KR101758709B1 - 용량형 센서 장치 및 용량형 센서 장치를 갖는 터치 감응식 스크린 - Google Patents

용량형 센서 장치 및 용량형 센서 장치를 갖는 터치 감응식 스크린 Download PDF

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존슨 콘트롤즈 오토모티브 일렉트로닉스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 용량형 센서(2) 및 하나 이상의 용량형 센서(2)의 정면 측에 도포되는 코팅(3)을 갖는 용량형 센서 장치(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 코팅(3)은 복수의 용량성 층(3.1 내지 3.n)들로 형성되고, 파일들로 배열되며 직렬로 전기 연결되는 다수 층 구조를 포함한다. 본 발명은 추가로, 그와 같은 하나 이상의 용량형 센서 장치(1)를 포함하는 터치 감응식 스크린(4)에 관한 것이다.

Description

용량형 센서 장치 및 용량형 센서 장치를 갖는 터치 감응식 스크린 {CAPACITIVE SENSOR ARRANGEMENT AND TOUCH-SENSITIVE SCREEN HAVING A CAPACITIVE SENSOR ARRANGEMENT}
본 발명은 하나 이상의 용량형 센서 및 그 하나 이상의 용량형 센서의 정면 측에 도포되는 코팅을 갖는 용량형 센서 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 그와 같은 하나 이상의 용량형 센서 장치를 갖는 터치 감응식 스크린에 관한 것이다.
기술적 기기(technical device) 상의 프로그램 실행이 스크린을 터치함으로써 제어가능한 터치 감응식 스크린들은 일반적으로 종래 기술로부터 공지되어 있다. 이에 관해서, 터치 감응식 스크린들은 각각 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 유닛 및 작동자에 의한 터치들에 감응하기 위한 용량형 센서 장치를 포함한다. 센서 장치는 상기 센서 장치가 프리셋 위치(preset position)들에서 터치될 때, 이미지 상의 동일한 위치들에 문자 수자 식으로 그리고 기호 식으로 나타나는 특정 기능들이 수행되는 방식으로 설계된다.
EP 1 811 364 A2호는 터치 감응식 표면을 포함하는 디스플레이 기기를 개시하며, 그 디스플레이 기기는 물체, 예를 들어 손가락의 위치를 결정하고 디스플레이 기기의 표면을 터치하거나 그 표면을 터치하기 위해 가까이 다가가기 위한 층 시스템(layer system)을 포함한다. 이런 경우에, 층 시스템은 용량형 및 저항식 평가 능력이 가능한 방식으로 설계된다. 이런 목적을 위해, 층 시스템은 용량성 층 장치 및 저항식 층 장치를 포함하며, 여기서 용량성 층 장치는 커패시터 전극들로서 사용되는 전도성 층 및 이러한 층의 정면 측에 배열되는 가요성 절연 층을 포함한다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 비해서 개선된 용량형 센서 장치 및 그와 같은 용량형 센서 장치를 갖는 터치 감응식 스크린을 명시하는 것으로 이루어진다.
상기 목적은, 용량형 센서 장치에 관해선 청구항 1에 명시된 특징들에 의해서 그리고 터치 감응식 스크린에 관해선 청구항 10에 명시된 특징들에 의해서 본 발명에 따라 달성된다.
용량형 센서 장치는 하나 이상의 용량형 센서 및 하나 이상의 용량형 센서의 정면 측에 도포되는 코팅을 포함한다. 본 발명에 따라서, 상기 코팅은 직렬로 전기 연결되고 여러 레벨들로(in levels) 배열되는 복수의 용량성 층들로 형성되는 다수-레벨 층 구조물을 포함한다.
직렬로 전기 연결된 복수의 용량성 층들을 갖는 이러한 다수-레벨 층 구조물 때문에, 단일 용량성 층으로 형성된 단일-레벨 코팅에 비해서 코팅의 감소된 총 정전용량이 달성된다. 그러므로, 코팅에 의해 발생되는 소위 간섭 정전용량(interference capacitance)이 상당히 감소된다. 이는 달성될 단일-레벨 코팅에 비해서, 터치되지 않은 센서와 터치된 센서 사이의 용량형 센서의 유용한 신호에서의 차이가 상당히 증가하는 특히 유리한 방식을 초래한다. 그러므로, 터치된 상태 및 터치되지 않은 상태는 서로로부터 안전하게 구별될 수 있으며, 그 결과로 확고한 동시에 재현가능한 측정들로 인해 오류들에 덜 민감한 확고하고 안전한 평가가 실현될 수 있다. 또한, 더 큰 두께를 갖는 재료들 및/또는 특정 특징들을 갖는 재료들이 용량형 센서와 작동자 표면 사이에 배열되게 하는 것이 이제 가능하다.
용량형 센서 장치의 하나의 구성에 따라서, 용량성 층들이 용량형 센서의 정면 측에 또는 용량형 센서의 정면 측에 배열되는 후면 층에 직접적으로 도포된다. 이러한 장치는 쉽게 제조될 수 있다.
추가의 구성에 따라서, 용량성 층들 각각은 동일한 개별 전기 정전용량을 가진다. 그러므로, 용량성 층들의 총 정전용량은 특히 쉽게 미리 결정될 수 있다. 추가의 구성들에서, 용량성 층들은 또한 상이한 개별 정전용량들을 가질 수 있다.
하나의 개량예에서, 용량성 층들은 플라스틱 및/또는 금속으로 형성되며 따라서 고도의 확고함을 특징으로 한다.
하나의 구성에 따라서, 전도성 층들 및/또는 임계 층(critical layer)들은 확산을 방지하기 위해서 또는 다른 이유들로 절연 층들에 의해 분리된다. 그러므로, 순서를 자유롭게 선택가능한 모든 형태들의 층들 및 레벨과 층의 구조가 사용될 수 있으며, 그 결과로써 더 큰 간섭 정전용량을 갖는 단일-레벨 코팅에 비해서 감소된 총 정전용량이 달성된다. 전도성 층들은 이런 경우에 매우 얇은 금속 층들 또는 광학적으로 투명한 금속 층들을 의미하는 것으로 이해된다. 상기 층들은 낮은 저항을 가지며 전기 전도성이다.
확산으로 인해, 전도성 층들의 변화 위험이 있다. 이러한 확산은 절연 층들에 의해 예방된다.
임계 층들은 공기의 존재로 산화하는 예를 들어, 불안정한 층들을 의미하는 것으로 이해된다. 이들 층들이 절연 층들로 코팅되면, 안정하고 일정한 특성들이 실현될 수 있으며, 임계 층들의 시효 및 변화는 특히 두 개의 절연 층들을 사용할 때 시간에 따라서 최소화될 수 있다.
하나의 가능한 구성에서, 용량성 층들이 투명하며, 그 결과로써 용량형 센서 장치가 터치 감응식 스크린의 사용에 적합하다.
또한, 용량성 층들은 예를 들어, 프린팅 방법으로 도포된 층들인, 특히 페인트 층들로서 형성된다. 결과적으로, 용량성 층들은 특히 작은 두께로 그리고 복잡하지 않은 탓으로 매우 간단한 방식으로 제조될 수 있다.
가능한 하나의 개량예에 따라서, 각각의 경우에 하나의 전기 절연 층이 용량성 층들 사이에 배열되어서 서로로부터 용량성 층들을 전기 절연시키고 따라서 층들의 개별 정전용량들을 최소화하고 이를 장기간 동안 보장한다.
본 발명에 따른 터치 감응식 스크린은 본 발명에 따른 하나 이상의 용량형 센서 장치를 포함한다.
용량형 센서 장치의 코팅의 다수-레벨 층 구조 및 그로부터 초래된 감소된 간섭 정전용량으로 인해서, 손가락 또는 입력 보조기로의 터치들이 확실하게 감지될 수 있으며, 그 결과로써 터치 감응식 스크린에 커플링된 기술적 기기의 프로그램 실행에 대한, 오류들에 민감하지 않은 확고한 제어가 실현될 수 있다. 입력 보조기는 전기 전도성 첨침(stylus) 또는 다른 특정 공구, 예를 들어 그와 같은 작동에 적합한 보철(prosthesis)일 수 있다.
유리한 구성에 있어서, 용량형 센서 장치는 디스플레이 유닛의 정면 측 또는 후면 측에 배열된다. 이런 경우에, 용량형 센서 장치는 특히, 그 센서 장치가 프리셋 위치들에서 터치될 때, 디스플레이 유닛에 의해서 이미지 출력 상의 동일 위치들에 문자 수자 식으로 그리고 기호 식으로 나타나는 특정 기능들이 수행되는 방식으로 설계된다. 이런 경우에 디스플레이 유닛 정면의 다수-레벨 층 구조 및 그에 의해 실현된 제어 패널은 소위 블랙 패널 효과(black panel effect)를 실현하는 것을 가능하게 하며, 그 결과로써 유저 인터페이스 상의 동시 최소 반사들의 경우에 최적 콘트라스트 결과들이 생성될 수 있다. 그러므로, 반사 감소 층들 및 임의의 바람직한 광학 효과들이 생성될 수 있다. 반대로, 이들 장점들은 최소 간섭 정전용량을 갖는 단일 층 구조에 의해서는 실현될 수 없거나 단지 매우 상당한 양의 복잡성만이 포함된다.
본 발명의 전형적인 실시예들은 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 용량형 센서 장치의 전형적인 제 1 실시예의 개략적인 단면도를 도시하며,
도 2는 도 1에 도시된 것과 같은 용량형 센서 장치를 포함하는, 본 발명에 따른 터치 감응식 스크린의 전형적인 제 1 실시예의 개략적인 단면도를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 용량형 센서 장치의 전형적인 제 2 실시예의 개략적인 단면도이며,
도 4는 도 3에 도시된 것과 같은 용량형 센서 장치를 포함하는, 본 발명에 따른 터치 감응식 스크린의 전형적인 제 2 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다.
서로 대응하는 부품들에는 모든 도면들에서 동일한 참조 부호들이 제공된다.
도 1은 용량형 센서(2)를 포함하는, 본 발명에 따른 용량형 센서 장치(1)의 전형적인 제 1 실시예의 단면도를 도시한다. 용량형 센서(2)는 임의의 형태의 용량형 센서(2), 특히 손가락 또는 입력 보조기에 의해 터치될 때 전기 정전용량을 변화시키는 용량형 센서(2)일 수 있다. 용량형 센서(2)의 터치된 상태와 터치되지 않은 상태 사이의 정전용량의 이러한 변화는 용량형 센서(2)에 커플링되는 기술적 기기(도시 않음) 상의 프로그램 실행을 제어하는데 사용된다.
용량형 센서(2)의 정면 측에는 복수의 용량성 층(3.1 내지 3.n)들로 형성되는 다수-레벨 코팅(3)이 제공된다. 용량성 층(3.1 내지 3.n)들 각각은 서로에 대한 용량성 커플링을 가지며 복수의 레벨들로 상하로 배열되며, 그 결과로써 커패시터들의 직렬 회로가 제공된다. 가능한 구성에서, 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 플라스틱 및/또는 금속으로 형성되고 투명한 임의의 형태의 층들일 수 있다.
가능한 실시예에서, 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 전기적으로 전도성이며 서로에 직렬로 전기 연결된다. 그러므로, 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 이 실시예에서 또한, 서로에 대한 용량성 커플링을 각각 가지며 상하로 복수의 레벨들로 배열되는, 커패시터들의 직렬 회로를 형성한다.
가능한 실시예에서, 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 페인트 층들이다. 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 예를 들어, 페인팅 방법으로 용량형 센서(2)에 직접적으로, 그리고 도시 않은 실시예에서 용량형 센서(2)의 정면 측에 배열되는 뒷받침 판(backing plate)에 도포된다.
(도 3에 더 상세히 예시되는)전형적인 대체 실시예에서, 또한 각각의 경우에 전기 절연 층(I1,I2)들이 용량성 층(3.1 내지 3.n)들 사이에 배열된다.
용량성 층(3.1 내지 3.n)들의 전기 직렬 회로로 인해서, 유효 총 정전용량(Ctot)은 다음 수학식 1에 따라서 코팅(3)의 단일-층 또는 단일 레벨 구조에 비해서 감소되며, 여기서 총 정전용량(Ctot)의 역수는 용량성 층(3.1 내지 3.n)들의 개별 정전용량(C1 내지 Cn)의 역수들의 합으로부터 생긴다.
Figure 112015002452339-pct00001
그러므로, 결과적인 총 정전용량은 용량성 층(3.1 내지 3.n)들의 중의 하나에 대한 가장 높은 개별 정전용량(C1 내지 Cn)보다 적다.
코팅(3)이 각각 동일한 개별 정전용량(C1,C2)을 갖는 예를 들어, 두 개의 용량성 층(3.1,3.2)들로 형성되면, 결과적인 총 정전용량(Ctot)은 개별 정전용량(C1,C2)들의 단지 절반이다. 이러한 총 정전용량(Ctot)은 용량형 센서(2)에서 간섭 정전용량으로서 작용한다. 단일-레벨 코팅(3)에 비해서 간섭 정전용량이 절반으로 감소함으로 인해서, 용량형 센서(2)가 터치될 때 더 큰 측정 신호가 용량형 센서(2)에 의해 감지될 수 있다. 이러한 더 큰 측정 신호는 센서(2)의 터치된 상태와 터치되지 않은 상태 사이의 더 높은 해상도에 따른 더 큰 신호 변화로부터 생기며 따라서 오류들에 덜 민감한 센서 장치(1)를 초래한다.
코팅(3)이 각각 동일한 개별 정전용량(C1,C2,C3)을 가지는 3 개의 용량성 층(3.1,3.2,3.3)들로 형성되면, 결과적인 총 정전용량(Ctot)은 이제, 개별 정전용량(C1,C2,C3)들의 단지 1/3이다. 단일-레벨 코팅(3)에 비해서 이렇게 달성된 간섭 정전용량이 2/3로 감소함으로 인해서, 용량형 센서(2)가 터치될 때 추가로 개선된 측정 신호가 더 큰 신호 변화와 더 높은 해상도로 센서(2)에 의해 감지될 수 있으며, 따라서 오류들에 대한 센서 장치(1)의 민감도가 추가로 감소된다.
코팅(3)이 각각 동일한 개별 정전용량(C1 내지 C4)을 가지는 4 개의 용량성 층(3.1 내지 3.4)들로 형성되면, 결과적인 총 정전용량(Ctot)은 이제, 개별 정전용량(C1 내지 C4)들의 단지 1/4이다. 단일-레벨 코팅(3)에 비해서 이렇게 달성된 간섭 정전용량이 3/4으로 감소함으로 인해서, 3 개의 층(3.1 내지 3.3)과 더 큰 신호 변화와 더 높은 해상도를 갖는 실시예에 비해서 추가로 개선된 측정 신호가, 용량형 센서(2)가 터치될 때 센서(2)에 의해 감지될 수 있으며, 따라서 오류들에 대한 센서 장치(1)의 민감도가 추가로 감소된다.
추가의 장점으로서, 복수의 용량성 층(3.1 내지 3.n)들을 갖는 코팅(3)의 다수-레벨 디자인은 컬러 커버리지 및 컬러 포화도가 코팅(3)을 단일-레벨 또는 단일 층으로 형성한 실시예에 비해서 개선되었음을 의미한다. 비교적 높은 컬러 커버리지와 컬러 포화도를 갖는 그와 같은 코팅의 단일-레벨 또는 단일-층으로 형성한 경우에, 유효 총 정전용량(Ctot)은 터치될 용량형 센서(2)의 감지가 단지 이제 막 불충분해질 수 있거나 심지어 더 이상 전혀 가능하지 않을 수 있을 정도로 너무 높을 수 있는데, 이는 터치되지 않은 상태와 터치된 상태 사이에서 용량형 센서(2)의 유용한 신호에서의 변화가 매우 작고 따라서 단지 어렵게만 감지될 수 있기 때문이다. 그러므로, 재현가능한 측정 및 평가는 더 이상 가능하지 않다.
코팅(3)의 이상적인 총 정전용량(Ctot)은 0이며, 그 결과로써 용량성 층(3.1 내지 3n)들의 수의 증가로 터치되지 않은 상태와 터치된 상태 사이에서 용량형 센서(2)의 유용한 신호의 변화에서 연속적인 증가를 초래하며, 즉 이들 상태들 사이에서 신호의 변화는 해상도의 연속적인 증가 및 오류들에 대한 센서 장치(1)의 민감도의 연속적인 감소를 초래한다.
도 2는 본 발명에 따른 터치 감응식 스크린(4)의 전형적인 제 1 실시예의 단면도를 도시한다. 스크린(4)은 예를 들어, LCD 디스플레이의 형태인 디스플레이 유닛(5)을 포함한다. 이와는 달리, 다른 형태들의 디스플레이 유닛(5)이 또한 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 용량형 센서 장치(1)는 디스플레이 유닛(5)의 정면 측에 배열된다. 센서 장치(1), 즉 용량형 센서(2) 및 그의 코팅(3)은 투명하며, 그 결과로써 특히 문자 수자 식으로 및/또는 기호 식으로 나타내진 정보가 디스플레이 유닛(5)으로 유저에 의해 검출될 수 있다. (도시 않은)대체 구성에서, 용량형 센서 장치(1)가 디스플레이 유닛(5)의 후면 측에 배열된다.
스크린(4)에 연결되는 (더 이상 상세히 예시하지 않은)제어 유닛에 저장되는 제어 명령들이 나타내진 정보에 할당된다. 센서 장치(1)가 터치된 때, 용량형 센서(2)의 정전용량이 변화되며, 여기서 센서 장치(1) 상의 터치 위치는 변화의 크기로부터 결정될 수 있다. 작동자가 디스플레이 유닛(5)에 의해 나타내진 이미지에 대해 선택된 위치는 결정된 위치로부터 파생되며 이러한 위치에 나타낸 정보에 할당된 제어 명령이 실시된다. 제어 명령에 의해서, 스크린(4)에 커플링된 기술적 기기(도시 않음)에 대한 프로그램 실행이 제어된다.
도 3은 본 발명에 따른 용량형 센서 장치(1)의 전형적인 제 2 실시예의 단면도를 도시하며, 여기서 또한 각각의 경우에 전기 절연 층(I1,I2)들이 층(3.1 내지 3.n)들 사이에 배열된다. 이들 전기 절연 층(I1,I2)들은 개별 정전용량(C1 내지 Cn)들의 장기간 최소화를 가능하게 한다.
도 4는 본 발명에 따른 터치 감응식 스크린(4)의 전형적인 제 2 실시예의 단면도를 도시한다. 이런 경우에, 도 3에 도시된 용량형 센서 장치(1)는 디스플레이 유닛(5)의 정면 측에 배열된다.
1 : 센서 장치
2 : 센서
3 : 코팅
3.1 내지 3.n : 층
4 : 스크린
5 : 디스플레이 유닛
C1 내지 Cn : 개별 정전용량
Ctot : 총 정전용량
I1, I2 : 층

Claims (11)

  1. 하나 이상의 용량형 센서(2) 및 하나 이상의 용량형 센서(2)의 정면 측에 도포되는 코팅(3)을 가지는 용량형 센서 장치(1)에 있어서,
    상기 코팅(3)은 직렬로 전기 연결되고 여러 레벨로 배열되는 복수의 용량성 층(3.1 내지 3.n)들로 형성되는 다수-레벨 층 구조를 포함하고
    이에 의해, 상기 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은:
    전기적으로 전도성이며,
    각각 용량성 커플링을 가지며,
    복수의 레벨의 형태로서 하나가 다른 하나 위에 배열되어, 결과적으로 커패시터들의 직렬 회로가 제공되는
    는 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 용량형 센서(2)의 정면 측에 직접적으로 또는 상기 용량형 센서(2)의 정면 측에 배열되는 뒷받침 층(backing layer)에 도포되는 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 층(3.1 내지 3.n)들 각각은 동일한 개별적인 전기 정전용량(C1 내지 Cn)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 플라스틱 및/또는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 투명한 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 페인트 층들인 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 층(3.1 내지 3.n)들은 프린팅 방법으로 도포되는 층들인 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    하나의 전기 절연 층(I1,I2)이 모든 두개의 연속하는 용량성 층(3.1 내지 3.n)들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 절연 층이 모든 두개의 연속하는 전도성 층들 및/또는 모든 두개의 연속하는 임계 층들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    용량형 센서 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 용량형 센서 장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    터치 감응식 스크린(4).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 용량형 센서 장치(1)는 디스플레이 유닛(5)의 정면 측 또는 후면 측에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    터치 감응식 스크린(4).
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