KR102139912B1 - 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스 - Google Patents

플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서노드와의 사이에서 기생 커패시턴스를 발생시키는 왜곡차단부를 형성하도록 하여 플렉서블 터치센서장치의 굽힘시 센서노드 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 차단하도록 함으로써, 플렉서블 터치센서장치의 굽힘시 터치 신호로 인식하여 오작동 되는 것을 방지할 수 있도록 하는 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스에 관한 것이다.

Description

플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스{A Flexible Touch Sensor and Wearable Touch Device Including the Same}
본 발명은 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서노드와의 사이에서 기생 커패시턴스를 발생시키는 왜곡차단부를 형성하도록 하여 플렉서블 터치센서장치의 굽힘시 센서노드 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 차단하도록 함으로써, 플렉서블 터치센서장치의 굽힘시 터치 신호로 인식하여 오작동 되는 것을 방지할 수 있도록 하는 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스에 관한 것이다.
웨어러블 컴퓨터 또는 웨어러블 디바이스로 불리는 착용 컴퓨터는 안경, 시계, 의복 등과 같이 착용할 수 있는 형태로 된 컴퓨터를 의미한다. 이러한 웨어러블 디바이스는 사용자가 거부감 없이 신체의 일부처럼 항상 착용하고 다니면서 사용할 수 있도록 하여 인간의 능력을 보완하거나 배가할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.
이러한 웨어러블 디바이스의 예로 도 1(a)에 도시된 바와 같이 스마트워치, 헤드폰, 증강현실 안경, 가상현실 안경 등의 제품이 개발되어 사용되고 있다.
다만, 이러한 기존의 웨어러블 디바이스들은 별도의 장치를 구비해야만 하므로 휴대가 번거롭고 사용이 불편하다는 단점이 있다.
따라서, 최근에는 아래 특허문헌과 같이 의복 자체에 ICT 기술이 융합된 스마트 의류가 개발되고 있으며, 스마트 의류는 기존 패선의류 고유의 감성적, 기능적 속성을 유지하면서 첨단기능이 부가된 고기능, 고성능 의류로 전도성 특수소재 및 초소형 IC(집적회로) 등을 사용해 센서, 네트워크, 제어, 저장, 신호처리 기능을 보유하고, 외부 컴퓨팅 단말과의 전기 신호 및 데이터 교환을 통해 다양한 기능을 수행하며, 착용자의 심박수, 운동량, 체온 등을 감지하여 헬스케어, 멀티미디어, 위치기반 서비스 등에 활용되도록 하고 있다.
도 1(b)는 최근 출시되고 있는 구글-리바이스의 스마트 의류이며, 구글-리바이스가 개발한 스마트 의류는 e-textile 소재로 제작된 스마트자켓으로 스마트폰과 무선 연결되어 전화수신, 오디오 컨트롤, 구글지도 네비게이션 컨트롤 등의 기능을 수행할 수 있다.
이러한 스마트 의류에서 사용되는 정전식 터치스크린 기술은 일반적으로 디스플레이 스크린 상에 적층된 투명 터치센서 어레이 상에 손가락과 같은 도전성 물체가 접근, 접촉하면 정전용량이 변화되는 특성을 감지하여 스크린 상의 위치 및 움직임을 산출하도록 하고 있으며, 스마트폰, 태블릿 등의 스마트기기에서 널리 사용되는 기술이다.
종래의 터치스크린은 도 2에 도시된 바와 같이 정전용량 변화에 따라 신호를 발생시키는 센서노드(100)와 센서노드(100)를 보호하는 필름(200)들로 형성되는데. 이러한 터치스크린이 스마트 의류에 적용될 경우 굽힘, 휨 등에 의해 오작동이 발생하는 문제가 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 종래 터치스크린에 굽힘이 발생할 경우 도 3에 도시된 바와 같이 센서노드(100) 사이의 기생 커패시턴스가 급격하게 증가(H)하게 되며, 급격하게 증가된 기생 커패시턴스로 인해 왜곡신호가 발생되어 잦은 오작동을 일으키게 된다. 여기서 기생 커패시턴스란 커패시터에 의한 것이 아니라 도체와 도체 사이에서 커패시터처럼 전하가 축적되는 것과 같은 현상이 발생하는 것을 의미하며, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 굽힘이 발생하지 않은 상태에서 센서노드(100) 사이의 기생 커패시턴스는 매우 작은 값을 갖지만, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 굽힘이 발생할 경우 도 3(c)에 도시된 바와 같이 기생 커패시턴스가 급격하게 증가하여 터치스크린의 오작동을 일으키게 된다.
(특허문헌)
등록특허공보 제10-1961728호(2019.07.18. 등록)"생체신호 측정기능을 갖는 스마트 의류 및 그 제조방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 센서노드와의 사이에서 기생 커패시턴스를 발생시키는 왜곡차단부를 형성하도록 하여 플렉서블 터치센서장치의 굽힘시 센서노드 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 차단하도록 함으로써, 굽힘시 터치 신호로 인식하여 오작동 되는 것을 방지할 수 있도록 하는 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 왜곡차단부가 전원 및 그라운드에 연결되지 않는 도전체와, 도전체 및 센서노드 사이에 삽입되는 유전체로 형성되도록 하여 센서노드 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스보다 충분히 큰 기생 커패시턴스가 도전체와 센서노드 사이에서 발생되도록 함으로써 굽힘시 센서노드 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 효과적으로 차단할 수 있도록 하는 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 왜곡차단부에 의해 발생하는 기생 커패시턴스의 값에 따라 터치로 인식되는 정전용량 변화의 기준을 최적화하도록 함으로써 왜곡차단부의 형성에도 정확한 터치의 감지가 가능하도록 하는 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 플렉서블 터치센서장치를 의복, 가방 등에 탈착식으로 결합하도록 하여 휴대 및 작동, 세탁 등이 편리하게 이루어질 수 있도록 하는 웨어러블 터치 디바이스를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상부커버 상에 터치에 따라 다양한 종류의 제어신호를 입력할 수 있는 아이콘, 터치패드 등을 형성하도록 하여 웨어러블 터치 디바이스만으로도 손쉬운 제어가 이루어질 수 있도록 하는 웨어러블 터치 디바이스를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상부커버 상에 별도의 물리버튼부를 마련하여 물리버튼부를 누르는 경우에만 센서노드에 전원의 공급되도록 함으로써 센서노드에서 소모되는 전력을 최소화할 수 있도록 하는 웨어러블 터치 디바이스를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 플렉서블 터치센서장치는 도전성 물체의 접촉에 의한 정전용량의 변화에 따라 전기신호를 발생시키는 센서노드와, 상기 센서노드의 상측에 형성되어 센서노드와의 사이에서 기생 커패시턴스를 발생시키는 왜곡차단부와, 상기 센서노드 및 왜곡차단부를 외부와 차단시키는 필름부를 포함하고, 상기 센서노드, 왜곡차단부 및 필름부는 가요성 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 플렉서블 터치센서장치에 있어서, 상기 왜곡차단부는 도전체로 형성되는 플로팅노드와, 상기 플로팅노드 및 센서노드 사이에 삽입되는 유전체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 플렉서블 터치센서장치에 있어서, 상기 플로팅노드는 전원이나 그라운드에 연결됨 없이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 플렉서블 터치센서장치에 있어서, 상기 센서노드는 상기 왜곡차단부에 의한 정전용량의 변화를 고려하여 전기신호가 발생되는 정전용량 변화의 기준을 최적화하는 커패시턴스최적화모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 플렉서블 터치센서장치에 있어서, 상기 커패시턴스최적화모듈은 상기 왜곡차단부가 존재하지 않는 상태에서 전기신호를 발생시키는 정전용량 변화의 기준을 설정하는 기본커패시턴스설정모듈과, 왜곡차단부에 의해 발생되는 기생 커패시턴스를 고려하여 정전용량 변화의 기준을 수정하는 커패시턴스보정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 플렉서블 터치센서장치에 있어서, 상기 필름부는 플로팅노드의 상부에 형성되는 커버필름과, 상기 센서노드의 하부에 형성되는 센서필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스는 가요성 소재로 형성되어 도전성 물체의 접촉에 따라 전기신호를 발생시키는 플렉서블 터치센서장치와; 상기 플렉서블 터치센서장치의 상부를 덮는 상부커버와; 상기 플렉서블 터치센서장치의 하부에 형성되어 상부커버와 결합되며, 의복, 가방 등에 탈착식으로 고정되는 하부커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스에 있어서, 상기 하부커버는 의복 이나 가방에 탈착식으로 고정되도록 하는 고정부를 포함하고, 상기 고정부는 벨크로 루프 또는 벨크로 후크 중 하나로 형성되어 의복 이나 가방에 형성되는 벨크로 후크 또는 벨크로 루프에 결합·고정되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스에 있어서, 상기 하부커버는 별도의 전원과 연결되어 센서노드를 충전시키는 충전단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스에 있어서, 상기 상부커버는 다양한 형태의 터치 입력이 이루어지도록 하는 제어표시부와, 물리적인 작동으로 센서노드에 전력이 공급되도록 하는 물리버튼부를 포함하고, 상기 센서노드는 물리버튼부가 눌려지는 경우에만 전원이 공급되어 작동하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스에 있어서, 상기 제어표시부는 다양한 제어입력이 이루어지도록 하는 아이콘, 방향의 입력이 가능한 화살표, 터치에 따른 선택 및 이동신호가 발생되도록 하는 터치패드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스는 상기 상부커버와 하부커버를 결합시키는 결합수단을 포함하고, 상기 결합수단은 상기 상부커버 및 하부커버의 둘레를 따라 재봉에 의한 결합이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스는 상기 상부커버와 하부커버를 결합시키는 결합수단을 포함하고, 상기 결합수단은 상기 상부커버 및 하부커버를 탈착식으로 결합시키는 탈착부와, 상기 플렉서블 터치센서장치의 위치를 고정시키는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스에 있어서, 상기 탈착부는 상기 상부커버 및 하부커버 각각의 둘레를 따라 형성되는 벨크로 후크 및 벨크로 루프의 결합에 의해 상부커버 및 하부커버를 탈착식으로 결합시키도록 하고, 상기 지지부는 상부커버 또는 하부커버로부터 돌출되도록 형성되어 플렉서블 터치센서장치의 위치를 고정시키는 지지돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 센서노드와의 사이에서 기생 커패시턴스를 발생시키는 왜곡차단부를 형성하도록 하여 플렉서블 터치센서장치의 굽힘시 센서노드 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 차단하도록 함으로써, 플렉서블 터치센서장치의 굽힘시 터치 신호로 인식하여 오작동 되는 것을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 왜곡차단부가 전원 및 그라운드에 연결되지 않는 도전체와 도전체 및 센서노드 사이에 삽입되는 유전체로 형성되도록 하여 센서노드 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스보다 충분히 큰 기생 커패시턴스가 도전체와 센서노드 사이에서 발생되도록 함으로써 굽힘시 센서노드 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 효과적으로 차단할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 왜곡차단부에 의해 발생하는 기생 커패시턴스의 값에 따라 터치로 인식되는 정전용량 변화의 기준을 최적화하도록 함으로써 왜곡차단부의 형성에도 정확한 터치의 감지가 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 플렉서블 터치센서장치를 의복, 가방 등에 탈착식으로 결합하도록 하여 휴대 및 작동, 세탁 등이 편리하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 상부커버 상에 터치에 따라 다양한 종류의 제어신호를 입력할 수 있는 아이콘, 터치패드 등을 형성하도록 하여 웨어러블 터치 디바이스만으로도 손쉬운 제어가 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 상부커버 상에 별도의 물리버튼부를 마련하여 물리버튼부를 누르는 경우에만 센서노드에 전원의 공급되도록 함으로써 센서노드에서 소모되는 전력을 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 웨어러블 디바이스 및 스마트 의류를 나타내는 사진
도 2는 종래 터치스크린의 구조를 나타내는 단면도
도 3은 종래 터치스크린의 굽힘에 따른 기생 커패시턴스의 생성을 설명하기 위한 참고도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치센서장치의 분해사시도(a) 및 단면도(b)
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치센서장치의 기생 커패시턴스 발생을 설명하기 위한 참고도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치센서장치의 센서노드의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치센서장치를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스의 분해사시도
도 8은 도 7의 결합수단의 다른 예를 나타내는 참고도
도 9는 웨어러블 터치 디바이스의 장착예를 나타내는 사진
이하에서는 본 발명에 따른 플렉서블 터치센서장치 및 이를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치센서장치(1)를 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 상기 플렉서블 터치센서장치(1)는 도전성 물체의 접촉에 의한 정전용량의 변화에 따라 전기신호를 발생시키는 센서노드(13)와, 상기 센서노드(13)의 상측에 형성되어 센서노드(13)와의 사이에서 기생 커패시턴스를 발생시키는 왜곡차단부(11)와, 상기 센서노드(13) 및 왜곡차단부(11)를 외부와 차단시키는 필름부(15)를 포함한다.
종래 정전 용량 방식의 터치스크린은 도 3에 도시된 바와 같이 굽힘에 의해 센서노드(100) 사이의 기생 커패시턴스가 급격하게 증가(H)한다. 따라서, 종래에는 터치스크린의 굽힘, 휨이 발생할 경우 터치스크린을 누르지 않았음에도 터치스크린을 누른 것과 같은 왜곡 신호가 발생하여 오작동을 일으키는 문제가 있었다. 특히, 최근에는 ICT 기술이 의류, 가방 등에 접목된 스마트 의류의 개발이 활발하게 이루어지고 있는데, 이러한 터치스크린의 굽힘, 휨에 따른 왜곡신호의 발생으로 인해 터치스크린이 스마트 의류에 적용되는 데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명에서는 종래 터치스크린의 구조에 왜곡차단부(11)를 추가로 구성하여 센서노드(13) 간에 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 차단하는 플렉서블 터치센서장치(1)를 개발하였으며, 이를 통해 터치센서장치(1)의 굽힘, 휨이 발생하는 경우에도 왜곡 신호가 발생하지 않고 터치를 정확하게 감지할 수 있도록 하였다.
따라서, 본 발명에 따른 플렉서블 터치센서장치(1)는 플렉서블 디스플레이뿐만 아니라 섬유 소재로 형성되는 의류, 가방 등에도 부착되어 사용될 수 있으며, 이를 통해 사용자의 편의성을 더욱 높이도록 할 수 있다.
상기 왜곡차단부(11)는 센서노드(13) 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 차단하는 구성으로, 터치센서장치(1)를 굽히는 경우에도 센서노드(13) 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스에 의해 왜곡신호가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한다. 상기 왜곡차단부(11)는 센서노드(13)의 상부에 형성되어 센서노드(13)와의 사이에서 기생 커패시턴스를 발생시키도록 하여 센서노드(13) 사이에 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 차단하도록 한다. 인접 노드 사이의 기생 커패시턴스는 아래 [수학식 1]에서 보는 바와 같이 인접노드 사이의 거리와 인접 노드 단면적의 곱으로 나타낼 수 있는데, 도 5에서 보는 바와 같이 상기 왜곡차단부(11)와 센서노드(13) 사이는 센서노드(13) 사이, 여기서는 왜곡차단부(11) 사이보다 훨씬 가까운 거리와 넓은 단면적을 가지므로, 터치센서장치(1)의 굽힘 여부와 상관없이 왜곡차단부(11)와 센서노드(13) 사이의 기생 커패시턴스는 센서노드(13) 사이의 커패시턴스보다 상대적으로 매우 큰 값을 갖게 된다. 또한, 왜곡차단부(11)와 센서노드(13) 사이의 기생 커패시턴스는 굽힘에 의해 크게 변하지 않는다. 따라서, 상기 왜곡차단부(11)는 센서노드(13) 사이의 기생 커패시턴스의 영향, 여기서는 왜곡차단부(11)의 후술할 플로팅노드(111) 사이에 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 차단하도록 하여 굽힘의 발생시에도 왜곡신호가 발생하는 것을 방지하도록 할 수 있다.
[수학식 1]
기생 커패시턴스 = (인접노드 사이의 거리) X (인접 노드 단면적)
또한, 상기 왜곡차단부(11)는 왜곡신호의 효과적인 방지를 위해 도전체로 형성되는 플로팅노드(111)와, 플로팅노드(111) 및 센서노드(13) 사이에 삽입되는 유전체(113)를 포함하도록 할 수 있으며, 여기서 플로팅노드(111)는 전원이나 그라운드에 연결되지 않도록 형성된다. 따라서, 플로팅노드(111)와 센서노드(13) 사이에는 충분히 큰 크기의 기생 커패시턴스가 형성될 수 있고, 굽힘시 플로팅노드(111) 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스의 영향을 효과적으로 차단하여 왜곡신호의 발생이 이루어지지 않도록 할 수 있다.
상기 센서노드(13)는 도전성 물체의 접촉에 의한 정전용량의 변화에 따라 전기신호를 발생시키는 구성으로, 기존 터치스크린의 센서노드(100)와 동일한 구성을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 상기 센서노드(13)는 정전용량의 변화에 따라 손가락 등의 접촉을 감지하는 회로를 포함할 수 있으며, 플렉서블한 형태의 FPCB 상에 초소형 집적회로 등을 형성하도록 할 수 있고, 접촉 여부와 접촉된 위치 등을 무선통신 등을 통해 별도의 기기로 전달하도록 할 수 있다. 여기서 별도의 기기는 스마트폰, 태블릿뿐만 아니라 무선으로 조작될 수 있는 다양한 스마트기기를 포함할 수 있다. 상기 센서노드(13)에 관한 구성은 기존 터치스크린의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 센서노드(13)는 상기 왜곡차단부(11)의 형성에 따라 터치를 감지하는 정전용량 변화의 기준을 최적화하도록 하기 위해 커패시턴스최적화모듈(131)을 포함할 수 있다.
상기 커패시턴스최적화모듈(131)은 상기 왜곡차단부(11)에 의하 정전용량의 변화를 고려하여 전기신호가 발생되는 정전용량 변화의 기준을 최적화하는 구성으로, 상기 터치센서장치(1)는 왜곡차단부(11)에 의한 센서노드(13)와 플로팅노드(111) 사이의 기생 커패시턴스 발생으로 왜곡신호의 발생을 차단하도록 하는데, 이로 인해 터치센서장치(1)에 대한 손가락 등 도전성 물체의 접촉시 발생하는 정전용량의 변화도 종래와 상이하게 변하게 된다. 따라서, 상기 커패시턴스최적화모듈(131)은 왜곡차단부(11)에 의해 발생하는 기생 커패시턴스를 고려하여 터치에 의해 전기신호가 발생되는 정전용량 변화의 기준을 새롭게 설정하도록 함으로써, 도전성 물체의 터치를 정확하게 감지할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 커패시턴스최적화모듈(131)은 도 6에 도시된 바와 같이 기본커패시턴스설정모듈(131a)과 커패시턴스보정모듈(131b)을 포함할 수 있다.
상기 기본커패시턴스설정모듈(131a)은 왜곡차단부(11)가 존재하지 않는 기존 센서노드(13) 상태에서의 터치를 감지하는 정전용량의 변화 정도에 대한 기준을 설정하는 구성으로, 종래 센서노드(13)에 대해 설정된 기준이 그대로 적용된다.
상기 커패시턴스보정모듈(131b)은 기본커패시턴스설정모듈(131a)에 의해 설정된 기준을 왜곡차단부(11)에 의해 생성되는 기생 커패시턴스를 고려하여 보정하는 구성으로, 상기 플로팅노드(111)의 단면적, 플로팅노드(111)와 센서노드(13) 사이의 거리, 유전체(113)의 종류 등을 고려하여 터치로 인식되는 정전용량 변화의 기준을 수정하도록 한다. 따라서, 상기 커패시턴스보정모듈(131b)은 도전성 물체의 접촉에 의해 왜곡차단부(11)에서 발생하는 기생 커패시턴스를 합하여 정전용량 변화의 기준을 수정하도록 하므로, 왜곡차단부(11)의 형성에도 정확한 터치의 감지가 가능하다. 뿐만 아니라, 상기 커패시턴스보정모듈(131b)은 수정된 정전용량의 변화가 생겨야만 터치로 인식되도록 하는바, 터치센서장치(1)의 굽힘에 의해 플로팅노드(111) 간에 기생 커패시턴스가 발생하더라도 그 크기는 앞서 설명한 바와 같이 플로팅노드(111)와 센서노드(13) 사이의 기생 커패시턴스에 비해 매우 작으므로 터치로 인식되지 않게 되어 굽힘시 발생하는 왜곡신호를 차단할 수 있게 된다.
상기 필름부(15)는 왜곡차단부(11) 및 센서노드(13)를 외부와 차단시키는 구성으로, 플로팅노드(111)의 상측에 형성되는 커버필름(151)과 센서노드(13)의 하측에 형성되는 센서필름(153)을 포함할 수 있다. 상기 커버필름(151) 및 센서필름(153)은 플렉서블한 투명 소재로 형성될 수 있으며, 플로팅노드(111) 및 센서노드(13)를 외부 충격 등으로부터 보호하도록 하고, 특히 센서필름(153)에는 투명 전극이 형성되어 센서노드(13)와 연결되도록 할 수 있으며, 이를 통해 센서노드(13)를 통한 터치의 감지가 이루어지도록 할 수 있다. 상기 커버필름(151) 및 센서필름(153)은 종래 공지된 구성과 동일하므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치센서장치(1)를 포함하는 웨어러블 터치 디바이스를 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 상기 웨어러블 터치 디바이스는 가요성 소재로 형성되어 도전성 물체의 접촉에 따라 전기신호를 발생시키는 플렉서블 터치센서장치(1)와; 상기 플렉서블 터치센서장치(1)의 상부를 덮는 상부커버(2)와;상기 플렉서블 터치센서장치(1)의 하부에 형성되어 상부커버(2)와 결합되며, 의복, 가방 등에 탈착식으로 고정되는 하부커버(3)와; 상기 상부커버(2)와 하부커버(3)를 결합시키는 결합수단(4);을 포함한다.
본 발명에 따른 웨어러블 터치 디바이스는 굽힘, 휨 등의 발생시에도 왜곡신호의 발생 없이 정확한 터치 신호를 감지할 수 있는 상기 플렉서블 터치센서장치(1)를 이용하여 제작되는 것으로, 의류, 가방 등의 일부에 부착되도록 하여 별도의 장비를 휴대하거나 착용할 필요 없이 의류, 가방 등의 일부로 웨어러블 터치 디바이스를 소지할 수 있도록 함으로써, 휴대 및 사용의 편리성을 높이도록 한다. 또한, 상기 웨어러블 터치 디바이스는 의류, 가방 등에 탈착식으로 부착될 수 있도록 하여 웨어러블 터치 디바이스에 대한 영향 없이 의류, 가방 등의 세탁, 수선 등이 쉽게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 플렉서블 터치센서장치(1)는 손가락 등의 도전성 물체의 터치를 감지하는 구성으로, 상기 상부커버(2)와 하부커버(3) 사이에 삽입되어 고정되며, 상부커버(2)를 통한 터치를 인식하여 다양한 제어신호를 별도의 전자기기로 전달할 수 있도록 한다. 상기 플렉서블 터치센서장치(1)에 관한 설명은 일 실시예에서 설명한 바와 같으므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
상기 상부커버(2)는 플렉서블 터치센서장치(1)의 상부를 덮는 구성으로, 상기 하부커버(3)와 결합하여 하부커버(3)와의 사이에 플렉서블 터치센서장치(1)가 삽입되도록 한다. 상기 상부커버(2)는 섬유, PVC 등의 플렉서블한 소재로 형성되어 의류, 가방 등의 일부에 노출되며, 다양한 디자인으로 형성되어 의류, 가방 등의 디자인 요소로서 작용하도록 할 수 있다. 또한, 상기 상부커버(2)에는 터치를 통한 다양한 입력이 이루어질 수 있도록 하는 제어표시부(21)와, 물리적으로 눌려지는 물리버튼부(23)를 포함하도록 할 수 있다.
상기 제어표시부(21)는 상부커버(2) 상의 터치를 통한 다양한 제어 입력이 이루어질 수 있도록 하는 구성으로, 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 아이콘, 화살표, 터치 패드 등으로 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 제어표시부(21)는 다양한 전자기기에 대해 다양한 형태의 제어 명령을 실행하도록 할 수 있으며, 예를 들어 음악재생기기에 대해서는 음악의 재생, 정지, 볼륨의 조절 등이 이루어지도록 할 수 있고, 스마트 기기에 대해서는 마우스 커서의 이동, 선택 등이 이루어지도록 할 수 있으며, 그 밖에 터치 패드로서의 다양한 기능을 실행하도록 할 수 있다.
상기 물리버튼부(23)는 물리적으로 누를 수 있도록 형성되는 구성으로, 누름에 따라 상기 센서노드(13)에 전원을 공급하도록 한다. 따라서, 상기 센서노드(13)는 평상시 전원이 공급되지 않는 상태로 유지되며, 상기 물리버튼부(23)를 누르는 경우에만 전원이 공급되어 작동하게 된다. 이에 따라, 상기 웨어러블 터치 디바이스는 센서노드(13)에서 소모되는 전력이 최소화되도록 할 수 있으며, 대기 상태에서 의도치 않은 터치에 의해 전자기기가 오작동 되는 것을 방지하도록 할 수 있다.
상기 하부커버(3)는 상기 플렉서블 터치센서장치(1)의 하측에 형성되어 상부커버(2)와 결합하는 구성으로, 의류, 가방 등에 탈착식으로 고정된다. 상기 하부커버(3) 역시 섬유, PVC 등의 소재로 형성되어 의류, 가방 등의 일부에 자연스럽게 부착되도록 할 수 있다. 상기 하부커버(3)는 의류, 가방 등의 다양한 위치에 고정되도록 할 수 있으며, 일 예로 도 9에 도시된 바와 같이 소매, 가슴 등의 위치에 고정되도록 하여 웨어러블 터치 디바이스(D)를 의류(C) 등에 부착된 상태로 소지하고 사용하도록 할 수 있으며, 필요시 터치 디바이스(D)를 손쉽게 분리하여 사용하도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 하부커버(3)는 의류, 가방 등에 탈착식으로 고정되는 고정부(31)를 포함할 수 있으며, 센서노드(13)의 충전을 위한 충전단자(33)가 형성되도록 할 수 있다.
상기 고정부(31)는 하부커버(3)를 의류, 가방 등에 탈착식으로 고정시키는 구성으로, 다양한 방식의 고정수단이 적용될 수 있으나, 바람직하게는 벨크로 방식으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 고정부(31)는 벨크로후크(311)와 벨크로루프(313)로 형성되어 벨크로후크(311)와 벨크로루프(313) 각각이 하부커버(3)와 의류 등에 각각 형성되도록 할 수 있으며, 일 예로 도 7(b)에 도시된 바와 같이 벨크로후크(311)가 하부커버(3)에 형성되고, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 벨크로루프(313)가 의류 등에 형성되어 서로 탈착식으로 결합하도록 할 수 있다. 여기서 벨크로루프(313)는 폴리에스터나 나일론 모노사가 원단의 일면으로부터 외부로 형성되는 복수의 루프 형태를 포함한 것이고, 벨크로후크(311)는 끝이 휜 갈고리를 포함하는 것이며, 벨크로후크(311)의 갈고리가 벨크로루프(313)의 루프에 끼워짐으로써 체결력을 유지하도록 한다. 따라서, 상기 고정부(31)에 의해 의류 등에 탈착식으로 결합하는 웨어러블 터치 디바이스는 의류, 가방 등에 붙인 상태에서 소지가 가능하며, 붙인 상태 그대로 조작하거나 분리하여 조작이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 충전단자(33)는 하부커버(3) 상에 형성되어 센서노드(13)에 전력을 공급할 수 있도록 하는 구성으로, 별도의 전원공급장치와 연결될 수 있도록 하며, 센서노드(13)와 연결되어 충전이 이루어지도록 한다. 따라서, 웨어러블 터치 디바이스의 충전시에도 고정부(31)를 통해 쉽게 분리하여 충전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 결합수단(4)은 상부커버(2)와 하부커버(3)를 결합시키는 구성으로, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 상부커버(2) 및 하부커버(3)의 둘레를 따라 결합이 이루어지도록 하고, 그 사이에는 플렉서블 터치센서장치(1)가 삽입되도록 할 수 있다. 상기 결합수단(4)은 재봉에 의한 방식으로 상부커버(2) 및 하부커버(3)가 일체 결합이 이루어지도록 할 수 있으나, 한편으로는 도 8에 도시된 바와 같이 상부커버(2) 및 하부커버(3)의 둘레를 따라 탈착부(41)가 형성되어 탈착식으로 결합하도록 할 수도 있다. 상기 웨어러블 터치 디바이스는 상부커버(2)에 형성되는 다양한 제어표시부(21)를 이용한 터치를 센서노드(13)를 통해 인식하여 별도의 전자기기를 제어할 수 있도록 하는데, 상기 탈착부(41)는 상부커버(2)와 하부커버(3)를 탈착식으로 결합하도록 하여, 제어 대상에 따라 상부커버(2)와 플렉서블 터치센서장치(1)를 교체하여 장착할 수 있도록 함으로써 다양한 전자기기의 제어가 가능하도록 한다. 또한, 상부커버(2) 및 하부커버(3)가 탈착식으로 결합하는 경우에는 상부커버(2)와 하부커버(3) 사이에 지지부(43)를 형성하여 플렉서블 터치센서장치(1)의 더욱 안정적인 고정이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 탈착부(41)는 상부커버(2) 및 하부커버(3)를 탈착식으로 결합시키는 구성으로, 도 8에 도시된 바와 같이 상부커버(2) 및 하부커버(3)의 둘레를 따라 형성되도록 할 수 있으며, 상기 고정부(31)와 같이 벨크로 형식으로 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 탈착부(41)는 상부커버(2) 및 하부커버(3) 각각에 벨크로후크와 벨크로루프를 형성하여 탈착식 결합이 이루어지도록 하며, 벨크로에 관한 설명은 고정부(31)에서 설명한 바와 같으므로 이하 생략한다.
상기 지지부(43)는 상부커버(2) 또는 하부커버(3)에 형성되어 플렉서블 터치센서장치(1)를 지지하는 구성으로, 플렉서블 터치센서장치(1)의 모서리 부분을 지지할 수 있도록 상부커버(2) 또는 하부커버(3)에서 일정 높이 돌출되는 지지돌기의 형태로 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 플렉서블 터치센서장치(1)는 각 모서리를 지지부(43)에 지지되도록 한 상태에서 상부커버(2) 및 하부커버(3) 사이에 삽입하고, 탈착부(41)를 결합시킴으로써 상부커버(2) 및 하부커버(3) 사이에 고정된 상태를 유지할 수 있도록 한다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 플렉서블 터치센서장치
11: 왜곡차단부 111: 플로팅노드 113: 유전체
13: 센서노드 131: 커패시턴스최적화모듈
131a: 기본커패시턴스설정모듈 131b: 커패시턴스보정모듈
15: 필름부 151: 커버필름 153: 센서필름
2: 상부커버 21: 제어표시부 23: 물리버튼부
3: 하부커버 31: 고정부 311: 벨크로후크
313: 벨크로루프 33: 충전단자
4: 결합수단 41: 탈착부 43: 지지부
D: 웨어러블 터치 디바이스 C: 의류

Claims (14)

  1. 도전성 물체의 접촉에 의한 정전용량의 변화에 따라 전기신호를 발생시키는 센서노드와, 상기 센서노드의 상측에 형성되어 센서노드와의 사이에서 기생 커패시턴스를 발생시키는 왜곡차단부와, 상기 센서노드 및 왜곡차단부를 외부와 차단시키는 필름부를 포함하고,
    상기 센서노드, 왜곡차단부 및 필름부는 가요성 소재로 형성되며,
    상기 왜곡차단부는 도전체로 형성되는 플로팅노드와, 상기 플로팅노드 및 센서노드 사이에 삽입되는 유전체로 형성되고,
    상기 플로팅노드는 전원이나 그라운드에 연결됨 없이 형성되며,
    상기 센서노드는 상기 왜곡차단부에 의한 정전용량의 변화를 고려하여 전기신호가 발생되는 정전용량 변화의 기준을 최적화하는 커패시턴스최적화모듈을 포함하고,
    상기 커패시턴스최적화모듈은
    상기 왜곡차단부가 존재하지 않는 상태에서 터치 신호를 감지하는 정전용량 변화의 기준을 설정하는 기본커패시턴스설정모듈과, 왜곡차단부에 의해 발생되는 기생 커패시턴스를 고려하여 정전용량 변화의 기준을 수정하는 커패시턴스보정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치센서장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 필름부는
    플로팅노드의 상부에 형성되는 커버필름과, 상기 센서노드의 하부에 형성되는 센서필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 터치센서장치.
  7. 가요성 소재로 형성되어 도전성 물체의 접촉에 따라 전기신호를 발생시키는 플렉서블 터치센서장치와;
    상기 플렉서블 터치센서장치의 상부를 덮는 상부커버와;
    상기 플렉서블 터치센서장치의 하부에 형성되어 상부커버와 결합되며, 의복, 가방 등에 탈착식으로 고정되는 하부커버;를 포함하고,
    상기 플렉서블 터치센서장치는 청구항 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항의 플렉서블 터치센서장치인 것을 특징으로 하는 웨어러블 터치 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 하부커버는
    의복 이나 가방에 탈착식으로 고정되도록 하는 고정부를 포함하고,
    상기 고정부는,
    벨크로 루프 또는 벨크로 후크 중 하나로 형성되어 의복 이나 가방에 형성되는 벨크로 후크 또는 벨크로 루프에 결합·고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 터치 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 하부커버는
    별도의 전원과 연결되어 센서노드를 충전시키는 충전단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 터치 디바이스.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 상부커버는
    다양한 형태의 터치 입력이 이루어지도록 하는 제어표시부와, 물리적인 작동으로 센서노드에 전력이 공급되도록 하는 물리버튼부를 포함하고,
    상기 센서노드는 물리버튼부가 눌려지는 경우에만 전원이 공급되어 작동하도록 하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 터치 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어표시부는
    다양한 제어입력이 이루어지도록 하는 아이콘, 방향의 입력이 가능한 화살표, 터치에 따른 선택 및 이동신호가 발생되도록 하는 터치패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 터치 디바이스.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 웨어러블 터치 디바이스는
    상기 상부커버와 하부커버를 결합시키는 결합수단을 포함하고,
    상기 결합수단은,
    상기 상부커버 및 하부커버의 둘레를 따라 재봉에 의한 결합이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 터치 디바이스.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 웨어러블 터치 디바이스는
    상기 상부커버와 하부커버를 결합시키는 결합수단을 포함하고,
    상기 결합수단은,
    상기 상부커버 및 하부커버를 탈착식으로 결합시키는 탈착부와, 상기 플렉서블 터치센서장치의 위치를 고정시키는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 터치 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 탈착부는
    상기 상부커버 및 하부커버 각각의 둘레를 따라 형성되는 벨크로 후크 및 벨크로 루프의 결합에 의해 상부커버 및 하부커버를 탈착식으로 결합시키도록 하고,
    상기 지지부는,
    상부커버 또는 하부커버로부터 돌출되도록 형성되어 플렉서블 터치센서장치의 위치를 고정시키는 지지돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 터치 디바이스.
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WO2022065682A1 (ko) * 2020-09-23 2022-03-31 삼성전자주식회사 웨어러블 장치 및 그 제어 방법

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