KR20110124995A

KR20110124995A - 정전용량식 입력장치

Info

Publication number: KR20110124995A
Application number: KR1020100044503A
Authority: KR
Inventors: 한상열; 윤영복; 노필호
Original assignee: (주)하이디스터치스크린
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-18

Abstract

본 발명은 도전체의 터치에 의해 발생하는 기생정전용량을 검출하여 터치된 위치로부터 대응하는 입력신호를 생성하는 정전용량식 입력장치로서, 터치에 의해 기생정전용량이 발생하는 센싱포인트들이 위로 볼록한 형상으로 배열된 새로운 구조의 정전용량식 입력장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치(1)는, 지지를 제공하는 기판(10), 상기 기판(10) 위에 적층 배열된 극판(20), 상기 극판(20) 위에 적층된 유전체(30), 및 상기 유전체(30) 위에 적층된 커버패널(40)을 포함하고, 상기 극판(20)에 의해 형성되는 센싱포인트(S)를 도전체(2)로 터치할 때, 상기 도전체(2)와 상기 극판(20) 사이에서 발생하는 기생정전용량으로부터 터치위치를 검출하고, 검출된 터치위치에 대응하는 입력신호를 생성하는 정전용량식 입력장치로서, 상기 기판(10)과 상기 커버패널(40)이 위로 볼록한 형상으로 형성되어 있고, 상기 센싱포인트(S)들의 상기 극판(20)이 상기 기판(10)과 상기 커버패널(40)의 형상에 대응하여 전체적으로 위로 볼록한 형상으로 배열되어 있으며, 상기 극판(20)과 상기 유전체(30)는 상기 기판(10)과 상기 커버패널(40)의 형상에 대응하는 형상으로 형성으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

정전용량식 입력장치{Capacitive Input Device}

본 발명은 입력장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 도전체의 터치에 의해 발생하는 기생정전용량을 검출하여 터치된 위치로부터 대응하는 입력신호를 생성하는 정전용량식 입력장치로서, 터치에 의해 기생정전용량이 발생하는 센싱포인트들이 위로 볼록한 형상으로 배열된 새로운 구조의 정전용량식 입력장치에 관한 것이다.

휴대전화기, 엠피쓰리, PDA, PMP, 휴대용 게임기, DMB 수신기 등 각종 휴대장치와 기타 전기전자장치에는 그 작동과 문자 등의 데이터를 입력하기 위해 입력장치가 장착되어 있다. 이런 입력장치의 입력소자로서는, 돔스위치가 가장 널리 사용되어 왔다.

휴대전화기로 대표되는 휴대장치의 기능 다양화, 소형화 및 터치스크린화 경향에 따라, 입력장치는 돔스위치 방식 대신에 저항막 방식, 적외선 방식, 초음파 방식 및 정전용량 방식 등의 터치식 입력장치들이 널리 개발되어 있다.

정전용량식 입력장치 중에는 극판에 의해 형성되는 센싱포인트들에 대한 손가락과 같은 도전체의 터치(접촉 또는 근접)를 감지하여 터치위치를 검출하고, 그 터치위치에 대응하는 입력신호를 생성하는 입력장치('터치센서'라고도 함)가 있다.

이런 터치방식의 정전용량식 입력장치는, 부도체는 사용할 수 없고 반드시 손가락과 같은 도전체로 터치(직접적인 접촉뿐만 아니라 기생정전용량을 발생시킬 수 있을 정도로 접근하는 것까지를 포함한다)하여야만 하고, 접촉의 위치만을 판별할 뿐 가해진 압력크기를 판별할 수 없어서 단일의 터치 작동으로 입력할 수 있는 입력 내용에 한계가 있다는 단점이 있지만, 구조와 작동이 간단한 장점이 있어서 터치스크린을 포함한 휴대장치의 각종 입력장치에 널리 사용되고 있다.

이런 터치방식의 정전용량식 입력장치는 매우 다양한 구조로 개발되어 있으나, 극판과 그 위에 적층된 유전체의 기본 구조로 되어 있다고 할 수 있다.

도5는 터치방식의 정전용량식 입력장치의 기본 구조를 보여주는 개략도이다.

도시된 바와 같이, 종래 정전용량식 입력장치(100: 터치센서)의 기본 구조는, 지지체로 작용하는 기판(110) 위에 가로세로(X축 및 Y축) 매트릭스 배열과 같은 소정의 방식으로 배열된 극판(전극: 120)을 적층하고, 그 위에 보호층으로도 작용하는 소정의 유전율을 가지는 유전체(130)를 적층하고, 유전체(130)의 표면에 커버패널(윈도우: 140)을 적층한 구조라고 할 수 있으며, 극판의 위치가 터치를 검출하는 센싱포인트가 된다.

이와 같은 터치방식의 정전용량식 입력장치(100)는, 커버패널(140)의 표면에 손가락과 같은 도전체를 접근(접촉)시키면, 센싱포인트의 극판(120)과 손가락 사이에 유전율에 따른 기생정전용량이 발생하게 되며, 이런 기생정전용량을 감지하여 손가락이 어떤 센싱포인트에 접촉되었는지를 판단하여, 이에 대응하는 입력신호를 생성한다.

이와 같은 종래 터치방식의 정전용량식 입력장치(100)는, 센싱포인트들의 극판(120)이 '평평한' 기판(110) 위에 배열된 것을 기본으로 하고 있고, 따라서 그 커버패널(140)도 기본적으로 '평평한' 면으로 되어 있다.

따라서 가장 일반적인 도전체인 손가락으로 커버패널(140)을 접촉할 때, 적지 않은 접촉 면적을 가질 수밖에 없는 손가락이 커버패널(140)의 일정면적에 걸쳐 접촉하게 되고, 이때 접촉된 면적 아래에 하나의 센싱포인트가 아닌 다수의 센싱포인트들이 존재하게 될 경우가 발생할 수 있다.

이렇게 다수의 센싱포인트가 동시에 접촉될 경우, 접촉된 센싱포인트들에 의한 기생정전용량의 특정 패턴에 특정 입력신호가 대응하도록 입력장치의 관련 회로와 프로그램을 구축할 수 있다고 하더라도, 하나의 입력 작동(터치)에 대응하는 특정 입력신호의 생성에 관여하는 센싱포인트의 수가 상대적으로 작은 것이 센싱포인트들 간의 간섭효과를 줄이고 터치위치를 산출하는 것에 대한 오류를 줄일 수 있다는 점에서 바람직할 수 있다.

그러나 종래의 터치방식의 정전용량식 입력장치(100)는 터치되는 표면 구조가 전체적으로 평평한 면이기 때문에, 특히 손가락과 같이 접촉 면적이 넓은 물체로 터치할 때 상대적으로 많은 수의 센싱포인트에 걸쳐 터치가 이루어질 가능성이 크고, 결과적으로 하나의 입력신호 생성에 상대적으로 많은 수의 센싱포인트가 관여하게 되어, 전술한 간섭효과나 오류가 일어날 가능성이 높아질 수 있는 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 도전체의 터치에 의해 극판에서 발생하는 기생정전용량을 검출하여 해당 터치위치를 판별하고 이에 대응하는 입력신호를 생성하는 터치방식의 정전용량식 입력장치에 관련하여, 도전체의 터치에 의해 기생정전용량이 발생하는 센싱포인트들이 평면이 아닌 위로 볼록한 형상으로 배열됨으로써, 손가락과 같은 도전체가 터치될 때, 해당 터치에 의해 기생정전용량이 발생하는(입력신호 생성에 관여하는) 센싱포인트의 개수가 감소되도록 함으로써, 결과적으로 입력신호 생성의 오류를 줄이고자 하는 것이다.

본 발명에 따라 정전용량식 입력장치가 제공된다.

본 발명에 따른 정전용량식 입력장치는, 지지를 제공하는 기판, 상기 기판 위에 적층 배열된 극판, 상기 극판 위에 적층된 유전체, 및 상기 유전체 위에 적층된 커버패널을 포함하고, 상기 극판에 의해 형성되는 센싱포인트를 도전체로 터치할 때, 상기 도전체와 상기 극판 사이에서 발생하는 기생정전용량으로부터 터치위치를 검출하고, 검출된 터치위치에 대응하는 입력신호를 생성하는 방식의 정전용량식 입력장치에 적용된다.

본 발명에 따른 정전용량식 입력장치는, 상기 기판과 상기 커버패널이 위로 볼록한 형상으로 형성되어 있고, 상기 센싱포인트들의 상기 극판이 상기 기판과 상기 커버패널의 형상에 대응하여 전체적으로 위로 볼록한 형상으로 배열되어 있으며, 상기 극판과 상기 유전체는 상기 기판과 상기 커버패널의 형상에 대응하는 형상으로 형성으로 되어 있다.

바람직하게, 상기 기판과 상기 커버패널은 다면체 또는 구형에 의해 위로 볼록한 형상을 형성한다.

바람직하게, 상기 유전체는 상기 커버패널의 작용을 겸용한다.

본 발명의 정전용량식 입력장치는, 터치에 의해 기생정전용량을 발생시키는 센싱포인트들이 평면이 아닌 위로 볼록한 형상으로 배열되어 있기 때문에, 손가락과 같은 도전체에 의해 터치될 때 그 터치면적이 좁아져서 해당 터치를 받아 기생정전용량을 발생시키는(입력신호 생성에 관여하는) 센싱포인트의 개수를, 같은 조건의 평면일 경우 보다 줄일 수 있고, 결과적으로 하나의 입력신호 생성에 관여하는 센싱포인트의 수를 줄여서 입력신호 생성의 오류를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 예시적인 정전용량식 입력장치의 사시도,
도2는 본 발명에 따른 예시적인 정전용량식 입력장치의 단면도,
도3은 본 발명에 따른 다른 예시적인 정전용량식 입력장치의 단면도,
도4는 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치의 사용상태도,
도5는 종래의 예시적인 정전용량식 입력장치의 개략 단면도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치를 보다 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

본 발명에 따른 정전용량식 입력장치(1)는, 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 기판(10), 각각의 센싱포인트(S)를 구성하는 극판(20), 유전체(30) 및 커버패널(40)을 포함한다.

상기 기판(10)은 본 발명에 따른 입력장치(1)의 지지체를 형성하는 예를 들어 회로기판과 같은 통상의 기판이다.

상기 극판(20)은 통상적인 정전용량식 입력장치에 적용되는 전극으로서, 동판과 같은 전도성 소재로 형성된다.

극판(20)은 본 발명의 입력장치(1)가 적용되는 휴대전화기와 같은 전기전자장치의 특성에 맞게 X-Y 매트릭스 배열 등 다양한 패턴으로 배열될 수 있으며, 이런 극판(20)의 배치는 해당 기술분야에 알려진 기술들을 본 발명에 맞게 적용하면 된다. 본 발명의 입력장치(1)에서 극판(20)은 터치를 감지하는 센싱포인트(S)를 형성하게 된다.

상기 유전체(30)는 극판(20)의 상면에 적층 부착된다. 유전체(30)는 접촉되는 손가락과 같은 도전체(2)와의 사이에 소정의 유전율을 제공하는 물체로서, 유전체(30)도 해당 기술분야에 널리 적용되는 기술을 본 발명에 맞게 적용할 수 있다. 물론 공기도 유전체로서의 작용을 할 수 있으므로, 본 발명에서 유전체(30)는 공기층으로 대체할 수도 있다.

도2와 도3에 도시된 구체예에 있어서는, 하나의 유전체(30)가 전체의 극판(20)을 피복하고 있는 경우를 예시하였지만, 각각의 극판(20)마다 별도로 유전체(30)를 적층하는 것도 배제되지 아니한다.

상기 커버패널(40)은 본 발명의 입력장치(1)에 대해 입력 작동을 할 때 손가락과 같은 도전체(2)가 직접 접촉되는 예를 들어 유리나 플라스틱판(예, 윈도우)과 같은 판상의 부재이다. 이때 유전체(30)로서 커버패널(40)의 기능을 겸용할 수 있는 소재가 사용될 경우에 커버패널(40)은 유전체(30)와 일체가 되어 구조적으로는 생략될 수 있다.

결국, 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치(1)는, 견고한 기판(10) 위에 센싱포인트(S)를 형성하는 극판(20)이 일정 패턴을 가지고 배열되어 있고, 그 위에 커버패널(40)이 덮여 있는 구조이다.

이상과 같은 구조의 본 발명에 따른 입력장치(1)는, 도4에 도시된 바와 같이, 예를 들어 대표적인 도전체인 손가락(2)으로 커버패널(40)의 특정 지점을 터치하면, 그 터치지점의 커버패널(40)의 아래에 있는 극판(20)과 손가락(2) 사이에 기생정전용량이 발생하고, 이렇게 발생한 기생정전용량은 극판(20)과 연계되어 설계된 회로를 통해 전송 및 해석되어 터치된 위치가 검출되며, 검출된 터치위치에 대응하는 입력신호를 생성하게 된다.

대표적인 도전체인 손가락(2)과 같이 넓은 접촉면적을 가진 물체로 커버패널(40)을 터치하면, 기생정전용량을 발생하는 센싱포인트(S)의 개수는 1개일 수도 있지만 2개 이상일 수도 있다. 특히 극판(20)이 조밀하게 배치되게 설계된 입력장치의 경우 터치에 의해 기생정전용량을 발생하는 센싱포인트(S)의 수가 증가될 것이다.

1개의 센싱포인트(S)에서 기생정전용량이 발생할 경우에 그에 대응하는 터치위치를 검출하여 대응하는 입력신호를 생성하면 된다. 그리고 2개 이상 다수의 센싱포인트(S)에서 기생정전용량이 발생할 경우에는 터치에 관여된 센싱포인트들의 패턴으로부터 터치위치에 대응하는 입력신호를 생성하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이, 특정 터치에 대해 기생정전용량을 발생하는 센싱포인트(S)의 개수가 많아질수록 센싱포인트 간의 간섭효과나 입력 오류가 일어날 가능성이 커질 수 있는 바, 이를 극복하기 위해 본 발명의 입력장치(1)는, 센싱포인트(S)들을 위로 볼록한 형상으로 배열함으로써 터치가 될 때 그 접촉 면적이 좁아지도록 하여 기생정전용량을 발생하는 센싱포인트의 수가 최소화되도록 한다.

즉, 본 발명의 정전용량식 입력장치(1)는, 평평한 것을 바람직한 것으로 인식하였던 종래의 틀을 깨고, 입력장치를 구성하는 전체의 센싱포인트(S)들을 위로 볼록한 형상으로 배열한 것이다.

센싱포인트(S)들의 위로 볼록한 형상 배열을 위해, 본 발명의 입력장치(1)에서 기본 지지체를 이루는 기판(10)과 도전체(2)가 직접 터치되는 커버패널(40)을 위로 볼록한 형상으로 형성한다.

기판(10)과 커버패널(40)의 위로 볼록한 형상은, 예를 들어 도2에 도시된 바와 같이, 기판(10)과 커버패널(40)을 위로 볼록한 구형으로 형성하거나, 도3에 도시된 바와 같이, 기판(10)과 커버패널(40)을 위로 볼록한 다면체로 형성하여 구현할 수 있다.

이렇게 형성된 위로 볼록한 기판(10)과 커버패널(40) 사이에 적층되는 극판(20)을, 기판(10)과 커버패널(40)의 형상에 대응하여 전체적으로 위로 볼록한 형상으로 배열하면, 본 발명의 입력장치(1)가 형성된다.

센싱포인트(S)를 구성하는 극판(20)과 유전체(30)는 해당 위치의 기판(10)과 커버패널(40)의 형상에 맞는 형상으로 형성한다. 이때 기판(10)과 커버패널(40)이 구형일 경우(도2)에 극판(20)과 유전체(30)는 해당 위치의 굴곡에 부합하는 곡면으로 형성할 수 있다. 그리고 기판(10)과 커버패널(40)이 다각형일 경우(도3)에, 극판(20)과 유전체(30)는 적층되는 위치의 각각의 다각형에 맞는 다각형으로 평평하게 형성할 수 있다.

도1은 6각형 조각들과 5각형 조각들을 붙여서 만들어지는 널리 알려진 축구공의 조각들과 같은 형상으로 센싱포인트(S)들을 형성 및 배열하고, 이런 센싱포인트들의 배열을 수용하도록 기판(10)과 커버패널(40)을 위로 볼록한 형상으로 형성한 예를 도시한 것이다. 이때 기판(10)과 커버패널(40)이 구형일 경우에 극판(20)과 유전체(30)는 해당 위치의 굴곡에 맞는 곡면을 가지게 형성하고, 기판(10)과 커버패널(40)이 다각형일 경우에 극판(20)과 유전체(30)는 해당 위치의 다각형에 맞는 다각형의 평면으로 형성한다. 도시된 입력장치(1)의 형상은 하나의 예시로서 이에 제한되는 것은 아니다.

기판(10)과 커버패널(40)이 구형일 경우, 구형의 곡률이 클수록 특정 터치에 대해 기생정전용량을 발생하는 센싱포인트의 수를 더 줄일 수 있을 것이나, 곡률이 클수록 입력장치(1)가 위로 볼록하게 더 튀어나오게 될 것이므로, 경우에 따라서는 입력장치(1)가 적용되는 환경에 부합하지 않을 수 있으므로, 입력장치(1)가 적용되는 환경에 부합하는 적절한 정도의 곡률을 가진 구형으로 형성하면 바람직할 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 정전용량식 입력장치(1)는, 센싱포인트들이 평면이 아닌 위로 볼록한 형상으로 배열되어 있기 때문에, 손가락과 같이 접촉 면적이 큰 도전체(2)가 터치될 때 그 터치면적을 줄일 수 있으므로, 해당 터치에 의해 기생정전용량을 발생하는(입력신호 생성에 관여하는) 센싱포인트의 개수를 줄일 수 있고, 결과적으로 하나의 입력신호 생성에 관여하는 센싱포인트의 수를 줄여 입력신호 생성의 오류를 줄일 수 있게 된다.

본 발명의 입력장치(1)에 있어서, 극판(20)으로부터 발생한 기생정전용량을 측정하는 것, 측정된 기생정전용량을 소정의 회로에 의해 처리하여 대응하는 입력신호를 생성하는 것, 생성된 입력신호를 본 발명의 입력장치가 설치된 휴대전화기와 같은 전기전자장치에 전송하는 것 등에 관한 기술은, 본 발명과 직접적인 관련이 없고, 해당 분야의 기술을 본 발명에 맞게 적절히 적용할 수 있으므로, 그에 대한 설명은 생략한다.

도면에서 설명되지 않은 도면부호 3은 본 발명의 입력장치(1)가 적용되는 전기전자장치의 프레임을 설정한 것이다.

1: 본 발명의 입력장치
2: 도전체
10: 기판
20: 기판
30: 유전체
40: 커버패널

Claims

지지를 제공하는 기판(10), 상기 기판(10) 위에 적층 배열된 극판(20), 상기 극판(20) 위에 적층된 유전체(30), 및 상기 유전체(30) 위에 적층된 커버패널(40)을 포함하고, 상기 극판(20)에 의해 형성되는 센싱포인트(S)를 도전체(2)로 터치할 때, 상기 도전체(2)와 상기 극판(20) 사이에서 발생하는 기생정전용량으로부터 터치위치를 검출하고, 검출된 터치위치에 대응하는 입력신호를 생성하는 정전용량식 입력장치에 있어서,
상기 기판(10)과 상기 커버패널(40)이 위로 볼록한 형상으로 형성되어 있고, 상기 센싱포인트(S)들의 상기 극판(20)이 상기 기판(10)과 상기 커버패널(40)의 형상에 대응하여 전체적으로 위로 볼록한 형상으로 배열되어 있으며, 상기 극판(20)과 상기 유전체(30)는 상기 기판(10)과 상기 커버패널(40)의 형상에 대응하는 형상으로 형성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력장치.
제1항에 있어서, 상기 기판(10)과 상기 커버패널(40)은 다면체 또는 구형에 의해 위로 볼록한 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체(30)가 상기 커버패널(40)의 작용을 겸용하는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력장치.