KR20170060527A - 터치압력 감지 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치압력 감지 센서에 관한 것으로 정전 용량 방식의 터치압력 감지 센서로서, 상부 전극이 형성된 상부 기판, 상기 상부 전극과 마주보는 면에 하부 전극이 형성된 하부 기판, 그리고 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 위치하고, 하중에 의해 수축되고 복원되는 수축복원층을 포함하며, 상기 수축복원층은 나노섬유로 형성된 나노섬유부재로 형성하여 터치 위치와 터치에 의해 눌려지는 힘의 크기를 동시에 인식할 수 있고, 터치압력의 차이를 정확하게 감지하여 터치압력에 따른 프로그램 또는 어플리케이션의 작동이 명확하게 구분되어 실행됨으로써 터치압력에 따른 작동 신뢰성을 향상시킨다.

Description

터치압력 감지 센서{TACTILE TOUCH SCREEN APPARATUS}

본 발명은 터치압력 감지 센서에 관한 것으로 더 상세하게는 터치 스크린 패널에서 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있도록 하는 터치압력 감지 센서에 관한 것이다.

일반적으로 터치스크린 장치는 화면 위에 손가락 또는 터치 펜(touch pen, stylus) 등을 접촉해 문자를 쓰거나 그림을 그리고, 아이콘을 실행시켜 원하는 명령을 수행시킨다. 터치스크린 장치는 저항막 방식(Resistive type), 정전 용량 방식(capacitive type), 광학 방식(Optical type) 등으로 입력을 감지할 수 있다.

도 1을 참고하면, 일반적인 정전 용량 방식의 터치스크린 장치는 다이아몬드 모양의 ITO(Indium Tin Oxide) 투명전극 패턴을 포함한다. 터치스크린 장치의 전극은 동작 라인(driving line)과 감지 라인(sensing line)으로 구성된다. 터치스크린 장치는 도체의 터치에 의한 각 전극 라인의 정전용량값 변화를 기초로 좌표를 계산하여 터치 위치를 표시한다.

지금까지의 정전용량 방식의 터치스크린 장치는 터치 위치를 인식할 수 있지만, 터치 하중을 인식하는 것은 불가능하다. 지금까지의 정전용량 방식의 터치스크린 장치는 도체가 아닌 물체로 터치하면, 터치를 인식하지 못한다. 또한 지금까지의 터치스크린 장치는 터치 하중을 인식하지 못한다. 사용자가 터치스크린 장치를 강하게 터치하면, 터치스크린 장치가 반응하기도 한다. 그러나, 이는 손의 접촉 면적이 넓어져 정전용량값의 변화가 커지는 것이지 터치 하중을 인식하는 것은 아니다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로 터치 위치와 터치 하중을 인식하는 터치압력 감지 센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로 터치압력의 차이를 정확하게 감지하고, 감지되는 터치압력을 세분화하여 감지할 수 있는 터치압력 감지 센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 터치압력 감지 센서는, 정전 용량 방식의 터치압력 감지 센서로서, 상부 전극이 형성된 상부 기재, 상기 상부 전극과 마주보는 면에 하부 전극이 형성된 하부 기재, 그리고 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 위치하고, 하중에 의해 수축되고 복원되는 수축복원층을 포함하며, 상기 수축복원층은 나노섬유로 형성된 나노섬유부재인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 나노섬유부재는 폴리머수지와 도전성분말, 용매를 포함한 폴리머 방사액을 사용하여 전기 방사하여 제조될 수 있다.

본 발명에서 상기 나노섬유에는 도전성 분말이 분포될 수 있다.

본 발명에서 상기 상부 전극은 프린지 커패시턴스를 생성하는 열린 영역이 상하좌우 대칭인 패턴으로 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 상부 전극은 복수의 단위 패턴을 연결하여 형성되고, 상기 열린 영역은 단위 패턴 주위에 상하좌우 대칭으로 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 하부 전극은 직사각형 막대 패턴으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 터치압력 감지 센서는, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 생성되는 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 감지하는 감지부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 감지부는 초기 뮤추얼 커패시턴스보다 작은 값의 신호를 소프트 터치로 인식하고, 초기 뮤추얼 커패시턴스보다 큰 값의 신호를 하드 터치로 인식할 수 있다.

본 발명에서 상기 수축복원층은 하중에 따라 수축하거나 복원하여, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 거리를 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 터치압력 감지 센서는, 변형에 의한 상기 수축복원층의 손실을 막고, 상기 수축복원층이 일정한 형상을 유지하도록 상기 수축복원층의 외곽에 설치되는 밀봉 구조물을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 터치 위치와 터치 하중을 인식하며, 멀티 터치(Multi-touch)와 멀티 하중(Multi-force)을 감지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 부도체의 터치에도 동작할 수 있고, 오픈 영역(open area)이 채널 전극에 균일하게 형성된 상부 전극으로 소프트 터치와 하드 터치를 쉽게 구현할 수 있고, 터치스크린 전체를 균일하게 터치할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 터치압력의 차이를 더 세분화하여 정확하게 감지할 수 있어 프로그램 또는 어플리케이션의 작동을 더 다양하게 구분하며 사용자의 만족도를 크게 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 정전 용량 방식의 터치스크린 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 셀프 커패시턴스 감지 방식을 설명하는 도면이다.
도 3과 도 4 각각은 뮤추얼 커패시턴스 감지 방식을 설명하는 도면이다.
도 5와 도 6 각각은 전극 패턴에 따른 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 설명하는 도면이다.
도 7과 도 8 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치압력 감지 센서를 나타내는 도면이다.
도 9부터 도 12 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 패턴을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 원형 패턴을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 십자형 패턴을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 설명하는 도면이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2는 셀프 커패시턴스 감지 방식을 설명하는 도면이다.

도 2를 참고하면, 셀프 커패시턴스(self capacitance) 감지 방식의 터치스크린 장치(10)는 손가락과 같은 도체의 터치 시, 각각의 라인 전극이 가지고 있는 정전용량의 변화를 감지한다. 터치스크린 장치(10)는 정전용량 변화를 기초로 터치 위치를 인식한다.

셀프 커패시턴스 감지 방식은 한 지점의 터치를 쉽게 감지한다. 그러나, 동시에 복수 지점을 터치(multi-touch)하면, 각각의 터치 지점과 연결된 동작 전극(driving line)과 감지 전극(sensing line)의 셀프 커패시턴스가 모두 변한다. 따라서, 터치되지 않은 지점도 터치된 것으로 감지되는 가상(ghost) 이미지가 발생하여 정확한 터치 위치를 인식하기 어려울 수 있다.

즉, 사용자가 두 지점(11, 12)을 동시에 터치하면, 다른 두 지점(13, 14)도 셀프 커패시턴스가 변한다. 따라서, 터치스크린 장치(10)는 네 지점(11, 12, 13, 14)이 터치된 것으로 인식하는 문제가 있다.

도 3과 도 4 각각은 뮤추얼 커패시턴스 감지 방식을 설명하는 도면이다.

도 3을 참고하면, 터치스크린 장치(20)는 두 전극간의 상호 정전용량인 뮤추얼 커패시턴스(mutual capacitance) 감지 방식으로 터치 위치를 계산한다.

뮤추얼 커패시턴스 감지 방식은 두 전극간의 상호 정전용량인 뮤추얼 커패시턴스를 감지한다. 뮤추얼 커패시턴스는 두 전극 사이에서 형성되는 상호 정전용량으로서 손가락과 같은 도체 터치 시, 두 전극 사이에서 형성되는 상호 정전 용량의 변화를 감지하여 터치 위치를 인식한다. 따라서, 뮤추얼 커패시턴스 감지 방식은 셀프 커패시턴스 감지 방식에서 발생할 수 있는 가상 이미지가 발생하지 않으므로, 복수 지점을 동시에 터치할 수 있다.

뮤추얼 커패시턴스는 상부 전극(30)과 하부 전극(40)에 의해 형성된다. 두 전극에 의해 형성되는 뮤추얼 커패시턴스(Cm)는 두 전극이 겹치는 부분에서 수직방향을 형성되는 패러럴 플레이트 커패시턴스(parallel plate capacitance, Cp)와 전극의 외부 측면(Fringe Field)에 형성되는 프린지 커패시턴스(fringe capacitance, Cf)의 합이다. 뮤추얼 커패시턴스(Cm)는 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

Cm = Cp + Cf

터치에 의한 정전용량의 변화를 감지하여 터치 위치와 터치 하중을 인식하기 위해서, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 정전용량 변화 중에서 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)와 프린지 커패시턴스(Cf)의 변화 경향을 인식하여 투명전극의 패턴을 만드는 것이 중요하다. 즉, 사용자가 터치스크린 장치를 터치하거나 하중을 인가할 때, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)에서 변화하는 성분은 어느 특정 성분만이 아니라, 두 성분이 모두 변할 수 있다. 따라서, 터치스크린 장치는 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)와 프린지 커패시턴스(Cf)의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다.

도 4를 참고하면, 상부 전극(30) 일부가 하부 전극(40)에 대해 뚫려있는 구조 즉, 열려있는(open) 구조에서, 손가락과 같은 도체가 상부 전극(30)을 터치하여 하중을 인가한다. 그러면, 프린지 커패시턴스(Cf)가 손가락과 같은 도체쪽으로 흡수되어 전체적으로 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 감소한다. 여기서 하부 전극에 대응하는 상부 전극이 없는 오픈된 부분을 앞으로 "열린 영역(open area)"이라고 부른다. 열린 영역은 상부 전극의 패턴을 형성하고, 프린지 커패시턴스는 열린 영역을 통해 생성된다.

손가락과 같은 도체가 상부 전극(30)을 강하게 터치하여 하중을 인가하면, 상부 전극(30)과 하부 전극(40)의 거리가 가까워져서, 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)는 증가한다. 그러나, 정전기가 손가락을 통해 외부로 빠져나가서, 프린지 커패시턴스(Cf)는 감소한다. 즉, 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)는 증가하지만, 프린지 커패시턴스(Cf)는 감소하게 되어 터치에 의한 신호처리가 쉽지 않다.

상부 전극에서 열린 영역을 줄이면, 전극 밖으로 나오는 정전기량이 줄어든다. 따라서, 프린지 커패시턴스(Cf)의 감소를 줄이고, 상대적으로 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)를 늘려서, 터치 및 터치 감도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 상부 전극에서 열린 영역을 너무 줄이면, 하부 전극으로부터 나오는 정전기, 즉 프린지 커패시턴스(Cf)의 양이 줄어든다. 따라서, 뮤추얼 커패시턴스(Cm) 변화가 적어, 소프트 터치(soft touch)가 인식되기 어려울 수 있다.

또한, 하중을 가할수록 두 전극 사이의 거리가 줄어들어 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)가 늘어난다. 이 경우, 하드 터치(hard touch)는 문제가 없지만, 소프트 터치가 인식되기 어려울 수 있다.

도 5와 도 6 각각은 전극 패턴에 따른 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 설명하는 도면이다.

도 5를 참고하면, 막대 교차(cross bar)형 전극은 상부 전극과 하부 전극이 막대(bar) 형태로 교차된다. 이 경우, 상부 전극 패턴에서 열린 영역이 너무 적어서 소프트 터치 시, 프린지 커패시턴스(Cf)의 변화가 적다. 따라서, 막대 교차형 전극은 소프트 터치 시, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 변화를 인식하기 어렵다. 하지만, 막대 교차형 전극은 하드 터치 시 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)가 증가한다. 따라서, 막대 교차형 전극은 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)에 의해 변하는 뮤추얼 커패시턴스(Cm)를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다. 즉, 막대 형태로 교차된 전극 패턴은 소프트 터치 인식은 어려우나, 하드 터치 인식은 가능하다.

　도 6을 참고하면, 더미 패턴형 전극은 아일랜드 형태로 더미패턴을 배열한 것으로서, 막대 교차형 전극보다 열린 영역을 넓힌 구조이다. 더미 패턴형 전극은 소프트 터치 시, 막대 교차형 전극보다 프린지 커패시턴스(Cf)의 영향을 더 받는다.

더미 패턴형 전극은 열린 영역으로 나오는 전기장이 소프트 터치 시 손가락 등으로 흡수되어 프린지 커패시턴스(Cf)가 크게 떨어지게 된다. 따라서, 더미 패턴형 전극은 소프트 터치 시 순간적으로 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 작아진다.

더미 패턴형 전극에 하중을 인가하면, 두 전극사이의 거리가 감소하여 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)가 증가한다. 따라서, 더미 패턴형 전극은 하중을 인가하면, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 증가한다.

하지만 더미 패턴형 전극 패턴에서 열린 영역이 너무 넓어지면, 프린지 커패시턴스(Cf)가 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)보다 더 주도적(dominant)으로 영향을 미칠 수 있다. 그러면, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 변화가 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 낮은 레벨에서 동작하게 되어 하중의 증가에 의해 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 증가하는 것인지, 아니면 손가락 접촉이 점점 줄어들게 되어 발생되는 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 증가인지를 구분하기가 어렵다. 또한 더미 패턴형 전극은 상, 하, 좌, 우 전체적으로 균일하지 않은 전극 패턴이므로 소자 동작에 불균일성이 발생할 수 있다.

도 7과 도 8 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치압력 감지 센서를 나타내는 도면이다.

도 7과 도 8을 참고하면, 터치압력 감지 센서(Tactile Touch Screen)(100)는 터치하는 위치(예를 들면, X, Y좌표) 그리고 터치하는 하중(예를 들면, 깊이, 또는 Z 방향)을 인식한다. 터치압력 감지 센서(100)는 상부 기재(110), 하부 기재(130), 그리고 상부 기재(110)와 하부 기재(130) 사이에 위치하는 수축복원층(150)을 포함한다. 터치압력 감지 센서(100)는 수축복원층(150)을 밀봉(sealing) 하는 밀봉 구조물(170)을 포함할 수 있다. 터치압력 감지 센서(100)는 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 감지하는 감지부(190)를 포함할 수 있다.

상부 기재(110)와 하부 기재(130) 각각에 투명전극(transparent electrode)인 상부 전극(111)과 하부 전극(131)이 배치된다. 상부 기재(110)와 하부 기재(130)는 PET 필름이나 유리 등과 같은 얇은 투명 재질 위에 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT), ITO(Indium Tin Oxide), PEDOT, Ag 나노와이어, PANI 등과 같은 전도성 나노소재 등으로 패터닝된 투명 전극을 포함한다. 상부 전극(111)과 하부 전극(131)은 마주보고 있고, 두 전극이 뮤추얼 커패시턴스를 형성한다. 여기서, 상부 전극(111)은 열린 영역이 대칭이면서 균일한 패턴으로 구현된다.

수축복원층(150)은 하중에 따라 수축하고 복원하는 촉각 감지층(Tactile sensing layer)이다. 수축복원층(150)은 하중에 따라 수축하거나 복원하여, 상부 전극(111)과 하부 전극(131) 사이의 거리를 변경한다. 따라서, 터치스크린 장치(100)는 하중에 의해 변한 뮤추얼 커패시턴스(Cm)를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다.

수축복원층(150)은 터치하는 하중에 의해 변형이 되는 영역이므로, 하중에 의해 쉽게 수축하고 복원되는 재질로 형성된다. 수축복원층(150)은 투명 실리콘겔(Silicone gel), 실리콘 유, 공기, 글리세린 폴리머(polymer) 등 다양한 재료로 제작될 수 있다. 이때, 수축복원층(150)은 감도를 높이기 위해 고유전율 재료를 사용할 수 있다.

수축복원층(150)은 액상 또는 시트 형태(sheet type)의 재료를 사용할 수 있다. 수축복원층(150)이 액상 물질로 제작되는 경우, 상부 기재(110)와 하부 기재(130) 사이에 댐(dam), 즉 밀봉 구조물(170)을 형성하여 액상 물질을 주입(injection)할 수 있다. 수축복원층(150)은 주입한 액상 물질이 외부로 흘러나오지 않도록 에폭시(epoxy), 접착재료, 고무 등으로 밀봉된다.

본 발명에서 수축복원층(150)은 나노섬유(151a)로 형성된 나노섬유부재(151)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 나노섬유(151a)의 내부에는 도전성 분말(152)이 분포되는 것이 더 바람직하다.

상기 나노섬유부재(151)는 내화학성이 있는 고분자 재료와 도전성분말을 혼합하고 도전성분말이 혼합된 고분자 재료를 전기방사 공법을 이용하여 나노 섬유 형태로 방사하여 형성한 것을 일 예로 한다.

더 상세하게 상기 나노섬유부재(151)는 폴리머수지와 도전성분말, 용매를 포함한 폴리머 방사액을 사용하여 전기 방사하여 제조되는 것을 일 예로 한다.

상기 폴리머수지는 PVDF(Polyvinylidene Fluoride), PS(polystyrene), PMMA(Poly(methylmethacrylate)), PAN 중 어느 하나인 것을 일 예로 한다.

상기 도전성 분말(152)은 구리분말, 은분말, 알루미늄분말, 금분말일 수 있고, 두개 이상의 도전성분말이 혼합된 것일 수도 있다.

상기 도전성 분말(152)은 상기 폴리머 방사액 내에 포함되어 전기 방사 공정에 의한 상기 나노섬유(151a) 내에 삽입되어 고르게 분포되는 것이다.

상기 나노섬유부재(151)는 내부에 삽입되어 고르게 분포된 도전성 분말(152)에 의해 정전용량(C)의 변화값을 더 세분화하고, 정확하게 구분하여 감지할 수 있게 하는 것이다.

수축복원층(150)은 라미내이션(lamination) 등의 공정을 이용하여 상부 전극(111)과 하부 전극(131) 사이에 시트를 붙여서 제작될 수 있다. 이때, 시트는 투명한 재질이다.

밀봉 구조물(170)은 변형에 의한 수축복원층(150)의 손실을 막고, 수축복원층(150)이 일정한 형상을 유지하도록 수축복원층(150) 외곽에 설치된다.

감지부(190)는 상부 전극(111)과 하부 전극(131) 사이에 생성되는 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 감지한다. 감지부(190)는 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 적은 신호를 기초로 터치 위치를 인지하고, 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 큰 신호를 기초로 터치 하중을 인지한다.

도 9부터 도 12 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 패턴을 나타내는 도면이다.

도 9를 참고하면, 터치압력 감지 센서(100)의 상부 전극(Y1, Y2, Y3 등) (111)과 하부 전극(X1, X2, X3 등)(미도시)은 교차하여 겹쳐진다. 상부 전극(131)은 상하좌우 대칭으로 열린 영역이 형성된 패턴, 즉 전체적으로 균일한 패턴으로 형성된다. 이때, 하부 전극은 직사각형 막대 패턴일 수 있다.

도 10을 참고하면, 상부 전극(111)은 열린 영역이 대칭으로 형성된 패턴을 가진다. 예를 들면, 도 9의 패턴(200)을 확대해보면, 상부 전극(111)은 연결된 복수의 단위 패턴(300)으로 형성된다. 열린 영역은 단위 패턴(300) 주위에 대칭으로 형성된다. 여기서 단위 패턴은 정사각형(□)일 수 있다. 또는 단위 패턴은 주위에 대칭으로 열린 영역을 설계할 수 있는 모양, 예를 들면 원형(○), 마름모형(◇) 등일 수 있다.

도 11과 도 12를 참고하면, 단위 패턴(300) 주위에 형성되는 상하좌우 대칭의 열린 영역은 다양하게 구현될 수 있다. 도 10의 패턴(210)을 확대해보면, 상부 전극은 전극 사이에 ㄷ자 모양의 열린 영역이 좌우대칭으로 반복되는 투명전극 패턴일 수 있다. 또는 상부 전극은 전극 사이에 ㄱ자 모양, ㄴ자 모양의 열린 영역이 상하좌우 대칭으로 반복되는 투명전극 패턴일 수 있다.

열린 영역의 간격은 시인성 등을 고려하여 결정되며, 터치스크린의 크기, 용도 등에 따라 조절이 가능하다.

상하좌우 대칭으로 열린 영역이 형성된 상부 전극(131)은 막대 교차형 전극보다 열린 영역을 더 포함한다. 따라서, 상부 전극(131)은 소프트 터치 시, 신호 감도를 높일 수 있다. 상부 전극(131)은 더미 패턴형 전극보다 상부 전극과 하부 전극이 겹치는 면적이 크다. 따라서, 상부 전극(131)은 하중에 의해 변하는 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)의 변화를 높일 수 있다.

도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 원형 패턴을 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 십자형 패턴을 나타내는 도면이다.

도 13과 도 14를 참고하면, 터치압력 감지 센서(100)는 다양한 패턴이 반복적으로 형성된 전극으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 터치압력 감지 센서(100)는 열린 영역이 원형(○)인 패턴의 전극이나 열린 영역이 십자형(+)인 패턴의 전극으로 구현될 수 있다. 또는 전극의 패턴은 ㄱ자 모양, ㄴ자 모양, 일자형(-), 정사각형(□), 마름모형(◇), 원형(○)의 열린 영역이 상하좌우 대칭으로 반복되는 투명전극 패턴일 수 있다.

도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 설명하는 도면이다.

도 15를 참고하면, 터치압력 감지 센서(100)는 막대 교차형 전극과 더미 패턴형 전극의 장점을 접목한 전극 구조를 가진다. 따라서, 터치압력 감지 센서(100)를 소프트 터치하면, 프린지 커패시턴스(Cf) 감소에 의해 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)이 줄어든다. 터치압력 감지 센서(100)는 이러한 뮤추얼 커패시턴스(Cm) 감소 신호를 기초로 터치 위치를 인식할 수 있다.

터치압력 감지 센서(100)를 하드 터치하여 하중이 가해지면, 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp) 증가에 의해 뮤추얼 커패시턴스(Cm)는 초기값보다 적은 위치에서 점차적으로 초기값보다 크게 증가한다.

따라서, 터치압력 감지 센서(100)는 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 작은 값의 신호를 소프트 터치로 인식한다. 터치압력 감지 센서(100)는 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 큰 값의 신호를 하중에 의한 신호, 즉 하드 터치로 인식한다.

이와 같이, 터치압력 감지 센서(100)는 소프트 터치와 하드 터치를 모두 인식할 수 있다.

특히, 터치압력 감지 센서(100)를 부도체로 터치하는 경우 뮤추얼 커패시턴스 변화에서, 프린지 커패시턴스(Cf)에 의한 영향이 거의 없다. 그리고 터치 및 터치 하중에 따라 뮤추얼 커패시턴스(Cm)는 항상 증가하는 방향으로 변한다. 따라서, 터치압력 감지 센서(100)는 소자의 감도를 적절히 조절하여 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 증가하는 신호를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다. 즉, 터치압력 감지 센서(100)는 어느 일정 뮤추얼 커패시턴스(Cm)를 기준으로 그 아래의 값에서는 터치 위치를, 그 이상의 값에서는 터치 하중으로 센싱함으로써 다양한 기능을 수행하게 하면 된다.

또한 터치압력 감지 센서(100)는 상부 전극의 모든 영역에 균일하게 형성된 열린 영역에 의해 어느 위치에서도 동일하고 균일한 동작 특성을 보일 수 있다. 터치압력 감지 센서(100)는 상부 전극(131)이 상하좌우 대칭으로 열린 영역이 형성되어 있으므로, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)를 인식할 때, 소프트 터치와 하드 터치 시, 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)와 프린지 커패시턴스(Cf) 중 어느 한쪽이 주도적으로 영향을 미치지 않는다.

본 발명에 따른 터치압력 감지 센서에서 상기 상부 기재(110)는 투명기재로 유리 기판, 강화유리기재, 강화코팅필름 중 어느 하나이고, 상기 하부 기재(130)는 투명필름 으로 PI필름일 수 있고, PEN(Polyethylene Naphthalate) 필름, PET(Polyethylene Terephthalate) 필름, PC(Polycarbonate)필름, PSS(Poly styrene sulfonate) 필름 중 하나일 수도 있고, 이외의 엔지니어링 플라스틱 등 투명재질의 필름을 사용할 수도 있다. 그리고, 상기 하부 전극(40)과 상기 상부 전극(30)은 공지의 투명 전극으로 본 발명에 따른 터치압력 감지 센서는 터치 스크린 패널에서 사용 시 디스플레이 패널(LCD) 상에 적층되어 장착될 수 있다.

본 발명에 따른 터치압력 감지 센서에서 상기 상부 기재(110)는 투명기재로 유리 기판, 강화유리기판, 강화코팅필름일 수 있고, 상기 하부 기재(130)는 투명 필름 또는 불투명 필름으로 PI필름, PEN(Polyethylene Naphthalate) 필름, PET(Polyethylene Terephthalate) 필름, PC(Polycarbonate)필름, PSS(Poly styrene sulfonate) 필름 중 하나일 수도 있고,이외의 엔지니어링 플라스틱 등 투명재질의 필름을 사용할 수도 있다. 그리고 상기 하부 전극(40)과 상기 상부 전극(30)은 공지의 투명 전극 또는 불투명 전극으로 본 발명에 따른 터치압력 감지 센서는 터치 스크린 패널에서 케이스의 측면 테두리 또는 디스플레이 패널(LCD) 전면에서 베젤부분에 장착되어 사용될 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명에 따른 터치압력 감지 센서에서 상기 상부 기재(110)와 하부 기재(130)는 투명 필름 또는 불투명 필름으로 PI필름일 수 있고, PEN(Polyethylene Naphthalate) 필름, PET(Polyethylene Terephthalate) 필름, PC(Polycarbonate)필름, PSS(Poly styrene sulfonate) 필름 중 하나일 수도 있고, 이외의 엔지니어링 플라스틱 등 투명재질의 필름을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극은 공지의 투명 전극 또는 불투명 전극으로 본 발명에 따른 터치압력 감지 센서는 터치 스크린 패널에서 디스플레이 패널(LCD)의 배면 즉, 화면이 출력되는 측의 반대편에 배치되어 적층되어 장착될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 터치압력 감지 센서(100)는 기존의 터치스크린에서 발생할 수 있는 가상 이미지 발생 문제를 해결할 수 있다. 터치압력 감지 센서(100)는 두 전극이 이루고 있는 뮤추얼 커패시턴스(Cm) 변화를 감지하여 터치 위치와 터치 하중을 정확하게 인식할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 촉각터치스크린 장치는 멀티 터치(Multi-touch)와 멀티 하중(Multi-force)을 감지할 수 있다. 그리고 기존의 터치스크린이 부도체의 터치에는 반응하지 않지만, 터치압력 감지 센서(100)는 손가락과 같은 도체 외에도 플라스틱, 나무 등 다양한 부도체의 터치를 인식할 수 있으며, 오픈 영역(open area)이 채널 전극에 균일하게 형성된 상부 전극으로 소프트 터치와 하드 터치를 쉽게 구현할 수 있고, 터치스크린 전체를 균일하게 터치할 수 있다.

본 발명은 터치압력의 차이를 더 세분화하여 정확하게 감지할 수 있어 프로그램 또는 어플리케이션의 작동을 더 다양하게 구분하며 사용자의 만족도를 크게 향상시킨다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

30, 111 : 상부 전극 40, 131 : 하부 전극
110 : 상부 기재 130 : 하부 기재
150 : 수축 복원층 151 : 나노섬유부재
152 : 도전성 분말

Claims (10)

1. 정전 용량 방식의 터치압력 감지 센서로서, 상부 전극이 형성된 상부 기재, 상기 상부 전극과 마주보는 면에 하부 전극이 형성된 하부 기재, 그리고 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 위치하고, 하중에 의해 수축되고 복원되는 수축복원층을 포함하며, 상기 수축복원층은 나노섬유로 형성된 나노섬유부재인 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 나노섬유부재는 폴리머수지와 도전성분말, 용매를 포함한 폴리머 방사액을 사용하여 전기 방사하여 제조되는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 나노섬유에는 도전성 분말이 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
4. 제1항에서,
   상기 상부 전극은 프린지 커패시턴스를 생성하는 열린 영역이 상하좌우 대칭인 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
5. 제4항에서,
   상기 상부 전극은 복수의 단위 패턴을 연결하여 형성되고, 상기 열린 영역은 단위 패턴 주위에 상하좌우 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
6. 제1항에서,
   상기 하부 전극은 직사각형 막대 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
7. 제1항에서,
   상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 생성되는 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 감지하는 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
8. 제7항에서,
   상기 감지부는
   초기 뮤추얼 커패시턴스보다 작은 값의 신호를 소프트 터치로 인식하고, 초기 뮤추얼 커패시턴스보다 큰 값의 신호를 하드 터치로 인식하는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
9. 제1항에서,
   상기 수축복원층은
   하중에 따라 수축하거나 복원하여, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 거리를 변경하는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.
10. 제1항에서,
    변형에 의한 상기 수축복원층의 손실을 막고, 상기 수축복원층이 일정한 형상을 유지하도록 상기 수축복원층의 외곽에 설치되는 밀봉 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치압력 감지 센서.

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