下部。基板300包括对应于压力传感器450的基准电位层。可以使基板300本身为基准电位层，也可以使基板300另外包括基准电位层。基准电位层可以是具有接地(ground)电位的接地层。
压力传感器450配置在显示模块200和基板300之间。压力传感器450配置于显示模块200的下面。此处，压力传感器450可直接形成于图4b所示显示模块200的下面，也可以附着于具有图4a所示压力传感器450的传感器片440附着于显示模块200的下面。并且，图6a至图6c所示压力传感器450可配置于显示模块200的显示板200A。
压力传感器450与基板300之间的电容随着压力传感器450和基板300的距离d变化发生变化，本发明实施形态的压力感测电路能够感测这种电容变化，因此包括本发明实施形态的压力感测电路的触摸输入装置能够检测输入的客体f的压力大小。
本发明实施形态的触摸输入装置可根据压力传感器450的自电容(selfcapacitance)值检测压力大小。客体f压触摸输入装置的触摸表面的情况下，压力传感器450与基准电位层之间的距离d随着压力大小减小。随着距离d靠近，压力传感器450与基准电位层之间生成的电容器的电容值能够增大。即，相对于基准电位层的压力传感器450的自电容值能够随着距离d减小而增大。
图9例示适用本发明实施形态的压力感测电路的另一触摸输入装置的剖面。图9所示的触摸输入装置包括显示模块200、基板300及压力传感器450。
基板300配置于显示模块200下部。
显示模块200配置于基板300上。显示模块200包括对应于压力传感器450的基准电位层。基准电位层可以是具有接地(ground)电位的接地层。
压力传感器450配置于显示模块200和基板300之间。压力传感器450配置于基板300。此处，可以将压力传感器450直接形成于基板300的上面，也可以将具有压力传感器450的传感器片440附着于基板300的上面。
随着压力传感器450与包含于显示模块200的基准电位层的距离d变化，压力传感器450与基准电位层之间的电容发生变化，本发明实施形态的压力感测电路感测这种电容变化，因此包括本发明实施形态的压力感测电路的触摸输入装置可检测输入的客体f的压力的大小。
本发明实施形态的触摸输入装置可根据压力传感器450的自电容(selfcapacitance)值检测压力大小。客体f压触摸输入装置的触摸表面的情况下，压力传感器450与基准电位层之间的距离d随着压力大小减小。随着距离d靠近，压力传感器450与基准电位层之间生成的电容器的电容值能够增大。即，随着距离d减小，对应于基准电位层的压力传感器450的自电容值能够增大。
后续参见图10至图22说明根据图8至图9所示的触摸输入装置的压力传感器450感测的电容变化量感测输入的压力的大小的压力感测电路。
下述本发明的压力感测电路的输出信号Vo具有与图8至图9所示的压力传感器450及基准电位层之间的距离d成比例的特有特性。能够通过这种特有的特性发挥使压力感测感应度保持预定水平的技术效果。尤其，具有压力传感器450与基准电位层之间的距离d因制造工序而并不在预定水平的情况下也能够保持预定的压力感测感应度的有益效果。并且，基板300受外力弯曲的特殊情况下也能够保持预定的压力感测感应度的有益效果。
图10为本发明第一实施形态的压力感测电路。
参见图10，本发明的第一实施形态的压力感测电路包括串联于电源电压VDDA和接地电压之间的第一电流源SI1和第二电流源SI2、连接于第一电流源SI1和第二电流源SI2之间的压力感测节点NA、连接于压力感测节点NA输出输出信号Vo的输出节点No。
此处，压力感测节点NA连接到对应于图8或图9所示的压力传感器450的电容值的压力电容器CA。此处，压力电容器CA连接于压力感测节点NA与接地电压之间。
第一电流源SI1按每个周期在预先设定的第一时间区间t1期间接通，其余时间断开。第二电流源SI2按每个周期在预先设定的第三时间区间t3期间接通，其余的时间断开。此处，t1和t3可以相同。并且，基于第一电流源SI1的第一电流I1和基于第二电流源SI2的第二电流I2的大小可相同。
t3在t1之后，t1和t3之间的第二时间区间t2期间第一电流源SI1和第二电流源SI2断开。t3之后的第四时间区间t4期间第一电流源SI1和第二电流源SI2断开。此处，t2和t4可相同。
此处，t1～t4之和可以与第一电流源SI1和第二电流源SI2的周期相同。
对于图10所示的本发明实施形态的压力感测电路的动作来讲，第一时间区间t1期间第一电流源SI1接通且第二电流源SI2断开使得电荷充电于压力电容器CA，因此压力感测节点NA的电压VA增大。在第三时间区间t3期间，第一电流源SI1断开且第二电流源SI2接通使得充电于压力电容器CA的电荷放电，因此压力感测节点NA的电压VA减小。在第二时间区间t2和第四时间区间t4期间第一电流源SI1和第二电流源SI2断开，压力感测节点NA的电压VA为压力电容器CA两端电压。输出节点No具有与压力感测节点NA相同的电位差，因此输出节点No的输出信号Vo为压力感测节点NA的电压VA。
上述图10所示的本发明实施形态的压力感测电路的输出信号Vo具有与图8或图9所示的压力传感器450和基准电位层之间的距离d成比例的特性。这种特性可由下述数学式证明。
【数学式1】
<数学式1>中，VA是压力感测节点NA的电压，是压力传感器450的电压(voltage)，CA是压力传感器450的电容(capacitance)，Q是充电到CA的电荷量或其放电的电荷量。
【数学式2】
<数学式2>中，A是压力传感器450的面积，d是压力传感器450与基准电位层之间的距离，I是压力传感器450的驱动电流(driving current)，是施加于压力传感器450的电流，t是压力传感器450的驱动(driving)时间。
将数学式2代入数学式1得到如下数学式3。
【数学式3】
可通过数学式3推导出以下数学式4的比例关系。
【数学式4】
VA∝d
图10所示的压力感测电路中VA等于Vo，因此如以下数学式5所示，可知图10所示的本发明实施形态的压力感测电路的输出信号Vo和图8或图9所示的压力传感器450与基准电位层之间的距离d成比例。
【数学式5】
Vo∝d
另外，图10所示的本发明实施形态的压力感测电路还可以包括连接于输出节点No的模数转换器(Analog-Digital Converter，以下简称‘ADC’)600。ADC 600将从输出节点No输出的输出信号Vo转换为数字信号。经转换的数字信号可输入到AP或CPU之类的处理器等以被处理成用于获取压力的大小。
图11为图10所示本发明第一实施形态的压力感测电路的第一变形例。
图11所示的第一变形例等于图10所示的第一实施形态的压力感测电路的第一电流源SI1被替换为第一开关SW1的结构。除第一开关SW1之外其余电路构成均与图10相同。
第一开关SW1按每个周期在预先设定的第三时间区间t3期间接通，其余时间断开。第二电流源SI2按每个周期在预先设定的第一时间区间t1期间接通，其余时间断开。
其中，第一开关SW1接通的第三时间区间t3与第二电流源SI2接通的第一时间区间t1不重叠。为此，第一时间区间t1和第三时间区间t3之间存在第二时间区间t2，第三时间区间t3和下个周期的第一时间区间t1之间存在第四时间区间t4。第一时间区间t1和第三时间区间t3的长度可相同或不同。此外，第四时间区间t4的长度可与第一时间区间t1至第三时间区间t3中任意一个的长度相同或不同，也可以具有相当小的时间长度。
对图11所示的第一变形例的压力感测电路的动作来讲，第一时间区间t1期间是第二电流源SI2接通、第一开关SW1断开的状态，因此充电到压力电容器CA的电荷放电。随着充电的电荷放电，压力感测节点NA的电压VA减小。
第二时间区间t2期间是第二电流源SI2断开、第一开关SW1断开的状态，因此压力感测节点NA保持预定的电压VA。预定的电压VA具有对应于压力电容器CA、第二电流源SI2的恒定电流的大小I2及第一时间区间t1的长度的预定的大小。其中，第二时间区间t2可以是测定预定的电压VA的区间。
第三时间区间t3期间是第一开关SW1接通、第二电流源SI2断开的状态，因此在第一开关SW1接通瞬间，压力电容器CA通过电源电压VDDA发生电荷充电，压力感测节点NA的电压VA成为电源电压VDDA。
第四时间区间t4期间是第一开关SW1断开、第二电流源SI2断开的状态，因此压力感测节点NA的电压VA保持原状态。
图11所示的第一变形例的压力感测电路的输出信号V0像图10所示的压力感测电路一样具有与图8或图9所示的压力传感器450和基准电位层之间的距离d成比例的特性。所述<数学式1>至<数学式5>证明这种特性。
图12是图10所示的本发明的第一实施形态的压力感测电路的第二变形例。
图12所示的第二变形例等于图10所示的第一实施形态的压力感测电路的第二电流源SI2被替换为第二开关SW2的结构。除第二开关SW2之外其余电路构成与图10相同。
第二开关SW2按每个周期在预先设定的第三时间区间t3期间接通，其余时间断开。第一电流源SI1按每个周期在预先设定的第一时间区间t1期间接通，其余时间断开。
其中，第二开关SW2接通的第三时间区间t3不重叠于第一电流源SI1接通的第一时间区间t1。为此，第一时间区间t1和第三时间区间t3之间存在第二时间区间t2，第三时间区间t3和下个周期的第一时间区间t1之间存在第四时间区间t4。第一时间区间t1和第三时间区间t3的长度可相同或不同。此外，第四时间区间t4的长度可与第一时间区间t1至第三时间区间t3中任意一个的长度相同，但也可以不相同，可以具有相当小的时间长度。
对于图12所示的第二变形例的压力感测电路的动作来讲，第一时间区间t1期间是第一电流源SI1接通、第二开关SW2断开的状态，因此电荷充电到压力电容器CA。随着电荷充电，压力感测节点NA的电压VA增大。
第二时间区间t2期间是第一电流源SI1断开、第二开关SW2断开的状态，因此压力感测节点NA保持预定的电压VA。预定的电压VA具有对应于压力电容器CA、第一电流源SI1的恒定电流的大小I1及第一时间区间t1的长度的预定的大小。其中，第二时间区间t2可以是测定预定的电压VA的区间。
第三时间区间t3期间是第二开关SW2接通、第一电流源SI1断开的状态，因此在第二开关SW2接通瞬间，充电到压力电容器CA的电荷全部放电，压力感测节点NA的电压VA成为0。
第四时间区间t4期间是第二开关SW2断开、第一电流源SI1断开的状态，因此压力感测节点NA的电压VA保持原状态。
图12所示的第二变形例的压力感测电路的输出信号V0像图10所示的压力感测电路一样具有与图8或图9所示的压力传感器450和基准电位层之间的距离d成比例的特性。所述<数学式1>至<数学式5>证明这种特性。
图13为本发明第二实施形态的压力感测电路。
图13所示的本发明第二实施形态的压力感测电路在图10所示的本发明第一实施形态的压力感测电路的基础上还包括位于所述压力感测电路上的放大部(Amp)800。此处，放大部800连接于压力感测节点NA与输出节点No之间。
放大部800按预先设定的比例放大压力感测节点NA的电压VA并传输到输出节点No。因此，从输出节点No输出的输出信号Vo是比图10输出的输出信号放大所述比例的信号。
图13所示的第二实施形态的压力感测电路同样具有图10所示的压力感测电路的特性，而且还放大输出信号，因此具有提高压力感测感应度的有益效果。
另外，图13所示的本发明第二实施形态的压力感测电路可以是在图10所示的本发明第一实施形态的压力感测电路乃至图11所示的第一变形例或图12所示的第二变形例增设放大部(Amp)800的结构。
图14为本发明第三实施形态的压力感测电路。
图14所示的本发明第三实施形态的压力感测电路在图10所示本发明的第一实施形态的压力感测电路的基础上还包括位于所述压力感测电路上的放大部800′。放大部800′为图13所示放大部800的一个具体例子。
放大部800′连接于压力感测节点NA与输出节点No之间。
放大部800′在第一时间区间t1和第三时间区间t3作为反转放大器或非反转放大器，在第二时间区间t2与第四时间区间t4作为差分放大器工作。由于放大部800′在第一时间区间t1和第三时间区间t3作为反转放大器或非反转放大器工作，因此为了最小化在第一时间区间t1和第三时间区间t3通过压力传感器450流入的噪声(Noise)，优选的是尽可能减小第一时间区间t1和第三时间区间t3。
放大部800′的输出信号Vo在第二时间区间t2与第四时间区间t4为‘0’。由于放大部800′的输出信号Vo在第二时间区间t2与第四时间区间t4为‘0’，因此能够消除在第一时间区间t1和第三时间区间t3通过压力传感器450流入的噪声，能够最小化在整个时间t1～t4通过压力传感器450流入的噪声。
放大部800′包括运算放大器、连接于运算放大器的反转输入端子(-)与压力感测节点NA之间及运算放大器的非反转输入端子(+)与压力感测节点NA之间的第一电容器C1、连接于运算放大器的反转输入端子(-)与运算放大器的输出端子之间及运算放大器的非反转输入端子(+)与驱动控制电压VDRV之间的第二电容器C2及连接于运算放大器的非反转输入端子(+)与驱动控制电压VDRV之间连接于第二电容器C2的两端的开关PH3。此处，运算放大器的输出端子连接于输出节点No。
图15为显示图14所示压力感测电路的对应于时间的第一电流源SI1、第二电流源SI2及开关PH3中流动的电流与驱动控制电压VDRV的电压大小的时间图(timing diagram)。
第一电流源SI1和第二电流源SI2的动作如图10所述说明。
开关PH3按每个周期在第一时间区间t1和第三时间区间t3接通，在第二时间区间t2和第四时间区间t4断开。
驱动控制电压VDRV按每个周期在第一时间区间t1和第二时间区间t2是高(high)电平(2V)，在第三时间区间t3与第四时间区间t4是低(low)电平(0.5V)。此处，驱动控制电压VDRV的高电平和低电平不是固定值，是可调节的值。
图16为第一时间区间t1时图14所示压力感测电路的等价电路，图17为图16所示的压力感测电路中压力感测节点NA的电压VA-时间t曲线图。
参见图16及图17，在第一时间区间t1期间，第一电流源SI1接通且第二电流源SI2断开使得电荷充电于压力电容器CA，因此压力感测节点NA的电压VA增大。并且，第一时间区间t1之后的第二时间区间t2期间保持相当于的预定电压。
图18为第三时间区间t3时图14所示压力感测电路的等价电路，图19为图18所示的压力感测电路中压力感测节点NA的电压VA-时间t曲线图。
参见图18及图19，第三时间区间t3期间第一电流源SI1断开且第二电流源SI2接通使得充电于压力电容器CA的电荷放电，因此压力感测节点NA的电压VA减小。并且，第三时间区间t3之后的第四时间区间t4期间保持从第二时间区间t2期间的电压减去预定电压的电压。
图20为第二时间区间t2与第四时间区间t4时图14所示压力感测电路的等价电路。
参见图20，第二时间区间t2与第四时间区间t4的输出信号Vo如以下数学式6所示。
【数学式6】
参见所述数学式6，第二时间区间t2与第四时间区间t4的输出信号Vo如上为‘0’。
另外，图14所示的本发明的第三实施形态的压力感测电路可以是在图10所示的本发明第一实施形态的压力感测电路乃至图11所示的第一变形例或图12所示的第二变形例增设放大部800′的结构。
图21为本发明第四实施形态的压力感测电路，图22为图21所示压力感测电路中压力感测节点NA的电压VA、驱动控制电压VDRV及输出节点No的电压Vo分别对应于时间的曲线图。
图21所示的本发明第四实施形态的压力感测电路在图10所示的本发明第一实施形态的压力感测电路的基础上还包括放大部800″。
放大部800″连接于压力感测节点NA与输出节点No之间。
放大部800″包括运算放大器、连接于运算放大器的反转输入端子(-)与压力感测节点NA之间及运算放大器的非反转输入端子(+)与压力感测节点NA之间的第一电容器C1、连接于运算放大器的反转输入端子(-)与运算放大器的输出端子之间的第二电容器C2及连接于运算放大器的非反转输入端子(+)的驱动控制电压VDRV.H或VDRV.L。此处，运算放大器的输出端子连接于输出节点No。
驱动控制电压VDRV.H或VDRVL在第一时间区间t1和第二时间区间t2将高电平的电压VDRV.H提供给运算放大器的非反转输入端子，在第三时间区间t3和第四时间区间t4将低电平的电压VDRV.L提供给运算放大器的非反转输入端子。此处，高电平的电压VDRV.H和低电平的电压VDRV.L的中间值为基准电压VREF。
这种放大部800″以基准电压VREF为基准放大压力感测节点NA的电压VA。
另外，图21所示的本发明第四实施形态的压力感测电路可以是在图10所示的本发明的第一实施形态的压力感测电路乃至图11所示的第一变形例或图12所示的第二变形例增设放大部800″的结构。
另外，以上以实施例为中心进行了说明，但这些不过是举例说明而已，并非对本发明进行限定。本发明所属领域的普通技术人员可知晓在不超出本实施例本质特性的范围内，还可以进行以上未例示的多种变形及应用。例如，实施例中具体出现的各构成要素可变形实施。并且，与这些变形与应用相关的差异应解释为包含于本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种触摸输入装置，用于检测输入的触摸的压力大小，包括：
显示模块；
基板，其配置于所述显示模块的下部；
压力传感器，其配置于所述显示模块和所述基板之间；以及
压力感测电路，其输出与所述距离成比例的电压，
其中，所述触摸输入装置根据从所述压力感测电路输出的所述电压检测所述压力大小，
所述压力感测电路包括：
压力传感器节点(NA)，其具有与所述压力传感器上的电压相同的电压；
开关，其串联于电源电压(VDDA)和所述压力传感器节点之间；
电流源，其串联于所述压力传感器节点和接地之间；以及
输出节点(No)，其连接于所述压力传感器节点输出输出信号(Vo)，
所述电流源和所述开关按每个周期接通及断开至少一次以上，所述电流源按所述每个周期在第一时间区间(t1)期间接通，所述开关按所述每个周期在与所述第一时间区间(t1)相隔预定时间的第三时间区间(t3)期间接通。
2.一种触摸输入装置，用于检测输入的触摸的压力大小，包括：
显示模块；
基板，其配置于所述显示模块的下部；
压力传感器，其配置于所述显示模块和所述基板之间；以及
压力感测电路，其输出与所述距离成比例的电压，
其中，所述触摸输入装置根据从所述压力感测电路输出的所述电压检测所述压力大小，
所述压力感测电路包括：
压力传感器节点(NA)，其具有与所述压力传感器上的电压相同的电压；
电流源，其串联于电源电压(VDDA)和所述压力传感器节点之间；
开关，其串联于所述压力传感器节点和接地之间；以及
输出节点(No)，其连接于所述压力传感器节点输出输出信号(Vo)，
所述电流源和所述开关按每个周期接通及断开至少一次以上，所述电流源按所述每个周期在第一时间区间(t1)期间接通，所述开关按所述每个周期在与所述第一时间区间(t1)相隔预定时间的第三时间区间(t3)接通。
3.一种触摸输入装置，用于检测输入的触摸的压力大小，包括：
显示模块；
基板，其配置于所述显示模块的下部；
压力传感器，其配置于所述显示模块和所述基板之间；以及
压力感测电路，其输出与所述距离成比例的电压，
其中，所述触摸输入装置根据从所述压力感测电路输出的所述电压检测所述压力大小，
所述压力感测电路包括：
压力传感器节点(NA)，其具有与所述压力传感器上的电压相同的电压；
第一电流源，其串联于电源电压(VDDA)和所述压力传感器节点之间；
第二电流源，其串联于所述第一电流源和接地之间；以及
输出节点(No)，其连接于所述压力传感器节点输出输出信号(Vo)，
所述第一电流源和所述第二电流源按每个周期接通及断开至少一次以上，所述第一电流源按所述每个周期在第一时间区间(t1)期间接通，所述第二电流源按所述每个周期在与所述第一时间区间(t1)相隔预定时间的第三时间区间(t3)期间接通。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的触摸输入装置，其中，
所述基板具有基准电位层，
所述压力传感器与所述基准电位层相隔预定间隔，
所述压力传感器配置于所述显示模块的内部。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的触摸输入装置，其中，
所述基板具有基准电位层，
所述压力传感器与所述基准电位层相隔预定间隔，
所述压力传感器直接形成于所述显示模块的下面。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的触摸输入装置，其中，
所述基板具有基准电位层，
所述压力传感器与所述基准电位层相隔预定间隔，
所述触摸输入装置包括具有所述压力传感器的传感器片，
所述传感器片附着于所述显示模块的下面。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的触摸输入装置，其中，
所述显示模块具有基准电位层，
所述压力传感器与所述基准电位层相隔预定间隔，
所述压力传感器直接形成于所述基板。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的触摸输入装置，其中，
所述显示模块具有基准电位层，
所述压力传感器与所述基准电位层相隔预定间隔，
所述触摸输入装置包括具有所述压力传感器的传感器片，
所述传感器片附着于所述基板。
9.根据权利要求1或2所述的触摸输入装置，其中，
按所述每个周期在所述第一时间区间(t1)和所述第三时间区间(t3)之间存在预定的第二时间区间，第三时间区间(t3)和下个周期的第一时间区间之间存在第四时间区间(t4)，
所述开关和所述电流源在所述第二时间区间和所述第四时间区间期间断开。
10.根据权利要求3所述的触摸输入装置，其中，
按所述每个周期在所述第一时间区间(t1)和所述第三时间区间(t3)之间存在第二时间区间，所述第三时间区间(t3)和下个周期的第一时间区间之间存在第四时间区间(t4)，
所述第一电流源和所述第二电流源在所述第二时间区间和所述第四时间区间期间断开。
11.根据权利要求10所述的触摸输入装置，其中，
基于所述第一电流源(SI1)的第一电流(I1)和基于所述第二电流源(SI2)的第二电流(I2)的大小相同，
所述第一时间区间和所述第三时间区间相同，
所述第二时间区间和所述第四时间区间相同。
12.根据权利要求1至3中任意一项所述的触摸输入装置，所述压力感测电路还包括：
放大部，其连接于所述压力传感器节点(NA)和所述输出节点(No)之间。
13.根据权利要求12所述的触摸输入装置，其中，
所述放大部在所述第一时间区间(t1)和所述第三时间区间(t3)作为反转放大器或非反转放大器工作，在所述第一时间区间(t1)和所述第三时间区间(t3)之间的第二时间区间(t2)和所述第三时间区间(t3)和下个周期的第一时间区间之间的第四时间区间(t4)作为差分放大器工作。
14.根据权利要求13所述的触摸输入装置，其中，
所述第二时间区间(t2)和所述第四时间区间(t4)时所述输出信号的电压是0。
15.根据权利要求12所述的触摸输入装置，所述放大部包括：
运算放大器，其包括反转输入端子(-)、非反转输入端子(+)及输出端子；
第一电容器(C1)，其连接于所述反转输入端子(-)和所述压力感测节点(NA)之间及所述非反转输入端子(+)和所述压力感测节点(NA)之间；
第二电容器(C2)，其连接于所述反转输入端子(-)和所述输出端子之间及所述非反转输入端子(+)和驱动控制电压(VDRV)之间；以及
开关(PH3)，其连接于所述第二电容器(C2)的两端，
所述输出端子连接于输出节点(No)，
其中，所述开关(PH3)在所述第一时间区间(t1)和所述第三时间区间(t3)接通，在所述第一时间区间(t1)和所述第三时间区间(t3)之间的第二时间区间(t2)及所述第三时间区间(t3)和下个周期的第一时间区间之间的第四时间区间(t4)断开，
所述驱动控制电压(VDRV)在所述第一时间区间(t1)和所述第二时间区间(t2)是高电平，在所述第三时间区间(t3)和所述第四时间区间(t4)是低电平。
16.根据权利要求12所述的触摸输入装置，所述放大部包括：
运算放大器，其包括反转输入端子(-)、被施加驱动控制电压(VDRV)的非反转输入端子(+)及输出端子；
第一电容器(C1)，其连接于所述反转输入端子(-)和所述压力感测节点(NA)之间及所述非反转输入端子(+)和所述压力感测节点(NA)之间；以及
第二电容器(C2)，其连接于所述反转输入端子(-)和所述输出端子之间，
其中，所述输出端子连接于输出节点(No)，
所述驱动控制电压(VDRV)在所述第一时间区间(t1)和所述第二时间区间(t2)是高电平，在所述第一时间区间(t1)和所述第三时间区间(t3)之间的第三时间区间(t3)和所述第三时间区间(t3)和下个周期的第一时间区间之间的第四时间区间(t4)是低电平。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Application publication date: 20180727

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