KR20110123043A - 압력센서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 압력센서(100)는 기판(20)의 일면에 형성되어 전류가 흐르고 저항값을 갖는 전극패턴(10), 기판(20)의 일면에 대향하도록 배치되어, 입력수단(30)이 가압하면 전극패턴(10)과 접촉하는 도전막(40) 및 기판(20)과 도전막(40) 사이에 개재되어 기판(20)의 일면과 도전막(40)을 이격시키는 스페이서(50)를 포함하는 구성이며, 입력수단(30)의 가압시 도전막(40)이 전극패턴(10)에 접촉되어 전극패턴(10)의 저항값을 변화시킴으로써 간단하면서 정확하게 압력을 측정할 수 있는 장점이 있다.

Description

압력센서{PRESSURE SENSOR}

본 발명은 압력센서에 관한 것이다.

디지털 기술을 이용하는 컴퓨터가 발달함에 따라 컴퓨터의 보조 장치들도 함께 개발되고 있으며, 개인용 컴퓨터, 휴대용 전송장치, 그 밖의 개인 전용 정보처리장치 등은 키보드, 마우스와 같은 다양한 입력장치(Input Devie)를 이용하여 텍스트 및 그래픽 처리를 수행한다.

하지만, 정보화 사회의 급속한 진행에 따라 컴퓨터의 용도가 점점 확대되는 추세에 있는 바, 현재 입력장치 역할을 담당하는 키보드 및 마우스만으로는 효율적인 제품의 구동이 어려운 문제점이 있다. 따라서, 간단하고 오조작이 적을 뿐 아니라, 누구라도 쉽게 정보입력이 가능한 기기의 필요성이 높아지고 있다.

또한, 입력장치에 관한 기술은 일반적 기능을 충족시키는 수준을 넘어서 고 신뢰성, 내구성, 혁신성, 설계 및 가공 관련기술 등으로 관심이 바뀌고 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위해서 텍스트, 그래픽 등의 정보 입력이 가능한 입력장치로서 터치스크린(Touch screen)이 개발되었다.

터치스크린은 전자수첩, 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), El(Electroluminescence) 등의 평판 디스플레이 장치 및 CRT(Cathod Ray Tube)와 같은 화상표시장치의 표시면에 설치되어, 사용자가 화상표시장치를 보면서 원하는 정보를 선택하도록 하는데 이용되는 도구이다.

터치스크린의 종류는 저항막방식(Resistive Type), 정전용량 방식(Capacitive Type), 전기자기장 방식(Electro-Magnetic Type), 소오 방식(SAW Type; Surface Acoustic Wave Type) 및 인프라레드 방식(Infrared Type)으로 구분된다. 이러한 다양한 방식의 터치스크린은 신호 증폭의 문제, 해상도의 차이, 설계 및 가공 기술의 난이도, 광학적 특성, 전기적 특성, 기계적 특성, 내환경 특성, 입력 특성, 내구성 및 경제성을 고려하여 전자제품에 채용되는데, 현재 가장 광범위한 분야에서 사용하는 방식은 저항막 방식이다.

도 1은 종래기술에 따른 저항막 방식의 터치스크린의 단면도이고, 이를 참고하여, 종래기술에 따른 저항막 방식의 터치스크린(10)의 문제점을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 저항막 방식의 터치스크린(10)은 두 장의 투명기판(11), ITO(Indium Tin Oxide; 인듐-주석 산화물) 투명전극(14), 전극배선(17), 접착층(18), 및 도트스페이서(19; Dot spacer)로 구성된다.

여기서, 각각의 투명기판(11)에는 ITO 투명전극(14)이 형성되고, ITO 투명전극(14)에는 전극배선(17)이 연결되어 전압이 인가된다. 또한, 투명기판(11) 간 테두리는 접착층(18)에 의해 접착되고, 투명기판(11) 간 내측 하부 ITO 투명전극(16)에는 도트스페이서(19)가 형성된다.

한편, 사용자가 입력을 하기 위하여 상부 투명기판(12)에 압력을 인가하면, 상부 투명기판(12)과 상부 ITO 투명전극(15)은 하부 투명기판(13) 방향으로 휘게 되고, 상부 ITO 투명전극(15)과 하부 ITO 투명전극(16)이 맞닿아 변화되는 저항을 감지하여 입력에 대한 좌표를 찾아낸다. 이때, 상부 투명기판(12)은 휘어질 수 있는 플라스틱 필름 등으로 구성된다.

그러나, 종래기술에 따른 저항막 방식의 터치스크린(10)은 상부 ITO 투명전극(15)과 하부 ITO 투명전극(16)이 맞닿는 지점의 X축 좌표와 Y축 좌표, 즉, 2D 좌표만을 측정할 수 있을 뿐, 사용자의 신체 등 입력수단의 압력값인 Z축 좌표를 측정할 수 없는 문제점이 있다. 또한, Z축 좌표를 측정할 수 없으므로 입력수단의 세기에 따라 변화되는 다양한 인터페이스를 구현할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 터치스크린 등에 구비되어 사용자의 신체 등 입력수단의 압력을 측정할 수 있는 압력센서를 제공하기 위한 것이다.

본 실시예에 따른 압력센서는 기판의 일면에 형성되어 전류가 흐르고 저항값을 갖는 전극패턴, 상기 기판의 일면에 대향하도록 배치되어, 입력수단이 가압하면 상기 전극패턴과 접촉하는 도전막 및 상기 기판과 상기 도전막 사이에 개재되어 상기 기판의 일면과 상기 도전막을 이격시키는 스페이서를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전극패턴은 상기 입력수단의 가압이 커질수록 상기 도전막과 접촉하는 면적이 넓어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극패턴은, 상호 팽형한 다수의 수직패턴 및 다수의 상기 수직패턴이 직렬로 연결되도록 다수의 상기 수직패턴 중 인접한 두개의 상기 수직패턴을 연결하는 다수의 수평패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 상기 수직패턴과 다수의 상기 수평패턴은, n 번째 상기 수직패턴의 일단과 n+1 번째 상기 수직패턴의 일단이 n 번째 상기 수평패턴으로 연결되고, n+1 번째 상기 수직패턴의 타단과 n+2 번째 상기 수직패턴의 타단이 n+1 번째 상기 수평패턴으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 상기 수직패턴의 길이는 상기 기판의 외곽부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 상기 수직패턴의 길이는 상기 기판의 중심부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 상기 수평패턴의 길이는 상기 기판의 외곽부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 상기 수평패턴의 길이는 상기 기판의 중심부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 상기 수직패턴의 길이는 상기 기판의 외곽부로 갈수록 짧아지고, 다수의 상기 수평패턴의 길이는 상기 기판의 외곽부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 상기 수직패턴의 길이는 상기 기판의 중심부로 갈수록 짧아지고, 다수의 상기 수평패턴의 길이는 상기 기판의 중심부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법 으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 입력수단의 가압시 도전막이 전극패턴에 접촉되어 전극패턴의 저항값을 변화시킴으로써 간단하면서 정확하게 압력을 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전극패턴의 수직패턴과 수평패턴의 길이를 조절함으로써 압력측정의 감도를 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 저항막 방식의 터치스크린의 단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력센서의 단면도;
도 3은 도 2에 도시된 전극패턴의 평면도;
도 4는 도 2에 도시된 압력센서에 입력수단이 가압할 때 도전막의 변형을 나타낸 단면도;
도 5는 도 4에 도시된 도전막과 전극패턴의 접촉면적을 나타낸 평면도; 및
도 6 내지 도 11은 도 2에 도시된 전극패턴의 다양한 실시예를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력센서의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 전극패턴의 평면도이다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 압력센서(100)는 기판(20)의 일면에 형성되어 전류가 흐르고 저항값을 갖는 전극패턴(10), 기판(20)의 일면에 대향하도록 배치되어, 입력수단(30)이 가압하면 전극패턴(10)과 접촉하는 도전막(40) 및 기판(20)과 도전막(40) 사이에 개재되어 기판(20)의 일면과 도전막(40)을 이격시키는 스페이서(50)를 포함하는 구성이다.

상기 기판(20)은 전체적인 압력센서(100)를 지지하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 전극패턴(10)이 형성될 평면을 제공한다. 여기서, 기판(20)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide; PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene; PS), 이축연신폴리스틸렌(K레진 함유 biaxially oriented PS; BOPS), 유리 또는 강화유리 등으로 형성할 수 있다.

상기 전극패턴(10)은 저항값을 갖는 물질로 형성되어 도전막(40)과 함께 입력수단(30)의 압력을 측정하는 역할을 수행한다. 더욱 구체적으로 살펴보면, 입력수단(30)의 가압시 전극패턴(10)은 도전막(40)과 접촉되어 저항값이 변화하게 되고, 그에 따라 전극패턴(10)에 흐르는 전류가 변화하여 입력수단(30)의 압력을 측정할 수 있는 것이다. 따라서, 전극패턴(10)은 도전막(40)과 접촉할 수 있도록 기판(20)의 일면에 형성되고, 저항값의 변화를 정확히 측정할 수 있도록 소정치 이상의 저항값을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극패턴(10)은 상호 평행한 다수의 수직패턴(14)과, 다수의 수직패턴(14)이 직렬로 연결되도록 인접한 수직패턴(14)을 연결하는 수평패턴(17)으로 구성된다. 수직패턴(14)과 수평패턴(17)의 연결관계를 더욱 상세히 설명하면, 다수의 수직패턴(14)과 다수의 수평패턴(17) 중, n 번째 수직패턴(11)의 일단과 인접한 n+1 번째 수직패턴(12)의 일단은 n 번째 수평패턴(15)으로 연결되고, n+1 번째 수직패턴(12)의 타단과 n+2 번째 수직패턴(13)의 타단은 n+1 번째 수평패턴(16)으로 연결된다. 한편, 수직패턴(14)의 길이와 수평패턴(17)의 길이를 조절함으로써 압력측정의 감도를 다양하게 조절할 수 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

상기 도전막(40)은 입력수단(30)으로 가압되면 전극패턴(10)과 접촉하여 전극패턴(10)의 총저항값을 변화시키는 역할을 하는 것으로, 가압시 전극패턴(10)과 접촉할 수 있도록 기판(20)의 일면에 대향하도록 배치된다. 또한, 입력수단(30)의 가압시 휘어져 전극패턴(10)과 접촉하여야 하므로(도 4 참조) 유연성을 구비하여야 할 뿐만 아니라, 입력수단(30)의 가압이 제거되면 전극패턴(10)과 다시 이격되어야 하므로 탄성력을 구비하는 것이 바람직하다. 한편, 도전막(40)은 압력센서(100)의 최외각에 배치되므로 손상을 방지하기 위해서 노출면에 별도의 코팅을 수행할 수 있다.

상기 스페이서(50)는 도전막(40)과 전극패턴(10)을 이격시키는 역할을 수행하는 것으로, 기판(20)과 도전막(40) 사이에 개재된다. 여기서, 스페이서(50)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 광학투명접착제(Optical Clear Adhesive; OCA) 또는 양면접착테이프(Double Adhesive Tape; DAT)을 이용할 수 있다. 한편, 도면상 스페이서(50)는 기판(20)의 테두리와 도전막(40)의 테두리 사이에 개재되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 입력수단(30)이 도전막(40)을 가압할 때 도전막(40)과 전극패턴(10)의 접촉을 방해하지 않은 범위 내에서 기판(20)의 중심부에 개재될 수도 있다.

도 4는 도 2에 도시된 압력센서에 입력수단이 가압할 때 도전막의 변형을 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 도전막과 전극패턴의 접촉면적을 나타낸 평면도이다.

이하, 도 4 내지 도 5를 참고하여 본 실시예에 따른 압력센서의 작동원리를 설명하도록한다.

입력수단(30)이 도전막(40)을 가압하면 도전막(40)은 기판(20) 방향으로 휘어지면서 전극패턴(10)과 접촉하게 된다. 이때, 전극패턴(10)은 저항값을 갖는 반면 도전막(40)은 저항값을 갖지 않으므로 도전막(40)과 접촉하는 전극패턴(10)의 면적에 비례하여 전극패턴(10)의 총저항값이 변한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극패턴(10)이 12개의 수직패턴(14)과 11개의 수평패턴(17)으로 구성된 경우 입력수단(30)이 가압하기전 전극패턴(10)의 총저항값은 12Ra+11Rb(수직패턴(14)의 저항값: Ra, 수평패턴(17)의 저항값: Rb)인 반면, 입력수단(30)이 상대적으로 약하게 가압하여 도전막(40)과 접촉하는 전극패턴(10)의 면적이 적은 경우(S1) 전체적인 전극패턴(10)의 총저항값은 약 8Ra+8Rb로 변경되고, 입력수단(30)이 상대적으로 강하게 가압하여 도전막(40)과 접촉하는 전극패턴(10)의 면적이 넓은 경우(S2) 전극패턴(10)의 총저항값은 약 4Ra+4Rb로 변경된다. 즉, 입력수단(30)의 가압이 커질수록 전극패턴(10)의 총저항값은 작아지고, 작아진 저항값으로 인하여 전극패턴(10)에 흐르는 전류값이 증가하게 된다. 따라서, 압력센서(100)는 전류값의 변화량을 바탕으로 입력수단(30)의 압력을 측정할 수 있다.

한편, 도 6 내지 도 11은 도 2에 도시된 전극패턴의 다양한 실시예를 나타낸 평면도로, 이를 참고하여 수직패턴과 수평패턴의 구성을 변형함으로써 압력측정의 감도를 조절하는 방안을 설명하도록 한다.

기본적으로 일정한 도전막(40)과 전극패턴(10)의 접촉면적에 대비해 전극패턴(10)의 길이가 짧아지면 총저항값의 변화율이 커지므로, 최종적으로는 압력측정의 감도가 높아진다. 이러한 원리를 이용하여 전극패턴(10)의 소정부분 길이를 조절함으로써 특정 압력에 민감한 압력센서(100)를 구현할 수 있다.

예를 들어, 입력수단(30)의 가압이 커질수록 도전막(40)이 기판(20) 외곽부의 전극패턴(10)과 접촉할 확률이 높아지므로, 강한 압력에 민감한 압력센서(100)를 구현하기 위해서는 기판(20) 중심부의 전극패턴(10)보다 기판(20) 외곽부의 전극패턴(10)이 짧은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판(20)의 외곽부로 갈수록 수직패턴(14)의 길이를 짧게하거나(도 6 참고), 기판(20)의 외곽부로 갈수록 수평패턴(17)의 길이를 짧게할 수 있고(도 7 참고), 민감도를 더욱 높이기 위해서는 기판(20)의 외곽부로 갈수록 수직패턴(14)의 길이와 수평패턴(17)의 길이를 동시에 짧게 하는 것이 바람직하다(도 8 참조).

전술한 바와는 반대로, 입력수단(30)의 가압이 작을수록 도전막(40)은 기판(20) 중심부의 전극패턴(10)과 접촉할 확률이 높아지므로, 약한 압력에 민감한 압력센서(100)를 구현하기 위해서는 기판(20) 외곽부의 전극패턴(10)보다 기판(20) 중심부의 전극패턴(10)이 짧은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판(20)의 중심부로 갈수록 수직패턴(14)의 길이를 짧게하거나(도 9 참고), 기판(20)의 중심부로 갈수록 수평패턴(17)의 길이를 짧게할 수 있고(도 10 참고), 민감도를 더욱 높이기 위해서는 기판(20)의 중심부로 갈수록 수직패턴(14)의 길이와 수평패턴(17)의 길이를 동시에 짧게 하는 것이 바람직하다(도 11 참조).

본 실시예에 따른 압력센서(100)는 입력수단(30)의 가압시 도전막(40)이 전극패턴(10)에 접촉되어 전극패턴(10)의 저항값을 변화시킴으로써 간단하면서 정확하게 압력을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 전극패턴(10)의 수직패턴(14)과 수평패턴(17)의 길이를 조절함으로써 압력측정의 감도를 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 실시예에 따른 압력센서(100)를 터치스크린에 채용함으로써 X축 좌표와 Y축 좌표뿐만 이니라 입력수단(30)의 압력인 Z축 좌표를 측정할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 압력센서(100)는 반드시 터치스크린 분야에서만 활용되어야 하는 것은 아니고, 일반 로봇이나 의료기기 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 압력센서는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 압력센서 10: 전극패턴
11: n 번째 수직패턴 12: n+1 번째 수직패턴
13: n+2 번째 수직패턴 14: 수직패턴
15: n 번째 수평패턴 16: n+1 번째 수평패턴
17: 수평패턴 20: 기판
30: 입력수단 40: 도전막
50: 스페이서

Claims (10)

1. 기판의 일면에 형성되어 전류가 흐르고 저항값을 갖는 전극패턴;
   상기 기판의 일면에 대향하도록 배치되어, 입력수단이 가압하면 상기 전극패턴과 접촉하는 도전막; 및
   상기 기판과 상기 도전막 사이에 개재되어 상기 기판의 일면과 상기 도전막을 이격시키는 스페이서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극패턴은 상기 입력수단의 가압이 커질수록 상기 도전막과 접촉하는 면적이 넓어지는 것을 특징으로 하는 압력센서.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극패턴은,
   상호 팽형한 다수의 수직패턴; 및
   다수의 상기 수직패턴이 직렬로 연결되도록 다수의 상기 수직패턴 중 인접한 두개의 상기 수직패턴을 연결하는 다수의 수평패턴;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서.
4. 청구항 3에 있어서,
   다수의 상기 수직패턴과 다수의 상기 수평패턴은,
   n 번째 상기 수직패턴의 일단과 n+1 번째 상기 수직패턴의 일단이 n 번째 상기 수평패턴으로 연결되고, n+1 번째 상기 수직패턴의 타단과 n+2 번째 상기 수직패턴의 타단이 n+1 번째 상기 수평패턴으로 연결되는 것을 특징으로 하는 압력센서.
5. 청구항 3에 있어서,
   다수의 상기 수직패턴의 길이는 상기 기판의 외곽부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 하는 압력센서.
6. 청구항 3에 있어서,
   다수의 상기 수직패턴의 길이는 상기 기판의 중심부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 하는 압력센서.
7. 청구항 3에 있어서,
   다수의 상기 수평패턴의 길이는 상기 기판의 외곽부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 하는 압력센서.
8. 청구항 3에 있어서,
   다수의 상기 수평패턴의 길이는 상기 기판의 중심부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 하는 압력센서.
9. 청구항 3에 있어서,
   다수의 상기 수직패턴의 길이는 상기 기판의 외곽부로 갈수록 짧아지고,
   다수의 상기 수평패턴의 길이는 상기 기판의 외곽부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 하는 압력센서.
10. 청구항 3에 있어서,
    다수의 상기 수직패턴의 길이는 상기 기판의 중심부로 갈수록 짧아지고,
    다수의 상기 수평패턴의 길이는 상기 기판의 중심부로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 하는 압력센서.

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