KR102264330B1 - 터치센서 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 터치센서 모듈은 코일부의 하부 메탈 표면에 생성되는 맴돌이 전류(eddy current)를 감쇄시키고, 센서 주변에 생성되는 자속을 집중시켜 센싱 타겟 표면에 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 증가시켜 센싱 감도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

터치센서 모듈{TOUCH SENSOR MODULE}
본 발명 터치센서 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치센서 주변에 생성되는 자속을 집중시켜 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 터치센서 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰(smart phone), MP3와 같은 휴대용 전자 기기나 냉장고 등의 가전 기기에는 터치(touch) 동작을 이용하여 명령어의 입력이나 스위칭 동작을 실시하는 터치센서패널(touch panel)이 부착되어 있다.
이러한 터치센서 모듈은 X축과 Y축의 좌표를 이용하여 터치 지점을 감지하는 2차원 터치 감지 방식뿐만 아니라 Z축 방향으로 인가되는 터치 강도를 추가로 감지하는 3차원 터치 감지 방식이 이용되고 있다.
인덕턴스 포스 터치 센서(inductive force touch sensor)는 나선형 코일 센서(Spiral Coil Sensor) 및 디스플레이 모듈의 타겟 메탈층 사이의 미세한 간격 변화에 따라 가변하는 인덕턴스를 이용하여, 터치하는 압력 차이를 지능적으로 감지하거나 터치하는 힘의 차이에 따라 다른 명령을 수행할 수 있게 해주는 촉각 센서 기술이다.
하지만, 인덕턴스 포스 터치 센서의 코일부 상·하부에 메탈(층)이 2개 이상 존재하는 경우에 터치 압력에 의한 인덕턴스 및 인덕턴스 변화량이 작아지고, 최종적으로 인덕턴스 포스 터치 센서에 일정한 전류를 공급할 경우에 임피던스(온저항, impedance) 값이 작아져 감도가 저하되어 센서의 오작동이 발생하는 문제점이 있다.
이에 따라, 인덕턴스 포스 터치 센서의 코일부 상·하부에 메탈(층)이 2개 이상 존재하는 경우의 센서 오작동 현상인 공진 주파수 발진 에러 현상 등을 개선할 필요가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1777733호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치센서 주변에 생성되는 자속을 집중시켜 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 터치센서 모듈을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 교류 전류(AC)가 인가됨으로써 센싱 타겟에 맴돌이 전류(eddy current)가 발생되도록 하는 코일부; 및 상기 코일부의 하부에 위치하는 전자파 차폐 필름;을 포함하고, 상기 전자파 차폐 필름은 페라이트 시트 내지 나노 크리스탈 시트 중 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 전자파 차폐 필름의 표면과 대향하는 메탈의 표면에서 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 감쇄시키는 터치센서 모듈을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 코일부의 하부에 위치하는 보강판;을 더 포함하고, 상기 전자파 차폐 필름은 상기 보강판의 적어도 일면 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전자파 차폐 필름은 상기 페라이트 시트 내지 나노 크리스탈 시트 중 어느 하나 이상을 포함하는 다층 필름일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 페라이트 시트는 바인더 수지 내에 페라이트 나노 입자가 분포되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전자파 차폐 필름은, 페라이트 시트; 상기 페라이트 시트의 상부에 위치하는 보호 필름층;및 상기 페라이트 시트의 하부에 위치하고, 상기 전자파 차폐 필름이 보강판의 일면에 점착되도록 하는 점착층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전자파 차폐 필름은, 상기 페라이트 시트 및 보호 필름층 사이에 형성된 PET층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전자파 차폐 필름은, 나노 크리스탈 시트; 상기 나노 크리스탈 시트의 상부에 위치하는 보호 필름층;및 상기 나노 크리스탈 시트의 하부에 위치하고, 상기 전자파 차폐 필름이 보강판의 일면에 점착되도록 하는 하부 점착층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전자파 차폐 필름은, 상기 나노 크리스탈 시트의 상부에 위치하고, 상기 나노 크리스탈 시트가 보호층의 일면에 점착되도록 하는 상부 점착층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 센싱 타겟은 타겟 메탈층이고, 상기 타겟 메탈층은 상기 코일부 상에 정해진 거리만큼 이격되어 위치하며, 상기 타겟 메탈층에 가해지는 힘에 의해 변화하는 타겟 메탈층과 코일부 사이의 거리에 따라 인덕턴스(Inductance)가 가변될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 코일부는, 기판과 상기 센싱 대상부 기판에서 돌출되는 삽입 기둥을 구비하는 보빈부; 및 코일선으로 이루어져 있고 상기 삽입 기둥에 삽입되어, 상기 삽입 기둥의 높이 방향을 따라 적층되어 있는 복수 개의 코일층;을 포함하는 권선 타입일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 코일부는 코일 패턴이 형성되어 있는 인쇄 타입일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 코일부와 연결되고, 상기 코일부와 상기 보강판 사이에 위치하는 회로 기판; 및 상기 코일부 및 상기 타겟 메탈층 사이에 위치하고, 탄성을 갖는 재료로 이루어진 소프트 스페이서;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 터치센서 모듈은 코일부의 하부 메탈 표면에 생성되는 맴돌이 전류(eddy current)를 감쇄시키고, 센서 주변에 생성되는 자속을 집중시켜 센싱 타겟 표면에 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 증가시켜 센싱 감도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 모듈 일부의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 모듈 일부의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페라이트 시트(110A)의 투자율(μ') 및 손실율(μ")을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전자파 차폐 필름의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전자파 차폐 필름의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 명세서에서 사용된 용어에 대하여 간략히 설명한다.
용어 '전자파 차폐 필름(10)과 대향하는 메탈'이란 전자파 차폐 필름(10)의 일면과 대향하는 부분의 메탈부를 의미하는 것으로, 용어 '전자파 차폐 필름(10)과 대향하는 메탈의 표면'이란 전자파 차폐 필름(10)의 일면과 대향하는 다른 부품의 메탈 표면을 의미하는 것이다. 본 명세서에서는 상기 '전자파 차폐 필름(10)과 대향하는 메탈'과 동일한 의미로 '하부 메탈'이란 용어를 사용한다.
용어 '센싱 타겟'이란 본 발명의 터치센서 모듈의 가장 상부에 위치하는 것으로, 사용자가 터치하는 경우에 직접적으로 접촉하게 되는 부분을 의미한다. 본 명세서에서는 상기 '센싱 타겟'의 일례로 '타겟 메탈층'이란 용어를 사용한다.
상술한 바와 같이 종래의 인덕턴스 포스 터치 센서의 코일부 상·하부에 메탈(층)이 2개 이상 존재하는 경우에 터치 압력에 의한 인덕턴스 및 인덕턴스 변화량이 작아지고, 최종적으로 인덕턴스 포스 터치 센서에 일정한 전류를 공급할 경우에 임피던스 값이 작아져 감도가 저하되어 센서의 오작동이 발생하는 한계점이 있었다. 이에 따라, 인덕턴스 포스 터치 센서의 코일부 상·하부에 메탈(층)이 2개 이상 존재하는 경우의 센서 오작동 현상인 공진 주파수 발진 에러 현상 등을 개선할 필요가 있다.
이에 본 발명은 교류 전류(AC)가 인가됨으로써 센싱 타겟에 맴돌이 전류(eddy current)가 발생되도록 하는 코일부; 상기 코일부의 하부에 위치하는 전자파 차폐 필름을 포함하고, 상기 전자파 차폐 필름은 페라이트 시트 내지 나노 크리스탈 시트 중 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 전자파 차폐 필름의 표면과 대향하는 메탈의 표면에서 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 감쇄시키는 터치센서 모듈을 제공하여 상술한 한계점의 해결책을 모색하였다.
이에 따라 본 발명은 코일부의 하부 메탈 표면에 생성되는 맴돌이 전류(eddy current)를 감쇄시키고, 센서 주변에 생성되는 자속을 집중시켜 센싱 타겟 표면에 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 증가시켜 센싱 감도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 전자파 차폐 필름이 페라이트 시트 내지 나노 크리스탈 시트 중 어느 하나 이상을 포함함으로써, 코일부가 전자파 차폐 필름의 표면과 대향하는 메탈의 표면으로부터 보다 이격되므로 센싱 감도가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 터치센서 모듈은 인덕턴스 포스 터치 센서(inductive force touch sensor)의 개념을 이용하는 터치센서 모듈일 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 모듈의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 터치센서 모듈(1)은 코일부(20) 및 보강판(30)을 포함하며, 상기 보강판(30)의 적어도 일면 상에는 전자파 차폐 필름(10)이 형성된다.
이러한 구조를 통해 본 발명의 터치센서 모듈(1)은 센싱 타겟의 일례인 타겟 메탈층(60) 및 하부 메탈(80)이 존재하는 경우에도 주파수 발진이 가능한 임피던스가 확보되어 센서 오작동 현상을 개선할 수 있다.
본 발명의 터치센서 모듈(1)은 그 밖에 소프트 스페이서(70) 내지 회로 기판(50)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 교류 전류(AC)가 인가됨으로써 센싱 타겟에 맴돌이 전류가 발생되도록 하는 코일부(20)에 대해 설명한다.
코일부(20)에 교류 전류(AC)가 인가되면, 코일부 주변에 자기장이 형성되며, 이 때 코일부와 이격하여 도전체(예: 금속막, 금속층 등)가 위치하면 코일부에 인가되는 전류 방향과 대칭되게 유도 전류가 생성된다. 유도 전류는 자기장의 세기 변화에 대응하여 가변되며, 공진 주파수의 발진에 따라 해당 부위에 인가되는 힘의 세기가 감지된다.
코일부(20)는 코일 패턴이 형성되어 있는 인쇄 타입일 수 있고, 나선형 코일이 삽입되어 있는 권선 타입일 수도 있다.
코일부(20)가 인쇄 타입인 경우에는 회로 기판(50) 상에 구리 등의 금속으로 이루어진 나선형 패턴(Spiral Pattern)으로 코일이 형성된다.
코일부(20)가 권선 타입인 경우에는 기판과 상기 센싱 대상부 기판에서 돌출되는 삽입 기둥을 구비하는 보빈부(40); 및 코일선으로 이루어져 있고 상기 삽입 기둥에 삽입되어, 상기 삽입 기둥의 높이 방향을 따라 적층되어 있는 복수 개의 코일층(21);을 포함할 수 있다.
보빈부(40)는 코일부(20)의 가운데 부분에 형성된 중공(中孔)이 삽입되는 부분으로서, 도 2를 참조하면, 기판 및 기판에 위치하는 삽입 기둥을 구비할 수 있다.
이 때, 기판은 코일층(21)이 위치하는 부분으로서 평탄부를 의미한다. 또한, 삽입 기둥은 상기 기판 상에서 상부 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 삽입 기둥은 원형이나 타원형 형태로 감겨 있는 각 코일층(21)의 가운데 부분(즉, 중공)이 삽입되어, 해당 코일층(21)의 위치를 안정적으로 위치시키는 역할을 할 수 있다.
한편, 삽입 기둥은 코일부(20)의 중공이 삽입되어 위치하는 부분이므로, 코일층(21)의 개수와 동일하다. 도 2를 참조하면, 코일층(21)의 개수가 복수 개일 경우, 삽입 기둥의 개수 역시 복수 개이고, 이 경우 복수 개의 삽입 기둥은 기판의 연장 방향을 따라 정해진 간격으로 위치할 수 있다.
상기 보빈부(40)의 기판에는 각 삽입 기둥에 삽입되어 있는 코일층(21)을 구성하는 코일선의 양단과 각각 연결되어 도출된 인출선과 회로 기판(50)과의 전기적 및 물리적 연결을 위한 개구부가 각 삽입 기둥에 인접하게 위치할 수 있다. 이 때, 개구부의 개수 역시 코일부의 개수와 동일함이 바람직하다.
상기 개구부는 기판을 완전히 관통하는 구멍을 의미한다. 따라서, 인접한 삽입 기둥에 위치하고 있는 코일층(21)의 양단의 인출선은 해당 개구부를 통과하여 회로 기판(50)의 해당 패드에 연결된다.
각 코일선은 중공이 형성되도록 평면 방향(즉, X축과 Y축 방향)과 수직방향(즉, Z축 방향)으로 감겨져 코일층(21)을 형성하고, 형성된 코일층(21) 각각은 삽입 기둥에 삽입되어 기판 상에 위치할 수 있다.
각 코일층(21)이 해당 삽입 기둥에 삽입될 때, 삽입된 코일층(21)의 내측면은 삽입 기둥의 외측면과 접해 있어 접촉 상태를 유지하거나 일정 거리만큼 이격되어 코일층(21)의 내측면과 삽입 기둥의 외측면은 비접촉 상태를 유지할 수 있다.
한편, 삽입 기둥의 높이는 대응하는 코일층(21)의 높이보다 높아 터치센서 모듈(1)의 터치 동작 시 발생하는 터치센서 모듈(1)의 두께 변화로 인한 코일층(21)의 손상이나 단선을 방지하게 된다. 상기 삽입 기둥의 높이는 터치 동작 시 터치센서 모듈(1)의 두께 변화량을 고려하여 정해질 수 있다.
또한, 보빈부(40)는 금속, 플라스틱 또는 페라이트(ferrite) 등과 같은 다양한 재료로 이루어질 수 있다. 보빈부(40)에서 기판 및 삽입 기둥은 하나의 재질로 일체로 형성될 수도 있고, 서로 다른 재질로 형성된 것일 수도 있다.
만일 보빈부(40)의 기판과 삽입 기둥이 분리되어 형성된 후 결합된 것인 경우에는, 상기 기판 및 삽입기둥은 서로 다른 재질로 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 기판은 플라스틱 재질로 형성되고, 삽입 기둥은 페라이트 재질로 형성될 수 있다.
보빈부(40)의 기판은 저항이 높은 비전도성 물질로 이루어질 경우, 해당 코일층(21)의 하단부에서 생성되는 와류의 세기가 감소되어 터치센서 모듈(1)의 감도를 높이는 효과가 있다.
이처럼, 코일부(20)의 코일층(21)은 상술한 것처럼 평면 방향뿐만 아니라 높이 방향으로도 코일선이 감겨 형성되므로, 코일선의 권선 회수가 크게 증가한다.
즉, 코일층(21)을 형성하는 하나의 코일선은 해당 평면에서 가운데 부분이 빈 구멍이 형성되도록 정해진 횟수만큼 감겨져 하나의 코일층(예, 제1 코일층)을 형성한다. 그런 다음, 형성된 제1 코일층 위에서 다시 정해진 횟수만큼 코일선이 권선되어 제1 코일층 위에 다른 코일층(예, 제2 코일층)이 형성된다.
이러한 방식으로 하나의 코일층이 형성된 후 다시 형성된 코일층 위에 또 다른 코일층이 순차적으로 형성되므로, n개의 코일층이 높이 방향으로 따라 순차적으로 형성된다. 이때, 코일층의 개수는 코일부(20)의 삽입 기둥의 높이에 따라 정해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 코일부(20)는 끊김없이 연결된 하나의 코일선으로 형성된 복수 개의 코일층(21)을 구비할 수 있다.
다음으로, 상기 코일부(20)의 하부에 위치하는 전자파 차폐 필름(10)에 대해 설명한다.
전자파 차폐 필름(10)은 전자기파 간섭(EMI, electromagnetic interference) 차단을 위한 것으로, 코일부(20)의 하부에 위치하여 전자파 차폐 필름(10)의 하부면과 대향하는 메탈의 표면에 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 감쇄시킬 수 있다.
전자파 차폐 필름(10)은 코일부(20)의 하부에 위치하면서, 대양하는 메탈의 표면에 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 감쇄시킬 수 있는 위치이면 제한 없이 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전자파 차폐 필름(10)이 코일부(20)의 하부에 위치하는 경우, 전자파 차폐 필름(10)의 하부면과 대향하는 메탈인 하부 메탈(80)의 표면에 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 감소시킬 수 있다.
전자파 차폐 필름(10)은 페라이트 시트(Ferrite Sheet) 내지 나노 크리스탈 시트(Nano Crystalline Sheet) 중 어느 하나 이상을 포함한다.
이와 관련하여, 도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전자파 차폐 필름의 사시도이다.
구체적으로, 도 3은 페라이트 시트(110A)를 포함하는 전자파 차폐 필름(10)의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 전자파 차폐 필름(10)은 페라이트 시트(110A)를 포함하고, 상기 페라이트 시트(110A)의 상부에 위치하는 보호 필름층(120) 및 상기 페라이트 시트(110A)의 하부에 위치하는 점착층(130)을 더 포함할 수 있다.
또한, 도 4는 나노 크리스탈 시트(110B)를 포함하는 전자파 차폐 필름(10)의 사시도이다. 도 4를 참조하면, 전자파 차폐 필름(10)은 나노 크리스탈 시트(110B)를 포함하고, 상기 나노 크리스탈 시트(110B)의 상부에 위치하는 보호 필름층(120) 및 상기 나노 크리스탈 시트(110B)의 하부에 위치하는 하부 점착층(130A)을 더 포함할 수 있다.
페라이트 시트(110A)는 얇은 박막형 세라믹 소재로, 여러 금속 화합물을 종이 형태로 얇게 가공한 전자파 흡수 차폐 시트이다. 바람직하게는 상기 페라이트 시트(110A)는 바인더 수지 내에 페라이트 나노 입자가 분포되어 있을 수 있다.
나노 크리스탈 시트(110B)는 맴돌이 전류에 의한 자기 손실을 방지하는 기능을 하며, 금속 코일을 결정화(Crystalline)하고 적층한 후에 컷팅한 얇은 박막형 소재일 수 있다.
페라이트 시트(110A) 및 나노 크리스탈 시트(110B)는 전자파 차폐 기능을 하며, 투자율이 높다. 이에 따라 전자파 차폐 필름(10)의 표면과 대향하는 메탈의 표면에서 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 감쇄시켜, 이러한 맴돌이 전류 등의 전자파 장애가 다른 부품에 영향을 미치지 않도록 차단하는 기능을 할 수 있다.
이와 관련하여 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페라이트 시트(110A)의 투자율(μ') 및 손실율(μ")을 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 페라이트 시트(110A)의 투자율을 측정(Agilent Precision Impedance Analyzer 4294A)한 결과 13.56MHz에서의 투자율(μ')이 140 H/m 이상의 높은 값을 가짐을 알 수 있다. 이와 같은 고투자율 페라이트 시트(110A)를 사용함으로써 상술한 바와 같이 센서 오작동 현상을 개선하여 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 전자파 차폐 필름(10)은 페라이트 시트(110A) 내지 나노 크리스탈 시트(110B) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것으로, 이는 적어도 하나의 페라이트 시트(110A) 또는 적어도 하나의 나노 크리스탈 시트(110B)를 포함하면 족하다는 의미이다. 즉, 전자파 차폐 필름(10)은 페라이트 시트(110A)를 하나 또는 복수 개로 포함할 수도 있고, 나노 크리스탈 시트(110B)를 하나 또는 복수 개로 포함할 수도 있으며, 페라이트 시트(110A) 및 나노 크리스탈 시트(110B)를 모두 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전자파 차폐 필름(10)은 페라이트 시트(110A); 상기 페라이트 시트의 상부에 위치하는 보호 필름층(120); 및 상기 페라이트 시트(110A)의 하부에 위치하고, 상기 전자파 차폐 필름(10)이 보강판(30)의 일면에 점착되도록 하는 점착층(130);을 포함할 수 있다.
경우에 따라 상기 페라이트 시트(110A) 및 보호 필름층(120) 사이에 형성된 PET층(140)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 페라이트 시트(110A)를 포함하는 전자파 차폐 필름(10)의 두께는 페라이트 시트(110A)를 복수 개로 포함하거나, 나노 크리스탈 시트(110B)를 함께 포함하는 경우 등에 따라 얇아지거나 두꺼워질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전자파 차폐 필름(10)은 나노 크리스탈 시트(110B); 상기 나노 크리스탈 시트(110B)의 상부에 위치하는 보호 필름층(120); 및 상기 나노 크리스탈 시트(110B)의 하부에 위치하고, 상기 전자파 차폐 필름(10)이 보강판(30)의 일면에 점착되도록 하는 하부 점착층(130B);을 포함할 수 있다.
경우에 따라, 상기 전자파 차폐 필름(10)은 상기 나노 크리스탈 시트(110B)의 상부에 위치하고, 상기 나노 크리스탈 시트(110B)가 보호 필름층(120)의 일면에 점착되도록 하는 상부 점착층(130A);을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전자파 차폐 필름(10)은 상기 하부 점착층(130B)의 하부에 하부 점착층(130B')을 적어도 하나 이상 더 포함할 수도 있다.
한편, 바람직하게는, 상기 상부 점착층(130A)은 일면만이 점착면일 수 있고, 상기 일면은 보호 필름층(120)의 일면에 대향하는 면일 수 있다. 또한, 상기 하부 점착층(130B, 130B')은 일면만이 점착면일 수도 있고 양면이 점착면일 수도 있다. 바람직하게는 양면이 모두 점착면일 수 있다.
이와 같이 나노 크리스탈 시트(110B)를 포함하는 전자파 차폐 필름(10)의 두께는 나노 크리스탈 시트(110B)를 복수 개로 포함하거나, 페라이트 시트(110A)를 함께 포함하는 경우 등에 따라 얇아지거나 두꺼워질 수 있다.
전자파 차폐 필름(10)은 최하부에 이형지(release liner)를 더 포함할 수 있다. 합지 또는 테이프 형태의 이형지(release liner)를 전자파 차폐 필름(10) 내 점착층(130)의 점착면에 부착함으로써 터치센서 모듈(1)에 이형 또는 박리 효과를 줄 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 전자파 차폐 필름(10)이 페라이트 시트(110A) 내지 나노 크리스탈 시트(110B)를 복수 개로 포함하는 경우에는, 상기 하나의 페라이트 시트(110A) 또는 나노 크리스탈 시트(110B)가 하나의 점착층(130)과 반복 유닛을 이루어 1 ~ 5회로 반복 적층 될 수 있다.
도 7을 참조하면, 나노 크리스탈 시트(110B, 110B')가 복수 개로 포함되고, 그에 따라 하부 점착층(130B, 130B')이 복수 개로 포함된다. 즉, 나노 크리스탈 시트(110B, 110B') 및 하부 점착층(130B, 130B')이 교번하여 반복 적층 될 수 있다.
이 경우 전자파 차폐 필름(10)의 적층 두께에 비례하여, 전자파 차폐 필름(10)의 표면과 대향하는 메탈의 표면으로부터 코일부(20)까지의 이격되는 거리가 증가하게 되어 센싱 감도가 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 터치센서 모듈(1)은 상기 코일부의 하부에 위치하는 보강판(30);을 더 포함하고, 상기 전자파 차폐 필름(10)은 상기 보강판(30)의 적어도 일면 상에 형성될 수 있다.
보강판(30)은 코일부(20)의 하부에 위치하며, 바람직하게는 회로 기판(50) 상에 위치할 수 있다. 보강판(30)은 터치센서 모듈(1)의 하부면을 구성하는 것으로서, 회로 기판(50)을 안정적으로 지지하며 고정하는 기능을 한다.
경우에 따라, 보강판(30)은 코일부(20)의 상부에 위치할 수도 있다.
보강판(30)은 내구성이 우수하고 강도가 뛰어난 재료로 이루어질 수 있고, 비전도성 물질인 플라스틱 또는 전도성 물질인 스테인리스 스틸(SUS) 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 보강판(30)이 저항율이 높은 재질로 이루어지는 경우, 코일부(20)의 영향에 의해 보강판(30)의 하부에 위치한 부분의 메탈(예: 터치센서 모듈(1)이 적용되는 제품의 금속 프레임 등)의 표면에서 생성되는 와전류의 세기를 감쇄할 수 있는 효과가 있다. 보강판(30)은 바람직하게는 폴리이미드(Polyimide)로 이루어질 수 있다.
전자파 차폐 필름(10)은 보강판(30)의 적어도 일면 상에 형성되며, 보강판(30)의 양면 상에 형성될 수도 있으나, 바람직하게는 보강판(30)의 하부면 상에 형성되어 하부 메탈(80)의 표면에서 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 감쇄시킬 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 모듈(1) 일부의 분해 사시도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 터치센서 모듈(1)은 상술한 코일부(20), 전자파 차폐 필름(10) 및 보강판(30) 외에도 회로 기판(50) 및 소프트 스페이서(70)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 터치센서 모듈(1)은 상기 코일부와 연결되고, 상기 코일부와 상기 보강판 사이에 위치하는 회로 기판(50); 및 상기 코일부 및 상기 타겟 메탈층 사이에 위치하고, 탄성을 갖는 재료로 이루어진 소프트 스페이서(70)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센싱 타겟은 타겟 메탈층(60)이고, 상기 타겟 메탈층(60)은 상기 코일부(20) 상에 정해진 거리만큼 이격되어 위치하며, 상기 타겟 메탈층(60)에 가해지는 힘에 의해 변화하는 타겟 메탈층(60)과 코일부(20) 사이의 거리에 따라 인덕턴스(Inductance)가 가변될 수 있다.
타겟 메탈층(60)은 센싱 타겟으로, 터치센서 모듈(1)의 최상부에 위치하여, 사용자가 터치를 수행하는 경우에 직접적으로 접촉하게 되는 층이다. 타겟 메탈층(60)은 터치 여부에 따라 변하는 코일부(20) 간의 간격 변화에 따라 인덕턴스의 변화를 초래할 수 있다.
타겟 메탈층(60)은 금속으로 이루어진 막 또는 필름 형태로 구성될 수 있다. 구체적으로, 알루미늄(Al)이나 구리(Cu)와 같은 금속 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 소프트 스페이서(70) 전체를 덮을 수 있는 판 형상의 막 또는 필름 형태로 형성될 수도 있다.
회로 기판(50)은 코일부(20)와 연결되고, 코일부(20)와 보강판(30) 사이에 위치할 수 있다.
회로 기판(50)은 전자파 차폐 필름(10)과의 관계에서는, 전자파 차폐 필름(10)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 또한, 전자파 차폐 필름(10)의 상부 및 하부에 모두 위치할 수도 있다.
회로 기판(50)이 전자파 차폐 필름(10)의 상부에 위치하는 경우에는 상술한 바와 같이 전자파 차폐 필름(10)과 대향하는 메탈이 하부 메탈일 수 있으며, 하부 메탈의 맴돌이 전류를 감쇄시켜 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 회로 기판(50)이 전자파 차폐 필름(10)의 하부에 위치하는 경우에는 전자파 차폐 필름(10)과 대향하는 메탈이 회로 기판(50)의 표면일 수 있고, 이 경우에도 회로 기판(50)에 포함되는 메탈부에 의한 맴돌이 전류를 감쇄시킬 수 있어, 센싱 감도를 향상시키는 효과가 있다.
회로 기판(50)은 터치센서 모듈(1)의 동작에 필요한 신호와 전원 등을 공급하며, 동작에 필요한 전기전자 소자들이 실장되어 있다. 실장된 전기전자 소자들로의 신호 입출력 및 전원 공급 등을 위해 배선과 패드 등이 인쇄될 수 있으며, 외부 장치와의 전기적인 연결을 위해 단부에도 배선 등이 인쇄될 수 있다. 이 때 패드는 회로 기판(50)의 상면에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 각 코일부(20)는 해당 패드를 통해 필요한 신호를 회로 기판(50)으로부터 입력 받는다.
또한, 회로 기판(50)은 하부에 위치한 보강판(30)과 함께 상부에 위치한 코일부(20)를 지지하고, 코일부(20)의 위치를 안정적으로 유지하는 기능도 수행할 수 있다.
회로 기판(50)은 연성 인쇄 회로 기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board) 또는 경성 인쇄 회로 기판(RPCB, rigid printed circuit board)일 수 있다.
소프트 스페이서(70)는 코일부(20) 상에 위치할 수 있으며, 바람직하게는 코일부(20)의 상부면과 접하여 위치할 수 있다. 또한, 복원력과 압축율이 우수한 탄성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다.
이와 같이 소프트 스페이서(70)가 탄성을 갖는 재료로 이루어지고, 코일부(20) 및 타겟 메탈층(60) 사이에 위치함으로써, 코일부(20)는 소프트 스페이서(70)의 두께에 따라 정해지는 일정한 간격만큼 타겟 메탈층(60)과 이격될 수 있다. 따라서, 코일부(20)와 타겟 메탈층(60)은 터치센서 모듈(1)이 미동작 시에, 즉 터치 동작이 이루어지지 않을 때에 소프트 스페이서(70)에 의해 일정한 간격을 유지할 수 있는 것이다. 그 결과, 타겟 메탈층(60)의 어느 한 지점에서 터치 동작이 발생하여 타겟 메탈층(60) 쪽으로 물리적인 힘이 가해질 때 해당 지점은 힘의 크기에 비례하여 눌러질 수 있다.
이러한 터치 동작에 따른 터치 지점에 코일부(20)와 타겟 메탈층(60) 간의 간격 변화가 이루어지고, 코일부(20)와 타겟 메탈층(60) 간의 간격 변화에 따라 코일부(20)의 인덕턴스가 변화한다. 따라서, 터치 동작 시 발생하는 인덕턴스 변화를 제어부에 의해 감지하여, 해당 지점에서의 터치 동작이 감지될 수 있다.
이때, 해당 지점에서의 터치 동작이 해제되면, 소프트 스페이서(70)의 우수한 복원력에 의해 타겟 메탈층(60)과 해당 코일부(20) 간의 간격은 초기 상태로 신속하게 되돌아갈 수 있다.
소프트 스페이서(70)는 복원력과 압축율이 우수한 탄성을 갖는 재료로 이루어면 족하고, 바람직하게는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리오레핀(polyolefin) 등 방수 및 방진용으로 사용되는 발포체 폼 형태(단차나 휨에 물이 투입되는 틈이 없으며, 기재가 물에 통과하지 않고 높은 수압에 견딤)의 테이프 (Tape) 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 소프트 스페이서(70)는 코일부(20) 및 타겟 메탈층(60) 사이에 위치할 수 있는 판 형태이면 족하나, 바람직하게는 직사각형의 평면 형상을 갖는 판 형태일 수 있다.
한편, 코일부(20)의 개수가 복수 개일 때, 소프트 스페이서(70)는 각 코일부(20)의 상부면 뿐만 아니라 인접한 두 코일부(20) 사이의 빈 공간 위에도 위치할 수 있다.
상술한 바와 같이, 소프트 스페이서(70)는 코일부(20)의 전체면에 위치하는 판형일 수도 있으나, 코일부(20)가 권선 타입인 경우의 보빈부(40)의 가장자리부나 보강판(30)의 가장자리부에만 위치하고 복수 개의 코일부(20)의 상부에는 존재하지 않도록 위치할 수도 있다. 후자의 경우, 복수 개의 코일부(20)와 타겟 메탈층(60) 사이는 소프트 스페이서(70)의 높이만큼 이격되는 것이 아니라, 공기가 존재하는 에어갭(air gap)이 형성될 수 있다.
본 발명의 터치센서 모듈(1)의 작동 상태를 설명한다.
터치센서 모듈(1)은 회로기판(50)에 연결된 인출선을 통해 각 코일부(20)로 교류 전류가 인가되어 각 코일부(20)에 자기장이 발생하면, 발생된 자기장에 따라 타겟 메탈층(60)에는 코일부(20)에 인가되는 전류 방향과 대칭되게 맴돌이 전류인 유도전류가 발생하며, 이 때, 발생되는 유도 전류의 세기는 인접한 코일부(20)와 타겟 메탈층(60)의 해당 부분 간의 거리에 따라 달라진다. 이 때, 해당하는 코일부(20)와 타겟 메탈층(60) 간의 거리가 감소할수록 타겟 메탈층(60)의 해당 지점에 형성되는 맴돌이 전류의 세기는 증가한다.
따라서, 타겟 메탈층(60)의 표면을 사용자가 터치하여 누르게 되면, 타겟 메탈층(60)의 터치 지점은 인가되는 힘의 세기에 비례하게 휘어지게 되어 타겟 메탈층(60)과 해당 코일부(20) 간의 거리가 감소하게 된다. 이로 인해, 터치 동작이 발생한 타겟 메탈층(60)의 해당 지점에서의 유도 전류의 크기는 증가하고, 증가하는 유도 전류의 영향에 의해 해당 지점의 코일부(20)에서 발생하는 자기장이 감소한다. 이러한 자기장의 감소는 코일부(20)의 실효 인덕턴스를 감소시키게 된다.
이와 같이 터치 동작에 따른 인덕턴스 변화를 감지하여, 타겟 메탈층(60)의 터치 지점에 가해지는 힘의 정도 즉, Z축 방향으로의 눌림 정도가 감지된다.
이 때, 타겟 메탈층(60) 및 하부 메탈(70)의 2개 이상의 메탈부에 의하여 힘의 세기에 의한 인덕턴스 및 인덕턴스 변화량이 작아져 감도가 저하되는 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 전자파 차폐 필름(10)을 코일부(20)의 하부에 형성한다.
전자파 차폐 필름(10)이 코일부(20)의 하부, 구체적으로 보강판(30)의 양면 중 하부면에 형성되는 경우에는 하부 메탈(80)의 표면에서 생성되는 맴돌이 전류인 유도 전류를 감쇄시킬 수 있어, 마치 1개의 메탈부만이 존재하는 경우와 동일한 수준으로 인덕턴스를 복원할 수 있다.
즉, 하부 메탈(80)의 맴돌이 전류 간섭이 최소화되어 안정적인 인덕턴스 및 임피던스의 확보가 가능하고, 타겟 메탈층(60)으로 자속이 집중되어 타겟 메탈층(60)의 미소 변형에 의한 맴돌이 전류의 변화량이 커져 주파수 변화량인 센싱 감도를 크게 개선할 수 있는 것이다.
결국, 본 발명의 터치센서 모듈(1)은 기기 내에 부착 또는 조립하는 경우에도 다른 부품의 메탈 표면, 즉 하부 메탈(80)의 표면에서 생성되는 맴돌이 전류를 감쇄시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 센서 주변에 생성되는 자속을 집중적으로 증가시켜, 타겟 메탈층(60) 표면에 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 증가시킬 수 있어 센싱 감도가 향상되는 효과가 있다.
1 터치센서 모듈
10 전자파 차폐 필름
20 코일부

Claims (12)

  1. 타겟 메탈층;
    상기 타겟 메탈층과 정해진 거리만큼 이격되어 위치하고, 교류 전류(AC)가 인가됨으로써 상기 타겟 메탈층에 맴돌이 전류(eddy current)가 발생되도록 하는 코일부;
    상기 코일부와 연결되고, 상기 코일부의 하부에 위치하는 회로 기판;
    상기 회로 기판의 하부에 위치하는 스테인리스 스틸 재질의 보강판; 및
    상기 보강판의 적어도 일면 상에 형성되는 전자파 차폐 필름;을 포함하고,
    상기 전자파 차폐 필름은 페라이트 시트 내지 나노 크리스탈 시트 중 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 전자파 차폐 필름의 표면과 대향하는 메탈의 표면에서 생성되는 맴돌이 전류의 세기를 감쇄시키는 터치센서 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 차폐 필름은 상기 페라이트 시트 내지 나노 크리스탈 시트 중 어느 하나 이상을 포함하는 다층 필름인 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트 시트는 바인더 수지 내에 페라이트 나노 입자가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 차폐 필름은,
    페라이트 시트; 상기 페라이트 시트의 상부에 위치하는 보호 필름층;및 상기 페라이트 시트의 하부에 위치하고, 상기 전자파 차폐 필름이 보강판의 일면에 점착되도록 하는 점착층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자파 차폐 필름은,
    상기 페라이트 시트 및 보호 필름층 사이에 형성된 PET층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 차폐 필름은,
    나노 크리스탈 시트; 상기 나노 크리스탈 시트의 상부에 위치하는 보호 필름층;및 상기 나노 크리스탈 시트의 하부에 위치하고, 상기 전자파 차폐 필름이 보강판의 일면에 점착되도록 하는 하부 점착층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자파 차폐 필름은,
    상기 나노 크리스탈 시트의 상부에 위치하고, 상기 나노 크리스탈 시트가 보호층의 일면에 점착되도록 하는 상부 점착층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 메탈층에 가해지는 힘에 의해 변화하는 타겟 메탈층과 코일부 사이의 거리에 따라 인덕턴스(Inductance)가 가변되는 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코일부는,
    기판과 상기 기판에서 돌출되는 삽입 기둥을 구비하는 보빈부;및
    코일선으로 이루어져 있고 상기 삽입 기둥에 삽입되어, 상기 삽입 기둥의 높이 방향을 따라 적층되어 있는 복수 개의 코일층;을 포함하는 권선 타입인 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 코일부는 코일 패턴이 형성되어 있는 인쇄 타입인 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 코일부 및 상기 타겟 메탈층 사이에 위치하고, 탄성을 갖는 재료로 이루어진 소프트 스페이서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서 모듈.
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