KR100627174B1 - 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서 - Google Patents

분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉 부위를 제공하며 가로 및 세로 방향으로 분산되어 분포되는 복수의 접촉 전극과, 상기 복수의 접촉 전극 각각에 대응되는 복수의 하부 전극으로서, 상기 복수의 하부 전극은 제1 방향으로 각각의 하부 전극들을 연결한 복수의 제1 방향 전극 라인과 제2 방향으로 각각의 하부 전극들을 연결한 복수의 제2 방향 전극 라인을 형성하며 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 독립적이며 각 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 포함되는 하부 전극들 상호간은 전기적으로 연결되며 각 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 포함되지 않는 하부 전극과는 전기적으로 연결되지 않도록 상호 연결된 것인 복수의 하부 전극과, 상기 복수의 접촉 전극 및 상기 복수의 하부 전극 사이에 위치하는 절연체를 포함하는 분산 커패시터를 이용한 접촉 감지 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 터치패드와 같은 기능을 수행하며 그 표면에 자판 또는 로고 등의 임의의 패턴을 형성시킬 수 있어서 자판을 통한 입력이나 기호 또는 도형을 입력할 수 있는 범용 입력 장치에 있어서 분산 커패시터를 사용하여 접촉 지점의 위치와 접촉 강도와 접촉 면적 및 접촉의 방향성을 구할 수 있으며 신호 처리용 IC에 연결을 위한 핀의 수를 최소화할 수 있다.
접촉 감지 장치, 입력 장치, 터치패드, 자판, 분산 커패시터, 접촉 위치, 접촉 면적, 전압 측정, 접촉저항, 인버터, 버튼, 보정상수

Description

분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서{TOUCH SENSOR BASED ON CAPACITORS WITH DISTRIBUTED ELECTRODES}
도 1은 종래 기술에 따른 접촉 감지 센서의 동작원리를 나타내는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 접촉 감지 센서의 다른 동작원리를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 동작원리를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 예시적인 단면도를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서를 다수개의 행으로 배치한 구조를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서를 다수개의 열로 배치한 구조를 나타내는 도면.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 구현예를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 또 다른 구성을 개념적으로 도시한 회로도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의 한 접촉 감지 센서의 구현예를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제 4실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 동작 원리를 나타내는 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
410: 접촉 전극 420: 절연체
430: 하부 전극 440: 절연층
710: 접촉 전극 720: 절연체
730: 하부 전극 910: 로고
920: 버튼 1010, 1020: 접촉 감지 센서
1100, 1200, 1300, 1400: 센서 구성
본 발명은 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 터치패드와 같은 기능을 수행하며 그 표면에 자판 또는 로고 등의 임의의 패턴을 형성시킬 수 있어서 자판을 통한 입력이나 기호 또는 도형을 입력할 수 있는 범용 입력 장치에 있어서 분산 커패시터를 사용하여 접촉 지점의 위치와 접촉 강도와 접촉 면적 및 접촉의 방향성을 구할 수 있으며 신호 처리용 IC에 연결을 위한 핀의 수를 최소화할 수 있는 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 관한 것이다.
각종 전자기기가 세대변화를 거듭함에 따라 그 기능이 날로 복잡해지고, 그들 전자기기와 사용자의 중간 역할을 담당하는 인터페이스에 요구되는 기능 역시 날로 그 복잡도를 더해가고 있다. 예컨대 텔레비전이라는 수상기에 홈 엔터테인먼트 시스템 기능이 추가되면서 리모콘에서 처리하여야 하는 기능과 그 기능에 대응되는 버튼 수가 증가하게 되고, 휴대 전화기에 카메라나 게임 기능이 추가되면서 휴대 전화기의 제한된 수의 버튼에 추가되는 기능을 대응시킴에 따라 그 사용법이 점점 복잡해지고 이에 따라 사용자는 점점 전자기기의 사용에 어려움을 느끼게 된다.
이와 관련해서 각종 전자기기에 사용되는 입력 도구는 크게 세 가지로 구분될 수 있다.
우선 컴퓨터에 쓰이는 마우스가 있다. 이러한 마우스는 현재 사용자에게 보편화된 입력 장치이지만 부피가 크고 휴대용 전자기기(예컨대 휴대 전화기 또는 PDA)에는 사용이 부적합한 단점이 있다.
또한 노트북에 쓰이는 터치패드가 있다. 이러한 터치패드는 예컨대 노트북에 장착하는 경우 시스템의 일부로 구성할 수 있으며 그 두께가 크지 않지만, 면적을 많이 차지하고 터치패드의 표면에 특정 패턴을 형성할 수 없다는 단점이 있다. 즉 터치패드 표면의 마일러 시트가 하부의 전극과 상부의 손가락 사이에 형성되는 커패시터의 절연체 역할을 하기 때문에 표면에 패턴을 그려 넣으면 그 위치의 정전 용량이 변해서 이를 보정하는데 소프트웨어 처리가 필요하게 되고 따라서 계산 시간이 비실용적으로 증가하기 때문이다.
또한 PDA 등에 사용되는 터치스크린이 있다. 이러한 터치스크린은 사용자가 화면위에 직접 작업을 할 수 있기 때문에 매우 편리하지만, 표면의 ITO층의 두께가 극히 얇아서 수명이 짧고, 그 충격에 약하기 때문에 사용 환경에 제약을 받는다.
따라서 자판을 통한 문자 입력이나 포인팅 디바이스 기능, 또는 필기를 입력할 수 있는 기능을 통합적으로 수행할 수 있는 범용 입력 장치(universal input device)에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 이러한 범용 입력 장치는 특히 휴대 전화기나 PDA와 같은 휴대용 전자기기 또는 텔레비전의 리모콘이나 각종 게임기의 입력 장치에 있어서 그 효용가치가 높을 것으로 예상된다.
이러한 범용 입력 장치는 예컨대 본 출원인이 2004년 7월 26일자로 출원된 "문자, 패턴 및 리듬 입력이 가능한 통합형 입력장치"라는 명칭의 특허출원번호 제10-2004-58259호에 개시되어 있다.
상기 특허출원번호 제10-2004-58259호에 개시된 통합형 입력장치에서는 사용자가 임의의 접촉물, 예컨대 인체 또는 도체를 통하여 통합형 입력장치에 접촉하면 해당 접촉을 감지하여 사용자가 원하는 문자, 패턴 또는 리듬을 입력할 수 있도록 구성되어 있으며, 이를 위하여 접촉 강도를 감지할 수 있는 센서가 사용되고 있다.
종래의 접촉 감지 센서의 원리는 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 접촉 감지 센서의 동작원리를 나타내는 도면으로서, 도 1의 (a)는 종래 기술에 따른 접촉 감지 센서의 구성을 개념적으로 도시한 회로도이고, 도 1의 (b)는 종래 기술에 따른 접촉 감지 센서의 회로도에서 전압 VSP 를 측정한 그래프이다.
도 1의 (a)에 도시되듯이 접촉 감지 센서는 기본적으로 커패시터(C1)를 사용하여 접촉 감지를 수행하게 된다. 우선 감지점(sensing point, SP)에 소정의 전압 VDD를 인가한 후 전원과의 연결을 끊고 SP를 플로팅(floating) 상태에 두면 커패시터(C1)에는 Q=C1×VDD의 전하량이 저장된다. 이후 SP에 인체(예컨대 손가락)를 접촉시키면 SP에서 인체라는 저항체를 통하여 전류가 흐르게 되고 따라서 C1에 저장되어 있던 전하의 방전이 발생한다. 이러한 방전은 SP에서의 전압 VSP를 측정하여 구할 수 있다. 도 1의 (b)는 접촉이 발생한 경우 VSP의 변화를 나타내는 그래프이며, 도시되듯이 시간에 따라 VSP가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
그러나 이러한 원리를 직접 적용하는 것은 다음과 같은 문제점이 있다. 즉 SP가 인체에 접촉되어 있는 과정에서 전원에 연결되어 VDD로 충전이 이루어진다면 충전과정 중에서 VDD의 전압이 직접 인체에 가해지게 되어 인체를 통한 직류 전류가 흐르게 되므로 안전상의 문제점이 발생할 수 있다.
따라서 이와 같은 직접 전류 통로를 제거하는 방안이 고안되었다.
도 2는 종래 기술에 따른 접촉 감지 센서의 다른 동작원리를 나타내는 도면으로서, 도 2의 (a)는 종래 기술에 따른 접촉 감지 센서의 다른 구성을 개념적으로 도시한 회로도이고, 도 2의 (b)는 종래 기술에 따른 접촉 감지 센서의 회로도에서 전압 VZ를 측정한 그래프이다.
도시되듯이 SP는 플로팅 상태에 있으며, 노드 Z를 통하여 커패시터 C3을 VDD로 충전시키게 된다. 이후 SP에 인체가 접촉하면 SP에 인체저항이 연결되는 것으로 모델링할 수 있으므로 일정 시간이 지난 후에는 Z에 연결된 커패시터 C2, C3 모두는 접지되어 있는 것으로 생각할 수 있다. 즉 도 2의 (b)에 도시되듯이 접촉이 발생한 경우 본래 C3에 충전된 전하량 Q=C3×VDD가 C2 및 C3에 재분포되어서, Z에서의 전압 VZ,∞ =C3×VDD/(C2+C3)가 된다.
또한 접촉점의 크기가 작아질수록 접촉 저항의 크기가 증가하고, 일정 값 이하로 내려가게 되면 인체를 통하는 저항성분보다 이 접촉부위에서의 저항이 크게 증가하여 그 값에 따라서 전압이 떨어지는 속도가 도 2의 (b)에서 보듯이 다르게 나타난다. 도 2의 (b)에서 S는 강한 접촉의 경우이고, W는 약한 접촉의 경우 VZ의 변화를 나타낸다.
이러한 방법을 사용하게 되면 SP가 인체에 접촉되어 있는 동안 Z에 충전이 되더라도 인체를 통해 흐르는 DC 전류 성분이 없으므로 안전상의 문제가 발생하지 않는다.
그러나 상기 특허출원번호 제10-2004-58259호에 개시된 통합형 입력장치에 적용되기 위해서는 이러한 접촉 감지 장치의 접촉점들을 통합형 입력장치의 접촉부 표면에 다수 배열하여야 하며 이러한 배열을 통하여 통합형 입력장치의 어느 부분 에서 접촉이 발생하였는지를 확인할 수 있는 방안이 필요하다.
이러한 접촉 감지 장치의 세부적인 구성에 대해서는 예컨대 본 출원인 등에 의해서 2001년 12월 14일자로 출원되고 2004년 2월 19일자로 등록된 "인체접촉강도 감지장치 및 이를 이용한 인체접촉강도감지방법"이라는 명칭의 등록특허 제10-0420945호 또는 본 출원인 등에 의해서 2002년 4월 2일자로 출원되고 2003년 10월 10일자로 공개된 "인체접촉 감지장치" 또는 본 출원인 등에 의해서 2002년 11월 26일자로 출원되고 2004년 6월 5일자로 공개된 "접촉 감지장치"라는 명칭의 특허출원번호 제10-2002-0073799호에 상세히 개시되어 있다.
이러한 접촉 감지 센서에서 해상도를 높이려면 감지점의 개수를 늘려야 하지만, 그러나 이 감지점의 개수가 늘어나는 만큼 그 감지점과 IC 사이를 연결하는 핀의 개수가 늘어나야하고, 어느 수준이상이 되면 특수한 패키지를 이용해야하는 등 그 경제성이 급격히 떨어지게 된다. 예컨대 가로 세로 각 16개의 감지점이 배열된 접촉 감지 센서의 감지점 각각을 IC에 연결하려면 16×16 즉 256개의 핀을 갖는 IC가 필요하게 된다.
물론 이 감지점에 직접 IC위에 배치된다면 그런 연결이 필요 없겠지만(예컨대 지문 센서), 일반적으로 우리가 접하는 휴대전화의 키패드나 노트북의 터치패드 크기의 센서를 만드는 경우를 생각하면 이러한 구성은 비경제적일 뿐만 아니라 자그마한 충격에도 쉽게 파손되어 신뢰성 측면에서 사용할 수 없는 센서가 될 것이다. 이러한 이유로 감지 장치는 반도체가 아닌, 즉 트랜지스터가 없는, 기판위에 형성되어야 할 것이며 특히 휴대용 전자기기에 장착되기 위해서는 전원 소모량을 최소화하여야 할 것이다.
따라서 충격에 강하면서도 신뢰성이 있으며 접촉 위치 또는 접촉 면적을 통하여 사용자의 입력을 구할 수 있으며 신호 처리용 IC에 연결을 위한 핀의 수를 최소화할 수 있는 접촉 감지 장치의 필요성이 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 터치패드와 같은 기능을 수행하며 그 표면에 자판 또는 로고 등의 임의의 패턴을 형성시킬 수 있어서 자판을 통한 입력이나 기호 또는 도형을 입력할 수 있는 범용 입력 장치에 있어서 분산 커패시터를 사용하여 접촉 지점의 위치와 접촉 강도와 접촉 면적 및 접촉의 방향성을 구할 수 있으며 신호 처리용 IC에 연결을 위한 핀의 수를 최소화할 수 있는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 접촉 부위를 제공하며 가로 및 세로 방향으로 분산되어 분포되는 복수의 접촉 전극과, 상기 복수의 접촉 전극 각각에 대응되는 복수의 하부 전극으로서, 상기 복수의 하부 전극은 제1 방향으로 각각의 하부 전극들을 연결한 복수의 제1 방향 전극 라인과 제2 방향으로 각각의 하부 전극들을 연결한 복수의 제2 방향 전극 라인을 형성하며 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 독립적이며 각 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 포함되는 하부 전극들 상호간은 전기적으로 연결되며 각 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 포함되지 않는 하부 전극과는 전기적으로 연결되지 않도록 상호 연결된 것인 복수의 하부 전극과, 상기 복수의 접촉 전극 및 상기 복수의 하부 전극 사이에 위치하는 절연체를 포함하는 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서를 제공한다.
본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 측정된 전압값의 변화를 사용하여 접촉 위치를 구하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 측정된 전압값 변화를 사용하여 접촉 면적을 구하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 측정된 전압값의 변화를 사용하여 접촉 강도를 구하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 측정된 전압값의 변화를 사용하여 접촉에 대응되는 사용자 입력을 구하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 각각 연결되는 복수의 인버터를 더 포함하고, 상기 복수의 인버터 각각의 출력 신호가 변하는 시점까지의 경과 시간을 측정하여 접촉 위치, 접촉 면적 또는 접촉 강 도를 구하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에는 커패시터를 포함하는 비접촉 단자가 연결되며, 상기 비접촉 단자에는 펄스 형태의 전압이 인가되도록 구성하여 측정의 신뢰도를 높이는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 접촉 전극 또는 상기 하부 전극 각각은 다각형 또는 폐곡선 형태를 가지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 접촉 전극은 전체적으로 임의의 로고 또는 버튼 형태로 구성되도록 접촉 전극의 모양, 크기 또는 밀도를 조절하여 배치되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 측정의 신뢰도를 높이기 위하여 상기 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에서 측정된 값을 보정하는 보정 상수를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 접촉 전극은 접촉 저항을 크게 하기 위하여 일부분이 절연층으로 덮여져 있는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 접촉 부위를 제공하는 복수의 접촉 전극과, 상기 복수의 접촉 전극 각각에 대응되는 복수의 하부 전극과, 상기 복수의 접촉 전극 및 상기 복 수의 하부 전극 사이에 위치하는 절연체와, 상기 복수의 접촉 전극 각각의 일부분을 덮어서 접촉 저항을 증가시키는 절연층을 포함하는 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서를 제공한다.
본 발명에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에 있어서, 상기 복수의 접촉 전극은 다수의 방향에 대해서 분산되어 분포되는 것이고, 상기 절연층은 상기 다수의 방향으로 분산되어 분포되는 복수의 접촉 전극 각각에 대해서 접촉 압력에 대한 방향성을 구할 수 있도록 한쪽 방향으로부터의 접근이 용이하도록 하는 반면 그 반대 방향으로부터의 접근은 용이하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 분산된 전극을 구비하는 커패시터를 도면을 참조로 하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 동작원리를 나타내는 도면으로서, 도 3의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터의 구성을 개념적으로 도시한 회로도이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터의 회로도에서 전압 VZ를 측정한 그래프이다.
도 3의 (a)에 도시된 접촉 감지 센서는 도 2의 (a)에 도시된 접촉 감지 센서를 확장한 개념으로서, 도 3의 (a)에 도시되듯이 복수의 감지점(SP1 내지 SPN)과, 복수의 분산된 커패시터(C21 내지 C2N)와 커패시터(C3)를 포함하고 있다. 도 3의 (b) 는 Z에서의 전압 VZ의 변화를 나타내는 그래프로서, 인체가 접촉되어 있는 SP의 개수에 따른 VZ의 최종값의 변화를 도시한다. 즉 SP의 개수가 많은 경우(N) 커패시터(C3)에 저장되었던 전하를 나누어갖는 커패시터의 개수가 늘어나므로 도시되듯이 SP의 개수가 적은 경우(A)에 비해서 VZ의 최종값이 더 낮아지게 된다. 즉 이러한 구성은 일종의 접촉 압력을 재는 단위 구조로 생각할 수 있다.
또한 도 2의 (b)를 통하여 도시된 바와 같이 접촉 강도가 커짐에 따라서 접촉 저항이 줄어드는 경우를 도 3의 (a)에 도시된 회로도에 적용해 볼 수 있다.
도 3의 (c)는 도 3의 (a)의 회로도에서 접촉 강도에 따른 VZ의 최종값의 변화를 도시한다.
도시되듯이, 접촉점의 개수가 적은 경우에 대해서 접촉 강도가 큰 경우(AS), 접촉점의 개수가 적은 경우에 대해서 접촉 강도가 작은 경우(AW), 접촉점의 개수가 많은 경우에 대해서 접촉 강도가 큰 경우(NS), 접촉점의 개수가 많은 경우에 대해서 접촉 강도가 작은 경우(NW)의 네가지 그래프가 도시된다.
이 경우 VZ의 최종값을 사용해서는 접촉된 접촉점의 개수를 구할 수 있으며, 또한 전압이 하강하는 속도로부터 접촉 강도에 대한 정보를 구할 수 있다. 따라서 이러한 접촉 강도를 구함으로써 종래 마우스의 더블클릭과 같은 동작을 구현할 수있다. 즉 접촉 위치에 대한 정보가 아닌 접촉 강도의 변화를 살펴서 사용자가 더블클릭에 해당하는 입력을 인가하는지 여부를 알 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 예시적인 단면도이다.
도 4의 (a) 또는 도 4의 (b)를 통하여 도시되듯이 복수의 접촉 전극(410a 내지 410n)이 절연체(420)위에 형성되어 있으며 그 반대편에는 일체형으로 형성되어 있는 하부 전극(430) 또는 상기 복수의 접촉 전극(410a 내지 410n)에 1:1로 대응되도록 각각 분할되어 배치되는 하부 전극(430a 내지 430n)이 배선을 통하여 하나로 연결되며 이러한 하부 전극(430 또는 430a 내지 430n)이 신호처리용 IC에 연결된다. 이러한 도 4의 (a) 또는 도 4의 (b)의 구성은 설명을 위한 예시적인 구성일 뿐이며 실제 구현예는 도 7a 내지 도 7c를 참조로 하여 설명한다.
이러한 구조에서 절연체(420) 표면의 접촉 전극(410a 내지 410n) 각각은 도 3에 도시된 도면에서 C21, C22 내지 C2N의 SP쪽 전극에 해당되며, 절연체(420) 밑부분의 하부 전극(430 또는 430a 내지 430n)은 노드 Z의 전극에 해당된다. 또한 하부 전극(430 또는 430a 내지 430n)이 신호 처리용 IC에 연결되면서 이 IC의 핀과 IC 내부에 기생하는 정전 용량이 도 3에 도시된 커패시터 C3에 해당된다.
즉 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에서 커패시터 C3은 자연 발생되게 된다. 이러한 접촉 전극(410a 내지 410n)과 하부 전극(430 또는 430a 내지 430n) 및 신호 처리용 IC에 연결되면서 이 IC의 핀과 IC 내부에 기생하는 정전 용량을 통하여 생성되는 분산 커패시터를 이용한 접촉 감지 센서를 사용하여 절연체 위의 전극의 전압을 측정하는 것에 의해서 어떠한 부분에서 얼마나 강한 접촉이 발생하였는지를 감지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서를 다수개의 행으로 배치한 구조를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)에 도시되듯이, 제1행 내지 제N행의 N개의 행으로서 배치되며, 각각의 행 내에는 도 4의 (a) 또는 도 4의 (b)에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 예시적인 구조가 포함되어 있다.
이러한 도 5의 (a)에 도시된 배치 구조에 있어서 각각의 행에서 전압 변화를 측정하여 접촉이 발생한 접촉 전극의 개수를 구할 수 있다. 예컨대 도 5의 (b)는 상부 3개의 행, 즉 제1행 내지 제3행에서 접촉이 일어난 경우 각 행과 대응되는 접촉이 발생한 접촉 전극의 개수를 도시한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서를 다수개의 열로 배치한 구조를 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)에 도시되듯이, 제1열 내지 제M열의 M개의 열로서 배치되며, 각각의 열 내에는 도 4의 (a) 또는 도 4의 (b)에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 예시적인 구조가 포함되어 있다.
이러한 도 6의 (a)에 도시된 배치 구조에 있어서 각각의 열에서 전압 변화를 측정하여 접촉이 발생한 접촉 전극의 개수를 구할 수 있다. 예컨대 도 6의 (b)는 좌측 3개의 열, 즉 제1열 내지 제3열에서 접촉이 일어난 경우 각 열과 대응되는 접 촉이 발생한 접촉 전극의 개수를 도시한다.
이러한 도 5 또는 도 6의 구성은 접촉 위치를 구하기 위한 설명을 위해서 구현한 구성일 뿐이며 실제 구현예는 도 7a 내지 도 7c를 참조로 하여 설명한다.
도 7a 내지 도 7c은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 구현예를 나타내는 도면으로서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 접촉 전극을 포함하는 표면 또는 하부 전극을 포함하는 밑면을 나타내는 도면이다.
도 7a에 도시되듯이 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 표면은 각 접촉 전극(710a,a 내지 710n,m)들이 가로 m개 및 세로 n개의 배열을 이루도록 분산되어 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서는 도 7a 내지 도 7c에 도시되듯이 절연체(720)위에 복수의 접촉 전극(710a,a 내지 710n,m)이 가로 m개 및 세로 n개의 배열을 이루도록 형성되어 있으며 그 반대편에는 상기 접촉 전극(710a,a 내지 710n,m) 각각에 대응하여 복수의 하부 전극(730a,a 내지 730n,m)이 배열을 이루도록 형성되어 있다.
도 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 구현예에 있어서 하부 전극의 연결예를 나타내는 도면이다.
도시되듯이 각 행에 대해서 홀수 번째에 해당하는 하부 전극 예컨대, 첫 번째 행에 대해서라면 접촉 전극(710a,a, 710a,c, 710a,e 등)에 대응하는 하부 전극들(730a,a, 730a,c, 730a,e)을 배선을 통하여 하나로 연결하여 제1 방향 전극 라 인, 즉 도 7a 내지 도 7c에서 도시된 구조에서는 가로 방향으로 연결된 것인 제1 방향 전극 라인을 형성하고 , 짝수 번째 열에 대해서 하부 전극, 예컨대 두 번째 열에 대해서라면, 접촉 전극(710a,b, 710b,b, 710c,b 내지 710n-1,b, 710n,b)에 대응하는 하부 전극들(730a,b, 730b,b, 730c,b 내지 730n-1,b, 730n,b)을 배선을 통하여 하나로 연결하여 제2 방향 전극 라인, 즉 도 7a 내지 도 7c에서 도시된 구조에서는 세로 방향으로 연결된 것인 제2 방향 전극 라인을 형성할 수 있다.
도시되듯이 각각의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인은 동일한 전극 라인 내에 포함되는 하부 전극들끼리는 전기적으로 연결되어 있으며 다른 전극 라인의 하부 전극들과는 전기적으로 연결되어 있지 않으며, 이후 제1 방향 전극 라인 및 제2 방향 전극 라인은 신호 처리용 IC에 연결된다.
또한 도시되지는 않았지만 각 행에 대해서 짝수 번째에 해당하는 하부 전극 예컨대, 첫 번째 행에 대해서라면 접촉 전극(710a,b, 710a,d, 710a,f 등)에 대응하는 하부 전극들(730a,b, 730a,d, 730a,f 등)을 배선을 통하여 하나로 연결하여 제1 방향 전극 라인을 형성하고, 홀수번째 열에 대해서 하부 전극, 예컨대 첫 번째 열에 대해서라면, 접촉 전극(710a,a, 710b,a, 710c,a 내지 710n-1,a, 710n,a)에 대응하는 하부 전극들(730a,a, 730b,a, 730c,a 내지 730n-1,a, 730n,a)을 배선을 통하여 하나로 연결하여 제2 방향 전극 라인을 형성할 수 있다.
이러한 경우, 가로방향에 대해서는, n개의 가로 전극 라인에 대해서 각각의 접촉위치를 알 수 있도록 구성되며, 세로 방향에 대해서는, m/2 또는 (m-1)/2개의 세로 전극 라인에 대해서 각각의 접촉위치를 알 수 있도록 구성할 수 있다.
또한 이러한 연결을 가로 세로를 변경하여 연결하도록 할 수도 있다.
도 7c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 구현예에 있어서 하부 전극의 다른 연결예를 나타내는 도면이다.
도시되듯이 홀수번째 열에 대해서 홀수번째에 해당하는 하부 전극, 예컨대, 첫 번째 열에 대해서라면 접촉 전극(710a,a, 710c,a, 710e,a 등)에 대응하는 하부 전극들(730a,a, 730c,a, 730e,a 등)을 배선을 통하여 하나로 연결하여 제2 방향 전극 라인을 형성하고, 짝수번째 열에 대해서 짝수번째에 해당하는 하부 전극, 예컨대, 두 번째 열에 대해서라면 접촉 전극(710b,b, 710d,b, 710f,b 등)에 대응하는 하부 전극들(730b,b, 730d,b, 730f,b 등)을 배선을 통하여 하나로 연결하여 제2 방향 전극 라인을 형성하고, 홀수번째 행에 대해서는 짝수번째 전극에 해당하는 하부전극, 예컨대 첫 번째 행에 대해서라면 접촉 전극(710a,b, 710a,d, 710a,f 등) 대응하는 하부 전극(730a,b, 730a,d, 730a,f 등)들을 배선을 통하여 하나로 연결하여 제1 방향 전극 라인을 형성하고, 짝수번째 행에 대해서 홀수번째에 해당하는 하부전극, 예컨대 두 번째 행에 대해서라면, 접촉 전극(710b,a, 710b,c, 710b,e 등)에 대응하는 하부 전극(730b,a, 730b,c, 730b,e 등)들을 배선을 통하여 하나로 연결하여 제1 방향 전극 라인을 형성할 수 있다.
이러한 경우, 세로방향에 대해서는, m개의 세로 전극 라인에 대해서 각각의 접촉위치를 알수 있도록 구성되며, 가로 방향에 대해서는, n/2 또는 (n-1)/2개의 가로 전극 라인에 대해서 각각의 접촉위치를 알 수 있도록 구성할 수 있다.
이러한 하부 전극의 가로 전극 라인 또는 세로 전극 라인의 배열을 통하여 가로 방향의 접촉 전극의 수와 세로 방향의 접촉 전극의 수를 동시에 구할 수 있다.
즉 도 5 또는 도 6을 통하여 설명한 바와 같이 각각의 가로 전극 라인 또는 세로 전극 라인에 대해서 전압의 변화를 측정하여 접촉 면적 또는 접촉 위치를 구할 수 있는 것이다.
예컨대 접촉 전극의 수를 구한 결과가 도 5의 (b) 및 도 6의 (b)의 결과와 같이 나온 경우라면, 이 결과는 상부 3개의 가로 전극 라인과 좌측 3개의 세로 전극 라인에서 접촉이 일어난 것으로 생각할 수 있다.
이 경우 도 7(b)와 같은 구성을 예로 들면, 상부 3개의 라인, 즉 제1열 내지 제3열과, 좌측 3개의 라인, 즉 제2행, 제4행, 제6행에서 접촉이 발생한 것을 알 수 있다. 즉 접촉 전극(710a,a, 710a,b, 710a,c, 710a,d, 710a,e, 710a,f, 710b,a, 710b,b, 710b,c, 710b,d, 710b,e, 710b,f, 710c,a, 710c,b, 710c,c, 710c,d, 710c,e, 710c,f)로 형성되는 영역에 대해서 접촉이 발생한 것으로 간주할 수 있다.
즉 이러한 접촉이 일어난 위치와 그 접촉 면적을 감지할 수 있으며, 이러한 감지를 통하여 인체, 예컨대 손가락이 얼마나 센서 표면을 강하게 누르고 있는지 여부를 알 수 있다.
또한 각각의 가로 전극 라인 또는 세로 전극 라인에 대해서 전압의 변화를 측정하여 접촉에 대응되는 사용자 입력을 구할 수도 있다.
예컨대 접촉 감지 센서에서 접촉 여부의 측정을 일정 간격으로 반복하게 되 면 예컨대 종래의 마우스의 기능에서 구현되어 있는 클릭 또는 더블클릭의 기능을 구현할 수 있으며, 또한 접촉 지점의 이동방향과 속도를 알아서 현재 어떠한 기호나 글자가 그려지고 있는 지를 알아낼 수 있을 것이다. 즉 종래의 터치패드에서의 기능을 본 발명에 따른 접촉 감지 센서를 사용하여 구현할 수 있는 것이다.
또한 접촉 전극의 크기가 작아질수록 접촉 저항의 크기가 증가하고, 일정 값이하로 내려가게 되면 인체를 통하는 저항성분보다 이 접촉부위에서의 저항이 크게 증가하여 그 값에 따라서 전압이 떨어지는 속도는 도 3의 (c)에서 알 수 있듯이 서로 다르게 나타난다.
따라서 접촉 강도에 대한 정보는 접촉 면적 뿐만이 아니라 측정된 전압의 전압 하락 속도로부터도 구할 수 있다. 즉 이 전압이 떨어지는 모양은, 인체와의 접촉저항과 인체를 통한 저항의 합을 R이라 할때, 시상수 τ= RC2C3/(C2+C3)를 따르게 되는데, 이 접촉 강도가 높을수록 R값이 작아지고 따라서 그 전압이 떨어지는 속도가 빨라지게 된다.
또 다른 측면에서 도 3의 (b)에서 도시되듯이 최종 전압에 도달할 때까지 기다려 그 값을 측정하는 것은 측정의 정확도가 떨어지고 측정까지의 소요시간이 길어진다는 단점이 있다. 측정의 효율성이라는 측면에서 도 3의 (a)에서 Z 노드, 즉 도 7(b) 또는 도 7(c)의 각각의 가로 전극 라인 또는 세로 전극 라인 단자에 인버터를 연결하면, 도 2의 (b) 또는 도 3의 (b)에 도시되었듯이 VDD/2의 값을 통과할 때 이 인버터의 입력전압이 하이(high)에서 로우(low)로 변하므로 그 출력전압은 로우에서 하이로 변하게 된다. 이 시점을 포착함으로써 측정까지의 소요시간을 단축시킬 수 있음은 물론이고, 아날로그적 신호를 디지털 회로로 처리하는 것이 가능하기 때문에 그 측정회로를 크게 간략화 시킬 수 있게 된다.
또한 측정 과정을 더욱 단순화시키려면, 도 3의 (a)의 회로도에 다음과 같이 Cp를 추가할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 또 다른 구성을 개념적으로 도시한 회로도이다.
도시되듯이 본 발명의 제2 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 또 다른 구성은 도 3의 (a)의 회로도에 커패시턴스 Cp와 비접촉 노드(NP)가 추가되며 도 8의 (a)에 도시된다.
접촉 전극 노드(SP1 내지 SPN)는 모두 플로팅 전극인 반면, 이 새로 추가된 NP 노드는 노드 Z를 전압 VDD로 충전할때 동시에 VDD로 충전되게 된다. 그후 Z가 플로팅 상태로 들어갈 때도 이 NP 단자의 전압은 VDD로 유지되다가 일정시간 간격으로 짧은 시간동안 GND로 내려왔다가 다시 VDD로 올라가는 동작을 반복하게 된다. 즉 도 8의 (b)와 같은 형태로 NP 단자에 펄스 신호가 입력되는 경우를 생각한다.
이러한 경우 Z 단자의 전압은 도 8의 (c)에 도시되며 NP 단자의 전압이 떨어지는 구간에서 VZ 역시 떨어지게 된다.
따라서 비록 본래의 커브가 VDD/2 값을 지나는 데 오래 걸리거나 심지어는 최종 값이 VDD/2 이하로 내려오지 않는 경우에도 이러한 CP에 의해서 펄스 신호를 검출해 낼 수 있게 해준다. 이와 같은 방법에 의하면 이러한 펄스의 개수를 세는 방법으로 측정이 가능하고, 그 펄스 사이의 시간 간격은 커패시터(Cp)를 사용하여 임의로 조절할 수 있기 때문에 상기한 방법보다 카운터에의 부담도 크게 줄이게 된다.
그러나 이러한 구성은 동작원리상 다음과 같은 주의할 점이 있다. 일단 접촉여부의 감지동작이 일어난 후에는 보다 충분히 긴 시간동안 Z 점을 접지 상태에 두어서 C2와 C3가 완전히 방전되도록 한다. 그후 C3를 충전시킬 때는 Z점의 전압을 보다 충분히 짧은 시간동안에 VDD로 올리면 그 사이 C3도 충전되는 정도를 무시할만한 크기로 만들게 된다.
지금까지의 설명은 도 5의 (a)와 같은 동일모양의 규칙적 배열을 바탕으로 한 센서에 관한 것이었으나, 센서 표면의 감지 전극의 모양이 이렇지 않아도 그 동작원리는 그대로 유효하다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 구현예를 나타내는 도면이다.
도시되듯이 접촉 감지 센서의 표면은 접촉 전극을 사용하여 회사의 로고(910) 또는 휴대용 전화기기의 버튼(920a 내지 920l) 배열 등의 패턴을 포함하고 있다. 이러한 로고(910) 또는 버튼(920a 내지 920l)은 도 7a 내지 도 7c에 도시되듯이 사각형 형태의 접촉 전극이 이어진 모양일 수 있으며 또는 사각형 형태의 전 극이 잘게 부서진 모양일 수도 있다. 또는 접촉 전극의 모양은 다각형 또는 원 또는 타원형 등의 폐곡선의 다양한 형태를 가질 수도 있다. 이러한 접촉 전극과 하부 전극이 도 7a 내지 도 7c에 도시되듯이 접촉부위의 위치와 면적정보를 제공할 수 있도록 구성되어 있는 한 즉 개략적으로 보아 균일한 분포를 보이는 한 그 접촉 감지 장치의 동작은 가능하다.
만약 접촉 전극의 분포 면에서 심한 불균형이 있는 경우라도 종래 기술에 사용된 바와 같이 해당되는 부분에 소프트웨어적으로 보정 상수를 사용하여 보정할 수도 있다. 이러한 보정 상수를 사용하여 보정을 하는 경우라도 본 발명에 따른 접촉 감지 센서의 구성에 의해서 기존의 터치패드 등에서와 같이 계산 시간이 비실용적으로 증가하지 않는다. 이러한 접촉 감지 장치는 예컨대 휴대전화기의 전면패널에 사용될 수 있으며, 또는 노트북 컴퓨터의 경우 자판과 터치패드를 결합한 형태로 사용될 수도 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서는, 전압을 인가하거나 측정하기위한 하부 전극은 하나의 연결된 도체로 유지하고 손가락의 접촉가능성을 제공하는 접촉 전극을 여러 개의 분리된 도체로 나누어 분할 배치하여 분산 커패시터를 모델링하고, 이 하부전극에 일정시간 동안 전압을 인가한 후 플로팅 상태로 만든후 전압이 떨어지는 속도와 그 전압이 향하는 최종값을 측정하여, 전압이 떨어지는 속도로부터는 접촉 강도에 대한 정보를, 전압의 최종값으로부터 접촉 전극의 커버리지(coverage rate)에 대한 정보를 얻을 수 있다는 것에 착안한 것이다.
따라서 분산 커패시터가 제1 방향, 예컨대 가로로 배열된 커패시터를 위 아래로 나란히 배열하면 그 나란히 배열된 커패시터 중 어느 것들에 접촉이 집중되어 있는가를, 즉 접촉위치의 상하정보를 알 수 있으며, 또한 분산 커패시터가 제2 방향 예컨대 세로로 배열된 커패시터를 좌우로 나란히 배열하면 그 나란히 배열된 커패시터 중 어느 것들에 접촉이 집중되어 있는가를, 즉 접촉위치의 좌우정보를 얻을 수 있으므로 이러한 커패시터들을 베틀짜기 모양으로 섞어 배열하면 손가락의 접촉위치와 접촉면적을 구할 수 있다. 또한 접촉 전극의 개수를 늘림으로서 해상도를 높이는 경우 이 감지 센서를 측정용 IC에 연결하는데 필요한 핀의 수는 하부 전극의 개수만큼 구비하면 된다. 또한 본 발명의 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서에서 접촉 전극의 일부를 절연층으로 덮는 경우 접촉 저항을 커지게 할수 있다.
도 10은 본 발명의 제 4실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서의 동작 원리 및 구성을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)에 도시되듯이, 절연체(420')에 하부 전극(430')과 접촉 전극(410')이 배치되며, 접촉 전극(410')의 일부는 절연 보호막(440)으로 덮여 있는 구성에 대해서 설명한다.
이러한 구성은 접촉 면적을 줄여서 접촉 저항을 늘이기 위한 구성이다. 이 경우 손가락이 절연 보호막(440)으로 덮여져 있는 부분부터 접근하여 접촉된다면 접촉 저항은 매우 클 것이고, 절연 보호막(440)으로 덮여져 있지 않은 접촉 전극 부분에 접촉한다면 접촉 저항은 줄어들 것이다. 즉 이러한 구성은 접촉이 이루어지 는 방향에 따라서 접촉 저항이 변화될 수 있는 구성이다.
도 10의 (b)는 이러한 동작 원리를 바탕으로 도 10의 (a)에 도시된 접촉 감지 센서 구성을 예시적으로 배치한 것이다. 도면에서 x로 표시된 부분은 절연 보호막(440)으로 덮여져 있지 않은 접촉 전극(410')의 일부를 나타내며 선으로 표시된 부분은 접촉 전극(410')을 덮는 절연 보호막(440)의 위치를 나타낸 것이다.
또한 접촉 전극은 다수의 방향에 대해서 분산되어 분포되며, 각 접촉 감지 센서 구성의 절연층은 다수의 방향으로 분산되어 분포되는 복수의 접촉 전극 각각에 대해서 접촉 압력에 대한 방향성을 구할 수 있도록 한쪽 방향으로부터의 접근이 용이하도록 하는 반면 그 반대 방향으로부터의 접근은 용이하지 않도록 배치되어, 접촉 압력의 방향성을 구할수 있게 된다.
예컨대 도 10의 (b)의 윗부분에서 아랫부분으로 내려가면서 접촉이 이루어지는 경우 절연층의 위치가 다르기 때문에 윗부분에 배치된 접촉 감지 센서(1010)에서 측정되는 접촉 저항과, 아래 부분에 배치된 접촉 감지 센서(1020)에서 측정되는 접촉 저항의 크기가 서로 다르다. 따라서 어느 방향으로 접촉이 이루어지는 것인지를 측정할 수 있다.
도 10의 (c)는 도 10의 (b)의 구성을 사용한 접촉 감지 센서의 구성이다.
도시되듯이 각 방향으로 도 10의 (b)에 접촉 감지 센서 구성이 배치된다(1100, 1200, 1300, 1400). 이러한 배치를 통해서 도 10의 (c)는 위치 센서 또는 압력 센서로서 동작이 가능하다.
즉 손가락이 닿은 커패시터에 전하가 재분포되므로 접촉 면적이 클수록 최 종 전압값이 내려간다. 이 경우 손가락에 의한 접촉면은 하나의 타원모양으로 분산되지 않은 면적을 나타내므로 각 방향의 센서 구성(1100, 1200, 1300, 1400)에서 측정되는 최종 전압값으로부터 그 접촉 위치를 얻을 수 있다. 예컨대 왼쪽 아래부분에서 접촉이 이루어진 경우, 타원을 그려 그 접촉선의 선분의 길이를 생각하면, 센서(1400)에서 얻어지는 값이 가장 크고 센서(1100)와 센서(1300)에서의 값은 그보다 작고, 센서(1200)에서의 값이 가장 작을 것이다. 따라서 위치 센서로서 동작이 가능하다.
또한 도 10의 (b)에서 설명하였듯이 센서에 대해서 어느 방향으로 압력이 가해지고 있는지, 예컨대 좌우 또는 상하 어느 방향으로 압력이 가해지고 있는지를 알 수 있으며, 또한 센서 내의 각 전극에서의 압력 차이를 계산하면 xy 방향으로 움직이고자 하는 힘이 얼마나 큰지 그 상대적 크기를 알 수 있다. 따라서 xy성분을 조합하여 벡터 성분을 구하면 그 힘이 의도하는 방향을 알 수가 있다.
이러한 구성을 사용하면 예컨대 조이스틱(joystick)과 같이 방향성 입력이 요구되는 장치에 대응하여 간단하게 인체의 접촉을 사용하여 방향성 입력을 감지하도록 구현할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제 4실시예에 따른 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서는 접촉 압력의 방향성 측정을 위한 것이다.
접촉 압력의 방향성 측정을 위해서는 전압이 떨어지는 속도를 측정하는 것에 의해서 구할 수 있다. 전압이 떨어지는 속도는 접촉 저항과 정전 용량에 따르는 시상수에 의해 정해지는데, 접촉 저항의 영향을 키우기 위해서는 접촉 전극 자체의 크기를 작게 하거나, 또는 접촉 전극을 보호막으로 덮고 그 일부분만 노출되게 하여 접촉 저항을 크게 할 수 있다.
이러한 생각을 기초로 접촉 전극을 보호막으로 덮고 그 일부분만 노출되게 하는 경우 노출된 모양이 한 쪽 방향으로부터의 압력에는 접촉이 효과적으로 일어나고 그 반대쪽 방향으로부터의 압력에는 접촉이 비효과적으로 일어나게 하면 압력 방향에 따라 서로 다른 전압 강하 속도를 보이게 된다.
이러한 원리를 사용하여 다수의 전극을 배치하면 단일 전극 측정에서 생길 수 있는 편차를 줄이는 평균값 개념으로 동작시킬 수 있고 또 이러한 커패시터들을 서로 어긋나는 각도를 갖도록 배열해 놓으면(예컨대 꽃 모양 또는 바람개비 모양), 접촉 압력의 방향성에 대한 정보를 얻을 수 있게 된다.
비록 본 발명이 구성이 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 청구범위의 기재를 통하여 정하여진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 터치패드와 같은 기능을 수행하며 그 표면에 자판 또는 로고 등의 임의의 패턴을 형성시킬 수 있어서 자판을 통한 입력이나 기호 또는 도형을 입력할 수 있는 범용 입력 장치에 있어서 분산 커패시터를 사용하여 접촉 지점의 위치와 접촉 강도와 접촉 면적 및 접촉의 방향성을 구할 수 있으며 신호 처리용 IC에 연결을 위한 핀의 수를 최소화할 수 있다.

Claims (13)

  1. 접촉 부위를 제공하며 가로 및 세로 방향으로 분산되어 분포되는 복수의 접촉 전극과,
    상기 복수의 접촉 전극 각각에 대응되는 복수의 하부 전극으로서, 상기 복수의 하부 전극은 제1 방향으로 각각의 하부 전극들을 연결한 복수의 제1 방향 전극 라인과 제2 방향으로 각각의 하부 전극들을 연결한 복수의 제2 방향 전극 라인을 형성하며 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 독립적이며 각 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 포함되는 하부 전극들 상호간은 전기적으로 연결되며 각 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 포함되지 않는 하부 전극과는 전기적으로 연결되지 않도록 상호 연결된 것인 복수의 하부 전극과,
    상기 복수의 접촉 전극 및 상기 복수의 하부 전극 사이에 위치하는 절연체
    를 포함하는 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 측정된 전압값의 변화를 사용하여 접촉 위치를 구하는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 측정된 전압값 변화를 사용하여 접촉 면적을 구하는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 측정된 전압값의 변화를 사용하여 접촉 강도를 구하는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 측정된 전압값의 변화를 사용하여 접촉에 대응되는 사용자 입력을 구하는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에 대해서 각각 연결되는 복수의 인버터를 더 포함하고,
    상기 복수의 인버터 각각의 출력 신호가 변하는 시점까지의 경과 시간을 측정하여 접촉 위치, 접촉 면적 또는 접촉 강도를 구하는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에는
    커패시터를 포함하는 비접촉 단자가 연결되며,
    상기 비접촉 단자에는 펄스 형태의 전압이 인가되도록 구성하여 측정의 신뢰도를 높이는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  8. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 전극 또는 상기 하부 전극 각각은 다각형 또는 폐곡선 형태를 가지는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  9. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 전극은 전체적으로 임의의 로고 또는 버튼 형태로 구성되도록 접촉 전극의 모양, 크기 또는 밀도를 조절하여 배치되는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    측정의 신뢰도를 높이기 위하여 상기 제1 방향 전극 라인 또는 제2 방향 전극 라인에서 측정된 값을 보정하는 보정 상수를 사용하는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  11. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 전극은 접촉 저항을 크게 하기 위하여 일부분이 절연층으로 덮여져 있는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  12. 접촉 부위를 제공하는 복수의 접촉 전극과,
    상기 복수의 접촉 전극 각각에 대응되는 복수의 하부 전극과,
    상기 복수의 접촉 전극 및 상기 복수의 하부 전극 사이에 위치하는 절연체와,
    상기 복수의 접촉 전극 각각의 일부분을 덮어서 접촉 저항을 증가시키는 절연층
    을 포함하는 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 전극은 다수의 방향에 대해서 분산되어 분포되는 것이고,
    상기 절연층은 상기 다수의 방향으로 분산되어 분포되는 복수의 접촉 전극 각각에 대해서 접촉 압력에 대한 방향성을 구할 수 있도록 한쪽 방향으로부터의 접근이 용이하도록 하는 반면 그 반대 방향으로부터의 접근은 용이하지 않도록 배치되는 것인 분산된 전극을 구비하는 커패시터에 의한 접촉 감지 센서.
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