KR101825582B1 - 카본마이크로코일촉각센서를 구비한 터치패드 - Google Patents

카본마이크로코일촉각센서를 구비한 터치패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 사용자가 입력한 터치에 의하여 카본마이크로코일을 포함하는 센싱부의 임피던스가 변화하는 것을 이용하여, 터치위치와 터치힘을 감지할 수 있는 터치패드에 관한 것으로, 제1축방향으로 형성되는 구동전극부와 제2축방향으로 형성되는 센싱전극부를 포함하는 전극부, 상기 구동전극부에 인가되는 구동신호에 대하여 임피던스소자로서 기능하여, 터치가 이루어짐에 따라 임피던스가 변화함으로써 센싱신호를 생성하는 기능을 구비하는 센싱부, 상기 센싱부로부터 상기 센싱신호를 수신하여, 상기 센싱부의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 하나 이상의 것을 측정함으로써 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비하는 센싱신호수신부 및 상기 센싱신호수신부로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 터치위치패턴 또는 터치힘패턴을 확정하는 기능을 구비하는 처리부를 포함하여 이루어지고, 상기 센싱부는 카본마이크로코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈을 제공한다.

Description

카본마이크로코일촉각센서를 구비한 터치패드{Touch pad having carbon micro coil tactile sensor}
본 발명은, 카본마이크로코일촉각센서를 구비한 터치패드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 사용자가 입력한 터치에 의하여 카본마이크로코일을 포함하는 센싱부의 임피던스가 변화하는 것을 이용하여, 터치위치와 터치힘을 감지할 수 있는 터치패드에 관한 것이다.
사용자가 컴퓨터에 정보를 입력하는 수단으로는 키보드, 마우스 등이 있는데, 특히 마우스는 모니터 화면 상에 표시되는 커서(또는 포인터)의 위치를 이동시키거나, 또는 표시되는 화면 상의 특정 위치에 명령을 수행하는 편리한 도구로서 많이 사용되고 있다. 근래에는 휴대성이 중요시되는 넷북, 노트북, 태블릿 등이 보편화됨에 따라 이들 기기의 특성상 그 편의성을 위하여 커서(또는 포인터)를 움직이는 마우스나 트랙볼을 대신하여 그 기능을 대체할 수 있는 터치패드가 주로 탑재되어 출시되고 있다.
통상적으로 터치패드는 평면모양의 포인팅디바이스로서 표면에 손가락을 대어서 조작하도록 구성되며, 트랙패드라 칭하기도 하는데, 이러한 터치패드는 손가락이나 스타일러스 등의 입력수단을 이용하여 패드에 접촉하는 동작을 인식하는 것을 기본원리로 이용하게 되므로 마우스를 이용하는 것보다 자연스러우면서 정확하게 커서나 포인터를 이동시킬 수 있는 장점이 있어 문자나 도형 등을 정확히 입력할 수 있다.
터치패드는 통상적으로 사람의 손이나 물체의 접촉이 있는 경우 접촉된 위치의 좌표를 감지하여 그 좌표와 연관된 특정 처리가 실행된다. 이렇게 접촉된 위치의 좌표를 감지하는 방식으로 주로 정전용량방식이 쓰이는데, 정전용량방식은 대상이 터치패드에 접촉하는 경우 전극과 대상 간의 정전용량 또는 한 전극과 다른 전극 간의 정전용량의 변화를 이용하여 위치를 인식하는 방식이다. 또한 종래의 터치위치를 감지하는 터치패드를 넘어서서, 근래에는 터치위치에서 가해지는 압력을 감지할 수 있는 터치패드가 상용화되고 있다. 이와 관련하여, 대한민국 등록특허 10-1358355호(발명의 명칭 : 터치패드, 이하 종래기술 1이라 한다.)에서는 터치동작의 입력을 위한 터치면이 노출되게 마련되는 터치프레임, 상기 터치프레임의 일측에 배치되며, 표면에 적어도 하나의 전극이 마련되는 회로기판, 및 상기 터치프레임과 상기 회로기판 사이에 배치되며 상기 터치면에 대한 터치동작 시 상기 전극 쪽으로 탄성변형되고 상기 터치동작이 소멸되면 원위치로 복귀되도록 탄성력을 갖는 탄성체를 포함하며, 상기 전극은 제1전극 및 상기 제1전극의 반경방향 외측에서 상기 제1전극과 이격배치되는 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패드가 개시되어 있다.
대한민국 등록특허 10-1358355호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래기술 1이 전극 간 저항으로 감도가 떨어질 수 있다는 제1문제점, 손에 장갑을 낀 채로 터치하면 감도가 떨어진다는 제2문제점, 노이즈에 취약하다는 제3문제점을 해결하려 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해 안출되는 본 발명은, 터치패드에 구비되고 사용자가 입력한 터치를 감지하여 터치위치패턴 또는 터치힘패턴을 확정하는 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈에 있어서, 제1축방향으로 형성되는 구동전극부와 제2축방향으로 형성되는 센싱전극부를 포함하는 전극부, 상기 구동전극부에 인가되는 구동신호에 대하여 임피던스소자로서 기능하여, 상기 터치가 이루어짐에 따라 임피던스가 변화함으로써 센싱신호를 생성하는 기능을 구비하는 센싱부, 상기 센싱부로부터 상기 센싱신호를 수신하여, 상기 센싱부의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 하나 이상의 것을 측정함으로써 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비하는 센싱신호수신부 및 상기 센싱신호수신부로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 상기 터치위치패턴 또는 터치힘패턴을 확정하는 기능을 구비하는 처리부를 포함하여 이루어지고, 상기 센싱부는 카본마이크로코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센싱부는 상기 카본마이크로코일이 2 내지 10wt%만큼 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 카본마이크로코일은 3차원적인 나선형상으로 직경 1 내지 10마이크로미터 및 길이 10 내지 500마이크로미터인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 카본마이크로코일은 코일을 이루는 카본섬유의 직경이 0.01 내지 1마이크로미터인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈은 상기 구동전극부에 상기 구동신호를 인가하는 구동신호송신부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈은 상기 전극부가 형성되는 기판부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 기판부는 상기 구동전극부가 형성되는 제1기판 및 상기 센싱전극부가 형성되는 제2기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 기판부는 상기 구동전극부 및 상기 센싱전극부가 형성되는 제1기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈을 포함하여 이루어지는 터치패드를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 터치패드는 터치가 입력되는 터치입력부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 터치패드는 소정의 패턴을 구비하고, 상기 터치입력부에 부착 또는 상기 터치입력부로부터 탈착이 가능한 터치패드마스크를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈을 포함하여 이루어지는 롤러블(rollable)터치패드를 제공한다.
또한, 본 발명은 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈의 입력터치감지방법에 있어서, 구동전극부에 구동신호가 인가되는 단계, 센싱부가 터치패드의 소정의 부위에 입력되는 입력터치를 감지하는 단계, 센싱신호수신부가 센싱부의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 단계, 처리부가 임피던스신호를 처리하여 터치위치패턴 또는 터치힘패턴을 확정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈의 입력터치감지방법을 제공한다.
본 발명은, 공지된 바에 따르면 탄소마이크로코일로 이루어지는 센서의 감도는 전형적인 정전용량식센서의 감도보다 수배이상 높다는 점에서, 감도가 우수한 터치패드를 제조할 수 있다는 제1효과, 단순한 구조의 터치패드를 가지고 물체의 접촉과 압력을 모두 감지할 수 있을 뿐만 아니라 근접한 물체의 감지까지 가능하다는 제2효과, 마이크로스케일의 직경을 가진 탄소마이크로코일을 이용하기 때문에 터치패드의 소형화가 가능하다는 제3효과, 탄소마이크로코일은 형상자유도가 높으므로 다양한 형상의 전자장치에 응용할 수 있다는 제4효과, 터치패드는 주로 사람의 손가락을 감지하게 되는데 탄소마이크로코일은 생명체에 대한 감도가 높다는 독특한 특성을 가지고 있어 일반인들이 사용하기 적합한 성능을 가진 터치패드를 구현할 수 있다는 제5효과, 멀티터치가 가능하다는 제6효과, 탄소마이크로코일을 사용하므로 응답속도가 빠르다는 제7효과, 대상의 질감을 감지할 수 있다는 제8효과 및 전술한 종래기술의 기타 문제점이 나타나지 않는다는 제9효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명인 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈의 일실시예를 나타내는 모식도.
도 2는 일실시예로서, 센싱부를 저항, 인덕터 및 커패시터를 포함하는 등가회로로 표현한 등가회로도.
도 3은 일실시예로서, 센싱부에 대상을 접근시키거나 이격시킬 때 센싱부의 임피던스의 실수부변화를 나타내는 그래프.
도 4는 일실시예로서, 센싱부의 일정한 면적에 수직으로 하중을 가할 때 센싱부의 인덕턴스변화를 나타내는 그래프.
도 5는 일실시예로서, 센싱부에 바늘을 접촉시킬 때 센싱부의 인덕턴스 및 커패시턴스변화를 나타내는 그래프.
도 6은 일실시예로서, 센싱부에 브러쉬를 접촉시킬 때 센싱부의 인덕턴스 및 커패시턴스변화를 나타내는 그래프.
도 7은 일실시예로서, 센싱부의 무생명체에 대한 감도를 나타내는 그래프.
도 8은 일실시예로서, 센싱부의 생명체에 대한 감도를 나타내는 그래프.
도 9는 일실시예로서, 센싱부의 구리에 대한 감도를 나타내는 그래프.
도 10은 일실시예로서, 센싱부의 아크릴에 대한 감도를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명인 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈의 일실시예를 나타내는 모식도.
도 12는 일실시예로서, 구동전극부 및 센싱전극부가 다른 평면 상에 형성되는 것을 나타내는 모식도.
도 13은 일실시예로서, 구동전극부 및 센싱전극부가 같은 평면 상에 형성되는 것을 나타내는 모식도.
도 14는 일실시예로서, 센싱전극부가 터치입력부 상에 형성되는 것을 나타내는 모식도.
도 15는 일실시예로서, 센싱부에 터치힘을 증가시킬 때 센싱부의 인덕턴스변화를 나타내는 그래프.
도 16은 일실시예로서, 터치패드를 구비하는 스마트기기에 스타일러스로 글씨는 쓰는 모습을 나타내는 모식도.
도 17은 일실시예로서, 터치패드를 구비하는 스마트기기에 스타일러스로 글씨는 쓰는 모습을 나타내는 모식도.
도 18은 일실시예로서, 터치패드를 구비하는 스마트기기에 스타일러스로 글씨는 쓰는 모습을 나타내는 모식도.
도 19는 본 발명의 롤러블(rollable)터치패드의 일실시예를 나타내는 모식도.
도 20은 일실시예로서, 터치패드의 터치위치에 터치힘을 n단계로 가하는 모습을 나타내는 모식도.
도 21은 일실시예로서, 키보드 패턴을 구비한 터치패드마스크를 포함하는 터치패드를 나타내는 모식도.
도 22는 일실시예로서, 피아노 패턴을 구비한 터치패드마스크를 포함하는 터치패드를 나타내는 모식도.
도 23은 일실시예로서, 조이패드 패턴을 구비한 터치패드마스크를 포함하는 터치패드를 나타내는 모식도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 터치패드(1)는 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)을 포함하고, 터치패드(1)는 사용자의 터치가 입력되는 터치입력부(20)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 도 12 내지 도 14에서는 터치입력부(20) 및 터치패드마스크(30)를 포함하는 터치패드(1)가 도시되어 있고, 도 12 내지 도 14에서는 터치패드(1)의 모든 구성요소를 도시하지는 않았다. 터치입력부(20)는 글래스, 플라스틱 또는 기타 세라믹 소재로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 터치입력부(20)는 불투명한 소재로 이루어져 터치입력부(20) 하단의 구성요소가 터치패드(1)의 외부에서 보이지 않도록 하는 것이 심미적인 측면에서 바람직하다. 따라서 터치입력부(20)가 글래스 소재로 이루어지는 경우, 터치입력부(20)의 하부에 페인트층 또는 잉크층이 존재할 필요가 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 그리고 상기에서 사용자가 터치패드(1)에 터치를 입력한다는 것은 사용자가 손가락 또는 스타일러스로 터치패드(1)의 터치입력부(20)에 접촉하거나, 접촉하여 터치입력부(20)를 가압한다는 의미이며, 이하 같다. 그러나 사용자의 터치입력수단을 손가락 또는 스타일러스에 한정하는 것은 아니며, 터치입력수단이 터치입력부(20)에 직접 접촉하지 않고 터치입력부(20)에 부착되는 터치패드마스크(30)에 접촉하거나 사용자가 장갑을 낀 손으로 터치입력부(20)에 접촉하는 등의 경우를 배제하는 것은 아니다. 터치패드마스크(30)에 대하여는 후술한다. 터치패드(1)에 구비되는, 본 발명의 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)은 사용자가 입력한 터치를 감지하여 터치위치패턴, 터치힘패턴 또는 터치위치패턴 및 터치힘패턴을 확정하며, 전극부(100), 센싱부(200), 센싱신호수신부(300) 및 처리부(400)를 포함하여 이루어진다. 도 1은 이러한 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)의 일실시예를 도시하고 있고, 이하, 도 1을 참조하여 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)을 이루는 각 구성요소별로 상술하기로 한다.
전극부(100)는 구동전극부(110) 및 센싱전극부(120)를 포함하고, 구동전극부(110) 및 센싱전극부(120) 모두 복수개의 전극(101)을 포함한다. 구동전극부(110)는 복수개의 전극(101)이 제1축방향으로 형성되고, 센싱전극부(120)는 복수개의 전극(101)이 제2축방향으로 형성된다. 제2축은 제1축에 수직인 축을 의미하고, 도 1에서는 통상적인 x축을 제1축, 통상적인 y축을 제2축으로 하였으나, 제1축 및 제2축을 통상적인 x축 및 y축에 한정하는 것은 아니다. 통상적인 x축 및 y축으로부터 소정의 각도만큼 회전한 축들이 제1축 및 제2축이 될 수 있기 때문이다. 참고로 도 1에서는 모든 전극(101)에 대하여 도면부호를 붙이지는 않았다. 또한 괄호 안의 도면부호는 상위 구성요소를 의미하고, 이하 같다. 예를 들어 도면부호 110은 구동전극부(110)를 의미하지만, 도면부호 (100)은 전극부(100)를 의미한다. 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)는 서로 수직으로 교차하여 평면좌표계를 형성하고, 이러한 평면좌표계의 각각의 좌표가 사용자가 터치를 입력하였을 때 감지될 수 있는 각각의 터치위치가 된다. 참고로 터치위치는 터치입력수단이 터치입력부(20)에 접촉하였을 때(터치입력수단이 터치입력부(20)와 접촉한다는 것은 터치입력부(20)에 부착되는 터치패드마스크(30)에 접촉하거나 사용자가 장갑을 낀 손으로 터치입력부(20)에 접촉하는 등의 경우도 포함하는 것이며, 이하 같다.), 그 접촉한 지점의 좌표를 의미하며, 이하 같다. 또한 터치힘은 터치위치에서 터치입력부(20)에 가해지는 압력을 의미하며, 이하 같다. 도 1에서는 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)가 만나는 것처럼 도시되어 있으나 이는 도 1의 전극부(100)를 포함하는 부분이 평면도이기 때문이고, 실제로는 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)는 연결되지 않고 전기적으로 절연되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 구동전극부(110)에 구동신호가 인가되면, 상기 구동신호는 후술할 센싱부(200)에 입력되고, 센싱부(200)로부터 출력된 센싱신호는 센싱전극부(120)를 통하여 출력되기 때문에 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)가 전기적으로 연결된다면 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)을 구성하는 회로가 단락될 수 있다. 따라서 본 명세서 전체에서 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)가 교차한다고 표현하더라도 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)가 연결된다는 의미는 아니다. 전극(101)은 구리, 은, 금, 니켈, 아연, 철, 알루미늄, 주석, 크로뮴, 몰리브데넘 및 이들의 합금 또는 고용체 중 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 전극(101)은 후술할 기판부(500)에 전도성잉크를 인쇄하는 방법(전자인쇄공정), 전도성소재를 압착해서 기판부(500)에 부착하는 방법, 스퍼터링, 전자빔증착, 분무, 침지 또는 스핀코팅으로 형성할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다. 또한 위와 같은 방법으로 전극(101)을 형성하되 대면적의 전극(101)을 형성하여 에칭하거나, 기판부(500)에 전극(101)을 형성할 부분을 에칭한 다음 그 부분에 위와 같은 방법으로 전극(101)을 형성할 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
센싱부(200)는 소정의 유기비히클과 카본마이크로코일분말을 혼련하여 테이프캐스팅, 캐스팅, 사출성형, 압출성형 또는 압축성형하여 제조될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 터치패드(1)와는 별개로 센싱부(200)만을 놓고 보았을 때, 센싱부(200)는 그 속에 포함된 카본마이크로코일로 인하여 대상이 근접, 접촉 또는 가압함에 따라 임피던스가 변화하는 특성을 보이기 때문에 인가되는 교류에 대하여 임피던스소자로서 기능한다고 할 수 있고, 근접센서나 촉각센서로 이용될 수 있다. 따라서 터치패드(1)에 구비되는 센싱부(200)도 터치입력수단이 터치입력부(20)에 접촉하거나 터치입력수단이 터치입력부(20)를 가압함에 따라 임피던스가 변화하는 특성을 보이며, 구동전극부(110)에 인가되는 구동신호에 대하여 임피던스소자로서 기능한다고 할 수 있다. 터치패드(1)에 구비되는 센싱부(200)는 구동전극부(110)에 인가된 구동신호를 수신하여, 그 구동신호가 사용자의 터치 입력에 따라 변화된 임피던스를 통과하게 함으로써 센싱신호를 생성하는데, 센싱신호는 변화된 임피던스에 상응하는 전압 또는 전류를 의미한다.
대상의 접촉 또는 가압에 의하여 센싱부(200)의 임피던스가 변화함을 고려할 때, 센싱부(200)를 저항, 인덕터 및 커패시터 중 하나 이상을 포함하는 회로로 생각할 수 있는데, 공지된 바에 따르면 센싱부(200)를 도 2에 도시된 등가회로도로 볼 수 있다. 그러나 어디까지나 도 2는 일실시예일 뿐이므로, 도 2의 등가회로도를 회로이론에 의하여 각 소자를 직렬 또는 병렬 변환하는 등의 방법을 사용함으로써 다른 형태의 등가회로도로 표현하는 것도 가능하고, 센싱부(200)에 포함된 카본마이크로코일의 조성이나 정렬 상태, 센싱부(200)의 크기나 형태 등에 따라 도 2의 등가회로도가 보유하는 임피던스와는 다른 임피던스를 보유하는 등가회로도가 나타나는 것도 가능하다. 이러한 관점에서 센싱부(200)의 등가회로도가 도 2의 경우처럼 반드시 저항, 인덕터 및 커패시터를 모두 포함해야 하는 것은 아니고, 센싱부(200)의 등가회로도에서 저항, 인덕터 및 커패시터 중 하나 이상의 특성이 지배적으로 나타날 수 있다. 따라서 본 명세서 전체에서 임피던스가 변화한다는 표현은, 물론 임피던스의 파라미터인 임피던스의 실수부, 임피던스의 허수부(리액턴스), 임피던스의 크기, 임피던스의 위상각, 어드미턴스의 실수부(컨덕턴스), 어드미턴스의 허수부(서셉턴스), 어드미턴스의 크기 및 어드미턴스의 위상각 중 하나 이상이 변화한다는 의미이나, 센싱부(200)를 저항, 인덕터 및 커패시터 중 하나 이상으로 구성되는 등가회로도로 볼 때, 센싱부(200)의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 하나 이상이 변화한다는 의미이기도 하다.
터치패드(1)와는 별개로, 센싱부(200)에 금속전극 두 개(양극 한 개 및 음극 한 개)를 연결하고, 교류전원을 금속전극에 인가한 다음, 대상을 접근시켰다가 이격시키면서 센싱부(200)의 임피던스를 측정하면 도 3에 도시된 그래프와 같은 결과를 얻을 수 있다. 도 3은 임피던스의 여러 가지 파라미터 중 임피던스의 실수부를 종속변수로 한 그래프인데, 이 그래프를 통하여 대상이 센싱부(200)에 접근할수록 센싱부(200)의 임피던스의 실수부는 증가하고, 대상이 센싱부(200)에 접촉하면 임피던스의 실수부가 최대치가 되며, 대상이 센싱부(200)로부터 이격하면 임피던스의 실수부가 감소한다는 것을 알 수 있다. 이러한 특성을 터치패드(1)에 적용할 경우, 사용자가 터치패드(1)에 터치를 입력할 때, 센싱부(200)는 터치패드(1)의 외부에 노출되지는 않기 때문에 터치입력수단이 센싱부(200)에 직접적으로 접촉하지는 않지만, 터치입력수단과 터치입력부(20)가 접촉하는 지점에 상응하는 센싱부(200)의 부위의 임피던스변화가 센싱부(200)의 다른 부위의 임피던스변화보다 훨씬 큰 것을 이용하여 터치위치를 알아낼 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)가 교차하여 만들어내는 좌표들을 센싱부(200)의 각 부위에 대응시킬 수 있고, 도 1에 도시하지는 않았지만 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)가 교차하여 만들어내는 좌표들을 센싱부(200)의 상부에 존재하는 터치입력부(20)의 각 부위에 대응시킬 수 있는데, 도 1에 도시된 평면좌표계에서, 터치입력부(20)의 (3,3)에 터치입력수단의 접촉이 있는 경우, 센싱부(200)의 임피던스변화를 각 좌표별로 측정하여 센싱부(200)의 (3,3)에서 임피던스변화가 가장 크다는 것을 알아냄으로써 터치위치가 (3,3)임을 알아낼 수 있다.
터치패드(1)와는 별개로, 센싱부(200)에 금속전극 두 개(양극 한 개 및 음극 한 개)를 연결하고, 교류전원을 금속전극에 인가한 다음, 대상을 센싱부(200)에 접촉시켜 센싱부(200)에 수직으로 압력을 가하면서 센싱부(200)의 임피던스를 측정하면 도 4에 도시된 그래프와 같은 결과를 얻을 수 있다. 도 4는 종속변수를 인덕턴스변화로 한 그래프인데, 센싱부(200)에서 인덕터의 특성이 지배적으로 나타난 경우여서 임피던스 대신 인덕턴스를 측정한 것이다. 도 4를 살펴보면, 센싱부(200)에 가해지는 압력이 증가할수록 인덕턴스변화도 증가한다는 것을 알 수 있다(도 4에 도시된 그래프는 단위를 mN을 사용하고 있으나, 센싱부(200)의 일정한 면적에 하중을 가한 실험이기 때문에 가해진 하중을 압력이라 표현함.). 이러한 특성을 터치패드(1)에 적용할 경우, 사용자가 터치패드(1)에 터치를 입력하여 터치입력수단이 터치입력부(20)를 가압함에 따라, 터치입력수단과 터치입력부(20)가 접촉하는 지점에 상응하는 센싱부(200)의 부위의 인덕턴스변화가 증가하는 것을 이용하여 터치힘을 알아낼 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 평면좌표계에서, 터치입력부(20)의 (3,3)에 터치입력수단의 가압이 있는 경우, (가) 센싱부(200)의 임피던스변화를 각 좌표별로 측정하여 센싱부(200)의 (3,3)에서 임피던스변화가 가장 크다는 것을 알아냄으로써 터치위치가 (3,3)임을 알아낸 다음, 센싱부(200)의 (3,3)에서의 인덕턴스변화를 측정함으로써 그 인덕턴스변화에 상응하는 터치힘을 알아낼 수 있고, (나) 센싱부(200)의 인덕턴스변화를 각 좌표별로 측정하여 센싱부(200)의 (3,3)에서의 인덕턴스변화가 가장 크다는 것을 알아냄으로써 그 인덕턴스변화에 상응하는 터치힘을 알아낼 수도 있다.
센싱부(200)는 그 속에 포함된 카본마이크로코일로 인하여 대상의 질감을 감지할 수도 있다. 터치패드(1)와는 별개로, 센싱부(200)에 금속전극 두 개(양극 한 개 및 음극 한 개)를 연결하고, 교류전원을 금속전극에 인가한 다음, 바늘을 센싱부(200)에 접촉시켰다 떼었다를 반복하면서 센싱부(200)의 임피던스를 측정하면 도 5에 도시된 그래프와 같은 결과를 얻을 수 있고, 브러쉬를 센싱부(200)에 접촉시켰다 떼었다를 반복하면서 센싱부(200)의 임피던스를 측정하면 도 6에 도시된 그래프와 같은 결과를 얻을 수 있다. 도 5 및 도 6은 종속변수를 인덕턴스 및 커패시턴스변화로 한 그래프인데, 센싱부(200)에서 인덕터 및 커패시터의 특성이 지배적으로 나타난 경우여서 임피던스 대신 인덕턴스 및 커패시턴스를 측정한 것이다. 도 5 및 도 6을 살펴보면, 바늘을 접촉시킨 경우가 브러쉬를 접촉시킨 경우보다 센싱부(200)의 인덕턴스 및 커패시턴스변화가 급속하게 증가하였다가 감소하는 것을 알 수 있는데, 이는 바늘과 브러쉬의 센싱부(200)에 접촉하는 부분의 면적, 바늘과 브러쉬가 센싱부(200)에 가하는 압력 등이 다르기 때문이다. 이러한 특성을 터치패드(1)에도 적용하여, 터치입력수단의 질감을 터치패드(1) 내부의 센싱부(200)가 감지하게 할 수 있는데, 이에 대하여는 후술한다.
센싱부(200)는 내부에 카본마이크로코일을 포함하기 때문에 촉각센서로서의 기능을 가지지만, 센싱부(200)가 모든 종류의 대상을 감지할 수 있는 것은 아니다. 도 7 내지 도 10은 대상의 종류에 따른 카본마이크로코일을 포함하는 센싱부(200)의 감도를 나타내고 있다(터치패드(1)와는 별개로 센싱부(200)만을 가지고 실험한 결과임.). 도 7 및 도 8에 따르면 카본마이크로코일을 포함하는 센싱부(200)는 무생명체 및 생명체 모두를 잘 감지할 수 있다. 그러나 무생명체의 종류를 나누어 카본마이크로코일을 포함하는 센싱부(200)의 감도를 측정하였을 때, 구리와 같은 금속은 좋은 감도를 나타내나(도 9), 아크릴과 같은 폴리머를 포함하는 부도체에 대하여는 감도가 떨어진다는 것을 알 수 있다(도 10). 따라서 본 명세서 전체에서 사용자가 터치를 입력하는 터치입력수단은 생명체인 사람의 손가락 또는 금속물질을 포함하는 스타일러스(다른 입력수단을 배제하지 않음.)를 의미한다.
센싱부(200)는 카본마이크로코일이 2 내지 10wt%만큼 혼합되는 것을 제안한다. 2wt%미만으로 카본마이크로코일이 혼합되는 경우 사용자가 입력하는 터치에 대하여 센싱부(200)의 임피던스변화가 미미할 수 있고, 10wt%를 초과하여 카본마이크로코일이 혼합되는 경우 센싱부(200) 내의 탄소마이크로코일이 서로 연결되어 퍼콜레이션(percolation)이 발생하면서 센싱부(200)의 전기전도도가 급격히 증가함으로써 사용자가 입력하는 터치에 대한 센싱부(200)의 민감도는 오히려 떨어질 수 있기 때문이다. 또한 센싱부(200)에 포함된 카본마이크로코일은 3차원적인 나선 형상으로 길이 10 내지 500마이크로미터인 것이 바람직하다. 카본마이크로코일의 길이가 길수록 센싱부(200)의 감도는 증가하지만, 센싱부(200) 내 카본마이크로코일의 분산성이 감소하기 때문이다. 또한, 카본마이크로코일의 직경은 1 내지 10마이크로미터, 코일을 이루는 카본섬유의 직경은 0.01 내지 1마이크로미터인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
센싱부(200)의 형태는 센싱부(200)가 터치패드(1)에 구비되는 것을 고려할 때, 얇은 시트형태가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 도 1에서는 센싱부(200)가 구동전극부(110) 및 센싱전극부(120) 사이에 존재(도 12 참조.)하여, 구동전극부(110) 및 센싱전극부(120)에 대면적으로 접촉되어 있으나, 이는 일실시예일 뿐이며, 도 11에 도시된 바와 같이 센싱부(200)가 여러 개의 유닛(unit)으로 형성되어, 각 유닛(unit)이 터치가 감지될 수 있는 각 좌표가 될 수도 있다(도 11에서 모든 유닛(unit)에 대하여 유닛(unit)이라고 표시하지는 않았음.). 도 11에 도시된 센싱부(200)의 형태는, 각 좌표 간에 임피던스변화와 관련한 간섭을 도 1에 도시된 센싱부(200)의 형태보다 상대적으로 더 적게 주고 받기 때문에, 도 1에 도시된 센싱부(200)의 형태보다 더 정확히 터치를 감지할 수 있다. 또한 도 11에 도시된 센싱부(200)를 구성하는 각 유닛(unit)은 사각형형태로 보여지나, 이 또한 일실시예일 뿐이고, 마름모, 원 등 다양한 형태가 될 수 있다.
센싱신호수신부(300)는 센싱부(200)로부터 센싱신호를 수신하여, (다) 센싱부(200)의 좌표의 임피던스를 측정하거나, (라) 센싱부(200)의 좌표의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 하나 이상의 것을 측정함으로써, 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비한다. 모든 좌표에 대하여 상기 (다) 또는 (라)의 측정을 진행할 수도 있지만, 특정한 좌표에 대하여 상기 (다) 또는 (라)의 측정을 진행할 수도 있다. 예를 들어, 터치입력수단이 접촉한 좌표를 알아내기 위하여 모든 좌표에 대하여 상기 (다) 또는 (라)의 측정을 진행할 수도 있지만, 터치입력수단이 가하는 압력을 알아내기 위하여 미리 알고 있는 하나의 터치위치에 대해서만 상기 (다) 또는 (라)의 측정을 진행할 수도 있다.
상기 (다)와 관련하여, 센싱신호수신부(300)는 임피던스분석기 등이 될 수 있고, 이 경우 센싱부(200)의 좌표의 임피던스를 측정함으로써, 좌표에 대한, 임피던스의 실수부, 리액턴스, 임피던스의 크기, 임피던스의 위상각, 컨덕턴스, 서셉턴스, 어드미턴스의 크기, 어드미턴스의 위상각, 직렬연결된 저항-인덕턴스-커패시턴스 및 병렬연결된 저항-인덕턴스-커패시턴스 중 하나 이상을 출력할 수 있다.
상기 (라)와 관련하여, 센싱신호수신부(300)는 오실로스코프 등이 될 수 있고, 센싱부(200)에서 저항의 특성이 지배적일 때는 센싱부(200)의 좌표의 저항을 측정할 수 있고, 인덕터의 특성이 지배적일 때는 센싱부(200)의 좌표의 인덕턴스를 측정할 수 있으며, 커패시터의 특성이 지배적일 때는 센싱부(200)의 좌표의 커패시턴스를 측정할 수 있다. 또한 센싱부(200)의 좌표에 대하여, 인덕터와 커패시터의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 커패시턴스를 측정할 수 있고, 저항과 인덕터의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 저항과 인덕턴스를 측정할 수 있으며, 저항과 커패시터의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 저항과 커패시턴스를 측정할 수 있다. 뿐만 아니라, 센싱부(200)의 좌표에 대하여, 저항, 인덕터 및 커패시터의 특성이 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합된 형태로 지배적일 때는 직렬, 병렬 또는 직·병렬 혼합된 형태로 연결된 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스를 측정할 수 있다.
따라서 상기 (다) 및 (라)를 종합하여 볼 때, 센싱신호수신부(300)가 생성하는 임피던스신호는 센싱부(200)의 좌표의 등가회로도를 구성하는 각 소자의 파라미터인 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 하나 이상에 관한 것일 수도 있고, 좌표에 대한, 임피던스의 실수부, 리액턴스, 임피던스의 크기, 임피던스의 위상각, 컨덕턴스, 서셉턴스, 어드미턴스의 크기 및 어드미턴스의 위상각 중 하나 이상에 관한 것일 수도 있다.
처리부(400)는 센싱신호수신부(300)로부터 수신된 임피던스신호를 처리하여 터치위치패턴 또는 터치힘패턴을 확정하는 기능을 구비한다. 또한 상기 처리부(400)는 임피던스신호를 디지털신호로 변환하여 터치위치패턴 또는 터치힘패턴을 확정하는 기능을 더 구비할 수 있다. (마) 예를 들어, 도 1에 도시된 (3,3)에 상응하는 터치입력부(20)의 부위에 터치가 입력된 경우, 구동신호를 좌표의 각 행마다 순차적으로 인가하여 각 행별로 그 행의 각 좌표의 임피던스를 센싱신호수신부(300)가 측정함으로써 모든 좌표의 임피던스를 측정할 수 있다. 이때 센싱신호수신부(300)는 모든 좌표의 임피던스의 실수부에 관한 임피던스신호를 생성할 수 있고, 처리부(400)는 이 임피던스신호를 수신하여 디지털신호로 변환한 다음, 임피던스의 실수부의 변화가 가장 큰 좌표에 대하여 터치위치패턴 (11,11)을 확정할 수 있다. 그 다음, 구동신호를 (3,3)에만 인가하여 (3,3)의 인덕턴스를 센싱신호수신부(300)가 측정할 수 있고, 이때 센싱신호수신부(300)는 (3,3)의 인덕턴스에 관한 임피던스신호를 생성할 수 있다. 처리부(400)는 이 임피던스신호를 수신하여 디지털신호로 변환한 다음, (3,3)에서의 인덕턴스변화에 상응하는 터치힘패턴을 확정할 수 있다.
터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)은 터치위치나 터치힘 외에도 터치입력수단과 터치입력부(20)가 접촉하는 부분의 면적, 터치입력수단의 형태 및 터치입력수단의 질감도 알아낼 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 사용자가 터치를 입력할 때, 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)가 형성하는 평면좌표계의 좌표들 사이사이에 터치를 입력할 수 있는데, 이 경우 터치가 이루어진 지점에 인접하는 좌표들의 평균을 내는 방법 등을 생각해볼 수 있으나, 구동전극부(110)와 센싱전극부(120) 간 간격을 더욱 촘촘하게 하여 전극부(100)를 형성한 다음 터치위치가 여러 개가 나오도록 한다면, 즉 멀티터치가 가능하도록 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)을 구성한다면 터치위치가 잘못 산출되는 오류를 줄일 수 있다. 그러나 전술한 터치위치를 알아내는 방식은 모든 좌표의 임피던스변화를 측정하여 임피던스변화가 가장 큰 좌표를 찾는 방식이기 때문에 멀티터치를 인식할 수 없다. 만약 사용자가 터치를 입력했을 때 모든 좌표의 임피던스변화를 측정하여 임피던스변화가 있는 좌표들을 모두 터치위치로 한다면 너무 많은 터치위치가 산출될 것이다. 카본마이크로코일을 포함하는 센싱부(200)는 접촉한 대상뿐만 아니라 근접한 대상에 대하여도 임피던스가 변화하는 특성을 가지기 때문이다. 따라서 어느 정도의 기준값을 지정하고, 그 기준값이상의 임피던스변화가 있는 좌표만을 터치위치로 하여 멀티터치가 가능하도록 할 필요가 있다. 예를 들어, 도 3에서는 기준값 x1을 표시하고 있는데, 기준값 x1은 터치입력수단이 터치입력부(20)에 접촉하는 경우 센싱부(200)의 임피던스의 실수부를 의미한다. 따라서 기준값 x1이상의 임피던스변화를 보이는 센싱부(200)의 좌표들만 터치위치로 한다면 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)은 멀티터치를 인식할 수 있다. 멀티터치가 가능한 경우, 3개이상의 좌표들을 연결하여 터치입력수단과 터치입력부(20)가 접촉하는 부분의 면적을 구하거나, 2개이상의 좌표들을 연결하여 터치입력수단의 형태를 알아낼 수 있다. 한편 전술한 터치힘을 알아내는 방식에도 문제가 있을 수 있는데, 터치입력수단의 압력이 터치입력부(20)에 가해질 때 센싱부(200)의 인덕턴스변화가 너무 미세하여 그 터치힘을 정확히 산출하는 것이 어려울 수 있다. 도 15는 시간에 지남에 따라 터치힘을 증가시켰을 때 센싱부(200)의 인덕턴스변화를 도시한 것인데, 이 그래프에서 기준값 x2 내지 기준값 x10을 표시해 놓았다. 이렇게 해놓은 다음, 인가되는 터치힘에 대하여 센싱부(200)가 x2미만의 인덕턴스변화를 보이는 경우 1단계 터치힘, x2이상 x3미만의 인덕턴스변화를 보이는 경우 2단계 터치힘으로 지정하고, 이와 같은 식으로 지정하여 x10이상의 인덕턴스변화를 보이는 경우까지 10단계 터치힘으로 지정한다면, 적어도 10종류의 터치힘에 대하여는 정밀도 높은 감지가 가능하다(10단계에 한정하지 않으며, 도 20에 도시된 바와 같이 10단계보다 더 적거나 더 많은 n단계를 지정할 수 있음.). 이렇게 멀티터치 감지와 어느 정도의 터치힘 감지가 가능함을 이용하여 터치입력수단의 질감을 알아내는 것도 가능한데, 도 16 내지 도 18은 터치패드(1)를 태블릿PC 등의 스마트기기와 연결한 다음, 터치패드(1)의 터치패드마스크(30) 위에 글씨를 쓰는 모습을 도시한 것으로, 터치입력부(20) 및 터치패드마스크(30)는 도시하지 않았다(여기서 터치패드마스크(30)는 아무런 패턴을 구비하지 않은 것으로 사용자가 메모지처럼 사용할 수 있는 것인데, 자세한 내용은 후술함.). 도 16에서 위의 그림은 스타일러스를 세워서 획을 긋고 있고, 아래 그림은 스타일러스를 눕혀서 획을 긋고 있다. 스타일러스를 세웠을 때와 눕혔을 때의 스타일러스 팁(tip)의 질감은 분명히 다르다. 스타일러스를 세워서 획을 그을 때는 터치위치 a1, a2 등이 감지되고 터치위치 간 공간은 스마트기기가 선으로 인식함으로써, 가느다란 획이 감지되어 터치입력부(20)에 출력될 수 있고, 스타일러스를 눕혀서 획을 그을 때는 터치위치 b1 내지 b4 등이 감지되고 터치위치 간 공간은 스마트기기가 선 또는 면으로 인식함으로써, 두꺼운 획이 감지되어 터치입력부(20)에 출력될 수 있다. 도 17은 팁(tip)이 뾰족한 스타일러스로 글씨를 쓰고 있고, 도 18은 팁(tip)이 브러쉬형태인 스타일러스로 글씨를 쓰고 있다. 도 17에서의 스타일러스 팁(tip)과 도 18에서의 스타일러스 팁(tip)의 질감은 분명히 다르다. 도 17에서 글씨를 쓸 때는 터치위치 A1 내지 A9 등이 감지되고 터치위치 간 공간은 스마트기기가 선 또는 면으로 인식함으로써, 고딕체의 글씨가 터치입력부(20)에 출력될 수 있다. 도 18에서 글씨를 쓸 때는 터치위치 B1 내지 B36 등이 감지되고 터치위치 간 공간은 스마트기기가 선 또는 면으로 인식함으로써, 궁서체의 글씨가 터치입력부(20)에 출력될 수 있다. 또한 도 16 내지 도 18에는 도시되지 않았지만, 터치힘의 정도에 따라 글씨가 진하거나 연하게 출력될 수 있다. 이렇게 터치위치 및 터치힘은 터치입력수단의 질감을 결정하는 요소이기는 하나, 다른 요소를 배제하지 않음은 물론이다.
터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 기준데이터(710) 및 기준데이터(710)를 기록하고 있는 메모리부(700)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 기준데이터(710)는 전술한 기준값 x1 내지 x10이나 사전결정된 터치위치패턴코드, 사전결정된 터치힘패턴코드 등을 기록하고 있다. 전술한 처리부(400)는 터치위치패턴을 확정한 경우, 확정된 터치위치패턴을 기준데이터(710)와 대비하여 확정된 터치위치패턴에 터치위치패턴코드를 부여할 수 있다. 또한 처리부(400)는 터치힘패턴을 확정한 경우, 확정된 터치힘패턴을 기준데이터(710)와 대비하여 확정된 터치힘패턴에 터치힘패턴코드를 부여할 수 있다. 터치패드(1)가 태블릿PC 등의 스마트기기와 연결되는 경우, 상기 터치위치패턴코드나 상기 터치힘패턴코드를 독립변수로 하는 함수를 호출하여 각 터치위치패턴코드별 또는 각 터치힘패턴코드별 기능이 스마트기기에서 실행될 수 있게 할 수 있다.
터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 구동전극부(110)에 구동신호를 인가하는 구동신호송신부(600)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 구동신호송신부(600)는 구동신호를 구동전극부(110)의 각 행에 대하여 순차적으로 인가하거나(시간분할), 구동전극부(110)의 두 행씩 순차적으로 인가하거나 또는 구동전극부(110)의 모든 행에 대하여 각 구동신호의 주파수 등을 다르게 하여 한꺼번에 인가할 수 있으나(코드분할), 이에 한정하는 것은 아니다(행은 좌표의 x축을 의미하고, 열은 좌표의 y축을 의미하며, 이하 같다.).
터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극부(100)가 형성되는 기판부(500)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 기판부(500)는 하나이상의 기판으로 구성되고, 상기 하나이상의 기판은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 또는 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 구동전극부(110) 및 센싱전극부(120)는, 도 12에 도시된 바와 같이 구동전극부(110)가 제1기판(510)에 형성되고 센싱전극부(120)가 제2기판(520)에 형성될 수 있고, 도 13에 도시된 바와 같이 구동전극부(110) 및 센싱전극부(120)가 제1기판(510) 한 개에 모두 형성될 수도 있다. 또한 도 14에 도시된 바와 같이, 구동전극부(110)는 제1기판(510)에 형성되고, 센싱전극부(120)는 터치입력부(20)에 형성될 수도 있다. 기판부(500)나 전극부(100)가 형성되는 방식에 대하여 상기 세 가지에 한정하지 않음은 물론이다. 다만 전술한 바와 같이 구동전극부(110)와 센싱전극부(120)는 전기적으로 절연되어야 하므로, 도 13의 경우와 같이 구동전극부(110) 및 센싱전극부(120)가 제1기판(510) 한 개에 모두 형성되는 경우는, 도 13에 도시된 바와 같이 구동전극부(110)와 센싱전극부(120) 사이에 절연층이나 절연패턴을 형성할 필요가 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다. 또한 상기 절연층 또는 절연패턴은 질화실리콘(SiNx), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 오산화니오븀(Nb2O5), 이산화타이타늄(TiO2) 등의 무기막(무기물), 포토아크릴 등의 유기막(유기물) 중 하나가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 도 12 내지 도 14에서 접착층을 도시하지 않았으나, 각 층 간에 접착층이 존재하여 각 층을 서로 간에 단단히 접착시켜줄 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 도 12에서 센싱전극부(120)의 전극(101, 모든 전극에 도면부호를 붙이지는 않았음.) 사이사이에 빈 공간이 보이지만, 사실 빈 공간이 아니라 접착층이 충진되어 센싱부(200), 센싱전극부(120) 및 제2기판(520)은 간극 없이 하나의 시트형태로 밀착되어 있다. 다만 이 경우와 같이, 센싱부(200)를 센싱전극부(120)가 형성된 제2기판(520)에 접착층을 이용하여 접착시킬 경우, 도 12에 도시된 절곡부와 같은 곳에서 센싱부(200)의 휘어짐 등이 발생할 수 있으므로, 상기 절곡부와 같은 곳에서 센싱부(200)가 파단되지 않도록 주의하여야 한다. 상기 예시에서 센싱부(200)와 센싱전극부(120)가 형성된 제2기판(520) 사이의 접착층은 이방성전도접착층 또는 탄소마이크로코일을 포함하는 접착층이 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 그러나 도 12 내지 도 14에서 각 층 간에 접착층이 필수적으로 존재해야 하는 것은 아닌데, 전술한 바와 같이, 전극(101)을 기판부(500)에 형성함에 있어서 압착한 전도성소재를 접착제를 이용하여 기판부(500)에 부착할 수도 있으나 기판부(500)에 전도성잉크를 인쇄하여 경화시킬 수도 있기 때문이며, 또 다른 예로, 도 12에서 센싱부(200)를 센싱전극부(120)가 형성된 제2기판(520) 상에 인쇄하여 경화시킬 수도 있기 때문이다.
터치패드(1)는 터치패드마스크(30)를 더 포함하여 이루어질 수 있다(도 12 내지 도 14 참조.). 터치패드마스크(30)는 소정의 패턴을 구비하여 사용자가 그 패턴에 터치를 입력하게 할 수 있다. 또한 터치패드마스크(30)는 터치입력부(20)에 부착하거나 터치입력부(20)로부터 탈착하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 21에 도시된 것과 같이, 키보드 패턴이 구비된 터치패드마스크(30)를 터치패드(1)에 부착하여 사용자는 통상의 컴퓨터 키보드를 두드리듯이 터치패드마스크(30)를 두드려서 키보드의 각 키에 해당하는 좌표를 센싱부가 감지하게 할 수 있고, 도 22에 도시된 것과 같이, 피아노 패턴이 구비된 터치패드마스크(30)를 터치패드(1)에 부착하여 사용자는 통상의 피아노를 치듯이 터치패드마스크(30)를 두드려서 피아노의 각 건반에 해당하는 좌표를 센싱부가 감지하게 할 수 있으며, 도 23에 도시된 것과 같이, 조이패드 패턴이 구비된 터치패드마스크(30)를 터치패드(1)에 부착하여 사용자는 통상의 조이패드를 두드리듯이 터치패드마스크(30)를 두드려서 조이패드의 각 버튼에 해당하는 좌표를 센싱부가 감지하게 할 수 있다. 또한 터치패드마스크(30)는 전술한 바와 같이 아무런 패턴을 구비하지 않을 수도 있는데, 이러한 경우 사용자는 연필심이나 펜촉 등을 구비한 스타일러스를 이용하여 터치패드마스크(30)에 글씨를 쓰는 등, 터치패드마스크(30)를 메모지처럼 사용할 수 있다. 터치패드마스크(30)는 실리콘 등의 폴리머 소재로 구성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 터치패드마스크(30)를 구비한 터치패드(1)는 도 21 내지 도 23에 도시된 것과 같이 돌돌 말릴 수도 있는데, 이에 대하여 설명한다.
본 발명의 롤러블(rollable)터치패드(1)는 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)을 포함하여 이루어진다. 도 19에서는 이러한 롤러블(rollable)터치패드(1)의 일실시예를 도시하고 있다. 롤러블(rollable)터치패드(1)는 특히 기판의 말림이 중요한데, 롤러블(rollable)터치패드(1)에 사용될 수 있는 기판으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PolyEthylene Naphthalate, PEN), 폴리이미드(PolyImide, PI), 사이클로올레핀폴리머(Cyclo-Olefin Polymer, COP), 폴리에테르술폰(PolyEtherSulfone, PES), 폴리에테르에테르케톤(PolyEther Ether Ketone, PEEK), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC), 폴리아릴레이트(PolyARylate, PAR) 및 실리콘수지 중 선택되는 하나가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 롤러블(rollable)터치패드(1)에 사용될 수 있는 전극(101)으로는 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide, IZO), 산화아연(ZnO) 등을 생각해볼 수 있으나, 이러한 투명전극들은 반복적인 말림 과정에서 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 따라서 상기 투명전극들보다는 카본나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 그라핀(graphene), 전도성고분자(conducting polymer), 금속나노와이어(metal nanowire) 및 금, 은, 구리 등의 금속을 소정의 수지와 혼합하여 제조한 유연전극 중 선택되는 하나가 적절하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)의 입력터치감지방법을 이하 각 단계별로 상술하기로 한다. 첫째, 구동전극부(110)에 구동신호를 인가한다. 구동신호송신부(600)가 구동신호를 발생하여 구동전극부(110)에 구동신호를 인가할 수 있고, 입력터치감지방법은 센싱부(200)의 임피던스변화를 이용하는 것이기 때문에, 구동신호는 교류로서 교류전압원 또는 교류전류원이 될 수 있다. 구동신호송신부(600)는 구동신호를 구동전극부(110)의 각 행에 대하여 순차적으로 인가할 수 있는데, 예를 들어, 다른 행을 모두 개방한 상태에서 제1행에 구동신호를 인가하여 제1행의 각 좌표에 구동신호가 전달되게 하고, 제1행의 각 좌표가 각 열을 통하여 센싱신호를 센싱신호수신부(300)로 전달하게 한 다음, 다른 행을 모두 개방한 상태에서 제2행에 구동신호를 인가하여 이와 같은 과정을 수행하고, 나머지 행에 대하여도 이와 같은 과정을 수행함으로써 모든 좌표에 구동신호가 인가되게 할 수 있다. 또한 구동신호송신부(600)는 구동신호를 두 행씩 순차적으로 인가할 수 있는데, 예를 들어, 위와 유사하게, 다른 행을 모두 개방한 상태에서 제1행 및 제2행에 구동신호를 인가한 다음, 다른 행을 모두 개방한 상태에서 제3행 및 제4행에 구동신호를 인가할 수 있다. 또한 구동신호송신부(600)는 구동신호를 모든 행에 대하여 각 구동신호의 주파수 등을 다르게 하여 한꺼번에 인가할 수 있다. 또한 구동신호송신부(600)는 1개의 행과 1개의 열을 제외한 다른 모든 행과 다른 모든 열을 개방한 상태에서 특정 좌표 1개에 대하여만 구동신호가 인가되게 할 수도 있다. 또한 구동신호의 형태를 구형파로 할 수도 있고, 삼각파로 할 수도 있다. 즉 구동신호를 인가하는 방법이나 구동신호의 형태는 목적하는 신호처리방식에 따라 매우 다양할 수 있고, 어느 하나의 신호처리방식으로 한정하지 않는다.
둘째, 센싱부(200)가 터치패드(1)의 소정의 부위에 입력되는 입력터치를 감지한다. 사용자는 터치패드(1)의 터치입력부(20) 상의 임의의 위치에 터치를 입력할 수 있고, 이러한 입력터치를 구동신호를 인가받은 센싱부(200)가 감지할 수 있다. 센싱부(200)가 입력터치를 감지한다는 것은 터치위치, 터치힘 또는 터치위치 및 터치힘을 감지한다는 의미이며, 센싱부(200)가 입력터치를 감지함에 따라 센싱부(200)의 임피던스변화가 일어날 수 있다.
셋째, 센싱신호수신부(300)가 센싱부(200)의 좌표의 임피던스를 측정하거나, 센싱부(200)의 좌표의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 하나 이상의 것을 측정함으로써, 임피던스신호를 생성한다. 센싱부(200)의 좌표는 구동신호를 인가받아 입력터치를 감지하여 임피던스가 변화하면서 센싱신호를 출력하는데, 센싱신호수신부(300)는 센싱신호를 수신하여 센싱부(200)의 좌표의 임피던스를 측정하거나, 센싱부(200)의 좌표의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 하나 이상의 것을 측정하고, 이를 토대로 임피던스신호를 생성한다. 이에 관해서는 상기 (다) 및 (라) 부분에서 전술하였다. 첫째 단계에서 구동신호를 모든 좌표에 인가하였다면 모든 좌표에 대한 임피던스신호를 생성하게 되고, 첫째 단계에서 구동신호를 1개이상의 특정 좌표에만 인가하였다면 1개이상의 특정 좌표에 대한 임피던스신호를 생성하게 된다.
넷째, 처리부(400)가 임피던스신호를 처리하여 터치위치패턴 또는 터치힘패턴을 확정한다. 처리부(400)는 임피던스신호를 처리하여 터치위치패턴, 터치힘패턴 또는 터치위치패턴 및 터치힘패턴을 확정할 수 있다. 터치위치패턴만을 확정한다는 것은 예를 들어, 상기 (마)와 같이 처리부(400)가 모든 좌표의 임피던스의 실수부에 관한 임피던스신호를 수신하여 디지털신호로 변환한 다음, 임피던스의 실수부의 변화가 가장 큰 좌표에 대하여 터치위치패턴을 확정하는 방식이 될 수 있다. 이와 유사하게, 터치힘패턴만을 확정한다는 것은 예를 들어, 처리부(400)가 모든 좌표의 인덕턴스변화에 관한 임피던스신호를 수신하여 디지털신호로 변환한 다음, 인덕턴스변화가 가장 큰 좌표에 대하여, 그 인덕턴스변화에 상응하는 터치힘패턴을 확정하는 방식이 될 수 있다. 또한 터치위치패턴 및 터치힘패턴을 확정한다는 것은 예를 들어, 상기 (마)와 같이 터치위치패턴을 확정한 다음 터치힘패턴을 확정하거나, 반대 순서로 터치힘패턴을 확정한 다음 터치위치패턴을 확정하는 방식이 될 수 있다. 이하 실시예에서 터치위치패턴 및 터치힘패턴의 확정에 대하여 상술하기로 한다.
[실시예 1]
<터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)의 제조>
실리콘수지를 포함하는 유기비히클을 준비하였다. 그리고 상기 유기비히클 95wt% 및 카본마이크로코일 5wt%를 혼련하여 슬러리를 제조하였다. 또한 구리전극 10개가 x축방향으로 각각의 간격이 일정하게 배열되어 있고, 이것들과 절연된 또 다른 구리전극 10개는 y축방향으로 각각의 간격이 일정하게 배열되어 있는 형태로, 상기 구리전극 20개가 형성된 기판 1장을 준비하였다. 상기 구리전극 20개가 형성된 기판 1장 위에 상기 슬러리를 인쇄하여 경화시킴으로써 촉각센서를 제조하였는데, 상기 촉각센서는 3×3mm2의 시트형태의 촉각센서로서, 그 평면도는 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하자면, 상기 슬러리가 경화되어 센싱부(200)를 이루고, 상기 구리전극 20개는 전극부(100)에 해당되며, 상기 기판 1장은 기판부(500)에 해당된다. 그리고 센싱신호수신부(300)로 임피던스분석기(Agilent 4249A)를 준비하여 상기 촉각센서의 각각의 전극(101)과 연결하였고, 상기 임피던스분석기를 처리부(400)인 컴퓨터와 연결하였다. 또한 20개의 전극(101)이 교차하여 만드는 100개의 좌표에 대하여 (1,1) 내지 (10,10)으로 지정하였다. 그리고 컴퓨터에 기준데이터(710)로 다음 표 1을 입력하여 저장하였다.
터치
위치		 터치위치패턴 터치
위치		 터치위치
패턴		 터치
위치		 터치위치
패턴		 터치
위치		 터치위치
패턴
(1,1) (1,1) (3,6) (11,110) (6,1) (110,1) (8,6) (1000,110)
(1,2) (1,10) (3,7) (11,111) (6,2) (110,10) (8,7) (1000,111)
(1,3) (1,11) (3,8) (11,1000) (6,3) (110,11) (8,8) (1000,1000)
(1,4) (1,100) (3,9) (11,1001) (6,4) (110,100) (8,9) (1000,1001)
(1,5) (1,101) (3,10) (11,1010) (6,5) (110,101) (8,10) (1000,1010)
(1,6) (1,110) (4,1) (100,1) (6,6) (110,110) (9,1) (1001,1)
(1,7) (1,111) (4,2) (100,10) (6,7) (110,111) (9,2) (1001,10)
(1,8) (1,1000) (4,3) (100,11) (6,8) (110,1000) (9,3) (1001,11)
(1,9) (1,1001) (4,4) (100,100) (6,9) (110,1001) (9,4) (1001,100)
(1,10) (1,1010) (4,5) (100,101) (6,10) (110,1010) (9,5) (1001,101)
(2,1) (10,1) (4,6) (100,110) (7,1) (111,1) (9,6) (1001,110)
(2,2) (10,10) (4,7) (100,111) (7,2) (111,10) (9,7) (1001,111)
(2,3) (10,11) (4,8) (100,1000) (7,3) (111,11) (9,8) (1001,1000)
(2,4) (10,100) (4,9) (100,1001) (7,4) (111,100) (9,9) (1001,1001)
(2,5) (10,101) (4,10) (100,1010) (7,5) (111,101) (9,10) (1001,1010)
(2,6) (10,110) (5,1) (101,1) (7,6) (111,110) (10,1) (1010,1)
(2,7) (10,111) (5,2) (101,10) (7,7) (111,111) (10,2) (1010,10)
(2,8) (10,1000) (5,3) (101,11) (7,8) (111,1000) (10,3) (1010,11)
(2,9) (10,1001) (5,4) (101,100) (7,9) (111,1001) (10,4) (1010,100)
(2,10) (10,1010) (5,5) (101,101) (7,10) (111,1010) (10,5) (1010,101)
(3,1) (11,1) (5,6) (101,110) (8,1) (1000,1) (10,6) (1010,110)
(3,2) (11,10) (5,7) (101,111) (8,2) (1000,10) (10,7) (1010,111)
(3,3) (11,11) (5,8) (101,1000) (8,3) (1000,11) (10,8) (1010,1000)
(3,4) (11,100) (5,9) (101,1001) (8,4) (1000,100) (10,9) (1010,1001)
(3,5) (11,101) (5,10) (101,1010) (8,5) (1000,101) (10,10) (1010,1010)
또한 컴퓨터에 또 다른 기준데이터(710)로 다음 표 2를 입력하여 저장하였다.
터치힘(인가하중) 인덕턴스변화 터치힘패턴
20gf미만 x2미만 1
20gf이상 40gf미만 x2이상 x3미만 10
40gf이상 60gf미만 x3이상 x4미만 11
60gf이상 80gf미만 x4이상 x5미만 100
80gf이상 100gf미만 x5이상 x6미만 101
100gf이상 120gf미만 x6이상 x7미만 110
120gf이상 140gf미만 x7이상 x8미만 111
140gf이상 160gf미만 x8이상 x9미만 1000
160gf이상 180gf미만 x9이상 x10미만 1001
180gf이상 X10이상 1010
컴퓨터를 임피던스의 실수부가 도 3의 기준값 x1이상일때만 터치위치로 판단하여, 터치위치패턴을 출력하도록 프로그램하였고, 도 20에 도시된 터치힘 단계 중 10단계 터치힘 감지를 구현하기 위하여, 인덕턴스변화가 도 15의 기준값 x2미만일 때, x2이상 x3미만일 때, x3이상 x4미만일 때, x4이상 x5미만일 때, x5이상 x6미만일 때, x6이상 x7미만일 때, x7이상 x8미만일 때, x8이상 x9미만일 때, x9이상 x10미만일 때 및 x10이상일 때 각각의 터치힘패턴을 출력하도록 프로그램하였다.
<터치위치패턴 및 터치힘패턴의 확정>
제조된 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)의 촉각센서의 상부에 100개의 좌표가 표시된 아크릴을 위치시키고, 아크릴에 표시된 좌표 중 임의의 1개의 좌표를 터치한 다음, 교류전압을 각 행별로 순차적으로 인가시켰다. 그리고 임피던스분석기가 각 좌표의 임피던스의 실수부를 출력하도록 하였고, 그 결과 터치위치패턴이 출력됨을 확인하였다. 예를 들어, 도 20에 도시된 것과 같이 (4,3)을 터치하자 (100,11)이 출력되었다. 또한 임의의 2개이상의 좌표를 터치하였을 때도 2개이상의 터치위치패턴이 출력됨을 확인하였다. 예를 들어, 도 1에 도시된 좌표 (4,3)과 (3,3)을 터치하자 (100,11)과 (11,11)이 출력되었다. 또한 특정한 1개 좌표의 일정한 면적에 하중을 인가하고, 그 좌표에 교류전압을 인가하였으며, 나머지 전극들은 모두 개방시켰다. 그리고 임피던스분석기가 특정한 1개 좌표에 대한 인덕턴스변화를 출력하도록 하였다. 그 결과, 인가한 하중에 따라 그에 상응하는 터치힘패턴이 출력됨을 확인하였다. 예를 들어, 도 20에 도시된 것과 같이 (4,3)에 20gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 1이 출력되었고, (4,3)에 20gf이상 40gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 10이 출력되었고, (4,3)에 40gf이상 60gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 11이 출력되었고, (4,3)에 60gf이상 80gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 100이 출력되었고, (4,3)에 80gf이상 100gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 101이 출력되었고, (4,3)에 100gf이상 120gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 110이 출력되었고, (4,3)에 120gf이상 140gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 111이 출력되었고, (4,3)에 140gf이상 160gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 1000이 출력되었고, (4,3)에 160gf이상 180gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 1001이 출력되었으며, (4,3)에 180gf이상의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 1010이 출력되었다.
[실시예 2]
<터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)의 제조>
실리콘수지를 포함하는 유기비히클을 준비하였다. 그리고 상기 유기비히클 95wt% 및 카본마이크로코일 5wt%를 혼련하여 슬러리를 제조하였다. 또한 구리전극 10개가 x축방향으로 각각의 간격이 일정하게 배열되어 있고, 이것들과 절연된 또 다른 구리전극 10개는 y축방향으로 각각의 간격이 일정하게 배열되어 있는 형태로, 상기 구리전극 20개가 형성된 기판 1장을 준비하였다. 상기 구리전극 20개가 형성된 기판 1장 위에 상기 슬러리를 상기 구리전극 20개가 교차하는 각 지점에 인쇄하여 경화시킴으로써 촉각센서를 제조하였는데, 상기 촉각센서는 10×10배열 및 3×3mm2의 시트형태의 촉각센서로서, 그 평면도는 도 11에 도시되어 있다. 도 11을 참조하자면, 상기 슬러리가 경화되어 100개의 유닛(unit) 및 센싱부(200)를 이루고, 상기 구리전극 20개는 전극부(100)에 해당되며, 상기 기판 1장은 기판부(500)에 해당된다. 그리고 센싱신호수신부(300)로 임피던스분석기(Agilent 4249A)를 준비하여 상기 촉각센서의 각각의 전극(101)과 연결하였고, 상기 임피던스분석기를 처리부(400)인 컴퓨터와 연결하였다. 또한 20개의 전극(101)이 교차하여 만드는 100개의 좌표에 대하여 (1,1) 내지 (10,10)으로 지정하였다. 그리고 컴퓨터에 기준데이터(710)로 다음 표 3을 입력하여 저장하였다.
터치
위치		 터치위치패턴 터치
위치		 터치위치
패턴		 터치
위치		 터치위치
패턴		 터치
위치		 터치위치
패턴
(1,1) (1,1) (3,6) (11,110) (6,1) (110,1) (8,6) (1000,110)
(1,2) (1,10) (3,7) (11,111) (6,2) (110,10) (8,7) (1000,111)
(1,3) (1,11) (3,8) (11,1000) (6,3) (110,11) (8,8) (1000,1000)
(1,4) (1,100) (3,9) (11,1001) (6,4) (110,100) (8,9) (1000,1001)
(1,5) (1,101) (3,10) (11,1010) (6,5) (110,101) (8,10) (1000,1010)
(1,6) (1,110) (4,1) (100,1) (6,6) (110,110) (9,1) (1001,1)
(1,7) (1,111) (4,2) (100,10) (6,7) (110,111) (9,2) (1001,10)
(1,8) (1,1000) (4,3) (100,11) (6,8) (110,1000) (9,3) (1001,11)
(1,9) (1,1001) (4,4) (100,100) (6,9) (110,1001) (9,4) (1001,100)
(1,10) (1,1010) (4,5) (100,101) (6,10) (110,1010) (9,5) (1001,101)
(2,1) (10,1) (4,6) (100,110) (7,1) (111,1) (9,6) (1001,110)
(2,2) (10,10) (4,7) (100,111) (7,2) (111,10) (9,7) (1001,111)
(2,3) (10,11) (4,8) (100,1000) (7,3) (111,11) (9,8) (1001,1000)
(2,4) (10,100) (4,9) (100,1001) (7,4) (111,100) (9,9) (1001,1001)
(2,5) (10,101) (4,10) (100,1010) (7,5) (111,101) (9,10) (1001,1010)
(2,6) (10,110) (5,1) (101,1) (7,6) (111,110) (10,1) (1010,1)
(2,7) (10,111) (5,2) (101,10) (7,7) (111,111) (10,2) (1010,10)
(2,8) (10,1000) (5,3) (101,11) (7,8) (111,1000) (10,3) (1010,11)
(2,9) (10,1001) (5,4) (101,100) (7,9) (111,1001) (10,4) (1010,100)
(2,10) (10,1010) (5,5) (101,101) (7,10) (111,1010) (10,5) (1010,101)
(3,1) (11,1) (5,6) (101,110) (8,1) (1000,1) (10,6) (1010,110)
(3,2) (11,10) (5,7) (101,111) (8,2) (1000,10) (10,7) (1010,111)
(3,3) (11,11) (5,8) (101,1000) (8,3) (1000,11) (10,8) (1010,1000)
(3,4) (11,100) (5,9) (101,1001) (8,4) (1000,100) (10,9) (1010,1001)
(3,5) (11,101) (5,10) (101,1010) (8,5) (1000,101) (10,10) (1010,1010)
또한 컴퓨터에 또 다른 기준데이터(710)로 다음 표 4를 입력하여 저장하였다.
터치힘(인가하중) 인덕턴스변화 터치힘패턴
20gf미만 x2미만 1
20gf이상 40gf미만 x2이상 x3미만 10
40gf이상 60gf미만 x3이상 x4미만 11
60gf이상 80gf미만 x4이상 x5미만 100
80gf이상 100gf미만 x5이상 x6미만 101
100gf이상 120gf미만 x6이상 x7미만 110
120gf이상 140gf미만 x7이상 x8미만 111
140gf이상 160gf미만 x8이상 x9미만 1000
160gf이상 180gf미만 x9이상 x10미만 1001
180gf이상 X10이상 1010
컴퓨터를 임피던스의 실수부가 도 3의 기준값 x1이상일때만 터치위치로 판단하여, 터치위치패턴을 출력하도록 프로그램하였고, 도 20에 도시된 터치힘 단계 중 10단계 터치힘 감지를 구현하기 위하여, 인덕턴스변화가 도 15의 기준값 x2미만일 때, x2이상 x3미만일 때, x3이상 x4미만일 때, x4이상 x5미만일 때, x5이상 x6미만일 때, x6이상 x7미만일 때, x7이상 x8미만일 때, x8이상 x9미만일 때, x9이상 x10미만일 때 및 x10이상일 때 각각의 터치힘패턴을 출력하도록 프로그램하였다.
<터치위치패턴 및 터치힘패턴의 확정>
제조된 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈(10)의 촉각센서의 상부에 100개의 좌표가 표시된 아크릴을 위치시키고, 아크릴에 표시된 좌표 중 임의의 1개의 좌표를 터치한 다음, 교류전압을 각 행별로 순차적으로 인가시켰다. 그리고 임피던스분석기가 각 좌표의 임피던스의 실수부를 출력하도록 하였고, 그 결과 터치위치패턴이 출력됨을 확인하였다. 예를 들어, 도 20에 도시된 것과 같이 (4,3)을 터치하자 (100,11)이 출력되었다. 또한 임의의 2개이상의 좌표를 터치하였을 때도 2개이상의 터치위치패턴이 출력됨을 확인하였다. 예를 들어, 도 11에 도시된 좌표 (4,3)과 (3,3)을 터치하자 (100,11)과 (11,11)이 출력되었다. 또한 특정한 1개 좌표의 일정한 면적에 하중을 인가하고, 그 좌표에 교류전압을 인가하였으며, 나머지 전극들은 모두 개방시켰다. 그리고 임피던스분석기가 특정한 1개 좌표에 대한 인덕턴스변화를 출력하도록 하였다. 그 결과, 인가한 하중에 따라 그에 상응하는 터치힘패턴이 출력됨을 확인하였다. 예를 들어, 도 20에 도시된 것과 같이 (4,3)에 20gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 1이 출력되었고, (4,3)에 20gf이상 40gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 10이 출력되었고, (4,3)에 40gf이상 60gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 11이 출력되었고, (4,3)에 60gf이상 80gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 100이 출력되었고, (4,3)에 80gf이상 100gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 101이 출력되었고, (4,3)에 100gf이상 120gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 110이 출력되었고, (4,3)에 120gf이상 140gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 111이 출력되었고, (4,3)에 140gf이상 160gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 1000이 출력되었고, (4,3)에 160gf이상 180gf미만의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 1001이 출력되었으며, (4,3)에 180gf이상의 하중을 인가하자 일정하게 터치힘패턴 1010이 출력되었다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
1 : 터치패드, 롤러블(rollable)터치패드
10 : 터치패드용카본마이크로코일촉각센서모듈
100 : 전극부
110 : 구동전극부
120 : 센싱전극부
101 : 전극
200 : 센싱부
300 : 센싱신호수신부
400 : 처리부
500 : 기판부
510 : 제1기판
520 : 제2기판
600 : 구동신호송신부
700 : 메모리부
710 : 기준데이터
20 : 터치입력부
30 : 터치패드마스크

Claims (13)

  1. 제1기판(510);
    상기 제1기판(510) 상에 제1축방향으로 형성된 구동전극부(110);
    상기 구동전극부(110)에 구동신호를 인가하는 구동신호송신부(600);
    상기 구동전극부(110) 상부에 위치하고, 각각이 전체 중량 대비 6 내지 10wt%의 카본마이크로코일을 포함하는 복수 개의 센싱 유닛;
    상기 센싱 유닛 상부에 위치하고, 상기 제1축방향과 수직인 제2축방향으로 형성된 센싱전극부(120);
    상기 센싱전극부(120)가 하부에 형성된 제2기판(520);
    상기 제2기판(520) 상부에 위치하고, 불투명한 소재로 이루어지는 터치입력부(20);
    상기 터치입력부(20) 상부에 위치하고, 상기 터치입력부(20)에 부착 및 상기 터치입력부(20)로부터 탈착이 가능하며, 소정의 패턴을 구비한 터치패드마스크(30);
    상기 터치패드마스크(30)의 상기 소정의 패턴을 따라 상기 터치입력부(20)에 입력된, 터치에 의한 상기 센싱 유닛의 커패시턴스 변화를 측정하여 커패시턴스 신호를 생성하는 센싱신호수신부(300);
    상기 센싱신호수신부(300)에 의해 생성된 상기 커패시턴스 신호를 처리하여 터치위치패턴 및 터치힘패턴을 확정하는 처리부(400); 및
    상기 처리부(400)에 의해 상기 터치위치패턴과 대비되는 사전결정된 터치위치패턴코드 및 상기 터치힘패턴과 대비되는 사전결정된 터치힘패턴코드가 기록된 메모리부(700)를 포함하고,
    상기 복수 개의 센싱 유닛 각각은 상기 구동전극부(110)와 상기 센싱전극부(120)가 교차하여 형성하는 평면좌표계의 각 좌표상에 위치하고;
    상기 센싱 유닛은 상기 구동전극부(110)를 통해 상기 구동신호를 입력 받아 상기 센싱전극부(120)를 통해 센싱신호를 출력하고;
    상기 센싱신호수신부(300)는 상기 출력된 센싱신호를 수신하여 상기 센싱 유닛의 상기 커패시턴스 변화를 측정하고;
    상기 처리부(400)는 상기 복수 개의 센싱 유닛 중 커패시턴스 변화가 가장 큰 센싱 유닛의 좌표를 터치위치로 판단하여 상기 터치위치에 대응하는 상기 터치위치패턴을 확정하고;
    상기 처리부(400)는 상기 확정된 터치위치패턴을 상기 사전결정된 터치위치패턴코드와 대비하여 상기 확정된 터치위치패턴에 터치위치패턴코드를 부여하고;
    상기 처리부(400)는 상기 커패시턴스 변화가 가장 큰 가장 큰 센싱 유닛의 커패시턴스 변화량에 대응하는 상기 터치힘패턴을 확정하며;
    상기 처리부(400)는 상기 확정된 터치힘패턴을 상기 사전결정된 터치힘패턴코드와 대비하여 상기 확정된 터치힘패턴에 터치힘패턴코드를 부여하는 것을 특징으로 하는 터치패드.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 카본마이크로코일은 3차원적인 나선형상으로 직경 1 내지 10마이크로미터 및 길이 10 내지 500마이크로미터인 것을 특징으로 하는 터치패드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 카본마이크로코일은 코일을 이루는 카본섬유의 직경이 0.01 내지 1마이크로미터인 것을 특징으로 하는 터치패드.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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