KR20180130437A - Pressure sensing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 감압 재료로 이루어지는 센서층을 가지는 힘 검출 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a force detecting device having a sensor layer made of a pressure-reducing material.
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).A pressure detecting device is known in which small-sized pressure sensor elements are arranged in a two-dimensional array shape and pressure distribution measurement is possible (see, for example, Non-Patent Document 1 and Patent Document 1). In this pressure detecting device, the pressure sensor element outputs a signal voltage corresponding to the pressure externally applied. Further, in many cases, it is assumed that the pressure detecting device performs active matrix control of the pressure sensor element by using a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor) as in the pixel driving on the image display panel 1).
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. In the active matrix type two-dimensional pressure sensor, for example, two-dimensional pressure distribution data is acquired by sequentially changing the pressure sensor elements that read and switch active gate wirings using a shift resist. By continuing this operation at all times, it is possible to acquire the two-dimensional data of the pressure varying with time.
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. On the other hand, as a sensor device for measuring the contact pressure and the shearing force, there is known a four-gauge bridge circuit including a contact pressure measuring part and a shear force measuring part (see Patent document 2). In the sensor device described in Patent Document 2, the shear-force measuring unit is provided with a comb-like electrode on the one surface electrode and a comb-tooth electrode on the surface-facing electrode facing each other, Respectively.
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).Further, there is known a technique for measuring pressure by a strain sensor by a fiber Bragg grating (see Patent Document 3). Further, a technology for measuring a shear force and a pressure by using an X-axis sensor, a Y-axis sensor and a Z-axis sensor made of a piezo resistance cantilever in combination is known (see Patent Document 4).
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. The above-described two-dimensional pressure sensor is expected to be applied as a sensor for detecting tactile information and the like in, for example, a fingertip of a robot imitating a human being. However, in the conventional two-dimensional pressure sensor, it is possible to detect the force perpendicular to the sensor surface from the force acting on the sensor surface, which is the contact surface on which the force acts, but the force parallel to the sensor surface can not be detected.
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. For example, when an object touching the sensor surface is dragged or slid sideways, forces parallel to the sensor surface, such as shear force and frictional force, act on the sensor surface. In the conventional two-dimensional pressure sensor, a force parallel to the sensor surface could not be detected. Therefore, even if a tactile sensor is constructed using a conventional two-dimensional pressure sensor, it is considered difficult to detect an operation of dragging or sliding an object contacting the sensor surface sideways.
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. Information about the direction and size of the force parallel to the contact surface, such as shear force, is important information in, for example, a scene where the fingertip of the robot grasps an object. For example, if the finger tip of the robot tries to escape the object to be grasped, it is determined whether the gripping force is strong or weak or is to be maintained if it can be known whether the direction of departure is the direction of gravity or the direction opposite thereto, or the direction perpendicular to gravity direction. can do.
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. On the other hand, in the sensor device described in Patent Document 1, it is considered that it is not easy to precisely align the positions of the two comb-shaped electrodes facing each other. It is considered that the use of an optical fiber as a sensor device as in the technique described in Patent Document 3 is not suitable for miniaturization of a device. Moreover, using a sensor corresponding to the orthogonal three-axis directions of the X-axis sensor, the Y-axis sensor and the Z-axis sensor as in the technique described in Patent Document 4 is considered to be complicated in construction and increase in manufacturing cost.
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. An object of the present invention is to provide a force detecting device capable of detecting a force parallel to a sensor surface acting on a sensor surface without requiring a complicated configuration.
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. According to one aspect of the present invention, there is provided a force sensor comprising three or more electrodes, a force sensor formed on the three or more electrodes and having a sensor layer made of a pressure-reducing material, And a detection unit for detecting an electric resistance value of the electric power source.
본 발명에 의하면 복잡한 구성을 필요로 하지 않고, 센서 면에 대해서 작용하는 센서 면에 평행한 힘을 검출할 수 있다. According to the present invention, a force parallel to the sensor surface acting on the sensor surface can be detected without requiring a complicated configuration.
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.1 is a schematic view showing the entire structure of a force detection device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view showing a structure of a cell array including sensor cells in the force detection device according to the first embodiment of the present invention.
3 is a plan view for explaining the electric resistance value of the sensor cell in the force detecting device according to the first embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the relationship between magnitude and magnitude of each electric resistance value of the sensor cell and the direction of force in the force detecting device according to the first embodiment of the present invention.
5 is a plan view showing a structure of a cell array including sensor cells in a force detection device according to a second embodiment of the present invention.
6 is a plan view showing a structure of a cell array including sensor cells of a two-dimensional pressure sensor according to the background art.
7 is a plan view for explaining the electric resistance value of the sensor cell of the two-dimensional pressure sensor according to the background art.
<제 1 실시형태>≪ First Embodiment >
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. A force detecting apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 4. Fig. 1 is a schematic view showing the entire structure of a force detecting device according to the present embodiment. 2 is a plan view showing a structure of a cell array including sensor cells in the force detecting device according to the present embodiment. 3 is a plan view for explaining the electric resistance value of the sensor cell in the force detecting device according to the present embodiment. Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the magnitude and magnitude of the electric resistance values of the sensor cell and the direction of the force in the force detection device according to the present embodiment.
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. The force detecting device according to the present embodiment is provided with a touch panel such as a liquid crystal display device, an OLED (Organic Light Emitting Diode) display device, and the like, and a force .
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. 1 and 2, the
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. The
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. Each
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. The force sensor S has four
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. The
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. The
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. The
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. On the other hand, the
전극(62A, 62B, 62C, 62D)은, 2차원적으로 등간격으로 배치되어 있다. The
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. The
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. The surface on the side of the
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. Each of the rows of the
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. Data lines DL1, DL2, ..., DLn, which are output signal lines, are arranged in each column of the
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. The first power supply lines VL1a, VL2a, ..., VLna extend in the column direction in each column of the
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. The
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. That is, the gate electrode of the selection transistor Ml is connected to the corresponding first gate line GLia in the ith row. The source electrode of the selection transistor Ml is connected to the corresponding data line DLj in the j-th column. The drain electrode of the selection transistor Ml is connected to the
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. The gate electrode of the selection transistor M2 is connected to the corresponding second gate line GLib in the ith row. The source electrode of the selection transistor M2 is connected to the corresponding data line DLj in the j-th column. The drain electrode of the selection transistor M2 is connected to the
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.The
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. The gate line driving circuit 20 is composed of a decoder and a shift register. The gate line driving circuit 20 supplies the driving signal Pia to the first gate line GLia. The gate line driving circuit 20 supplies the driving signal Pib to the second gate line GLib. The driving signal Pia is a driving signal of the selection transistor Ml connected to the first gate line GLia. The driving signal Pib is a driving signal of the selection transistor M2 connected to the second gate line GLib. Thus, the gate line driving circuit 20 is a driving circuit for driving the selection transistors M1 and M2. For example, when the selection transistors M1 and M2 are N-type transistors, when the driving signals Pia and Pib are at the high level, the selection transistors M1 and M2 of the corresponding ith row are turned on. When the driving signals Pia and Pib are at the low level, the corresponding selection transistors M1 and M2 of the ith row are turned off.
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. The
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.The power
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. The
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. The
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. A force parallel to the
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. In a force sensor S having a plurality of
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. 3, in the force sensor S, the electric resistance value R AB between the
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. The electric resistance values (R AB , R AC , R BD , R R, R R, R R, R R, R R, R R, R CD ) are the same as those shown in Fig. The symbol '~' indicates that the electric resistance values on both sides are approximately equal.
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. That is, the lower side from the upper side of the floor with respect to the
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. The relative magnitude of the electrical resistance values (R AB , R AC , R BD , and R CD ) in the case where a force vertically directed from the lower side to the upper side of the paper surface acts on the
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. Further, when the right side from the left side of the paper with respect to the
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. In addition, in the case where to the left from the right side with respect to the
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. The relative magnitude of the electrical resistance values (R AB , R AC , R BD , and R CD ) when the force directed to the diagonal line of 45 degrees from the upper left side to the lower right side of the paper surface acts on the
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. The relative magnitude of the electrical resistance values (R AB , R AC , R BD , and R CD ) when the force directed to the diagonal line of 45 degrees from the lower right to the upper left of the paper surface acts on the
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. The relative magnitude of the electrical resistance values (R AB , R AC , R BD , and R CD ) in the case where a force directed to the diagonal line of 45 degrees acts from the upper right side to the lower left side of the paper surface with respect to the
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. The relative magnitude of the electrical resistance values (R AB , R AC , R BD , and R CD ) when the force directed to the diagonal line of 45 degrees from the lower left end to the upper right end of the paper surface acts on the
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. The direction of the force parallel to the
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. The
본 실시형태에 따른 힘 검출 장치(100)의 센서 면(70)에 대해서는, 물체가 접촉되어 센서 면(70)에 평행한 힘이 작용하고 있다. A force parallel to the
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. First, the gate line driving circuit 20 supplies the driving signal Pia to the first gate line GLia in the i-th row to turn on the first gate line GLia in the i-th row. As a result, the selection transistor M1 connected to the first gate line GLia in the i-th row is turned on for each row. On the other hand, the other first gate line and the second gate line are set to the OFF state in which no drive signal is supplied.
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. The first gate line GLia of the i-th row is turned on and the power supply
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. As described above, the first gate line GLia in the i-th row is turned on, the other first gate line and the second gate line are turned off, and the first power lines VL1a, VL2a, ..., VLna are turned on State, and the second power supply lines VL1b, VL2b, ..., VLnb are turned off. The electric resistance between the
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.Next, the ON and OFF states of the first power source line and the second power source line are switched while maintaining the ON state of the first gate line GLia in the ith row and the OFF state of the other first gate line and the second gate line. The first power supply lines VL1a, VL2a, ..., VLna are turned off by setting the first power supply lines VL1a, VL2a, ..., VLna to high impedance by the power
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.As described above, the first gate line GLia of the i-th row is turned on, the other first gate line and the second gate line are turned off, and the first power lines VL1a, VL2a, ..., VLna are turned off State, and the second power supply lines VL1b, VL2b, ..., VLnb are turned on. The electric resistance between the
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. Next, the drive signal Pib is supplied from the gate line drive circuit 20 to the second gate line GLib in the i-th row to turn on the second gate line GLib in the i-th row. Thus, the selection transistor M2 connected to the second gate line GLib in the i-th row is turned on for each row. On the other hand, the other first gate line and the second gate line are set to the OFF state in which no drive signal is supplied.
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. The second gate line GLib of the i-th row is turned on and the power supply
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. As described above, the second gate line GLib in the i-th row is turned on, the other first gate line and the second gate line are turned off, and the first power lines VL1a, VL2a, ..., VLna are turned on State, and the second power supply lines VL1b, VL2b, ..., VLnb are turned off. The electric resistance between the
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.Next, the ON and OFF states of the first power source line and the second power source line are switched while maintaining the ON state of the second gate line GLib in the i-th row and the OFF state of the other first gate line and the second gate line. The first power supply lines VL1a, VL2a, ..., VLna are turned off by setting the first power supply lines VL1a, VL2a, ..., VLna to high impedance by the power
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.As described above, the second gate line GLib in the i-th row is turned on, the other first gate line and the second gate line are turned off, and the first power lines VL1a, VL2a, ..., VLna are turned off State, and the second power supply lines VL1b, VL2b, ... VLnb are turned on. The electric resistance between the
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. The
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. For example, the
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. The
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. The
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. As described above, according to the present embodiment, the force sensor S having the plurality of
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. On the other hand, unlike the
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. 6, the
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. Each of the
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. The
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. In each row of the
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. The
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. In the case of the two-
<제 2 실시형태>≪ Second Embodiment >
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. A force detecting apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 5 is a plan view showing the structure of a cell array including sensor cells in the force detection device according to the present embodiment. The same components as those of the force detection device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described or briefly described.
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. The basic configuration of the force detection device according to the present embodiment is substantially the same as that of the
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.The
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. When the
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. That is, the gate electrode of the selection transistor M1 is connected to the first gate line GLxa in the corresponding x-th row. The source electrode of the selection transistor Ml is connected to the data line DLy in the corresponding y-th column. The drain electrode of the selection transistor Ml is connected to the
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. The gate electrode of the selection transistor M2 is connected to the second gate line GLxb of the corresponding x-th row. The source electrode of the selection transistor M2 is connected to the data line DLy in the corresponding y-th column. The drain electrode of the selection transistor M2 is connected to the
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. Further, the
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. In this embodiment mode, the ON / OFF state of the first and second gate lines can be switched and the ON / OFF state of the first and second power source lines can be switched in the same manner as in the first embodiment. Thus, the electrical resistance values (R AB , R AC , R BD , and R CD ) can be individually acquired for each
<변형 실시형태><Modified Embodiment>
본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변형이 가능하다. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
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. For example, in the above embodiment, the case where each of the force sensors S has four
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. In the above embodiment, the selection transistors M1 and M2 such as thin film transistors are used as active elements, but the present invention is not limited thereto. Other active elements such as a metal insulator metal (MIM) diode may be used in place of the selection transistor M. [ Each sensor cell may be provided with a device having memory property. The
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. In the above embodiment, the N-type thin film transistor is applied to the selection transistors M1 and M2, but the present invention is not limited thereto. The P-type thin film transistor may be applied to the selection transistors M1 and M2. In the case of applying the P-type thin film transistor, the logic of the gate driving signal is opposite to that of the above embodiment, and the power source potential and the ground potential to be supplied to the sensor cell are opposite.
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. Further, in the above embodiment, the case where the plurality of
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: 데이터선10: Sensor array
20: gate line driving circuit
30: Detection circuit
40: Power line driving circuit
50:
60, 60a, 60b: sensor cell
62A, 62B, 62C, 62D: electrodes
64: sensor layer
70: Sensor face
100, 200: force detection device
S: Force sensor
M1, M2: Select transistor
GLia: first gate line
GLib: Second gate line
VLja: first power line
VLjb: the second power line
DLj: data line
Claims (11)
상기 힘 센서의 상기 3개 이상의 전극 중에서 2쌍 이상의 전극 사이의 전기 저항값을 검출하는 검출부를 가지는 힘 검출 장치.
A force sensor having three or more electrodes, a force sensor formed on the three or more electrodes and having a sensor layer made of a pressure-
And a detecting section for detecting an electrical resistance value between two or more pairs of electrodes among the three or more electrodes of the force sensor.
상기 힘 센서를 각각이 포함하고, 2차원상으로 배치된 복수의 센서 셀을 가지는 힘 검출 장치.
The method according to claim 1,
And each of the force sensors includes a plurality of sensor cells arranged two-dimensionally.
상기 복수의 센서 셀의 각각이, 복수의 액티브 소자를 포함하는 힘 검출 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein each of the plurality of sensor cells includes a plurality of active elements.
상기 액티브 소자가, 박막 트랜지스터인 힘 검출 장치.
The method of claim 3,
Wherein the active element is a thin film transistor.
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.
The method of claim 3,
Wherein the three or more electrodes include a first electrode, a second electrode, a third electrode, and a fourth electrode,
The active element includes a first active element connected to the first electrode and a second active element connected to the fourth electrode.
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.
6. The method of claim 5,
A first driving signal line connected to the first active element for driving the first active element,
And a second driving signal line connected to the second active element for driving the second active element.
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.
6. The method of claim 5,
A first power line connected to the second electrode for supplying a power source voltage,
And a second power supply line connected to the third electrode for supplying a power supply voltage.
상기 제 1 액티브 소자 및 제 2 액티브 소자에 접속된 출력 신호선을 가지는 힘 검출 장치.
6. The method of claim 5,
And an output signal line connected to the first active element and the second active element.
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.
6. The method of claim 5,
Wherein the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are disposed at four corners of the sensor layer,
Wherein the detecting unit detects an electrical resistance between the first electrode and the second electrode, between the first electrode and the third electrode, between the second electrode and the fourth electrode, and between the third electrode and the fourth electrode Value detecting means.
상기 3개 이상의 전극은, 서로 동일한 평면 형상을 가지는 힘 검출 장치.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the three or more electrodes have the same planar shape as each other.
상기 3개 이상의 전극은, 2차원적으로 등간격으로 배치되어 있는 힘 검출 장치.9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the three or more electrodes are two-dimensionally arranged at regular intervals.
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