KR20050019799A - 접촉 센서 - Google Patents

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KR20050019799A
KR20050019799A KR10-2004-7021291A KR20047021291A KR20050019799A KR 20050019799 A KR20050019799 A KR 20050019799A KR 20047021291 A KR20047021291 A KR 20047021291A KR 20050019799 A KR20050019799 A KR 20050019799A
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KR10-2004-7021291A
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엘리사 엠. 크로스
로버트 에스. 모스레프자데흐
안쏘니 에프. 체르네프스카이
프랭크 제이. 보타리
크레이그 에이. 코데이로
스티븐 씨. 슐즈
마이클 제이. 카다우스카스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

접촉의 위치를 감지하는 접촉 감지 방법 및 접촉 감지 장치가 기술된다. 접촉 감지 장치가 접촉되면, 지지층 상에 배치된 제1 도전층이 제2 도전층 방향으로 굴절된다. 접촉 위치는 접촉의 위치에서의 용량의 변화를 감지함으로써 결정된다. 접촉 위치에서의 용량의 변화는 도전층들 중 하나를 다른 도전층에 참조되는 전기 신호를 가지고 구동시키고 그 도전층들 간의 전류 흐름을 측정함으로써 감지된다. 이 감지된 용량의 변화는 접촉 센서의 외부 용량의 변화보다 크다.

Description

접촉 센서{TOUCH SENSOR}
본 발명은 일반적으로 접촉 센서에 관한 것으로, 보다 상세히는 내구력있고, 투명한 접촉 센서(touch sensor)에 관한 것이다.
접촉 센서는 전자 시스템과 오퍼레이터(operator)와의 자연스러운 인터페이스를 제공하기 때문에 점점 인기 있는 장치가 되고 있다. 데이터 타이핑하여 입력하는 키보드를 사용하는 대신, 예를 들면, 접촉 센서를 사용하면 사용자는 디스플레이된 아이콘을 접촉함으로써, 또는 화면 상에 기입하거나 그림으로써 컴퓨터에 정보를 전달할 수 있다. 많은 응용들에서 접촉 화면은 투명하며 디스플레이 위에 위치되는 것이 바람직하다.
몇몇의 유형의 투명한 접촉 센서는 접촉 위치를 탐지하기 위하여 저항 방식 또는 용량 방식을 이용한다. 저항성 접촉 센서는 투명한 도전성 산화물과 같은 투명한 도전 물질인, 갭(gap)으로 분리된, 2개의 층을 포함한다. 충분한 힘으로 접촉했을 때, 도전층 중 하나가 굽어져서 다른 도전층과 접촉한다. 접촉 점의 위치는 접촉 점에서의 저항의 변화를 감지하는 제어 회로에 의해 탐지될 수 있다.
저항성 접촉 센서는 도전층 간의 실제 접촉에 의존하며, 이 기법은 몇몇의 문제를 가지고 있다. 우선, 잦은 접촉으로 인해 도전층들이 마찰을 일으켜 도전층들에 손상을 입힐 수 있다. 투명한 도전층들은 부서지기 쉽고 굽어짐은 굽은점에서의 미소 균열(microcrack) 때문에 도전 물질에 성능 저하를 일으킬 수 있다. 반복된 굽혀짐으로, 도전 물질의 일부 영역이 한 접촉으로부터 떨어질 수 있어, 접촉층에 보이드(void)를 발생할 수 있다. 또한, 저항성 접촉 센서에서 사용되는 도전층은 도전층들과 주변 재료들 간의 상호작용(interaction) 때문에 성능이 저하될 수 있다. 상기 논의된 메카니즘에 의한 도전층의 성능 저하는 광 전송이나 감광도, 해상도 및 접촉 위치 탐지에 대한 정밀도를 떨어뜨릴 수 있다.
용량성 접촉 센서는 통상적으로 접촉 탐지를 위한 하나의 도전층을 포함한다. 센서에 손가락을 접촉하면 바디(body)를 통해 도전층으로부터 접지까지 용량성으로 결합된 경로가 제공된다. 접촉 점의 위치는 접촉 위치에서의 용량성으로 결합된 전기 신호의 변화를 측정하는 제어 회로에 의해 탐지될 수 있다.
저항성 접촉 센서와는 다르게, 상술한 용량성 접촉 센서의 동작은 접촉점으로 도전층이 구부러지기를 요구하지 않는다. 그러나 용량성 센서는 대형의 외부 용량 및 손가락 접촉의 용량의 가변성에 의한 낮은 신호 대 잡음 비를 보상하기 위하여 보다 복잡한 제어기를 요구한다. 용량성 접촉 센서는 접촉에 의해 용량적으로 결합된 회로가 접지되는 것을 요구하며 손가락 접촉 또는 도전성 스타일러스에 의해서만 동작가능하다. 비도전성 스타일러스, 장갑을 낀 손 또는 손톱으로 접촉하는 것은 통상적으로 탐지불가능하거나 거의 모든 환경에서 탐지불가능하다. 또한, 손가락 접촉에 의해 센서를 동작하는 것은 예를 들면, 작은 핸드헬드 컴퓨터 스크린 상에서 그림을 그리는 것과 같은, 몇몇의 애플리케이션에 요구되는 공간적 해상도를 제공할 수 없다. 공간적 해상도는 도전성 스타일러스를 이용하면 향상될 수 있으나, 몇몇의 사용자는 특정 스타일러스를 요구하는 것이 불편하다고 알고 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른, 접촉 센서의 도전층의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른, 상부층이 하부층 방향으로 굴절된 접촉 센서의 도전층의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른, 2개의 보호 절연층 및 스페이서를 구비한 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른, 하나의 보호 절연층 및 스페이서들을 구비한 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2c는 스페이서를 구비한 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른, 상부 보호층과, 집적 스페이서들 및 안티-뉴턴의 고리(anti-Newton's ring) 텍스쳐를 가지는 하부 보호층을 구비하는 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른, 집적 스페이서들 및 안티-뉴턴의 고리 텍스쳐를 가지는 하부 보호층을 구비하는 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른, 상부 및 하부 보호층을 구비하는 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른, 하나의 보호층을 구비하는 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 4d는 본 발명의 실시예에 따른, 접촉 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명이 실시예에 따른, 접촉 센서 및 5-배선 제어기를 도시하는 블럭도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 접촉 센서 및 4-배선 제어기를 도시하는 블럭도.
도 7은 본 발명이 실시예에 따른, 단순한 제어기를 가지고 사용되는 접촉 센서를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 접촉 감지 인터페이스를 이용하는 데이터 프로세싱 시스템의 블럭도.
본 발명은 일반적으로 접촉 센서에서 접촉의 위치를 탐지하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 마이크로프로세서 기반의 시스템과 결합되어 투명한 접촉 화면에 의해 강화된 디스플레이 장치를 구동시킬 때 특히 유용하다. 보다 상세히는, 본 발명은 다른 도전층 방향으로의 도전층의 접근이 용량적으로 감지되는 접촉 센서에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접촉 센서 상에서 접촉의 2차원 위치를 감지하기 위한 방법은 제1 투명한 도전 시트의 적어도 일부가 제2 투명한 도전 시트 방향으로 이동될 때 제1 투명한, 도전 시트와 제2 투명한 도전 시트 간의 용량의 변화를 감지하는 단계를 포함한다. 접촉의 2차원 위치는 이 2개의 투명한 도전 시트들 간의 용량의 변화로부터 생성된 신호들로부터 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 유연하고 투명한 지지층 상에서 지지되는 제1 투명한 도전 시트를 구비한 접촉 센서에 관한 것이다. 제2 투명한 도전 시트가 배치되어 제1 투명한 도전 시트와 제2 투명한 도전 시트 간의 갭을 규정한다. 제1 투명한 도전 시트는 제2 투명한 도전 시트를 접촉하지 않는 접촉 힘에 의하여 제2 투명한 도전 시트 방향으로 국부적으로 변형될 수 있도록 유연하여 제1 투명한 도전 시트와 제2 투명한 도전 시트 간의 용량이 변화한다.
본 발명의 다른 실시예는 제1 도전층을 구비한 접촉 센서에 관한 것으로, 이 제1 도전층은 투명하고 유연하다. 제2 도전층은 투명하며 제1 도전층과 제2 도전층 간의 갭을 규정하도록 제1 도전층에 상관하여 배치된다. 제1 투명한 도전층은 제2 투명한 도전층을 접촉하지 않는 접촉 힘에 의하여 제2 투명한 도전층 방향으로 국부적으로 변형될 수 있도록 유연하여 제1 투명한 도전층과 제2 투명한 도전층 간의 용량이 변화한다. 복수의 스페이서들이 그 갭 안에 위치된다. 이 스페이서들은 투명하고, 제1 도전층과 제2 도전층 간의 소정의 최소 거리는 유지한 채 일정한 접촉 하에 제1 도전층이 제2 도전층 방향으로 이동할 수 있도록 하게 한다.
본 발명의 다른 실시예는 접촉을 감지하는 접촉 화면을 구비하는 접촉 화면 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 접촉 화면은 유연하고 투명한 지지층 상에 지지되는 제1 투명한 도전 시트를 포함한다. 제2 투명한 도전 시트는 제1 투명한 도전층 및 제2 투명한 도전 시트 간의 갭을 규정하도록 제1 투명한 도전층과 관련되어 배치된다. 제1 투명한 도전 시트는 제2 투명한 도전 시트를 접촉하지 않는 접촉 힘에 의하여 제2 투명한 도전 시트 방향으로 국부적으로 변형될 수 있도록 유연하여 제1 투명한 도전 시트와 제2 투명한 도전 시트 간의 용량이 변화한다. 접촉 화면 제어기는 제1 도전 시트 및 제2 도전 시트에 연결된다. 접촉 화면 제어기는 제1 도전 시트 및 제2 도전 시트 중 하나를 제1 도전 시트 및 제2 도전 시트 중 다른 하나에 관련된 전기 신호로 구동시키고 제1 도전 시트와 제2 도전 시트 간의 용량적 전류 흐름을 측정한다. 디스플레이는 정보를 디스플레이하기 위하여 접촉 화면 아래에 배치된다.
본 발명의 다른 실시예는 접촉 센서에서 접촉의 위치를 감지하는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 제1 투명한 도전 시트의 적어도 일부가 제2 투명한 도전 시트 방향으로 이동될 때 제1 투명한 도전 시트와 제2 투명한 도전 시트 간의 용량의 변화를 감지하는 수단을 포함한다. 시스템은 또한 이 2개의 투명한 도전 시트 간의 용량의 변화로부터 생성된 신호로부터 접촉의 2차원 위치를 결정하는 수단을 포함한다.
상술한 본 발명의 요약은 본 발명의 각 예시적인 실시예 또는 모든 구현을 기술하는 것으로 의도되지 않는다. 이하의 도면 및 상세한 설명은 이들 실시예를 보다 상세한 예가 될 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 관련된 본 발명의 다양한 실시예의 이하 상세한 설명으로 보다 완벽하게 이해될 수 있다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태들을 다루지만, 그들의 특정물이 예로서 도면에 도시되었고 상세하게 기술될 것이다. 그러나, 본 발명을 기술된 그 특정 실시예들로 한정짓는 의도가 아니라고 이해되어야 한다. 반대로, 청구항이 정의하는 본 발명의 사상과 범위 내에 포함되는 모든 변경, 동등물, 대안들을 수용하려는 의도이다.
도시된 실시예들의 이하의 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면에 참조 번호가 부여되며, 이 도면에서 본 발명이 실시예될 수 있는 다양한 실시예들이 예시로 도시된다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 본 발명이 범위를 벗어나지 않고 구조적 기능적 변경이 이루어질 수 있다고 이해되어야 한다.
상기 기술된 바와, 본 명세서를 읽음으로써 명백해질 이하에 기술될 다른 이유들에서 알 수 있듯이, 이용되는 접촉 도구에 상관없이 접촉의 위치를 신뢰성있고 정확하게 탐지하는 내구력있는 접촉 센서가 필요하다. 향상된 광학 특성 및 내구력을 가지는 이러한 접촉 센서가 또한 필요하다. 단순한 제어 회로를 가지고 이용될 수 있는 접촉 센서가 또한 필요하다.
본 발명은 무엇보다도 광 전송을 증가시키도록 설계된 접촉 센서를 제공한다. 또한, 센서 동작은 도전층들 간의 실질적인 접촉을 요구하지 않기 때문에 접촉 센서의 내구력이 향상된다. 따라서, 도전층 마찰, 점착, 떨어짐 및 다른 재료들과의 화학 작용으로 인한 기계적인 성능저하를 줄인다. 본 발명의 접촉 감지 장치가 접지에 용량적으로 결합된 외부 경로에 의존하지 않기 때문에, 내부의 낮은 임피던스 기준 접속을 갖는 단순한 제어기를 사용할 수 있다. 접촉 센서는 휴대용 접촉 화면을 요구하는 것들을 포함하는, 다양한 데이터 프로세싱 애플리케이션에 이용될 수 있다. 본 발명의 접촉 센서는 독립적인 접촉 기기이며, 손가락, 장갑을 낀 손가락, 손톱 또는 다른 부도체로 접촉함으로써 동작될 수 있다. 또한, 센서는 접촉 화면 표면의 수분, 이물질 또는 다른 오염 물질을 통한 신뢰할 수 있는 접촉 감지를 제공한다.
본 발명의 접촉 센서는 다양한 유형의 데이터 프로세싱 시스템과 결합될 때 특히 유용하다. 본 발명의 접촉 센서가 구비된 데이터 프로세싱 시스템은 예를 들면, 투명한 접촉 화면에 의해 강화된 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 키오스크(kiosk), ATM, 및 다양한 관점의 판매 장치에서 이용될 수 있다. 또한, 데스크탑, 핸드헬드 또는 랩탑 컴퓨터 시스템이 본 발명의 접촉 센서를 구비할 수 있다. 접촉 센서는 PDA 또는 셀룰러폰에서도 구현될 수 있다. 접촉 감지 장치가 마이크로프로세서 기반 시스템과의 결합체로 기술되었지만, 접촉 감지 장치는 원한다면, 임의의 논리 기반 시스템과도 결합될 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법은 접지에 용량적으로 결합된 접속을 이용하는 제어 회로로 또는 내부의 낮은 임피던스 기준을 이용하는 단순한 제어기로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 접촉 센서는 접촉 영역에 배치되는 2개의 도전층 및 그 2개의 도전층 간에 규정되는 갭을 포함한다. 접촉 입력의 위치는 2개의 층 간의 용량의 변화에 의해 결정된다. 본 발명의 접촉 감지 방법은 제2 도전층의 방향으로 제1 도전층을 굴절시키는 단계 및 그 굴절의 위치를 탐지하는 단계를 포함한다. 본 발명의 접촉 센서의 기본 동작이 도 1a 및 도 1b에 도시된다. 접촉 센서는 적어도 갭(115)에 의해 분리되는 상부 도전층(110) 및 하부 도전층(120)을 포함한다. 상부 및 하부 도전층(110, 120)은 용량성 접촉 센서(100)의 캐패시터 플레이트를 형성한다. 접촉 이전에, 상부 및 하부 도전층(110, 120)이 통상적으로 도 1a에서 도시된 바와 같이, 충분히 분리되도록 위치한다. 충분한 힘으로 접촉되었을 때, 하나의 도전층은 다른 도전층 방향으로 국부적으로 굴절되지만, 이는 그 다른 도전층과의 물리적인 접촉을 일으키지는 않는다. 도 1b에 도시된 예에서는, 상부 도전층(110)은 하부 도전층(120)의 방향으로 굴절된다. 상부 도전층의 굴절은 접촉 위치에서의 도전층들(110, 120) 간의 거리를 줄어들게 하여, 굴절점 주변의 국부 영역에서 상부 및 하부 도전층들(110, 120) 간의 용량이 변화될 수 있다. 용량의 변화는 접촉 센서에 연결된 제어 회로에 의해 탐지될 수 있고, 그 접촉의 위치를 결정하는 데에 이용될 수 있다.
본 발명의 특정한 일 실시예가 도 2a에 도시된다. 접촉 센서(201)는 갭(215)에 의해 분리된 2개의 다중층 구조(240, 245)를 포함한다. 상부 구조(240)는 유연한 것이 바람직하며 하부 구조층(245)은 유연할 수도 있고 단단할 수도 있다. 상부 및 하부 구조(240, 245)는 투명한 재료로 구성될 수 있다. 투명한 접촉 화면은 집적 접촉 화면/디스플레이를 생성하는 LCD, 또는 CRT와 같은 디스플레이 장치 상에 설치하기에 적절하다.
상부 구조(240)는 지지층(205) 및 선택적인 보호 코팅(212)을 포함하는 제1 도전층(210)을 포함한다. 상부 구조(240)의 구성요소는 유연한 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
하부 구조층(245)은 기판(230) 및 선택적으로 보호층(218)으로 또한 코팅될 수 있는 제2 도전층(220)을 포함할 수 있다. 상부 및 하부 구조(240, 245)는 갭층(215)에 의해 분리된다. 스페이서(216)는 갭층(215) 내에 위치하며 상부 구조(240)와 하부 구조(245) 간의 소정의 거리, 예를 들면, 5㎛ 내지 500㎛ 범위의 공간을 유지시킨다. 스페이서(216)는 예를 들면, 적절한 크기의 패턴으로 하부 보호층(218) 또는 도전층(220) 상으로 UV 경화성 재료를 스크린 프린팅 함으로써 형성될 수 있다. 인접한 스페이서는 20㎛ 내지 5mm 간의 거리로 서로 떨어져 있을 수 있다.
상부 지지층(205)은 상부 도전층(210)에 대한 절연체로 이용되어 접촉 센서(201)의 외부 용량의 영향을 줄여줄 수 있다. 외부 용량은 접촉 센서(201)와 접지 사이를 용량적으로 결합시켜, 그 결과로 접촉 위치 신호의 신호 대 잡음 비가 줄어든다. 상부 지지층(205)으로 상부 도전층(210)을 절연시키면 외부 용량의 영향이 줄어들게 된다. 상부 지지층의 특성은 상부 지지층(205)을 통한 용량적 결합을 줄이도록 선택될 수 있다. 용량적인 결합은 예를 들면, 적절한 재료 특성 또는 두께를 가지는 상부 지지층(205)을 사용함으로써 줄일 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 상부 지지층(205)의 절연성 두께는 제1 도전층(210)과 제2 도전층(220) 간의 절연성 두께보다 크도록 형성될 수 있다. 절연성 두께는 실제 두께 및 그 두께가 측정되는 재료의 절연 특성을 고려하며, 그 두께가 측정되는 재료의 상대적인 유전율을 실제 두께에 곱한 비율이다. 지지층(205)의 절연성 두께는 적어도 굴절된 제1 도전층(210)과 제2 도전층(220) 간의 최소 절연성 두께만큼 두꺼울 수 있다. 이 구성이 사용되어 외부 용량적 영향을 줄여주기 때문에 상부 도전층(210)의 굴절에 의해 이루어지는 용량의 변화가 우세하게 된다.
도전층들(210, 220)은 통상적으로 도체의 얇은 시트로 구성된다. 도전층들(210, 220)은 내구력 및 연속성을 유지하는 한 되도록 얇게 만들어질 수 있다. 투명한 접촉 센서를 요구하는 응용에서, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide:ITO) 또는 안티몬 주석 산화물(antimony tin oxide:ATO)과 같은 투명한 도전성 산화물이 이용되어 도체들(210, 220)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 도전층들(210, 220)은 면적당 대략 10 내지 50,000 ohms의 저항을 가지는 ITO로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 도전층들(210, 220)은 면적당 대략 10 내지 50,000 ohms의 저항을 가지는 ATO로 구성될 수 있다. 도전층의 두께는 통상적으로 0.005㎛ 내지 10㎛의 범위 내에 있을 수 있지만, 그 밖의 범위의 두께를 가질 수도 있다. 전기적인 도전성 중합체와 같은 다른 투명한 도체가 또한 도전층들(210 및 220)에 이용될 수 있다. 적절한 도전성 중합체는 폴리파이롤, 폴리아닐린, 폴리아세텔린, 폴리티오펜, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리페닐렌 황화물, 폴리 p-페닐렌, 및 폴리헤테로싸이클 비닐렌을 포함한다. 예시적인 도전성 중합체는 폴리(3, 4-에틸렌다이옥시티오펜), 일반적으로 PEDOT로 칭하는 호환된 폴리티오펜이다.
본 발명의 용량성 접촉 센서의 구조 및 동작은 종래 기술보다 향상된 내구력을 제공한다. 정상적인 동작 시에, 도전층들(210, 220)은 접촉점까지 굽지 않는다. 도전층들 간의 접촉은 보호층을 부도체로 코팅함으로써, 또는 스페이서, 채움 재료, 또는 도전층을 분리시킬 수 있는 다른 방법들을 사용함으로써 방지될 수 있다. 이는 도전층의 마찰, 점착, 떨어짐이 일어나는 것을 줄일 수 있다. 또한, 어떠한 도전층들(210, 220) 간의 접촉도 필요하지 않기 때문에, 하나 또는 둘다의 도전층(210, 220)이 선택적으로 보호층 또는 다중층(212, 218)으로 코팅될 수 있다. 보호층(212, 218)은 예를 들면, 점착을 줄이는 낮은 표면 에너지 재료로 하드코팅될 수 있다. 보호층(212, 218)은 물리적으로 다른 센서 재료로부터 도전층을 격리시킬 수 있어서, 화학 작용 및 이온 확산에 의한 도전층의 성능 저하를 완화시킬 수 있다.
상부 도전층(210)이 하부 도전층(220) 방향으로 압력을 받을 때, 이 2개의 도전층들(210 및 220) 간의 용량적인 전류 흐름은 하부 도전층(220) 방향으로 보다 근접하게 접근하는 상부 도전층(210)의 그 영역에서 국부적으로 증가한다. 2개의 도전층들 간의 용량적인 전류의 이러한 국부적 증가 때문에, 접촉 화면은 상부 도전층(210)을 누르는 임의의 물체 또는 스타일러스를 가지고 동작할 수 있다. 이러한 동작 모드는 도전 스타일러스의 이용이 필요한 통상적인 용량성 접촉 화면과는 다르다.
선택적인 보호층들(212, 218)은 또한 도체(210, 220)에 대한 투명한 반사 방지(antireflective) 코팅으로 작용할 수 있다. 예를 들면, 보호층들(212, 218)은 SiO2로 형성될 수 있으며, 0.05㎛ 내지 10㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있지만 보호층들(212, 218)은 이러한 범위 외의 두께를 가질수도 있다. 하부 보호층(218)도 SiO2로 형성될 수 있으며, 보호층(212)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 보호층을 이용할 때의 이점은, 도전층을 보호하는것 이외에도, 통상적으로 높은 굴절률을 가지는 갭과 도전층 간의 접촉면에서의 높은 반사적 손실을 줄일 수 있다는 점이다.
본 발명의 접촉 센서의 다른 실시예가 도 2b 및 2c에 개략적으로 도시된다. 접촉 센서는 도 2b에 도시된 바와 같이 오직 하나의 보호층(212)으로 구성될 수 있거나, 도 2c에 도시된 바와 같이 보호층 없이 구성될 수 있다. 2개의 도전층(210 및 220) 간에 스페이서들(216)이 삽입될 수 있는데, 이 스페이서는 이 층들 간의 접촉을 방지하고, 이 층들 간의 균일한 갭을 설정하거나, 소정의 활성력을 제공하도록 설계된다.
갭(215)을 변형가능한 재료로 선택적으로 채울 수 있다. 접촉을 가함으로써, 갭 재료는 한 도전층이 다른 도전층 방향으로 이동할 수 있게 한다. 접촉이 제거될 때, 센서 층들은 그들의 본래 위치로 복귀한다. 갭 재료는 액체이거나, 변형가능한 탄성체일 수 있다. 갭 재료가 도전층들 사이에 배치될 때 보호층들(212 및 218) 및 스페이서들(216)이 이용될 수 있거나 이용되지 않을 수 있다. 갭을 채우는 재료를 추가하면 접촉 중에 가해지는 에너지를 분산시킴으로써 디스플레이 내구력을 향상시켜 센서가 손상에 보다 저항력 있도록 할 수 있다.
센서를 통과하는 투명도가 중요한 곳에는, 갭 채움 재료는 센서를 통한 모든 전송을 향상시키기에 적절한 광학 속성을 가지는 변형 재료일 수 있다. 갬 채움 재료는 이 재료에 광학적인 손실을 일으키는 공기 주머니가 발생하지 않고 변형되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 갭 채움 재료는 폴리 우레탄 에폭시, 실리콘, 고무 재료 또는 젤일 수 있다. 또한, 갭 채움 재료는 주변 재료들의 굴절률과 유사한 굴절률을 가질 수 있어서 재료 접촉면에서의 반사적인 손실을 줄일 수 있다.
또한, 갭 채움은 압력을 받을 때 절연적 속성을 변화하는 재료로 구성될 수 있어서, 접촉이 일으키는 용량의 변화를 더욱 강화시킬 수 있다. 압력 아래의 전기적 속성을 변경하는 한 유형의 재료는 도전성 입자로 채워지는 변형가능한 재료이다. 도전성 입자는 금속, 금속 산화물, 또는 도전성 중합체의 입자일 수 있다. 또한, 입자들은 예들 들면, 금속, 금속 산화물, 또는 도전성 중합체와 같은 도체로 코팅될 수 있다. 이 입자들의 굴절률은 센서를 통한 광 전송을 향상시키도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 입자들 간의 굴절률 차이 및 매트릭스가 감소할 때 매트릭스 내의 입자들에 의한 산란 및 반사 손실이 줄어든다.
갭 채움은 또한 압전 재료과 같은, 압력으로 전기적 속성을 변경시키는 재료로 구성될 수 있다. 갭 채움 재료과 같이 압력에 민감한 재료를 포함하는 구성은 힘과, 예를 들면, z축 감도를 부여하는 것과 같이 접촉의 위치를 지정하는 신호를 제공할 수 있다. 압전 갭 채움 재료는 힘 변환기로 이용될 수 있는데, 여기서 센서의 표면에 적용되는 힘은 갭을 통하여 대응하는 전압의 변경을 일으킨다. 접촉 힘의 크기는 압전 재료를 통해 전압을 측정함으로써 결정될 수 있다. 적절한 압전 재료는 폴드 폴리비닐리덴 불화물(poled polyvinylidene fluoride: PDVF) 및 강유전성 액정을 포함한다.
도 3a에 도시된, 본 발명의 다른 실시예는 전술한 바와 같이, 지지층(305), 제1 도전층(310) 및 선택적인 보호층(312)을 구비하는 상부 구조(340)를 포함한다. 이 실시예에서, 하부 구조(345)는 선택적 기판(330), 하부 도전층(320) 및 스페이서(316)가 일체로 형성된 보호층(318)을 포함한다. 또는, 상부 보호층(312)이 일체로 형성된 스페이서(316)를 포함할 수 있다. 스페이서(316)가 구비된 보호층(318)은 예를 들면, 아크릴 또는 메타크릴레이트 혼합물과 같은 UV 경화성 재료를 이용하는 표준 마이크로리플리케이션(microreplication) 방법에 의해 형성될 수 있다. 스페이서는 밀도 및 크기를 달리하여 접촉 활성력을 제어하는 센서의 물리적인 굳기를 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 스페이서는 5㎛와 250㎛ 사이의 직경, 2㎛와 50㎛ 사이의 높이를 가질 수 있고 0.5mm 내지 5mm로 간격을 둔 부분이지만, 이들 범위 이외의 크기를 가질 수 있다. 스페이서(316)와 일체 형성된 보호층(318)을 형성하는 데에 이용되는 재료를, 원한다면 굳기를 증가시키도록 10nm 내지 10㎛의 범위의 크기인 실리카 또는 다른 입자들로 적재될 수 있다.
선택적으로, 거친 표면(317)이 스페이서(316)와 보호층(318)에 위치되어 상부 구조(340)가 하부 구조(345)와의 접촉을 일으킬 때 번쩍거림 및 뉴턴의 고리의 발생을 줄일 수 있다. 스페이서(316) 및 보호층(318)의 거친 표면은 투명한 센서에서 스페이서(316) 및 보호층(318)의 가시성을 감소시켜, 원한다면 더 큰 스페이서가 접촉 활성력의 제어에 이용될 수 있도록 한다. 또한, 상부 및 하부 층(340, 345)의 굴절률을 센서를 통한 광 전송을 증가시키도록 적응시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 상부층(340)과 하부층(345) 간의 갭(315)은 선택적으로 변형가능한, 신축성 있는 재료로 채워질 수 있다.
도 3b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는, 상부 보호층이 존재하지 않는다. 하부 보호층(318)은 집적 스페이서(316)를 포함한다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하여 기술된, 상부층과 하부층 간의 거리를 유지하는 다른 접근은 적절한 기계적인 속성을 가지는 재료로 갭을 채워 상부층과 하부층 간의 분리를 유지하는 것이다. 통상적으로 이러한 재료는 상부 구조가 접촉을 가한 부분 아래의 하부 구조에 접근할 수 있도록 압축가능하고, 또한, 접촉이 제거되면 상부 구조가 자신의 평형 위치로 되돌아 오도록 탄력성이 있다. 몇몇의 실시예에서, 이 재료는 접촉 영역으로부터 벗어나지 않아서 도전층들은 서로 접촉을 이룰 수 없다. 갭 채움 재료는 예를 들면, 도전층들(410, 420) 간의 최소 분리를 유지시키는 스페이서로 작용하는 유리 입자와 같은 입자들로도 적재될 수도 있다.
도 4a에 도시된 접촉 센서의 실시예에서, 유연한 상부 층(440)은 지지층(405) 및 제1 도전층(410)을 포함하고 보호층(412) 또한 포함할 수 있다. 상부 층(440)을 형성하는 층들(405, 410 및 412)은 통상적으로 유연한 재료로 구성되어 구조(440)의 적용된 힘 아래가 굽어지도록 한다. 하부 층(445)은 선택적 기판(430) 및 제2 도전층(420)을 포함하고 보호층(418) 또한 포함할 수 있다. 하부 구조(445) 유연할 수도 있고 단단할 수도 있다. 상부 구조(440) 및 하부 구조(445)는 갭 채움 재료로 채워진 갭(415)에 의해 분리된다.
도 4b 및 4c는 갭 채움 재료가 도전층을 분리하는 데에 이용되는 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다. 접촉 센서는 도 4b에 도시된 바와 같이 하부 도전층(420)에 배치된 오직 하나의 보호층(418)을 구비하도록 구성될 수 있다. 또는, 보호층은 상부 도전층(410) 상에 배치될 수 있다. 하나 이상의 보호층(412 및 418)이 이용되는 곳은, 보호층 또는 보호층들이 도전층들(410 및 420) 간의 접촉을 방지하도록 위치될 수 있어서 갭 채움 재료는 접촉의 위치에서부터 소모될 수 있다.
또한, 접촉 센서는 예를 들어 도 4b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 보호층 없이 구성될 수 있다. 이러한 경우에서, 갭 채움 재료는 도전층들(410 및 420) 간의 접촉을 방지하도록 설계되기 때문에, 접촉의 위치에서 도전층들(410 및 420) 간에서부터 소모되지 않는다.
다른 실시예가 도 4d에 개략적으로 도시된다. 이러한 실시예에서, 갭(415)은 예를 들면, 비교적 압축하기 어려운 유리 입자와 같은 입자(452)로 삽입되는 층(450)을 포함한다. 입자(452)는 층(450)의 두께(도시되지 않음)와 같은 사이즈를 가질 수 있거나, 층(450)의 두께보다 작을 수 있다. 적어도 하나의 압축가능한 층(454)이, 층(450)과 도전층들(410 및 420) 중 하나 사이에 예를 들면, 엘리스토머로 형성된다. 도시된 특정 실시예에서, 층(450)과 각 도전층들(410 및 420) 사이에 압축가능한 층(454)이 존재한다. 사용자가 이 접촉 화면을 접촉했을 때, 압축가능한 층(454) 또는 층들은 접촉의 힘 아래에서 압축되어, 상부 도전층(410)이 하부 도전층(420)에 접근하도록 하여, 2개의 층들(410 및 420) 간의 용량을 변화시킨다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 접촉 센서에서 2차원 접촉 위치를 탐지하는 데에 이용되는 하나의 접근은 5-배선 기법이다. 도 5는 접촉 센서에서 접촉의 위치를 탐지하기 위한 5-배선 접촉 감지 시스템의 블럭도이다. 시스템은 2 차원(x, y) 접촉 센서(510) 및 제어기(520)를 포함한다. 접촉 센서(510)는 센서가 PDA, 모바일폰 등과 같은 핸드헬드 장치에서 이용될 수 있도록 하는 폐쇄적인 탐지 회로에 기반한다. 또한, 이 센서(510)의 신호 대 잡음 비는 다른 용량 기반 접촉 센서에서 통상적으로 얻을 수 있는 신호 대 잡음 비 보다 크다.
제어기(520) 내의 드라이브 회로(530)는 예를 들면, 상부층(512)과 같은 접촉 센서의 도전층들 중 하나에, 4개의 다른 위치에 위치된 컨택트(515, 516, 517 및 518)를 통해 교류 신호를 인가한다. 한 구성에서, 상부층(512)은 직사각형 형상이며 컨택트(515, 516, 517 및 518)는 상부층(512)의 4개의 모서리에 위치될 수 있다. 남아있는 도전층, 이 경우에는 하부층(514)은 인가된 신호에 대한 복귀 경로 및 기준층을 제공한다. 도 5에는 직사각형 형상인 접촉 센서가 도시되었지만, 이 접촉 센서는 직사각형일 필요는 없고 임의의 형태를 가질 수 있다.
기준층으로서 하부층(514)을 사용하면 접촉 화면 아래에 위치된 (도시되지 않은) LCD 또는 CRT 디스플레이와 같은 디스플레이에서 발생하는 전자기적 간섭(electromagnetic interference:EMI)으로부터 접촉 센서를 보호하는 이점을 제공한다. 이는 현재 용량성 접촉 화면에서 일반적으로 발견되는, 디스플레이와 접촉 센서 간의 EMI 차폐(shield)로 작용하는 추가적인 도전층의 필요성을 없앨 수 있다. 도전층의 표면에 배치되고 컨택트(515, 516, 517 및 518)에 연결된 (도시되지 않은) 도전 세그먼트들의 선택적인 패턴이 이용되어 상부 도전층의 표면을 통하여 전기장을 선형화할 수 있다.
접촉을 가하기 이전에, 드라이브 회로가 접촉 센서를 통해 각 컨택트(515, 516, 517 및 518)에 전류 흐름을 생성한다. 접촉은 각 컨택트(515, 516, 517 및 518)로부터의 접촉의 거리에 비례하여 접촉 센서를 통해 각 컨택트(515, 516, 517 및 518)로부터의 전류의 변경을 일으킨다. 감지 회로(530)는 4개의 컨택트(515, 516, 517 및 518) 각각에서 전류를 측정한다. 이 접촉 센서의 4개의 컨택트(515, 516, 517 및 518) 각각에서 측정된 전류는 전류는 접촉 위치의 작용으로 변할 수 있다. 이 실시예에서, 접촉의 위치는 상부층(512)의 컨택트(515, 516, 517 및 518)에서 측정된 전류를 비교함으로써 프로세서(540)에서 결정된다. 다른 실시예에서, 전기 신호가 인가되고 하부층(514) 4개의 위치에 위치된 컨택트에서 전류가 측정되고 상부층은 복귀 경로 기준층으로 작용한다. 상기 예에서, 전기 신호가 인가되고 접촉 센서의 4개의 위치에 위치한 컨택트에서 전류가 측정되지만, 임의의 수의 컨택트가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 접촉 센서에서 접촉 위치를 탐지하는 데에 이용되는 다른 접근은 4-배선 기법이다. 도 6은 센서에서 접촉의 위치를 탐지하는기 위한 4-배선 시스템의 블럭도를 도시한다. 시스템은 2차원(x,y) 접촉 센서(610) 및 제어기(620)를 구비한다.
이 구성에서, 접촉 센서는 2개의 컨택트 세트를 가진다. 세로 컨택트(615 및 617)은 상부 도전층(612)에 위치된다. 가로 컨택트(616 및 618)는 하부 도전층(614)에 위치된다. 4-배선 시스템은 접촉 위치의 x 및 y 좌표를 각각 결정함으로써 동작한다.
예를 들면, 접촉의 x 좌표는 드라이브/감지 회로(630)에 연결된 접촉 센서(610)의 세로 컨택트(615 및 617)를 통해 상부 도전층(612)에 전압을 가함으로써 결정될 수 있다. 하부 도전층은 가로 컨택트(616 및 618)를 통하여 제어기(620)에 연결된 참조로서 작용한다. 감지 회로(630)는 각각의 세로 컨택트(615 및 617)에서 용량적인 전류 흐름을 측정한다. 이 접촉 센서(610)의 세로 컨택트(615 및 617)에서 측정된 용량적인 전류는 접촉 위치의 x 위치의 작용으로 변경된다. 세로 컨택트(615 및 617)를 통해 흐르는 용량적인 전류의 상대적인 양이 접촉의 x 좌표를 지정한다.
접촉 위치의 y 좌표는 드라이브/감지 회로(630)에 연결된 가로 컨택트(616 및 618)를 통해 하부 도전층(614)에 전압을 가함으로써 결정될 수 있다. 상부 도전층은 세로 컨택트(615 및 617)를 통하여 제어기에 연결되는 기준으로서 작용한다. 감지 회로(630)는 각각의 가로 컨택트(616 및 618)에서 용량적인 전류 흐름을 측정한다. 각각의 가로 컨택트(616 및 618)에서 측정된 용량적인 전류는 접촉의 y 위치의 작용으로 변경된다. 가로 컨택트(616 및 618)를 통해 흐르는 용량적인 전류의 상대적인 양이 접촉의 y 좌표를 지정한다.
도 7은 일 실시예에 따른, 단순한 제어 회로를 가지고 이용되는 본 발명의 드라이브/감지 회로 및 접촉 센서의 구성을 도시한다. 본 실시예에서, 드라이브/감지 회로(705 및 706)는 전기 신호를 인가하고 전류를 측정하기 위한 1차원 접촉 센서(710)의 각각 대향하는 단측에 위치하는 2개의 컨택트(707 및 708)에 접속된다. 도 7에 도시된 접촉 감지 시스템(700)은 접촉 위치의 x 좌표를 탐지할 수 있다. 감지 시스템은 단순함을 위하여 1차원 시스템으로 도시되었지만, 1차원 감지에 대한 원리는 적어도 하나의 접촉 및 관련 회로를 추가하여 2차원 감지로 연장될 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 회로는 단지 예로서 나타나며 폐쇄 루프 탐지 회로의 다른 구성들이 이용될 수 있다고 인식되어야 한다.
감지 시스템(700)의 드라이브/감지 회로(705 및 706)는 전기 신호를 인가하고 그 결과로 발생하는 전류를 측정하는 접촉 센서(710)의 각 단부의 컨택트(707 및 708)에 접속된다. (도시되지 않은) 프로세서는 접촉 위치를 결정하는 접촉 센서(710)의 컨택트(707 및 708)에서 측정된 전류값들의 비율을 이용한다. 도 7의 구성에서, 접지로의 접촉 센서의 용량적인 결합이 감소되고 시스템은 기준 접속으로서 오직 알려진 낮은 임피던스 접속(760)만을 사용한다. 이러한 장치의 중요한 특징은 탐지 시스템의 내부적 폐쇄 회로를 포함한다는 점이며, 이 회로는 탐지 회로가 사용자에 의해 폐쇄되는 다른 용량성 센서 회로와는 다르다. 내부적 폐쇄 회로의 결과로서, 탐지 회로의 파라미터가 알려지고 이 파라미터는 시간에 대해 상대적으로 안정적이다. 한편, 다른 용량성 탐지 회로에서, 접지로의 용량 결합은 사용하는 시간마다 변경될 수 있다.
Csensor(740)는 접촉이 가해짐에 의해 변경되는 가변적인 용량이다. 접촉 이전에, Csensor(740)는 존재한다면 도전층들 간의 거리 및 갭 채움 재료와 보호층들의 절연적 상수를 포함하는 센서 파라미터에 주로 의존하는 고정 값을 가진다. 접촉이 가해질 때, 도전층들 간의 거리가 줄어들기 때문에 센서 파라미터가 변경되어 대응하는 Csensor(740)의 값의 변경을 일으킨다. Csensor(740)의 변경에 의한 접촉 센서의 컨택트(707 및 708)에서의 접촉 센서 전류의 비율의 변동은 (도시되지 않은) 프로세서에 의해 탐지되고 접촉 위치로 변환될 수 있다.
도 7에 도시된 낮은 임피던스 기준 접속(760)은 접지로의 센서의 외부 용량적 결합의 영향을 현저히 감소시킨다. 외부 용량적 결합의 감소는 외부 용량의 영향을 추적하고 보안할 필요성을 줄이므로, 단순한 제어 회로가 사용될 수 있도록 한다. 외부 용량은 이 환경으로부터 센서의 제1 도전층을 절연시키기에 적절한 두께 및 재료 속성을 가지는 지지층을 사용함으로써 더 줄어들 수 있다. 그러므로, Cinternal(730)가 나타내는 표유 용량은 일정하다. 외부 용량의 의존도의 감소 및 고정된 표유 용량은 모두 접촉 탐지 시스템의 내부적 폐쇄 회로를 이용하여 얻을 수 있는 결과이다.
도 7에 관련된 논의는 예시를 용이하게 하기 위하여 1차원의 접촉 센서를 이용하는 접촉 감지를 기술한다. 하나 이상의 전극 및 관련된 회로를 추가함으로써 접촉 위치의 2차원 좌표를 결정할 수 있다. 2차원 구성에서, 전술된 5-배선 또는 4-배선 기법이 접촉 위치를 탐지하는 데에 이용될 수 있다.
도 7에 도시된 단순한 제어기는 낮은 임피던스 기준 접속을 이용하여, 시스템에서 외부 용량의 영향을 줄인다. 내부의 낮은 임피던스 기준 접속 및 도전층 상의 절연층의 사용을 통하여 센서의 외부 용량적 결합이 줄어들기 때문에 본 발명의 접촉 감지 시스템은 단순한 제어기로 구현될 수 있다. 낮은 임피던스 기준의 사용은 전술된 점들 이외에도 이점들을 가진다. 첫째로, 접촉 센서는 접지를 통한 접속에 의존하지 않기 때문에, 센서는 접촉 기구에 독립적이며 도전성 또는 비도전성 스타일러스, 장갑을 낀 손, 또는 하나의 도전층을 다른 층으로 밀어내는 임의의 도구를 가지고 사용할 수 있다. 둘째로, 내부적 폐쇄 회로때문에, 표유 용량이 감소되고 일정하다. 셋째로, 이 회로는 접지 접속에 의존하지 않기 때문에, 접촉 센서는 PDA 및 셀룰러폰과 같은 다양한 휴대 응용에 이용될 수 있다. 넷째로, 오직 2개의 도전층이 2차원 위치 감지에 이용되는데, 이는 도전층이 통상적으로 광학적 손실을 일으키는 주변 층들에 비해 굴절률의 높은 값을 가지기 때문에 매우 중요하다. 폐쇄 회로 탐지 시스템을 구비한 오직 2개의 도전층을 사용하는 것은 광학적 손실을 낮게 유지시키면서 장치를 휴대가능하도록 한다.
이제 도 8로 가면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 집적 접촉 화면 및 디스플레이를 이용하는 데이터 프로세싱 시스템(800)의 블럭도가 도시된다. 시스템(800)은 LCD 디스플레이와 같은 데이터 프로세싱 애플리케이션에 적절한 디스플레이(808) 상에 배열된 투명한 접촉 화면(806)이다. CRT 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, LED 디스플레이 등의 다른 디스플레이가 이용될 수 있다. 디스플레이(808)는 이 디스플레이가 데이터 프로세서(810)와 인터페이스하기 위하여 디스플레이 제어 회로(809)가 필요할 수 있다. 접촉 화면 제어기(807)는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 화면 프로세서 외에도 상기 기술한 드라이브/감지 회로를 포함한다.
데이터 프로세서(810)는 컴퓨터 시스템 애플리케이션에 따라서 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 데이터 프로세서는 마이크로프로세서(812), 다양한 유형의 메모리 회로(814), 전원 장치(818) 및 하나 이상의 입/출력 인터페이스(816)를 포함할 수 있다. 입/출력 인터페이스(816)는 데이터 프로세싱 시스템이 키보드(821), 포인팅 장치(822), 및 마이크로폰과 스피커를 포함하는 사운드 장치(823)와 같은 임의 개수의 주변 I/O 장치에 접속하도록 한다. 데이터 프로세싱 시스템은 예를 들면, 하드 디스크 드라이브 또는 CD ROM과 같은 대중적인 데이터 저장 장치(830)를 더 포함할 수 있고, 물리적 또는 무선 네트워크 접속(840)을 통하는 다른 데이터 프로세싱 시스템으로 네트워킹될 수 있다.
본 발명의 원리에 따른 접촉 감지 방법 및 시스템은 몇몇의 이점을 제공한다. 예를 들면, 접촉 센서는 통상적인 용량성 접촉 센서에서 이용되는 접지로의 약한 접속 대신에 낮은 임피던스 기준 접속을 통하여 연결된다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 접촉 센서 구조는 접지로의 외부 용량적 결합의 영향을 줄이고 고정시킨다. 외부 용량적 영향에 대한 추적 및 보충 회로를 줄여 접촉 센서가 단순한 제어기를 가지고 동작하게 한다. 마지막으로, 본 발명의 접촉 감지 방법 및 시스템은 손가락 접촉, 장갑낀 손, 손톱, 도전 또는 비도전 스타일러스 중 하나를 탐지할 수 있다. 본 명세서에 도시된 접촉 감지 접근은 PDA, 전기 기구, 셀룰러폰 및, 핸드헬드, 랩탑 및 데스크탑 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터를 포함하는 다양한 데이터 프로세싱 시스템에 이용하기에 매우 적합하다. 접촉 센서는 도전층들 간의 실질적인 접촉을 요구하지 않기 때문에 강화된 광 전송을 및 향상된 내구력을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 기술된 특정예들로 제한된다고 고려되어서는 않되고, 오히려 특허청구범위에 명백하게 설명된 본 발명의 모든 양상을 포함하도록 이해되어야 한다. 다양한 수정, 동등한 프로세스 및 본 발명이 적용될 수 있는 광범위한 구조가 본 발명이 속하는 본 기술 분야에서 숙련된 기술을 가진 자들이 본 명세서를 검토함으로써 쉽게 알 수 있을 것이다. 특허 청구 범위는 이러한 변형 및 장치를 포함하도록 의도되었다.

Claims (62)

  1. 접촉 센서(touch sensor)에서의 접촉의 2차원 위치를 감지하는 방법에 있어서,
    제1 투명한 도전 시트의 적어도 일부가 제2 투명한 도전 시트 방향으로 이동될 때 상기 제1 투명한 도전 시트와 상기 제2 투명한 도전 시트 간의 용량의 변화를 감지하는 단계, 및
    상기 2개의 투명한 도전 시트들 간의 상기 용량의 상기 변화로부터 생성되는 신호들로부터 상기 접촉의 2차원 위치를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명한 도전 시트는 유연하고,
    상기 접촉의 상기 위치에서 상기 제2 투명한 도전 시트로 상기 제1 투명한 도전 시트를 이동시키는 단계는 상기 제2 투명한 도전 시트 방향으로 상기 제1 투명한 도전 시트를 유연성있게 굴절시키는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용량의 변화를 감지하는 단계는
    상기 투명한 도전 시트들 중 하나를 다른 투명한 도전 시트에 관련되는 전기 신호로 구동시키는 단계, 및
    상기 제1 투명한 도전 시트와 상기 제2 투명한 도전 시트 간의 용량적 전류 흐름을 측정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전류 흐름을 측정하는 단계는 상기 제1 투명한 도전 시트 및 상기 제2 투명한 도전 시트 중 적어도 하나에서 2개 이상의 주변 위치의 용량적 전류 흐름을 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 2개 이상의 주변 위치 중 2개에서 측정되는 상기 용량적 전류들의 비율을 획득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 2차원의 위치를 결정하는 단계는 상기 용량적 전류들의 상기 비에 기반하여 상기 2개의 주변 위치들 사이의 위치에 접촉 위치를 할당하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 투명한 도전 시트를 이용하는 상기 접촉 센서의 디스플레이 측에 배치되는 디스플레이 장치에 의해 일어나는 전자기적인 간섭으로부터 상기 접촉 센서를 보호하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접촉의 상기 위치에서의 접촉 힘을 탐지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 투명한 도전 시트층 방향으로 상기 제1 투명한 도전 시트를 이동시키는 단계는 상기 접촉 센서의 외부 표면을 접촉하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    접촉 물체로 상기 접촉 센서를 접촉하여 상기 접촉 센서의 상기 제1 투명한 도전 시트를 상기 제2 투명한 도전 시트 방향으로 굴절시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접촉 물체는 대체로 전기적으로 절연성인 방법.
  11. 접촉 센서에 있어서,
    유연하고 투명한 지지층 상에 지지되는 제1 투명한 도전 시트,
    제2 투명한 도전 시트 - 상기 제2 투명한 도전 시트는 상기 제1 투명한 도전 시트와 제2 투명한 도전 시트 간의 갭(gap)을 규정하도록 배치되고 상기 제1 투명한 도전 시트는 상기 제2 투명한 도전 시트를 접촉하지 않는 접촉 힘에 의해 상기 제2 투명한 도전 시트 방향으로 국부 변형을 할 수 있도록 유연하여 상기 제1 투명한 도전 시트와 상기 제2 투명한 도전 시트 간의 용량이 변화됨 -
    를 포함하는 접촉 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지층의 두께는 상기 제1 도전 시트와 상기 제2 도전 시트 간의 상기 갭의 상기 두께보다 큰 접촉 센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 지지층은 PET로 구성되는 접촉 센서.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 도전 시트와 상기 제2 도전 시트 사이의 상기 갭 내에서, 상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트 중 적어도 하나에 제공되는 적어도 하나의 보호 코팅을 더 포함하는 접촉 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보호 코팅의 두께는 대략 1㎛ 내지 4㎛의 범위 내에 있는 접촉 센서.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보호 코팅은 그 코팅과 연관된 도전 시트의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 접촉 센서.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 도전 시트가 상기 제2 도전 시트 방향으로 이동될 때 적어도 하나의 엘리먼트가 상기 갭 내에 배치되어 상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트가 접촉하는 것을 방지하는 접촉 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 엘리먼트는 상기 제1 도전 시트와 상기 제2 도전 시트 간의 상기 갭에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하는 접촉 센서.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 엘리먼트는 상기 제1 도전 시트와 상기 제2 도전 시트 간의 상기 갭에 배치되는 재료의 층을 포함하는 접촉 센서.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제1 도전 시트와 상기 제2 도전 시트 간의 상기 갭에 절연성 재료가 배치되는 접촉 센서.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 절연성 재료는 유동체인 접촉 센서.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 유동체는 변형가능하고 탄력있는 재료인 접촉 센서.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 절연성 재료가 압축될 때 상기 절연성 재료의 전기적 특성이 변경되는 접촉 센서.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 절연성 재료는 도전성 입자들로 채워지는 접촉 센서.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 도전성 입자들은 금속 입자, 금속 산화물 입자, 금속 코팅된 입자 및 금속 산화물로 코팅된 입자들 중 적어도 하나를 포함하는 접촉 센서.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 절연성 재료는 압전 재료인 접촉 센서.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 절연성 재료의 굴절률은 상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트 중 적어도 하나의 굴절률보다 작은 접촉 센서.
  28. 제11항에 있어서,
    복수의 컨택트를 통해 상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트에 연결되어 상기 제2 도전 시트 방향으로 이동하는 상기 제1 도전 시트의 일부의 2차원 위치를 결정하는 제어기를 더 포함하는 접촉 센서.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트 중 하나를 다른 상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트 중 다른 하나에 관련된 전기 신호로 구동시키고 상기 제1 도전 시트와 상기 제2 도전 시트 간의 용량적 전류 흐름을 측정하는 접촉 센서.
  30. 제28항에 있어서,
    용량적인 전류 흐름은 도전 시트들 중 적어도 하나 상의 2개 이상의 주변 위치에서 측정되는 접촉 센서.
  31. 제11항에 있어서,
    상기 제2 도전 시트는 상기 접촉 센서 아래에 배치되는 디스플레이 장치에 의해 일어나는 전자기적 간섭으로부터 상기 접촉 센서를 보호하는 접촉 센서.
  32. 제11항에 있어서,
    상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층 중 적어도 하나는 최대한 2,000 ohms/square의 저항율을 가지는 접촉 센서.
  33. 접촉 센서에 있어서,
    투명하고 유연한 제1 도전층,
    투명한 제2 도전층 - 상기 제2 도전층은 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 간에 갭을 규정하도록 상기 제1 도전층에 관련하여 배치되고, 상기 제1 투명한 도전층은 상기 제2 투명한 도전층을 접촉하지 않는 접촉 힘에 의하여 상기 제2 투명한 도전층 방향으로의 국부 변형을 할 수 있도록 유연하여 상기 제1 투명한 도전층과 상기 제2 투명한 도전층 간의 용량이 변화됨 -, 및
    상기 갭 내에 위치된 복수의 스페이서 - 상기 복수의 스페이서는 투명하고 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 간의 소정의 최소 거리를 유지시킨 채 일정한 접촉 하에 제1 도전층이 상기 제2 도전층 방향으로 이동하도록 하게함 -
    를 포함하는 접촉 센서.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 소정의 거리는 5 내지 500㎛의 범위 내에 있는 접촉 센서.
  35. 제33항에 있어서,
    인접한 스페이서들 간의 간격은 20 내지 5000㎛ 범위 내에 있는 접촉 센서.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서는 상기 접촉 센서의 층 상에 형성되는 접촉 센서.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 스페이서는 UV 경화성 재료로 형성되는 접촉 센서.
  38. 제33항에 있어서,
    상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층 중 적어도 하나는 보호 코팅을 포함하는 접촉 센서.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서는 상기 보호 코팅과 일체로 형성되는 접촉 센서.
  40. 제39항에 있어서,
    스페이서들이 일체로 형성된 상기 보호 코팅의 표면은 거칠어서 번쩍거림 및 뉴턴의 고리(Newton's ring)의 발생을 줄이는 접촉 센서.
  41. 제33항에 있어서,
    상기 스페이서들은 입자들로 채워진 재료로 형성되는 접촉 센서.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 스페이서들은 실리카(silica) 입자들로 채워진 재료로 형성되는 접촉 센서.
  43. 접촉 화면 디스플레이 시스템에 있어서,
    접촉을 감지하는 접촉 화면을 포함하고,
    상기 접촉 화면은
    유연하고 투명한 지지층 상에 지지되는 제1 투명한 도전 시트,
    제2 투명한 도전 시트 - 상기 제2 투명한 도전 시트는 상기 제1 투명한 도전 시트와 상기 제2 투명한 도전 시트 사이의 갭을 규정하도록 상기 제1 투명한 도전시트와 관련하여 배치되고, 상기 제1 투명한 도전 시트는 상기 제2 투명한 도전 시트를 접촉하지 않는 접촉힘에 의하여 상기 제2 투명한 도전 시트 방향으로 국부 변형을 할 수 있도록 유연하여 상기 제1 투명한 도전 시트와 상기 제2 투명한 접촉 시트 간의 용량이 변화됨 -, 및
    상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트에 연결된 접촉 화면 제어기 - 상기 접촉 화면 제어기는 상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트 중 하나를 다른 상기 제1 도전 시트 및 상기 제2 도전 시트 중 다른 하나에 관련되는 전기 신호로 구동시키고 상기 제1 도전 시트와 상기 제2 도전 시트 간의 용량적 전류 흐름을 측정함 -, 및
    상기 접촉 화면 아래 배치되고 정보를 디스플레이하는 디스플레이
    를 포함하는 시스템.
  44. 제43항에 이어서,
    상기 디스플레이는 액정 디스플레이, 발광 다이오드 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 또는 음극선관 디스플레이인 시스템.
  45. 제43항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 디스플레이에 디스플레이되는 정보에 관련하여 상기 접촉 화면에 이루어진 접촉을 탐지하도록 구성된 시스템.
  46. 제43항에 있어서,
    상기 접촉 화면 제어기로부터 접촉 위치 정보를 수신하도록 결합되고 상기 디스플레이에 결합되어 상기 디스플레이에 디스플레이된 상기 정보를 제어하는 프로세서를 더 포함하는 시스템.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 프로세서에 연결되어 데이터를 저장하는 하나 이상의 데이터 저장 장치, 및 상기 제어기로 및 상기 제어기로부터의 정보를 전송하는 하나 이상의 입/출력 장치를 더 포함하는 시스템.
  48. 제43항에 있어서,
    상기 프로세서를 네트워크와 연결시키는 회로를 더 포함하는 시스템.
  49. 제43항에 있어서,
    상기 접촉 화면 제어기는 폐루프로 상기 제1 투명한 도전 시트 및 상기 제2 투명한 도전 시트에 연결되는 시스템.
  50. 접촉 센서에서의 접촉의 위치를 감지하는 시스템에 있어서,
    제1 투명한 도전 시트의 적어도 일부가 제2 투명한 도전 시트 방향으로 이동될 때 상기 제1 투명한 도전 시트와 상기 제2 투명한 도전 시트 간의 용량의 변화를 감지하는 수단, 및
    상기 2개의 투명한 도전 시트들 간의 상기 용량의 변화로부터 생성되는 신호로부터 상기 접촉의 상기 2차원 위치를 결정하는 수단
    을 포함하는 시스템.
  51. 접촉 센서에 있어서,
    접촉 영역 내에 배치되고 개재하는 갭을 규정하는 2개의 투명한, 전기적으로 연속된 도전층을 포함하고,
    접촉 입력의 위치는 상기 2개의 층 간의 용량의 변화에 의해 결정되는 접촉 센서.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 용량의 변화는 상기 접촉 입력이 하나의 도전층을 다른 도전층 쪽으로 국부적으로 구부릴 때 일어나는 접촉 센서.
  53. 제51항에 이어서,
    상기 투명한, 전기적으로 연속된 도전층은 금속 산화물로 형성되는 접촉 센서.
  54. 제51항에 있어서,
    상기 투명한, 전기적으로 연속된 도전층은 도전성 중합체로 형성되는 접촉 센서.
  55. 제51항에 있어서,
    상기 2개의 투명한, 전기적으로 연속된 도전층들 간의 상기 갭에 배치된 갭 채움 재료를 더 포함하는 접촉 센서.
  56. 제51항에 있어서,
    상기 2개의 투명한, 전기적으로 연속된 도전층들 간의 상기 갭에 배치된 스페이서들을 더 포함하는 접촉 센서.
  57. 제51항에 있어서,
    상기 접촉 입력의 상기 위치는 2차원 위치인 접촉 센서.
  58. 제51항에 있어서,
    상기 갭에 대향하는 상기 투명한, 전기적으로 연속된 도전층들 중 적어도 하나의 면 상에 보호층을 더 포함하는 접촉 센서.
  59. 제51항에 있어서,
    상기 2개의 투명한, 전기적으로 연속된 도전층에 전기적으로 연결되어 상기 접촉의 상기 위치를 결정하는 제어기를 더 포함하는 접촉 센서.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 투명한, 전기적으로 연속된 도전층들 중 하나를 상기 투명한, 전기적으로 연속된 도전층 중 다른 하나에 관련되는 전기 신호로 구동시키고, 상기 투명한, 전기적으로 연속된 도전층들 간의 용량적인 전류 흐름을 측정하는 접촉 센서.
  61. 제51항에 있어서,
    상기 2개의 투명한, 전기적으로 연속된 도전층을 통해 뷰어(viewer)에 이미지를 디스플레이하도록 배치된 디스플레이 유닛을 더 포함하는 접촉 센서.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 디스플레이 유닛에 연결되어 정보를 처리하고 상기 디스플레이 유닛에 정보 디스플레이 신호를 전달하는 프로세서를 더 포함하는 접촉 센서.
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