KR20070011224A

KR20070011224A - 비등방성 터치 스크린 소자

Info

Publication number: KR20070011224A
Application number: KR1020067003559A
Authority: KR
Inventors: 해럴드 필립
Original assignee: 해럴드 필립
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2007-01-24
Also published as: EP1656608A1; US8847900B2; US7825905B2; TW200529052A; US20060207806A1; US8049738B2; TWI351631B; WO2005020056A1; US20120044206A1; US20050041018A1; GB0319714D0; JP2007503037A; EP1656608B1; US20110043482A1

Abstract

이차원으로 물체의 위치를 탐지하기 위한 접촉 민감성 위치 센서가 개시되어 있다. 상기 위치 센서는 비등방성 도체 영역으로 이격된 제 1 및 제 2 저항성 버스-바를 구비한다. 접촉 또는 근접 흐름에 의해 비등방성 도체 영역에서 유도된 전류는 탐지 회로에 의해 감지되는 버스-바로 우선적으로 흐른다. 예를 들어, 구동 회로에 의해 유도된 것과 같은 유도 전류는 한 방향을 따라 우선적으로 흐르기 때문에, 위치 판단 시의 핀 쿠션 왜곡은 이 한 방향으로 크게 한정된다. 이런 일차원 왜곡은 스칼라 보정 인자를 사용하여 매우 간단히 보정될 수 있어서, 복잡한 벡터 보정이 필요 없다.

비등방성 터치 스크린 소자, 접촉 민감성 위치 센서, 저항성 버스-바

Description

비등방성 터치 스크린 소자{Anisotropic touch screen element}

본 발명은 사람 손가락 또는 첨필에 의해 작동되는 이차원 접촉 감지 표면에 관한 것이다. 예시적 장치들은 터치 스크린과 터치 패드, 특히 LCDs, CRT 및 다른 타입의 디스플레이 위의 터치 스크린과 터치 패드 또는 펜-입력 태블릿 또는 피드백 제어 목적을 위한 장치에 사용되는 엔코더를 포함한다.

기계 장치에 대한 펜 또는 접촉 입력에 대한 기술은 특허 DE 제 203,719호[1]에 구현된 것과 같이 적어도 1908년으로 거슬러 올라간다.

터치 스크린과 포인팅 장치는 점점 더 대중화되고 있고 개인용 컴퓨터와 함께 사용하는 것뿐만 아니라 개인용 디지털 보조장치(PDAs), POS 단말기(point of sale terminal), 전자 정보 및 발권 매점, 주방 기기 등과 같은 모든 종류의 다른 기기와 함께 사용하는 것이 통상적이 되었다. 상기 장치들은 보다 저렴한 가격의 상품으로 계속해서 진보되었고, 그 결과로, 높은 수준의 품질과 견고함을 유지하면서 생산 비용을 더욱 낮추어야 한다는 요구가 있다. 용량성 터치 스크린은 특히 손상에 강하기 때문에 높이 평가되고 있지만, 가격이 높고 색다른 제조 원료들이 필요하다.

'이차원 용량성 트랜스듀서' 또는 '2DCT'란 용어는 명세서 전체에서 터치 스 크린, 접촉 감지 패드, 근접 감지 지역, LCD, 플라즈마 또는 CRT 스크린 등 위의 디스플레이 오버레이 터치 스크린, 기계 장치 또는 피드백 시스템을 위한 위치 감지 장치 또는 커패시턴스 감지 장치에 의해 물체 또는 신체 부위의 위치와 관련된 적어도 이차원 좌표, 카티시안(Cartesian) 등을 보고할 수 있는 표면 또는 부피를 가지나 이에 제한되지 않는 다른 타입의 제어 표면을 나타내는데 사용될 것이다.

'이차원 저항성 트랜스듀서' 또는 '2DRT'란 용어는 명세서 전체에서 전적으로 갈바니 원리를 기초로 하고 일반적이고 주로 '저항성 터치 스크린'으로 산업계에 공지된 터치 스크린 또는 펜 입력 장치를 나타내는데 사용될 것이다.

'2DXT'란 용어는 2DCT 또는 2DRT 형태의 소자를 나타낸다.

'접촉'란 용어는 명세서 전체에서 원하는 결과를 발생시키기에 충분한 용량성 신호 강도의 신체 부위 또는 기계적 구성요소에 의한 접촉 또는 접근을 의미한다. '근접'이란 면에서, 접촉은 또한 물리적 접촉 없이 2DCT를 '겨누는 것'을 의미하고, 2DCT는 적절하게 반응하기에 충분한 물체의 근처로부터의 커패시턴스에 반응한다.

'소자'라는 용어는 명세서 전체에서 2DCT 또는 2DRT의 능동 감지 소자를 나타낸다. '전극'이란 용어는 소자의 주변의 연결점을 의미한다.

'줄무늬'란 용어는 소자의 구성 부품이고 두 개의 말단부를 가진 전선 도체를 나타낸다. 줄무늬는 전선일 수 있다. 줄무늬는 의도적으로 상당한 전기적 저항을 가질 수 있는 반면에, 전선은 최소의 저항을 가진다. 만일 소자의 부품이 물리적으로 휘었다면, 상기 줄무늬도 물리적으로 휠 수 있다.

'핀 쿠션'이란 용어는 포물선, 원통 또는 다른 형태의 2D 수차인 2DCT로부터의 신호의 임의의 왜곡을 나타낸다.

많은 형태의 2DCT는 '핀 쿠션' 또는 '쌍곡선' 또는 '포물선'으로 특징되는 기하학적 왜곡을 겪는 것으로 공지되어 있고, 접촉의 보고된 좌표는 감지 표면에 대한 전기적 효과 때문에 에러가 발생한다. 이런 효과들은 참조로 포함된 페퍼의 미국특허 제 4,198,539호[2]에서 다양한 다른 특허보다 심도있게 개시된다. 기하학적 왜곡에 대한 공지된 원인, 해결책 및 해결책의 문제점들을 잘 요약한 요약서는 참조로 포함된 밥 등의 미국특허 제 5,940,065호[3] 및 미국특허 제 6,506,983호[4]에서 발견할 수 있다. 미국특허 제 5,940,065호[3]는 수정방안의 두 가지 주요 종류를 간략하게 개시한다: 1) 감지 표면 또는 연결 전극에 대한 설계 변경을 포함하는 전기기계적인 방법; 2) 왜곡을 수정하는 수학적 알고리즘을 사용하는 모델링 방법.

전기기계적 방법

평면 소자의 모서리 조작: 쿰프뮬러 등은 미국특허 제 2,338,949[5]호(1940년에 출원)에서 사용가능한 적은 지역을 둘러싸는 X 및 Y에서 매우 긴 직사각형 꼬리를 사용하여 2DRT 일렉트로그래피의 모서리 왜곡 문제를 해결하였고 쿰프뮬러는 4개의 꼬리를 줄무늬로 가늘고 긴 홈을 내는 다른 방법을 사용하였다; 이 줄무늬는 사용자 입력 지역을 침범하지 않고 전류와 평행한 측면을 따라 비등방성 방식으로 전류에 대한 저항을 증가시키는 작용을 한다. 이런 아이디어는 거의 50년 후 야니브 등의 미국특허 제 4,827,084호[6]에 약간 다르게 재출현하였다. 쿰프뮬러는 본 발명과 가장 유사한 종래기술을 보유하고 있다.

베커의 미국특허 제 2,925,467[7]호는 2DRT 일렉트로그래피를 처음으로 개시하였고 비선형 모서리 효과는 정식 소자의 판 저항에 비해 매우 낮은 저항의 모서리 재료를 사용하여 제거하였다. 상기 방법은 2DCT를 제조하는데 사용될 수 있다.

페퍼의 미국특허 제 4,198,539[2]호, 미국특허 제 4,293,734[8]호, 및 미국특허 제 4,371,746[9]호는 소자의 모서리 저항 구조를 조작함으로써 2DCT를 선형화하는 방법을 개시한다.

탈메이지의 미국특허 제 4,822,957호[10]는 2DRT 소자 및 픽오프 시트(pickoff sheet)와 함께 페퍼와 유사한 모서리 패턴을 개시한다. 이런 특허들과 같은 여러 다른 특허들은 다양한 방법을 사용하여 출원되었고, 이 분야는 오늘날까지 새로운 특허를 위한 창의력이 풍부한 분야로 남아있다. 상기 방법들은 개발하고 반복하기가 매우 어려운 것으로 밝혀졌고, 시차 열 가열(differential thermal heating)이 유발한 실수와 생산 문제에 영향을 받기 쉽다. 매우 소량의 국부적 실수 또는 표류(drift)는 좌표 반응에 상당한 변화를 일으킬 수 있다. 패턴화된 모서리 줄무늬의 낮은 저항은 구동 회로에 문제들을 일으켜, 구동 회로가 더 많은 전력을 소비하게 하여 그렇지 않은 경우보다 비용이 더 들게 한다. 페퍼의 특허를 참고로 하고 유사한 것들을 한다고 주장하는 다수의 특허가 있다. 페페 등에 의해 얻어진 베커보다 개선된 점들은 아마 틀림없이 불충분할 것인데, 이는 적어도 베커는 제작이 더 쉽고 더욱 반복할 수 있기 때문이다.

전선 소자에 대한 모서리 저항: 카블의 미국특허 제 4,678,869호[11]는 탐지 용의 약간의 의도하지 않은 저항을 가진 전극 및 두 개의 인접한 전극들 사이에서 발생된 신호로부터 삽입된 탐지 신호와 연결된 높은 전도성의 전극을 가진 2축에 저항성 디바이더 회로를 사용하여, 펜 입력을 위한 2D 어레이를 개시한다. 상기 의도하지 않은 저항은 반응하여 소량의 핀 쿠션을 일으킨다. 상기 특허는 또한 이 기술에 의해 발생된 약간의 핀-쿠션 왜곡을 보상하기 위한 알고리즘 수단을 개시한다.

상기 카블의 방법은 접속된 첨필 이외에는 작동하지 않는데, 즉 사람 손가락에는 반응하지 않는다고 개시되어 있다. 카블의 특허는 도체들 사이의 크로스오버를 필요로 하고 따라서 적어도 3개의 구성층(도체, 절연체, 도체)을 필요로 한다.

여러 능동-모서리 전극: 터너의 미국특허 제 3,699,439호[12]는 결과를 선형화하기 위해서 모든 네 면에 여러 개의 전극 연결부를 가진 능동 프로브를 구비한 균일한 저항성 스크린을 개시한다.

요시카와 등의 미국특허 제 4,680,430호[13], 및 울프의 미국특허 제 5,438,168호[14]는 한 축의 전극의 전류와 다른 축의 전극의 상호작용을 감소시킴으로써 핀 쿠션의 감소를 촉진하기 위해 각 측면(코너와 반대) 상의 여러 개의 전극점을 사용하는 2DCT를 교시한다. 상기 소자가 단순한 시트 레지스터인 한, 이 방법은 소자에 매우 근접한 곳에서 각 연결점에 많은 수의 능동 전자 연결부(다이오드 또는 MOSFETs의 선형 어레이 등)를 포함한다.

나카무라의 미국특허 제 4,649,232호[15]는 요시카와 및 울프와 유사하나 저항성 픽업 첨필을 가진 것을 교시한다.

연속적으로 스캔된 줄무늬 소자: 그레아니아스 등의 미국특허 제 4,686,332호[16] 및 미국특허 제 5,149,919호[17], 보이에 등의 미국특허 제 5,463,388호[18] 및 랜드메이어 등의 미국특허 제 5,381,160호[19]는 X 및 Y축 양 축에서 교대로 독립적으로 구동되고 감지되는 줄무늬 도체를 사용하는 소자 감지 방법을 교시하며, 이 방법으로 손가락 접촉 또는 픽업 장치, 첨필 펜의 위치를 해석한다. 제조 방법은 다층의 재료와 특별한 공정을 포함한다. 그레아니아스는 양 축에서 높은 해상도를 얻기 위해 줄무늬들 사이에 보간법의 사용을 교시한다. 모두는 소자 내의 도체들이 교차 되도록 3개 이상의 층을 필요로 한다. 모두는 각 줄무늬에서의 커패시턴스 측정량에 의존하고, 한 줄무늬에서 다른 줄무늬로의 교차 결합의 양에 의존하지 않는다.

빈스테드의 미국특허 제 5,844,506호[20] 및 미국특허 제 6,137,427호[21]는 카블, 알렌, 저페이드 및 그레아니아스가 교시한 것과 유사한 방식으로 분리된 가는 전선을 사용하는 터치 스크린을 교시한다. 빈스테드는 투명성을 얻기 위해 매우 가는 가로방향 전선과 세로방향 전선을 사용한다. 이 특허는 또한 높은 해상도를 얻기 위해 전극 전선들 사이에서의 그레아니아스 보간법을 교시한다. 스캐닝은 접지된 줄무늬에 대한 커패시턴스의 측정량에 의존하고, 서로 교차 결합하는 양에 의존하지 않는다.

에반스의 미국특허 제 4,733,222호[22]는 줄무늬가 X 및 Y축에서 연속적으로 구동되는 시스템을 개시하고, 커패시터 디바이더 효과에 의해 감지 신호를 유도하기 위해서 커패시터의 외부 어레이를 사용한다. 보간법은 줄무늬 단독으로 얻을 수 있는 것보다 정교한 해상도를 판단하기 위해 사용된다.

볼프의 미국특허 제 3,921,166호[23]는 용량성 스캐닝 방법을 사용하는 개개의 키 기계적 키보드를 개시한다. 연속적으로 구동되는 입력열과 연속적으로 감지도는 행이 있다. 키를 누르면 가로방향에서 세로방향으로 결합이 증가하고, 이런 방식으로 n-키 롤오버를 성취할 수 있다; 여기에는 보간법이 필요없다. 비록 2DCT가 아닐지라도, 볼프는 스캔된 줄무늬 소자 2DCT 기술을 예감하였다. 본 출원인의 미국특허 제 6,452,514호[24]는 이런 종류의 센서에 해당한다.

이타야의 미국특허 제 5,181,030호[25]는 접촉 위치를 판독하는 저항성 평면과 가압하에서 결합하는 저항성 줄무늬를 가진 2DRT를 개시한다. 상기 줄무늬 또는 평면은 특정한 줄무늬의 접촉 위치를 쉽게 확인할 수 있도록 줄무늬들 사이에 가해진 1D 전압 기울기를 가진다. 각 줄무늬는 자신의, 적어도 하나의 전극 연결부가 필요하다.

원통형 스캔 줄무늬 소자: 저페이드 등의 미국특허 제 5,305,017호[26]는 절연체들에 의해 분리된 겹쳐진 금속 줄무늬의 여러 직교 어레이를 사용하는 터치-패드 커패시턴스- 기초 컴퓨터 포인팅 장치를 교시한다. 스캔 라인은 구동 회로 필요조건을 최소화하기 위해 원통형으로 반복된 패턴으로 배열된다. 본 발명의 배선의 원통형 특성은 완벽한 위치 확인을 위해 이런 타입의 2DCT의 사용을 배제한다. 본 발명은 마우스를 대체하여 사용되는 터치 패드에 적합하고, 여기서 실제 위치 결정은 필요하지 않고, 단지 상대적인 운동 감지가 중요하다. 저페이드는 접촉 위치에서 두 상의 반대되는 신호들 사이의 신호 평가 방법을 교시한다.

평행 판독 줄무늬 소자: 알렌 등의 미국특허 제 5,914,465호[27]는 아날로그 회로도에 의해 평행하게 판독되는 가로방향 및 세로방향의 스캔 줄무늬를 가진 소자를 교시한다. 상기 특허는 연속적으로 스캔된 소자보다 소음이 적고 반응 시간이 빠르다고 주장한다. 이 방법은 더 큰 크기에 적합하지 않은 마우스 대체용 터치 패드에 특히 적합하다. 여러 구성층들은 모든 줄무늬 소자 2DCT와 함께 필요하다. 알렌의 방법은 큰 용량의 집적과 많은 수의 연결핀을 필요로 한다. 미처리 줄무늬의 수에 의해 얻을 수 있는 것보다 더 높은 해상도를 얻기 위해 보간법을 사용한다.

본 출원인의 공동출원인 미국출원 제 60/422837호[28]호, "전하 이동 용량성 위치 센서"에는 터치 스크린을 형성하기 위해 개개의 저항성 1-D 줄무늬를 사용하는 방법이 도면 12개와 함께 기술되어 있다. 이런 줄무늬들은 평행하게 또는 연속적으로 판독되는데, 이는 이런 줄무늬들의 연결은 서로 독립적이기 때문이다. 게다가, 도 6과 함께 인접한 덩어리 전극 소자와 손가락과 같은 물체 사이의 보간된 결합을 기술한다. 미국출원 제 60/422837호[28]호는 본 명세서에 참고로 포함된다.

수치적 방법

나카무라의 미국특허 제 4,650,926호[29]는 미처리된 2D 좌표 데이터를 보정하기 위해 검색테이블 시스템을 사용하는 태블릿과 같은 일렉트로그래픽 시스템의 수치적 보정을 위한 시스템을 개시한다.

드럼의 미국특허 제 5,101,081호[30]는 원거리 수단을 통해 태블릿과 같은 일렉트로그래픽 시스템의 수치적 보정을 위한 시스템을 개시한다.

믹더모트의 미국특허 제 5,157,227호[31]는 작동하는 동안 지역 또는 사분원 에 의한 보고된 접촉 위치를 보정 하기 위해 하나 이상의 다항식을 제어하기 위해 사용되는 저장된 상수를 사용하는 2DxT를 보정하기 위한 수치적 방법을 교시한다.

밥 등의 미국특허 제 5,940,065호[3] 및 제 6,506,983호[4]는 지역 또는 사분원에 의해 분할되지 않고, 작은 처리 변화라도 보정하기 위해서 개별 유닛을 기초로하여 습득 과정 동안 결정된 계수를 사용하는 2DxT 균일 시트 소자를 선형화하기 위한 수치적 방법을 교시한다. 밥에 의해 개시된 상기 방법은 복잡하고 '80개의 계수' 및 4차 다항식을 포함하고, 이의 계수는 엄격하고 시간이 소요되는 보정법을 통해 결정되어야 한다. 본 발명자에 의해 관리된 검사에서, 정상적인 사용시에, 허용할 수 있는 정확한 수준을 만드는데 6^th차 다항식이 필요하고 결과는 열 표류 등에 의해 최소의 후속 변화 사후-보정을 받을 가능성이 크다는 것을 발견하였다. 특히 모서리 연결부는 접촉 크기와 품질에 대한 높은 이득 인자를 가진 특이성으로 작용하기 때문에 장기간의 좌표 변화에 대한 과도한 공헌자가 된다. 게다가, 수치적 보정 방법은 가장 최적의 해상 결과를 얻기 위해서 고해상 디지털 변환을 필요로 한다. 예를 들어, 9-비트 좌표 결과의 품질을 얻기 위해 14-비트 ADC가 필요하다. 증폭기와 ADC에 필요한 추가 비용과 전력 때문에 여러 용도로 사용될 수 없다.

기술 요약

모든 방법들에서 다음의 결함들의 하나 또는 조합이 존재한다:

제작하는데 특별한 전문적 기술 또는 장비를 필요로 하는 색다른 제조 원료 또는 방법의 사용;

단순한 갈바니 4-선 저항성 터치 스크린과 비교하여 과도한 비용;

직각 도체 크로스오버를 허용하기 위해 3 이상의 층이 필요함;

많은 전극 연결부의 필요에 의한 비싼 배선;

보정하기 복잡한 알고리즘을 필요로 하는 선형성 문제;

제어하기 어려운 모서리 패턴의 특별한 선형화에 대한 요구;

작거나 큰 접촉 영역에 잘 어울리지 않음;

복잡한 곡선과 같은 복합 표면 형태와 일치할 수 없음 및/또는 수백 마이크론 두께 이상의 표면을 통해 작동할 수 없음.

본 발명에 따라 접촉 감지 플랫폼을 형성하는 기판; 상기 기판상에 이격된 제 1 및 제 2 저항성 버스-바; 및 비등방성 도체 영역에 유도된 전류가 버스-바 쪽으로 우선적으로 흐르도록 버스-바들 사이에 배열된 비등방성 도체 영역을 포함하는 접촉 민감성 위치 센서가 제공된다.

제 1 저항성 버스-바; 제 1 저항성 버스-바와 교체된 제 2 저항성 버스-바; 및 비등방성 도체 영역에 유도된 전류가 버스-바 쪽으로 우선적으로 흐르도록 제 1 및 제 2 저항성 버스-바들 사이에 연장된 비등방성 도체 영역을 포함하는 감지 소자를 구비한 접촉 민감성 위치 센서가 제공된다.

본 발명의 전형적인 실시예에서, 버스-바 및 비등방성 도체 영역은 1㏀ 내지 50㏀의 저항을 가진다. 버스-바는 바람직하게는, 예를 들어, +/-10%, 20%, 50% 또는 100% 내의 실질적으로 동일한 저항을 가진다. 만일 버스-바의 저항이 비등방성 도체 영역에 의해 제공된 저항들 사이의 저항보다 적다면 바람직하다.

상기 비등방성 도체 영역은 기판상에 지지된 비등방성 전도성을 갖는 분자 물질의 피막 또는 제 1 및 제 1 저항성 버스-바 사이에 평행하게 또는 다른 방식으로 연결된 복수의 저항성 줄무늬를 사용하여 제작할 수 있다.

저항성 줄무늬를 비등방성 도체 영역을 형성하는데 사용할 때 이 영역은 저항선의 부분으로 제조되거나, 기판 위에 증착된 저항 재료로 제조될 수 있다. 또한, 저항성 줄무늬의 넓이는 이들 사이의 간격보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 일부 실시예에서, 도체판과 비등방성 도체 영역이 외부에서 가해진 압력에 의해 접촉될 수 있도록 비등방성 도체 영역으로부터 분리된 도체판이 제공된다.

일부 실시예에서, 제 1 저항성 버스-바는 제 1 및 제 2 전극 사이에 걸쳐 있고 제 1 저항성 버스-바는 제 3 및 제 4 전극 사이에 걸쳐 있고, 위치 센서는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극의 각각 하나와 연결된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 구동 채널을 더 포함하고, 각 구동 채널은 구동 채널의 전극과 물체의 위치 사이의 저항에 따라 출력 신호를 발생시키도록 작동된다. 출력을 처리하기 위해서, 구동 채널의 출력 신호를 비교하여 물체의 위치를 판단하도록 작동하는 프로세서가 제공될 수 있다. 상기 프로세서는 제 1 및 제 2 전극과 연결된 신호들의 합과 제 3 및 제 4 전극과 연결된 신호들의 합의 비율비교분석(ratiometric analysis)에 의해 버스-바들 사이를 통과하는 제 1 방향에서 물체의 위치를 판단하도록 제조될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 3 전극과 연결된 신호들의 합과 제 2 및 제 4 전극과 연결된 신호들의 합의 비율비교분석에 의해 버스-바들 사이를 통과하는 제 2 방향에서 물체의 위치를 판단하도록 제조될 수 있다. 또한, 상기 프로세서는 감지 소자와 관련된 소정의 왜곡에 따라 판단한 위치에 대한 보정을 하도록 더욱 작동하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 소정의 왜곡은 일차원 핀-쿠션 왜곡이다.

본 발명에 따른 접촉 민감성 위치 센서는 컨트롤 패널에 포함될 수 있고 이 컨트롤 패널은 다양한 다른 장치들의 부품으로 통합될 수 있다.

본 발명에 따라 이차원으로 물체의 위치를 탐지하기 위한 접촉 민감성 위치 센서가 제공되고, 여기서 위치 센서는 비등방성 도체 영역에 의해 분리된 제 1 및 제 2 저항성 버스-바를 갖고, 비등방성 도체 영역은 유도 전류가 버스-바 쪽으로 우선적으로 흐르도록 배열된다. 예를 들어, 감지 소자와 연결된 구동 회로에 의해 유도된 전류인 유도 전류는 한 방향을 따라 우선적으로 흐르기 때문에, 위치 판단시 핀-쿠션 형태의 왜곡은 대부분 이 방향으로만 일어난다. 이런 일차원 왜곡은 스칼라 보정 인자를 사용함으로써 보정될 수 있다.

본 발명은 플라스틱 또는 유리 패널 또는 터치 스크린 또는 '터치 패드'의 형태로 2DxT로서 사용되는 다른 유전체 뒤의 커패시턴스를 감지하기 위한 도체 재료의 새로운 패턴을 제공한다.

본 발명은 줄무늬 소자 및 비등방성 2DxT 소자의 새로운 분류에 도달하기 위한 수학적 보상 또는 단순히 '줄무늬 소자'와 함께 패턴화되지 않은 4-전극 소자의 특징의 일부가 융합되어 있다. 본 발명은 종래의 2DxT 방법의 결함에 집중하고 종래의 방법과 재료로 사용될 때 비용이 매우 저렴하다.

이후에서 다르게 나타내지 않는 한, '접촉(들)' 또는 '접촉된'이란 용어는 갈바니 접촉 또는 용량성 결합을 의미한다. '소자'는 도전성 원료로 제조한 물리적 전기적 감지 소자를 의미한다. '전극'은 소자를 적절한 구동/센서 소자와 연결하기 위해 제조된 갈바니 연결점의 하나를 의미한다. '물체' 및 '손가락'이란 용어는 와이퍼 또는 포인터 또는 첨필과 같은 무생물체 또는 선택적으로 사람 손가락 또는 다른 부속물을 동일하게 사용되고, 소자 근처에 존재하면 길바니적으로 또는 비갈바니적으로 임의의 우회 경로를 통해 소자 뒷면 영역으로부터 회로 참조(circuit reference)로의 국부적 용량성 결합을 만들어 낼 것이다. '접촉'라는 용어는 물체와 소자 사이의 물리적 접촉 또는 물체와 소자 사이의 자유 공간에 접근, 또는 물체와 물체와 소자 사이에 존재하는 유전체(유리 등) 또는 물체와 소자 사이에 존재하는 유전체의 간섭층을 포함하는 자유 공간에 접근을 포함한다. 특정 회로 변수 또는 방향을 언급하는 것은 본 발명을 제한하는 것으로 생각하지 말아야 하며, 회로 또는 알고리즘에 변화를 주지 않거나 약간 변화를 주어 매우 넓은 범위의 변수가 가능하다; 특정 변수 및 방향은 예시를 위해서만 언급된다.

전하-이동 용량성 감지를 다룬 본 출원인의 종래 특허, 특히 미국특허 제 5,730,165호[32], 미국특허 제 6,288,707호[33], 미국특허 제 6,466,036호[34], 미국특허 제 6,535,200호[35], 미국특허 제 6,452,514호[36] 및 공동출원된 미국가출원 제 60/422837호[28]를 참조하기 바란다. 특히 상기 특허들에 개시된 전자 감지 회로 및 방법은 본 발명과 함께 사용할 수 있으나, 상기 방법들이 유일한 것은 아니다. 다양한 용량성 감지 회로가 본 발명에 사용될 수 있다. 상기 특허에 개시된 다양한 전기 회로 및 감지 방법은 본 발명의 전극을 구동하고 결과를 해석하는데 사용될 수 있다.

또한 용량성 터치 스크린에 대한 핸드쉐도우(handshadow) 효과를 다루고 2DCT's를 위한 포스트-프로세싱 역할에서 본 발명에 대한 가능한 용도를 가진 본 출원인의 공동출원된 미국특허 제 20030132922호[37]를 참조하기 바란다.

본 출원인의 공동출원된 미국특허 제 60/422837호[28], 도면 12개와 함께 개시한 "전하 이동 용량성 위치 센서"는 본 발명을 위한 초기의 기초를 형성하고, 본 발명의 회로 작도 및 스위칭 방법은 2DCT 모드인 본 발명의 전극을 구동하는데 특히 잘 적응된다. 본 발명은 단일층 소자에 전기적으로 배열된 잉크 또는 진공 증착 재료와 같은 단지 하나의 축에 핀-쿠션 왜곡을 가진 도체 재료의 새로운 패턴이다. 잔존하는 핀-쿠션 왜곡은 아래에 기술될 밥 앤 윌슨보다 매우 간단하게 알고리즘적으로 또는 하드웨어적으로 쉽게 보정된다. 상기 소자 패턴은 공지된 방법을 사용하여 쉽게 제작되고 복합 곡선 커버 렌즈 등과 같은 복잡한 표면에 일치된다. 상기 패턴은 주위의 동일한 방향의 저항성 도체에 의해 경계 지워진 코어 감지 영역에서 강한 비등방성 전기전도도 특성을 나타낸다.

본 발명의 목적은 공통의, 저렴한 재료 및 생산 방법을 사용하여 비등방성 갈바니 전도성을 가진 2DxT 감지 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단순하고, 계산적으로 저렴한 방법을 사용하여 쉽게 보정할 수 있는 모서리 변형을 가진 2DxT 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 가장 단순하고 가능한 패턴을 사용하여 가장 높고 가능한 해상도를 얻기 위해 위치 보간이 되게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 높은 위치 해상도 결과와 낮은 세밀도 결과를 허용하는 2DxT에 상대적으로 거친 미처리 신호의 아날로그 대 디지털 컨버터(ADC) 해상도를 제공하는 것이다.

다른 목적은 열적 표류에 덜 영향을 받으며 제조 공정에서 반복 가능성이 높은 2DxT 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래 기술과 비교하여 매우 단순화된 '습득' 교정 공정 또는 설계를 통한 교정을 필요로 하거나 전혀 필요로 하지 않는 2DxT 소자를 제공하는 것이다.

다른 목적은 도전성 재료의 단지 하나의 필요한 층을 구비한 2DCT를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 10mm 이상의 두께의 유리판 또는 플라스틱판과 같은 비교적 두꺼운 유전체 덮개 렌즈의 후방에 있게 하거나 포인팅에 의해 공기를 통해 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비교적 단순한 배선 필요조건을 갖는 2DxT를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 높은 신뢰성, 밀봉된 표면, 낮은 전력 소비 및 오프더쉘프 마이크로컨트롤러(off-the-shelf microcontrollers) 및 색다르지 않은 구동 소자를 사용하여 직접 제어되거나 감지되는 능력을 가진 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 구체적이고 바람직한 태양은 다음의 제한되지 않는 독립항과 종속항에 개시되어 있다.

1. 표면이 바람직한 갈바니 전도성의 방향을 가진 코어를 구비한 도체 소자를 포함하여, 위치 데이터에 따라 선택적으로 처리되는 형태의 장치.

2. 제 1 항에 있어서, 상기 소자는 도체 경계선에 의해 경계가 지워지는 장치.

3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소자는 단일층에 존재하는 장치.

4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 복수의 전극을 포함하는 장치.

5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 이차원으로 접촉 위치를 판단하기 위한 상기 소자와 연결된 회로를 포함하고, 상기 연결은 전극에 이루어지는 장치.

6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 핀-쿠션 변형을 보정하기 위해서 처리 수단을 포함하는 장치.

7. 제 6 항에 있어서, 상기 보정은 스칼라 계수인 장치.

8. 제 6 항에 있어서, 상기 보정은 스칼라 계수의 세트를 기초로 한 장치.

9. 제 6 항에 있어서, 상기 보정은 다음 식을 기초로 한 장치.

10. 접촉 위치를 결정하기 위해 사용되는 도전성 주위를 가진 비등방성 전도성을 갖도록 제조된 소자를 제조하는 방법.

11. 제 10 항에 있어서, 상기 소자는 비등방성 재료로 제조되는 방법.

12. 제 10 항에 있어서, 위치 왜곡을 보정하기 위한 방법을 포함하는 방법

13. 제 12 항에 있어서, 왜곡을 보정하기 위한 방법은 한 축에만 사용되는 방법.

14. 제 12 항에 있어서, 왜곡을 보정하기 위한 방법은 스칼라 곱셈에 기초하는 방법.

15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 전자 회로는 미국특허 제 6,466,036호[34]에 개시된 임의의 방법에 따라 레일-참조(rail-referenced) 전하 감지를 사용하는 방법.

16. 제 15 항에 있어서, 회로는 마이크로컨트롤러를 포함하는 방법.

17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소자는 광학적으로 전송할 수 있는 반응성 도체로 제조되는 방법.

18. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소자는 공통의 버스-바를 공유하는 비등방성 컨덕턴스의 복수의 영역을 포함하는 방법.

19. 광학적으로 전송할 수 있는 기판의 먼 측면에 고정된 비등방성 컨덕턴스의 광학적으로 전송할 수 있는 소자를 구비하고, 접촉을 위해 사용되는 가까운 측면은 복수의 전극을 가진 터치 스크린.

20. 제 19 항에 있어서, 전극은 도체 고무를 사용하는 감지 회로에 연결되는 터치 스크린.

21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 터치 스크린은 전자 디스플레이 위에 장착되는 터치 스크린.

본 발명을 더욱 잘 이해하고 본 발명이 어떻게 실행될 수 있는 지를 보여 주기 위해 첨부된 도면을 예로 참조한다.

도 1a는 4개의 모서리 전극을 가진 저항성 피막과 종래 기술에 따른 '픽오프' 유연한 커버 시트로 제조한 패턴화되지 않은 단일 소자의 이차원 트랜스듀서에서 발견된 전형적인 핀-쿠션 왜곡 효과를 개략적으로 도시한다.

도 1b는 도 1a의 소자를 선형화하기 필요한 정규화 벡터를 개략적으로 도시한다.

도 2는 도 1a 및 1b에 도시된 종류의 왜곡을 겪고 있는 스크린의 핀 쿠션 효과를 보정하기 위해 설계된 공지된 용량성 또는 저항성 터치 스크린 모서리 패턴을 도시한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 감지 소자를 형성하는데 사용되는 도체 재료를 나타내는 이차원 패턴을 개략적으로 도시한다.

도 4는 도 3의 감지 소자를 나타내는 전기 회로를 개략적으로 도시한다.

도 5는 접촉 위치가 확인된 도 3의 감지 소자를 개략적으로 도시한다.

도 6은 접촉 위치를 나타낸 도 5의 감지 소자의 수직 단면을 개략적으로 도시한다.

도 7a는 도 3 및 5의 감지 소자의 하나의 사분면에 로우-바이-로우(row-by-row) 선형성 그래프를 개략적으로 도시한다.

도 7b는 도 3 및 5의 감지 소자와 관련된 왜곡을 개략적으로 도시한다.

도 8은 도 7a 및 7b에 도시된 왜곡을 선형화하는데 필요한 정규화 벡터를 개략적으로 도시한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지 소자를 형성하는데 사용되는 도체 재료를 나타내는 이차원 패턴을 개략적으로 도시한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 감지 소자를 형성하는데 사용되는 도체 재료를 나타내는 이차원 패턴을 개략적으로 도시한다.

도 11은 저항성 터치 스크린의 부품을 형성하는 도 10의 감지 소자의 수직 단면을 개략적으로 도시한다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 감지 소자를 형성하는데 사용되는 도체 재료를 나타내는 이차원 패턴을 개략적으로 도시한다.

도 13은 전하-이동 방법을 기초로 하여 구동 채널과 결합된 도 5의 감지 소자를 개략적으로 도시한다.

도 14는 도 13의 구동 채널의 신호 출력을 받고 이를 통해 접촉의 추정 위치를 계산하도록 배치된 프로세서를 개략적으로 도시한다.

도 15는 4개의 샘플링 커패시터와 연결된 마이크로컨트롤러를 개략적으로 도시하고, 상기 마이크로컨트롤러는 도 13과 14의 감지 채널 및 프로세서를 제공하도록 형성된다.

도 16은 터치-민감성 스크린을 제조하기 위해 액정 디스플레이 상에 배열된 본 발명의 실시예에 따른 용량성 방식 위치 센서의 수직 단면을 개략적으로 도시한 다.

도 1a 및 1b는 보정 하드웨어 또는 알고리즘을 사용하기 전의 2DxT 기술에 대한 종래 기술을 도시한다. 도 1a의 핀 쿠션 효과는 잘 알려져 있다. 핀 쿠션 효과는 접촉 위치로부터 4개의 연결점으로의 커패시턴스-유도 흐름의 전류 공유로부터 발생한다; 이 효과는 2DCT's 및 2DCT와 동일한 전압 기울기의 갈바니 버젼에 의존하나 가압하에서 굴절시키고 2DRT와 연결되는 유연한 '픽오프' 커버 시트를 가진 2DRT 5-선 터치 스크린 모두에서 나타난다. 이런 소자들에서 핀 쿠션 효과는 접촉 위치가 모서리를 따라 모든 연결점으로부터 더욱 멀어짐에 따라 증가한다; 이 효과는 스크린 모서리의 중앙에서 가장 심하다. 도 1b에 도시된 대로, 전류 흐름은 위치에 따라 점진적인 왜곡을 일으켜 보고된 위치의 포물선 굴곡을 초래하는 벡터를 만든다. 상기 벡터는 일반적으로 직교하지 않는다. 대신에 보정의 각도와 크기는 소자상의 접촉 위치에 따라 크게 변한다.

이 효과를 막기 위해, 상기한 대로 특히 도체 스크린 주위의 매우 낮은 저항성 버스-바, 특별한 모서리 패턴, 스크린의 모서리에 대한 여러 연결점 등의 사용과 같은 다양한 방법이 발명되었다. 빈스테드, 제르페이드, 카블 및 그레니아스에 나타난 분리된 도체는 다층, 고가의 회로 및 다수의 전극 연결부를 사용하는 색다른 제조 방법을 사용하여 핀 쿠션 문제를 크게 해결하였다. 이런 형태의 스크린은 크기에 따라 잘 증가하지 않고 제작에 비용이 많이 든다. 이런 방법의 예는 도 2에 도시된 페퍼에 의해 발명된 모서리 패턴이다. 이 패턴은 복제하기가 매우 어렵다고 알려져 있고, 열 표류를 겪으며 처리하고 제작하는데 비교적 비용이 많이 든다.

상기한 방법들보다 더 저렴하고 제작이 간단하면서 매우 강하고 적대적 환경에 적합한 새로운 용량성 터치 스크린에 대한 실질적인 요구가 있다. 특히, 가전기기, 휴대폰 및 다른 휴대용 장치, POS 터미널 등의 응용분야에서 이런 장치에 대한 요구가 있다.

본 발명의 실시예는 '핀 쿠션 효과가 없으나' 고가의 회로와 제작 비용의 종래의 줄무늬 소자 및 패턴화되지 않은 저항성 시트 소자의 중간물을 제공한다. 이 새로운 혼합 해결법은 한 축에만 핀 쿠션 효과를 발생시키고 다른 축은 크게 왜곡시키지 않는다. 또한, 상기한 대로, 잔여 핀 쿠션 왜곡은 비교적 간단한 수치적 방법을 사용하여 보상될 수 있고, 유닛에서 유닛으로 반복 가능성이 크고, 종래 기술보다 시차적 열 표류에 더욱 영향을 받지 않는 주로 직각이고 예측가능한 벡터를 가진다.

도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 감지 소자에 사용되는 도체 재료를 나타내는 패턴이 도시되어 있다. 다이어그램은 4개의 전극(301, 302, 303 및 304)을 가진 한 층상의 하나의 도체 소자를 도시한다. 두 개의 비교적 낮은 저항 버스-바(305 및 306)는 301에서 302로, 304에서 303으로 각각 횡단한다. 적어도 둘 그러나 통상적으로 셋 이상인 복수의 줄무늬 도체(310)는 버스-바(305)에서 버스-바(306)로 횡단한다. 상기 줄무늬의 두 개는 각 버스-바의 말단에서 다른 말단으로 횡단하여, 완전히 경계진 표면을 형성한다. 말단 줄무늬는 버스-바로 생각할 수 있으나, 도시된 수평 버스-바보다 높은 경로 저항을 선택적으로 가질 수 있기 때문에, 독특 하게 존재할 수 있어서 명세서 전체에서 줄무늬로 불릴 것이다.

본 발명의 소자는 선형 도체 부분으로 제조된 주위의, 경계를 이룬 경계선을 가진 비등방성 전기 전도도로 특징 되는 코어 영역을 가진 것으로 선택적으로 보일 수 있다. 상기 줄무늬의 목적은 코어 영역 내에 비등방성 갈바니 흐름이 있게 하는 것이다. 일단 전류 흐름이 경계 경로에 도달하면, 전류 흐름은 최종적으로 전극 연결부를 향하게 된다.

설계하기 적합한 줄무늬(310)의 수는 아래에서 논의될 감지되는 물체의 크기에 비례하여 소자의 폭에 의해 결정된다. 전극에 연결된 선(312a-d)은 소자를 2DCT의 구동/감지 회로에 연결한다. 2DRT의 경우 선(312a-d)은 구동 회로에 연결되고, 감지 작용은 도 11에 도시된 대로 사용자가 누른 유연한 커버 시트로부터 발생된다.

도 10은 본 발명의 실시예의 다른 패턴을 도시한다. 이 패턴은 줄무늬가 얇은 슬릿에 의해 분리되어(즉, 줄무늬는 도 3에 도시된 것보다 비교적 넓다), 소자는 주로 도체 재료로 코팅되고 매우 적은 분율-슬릿-이 코팅되지 않는 점을 제외하고 도 3의 패턴과 실질적으로 동일하다. 이 형태는 아래에 더 기술된 대로 2DRT 용도에 더욱 적합하나, 2DCT 응용분야에 사용될 수 있다. 2DCT 용도로서 상기 형태의 한 가지 장점은 줄무늬가 도 3보다 더 넓은 표면적을 가져서, 손가락으로부터 소자로의 용량성 결합이 향상된다는 것이다. 상기 형태의 한 가지 단점은 버스-바에서 버스-바로의 전체 저항은 특정한 시트 저항에 대해 낮아서, 하기한 대로 핀 쿠션 효과를 악화시킨다는 것이다.

검사한 대로 도 3의 줄무늬와 버스-바의 상대 저항은 버스-바에 대해 약 40K 오옴이고, 줄무늬에 대해 약 160K 오옴이고, 비록 실제로 이런 숫자들은 지침을 위한 것이고 이것이 본 발명을 제한하지 않는다. 버스-바보다 높은 저항값의 줄무늬를 사용하는 것은 핀 쿠션 효과를 제한하는데 효과적이나, 핀 쿠션은 수치적으로 쉽게 보정할 수 있기 때문에, 대부분 값들의 임의의 조합은 만족도를 변화시키는데 도움이 될 것이다. 본 발명의 상당한 매력은 높은 저항을 가진 소자와 사용할 수 있어서, 소자는 비용이 저렴하고 낮은 전력의 구동 및 감지 소자를 필요로 한다는 것이다.

도 4는 본 발명의 전형적인 실시예의 덩어리 모델을 도시한다. 버스-바(305 및 306)는 약 1K 내지 50K 오옴의 저항을 가진 선으로 구성되고, 상호 간의 10% 내에서 일치되는 것이 이상적이다. 줄무늬(310)는 버스-바의 저항의 약 5 내지 10배 이상의 저항선으로 구성된다. 도 4에는 9개의 줄무늬가 있다. 모서리 전극(301, 302, 303 및 304)은 소자를 구동/감지 소자에 연결하는데 사용되고, 2DCT의 경우는 용량성 감지 드라이버이고 2DRT의 경우는 갈바니 드라이버이다. 각각의 줄무늬와 버스-바는 회로 접지에 대해 약간의 스트레이 백그라운드 커패시턴스(401)를 가진다. 줄무늬는 가까운 것들 사이에 상호 커패시턴스(404)를 가진다. 상기 백그라운드 커패시턴스는 성질이 온화하고 본 발명의 성능에 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. 상기 커패시턴스는 소자들이 물리학의 중첩을 따르기 때문에 본 발명이 작동하도록 하기 위해 동일하거나 균형을 이룰 필요가 없고, 이런 기생값들은 아래에 기술한 대로 구동 소자에 의해 쉽게 측정된다.

2DCT 모드에서의 접촉에 의해 위치(403)에서 커패시턴스(Ct, 402)가 나타난다. 본 발명은 Ct의 크기와 무관하게 위치를 유추하기 위해 4개의 전극 신호에 비례적으로 반응하는 회로 및/또는 알고리즘을 사용한다는 점에서 Ct의 크기를 완전히 용인한다. 2DRT 모드에서, 커버 시트는 기울기 전위를 제거하고, 주로 접촉의 압력하에서 커버 시트에서 소자로의 갈바니 연결에 따라 4개의 전극에 대해 시간-멀티플렉스 구동 신호를 사용한다.

2DCT 모드에서 줄무늬들 사이를 접촉시키고 접촉 위치의 보간이 가능하다. 도 5는 손가락(도시되지 않음)에 의해 403에 지리적으로 위치한 접촉 커패시턴스를 가진 소자를 도시한다. 도 6은 유리와 같은 기판에 부착된 본 발명의 단면도를 도시하다. 손가락(605)의 접촉에 의한 커패시턴스(603)는 도 6에 도시된 대로 3개의 작은 부분(Ct1, Ct2 및 Ct3)으로 나뉘고, 그 비율은 줄무늬(310a,b,c..)들 사이의 접촉의 상대적 위치에 의존한다. 도 6에서 본 출원인의 공동출원인 미국출원 제 60/422837호[28]는 저항에 의해 연결된 두 개의 인접 전극들 사이의 보간을 도시한다. 본 발명에서 접촉의 보간은 X축의 줄무늬들 사이에서 정확히 동일한 방식으로 작동하고, Y축의 각 줄무늬(도시되지 않음)를 따라 발생한다. X축의 분리 저항은 각각의 Ct(603)를 가진 각 줄무늬에서 시작하여, 버스-바를 통해 다른 줄무늬로 돌아가는 경로이다. X축 방향에서 보간은 전체 전기 버스-바 '길이'의 백분율로서, 두 개의 Y 줄무늬를 연결하는 버스-바 저항의 짧은 부분의 저항에 따라 비례한다. 줄무늬 자체의 저항은 X 위치를 해석한 결과가 아닌데, 이는 각 줄무늬의 말단은 문헌에 기술된 대부분의 2DCT 구동 회로에서 등전위가 되기 때문이며, 본 출원인의 여러 초기 특허공보에 개시된 전하-이동 회로에 의해 구동될 때 확실히 그렇다. 따라서, 만일 줄무늬가 전체 버스-바 길이의 10% 만큼 이격된다면, 보간을 위한 기회는 X 치수의 10%가 될 것이다.

도 5의 소자는 90도로 회전될 수 있고 상기의 논의는 Y 치수에 관한 것일 수도 있다는 것을 주의하기 바란다. 접촉의 탐지 및 접촉의 위치에 관한 본 발명의 소자의 바람직한 배열 각도는 없다. 하기의 논의와 공식은 편리한 가정, 즉, 줄무늬는 수직, Y축 방향으로 배열되고; 90도의 소자 회전은 동일한 물리적 작업을 제공할 것이고 방정식은 90도를 통해 해석된다 할지라도 여전히 유효할 것이라는 사실을 기초로 한다. 본 특허에서 방향에 대한 특이성은 설명의 편리함을 위해 제외하지 않을 것이고 어떤 방식으로 제한하도록 유지되어서는 안 된다.

다양한 발명자들의 문헌에서 잘 개시되어 있고, 바람직하게는 본 발명자의 미국특허 제 6,288,707호[33], 제 6,466,036호[34] 및 공동출원 제 60/422837호[28]에 개시된 임의의 형태의 측정 회로는 네 개의 모서리 전극(301, 302, 303 및 304)에 대한 표준 연결부로 사용된다. 상기 측정 회로는 전극과 접촉 위치 사이의 저항성 경로 길이에 따라 출력 신호를 발생시키도록 작동되는 각 채널을 가진 도 3에 도시된 전극들의 각각에 결합된 네 개의 구동 채널을 포함한다. 다른 방법들은 다른 공식들을 사용할 수 있지만, 접촉 위치의 계산의 바람직한 방법은 본 출원의 공동출원 제 60/422837호[28]에 개시된 것을 적용하는 것이다. 이 방법에서 네 개의 모서리 신호는 각 모서리에 대한 신호의 기본 참조값 수준을 결정하기 위해 잠시 동안 측정된다. 측정 단계는, 예를 들어, 설계하는 동안, 생산 라인에서, 또는 각 파워-업 사건 때, 또는 소자가 접촉되지 않을 때를 결정하는 방법을 통해 한 번 일어날 수 있다. 표류 보상은 본 출원인의 여러 특허와 퀀텀 리서치 그룹(영국)의 QT110 장치[38]와 같은 제품의 데이터시트에 공지된 대로 사용될 수 있다.

도 3의 소자를 사용하여 X축(즉, 도 3에 도시된 수평 방향)을 따라 접촉의 위치를 계산하기 위해서 신호는 네 개의 전극(301, 302, 303 및 304)과 연결된 실시간 취득 신호가 각각 S301, S302, S303 및 S304이고 기본 참조값 수준이 각 모서리에 대해 R301, R302, R303 및 R304임을 가정한 다음 단계에 따라 처리된다:

1) X축의 참조값과 신호를 합한다:

RX' = R301 + R304(왼쪽 참조값의 합)

RX'' = R302 + R303(오른쪽 참조값의 합)

SX' = S301 + S304(왼쪽 신호의 합)

SX'' = S302 + S303(오른쪽 신호의 합)

2) X축의 델타 신호, 즉 ΔSigX', ΔSigX''를 계산한다:

ΔSigX' = SX' - RX'

ΔSigX'' = SX'' - RX''

3) X축 위치를 나타내는 비율 Px를 계산한다:

Px = ΔSigX''/(ΔSigX' + ΔSigX'')

여기서 Px는 0..1의 범위이고 '0'은 왼쪽 모서리가 되고, '1'은 오른쪽 모서리가 된다.

Px에 대한 식은 아래와 같이 재확대된다:

(방정식 1)

도 3의 소자를 사용하여 Y축을 따라 접촉 위치를 계산하기 위해서, 신호들은 상기한 식과 유사한 식에 따라 처리된다:

1) Y축의 참조값과 신호를 합한다:

RY' = R303 + R304(아래 참조값의 합)

RY'' = R301 + R302(위 참조값의 합)

SY' = S303 + S304(아래 신호의 합)

SY'' = S301 + S302(위 신호의 합)

2) Y축의 델타 신호, 즉 ΔSigY', ΔSigY''를 계산한다:

ΔSigY' = SY' - RY'

ΔSigY'' = SY'' - RY''

3) Y축 위치를 나타내는 비율 Py를 계산한다:

Py = ΔSigY''/(ΔSigY' + ΔSigY'')

여기서 Py는 0..1의 범위이고 '0'은 아래 모서리가 되고, '1'은 위 모서리가 된다.

Py에 대한 식은 아래와 같이 재확대된다:

(방정식 2)

완료되고, 보고되었지만 보정되지 않거나 '처리되지 않은' 추정 위치는 Px, Py이다.

상기 방정식은 단지 예이고, 다른 스크린과 함께 사용되는 다른 방정식은 필적할 만한 결과를 발생시킬 수 있다.

도 6은 상기 줄무늬 위에 Ct의 분포를 발생시키는 복수의 줄무늬 위의 접촉(601)을 도시한다. 소자에서 얻어진 전하 흐름은 접촉과 줄무늬의 인접 표면 지역에 대략 비례하여 다수의 줄무늬를 가로질러 Ct 결합의 지역적 분포를 만든다. 중첩의 원리가 사용되고(임의의 시트 소자에 사용되는 것과 같이) 위치의 얻어진 결과는 적절하게 가감되어 줄무늬의 수가 나타낼 수 있는 것보다 더 높은 유효한 해상도의 위치를 알아낼 것이다. 이 효과는, 예를 들어, 미국특허 제 4,773,222(에반스)[22]와 같은 여러 다른 줄무늬 방식 2DCT에서 해상도를 크게 향상시키는데 사용되나, 에반스는 수치적 보간법을 사용하였고, 본 발명은 추가 계산이 필요 없고 또는 각 줄무늬의 개별적인 전자 주소 지정 능력이 필요 없이 동일한 것을 얻기 위해 여러 줄무늬들에 분포된 커패시턴스의 물리적 특성을 사용한다. 보간은 소자 자체에 고유한 것이다. 이것은 2DCT 저항성 시트 소자에서 발생하는 것으로 이미 알려진 효과이다.

도 7a는 Y=0.5 내지 Y=1의 9개 Y 위치에 상응하는 9개 열 R0 내지 R8을 따라 X=0.5(중앙) 및 X=1(오른쪽 모서리) 사이의 다른 X 위치에 발생된 연속된 접촉에 대해 상기 방정식 1과 2에 따른 모서리 전극 신호로부터 계산된 접촉의 X축과 Y열을 따라 계산된 위치를 도시한다. 7b는 감지 소자의 모든 사분면 위의 왜곡을 개략 적으로 나타낸다. 접촉 주변이 줄무늬의 분수를 포함하는 소자를 접촉하는 손가락은 줄무늬에 대해 직각으로 당겨질 때를 나타내는 X 값에 코깅(cogging) 또는 비선형성을 보이지 않는다. 이것은 X축의 줄무늬를 가로질러 절단되는 7열에 대한 보정 벡터의 그래프를 도시하는 도 8에서 더욱 생동감 있게 볼 수 있다. 비직교, 비수직 보정 벡터는 어디에서 없다.

이런 놀라운 결과는 줄무늬가 코어 갈바니 전류 흐름을 오직 Y축을 따라 놓인 줄무늬로 제한하기 때문에 발생한다; 이런 제한은 소자의 어디에서도 비직교 전류 벡터를 제한한다. 일단 전류 흐름이 줄무늬로부터 버스-바에 도달하면, 흐름은 90도를 회전하여 두 개의 가장 근접한 모서리 전극을 향한다. 오직 이 단계에서만 전류가 제 2 버스-바의 전극에 인접한 줄무늬로 방향을 전환할 수 있다. 이것이 버스-바를 따라 핀 쿠션 효과를 발생시킨다.

도 7a, 7b 및 8은 Y축에의 왜곡은 선형적이고 X축에 의존하는 단순한 비례 계수를 사용하여 보정될 수 있다. X축에서 각 위치의 경우, Y축의 보정된 접촉 위치에 도달하는데 사용될 수 있는 단일의 스칼라(비벡터) 보정 인자가 존재한다:

(방정식 3)

여기서 Py는 Y의 미처리된 보고 위치이고, Pcy(x,y)는 X와 미처리된 Y의 함수로서 Y에 대한 보정된 위치이고, ↕(x)는 보정 인자가 필요한 X축의 각 위치에 독특한 보정 인자이다. 계수↕(x)는 임의의 한 사분면(예를 들어 도 7a에 도시된 사분면)에 대해 해결되는 것이 필요하고 결과는 다른 세 사분면을 반영한다. 보정 에 대한 비직교 성분이 없고 단일 인자↕(x)는 Y(x)의 임의의 신호에 사용된다는 사실이 밥에 대한 2차수의 크기에 의해 계산을 단순하게 하여 매우 빠른 보상은 US＄0.50 이하의 느리고, 저렴한 마이크로컨트롤러를 사용하여 수행될 수 있다. 게다가 왜곡과 보정 방법의 간편함은 소자는 변동하는 온도 또는 전기 상태하에서 보다 안정하고 제조를 더욱 반복할 수 있다는 것을 의미한다. 밥과 달리, 소자의 보정은 곡선 조정을 허용하기 위해 여러 번의 시도가 필요하지 않다. 줄무늬 대 버스-바 저항 비율이 반복가능한 한(절대 안정이 필요하지 않다), 인자↕(x)는 한 유닛부터 다음 유닛까지 동일할 것이다. 유닛부터 유닛까지의 불일치는 보고된 접촉 위치에서 에러 조건에 제한된 효과를 가질 것이고, 한 축 상에서의 에러는 다른 축에서 매우 약화된 에러를 발생시킬 것이다. 본 발명의 소자는 일반적으로 종래 기술과 비교하여 중요하고 유익한 효과인 X 및 Y 사이의 에러 조건을 분리시킨다.

본 발명의 간편함은 밥에게 필요한 '80개의 계수' 및 4차 다항식과 비교해야하며, 이의 계수는 광범위한 교정법을 통해 결정되어야 한다. 본 발명은 단지 한 점 교정을 필요로 하고, 소자 왜곡이 단순하고, 예측가능하며 유닛에서 유닛으로 반복가능하기 때문에 대부분 전혀 교정이 필요하지 않다.

상기 ↕(x) 보정 인자는 간단하고 빠른 보정을 얻기 위해 보간법으로 참조 테이블로 사용될 수 있다. 또한 보정 인자 ↕(x)는 간단한 사차방정식을 사용하여 수학적으로 계산될 수 있다.

(방정식 4)

Y 보정을 위한 완전 방정식에 도달하기:

(방정식 5)

여기서 k1, k2 및 k3는 핀 쿠션 왜곡의 곡선에 의존하는 계수이고, X는 X축을 따라 중앙-스크린에서 시작하여 왼쪽 또는 오른쪽 방향으로 움직이는 위치의 절대값이다. 이 사차방정식은 시뮬레이션 모델로부터 유도하였고 1% 이상으로 정확하다. 이것이 만일 필요하면 보조 방법을 사용하여 보상될 수 있는 전체 재료 비선형성을 설명하지 않는다. 상기 방정식은 소자의 기하학적 균형뿐만 아니라 버스-바와 줄무늬 사이의 저항비에 의존한다. 상기 방정식은 절대 저항값에 영향을 받지 않는다.

상기 분석은 2DCT 또는 2DRT에 동일하게 적용된다. 2DRT는 일반적으로 소자가 분석용으로 5^th 전극 연결을 사용하는 커버 시트에 의해 수집한 신호에 의해서만 구동된다는 점에서 2DCT와 '반대로' 작용한다. 정식 소자 위의 전극은 독특한 신호가 교대하는 X 및 Y 방향에서 수집되도록 시간-멀티플렉스 모드에서 주로 구동된다. 예를 들어, 두 개의 왼쪽 전극이 먼저 접지되고, 두 개의 오른쪽 전극은 고정되고 동일한 전위에 연결된다; 커버 시트를 견본으로 시험하여 미처리 X 위치를 얻는다. 아래 전극이 다음으로 접지되고 상부 전극은 고정되고 동일한 전위에 연결된 다. 커버 시트를 견본으로 시험하여 미처리 Y 위치를 얻는다. 상기 방법은 연속적으로 반복되고, 샘플은 커버 시트가 소자와 갈바니 접촉된 것을 감지할 때만 유효한 것으로 밝혀진다. 이것이 특허공보에 잘 개시되어 있는 전위차 픽오프 방법이다. 다른 2DRT 샘플링 방법이 가능하고 이 문단에서 나타낸 수열은 바람직한 방법이 아니고 본 발명의 목적인 샘플링 방법도 바람직하지 않다.

방정식 5는 한 사분면에서 해결법의 세트만 필요하고, 결과는 다른 세 개의 사분면에 대해 반영된다. 이것은 도면 7a 및 7b에서 증명된다. 도 7a는 상부 오른쪽 사분면에서 왜곡을 나타내고; 이 패턴은 7b의 패턴을 생성하기 위해 다른 세 개의 사분면에서 반영된다.

핸드쉐도우 ; 지역으로 나뉜 2DCT 소자

2DCT 핸드쉐도우 현상은 본 출원인의 공동출원인 미국출원 제 20030132922호[37] 및 미국특허 제 5,457,289호[39]에 개시된다. 60 x 60mm와 같은 휴대폰 크기의 스크린은 일반적으로 보정 작업을 요하는 핸드쉐도우를 충분히 겪지 않을 것이다.

그러나, 핸드쉐도우 효과를 감소시키는 바람직한 한가지 방법이 본 명세서에 참조로 포함된 상기 미국출원 제 20030132922호[37]에 개시된다.

두 번째 방법은 도 9에 도시된 대로 본 발명의 소자를 필수적으로 2회 반복하는 것을 포함한다. 그러나, 도 9에서 볼 수 있듯이, 이것은 관련된 구성요소 수를 줄이기 위해서 버스-바를 효과적으로 공유함으로써 얻을 수 있다. 패턴이 6개의 노드(즉, 전극)(301, 302, 301a, 302a, 303 및 304)에 드라이버/센서 회로에 의해 여기될 때, 소자는 두 개의 다른 지역인 위와 아래에서 감지되도록 하는 한 방식으로 효과적으로 나뉜다. 상기 지역 내에서의 감지는 상기와 같다. 핸드쉐도우 커패시턴스가 주로 접촉점에서 발생하기 때문에, 상부 지역에서의 접촉은 주로 낮은 지역에서 핸드쉐도우를 일으킬 것이고, 상부 지역에서 핸드쉐도우는 상기 낮은 지역의 신호를 단순히 무시함으로써 '처리'될 수 있다. 지역들 사이에 핸드쉐도우 전류의 교차 결합이 매우 적다.

대형 스크린은 전체 소자의 수직 크기에 적절한 숫자 및 문제의 심함에 따라 상기 지역을 더 많이 이용할 것이다.

2 DRT 용도

도 10은 줄무늬들 사이에 슬릿을 가진 소자를 도시한다. 줄무늬를 분리하는 이런 방법은 2DRT 용도에 특히 유용하고, 커버 시트는 작은 지점에서 소자를 접촉하도록 편향된다. 만일 접촉점이 줄무늬(310) 사이의 간격보다 작다면, 커버 시트는 전위를 선택하는 데 실패하고 접촉도 실패한다.

도 11은 본 발명에 따른 저항성 스크린을 도시하고, 여기서 커버 시트가 접촉 또는 첨필에 의해 내부로 굽을 때, 도 10의 가는 줄무늬로부터 갈바니 전위를 제거한다. 도 11의 소자는 2DCT용으로 개시한 것과 동일하고, 작동 모드는 다른 특허 및 공개된 문헌에 논의된 다양한 5-선 스크린 모드에 따른다. 정상적으로, 커버 시트는 종래 기술에서 주지된 대로, 작은 '마이크로범프(microbump)' 스페이서(도시되지 않음)에 의해 소자로부터 분리된다.

최소 2DCT

도 12는 최소 2DCT 케이스를 도시하고, 여기에는 두 개의 버스-바와 두 개의 줄무늬가 소자의 모든 주변에 있다. 소자는 감지되는 물체보다 현저하게 크지 않아서, 중간에서 신호 수준은 물체로부터 각 도전성 부품까지의 거리 때문에 현저하게 감소되지 않는다. 이 실시예는 줄무늬와 버스-바의 임피던스가 물체로부터 임의의 줄무늬 또는 버스-바로의 용량성 결합 임피던스보다 낮은 여러 차수의 크기이기 때문에 측정가능한 핀 쿠션 없이 작동한다. 이런 최소 케이스의 경우, 줄무늬와 버스-바는 동일한 값을 갖거나 해상도 또는 선형성에 최소로 관찰되는 효과를 가진 크게 다른 값을 가진다. 도 12의 소자가 사람 손가락에 의해 사용된다면, 상기 소자는 알맞은 신호 강도를 제공하기 위해서 손가락의 지름보다 적어도 4배 넓거나 높아야 한다. 도 12의 소자는, 예를 들어, 최소의 부수적 움직임에 의해 사용되는 '미니 마우스 패드' 또는 포인터 컨트롤을 제조하는데 사용될 수 있고, 손가락 끝 또는 다른 부속물의 매우 작은 움직임은 장치 또는 GUI를 제어한다.

포인트-스크린 2DCT 작동

2DCT 소자는 사용자가 단순히 스크린을 가리키는 '포인트 모드'에서 사용하기가 적합하다. 쉽게 보정할 수 있는 핀 쿠션과 응대하는 단일 소자의 용도는 짧은 거리로 국한되지 않는다. 그 결과, 본 발명은 대부분의 메뉴 방식 그래픽 인터페이스에서 알맞은 정확도를 가진 '포인트 스크린' 장치로 사용될 수 있다.

이런 작동 모드는 병원과 같은 위생적인 용도로 매우 유익하고, 스크린 오염을 막는 통상적인 소비자 사용 모드로도 매우 유익하다.

2DCT 구동 회로

도 13을 참조하면, 본 발명의 2DCT 용도를 위한 바람직한(필수적이지 않음) 구동 회로를 도시한다. 상기 회로는 본 출원인의 공동출원인 미국출원 제 60.422837호[28]에 도시된 것과 동일한 형태이나 모든 네 개의 전극(또는 도 9 등의 6개 전극)에도 사용된다. 위치(A, A', A'', A''', B, B', B'', B''' 및 C, C', C'', C''')에서 스위치(1302, 1303, 1304)의 반복된 전환은 장차 동일한 순간에 샘플링 커패시터(Cs, 1305)로도 불리는 네 개의 커패시터를 사용하여 전하를 주입하고 측정하기 위해서 각 전극에서 동시에 수행된다. 이것은 스위치 컨트롤러(1307)를 통해 수행된다. 신호 출력은 전압 컴퍼레이터(1301)에 의해 결정된 임계 전압(Vt)을 초과하는데 필요한 각 전극을 위한 전환 주기의 표로 만든 숫자이다. 각 전극에 대한 주기 횟수의 분석은 1306에서 네 개의 카운터에 의해 수행된다.

이 회로의 작동은 본 명세서에 참조로 포함된 본 출원인의 미국출원 제 60/422837호[28]에서 더욱 상세하게 설명된다.

본 발명은 본 명세서에 참조로 포함된 본 출원인의 미국특허 제 6,466,036호[34]에 개시된 전환 수열과 위상 기하학의 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.

신호 처리 회로는 도 14에 도시되고, 여기서 네 개의 전극 신호는 좌표 결과를 계산하는 처리 회로에 입력된다. 로직 블럭, 마이크로컨트롤러 또는 다른 하드웨어 또는 소프트웨어가 원하는 출력을 얻기 위해 필수적인 계산을 수행하는데 사용된다. 도 14의 블럭은 주로 PC, 처리 컨트롤러, 가전기기 등과 같은 다른 시스템의 일부이고, 출력은 더 큰 처리에서 단지 중간 결과일 수 있다.

도 15는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고, 단일 마이크로컨트롤러 (1501)는 도 13의 전환 기능을 수행하고, 도 14의 신호 처리를 수행한다. 전환 기능은 통상의 I/O 포트 상의 소프트웨어에서 수행될 수 있고, 또는 온칩(on-chip) 하드웨어 용량성 변환 주변장치로 수행될 수 있다. 신호 처리는 원하는 좌표 결과를 얻기 위해 소프트웨어에서 수행된다. 이 좌표 결과는 더 큰 처리를 제어하기 위해 사용되는 단순한 중간 결과일 수 있고 도시된 결과는 칩 내부에 숫자로만 존재할 수 있다.

선택적으로 본 발명은 문헌에 개시된 임의의 용량성 또는 저항성 감지 회로를 사용할 수 있다. 소자의 기울기 반응은 통상적으로 구동 회로의 형태와 무관하게 동일하다. 본 발명은 임의의 하나의 취득 방법을 의지하지 않는다.

재료, 제작

2DxT 소자는 터치스크린의 경우, 디스플레이를 덮는 유리판 또는 플라스틱판의 뒷면에 적절한 저항의 투명 도체로 제조되는 것이 바람직하고, 마우스패드 등의 경우, 적절한 유전 기판 위에 적절한 저항의 투명 도체로 제조되는 것이 바람직하다.

다양한 다른 특허에 개시된 대로, 모서리 상에 낮은-저항 버스-바(약 200 오옴 엔드-투-엔드)에 대한 요구는 모든 방식의 구동, 전원공급, 안정성 및 반복성 문제를 일으킨다. 현재 널리 사용되는 것보다 훨씬 더 높은 저항을 가진 재료를 사용하는 것이 매우 바람직하다. 미국의 CP 필름에 의해 생산되는 것과 같은 대부분의 ITO(산화주석인듐)층은 표면에 커스텀-스퍼트될 때(custom-sputtered), 평방미터당 약 300 오옴의 저항을 가진다. 이 저항을 평방미터당 500 내지 2000 오옴 근 처로 증가시키는 것이 매우 바람직하며, 그 결과 줄무늬와 버스-바 저항은 25K 오옴의 영역에서 위로부터 말단으로 만들어질 수 있다.

낮은 저항 재료로부터 버스-바와 줄무늬 저항을 증가시키는 한 방법은 트랙의 길이를 증가시키기 위해 굽은 경로 또는 지그-재그 패턴을 사용하는 것이다. 통상적으로 낮은 저항 ITO 또는 산화주석 코팅은 의도한 보이드를 갖기 위해 에칭되거나 패턴화될 수 있어서('스위스 치즈' 방법), 저항을 증가시킨다. 줄무늬와 버스-바는 저항이 보다 최적이 되는데 충분히 높도록 적절하게 얇게 제조될 수 있다.

그러나 이상적인 재료는 평방미터당 약 500 내지 1,000 오옴 이상의 고유 저항을 가질 수 있거나 그렇게 되도록 변형될 수 있다. 아그파의 Orgacon^TM 도체 폴리머는 높은 고유 저항을 가진 한 재료이고 또한 투명하여, 디스플레이 위의 터치스크린으로 사용하기에 적합하다. 특히 저렴한 재료는 전자소자 분야에서 주지된 불투명한 탄소계 잉크이고, 이 재료는 태블릿 또는 마우스패드 용도로 더욱 적합하다.

상기한 것은, 임의의 특정한 소자 저항값에 대한 필요조건이 없고, 구동 회로는 등급 변화가 어려운 거의 모든 것에 적응될 수 있다. 이론상으로 유일한 필요조건은 소자들이 영이 아닌 저항을 가진다는 것이다. 그러나, 버스-바 저항은 Y축 핀 쿠션을 감소시키기 위해 줄무늬의 총 병렬값과 필적할 만하거나 낮은 것이 바람직하다. 많은 수의 줄무늬는 동일한 효과를 얻기 위해서 일반적으로 줄무늬당 높은 저항을 의미하고, 핀 쿠션은 줄무늬들 사이의 전체 브리징 저항과 관련되고, 브리 징 저항은 줄무늬의 병렬 등가값이 된다. 버스-바의 중심을 향하게 위치된 줄무늬는 핀 쿠션에 부적절한 효과를 가진다.

소자를 버스-바 및 줄무늬에 패터닝하는 것은 원치않는 지역의 코팅을 막기 위해 적절한 형판을 사용하는 기상증착을 통해 또는 원하는 패턴을 발생시키는 실크 스크리닝을 통해 또는 패드-프린팅을 통해 또는 레이저 스크라이브(laser scribe) 또는 화학적 에칭 또는 화학적 반응 또는 패턴화된 층을 만들 수 있는 임의의 다른 방법을 사용할 수 있다. 도체 폴리머 아그파 Orgacon^TM의 경우에, 패턴은 실질적인 재료를 제거하지 않고 화학적 반응을 통해 영역이 부도체가 되게 하는 하이포아염소산나트륨을 사용하여 만들 수 있다.

제조는 디스플레이의 전면에 위치한 유리판 위에 적절한 재료의 기상증착과 같은 통상적인 터치스크린 또는 터치패드 방법의 사용을 포함할 수 있다.

인몰드 데코레이팅("IMD")은 유체 플라스틱을 주입하기 전에 사출 주형 또는 캐스트 내에 위치한 그래픽 시트 또는 층의 사용을 포함한다. 일단 성형되면, 층은 얻어진 플라스틱 조각의 전체 일부가 된다. 2DCT의 경우에, 본 발명에 따른 형태의 도체 소자는 디스플레이 커버를 위한 주형에 놓인다; 사출될 때, 상기 도체층은 커버의 한 측면에 융합된다. 이런 방식으로, 복곡선을 갖는 것들을 포함하며, 필수적 2DCT를 구비하는 복잡한 커버 형태는 저렴한 비용으로 제조할 수 있다.

전극 연결은 모서리에 결합된 전선을 통해 또는 도체 고무 기둥을 통해 또는 금속 스프링 등을 통해 이루어질 수 있다. 도체 고무는 구동 회로를 함유하는 기본 PCB로부터 매우 저렴한 비용의 연결에 대한 선택 방법이다. 도 16은 단면으로 제조 방법을 도시한다. 디스플레이(1601)는 커버 렌즈(1602)와 감지 소자(300)를 통해 보인다. 소자(300)는 도체 고무 기둥을 통해 두 개(1603a, 1603b)가 도시된 적어도 네 개의 모서리 전극을 통해 PCB(1604)에 연결된다. 전체 어셈블리는 고무 기둥이 압축되어 PCB(1604)와 소자(300) 사이가 접촉되게 하도록 나사, 클램프, 또는 다른 고정 장치(도시되지 않음)를 통해 압축상태로 놓이게 된다.

상기 소자는 비등방성 전도성을 갖는 분자 물질로 제조할 수 있다. 예를 들어, 도체 폴리머는 다른 방향보다 한 방향에서 훨씬 우수한 전도성을 갖는 것으로 생각된다. 나노구조의 이런 재료들은, 예를 들어, 헬싱키 공과대학의 문헌과 같은 문헌에 개시되어 있다.

2 DxT 줄무늬 가압

본 발명의 한 실시예는 중앙-스크린 근처의 줄무늬가 더 멀리 떨어지거나 더 높은 저항을 갖게 하거나 또는 둘 다가 되도록 하기 위해 줄무늬를 가압한다. 이 효과는 고유 핀 쿠션의 양을 감소시키는 것이다. 그러나, 검사결과는 핀 쿠션효과가 감소하지만, 중앙 소자에서 신호의 손실 및/또는 발생된 높은 저항과 인접 자국에 대한 손가락의 낮은 결합을 통해 문제들이 발생할 것을 의미한다. 실제로 이 방법은 효과적이지 않고, 단지 완벽을 위해 언급된다.

2DCT 취득 조작

2DCT와 관련된 문제들은 소자의 작동 주파수에서 주파수 또는 이의 고조파를 갖는 외부 정전기원 또는 전파원에 의한 간섭을 포함한다. 이런 문제들은 신호-잡 음 앨리어싱 또는 비팅(beating)을 감소시키거나 막기 위해 신호 취득을 위해 변조된 작동 주파수를 사용하여 감소시킬 수 있다. 여기에 주파수 호핑(hopping), 첩(chirp) 또는 유사-랜덤 주파수 변조의 사용을 포함할 수 있다. 이런 방법은 '스프레드-스펙트럼' 변조로 알려져 있다.

포스트 프로세싱은 주파수 변조에 의해 이미 약화된 잡음의 잔여 효과를 감소시키기 위해서 머져리티 보트 필터링(majority vote filtering), 미디언 필터링(median filtering), 에버리징(averaging) 등의 사용을 포함한다.

저주파수 간섭은 국부적 주전기장 등에 의해 발생될 수 있다. 이런 형태의 간섭은 퀀텀 리서치 그룹(UK) QT310 장치[40]용의 데이터시트에 개시된 대로, 예를 들어 50 또는 60Hz의 간섭원에 대한 취득을 동조함으로써 감소될 수 있다

2DCT 구동 실드

상기 소자는 LCD 디스플레이, VFD 스위칭 등에 의한 간섭을 감소시키기 위해 구동 실드 방법과 혼용할 수 있다. 이 방법은 상기 소자와 간섭원 사이에 위치된 소자 뒤의 도체면의 사용을 포함한다. 구동 실드는 소자 뒤의 운동에 의한 신호 교란을 막을 수 있다. 구동 백-실드는 2DCT의 제조에 통상적으로 사용된다.

2DCT 웨이크업 (Wake-up)

많은 응용분야에서, '웨이크업' 기능을 갖는 것이 바람직하고, 여기서 모든 장치는 '기능이 정지되고' 또는 약간 조용한 상태 또는 백그라운드 상태에 있다. 이런 경우에, 약간 떨어진 거리에서 신체 일부 근처의 웨이크 신호를 갖는 것이 바람직하다.

상기 소자는 위치확인과 상관없이 단일의 대형 용량성 전극으로서 구동될 수 있는 반면, 장치는 백그라운드 상태에 있다. 이 상태 동안 전자 드라이버 로직은 2D 좌표를 처리하는데 반드시 충분하지 않고, 물체 또는 사람이 근접해 있는 지를 결정하기에 충분한 신호의 매우 작은 변화를 찾는다. 그런 후에 상기 소자는 전체 시스템을 '웨이크업'하고 상기 소자는 다시 한 번 정확한 2DCT가 되도록 구동된다.

태블릿, 마우스 패드 용도; 주입 모드

2DCT 모드에서 본 발명의 소자는 마우스패드 또는 태블릿 형태의 입력 장치로서 적합하다. 이 경우에, 광학 투명성이 필요하지 않다. 첨필은 상기 소자로부터 조사된 전기장을 선택하거나 상기 소자에 신호를 주입하거나 사람 손가락으로 작용하는 소자와 함께 사용될 수 있다.

주입 모드에서, 본 발명의 소자는 단순히 역방향으로 작동한다. 매어 놓은 펜으로부터의 신호가 접촉점 주위의 지역에 소자에 용량성으로 주입된다. 그런 후에 이 신호는 네 개의 모서리 전극에 비례적으로 할당되고, 거기서부터 신호가 선택되어 문헌에 이미 개시된 모든 형태의 측정 회로로 운반되어 직설적인 결과를 나타내도록 처리된다. 핀 쿠션 결과는 2DRT 또는 2DCT 모드에서 작동하는 것과 같이 주입 모드에서 실질적으로 동일한 방식으로 작동한다; 벡터 기울기도 같다.

2 DxT 미보정 모드

많은 응용분야에서 결과의 선형화를 필요로 하지 않는다. 이런 응용분야는, 예를 들어, 메뉴 버튼 감지 등과 같은 낮은 해상도의 휴먼 인터페이스를 포함하는 것들이다. 이런 응용분야에서, 상기 소자 및 관련 신호 취득 회로는 선형화 단계 없이 간단하게 미처리 결과를 발생시킨다. 다른 시스템 로직은 터치 버튼이 되는 2D 좌표 경계를 해석할 수 있고, 경계는 소프트웨어 개발 시에 정해진다.

줄무늬 대 버스-바 저항의 비율이 충분히 높다면, 미처리된 결과의 정확도는 직접 사용할 수 있다. 예를 들어, 소자의 얻어진 좌표 에러가 단지 5%이고 반복가능하다면, 소자는 버튼이 소자의 높이의 10% 미만을 차지하지 않는 디스플레이 위의 미보정된 메뉴 버튼 탐지에 완벽하게 적합할 수 있다. 만일 버튼이 소자의 수평 중앙선 근처 또는 왼쪽 또는 오른쪽 측면을 따라 주로 위치한다면, 왜곡은 무시할 수 있고 만일 그렇다면, 선형 보정이 필요 없게 된다.

요약

본 발명은 기본적으로 변형된 상태로, 목적이 비등방성 전도를 통해 2D 감지 소자의 개량된 형태를 제공하는 것인 소자, 선택적으로 미계산된 좌표 결과의 왜곡을 보정하는 방법에 관한 것이다. 작동 모드(갈바니 또는 용량성 모드를 포함하나 이에 한정되지 않음), 본 발명이 사용되는 용도, 및 첨필에 의한 신호의 리시버 또는 수동형 접촉의 센서로 사용되는지 여부는 본 발명에 중요한 것이 아니다. 중요한 것은 상기 소자의 비등방성 구조 및 상기 소자가 발생시키는 위치 에러의 형태, 및 에러를 보정하기 위해 개시된 선택적인 방법이다.

본 발명의 실시예의 감지 소자의 중요한 태양은 제 1의 소정의 방향으로 활발하게 잘 전도되고, 제 1 방향에 직각인 제 2 방향에서 전도를 억제하는, 즉 비등방성 전도도를 가진 코어를 구비한 단일층으로 제조될 수 있다는 것이고, 상기 코어는 전체 소자를 만들기 위해서 저항성 경계에 의해 경계를 이룬다. 상기 소자는 모서리에 있고 접촉 위치를 나타내는 최종 결과를 발생시키기 위해 전자 회로에 의해 구동 및/또는 감지되는 네 개의 전극을 가진다.

본 명세서에 구체적으로 설명한 탐지 방법 또는 스위치 수열의 다양한 조합을 포함하는 가능한 많은 변형은 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 방법은 표류 보상, 교정, 짧은 스위치 폐쇄 시간을 사용하는 습기 억제 등을 포함하는 본 출원인의 종래 특허에서 교시한 다른 방법과 결부될 수 있다. 용량성 감지 방법을 포함하는 본 명세서에 참조로 모두 포함된 본 출원인의 종래 기술에 개시된 특징들의 가능한 조합을 특히 참조해야 한다; 또한 퀀텀 리서치 그룹(영국)의 데이터시트에 개시된 용량성 제품들을 주목해야 하고, 많은 제품들이 본 발명과 밀접한 특징들을 가진다.

또한 페퍼에 의해 개시된 대로 본 발명을 독특한 형태로 구부릴 수 있다. 이런 변형은, 예를 들어, 원통, 구 또는 다른 굽은 표면을 따라 위치하는 산업 환경에서 물체 위치를 감지하는데 유용할 것이다.

비록 본 발명의 특정한 실시예가 기술되었지만, 본 발명의 취지와 범위 내에서 많은 변형/부가 및/또는 치환이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

참조문헌

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[40] www.qprox.com/downloads/datasheets/qt310_103.pdf

본 발명의 내용중에 포함되어 있음

Claims

터치 스크린 민감성 플랫폼을 형성하는 기판;

상기 기판에 이격되어 배열된 제 1 및 제 2 저항성 버스-바; 및

비등방성 도체 영역에 유도된 전류가 버스-바를 우선적으로 향하도록 버스-바들 사이에 배열된 비등방성 도체 영역을 포함하는 접촉 민감성 위치 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 버스-바는 각각 1㏀ 내지 50㏀의 저항을 갖는 접촉 민감성 위치 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 버스-바는 실질적으로 동일한 저항을 갖는 접촉 민감성 위치 센서.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비등방성 도체 영역은 버스-바들 사이에 1㏀ 내지 50㏀의 저항을 제공하는 접촉 민감성 위치 센서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

버스-바의 각각의 저항은 비등방성 도체 영역에 의해 제공된 버스-바들 사이의 저항보다 작은 접촉 민감성 위치 센서.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비등방성 도체 영역은 비등방성 전도성을 가진 기판상에 지지된 분자 물질의 피막을 포함하는 접촉 민감성 위치 센서.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비등방성 도체 영역은 버스-바들 사이에 평행하게 연결된 복수의 저항성 줄무늬를 포함하는 접촉 민감성 위치 센서.
제 7 항에 있어서,

상기 저항성 줄무늬는 저항선의 부분으로 형성되는 접촉 민감성 위치 센서.
제 7 항에 있어서,

상기 저항성 줄무늬는 기판상에 증착된 저항성 재료로 형성되는 접촉 민감성 위치 센서.
제 7 항, 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상지 저항성 줄무늬는 저항성 줄무늬들의 인접한 것들 사이에 형성된 간격보다 더 큰 폭을 갖는 접촉 민감성 위치 센서.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

도체 덮개와 비등방성 도체 영역이 외부에서 가해진 압력에 의해 접촉되는 상기 비등방성 도체 영역으로부터 분리된 도체 덮개를 더 포함하는 접촉 민감성 위치 센서.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 저항성 버스-바는 제 1 및 제 2 전극 사이에 걸쳐 있고 제 1 저항성 버스-바는 제 3 및 제 4 전극 사이에 걸쳐 있고, 상기 위치 센서는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극의 각각 하나와 연결된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 구동 채널을 더 포함하고, 각 구동 채널은 구동 채널의 전극과 물체의 위치 사이의 저항에 따라 출력 신호를 발생시키도록 작동되는 접촉 민감성 위치 센서.
제 12 항에 있어서,

상기 구동 채널로부터의 출력 신호를 비교함으로써 물체의 위치에 대한 판단을 하도록 작동하는 프로세서를 더 포함하는 접촉 민감성 센서.
제 13 항에 있어서,

상기 프로세서는 제 1 및 제 2 전극과 연결된 신호의 합 및 제 3 및 제 4 전극과 연결된 신호의 합의 비율비교분석으로부터 버스-바들 사이를 통과하는 제 1 방향에서 물체의 위치를 판단하도록 제조된 접촉 민감성 센서.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

상기 프로세서는 제 1 및 제 3 전극과 연결된 신호의 합 및 제 2 및 제 4 전극과 연결된 신호의 합의 비율비교분석으로부터 버스-바들 사이를 통과하는 제 2 방향에서 물체의 위치를 판단하도록 제조된 접촉 민감성 센서.
제 13 항, 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 프로세서는 플랫폼과 관련된 소정의 왜곡에 따라 판단된 위치에 보정을 가하도록 더 작동되는 접촉 민감성 센서.
제 16 항에 있어서,

상기 소정의 왜곡은 일차원 핀 쿠션 왜곡인 접촉 민감성 센서.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 접촉 민감성 센서를 포함하는 컨트롤 패널.
제 18 항에 따른 컨트롤 패널을 구비한 장치.