KR20060016784A

KR20060016784A - 진동 감지 접촉 입력 장치

Info

Publication number: KR20060016784A
Application number: KR1020057021964A
Authority: KR
Inventors: 마이클 제이. 로브레흐트; 니콜라스 피.알. 힐; 데리우스 엠. 설리번
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2006-02-22
Also published as: JP2007502478A; WO2004104808A2; TW200517943A; WO2004104808A3; US20040233174A1; EP1634154A2; AU2004242369A1; CN1809800A

Abstract

접촉판에 대한 접촉을 알리는 접촉판에서 전파되는 진동을 감지함으로써 접촉 위치를 결정하는 접촉 입력 장치가 개시되어 있다. 진동을 감지하기 위해 압전 센서들과 같은 진동 감지 장치가 사용된다. 접촉판 상에서 센서들의 크기, 형상, 배치 위치 및 배향을 선택함으로써 진동에 대한 센서의 감응도를 개선하고 진동 전파 방향에 대해 대칭적인 응답을 산출할 수 있다. 또한, 진동 감지 접촉 입력 장치 제조 방법이 개시되어 있다.

접촉 입력 장치, 접촉판, 압전 센서, 전동 전파 방향, 디스플레이 장치

Description

진동 감지 접촉 입력 장치 {VIBRATION SENSING TOUCH INPUT DEVICE}

본 발명은 접촉 입력 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 접촉 위치를 결정하기 위해 접촉 패널의 진동으로부터의 정보를 이용하는 접촉 입력 장치에 관한 것이다.

전자 디스플레이는 오늘날 생활의 모든 면에서 사용되고 있다. 전자 디스플레이는 비록 과거에 주로 데스크탑 컴퓨터 및 노트북 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 용도에 제한되어 사용되었지만, 처리력이 보다 쉽게 이용 가능하게 됨에 따라 이런 능력은 광범위한 용도에 합체되었다. 예컨대, 전자 디스플레이는 오늘날 몇가지 열거하자면 자동 지급기, 게임기, 자동차 네비게이션 시스템, 식당 관리 시스템, 식료품점 계산 라인, 가스 펌프, 정보 안내소 및 휴대용 데이터 오거나이저와 같은 광범위한 용도에 사용되는 것이 일반적이다.

본 발명의 접촉 입력 장치는 직사각형 기판 및 기판에 결합되어 접촉 입력 장치에 대한 접촉을 알리는 기판에서 전파되는 진동을 감지하도록 구성되고, 각각 기판 모서리에 인접 위치되어 진동 전파 방향에 대칭적인 감응도를 제공하도록 배향되는 적어도 세 개의 긴 압전 센서를 포함한다. 제어 전자 장치가 센서에 결합될 수 있으며 접촉을 알리는 감지된 진동으로부터의 정보를 이용하여 접촉 위치를 계산하도록 구성된다. 또한, 디스플레이 장치가 접촉 입력 장치를 통해 볼 수 있도록 배치된다.

다른 실시예에서, 본 발명은 직사각형 기판 및 기판에 결합된 적어도 세 개의 긴 압전 센서를 포함하는 접촉 입력 패널을 제공한다. 센서는 접촉 입력 장치에 대한 접촉을 알리는 기판에서 전파되는 진동을 감지하도록 구성되고 감지된 진동으로부터의 정보를 제어부와 통신하도록 구성되는 배선에 결합된다. 제어부는 정보를 이용하여 접촉 위치를 계산한다. 각각의 센서는 기판의 모서리에 인접 위치되어 진동 전파 방향에 대칭적인 감응도를 제공하도록 배향된다.

본 발명은 또한 진동을 감지하는 접촉 입력 장치를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 본 방법은 기판에 대한 접촉을 알리는 기판에서 전파되는 진동을 지탱할 수 있는 직사각형 기판을 마련하는 단계와, 기판 상에서 기판 모서리에 인접한 센서 영역들 및 기판 상에서 기판 가장자리에 인접한 테일 영역을 선택하는 단계와, 각각의 배선 쌍이 어느 한 센서 영역으로부터 테일 영역까지 하나 이상의 기판 가장자리를 따라 연장되는 배선 쌍들을 기판 상에 패터닝하는 단계와, 센서의 동일 측면으로부터 접근 가능하도록 구성되는 두 개의 전극을 가로질러 전압을 인가함으로써 작동 가능한 압전 센서들을 제공하는 단계와, 각각의 배선 쌍이 각각의 센서의 전극들 중 대응하는 하나의 전극에 전기 접속되도록 각각의 센서 영역에 어느 한 센서를 부착하는 단계를 포함한다. 회로 테일은 제어부 전자 장치와의 통신을 위해 기판 상의 배선에 접속될 수 있다.

본 발명의 상술한 설명은 본 발명의 개시된 각각의 실시예 또는 모든 실행예를 설명하기 위한 것이 아니다. 이하, 도면과 상세한 설명으로 이들 실시예를 보다 구체적으로 예시하기로 한다.

본 발명은 첨부 도면과 함께 본 발명의 다양한 실시예에 대한 후술하는 상세한 실시예를 고려하여 보다 완전히 이해될 수 있다.

도1은 본 발명의 접촉 입력 장치 시스템을 도시한 개략 측면도이다.

도2a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 접촉 패널의 개략 평면도이다.

도2b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 접촉 패널의 개략도이다.

도3은 긴 굴곡파 센서의 위치를 도시하는 본 발명의 일 실시예에 따르는 접촉 패널의 부분 개략 평면도이다.

도4는 굴곡파 센서에 접속된 배선을 도시하는 본 발명의 일 실시예에 따르는 접촉 패널의 부분 개략 평면도이다.

도5는 배선 및 테일 배치를 도시하는 본 발명의 일 실시예에 따르는 접촉 패널의 개략도 평면도이다.

도6은 본 발명에 따르는 굴곡파 접촉 패널을 제조하는 과정의 일 실시예의 단계들을 도시한다.

본 발명은 다양한 변경 및 대안 형태로 개조 가능하지만, 그 세부 사항은 도면에서 일 예로서 도시하였으며 이하 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 후술하는 특별한 실시예로 제한되지 않는다. 반대로 본 발명은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변경, 균등 사항 및 대안예를 포괄한다.

본 발명은 많은 압전 장치에 의한 감지를 위해 접촉판을 통해 전파되는 개별 접촉을 알리는 진동을 감지하는 접촉 작동식 사용자 입력 장치에 관한 것이다. 감지된 정보로부터의 정보는 접촉 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 굴곡파 진동으로부터 접촉 위치를 검출하여 결정하기에 특히 적절한 진동 감지 접촉 입력 장치는 국제 공보 WO 2003 005292호 및 WO 0148684호에 개시되어 있다.

본 발명은 또한 진동 감지 접촉 입력 장치 내의 압전 센서 장치의 배치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 감응도를 얻기 위한 센서의 배치, 센서의 배향, 센서의 형상 등에 관한 것이다. 센서들의 크기, 형상, 위치 및 배향을 선택함으로써 진동 전파 방향에 대해 대칭적인 센서 응답을 달성할 뿐만 아니라 진동 전파 방향에 대한 상대적인 독립이 얻어질 수 있다.

압전 센서들을 포함하는 진동 감지 접촉 입력 장치에서, 접촉 패널판의 평면에서 전파되는 진동은 압전 센서에 응력을 가함으로써 센서를 가로질러 검출 가능한 전압 강하를 발생시킨다. 수신된 신호는 직접적으로 접촉 입력의 충격에 기인한 진동에 의해 또는 예컨대 진동의 감쇠에 의한 기존 진동에 영향을 미치는 접촉 입력에 의해 야기될 수 있다.

접촉을 알리는 신호를 수신하는 경우, 각각의 센서에서 동일한 신호가 수신되는 차등 시간이 접촉 입력의 위치를 추론하기 위해 사용될 수 있다. 국제 공보 WO 2003 005292호 및 WO 0148684호에 개시된 바와 같이, 전파 매체가 분산성 매체 인 경우, 다중 주파수로 구성되는 진동파 패킷은 진동파 패킷이 전파됨에 따라 확산되어 감쇠됨으로써 신호의 해석을 어렵게 만든다. 따라서, 피수신 신호가 비분산성 매체에서 전파되는 것과 같이 해석될 수 있도록 피수신 신호를 전환하는 방안이 제안되었다. 이런 기술은 굴곡파 진동을 검출하는 시스템에 특히 적절하다.

압전 센서는 그 감응도, 비교적 낮은 가격, 적절한 강도, 잠재적으로 작은 형상 계수, 적절한 안정성 및 응답 선형성으로 인해 본 발명의 장치에 사용하기에 특히 적절하다. 진동 감지 접촉 입력 장치에 사용될 수 있는 그 밖의 센서로는 다른 것들 중에서 전왜형, 자왜형, 압전 영향형 및 이동 코일형이 있다.

압전 소자는 일반적으로 진동 감지 용도를 위해 두 형태 중 한 형태를 취한다. 첫 번째 형태는 각 축에서의 압축에 반응하는 유니모프(unimorph) 소자이다. 두 번째는 대향하는 극성을 갖도록 배열된 두 개의 유니모프로 구성되고 곡률에 민감한 바이모프 소자이다. 사용한 센서의 유형은 센서의 재료에 따라 선택된다. 판이 굴곡파로 인한 굴곡을 겪는 경우, 예컨대 판의 표면은 곡률 내로 위치되어 압축된다. 압축에 대한 곡률의 비율은 판의 두께와 강성에 따른다. 판이 더 두껍고 더 큰 강성을 갖도록 제조될수록, 주어진 주파수 및 진폭의 교란에 대해 (더 큰 굴곡파로 인해) 곡률은 감소하고 (중립축으로부터 더 멀어지는 표면으로 인해) 표면 압축은 증가한다. 결국, 유니모프 센서는 두께와 강성이 더 큰 패널 상에서 바이모프 센서보다 더 민감할 수 있으며, 그 반대의 경우도 성립한다.

접촉 입력 장치를 사용하는 많은 용도는 접촉 장치를 거쳐 정보를 표시하기 위해 전자 디스플레이 장치도 사용한다. 디스플레이 장치는 통상적으로 직사각형 이기 때문에 직사각형 접촉 장치를 사용하는 것이 통상적이고 편리하다. 이와 같이, 센서가 부착되는 접촉판은 형상이 통상적으로 직사각형이다. 본 발명에서, 진동 센서는 접촉판의 모서리에 인접해서 배치될 수 있다. 많은 용도에서는 디스플레이가 접촉 입력 장치를 통해 보여질 것을 요구하기 때문에, 센서들이 관찰 가능한 디스플레이 영역을 바람직하지 않게 잠식하지 않도록 접촉판의 가장자리에 인접해서 센서들을 배치하는 것이 바람직하다. 모서리에 센서들을 배치할 경우 패널 가장자리로부터의 반사로 인한 영향을 줄일 수도 있다. 접촉판의 가장자리를 따라 임의로 배치되는 진동 센서의 경우, 접촉 입력 사건으로 인해 수신된 신호는 첫 번째로 도착하는 진동파 패킷과 접촉판의 가장자리로부터 나중에 지연되어 반사된 진동파 패킷의 합이다. 접촉판의 가장자리에 대한 센서 또는 접촉 입력의 근접성은 첫 번째 반사 신호에 대한 직접 신호의 분리 거리를 결정한다. 모서리에 센서를 위치시키면 가능한 반사 경계로부터 센서의 분리 거리를 증가시킴으로써 보다 양호한 접촉 검출을 위해 1차 신호와 반사 신호의 분리에 도움이 된다.

진동 센서의 형상도 중요할 수 있다. 센서가 전방향성 응답을 하는 것, 즉 센서 응답이 진동 전파 방향에 상대적으로 덜 민감한 것이 바람직하다. 강한 각도 의존성을 갖는 센서는 바람직하게 않게도 피수신 신호로부터 접촉 위치에 대한 상관 관계 계산을 복잡하게 할 수 있다. 압전 센서 응답의 각도 의존성을 연구하기 위해 센서는 에미터로서 작용하도록 구동될 수 있다. 그 후, 나가는 파동이 레이저 진동계를 사용하여 측정될 수 있다. 에미터로서 압전 장치의 각도 의존성은 센서로서 압전 장치의 예상 각도 의존성에 상호 관련될 수 있다. 이런 분석 하에 긴 직사각 형상 또는 타원 형상을 갖는 것들과 같은 긴 압전 변환기는 특히 기판의 모서리에 부착될 때 정사각형 또는 원형 변환기에 비해 더 양호한 전방향성을 제공하는 것으로 결정될 수 있다. 예컨대, 소다 석회 유리로 구성된 직사각형 판의 모서리에 인접하여 접합되고 장축이 판의 가장자리에 대해 45도로 기울어진 대략 3:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 직사각형 변환기는 구동시 아주 대칭적인 파동을 방출한다. 패널의 모서리에 끼워지도록 장착되는 4분원 또는 정사각형을 이용하여 제조되는 유사한 측정은 전방향성 응답을 산출하지 않는다.

각방향 감응도에 관련된 것은 센서에 의해 제공되는 응답의 각도 대칭도이다. 긴 압전 변환기의 장축은 감응도가 가장 큰 축이다. 긴 압전 센서에서 감응도가 가장 큰 축을 직사각형 접촉판의 측면과 45도의 각도를 이루도록 배향시키고 판의 모서리에 인접해서 센서를 배치함으로써, 대칭적인 감응도가 얻어질 수 있다. 이런 센서가 판의 어느 한 가장자리를 따라 대면하도록 되어 있는 경우, 그 판의 가장자리 방향으로 전파하는 진동은 직교하며 전파되는 진동보다 감응도가 크게 감지될 수 있다. 가장 큰 감응도를 갖는 축이 판 가장자리에 대해 약 45도가 되도록 센서를 배향함으로써, 특히 긴 센서를 사용할 때 높은 대칭도가 얻어질 수 있다.

센서 면적(길이와 폭의 곱), 재료 및 두께는 접촉 패널의 경계 영역을 감소시키는 것과 같은 다른 제한을 만족시키면서 장치가 더 높은 감응도를 얻도록 선택될 수도 있다. 압전 장치의 감응도는 에너지에 대한 논의로부터 결정된다. 한편으로는 압전 소자 내로 도입되는 변형 에너지가 있으며, 다른 한편으로는 압전 소자의 용량성 하중이 주어진 전압까지 증가될 때 저장되는 전기 에너지가 있다. 압 전 효과는 효율적이기 때문에, 장치의 감응도는 이와 같은 양들을 동일하게 설정함으로써 결정될 수 있다. 감응도의 개선은 많은 접촉 감지 용도에 사용되는 것들의 특징인 유리판과 같이 특히 두텁고 그리고/또는 강성의 패널을 사용할 때 특히 유용할 수 있다. 이런 유형의 접촉판의 경우, 손가락 또는 철필의 접촉이 패널에 비교적 작은 굴곡파 변위를 생성하며 따라서 감응도 변환기가 바람직하다.

센서 크기는 다음의 인자들을 고려하여 선택될 수 있다. 센서의 길이와 폭은 센서들이 가시 영역을 바람직하게 않게 침식하지 않도록 선택될 수 있다. 또한, 굴곡파 진동이 접촉 위치를 결정하기 위해 감지되어야 할 경우 원하는 범위의 굴곡파 파장에 비해 긴 센서의 길이가 잠재적으로 고려되어야 한다. 센서의 길이가 중요한 굴곡파 파장을 초과하는 한계에서, 이들 굴곡파에 의해 야기되는 판에서의 동작이 평균적으로 압전 소자의 길이를 넘는 경향이 있기 때문에 센서의 감응도는 떨어지기 시작한다. 예시적인 압전 센서는 중요한 최고 파장 대역에서 일반적으로 진동 파장보다 작은 길이를 갖는다. 본 발명의 굴곡파 적용에서, 약 7 ㎜의 길이와 약 3 ㎜의 폭을 갖는 직사각형 압전 센서가 일 예로서 사용될 수 있다.

센서의 높이는 디스플레이 시스템 내로 접촉 장치를 합체하는 것을 복잡하게 만들 수 있기 때문에 센서가 패널의 두께를 과도하게 증가시키지 않도록 선택될 수 있다. 예컨대 약 1 ㎜ 높이의 직사각형 압전 센서가 사용될 수 있다.

재료에서의 변형 에너지 그리고 이에 따른 센서의 감응도를 개선하도록 굴곡파 센서의 크기(길이, 폭, 높이)를 선택하는 것 외에도 압전 재료 배합이 성능을 개선하기 위해 선택될 수 있다. 재료 배합은 센서의 용량을 결정하고, 이는 다시 주어진 전하에서 생성되는 전압을 결정하는 하나의 인자이다. 예시적인 실시예에서, 센서 재료 조성은 유전 상수를 감소시킴으로써 센서 용량을 감소시키고 전압 감응도를 증가시키도록 선택될 수 있다. 이런 법칙의 예외는 유전 상수량을 압전 효율의 감소에 이르기까지 감소시키는 상황에서 존재할 수 있으며, 이 경우 감응도의 기대 이득은 소실될 수 있다. 따라서 압전 배합의 선택은 바람직하게는 이들 관심 사항을 조화시킴으로써 이루어진다. 한 가지 적절한 압전 결정 재료는 지르콘 티탄산 납(lead-zirconate-titanat)(PZT)이다.

도1은 기판(110)과 기판(110)의 상부면(112)에 결합된 진동 센서(120A, 120B)를 포함하는 접촉 패널(100)의 개략도이다. 상부면(112)은 접촉면을 제공할 수 있다. 비록 센서(120A, 120B)는 상부면(112)에 결합된 것으로 도시되지만, 다르게는 하부면(114)에 결합될 수도 있다. 다른 대안 실시예에서는 하나 이상의 센서가 상부면(112)에 결합될 수 있고 동시에 하나 이상의 다른 센서가 하부면(114)에 결합될 수 있다. 기판(110)은 굴곡파 진동과 같이 중요한 진동을 지탱하는 모든 기판일 수 있다. 예시적인 기판은 아크릴 또는 폴리카보네이트와 같은 플라스틱, 유리 또는 그 밖의 적절한 재료를 포함한다. 기판(110)은 투명하거나 불투명할 수 있으며 선택 사항으로서 다른 층을 포함 또는 합체하거나 추가적인 기능을 지지할 수 있다. 예컨대, 기판(110)은 내긁힘성, 내오염성, 눈부심 감소, 반사 방지 특성, 방향성 또는 사적 자유를 위한 광 제어, 필터링, 편광, 광 보정, 마찰 감촉, 착색, 그래픽 영상 등을 제공할 수 있다.

접촉 패널(100)은 센서(120A, 120B)들을 포함한다. 비록 두 개의 센서만이 측면도로 도시되어 있으나, 일반적으로 적어도 세 개의 센서가 접촉 입력 위치를 이차원적으로 결정하기 위해 요구되며, 국제 공보 WO 2003 005292호 및 WO 0148684호에 개시된 바와 같이 일부 실시예에서는 네 개의 센서가 바람직할 수 있다. 본 발명에서, 센서(120A, 120B)는 기판(110)에 대한 접촉 입력을 지시하는 진동을 감지할 수 있는 압전 센서이다. 예시적인 압전 장치는 PZT 결정을 이용한다. 선택 사항으로, 하나 이상의 센서는 기준 신호로서 사용되도록 다른 센서들에 의해 감지될 수 있는 신호를 방출하거나 접촉 위치를 결정하기 위해 센서들에 의해 감지되는 변경된 진동들과 같이 접촉 입력시 변경될 수 있는 진동을 생성하는 에미터 장치로서 사용될 수 있다. 센서(120A, 120B)들은 접착제를 사용하는 것과 같이 임이의 적절한 수단에 의해 기판(110)에 부착 또는 접합될 수 있다.

도1은 또한 접촉 패널(100)을 거쳐 관찰자의 위치 쪽으로 정보를 표시하도록 위치되는 선택적인 디스플레이 장치(190)를 도시한다. 디스플레이 장치(190)는 액정 디스플레이, 전계 발광 디스플레이, 음극관 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 발광 다이오드 디스플레이 등과 같은 임의의 적절한 전자 디스플레이일 수 있다. 디스플레이 장치(190)는 추가적으로 또는 대안적으로 영구적이거나 교체 가능한 정적 그래픽을 포함할 수 있다.

도2a는 직사각형 기판(210)과 각각 기판(210)의 모서리에 인접하여 위치되는 긴 직사각형 압전 센서(220A, 220B, 220C 및 220D)를 포함하는 접촉 패널(200)의 개략적 평면도이다. 센서들은 감응도가 가장 큰 각각의 축이 기판의 인접한 모서리들에 대해 45도의 각도를 따라 놓이도록 배향된 것으로 도시된다.

도2b는 예컨대 굴곡파를 지탱할 수 있는 직사각형 부재(82)와, 부재에서의 진동을 측정하기 위한 네 개의 센서(84)를 포함하는 접촉 감지 장치(80)를 도시한다. 센서(84)는 압전식 진동 센서의 형태이며 각 모서리에 하나씩 부재(82)의 하부면 상에 장착된다. 발포 장착체(86)가 부재의 하부면에 부착되며 사실상 부재의 주변 둘레에서 연장된다. 발포 장착체(86)는 접착면을 가짐으로써 부재는 어떠한 표면에라도 단단히 고정될 수 있다. 발포 장착체는 부재의 가장자리에서의 반사를 저감시킬 수 있다. 도시된 바와 같이, 압전 진동 센서(84)들은 직사각형일 수 있으며 이들 센서의 장축이 부재(82)의 인접한 모서리 쪽으로 향하도록 장착될 수 있다.

도3은 기판(310)과 직사각형 센서(320)를 포함하는 도2a 및 도2b에 도시된 것과 같은 접촉 패널의 중심부를 도시한다. 센서는 기판의 모서리에 대한 위치 및 그 감응축이 기판의 가장자리와 이루는 각도(θ)에 의해서 뿐만 아니라 그 길이(L), 폭(W) 및 그 높이나 두께(도시 안됨)에 의해 특징지워질 수 있다.

도4는 기판(410), 압전 센서(420) 및 센서(420)에 전기 접속된 배선(430, 440)을 포함하는 접촉 패널의 부분 평면도이다. 센서(420)가 개별적인 접촉의 영향을 받아 패널에서 전파되는 진동의 영향으로 응력을 받을 때, 압전 재료에는 전하 구배가 생성됨으로써 재료의 두께에 걸쳐 전압 강하를 일으킨다. 압전 센서의 상부 및 하부 상의 전극에 배선을 접속시킴으로써, 압전 센서의 신호는 접촉 위치를 결정하기 위해 신호의 계산과 해석을 위한 제어부 전자 장치(비도시)와 통신을 할 수 있게 된다. 압전 장치는 배선이 장치의 동일 측면 상에서 접근 가능한 양 전극으로 인해 보다 편리하게 접속될 수 있도록 압전 장치의 일 측면 상의 전극이 압전 장치의 다른 측면 상으로 조금 연장되게 권취되는 경우 이용 가능하다. 예컨대, 도4에서, 배선(430, 440)은 센서(420)를 적절히 배치하여 배향하고 부착할 경우 각각의 배선이 전극들 중 대응하는 전극과 접촉하게 되도록 기판(410) 상에 위치될 수 있다.

도5는 기판(510)과, 각각 한 쌍의 배선(530A 및 540A, 530B 및 540B, 530C 및 540C, 530D 및 540D)에 접속되는 센서 장치(520A, 520B, 520C, 520D)를 포함하는 접촉 패널(500)의 개략적 평면도이다. 배선 쌍들은 그들 각각의 센서로부터 기판의 가장자리를 따라 테일(560)이 접속될 수 있는 영역까지 연장된다. 테일(560)은 접촉에 의한 굴곡파 진동을 감지함으로써 각 센서로부터 수집된 정보를 이용하여 접촉 입력의 위치를 결정하여 보고하는 제어부 전자 장치(비도시)에 배선들을 접속하는 편리한 수단을 제공할 수 있다.

도6은 본 발명의 진동 감지 접촉 패널을 제조하는 데 수행될 수 있는 단계들을 지시한다. 이들 단계들은 특별한 순서로 도시되고 있지만, 이들 단계는 모든 적절한 순서로 수행될 수 있으며 필요에 따라 그리고 실시 가능한 한 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다. 진동 전파를 지탱하고 접촉 패널 장치의 접촉판이 되는 기판이 제공될 수 있다. 바람직하게는, 기판은 직사각형이다. 기판은 추가적인 단계를 수행하기 전에 성형되고 치수가 정해지고 절단될 수 있거나 임의의 또는 모든 배선들, 센서들, 테일 등을 배치한 후 어떤 치수로 절단될 수 있다. 선택 사항으로, 기판은 눈부심 방지 또는 반사 방지 마감, 무늬 장식면 또는 그 밖의 광 학적 또는 다른 기능 요소를 제공하도록 피복될 수 있다.

센서들이 배치되는 영역으로부터 테일이 접촉 패널에 접속되는 영역까지 이어지는 배선들이 기판 상에 패턴화될 수 있다. 압전 장치의 경우 각 센서에 대해 한 쌍의 배선이 패턴화되며, 각각의 배선 쌍에서 하나의 배선은 대응하는 센서 전극과 전기 접속되도록 배치된다. 배선 패터닝 전, 후 또는 그 기간 동안, 선택적인 도전재가 배선들과 센서의 전극들 사이에 전기 접속을 이루는 것을 돕도록 분포될 수 있다. 예컨대, 땜납, 도전성 접착제, 도전성 유지 또는 다른 적절한 도전재가 배선들과 센서 전극들 간의 접촉이 이루어지는 센서 영역에서 기판 상에 분포될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도전재는 센서 상으로 직접 분포될 수 있다. 다른 실시예에서는 이와 같은 도전재가 사용되지 않을 수 있다. 선택된 센서 영역에 센서를 배치하기 전에 센서가 기판에 기계적으로 결합될 수 있도록 센서에 대한 기판의 부착 또는 접합을 돕기 위해 접착재가 기판 상으로, 센서 상에 또는 이들 모두 상으로 분포될 수도 있다. 접착재는 임의의 적절한 접착재일 수 있으며, 가열, 복사 노광 또는 그 밖의 수단에 의한 경화 단계를 추가로 요구할 수 있다.

센서는 기판의 선택된 센서 영역 상에 배치되어 부착된다. 센서 배치는 배선을 패터닝하기 전 또는 후에 행해질 수 있다. 배선을 패터닝한 후 센서가 배치되고 배선에 센서를 전기 접속하는 것을 돕기 위해 도전재가 사용되는 경우, 도전재는 센서를 배치하여 부착하기 전에 기판 상에, 센서 상에 또는 이들 모두 상에 분포되어야 한다. 배선을 패터닝하기 전에 센서가 배치되고 배선에 센서를 전기 접속하는 것을 돕기 위해 도전재가 사용되는 경우, 도전재는 센서를 배치하여 부착한 후 센서 상에 분포되어야 하지만, 배선을 패터닝하기 전 또는 후에 도포될 수 있다.

각각의 패터닝된 배선 자국에 연결되는 리드부를 갖는 전기 테일이 접촉 패널에 부착될 수 있다. 테일은 배선이 패터닝되기 전 또는 후에 부착될 수 있으며, 테일의 리드부를 패터닝된 배선에 전기 접속하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 테일의 리드부는 배선에 납땜될 수 있다. 다른 예로서, z-축 도전성 접착제와 같은 도전성 접착제가 패터닝된 배선에 테일 리드부를 접속하기 위해 사용될 수 있다. z-축 도전성 접착제는 전체 테일 접속 영역에 걸쳐 배치될 수 있으며, 테일이 배치될 때 z-축 도전성 접착제는 각각의 리드부를 대응하는 배선 자국에 전기 접속시킨다. z-축 도전성 접착제는 접착제 층의 두께를 통과하는 전기 접속을 제공하며, 인접한 배선들 사이의 혼선을 막기 위해 접착제 층 평면에서의 전기 접속을 방지한다.

일부 또는 모든 제조 단계의 자동화를 포함할 수 있는 본 발명에 따르는 절곡파 접촉 입력 장치 제조 방법은 제어되고 대량으로 저렴하게 제조하기에 적절하다. 핸드 와이어링(hand wiring), 납땜 그리고 센서 배치가 사용될 수 있지만, 이런 단계들은 노동 집약적이고 정밀하지 않고 비용이 많이 든다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 접촉 패널은 (스크린 인쇄, 잉크 제트 인쇄 또는 다른 적절한 인쇄 기술을 거쳐) 배선을 인쇄하고, 도전재 및/또는 접착재를 액체 분포하고, 압전 센서 부품을 로봇으로 배치하고, 비등방성 접착제를 이용하여 테일 커넥터를 접합함 으로써 구성될 수 있다. 공정 제어에 뛰어나고 속도가 높고 저렴한 자동화 기계가 이들 모든 공정을 수행할 수 있다. 또한, 이런 구성 공정으로 인해 결국 반복 가능성이 양호하게 되고 압전 변환기의 부착 품질이 높아짐으로써, 접촉 센서의 예측능과 성능을 개선할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 진동 감지 접촉 패널은 (비록 굴곡파와 같이 원하는 진동을 지탱하는 다른 재료가 사용될 수도 있지만) 소다 석회 유리로 된 직사각형 판재와, 각각 판재의 네 모서리 중 어느 하나에 인접하여 장착되는 네 개의 압전 변환기를 포함한다. 바람직한 센서는 결정의 어느 한 측면이 전기 회로에 접속되기 위해 두 개의 요구되는 접촉부 각각을 갖도록 결정의 모서리 둘레에 권취된 도전재로 제조되는 PZT 결정이다. 이런 설계의 용도는 접촉부가 결정의 동일한 측면 상에 있게 되어 센서를 배치하기 전에 두 배선이 기판 상에 직접 패터닝될 수 있도록 함으로써 접촉 패널의 구성을 단순화하는 것이다.

일 실시예에서, 패널 제조 시의 제1 단계는 회로를 형성하기 위해 마련된 기판 상에 도전성 은 자국을 인쇄하는 것이다. 회로는 여덟 개의 자국으로 구성될 수 있으며, 이때 두 개의 자국은 각각의 모서리로부터 기판의 측면을 따르는 경로를 따라 테일이 접합되는 가장자리 영역까지 연장된다. 도5에는 회로 배치의 일 예가 도시되어 있다. 각각의 모서리에서, 도전재는 장치가 배치될 때 PZT 장치 상의 최종 도전성 패드가 위치될 수 있는 곳에 대응하는 영역의 은 회로의 단부 상으로 (예컨대, 주사기식 분포, 스텐실 인쇄 또는 그 밖의 적절한 수단에 의해) 분포된다. 그 후, 접착재가 선택된 압전 센서 영역의 적어도 상당 부분을 덮도록 분포 될 수 있다. PZT 결정은 도전재와 접촉하게 되어 접착재를 거쳐 유리 기판에 물리적으로 접합되는 위치로 로봇을 이용하여 배치될 수 있다. 결정과 기판 사이의 물리적 접합은 접촉 사건으로 인해 기판에서 전파되는 중요한 진동이 감지될 수 있도록 기판에 결정을 결합시킨다. 이로써 표면 상의 접촉 또는 가벼운 두드림에 의해 형성되는 유리 기판에서의 진동은 결정 안으로 응력을 전달함으로써 전기 신호를 형성한다. 각각의 재료를 적절한 양으로 정확하게 분포하고 압전 결정을 정확하게 배치하는 것이 접촉 패널 구성의 일관성과 반복 가능성을 고속으로 제공할 수 있다.

상술한 바와 같이, 압전 장치와 접촉하는 각 쌍의 자국은 유리 기판의 외측 가장자리를 따라 가요성 테일의 부착에 편리한 위치까지 계속된다. 이 테일은 신호를 측정하고 접촉 위치를 결정하는 전기 회로에 접속하기 위해 사용된다. 가요성 테일이 상술한 바와 같이 이방성 접착제에 의해 부착될 수 있다. 대안으로서, 자국에 배선 또는 편평한 가요성 회로를 납땜하는 것이 가능하다. 테일의 단부는 이에 제한되지 않지만 영삽입력(ZIF), (AMP와 같은) 압착 단자 또는 회로 기판에 대한 직접 납땜을 포함하는 다양한 방식으로 종단될 수 있다.

다음은 본 발명의 접촉 입력 장치를 제조하기 위한 예시적인 재료들이다.

기판은 소다 석회 유리, 아크릴, 폴리카보네이트, 보로실리케이트 유리 등일 수 있다. 소다 석회 유리는 반복 사용으로 인한 표면 긁힘에 대한 저항성에 대해 내구성이 있으며 비교적 저렴하다. 이들 기판 중 어느 것이라도 기능성 개선, 눈부심 감소, 투과성 개선, 콘트라스트 개선 등을 위해 피복되거나 (예컨대, 에칭에 의해) 무늬가 형성될 수 있다.

배선을 인쇄하기 위해 사용되는 도전성 잉크는 [에르콘(Ercon)으로부터 구입 가능한 EP5600, 에머슨 앤드 커밍스(Emerson & Cummings)로부터 구입 가능한 CT5030 또는 상용으로 구입 가능한 다른 에폭시 은 잉크와 같은] 은 충전식 에폭시 폴리머 후막 잉크이거나, 인쇄형 은 프릿(frit)이거나, 잉크 제트 인쇄 가능한 도전재이거나, 마스킹, 리프트-오프 또는 포토리소그래피 방법을 거쳐 패터닝되는 스퍼터링 또는 도금된 금속 피막뿐 아니라 도전 자국을 형성하기 위해 인쇄될 수 있는 그 밖의 중합성 잉크일 수 있다. 은 잉크의 스크린 인쇄는 저렴하고 고속일 뿐만 아니라 처리 온도가 적절하고(예컨대, 200 ℃보다 낮음) 가사 시간(pot life)가 길고(대략 72 시간) 인쇄 품질이 뛰어나다. 프릿은 아주 높은 온도에서 소성되어야 하며 그 밖의 많은 도전성 잉크는 인쇄질이 좋지 않거나 유리에 대한 접착성이 나쁘거나 가사 시간이 아주 짧다.

재료가 배선 자국에 대한 전기 접속 뿐만 아니라 기판에 대한 기계적 접합 모두를 제공하도록 압전 센서를 접합하기 위해 도전성 접착제를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 대안으로서, 에폭시, 우레탄 또는 시아노아크릴레이트 (이소시아네이트) 접착제가 기계적 접합을 이루기 위해 사용될 수 있으며, 별도의 도전성 은-충전 에폭시 또는 그 밖의 도전재가 전기 접속을 이루기 위해 사용될 수 있다. 비록 고온 처리가 요구될 수 있지만, 배선 자국을 위해 은 프릿을 사용하고 뒤어어 땜납 페이스트를 이용하여 프릿에 압전 장치를 납땜할 수도 있다.

이방성 또는 z-축 도전성 접착제는 회로 기판에 대한 접촉 입력 장치의 후속 접속을 위해 유리에 가요성의 도전성 회로 테일을 부착하기 위한 예시적인 수단이다. 다른 선택 사항은 배선을 접합하기 위해 도전성 아교 또는 에폭시를 사용하거나 프릿에 납땜하는 것을 포함하며, 이들 각각은 수작업이 요구되고 열처리 문제로 인해 다양한 결함을 가질 수 있다.

본 발명의 장점은 상기한 설명으로부터 자명하게 될 것이다. 본 발명은 바람직한 실시예에 제한되는 것으로 여겨져서는 안된다. 기술 분야의 당업자라면 본 명세서를 검토함으로써 다른 실시예들은 쉽게 알 수 있을 것이다. 예컨대, 접촉 패널에는 다른 기능이 합체될 수 있다. 설명된 접촉 센서의 다양한 최종 사용 용도도 자명하게 될 것이다.

본 발명은 상술한 특정 예에 제한하지 않으며 첨부한 특허청구범위에 공정히 설명된 본 발명의 모든 특징을 포괄하도록 이해되어야 한다. 본 발명이 적용 가능한 많은 구조 뿐만 아니라 다양한 변경과 균등한 공정들은 명세서를 참조함으로써 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하게 될 것이다.

Claims

직사각형 기판과,

기판에 결합되어 접촉 입력 장치에 대한 접촉을 알리는 기판에서 전파되는 진동을 감지하도록 구성되고, 각각 기판 모서리에 인접 위치되어 진동 전파 방향에 대칭적인 감응도를 제공하도록 배향되는 적어도 세 개의 긴 압전 센서와,

센서에 결합되어 접촉을 알리는 감지된 진동으로부터의 정보를 이용하여 접촉 위치를 계산하도록 구성되는 제어부 전자 장치를 포함하는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 기판은 유리로 구성되는 접촉 입력 장치.
제2항에 있어서, 상기 기판은 소다 석회 유리로 구성되는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱으로 구성되는 접촉 입력 장치.
제4항에 있어서, 상기 기판은 아크릴로 구성되는 접촉 입력 장치.
제4항에 있어서, 상기 기판은 폴리카보네이트로 구성되는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 기판은 무늬가 형성된 접촉면을 포함하는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 기판은 눈부심 방지 피막을 포함하는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 기판은 반사 방지 피막을 포함하는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 기판은 내긁힘성 피막을 포함하는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 직사각형 기판은 정사각형인 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서들은 지르콘 티탄산 납 결정을 포함하는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서들은 직사각형인 접촉 입력 장치.
제13항에 있어서, 상기 센서들은 약 3:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서들은 기판의 인접한 가장자리들과 약 45도를 형성하도록 배향된 최대 감응도 축을 갖는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서들은 기판의 접촉면에 결합되는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서들은 기판의 접촉면에 대향하는 기판의 표면에 결합되는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 각각 기판의 모서리에 위치되어 기판에 결합되는 네 개의 긴 압전 센서들을 포함하는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서들 중 적어도 하나는 진동 에미터로서 작동하도록 추가로 구성되는 접촉 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부 전자 장치에 센서를 결합하기 위해 각각의 센서에 대응하고 기판 상에 배치되는 인쇄된 한 쌍의 배선을 추가로 포함하는 접촉 입력 장치.
제20항에 있어서, 상기 제어부 전자 장치에 센서를 결합하기 위해 기판 상의 한 쌍의 배선에 접속되는 가요성 회로 테일을 추가로 포함하는 접촉 입력 장치.
직사각형 기판과,

기판에 결합되어 접촉 입력 장치에 대한 접촉을 알리는 기판에서 전파되는 진동을 감지하도록 구성되고, 각각 기판의 모서리에 인접하여 위치되어 진동 전파 방향에 대칭적인 감응도를 제공하도록 배향되는 적어도 세 개의 긴 압전 센서와,

센서들에 결합되고 접촉을 알리는 감지된 진동으로부터의 정보를 이용하여 접촉 위치를 계산하도록 구성되는 제어부 전자 장치와,

접촉 입력 장치를 거쳐 관찰되도록 배치되는 디스플레이를 포함하는 접촉 입력 장치 시스템.
제22항에 있어서, 상기 디스플레이는 액정 디스플레이를 포함하는 접촉 입력 장치 시스템.
제22항에 있어서, 상기 디스플레이는 음극관을 포함하는 접촉 입력 장치 시스템.
제22항에 있어서, 상기 디스플레이는 전계 발광 디스플레이를 포함하는 접촉 입력 장치 시스템.
제22항에 있어서, 상기 디스플레이는 발광 다이오드 디스플레이를 포함하는 접촉 입력 장치 시스템.
제22항에 있어서, 상기 디스플레이는 플라즈마 디스플레이 패널을 포함하는 접촉 입력 장치 시스템.
제22항에 있어서, 상기 디스플레이는 정적 그래픽을 포함하는 접촉 입력 장치 시스템.
직사각형 기판과,

기판에 결합되어 접촉 입력 장치에 대한 접촉을 알리는 기판에서 전파되는 진동을 감지하도록 구성되고, 정보를 이용하여 접촉 위치를 계산하기 위해 감지된 진동으로부터의 정보를 제어부와 통신시키도록 구성된 배선에 결합되고, 각각 기판의 모서리에 인접하여 위치되어 진동 전파 방향에 대칭적인 감응도를 제공하도록 배향되는 적어도 세 개의 긴 압전 센서를 포함하는 접촉 입력 패널.
기판에 대한 접촉을 알리는 기판에서 전파되는 진동을 지탱할 수 있는 직사각형 기판을 마련하는 단계와,

기판 상에서 기판 모서리에 인접한 센서 영역들 및 기판 상에서 기판의 가장자리에 인접한 테일 영역을 선택하는 단계와,

각각 어느 한 센서 영역으로부터 테일 영역까지 하나 이상의 기판 가장자리를 따라 연장되는 배선 쌍들을 기판 상에 패터닝하는 단계와,

센서의 동일 측면으로부터 접근 가능하도록 구성되는 두 개의 전극을 가로질 러 전압을 인가함으로써 작동 가능한 압전 센서들을 제공하는 단계와,

각각의 배선 쌍의 각 배선이 각각의 센서의 전극들 중 대응하는 하나의 전극에 전기 접속되도록 각각의 센서 영역에 어느 한 센서를 부착하는 단계를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 기판은 직사각형인 접촉 입력 장치 제조 방법.
제31항에 있어서, 상기 기판은 정사각형인 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 기판은 유리로 구성되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 기판은 아크릴로 구성되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 배선 쌍들을 패터닝하는 단계는 도전재를 인쇄하는 단계를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제35항에 있어서, 상기 인쇄는 스크린 인쇄를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제35항에 있어서, 상기 인쇄는 잉크 제트 인쇄를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 배선 쌍들을 패터닝하는 단계는 마스크를 통해 도전재를 증착하는 단계를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 배선 쌍들을 패터닝하는 단계는 도전재를 포토리소그래피식으로 패터닝하는 단계를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 배선 쌍들을 패터닝하는 단계는 도전성 에폭시 잉크를 사용하는 단계를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제40항에 있어서, 상기 도전성 에폭시 잉크는 은을 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 배선 쌍들을 패터닝하는 단계는 도전성 프릿계열 재료를 사용하는 단계를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 압전 센서들은 지르콘 티탄산 납 결정을 포함하는 접촉 입력 장치.
제30항에 있어서, 상기 압전 센서들은 긴 모양인 접촉 입력 장치 제조 방법.
제44항에 있어서, 상기 압전 센서들은 직사각형인 접촉 입력 장치 제조 방법.
제45항에 있어서, 상기 압전 센서들은 약 3:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제44항에 있어서, 상기 압전 센서들은 기판에서 전파되는 진동의 방향에 대칭적 감응도를 제공하도록 부착되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 센서들을 부착하는 단계는 기판과 센서 사이에 접착제를 분포하는 단계를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제48항에 있어서, 상기 접착제는 기판 상에 분포되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제48항에 있어서, 상기 접착제는 센서 상에 분포되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제48항에 있어서, 상기 분포된 접착제는 센서에 배선 쌍들을 전기 접속시키는 도전성 접착제를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 배선 쌍들은 기판 상에 분포된 도전재를 거쳐 센서에 전기 접속되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 배선 쌍들은 센서 상에 분포된 도전재를 거쳐 센서에 전기 접속되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 센서들을 부착하는 단계는 기판 상에 센서들을 로봇을 이용하여 배치하는 단계를 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 테일이 제어부 전자 장치에 결합하기 위해 배선 쌍들의 각각의 배선과 전기 접속되도록 기판에 가요성 회로 테일을 접합하는 단계를 추가로 포함하는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제55항에 있어서, 상기 테일은 납땜에 의해 접합되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제55항에 있어서, 상기 테일은 z-축 도전성 접착제를 이용하여 접합되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 배선은 센서들을 부착하기 전에 기판 상에 패터닝되는 접촉 입력 장치 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 센서들은 배선을 패터닝하기 전에 기판 상에 부착되는 접촉 입력 장치 제조 방법.