KR102084005B1 - 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메탈터치 스위치를 구성함에 있어서 터치에 대하여 RX(Receive)단자와 TX(transmit)단자를 수직으로 구성하여 내구성과 터치 감도를 높인 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치에 관한 것으로서, 판 형태의 메탈판으로 구성되며 상기 메탈판을 관통하는 통공이 형성된 RX단자; 상기 RX단자에 형성된 통공의 내측으로 세로 방향으로 형성되며 상기 RX단자와 캐패시턴스 값을 형성하는 TX단자; 상기 RX단자와 상기 TX단자의 상부를 덮으며 절연체로 구성된 글라스; 및 상기 RX단자와 상기 TX단자가 글라스의 상부를 통해 터치되는 경우 상기 RX단자와 TX단자의 캐패시턴스 값의 변화를 스위칭으로 감지하는 PCB;를 포함하여 구성되어 내구성과 터치 감도를 높인 효과가 있다.

Description

수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치{METAL TOUCH SWITCH WITH VERTICAL TYPE CAPACITIVE SENSOR}

본 발명은 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메탈터치 스위치를 구성함에 있어서 터치에 대하여 RX(Receive)단자와 TX(transmit)단자를 수직으로 구성하여 내구성과 터치 감도를 높인 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치에 관한 것이다.

금속광택에 의한 심미적 효과로 인해 노트북의 기능키 패널부 또는 자동차의 프론트 패널에 장착되는 기능키 패널 등에 정전용량 센서가 적용된 메탈터치 스위치 구조가 적용되고 있다.

도 1은 종래기술의 정전용량 포스 센서를 적용한 메탈터치 스위치 구조를 가진 사진 및 스위치 기능을 나타내는 도면이다.

도 1과 같이 종래기술의 정전용량 센서가 적용된 메탈터치 스위치 구조는 기판(1)의 상부에 다수의 정전용량부(3)를 형성하고, 양면 테이프 등의 스페이서(5)를 개재하여 정전용량부(3)의 상부에 정전용량부(3)의 스위치 기능에 대응하는 기능 아이콘(6)들이 음각 또는 양각된 스테인리스 강판 또는 알루미늄 강판 등의 메탈 패널(7)을 안착시킨 구성을 가진다.

상술한 구성의 종래기술의 정전용량 포스 센서가 적용된 메탈터치 스위치 구조는 도 1의 동작을 나타내는 단면도와 같이, 기능 아이콘(6)이 터치되는 경우 메탈 패널(7)의 미세 변형에 따라 대응되는 위치의 정전용량부(3)의 사이의 길이가 변화되어 정전용량부(3)의 정전용량이 가변되고, 가변되는 정전용량을 제어부가 검출하여 스위칭 신호를 출력하도록 동작한다.

그러나 상술한 종래기술의 정전용량 센서가 적용된 메탈터치 스위치 구조의 경우 스위칭을 위해 메탈커버(7)가 반복적으로 눌려 변형이 발생하게 되면 눌림 부위가 완전하게 복원되지 않게 되어 오동작을 일으키는 문제점을 가진다.

도 2는 종래기술의 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치 구조 단면을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 메탈스위치에 있어서 사용자가 메탈커버(7)를 터치한 손에 대응하여 메탈커버(7) 전면에 걸쳐서 캐패시턴스 값이 변하게 되므로 터치용 패드는 터치된 손의 위치를 감지하지 못하게 되므로 메탈(7)로 된 커버에서 터치된 위치를 인식할 수 없다는 문제점이 있다.

도 3은 종래기술의 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치 구조에서 터치를 인식시키는 것을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 전술한 바와 같이 메탈터치 스위치 구조에서 메탈커버에 밴딩(bending)을 발생시킨다. 메탈커버(7)에 밴딩이 발생하게 되면 메탈커버(7)와 정전용량부(3) 사이에 거리(d)가 변하게 되고 이로 인한 정전용량 변화를 제어부가 감지하여 터치 및 터치한 위치를 인지하게 된다.

도 4는 종래기술의 압전필름을 이용한 메탈터치 스위치 구조에서 터치를 인식시키는 것을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 도 4의 실시에에서의 구조는 메탈(7)의 뒷면에 압전필름(piezo-film)(9)을 붙여 구성하고 메탈커버(7)의 변형과 이에 따른 압전필름의 정전용량 변화를 제어부가 감지하여 터치를 인지한다.

그러나, 도 3 및 도 4의 실시예 모두에 있어서 메탈커버(7)의 변형이 필요하며 따라서 메탈커버(7)의 변형에 의한 내구성의 문제 및 감도가 떨어지는 등의 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0038479호 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0003874호

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 터치되는 손에 대하여 RX(Receive)단자와 TX(transmit)단자가 수직으로 배치된 메탈터치 구조를 형성하여 내구성을 향상시키고 감도를 높인 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 RX(Receive)단자와 TX(transmit)단자가 수평으로 형성된 메탈터치를 구성하여 터치 감도를 높이고 터치 인식률을 높이며 보다 얇은 형태로 구성할 수 있어 심미감을 높인 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전용량 포스 센서를 적용한 메탈터치 스위치 구조는,

판 형태의 메탈판으로 구성되며 상기 메탈판을 관통하는 통공이 형성된 RX단자;

상기 RX단자에 형성된 통공의 내측으로 세로 방향으로 형성되며 상기 RX단자와 캐패시턴스 값을 형성하는 TX단자;

상기 RX단자와 상기 TX단자의 상부를 덮으며 절연체로 구성된 글라스; 및

상기 RX단자와 상기 TX단자가 글라스의 상부를 통해 터치되는 경우 상기 RX단자와 TX단자의 캐패시턴스 값의 변화를 스위칭으로 감지하는 PCB;를 포함하여 구성된다.

상기 통공은 원형, 다각형, 문자 또는 아이콘 중 어느 하나의 형태로 구성되도록 구성될 수 있다.

상기 TX단자는,

메탈판으로 구성된 RX단의 통공 내의 측면에 스트라이프 패턴으로 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 TX단자는 접지(ground)시키고, 상기 RX단자는 셀프캡(self-cap, self-capacitance) 방식으로 연결시켜 구성할 수 있다.

상술한 구성의 본 발명의 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치는, 메탈터치 스위치를 구성함에 있어서 터치에 대하여 RX(Receive)단자와 TX(transmit)단자를 수직으로 구성하여 내구성과 터치 감도를 높인 효과가 있다.

또한, 본 발명의 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치는, RX(Receive)단자와 TX(Transmit)단자를 수직으로 구성하여 수평으로 형성된 메탈터치에 대비하여 터치 감도를 높여 터치 인식률을 높이고 보다 얇은 형태로 구성할 수 있어 심미감을 높인 효과가 있다.

도 1은 종래기술의 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치 구조의 사시도 및 스위치 기능을 나타내는 단면도.
도 2는 종래기술의 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치 구조 단면을 나타낸 도면.
도 3은 종래기술의 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치 구조에서 터치를 인식시키는 것을 설명하기 위한 일 실시예를 나타낸 도면.
도 4는 종래기술의 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치 구조에서 터치를 인식시키는 것을 설명하기 위한 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치와 터치에 따른 캐패시턴의 변화를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치의 구조를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치에서 터치에 따른 캐패시턴스의 변화를 설명하기 위한 도면.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치의 구조를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치와 터치에 따른 캐패시턴의 변화를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치에서 터치에 따른 캐패시턴스의 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치는 크게 TX단자(100), RX단자(200), 글라스(300) 및 PCB(Printed Circuit Board)(400)를 포함하여 구성된다.

먼저, RX단자(200)는 판 형태의 메탈판으로 구성되며 상기 메탈판을 관통하는 통공(102)이 형성된다. 통공으로 도 6의 (a)에는 문자 형태의 'MEDIA'를 표시하였지만, 통공은 원형, 다각형, 문자 또는 아이콘 중 어느 하나의 형태로 구성되도록 구성될 수 있다. 여기서 아이콘은 캐릭터, 기호, 작은 그림 등이 될 수 있다.

도 6의 (b)는 좌측에 구동전극(10)과 우측의 센서전극(20)이 나타나 있다. 구동전극(10)과 센서전극(20) 사이에는 캐패시턴스 값이 형성되어 있으며, 터치가 되면 터치에 의해 캐패시턴스 값이 가변되는 것을 나타내고 있다.

TX단자(100)는 상기 RX단자(200)에 형성된 통공의 내측면, 즉 메탈판에 대하여 깊이 또는 세로 방향으로 형성되며 상기 RX단자(200)와 캐패시턴스 값을 형성한다. 한편, 상기 TX단자(100)는 메탈판으로 구성된 RX단자(200) 상에 도 5에서와 같이 스트라이프 패턴 또는 바 형태로 형성하도록 구성될 수 있다. 도 5의 (a)는 스트라이프 패턴으로 형성된 TX단자(100)를 나타내고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에서 A-A'선을 따라 자른 단면을 나타낸다.

한편, RX단자(200)와 TX단자(100) 사이에는 캐패시턴스 값을 형성하기 위한 절연체(미도시 됨)가 구성될 수 있다. RX단자(200)와 TX단자(100) 사이에 절연체가 배치되는 것은 주지의 기술이기 때문에 도면에서는 생략하여 구성하였다.

도 7에서는 RX전극(200)과 TX전극(100) 사이에 캐패시턴스 값이 형성되어 있음을 나타낸다. TX단자(100)는 RX단자(200)의 각각의 아이콘 형태로 통공이 형성된 세로부분의 내측면에 절연체(미도시 됨)와 TX단자를 스트라이프(stripe) 또는 바(bar) 형태로 증착시켜 구성할 수 있다.

한편, 도 6에서 'MEDIA'의 형태로 통공(102)이 나타나 있으며, 각각 캐패시턴스 값이 형성되어 있으므로 사용자가 'M'을 터치하게 되면 'M'의 터치하여 발생한 캐패시턴스 변화와 'M'을 터치한 것을 인지한다. 즉, 'M', 'E', 'D', 'I' 및 'A'를 개별적으로 인지하게 되고, PCB(400)에서는 각각 5개의 터치 스위치로 인지된다.

글라스(300)는 절연체이다. 글라스(300)는 RX단자(200)와 TX단자(100)의 상부를 덮으며 RX단자(200)와 TX단자(100)를 물리적으로 보호한다. 글라스(300)가 있지만, 핑거(손가락, finger)를 이용하여 터치하게 되면 핑거는 RX단자(200)와 TX단자(100)의 측면에서는 접지로 작용하기 때문에 RX단자(200)와 TX단자(100)로 구성된 스위치, 또는 구동전극(10)과 센서전극(20) 사이에 캐패시턴스 값을 변화시킬 수 있다.

PCB(400)는 RX단자(200)와 TX단자(100)와 전기적으로 연결되어 있으며, PCB(400)는 RX단자(200)와 TX단자(100)에 글라스(300)의 상부를 통해 터치되는 경우 상기 RX단자(200)와 TX단자(200)의 캐패시턴스 값의 변화를 스위칭으로 감지한다.

도 8에서 탑(top)은 RX단자(200)와 TX단자(100)에 대비하여 글라스(300)가 위치한 방향을 나타내고 보텀(bottom)은 RX단자(200)와 TX단자(100)에 대비하여 PCB(400)가 위치한 방향을 나타낸다. 도 8의 (a)에서 RX단자(200)와 TX단자(100) 사이에서 캐패시턴스가 형성된 상태로 유지되고 있음을 보여준다. 도 8의 (b)에서 터치가 발생하면 캐패시턴스 값이 핑거를 통해 빠져나가기 때문에 캐패시턴스 값은 감소한다. 캐패시턴스 값이 감소하면 PCB(400)는 이를 터치로 인지한다. 즉, 금속판을 강하게 누르지 않아도 PCB(400)는 이를 터치로 인식하며 따라서 메탈터치의 내구도가 증가하고 터치의 감도도 증가한다.

한편, RX단자(200) 및 TX단자(100)와 PCB(400) 사이에는 전기적으로는 절연체이며 물리적으로는 탄성체(210)를 개입시킬 수 있다.

TX단자(100)를 접지(ground)시키고, RX단자는 셀프캡(self-cap, self-capacitance) 방식으로 연결시켜 구성할 수도 있다. 이 경우에도 터치에 의한 동작은 동일하므로 이에 대한 동작 설명은 생략하기로 한다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : TX단자 200 : RX단자
300 : 글라스 400 : PCB

Claims (4)

1. 판 형태의 메탈판으로 구성되며 상기 메탈판을 관통하는 통공이 형성된 RX단자;
   상기 RX단자에 형성된 통공의 내측 하부에 상기 RX단자의 배치 방향과 세로 방향으로 배치되어 상기 RX단자와 캐패시턴스 값을 형성하는 TX단자;
   상기 RX단자와 상기 TX단자의 상부를 덮으며 절연체로 구성된 글라스;
   상기 RX단자 및 상기 TX단자와 전기적으로 연결되며 상기 RX단자와 상기 TX단자가 글라스의 상부를 통해 터치되는 경우 상기 RX단자와 상기 TX단자의 캐패시턴스 값의 변화를 스위칭으로 감지하는 PCB; 및
   상기 TX단자와 상기 PCB 사이에 배치되며 절연체로 구성된 탄성체를 포함하는 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치.
2. 제1항에 있어서, 상기 통공은,
   원형, 다각형, 문자 또는 아이콘 중 어느 하나의 형태로 구성되도록 구성되는 것인 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치.
3. 제1항에 있어서, TX단자는,
   메탈판으로 구성된 RX단의 통공 내에 스트라이프 패턴으로 형성하도록 구성되는 것인 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 TX단자는 접지(ground)시키고, 상기 RX단자는 셀프캡(self-cap, self-capacitance) 방식으로 연결시켜 구성하는 것인 수직형 정전용량 센서를 적용한 메탈터치 스위치.

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