KR101641026B1 - 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드 - Google Patents

정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치 패드에 관한 것으로서, 특히 에칭과 같은 별도의 공정과 물리적인 압력 없이도 메탈 플레이트 상에 정전용량 방식의 터치를 사용할 수 있고 임피던스 타입의 터치를 병행하여 터치 오류를 현저히 방지할 수 있는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 터치키가 구비되는 메탈 플레이트; 상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되는 피에조 소자; 및 상기 메탈 플레이트와 피에조 소자 사이의 터치 정전용량을 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드를 제공한다.

Description

정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드{Capacitive type metal plate touch pad with accurate and stable touch recognition}
본 발명은 터치 패드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에칭과 같은 별도의 공정과 물리적인 압력 없이도 메탈 플레이트 상에 정전용량 방식의 터치를 사용할 수 있고 임피던스 타입의 터치를 병행하여 터치 오류를 현저히 방지할 수 있는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드에 관한 것이다.
종래 기술로 메탈 플레이트 상에 정전용량(capacitive) 방식의 터치를 구현하기 위해서는 메탈 플레이트 하부에 별도의 공간인 에어갭(air gap)을 확보하고 터치키에 물리적인 압력을 가하여 메탈 플레이트를 휘도록 해서 터치 정전용량을 검출하였다.
그런데, 이 경우 메탈 플레이트로부터 충분한 출력값을 얻기 어려우므로 터치키 부분의 두께를 얇게 하기 위해 에칭(etching)과 같은 공정이 추가될 수밖에 없고, 메탈 플레이트 면의 그라운드(접지)가 반드시 필요한 문제점이 있었다(정전용량 터치는 KR 공개특허 2014-129865 참조).
KR 공개특허 2014-129865 (2014.11.07)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 물리적인 압력 없이도 메탈 플레이트 상에 정전용량(capacitive) 방식의 터치를 사용할 수 있고 에칭(etching)과 같은 별도의 공정이 불필요하며 임피던스(impedance) 타입의 터치를 병행해서 사용하여 터치 오류를 방지하고 더욱 민감하며 안정적인 터치가 보장되는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드는 터치키가 구비되는 메탈 플레이트; 상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되는 피에조 소자; 및 상기 메탈 플레이트와 피에조 소자 사이의 터치 정전용량을 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 피에조 소자는 전극을 포함하고, 상기 제어부는 메탈 플레이트와 피에조 소자 전극 사이의 터치 정전용량을 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 피에조 소자는 초음파를 방출하고, 상기 제어부는 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 터치 정전용량이 감지될 뿐만 아니라 메탈 플레이트 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 터치키 입력시 메탈 플레이트와 피에조 소자의 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트가 더 구성되며, 상기 제어부는 피에조 소자의 변위가 감지된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것을 특징으로 한다.
또한, 터치키가 구비되는 메탈 플레이트; 상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되고 전극을 포함하며 초음파를 방출하는 피에조 소자; 상기 메탈 플레이트와 피에조 소자 사이에 배치되는 절연재; 및 상기 메탈 플레이트와 피에조 소자 전극 사이의 터치 정전용량과 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하되, 터치키 입력시 터치 정전용량이 감지될 뿐만 아니라 메탈 플레이트 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드는 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다.
첫째, 에칭(etching)과 같은 별도의 공정과 물리적인 압력 없이도 전극을 포함하는 피에조 소자를 이용하여 메탈 플레이트 상에 정전용량(capacitive) 방식의 터치를 사용할 수 있다.
둘째, 초음파 임피던스(impedance) 타입의 터치 내지 피에조(piezo) 타입의 터치를 선택, 병행해서 사용하여 터치 오류를 방지하고 더욱 민감하며 안정적인 터치가 보장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드를 나타내는 단면도;
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭이 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드를 나타내는 단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드는 도 1에 도시된 바와 같이, 메탈 플레이트(100), 피에조 소자(200) 및 제어부(도면에 미도시)를 포함하여 구성된다.
메탈 플레이트(Metal plate)(100)는 터치키(touch key)(K)가 구비되는 것으로, 재질이 금속으로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
피에조 소자(Piezoelectric element)(200)는 상기 메탈 플레이트(100)의 저면에 배치되는 압전체로, 압전효과를 나타낼 수 있다면 얇은 필름(film) 등 그 형태는 임의로 채택 가능하다.
상기 피에조 소자(200)는 가해지는 기계적 에너지와 전기적 에너지를 서로 간에 변화시킬 수 있는 소자이며, 외부로부터 물리적인 힘을 받아 변형이 생기면 전기적 에너지가 발생하고, 반대로 전기적 에너지에 따라 물리적 변형이 발생한다.
상기 피에조 소자(200)는 피에조 소자가 포함된 부분(Piezo element Part)을 의미하는 것으로서, 단순히 소자 자체만을 의미하는 것이 아니라 연성인쇄회로기판(FPCB)과 전기적으로 연결되는 상,하부 전극(210,220) 등을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
제어부(Control Section)(도면에 미도시)는 상기 터치키(K)가 구비된 메탈 플레이트(100)와 피에조 소자 사이의 터치 정전용량(Ct) 변화를 분석(이하 정전용량 모드 디텍터(Capacitive mode detector)를 "정전용량 타입(capacitive type)이라 칭함)하여 사용자에 의한 터치를 인식한다.
구체적으로, 상기 피에조 소자(200)는 메탈 플레이트(100)에 인접한 위치에 배치되는 상부전극(210)과 그 반대쪽 위치의 하부전극(220)을 포함하여 구성되고, 상부전극(210)과 메탈 플레이트(100)의 사이에는 절연재(150)가 배치된다.
상기 절연재(150)는 절연과 동시에 메탈 플레이트(100)와 상부전극(210)을 서로 부착시킬 수 있도록 예를 들어 절연 양면 테이프가 사용될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 정전용량 타입으로 터치를 인식할 때 메탈 플레이트(100)와 피에조 소자(200)에 포함된 (상부)전극(210) 사이의 터치 정전용량(Ct) 변화를 분석(기준 정전용량과 비교)하여 사용자에 의한 터치를 인식한다.
이때, 상기 (상부)전극(210)은 터치를 검출하기 위한 센싱 내지 드라이빙 라인(sensing/driving line)의 역할을 수행하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예로서 상기 피에조 소자(200)는 전기신호의 입력에 의해 상기 메탈 플레이트(100)의 표면으로 초음파 펄스를 방출하도록 구성할 수 있다.
여기서, 상기 피에조 소자(200)에 의해 방출된 초음파 펄스는 상기 메탈 플레이트(100)의 표면으로 이동한 후 그 표면에서 일부분은 다시 아래로 반사되는데, 이때 표면 및 그 표면과 접촉하는 임의의 터치 오브젝트(object)의 초음파 임피던스에 관한 정보가 포함된다.
이 경우 상기 제어부는 메탈 플레이트(100) 표면 및 그 표면과 접촉하는 손가락이나 터치펜과 같은 터치 오브젝트(object)에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석(이하 초음파 모드 디텍터(Ultrasonic Mode Detector)를 "임피던스 타입(impedance type)"이라 칭함)하여 사용자에 의한 터치를 인식한다.
이러한 실시예에서 상기 제어부는 터치키 입력시 터치 정전용량(Ct)이 감지(정전용량 타입)될 뿐만 아니라 메탈 플레이트(100) 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사(임피던스 타입)된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것이 바람직하다.
다시 말해서, 상기 제어부는 메탈 플레이트(100)와 피에조 소자 전극(210) 사이의 터치 정전용량(Ct)과 메탈 플레이트(100) 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하되, 터치키 입력시 터치 정전용량(Ct)이 감지될 뿐만 아니라 메탈 플레이트(100) 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것이다.
이때, 상기 정전용량(capacitive) 타입과 임피던스(impedance) 타입의 터치 인식 과정은 서로 순서에 구애받지 않으며, 어느 한 타입의 인식 과정을 먼저 진행하거나 두 타입의 인식 과정을 동시에 진행해도 무방하다.
특히, 상기 임피던스 타입의 경우 물 등의 이물질에 의해 예기치 않은 터치오류가 발생할 수 있으므로 입력 대기상태로 진입(wake up)할 때부터 정전용량 타입을 주로 사용하여 안정적인 터치인식을 유도하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 정전용량(capacitive) 방식의 터치에 임피던스(impedance) 타입의 터치를 병행해서 사용하는 경우 터치오류를 필터링하여 사용자에 의한 더욱 정확하고 안정된 터치를 인식할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 터치키 입력시 메탈 플레이트(100)와 피에조 소자(200)가 휠 수 있는 단차인 휨공간(air gap)(310)을 형성할 수 있다.
이러한 실시예에서 상기 제어부는 터치키 입력시 예기치 않은 터치오류 발생을 방지하기 위해 피에조 소자(200)의 변위가 감지된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식(이하 압전기 모드 디텍터(Piezoelectric Mode Detector)를 "피에조 타입(piezo type)"이라 칭함)할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 터치 정전용량(Ct)이 감지(정전용량 타입)될 뿐만 아니라 메탈 플레이트(100) 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사(임피던스 타입)될 뿐만 아니라 피에조 소자(200)의 변위가 감지(피에조 타입)된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서 도 3에 도시된 바와 같이 하는 터치키 입력시 메탈 플레이트(100)와 피에조 소자(200)가 휠 수 있는 단차인 휨공간(air gap)(310)을 형성하기 위한 베이스 플레이트(300)가 더 구성될 수 있다.
상기 베이스 플레이트(300)는 피에조 소자(200)가 휠 수 있는 휨공간(310)을 형성할 뿐만 아니라 메탈 플레이트(100)와 피에조 소자(200) 등을 하부에서 지지하는 역할도 겸하게 된다.
한편, 상기 정전용량(capacitive) 타입, 임피던스(impedance) 타입, 피에조(piezo) 타입의 터치 인식과정은 필요에 따라 어느 하나의 과정만을 사용하여 터치를 인식하거나 어느 두 개 내지 세 개 전부를 병행 사용하여 터치를 인식하도록 구성할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 이러한 이중 내지 삼중 터치 인식에 의해 각 터치 타입의 단점들(물과 같은 이물질에 의한 터치 오류, 외부 충격이나 진동에 의한 터치 오류, 내구성 등)을 나머지 터치 타입이 보완함으로써 사용자에 의한 터치가 정확하고 안정되게 인식될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드는 에칭(etching)과 같은 별도의 공정이 불필요하고 피에조(piezo) 타입을 사용하지 않는 경우 물리적인 압력 없이도 메탈 플레이트(100)에 정전용량(capacitive) 방식의 터치를 구현할 수 있는 것이다(메탈 플레이트(100)의 그라운드(접지)도 불필요).
따라서, 본 발명에 의한 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드는 물리적인 압력과 번거로운 추가 공정이 없이 메탈 소재에 정전용량 방식을 적용하는 문제와 각종 터치 타입에서의 인식 오류 문제를 상당 부분 극복함으로써, 각종 초슬림 휴대용 기기의 터치메뉴는 물론이고 기타 가전제품이나 메탈 소재가 주를 이루는 다양한 산업분야의 터치기술에 널리 적용될 수 있을 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.
100...메탈 플레이트 150...절연재
200...피에조 소자 210...상부전극
220...하부전극 300...베이스 플레이트
310...휨공간 K...터치키

Claims (6)

  1. 터치키가 구비되는 메탈 플레이트;
    상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되는 피에조 소자; 및
    상기 메탈 플레이트와 피에조 소자 사이의 터치 정전용량을 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부;를 포함하여 구성되며,
    상기 피에조 소자는 초음파를 방출하고,
    상기 제어부는 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피에조 소자는 전극을 포함하고,
    상기 제어부는 메탈 플레이트와 피에조 소자 전극 사이의 터치 정전용량을 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 터치 정전용량이 감지될 뿐만 아니라 메탈 플레이트 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    터치키 입력시 메탈 플레이트와 피에조 소자의 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트가 더 구성되며,
    상기 제어부는 피에조 소자의 변위가 감지된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드.
  6. 터치키가 구비되는 메탈 플레이트;
    상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되고 전극을 포함하며 초음파를 방출하는 피에조 소자;
    상기 메탈 플레이트와 피에조 소자 사이에 배치되는 절연재; 및
    상기 메탈 플레이트와 피에조 소자 전극 사이의 터치 정전용량과 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하되,
    터치키 입력시 터치 정전용량이 감지될 뿐만 아니라 메탈 플레이트 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식으로 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 패드.
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