KR102089252B1 - 힘 검출 장치 - Google Patents

힘 검출 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102089252B1
KR102089252B1 KR1020180053722A KR20180053722A KR102089252B1 KR 102089252 B1 KR102089252 B1 KR 102089252B1 KR 1020180053722 A KR1020180053722 A KR 1020180053722A KR 20180053722 A KR20180053722 A KR 20180053722A KR 102089252 B1 KR102089252 B1 KR 102089252B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
sensor
force
detection device
electrodes
Prior art date
Application number
KR1020180053722A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180130437A (ko
Inventor
츠토무 이치카와
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Publication of KR20180130437A publication Critical patent/KR20180130437A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102089252B1 publication Critical patent/KR102089252B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • H01L41/1132—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G06F3/04144—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position using an array of force sensing means
    • H01L41/042—
    • H01L41/047—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

본 발명은, 복잡한 구성을 필요로 하지 않고, 센서 면에 대해서 작용하는 센서 면에 평행한 힘을 검출할 수 있는 힘 검출 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따른 힘 검출 장치는, 3개 이상의 전극과, 3개 이상의 전극 상에 형성되고, 감압 재료로 이루어지는 센서층을 가지는 힘 센서와, 힘 센서의 3개 이상의 전극 중에서 2쌍 이상의 전극 사이의 전기 저항값을 검출하는 검출부를 가지고 있다.

Description

힘 검출 장치{Pressure sensing apparatus}
본 발명은, 감압 재료로 이루어지는 센서층을 가지는 힘 검출 장치에 관한 것이다.
소형 압력 센서 소자를 2차원 어레이 형상으로 배치하고 압력 분포 측정을 가능하게 한 압력 검출 장치가 알려져 있다(예를 들면 비특허문헌 1, 특허문헌 1 참조). 이러한 압력 검출 장치에서는, 압력 센서 소자는 외부로부터 가해지는 압력에 따른 신호 전압을 출력한다. 또한 압력 검출 장치에서는, 많은 경우에 화상 표시용 패널에 있어서의 화소 구동과 마찬가지로 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 이용하여 압력 센서 소자를 액티브 매트릭스 제어하는 것이 가정되어 있다(예를 들면 특허문헌 1을 참조).
액티브 매트릭스형 2차원 압력 센서에서는, 예를 들면 시프트 레지스트를 이용하여 액티브한 게이트 배선을 전환하여 읽어내는 압력 센서 소자를 순차적으로 변경함으로써 2차원 압력 분포 데이터를 취득한다. 이 동작을 상시 계속함으로써 시간에 따라 변하는 압력의 2차원 데이터를 취득할 수 있다.
한편 접촉 압력 및 전단력을 측정하는 센서 장치로서, 접촉 압력 측정부와 전단력 측정부를 구비한 4게이지법 브릿지 회로를 구성한 것이 알려져 있다(특허문헌 2 참조). 특허문헌 2에 기재된 센서 장치에 있어서, 전단력 측정부는, 일면 측 전극에 있어서의 빗살형 전극과 대면 측 전극에 있어서의 빗살형 전극의 빗살 부분을 일치시켜서 대면시키고, 양 전극 사이에 압력 변환 소자를 끼워서 구성되어 있다.
또한 광섬유 브래그 격자배열형 센서(Fiber Bragg Gratings)에 의한 변형 센서에 의해 압력을 측정하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 3 참조). 또한 피에조 저항 캔틸레버로 이루어지는 X축 센서, Y축 센서 및 Z축 센서를 조합하여 사용함으로써, 전단력과 압력을 측정하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 4 참조).
특허문헌 1: 일본특허공개공보 평10-070278 호 특허문헌 2: 일본특허공보 제5688792 호 특허문헌 3: 일본특허공개공보 2007-263937 호 특허문헌 4: 일본특허공보 제5561674 호
비특허문헌 1: NanotechJapan Bulletin Vol.6, No.3, 2013, pp.6-7
상술한 것과 같은 2차원 압력 센서는, 예를 들면 인간을 모방한 로봇의 손끝 등에 있어서의 촉각 정보 등을 검출하는 센서로서의 응용이 기대되고 있다. 그러나 종래의 2차원 압력 센서에서는, 힘이 작용하는 접촉 면인 센서 면에 대해서 작용하는 힘 중에서 센서 면에 수직인 힘인 압력을 검출할 수는 있지만 센서 면에 평행한 힘을 검출할 수 없었다.
예를 들면 센서 면에 접촉된 물체를 옆으로 끌거나 미끄러지게 한 경우, 센서 면에 대해서는 전단력과 마찰력 등 센서 면에 평행한 힘이 작용한다. 종래의 2차원 압력 센서로는, 이러한 센서 면에 평행한 힘을 검출할 수 없었다. 그렇기 때문에 종래의 2차원 압력 센서를 이용하여 촉각 센서를 구축했다고 하더라도 센서 면에 접촉된 물체를 옆으로 끌거나 미끄러지게 하는 동작을 검출하는 것은 곤란하다고 생각된다.
전단력 등 접촉면에 평행한 힘의 방향과 크기에 관한 정보는, 예를 들면 로봇의 손끝이 물체를 파지하는 장면 등에 있어서 중요한 정보이다. 예를 들면 로봇의 손끝이 파지하는 물체가 벗어나려고 하는 경우, 벗어나는 방향이 중력 방향 또는 그 역방향, 또는 중력 방향과 직교하는 방향인지 알 수 있다면 파지하는 힘을 강하게 할지 약하게 할지 또는 유지할지를 판정하여 제어할 수 있다.
한편 특허문헌 1에 기재된 센서 장치로는, 대향하는 2층의 빗살형 전극의 위치를 정밀하게 맞춰서 형성하는 것은 쉽지 않다고 생각된다. 또한 특허문헌 3에 기재된 기술과 같이 센서 디바이스로서 광섬유를 사용하는 것은, 디바이스의 소형화에 적합하지 않다고 생각된다. 더욱이 특허문헌 4에 기재된 기술과 같이 X축 센서, Y축 센서 및 Z축 센서의 직교 3축 방향에 대응하는 센서를 사용하는 것은, 구성이 복잡하고 제조 비용도 높아질 것으로 생각된다.
본 발명은, 복잡한 구성을 필요로 하지 않고, 센서 면에 대해서 작용하는 센서 면에 평행한 힘을 검출할 수 있는 힘 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일관점에 따르면 3개 이상의 전극과, 상기 3개 이상의 전극 상에 형성되고, 감압 재료로 이루어지는 센서층을 가지는 힘 센서와, 상기 힘 센서의 상기 3개 이상의 전극 중에서 2쌍 이상의 전극 사이의 전기 저항값을 검출하는 검출부를 가지는 것을 특징으로 하는 힘 검출 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면 복잡한 구성을 필요로 하지 않고, 센서 면에 대해서 작용하는 센서 면에 평행한 힘을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 힘 검출 장치의 전체 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 있어서의 센서 셀을 포함한 셀 어레이의 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 있어서의 센서 셀의 전기 저항값을 설명하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 있어서의 센서 셀의 각 전기 저항값의 대소 관계와 힘의 방향의 대응 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 있어서의 센서 셀을 포함한 셀 어레이의 구조를 도시한 평면도이다.
도 6은 배경 기술에 따른 2차원 압력 센서의 센서 셀을 포함한 셀 어레이의 구조를 도시한 평면도이다.
도 7은 배경 기술에 따른 2차원 압력 센서의 센서 셀의 전기 저항값을 설명하는 평면도이다.
<제 1 실시형태>
본 발명의 제 1 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 대하여 도 1 내지 도 4를 가지고 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치의 전체 구조를 도시한 개략도이다. 도 2는, 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 있어서의 센서 셀을 포함한 셀 어레이의 구조를 도시한 평면도이다. 도 3은, 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 있어서의 센서 셀의 전기 저항값을 설명하는 평면도이다. 도 4는, 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 있어서의 센서 셀의 각 전기 저항값의 대소 관계와 힘의 방향의 대응 관계를 도시한 도면이다.
본 실시형태에 따른 힘 검출 장치는, 예를 들면 액정 표시 장치, OLED(Organic Light Emitting Diode) 표시 장치 등의 터치 패널과 로봇의 손가락에 설치되어, 센서 면에 대해서 작용하는 센서 면에 평행한 힘을 검출하는 것이다.
본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같이 센서 어레이(10), 게이트선 구동 회로(20), 검출 회로(30), 전원선 구동 회로(40), 제어부(50)를 가지고 있다.
센서 어레이(10)는, 복수 행(예를 들면 m행) 및 복수 열(예를 들면 n열)에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀(60)을 포함한다. 또한 m, n은 각각 2 이상의 정수이다. 센서 어레이(10)에 있어서, 복수의 센서 셀(60)은, 예를 들면 정방 격자상 등의 직사각형 격자상으로 배치되어 있다.
각각의 센서 셀(60)은, 각각 제 1 액티브 소자 및 제 2 액티브 소자인 2개의 선택 트랜지스터(M1, M2)와, 감압 재료를 사용한 힘 센서(S)를 포함한다. 선택 트랜지스터(M1, M2)는, 예를 들면 각각 박막 트랜지스터로 이루어진다. 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)는, 선택 트랜지스터(M1, M2)를 액티브 소자로 하는 액티브 매트릭스 구동 방식의 센서 장치이다.
힘 센서(S)는, 4개의 전극(62A, 62B, 62C, 62D)과, 4개의 전극(62A, 62B, 62C, 62D) 상에 형성된 감압 재료로 이루어지는 센서층(64)을 가지고 있다.
전극(62A, 62B, 62C, 62D)은, 서로 별개 독립된 제 1 전극, 제 2 전극, 제 3 전극 및 제 4 전극을 구성하고 있다. 전극(62A, 62B, 62C, 62D)은, 각각 기판 상에 절연층을 개재하여 형성되어 있다. 센서층(64)은, 각각 전극(62A, 62B, 62C, 62D)을 노출하는 개구부(66A, 66B, 66C, 66D)가 형성된 절연층 상에 형성되어 있고, 개구부(66A, 66B, 66C, 66D)를 개재하여 전극(62A, 62B, 62C, 62D)에 접촉되어 있다. 기판은, 기판상 부재 이외에 시트상 부재, 필름상 부재도 포함하는 것으로, 그 재료로서는 모든 재료를 채용할 수 있다. 또한 기판은, 유연성을 가진 플렉서블한 것이어도 되고, 유연성을 가지지 않는 경질의 것이어도 된다.
센서층(64)은, 예를 들면 압력 변화에 수반하여 전기 저항값이 변하는 감압 재료로부터 구성되어 있다. 더욱 구체적으로는, 센서층(64)을 구성하는 감압 재료로서는, 절연성 수지와, 절연성 수지에 분산된 도전성 필러를 포함하는 감압 도전성 재료가 예시된다. 이러한 감압 도전성 재료에서는, 가해지는 압력의 크기에 따라서 도전성 필러의 접점 수가 변함으로써, 가해지는 압력의 크기에 따라서 전기 저항값이 변한다. 또한 센서층(64)을 구성하는 감압 재료로서, 미세한 요철이 형성된 전극에 대해서, 그 전극과의 접촉면에 미세한 요철이 형성된 감압 도전성 재료를 사용할 수도 있다. 이러한 감압 도전성 재료에서는, 가해지는 압력의 크기에 따라서 미세한 요철에 의해 전극과의 접촉 면적이 변함으로써, 가해지는 압력의 크기에 따라서 전기 저항값이 변한다.
센서층(64)은, 예를 들면 행 방향 및 열 방향을 따르는 2쌍의 변을 가지는 대략 직사각형 형상의 평면 형상을 가지고 있다. 또한 센서층(64)의 평면 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 형상을 채용할 수 있다.
한편 전극(62A, 62B, 62C, 62D)은, 서로 동일한 평면 형상으로서, 센서층(64)보다 작은 평면 형상을 가지고 있다. 전극(62A, 62B, 62C, 62D)은, 예를 들면 행 방향 및 열 방향을 따르는 2쌍의 변을 가지는 대략 직사각형 형상의 평면 형상을 가지고 있다. 또한 전극(62A, 62B, 62C, 62D)의 평면 형상은, 특별히 한정되는 것이 아니라 여러 가지 형상을 채용할 수 있다.
전극(62A, 62B, 62C, 62D)은, 2차원적으로 등간격으로 배치되어 있다.
전극(62A, 62B, 62C, 62D)은, 센서층(64)의 네 모퉁이에 위치하도록 배치되어 있다. 도 2에서는, 전극(62A, 62B, 62C, 62D)이, 각각 센서층(64)의 지면 좌측 상단 모퉁이, 지면 우측 상단 모퉁이, 지면 좌측 하단 모퉁이 및 지면 우측 하단 모퉁이에 배치되어 있는 경우를 도시하고 있다.
이렇게 해서 전극(62A, 62B, 62C, 62D) 상에 센서층(64)이 형성되어 있는 측의 면이, 접촉된 물체에 의해 작용하는 힘을 검출하는 힘 검출면인 센서 면(70)으로 되어 있다. 센서 면(70)에는, 복수의 센서층(64)이 노출되어 있어도 되고, 복수의 센서층(64)을 포함한 센서 면(70)을 보호하는 수지 재료 등으로 이루어지는 보호층(미도시)이 형성되어 있어도 된다.
센서 어레이(10)의 각 행에는, 행 방향으로 연장되어 제 1 액티브 소자인 선택 트랜지스터(M1)를 구동하기 위한 제 1 구동 신호선인 복수의 제 1 게이트선(GL1a, GL2a,..., GLma)이 배치되어 있다. 또한 센서 어레이(10)의 각 행에는, 행 방향으로 연장되어 제 2 액티브 소자인 선택 트랜지스터(M2)를 구동하기 위한 제 2 구동 신호선인 복수의 제 2 게이트선(GL1b, GL2b,..., GLmb)이 배치되어 있다. 제 2 게이트선(GL1b, GL2b,..., GLmb)은, 각각 제 1 게이트선(GL1a, GL2a,..., GLma)에 대응하여 배치되어 있다. 제 1 게이트선(GL1a, GL2a,... GLma) 및 제 2 게이트선(GL1b, GL2b,...,GLmb)은, 게이트선 구동 회로(20)에 접속되어 있다. 또한 이하에서는, 제 1 게이트선을 '제 1 게이트선(GLia)'로 적절히 표기하고, 제 2 게이트선을 '제 2 게이트선(GLib)'로 적절히 표기한다. 단, i는 1≤i≤m을 만족하는 정수이다.
센서 어레이(10)의 각 열에는, 열 방향으로 연장되어 출력 신호선인 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)이 배치되어 있다. 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)은, 각각 검출 회로(30)에 포함된 저항(R)의 일단에 접속되어 있다. 저항(R)의 타단은, 접지 전압(VS)의 접지 전압선에 접속되어 있다. 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)과 저항(R)의 일단 사이의 접속 노드에는, 검출 회로(30)에 포함된 A/D 컨버터(68)의 입력 단자 측이 접속되어 있다. 또한 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)을 A/D 컨버터에 접속하는 구성은, 도 2에 도시한 구성에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 구성을 채용할 수 있다. 예를 들면 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)을, 멀티플렉서를 개재하여 단일 A/D 컨버터의 입력에 접속하는 구성을 채용할 수 있다. 이하에서는, 데이터선을 '데이터선(DLj)'으로 적절히 표기한다. 단, j는 1≤j≤n을 만족하는 정수이다.
또한 센서 어레이(10)의 각 열에는, 열 방향으로 연장되어 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)이 배치되어 있다. 또한 센서 어레이(10)의 각 열에는, 열 방향으로 연장되고, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)에 대응하여, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)이 배치되어 있다. 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna) 및 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)은, 전원선 구동 회로(40)에 접속되어 있다. 또한 이하에서는, 제 1 전원선을 '제 1 전원선(VLja)'으로 적절히 표기하고, 제 2 전원선을 '제 2 전원선(VLjb)'으로 적절히 표기한다. 단, j는 1≤j≤n을 만족하는 정수이다.
제 i 행, 제 j 열에 위치한 센서 셀(60)에 있어서의 힘 센서(S)의 전극(62A, 62B, 62C, 62D), 선택 트랜지스터(M1, M2)는, 각각 다음과 같이 접속되어 있다.
즉, 선택 트랜지스터(M1)의 게이트 전극은, 대응하는 제 i 행의 제 1 게이트선(GLia)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M1)의 소스 전극은, 대응하는 제 j 열의 데이터선(DLj)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M1)의 드레인 전극은, 전극(62A)에 접속되어 있다.
또한 선택 트랜지스터(M2)의 게이트 전극은, 대응하는 제 i 행의 제 2 게이트선(GLib)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M2)의 소스 전극은, 대응하는 제 j 열의 데이터선(DLj)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M2)의 드레인 전극은, 전극(62D)에 접속되어 있다.
또한 전극(62C)은, 대응하는 제 j 열의 제 1 전원선(VLja)에 접속되어 있다. 전극(62B)은, 대응하는 제 j 열의 제 2 전원선(VLjb)에 접속되어 있다.
게이트선 구동 회로(20)는, 디코더와 시프트 레지스터로 구성된다. 게이트선 구동 회로(20)는, 제 1 게이트선(GLia)에 구동 신호(Pia)를 공급한다. 또한 게이트선 구동 회로(20)는, 제 2 게이트선(GLib)에 구동 신호(Pib)를 공급한다. 구동 신호(Pia)는, 제 1 게이트선(GLia)에 접속된 선택 트랜지스터(M1)의 구동 신호이다. 또한 구동 신호(Pib)는, 제 2 게이트선(GLib)에 접속된 선택 트랜지스터(M2)의 구동 신호이다. 이와 같이 게이트선 구동 회로(20)는, 선택 트랜지스터(M1, M2)를 구동하는 구동 회로이다. 예를 들면, 선택 트랜지스터(M1, M2)가 N형 트랜지스터인 경우, 구동 신호(Pia, Pib)가 하이 레벨일 때, 대응하는 제 i 행의 선택 트랜지스터(M1, M2)는 온 상태가 된다. 또한 구동 신호(Pia, Pib)가 로우 레벨일 때, 대응하는 제 i 행의 선택 트랜지스터(M1, M2)는 오프 상태가 된다.
검출 회로(30)는, 데이터선(DLj)의 전압을 검출하고, 후술하는 것과 같이 힘 센서(S)에 있어서의 전극 사이의 전기 저항값의 출력을 검출하기 위한 검출부로서 기능하는 회로이며, 상술한 것과 같이 저항(R), A/D 컨터버(68) 등을 포함하는 것이다. 검출 회로(30)에 의해 검출된 힘 센서(S)에 있어서의 전극 사이의 전기 저항값의 출력에 기초하여, 힘 센서(S)에 의해 검출되는 힘의 방향 및 크기를 구하는 것이 가능해진다.
전원선 구동 회로(40)는, 제 1 전원선(VLja)에 전원 전압(VD)을 공급하여 제 1 전원선(VLja)을 온 상태로 하고, 또한 제 1 전원선(VLja)을 하이 임피던스로 해서 오프 상태로 한다. 또한 전원선 구동 회로(40)는, 제 2 전원선(VLjb)에 전원 전압(VD)을 공급하여 제 2 전원선(VLjb)을 온 상태로 하고, 또한 제 2 전원선(VLjb)을 하이 임피던스로 해서 오프 상태로 한다.
제어부(50)는, 게이트선 구동 회로(20), 검출 회로(30) 및 전원선 구동 회로(40)에 접속되어 있다. 제어부(50)는, 여러 가지 연산, 제어, 판별 등의 처리를 실행하는 CPU(Central Processing Unit)를 가지고 있다. 또한 제어부(50)는, CPU에 의해 실행되는 다양한 프로그램, CPU가 참조할 데이터 베이스 등을 격납하는 ROM(Read Only Memory)을 가지고 있다. 또한 제어부(50)는, CPU가 처리 중인 데이터와 입력 데이터 등을 일시적으로 격납하는 RAM(Random Access Memory)을 가지고 있다. 또한 제어부(50)는, 힘 검출 장치(100)에 일체적으로 내장된 것이어도 되고, 별개 독립된 컴퓨터 장치에 의해 그 기능이 실현되는 것이어도 된다.
제어부(50)는, CPU가 프로그램을 실행함으로써, 도시하지 않은 제어 회로 등을 통하여 게이트선 구동 회로(20), 검출 회로(30) 및 전원선 구동 회로(40)의 동작과 그 타이밍을 제어한다. 또한 제어부(50)는, CPU가 프로그램을 실행함으로써, 검출 회로(30)에 의해 검출된 힘 센서(S)의 전기 저항값의 출력에 기초하여, 힘 검출 장치(100)의 센서 면에 가해지는 힘의 방향 및 크기를 구하는 처리부로서 기능한다.
힘 검출 장치(100)의 센서 면(70)에 대해서는, 물체가 접촉되어 센서 면(70)에 평행한 힘이 작용하는 경우가 있다. 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘에는, 센서 면(70)에 대해서 경사진 방향으로 작용하는 힘 중에서 센서 면(70)에 평행한 성분이 포함된다. 구체적으로는, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘에는, 예를 들면 전단력, 마찰력 등이 포함된다.
이와 같이 센서 면(70)에 평행한 힘이 작용하는 경우, 공통된 센서층(64)에 접촉하는 복수의 전극(62A, 62B, 62C, 62D)을 가지는 힘 센서(S)에 있어서, 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향에 의해 센서층(64)에 작용하는 압력에 분포가 발생할 수 있다. 그렇기 때문에 복수의 전극(62A, 62B, 62C, 62D) 사이의 전기 저항값에는, 상대적인 대소 관계가 발생할 수 있다. 힘 센서(S)에 있어서의 전기 저항값의 대소 관계는, 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향과 대응시킬 수 있다. 또한 나아가서는 전극(62A, 62B, 62C, 62D) 사이의 전기 저항값에 기초하여, 센서 면(70)에 평행한 힘의 크기를 구할 수 있다.
도 3에 도시한 것과 같이, 힘 센서(S)에서는, 전극(62A)과 전극(62B) 사이의 전기 저항값(RAB), 전극(62A)과 전극(62C) 사이의 전기 저항값(RAC), 전극(62B)과 전극(62D) 사이의 전기 저항값(RBD) 및 전극(62C)과 전극(62D) 사이의 전기 저항값(RCD)이 규정된다. 이들 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 값에는, 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향에 따라 상대적인 대소 관계가 발생한다.
도 3에 도시한 힘 센서(S)의 지면에 평행한 센서 면(70)에 대해서, 센서 면(70)에 평행한 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, 도 4에 도시한 것과 같다. 또한 기호 '~'는, 양측의 전기 저항값이 대략 동등한 것을 나타내고 있다.
즉, 센서 면(70)에 대해서 지면의 상측으로부터 하측으로, 수직으로 향하는 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, RCD < RAC ~ RBD < RAB가 된다.
또한, 센서 면(70)에 대해서 지면의 하측으로부터 상측으로, 수직으로 향하는 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, RAB < RAC ~ RBD < RCD가 된다.
또한, 센서 면(70)에 대해서 지면의 좌측으로부터 우측으로, 평행하게 향하는 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, RBD < RAB ~ RCD < RAC가 된다.
또한, 센서 면(70)에 대해서 지면의 우측으로부터 좌측으로, 평행하게 향하는 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, RAC < RAB ~ RCD < RBD가 된다.
또한, 센서 면(70)에 대해서 지면의 좌측 상단으로부터 우측 하단으로, 45 ° 대각선으로 향하는 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, RBD ~ RCD < RAB ~ RAC가 된다.
또한, 센서 면(70)에 대해서 지면의 우측 하단으로부터 좌측 상단으로, 45 ° 대각선으로 향하는 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, RAB ~ RAC < RBD ~ RCD가 된다.
또한, 센서 면(70)에 대해서 지면의 우측 상단으로부터 좌측 하단으로, 45 ° 대각선으로 향하는 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, RAC ~ RCD < RAB ~ RBD가 된다.
또한, 센서 면(70)에 대해서 지면의 좌측 하단으로부터 우측 상단으로, 45 ° 대각선으로 향하는 힘이 작용한 경우, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계는, RAB ~ RBD < RAC ~ RCD가 된다.
이와 같이 각 힘 센서(S)에 있어서의 전극(62A, 62B, 62C, 62D) 사이의 전기 저항값에 기초하여, 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향을 구할 수 있고, 더욱이 센서 면(70)에 평행한 힘의 크기도 구할 수 있다. 또한 전극 사이의 전기 저항값의 상대적인 대소 관계는, 센서층(64)을 구성하는 감압 재료와 센서층(64)의 구조, 형상에 의해 다르기 때문에 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 취득해 둘 수 있다.
본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)는, 다음과 같이 해서 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)을 취득하고 이들의 상대적인 대소 관계를 취득할 수 있다. 이하, 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)의 동작 시퀀스에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)의 센서 면(70)에 대해서는, 물체가 접촉되어 센서 면(70)에 평행한 힘이 작용하고 있다.
우선, 게이트선 구동 회로(20)로부터 구동 신호(Pia)를 제 i 행의 제 1 게이트선(GLia)에 공급하여, 제 i 행의 제 1 게이트선(GLia)을 온 상태로 한다. 이로써 제 i 행의 제 1 게이트선(GLia)에 접속된 선택 트랜지스터(M1)를, 행 단위로 온 상태로 한다. 한편 다른 제 1 게이트선 및 제 2 게이트선은, 구동 신호가 공급되어 있지 않은 오프 상태로 한다.
상기와 같이 제 i 행의 제 1 게이트선(GLia)을 온 상태로 하는 동시에, 전원선 구동 회로(40)에 의해, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)에 전원 전압(VD)을 공급하여, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 온 상태로 한다. 한편 전원선 구동 회로(40)에 의해, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)을 하이 임피던스로 하여 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)을 오프 상태로 한다.
상기와 같이 해서 제 i 행의 제 1 게이트선(GLia)을 온 상태, 다른 제 1 게이트선 및 제 2 게이트선을 오프 상태, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 온 상태, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)을 오프 상태로 한다. 이로써 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)에는, 각각 제 i 행의 대응하는 센서 셀(60)에 있어서의 힘 센서(S)의 전극(62A)과 전극(62C) 사이의 전기 저항값(RAC)에 따른 전압이 출력된다. 검출 회로(30)는, 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)에 출력된 전기 저항값(RAC)에 따른 전압을 검출한다. 이렇게 해서 검출부로서 기능하는 검출 회로(30)는, 제 i 행의 각 센서 셀(60)에 대하여, 전기 저항값(RAC)을 검출할 수 있다.
다음으로, 제 i 행의 제 1 게이트선(GLia)의 온 상태, 다른 제 1 게이트선 및 제 2 게이트선의 오프 상태를 유지하면서, 제 1 전원선 및 제 2 전원선의 온오프 상태를 전환한다. 즉, 전원선 구동 회로(40)에 의해, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 하이 임피던스로 해서 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 오프 상태로 한다. 한편 전원선 구동 회로(40)에 의해, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)에 전원 전압(VD)을 공급하여, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)을 온 상태로 한다.
상기와 같이 해서 제 i 행의 제 1 게이트선(GLia)을 온 상태, 다른 제 1 게이트선 및 제 2 게이트선을 오프 상태, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 오프 상태, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,...,VLnb)을 온 상태로 한다. 이로써 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)에는, 각각 제 i 행의 대응하는 센서 셀(60)에 있어서의 힘 센서(S)의 전극(62A)과 전극(62B) 사이의 전기 저항값(RAB)에 따른 전압이 출력된다. 검출 회로(30)는, 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)에 출력된 전기 저항값(RAB)에 따른 전압을 검출한다. 이렇게 해서 검출부로서 기능하는 검출 회로(30)는, 제 i 행의 각 센서 셀(60)에 대하여, 전기 저항값(RAB)을 검출할 수 있다.
다음으로, 게이트선 구동 회로(20)로부터 구동 신호(Pib)를 제 i 행의 제 2 게이트선(GLib)에 공급하여, 제 i 행의 제 2 게이트선(GLib)을 온 상태로 한다. 이로써 제 i 행의 제 2 게이트선(GLib)에 접속된 선택 트랜지스터(M2)를, 행 단위로 온 상태로 한다. 한편 다른 제 1 게이트선 및 제 2 게이트선은, 구동 신호가 공급되어 있지 않은 오프 상태로 한다.
상기와 같이 제 i 행의 제 2 게이트선(GLib)을 온 상태로 하는 동시에, 전원선 구동 회로(40)에 의해, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)에 전원 전압(VD)을 공급하여, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,...VLna)을 온 상태로 한다. 한편 전원선 구동 회로(40)에 의해, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)을 하이 임피던스로 하여 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)을 오프 상태로 한다.
상기와 같이 해서 제 i 행의 제 2 게이트선(GLib)을 온 상태, 다른 제 1 게이트선 및 제 2 게이트선을 오프 상태, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 온 상태, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)을 오프 상태로 한다. 이로써 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)에는, 각각 제 i 행의 대응하는 센서 셀(60)에 있어서의 힘 센서(S)의 전극(62C)과 전극(62D) 사이의 전기 저항값(RCD)에 따른 전압이 출력된다. 검출 회로(30)는, 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)에 출력된 전기 저항값(RCD)에 따른 전압을 검출한다. 이렇게 해서, 검출부로서 기능하는 검출 회로(30)는, 제 i 행의 각 센서 셀(60)에 대하여, 전기 저항값(RCD)을 검출할 수 있다.
다음으로, 제 i 행의 제 2 게이트선(GLib)의 온 상태, 다른 제 1 게이트선 및 제 2 게이트선의 오프 상태를 유지하면서, 제 1 전원선 및 제 2 전원선의 온오프 상태를 전환한다. 즉, 전원선 구동 회로(40)에 의해, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 하이 임피던스로 해서 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 오프 상태로 한다. 한편 전원선 구동 회로(40)에 의해, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)에 전원 전압(VD)을 공급하여, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,..., VLnb)을 온 상태로 한다.
상기와 같이 해서 제 i 행의 제 2 게이트선(GLib)을 온 상태, 다른 제 1 게이트선 및 제 2 게이트선을 오프 상태, 제 1 전원선(VL1a, VL2a,..., VLna)을 오프 상태, 제 2 전원선(VL1b, VL2b,...VLnb)을 온 상태로 한다. 이로써 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)에는, 각각 제 i 행의 대응하는 센서 셀(60)에 있어서의 힘 센서(S)의 전극(62B)과 전극(62D) 사이의 전기 저항값(RBD)에 따른 전압이 출력된다. 검출 회로(30)는, 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)에 출력된 전기 저항값(RBD)에 따른 전압을 검출한다. 이렇게 해서 검출부로서 기능하는 검출 회로(30)는, 제 i 행의 각 센서 셀(60)에 대하여, 전기 저항값(RBD)을 검출할 수 있다.
상술한 동작을 제 1 행부터 제 m 행에 대하여 순차적으로 수행함으로써, 센서 어레이(10)에 있어서의 각 센서 셀(60)에 대하여, 검출부로서 기능하는 검출 회로(30)가, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)을 개별로 검출하여 취득한다. 제어부(50)는, 각 센서 셀(60)에 대하여, 취득된 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)에 기초하여, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향 및 크기를 구한다. 즉, 제어부(50)는, 각 센서 셀(60)에 대하여, 취득된 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계에 기초하여, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향을 구한다. 또한 제어부(50)는, 각 센서 셀(60)에 대하여, 취득된 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)에 기초하여, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 크기를 구한다.
예를 들면, 제어부(50)는, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)의 상대적인 대소 관계와, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향의 관계에 관한 데이터 베이스를 기억 장치에 보유하고 있다. 제어부(50)는, 이러한 데이터 베이스를 참조하여, 각 센서 셀(60)에 대하여, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향을 구할 수 있다.
또한 제어부(50)는, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)과, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 크기의 관계에 관한 데이터 베이스를 기억 장치에 보유하고 있다. 제어부(50)는, 이러한 데이터 베이스를 참조하여, 각 센서 셀(60)에 대하여, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 크기도 구할 수 있다.
더욱이 제어부(50)는, 근방의 복수의 센서 셀(60)에 대하여, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향 및 크기의 검출 결과를 이용하여 통계적인 처리를 수행할 수도 있다. 이로써, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘의 검출 결과에 있어서의 오차를 저감할 수 있다. 예를 들면 행 방향 및 열 방향에 있어서의 2 x 2, 3 x 3 등 복수의 센서 셀(60)에 대하여, 센서 면(70)에 평행한 힘의 방향 및 크기의 검출 결과를 평균화하여 오차를 저감할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 따르면, 복수의 전극(62A, 62B, 62C, 62D)과, 감압 재료로 이루어지는 센서층(64)을 가지는 힘 센서(S)에 의해, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘을 검출한다. 따라서 본 실시형태에 따르면, 복잡한 구성을 필요로 하지 않고, 센서 면(70)에 대해서 작용하는 센서 면(70)에 평행한 힘을 검출할 수 있다.
한편 배경 기술에 따른 2차원 압력 센서로는, 상술한 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)와는 다르게, 센서 면에 대해서 작용하는 센서 면에 평행한 힘을 검출할 수 없다. 이하, 이 점에 대하여 도 6 및 도 7을 가지고 설명한다. 도 6은, 배경 기술에 따른 2차원 압력 센서의 센서 셀을 포함한 셀 어레이의 구조를 도시한 평면도이다. 도 7은, 배경 기술에 따른 2차원 압력 센서의 센서 셀의 전기 저항값을 설명하는 평면도이다.
2차원 압력 센서(300)에 있어서의 센서 어레이(310)는, 도 6에 도시한 것과 같이, 복수 행(예를 들면 m행) 및 복수 열(예를 들면 n열)에 걸쳐서 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀(360)을 포함한다.
각각의 센서 셀(360)은, 1개의 선택 트랜지스터(M)와, 감압 재료를 사용한 압력 센서(Sb)를 포함한다. 압력 센서(Sb)는, 2개의 전극(362A, 362B)과, 2개의 전극(362A, 362B) 상에 형성된 감압 재료로 이루어지는 센서층(364)을 가지고 있다. 센서층(364)은, 센서층(64)과 동일한 감압 도전성 재료로부터 구성된다.
전극(362A, 362B)은, 각각 기판 상에 절연층을 개재하여 형성되어 있다. 센서층(364)은, 전극(362A, 362B)을 노출하는 개구부(366)가 형성된 절연층 상에 형성되어 있고, 개구부(366)를 통하여 전극(362A, 362B)에 접촉되어 있다. 이렇게 해서 전극(362A, 362B) 상에 센서층(64)이 형성되어 있는 측의 면이, 접촉된 물체에 의해 작용하는 압력을 검출하는 압력 검출면인 센서 면(370)으로 되어 있다.
센서 어레이(310)의 각 행에는, 행 방향으로 연장되어, 구동 신호선인 복수의 게이트선(GL1, GL2,..., GLm)이 배치되어 있다. 또한 센서 어레이(310)의 각 열에는, 열 방향으로 연장되어, 출력 신호선인 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)이 배치되어 있다. 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)은, 각각 검출 회로에 포함된 저항(Rb)의 일단에 접속되어 있다. 저항(Rb)의 타단은, 접지 전압(VS)의 접지 전압선에 접속되어 있다. 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)과 저항(Rb)의 일단 사이의 접속 노드에는, 검출 회로에 포함된 A/D 컨버터(368)의 입력 단자가 접속되어 있다.
제 i 행, 제 j 열에 위치한 센서 셀(360)의 전극(362A, 362B), 선택 트랜지스터(M)는, 각각 다음과 같이 접속되어 있다. 즉, 선택 트랜지스터(M)의 게이트 전극은, 대응하는 제 i 행의 게이트선(GLi)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M)의 소스 전극은, 대응하는 제 j 열의 데이터선(DLj)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M)의 드레인 전극은, 전극(362A)에 접속되어 있다. 또한 전극(362B)은, 전원 전압(VD)이 공급되는 공통 전원선에 접속되어 있다.
상기와 같이 구성되는 2차원 압력 센서(300)의 경우, 압력 센서(Sb)는, 2개의 전극(362A, 362B)을 가질 뿐이다. 그렇기 때문에 2차원 압력 센서(300)로는, 도 7에 도시한 것과 같이, 전극(362A)과 전극(362B) 사이의 전기 저항값(RAC)밖에 검출할 수 없다. 이 결과, 2차원 압력 센서(300)로는, 센서 면(370)에 대해서 수직으로 작용하는 힘, 즉 압력을 검출할 수는 있어도 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)와는 다르게, 센서 면(370)에 대해서 센서 면(370)에 평행하게 작용하는 힘을 검출할 수 없다.
<제 2 실시형태>
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 대하여 도 5를 가지고 설명한다. 도 5는, 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치에 있어서의 센서 셀을 포함한 셀 어레이의 구조를 도시한 평면도이다. 또한 상기 제 1 실시형태에 따른 힘 검출 장치와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고 설명을 생략하거나 또는 간략히 한다.
본 실시형태에 따른 힘 검출 장치의 기본적 구성은, 도 1 및 도 2에 도시한 제 1 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)의 구성과 대략 동일하다. 본 실시형태에 따른 힘 검출 장치는, 센서 셀(60)에 있어서, 선택 트랜지스터(M1, M2)의 제 1 및 제 2 게이트선에 대한 접속, 전극의 제 1 및 제 2 전원선에 대한 접속이 제 1 실시형태와는 일부 다르다.
본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(200)에서는, 센서 어레이(10)에 있어서, 제 1 실시형태의 센서 셀(60)과 동일한 센서 셀(60a)과, 제 1 실시형태의 센서 셀(60)과는 접속이 다른 센서 셀(60b)이, 행 방향 및 열 방향으로 교대로 배치되어 있다.
제 1 실시형태의 센서 셀(60)과는 접속이 다른 센서 셀(60b)이 제 x 행, 제 y 열에 위치한 경우, 그 센서 셀(60b)에 있어서의 힘 센서(S)의 전극(62A, 62B, 62C, 62D), 선택 트랜지스터(M1, M2)는, 각각 다음과 같이 접속되어 있다. 또한 x는 1≤x≤m을 만족하는 정수이고, y는 1≤y≤n을 만족하는 정수이다.
즉, 선택 트랜지스터(M1)의 게이트 전극은, 대응하는 제 x 행의 제 1 게이트선(GLxa)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M1)의 소스 전극은, 대응하는 제 y 열의 데이터선(DLy)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M1)의 드레인 전극은, 전극(62B)에 접속되어 있다.
또한 선택 트랜지스터(M2)의 게이트 전극은, 대응하는 제 x 행의 제 2 게이트선(GLxb)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M2)의 소스 전극은, 대응하는 제 y 열의 데이터선(DLy)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(M2)의 드레인 전극은, 전극(62C)에 접속되어 있다.
또한 전극(62A)은, 대응하는 제 y 열의 제 1 전원선(VLya)에 접속되어 있다. 전극(62D)은, 대응하는 제 y 열의 제 2 전원선(VLyb)에 접속되어 있다.
본 실시형태에서도, 제 1 및 제 2 게이트선의 온오프 상태의 전환, 그리고 제 1 및 제 2 전원선의 온오프 상태의 전환을 제 1 실시형태와 동일하게 수행할 수 있다. 이로써, 센서 어레이(10)에 있어서의 각 센서 셀(60)에 대하여, 전기 저항값(RAB, RAC, RBD, RCD)을 개별로 취득할 수 있다. 또한 본 실시형태에서는, 동작 시퀀스와 취득되는 전기 저항값의 대응 관계가, 상술한 제 1 실시형태에 있어서의 대응 관계와는 다른 것이 된다.
<변형 실시형태>
본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변형이 가능하다.
예를 들면 상기 실시형태에서는, 각 힘 센서(S)가, 4개의 전극(62A, 62B, 62C, 62D)을 가지는 경우를 예로 설명했지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 힘 센서(S)는, 3개 이상의 복수의 전극을 가지는 것이면 된다. 이 경우에 있어서, 각 센서 셀(60)은, 2개 이상의 복수의 선택 트랜지스터 등의 액티브 소자를 가지고 있으면 된다. 3개 이상의 전극을 가짐으로써, 2쌍 이상의 전극 사이의 전기 저항값을 취득할 수 있고, 이들의 전기 저항값의 상대적인 대소 관계에 기초하여, 센서 면에 대해서 작용하는 센서 면에 평행한 힘의 방향을 구할 수 있다.
또한 상기 실시형태에서는, 박막 트랜지스터 등의 선택 트랜지스터(M1, M2)를 액티브 소자로 하는 경우를 예로 설명했지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 선택 트랜지스터(M)를 대신하여, 예를 들면 MIM(Metal Insulator Metal) 다이오드 등의 다른 액티브 소자를 사용할 수 있다. 각 센서 셀이, 메모리성을 가지는 소자를 구비하고 있어도 된다. 검출 회로(30)는, 예를 들면 전류 등 전압 이외의 방법으로, 데이터선(DL1, DL2,..., DLn)의 출력을 얻어도 된다.
또한 상기 실시형태에서는, 선택 트랜지스터(M1, M2)에 N형 박막 트랜지스터를 적용한 것이었지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 선택 트랜지스터(M1, M2)에 P형 박막 트랜지스터를 적용한 것이어도 되다. P형 박막 트랜지스터를 적용한 경우, 상기 실시형태와는 게이트 구동 신호의 논리가 반대이고, 센서 셀에 공급하는 전원 전위와 접지 전위가 반대이다.
또한 상기 실시형태에서는, 센서 어레이(10)에 있어서 복수의 센서 셀(60)이 직사각형 격자상으로 배치되어 있는 경우를 예로 설명했지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 복수의 센서 셀(60)은, 규칙적 또는 불규칙적으로 2차원으로 배치할 수 있다.
10: 센서 어레이
20: 게이트선 구동 회로
30: 검출 회로
40: 전원선 구동 회로
50: 제어부
60, 60a, 60b: 센서 셀
62A, 62B, 62C, 62D: 전극
64: 센서층
70: 센서 면
100, 200: 힘 검출 장치
S: 힘 센서
M1, M2: 선택 트랜지스터
GLia: 제 1 게이트선
GLib: 제 2 게이트선
VLja: 제 1 전원선
VLjb: 제 2 전원선
DLj: 데이터선

Claims (14)

  1. 3개 이상의 전극과, 상기 3개 이상의 전극 상에 형성되고, 감압 재료로 이루어지는 센서층을 가지는 힘 센서와,
    상기 힘 센서의 상기 3개 이상의 전극 중에서 2쌍 이상의 전극 사이의 2개 이상의 전기 저항값을 검출하는 검출부와,
    상기 2개 이상의 전기 저항값의 대소 관계를 취득하고, 상기 대소 관계에 기초하여 힘이 작용하는 접촉 면인 센서 면에 평행한 힘의 방향을 구하는 제어부
    를 가지는 힘 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘 센서를 각각이 포함하고, 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀을 가지는 힘 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 셀의 각각이, 복수의 액티브 소자를 포함하는 힘 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 액티브 소자가, 박막 트랜지스터인 힘 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 3개 이상의 전극이, 제 1 전극, 제 2 전극, 제 3 전극, 제 4 전극을 포함하고,
    상기 액티브 소자가, 상기 제 1 전극에 접속된 제 1 액티브 소자와, 상기 제 4 전극에 접속된 제 2 액티브 소자를 포함하는 힘 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 액티브 소자에 접속되고, 상기 제 1 액티브 소자를 구동하기 위한 제 1 구동 신호선과,
    상기 제 2 액티브 소자에 접속되고, 상기 제 2 액티브 소자를 구동하기 위한 제 2 구동 신호선을 가지는 힘 검출 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 전극에 접속되고, 전원 전압을 공급하기 위한 제 1 전원선과,
    상기 제 3 전극에 접속되고, 전원 전압을 공급하기 위한 제 2 전원선을 가지는 힘 검출 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 액티브 소자 및 제 2 액티브 소자에 접속된 출력 신호선을 가지는 힘 검출 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극, 상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극이, 상기 센서층의 네 모퉁이에 위치하도록 배치되고,
    상기 검출부가, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이 및 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전기 저항값을 검출하는 힘 검출 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3개 이상의 전극은, 서로 동일한 평면 형상을 가지는 힘 검출 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3개 이상의 전극은, 2차원적으로 등간격으로 배치되어 있는 힘 검출 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 2개 이상의 전기 저항값에 기초하여 상기 센서 면에 평행한 힘의 크기를 구하는 힘 검출 장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 셀의 각각은, 제 1 게이트선 및 데이터선에 연결되는 제 1 선택 트랜지스터와 제 2 게이트선 및 상기 데이터선에 연결되는 제 2 선택 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 3개 이상의 전극이, 제 1 전극, 제 2 전극, 제 3 전극, 제 4 전극을 포함하며,
    제 i 행, 제 j 열 센서 셀(i와 j는 자연수)의 제 1 전극은 제 i 행, 제 j 열의 제 1 선택 트랜지스터에 연결되고, 제 4 전극은 제 i 행, 제 j 열의 제 2 선택 트랜지스터에 연결되며, 제 3 전극은 제 j 열의 제 1 전원선에 연결되고, 제 2 전극은 제 j 열의 제 2 전원선에 연결되는 힘 검출 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 i 행, 제 (j+1) 열 센서 셀의 제 1 전극은 제 (j+1) 열의 제 1 전원선에 연결되고, 제 4 전극은 제 (j+1) 열의 제 2 전원선에 연결되며, 제 2 전극은 제 i 행, 제 (j+1) 열의 제 1 선택 트랜지스터에 연결되고, 제 3 전극은 제 i 행, 제 (j+1) 열의 제 2 선택 트랜지스터에 연결되는 힘 검출 장치.
KR1020180053722A 2017-05-29 2018-05-10 힘 검출 장치 KR102089252B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2017-106023 2017-05-29
JP2017106023A JP6945354B2 (ja) 2017-05-29 2017-05-29 力検出装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180130437A KR20180130437A (ko) 2018-12-07
KR102089252B1 true KR102089252B1 (ko) 2020-03-16

Family

ID=64667119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180053722A KR102089252B1 (ko) 2017-05-29 2018-05-10 힘 검출 장치

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6945354B2 (ko)
KR (1) KR102089252B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2020241718A1 (ko) * 2019-05-30 2020-12-03
JP7418167B2 (ja) 2019-08-02 2024-01-19 エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド 力センサ及び力検出装置
JP2021156607A (ja) * 2020-03-25 2021-10-07 株式会社ジャパンディスプレイ センサ装置及びモジュール

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007147575A (ja) * 2005-11-30 2007-06-14 Tokyo Electron Ltd ホイートストンブリッジの抵抗測定システム、抵抗測定回路、抵抗測定方法及びコンピュータプログラム
JP2016003991A (ja) * 2014-06-18 2016-01-12 大日本印刷株式会社 圧力センサ装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3402087B2 (ja) 1996-08-27 2003-04-28 ソニー株式会社 薄膜半導体装置
JP2007263937A (ja) 2006-03-29 2007-10-11 Hokkaido Doboku Kaihatsu Kenkyusho 軸重計
JP5561674B2 (ja) 2010-05-14 2014-07-30 オリンパス株式会社 血圧測定システム
JP5688792B2 (ja) 2010-09-10 2015-03-25 国立大学法人弘前大学 センサ装置および分布測定装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007147575A (ja) * 2005-11-30 2007-06-14 Tokyo Electron Ltd ホイートストンブリッジの抵抗測定システム、抵抗測定回路、抵抗測定方法及びコンピュータプログラム
JP2016003991A (ja) * 2014-06-18 2016-01-12 大日本印刷株式会社 圧力センサ装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018200280A (ja) 2018-12-20
JP6945354B2 (ja) 2021-10-06
KR20180130437A (ko) 2018-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10760982B2 (en) Pressure detecting device
US10564745B2 (en) Array substrate and display panel
KR102089252B1 (ko) 힘 검출 장치
KR100192988B1 (ko) 터치 센서 어레이 시스템 및 이를 구비한 표시 시스템
KR102425824B1 (ko) 가요성 디스플레이의 햅틱 구동 방법 및 장치
CN108228006A (zh) 触摸显示装置、触摸感测系统和触摸感测方法
JP5638688B2 (ja) 液晶表示装置
US20100117974A1 (en) Transparent multi-tactile sensor
CN105677111A (zh) 一种阵列基板及显示面板
JP6862134B2 (ja) センサ装置
WO2016070524A1 (zh) 内嵌式触摸屏及显示装置、触摸驱动方法
JP2019102087A (ja) タッチパネル、タッチパネルの駆動方法および表示装置
CN107621908A (zh) 一种显示面板、显示装置及其压力触控方法
TWI765056B (zh) 位置感測裝置與位置感測方法
CN107340914A (zh) 一种显示基板、显示面板及显示装置
KR101922158B1 (ko) 압력 검출 장치 및 그 구동 방법
JP2017172973A (ja) 圧力検出装置及び圧力検出装置の制御方法
KR102080487B1 (ko) 힘 검출 장치
CN108227991B (zh) 一种显示面板、显示装置和检测方法
JP7418167B2 (ja) 力センサ及び力検出装置
KR101891170B1 (ko) 센서 장치
JP2011081313A (ja) タッチセンサ付きディスプレイパネルの駆動回路およびそれを用いたディスプレイ装置
JP2018189583A (ja) 圧力センサ装置
CN113808538A (zh) 显示面板及其驱动方法、驱动装置及显示装置
CN107967081A (zh) 一种阵列基板、显示面板和显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant