KR20170097963A - 상호용량 방식의 터치 압력 감지 센서와 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지 - Google Patents

상호용량 방식의 터치 압력 감지 센서와 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지 Download PDF

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진병수
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주식회사 아모센스
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Abstract

본 발명은 터치 압력 감지 센서에 관한 것으로 탄성 지지체, 상기 탄성 지지체의 하부면에 배치되는 그라운드접지 플레이트부재, 상기 탄성 지지체의 상부면에 배치되는 기재 및 상기 기재의 하부면에 구비되는 구동전극부재와 감지전극부재를 포함하여 하나의 기재에 구비되는 구동(drive)전극과 감지(sense)전극을 포함한 압력감지 전극부와 그라운드 접지 사이의 상호용량 변화값에 따라 터치 압력 단계를 구분하여 감지함으로써 최대 가압 감지 단계의 반복 작동에 대한 작동 신뢰성을 향상시키고, 정전용량 감지를 위한 콘트롤 칩셋의 채널 수를 줄여 콘트롤 칩셋의 발열을 최소화하며, 하나의 기재에 구동(drive)전극과 감지(sense)전극을 동시에 형성하여 제조 과정을 단순화하고, 제조원가를 절감한다.

Description

상호용량 방식의 터치 압력 감지 센서와 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지{Mutual-capacitance Type Touch Pressure Sensor and Ground for Touch Pressure Sensor}
본 발명은 상호용량 방식의 터치 압력 감지 센서와 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지에 관한 것으로 더 상세하게는 상호용량 방식으로 터치 압력을 감지하여 최대 가압 감지 단계의 반복 작동에 대한 작동 신뢰성을 확보하고, 콘트롤 칩셋의 채널 수를 줄일 수 있는 상호용량 방식의 터치 압력 감지 센서에 관한 것이다.
일반적으로 터치 스크린 패널은 투명 필름에 투명 전극이 구비된 터치센서를 커버 유리(Cover Glass)에 합착하여 제작되고 있다.
상기 터치 스크린 패널은 상기 터치센서를 이용한 정전 용량방식으로 화면 상의 터치를 감지하고 있다.
또한, 터치 스크린 패널은 상기 터치센서로 2차원적인 감지 즉, 화면의 평면 상에서 터치의 감지와 감지된 평면상의 위치만을 감지하고 있다.
이에 사용자의 다양한 요구를 만족시키기 위해 터치압력을 감지하여 터치압력에 따라 설치된 프로그램 또는 어플리케이션의 구분하여 실행하도록 터치 스크린 패널용 터치압력 감지 센서가 제안된 바 있다.
상기 터치 스크린 패널용 터치압력 감지 센서는 통상 디스플레이 패널유닛의 하부 측에 배치되어 상기 터치 스크린 패널의 커버 기재에서 가해지는 압력을 상기 디스플레이 패널유닛을 통해 전달받아 감지하고 있다.
종래의 터치 스크린 패널용 터치압력 감지 센서는 정전용량 변화값 또는 저항 변화값을 발생시킬 수 있는 전극이 상부와 하부에 각각 별도로 구비되어야 하고, 탄성지지체의 상, 하면에 각각 전극을 형성할 수 있는 기재가 구비되므로 두께가 두껍게 형성되는 문제점이 있었다.
종래의 터치 스크린 패널용 터치압력 감지 센서가 적용되는 터치 스크린 패널은 디스플레이 패널유닛의 하부 측에 터치 스크린 패널용 터치압력 감지 센서가 배치됨으로써 두께 및 중량이 증대되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 터치 스크린 패널용 터치압력 센서는 탄성지지체의 상, 하면에 구동(Drive)전극이 구비된 제1플렉시블 기재, 감지(Sense)전극이 구비된 제2플렉시블 기재가 구비되어 구동전극과 감지전극 사이의 정전용량 차이에 따라 터치 압력을 단계별로 구분하고 있어 최대 가압 감지 단계가 반복되는 경우 제1플렉스블 기재와 제2플렉시블 기재에 구비된 구동전극과 감지전극의 변형으로 인해 내구성을 확보하기 어려워 최대 가압 감지 단계의 다수 반복 작동 시 작동신뢰성이 크게 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 터치 스크린 패널용 터치압력 센서는 구동전극과 드라이브 전극 사이의 정전용량 감지를 위한 콘트롤 칩셋의 채널 수가 많이 필요하므로 콘트롤 칩셋의 발열이 많이 발생되는 문제점이 있으며, 탄성지지체의 상, 하면에 제1플렉시블 기재와 제2플렉시블 기재가 각각 배치되어야 하므로 제조과정이 복잡하고, 제조원가가 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로 구동전극부재와 감지전극부재을 포함한 터치압력 감지전극부와 그라운드 전극부 사이의 상호용량 변화로 터치 압력을 감지하여 최대 가압 감지 단계의 반복 작동에 대한 작동 신뢰성을 확보할 수 있으며 콘트롤 칩셋의 채널수를 줄여 구동 시 콘트롤 칩셋의 발열을 최소화하는 상호용량 방식의 터치 압력 감지 센서와 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로 하나의 기재에 구동(drive)전극과 감지(sense)전극이 형성되어 제조과정을 단순화하고 제조원가를 절감하는 터치 압력 감지 센서와 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서는, 탄성 지지체, 상기 탄성 지지체의 하부면에 배치되는 그라운드접지 플레이트부재, 상기 탄성 지지체의 상부면에 배치되는 기재 및 상기 기재의 하부면에 구비되는 구동전극부재와 감지전극부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서는, 상기 기재의 상부면에 형성되며 상기 구동전극부재와 상기 기재에 형성된 비아홀 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 구동전극부재를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제1회로연결 전극부재; 및 상기 감지전극부재와 상기 기재에 형성된 비아홀 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 감지전극부재를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제2회로연결 전극부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서는, 상기 기재와 상기 탄성 지지체를 접착시키는 기재접착부재, 상기 탄성 지지체와 상기 그라운드접지 플레이트부재를 접착시키는 그라운드접착부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 구동전극부재는 복수의 구동전극패턴을 포함하고, 상기 감지전극부재는 복수의 감지전극패턴을 포함하며, 복수의 상기 구동전극패턴 중 어느 하나의 구동전극패턴과 복수의 감지전극패턴 중 어느 하나의 감지전극패턴은 하나의 압력감지 전극셀을 형성하고, 상기 압력감지 전극셀과 상기 그라운드접지 플레이트부재 사이의 용량변화 값으로 압력을 감지할 수 있다.
본 발명에서 상기 기재에는 상기 탄성 지지체의 복원력을 향상시키기 위한 복수의 탄성복원용 구멍이 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성복원용 구멍은 복수의 상기 구동전극패턴 또는 복수의 상기 감지전극패턴에서 대각선 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명에서 상기 압력감지 전극셀은 상기 기재 상에 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 이격되게 배치될 수 있다.
본 발명에서 상기 구동전극부재는 복수의 구동전극패턴을 포함하고, 상기 감지전극부재는 복수의 감지전극패턴을 포함하며, 복수의 상기 구동전극패턴은 상기 기재에서 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 배치되고, 복수의 상기 감지전극패턴은 상기 기재에서 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 배치되되 상기 구동전극패턴의 열과 평행한 열로 배치되고 상기 구동전극패턴의 행과 일직선을 이루는 행으로 배치될 수 있다.
본 발명에서 상기 기재의 상부면에 형성되며 상기 구동전극부재와 상기 기재에 형성된 비아홀 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 구동전극부재를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제1회로연결 전극부재; 및 상기 감지전극부재와 상기 기재에 형성된 비아홀 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 감지전극부재를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제2회로연결 전극부재를 더 포함하며, 상기 제1회로연결 전극부재는 종방향으로 배치되어 하나의 행을 이루는 복수의 상기 구동전극패턴을 전기적으로 연결하고, 상기 제2회로연결 전극부재는 종방향으로 배치되어 패턴연결 전극라인으로 서로 연결되는 상기 감지전극패턴의 한열과 전기적으로 연결되거나, 상기 제1회로연결 전극부재는 종방향으로 배치되어 패턴연결 전극라인으로 서로 연결되는 상기 구동전극패턴의 한열과 전기적으로 연결되거나, 상기 제2회로연결 전극부재는 종방향으로 배치되어 하나의 행을 이루는 복수의 상기 감지전극패턴을 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명에서 상기 구동전극패턴의 한 열과 상기 감지전극패턴의 한 열 중 어느 하나 한열은 패턴연결 전극라인에 의해 서로 전기적으로 연결되며, 상기 구동전극패턴의 한 열과 상기 감지전극패턴의 한 열 중 다른 하나는 각 전극패턴의 일측에 다른 전극패턴과 단락된 형태로 돌출되는 패턴돌출 전극라인이 구비되며, 상기 기재의 상부면에는 횡방향으로 이격되고 종방향으로 배치되어 상기 패턴돌출 전극라인을 종방향으로 연결하며 다른 외부회로와 연결되는 복수의 제1회로연결 전극라인과, 횡방향으로 이격되고 종방향으로 배치되어 상기 패턴연결 전극라인으로 연결된 열과 각각 전기적으로 연결되며 다른 외부회로와 연결되는 제2회로연결 전극라인이 구비되며, 상기 패턴돌출 전극라인과 제1회로연결 전극라인은 상기 기재에 형성되는 비아홀 내부에 구비되는 연결도전체로 연결되고, 상기 패턴연결 전극라인으로 연결된 열과 상기 제2회로연결 전극라인은 상기 기재에 형성되는 비아홀 내부에 구비되는 연결도전체로 연결될 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 지지체는 섬유체로 형성되는 탄성 멤브레인부재일 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 멤브레인부재는 나노섬유로 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 섬유체의 섬유 내에는 도전성 분말이 분포될 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 멤브레인부재는 섬유체의 섬유 사이 공간에 삽입되는 탄성젤부재를 구비할 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 멤브레인부재는 상기 기재가 상면에 배치된 상태에서 압축되어 압축되기 전 두께보다 작은 두께를 가지도록 형성되며, 상기 탄성 멤브레인부재의 압축 전 두께가 d2이고, 압축 후 두께가 d1일 때 압축 후 두께는 0.2×d2 ≤ d1 ≤0.9×d2을 만족할 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 멤브레인부재의 두께는 10 ~ 20㎛일 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 멤브레인부재의 섬유는 600 ~ 700nm의 선경을 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 멤브레인부재의 두께(d1)과 상기 탄성 멤브레인부재의 섬유 선경(d3)은 d1:d3 = 1~2 : 0.03~0.007을 만족할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지는, 탄성 지지체의 하부면에 배치되어 상호용량 변화 감지를 위해 사용되는 그라운드접지 플레이트부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 그라운드접지 플레이트부재는 탄성을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하나의 기재에 구비되는 구동(drive)전극과 감지(sense)전극을 포함한 압력감지 전극부와 그라운드 접지 사이의 상호용량 변화값에 따라 터치 압력 단계를 구분하여 감지함으로써 최대 가압 감지 단계의 반복 작동에 대한 작동 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명은 정전용량 감지를 위한 콘트롤 칩셋의 채널 수를 줄여 콘트롤 칩셋의 발열을 최소화하는 효과가 있다.
본 발명은 하나의 기재에 구동(drive)전극과 감지(sense)전극을 동시에 형성하여 제조 과정을 단순화하고, 제조원가를 절감하는 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 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서의 구조를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 구동(drive)전극과 감지(sense)전극을 포함한 압력감지 전극부와 그라운드 접지의 회로에 대한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 기재의 일면에 구비되는 구동(drive)전극부재와 감지(sense)전극부재의 일 예를 도시한 기재의 저면도.
도 4는 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 기재의 타면에 구비되는 회로연결 전극부재의 일 예를 도시한 기재의 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 기재의 평면도.
도 6은 도 3의 A부 확대도.
도 7은 도 5의 B부 확대도.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 상호용량의 변화를 설명하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 상호용량의 변화를 나타내는 그래프.
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 1은 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서의 구조를 도시한 개략도이며, 도 1을 참고하면 본 발명의 일 실시 예에 의한 터치 압력 감지 센서는 탄성 지지체(10)를 포함한다.
상기 탄성 지지체(10)의 하부면에는 그라운드접지 플레이트부재(20)가 배치된다.
상기 그라운드접지 플레이트부재(20)는 탄성 지지체(10)의 하부면에 배치되어 상호용량 변화 감지를 위해 사용되는 것이다.
본 발명에서 상부면은 터치가 가해지는 측을 향하는 면을 말하며 하부면은 상기 상부면의 맞은 편의 면을 말하는 것으로 상, 하의 고정된 방향을 정의하는 것이 아닌 터치가 가해지는 방향에 따라 변경되는 방향임을 밝혀둔다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지는, 상기 그라운드접지 플레이트부재(20)를 포함하며 상기 그라운드접지 플레이트부재(20)는 상기 탄성 지지체(10)의 상부에 배치되는 구동(drive)전극부재와 감지(sense)전극부재를 포함하는 압력감지용 전극부와의 사이에서 정전용량 변화를 발생시키는 역할을 하는 전극부이다.
상기 그라운드접지 플레이트부재(20)는 터치 압력을 지지하여 상기 탄성 지지체(10)의 하부 측의 변형을 방지하여 터치 압력을 정확하게 감지할 수 있도록 하는 강성을 가지며 영구변형되지 않는 즉, 가압된 후 복원가능한 탄성을 일부 가지는 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 그라운드접지 플레이트부재(20)는 터치 압력을 지지할 수 있는 강성과 영구변형되지 않고 터치 압력의 탄성지지가 가능한 정도의 탄성을 가지는 SUS재질인 것을 일 예로 한다.
상기 탄성 지지체(10)의 상부에는 구동전극부재(40)와 감지전극부재(50)를 포함하는 압력감지용 전극부가 형성되는 기재(30)가 배치된다.
상기 기재(30)는 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 투명 또는 반투명의 필름을 사용하는 것을 일 예로 한다.
상기 기재(30)의 하부면 즉, 상기 기재(30)에서 상기 그라운드접지 플레이트부재(20)를 향하는 면에는 구동전극부재(40)와 감지전극부재(50)가 구비된다.
상기 구동전극부재(40)는 복수의 구동전극패턴(41)을 포함하고, 상기 감지전극부재(50)는 복수의 감지전극패턴(51)을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의한 터치 압력 감지 센서는 상기 기재(30)의 상부면에 형성되며 상기 구동전극부재(40)와 상기 기재(30)에 형성된 비아홀(31) 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 구동전극부재(40)를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제1회로연결 전극부재(60); 및 상기 감지전극부재(50)와 상기 기재(30)에 형성된 비아홀(31) 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 감지전극부재(50)를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제2회로연결 전극부재(70)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1회로연결 전극부재(60)는 상기 기재(30)의 비아홀(31) 내에 형성되는 연결도전체를 통해 복수의 상기 구동전극패턴(41)을 전기적으로 연결하여 다른 외부회로와 연결시키기 위한 트레이스 전극인 것을 일 예로 한다.
또한, 상기 제1회로연결 전극부재(60)는 상기 기재(30)의 비아홀(31) 내에 형성되는 연결도전체를 통해 복수의 상기 감지전극패턴(51)을 전기적으로 연결하여 다른 외부회로와 연결시키기 위한 트레이스 전극인 것을 일 예로 한다.
한편, 상기 탄성 지지체(10)는 섬유체로 형성되는 탄성 멤브레인부재(11)인 것을 일 예로 한다.
또한, 상기 탄성 멤브레인부재(11)는 나노섬유(11a)로 형성되는 것을 일 예로 하며, 상기 나노섬유(11a)의 내부에는 도전성 분말(11b)이 분포되어 있다.
상기 탄성 멤브레인부재(11)는 내화학성이 있는 고분자 재료와 도전성 분을 혼합하고 도전성 분말(11b)이 혼합된 고분자 재료를 전기방사 공법을 이용하여 나노 섬유 형태로 방사하여 형성한 것을 일 예로 한다.
더 상세하게 상기 탄성 멤브레인부재(11)는 폴리머수지와 도전성 분말(11b), 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(11b)은 구형의 은분말인 것을 일 예로 하며, 이외에도 구리분말, 알루미늄분말, 금분말일 수 있고, 두개 이상의 도전성 분말(11b)이 혼합된 것일 수도 있다.
상기 도전성 분말(11b)은 상기 폴리머 방사액 내에 포함되어 전기 방사 공정에 의한 상기 나노섬유(11a) 내에 삽입되어 고르게 분포되는 것이다.
상기 탄성 지지체(10)는 상기 탄성 멤브레인부재(11) 이외에 젤 재질로 형성되거나 이외의 탄성 재질의 시트 또는 필름체로 다양하게 변형실시될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 탄성 멤브레인부재(11)는 상기 기재(30)가 상면에 배치된 상태에서 압축되어 압축되기 전 두께보다 작은 두께를 가지도록 형성되어 탄성 복원력이 최초 상태 즉, 압축되기 전 제조된 상태에서 압축되어 두께가 감소되어 탄성 복원력이 증대되는 것이다.
상기 탄성 멤브레인부재(11)의 압축 전 두께가 d2이고, 압축 후 두께가 d1일 때 압축 후 두께는 0.2×d2 ≤ d1 ≤0.9×d2을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탄성 멤브레인부재(11)의 두께는 10 ~ 20㎛인 것을 일 예로 하고, 상기 탄성 멤브레인부재(11)의 섬유는 600 ~ 700nm의 선경을 가지는 것을 일 예로 한다.
상기 탄성 멤브레인부재(11)의 두께(d1)과 상기 탄성 멤브레인부재(11)의 섬유 선경(d3)은 d1:d3 = 1~2 : 0.03~0.007을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탄성 멤브레인부재(11)는 섬유체의 섬유 사이 공간에 삽입되는 탄성젤부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 탄성젤부재는 실리콘젤인 것을 일 예로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 터치 압력 감지 센서는 상기 기재(30)와 상기 탄성 지지체(10)를 접착시키는 기재접착부재(80), 상기 탄성 지지체(10)와 상기 그라운드접지 플레이트부재(20)를 접착시키는 그라운드접착부재(90)를 더 포함할 수 있다.
상기 기재접착부재(80)는 하나의 구동전극패턴(41)과 하나의 감지전극패턴(51)으로 이루어지는 압력감지 전극셀(100) 사이에 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 구동(drive)전극부재(40)와 감지(sense)전극부재(50)를 포함한 압력감지 전극부와 그라운드 접지의 회로에 대한 개략이고, 도 2를 참고하면 본 발명의 일 실시 예에 의한 터치 압력 감지 센서는 상기 구동전극부재(40)가 X전극이고, 상기 감지전극부재(50)가 Y전극일 때 X-GND-Y의 형태로 정전용량이 직렬 연결된 구조를 가지는 것을 일 예로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 터치 압력 감지 센서는 상기 기재(30)의 상부면에 압력이 가해지면 X-GND, Y-GND 사이의 거리가 변하게 되고 이에 따라 각각이 이루고 있는 정전용량 값이 변하게 됨과 아울러 X-GND-Y 사이의 정전용량 값이 변하여 압력을 감지하는 구조인 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 기재(30)의 일면에 구비되는 구동(drive)전극부재(40)와 감지(sense)전극부재(50)의 일 예를 도시한 기재(30)의 저면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 기재(30)의 타면에 구비되는 회로연결 전극부재의 일 예를 도시한 기재(30)의 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 기재(30)의 평면도이다.
또한, 도 6은 도 3의 A부 확대도이고, 도 7은 도 5의 B부 확대도이다.
도 3 내지 도 7을 참고하면, 상기 구동전극부재(40)는 복수의 구동전극패턴(41)을 포함하고, 상기 감지전극부재(50)는 복수의 감지전극패턴(51)을 포함하며, 복수의 상기 구동전극패턴(41) 중 어느 하나의 구동전극패턴(41)과 복수의 감지전극패턴(51) 중 어느 하나의 감지전극패턴(51)은 하나의 압력감지 전극셀(100)을 형성한다.
상기 압력감지 전극셀(100)은 상기 기재(30) 상에 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 이격되게 배치되는 것이다.
더 상세하게 복수의 상기 구동전극패턴(41)은 상기 기재(30)에서 X축 방향과 Y축방향으로 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 배치된다.
또한, 복수의 상기 감지전극패턴(51)은 상기 기재(30)에서 X축 방향과 Y축 방향으로 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 배치되되 X축 방향과 Y축 방향 중 어느 한 방향에서 상기 구동전극패턴(41)과 평행하고 다른 한 방향에서 상기 구동전극패턴(41)과 일직선을 이루도록 배치된다.
즉, 복수의 상기 구동전극패턴(41)은 상기 기재(30)에서 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 배치되고, 복수의 상기 감지전극패턴(51)은 상기 기재(30)에서 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 배치되되 상기 구동전극패턴(41)의 열과 평행한 열로 배치되고 상기 구동전극패턴(41)의 행과 일직선을 이루는 행으로 배치된다.
상기 기재(30)의 하부면에는 서로 나란하게 배열된 상기 구동전극패턴(41)의 한 열과 상기 감지전극패턴(51)의 한 열 중 어느 하나는 한열을 이루는 복수의 전극패턴을 전기적으로 연결하는 패턴연결 전극라인(52)이 구비된다.
도 3 내지 도 7에서 상기 패턴연결 전극라인(52)은 한열을 이루는 복수의 상기 감지전극패턴(51)을 연결하는 것으로 도시되어 있음을 밝혀둔다.
즉, 한열을 이루는 복수의 상기 구동전극패턴(41)과 한열을 이루는 상기 복수의 감지전극패턴(51) 중 어느 하나는 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 연결된다.
상기 패턴연결 전극라인(52)은 한열을 이루는 복수의 구동전극패턴(41)을 서로 전기적으로 연결하거나 한열을 이루는 복수의 감지전극패턴(51)을 서로 전기적으로 연결한다.
또한, 상기 기재(30)의 하부면에는 서로 나란하게 배열된 상기 구동전극패턴(41)의 한 열과 상기 감지전극패턴(51)의 한 열 중 다른 하나는 각 전극패턴의 일측에 다른 전극패턴과 단락된 형태로 돌출되는 패턴돌출 전극라인(42)이 구비된다.
도 3 내지 도 7에서 상기 패턴돌출 전극라인(42)은 한열을 이루는 복수의 상기 구동전극패턴(41)의 일측으로 돌출되게 도시되어 있음을 밝혀둔다.
상기 패턴돌출 전극라인(42)은 상기 기재(30)의 상부면에 구비되며 종방향으로 배치되는 상기 제1회로연결 전극부재(60)와 상기 제2회로연결 전극부재(70) 중 어느 한 측에 의해 다른 외부회로로 연결된다.
즉, 하나의 행을 이루는 복수의 상기 구동전극패턴(41) 또는 하나의 행을 이루는 복수의 상기 감지전극패턴(51)은 상기 제1회로연결 전극부재(60)와 상기 제2회로연결 전극부재(70) 중 어느 한 측에 의해 종방향으로 연결된다.
상기 제1회로연결 전극부재(60)와 상기 제2회로연결 전극부재(70) 중 어느 한 측은 횡방향으로 이격되게 종방향으로 배치되어 하나의 행을 이루는 전극패턴을 종방향으로 연결하여 다른 외부회로와 연결시키는 복수의 제1회로연결 전극라인(61)을 포함한다.
또한 상기 제1회로연결 전극부재(60)와 상기 제2회로연결 전극부재(70) 중 다른 한 측은 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 연결되는 복수의 전극패턴으로 이루어진 하나의 열과 각각 연결되며 횡방향으로 이격되게 종방향으로 배치되고 다른 외부회로와 연결되는 복수의 제2회로연결 전극라인(71)을 포함할 수 있다.
상기 제1회로연결 전극라인(61)과 하나의 행을 이루는 전극패턴은 상기 비아홀을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 제2회로연결 전극라인(71)는 각각 비아홀을 통해 복수의 전극패턴으로 이루어진 하나의 열과 연결된다.
상기 기재(30)에는 상부면과 하부면의 전극 즉, 하부면에 형성된 상기 구동전극부재(40)와 상기 감지전극부재(50)를 상기 제1회로연결 전극부재(60)와 상기 제2회로연결 전극부재(70)로 전기적 연결할 수 있도록 내부에 연결도전체가 구비된 비아홀(31)이 복수로 형성된다.
상기 비아홀(31)은 상기 패턴연결 전극라인(52)과 상기 패턴돌출 전극라인(42)에 각각 형성되는 것을 일 예로 한다.
즉, 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 연결되어 하나의 열을 이루는 복수의 상기 구동전극패턴(41) 또는 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 연결되어 하나의 열을 이루는 복수의 상기 감지전극패턴(51)은 종방향으로 배치되는 상기 제2회로연결 전극라인(71)과 상기 비아홀(31)을 통해 전기적으로 연결되고, 다른 외부회로와 연결될 수 있다.
또한, 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 서로 전기적으로 연결된 하나의 열을 이루는 상기 구동전극패턴(41)의 각 열 또는 상기 감지전극패턴(51)의 각 열은 상기 제2회로연결 전극라인(71)과 상기 비아홀(31)을 통해 전기적으로 연결된다.
정리하면, 상기 제1회로연결 전극부재(60)는 종방향으로 배치되어 하나의 행을 이루는 복수의 상기 구동전극패턴(41)을 전기적으로 연결하고, 상기 제2회로연결 전극부재(70)는 종방향으로 배치되어 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 서로 연결되는 상기 감지전극패턴(51)의 한열과 전기적으로 연결되거나, 상기 제1회로연결 전극부재(60)는 종방향으로 배치되어 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 서로 연결되는 상기 구동전극패턴(41)의 한열과 전기적으로 연결되거나, 상기 제2회로연결 전극부재(70)는 종방향으로 배치되어 하나의 행을 이루는 복수의 상기 감지전극패턴(51)을 전기적으로 연결하는 것을 일 예로 한다.
또한, 상기 구동전극패턴(41)의 한 열과 상기 감지전극패턴(51)의 한 열 중 어느 하나 한열은 상기 패턴연결 전극라인(52)에 의해 서로 전기적으로 연결되며, 상기 구동전극패턴(41)의 한 열과 상기 감지전극패턴(51)의 한 열 중 다른 하나는 각 전극패턴의 일측에 다른 전극패턴과 단락된 형태로 돌출되는 패턴돌출 전극라인(42)이 구비되며, 상기 기재(30)의 상부면에는 횡방향으로 이격되고 종방향으로 배치되어 상기 패턴돌출 전극라인(42)을 종방향으로 연결하며 다른 외부회로와 연결되는 복수의 제1회로연결 전극라인(61)과, 횡방향으로 이격되고 종방향으로 배치되어 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 연결된 열과 각각 전기적으로 연결되며 다른 외부회로와 연결되는 제2회로연결 전극라인(71)이 구비될 수 있다.
상기 패턴돌출 전극라인(42)과 제1회로연결 전극라인(61)은 상기 기재(30)에 형성되는 비아홀(31) 내부에 구비되는 연결도전체로 연결되고, 상기 패턴연결 전극라인(52)으로 연결된 열과 상기 제2회로연결 전극라인(71)은 상기 기재(30)에 형성되는 비아홀(31) 내부에 구비되는 연결도전체로 연결될 수 있다.
상기 기재(30)에는 상기 탄성 지지체(10)의 복원력을 향상시키기 위한 복수의 탄성복원용 구멍(32)이 형성되는 것이 바람직하며 상기 탄성복원용 구멍(32)은 복수의 상기 구동전극패턴(41) 또는 복수의 상기 감지전극패턴(51)에서 대각선 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 압력감지 전극셀(100)은 사용자의 터치가 이루어지는 지점에서 터치에 의해 하강하여 상기 그라운드접지 플레이트부재(20) 사이에 정전용량 변화를 발생시키는 것이다.
즉, 복수의 구동전극패턴(41)과 복수의 감지전극패턴(51) 중 서로 인접한 하나의 구동전극패턴(41)과 하나의 감지전극패턴(51)은 하나의 압력감지 전극셀(100)을 형성하고, 터치 지점에서 서로 인접한 한쌍의 구동전극패턴(41)과 감지전극패턴(51) 즉, 하나의 구동전극패턴(41)과 하나의 감지전극패턴(51)을 함께 하강하여 상기 그라운드접지 플레이트부재(20) 사이에 정전용량 변화를 발생시키는 것이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 상호용량의 변화를 설명하는 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 터치 압력 감지 센서에서 상호용량의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서에서 상기 압력감지 전극셀(100)과 상기 그라운드접지 플레이트부재(20) 사이에 정전용량 변화값은 상기 기재(30) 상에서 가압방향의 반대방향 즉, 상기 기재(30)에서 수직으로 상향 형성되는 패러럴 커패시턴스(parallel capacitance, Cp)와 상기 압력감지 전극셀(100)의 외부 측으로 형성되어 상기 기재(30)에서 하향 형성되는 프린지 커패시턴스(fringe capacitance, Cf)의 합이다.
즉, 상기 압력감지 전극셀(100)과 상기 그라운드접지 플레이트부재(20) 사이에 정전용량값(Cm)은 하기 수학식 1과 같다.
Cm = Cp + Cf
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서는 상기 기재(30)의 상부에서 압력이 가해지면 즉, 터치에 의해 가압이 발생하면 상기 구동전극패턴(41)과 상기 그라운드접지 플레이트부재(20), 상기 감지전극패턴(51)과 상기 그라운드접지 플레이트부재(20) 사이의 거리가 변하게 되고, 이에 따라 각각이 이루고 있는 용량 값이 변하게 되어 상기 구동전극패턴(41) - 상기 그라운드접지 플레이트부재(20) - 상기 감지전극패턴(51) 사이의 용량값이 변하여 압력을 감지하는 구조이다
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서는 전도성을 가지는 상기 그라운드접지 플레이트부재(20)와 1장의 FPCB 즉, 상기 구동전극부재(40)와 상기 감지전극부재(50)가 하부면에 함께 형성된 하나의 기재(30)로 이루어진 상기 구동전극부재(40)와 상기 감지전극부재(50) 사이 즉, X, Y 전극 사이의 용량값을 가지고 압력센서의 기본인 패러럴 커패시턴스 값의 변화를 상호용량 값의 변화로 읽어 낼 수 있는 구조인 것이다.
아래에서 상기 구동전극부재(40)와 상기 감지전극부재(50)는 X, Y 전극으로 설명한다.
더 상세하게 설명하면 일반적인 터치 스크린에서 상호용량방식의 터치 센서는 기재(30) 상에 손가락을 대어 접촉하면 대면 X,Y 전극으로 향하던 일부의 전기장이 손가락을 통하여 접지되어(fringe capacitance, Cf) 기본 레벨값보다 용량값이 값이 떨어지게 되어 위치를 감지하는 것이나 이러한 방식으로는 압력감지는 불가능한 것이다.
즉, 종래 터치 스크린에서 상호용량방식의 터치 센서는 손가락과 터치센서의 프린지 커패시턴스(fringe capacitance, Cf)를 이용하여 용량값이 감소하는 양을 가지고 위치를 감지하는 방식으로 위치 감지는 가능하나 압력감지는 불가능한 것이다.
이에 반해 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서는 상기 탄성 지지체(10)의 수축에 의해 패러럴 커패시턴스(parallel capacitance, Cp)가 증가하는 것으로 압력 감지가 가능한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서는 손가락에 의한 프린지 커패시턴스(fringe capacitance, Cf)를 감지할 수 있고 이와 더불어 압력이 가해짐에 따라 상기 탄성 지지체(10)의 수축변위에 의한 패러럴 커패시턴스(parallel capacitance, Cp)가 증가를 감지하여 압력 감지가 가능한 것이다.
이는 상기 기재(30)의 한면에 형성되는 하나의 상기 구동전극패턴(41)과 하나의 상기 감지전극패턴(51)이 사용자의 터치와 함께 가압되어 하강함으로써 상기 그라운드접지 플레이트부재(20)와의 사이 간격이 좁혀짐으로써 가능한 것이다.
다시 정리하면 상기 기재(30)에 사용자의 터치 지점에서 가압이 발생하면 상기 탄성 지지체(10)의 두께가 t1에서 t2로 감소하고, 상기 탄성 지지체(10)의 두께 감소에 의하여 패러럴 커패시턴스(parallel capacitance, Cp) 값이 증가하여 도 10에서와 같이 기본 용량레벨값 보다 높아지게 되어 압력을 감지하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 압력 감지 센서는 상기 기재(30) 상에서 터치에 의한 가압이 발생되는 경우 다수의 압력감지 전극셀(100)에서 각각 상호용량값의 변화가 발생할 수 있고, 다수의 압력감지 전극셀(100)에서 가장 높은 상호용량값의 변화를 보이는 해당 압력감지 전극셀(100)의 위치를 터치 지점 즉, 가압지점으로 인식하여 터치 위치 인식까지 가능할 수도 있다.
본 발명은 하나의 기재(30)에 구비되는 구동(drive)전극과 감지(sense)전극을 포함한 압력감지 전극부와 그라운드 접지 사이의 상호용량 변화값에 따라 터치 압력 단계를 구분하여 감지함으로써 최대 가압 감지 단계의 반복 작동에 대한 작동 신뢰성을 향상시킨다.
본 발명은 정전용량 감지를 위한 콘트롤 칩셋의 채널 수를 줄여 콘트롤 칩셋의 발열을 최소화한다.
본 발명은 하나의 기재(30)에 구동(drive)전극과 감지(sense)전극을 동시에 형성하여 제조 과정을 단순화하고, 제조원가를 절감한다.
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.
10 : 탄성 지지체 11 : 탄성 멤브레인부재
11a : 나노섬유 11b : 도전성 분말
20 : 그라운드접지 플레이트부재 30 : 기재
31 : 비아홀 32 : 탄성복원용 구멍
40 : 구동전극부재 41 : 구동전극패턴
42 : 패턴돌출 전극라인 50 : 감지전극부재
51 : 감지전극패턴 52 : 패턴연결 전극라인
60 : 제1회로연결 전극부재 61 : 제1회로연결 전극라인
70 : 제2회로연결 전극부재 71 : 제2회로연결 전극라인
80 : 기재접착부재 90 : 그라운드접착부재
100 : 압력감지 전극셀

Claims (20)

  1. 탄성 지지체
    상기 탄성 지지체의 하부면에 배치되는 그라운드접지 플레이트부재;
    상기 탄성 지지체의 상부면에 배치되는 기재; 및
    상기 기재의 하부면에 구비되는 구동전극부재와 감지전극부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재의 상부면에 형성되며 상기 구동전극부재와 상기 기재에 형성된 비아홀 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 구동전극부재를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제1회로연결 전극부재; 및
    상기 감지전극부재와 상기 기재에 형성된 비아홀 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 감지전극부재를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제2회로연결 전극부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기재와 상기 탄성 지지체를 접착시키는 기재접착부재, 상기 탄성 지지체와 상기 그라운드접지 플레이트부재를 접착시키는 그라운드접착부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동전극부재는 복수의 구동전극패턴을 포함하고, 상기 감지전극부재는 복수의 감지전극패턴을 포함하며, 복수의 상기 구동전극패턴 중 어느 하나의 구동전극패턴과 복수의 감지전극패턴 중 어느 하나의 감지전극패턴은 하나의 압력감지 전극셀을 형성하고,
    상기 압력감지 전극셀과 상기 그라운드접지 플레이트부재 사이의 용량변화 값으로 압력을 감지하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기재에는 상기 탄성 지지체의 복원력을 향상시키기 위한 복수의 탄성복원용 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄성복원용 구멍은 복수의 상기 구동전극패턴 또는 복수의 상기 감지전극패턴에서 대각선 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 압력감지 전극셀은 상기 기재 상에 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동전극부재는 복수의 구동전극패턴을 포함하고, 상기 감지전극부재는 복수의 감지전극패턴을 포함하며,
    복수의 상기 구동전극패턴은 상기 기재에서 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 배치되고,
    복수의 상기 감지전극패턴은 상기 기재에서 복수의 열과 복수의 행을 가지도록 배치되되 상기 구동전극패턴의 열과 평행한 열로 배치되고 상기 구동전극패턴의 행과 일직선을 이루는 행으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기재의 상부면에 형성되며 상기 구동전극부재와 상기 기재에 형성된 비아홀 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 구동전극부재를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제1회로연결 전극부재; 및 상기 감지전극부재와 상기 기재에 형성된 비아홀 내 연결도전체로 전기적으로 연결되어 상기 감지전극부재를 다른 외부회로와 전기적으로 연결하는 제2회로연결 전극부재를 더 포함하며,
    상기 제1회로연결 전극부재는 종방향으로 배치되어 하나의 행을 이루는 복수의 상기 구동전극패턴을 전기적으로 연결하고, 상기 제2회로연결 전극부재는 종방향으로 배치되어 패턴연결 전극라인으로 서로 연결되는 상기 감지전극패턴의 한열과 전기적으로 연결되거나,
    상기 제1회로연결 전극부재는 종방향으로 배치되어 패턴연결 전극라인으로 서로 연결되는 상기 구동전극패턴의 한열과 전기적으로 연결되거나, 상기 제2회로연결 전극부재는 종방향으로 배치되어 하나의 행을 이루는 복수의 상기 감지전극패턴을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 구동전극패턴의 한 열과 상기 감지전극패턴의 한 열 중 어느 하나 한열은 패턴연결 전극라인에 의해 서로 전기적으로 연결되며,
    상기 구동전극패턴의 한 열과 상기 감지전극패턴의 한 열 중 다른 하나는 각 전극패턴의 일측에 다른 전극패턴과 단락된 형태로 돌출되는 패턴돌출 전극라인이 구비되며,
    상기 기재의 상부면에는 횡방향으로 이격되고 종방향으로 배치되어 상기 패턴돌출 전극라인을 종방향으로 연결하며 다른 외부회로와 연결되는 복수의 제1회로연결 전극라인과, 횡방향으로 이격되고 종방향으로 배치되어 상기 패턴연결 전극라인으로 연결된 열과 각각 전기적으로 연결되며 다른 외부회로와 연결되는 제2회로연결 전극라인이 구비되며,
    상기 패턴돌출 전극라인과 제1회로연결 전극라인은 상기 기재에 형성되는 비아홀 내부에 구비되는 연결도전체로 연결되고,
    상기 패턴연결 전극라인으로 연결된 열과 상기 제2회로연결 전극라인은 상기 기재에 형성되는 비아홀 내부에 구비되는 연결도전체로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 지지체는 섬유체로 형성되는 탄성 멤브레인부재인 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄성 멤브레인부재는 나노섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 섬유체의 섬유 내에는 도전성 분말이 분포되는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 탄성 멤브레인부재는 섬유체의 섬유 사이 공간에 삽입되는 탄성젤부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 탄성 멤브레인부재는 상기 기재가 상면에 배치된 상태에서 압축되어 압축되기 전 두께보다 작은 두께를 가지도록 형성되며,
    상기 탄성 멤브레인부재의 압축 전 두께가 d2이고, 압축 후 두께가 d1일 때 압축 후 두께는 0.2×d2 ≤ d1 ≤0.9×d2을 만족하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 탄성 멤브레인부재의 두께는 10 ~ 20㎛인 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 탄성 멤브레인부재의 섬유는 600 ~ 700nm의 선경을 가지는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 탄성 멤브레인부재의 두께(d1)과 상기 탄성 멤브레인부재의 섬유 선경(d3)은 d1:d3 = 1~2 : 0.03~0.007을 만족하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서.
  19. 탄성 지지체의 하부면에 배치되어 상호용량 변화 감지를 위해 사용되는 그라운드접지 플레이트부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지.
  20. 상기 그라운드접지 플레이트부재는 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 터치 압력 감지 센서용 그라운드 접지.
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