KR20070032924A - Capacitive touch sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 사용자의 손가락 또는 철침과 같은 물체의 존재를 결정하기 위한 용량성 센서(2)가 제공된다. 상기 센서는 예컨대, PET와 같은 투명 플라스틱 재료로 제조된 기판(4)을 구비하며, 상기 기판상에 전극들이 증착된다. 예컨대, 투명 ITO로 형성된 저항구동전극(60)이 기판의 일측면에 배열되고 또 다시 투명 ITO로 형성될 수 있는 저항감지전극(68,70)이 기판의 타측면에 배열된다. 따라서, 전체적으로 투명한 센서가 형성될 수 있다. 전극들 중 하나에 있는 두 위치들을 접속시키도록 구성된 단락 접속부(30)가 형성된다. 전극들은 각각의 구동채널(6)과 감지채널(8)에 접속된다. 전극들 중 하나 또는 다른 하나(또는 모두)에 있는 두 위치들 사이의 단락 접속을 제공함으로써, 전극상의 다른 위치과 대응하는 구동채널 또는 감지채널 사이에 낮은 저항접속이 제공된다.According to the invention, there is provided a capacitive sensor 2 for determining the presence of an object such as a user's finger or a needle. The sensor has a substrate 4 made of a transparent plastic material, for example PET, on which electrodes are deposited. For example, resistance driving electrodes 60 formed of transparent ITO are arranged on one side of the substrate, and resistance sensing electrodes 68 and 70, which may be formed of transparent ITO, are arranged on the other side of the substrate. Thus, an overall transparent sensor can be formed. A short circuit connection 30 is formed which is configured to connect two positions in one of the electrodes. The electrodes are connected to the respective drive channel 6 and the sense channel 8. By providing a short circuit connection between two locations at one or the other (or both) of the electrodes, a low resistance connection is provided between the other location on the electrode and the corresponding drive or sense channel.
용량성 터치센서, 구동채널, 감지채널 Capacitive touch sensor, driving channel, sensing channel
Description
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서의 정면도 및 배면도를 개략적으로 도시한 것이다.1A and 1B schematically illustrate a front view and a rear view of a two-dimensional capacitive position sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서의 정면도와 배면도를 함께 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 2 schematically shows the front and back views of the sensor shown in FIGS. 1A and 1B together.
도 3a는 확대된 크기로 도 2에 도시된 센서의 영역을 정면도로 개략 도시한 것이다.FIG. 3A schematically illustrates the area of the sensor shown in FIG. 2 in an enlarged scale.
도 3b는 도 3a에 도시된 센서의 일부분을 단면도로 개략 도시한 것이다.FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of a portion of the sensor shown in FIG. 3A.
도 3c 및 도 3d는 전기력선이 위에 놓인 도 3b에 도시된 센서의 일부분의 단면도를 개략 도시한 것이다.3C and 3D schematically illustrate cross-sectional views of a portion of the sensor shown in FIG. 3B with the electric field lines resting thereon.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서의 일부분의 정면도를 개략 도시한 것이다.4A and 4B schematically illustrate a front view of a portion of a sensor according to another embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서의 정면도 및 배면도를 각각 개략 도시한 것이다.5A and 5B schematically show a front view and a rear view of a two-dimensional capacitive position sensor according to another embodiment of the present invention, respectively.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 센서와 함께 사용하는 전기회로를 개략 도시한 것이다.6a schematically illustrates an electrical circuit for use with a sensor according to an embodiment of the invention.
도 6b는 도 6a에 도시된 회로의 몇몇 소자들 간의 타이밍 관계를 개략 도시 한 것이다.FIG. 6B schematically illustrates the timing relationship between some elements of the circuit shown in FIG. 6A.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센서를 포함하는 터치식 디스플레이 스크린을 개략 도시한 것이다.7 schematically illustrates a touch display screen including a sensor according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 센서를 포함하는 세탁기를 개략 도시한 것이다.8 schematically shows a washing machine including a sensor according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 센서를 포함하는 휴대폰을 개략 도시한 것이다.9 schematically illustrates a mobile phone including a sensor according to an embodiment of the present invention.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서의 정면도 및 배면도를 각각 개략 도시한 것이다.10A and 10B schematically illustrate front and rear views of a two-dimensional capacitive position sensor according to another embodiment of the present invention, respectively.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서의 정면도 및 배면도를 각각 개략 도시한 것이다.11A and 11B schematically illustrate a front view and a rear view of a two-dimensional capacitive position sensor according to another embodiment of the present invention, respectively.
* 주요 도면부호의 간단한 설명 ** Brief description of the major reference marks *
2: 용량성 위치센서 4: 기판2: capacitive position sensor 4: board
6: 구동유닛 8: 감지유닛6: drive unit 8: detection unit
10: 센서 컨트롤러 14: 접지 실드(ground shield)10: sensor controller 14: ground shield
18: 접지부 20: 구동와이어18: ground portion 20: drive wire
26,27: 탄소패드26,27: carbon pad
30: 단락 접속부(shorting connections) 32: 감지와이어30: shorting connections 32: sensing wire
50: 마이크로컨트롤러 52: 장치 컨트롤러50: microcontroller 52: device controller
60: 터치식 디스플레이 100: 열전극60: touch display 100: column electrode
101: 구동채널 104: 행전극101: driving channel 104: row electrode
105: 커패시터 400: 처리회로105: capacitor 400: processing circuit
401: 스위치 회로 402: 전하 적분기401: switch circuit 402: charge integrator
403: 증폭기 404: 리셋 스위치 403: amplifier 404: reset switch
405: 전하 소거수단 407: 측정수단405: charge erasing means 407: measuring means
S1, S2, S3, 및 S4: 감지채널S1, S2, S3, and S4: Sense Channels
D1, D2, 및 D3: 구동채널D1, D2, and D3: Drive Channels
본 발명은 감지영역내에 물체의 존재를 검출하는 용량성 터치센서(capacitive touch sensor)에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitive touch sensor for detecting the presence of an object in a sensing area.
용량성 터치센서의 사용이 점점 더 일반적이게 되어가고 있다. 예로는 랩탑 컴퓨터에서 마우스 포인팅 장치(mouse pointing devices) 대신에 그리고 가정용 및 휴대용 장치 또는 가전기기 모두를 제어하기 위해 사용자 입력을 수신하는 제어패널로서 터치센서의 사용을 포함한다.The use of capacitive touch sensors is becoming more and more common. Examples include the use of a touch sensor in a laptop computer instead of mouse pointing devices and as a control panel that receives user input for controlling both home and portable devices or home appliances.
터치식 센서는 더 튼튼한 인터페이스를 제공하고 종종 미학적으로 더 보기 좋게 생각되기 때문에 기계 장치에 바람직하다. 또한, 터치식 센서는 사용자가 접속할 수 있게 하는 어떠한 이동부도 필요로 하지 않기 때문에, 기계적 대응품 보다 마모가 덜 하고 밀봉된 외부면내에 형성될 수 있다. 이는 특히 매력적으로 제어되 는 장치에 먼지 또는 액체가 들어오는 위험성이 있는 곳에 사용된다. 더욱이, 기계적 인터페이스와는 달리, 터치식 센서는 투명하게 될 수 있다. 투명 센서 제공에 대한 요구가 증가하고 있는데, 이는 투명 센서들이 디스플레이 상에 사용자에게 정보를 디스플레이하고 사용자가 특정한 디스플레이 영역을 가리키는데 대해 응답할 수 있는 터치식 센서를 제공하는데 사용될 수 있기 때문이다.Touch sensors are desirable for mechanical devices because they provide a more robust interface and are often considered aesthetically pleasing. In addition, since the touch sensor does not require any moving parts to allow the user to connect, it can be formed in the outer surface which is less wearable and sealed than the mechanical counterpart. It is especially used where there is a risk of dust or liquid entering the attractively controlled devices. Moreover, unlike the mechanical interface, the touch sensor can be transparent. The need for providing transparent sensors is increasing because transparent sensors can be used to provide a touch sensor that can display information to the user on the display and respond to the user pointing to a particular display area.
공지된 2차원 위치센서가 WO 00/44018[1]에서 본원의 발명자에 의해 기술되어 있다. 이 위치센서는 N×M 터치키(touch keys) 어레이를 구비한다. 각 키는 구동전극과 감지전극 사이의 교차점에 대응한다. 전기구동신호가 구동전극에 인가된다. 구동신호의 감지전극과의 용량성 커플링(capacitive coupling) 정도는 상기 구동신호에서의 변화에 응답하여 상기 감지전극에 전달된 변화량을 측정함으로써 결정된다. 주어진 키에서 전극들 간의 용량성 커플링 정도는 상기 키 부근에 물체들이 있는지에 따르는데, 이는 물체들이 전극들 간에 전기장 패턴을 변경시키기 때문이다. 어떤 물체, 예컨대, 도전성 수막(conductive water film)은 용량성 커플링을 증가시키게 한다. 다른 물체, 예컨대, 지면과의 상당한 용량성 커플링을 갖는 사람은 용량성 커플링을 감소시키게 한다. 이는 전하가 센서전극을 통해서라기 보다 인접한 물체를 통해 지면에 빨려들어갈 수 있기 때문이다. Known two-dimensional position sensors are described by the inventors of the present application in WO 00/44018 [1]. This position sensor has an array of N × M touch keys. Each key corresponds to the intersection between the drive electrode and the sensing electrode. An electric drive signal is applied to the drive electrode. The degree of capacitive coupling of the driving signal to the sensing electrode is determined by measuring the amount of change transmitted to the sensing electrode in response to the change in the driving signal. The degree of capacitive coupling between the electrodes at a given key depends on whether there are objects in the vicinity of the key, since the objects change the electric field pattern between the electrodes. Some objects, such as conductive water films, result in increased capacitive coupling. Other objects, such as those with significant capacitive coupling with the ground, allow to reduce capacitive coupling. This is because charge can be sucked into the ground through adjacent objects rather than through sensor electrodes.
WO 00/44018에 기술된 키 어레이는 매트릭스 어레이이다. 이는 하나의 구동전극이 주어진 열에 있는 키들과 결합되고 하나의 감지전극이 주어진 행에 있는 키들과 결합되는 것을 의미한다. 이는 필요로 하는 구동채널과 감지채널의 개수를 줄이게 하는데, 왜냐하면 하나의 구동채널이 주어진 열에 있는 모든 키들을 동시에 구동시키고 하나의 감지채널이 주어진 행에 있는 모든 키들을 감지하기 때문이다. 다른 키의 위치에 있는 전극들 간의 용량성 커플링은 적절한 열을 구동시키고 적절한 행을 감지함으로써 결정될 수 있다. 예컨대, 3행 2열의 교차점에 있는 키와 결합된 전극들 간의 용량성 커플링을 결정하기 위해, 구동신호가 2열의 구동전극에 인가되는 동시에, 3행의 감지전극과 결합된 감지채널이 활성화된다. 활성 감지채널로부터의 출력이 검사중에 있는 키와 결합된 전극들 간의 용량성 커플링을 반영한다. 상기 구동신호가 2열에 있는 다른 키들에도 인가되는지는 문제가 되지 않는데, 이는 이들 키와 결합된 행들이 감지되지 않기 때문이다. 마찬가지로, 3행에 있는 다른 키들이 감지되는지도 문제가 되지 않는데, 이는 이들 키들이 구동되지 않기 때문이다. 이런 식으로, 다른 키들도 구동채널 및 감지채널의 다른 조합을 통한 시퀀싱에 의해 스캔될 수 있다.The key array described in WO 00/44018 is a matrix array. This means that one driving electrode is combined with keys in a given column and one sensing electrode is combined with keys in a given row. This reduces the number of drive channels and sense channels needed, since one drive channel drives all keys in a given column simultaneously and one sense channel detects all keys in a given row. Capacitive coupling between electrodes at different key positions can be determined by driving the appropriate column and sensing the appropriate row. For example, in order to determine capacitive coupling between the electrodes coupled with the keys at the intersection of three rows and two columns, a driving signal is applied to the driving electrodes in two columns and the sensing channel coupled with the sensing electrodes in three rows is activated. . The output from the active sense channel reflects the capacitive coupling between the electrodes coupled with the key under test. It does not matter whether the drive signal is also applied to the other keys in the second column, since the rows associated with these keys are not detected. Similarly, it does not matter whether other keys in line 3 are detected, because these keys are not driven. In this way, other keys can also be scanned by sequencing through different combinations of drive and sense channels.
WO 00/44018에 기술된 2차원 위치센서는 튼튼하고 효율적인 장치이다. 그러나, 양호한 성능에 기여하는 이러한 타입의 위치센서의 중요한 특징은 구동되는 전극으로부터 감지전극으로 전하의 전달동안, 감지전극이 가상 접지로서 나타나야 한다는 것이다. 각 감지채널은 변하는 구동신호(즉, AC 용량성 커플링의 정도)에 응답하여 전달된 전하량을 결정하기 위해 전하 검출기를 포함한다. 감지전극은 낮은 임피던스 노드를 나타내는 것이 중요한데 이는 전하가 전하 검출기에 효율적으로 빨려들어가게 하기 때문이다. 감지전극이 낮은 입력 임피던스를 나타내지 않는 경우, 변하는 구동신호에 의해 감지채널에 유도된 전하흐름은 감지전극상의 전압 펄스로서 나타난다. 이는 센서가 감지전극과 전하 검출기 사이의 결선(wiring) 접속 부근에 있는 물체로부터 "워크-바이(walk-by)" 간섭에 대해 감지할 수 있게 한다. 이는 결선 부근의 물체가 결선 접속로부터 신호의 일부를 흡수할 수 있어 전하 검출기에 공급된 신호를 감소시킬 수 있기 때문이다. 이는 물체가 센서전극 부근 보다는 결선에 인접해 있더라도, 키에서의 용량성 커플링의 감소(즉, 검출 이벤트)로서 제어회로에 나타날 수 있다. 따라서, 또 다른 행의 키를 활성화시키기 위해 전극의 한 행의 결선을 가로질러 도달한 손이 오류성 출력을 초래할 수 있다. 더욱이, 감지채널이 상당한 입력 임피던스를 갖는 경우, 센서에 사용된 결선의 길이가 회로 이득을 결정하는 요인이 된다. 이는 결선이 감지신호의 일부를 자유공간, 인접한 전선 및 접지로 용량적으로 "새어나가게(bleed off)" 해서 키 사이의 용량성 커플링과 함께 커패시턴스 구동회로를 형성하기 때문이다. The two-dimensional position sensor described in WO 00/44018 is a robust and efficient device. However, an important feature of this type of position sensor that contributes to good performance is that during the transfer of charge from the driven electrode to the sensing electrode, the sensing electrode must appear as virtual ground. Each sense channel includes a charge detector to determine the amount of charge delivered in response to varying drive signals (ie, the degree of AC capacitive coupling). It is important for the sensing electrode to exhibit a low impedance node because the charge is efficiently sucked into the charge detector. When the sensing electrode does not exhibit a low input impedance, the charge flow induced in the sensing channel by the changing drive signal appears as a voltage pulse on the sensing electrode. This allows the sensor to sense "walk-by" interference from an object in the vicinity of the wiring connection between the sensing electrode and the charge detector. This is because an object near the wiring can absorb a portion of the signal from the wiring connection, reducing the signal supplied to the charge detector. This may appear in the control circuit as a reduction in capacitive coupling (ie, a detection event) in the key, even if the object is closer to the connection than near the sensor electrode. Thus, a hand reaching across the connection of one row of electrodes to activate another row of keys may result in an error output. Moreover, when the sense channel has significant input impedance, the length of the wiring used in the sensor is a factor in determining the circuit gain. This is because the wiring capacitively "bleed off" part of the sense signal to free space, adjacent wires and ground to form a capacitance drive circuit with capacitive coupling between the keys.
WO 00/44018에 사용된 전하 검출회로의 낮은 임피던스 특성은 상기 지적된 문제가 줄어든 것을 나타낸다. 그러나, WO 00/44018에 기술된 종류의 위치센서에서 구동전극 및 감지전극을 형성하는데 사용될 수 있는 가장 투명한 전기도체(예컨대, 인듐 주석 산화물(ITO))는 동선에 비해 저항이 크기 때문에 투명한 터치센서와 관련하여 문제가 발생한다. 예컨대, 면적당 300옴이 최적의 투명 ITO 막에 통상적이다. 이는 동(copper)과 같은 재료와는 달리 투명 도체들은 일반적으로 (적어도 실질적으로 투명한 채로 있는 두께에 대해) 전극 및 무시할 수 있는 저항을 갖는 결합 결선으로 형성될 수 없다는 것을 의미한다. 따라서 전하 검출회로 자체가 적절히 낮은 임피던스를 나타내더라도, 자체적으로 구동전극의 열 및 감지전극의 행으 로 이루어진 재료(및 동일 재료로 제조된 임의의 결합 결선 트레이스)는 임피던스가 낮지 않을 수 있다. 따라서, 전극들이 저항성 도체(예컨대, 투명 도체)에 의해 형성되는 WO 00/44018에 기술된 타입의 장치는 용이하게 구현하기가 난감하다.The low impedance characteristic of the charge detection circuit used in WO 00/44018 indicates that the problem noted above is reduced. However, the most transparent electrical conductors (eg, indium tin oxide (ITO)) that can be used to form drive electrodes and sensing electrodes in position sensors of the type described in WO 00/44018 are transparent touch sensors because they have a higher resistance than copper wires. Problems arise with For example, 300 ohms per area is typical for optimal transparent ITO films. This means that unlike materials such as copper, transparent conductors generally cannot be formed from a bonded connection with an electrode and negligible resistance (for a thickness that remains at least substantially transparent). Thus, even if the charge detection circuitry itself exhibits an appropriately low impedance, the material itself (and any combined wiring traces made of the same material), which is itself a row of drive electrodes and rows of sensing electrodes, may not have a low impedance. Thus, a device of the type described in WO 00/44018 in which the electrodes are formed by resistive conductors (eg transparent conductors) is difficult to implement easily.
더욱이, 많은 터치패널 설계에서 터치 스크린 영역에 인접한 용량성 터치키를 감지할 수 있는 병렬성(parallel ability)이 상당히 중요하다. 이러한 종류의 패널키는 실질적으로 동 또는 다른 재료, 낮은 저항 결선을 사용하여 유전체면상의 터치버튼과 결합하는 WO 00/44018에 기술되어 있다. 고저항의 투명 도체결선과 함께 낮은 저항 결선 모두를 포함하고자 하는 요구는 대개 2가지 다른 타입의 사용 또는 용량성 회로의 성능을 필요로 하여 회로설계 문제를 일으킬 수 있다. Moreover, in many touch panel designs, the parallel ability to sense capacitive touch keys adjacent to the touch screen area is of considerable importance. Panel keys of this kind are described in WO 00/44018, which substantially combines touch buttons on the dielectric surface using copper or other materials, low resistance connections. The desire to include both low resistance connections with high resistance transparent conductor connections usually requires the performance of two different types of use or capacitive circuits, which can lead to circuit design problems.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고저항의 투명 전기도체를 사용하면서도 용량성 회로의 성능이 우수한 터치 센서를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a touch sensor excellent in the performance of the capacitive circuit while using a high resistance transparent electric conductor.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 명세서에 구체화되고 광범위하게 설명된 본 발명의 제 1 태양에 따르면, 기판과, 상기 기판의 일측면에 제 1 저항전극과, 상기 기판의 타측면에 제 2 저항전극과, 상기 제 1 전극상의 적어도 두 위치들 사이를 접속시키도록 구성된 단락 접속부(shorting connection)를 구비하는 용량성 센서를 제공한다.In order to achieve the above object, according to the first aspect of the invention embodied and broadly described herein, a substrate, a first resistance electrode on one side of the substrate, and a second resistance electrode on the other side of the substrate And a shorting connection configured to connect between at least two positions on the first electrode.
상기 센서는 능동센서 또는 수동센서로서 동작될 수 있다. 센서가 능동센서로서 동작되면, 단락 접속부의 제공은 상기 제 1 및 제 2 전극 중 하나 또는 다른 하나에 인가된 신호를 구동시키기 위해 상기 전극들에 의해 나타나 임피던스를 감소시키는데 일조한다. 이는 전하가 센서를 통해 더 효율적으로 결합되게 하여 각각의 전극과 결합된 회로 사이의 전압차를 줄인다. 이는 센서가 저임피던스 노드를 구동신호로 나타내지 않은 경우 통상적으로 발생할 수 있는 워크바이 간섭(walk-by interference) 영향이 줄어들 수 있음을 의미한다. 따라서, 기판과 전극이 투명한 경우, 전극들이 저항적임에도 불구하고 워크바이 간섭의 저하된 감도가 투명센서에 제공될 수 있다. 센서가 (예컨대, 제 1 및 제 2 전극 모두에 결합된 센서 채널을 사용하는) 수동센서로서 동작되는 경우, 단락 접속부의 제공으로 인해 전극들의 저항에서의 감소는 워크바이 간섭의 영향을 동일하게 감소시킨다. The sensor can be operated as an active sensor or a passive sensor. When the sensor is operated as an active sensor, provision of a shorting connection is shown by the electrodes to drive a signal applied to one or the other of the first and second electrodes to help reduce the impedance. This allows charge to be coupled more efficiently through the sensor, reducing the voltage difference between each electrode and the coupled circuit. This means that the effect of walk-by interference, which can occur normally if the sensor does not represent a low impedance node as a drive signal, can be reduced. Therefore, when the substrate and the electrode are transparent, the reduced sensitivity of the walk-by interference can be provided to the transparent sensor even though the electrodes are resistive. When the sensor is operated as a passive sensor (eg using a sensor channel coupled to both the first and second electrodes), the reduction in resistance of the electrodes due to the provision of a shorting connection equally reduces the effect of work-by interference Let's do it.
일반적으로 제 1 전극(즉, 단락 접속부와 결합된 한 전극)이 가장 큰 전체 저항을 갖는 전극이 된다. 이는 각각의 전극을 형성하는 저항 재료의 배열에 따른다. 그러나, 센서는 필요에 따라 다른 전극상의 두 위치들 사이를 접속시키도록(즉, 단락 접속부가 상기 제 1 및 제 2 전극 모두에 대해 제공되도록) 구성된 또 다른 단락 접속부를 구비할 수 있다In general, the first electrode (i.e., one electrode combined with the short-circuit connection) becomes an electrode having the largest total resistance. This depends on the arrangement of the resistive material forming each electrode. However, the sensor may have another shorting connection configured as necessary to connect between two positions on the other electrode (i.e., a shorting connection is provided for both the first and second electrodes).
전극은 기판의 일측면상에 개구영역들의 어레이와 타측면상의 채움영역들의 어레이를 제공하도록 패턴으로 배열될 수 있으며, 상기 채움영역은 상기 개구영역들과 정렬되도록 배열된다. 이는 전기장이 전극들 사이 영역으로부터 사방으로 퍼지게 한다. 이는 (예컨대 가상 접지를 제공함으로써) 사방으로 퍼지는 전기장의 영역내 전기적 성질을 변경시키는 물체가 전극들 간의 용량성 커플링을 변화시키 검출되게 한다.The electrodes may be arranged in a pattern to provide an array of opening regions on one side of the substrate and an array of filling regions on the other side, the filling regions arranged to align with the opening regions. This causes the electric field to spread in all directions from the region between the electrodes. This allows an object that changes the electrical properties in the region of the electric field to spread in all directions (eg by providing a virtual ground) to be detected by changing the capacitive coupling between the electrodes.
능동센서의 경우, 상기 센서에 전기구동신호를 제 1 또는 제 2 전극 중 하나(따라서, 구동전극이라고 할 수 있음)에 인가하도록 동작될 수 있는 구동채널과 상기 제 1 및 제 2 전극의 다른 하나(따라서, 감지전극이라고 할 수 있음)에 유도된 전기신호를 검출(감지)하도록 동작될 수 있는 감지채널을 구비하는 결합된 회로가 제공될 수 있다. In the case of an active sensor, a drive channel operable to apply an electric drive signal to the sensor to one of the first or second electrodes (hence referred to as a drive electrode) and the other of the first and second electrodes There can be provided a combined circuit having a sensing channel operable to detect (detect) an electrical signal induced in (also referred to as a sensing electrode).
구동채널은 전압 소스에 구동전극을 선택적으로 접속시키고 이로부터 단절시키도록 동작될 수 있는 스위치 소자를 구비할 수 있다. 감지채널은 전하전달회로를 구비할 수 있다.The drive channel can include a switch element that can be operable to selectively connect and disconnect the drive electrode from a voltage source. The sensing channel may have a charge transfer circuit.
수동센서의 경우, 상기 센서에 접지에 대한 각 전극의 정전용량에서 전하들을 검출하도록 동작될 수 있는 감지채널을 구비하는 결합된 회로가 제공될 수 있다.In the case of a passive sensor, the sensor may be provided with a combined circuit having a sensing channel operable to detect charges in the capacitance of each electrode with respect to ground.
센서는 제 1 전극을 갖는 기판의 면상에 하나 이상의 전극 및/또는 제 2 전극을 갖는 기판의 면상에 하나 이상의 전극을 구비할 수 있으며, 이에 따라 다수의 센서영역(키)을 형성한다.The sensor may have one or more electrodes on the face of the substrate with the first electrode and / or one or more electrodes on the face of the substrate with the second electrode, thereby forming a plurality of sensor regions (keys).
하나 이상의 전극이 기판의 일면 또는 타면에 형성되는 경우, 전극들은 매트릭스 어레이로 배열될 수 있어 상기 전극들에 결합된 회로소자들(예컨대, 능동센서의 구동채널 및 감지채널)이 하나 이상의 키에 제공되게 한다.When one or more electrodes are formed on one or the other side of the substrate, the electrodes may be arranged in a matrix array such that circuit elements coupled to the electrodes (eg, drive and sense channels of an active sensor) are provided on one or more keys. To be.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 본 발명의 제 1 태양의 센서와 상기 센서 위에 놓이는 커버패널을 구비하는 제어패널이 제공된다. 이는 센서가 사용동안 보호되게 한다.According to a second aspect of the invention, there is provided a control panel comprising a sensor of the first aspect of the invention and a cover panel overlying the sensor. This allows the sensor to be protected during use.
상기 제어패널은 본 발명의 제 1 태양의 센서에 결합된 종래 용량성 터치식 키를 제공하기 위해 예컨대 동으로 형성된 적어도 하나의 낮은 저항의 전극을 더 구비할 수 있다. 단일 컨트롤러가 본 발명의 제 1 태양의 센서 및 종래 용량성 터치식 키의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다. The control panel may further comprise at least one low resistance electrode formed of copper, for example, to provide a conventional capacitive touch key coupled to the sensor of the first aspect of the invention. A single controller can be used to control the operation of the sensors of the first aspect of the present invention and conventional capacitive touch keys.
상기 커버패널과 상기 센서는 굴절률이 일치하는 접착제에 의해 서로 부착될 수 있다. 이는 상기 센서와 커버패널이 투명한 광학적 투명도를 유지하는데 일조할 수 있게 한다. The cover panel and the sensor may be attached to each other by an adhesive having the same refractive index. This allows the sensor and cover panel to maintain transparent optical transparency.
더욱이, 상기 제어패널은 상기 센서 아래에 있는 디스플레이 스크린을 구비할 수 있다. 따라서, 터치식 디스플레이가 형성될 수 있다. 상기 디스플레이 스크린과 상기 센서도 또한 굴절률이 일치하는 접착제에 의해 서로 부착될 수 있다.Moreover, the control panel may have a display screen under the sensor. Thus, a touch type display can be formed. The display screen and the sensor may also be attached to each other by an adhesive with a matched refractive index.
본 발명의 제 3 태양에 따르면, 본 발명의 제 2 태양의 제어패널을 구비하는 장치가 제공된다.According to a third aspect of the invention, there is provided an apparatus comprising the control panel of the second aspect of the invention.
본 발명의 더 나은 이해와 본 발명이 어떻게 달성될 수 있는지를 나타내기 위해 첨부도면을 예로써 참조한다.Reference is made to the accompanying drawings by way of example to show a better understanding of the invention and how the invention can be achieved.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서(2)의 정면도 및 배면도를 개략적으로 도시한 것이다. 용어 정면 및 배면은 편의상 상기 센서(2)의 마주보는 면들을 언급하기 위해 사용되며 임의의 특정한 공간방향을 나타내기 위한 것은 아니다. 용어 정면은 일반적으로 센서가 정상적인 사용상태에 있을 때 감지되는 물체를 대하는 센서면을 식별하기 위해 사용된다. 그러나, 많은 경우 센서는 양면 모두 쓸 수 있음이 인식된다.1A and 1B schematically show a front view and a rear view of a two-dimensional
센서(2)는 센서의 감지영역을 함께 형성하는 양면상에 전극들의 패턴이 증착된 기판(4)을 구비한다. 기판상의 전극들의 패터닝은 종래 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 기판(4)은 투명 플라스틱 재료이며, 이 경우는 폴리에틸렌 테레프탈레이드(Polyethylene Terephthalate, PET)이다. 전극은 투명한 도전성 재료이며, 이 경우는 ITO이다. 따라서 전체적으로 감지영역은 투명하며 흐릿함이 없이 아래에 있는 디스플레이 위에 사용될 수 있다. 센서는 추가로 일면에, 이 경우, 기판(4)의 정면(도 1a)에 있는 전극에 구동신호를 공급하기 위한 구동유닛(6)과, 기판(4)의 타면에, 이 경우, 배면(도 1b)에 있는 전극들로부터의 신호를 감지하는 감지유닛(8)을 구비한다. 센서(2)는 구동유닛(6)과 감지유닛(8) 모두에 결합된 센서 컨트롤러(10)를 더 구비한다. 센서 컨트롤러(10)는 구동유닛과 감지유닛의 동작을 제어하고 센서에 인접한 물체의 위치를 결정하기 위해 상기 감지유닛으로부터의 응답을 처리한다. 구동유닛(6), 감지유닛(8) 및 센서 컨트롤러(10)가 별개의 소자로서 도 1a 및 도 1b에 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 일반적으로 이들 소자의 기능성(functionality)은 단일 집적회로 칩, 예컨대 적절하게 프로그램된 범용의 마이크로프로세서 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 또는 애플리케이션 특정 집적회로에 의해 제공된다. The
기판 정면(도 1a)의 전극 패터닝은 3개의 "열" 전극 X1, X2, 및 X3를 구비한다. 이들 전극은 도 1a에 도시된 방향에 대해 수직하게 이어져 있고 서로 수평으로 이격되어 있다(본 명세서에 사용된 용어 수직 및 수평, 상단 및 하단 등은 다른 말이 없다면 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서의 방위에 대한 것이다. 상기 용어들은 정 상적인 사용상태에 있는 경우 센서의 임의의 특정 방향을 나타내려고 하는 것은 아니다. 또한, 용어 행과 열은 일반적으로 수직 및 수평 정렬을 편의상 언급하는데 사용된다). 각 열전극 X1, X2, 및 X3는 복수의 다이아몬드 형태의 개구영역(즉, 기판의 정면에 어떠한 ITO도 없는 곳의 영역)이 기판에 형성된 ITO로 된 전기적인 연속영역으로 형성된다. 열전극들 중 각 전극의 개구영역은 각 밴드가 4행과 9열의 개구들을 구비하는 4개의 수직 배치된 수평밴드들로 배열되어 있다. 기판의 정면상의 전극 패터닝은 또한 접지 실드(ground shield)(14)를 포함한다. 이는 열전극들 중 상단 가장자리를 따라 수평으로 이어져 있고 열전극들 사이 영역으로 뻗어 있는 연속한 ITO의 영역으로 형성된다. 접지 실드는 시스템 접지부(18)(즉, 시스템 기준 전위)에 접속되어 있다. 접지 실드는 사용동안 다른 열전극들 간의 누화를 감소시키는데 일조할 수 있으나, 필요에 따라 생략될 수도 있다.The electrode patterning of the substrate front side (FIG. 1A) has three “column” electrodes X1, X2, and X3. These electrodes run vertically with respect to the direction shown in FIG. 1A and are spaced horizontally from each other (the terms vertical and horizontal, top and bottom, etc., as used herein, unless otherwise noted, are used in the sensor shown in FIGS. 1A and 1B). The terms are not intended to indicate any particular orientation of the sensor when in normal use, and the terms rows and columns are generally used to refer to vertical and horizontal alignment for convenience). Each of the column electrodes X1, X2, and X3 is formed of an electrically continuous region of ITO in which a plurality of diamond-shaped opening regions (i.e., regions without any ITO in front of the substrate) are formed on the substrate. The opening area of each electrode of the column electrodes is arranged in four vertically arranged horizontal bands in which each band has openings of four rows and nine columns. Electrode patterning on the front of the substrate also includes a
열전극 X1, X2, 및 X3는 구동와이어(20)을 통해 구동유닛(6)에 있는 각각의 구동채널 D1, D2, 및 D3에 접속되어 있다. 따라서, 열전극을 때때로 구동되는 전극 또는 구동전극이라 한다. 이 예에서, 각각의 구동채널이 각 열전극에 제공되어 있다. 그러나, 적절한 멀티플렉싱(multiplexing)을 사용하여 단일 구동채널도 또한 사용될 수 있다. 구동채널은 하기에 더 상술되는 바와 같이 구동신호를 열전극들 중 각각의 열전극에 인가하도록 컨트롤러(10)에 의해 제어된다. 구동와이어는 탄소패드(26)를 통해 ITO 열전극들에 접속된 종래의 동선(예컨대, 리본 커넥터(ribbon connectors))을 포함한다. 구동와이어(20)가 도 1a에 개략적으로 도시되어 있으며 일반적으로 다른 전극들과 결합된 구동와이어들이 길이가 동일한 경우 우수한 성능 이 달성될 수 있는데, 이는 채널들 간의 성능차를 최소화하는데 일조할 수 있기 때문이다. 몇몇 예에서, 구동와이어는 에지 커넥터(edge connector)를 통해 구동채널에 접속된 기판상의 ITO 트레이스(traces)로 형성될 수 있다. 그러나, 일반적으로 종래의 결선은 더 낮은 저항의 구동와이어를 제공하는 이점을 갖는다. The column electrodes X1, X2, and X3 are connected to the respective drive channels D1, D2, and D3 in the
기판의 배면의 전극 패터닝(도 1b)은 수평으로 이어져 있고 서로 수직으로 이격된 4행의 전극들 Y1, Y2, Y3 및 Y4을 구비한다. 각 행전극 Y1, Y2, Y3 및 Y4은 ITO로 된 전기 연속영역으로 형성된다. 행전극 Y1, Y2, Y3 및 Y4은 각각이 기판(4)의 맞은편상에 있는 3개의 열전극 X1, X2, 및 X3과 결합하여 길이를 따라 3회 반복되는 패턴을 구비하도록 형성된다. 반복 패턴은 열전극을 형성하는 ITO에서 개구영역의 4개 밴드 중 상응하는 하나에 4행의 다이아몬드 형태의 개구영역들 중 각 하나와 정렬되는 ITO로 된 4개의 서브행들을 구비한다. 각각의 서브행들은 행을 형성하는 ITO가 기판의 맞은편 면상의 개구영역들 중 각 하나에 상응하고 정렬되어지는 다이아몬드 형태로 채워지는 9개의 채움영역(filled region)을 포함한다. 이 경우, 하나의 서브행에서의 채움영역은 이웃한 서브행에서의 채움영역과 단지 접촉만 하고 있으나, 이는 중요하지 않다. 각 행전극의 단부는 탄소패드(27)를 통해 감지영역 외부로 이어져 있는 결선에 의해 형성된 저저항 단락 접속부(low-resistance shorting connections)(30)에 의해 함께 접속되어 있다. 이 예에서, 단란 접속부(30)는 탄소패드(27)를 통해 각각의 행전극들의 단부에 접속된 종래의 동선(예컨대, 리본 커넥터)을 포함한다. The electrode patterning on the back side of the substrate (FIG. 1B) has four rows of electrodes Y1, Y2, Y3 and Y4 running horizontally and spaced vertically from each other. Each row electrode Y1, Y2, Y3 and Y4 is formed of an electric continuous region made of ITO. The row electrodes Y1, Y2, Y3 and Y4 are each formed to have a pattern repeated three times along the length in combination with three column electrodes X1, X2 and X3 on opposite sides of the
행전극 Y1, Y2, Y3 및 Y4은 감지와이어(32)를 통해 감지유닛(8)에 있는 각각 의 감지채널 S1, S2, S3, 및 S4에 접속되어 있다. 따라서, 행전극을 때때로 감지전극이라 한다. 이 예에서 각각의 감지채널이 각각의 전극에 대해 형성되어 있으나, 구동채널과 함께, 적절한 멀티플렉싱을 사용하여 단일 감지채널로도 사용될 수 있다. 감지채널은 하기에 더 상세히 기술되는 바와 같이 행전극들 중 각 하나로부터의 응답신호를 측정하기 위해 컨트롤러(10)에 의해 제어된다. 감지와어이(32)는 단락 접속부(30)에 접속된 종래 동선을 구비한다. 따라서, 감지채널은 감지와이어와 단락 접속부의 결합에 의해 형성된 저저항 접속부를 통해 각각의 열전극들의 양 단부에 접속된다.The row electrodes Y1, Y2, Y3 and Y4 are connected to the respective sensing channels S1, S2, S3, and S4 in the
단락 접속부를 감지채널에 접속시키는 감지와이어(32)와 각각의 열전극 단부 사이의 단락 접속부(30)를 사용하는 도 1b에 도시된 특정 구성은 단지 상기 감지채널을 각각의 열전극의 양 단부들에 접속시키는 한 방식임을 알 수 있다. 예컨대, 각각의 감지채널로부터 결합된 행전극들의 두 단부들까지 직접 이어져 있는 접속부를 사용하여 동일한 결과가 달성될 수 있다. The particular configuration shown in FIG. 1B, which uses a
도 1a에 도시된 구동와이어(20)와 함께, 감지와이어(30)가 개략적으로 도시되어 있고 일반적으로 채널들 간의 성능차를 최소화도록 일조하기 위해 다른 전극들과 결합된 결선이 길이가 동일한 경우 더 우수한 성능이 달성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 감지채널과 행전극 단부들 간의 접속은 전체적으로 또는 부분적으로 기판상의 트레이스를 통해 형성될 수 있다. ITO의 (아마도 저항을 줄이기 위해 센서의 투명 영역에서보다 더 두껍게 제조되는) 트레이스를 형성함으로써 이를 할 수 있으나, 일반적으로는 실버 잉크 트레이스(silver ink traces)를 사용하는 것이 이 점적인데, 이는 실버 잉크 트레이스가 일반적으로 더 낮은 저항을 가지기 때문이다. 그러나, 이 경우 종래의 동선이 감지채널을 행전극에 접속시키는데 사용되고, 이는 또한 일반적으로 ITO를 사용하여 달성할 수 있는 것 보다 더 낮은 저항 접속을 제공하는 이점을 갖는다.Along with the
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서(2)의 평면도를 개략적으로 도시한 것으로, 정면(도 1a) 및 배면(도 1b) 모두에 있는 전극 패터닝이 함께 도시되어 있다. 기판의 배면상의 전극 패터닝이 도 2에서 상단에 있는 것으로 도시되어 있다(즉, 기판 뒤에서 봄). 도 2는 배면(도 1b)상의 행전극들에 있는 기입된 다이아몬드 형태의 영역들이 정면(도 1a)상의 열전극들에 있는 맞은편 개구들위에 놓여 있다. 도 2에서, 구동유닛(6), 센서유닛(8) 및 센서 컨트롤러(10)는 이들 3요소 모두의 기능성을 제공하는 단일 마이크로컨트롤러(50)의 서브유닛들로서 도시되어 있다. 또한 센서 컨트롤러로부터 위치 정보(즉, 감지영역내 감지된 물체의 계산된 위치를 나타내는 신호 Pxy)를 수신하고 측정된 위치에 응답하여 적절한 동작을 취해 제어신호(C)를 출력함으로써 센서와 결합된 장치를 제어하는 장치 컨트롤러(52)가 도시되어 있다. FIG. 2 schematically shows a plan view of the
도 3a는 도 2에 도시된 센서의 확대된 부분을 개략적으로 도시한 것이다. 특히, 도 2에서 점선 R로 표시된 센서 영역이 도시되어 있다. 도 3a는 어떻게 기판의 배면(도 1b)상의 행전극에 있는 각각의 다이아몬드 형태로 채워진 영역들이 정면(도 1a)상의 열전극에 있는 다이아몬드 형태의 개구영역들 중 대응하는 하나와 정 렬되는 지를 더 명확하게 도시하고 있다. 열전극에 있는 개구영역들은 상기 개구영역들이 도면에서 더 명확하게 보여지도록 행전극에 있는 다이아몬드 형태로 채워지는 영역들에 대해서 보다 약간 더 작게 점선으로 개략적으로 도시되어 있다. 특히, 채워지는 영역들과 대응하는 개구영역들이 더 가까이 중첩되도록 실질적으로 동일한 정도로 배열될 수 있다. 3a schematically illustrates an enlarged portion of the sensor shown in FIG. 2. In particular, the sensor region shown by dashed line R in FIG. 2 is shown. FIG. 3A further illustrates how each diamond-shaped region in the row electrode on the back side of the substrate (FIG. 1B) is aligned with a corresponding one of the diamond-shaped opening regions in the column electrode on the front side (FIG. 1A). It is clearly shown. The opening regions in the column electrode are schematically shown in dotted lines, slightly smaller than the regions filled in diamond form in the row electrode so that the opening regions are more clearly seen in the figures. In particular, the areas to be filled and corresponding opening areas can be arranged to be substantially the same to overlap more closely.
도 3b는 도 3a에 도시된 선 AA'를 따라 취한 센서(2) 영역의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 단면도는 또한 터치식 디스플레이(60)를 형성하기 위해 센서(2)와 결합되는 다른 소자들과 그 위치가 감지되는 물체(이 경우, 접지에 대해 정전용량 Cx를 갖는 사용자의 손가락)를 도시하고 있다. 도 3b의 단면도에는 최상위에 센서(2)의 정면도가 도시되어 있다. FIG. 3B schematically shows a cross-sectional view of the area of the
도 3b는 다수의 층들을 구비하는 터치식 디스플레이(60)를 도시한 것으로 이들 층들은 사용자 측으로부터 아래로 L1 내지 L7로 표시되어 있다. 상술한 센서 소자는 층 L3, L4, 및 L5을 구비한다. 층 L4은 기판이고 층 L3 및 L5은 각각 상기 기판의 정면 및 후면상의 ITO 증착물이다. 층 L5은(후면-도 1b) 행전극을 단락 접속부(30)에 접속시키는 탄소패드(27)를 도시한 것이다. 단면 AA'을 통해 취해진 위치에 열전극을 따라 이어져 있는 ITO의 연속 부분이 이 탄소패드에 인접해 있다. 이 ITO의 연속 부분은 짙은선 부분(68)과 십자선 부분(70)이 번갈아 있는 것으로 개략 도시되어 있다. 짙은선 부분(68)은 다이아몬드 형태로 채워지는 영역들에 해당하고 십자선 부분(70)은 다이아몬드 형태로 채워지는 영역들 사이에 접속되는 단면이 취 해지는 행전극의 서브행의 일부분들에 해당한다. 층 L3은 도 1a에 도시된 기판의 정면에 ITO 증착패턴을 도시한 것이다. 도 3b에 도시된 단면도는 많은 다이아몬드 형태의 개구영역들을 지나며 층 L3은 ITO가 있는 십자선 영역들(60)과 기판의 면상에 어떠한 ITO도 없는 빗금치지 않은 영역(62)들이 교대로 있는 단면들을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 기판(4)(층 L5)의 배면상에 있는 다이아몬드 형태로 채워지는 영역들은 정면에 있는 다이아몬드 형태의 개구영역들과 정렬되는 것이 도 3b로부터 명백히 알 수 있다. 3B shows a
터치식 디스플레이(60)의 층 L1은 예컨대 사용동안 센서를 보호하는 유리 또는 플라스틱 재료로 된 커버패널이다. 커버패널은 필요에 따라 그래픽 전사지(graphic decals)를 포함할 수 있다. 층 L2은 센서(2)를 커버패널에 접합시키는 접착층이다. 층 L7은 디스플레이 스크린, 예컨대, 액정 디스플레이 패널이다. 층 L6은 센서(및 부착된 커버패널)를 디스플레이 스크린에 접합시키는 접착층이다. 투명도를 향상시키기 위해 각각의 접착층에 대해 ITO와 커버패널/디스플레이 스크린 커버의 굴절률을 일치시키는 것이 유익할 수 있다. Layer L1 of
행전극과 열전극 사이의 각 교차점이 위치센서(2)의 개개의 센서영역(키)에 대응하게 고려될 수 있다. 따라서, 위치센서(2)는 4행 3열로 배열된 12개의 키를 구비한다. 사용시 센서는 WO 00/44018에 기술된 바와 동일한 방식으로 동작될 수 있으며, 상기 참조문헌의 내용은 참조로 본 명세서에 합체되어 있다. 물체가 인접해 있든 아니든 주어진 키는 키를 정의하기 위해 교차되는 행전극과 열전극 사이의 용량성 커플링을 검사함으로써 결정된다. 따라서, 물체가 도 2에 도시된 좌상단 키 에 인접해 있는지를 판단하기 위해, 열전극 X1에 결합된 구동채널 D1과 행전극 Y1에 결합된 감지채널 S1이 활성화된다.Each intersection point between the row electrode and the column electrode can be considered to correspond to the individual sensor area (key) of the
동작시, 구동채널 D1은 시간가변 구동신호를 열전극 X1에 인가한다. 구동채널 D1은 선택된 기간(또는 간단한 실행에서 저-고 전압 또는 고-저 전압으로부터 일회 이행)의 주기적인 복수의 전압 펄스들을 제공하기 위해 종래 조정된 전원으로부터 동력을 공급받고 센서 컨트롤러(10)에 의해 제어되는 간단한 CMOS 로직 게이트일 수 있다. 대안으로, 구동채널은 사인 발생기 또는 또 다른 적절한 파형을 갖는 주기 전압 발생기를 구비할 수 있다. 따라서, 변하는 전기장이 구동 열전극 X1에 인가되는 일련의 전압 싸이클의 상승 및 하강 경계에서 발생된다. 열전극 X1 및 행전극 Y1은 정전용량 CE을 갖는 커패시터의 맞은편 판으로서 작동한다. 정전용량 CE은 열전극 X1 및 행전극 Y1 사이의 중첩영역에(즉, 이들 전극들의 삽입에 의해 형성된 키의 위치에) 의해 주로 결정된다. 이는 전극들이 최근접한 곳이기 때문이다. 따라서, 행전극 Y1은 구동되는 열전극 X1에 용량적으로 결합되어 상기 구동된 열전극에 의해 발생된 변하는 전기장을 받아들이거나 빨아들인다. 이는 변하는 전기장들의 용량차를 통해 구동되는 열전극 X1상의 변하는 전압에 의해 발생된 행전극 Y1에서의 전류흐름을 야기한다. 전류는 행전극 Y1의 양단부로 (또는, 극성에 따라 양단부로부터) 그리고 적절한 단락 접속부(30)와 감지와이어(32)를 통해 감지유닛(8)의 감지채널(S1)로(로부터) 흐르게 된다. 감지채널은 행전극 Y1에 유도된 전류에 의해 야기된 (극성에 따른) 감지채널로/로부터의 전하량을 측정하도록 구성된 전하 측정회로를 구비한다. In operation, the drive channel D1 applies a time variable drive signal to the column electrode X1. The drive channel D1 is powered from the conventionally regulated power source and supplied to the
용량차는 커패시터를 통해 전류량을 결정하는 방정식에 의해 발생된다: 즉,The capacitance difference is caused by the equation that determines the amount of current through the capacitor:
여기서, IE는 감지와이어(32)에서의 순간적인 전류이고, dV/dt는 구동 열전극 X1에 인가된 전압의 변화율이다. 경계 전환동안 행전극 Y1에 결합된 (그리고 감지채널 S1으로의/으로부터의) 전하량은 시간에 걸친 상기 방정식의 적분이다. 즉,Where I E is the instantaneous current in the
각 전환시에 결합된 전하 QE는 V의 상승시간(즉, dV/dt)에 무관하고, (용이하게 고정될 수 있는) 구동되는 열전극에서의 전압 스윙(voltage swing)과 구동되는 열전극과 감지 행전극 사이의 커플링 정전용량 CE의 크기에만 의존한다. 따라서, 열전극 X1에 인가된 구동신호에서의 변화에 응답하는 감지채널 S1을 구비하는 전하 검출기로의/검출기로부터의 결합된 전하의 측정은 구동되는 열전극 X1과 감지 행전극 Y1 사이의 커플링 정전용량 CE의 측정이다. The combined charge Q E at each transition is independent of the rise time of V (i.e. dV / dt), and the voltage swing at the driven column electrode (which can be easily fixed) and the driven column electrode It only depends on the magnitude of the coupling capacitance C E between the sensing row electrode and the sensing row electrode. Thus, the measurement of the combined charge to / from the detector with a charge detector having a sense channel S1 in response to a change in the drive signal applied to the column electrode X1 results in a coupling between the driven column electrode X1 and the sense row electrode Y1. It is a measurement of capacitance C E.
종래 병렬 커패시터의 정전용량은 (적어도 이격에 비해 다소 큰 판들에 대해) 판들 사이의 공간을 벗어난 영역의 전기적 성질에 거의 무관하다. 그러나, 열전극에서 다이아몬드 형태의 개구영역들과 행전극에서 다른 서브행들 간의 ITO에 있는 갭들의 결합은 열전극 X1과 행전극 Y1 사이를 접속하는 전기장 중 적어도 일 부가 기판으로부터 "사방으로 퍼지는" 것을 의미한다. 이는 구동되는 열전극과 감지 행전극 사이의 용량성 커플링(즉, CE의 크기)이 "사방으로 퍼지는" 전기장이 확장되는 전극들의 교차점(즉, 키의 위치) 부근 영역의 전기적 성질에 어느 정도 민감한 것을 의미한다.The capacitance of a conventional parallel capacitor is almost independent of the electrical properties of the region out of the space between the plates (at least for plates somewhat larger than the spacing). However, the coupling of the gaps in the ITO between the diamond-shaped openings in the column electrode and the other subrows in the row electrode results in at least a portion of the electric field connecting between the column electrode X1 and the row electrode Y1 "spread in all directions" from the substrate. Means that. This is due to the electrical properties of the region near the point of intersection of the electrodes (ie the location of the key) where the electric field in which the capacitive coupling (i.e., the magnitude of C E ) between the driven column electrode and the sense row electrode is "spread in all directions" is expanded. To be sensitive enough.
인접한 물체들이 없는 경우, CE의 크기는 중첩영역에 있는 (각각의 개구들을 고려하여) 열전극과 행전극의 기하학적 모양과, 기판(4)의 두께와 유전상수에 의해 주로 결정된다. 그러나, 물체가 전기장이 ITO에 있는 갭을 통해 도 3b에서 층 L1을 구비하는 커버패널을 지나 사방으로 퍼지는 영역에 있는 경우, 이 영역에서의 전기장은 물체의 전기적 성질에 의해 변경될 수 있다. 이는 전극들 간의 용량성 커플링을 변하게 하고 이에 따라 감지채널을 구비하는 전하 검출기로/검출기로부터 결합된 전하가 변한다. 예컨대, 사용자가 사방으로 퍼진 전기장의 일부에 의해 차지된 공간 영역에 손가락을 갖다대면, 사용자는 지면(또는 경로가 감지소자를 제어하는 회로의 접지기준 전위에 종료하는 다른 인접한 구조물)에 대해 상당한 정전용량을 가지게 되므로 전극들 간의 전하의 용량성 커플링이 감소되어 진다. 이러한 감소된 커플링은 구동되는 열전극과 감지 행전극 사이에 정상적으로 결합된 사방으로 퍼지는 전기장이 열전극에서 땅으로 발산되는 부분에 있기 때문에 발생된다. 이는 센서에 인접한 물체가 전극들 간의 직접적인 커플링으로부터 전기장을 밀어내게 작동하기 때문이다. In the absence of adjacent objects, the size of C E is mainly determined by the geometry of the column and row electrodes in the overlapping region (with respect to the respective openings), the thickness of the
도 3c 및 도 3d는 센서(2) 영역의 단면도를 개략 도시한 것으로, 구동전극과 감지전극 사이를 접속한 전기력선들이 개략적으로 도시되어 있다. 이 도면은 도 3b와 유사하며 도 3b로부터 알 수 있으나, 간략히 하기 위해 층 L3(정면 ITO), L4(기판) 및 L5(배면 ITO)의 일부만이 도시되어 있다. 도 3c는 어떠한 물체도 센서에 인접해 있지 않는 경우의 전기장을 도시한 것이다. 도 3d는 센서에 인접한 물체(즉, 접지에 대해 정전용량 CE를 갖는 사용자의 손가락)가 있는 경우의 전기장을 도시한 것이다. 어떠한 물체도 센서에 인접해 있지 않은 경우, 모든 전기력선들이 2개의 전극들 사이에 접속되어 있다. 그러나, 사용자의 손가락이 센서에 인접해 있는 경우, 기판 밖으로 지나는 전기력선의 일부가 손가락을 통해 접지면과 결합된다. 따라서, 소수의 전기력선들이 전극들 사이에 접속되고 전극들간의 용량성 커플링이 감소된다. 상기 효과는 US 5,648,642[4]에 이용된 효과와 동일하다. 3C and 3D schematically show cross-sectional views of the
따라서, 구동 열전극 X1 및 감지 행전극 Y1 사이에 결합된 전하량을 감시함으로써, 전극들 사이에 결합된 전하량에서의 변화가 식별될 수 있고 물체가 키에 인접해있는 지(즉, 사방으로 퍼지는 전기장들이 뻗어 나가는 영역의 전기적 성질들이 변하는지 여부)를 결정하는데 사용된다. 예컨대, 센서(2)의 초기 구동시에, 센서 컨트롤러(10)는 주어진 구동신호에 대해 각 키 위치에 있는 열전극과 행전극 사이에 전달된 전하의 측정을 할 수 있다. 이는 각 키에 대한 기준신호 레벨 Sref이 되게 취해질 수 있다. 동작동안, 센서 컨트롤러는 적절한 열전극과 행전극을 활성화시킴으로써 각 키 위치에서의 용량성 커플링을 연이어 결정(스캔)할 수 있다. 그런 후 각 키 Smeas에 전달된 측정된 전하량은 상당히 변경되었는지 여부, 예컨대, 적 어도 기절정된 임계신호량 Sth만큼 변경되었는지 여부를 결정하기 위해 상기 키에 대한 기준신호 레벨 Sref과 비교될 수 있다. 전하가 Sth보다 큰 경우, 센서 컨트롤러는 물체가 관련된 키에 인접해 있는 것으로 결정하고 물체의 위치를 나타내는 (즉, 위치된 어떤 키에 인접한) 적절한 신호 Pxy를 출력함으로써 검출 이벤트를 장치 컨트롤러(52)에 나타낸다. 센서 컨트롤러는 또한 터치 위치가 개개의 키들의 크기 보다 더 양호한 해상도로 내삽될 수 있도록 임계치 이상의 변화를 디스플레이하는 상기 키 부근의 키들에 전달된 전하량에서의 변화 크기를 검사할 수 있다.Thus, by monitoring the amount of charge coupled between the driving column electrode X1 and the sensing row electrode Y1, a change in the amount of charge coupled between the electrodes can be identified and the object is adjacent to the key (i.e., the electric field spreading in all directions). Are used to determine whether the electrical properties of the region in which they extend vary. For example, upon initial driving of the
키들을 하나씩 스캔할 필요가 없음을 알게 된다. 각각의 감지채널이 각각의 행전극와 결합되어 있는 경우, 하나의 열전극이 구동될 때 모든 행들이 동시에 감지될 수 있어 주어진 열에 있는 모든 키들도 동시에 검사될 수 있다.You will notice that you do not need to scan the keys one by one. When each sensing channel is associated with each row electrode, all rows can be sensed simultaneously when one column electrode is driven so that all keys in a given column can be examined simultaneously.
위치센서의 감도는 전기장이 행전극과 열전극 사이 영역(즉, 기판(4)의 외부)으로부터 사방으로 퍼지는 정도에 따른다. 이는 기판(가능하게는 커버패널을 통해)에 인접해 있는 물체의 전기적 성질들이 구동 행전극과 수신 행전극 사이를 접속하는 전기장 및 이에 따른 전극들 간의 용량성 커플링을 변경시킬 수 있다. 예에서, 상술한 위치센서(2)는 정상적인 사용동안 사용자와 직면하는 기판의 구동되는 행전극 면이다. 따라서, 행전극에 있는 다이아몬드 형태로 채워지는 영역들에서 (극성에 따라) 시작하거나 종료하는 전기장의 양이 센서의 감도를 결정하는 열전극에 있는 대응하는 다이아몬드 형태의 개구영역들을 통해 사방으로 퍼진다. 감도를 향상시키기 위해 면적의 대부분이 개구영역으로 취해지는 비교적 작은 ITO 면적을 갖는 기판의 사용자측 상에 있는 전극 패턴을 이상적으로 선택할 수 있다. 그러나, 이는 종래의 불투명 도체로는 가능하나, 저항도체 재료로 된 듬성한 회로망을 구비하는 전극 구조들이 너무 저항이 크기 때문에 보다 저항이 큰 투명 도체들로는 가능하지 않다. 상기 설명한 바와 같이, 구동채널의 출력이 너무 큰 임피던스를 "보이는" 경우, 센서의 신뢰도 및 응답특성이 상당히 저하될 수 있다. 따라서, (낮은 저항 전극을 제공하는) ITO의 조밀한 패턴과 (양호한 감도를 제공하는) 개구 패턴 간의 균형을 찾는 것이 중요하다.The sensitivity of the position sensor depends on the extent to which the electric field spreads in all directions from the region between the row and column electrodes (i.e., outside of the substrate 4). This can alter the electrical properties of the object adjacent to the substrate (possibly through the cover panel) to change the electric field connecting between the drive row electrode and the receive row electrode and thus the capacitive coupling between the electrodes. In the example, the
상기 예에서 열전극에 있는 다이아몬드 형태의 개구영역들을 통해 사방으로 퍼지는 전기장이 인접한 물체에 의해 변경되지만, 기판의 마주보는 면상에 있는 행전극들은 상기 행전극들이 ITO로 된 더 협소한 트레이스를 구비하기 때문에 가장 큰 저항을 갖는 것에 유의해야 한다. 따라서, 이 예에서는, 행전극은 단락 접속부에 의해 가장 이득을 얻는다. 열전극은 자체가 비교적 ITO의 넓은 부분을 구비한다. 그러나, 기판 정면에 있는 비교적 많은 양의 ITO는 기판의 배면에 사용될 수 있는 ITO 패터닝의 기하학적 형태(즉, 행전극)를 제한한다. 이는 마주보는 면상의 동일 위치에 ITO를 갖는 기판 영역을 감소시키는 것이 중요하기 때문이다. 이는 전극의 이들 영역들이 서로 용량적으로 강하게 결합되어 있어 개구영역을 통해 사방으로 퍼질 수 있는 전기장의 량을 감소시키기 때문이다. 구동전극 및 감지전극을 구비하는 ITO가 기판의 양면에 있는 영역들을 최소하는 필요는 상기 필요의 핵심으로 저항 도체의 조밀한 패턴과 개구 패턴 사이의 균형을 맞추는 것이다. 구동채널에 나타난 임피던스에 대한 행전극들의 저항 영향은 낮은 저항 결선을 사용하여, 예컨대, 도 1b에 도시된 단락 와이어를 사용하여 행전극들의 양단을 감지채널에 접속시킴으로써 감소될 수 있다. 각 행의 일단만이 감지채널에 접속되는 경우, 타단에 있는 키들에 결합된 용량성 커플링의 측정은 전극의 전체 전기 저항에 의해 영향받을 수 있다. 그러나, 감지채널에 전극의 양단을 접속시킴으로써, 전극의 양단에서 키들과 결합되는 전류량은 감지채널로의 비교적 직접적인(즉, 낮은 저항) 접속을 갖는다. 더욱이, 행전극의 중간에 있는 키들로부터의 전류량은 감지 채널로의 전극을 따라 양방향으로 흐를 수 있다. 따라서, 전극 자체로 인해 발생되는 센서의 임피던스에 대한 최대 기여는 어떠한 단락 접속도 없는 경우에 비해 4 인자 만큼 감소된다. 이는 가장 큰 저항을 갖는 지점이 전극의 일단에서 중간으로 이동하고(이에 따라 가장 큰 저항을 절반으로 하고), 또한 전극의 2개의 절반은 중간지점을 측정회로에 병렬로 접속시키며, 이에 따라 다시 가장 큰 저항을 갖기 때문이다. 이는 기판의 마주보는 면상의 저항도체(즉, 일반적으로 투명 도체)를 기초로 한 위치센서들에 신뢰가능한 위치 센서가 형성될 수 있는 충분히 낮은 전극 저항들이 제공되게 한다(필요하다고 생각되면, 유사한 단락 접속 와이어들이 구동 열전극들의 양단들 사이에 사용될 수 있음을 알게 된다).In this example, the electric field spreading in all directions through the diamond-shaped openings in the column electrode is altered by an adjacent object, but the row electrodes on opposite sides of the substrate have narrower traces of the row electrodes of ITO. Note that it has the greatest resistance. Therefore, in this example, the row electrodes are most benefited by the short circuit connection. The column electrode itself has a relatively large portion of ITO. However, a relatively large amount of ITO on the front of the substrate limits the geometry of the ITO patterning (ie, row electrode) that can be used on the back side of the substrate. This is because it is important to reduce the substrate area having ITO at the same position on the opposite face. This is because these areas of the electrode are capacitively coupled to each other to reduce the amount of electric field that can spread in all directions through the opening area. The need for the ITO with drive and sense electrodes to minimize the areas on both sides of the substrate is at the heart of the need to balance the tight pattern of the resistive conductor with the opening pattern. The effect of the resistance of the row electrodes on the impedance seen in the drive channel can be reduced by connecting both ends of the row electrodes to the sense channel using a low resistance connection, for example using the shorting wire shown in FIG. If only one end of each row is connected to the sense channel, the measurement of the capacitive coupling coupled to the keys at the other end may be affected by the total electrical resistance of the electrode. However, by connecting both ends of the electrode to the sense channel, the amount of current coupled with the keys at both ends of the electrode has a relatively direct (ie low resistance) connection to the sense channel. Moreover, the amount of current from the keys in the middle of the row electrode can flow in both directions along the electrode to the sense channel. Thus, the maximum contribution to the impedance of the sensor generated by the electrode itself is reduced by four factors compared to the case without any short circuit connection. This means that the point with the largest resistance moves from one end of the electrode to the middle (and thus the largest resistance is halved), and the two halves of the electrode connect the intermediate point in parallel to the measurement circuit, thus again This is because it has a large resistance. This allows position sensors based on resistive conductors (ie generally transparent conductors) on opposite sides of the substrate to be provided with sufficiently low electrode resistances that a reliable position sensor can be formed (if considered necessary, It is appreciated that connecting wires can be used between both ends of the driving column electrodes).
다이아몬드 형태의 패턴은 이러한 타입의 전극 패터닝과, 예컨대, (도 3a 및 유사하고 도 3a로부터 알 수 있는) 도 4a 및 도 4b에 개략적으로 도시된 바와 같이 원형 또는 사각형 영역들을 기초로 한 유사한 패턴들의 한가지 특정한 예이며, 많은 다른 구성들도 동일하게 사용될 수 있음을 알게 된다.The diamond shaped pattern is a combination of electrode patterning of this type and similar patterns based on circular or rectangular regions, for example, as schematically illustrated in FIGS. 4A and 4B (similar to FIG. 3A and known from FIG. 3A). One particular example, and it will be appreciated that many other configurations can be used equally.
또한, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서에 사용된 정 면 및 후면 전극 패턴을 개략적으로 도시한 것이다. 이들 도면은 도 1a 및 도 1b와 유사하고 도 1a 및 도 1b로부터 이해된다. 그러나, 도 5a 및 도 5b는 키들의 구성이 다른 센서를 도시한 것이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 4행 3열 어레이의 센서라기 보다, 이 센서는 위쪽 2행에 3개의 키들과 아래쪽 1행에 4개의 키들을 갖는다. 상기 키들은 상술한 패턴과 동일한 다이아몬드 형태의 패턴을 기초로 한다. 아래쪽 행의 키들에 결합된 전극 패터닝은 크기가 더 작지만 이는 중요하지 않다. 이 실시예는 본 발명에 따른 컨트롤 패드의 설계자가 얼마나 그가 키들을 배열하고 싶은지를 결정하는데 있어 상당한 자유를 갖는지에 대한 일예를 도시한 것이다.5A and 5B schematically illustrate front and rear electrode patterns used in a sensor according to another embodiment of the present invention. These figures are similar to FIGS. 1A and 1B and are understood from FIGS. 1A and 1B. However, FIGS. 5A and 5B show sensors with different configurations of keys. Rather than the four-row, three-column array sensor shown in Figures 1A and 1B, the sensor has three keys in the upper two rows and four keys in the lower one row. The keys are based on the same diamond shaped pattern as the pattern described above. The electrode patterning coupled to the keys in the bottom row is smaller in size but this is not critical. This embodiment shows an example of how the designer of the control pad according to the invention has considerable freedom in determining how much he wishes to arrange the keys.
도 6a는 열전극(100)에서 감지 행전극(104)으로 전달된 전하를 측정하는데 사용될 수 있는 회로를 개략적으로 도시한 것이다. 이러한 타입의 회로가 WO 00/44018에 더 상세히 기술되어 있다. 열전극(100)과 행전극(104) 사이의 용량성 커플링이 커패시터(105)로서 개략적으로 도시되어 있다. 상기 회로는 부분적으로 US 5,730,165[2]에서 본 발명자에 의해 개시된 전하전달("QT") 장치 및 방법에 기초하며, 상기 내용은 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.6A schematically illustrates a circuit that can be used to measure the charge transferred from the
열전극(100)과 결합된 구동채널, 감지 행전극(104)과 결합된 감지채널 및 센서 컨트롤러의 소자들이 결합되 처리회로(400)로서 도시되어 있다. 처리회로(400)는 샘플링 스위치(401), (본 명세서에서 간단한 커패시터로서 도시된) 전하 적분기(402), 증폭기(403) 및 리셋 스위치(404)를 구비하고, 또한 선택적 전하 소거수단(405)을 구비할 수 있다. 구동채널(101)로부터 열전극 구동신호와 스위치(401)의 샘플 타이밍 간의 타이밍 관계가 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 구동채 널(101) 및 샘플링 스위치(401)에는 적절한 동기화 수단이 제공되며, 상기 동기화 수단은 이 관계를 유지하기 위한 마이크로프로세서 또는 다른 디지털 컨트롤러(408)일 수 있다. 도시된 구현에서, 리셋 스위치(404)는 전하 적분기(402)를 기지의 초기상태(예컨대, 0볼트)로 리셋시키기 위해 초기에 닫혀있다. 그런 후, 리셋 스위치(404)가 개방되고, 그 후 얼마 있다 샘플링 스위치(401)가 구동채널(101)이 양의 이행(positive transition)을 나타내는 동안의 시간간격동안 스위치의 단자(1)를 통해 전하 적분기(402)에 접속되고, 그 후 전기적 접지 또는 다른 적절한 기준전위인 단자(0)에 재접속된다. 이 때, 구동채널(101)은 접지로 복귀하고, 상기 공정은 총 'n' 싸이클동안 다시 반복된다(여기서 n은 1(즉, 0회 반복), 2(1회 반복), 3(2회 반복) 등이다). 전하 적분기가 행전극으로부터 단절되기 전에 구동신호가 접지로 복귀하지 않는 것이 중요한데, 이는 그렇지 않으면 동일 전하 및 반대 전하가 양 및 음의 진행 경계동안 감지채널로/감치채널 밖으로 흐를 수 있어, 전하 검출기에 어떠한 순(純) 전달 또는 순 전하도 발생할 수 없기 때문이다. 소정 회수의 싸이클에 이어, 샘플링 스위치(401)는 0 위치에 유지되는 한편, 전하 적분기(402)에 대한 전압이 측정수단(407)에 의해 측정되며, 상기 측정수단은 증폭기, ADC 또는 언제든지 애플리케이션에 적절할 수 있는 다른 회로를 구비할 수 있다. 측정이 행해진 후, 리셋 스위치(404)는 다시 닫혀지고, 싸이클은 다음에 필요한 경우, 예컨대, 순간적으로 또는 제어되는 장치에 적절한 지연 후에 재시작된다. 상기 공정을 본 명세서에서 길이 'n'의 측정 '버스트(burst)'라고 하며, 여기서 'n'은 1에서 임의의 무한수에 이를 수 있다. 회로의 감도는 'n'에 직접 비례하고 전하 적 분기(402)의 값에 반비례한다.The driving channel coupled with the
402로 표시된 회로소자는 다른 수단에 의해 또한 달성될 수 있는 전하 적분기능을 제공하고, 본 발명은 402로 도시된 바와 같은 접지기준 커패시터의 사용에 국한되지 않음을 알게 된다. 전하 적분기(402)는 감지회로에 흐르는 전하를 적분하기 위한 동작 증폭계열의 적분기일 수 있음이 또한 자명하다. 이러한 적분기는 또한 커패시터를 사용하여 전하를 저장한다. 적분기는 회로의 복잡도를 더하지만, 감지 전류에 대해 더 이상적인 합산접점 부하(summing junction load) 및 더 동적인 범위를 제공함이 주목될 수 있다. 저속 합산기가 사용되는 경우, 적분기가 제한시간내에 흡수할 수 있을 때까지 고속으로 전하를 일시적으로 저장하기 위해 402의 위치에 각각의 커패시터를 사용하는 것이 필요할 수 있으나, 동작 증폭기계열의 적분기에 포함된 적분 커패시터의 값에 비하면 이러한 커패시터의 값은 상대적으로 중요하지 않게 된다. It will be appreciated that the circuitry indicated at 402 provides a charge integration function that can also be achieved by other means, and the present invention is not limited to the use of a ground reference capacitor as shown at 402. It is also apparent that the
선택된 극성(이 경우 양으로 진행하는 극성)에 대한 구동신호의 변경동안 행전극이 전하 적분기(402)에 접속되어 있지 않은 경우, 샘플링 스위치(401)가 센서의 감지 행전극을 접지에 접속시키게 하는 것이 유용하다. 이는 인위적 접지면을 만들 수 있고, 이에 따라 RF 방출을 감소시키고 또한 상기 언급한 바와 같이 전하 적분기(402)에 의해 감지되는 극성에 반대되는 극성의 결합된 전하가 적절히 분산되고 중성화되게 하기 때문이다. 또한, 저항기를 사용하여 구동채널(101)의 전환간에 동일한 효과를 달성하기 위해 행전극 선들에 대해 접지시킬 수 있다. 단일 SPDT 스위치(401)에 대한 대안으로서, 적절한 방식으로 시간 정해진 경우, 2개의 별개의 스위치들이 사용될 수 있다. If the row electrode is not connected to the
US 5,730,165에서 본 발명자에 의해 기술된 바와 같이, 신호 진폭의 검출 또는 측정의 조작 및 결정에 대해 있을 수 있는 많은 신호처리 선택들이 있다. US 5,730,165는 또한 단일 전극 시스템에 대한 것이기는 하지만 도 6a에 도시된 장치의 이득 관계를 기술하고 있다. 이 경우 이득 관계는 동일하다. 신호소거수단(405)의 이용이 본 발명자에 의해 US 4,879,461[3] 뿐만 아니라 US 5,730,165에 기술되어 있다. US 4,879,461의 개시는 본 명세서에 참조로 합체되어 있다. 신호소거 목적은 각각의 버스트의 발생과 동시에 발생하는 전하 적분기(402)상의 전압(즉, 전하) 증강을 감소시켜 구동 열전극과 수신 행전극 간의 커플링을 더 크게 하는 것이가능하다. 이러한 접근의 한가지 이점은 비교적 저렴한 비용으로 전극들간의 커플링에서의 작은 편차에 민감한 큰 감지영역을 가능하게 하는 것이다. 이러한 큰 감지 커플링은 인간 터치 감지패드에 일반적으로 사용되는 물리적으로 큰 전극들에 나타난다. 전하소거는 더 큰 선형성을 갖는 커플링 량의 측정을 가능하게 하는데, 이는 선형성이 구동 열전극(100)에서 감지 행전극(104)으로 결합된 전하가 버스트 과정을 통해 '가상 접지' 노드로 빨려들어가게 하는 능력에 따르기 때문이다. 전하 적분기(402)상의 전압이 버스트 과정동안 상당히 증가되어지게 되는 경우, 전압은 역 지수적 형태로 증가할 수 있다. 이 지수성분은 선형성 및 이에 따른 이용가능한 동적범위에 악영향을 끼친다.As described by the inventors in US Pat. No. 5,730,165, there are many signal processing options that may be present for manipulation and determination of detection or measurement of signal amplitude. US 5,730,165 also describes the gain relationship of the device shown in FIG. 6A, although for a single electrode system. In this case, the gain relationship is the same. The use of the signal erasing means 405 is described by the inventor in US 5,730,165 as well as US 4,879,461 [3]. The disclosure of US 4,879,461 is incorporated herein by reference. The purpose of signal cancellation is to reduce the voltage (i.e., charge) buildup on the
도 7은 도 3b에 도시된 설명된 종류의 터치식 디스플레이(82)를 포함하는 제어패널(80)을 평면도로 개략 도시한 것이다. 제어패널(80)은 제어되는 장치, 이 경 우에서는 세탁기의 벽(84)에 장착된다. 터치식 디스플레이(82)의 커버패널(92)은 위치된 터치식 디스플레이에 의해 차지된 영역, 이 예에서는 제어패널의 중간 부근과 함께 제어패널의 전 면적 위로 확장되어 있다. 터치식 디스플레이는, 예컨대, 선택될 수 있는 다른 세탁 프로그램에 해당하는 A 내지 F로 표시된 많은 메뉴 버튼, 가변 파라미터, 예컨대, 세탁온도를 정의하는 슬라이딩 스케일(sliding scale)(94), 및 정보에 대해 사용자에게 디스플레이되는 몇 줄의 문자(96)를 도시한 디스플레이와 함께 도 7에 도시되어 있다. 따라서, 사용자는 예컨대 A 내지 F로 표시된 메뉴 버튼 영역에 있는 제어패널을 터치함으로써 세탁 프로그램을 선택할 수 있다. 터치식 디스플레이를 구비하는 센서는 메뉴 버튼 A 내지 F의 위치가 센서에 있는 "키" 위치(즉, 열전극과 행전극 사이의 교차점 영역)에 해당하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 메뉴 버튼 A 내지 F는 센서의 아래에 있는 키의 배열에 직접적으로 관계없을 수 있으며 임의적으로 정의될 수 있다. 임의적으로 정의되는 경우,,감지영역내 터치 위치는 많은 키들로부터의 신호의 내삽으로 결정될 수 있고, 그런 후, 하나가 선택되었는지를 판단하기 위해 그 위치가 디스플레이되는 메뉴 버튼의 위치와 비교된다. 사용자에게 디스플레이되는 슬라이딩 온도 스케일(82)로부터 온도의 선택도 동일한 방식으로 행해질 수 있다.FIG. 7 schematically shows, in plan view, a
터치식 디스플레이(82) 이외에, 제어패널은 또한 많은 추가 버튼(86)과 온/오프 스위치(88)를 포함한다. 이들은 터치식 키 또는 종래 기계식 버튼 스위치일 수 있다. 이 예에서, 이들은 제어패널의 평평하고 밀봉된 외부면을 보존하는 터치식 키이다. 이 경우, 추가버튼은 투명할 필요가 없기 때문에, 상기 버튼은 ITO로 형성될 필요가 없다. 따라서, 값싸고 낮은 저항의 동전극이 이들 버튼에 사용될 수 있다. 더욱이, 단일 센서 컨트롤러 집적회로 칩이 투명센서 및 더 많은 종래의 동전극 터치식 버튼(86,88)을 구비하는 위치센서를 제어하는데 사용될 수 있다. 이는 예컨대 ITO 박막 및 동전극의 다른 저항 및 부하를 고려하여 단일 컨트롤러 칩의 다른 채널들에 대한 적절한 조정에 의해 달성될 수 있다. In addition to the
따라서, 설계자는 투명한 터치식 위치센서를 포함하는 제어패널을 설계하는데 있어 상당한 자유를 가질 수 있으며 상술한 원리가 많은 타입의 장치/기기에 적용될 수 있음을 인식하게 된다. 예컨대, 유사한 센서들이 오븐, 그릴, 세탁기, 트럼블 드라이어(tremble dryers), 식기세척기, 전자렌지(microwave oven), 푸드 브렌더(food blenders), 제빵기, 음료 자동판매기, 컴퓨터, 가정 AV(audiovisual)장비, 휴대용 미디어 플레이어, PDA, 이동전화, 컴퓨터 등과 함께 사용될 수 있다. 예컨대, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 센서(93)를 포함하는 세탁기(91)를 개략적으로 도시한 것이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 센서(99)와 스크린(97)을 포함하는 이동전화(95)를 개략적으로 도시한 것이다. 보다 일반적으로, 본 발명은 인간-기계 인터페이스(human-machine interface)를 갖는 임의의 기기와 공동으로 사용될 수 있다. 또한 제어에 사용될 수 있는 장치/기기와 별도로 제공되는 상술한 종류와 유사한 센서들을 제공할 수 있다. 예컨대, 기존의 기기에 업그레이드를 제공할 수 있다. 또한 다른 영역의 기기를 동작하도록 구성될 수 있는 포괄적 센서를 제공할 수 있다. 예컨대, 센서는 장치/기기 제공자가 적절히 컨트롤러를 구성함으로써, 예컨대 재프로그래밍에 의해 원하는 기기의 기능들을 포함되게 할 수 있는 주어진 범위의 키들을 갖는다. Accordingly, designers will have considerable freedom in designing a control panel that includes a transparent touch position sensor and will recognize that the principles described above can be applied to many types of devices / devices. For example, similar sensors include ovens, grills, washing machines, tumble dryers, dishwashers, microwave ovens, food blenders, bread makers, beverage vending machines, computers, and home audiovisuals. It can be used with equipment, portable media players, PDAs, mobile phones, computers and the like. For example, FIG. 8 schematically shows a
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서(110)의 각각의 정면도 및 배면도를 개략적으로 도시한 것이다. 이는 예컨대 요리도구 제어패널에 사용될 수 있다. 센서(110)는 동일한 키들의 배열을 형성하는 점에서 도 5a 및 도 5b에 도시된 센서와 유사한다. 즉, 센서(110)는 위쪽 2행에 3개의 키와 아래쪽 1행에 4개의 키를 갖는다. 그러나, 키에 대한 전극 패터닝이 다르다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 센서의 키는 다이아몬드 형태 패턴의 중첩개구영역과 채움영역을 기초로 한 것으로, 각 행전극은 도전성 재료로 된 4개의 서브행들로 형성된다. 그러나, 도 10a 및 도 10b에 도시된 센서(110)의 키는 끝이 둥근 슬롯 형태의 영역을 구비하는 패턴을 기초로 한 것으로, 각 행전극은 도전성 재료로된 단일 행을 구비한다. 또한, 이 실시예에서, 열전극에 있는 개구들은 도전성 재료(11)의 영역을 포함한다. 이들 영역은 주변 전극재료와 전기적으로 절연되어 있어 센서가 동작하는 방식에 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 미적인 관점에서, 전극을 구비하는 도전성 재료층을 더 균일한 커버링으로 인해 사용자에게 덜 보이게 하게 일조할 수 있기 때문에 투명센서에 있는 도전성 재료(111)의 면적을 포함하는 것이 더 양호할 수 있다. 각각의 행전극의 양단부는 상술한 단락 접속부와 유사하고 이로부터 알 수 있는 단락 접속부(130)에 의해 함께 접속되어 있다. 10A and 10B schematically illustrate front and rear views of respective two-dimensional
전극을 형성하는 도전성 재료의 특정 패턴에서의 차이에도 불구하고, 도 10a 및 도 10b에 도시된 센서(110)는 일반적으로 동일한 방식으로 동작하고, 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서로부터 알 수 있다. 따라서, 구동유닛(116) 및 센서 컨트롤 러(110)가 도 10a에도 또한 도시되어 있다. 구동유닛(116)은 (3개와는 대조적으로) 4개의 구동채널 D1, D2, D3, 및 D4을 구비하는 점에서 도 1a에 도시된 구동유닛(6)과는 다르다. 이는 센서(110) 키의 행들 중 하나(즉, 도 10a에 도시된 방향에 대해 아래쪽 행)가 4개의 키 영역을 구비하고 4개의 구동채널이 이 행에 제공하는데 필요로 하기 때문이다. 마찬가지로, 도 10b는 감지유닛(118)과 또한 센서 컨트롤러(110)를 도시하고 있다. 상기 센서유닛은 동일한 방식으로 동작하며 도 1b에 도시된 센서유닛(8)으로부터 이해된다.Despite the differences in the specific patterns of conductive materials forming the electrodes, the
센서 컨트롤러(110)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서 컨트롤러(10)와 광범위하게 동일한 방식으로 동작한다. 그러나, 결합된 키 배열에서의 차이는 키가 접촉되어 있는지를 결정하기 위해 다른 로직이 필요로 한 것을 의미한다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 센서(110)에 대해, 신호가 감지채널 S1 또는 S2(위쪽 2행)에 의해 검출되면, 선택된 키영역은 구동채널 D1, D3, 및 D4 중 어떤 채널이 활성화되는지에 따르게 된다(구동채널 D2는 구동채널 D2에 접속된 열전극이 이들 감지채널에 접속된 행전극과 중첩하지 않기 때문에 감지채널 S1 또는 S2상에 감시신호를 발생할 수 없다). 한편, 신호가 감지채널 S3(아래쪽 행)에 의해 검출되면, 선택된 키 영역은 구동채널 D1, D2, D3, 및 D4 중 어떤 채널이 활성화되는지에 따르게 된다.The
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 용량성 위치센서(210)의 정면도 및 배면도를 각각 개략적으로 도시한 것이다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 센서는 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서와 전반적으로 동일한 방식으로 동작하나 다른 키 구성을 기반으로 하고 있다. 이 경우, 6행 8열의 키 어레이(총 48 키 영역)가 형성된다. 따라서, 상응하는 구동유닛(미도시)은 8열 전극에 결합된 8행 구동채널을 구비하고 상응하는 감지유닛(미도시)은 6행 전극에 결합된 6개의 감지채널을 구비한다. 상술한 실시예에서와 같이, 터치 위치는 활성 구동채널에 접속된 열전극과 신호를 인식하는 감지채널에 접속된 감지전극의 교차점으로부터 결정된다.11A and 11B schematically illustrate front and rear views of the two-dimensional
행열의 개수가 증가된 것 이외에, 도 11a 및 도 11b에 도시된 센서(210)에 대한 전극 패턴은 열전극이 접지 실딩에 의해 절연되지 않은 점에서 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서(2)의 전극 패턴과는 다르다. 또한, 1a 및 도 1b에 도시된 센서의 키는 다이아몬드 형태 패턴의 개구영역과 채움영역을 기초로 하며, 각 행전극은 도전성 재료로 된 3개의 서브행들로 형성된다. 그러나, 도 11a 및 도 11b에 도시된 센서(210)의 키는 접속된 직사각형 형태의 개구영역 및 채움영역들을 기초로 하며, 각 행전극은 도전성 재료로 된 (많은 서브행들과는 대조적으로) 단지 하나의 행만을 구비한다.In addition to the increased number of rows, the electrode pattern for the
도 11b에 도시된 각각의 행전극의 양단부는 상술한 단락 접속부와 유사하고 이로부터 이해되는 단락 접속부(230)에 의해 함께 접속되어 있다. 또한, 도 11a에 도시된 각각의 열전극의 단부도 또한 단락 접속부(240)에 의해 함께 접속되어 있다. 이들은 2개의 전극의 양단부들 사이에 단락 접속부(230)가 감지채널에 나타나는 전기 임피던스를 감소시키는데 사용되는 바와 동일한 방식으로 구동채널에 나타나는 전기 임피던스를 감소시키는데 사용된다. 이는 키 영역이 협소한 비교적 큰 면적의 센서 또는 센서들에 특히 유용한데, 왜냐하면 열전극 뿐만 아니라 행전극의 저항이 상당히 커질 수 있기 때문이다. 따라서, 도 11a 및 도 11b에 도시된 센서(210)는 특히 더 큰 터치센서, 예컨대, 16㎝×12㎝ 정도 크기의 POS 단말장치(point of sale terminal)에 사용될 수 있는 터치센서에 특히 적합할 수 있다.Both ends of each row electrode shown in FIG. 11B are connected together by a shorting connection 230 similar to and understood from the shorting connection described above. In addition, the end of each column electrode shown in FIG. 11A is also connected together by a short
상기는 구동 열전극 및 감지 행전극면에서 센서를 기술하였으나, 이들은 동작의 기본 원리를 변경함이 없이 반대로 될 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 센서(2)는 행전극을 구동채널에 그리고 열전극을 감지채널에 접속시킴으로써 동일하게 동작될 수 있다. 더욱이, 기판(4)은 상기에서 배면으로 언급된 면이 정상적인 사용동안 기판의 사용자와 마주보는 면상에 배열되도록 바꾸어질 수 있다. 그러나, 전기장의 사방퍼짐 정도는 기판의 어느 한 면상에서 동일할 수 없는데 이는 일반적으로 어느 한 면상의 전극 패터닝에 따르기 때문임을 인식하게 된다. 따라서, 정상적인 사용동안 감지되는 물체(예컨대, 사용자의 손가락 또는 철침)와 마주보는 기판의 면상에 있게 되는 가장 큰 사방퍼짐 정도를 갖는 전극 패턴이 유익할 수 있다. 또한, 감지전극이 정상적인 사용동안 감지되는 물체와 마주보는 기판의 면상에 위치되는 경우 향상된 감도가 달성될 수 있음을 실험적으로 알았다. 예컨대, 구동전극들이 검출되는 물체와 마주보는 경우에 비해 측정된 신호강도의 배가(倍加)가 나타났다. While the above describes sensors in terms of driving column electrodes and sensing row electrodes, they can be reversed without changing the basic principles of operation. For example, the
더욱이, 송수신 장치(즉, 구동전극 및 감지전극을 사용한 장치)에 따르기 보다는, 상술한 기판, 전극 패터닝 및 단락 접속부 배열들도 또한 수동구성(passive configuration)에 사용될 수 있다. 즉, 구동신호를 구동전극에 인가하는 구동채널과 상기 구동신호에 의해 감지전극에 유도된 감지신호를 검출하는 감지채널을 가지 기 보다, 각각의 전극이 (예컨대, US 5,730,165에 기술된 바와 같은) 단일 전극 정전용량 감지채널에 접속될 수 있다. 이 배열로, 각각의 행전극과 열전극은 별개로 2개의 상응하는 방향을 따라 물체의 위치를 감지한다. 예컨대, 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예를 참조하면, 도 5a의 3개의 열전극과 도 5b의 3개의 행전극이 각각 동일한 단일 전극 정전용량 감지채널에 접속될 수 있다. 따라서, 도 5a의 열전극에 접속된 신호는 수평방향의 터치위치를 식별하는데 사용될 수 있는 한편, 도 5b의 행전극에 접속된 신호는 수직방향의 물체위치를 식별하는데 사용될 수 있다.Moreover, rather than depending on the transmitting and receiving device (i.e., the device using the driving electrode and the sensing electrode), the above-described substrate, electrode patterning and short-circuit connection arrangements can also be used in passive configuration. That is, rather than having a drive channel for applying a drive signal to the drive electrode and a sense channel for detecting a detection signal induced by the drive signal by the drive signal, each electrode (eg, as described in US Pat. No. 5,730,165). It can be connected to a single electrode capacitive sensing channel. In this arrangement, each row electrode and column electrode separately senses the position of the object along two corresponding directions. For example, referring to the embodiment illustrated in FIGS. 5A and 5B, the three column electrodes of FIG. 5A and the three row electrodes of FIG. 5B may be connected to the same single electrode capacitive sensing channel. Thus, the signal connected to the column electrode of FIG. 5A can be used to identify the touch position in the horizontal direction, while the signal connected to the row electrode of FIG. 5B can be used to identify the object position in the vertical direction.
마지막으로, 용어 "터치(touch)"가 상기 설명에서 빈번히 사용되었으나, 상술한 종류의 센서는 물리적 접촉을 필요로 함이 없이 인접한 손가락(또는 철침과 같은 다른 물체)의 위치를 기록할 수 있을 정도로 충분히 민감할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 용어 "터치"가 이에 따라 해석되어야 한다.Finally, although the term “touch” is frequently used in the above description, the sensor of the type described above is such that it can record the position of an adjacent finger (or other object such as a needle) without requiring physical contact. It may be sensitive enough. Therefore, the term "touch" as used herein should be interpreted accordingly.
참조문헌Reference
[1] WO 00/44018(해럴드 필립(Harald Philipp))[1] WO 00/44018 (Harald Philipp)
[2] US 5,730,165(해럴드 필립)[2] US 5,730,165 (Harold Philip)
[3] US 4,879,461(해럴드 필립)[3] US 4,879,461 (Harold Phillips)
[4] US 5,648,642(시냅틱스사(Synaptics Inc.))[4] US 5,648,642 (Synaptics Inc.)
상기에서 설명한 본 발명에 따른 용량성 터치센서의 효과를 설명하면 다음과 같다:The effect of the capacitive touch sensor according to the present invention described above is as follows:
첫째, 본 발명의 용량성 터치센서는 투명 기판과 투명 전극이 제공되며, 상 기 투명 전극들은 고저항적임에도 불구하고 단락 접속부의 제공으로 인해 전극들의 저항에서의 감소로 워크바이 간섭의 영향을 동일하게 감소시키는 이점이 있다.First, the capacitive touch sensor of the present invention is provided with a transparent substrate and a transparent electrode, and although the transparent electrodes are high resistance, the effect of the work-by interference is reduced by the reduction in the resistance of the electrodes due to the provision of the short-circuit connection. There is an advantage to reducing.
둘째, 본 발명의 전극은 기판의 일측면상에 개구영역들의 어레이와 타측면상의 채움영역들의 어레이를 제공하도록 패턴으로 배열될 수 있고, 상기 채움영역은 상기 개구영역들과 정렬되도록 배열되어 전기장이 전극들 사이 영역으로부터 사방으로 퍼지게 하며, 이로 인해 물체가 인접한 경우, 전극들 간의 정전용량 차로 인해 물체의 위치를 정확하게 측정하는 이점이 있다.Second, the electrodes of the present invention may be arranged in a pattern to provide an array of opening regions on one side of the substrate and an array of filling regions on the other side, the filling regions arranged to align with the opening regions so that the electric field is It spreads in all directions from the area between them, and when the object is adjacent, there is an advantage of accurately measuring the position of the object due to the capacitance difference between the electrodes.
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