KR20070006609A - 2차원 위치센서 - Google Patents

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KR20070006609A
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electrode
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루벤 리스토브
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필립 해럴드
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Abstract

본 발명에 따른 제 1 및 제 2 방향을 따라 물체의 위치를 판단하는 용량성 위치 센서가 기술되어 있다. 센서는 전극들이 배열된 단일면상에 장착된 기판을 구비한다. 전극은 감지영역을 형성하기 위해 행렬로 배열된 감지셀의 어레이를 형성하도록 배열된다. 각각의 감지셀은 열 감지전극과 행 감지전극을 포함하고, 상기 동일한 열에 있는 감지셀의 열 감지전극은 전기적으로 함께 연결되어 있으며, 상기 동일한 행에 있는 감지셀의 행 감지전극도 또한 전기적으로 함께 연결되어 있다. 상기 열 중 적어도 하나의 마주보는 단부에 있는 감지셀의 행 감지전극은 상기 감지영역의 외부에 형성된 전기 연결부에 의해 함께 연결되어 있어 상기 감지영역내에 교차하도록 전기 연결을 할 필요가 없으며, 이에 따라 단지 기판의 일측면에만 전극들이 있는 감지영역을 갖는 용량성 위치센서를 형성한다.
용량성 위치센서, 감지셀, 터치스크린

Description

2차원 위치센서{Two-Dimensional Position Sensor}
도 1은 공지된 2차원 용량성 위치센서를 평면도로 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 또 다른 공지된 2차원 용량성 위치센서를 평면도로 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서를 평면도로 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 위치센서를 포함하는 장치를 사시도로 개략적으로 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 장치의 위치센서에 인접한 물체의 위치를 판단하는데 사용된 감지셀의 열번호(도 5a) 및 행번호(도 5b)의 함수로서 커패시턴스를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된 장치의 2차원 용량성 위치센서 및 디스플레이 스크린을 평면도로 개략적으로 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서를 평면도로 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 위치센서에 인접한 물체의 실제 위치와 비 교되는 보고된 위치를 평면도로 개략적으로 도시한 것이다. 그리고
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 위치센서에 대한 보고된 키위치의 외곽선과 비교되는 소정의 키 위치의 외곽선의 디스플레이를 평면도로 개략적으로 도시한 것이다.
* 주요 도면부호의 간단한 설명 *
22: 2차원 터치식 용량성 위치센서 24: 기판
26: 감지전극 28: 감지셀
30: 행 감지전극 32: 열 감지전극
34,36: 전극 38,40,41: 연결부
42: 커패시턴스 측정채널 44: 처리회로
46: 호스트 컨트롤러 52: 하우징
54: 스크린 56: 손가락
73: 스파인(spine)
본 발명은 2차원 감지 영역내에 물체의 위치를 판단하는 용량성 위치센서(capacitive position sensor)에 관한 것이다.
2차원 터치 위치센서(touch-sensitive position sensor)의 사용이 더욱더 일반화되어가고 있다. 예로는 랩탑 컴퓨터에서 마우스 포인팅 장치(mouse pointing device) 대신에 기기를 제어하기 위해 사용자의 입력을 수신하는 제어판으로서 또는 특히 X-Y 좌표 출력을 갖는 유리 터치스크린 장치로서 위치센서의 사용을 포함한다. 일부 애플리케이션은 디스플레이가 스크린 아래를 볼 수 있도록 투명 감지층을 필요로 하는 반면에, 다른 애플리케이션은 예컨대 부엌 기기 또는 PC 주변장치상의 키패널(keypanel)용으로 불투명 터치면만을 필요로 한다.
터치 위치센서는 종종 기계식 장치에 바람직한데, 이는 상기 센서가 더 튼튼한 인터페이스를 제공해주고 종종 미적으로 더 보기 좋은 것으로 여겨지기 때문이다. 또한, 터치 위치센서는 사용자가 접속할 수 있는 어떠한 이동부도 필요로 하지 않기 때문에, 기계적 대응품보다 마모가 덜하며 밀봉된 외부면내에 형성될 수 있다. 이는 특히 매력적으로 제어되는 장치로 유입되는 오염물 또는 유체의 위험성이 있는 경우에 사용된다.
해당기술분야의 큰 본체는 2D 터치패널 및 스크린을 포함한다. 이들은 일반적으로 다소 연속적인 특성('XY' 타입)의 X-Y 좌표를 보고하는 것과 물리적 기하학적 형태에 의해 정해진 기정의된 키영역(key area)을 갖는 개개의 감지면("개개" 타입)을 갖는 것의 2부류로 양분될 수 있다. XY 타입은 LCD 또는 다른 디스플레이 타입 위에 주로 사용하는 반면에 상기 다른 디스플레이 타입은 고정된 기능 키패널을 사용한다. 이에 대한 예외가 있다. 예컨대, 랩탑상의 터치패드면이 XY 위치를 보고하지만 불투명하다. XY 타입은 변함없이 터치영역의 사용자측 또는 '제1면'상에 감지면을 포함한다. 예컨대, 연속한 저항성 터치스크린 및 용량성 터치스크린 모두는 사용자에 의해 물리적으로 가압되어야 하거나 거의 직접적으로 또는 기껏해 야 (마우스 터치패드에서와 같이) 얇은 절연층을 통해 터치되어야 하는 감지층을 포함한다. 이들 타입은 제품이 사용자에 의해 감지층과 직접 또는 거의 직접적인 접촉을 하게 하는 베젤개구(bezel opening)를 갖는 것을 필요로 한다. 이러한 타입의 큰 단점은 패널에 개구가 있어야 하는 것으로, 이는 습기 및 오염물에 대해 밀봉을 필요로 하고, 이에 따라 장착하는데 비용이 많이든다. 더욱이, 감지층이 직접 혹사받도록 노출되어 있어 날카로운 물체 또는 마모에 의해 쉽게 손상될 수 있다. 유리층내에 매설된 와이어를 갖는 강건한 용량성 타입들이 공지되어 있으나(예컨대, US 5,844,506[1]), 이들은 밀봉되어야만 하는 패널에 베젤개구를 여전히 필요로 하고, X 및 Y 좌표를 가로질러야 할 필요로 인해 매트릭스로서 2개의 감지층을 필요로 한다. 게다가, 이들 스크린은 제조하는데 매우 고가이고 실제로 대량으로 제조될 수 없다. 또한 감지회로도 복잡하고 고가인 것으로 알려져 있다.
개개의 터치버튼 분야에서, 상당 기간동안 용량성 키가 베젤개구를 필요로 하지 않는 고체면 뒤에 배치될 수 있는 것이 공지되었다. 그러나, 이들 타입은 개개의 전극형태의 위치에 의해 기정의된 바와 같이 단지 제한된 해상도를 제공한다. 이에 대한 예를 US 4,954,823[2]의 도 4 및 도 6에서 찾을 수 있다. 이들 전극은 개개 전극의 개수, 크기 및 위치를 기초로 개개의 접촉영역에 대해 기술이 제한되기는 하지만, 예컨대, 패널의 서브섹션(subsection)의 배면상에 있는 박막으로서 층의 부착에 의해 베젤이 없는 디스플레이(bezel-less display) 위로 배치가능한 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 도체로 된 단일층으로 제조될 수 있다.
도 1은 US 4,954,823[2]에 기술되었으나 직각 어레이로 배치된 타입의 터치 패드(2)를 평면도로 개략 도시한 것이다. 터치패드(2)는 절연기판(6)상에 장착된 개개의 전극(4)의 그리드(grid)를 구비한다. 각각의 전극은 컨트롤러(8)의 커패시턴스 측정회로의 채널에 연결되어 있다. US 5,463,388[3]은 어떻게 이러한 어레이가 각 패드로부터의 신호 중심 판단방법을 통해 감지층에 인접한 물체의 위치를 판단하는데 사용될 수 있는지를 나타내기 위해 도 1과 결부하여 이러한 기하학적 배열을 기술하고 있다. 그러나, US 5,463,388은 이와 같은 설계를 구현하는 방법을 나타내지 못하고, 도체의 매트릭스 대신에 연속한 X-Y 위치의 중심 계산에 더하여 설명하고 있다. 실제로, 감지 패드당 하나로서 그렇게 많은 감지 채널을 가지는 것은 실용적이 못하며, 하기에 상술한 바와 같이 매트릭스 배열이 훨씬 더 효율적이다.
도 2는 US 5,463,388[3]에 기술된 바와 같이 도체 매트릭스를 기초로 한 위치센서(12)를 개략 도시한 것이다. 위치센서(12)는 절연기판(16)의 상부면상에 장착된 다수의 수직배열된 스트립 전극(열)(14)과 상기 절연기판의 맞은편 하부면상에 장착된 다수의 수평배열된 스트립 전극(행)(16)을 구비한다. 각 수직 스트립 전극은 컨트롤러(18)의 커패시턴스 측정회로의 채널에 연결된다. 따라서, 이러한 타입의 위치센서는 개개의 패드들 사이 보다는 행 및 열 사이의 커패시턴스에 대한 중심 계산에 의해 연속한 성질의 X-Y 좌표출력을 하게 한다. 그러나, 이러한 타입은 매트릭스 트레이스(matrix trace)가 전송될 수 있도록 2개의 감지층을 필요로 하며, 선택적으로 투명 재료의 사용을 허용하지 않는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 베젤개구의 필요성을 제거하고(또는 적어도 선택적이게 하고), 패널 재료의 합당한 두께(예컨대, 유리 또는 플라스틱은 4㎜까지)를 통해 계획될 수 있는 패널 배면에 부착되는 저렴한 감지면을 가지며, 선택적으로 감지영역에 어떠한 교차도 없는 단 하나의 감지층만을 필요로 하고, ITO와 같은 투명 감지층과 함께 사용될 수 있으며, XY 타입의 출력을 가지고, 컴팩트하며 저렴한 구동회로를 가질 수 있는 이상적인 터치면 및 터치면 구성방법을 제공하는 것이다. 이러한 이상적인 목표는 어떠한 공지된 종래기술로도 달성하지 못하였다.
상기 목적 및 다른 목적들을 달성하기 위해, 본 명세서에 구체화되고 광범위하게 설명된 본 발명의 목적에 따르면, 본 발명은 감지영역에서 물체의 위치를 판단하는 용량성 위치센서 및 물체가 표면에 인접하는 경우 활성감지영역내에 물체의 X-Y 좌표위치를 보고하는 기판에 증착된 용량성 감지면을 구성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 감지영역에서 물체의 위치를 판단하는 용량성 위치센서가 형성되며, 상기 센서는 전극들이 배열된 면이 장착되는 기판을 구비하고, 상기 전극들은 상기 감지영역을 형성하기 위해 행렬로 배열된 감지셀들의 어레이를 형성하며, 상기 각각의 감지셀은 열 감지전극과 행 감지전극을 포함하고, 상기 동일 열내에 있는 감지셀의 열 감지전극은 전기적으로 함께 결합되어 있으며, 상기 동일 행내에 있는 감지셀의 행 감지전극도 전기적으로 함께 결합되어 있고, 상기 행들 중 적어도 하나의 마주보는 단부에서 감지셀의 행 감지전극은 상기 감지영역 외부에 형성된 각각의 행 랩어라운드 연결부(wrap-around connections)에 의해 서로 전기적으로 결합된다.
따라서, 단지 기판의 단일층에만 전극을 갖는 위치센서가 형성될 수 있다. 더욱이, 위치센서는 감지전극의 행렬로 된 교차 어레이(즉, 매트릭스)를 사용하기 때문에, 개개의 전극 어레이에 기초한 센서를 사용하는 것보다 더 적은 측정채널을 필요로 한다.
위치센서는 단일면상에만 있는 감지전극들을 기초로 하기 때문에, 공지된 이중면 위치센서들보다 제조하기가 더 저렴할 수 있다. 이는 또한 마주보는 면이 접근하기 어려운 면(예컨대, 디스플레이 스크린)에 직접 증착될 수 있음을 의미한다. 감지전극은 또한 장치 하우징의 내부면에 증착될 수 있어, 이에 따라 전극이 또한 외부면에 있는 것이 필요한 경우 요구될 수 있는 어떤 보호덮개의 필요성도 없게 한다.
전기적 행 랩어라운드 연결부는 기판상에 장착된 도전성 트레이스(conductive trace)를 구비할 수 있다. 이는 감지영역 외부의 연결부가 내에 있는 감지전극과 동일한 공정단계로 제조될 수 있게 한다. 대안으로, 행 랩어라운드 연결부는 각각의 열 감지전극에 적절하게 연결된 프리 와이어(free wire)에 의해 이루어질 수 있다.
감지영역의 가장자리에 있는 감지셀의 열의 열 감지전극은 동일한 방식으로 감지영역의 외부에 형성된 열 랩어라운드 연결부에 의해 서로 전기적으로 결합될 수 있다.
위치센서는 행 감지전극의 행들과 열 감지전극의 열들 중 각각의 하나에 연결된 복수의 커패시턴스 측정채널을 더 구비할 수 있고, 상기 각각의 측정채널은 감지전극의 결합된 행 또는 열과 시스템 접지부 사이의 커패시턴스를 나타내는 신호를 발생하도록 동작될 수 있다.
또한, 위치센서는 열 감지전극의 상기 열들로부터의 신호를 비교함으로써 제 1 방향을 따르고 행 감지전극의 상기 행들로부터의 신호를 비교함으로써 제 2 방향을 따라 감지영역에서 물체의 위치를 판단할 수 있는 프로세서를 더 구비할 수 있다.
이는 터치 부분의 판단이 그 외에는 감지소자에 연결된 종래 회로를 사용하여 행해질 수 있게 한다.
커패시턴스 측정채널은 전하전송회로를 구비할 수 있는데, 이는 일반적인 구현에서 예상될 수 있는 수준의 측정 커패시턴스를 측정하기 위해 신뢰할 수 있고 더 강건한 방식을 제공하기 때문이다. 그러나, 커패시턴스 측정회로의 다른 형태도 동일하게 사용될 수 있다. 일반적으로 전기장이 인접한 행렬에 교차부하(cross loading)를 거는 것을 방지하도록 실질적을 위상동기식으로 모든 행 및 열 연결부를 구동시키는 용량성 구동회로를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 US 5,453,388[3]에 또한 기술되어 있으며, 상기 문헌에서 단일 공진기에 의해 모든 행 및 열 도체들이 구동된다.
감지셀은 3개 또는 4개의 열들로 배열될 수 있다. 이는 대부분의 애플리케이 션에 대해 일반적인 크기의 감지영역에 대해 충분한 해상도를 갖는 위치센서를 제공할 수 있다.
각각의 감지셀에서 행 및 열 감지전극은 (예컨대, 서로 주위를 나선형을 감거나 서로 얽힘으로써) 서로 인터리브될 수 있다. 특히 설계에서 행 및 열 간격은 일반적으로 손가락의 간격보다 더 크다. 이는 각 교차위치에서 X 및 Y 구동으로부터 신호의 훨씬 더 균일한 혼합을 제공하여 놓여있는 면을 터치하는 손가락에 대해 더 양호한 위치 보고를 하게 한다. 이는 또한 US 5,453,388[3]의, 예컨대 도 2에 기술되어 있다. 행 및 열 간격이 사람 손가락과 같거나 더 작은 배치에서, 다른 전극 패턴, 예컨대, 도 8에 도시되고 하기에 더 상세히 설명된 바와 같이 다이아몬드 형태의 어레이를 충분히 사용할 수 있다.
위치센서는 투명기판 및 (예컨대, 기판상에 증착된 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성된) 투명전극을 포함할 수 있다. 이는 아래에 디스플레이되는 어떠한 것도 명료하게 디스플레이 스크린위에 놓여지게 한다. 따라서 디스플레이 스크린은 사용자에 의해 상기 위치센서에 인접한 디스플레이의 적절한 부분 위로 손가락을 놓게 선택될 수 있는 "가상"버튼을 사용자에게 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 그런 후, 사용자의 터치 위치는 버튼이 선택된 것을 판단하도록 디스플레이되는 "가상"버튼의 위치와 비교될 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 본 발명의 제 1 태양에 따른 위치센서를 포함하는 장치가 제공된다. 위치센서는 많은 타입의 장치에 사용될 수 있다. 예컨대, 장치는 휴대용/이동용 장치, 예컨대, 개인휴대정보단말기(PDA), 멀티미디어 플레이 어, 이동(휴대)전화, 재구성가능 원격 컨트롤러, 또는 스틸 카메라 또는 예컨대 디스플레이 위에 놓이는 위치 센서를 갖는 비디오 카메라일 수 있다. 대안으로, 위치센서는 부엌 기기, 키오스크(kiosks) 등과 같은 대규모 장치에 동일하게 사용될 수 있다. 불투명 형태도 PC 스타일 트랙패드(trackpad), 키패드(keypad) 및 해당기술분야에 공지된 바와 같은 다른 인간 인터페이스 장치에 사용하게 적용될 수 있다.
본 발명의 제 3 태양에 따르면, 물체가 표면에 인접하는 경우 활성감지영역내에 물체의 X-Y 좌표위치를 보고하는 기판에 증착된 용량성 감지면을 구성하는 방법이 제공되며, (a) 상기 활성감지영역에서, 용량성 감지채널들 중 각각의 하나에 연결된 행 전극들 및 열전극들을 구비하고, 상기 적어도 하나의 행 또는 열은 상기 활성영역내에 있는 복수의 세그먼트로 나누어지는 패턴화된 도전성 재료로 된 단일층을 증착하는 단계와, (b) 전기 도체와 함께 단절된 세그먼트를 연결시키는 단계와, (c) 상기 행 및 열의 커패시턴스 진폭을 나타내는 다중 출력을 갖는 다중채널 용량성 센서회로의 개개의 감지채널에 행 및 열을 연결시키는 단계와, (d) 인접한 물체의 좌표위치를 XY 위치로서 판단하기 위해 상기 다중 출력을 처리하도록 동작될 수 있는 프로세서를 제공하는 단계를 포함한다.
상기 프로세서는 패턴화된 도전성 재료의 물리적 기하학적 형태에 의해 도입된 위치왜곡을 보상하도록 동작할 수 있다.
상기 프로세서는 또한 상기 행들을 교차하는 신호들의 중심과 상기 열들을 교차하는 신호들의 중심을 계산하도록 동작될 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 따르면, 감지영역에서 물체의 위치를 판단하기 위한 용량성 위치센서가 제공되며, 상기 센서는 도전성 전극들이 배열된 면이 장착되는 기판을 구비하고, 상기 전극들은 상기 감지영역을 형성하기 위해 행렬로 배열된 감지셀들의 어레이를 형성하며, 상기 각각의 감지셀은 열 감지전극과 행 감지전극을 포함하고, 상기 동일 열내에 있는 감지셀의 열 감지전극은 전기적으로 함께 결합되어 있으며, 상기 동일 행내에 있는 감지셀의 행 감지전극도 전기적으로 함께 결합되어 있고, 상기 적어도 하나의 열 감지전극은 상기 감지영역내에 연속 스파인(spine)을 구비하고, 상기 적어도 하나의 다른 열 감지전극은 상기 감지영역 외부에 있는 연결부를 통해 전기적으로 연이어져 있다.
본 발명의 더 양호한 이해와 어떻게 본 발명이 달성되게 실행되는 지를 나타내기 위해, 첨부도면의 예에 의해 참조가 이루어진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2차원 터치식 용량성 위치센서(22)를 평면도로 개략 도시한 것이다. 위치센서(22)는 제 1(x) 방향 및 제 2(y) 방향을 따라 물체의 위치를 판단하기 위해 동작될 수 있고, 상기 방향은 도면의 좌상단에 도시되어 있다. 센서(22)는 감지전극들(26)의 배열이 설치된 기판(24)을 구비한다. 감지전극(26)은 센서에 인접한 물체(예컨대, 손가락 또는 철침)의 위치가 판단될 수 있는 감지영역을 형성한다. 기판(24)은 투명 플라스틱 재료로 되고, 전극은 종래 기술을 사용하여 기판(24)상에 증착된 인듐 주석 산화물(ITO)의 투명 박막으로 형성된다. 따라서 센서의 감지영역은 투명하고 상기 감지영역 뒤에 디스플레이되는 어떠한 것도 명료하게 디스플레이 스크린 위에 놓여질 수 있다. 다른 예에서, 위치센서는 디스플레이 위에 놓여지게 할 의도가 없으며 투명할 필요도 없을 수 있다. 이 경우, ITO 층은 예컨대 구리박 PCB와 같이 더 경제적인 재료로 대체될 수 있다.
기판(24)상의 감지전극의 패턴은 감지영역을 행렬로 배열된 감지셀(28)의 어레이(그리드)로 세분하도록 되어 있다(용어 "행" 및 "열"은 본 명세서에서 2방향을 편의상 구분하기 위해 사용된 것으로 수직방향 또는 수평방향을 의미하는 것으로 해석되지 않아야 함을 유의하라). 예로서, 감지셀(28) 중 하나는 도 3에서 점선 외곽선으로 식별된다. 이 위치센서에는, y 방향을 따라 정렬된 4열의 감지셀과 x 방향을 따라 정렬된 5행의 감지셀(총 20개의 감지셀)이 있다. 도 3에 도시된 방향에 대해 감지셀 중 최상단행은 행(y1)이라 하고, 그 다음 아래 행은 행(y2)이라 하며, 등등 행(y5)이라 한다. 감지셀의 열도 마찬가지로 좌에서 우로 열(x1)에서 열(x4)라 한다. 따라서, 도 3에서 점선 외곽선으로 도시된 감지셀(28)은 행(y1) 및 열(x3)의 교차지점에 있다.
각각의 감지셀은 행 감지전극(30)과 열 감지전극(32)을 포함한다. 행 감지전극(30)과 열 감지전극(32)은 서로 인터리브되게(이 경우 서로 주위를 나선형으로 도는 사각형으로) 각 감지셀(28)내에 배열되어 있으나, 전기적으로 연결되어 있지 않다. 행 및 열 감지전극은 인터리브되기(서로 얽히어 있기) 때문에, 주어진 감지셀에 인접한 물체는 감지셀내에 물체가 위치되는 곳에 무관하게 양 감지전극에 상당한 용량성 커플링(capacitive coupling)을 제공할 수 있다. 인터리빙의 고유 스케일(characteristic scale)은 최상의 결과를 제공하도록 검출되는 일반적인 물체의 용량성 풋프린트(capacitive footprint)의 크기이거나 그 보다 작을 수 있다. 감지셀(28)의 크기 및 형태는 검출되는 물체의 크기와 상당하거나 (실질적인 한계 내에서) 더 클 수 있다.
동일한 행에 있는 모든 감지셀들의 행 감지전극(30)은 상기 행 감지전극의 5개의 각 행을 구성하도록 함께 전기연결되어 있다. 마찬가지로, 동일한 열에 있는 모든 감지셀들의 열 감지전극(32)은 열 감지전극의 4개의 각 열을 구성하도록 함께 전기연결되어 있다.
열(x2)에서 열 감지전극은 기판상에 증착된 전극들 중 한 부분에 의해 감지영역내에 형성되고 열(x2 및 x3) 사이로 이어지는 스파인(spine)이라고 하는 연결부(51)에 의해 서로 연결된다. 이 연결부는 감지영역의 길이를 따라 이어진다. 따라서, 기판(24)상에 증착된 단일의 연속 도전성 전극은 열(x2)에 있는 모든 감지셀의 열 감지전극(32)과 이들의 상호연결을 제공한다. 열(x3)에 있는 열 감지전극도 마찬가지로 감지영역내에 형성되고 또한 스파인으로서 열(x2 및 x3) 사이로 이어지는 연결부(53)에 의해 서로 연결된다. 따라서, 또한 기판(24)상에 증착된 단일의 연속 도전성 전극은 열(x3)에 있는 모든 감지셀의 열 감지전극(32)과 이들의 상호연결을 제공한다.
행(y2)의 열(x1 및 x2)에 있는 행 감지전극(30)은 또한 감지영역내에 형성된 연결부에 의해 함께 연결된다. 따라서, 기판(24)상에 증착된 단일의 연속 도전성 전극(34)은 행(y2)의 열(x1 및 x2)에 있는 감지셀의 행 감지전극과 이들의 상호연결을 제공한다. 행(y2)의 열(x3 및 x4)에 있는 행 감지전극도 마찬가지로 감지영역내에 형성된 연결부에 의해 함께 연결되어 단일의 연속 전극(36)이 또한 이들 행 감지전극과 이들의 상호연결을 제공한다. 그러나, 각 열 감지전극들 간을 연결시키 기 위해 열(x2 및 x3) 사이로 이어지는 기판상의 연결부(스파인)로 인해, 행(y2)의 열(x1 및 x2)에 있는 행 감지전극은 기판의 표면상에 형성된 연결부에 의해 행(y2)의 열(x3 및 x4)에 있는 행 감지전극에 연결될 수 없다. 따라서, 이 행의 마주보는 단부에 있는 열 감지전극(즉, 열 x1 및 x4) 사이에 연결부(38)가 감지영역의 외부에 형성된다. 연결부(38)는 행(y2)의 열(x1 및 x2)에 있는 행 감지전극을 형성하는 전극(34)을 행(y2)의 열(x3 및 x4)에 있는 행 감지전극을 형성하는 전극(36)과 연결시키기 위해 감지영역의 외부로 둘러서 이어져 있다. 따라서, 이 행에 있는 모든 감지전극들이 함께 전기연결된다. 다른 행들의 각각의 행 감지전극들도 함께 연결되는 것을 보장하기 위해 감지영역 외부로 동일한 랩어라운드(wrap-around) 연결이 이루어진다. 일예가 도 3에 도시되어 있으나, 행(y1)의 마주보는 단부에 있는 행 감지전극 간의 감지영역 외부 연결은 필요 없는데, 이는 열(x1 및 x2)의 열 감지전극 사이를 연결하는 스파인이 상기 감지영역의 가장자리로 확장될 필요가 없고 상기 감지영역의 상단 가장자리를 따라 이어지는 연결이 행(y1)에 있는 행 감지전극들 간을 연결(미도시)시키는데 사용될 수 있기 때문임을 유의하라.
열(x1)에 있는 각각의 열 감지전극은 기판상의 개개의 전극으로부터 형성된다. 이들 개개의 전극은 감지영역 외부에(즉, 밖에) 형성된 연결부(40)에 의해 함께 연결된다. 열(x4)에 있는 열 감지전극은 열(x1)의 연결부와 마찬가지 방식으로 연결부(41)에 의해 함께 연결된다. 이러한 식으로, 외부의 2개 열들은 행전극에 의한 셀로의 접속을 가능하게 하기 위해 감지전극내에서 불연속적일 수 있으나, 상기 열들은 그럼에도 불구하고 일체로 형성되어 있다.
이 예에서 감지영역의 외주변에서 각 행의 마주보는 단부에 있는 감지셀의 행 감지전극들과 상기 열의 열 감지전극들 간의 감지영역의 외부에 형성된 다양한 연결들이 종래 기술을 사용하여 적절하게 상기 감지영역의 전극들에 부착된 와이어로 이루어진다. 연결부들은 프리 와이어(free wire)에 의해 확립되기 때문에, 감지영역의 외부에 형성된 연결부가 적소에서 서로 교차해야 하는 필요성으로 인한 어떠한 어려움도 발생하지 않는다. 또 다른 설계에서, 감지영역 외부에 형성된 연결부는 상기 감지영역을 형성하는 전극과 동일한 기판상의 도전성 트레이스(conductive trace)에 의해 형성될 수 있다. 이는 이점적일 수 있는데, 감지영역을 형성하는 전극과 상기 감지영역 외부에 연결부를 형성하는 전기 트레이스는 한번의 공정단계로 제조될 수 있기 때문이다. 종래의 전기 점퍼(jumpers)가 감지영역 외부의 연결부가 서로 교차하는 위치에 사용될 수 있다. 또 다른 대안 및 더 바람직한 설계에서, 몇몇 부착노드를 연결시켜 감지영역을 형성하는 전극들과 유사한 기판상의 도전성 트레이스와, 이들 도체의 상단에 증착된 유전성 절연체(dielectric insulator)와, 결합되어야 할 필요가 있는 모든 나머지 노드들을 함께 연결시키기 위해 상기 유전성 절연체의 상단에 패턴화된 도전성 잉크(예컨대, 실버 잉크(silver ink))의 조합에 의해 배선이 수행된다. 이 공정은 개개의 점퍼들을 필요로 하지 않으며, 잘 알려진 공정단계만을 필요로 하는 비용이 저렴한 얇고 평평한 표면을 제공한다.
행 및 열의 개수는 도 3에 도시된 바와 같이 각각 5개 및 4개일 필요가 없음이 인식된다. 행 및 열의 다른 개수도 다른 기하학적 형태에 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 행 및 열은 정사각형 셀(28)로 인해 야기되는 동일한 기본 치수인 것으로 도시되어 있으나, 상기 행 및 열은 직사각형 셀(28) 또는 가능하게는 사다리꼴과 같은 다른 형태로 인해 야기되는 부정합 또는 심지어 불균일한 치수로도 될 수 있다. 더욱이, 셀(28)의 영역들이 인터리브되어 있는 경우, 상기 셀들은 도시된 바와 같이 각을 이룬 인터리빙 패턴을 필요로 하지 않는다. 인터리빙은 동일한 일반적인 효과를 달성하기 위해 원형, 나선형 또는 다른 형태일 수 있다.
위치센서(22)는 행 감지전극의 행들과 열 감지전극의 열들 중 각 하나에 결합된 일련의 커패시턴스 측정채널(42)을 더 구비한다. 각 측정채널은 감지전극의 결합된 열 또는 행과 시스템 접지부 간의 커패시턴스 값을 나타내는 신호를 발생하도록 동작될 수 있다. 커패시턴스 측정채널(42)은 행 감지전극의 행들에 결합된 한 뱅크(bank)(y1 내지 y5로 표시된 측정채널)와 열 감지전극의 열들에 결합된 한 뱅크(x1 내지 x4로 표시된 측정채널)와 함께 2개의 개개의 뱅크로서 도 3에 도시되어 있다. 그러나, 실제로 모든 측정 채널회로는 프로그램가능하거나 애플리케이션 특정 집적회로와 같이 단일칩내에 형성될 수 있음이 인식된다. 더욱이, 9개의 개개의 측정채널들이 도3에 도시되어 있으나, 커패시턴스 측정채널은 바람직한 동작모드는 아니지만 적절한 멀티플렉싱(multiplexing)으로 단일 커패시턴스 측정채널에 의해 동일하게 형성될 수 있다. 동일하게 스캐닝 멀티플렉서(scanning multiplexer)를 사용하는 한편 위에 놓인 기판을 통해 감지필드의 박판 세트를 동시에 전파해나가도록 단일 공진기를 사용하여 모든 행렬을 구동시키는 US 5,463,388[3]에 기술된 종류의 회로 또는 유사 회로가 사용될 수 있다. 바람직하기로, 감지채널(42)은 US 5,730,165[4] 또는 US 6,466,036[5]에 기술된 타입의 다중 위상정립 전하전달 센서(multiple in-phase charge-transfer sensors)이다. 위상 동기방식으로 이와 같은 감지회로들의 다수 회로들을 구동시킴으로써 소정의 층필드류(laminar field flow)가 제공된다.
또한 기판은 전기장을 더 혼합하는데 있어 유효한 기능을 제공하므로, X 및 Y 선들로부터의 전기장이 셀(28) 위에서 더 잘 혼합될 뿐만 아니라 셀(28) 중 인접한 셀 간에 감지 그래디언트(sensing gradient)가 생성됨을 유의하라. 이는 셀(28)의 치수가 작동 물체보다 더 넓더라도 양 X 및 Y 치수내에 내삽 위치를 제공하는 능력을 발생한다.
측정채널(42)에 의해 측정된 커패시턴스 값을 나타내는 신호가 처리회로(44)에 제공된다. 처리회로는 위치센서에 인접한 물체에 의해 감지영역에 인가되는 용량성 부하의 내삽위치를 결정하도록 구성된다. x방향을 따른 용량성 부하의 내삽위치는 열 감지전극의 열들과 결합된 커패시턴스 측정채널로부터의 신호에 의해 결정되고, y방향을 따른 용량성 부하의 내삽위치는 행 감지전극의 행들과 결합된 커패시턴스 측정채널로부터의 신호에 의해 결정된다. x 및 y 방향을 따른 물체의 위치가 판단된 후에, 상기 위치는 적절한 조치를 취할 수 있도록 호스트 컨트롤러(46)로 보고된다.
도 4는 도 3에 도시된 위치센서(22)를 포함하는 장치(50)를 사시도로 개략 도시한 것이다. 이 예에서 장치는 장치제어 전자장치(미도시) 및 액정 디스플레이 스크린(54)을 포함하는 하우징(52)을 구비하는 휴대형 멀티미디어 플레이어이다. 예컨대, 장치에 대한 명령어 메뉴를 나타내는 다양한 문자 라인들이 디스플레이 스크린상에서 보여질 수 있다. 위치센서의 감지영역은 하우징(52)내의 뷰(view)로부터 숨겨져 있는 감지영역 외부에 형성된 다양한 행전극들과 열전극들 간의 전기연결로 디스플레이 스크린(54)상에 놓여있다. 전극층은 완전히 상기 하우징내에 있고, 커버 플라스틱 아래에 있으며, 인클로져(enclosure)의 내부에 부착되는 박막층이다. 이는 어떠한 개구도 없는 제어면을 형성하므로 따라서 어떠한 베젤도 필요로 하지 않는다. 외부 노드 연결부와 함께 투명한 ITO의 단일층의 사용으로 투명도가 크고 비용을 저렴하게 한다. 사용자는 적절한 위치를 지적함으로써 스크린(54)상에 디스플레이되는 명령어 메뉴로부터 선택할 수 있다. 위치센서는 장치 컨트롤러에 터치 위치를 보고하고 차례로 어떤 명령어가 실행되는 지를 판단한다. 이는 현재 디스플레이된 메뉴 항목의 위치와 터치 위치를 비교함으로써 행해진다.
위치센서(22)에 인접해 있고 디스플레이 스크린(54) 위에 있는 지점 P에 위치된 손가락(56)이 도 4에 또한 도시되어 있다. 위치센서(22) 부근에 손가락(56)이 있음으로 인해 감지영역내의 손가락 위치에 따라 감지전극의 각 행렬의 커패시턴스는 다르게 영향받는다. 따라서, 처리회로(44)는 각각의 커패시턴스 측정채널에 의해 형성된 신호로부터 터치 위치를 판단할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 손가락(56)이 도 4에 도시된 위치에 있을 때 위치센서(22)에 대한 커패시턴스 측정채널(42)에 의해 생성된 신호를 개략적으로 도시한 그래프이다. 도 5a는 열 감지전극(x1 내지 x4)의 열들 중 각 하나로부터의 신호 Cx를 도시 한 것이다. 수직점선은 각 열의 경계를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 5b는 행 감지전극(y1 내지 y5)의 행들 중 각 하나로부터의 신호 Cy를 도시한 것으로, 수직점선은 각 행의 경계를 개략적으로 나타낸 것이다. 커패시턴스 측정채널에 의해 제공된 신호를 종래 기술에 따라 처리하였다. 예를 들면, 배경 커패시턴스 제거, 터치 임계값 검출, 정규화 및 필터링이 필요에 따라 수행되었다.
도 5a로부터 알 수 있는 바와 같이, 손가락(56)이 있음으로 인해 열(x2)에 대한 시스템 접지부와의 용량성 커플링에서 최대 증가가 제공된다(즉, 열 x2는 최대 신호치를 나타낸다). 이는 손가락(56)에 의해 인가된 용량성 부하의 중심 또는 내삽에 따른 점 P가 열(x2) 내에 있음을 의미한다. 더욱이, 열(x3)에 대한 시스템 접지부와의 용량성 커플링의 증가는 열(x1)에 대한 증가보다 더 크다. 이는 점 P가 열(x1) 보다 열(x3)에 더 가까운 것을 의미한다. 따라서, x 방향을 따른 점 P의 위치 결정은 열 감지전극의 다른 열들부터의 신호를 비교하고, 특히 신호치의 중심 또는 내삽을 판단함으로써 행해진다. 이는 종래 처리기술을 사용하여 행해질 수 있다. 이 경우 도 5a에 도시된 신호 분포의 내삽 또는 중심이 위치 Xp에 있는 것으로 판단된다. 열은 단위 폭을 가지고 열(x1)의 좌측경계를 x=0이라고 하면, 점 P는 도 5a에서 화살표 A로 표시된 바와 같이 x 방향을 따라 약 x=1.8 위치에 있다. 동일한 분석이 행 감지전극의 행으로부터 신호에 대해 행해진다. 행은 단위 폭을 가지고 행(y1)의 좌측경계를 y=0이라고 하면, 점 P는 또한 화살표로 표시된 바와 같이 y 방향을 따라 약 y=2.8 위치에 있다. 따라서, 손가락의 위치 P는 (x, y)=(1.8, 2.8) 에 있는 것으로 판단된다. 이웃한 행/열에 대한 손가락의 다른 용량성 커플링에 의해 제공된 고유 내삽은 손가락에 의해 인가된 용량성 부하의 중심 또는 내삽(즉, 터치의 짐작 위치)이 감지셀의 고유크기 보다 더 양호한 해상도로 결정될 수 있음을 의미하는 것이 주목된다.
본 발명의 몇가지 실시예에 따른 위치센서들로부터 보고된 XY 위치는 셀의 크기, 위치 및 형태에 따라 왜곡될 수 있다. 그러나, 이는 예컨대 룩업테이블(lookup table)을 통해 보고된 위치가 쉽게 수정될 수 있거나, 메뉴버튼의 좌표가 임의의 왜곡에 대해 단순히 보상될 수 있기 때문에, 메뉴버튼 사용 또는 다른 입력형태에 대한 실질적인 사용에 어떠한 순영향도 끼치지 않는다. 셀 크기에 의해 초래된 XY 왜곡은 패턴 그자체에 연결된 물리적 현상이므로 한 유닛에서 다음 유닛으로 반복될 수 있다.
예컨대, 도 9는 5×4 어레이의 감지셀(28)을 갖는 도 3의 타입의 키패드 또는 터치스크린을 도시한 것으로, 대각선(91)이 좌측상단에서 우측하단으로 표면을 가로질러 그려져 있다. 실제 보고된 위치는 대신에 실선(93)을 따를 수 있다. 보고된 선(93)은 수정 알고리즘 또는 룩업테이블을 사용하여 X 및 Y에서 쉽게 수정될 수 있으므로 최종 보고된 위치는 이상적인 선(91)을 따라 적절하게 수정된다. 대안으로, 위치센서(22)의 감지영역으로 맵핑되는 키들이 도 10에 도시된 보고된 왜곡을 보상하기 위해 역왜곡될 수 있다. 여기서, 물리적으로 필요한 키 외곽선인(101 및 102)은 보고된 형태(103 및 104)로 왜곡된다. 보고된 X-Y 데이터를 수정하려고 하기보다는, 키 인식을 위해 키 외곽선들이 도시된 바와 같이 동일한 보고된 외곽 선 형태(103 및 104)로 왜곡될 수 있다. 이것이 행해지는 경우, 보고된 키들은 소정의 형태(101 및 102)와 동일해 진다.
도 6은 명령어 메뉴를 디스플레이하는 도 4에 도시된 장치(50)의 디스플레이 스크린(54)의 평면도를 개략 도시한 것이다. 사용자에게 디스플레이되는 명령어 메뉴는 숫자 0에서 9가 디스플레이되는 일련의 박스 외곽선을 포함하며, 박스 외곽선은 글자 "엔터(ENTER)"를 포함하고 박스의 박스 외곽선은 부분적으로 음영이 채워져 있으며 명암이 표시되어 있어 최대 용량비로서 연주되는 음악의 용량을 나타낸다. 점선으로 경계지어져 있고 몇몇 이전에 엔터된 명령어들을 나타내는 영역이 또한 디스플레이(54)상에 도시되어 있다. 위치센서는 투명하고 실제로 보이지 않는다는 것으로 인식되어 있으나, 디스플레이 스크린상에 놓여있는 위치센서와 결합된 센서전극들의 패턴이 또한 도 6에 도시되어 있다. 감지층 및 결합된 전자장치가 X-Y 위치를 보고할 수 있기 때문에, 임의의 아날로그 터치스크린 입력장치와 사용될 수 있는 버튼의 위치는 임의적이다. 따라서, 임의의 공지된 인터페이스 스키마(schema)가 메뉴 버튼, 슬라이더, 휠, 제스츄어 인식, 캐릭터 인식 등과 같이 스크린의 면 위로 배치될 수 있다. 더욱이 이들 시키마는 셀과 정렬될 필요가 없으며, 면 위에 임의로 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서(72)를 평면도로 개략 도시한 것이다. 이 위치센서는 다시 (y1 에서 y5로 표시된) 5행의 감지셀을 가지나, (x1 에서 x3로 표시된) 단 3행의 감지셀만을 갖는다. 열(x2)은 감지영역에서 연속 스파인(73)을 형성하고 (도 3에 도시된 해당 번호의 연결부와 같이) 감지영역 외부에서 함께 행들을 연결시키는 연결부(38)가 도시되어 있고, (도 3에 도시된 해당 번호의 연결부와 같이) 연결부들(40,41)이 감지영역 외부에서 외부 열들을 연속하게 한다. 이 위치센서는 총 15개의 감지셀을 갖는다. 이는 센서와 동일한 크기의 감지영역을 갖는다면 일반적으로 도 3에 도시된 위치센서보다 x 방향을 따라 위치 해상도가 낮은 것을 의미한다. 대안으로, 도 3에 도시된 센서보다 더 작은 감지영역을 갖는다면 동일한(또는 더 우수한) 위치 해상도를 가질 수 있다. 그 외에, 도 7에 도시된 위치센서(72)의 동작은 도 3의 위치센서(22)와 동일하고 도 3의 위치센서(22)로부터 이해된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서(82)를 평면도로 개략 도시한 것이다. 이 위치센서는 5행 3열의 감지셀을 갖는다. 제 1(84) 및 제 2(86) 감지셀은 점선 외곽선으로 식별된다. 이 예에서, 각 감지셀의 행 및 열 감지전극은 서로 주위를 나선형으로 감싸지 않는다. 열(x2)에 있는 감지셀(예컨대, 감지셀(84))에서, 열 감지전극은 스파인으로서 상기 감지셀을 통해 연이어 이어지고, 행 감지전극은 상기 열 감지전극의 어느 한 측면상에 2개의 도전영역을 구비한다. 감지영역의 가장자리에서 열에 있는 감지셀에서(즉, 열 x1 및 열 x3, 예컨대, 감지셀(86)), 행 감지전극은 감지셀을 통해 연이어 이어지고 상기 열 감지전극은 상기 행 감지전극의 어느 한 측면상에 2개의 도전영역을 구비한다. 그 외에, 도 8에 도시된 위치센서(82)의 동작은 도 3 및 도 7의 위치센서(22,72)와 동일하고 도 3 및 도 7의 위치센서(22,72)로부터 이해된다. 도 8의 감지셀은 또한, 최소한의 형태이긴 하지만, 인터리브되는 것으로 고려될 수 있음이 인식된다. 이는 다른 기본 형태가 또한 다이아몬드 또는 밀접하게 서로 얽혀 있는 트레이스와는 다를 수 있음을 나타낸다. 중요한 측면은 셀에 행 전극의 일부와 열 전극의 일부가 있다는 것이다.
주어진 위치센서에서 감지영역의 크기는 구현에 따라 달라진다. 예컨대, 도 4에 도시된 종류의 휴대형 이동장치에서, 4㎝(x방향)×5㎝(y방향) 크기의 감지영역이 적합할 수 있다. 이는 1㎝2 크기의 감지셀을 형성하게 한다. 이는 핑거팁의 일반적인 크기에 상당할 수 있고 사용자의 손가락의 위치를 감지하는데 사용될 때 각 셀내에 행 감지전극 및 열 감지전극 모두에 대한 양호한 용량성 커플링이 있음을 보장할 수 있다. 그러나, 더 크거나 더 작은 감지영역이 동일하게 사용될 수 있다. 또한 행과 열이 동일한 폭을 가질 필요는 없으나, 행과 열의 폭이 다른 경우 위치 해상도가 2방향에서 달라질 수 있음을 의미할 수 있다.
더욱이, 사용될 수 있는 행들의 개수에 대한 제한이 없으나, 여전히 감지영역내에 감지전극들의 단일층(즉, 기판의 일측상에만 있는 감지전극들)을 갖는 감지영역이 형성된다. 도 3, 도 7 및 도 8에 도시된 패턴은 단순히 y방향으로 반복될 수 있으며, 대응하는 추가 커패시턴스 측정채널들이 행 감지전극의 추가 행들에 형성된다. 그러나, 기판의 일측상에만 있는 감지전극들을 갖는 위치센서에 대해 모두 4행 이상 및 4열 이상을 가질 수 없다.
감지영역의 가장자리에 있지 않는 열에 있는 열 감지전극들 간의 연결을 위해 위치센서가 감지영역내에서 연속한 스파인을 가질 필요가 없음을 또한 인식하게 된다. 예컨대, 도 3에서 열(x2 및 x3)과 결합된 스파인들은 단절(break) 위아래로 열 감지전극의 각 그룹들 사이의 감지영역 외부에 형성된 연결부와 그 길이를 따라 일부 지점에서 단절될 수 있다. 예컨대, 스파인은 행(y2 및 y3) 사이에서 단절될 수 있어 이들 행의 열(x2 및 x3)에 있는 행 감지전극들이 상기 스파인에서의 단절을 통해 상기 감지영역내에 형성된 연결부에 의해 열(x3 및 x4)의 행 감지전극에 연결될 수 있다. 그런 후, 감지영역 외부의 연결부들이 열(x2 및 x3)에 필요하지만, 이들 열들에 대한 감지영역 외부에 형성된 연결부들이 필요 없어진다.
본 발명을 구현하는 위치센서들은 다양한 또 다른 특징들을 포함할 수 있음이 인식된다. 예컨대, 몇몇 적용에서, '웨이크업(wake-up)' 기능을 갖는 것이 바람직하며, 이에 의해 전체 장치가 '활동중지(sleep)'하거나 다소 비활성 상태 또는 배경상태에 있게 된다. 이와 같은 경우, 소정거리로 떨어져 있는 사람의 신체의 일부가 단지 접근함으로 인해 웨이크 신호를 갖는 것이 종종 바람직하다. 소자는 위치에 무관하게 단일의 큰 용량성 전극으로 구동될 수 있지만, 유닛은 배경상태에 있다. 이 상태동안, 전자장치 구동로직은 2D 좌표로서 처리하는데 필요할 정도로 충분하지 않지만 물체 또는 사람이 가까이에 있음을 판단할 정도로 충분한 신호에서의 매우 작은 변화를 찾는다. 그러면, 전자장치는 전 시스템을 '웨이크업'시키고 상기 소자는 진정한 위치센서가 되도록 다시 한번 더 구동된다.
마지막으로, 용어 "터치"는 상기 설명에서 자주 사용되었으나, 상술한 종류의 위치센서가 물리적 접촉없이도 인접한 손가락(또는 철침과 같은 다른 물체)의 위치를 기록할 수 있을 정도로 충분히 감지할 수 있다는 것이 주목된다. 따라서, 본 명세서에 사용된 용어 "터치"는 이에 따라 해석되어야 한다.
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상기에서 설명한 본 발명에 따른 2차원 용량성 위치센서의 효과를 설명하면 다음과 같다:
첫째, 본 발명의 2차원 용량성 위치센서는 베젤개구가 없어 밀봉할 필요가 없고 이에 따라 개구로 유입되는 오염물 또는 유체의 위험성이 없는 한편 제조비용되 절감을 이점적으로 제공할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 본 발명의 2차원 용량성 위치센서는 패널 배면에 부착되는 저렴한 감지면을 가지며, 선택적으로 감지영역에 어떠한 교차도 없는 단 하나의 감지층만을 필요로 하고, ITO와 같은 투명 감지층과 함께 사용될 수 있으며, XY 타입의 출력을 가지고, 컴팩트하며 저렴한 구동회로를 이점적으로 제공할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 본 발명의 2차원 위치센서는 단일면상에만 있는 감지전극들을 기초로 하기 때문에, 공지된 이중면 위치센서들보다 제조하기가 더 저렴할 수 있고, 상기 감지전극은 또한 장치 하우징의 내부면에 증착될 수 있어, 이에 따라 전극이 또한 외부면에 있는 것이 필요한 경우 요구될 수 있는 어떤 보호덮개의 필요성도 없음을 이점적으로 제공할 수 있는 이점이 있다.
넷째, 본 발명의 2차원 위치센서는 전기적 행 랩어라운드 연결부가 기판상에 장착된 도전성 트레이스(conductive trace)를 구비할 수 있고, 감지영역 외부의 연결부가 내에 있는 감지전극과 동일한 공정단계로 제조될 수 있어, 그 결과 비용 절감을 이점적으로 제공할 수 있는 이점이 있다.

Claims (27)

  1. 감지영역에서 물체의 위치를 판단하는 용량성 위치센서에 있어서,
    상기 센서는 전극들이 배열된 면이 장착되는 기판을 구비하고, 상기 전극들은 상기 감지영역을 형성하기 위해 행렬로 배열된 감지셀들의 어레이를 형성하며, 상기 각각의 감지셀은 열 감지전극과 행 감지전극을 포함하고, 상기 동일 열내에 있는 감지셀의 열 감지전극은 전기적으로 함께 결합되어 있으며, 상기 동일 행내에 있는 감지셀의 행 감지전극도 전기적으로 함께 결합되어 있고, 상기 행들 중 적어도 하나의 마주보는 단부에서 감지셀의 행 감지전극은 상기 감지영역 외부에 형성된 각각의 행 랩어라운드 연결부(wrap-around connections)에 의해 서로 전기적으로 결합되는 용량성 위치센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 행 랩어라운드 연결부는 상기 기판상에 증착된 도전성 트레이스(conductive trace)를 구비하는 용량성 위치센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 행 랩어라운드 연결부는 상기 각각의 행 감지전극에 연결된 프리 와이어(free wires)를 구비하는 용량성 위치센서.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지영역의 가장자리에 있는 감지셀 중 한 열의 상기 열 감지전극은 상기 감지영역의 외부에 형성된 열 랩어라운드 연결부에 의해 서로 전기적으로 결합되는 용량성 위치센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 랩어라운드 연결부는 상기 기판상에 증착된 도전성 트레이스를 구비하는 용량성 위치센서.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 랩어라운드 연결부는 상기 각각의 열 감지전극에 연결된 프리 와이어를 구비하는 용량성 위치센서.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지전극의 행 및 열 중 각 하나에 연결된 복수의 커패시턴스 측정채널을 더 구비하고, 각각의 측정채널은 상기 감지전극의 결합된 열 또는 행과 시스템 접지부 사이의 커패시턴스를 나타내는 신호를 발생하도록 동작될 수 있는 용량성 위치센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다른 열들로부터의 신호를 서로 비교함으로써 제 1 방향을 따르고 상기 다른 행들로부터의 신호를 서로 비교함으로써 제 2 방향을 따라 상기 감지영역에서 물체의 위치를 판단할 수 있는 프로세서를 더 구비하는 용량성 위치센서.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 커패시턴스 측정채널은 전하전달회로를 구비하는 용량성 위치센서.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커패시턴스 측정채널은 실질적으로 서로 정립위상으로 동기식으로 복수의 감지전극들을 구동시키도록 구성되는 용량성 위치센서.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지셀은 3개의 열로 배열되는 용량성 위치센서.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지셀은 4개의 열로 배열되는 용량성 위치센서.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 감지셀에서 상기 열 감지전극 및 상기 행 감지전극은 서로 인터리브되는 용량성 위치센서.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 투명재료로 형성되는 용량성 위치센서.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들은 투명한 전기 도전성 재료로 형성되는 용량성 위치센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 투명한 전기 도전성 재료는 기판상에 증착된 인듐 주석 산화물(ITO) 박막인 용량성 위치센서.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    그래픽 디스플레이를 더 구비하고, 상기 감지영역에 있는 전극들은 터치스크린(touch screen)을 형성하기 위해 상기 그래픽 디스플레이 위에 배치되는 용량성 위치센서.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    절연패널을 더 구비하고, 상기 감지영역에 있는 전극들은 키패드(keypad)를 형성하기 위해 상기 절연패널 아래에 배치되는 용량성 위치센서.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 위치센서를 구비하는 장치.
  20. 물체가 표면에 인접하는 경우 활성감지영역내에 물체의 X-Y 좌표위치를 보고하는 기판에 증착된 용량성 감지면을 구성하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 활성감지영역에서, 용량성 감지채널들 중 각각의 하나에 연결된 행 전극들 및 열전극들을 구비하고, 상기 적어도 하나의 행 또는 열은 상기 활성영역내에 있는 복수의 세그먼트로 나누어지는 패턴화된 도전성 재료로 된 단일층을 증착하는 단계와,
    (b) 전기 도체와 함께 단절된 세그먼트를 연결시키는 단계와,
    (c) 상기 행 및 열의 커패시턴스 진폭을 나타내는 다중 출력을 갖는 다중채널 용량성 센서회로의 개개의 감지채널에 행 및 열을 연결시키는 단계와,
    (d) 인접한 물체의 좌표위치를 XY 위치로서 판단하기 위해 상기 다중 출력을 처리하도록 동작될 수 있는 프로세서를 제공하는 단계를 포함하는 용량성 감지면 구성 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 패턴화된 도전성 재료의 물리적 기하학적 형태에 의해 도입된 위치왜곡을 보상하도록 동작될 수 있는 용량성 감지면 구성 방법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 행들을 교차하는 신호들의 중심과 상기 열들을 교차하는 신호들의 중심을 계산하도록 동작될 수 있는 용량성 감지면 구성 방법.
  23. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 행들을 교차하는 신호들의 내삽과 상기 열들을 교차하는 신호들의 내삽을 계산하도록 동작될 수 있는 용량성 감지면 구성 방법.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용량성 감지채널들은 서로에 대해 실질적으로 위상 동기식인 구동신호를 사용하는 용량성 감지면 구성 방법.
  25. 감지영역에서 물체의 위치를 판단하기 위한 용량성 위치센서에 있어서,
    상기 센서는 도전성 전극들이 배열된 면이 장착되는 기판을 구비하고, 상기 전극들은 상기 감지영역을 형성하기 위해 행렬로 배열된 감지셀들의 어레이를 형성하며, 상기 각각의 감지셀은 열 감지전극과 행 감지전극을 포함하고, 상기 동일 열내에 있는 감지셀의 열 감지전극은 전기적으로 함께 결합되어 있으며, 상기 동일 행내에 있는 감지셀의 행 감지전극도 전기적으로 함께 결합되어 있고, 상기 적어도 하나의 열 감지전극은 상기 감지영역내에 연속 스파인(spine)을 구비하고, 상기 적어도 하나의 다른 열 감지전극은 상기 감지영역 외부에 있는 연결부를 통해 전기적으로 연이어져 있는 용량성 위치센서.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 도전성 전극은 투명하고 그래픽 디스플레이를 더 구비하며, 상기 감지영역에 있는 도전성 전극은 터치스크린을 형성하도록 상기 그래픽 디스플레이 위에 배치되는 용량성 위치센서.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    절연패드를 더 구비하고, 상기 감지영역에 있는 도전성 전극은 키패드를 형성하도록 상기 절연패드 아래에 배치되는 용량성 위치센서.
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