KR20060014277A - 정전용량 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 예에 따른 정전용량 스위치는, 유전체 기판(100); 정전용량 비교기(10)와, 제1기준커패시터(Cms)와, 제2기준커패시터(Cmr)를 포함하여 유전체 기판(100)의 윗면에 설치되는 회로부; 기판(100)에 형성된 비아홀을 통하여 전기적으로 서로 연결되도록 기판(100)의 윗면과 아랫면에 설치되며, 기판(100)의 윗면과 아랫면에 설치되는 것 중의 어느 하나는 제1기준커패시터(Cms)에 전기적으로 연결되며, 기판(100)의 윗면에 설치되는 것이 기판(100)의 아랫면에 설치되는 것보다 더 작은 면적을 가지는 센싱판(300); 및 제2기준커패시터(Cmr)에 연결되도록 기판(100)의 윗면에 설치되는 기준판(400); 을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 외부 환경의 영향을 받아 스위치가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

정전용량, 면적, 기생 정전용량, 센싱판, 기준판, 오동작,

Description

정전용량 스위치{Capacitance switch}

도1은 본 발명에 따른 정전용량 스위치를 설명하기 위한 회로도;

도2는 도1의 회로도에 따라 제조한 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 스위치를 설명하기 위한 도면;

도3은 도1의 회로도에 따라 제조한 본 발명의 제2실시예에 따른 정전용량 스위치를 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

10: 정전용량 비교기 100: 유전체 기판

200: 회로부 300: 센싱판

400: 기준판 Cms: 제1기준커패시터

Cmr: 제2기준커패시터 Cps: 제1센싱가변커패시터

Cpr: 제2센싱가변커패시터

본 발명은 정전용량 스위치에 관한 것으로서, 특히 외부 환경의 영향을 받아 오동작하는 것을 방지할 수 있는 정전용량 스위치에 관한 것이다.

종래의 푸쉬형(push type) 스위치와 달리 단지 인체의 접촉만으로 동작하는 정전용량 스위치가 최근 들어 많이 각광을 받고 있는데, 이는 인체의 접촉이 있을 때에 생기는 정전용량의 변화를 이용하는 것이다. 이와 같이, 정전용량 스위치는 전기적 특성을 이용하기 때문에 원하지 않게 외부 환경, 예컨대 습기 등 도전성 물체의 영향을 받아 오동작하기 쉽다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 외부 환경의 영향을 받아 오동작되는 것을 방지할 수 있는 정전용량 스위치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 정전용량 스위치는, 유전체 기판; 반전단자와 비반전단자로 입력되는 정전용량 값을 서로 비교하여 어느쪽 단자로 입력되는 값이 더 크냐에 따라서 서로 다른 신호를 출력하는 정전용량 비교기와, 한쪽 단자는 상기 반전단자에 연결되고 다른 한쪽 단자는 접지되는 제1기준커패시터와, 한쪽 단자는 상기 비반전단자에 연결되고 다른 한쪽 단자는 접지되며, 상기 제1기준커패시터보다 더 큰 정전용량을 갖는 제2기준커패시터를 포함 하여 상기 유전체 기판의 윗면에 설치되는 회로부; 상기 기판에 형성된 비아홀을 통하여 전기적으로 서로 연결되도록 상기 기판의 윗면과 아랫면에 설치되며, 상기 기판의 윗면과 아랫면에 설치되는 것 중의 어느 하나는 상기 제1기준 커패시터에 전기적으로 연결되며, 상기 기판의 윗면에 설치되는 것이 상기 기판의 아랫면에 설치되는 것보다 더 작은 면적을 가지는 센싱판; 및 상기 제2기준커패시터에 연결되도록 상기 기판의 윗면에 설치되며, 상기 기판의 윗면에 설치되는 센싱판과 같은 면적을 가지는 기준판; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 기준판은 상기 기판의 윗면에 설치되는 센싱판과 같은 면적을 가지는 것이 바람직하다.

상기 기판의 윗면에 설치되는 기준판과 센싱판은 각각 복수개의 판으로 나뉘어지며, 이들이 서로 교번하여 배치되는 것이 바람직하다.

상기 기판의 윗면에 설치되는 센싱판과 아랫면에 설치되는 센싱판은 동일 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 기준판은 상기 기판의 아랫면에 설치되는 센싱판의 가장자리 상에도 설치되는 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 정전용량 스위치는, 유전체 기판; 반전단자와 비반전단자로 입력되는 정전용량 값을 서로 비교하여 어느쪽 단자로 입력되는 값이 더 크냐에 따라서 서로 다른 신호를 출력하는 정전용량 비교기와, 한쪽 단자는 상기 반전단자에 연결되고 다른 한쪽 단자는 접지되는 제1기준커패시터와, 한쪽 단자는 상기 비반전단자에 연결되고 다른 한쪽 단자 는 접지되며, 상기 제1기준커패시터보다 더 큰 정전용량을 갖는 제2기준커패시터를 포함하여 상기 유전체 기판의 윗면에 설치되는 회로부; 상기 기판의 아랫면에 설치되며 상기 제1기준 커패시터에 전기적으로 연결되는 센싱판; 및 상기 센싱판보다는 작은 면적을 가지면서 상기 센싱판의 가장자리를 따라 위치하도록 상기 기판의 윗면에 설치되며, 상기 제2기준커패시터에 전기적으로 연결되는 기준판; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예들은 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예들에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.

[회로도]

도1은 본 발명에 따른 정전용량 스위치를 설명하기 위한 회로도이다.

도1을 참조하면, 정전용량 비교기(10)의 반전단자에는 병렬연결되는 제1기준커패시터(Cms)와 제1센싱가변커패시터(Cps)가 연결되고, 비반전단자에는 병렬연결되는 제2기준커패시터(Cmr)와 제2센싱가변커패시터(Cpr)가 연결된다.

따라서, 상기 반전단자로는 제1기준커패시터(Cms)와 제1센싱가변커패시터(Cps)의 정전용량 합이 입력되고, 상기 비반전단자로는 제2기준커패시터(Cmr)와 제 2센싱가변커패시터(Cpr)의 정전용량 합이 입력된다. 정전용량 비교기(10)는 반전단자와 비반전단자로 입력되는 정전용량 값을 서로 비교하여 어느 쪽 단자로 입력되는 값이 더 크냐에 따라서 서로 다른 신호를 출력한다.

비교기(10)에 연결되지 않는 제1기준커패시터(Cms)와 제2기준커패시터(Cmr)의 나머지 한 쪽 단자는 접지되고, 비교기(10)에 연결되지 않는 제1센싱가변커패시터(Cps)와 제2센싱가변커패시터(Cmr)의 나머지 한쪽 단자(A, B)는 플로팅되는데, 이 플로팅 단자(A, B)로 인체가 접근하면, 제1센싱가변커패시터(Cps)와 제2센싱가변커패시터(Cpr)의 정전용량이 증가한다.

제2기준커패시터(Cmr)가 제1기준커패시터(Cms)보다 더 큰 정전용량을 갖도록 하고, 플로팅 단자(A,B)에 손가락이 접근할수록 제1센싱가변커패시터(Cps)의 정전용량 증가량이 제2센싱가변커패시터(Cpr)보다 더 크도록 하면, 초기에는 상기 비반전단자로 입력되는 정전용량이 상기 반전단자로 입력되는 것보다 더 컸다가 플로팅단자(A,B)에 손가락이 접근할 때 어느 순간에는 상기 반전단자에 입력되는 정전용량이 상기 비반전단자에 입력되는 정전용량보다 더 커지게 되어 비교기(10)는 출력변화를 일으키게 된다.

비교기(10)의 반전단자에는 제1기준커패시터(Cms)와 제1센싱가변커패시터(Cps)의 정전용량 합이 입력되고, 비반전단자에는 제2기준커패시터(Cmr)와 제2센싱가변커패시터(Cpr)의 정전용량 합이 입력된다고 하여 설명한 상기의 기재는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 이해시키기 위한 것에 불과하며, 반전단자와 비반전단자에의 입력이 전술한 내용과 반대가 되어도 본 발명의 기술적 과제를 달성하는데 는 전혀 상관없다.

[실시예 1]

도2는 도1의 회로도에 따라 제조한 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 스위치를 설명하기 위한 도면이다.

도2를 참조하면, 유전체 기판(100)의 윗면에는 회로부(200)가 설치되는데, 회로부(200)에는 정전용량 비교기(10)와, 제1기준커패시터(Cms)와, 제1기준커패시터보다 더 큰 정전용량을 갖는 제2기준커패시터(Cmr)가 포함된다.

센싱판(300)은 기판(100)의 윗면과 아랫면에 설치되며, 기준판(400)은 기판(100)의 윗면에만 설치된다. 기판(100)의 윗면과 아랫면에 설치되는 센싱판(300)은 기판(100)에 형성된 비아홀을 통하여 전기적으로 서로 연결되며, 기판(100)의 윗면과 아랫면에 설치되는 것 중의 어느 하나는 제1기준커패시터(Cps)에 전기적으로 연결된다. 기판(100)의 아랫면에 설치되는 것이 윗면에 설치되는 것보다 더 큰 면적을 갖는다. 기판(100)의 윗면과 아랫면에 설치되는 센싱판(300)은 동일한 재질이 바람직하지만 설사 재질이 다르더라도 도전체라면 큰 상관이 없다.

기준판(400)은 제2기준커패시터(Cmr)에 연결되도록 기판(100)의 윗면에 설치되는데, 기준판(400)과 기판(100)의 윗면에 설치되는 센싱판(300)은 같은 면적을 가지는 것이 바람직하고, 설령 같지 않더라도 그 면적차가 최소가 되도록 하는 것이 바람직하다.

센싱판(300)과 손가락 사이가 제1센싱가변커패시터(Cps)가 되고, 기준판 (400)과 손가락 사이가 제2센싱가변커패시터(Cpr)가 된다.

기판(100)의 아랫면에 손가락이 터치되는 경우에는, 기판(100)의 아랫면에 있는 센싱판(300)이 기준판(400)보다 손가락에 더 가깝고, 기준판(400)과 손가락 사이에 유전체 기판(100)이 끼일 뿐만 아니라, 또한, 면적도 센싱판(300)이 기준판(400)보다 더 넓기 때문에, 제1센싱가변커패시터(Cps)의 정전용량이 제2센싱가변커패시터(Cpr)의 정전용량보다 더 빨리 증가한다. 따라서, 터치순간에 비교기(10)의 반전단자에 입력되는 정전용량이 비반전단자에 입력되는 것보다 커지게 되어 스위치가 동작하게 된다.

만약, 기판(100)의 윗면에 센싱판(300)이 없다면, 기판(100)의 아랫면을 손가락으로 터치한 상태에서 기판(100)의 윗면에 다른 손가락을 터치하는 경우에, 기준판(400)에 의한 제2센싱가변커패시터(Cpr)의 증가가 큰 영향을 미쳐 스위치가 동작하지 않을 수 있다.

이를 방지하기 위하여 기판(100)의 윗면에도 기준판(400)과 면적이 비슷한 센싱판(300)을 설치하면, 기판(100)의 윗면에 손가락을 터치하는 경우에, 기준판(400)에 의한 정전용량의 증가도 발생하지만 이와 함께 기판(100)의 윗면에 있는 센싱판(300)에 의한 정전용량의 증가도 발생하기 때문에 이들이 서로 상쇄되어 스위치의 오동작을 방지할 수 있다.

이러한 상황은 기준판(100)의 윗면에 다른 손가락을 터치하는 경우에만 한정되는 것이 아니라 기타 다른 불특정 감지체가 접근하는 경우도 마찬가지이다. 예컨대, 방습을 위해서 기판(100)의 윗면을 방습몰딩처리하는 경우라든가 나아가 방습 몰드 상에 물방이 맺히거나 습기가 차는 경우에, 방습몰드, 물방울, 습기 등과 기준판(100) 사이에서 기생정전용량이 발생하여 상기와 같이 제2센싱가변커패시터(Cpr)의 정전용량 증가에 따른 오동작이 발생하기 쉬운데 이 또한 상기와 같이 기판(100)의 윗면에 보정용으로 센싱판(300)을 설치함으로써 해결할 수 있다.

상기 기판의 윗면에 설치되는 기준판(400)과 센싱판(300)을 각각 복수개의 판으로 나누어서 이들을 서로 교번하여 배치하는 것이 오동작 방지에 더욱 효과적이다.

[실시예2]

도3은 도1의 회로도에 따라 제조한 본 발명의 제2실시예에 따른 정전용량 스위치를 설명하기 위한 도면이다.

제2실시예는 도3a 내지 도3d에 도시된 바와 같이 기준판(400)이 기판(100)의 아랫면에 있는 센싱판(300)의 가장자리를 따라 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 한다. 기준판(400)은 센싱판(300)보다 작은 넓이를 갖는다. 물론, 기판(100)의 윗면에 제1실시예에서와 같은 보정용 센싱판을 더 설치해도 좋음은 당연하다.

제2실시예는 스위치의 측면에 다른 손가락이 터치되거나, 물방물이 맺히거나, 습기가 차는 경우에 생기는 문제를 해결하기 위한 것인데, 손가락이 기판(100)의 측면을 터치하는 경우에 기준판(400)이 센싱판(300)의 가장자리에 위치하도록 설치되기 때문에 센싱판(300)과 기준판(400)에서 손가락까지의 거리가 비슷하므로 손가락의 접근에 의한 제1센싱가변커패시터(Cps)와 제2센싱가변커패시터(Cpr)의 정 전용량 증가가 비슷하다. 따라서, 기판(100) 측면에 물방울이 맺히거나 손가락이 접근해도 비교기(10)의 출력에는 변화가 없게 된다.

도전체가 기판(100)의 윗면으로 접근할 경우에 있어서도, 면적은 센싱판(300)이 더 넓기 때문에 면적에 의한 정전용량의 증가는 센싱판(300)에 의한 것이 더 크지만, 상기 도전체와의 거리는 기준판(400)이 더 가깝기 때문에 거리에 의한 정전용량의 증가는 기준판(400)에 의한 것이 더 크다. 따라서, 기준판(400)과 센싱판(300)의 면적 비율을 적절히 하면, 기판(100)의 윗면으로 물방울이나 손가락 등의 도전체가 터치되더라도 제2센싱가변커패시터(Cpr)와 제1센싱가변커패시터(Cps)의 변화량이 비슷하게 되어 비교기(10)의 출력이 영향을 받지 않아 바람직하게 된다.

도3d와 같이 기준판(400)이 센싱판(300)의 전 가장자리를 따라서 설치되어 하나의 폐쇄환을 이루도록 할 수도 있지만, 도3b 및 도 3c와 같이 일부분만 설치해도 원하는 효과는 얻을 수 있다. 그러나, 가능하면 가장자리를 따라 많은 부분에 설치되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스위치의 터치부분에 해당되는 기판(100)의 아랫면으로 손가락이 터치되는 경우를 제외하고, 그 외의 부분, 즉 기판(100)의 윗면 및 측면에 물방울이 맺히거나 습기가 찰 경우 또는 손가락이 터치될 경우에 스위치가 오동작하는 것을 방지할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 유전체 기판;

   반전단자와 비반전단자로 입력되는 정전용량 값을 서로 비교하여 어느쪽 단자로 입력되는 값이 더 크냐에 따라서 서로 다른 신호를 출력하는 정전용량 비교기와, 한쪽 단자는 상기 반전단자에 연결되고 다른 한쪽 단자는 접지되는 제1기준커패시터와, 한쪽 단자는 상기 비반전단자에 연결되고 다른 한쪽 단자는 접지되며, 상기 제1기준커패시터보다 더 큰 정전용량을 갖는 제2기준커패시터를 포함하여 상기 유전체 기판의 윗면에 설치되는 회로부;

   상기 기판에 형성된 비아홀을 통하여 전기적으로 서로 연결되도록 상기 기판의 윗면과 아랫면에 설치되며, 상기 기판의 윗면과 아랫면에 설치되는 것 중의 어느 하나는 상기 제1기준커패시터에 전기적으로 연결되며, 상기 기판의 윗면에 설치되는 것이 상기 기판의 아랫면에 설치되는 것보다 더 작은 면적을 가지는 센싱판; 및

   상기 제2기준커패시터에 연결되도록 상기 기판의 윗면에 설치되는 기준판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량 스위치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기준판이 상기 기판의 윗면에 설치되는 센싱판과 같은 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 정전용량 스위치.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판의 윗면에 설치되는 기준판과 센싱판은 각각 복수개의 판으로 나뉘어지며, 이들이 서로 교번하여 배치되는 것을 특징으로 하는 정전용량 스위치.
4. 제1항에 있어서, 상기 기판의 윗면에 설치되는 센싱판과 아랫면에 설치되는 센싱판이 동일 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전용량 스위치.
5. 제1항에 있어서, 상기 기준판이 상기 기판의 아랫면에 설치되는 센싱판의 가장자리 상에도 설치되는 것을 특징으로 하는 정전용량 스위치.
6. 유전체 기판;

   반전단자와 비반전단자로 입력되는 정전용량 값을 서로 비교하여 어느쪽 단자로 입력되는 값이 더 크냐에 따라서 서로 다른 신호를 출력하는 정전용량 비교기와, 한쪽 단자는 상기 반전단자에 연결되고 다른 한쪽 단자는 접지되는 제1기준커패시터와, 한쪽 단자는 상기 비반전단자에 연결되고 다른 한쪽 단자는 접지되며, 상기 제1기준커패시터보다 더 큰 정전용량을 갖는 제2기준커패시터를 포함하여 상기 유전체 기판의 윗면에 설치되는 회로부;

   상기 기판의 아랫면에 설치되며 상기 제1기준 커패시터에 전기적으로 연결되는 센싱판; 및

   상기 센싱판보다는 작은 면적을 가지면서 상기 센싱판의 가장자리를 따라 위치하도록 상기 기판의 윗면에 설치되며, 상기 제2기준커패시터에 전기적으로 연결되는 기준판; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량 스위치.

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