KR100789971B1 - 표면탄성파를 이용한 터치스크린 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판상에서 터치압력의 인식이 가능한 터치스크린에 관한 것으로, 중심 주파수가 변하는 표면탄성파 변환기 어레이가 하나의 중심주파수를 변하게 하는 경사 IDT를 이용하여, 기판의 한 측면으로부터 발생시킨 표면탄성파를 다른 반대 측면에서 이를 검출하고, 검출한 다중의 복조 된 표면탄성파의 신호처리 및 분석을 통하여 터치한 위치를 확인하는 기판 상에서의 표면탄성파를 이용한 터치스크린의 구현방식에서 표면 탄성파를 발생시키는 전극 구조를 통해, 시간에 따라 변화하는 주파수를 위치별로 다르게 하는 시분할 다중 표면파를 이용하여 터치 된 위치를 시간과 주파수로서 동시에 검출하게 함으로서, 터치인식의 신뢰성을 크게 높일 수 있고, 신호 발생기 및 검지기를 다중화하여 전극의 폭을 크게 축소 할 수 있을 뿐 아니라 얇은 기판을 사용할 수 있는 장점이 있어 소형으로 부터 대형에 이르기까지 효과적으로 적용할 수 있다.

표면탄성파(SAW), 터치스크린, SIDT, 시분할 다중파, 중심주파수, 경사

Description

표면탄성파를 이용한 터치스크린{TOUCH SCREEN USING SURFACE ACOUSTIC WAVES}

본 발명은 시분할 다중 표면탄성파를 이용한 단일 기판 압력인식 터치스크린에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면탄성파(Surface Acoustic Wave) 필터를 이용하여 터치스크린의 가장자리에 중심주파수가 입력된 신호에 따라 변할 수 있는 SIDT(Slanted Inter Digital Transducer)를 설치하여, 소형 제작이 가능하고 노이즈에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있으면서도 전극 설계 및 제조 공정이 간단하게 이루어질 수 있는 표면탄성파를 이용한 터치스크린에 관한 것이다.

일반적으로 초음파방식을 사용하는 터치 스크린은 도 1에 도시 된 바와 같이 두꺼운 글라스 기판(1)의 모서리에 초음파 발진자(3a,3b)를 두어 초음파를 발생시키고, 초음파의 진로에 다수 개의 반사경(4)을 구비하여 그 반사경을 통해 반대편에 수직으로 반사시키며, 반대편에 도착된 초음파가 다시 수직으로 반사되어 수신자(6a,6b)에 도달하는 원리를 이용하는 기술이 사용되고 있으며, 손이나 펜 등의 접촉물이 초음파의 진로를 차단할 경우 감쇄되는 부분을 찾아내어 위치로 환산시키 는 원리를 적용하고 있다.

그러나 이러한 종래의 초음파 터치스크린은 반사경의 설계기술과 초음파 발진자의 위치 등이 중요한 변수로 작용하기 때문에, 반사경의 크기에 따른 면적을 많이 차지하게 되며, 초음파 발진자의 전달 효율 등을 고려한 배치 때문에 글라스 기판의 두께도 5mm 정도의 두꺼운 글라스 기판을 사용하고 있어, 소형에는 적용하기 매우 어려운 구조를 가지고 있으며, 또한 40인치급을 넘어가는 사양에서는 글라스 기판의 무게가 너무 무겁기 때문에 단점으로 작용하게 되는 문제점이 있었다. 그리고, 초음파를 발생시키기 위한 복잡한 전극 구조의 구현이 실제적으로 매우 어려운 문제점 중에 하나이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 중심 주파수가 입력된 신호에 따라 변할 수 있는 SIDT를 이용하여 터치패널의 위치를 정확하게 검출할 수 있도록 함으로써, 초음파 발진자의 소형화는 물론, 압력의 세기까지도 정확하게 검출할 수 있도록 한 표면탄성파를 이용한 터치스크린을 제공하는 데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판이 표면 탄성파의 전달이 가능한 터치스크린에 있어서, 상기 기판의 한 가장자리에 중심 주파수가 다른 표면탄성파 신호를 발생시키기 위한 제1 표면탄성파 변환기를 설치하고, 상기 기판의 반대편 가장자리에 상기 제1 표면 탄성파 변환기에서 발생된 표면탄성파 신호를 수신하기 위한 제2 표면탄성파 변환기를 설치하여, 상기 제1 표면탄성파 변환기에서 발생시킨 표면탄성파를 상기 기판을 통해 제2 표면탄성파 변환기에서 대응 수신하도록 구성하는 일 실시예의 표면탄성파 터치스크린을 제공한다.

상기 본 발명의 일 실시예는, 상기 표면탄성파 발생을 위한 제1 표면탄성파 변환기가 상기 기판의 두 가장자리에 설치되고, 상기 표면탄성파 수신을 위한 제2 표면탄성파 변환기가 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이에 각각 대응되어 설치되는 구성으로 다른 실시 예를 구현할 수 있다.

상기 본 발명의 각 실시예는, 상기 제1 표면탄성파 변환기를 구성하는 각각의 표면탄성파는 일정한 지연시간만큼의 동작 타이밍신호를 인가하는 제1 주파수 발생기를 연결하고, 상기 제2 표면탄성파 변환기를 구성하는 각각의 표면탄성파 변환기들에 상기 제1 주파수발생기에 대응하는 지연시간 만큼의 동작 타이밍신호를 인가하는 제2 주파수발생기를 연결하여, 시간에 따라 주파수가 변화되는 표면탄성파 신호를 터치스크린의 위치별로 할당 가능하도록 구현할 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 각 실시 예에서, 상기 다수의 표면탄성파 변환기의 전극이 설치되는 상기 기판의 가장자리에 탄성파의 반사를 억제하는 구조로서 표면탄성파 흡수체를 고착하여 구성할 수 있으며, 특히 상기 표면탄성파 변환기의 입력 전극에 신호를 가하기 위해서 상기 표면탄성파 흡수체를 절연체로 구성할 수도 있을 것이다.

특히, 본 발명은, 표면탄성파가 전달할 수 있는 매질로 만들어진 기판이 포함되고, 상기 기판의 한 가장자리에 중심 주파수가 입력된 신호에 따라 변할 수 있는 제1 경사 표면탄성파 변환기(Slanted Inter Digital Transducer)를 설치하고, 상기 기판의 반대편 가장자리에 상기 제1 경사 표면 탄성파 변환기에서 발생된 표면탄성파 신호를 수신하기 위한 제2 경사 표면탄성파 변환기를 설치하여, 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기에서 발생시킨 표면탄성파를 상기 기판을 통해 제2 경사 표면탄성파 변환기에서 대응 수신하도록 구성되어, 터치위치 및 압력의 세기를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하여도 가능하다.

상기 제1 경사 표면탄성파 변환기와 제2 경사 표면탄성파 변환기는 동일한 주파수 특성을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 표면탄성파를 이용한 터치스크린은, 표면탄성파 발진자를 쉽게 소형화 시킬 수 있는 장점이 있으며, 따라서 IDT 설계를 얇은 기판위에 설계를 할 수 있게 되어 1mm 이하 두께의 기판에 적용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은, 시간에 따라 변하는 주파수를 위치별로 다르게 할당하여 발생시킴에 의해 터치 된 위치를 시간과 주파수로 동시에 검출할 수 있기 때문에 압력레벨을 정확하게 인지하여 압력의 세기 검출이 가능하며, 또한 주파수를 높여 사용하게 되면 10인치 급 이하의 소형에도 충분히 적용할 수 있게 되는 이점을 얻을 수 있을 것이다.

특히, 본 발명은, 표면 탄성파 에레이를 SIDT로 교체하여 설치할 수 있기 때문에 전체적으로 터치스크린의 전극 설계 및 제조 공정이 간편하게 이루어질 수 있는 이점도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 초음파 터치 패널의 일 실시예를 예시하는 평면도로서, 기판(10)에 초음파 전달이 가능한 기판위에 형성한 4각 형태의 표면탄성파 터치스크린을 개략 적으로 도시하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판의 좌/우측 또는 상/하측 중의 어느 한 가장자리(도면상에서는 좌측 가장자리를 예시함)에 중심 주파수가 다른 표면탄성파 신호를 발생시키기 위한 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20)를 설치하고, 상기 기판의 반대편 가장자리(도면상에서는 우측 가장자리를 예시함)에 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20)에서발생된 표면탄성파신호를 수신하기 위한 제2 표면탄성파 변환기 어레이(30)를 설치하여, 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이에서 발생시킨 초음파를 상기 기판을 통해 제2 표면탄성파 변환기 어레이에서 대응하여 수신하도록 구성하고 있다.

여기서 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20)는 도 2에 도시 된 바와 같이 중심 주파수가 f₁∼f_n으로 각각 다르게 설계되는 다수의 표면탄성파 변환기(IDT)들을 차례로 일렬 배치하여 구성하고, 상기 제2 표면탄성파 변환기 어레이(30)는 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20)를 구성하고 있는 각 변환기들과 중심 주파수가 같게 설계된 다수의 표면탄성파 변환기들로서 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이를 구성하는 각각의 변환기들과 서로 쌍을 이루도록 대응 설계된 변환기들을 차례로 일렬 배치하여 구성함으로써, 상기 제2 표면탄성파 변환기 어레이 에서는 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이에서 전달되는 표면탄성파들 중에서 자신의 주파수 특성에 맞는 신호들만을 정확하게 검출하여 출력신호를 만들어낼 수 있게 된다.

그리고 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20)를 구성하는 각각의 표면탄 성파 변환기들에는 일정한 지연시간만큼의 동작 타이밍신호를 인가하는 제1 주파수 발생기(60)를 연결하여 구성함으로써, 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20)에서는 시간에 따라 변하는 주파수를 터치패널의 위치별로 할당하여 발생시켜 표면 탄성파 전달 매질로 전달할 수 있게 되며, 상기 제2 표면탄성파 변환기 어레이(30)를 구성하는 각각의 표면탄성파 변환기들에는 상기 제1 주파수발생기(60)에 대응하는 지연시간 만큼의 동작 타이밍신호를 인가하는 제2 주파수발생기(70)를 연결하여 구성함으로써, 상기 제2 표면탄성파 변환기 어레이(30)에서는 상기 발신측의 각 변환기들이 발생시킨 신호들 중에서 특히 자신과 쌍을 이루고 있는 발신측 변환기에서 발생된 신호만을 정확하게 수신할 수 있도록 구성한 것이다.

도 3은 표면탄성파 터치스크린의 다른 실시 예를 예시하는 평면도로서, 상기 기판의 좌/우측 중의 한 가장자리와 상/하측 중의 한 가장자리(도면상에서는 좌측과 상측 가장자리를 각각 예시함)에 중심 주파수가 다른 초음파 신호를 발생시키기 위한 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20,21)를 각각 설치하고, 상기 기판의 반대편 가장자리(도면상에서는 우측과 하측 가장자리를 각각 예시함)에 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20,21)에서 발생된 표면탄성파신호를 수신하기 위한 제2 표면탄성파 변환기 어레이(30,31)를 설치하여, 상기 제1 표면탄성파 변환기 어레이(20,21)에서 각각 발생시킨 표면탄성파를 상기 기판을 통해 제2 표면탄성파 변환기 어레이(30,31)에서 각각 대응하여 수신하도록 구성한다. 이때 제1 및 제2 주파수 발생기(60a,70a)도 각각 함께 구성되는 것은 물론이다.

도 4는 상기한 도 2와 도 3에 도시된 표면탄성파 터치스크린에 적용되는 중심 주파수가 변하는 표면 탄성파 변환기(IDT) 어레이가 도시된 개략도이다.

반면, 도 5는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있는 IDT 어레이와 이 IDT 어레이를 하나의 IDT로 대체할 수 있는 경사 IDT(Slanted Inter Digital Transducer: SIDT) 어레이가 도시된 개략도이다.

즉, 도 5에 도시된 경사 IDT 어레이는, 도 2와 도 3에 예시된 표면탄성파 터치스크린에 적용되는 중심 주파수가 변하는 표면 탄성파 변환기(IDT) 어레이와는 달리, 표면탄성파 어레이를 중심 주파수가 같게 변환시킬 수 있는 경사 IDT를 이용한 것이다.

따라서 표면탄성파가 전달할 수 있는 매질로 만들어진 기판의 한쪽 가장자리에 중심 주파수가 입력된 신호에 따라 변할 수 있는 경사 IDT를 설치하고, 기판의 반대편 가장자리에서 발생된 초음파신호를 수신하기 위한 동일한 주파수 특성을 갖는 수신기를 설치하여, 상기 매질을 통해 전달된 표면탄성파가 수신측 변환기에서 수신하도록 구성하여, 터치위치 및 압력의 세기를 검출하도록 구성할 수 있다.

이와 같은 경사 IDT 어레이를 이용한 본 발명의 실시예를 도 6과 도 7을 참조하여 자세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 경사 IDT에 의한 시분할 주파수 변환에 의한 표면탄성파를 이용한 터치스크린 일 실시 예를 예시하는 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 기판(110)은 표면탄성파가 전달할 수 있는 매질을 갖도록 구성된다.

이 기판(110)의 한 가장자리에 중심 주파수가 입력된 신호에 따라 변할 수 있는 제1 경사 IDT(Slanted Inter Digital Transducer: SIDT) 어레이 즉, 제1 경사 표면탄성파 변환기(120)를 설치하고, 상기 기판(110)의 반대편 가장자리에 상기 제1 경사 표면 탄성파 변환기(120)에서 발생된 표면탄성파 신호를 수신하기 위한 제2 경사 표면탄성파 변환기(130)를 설치하여, 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기(120)에서 발생시킨 표면탄성파를 상기 기판을 통해 제2 경사 표면탄성파 변환기(130)에서 대응 수신하도록 구성되어, 터치위치 및 압력의 세기를 검출하도록 구성된다.

이때, 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기(120)와 제2 경사 표면탄성파 변환기(130)는 동일한 주파수 특성을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

물론, 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기(120)와 제2 경사 표면탄성파 변환기(130)는 제1발신기(160) 및 제1수신기(170)와 연결되어 구성됨은 물론이다.

본 실시예에서는, 기판의 좌측과 우측 가장자리에 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기(120)와 제2 경사 표면탄성파 변환기(130)가 설치된 구조를 예시하였으나, 기판의 상측과 하측의 가장자리에 상기 두 변환기(120)(130)를 설치하는 것도 가능하다.

또한, 상기 경사 표면탄성파 변환기(120)(130)의 전극이 설치되는 위치의 기판(110) 각 가장자리에 표면탄성파 흡수체(Absorber) 기능을 겸할 수 있는 절연체(Insulator; 140)를 고착시켜 구성한다.

이 절연체(140)는 표면탄성파의 반사를 억제하는 구조로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 상기 표면탄성파 변환기의 입력 전극에 신호를 가하기 위한 절연 기능도 함께 수행할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 실시예의 경사 IDT에 의한 시분할 주파수 변환에 의한 표면 탄성파를 이용한 터치스크린은, 기본적인 동작 원리는 도 2와 도 3을 통해 설명한 표면 탄성파 어에이와 유사하지만, 표면 탄성파 에레이가 간단하게 SIDT로 교체하여 설치할 수 있으므로, 전체적으로 터치스크린의 전극 설계 및 제조 공정이 간편하게 이루어질 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 경사 IDT에 의한 시분할 주파수 변환에 의한 표면 탄성파를 이용한 터치스크린의 다른 실시 예를 예시하는 평면도이다.

이에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에서는, 기판의 좌측 가장자리와 하측 가장자리에 중심 주파수가 입력된 신호에 따라 변할 수 있는 제1 경사 표면탄성파 변환기(120,121)들을 각각 설치하고, 상기 기판의 반대편 가장자리(도면상에서는 우측과 상측 가장자리에 각각 예시함)에 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기(120,121)에서 발생된 표면탄성파신호를 수신하기 위한 제2 경사 표면탄성파 변환기(130,131)들을 설치하여, 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기(120,121)에서 각각 발생시킨 표면탄성파를 상기 기판을 통해 제2 경사 표면탄성파 변환기(130,131)에서 각각 대응하여 수신하도록 구성한다.

물론, 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기(120,121)는 제1 발신기(160) 및 제2 발신기(161)에 의해 주파수를 발생시키고, 상기 제2 경사 표면탄성파 변환기(130,131)는 제1 수신기 및 제2 수신기(161,171)에 연결되어 수신이 가능하도록 구성된다.

또한, 도면에 예시하지는 않았지만, 제1 경사 표면탄성파 변환기(120,121), 제2 경사 표면탄성파 변환기(130,131)의 전극이 설치되는 기판의 가장자리에 표면탄성파의 반사를 억제하고 상기 경사 표면탄성파 변환기의 입력 전극에 신호를 가하기 위한 절연 기능을 수행할 수 있는 절연체가 구성되는 것이 바람직하다.

도 1은 종래의 초음파 터치스크린 개략도,

도 2는 시분할 주파수 변환에 의한 표면탄성파를 이용한 터치스크린 일 실시 예를 예시하는 평면도,

도 3은 시분할 주파수 변환에 의한 표면 탄성파를 이용한 터치스크린의 다른 실시 예를 예시하는 평면도,

도 4는 중심 주파수가 변하는 표면 탄성파 변환기(IDT) 어레이가 도시된 개략도,

도 5는 분할 주파수 변환이 가능한 표면 탄성파 변환기 어레이를 대체할 수 있는 경사 IDT의 개략도,

도 6은 본 발명에 따른 경사 IDT에 의한 시분할 주파수 변환에 의한 표면탄성파를 이용한 터치스크린 일 실시 예를 예시하는 평면도,

도 7은 본 발명에 따른 경사 IDT에 의한 시분할 주파수 변환에 의한 표면 탄성파를 이용한 터치스크린의 다른 실시 예를 예시하는 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 110 : 기판

20,21,30,31 : 표면탄성파 변환기

120,121,130,131 : 경사 표면탄성파 변환기

40, 140 : 절연체

50, 150 : 접촉펜

60,60a,70,70a : 주파수 발생기

160,161 : 발신기

170,171 : 수신기

Claims (6)

1. 표면탄성파가 전달할 수 있는 매질로 만들어진 기판이 포함되고,

   상기 기판의 한 가장자리에 중심 주파수가 입력된 신호에 따라 변할 수 있는 제1 경사 표면탄성파 변환기(Slanted Inter Digital Transducer)를 설치하고, 상기 기판의 반대편 가장자리에 상기 제1 경사 표면 탄성파 변환기에서 발생된 표면탄성파 신호를 수신하기 위한 제2 경사 표면탄성파 변환기를 설치하여, 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기에서 발생시킨 표면탄성파를 상기 기판을 통해 제2 경사 표면탄성파 변환기에서 대응 수신하도록 구성되어, 터치위치 및 압력의 세기를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 터치스크린.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 경사 표면탄성파 변환기와 제2 경사 표면탄성파 변환기는 동일한 주파수 특성을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 터치스크린.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 표면탄성파 발생을 위한 제1 경사 표면탄성파 변환기가 상기 기판의 두 가장자리에 설치되고, 상기 표면탄성파 수신을 위한 제2 경사 표면탄성파 변환기가 상기 제1 경사 표면탄성파 변환기 어레이에 각각 대응되어 설치된 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 터치스크린.
4. 표면탄성파가 전달할 수 있는 매질로 만들어진 기판이 포함되고,

   상기 기판의 한 가장자리에 중심 주파수가 입력된 신호에 따라 변할 수 있는 경사 IDT(Slanted Inter Digital Transducer)를 설치하고, 상기 기판의 반대편 가장자리에서 발생된 초음파신호를 수신하기 위한 동일한 주파수 특성을 갖는 수신기를 설치하여, 상기 매질을 통해 전달된 표면탄성파가 수신측 변환기에서 수신하도록 구성하여, 터치위치 및 압력의 세기를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 터치스크린.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기판의 가장자리에 탄성파의 반사를 억제하는 구조로서 표면탄성파 흡수체를 고착한 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 터치스크린.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 표면탄성파의 입력 전극에 신호를 가하기 위해 상기 표면탄성파 흡수체가 절연체로 구성된 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 터치스크린.

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