KR20160087846A - 힘 방향 결정을 이용하는 터치 시스템 및 방법 - Google Patents

힘 방향 결정을 이용하는 터치 시스템 및 방법 Download PDF

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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

터치 센서는 제1 및 제2 패턴화된 전도성 트레이스들, 및 제1 패턴화된 전도성 트레이스와 제2 패턴화된 전도성 트레이스 사이에 배치되는 광학적으로 투명한 층을 포함한다. 터치 센서는 터치 센서에 적용되는 힘의 방향을 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성된다.

Description

힘 방향 결정을 이용하는 터치 시스템 및 방법{TOUCH SYSTEMS AND METHODS EMPLOYING FORCE DIRECTION DETERMINATION}
본 발명은 대체적으로 터치 감응 디바이스에 관한 것으로, 구체적으로는 사용자의 손가락 또는 다른 터치 도구와 터치 디바이스 간의 접촉에 의존하는 터치 감응 디바이스에 관한 것이다.
터치 감응 디바이스는 기계식 버튼, 키패드, 키보드, 및 포인팅 디바이스의 필요성을 감소시키거나 없앰으로써 사용자가 전자 시스템 및 디스플레이와 편리하게 인터페이스하게 한다. 예를 들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별되는 위치에서 디스플레이 중인 터치 스크린을 간단히 터치함으로써 복잡한 일련의 명령어들을 실행할 수 있다.
본 발명의 실시 형태들은 제1 및 제2 패턴화된 전도성 트레이스들, 및 제1 패턴화된 전도성 트레이스와 제2 패턴화된 전도성 트레이스 사이에 배치되는 광학적으로 투명한 층을 포함하는 터치 센서에 관한 것이다. 터치 센서는 터치 센서에 적용되는 힘의 방향을 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성된다.
다양한 실시 형태들은 터치 표면을 갖는 터치 센서를 포함하는 장치에 관한 것이다. 터치 센서는 그에 적용되는 힘에 응답한 터치 표면의 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형을 전기적으로 감지하도록 구성되고, 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형은 3차원 형상을 갖는다. 프로세서가 터치 센서에 결합된다. 프로세서는 터치 위치에서의 국부적 변형의 형상에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘(non-perpendicular force)의 방향을 전기적으로 결정하도록 구성된다.
일부 실시 형태들은 터치 표면을 갖는 터치 센서를 포함하는 장치에 관한 것이다. 터치 센서는 그에 적용되는 비수직 힘에 응답한 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부를 감지하도록 구성된다. 프로세서가 터치 센서에 결합된다. 프로세서는 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부에 기초하여 비수직 힘의 방향을 결정하도록 구성된다.
다른 실시 형태들은 터치 센서의 터치 표면에 적용되는 비수직 힘을 감지하는 단계 및 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 감지하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 또한 적용된 힘 특성의 이방성 변화에 기초하여 적용된 힘의 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
소정 실시 형태들은 터치 센서의 터치 표면 상의 터치 위치에 적용되는 터치 힘을 감지하는 단계, 및 적용된 힘에 응답한 터치 위치에서의 3차원 형상을 갖는 탄성 국부적 변형을 감지하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 또한 국부적 변형의 형상에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 방향을 전기적으로 결정하는 단계를 포함한다.
추가 실시 형태들은 터치 센서의 터치 표면 상의 터치 위치에 적용되는 터치 힘을 감지하는 단계, 및 터치 위치에 적용되는 비수직 힘에 응답한 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부를 감지하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 또한 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 태양은 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 상기의 개요는 청구된 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되며, 그 요지는 절차의 진행 동안에 보정될 수 있는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 프로세서에 통신 결합된 대표적인 터치 센서를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 탄성 국부적 변형을 받는 터치 센서의 터치 표면의 영역의 과장된 도면들이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 터치 센서에 적용되는 비수직 힘의 방향을 결정하기 위한 다양한 방법들의 흐름도들이다.
도 8은 다양한 실시 형태들에 따른 정전용량성 터치 센서의 단면도이다.
도 9는 다양한 실시 형태들에 따른 저항성 터치 센서의 단면도이다.
도 10은 다양한 실시 형태들에 따른 힘 감지 재료를 포함하는 터치 센서의 단면도이다.
도 11은 다양한 실시 형태들에 따른 압전 터치 센서의 단면도이다.
도 12는 다양한 실시 형태들에 따른 감쇠 내부 전반사(frustrated total internal reflection)를 이용하여 비수직 힘을 감지하도록 구성된 광학 도파관(optical waveguide)을 포함하는 터치 센서의 단면도이다.
도 13은 다양한 실시 형태들에 따른 터치 힘의 적용에 응답한 도 12에 도시된 변형가능한 광학 도파관의 국부적 탄성 변형의 영역을 도시한다.
도 14는 다양한 실시 형태들에 따른 사용자에 의해 조작될 수 있는 터치 감응 디스플레이 상에 제시된 가상 객체들을 도시한다.
도 15는 다양한 실시 형태들에 따른 슬라이더(slider) 또는 페이더(fader)로서 작동하는 가상 제어부를 도시한다.
본 발명의 실시 형태들은 터치 센서에 적용되는 힘을 감지하는 것 및 터치 센서에 적용되는 힘의 방향을 결정하는 것에 관한 것이다. 일부 실시 형태들은 터치 센서에 적용되는 힘의 방향 및 적용된 힘의 크기를 결정하는 것에 관한 것이다. 다른 실시 형태들은 터치 센서에 적용되는 힘의 방향, 적용된 힘의 크기, 및 적용된 힘의 위치를 결정하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태들은 무엇보다도, 정전용량성, 저항성, 힘, 광학, 적외선, 감쇠 내부 전반사, 전자기, 표면 탄성파, 음향 펄스, 굽힘파, 신호 분산, 및 근거리장 이미징(near field imaging)을 비롯한, 다양한 터치 센서 기술들 중 임의의 것 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 1은 프로세서(120)에 통신 결합된 대표적인 터치 센서(100)를 도시한다. 터치 센서(100)는 터치 표면(102) 및 터치 표면(102)에 인접한 센서(104)를 포함한다. 다양한 실시 형태들에 따르면, 터치 표면(102)은 그에 적용되는 터치 힘(FT)에 응답하여 터치 표면(102)의 국부적 영역(108)에서 탄성적으로 변형된다. 국부적 변형 영역(108)으로부터 멀리 떨어져 있는 터치 표면(102)의 부분들은 터치 위치에서의 터치 이벤트로부터 방해받지 않은 채로 남아 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 터치 힘(FT)은 터치 위치 및 그 근처의 영역(108) 내에서 터치 표면(102)의 국부적 탄성 변형을 야기하여, 터치 위치에서의 터치 표면(102)의 3차원 일그러짐을 초래한다. 터치 힘(FT)에 의해 야기되는 터치 표면(102)의 이러한 3차원 일그러짐은 시간 경과에 따라(예컨대, 제스처 동안) 터치 힘(FT)의 변화에 응답하여 동적으로 형상 및 크기가 변한 것이다. 더 구체적으로, 터치 표면(102)의 국부적 영역(108)에서의 탄성 변형은 시간 경과에 따라 면적(터치 표면(102)의 평면에서의 x 및 y 방향들) 및 깊이/높이(터치 표면(102)의 평면에 수직인 z 방향)가 적용된 터치 힘(FT)의 크기 및 방향에 비례하여 변한 것이다. 터치 힘(FT)의 제거 시에, 터치 표면(102)의 국부적 변형 영역(108)은 그의 원래 위치, 형상 및 크기로 되돌아간다.
일부 실시 형태들에 따르면, 센서(104)는 그에 적용되는 힘에 응답한 터치 표면(102)의 터치 위치에서의 터치 표면(102)의 탄성 국부적 변형을 전기적으로 감지하도록 구성된다. 터치 위치에서의 이러한 탄성 국부적 변형은 3차원 형상을 갖는다. 터치 센서(100)에 결합된 프로세서(120)는 터치 위치에서의 국부적 변형 영역(108)의 형상에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 방향을 전기적으로 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(120)는 센서(104)로부터 신호들을 수신하도록 그리고 터치 힘(FT)의 적용으로부터 초래되는 터치 표면(102)의 국부적 변형에 응답하여 국부적 변형 프로파일(130)을 생성하도록 구성된다. 프로세서(120)는 국부적 변형 프로파일(130)을 이용하여, 터치 표면(102)에 적용되는 터치 힘(FT)의 방향을 결정한다. 프로세서(120)는 또한 터치 힘(FT)의 크기를 결정하도록 구성될 수 있고, 추가로 터치 표면(102) 상의 터치 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시 형태들에 따르면, 터치 힘(FT)의 적용으로부터 초래되는 변형은 터치 센서(100)의 (다른 도면들에 도시된) 적어도 2개의 실질적으로 평행한 주 표면들의 탄성 국부적 변형을 수반한다. 다른 실시 형태들에서, 터치 힘(FT)의 적용으로부터 초래되는 변형은 터치 센서(100)의 단지 하나의 주 표면의 탄성 국부적 변형을 수반한다. 도 2 내지 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 서술되는 바와 같이 그리고 일부 실시 형태들에 따르면, 터치 센서(100)는 터치 위치에서 또는 그 근처에서 터치 표면(102) 안으로 향하는 제1 힘 성분 및 터치 위치에서 또는 그 근처에서 터치 표면(102) 밖으로 향하는 제2 힘 성분을 감지하도록 구성될 수 있다. 프로세서(120)는 제1 및 제2 힘 성분들을 이용하여 터치 표면(102)에 적용되는 비수직 힘의 방향을 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 형태들에 따르면, 터치 센서(100)는 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형(108)의 형상을 맵핑하도록 구성된 정전용량성 센서(104)를 포함한다. 다른 실시 형태들에서, 터치 센서(100)는 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형(108)의 형상을 맵핑하도록 구성된 저항성 센서(104)를 포함한다. 추가 실시 형태들에서, 터치 센서(100)는 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형(108)의 형상을 맵핑하도록 구성된 광학 센서(104)를 포함한다. 소정 실시 형태들에서, 터치 센서(100)는 터치 위치에서의 탄성 변형(108)의 형상을 맵핑하도록 구성된 압전 전기 센서(104)를 포함한다.
일부 실시 형태들에 따르면, 터치 센서(100)는 제1 및 제2 패턴화된 전도성 트레이스들(다른 도면들에 도시됨), 및 제1 패턴화된 전도성 트레이스와 제2 패턴화된 전도성 트레이스 사이에 배치되는 광학적으로 투명한 층을 포함한다. 터치 센서(100)는 터치 표면(102)에 적용되는 힘(FT)의 방향을 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(120)는 센서(104)와 적용된 힘(FT) 사이의 접촉 면적의 이방성 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 추가 예로서, 힘(FT)이 터치 표면(102)의 평면에 경사진 방향을 따라 터치 표면(102)에 적용될 때, 접촉 면적은 터치 표면(102) 상에 투영되는 경사 방향을 따라 이방성으로 변하는데, 이는 프로세서(120)에 의해 결정될 수 있다. 프로세서(120)는 접촉 면적의 결정된 이방성 변화에 기초하여 터치 표면(102)에 적용되는 힘(FT)의 방향을 결정할 수 있다.
일부 실시 형태들에 따르면, 프로세서(120)는 터치 표면(102)에 적용되는 힘(FT)의 방향을 적용된 힘(FT)에 비례하는 센서(104)의 정전용량의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 힘(FT)이 경사 방향을 따라 터치 표면(102)에 적용될 때, 센서(104)에서의 정전용량들은 터치 표면(102) 상에 투영되는 경사 방향을 따라 증가한다. 프로세서(120)는 정전용량들의 결정된 이방성 변화들에 기초하여 터치 표면(102)에 적용되는 힘(FT)의 방향을 결정할 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 프로세서(120)는 터치 표면(102)에 적용되는 힘(FT)의 크기를 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성된다. 다른 실시 형태들에서, 프로세서(120)는 터치 표면(102)에 적용되는 힘(FT)의 방향을 터치 센서(100)의 광학적으로 투명한 층의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(120)는 터치 표면(102)에 적용되는 힘(FT)의 방향을 적용된 힘(FT)에 응답한 터치 센서(100)의 광학적으로 투명한 층의 국부적 두께의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성된다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 탄성 국부적 변형을 받는 터치 센서의 터치 표면의 영역의 과장된 도면들이다. 도 2는 터치 센서의 터치 표면(202) 및 그에 적용되는 터치 힘(FT)으로부터 초래되는 터치 표면(202)의 변형을 도시한다. 도 2에서, 터치 힘(FT)은 터치 표면(202)에 수직인 방향으로 적용된다. 터치 표면(202)에 대한 터치 힘(FT)의 적용은 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형(208)을 야기한다. 도 2에서 단면도로 도시되었지만, 국부적 변형(208)은 3차원 형상을 갖는다. 터치 힘(FT)이 터치 표면(202)에 수직인 방향으로 적용되기 때문에, 탄성 국부적 변형(208)은 비교적 균일한 볼(bowl) 형상을 갖는다. 그와 같이, 변형(208)의 체적들(A, B)은 도 2에 도시된 파선에 대해 실질적으로 대칭이다. 국부적 변형(208)의 상대적 대칭에 기초하여, 센서(204)는 터치 힘(FT)의 방향이 터치 표면(202)에 수직이라고 결정한다.
센서(204)는 국부적 변형(208)의 형상 또는 프로파일을 결정하도록 구성된다. 센서(204)와 국부적 변형(208)의 주변부 사이에서 수직으로 연장되는 점선들 각각은 센서(204)에 의해 이루어진 측정을 나타낸다. 측정의 유형은 센서(204)의 기술에 의존한다. 예를 들어, 센서(204)에 의해 이루어진 측정은 정전용량, 저항, 전압 또는 전류 변화, 힘, 광의 세기, 또는 이러한 파라미터들 중 임의의 것의 조합에 기초할 수 있다. 센서(204)에 의해 이루어진 측정들 간의 간격 및 측정들의 횟수는 원하는 감지 해상도를 달성하기 위해 조절될 수 있다.
도 3은 터치 센서의 터치 표면(302)에 적용되는 비수직 터치 힘(FT)을 도시한다. 터치 표면(302)에 대한 터치 힘(FT)의 적용은 터치 위치에서의 터치 표면(302)의 비대칭인 탄성 국부적 변형(308)을 야기한다. 특히, 터치 표면(302)에 대한 터치 힘(FT)의 경사 각도로의 적용은 터치 위치에서의 터치 표면(302)의 국부적 함몰부(B) 및 국부적 돌출부(A)를 생성한다. 센서(304)는 국부적 함몰부(B) 및 돌출부(A)의 형상 또는 프로파일을 결정하기 위해 터치 표면(302)의 터치 위치에서 측정들을 행한다. 측정들에 기초하여, 센서(304) 또는 센서(304)에 결합된 프로세서는 비수직 힘(FT)의 방향을 결정할 수 있다. 도 3에 도시된 간단한 예에 따르면, 센서(304)는 국부적 함몰부(B)가 국부적 돌출부(A)에 대해 파선의 우측에 있다고 결정할 수 있다. 터치 위치에서의, 국부적 함몰부(B) 및 돌출부(A)의 상대적 위치들에 기초하여, 센서(304) 또는 그에 결합된 프로세서는, 비수직 터치 힘(FT)이 국부적 함몰부(B)의 저부를 향하고 국부적 돌출부(A)의 피크로부터 멀어지는 방향으로 배향된다고 결정할 수 있다. 터치 위치에서의 변형 프로파일의 토포그래피(topography)의 더 상세한 분석(예컨대, 국부적 변형 영역(308)의 토포그래픽 맵핑의 구배를 계산함)은, 터치 표면(302)에 경사 각도로 적용되는 터치 힘(FT)의 방향의 더 정밀한 결정을 제공하기 위해 터치 센서 또는 그에 결합된 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 4는 터치 센서의 터치 표면(402)에 적용되는 비수직 터치 힘(FT)을 도시한다. 터치 표면(402)에 대한 터치 힘(FT)의 적용은 터치 위치에서의 비대칭인 탄성 국부적 변형(408)을 야기한다. 터치 표면(402)에 대한 터치 힘(FT)의 경사 각도로의 적용은 터치 위치에서의 터치 표면(402)의 국부적 함몰부(A) 및 국부적 돌출부(B)를 생성한다. 센서(404)는 국부적 함몰부(A) 및 돌출부(B)의 형상 또는 프로파일을 결정하기 위해 측정들을 행하는데, 이로부터 비수직 힘(FT)의 방향이 결정될 수 있다. 이러한 예시적인 예에서, 센서(404)는 국부적 함몰부(A)가 국부적 돌출부(B)에 대해 파선의 좌측에 있다고 결정할 수 있는데, 이는 도 3에 도시된 시나리오의 반대이다. 터치 위치에서의, 국부적 함몰부(A) 및 돌출부(B)의 상대적 위치들에 기초하여, 센서(404) 또는 그에 결합된 프로세서는, 비수직 터치 힘(FT)이 국부적 함몰부(A)의 저부를 향하고 국부적 돌출부(B)의 피크로부터 멀어지는 방향으로 배향된다고 결정할 수 있다. 비수직 터치 힘(FT)의 방향이 3차원으로 또는 2차원 슬라이스로 국부적 변형(208, 308, 408)의 윤곽(예컨대, 토포그래피)을 측정하거나 또는 맵핑시킴으로써 해결될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1을 한번 더 참조하고 그리고 도 2 내지 도 4에 도시된 국부적 변형 영역들(208, 308, 408)을 고려하면, 터치 센서(100)는 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따라 그에 적용되는 비수직 힘에 응답한 터치 위치에서의 터치 표면(102)의 국부적 함몰부 및 돌출부를 감지하도록 구성될 수 있다. 프로세서(120)는 터치 위치에서의 터치 표면(102)의 국부적 함몰부 및 돌출부에 기초하여 비수직 힘의 방향을 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(120)는 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 크기를 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 또한 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시 형태들에 따르면, 센서(104)는 터치 위치에서 터치 표면(102) 안으로 향하는 제1 힘 성분 및 터치 위치에서 터치 표면(102) 밖으로 향하는 제2 힘 성분을 감지하도록 구성된다. 프로세서(120)는 제1 및 제2 힘 성분들을 이용하여 비수직 힘의 방향을 결정하도록 구성된다. 국부적 함몰부는 제1 힘 성분에 응답하여 형성되고, 국부적 돌출부는 제2 힘 성분에 응답하여 형성된다. 센서(104)는 정전용량성 센서, 저항성 센서, 광학 센서, 압전 센서, 또는 이러한 센서들 중 임의의 것의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 센서(100)는 제1 유형의 센서 및 제1 유형의 센서와는 상이한 제2 유형의 센서를 포함할 수 있다. 프로세서(120)는 제1 유형의 센서로부터의 출력을 사용하여 터치 위치를 결정하고 제2 유형의 센서의 출력을 사용하여 비수직 힘(FT)의 크기 및 방향을 결정하도록 구성될 수 있다.
도 5는 다양한 실시 형태들에 따른 터치 센서에 의해 터치 힘을 감지하는 다양한 공정들을 나타내는 흐름도이다. 도 5에 도시된 방법은, 터치 센서의 터치 표면에 적용되는 비수직 힘을 감지하는 단계(502) 및 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 감지하는 단계(504)를 포함한다. 본 방법은 또한 적용된 힘 특성의 이방성 변화에 기초하여 적용된 힘의 방향을 결정하는 단계(506)를 수반한다. 본 방법은 선택적으로 터치 표면에 적용되는 힘의 위치를 결정하는 단계(508)를 수반할 수 있고, 또한 선택적으로 터치 표면에 적용되는 힘의 크기를 결정하는 단계(510)를 수반할 수 있다.
도 6은 다른 실시 형태들에 따른 터치 센서에 의해 터치 힘을 감지하는 다양한 공정들을 나타내는 흐름도이다. 도 6에 도시된 방법은 터치 표면의 터치 위치에 적용되는 터치 힘을 감지하는 단계(602)를 수반한다. 본 방법은 또한 적용된 힘에 응답한 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형을 감지하는 단계(604)를 수반하는데, 국부적 변형은 3차원 형상을 갖는다. 본 방법은 추가로 국부적 변형의 형상에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 방향을 전기적으로 결정하는 단계를 수반한다. 본 방법은 선택적으로 터치 표면에 적용되는 힘의 위치를 결정하는 단계(608)를 수반할 수 있고, 또한 선택적으로 터치 표면에 적용되는 힘의 크기를 결정하는 단계(610)를 수반할 수 있다.
도 7은 다양한 실시 형태들에 따른 터치 센서에 의해 터치 힘을 감지하는 다양한 공정들을 나타내는 흐름도이다. 도 7에 도시된 방법은 터치 표면의 터치 위치에 적용되는 터치 힘을 감지하는 단계(702)를 수반한다. 본 방법은 또한 터치 위치에 적용되는 비수직 힘에 응답한 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부를 감지하는 단계(704)를 수반한다. 본 방법은 추가로 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 방향을 결정하는 단계(706)를 수반한다. 본 방법은 선택적으로 터치 표면에 적용되는 힘의 위치를 결정하는 단계(708)를 수반할 수 있고, 또한 선택적으로 터치 표면에 적용되는 힘의 크기를 결정하는 단계(710)를 수반할 수 있다.
도 8은 다양한 실시 형태들에 따른 정전용량성 터치 센서(800)의 단면도이다. 터치 센서(800)는 탄성적으로 변형가능한 투명 재료의 제1 층(802)을 포함한다. 터치 센서(800)는 제1 평면에서 제1 방향을 따라 연장되고 적용된 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받는 제1 세트의 투명 전도성 트레이스들(806)을 포함하는 전극 층(804)을 포함한다. 탄성적으로 변형가능한 투명 재료의 제2 층(808)이 투명 전도성 트레이스들(806)에 인접한다. 일부 실시 형태들에서, 제2 층(808)은 제1 층(802)보다 더 유연하거나 순응적이다(예컨대, 더 낮은 탄성계수를 갖는다). 제1 평면으로부터 이격된 제2 평면에서 제2 방향을 따라 연장되는 제2 세트의 투명 전도성 트레이스들(812)을 포함하는 전극 층(810)이 제2 층(802)에 인접한다. 터치 센서(800)는 또한 제2 전극 층(810)을 지지하는 투명 층 또는 기판(814)을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 투명 층 또는 기판(814)은 터치 센서(800)가 접속되는 디스플레이의 외부 표면이다.
본 명세서에 기재된 유형의 정전용량성 터치 센서는, 각각이 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 제7,148,882호 및 제7,538,760호에 그리고 미국 특허 출원 공개 제2002/0149572호, 제2007/0063876호 및 제2006/0227114호에 기재된 특징부들 및 기능들을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에 따르면, 도 8 및 다른 도면들에 도시된 조립체(또는 그의 부조립체)는, 표면 상에 연성 금속 전도성 트레이스들의 어레이 또는 어레이들을 포함하는 변형가능한 기판 조립체를 한정한다. 변형가능한 기판 조립체는 터치 센서의 제조 동안 다른 마이크로전자 컴포넌트들에 접속된다. 전자 컴포넌트가 기판 조립체에 접착식으로 접합되고 마이크로전자 컴포넌트로부터의 접합 요소들이 트레이스들과 접촉할 때, 기판은 트레이스들이 기판 표면 내로 침투할 때까지 개별 접합 요소들이 트레이스들을 국부적으로 변형시킬 수 있게 하는 재료 특성을 가질 수 있다. 적합한 변형가능한 기판 조립체의 상세사항들은 본 명세서에 참고로 포함된 PCT 출원 공개 WO 1997008749 A1호에서 찾을 수 있다.
도 9는 다양한 실시 형태들에 따른 저항성 터치 센서(900)의 단면도이다. 터치 센서(900)는 탄성적으로 변형가능한 투명 재료의 제1 층(902)을 포함한다. 터치 센서(900)는 윈도우형 스페이서(windowed spacer)(908)에 의해 서로로부터 분리된 제1 및 제2 저항성 패턴 층들(904, 910)을 포함한다. 제1 및 제2 저항성 패턴 층들(904, 910) 각각은 복수의 패턴화된 전극 요소들(906, 912)을 포함한다. 전극 요소들(906, 912)은 바(bar) 형상을 갖는 것으로 나타나 있지만 이것은 단지 예일 뿐이다. 윈도우형 스페이서(908)는 제1 층(902)에 적용되는 터치 힘들이 없을 때에 대향하는 저항성 패턴 층들(904, 910) 사이의 분리를 제공하도록 치수화된다. 윈도우형 스페이서(908)의 윈도우 부분은 제1 층(909)의 그에 적용되는 터치 힘들로 인한 변형에 응답하여 저항성 패턴 층들(904, 910) 사이의 접촉을 허용한다. 터치 센서(900)는 또한 제2 저항성 패턴 층(910)을 지지하는 투명 층 또는 기판(914)을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 투명 층 또는 기판(914)은 터치 센서(800)가 접속되는 디스플레이의 외부 표면이다. 저항성 터치 센서의 다양한 실시 형태들은, 각각이 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 출원 공개 제2009/0237374호 및 제2010/0141604호에 그리고 미국 특허 제8,446,388호에 개시된 특징부들 및 기능들(예컨대, 멀티 포인트, 멀티 터치 능력)을 포함할 수 있다.
도 10은 다양한 실시 형태들에 따른 힘 감지 재료를 채용하는 터치 센서(1000)의 단면도이다. 터치 센서(1000)는 탄성적으로 변형가능한 재료의 제1 층(1002), 및 제1 방향을 따라 연장되고 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받는 제1 세트의 전도성 트레이스들(1006)을 포함하는 제1 전극 층(1004)을 포함한다. 터치 센서(1000)는 또한 힘 감지 재료(1008)를 포함하는 제2 층(1010)을 포함한다. 제2 층(1010)은 추가로 제2 방향을 따라 연장되는 제2 세트의 전도성 트레이스들(1012)을 포함하여, 제1 세트의 전도성 트레이스들(1006)이 힘 감지 재료(1008)에 의해 제2 세트의 전도성 트레이스들(1012)로부터 분리되게 한다. 일부 실시 형태들에서, 힘 감지 재료(1008)는 압력 감응 막을 포함하는데, 압력 감응 막은 이 막에 작용하는 압축력들의 변화들에 응답하여 저항률을 변화시킨다. 압력 감응 막은, 예를 들어, 피브릴화된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 탄소, 및 팽창성 미소구체(expandable microsphere)들을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 힘 감지 재료(1008)는 힘 감응 저항(force sensitive resistor) 재료를 포함한다. 예를 들어, 힘 감응 저항 재료는 팽창성 미소구체들을 갖는 전도성 매트릭스(conducting matrix)를 포함할 수 있다. 힘 감지 재료를 채용하는 터치 센서의 다양한 실시 형태들은, 각각이 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 제5,209,967호; 제5,302,936호; 및 제7,260,999호에; 그리고 미국 특허 출원 공개 제2011/0273394호에 기재된 특징부들 및 기능들을 포함할 수 있다.
도 11은 다양한 실시 형태들에 따른 압전 중합체 재료를 채용하는 터치 센서(1100)의 단면도이다. 터치 센서(1100)는 탄성적으로 변형가능한 투명 재료의 제1 층(1102), 및 제1 층(1102)에 인접한 제1 투명 압전 중합체 층(1104)을 포함한다. 제1 세트의 투명 전도성 트레이스들(1106)은 제1 투명 압전 중합체 층(1104) 위에 배치되고, 제1 방향을 따라 연장되고 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받는다. 터치 센서(1100)는 또한 제2 투명 압전 중합체 층(1110)을 포함한다. 투명 중합체성 유전체 코어(1108)가 제1 압전 중합체 층(1104)과 제2 압전 중합체 층(1110) 사이에 배치된다. 제2 세트의 투명 전도성 트레이스들(1112)이 제2 압전 중합체 층(1110) 위에 배치되고, 제1 세트의 전도성 트레이스들(1106)의 방향과는 상이한 제2 방향을 따라 연장된다.
다른 실시 형태에 따르면, 도 11에 도시된 터치 센서(1100)는 압전 중합체 층(1104)과 같은 단일 투명 압전 중합체 층을 포함한다(예컨대, 압전 중합체 층(1110)과 같은 제2 투명 압전 중합체 층을 배제한다). 그러한 실시 형태에서, 제2 세트의 투명 전도성 트레이스들(1112)은 투명 재료의 제2 층(1114) 위에 배치된다. 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 압전 중합체 층들(1104, 1110)은 분극(poled) 폴리비닐리덴 다이플루오라이드(PVDF)를 포함하고, 코어 층은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함한다. 압전 터치 센서의 다양한 실시 형태들은, 본 명세서에 참고로 포함된, 2013년 11월 21일자로 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 제61/907354호에 개시된 특징부들 및 기능들을 포함할 수 있다. 압전 터치 센서의 다양한 실시 형태들은, 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 출원 공개 제2009/0309616호에 개시된 특징부들 및 기능들을 포함할 수 있다.
도 12는 다양한 실시 형태들에 따른 터치 힘 및 터치 힘의 방향을 검출하기 위해 변형가능한 광학 도파관 및 감쇠 내부 전반사(FTIR)를 채용하는 터치 센서(1200)의 단면도이다. 터치 센서(1200)는 탄성적으로 변형가능한 투명 재료의 제1 층(1202)을 포함한다. 변형가능한 광학 도파관(1204)이 제1 층(1202)에 인접한다. 일부 실시 형태들에서, 변형가능한 광학 도파관(1204)의 표면은 터치 센서(1200)의 터치 표면(1202)을 구성한다. 광원(1203)이 입사 광을 도파관(1204)의 측면 에지를 통하여 지향시키도록 구성되어, 도파관(1204)의 변형이 없을 때에 내부 전반사를 통해 도파관(1204) 내에 광이 수용되게 한다. 터치 센서(1200)는 추가로 터치 표면(1202)에 적용되는 비수직 힘으로부터 초래되는 변형의 위치에서 도파관(1204)으로부터 나오는 광을 감지하도록 구성된 광학 센서(1208)를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 광학 센서(1208)는 픽셀화된 광학 센서(1206)를 포함한다. 다른 실시 형태들에서, 광학 센서(1208)는 전하 결합 소자(1206)이다. 소정 실시 형태들에서, 광학 센서(1208)는 반도체 광검출기들의 어레이(1206)를 포함한다. 선택적으로, 터치 센서(1200)는 광학 센서(1208)를 지지하는 역할을 하는 기판(1210)을 포함할 수 있다.
터치 힘 검출을 위해 FTIR 현상을 이용하는 터치 센서의 다양한 실시 형태들은, 각각이 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 제8,441,467호에 그리고 미국 특허 출원 공개 제2006/0227120호 및 제2008/0060854호에 개시된 특징부들 및 기능들을 포함할 수 있다.
도 13은 터치 힘(FT)의 적용에 응답한 변형가능한 광학 도파관(1204)의 국부적 탄성 변형의 영역(1205)을 도시한다. 도파관(1204)에 대한 비수직 터치 힘(FT)의 적용은 터치 위치에서의 도파관(1204)의 국부적 함몰부 및 돌출부의 형태로 도파관(1204)의 변형(1205)을 초래한다. 그 결과, FTIR 현상으로 인해, 터치 힘(FT)에 의해 영향을 받은 위치에서 도파관(1204)으로부터 광이 나온다. 도파관(1204)이 알려진 패턴(예컨대, 국부적 함몰부 및 돌출부)으로 변형되기 때문에, 도파관(1204)으로부터 나오는 광은 터치 위치에서의 도파관(1204)의 변형 패턴에 따라 변하는 조명 프로파일(1207)을 갖는다. 이러한 조명 프로파일(1204)은 광학 센서(1208)에 의해 검출되고 터치 센서 또는 그에 결합된 프로세서에 의해 분석될 수 있다. 조명 프로파일(1207)의 세기의 변화들은, 예를 들어, 도파관(1204)에 적용되는 비수직 터치 힘(FT)의 방향을 결정하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태들은 디스플레이와 조합되는 전술한 유형의 터치 센서에 관한 것이다. 다양한 실시 형태들에서, 터치 센서는 광학적으로 투명한 층들로 제조되어, 터치 센서가 디스플레이의 전방에 통합될 수 있게 한다. 다른 실시 형태들에서, 터치 센서는 하나 이상의 불투명 층들로 제조되고, 디스플레이의 후방에 통합된다. 그러한 실시 형태들에서, 터치 센서의 전방에 있는 디스플레이는 탄성적으로 변형가능하여, 디스플레이의 표면에 적용되는 터치 힘(예컨대, 비수직 터치 힘)이 터치 센서에 결합되게 한다.
일부 실시 형태들에 따르면, 터치 감응 디스플레이는 터치 감지 요소들을 디스플레이 회로와 통합하는 액정 디스플레이(LCD) 터치 스크린을 포함한다. 일부 구현예들에서, 터치 감지 요소들은 LCD 적층 조립체 내에서 전적으로 구현될 수 있지만, 컬러 필터 플레이트와 어레이 플레이트 사이가 아닌 그 외측에서 구현될 수 있다. 다른 구현예들에서, 일부 터치 감지 요소들은 컬러 필터 플레이트와 어레이 플레이트 사이에 배치되며 다른 터치 감지 요소들은 다른 곳에 위치될 수 있다. 추가 구현예들에서, 모든 터치 감지 요소들이 컬러 필터 플레이트와 어레이 플레이트 사이에 배치될 수 있다. 본 명세서에 개시된 다양한 실시 형태들은 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제8,243,027호에 기재된 특징부들 및 기능을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 센서는 터치 힘의 방향을 제어 입력으로서 이용함으로써 디스플레이의 가상 객체들과의 향상된 상호작용을 제공한다. 다양한 실시 형태들에 따르면, 본 발명의 터치 센서는 터치 힘 크기 및 터치 힘 위치 중 하나 또는 둘 모두 이외에 터치 힘 방향에 기초하여 디스플레이의 가상 객체들 및 다른 태양들의 향상된 사용자 제어를 제공한다. 예를 들어, 터치 센서는 가상 객체를 디스플레이하도록 구성될 수 있고, 터치 센서에 결합된 프로세서는 터치 센서에 적용되는 비수직 힘의 방향 및 크기에 기초하여 가상 객체를 일정 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 추가 예로서, 프로세서는 터치 센서에 적용되는 비수직 힘의 방향 및 크기에 기초하여 디스플레이 상에 제시된 가상 객체를 일정 속도로 이동시키도록 구성될 수 있다.
도 14는 다양한 실시 형태들에 따른 사용자에 의해 조작될 수 있는 터치 감응 디스플레이 상에 제시된 가상 객체들을 도시한다. 디스플레이(1402) 상에 제시된 가상 객체들 중 적어도 하나는 디스플레이(1402)에 적용되는 터치 힘의 방향에 기초하여 제어된다. 디스플레이(1402) 상에 제시된 하나 이상의 가상 객체들은 가상 제어부(1410)와의 사용자 상호작용을 통해 제어 또는 조작될 수 있다. 도 14에 도시된 대표적인 예에서, 가상 제어부(1410)는 디스플레이(1402) 상에 제시된 이미지(1404)의 표현을 변경하기 위해 사용자에 의해 조작될 수 있다. 더 구체적으로, 밤하늘의 영역이 디스플레이(1402) 상의 이미지(1404)로서 제시되고, 사용자에 의한 가상 제어부(1410)의 작동이 밤하늘의 상이한 영역들이 디스플레이(1402)의 디스플레이 영역 안밖으로 이동하게 할 수 있다.
하나의 예시적인 예에 따르면, 사용자는 그의 또는 그녀의 손가락(1430)을 사용하여, 예컨대 노브(1412) 상에 탭(tap)함으로써, 가상 제어부(1410)를 활성화시킨다. 노브(1412)에 적용되는 탭에 응답하여, 가상 제어부(1410)는 가상 제어부(1410)가 사용을 위해 활성화될 수 있음을 나타내기 위해 일부 방식으로 변한다(예컨대, 조명하고/하거나 색상을 바꾼다). 가상 제어부(1410)는, 활성화될 때, 사용자가 밤하늘을 가로질러 동쪽 방향과 서쪽 방향 사이에서 패닝(panning)할 수 있게 한다. 예를 들어, 방향 화살표(1414)를 동쪽 방향으로 이동시킴으로써 밤하늘 이미지(1404)가 동쪽을 향해 패닝하도록 한다. 방향 화살표(1414)를 서쪽 방향으로 이동시킴으로써 밤하늘 이미지(1404)가 서쪽을 향해 패닝하도록 한다. 하나의 접근법에서, 사용자는 그의 또는 그녀의 손가락(1430)을 방향 화살표(1414) 상에 두고, 아치형(arcuate) 또는 좌우 스와이프(swipe) 움직임을 사용하여 방향 화살표(1414)가 동쪽 표시자(E)와 서쪽 표시자(W) 사이에서 이동하도록 할 수 있다.
스와이프 제스처를 사용하여 동쪽 표시자(E)와 서쪽 표시자(W) 사이에서 방향 화살표(1414)의 원하는 이동을 야기하기보다는 오히려, 본 발명의 터치 힘 결정 방법을 이용함으로써 사용자의 손가락(1430)의 위치를 크게 옮기지 않고서 방향 화살표(1414)의 원하는 이동이 달성될 수 있다. 도 14에 도시되는 바와 같이, 사용자는 그의 또는 그녀의 손가락(1430)을 노브(1412)에 두고, 노브(1412)에 적용되는 터치 힘을 변경하여 방향 화살표(1414)를 원하는 대로 이동시킬 수 있다. 하나의 접근법에서 그리고 사용자의 손가락(1430)을 노브(1412) 상에 둔 상태에서, 사용자는 그의 또는 그녀의 손(1420)을 좌우로 잘 회전시켜, 손가락(1430)을 노브(1412)에 상대적으로 고정되게 유지한다. 손(1420)을 이러한 방식으로 회전시키면, 터치 힘의 위치가 상대적으로 고정된 채로 남아 있더라도, 노브(1412)에 적용되는 터치 힘의 방향을 변화시킨다.
손가락(1430)을 노브(1412) 상에 유지한 상태에서 손(1422)을 우측으로 회전시키면, 방향 화살표(1414)가 좌측(예컨대, 동쪽 방향)을 향해 이동하게 된다. 손가락(1430)을 노브(1412) 상에 유지한 상태에서 손(1422)을 좌측으로 회전시키면, 방향 화살표(1414)가 우측(예컨대, 서쪽 방향)을 향해 이동하게 된다. 손가락(1430)이 디스플레이의 상대적으로 고정된 위치(예컨대, 노브(1412)) 주위를 회전 또는 선회할 때, 터치 감응 디스플레이는 터치 힘 방향의 변화들을 감지하고 방향 화살표(1414)의 대응하는 이동을 야기한다. 일부 실시 형태들에서, 터치 힘 방향의 변화 및 변화율 둘 모두가 결정된다. 이것은 사용자가 가상 제어부의 방향 및 방향의 변화율(예컨대, 속도) 둘 모두를 제어할 수 있게 하고, 따라서, 가상 제어부에 의해 작용되는 가상 객체를 제어할 수 있게 한다.
가상 제어부(1410)는 단일 모드 또는 다중 모드 제어부일 수 있다. 단일 작동 모드에서, 가상 제어부(1410)는 전술한 방식으로 작동할 수 있다. 다중 작동 모드에서, 디스플레이(1402) 상에 제시된 가상 객체의 제어를 향상시키기 위해 터치 힘의 크기의 변화가 추가적인 사용자 입력으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 전술한 방식으로 가상 제어부(1410)를 조작함으로써 동쪽 표시자(E)와 서쪽 표시자(W) 사이에서 밤하늘의 패닝을 제어할 수 있다. 패닝의 레이트 또는 속도는 노브(1412)에 적용되는 터치 힘을 변경함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 노브(1412)에 대해 손가락(1430)을 가볍게 누르면 느린 패닝 작용이 나타나는 한편, 노브(1412)에서의 손가락(1430)에 의해 적용되는 압력을 증가시키면 점진적으로 더 빠른 패닝 응답이 나타난다. 이러한 예시적인 예에서, 터치 힘의 크기의 변화들은 가상 객체가 디스플레이(1402) 상에서 변하는 변화율의 비례적인 변화들에 대응한다.
도 15는 다양한 실시 형태들에 따른 슬라이더 또는 페이더로서 작동하는 가상 제어부를 도시한다. 도 15에 도시된 가상 제어부(1502)는, 예를 들어, 좌측 스피커 채널과 우측 스피커 채널 사이의 사운드의 진폭을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 가상 제어부(1502)의 상부 도면은, 가상 제어부(1502)의 디스플레이 영역(1504) 내의 채색 또는 음영이 없는 것으로 나타낸 바와 같이 좌측 채널과 우측 채널 사이의 균형잡힌 출력을 나타낸다. 이러한 예시적인 예에서, 가상 제어부(1502)는 사용자가 그의 또는 그녀의 손가락(1520)을 제어부(1502)의 중심 또는 영(0)의 위치에 두고 손가락(1520)을 영의 위치에 유지한 상태에서 손가락(1520)을 좌측으로 또는 우측으로 롤링(rolling)함으로써 조작된다. 예를 들어, 손가락(1520)을 우측으로 롤링하면, 디스플레이 영역(1504') 내의 채색 또는 음영에 의해 나타낸 바와 같이 우측 스피커 출력이 좌측 스피커 출력에 비해 증가되는 결과를 가져온다. 예를 들어, 손가락(1522)을 좌측으로 롤링하면, 디스플레이 영역(1504") 내의 채색 또는 음영에 의해 나타낸 바와 같이 좌측 스피커 출력이 우측 스피커 출력에 비해 증가되는 결과를 가져온다. 손가락(1522)을 좌측으로 그리고 우측으로 롤링하는 것은, 터치 감응 디스플레이에 의해 터치 힘 방향의 변화로서 검출된다. 도 15에 도시된 가상 제어부(1504)는 단일 모드 제어부(예컨대, 검출된 방향) 또는 다중 모드 제어부(예컨대, 검출된 방향 및 방향의 변화율)로서 구현될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 터치 센서 실시 형태들은 멀티 포인트 또는 멀티 터치 검출 능력을 제공하도록 구현될 수 있다. 멀티 포인트 터치 센서는 동시에 또는 실질적으로 동시에 발생할 수 있는 멀티 터치들의 위치들을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 형태들에 따르면, 멀티 포인트 감지 배열체가 터치 센서의 터치 감응 표면에 걸쳐서 개별 포인트들에서 터치들 및 그러한 터치들의 크기 및 방향을 동시에 검출하고 모니터링할 수 있다. 멀티 포인트 감지 배열체는, 서로 독립적으로 작업하고 터치 센서 상의 상이한 포인트들을 나타내는 복수의 투명한 센서 좌표들 또는 노드들을 제공할 수 있다. 복수의 객체들이 터치 센서에 대해 눌러질 때, 각각의 터치 포인트에 대해 하나 이상의 센서 좌표들이 활성화된다. 각각의 터치 포인트와 연관된 센서 좌표들은 각각의 추적 신호들을 생성하는데, 추적 신호들은 동시 터치들 각각의 위치, 크기 및 방향을 결정하기 위해 프로세서에 의해 사용된다. 본 명세서에 기재된 다양한 실시 형태들은, 각각이 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 제8,416,209호 및 제8,441,467호에 그리고 미국 특허 출원 공개 제2012/0188189호, 제2010/0141604호 및 제2006/0279548호에 기재된 특징부들 및 기능을 포함할 수 있다.
하기는 본 발명의 항목들이다:
항목 1은 터치 센서로서,
제1 및 제2 패턴화된 전도성 트레이스들; 및
제1 패턴화된 전도성 트레이스와 제2 패턴화된 전도성 트레이스 사이에 배치되는 광학적으로 투명한 층을 포함하고, 터치 센서가 터치 센서에 적용되는 힘의 방향을 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성되는, 터치 센서이다.
항목 2는, 적용된 힘의 특성이 터치 센서와 적용된 힘 사이의 접촉 면적을 포함하는, 항목 1의 터치 센서이다.
항목 3은, 힘이 센서의 평면에 경사진 방향을 따라 터치 센서에 적용될 때, 접촉 면적이 터치 센서 상에 투영되는 경사 방향을 따라 이방성으로 변하는, 항목 2의 터치 센서이다.
항목 4는, 적용된 힘의 특성이 적용된 힘에 비례하는 터치 센서에서의 정전용량의 변화를 포함하는, 항목 1의 터치 센서이다.
항목 5는, 힘이 경사 방향을 따라 터치 센서에 적용될 때, 센서에서의 정전용량들이 터치 센서 상에 투영되는 경사 방향을 따라 증가하는, 항목 1의 터치 센서이다.
항목 6은, 터치 센서에 적용되는 힘의 크기를 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 추가로 구성되는, 항목 1의 터치 센서이다.
항목 7은, 터치 센서에 적용되는 힘의 방향을 광학적으로 투명한 층의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 추가로 구성되는, 항목 1의 터치 센서이다.
항목 8은, 광학적으로 투명한 층의 특성이 층의 국부적 두께인, 항목 7의 터치 센서이다.
항목 9는, 터치 센서 상의 적용된 힘의 위치를 결정하도록 추가로 구성되는, 항목 1의 터치 센서이다.
항목 10은,
터치 표면을 갖는 터치 센서 - 터치 센서는 그에 적용되는 힘에 응답한 터치 표면의 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형을 전기적으로 감지하도록 구성되고, 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형은 3차원 형상을 가짐 -; 및
터치 센서에 결합된 프로세서 - 프로세서는 터치 위치에서의 국부적 변형의 형상에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 방향을 전기적으로 결정하도록 구성됨 - 를 포함하는, 장치이다.
항목 11은, 프로세서가 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 크기를 전기적으로 결정하도록 구성되는, 항목 10의 장치이다.
항목 12는, 프로세서가 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 위치를 전기적으로 결정하도록 구성되는, 항목 10의 장치이다.
항목 13은, 탄성 국부적 변형이 터치 센서의 적어도 2개의 실질적으로 평행한 주 표면들의 탄성 국부적 변형을 포함하는, 항목 10의 장치이다.
항목 14는, 탄성 국부적 변형이 터치 센서의 단지 하나의 주 표면의 탄성 국부적 변형을 포함하는, 항목 10의 장치이다.
항목 15는,
터치 센서가 가상 객체를 디스플레이하도록 구성되고,
프로세서가 적용된 비수직 힘의 방향 및 크기 각각에 기초하여 가상 객체를 일정 방향으로 이동시키도록 구성되는, 항목 10의 장치이다.
항목 16은,
터치 센서가 가상 객체를 디스플레이하도록 구성되고,
프로세서가 적용된 비수직 힘의 방향 및 크기 각각에 기초하여 가상 객체를 일정 속도로 이동시키도록 구성되는, 항목 10의 장치이다.
항목 17은, 터치 센서가 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형의 형상을 맵핑하도록 구성된 정전용량성 센서를 포함하는, 항목 10의 장치이다.
항목 18은, 터치 센서가 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형의 형상을 맵핑하도록 구성된 저항성 센서를 포함하는, 항목 10의 장치이다.
항목 19는, 터치 센서가 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형의 형상을 맵핑하도록 구성된 광학 센서를 포함하는, 항목 10의 장치이다.
항목 20은, 터치 센서가 터치 위치에서의 탄성 변형의 형상을 맵핑하도록 구성된 압전 센서를 포함하는, 항목 10의 장치이다.
항목 21은,
터치 센서가 터치 위치에서 또는 그 근처에서 터치 표면 안으로 향하는 제1 힘 성분 및 터치 위치에서 또는 그 근처에서 터치 표면 밖으로 향하는 제2 힘 성분을 감지하도록 구성되고,
프로세서가 제1 및 제2 힘 성분들을 이용하여 비수직 힘의 방향을 결정하도록 구성되는, 항목 10의 장치이다.
항목 22는, 국부적 변형이 제1 및 제2 힘 성분들에 응답하여 형성되는, 항목 21의 장치이다.
항목 23은, 터치 센서가
제1 유형의 센서 및 제1 유형의 센서와는 상이한 제2 유형의 센서를 포함하고,
프로세서가 제1 유형의 센서로부터의 출력을 사용하여 터치 위치를 결정하고 제2 유형의 센서의 출력을 사용하여 비수직 힘의 크기 및 방향을 결정하도록 구성되는, 항목 10의 장치이다.
항목 24는,
터치 표면을 갖는 터치 센서 - 터치 센서는 그에 적용되는 비수직 힘에 응답한 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부를 감지하도록 구성됨 -; 및
터치 센서에 결합된 프로세서 - 프로세서는 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부에 기초하여 비수직 힘의 방향을 결정하도록 구성됨 - 를 포함하는 장치이다.
항목 25는, 프로세서가 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 크기를 전기적으로 결정하도록 구성되는, 항목 24의 장치이다.
항목 26은, 프로세서가 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 위치를 전기적으로 결정하도록 구성되는, 항목 25의 장치이다.
항목 27은,
터치 센서가 터치 위치에서 터치 표면 안으로 향하는 제1 힘 성분 및 터치 위치에서 터치 표면 밖으로 향하는 제2 힘 성분을 감지하도록 구성되고,
프로세서가 제1 및 제2 힘 성분들을 이용하여 비수직 힘의 방향을 결정하도록 구성되는, 항목 24의 장치이다.
항목 28은, 국부적 함몰부가 제1 힘 성분에 응답하여 형성되고, 국부적 돌출부가 제2 힘 성분에 응답하여 형성되는, 항목 27의 장치이다.
항목 29는, 탄성 국부적 변형이 터치 센서의 적어도 2개의 실질적으로 평행한 주 표면들의 탄성 국부적 변형을 포함하는, 항목 24의 장치이다.
항목 30은, 탄성 국부적 변형이 터치 센서의 단지 하나의 주 표면의 탄성 국부적 변형을 포함하는, 항목 24의 장치이다.
항목 31은,
터치 센서가 가상 객체를 디스플레이하도록 구성되고,
프로세서가 적용된 비수직 힘의 방향 및 크기 각각에 기초하여 가상 객체를 일정 방향으로 이동시키도록 구성되는, 항목 24의 장치이다.
항목 32는,
터치 센서가 가상 객체를 디스플레이하도록 구성되고,
프로세서가 적용된 비수직 힘의 방향 및 크기 각각에 기초하여 가상 객체를 일정 속도로 이동시키도록 구성되는, 항목 24의 장치이다.
항목 33은, 터치 센서가 정전용량성 센서를 포함하는, 항목 24의 장치이다.
항목 34는, 터치 센서가 저항성 센서를 포함하는, 항목 24의 장치이다.
항목 35는, 터치 센서가 광학 센서를 포함하는, 항목 24의 장치이다.
항목 36은, 터치 센서가 압전 센서를 포함하는, 항목 24의 장치이다.
항목 37은, 터치 센서가
제1 유형의 센서 및 제1 유형의 센서와는 상이한 제2 유형의 센서를 포함하고,
프로세서가 제1 유형의 센서로부터의 출력을 사용하여 터치 위치를 결정하고 제2 유형의 센서의 출력을 사용하여 비수직 힘의 크기 및 방향을 결정하도록 구성되는, 항목 24의 장치이다.
항목 38은, 터치 센서가
탄성적으로 더 변형가능한 투명 재료의 제1 층;
제1 평면에서 제1 방향을 따라 연장되고 제1 층에 인접하고 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받는 제1 세트의 투명 전도성 트레이스들;
제1 층에 비해 탄성적으로 덜 성형가능한 투명 재료의 제2 층; 및
제1 평면으로부터 이격된 제2 평면에서 제2 방향을 따라 연장되는 제2 세트의 투명 전도성 트레이스들을 포함하고,
국부적 함몰부가 주로 제1 층의 탄성 변형에 기초하여 감지되고, 국부적 돌출부가 주로 제2 층의 탄성 변형에 기초하여 감지되는, 항목 24의 장치이다.
항목 39는, 터치 센서가,
탄성적으로 더 변형가능한 투명 재료의 제1 층;
제1 평면에서 제1 방향을 따라 연장되고 제1 층에 인접하고 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받는 제1 세트의 투명 전도성 트레이스들;
제1 층에 비해 탄성적으로 덜 성형가능한 투명 재료의 제2 층; 및
제1 평면으로부터 이격된 제2 평면에서 제2 방향을 따라 연장되는 제2 세트의 투명 전도성 트레이스들을 포함하는, 항목 10 또는 항목 24의 장치이다.
항목 40은, 프로세서가 제1 및 제2 층들 둘 모두의 탄성 국부적 변형에 기초하여 비수직 힘의 크기 및 방향을 결정하도록 구성되는, 항목 38의 장치이다.
항목 41은, 제1 및 제2 세트들의 트레이스들이 투명 탄성중합체성 및 전기 저항성 재료의 연속 층에 의해 분리되는, 항목 39의 장치이다.
항목 42는, 제1 및 제2 세트들의 트레이스들이 투명 탄성중합체성 및 전기 저항성 재료의 불연속 세그먼트들에 의해 분리되는, 항목 39의 장치이다.
항목 43은, 불연속 세그먼트들이 제1 및 제2 층들에 수직으로 배향된 종축(longitudinal axis)들을 갖는 개별적으로 어드레스가능한 필라(pillar)들의 어레이를 포함하는, 항목 42의 장치이다.
항목 44는, 불연속 세그먼트들이 제1 및 제2 층들에 수직으로 배향된 종축들을 갖는 개별적으로 어드레스가능한 도트(dot)들의 어레이를 포함하는, 항목 42의 장치이다.
항목 45는, 제1 및 제2 세트들의 트레이스들이 투명 탄성중합체성 유전체 재료의 연속 층에 의해 분리되는, 항목 39의 장치이다.
항목 46은, 투명 탄성중합체성 유전체 재료가 실리콘을 포함하는, 항목 45의 장치이다.
항목 47은, 터치 센서가,
탄성적으로 변형가능한 재료의 제1 층;
제1 방향을 따라 연장되고 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받는 제1 세트의 전도성 트레이스들;
힘 감지 재료의 제2 층; 및
제2 방향을 따라 연장되는 제2 세트의 전도성 트레이스들을 포함하고, 제1 세트의 트레이스들이 제2 층에 의해 제2 세트의 트레이스들로부터 분리되는, 항목 10 또는 항목 24의 장치이다.
항목 48은, 힘 감지 재료가 압력 감응 막을 포함하는데, 압력 감응 막이 이 막에 작용하는 압축력들의 변화들에 응답하여 저항률을 변화시키는, 항목 47의 장치이다.
항목 49는, 압력 감응 막이 피브릴화된 PTFE, 탄소 및 팽창성 미소구체들을 포함하는, 항목 48의 장치이다.
항목 50은, 힘 감지 재료가 힘 감응 저항 재료를 포함하는, 항목 47의 장치이다.
항목 51은, 힘 감응 저항 재료가 팽창성 미소구체들을 갖는 전도성 매트릭스를 포함하는, 항목 50의 장치이다.
항목 52는, 터치 센서가,
탄성적으로 변형가능한 투명 재료의 제1 층;
제1 층에 인접한 제1 투명 압전 중합체 층;
제1 압전 중합체 층 위에 배치된 제1 세트의 투명 전도성 트레이스들 - 제1 세트의 전도성 트레이스들은 제1 방향을 따라 연장되고 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받음 -;
제2 투명 압전 중합체 층;
제1 압전 중합체 층과 제2 압전 중합체 층 사이의 투명 중합체성 유전체 코어 층;
투명 재료의 제2 층; 및
제2 압전 중합체 층 위에 배치된 제2 세트의 투명 전도성 트레이스들 - 제2 세트의 전도성 트레이스들은 제1 세트의 전도성 트레이스들의 방향과는 상이한 제2 방향을 따라 연장됨 - 을 포함하는, 항목 10 또는 항목 24의 장치이다.
항목 53은, 터치 센서가,
탄성적으로 변형가능한 투명 재료의 제1 층;
제1 층에 인접한 투명 압전 중합체 층;
제1 압전 중합체 층 위에 배치된 제1 세트의 투명 전도성 트레이스들 - 제1 세트의 전도성 트레이스들은 제1 방향을 따라 연장되고 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받음 -;
투명 재료의 제2 층;
압전 중합체 층과 제2 층 사이의 투명 중합체성 유전체 코어 층; 및
제2 압전 중합체 층 위에 배치된 제2 세트의 투명 전도성 트레이스들 - 제2 세트의 전도성 트레이스들은 제1 세트의 전도성 트레이스들의 방향과는 상이한 제2 방향을 따라 연장됨 - 을 포함하는, 항목 10 또는 항목 24의 장치이다.
항목 54는, 제1 및 제2 압전 중합체 층들이 분극 폴리비닐리덴 다이플루오라이드(PVDF)를 포함하는, 항목 52 또는 항목 53의 장치이다.
항목 55는, 코어 층이 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는, 항목 52 또는 항목 53의 장치이다.
항목 56은,
터치 표면이 변형가능한 광학 도파관을 포함하고,
터치 센서가,
광을 도파관의 측면 에지를 통하여 지향시키도록 배열된 광원 - 도파관의 변형이 없을 때에 내부 전반사를 통해 도파관 내에 광이 수용되게 함 -; 및
비수직 힘으로부터 초래되는 변형의 위치에서 도파관으로부터 나오는 광을 감지하도록 구성된 광학 센서를 포함하는, 항목 10 또는 항목 24의 장치이다.
항목 57은, 광학 센서가 픽셀화된 광학 센서인, 항목 56의 장치이다.
항목 58은, 광학 센서가 전하 결합 소자인, 항목 56의 장치이다.
항목 59는, 광학 센서가 반도체 광검출기들의 어레이를 포함하는, 항목 56의 장치이다.
항목 60은, 프로세서가 복수의 터치 표면 위치들에서 동시에 적용되는 복수의 비수직 힘들 각각의 위치, 크기 및 방향을 결정하도록 구성되는, 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치이다.
항목 61은 디스플레이 및 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 시스템이다.
항목 62는 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 모바일 개인용 디바이스이다.
항목 63은 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 컴퓨터이다.
항목 64는 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 태블릿이다.
항목 65는 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 노트북이다.
항목 66은 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 모바일 통신 디바이스이다.
항목 67은 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 모바일 전화기이다.
항목 68은 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 스마트폰이다.
항목 69는 항목 1 내지 항목 59 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 휴대용 전자 시스템이다.
항목 70은,
터치 센서의 터치 표면에 적용되는 비수직 힘을 감지하는 단계;
적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 감지하는 단계; 및
적용된 힘 특성의 이방성 변화에 기초하여 적용된 힘의 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법이다.
항목 71은,
터치 센서의 터치 표면 상의 터치 위치에 적용되는 터치 힘을 감지하는 단계;
적용된 힘에 응답한 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형을 감지하는 단계 - 국부적 변형은 3차원 형상을 가짐 -; 및
국부적 변형의 형상에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 방향을 전기적으로 결정하는 단계를 포함하는 방법이다.
항목 72는,
터치 센서의 터치 표면 상의 터치 위치에 적용되는 터치 힘을 감지하는 단계;
터치 위치에 적용되는 비수직 힘에 응답한 터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부를 감지하는 단계; 및
터치 위치에서의 터치 표면의 국부적 함몰부 및 돌출부에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘의 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법이다.
항목 73은, 터치 표면에 적용되는 힘의 크기를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 항목 70 내지 항목 72 중 어느 하나에 따른 방법이다.
항목 74는, 터치 표면에 적용되는 힘의 위치를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 항목 70 내지 항목 73 중 어느 하나에 따른 방법이다.
본 명세서에 개시된 실시 형태들의 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 독자는 달리 지시되지 않는 한, 하나의 개시된 실시 형태의 특징들이 또한 모든 다른 개시된 실시 형태들에 적용될 수 있는 것으로 가정해야 한다.

Claims (10)

  1. 터치 센서로서,
    제1 및 제2 패턴화된 전도성 트레이스들; 및
    제1 패턴화된 전도성 트레이스와 제2 패턴화된 전도성 트레이스 사이에 배치되는 광학적으로 투명한 층을 포함하고, 터치 센서는 터치 센서에 적용되는 힘의 방향을 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 구성되는, 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서, 적용된 힘의 특성은 터치 센서와 적용된 힘 사이의 접촉 면적을 포함하는, 터치 센서.
  3. 제2항에 있어서, 힘이 센서의 평면에 경사진 방향을 따라 터치 센서에 적용될 때, 접촉 면적은 터치 센서 상에 투영되는 경사 방향을 따라 이방성으로 변하는, 터치 센서.
  4. 제1항에 있어서, 터치 센서에 적용되는 힘의 크기를 적용된 힘의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 추가로 구성되는, 터치 센서.
  5. 제1항에 있어서, 터치 센서에 적용되는 힘의 방향을 광학적으로 투명한 층의 특성의 이방성 변화를 결정함으로써 결정하도록 추가로 구성되는, 터치 센서.
  6. 터치 표면을 갖는 터치 센서 - 터치 센서는 그에 적용되는 힘에 응답한 터치 표면의 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형을 전기적으로 감지하도록 구성되고, 터치 위치에서의 탄성 국부적 변형은 3차원 형상을 가짐 -; 및
    터치 센서에 결합된 프로세서 - 프로세서는 터치 위치에서의 국부적 변형의 형상에 기초하여 터치 위치에 적용되는 비수직 힘(non-perpendicular force)의 방향을 전기적으로 결정하도록 구성됨 - 를 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 탄성 국부적 변형은 터치 센서의 적어도 2개의 실질적으로 평행한 주 표면들의 탄성 국부적 변형을 포함하는, 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    터치 센서는 가상 객체를 디스플레이하도록 구성되고,
    프로세서는 적용된 비수직 힘의 방향 및 크기 각각에 기초하여 가상 객체를 일정 방향으로 이동시키도록 구성되는, 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    터치 센서는 터치 위치에서 또는 그 근처에서 터치 표면 안으로 향하는 제1 힘 성분 및 터치 위치에서 또는 그 근처에서 터치 표면 밖으로 향하는 제2 힘 성분을 감지하도록 구성되고,
    프로세서는 제1 및 제2 힘 성분들을 이용하여 비수직 힘의 방향을 결정하도록 구성되는, 장치.
  10. 제6항에 있어서, 터치 센서는,
    탄성적으로 더 변형가능한 투명 재료의 제1 층;
    제1 평면에서 제1 방향을 따라 연장되고 제1 층에 인접하고 비수직 힘에 응답하여 탄성 변형을 받는 제1 세트의 투명 전도성 트레이스들;
    제1 층에 비해 탄성적으로 덜 성형가능한 투명 재료의 제2 층; 및
    제1 평면으로부터 이격된 제2 평면에서 제2 방향을 따라 연장되는 제2 세트의 투명 전도성 트레이스들을 포함하는, 장치.
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