KR101145157B1 - 압력기반 정전용량식 터치스크린 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1 극판(10)과 제1 극판(10)으로부터 일정 거리(d) 이격된 제2 극판(20)을 포함하되 제1 극판(10)과 제2 극판(20) 중에 적어도 하나의 극판은 다수로 구성되고, 압력이 가해질 때 제1 극판(10)과 제2 극판 사이의 거리(d)가 가변되면서 발생하는 정전용량변화로부터 가압위치와 압력의 크기를 검출하여 대응하는 입력신호를 생성하며, 가해진 압력이 사라지면 가변된 거리(d)를 원위치로 복원시키는 탄성체(30)를 포함하는 압력기반 정전용량식 터치스크린으로서, 아래에 적층되는 표시장치(2)의 표시내용을 차폐하지 않도록, 외각 둘레를 따라 형성된 하부지지판(40); 하부지지판(40)의 상면을 따라 적층되어 외각 둘레를 따라 배치된 제1 극판(10); 하부지지판(40)의 둘레를 감싸도록 형성되되, 제1 극판(10) 보다 높은 위치까지 신장된 측면지지판(50); 측면지지판(50)을 따라 부착된 탄성체(30); 탄성체(30)에 부착되어 탄성체(30)에 의해 포위된 상태로 측면지지판(50)에 지지되고, 제1 극판(10)으로부터 이격된 위치에서 오버레이 된 터치패널(60); 제1 극판(10)에 대응하는 위치의 터치패널(60)의 외각 둘레를 따라 제1 극판(10)에 일정 거리(d) 이격된 상태로 부착된 제2 극판(20); 및 제1 극판(10)과 제2 극판(20) 사이의 공기층(3)과 외기를 통기시키는 통기로(70); 을 포함한다.

Description

압력기반 정전용량식 터치스크린{Capacitive Force-based Touch Screen}

본 발명은 정전용량식 터치스크린에 관한 것이며, 보다 상세하게는 가해진 압력의 위치와 압력의 크기에 따라 다르게 나타나는 극판 사이의 정전용량변화로부터 대응하는 입력신호를 생성하는 압력기반 정전용량식 터치스크린에 관한 것이다.

대표적인 휴대용 통신단말기인 휴대전화기는, 그 지속적인 진화에 따라, 전통적인 통화 기능에, 컴퓨터 기능 등 다양한 기능을 통합한 일명 '스마트폰'으로의 흐름이 대세가 되고 있다.

스마트폰은 본래의 통화기능 이외에 인터넷을 포함한 매우 다양한 기능들을 실행하도록 구성되어 있기 때문에, 이런 다양한 기능의 실행과 데이터 등을 입력하기 위한 입력장치로서, 전통적으로 휴대전화기에 널리 사용되어왔던 돔스위치 방식의 키패드로는 한계가 있으며, 이런 이유로 스마트폰에는 터치스크린으로 대표되는 터치식 입력장치들이 널리 적용되게 되었고, 입력장치로서 터치스크린을 적용한 휴대전화기를 일반적으로 '터치폰'이라고 부르기도 한다.

입력장치로서의 터치스크린은, 휴대전화기를 포함한 엠피쓰리, PDA, PMP, PSP, 휴대용 게임기, DMB 수신기 등 각종 휴대용 단말기는 물론, 내비게이션, 산업용 단말기, 노트북 컴퓨터, 금융 자동화기기, 게임기 등의 각종 모니터뿐만 아니라, 냉장고, 전자레인지, 세탁기와 같은 가전제품에 이르기까지 각종 전기전자장치의 입력장치로 널리 사용되고 있다.

일반적으로 터치스크린은 소정의 내용이 디스플레이 되는 표시장치(예. LCD) 위에 적층하여 표시장치와 함께 사용하고, 터치스크린에 손가락 등을 접촉(가압)하면 그 아래의 표시장치에 표시된 내용이 입력되도록 작동하는 입력장치이며, 터치스크린은 그 동작원리에 따라 정전용량 방식, 저항막 방식, 적외선 방식, 초음파 방식 등이 있다.

정전용량식 터치스크린에는, 전도체(예, 손가락)의 접촉(접근)만을 감지하여 접촉위치에 대응하는 입력신호를 생성하는 '터치기반 정전용량식 터치스크린'과, 접촉에 의해 가해진 압력의 크기와 위치를 감지하여 그에 대응하는 입력신호를 생성하는 '압력기반 정전용량식 터치스크린'이 있다.

전자의 '터치기반 정전용량식 터치스크린'은, 기판(예, 합성수지 등) 위에 극판(전극, 예, Indium Tin Oxide(ITO)와 같은 투명 전도막)을 일정 배열(예, 매트릭스 배열)로 적층(도포)한 구조로서, 전도체(예, 손가락)가 극판에 접근(또는 접촉)할 때 발생하는 기생정전용량(Parasitic Capacitance)을 측정하여 해당 터치위치(좌표)를 검출함으로써 터치위치에 대응하는 입력신호를 생성하는 터치스크린으로서, 접촉을 하는 물체로서 전도체(예, 손가락)만을 사용할 수 있고, 접촉여부만을 검출할 뿐 가해진 압력의 크기를 검출할 수 없다.

후자의 '압력기반 정전용량식 터치스크린'은, 기판 위에 일정 거리 이격된 2개의 극판을 일정 배열(예들 들어 매트릭스 배열)한 구조로서, 가해진 압력에 의해 2개 극판 사이의 거리가 변하면서 발생하는 정전용량변화를 측정하여 해당 압력이 가해진 위치와 함께 가해진 압력의 크기를 검출함으로써, 압력이 가해진 위치와 크기에 대응하는 입력신호를 생성하는 터치스크린으로서, 전도체일 필요 없는 임의의 물체로 터치스크린의 소정 위치를 가압하는 것으로 입력을 실행하고, 터치위치뿐만 아니라 가해진 압력의 크기에 따라 서로 다른 입력신호를 생성할 수 있다.

이와 같은 터치스크린을 휴대전화기(예, 스마트폰)의 입력장치로 적용함에 따라, 기능이 확대된 휴대전화기에 요구되는 다양한 입력을 보다 효과적으로 실현할 수 있게 되었다. 즉, 터치스크린의 소정 위치를 단순히 터치하여 해당 터치포인트에 대응하는 입력신호가 생성되도록 하는 통상적인(전통적인) 입력 작동은 물론, 연속적인 제스처 터치 동작에 대응하는 입력신호를 생성하는 소위 '이벤트 입력'도 실현할 수 있게 되었다.

앞서 언급한 바와 같이 터치스크린은, 반드시 그런 것은 아니지만, LCD와 같은 표시장치의 상면에 적층하여 사용되는 것이 일반적이므로, 결과적으로 터치스크린이 표시장치를 덮고 있어서 표시장치로부터의 광투과율을 저하시키게 되므로, 기본적으로 터치스크린은 표시장치의 선명도를 저하시키는 요인으로 작용한다.

본 출원인은 터치스크린의 표시장치 차폐로 인한 표시장치의 선명도 저하의 문제점을 개선하기 위해, 대한민국 등록특허 제10-0943989호(2010년 02월 17일 등록)의 '정전용량식 터치스크린'을 제안한 바 있다.

도6에 도시된 바와 같이, 상기 '989의 터치스크린(100)은, 테두리(111)를 제외하고 내부가 관통된 링형의 판이나 투명 통판으로 이루어진 기판(110), 기판(110)의 테두리(111)의 상면에 적층된 제1 극판(120), 제1 극판(120)의 상면에 적층되고 외부 압력에 의해 복원 가능하게 높이가 가변되는 탄성층(130), 탄성층(130) 상면에 적층된 제2 극판(140), 제2 극판(140)의 상면에 기판(110)의 전면을 커버하도록 적층된 투명윈도우(150); 을 포함하고, 제1 극판(120)과 제2 극판(140) 중에 적어도 하나의 극판(120, 140)은 기판(110)의 테두리(111)를 따라 일정 간격으로 배열된 4개 이상의 복수의 극판인 구성을 가진다.

상기 '989의 터치스크린(100)은, 투명윈도우(150)의 소정 위치가 터치되어 압력이 가해지면 탄성층(130)의 복원 가능한(탄성적) 두께 변화로 제1 극판(120)과 제2 극판(140) 사이의 거리가 복원 가능하게 변화하고, 4개 이상의 복수의 극판(120 또는 140)의 위치에 대응하는 센싱포인트(S)들에서 정전용량이 변화하고, 센싱포인트(S)들에 대해 측정된 정전용량의 변화량(들)로부터 터치위치와 터치압력을 검출한다.

상기 '989의 터치스크린(100)은 기판(110), 극판(120, 140) 및 탄성층(130)이 외각 둘레에 배치되어 있기 때문에, 표시장치 위에 터치스크린(100)이 적층되어도 터치스크린(100)이 표시장치의 표시내용을 실질적으로 차폐하지 아니하므로, 표시장치의 표시내용에 대한 선명도 저하를 방지할 수 있다.

위와 같은 압력기반 정전용량식 터치스크린의 경우, 일정 거리 이격된 극판 사이의 공간을 포함한 터치스크린 속으로 분진이나 습기와 같은 이물이 유입되는 것을 방지할 목적으로, 제품의 마무리 공정에서 외각 테두리에 틈새에 별도로 실리콘과 같은 소재를 적용하여 실링하고 있다.

그러나 종래의 터치스크린 실링 구조는, 극판 사이의 공간 등과 같은 터치스크린의 내부공간에 밀폐공간이 형성되고, 이런 밀폐공간에 존재하는 공기층으로 인하여 입력을 위해 압력을 가할 때 밀폐공간과 외부의 압력차로 인해 입력작동의 응답시간이 지연되고 압축공기의 흐름으로 인해 오동작이 발생하는 현상이 발생할 우려가 있다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 일정 거리 이격된 극판 사이의 거리가 가해진 압력에 의해 가변되면서 발생하는 정전용량변화를 측정하여 해당 압력이 가해진 위치와 함께 가해진 압력의 크기를 검출함으로써, 압력이 가해진 위치와 크기에 대응하는 입력신호를 생성하는 압력기반의 정전용량식 터치스크린에 있어서, 일정 거리 이격된 극판 사이의 공간 등 터치스크린 내부로 분진 등의 이물이 유입되는 것을 차단하기 위해 적용하는 실링부재에 관련하여, 별도의 실링부재를 적용함이 없이, 가해진 압력을 해제하면 가압된 극판이 원위치로 복귀되도록 작용하는 탄성체가 실링작용을 겸용하도록 구성함으로써, 터치스크린의 실링을 단순화하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 압력기반 정전용량식 터치스크린에 관련하여, 실링으로 인하여 이격된 두 극판 사이의 밀폐공간에 존재하는 공기층으로 인하여 입력작동을 위해 압력을 가할 때 밀폐공간과 외부의 압력차로 인해 입력작동의 응답시간이 지연되고 압축공기의 흐름으로 인해 오동작이 발생하는 현상을 최소화하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 압력기반의 정전용량식 터치스크린에 관련하여, 가해진 압력에 의해 정전용량의 변화를 발생시키는 센싱포인트의 구성요소들을 외각에 배치함으로써, 아래에 적층된 표시장치의 표시내용이 터치스크린에 의해 가려져 표시장치의 표시내용에 대한 선명도가 저하되는 것을 방지할 수 있도록 하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 가압하는 물체가 직접 접촉되는 터치패널을 금속판으로 형성하여, 압력기반 정전용량식 터치스크린의 필수요소인 일측 극판의 작용을 터치패널이 겸용하도록 함으로써, 터치스크린의 구조를 단순화하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라 압력기반 정전용량식 터치스크린이 제공된다.

본 발명에 따른 터치스크린은, 제1 극판과 상기 제1 극판으로부터 일정 거리 이격된 제2 극판을 포함하되 상기 제1 극판과 상기 제2 극판 중에 적어도 하나의 극판은 다수로 구성되고, 압력이 가해질 때 상기 제1 극판과 상기 제2 극판 사이의 거리가 가변되면서 발생하는 정전용량변화로부터 가압위치와 압력의 크기를 검출하여 대응하는 입력신호를 생성하며, 가해진 압력이 사라지면 가변된 상기 거리를 원위치로 복원시키는 탄성체를 포함하는 압력기반 정전용량식 터치스크린이다.

본 발명에 따른 제1 구체예의 터치스크린은, 아래에 적층되는 표시장치의 표시내용을 차폐하지 않도록, 외각 둘레를 따라 형성된 하부지지판; 상기 하부지지판의 상면을 따라 적층되어 외각 둘레를 따라 배치된 상기 제1 극판; 상기 하부지지판의 둘레를 감싸도록 형성되되, 상기 제1 극판 보다 높은 위치까지 신장된 측면지지판; 상기 측면지지판을 따라 부착된 상기 탄성체; 상기 탄성체에 부착되어 상기 탄성체에 의해 포위된 상태로 상기 측면지지판에 지지되고, 상기 제1 극판으로부터 이격된 위치에서 오버레이 된 터치패널; 상기 제1 극판에 대응하는 위치의 상기 터치패널의 외각 둘레를 따라 상기 제1 극판에 상기 일정 거리 이격된 상태로 부착된 상기 제2 극판; 및 상기 제1 극판과 상기 제2 극판 사이의 공기층과 외기를 통기시키는 통기로; 을 포함하며, 상기 공기층이 상기 탄성체에 의해 실링됨과 아울러 상기 통기로를 통해 외기와 통기된다.

바람직하게, 본 제1 구체예의 터치스크린에서, 상기 터치패널은 투명한 소재로 형성되어 그 아래에 적층되는 상기 표시장치의 표시내용을 차폐하지 않는다.

바람직하게, 제1 구체예의 터치스크린에서, 상기 터치패널은 금속판으로 형성되어 상기 터치패널이 상기 제2 극판의 극판 기능을 겸용한다.

본 발명에 따른 제2 구체예의 터치스크린은, 하부의 전체면을 커버하는 하부지지판; 상기 하부지지판의 상면에 적층된 상기 제1 극판; 상기 하부지지판의 둘레를 감싸도록 형성되되, 상기 제1 극판 보다 높은 위치까지 신장되어 있는 측면지지판; 상기 측면지지판을 따라 부착된 상기 탄성체; 상기 탄성체에 부착되어 상기 탄성체에 의해 포위된 상태로 상기 측면지지판에 지지되고, 상기 제1 극판으로부터 이격된 위치에 오버레이 되며, 금속판으로 형성되어서 상기 제2 극판의 극판 기능을 겸용하는 터치패널; 및 상기 일정 거리 이격된 상기 제1 극판과 상기 터치패널인 상기 제2 극판 사이의 공기층과 외기를 통기시키는 통기로; 을 포함하며, 상기 공기층이 상기 탄성체에 의해 실링됨과 아울러 상기 통기로를 통해 외기와 통기된다.

바람직하게, 본 발명에 따른 터치스크린은, 상기 제1 극판의 상면에 상기 제2 극판과 일정 간격을 두도록 상기 제2 극판보다 낮은 위치까지 돌출 형성되어, 외부의 압력에 의한 상기 제2 극판의 상기 제1 극판 쪽으로의 변위 한계를 설정하는 스토퍼를 더 포함한다.

본 발명에 따른 압력기반 정전용량식 터치스크린은, 별도의 실링부재를 적용함이 없이, 압력을 해제하면 가압된 상기 제2 극판이 원위치로 복귀되도록 작용하는 상기 탄성체가 실링기능(터치스크린 내부로 분진이나 습기 등의 이물이 침투하는 것을 방지하는 기능)을 겸용함으로, 터치스크린의 실링을 단순화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 터치스크린은, 상기 제1 극판과 상기 제2 극판 사이의 공기층과 외기와의 통기시키는 상기 통기로가 형성되어 있음에 따라, 실링에 의해 형성되는 상기 제1 극판과 상기 제2 극판 사이의 밀폐공간에 존재하는 공기층으로 인하여 입력작동을 위해 압력을 가할 때에 밀폐공간과 외부의 압력차로 인해 입력작동의 응답시간이 지연되고 압축공기의 흐름으로 인해 오동작이 발생하는 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 일 구체예의 터치스크린은, 상기 하부지지판, 상기 제1 극판, 상기 제2 극판 및 상기 측면지지판 등 아래에 적층되는 표시장치의 표시내용을 차폐할 수 있는 구성요소들을 터치스크린의 외각 둘레에 배치하는 한편, 상기 터치패널을 투명한 소재로 형성함에 따라, 아래에 적층된 표시장치의 표시내용이 터치스크린에 의해 가려져 표시장치의 표시내용에 대한 선명도가 저하되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 다른 구체예의 터치스크린은, 상기 터치패널을 금속판으로 형성하여 상기 금속패널이 상기 제2 극판의 극판 기능을 겸용함으로써 터치스크린의 구조를 단순화 할 수 있으며, 본 구체예의 터치스크린은 아래에 표시장치가 적층되지 아니하는 환경에 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 터치스크린은, 압력에 의해 상기 제2 극판이 변위할 때 상기 제1 극판으로부터 돌출 형성된 상기 스토퍼가 상기 제2 극판을 받쳐주어 그 변위를 일정 범위 내로 제한하므로, 상기 탄성체이 소성 변형되어 그 탄성력을 상실하게 되는 것을 최소화할 수 있으며, 결과적으로 압력기반 정전용량식 터치스크린의 수명 단축을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 제1 구체예에 따른 예시적인 터치스크린의 개략단면도,
도2는 본 발명의 제1 구체예에 따른 예시적인 터치스크린의 부분절단 개략 사시도,
도3은 본 발명의 제1 구체예에 따른 다른 예시적인 터치스크린의 개략단면도,
도4는 본 발명의 제2 구체예에 따른 예시적인 터치스크린의 개략단면도,
도5는 본 발명의 제2 구체예에 따른 예시적인 터치스크린의 부분절단 개략 사시도,
도6은 예시적인 종래의 압력기반 정전용량식 터치스크린의 개략도.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 따른 압력기반 정전용량식 터치스크린을 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 터치스크린을 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

본 발명에 따른 압력기반 정전용량식 터치스크린(1)은, 휴대전화기로 대표되는 각종 전기전자장치에 설치하여 해당 장치의 작동에 필요한 각종 명령이나 데이터 등을 입력하기 위한 터치식 입력장치로서, 바람직하게 표시장치(2, 예; LCD)와 함께 설치되어 표시장치(2)에 표시된 소정의 입력내용을 입력하는 것에 사용되거나, 표시장치(2) 없이 예를 들어 전통적인 키패드(예, 3ㅧ5, 3ㅧ4 키패드 등) 등의 기능으로 사용하기 위한 입력장치이다.

본 발명에 따른 터치스크린(1)은, 도1 내지 도5에 도시된 바와 같이, 종래의 압력기반 정전용량식 터치스크린과 마찬가지로, 기본적으로 제1 극판(10), 제2 극판(20) 및 탄성체(30)를 포함한다.

상기 제1 극판(10)은 압력기반 정전용량식 터치스크린의 단위 센싱포인트(S)를 구성하는 일정거리 이격된 상태로 마주보는 2개의 극판(전극) 중에 하나의 극판이며, 널리 알려진 바와 같이 동판과 같은 전도성 소재로 형성된다.

상기 제2 극판(20)은 압력기반 정전용량식 터치스크린의 단위 센싱포인트(S)를 구성하는 일정거리 이격된 상태로 마주보는 2개의 극판(전극) 중에 나머지 하나의 극판이며, 널리 알려진 바와 같이 동판과 같은 전도성 소재로 형성된다.

제1 극판(10)과 제2 극판(20)은 일정 거리(d) 이격된 상태로 배치되며, 손가락으로 가압하는 것과 같이 외부로부터 압력이 가해지면, 제1 극판(10)과 제2 극판(20) 사이의 거리(d)가 가변되면서 정전용량변화가 발생하고, 이런 정전용량변화를 측정하여 가압위치와 압력의 크기를 검출함으로써 대응하는 입력신호를 생성한다.

상기 탄성체(30)는 가해진 압력이 사라졌을 때 가변된 상기 거리(d)를 원위치로 복원시키는, 즉 도시된 구체예에서 아래로 눌린 제2 극판(20)을 원위치로 복원시키는 작용을 한다.

탄성체(30)는 제1 극판(10)과 제2 극판(20) 사이의 거리(d)를 복원성 있게 탄성적으로 가변시킬 수 있는 소재와 형상이라면 특히 제한되지 아니하며, 예를 들어 폴리올레핀계, PVC계, 폴리스틸렌계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리아미드계 등 널리 알려진 탄성소재, 특히 탄성실리콘이 바람직하다.

상기 제1 극판(10)과 제2 극판(20) 중에 적어도 하나의 극판은 다수로 구성된다. 도1과 도2에 도시된 구체예는, 제1 극판(10)은 외각 둘레를 따라 배치된 다수 개의 극판이고 제2 극판(20)은 환상의 단일 극판인 예이고, 도3에 도시된 구체예는 제1 극판(10)은 외각 둘레를 따라 배치된 다수 개의 극판이고 제2 극판(20: 터치패널이 제2 극판의 기능을 겸함)은 판상의 단일 극판인 예이며, 도4와 도5는 제1 극판(10)은 전체면에 매트릭스(예, 3ㅧ5) 배열된 다수 개의 극판이고 제2 극판은 판상의 단일 극판인 예이다.

본 발명의 터치스크린(1)에 있어서, 제1 극판(10)과 제2 극판(20)이 중첩하여 위치하는 곳이 외력에 의해 양 극판 사이의 거리(d) 변화에 의해 정전용량변화를 발생시키는 센싱포인트(S)가 되며, 외력이 가해지면 하나 이상의 센싱포인트(S)에서 정전용량변화가 발생하고, 단일 센싱포인트(S)에서의 정전용량변화 또는 여러 센싱포인트(S)들에서의 정전용량변화 패턴으로부터 가압위치와 압력의 크기를 검출하여 대응하는 입력신호를 생성하게 된다.

도시된 구체예는 제1 극판(10)이 다수인 경우이지만, 제1 극판과 제2 극판 중에서 적어도 하나의 극판이 다수 극판이어서 다수인 극판의 위치가 센싱포인트(S)를 형성할 수 있으면 족하고, 양자 모두 다수이거나 도면과는 반대로 제2 극판(20)이 다수 극판이고 제1 극판이 단일 극판인 구성도 적용될 수 있음은 당연하다.

이상에서 설명한 본 발명의 터치스크린의 내용은, 전술한 '989의 종래 압력기반 정전용량식 터치스크린 등에서 참조할 수 있는 기본 구성이며, 이하에서는 본 발명에 따른 터치스크린의 특징적 구성에 대해 설명한다.

제1 구체예

도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 구체예의 터치스크린(1A)은 하부지지판(40)을 포함하며, 하부지지판(40)은 전체 터치스크린에서 외각 둘레를 따라 형성되어 아래에 적층될 표시장치(2)의 표시내용을 차폐하지 않도록 하며, 이로써 하부지지판(40)은 내부가 관통된 환상(링형)의 형상을 가진다. 하부지지판(40)의 형상은 터치스크린의 외부 윤곽이 사각형인지 원형인지 등에 의존하여 사각링이나 원형링 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 극판(10)은 하부지지판(40)의 상면을 따라 적층되어 결과적으로 터치스크린의 외각 둘레를 따라 배치된다. 도2에서 제1 극판은 다수 개로 분할되어 있지만, 제2 극판이 다수 극판일 경우에 단일 극판이나 다수 극판일 수 있다.

제1 구체예의 터치스크린(1A)은 측면지지판(50)을 포함하며, 측면지지판(50)은 하부지지판(40)의 둘레를 감싸도록 형성되며, 결과적으로 터치스크린의 최외각 둘레를 따라 형성되어 있다. 측면지지판(50)은 상측으로 제1 극판(10) 보다 높은 위치까지 높게 신장되어 있다.

본 발명에 있어서, 하부지지판(40)과 측면지지판(50)을 별도로 구분하여 설명하고 있지만, 도2 등에 도시된 바와 같이, 하부지지판(40)과 측면지지판(50)은 예를 들어 플라스틱 합성수지 등에 의해 일체로 성형되는 단일부재인 것이 바람직하며, 물론 별도의 부재로 형성하여 목적에 맞게 조립하는 것도 배제되지 아니한다.

상기 탄성체(30)는 측면지지판(50)을 따라, 바람직하게 상측 내측면을 따라 부착되고, 이로써 탄성체(30)는 하나의 폐쇄된 환을 형성하며, 이후에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 일정 거리(d) 이격된 제1 극판(10)과 제2 극판(20) 사이의 공기층(3)과 그 위의 외기 사이를 실링하여 통기를 차단함으로써 외부의 분진이나 습기 등이 터치스크린의 내부(예, 공기층)로 유입되는 것을 방지한다.

도시된 구체예에서 탄성체(30)는 단면 'ㅏ'의 형상으로 예시되어 있으나, 상기한 가변된 거리(d)의 원위치 복원 작용과 실링 작용을 구현할 수 있는 형상이라면 특히 제한되지 아니한다. 도시된 구체예에서 'ㅏ'의 형상 탄성체(30)는 그 세로부가 하부지지판(40)까지 신장되어 있고 가로부에는 제2 극판(20) 또는 후술하는 터치패널(60)이 부착되어 지지되는 예이다.

터치스크린을 작동시킬 때 손가락과 같은 가압 물체가 직접 접하게 되는 터치패널(60)은, 탄성체(30), 바람직하게 탄성체(30)의 내측면에 부착되어 탄성체(30)에 의해 포위된 상태로 측면지지판(50)에 지지되고, 제1 극판(10)으로부터 이격된 위치에서 실질적으로 터치스크린의 전체 상면을 덮어 오버레이 하게 된다. 결과적으로, 터치패널(60)은 그 둘레를 감싸는 탄성체(30)에 의해 측면지지판(50)에 탄성적으로 부착된다.

상기 제2 극판(20)은, 제1 극판(10)에 대응하는 위치의 터치패널(60)의 외각 둘레를 따라, 바람직하게 저면에 부착되며, 이로써 제2 극판(20)은 제1 극판(10)에 상기 일정 거리(d) 이격된 상태를 유지하게 된다.

도시된 구체예에 있어서는 제2 극판(20)을 환상의 단일판인 것으로 예시하였으나, 제1 극판(10)과 동일한 개수의 다수 극판이나, 제1 극판(10)보다는 적은 수의 다수 극판 등, 본 발명의 터치스크린이 사용되는 목적이나 설계 조건에 맞게 적절한 개수로 분할하여 형성할 수 있다.

제1 구체예에 따른 터치스크린(1A)은, 또 다른 특징에 따라, 통기로(70)를 포함한다.

일정 거리(d) 이격된 제1 극판(10)과 제2 극판(20) 사이에 존재하는 공기층(3: 도시된 구체예에서 표시장치, 하부지지판 및 터치패널 등에 의해 구획된 공간)은 정전용량식 터치스크린에서 일종의 유전체로 작용하는 바, 본 발명의 터치스크린(1)에서 공기층(3)의 상측은, 전술한 바와 같이 측면지지판(50)과 터치패널(60) 사이를 탄성체(30)로 기밀하게 실링하는 것에 의해 차단된 상태가 되어 분진 등의 유입을 방지하게 된다.

공기층(3)이 밀폐된 공간이 될 경우에 입력작동을 위해 터치패널(60)을 가압하게 되면 그 체적이 감소되어 압축되는 밀폐공간과 외부의 압력차로 인해 입력작동의 응답시간이 지연되거나 압축공기의 흐름으로 인한 오동작이 발생할 수 있게 되며, 이를 방지하기 위해 본 발명의 터치스크린은 통기로(70)를 형성한다.

통기로(70)는 제1 극판(10)과 제2 극판(20) 사이의 공기층(3)이 외기와 통기할 수 있도록 형성되고, 도시된 바람직한 구체예에서는 하부지지판(40)과 측면지지판(50) 사이에 하측으로 관통 형성되어 있으며, 이로써 통기로(70)를 통해 공기층(3)은 외기와 통기할 수 있다.

이때 통기로(70)를 통한 통기 과정에서 외부로부터 분진 등이 유입될 가능성을 생각할 수 있으나, 본 발명의 터치스크린을 휴대전화기 등과 같은 장치에 장착할 경우에 통기로(70)는 휴대전화기의 하우징 내부 공간에 연결되어 분진 등의 유입 가능성이 매우 낮을 뿐만 아니라, 예를 들어 필터로 작용하는 통기성 부직포 시트를 통기로(70)에 대응하는 곳의 휴대전화기에 부착하고 그 위에 본 발명의 터치스크린을 장착할 경우에, 통기로(70)를 통해 외부로부터 분진 등이 유입될 염려는 실질적으로 없게 된다.

본 발명의 터치스크린에 형성되는 통기로(70)의 개수와 크기는, 외기와 공기층 사이의 공기 흐름을 제공하여 공기층(3)의 압력으로 인한 응답시간 지연이나 오동작의 문제를 해소할 수 있다면, 특히 제한되지 아니하며, 예를 들어 하부지지판(40)과 측면지지판(50) 사이를 관통하여 일정 간격을 두고 다수개 형성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 제1 구체예의 터치스크린(1A)에 의하면, 외부에 노출될 수 있는 공기층(3)의 상측은 실링부재로서 작용하는 탄성체(30)에 의해 실링됨으로써 분진 등의 유입을 효과적으로 차단할 수 있고, 외부에 노출되지 않고 휴대전화기와 같이 본 발명의 터치스크린이 설치되는 장치의 내부 공간과 접하게 되는 공기층(3)의 하측은 통기로(70)를 통해 외기와 통기할 수 있게 되므로, 분진 등이 이물에 대한 효과적인 실링이 가능하면서도, 공기층(3)의 압력변화에 따른 입력작동에 대한 응답시간의 지연이나 오동작을 감소시킬 수 있다.

본 구체예의 터치스크린을 휴대전화기 등에 적용하여 표시장치(2) 위에 적층하여 입력장치로 사용하고자 할 경우, 도1과 도2에 도시된 바와 같이, 표시장치(2)의 표시내용을 차폐하지 않도록, 터치패널(60)을 투명한 소재(강화유리 등 윈도우)로 형성한다.

선택적으로, 본 구체예의 터치스크린을 아래에 표시장치가 없는 장치에 적용할 경우, 터치패널(60)을 투명한 소재로 한정할 필요가 없으며, 이런 경우 터치패널로서는, 도3에 도시된 바와 같이, 전도성 소재인 금속판을 적용할 수 있다.

제2 극판(20)을 단일판하고 터치패널(60)을 금속판으로 적용한 경우, 도3에 도시된 바와 같이, 금속판인 터치패널(60)은 극판으로 기능할 수 있으므로, 제2 극판(20)을 별도로 형성하지 아니하고, 터치패널(60)이 제2 극판(20)의 극판 기능을 겸용하도록 할 수 있다.

터치패널(60)이 제2 극판(20)을 겸용하도록 하면, 외력에 의해 터치패널(60, 즉 제2 극판)과 그 아래의 제1 극판(10) 사이의 거리가 가변되면서 정전용량변화가 발생하게 된다.

일반적으로 탄성체(30)는 가해진 외력이 사라지면 탄성적으로 원위치로 복원되지만 한계탄성(즉 항복점)을 넘는 과도한 외력이 가해지면 탄성체가 이를 견디지 못하고 소성 변형함으로써, 외력이 사라져도 원위치로 복원하지 못하게 되는 경우가 발생할 수 있다.

이런 문제점을 해소하기 위해, 바람직하게, 제1 극판(10)의 상면에는 제2 극판(20)과 일정 간격을 두도록 제2 극판(20)보다 낮은 위치까지 돌출 형성된 스토퍼(80)를 형성할 수 있다.

스토퍼(80)는 제1 극판(10) 쪽으로부터 돌출되어 제2 극판(20)의 아래에 적당한 위치까지 돌출됨으로써, 외력에 의해 탄성체(30)가 변형되면서 제2 극판(20)이 아래쪽으로 변위될 때 제2 극판(20)이 스토퍼(80)의 최상단 위치 이하로까지는 변위되지 못하도록 하여, 즉, 제2 극판(50)의 변위 한계를 설정함으로써, 탄성체(30)가 반복적인 외력이나 과도한 외력에 의해 소성 변형되는 것을 방지하는 작용을 한다.

즉, 과도한 압력이 가해져도 탄성체(30)가 그 한계탄성에 도달하기 전에 스토퍼(80)가 제2 극판(20)을 아래로부터 받쳐주어 탄성체(30)에 가해지는 압력을 분산시킴으로써 결과적으로 탄성체(30)의 소성 변형을 방지하여 탄성체(30)를 보호한다.

스토퍼(80)의 소재는 제2 극판(20)을 지탱하여 탄성체(30)에 가해지는 외력을 분산시킬 수 있는 소재라면 특히 제한되지 아니하며, 바람직하게 제1 극판(10)에 납이나 납땜과 같은 전도성 소재를 부착하여 형성할 수 있다. 스토퍼(80)를 전도성 소재로 형성할 경우, 그 외부는 부도체 피막을 도포하여 제2 극판(20)과의 쇼트를 방지한다.

스토퍼(80)의 크기 및 개수는 본 발명의 터치스크린이, 가해진 압력에 의해 전술한 복원성 있는 거리(d)의 변화를 일으킬 수 있으면서, 제2 극판(50)의 변위 범위를 적정 위치로 한정할 수 있으면 특히 제한되지 아니한다. 예를 들어 스토퍼(80)는 극판의 크기에 따라, 하나의 극판에 하나의 스토퍼를 형성하거나, 여러 극판에 걸쳐 단일 부재의 스토퍼를 형성하거나, 하나의 극판에 다수의 스토퍼를 형성할 수 있다.

제2 구체예

이하, 도4와 도5를 참조하여 본 발명에 따른 제2 구체예의 터치스크린(1B)을 설명한다.

제2 구체예의 터치스크린(1B)은 아래에 표시장치가 적층되지 아니하는 환경에 사용하기 적합한 터치스크린으로서, 제1 구체예의 터치스크린(1A)과 일부 구성에만 차이가 있으므로, 이하에서는 제1 구체예와는 다른 구성에 관하여 주로 설명한다.

제2 구체예의 터치스크린(1B)도 제1 구체예의 터치스크린(1A)과 마찬가지로, 제1 극판(10), 제2 극판(20), 탄성체(30), 하부지지판(40), 측면지지판(50), 터치패널(60) 및 통기로(70)를 포함한다.

제2 구체예의 터치스크린은 제1 구체예와는 달리 하부지지판(40)이 실질적으로 터치스크린의 하부 전면에 걸쳐 배치되는 판상으로 되어 있다. 하부지지판(40)을 전체면에 설치하는 것은 그 위해 설치되는 제1 극판(10)을 외각 둘레가 아닌 전체면에 배치할 수 있도록 하기 위함이다.

이로써 제1 극판(10)은 외각 둘레가 아닌 하부지지판(40)의 상면 전체에 걸쳐 다수개를 적층할 수 있고, 바람직하게 제1 극판(10)은 판상의 하부지지판(40) 위에 가로세로 적당한 배열의 매트릭스 배열되며, 예를 들어 전통적인 키패드(예, 3ㅧ5, 3ㅧ4 등) 등의 입력 기능을 수행하도록 매트릭스 배열할 수 있다.

상기 측면지지판(50)과 탄성체(30)의 배치 및 구조는 제1 구체예와 실질적으로 동일하다.

상기 터치패널(60)은, 탄성체(30)에 부착되어 탄성체(30)에 의해 포위된 상태로 측면지지판(50)에 지지되고, 제1 극판(10)으로부터 이격된 위치에 오버레이 되지만, 바람직하게 단일의 금속판으로 형성하여 제2 극판(20)의 극판 기능을 겸용하도록 할 수 있다.

이로써 제2 구체예의 터치스크린(1B)은, 다수 극판의 제1 극판(10) 위에 제2 극판(20)을 겸용하는 단일의 터치패널(60)이 일정 거리(d) 이격된 상태로 배치되어, 외력에 의해 양자 사이의 거리가 가변됨으로써 정전용량변화를 발생시킨다.

제2 구체예에서도, 통기로(70)는 일정 거리(d) 이격된 제1 극판(10)과 터치패널(60)인 제2 극판(20) 사이의 공기층(3)과 외기와의 통기를 위해, 바람직하게 하부지지판(40)과 측면지지판(50) 사이에 아래쪽으로 관통 형성된다.

제2 구체예의 터치스크린에도 제1 극판(10)으로부터 위쪽으로 스토퍼(80)를 형성할 수 있음은 당연하다.

본 발명의 터치스크린(1)에 있어서, 센싱포인트(S)(들)로부터 측정된 정전용량변화로부터 대응하는 입력신호를 생성하는 것, 생성된 입력신호를 본 발명의 터치스크린이 설치된 휴대전화기 등에 전송하는 것, 표시장치(2)에 표시된 내용과 터치스크린(1)의 입력 내용을 동기화하는 것 등은, 본 발명과 직접적인 관련이 없고, 해당 분야의 기술을 본 발명에 맞게 적절히 적용할 수 있으므로, 그에 대한 설명은 생략한다.

1, 1A, 1B: 본 발명의 터치스크린 2: 표시장치
10: 제1 극판 20: 제2 극판
30: 탄성체 40: 하부지지판
50: 측면지지판 60: 터치패널
70: 통기로 80: 스토퍼

Claims (5)

1. 제1 극판(10)과 상기 제1 극판(10)으로부터 일정 거리(d) 이격된 제2 극판(20)을 포함하되 상기 제1 극판(10)과 상기 제2 극판(20) 중에 적어도 하나의 극판은 다수로 구성되고, 압력이 가해질 때 상기 제1 극판(10)과 상기 제2 극판 사이의 거리(d)가 가변되면서 발생하는 정전용량변화로부터 가압위치와 압력의 크기를 검출하여 대응하는 입력신호를 생성하며, 가해진 압력이 사라지면 가변된 상기 거리(d)를 원위치로 복원시키는 탄성체(30)를 포함하는 압력기반 정전용량식 터치스크린에 있어서,
   아래에 적층되는 표시장치(2)의 표시내용을 차폐하지 않도록, 외각 둘레를 따라 형성된 하부지지판(40);
   상기 하부지지판(40)의 상면을 따라 적층되어 외각 둘레를 따라 배치된 상기 제1 극판(10);
   상기 하부지지판(40)의 둘레를 감싸도록 형성되되, 상기 제1 극판(10) 보다 높은 위치까지 신장된 측면지지판(50);
   상기 측면지지판(50)을 따라 부착된 상기 탄성체(30);
   상기 탄성체(30)에 부착되어 상기 탄성체(30)에 의해 포위된 상태로 상기 측면지지판(50)에 지지되고, 상기 제1 극판(10)으로부터 이격된 위치에서 오버레이 된 터치패널(60);
   상기 제1 극판(10)에 대응하는 위치의 상기 터치패널(60)의 외각 둘레를 따라 상기 제1 극판(10)에 상기 일정 거리(d) 이격된 상태로 부착된 상기 제2 극판(20); 및
   상기 제1 극판(10)과 상기 제2 극판(20) 사이의 공기층(3)과 외기를 통기시키는 통기로(70); 을 포함하고:
   상기 공기층(3)은 상기 탄성체(30)에 의해 실링됨과 아울러 상기 통기로(70)를 통해 외기와 통기되는 것을 특징으로 하는, 압력기반 정전용량식 터치스크린.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치패널(60)은 투명한 소재로 형성되어 그 아래에 적층되는 상기 표시장치(2)의 표시내용을 차폐하지 않는 것을 특징으로 하는, 압력기반 정전용량식 터치스크린.
3. 제1항에 있어서,
   상기 터치패널(60)은 금속판으로 형성되어 상기 터치패널(60)이 상기 제2 극판(20)의 극판 기능을 겸용하는 것을 특징으로 하는, 압력기반 정전용량식 터치스크린.
4. 제1 극판(10)과 상기 제1 극판(10)으로부터 일정 거리(d) 이격된 제2 극판(20)을 포함하되 상기 제1 극판(10)과 상기 제2 극판(20) 중에 적어도 하나의 극판은 다수로 구성되고, 압력이 가해질 때 상기 제1 극판(10)과 상기 제2 극판 사이의 거리(d)가 가변되면서 발생하는 정전용량변화로부터 가압위치와 압력의 크기를 검출하여 대응하는 입력신호를 생성하며, 가해진 압력이 사라지면 가변된 상기 거리(d)를 원위치로 복원시키는 탄성체(30)를 포함하는 압력기반 정전용량식 터치스크린에 있어서,
   하부의 전체면을 커버하는 하부지지판(40);
   상기 하부지지판(40)의 상면에 적층된 상기 제1 극판(10);
   상기 하부지지판(40)의 둘레를 감싸도록 형성되되, 상기 제1 극판(10) 보다 높은 위치까지 신장되어 있는 측면지지판(50);
   상기 측면지지판(50)을 따라 부착된 상기 탄성체(30);
   상기 탄성체(30)에 부착되어 상기 탄성체(30)에 의해 포위된 상태로 상기 측면지지판(50)에 지지되고, 상기 제1 극판(10)으로부터 이격된 위치에 오버레이 되며, 금속판으로 형성되어서 상기 제2 극판(20)의 극판 기능을 겸용하는 터치패널(60); 및
   상기 일정 거리(d) 이격된 상기 제1 극판(10)과 상기 터치패널(60)인 상기 제2 극판(20) 사이의 공기층(3)과 외기를 통기시키는 통기로(70);
   을 포함하고:
   상기 공기층(3)은 상기 탄성체(30)에 의해 실링됨과 아울러 상기 통기로(70)를 통해 외기와 통기되는 것을 특징으로 하는, 압력기반 정전용량식 터치스크린.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 극판(10)의 상면에는 상기 제2 극판(20)과 일정 간격을 두도록 상기 제2 극판(20)보다 낮은 위치까지 돌출 형성되어, 외부의 압력에 의한 상기 제2 극판(20)의 상기 제1 극판(10) 쪽으로의 변위 한계를 설정하는 스토퍼(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 압력기반 정전용량식 터치스크린.
   

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