KR101781629B1 - 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 장치에 관한 것으로서, 특히 메탈 플레이트의 두께가 두껍거나 터치키 간의 간격이 좁은 경우에도 패시브 타입과 액티브 타입의 단점이 서로 보완되어 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 여러 개의 터치키가 구비되는 메탈 플레이트; 상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되고 초음파를 방출하는 피에조 필름; 상기 메탈 플레이트와 피에조 필름을 지지하고 터치키 입력시 메탈 플레이트와 피에조 필름의 휨공간을 형성하되 하나의 그룹을 형성하는 여러 개의 터치키에 걸쳐 연속되도록 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트; 및 상기 피에조 필름의 변위 및 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치를 제공한다.

Description

피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치{Metal Plate Touch Apparatus with Accurate and Stable Touch Recognition using Piezo Effect}

본 발명은 터치 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메탈 플레이트의 두께가 두껍거나 터치키 간의 간격이 좁은 경우에도 패시브 타입과 액티브 타입의 단점이 서로 보완되어 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치에 관한 것이다.

터치 스크린 패널은 영상표시장치 등의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치로, 최근 다양한 정보처리장치에 적용되고 있다.

이와 같은 터치스크린 패널은 조작이 간단하고, 오작동이 적으며, 다른 입력기기 없이 정보 입력이 가능하며, 영상표시장치와 일체형으로 제조되어 제품의 휴대성을 높여준다.

터치 스크린 패널은 접촉된 부분을 감지하는 방식에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 표면 초음파 방식, 적외선 방식, 압전 방식, 초음파 방식 등으로 구분되며, 저항막 방식과 정전용량 방식이 주로 이용되고 있다.

그리고, 투명 전극이 형성된 터치 스크린이 가지는 문제점을 해결하기 위해 투명기판의 베젤 영역을 따라 다수의 압전소자를 마련하여 투명기판을 사용자가 터치할 때 가해지는 압력에 따른 압전소자들의 전위차를 감지해 터치 위치를 파악할 수 있는 압전 소자를 이용한 터치 스크린 패널이 개발된 바 있다(한국특허 제1329340호 참조).

또한, 각 입력 압전체들에 전기 신호를 입력하여 탄성 표면파를 여진시켜 비압전 기판 상에 표면파를 전파시키고, 수신 압전체들은 전파된 탄성 표면파를 수신하며, 비압전 기판 상의 탄성 표면파의 전파로에 손가락 또는 물체가 접촉하면 탄성 표면파는 감쇄되어 수신 압전체의 수신신호의 레벨 감쇄의 유무를 검출하여 접촉 유무 및 그 접촉 위치를 검출하는 초음파 터치 스크린이 개발된 바 있다(한국특허 제803400호 참조).

하지만, 상기 여러 가지 방식의 터치마다 터치의 오류를 피할 수 없는 치명적인 단점들을 가지고 있는데, 특히 압전 방식의 경우 외부의 충격이나 진동 등에 취약하고 초음파 방식의 경우 물이나 케첩 등의 이물질에 터치오류를 일으키는 문제점이 있다.

특히, 터치 인식을 위해 압전 소자(피에조 필름)를 사용하는 경우 터치키가 구비된 메탈 등의 플레이트 두께가 두껍거나 터치키 간의 간격이 좁으면 압전 소자의 출력값이 충분치 않아서 사용자에 의한 정확하고 안정된 터치 인식이 보장되지 않는 문제점이 있다.

한국특허 제1329340호(2013.11.07) 한국특허 제0803400호(2008.02.04)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 피에조 필름을 사용하면서도 외부의 충격이나 진동 내지 물이나 케첩 등의 이물질로 인한 인위적 터치 오류를 필터링하고 메탈 플레이트의 두께가 두껍거나 터치키 간의 간격이 좁더라도 패시브 타입과 액티브 타입의 단점을 서로 보완하여 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있는 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치는 여러 개의 터치키가 구비되는 메탈 플레이트; 상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되고 초음파를 방출하는 피에조 필름; 상기 메탈 플레이트와 피에조 필름을 지지하고 터치키 입력시 메탈 플레이트와 피에조 필름의 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트; 및 상기 피에조 필름의 변위와 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 베이스 플레이트는 터치키 입력시 하나의 그룹을 형성하는 여러 개의 터치키에 걸쳐 연속되도록 휨공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는 터치키 입력시 여러 개의 터치키에 걸친 피에조 필름의 변위가 감지된 그룹 내에서 메탈 플레이트의 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는 터치키 입력시 메탈 플레이트의 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사된 터치키 중에서 여러 개의 터치키에 걸친 피에조 필름의 변위가 감지된 그룹에 속하는 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 여러 개의 터치키가 구비되는 메탈 플레이트; 상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되고 초음파를 방출하는 피에조 필름; 상기 메탈 플레이트와 피에조 필름을 지지하고 터치키 입력시 메탈 플레이트와 피에조 필름의 휨공간을 형성하되 하나의 그룹을 형성하는 여러 개의 터치키에 걸쳐 연속되도록 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트; 상기 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파를 검출하는 초음파 수신기; 및 상기 피에조 필름의 변위 및 반사된 초음파를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치는 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다.

첫째, 피에조 필름(Piezo Film)을 사용하면서도 외부의 충격이나 진동 내지 물이나 케첩 등의 이물질로 인한 인위적 터치 오류를 필터링하여 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있다.

둘째, 메탈 플레이트(Metal Plate)의 두께가 두껍거나 터치키 간의 간격이 매우 좁은 경우에도 패시브(passive) 타입과 액티브(active) 타입의 단점을 서로 보완, 특히 패시브 타입의 문제를 확실히 해결하여 사용자에 의한 터치를 정확하게 인식할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치를 나타내는 단면도;
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치를 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 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치를 나타내는 단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 메탈 플레이트(100), 피에조 필름(200), 베이스 플레이트(300) 및 제어부(도면에 미도시)를 포함하여 구성된다.

메탈 플레이트(Metal Plate)(100)는 여러 개의 터치키(touch key)(K1,K2,K3)가 구비되는 것으로, 재질이 금속(metal)으로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 유리 등의 일반 터치패널 소재도 포함하는 개념이다.

피에조 필름(Piezo Film)(200)은 상기 메탈 플레이트(100)의 저면에 배치되는 압전필름으로 전기신호의 입력에 의해 상기 메탈 플레이트(100)의 표면으로 초음파 펄스를 방출한다.

상기 피에조 필름(200)은 가해지는 기계적 에너지와 전기적 에너지를 서로 간에 변화시킬 수 있는 필름이며, 외부로부터 물리적인 힘을 받아 변형이 생기면 전기적 에너지가 발생하고, 반대로 전기적 에너지에 따라 물리적 변형이 발생한다.

상기 피에조 필름(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)들의 초음파 임피던스에 관한 정보가 포함된다.

상기 피에조 필름(200)은 피에조 필름이 포함된 부분(Piezo Film Part)을 의미하는 것으로서, 단순히 필름만을 의미하는 것이 아니라 연성인쇄회로기판(FPCB)과 전기적으로 연결되어 초음파를 송(수)신하기 위한 전극(도면에 미도시) 등을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

또한, 상기 피에조 필름(200)은 얇은 필름(film) 형태로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 압전 효과를 나타낼 수 있는 일정 두께를 지닌 세라믹 등의 소자를 포함하는 개념이다.

베이스 플레이트(Base Plate)(300)는 하부에서 상기 메탈 플레이트(100)와 피에조 필름(200)을 지지하는 것으로, 사용자에 의한 터치키 입력시 메탈 플레이트(100)와 피에조 필름(200)이 아래로 휠 수 있는 단차인 휨공간(310)을 형성한다.

여기서, 상기 베이스 플레이트(300)는 본 발명의 일 실시예로서 터치키 입력시 각각의 터치키마다 개별적으로 휨공간(310)을 형성(이하 "개별 타입"이라 칭함)할 수 있는데, 이를 위해 각각의 터치키 공간을 구획하는 스페이서(spacer)(320)가 휨공간(310)에 간격을 두고 구비된다.

상기 개별 타입은 여러 터치키 간의 간격이 좁더라도 피에조 필름(200)의 휨(왜곡)에 의한 출력값을 충분히 얻어서 터치키마다 개별 인식될 있도록 0.40t 이하의 두께가 얇은 메탈 플레이트(100)에 적용되는 것이 바람직하다.

하지만, 상기 메탈 플레이트(100)의 두께가 0.45t 이상이거나 터치키 간의 간격이 매우 좁은 경우 피에조 필름(200)의 휨(왜곡)에 의한 출력값이 충분하지 않아서 터치키마다 개별 인식되기 어려운 문제가 있다.

이를 해결하기 위해 본 발명의 다른 실시예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(300)는 사용자에 의한 터치키 입력시 하나의 그룹을 형성하는 여러 개의 터치키(K1,K2,K3)에 걸쳐 장애물 없이 연속되도록 휨공간(310)을 형성(이하 "연속 타입"이라 칭함)할 수 있다.

상기 연속 타입의 경우 도 2에서처럼 하나의 그룹을 형성하는 여러 개의 터치키가 구비된 메탈 플레이트(100) 하부의 베이스 플레이트(300) 휨공간(310)에는 상기 개별 타입에서와 같이 각각의 터치키 공간을 구획하는 스페이서(spacer)가 불필요하다.

도면에서는 본 발명의 일 실시예로서 하나의 그룹을 형성하는 터치키의 개수를 3개로 도시하였으나, 필요에 따라 2개로 설정하거나 아니면 더 많은 개수의 터치키(4개 이상)로 하나의 그룹을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(300) 하부를 관통하도록 상기 휨공간(310)을 형성함으로써, 사용자에 의한 터치키 입력시 메탈 플레이트(100)와 피에조 필름(200)이 더욱 민감하게 왜곡될 수 있도록 구성할 수 있다.

이때, 휨공간(310)의 폭(W)은 메탈 플레이트(100)의 두께에 비례하여 증감되도록 구성하는 것이 바람직하다.

제어부(Control Section)(도면에 미도시)는 상기 피에조 필름(200)의 변위와 메탈 플레이트(100) 표면 및 그 표면과 접촉하는 손가락이나 터치펜 등의 터치 오브젝트(touch object)에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식한다.

즉, 상기 제어부는 사용자에 의한 정확하고 안정된 터치를 인식하고 터치오류를 필터링하기 위해 피에조 필름(200)의 변위를 감지(이하 압전기 모드 디텍터(Piezoelectric Mode Detector)를 "패시브 타입(passive type)"이라 칭함)할 뿐만 아니라, 이에 더하여 각종 터치 오브젝트(touch object)에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석(이하 초음파 모드 디텍터(Ultrasonic Mode Detector)를 "액티브 타입(active type)"이라 칭함)한다.

이때, 액티브 타입에 의해 상기 메탈 플레이트(100) 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트(touch object)로부터 반사된 초음파를 검출하기 위한 하이드로폰 어레이 등과 같은 별도의 초음파 수신기(도면에 미도시)가 더 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치는 패시브(passive) 타입과 액티브(active) 타입의 터치 인식 과정을 병행해서 사용하여 사용자에 의한 터치를 인식한다.

구체적으로, 상기 터치키마다 휨공간(310)이 제공되는 개별 타입의 경우 제어부는 터치키 입력시(터치키 입력으로 판단될 때) 피에조 필름(200)의 변위가 감지(패시브 타입)될 뿐만 아니라 메탈 플레이트(100)의 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사(액티브 타입)된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식한다.

이러한 이중 터치 인식에 의해 패시브 타입의 단점인 외부 충격이나 진동 등의 오인식(인위적 터치)을 액티브 타입이 보완함은 물론이고, 액티브 타입의 단점인 물이나 케첩 등의 이물질에 의한 오인식(인위적 터치)을 패시브 타입이 보완함으로써 사용자에 의한 터치가 정확하고 안정되게 인식될 수 있는 것이다.

이때, 상기 패시브(passive) 타입과 액티브(active) 타입의 터치 인식 과정은 서로 순서에 구애받지 않으며, 어느 한 타입의 인식 과정을 먼저 진행하거나 두 타입의 인식 과정을 동시에 진행해도 무방하다.

한편, 여러 개의 터치키에 걸쳐 연속되도록 휨공간(310)이 제공되는 연속 타입의 경우 제어부는 터치키 입력시(터치키 입력으로 판단될 때) 여러 개의 터치키에 걸친 피에조 필름(200)의 변위가 감지(패시브 타입)된 그룹 내에서 메탈 플레이트(100)의 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사(액티브 타입)된 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식한다.

이러한 연속 타입의 경우에도 패시브(passive) 타입과 액티브(active) 타입의 터치 인식 과정이 서로 순서에 구애받지 않는데, 즉 제어부는 터치키 입력시 메탈 플레이트(100)의 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 초음파가 반사(액티브 타입)된 터치키 중에서 피에조 필름(200)의 변위가 감지(패시브 타입)된 그룹에 속하는 터치키만을 사용자에 의한 터치로 인식하게 된다.

이로써, 상기 연속 타입의 터치 인식에 의해 그룹별로 피에조 필름(200)의 휨(왜곡)에 의한 출력값을 검출하고, 또한 초음파의 반사값을 개별 터치키마다 분석함으로써 메탈 플레이트(100)의 두께가 0.45t 이상이거나 터치키 간의 간격이 매우 좁은 경우에도 패시브 타입의 단점과 액티브 타입의 단점이 서로 보완되어 사용자에 의한 정확하고 안정된 터치가 보장될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 의한 메탈 플레이트 터치 장치는 메탈 플레이트의 두께와 터치키 간의 간격에 대한 문제를 상당 부분 극복함으로써, 각종 가전제품의 사용자 터치메뉴는 물론이고 자동차 분야와 같은 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 200...피에조 필름
300...베이스 플레이트 310...휨공간
320...스페이서 K1,K2,K3...터치키

Claims (2)

1. 여러 개의 터치키가 구비되는 메탈 플레이트;
   상기 메탈 플레이트의 저면에 배치되고 초음파를 방출하는 피에조 필름;
   상기 메탈 플레이트와 피에조 필름을 지지하고 터치키 입력시 메탈 플레이트와 피에조 필름의 휨공간을 형성하는 베이스 플레이트; 및
   상기 피에조 필름의 변위와 메탈 플레이트 표면 및 그 표면과 접촉하는 터치 오브젝트에 의해 반사된 초음파 임피던스를 분석하여 사용자에 의한 터치를 인식하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스 플레이트는 터치키 입력시 하나의 그룹을 형성하는 여러 개의 터치키에 걸쳐 연속되도록 휨공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 정확하고 안정된 터치 인식이 가능한 메탈 플레이트 터치 장치.

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