KR20100136990A - 힘 감지 터치 반응 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

택틸 장치는 힘 감지 터치 스크린을 포함하는 임의 개수의 형태로 터치 입력면을 포함한다. 이 실시예에서, 커버는 용량성 센서 상에 배치된 투명 스크린을 커버한다. 스크린 터치는 터치의 위치와 터치에 의해 가해진 힘을 식별하도록 결합될 수 있도록 각 센서로부터 신호를 생성한다.

Description

힘 감지 터치 반응 입력 장치{Tactile Device with Force Sensitive Touch Input Surface}
본 발명은 일반적으로 택틸(tactile) 입력 장치에 관한 것이고, 보다 특히 일체형 터치 입력 표면을 구비한 택틸 입력 장치에 관한 것이다.
택틸 입력 장치는 여러 애플리케이션에서 보다 대중적으로 되었다. 휴대폰, PDA, 및 다른 전자 장치는 주어진 부피에서 그러한 장치에 수많은 기능을 통합하고자 한다. 택틸 입력 장치는 이 기능을 제공할 수 있다. 이는 용량성, 저항성, 스트레인 게이지, 및 다른 타입의 센서를 사용하는 입력장치를 제공하기 위해 다수의 접근법을 가져왔다.
예를 들어, Son 등의 미국 특허 출원 번호 제2007/0257821호(본 발명과 동일한 출원인에게 양도됨)는 재구성 가능한 택틸 센서 입력 장치를 설명하고, 본 발명의 출원인에게 양도되었다. 입력 장치는 용량성 감지를 사용하고 제 1 경질 전극 레이어, 압축 가능 유전체 구조체, 및 제 2 플렉시블 전극 레이어를 포함한다. 유전체 구조체는 그 사이에 공간을 가진 압축 가능 기하 구성요소의 매트릭스를 포함해도 좋다. 이 접근법은 개별 택틸 힘 감지의 레벨 변경을 제공한다. 선택적인 플렉시블 디스플레이는 구성이 여러 입력에 기초하여 때에 따라 변화할 수 있는, 본 구성을 개별적으로 표시하도록 입력 장치 위에 설치되어도 좋다.
Son의 미국 특허 공개 제2007-0242037호(본 발명과 동일한 출원인에게 양도됨)는 통합된 사용자 입력 용량을 가진 전자 장치 하우징을 설명하고 본 발명의 출원인에게 양도된다. 이 장치는 전자 장치를 위한 하우징에 개인에 의해 적용된 힘의 레벨을 측정한다. 용량 센서는 하우징의 전도 내면과 경질 베이스 상의 전극 사이에 형성된다. 하우징으로의 힘의 부가는 상응하는 부분을 편향하고 그에 의해 센서를 가로지르는 용량을 변화시킨다.
위에 설명된 바와 같은 개발과 함께, 터치 스크린과 같은 터치 위치 장치의 개발도 유도되었다. Kamrath 등의 미국 특허 제7,148,882호는 '0'의 힘을 포함하는 부가된 힘의 연속 범위에 대해 부가된 힘에 의해 야기된 차이를 검출하는 커패시터-기반 힘 센서를 구축하는 복합체가 설명된다. 다수의 이러한 센서는 입력 구조체 아래에 분산된다. 힘이 부가되면, 힘은 각 센서의 용량 특성에 의해 측정된 것과 같은 힘을 입력 구조체 상에 부가된 힘의 위치로 변환된다.
Robert의 미국 특허 제7,183,948호는 힘 센서 기본 구성요소, 측면 연화 수단, 및 프리로드(preload) 스프링을 포함하는 접선 힘 제어 터치 위치 장치를 설명한다. 힘 센서를 포함하지 않는 기계적 경로는 터치 표면의 측면 움직임을 방해하기 위한 측면 경화 수단을 구성하는 복수의 션트(shunt) 연결을 포함한다.
위의 참조 각각은 상이한 접근법을 설명한다. 터치 스크린을 위에 확인된 특허 공개에 설명된 바와 같은 택틸 입력 장치와 통합하고자 하는 제작자는 한 벤더의 입력 장치와 다른 벤더의 터치 스크린을 구매한다. 그 다음 제작자는 그 둘을 통합하기 위한 접근법을 결정해야 한다. 일반적으로 각 컴포넌트와 연계된 전자장치는 양립 가능하지 않아서, 상이한 프로세싱 접근법이 착수되어야 한다. 이는 장치 안에 상이한 회로를 구비하여 입력 장치의 가격과 크기를 증가시키거나 보다 복잡한 신호를 외부 장치와 프로세싱 컴포넌트에 전송할 필요가 있다.
여러 키보드 구성과 결합되어 장치의 가격이 최소화되고 장치에 의한 전자 프로세싱이 외부 장치와 요구되는 통신을 최소화하는 터치 스크린 디스플레이를 제공하는 택틸 입력 장치가 요구된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 통합 터치 스크린 디스플레이 또는 다른 터치 입력 표면을 통합시킨 택틸 입력 장치를 제공하는 것이다. 또한 요구되는 것은, 하나의 컨트롤러 IC가 멀티-터치 입력 키패드와 압력 감지 스크롤 사이드 버튼과 같은 특수 버튼과 함께 터치 스크린을 다룰 수 있는, 범용 입력 솔루션이다.
본 발명의 다른 목적은 장치 가격을 최소화한 통합 터치 스크린 디스플레이 또는 다른 터치 입력 표면을 통합시킨 택틸 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 장치와 외부 장치 사이의 데이터 통신을 간단하게 하는 다른 터치 입력 표면과 통합 터치 스크린 디스플레이를 구비한 택틸 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 컨트롤러 IC가 멀티-터치 입력 키패드와 압력 감지 스크롤 사이드 버튼과 같은 특수 버튼과 함께 터치 스크린을 다룰수 있는, 범용 터치 표면을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 힘 감지 터치 반응 입력 장치는 기준면, 부가되는 힘을 가지는 입력 구조체, 및 상기 기준면에 대한 굴곡에 의해 상기 힘의 부가에 입력 구조체가 반응할 수 있도록 하는 굴곡 밀착 구조체를 포함한다. 기준 표면에 대한 입력 구조체의 움직임은 용량성 감지에 의해 검출되고, 용량성 센서는 입력 구조체와 함께 움직이는 제 1 전극과 상기 기준면에 부착되고 상기 제 1 전극에서 이격되는 제 2 전극을 포함한다. 신호 프로세서는 제 1 및 제 2 전극에 연결되고 기준 면에 대하여 상기 입력 구조체의 굴곡에 반응하여 상기 입력 구조체에 부가되는 힘에 비례하는 신호를 생성한다.
첨부된 청구범위는 특히 본 발명의 주제를 지적하고 명백히 청구한다. 본 발명의 여러 목적, 이점, 및 새로운 특징은 동일한 부분은 동일한 참조 번호를 가지는 첨부한 도면과 함께 다음 상세한 설명을 통해 보다 명확하게 될 것이다.
도 1 은 본 발명을 구체화하여 구축된 터치 스크린을 구비한 택틸 입력 장치의 분해 사시도;
도 2 은 본 발명을 구체화하여 구축된 터치 스크린을 구비한 다른 택틸 입력 장치의 분해 사시도;
도 3a 내지 3c는 본 발명의 실행에 유용한 용량성 센서의 일 실시예의 단면도;
도 4a 및 4b는 본 발명의 실행에 유용한 용량성 센서의 다른 실시예의 변형의 단면도;
도 5a 내지 5c는 본 발명의 실행에 유용한 용량성 센서의 또 다른 실시예의 변형의 단면도;
도 6 은 조정 프로세스의 일 실시예의 흐름도;
도 7 은 본 발명을 구체화하는 다른 택틸 입력 장치의 평면도;
도 8 은 도 7의 택틸 입력 장치의 제 1 실시예의 부분 단면도;
도 9 는 도 7의 택틸 입력 장치의 제 2 실시예의 부분 단면도;
도 10 은 도 7의 택틸 입력 장치의 제 3 실시예의 부분 단면도;
도 11은 본 발명을 구체화한 또 다른 택틸 입력 장치의 제 1 실시예의 부분 단면도; 및
도 12 는 도 11의 택틸 입력 장치의 제 2 실시예의 부분 단면도이다.
도 1 은 재구성 택틸 입력 장치와 터치 스크린을 통합한 택틸(tactile) 입력 장치(10)의 주요 구성요소를 나타낸다. 장치(10)는 터치 스크린을 위한 액세스 포트(12)와 입력 전극으로의 액세스를 위한 액세스 포트(13)를 구비하고 일반 평면을 구비한 커버(11)를 포함한다. 커버는 또한 주변에 대하여 둘레에 에지를 구비하여 입력 장치(10)의 다른 구성 요소를 받아서 하우징하는 오픈 바닥을 구비한 캐비티를 형성한다.
하나의 그러한 구성요소는 투명 부분이 액세스 포트(12)와 실질적으로 동연(同延)하도록 액세스 포트(12) 아래에 커버(11) 안에 넣는 유리 커버(14)이다. 유리 커버(14)는 액세스 포트(12)로 여유가 있는 보이는 영역 바깥에 있는 주변 전도 프레임(15)을 추가로 포함한다. 일반적으로 전도 프레임(15)은 전기적으로 접지된다. 그러므로 개인은 액세스 포트를 통해 유리 커버(14)를 터치할 수 있다. 본 실시예에서, 유리 커버(14)의 탑 표면은 터치 입력면 역할을 한다.
다른 구성요소는 재구성 기능을 제공하는 전극의 어레이를 포함하는 PC 보드(16)를 포함한다. 일 실시예에서, 이들 전극은 용량성 센서를 포함한다. PC 보드(16)는 유리 커버(14)와 기본적으로 동연하는 다른 포트(20)도 포함한다.
포트(20)의 4개의 코너에서 PC 보드(16) 상에 배치된 힘 감지 터치 스크린 센서 전극(21~24)이 있다. 그들은 장치(10)가 조립될 때 유리 커버(14)의 전도 프레임(15)과 정렬되도록 배치된다. 조립될 때, 커버(11)는 유리 커버(14)를 캡쳐하지만 유리 커버(14)는 전극(21~24) 위로 지지 된다.
장치(10)의 마지막 구성요소는 주변 프레임(26)과 디스플레이 영역(27)을 구비한 종래의 LCD 디스플레이(25)이다. 장치(10)가 조립될 때, 개인은 유리 커버(14), 전극(21~24) 및 LCD 디스플레이(25)에 의해 형성되는 터치 스크린 또는 전극 어레이(17)를 선택하는 옵션을 가질 수 있다.
개인이 유리 커버(14)를 터치하면, 터치 힘에 따라 편향한다. 전도 프레임(15) 및 전극(21~24)은 용량성 센서를 구성한다. 각 센서의 커패시턴스의 변화는 위치에 좌우되는 힘 벡터 컴포넌트와 유리 커버(14)의 개별 터치의 크기를 나타낸다. 결과적으로 각 전극(21~24)으로부터의 신호는 터치 위치 및/또는 크기를 결정하도록 처리될 수 있다. 명백하듯이, 이 정보는 임의의 여러 기능에 따라 LCD 디스플레이(26)를 구동하는 외부 장치에 전송될 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적에 따라, 장치(10)는 통합 터치 스크린 디스플레이를 통합하는 택틸 입력 장치이다. 장치(10)는 휴대용 및 작은 전자제품에 적절한 최소 부피와 최소 가격을 특징으로 한다. 또한, 장치(10)는 장치(10)와 외부 장치 사이의 데이터 통신을 간단하게 한다.
도 2 는 편향 가능 하우징을 가지는 입력 장치를 구비한 터치 스크린을 통합하는 다른 택틸 입력 장치(30)의 주요 구성요소를 나타낸다. 다음 설명에서, 유사한 숫자는 도 1의 장치(10)와 동일한 구성을 가질 수 있는 도 2의 구성요소를 가리킨다. 장치(30)는 터치 스크린을 위한 액세스 포트(32)를 구비한 일반 평면 표면을 구비한 커버(31)를 포함한다. 영역(33)은 개인이 마크된 영역을 터치하고 영역(33)의 상응하는 부분이 편향하는 영역을 구성하여 선택된 영역(33)과 입력 전극(37) 사이의 커패시턴스에서 변화를 만들어낸다. 커버(31)는 또한 주변에 대하여 둘레에 에지를 구비하여 입력 장치(30)의 다른 구성 요소를 받아서 하우징하는 오픈 바닥을 구비한 캐비티를 형성한다.
도 1의 입력 장치(10)와 같이, 유리 커버(14)는 액세스 포트(32) 아래의 커버(31)에 위치하여 투명 부분이 액세스 포트(32)와 실질적으로 동연한다. 또한, 유리 커버(14)는 주변 접지된 액세스 포트(32)에 의해 여유를 가지고 보이는 영역 바깥에 노이는 전도 프레임(15)을 포함하여 개인은 액세스 포트(32)를 통해 유리 커버(14)를 터치할 수 있다.
본 실시예에서, PC 보드(36)는 장치가 커버(31)를 입력으로 사용할 수 있게 하는 커버 영역(33)과 상호작용하는 전극의 어레이(37)를 포함한다. PC 보드(36)는 유리 커버(14)와 기본적으로 동연하는 다른 포트(40)도 포함한다.
도 1의 입력 장치(10)와 같이, 힘 감지 터치 스크린 센서 전극(21~24)이 포트(40)의 4개의 코너에서 PC 보드(36) 상에 배치된다. 그들은 장치(30)가 조립될 때 커버(14)의 전도 프레임(15)과 정렬되도록 배치된다. 조립될 때, 커버(31)는 커버(14)를 캡쳐하지만, 커버(14)는 전극(21~24) 위로 지지 된다.
프레임(26)과 디스플레이 영역(27)을 구비한 LCD 디스플레이(25)는 장치(30)의 최종 구성요소를 구성한다. 그러므로, 장치(30)가 조립될 때, 개인은 커버(14), 전극(21~24) 및 LCD 디스플레이(25)에 의해 형성되는 터치 스크린 또는 영역(37)을 선택하는 옵션을 가진다. 명백하듯이, 장치(30)는 또한 통합 터치 스크린 디스플레이를 통합하고 본 발명의 여러 목적을 만족시키는 택틸 입력 장치이다.
대부분의 실시예에서, 용량성 프레임(15)과 전극(21~24)으로 생성된 용량성 센서 각각은 동일 구조를 가질 것이다. 도 3a 내지 3c는 센서(21)와 같은 센서를 위한 일반 구조를 나타낸다. 도 3a를 참조하면, 이격된 컴플레인트(complaint) 지지 구조체(50,51)는 유리 커버(14)의 주변에 가장 가까운 PC 보드(16)와 유리 커버(14) 사이에 끼워진다. 이 지지 구조체(50,51)는 PC 보드(16) 상의 전극(52,53) 위로 이격되고 정렬되는 접지된 전도 프레임(15)의 일부로 커버(14)를 적재한다.
지지 구조체(50,51)는 복수의 컴플레인트(complaint) 절연 물질로 형성될 수 있다. 실리콘, 고무, 및 폴리우레탄은 적절한 물질의 예이다.
위에서 밝힌 바와 같이, 개인이 커버(14)를 터치하면, 부가된 힘의 크기와 위치에 따라 변화하는 각각의 센서(21~24)에서의 편향으로 유리 커버(14) 상의 힘의 위치와 크기에 좌우되는 양으로 편향한다. 도 3b는 동일하게 압박하는 지지 구조체(50,51) 사이에 힘을 생성하는 손가락 또는 스타일러스(54,stylus)에 의한 힘의 부가를 나타낸다. 결과적으로, 전극(52,53)과 외연하는 전도 프레임(15)의 일부는 하향 이동하여 전극 사이의 동일한 이격을 감소시키고 각 센서의 커패시턴스를 동일하게 증가시킨다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 스타일러스(54)가 지지 구조체(51) 가까이의 커버(14)를 누르면, 지지 구조체(50) 보다 더 압박한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 지지 구조체는 전도 프레임(15)과 전극(52) 사이에서 전극 사이 간격을 증가시키지만, 전도 프레임(15)과 전극(53) 사이의 전극 사이 간격은 감소한다. 결과적으로 전극(52)을 포함하는 센서의 커패시턴스는 감소하지만 전극(53)을 포함하는 센서의 커패시턴스는 감소한다. 합쳐서, 이들 신호는 힘이 도 3c의 오른쪽에 더 가깝게 부가된 것을 나타낸다.
도 4a에서 지지 구조체는 LCD(25) 위로 커버(15)를 이격하기 위한 스프링(61,62)을 포함한다. PC 보드(16)는 커버(14)의 에지와 정렬하는 위치에서 전극(62,63)을 지지한다. 본 실시예에서, 전기적으로 접지된 구조체(64)는 전극(65)을 적재하고; 유사한 구조체(66)는 전극(67)을 적재한다. 동작은 도 3a 내지 도 3c에 대해 묘사된 것과 본질적으로 동일하다. 이 구조는 선형 힘 편향 반응을 제공하는데 특히 이롭다. 도 1 및 도 2의 실시예에서 주변 전도 프레임이 일반적으로 금속 코팅으로 구성되지만, 코팅은 조립을 간단히 할 수 있는 금속 클립(64)으로 대치된다.
도 4b는 PC 보드 또는 경질 기판(16)이 두껍고 LCD 디스플레이(25)를 위한 리세스로 형성되는 도 4a의 구조체의 변형을 설명한다. 이 케이스에서, PC 보드 또는 경질 기판(16)은 스프링(60,61)을 받는 웰(70,71)과 같은 웰을 통합하도록 또한 보정된다. 이 변형에서, 접지된 주변 전도 클립(64)은, 예를 들어, 전극으로 작용한다.
도 4a, 및 4b 각각은 프로세서(72)를 구비한 PC 보드(16)를 나타낸다. 그러한 프로세서의 추가는 임의의 외부 장치에 독립적으로 부가된 힘의 크기와 위치를 생성하도록 FST 스크린 및 RTID 및/또는 HAI 센서 모두로부터의 정보 처리를 가능하게 한다. 분명하듯이, 그러한 특징은 택틸 입력 장치와 외부 장치 사이에서 임의의 통신 링크를 위해 필요한 대역 폭을 감소시키는 하이-레벨 커맨드에 의해 외부 장치와의 통신을 허용한다.
도 4a 및 4b가 회복력을 제공하는 스프링(60,61)을 개시하지만, 도 5a 내지 5c는 판 스프링을 결합한 다른 변형을 나타낸다. 도 5a에서, 힘은 PC 보드(16) 위로 이격된 커버(14)에 부가된다. 판 스프링(80)은 PC 보드(16)에 대하여 지탱하는 중심 부분(81)을 포함한다. 제 1 오프셋 윙(82)은 접지 전극(84)에 부착하는 패드(83)를 포함한다. 제 2 오프셋 윙(85)은 다른 접지 전극(87)에 부착하는 패드(86)를 포함한다. 전극(90,91) 상의 중심 부분(81)의 섹션은 센서를 완성하고, 본 특정 실시예에서, 주변 채널(92)은 얼마 정도의 강도를 제공하도록 PC 보드(16)에 부착한다. 플랜지(93)는 상향 이동을 제한하도록 커버(14) 위에 놓인다.
도 5b는 한 쌍의 판 스프링(100,101)이 커버(14)의 에지를 클립하는 제 1 접지부를 구비하는 변형 예를 나타낸다. 오프셋 부분(102,103)은 접지 접촉(104)과 맞물린다. 판 스프링(100.101)은 PC 보드(16)로부터 떨어져 커버를 바이어스한다. 채널(92)은 최대 간격을 구획한다. 센서 전극(105,106)과 기본적으로 동연하는 스프링(100,101) 부분은 센서를 완성한다.
도 5a 및 5b에서, 판 스프링은 커버(14)와 PC 보드(16) 사이에 들어간다. 도 5c는 판 스프링(110,111)이 커버(14)에 접하고 센서 전극(114,115) 위에 놓이는 제 1 부분(112,113)을 구비하는 센서를 나타낸다. 부분(116,117)은 접지 전극(122) 각각에 부착하는 오프셋 패드(120,121)를 제공한다. 그러므로, 도 5c는 두 이격된 용량성 감지 구성요소를 포함하는 센서를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c,도 4a,4b, 및 도 5a 내지 도 5c 각각은 두 용량성 센서를 나타낸다. 명백하듯이, FST(Force Sensitive Tactile) 스크린은 도 1 및 도 2 각각에서 위치 21 내지 24에서 4개의 센서 포인트를 제공하도록 커버의 사이드 또는 반대 단부 상에 2개의 그러한 구조체를 필요로 한다.
물론, 센서 신호로부터 유래한 위치가 정확하도록 그러한 시스템을 조정할 필요가 있다. 그러한 조정 프로세스중 하나를 이해할 목적으로, 센서(21~24)는 BL(bottom left), TL(top left), TR(top right), BR(bottom right)을 가리키는 것으로 가정된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 조정 프로세스(130)는 단계 131이 스크린의 각 코너에 대한 이상적인 위치값을 구축할 때 시작한다. 유닛 값을 사용하여, BL 코너에 대한 이상적인 위치 값은 0,0; TL 코너는 0,1; TR 코너는 1,1; BR 코너는 1,0이다.
힘이 코너 0,0에 부가된 후, 단계 132는 원시(raw) 접촉 중심 위치를 원하는 0,0으로 변환한다. 예를 들어, BL 코너가 눌러지면, 결과 중심 값은 0,0으로 설정된다. 단계 133은 두 인접 센서에 대한 보정 기준을 생성하도록 선형 변환(linear transformation)을 실행한다. 그것은 본 실시예에서 TL 및 BR 코너이다. 단계 134는 남은 대각선 반대 위치, 즉, 본 실시예에서 TR 코너에 대한 보정 기준을 생성하도록 비-선형 변환을 실행한다.
일단 단계 132 내지 134의 측정과 변환이 완료되면, 단계 135는 도 4a, 4b의 온-보드 프로세서(72)와 같은 프로세서에 보정 기준을 저장할 수 있다. 그 후, 이들 기준은 센서 판독시 임의의 변화를 보정하는 데 사용된다.
이제 올바르게 인식되듯이, 도 3a ~ 5c의 특정 실시예와 관련된 여러 실시예는 다른 입력으로 힘 감지 터치 스크린을 통합한 여러 택틸 입력 장치를 나타낸다. 힘 감지 터치 스크린은 디스플레이 스크린 없이 경질 입력 장치를 형성하기 위해 적용될 수도 있다. 또한, 본 발명을 실행할 수 있고 특정 애플리케이션에 맞추어져도 좋은 여러 용량성 센서 구조체가 설명되었다.
위의 도면에서 도시된 발명은 타블릿 입력 장치 및 멀티-터치 입력 장치와 같은 다른 애플리케이션을 가질 수 있다는 것 또한 알려졌다. 타블릿 입력 장치 실시예는 예를 들어 쓰여진 또는 그래픽 이미지를 기록하는 스타일러스를 통해 부가되는 것과 같은 입력 힘의 변환의 임의의 움직임을 기록하도록 적용될 수 있다. 멀티-터치 입력 장치는 둘 이상의 개인 손가락에 의해 동시에 터치되는 것과 같이, 입력 장치에 동시에 부가되는 복수의 힘의 위치를 분별하는 능력을 제공한다.
도 7 은 본 발명이 개인이 장치상에 "쓰고", "쓴것"을 디스플레이하도록 이용하는 입력 및 디스플레이 장치(140)를 나타낸다. 도 7은 아래 놓인, 기준 면을 구획하는 PC 보드(141) 및 개인이 스타일러스 또는 다른 “쓰기” 도구를 이용할 수 있는 입력 수단 역할을 하는 유리 커버(142)를 나타낸 장치(140)의 상면도를 제공한다. 굴곡(143a ~ 143D)은 PC 보드(141)와 유리 커버(143) 사이 간격에 변화를 생성하는 “쓰기” 프로세스를 허용하는 데 필요한 굴곡을 제공한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 장치(140)는 센서 위치의 어레이를 구획한다. 이 특정 실시예에서, 12개의 위치는 3x4 센서 위치(144a~144L) 어레이를 구획한다. 도 8 ~ 10에 관해 더욱 상세히 설명되듯이, 각각의 위치는 PC 보드(141)와 유리 커버(142) 사이의 각격에 임의의 변화는 커패시턴스 값에 상응하는 변화를 생성하도록 커패시터를 한정하는 전극에 의해 특징 지워진다.
전력 연결(145)과 데이터 연결(146)은 시스템에 전력을 제공하고, 적절하게 프로그래밍된 디지털 컴퓨터와 같은 신호 프로세서가 커패시턴스 감지 IC(147)를 통해 유리 커버(142)의 터치에 의해 생성된 힘과 위치 모두를 식별할 수 있는 신호를 검색한다. 이 출력을 제공하기 위해 적용될 수 있는 많은 알고리즘이 있다. 그러한 알고리즘 하나로 커패시턴스에 있어서의 변화는 각 위치에 대한 중심 값을 제공하고, 개별적인 중심 값은 그 다음 부가된 힘의 x-y 위치와 그 힘의 크기를 식별하는 결과 신호를 제공하도록 결합될 수 있다. 중력 감지 가속도계(148)는 장치가 중력 벡터에 대하여 틸트되는 데에 따라 입력 구조체(142)의 중량을 보상할 수 있다. 가속도계(148)는 장치가 운송중 진동을 겼었을 경우 힘 감지 구성 요소를 무시하거나 필터를 보상하는 데 사용될 수도 있다.
도 8 은 도 7을 참조하여 위에서 설명된 기능을 제공할 수 있는 장치의 특정 실시예의 일부를 나타낸다. 이 실시예(150)는 PC 보드(1410를 지지하도록, 스탠드오프(152)와 같은 복수의 스탠드오프를 포함하는 인클로저 베이스(151, enclosure base)를 포함한다. PC 보드(141)는 기준면(153)을 한정한다. 다른 스페이서(154)는 부착되는 유리 커버(142) 주변 넘어 전자 차폐(155)의 연장에 위치한다. 스크류(156)와 같은 패스너가 지지 구조체를 완성한다. L-형상 주변 인클로저 커버는 이 구조체를 보호하고 아래 놓이고, 컴플레인트 또는 소프트 씰(158)은 상향 움직임의 한계 및 장치(150)의 내부로 파편 침투에 대한 배리어를 제공한다.
도 8 및 다른 도면은 단일 구성요소로 커버(142)를 나타낸다. 그러나, 본 발명의 여러 실행에서, 커버(142)는 보호 유리 커버와 전자 차폐 사이에 전자 종이(ePaper) 디스플레이와 같은 완전 디스플레이를 포함할 것이다. 그러므로, 다음 설명에서 “유리 커버”의 참조는 그러한 커버 또는 커버와 디스플레이의 통합을 포함하고자 한다.
도 8 은 또한 하나의 센서 위치(144n)를 나타낸다. 이 위치에서, 제 1 전극(160)은 전자 차폐(155) 상에 형성되고 기준면(153) 상에 형성된 제 2 전극 위로 이격된다. 본 실시예에서, 제 1 전극은 유리 커버(142)와 움직이지만 제 2 전극(161)은 움직이지 않고 남아있는다. 전극(160,161)은 구성요소와 개별 전도체를 분리하듯이 공통 연결에 형성될 수 있다. 대안으로, 전극(160)은 하나의 어레이의 횡 및 열과 정렬되는 이격 평행 스트립으로 구성될 수 있지만, 전극(161)은 다른 어레이의 횡 및 열과 정렬되는 이격 평행 스트립으로 구성된다. 이 접근은 둘 이상의 포인트 멀티-터치 감지 능력을 허용하는 플렉시블 디스플레이와 관련하여 유용한 고해상도 압력 맵을 제공하는 동안 전극과 신호 프로세서 사이의 상호 연결의 수를 감소시키고 간단히 할 수 있다.
위의 설명으로부터, 개인이 유리 커버(142)를 누르면, 유리 커버(142)가 눌러진 위치에 따른 방향으로 편향된다는 것이 분명할 것이다. 힘이 유리 커버(142)의 정확한 중심에 부가되지 않으면 상이한 센서 위치의 전극 사이 간격은 각 센서 위치로부터 신호 또한 상이해지도록 상이해질 것이다. 일부 상황에서 일부 센서 위치의 전극 사이의 간격 또는 갭은 터치에 상응하여 감소할 것이고; 다른 위치의 갭이 증가해도 좋고; 또 다른 갭은 본질적으로 변화하지 않고 남아있어도 좋다. 그러나, 집합적으로 센서는 힘의 위치를 결정하는 충분한 정보를 제공할 것이다.
도 9는 도 7을 참조하여 위에서 설명된 기능을 제공할 수 있는 장치의 제 2 실시예의 일부분을 나타낸다. 본 실시예(170)는 PC 보드(141)를 지지하기 위한 스탠드오프(172)와 같은 복수의 스탠드오프를 구비한 인클로저 베이스(171)를 포함한다. PC 보드(141)는 기준면(173)을 한정한다. 다른 스페이서(174)는 부착하는 유리 커버(142)의 주변을 너머 전자 차폐(175)의 연장에 위치한다. 스크류(176)와 같은 패스너는 지지 구조체를 완성한다. L-형상 주변 인클로저 커버(177)는 이 구조체 위에 놓여 구조체를 보호한다.
도 9는 하나의 센서 위치(144n)도 나타낸다. 이 위치에서, 제 1 전극은 고체 및 연속 접지 플레이트와 같은 전자 차폐(175)에 의해 형성된다. 기준면(173) 상에 형성된 제 2 전극(178) 위로 이격된다. 본 실시예에서, 제 1 전극은 접지 전극으로 역할하고 유리커버(142)와 이동하지만 제 2 전극(178)은 움직이지 않고 남아있는다. 전극(178)은 경질의 또는 플렉시블 PCB 또는 플라스틱 필름 상에 인쇄된 전도 잉크에 의해 형성되듯이 개별 전도체를 구비한 분리 구성요소로 형성된다. 어떠한 형태에서든, 이들은 커패시턴스 감지 IC(147) 또는 유사 컴포넌트 또는 회로에 연결한다.
위에 설명한 것으로부터, 유리 커버(142)는 힘이 부가하는 것에 의해 각각의 제 2 전극(178)을 구비한 접지 평면의 관계를 변화시킬 때 편향할 것이다. 다시, 집합적으로 신호는 유리 플레이트의 힘의 위치를 결정하도록 충분한 정보를 제공할 것이다.
도 10은 도 7을 참조하여 위에서 설명된 기능을 제공할 수 있는 장치의 제 3 실시예의 일부분을 나타낸다. 본 실시예(180)는 전자 차폐(185)와 L-형상 주변 인클로저 커버(187)를 포함하는 유리 커버(142)와 PC 보드(141)를 지지하는 인클로저 베이스(181)를 포함한다. 본 실시예에서, 182에 도시된 바와 같은 스탠드오프와 스크류가 유리 커버(142)를 구비한 전자 차폐(185)를 지지하고 필요한 굴곡을 제공하는 커버(187)에 매달린다. 프레이서(184)와 같은 다른 스탠드오프들 또한 기준면(183)을 가진 PC 보드(141)을 배치하도록 커버(182)에 매달린다.
본 실시예에서, 센서 위치(144n)의 센서의 구조체는 전자 차폐(185) 상에 형성된 제 1 전극(189)을 포함한다. 본 구조체는 구조 프레임(187)을 사용하는 것에 의해 전극 간격을 더 잘 조절할 수 있다. 본 구성에서, 전자 차폐(185) 및 전극(189)은 기준면(183) 상에 형성된 전극(188)과 같은 제 2 전극 위로 이격된 분리 접지 전극들을 형성한다. 전극(188)은 공통 연결에 분리 구성요소를 구비한 개별 전도체로 형성된다.
위에 설명한 것으로부터, 유리 커버(142)는 힘이 부가하는 것에 의해 각각의 제 2 전극(188)을 구비한 접지 평면의 관계를 변화시킬 때 편향할 것이다. 다시, 집합적으로 신호는 유리 플레이트의 힘의 위치를 결정하도록 충분한 정보를 제공할 것이다.
도 11은 도 7을 참조하여 위에서 설명된 기능을 제공할 수 있는 장치의 다른 실시예의 일부분을 나타낸다. 본 실시예(190)는 전자 종이 디스플레이 대신 LCD 디스플레이 유닛(196)을 지지하는 인클로저 베이스(191)를 포함한다. LCD는 전자 차폐 프레임(195)과 L-형상 주변 인클로저 커버(197)를 포함한다. 본 실시예에서, 스탠드오프(192,194)와 같은 스탠드오프와 스크류는 함께 나사로 죄어지고, 전자 차폐(195)를 지지하고 LCD 디스플레이(196)를 위하여 필요한 굴곡을 제공하도록 베이스(191)로부터 연장한다.
본 실시예에서, 센서의 구조체는 LCD 시트 금속에 의해 형성되는 제 1 전극과 베이스(191)에 설치되고 LCD 프레임(196)의 굴곡(195)을 지지하는 작은 PC 보드(193) 상의 제 2 전극을 포함한다. 복 구성에서, LCD는 반대 방향에서 마주하게 설치하여 LCD 상의 부가된 힘은 그것을 압박하는 대신 199와 200 사이의 갭을 확장한다.
도 12는 도 7을 참조하여 위에서 설명된 기능을 제공할 수 있는 장치의 다른 실시예의 일부분을 나타낸다. 본 실시예(210)는 전자 종이 디스플레이 대신 LCD 디스플레이 유닛(196)을 지지하는 인클로저 베이스(211)를 포함한다. LCD는 전자 차폐 프레임(215)과 L-형상 주변 인클로저 커버(217)를 포함한다. 본 실시예에서, 스탠드오프(212)와 스크류(216)와 같은 스탠드오프와 스크류는 전자 차폐(215)를 지지하고 LCD 디스플레이(196)를 위해 필요한 굴곡을 제공하도록 베이스(211)로부터 연장한다.
본 실시예에서, 센서 위치(144n)의 센서의 구조체는 PC 보드(214)의 바다 상에 형성되고 인클로저(211)로부터 이격된 제 1 전극(219)을 포함한다. 베이스(211)는 각 센서 위치에 대하여 제 2 또는 접지 전극으로 역할을 하는 금속화된 상부 표면(218)을 구비한다. 이 구성에서, 금속화된 표면(218)은 전체 LCD 디스플레이 아래 놓인 연속 접지 전극이지만, 전극(219)은 금속화된 상면 위로 이격된 분리 전극을 형성한다.
도 8은 배리어(158)를 나타낸다. 도 11의 본 실시예에서, 박막 더스트 씰(198)이 인클로저 커버(197)의 단부와 LCD 장치(196) 사이에 위치한다. 그러한 씰은 인클로저 커버(197)와 LCD(196)의 상응하는 표면으로의 부착에 의해 부착될 수 있다. 이는 LCD 디스플레이(196)의 움직임을 바이어스하거나 제한하지 않고 장치의 내부 부분에 파편의 축적을 방지하는 양의 배리어를 제공한다.
위에 설명한 것으로부터, LCD 디스플레이(196)는 힘이 부가하는 것에 의해 각각의 제 2 전극(219)을 구비한 접지 평면(281)의 관계를 변화시킬 때 편향할 것이다. 다시, 집합적으로 신호는 유리 플레이트의 힘의 위치를 결정하도록 충분한 정보를 제공할 것이다.
요약하면, LCD 디스플레이 장치 또는 전자 종이 디스플레이 장치 위에 설치되는 경질 투명 레이어로 형성되는 힘-감지 터치 스크린을 구비한 택틸 장치에 대한 복수의 실 예가 되는 실시예가 설명되었다. 위에서 밝혔듯이, 일부 애플리케이션에서 터치 스크린은 터치 스크린의 상이한 부분에 복수의 터치를 기록하고 디스플레이 할 수 있도록 변형가능해도 좋다. 전자 종이와 LCD 디스플레이가 특별히 설명되었지만, 유기 LED 디스플레이와 같은 다른 디스플레이 장치가 대체될 수 있다. 터치 및 기준 면과 굴곡 기능을 제공하는 컴포넌트의 상이한 구성은 임의의 특별히 개시된 실시예를 대신할 수 있다. 상이한 용량성 센서 구성은 본 발명으로 사용을 위해 채용될 수 있다.
본 발명의 실시예는, 디스플레이의 품질을 열화시킬 수 있는 디스플레이 위의 ITO와 같은 투명 전도 물질의 사용을 생략하는 추가적인 이익을 제공할 수 있다. ITO는 제한된 리소스이고 환경친화적이지 않다. e-북과 같은 터치 스크린 애플리케이션을 위해, ITO 레이어의 생략은 이 열화를 제거하는 것에 의해 상당한 이익을 제공한다.
본 발명은 그러한 실시예로 설명된다. 여러 변경이 본 발명에서 벗어나지 않고 설명된 장치로 만들어질 수 있다는 것이 명백하다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 주제와 범위 안에서 나오는 바와 같은 모든 변형과 변경을 커버한다.

Claims (18)

  1. 힘 감지 터치 반응 입력 장치에 있어서,
    A) 기준 표면을 구획하는 기준 수단;
    B) 힘이 가해지는 입력 수단;
    C) 상기 입력 수단이 상기 기준 수단에 대하여 휘어지는 것에 의해 상기 힘의 부가에 반응할 수 있도록 하는 굴곡 밀착 수단;
    D) 상기 기준 수단에 대하여 상기 입력 수단의 동작을 감지하고, i) 상기 기준 수단에 대하여 상기 입력 수단과 함께 움직이는 제 1 전극 수단, 및 ⅱ) 상기 제 1 전극 수단과 이격되고 상기 기준 수단에 부착되는 제 2 전극 수단을 포함하는 용량성 감지 수단; 및
    E) 상기 제 1 및 제 2 전극 수단에 연결되어 상기 기준 표면에 대하여 상기 입력 수단의 상기 굴곡에 응답하여 상기 입력 수단에 부가된 상기 힘에 비례하는 신호를 생성하는 신호 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지 터치 반응 입력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극 수단은 상기 기준 수단 및 상기 입력 수단의 주변에 대하여 기설정된 위치에 복수의 불연속 센서를 형성하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력 수단은 상기 굴곡 밀착 수단에 의해 지지되는 경질 유리 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 굴곡 밀착 수단은 상기 기준 수단과 상기 유리 플레이트 사이에 있는 복수의 굴곡을 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 굴곡은 준수 구조체(compliant structures)를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 준수 구조체는 몰딩된 실리콘 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 준수 구조체는 압축 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 준수 구조체는 판 스프링(leaf spring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 용량성 감지 수단은 상기 기준 수단과 상기 입력 수단 사이에 배치되어 센서 위치의 어레이를 구획하는 제 1 및 제 2 추가 전극을 포함하고,
    상기 신호 처리 수단은 상기 어레이 내의 상기 전극 수단에 연결되어 상기 입력 수단에 부가되는 상기 전체 힘과 임의의 터치의 위치를 가리키는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 입력 수단은 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 기준 수단은 상기 플레이트를 위한 평면 받침을 구비한 인클로저를 포함하고,
    상기 굴곡 밀착 수단은 상기 기준 수단의 주변 주위에 배치되는 복수의 굴곡을 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 굴곡은 4개인 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 플레이트는 전기 차폐를 포함하고,
    상기 제 1 전극은 상기 전기 차폐로 형성되고, 상기 제 2 전극은 평면 받침에 부착되는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 평면 받침은 PCB(Printed Circuit Board)를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 플레이트는 변형 가능하고 상기 신호 처리 수단은 상기 플레이트의 복수의 터치를 나타내는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 입력 수단은 LCD 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 입력 수단은 전자 종이(e-paper) 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 입력 수단은 유기 LED 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 감지 터치 반응 입력 장치.
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