説明

分割電極構造を有する接触感知パネル及びこれを備えた接触感知装置

接触感知パネルであって、基板の一面に配置される複数の感知電極及び前記複数の感知電極の一側に連結される導線を含み、前記各感知電極は前記一側の反対方向に突出する凸部と前記一側に向かって窪む凹部をそれぞれ少なくとも1つ含む。前記各感知電極の凸部は隣接する少なくとも1つの感知電極の凹部に挿入する形態で配置されることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、単一の電極層を有する接触感知パネル及び接触感知装置に関する。
【背景技術】
【0002】
接触感知装置とは、ユーザの接触位置を感知し、感知された接触位置に関する情報を入力情報と認識して画面制御を含む電子機器の全般的な制御を行うための入力装置をいう。接触感知装置は、ノートブックなどに適用されるタッチパッド、ディスプレイ画面上の接触入力を感知するタッチスクリーンなどを含む。
【0003】
接触感知装置はユーザの入力により感知信号が生成される接触感知パネルと、感知信号を用いて入力を判断する接触感知部などを含み、接触感知パネルは感知信号の生成方式によって抵抗膜方式、静電容量方式などに区分される。ユーザの接触によるキャパシタンスの変化に基づいて接触位置を検出する静電容量方式接触感知パネルは高い耐久性とスライディング形態の入力への適合性などによりその適用範囲が次第に広がっている。
【0004】
静電容量方式接触感知パネルは、キャパシタンスの変化を感知するための透明感知電極を含む。透明電極は、一般にインジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)のような透明導電物質で形成される。従来は、この透明電極を2つの層に別々に形成して、一層は接触位置のX方向座標を、他層は接触位置のY方向座標を検出するために利用するのが一般的な形態であった。しかし、2つの層で透明電極を構成する場合、パネルの透明度が低下し、工程の追加により歩留まりが低下し、価格が上昇するという問題がある。そのため、近年は単一層で透明電極を構成する、いわゆる単一透明電極層構造の静電容量方式接触感知パネルに対する研究が進められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
単層構造の接触感知パネルは構造が単純で、工程の歩留まりが高く、価格が安いという長所を有する。また、厚さが薄く、超薄型電子機器に適用するのに適しており、透明度が高いため鮮明な画面を提供できる。
【0006】
しかし、単層構造の接触感知パネルは、前述した従来の二重層の構造に比べて複数の透明電極の配置の自由度が低いため、検出された接触位置の正確度が多少低下し得るという問題がある。
【0007】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、接触感知パネルに適用可能な新たな形態の単層構造を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様によれば、基板の一面に配置される複数の感知電極と、前記複数の感知電極の一側に連結される導線を含み、前記各感知電極は前記一側の反対方向に突出する凸部と前記一側に向かって窪む凹部をそれぞれ少なくとも1つ含み、前記各感知電極の凸部は隣接する少なくとも1つの感知電極の凹部に挿入する形態で配置されることを特徴とする接触感知パネルが提供される。
【0009】
本発明の他の態様によれば、単一の電極層を有する接触感知パネルであって、前記電極層を形成する複数の感知電極を含み、前記複数の感知電極は少なくとも一部が鋸歯状からなり、前記複数の感知電極のそれぞれは少なくとも1つの隣接する感知電極と鋸歯が互いに噛み合う形状に配置されることを特徴とする接触感知パネルが提供される。本発明の更に他の態様によれば、基板の一面に配置されて感知領域を形成し、第1軸に沿って延びる感知電極と、前記感知電極と電気的に連結される接触感知部を含み、前記感知電極は前記感知領域内で前記第1軸に沿って延びる多数のサブ電極に分割され、前記感知電極を分割する多数のサブ電極間の領域に他の感知電極を分割するサブ電極が少なくとも1つ配置されることを特徴とするタッチセンサ装置が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明による接触感知パネルによれば、接触位置の計算誤差を最小化して検出の正確度を高めることができるという効果を奏する。これにより、接触入力の線形性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンパネルの平面構造を示す図である。
【図2】図1の感知電極の形状と配置構造を具体的に説明する図である。
【図3】図1のタッチスクリーンパネルの断面構造を示す図である。
【図4】本タッチスクリーンパネルにユーザの指が接触した場合に現れるキャパシタンスの変化を示す図である。
【図5】図1のタッチスクリーンパネルを用いて接触位置を計算する過程を示す図である。
【図6】図1のタッチスクリーンパネルを用いて接触位置を計算する過程を示す図である。
【図7】本発明により接触位置検出の正確度が向上する効果を説明する図である。
【図8】本発明により接触位置検出の正確度が向上する効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付する図面を参照して本発明による接触感知パネルについて説明する。以下の説明で同一であるか、対応する構成に対しては図面において同一の部材番号を用いて表示し、重複説明は省略する。
【0013】
図1は、本発明の一実施形態による接触感知パネルの平面構造を示す図であり、図2は、図1の感知電極111、112の形態を具体的に説明する図である。一方、図3は、図1におけるA−A’線に沿った断面構造を示す図である。図面に示されているように、基板120の横方向をX方向、縦方向をY方向、厚さ方向をZ方向で表示する。
【0014】
図1を参照すれば、それぞれの感知電極111、112は一側で導線130と連結される。感知電極111、112は、感知領域124内で導線130と連結される一側と反対方向に突出する凸部113、及び前記一側方向に窪む凹部114を少なくとも1つ以上含む。互いに隣接する感知電極111、112の凹部114には他の感知電極111、112の凸部113が配置される。一実施形態として、一対の感知電極111、112のうち何れか一つの感知電極の凹部114にもう一つの感知電極の凸部113が配置されることで、一対の感知電極111、112は矩形状をなすことができる。
【0015】
図3に示すように、本接触感知パネルは電子機器のディスプレイ画面の前面に設けられる基板120の背面に装着可能である。接触感知パネルがディスプレイ画面に装着される場合、基板120は感知電極111、112が配置される透明な感知領域124とディスプレイベゼルをなす不透明なベゼル領域122で構成される。基板120は電子機器のケース機構物の一部であって、均一な厚さと誘電率を有するアクリルや強化ガラスなどの透明材料からなる。ベゼル領域122は、基板120の背面に顔料を蒸着したり、印刷又は塗布して形成できる。
【0016】
基板120の背面にはX方向に長く、櫛状又は鋸歯状の領域をなして形成された感知電極111、112が左右に対をなしてY方向に複数の位置に繰り返し配置されている。一対の感知電極111、112は、2つの斜面が互いに向かい合う形状に配置されており、その幅が最も広い端部側が導線130を経て接触感知回路部140の各感知チャネルに連結される。
【0017】
図2によれば、左側の感知電極111はX方向に互いに平行に突出した3つの凸部113を有する。各凸部113の間には感知電極111により形成される領域の内側に向かって凹状の凹部114が設けられる。右側の感知電極112も同一の形態を有し、この2つの感知電極111、112は一側の凸部113が相手側の凹部114に挿入する形態で、即ち、鋸歯が互いに噛み合う形状に配置される。このように配置された2つの感知電極111、112により四角形状の領域が形成される。
【0018】
凸部113はその突出した方向に次第に幅が狭くなる形態を有し、突出した長さに比べて幅がより小さい。このような構造により接触位置のX方向座標を計算できるようになるが、これについては後述する。
【0019】
接触感知パネルが電子機器のディスプレイ画面に装着される場合、前述した感知電極111、112はITO、IZO、ZnOなどの膜型(film -type)の透明導電物質からなり、一面に透明導電物質が形成されている透明フィルム115を写真エッチング(photolithography)などの方法を用いてパターニングすることで製作される。次に、パターニングされた感知電極111、112が形成された透明フィルム115上に銀(Ag)などの導電性金属材料をシルクスクリーン法により印刷して導線130を形成できる。図3に示すように、感知電極111、112と導線130が形成された透明フィルム115は基板120の背面に積層(lamination)される。図3には示されていないが、透明フィルム115の積層にはOCA(Optically Clear Adhesive)のような接着剤を用いることができる。
【0020】
導線130を通じて各感知電極111、112に電気的に連結される接触感知回路部140は基板120の感知領域124上に印加されるユーザの接触により現れるキャパシタンスの変化を感知する。図4に示すように、このキャパシタンスの変化はユーザの人体の一部、例えば、指先が感知領域124上の特定位置に接触する場合、該当位置の感知電極111、112と前記人体の接触面を2つの電極板とし、基板120と透明電極115を誘電物質とするキャパシタでモデリングされる、基板120の厚さ方向(Z方向)に形成されるキャパシタンスCと、ここに直列に連結されて接地される人体キャパシタンスCにより現れるものである。接触感知回路部140は、このようなキャパシタンスにより現れる電気的な変化を感知するための電気回路で構成される。
【0021】
座標演算部150は、接触感知回路部140により得られたキャパシタンスの変化に関するデータに基づいて接触位置のX方向及びY方向座標を計算する。接触感知回路部140と座標演算部150はIC(Integrated Circuit)の形態で提供され、FPCB(Flexible Printed Circuit Board)などの軟性基板(flexible board)に実装されることが好ましい。このICを実装した軟性基板は、基板120の背面側に形成された導線130とボンディング(bonding)により電気的に連結される。適用可能なボンディング方法としては、ACF(Anisotropic Conductive Film)などのフィルムを用いたボンディングが挙げられる。このように、タッチセンサ装置を硬性の(rigid)基板120部分と軟性の(flexible)基板部分とに分けて構成し、ボンディング方法により連結することで、多様な形態の電子機器への組立性が向上する。
【0022】
図5及び図6は、ユーザの接触により現れるこのキャパシタンスの変化を感知したことから接触位置のX方向及びY方向の座標を計算する過程を具体的に示す図である。図5に示すように、接触感知回路部140は0番〜15番の16個の独立した感知チャネルを有する。これらの感知チャネルを通じて接触感知回路部140は各感知電極111、112に対して現れるキャパシタンスの変化を感知する。
【0023】
図5にはユーザの人体の一部(例えば、指先)が5番、6番、13番及び14番の感知チャネルが連結された感知電極に跨って基板120上に接触している状態が示されている。接触領域50を斜線で示した丸で表示した。以下、説明の便宜上、各感知チャネルの番号によってそれに連結された各感知電極111、112に番号を付して呼ぶことにする。
【0024】
図6は、各感知チャネルに対して接触感知回路部140から得られる接触信号の強度を棒グラフの形式で示す。参考までに、接触信号は前記接触により現れるキャパシタンスの変化量を反映させる信号であって、キャパシタンスの変化量を直接反映させる信号から環境雑音による影響と人体の接触による基板120の温度上昇により現れるキャパシタンスの変化などの雑音要因を除去した信号である。接触信号は、アナログ電圧又はデジタル値で示され、この信号の強度とは前記アナログ電圧の強度又は前記デジタル値の大きさを意味する。
【0025】
図6を参照すれば、接触領域50が形成されている5番、6番、13番、14番の感知電極に対して測定された接触信号の強度は該当感知電極上に接触領域50が跨っている部分の面積に大体比例する傾向を示す。これは、前記接触により形成されるキャパシタンスCがキャパシタの特性上、接触面積に比例し、人体キャパシタンスCも接触面積に比例して増加するためである。
【0026】
また、図6によれば、5番、6番、13番、14番の感知電極周辺に位置する、直接接触が発生しない3番、4番、7番、15番の感知電極に連結された感知チャネルでもキャパシタンスの変化が感知される。この周辺チャネルで感知されるキャパシタンスの変化は、接触領域50周辺で発生する電場の周辺成分(fringing component)及び人体の接近によるものである。従って、直接接触が発生した5番、6番、13番、14番の感知電極から遠くなるほどその値が小さく現れる。また、右側端部に導線130が連結された15番チャネルに比べて、接触領域50から更に近い左側端部に導線130が連結された4番、7番のチャネルでその値が相対的に大きく現れる現象を確認することができるが、これは導線130が連結された端部における感知電極111、112の凸部113の幅が反対側端部における幅に比べて大きいため、接触面積が大きく形成されるためである。
【0027】
以下、このように得られた接触信号の強度データに基づいて接触位置のX方向座標及びY方向座標を計算する過程について説明する。後で詳細に説明するが、2つの位置成分を計算するにおいては互いに異なる方法が適用される。
【0028】
まず、接触位置のX方向成分を計算する方法は、以下の通りである。座標演算部150は、感知電極111の左側端部に導線130を通じて連結された0番〜7番のチャネルで得られた接触信号の強度と、感知電極112の右側端部に導線130を通じて連結された8番〜15番のチャネルで得られた接触信号の強度の比(ratio)を計算する。計算の結果得られた比値に感知領域124の横長さを掛けると、最小値は0であり、最大値は感知領域124の横長さと同じ範囲の座標値が得られる。
【0029】
この計算には0番〜7番のチャネルで得られた接触信号の強度の総和と8番〜15番のチャネルで得られた接触信号の強度の総和が利用され得る。しかし、雑音による影響又は指の接触時に基板120に近接する手の平などによる影響を排除するために接触信号の強度が所定臨界値を超える感知チャネル(例えば、5番、6番、13番、14番のチャネル)で得られたデータのみを利用するように設計されることもできる。
【0030】
次に、接触位置のY方向座標を計算する方法について説明する。接触位置のY方向座標は各感知チャネルが連結された感知電極111、112のY方向の中心位置に対して、該当感知チャネルで得られた接触信号の強度を重みとして重み平均を求めることで計算される。0番と1番の電極、8番と9番の電極のように隣接する2つの感知電極111、112間の間隔(pitch)をDとすれば、0番〜7番の電極のY方向の中心位置は(n+0.5)×Dのように表される。同様の方法で8番〜15番の電極のY方向の中心位置は(n−8+0.5)×Dのように表される。nは各感知電極111、112に連結された感知チャネルの番号を示す。
【0031】
以上で説明した接触位置のX方向及びY方向座標の計算方法は単純な平均又は重み平均演算を含む非常に単純なアルゴリズムにより実現される。従って、多くの演算リソースと格納空間なしに容易に実現されることができ、座標計算を速やかに行うことができる。また、上記方法によれば、少数の感知電極111、112を用いて接触位置のX方向及びY方向座標を容易、かつ、正確に識別できる。
【0032】
図1及び図5には各感知電極111、112の凸部113の幅がその長さ方向に沿って線形的に減少する形態が示されている。しかし、感知電極111、112の形状は例示された形態に制限されず、必要に応じて、多様な形状に設計されることができる。
【0033】
図7及び図8は、前述した感知電極111、112の形状及び配置構造により接触位置検出の正確性が高くなる原理を説明する。図7は、感知電極111、112の形状を凸部113と凹部114を有する形態の代わりに、単純な三角形状で構成する場合を例示する。図7に示した配置構造によれば、2つの感知電極111、112の境界部分が平行な直線からなる。以下、図7のように配置された2つの感知電極111、112に対して、同一のX方向座標を有する3つの位置51、51、53にそれぞれ指を接触するとするとき、接触位置51に対しては左側感知電極111により形成される面積が大きいため、検出された接触位置が左側に傾いて現れ、同じ理由で接触位置52に対しては検出された接触位置が右側に傾いて現れる。このように、本発明による感知電極111、112の形状を適用しない場合、検出された接触位置のX方向成分がY方向成分と接触面積により影響を受けるという問題がある。
【0034】
しかし、図8に示すように、本発明による感知電極111、112の形状と配置構造によれば、各感知電極111、112が複数の凸部113と凹部114とに分割されているので、検出された接触位置のX方向座標がY方向座標により受ける影響が最小化する。これにより、X方向座標の検出正確度が増加するようになる。
【0035】
また、図8に示すように、各感知電極111、112が複数のサブ電極に分割されているが、互いに電気的に連結された構造であるため、これと連結された各導線130の個数は図7と同じである。従って、ベゼル領域122の幅の増加なしに接触位置を正確に感知できる。
【0036】
図2に示す凸部113の最大幅wは、指による最小の接触面積を考慮して5mm以下に設計することが好ましい。また、2つの感知電極111、112の配置間隔は、2つの感知電極111、112間の寄生キャパシタンスが大きく形成されないように100μm以上、好ましくは200μmに設計することが好ましい。
【0037】
以上、単層構造の接触感知パネルに適用される感知電極111、112の形状及び配置構造について説明した。提案された形状及び構造は、感知電極111、112の配置の自由度が低い単層構造の接触感知パネルに主に適用されるが、同一の構造を多層構造の接触感知パネルの各層に設けられる感知電極に適用することも可能である。この場合、本発明により得られるのと同一の効果を得ることができる。
【0038】
これまで感知電極111、112がX方向に長く形成された場合についてのみ説明したが、感知電極111、112をY方向に長く形成し、X方向の複数の位置に配置して構成することも可能である。
【0039】
前記実施形態において、感知電極111、112を実質的に透明な伝導性物質で形成する場合、本発明による接触感知パネルは、タッチスクリーンパネルと理解され得る。また、感知電極111、112の材料と関係なく、タッチパッド、タッチキーパッドなどのような一般的なタッチセンサ装置にも本発明による電極構造を適用できるのはもちろんである。
【0040】
以上の説明は、本発明に関する全般的な理解を促進するために提供されたものであり、本発明が前記説明された実施形態と同一の構造にのみ制限的に解釈されるのではない。本発明の属する分野において通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な形態の修正及び変形を加えることができる。従って、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等であるか、等価的な変形がある全ての対象は本発明が包括する範囲に属するといえる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の一面に配置される複数の感知電極と、
前記複数の感知電極の一側に連結される導線を含み、
前記各感知電極は前記一側の反対方向に突出する凸部と前記一側に向かって 窪む凹部をそれぞれ少なくとも1つ含み、
前記各感知電極の凸部は隣接する少なくとも1つの感知電極の凹部に挿入する形態で配置されることを特徴とする接触感知パネル。
【請求項2】
前記感知電極が形成される前記一面は、前記基板の唯一の面であることを特徴とする請求項1に記載の接触感知パネル。
【請求項3】
前記凸部は前記一側の反対方向に次第にその幅が減少し、前記凹部は前記一側に向かって次第にその幅が減少することを特徴とする請求項1に記載の接触感知パネル。
【請求項4】
前記感知電極が配置される基板は、電子機器のディスプレイウィンドウに取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の接触感知パネル。
【請求項5】
前記感知電極は、透明導電物質で形成されることを特徴とする請求項1に記載の接触感知パネル。
【請求項6】
隣接する2つの感知電極は、その凸部と凹部が互いに噛み合って四角形状の領域をなすことを特徴とする請求項1に記載の接触感知パネル。
【請求項7】
前記感知電極は前記凸部を複数備え、
前記複数の凸部は同じ方向に互いに平行に設けられることを特徴とする請求項1に記載の接触感知パネル。
【請求項8】
単一の電極層を有する接触感知パネルであって、
前記電極層を形成する複数の感知電極を含み、
前記複数の感知電極は少なくとも一部が鋸歯状からなり、
前記複数の感知電極のそれぞれは少なくとも1つの隣接する感知電極と鋸歯が互いに噛み合う形状に配置されることを特徴とする接触感知パネル。
【請求項9】
前記鋸歯は、その突出した方向の長さが幅よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の接触感知パネル。
【請求項10】
前記鋸歯は、その幅が5mm以下であることを特徴とする請求項8に記載の接触感知パネル。
【請求項11】
鋸歯が互いに噛み合う形状で隣接して配置された2つの感知電極は四角形状の領域をなすことを特徴とする請求項8に記載の接触感知パネル。
【請求項12】
鋸歯が互いに噛み合う形状で隣接して配置された2つの感知電極間の間隔は100μm以上であることを特徴とする請求項8に記載の接触感知パネル。
【請求項13】
基板の一面に配置されて感知領域を形成し、第1軸に沿って延びる感知電極と、
前記感知電極と電気的に連結される接触感知部を含み、
前記感知電極は前記感知領域内で前記第1軸に沿って延びる多数のサブ電極に分割され、
前記感知電極を分割する多数のサブ電極間の領域に他の感知電極を分割するサブ電極が少なくとも1つ配置されることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項14】
前記接触感知部は、
接触により前記感知電極で生成される静電容量の変化を用いて前記接触を感知することを特徴とする請求項13に記載のタッチセンサ装置。
【請求項15】
前記接触感知部は、
互いに異なる感知電極に含まれる2つ以上のサブ電極で生成される前記静電容量の変化に基づいて接触入力を感知することを特徴とする請求項13に記載のタッチセンサ装置。
【請求項16】
前記サブ電極は、5mm以下の幅を有することを特徴とする請求項13に記載のタッチセンサ装置。
【請求項17】
互いに隣接する前記感知電極間の間隔は100μm以上であることを特徴とする請求項13に記載のタッチセンサ装置。
【請求項18】
前記多数のサブ電極のうちの一部は前記第1軸方向に沿ってその幅が狭くなり、前記多数のサブ電極のうちの残りは前記第1軸方向に沿ってその幅が広くなることを特徴とする請求項13に記載のタッチセンサ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公表番号】特表2011−511357(P2011−511357A)
【公表日】平成23年4月7日(2011.4.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−544887(P2010−544887)
【出願日】平成21年1月29日(2009.1.29)
【国際出願番号】PCT/KR2009/000419
【国際公開番号】WO2009/096706
【国際公開日】平成21年8月6日(2009.8.6)
【出願人】(510207209)メルファス,インコーポレイテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】MELFAS, INC.
【住所又は居所原語表記】#906−913, star Valley, 60−11, Gasan−dong, Geumcheon−gu, Seoul 153−177, Republic of Korea
【Fターム(参考)】