KR20080103554A - 용량성 센서와 플렉시블 용량성 센서 - Google Patents

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KR20080103554A
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KR1020087022165A
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알프레드 알 딘젤리스
브루스 디 윌슨
브라이언 에이 마제오
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밀리켄 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 대규모 제조를 위해 적합한 플렉시블 탄성 용량성 센서에 관한 것이다. 이 용량성 센서는 유전체층과, 유전체층 상의 제 1 측면 상에서 검출기 및 트레이스를 포함하는 전기 도전성 검출기 및 트레이스층과, 상기 유전체층의 제 2 측면 상의 전기 도전성 기준층과, 상기 트레이스 및 상기 도전성 기준층에 전기적으로 접속되어 검출기와의 상호 작용시에 캐패시턴스의 변화를 검출하는 캐패시턴스 미터를 포함한다. 이 용량성 센서는 외부 간섭의 영향을 감소시키기 위해 차폐된다.

Description

용량성 센서와 플렉시블 용량성 센서{PRINTED CAPACITIVE SENSOR}
본 발명은 플렉시블 용량성 센서에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 대규모 제조에 적합한 용량성 센서에 관한 것으로, 이 용량성 센서는 물리적으로 플렉시블하고 그 용용에서도 플렉시블하며, 센서의 캐패시턴스의 변화에 기반하여 압력의 증분 변화를 감지한다.
본 명세서에 사용되는 용어인 센서는 환경의 변화에 반응하는 시스템을 지치안다. 압력 센서는 다양한 물리적 원리를 사용하여 인가되는 힘이나 압력에 반응한다. 광 센서는 인가되는 힘에 기반하여 그 광 특성을 변경한다. 유사하게, 전기 저항성, 또는 단순히 저항성의 센서는 인가되는 힘에 기반하여 변경되는 전기적 저항값을 갖는다. 압저항형 센서(piezoresistive sensor)는 압력이 인가될 때 압저항형 물질의 전기적 저항값의 변화를 측정한다.
용량성 센서는 캐패시턴스를 변화시킨다. 이는 인가된 힘에 응답하여 수행될 수 있으며, 또한 사람과 같이 비교적 커다른 캐패시턴스를 갖는 물체가 인접하는 것에 응답하여 수행될 수 있다. 용량성 센서는 또한 저항성 및 용량성 감지 기법의 조합을 사용할 수 있으며, 전기적 저항값은 캐패시턴스가 변화될 때 측정된다.
용량성 센서는 가령 터치 스크린 및 엘리베이터 버턴에서 알려져 있으며 사용된다. 캐패시턴스의 변화는 전형적으로 두 개의 원리 중 하나의 원리에 기반을 두고 있다. 제 1 접근법은 대용량성 물체와의 직접적인 전기 접촉을 통한 감지 시스템, 통상적으로 손가락을 통한 사람에 의해 모니터링되는 캐패시턴스를 변화시키는 것을 포함한다. 소정의 경우, 이러한 타입의 센서는 터치 스크린에 대한 물체의 근접성을 검출하는 기능을 수행할 수 있으며, 터치 스크린과의 물리적 접촉을 필요로 하는 것은 아니다. 이러한 시스템은 가끔 사람과 감지 시스템 간의 직접적인 접촉을 필요로 하며 만약 가령 사람이 글러브를 착용한 경우라만 작업을 수행할 수 없다. 또한, 용량성 결합은 인가된 압력이나 근접성을 정량적으로 측정하는 데 적절하게 만족되는 것이 아니라 이진(온/오프) 감지를 가능하게 한다.
제 2의 접근법은 압축력 있는 탄성 유전체에 의해 분리되는 두 개의 도전성 평면을 사용한다. 이러한 복합물은 도전성 평면들 간의 거리에 부분적으로 의존하는 캐패시턴스를 갖는 캐패시터를 형성한다. 압축력을 받고 있는 유전체의 압축력은 감지 시스템에 의해 검출될 수 있는 도전성 평면 간의 캐패시턴스를 변화시킨다. 인가되는 힘 또는 압력으로 압축력을 캘리브레이션함으로써, 이 시스템은 센서와의 상호작용의 힘 또는 압력을 정량화하는 데 사용될 수 있다.
최근 수년 간, 전자 장치에 물리적 융통성을 제공하는 소위 "스마트 패브릭(smart fabrics)"에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 스마트 패브릭은 별도의 전자 장치를 소유하는 것과는 달리 기존의 패브릭 내에 전자 장치를 포함시킬 수 있게 한다. 이러한 스마트 패브릭의 예는 사용시가 아닐 경우에는 둘둘 말려질 수 있는 컴퓨터 키보드이다.
융통성을 필요로 하는 스마트 패브릭 및 기타 애플리케이션에는 플렉시블 센서가 요구된다. 플렉시블 광 압력 센서는 가령 미국 특허 제 4,703,757호 및 제 5,917,180호에 기술되고 있다. 두 개 이상의 도전성 평면의 전기적 접촉에 기반한 플렉시블 센서는 영국의 아이버 헤쓰(Iver Heath)의 Eleksen Ltd.로부터 입수가능하다. 압 저항의 원리를 사용하는 플렉시블 압력 센서는 영국의 Softswitch Ltd.로부터 입수가능하다. 인체의 캐패시턴스에 기반한 플렉시블 용량성 센서는 미국 특허 제 6,210,771호에 기술되고 있다. 도전성 평면들 간의 간격의 변화를 사용하는 플렉시블 용량성 센서는 미국 특허 제 5,449,002를 포함한 골드만 등의 미국특허 계열에서 기술되고 있다. 이러한 특허들은 플렉시블 도전층 및 유전체층의 사용을 개시하지만, 위치를 결정하는 데 사용될 수 있는 시스템이나 (단일 센서의 단순한 복제를 넘어선) 다중 센서를 갖는 시스템을 개시하지는 않는다.
따라서, 양호한 공간 해상도를 가지며 인가된 압력 또는 힘을 정량화할 수 있는 대면적 플렉시블 용량성 압력 센서가 지속적으로 요구되고 있다. 여기서 본 출원인이 인가되는 힘 또는 압력의 존재를 검출하고 인가되는 힘 또는 압력의 크기 및 위치를 결정할 수 있는 다중 센서를 사용하여 플렉시블 용량성 감지 시스템을 구성하는 여러 방법을 기술함으로써 여러 문제들을 해결하고 있다. 본 명세서에서 참고로 인용되는 모든 특허 문헌은 그 전체가 본 출원의 참고 문헌으로서 포함 된다.
본 발명은 용량성 터치 센서의 여러 결함을 해결한다. 본 발명은 값싸고, 경량이며, 플렉시블한 용량성 센서 및 효율적인 저비용의 제조 방법을 제공한다.
주요 측면에 의하면, 본 발명은 물리적으로 플렉시블하고 그 응용에서 플렉시블하며 센서의 캐패시턴스의 변화에 기초하여 증분 압력을 감지하는 대규모 제조에 적합한 용량성 센서이다.
본 발명의 중요 이점은 대규모 제조 공정에서, 구성요소, 즉 검출기 및 트레이스층(detector-and-trace layer), 유전체층(dielectric layer), 도전성 기준층(conductive reference layer) 및 관통 커넥터(penetration connector)를 조립하여 본 발명의 용량성 센서를 형성하는 방식에 있다. 코팅(coating) 동작, 글루잉(gluing) 동작 및 스크린 프린팅(screen printing) 동작은 용이하게 자동화될 수 있다. 그러한 동작은 대면적 용량성 센서 어레이 또는 대면적 패브릭을 제조할 수 있으며, 그로부터 개개의 센서 또는 센서 어레이가 커팅될 수 있다.
본 발명의 또다른 중요 특징은, 커스텀화된 전기 커넥션에 대한 요구가 없어도 본 발명의 센서에 전기 신호가 인가되거나 센서로부터 전기 신호가 측정되도록, 트레이스 및 기준층을 캐패시턴스 미터(전기 측정 시스템)로 신속하고 용이하게 연결하기 위한 관통 커넥터의 사용과 호환가능하다는 것이다.
본 발명의 또다른 특징은, 접촉을 감지하기 위해 저항값보다는 캐패시턴스를 사용한다는 것이다. 저항값은 전형적으로 터치를 위한 두 개의 도전성 표면을 필요로 하며, 일부 실시예에서 캐패시턴스는 단지 터치를 필요로 하지 않는 것이 아니라 일 실시예의 센서와의 물리적 접촉을 필요로 하지 않으며, 다만 사용자의 손가락을 통한 버튼의 근접성을 필요로 한다. 캐패시턴스는 또한 접촉 사실이 아니라 접촉 압력을 측정하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 이러한 모든 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 본원 상세한 설명을 주의깊게 판독하게 되면 전기 회로 및 용량성 회로의 당업자에게는 분명할 것이다.
첨부 도면은 본 명세서에 포함되며 이는 본 명세서의 일부를 구성하여 본 발명에 따른 여러 예의 구성 및 과정을 설명하며, 본 발명의 상세한 설명은 본원 발명의 원리를 설명하는 기능을 수행한다.
도 1은 캐패시턴스 미터(capacitance meter)에 접속된 전기 도전 기준층(electrically conductive reference layer), 플렉시블하고 탄성있는 유전체층(a flexible, resilient dielectric layer) 및 검출기 및 트레이스층(a detector and trace layer)을 갖는 용량성 센서의 개략적인 도면을 도시하고 있다.
도 2는 하나 이상의 트레이스 및 하나 이상의 검출기를 갖는 용량성 센서의 개략적인 도면이다.
도 3은 추가의 유전체층과 도전성 기준층을 갖는 용량성 센서의 개략적인 도 면이다.
도 4는 검출기 및 트레이스층 내의 검출기와 중첩하는 전기 도전성 기준층 내의 홀을 갖는 용량성 센서의 개략적인 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 추가의 유전체층 및 도전성 기준층과 더불어 선택적인 외부 층을 갖는 용량성 센서의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 6은 검출기 커넥션, 트레이스 커넥션 및 기준층 커넥션을 나타내는 도전층 상에서 사용될 수 있는 도전성 패턴을 도시한 도면이다.
본 명세서에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 용량성 압력 센서의 일 실시예를 나타낸다. 플렉시블 용량성 센서(2)는 유전체층(6)을 가지되, 그 유전체층(6)은 유전체층(6)의 하나의 측면 상에 도전성 기준층(8)을 가지며 유전체층(6)의 다른 측면 상에 트레이스층(4)을 갖는다. 도전성 기준층(8) 및 검출기 및 트레이스층(4)의 트레이스(12)는 캐패시턴스 미터(14)에 접속된다.
플렉시블 용량성 센서(2)는 센서를 압축하기에 충분한 힘을 적용할 경우 캐패시턴스의 변화를 경험하게 된다. 소정의 포인트까지 인가되는 힘의 양은 캐패시턴스의 변화의 정도에 관련된다. 대안의 실시예에서, 센서 상의 사용자 상호작용의 위치를 결정하는 데 저항값이 측정된다. 캐패시턴스 미터(14)는 본 발명의 플렉시블 용량성 센서를 모니터링하여 캐패시턴스의 변화 및 그 변화의 정도가 존 재하는지의 여부를 결정한다.
유전체층(6)은 플렉시블하고 탄성있는 층 또는 막이다. 본 발명과 관련된 "플렉시블"은 휘기 쉽고 가장 얇은 크기에서 실질적으로 구부러지며 평탄한 구성으로 복귀가능한 것을 의미하는 것으로 규정된다. 바람직하게도, 센서 내의 각각의 층은 플렉시블하다. "플렉시블"은 물체의 일부 혹은 전체에서 각각의 여러 압축 이후 그 최초의 두께로 되돌아가는 물체를 의미하는 것으로 규정된다. 본 실시예의 유전체층은 전류가 흐르지 않는 물체를 의미하며 전위 차이가 존재하는 경우에서도 전계를 지원한다. "막" 혹은 "폼(foam)"은 그 크기 혹은 폭보다 훨씬 더 작은 하나의 차원의 두께를 갖는 정도로 2차원에 있는 플렉시블한 물체가 되도록 규정된다. 폼은 그 내부의 대부분에서 빈 공간을 포함하며 따라서 통상 고압축가능하다. 막은 빈 공간이 거의 없거나 존재하지 않는 것으로 규정된다.
유전체층(6)의 탄성은 반복 사용과 내구성을 위해 중요하며, 융통성은 센서가 융통성을 필요로 하는 애플리케이션, 가령 몰딩된 대시보드(molded dashboard) 주변의 피팅(fitting) 혹은 스마트 패브릭의 부분으로서의 클로딩(clothing) 상의 피팅에 사용될 수 있을 정도로 중요하다. 바람직하게도, 유전체층(6)은 20 밀리미터 내지 5 밀리미터 범위의 곡률 반경으로, 바람직하게는 10 밀리미터 내지 4 밀리미터의 범위로, 보다 바람직하게는 5 밀리미터 내지 1 밀리미터의 범위로 구부러질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 유전체층은 250 마이크로미터보다 적은, 바람직하게는 8 내지 250 마이크로미터 및 일부 애플리케이션의 경우 8 내지 50 마이크로미 터의 두께를 갖는 얇고, 플렉시블하고 탄성있는 막이다. 이러한 박막은 필수적으로 빈 공간(공기 혹은 다른 가스가 채워진 공간)이 존재하지 않으며, 막이 폼을 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 이 박막은 가령 South Deerfield의 Deerfield Urethane로부터 입수가능한 7 밀(mil)(대략 175 마이크로미터) 두께의 듀라플렉스 PT9300막인 실리콘 막일 수 있다. 압축력을 통해 센서의 캐패시턴스는 인가되는 힘에 의해 변화가능하다. 유전체 박막은 바람직하게는 50 내지 150 바(bars)의 부하가 인가될 때 50%만큼 압축된다. 이러한 범위는 허용가능한 신호가 캐패시턴스 미터에 의해 판독가능하게 한다.
다른 실시예에서, 유전체층(6)은 플렉시블하고, 탄성을 가지며 고압축력으로 닫혀지거나 개방된 셀 폼일 수 있다. 일부 폼 물체는 폴리우레탄 폼, 실리콘 및 고무를 포함하지만 이에 국한되는 것은 아니다. 유전체 폼은 바람직하게도 0.5 내지 1.0 바(bars)의 부하가 인가될 때 50%만큼 압축된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 유전체층은 플렉시블하고 탄성있는 스페이서 패브릭(spacer fabric)이다. 이 애플리케이션에서 규정되는 "스페이서 패브릭"은 스페이싱 얀(spacing yarn) 또는 파이버에 의해 지지되는 갭에 의해 분리되는 상부 및 하부 접지층을 갖는 패브릭이다. 이 구성의 스페이서 패브릭 혹은 다른 패브릭 층은 우번(woven) 물질, 니트(knitted) 물질, 넌우번(nonwoven) 물질, 터프트형(tufted) 물질 등일 수 있다. 일부 실시예에서, 스페이서 패브릭은 더블 니들바 니트(double-needlebar knit), 니들형 넌우번 패브릭(needled nonwoven fabric), 또는 일부의 파이버들이 의도적으로 수직 방향으로 지향되는 하이 로프트 넌우번 패브릭(hi-loft nonwoven fabric)이다. 텍스타일(textile)은 평탄할 수 있거나 파일(pile)을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 스페이서 패브릭(spacer fabric)은 1 밀리미터 내지 10 센티미터, 바람직하게는 1 밀리미터 내지 1 센티미터의 두께를 가질 수 있다. 이러한 텍스타일 물질은 천연 파이버 혹은 합성 파이버, 가령 폴리에스터, 나일론, 울, 코튼, 실크, 폴리프로필렌, 레이온, 라이오셀(lyocell), 폴리(랙타이드), 아크릴(acrylic) 등으로 구성되며, 텍스타일 물질은 천연 파이버와 합성 파이버의 혼합물 및 조합물을 포함하고 있다. 스페이서 패브릭은 바람직하게는 0.07 내지 1.4 바의 부하가 인가될 때 50%만큼 압축되고 0.14 바의 부하가 인가될 때 10 내지 50% 만큼 압축된다. 이러한 범위는 허용가능한 신호가 캐패시턴스 미터에 의해 판독될 수 있게 한다.
유전체층(6) 양단(유전체층(6)의 한 측면에서 그 반대 측면까지)의 전기 저항값은 바람직하게는 109 옴이거나 그 이상이다. 유전체층의 유전상수가 크면 클 수록 용량성 압력 센서(2)의 캐패시턴스는 더 커진다. 이는 센서가 보다 작은 신호를 분별할 수 있도록 하여 보다 작은 인가 신호는 그 시스템을 더욱 민감하게 한다.
검출기 및 트레이스층(4)은 하나 이상의 검출기(10) 및 트레이스(12)를 가지며 플렉시블하다. 검출기(10)는 도전성 물질의 국소 영역들이며, 트레이스(12)는 검출기(10)에서 검출기 및 트레이스층(4)의 에지(16)로 뻗어 있는 도전성 물질의 연속 라인(직선 혹은 곡선일 수 있음)이다. 각각의 검출기(10)는 바람직하게는 별도의 트레이스(12)에 전기적으로 접속되며, 다른 검출기 및 트레이스로부터는 전기적으로 격리된다. 검출기(10)는 버튼으로 지칭될 수도 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 검출기(10) 및 하나 이상의 트레이스(12)가 존재한다. 바람직하게도, 각각의 검출기는 자신의 트레이스를 가지며, 검출기 및 트레이스는 도 2에 도시된 바와 같이 다른 검출기들 및 트레이스들로부터 전기적으로 격리된다. 도 2에서, 검출기 및 트레이스(4)는 검출기 및 트레이스 구성이 보일 수 있도록 유전체층(6)으로부터 분리된다. 검출기(10, 32, 36)는 제각기 트레이스(12, 34, 38)에 접속된다. 캐패시턴스 미터에 대한 커넥션은 각각의 트레이스에 대해 분리된 핀을 갖는 관통 커넥터(도시안됨)를 통해 수행되며, 캐패시턴스 미터를 통한 것을 제외한 다른 어떠한 검출기/트레이스도 임의의 다른 검출기/트레이스 쌍에 전기적으로 접속되지 않는다.
바람직하게도, 검출기(10)의 중심으로부터 트레이스(12)가 검출기 및 트레이스층(4)의 에지(16)에 도달하는 지점까지 측정된 도전율은 1 메가옴이거나 이보다 적으며, 보다 바람직하게는 0과 10,000 옴 사이에 존재한다. 그러나, 트레이스(12)의 종단에 대한 검출기(10)의 전기 저항값은 유전체층(6) 양단의 전기 저항값보다 작다면 충분하다.
검출기 및 트레이스층(4)은 유전체층(6) 또는 분리 층에 도전성 코팅을 도포함으로써 형성될 수 있다. 분리층은 당업자에게 알려진 임의의 방식으로 적층함으로써 유전체층(6)에 도포되는 패브릭 또는 막일 수 있다. 바람직하게도, 반응성 우레탄 접착제 혹은 저용융 폴리머 물질을 포함하는 층들 간에 접착제가 사용된 다. 접착제는 접착제의 형태에 따라 로토 그라비어 프린팅에 의해, 나이프 코팅에 의해, 파우더 애플리케이션에 의해, 또는 웹으로서 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 검출기(10) 및 트레이스(12)는 유전체층(6) 상으로 또는 유전체층(6)에 부착된 막 또는 패브릭 상으로 직접 스크린 프린팅된다(screen printed). 잉크는 수지 또는 접착제와 파우더 도전성 물질, 가령 금, 은, 구리, 그래파이트 파우더, 카본 블랙, 니켈 또는 다른 금속 또는 합금을 혼합함으로써 전형적으로 형성되는 임의의 도전성 잉크일 수 있다. 잉크는 또한 카본 계 잉크, 은 계 잉크, 또는 카본 계 잉크 및 은 계 잉크의 조합물일 수 있다. 도전성 잉크는 스크린 프린팅(screen printing), 브러시에 의한 도포(applying by brush), 롤러에 의한 도포(applying by roller), 스프레잉(spraying), 디핑(dipping), 마스킹(masking), 진공 도금(vacuum plating), 진공 증착(vacuum deposition) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 당업자에게 널리 알려진 임의의 다양한 방법을 사용하여 기판 상에 코팅될 수 있지만, 이러한 방법에 국한된 것은 아니다.
플렉시블 용량성 센서(2)의 전기 도전성 기준층(8)은 유전체층(6) 상의 도전성 코팅, 원래의 도전성 막 또는 패브릭, 또는 유전체층(6) 상에 부착되는 막 또는 패브릭 상의 전기 도전성 코팅일 수 있다. 일부 구성에서, 전기 도전성 기준층은 바람직하게도 연속적이다. 다른 구성에서, 원한다면 상기 기준층 내에는 개구부(openings)가 존재할 수 있다. 바람직하게도 기준층은 플렉시블하다.
일 실시예에서, 전기 도전성 기준층(8)은 유전체층 상의 전기 도전성 코팅이 다. 이는 센서를 보다 더 얇게 하고 그 무게를 더 줄이게 하며(이는 휴대용 애플리케이션의 경우 중요함), 또한 어셈블리는 단순화하거나 코스트를 감소시킨다. 검출기(10) 및 트레이스(12)용으로 개시되는 물질은 도전성 기준층(8)용으로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 전기 도전성 기준층(8)은 원래의 도전성 막 또는 패브릭이다. 일부의 원래 도전성 막 및 패브릭은 가령 금속화 패브릭, 카본 부하 올레핀 막, 도전성 폴리머로 코팅된 패브릭, 스테인레스 스틸 얀(stainless steel yarn)과 같은 플렉시블 도전성 얀으로부터 구성되는 패브릭, 및 은 코팅된 얀(silver-coated yarn)을 포함한다. 다른 실시예에서, 전기 도전성 기준층(8)은 전기 도전성 코팅을 갖는 막 또는 패브릭일 수 있다. 바람직하게도, 막 또는 패브릭은 열가소성 써모셋(thermoplastic thermoset), 압력 감지 혹은 UV 경화 접착제를 사용하여 유전체층(6)에 부착된다.
전기 도전성 기준층(8)의 전기 저항값은 전형적으로 10000옴 미만이다. 만약 용량성 센서(2)가 사용자 상호작용의 위치를 결정하는 데 사용되지 않는다면, 전기 도전성 기준층의 전기 저항값은 실제만큼 낮을 수 있다.
또한, 전기 도전성 기준층(8)은 연속층이라기 보다는, 검출기 및 트레이스층(4)의 검출기(10) 및 트레이스(12)와 함께 등록되어 배치되는 추가의 검출기 및 트레이스(도시안됨)로 패터닝될 수 있다. 그러나, 이 방법은 검출기(10) 및 트레이스(12)가 검출기 및 트레이스층(4) 내의 검출기 및 트레이스의 패턴과 함께 등록되도록 전기 도전성 기준층(8)을 배치하는 추가의 제조 복잡성을 도입한다.
도 4에 도시된 일 실시예에서, 전기 도전성 기준층(194)은 검출기 및 트레이 스층(104) 내의 검출기(110)와 적어도 부분적으로 중첩하는 층 내의 홀(192)을 갖는다. 바람직하게도, 홀(192)은 검출기(110)와 완전히 중첩하며 검출기(110)와 정렬된다. 2개 이상의 검출기 및 2개 이상의 홀이 존재할 수 있으며, 각각의 홀은 하나의 검출기와 중첩한다.
이러한 구성에서, 용량성 센서의 전계 라인은 검출기(110) 위와 홀(192) 아래의 공간을 차지한다. 그것은 외부 용량성 물체, 가령 홀(192)에 접근하거나 홀에 들어가는 사람의 손가락에 의해 쉽게 방해를 받는다. 이러한 방해는 용량성 센서에 의해 감지되는 캐패시턴스를 변화시킬 것이며 이벤트(event)로서 검출될 수 있다. 이 방해는 용량성 물체가 검출기(110)와 전기적으로 접촉되지 않는다 할지라도 야기된다. 본 발명의 전기 도전성 기준층(194)은 외부 용량성 물체로부터 검출기 및 트레이스층(104)을 차폐시킨다. 검출기(110)와 중첩하는 전기 도전성 기준층(194) 내의 홀은 검출기 위의 영역에 전계 라인을 집중시켜 시스템을 검출기(110)에서 발생하는 이벤트에 대해 보다 더 민감하게 하고 검출기에 대한 주변 접근으로 인한 표시에 오류를 덜 발생시키도록 한다. 또한, 도전성 기준층을 포함하지 않는 용량성 센서는 외부 전자기 필드, 스트레이 캐패시턴스(stray capacitance), 정적 전기로부터의 간섭에 더욱 민감하며, 외부 용량성 물체와 트레이스의 접촉으로 인한 오류 이벤트에 더욱 민감할 것이다.
도 4에 도시된 용량성 센서(190)의 유전체층(106)은 압축력있거나 탄성을 가질 필요는 없는데, 그 이유는 검출기(110)와 기준층(194) 간의 거리의 변화와는 대조적으로 용량성 바디의 근접에 의해 캐패시턴스의 변화가 발생되기 때문이다. 유전체층(6)은 적절히 얇거나 플렉시블하거나 전기적으로 저항성인 임의의 물질일 수 있다.
도 3은 추가의 플렉시블 유전체층(64)과 도전성 기준층(66)을 갖는 용량성 센서(62)를 도시한다. 제 2 플렉시블 탄성 유전체층(64)은 원래의 유전체층(6)의 반대 측면상의 검출기 및 트레이스층(4) 상에 위치한다. 검출기 및 트레이스층(4)의 반대 측면 상의 제 2 유전체층(64)에 인접하게 제 2 전기 도전성 기준층(66)이 위치한다. 제 2 플렉시블 탄성 유전체층 및 제 2 전기 도전성 기준층용으로 사용되는 물질은 동일한 물질이며 전술한 유전체층 및 도전성 기준층과 동일한 물리적 특성을 갖는다.
절연층과 같은 바람직하게도 플렉시블한 다른 층들이 센서에 제공될 수 있다. 용량성 센서(2, 30, 62 또는 190)의 외부 표면들 중의 하나 또는 모든 표면에 대해 절연층이 코팅되거나, 적층되거나, 부착되거나 또는 제공될 수 있다. 이러한 층들은 임의의 물질로 그리고 센서의 전체 융통성이 허용가능하게 유지되는 방식으로 구성될 수 있다. 통상 이러한 물질은 본 발명의 전형적인 용량성 센서가 되는 얇은 프로파일을 유지할 것이다. 외부 층을 위한 이용가능한 물질은 텍스타일(textiles), 레더(leather) 또는 다른 하이드(hides), 막 또는 코팅을 포함한다. 절연층들은 각각 다수 물질의 합성물일 수 있으며 상부 절연층 및 하부 절연층은 동일한 조성물일 필요는 없다.
장식용 그래픽 또는 정보, 가령, 터치 스크린 또는 디스플레이 또는 터치 센서가 적용되거나 접속되는 다른 장치에 대한 정보 혹은 인스트럭션은 센서 상의 최 외각 절연층 상에 프린팅될 수 있다. 전형적으로 센서의 상부 표면, 즉 사용자에게 보여지는 표면은 검출기의 각각의 위치 및 기능을 나타내는 그래픽을 포함할 것이다. 장식적인 측면 및 기능적인 측면 모두를 제공하기 위한 물질이 선택될 수 있다. 절연층의 기능들은 시각 또는 촉각의 미, 마모 또는 천공에 대한 저항성, 오염 차단제, 엎질러진 액체에 대한 보호제, 자외선 저하에 대한 저항성 등을 포함할 수 있다. 센서의 하부층은 유사한 물질로 제조되어 상부층과 유사한 기능을 제공하며, 다만 예외적으로 장식 그래픽 또는 정보 그래픽이 포함되지 않는다는 것이다.
용량성 센서(62)에 대해, 캐패시턴스 미터(14)는 도전성 기준층(8)과, 제 2 도전성 기준층(66)과 각각의 트레이스(12)에 접속된다. 도전성 기준층(8)은 제 1 전압에 있으며, 트레이스(12)는 제 2 전압에 있으며, 제 2 기준층(66)은 제 3 전압에 있으며, 상기 제 1 전압 및 제 2 전압은 적어도 0.1볼트의 차이를 가지며, 제 2 전압과 제 3 전압은 적어도 0.1볼트의 차이를 갖는다. 일 실시예에서, 제 1 전압과 제 2 전압은 적어도 1.0볼트의 차이를 가지며, 제 2 전압과 제 3 전압은 적어도 1.0볼트의 차이를 갖는다. 바람직하게도, 제 1 전압과 제 3 전압은 동일하다. 일 실시예에서, 제 1 전압과 제 3 전압은 기준 전압을 형성하며, 용량성 센서의 동작 동안 일정하게 유지된다. 일 실시예에서, 기준 전압은 어스 그라운드(earth ground)와 동일하게 유지되거나 센서 환경의 그라운드와 동일하게 유지된다. 이는 외부 간섭과 전기 방전으로부터 용량성 센서를 최상으로 격리하는 기능을 수행할 것이다.
제 1 도전성 기준층(8)과 제 2 도전성 기준층(66)은 각각 검출기 및 트레이스층(4)과 조합되어 두개의 별도의 캐패시터를 형성한다. 바람직하게도, 각각의 도전성 기준층 상의 제 1 전압과 제 3 전압은 동일하여 두개의 별도의 캐패시터는 전기적으로 병렬로 구성된다. 이는 캐패시턴스 미터(14)의 요건을 단순화하며, 이는 두개의 별도 캐패시터를 보다 큰 캐패시턴스의 단일 캐패시터로서 처리할 수 있다. 보다 큰 캐패시턴스는 또한 전형적으로 센서의 감지도를 개선할 수 있으며, 이는 검출기 및 트레이스층(4)의 모든 측면 상에서 도전성 기준층을 포함하는 하나의 이점이 된다. 제 2 전기 도전성 기준층(66)은 또한 제 1 전기 도전성 기준층(8)과 동일한 방식으로 간섭으로부터 센서를 보호하는 데 도움을 준다.
제 1 전기 도전성 기준층(8)이 검출기 및 트레이스층(4) 내의 각각의 검출기 위에서 홀을 가지며 유전체(6)가 압축력 및 탄성력을 가지지 않는다면, 제 2 전기 도전성 기준층(66)은 주로 간섭으로부터 센서를 보호하는 기능을 행한다.
압축력있는 유전체로 구성된 센서의 경우, 센서의 캐패시턴스는 유전체층(6)의 압축력에 대해 역으로 변화한다. 검출기(10)에 인가되는 힘은 유전체층(6)을 압축하여 검출기 및 트레이스층(4)과 전기 도전성 기준층(8) 사이의 캐패시턴스를 증가시킨다. 힘이 제거되거나 단지 약해질 때, 검출기 및 트레이스층(4)과 도전성 기준층(8) 간의 분리 거리는 증가하며 용량성 센서(2)의 캐패시턴스는 감소한다.
유전체가 압축력을 갖지 못하지만 검출기 및 트레이스층(4) 내의 검출기(10)와 중첩하는 도전성 기준층(4) 내에 홀을 존재하는 경우에, 캐패시턴스는 사람의 손가락과 같은 용량성 바디의 접근에 따라 증가한다. 유전체가 압축력을 가지고 도전성 기준층 내에 홀이 존재하는 경우, 캐패시턴스의 변화는 캐패시턴스 미터(14)에 의해 모니터링되며, 이 미터는 이어서 원하는 응답, 가령 라디오와 같은 전기 장치의 활성을 개시할 수 있다.
캐패시턴의 변화를 모니터링하기 위해, 바람직하게도 제 1 전압은 도전성 기준층(8)에 인가되며 제 2 전압은 트레이스(12)에 인가된다. 검출기 및 트레이스층(4) 상에 하나 이상의 트레이스가 존재하는 경우, 각각의 트레이스는 별도의 전압(가령, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 전압 등)을 가질 것이다. 하나 이상의 트레이스가 존재하는 경우 바람직하게도 전압들은 순차적으로 트레이스에 인가된다. 일 실시예에서, 전압들은 순차적으로 인가되며 이 전압들은 실질적으로 동일하다. 바람직하게도, 도전성 기준층에 인가되는 전압들은 트레이스에 인가되는 전압들과는 적어도 0.1볼트의 차이를 가지며, 또다른 실시예에서는 1볼트 이상의 차이가 존재한다.
검출기 및 트레이스층(4)의 에지에서, 트레이스와의 전기적 컨텍트를 형성하는 데 관통 커넥터(도시안됨)가 사용된다. 관통 커넥터의 동작 원리는 전자분야에서 널리 알려져 있다. 절연체로 코팅된 전기 도체와 전기적 접속을 형성할 때, 관통 커넥터는 절연체를 관통해 도체 내부로 접속시키는 데 사용된다. 관통 커넥터는 트레이스(12) 및 도전성 기준층(8) 및 존재한다면 잠재적으로 도전성 기준층(66)에 인가되는 티스(teeth)를 가질 것이다. 일 실시예에서, 트레이스는 다른 층들을 지나 연장되어 보다 쉽게 접속될 것이다. 복수의 검출기(10) 및 트레이 스(12)를 갖는 다른 실시예에서, 커넥터 내의 별도의 티스는 각각의 분리된 트레이스를 접속하며, 그에 따라 미터(14)는 각각의 검출기 또는 복수의 검출기에 압력이 인가될 때 캐패시턴스의 변화를 감지하는 데 사용될 수 있다. 관통 커넥터의 사용으로 인해 대규모의 제조가 단순화된다.
관통 커넥터는 캐패시턴스 미터(14)를 트레이스(12) 및 도전성 기준층(8)에 접속함으로써 본 발명의 플렉시블 용량성 센서(2)를 캐패시턴스 미터(14)에 접속시킬 수 있다. 캐패시턴스 미터(14)는 검출기(10)에서 도전성 기준층(8)까지의 유전체층(6) 양단의 전압을 측정하며, 그 전압을 기준 전압과 비교한다. 만약 검출기(10)에서 유전체층(6) 양단의 캐패시턴스가 변화되면, 검출기(10) 양단의 전압이 또한 변화되며, 기준 전압과 검출기(10) 양단의 명목 전압과의 차이에 기초하여 전압 출력 신호가 생성된다. 검출기(10)에 인가되는 힘이 감소되고 유전체층(6)이 원래의 크기로 연장됨에 따라, 캐패시턴스는 감소한다.
이러한 구성에서 검출기의 캐패시턴스는 다양한 전기적 방법에 의해 측정될 수 있는데, 그 중 두 개가 논의될 것이다. 전기적 측정은 트레이스의 저항값이 변화되지 않으며 단지 개개의 검출기의 캐패시턴스만이 변화된다는 사실을 사용하고 있다. 따라서, 각각의 검출기 및 트레이스 조합의 측정가능한 RC 시정수는 단지 검출기의 캐패시턴스의 변화에 의해서만 변화된다. 하나의 방법은 전압 시프트 방법이며, 다른 방법은 주파수 응답에서의 위상 시프트 방법이다.
우리가 전압 시프트 방법으로 지칭하는 제 1 방법에서, 우리는 트레이스에 접속된 시리즈 저항(series resistor)을 사용한다. 캐패시턴스 미터(14)는 (1) 검출기(10)의 방전 동안 트레이스 및 검출기의 전압에서의 설정된 감소(a set decline)를 획득하는 시간, (2) 검출기(10)의 방전 초기로부터 설정된 시간 동안 트레이스 및 검출기의 전압 감소, (3) 검출기(10)의 충전 동안 트레이스 및 검출기의 전압에서의 설정된 증가를 획득하는 시간, (4) 검출기(10)의 방전의 초기로부터 설정된 시간 동안 트레이스 및 검출기의 전압 증가 중의 하나를 찾는다. 이러한 4 개의 양 중의 임의의 하나는 RC 시정수의 결정을 가능하게 하며, 따라서 검출기의 캐패시턴스의 변화를 측정할 수 있다.
위상 시프트 방법에서, 검출기 및 트레이스층(4)에 대해 시변 전압 신호(time-varying voltage signal)가 제공된다. 그라운드로의 저항은 도전성 기준층(8)에 접속된다. 저항은 인가된 신호와 검출기 및 트레이스층(4)을 통한 지연 신호(lagging signal) 간의 위상 시프트를 측정하는 데 사용된다. 지연(lag)이 검출기 및 트레이스(4)에 존재하는 캐패시턴스에 의해 야기됨에 따라, 이 지연 변화는 캐패시턴스 변화를 결정하는 데 사용될 수 있다. 원래의 지연 신호의 진폭들은 시스템의 상태에 관한 보다 많은 정보를 산출하기 위해 비교될 수 있다. 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이, 전압 신호의 공통 형태는 임펄스, 사인파, 구형파를 포함한다. 바람직하게도 교류 전압 신호는 10kHz보다 높은 주파수를 가질 것이다.
디지털 정보, 감쇄 시정수 또는 위상 시프트는 네트워크의 저항 용량성 특성의 연속하는 시간 변화량과 검출기(10)의 상태를 나타낸다. 보다 나은 신호 대 잡음 비를 달성하기 위해, 평균화 및 필터링이 연속적인 데이터 스트림에 인가될 수 있다.
시정수 방법 및 위상 시프트는 스트레이 캐패시턴스 및 전자기 간섭을 받기 쉽다. 따라서, 신호의 노이즈 함유량은 진정한 상태를 모호하게 할 수 있다. 샘플링은 마이크로 제어기에서의 설정가능한 인터럽트에 의해 규정되는 간격으로 수행될 수 있다. 샘플링 이론과 고주파수 이벤트의 디지털 재구성을 관리하는 나이퀴스트 기준에 의해 규정되는 샘플링을 통해, 샘플링 주파수의 절반 미만에서 발생하는 이벤트는 성공적으로 포착될 수 있다. 개개의 샘플링 시에, 수 마이크로초 정도의 복수의 샘플들은 각각 함께 평균화되어 소형의 전자기 효과뿐만 아니라 아날로그 디지털 변환기에 의해 도입되는 에러를 감소시킨다. 샘플링은 일정한 시간 간격으로 발생할 수 있거나 또는 노이즈 스펙트럼이 샘플링 간격으로 용이하게 상관될 수 없도록 랜덤한 간격으로 샘플링하는 것이 효과적일 수 있다.
샘플링된 데이터는 유한 임펄스 응답 필터 혹은 무한 임펄스 응답 필터로 전달된다. 이러한 필터는 전력선과 같은 소스로부터 샘플링된 데이터 상에서의 노이즈와 간섭의 영향을 감소시킨다. 이러한 방식으로, 검출기의 캐패시턴스의 보다 나은 추정치가 위상 시프트 또는 시정수의 보다 나은 추정치를 통해 결정될 수 있다.
상이한 필터들의 캐스케이딩(cascading)은 데이터의 상이한 해석을 가능하게 한다. 가령, 시스템에 대한 장기간의 변화(유전체층(6)에서의 탄성의 점진적인 손실)를 제거하거나 무시하는 데 필터 세트가 사용되어, 안정된 베이스라인을 제공하며 다른 필터는 단기간의 변화(즉, 프레싱 검출기(10))를 격리한다. 상이한 필 터들의 선택은 간단한 샘플링 및 임계치에 대한 비교에 비해 중대한 개선점이 된다.
용량성 센서(14)는 캘리브레이션을 필요로 한다. 베이스라인 캐패시턴스가 환경적 변화, 물질 변화, 외부 전자기 필드로 인한 시간 경과에 따라 표류하는 경향이 있기 때문에 캘리브레이션이 요구된다. 특히 폼(foam)으로 만들어진 유전체 물질에서, 최소화된 크립(creep) 및 히스테리시스(hysteresis)를 갖는 폼의 사용에도 불구하고, 캐패시턴스는 시간에 경과에 따라 변화할 것이다. 재캘리브레이션될 수 있는 센서는 항상 재캘리브레이션될 수 없는 센서보다 더 튼튼하고 민감할 것이다.
센서(14)를 캘리브레이션하는 데 3 개의 방법이 있다. 제 1 방법은 제조시에 캘리브레이션 세팅을 프로그래밍하는 것이다. 제 2 방법은 시스템(센서가 그 시스템의 일부가 됨)이 개시될 때마다 센서(14)를 캘리브레이션하는 것이다. 이 방법은 장시간 스케일 동안 약간의 변동에 대한 에러를 효과적으로 감소시킨다. 제 3 방법에서, 센서(14)는 외부로부터의 전기 노이즈를 필터링하여 제거하는 것 뿐만 아니라 부주의한 터치 또는 다른 접촉을 무시함으로써 변화하는 상태에 대해 지속적으로 캘리브레이션된다. 캐패시턴스를 감지하도록 설계되고 지속적인 자체 캘리브레이션, 노이즈 필터링 및 재 캘리브레이션을 포함하는 상용가능한 전자 모듈이 존재한다.
예
예 1
도 5에 도시된 바와 같이 복수의 층을 적층함으로써 스위치 패널을 제조하였다. 달리 규정되지 않는한 모든 퍼센트는 중량 퍼센트이다.
두 의 동일한 탄성 구조가 만들어지며, 이는 아래의 순서로 구성된다.
(1) 멕시코의 폴리머로스 와이 데리바도스로부터의 100 g/㎡ celFil 100 spunbonded 폴리에스터 넌우번 패브릭의 보호층(104).
(2) 미네소타의 3M 사로부터의 100 마이크론 두께의 벨로스타트 1704의 도전성 막의 제 1 도전층(101).
(3) 메사츄세트의 Deerfield Urethane으로부터의 8 밀 두께의 듀라플렉스 PT9300 폴리우레탄 막의 탄성 분리층(102).
제 2 도전층(108)이 만들어지는데, 이는 보호층(104)에서와 동일한 넌우번 패브릭(nonwoven fabric)으로 개시된다. 이는 가스토니아 노스 캐롤라이나의 네베온으로부터의 60% Hycar 26-1199 바인더(binder), 스위스, 보디오의 팀캘로부터의 10% SFG-15 그래파이트 및 30% 물의 혼합물로 구성되는 도전성 페이스트(conductive paste)로 코팅된다. 페이스트를 만들기 위해, 그래파이트는 사우스 캐롤라이나의 스파르탄버그의 밀리켄 케미칼로부터의 대략 10mL의 SL 6227 분산제와 더불어 물에 대해 휘저어지면서 첨가된다. 다음, Hycar 바인더가 첨가된다. 최종적으로, 펜실베니아의 필라델피아의 롬과 하스로부터 아크리졸 RM-8W 농축장치가 점성이 브룩필드 비스코미터 상에서 측정된 12000cP에 도달할 때까지 첨가되었다.
이러한 페이스트는 폴리에스터 넌우번 패브릭 상에서 스크린 프린팅되어 도 6에 도시된 바와 같이 패터닝된 구조를 생성하게 된다. 검출기 영역(120), 트레이스(122), 핀 커넥션(124) 및 기준층 커넥션(126)이 프린팅되었다. 프린팅 후에, 패브릭이 포스드 에어 오븐(forced-air oven)에서 15분 동안 건조되어 수분을 제거하며 패브릭에 대해 코팅을 바인딩한다. 다음, 도전성 코팅은 미시간의 포트 휴론의 아케슨 콜로이드로부터의 PE-001 실버 페이스트로 페이팅되고 건조를 위해 다시 오븐 내에 배치된다. 관통 핀 커넥터의 절반의 암(female)놈이 부착되어 별도의 핀들이 각각의 검출기로부터 트레이스로 관통한다.
이러한 프린팅된 시트는 두 개의 동일한 탄성 구조들 사이에 배치되며, 그에 따라 넌우번 보호층(nonwoven protective)(104)은 최종 구조물의 외부에 배치된다. 별도의 절연 구리선들은 각각의 도전성 막에 부착되어 프린트 내의 그라운드 커넥션에 접속된다. 미네소타의 세이트 폴의 3M 사로부터의 슈퍼 77 스프레이 접착제를 사용하여 인접한 층들이 부착된다.
핀 커넥터는 그 양의 대응부분에 부착되며, 다시 이는 차폐된 동축 케이블에 부착되며 그에 따라 동축 케이블의 그라운드 외장은 제 1 도전층에 접속된다. 센터 도체는 순차적으로 각각의 트레이스에 접속된다. 동축 케이블의 다른 단부는 작은 캐패시턴스를 측정하도록 설정된 트리플렛(2102) 멀티미터의 캐패시턴스 측정 슬롯으로 삽입된다. 각각의 트레이스 및 기준층 간의 캐패시턴스는 2번 측정되는데, 첫번째는 정지 상태에서 측정되며, 다음에는 탄성 격리층을 최대로 압축하도록 검출기를 푸시하면서 측정된다.
예 2
제 2 구조가 만들어지며 이는 탄성 격리층(102) 내의 폴리머가 뉴욕의 밸라스톤 스파의 스페셜티 실리콘 프로덕트로부터의 3 밀 두께의 M823 실리콘 막으로 대체되는 것을 제외하고는 예 1의 구조와 동일하다.
예 3
제 2 구조가 만들어지며, 이는 탄성 격리층(102) 내의 폴리머가 웨스트 버지니아의 헌팅턴의 루버라이트 인코포레이티드로부터의 44 밀 두께의 T-1505 HypurCEL 폴리우레탄 폼으로 대체되는 것을 제외하고는 예 1의 구조와는 동일하다.
표 A는 예 1 내지 예 3의 샘플들 각각의 측정된 캐패시턴스를 나타낸다. 이러한 값들은 패널에서 멀티미터로 선행하는 케이블들 간의 캐패시턴스 44pF를 감산한 이후의 값이다. 프린트된 검출기 및 트레이스 요소의 패턴은 도 6에 도시된다. 검출기(120)는 장치의 롱트레이스(122) 및 숏트레이스(121)의 에지에 접속된다. 또한 프린트된 것은 그라운드 커넥션(126) 및 핀 커넥션(124)이다.
표 A
Figure 112008064255587-PCT00001
표 A는 보다 얇은 유전체가 보다 더 큰 캐패시턴스를 제공하지만, 보다 두꺼운 유전체가 (정지 값에 대해) 보다 큰 상대적인 캐패시턴스의 변화를 제공하는 것을 나타낸다. 어느 것이 바람직한 것인가 라는 것은 애플리케이션 환경, 원하는 민감도, 및 검출 전자장치의 해상도에 달려 있다.
본 발명의 영역은 주요 설계 특징을 포함하는 모든 변형예를 포함하며, 본 발명의 영역 및 제한사항은 첨부된 특허청구범위의 영역 및 그 등가물에 의해 결정된다. 따라서, 본 명세서에 기술되는 본 발명의 개념들은 상호 변경가능하며, 또한 본 발명의 또다른 변형 예에서 함께 사용될 수도 있으며, 다른 변형 및 대체물은 본 발명의 사상과 범위 내에서 바람직한 실시예로부터 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 용량성 센서에 있어서,
    제 1 측면 및 제 2 측면을 가지며 8 내지 250 마이크로미터의 두께를 갖는 제 1 플렉시블 탄성 유전체층과,
    검출기 및 트레이스를 포함하는, 상기 제 1 유전체층의 제 1 측면 상의 전기 도전성 검출기 및 트레이스층과,
    상기 제 1 유전체층의 제 2 측면 상의 제 1 전기 도전성 기준층과,
    상기 검출기 및 트레이스층과 상기 제 1 도전성 기준층에 전기적으로 접속되는 캐패시턴스 미터를 포함하는
    용량성 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 기준층은 제 1 전압을 가지며, 상기 검출기 및 트레이스층은 제 2 전압을 가지며, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압은 적어도 0.1볼트의 차이를 갖는 용량성 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체층은 빈 공간(void)이 본질적으로 존재하지 않는 막을 포함하는 용량성 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체층은 50 내지 150 바의 부하가 적용될 때 50%만큼 압축되는 용량성 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층은 2개 이상의 개개의 전기적으로 어드레싱되는 검출기 및 트레이스를 포함하는 용량성 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 캐패시턴스 미터는 각각의 트레이스 및 상기 제 1 도전성 기준층에 전기적으로 접속되며, 상기 제 1 도전성 기준층은 제 1 전압을 가지며, 각각의 트레이스는 제 2 전압을 갖는 용량성 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층은 도전성 잉크로 프린팅되는 패브릭을 포함하는 용량성 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플렉시블 탄성 유전체층과 대향되는 측면 상의 상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층 상의 제 2 플렉시블 탄성 유전체층과,
    상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층과 대향되는 측면 상의 상기 제 2 플렉시블 탄성 유전체층 상의 제 2 전기 도전성 기준층을 더 포함하되,
    상기 캐패시턴스 미터는 상기 제 2 도전성 기준층에 전기적으로 추가 접속되는
    용량성 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 기준층은 제 1 전압을 가지며, 상기 검출기 및 트레이스층은 제 2 전압을 가지며, 상기 제 2 기준층은 제 3 전압을 가지며, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압은 적어도 0.1볼트의 차이를 가지며, 상기 제 2 전압과 상기 제 3 전압은 적어도 0.1볼트의 차이를 갖는 용량성 센서.
  10. 제 1 측면 및 제 2 측면을 갖는 제 1 플렉시블 탄성 유전체층과,
    적어도 개개의 전기적으로 어드레싱되는 2 개의 검출기 및 트레이스를 포함한, 상기 제 1 유전체층의 제 1 측면 상의 전기 도전성 검출기 및 트레이스층과,
    상기 검출기를 완전히 중첩하는 제 1 전기 도전성 기준층과,
    각각의 트레이스 및 상기 제 1 도전성 기준층에 전기적으로 접속되는 캐패시턴스 미터를 포함하는
    플렉시블 용량성 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도전성 기준층은 제 1 전압을 가지며, 상기 검출기 및 트레이스층은 제 2 전압을 가지며, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압은 적어도 0.1볼트의 차이를 갖는 플렉시블 용량성 센서.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 플렉시블 탄성 유전체층은 폼(foam)을 포함하는 플렉시블 용량성 센서.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체층은 0.14 바(bar)의 부하가 인가될 때 10 내지 50%만큼 압축되는 플렉시블 용량성 센서.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층은 도전성 잉크로 프린팅되는 패브릭을 포함하는 플렉시블 용량성 센서.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 플렉시블 탄성 유전체층과 대향되는 측면 상의 상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층 상의 제 2 플렉시블 탄성 유전체층과,
    상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층과 대향되는 측면 상의 상기 제 2 플렉시블 탄성 유전체층 상의 제 2 전기 도전성 기준층을 더 포함하되,
    상기 캐패시턴스 미터는 상기 제 2 도전성 기준층에 전기적으로 추가 접속되는
    플렉시블 용량성 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 기준층은 제 1 전압을 가지며, 상기 검출기 및 트레이스층은 제 2 전압을 가지며, 상기 제 2 기준층은 제 3 전압을 가지며, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압은 적어도 0.1볼트의 차이를 가지며, 상기 제 2 전압과 상기 제 3 전압은 적어도 0.1볼트의 차이를 갖는 플렉시블 용량성 센서.
  17. 용량성 센서에 있어서,
    제 1 측면 및 제 2 측면을 갖는 제 1 플렉시블 탄성 유전체층―상기 제 1 유전체층은 스페이서 패브릭임―과,
    검출기 및 트레이스를 포함하는, 상기 제 1 유전체층의 제 1 측면 상의 전기 도전성 검출기 및 트레이스층과,
    상기 제 1 유전체층의 제 2 측면 상의 제 1 전기 도전성 기준층과,
    상기 검출기 및 트레이스층과 상기 제 1 도전성 기준층에 전기적으로 접속되는 캐패시턴스 미터를 포함하는
    용량성 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층은 2 개 이상의 개개의 전기적으로 어드레싱되는 검출기 및 트레이스를 포함하며, 상기 캐패시턴스 미터는 각각의 트레이스 및 상기 제 1 도전성 기준층에 전기적으로 접속되며, 상기 제 1 도전성 기준층은 제 1 전압을 가지며, 각각의 트레이스는 제 2 전압을 갖는 용량성 센서.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층은 도전성 잉크로 프린팅되는 패브릭을 포함하는 용량성 센서.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 플렉시블 탄성 유전체층과 대향되는 측면 상의 상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층 상의 제 2 플렉시블 탄성 유전체층과,
    상기 전기 도전성 검출기 및 트레이스층과 대향되는 측면 상의 상기 제 2 플렉시블 탄성 유전체층 상의 제 2 전기 도전성 기준층을 더 포함하되,
    상기 캐패시턴스 미터는 상기 제 2 도전성 기준층에 전기적으로 추가 접속되는
    용량성 센서.
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