KR20150127055A - 용량형 센서 전극 - Google Patents

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Abstract

용량형 전극은, 기하학 형상의 평탄 전극을 구비하고, 프레임형 전극을 제공하기 위해 상기 전극의 적어도 하나의 중앙 부분이 제거된다.

Description

용량형 센서 전극{CAPACITIVE SENSOR ELECTRODE}
본 발명은 일반적으로 사용자 인터페이스 디바이스들에 관한 것으로, 특히 용량형 센서 전극들에 관한 것이다.
용량형 감지 전극들은 많은 다른 목적들, 예를 들면, 사용자 인터페이스 디바이스를 제공하는데 이용된다. 많은 다른 타입들의 키보드형 인터페이스들, 터치 스크린 인터페이스들, 또는 펜 타블렛 디바이스들이 개발되었고 존재한다. 이러한 타입의 디바이스들 및 인터페이스들에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 용량형 센서들이 이용된다. 하지만, 도시된 바와 같은 이러한 용량형 센서 전극들은, 한정된 감도를 제공할 수 있을 뿐이다. 다수의 다른 전극 패턴들이 투사 용량형 터치 센서들을 위하여 개발되었고 시중에서 이용되어 왔다.
하지만, 향상된 감도와 신뢰성 또한 제공할 수 있는 개선된 용량형 센서 전극이 요구된다.
일 실시예에 따르면, 용량형 전극은, 기하학 형상을 갖는 평탄 전극을 포함할 수 있으며, 프레임형(frame-like form) 전극을 제공하기 위해 상기 전극의 적어도 하나의 중앙 부분이 제거된다.
추가 실시예에 따르면, 상기 프레임의 두께가 상기 전극의 용량형 파라미터를 정의할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 전극은, 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 수직이고 상기 베이스 프레임에 중첩(overlapping)하도록 배열된 복수의 핑거 프레임들을 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 전극은 플라스틱 필름 또는 유리 상의 인듐 주석 산화물(ITO)의 층에 의해 형성될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 전극은 기판상의 전기 도전성 재료 층에 의해 형성될 수 있다.
또하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서 구조는, 병렬로 배열된 복수의 용량형 전극들을 구비한 제1층을 포함할 수 있으며, 각 전극은 기하학 형상을 갖는 평탄 전극을 포함하고, 프레임형 전극을 제공하기 위해 상기 전극의 적어도 하나의 중앙 부분이 제거된다.
상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 제1층의 상기 전극들과 수직으로 배열된 전극들의 제2층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1층 및 상기 제2층은 기판에 의해 절연된다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 프레임의 두께가 상기 전극의 용량형 파라미터를 정의할 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 전극은, 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 수직이고 상기 베이스 프레임에 중첩(overlapping)하도록 배열된 복수의 핑거 프레임들을 포함할 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 제1층은 상기 전극과의 전기 연결을 위한 연결 라인들을 더 포함할 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 베이스 프레임과 상기 핑거 프레임들은 각각 직사각형 프레임들일 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 베이스 프레임과 상기 핑거 프레임들은 각각 직사각형 프레임들일 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 연결 라인은 상기 베이스 프레임의 길이를 통해 연장되고, 그에 의해 상기 전극의 적어도 2개의 중앙 부분들이 제거될 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 핑거 프레임들은 상기 베이스 프레임에 대칭적으로 중첩할 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 제1층의 가장 오른쪽의 전극과 가장 왼쪽의 전극의 상기 핑거 프레임들은 상기 각자의 베이스 프레임에 비대칭적으로 중첩할 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 전극의 핑거 프레임들은 인접 전극의 핑거 프레임들에 대해 오프셋되고 또한 빗살 방식(inter-digit fashion)으로 배열될 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 인접 전극들의 핑거 프레임들은 인접 전극들 사이에서 상호 커패시턴스들을 제공할 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 전극은 플라스틱 필름 또는 유리 상의 인듐 주석 산화물(ITO) 층에 의해 형성될 수 있다. 상기 용량형 센서의 추가 실시예에 따르면, 상기 전극은 기판상의 전기 도전성 재료 층에 의해 형성될 수 있다.
도 1은 터치스크린 펜 타블렛 디바이스에서 용량형 감지를 제공하기 위한 종래의 그리드를 도시한다.
도 2는 예시로서, 종래의 그리드에서 이용되는 용량형 센서 전극들의 전형적인 변형물을 도시한다.
도 3은 개선된 용량형 센서 전극의 제1 실시예 및 제2 실시예를 도시한다.
도 4는 용량형 센서 전극의 추가 실시예들을 도시한다.
도 5는 종래의 전극과 다양한 실시예들에 따른 전극에서의 제조 결함들의 결과(effect)를 도시한다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 용량형 센서 전극의 개선된 감지 특성들을 도시한다.
도 7은 터치 스크린 또는 타블렛 디바이스에 이용되는 상부 센서 구조의 일 실시예를 도시한다.
도 8은 도 7에 따른 구조물의 확대된 부분을 도시한다.
도 9는 도 7에 도시된 상부 센서 구조와 관련된 하부 센서 구조의 일 실시예를 도시한다.
투사 용량형 터치 센서(projected capacitive touch sensor)는 종종 2개의 층들(이에 한정되지는 않음)로 구성되며, 2개의 층의 각각은 도 1에 도시된 바와 같이 서로 평행하게 배열된 복수의 도전성 전극들을 구비한다. 그 층들은 서로 가까이 근접하여 고정되고 서로로부터 전기적으로 절연된다. 투명 재료들이 터치 스크린 디바이스들에 이용되는 반면, 펜 타블렛들 또는 트랙 패드들은 디스플레이와 결합될 필요가 없기 때문에 그러한 재료를 요구하지는 않는다. 그 층들은 보통 서로 직교하는 그들의 전극들을 따라 배열된다. 도 1의 예시는, Y01-Y09로 표시된 상부층 전극들과, X01-X12로 표시된 하부층 전극들을 갖는다. 그러므로, 이 전극들은 그리드(grid)를 형성하고, 각 교차점에서 1차 용량형 결합(coupling)들이 제공된다. 상술한 바와 같이, 전극들은 디스플레이 디바이스들과 함께 이용되기 위해, 예를 들면, 플라스틱 필름 또는 유리 상에 인듐 주석 산화물(ITO)로 종종 구성된다.
도 2를 보면, 그러한 매트릭스 센서 배열들에서 흔히 이용되는 특정의 구조들이 도시되어 있다. 구조(210)는 도 1에 도시된 전극들과 유사한 가장 기본적인 형상이다. 구조(220)는 복수의 측면 암(arm)들을 제공하여 사다리 형상의 센서 전극을 형성한다는 점이 다르다.
도 3을 보면, 다양한 실시예들에 따른 개선된 용량형 센서 전극들의 실시예들이 도시되어 있다. 다양한 실시예들에 따른 개념은, 센서의 상부층(top layer) "수신기들(receivers)"이 도 3 및 도 4에 도시된 프레임 또는 외곽(outline) 도전체들이 되게 하기 위하여, 종래의 중실(solid) 도전체 전극으로부터 변경하는 것이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 개선된 용량형 센서 전극들(310-340)은 다른 패턴들의 전극들에 적용될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따른 프레임 도전체 전극들은, 생산성 및 수율, 전극 커패시턴스 제어, 개선된 터치 감도에 대해서 많은 장점들을 갖는다.
생산성 및 수율
전극 폭이 제조 방법들의 최소 능력에 가까운 것이 종종 바람직할 수 있다. 만일, 이런 경우라면, 도 5에서 전극(210)과 단절 지점(breaking point)(510)으로 도시된 바와 같이, 제조 공정에서의 변형물들은 일부 전극들이 전기적으로 단절되는(electrically broken) 것을 초래할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같은 단절된 전극들(210)은, 집적된 터치 제품에서 기능성 문제점을 초래함으로 인해 보통은 제조중에 폐기될(scrapped) 것이다. 이는 제조 수율을 감소시키고, 감소된 수율은 제조의 제품 비용을 증가시킨다. 다양한 실시예들에 따른 프레임 도전체 전극들(310)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 단일 단절(single break)(520)이 될 수 있으나, 여전히 기능성을 유지할 수 있다. 이로 인해 소망하는 전극들이 제조 능력들에 근접할 때에는, 제조의 장점이 얻어질 수 있다. 용량형 센서 전극들의 다양한 실시예들에 의해 제공되는 장점은, 소망하는 전극 치수(dimensions) 및 제조 공정 제한들에 따라서, 제조 비용을 줄일 수 있다는 것이다.
전극 커패시턴스 제어
전극의 커패시턴스는 도전체의 표면 영역에 부분적으로 의존한다. 다양한 실시예들에 따른 프레임 도전체는, 도 4에 도시된 전극들(330, 340, 및 340)의 서로 다른 프레임 크기들을 사용하며, 상기 전극들의 커패시턴스에 추가적인 구조 제어(design control)를 가능케한다. 이것은 중요한데, 그 이유는 일부 투사 용량형 컨트롤러들은 커패시턴스가 더 낮거나 또는 더 높은 수신기 전극들에 의해 성능 이득들을 실현할 수 있기 때문이다. 주어진 소망하는 도전체 설치면적(footprint)에 대해서는, 전극 실시예들(330, 340, 및 350)로 도시된 바와 같이, 루프 도전체의 폭이 전체 전극의 커패시턴스를 조정하기 위해 의도적으로(by design) 변경될 수 있다. 다양한 실시예들에 의해 제공되는 장점은, 그것이 주어진 전극 설치면적의 커패시턴스에 대한(over) 일부 구조 제어를 가능케 한다는 것이다.
터치 감도 개선
예시로써 도 3 및 도 4에 도시된 다양한 실시예들에 따른 루프 도전체 전극은 전기장의 형상을 변경한다(alter). 프레임, 예를 들면, 도 3의 상부 실시예에 도시된 프레임은, 센서의 상부층 "수신기들" 상에, 2개의 전기 공통 커패시터 플레이트들(dual elecrically common capacitor plates)(315, 317)을 기본적으로 생성한다. 도 6은, 2개의 커패시터 플레이트들에 의해, 결과적으로 터치 감도 및 전기장 형상의 개선을 제공하는 효과를 도시한다.
터치가 전기장을 변경하는 것이 바람직하다. 도 6에 도시된 바와 같은 2개의 플레이트들(315 및 317)의 효과는 전기장 특성들을 바꾸는 것이다. 도 6의 왼쪽에 도시된 표준적인 "채워진(filled)" 전극(210)은, 전극의 2측면들에 걸친 2개의 강한 프린지 필드 구역들(regions of fringe field)을 가지며, 터치, 예를 들면 손가락(600)에 의한 터치는 그 프린지 필드를 변경할 수 있다. 그에 반해서, 프레임 전극(315, 317)은, 2개의 플레이트들 전극(315, 317)의 4측면에 걸쳐 4개의 강한 프린지 필드 구역들을 제공하며, 손가락(600)에 의한 터치는 그 프린지 필드를 변경할 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들에 따르면, 아주 강한 상부측 프린지 전기장들이 생성되고, 이는 위로부터의 터치에 대한 감도를 증가시킬 수 있다.
도 7은, 터치 센서 디바이스, 예를 들면 터치 스크린 또는 터치 패드 디바이스의 상부층(top layer) 전극 구조에 사용하기 위한, 수직으로 평행하게 배열된 복수의 프레임 센서 전극들의 실시예를 도시한다. 구조(700)는 다양한 실시예들에 따른 복수의 프레임 센서 전극들(710)을 제공하는데, 여기서 가장 왼쪽 전극과 가장 오른쪽 전극은 도 7에 도시된 바와 같이 약간 다른 형상을 가질 수 있다. 도 8에 더욱 상세하게 도시된 바와 같은 실시예에 따르면, 상부층의 각 프레임 센서 전극(710)은, 직사각형 프레임의 센서 전극 베이스(810)와 상기 베이스에 중첩(overlapping)하는 복수의 직사각형 프레임의 측면 암(arm) 또는 핑거 전극들(820)을 제공한다. 연결 라인(830)은 평가 회로를 전극(710)과 연결한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이 연결 라인이 베이스(810)의 프레임을 통해 연장될 수 있으며, 이에 의해, 더욱 많은 커패시터 플레이트들이 제공된다. 각 전극의 프레임의 측면 암들(820)은 인접 전극의 프레임의 측면 암들과 약간 오프셋될 수 있으며, 이웃 전극들은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 빗살 방식(inter-digit fashion)으로 배열될 수 있다. 중앙 전극들은 대칭적으로 배열된 핑거 섹션들(820)을 포함하고, 반면에 가장 왼쪽 전극과 가장 오른쪽 전극은 핑거 섹션들(820)에 대해서 비대칭 형상이 된다. 하나의 전극의 프레임 핑거들(820a)이 인접 전극의 프레임 핑거들(820b)에 대해 오프셋 배열을 가짐으로써, 터치에 의해 변경될 수 있는 이웃 전극들 사이의 상호 커패시턴스가 추가로 제공된다.
도 9는, 하부 전극들(bottom electrodes)의 대응하는 하부 전극 구조를 도시하며, 여기서 하부 전극들은 규격화된 종래의 전극을 이용하고 복수의 수평으로 평행하게 배열된 대항(counter) 전극들을 제공한다. 상부층(top layer)과 하부층(bottom layer)은, 유리 또는 인쇄 회로 기판 또는 임의의 다른 적절한 기판에 의해 분리될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 하부층의 전극들은 상부층의 전극들과 유사하게 형성될 수도 있다.
비록 도 7 내지 도 9에 도시된 실시예가 터치스크린 센서들 또는 트랙 패드 센서들에 이용될 수 있을지라도, 다양한 실시예들에 따른 전극들이 단순 터치 센서들, 슬라이더들, 또는 기타 동작 요소들과 같은 다른 목적에 이용될 수도 있다. 기하학 형상들은 도시된 예시들로 한정되지 않는다. 오히려 이러한 형상들은 전극에 대한 최소한의 제안들에 불과하다. 전극들의 다른 형상들 및 모양들이 이용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 기하학 형상을 갖는 평탄 전극을 포함하는 용량형 전극으로서,
    프레임형(frame-like form) 전극을 제공하기 위해 상기 전극의 적어도 하나의 중앙 부분이 제거되는, 용량형 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 두께가 상기 전극의 용량형 파라미터를 정의하는, 용량형 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 수직이고 상기 베이스 프레임에 중첩(overlapping)하도록 배열된 복수의 핑거 프레임들을 포함하는, 용량형 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 플라스틱 필름 또는 유리 상의 인듐 주석 산화물(ITO)의 층에 의해 형성되는, 용량형 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 기판상의 전기 도전성 재료 층에 의해 형성되는, 용량형 전극.
  6. 병렬로 배열된 복수의 용량형 전극들을 구비한 제1층을 포함하는 용량형 센서 구조로서,
    각 전극은 기하학 형상을 갖는 평탄 전극을 포함하고,
    프레임형 전극을 제공하기 위해 상기 전극의 적어도 하나의 중앙 부분이 제거되는, 용량형 센서 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1층의 상기 전극들과 수직으로 배열된 전극들의 제2층을 포함하고,
    상기 제1층 및 상기 제2층은 기판에 의해 절연된, 용량형 센서 구조.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프레임의 두께가 상기 전극의 용량형 파라미터를 정의하는, 용량형 센서 구조.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전극은, 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 수직이고 상기 베이스 프레임에 중첩(overlapping)하도록 배열된 복수의 핑거 프레임들을 포함하는, 용량형 센서 구조.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1층은 상기 전극과의 전기 연결을 위한 연결 라인들을 더 포함하는, 용량형 센서 구조.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 프레임과 상기 핑거 프레임들은 각각 직사각형 프레임들인, 용량형 센서 구조.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 베이스 프레임과 상기 핑거 프레임들은 각각 직사각형 프레임들인, 용량형 센서 구조.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 연결 라인은 상기 베이스 프레임의 길이를 통해 연장되고, 그에 의해 상기 전극의 적어도 2개의 중앙 부분들이 제거되는, 용량형 센서 구조.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 핑거 프레임들은 상기 베이스 프레임에 대칭적으로 중첩하는, 용량형 센서 구조.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1층의 가장 오른쪽의 전극과 가장 왼쪽의 전극의 상기 핑거 프레임들은 상기 각자의 베이스 프레임에 비대칭적으로 중첩하는, 용량형 센서 구조.
  16. 제9항에 있어서,
    전극의 핑거 프레임들은 인접 전극의 핑거 프레임들에 대해 오프셋되고 또한 빗살 방식(inter-digit fashion)으로 배열되는, 용량형 센서 구조.
  17. 제16항에 있어서,
    인접 전극들의 핑거 프레임들은 인접 전극들 사이에서 상호 커패시턴스들을 제공하는, 용량형 센서 구조.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 전극은 플라스틱 필름 또는 유리 상의 인듐 주석 산화물(ITO) 층에 의해 형성되는, 용량형 센서 구조.
  19. 제6항에 있어서,
    상기 전극은 기판상의 전기 도전성 재료 층에 의해 형성되는, 용량형 센서 구조.
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