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KR101664329B1 - Compensation Method of Force Sensing Capacitance and Force Input Sensing Apparatus using thereof - Google Patents

Compensation Method of Force Sensing Capacitance and Force Input Sensing Apparatus using thereof Download PDF

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KR101664329B1
KR101664329B1 KR1020150183662A KR20150183662A KR101664329B1 KR 101664329 B1 KR101664329 B1 KR 101664329B1 KR 1020150183662 A KR1020150183662 A KR 1020150183662A KR 20150183662 A KR20150183662 A KR 20150183662A KR 101664329 B1 KR101664329 B1 KR 101664329B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
force sensing
capacitor
force
sensing capacitor
compensation
Prior art date
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Active
Application number
KR1020150183662A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이승욱
임병상
이정우
Original Assignee
(주)멜파스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)멜파스 filed Critical (주)멜파스
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Priority to US15/159,308 priority patent/US10345947B2/en
Priority to CN201610357319.9A priority patent/CN106201133B/en
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    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
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Abstract

본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치는, 오브젝트로부터 제공되는 포스 입력에 의하여 변형(deform)되는 커버 윈도우와, 커버 윈도우의 변형에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 포스 감지 커패시터의 일 전극인 포스 감지 레이어(force sensing layer) 및 포스 입력을 검출하는 포스 입력 검출부를 포함하며, 포스 입력 검출부는: 포스 감지 커패시터를 보상(compensate)하는 보상 커패시터와, 포스 감지 커패시터와 보상 커패시터의 전기적 연결형태를 전환하는 스위칭 부와, 포스 감지 커패시터의 커패시턴스 값의 변화에 따라 변화하는 전기적 신호를 검출하는 검출 회로부를 포함한다.The force input detecting device according to the present embodiment includes a cover window deformed by a force input provided from an object and a force detection layer which is one electrode of a force sensing capacitor whose capacitance value changes according to deformation of the cover window and a force input detecting unit for detecting a force input, wherein the force input detecting unit comprises: a compensation capacitor for compensating the force sensing capacitor; a switching unit for switching an electrical connection form of the force sensing capacitor and the compensation capacitor; And a detection circuit section that detects an electrical signal that changes in accordance with a change in the capacitance value of the force sensing capacitor.

Figure R1020150183662
Figure R1020150183662

Description

포스 감지 커패시턴스 보상 방법 및 이를 이용한 포스 입력 검출 장치{Compensation Method of Force Sensing Capacitance and Force Input Sensing Apparatus using thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a force sensing capacitance compensation method and a force input sensing device using the same,

본 발명은 포스 감지 커패시턴스 보상 방법 및 이를 이용한 포스 입력 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a force sensing capacitance compensation method and a force input detection apparatus using the same.

현재 터치 스크린에 사용되는 감지 방식들은 저항막 방식, 표면 초음파 방식및 정전 용량 방식이 주류를 이루고 있으며, 정전 용량 방식의 경우 다중 터치 감지가 가능하고 내구성, 시인성 등이 우수하기 때문에 휴대용 모바일 기기의 주 입력 수단으로 채택되고 있는 추세이다.Currently, sensing methods used in touch screens are mainly composed of resistive film type, surface ultrasonic type, and capacitance type. In case of capacitive type, multi-touch detection is possible and durability and visibility are excellent. And is adopted as an input means.

정전 용량 방식 터치 스크린은 사용자 간섭에 의해 터치 스크린 패널 상의 축전 센서 (capacitive sensor)들에 대전된 전하량이 변하는 것을 감지하여 사용자입력을 인식하며, 전하 축전 방식에 따라 자기 정전 용량 방식 (self-capacitive)과 상호 정전 용량 방식 (mutual-capacitive)으로 나뉜다. 자기 정전 용량 방식이 하나의 축전 센서 (capacitive sensor) 당 하나의 도전체를 구성하여 터치 스크린 패널 외부의 기준 접지면 (reference ground)과 대전면을 형성하는 반면, 상호 정전 용량 방식은 터치 스크린 패널 상의 두 개의 도전체가 서로 대전면을 형성하여 하나의 축전 센서로 기능하도록 구성된다.The capacitive touch screen recognizes the user input by sensing the change in the amount of charge charged on the capacitive sensors on the touch screen panel due to user intervention, and recognizes the user input by self-capacitive type according to the charge storage method. And mutual-capacitive. The self-capacitance scheme forms one conductor per capacitive sensor to form a reference ground and a charging surface outside the touch screen panel, while the mutual capacitive scheme provides two reference electrodes on the touch screen panel Of the electric conductors form a charging surface to function as one charging sensor.

이러한 커패시티브 터치 감응성 패널에 관한 선행 특허로는 미국 등록특허 제7,920,129호가 있다.A prior patent for such a capacitive touch sensitive panel is US Pat. No. 7,920,129.

종래 기술에 의한 터치 패널은 터치 입력을 인가하는 오브젝트에 의한 단일 또는 복수의 터치의 좌표 검출, 오브젝트가 패널을 터치하면서 형성하는 궤적 검출, 터치 패널을 부유(hovering)하는 오브젝트 검출 및 터치 패널에 포스 센싱(force sensing) 장치를 부가하거나, 터치 패널 자체로 사용자가 터치 패널을 눌러서 제공하는 포스 입력을 검출하는 데까지 나아갔다. The touch panel according to the related art has a function of detecting coordinates of a single or a plurality of touches by an object to which a touch input is applied, locus detection formed by touching the panel, object detection for hovering the touch panel, A force sensing device is added, or a force input provided by a user pressing the touch panel by the touch panel itself has been detected.

사용자가 포스 센싱 장치에 힘을 가하여 제공하는 입력을 검출하는 방식 중 하나로, 커패시턴스(capacitance) 값의 변화를 이용하여 검출하는 방식이 있다. 종래 포스 센싱 장치에서 본질적으로 내재된(intrinsically inherent) 커패시터의 커패시턴스 값은 사용자가 제공하는 포스 입력에 의하여 발생하는 커패시턴스의 변화량에 비하여 크다. 전자제품의 소형화 및 박형화 추세가 진행됨에 따라 기생 커패시턴스, 포스 감지 커패시터의 커패시턴스 값은 계속 증가하고 있으나, 사용자가 터치 패널에 힘을 가하여 발생하는 커패시턴스의 변화는 감소하고 있어 사용자가 제공하는 입력을 신뢰성이 확보될 수 있는 정도의 정확도와 감도로 검출하는 것이 점점 어려워지고 있다.There is a method of detecting by using a change in capacitance value, as one of a method in which a user applies input to a force sensing device to detect an input. The capacitance value of an intrinsically inherent capacitor in a conventional force sensing device is larger than a capacitance change caused by a force input provided by a user. Capacitance values of parasitic capacitances and force sensing capacitors continue to increase with the progress of miniaturization and thinning of electronic products. However, since the capacitance variation caused by a user applying force to the touch panel is decreasing, It is becoming increasingly difficult to detect the signal with a degree of accuracy and sensitivity that can be ensured.

본 실시예는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 실시예의 목표 중 하나는 포스 입력 장치에 본질적으로 내재된 커패시터의 커패시턴스 값을 줄일 수 있는 포스 감지층을 이용하여 입력 검출의 정확도 및 감도를 향상시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 실시예의 목표 중 하나는 입력 제공 수단에 형성된 기생 커패시턴스의 영향을 보상하여 사용자가 입력 제공 수단에 힘을 가하여 제공하는 입력 검출의 정확도 및 감도를 향상시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.The present embodiment is for solving the problems of the above-mentioned prior art. One of the goals of this embodiment is to provide a method and apparatus that can improve the accuracy and sensitivity of input detection using a force sensing layer that can reduce the capacitance value of a capacitor inherently embedded in a force input device. One of the objects of the present embodiment is to provide a method and an apparatus that can compensate for the influence of the parasitic capacitance formed in the input providing means so as to enhance the accuracy and sensitivity of the input detection that the user applies to the input providing means.

본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치는, 오브젝트로부터 제공되는 포스 입력에 의하여 변형(deform)되는 커버 윈도우와, 커버 윈도우의 변형에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 포스 감지 커패시터의 일 전극인 포스 감지 레이어(force sensing layer) 및 포스 입력을 검출하는 포스 입력 검출부를 포함하며, 포스 입력 검출부는: 포스 감지 커패시터를 보상(compensate)하는 보상 커패시터와, 포스 감지 커패시터와 보상 커패시터의 전기적 연결형태를 전환하는 스위칭 부와, 포스 감지 커패시터의 커패시턴스 값의 변화에 따라 변화하는 전기적 신호를 검출하는 검출 회로부를 포함한다.The force input detecting device according to the present embodiment includes a cover window deformed by a force input provided from an object and a force detection layer which is one electrode of a force sensing capacitor whose capacitance value changes according to deformation of the cover window and a force input detecting unit for detecting a force input, wherein the force input detecting unit comprises: a compensation capacitor for compensating the force sensing capacitor; a switching unit for switching an electrical connection form of the force sensing capacitor and the compensation capacitor; And a detection circuit section that detects an electrical signal that changes in accordance with a change in the capacitance value of the force sensing capacitor.

본 실시예에 의한 포스 검출 커패시턴스 보상 방법은, (a) 포스 감지 레이어(force sensing layer)와 기준 전극으로 형성된 포스 검출 커패시터(force sensing capacitor)와 보상 커패시터를 공급 전압으로 프리차지하는 단계와, (b) 공급 전압과 기준 전압 사이에서 포스 검출 커패시터, 보상 커패시터를 직렬로 연결하여 제1 차지 셰어링(first charge sharing)을 수행하는 단계와, (c) 포스 검출 커패시터와 보상 커패시터가 동일한 전압을 가지도록 제2 차지 셰어링(charge sharing)을 수행하는 단계 및 (d) 제2 차지 셰어링되어 형성된 전압을 출력하는 단계를 포함한다.(A) precharging a force sensing capacitor formed of a force sensing layer, a reference sensing electrode, and a compensation capacitor to a supply voltage, and (b) ) Performing a first charge sharing by serially connecting a positive-sense capacitor and a compensation capacitor between a supply voltage and a reference voltage, and (c) performing a first charge sharing with the positive-sense capacitor and the compensation capacitor Performing charge sharing on the first charge sharing voltage, and (d) outputting a second charge sharing formed voltage.

본 실시예에 의하면 포스 입력 검출 장치에 본질적으로 내재된 커패시터의 커패시턴스 값을 보상하여 포스 입력을 종래 기술에 비하여 높은 정확도 및 높은 감도로 검출할 수 있다는 장점이 제공된다.According to the present embodiment, there is provided an advantage that the force input can be detected with high accuracy and high sensitivity as compared with the prior art by compensating the capacitance value of the capacitor inherently embedded in the force input detecting device.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치의 개요를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 포스 입력 검출 장치의 개요를 도시하는 블록도다.
도 3은 포스 감지 레이어의 개요를 도시한 도면이다.
도 4는 검출 회로부의 실시예를 도시한 도면이다.
도 5(a)는 포스 입력이 제공되지 않은 상태에서 포스 감지 커패시터의 일 전극인 포스 감지 레이어와 금속 바디가 이격된 상태를 도시한 도면이고, 도 5(b)는 포스 입력이 제공된 상태에서 포스 감지 레이어와 금속 바디의 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 의한 포스 검출 커패시턴스 보상 방법의 각 단계를 개요적으로 도시한 순서도이다.
도 7은 제어부가 스위칭부에 제공하는 제어 신호들을 도시한 예시적 타이밍도이다.
도 8 및 도 9는 제어부가 스위칭부를 구동하는 각 페이즈 별 등가 회로를 도시한 도면이다.
Fig. 1 (a) and Fig. 1 (b) are sectional views showing the outline of the force input detecting device according to the present embodiment, and Fig. 2 is a block diagram showing an outline of the force input detecting device according to the present embodiment.
3 is a diagram showing an outline of a force detection layer.
4 is a diagram showing an embodiment of the detection circuit section.
5 (a) is a view showing a state where a force sensing layer and a metal body are separated from each other, which is one electrode of a force sensing capacitor in a state where a force input is not provided, and FIG. 5 (b) A state of a sensing layer and a metal body.
6 is a flowchart schematically showing each step of the force detection capacitance compensation method according to the present embodiment.
7 is an exemplary timing chart showing control signals that the control unit provides to the switching unit.
FIGS. 8 and 9 are diagrams showing equivalent circuits for each phase in which the control unit drives the switching unit. FIG.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.

“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms " first ", " second ", and the like are used to distinguish one element from another and should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "상부에" 또는 “위에”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접촉하여" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "개재하여"와 "바로 ~개재하여", "~사이에"와 "바로 ~ 사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "on" or "on" another element, it may be directly on top of the other element, although other elements may be present in between. On the other hand, when an element is referred to as being "in contact" with another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "intervening" and "intervening", between "between" and "immediately" or "neighboring" Direct neighbors "should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it is present and not to preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Each step may take place differently from the stated order unless explicitly stated in a specific order in the context. That is, each step may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.

본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.The drawings referred to for explaining embodiments of the present disclosure are exaggerated in size, height, thickness, and the like intentionally for convenience of explanation and understanding, and are not enlarged or reduced in proportion. In addition, any of the components shown in the drawings may be intentionally reduced, and other components may be intentionally enlarged.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다. All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the relevant art and can not be construed as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present application .

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예들을 설명한다. 도 1(a) 및 도 1(b)는 본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치의 개요를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 포스 입력 검출 장치의 개요를 도시하는 블록도다. 도 1(a), 도 1(b) 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치는, 오브젝트로부터 제공되는 포스 입력에 의하여 변형(deform)되는 커버 윈도우(cover window, 110)와, 커버 윈도우의 변형에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 포스 감지 커패시터(force sensing capacitor, Cf)의 일 전극인 포스 감지 레이어(force sensing layer, 150) 및 포스 입력을 검출하는 포스 입력 검출부를 포함하며, 포스 입력 검출부는: 포스 감지 커패시터를 보상(compensate)하는 보상 커패시터(compensation capacitor, Cc)와, 포스 감지 커패시터(Cf)와 보상 커패시터(Cc)의 전기적 연결형태를 전환하는 스위칭 부(200)와, 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스 값의 변화에 따라 변화하는 전기적 신호를 검출하는 검출 회로부(300)를 포함한다. 일 실시예에서, 본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치는 스위치 부(200)에 포함된 스위치를 제어하는 제어부(400)를 더 포함한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 (a) and Fig. 1 (b) are sectional views showing the outline of the force input detecting device according to the present embodiment, and Fig. 2 is a block diagram showing an outline of the force input detecting device according to the present embodiment. 1 (a), 1 (b), and 2, the force input detecting device according to the present embodiment includes a cover window 110 deformed by a force input provided from an object, A force sensing layer 150 which is one electrode of a force sensing capacitor Cf whose capacitance value changes according to the deformation of the cover window, and a force input detecting unit which detects a force input, The force input detecting unit includes: a compensation capacitor Cc for compensating the force sensing capacitor; a switching unit 200 for switching the electrical connection between the force sensing capacitor Cf and the compensation capacitor Cc; And a detection circuit unit 300 that detects an electrical signal that changes in accordance with a change in the capacitance value of the force sensing capacitor Cf. In one embodiment, the force input detecting apparatus according to the present embodiment further includes a control unit 400 for controlling a switch included in the switch unit 200. [

이하, 본 명세서에서는 사용자가 포스 입력 검출 장치에 포스 입력을 인가할 수 있는 것(thing)을 “오브젝트(object)”라 정의한다. 이러한 오브젝트는 손가락, 손바닥과 같이 사용자의 신체 일부 또는 스타일러스(stylus) 등의 물체를 의미할 수 있으며, 커버 윈도우(110)를 변형시켜 포스 입력을 제공할 수 있는 것을 의미한다. 상기한 예시는 오브젝트의 범위를 한정하기 위한 것이 아니라 오브젝트를 설명하기 위한 것이다.Hereinafter, the thing that a user can apply a force input to a force input detecting device is defined as an " object ". Such an object can mean an object, such as a finger or a palm, or a part of the user's body or a stylus, and means that the cover window 110 can be modified to provide a force input. The above example is for explaining an object, not for limiting the scope of the object.

도 1(a) 및 도 1(b)를 참조하면, 본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치는 오브젝트로부터 제공되는 포스 입력에 의하여 변형(deform)되는 커버 윈도우(cover window, 110)를 포함한다. 커버 윈도우(110)는 일 실시예로, 디스플레이 부(display unit, 130)가 제공하는 이미지를 투과시킬 수 있는 투명 재질로 형성되어 이미지를 사용자에게 제공한다. 다른 예로, 포스 입력 검출 장치가 디스플레이 부(130)를 포함하지 않는 경우에는 불투명한 재질로 형성할 수 있다. 일 실시예로, 커버 윈도우(110)는 강화 유리로 형성된다. 다른 예로, 커버 윈도우(110)는 폴리카보네이트, 아크릴 등의 합성 수지로 형성된다. 1 (a) and 1 (b), the force input detecting device according to the present embodiment includes a cover window 110 deformed by a force input provided from an object. The cover window 110, in one embodiment, is formed of a transparent material capable of transmitting the image provided by the display unit 130 to provide an image to the user. As another example, when the force input detecting apparatus does not include the display unit 130, it may be formed of an opaque material. In one embodiment, the cover window 110 is formed of tempered glass. In another example, the cover window 110 is formed of a synthetic resin such as polycarbonate, acrylic, or the like.

일 실시예에서, 포스 입력 검출 장치는 터치 입력을 검출하는 터치 검출 레이어(touch sensing layer, 120)를 포함할 수 있다. 터치 검출 레이어(120)는 일 예로, 유전체 기판(dielectric substrate)과, 유전체 기판의 일면에 배치된 구동 전극(driving electrode) 및 유전체 기판의 타면에 배치된 감지 전극(sensing electrode) 또는 유전체 기판의 일면에 배치된 구동 전극과 감지 전극을 포함하여 상호 커패시턴스 방식(mutual capacitance type)으로 터치 입력을 검출한다. In one embodiment, the force input detection device may include a touch sensing layer 120 for detecting a touch input. The touch detection layer 120 may include a dielectric substrate, a driving electrode disposed on one surface of the dielectric substrate, and a sensing electrode or a dielectric substrate disposed on the other surface of the dielectric substrate, And detects the touch input by a mutual capacitance type including the driving electrode and the sensing electrode.

다른 예로, 터치 검출 레이어(120)는 자기 커패시턴스 방식(self capacitance type)으로 터치를 검출한다. 유전체 기판에는 제1 전극과 제2 전극이 형성될 수 있으며, 터치를 수행하는 오브젝트와 제1 전극에 의하여 형성된 커패시턴스, 오브젝트와 제2 전극 사이의 커패시턴스 또는 이들의 비율을 검출하여 터치 입력을 검출할 수 있다.In another example, the touch detection layer 120 detects a touch in a self-capacitance type. The first electrode and the second electrode may be formed on the dielectric substrate. The first electrode and the second electrode may be formed on the dielectric substrate. The capacitance formed by the touching object and the first electrode, the capacitance between the object and the second electrode, .

일 실시예에서, 바디(140a, 140b)는 내부에 포스 감지 레이어(150) 등을 내장할 수 있는 공간을 가지며, 커버 윈도우(110)에 의하여 덮인다. 금속 바디(140a)는 도 1(a)에서 예시된 바와 같이 도전성 금속으로 형성되어 포스 감지 커패시터(Cf)의 전극으로 기능한다. 일 예로, 금속 바디(140a)는 기준 전위에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1(b)로 예시된 실시예에 의하면 바디(140b)는 합성 수지 등의 절연체로 형성될 수 있다. In one embodiment, the bodies 140a and 140b have a space in which the force sensing layer 150 or the like can be embedded, and are covered by the cover window 110. [ The metal body 140a is formed of a conductive metal as illustrated in Fig. 1 (a) and functions as an electrode of the force sensing capacitor Cf. In one example, the metal body 140a may be electrically connected to a reference potential. According to the embodiment illustrated in FIG. 1 (b), the body 140b may be formed of an insulator such as a synthetic resin.

디스플레이부(130)는 사용자에게 이미지를 표시한다. 디스플레이부는 일 예로, LCD(Liquid Crystal Display) 패널일 수 있다. 다른 예로, 디스플레이부는 OLED(Organic Light Emitting Device) 패널일 수 있다. 디스플레이부의 내부에는 기준 전위가 제공되는 기준 전극이 포함될 수 있다. 도 1(b)로 도시된 실시예에서, 디스플레이부(130)에 포함된 일 전극은 포스 감지 레이어(150)과 함께 포스 감지 커패시터(Cf)를 형성할 수 있다.The display unit 130 displays an image to the user. The display unit may be, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) panel. As another example, the display portion may be an OLED (Organic Light Emitting Device) panel. A reference electrode provided with a reference potential may be included in the display portion. In the embodiment shown in FIG. 1 (b), one electrode included in the display unit 130 may form a force sensing capacitor Cf together with the force sensing layer 150.

포스 감지 레이어(force sensing layer, 150)는 포스 감지 커패시터(Cf)의 일 전극으로, 오브젝트에 의한 포스 입력에 의한 커버 윈도우(110)의 변형에 따라 변형된다. 도 3은 포스 감지 레이어(150)의 개요를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 포스 감지 레이어(150)는 다공성 구조를 가지는 전도성 패턴을 포함하며, 중앙 부위 구멍(H1)의 면적이 주변부(peripheral area)에 위치한 구멍(H2, H3)의 면적에 비하여 크게 형성되며, 중앙에서 이격될수록 구멍의 면적이 작도록 형성된다. 일 실시예로, 포스 감지 레이어(150)는 휘어질 수 있는(flexible) 절연 필름에 도전성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), ICO(Indium Cadmium Oxide) 및 CNT(Carbon Nano Tube Film) 중 어느 하나를 패터닝하여 형성될 수 있다. A force sensing layer 150 is one electrode of the force sensing capacitor Cf and is deformed according to the deformation of the cover window 110 by the force input by the object. FIG. 3 is a diagram showing an outline of the force sensing layer 150. FIG. Referring to FIG. 3, the force sensing layer 150 includes a conductive pattern having a porous structure. The area of the central hole H 1 is larger than the area of holes H 2 and H 3 located in the peripheral area And the area of the hole is smaller as the distance from the center is larger. The force sensing layer 150 may be formed of a conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), AZO (Aluminum Zinc Oxide), ICO Oxide) and carbon nanotube film (CNT).

도 1(a)에 도시된 실시예에서, 포스 감지 커패시터(Cf)의 두 전극은 포스 감지 레이어(150)와 금속 바디(140a)일 수 있다. 일 예로, 금속 바디(140a)는 기준 전위와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1(b)로 도시된 실시예에 의하면 바디(140b)가 합성수지 등의 부도체로 형성된 경우에, 포스 감지 레이어(150)는 디스플레이 부(130)에 포함된 일 전극과 함께 포스 감지 커패시터(Cf)를 형성할 수 있다. 도시되지 않은 실시예에서, 포스 감지 레이어(150)가 부도체 바디에 배치되고, 디스플레이 부(130)가 터치 검출 레이어(120)에 부착되어 포스 감지 레이어(150)와 디스플레이 부(130)의 일 전극과 함께 포스 감지 커패시터(Cf)를 형성할 수 있다. In the embodiment shown in FIG. 1 (a), the two electrodes of the force sensing capacitor Cf may be the force sensing layer 150 and the metal body 140a. For example, the metal body 140a may be electrically connected to a reference potential. 1 (b), when the body 140b is formed of a nonconductor such as a synthetic resin, the force sensing layer 150 may be connected to one end of the force sensing capacitor Cf ) Can be formed. The force sensing layer 150 is disposed on the nonconductive body and the display portion 130 is attached to the touch sensing layer 120 to form the force sensing layer 150 and one electrode of the display portion 130, And the force sensing capacitor Cf can be formed.

두 전극으로 이루어진 커패시터의 커패시턴스 값은 아래의 수학식 1과 같이 연산될 수 있다. The capacitance value of the capacitor composed of two electrodes can be calculated as shown in Equation 1 below.

Figure 112015125726395-pat00001
Figure 112015125726395-pat00001

수학식 1을 참조하면, 두 전극 사이의 거리가 가까워질수록 커패시턴스 값이 증가하며, 전극의 면적이 감소할수록 커패시턴스 값이 감소한다. 따라서, 포스 감지 레이어(150)를 다공성 구조로 형성하여 커패시터를 형성하는 전극의 면적을 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스 값을 감소시킬 수 있다. 또한, 오브젝트가 포스 입력을 제공하여 커버 윈도우(110)와 바디(140a, 140b)가 접근함에 따라 두 전극 사이의 거리가 가까워져 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스 값이 증가한다. Referring to Equation (1), as the distance between the two electrodes approaches, the capacitance value increases. As the area of the electrode decreases, the capacitance value decreases. Therefore, the force sensing layer 150 can be formed in a porous structure to reduce the area of the electrode forming the capacitor, thereby reducing the capacitance value of the force sensing capacitor Cf. Also, as the object provides a force input and the cover window 110 and the bodies 140a and 140b approach, the distance between the two electrodes becomes close to increase the capacitance value of the force sensing capacitor Cf.

이하에서, 본 명세서에서 본질적으로 내재된 커패시턴스라 함은 의도되어 형성된 커패시터의 커패시턴스 뿐만 아니라 의도되지 않았으나 존재하는 커패시터의 커패시턴스를 포함하는 의미이다. 일 예로, 도 1(a)로 도시된 실시예에서, 포스 감지 커패시터(Cf)는 포스 감지 레이어(150)와 금속 바디(140)에 의하여 형성된 커패시터이나, 본질적으로 내재된 커패시터의 커패시턴스라 함은 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스 뿐만 아니라, 포스 감지 레이어(150)과 디스플레이부(130) 사이에 형성되는 기생 커패시터의 커패시턴스, 포스 감지 레이어(150)과 터치 감지 레이어(120) 사이에 형성되는 기생 커패시터의 커패시턴스 등을 포함하는 의미이다.Hereinafter, the inherent capacitance implies not only the capacitance of an intended formed capacitor but also the capacitance of an existing capacitor. For example, in the embodiment shown in FIG. 1 (a), the force sensing capacitor Cf is a capacitor formed by the force sensing layer 150 and the metal body 140, or the capacitance of an essentially inherent capacitor, The capacitance of the parasitic capacitor formed between the force sensing layer 150 and the display portion 130 as well as the capacitance of the force sensing capacitor Cf and the parasitic capacitance formed between the force sensing layer 150 and the touch sensing layer 120 The capacitance of the capacitor, and the like.

스위칭부(200)는 포스 감지 커패시터(Cf)와 전기적으로 연결되며, 복수의 스위치들(S1a, S1b, S2, S3, S4, S5)과 보상 커패시터(Cc, compensation capacitor)를 포함한다. 복수의 스위치들(S1a, S1b, S2, S3, S4, S5)은 제어부(400)가 제공하는 신호에 의하여 제어되며, 전계효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor) 또는 양극성 접합 트랜지스터(BJT, Bipolar Junction Transistor)등의 반도체 스위치로 구현될 수 있다. 스위치 S1a 및 S1b는 동일한 제어 신호 S1에 의하여 턴 온, 턴 오프가 제어된다. 보상 커패시터(Cc)는 후술할 바와 같이 2회의 차지 셰어링(charge sharing)과정을 거쳐 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스를 보상하므로 포스 입력에 의하여 증가된 커패시턴스 ΔCf에 의한 영향을 용이하게 검출할 수 있도록 한다.The switching unit 200 is electrically connected to the force sensing capacitor Cf and includes a plurality of switches S1a, S1b, S2, S3, S4 and S5 and a compensation capacitor Cc. The plurality of switches S1a, S1b, S2, S3, S4 and S5 are controlled by a signal provided by the control unit 400 and may be a field effect transistor (FET) or a bipolar junction Transistor) or the like. The switches S1a and S1b are turned on and off by the same control signal S1. The compensating capacitor Cc compensates the capacitance of the force sensing capacitor Cf through two charge sharing processes as will be described later so that it is possible to easily detect the influence of the increased capacitance? .

일 예로, 스위칭부(200)에 제공되는 제1 공급 전원 전압(Vdd1)은 검출 회로부(300)등에 제공되는 제2 공급 전압(Vdd2)이 체배되어 형성된 전압으로, 차지 펌프(미도시) 또는 전압 체배기(미도시)로 칩 내부에 공급되는 제2 공급전압을 승압(step up)하여 형성된다. 포스 감지 커패시터(Cf)에 제1 공급 전압(Vdd1)을 공급하여 포스 감지 커패시터(Cf)에 충전되는 전하량을 증가시킬 수 있고, 따라서 포스 입력 검출 성능을 향상시킬 수 있다. n1 노드와 n2 노드에는 각각 보상 커패시터(Cc)의 일 전극과 타 전극이 연결된다. 보상 커패시터(Cc)는 후술할 바와 같이 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스를 보상하는 기능을 수행한다. For example, the first supply voltage Vdd1 provided to the switching unit 200 may be a voltage formed by multiplying the second supply voltage Vdd2 provided to the detection circuit unit 300 or the like by a charge pump (not shown) or a voltage And a second supply voltage supplied to the inside of the chip by a multiplier (not shown). The first supply voltage Vdd1 may be supplied to the force sensing capacitor Cf to increase the amount of charge charged in the force sensing capacitor Cf, thereby improving the force input detection performance. One electrode and the other electrode of the compensation capacitor (Cc) are connected to the n1 node and the n2 node, respectively. The compensating capacitor Cc performs a function of compensating the capacitance of the force sensing capacitor Cf as will be described later.

도시되지 않았지만, 스위칭 부(200), 검출 회로부(300) 및 제어부(400)는 터치 입력 검출 장치에 포함된 센싱 전극의 채널별로 형성될 수 있다. 또한, 스위칭 부의 n1 노드와 n2 노드는 각각 제어부(400)에 의하여 제어되는 스위치와 전기적으로 연결되어 채널별로 형성된 스위칭부(200)에 포함된 각각의 보상 커패시터들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 보상 커패시터(Cc)는 후술할 바와 같이 여러 채널의 보상 커패시터가 병렬로 연결되어 각각의 보상 커패시터에 비하여 큰 등가 커패시턴스를 가지는 보상 커패시터를 형성할 수 있다.Although not shown, the switching unit 200, the detection circuit unit 300, and the control unit 400 may be formed for each channel of the sensing electrode included in the touch input detection device. Also, the n1 node and the n2 node of the switching unit may be electrically connected to the switches controlled by the control unit 400, respectively, so that the compensation capacitors included in the switching unit 200 formed for each channel can be electrically connected to each other. As described later, the compensation capacitor Cc may be connected in parallel with compensation capacitors of a plurality of channels to form a compensation capacitor having a larger equivalent capacitance than each compensation capacitor.

도 4는 검출 회로부(300)의 실시예를 도시한 도면이다. 검출 회로부(300)는 전기적 신호(vn1)를 제공받고 이를 증폭하는 증폭기(310)를 포함한다. 오브젝트(O)가 제공하는 포스 입력에 따라 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스 값은 변화하며, 증폭기는 커패시턴스 값 변화(ΔCf)에 의하여 형성된 전기적 신호 vn1를 제공받고 증폭하여 출력 신호(v)를 형성한다. Fig. 4 is a diagram showing an embodiment of the detection circuit unit 300. Fig. The detection circuit unit 300 includes an amplifier 310 that receives and amplifies the electrical signal vn1. The capacitance value of the force sensing capacitor Cf changes according to the force input provided by the object O and the amplifier receives and amplifies the electric signal vn1 formed by the capacitance value change DELTA CF to form the output signal v do.

증폭기(amplifier, 310)는 설정된 이득으로 입력 신호를 증폭한다. 증폭기는 전기적 신호를 제공받아 증폭하여 출력할 수 있는 증폭기이면 형태와 구성을 불문하고 본 실시예에 따른 포스 입력 검출 장치에 사용할 수 있다. 일 예로, 증폭기는 단일단(single ended) 증폭기일 수 있으며, 다른 예로, 증폭기로 소정의 전위 또는 접지 전위와의 관계에서 전기적 신호와의 차이를 증폭하는 차동 증폭기(diffential amplifier)를 사용할 수 있다. An amplifier 310 amplifies the input signal with a predetermined gain. The amplifier can be used in the force input detecting device according to the present embodiment regardless of its configuration and configuration as long as it is an amplifier capable of receiving and amplifying an electric signal. As an example, the amplifier may be a single ended amplifier, or as another example, a differential amplifier may be used to amplify the difference from the electrical signal in relation to the predetermined potential or ground potential with the amplifier.

일 실시예로, 검출 회로부(300)는 아날로그-디지털 변환기(ADC, 330)를 더 포함할 수 있다. 아날로그 디지털 변환기는 증폭기(310)가 제공한 신호를 디지털로 변환하고, 이를 디지털 신호 처리부에 제공하여 후속 신호처리를 수행할 수 있다. In one embodiment, the detection circuitry 300 may further include an analog-to-digital converter (ADC) 330. The analog-to-digital converter can convert the signal provided by the amplifier 310 into a digital signal and provide it to a digital signal processing unit to perform subsequent signal processing.

일 실시예에서, 검출 회로부(300)는 스위칭부(200)와는 다른 제2 공급 전위(Vdd2)가 제공되어 동작한다. 검출 회로부(300)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)등을 포함할 수 있다. 따라서, 이들을 제2 공급전위를 체배하여 형성된 제1 공급 전위로 동작하도록 형성하면 필요한 다이 면적이 증가하여 비경제적이다. 따라서, 검출 회로부(300)는 기능 구현에 필요한 면적 소모를 줄이기 위하여 제1 공급 전위에 비하여 낮은 제2 공급전위로 구동되도록 구현된다. 다른 예로, 간단한 회로 설계를 위하여 검출 회로부(300)를 제1 공급전위로 동작하도록 설계하는 것도 가능하다.In one embodiment, the detection circuit section 300 is provided with a second supply potential Vdd2 different from that of the switching section 200 and operates. The detection circuit unit 300 may include an analog-to-digital converter (ADC) or the like. Therefore, if they are formed to operate at the first supply potential formed by multiplying the second supply potential, the required die area is increased, which is uneconomical. Therefore, the detection circuit unit 300 is implemented to be driven with the second supply potential lower than the first supply potential in order to reduce the area consumption required for implementing the function. As another example, it is possible to design the detection circuit section 300 to operate at the first supply potential for simple circuit design.

이하에서는 도 5(a), 도 5(b) 내지 도 9를 참조하여 포스 감지 커패시터의 보상 방법과 이를 이용한 포스 입력 검출 장치의 동작을 살펴본다. 도 5(a)는 도 1(a)로 도시된 실시예에서 포스 입력이 제공되지 않은 상태에서 포스 감지 커패시터(Cf)의 일 전극인 포스 감지 레이어(150)와 금속 바디(140a)가 이격된 상태를 도시한 도면이고, 도 5(b)는 포스 입력이 제공된 상태에서 포스 감지 레이어(150)와 금속 바디(140a)의 상태를 도시한 도면이다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 포스 입력이 제공되기 이전에 포스 감지 레이어(150)와 금속 바디(140a)는 d1 만큼 이격되어 있다. 오브젝트(O)가 포스 입력을 제공하면 도 5(b)에 예시된 바와 같이 커버 윈도우(110)가 변형(deform)되며, 그에 따라 포스 감지 레이어(150)도 변형된다. 포스 감지 레이어(150)는 금속 바디(140a)로 접근함에 따라 최소 이격 간격은 d2로 감소하고 포스 감지 레이어(150)와 금속 바디(140a)의 평균적인 이격 간격도 감소한다. 포스 감지 커패시터(Cf)의 일 전극과 타 전극의 이격 간격이 감소함에 따라 결과적으로 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스는 증가한다(수학식 1 참조). Hereinafter, a method of compensating a force sensing capacitor and an operation of a force input detecting apparatus using the force sensing capacitor will be described with reference to FIGS. 5 (a), 5 (b) 5A shows a state in which the force sensing layer 150, which is one electrode of the force sensing capacitor Cf, and the metal body 140a are spaced apart from each other in a state in which the force input is not provided in the embodiment shown in FIG. And FIG. 5B is a view showing states of the force sensing layer 150 and the metal body 140a in a state in which a force input is provided. As shown in FIG. 5 (a), the force sensing layer 150 and the metal body 140a are spaced apart by d1 before the force input is provided. When the object O provides a force input, the cover window 110 is deformed as illustrated in FIG. 5 (b), and accordingly, the force sensing layer 150 is also deformed. As the force sensing layer 150 approaches the metal body 140a, the minimum spacing distance decreases to d2 and the average spacing distance between the force sensing layer 150 and the metal body 140a also decreases. As the spacing between the one electrode of the force sensing capacitor Cf and the other electrode decreases, the capacitance of the force sensing capacitor Cf increases as a result of Equation (1).

도 1(b)로 예시된 실시예에서, 포스 입력이 제공됨에 따라 포스 감지 커패시터(Cf)의 일 전극인 포스 감지 레이어(150)가 포스 감지 커패시터(Cf)의 타 전극인 디스플레이부(130)의 기준 전극 방향으로 접근하므로 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스가 증가한다. 또한, 도시되지 않은 실시예에 의하면, 포스 입력이 제공됨에 따라 포스 감지 커패시터(Cf)의 타 전극을 포함하는 디스플레이부(130)가 포스 감지 커패시터(Cf)의 일 전극인 포스 감지 레이어(150) 방향으로 접근하므로 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스가 증가한다. 1 (b), the force sensing layer 150, which is one electrode of the force sensing capacitor Cf as the force input is provided, is connected to the display unit 130, which is the other electrode of the force sensing capacitor Cf, The capacitance of the force sensing capacitor Cf increases. According to an embodiment not shown, the display unit 130 including the other electrode of the force sensing capacitor Cf is provided with the force sensing layer 150, which is one electrode of the force sensing capacitor Cf, The capacitance of the force sensing capacitor Cf increases.

포스 입력에 의한 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스 증가량을 ΔCf라고 표시하면, 스위칭 부(200)에 전기적으로 연결된 등가 커패시턴스는 포스 감지 커패시터(Cf)와 커패시턴스 증가량 ΔCf의 합인 Cf + ΔCf이다. 따라서, 포스 입력이 제공되지 않은 상태에서 스위칭부(200)에 연결된 등가 커패시턴스는 Cf 이고, 포스 입력이 제공된 경우의 등가 커패시턴스는 스위칭부(200)에 연결된 등가 커패시턴스는 Cf+ ΔCf이다. When the amount of capacitance increase of the force sensing capacitor Cf by the force input is denoted by? Cf, the equivalent capacitance electrically connected to the switching unit 200 is Cf +? Cf which is the sum of the force sensing capacitor Cf and the capacitance increase amount? Accordingly, the equivalent capacitance connected to the switching unit 200 when the force input is not provided is Cf, and the equivalent capacitance when the force input is provided is Cf +? Cf, the equivalent capacitance connected to the switching unit 200.

증가된 커패시턴스 ΔCf에 비하여 포스 감지 커패시터의 커패시턴스 Cf의 값이 크므로 종래 기술에 의한 포스 감지 장치로 유효한 범위 내에서 커패시턴스 변화량 ΔCf를 검출하는 것이 곤란하다. 본 실시예에 의하면 포스 감지 커패시터의 커패시턴스는 아래의 과정을 거쳐 보상될 수 있다. The capacitance Cf of the force sensing capacitor is larger than the increased capacitance? Cf, so it is difficult to detect the capacitance variation? Cf within a range effective for the force sensing device according to the related art. According to the present embodiment, the capacitance of the force sensing capacitor can be compensated by the following process.

도 6은 본 실시예에 의한 포스 검출 커패시턴스 보상 방법의 각 단계를 개요적으로 도시한 순서도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 포스 검출 커패시턴스 보상 방법은, 포스 감지 커패시터(force sensing capacitor)와 보상 커패시터를 공급 전압으로 프리 차지(precharge)하는 단계(S100)와, 공급 전압과 기준 전압 사이에서 포스 감지 커패시터, 보상 커패시터를 직렬로 연결하여 제1 차지 셰어링(first charge sharing)을 수행하는 단계(S200)와, 포스 감지 커패시터와 보상 커패시터가 동일한 전압을 가지도록 제2 차지 셰어링(charge sharing)을 수행하는 단계(S300) 및 제2 차지 셰어링되어 형성된 전압을 출력하는 단계(S400)를 포함한다.6 is a flowchart schematically showing each step of the force detection capacitance compensation method according to the present embodiment. Referring to FIG. 6, the method for compensating for the positive detection capacitance according to the present embodiment includes a step S100 of precharging a force sensing capacitor and a compensation capacitor to a supply voltage, (S200) of performing a first charge sharing by connecting a positive sense capacitor and a compensation capacitor in series between the positive charge sharing capacitor and the compensation capacitor, charge sharing (S300), and outputting a voltage formed by the second charge sharing (S400).

도 7은 제어부(400)가 스위칭부(200)에 제공하는 제어 신호들을 도시한 예시적 타이밍도이다. 도 4를 참조하면, 제어부(400)는 스위칭부(200)를 프리 차지 페이즈(P1), 제1 차지 셰어링 페이즈(P2), 제2 차지 셰어링 페이즈(P3) 및 출력 페이즈(P4)로 구동한다. 일 실시예로, 제어부(400)는 출력 페이즈(P4) 이후 다시 프리 차지 페이즈(P1)로 스위칭부(200)를 구동할 수 있다. 7 is an exemplary timing diagram showing control signals that the control unit 400 provides to the switching unit 200. As shown in FIG. Referring to FIG. 4, the controller 400 controls the switching unit 200 to select one of a precharge phase P1, a first charge sharing phase P2, a second charge sharing phase P3, and an output phase P4 . In one embodiment, the control unit 400 may drive the switching unit 200 in the pre-charge phase P1 again after the output phase P4.

도 7에서 점선으로 도시된 영역을 참조하면, 제어부(400)는 스위치의 도통 및 차단 과정에서 각각의 커패시터에 충전된 전하들이 의도하지 않게 유출 또는 셰어링되는 것을 방지하기 위하여 각 페이즈의 경계마다 제어 신호들이 오버랩(overlap)되는 부분이 없도록 제어 신호들을 형성한다.Referring to the area indicated by the dotted line in FIG. 7, the controller 400 controls each boundary of each phase in order to prevent unintentional leakage or sharing of the charges charged in the respective capacitors during the conduction and blocking of the switch Thereby forming control signals such that the signals do not overlap each other.

도 7로 도시된 실시예는 스위칭부(200)에 포함된 스위치들을 NMOS(N type MOS) 스위치로 구현한 예이다. 따라서 각 스위치의 제어 전극에 하이(high) 상태의 신호가 제공되면 도통되고, 로우(low) 상태의 신호가 제공되면 차단된다. 다만 이는 구현예일 따름으로, 로우 상태의 신호를 제어단에 제공하면 도통되고, 하이 상태의 신호가 제공되면 차단되는 PMOS(P type MOS) 스위치를 이용하여 구현하는 것도 가능하며, 베이스에 양의 전류를 제공하거나, 음의 전류를 제공하여 도통과 차단을 제어하는 NPN BJT 또는 PNP BJT로 구현하는 것도 역시 가능하다. In the embodiment shown in FIG. 7, switches included in the switching unit 200 are implemented by NMOS (N type MOS) switches. Therefore, when the control electrode of each switch is supplied with a high-state signal, it is conducted, and when the low-state signal is supplied, it is interrupted. However, this may be implemented by using a PMOS (P type MOS) switch which is conducted when a low-level signal is provided to the control terminal and is blocked when a high-level signal is provided, Or to provide NPN BJTs or PNP BJTs that provide conduction and blocking by providing negative currents.

도 8 및 도 9는 제어부(400)가 스위칭부(200)를 구동하는 각 페이즈 별 등가 회로를 도시한 도면이다. 도 8(a)는 스위칭부(200)가 프리 차지 페이즈(P1)로 구동되는 경우의 등가회로를 도시한 도면이다. 도 6 내지 도 8(a)를 참조하면, 도 7의 P1 단계(프리 차지 페이즈)에서 스위칭부(200)의 스위치 S1a, S1b 및 S4가 턴 온되고, 나머지 스위치들은 턴 오프되도록 제어된다. 따라서, 스위치 부(200)와 터치 패널(100)은 도 8(a)의 등가회로를 형성하고, ΔCf의 커패시턴스 증가량을 가지는 포스 감지 커패시터 (Cf+ΔCf)와 보상 커패시터(Cc)는 프리 차지 페이즈에서 모두 제1 공급 전위(Vdd1)로 충전된다(S100). 등가회로에서 보상 커패시터(Cc)와 포스 감지 커패시터(Cf+ΔCf)는 병렬로 연결된다. 병렬 커패시터(Cc)와 포스 감지 커패시터(Cf+ΔCf)는 각각의 일 노드에 제1 공급 전위가 제공되며, 각각의 타 노드는 접지 전위에 연결되므로 모두 제1 공급 전위로 충전된다.8 and 9 are diagrams showing equivalent circuits for each phase at which the control unit 400 drives the switching unit 200. As shown in FIG. 8A is a diagram showing an equivalent circuit when the switching unit 200 is driven by the precharge phase P1. Referring to FIGS. 6 to 8 (a), the switches S1a, S1b and S4 of the switching unit 200 are turned on in the P1 step (precharge phase) of FIG. 7, and the remaining switches are controlled to be turned off. Therefore, the switch unit 200 and the touch panel 100 form an equivalent circuit of Fig. 8A. The force sensing capacitor Cf + [Delta] Cf and the compensation capacitor Cc having a capacitance increase amount of [Delta] Are all charged with the first supply potential Vdd1 (S100). In an equivalent circuit, the compensation capacitor Cc and the force sensing capacitor Cf +? Cf are connected in parallel. The parallel capacitor Cc and the force sense capacitor Cf +? Cf are provided with a first supply potential at each node, and each of the other nodes is connected to the ground potential, so that they are both charged to the first supply potential.

도 8(b)는 스위칭부(200)가 제1 차지 셰어링 페이즈(P2)로 구동될 때의 등가회로를 도시한 도면이다. 도 6, 도 7 및 도 8(b)를 참조하면, 제1 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 스위치 S2, S4는 도통되고 나머지 스위치들은 차단되도록 제어된다. 등가회로에서 보상 커패시터(Cc)와 포스 감지 커패시터(Cf+ΔCf)는 제1 공급 전위(Vdd1)과 접지 전위 사이에서 직렬로 연결된다. 프리 차지 페이즈(P1)에서 보상 커패시터(Cc)와 포스 감지 커패시터(Cf+ΔCf)에 충전된 전하들은 충전한 전하들을 제1 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 분배된다(S200). 제1 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 전하가 분배되어 포스 감지 커패시터(Cf+ΔCf)에 형성되는 전압(Vn)은 수학식 2의 ①과 같다. 8 (b) is a diagram showing an equivalent circuit when the switching unit 200 is driven by the first charge sharing phase P2. Referring to Figs. 6, 7 and 8 (b), in the first charge sharing phase P2, the switches S2 and S4 are turned on and the remaining switches are turned off. In the equivalent circuit, the compensation capacitor Cc and the force sensing capacitor Cf + [Delta] Cf are connected in series between the first supply potential Vdd1 and the ground potential. Charges charged in the compensation capacitor Cc and the force sensing capacitor Cf +? Cf in the precharge phase P1 are distributed in the first charge sharing phase P2 (S200). The voltage Vn that is distributed in the first charge sharing phase P2 and formed in the force sensing capacitor Cf +? Cf is represented by? In Equation 2.

Figure 112015125726395-pat00002
Figure 112015125726395-pat00002

포스 감지 커패시터의 커패시턴스 증가량 ΔCf는 포스 감지 커패시터의 커패시턴스와 보상 커패시터의 커패시턴스 합인 Cf + Cc에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작으므로 ① 식은 ② 식과 같이 근사될 수 있다. 일 예로, 증폭기에 제공되는 제2 공급 전압(Vdd2)이 2V이고, 제1 공급 전압(Vdd1)이 9V이며, 포스 감지 커패시터(Cf)의 커패시턴스가 100pF이며 Vn을 제2 공급 전압의 절반인 1V로 형성하기 위해서는 보상 커패시터의 커패시턴스 Cc는 800pF이 되어야 한다. 그러나 800pF의 커패시턴스는 칩 내부에 형성하고자 하는 경우에는 다이 사이즈 소모량이 크므로 비경제적이다. Since the capacitance increase ΔCf of the force sensing capacitor is negligible compared with the capacitance of the force sensing capacitor and the capacitance of the compensating capacitor Cf + Cc, the equation (1) can be approximated as in (2). For example, if the second supply voltage Vdd2 provided to the amplifier is 2V, the first supply voltage Vdd1 is 9V, the capacitance of the force sensing capacitor Cf is 100pF and Vn is 1V, which is half of the second supply voltage The capacitance Cc of the compensating capacitor should be 800 pF. However, the capacitance of 800 pF is not economical because the die size consumption is large when the chip is formed inside the chip.

도 9(a)는 스위칭부(200)가 제2 차지 셰어링 페이즈(P3)로 구동되는 경우의 등가회로를 도시한 도면이다. 도 6, 도 7 및 도 9(a)를 참조하면, 제2 차지 셰어링 페이즈(P3)에서 스위치 S2, S5는 도통되고 나머지 스위치들은 차단되도록 제어된다(S300). 제1 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 보상 커패시터(Cc)와 포스 감지 커패시터(Cf+ΔCf)에 충전된 전하들은 제2 차지 셰어링 페이즈(P3)에서 다시 분배된다(S300). 제2 차지 셰어링 페이즈(P3)에서 병렬 커패시터(Cp+Cc)에 형성되는 전압(Vn)은 수학식 3과 같다. 9A is a diagram showing an equivalent circuit when the switching unit 200 is driven by the second charge sharing phase P3. 6, 7 and 9 (a), in the second charge sharing phase P3, the switches S2 and S5 are turned on and the remaining switches are controlled to be turned off (S300). Charges charged in the compensation capacitor Cc and the force sensing capacitor Cf +? Cf in the first charge sharing phase P2 are distributed again in the second charge sharing phase P3 (S300). The voltage Vn formed in the parallel capacitor Cp + Cc in the second charge sharing phase P3 is expressed by Equation 3.

Figure 112015125726395-pat00003
Figure 112015125726395-pat00003

수학식 3의 식 ①에서, 포스 감지 커패시터의 커패시턴스 증가량 ΔCf는 포스 감지 커패시터의 커패시턴스와 보상 커패시터의 커패시턴스 합인 Cf + Cc에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작으므로 식 ①은 아래의 식 ②와 같이 근사될 수 있다. 수학식 3의 ②식으로 제1 차지 셰어링 페이즈에서와 동일한 조건인 포스 감지 커패시터(Cf)가 100pF이며 Vn을 제2 공급 전압(Vdd2)의 절반인 1V로 형성하고자 하는 경우로 포스 감지 커패시터(Cf)를 보상할 수 있는 보상 커패시터(Cc)의 커패시턴스값을 연산하면, 80pF의 커패시턴스를 가지는 커패시터가 필요하며, 이는 칩 내부에 형성하는데 문제되지 않는다. 일 실시예에서, 위에서 설명한 바와 같이 보상 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 스위칭부(200)의 출력 전압(Vn)을 특정한 전압값으로 조절할 수 있다. In Equation (3), the capacitance increase amount? Cf of the force sensing capacitor is negligibly smaller than the capacitance of the force sensing capacitor and the capacitance sum of the compensation capacitor Cf + Cc, so that Equation? Can be approximated as Equation have. If the force sensing capacitor Cf is 100 pF and Vn is 1 V, which is half of the second supply voltage Vdd2, which is the same condition as in the first charge sharing phase in Equation (2) of Equation 3, Cf), a capacitor having a capacitance of 80 pF is required, which is not a problem for forming in the chip. In one embodiment, the output voltage Vn of the switching unit 200 may be adjusted to a specific voltage value by adjusting the capacitance of the compensation capacitor as described above.

일 실시예에서, 본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치에 포함된 스위칭 부(200), 검출 회로부(300) 및 제어부(400)는 터치 입력 검출 장치에 포함된 센싱 전극의 채널별로 형성될 수 있으며, 일 예로 터치 패널을 호버링하는 오브젝트를 검출할 수 있다. 수학식 3의 ②식을 연산하여 얻어진 커패시턴스 값이 칩 내부에 실장하기에 큰 값으로 얻어진 경우에, 제어부(400)는 스위치들(미도시)을 제어하여 각 채널별로 형성된 스위칭 부에 포함된 보상 커패시터들을 서로 병렬로 연결한다. 따라서, 각각의 채널별로 형성된 보상 커패시터의 커패시턴스 보다 큰 등가 커패시턴스 값을 가지는 보상 커패시터를 형성할 수 있다. 또한, 수학식 3의 ② 식 연산 결과에 따라 병렬로 연결되는 커패시터들의 개수를 조절하여 등가 보상 커패시터의 커패시턴스을 능동적으로 제어할 수 있다. In one embodiment, the switching unit 200, the detection circuit unit 300, and the control unit 400 included in the force input detection device according to the present embodiment may be formed for each channel of the sensing electrode included in the touch input detection device For example, an object hovering the touch panel can be detected. When the capacitance value obtained by calculating the equation (2) in Equation (3) is obtained as a large value for mounting in the chip, the controller 400 controls the switches (not shown) Connect the capacitors in parallel with each other. Thus, a compensation capacitor having an equivalent capacitance value greater than the capacitance of the compensation capacitor formed for each channel can be formed. Also, the capacitance of the equivalent compensation capacitor can be actively controlled by adjusting the number of capacitors connected in parallel according to the result of equation (2) in Equation (3).

본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치는 어느 한 곳에 고정되어 설치될 수 있으며, 휴대 전화, 타블렛 또는 노트북 컴퓨터 등에 설치되어 위치가 변경될 수도 있다. 위치가 변화하는 경우 뿐만 아니라 어느 한 곳에 고정되어 배치되는 경우에도 주변의 온도, 습도 등이 변화하여 커패시턴스 값이 증가하거나 감소할 수 있다. 이러한 커패시턴스값의 변경에 의하여 포스 입력에 대한 검출 성능이 감소할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면 포스 입력 검출 장치의 환경, 위치에 따라 변화하는 커패시턴스에 대하여 능동적으로 대처하여 포스 입력의 검출 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 제공된다. The force input detecting apparatus according to the present embodiment may be fixedly installed in any one place, and may be installed in a mobile phone, a tablet, a notebook computer, or the like, and the position may be changed. In addition to the case where the position is fixed, the capacitance value may increase or decrease due to changes in ambient temperature, humidity or the like even when the position is fixedly disposed at any one place. The change in the capacitance value can reduce the detection performance for the force input. However, according to the present embodiment, there is provided an advantage that the detection performance of the force input can be improved by actively coping with the capacitance which varies depending on the environment and the position of the force input detecting device.

또한, 본 실시예에 의한 포스 입력 검출 장치는, 프리 차지 페이즈와 두 차례의 차지 셰어링 페이즈를 통하여 포스 감지 커패시터(Cf)를 보상할 수 있다. 따라서 보다 높은 감도와 정밀도로 포스 입력을 검출할 수 있다는 장점이 제공된다.Further, the force input detecting device according to the present embodiment can compensate the force sensing capacitor Cf through the precharge phase and the two charge sharing phases. This provides the advantage of being able to detect the force input with higher sensitivity and precision.

본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of illustration, It will be appreciated that other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.

110: 커버 윈도우 120: 터치 검출 레이어
130: 디스플레이부 140a: 금속 바디
140b: 부도체 바디 150: 포스 감지 레이어
200: 스위칭 부 300: 검출회로부
400: 제어부
S100 ~ S400: 본 실시예에 의한 포스 감지 커패시턴스 보상 방법의 각 단계
110: cover window 120: touch detection layer
130: Display part 140a: Metal body
140b: insulated body 150: force sensing layer
200: switching part 300: detection circuit part
400:
S100 to S400: Each step of the force sensing capacitance compensation method according to the present embodiment

Claims (17)

(a) 포스 감지 커패시터(force sensing capacitor)와 보상 커패시터를 공급 전압으로 프리차지하는 단계와,
(b) 상기 공급 전압과 기준 전압 사이에서 상기 포스 감지 커패시터, 상기 보상 커패시터를 직렬로 연결하여 제1 차지 셰어링(first charge sharing)을 수행하는 단계와,
(c) 상기 포스 감지 커패시터와 상기 보상 커패시터가 동일한 전압을 가지도록 제2 차지 셰어링(charge sharing)을 수행하는 단계 및
(d) 상기 제2 차지 셰어링되어 형성된 전압을 출력하는 단계를 포함하며,
상기 포스 감지 커패시터는
다공성 구조를 가지는 전도성 패턴인 포스 감지 레이어를 일 전극으로 하는 포스 검출 커패시턴스 보상 방법.
(a) precharging a force sensing capacitor and a compensation capacitor to a supply voltage,
(b) performing a first charge sharing by serially connecting the force sensing capacitor and the compensation capacitor between the supply voltage and the reference voltage,
(c) performing a second charge sharing such that the force sensing capacitor and the compensation capacitor have the same voltage, and
(d) outputting the voltage formed by the second charge sharing,
The force sensing capacitor
A force sensing capacitance compensation method using a force sensing layer as a conductive pattern having a porous structure as one electrode.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 다공성 구조는,
중앙 부위 구멍의 면적이 주변부(peripheral area) 구멍의 면적에 비하여 큰 포스 검출 커패시턴스 보상 방법.
The method according to claim 1,
The porous structure may comprise:
Wherein the area of the central region hole is larger than the area of the peripheral area hole.
제1항에 있어서,
상기 보상 커패시터는 복수의 커패시터들이 병렬로 연결되어 형성된 것인 포스 검출 커패시턴스 보상 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the compensation capacitor is formed by connecting a plurality of capacitors in parallel.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 상기 포스 감지 커패시터와 상기 보상 커패시터는 서로 병렬로 연결되어 상기 포스 감지 커패시터와 상기 보상 커패시터가 연결된 노드의 전압이 서로 동일한 전압을 가지는 포스 검출 커패시턴스 보상 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the force sensing capacitor and the compensation capacitor are connected in parallel to each other so that the voltages of the nodes to which the force sensing capacitor and the compensation capacitor are connected have the same voltage.
제1항에 있어서,
상기 보상 커패시터의 커패시턴스 값은 상기 전압이 목적하는 레벨에 위치하도록 설정된 값인 포스 검출 커패시턴스 보상 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the capacitance value of the compensation capacitor is a value set such that the voltage is at a desired level.
제1항에 있어서,
상기 전압을 출력하는 단계는,
상기 전압을 검출 회로부에 제공하여 수행하며,
상기 검출 회로부는 상기 전압을 제공받아 미리 설정된 이득으로 증폭하고, 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 포스 검출 커패시턴스 보상 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of outputting the voltage comprises:
Performing the voltage by providing the detection circuit section,
Wherein the detection circuit unit receives the voltage, amplifies the voltage to a predetermined gain, and converts the amplified signal into a digital signal.
오브젝트로부터 제공되는 포스 입력에 의하여 변형(deform)되는 커버 윈도우;
상기 커버 윈도우의 변형에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 포스 감지 커패시터의 일 전극인 포스 감지 레이어(force sensing layer); 및
상기 포스 입력을 검출하는 포스 입력 검출부를 포함하며,
상기 포스 입력 검출부는:
상기 포스 감지 커패시터를 보상(compensate)하는 보상 커패시터와, 상기 포스 감지 커패시터와 상기 보상 커패시터의 전기적 연결형태를 전환하는 스위칭 부와, 상기 포스 감지 커패시터의 커패시턴스 값의 변화에 따라 변화하는 전기적 신호를 검출하는 검출 회로부를 포함하며,
상기 포스 감지 레이어는
다공성 구조를 가지는 전도성 패턴인 포스 입력 검출 장치.
A cover window deformed by a force input provided from an object;
A force sensing layer which is one electrode of the force sensing capacitor whose capacitance value changes according to the deformation of the cover window; And
And a force input detecting section for detecting the force input,
The force input detecting unit includes:
A compensation unit for compensating the force sensing capacitor, a switching unit for switching an electrical connection form between the force sensing capacitor and the compensation capacitor, and a control unit for detecting an electrical signal that changes in accordance with a change in the capacitance value of the force sensing capacitor And a detection circuit section
The force sensing layer
A force input detecting device as a conductive pattern having a porous structure.
제8항에 있어서,
상기 포스 입력 검출 장치는,
금속 바디를 더 포함하며,
상기 포스 감지 커패시터의 타전극은 상기 금속 바디인 포스 입력 검출 장치.
9. The method of claim 8,
The force input detecting device includes:
Further comprising a metal body,
And the other electrode of the force sensing capacitor is the metal body.
제8항에 있어서,
상기 포스 입력 검출 장치는,
이미지를 표시하는 디스플레이 부를 더 포함하며,
상기 포스 감지 커패시터의 타전극은 상기 디스플레이부에 포함된 전극 중 하나인 포스 입력 검출 장치.
9. The method of claim 8,
The force input detecting device includes:
Further comprising a display unit for displaying an image,
And the other electrode of the force sensing capacitor is one of electrodes included in the display unit.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 다공성 구조는,
중앙 부위 구멍의 직경이 주변부(peripheral area) 구명의 직경에 비하여 큰 포스 입력 검출 장치.
9. The method of claim 8,
The porous structure may comprise:
Wherein the diameter of the central site hole is larger than the diameter of the peripheral area lifespan.
제8항에 있어서,
상기 포스 감지 커패시터와 상기 보상 커패시터의 전기적 연결형태는
상기 포스 감지 커패시터(force sensing capacitor)와 상기 보상 커패시터가 공급 전압으로 프리 차지되도록 연결되는 형태를 포함하는 포스 입력 검출 장치.
9. The method of claim 8,
The form of electrical connection between the force sensing capacitor and the compensation capacitor
Wherein the force sensing capacitor and the compensation capacitor are coupled to be precharged to a supply voltage.
제8항에 있어서,
상기 포스 감지 커패시터와 상기 보상 커패시터의 전기적 연결형태는
공급 전압과 기준 전압 사이에서 상기 포스 감지 커패시터, 상기 보상 커패시터가 직렬로 연결되어 차지 셰어링(charge sharing)되도록 연결되는 형태를 포함하는 포스 입력 검출 장치.
9. The method of claim 8,
The form of electrical connection between the force sensing capacitor and the compensation capacitor
And a mode in which the force sensing capacitor and the compensation capacitor are connected in series and charge-shared between a supply voltage and a reference voltage.
제8항에 있어서,
상기 포스 감지 커패시터와 상기 보상 커패시터의 전기적 연결형태는
상기 포스 감지 커패시터, 상기 보상 커패시터가 병렬로 연결되어 차지 셰어링(charge sharing)되도록 연결되는 형태를 포함하는 포스 입력 검출 장치.
9. The method of claim 8,
The form of electrical connection between the force sensing capacitor and the compensation capacitor
The force sensing capacitor, and the compensation capacitor are connected in parallel so as to be charge-shared.
제15항에 있어서,
상기 스위칭 부는 상기 차지 셰어링되어 형성된 전압을 상기 검출 회로부에 제공하도록 스위칭되는 포스 입력 검출 장치.
16. The method of claim 15,
Wherein the switching unit is switched to provide the charge sharing formed voltage to the detection circuit unit.
제8항에 있어서,
상기 검출 회로부는,
상기 전기적 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기와, 증폭된 신호를 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 포스 입력 검출 장치.
9. The method of claim 8,
The detection circuit section,
An amplifier for amplifying and outputting the electrical signal; and an analog-to-digital converter for converting the amplified signal to digital.
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