KR20110094568A

KR20110094568A - 정전용량 감지형 터치스위치

Info

Publication number: KR20110094568A
Application number: KR1020100014047A
Authority: KR
Inventors: 문명일
Original assignee: 문명일
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-08-24

Abstract

본 발명은 정전용량 감지형 터치스위치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체와 접촉하는 상부기판과 정전용량 감지회로를 전기적으로 연결함으로써 인체의 정전용량을 민감하게 감지할 수 있는 정전용량 감지형 터치스위치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 정전용량 감지형 터치스위치는 비전도성 재질로 형성되며, 인체와 직간접적으로 접촉하는 상부기판; 상기 상부기판과 대향되도록 설치되며, 상기 상부기판과 마주보는 면에 전도성 전극패드가 형성되는 하부기판; 및 상기 전극패드와 전기적으로 연결되어 상기 상부기판을 통해 전해지는 인체의 정전용량에 따라 신호를 출력하는 정전용량 감지회로;를 포함하며, 상기 상부기판에는 상기 전극패드와 마주보는 전도성 센서전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

정전용량 감지형 터치스위치{TOUCH SWITCH SENSING CAPACITANCE}

본 발명은 정전용량 감지형 터치스위치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체와 접촉하는 상부기판과 정전용량 감지회로를 전기적으로 연결함으로써 인체의 정전용량을 민감하게 감지할 수 있는 정전용량 감지형 터치스위치에 관한 것이다.

종래의 기계식 스위치는 기계식 버튼과, 상기 기계식 버튼에 의해 동작하는 스위치로 이루어지며, 제어용 마이컴은 스위치의 온/오프에 의해 사용자로부터 명령을 입력받아 전자기기 등을 제어한다. 그런데, 기계식 스위치는 장시간 사용으로 버튼의 스위치가 파손되거나 마모가 발생하므로 키 조작시 채터링이 발생될 우려가 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 금속전극을 통한 터치스위치가 스위칭 소자로서 개시된 바 있다.

도 1은 종래의 금속 전극패드를 구비한 자동차 공조장치용 터치스위치의 회로도이다. 이를 참조하면, 해당 제품의 외부 케이스의 소정 위치에 전도체로 이루어져 인체 즉, 손가락 등의 접촉에 따라 소정 신호를 발생하는 금속전극(1b)이 장착되고, 금속 전극(1b)에서 발생한 신호를 차량공조장치 제어용 마이컴(3)에서 인식하여 해당 기능을 수행할 수 있도록 신호처리하는 신호처리부(2)가 연계되어 구성된다.

먼저, 마이컴(3)은 저항(R3)을 통해 금속전극(1b) 신호입력을 판독하기 위한 이네이블(Enable) 파형을 공급하고 있으며, 신호처리부(2)의 트랜지스터(Q1)는 상기 마이컴(3)에서 출력되는 이네이블 파형에 상관없이 커패시터(C1)의 정전용량에 의해 항상 오프(Off) 상태를 유지하므로, 마이컴(3)에는 저항(R4) 양단에 유기된 '하이' 레벨 신호가 입력된다. 이때, 커패시터(C1)의 정전용량은 인체의 정전용량인 대략 150pF보다도 다소 낮은 용량으로 설정한다. 그리고, 사용자가 소정 기능, 예컨대, 실내 목표 온도를 28도에서 23도 낮추고자 하여 손으로 금속전극(1b)을 접촉하게 되면 인체의 정전용량이 금속전극(1b)을 통해 신호처리부(2)로 인가된다. 이어서, 커패시터(C1)의 정전용량 이상의 전류, 즉, 인체의 정전용량이 신호처리부(2)의 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되므로 이네이블 파형의 '로우'구간 동안에 트랜지스터(Q1)이 턴온되어 마이컴(3)에 접촉 신호가 입력된다.

따라서, 마이컴(3)은 금속전극(1b)으로부터의 입력을 인식하고 해당 기능이 수행되도록 각 부분을 제어한다.

그러나, 금속전극(1b)을 통한 터치 스위치는 금속과 같은 전도성 물질을 사용자가 신체를 접촉하여 터치함으로써 저항변화나 정전용량 변화를 통해 스위칭하는 것이므로, 감전 사고의 위험이 있으며, 인체 접촉에 의해 정전기가 발생하여 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인체와 접촉하는 상부기판과 정전용량 감지회로를 전기적으로 연결함으로써 인체의 정전용량을 민감하게 감지할 수 있는 정전용량 감지형 터치스위치를 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 정전용량 감지형 터치스위치는 비전도성 재질로 형성되며, 인체와 직간접적으로 접촉하는 상부기판; 상기 상부기판과 대향되도록 설치되며, 상기 상부기판과 마주보는 면에 전도성 전극패드가 형성되는 하부기판; 및 상기 전극패드와 전기적으로 연결되어 상기 상부기판을 통해 전해지는 인체의 정전용량에 따라 신호를 출력하는 정전용량 감지회로;를 포함하며, 상기 상부기판에는 상기 전극패드와 마주보는 전도성 센서전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 센서전극과 전극패드 사이에는 제1통전부재가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1통전부재의 양단은 각각 상기 센서전극과 전극패드에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한 상기 상부기판은 비평면(非平面)인 것이 바람직하다.

또한 상기 제1통전부재는 신축가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1통전부재는, 신축성을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 표면에 형성되는 도전층을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1통전부재는 전도성 재질의 스프링인 것이 바람직하다.

또한 상기 제1통전부재는 상기 센서전극과 전극패드 중 어느 일측에 부착되어 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 상부기판의 이면에는 상기 상부기판을 지지하는 리브가 연장형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 리브에는 상기 센서전극과 전기적으로 연결되는 연결배선이 더 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 연결배선은 상기 전극패드에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한 상기 연결배선과 전극패드를 전기적으로 연결하는 제2통전부재가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제2통전부재는, 신축성을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 표면에 형성되는 도전층을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제2통전부재는 전도성 재질의 스프링인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 인체와 접촉하는 상부기판과 정전용량 감지회로를 전기적으로 연결함으로써 인체의 정전용량을 민감하게 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 인체가 접촉하는 상부기판이 비평면인 경우에도 상부기판과 정전용량 감지회로를 전기적으로 연결할 수 있다.

도 1은 종래 터치스위치의 회로도를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 제1실시예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 제2실시예를 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 제3실시예를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 제1실시예(100)는 상부기판(110)과 하부기판(130)을 포함한다.

상기 상부기판(110)은 손가락 등을 접촉하여 신호를 인가하는 구성요소로서, 종래의 기계식 스위치에서 버튼에 해당한다. 상기 상부기판(110)은 플라스틱, 유리, 세라믹, 목재, 종이 등의 비전도성 물질로 형성되며, 가전제품이나 자동차 내부기기 등의 형상에 따라 평면(平面) 또는 비평면(非平面)으로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 비평면으로 형성되어 있음을 알 수 있다.

상기 하부기판(130)은 이면에 정전용량 감지회로(132)가 구비된 PCB이다. 상기 하부기판(130)은 또한 상기 상부기판(110)과 마주보는 면에 전도성 전극패드(131)가 형성된다. 상기 전극패드(131)는 상기 정전용량 감지회로(132)에 전기적으로 연결되어 상부기판(110)을 통해 전해지는 인체의 정전용량에 따라 신호를 출력한다.

특히, 상기 상부기판(110)에는 상기 전극패드(131)와 마주보는 전도성 센서전극(120)이 더 형성된다는 것을 알 수 있다. 상기 센서전극(120)은 전도성 잉크를 스크린인쇄 또는 도트인쇄, 잉크젯팅 중 어느 하나의 방식으로 형성할 수 있다. 또는 센서전극을 별도로 형성한 후, 부착할 수도 있다.

또한 상기 센서전극(120)과 전극패드(131) 사이에는 제1통전부재(140)가 개재되어 있다. 구체적으로 본 실시예에서 상기 제1통전부재(140)는 전도성 재질의 코일스프링이며, 일단이 상기 전극패드(131)에 고정설치되어 있다. 또한 상기 제1통전부재(140)는 압축된 상태로 타단이 센서전극(120)에 밀착, 전기적으로 연결설치된다.

결과적으로 상기 센서전극(120)과 전극패드(131)는 전도성 재질의 제1통전부재(140)에 의해 전기적으로 연결되는 것이다.

또한 상기 제1통전부재(140)가 신축가능한 구조이므로, 상부기판(110)이 비평면형태를 갖더라도 센서전극(120)과 전극패드(131)를 전기적으로 연결할 수 있는 것이다.

이하에서는 본 실시예의 작동상태를 설명한다.

먼저, 전자기기를 제어하기 위하여 예를 들어 자동차 공조장치의 풍량상승버튼이나 온도상승버튼 등의 버튼에 해당하는 상부기판(110)을 사용자가 손가락 등으로 접촉하게 되면, 인체의 정전용량(C1)과 비전도성 재질의 상부기판(110)의 정전용량(C2)의 합성정전용량 변화는 센서전극(120)과 제1통전부재(140)와 전극패드(131)를 통해 정전용량 감지회로(132)에 전달된다. 이와 같이 상부기판(110)의 이면에 센서전극(120)을 형성하고, 센서전극(120)과 전극패드(131)를 제1통전부재(140)에 의해 전기적으로 연결함으로써, 인체의 접촉을 민감하게 감지할 수 있는 것이다.

정전용량 감지회로(140)는 전달된 정전용량의 변화에 따라 신호를 출력하여 제어부(미도시)로 송출하고, 상기 제어부는 이에 따라 전자기기를 제어하는 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 제2실시예(100)를 나타낸 것이다.

본 실시예는 제1통전부재(150)로서 코일스프링 대신 신축성을 갖는 몸체(151)와, 상기 몸체(151)의 표면에 형성된 도전층(152)을 포함하는 구조이다. 상기 몸체(151)는 스펀지 등의 신축성이 있는 재질이면 모두 가능하다. 상기 도전층(152)은 도전성 물질을 코팅하여 형성하거나 또는 전도성 소재의 직조물로 형성한다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 제3실시예(200)를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 상기 상부기판(210)의 이면에는 상기 상부기판(210)을 지지하는 리브(212)가 연장형성되어 있음을 알 수 있다. 통상, 합성수지 등을 사출하여 전자기기의 외장을 형성하는 경우, 이를 지지하기 위하여 리브를 형성하게 된다.

이러한 리브(212)에 연결배선(222)을 형성하는데, 상기 연결배선(222)의 일단은 상기 센서전극(220)과 전기적으로 연결된다.

또한 상기 연결배선(222)의 타단을 상기 전극패드(240)에 직접 연결할 수도 있으나, 본 실시예에서는 상기 연결배선(222)의 타단과 전극패드(240) 사이에 제2통전부재(250)를 구비하여 전기적으로 연결한 것이다. 상기 제2통전부재(250)는 전도성 재질의 코일스프링이나, 신축성을 갖는 몸체의 표면에 도전층이 형성된 구조(도 4의 150 참조)일 수 있다. 또한 상기 연결배선(222)과 전극패드(240)의 전기적 연결을 보조하기 위하여 상기 연결배선(222)의 타단에는 일정한 면적을 갖는 전도성 소재의 접촉부(223)가 형성되어 있다.

따라서 사용자가 상부기판(210)에 손가락 등을 접촉하게 되면, 사용자의 정전용량은 상부전극(210)의 이면에 형성된 센서전극(220)과, 리브(212)에 형성된 연결배선(222)과, 제2통전부재(250)와, 전극패드(240)를 통해 정전용량 감지회로에 전달되는 것이다.

110: 상부기판 120: 센서전극
130: 하부기판 131: 전극패드
132: 정전용량 감지회로 140, 150: 제1통전부재
210: 상부기판 212: 리브
220: 센서전극 222: 연결배선
223: 접촉부 230: 하부전극
240: 전극패드 250: 제2통전부재

Claims

비전도성 재질로 형성되며, 인체와 직간접적으로 접촉하는 상부기판;
상기 상부기판과 대향되도록 설치되며, 상기 상부기판과 마주보는 면에 전도성 전극패드가 형성되는 하부기판; 및
상기 전극패드와 전기적으로 연결되어 상기 상부기판을 통해 전해지는 인체의 정전용량에 따라 신호를 출력하는 정전용량 감지회로;를 포함하며,
상기 상부기판에는 상기 전극패드와 마주보는 전도성 센서전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제1항에 있어서,
상기 센서전극과 전극패드 사이에는 제1통전부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제2항에 있어서,
상기 제1통전부재의 양단은 각각 상기 센서전극과 전극패드에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제3항에 있어서,
상기 상부기판은 비평면(非平面)인 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제4항에 있어서,
상기 제1통전부재는 신축가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제5항에 있어서,
상기 제1통전부재는,
신축성을 갖는 몸체와,
상기 몸체의 표면에 형성되는 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제5항에 있어서,
상기 제1통전부재는 전도성 재질의 스프링인 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제2항에 있어서,
상기 제1통전부재는 상기 센서전극과 전극패드 중 어느 일측에 부착되어 구비되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제1항에 있어서,
상기 상부기판의 이면에는 상기 상부기판을 지지하는 리브가 연장형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제9항에 있어서,
상기 리브에는 상기 센서전극과 전기적으로 연결되는 연결배선이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제10항에 있어서,
상기 연결배선은 상기 전극패드에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제10항에 있어서,
상기 연결배선과 전극패드를 전기적으로 연결하는 제2통전부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제12항에 있어서,
상기 제2통전부재는,
신축성을 갖는 몸체와,
상기 몸체의 표면에 형성되는 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.
제12항에 있어서,
상기 제2통전부재는 전도성 재질의 스프링인 것을 특징으로 하는 정전용량 감지형 터치스위치.