KR102519243B1 - 압력 검출 장치 - Google Patents

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닛샤 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 압력 검출 장치에 있어서, 입력면에 대해 수직 방향의 응력과 함께 전단 응력을 양호한 정밀도로 검출한다.
(해결 수단) 제 1 전극 패턴 (Ty) 또는 제 2 전극 패턴 (Tx) 은, 복수의 제 3 전극 (Rx) 중 Y 방향에 인접하는 제 3 전극 (Rx) 끼리의 사이로 연장됨으로써, 인접하는 제 3 전극 (Rx) 의 각각의 일부에만 평면에서 보았을 때 중첩되어 있다. 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 상기 부분에서 발생하는 정전 용량을 검출 가능하다. 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 압력이 가해져 제 2 절연체 (13) 가 변형될 때에, 평면에서 보았을 때 서로 중첩되어 있는 제 3 전극 (Rx) 과 제 1 전극 (Ty) 또는 제 2 전극 (Tx) 의 중첩 면적이 변화됨으로써 얻어진 정전 용량 변화에 기초하여, 전단력을 산출한다.

Description

압력 검출 장치
본 발명은, 압력 검출 장치, 특히, 입력면에 대해 수직 방향의 응력과 함께 전단 응력을 검출 가능한 압력 검출 장치에 관한 것이다.
최근, 압력의 면내 분포를 검출할 수 있는 센서 시트가 개발 및 제품화되어 있다. 예를 들어, 몸의 아래에 깔아 체압 분포를 측정하는 것이나, 압력을 검출할 수 있는 터치 패드가 알려져 있다. 그러나, 이것들은 모두, 시트면에 작용하는 법선 방향 (Z 방향) 만의 응력의 면내 분포를 검출하는 것이다.
한편, Z 방향의 응력뿐만 아니라 전단 방향 (X, Y 방향) 의 응력도 검출할 수 있는 것으로서, 3 분력 로드 셀 등이 있다. 그러나, 면내 분포를 검출하기 위해서는, 3 분력 로드 셀을 대량으로 깔아 배치할 필요가 있으므로, 장치의 실용화는 곤란하였다.
인용 문헌 1 에는, 복수의 사각형의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 유전체를 통하여 배치함으로써 전단력을 측정 가능하게 한 촉각 센서가 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2014-115282호
인용 문헌 1 의 촉각 센서에서는, 사각형의 제 1 전극 (130) 과 제 2 전극 (140) 은, 각각 상부 기판 (110) 과 하부 기판 (120) 에 깔리도록 배치되어 있다. 그러나, 상부 기판 (110) 은 탄성 변형 가능하다는 것이 조건이므로, 그곳에 다수의 제 1 전극 (130) 을 형성하여 추가로 제어 회로까지 배선을 연장하는 것은, 실제로는 기술적으로 어렵다.
본 발명의 과제는, 압력 검출 장치에 있어서, 입력면에 대해 수직 방향의 응력과 함께 전단 응력을 양호한 정밀도로 검출하는 것에 있다.
이하에, 과제를 해결하기 위한 수단으로서 복수의 양태를 설명한다. 이들 양태는, 필요에 따라 임의로 조합할 수 있다.
본 발명의 일 견지에 관련된 압력 검출 장치는, 지지 기판과, 지지 기판보다 강성이 낮아 압력이 작용하면 탄성 변형되는 제 2 절연체와, 제 1 절연체를 가지고 있다. 압력 검출 장치는, 복수의 제 3 전극과, 복수의 제 1 띠상 전극과, 복수의 제 2 띠상 전극과, 정전 용량 측정 회로와, 압력 산출 회로를 가지고 있다.
지지 기판과, 제 2 절연체와, 제 1 절연체는, 압력이 입력되는 측과 반대측으로부터 차례대로 나열되어 적층되어 있다.
복수의 제 3 전극은, 제 2 절연체와 지지 기판 사이에 전면적으로 깔리도록 형성되어 있다.
복수의 제 1 띠상 전극은, 제 1 절연체의 제 2 절연체와 반대측에 있어서 제 1 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 복수의 제 1 띠상 전극은, 복수의 제 3 전극 중 제 1 방향과 교차하는 방향에 인접하는 제 3 전극끼리의 사이로 연장됨으로써, 인접하는 제 3 전극의 각각의 일부에만 평면에서 보았을 때 중첩되어 있다.
복수의 제 2 띠상 전극은, 제 1 절연체와 제 2 절연체 사이에 있어서 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 복수의 제 2 띠상 전극은, 복수의 제 3 전극 중 제 2 방향과 교차하는 방향에 인접하는 제 3 전극끼리의 사이로 연장됨으로써, 인접하는 제 3 전극의 각각의 일부에만 평면에서 보았을 때 중첩되어 있다.
정전 용량 측정 회로는, 제 3 전극과 당해 제 3 전극에 평면에서 보았을 때 중첩되어 있는 제 1 띠상 전극 사이에서 발생하는 정전 용량을 검출 가능하다. 정전 용량 측정 회로는, 제 3 전극과 당해 제 3 전극에 평면에서 보았을 때 중첩되어 있는 제 2 띠상 전극 사이에서 발생하는 정전 용량을 검출 가능하다.
압력 산출 회로는, 압력이 가해져 제 2 절연체가 변형될 때에, 평면에서 보았을 때 서로 중첩되어 있는 제 3 전극과 제 1 띠상 전극의 중첩 면적 및/또는 평면에서 보았을 때 서로 중첩되어 있는 제 3 전극과 제 2 띠상 전극의 중첩 면적이 변화됨으로써 정전 용량 측정 회로에 의해 얻어진 정전 용량 변화에 기초하여, 전단력을 산출한다.
이 장치에서는, 각 제 1 띠상 전극은, 제 2 방향에 인접하여 나열된 복수 쌍의 제 3 전극에 대해 평면에서 보았을 때 중첩됨으로써, 다수의 교점을 구성하고 있다. 또, 각 제 2 띠상 전극은, 제 1 방향에 인접하여 나열된 복수 쌍의 제 3 전극에 대해 평면에서 보았을 때 중첩됨으로써, 다수의 교점을 구성하고 있다.
이 장치에서는, 예를 들어 제 2 방향으로의 전단력이 제 1 절연체에 작용하면, 제 1 띠상 전극에 있어서 전단력이 작용한 부분에서는, 제 1 띠상 전극과 인접하는 1 쌍의 제 3 전극의 각 교점 (제 1 띠상 전극이 대응하는 1 쌍의 제 3 전극에 대해 평면에서 보았을 때 중첩된 부분) 의 면적이 변화된다. 이로써, 당해 제 1 띠상 전극과 일방의 제 3 전극 사이의 정전 용량이 증가하고, 당해 제 1 띠상 전극과 타방의 제 3 전극 사이의 정전 용량이 감소한다. 그리고, 정전 용량 측정 회로가 당해 부분의 정전 용량 변화를 검출하고, 또한 압력 산출 회로가 당해 정전 용량 변화에 기초하여 전단력을 산출한다.
압력 검출 장치는, 복수의 스위칭 소자와, 복수의 판독 출력선과, 복수의 제어선과, 스위칭 제어부를 추가로 구비하고 있다.
복수의 스위칭 소자는, 복수의 제 3 전극에 1 대 1 로 접속되어 있다.
각 판독 출력선은, 복수의 스위칭 소자 중 제 1 방향 또는 제 2 방향으로 나열된 복수의 스위칭 소자에 접속되어 있다. 각 판독 출력선은, 당해 복수의 스위칭 소자의 나열 방향으로 연장되어, 정전 용량 측정 회로에 접속되어 있다.
복수의 제어선은, 나열 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있고, 당해 방향으로 나열된 복수의 스위칭 소자에 접속되어 있다.
스위칭 제어부는, 복수의 제어선에 의해, 복수의 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 실시한다.
이 장치에서는, 스위칭 제어부가 1 개의 제어선에 의해 복수의 스위칭 소자를 ON 으로 한 상태에 있어서, 정전 용량 측정 회로가 복수의 판독 출력선을 차례로 검출함으로써, 제 1 띠상 전극 또는 제 2 띠상 전극과 제 3 전극의 교점의 정전 용량 변화를 검출한다.
이 장치에서는, 판독 출력선이 복수의 스위칭 소자를 통하여 복수의 제 3 전극에 접속되어 있으므로, 판독 출력선의 수를 줄일 수 있다. 이 결과, 많은 제 3 전극이 배치된 구조에 있어서, 판독 출력선을 문제없이 배치할 수 있다.
제 2 절연체의 탄성률은, 0.001 ∼ 10 ㎫ 여도 된다. 이 장치에서는, 제 2 절연체가 충분히 유연하기 때문에, 압력이 작용하면, 제 1 띠상 전극 및 제 2 띠상 전극이, 제 3 전극에 대해 가까워지는 방향 및 평면 방향으로 용이하게 변위할 수 있다.
제 1 절연체는 제 2 절연체보다 얇아도 된다. 이 장치에서는, 제 1 띠상 전극과 제 2 띠상 전극의 거리가 짧게 설정되어 있으므로, 제 1 띠상 전극 및 제 2 띠상 전극이 제 3 전극에 대해 변위할 때에, 제 1 띠상 전극이 제 3 전극에 대해 변위하는 양과 제 2 띠상 전극이 제 3 전극에 대해 변위하는 양에 큰 차가 발생하지 않는다. 이 결과, 정전 용량의 측정 정밀도가 높게 유지된다.
본 발명에 관련된 압력 검출 장치에서는, 입력면에 대해 수직 방향의 힘과 함께 전단력을 양호한 정밀도로 검출할 수 있다.
도 1 은, 터치 패드 장치의 블록 구성도이다.
도 2 는, 제 1 전극 패턴의 평면도이다.
도 3 은, 제 2 전극 패턴의 평면도이다.
도 4 는, 제 3 전극 패턴의 평면도이다.
도 5 는, 전극 패턴의 중첩 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6 은, 전단력이 작용했을 때의 전극 패턴의 중첩 상태의 변화를 나타내는 평면도이다.
도 7 은, 전단력이 작용했을 때의 전극 패턴의 중첩 상태의 변화를 나타내는 평면도이다.
도 8 은, 상호 용량, 전단 응력, 법선 방향의 응력의 관계를 나타내기 위한 모식적 단면도이다.
도 9 는, 상호 용량, 전단 응력, 법선 방향의 응력의 관계를 나타내기 위한 모식적 단면도이다.
도 10 은, 상호 용량, 전단 응력, 법선 방향의 응력의 관계를 나타내기 위한 모식적 단면도이다.
도 11 은, 상호 용량, 전단 응력, 법선 방향의 응력의 관계를 나타내기 위한 모식적 단면도이다.
도 12 는, 제 3 전극 패턴의 액티브 매트릭스를 나타내는 모식도이다.
도 13 는, 압력 측정의 제어 플로 차트이다.
도 14 는, 제 1 전극 패턴과 제 3 전극 패턴 사이의 정전 용량 측정 제어의 플로 차트이다.
도 15 는, 제 2 전극 패턴과 제 3 전극 패턴 사이의 정전 용량 측정 제어의 플로 차트이다.
1. 제 1 실시형태
(1) 터치 패드 장치의 전체 구조
도 1 을 사용하여, 터치 패드 장치 (1) (압력 검출 장치의 일례) 의 전체 구성을 설명한다. 도 1 은, 터치 패드 장치의 블록 구성도이다.
터치 패드 장치 (1) 는, 센서부 (3) (터치 패드) 와, 제어 회로 (5) 를 가지고 있다.
센서부 (3) 는, 압력이 작용한 위치를 검출하는 기능과 압력을 검출하는 기능을 가지고 있다.
제어 회로 (5) 는, 센서부 (3) 를 제어함과 함께, 센서부 (3) 로부터의 검출 신호에 기초하여 각종 측정을 실시한다.
또한, 터치 패드 장치 (1) 는, PC (7) 를 가지고 있다. PC (7) 는, 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터이다. PC (7) 에 의해, 제어 회로 (5) 에 각종 데이터 및 지시를 입력할 수 있고, 추가로 제어 회로 (5) 로부터의 정보를 모니터 화면에 표시할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 측정 결과인 상호 용량의 데이터는 PC (7) 의 모니터에 표시된다.
(2) 센서부의 구조
센서부 (3) 는, 지지 기판 (11) 과, 제 2 절연체 (13) 와, 제 1 절연체 (15) 를 가지고 있고, 이것들은 압력이 입력되는 측과 반대측으로부터 차례로 나열되어 적층되어 있다. 구체적으로는, 제 2 절연체 (13) 는, 지지 기판 (11) 의 상면에 형성되어 있다. 제 1 절연체 (15) 는, 제 2 절연체 (13) 의 상면에 형성되어 있다.
지지 기판 (11) 은, 예를 들어, 유리 에폭시 기판이며, 두께는 1.6 ㎜ 이다. 또한, 지지 기판 (11) 의 재료는 특별히 한정되지 않는다.
제 2 절연체 (13) 는, 힘이 작용하면 탄성 변형 가능한 부재이다. 제 2 절연체 (13) 의 탄성률은, 0.001 ∼ 10 ㎫ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.001 ∼ 0.01 ㎫ 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다. 제 2 절연체 (13) 는, 예를 들어, 폴리우레탄 겔 시트이고, 두께는 1 ㎜ 이다. 폴리우레탄 겔 시트는, 경도 0 이며, 가벼운 하중에서도 충분히 변형되는 것이 바람직하다. 또한, 폴리우레탄 겔 시트는, 점착성이 있으므로, 별도로 점착제 등을 준비하지 않고, 지지 기판 (11) 과 제 1 절연체 (15) 를 접착할 수 있다. 또한, 제 2 절연체 (13) 의 재료는 특별히 한정되지 않는다.
제 2 절연체 (13) 의 두께는, 10 ㎛ ∼ 10000 ㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 100 ㎛ ∼ 2000 ㎛ 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
제 1 절연체 (15) 는, 제 1 전극 패턴 (Ty) 과 제 2 전극 패턴 (Tx) 을 서로 절연하면서 또한 적층 방향으로 소정의 거리에 배치하기 위한 층이다.
제 1 절연체 (15) 는, 예를 들어, 우레탄 필름이고, 두께는 0.07 ㎜ 이다.
제 1 절연체 (15) 의 탄성률은, 1 ㎫ ∼ 4000 ㎫ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 1 ㎫ ∼ 10 ㎫ 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 제 1 절연체 (15) 의 재료는 특별히 한정되지 않는다.
제 1 절연체 (15) 의 두께는, 1 ㎛ ∼ 1000 ㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 10 ㎛ ∼ 100 ㎛ 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
제 1 전극 패턴 (Ty) 및 제 2 전극 패턴 (Tx) 은, 각각 복수의 단책상 또는 띠상의 제 2 전극 (Tx) 및 제 1 전극 (Ty) 으로 이루어진다.
제 1 전극 패턴 (Ty) 은, 제 1 절연체 (15) 의 상면에, 즉 제 1 절연체 (15) 의 제 2 절연체 (13) 와 반대측에 형성된다. 제 1 전극 패턴 (Ty) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 도면의 Y 방향으로 나열되어 있고, X 방향 (제 1 방향의 일례) 으로 연장되어 있다. 제 1 전극 패턴 (Ty) 은, X 방향으로 연장되는 복수의 제 1 전극 (Ty(1), Ty(2), Ty(3), , , , Ty(l-2), Ty(l-1), Ty(l)) 을 가지고 있다. 도 2 는, 제 1 전극 패턴의 평면도이다.
제 2 전극 패턴 (Tx) 은, 제 1 절연체 (15) 의 하면에, 즉 제 1 절연체 (15) 와 제 2 절연체 (13) 사이에 형성된다. 제 2 전극 패턴 (Tx) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 도면의 X 방향으로 나열되어 있고, Y 방향 (제 2 방향의 일례) 으로 연장되어 있다. 제 2 전극 패턴 (Tx) 은, Y 방향으로 연장되는 복수의 제 2 전극 (Tx(1), Tx(2), Tx(3), , , , Tx(m-2), Tx(m-1), Tx(m)) 을 가지고 있다. 도 3 은, 제 2 전극 패턴의 평면도이다.
상기의 구성에 의해, 제 2 전극 패턴 (Tx) 은, 제 1 전극 패턴 (Ty) 과의 사이에서 절연성을 유지하고, 또한 제 1 전극 패턴 (Ty) 과 교차 (이 실시형태에서는, 직교) 하여 배치된다. 제 1 전극 패턴 (Ty) 및 제 2 전극 패턴 (Tx) 은, 인출 배선에 의해 접속 단자 (도시 생략) 에 이를 때까지 인출된다.
제 3 전극 패턴 (Rx) (제 2 절연체와 지지 기판 사이에 전면적으로 깔리도록 형성된 복수의 전극의 일례) 은, 제 2 절연체 (13) 와 지지 기판 (11) 사이에 형성된다. 제 3 전극 패턴 (Rx) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 전체에 깔려 배치된 다수의 섬상의 제 3 전극 (Rx) 으로 이루어진다. 도 4 는, 제 3 전극 패턴의 평면도이다.
제 3 전극 패턴 (Rx) 은, 제 3 전극 (Rx)(1,1) ∼ (Rx)(n,o) 의 매트릭스를 구성하고 있다. 이 실시형태에서는, 개개의 제 3 전극 (Rx) 의 형상은 정방형이다. 후술하는 바와 같이, 이웃하는 제 3 전극 (Rx) 의 간극을 덮도록, 제 1 전극 (Ty) 및 제 2 전극 (Tx) 이 배치되어 있다. 요컨대, 제 1 전극 (Ty) 및 제 2 전극 (Tx) 의 폭은, 제 3 전극 (Rx) 끼리의 간극보다 크다. 제 3 전극 (Rx) 의 형상은, 그 밖의 형상이어도 된다.
제 1 전극 패턴 (Ty), 제 2 전극 패턴 (Tx) 및 제 3 전극 패턴 (Rx) 의 재료로는, 수 mΩ 내지 수백 Ω 의 표면 저항값 (도전성) 을 나타내는 것이 바람직하고, 예를 들어, 산화인듐, 산화주석, 인듐주석 산화물 (ITO), 주석안티몬산 등의 금속 산화물이나, 금, 은, 구리, 백금, 팔라듐, 알루미늄, 로듐 등의 금속 등으로 성막할 수 있다. 이들 재료로 이루어지는 제 1 전극 패턴 (Ty) 및 제 2 전극 패턴 (Tx) 의 형성 방법으로는, 스퍼터법, 진공 증착법, 이온 플레이팅법 등의 PVD 법, 혹은 CVD 법, 도공법 등으로 투명 도전막을 형성한 후에 에칭에 의해 패터닝하는 방법이나, 인쇄법 등이 있다.
상기의 구조에서는, 제 2 전극 패턴 (Tx) 과 제 3 전극 패턴 (Rx) 사이에는, 입력면으로부터의 응력에 따라 변형 가능한 탄성체로서의 제 2 절연체 (13) 가 개재되어 있다. 따라서, 입력면으로부터의 응력에 의해, 제 2 전극 패턴 (Tx) 및 제 1 전극 패턴 (Ty) 이 제 3 전극 패턴 (Rx) 에 대해 변위할 수 있다.
또한, 제 2 전극 (Tx), 제 1 전극 (Ty), 제 1 절연체 (15) 도, 어느 정도의 유연함이 필요하다. PET 필름 등 강성이 높은 것이 적층되어 있으면, 그 강성에 의해 제 2 절연체 (13) 의 탄성 변형을 방해해 버리기 때문이다.
센서부 (3) 는, 보호층 (17) 을 가지고 있다. 보호층 (17) 의 상면이, 손가락이 터치하는 입력면으로 되어 있다. 보호층 (17) 은, 전술한 전극 패턴을 보호하기 위한 층이며, 손가락과 전극 패턴이 도통하는 것을 방지하거나, 전극 패턴의 손상을 방지하거나 하는 기능을 가지고 있다. 보호층 (17) 은, 예를 들어, 우레탄 필름이고, 두께는 0.05 ㎜ 이다. 또한, 보호층 (17) 은 임의의 부재이며, 생략 가능하다.
보호층 (17) 의 하면에는, 제 4 전극 패턴 (Ta) 이 형성되어 있다. 제 4 전극 패턴 (Ta) 은, 제 1 전극 패턴 (Ty) 과, 제 2 전극 패턴 (Tx) 과, 제 3 전극 패턴 (Rx) 을 모두 덮는 것과 같은 베타 패턴이다. 제 4 전극 패턴 (Ta) 도 임의의 부재이다. 또, 제 4 전극 패턴 (Ta) 은, 제 3 전극 패턴 (Rx) 을 덮을 수 있으면 되므로, 제 1 전극 패턴 (Ty) 과 동일 평면 상에서 제 1 전극 패턴 (Ty) 의 사이에 형성되어 있어도 된다.
보호층 (17) 과 제 1 절연체 (15) 는, 절연층으로서의 PSA (19) 에 의해 서로 고정되어 있다.
제 1 절연체 (15) 는 제 2 절연체 (13) 보다 얇다. 제 1 절연체 (15) 의 두께는 제 2 절연체 (13) 의 두께의 20 ％ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, 10 ％ 이하의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들어, 제 2 절연체 (13) 의 두께가 1 ㎜ 인 경우에, 제 1 절연체 (15) 의 두께가 0.07 ㎜ 이다. 이 장치에서는, 제 2 절연체 (13) 가 얇게 설정됨으로써, 제 1 전극 패턴 (Ty) 과 제 2 전극 패턴 (Tx) 의 거리가 짧게 설정되어 있다. 따라서, 제 1 전극 패턴 (Ty) 및 제 2 전극 패턴 (Tx) 이 제 3 전극 (Rx) 에 대해 변위할 때에, 제 1 전극 패턴 (Ty) 이 제 3 전극 (Rx) 에 대해 변위하는 양과 제 2 전극 패턴 (Tx) 이 제 3 전극 (Rx) 에 대해 변위하는 양에 큰 차가 발생하지 않는다.
(3) 전단 응력의 검출 원리
도 5 ∼ 도 7 을 사용하여, 입력면을 전단 방향으로 응력이 받은 경우의 전극 위치의 변화와, 그 검출 원리의 설명을 정성적으로 설명한다. 도 5 는, 전극 패턴의 중첩 상태를 나타내는 평면도이다. 도 6 및 도 7 은, 전단력이 작용했을 때의 전극 패턴의 중첩 상태의 변화를 나타내는 평면도이다.
복수의 제 1 전극 (Ty) 은, 복수의 제 3 전극 (Rx) 중 Y 방향에 인접하는 제 3 전극 (Rx) 끼리의 사이로 연장됨으로써, 인접하는 제 3 전극 (Rx) 의 각각의 일부에만 평면에서 보았을 때 중첩되어 있다.
복수의 제 2 전극 (Tx) 은, 복수의 제 3 전극 (Rx) 중 X 방향에 인접하는 제 3 전극 (Rx) 끼리의 사이로 연장됨으로써, 인접하는 제 3 전극 (Rx) 의 각각의 일부에만 평면에서 보았을 때 중첩되어 있다.
이상에 서술한 바와 같이, 각 제 1 전극 (Ty) 은, Y 방향에 인접하여 나열된 복수 쌍의 제 3 전극 (Rx) 에 대해 평면에서 보았을 때 중첩됨으로써, 다수의 교점을 구성하고 있다. 또, 각 제 2 전극 (Tx) 은, X 방향에 인접하여 나열된 복수 쌍의 제 3 전극 (Rx) 에 대해 평면에서 보았을 때 중첩됨으로써, 다수의 교점을 구성하고 있다.
도 5 를 사용하여, 제 3 전극 패턴 (Rx) 중 제 3 전극 (Rx)(a－1,b＋1) ∼ 제 3 전극 (Rx)(a＋1,b－1) (a, b 는 임의의 자연수) 과, 그것들과 중첩을 갖는 제 2 전극 (Tx)(d), 제 2 전극 (Tx)(d＋1), 제 1 전극 (Ty)(c), 제 1 전극 (Ty)(c＋1) 에 대해 생각한다. 도 5 는, 응력이 없는 상태의 제 1 전극 (Ty), 제 2 전극 (Tx), 제 3 전극 (Rx) 의 중첩을 나타내고 있다. 각 제 2 전극 (Tx) 및 제 1 전극 (Ty) 은, 제 3 전극 (Rx) 과 중첩을 갖고, 그 면적에 거의 비례한 상호 용량을 갖는다.
이후, 해칭이 실시된 4 개의 중첩 A ∼ D 에 대해 검토한다.
중첩 A : Rx(a－1,b)/Tx(d) 사이
중첩 B : Rx(a,b)/Tx(d) 사이
중첩 C : Rx(a,b＋1)/Ty(c) 사이
중첩 D : Rx(a,b)/Ty(c) 사이
또한, 중첩 A ∼ D 에 있어서의 상호 용량은, 하기와 같은 부호 표현으로 나타내기로 한다.
중첩 A 의 상호 용량 : C［Rx(a－1,b)/Tx(d)］
중첩 B 의 상호 용량 : C［Rx(a,b)/Tx(d)］
중첩 C 의 상호 용량 : C［Rx(a,b＋1)/Ty(c)］
중첩 D 의 상호 용량 : C［Rx(a,b)/Ty(c)］
도 6 에 나타내는 바와 같이, 입력면에 ＋X 방향의 응력을 받은 경우, 제 2 전극 (Tx) 및 제 1 전극 (Ty) 은 제 3 전극 (Rx) 에 대해 ＋X 방향으로 이동하고, 그것에 따라 중첩 면적이 변화된다. 구체적으로는, 중첩 B 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b)/Tx(d)］은 증대되고, 중첩 A 의 상호 용량 (C) ［Rx(a―1,b)/Tx(d)］은 감소한다. 한편, 중첩 C 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b＋1)/Ty(c)］과 중첩 D 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b)/Ty(c)］은 변화되지 않는다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 입력면에 ＋Y 방향의 응력을 받은 경우에는, 제 2 전극 (Tx) 및 제 1 전극 (Ty) 은 제 3 전극 (Rx) 에 대해 ＋Y 방향으로 이동하고, 그것에 따라 중첩 면적이 변화된다. 구체적으로는, 중첩 C 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b＋1)/Ty(c)］은 증대되고, 중첩 D 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b)/Ty(c)］은 감소한다.
이상으로부터, 상기 4 개의 중첩 A ∼ D 의 정전 용량을 측정함으로써, X 방향과 Y 방향의 이동을 검출할 수 있고, 그것에 의해 전단 응력을 검출할 수 있다.
(4) 상호 용량, 전단 응력, 법선 방향 응력의 관계
다음으로, 제 2 전극 (Tx) 및 제 1 전극 (Ty) 과 제 3 전극 (Rx) 의 상호 용량과, 전단 응력, 나아가서는 법선 방향 (Z 방향) 의 응력의 관계를, 정량적으로 해석한다. X 방향에 대해 생각하기 위해, 도 8 ∼ 도 11 에, 제 2 전극 (Tx)(d) 과 제 3 전극 (Rx)(a―1,b) 및 제 3 전극 (Rx)(a,b) 의 위치 관계를 단면도로서 나타낸다. 도 8 ∼ 도 11 은, 상호 용량, 전단 응력, 법선 방향의 응력의 관계를 나타내기 위한 모식적 단면도이다.
또한, Y 방향의 응력에 대해서는 중첩 D 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b)/Ty(c)］과 중첩 C 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b＋1)/Ty(c)］을 사용하여 동일하게 검출할 수 있으므로, 여기서는 생략한다.
도 8 은, 응력이 인가되어 있지 않은 상황을 나타내고 있다. 이 상황에서의, 제 2 전극 (Tx)(d) 과 제 3 전극 (Rx)(a―1, b) 또는 제 3 전극 (Rx)(a,b) 의 평면의 법선 방향의 거리를 z0 으로 하고, 이 때의 각 상호 용량은 이하의 수학식 1 과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018085508122-pct00001
여기서, K1 과 K2 는 각각, 제 2 절연체 (13) 의 유전율이나 두께, 각 전극 패턴의 크기나 X 방향, Y 방향의 위치 등에 의해 정해지는 비례 정수이다.
도 9 에 나타내는 바와 같이, ―Z 방향으로 가압한 경우, 압력의 세기에 따라 제 2 전극 (Tx)(d) 은 제 3 전극 (Rx)(a―1,b) 과 제 3 전극 (Rx)(a,b) 에 가까워진다. 요컨대, 거리가 z0 으로부터 z0―Δz 가 된다. 이 경우, 중첩 B 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b)/Tx(d)］z 와 중첩 A 의 상호 용량 (C) ［Rx(a―1,b)/Tx(d)］z 는, Δz 에 따라, 이하의 수학식 2 와 같이 변화된다.
Figure 112018085508122-pct00002
수학식 1 과 수학식 2 를 연립시키면, Δz 는 이하의 수학식 3 과 같이 나타낸다.
Figure 112018085508122-pct00003
탄성체의 변형이 탄성 영역인 경우, Δz 는 응력에 비례하므로, 수학식 3 에 의해, 용량의 변화에 따라 ―Z 방향의 응력을 검출할 수 있다.
다음으로, 도 10 에 나타내는 바와 같이, ＋X 방향으로 가압 (전단 응력) 이 발생한 경우를 생각한다. 그 경우, 제 2 전극 (Tx) 은 압력의 세기에 따라 이동한다. 이 경우, 중첩 B 의 상호 용량 (C) ［Rx(a,b)/Tx(d)］x 와 중첩 A 의 상호 용량 (C) ［Rx(a―1,b)/Tx(d)］x 는, Δx 에 따라 이하의 수학식 4 와 같이 변화된다.
Figure 112018085508122-pct00004
여기서, Kp 는 도 5 에서 나타낸 사선 부분의 길이에 비례하는 값이다. 수학식 1 과 수학식 4 로부터, Δx 는 이하의 수학식 5 와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018085508122-pct00005
제 2 절연체 (13) 의 변형이 탄성 영역인 경우, Δx 는 응력에 비례하므로, 수학식 5 에 의해, 용량의 변화에 의해 ＋X 방향의 응력을 검출할 수 있다.
마지막으로, 도 11 에 나타내는 바와 같이, ＋X 방향의 가압과 ―Z 방향의 가압이 동시에 작용한 경우를 생각한다. 이 경우, 제 2 전극 (Tx)(d) 는 Z 방향으로 Δz 이동하고, 또한 X 방향으로 Δx 이동하는 것으로 생각한다. C［Rx(a,b)/Tx(d)］zx 와 C［Rx(a―1,b)/Tx(d)］zx 는, 수학식 4 의 Z0 를 Z0―Δz 로 치환하여 계산할 수 있으므로, 이하의 수학식 6 과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018085508122-pct00006
수학식 6 과 수학식 1 로부터, 이하의 수학식 7 이 얻어진다.
Figure 112018085508122-pct00007
이상으로부터, Δz 는, 하기의 수학식 8 에 비례한다.
Figure 112018085508122-pct00008
또, 이상으로부터, Δx 는, 하기의 수학식 9 에 비례한다.
Figure 112018085508122-pct00009
이상에 서술한 바와 같이 제 1 전극 (Ty) 및 제 2 전극 (Tx) 이 제 3 전극 (Rx) 에 대해 평면에서 보았을 때 다수의 교점을 만들도록 배치되어 있으므로, 교점의 상호 용량을 측정함으로써, 손가락의 접촉 위치와 그 압력을 검출할 수 있다. 요컨대, 손가락이 제 1 전극 (Ty) 및 제 2 전극 (Tx) 에 가까워지면, 접촉 위치에 가까운 교점의 상호 용량이 변화되고, 또한 가압에 의해, 제 2 절연체 (13) 가 변형되면 제 1 전극 (Ty) 및 제 2 전극 (Tx) 이 제 3 전극 패턴 (Rx) 에 가까워짐으로써 그 교점의 상호 용량이 변화된다.
예를 들어, Y 방향으로의 전단력이 어떠한 점에 작용하면, 제 1 전극 (Ty) 에 있어서 전단력이 작용한 부분에서는, 제 1 전극 (Ty) 과 인접하는 1 쌍의 제 3 전극 (Rx) 과의 각 교점 (제 1 전극 (Ty) 이 대응하는 1 쌍의 제 3 전극 (Rx) 에 대해 평면에서 보았을 때 중첩된 부분) 의 면적이 변화된다. 이로써, 당해 제 1 전극 (Ty) 과 일방의 제 3 전극 (Rx) 사이의 정전 용량이 증가하고, 당해 제 1 전극 (Ty) 과 타방의 제 3 전극 (Rx) 사이의 정전 용량이 감소한다.
(6) 터치 패드 장치의 제어 구성
도 1 을 사용하여, 터치 패드 장치 (1) 의 제어 구성을 설명한다.
제어 회로 (5) 는, 마이크로 컨트롤러 (25) 를 가지고 있다. 마이크로 컨트롤러 (25) 는, CPU, RAM, ROM 등을 갖는 컴퓨터이다.
제어 회로 (5) 는, 신호 발생 회로 (27) 를 가지고 있다. 신호 발생 회로 (27) 는, 제 1 전극 패턴 (Ty) 또는 제 2 전극 패턴 (Tx) 과, 마이크로 컨트롤러 (25) 에 접속되어 있다. 신호 발생 회로 (27) 는, 제 1 전극 패턴 (Ty) 또는 제 2 전극 패턴 (Tx) 에 전압 펄스를 인가 가능하다.
제어 회로 (5) 는, ADC (아날로그-디지털 변환기) (29) 를 가지고 있다. ADC (29) 는 마이크로 컨트롤러 (25) 에 디지털 신호를 입력 가능하게 접속되어 있다.
제어 회로 (5) 는, 앰프 회로 (33) 를 가지고 있다. 앰프 회로 (33) 는, 제 3 전극 패턴 (Rx) 및 ADC (29) 에 접속되어 있다. 앰프 회로 (33) 는, 제 3 전극 패턴 (Rx) 으로부터의 아날로그 신호를 증폭하여 ADC (29) 에 송신한다.
마이크로 컨트롤러 (25) 는, 제 1 전극 패턴 (Ty) 및 제 2 전극 패턴 (Tx) 과 제 3 전극 (Rx) 의 중첩 부분 (교점) 의 상호 용량을 검출 가능하다. 요컨대, 마이크로 컨트롤러 (25) 가 정전 용량 측정 회로로서의 기능을 가지고 있다. 구체적으로는, 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 제 3 전극 (Rx) 과 당해 제 3 전극 (Rx) 에 평면에서 보았을 때 중첩되어 있는 제 1 전극 (Ty) 사이에서 발생하는 정전 용량을 검출 가능하다. 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 제 3 전극 (Rx) 과 당해 제 3 전극 (Rx) 에 평면에서 보았을 때 중첩되어 있는 제 2 전극 패턴 (Tx) 사이에서 발생하는 정전 용량을 검출 가능하다.
더욱 구체적으로는, 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 신호 발생 회로 (27) 를 통하여, 제 1 전극 패턴 (Ty) 또는 제 2 전극 패턴 (Tx) 을 송신 전극으로 하여 전압 펄스를 순차 인가하고, 복수의 제 3 전극 (Rx) 을 수신 전극으로 하여 수신 강도를 측정함으로써, 각 전극 교점에 있어서의 상호 용량의 변화를 검출한다.
제어 회로 (5) 는, 게이트 구동 회로 (35) 를 가지고 있다. 게이트 구동 회로 (35) 는, 복수의 제어선 (후술) 에 의해, 복수의 스위칭 소자 (후술) 의 ON/OFF 제어를 실시하는 스위칭 제어부이다. 게이트 구동 회로 (35) 는, 마이크로 컨트롤러 (25) 에 접속되어 있다. 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 정전 용량의 검출 타이밍과, 게이트 구동 회로 (35) 의 전환 타이밍을 제어한다.
마이크로 컨트롤러 (25) 는, 각 교점에 있어서의 상호 용량의 변화에 기초하여, 압력 작용 위치를 산출한다. 요컨대, 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 압력 작용 위치 산출 회로의 기능을 가지고 있다. 압력 작용 위치의 산출 기술은 공지이므로, 설명을 생략한다.
마이크로 컨트롤러 (25) 는 각 교점에 있어서의 상호 용량의 변화에 기초하여, 압력을 산출한다. 요컨대, 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 압력 산출 회로의 기능을 가지고 있다.
이 장치에서는, 예를 들어 손가락이 보호층 (17) 을 누르면, 마이크로 컨트롤러 (25) 가 제 2 전극 (Tx) 또는 제 1 전극 (Ty) 에 신호를 보내고, 제 3 전극 (Rx) 이 받는 신호를 앰프 회로 (33) 에 의해 증폭된 신호로 하여 ADC (29) 를 통하여 받음으로써, 마이크로 컨트롤러 (25) 가, 제 2 전극 (Tx) 또는 제 1 전극 (Ty) 과 제 3 전극 (Rx) 의 상호 용량을 측정할 수 있다. 그리고, 마이크로 컨트롤러 (25) 가 압력 작용 위치를 산출하고, 추가로 압력 (입력면에 대한 법선 방향의 응력 및 전단 응력) 을 산출한다.
도 12 를 사용하여, 스위칭 소자 (21) 의 액티브 매트릭스에 의한 제 3 전극 (Rx) 의 전환 회로를 설명한다. 도 12 는, 제 3 전극 패턴의 액티브 매트릭스를 나타내는 모식도이다. 도 12 에서는, 예로서, 3 × 3 = 9 엘리먼트의 제 3 전극 (Rx) 에 각각 스위칭 소자가 장착되어 있는 형태를 나타낸다. 또한, 실제는 10 × 15 = 150 등, 엘리먼트의 수가 보다 많아도 되지만, 설명의 간략히 하기위해 도 13 을 사용하여 설명한다. 이 실시형태에서는, 스위칭 소자 (21) 는, 지지 기판 (11) 의 제 2 면에 형성되어 있다. 제 3 전극 (Rx) 과 스위칭 소자 (21) 는, 관통 구멍에 형성된 접속선 (23) 에 의해 접속되어 있다. 또한, 스위칭 소자는 제 3 전극 (Rx) 과 동일한 측의 면에 형성되어 있어도 된다. 스위칭 소자 (21) 는, 예를 들어, FET 등의 트랜지스터나, 포토 커플러 등이다. 단, 스위칭 소자 (21) 의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
스위칭 소자 (21) 는, 각 열에 제어선 (53a ∼ 53c) 에 의해 게이트 구동 회로 (35) 에 접속되어 있다. 복수의 제어선 (53a ∼ 53c) 은, 나열 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있고, 당해 방향으로 나열된 복수의 스위칭 소자 (21) 에 접속되어 있다.
이상에 서술한 구조에 의해, 제 3 전극 (Rx) 은, 액티브 매트릭스 내에서, 스위칭 소자 (21) 를 통하여, 앰프 회로 (33) (도 12) 의 입력에 접속되어 있다. 구체적으로는, 스위칭 소자 (21) 의 일단은 각 제 3 전극 (Rx) 에 접속되어 있고, 타단은 각 행마다 판독 출력선 (51a ∼ 51c) 에 의해 앰프 회로 (33) 에 접속되어 있다. 바꾸어 말하면, 복수의 판독 출력선 (51a ∼ 51c) 은, 복수의 스위칭 소자 (21) 중 일 방향으로 나열된 복수의 스위칭 소자 (21) 에 접속되어 있다. 또, 판독 출력선 (51a ∼ 51c) 은, 당해 복수의 스위칭 소자 (21) 의 나열 방향으로 연장되고, 앰프 회로 (33) 에 접속되어 있다.
게이트 구동 회로 (35) (스위칭 제어부의 일례) 는, 스위칭 소자 (21) 에 의해 각 제 3 전극 (Rx) 을 선택적으로 제어 회로 (5) 에 접속하는 방법, 이른바 액티브 매트릭스에 의한 검출을 사용하기 위해 사용된다. 게이트 구동 회로 (35) 는, 마이크로 컨트롤러 (25) 로부터의 지령에 따라 복수의 제어선 (53a ∼ 53c) 에 의해, 스위칭 소자 (21) 의 ON/OFF 를 전환한다.
게이트 구동 회로 (35) 가 임의의 열의 스위칭 소자 (21) 만을 ON 으로 하여, 그 열의 제 3 전극 (Rx) 을 개별적으로 앰프 회로 (33) 에 접속할 수 있다. 도 12 에서는, 제 3 전극 (Rx)(3,1) ∼ (Rx)(3,3) 에 접속되어 있는 스위칭 소자 (21) 를 게이트 구동 회로 (35) 가 ON 으로 한 상태를 나타내고 있다. 이 때, 제 3 전극 (Rx)(3,1) ∼ (Rx)(3,3) 만 개별적으로 앰프 회로 (33) 에 접속되어 있고, 그 이외의 제 3 전극 (Rx) 은 스위칭 소자 (21) 가 OFF 이므로 앰프 회로 (33) 에 접속되지 않는다.
이상에 서술한 구성에서는, 게이트 구동 회로 (35) 가 1 개의 제어선에 의해 복수의 스위칭 소자 (21) 를 ON 으로 한 상태에 있어서, 마이크로 컨트롤러 (25) 가 복수의 판독 출력선 (51a ∼ 51c) 을 차례로 검출함으로써, 제 1 전극 패턴 (Ty) 또는 제 2 전극 패턴 (Tx) 과 제 3 전극 패턴 (Rx) 의 교점의 정전 용량 변화를 검출한다. 요컨대, 판독 출력선 (51a ∼ 51c) 이 복수의 스위칭 소자 (21) 를 통하여 복수의 제 3 전극 (Rx) 에 접속되어 있으므로, 판독 출력선의 수를 줄일 수 있다. 이 결과, 많은 제 3 전극 (Rx) 이 배치된 구조에 있어서, 판독 출력선을 문제없이 배치할 수 있다.
비교예로서, 상기의 구성을 채용하지 않고, 제 3 전극 (Rx) 을 모두 개별적으로 앰프 회로에 둘러 감는 경우 (이후, 「전체 둘러 감기」라고 표기한다) 는, 둘러 감기 배선이 지나치게 많아져, 현실적으로는 불가능한 것으로 생각한다. 적어도, 제 3 전극이 4 × 4 이상의 매트릭스인 경우에는, 「전체 둘러 감기」의 경우보다, 본 실시형태의 액티브 매트릭스 쪽이, 제어 회로에 대한 둘러 감기 배선의 수가 절반 이하가 되므로, 유효하다.
(7) 압력 작용 위치 및 압력의 검출 제어 도 13 을 사용하여, 마이크로 컨트롤러 (25) 에 의한 터치 패드 장치 (1) 의 터치 검출 제어 동작을 설명한다. 도 13 은, 압력 측정의 제어 플로 차트이다.
먼저, 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 앰프 회로 (33) 로부터의 레벨 신호에 기초하여, 터치 입력의 유무를 판단한다 (스텝 S1).
터치된 것으로 판단되면 (스텝 S1 에서 Yes), 마이크로 컨트롤러 (25) 가, 제 1 전극 패턴 (Ty) 과 제 3 전극 패턴 (Rx) 의 교점의 정전 용량을 측정한다 (스텝 S2).
마이크로 컨트롤러 (25) 가, 제 2 전극 패턴 (Tx) 과 제 3 전극 패턴 (Rx) 의 교점의 정전 용량을 측정한다 (스텝 S3).
각 교점의 정전 용량의 값은, 마이크로 컨트롤러 (25) 의 메모리에 보존된다.
스텝 S2 와 스텝 S3 의 순서는 상기 실시예에 한정되지 않는다.
다음으로 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 터치의 압력 작용 위치 및 압력을 각각 결정한다 (스텝 S4).
도 14 를 사용하여, 스텝 S2 의 각 교점의 정전 용량의 측정 제어를 설명한다. 도 14 는, 제 1 전극 패턴과 제 3 전극 패턴 사이의 정전 용량 측정 제어의 플로 차트이다.
먼저, 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 제 1 전극 패턴 (Ty) 에 구동 전압을 공급한다 (스텝 S11).
다음으로, 게이트 구동 회로 (35) 가, 스위칭 소자 (21) 의 일렬을 ON 으로 한다 (스텝 S12).
마이크로 컨트롤러 (25) 는, 판독 출력선으로부터 차례로 제 3 전극 (Rx) 으로부터의 신호를 판독한다 (스텝 S13).
판독 출력된 값은 메모리에 보존된다 (스텝 S14).
다음으로, 전체 열에서의 측정이 되었는지의 여부가 판정된다 (스텝 S15). 측정되어 있지 않은 열이 있으면 (스텝 S15 에서 No), 프로세스는 스텝 S12 로 되돌아온다. 모든 열의 교점에서 상호 용량이 측정되면 (스텝 S15 에서 Yes), 프로세스는 종료된다.
도 15 를 사용하여, 스텝 S3 의 각 교점의 용량치 측정 제어를 설명한다. 도 15 는, 제 2 전극 패턴과 제 3 전극 패턴 사이의 정전 용량 측정 제어의 플로 차트이다.
먼저, 마이크로 컨트롤러 (25) 는, 제 1 전극 패턴 (Ty) 에 구동 전압을 공급한다 (스텝 S16).
다음으로, 게이트 구동 회로 (35) 가, 스위칭 소자 (21) 의 일렬을 ON 으로 한다 (스텝 S17).
마이크로 컨트롤러 (25) 는, 판독 출력선으로부터 차례로 제 3 전극 (Rx) 으로부터의 신호를 판독한다 (스텝 S18).
판독 출력된 값은 메모리에 보존된다 (스텝 S19).
다음으로, 전체 열에서의 측정이 되었는지의 여부가 판정된다 (스텝 S20). 측정되어 있지 않은 열이 있으면 (스텝 S20 에서 No), 프로세스는 스텝 S17 로 되돌아온다. 모든 열의 교점에서 상호 용량이 측정되면 (스텝 S20 에서 Yes), 프로세스는 종료된다.
이상의 결과, 시트상 탄성체에 가해지는 X, Y, Z 방향의 응력 전체의 면 내 분포를 검출할 수 있게 된다. 상기 장치의 응용예로서, 복수의 손가락으로 접촉한 경우에, 각 손가락의 XYZ 방향의 힘이 검출되어 있다. PC 의 터치 패드와 같은 입력 디바이스로서 응용하면, 유사적으로 회전 방향의 응력도 검출할 수 있으므로, "집는다" 나, "표면을 비튼다" 등의 새로운 제스추어를 검출할 수 있게 된다. 또, 3D 화상을 조작하는 새로운 입력 디바이스가 될 수도 있다.
이 센서의 응용예로는, 체압 분포를 측정하는 것이 있다. 예를 들어, 보행 또는 주행 계측이기 때문에, 발바닥에 가해지는 압력 분포를 측정하는 경우 등, 전단력의 측정이 요망되고 있다. 또, 베드에 깔면, 자고 있는 사람에게 가해지는 몸 전체의 전단력의 분포를 측정할 수 있으므로, 욕창의 연구나 예방 등에 도움이 된다.
2. 그 밖의 실시형태
이상, 본 발명의 1 또는 복수의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다. 특히, 본 명세서에 기재된 복수의 실시형태 및 변형예는 필요에 따라 임의로 조합 가능하다.
각 층의 적층 순서 및 다른 층의 유무는, 상기 실시형태에 한정되지 않는다.
각 층의 재료 및 두께는, 상기 실시형태에 한정되지 않는다.
제어 구성은 상기 실시형태에 한정되지 않는다.
제어 플로 차트는 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 구체적으로는, 복수의 스텝의 순서 및 유무는 특별히 한정되지 않는다. 특히, 전후하여 설명된 스텝은, 모두 동시에 또는 일부 동시에 실시되어도 된다.
제 4 전극 패턴 (Ta) 과 제 3 전극 패턴 (Rx) 사이에서 정전 용량을 측정해도 된다.
제 4 전극 패턴 (Ta) 의 정전 용량을 측정함으로써, 약한 압력을 측정할 수 있도록 해도 된다.
본 발명은, 압력 검출 장치에 널리 적용할 수 있다.
1 : 터치 패드 장치
3 : 센서부
5 : 제어 회로
11 : 지지 기판
13 : 제 2 절연체
15 : 제 1 절연체
25 : 마이크로 컨트롤러
27 : 신호 발생 회로
33 : 앰프 회로
35 : 게이트 구동 회로
Rx : 제 3 전극 패턴
Ta : 제 4 전극 패턴
Tx : 제 2 전극 패턴
Ty : 제 1 전극 패턴

Claims (5)

  1. 압력이 입력되는 측과 반대측으로부터 차례로 나열되어 적층된, 지지 기판과, 상기 지지 기판보다 강성이 낮아 압력이 작용하면 탄성 변형되는 제 2 절연체와, 제 1 절연체와,
    상기 제 2 절연체와 상기 지지 기판 사이에 전면적으로 깔리도록 형성된 복수의 전극과,
    상기 제 1 절연체의 상기 제 2 절연체와 반대측에 있어서 제 1 방향으로 연장되어 형성된, 상기 복수의 전극 중 상기 제 1 방향과 교차하는 방향에 인접하는 전극끼리의 사이로 연장됨으로써 상기 인접하는 전극의 각각의 일부에만 평면에서 보았을 때 중첩되어 있는 복수의 제 1 띠상 전극과,
    상기 제 1 절연체와 상기 제 2 절연체 사이에 있어서 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되어 형성된, 상기 복수의 전극 중 상기 제 2 방향과 교차하는 방향에 인접하는 전극끼리의 사이로 연장됨으로써 상기 인접하는 전극의 각각의 일부에만 평면에서 보았을 때 중첩되어 있는 복수의 제 2 띠상 전극과,
    상기 전극과 당해 전극에 평면에서 보았을 때 중첩되어 있는 제 1 띠상 전극 사이에서 발생하는 정전 용량을 검출 가능하고, 상기 전극과 당해 전극에 평면에서 보았을 때 중첩되어 있는 제 2 띠상 전극 사이에서 발생하는 정전 용량을 검출 가능한 정전 용량 측정 회로와,
    압력이 가해져 상기 제 2 절연체가 변형될 때에, 평면에서 보았을 때 서로 중첩되어 있는 전극과 제 1 띠상 전극의 중첩 면적 및/또는 평면에서 보았을 때 서로 중첩되어 있는 전극과 제 2 띠상 전극의 중첩 면적이 변화됨으로써 상기 정전 용량 측정 회로에 의해 얻어진 정전 용량 측정 결과에 기초하여, 전단력을 산출하는, 압력 산출 회로를 구비한, 압력 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극에 1 대 1 로 접속된 복수의 스위칭 소자와,
    상기 복수의 스위칭 소자 중 상기 제 1 방향 또는 상기 제 2 방향으로 나열된 복수의 스위칭 소자에 접속되어 있고, 당해 복수의 스위칭 소자의 나열 방향으로 연장되어 상기 정전 용량 측정 회로에 접속된 복수의 판독 출력선과,
    상기 나열 방향과 교차하는 방향으로 연장되어 있고, 당해 방향으로 나열된 복수의 스위칭 소자에 접속된 복수의 제어선과,
    상기 복수의 제어선에 의해, 상기 복수의 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 실시하는 스위칭 제어부를 추가로 구비한, 압력 검출 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 절연체의 탄성률은, 0.001 ∼ 10 ㎫ 인, 압력 검출 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 절연체는 상기 제 2 절연체보다 얇은, 압력 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 절연체는 상기 제 2 절연체보다 얇은, 압력 검출 장치.
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