KR20170049591A - 중간 차폐 전극층을 채용한 포스 및 근접 센싱을 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

중간 차폐 전극층을 채용한 포스 및 근접 센싱을 위한 디바이스 및 방법 Download PDF

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Abstract

전자 시스템과 함께 사용하기 위한 방법들, 시스템들 및 디바이스들이 기재된다. 디바이스는 입력 표면 및 제 1 복수의 센서 전극들을 갖는 유연성 컴포넌트; 유연성 컴포넌트로부터 이격된 지지 기판; 제 2 기판 상에 배치된 제 2 복수의 센서 전극들; 유연성 컴포넌트와 지지 기판 사이에 배치된 스페이싱층으로서, 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여 국부적으로 변형하도록 구성된 상기 스페이싱층; 및 제 1 복수의 센서 전극들과 제 2 복수의 센서 전극들 사이에 배치된 차폐 전극층을 포함한다.

Description

중간 차폐 전극층을 채용한 포스 및 근접 센싱을 위한 디바이스 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR FORCE AND PROXIMITY SENSING EMPLOYING AN INTERMEDIATE SHIELD ELECTRODE LAYER}
이 발명은 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 포스 (force) 인에이블형 센서 디바이스들 및 사용자 인터페이스 입력들을 생성하기 위해 센서 디바이스들을 사용하는 것에 관한 것이다.
근접 센서 디바이스들 (또한 보통 터치패드들 또는 터치 센서 디바이스들로도 칭함) 을 포함하는 입력 디바이스들은 다양한 전자 시스템들에서 널리 사용된다. 근접 센서 디바이스는 종종 표면에 의해 디마킹되는 (demarked) 센싱 영역을 통상적으로 포함하며, 이 센싱 영역에서 근접 센서 디바이스가 하나 이상의 입력 오브젝트들의 존재, 위치, 및/또는 모션을 결정한다. 근접 센서 디바이스들은 전자 시스템에 대해 인터페이스들을 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 근접 센서 디바이스들은 종종 대형 컴퓨팅 시스템들을 위한 입력 디바이스들 (예컨대, 노트북 또는 데스크탑 컴퓨터들에 또는 그 주변 장치에 통합되는 불투명 터치패드들) 로서 사용된다. 근접 센서 디바이스들은 종종 소형 컴퓨팅 시스템들 (예컨대, 셀룰러 폰들에 통합된 터치 스크린들) 에서 또한 사용된다.
근접 센서는 연관된 전자 시스템의 제어를 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 근접 센서는 디바이스들은, 노트북 컴퓨터들 및 데스크탑 컴퓨터들을 포함한, 대형 컴퓨터 시스템들에 대한 입력 디바이스들로서 종종 사용된다. 근접 센서 디바이스들은 또한, 핸드헬드 시스템들, 예컨대 개인용 디지털 보조기들 (PAD들), 원격 제어들, 및 통신 시스템들, 예컨대 무선 전화기들 및 텍스트 메시징 시스템들을 포함한, 소형 시스템들에서 종종 사용된다. 점점 더, 근접 센서 디바이스들은 미디어 시스템들, 예컨대 CD, DVD, MP3, 비디오 또는 다른 미디어 레코더들 또는 플레이어들에 사용된다. 근접 센서 디바이스는 이것이 상호작용하는 컴퓨팅 시스템 내부에 또는 주변에 있을 수 있다.
현재 알려진 입력 디바이스들은 또한 입력 디바이스의 센싱 영역과 상호작용하는 입력 오브젝트들에 대해 포지션 정보를 결정하는 것에 의하여 인가된 포스를 검출하는 능력을 갖는다. 하지만, 일부 포스/터치 입력 디바이스들에 있어서, 포스 센싱 및 터치 센싱 전극들은 인가된 포스 동안 상호작용할 수도 있다. 이러한 포스 수신기들 및 터치 수신기들의 크로스 커플링은, 입력 표면이 인가된 입력 오브젝트로 인한 편향을 경험하는 입력 오브젝트 (예를 들어, 손가락) 를 정확히 위치시키는 것을 어렵게 한다. 이들 팩터들은 현재 알려진 포스 인에이블형 입력 디바이스들의 탄력성 및 유용성을 제한한다. 따라서, 전체 트랜스 용량성 이미지 센서가 필요하며, 이 센서에서는 입력 표면의 편향 동안 포스 이미지에 관계 없이 터치 이미지가 남는다.
본 발명의 실시형태들은 개선된 디바이스 유용성을 용이하게 하는 디바이스 및 방법을 제공한다. 디바이스 및 방법은 송신기와 수신기 전극층들 사이에 차폐 전극층을 배치하는 것에 의해 개선된 사용자 인터페이스 기능을 제공한다. 이러한 방식으로, 입력 표면 편향의 효과들이 터치 신호로부터 효과적으로 제거될 수도 있다.
특히, 일 실시형태에서, 센서 스택 업 (stack up) 은, 송신 전극들 및 터치 수신 전극들을 포함하는 제 1 층, 인가된 압력에 관계 없이 터치 이미지를 렌더링하도록 구성된 차폐 전극들을 갖는 제 2 층, 및 포스 수신기 전극들을 갖는 제 3 층을 포함하고, 제 1 및 제 3 층들 사이에 압축성 절연층이 개재된다. 차폐 전극들의 기하학적 구조를 터치 수신기의 기하학적 구조에 매칭하는 것에 의해, 차폐 전극층은, i) 터치 수신기들이 편향 동안 포스 수신기들과 상호작용하는 것을 차단하고; 그리고 ii) 공통 송신기 전극들이 편향 동안 포스 수신기들과 상호작용하는 것을 허용한다.
게다가, 차폐 전극층은 정전압 포텐셜, 예를 들어 레퍼런스 또는 시스템 접지에서, 단지 단일 와이어만을 사용하여 유지될 수도 있다.
이하 본 발명의 바람직한 예시적인 실시형태가 첨부된 도면들과 함께 기재될 것이며, 여기서 같은 지정들은 같은 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1 은 발명의 일 실시형태에 따른 입력 디바이스 및 프로세싱 시스템을 포함하는 예시적인 전자 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2 는 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 프로세싱 시스템의 개략도이다.
도 3 은 발명의 일 실시형태에 따른 상부 전극층, 하부 전극층, 및 이들 사이의 차폐 전극층을 갖는 포스 인에이블형 터치 센서의 횡단면도이다.
도 4a 는 발명의 일 실시형태에 따른 터치 수신기 전극들의 제 1 서브세트 및 송신기 전극들의 제 2 서브세트를 나타내는, 도 3 의 상부 전극층의 상면도이다.
도 4b 는 발명의 일 실시형태에 따른 도 4a 의 터치 수신기 전극들과 일반적으로 유사한 기하학적 구조를 나타내는, 도 3 의 차폐 전극층의 상면도이다.
도 4c 는 발명의 일 실시형태에 따른 도 4a 의 송신기 전극들과 일반적으로 유사한 기하학적 구조를 나타내는 포스 수신기 전극들을 나타내는, 도 3 의 하부 전극층의 상면도이다.
도 5 는 발명의 일 실시형태에 따른 송신기 전극, 터치 수신기 전극, 차폐 전극, 및 포스 수신기 전극과 연관된 전자기장 라인들을 도시하는 개략적인 횡단면도이다.
도 6a 내지 도 6c 는 도 3 및 도 4 에 나타낸 다양한 전극층들의 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c 는 상부 전극층이 단일층에 성막 (deposit) 되는 추가적인 대안의 실시형태를 도시한다.
다음의 상세한 설명은 본질적으로 예시적인 것일 뿐이고 발명 또는 발명의 어플리케이션 및 용도들을 제한하려는 것으로 의도되지 않는다. 더욱이, 선행하는 기술 분야, 배경, 간단한 개요 또는 다음의 상세한 설명에서 제시되는 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 의해 한정하려는 의도는 없다.
본 발명의 다양한 실시형태들은 개선된 유용성을 용이하게 하는 입력 디바이스들 및 방법들을 제공한다. 사용자 인터페이스 기능은, 상부층에 터치 스크린 전극들 및 송신기 전극들, 하부층에 포스 수신기 전극들을 배열하고, 압축성층 및 차폐층을 상부와 하부층들 사이에 개재하여, 인가된 포스로 인한 입력 표면의 벤딩 또는 변형 (translation) 에 관계없이 실질적으로 또는 전체적으로 상부층에 의해 생성된 터치 이미지를 만드는 것에 의해 강화될 수도 있다.
이제 도면들로 가면, 도 1 은 발명의 실시형태들에 따른, 예시적인 입력 디바이스 (100) 의 블록 다이어그램이다. 입력 디바이스 (100) 는 전자 시스템 (미도시) 에 입력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 본 문서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "전자 시스템" (또는 "전자 디바이스") 는 대략적으로 정보를 전자적으로 프로세싱할 수 있는 임의의 시스템을 지칭한다. 전자 시스템의 일부 한정이 아닌 예들은 모든 사이즈 및 형상의 개인용 컴퓨터들, 예컨대 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 테블릿, 웹 브라우저, e-북 리더, 및 개인용 디지털 보조기 (PDA) 를 포함한다. 부가적인 예의 전자 시스템들은 입력 디바이스 (100) 및 별도의 조이스틱들 또는 키스위치들을 포함하는 물리적 키보드들과 같은 복합 입력 디바이스들을 포함한다. 추가적인 예의 전자 시스템들은 데이터 입력 디바이스들 (원격 제어 및 마우스를 포함), 및 데이터 출력 디바이스들 (디스플레이 스크린 및 프린터를 포함) 과 같은 주변 장치들을 포함한다. 다른 예들은 원격 단말기들, 키오스크들, 및 비디오 게임 머신들 (예를 들어, 비디오 게임 콘솔, 포터블 게이밍 디바이스 등) 을 포함한다. 다른 예들은 통신 디바이스들 (스마트 폰과 같은 셀룰러 폰을 포함), 및 미디어 디바이스들 (레코더, 에디터, 및 플레이어, 예컨대 텔레비전, 셋톱 박스, 뮤직 플레이어, 디지털 포토 프레임, 및 디지털 카메라) 을 포함한다. 부가적으로, 전자 시스템은 입력 디바이스에 대해 호스트 또는 슬레이브일 수 있다.
입력 디바이스 (100) 는 전자 시스템의 물리적 부분으로서 구현될 수 있고, 또는 전자 시스템으로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 적절하게, 입력 디바이스 (100) 는 버스들, 네트워크들, 및 다른 유선 또는 무선 상호접속들 중 어느 하나 이상을 사용하여 전자 시스템의 부분들과 통신할 수도 있다. 예들은, I2C, SPI, PS/2, USB (Universal Serial Bus), 블루투스, RF 및 IRDA 를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
바람직한 실시형태에서, 입력 디바이스 (100) 는 프로세싱 시스템 (110) 및 센싱 영역 (120) 을 포함하는 포스 인에이블형 터치패드 시스템으로서 구현된다. 센싱 영역 (120)(또한 종종 "터치패드" 로서 지칭됨) 은 센싱 영역 (120) 에서 하나 이상의 입력 오브젝트들 (140) 에 의해 제공된 입력을 센싱하도록 구성된다. 예시의 입력 오브젝트들은 손가락들, 엄지 손가락, 손바닥 및 스타일러스를 포함한다. 센싱 영역 (120) 은 개략적으로 직사각형으로 도시되어 있지만; 센싱 영역은 터치 패드의 표면 상에 및/또는 그렇지 않으면 터치 패드와 통합된 임의의 원하는 배열로 임의의 편리한 형태일 수도 있다.
센싱 영역 (120) 은 도 2 와 함께 하기에서 더 상세하게 기재되는 바와 같이, 포스 및 근접도를 검출하기 위한 센서들을 포함한다. 센싱 영역 (120) 은 입력 디바이스 (100) 가 사용자 입력 (예를 들어, 하나 이상의 입력 오브젝트들 (140) 에 의해 제공된 사용자 입력) 을 검출할 수 있는, 입력 디바이스 (100) 위 (예를 들어, 호버링), 주위, 내, 및 /또는 근방의 임의의 공간을 포함할 수도 있다. 특정 센싱 영역들의 사이즈, 형상, 및 위치는 실시형태들을 통해 폭넓게 달라질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센싱 영역 (120) 은 하나 이상의 방향들에서 입력 디바이스 (100) 의 표면으로부터의 신호 대 노이즈 비가 정확한 오브젝트 검출을 충분히 방지할 때까지의 공간으로 연장한다. 다양한 실시형태들에서, 이러한 센싱 영역 (120) 이 특정 방향에서 연장하는 거리는, 대략 밀리미터, 밀리미터들, 센티미터들 이상일 수도 있고, 원하는 정확도 및 사용된 센싱 기술의 유형에 의해 현저하게 달라질 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태들은 입력 디바이스 (100) 의 임의의 표면과 접촉하지 않는 것, 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면 (예를 들어, 터치 표면) 과 접촉하는 것, 일부 양의 인가된 포스 또는 압력 및/또는 그 조합과 커플링된 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면과 접촉하는 것을 포함하는 입력을 센싱한다. 다양한 실시형태들에서, 입력 표면들은 센서 전극들이 상주하는 케이싱들의 표면에 의해, 센서 전극들 또는 임의의 케이싱들 상부에 적용된 페이스 시트들 등에 의해 제공될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센싱 영역 (120) 은 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면 상에 프로젝트될 때 직사각형 형상을 갖는다.
입력 디바이스는 센싱된 오브젝트들의 포지션 및 그러한 오브젝트들에 의해 인가된 포스에 응답하여 데이터 엔트리를 용이하게 하는 것에 의해 사용자 인터페이스 기능을 제공하도록 적응된다. 구체적으로, 프로세싱 시스템은 센싱 영역에서 센서에 의해 센싱된 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 결정하도록 구성된다. 이러한 포지션 정보는 그 후 사용자 인터페이스 기능의 넓은 범위를 제공하기 위해 시스템에 의해 사용될 수 있다. 게다가, 프로세싱 시스템은 센싱 영역에서 센서에 의해 결정되는 포스의 측정들로부터 오브젝트들에 대한 포스 정보를 결정하도록 구성된다. 그 후 이러한 포스 정보는, 예를 들어 센싱 영역에서 오브젝트들에 의해 인가된 포스의 상이한 레벨들에 응답하여 상이한 사용자 입력 기능들을 제공하는 것에 의해, 사용자 인터페이스 기능의 넓은 범위를 제공하기 위해 시스템에 의해 사용될 수 있다. 또한, 프로세싱 시스템은 센싱 영역에서 센싱된 하나 보다 많은 오브젝트에 대해 입력 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다. 입력 정보는 센싱 영역에서 및/또는 입력 표면과 접촉하는 입력 오브젝트들의 수, 포지션 정보 및 포스 정보, 및 하나 이상의 입력 오브젝트들이 입력 표면에 터치하거나 근접하는 지속기간의 조합에 기초할 수 있다. 입력 정보는 그 후 사용자 인터페이스 기능의 넓은 범위를 제공하기 위해 시스템에 의해 사용될 수 있다.
입력 디바이스는 센싱 영역 내에서 입력 오브젝트의 포지션과 같은, 하나 이상의 입력 오브젝트들 (예를 들어, 손가락들, 스타일러스들 등) 에 의해 입력에 감응한다. 센싱 영역은 입력 디바이스가 사용자 입력 (예를 들어, 하나 이상의 입력 오브젝트들에 의해 제공된 사용자 입력) 을 검출할 수 있는 입력 디바이스 위, 주위, 내 및/또는 근방의 임의의 공간을 포함한다. 특정 센싱 영역들의 사이즈들, 형상들 및 위치들은 실시형태 전체에 걸쳐 폭넓게 달라질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센싱 영역은 신호 대 노이즈 비가 정확한 오브젝트 검출을 충분히 방지할 때까지 하나 이상의 방향들에서 입력 디바이스의 표면으로부터 공간 내부로 연장한다. 다양한 실시형태들에서, 이러한 센싱 영역이 특정 방향으로 연장하는 거리는, 대략 밀리미터, 밀리미터들, 센티미터들, 또는 그 이상보다 더 작을 수도 있고, 사용된 센싱 기술의 타입 및 원하는 정확도에 따라 현저하게 달라질 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태들은 입력 디바이스의 임의의 표면들과의 비접촉, 입력 디바이스의 입력 표면 (예를 들어, 터치 표면) 과의 접촉, 인가된 포스의 일부 양과 커플링된 입력 디바이스의 입력 표면과의 접촉, 및/또는 그 조합을 포함하는 입력을 센싱한다. 다양한 실시형태들에서, 입력 표면들은 센서 전극들이 상주하는 케이싱들의 표면들에 의해, 임의의 케이싱들 또는 센서 전극들 상부에 적용된 페이스 시트들에 의해 제공될 수도 있다.
전자 시스템 (100) 은 센싱 영역 (120) 에서 사용자 입력 (예를 들어, 포스, 근접도) 를 검출하기 위해 또는 그렇지 않으면 터치 패드와 연관된 센서 컴포넌트들 및 센싱 기술들의 임의의 조합을 사용할 수도 있다. 입력 디바이스 (102) 는 사용자 입력을 검출하기 위해 하나 이상의 센싱 엘리먼트들을 포함한다. 몇몇 한정이 아닌 예들로서, 입력 디바이스 (100) 는 용량성, 탄성, 저항성, 유도성, 자기, 음향, 초음파 및/또는 광학 기법들을 사용할 수도 있다.
입력 디바이스 (100) 의 일부 저항성 구현들에서, 플렉시블 및 전도성 제 1 층은 전도성 제 2 층으로부터 하나 이상의 스페이서 엘리먼트들에 의해 분리된다. 동작 동안, 하나 이상의 전압 구배들이 층들에 걸쳐 생성된다. 플렉시블 제 1 층을 누르는 것은 층들 사이에 전기적 접촉을 생성하는 것을 충분히 편향시킬 수도 있어서, 층들 사이의 접촉의 지점(들) 을 반영하는 전압 출력들을 초래한다. 이들 전압 출력들은 포지션 정보를 결정하기 위해 사용될 수도 있다.
입력 디바이스 (100) 의 일부 유도성 구현들에서, 하나 이상의 센싱 엘리먼트들은 코일 또는 코일들의 쌍을 공진하는 것에 의해 유도된 루프 전류를 픽업한다. 그 후 전류의 크기, 위상, 및 주파수의 일부 조합이 포지션 정보를 결정하는데 사용될 수도 있다.
입력 디바이스 (100) 의 일부 용량성 구현들에 있어서, 전압 또는 전류가 전계를 생성하기 위해 인가된다. 근방의 입력 오브젝트들은 전계에서의 변화들을 야기할 수도 있고, 전압, 전류 등에서의 변화들로서 검출될 수도 있는 용량성 커플링에서의 검출가능한 변화들을 생성할 수도 있다.
일부 용량성 구현들은 전계를 생성하기 위해 용량성 센싱 엘리먼트들의 어레이들 또는 다른 규칙적이거나 불규칙적인 패턴들을 사용한다. 일부 용량성 구현들에서, 별도의 센싱 엘리먼트들은 대형 센서 전극들을 형성하기 위해 함께 오믹으로 숏트될 수도 있다. 일부 용량성 구현들은 균일한 저항성일 수도 있는 저항성 시트들을 사용한다.
일부 용량성 구현들은 센서 전극들과 입력 오브젝트 사이의 용량성 커플링에서의 변화들에 기초하여 "자기 용량" (또는 "절대 용량") 센싱 방법을 사용한다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 근방의 입력 오브젝트는 센서 전극들 근방의 전계를 변경하며, 이로써 측정된 용량성 커플링을 변화시킨다. 일 구현에서, 절대 용량 센싱 방법은 기준 전압 (예를 들어, 시스템 접지) 에 대해 센서 전극들을 조절하는 것에 의해, 그리고 센서 전극들과 입력 디바이스들 사이의 용량성 커플링을 변화시키는 것에 의해 동작한다.
일부 용량성 구현들은 센서 전극들 사이의 용량성 커플링에서의 변화들에 기초하여 "상호 용량" (또는 "트랜스 용량") 센싱 방법들을 사용한다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 근방의 입력 오브젝트는 센서 전극들 사이의 전계를 변경하며, 이로써 측정된 용량성 커플링을 변화시킨다. 일 구현에서, 트랜스 용량성 센싱 방법은 하나 이상의 송신기 센서 전극들 (또한 "송신기 전극들" 또는 "송신기들") 과 하나 이상의 수신기 센서 전극들 (또한, "수신기 전극들" 또는 "수신기들") 사이의 용량성 커플링을 검출하는 것에 의해 동작한다. 송신기 센서 전극들은 송신기 신호들을 송신하기 위해 기준 전압 (예를 들어, 시스템 접지) 에 대해 조절될 수도 있다. 수신 센서 전극들은 결과의 신호들의 수신을 용이하게 하기 위해 기준 전압에 대해 실질적으로 일정하게 유지될 수도 있다. 결과의 신호는 하나 이상의 송신기 신호들에, 및/또는 환경적 간섭 (예를 들어, 다른 전자기 신호들) 의 하나 이상의 소스들에 대응하는 효과(들) 을 포함한다. 센서 전극들은 전용 송신기들 또는 수신기들일 수도 있고, 또는 송신 및 수신의 양자를 행하도록 구성될 수도 있다.
입력 디바이스가 입력 디바이스의 입력 표면 상으로 전해지는 포스를 결정하기 위해 여러 상이한 방법들로 구현될 수도 있다는 것을 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 입력 디바이스는 입력 표면에 근접하여 배치되고 입력 표면에 인간된 포스에서의 절대 또는 변화를 나타내는 전기 신호를 제공하도록 구성된 메커니즘을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 디바이스는 전도체 (예를 들어, 입력 표면 하부에 놓인 디스플레이 스크린) 에 대한 입력 표면의 검출에 기초하여 포스 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 표면은 하나 또는 다중 축에 관하여 편향하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 표면은 실질적으로 균일하거나 또는 불균일한 방식으로 편향하도록 구성될 수도 있다.
도 1 에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 의 부분으로서 나타나 있다. 하지만, 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템은 터치 패드가 동작하는 호스트 전자 디바이스에 위치될 수도 있다. 프로세싱 시스템 (110) 은 센싱 영역 (120) 로부터 다양한 입력들을 검출하기 위해 입력 디바이스 (100) 의 하드웨어를 동작시키도록 구성된다. 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 집적 회로들 (ICs) 및/또는 다른 회로 컴포넌트들의 일부 또는 전부를 포함한다. 예를 들어, 상호 용량 센서 디바이스에 대한 프로세싱 시스템은 송신기 센서 전극들에 의해 신호들을 송신하도록 구성된 송신기 회로, 및/또는 수신기 센서 전극들에 의해 신호들을 수신하도록 구성된 수신기 회로를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한 전기적으로 판독가능한 명령들, 예컨대 펌웨어 코드, 소프트웨어 코드 등을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 을 구성하는 컴포넌트들은, 예컨대 입력 디바이스 (100) 의 근방의 센싱 엘리먼트(들) 과 함께 위치된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 의 컴포넌트들은 입력 디바이스 (100) 의 센싱 엘리먼트(들) 에 근접한 하나 이상의 컴포넌트들, 및 다른 곳의 하나 이상의 컴포넌트들과 물리적으로 분리된다. 예를 들어, 입력 디바이스 (100) 는 데스크탑 컴퓨터에 커플링된 주변 장치일 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 데스크탑 컴퓨터의 중앙 프로세싱 유닛 상에서 작동하도록 구성된 소프트웨어 및 그 중앙 프로세싱 유닛으로부터 분리된 하나 이상의 IC들 (아마도 펌웨어와 연관됨) 을 포함할 수도 있다. 다른 예로써, 입력 디바이스 (100) 는 폰에 물리적으로 통합될 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 폰의 메인 프로세서의 부분인 펌웨어 및 회로들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 를 구현하는데 전용된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한 디스플레이 스크린들을 동작시키는 것, 햅틱 엑츄에이터들을 구동하는 것 등과 같은, 다른 기능들을 수행한다.
프로세싱 시스템 (110) 은 프로세싱 시스템 (110) 의 다른 기능들을 핸들링하는 모듈들의 세트로서 구현될 수도 있다. 각각의 모듈은 프로세싱 시스템 (110) 의 부분인 회로, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 그 조합을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 모듈들의 상이한 조합들이 사용될 수도 있다. 예시의 모듈들은 센서 전극들 및 디스플레이 스크린들과 같은 하드웨어를 동작하기 위한 하드웨어 동작 모듈, 센서 신호들 및 포지션 정보와 같은 데이터를 프로세싱하기 위한 데이터 프로세싱 모듈들, 및 정보를 리포팅하기 위한 리포팅 모듈들을 포함한다. 추가적인 예의 모듈들은 입력을 검출하기 위해 센싱 엘리먼트(들)을 동작시키도록 구성된 센서 동작 모듈들, 모드 변화 제스처들과 같은 제스처들을 식별하도록 구성된 식별 모듈들, 및 동작 모드들을 변화시키기 위한 모드 변화 모듈들을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 액션들을 야기하는 것에 의해 직접 센싱 영역 (120) 에서 사용자 입력 (또는 사용자 입력 없음) 에 응답한다. 예시의 액션들은 커서 이동, 선택, 메뉴 네비게이션, 및 다른 기능들과 같은 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 액션들 뿐만 아니라 동작 모드를 변화시키는 것을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 전자 시스템의 일부 부분에 (예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 으로부터 분리되는 전자 시스템의 중앙 프로세싱 시스템이 존재하는 경우, 그러한 별도의 중앙 프로세싱 시스템에) 입력 (또는 입력 없음) 에 관한 정보를 제공한다. 일부 실시형태들에서, 전자 시스템의 일부 부분은, 사용자 입력 상에서 작용하기 위해, 예컨대 모드 변화 액션들 및 GUI 액션들을 포함하는 전체 범위의 액션들을 용이하게 하기 위해, 프로세싱 시스템 (110) 으로부터 수신된 정보를 프로세싱한다. 액션들의 타입들은, 포인팅, 탭핑, 선택, 클릭킹, 더블 클릭킹, 패닝, 주밍, 및 스크롤링을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는다. 가능한 액션들의 다른 예들은, 클릭, 스크롤, 줌, 또는 팬과 같은, 액션의 개시 및/또는 레이트 또는 속도를 포함한다.
예를 들어, 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센싱 영역 (120) 에서 입력 (또는 입력 없음) 을 표시하는 전기 신호들을 생성하기 위해 입력 디바이스 (100) 의 센싱 엘리먼트(들) 을 동작시킨다. 프로세싱 시스템 (110) 은 전자 시스템에 제공된 정보를 생성하는데 있어서 전기 신호들에 대해 임의의 적절한 양의 프로세싱을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들로부터 획득된 아날로그 전기 신호들을 디지털화할 수도 있다. 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 필터링 또는 다른 신호 컨디셔닝을 수행할 수도 있다. 또 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 전기 신호들과 베이스라인 사이의 차이를 정보가 반영하도록, 베이스라인을 감산할 수도 있고 또는 그렇지 않으면 베이스라인을 처리할 수도 있다. 추가적인 예들로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 포지션 정보를 결정하고, 커맨드들로서의 입력들을 인식하며, 필적 등을 인식할 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 "포지션 정보" 는, 특히 센싱 영역에서 입력 오브젝트의 존재에 관하여, 대략 절대 포지션, 상대 포지션, 속도, 가속도, 및 공간 정보의 다른 유형들을 포괄한다. 예시적인 " 0 차원" 포지션 정보는 근방/원방 또는 접촉/비접촉 정보를 포함한다. 예시적인 "1 차원" 정보는 축을 따르는 포지션들을 포함한다. 예시적인 "2 차원" 포지션 정보는 평면에서의 모션들을 포함한다. 예시적인 "3 차원" 포지션 정보는 공간에서의 순간 또는 평균 속도들을 포함한다. 추가적인 예들은 공간 정보의 다른 표현들을 포함한다. 포지션 정보의 하나 이상의 유형들에 관한 이력 데이터는 또한, 예를 들어 시간에 걸쳐 포지션, 모션, 또는 순간 속도를 추적하는 이력 데이터를 포함하여 결정되고 및/또는 저장될 수도 있다.
마찬가지로, 본 명세서에 사용된 용어 "포스 정보" 는 포맷에 관계없이 포스 정보를 넓게 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 포스 정보는 벡터 또는 스칼라 양으로서 각각의 입력 오브젝트에 대해 제공될 수 있다. 또 다른 예로서, 포스 정보는 결정된 포스가 임계 양을 갖거나 임계 양을 크로스하지 않는다는 표시로서 제공될 수 있다. 또 다른 예로서, 포스 정보는 또한 제스처 인식을 위해 사용된 시간 이력 컴포넌트를 포함할 수 있다. 하기에서 더 상세하게 기재될 바와 같이, 프로세싱 시스템들로부터의 포지션 정보 및 포스 정보는, 선택, 커서 제어, 스크롤링, 및 다른 기능들을 위한 포인팅 디바이스로서의 근접 센서 디바이스의 사용을 포함한, 인터페이스 입력들의 전체 범위를 용이하게 하기 위해 사용될 수도 있다.
마찬가지로, 본 명세서에서 사용된 용어 "입력 정보" 는 임의의 수의 입력 오브젝트에 대해, 포맷에 관계 없이 시간적, 포지션 및 포스 정보를 넓게 포함하도록 의도된다. 일부 실시형태들에서, 입력 정보는 개별 입력 오브젝트들에 대해 결정될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 입력 정보는 입력 디바이스와 상호작용하는 입력 오브젝트들의 수를 포함한다.
일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 또는 일부 다른 프로세싱 시스템에 의해 동작되는 부가적인 입력 컴포넌트들에 의해 구현된다. 이들 부가적인 입력 컴포넌트들은 센싱 영역 (120) 에서 입력을 위한 리던던트 기능, 또는 일부 다른 기능을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 버튼들 (미도시) 이 센싱 영역 (120) 에 배치되고 입력 디바이스 (102) 를 사용하여 아이템들의 선택을 용이하게 하기 위해 사용될 수도 있다. 부가적인 입력 컴포넌트들의 다른 유형들은 슬라이더들, 볼들, 휠들, 스위치들 등을 포함한다. 반대로, 일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 다른 입력 컴포넌트들 없이 구현될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 전자 시스템 (100) 은 터치 스크린 인터페이스를 포함하고 센싱 영역 (120) 은 디스플레이 스크린의 활성 영역의 적어도 부분을 오버랩한다. 예를 들어, 입력 디바이스 (100) 는 디스플레이 스크린을 오버랩하는 실질적으로 투명한 센서 전극들을 포함하고, 연관된 전자 시스템에 대해 터치 스크린 인터페이스를 제공할 수도 있다. 디스플레이 스크린은 가시적인 인터페이스를 사용자에게 디스플레이할 수 있는 동적 디스플레이의 임의의 유형일 수도 있고, 발광 다이오드 (LED), 유기 LED (OLED), 캐소드 레이 튜브 (CRT), 액정 디스플레이 (LCD), 플라즈마, 일렉트로루미네선스 (EL), 또는 다른 디스플레이 기술 중 임의의 유형일 수도 있다. 입력 디바이스 (100) 및 디스플레이 스크린은 물리적 엘리먼트들을 공유할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들은 디스플레이 및 센싱을 위해 동일한 전기 컴포넌트들의 일부를 사용할 수도 있다. 다른 예로서, 디스플레이 스크린은 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 동작될 수도 있다.
발명의 많은 실시형태들이 전체 기능 장치의 컨택스트에서 기재되어 있지만, 본 발명의 메커니즘들은 다양한 형태로 프로그램 제품 (예를 들어, 소프트웨어) 로서 분산될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 메커니즘들은 전자 프로세서들에 의해 판독가능한 정보 베어링 매체들 (예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 판독가능한 비일시적 컴퓨터 판독가능 및/또는 기록가능/기입가능 정보 베어링 매체들) 상의 소프트웨어 프로그램으로서 구현되고 분산될 수도 있다. 부가적으로, 본 발명의 실시형태들은 분산을 수행하기 위해 사용된 매체의 특정 유형에 관계 없이 동등하게 적용된다. 비일시적, 전기적 판독가능 매체들의 예들은 다양한 디스크들, 메모리 스틱들, 메모리 카드들, 메모리 모듈들 등을 포함한다. 전기적 판독가능 매체들은 플래시, 광학, 자기, 홀로그래픽, 또는 임의의 다른 저장 기술에 기초할 수도 있다.
입력 디바이스는 입력 디바이스의 입력 표면 상으로 전해진 포스를 결정하기 위해 여러 상이한 방법들로 구현될 수도 있다는 것을 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 입력 디바이스는 입력 표면에 근접하여 배치되고 입력 표면 상으로 인가된 포스에서의 절대 또는 변화를 나타내는 전기 신호를 제공하도록 구성된 메커니즘을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 디바이스는 전도체 (예를 들어, 입력 표면 하부에 놓인 디스플레이 스크린) 에 대한 입력 표면의 검출에 기초하여 포스 정보를 결정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 표면은 하나 또는 다중 축들에 관하여 편향하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 입력 표면은 실질적으로 균일하거나 불균일한 방식으로 편향하도록 구성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 전자 시스템의 일부 부분은 프로세싱 시스템으로부터 수신된 정보를 프로세싱하여 입력 정보를 결정하고 사용자 입력에 대해 작용하여, 예컨대 액션들의 전체 범위를 용이하게 한다. 일부 고유 입력 정보는 동일하거나 상이한 액션을 초래할 수도 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 포스 값 (F), 위치 (X, Y) 및 접촉 시간 (T) 을 포함한 입력 오브젝트에 대한 입력 정보는 제 1 액션을 초래할 수도 있다. 한편, 포스 값 (F'), 위치 (X', Y') 및 접촉 시간 (T') 을 포함한 입력 오브젝트에 대한 입력 정보 (여기서, 프라임 값들은 비프라임 값들과 유일하게 상이함) 도 또한 제 1 액션을 초래할 수도 있다. 게다가, 포스 값 (F), 위치 (X', Y) 및 접촉 시간 (T') 을 포함한 입력 오브젝트에 대한 입력 정보도 제 1 액션을 초래할 수도 있다. 하기 예들은 포스, 포지션 등에 대한 값들의 특정 범위를 포함한 입력 정보에 기초하여 수행될 수도 있는 액션들을 기재하지만, 상이한 입력 정보 (위에 기재된 바와 같음) 가 동일한 액션을 초래할 수도 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 사용자 입력의 동일한 타입이 입력 정보의 컴포넌트에 기초하여 상이한 기능을 제공할 수도 있다. 예를 들어, F, X/Y 및 T 의 상이한 값들은, 액션의 타입이 상기 값들 또는 다른 값들에 기초하여 상이하게 거동할 수도 있는 (예를 들어, 더 빠른 주밍, 더 느린 패닝 등), 액션 (예를 들어, 패닝, 주밍) 의 동일한 타입을 초래할 수도 있다.
위에 언급된 바와 같이, 발명의 실시형태들은 포스 및/또는 위치 정보를 검출하기 위한 용량성 센서 전극들의 여러 상이한 타입들 및 배열들로 구현될 수 있다. 몇몇 예들을 명명하기 위해서, 입력 디바이스는 다중 기판 층들 상에 형성되는 전극 어레이들로 구현될 수 있고, 통상적으로 일 방향 (예를 들어, "X" 방향) 에서 센싱을 위한 전극들은 제 1 층 상에 형성되는 한편, 제 2 방향 (예를 들어, "Y" 방향) 에서 센싱을 위한 전극들은 제 2 층 상에 형성된다. 다른 실시형태들에서, X 및 Y 센싱 양자를 위한 센서 전극들이 동일한 층에 형성될 수 있다. 또 다른 실시형태들에서, 센서 전극들은 단지 하나의 방향에서, 예를 들어 X 또는 Y 방향 중 어느 하나에서, 센싱을 위해 배열될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 센서 전극들은 일 예로서 "г" 및 "θ" 와 같은, 극좌표들에서 포지션 정보를 제공하도록 배열될 수 있다. 이들 실시형태들에서, 센서 전극들은 그 자체가 "θ" 를 제공하기 위해 원형 또는 다른 루프 형상으로 보통 배열되고, 개별 센서 전극들의 형상들은 "r" 를 제공하기 위해 사용된다.
또한, 얇은 라인들, 직사각형들, 다이아몬드들, 웨지 등과 같이 형상화된 전극들을 포함한, 여러 상이한 센서 전극 형상들이 사용될 수 있다. 마지막으로, 다양한 전도성 재료들 및 제조 기법들이 센서 전극들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로서, 센서 전극들은 기판 상에 전도성 잉크의 성막 및 에칭에 의해 형성된다.
일부 실시형태들에서, 입력 디바이스는 디바이스와 상호작용하는 사용자의 위치 및 접촉 영역을 검출하도록 구성된 센서 디바이스를 포함한다. 입력 센서 디바이스는 또한 센서 디바이스의 입력 표면 (또는 센싱 영역) 에 대한 임의의 손가락들 및 손의 포지션 및 움직임과 같은, 사용자에 관한 포지션 정보를 검출하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 입력 디바이스는 간접 상호작용 디바이스로서 사용된다. 간접 상호작용 디바이스는 입력 디바이스, 예를 들어 랩탑 컴퓨터의 터치 패드로부터 분리되는 디스플레이 상에서 GUI 액션들을 제어할 수도 있다. 일 실시형태에서, 입력 디바이스는 직접 상호작용 디바이스로서 동작할 수도 있다. 직접 상호작용 디바이스는 근접 센서, 예를 들어 터치 스크린 하부에 놓인 디스플레이 상에서 GUI 액션들을 제어한다. 입력 디바이스의 전체 동작을 혼란시키거나 방지할 수도 있는 직접과 간접 사이의 다양한 유용성이 많을 수도 있다. 예를 들어, 간접 입력 디바이스는 근접 센서 상으로 입력 오브젝트를 이동하는 것에 의해 버튼을 통해 커서를 포지셔닝하기 위해 사용될 수도 있다. 이것은 입력의 모션이 디스플레이 상의 응답을 오버랩하지 않을 때 간접적으로 행해진다. 유사한 경우에서, 직접 상호작용 디바이스는 터치 스크린 상의 원하는 버튼 상으로 또는 버튼을 통해 직접 입력 오브젝트를 배치하는 것에 의해 버튼을 통해 커서를 포지셔닝하기 위해 사용될 수도 있다.
이제 도 1 및 도 2 를 참조하면, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 모듈 (202) 및 결정 모듈 (204) 을 포함한다. 센서 모듈 (202) 은 센싱 영역 (120) 과 연관된 센서들로부터의 결과 신호들을 수신하도록 구성된다. 결정 모듈 (204) 은 데이터를 프로세싱하고 포지션 및 포스 정보를 결정하도록 구성된다. 발명의 실시형태들은 호스트 디바이스 상에서 다양한 상이한 능력들을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 그것은 커서 포지셔닝, 스크롤링, 드래깅, 아이콘 선택, 데스크탑 상의 윈도우들 클로징, 컴퓨터를 슬림 모드로 놓는 것을 가능하게 하거나, 모드 스위치 또는 인터페이스 액션의 임의의 다른 타입을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
도 3 은 플렉시블 절연 페이스시트 (302), 전극층 (304), 및 포스 수신기 전극들을 포함하는 하부 전극층 (306) 을 포함하는 포스 인에이블형 터치 센서 스택업 (300) 의 횡단면도이다. 상부 전극층 (304) 은 터치 수신기 전극들의 제 1 서브세트 (314) 및 송신기 전극들의 제 2 서브세트 (316) 를 포함한다. 플렉시블 절연 기판층 (308) 및 압축성 유전체층 (310) 은 상부 전극층 (304) 과 하부 전극층 (306) 사이에 배치된다. 강성 절연 기판 (312) 은 스택업 (300) 하부에 놓이고 이를 지지한다. 예시된 실시형태에서, 기판층 (308) 은 개별 절연층들 (318) 사이에 샌드위치된 차폐 전극층 (320) 을 포함한다.
다양한 실시형태들에서, 압축성 유전체층 (310) 은 균일하고, 모델링되며, 및/또는 개구들을 포함할 수도 있는, 실리콘 시트, 폼, 또는 고무 재료를 포함할 수도 있다. 대안으로, 압축성 유전체층 (310) 은 에어, OCA (optical clear adhesive), 또는 벤딩 또는 압축 강도에 의해 특징화될 수도 있는 임의의 다른 압축 매체를 포함할 수도 있다. 부가적으로, 압축성 층은 개별 압축성 구조들의 어레이를 형성할 수도 있다; 다른 실시형태들에서, 압축성 구조들은 그 후 플렉시블 절연 기판 (308) 또는 하부 전극층 (306) 중 어느 하나에 커플링되는 별도의 기판 상에 배치될 수도 있다. 또한, 다양한 실시형태들에서, 압축성 층은 압축성 구조들의 그리드 또는 다른 적절한 형상들을 포함할 수도 있다. 임의의 이벤트에서, 압축성 층은 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여 하부 전극층 (306) 을 향해 상부 전극층 (304) 의 국부적 편향을 용이하게 하도록 구성된다.
도 4a 는 일 실시형태에 따른 터치 수신기 전극들의 제 1 서브세트 (414) 및 송신기 전극들의 제 2 서브세트 (416) 를 나타내는, 상부 전극 (404)(일반적으로 도 3 의 상부 전극층 (304) 과 유사함) 의 상면도이다.
도 4b 는 차폐 전극층 (420)(일반적으로 도 3 의 차폐 전극층 (320) 과 유사함) 의 상면도이다. 차폐 전극층 (420) 의 기하학적 구조 및 레이아웃은 일반적으로, 일 실시형태에서, 도 5 와 함께 하기에서 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이, 차폐 전극들이 대응 터치 수신기 전극들보다 약간 큰 것을 제외하고, 터치 수신기 전극층 (414) 에 대응하고 이 전극층 (414) 과 실질적으로 정렬된다는 것을 유의한다.
도 4c 는 하부 전극층 (406)(일반적으로 도 3 의 하부 전극층 (306) 과 유사함) 의 상면도이다. 포스 수신기 전극들 (406) 은 일반적으로 도 4a 의 송신기 전극층 (416) 과 유사한 기하학적 구조를 나타낸다. 또한, 포스 수신기 전극의 기하학적 구조의 예들은 도 6 및 도 7 에 나타나 있다.
도 4a 내지 도 4c 는 다이아몬드 형상의 전극들을 도시하지만, 차폐 전극층이, i) 입력 오브젝트로부터 인가된 압력으로 인한 스택업 (300) 의 편향 동안 터치 수신기 전극층 (414) 과 포스 수신기 전극층 (406) 사이에 전기적 차폐를 제공하고; 그리고 ii) 편향 동안 필드 라인들이 차폐층 (420) 내의 간극들을 통과하고 포스 수신기층 (406) 과 상호작용하는 것을 허용하도록 구성되는 것이 제공되면, 임의의 원하는 전극 구성이 채용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
도 5 는 도 3 의 스택업의 일 부분 (500) 의 클로즈업 도이다. 특히, 부분 (500) 은 송신기 전극 (516), 터치 수신기 전극 (514), 포스 수신기 전극 (506), 차폐 전극 (520), 및 압축성 유전층 (510) 을 포함한다. 예시된 실시형태에서, 전자기 필드 라인들 (530) 은 송신기 전극 (516) 및 터치 수신기 전극 (514) 의 공통 평면 위 및 아래 양자 모두에서, 송신기 전극 (516) 으로부터 터치 수신기 전극 (514) 으로 확장한다. 그 평면 아래에서, 그 외 포스 수신기 전극들과 상호작용하게 되는 필드 라인들 (534) 은 차폐 전극들 (520) 에 캡처된다. 결과적으로, 송신기 전극들 (516) 과 수신기 전극들 (514) 사이의 용량성 커플링은 인가된 압력으로 인한 전극들의 편향에 관계 없이 그리고 그 편향에 의해 오류가 생기지 않는 것을 유지한다. 게다가, 필드 라인들 (532) 은 송신기 전극 (516) 으로부터 자유롭게 패스하고 편향 동안 포스 수신기 전극 (532) 에 커플링하도록 허용된다.
도 5 를 참조하여 계속하면, 송신기 전극 (516) 의 기하학적 구조 (예를 들어, 사이즈, 형성, 및 스페이싱) 은 일반적으로 수신기 전극 (506) 의 기하학적 구조 뿐만 아니라 개별 터치 수신기 전극들 (514) 사이의 스페이싱에 대응한다. 이러한 방식으로, 송신기 전극 (516) 과 포스 수신기 전극 (506) 사이의 용량성 커플링은 실질적으로 편향 동안 차폐 전극 (520) 에 의해 영향을 받지 않는다. 부가적으로, 터치 수신기 전극들 (514) 의 기하학적 구조 (예를 들어, 사이즈, 형상, 및 스페이싱) 은 일반적으로 차폐 전극 (520) 에 대응하고 차폐 전극 (520) 과 정렬된다. 결과적으로, 터치 수신기 전극들은 편향 동안 포스 수신기 전극들로부터 전기적으로 격리된 상태를 유지하고, 그 결과 송신기 전극과 터치 수신기 전극 사이의 용량성 커플링은 실질적으로 편향 동안 하부에 놓인 포스 수신기 전극들의 존재에 의해 영향을 받지 않는다.
부가적으로, 차폐 전극층은 단일 전압 노드를 포함하기 때문에, 단일 와이어 (521) 만을 사용하여, 일정 전기 포텐셜 (예를 들어, 접지) 로 유지될 수도 있어서, 비용 및 구현의 복잡도를 감소시킨다.
도 6a 내지 도 6c 는 본 발명의 또 다른 실시형태를 도시하며, 상부 전극 (미도시) 은 일반적으로, 센서 전극들의 실질적 공간 충진 어레이를 포함한다는 점에서, 각각 도 3a 및 도 4a 의 상부 전극들 (304 및 404) 와 유사하다.
도 6a 는 일 실시형태에 따른 터치 수신기 전극들의 제 1 서브세트 (614) 및 송신기 전극들의 제 2 서브세트 (616) 를 나타내는, 상부 전극층 (604)(일반적으로 도 3 의 상부 전극층 (304) 과 유사함) 의 상면도이다.
도 6b 는 차폐 전극층 (620)(일반적으로 도 3 의 차폐 전극층 (420) 과 유사함) 의 상면도이다. 차폐 전극층 (620) 의 기하학적 구조 및 레이아웃은 일반적으로, 일 실시형태에서, 차폐 전극들이 대응 터치 수신기 전극들 보다 약간 더 큰 것을 제외하고, 터치 수신기 전극층 (614) 에 대응하고 이 전극층 (614) 과 실질적으로 정렬된다는 것을 유의한다.
도 6c 는 하부 전극층 (606)(일반적으로 도 3 의 하부 전극층 (306) 과 유사함) 의 상면도이다. 포스 수신기 전극층 (606) 은 일반적으로 도 6a 의 송신기 전극층 (616) 과 유사한 기하학적 구조를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c 는 상부 전극층 (704) 이 단일 층에 성막되는 추가적인 대안의 실시형태를 도시한다. 구체적으로, 전극 어레이들 (404 및 604) 이 제 1 서브세트 및 제 2 서브세트로부터 개별 전극들을 오믹 격리했던 "점퍼" 엘리먼트들을 포함하는 한편, 도 7a 에서의 센서 전극들은 디바이스의 센싱 영역에서 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 결정하기 위해 점퍼 전극들을 필요로 하지 않는다. 상부 전극층 (704) 은 단지 점퍼들이 없는 단일 층 센서 구성의 일 예이다. 다른 실시형태들은 Synaptics Incorporated 에 양도되고 명칭이 "“Single Layer Capacitive Imaging Sensors" 인 공동 계류중인 U.S. 특허출원번호 제 13/740,122 (US 2013/0181943 A1) 호에서 알 수도 있다.
도 7a 는 일 실시형태에 따른 터치 수신기 전극들의 제 1 서브세트 (714) 및 송신기 전극들의 제 2 서브세트 (716) 를 나타내는, 상부 전극층 (704)(일반적으로, 도 3 의 상부 전극층 (304) 와 유사함) 의 상면도이다.
도 7b 는 차폐 전극층 (720)(일반적으로 도 4 의 차폐 전극층 (420) 과 유사함) 의 상면도이다. 차폐 전극층 (720) 의 기하학적 구조 및 레이아웃은 일반적으로, 일 실시형태에서, 차폐 전극들이 대응 터치 수신기 전극들 보다 약간 더 클 수도 있다는 것을 제외하고, 터치 수신기 전극층 (714) 에 대응하고 이 전극층 (714) 과 실질적으로 정렬된다.
도 7c 는 하부 전극층 (706)(일반적으로 도 3 의 하부 전극층 (306) 과 유사함) 의 상면도이다. 포스 수신기 전극들 (706) 은 도 7a 의 송신기 전극층 (716) 과 상이한 기하학적 구조를 나타낸다. 하부 전극층 (706) 은 센서 전극들 (716) 에 실질적으로 직교하여 배열된 복수의 센서 전극들을 포함하지만, 그렇더라도 송신기 전극들 (716) 과 용량성 커플링을 위해 구성된다.
도 6 및 도 7 을 계속 참조하고, 도 5 를 다시 참조하면, 송신기 전극들 (616 및 716) 의 기하학적 구조 (예를 들어, 사이즈, 형상 및 스페이싱) 뿐만 아니라 개별 터치 수신기 전극들 (614 및 714) 사이의 스페이싱은, 편향 동안 차폐 전극층들 (620 및 720) 에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 포스 수신기 전극들과 송신기 전극들 사이에 용량성 커플링을 초래한다는 것을 유의한다. 결과적으로, 터치 수신기 전극들을 편향 동안 포스 수신기 전극들로부터 전기적으로 격리되는 것을 유지하고, 그 결과 송신기 전극과 터치 수신기 전극 사이의 용량성 커플링은 편향 동안 하부에 놓인 포스 수신기 전극들의 존재에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.
따라서, 입력 표면 및 제 1 복수의 센서 전극들을 갖는 유연성 컴포넌트; 유연성 컴포넌트와 이격된 지지 기판; 제 2 기판 상에 배치된 제 2 복수의 센서 전극들; 유연성 컴포넌트와 지지 기판 사이에 배치된 스페이싱층으로서, 입력 표면에 인가된 응답하여 국부적으로 변형하도록 구성된 상기 스페이싱층; 및 제 1 복수의 센서 전극들과 제 2 복수의 센서 전극들 사이에 배치된 차폐 전극층을 포함하는 전자 시스템을 위한 입력 디바이스가 제공된다.
일 실시형태에서, 차폐 전극층은 제 1 복수의 센서 전극들을 제 2 복수의 센서 전극들로부터 선택적으로 전기적으로 격리하도록 구성된다.
일 실시형태에서: 제 1 복수의 센서 전극들은 제 1 기하학적 패턴에 의해 특징화되는 제 1 서브 세트 및 제 2 기하학적 패턴에 의해 특징화되는 제 2 서브세트를 포함하고; 그리고 차폐 전극층은 제 1 기하학적 패턴 위에 놓인 도전성 세그먼트들의 어레이 및 제 2 기하학적 패턴 위에 놓인 보이드들의 어레이를 포함한다.
일 실시형태에서, 제 2 복수의 센서 전극들은 실질적으로 보이드들의 어레이를 오버랩하는 제 3 기하학적 패턴에 의해 특징화되고, 도전성 세그먼트들의 어레이는 공통 전압 노드를 포함한다.
일 실시형태에서, 차폐 전극층은 정전압 포텐셜의 소스에 오믹 커플링된다.
일 실시형태에서, 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여, 제 1 복수의 센서 전극들의 제 2 서브세트로부터의 적어도 하나의 전극과 제 2 복수의 센서 전극들로부터의 전극 사이의 거리가 감소된다.
일 실시형태에서, 제 1 복수의 센서 전극들은 제 1 서브세트를 제 2 서브세트로부터 오믹 격리하도록 구성된 점퍼들을 포함한 단일 층에 배열된 제 1 서브세트 및 제 2 서브세트를 포함한다.
일 실시형태에서, 제 1 복수의 센서 전극들은 점퍼들의 사용 없이 단일 층에 배열된 제 1 서브세트 및 제 2 서브세트를 포함한다.
일 실시형태에서, 입력 디바이스는 제 1 및 제 2 복수의 센서 전극들에 전기적으로 접속되고, 차폐 전극층에 전기적으로 접속되지 않은, 플렉시블 인쇄 회로 기판 (PCB) 를 더 포함한다.
일 실시형태에서, 제 1 복수의 센서 전극들은 입력 디바이스의 센싱 영역에서 입력 오브젝트들에 대해 포지션 정보를 검출하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 제 1 복수의 센서 전극들은, 제 1 기판의 대향 측들; 및 제 1 기판의 동일 측 중 하나 상에 배치된 제 1 서브세트 및 제 2 서브세트를 포함한다.
일 실시형태에서, 제 2 복수의 센서 전극들 및 제 1 복수의 센서 전극들의 제 2 서브세트는 입력 표면에 전해진 포스를 검출하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 차폐 전극층은 제 2 결과 신호로부터 제 1 결과 신호를 차폐하도록 구성되고, 제 1 결과 신호는 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여 실질적으로 일정하게 유지되고, 제 2 결과 신호는 센싱 영역에서의 입력 오브젝트 존재에 응답하여 실질적으로 일정하게 유지된다.
프로세싱 시스템이 또한, 입력 표면 및 제 1 복수의 센서 전극들을 포함하는 유연성 컴포넌트, 유연성 컴포넌트로부터 이격된 지지 기판, 제 2 기판 상에 배치된 제 2 복수의 센서 전극들, 유연성 컴포넌트와 지지 기판 사이에 배치된 스페이싱층으로서, 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여 국부적으로 변형하도록 구성된 스페이싱층, 및 제 1 복수의 센서 전극과 제 2 복수의 센서 전극 사이에 배치된 차폐 전극을 포함하는 타입의 입력 디바이스와 함께 사용하기 위해 제공된다. 프로세싱 시스템은 제 1 및 제 2 복수의 센서 전극들에 통신가능하게 커플링되고, 제 1 복수의 센서 전극들의 제 1 서브세트로부터의 결과 신호의 제 1 타입, 및 제 2 복수의 센서 전극들로부터의 결과 신호의 제 2 타입을 결정하도록 구성되며, 결과 신호의 제 1 타입은 입력 표면에 근접한 입력 오브젝트들의 효과들을 포함하고, 추가로 결과 신호의 제 2 타입은 입력 표면에 인가된 포스의 효과들을 포함한다.
일 실시형태에서, 프로세싱 시스템은 또한, 결과 신호들의 제 1 및 제 2 타입들로부터 근접도 이미지 및 포스 이미지를 결정하고; 그리고 근접도 이미지 및 포스 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 사용자 인터페이스 액션을 결정하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 프로세싱 시스템은 또한, 차폐 전극층을 정전압 포텐셜로 유지하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 프로세싱 시스템은 또한, 제 1 복수의 센서 전극들의 제 2 서브 세트 상으로 센싱 신호를 구동하고; 제 1 복수의 센서 전극들의 제 1 서브세트로부터의 결과 신호의 제 1 타입을 수신하며; 그리고 제 2 복수의 센서 전극들로부터의 결과 신호의 제 2 타입을 수신하도록 구성되고, 프로세싱 시스템은 결과 신호들의 제 1 타입 및 제 2 타입에 기초하여 입력 오브젝트에 대한 포지션 및 포스 정보를 결정하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 결과 신호의 제 1 타입은 센싱 영역에서 입력 오브젝트의 효과들을 포함하고, 결과 신호의 제 2 타입은 입력 표면에 인가된 포스의 효과들을 포함한다.
또한, 입력 표면 및 제 1 복수의 센서 전극들을 갖는 유연성 컴포넌트; 제 2 기판 상에 배치된 제 2 복수의 센서 전극들; 제 1 및 제 2 복수의 센서 전극들 사이에 배치된 차폐 전극층을 포함하는 스페이싱층으로서, 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여 국부적으로 변형하도록 구성된 상기 스페이싱층; 및 제 1 및 제 2 복수의 센서 전극들에 통신가능하게 커플링되고, 제 1 복수의 센서 전극들의 제 1 서브세트로부터의 결과 신호의 제 1 타입 및 제 2 복수의 센서 전극들로부터의 결과 신호의 제 2 타입을 결정하도록 구성된 프로세싱 시스템을 포함하는, 입력 디바이스가 제공되며, 결과 신호의 제 1 타입은 입력 표면에 근접한 입력 오브젝트들의 효과들을 포함하고, 결과 신호의 제 2 타입은 입력 표면에 인가된 포스의 효과들을 포함한다.
따라서, 본 명세서에 기술된 실시형태들 및 예들은 본 발명 및 그 특정 어플리케이션을 최상으로 설명하고 이에 의해 당업자가 발명을 행하고 사용하는 것을 가능하게 하기 위해 제시되었다. 하지만, 당업자는 상기 기재 및 예들은 예시 및 예를 위해서만 제시되었다는 것을 알 것이다. 기술된 바와 같은 기재는 배타적인 것으로 의도되거나 개시된 엄밀한 형태로 발명을 제한하려는 것으로 의도되지 않는다. 발명의 다른 실시형태들, 사용 및 이점들은 개시된 발명의 실시 및 명세서로부터 자명할 것이다.

Claims (20)

  1. 전자 시스템을 위한 입력 디바이스로서,
    입력 표면 및 제 1 복수의 센서 전극들을 갖는 유연성 (pliable) 컴포넌트;
    상기 유연성 컴포넌트로부터 이격된 지지 기판;
    제 2 기판 상에 배치된 제 2 복수의 센서 전극들;
    상기 유연성 컴포넌트와 상기 지지 기판 사이에 배치된 스페이싱층으로서, 상기 입력 표면에 인가된 포스 (force) 에 응답하여 국부적으로 변형하도록 구성된 상기 스페이싱층; 및
    상기 제 1 복수의 센서 전극들과 상기 제 2 복수의 센서 전극들 사이에 배치된 차폐 전극층을 포함하는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 전극층은 상기 제 1 복수의 센서 전극들을 상기 제 2 복수의 센서 전극들로부터 선택적으로 전기적으로 격리하도록 구성되는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 센서 전극들은 제 1 기하학적 패턴에 의해 특징화되는 제 1 서브세트 및 제 2 기하학적 패턴에 의해 특징화되는 제 2 서브세트를 포함하고; 그리고
    상기 차폐 전극층은 상기 제 1 기하학적 패턴 위에 놓인 전도성 세그먼트들의 어레이 및 상기 제 2 기하학적 패턴 위에 놓인 보이드들의 어레이를 포함하는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 복수의 센서 전극들은 상기 보이드들의 어레이를 실질적으로 오버랩하는 제 3 기하학적 패턴에 의해 특징화되는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전도성 세그먼트들의 어레이는 공통 전압 노드를 포함하는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차폐 전극층은 정전압 포텐셜의 소스에 오믹 커플링되는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여, 상기 제 1 복수의 센서 전극들의 제 2 서브세트로부터의 적어도 하나의 전극과 상기 제 2 복수의 센서 전극들로부터의 전극 사이의 거리가 감소되는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 센서 전극들은 제 1 서브세트를 제 2 서브세트로부터 오믹 격리하도록 구성된 점퍼들을 포함하는 단일 층에 배열된 상기 제 1 서브세트 및 상기 제 2 서브세트를 포함하는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 센서 전극들은 점퍼들의 사용 없이 단일 층에 배열된 제 1 서브세트 및 제 2 서브세트를 포함하는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 센서 전극들에 전기적으로 접속되고, 상기 차폐 전극층에 전기적으로 접속되지 않은 플렉시블 인쇄 회로 기판 (PCB) 을 더 포함하는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 센서 전극들은 상기 입력 디바이스의 센싱 영역에서 입력 오브젝트들에 대한 포지션 정보를 검출하도록 구성되는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 센서 전극들은, 제 1 기판의 대향 측들; 및 상기 제 1 기판의 동일 측 중 하나 상에 배치된 제 1 서브세트 및 제 2 서브세트를 포함하는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 복수의 센서 전극들 및 상기 제 1 복수의 센서 전극들의 제 2 서브세트는 상기 입력 표면에 전해진 포스를 검출하도록 구성되는, 전자 시스템을 위한 입력 디바이스.
  14. 입력 디바이스와 함께 사용하기 위한 프로세싱 시스템으로서,
    상기 입력 디바이스는, 입력 표면 및 제 1 복수의 센서 전극들을 갖는 유연성 컴포넌트, 상기 유연성 컴포넌트와 이격된 지지 기판, 제 2 기판 상에 배치된 제 2 복수의 센서 전극들, 상기 유연성 컴포넌트와 상기 지지 기판 사이에 배치된 스페이싱층으로서, 상기 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여 국부적으로 변형하도록 구성된, 상기 스페이싱층, 및 상기 제 1 복수의 센서 전극들과 상기 제 2 복수의 센서 전극들 사이에 배치된 차폐 전극층을 포함하는 타입이고,
    상기 프로세싱 시스템은,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 센서 전극들에 통신가능하게 커플링되고,
    상기 제 1 복수의 센서 전극들의 제 1 서브세트로부터의 결과 신호의 제 1 타입, 및 상기 제 2 복수의 센서 전극들로부터의 결과 신호의 제 2 타입을 결정하도록 구성되며, 상기 결과 신호의 제 1 타입은 상기 입력 표면에 근접한 입력 오브젝트들의 효과들을 포함하고, 그리고 또한 상기 결과 신호의 제 2 타입은 상기 입력 표면에 인가된 포스의 효과들을 포함하는, 프로세싱 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 결과 신호들의 제 1 타입 및 제 2 타입으로부터 근접도 이미지 및 포스 이미지를 결정하고; 그리고
    상기 근접도 이미지 및 상기 포스 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 사용자 인터페이스 액션을 결정하도록 또한 구성되는, 프로세싱 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 차폐 전극층을 정전압 포텐셜로 유지하도록 또한 구성되는, 프로세싱 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 센서 전극들의 제 2 서브세트 상으로 센싱 신호를 구동하고;
    상기 제 1 복수의 센서 전극들의 제 1 서브세트로부터의 결과 신호의 제 1 타입을 수신하며; 그리고
    상기 제 2 복수의 센서 전극들로부터의 결과 신호의 제 2 타입을 수신하도록 또한 구성되고,
    상기 프로세싱 시스템은 상기 결과 신호들의 제 1 및 제 2 타입에 기초하여 입력 오브젝트에 대해 포지션 및 포스 정보를 결정하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 결과 신호의 제 1 타입은 센싱 영역에서 입력 오브젝트의 효과들을 포함하고, 상기 결과 신호의 제 2 타입은 상기 입력 표면에 인가된 포스의 효과들을 포함하는, 프로세싱 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 차폐 전극층은 제 1 결과 신호를 제 2 결과 신호로부터 차폐하도록 구성되고,
    상기 제 1 결과 신호는 상기 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여 실질적으로 일정하게 유지되며, 그리고
    상기 제 2 결과 신호는 센싱 영역에서의 입력 오브젝트 존재에 응답하여 실질적으로 일정하게 유지되는, 프로세싱 시스템.
  20. 입력 디바이스로서,
    입력 표면 및 제 1 복수의 센서 전극들을 갖는 유연성 컴포넌트;
    제 2 기판 상에 배치된 제 2 복수의 센서 전극들;
    상기 제 1 복수의 센서 전극들과 상기 제 2 복수의 센서 전극들 사이에 배치된 차폐 전극층을 포함하는 스페이싱층으로서, 상기 입력 표면에 인가된 포스에 응답하여 국부적으로 변형하도록 구성된, 상기 스페이싱층; 및
    상기 제 1 및 제 2 복수의 센서 전극들에 통신가능하게 커플링되고, 상기 제 1 복수의 센서 전극들의 제 1 서브세트로부터의 결과 신호의 제 1 타입, 및 상기 제 2 복수의 센서 전극들로부터의 결과 신호의 제 2 타입을 결정하도록 구성되는 프로세싱 시스템을 포함하고,
    상기 결과 신호의 제 1 타입은 상기 입력 표면에 근접한 입력 오브젝트들의 효과들을 포함하고, 상기 결과 신호의 제 2 타입은 상기 입력 표면에 인가된 포스의 효과들을 포함하는, 입력 디바이스.
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