KR101082998B1 - 정전 용량 방식의 터치 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명 투명한 수지 필름이나 유리판 등의 투명 바탕 판을 매체로 매체의 한쪽 면에는 투명한 전도성 수지로 정전 축전기의 한 전극을 만들고, 이의 맞은편 매체의 표면은 사람 손가락의 접촉이 있을 때 전극이 형성되어 국부적으로 정전 축전기가 형성되도록 하며 이 현상을 전기적 신호로 추출하여 터치 위치를 검출하도록 하는 정전 용량 방식의 터치 센서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서는 비전도성 투명 바탕 판(100)과; 상기 비전도성 투명 바탕 판(100)의 일측 면에, 상호 이격된 다수의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)(330, 331)(340, 341)로 이루어진 다각형 형상을 갖는 다수의 단위세포(300)가 가로, 세로 및 대각선 방향으로 신호 전달 도선(400)을 통하여 연결되어 망이 형성되되, 가로 및 세로 방향으로 인접하는 단위세포(300)들은 신호 전달 도선(410)(420)을 통하여 연결되고 대각선 방향으로 근접하는 단위세포(300)들은 적어도 일측 대각선 방향으로 신호 전달 도선(430)을 통하여 연결되며, 상기 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선(410)(420)(430)은 교차 지점이 절연되어 전기적으로 분리되는 투명전극 박막(200)과; 상기 투명전극 박막(200)이 전하 축전기의 제 1 전극을 형성하고, 상기 투명 바탕 판(100)의 타측 표면이 사용자의 터치가 있는 경우 전하 축전기의 제 2 전극을 형성하여, 상기 제 2 전극인 투명 바탕 판(100)의 타측 표면에 사용자의 터치가 있는 경우 사용자 터치에 의해 상기 제 1 전극에 유기되는 전하 신호를 도선을 통하여 전송받아 사용자의 터치 지점을 검출하는 제어보드;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

정전 용량 방식의 터치 센서 {CAPACITIVE TYPE TOUCH SENSOR}
본 발명은 터치 센서에 관한 것으로, 특히 투명한 수지 필름이나 유리판 등의 투명 바탕 판을 매체로 매체의 한쪽 면에는 투명한 전도성 수지로 정전 축전기의 한 전극을 만들고, 이의 맞은편 매체의 표면은 사람 손가락의 접촉이 있을 때 전극이 형성되어 국부적으로 정전 축전기가 형성되도록 하며 이 현상을 전기적 신호로 추출하여 터치 위치를 검출하도록 하는 정전 용량 방식의 터치 센서에 관한 것이다.
터치 센서는 사용자가 화면에 디스플레이되는 영상을 손가락이나 터치 펜 등으로 접촉하는 경우 이 접촉에 반응하여 터치 지점을 파악하는 장치로서, 이러한 터치 센서는 터치 패드나 터치 스크린 등에 적용된다.
이러한 터치 센서는 일반적으로 평면 디스플레이 LCD 패널, 또는 PDP 패널 위에 덧씌워지는 구조로 제작되는데, 이 터치 센서는 화면상의 디스플레이되는 영상 이미지와는 별도로 사용자의 손가락이나 터치 펜의 터치 위치를 감지하여 영상 화면상의 좌표로 환산하게 되는데, 이 좌표 정보는 영상을 제어하는 제어장치에 전송되게 된다. 영상 제어장치는 터치 센서로부터 받은 위치 정보와 영상 화면을 합성하여 필요한 대응을 하도록 화상을 제어하게 된다. 이러한 터치 센서의 실제 적용 사례로는 은행의 자동현금인출기, 기차역에서의 기차표 자동판매기, 이동식 정보기기, 휴대용 전화기 등에 널리 사용되고 있으며, 교육용으로도 각광을 받고 있다.
이러한 터치 센서를 구현하는 방법으로는 디스플레이 화면의 크기와 용도에 따라 기술적으로 서로 다른 몇 가지 방법들이 있는데, 대표적으로 저항막 방식, 정전용량 방식, 표면 초음파 방식, 적외선 방식, 카메라 방식 등이 있다.
이중 정전용량 방식의 터치 센서는 일반적으로, 얇은 유리판 또는 투명한 수지 필름의 한쪽이나 양쪽 면에 ITO 필름을 도포하고, 이 ITO 필름을 특정한 모양으로 식각하여 제작된다. 이러한 ITO 필름은 광학적으로 투명하고, 제한적이나마 높은 전기 전도성을 갖는 특징이 있는데, 이에 따라 상기 ITO 필름은 축전기의 전극 역할과 신호 전달 도선의 역할을 함께 수행하게 된다. 이러한 ITO 필름을 통하여 제작되는 터치 센서의 터치 좌표 정보는 ITO 필름으로 형성된 도선을 통하여 터치스크린의 사각 변으로 전달되고, 여기에서 터치 센서의 제어 회로와 연결되어 제어 회로에 터치 좌표 신호를 전달하게 된다.
하지만, 상기의 ITO 필름을 통하여 제작되는 정전용량 방식의 터치 센서는 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.
먼저, 터치 센서를 구성하는 ITO 필름은 원재료인 인디움이 희귀성으로 인하여 가격이 비싸기 때문에 원가가 매우 높은 단점이 있다.
또한, ITO 필름은 진공장치 안에서 스퍼터 방식으로 형성되기 때문에 제작 비용이 많이 소요되고, 광학 리토그라피 방식을 통하여 전극 모양이 형성되며 이 방식이 3~4번 반복되는 공정을 거쳐 제작되기 때문에 제작 과정이 복잡하고 이에 따라 제작 비용이 많이 소요되어 매우 고가인 단점이 있다.
뿐만 아니라, 이러한 ITO 필름은 투명한 전극의 역할과 신호 전달 도선의 역할을 겸하고 있는데, 이 ITO 필름의 전기 저항은 고속 신호처리에 심한 장애 요인이 되고 있으며, 이에 따라 다점 터치의 경우와 대각선 20인치 이상 크기 면적의 신호 처리에는 심한 장애를 발생시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 ITO 필름으로 제작되는 정전용량 방식의 터치 센서의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 생산 공정을 간편히 하고 제조 원가를 낮추고 신호 처리속도를 높일 수 있도록 하여 대형 터치스크린이나 다점 터치에 적용될 수 있도록 하는 정전 용량 방식의 터치 센서를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서는 사용자의 터치 지점을 검출하는 터치 센서에 있어서, 비전도성 투명 바탕 판과; 상기 비전도성 투명 바탕 판의 일측 면에, 상호 이격된 다수의 단위세포 패드로 이루어진 다각형 형상을 갖는 다수의 단위세포가 가로, 세로 및 대각선 방향으로 신호 전달 도선을 통하여 연결되어 망이 형성되되, 가로 및 세로 방향으로 인접하는 단위세포들은 신호 전달 도선을 통하여 연결되고 대각선 방향으로 근접하는 단위세포들은 적어도 일측 대각선 방향으로 신호 전달 도선을 통하여 연결되며, 상기 단위세포들을 연결하는 신호 전달 도선은 교차 지점이 절연되어 전기적으로 분리되는 투명전극 박막과; 상기 투명전극 박막이 전하 축전기의 제 1 전극을 형성하고, 상기 투명 바탕 판의 타측 표면이 사용자의 터치가 있는 경우 전하 축전기의 제 2 전극을 형성하여, 상기 제 2 전극인 투명 바탕 판의 타측 표면에 사용자의 터치가 있는 경우 사용자 터치에 의해 상기 제 1 전극에 유기되는 전하 신호를 도선을 통하여 전송받아 사용자의 터치 지점을 검출하는 제어보드;를 포함하여 이루어진다.
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여기에서, 상기 단위세포들을 연결하는 신호 전달 도선은 비전도성 투명 바탕 판의 모서리까지 연장 형성되고, 모서리에서 도선을 통하여 제어보드에 연결되되, 상기 비전도성 투명 바탕 판의 모서리 부분에 형성되는 신호 전달 도선은 단위세포들을 연결하는 신호 전달 도선에 비해 폭이 넓은 확장부가 형성된다.
상기 단위세포들을 연결하는 신호 전달 도선은 상기 단위세포들을 세로 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선의 좌표가 제 1 축 좌표로, 상기 단위세포들을 가로 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선의 좌표가 제 2 축 좌표로, 상기 단위세포들을 일측 대각선 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선의 좌표가 제 3 축 좌표로 설정되고, 상기 제어보드는 사용자 터치에 따른 상기 제 1 축, 제 2 축 및 제 3 축 좌표로 설정된 신호 전달 도선으로부터 전송되는 전하 신호를 조합하고 분석하여 사용자의 터치 지점을 검출하게 된다. 또한, 상기 단위세포들을 타측 대각선 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선의 좌표가 제 4축 좌표로 설정되어, 사용자 터치에 따라 발생하는 전하 신호를 도선을 통하여 제어보드에 전송하도록 할 수 있다.
한편, 상기 단위세포를 형성하는 각각의 단위세포 패드는 상기 각각의 축을 형성하는 신호 전달 도선 중 어느 하나의 신호 전달 도선과 연결되는데, 여기에서 상기 각각의 축을 형성하는 신호 전달 도선과 접촉하는 다수의 단위세포 패드는, 각 축별로 접촉하는 단위세포 패드의 면적의 합이 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제어보드는 제 1 축 좌표를 형성하는 신호 전달 도선에 동시에 펄스 트레인 신호를 인가한 후 다른 축 좌표를 형성하는 신호 전달 도선에서 사용자의 접촉에 의해 발생하는 유기 전하 신호를 순차적으로 검출하고, 제 2 축 좌표를 형성하는 신호 전달 도선에 동시에 펄스 트레인 신호를 인가한 후 다른 축 좌표를 형성하는 신호 전달 도선에서 사용자의 접촉에 의해 발생하는 유기 전하 신호를 순차적으로 검출하며, 상기 과정을 통하여 검출되는 유기 전하 신호의 좌표의 조합에 따른 제 1 축 좌표 및 제 2 축 좌표를 검출하여 사용자의 터치 위치를 검출하게 된다. 이때, 상기 제어보드는 상기 조합된 제 1 축 및 제 2 축 좌표를 통과하는 제 3 축 또는 제 4 축 좌표를 산출하고, 산출된 제 3 축 또는 제 4 축 좌표를 상기 검출된 제 3 축 또는 제 4축 좌표와 비교하여 일치하는 경우, 해당 좌표를 실제 접촉 위치로 파악하고, 일치하지 않는 경우 허상으로 인식하여 사용자의 터치 위치를 검출하게 된다.
상기 투명전극 박막은 상기 비전도성 투명 바탕 판의 일측 면에 인쇄되어 도포되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서는 비전도성 투명 바탕 판과; 상기 비전도성 투명 바탕 판의 일측 면에, 상호 이격된 다수의 단위세포 패드로 이루어진 다각형 또는 원형 형상을 갖는 다수의 단위세포가 가로, 세로 방향으로 인접하는 다른 단위세포와 신호 전달 도선을 통하여 연결되되, 상기 단위세포 패드 사이를 연결하는 신호 전달 도선은 교차 지점이 절연되어 전기적으로 분리되는 투명전극 박막과; 상기 투명전극 박막이 전하 축전기의 제 1 전극을 형성하고, 상기 투명 바탕 판의 타측 표면이 사용자의 터치가 있는 경우 전하 축전기의 제 2 전극을 형성하여, 상기 제 2 전극인 투명 바탕 판의 타측 표면에 사용자의 터치가 있는 경우 사용자 터치에 의해 상기 제 1 전극에 유기되는 전하 신호를 도선을 통하여 전송받아 사용자의 터치 지점을 검출하는 제어보드;를 포함하여 이루어진다.
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상기 단위세포에 형성된 각각의 단위세포 패드는 상기 신호 전달 도선 중 어느 하나의 신호 전달 도선과 연결되되, 상기 신호 전달 도선과 연결되는 다수의 단위세포 패드는, 각 신호 전달 도선별로 연결되는 단위세포 패드의 면적의 합이 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 세로 방향의 신호 전달 도선과 연결된 단위세포 패드의 조합으로 이루어지는 X축 투명전극 박막과, 상기 가로 방향의 신호 전달 도선과 연결된 단위세포 패드의 조합으로 이루어지는 Y축 투명전극 박막이 각각 투명 바탕 판에 결합된 후, 투명 접착 시트를 통하여 전기적으로 분리되도록 상호 결합되어 투명전극 박막을 형성할 수 있다.
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본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서는 종래 가격이 비싼 ITO 필름을 사용하지 않고, ITO 필름이 담당하는 2가지 기능, 즉 축전기의 1개 측 전극 기능과 신호 전달의 도선 역할을 분리하여 전극 기능은 도전성 투명 수지로 형성된 투명전극 박막으로 대체하고, 신호 전달 도선의 역할은 인쇄전자 기법으로 형성된 육안 식별이 불가능하도록 가느다란 금속선으로 대체함으로서 생산 공정의 대폭 단순화와 제조 원가 절감의 효과를 얻게 된다. 또한 제 3 축, 제 4 축의 위치 정보를 얻을 수 있는 설계를 채택함으로서 다점 터치 인식도 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서가 설치된 터치 패널의 일례,
도 2는 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 측 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 박막을 형성하는 단위세포 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 박막을 형성하는 단위세포의 측 단면도,
도 6 내지 9는 본 발명의 실시예에 따른 투명 바탕 판에 형성된 하나의 단위세포 동작 상태를 나타낸 개념도,
도 10은 본 발명에 따른 터치 점이 3개인 경우 좌표를 도식화한 개념도,
도 11은 상기 도 10에 표시된 실제 터치 점을 파악하는 과정을 나타낸 흐름도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 방식 터치 센서의 구성도,
도 13은 상기 도 12에서 투명전극 박막을 형성하는 단위세포 구성도,
도 14는 상기 도 12에서 투명전극 박막을 형성하는 단위세포의 측 단면도,
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1 축 및 제 2 축만으로 구성된 정전 용량 방식 터치 센서의 구성도,
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명전극 박막을 형성하는 단위세포의 구성도,
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 투명전극 박막의 단위세포가 인접한 단위세포와 서로 연결되어 구성되었음을 나타내는 일례,
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위세포의 구성도,
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명전극 박막에서 단위세포가 형성된 일례,
도 20과 도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리된 X축 및 Y축 투명전극 박막의 구성도,
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 X축 및 Y축 투명전극 박막을 결합하여 투명전극 박막을 형성하는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서가 설치된 터치 패널의 일례를 나타낸 것이고, 도 2는 정전 용량 방식의 터치 센서 구성도이고, 도 3은 정전 용량 방식의 터치 센서 측 단면도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서는 종래 일반적인 터치 센서와 마찬가지로 영상이 디스플레이되는 스크린이나 패널(10)에 설치되어, 사용자의 터치시 터치 위치를 검출하여 검출된 터치 위치 정보를 영상 디스플레이 제어장치에 전송함으로써 터치 위치에 해당되는 명령이 수행될 수 있도록 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서는 비전도성 투명 바탕 판(100)과, 상기 비전도성 투명 바탕 판(100)의 일측 면에 형성되는 투명전극 박막(200)과, 사용자가 비전도성 투명 바탕 판(100)의 타측 표면을 터치하는 경우 상기 투명전극 박막(200)에 유기되는 터치 신호를 전송받아 사용자의 터치 지점을 검출하는 제어보드(도시 안됨)를 포함하여 이루어진다.
상기 투명 바탕 판(100)의 일측 면에 형성된 투명전극 박막(200)이 전하 축전기의 제 1 전극을 형성하고, 상기 투명 바탕 판(100)의 타측 표면이 표면을 터치하는 사용자 손가락에 의해 전하 축전기의 제 2 전극을 형성하게 되며, 상기 제 1 전극인 투명전극 박막(200)에 유기되는 전하 신호는 신호 전달 도선(400)을 통하여 제어보드로 전송되고, 제어보드는 제 1 전극인 투명전극 박막(200)으로부터 전송되는 전하 신호를 분석하여 사용자의 터치 지점을 검출하게 된다.
상기 투명 바탕 판(100)은 비전도성으로 빛이 투과할 수 있는 직사각형 형상의 판으로서, 이 투명 바탕 판(100)은 투명한 얇은 유리 판이나 폴리에스터 등의 다양한 폴리머 수지 필름으로 이루어질 수 있다. 이 투명 바탕 판(100)은 터치 센서의 바탕인 몸체를 구성하게 되는데, 이 투명 바탕 판(100)의 일측 면에 투명전극 박막(200)이 도포되어 제 1 전극을 형성하게 된다.
상기 투명 바탕 판(100)의 일측 면에 형성되는 투명전극 박막(200)은 다각형 또는 원 형상의 단위세포(300)가 가로, 세로 및 대각선 방향으로 다수 배열되는 망 형성으로 이루어지는데, 이 단위세포(300)는 가로 및 세로 방향으로 근접하는 다른 단위세포(300)와 신호 전달 도선(410)(420)을 통하여 연결되고, 대각선 방향으로 근접하는 다른 단위세포(300)와 일측 대각선 방향으로 신호 전달 도선(430)을 통하여 연결되게 된다. 상기 단위세포(300)들을 연결하는 가로, 세로, 대각선 방향의 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430)들은 단위세포(300)의 중심점에서 교차점이 발생하게 되는데, 본 발명의 실시예에서는 이러한 교차점에서 합선이 일어나지 않도록 그 교차 지점이 투명 절연 막(500)에 의해 전기적으로 분리되게 된다.
상기 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선(400)은 비전도성 투명 바탕 판(100)의 모서리까지 연장 형성되고, 그 모서리에서 도선을 통하여 제어보드에 연결되게 된다. 상기 비전도성 투명 바탕 판(100)의 모서리 부분에 근접하게 위치하는 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430)에는 그 폭이 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선의 폭에 비해 넓은 확장부(411, 412, 413)가 형성되어 제어보드와의 연결을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선(400)은 각 단위세포(300)들의 좌표 축을 형성하게 되는데, 예를 들면 상기 단위세포(300)들을 세로 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선(410)의 좌표가 제 1 축 좌표인 X축 좌표로, 상기 단위세포(300)들을 가로 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선(420)의 좌표가 제 2 축 좌표인 Y축 좌표로, 상기 단위세포(300)들을 일측 대각선 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선(430)의 좌표가 제 3 축 좌표인 Z축 좌표로 설정된다. 이러한 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430)을 통하여 연결된 단위세포(300)를 통하여 사용자의 터치 지점을 파악하는 과정은, 먼저 X축 방향의 모든 신호 전달 도선(410)에 동일하게 펄스 트레인(pulse train) 신호를 인가하고, Y축과 Z축의 각 신호 전달 도선(420, 430) 하나씩 순차적으로 사용자의 접촉에 의해 발생한 터치 위치 신호를 검출한다. 다음에는 Y축 신호 전달 도선(420)에 같은 방법으로 펄스 트레인을 인가한 다음, X축과 Z축에서 각기 신호 전달 도선(410, 430) 하나씩 순차적으로 터치 위치 신호를 검출하게 되며, 상기 과정을 통하여 구해진 X, Y, Z 위치 신호 중에서 X, Y 축 신호의 조합으로 터치 위치 좌표를 구하게 된다. 여기에서 X, Y 좌표를 알게 되면 단위세포(300)의 좌표를 파악할 수 있는데, 이때 Z축의 좌표는 두 군데 이상의 접촉이 일어났을 때 발생하는 허상 신호를 제거하는데 이용된다. 만약, 사용자 접촉 수가 매우 많아져서 Z축 만으로는 허상 식별이 어려워질 경우, 별도의 W축을 형성하는 신호 전달 도선을 하나 더 추가하여 허상 신호 제거 기능을 강화할 수도 있다.
도 4는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 박막을 형성하는 단위세포 구성도이고, 도 5는 상기 단위세포의 측 단면도를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 투명전극 박막(200)의 단위세포(300)는 다각형 형상으로 상호 분리되는 다수의 단위세포 패드(310)(320)(330)(331)로 이루어지는데, 이 다수의 단위세포 패드(310)(320)(330)(331)는 각각 X축, Y축, Z축을 이루는 신호 전달 도선(400) 중 어느 하나와 연결된다.
세 개의 신호 전달 도선(400)은 단위세포(300)의 중심점에서 만나게 되는데, 이 서로 겹치는 단위세포(300) 중심점에는 세 개 신호 전달 도선(400)이 서로 절연되도록 투명한 투명 절연 막(500)이 형성된다. 즉, X축 도선(410)과 Y축 도선(420) 사이, Y축 도선(420)과 Z축 도선(430) 사이에 각각 투명 절연 막(500)을 도포하여 3개의 도선이 전기적으로 서로 분리될 수 있도록 한다.
도 4 및 도 5에 도시된 단위세포(300)는 총 4개의 단위세포 패드로 형성되는데, 이 중 하나의 단위세포 패드(310)는 X축 도선(410)에, 다른 하나의 단위세포 패드(320)는 Y축 도선(420)에, 또 다른 두 개의 단위세포 패드(330, 331)는 Z축 도선(430)에 연결되는데, 이와 같이 각각의 축을 형성하는 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430)과 접촉하는 다수의 단위세포 패드(310)(320))(330,331)는 각 축별로 접촉하는 단위세포 패드의 면적이 동일하게 형성된다. 즉, X축 도선(410)과 연결되는 단위세포 패드(310)의 면적과, Y축 도선(420)과 연결되는 단위세포 패드(320)의 면적과, Z축 도선(430)과 연결되는 단위세포 패드(330, 331)의 면적 합은 동일하게 형성되는데, 이러한 동일 면적 배분의 원칙에 따라 상기 도 4에 도시된 단위세포 패드의 모양은 다른 형상으로 이루어질 수도 있다. 즉, 상기 단위세포 패드(310)(320)(330,331)는 상기 동일 면적 배분의 원칙을 만족할 수 있다면, 각 패드의 개수 및 형상(예를 들면, 다각형이 아닌 원형 등) 등이 적절히 변경될 수 있다. 또한, 상기 단위세포 패드(310)(320)(330,331)가 모여 형성되는 단위세포(300) 또한, 상기 단위세포 패드들이 동일 면적 배분의 원칙을 만족할 수 있다면 그 형상이 다각형이 아닌 원형 등으로 이루어질 수 있음은 당연하다.
상기 단위세포 패드(310)(320)(330,331)를 연결하는 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430)은 단위세포 패드에서 생성되는 터치 신호를 외부의 제어보드까지 전달하는 역할을 담당하게 된다. 이러한 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430)은 투명하게 만들 수 없기 때문에 그 폭이 두꺼우면 사용자의 눈에 띄어 하부에 배치되는 스크린(패드) 화면을 가리게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 이 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430)을 도전율이 매우 높은 특성을 이용하여 확대경을 사용하지 않은 사용자의 눈에는 보이지 않을 정도로 매우 가늘게 형성하는 것이 바람직한데, 본 발명의 실시예에서는 상기 신호 전달 도선(400; 410, 420, 430)의 폭이 약 20㎛ 이하가 되도록 함으로써 사용자의 육안으로는 인식할 수 없도록 투명성을 확보하였다.
상기 다수의 단위세포 패드(310)(320)(330,331)의 조합으로 이루어진 단위세포(300) 배열은 투명 바탕 판(100)의 일측 면에 얇게 도포되어 형성되는데, 이러한 단위세포(300)는 투명하고 도전성을 가지되 진공 증착 같은 까다로운 공정이 아닌 대기 중에서 간단한 인쇄 공법을 통하여 형성된다. 본 발명은 실시예에서는 상기 단위세포(300)는 실크 스크린 등의 인쇄 공법을 통하여 투명 바탕 판(100)의 일측 면에 인쇄되어 도포되는데, 이러한 단위세포(300)의 재질로는 투명하고 전도성이 있는 폴리머 재질(예를 들면, PEDOT:PSS) 등이 있다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 정전 용량 방식의 터치 센서를 통하여 사용자의 접촉 위치가 파악되는 동작에 대하여 설명한다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 투명 바탕 판에 형성된 하나의 단위세포 동작 상태를 나타낸 개념도이다.
도 6은 투명 바탕 판(100)에 형성된 하나의 단위세포(300)를 형성하는 단위세포 패드 배치도를 나타낸 것으로, X축, Y축, Z축 도선(410)(420)(430)과 연결되는 다수의 단위세포 패드(310)(320)(330,331)가 투명 바탕 판(100)을 매체로 축전기의 한쪽 전극을 형성하여 배열된 것을 보여 준다. 축전기는 기본적으로 상대전극이 맞은편에 있어야 기능을 할 수 있으므로, 상기 도 6과 같은 구조에서는 축전기의 기능이 발현되지 못한다.
도 7은 상기 도 6에서 축전기로서 동작되지 않는 상태를 보여주는 개념도로서, 제어보드에서 Y축 도선(420)을 통하여 Y축 단위세포 패드(320)에 전하 펄스를 인가하는 경우에도 투명 바탕 판(100)의 타측 면에 상대 전극이 형성되지 않기 때문에 축전기로서 주변은 아무런 반응을 보이지 못하게 된다.
한편, 도 8은 일측 면에 단위세포 패드가 형성된 투명 바탕 판(100)의 타측 면에 사용자의 손가락이 접촉하는 상태를 나타낸 개념도이고, 도 9는 상기 도 8의 등가 회로를 나타낸 개념도이다.
도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락을 투명 바탕 판(100)의 타측 표면을 터치하는 순간, 투명 바탕 판(100)의 타측 표면은 단위세포 패드의 반대편 전극으로서 역할을 하게 되는데, 이는 사용자 신체가 커다란 전하 용량 때문에 지선(그라운드)(350)의 역할을 하기 때문으로, 이 전극들 간에는 "상호정전용량(mutual capacitance)"이 발생하게 된다. 이 경우 단위세포 패드 중 어느 한 곳, 예를 들면 도 9에서와 같이 Y축 단위세포 패드(320)에 전하(+) 펄스가 인가되면 손가락으로 이루어진 지선(350)에 반대 극 전하(-)가 유기되고, 이에 따라 다시 X축 및 Z축 단위세포 패드(310)(330)에는 지선(350)의 반대 전하(+)가 유기되게 된다. 이와 같이 사용자의 손가락이 투명 바탕 판(100)의 타측 표면을 터치한 상태에서, Y축 단위세포 패드(320)에 전하(+) 펄스가 인가되면 X축 및 Z축 단위세포 패드(310)(330)에 손가락 터치의 위치 신호가 생성되게 되는 것이다. 이는 역으로, Y축 단위세포 패드(320)에 전하(+) 펄스가 인가되는 상태에서 사용자 손가락이 투명 바탕 판(100)의 타측 표면을 터치하는 경우 X축 및 Z축 단위세포 패드(310)(330)에 손가락 터치의 위치 신호가 생성되는 것을 의미한다.
다음으로, X축 단위세포 패드(310)에 전하(+) 펄스를 인가하면 위와 같은 원리로 사용자 손가락 터치에 따라 Y축 및 Z축 단위세포 패드(320)(330)에 전하 신호가 생성되게 된다. 이와 같이 X축과 Y축에 도선을 통하여 각기 한 번씩 전하 펄스를 인가하는 방법으로 전하가 유기되는 X, Y, Z축 단위세포 패드(310)(320)(330)를 검출하게 되고, 검출된 X, Y, Z축 단위세포 패드(310)(320)(330)의 좌표 신호를 통하여 사용자의 터치 점(X, Y 좌표)을 파악할 수 있게 된다. 이와 같이, 제어보드는 단위세포(300)에 전하 펄스를 인가한 후, 각 단위세포(300)에서 발생하는 전하 신호를 검출함으로써 사용자의 터치 점을 파악하게 된다.
상기와 같이, 터치 점이 하나뿐인 경우에는 터치 된 단위세포(300)의 X축 및 Y축 좌표 위치가 감지되면 터치 점을 파악할 수 있지만, 터치 점이 2개 이상인 경우에는 허상 점의 문제가 발생한다. 예를 들어 X축에서, x1, x2의 두 좌표와 Y축에서 y1, y2의 좌표가 감지되면, 좌표의 조합은 (x1, y1), (x1, y2), (x2, y1), (x2, y2)의 4개 점이 발생한다. 이 중에서 2개의 점이 실제 터치 점이고 2개의 점은 허상 점이 된다. 이러한 문제가 발생하는 원인은 한 점의 좌표를 (x1,y1), (x2,y2) 처럼 x와 y 좌표의 묶음으로 인식하지 못하고, X축의 좌표와 Y축의 좌표를 순차적으로 인식한 후에 신호 처리 과정을 거쳐서 좌표 묶음을 산출하여 확정하기 때문이다. 터치 점이 3개인 경우에는 x1, x2, x3와 y1, y2, y3 좌표들 조합은 9개 점으로 나타나며, 일반적으로 터치 점 개수의 제곱 숫자만큼의 좌표 조합이 발생하게 되는데, 이 중에서 실제 터치 점과 허상 터치 점을 식별해 내어야 한다. 그러나 X축, Y축 좌표 정보만으로 실제와 허상 점들을 식별하는 것은 논리적으로 불가능하기 때문에, 본 발명에서는 제 3의 좌표, 즉 Z축 정보를 만들어서 이를 이용함으로써 식별을 가능하게 하는 것이다.
도 10은 터치 점이 3개인 경우 좌표를 도식화한 개념도이고, 도 11은 도 10에 표시된 실제 터치 점을 파악하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 사용자의 실제 터치 점이 각각 ①(x1,y1), ② (x2,y3), ③(x3,y2)로 3개라 하면, 이에 관련된 허상 점은 (x1,y2), (x1,y3), (x2,y1), (x2,y2), (x3,y1), (x3,y3)로 모두 6개가 형성된다. 이러한 실제 점들과 허상 점 들을 식별하는 방법은 도 11의 과정을 통하여 이루어진다.
단계 S310, S320 : 먼저, 상기 도 6 내지 도 9에서 설명한 바와 같이, 사용자의 터치에 따라 발생하는 단위세포(300)의 X축, Y축, Z축 좌표를 검출하고(S310), 검출된 X축, Y축 좌표를 조합하여 발생할 수 있는 좌표 묶음을 생성한다. 도 10에서와 같이, 실제 터치 점이 3개인 경우에는 총 9개의 좌표 묶음((x1,y1), (x1,y2), (x1,y3), (x2,y1), (x2,y2), (x2,y3), (x3,y1), (x3,y2), (x3,y3))이 생성된다.
단계 S330 : 상기 과정을 통하여 발생할 수 있는 X축, Y축 좌표 묶음을 생성한 후, 생성된 X축, Y축 좌표 묶음을 실제 통과하는 Z축 좌표를 산출한다. 상기 X축, Y축 좌표 묶음을 통과하는 Z축 좌표는 기 설정된 X, Y, Z의 관계에 따라 계산될 수 있다. 즉, 좌표 (Xi, Yj)를 통과하는 Z축은 Z축 신호 전달 도선(430)의 연결에 의해 그 좌표가 미리 결정되어 있기 때문에 X축 좌표 및 Y축 좌표 묶음을 통과하는 Z축 좌표를 미리 알 수 있는데, 예를 들면 도 10에서 (x1, y1) 좌표를 통과하는 Z축 좌표는 Z1이 되고, (x2, y3) 좌표를 통과하는 Z축 좌표는 Z2가 되며, (x3, y2) 좌표를 통과하는 Z축 좌표는 Z3이 된다. 도 10에서는 설명의 편의를 위해 (x1,y1), (x2,y3), (x3,y2) 좌표를 통과하는 Z축 좌표만을 표시하였지만, 다른 X축과 Y축 묶음을 통과하는 Z축 좌표 또는 미리 설정되어 있음은 당연하다.
단계 S340 : 상기 단계 S310에서 측정된 Z축 좌표 들을 검색하여, 상기 단계 S330에서 산출된 Z축 좌표와 비교하게 된다.
단계 S350, S360, S370 : 만약, X축, Y축 좌표 묶음으로부터 산출한 Z축 좌표와 측정된 Z축 좌표가 일치하는 Z축 좌표가 있으면(S350), 그 X축, Y축 좌표 묶음은 실제 터치 점으로 인식된다(S360). 만약, X축, Y축 좌표 묶음으로부터 산출한 Z축 좌표와 측정된 Z축 좌표가 일치하는 Z축 좌표가 없다면 그 좌표 묶음은 허상 점을 나타내는 것으로 인식된다(S370). 상기 도 10에서는 X축 및 Y축 좌표와 Z축 좌표도 함께 보이고 있는데, 실제의 터치 점들은 Z축 신호가 검출되었지만 허상 점들에는 Z축 신호가 검출되지 않았음을 나타내고 있다. 이와 같이 Z축 신호를 검출하여 비교함으로써 9개의 X, Y 좌표 조합으로부터 3개의 실제 터치 점을 식별해낼 수 있게 되는 것이다.
상기와 같이 X축 및 Y축 좌표와 함께 Z축 좌표를 이용함으로써 사용자의 다수 터치 점을 인식하여 파악할 수 있지만, 만약 터치 점의 수가 더 많아지면 식별 절차가 더욱 복잡해지고, 경우에 따라서는 다수 점들이 동일 Z축 좌표를 가지는 등 복잡한 문제들이 발생할 수 있다.
이와 같이 X축, Y축, Z축만으로 터치 점을 파악할 수 없는 경우에는, X축, Y축, Z축에 별도의 경사 축인 W축을 추가하여 복잡한 경우에서의 식별 능력을 한 층 높일 수 있도록 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 방식 터치 센서의 구성도이고, 도 13은 상기 도 12에서 투명전극 박막을 형성하는 단위세포 구성도이고, 도 14는 투명전극 박막을 형성하는 단위세포의 측 단면도를 나타낸 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선(400)이 세로 방향의 제 1 축인 X축 도선(410), 가로방향의 제 2 축인 Y축 도선(420), 일측 대각선 방향의 제 3축인 Z축 도선(430)에 더하여, 타측 대각선 방향의 제 4 축인 W축 도선(440)이 추가된다. 상기 도 12에서 추가된 W축 도선(440)은 다른 X축, Y축, Z축 도선(410)(420)(430)과 마찬가지로 모서리까지 연장 형성되고 그 모서리에서 도선을 통하여 제어보드에 연결되게 되는데, 이 X축, Y축, Z축, W축 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430, 440)의 모서리 부근에는 그 폭이 넓게 형성되는 확장부(411)(421)(431)(441)가 형성되어 제어보드와의 연결이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
도 13과 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명전극 박막(200)의 단위세포(300)는 다각형 형상으로 상호 분리되는 다수의 단위세포 패드(310,311)(320,321)(330,331)(340,341)로 이루어지는데, 이 다수의 단위세포 패드(310,311)(320,321)(330,331)(340,341)는 각각 X축, Y축, Z축 및 W축을 이루는 신호 전달 도선(400) 중 어느 하나와 연결된다. 또한, 각 축을 이루는 네 개의 신호 전달 도선(400)이 만나는 단위세포(300)의 중심점에는 네 개 신호 전달 도선(400)이 서로 절연되도록 투명한 투명 절연 막(500)을 형성된다.
도 13과 도 14에 도시된 단위세포(300)는 총 8의 단위세포 패드(310)(311)(320)(321)(330)(331)(340)(341)로 형성되는데, 단위세포(300)의 중심점을 기준으로 대칭되는 두 개의 단위세포 패드(310,311)(320,321)(330,331)(340,341)는 각각 X축 도선(410), Y축 도선(420), Z축 도선(430) 및 W축 도선(440)에 연결되며, 이와 같이 각각의 축을 형성하는 신호 전달 도선(400)과 접촉하는 다수의 단위세포 패드는 각 축 별로 접촉하는 단위세포 패드의 면적이 동일하게 형성된다. 즉, X축 도선(410)과 연결되는 단위세포 패드(310)(311)의 면적 합과, Y축 도선(420)과 연결되는 단위세포 패드(320)(321)의 면적 합과, Z축 도선(430)과 연결되는 단위세포 패드(330)(331)의 면적 합 및 W축 도선(440)과 연결되는 단위세포 패드(340)(341)의 면적 합은 동일 면적 배분의 원칙에 따라 동일하게 형성된다.
한편, 상기의 X축, Y축, Z축, W축 신호 전달 도선(400 ; 410, 420, 430, 440)을 통하여 연결된 단위세포(300)를 통하여 사용자의 접촉 지점을 파악하는 과정은 상술한 도 2 내지 도 11에서 설명한 방법과 동일한 원리가 적용된다.
먼저, X축 방향의 모든 신호 전달 도선(410)을 통하여 X축 단위세포 패드(310)(311)에 동일하게 펄스 트레인(pulse train) 신호를 인가한 후, 사용자의 터치에 따라 전하 신호가 유기되는 Y축과 Z축 및 W축의 단위세포 패드(320)(321)(330)(331)(340)(341)와 연결된 Y축과 Z축 및 W축의 각 도선(420, 430, 440)을 순차적으로 검출하게 된다. 또한, Y축 신호 전달 도선(420)을 통하여 Y축 단위세포 패드(320)(321)에 같은 방법으로 펄스 트레인을 인가한 후, 사용자의 터치에 따라 전하 신호가 유기되는 X축과 Z축 및 W축의 단위세포 패드(310)(311)(330)(331)(340)(341)와 연결된 X축과 Z축 및 W축의 각 도선(410, 430, 440)을 순차적으로 검출하게 된다. 상기의 과정을 통하여 검출된 X,Y,Z,W 위치 신호를 조합하여 터치 위치를 검출하게 되는데, 여기에서 Z축 및 W축 좌표는 동시에 다수 개의 접촉이 일어났을 때 발생하는 허상 신호를 제거하는데 이용된다.
이러한 검출된 Z축 및 W축 좌표를 이용하여 허상 신호를 제거하는 방법 또는 상술한 도 11의 방법과 동일한 원리가 적용된다. 즉, 먼저 사용자의 터치에 따라 발생하는 단위세포(300)의 X축, Y축, Z축, W축 좌표를 검출하고, 검출된 X축과 Y축 좌표를 조합하여 발생할 수 있는 좌표 묶음을 생성한다. 이 후, 생성된 X축과 Y축 좌표 묶음을 실제 통과하는 Z축과 W축 좌표를 산출하게 되는데, 상기 X축과 Y축 좌표 묶음을 통과하는 Z축 및 W축 좌표는 기 설정된 X축, Y축, Z축, W축의 관계에 따라 계산될 수 있다. 상기 X축과 Y축 좌표 묶음을 실제 통과하는 Z축과 W축 좌표가 산출되면, 산출된 Z축 및 W축 좌표를 상기 측정되어 검출된 Z축 및 W축 좌표들과 비교하게 된다. 만약, X축과 Y축 좌표 묶음으로부터 산출한 Z축 및 W축 좌표와 측정된 Z축 및 W축 좌표가 모두 일치하는 Z축 및 W축 좌표가 있으면, 그 X축과 Y축 좌표 묶음은 실제 터치 점으로 인식되며, 일치하는 Z축 및 W축 좌표가 없다면 그 좌표 묶음은 허상 점을 나타내는 것으로 인식된다. 이와 같이 Z축 및 W축 신호를 이용하여 비교함으로써 X, Y 좌표 조합으로부터 실제 터치 점과 허상을 식별해내게 된다.
상술한 실시예에서는 사용자의 다중 터치 점을 식별해 내기 위하여 X축과 Y축에 더하여 Z축 또는 W축을 추가함으로써 허상 터치 점을 제거할 수 있도록 하고 있다. 한편, 터치 센서가 적용된 터치 패드의 크기가 비교적 작거나 터치의 단순 기능만이 요구되는 경우에는 별도의 Z축이나 W축의 추가없이 X축 및 Y축만으로도 사용자의 터치 점을 검출할 수 있도록 할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1 축 및 제 2 축만으로 구성된 정전 용량 방식 터치 센서의 구성도이고, 도 16은 투명전극 박막을 형성하는 단위세포의 구성도이며, 도 17은 투명전극 박막의 단위세포가 인접한 단위세포와 서로 연결되어 구성되었음을 나타내는 일례이다.
도 15 내지 도 17에 도시된, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서 또한 ITO를 쓰지 않고 단위세포(300)와 신호 전달 도선(400)을 분리하여 투명전극 박막(200)을 형성하되, X축 및 Y축 만으로 사용자의 터치 점을 검출할 수 있도록 구성된다.
상기 터치 센서에서는 다수의 단위세포(300)가 배열되어 투명전극 박막(200)을 형성하게 되는데, 이 다수의 단위세포(300)는 상호 이격되지 않고 상하좌우로 인접하여 연속적으로 이어져 투명전극 박막(200)을 형성하게 된다. 또한, 이 단위세포(300)를 전기적으로 연결하는 신호 전달 도선(400)은 제 1축인 X축 도선(410)과 제 2축인 Y축 도선(420)만 형성되고, 도 1 내지 도 14의 실시예에서 존재하였던 대각선 방향의 Z축 또는 W축 도선은 존재하지 않게 된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 단위세포(300)는 총 4의 단위세포 패드(310)(311)(320)(321)로 형성되는데, 단위세포(300)의 중심점을 기준으로 대칭되는 두 개의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)는 각각 X축 도선(410), Y축 도선(420)에 연결되며, 이와 같이 각각의 축을 형성하는 신호 전달 도선(410)(420)과 접촉하는 다수의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)는 각 축 별로 접촉하는 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)의 면적이 동일하게 형성된다. 즉, X축 도선(410)과 연결되는 단위세포 패드(310)(311)의 면적 합과, Y축 도선(420)과 연결되는 단위세포 패드(320)(321)의 면적 합은 동일 면적 배분의 원칙에 따라 동일하게 형성된다. 또한, 각 축을 이루는 두 개의 신호 전달 도선(410)(420)이 만나는 단위세포(300)의 중심점에는 두 개 신호 전달 도선(410)(420)이 서로 절연되도록 투명한 투명 절연 막(500)이 형성된다.
도 17에 도시된 바와 같이, 인접한 단위세포(300)들은 상술한 도 1 내지 도 14에서와 같이 상호 이격된 형태를 띠는게 아니라, 서로 연결된 형태를 띠게 된다. 즉, 하나의 단위세포(300)를 구성하는 단위세포 패드는 인접한 단위세포(300)의 단위세포 패드와 연결되어 단위세포(300)가 전체적으로 인접하여 연결됨으로써 투명전극 박막(200)을 형성하게 된다.
한편, 상기 도 15 내지 도 17에서는 단위세포(300) 및 단위세포 패드(310)(311)(320)(321)가 다각형으로 이루어진 것으로 설명하였지만, 이러한 단위세포(300) 및 단위세포 패드(310)(311)(320)(321)는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위세포의 구성도이며, 도 19는 투명전극 박막에서 단위세포가 형성된 일례를 나타낸 것이다.
도 18과 도 19에 도시된 바와 같이, 단위세포(300를 형성하는 단위세포 패드(310)(311)(320)(321)가 반원형으로 형성되어 있는데, 이 단위세포(300) 또한 인접한 다른 단위세포의 단위세포 패드와 직접 연결됨으로써 전체적으로 투명전극 박막(200)을 형성하게 된다. 이러한 단위세포(300) 및 단위세포 패드(310)(311)(320)(321)의 형상은 상술한 다각형이나 원형, 반원형 이외에도 다양하게 변형이 이루어질 수 있다.
상기 도 15 내지 도 19에 도시된 X축 및 Y축의 두 개의 축으로 이루어진 투명전극 박막은 일체로 형성될 수도 있지만, X축 및 Y축 투명전극 박막을 별도로 제작한 후 결합시키는 방법을 통하여 제작될 수 있다.
도 20과 도 21은 이러한 분리된 X축 및 Y축 투명전극 박막의 구성을 나타낸 것이고, 도 22는 X축 및 Y축 투명전극 박막을 결합하여 투명전극 박막을 형성하는 개념을 나타낸 것이다.
도 20에서와 같이 다수의 단위세포 패드를 X축 신호 전달 도선(410)을 통하여 연결하여 X축 투명전극 박막(210)을 형성하고, 도 21에서와 같이 다수의 단위세포 패드를 Y축 신호 전달 도선(420)을 통하여 연결하여 Y축 투명전극 박막(220)을 별개로 형성하게 된다.
이렇게 별개로 구성된 X축 투명전극 박막(210) 및 Y축 투명전극 박막(220)은, 도 22에서와 같이, 각각 투명 바탕 판(110)(120) 일측에 결합되어 X축 투명 바탕 판 및 Y축 투명 바탕 판을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 X축 투명 바탕 판 및 Y축 투명 바탕 판은 투명 접착 시트(600)를 통하여 상호 결합됨으로써 X축 및 Y축 단위세포가 형성된 투명전극 박막이 제작되게 된다.
상기 도 20 내지 도 22의 방법을 통하여 투명 바탕 판에 투명전극 박막을 형성하는 경우에는 투명 접착 시트(600)에 의해 X축 도선 및 Y축 도선이 분리되기 때문에 별도의 투명 절연 막을 구성하지 않아도 되는 장점이 있다.
이러한 다양한 변형이 가능한 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서는 비전도성 투명 바탕 판(100)의 일측 면에 다수 개의 단위세포(300)가 배열되는 투명전극 박막(200)이 형성되어, 투명 바탕 판(100)의 타측 표면에 사용자의 터치가 이루어지는 경우 상호정전용량(mutual capacitance)에 의해 단위세포(300)에서 발생하는 신호를 감지하여 터치 위치를 파악할 수 있도록 한다.
이러한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : 터치 패드(스크린) 100 : 투명 바탕 판
200 : 투명전극 박막 210 : X축 투명전극 박막
220 : Y축 투명전극 박막 300 : 단위세포
310, 311, 320, 321, 330, 331, 340, 341 : 단위세포 패드
400 : 신호 전달 도선 410 : X축 도선
411 : 확장부 420 : Y축 도선
421 : 확장부 430 : Z축 도선
431 : 확장부 440 : W축 도선
441 : 확장부 500 : 투명 절연 막
600 : 투명 접착 시트

Claims (15)

  1. 사용자의 터치 지점을 검출하는 터치 센서에 있어서,
    비전도성 투명 바탕 판(100)과;
    상기 비전도성 투명 바탕 판(100)의 일측 면에, 상호 이격된 다수의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)(330, 331)(340, 341)로 이루어진 다각형 형상을 갖는 다수의 단위세포(300)가 가로, 세로 및 대각선 방향으로 신호 전달 도선(400)을 통하여 연결되어 망이 형성되되, 가로 및 세로 방향으로 인접하는 단위세포(300)들은 신호 전달 도선(410)(420)을 통하여 연결되고 대각선 방향으로 근접하는 단위세포(300)들은 적어도 일측 대각선 방향으로 신호 전달 도선(430)을 통하여 연결되며, 상기 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선(410)(420)(430)은 교차 지점이 절연되어 전기적으로 분리되는 투명전극 박막(200)과;
    상기 투명전극 박막(200)이 전하 축전기의 제 1 전극을 형성하고, 상기 투명 바탕 판(100)의 타측 표면이 사용자의 터치가 있는 경우 전하 축전기의 제 2 전극을 형성하여, 상기 제 2 전극인 투명 바탕 판(100)의 타측 표면에 사용자의 터치가 있는 경우 사용자 터치에 의해 상기 제 1 전극에 유기되는 전하 신호를 도선을 통하여 전송받아 사용자의 터치 지점을 검출하는 제어보드;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선(410)(420)(430)은 비전도성 투명 바탕 판(100)의 모서리까지 연장 형성되고, 모서리에서 도선을 통하여 제어보드에 연결되되,
    상기 비전도성 투명 바탕 판(100)의 모서리 부분에 형성되는 신호 전달 도선(410)(420)(430)은 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선에 비해 폭이 넓은 확장부(411)(421)(431)가 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단위세포(300)들을 연결하는 신호 전달 도선(410)(420)(430)은
    상기 단위세포(300)들을 세로 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선(410)의 좌표가 제 1 축 좌표로, 상기 단위세포(300)들을 가로 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선(420)의 좌표가 제 2 축 좌표로, 상기 단위세포(300)들을 일측 대각선 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선(430)의 좌표가 제 3 축 좌표로 설정되고,
    상기 제어보드는 사용자 터치에 따른 상기 제 1 축, 제 2 축 및 제 3축 좌표로 설정된 신호 전달 도선(410)(420)(430)으로부터 전송되는 전하 신호를 조합하고 분석하여 사용자의 터치 지점을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 단위세포(300)들을 타측 대각선 방향으로 연결하여 모서리까지 연장 형성되는 신호 전달 도선(440)의 좌표가 제 4축 좌표로 설정되어, 사용자 터치에 따라 발생하는 전하 신호를 도선을 통하여 제어보드에 전송하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 단위세포(300)를 형성하는 각각의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)(330, 331)(340, 341)는 상기 각각의 축을 형성하는 신호 전달 도선(400) 중 어느 하나의 신호 전달 도선과 연결되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 각각의 축을 형성하는 신호 전달 도선(400)과 접촉하는 다수의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)(330, 331)(340, 341)는, 각 축별로 접촉하는 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)(330, 331)(340, 341)의 면적의 합이 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  8. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제어보드는
    제 1 축 좌표를 형성하는 신호 전달 도선(410)에 동시에 펄스 트레인 신호를 인가한 후 다른 축 좌표를 형성하는 신호 전달 도선(420)(430)에서 사용자의 접촉에 의해 발생하는 유기 전하 신호를 순차적으로 검출하고,
    제 2 축 좌표를 형성하는 신호 전달 도선(420)에 동시에 펄스 트레인 신호를 인가한 후 다른 축 좌표를 형성하는 신호 전달 도선(410)(430)에서 사용자의 접촉에 의해 발생하는 유기 전하 신호를 순차적으로 검출하며,
    상기 과정을 통하여 검출되는 유기 전하 신호의 좌표의 조합에 따른 제 1 축 좌표 및 제 2 축 좌표를 검출하여 사용자의 터치 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어보드는
    상기 조합된 제 1 축 및 제 2 축 좌표를 통과하는 제 3 축 또는 제 4 축 좌표를 산출하고,
    산출된 제 3 축 또는 제 4 축 좌표를 상기 검출된 제 3 축 또는 제 4축 좌표와 비교하여 일치하는 경우, 해당 좌표를 실제 접촉 위치로 파악하고, 일치하지 않는 경우 허상으로 인식하여 사용자의 터치 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 투명전극 박막(200)은
    상기 비전도성 투명 바탕 판(100)의 일측 면에 인쇄되어 도포되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  11. 사용자의 터치 지점을 검출하는 터치 센서에 있어서,
    비전도성 투명 바탕 판(100)과;
    상기 비전도성 투명 바탕 판(100)의 일측 면에, 상호 이격된 다수의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)로 이루어진 다각형 형상을 갖는 다수의 단위세포(300)가 가로, 세로 방향으로 인접하는 다른 단위세포(300)와 신호 전달 도선(400 ; 410, 420)을 통하여 연결되되, 상기 단위세포 패드(310, 311)(320, 321) 사이를 연결하는 신호 전달 도선(410)(420)은 교차 지점이 절연되어 전기적으로 분리되는 투명전극 박막(200)과;
    상기 투명전극 박막(200)이 전하 축전기의 제 1 전극을 형성하고, 상기 투명 바탕 판(100)의 타측 표면이 사용자의 터치가 있는 경우 전하 축전기의 제 2 전극을 형성하여, 상기 제 2 전극인 투명 바탕 판(100)의 타측 표면에 사용자의 터치가 있는 경우 사용자 터치에 의해 상기 제 1 전극에 유기되는 전하 신호를 도선을 통하여 전송받아 사용자의 터치 지점을 검출하는 제어보드;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 단위세포(300)에 형성된 각각의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)는 상기 신호 전달 도선(400) 중 어느 하나의 신호 전달 도선과 연결되되,
    상기 신호 전달 도선(400)과 연결되는 다수의 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)는, 각 신호 전달 도선별로 연결되는 단위세포 패드(310, 311)(320, 321)의 면적의 합이 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
  14. 삭제
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 세로 방향의 신호 전달 도선(410)과 연결된 단위세포 패드(310)(311)의 조합으로 이루어지는 X축 투명전극 박막(210)과, 상기 가로 방향의 신호 전달 도선(420)과 연결된 단위세포 패드(320)(321)의 조합으로 이루어지는 Y축 투명전극 박막(220)이 각각 투명 바탕 판(110)(120)에 결합된 후, 투명 접착 시트(600)를 통하여 전기적으로 분리되도록 상호 결합되어 투명전극 박막(200)을 형성하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 방식의 터치 센서.
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