KR101922158B1 - 압력 검출 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력이 가해지지 않은 상태에서의 전력 소비를 저감할 수 있는 압력 검출 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
압력 감응 소자와 선택 트랜지스터를 각각이 포함하고, 복수 행 및 복수 열에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀과, 복수 행 각각에 배치된 복수의 제 1 구동 신호선과, 복수 행 중에서 일부 행에 배치된 복수의 제 2 구동 신호선과, 복수의 제 1 구동 신호선에 접속되고 각 행의 제 1 구동 신호선에 선택 트랜지스터의 구동 신호를 개별로 공급하는 제 1 구동 회로와, 복수의 제 2 구동 신호선에 접속되고 복수의 제 2 구동 신호선에 동시에 선택 트랜지스터의 구동 신호를 공급하는 제 2 구동 회로를 가지며, 복수의 제 2 구동 신호선의 각각은, 대응하는 행에 배치된 센서 셀 중에서 일부 상기 센서 셀에 접속되어 있고, 복수의 제 1 구동 신호선의 각각은, 대응하는 행에 배치된 센서 셀 중에서 제 2 구동 신호선에 접속되지 않은 센서 셀에 접속되어 있다.

Description

압력 검출 장치 및 그 구동 방법{Pressure Detecting Apparatus And Method Of Driving The Same}
본 발명은, 압력 검출 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
소형 압력 센서 소자를 2차원 어레이상으로 배치하여 압력 분포 측정을 가능하게 한 압력 검출 장치가 알려져 있다. 이와 같은 압력 검출 장치에서는, 많은 경우에 화상 표시용 패널에서의 화소 구동과 동일하게, 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 사용하여 압력 센서 소자를 액티브 매트릭스 제어하는 것이 상정되어 있다(예를 들면 특허문헌 1을 참조).
액티브 매트릭스형 2차원 압력 센서에서는, 예를 들면 시프트 레지스터를 이용하여 액티브한 게이트 배선을 전환하여 읽어내는 압력 센서 소자를 순차적으로 변경함으로써 2차원 압력 분포 데이터를 취득한다. 이 동작을 상시 계속함으로써, 시간에 따라 변화하는 압력의 2차원 데이터를 취득할 수 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개공보 평10-070278 호
그러나 시간에 따라 변화되는 압력의 2차원 데이터를 취득하는 경우, 제어 회로와 검출 회로 등은 압력 유무에 관계없이 항상 동작 상태이고, 전력을 계속 소비한다. 따라서 압력이 가해지지 않은 상태에서 낭비되는 전력 소비는, 특히 전지 구동을 상정한 경우에는 큰 문제이며 저감할 것이 요구되었다.
본 발명의 목적은, 압력이 가해지지 않은 상태에서의 소비 전력을 저감할 수 있는 압력 검출 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 압력 감응 소자와 선택 트랜지스터를 각각이 포함하고, 복수 행 및 복수 열에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀과, 상기 복수 행 각각에 배치된 복수의 제 1 구동 신호선과, 상기 복수 행 중에서 적어도 일부 행에 배치된 복수의 제 2 구동 신호선과, 상기 복수의 제 1 구동 신호선에 접속되고 각 행의 상기 제 1 구동 신호선에 상기 선택 트랜지스터의 구동 신호를 개별로 공급하는 제 1 구동 회로와, 상기 복수의 제 2 구동 신호선에 접속되고 상기 복수의 제 2 구동 신호선에 동시에 상기 선택 트랜지스터의 구동 신호를 공급하는 제 2 구동 회로를 가지며, 상기 복수의 제 2 구동 신호선의 각각은, 대응하는 행에 배치된 상기 센서 셀 중에서 일부 상기 센서 셀에 접속되어 있고, 상기 복수의 제 1 구동 신호선의 각각은, 대응하는 행에 배치된 상기 센서 셀 중에서 상기 제 2 구동 신호선에 접속되지 않은 상기 센서 셀에 접속되어 있는 압력 검출 장치가 제공된다.
또한 본 발명의 다른 하나의 관점에 의하면, 압력 감응 소자와 선택 트랜지스터를 각각이 포함하고, 복수 행 및 복수 열에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀과, 상기 복수 행 각각에 배치된 복수의 제 1 구동 신호선과, 상기 복수 행 중에서 적어도 일부 행에 배치된 복수의 제 2 구동 신호선과, 상기 복수의 제 1 구동 신호선에 상기 선택 트랜지스터의 구동 신호를 공급하는 제 1 구동 회로와, 상기 복수의 제 2 구동 신호선에 상기 선택 트랜지스터의 구동 신호를 공급하는 제 2 구동 회로를 가지며, 상기 복수의 제 2 구동 신호선의 각각이, 대응하는 행에 배치된 상기 센서 셀 중에서 일부 상기 센서 셀에 접속되고, 상기 복수의 제 1 구동 신호선의 각각이, 대응하는 행에 배치된 상기 센서 셀 중에서 상기 제 2 구동 신호선에 접속되지 않은 상기 센서 셀에 접속되어 있는, 압력 검출 장치의 구동 방법으로서, 어느 상기 센서 셀의 상기 압력 감응 소자가 압력 변화를 검지했을 때, 상기 제 1 구동 회로에 의해 상기 제 1 구동 신호선을 순차적으로 구동하는 제 1 구동 모드를 실행하고, 상기 복수의 센서 셀의 상기 압력 감응 소자가 압력 변화를 검지하지 않을 때, 상기 제 2 구동 회로에 의해 상기 복수의 제 2 구동 신호선을 동시에 구동하는 제 2 구동 모드를 실행하는 압력 검출 장치의 구동 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 통상 동작 시의 압력 검출 정밀도를 저하시키지 않고, 압력이 가해지지 않은 상태에서의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 검출 회로 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 반명의 제 1 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구동 방법을 도시한 타이밍 도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구조를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구동 방법을 도시한 타이밍 도이다.
도 6은 참고예에 의한 압력 검출 장치의 구조를 도시한 개략도이다.
<제 1 실시형태>
본 발명의 제 1 실시형태에 따른 압력 검출 장치 및 그 구동 방법에 대하여, 도 1 내지 도 3을 가지고 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도 2는, 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 검출 회로 일례를 도시한 도면이다. 도 3은, 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구동 방법을 도시한 타이밍 도이다.
우선 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구조에 대하여 도 1 및 도 2를 가지고 설명한다.
본 실시형태에 따른 압력 검출 장치(100)는, 도 1에 도시한 것과 같이 센서 어레이(10), 수직 주사 회로(20), 전압 공급 회로(30), 검출 회로(40), 제어 회로(50)를 가지는 2차원 압력 센서이다.
센서 어레이(10)는, 복수 행(예를 들면 m행) 및 복수 열(예를 들면 n열)에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀(12)을 포함한다. 각각의 센서 셀(12)은, 선택 트랜지스터(M)와 압력 감응 소자(S)를 포함한다. 선택 트랜지스터(M)는, 예를 들면 박막 트랜지스터로 이루어진다. 압력 감응 소자(S)로서는, 예를 들면 도전성 고무 등의 압력 인가에 수반되어 전기 저항값이 변하는 감압 소재를 한 쌍의 전극 사이에 협지하여 이루어지는 소자를 적용할 수 있다.
센서 어레이(10)의 각 행에는, 행 방향으로 연장되어 제 1 구동 신호선(X1)이 배치되어 있다. 도 1에는 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행, 제 4 행, 제 5 행, …, 제 m 행에 배치된 제 1 구동 신호선(X1)을, 각각 제 1 구동 신호선 X11, X12, X13, X14, X15, …, X1m으로 표기하고 있다. 제 1 구동 신호선(X11, X12, X13, X14, X15, …, X1m)은 수직 주사 회로(20)에 접속되어 있다.
센서 어레이(10)의 일부 행에는, 행 방향으로 연장되어 제 2 구동 신호선(X2)이 배치되어 있다. 도 1에는, 센서 어레이(10)의 제 1 행, 제 3 행, 제 5 행에 제 2 구동 신호선(X2)이 배치되어 있는 것으로 하고, 이들을 각각 제 2 구동 신호선 X21, X23, X25로 표기하고 있다. 또한 제 2 구동 신호선(X2)을 배치하는 행은, 복수 행 중에서 적어도 일부면 되고, 예를 들면 대기 상태에서 필요한 검출 감도 등에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 제 2 구동 신호선(X21, X23, X25)은, 전압 공급 회로(30)에 접속되어 있다.
센서 어레이(10)의 각 열에는, 열 방향으로 연재되어 출력 신호선(Y)이 각각 배치되어 있다. 도 1에는 제 1 열, 제 2 열, 제 3 열, …, 제 n 열에 배치된 출력 신호선(Y)을, 출력 신호선 Y1, Y2, Y3, …, Yn으로 표기하고 있다. 출력 신호선(Y1, Y2, Y3, …, Yn)은 검출 회로(40)에 접속되어 있다.
센서 셀(12)의 압력 감응 소자(S)는 일방 단자가 전원 전압선에 접속되어 있고, 타방 단자가 선택 트랜지스터(M)의 드레인에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M)의 소스는, 대응하는 열의 출력 신호선(Y)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M)의 게이트는, 대응하는 행의 제 1 구동 신호선(X1) 또는 제 2 구동 신호선(X2)에 접속되어 있다. 여기에서는 제 1 행 제 1 열의 센서 셀(12), 제 3 행 제 n 열의 센서 셀(12), 제 5 행 제 3 열의 센서 셀(12)이 제 2 구동 신호선(X2)에 접속되어 있고, 다른 센서 셀(12)이 제 1 구동 신호선(X1)에 접속되어 있는 경우를 상정한다.
제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)의 수는, 각 열에 1개 이하로 한다. 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)이 배치되지 않은 열이 있어도 된다(예를 들면 도 1에서 제 2 열). 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)은, 동일한 행에 복수개(1개 이상)있어도 된다. 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)이 배치되지 않은 행이 있어도 된다(예를 들면 도 1에서 제 2 행, 제 4 행, 제 m 행).
수직 주사 회로(20)는, 디코더와 시프트 레지스터로 구성된다. 수직 주사 회로(20)는, 제 1 구동 신호선(X11, X12, X13, X14, X15, …, X1m)에, 구동 신호(PTX11, PTX12, PTX13, PTX14, PTX15, …, PTX1m)를 각각 공급한다. 이들 구동 신호(PTX1)는, 제 1 구동 신호선(X1)에 접속된 선택 트랜지스터(M)의 구동 신호이다. 이 의미에서, 수직 주사 회로(20)는, 선택 트랜지스터(M)의 구동 회로이기도 하다. 예를 들면 선택 트랜지스터(M)가 N형 트랜지스터인 경우, 구동 신호(PTX1)가 하이 레벨일 때 대응하는 행의 선택 트랜지스터(M)는 온(ON) 상태가 된다. 또한 구동 신호(PTX1)가 로우 레벨일 때 대응하는 행의 선택 트랜지스터(M)가 오프(OFF) 상태가 된다.
전압 공급 회로(30)는, 제 2 구동 신호선(X21, X23, X25)에, 구동 신호(PSTB)를 공급한다. 구동 신호(PSTB)는, 제 2 구동 신호선(X21, X23, X25)에 접속된 선택 트랜지스터(M)의 구동 신호이다. 이 의미에서, 전압 공급 회로(30)는 선택 트랜지스터(M)의 구동 회로이기도 하다. 예를 들면 선택 트랜지스터(M)가 N형 트랜지스터인 경우, 구동 신호(PSTB)가 하이 레벨일 때 선택 트랜지스터(M)는 온(ON) 상태가 된다. 또한 구동 신호(PSTB)가 로우 레벨일 때 선택 트랜지스터(M)가 오프(OFF) 상태가 된다.
검출 회로(40)는, 출력 신호선(Y1, Y2, Y3, …, Yn)의 전압을 검출하기 위한 회로이다. 출력 신호선(Y)의 전압을 검출함으로써 압력 감응 소자(S)에 압력이 가해져 있는지 아닌지를 검지할 수 있다. 또한 출력 신호선(Y)의 전압값을 바탕으로 압력 감응 소자(S)에 가해지는 응력을 산출하는 것이 가능해진다. 또한 검출 회로(40)는, 센서 어레이(10)에 물체가 접촉하여 출력 신호선(Y)의 전압이 변한 것을 검지하면, 그 정보를 제어 회로(50)에 출력하도록 구성되어 있다.
검출 회로(40)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 도 2에 도시한 것과 같이 센서 어레이(10)의 열마다 A/D 컨버터(42)와 저항(R)을 가진다. A/D 컨버터(42)의 입력 단자는, 출력 신호선(Y)에 접속되어 있다. 저항(R)은, 출력 신호선(Y)과 A/D 컨버터(42)의 입력 단자 사이의 접속 노드와, 접지 전압선 사이에 설치되어 있다. 이로써 센서 셀(12)의 선택 트랜지스터(M)가 온(ON) 상태가 됨으로써, 압력 감응 소자(S)와 저항(R)이 직렬로 접속된 구성이 되고, 압력 감응 소자(S)와 저항(R) 사이의 접속 노드 전압이 A/D 컨버터(42)에 입력되도록 되어 있다.
제어 회로(50)는 수직 주사 회로(20), 전압 공급 회로(30) 및 검출 회로(40)에 접속되어 있다. 제어 회로(50)는 수직 주사 회로(20), 전압 공급 회로(30) 및 검출 회로(40)의 동작과 그 타이밍을 제어한다. 제어 회로(50)는, 검출 회로(40)로부터 출력되는 접촉 검지 정보에 따라서, 수직 주사 회로(20) 및 전압 공급 회로(30)를 제어하는 것도 가능하다.
제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)은, 센서 어레이(10)에 물체가 접촉했는지 아닌지를 판정하기 위해서 사용된다. 이와 같은 목적의 경우, 압력의 2차원 분포를 측정하는 것은 반드시 필요하지는 않고, 또한 센서 어레이(10)의 어딘가 일부분의 압력이 변한 것을 검출할 수 있으면 된다. 또한 물체가 접촉했는지 아닌지를 검지하기 위해서 필요한 센서의 배치 밀도는, 요철 등 물질의 표면 상태를 검지하기 위해서 필요한 센서의 배치 밀도보다 낮아도 된다. 즉 물체의 접촉 판정에서는 고분해능 검지는 불필요하다.
본 실시형태에 따른 압력 검출 장치에서는, 센서 어레이(10)의 일부 센서 셀(12)에만 제 2 구동 신호선(X2)을 접속하고 있다. 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)은, 물체가 접촉된 것을 검지하는데 필요한 간격으로 배치되어 있으면 된다. 배치하는 간격은, 압력 검출 장치의 사용 목적 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 또한 감도의 면 내 균일성을 높이는 관점에서, 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)은, 센서 어레이(10) 내에 2차원적으로 등간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구동 방법에 대하여 도 3을 가지고 설명한다.
본 실시형태에 따른 압력 검출 장치는, 구동 모드로서 대기 모드와 통상 동작 모드를 포함한다. 대기 모드는, 제 2 구동 신호선(X2)을 간헐적으로 일괄 구동하여 물체의 접촉을 검지하는 모드이다. 통상 동작 모드는, 제 1 구동 신호선(X1)을 행마다 개별로 구동하여 압력의 2차원 분포를 측정하는 모드이다.
대기 모드에서는, 제어 회로(50)의 제어 하에서, 수직 주사 회로(20)로부터 제 1 구동 신호선(X1)에 공급하는 구동 신호(PTX1)를 로우 레벨로 유지한다. 또한 전압 공급 회로(30)로부터 제 2 구동 신호선(X2)에 공급되는 구동 신호(PSTB)는, 미리 정해진 소정의 시간 간격으로 간헐적으로 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전이한다. 또한 소정의 시간 간격은, 대기 모드에서 압력 검지를 실행하는 시간 간격으로, 압력 검출 장치의 사용 목적 등에 따라서 적절히 설정한다.
구동 신호(PSTB)가 하이 레벨이 되면 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)의 선택 트랜지스터(M)가 온(ON) 상태가 되고, 압력 감응 소자(S)가 선택 트랜지스터(M)를 통하여 출력 신호선(Y)에 접속된다. 이 때 압력 감응 소자(S)에 물체가 접촉되면 압력 감응 소자(S)의 저항값이 변하고, 출력 신호선(Y)의 전압이 변한다. 이 전압 변화를 검출 회로(40)에 의해 검출함으로써, 물체가 접촉된 것을 검지할 수 있다.
도 2의 구성의 검출 회로(40)에서는, 전원 전압이 압력 감응 소자(S)와 저항(R)에 의해 저항 분압되고, 압력 감응 소자(S)의 저항값에 따른 압력 감응 소자(S)와 저항(R) 사이의 접속 노드의 전압이, A/D 컨버터(42)에 입력된다. 압력 감응 소자(S)의 저항값이 변함으로써, A/D 컨버터(42)에 입력되는 전압이 변하게 된다.
검출 회로(40)에 의해 물체의 접촉이 검지되지 않을 때 압력 검출 장치는 대기 모드를 유지한다. 대기 모드에서는, 통상 동작 모드 시의 행 순차 구동과 같이 단시간에 펄스를 전환하는 구동은 불필요하여, 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한 대기 모드에서 A/D 컨버터(42)는, 통상 동작 모드 시와 비교해서 더욱 주파수가 낮은 클럭을 바탕으로 동작하도록 해도 된다. 이로써 A/D 컨버터(42)의 소비 전력을 삭감할 수 있다.
검출 회로(40)가 물체의 접촉을 검지했을 때 제어 회로(50)는, 대기 모드로부터 통상 동작 모드로 이행된다. 통상 동작 모드에서는, 제어 회로(50)의 제어 하에서, 수직 주사 회로(20)로부터 제 1 구동 신호선(X1)에 공급하는 구동 신호(PTX1)를, 행 순차로 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전이한다. 예를 들면 도 3에 도시한 것과 같이, 제 1 구동 신호선(X11, X12, X13, X14, X15, …, X1m)에 공급하는 구동 신호(PTX11, PTX12, PTX13, PTX14, PTX15, …, PTX1m)를 순차적으로 하이 레벨로 한다.
이로써 제 1 구동 신호선(X1)에 접속된 센서 셀(12)의 선택 트랜지스터(M)가 행 단위로 순차적으로 온(ON) 상태가 되고, 각 열의 출력 신호선(Y)에는, 압력 감응 소자(S)에 대한 물체의 접촉 상태에 따른 전압이 출력된다. 이 동작을 제 1 행부터 제 m 행에 대하여 순차적으로 수행함으로써, 압력의 2차원 분포를 고정밀도로 측정할 수 있다.
이 때 제 2 구동 신호선(X2)에 공급하는 구동 신호(PSTB)는, 제 1 구동 신호선(X1)에 공급하는 구동 신호(PTX1)와는 다른 타이밍으로, 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전이한다. 예를 들면 도 3에 도시한 것과 같이, 각 행의 구동 신호(PTX1)를 순차적으로 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전이하는 것보다 앞선 타이밍으로, 구동 신호(PSTB)를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전이한다. 이로써 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)의 선택 트랜지스터(M)가 온(ON) 상태가 되고, 출력 신호선(Y)에는, 압력 감응 소자(S)에 대한 물체의 접촉 상태에 따른 압력이 출력된다. 제 2 구동 신호선(X2)에도 구동 신호를 공급함으로써 모든 센서 셀(12)을 압력 측정에 사용할 수 있다.
구동 신호(PSTB)를 하이 레벨로 하면 복수의 제 2 구동 신호선(X2, 예를 들면 제 2 구동 신호선 X21, X23, X25)이 동시에 하이 레벨이 된다. 그러나 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)의 수는 각 열에 1개 이하이기 때문에 1개 열의 복수의 센서 셀(12)에서 선택 트랜지스터(M)가 동시에 온(ON)이 되는 일은 없다.
모든 센서 셀(12)로부터의 출력 전압이, 물체가 접촉하지 않을 때의 소정값으로 돌아왔을 때, 제어 회로(50)는 통상 동작 모드로부터 대기 모드로 이행되고, 상술한 동작을 반복 실행한다.
또한 통상 동작 모드에서는, 제 2 구동 신호선(X2)은 반드시 구동할 필요는 없다. 이 경우 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)에서는 압력 검지를 할 수 없지만, 예를 들면 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)의 수가 전체 센서 셀(12)의 수보다 충분히 적은 것과 같은 경우에는, 검출 정밀도에 대한 영향은 작다.
또한 상기 실시형태에서는, 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)로부터의 출력을 통상 동작 모드에서도 이용하는 관점에서, 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)의 수를 각 열에 1개 이하로 하고 있다. 통상 동작 모드에서 제 2 구동 신호선(X2)을 구동하지 않는 경우에는, 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)의 수를 각 열에 2개 이상으로 해도 된다.
제 2 구동 신호선(X2)과 전압 공급 회로(30)를 구비하지 않은, 도 6에 도시한 것과 같은 압력 검출 장치(200)에서 물체의 접촉을 검지하기 위해서는, 상술한 통상 동작 모드와 동일한 행 순차 구동을 수행하여, 센서 어레이(10) 내의 압력 분포를 측정하는 것이 필요하다. 따라서 물체의 접촉 판정에는 센서 어레이(10)의 행수에 따른 판독 시간이 필요하고, 또한 필요한 소비 전력도 커진다.
본 실시형태에 따른 압력 검출 장치(100)에서는, 한 번의 펄스 구동으로 센서 어레이(10) 내에서의 물체의 접촉 판정을 수행할 수 있다. 따라서 물체의 접촉 판정을 수행하기 위한 소비 전력은, 센서 어레이(10)를 구성하는 센서 셀(12)의 행수를 m으로 하면, 도 6의 압력 검출 장치(200)의 경우와 비교해서 대략 1/m로 저감할 수 있다. 또한 물체의 접촉 판정에 필요한 처리 속도도, 도 6의 압력 검출 장치(200)의 경우와 비교해서 대략 1/m로 저감할 수 있다.
예를 들면 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치를 로봇의 손가락에 탑재한 경우 대기 모드에서의 동작에 의해, 로봇의 손가락이 물체에 접촉한 것을 재빨리 검지할 수 있고, 그 정보에 따라서 동력 부분 제어를 신속히 수행할 수 있다. 또한 통상 동작 모드에서는, 검지한 압력의 2차원 분포로부터, 로봇이 접촉한 물체 표면의 요철 등을 정확히 판독할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면 통상 동작 시의 검출 정밀도를 저하시키지 않고, 압력이 가해지지 않은 상태에서의 소비 전력을 저감할 수 있다.
<제 2 실시형태>
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압력 검출 장치 및 그 구동 방법에 대하여, 도 4 및 도 5를 가지고 설명한다. 도 4는, 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도 5는, 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구동 방법을 도시한 타이밍 도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 제 1 실시형태에 따른 압력 검출 장치와 동일한 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고, 설명을 생략하거나 혹은 간결히 한다.
우선 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구조에 대하여 도 4를 가지고 설명한다.
본 실시형태에 따른 압력 검출 장치(100)는, 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(12)의 구성이 다른 것 이외에는 도 1에 도시한 제 1 실시형태에 따른 압력 검출 장치와 동일하다.
본 실시형태에 따른 압력 검출 장치(100)는, 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(14)이, 2개의 선택 트랜지스터(M1, M2)와 1개의 압력 감응 소자(S)에 의해 구성되어 있다. 기타 센서 셀(12)은, 제 1 실시형태에 따른 입력 검출 장치의 센서 셀(12)과 동일하다.
센서 셀(14)의 압력 감응 소자(S)는, 일방 단자가 전원 전압선에 접속되어 있고, 타방 단자가 선택 트랜지스터(M1)의 드레인 및 선택 트랜지스터(M2)의 드레인에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M1)의 소스 및 선택 트랜지스터(M2)의 소스는, 대응하는 열의 출력 신호선(Y)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M1)의 게이트는, 대응하는 행의 제 1 구동 신호선(X1)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M2)의 게이트는, 대응하는 행의 제 2 구동 신호선(X2)에 접속되어 있다.
또한 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치에서는, 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(14)은 각 열에 복수개(1개 이상) 접속되어 있어도 된다.
다음으로, 본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구동 방법에 대하여 도 5를 가지고 설명한다.
본 실시형태에 따른 압력 검출 장치의 구동 방법은, 제 1 실시형태와 동일하게 구동 모드로서 대기 모드와 통상 동작 모드를 포함한다.
대기 모드에서는, 제어 회로(50)의 제어 하에서, 수직 주사 회로(20)로부터 제 1 구동 신호선(X1)에 공급하는 구동 신호(PTX1)를, 로우 레벨로 유지한다. 또한 전압 공급 회로(30)로부터 제 2 구동 신호선(X2)에 공급되는 구동 신호(PSTB)는, 소정의 시간 간격으로 간헐적으로 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전이한다.
구동 신호(PSTB)가 하이 레벨이 되면 제 2 구동 신호선(X2)에 접속된 센서 셀(14)의 선택 트랜지스터(M2)가 온(ON) 상태가 되고, 압력 감응 소자(S)가 선택 트랜지스터(M2)를 통하여 출력 신호선(Y)에 접속된다. 이 때 압력 감응 소자(S)에 물체가 접촉되면 압력 감응 소자(S)의 저항값이 변하고, 출력 신호선(Y)의 전압이 변한다. 이 전압 변화를 검출 회로(40)에 의해 검출함으로써, 물체가 접촉된 것을 검지할 수 있다.
또한 출력 신호선(Y)에 복수의 센서 셀(14)이 접속되어 있는 경우, 출력 신호선(Y)의 전압은 반드시 압력 감응 소자(S)에 가해지는 압력에 따른 값이 되지는 않지만, 대기 모드에서는 물체가 접촉된 것을 검지할 수 있으면 충분하다.
검출 회로(40)에 의해 물체의 접촉이 검지되지 않을 때 압력 검출 장치는 대기 모드를 유지한다. 대기 모드에서는, 통상 동작 모드 시의 행 순차 구동과 같이 단시간에 펄스를 전환하는 구동은 불필요하여, 소비 전력을 저감할 수 있다.
검출 회로(40)가 물체의 접촉을 검지했을 때 제어 회로(50)는, 대기 모드로부터 통상 동작 모드로 이행된다. 통상 동작 모드에서는, 제어 회로(50)의 제어 하에서, 수직 주사 회로(20)로부터 제 1 구동 신호선(X1)에 공급하는 구동 신호(PTX1)를, 행 순차로 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전이한다. 예를 들면 도 5에 도시한 것과 같이, 제 1 구동 신호선(X11, X12, X13, X14, X15, …, X1m)에 공급하는 구동 신호(PTX11, PTX12, PTX13, PTX14, PTX15, …, PTX1m)를 순차적으로 하이 레벨로 한다. 또한 본 실시형태에서는, 통상 동작 모드에서의 제 2 구동 신호선(X2)의 구동은 수행하지 않는다.
이로써 센서 셀(12)의 선택 트랜지스터(M) 및 센서 셀(14)의 선택 트랜지스터(M1)가 행 단위로 순차적으로 온(ON) 상태가 되고, 각 열의 출력 신호선(Y)에는, 압력 감응 소자(S)에 대한 물체의 접촉 상태에 따른 전압이 출력된다. 이 동작을 제 1 행부터 제 m 행에 대하여 순차적으로 수행함으로써, 압력의 2차원 분포를 고정밀도로 측정할 수 있다.
본 실시형태의 압력 검출 장치에서는, 대기 모드와 통상 동작 모드에서 센서 셀(14)로 구동하는 선택 트랜지스터(M1, M2)가 다르다. 따라서 1열에 복수의 센서 셀(14)이 설치되어 있어도 통상 동작 모드에서 1개 열의 복수의 센서 셀(14)에서 선택 트랜지스터(M1)가 동시에 온(ON)이 되는 일은 없다.
모든 센서 셀(12)로부터의 출력 전압이, 물체가 접촉하고 있지 않을 때의 소정값으로 돌아왔을 때, 제어 회로(50)는 통상 동작 모드로부터 대기 모드로 이행되고, 상술한 동작을 반복 실행한다.
본 실시형태에 따른 압력 검출 장치(100)에서는, 한 번의 펄스 구동으로 센서 어레이(10) 내에서의 물체의 접촉 판정을 수행할 수 있다. 따라서 물체의 접촉 판정을 수행하기 위한 소비 전력은, 센서 어레이(10)를 구성하는 센서 셀(12)의 행수를 m으로 하면, 도 6의 압력 검출 장치(200)의 경우와 비교해서 대략 1/m로 저감할 수 있다. 또한 물체의 접촉 판정에 필요한 처리 속도도, 도 6의 압력 검출 장치(200)의 경우와 비교해서 대략 1/m로 저감할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면 통상 동작 시의 검출 정밀도를 저하시키지 않고, 압력이 가해지지 않은 상태에서의 소비 전력을 저감할 수 있다.
<변형 실시형태>
본 발명의 상기 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
예를 들면 상기 실시형태에서는, 통상 동작 모드에서 모든 행의 제 1 구동 신호선(X1)을 행 순차로 구동했지만, 반드시 모든 행을 구동할 필요는 없다.
또한 상기 실시형태에서는, 본 발명의 압력 검출 장치를 로봇의 손가락에 탑재하는 예를 나타냈지만, 본 발명의 압력 검출 장치는, 압력의 2차원 분포 측정과 터치 센싱 기능이 요구되는 다양한 장치에 탑재 가능하다. 예를 들면 본 발명의 압력 검출 장치를, 터치 센서 일체형 표시 장치의 터치 패널에 적용하는 것도 가능하다.
또한 상기 실시형태는 모두 본 발명을 실시하기 위한 구체화된 예를 나타낸 것에 불과하고, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안 된다. 즉 본 발명은 그 기술 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어나지 않고 다양한 형태로 실시할 수 있다.
M, M1, M2: 선택 트랜지스터 S: 압력 감응 소자
10: 센서 어레이 12: 센서 셀
20: 수직 주사 회로 30: 전압 공급 회로
40: 검출 회로 50: 제어 회로

Claims (12)

  1. 압력 감응 소자와 선택 트랜지스터를 각각이 포함하고, 복수 행 및 복수 열에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀과,
    상기 복수 행 각각에 배치된 복수의 제 1 구동 신호선과,
    상기 복수 행 중에서 적어도 일부 행에 배치된 복수의 제 2 구동 신호선과,
    상기 복수의 제 1 구동 신호선에 접속되고, 각 행의 상기 제 1 구동 신호선에 상기 선택 트랜지스터의 구동 신호를 개별로 공급하는 제 1 구동 회로와,
    상기 복수의 제 2 구동 신호선에 접속되고, 상기 복수의 제 2 구동 신호선에 동시에 상기 선택 트랜지스터의 구동 신호를 공급하는 제 2 구동 회로를 가지며,
    상기 복수의 제 2 구동 신호선의 각각은, 대응하는 행에 배치된 상기 센서 셀 중에서 일부 상기 센서 셀에 접속되어 있고,
    상기 복수의 제 1 구동 신호선의 각각은, 대응하는 행에 배치된 상기 센서 셀 중에서 상기 제 2 구동 신호선에 접속되지 않은 상기 센서 셀에 접속되어 있는 압력 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구동 회로에 의해 상기 제 1 구동 신호선을 순차적으로 구동하는 제 1 구동 모드와, 상기 제 2 구동 회로에 의해 상기 복수의 제 2 구동 신호선을 동시에 구동하는 제 2 구동 모드를 전환하는 제어 회로를 더욱 가지는 압력 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 복수의 센서 셀의 상기 압력 감응 소자가 압력 변화를 검지하지 않을 때에 상기 제 2 구동 모드로 전환하는 압력 검출 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제 2 구동 회로에 의해 상기 복수의 제 2 구동 신호선을 소정의 시간 간격으로 간헐적으로 구동하는 압력 검출 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제 2 구동 모드에서, 어느 상기 센서 셀의 상기 압력 감응 소자가 압력 변화를 검지했을 때 상기 제 1 구동 모드로 전환하는 압력 검출 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제 1 구동 모드에서, 상기 제 1 구동 회로에 의해 구동하고 있는 상기 제 1 구동 신호선이 속하는 행에 상기 제 2 구동 신호선이 포함되는 경우에 상기 제 1 구동 신호선의 구동과 동기하여 상기 제 2 구동 회로를 구동하는 압력 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 신호선에 접속된 상기 센서 셀은, 2차원적으로 등간격으로 배치되어 있는 압력 검출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 신호선에 접속된 상기 센서 셀의 수는, 각 열에 1개 이하인 압력 검출 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 신호선에 접속된 상기 센서 셀은, 상기 제 1 구동 신호선에 접속된 제 2 선택 트랜지스터를 더욱 가지는 압력 검출 장치.
  10. 압력 감응 소자와 선택 트랜지스터를 각각이 포함하고, 복수 행 및 복수 열에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀과, 상기 복수 행 각각에 배치된 복수의 제 1 구동 신호선과, 상기 복수 행 중에서 적어도 일부 행에 배치된 복수의 제 2 구동 신호선과, 상기 복수의 제 1 구동 신호선에 상기 선택 트랜지스터의 구동 신호를 공급하는 제 1 구동 회로와, 상기 복수의 제 2 구동 신호선에 상기 선택 트랜지스터의 구동 신호를 공급하는 제 2 구동 회로를 가지며, 상기 복수의 제 2 구동 신호선의 각각이, 대응하는 행에 배치된 상기 센서 셀 중에서 일부 상기 센서 셀에 접속되고, 상기 복수의 제 1 구동 신호선의 각각이, 대응하는 행에 배치된 상기 센서 셀 중에서 상기 제 2 구동 신호선에 접속되지 않은 상기 센서 셀에 접속되어 있는, 압력 검출 장치의 구동 방법으로서,
    어느 상기 센서 셀의 상기 압력 감응 소자가 압력 변화를 검지했을 때, 상기 제 1 구동 회로에 의해 상기 제 1 구동 신호선을 순차적으로 구동하는 제 1 구동 모드를 실행하고,
    상기 복수의 센서 셀의 상기 압력 감응 소자가 압력 변화를 검지하지 않을 때, 상기 제 2 구동 회로에 의해 상기 복수의 제 2 구동 신호선을 동시에 구동하는 제 2 구동 모드를 실행하는 압력 검출 장치의 구동 방법
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 모드에서는, 상기 제 2 구동 회로에 의해 상기 복수의 제 2 구동 신호선을 소정의 시간 간격으로 간헐적으로 구동하는 압력 검출 장치의 구동 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 구동 모드에서, 상기 제 1 구동 회로에 의해 구동하고 있는 상기 제 1 구동 신호선이 속하는 행에 상기 제 2 구동 신호선이 포함되는 경우에, 상기 제 1 구동 신호선의 구동과 동기하여 상기 제 2 구동 회로를 구동하는 압력 검출 장치의 구동 방법.
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