KR20130081762A - 텍스타일 터치 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기가 흐를 수 있는 상부 전도성사들과 하부 전도성사들을 상호 교차하도록 배열하여 외력에 의해 전기적으로 도통된 상부 전도성사와 하부 전도성사의 위치를 센싱하는 텍스타일 터치 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부 전도성사와 하부 전도성사 이격층을 개재시켜 상부 전도성사와 하부 전도성사를 서로 분리 이격시키고 외력이 가해지는 때에 이격층이 완충작용을 하여 전도성사의 손상을 방지하고, 센싱 대상이 아닌 비의도적 외력에 도통되는 것을 예방할 수 있는 텍스타일 터치 센서이고, 특히, 압전효과를 갖는 피에조레지스티브 패브릭체를 이격층으로 사용함으로써 외력이 가해지는 위치뿐만 아니라 외력의 세기도 센싱할 수 있으며, 한 순간에 여러 위치를 동시에 센싱할 수 있는 텍스타일 터치 센서에 관한 것이다.

Description

텍스타일 터치 센서{Textile touch sensor}
본 발명은 전기가 흐를 수 있는 상부 전도성사들과 하부 전도성사들을 상호 교차하도록 배열하여 외력에 의해 전기적으로 도통된 상부 전도성사와 하부 전도성사의 위치를 센싱하는 전도성사를 이용한 텍스타일 터치 센서에 관한 것으로서,
보다 상세하게는 상부 전도성사와 하부 전도성사 사이에 이격층을 개재시켜 상부 전도성사와 하부 전도성사를 서로 분리 이격시키고 외력이 가해지는 때에 이격층이 완충작용을 하여 전도성사의 손상을 방지하고, 센싱 대상이 아닌 비의도적 외력에 도통되는 것을 예방할 수 있는 텍스타일 터치 센서이고,
특히, 압전효과를 갖는 피에조레지스티브 패브릭체(Piezoresisvie fabric)를 이격층으로 사용함으로써 외력이 가해지는 위치뿐만 아니라 외력의 세기도 센싱할 수 있는 텍스타일 터치 센서이고,
한 순간에 여러 위치에 대해 멀티터치 센싱할 수 있는 텍스타일 터치 센서에 관한 것이다.
텍스타일(원단 또는 직물)은 의류, 침구류 등으로 우리의 일상 생활에 밀접하게 사용된다.
텍스타일에 전자기술이 접목되면 발열 의류, 전자호구 등의 새로운 기능을 갖는 스마트 텍스타일이 가능해진다.
전자기술이 접목된 텍스타일로 텍스타일을 터치하면, 즉, 텍스타일에 외력이 가해지면 그 터치 위치를 센싱하는 센서 기능을 갖는 텍스타일(이하 '텍스타일 터치 센서'라고 한다.)이 있다.
텍스타일 터치 센서에 관한 종래기술로 2000년도에 영국에서 출원되고, PCT로 국내출원된 공개특허 제2003-0032932호 "전도성의 감압성 직물"이 있고, 또 다른 종래기술로 2008년에 유럽에서 출원되고, PCT로 국내출원된 공개특허 제2011-0058420호 "전자 직물 및 전자 직물의 기능 영역을 판단하는 방법"이 있으며, 그외에서 다수의 텍스타일 터치 센서에 관한 것이 개시되었다.
상기 전자의 공개특허(이하 '제1종래기술')는 텍스타일을 구성하는 원단으로서 서로 위아래로 엇갈려 지나가 교차하면서 직조되는 위사들과 경사들에서 일부의 위사와 경사를 전도체로 하여, 외부에서 압력이 가해진 때에 접촉된 위사와 경사가 발하는 전기적 신호로 외력이 가해진 부위(즉, 터치된 위치)를 센싱하도록 하고 있다.
그리고 제1종래기술은 서로 교차하면서 직조되는 전도체의 위사와 경사가 평상시(즉, 외력이 없는 상태)에 서로 접촉되지 않도록 하기 위해 전도체의 위사와 경사 외주연에 얇은 절연성의 야안(이하 '절연사'라고 한다.)을 부분적으로 둘러싸고 있다.
상기 제1종래기술은 센싱 기능을 추가함으로써 텍스타일의 두께가 두꺼워지지 않도록 하기 위해 센싱 기능을 하는 전도체를 위사와 경사로 사용하고 있는 것이다.
텍스타일에서 위사는 경사들을 하나씩 위아래로 엇갈려 지나가면서 횡방향으로 짜여지고, 경사는 위사들을 하나씩 위아래로 엇갈려 지나가면서 종방향으로 짜여지는 것으로서, 위사와 경사는 직조되어 짜여지기에 서로 긴밀하고 강하게 접촉되게 된다.
따라서 제1종래기술에서는 전도체의 위사와 경사도 외력이 없어도 텍스타일 자체의 성질상 서로 접촉되기 쉽고, 외력이 없는 상태에서 접촉되어 있는 때에는 센서(또는 스위치)로서 기능을 수행하지 못한다.
그래서 제1종래기술에서는 외력이 없는 상태에서 전도체의 위사와 경사가 서로 접촉되는 것을 방지하기 위해 전도체 위사와 경사의 외주연에 절연사가 나선형 또는 일자형으로 둘러싸도록 하여, 외력이 없는 상태에서는 전도체 위사의 절연사와 전도체 경사의 절연사가 접촉되어 위사와 경사가 접촉되지 않도록 하고, 외력이 가해지면 전도체 위사와 경사가 절연사들 사이의 공간을 통해 서로 접촉되도록 하고 있다.
그러나 절연사가 전도체 위사와 경사의 외주연을 감싸도록 하더라도, 위사와 경사는 서로 위아래서 지나가면서 교차 직교하여 짜여지는 관계로 서로 간의 밀착력이 강해 외력이 없는 상태에서 전도체 위사와 경사가 접촉될 소지가 크고, 외력이 없는 상태에서 전도체 위사와 경사가 접촉되지 않도록 하기 위해(즉, 전도체 위사와 경사 표면과 절연사 표면 간의 이격거리를 늘림) 두꺼운 절연사를 사용하게 되면 작은 힘의 외력이 가해지는 때에 전도체 위사와 경사가 접촉되지 아니하기 쉽고, 강한 외력이 가해지는 때에는 전도체 위사와 경사의 변형 범위가 커 전도체 위사와 경사가 단선되는 사고가 발생될 수 있다.
그리고 제1종래기술은 전도체 위사와 경사가 서로 위아래를 엇갈려 지나가 직조되는 꼬인 구조로 이루어져, 외력이 가해지는 때에 경위사 모두에 부하가 걸리고, 외력이 가해지지 않은 부위의 위사와 경사도 장력을 받게 되어 전도체 위사와 경사의 단선이 발생되기 쉽다.
그리고 제1종래기술은 전도체 위사와 경사가 접촉되었을 때 접촉된 그 부위에 외력이 가해졌다는 것을 센싱할 수 있을 뿐이고, 가해진 외력의 세기를 센싱할 수 없는 한계도 있다.
상기 후자의 공개특허(이하 '제2종래기술') 역시 제1종래기술과 같이 텍스타일을 구성하는 원단으로서 서로 위아래로 지나가 교차하면서 직교되는 위사들과 경사들에서 일부의 위사와 경사를 전도체로 하여, 외부에서 압력이 가해진 때에 위사와 경사 간에 형성되는 정전용량(즉, 커패시턴스)의 변화값을 감지하여 외력이 가해진 부위(즉, 터치된 위치)를 센싱하도록 하고 있다.
그래서 상기 제2종래기술 역시 제1종래기술과 같은 여러 문제를 갖는다고 할 것이다.
다만, 제2종래기술은 가해지는 외력이 작더라도 정전용량의 변화도 생겨 충분히 감지할 수 있는 장점은 있다.
그러나 제2종래기술은 텍스타일을 의류 등으로 사용할 때에는 착용자의 신체가 정전용량에 영향을 주지 않도록 착용자 피부와 텍스타일 사이에 차폐재와 같은 별도의 정전용량 차단수단을 개재해야 하는 문제가 있고, 착용자의 사소한 움직임에도 정전용량의 변화가 발생될 수 있는 문제가 있고, 가해지는 외력의 세기와 외력을 가하는 물체의 성질 등에 따라 정전용량의 변화값이 너무 커서 외력이 가해졌다는 것 외에 외력의 크기나 성질 등을 판단하는 것이 사실상 곤란한 문제가 있다.
본 발명은 위와 같이 종래기술에 따른 텍스타일 터치 센서가 갖는 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 서로 교차되도록 배열되는 상부 전도성사와 하부 전도성사가 서로를 잡아당기는 힘이 작용하지 아니하므로 외력이 없는(미약한 외력을 포함) 평상시에 상부 전도성사와 하부 전도성사가 접촉되어 센싱 오류가 발생할 위험이 적고, 외력이 가해지는 때에는 별다른 외적 방해 없이 상부 전도성사와 하부 전도성사가 전기적으로 도통되어 이를 센싱함으로써, 센싱의 신뢰성이 높은 텍스타일 터치 센서를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전도성사가 위아래로 서로 엮이는 구조가 아니라 일자형으로 서로 분리되어 배열되는 구조를 가져, 외력이 가해지는 부위의 전도성사만 장력을 받게 되고, 고강력 전도성사를 사용하여 외력에 의해 전도성사가 단선될 위험이 적은 텍스타일 터치 센서를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 상부 전도성사와 하부 전도성사 사이에 배치되는 이격층은 이들을 분리 이격시킬 뿐만 아니라 외력이 가해지는 때에 외력을 흡수하여 완충시킴으로써, 전도성사의 손상을 방지할 수 있는 텍스타일 터치 센서를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 이격층으로 압전효과를 갖는 피에조레지스티브 패브릭체를 사용함으로써 가지는 외력의 위치뿐만 아니라 세기도 센싱할 수 있고, 동시에 여러 위치에 대해 멀티터치 센싱할 수 있는 텍스타일 터치 센서를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 텍스타일 터치 센서는
상호 이격되어 배열되는 다수의 상부 전도성사를 포함하는 상부 감지층;
상기 상부 전도성사에 교차되는 방향으로 배열되는 다수의 하부 전도성사를 포함하는 하부 감지층;
상기 상부 감지층과 하부 감지층 사이에 개재되어 상부 전도성사와 하부 전도성사를 분리 이격시키는 이격층;을 포함하여 이루어져,
외력이 가해져 전기적으로 도통된 상부 전도성사와 하부 전도성사의 위치를 센싱한다.
그리고 상기 이격층은 외력이 가하지는 때에 상부 전도성사와 하부 전도성사가 접촉될 수 있는 공간을 갖는 메쉬이격체로 구성되는 것을 특징으로 하고,
외력이 가해지면 상기 상부 전도성사와 하부 전도성사는 상기 메쉬이격체의 공간을 통해 서로 접촉되어 전기적으로 도통되고, 전기적 도통에 따른 저항값의 변화를 이용하여 외력에 가해진 위치를 센싱하는 것을 특징으로 하고,
상기 이격층은 가해지는 외력의 세기에 따른 압전효과를 갖는 피에조레지스티브 패브릭체로 구성되는 것을 특징으로 하고,
외력이 가해지면 상기 상부 전도성사와 하부 전도성사는 상기 피에조레지스티브 패브릭체와 접촉되어 서로 전기적으로 도통되고, 상기 피에조레지스티브 패브릭체는 외력의 세기에 따라 저항값이 변화되어, 외력이 가해진 위치와 외력의 세기를 센싱하는 것을 특징으로 하고,
상기 상부 감지층은 하부면에 상기 상부 전도성사들이 일정 간격으로 배열 고정되는 상부시트를 더 포함하고,
상기 하부 감지층은 상부면에 상기 하부 전도성사들이 일정 간격으로 배열 고정되는 하부시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 상부 전도성사와 하부 전도성사는 상기 피에조레지스티브 패브릭체의 상부와 하부에 각각 자수되어 고정되는 것을 특징으로 하고,
외력이 가해져 전기적으로 도통된 상부 전도성사와 하부 전도성사의 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하는 AD 컨버터;
상기 AD 컨버터가 전송하는 전압으로부터 외력이 가해진 위치를 연산하는 컨트롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 텍스타일 터치 센서는 외력을 감지하는 상부 전도성사들과 하부 전도성사들이 서로 꼬이지 아니하고, 상부에는 상부 전도성사들이 평면상에 일정 간격으로 배열되고, 하부에서는 하부 전도성사들이 평면상에서 일정 간격으로 배열된 후에 서로 교차되도록 적층되어 배치되는 구조로 이루어져, 전도성사들이 서로 당김과 같은 영향을 주지 아니하므로 전도성사들이 서로 간의 영향으로 손상될 소지가 없고, 고강력 전도성사를 사용하여 외력에 의해 전도성사가 손상될 위험이 적다.
또한, 이격층은 상부 전도성사와 하부 전도성사 사이에 개재되어 상부 전도성사와 하부 전도성사를 분리 이격시켜 평상시에는 전기적으로 도통되는 것을 방지하면서 외력이 가해지면 즉각적으로 전기적으로 도통되도록 함으로써 센싱의 신뢰도를 높이면서, 외력이 가해지는 때에 그 충격의 일부를 흡수하여 외력에 의해 전도성사가 손상되는 것을 방지한다.
그리고 이격층으로서 피에조레지스티브 패브릭체는 압전효과를 가져 외력의 세기에 따라 다른 저항값을 가져, 외력이 가해진 위치뿐만 아니라 그 외력의 세기도 센싱하고, 동시에 여러 부위를 센싱할 수도 있어, 텍스타일 터치 센서의 용도를 다양화시킬 수 있다.
도 1 의 a,b는 각각 이격체로서 메쉬이격체와 피에조레지스티브 패브릭체를 사용한 본 발명에 따른 텍스타일 터치 센서의 개략적인 구조도.
도 2 의 a,b는 각각 이격체로서 메쉬이격체와 피에조레지스티브 패브릭체를 사용한 본 발명에 따른 텍스타일 터치 센서의 분해 사시도.
도 3 의 a,b는 각각 도2의 a,b에서 외력이 가해진 때에 상부 전도성사와 하부 전도성사가 전기적으로 도통된 상태의 구조도.
도 4 의 a는 본 발명에 사용한 전도성사가 시트에 자수되어 배열 고정된 일례를 도시한 도면대용 사진이고 b는 전도성사가 다른 모양으로 시트에 자수된 일례를 도시한 도면대용 사진.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 텍스타일 터치 센서에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도1의 a,b에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 텍스타일 터치 센서는 상부 감지층(10), 하부 감지층(20), 이격층(30), 컨트롤러(40)를 포함한다.
상기 상부 감지층(10)과 하부 감지층(20)은 동일 유사한 구조를 갖는다.
상기 상부 감지층(10)과 하부 감지층(20)은 각각 상호 이격되어 배열되는 다수의 전도성사(11, 21)와, 상기 전도성사(11, 21)들을 일정 간격으로 배열 고정하는 시트(13, 23)를 포함하여 구성되고, 상하부에 각각 배열되는 전도성사(11, 21)와 시트(13, 23)를 구분하기 위해 '상부'와 '하부'라는 명칭을 부가하였다.
즉, 상기 상부 감지층(10)은 상부시트(13)와, 상부시트(13) 하부면에 배열 고정되는 상부 전도성사(11)를 포함하여 구성되고, 상기 하부 감지층(20)은 하부시트(23)와, 하부시트(23) 상부면에 배열 고정되는 하부 전도성사(21)를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)는 서로 교차하는 방향으로 배열된다. 참고로, 도1에는 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 직각으로 교차하도록 도시하고 있으나, 여기서 교차한다는 것은 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 서로 직각을 이루는 것에 한정되는 것은 아니다.
상기 상부시트(13)와 하부시트(23)(이하 상부시트(13)와 하부시트(23)를 '시트(13, 23)'라고 한다.)는 전도성사(11, 21)가 움직이지 않도록 제 위치에 고정되어 있도록 잡아주기 위한 것으로서, 모양이나 재질 등에 특별한 제한이 없다. 다만, 텍스타일(직물)에 사용되는 것이므로 얇은 면 구조의 텍스타일이 일반적일 것이다.
이러한 면 구조의 텍스타일 시트(13, 23)로는 나일론, 폴리에스터, 아크릴, 스판덱스, 면, 양모, 실크 등의 비전도성 재료를 이용하여 제조된 직물, 편물, 부직포 등이 사용될 수 있다.
상기 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)(이하 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)를 '전도성사(11, 21)'라고 한다.)는 가공성이 좋고 가공에 필요한 충분한 내구성과 강도를 가질 필요가 있다.
본 발명은 가공성을 높이기 위해 전도성사(11, 21)를 컴퓨터 자수나 재봉 박음질이 가능한 실과 같은 구조를 갖고, 내구성과 고강도를 갖도록 일반 고강력 섬유사(11b)와 금속 필라멘트사(11a)가 복합되어 꼬인 구조를 갖도록 하였다.
상기 전도성사(11, 21)는 섬유사(11b) 표면에 한 가닥 이상의 금속 필라멘트사(11a) 다수를 적절한 꼬임수가 되도록 커버드 상태로 감아서 제작하고, 전도성사(11, 21)의 내구성과 강도를 보강하기 위해 커버드 상태로 감긴 꼬임수 다수를 재차 꼬임수가 되도록 우연 합연하고, 다수개의 우연 합연된 사를 합하여 다수의 꼬임수가 되도록 좌연 합연하여 필요한 강력과 전기저항을 가지도록 제작할 수 있다.
상기 전도성사(11, 21)의 금속 필라멘트사(11a)는 전기전도성이 높은 금, 은, 구리 등으로 이루어질 수 있고, 전도성사(11, 21)의 금속 필라멘트사(11a) 단일 가닥의 굵기는 0.01mm~0.1mm 범위가 바람직하다.
상기 전도성사(11, 21)는 도1의 개념 구조도에서 도시한 것과 같이 일자형으로 배열될 수도 있고, 도4b에 도시한 것과 같이 지그재그형으로 배열될 수도 있고, 이 외에도 텍스타일 터치 센서의 사용 용도에 따라 다양한 모양으로 배열될 수 있다.
상기 이격층(30)은 상기 상부 감지층(10)과 하부 감지층(20) 사이에 개재되어 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)를 분리 이격시켜, 외력이 없는 상태에서 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 접촉되지 않도록 하고, 외력이 가해지는 때에 외력에 따른 충격을 흡수하여 전도성사(11, 21)가 손상되는 것을 방지한다.
상기 이격층(30)은 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 직접 접촉되어 전기적으로 도통될 수 있는 공간을 갖는 메쉬이격체(30A)와, 외력이 가해지는 때에 압전효과를 가져 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 전기적으로 도통될 수 있도록 하는 피에조레지스티브 패브릭체(30B)가 사용될 수 있다.
상기 메쉬이격체(30A)는 도면에서 도시한 것과 같이 사각형 모양의 공간(31)이 연속적으로 형성되어 있는 격자형이나, 육각형 모양의 공간이 연속적으로 형성되어 있는 벌집형의 구조를 가질 수 있고, 이외에도 원형 또는 타원형 모양의 공간이 연속적으로 형성되어 있는 구조나 다각형 모양이 연속적으로 형성되어 있는 구조 등 다양한 모양의 구조를 가질 수 있다.
상기 메쉬이격체(30A)는 외력이 가해지지 않는 평상시에 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 이격되어 비접촉되도록 하며, 외력이 가해진 때에는 즉각적으로 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 접촉될 수 있는 두께와 공간(31) 크기를 갖도록 설계된다.
상기 피에조레지스티브 패브릭체(30B)는 폴리피롤 같은 전도성 고분자 물질을 함유한 패브릭(섬유원단)으로서, 외력이 가해지면 외력의 세기에 따라 저항값이 변화된다.
즉, 상기 피에조레지스티브 패브릭체(30B)는 외력이 가해지지 않는 상태에서는 일정한 크기의 저항값을 갖고 있다가 외력이 가해지면 그 외력의 세기에 따라 저항값이 감소(또는 증가)하는 성질(즉, 압전효과)를 가져, 외력이 가해진 위치뿐만 아니라 그 외력의 세기도 센싱할 수 있도록 한다.
이격층(30)으로 상기 피에조레지스티브 패브릭체(30B)를 사용하면 전도성사(11, 21)를 시트(13, 23)를 사용하지 않고 직접 피에조레지스티브 패브릭체(30B)의 양면에 자수 또는 재봉 박음질하여 고정 배열할 수도 있다. 도2b와 도3b에서는 시트(13, 23)를 별도로 사용하지 않고 전도성사(11, 21)가 피에조레지스티브 패브릭체(30B) 직접 배열 고정되는 것으로 도시하였다.
도3을 참조하여 외력이 가해지는 때에 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 이격층(30)을 통해 전기적으로 도통되는 것에 대하여 설명한다.
우선, 도3a의 메쉬이격체(30A)를 이격층(30)으로 사용한 경우를 보면, 외력이 가해지지 아니한 평상시 상태에서는 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 메쉬이격체(30A)에 의해 분리 이격되어 비접촉 상태에 있다.
참고로, 이때는 도면에는 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 메쉬이격체(30A)에 비접촉되어 있는 것으로 도시하고 있으나, 실제로는 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)는 메쉬이격체(30A)에 접촉될 것이고, 메쉬이격체(30A)는 당연히 절연체로 이루어져 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 메쉬이격체(30A)를 통해 전기적으로 도통되지는 않는다.
상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 비접촉되어 있는 상태에서 외력이 외측의 상부 감지층(10)에 가해지면 외력이 가해진 부위의 상부 감지층(10)이 내측으로 눌리면서 상부 전도성사(11)가 메쉬이격체(30A)의 공간을 통과하여 하부 감지층(20)의 하부 전도성사(21)에 접촉되어, 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 전기적으로 도통되고, 전기적으로 도통되면 그 접촉점의 저항값에 따른 전압의 크기를 컨트롤러(40)가 감지하여 외력이 가해진 위치(즉, 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 접촉된 지점)를 파악한다.
도1a를 참조하면, 접지에 연결되는 하부 전도성사(21)들 각각은 컨트롤러(40)와 연결되어 있어 컨트롤러(40)는 전기적으로 도통된 하부 전도성사(21)를 즉각적으로 감지할 수 있으며, 전도성사(11, 21)들 각각은 각자의 저항값을 갖고 있어 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 전기적으로 도통되면 도통된 지점에 따라 고유한 저항값(또는 저항값에 따른 전압값)을 가져 컨트롤러(40)는 도통되어 감지된 하부 전도성사(21)와 도통된 상부 전도성사(11)를 즉각적으로 감지할 수 있게 된다.
참고로, 전기적 성질이 균일한 전도성사(11, 21)를 사용하더라도 저항은 도체의 길이에 반비례하므로 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 접촉되어 도통된 지점은 감지해 낼 수 있고, 전도성사(11, 21)의 자체 저항값으로 도통된 지점을 감지하기에 오차가 있다면 별도의 저항소자를 전도성사(11, 21)에 연결할 수도 있다.
도1b를 보면 컨트롤러(40)와 전도성사(11, 21)의 전기적 연결이 도1a와는 다소 차이가 있다.
도1a는 하부 전도성사(21)들만 각각 컨트롤러(40)에 도통된 전기적 신호를 보내지만, 도1b는 하부 전도성사(21)들 뿐만 아니라 상부 전도성사(11)들도 각각 컨트롤러(40)에서 나오는 전기적 신호와 연결되고 있다. 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 전기적으로 도통되면 컨트롤러(40)는 입출력 포트를 감지하여 도통된 지점을 즉각적으로 감지할 수 있게 된다.
도1b는 동시에 여러 위치가 터치(즉, 멀티터치)되어 도통된 때에 센싱의 신뢰도를 높이기 위한 것이다. 도1a의 전기적 연결 방식에서는 멀티터치 시에 터치된 위치 모두에 대한 센싱의 정확성이 떨어질 수 있지만, 도1b의 전기적 연결 방식에서는 멀티터치 시에 터치된 모든 위치를 정확하게 센싱한다.
다음으로, 도3b의 피에조레지스티브 패브릭체(30B)를 이격층(30)으로 사용한 경우를 보면, 외력이 가해지지 아니한 평상시 상태에서는 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 피에조레지스티브 패브릭체(30B)에 의해 분리 이격되어 비접촉 상태에 있다.
참고로, 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)는 피에조레지스티브 패브릭체(30B)에 접촉되어 있으나, 전도성사(11, 21)는 피에조레지스티브 패브릭체(30B)보다 전기저항이 월등히 낮은 것을 사용하므로 외력에 의하지 않고서는 상부 전도성사(11)에서 피에조레지스티브 패브릭체(30B)를 통해 하부 전도성사(21)로 전기적으로 도통된 것(즉, 컨트롤러(40)가 접촉으로 판단하는 것)에는 포함되지 않는다.
외측의 상부 감지층(10)에 외력이 가해지면 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)는 각각 상기 피에조레지스티브 패브릭체(30B)에 확실하게 접촉되고, 외력의 크기에 따라 상기 상부 감지층(10)은 상기 피에조레지스티브 패브릭체(30B)를 가압하여 피에조레지스티브 패브릭체(30B)가 눌린다.
그리고 피에조레지스티브 패브릭체(30B)는 외력에 의해 눌려지는 압력의 세기에 따라 그 부위의 저항값이 낮아져(즉, 압전효과가 발생되어), 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 전기적으로 도통된다.
상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 전기적으로 도통되면, 상기 컨트롤러(40)는 메쉬이격체(30A)와 유사한 방식으로 외력이 가해진 위치를 감지하고, 또한 압전효과에 따른 저항값의 크기(즉, 저항값에 비례하는 전압 크기)로부터 가해진 외력의 세기를 파악한다.
상기 컨트롤러(40)는 상기 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 각각 전기적으로 도통되어 전송하는 전압으로부터 외력이 가해진 위치를 센싱하고, 피에조레지스티브 패브릭체(30B)를 이격층(30)으로 사용할 때에는 가해진 외력의 세기도 센싱한다.
상기 컨트롤러(40)는 상기 상부 전도성사(11)와 하부 전도성사(21)가 전기적으로 도통되어 전송하는 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하는 AD 컨버터(41)와(일반적으로 컨트롤러(40)에 내장될 것임), 각종 기준값, 셋팅값 등의 데이터가 저장되는 메모리(43)와, AD 컨버터(41)가 전송하는 전압으로부터 외력이 가해진 위치와 세기를 연산하는 연산부(45) 등이 구비된다.
그리고 상기 컨트롤러(40)에는 외부와 각종 정보를 입출력하는 입출력포트(49)와, 외부기기로 센싱한 외력이 가해진 위치와 세기에 대한 정보를 무선으로 송신하는 무선모듈(47) 등이 연결될 수 있다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 전도성사를 이용한 텍스타일 터치 센서에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 상부 감지층
11 : 상부 전도성사 13 : 상부시트
20 : 하부 감지층
21 : 하부 전도성사 23 : 하부시트
30 : 이격층
30A : 메쉬이격체 30B : 피에조레지스티브 패브릭체
40 : 컨트롤러
41 : AD 컨버터 43 : 메모리
45 : 연산부 47 : 무선모듈
49 : 입출력포트

Claims (8)

  1. 상호 이격되어 배열되는 다수의 상부 전도성사를 포함하는 상부 감지층;
    상기 상부 전도성사에 교차되는 방향으로 배열되는 다수의 하부 전도성사를 포함하는 하부 감지층;
    상기 상부 감지층과 하부 감지층 사이에 개재되어 상부 전도성사와 하부 전도성사를 분리 이격시키는 이격층;을 포함하여 이루어져,
    외력이 가해져 전기적으로 도통된 상부 전도성사와 하부 전도성사의 위치를 센싱하는 텍스타일 터치 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격층은 외력이 가하지는 때에 상부 전도성사와 하부 전도성사가 접촉될 수 있는 공간을 갖는 메쉬이격체로 구성되는 것을 특징으로 하는 텍스타일 터치 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    외력이 가해지면 상기 상부 전도성사와 하부 전도성사는 상기 메쉬이격체의 공간을 통해 서로 접촉되어 전기적으로 도통되고, 전기적 도통에 따른 저항값을 이용하여 외력에 가해진 위치를 센싱하는 것을 특징으로 하는 텍스타일 터치 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격층은 가해지는 외력의 세기에 따른 압전효과를 갖는 피에조레지스티브 패브릭체로 구성되는 것을 특징으로 하는 텍스타일 터치 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    외력이 가해지면 상기 상부 전도성사와 하부 전도성사는 상기 피에조레지스티브 패브릭체와 접촉되어 서로 전기적으로 도통되고, 상기 피에조레지스티브 패브릭체는 외력에 세기에 따라 저항값이 변화되어, 외력이 가해진 위치와 외력의 세기를 센싱하는 것을 특징으로 하는 텍스타일 터치 센서
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 감지층은 하부면에 상기 상부 전도성사들이 일정 간격으로 배열 고정되는 상부시트를 더 포함하고,
    상기 하부 감지층은 상부면에 상기 하부 전도성사들이 일정 간격으로 배열 고정되는 하부시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텍스타일 터치 센서.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서
    상기 상부 전도성사와 하부 전도성사는 상기 피에조레지스티브 패브릭체의 상부와 하부에 각각 자수되어 고정되는 것을 특징으로 하는 텍스타일 터치 센서.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외력이 가해져 전기적으로 도통된 상부 전도성사와 하부 전도성사의 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하는 AD 컨버터;
    상기 AD 컨버터가 전송하는 전압으로부터 외력이 가해진 위치를 연산하는 컨트롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텍스타일 터치 센서.
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