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CN106406602B - 触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置 - Google Patents

触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置 Download PDF

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CN106406602B CN201610617884.4A CN201610617884A CN106406602B CN 106406602 B CN106406602 B CN 106406602B CN 201610617884 A CN201610617884 A CN 201610617884A CN 106406602 B CN106406602 B CN 106406602B
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Abstract

本发明提供触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置，根据本发明的触摸检测芯片包括：驱动部，其构成为能够对多个电极中至少2个以上的电极施加驱动信号；检测部，其构成为能够从上述多个电极中至少2个以上的电极接收多个信号而检测触摸位置以及触摸压力；以及多个输入端子，其用于接收上述多个信号的输入，上述多个输入端子中至少一个可以是压力检测用输入端子。

Description

触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置
技术领域
本发明涉及触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置，更详细而言，涉及能够检测触摸位置以及触摸压力的触摸检测器、触摸检测芯片以及包括这些的触摸输入装置。
背景技术
为了计算机系统的操作，利用多种输入装置。例如，利用按钮(button)、键(key)、控制杆(joystick)及触摸屏等输入装置。由于触摸屏的简单且便利的操作，在操作计算机系统时，触摸屏的利用率增加。
触摸屏可以构成包括触摸传感器面板(touch sensor panel)的触摸输入装置的触摸表面，所述触摸传感器面板可以是具备触摸感应表面(touch-sensitive surface)的透明面板。这种触摸传感器面板附着在显示屏的整个表面，从而触摸感应表面能够覆盖显示屏的能被看到的表面。通过使用者利用手指等对触摸屏进行单纯的触摸，能够使使用者操作计算机系统。一般而言，计算机系统识别触摸屏上的触摸以及触摸位置并解释这种触摸，由此执行运算。
此外，不只是用于检测对触摸输入装置的触摸表面的触摸位置的研究，用于检测触摸压力的研究也在持续进行。此时，由于需要另行制作对触摸传感器面板的触摸位置进行检测的构成、与从压力电极检测触摸压力的构成，所以不仅费用增加，而且工序也繁杂，另外还发生这些构成在触摸输入装置中所占的体积及面积的消耗增加的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的问题，提供能够通过一个结构来检测对触摸传感器面板的触摸位置以及从压力电极检测的触摸压力的触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置。
本发明的另一个目的在于，提供与应用无关地无需对触摸检测器以及触摸检测芯片进行修正便能简单地检测压力大小的技术。
本发明所涉及的触摸检测芯片可以包括：驱动部，其构成为能够对多个电极中至少2个以上的电极施加驱动信号；检测部，其构成为能够从上述多个电极中至少2个以上的电极接收多个信号而检测触摸位置以及触摸压力；以及多个输入端子，其用于接收上述多个信号的输入，上述多个输入端子中至少一个是压力检测用输入端子。
本发明所涉及的触摸检测器可以包括：驱动部，其构成为能够对多个电极中至少2个以上的电极施加驱动信号；以及检测部，其构成为能够从上述多个电极中至少2个以上的电极接收多个信号而检测触摸位置以及触摸压力，被施加上述驱动信号的上述至少2个以上的电极中至少一个是压力检测用驱动电极，用于接收上述多个信号的上述至少2个以上的电极中至少一个是压力检测用接收电极。
本发明所涉及的触摸输入装置可以包括多个电极；以及触摸检测芯片，上述触摸检测芯片包括：驱动部，其构成为能够对上述多个电极中至少2个以上的电极施加驱动信号；检测部，其构成为能够从上述多个电极中至少2个以上的电极接收多个信号而检测触摸位置以及触摸压力；以及多个输入端子，其用于接收上述多个信号的输入，上述多个输入端子中至少一个是压力检测用输入端子。
根据本发明，能够提供通过一个结构来检测对触摸传感器面板的触摸位置以及从压力电极检测的触摸压力的触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置。
另外，根据本发明，能够提供与应用无关地无需对触摸检测器以及触摸检测芯片进行修正便能简单地检测压力大小的技术。
附图说明
图1是根据实施例的静电容量方式的触摸传感器面板以及用于该触摸传感器面板的动作的构成的概略图。
图2a、图2b以及图2c是例示在根据实施例的触摸输入装置中触摸传感器面板相对于显示模块的相对位置的概念图。
图3a例示根据实施例的适用了压力电极的触摸输入装置的剖面。
图3b例示根据实施例的压力电极的结构。
图4是例示根据实施例的触摸检测器和触摸传感器面板与压力电极之间的信号传递的概念图。
图5例示根据实施例的触摸检测芯片。
图6例示表示根据实施例的触摸输入装置的驱动部、检测部以及电极部的连结关系的等效电路图。
图7例示在根据实施例的触摸检测器的驱动部中施加于电极部的驱动信号。
图8a至图8c分别表示根据实施例的触摸输入装置中的第一替代例的压力电极以及检测部的等效电路图、压力电极结构、以及根据压力电极与基准电位层之间的距离发生变化的检测部的输出信号的图表。
图9是根据实施例的触摸输入装置中的第二替代例的压力电极以及检测部的等效电路图。
附图标记说明
1000：触摸输入装置；100：触摸传感器面板；110：驱动部；120：检测部；130：控制部；200：显示模块；300：基准电位层；400：压力电极；150：触摸检测器；150C：触摸检测芯片；10：客体。
具体实施方式
以能够实施本发明的特定实施例为示例参照附图而进行下述的对于本发明的详细说明。对这些实施例进行详细说明以能够使本领域技术人员充分实施本发明。本发明的多种实施例虽然不同但应理解不存在相互排他的需要。附图中类似的附图标记指代在多个侧面上相同或类似的功能。
以下，参照随附的附图，对根据本发明的实施例的触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置进行说明。在下文中，将对静电容量方式的触摸位置以及压力检测方式进行说明，但若在本发明的实施例所公开的构思的范围内，则以任意的方式能够检测触摸位置及/或触摸压力的触摸检测器、触摸检测芯片以及触摸输入装置都能被包含在本发明的范围内。
图1是根据实施例的静电容量方式的触摸传感器面板以及用于该触摸传感器面板的动作的构成的概略图。参照图1，根据实施例的触摸传感器面板100包括多个驱动电极TX1～TXn以及多个接收电极RX1～RXm，为了上述触摸传感器面板100的动作而对多个驱动电极TX1～TXn施加驱动信号的驱动部110，以及接收包括对静电容量变化量的信息的信号而检测触摸与否以及触摸位置的检测部120，该静电容量变化量根据对触摸传感器面板100的触摸表面的触摸发生变化。
如图1所示，触摸传感器面板100可以包括多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm。虽然在图1中示出了触摸传感器面板100的多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm正交排列的构成，但本发明不限于此，多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm可以具有包括对角线、同心圆及三维随机排列等任意维数及其应用排列。其中，n及m是正整数，可以具有相同或不同的值，根据实施例其大小可以不同。
如图1所示，多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm可以分别以相互交叉的方式排列。驱动电极TX可以包括沿着第一轴方向延伸的多个驱动电极TX1～TXn，接收电极RX可以包括沿着与第一轴方向交叉的第二轴方向延伸的多个接收电极RX1～RXm。
在根据本发明的实施例的触摸传感器面板100中，多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm可以形成在相同的层。例如，多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm可以形成在绝缘膜(未图示)的同一表面。另外，多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm可以形成在不同的层。例如，多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm可以分别形成在一个绝缘膜(未图示)的两面，或者也可以是多个驱动电极TX1～TXn形成在第一绝缘膜(未图示)的一面，而多个接收电极RX1～RXm形成在不同于上述第一绝缘膜的第二绝缘膜(未图示)的一面上。
多个驱动电极TX1～TXn和多个接收电极RX1～RXm可由透明导电性物质(例如，由氧化锡(SnO2)及氧化铟(In2O3)等构成的ITO(Indium Tin Oxide)或者ATO(Antimony TinOxide))等形成。然而，这仅仅是示例，驱动电极TX及接收电极RX也可以由其他透明导电性物质或者不透明导电性物质形成。例如，驱动电极TX及接收电极RX可以包含银墨(silverink)、铜(copper)和碳纳米管(CNT：Carbon Nano tube)中的至少任一种构成。另外，驱动电极TX及接收电极RX可以由金属网格(metal mesh)实现或由纳米银(nano silver)物质构成。
根据实施例的驱动部110可以对驱动电极TX1～TXn施加驱动信号。在实施例中，可以从第一驱动电极TX1到第n驱动电极TXn依次地一次对一个驱动电极施加驱动信号。这种驱动信号的施加可以再次重复性地进行。这仅仅是示例，也可以根据实施例对多个驱动电极同时施加驱动信号。
检测部120通过接收电极RX1～RXm接收检测信号，能够检测触摸与否及触摸位置，其中检测信号包含与在被施加驱动信号的驱动电极TX1～TXn和接收电极RX1～RXm之间产生的静电容量(Cm)101有关的信息。例如，检测信号可以是施加于驱动电极TX的驱动信号被驱动电极TX和接收电极RX之间产生的静电容量(CM)101耦合的信号。像这样，通过接收电极RX1～RXm检测施加于第一驱动电极TX1到第n驱动电极TXn的过程，可以称为对触摸传感器面板100进行扫描(scan)。对于检测部120的构成以及动作，参照图6进行更加详细地说明。
控制部130能够执行控制驱动部110和检测部120的动作的功能。例如，控制部130能够将驱动控制信号生成后传递至驱动部110，从而使驱动信号在规定时间内施加于事先设定的驱动电极TX。另外，控制部130能够将检测控制信号生成后传递至检测部120，使得检测部120在规定时间内从事先设定的接收电极RX接收检测信号，从而执行事先设定的功能。
如上所述，驱动电极TX和接收电极RX的每个交叉地点均生成规定值的静电容量(C)，在手指这种客体接近触摸传感器面板100时，这种静电容量的值可发生变化。在图1中，上述静电容量可以表示互电容(mutual capacitance)(Cm)。在检测部120检测这种电特性，从而能够检测对触摸传感器面板100的触摸与否及/或触摸位置。例如，能够检测对由第一轴和第二轴构成的二维平面构成的触摸传感器面板100的表面的触摸与否及/或触摸位置。
更具体而言，发生对触摸传感器面板100的触摸时，通过检测被施加驱动信号的驱动电极TX，能够检测触摸的第二轴方向的位置。与此相同地，对触摸传感器面板100进行触摸时，由通过接收电极RX接收的接收信号检测静电容量变化，由此能够检测触摸的第一轴方向的位置。
在上文中，对作为触摸传感器面板100的互电容方式的触摸传感器面板进行了详细说明，但根据本发明的实施例的触摸输入装置1000中用于检测触摸与否及触摸位置的触摸传感器面板100，可以利用除上述方法之外的自电容(Self Capacitive)方式、电阻膜方式等触摸传感方式来实现。
在根据实施例的触摸输入装置1000中，用于检测触摸位置的触摸传感器面板100可以位于显示模块200的外部或者内部。
根据实施例的触摸输入装置1000的显示器模块200可以是液晶显示装置(LCD：Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel：等离子显示器)、有机发光显示装置(Organic Light Emitting Diode：OLED)等所包括的显示器面板。由此，使用者能够一边用肉眼确认显示在显示器面板的画面，一边对触摸表面执行触摸而执行输入行为。此时，显示器模块200可以包括从用于触摸输入装置100的工作的主板(main board)上的中央处理单元CPU(central processing unit)或者AP(application processor：应用处理器)等接收输入而在显示器面板显示期望的内容的构成及/或控制电路。此时，用于显示器面板200的工作的控制电路，可以包括显示器面板控制IC、图形控制IC(graphic controller IC)及其他显示器面板200工作所需的电路。
图2a、图2b以及图2c是例示在实施例的触摸输入装置1000中触摸传感器面板相对于显示模块的相对位置的概念图。在图2a至图2c中，作为显示模块200所包含的显示面板200A，图示了LCD面板，但这仅仅是例示，任意的显示面板均可以适用于本发明实施例所涉及的触摸输入装置1000。
在本说明书中，附图标记200A可以指代显示模块200所包括的显示面板。如图2所示，LCD面板200A可以包括：包括液晶单元(liquid crystal cell)的液晶层250；处于液晶层250的两端的包括电极的第一玻璃层261与第二玻璃层262；处于上述第一玻璃层261的与上述液晶层250对置的方向上的一面的第一偏光层271；以及处于上述第二玻璃层262的与上述液晶层250对置的方向上的一面的第二偏光层272。对于本技术领域的技术人员而言，LCD面板为了执行显示功能，可以进一步包括其它构成，并且可进行变形，这是显而易见的。
图2a示出在触摸输入装置1000中，触摸传感器面板100配置于显示模块200的外部的情况。对触摸输入装置1000的触摸表面可以是触摸传感器面板100的表面。在图2a中，触摸传感器面板100的上部表面可以是触摸表面。另外，根据实施例，对触摸输入装置1000的触摸表面可以是显示模块200的外表面。在图2a中，显示模块200的可以成为触摸表面的外表面可以是显示模块200的第二偏光层272的下部表面。此时，为了保护显示模块200，显示模块200的下部表面可以被玻璃等覆盖层(未图示)覆盖。
图2b以及2c示出在触摸输入装置1000中，触摸传感器面板100配置于显示面板200A的内部的情况。此时，在图2b中，用于检测触摸位置的触摸传感器面板100配置于第一玻璃层261与第一偏光层271之间。此时，对触摸输入装置1000的触摸表面为显示模块200的外表面，在图2b中可以成为上部表面或者下部表面。在图2c中，例示用于检测触摸位置的触摸传感器面板100被液晶层250包含而实现的情况。另外，根据实施例，可以将用于使显示面板200A动作的电元件构成为供触摸传感使用。此时，对触摸输入装置1000的触摸表面为显示模块200的外表面，在图2c中可以成为上部表面或者下部表面。在图2b以及图2c中，能够成为触摸表面的显示模块200的上部表面或者下部表面可以被玻璃等覆盖层(未图示)覆盖。
以上，对检测对本发明的实施例所涉及的触摸传感器面板100的触摸与否及/或触摸的位置进行了说明，但除触摸传感器面板100之外还可以包括用于检测触摸压力的压力电极而检测触摸的压力大小。
图3a例示根据实施例的适用压力电极的触摸输入装置的剖面。图3a例示使实施例所涉及的压力电极400在触摸输入装置1000中检测压力的简化的物理结构。根据实施例的压力电极400可以适用于包括基准电位层300的触摸输入装置1000，而构成为检测对触摸输入装置1000施加的触摸压力的大小。例如，压力电极400可以与基准电位层300间隔略微的空间d而配置。此时，在压力电极400与基准电位层300之间，可以配置根据客体10所施加的压力而带来形状的改变(deformable)的物质。例如，在压力电极400与基准电位层300之间配置的可进行形状改变的物质可以是空气(air)、电介质、弹性体及/或冲击吸收物质。
若客体10按压触摸输入装置1000的表面，则根据压力大小，压力电极400与基准电位层300之间的距离减小。基准电位层300可以是触摸输入装置1000所包括的任意的电位层。在实施例中，基准电位层可以是具有接地(ground)电位的接地层。在实施例中，基准电位层可以是用于隔绝噪声(noise)的电位层。
图3b例示根据实施例的压力电极400的结构。压力电极400可以包括例如压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2而构成。返回图3a，随着距离d变小，由于边缘(fringing)现象，在压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2之间生成的压力电容401(Cp)的静电容量值会减小。由于是随着压力电极400接近基准电位层300，在压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2之间生成的边缘场(fringing field)被基准电位层300夺走的结构，所以随着距离d的减小，压力电容401会减小。
根据实施例的压力电极400可以配置于触摸输入装置1000内的任意的位置。例如，在图3a中压力电极400可以配置于显示模块200的下部。此时，基准电位层300可以是显示模块200的噪声(noise)隔绝层。或者，基准电位层300可以是用于隔绝从用于触摸输入装置1000的工作的主板(main board)上的中央处理单元(CPU)或者AP(ApplicationProcessor)等产生的噪声的隔绝层。此时，基准电位层300可以是在触摸输入装置1000中用于划分/支撑显示模块200与主板的中间框架(mid-frame)。
在图3a中例示了压力电极400配置于显示模块200的下部的情况，但这仅仅是例示，压力电极400可以在触摸输入装置1000内配置于与基准电位层300分隔规定距离的任意的位置。另外，例示了在触摸输入装置1000中显示模块200的上部表面构成触摸表面的情况，但这仅仅是例示，触摸表面可以是其它任意的构成，只要随着对触摸表面的压力施加，压力电极400与基准电位层300之间的距离发生变化即可。
另外，在图3a以及图3b中，对压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2形成在同一层，根据随着与基准电位层300的距离变化而在压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2之间产生的静电容量变化来检测触摸压力的结构进行了说明，但这仅仅是例示，根据实施例，压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2可以根据其它原理以及结构构成为检测触摸压力。例如，压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2在触摸输入装置1000被配置为，彼此以距离d分隔，随着触摸压力的增大，距离d减小。因此，在距离d减小的情况下，在压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2之间生成的静电容量值会减小。
另外，在图3b中，将压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2这一对作为压力电极而例示，但压力电极可以包括多对压力驱动电极与压力接收电极而构成。此时，每一个压力驱动电极与压力接收电极的对，可以构成一个通道(channel)。因此，通过将压力电极构成为包括多对压力驱动电极与压力接收电极，能够构成用于压力检测的多个通道。像这样，通过将压力电极构成为具有多个通道，能够对同时执行的多个触摸进行压力检测。
另外，参照图8a～图8c以及图9进行说明，压力电极400也可以构成为具有一个电极。此时，显然也可以形成用于压力检测的多个通道的方式构成压力电极400。
如上所述，为了检测触摸压力，需要检测在压力电极400产生的静电容量的变化。因此，需要对压力驱动电极400-1施加驱动信号，应当从压力接收电极400-2获得检测信号，根据静电容量的变化量算出触摸压力。此时，若独立于用于触摸传感器面板100的驱动部110以及检测部120而制作用于压力检测的触摸传感IC，则会重复地包含与驱动部110、检测部120以及控制部130类似的构成，因此会产生触摸输入装置1000的面积以及体积增大的问题。因此，在本发明的实施例中，提供一种以几乎相同方式利用用于触摸传感器面板100的触摸检测器150，还由此从压力电极400检测触摸压力的技术。
图4是例示根据实施例的触摸检测器和触摸传感器面板与压力电极之间的信号传递的概念图。如图4所示，根据实施例的触摸检测器150可以构成为能够从触摸传感器面板100检测触摸位置并从压力电极400检测触摸压力。例如，根据实施例的触摸检测器150可以构成为对触摸传感器面板100的驱动电极TX施加驱动信号并从接收电极RX接收检测信号而检测触摸位置。另外，触摸检测器150可以构成为对压力电极400施加驱动信号并从压力电极400接收检测信号而检测触摸压力的大小。即，在实施例中，可以利用从触摸传感器面板100检测触摸位置并且从压力电极400检测触摸压力的大小的作为共通构成的触摸检测器150。
图5例示根据实施例的触摸检测芯片。如图5所例示，根据实施例的触摸检测器150可以由一个芯片(one chip)构成。根据实施例的触摸检测器150可以利用将触摸检测器150所包括的驱动部110以及检测部120集成在一个芯片(chip)上而构成的集成电路(IC：integrated Circuit)来实现。如图5所例示，触摸检测芯片150C可以具备多个输入/输出端子T。这种输入/输出端子T可以利用引脚(pin)来实现。在图5中，例示了触摸检测芯片150C具备n个驱动信号输出端子T-TX1～T-TXn以及m个检测信号输入端子T-RX1～T-RXm来作为输入/输出端子T，并具备1个压力驱动信号输出端子T-TXP以及1个压力检测信号输入端子T-RXP的情况。在图5中例示了包括1个压力驱动信号输出端子T-TXP以及1个压力检测信号输入端子T-RXP的情况，例如，以形成用于压力检测的多个通道的方式构成压力电极400的情况下，触摸检测芯片150C可以构成为包括多个压力驱动信号输出端子T-TXP以及多个压力检测信号输入端子T-RXP。根据实施例，触摸检测芯片150C还可以包括其它输入输出端子，在图5中例示了还包括电源电压端子T-VDD以及数据输出端子T-DATA的情况。
另外，根据实施例，不另行具备驱动电极与接收电极，而是通过一个电极，根据自电容检测方式来检测触摸位置及/或触摸压力的情况下，也可以构成为不另行构成被施加驱动信号的输出端子与接收检测信号的输入端子，对在一个电极通过一个输入/输出端子施加驱动信号并且接收检测信号。
在图5中，能够通过触摸检测芯片150C的n个驱动信号输出端子T-TX1～T-TXn对n个驱动电极TX1～TXn分别施加驱动信号，能够通过m个检测信号输入端子T-RX1～T-RXm从m个接收电极RX1～RXm分别输入检测信号。另外，压力驱动信号能够通过压力驱动信号输出端子T-TXP被施加于压力电极400，压力检测信号能够通过压力检测信号输入端子T-RXP从压力电极400输入。
图6例示表示根据实施例的触摸输入装置的驱动部、检测部以及电极部的连结关系的等效电路图。参照图6，根据实施例的触摸检测器150的驱动部110例如可以包括多个驱动电路111～11n、11n+1，检测部120例如可以包括多个检测电路1201～120m、120m+1。在图6中，“S”线上端是用于检测对触摸传感器面板100的触摸位置的构成，“S”线下端是用于从压力电极400检测触摸压力的大小的构成。
第一～第n驱动电路111～11n分别与多个驱动电极TX1～TXn连结，能够传递驱动信号。此时，驱动电路111～11n可以包括时钟发生器(clock generator)及/或数字/模拟缓冲器(buffer)而构成。
第一～第m检测电路1201～120m通过检测节点电容器C1m～Cnm的静电容量，能够获得触摸位置信息。在图6中，为了便于说明，仅图示了检测通过第m接收电极RXm传递的节点电容器C11～Cnm的静电容量，因此在用于通过触摸传感器面板100检测触摸位置的检测电路1201～120m中仅图示了第m检测电路120m。第一节点电容器C11的一端通过第一驱动电极TX1与第一驱动电路111连结，另一端通过第m接收电极RXm与第m检测部120m连结。与此相同地，第二节点电容器C21～第n节点电容器Cnm也可以与驱动部110和第m检测电路120m连结。
另外，第m检测电路120m可以包括包含放大器121m以及反馈电容器122m而构成的电容传感器而构成。反馈电容器122m是在放大器121m的倒相输入端(inverting terminal)和放大器121m的输出端之间结合的、即与反馈路径结合的电容器。此时，放大器121m的非倒相输入端(non-inverting terminal)可以与地线(Ground)或者基准电位Vref连接。另外，电容传感器还可以包括与反馈电容器122m并联连结的复位开关(reset switch，未图示)。复位开关可以对通过电容传感器执行的电流到电压的转换进行复位。放大器121m的倒相输入端可以在通过接收电极RXm接收包括节点电容器C11～Cnm的静电容量信息的电流信号之后，对其进行积分而转换为电压信号Vom。被包括放大器121m以及反馈电容器122m而构成的电容传感器积分的数据，可以通过ADC123m转换为数字数据。此后，数字数据被输入至处理器等而被处理成能够获得对触摸传感器面板100的触摸位置信息。
在根据实施例的触摸检测器150及/或触摸检测芯片150C中，驱动部110所包含的多个驱动电路中的例如第n+1驱动电路11n+1能够用于对压力驱动电极400-1施加驱动信号Vsn+1。另外，检测部120所包含的多个检测电路中的例如第120m+1检测电路被构成为，从压力接收电极400-1检测在压力驱动电极400-1与压力接收电极400-2之间生成的压力电容401(Cp)的静电容量，以能够检测压力的大小。在图6中，一个驱动电路例如第n+1驱动电路11n+1以及一个检测电路例如第120m+1检测电路，作为用于压力检测的驱动电路以及检测电路示出，但根据实施例，在例如形成用于压力检测的多个通道的情况下，也可以将多个驱动电路以及多个检测电路，作为用于压力检测的驱动电路以及检测电路而包含。
在图6中，例示了各个检测电路1201～120m+1包括各个ADC1231～123m+1，但检测部120也可以构成为包括一个共用的ADC123。另外，从各个检测电路1201～120m+1输出的数据(DATA)可以通过图5例示的一个数据输出端子T-DATA来输出。此时，来自各个检测电路1201～120m+1的数据信号，可以构成为具有互不相同的标头(header)。另外，根据实施例，从各个检测电路1201～120m+1输出的数据，也可以通过互不相同的数据输出端子T-DATA输出。
如图6可知，根据实施例的触摸检测器150，为了检测触摸压力，还可以包括用于检测触摸位置的驱动电路111～11n、和额外的至少一个驱动电路11n+1，并且还可以包括用于检测触摸位置的检测电路120m、和额外的至少一个检测电路120m+1。此时，用于压力检测的驱动电路11n+1可以与驱动电路111～11n实质上相同地构成，用于压力检测的检测电路120m+1可以与检测电路120m实质上相同地构成。根据实施例的触摸检测器150以及触摸检测芯片150C，可以对用于检测触摸传感器面板100的触摸位置的触摸检测器以及触摸检测芯片仅实施单纯的变形，从而不仅检测触摸位置还检测触摸压力。
图7例示在根据实施例的触摸检测器的驱动部中对电极部施加的驱动信号。控制部130能够控制驱动部110以及检测部120以执行参照图7说明的驱动信号的施加以及检测信号的接收。根据实施例的控制部130可以与触摸检测芯片150C集成而实现。
例如，驱动部110为了检测触摸位置可以对第一～第n驱动电极TX1～TXn依次施加脉冲形态的驱动信号。例如，在第一时间区间t1，驱动信号施加于第一驱动电极TX1，在第二时间区间t2，驱动信号施加于第二驱动电极TX2，与此相同地，在第n时间区间tn，驱动信号施加于第n驱动电极TXn。此时，通过触摸传感器面板100所包含的接收电极RX1～RXm，检测部120检测节点电容器C11～Cnm的静电容量，由此能够检测触摸位置及/或触摸与否。
此时，驱动部110可以构成为在第n+1时间区间tn+1(未图示)对压力驱动电极400-1(在图7中是TXn+1)施加驱动信号，检测部120可以以在第n+1时间区间，从压力接收电极400-2(在图7中是RXm+1)检测压力电容401(Cp)的静电容量，来检测触摸压力的方式进行动作。该情况下，从触摸检测器150、150C的角度来看，压力驱动电极400-1(在图7中是TXn+1)以及压力接收电极400-2(在图7中是RXm+1)与触摸传感器面板100所包含的驱动电极TX与接收电极RX被同等地识别。
为了在通过触摸检测器150、150C检测触摸压力时，将噪声(noise)最小化并提高触摸压力大小的检测精密度，例如如图7例示，驱动部110对压力驱动电极400-1(在图7中是TXn+1)在第一时间区间t1～第n时间区间tn+1期间持续施加驱动信号，此时，检测部120可以用于在第一时间区间t1至第n时间区间tn+1期间通过压力接收电极400-2(在图7中是RXm+1)持续地检测信号，利用检测出的信号来检测压力。例如，可以用于对检测出的信号进行FIR(Finite Impulse Response，有限冲激响应)过滤处理而检测压力。或者，根据实施例，可以用于利用检测出的信号的平均值来检测压力。
该情况下，触摸检测器150可以输出，用于在第一～第n时间区间期间从包括n个驱动电极TX1～TXn以及m个接收电极RX1～RXm的触摸传感器面板100检测触摸位置的n×m个位置检测数据信号、和用于从1个压力驱动电极TXn+1以及1个压力接收电极RXm+1检测触摸压力的1个压力检测数据信号。即，m个位置检测用接收电极RX1～RXm可以在每个时间区间输出1个位置数据信号，因此每次扫描，都能够获得n×m个位置数据信号，此时能够输出1个压力检测数据信号。
以上，对在第一～第n时间区间期间对n个驱动电极TX1～TXn依次施加驱动信号的情况进行了说明，但根据实施例，可以以对n个驱动电极TX1～TXn中的至少2个以上的驱动电极同时施加驱动信号的方式进行动作。
根据实施例，在构成为压力电极形成多个通道的情况下，每次扫描都能够输出多个压力检测数据信号，这是显而易见的。此时，可以构成为对多个压力驱动电极依次施加驱动信号。对多个压力驱动电极进行的驱动信号的依次施加，可以在对第一～第n驱动电极TX1～TXn施加驱动信号后进行，也可以与对第一～第n驱动电极TX1～TXn施加驱动信号的同时进行。另外，根据实施例，可以以对至少2个以上的压力驱动电极同时施加驱动信号的方式进行动作。
图8a至图8c分别是表示在根据实施例的触摸输入装置中第一替代例的压力电极以及检测部的等效电路图、压力电极结构、以及根据压力电极与基准电位层之间的距离变化的检测部的输出信号。
例如，如图8b例示，示出压力电极400由一个电极构成，且如图3所示与基准电位层300分隔规定距离d的方式被配置在触摸输入装置1000内的情况。该情况下，如图8b例示，压力电容401可以在压力电极400与基准电位层300之间生成，随着距离d变小，压力电容401的值会增大。触摸检测器150、150C能够通过检测这种压力电容401值的变化来检测触摸压力的大小。
如图8a例示，在第一替代例中，压力电容401可以位于用于从驱动部110对压力电极400施加驱动信号Vsn+1的驱动信号输出端子T-TXP、和用于从压力电极400接收检测信号的检测信号输入端子T-RXP之间。压力电容401可以被图示为位于结合部404和作为基准电位层300的地线之间。此时，压力电容401由于其静电容量会根据压力电极400与基准电位层300之间的距离而改变，所以表示为可变。
在第一替代例中，为了通过压力电容401检测触摸压力，压力电极400可以在第一阻抗402和第二阻抗403之间构成。在图8a中，例示第一阻抗402和第二阻抗403均是纯粹的电容器(C1以及C2)的情况。通过像图8a那样，将第一阻抗402和第二阻抗403以电容器构成，由此能够提供触摸检测器150不依赖于驱动信号(Vs)的动作频率的性能。
参照图8a，第一阻抗402和第二阻抗403形成在驱动部110和压力电极400之间以及检测部120和压力电极400之间，从而可以被解释成形成在触摸检测器以及触摸检测芯片150、150C的外部。例如，第一阻抗402和第二阻抗403可以在芯片外部形成在连结芯片与电极的导电性线路(trace)等上。此时，第一阻抗402和第二阻抗403可以构成为与芯片非常接近。然而，这仅仅是是构成上的实施例，第一阻抗402和第二阻抗403中的1个或者2个都可以在触摸检测器被集成的芯片上一同集成。通过将第一阻抗402和第二阻抗403在芯片内实现，由此不需要额外的外部元件，从而能够降低单价。在第一阻抗402和第二阻抗403均在芯片内实现的情况下，无需另行构成压力驱动信号输出端子T-TXP以及压力检测信号输入端子T-RXP，通过一个输入输出端子便能实现驱动信号的施加以及检测信号的接收。另外，还与任意的用于压力检测的电极连结，而提供均匀的压力检测性能。
在第一替代例中，返回图3，若通过客体10施加压力而使压力电极400与基准电位层300之间的距离d减小，则压力电容401的静电容量值增加。参照图8a的等效电路，电容传感器的输出信号Vo与驱动信号Vs之间的关系可以由数学式(1)表示。
Figure BDA0001064131760000161
参照数学式(1)，可知输出信号Vo能够获得与驱动信号Vs的频率无关的结果。此时，假设Cp>>C1+C2的情况，数学式(1)可以简化成下述数学式(2)。
Figure BDA0001064131760000162
此时，可以表示为
Figure BDA0001064131760000163
在此，ε是填充在压力电极400与基准电位层300之间的物质的介电常数εoεr，A是压力电极400的面积，d是压力电极400与基准电位层300之间的距离。由数学式(2)可知，输出信号Vo与距离d成比例地线性变化。Cp、C1以及C2的静电容量值能够根据实施例/环境变更是显而易见的，对于Cp，适用几百pF(pico Farad，皮可法拉)范围，另外对于C1以及C2适用几十pF范围的静电容量值而进行了试验，结果能够导出输出信号Vo与距离d之间的实质性线性关系。
图8c是表示实施例所涉及的根据压力电极400与基准电位层400之间的距离变化的触摸检测器150的输出信号的图表。图8c的图表是除去补偿(offset)等后的图表。参照图8c可知，即使在压力电容401的静电容量的绝对值上产生偏差，只要由压力引起的距离d的变化量相同，则基于此的输出信号Vo的变化量也维持在一定水平。例如，根据压力电极400所适用的第一应用P-1与第二应用P-2，压力电极400与基准电位层300之间的距离d也可能不同。然而，在利用第一替代例所涉及的构成的情况下，若根据被施加的压力，压力电极400与基准电位层300之间的距离d的变化量相同(d1＝d2)，则输出信号Vo的变化量也能够实质上维持相同(Vo1＝Vo2)。在图8c中，图示了距离d与输出信号Vo彼此完全具有线性关系，但这只是为了便于说明，根据实施例，可以以能够实质上被解释成线性关系的程度，输出信号Vo根据距离d变化。
图9是在根据实施例的触摸输入装置中第二替代例的压力电极以及检测部的等效电路图。
在图9中图示了在第一替代例中作为第一阻抗402利用电阻R1的情况下的、驱动信号Vs与输出信号Vo之间的等效电路。除了作为第一阻抗利用电阻R1之外，与图8a相同，省略重复的说明。
在像图9那样的第二替代例的等效电路中，驱动信号Vs与输出信号Vo之间的传递函数可以由下述数学式(3)表示。
Figure BDA0001064131760000171
在此，若假设Cp>>C2，则数学式(3)可以简化成数学式(4)。
Figure BDA0001064131760000172
在此，ω＝2πf，f是驱动信号Vs的频率。由数学式(4)可知，输出信号Vo的大小随着驱动信号Vs的频率的增大而逐渐减小。
此时，根据数学式(4)，虽然输出信号Vo与距离d之间不形成完全的线性关系，但在固定的频率下，在输出信号Vo与距离d之间具有几乎线性的特征，因此在根据实施例的整体系统中，与第一替代例相同地，信号处理能够被简单化。以上，以第一阻抗402是电阻性元件且第二阻抗403是静电容量性元件的情况为例进行了说明，但也可以适用于第一阻抗402是静电容量性元件且第二阻抗403是电阻性元件的情况。
参照图9可知，第一阻抗402和第二阻抗403中至少任意一个不是纯粹的电容器元件，而是被构成为电阻性元件的情况下，获得特性根据驱动信号Vs的频率发生变化的输出信号。
Cp以及C2的静电容量值根据实施例/环境变更是显而易见的，对于Cp，适用几百pF(pico Farad)范围，另外对于C2适用几十pF范围的静电容量值进行了实验，结果能够导出输出信号Vo与距离d之间的线性关系以及根据频率发生变化的特性。
此外，上文中围绕实施例进行了说明，但这仅仅是示例，并不旨于限定本发明，若为本发明所属的领域中具有常规知识的人，则可知在不脱离本实施例的本质特性的范围内可以进行在上文中未示出的各种变形及应用。例如，可以对实施例中具体示出的各构成要素进行变形而实施。此外，与这种变形及应用相关的不同点应被解释为包含在随附的权利要求书所限定的本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种触摸检测芯片，其特征在于，
包括：
驱动部，其构成为能够对多个电极中至少2个以上的电极施加驱动信号；
检测部，其构成为能够从所述多个电极中至少2个以上的电极接收多个信号而检测触摸位置以及触摸压力；以及
多个输入端子，其用于接收所述多个信号的输入，
其中，所述多个输入端子中至少一个是仅用于检测触摸压力的压力检测用输入端子，
其中，用于接收多个信号的多个电极中至少2个以上的电极包括仅用于检测触摸压力的压力检测用接收电极以及仅用于检测触摸位置的位置检测用接收电极，
其中，被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极包括至少一个压力检测用驱动电极和位置检测用驱动电极，并且
其中，施加至所述压力检测用驱动电极的驱动信号与施加至所述位置检测用驱动电极的驱动信号不同。
2.根据权利要求1所述的触摸检测芯片，其特征在于，
被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极中至少一个是仅用于检测触摸压力的压力检测用驱动电极。
3.根据权利要求2所述的触摸检测芯片，其特征在于，
还包括多个输出端子，其用于对被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极施加所述驱动信号，
所述多个输出端子中至少一个是用于对所述压力检测用驱动电极施加所述驱动信号以及仅用于检测触摸压力的压力检测用输出端子。
4.根据权利要求2所述的触摸检测芯片，其特征在于，
所述压力检测用驱动电极与所述压力检测用接收电极是相同的压力检测用电极，
所述检测部通过所述压力检测用输入端子，接收包含对所述压力检测用电极与基准电位层之间的静电容量的信息在内的信号，所述静电容量根据与所述压力检测用电极分隔的所述基准电位层与所述压力检测用电极之间的相对距离而发生变化，
被施加于所述压力检测用电极的所述驱动信号经过位于所述驱动部与所述压力检测用电极之间的第一阻抗之后被施加于所述压力检测用电极，并且从所述压力检测用电极接收的所述信号经过位于所述检测部与所述压力检测用电极之间的第二阻抗之后被所述检测部接收。
5.根据权利要求3所述的触摸检测芯片，其特征在于，
所述压力检测用驱动电极与所述压力检测用接收电极是相同的压力检测用电极，
所述检测部通过所述压力检测用输入端子，接收包含对所述电极与基准电位层之间的静电容量的信息在内的信号，所述静电容量根据与所述压力检测用电极分隔的所述基准电位层与所述压力检测用电极之间的相对距离而发生变化,
还包括所述驱动部与所述压力检测用输出端子之间的第一阻抗、和所述检测部与所述压力检测用输入端子之间的第二阻抗。
6.根据权利要求4或5所述的触摸检测芯片，其特征在于，
所述第一阻抗以及所述第二阻抗是静电容量性元件。
7.根据权利要求1所述的触摸检测芯片，其特征在于，
被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极，包括至少一个压力检测用驱动电极和n个位置检测用驱动电极，
用于接收所述多个信号的所述至少2个以上的电极，包括所述至少一个压力检测用接收电极和m个位置检测用接收电极，
所述驱动部对所述n个位置检测用驱动电极在规定时间区间期间内施加驱动信号，对所述至少一个压力检测用驱动电极在所述规定时间区间期间内施加驱动信号。
8.根据权利要求7所述的触摸检测芯片，其特征在于，
所述检测部包括：放大器；以及反馈电容器，其连结于所述放大器的负输入端与输出端之间，
所述检测部构成为：能够输出在所述规定时间区间期间内从所述m个位置检测用接收电极检测出的n×m个触摸位置数据、以及从所述至少一个压力检测用接收电极检测出的至少一个触摸压力数据。
9.一种触摸检测器，其特征在于，
包括：
驱动部，其构成为能够对多个电极中至少2个以上的电极施加驱动信号；以及
检测部，其构成为能够从所述多个电极中至少2个以上的电极接收多个信号而检测触摸位置以及触摸压力，
其中，被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极中至少一个是压力检测用驱动电极，
其中，用于接收多个信号的多个电极中至少2个以上的电极包括仅用于检测触摸压力的压力检测用接收电极以及仅用于检测触摸位置的位置检测用接收电极，
其中，被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极包括至少一个压力检测用驱动电极和位置检测用驱动电极，并且
其中，施加至所述压力检测用驱动电极的驱动信号与施加至所述位置检测用驱动电极的驱动信号不同。
10.根据权利要求9所述的触摸检测器，其特征在于，
所述压力检测用驱动电极与所述压力检测用接收电极是相同的压力检测用电极，
所述检测部接收包含对所述压力检测用电极与基准电位层之间的静电容量的信息在内的信号，所述静电容量根据与所述压力检测用电极分隔的所述基准电位层与所述压力检测用电极之间的相对距离而发生变化，
被施加于所述压力检测用电极的所述驱动信号经过位于所述驱动部与所述压力检测用电极之间的第一阻抗之后被施加于所述压力检测用电极，并且从所述压力检测用电极接收的所述信号经过位于所述检测部与所述压力检测用电极之间的第二阻抗之后被所述检测部接收。
11.根据权利要求10所述的触摸检测器，其特征在于，
所述第一阻抗以及所述第二阻抗是静电容量性元件。
12.根据权利要求9所述的触摸检测器，其特征在于，
被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极，包括所述至少一个压力检测用驱动电极和n个位置检测用驱动电极，
用于接收所述多个信号的所述至少2个以上的电极，包括所述至少一个压力检测用接收电极和m个位置检测用接收电极，
所述驱动部对所述n个位置检测用驱动电极在规定时间区间期间内施加驱动信号，对所述至少一个压力检测用驱动电极在所述规定时间区间期间内施加驱动信号。
13.根据权利要求12所述的触摸检测器，其特征在于，
所述检测部包括：放大器；以及反馈电容器，其连结于所述放大器的负输入端与输出端之间，
所述检测部构成为：能够输出在所述规定时间区间期间内从所述m个位置检测用接收电极检测出的n×m个触摸位置数据、以及从所述至少一个压力检测用接收电极检测出的至少一个触摸压力数据。
14.一种触摸输入装置，其特征在于，
包括：
多个电极；以及
触摸检测芯片，
所述触摸检测芯片包括：
驱动部，其构成为能够对所述多个电极中至少2个以上的电极施加驱动信号；
检测部，其构成为能够从所述多个电极中至少2个以上的电极接收多个信号而检测触摸位置以及触摸压力；以及
多个输入端子，其用于接收所述多个信号的输入，
其中，所述多个输入端子中至少一个是仅用于检测触摸压力的压力检测用输入端子，
其中，用于接收多个信号的多个电极中至少2个以上的电极包括仅用于检测触摸压力的压力检测用接收电极以及仅用于检测触摸位置的位置检测用接收电极，
其中，被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极包括至少一个压力检测用驱动电极和位置检测用驱动电极，并且
其中，施加至所述压力检测用驱动电极的驱动信号与施加至所述位置检测用驱动电极的驱动信号不同。
15.根据权利要求14所述的触摸输入装置，其特征在于，
被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极中至少一个是仅用于检测触摸压力的压力检测用驱动电极。
16.根据权利要求15所述的触摸输入装置，其特征在于，
还包括多个输出端子，其用于对被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极施加所述驱动信号，
所述多个输出端子中至少一个是用于对所述压力检测用驱动电极施加所述驱动信号以及仅用于检测触摸压力的压力检测用输出端子。
17.根据权利要求15所述的触摸输入装置，其特征在于，
所述压力检测用驱动电极与所述压力检测用接收电极是相同的压力检测用电极，
所述检测部通过所述压力检测用输入端子，接收包含对所述压力检测用电极与基准电位层之间的静电容量的信息在内的信号，所述静电容量根据与所述压力检测用电极分隔的所述基准电位层与所述压力检测用电极之间的相对距离而发生变化，
被施加于所述压力检测用电极的所述驱动信号经过位于所述驱动部与所述压力检测用电极之间的第一阻抗之后被施加于所述压力检测用电极，并且从所述压力检测用电极接收的所述信号经过位于所述检测部与所述压力检测用电极之间的第二阻抗之后被所述检测部接收。
18.根据权利要求16所述的触摸输入装置，其特征在于，
所述压力检测用驱动电极与所述压力检测用接收电极是相同的压力检测用电极，
所述检测部通过所述压力检测用输入端子，接收包含对所述压力检测用电极与基准电位层之间的静电容量的信息在内的信号，所述静电容量根据与所述压力检测用电极分隔的所述基准电位层与所述压力检测用电极之间的相对距离而发生变化，
还包括所述驱动部与所述压力检测用输出端子之间的第一阻抗、和所述检测部与所述压力检测用输入端子之间的第二阻抗。
19.根据权利要求17或18所述的触摸输入装置，其特征在于，
所述第一阻抗以及所述第二阻抗是静电容量性元件。
20.根据权利要求14所述的触摸输入装置，其特征在于，
被施加所述驱动信号的所述至少2个以上的电极，包括至少一个压力检测用驱动电极和n个位置检测用驱动电极,
用于接收所述多个信号的所述至少2个以上的电极，包括至少一个压力检测用接收电极和m个位置检测用接收电极,
所述驱动部对所述n个位置检测用接收电极在规定时间区间期间内施加驱动信号，对所述至少一个压力检测用驱动电极在所述规定时间区间期间内施加驱动信号。
21.根据权利要求20所述的触摸输入装置，其特征在于，
所述检测部包括：放大器；以及反馈电容器，其连结于所述放大器的负输入端与输出端之间，
所述检测部构成为：能够输出在所述规定时间区间期间内从所述m个位置检测用接收电极检测出的n×m个触摸位置数据、以及从所述至少一个压力检测用接收电极检测出的至少一个触摸压力数据。
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