KR20180015235A - 정전 용량식 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 표면 패널에 대한 조작체의 접근 또는 접촉을 검출할 수 있음과 함께, 표면 패널에 대해 가압력이 가해진 것, 및, 가압력의 크기를 검출할 수 있는 정전 용량식 입력 장치를 제공한다.
(해결 수단) 제 1 기재와 제 2 기재가 자유롭게 접근할 수 있도록 대향하여 형성되어 있고, 제 1 기재에 형성된 복수의 제 1 전극과, 제 2 기재에 형성되고, 복수의 제 1 전극에 대해 각각 대향하는 복수의 제 2 전극을 갖고, 서로 대향하는, 제 1 전극과 제 2 전극으로 대향 전극쌍이 구성되어 있고, 각각의 제 1 전극과 각각의 제 2 전극을 구동부와 검출부로 전환하는 전환부가 형성되고, 전환부에 의해, 서로 대향하는 제 1 전극과 제 2 전극의 거리의 변화를 검출하는 제 1 검출 상태와, 대향 전극쌍으로부터의 검출 출력에 의해 조작체가 접근 또는 접촉한 좌표를 검출하는 제 2 검출 상태가 전환된다.

Description

정전 용량식 입력 장치{CAPACITIVE INPUT DEVICE}
본 발명은, 조작자가 표면 패널에 손가락 등을 접근 또는 접촉시켰을 때에, 그 위치 정보를 검출함과 함께, 표면 패널에 대해 가압력이 가해진 것, 및, 가압력의 크기를 검출할 수 있는 정전 용량식 입력 장치에 관한 것이다.
조작체로서의 조작자의 손가락이나 손이 접촉 또는 접근한 위치를 검출하는 정전 용량식 입력 장치로서, 기재 상에 있어서, X 방향을 따라 배치한 복수의 전극과 Y 방향을 따라 배치한 복수의 전극을 형성한 장치가 있다. 이 장치에 있어서는, X 방향을 따라 배치한 복수의 전극 (이하, 전극군 A 라고 부른다) 이 서로 도통 접속됨과 함께, Y 방향을 따라 배치한 복수의 전극 (이하, 전극군 B 라고 부른다) 이 서로 도통 접속되어 있고, 전극군 A 와 전극군 B 는 절연층을 개재하여 절연된 상태에서 교차하고 있다. 이와 같은 구성에 있어서, 예를 들어, 전극군 A 를 구동 전극으로 하고, 전극군 B 를 검출 전극으로 하면, 전극군 A 의 전극과 전극군 B 의 전극 사이에서 정전 용량이 형성되고, 조작체가 검출 전극에 접촉 또는 접근하면, 전극군 A 의 전극과 전극군 B 의 전극 사이의 정전 용량과, 각 전극과 조작체 사이에 형성되는 정전 용량이 결합되기 때문에, 이 정전 용량의 변화에 기초하여 조작체의 위치 정보가 구해진다.
또, 특허문헌 1 에 기재된 입력 장치에 있어서는, 기재의 상하면에 도전막이 각각 형성되고, 상측의 도전막에는 매트릭스상으로 배열된 복수의 전극부가 형성되고, 하측의 도전막에는, 상측의 도전막에 형성된 복수의 전극부에 대응하도록 배열된 복수의 전극부가 형성되어 있다. 하측의 도전막에 형성된 복수의 전극부는 서로 도통 접속되어 있고, 추가로, 하측의 도전막은 그라운드를 구성하고 있어, 하측의 도전막의 하방 등으로부터의 복사 노이즈의 영향이 센서부에 주는 영향을 작게 하는 실드층으로서 기능한다. 이 입력 장치에 있어서는, 조작체가 상측의 도전막 상의 어느 전극부에 접촉 또는 접근하면, 그 전극부와 그라운드 사이에 형성된 정전 용량이 변화되기 때문에, 이 정전 용량의 변화에 기초하여 조작체의 위치 정보를 구할 수 있다.
일본 공개특허공보 2008-140130호
최근, 정전 용량식 입력 장치에는, 표면 패널에 대해 조작체가 접근 또는 접촉한 위치를 검출하는 기능에 더하여, 표면 패널에 조작자가 가압력을 가했는지의 여부를 검출하는 기능이 구비되어 있을 것이 요구되고 있다.
이에 대해, 기재 상에 있어서 X 방향과 Y 방향을 따라 전극군을 각각 배열시킨 종래의 정전 용량식 입력 장치에 있어서는, 표면 패널에 가해진 힘의 크기에 따라 변화되는, 전극의 접촉 면적의 변화에 기초하여 정전 용량의 변화를 추측하고, 이로써 가압력이 가해졌는지의 여부를 검출하는 방법이 생각된다. 그러나, 전극에 대한 접촉 면적은, 조작체의 자세의 차이, 예를 들어, 손가락을 세우고 있는 경우와 눕히고 있는 경우의 차이에 따라서도 변화되어 버리므로, 검출의 확실성이나 신뢰성의 관점에서는 이와 같은 방법을 사용하는 것은 바람직하지 않다.
한편, 특허문헌 1 에 기재된 입력 장치에 있어서는, 표면 패널에 가해진 힘에 의해 상하의 도전막이 서로 접근하기 때문에, 상측의 도전막 상의 전극부와 그라운드 사이의 정전 용량의 변화에 기초하여 가압력이 가해졌는지의 여부를 검출하는 것이 가능하다고도 생각된다.
그러나, 특허문헌 1 의 입력 장치에서는, 상하의 도전막의 간격이 매우 얇아져 있기 때문에, 전극부와 그라운드 사이의 정전 용량이 커진다. 그 때문에, 조작체가 표면 패널에 접근 또는 접촉해도, 원래의 정전 용량에 대한 변화의 비율이 작아져 버리므로, 조작체의 위치 검출, 특히 조작체가 접촉하지 않고 접근했을 때의 위치 검출이 어려워진다는 문제가 있었다. 이에 반해, 상하의 도전막의 간격을 크게 하면, 도전막의 간격이 변화되어도 정전 용량의 변화가 작으므로, 조작체의 위치 검출과 구별하여 가압력을 검출하는 것은 곤란하였다.
그래서 본 발명은, 표면 패널에 접근 또는 접촉한 조작체의 위치 정보를 정확하게 검출할 수 있음과 함께, 표면 패널에 대해 가압력이 가해진 것, 및, 가압력의 크기를 확실하게 검출할 수 있는 정전 용량식 입력 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 정전 용량식 입력 장치는, 제 1 기재와 제 2 기재가 자유롭게 접근할 수 있도록 대향하여 형성되어 있고, 제 1 기재에 형성된 복수의 제 1 전극과, 제 2 기재에 형성되고, 복수의 제 1 전극에 대해 각각 대향하는 복수의 제 2 전극을 갖고, 서로 대향하는, 제 1 전극과 제 2 전극으로 대향 전극쌍이 구성되어 있고, 각각의 제 1 전극과 각각의 제 2 전극을 구동부와 검출부로 전환하는 전환부가 형성되고, 전환부에 의해, 서로 대향하는 제 1 전극과 제 2 전극의 거리의 변화를 검출하는 제 1 검출 상태와, 대향 전극쌍으로부터의 검출 출력에 의해 조작체가 접근 또는 접촉한 좌표를 검출하는 제 2 검출 상태가 전환되는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 서로 대향하는 2 개의 전극으로 구성되는 대향 전극쌍을 복수 형성하고, 전극에 가압력이 가해졌는지의 여부, 또는, 가압력의 크기를 검출하는 제 1 검출 상태와, 조작체의 접근 또는 접촉한 위치를 검출하는 제 2 검출 상태를 전환함으로써, 제 1 기재와 제 2 기재의 간격을 두껍게 하지 않고, 어느 검출 상태에 있어서도 감도가 높고, 정밀도가 높은 검출을 실시할 수 있는 정전 용량식 입력 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
본 발명의 정전 용량식 입력 장치에 있어서, 제 1 검출 상태에서는, 복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극의 일방이 구동부로 전환되고, 타방이 검출부로 전환되며, 제 2 검출 상태에서는, 대향 전극쌍을 구성하는 제 1 전극과 제 2 전극이, 구동부 또는 검출부로 전환되는 것이 바람직하다.
이로써, 제 1 검출 상태에 있어서의 검출 정밀도와 제 2 검출 상태에 있어서의 검출 정밀도를 양립시킨 정전 용량식 입력 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 정전 용량식 입력 장치에 있어서, 제 1 검출 상태에서는, 모든 대향 전극쌍에 있어서 동시에, 제 1 전극과 제 2 전극의 일방이 구동부로 전환되고, 타방이 검출부로 전환되는 것이 바람직하다.
이로써, 가압력이 가해졌는지의 여부, 또는, 가압력의 크기에 대해 확실하게 검출할 수 있다.
본 발명의 정전 용량식 입력 장치에 있어서, 제 1 검출 상태에서는, 대향 전극쌍마다, 제 1 전극과 제 2 전극의 일방이 구동부로 전환되고, 타방이 검출부로 전환되는 것이 바람직하다.
이로써, 모든 대향 전극쌍에 동시에 구동 전압을 인가하는 경우에 비해 소비 전력을 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명의 정전 용량식 입력 장치에 있어서, 제 2 검출 상태에서는, 어느 대향 전극쌍의 제 1 전극과 제 2 전극이 모두 구동부로 전환되고, 이것 이외의 대향 전극쌍의 제 1 전극과 제 2 전극이 모두 검출부로 전환되어, 구동부로 전환된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 검출부로 전환된 제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 상호 용량의 변화에 의해 좌표가 검출되는 것이 바람직하다.
전극쌍을 단위로 하여 구동부 또는 검출부에 접속했기 때문에, 보다 감도가 높고, 정밀도가 높은 검출을 실시할 수 있다.
본 발명의 정전 용량식 입력 장치에 있어서, 제 2 검출 상태에서는, 제 1 전극과 제 2 전극이 모두 구동부로 전환되는 대향 전극쌍이 순차 전환되는 것이 바람직하다.
이로써, 제 1 및 제 2 기재 상에서 전극을 형성한 모든 영역에 대해 검출을 실시하는 것이 가능해진다.
본 발명의 정전 용량식 입력 장치에 있어서, 제 2 검출 상태에서는, 어느 대향 전극쌍에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극이 모두 구동부와 검출부로 전환되고, 검출부에서 검출된 자기 용량의 변화에 의해 좌표가 검출되는 것이 바람직하다.
이로써, 상호 용량에 의한 검출과 같이, 구동부에 접속된 대향 전극쌍과는 상이한 대향 전극쌍에서 검출을 실시할 필요가 없고, 또, 대향 전극쌍을 순차 전환할 필요가 없기 때문에, 간편하게 검출을 실시할 수 있다.
본 발명의 정전 용량식 입력 장치에 있어서, 대향 전극쌍을 형성하는 제 1 전극과 제 2 전극은, 각각의 대향면이 서로 동일한 평면 형상을 갖는 것이 바람직하다.
이로써, 전극에 대응하는 영역 전체에서, 조작체의 접근, 접촉, 및 가압, 그리고 가압의 크기를 검출할 수 있기 때문에, 신속하고 또한 확실하게 검출을 실시할 수 있다.
본 발명의 정전 용량식 입력 장치에 있어서, 제 1 기재와 제 2 기재는, 탄성 부재를 개재하여 대향하고 있는 것이 바람직하다.
이로써, 조작체에 의한 조작이 없을 때의 정전 용량을 일정하게 할 수 있어, 안정적인 검출 처리를 실시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 표면 패널에 대한 조작체의 접근 또는 접촉을 검출할 수 있음과 함께, 표면 패널에 대해 가압력이 가해진 것, 및, 가압력의 크기를 검출할 수 있는 정전 용량식 입력 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 정전 용량식 입력 장치의 전극 배치를 나타내는 도면이다.
도 2(A) 는, 도 1 에 나타내는 정전 용량식 입력 장치의 센서부의 구성을 나타내는 단면도, 도 2(B) 는 변형예에 관련된 정전 용량식 입력 장치의 센서부의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 도 1 에 나타내는 정전 용량식 입력 장치의 기능 블록도이다.
도 4 는, 변형예에 관련된 정전 용량식 입력 장치의 제 1 전극의 배치예를 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 정전 용량식 입력 장치에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 실시형태에 관련된 정전 용량식 입력 장치는, 광 투과형으로서 휴대 전화나 그 밖의 휴대용 정보 단말, 가전 제품, 차재용 전자 기기 등에 사용할 수 있지만, 본 발명의 정전 용량식 입력 장치는, 광 투과형에 한정되지 않고, 광 비투과형으로서 구성할 수도 있다.
도 1 은 본 실시형태에 관련된 정전 용량식 입력 장치 (10) 의 전극 배치를 나타내는 도면이다. 도 2(A) 는, 정전 용량식 입력 장치 (10) 의 센서부 (10a) 의 구성을 나타내는 단면도, 도 2(B) 는 변형예에 관련된 정전 용량식 입력 장치의 센서부 (30a) 의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 3 은, 정전 용량식 입력 장치 (10) 의 기능 블록도이다. 여기서, 도 1 에 있어서는, 제 1 기재 (15a), 광학 접착 부재 (16), 및, 제 2 기재 (15b) 의 도시를 생략하고 있다. 도 2 는, 도 1 의 A-A 선에 있어서 화살표 방향으로부터 본 단면도이다. 각 도면에 있어서는 X-Y-Z 좌표가 나타나 있다. Z 방향은 상하 방향이고, XY 평면은 Z 방향과 수직인 평면이다.
이하의 설명에 있어서, 조작체란, 정전 용량식 입력 장치 (10) 를 조작하는 조작자의 손가락이나 손 또는 스타일러스 (stylus) 이다.
도 1 과 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 정전 용량식 입력 장치 (10) 는, 센서부 (10a) 와 연산부 (20) 를 구비한다.
도 1 과 도 3 에 나타내는 바와 같이, 센서부 (10a) 는 4 개의 대향 전극쌍 (11, 12, 13, 14) 으로 이루어진다. 이들 대향 전극쌍 (11, 12, 13, 14) 은, 상하 방향 (Z 방향) 에 있어서 서로 대향하는 제 1 전극과 제 2 전극으로 각각 구성되어 있다. 구체적으로는, 대향 전극쌍 (11) 은 상측의 제 1 전극 (11a) 과 하측의 제 2 전극 (11b) 으로 구성되고, 대향 전극쌍 (12) 은 상측의 제 1 전극 (12a) 과 하측의 제 2 전극 (12b) 으로 구성되고, 대향 전극쌍 (13) 은 상측의 제 1 전극 (13a) 과 하측의 제 2 전극 (13b) 으로 구성되고, 대향 전극쌍 (14) 은 상측의 제 1 전극 (14a) 과 하측의 제 2 전극 (14b) 으로 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 대향 전극쌍의 수를 4 개로 했지만, 정전 용량식 입력 장치의 크기, 검출 정밀도 등에 따라 상이한 수로 설정할 수 있다.
도 2(A) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 은, 표면 패널로서의 제 1 기재 (15a) 의 상면 (151) 상에, 평면에서 볼 때에 2 행 2 열의 매트릭스상이 되도록, ITO (Indium Tin Oxide), SnO2, ZnO 등의 투명 도전성 재료를 사용하여, 스퍼터링이나 증착 등의 박막법에 의해 형성되어 있다. 또, 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 은, 제 2 기재 (15b) 의 하면 (152) 에 있어서, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 과 각각 대향하도록 형성되어 있고, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 과 마찬가지로, ITO, SnO2, ZnO 등의 투명 도전성 재료를 사용하여, 스퍼터링이나 증착 등의 박막법에 의해 형성되어 있다.
또한, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 과 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 은, 불투명한 도전성 재료, 예를 들어 금속층, 은 페이스트, 도전성 나노 와이어로 구성해도 된다.
제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 과 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상측으로부터 본 평면 형상이 정방형을 이루고 있고, 그 면적은 동일하게 되어 있다. 또한, 대향 전극쌍 (11, 12, 13, 14) 의 각각에 있어서, 서로 대향하는 제 1 전극과 제 2 전극은, 상하 방향에서 보아 완전하게 겹치도록, 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 에 있어서의 위치 및 방향이 각각 조정되어 있다.
4 개의 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 의 평면 형상은 서로 동일한 것이 바람직하고, 4 개의 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 에 대해서도 서로 동일한 평면 형상을 갖는 것이 바람직하지만, 대향 전극쌍이 되는 제 1 전극과 제 2 전극은, 소정 이상의 대향 면적으로 대향하고 있으면, 평면 형상은 서로 동일하지 않아도 되고, 면적이 상이한 상사형 (相似形) 이어도 된다. 여기서, 소정 이상의 대향 면적이란, 대향 전극쌍이 되는 제 1 전극과 제 2 전극의 거리를 검출할 수 있고, 또한, 각 대향 전극쌍으로부터의 검출 출력에 의해 조작체가 접근 또는 접촉한 좌표를 확실하게 검출할 수 있는 면적으로, 검출 출력이 지나치게 작거나, 대향 전극쌍을 이루고 있는 전극과의 사이의 용량 결합보다, 대향 전극쌍을 이루고 있지 않은 전극과의 사이의 용량 결합이 지나치게 커지는 것과 같은 면적은 바람직하지 않다.
또한, 대향 전극쌍이 되는 제 1 전극과 제 2 전극은, 제 1 기재 (15a) 및 제 2 기재 (15b) 의 평면 방향, 즉 XY 평면을 포함하는 방향에 있어서, 제 1 전극의 평면 형상의 중심을 포함하는 범위에서 대향하고 있는 것이 바람직하다.
도 1 과 도 2(A) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 는, 대략 동일한 평면적을 갖고 있고, 탄성 부재로서의, 비도전성의 광학 접착 부재 (OCA) (16) 를 개재하여 서로 상하로 대향하도록 배치되어 있다. 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 는, 광학 접착 부재 (16) 의 탄성에 의해 서로 자유롭게 접근할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 제 1 기재 (15a) 는, 조작자의 손가락이나 손이 닿은 것만으로는 변형되지 않지만, 손가락이나 손으로 누름으로써 휠 정도의 탄성을 갖고, 플라스틱 등으로 구성된다. 제 2 기재 (15b) 는, 단단한 성질을 갖는 재료, 예를 들어 플라스틱이나 유리로 구성되고, 정전 용량식 입력 장치 (10) 가 적용되는 디바이스, 예를 들어 액정 패널에 고정된다.
제 1 기재 (15a) 상의 어느 제 1 전극에 대해, 하 방향, 즉 제 2 기재 (15b) 측에 대한 가압력을 가하면, 제 1 기재 (15a) 가 휨과 함께 광학 접착 부재 (16) 가 압축되고, 이로써 제 1 기재 (15a) 는 제 2 기재 (15b) 에 접근한다. 이에 반해, 제 1 기재 (15a) 에 가하고 있던 가압력을 해제하면 제 1 기재 (15a) 와 광학 접착 부재 (16) 는 원래의 상태로 회복되어, 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 의 간격은 누르기 전의 크기로 되돌아온다.
도 1 또는 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 은, 배선 (18a, 18c, 18e, 18g) 에 의해 연산부 (20) 의 멀티플렉서 (21) 에 각각 접속되어 있다. 이들 배선 (18a, 18c, 18e, 18g) 은, 제 1 기재 (15a) 의 상면 (151) 에, ITO, 은 페이스트, 도전성 나노 와이어 등에 의해 각각 형성되어 있다.
또, 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 은, 배선 (18b, 18d, 18f, 18h) 에 의해 연산부 (20) 의 멀티플렉서 (21) 에 각각 접속되어 있다. 이들 배선 (18b, 18d, 18f, 18h) 은, 제 2 기재 (15b) 의 하면 (152) 에, ITO, 은 페이스트, 도전성 나노 와이어 등에 의해 각각 형성되어 있다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 연산부 (20) 는, 멀티플렉서 (21) 와, 구동부로서의 구동 회로 (22) 와, 검출부로서의 검출 회로 (23) 와, 제어부 (24) 를 구비한다. 멀티플렉서 (21) 와 제어부 (24) 는 전환부를 구성한다.
멀티플렉서 (21) 는, 제어부 (24) 로부터의 지시 신호에 따라, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 과 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 을, 구동 회로 (22) 와 검출 회로 (23) 로 각각 전환한다. 이로써, 정전 용량식 입력 장치 (10) 는, 제 1 검출 상태와 제 2 검출 상태의 어느 일방으로 전환된다. 여기서, 제 1 검출 상태와 제 2 검출 상태의 전환의 순서나 시간 간격 등은, 정전 용량식 입력 장치 (10) 의 사양 등에 기초하여 미리 정해지고, 제어부 (24) 가 구비하는 기억부에 보존되어 있다. 또, 이하에 서술하는, 검출 상태의 전환에 관련된 데이터도 제어부 (24) 가 구비하는 기억부에 보존된다.
제 1 검출 상태와 제 2 검출 상태의 전환은, 각각의 검출 상태에 할당된 시간이 경과할 때마다, 제어부 (24) 의 제어에 기초하여 멀티플렉서 (21) 가 실행한다. 시간의 경과의 확인은, 제어부 (24) 가 내장하는 시계부로부터의 출력 신호에 따라 실시한다.
이에 대하여, 각각의 검출 상태에 있어서, 조작자에 의해, 미리 정한 소정 조작이 실시될 때까지는 그 상태를 유지하고, 그 소정 조작이 실시된 시점에서 검출 상태를 전환하도록 해도 된다. 따라서, 상기 소정 조작이 실시되지 않는 한, 현재의 검출 상태를 계속해서 유지해도 된다. 이로써 효율적인 검출 처리가 가능해진다.
또, 일방의 검출 상태에 대해서는, 소정의 조작이 실시될 때까지 그 상태를 유지하고, 타방의 검출 상태에 대해서는, 조작에 상관없이 소정 시간이 경과한 시점에서 전환을 실시하도록 해도 된다.
제 1 검출 상태에 대한 전환에 있어서는, 제어부 (24) 의 제어에 기초하여, 멀티플렉서 (21) 에 의해, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 이 구동 회로 (22) 에 접속되고, 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 이 검출 회로 (23) 에 접속된다. 제 1 검출 상태에서는, 구동 전극으로서의 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 모두에 대해, 일정 주기의 사각형파의 구동 전압이 동시에 인가된다. 이로써, 검출 전극으로서의 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 에서는, 구동 전극에 인가된 사각형파의 상승과 하강의 타이밍에서 전류가 흐른다. 여기서, 어느 대향 전극쌍에 하방향의 가압력이 가해지면 전류량이 변화되기 때문에, 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 의 각각에 있어서 검출한 전류의 변화에 의해, 대향 전극쌍을 구성하는, 제 1 전극과 제 2 전극의 거리의 변화를 제어부 (24) 에서 검출할 수 있다. 제어부 (24) 는, 거리의 변화량에 기초하여, 제 1 전극에 대해 조작체에 의해 가압력이 가해졌는지의 여부를 판별한다. 보다 구체적으로는, 제어부 (24) 는, 미리 정한 수치 (임계값) 보다 거리의 변화량이 커진 경우에 가압력이 가해진 것으로 판별한다. 또, 가압력이 변화된 크기를 검출하는 것이 가능하다. 이 가압력의 크기의 검출은, 상기 임계값의 정의에 관계없이, 가압력 그 자체를 아날로그치로서 검출할 수 있다.
제 2 검출 상태에 대한 전환에 있어서는, 제어부 (24) 의 제어에 기초하여, 멀티플렉서 (21) 에 의해, 4 개의 대향 전극쌍 (11, 12, 13, 14) 중 하나의 대향 전극쌍을 구성하는, 제 1 전극과 제 2 전극이 모두 구동 회로 (22) 에 접속되고, 이것 이외의 대향 전극쌍을 구성하는, 복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극이 모두 검출 회로 (23) 에 접속된다. 예를 들어, 대향 전극쌍 (11) 을 구성하는, 제 1 전극 (11a) 과 제 2 전극 (11b) 이 구동 회로 (22) 에 접속되고, 대향 전극쌍 (12, 13, 14) 을 구성하는 제 1 전극 (12a, 13a, 14a) 및 제 2 전극 (12b, 13b, 14b) 이 검출 회로 (23) 에 접속된다. 제 2 검출 상태에서는, 구동 회로 (22) 에 접속된 구동 전극으로서의 제 1 전극과 제 2 전극에 대해, 일정 주기의 사각형파의 구동 전압이 동시에 인가된다. 이로써, 검출 회로 (23) 에 접속된 검출 전극으로서의 제 1 전극 및 제 2 전극에서는, 구동 전극에 인가된 사각형파의 상승과 하강의 타이밍에서 전류가 흐른다. 여기서, 어느 검출 전극에 대해 조작체가 접근 또는 접촉하면 전류량이 변화되기 때문에, 구동 전극과 검출 전극 사이의 정전 용량 (상호 용량) 의 변화를 검출할 수 있고, 각 검출 전극에 있어서의 전류 변화에 기초하여, 제 1 기재 (15a)의 상면 (151) 상에 배치된 복수의 제 1 전극 (12a, 13a, 14a) 에 대해 조작체가 접근 또는 접촉한 좌표를 검출할 수 있다.
여기서, 제 2 검출 상태에 있어서, 구동 전압이 인가되는 대향 전극쌍을, 소정 시간마다 전환하면, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 을 배치한 모든 영역에 대해, 조작체가 접근 또는 접촉한 좌표를 검출할 수 있다.
이상과 같이 구성되었으므로, 상기 실시형태에 의하면, 다음의 효과를 발휘한다.
(1) 서로 대향하는, 제 1 전극과 제 2 전극으로 구성되는 4 개의 대향 전극쌍 (11, 12, 13, 14) 을 형성하고, 제 1 전극에 가압력이 가해졌는지의 여부, 또는 가압력의 크기를 검출하는 제 1 검출 상태와, 조작체의 접근 또는 접촉한 위치를 검출하는 제 2 검출 상태를 전환함으로써, 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 의 간격을 두껍게 하지 않고, 어느 검출 상태에 있어서도 감도가 높고, 정밀도가 높은 검출을 실시할 수 있다.
(2) 제 2 검출 상태에서는, 대향 전극쌍을 단위로 하여 구동부 또는 검출부에 접속하여 상호 용량을 검출하고 있으므로, 전극을 단위로 하여 검출하는 경우와 비교하여, 보다 정밀도가 높은 검출을 실시할 수 있다.
(3) 대향 전극쌍을 형성하는 제 1 전극과 제 2 전극의 대향면을 서로 동일한 평면 형상으로 하고 있기 때문에, 조작체의 접근, 접촉, 및 가압을 전극에 대응하는 영역 전체에서 검출할 수 있으므로, 신속하고 또한 확실하게 검출을 실시할 수 있다.
(4) 탄성 부재로서의 광학 접착 부재 (16) 를 개재하여 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 를 대향시키고 있기 때문에, 조작체에 의한 조작이 없을 때의 정전 용량을 일정하게 할 수 있어, 안정적인 검출을 실시할 수 있다.
이하에 변형예에 대해 설명한다.
(A) 상기 실시형태에서는, 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 사이에 광학 접착 부재 (16) 를 배치시키고 있었지만, 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 사이에 끼워지는, 비도전성의 탄성 부재는 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 상온에서 고무 탄성을 나타내는 고분자 물질 (엘라스토머) 을, 제 1 기재 (15a) 및 제 2 기재 (15b) 와 동일한 평면적을 갖는 판상으로 하여 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 사이에 배치해도 된다.
또한, 도 2(B) 에 나타내는 변형예 1 에 관련된 정전 용량식 입력 장치의 센서부 (30a) 와 같이, 동일한 높이를 갖고, 동일한 재료로 이루어지는 반구상의 복수의 탄성부 (36) 를, 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 사이에 일정 간격으로 배치해도 된다. 이 구성에 있어서는, 복수의 탄성부 (36) 사이에 공간 (37) 이 형성되고, 탄성부 (36) 의 탄성에 의해, 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 가 상하 방향으로 자유롭게 접근할 수 있음과 함께, 공간 (37) 이 있음으로써, 탄성부 (36) 의 변형량을 충분히 확보할 수 있고, 또한, 변형된 탄성부 (36) 가 제 1 기재 (15a) 와 제 2 기재 (15b) 사이에 끼인 영역으로부터 돌출되는 경우가 없다.
(B) 상기 서술한 실시형태에서는, 제 1 검출 상태에 있어서, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 모두에 대해 구동 전압을 동시에 인가하고 있었지만, 이것 대신에, 1 개의 제 1 전극, 또는, 일부의 제 1 전극의 세트 (예를 들어 2 개의 제 1 전극) 에 대해 구동 전압을 인가하고, 또한, 소정 시간마다, 구동 전압을 인가 하는 제 1 전극 또는 제 1 전극의 세트를 전환하도록 해도 된다. 이 때, 검출 전극이 되는 제 2 전극은, 구동 전압이 인가된 제 1 전극과 대향 전극쌍을 구성하는 전극으로 한다. 이와 같이 구동·검출함으로써, 소비 전력을 억제할 수 있다.
(C) 상기 서술한 실시형태에서는, 제 2 검출 상태에 있어서, 4 개의 대향 전극쌍 (11, 12, 13, 14) 중의 하나의 대향 전극쌍을 구성하는, 제 1 전극과 제 2 전극의 양방에 대해 동시에 구동 전압을 인가하고, 그것 이외의 대향 전극쌍을 구성하는, 복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 검출 전극으로서 사용하여 상호 용량을 검출하고 있었지만, 이것 대신에 자기 용량을 검출하는 것으로 해도 된다. 자기 용량을 검출하는 경우에는, 4 개의 대향 전극쌍 (11, 12, 13, 14) 중의 하나 이상의 대향 전극쌍에 대해, 대향 전극쌍을 구성하는, 제 1 전극과 제 2 전극의 양방에 구동 회로 (22) 및 검출 회로 (23) 가 접속된다. 구동 회로 (22) 가 접속된 전극은 부유 용량을 갖고 있고, 구동 회로 (22) 로부터 전하가 축적된다. 사람의 손이나 손가락은 도전체이기 때문에, 조작체와 전극의 거리에 따라 부유 용량에 변화가 발생하여, 조작체가 전극에 접근하면, 전극으로부터 검출 회로 (23) 에 출력되는 신호의 레벨이 높아지고, 조작체가 전극으로부터 멀어짐에 따라 출력 신호의 레벨이 저하된다. 자기 용량을 검출하는 경우, 구동 회로 (22) 및 검출 회로 (23) 를 접속한 대향 전극쌍에서 구동과 검출의 양방을 실시할 수 있기 때문에, 상호 용량에 의한 검출과 같이, 구동부에 접속된 대향 전극쌍과는 상이한 대향 전극쌍에서 검출을 실시할 필요가 없고, 또, 대향 전극쌍을 순차 전환할 필요가 없기 때문에, 간편하게 검출을 실시할 수 있다.
(D) 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 제 1 전극 (11a, 12a, 13a, 14a) 과 제 2 전극 (11b, 12b, 13b, 14b) 을, 서로 독립된 8 개의 배선 (18a ∼ 18h) 에 의해 멀티플렉서 (21) 에 각각 접속시키고 있었지만, 이것 대신에, 일부의 복수의 제 1 전극끼리를 서로 접속시키고, 또한, 이들 복수의 제 1 전극에 각각 대향하는 복수의 제 2 전극끼리를 서로 접속시키는 구성도 가능하다. 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, Y 방향으로 나열된 제 1 전극끼리를 접속시키고, 또한, X 방향으로 나열된 제 1 전극끼리를 접속시켜도 된다. 여기서, 도 4 는, 변형예에 관련된 정전 용량식 입력 장치의 제 1 전극의 배치예를 나타내는 평면도이고, 제 1 기재 (15a) 의 상면 (151) 상에 형성된 제 1 전극 (41 ∼ 46, 61 ∼ 66) 및 이것들에 접속된 배선을 나타내는 도면이다.
도 4 에 나타내는 예에서는, Y 방향으로 나열된 3 개의 마름모꼴상의 제 1 전극 (41, 42, 43) 이 배선 (51, 52) 에 의해 순서대로 접속됨과 함께, 3 개의 마름모꼴상의 제 1 전극 (44, 45, 46) 이 배선 (53, 54) 에 의해 순서대로 접속되어 있다. 또, X 방향으로 나열된 3 개의 마름모꼴상의 제 1 전극 (61, 62, 63) 이 배선 (71, 72) 에 의해 순서대로 접속됨과 함께, 3 개의 마름모꼴상의 제 1 전극 (64, 65, 66) 이 배선 (73, 74) 에 의해 순서대로 접속되어 있다. 배선 (51, 52) 과 배선 (71, 73) 은 서로 절연되어 교차하고 있고, 배선 (53, 54) 과 배선 (72, 74) 은 서로 절연되어 교차하고 있다. 이와 같이 서로 접속된 전극군은, 도 4 에 나타내는 바와 같이 연산부 (20) 에 각각 접속되어 있고, 검출 상태에 따라 구동 회로 (22) 와 검출 회로 (23) 로 각각 전환된다.
여기서, 도 4 에는 도시되지 않지만, 각각의 제 1 전극에 대향하도록, 제 2 기재 (15b) 상에 복수의 제 2 전극이 배치되어 있다. 제 2 전극도 제 1 전극 과 마찬가지로, X 방향으로 나란히 배선에 의해 접속된 복수의 전극과 Y 방향으로 나란히 배선에 의해 접속된 복수의 전극을 갖고 있다. 여기서도 교차하는 배선은 서로 절연되어 있다.
제 1 검출 상태에서는, 모든 제 1 전극이 구동 회로에 접속되고, 모든 제 2 전극이 검출 회로에 접속된다. 혹은, Y 방향으로 나열된 제 1 전극의 열 (列) 중 어느 것, 또는 X 방향으로 나열된 제 1 전극의 열 중 어느 것이 구동 회로에 접속되고, 상기 제 1 전극의 열에 대향하는 제 2 전극의 열이 검출 회로에 접속된다.
제 2 검출 상태에서는, 예를 들어 제 1 전극 (61, 62, 63) 과 이것에 대향하는 제 2 전극이 동시에 구동 회로에 접속되고, 다음으로, 제 1 전극 (64, 65, 66) 과 이것에 대향하는 제 2 전극이 동시에 구동 회로에 접속된다. 그리고, 제 1 전극 (41, 42, 43) 과 이것에 대향하는 제 2 전극이 동시에 검출 회로에 접속되고, 다음으로, 제 1 전극 (44, 45, 46) 과 이것에 대향하는 제 2 전극이 동시에 검출 회로에 접속된다.
이와 같이 전극을 접속함으로써, 전극 수가 증가해도, 배선을 복잡화시켜 배선 면적을 늘리는 경우가 없고, 또, 구동과 검출의 처리 부담의 증대를 억제할 수 있다. 또한, 도 4 에서는, 3 행 3 열의 배치예를 나타냈지만 배치 수는 이것에 한정되지 않는다.
본 발명에 대해 상기 실시형태를 참조하면서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 개량의 목적 또는 본 발명의 사상의 범위 내에 있어서 개량 또는 변경이 가능하다.
산업상 이용가능성
이상과 같이, 본 발명에 관련된 정전 용량식 입력 장치는, 접근 또는 접촉한 조작체의 위치 정보의 검출과, 표면 패널에 대해 가압력이 가해진 것의 검출을 양립할 수 있는 점에서 유용하다.
10 : 정전 용량식 입력 장치
10a : 센서부
11, 12, 13, 14 : 대향 전극쌍
11a, 12a, 13a, 14a : 제 1 전극
11b, 12b, 13b, 14b : 제 2 전극
15a : 제 1 기재 (표면 패널)
15b : 제 2 기재
16 : 광학 접착 부재 (탄성 부재)
18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f, 18g, 18h : 배선
20 : 연산부
21 : 멀티플렉서 (전환부)
22 : 구동 회로 (구동부)
23 : 검출 회로 (검출부)
24 : 제어부 (전환부)
30a : 센서부
36 : 탄성부
37 : 공간
41, 42, 43, 44, 45, 46 : 제 1 전극
51, 52, 53, 54 : 배선
61, 62, 63, 64, 65, 66 : 제 1 전극
71, 72, 73, 74 : 배선
151 : 상면
152 : 하면

Claims (9)

  1. 제 1 기재와 제 2 기재가 자유롭게 접근할 수 있도록 대향하여 형성되어 있고,
    상기 제 1 기재에 형성된 복수의 제 1 전극과,
    상기 제 2 기재에 형성되고, 상기 복수의 제 1 전극에 대해 각각 대향하는 복수의 제 2 전극을 갖고,
    서로 대향하는, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극으로 대향 전극쌍이 구성되어 있고,
    각각의 제 1 전극과 각각의 제 2 전극을 구동부와 검출부로 전환하는 전환부가 형성되고,
    상기 전환부에 의해, 서로 대향하는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 거리의 변화를 검출하는 제 1 검출 상태와, 상기 대향 전극쌍으로부터의 검출 출력에 의해 조작체가 접근 또는 접촉한 좌표를 검출하는 제 2 검출 상태가 전환되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 상태에서는, 상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 제 2 전극의 일방이 상기 구동부로 전환되고, 타방이 상기 검출부로 전환되고,
    상기 제 2 검출 상태에서는, 상기 대향 전극쌍을 구성하는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이, 구동부 또는 검출부로 전환되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 상태에서는, 모든 상기 대향 전극쌍에 있어서 동시에, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 일방이 상기 구동부로 전환되고, 타방이 상기 검출부로 전환되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 상태에서는, 상기 대향 전극쌍마다, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 일방이 상기 구동부로 전환되고, 타방이 검출부로 전환되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 검출 상태에서는, 어느 상기 대향 전극쌍의 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 모두 상기 구동부로 전환되고, 이것 이외의 상기 대향 전극쌍의 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 모두 상기 검출부로 전환되어, 상기 구동부로 전환된 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과, 상기 검출부로 전환된 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이의 상호 용량의 변화에 의해 좌표가 검출되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 검출 상태에서는, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 모두 상기 구동부로 전환되는 상기 대향 전극쌍이 순차 전환되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 검출 상태에서는, 어느 상기 대향 전극쌍에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 모두 구동부와 검출부로 전환되고, 상기 검출부에서 검출된 자기 용량의 변화에 의해 좌표가 검출되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대향 전극쌍을 형성하는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은, 각각의 대향면이 서로 동일한 평면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기재와 상기 제 2 기재는, 탄성 부재를 개재하여 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 입력 장치.
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