KR20170143474A - 웨어러블 직접묘화 입력장치 - Google Patents

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KR20170143474A
KR20170143474A KR1020170163979A KR20170163979A KR20170143474A KR 20170143474 A KR20170143474 A KR 20170143474A KR 1020170163979 A KR1020170163979 A KR 1020170163979A KR 20170163979 A KR20170163979 A KR 20170163979A KR 20170143474 A KR20170143474 A KR 20170143474A
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wearable
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electrode
direct drawing
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박종진
박상기
박성웅
강미소
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전남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 직물 기재 상에 전도성 패턴이 형성된 제1 직물 전극; 상기 제1 직물 전극과 대향하여 형성되고, 신축성 직물 기재상에 전도성 패턴이 형성된 제2 직물 전극; 상기 제1 직물 전극과 제2 직물 전극 사이에 형성되어, 양 전극 사이의 이격거리를 유지하는 스페이서; 상기 스페이서와 제1 전극 사이에 스페이서의 처짐으로 인한 에러를 방지하기 위한 일정한 간격으로 복수 개 분산 형성된 스페이서 도트(spacer dot)를 포함하는 웨어러블 직접묘화 입력장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치는 착용감, 항시성, 편리성(사용자 인터페이스), 안정성, 사회성이 우수하여 언제 어디서나 착용 가능한 상태로 입력할 수 할 수 있는 웨어러블 직접묘화 입력장치에 관한 것이다.

Description

웨어러블 직접묘화 입력장치{WEARABLE DIRECT WRITING APPRATUS}
본 발명은 언제 어디서나 착용 가능한 상태로 입력할 수 할 수 있는 웨어러블 직접묘화 입력장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 착용감, 항시성, 편리성(사용자 인터페이스), 안정성, 사회성, 경제성이 뛰어난 웨어러블 직접묘화 입력장치에 관한 것이다.
현재 웨어러블 스마트 기기(Wearable Smart Device)는 신체에 부착하여 컴퓨팅을 할 수 있는 모든 전자기기를 지칭하며, 일부 컴퓨팅 기능을 수행을 할 수 있는 어플리케이션까지 포함하는 것으로 정의하고 있다. 또한 사용자가 이동 또는 활동 중에도 자유롭게 사용할 수 있도록 신체나 의복에 착용가능 하도록 규모가 작고 가볍게 개발되어 신체의 가장 가까운 곳에서 사용자와 소통 가능한 차세대 전자기기를 의미한다.
이러한 웨어러블 스마트 기기에는 키보드, 마우스와 같은 종래의 사용자 입력장치를 사용할 수 없기 때문에, 의복의 특성에 맞는 다양한 입력 방법들이 연구되어 왔다.
이러한, 웨어러블 스마트 기기를 위해서는 디지털 스마트 기기를 컨트롤할 수 있는 웨어러블 입력장치나 키패드를 의복에 내장시킬 필요가 있다. 그러나, 종래의 디지털 기기용 키패드는 딱딱해서 장착 시 이물감이 느껴지고 색상, 외관 등 디자인 개발이 한정적이어서, 착용할 수 있는 의류 환경에 적합하지 않다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 의복에 장착해도 이물감이 거의 느껴지지 않는 직물을 가지고 웨어러블 스마트 기기를 조작하거나 정보를 입력할 수 있는 웨어러블 직접묘화 입력장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 착용감, 항시성, 편리성(사용자 인터페이스), 안정성, 사회성, 내구성이 우수한 웨어러블 직접묘화 입력장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,
직물 기재에 전도성 패턴이 연속적으로 형성된 제1 직물 전극 및 제2 직물 전극, 상기 제1 직물전극과 제2 직물 전극 사이에 형성된 스페이서, 및 상기 스페이서와 상기 제1 직물 전극 사이에 형성된 스페이서 도트를 포함하는 웨어러블 직접 묘화 입력장치에 있어서, 상기 장치는
문자나 도형의 입력에 의한 제1 직물 전극과 제2 직물 전극의 접촉으로 인한 전기적인 아날로그 좌표를 검출하여 그 신호를 컨트롤러에 입력하는 직접 묘화 입력부;
상기 직접 묘화 입력부에 의해서 입력된 문자 또는 도형의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 드라이버 소프트웨어로 전송하는 컨트롤러; 및
상기 컨트롤러로부터 입력되는 문자 또는 도형의 디지털 신호를 입력장치에 연결된 처리장치에 문자나 도형으로 출력하는 드라이버 소프트웨어를 포함하여,
사용자가 직접 문자를 기재하거나 또는 도형을 그려서 입력시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치에 관한 것이다.
본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 신축성과 유연성을 갖는 직물 전극, 스페이서 및 콘트롤러로 구성된다. 제1 및 제2 직물 위에 x, y 위치를 인식할 수 있도록 전도성 전극을 형성한다. 이 때 전극은 전체 면에 코팅되거나 미세 스트라이프 또는 그리드 형태로 연속적으로 형성될 수 있다. 제1 직물 전극과 제2 직물 전극이 손가락 터치 등의 외부 압력에 의해 맞닿게 되면 이때 x, y의 위치에 따라 서로 다른 저항을 콘트롤러가 인식하여 웨어러블 전극 위에서 좌표를 인식하고 연속되는 압력에 따라 다양한 입력 신호를 입력하게 된다. 외부 압력에 따라 제1 및 제2 직물 전극이 서로 터치될 때의 위치에 따라 발생되는 x, y의 저항의 변화나 발생되는 전류에 따라 감압방식과 정전방식으로 웨어러블 직접묘화 입력장치를 형성할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양상은,
직물 기재에 전도성 패턴이 형성된 제1 직물 전극, 상기 제1 직물 전극의 전도성 패턴에 교차되게 설치되는, 직물 기재에 전도성 패턴이 형성된 제2 직물 전극; 및 교차하는 상기 제1 직물 전극과 상기 제2 직물 전극에 신호가 인가되는 경우에 정전용량을 발생시키는 절연층을 포함하는 웨어러블 직접묘화 입력장치로서, 상기 장치는
문자나 도형의 입력에 의한 제1 직물 전극과 제2 직물 전극의 접촉으로 인한 전기적인 아날로그 좌표를 검출하여 그 신호를 컨트롤러에 입력하는 직접 묘화 입력부;
상기 직접 묘화 입력부에 의해서 입력된 문자 또는 도형의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 드라이버 소프트웨어로 전송하는 컨트롤러; 및
상기 컨트롤러로부터 입력되는 문자 또는 도형의 디지털 신호를 입력장치에 연결된 처리장치에 문자나 도형으로 출력하는 드라이버 소프트웨어를 포함하여,
사용자가 직접 문자를 기재하거나 또는 도형을 그려서 입력시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양상은 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치를 포함하는 스마트 의류에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치를 포함하는 전자기기에 관한 것이다.
본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 의복에 장착해도 이물감이 느껴 지지 않고 다양한 디자인으로 개발가능하며 세탁이 용이하며, 섬유 조직으로 제작되어 의류에 부착이 용이하고, 기존의 봉재 공정을 통해서 의복 제작 과정에서 직접 장착이 가능하여 탈부착이 가능한 형태로 사용이 가능하다.
본 발명은 신축성과 유연성이 있는 텍스타일 입력장치로 착용 가능한 입력장치, 착용 가능한 터치 스크린, 블루투스 무선통신용 웨어러블 입력시스템 등의 산업 등에 이용 가능성이 있다.
또한 본 발명은 직물로 구성되며, 사용자가 문자나 도형을 직접 쓰거나 그려서 입력할 수 있도록 구성되어, 웨어러블 스마트 기기를 조작하거나 정보를 입력할 수 있는 웨어러블 직접묘화 입력장치를 제공하여, 미래 웨어러블 컴퓨팅 시대에 다양한 분야에서 무한하게 활용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치의 단면사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치의 동작 방식을 설명하기 위한 입력장치 터치 전후의 개략단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 웨어러블 직접묘화 입력장치의 배선 구조를 도시한 개략사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 웨어러블 직접묘화 입력장치를 구비하는 스마트 의류의 개략사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치에 다양한 형상의 도형을 직접 묘화하여 컴퓨터에 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명에 대해서 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면들 중 도면 부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 도면부호들로 표시하였다. 참고로 본 명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치를 설명하기 위한 구성도이다. 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 의복에 내장되는 웨어러블 스마트 기기의 입력장치로 이용될 수 있다. 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 표면에 손가락, 스타일러스 펜 등으로 표시하면 지시 입력 데이터를 웨어러블 기기의 표시부에 출력시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치는 직물(10) 기재에 전도성 패턴이 형성된 제1 직물 전극(110); 상기 제1 직물 전극과 대향하여 형성되고, 직물 기재에 전도성 패턴이 형성된 제2 직물 전극(120); 상기 제1 직물 전극과 제2 직물 전극 사이에 형성되어, 상기 제1 직물 전극과 상기 제2 직물 전극 사이의 이격 거리를 유지하는 스페이서(120); 상기 스페이서와 제1 전극 사이에 스페이서의 처짐으로 인한 에러를 방지하기 위해 일정한 간격으로 복수 개 분산 형성된 스페이서 도트(spacer dot)(120)을 포함하고, 제1 직물 전극(110) 및 제2 직물 전극(130)에 입력신호를 공급하고, 공급된 입력신호를 감지하는 콘트롤러(200)를 포함한다.
본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 사용자로부터의 접촉을 감지함으로써 입력 여부와 함께 입력 위치를 판정하는 사용자 입력 장치(user's input apparatus)로서, 사용자는 손가락이나 스타일러스 펜 등을 이용하여 접촉 또는 가압함으로써 데이터나 신호 등을 입력할 수 있다.
상기 제1 직물 전극(110) 및 제2 직물 전극(130)은 직물(10)과 직물(10) 상에 도전성 물질이 패터닝 되어 형성된 전도성 패턴(111)을 포함한다. 제1 직물 전극(110) 및 제2 직물 전극(130)은 각각의 전도성 패턴들이 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 제1 직물 전극(110) 및 제2 직물 전극(130)에 형성된 전도성 패턴은 직물에 전도성 잉크를 프린팅하거나, 직물의 직조 시에 두 개의 선전극을 그리드 형태로 함께 직조하여 형성하거나, 직물 위에 은전도사 등의 도전사를 자수하여 형성될 수 있다.
제2 직물 전극(130)의 상면은 사용자가 입력을 할 때 접촉하는 사용자 접촉면(user's touch surface)을 포함한다. 제2 직물 전극(130)은 소정의 힘이 가해지면 변형이 생길 수가 있다. 예를 들어, 사용자가 손가락이나 스타일러스 펜 등을 사용하여 사용자 접촉면을 접촉 또는 가압하는 경우에, 제2 직물 전극(130)은 변형될 수 있다. 이를 위하여, 제2 직물 전극(130)은 변형이 가능한 신축성 직물 등으로 만들어질 수 있다. 제2 직물 전극(130)은 제1 직물 전극(110)과 소정의 간격으로 이격되어 배치되며, 제2 직물 전극(130)과 제1 직물 전극(110) 사이에는 스페이서(120) 및 스페이스 도트(121)에 의해서 소정의 크기를 갖는 간극(gap)이 형성된다. 가압 또는 접촉되어 변형된 제2 직물 전극(130)은 제2 직물 전극(130)의 자체적인 복원력은 물론 스페이서(120)의 복원력에 의하여 편평한 상태로 복원될 수 있다.
상기 직물(10)은 임의의 직물 소재(textile material), 직조된 소재(woven material), 편물, 인공 시트(sheet) 또는 의복의 직물(10)의 일부분일 수 있다. 웨어러블 직접묘화 입력장치는 의복 내부로 감춰지거나 적어도 부분적으로 보여질 수 있다.
본 발명에서 직물 전극을 구성하는 직물로는 폴리에스터, 나일론, 폴리우리탄계, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 등을 예로 들 수 있다. 이들의 구체적인 예로는 DynamicTM, DynamicTM-creo, Spandex (lycra, elastane), 旭化成섬유® 선플레이, 旭化成 섬유® 임팩트, 니케® 아로스트레치, 三菱레이온® 소아나, 帝人파이버® 테비아, KB세이렌® 에스판시오네 FF, KB세이렌® 에라스코트, KB세이렌® 미노우브, KB세이렌® 라펫시, KB세이렌® 구라샘 ES, KB세이렌® 에스판시오네, 쿠라보® Dow XLA, 도레이® 바디조이, 도레이® 트린티, 도레이® 파카나, 도레이® 사라카라홑, KB세이렌® 에스팬티, KB세이렌® 시데리아, 쿠라레® 에바, 쿠라레® 푸루네, 시키보® 유니파왈, 帝人파이버® 스페이실, 도요보® 브레스에어, 도레이® T-400 파이버, 도레이® 핏티, 도레이® 비텔, 도레이® 푸루에라, 유니티카® 제트텐, 유니타카® 페오스, 쿠라레® 스판텔 등을 예로 들 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
직물로서 신축성 직물도 이용할 수 있는데, 이러한 신축성 직물의 예로는 SHIELDEX® 사, SHIELDEX® 가연사, SHIELDEX® 섬유, SHIELDEX® TPU 사, SHIELDEX® 직물, SHIELDEX® 편물, SHIELDEX® 부직포, Nanjing Bright Textiles® 강철사, Nanjing Bright Textiles® 니켈, 또는 구리 도금 폴리에스테르사 등을 예로 들 수 있다.
전도성 패턴(111)은 금, 은, 팔라듐, 니켈, 구리 등을 포함할 수 있는데, 구체적인 예로는 일본精線® Brauswick, Brausmet, 도레이® 토루카, 쿠라레® 쿠쿠, 쿠라레® 세루멧구, Rohm & Haars® X-static, Teijin® 메다리온, ICI® Epitoropic fiber, Rhone Poulene® Nylfrance, Du pont® Antron-Ⅲ, 쿠라레® 쿠라가보, Monsanto® ultron, 종방® 베루도롱, 유니타카® 무가Ⅲ, 도레이® SA-7 에서 선택하여 사용 할 수 있다.
본 발명에서 제1 직물 전극(110)과 제2 직물 전극(130)의 전도성 패턴(111)은 전도성 잉크를 직물에 스크린 프린팅, 롤러 프린팅, 잉크젯 프린팅하여 제조할 수 있다. 대안으로 직물의 직조 시에 두 개의 선 전극을 그리드 형태로 만들어 직물 전극을 형성하거나, 대안으로 직물 위에 전기전도성 은사 또는 도전사(conductive arn)로 자수를 놓아서 다양한 패턴으로 전극을 형성할 수 있다.
본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치에서 스페이서(120)는 두 개의 직물 전극(110, 130)이 서로 닿지 않도록 하기 위해 물리적 간격을 두는 역할을 한다. 스페이서(120)는 제1 직물 전극(110) 및 제2 직물 전극(130) 사이에 배치된다. 이에 따라, 스페이서(120)는 제1 직물 전극(110) 및 제2 직물 전극(130)간에 이격거리를 제공할 수 있다. 스페이서(120)는 이격거리를 탄성적으로 유지변화 시킬 수 있는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계, 스판덱스 직물, 고무등과 같은 탄성체, 광경화성 재료 등에서 선택하여 형성할 수 있다. 스페이서(120)는 제1 직물 전극(110) 및 제2 직물 전극(130)간의 이격거리를 탄성적으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 제1 직물 전극(110) 또는 제2 직물 전극(130)에 압력이 가해지는 경우, 각각의 전도성 패턴 간의 이격거리는 감소될 수 있다. 또한, 제1 직물 전극(110) 또는 제2 직물 전극(130)으로 가해지는 압력이 제거되면, 각각의 전도성 패턴간의 이격거리는 처음 상태로 복원될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 직물형 입력장치는 직물형 전극(201) 및 제2 직물 전극(130)이 갖는 직물의 탄력성과 스페이서(120)가 갖는 탄성력에 의해 이격거리가 변화됨으로써, 입력장치로서의 동작을 행할 수 있다.
스페이서 도트(121)는 제1 직물 전극(110)과 제2 직물 전극(130) 사이의 최소한의 갭을 유지하기 위해 형성된다. 제1 직물 전극(110)과 제2 직물 전극(130) 사이의 간극에는 스페이서 도트(121)가 분산되어 있을 수 있다. 스 페이서 도트(121)는 웨어러블 직접묘화 입력장치의 전 영역에 규칙적으로 또는 랜덤하게 분산되어 있을 수 있다. 스페이서 도트(121)는 실리콘 고무 등과 같은 탄성 특성을 갖는 엘라스토머(elastomer)로 형성될 수 있으나, 반드시 이러한 소재로 제한되는 것은 아니다. 또한 스페이서 도트(121)는 기둥 형상의 구조물일 수 있다. 이러한 스페이서 도트(121)의 높이는 수십 내지 수백 마이크로미터일 수 있다. 한편, 상기 스페이서 도트(121)는 상기 스페이서(120)와 일체로 스페이서 표면에 형성된 나노로드 등의 나노구조체 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 스페이서 도트(121) 또는 스페이서(120)를 구성하는 액상 소재를 피에조 타입 잉크젯 프린팅, 써멀 타입 잉크젯 프린팅, 정전기력을 이용하여 액츄에이터를 구동하는 잉크젯 프린팅, 정전기력을 이용하여 잉크상에 분산된 대전 입자들을 기판으로 전사하거나 잉크 자체를 기판으로 전사하는 정전기 잉크젯 프린팅, 에어로졸 프린팅, 디스펜서와 같은 디지탈 프린팅에 의해 패턴을 형성하는 것도 가능하다. 한편, 스페이서나 스페이서 도트를 형성하기 위한 액상 소재가 광중합형일 경우, 잉크젯 프린팅이나 에어로졸 프린팅, 디스펜싱을 통해 기판 상에 패턴을 수행하면서 혹은 수행한 후, 레이저의 조사를 통해 미세 패턴을 행할 수 있다.
다음으로 도 2에 도시된 바와 같은 웨어러블 직접묘화 입력장치의 동작 원리에 대해서 간략히 살펴본다. 제1 직물 전극과 제2 직물 전극의 두 개의 전극이 외부 압력에 의해 맞닿게 되면 이때 x, y의 위치에 따라 서로 다른 저항을 콘트롤러(200)가 인식하는데, 발생되는 전류에 따라 감압방식과 정전방식에 해당하는 콘트롤러(200)를 사용하여 웨어러블 직접묘화 입력장치를 형성할 수 있다. 콘트롤러(200)는 제1 직물 전극(110)의 전도성 패턴과 접속된 콘트롤러 및 제2 직물 전극(130)의 전도성 패턴과 접속된 콘트롤러를 포함한다. 콘트롤러는 제1 직물 전극(110)으로 전류와 같은 입력신호를 공급한다. 콘트롤러는 제1 직물 전극(110)으로 공급된 입력신호를 제2 직물 전극(130)으로부터 감지하는 역할을 한다. 따라서, 제1 직물 전극과 제2 직물 전극의 각각의 전도성 패턴들이 서로 접속되는 경우, 콘트롤러(200)로부터 공급된 입력신호는 콘트롤러에 의해 감지될 수 있게 된다. 이에 따라, 웨어러블 직접묘화 입력장치는 콘트롤러(200)를 통해 입력신호를 감지함으로써, 사용자의 입력을 받아들일 수 있게 된다. 패턴의 형상은 직선뿐만 아니라 지그재그형, 그리드형 등 연속적으로 이어지는 다양한 패턴 형상을 지닐 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 콘트롤러(200)를 포함한다. 이러한 콘트롤러(200)는 웨어러블 직접묘화 입력장치로의 입력 여부를 감지하고 입력 유형을 판정하여 웨어러블 직접묘화 입력장치에 대한 구동을 제어하는 전기 회로 및/또는 하드웨어/소프트웨어일 수 있다. 본 명세서에서 단순히 '웨어러블 직접묘화 입력장치 '라고 칭할 경우에, 좁은 의미로는 제1 직물 전극, 제2 직물 전극, 스페이서 및 스페이서 도트로 이루어진 웨어러블 직접묘화 입력장치만을 가리키지만, 넓은 의미로는 콘트롤러(200)도 포함하는 전체를 가리킬 수도 있다. 콘트롤러(200)는 그 기능에 따른 논리적인 구분으로서, 이들 구성요소는 물리적으로는 통합되어 구현되거나 또는 분리되어 구현될 수 있다. 그리고 콘트롤러(200)의 이러한 논리적인 기능 구분도 단지 설명의 편의를 위한 것으로서, 통합된 하나 또는 두 개의 구성요소가 모든 기능을 수행하거나 또는 그 본질에 반하지 않는 한 어느 하나의 구성요소에서 수행되는 일부 기능은 다른 구성요소에서 수행이 될 수도 있다.
본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 제1 직물 전극(110) 및 제2 직물 전극(130)과 접속된 전원부(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 전원부는 웨어러블 직접묘화 입력장치가 설치되는 스마트 전자기기의 전원 장치를 포함할 수 있다. 전원부는 접속된 구동전극 쌍에 인가되는 구동 전압(driving voltage) 및/또는 센싱 전압(sensing voltage)을 발생시키는 소스 전원을 포함하며, 소스 전원에서 생성된 구동전압은 제1 직물 전극과 제2 직물 전극에 인가되어 입력 여부 및 입력 위치를 판별하는데 이용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2 직물 전극(130)을 도 4의 상부에서 하부 방향으로 터치할 때 제2 직물 전극(130)이 휘어짐에 따라 제2 직물 전극(130)과 제1 직물 전극(110) 사이의 이격거리는 변화하게 된다. 제2 직물 전극(130)에 대한 터치 시에 상호 정전용량이 기본 상호 정전용량에 비해 감소할 수 있다. 이는 손가락과 같은 객체가 제2 직물 전극(130)에 근접한 경우, 객체가 그라운드(GND) 역할을 하여 상호 정전용량의 프린징 정전용량(fringing capacitance)이 객체로 흡수되기 때문이다. 제2 직물 전극(130)의 표면을 객체로 터치 시 압력이 가해진 경우 제2 직물 전극(130)이 휘어질 수 있다. 제2 직물 전극(130)이 휘어지더라도 제1 직물 전극(110)은 휘어지지 않으므로 제2 직물 전극(130)에 압력이 가해질 때 터치 압력이 가해진 영역서 제2 직물 전극(130)과 제1 직물 전극(110) 사이의 이격거리가 달라질 수 있다. 따라서, 제1 직물 전극(110)과 제2 직물 전극(130) 사이의 이격거리의 변화에 따라 상호 정전용량 및 자체 정전용량의 변화량을 측정함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
두 개의 전극이 외부 압력에 의해 맞닿게 되면 이때 x, y의 위치에 따라 서로 다른 저항을 콘트롤러가 인식하여 웨어러블 전극 위에서 좌표를 인식하고 연속되는 압력에 따라 다양한 입력 신호를 입력 하게 된다. 외부 압력에 따라 두 개의 전극이 서로 터치 될 때의 위치에 따라 발생되는 x, y의 저항의 변화나 발생되는 전류에 따라 감압방식과 정전방식으로 웨어러블 직접묘화 입력장치를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치의 분해사시도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 양상은 직물 기재에 전도성 패턴이 형성된 제1 직물 전극(111), 상기 제1 직물 전극의 전도성 패턴에 교차되게 설치되는, 직물 기재에 전도성 패턴이 형성된 제2 직물 전극(131); 및 교차하는 상기 하부 전극과 상기 상부 전극에 신호가 인가되는 경우에 정전용량을 발생시키는 절연층(140)을 포함하는 웨어러블 직접묘화 입력장치에 관한 것이다. 정전용량형 웨어러블 입력장치에서, 기판의 코너에 위치된 전극은 코팅부 상에 전기장을 형성한다. 이러한 전극들에 연결된 콘트롤러는 각각의 전극을 통해 흐르는 전류량을 모니터링한다. 사용자의 손가락 또는 도전성 스타일러스가 저항 코팅에 접촉 또는 근사 범위로 접근하여 손가락 또는 스타일러스와 코팅 사이에 정전용량 커플링을 하게 한다. 이러한 커플링은 소량의 전류를 코팅과 각각의 전극을 통해 흐르게 한다. 사용자의 신체와 그라운드를 통한 정전용량 커플링은 콘트롤러로 복귀하는 전류의 경로를 완성한다. 제어기는 이러한 각각의 전극을 통해 흐르는 전류의 양으로부터 접촉점의 직교좌표 즉, X, Y 좌표를 인식한다.
이상에서 웨어러블 직접묘화 입력장치로서 상호 저항 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 직접묘화 입력장치에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 웨어러블 직접묘화 입력장치는 전술한 방법 이외의 자기 정전용량 방식, 표면 정전용량 방식, 프로젝티드(projected) 정전용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식(SAW: surface acoustic wave), 적외선(infrared) 방식, 광학적 이미징 방식(optical imaging), 분산 신호 방식(dispersive signal technology) 및 음성 펄스 인식(acoustic pulse recognition) 방식 등 임의의 터치 센싱 방식을 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는, 의복에 통합시키는데 적합하며, 저비용이며 튼튼하고 믿을만한 웨어러블 직접묘화 입력장치에 대한 가능성을 실현한다. 이러한 웨어러블 직접묘화 입력장치는 세탁 공정으로부터의 손상을 겪을 필요 없이 세탁될 수 있도록 만들어질 수 있다. 세탁 공정에는, 습식 클리닝 공정(wet cleaning process) 또는 건식(dry) 클리닝 공정에 의해 세탁될 수 있다.
도 6은 본 발명의 웨어러블 입력수단의 직접 묘화를 위한 좌표 인식 원리를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예의 웨어러블 입력수단은 제2 직물 기재(130), 양측 모서리 각각에 제1 감지전극(133)과 제1 바이어스 전극(134)이 형성된 도전성 제1 전도성 패턴(132), 일정 간격을 가지고 격자상으로 배치되는 스페이서 도트(120), 상기 제1 감지전극(133)들과 제1 바이어스 전극(134)들과 직교하는 양측 모서리 각각에 제2 감지 전극(113)과 제2 바이어스 전극(114)이 형성된 도전성 제2 전도성 패턴(12) 및 제1 직물 기재(110)가 순차적으로 층을 이루며 결합 구성될 수 있다.
이러한 구성의 웨어러블 직접묘화 입력장치에서, X 좌표는 두 개의 제1 바이어스 전극(134)을 이용하여 제1 전도성 패턴(132)에 전압을 인가한 후, 제2 직물 기재(130)상의 임의의 위치가 눌려지면 제2 전도성 패턴(112)의 제2 감지전극(113)을 통해 읽혀지는 눌린 위치의 전압값을 이용하여 인식한다. 한편, Y 좌표는 두 개의 제2 바이어스 전극(114)을 이용하여 제2 전도성 패턴(112)에 전압을 인가한 후, 제2 직물 기재(130)상의 임의의 위치가 눌려지면 제1 전도성 패턴(132)의 제1 감지전극(133)을 통해 읽혀지는 눌린 위치의 전압값을 이용하여 인식한다.
본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 웨어러블 직접묘화 입력장치, 컨트롤러, 및 드라이버 소프트웨어로 구성되고, 물리적인 접촉이 발생된 지점의 제1 직물 전극과 제2 직물 전극이 접촉되어 전기적인 아날로그 좌표를 검출하고, 그 신호를 컨트롤러(200)에 입력한다. 컨트롤러(200)는 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치로부터 입력되는 아날로그 신호를 아날로그-디지털 컨버터에 의하여 디지털 신호로 변화하여 드라이버 소프트웨어에 전송한다. 드라이버 소프트웨어는 컨트롤러부터 입력되는 디지털 신호에 의하여 컴퓨터 등의 처리장치에 출력할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 웨어러블 직접묘화 입력장치에 입력하여 컴퓨터 화면에 표시한 일례를 나타낸 사진이다. 도 8의 사진에서는 본 발명의 웨어러블 입력장치에 동그라미, 엑스, 삼각형 등의 도형을 입력하여 컴퓨터 화면에 출력한 예를 나타낸 것이다. 이와 같이 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 단순한 스위치로 기능하는 것이 아니고, 직접 묘화가 가능한 장치이다. 따라서 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치에 글이나 도형 등을 입력해서 별도로 연결된 스마트 기기의 디스플레이부에 표시할 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치를 포함하는 스마트 의류에 관한 것이다. 이러한 스마트 의류는 기존의 섬유에 디지털 정보 기술이 결합된 신개념 미래형 의류를 의미한다. 의복 본연의 역할인 쾌적성, 안전성, 내구성, 심미성, 관리의 편의성 등을 갖추고 있는 동시에 감지/제어, 통신, 작용/동작, 저장, 신호처리 기능 등의 스마트 기능까지 갖춘 의류이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예의 스마트 의류에서 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 의복에 부착되는 영상 표시 장치 등의 각종 스마트 기기의 입력 수단으로 기능할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 웨어러블 직접묘화 입력장치를 이용하는 전자기기에 관한 것이다. 이러한 기기들은 손목, 팔목, 또는 발목에 착용하는 밴드형, 신발형, e-텍스타일을 포함한 의복형, 안경형 등으로 신체 상태를 모니터링하는 웨어러블 전자 건강 관리 기기들(wearable electronic healthcare appliances) 뿐만 아니라 엔터테인먼트 등 다양한 용도의 웨어러블 기기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예의 웨어러블 직접묘화 입력장치는 착용가능한 터치 스크린, 블루투스 무선통신용 웨어러블 입력시스템 (헬스케어용; 만보계, 활동량 측정계, 혈압계), 곡면이나 협소한 작업 공간에서도 편리하게 사용 가능한 산업용 입력장치, 공공기관(야구장, 영화관, 도서관, 버스, 비행기 등) 유동 인구 관리 및 감시 시스템 좌석 등에 광범위하게 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이상에서 기술한 실시예는 본 발명의 보호범위를 제한하는 것이 아니고, 단지 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하기 위한 것이다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 진정한 보호범위는 후술하는 특허청구범위 및 그와 균등한 범위로 정해져야 할 것이다.
110: 제1 직물 전극 130: 제2 직물 전극
120: 스페이서 121: 스페이서 도트
200: 콘트롤러

Claims (14)

  1. 직물 기재에 전도성 패턴이 연속적으로 형성된 제1 직물 전극 및 제2 직물 전극, 상기 제1 직물전극과 제2 직물 전극 사이에 형성된 스페이서, 및 상기 스페이서와 상기 제1 직물 전극 사이에 형성된 스페이서 도트를 포함하는 웨어러블 직접 묘화 입력장치에 있어서, 상기 장치는
    문자나 도형의 입력에 의한 제1 직물 전극과 제2 직물 전극의 접촉으로 인한 전기적인 아날로그 좌표를 검출하여 그 신호를 컨트롤러에 입력하는 직접 묘화 입력부;
    상기 직접 묘화 입력부에 의해서 입력된 문자 또는 도형의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 드라이버 소프트웨어로 전송하는 컨트롤러; 및
    상기 컨트롤러로부터 입력되는 문자 또는 도형의 디지털 신호를 입력장치에 연결된 처리장치에 문자나 도형으로 출력하는 드라이버 소프트웨어를 포함하여,
    사용자가 직접 문자를 기재하거나 또는 도형을 그려서 입력시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 패턴은 직물 기재의 전체 면에 형성되거나 스트라이프, 또는 그리드 상으로 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스페이서 도트는 상기 스페이서 표면에 형성된 나노구조체인 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 직물 전극은 폴리아미드계, 폴리우레탄계, 폴리에스터계, 및 폴리에틸렌테레프탈레이트계로 구성되는 군에서 선택되는 직물로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 직물 전극의 전도성 패턴은 금, 은, 팔라듐, 니켈, 및 구리로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 직물 전극은 직물에 전도성 잉크를 스크린 인쇄, 롤러 프린팅, 또는 전기수력학적 프린팅에 의해 프린팅하여 형성되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 직물 전극은 직물의 직조 시에 선 전극을 그리드 형태로 직조하여 형성된 것임을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 직물 전극은 전기전도성 은사 또는 전도사(conductive yarn)로 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 장치는 대향하는 제1 직물 전극과 제2 직물 전극이 서로 접촉될 때, 접촉 지점에서 저항의 변화나 전류에 따라서 감압 방식 또는 정전 방식으로 구현되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 이격거리를 탄성적으로 유지변화시킬 수 있는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계, 또는 스판덱스 직물 또는 탄성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 입력장치가 터치 스크린, 블루투스 무선통신용 웨어러블 입력 시스템, 또는 산업용 입력장치로 사용되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  12. 직물 기재에 전도성 패턴이 형성된 제1 직물 전극, 상기 제1 직물 전극의 전도성 패턴에 교차되게 설치되는, 직물 기재에 전도성 패턴이 형성된 제2 직물 전극; 및 교차하는 상기 제1 직물 전극과 상기 제2 직물 전극에 신호가 인가되는 경우에 정전용량을 발생시키는 절연층을 포함하는 웨어러블 직접묘화 입력장치로서, 상기 장치는
    문자나 도형의 입력에 의한 제1 직물 전극과 제2 직물 전극의 접촉으로 인한 전기적인 아날로그 좌표를 검출하여 그 신호를 컨트롤러에 입력하는 직접 묘화 입력부;
    상기 직접 묘화 입력부에 의해서 입력된 문자 또는 도형의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 드라이버 소프트웨어로 전송하는 컨트롤러; 및
    상기 컨트롤러로부터 입력되는 문자 또는 도형의 디지털 신호를 입력장치에 연결된 처리장치에 문자나 도형으로 출력하는 드라이버 소프트웨어를 포함하여,
    사용자가 직접 문자를 기재하거나 또는 도형을 그려서 입력시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 직접묘화 입력장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항의 웨어러블 직접묘화 입력장치를 포함하는 스마트 의류.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항의 웨어러블 직접묘화 입력장치를 포함하는 전자기기.
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