KR20200020082A - 터치센서 모듈 - Google Patents

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KR20200020082A KR1020180095354A KR20180095354A KR20200020082A KR 20200020082 A KR20200020082 A KR 20200020082A KR 1020180095354 A KR1020180095354 A KR 1020180095354A KR 20180095354 A KR20180095354 A KR 20180095354A KR 20200020082 A KR20200020082 A KR 20200020082A
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Abstract

본 발명은 액티브 영역과 상기 액티브 영역을 에워싸고 있는 비액티브 영역을 구비하는 터치부, 상기 액티브 영역의 하부에 위치하여 상기 액티브 영역과 대응되어 있고 상기 액티브 영역의 터치 동작에 따른 터치 감지 신호를 출력하는 적어도 하나의 감지용 코일 및 상기 비액티브 영역의 하부에 위치하여 상기 비액티브 영역과 대응되어 있고 상기 액티브 영역의 터치 동작에 따른 기준 신호를 출력하는 적어도 하나의 기준 코일을 포함한다.

Description

터치센서 모듈{TOUCH SENSOR MODULE}
본 발명은 터치센서 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰(smart phone), MP3와 같은 휴대용 전자 기기나 냉장고 등의 가전 기기에는 다양한 동작 상태를 출력하고, 터치(touch) 동작에 의한 명령어 등의 입력 동작을 위한 터치 패널(touch panel)이 부착되어 있다.
따라서, 터치 패널은 사용자의 터치 동작을 인식하기 위한 터치센서 모듈만을 구비하거나, 터치센서 모듈뿐만 아니라 정보를 시각적으로 출력하는 표시장치 모듈도 함께 결합되어 있는 경우도 있다.
이때, 터치 패널에 사용되는 표시장치 모듈은 대표적으로 올레드(OLED, organic light emitting diode) 표시 장치, 특히 아몰레드(AMOLED, active matrix organic light emitting diode)나 액정 표시 장치(liquid crystal display)가 이용된다.
또한, 터치센서 모듈은 X축과 Y축의 좌표를 이용하여 터치 지점을 감지하는 2차원 터치 감지 방식뿐만 아니라 누르는 방향인 Z축 방향으로 인가되는 터치 강도를 추가로 감지하는 3차원 터치 감지 방식이 이용되고 있다.
이러한 3차원 터치 감지 방식을 위해, 종래에는 압력 센서나 이미지 센서를 이용하여 터치의 강도를 감지하였으나 터치 강도 변화를 정확하게 감지하지 못하는 문제점이 존재한다.
또한, 터치를 감지하는 센서의 설치 위치에 따라서도 정확히 터치 여부를 감지하지 못하는 문제가 발생한다.
대한민국 등록특허 제10-1777733호(등록일자: 2017년09월06일, 발명의 명칭: 이미지센서와 불투명 부재를 이용한 3D 터치 장치)
본 발명이 해결하려는 과제는 터치센서 모듈의 터치 판정 동작의 정확도를 높이기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 터치센서 모듈은 액티브 영역과 상기 액티브 영역을 에워싸고 있는 비액티브 영역을 구비하는 터치부, 상기 액티브 영역의 하부에 위치하여 상기 액티브 영역과 대응되어 있고 상기 액티브 영역의 터치 동작에 따른 터치 감지 신호를 출력하는 적어도 하나의 감지용 코일 및 상기 비액티브 영역의 하부에 위치하여 상기 비액티브 영역과 대응되어 있고 상기 액티브 영역의 터치 동작에 따른 기준 신호를 출력하는 적어도 하나의 기준 코일을 을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하나의 감지용 코일은 적어도 하나의 기준 코일에 대응되게 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 감지용 코일과 상기 적어도 하나의 기준 코일은 동일한 기판에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판과 상기 커버 사이에 위치하여 상기 기판과 상기 커버 사이를 이격하는 간격재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 감지용 코일과 상기 기준 코일은 서로 동일한 형상으로 상기 기판에 권선되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 감지용 코일과 상기 기준 코일은 서로 다른 형상으로 상기 기판에 권선되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 감지용 코일과 상기 적어도 하나의 기준 코일에 연결되어 있고, 상기 적어도 하나의 감지용 코일에서 출력되는 상기 터치 감지용 신호와 상기 적어도 하나의 기준 코일에서 출력되는 기준 신호를 이용하여 액티브 영역의 터치 지점을 판정하는 동작 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동작 제어부는 제1 보정값 및 제2 보정값을 각각 이용하여 상기 터치 감지용 신호와 기준 신호를 보정한 보정 터치 감지용 신호와 보정 기준 신호를 생성하고, 생성된 보정 터치 감지용 신호와 보정 기준 신호를 이용하여 액티브 영역의 터치 지점을 판정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 보정값과 상기 제2 보정값은 상기 감지용 코일과 기준 코일의 권선 수 및 권선 형상 중 적어도 하나에 의해 정해질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판의 하부에 위치하는 하부막을 더 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 커버의 액티브 영역에 대응되게 위치하는 감지용 코일뿐만 아니라 비액티브 영역에 대응되게 위치하는 기준 코일을 이용하여 액티브 영역의 터치 지점을 판정하므로, 터치 여부 판정 동작의 정확도가 크게 향상된다.
또한, 터치센서 모듈을 구비하는 기기에 장착되어 있는 터치 구동 소자의 정확한 터치 판정 동작이 이루어져 해당 기기의 동작의 신뢰성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서 모듈의 개념적인 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서 모듈에 배치되어 있는 감지용 코일과 기준 코일의 다양한 배치 예를 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예 따른 터치센서 모듈에서 코일에 교류 전류가 인가될 때, 코일에 발생하는 자기장에 따라 터치 대상물에 형성되는 와전류를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예 따른 터치센서 모듈이 터치될 때, 커버와 코일 간의 간격 변화에 따른 코일의 자기장 변화 및 커버 와전류의 세기 변화를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서 모듈의 제어 장치에 대한 개략적인 블럭도이다.
도 8은 도 7에 도시한 제어 장치의 동작 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서 모듈에 대해서 설명하도록 한다.
먼저, 도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서 모듈(1)은 맨 하부에 위치하는 하부막(110), 하부막(110) 위에 위치하고 감지용 코일(1221~122n)과 기준 코일(1231~123m) 이 위치하는 코일층(120), 코일층(120) 위에 위치하는 커버(130), 그리고 코일층(120)과 커버(130) 사이에 위치하는 간격재(140)를 구비한다. 여기서, n과 m은 양의 자연수이다.
하부막(110) 및 커버(130)은 각각 전도성이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 하부막(110) 및 커버(130)은 알루미늄(Al)이나 구리(Cu)와 같은 금속으로 이루어진 판 형태로 이루어져 있고, 코일층(120)을 사이에 두고 서로 반대편에서 대응되게 위치하고 있다.
하지만, 하부막(110)과 커버(130)은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 하부막(110)은 전도성이 낮고 유전율이 높은 물질로 이루어질 수 있고 커버(130)은 전도성이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
이때, 전도성이 낮고 유전율이 높은 물질은 폴리이미드(polyimid), PET(polyethylene terephthalate) 또는 EMI(Electro Magnetic Interference) 차폐를 위해 사용되는 물질일 수 있다.
코일층(120)에 위치한 감지용 코일(1221-122n)과 기준 코일(1231-123m), 1122b)로 교류 전류가 인가되어 발생하는 자기장에 따라 부막(110) 및 커버(130)에는 와전류인 유도 전류가 발생하며, 이때, 발생되는 유도 전류의 세기는 해당 코일(1221-122n, 1231-123m)과 해당 하부막(110)과 커버(130) 간의 거리에 따라 달라진다. 따라서, 해당 코일(1221-122n, 1231-123m)과의 거리가 감소할수록 해당 하부막(110)과 커버(130)에 형성되는 와전류의 세기는 증가한다.
따라서, 본 예의 터치센서 모듈(1)은 이러한 유도 전류의 세기 변화를 이용한 것으로서, 인덕턴스 포스 센서(inductive force sensor)의 동작 개념을 사용한다. 인덕턴스 포스 센서의 동작 개념에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
이러한 하부막(110)은 코일층(120) 하부에 접착제 등을 통해 코일층(120)과 접하게 위치하거나 접착제 도포에 형성된 접착층을 통해 코일층(120) 하부에 위치하고, 커버(130)은 간격재(140)에 의해 간격재(140)의 두께만큼 하부에 위치한 코일층(120)의 해당 코일(1221-122n, 1231-123m)과 이격되어 있다.
간격재(140) 역시 자신의 하부면과 상부면에 도포된 접착제 등을 통해 이들과 각각 접하는 코일층(120) 및 커버(130)의 해당 부분에 안정적으로 위치할 수 있다.
따라서, 하부막(110)과 각 해당 코일(1221-122n, 1231-123m) 간의 이격 거리 즉, 간격(L11)은 간격재(140)에 의해 이격되어 있는 커버(130)과 해당 코일(1221-122n, 1231-123m)과의 이격 거리(L12)보다 훨씬 좁다.
본 예에서, 하부막(110)은 커버(130)과 동일하게 하나의 평판으로 이루어질 수 있다.
하부막(110)은 터치센서 모듈(110)의 하부에 위치하는 배터리(battery) 등과 같은 전기 회로와의 전자기 차폐(electromagnetic shielding) 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 하부막(110)에 의해, 터치센서 모듈(1)은 하부에 위치한 전기 회로에서 방출되는 전자기파의 영향 없이 상부막인 커버(130)의 터치 정도에 따라 정확하게 인덕턴스의 변화량이 감지된다.
이러한 하부막(110)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
코일층(120)의 상부에 위치하는 커버(130)는 금속 물질뿐만 아니라 ITO와 같은 도전성 물질로도 이루어질 수 있고, 하부에 위치하고 있는 코일층(120) 전체를 덮고 있는 판 형태로 이루어져 있다.
이러한 커버(130)는 외부로 노출되어 사용자의 터치 동작이 직접적으로 이루어지는 터치부일 수 있다. 하지만, 대안적인 예에서, 커버(130) 상부에는 액정 표시 모듈이나 유기 발광 표시 모듈 등으로 이루어진 표시장치 모듈이 위치할 수 있다. 이 경우, 사용자에 의한 직접적인 터치 동작이 이루어지는 부분은 표시장치 모듈(120)의 상부막이므로, 액정표시장치 모듈의 상부막이 터치부가 된다.
이와 같이, 사용자에 의해 터치부인 커버(130)의 터치 동작이 이루어지면, 터치 동작 시 인가되는 물리적인 힘에 비례하게 커버(130)는 휘어지고, 터치 지점에서 커버(130)와 코일층(120) 간의 거리가 감소하여 터치 지점에 대응하는 해당 코일(1221-122n)의 인덕턴스가 변한다.
따라서, 본 예의 터치센서 모듈(1)은 인가되는 물리적인 힘과 비례하여 변하는 인덕턴스의 크기를 감지해 Z축 방향으로의 터치 정도를 판정한다.
하부막(110)과 커버(130) 사이에 위치하는 코일층(120)은 기판(121)과 기판(121)의 상부면과 하부면에 위치하는 적어도 하나의 감지용 코일(1221-122n)과 적어도 하나의 기준 코일(1231-123m)을 구비한다.
이때, 기판(121)은 비도전성 물질로 이루어진 절연 기판일 수 있다.
도 1에서, 코일(1221-122n, 1231-123m)이 위치하는 기판(121)의 상부면과 하부면에는 에폭시(epoxy) 등을 이용하여 몰딩 처리가 이루어져 코일(1221-122n, 1231-123m)은 몰딩부 속에 위치하지만, 이러한 몰딩 처리는 생략될 수 있다.
기판(121)의 상부면과 하부면에 위치하고 있는 감지용 코일(1221-122n)과 기준 코일(1231-123m) 각각은 도 2에 도시한 것처럼, 사각형과 같은 다양한 형태의 다각형 형태나 나선형과 같은 원형 형태나 타원형 형태로 배치되어 있고, 외부로부터 교류 전류를 인가받는다.
각 코일((1221-122n, 1231-123m)은 서로 연결되어 있는 입력단과 출력단을 갖고 있고 금속과 같은 도전 물질로 이루어져 있는 하나의 긴 선(line)이다.
감지용 코일(1221-122n)의 개수가 복수 개로 이루어져 있는 경우, 복수 개의 감지용 코일(1221-122n)은 서로 이격되어 있고, 기준 코일(1231-123m) 역시 복수 개일 경우, 복수 개의 기준 코일(1231-123m) 역시 서로 이격되어 있다.
또한, 도 2에 도시한 것처럼, 감지용 코일(1221-122n)은 모든 기준 코일(1231-123m)과 이격되어 있다.
이때, 기준 코일(1231-123m)은 대응되는 감지용 코일(1221-122n) 주변에 위치하는 대응되는 감지용 코일(1221-122n)을 에워싸고 있다. 본 예에서, 감지용 코일(1221-122n)과 기준 코일(1231-123m)은 도 2 내지 도 5와 같이 다양한 형태로 기판(121)에 배열되어 있다.
예를 들어, 도 2 내지 도 5에서 감지용 코일(1221-122n)의 개수는 복수 개이고, 동일한 방향으로 서로 이격되게 나란히 배열되어 있으며, 사각형의 형태로 각 해당 위치에 배치되어 있다.
이러한 감지용 코일(1221-122n)은 각각 커버(130)의 해당 지점의 터치 여부를 감지하기 위한 것으로서, 각 감지용 코일(1221-122n)에서 출력되는 전기 신호 즉, 터치 감지 신호를 이용하여 커버(130)의 해당 지점에 대한 터치 여부를 판정한다.
또한, 기준 코일(1231-123m)은 각 감지용 코일(1221-122n)에서 출력되는 터치 감지 신호를 이용한 터치 여부 판단 동작의 정확도를 높이기 위한 것으로서, 해당 기준 코일(1122b)에서 출력되는 전기 신호, 즉 기준 신호는 대응하는 감지용 코일(1221-122n)의 터치 여부를 판정하는 기준 신호로 기능한다.
따라서, 이들 감지용 코일(1221-122n)과 기준 코일(1231-123m)에서 각각 출력되는 터치 감지 신호와 기준 신호를 수신하는 동작 제어부는 터치 감지 신호와 기준 신호의 차이를 이용하여 각 감지용 코일(1221-122n)에 대응하는 커버(130)의 해당 지점에 대한 터치 여부를 판단한다. 이러한 동작 제어부의 동작은 다음에 상세히 설명한다.
다시 도 2 내지 도 5를 참고로 하면, 적어도 하나의 기준 코일(1231-123m)은 다양한 형태와 다양한 개수로 감지용 코일(1221-122n) 주변에 배열되어 있다.
이때, 기준 코일(1231-123m)은 배열되는 개수에 따라 대응하는 감지용 코일(1221-122n)의 개수 역시 달라질 수 있다.
예를 들어, 도 2의 경우, 네 개의 감지용 코일(1221-1224) 위치하고 이에 대응되게 2 개의 기준 코일(1231, 1232)이 존재한다.
따라서, 하나의 기준 코일(1231)은 대면하고 있는 두 개의 감지용 코일(1221, 1222)을 이용한 터치 여부 판단 동작을 위한 기준 신호를 제공하고, 나머지 하나의 기준 코일(1232)은 대면하고 있는 나머지 두 개의 감지용 코일(1223, 1224)을 이용한 터치 여부 판단 동작을 위한 기준 신호를 제공한다.
이를 위해, 도 2에 도시한 것처럼, 각 기준 코일(1231, 1232)은 해당 감지용 코일(1221 및 1222, 1223 및 1224)을 에워싸는 형태로 해당 감지용 코일(1221 및 1222, 1223 및 1224) 주변에 위치한다.
도 3의 경우에는 세 개의 감지용 코일(1221-1223)과 이에 대면하고 있는 총 8개의 기준 코일(1231-1238)이 기판(121)에 배치되어 있다.
이런 경우, 맨 좌측에 위치하고 있는 감지용 코일(1221)은 이에 대응하는 네 개의 기준 코일(1231-1234)에서 출력되는 기준 신호를 기준으로 하여 자신의 상부에 위치한 커버(130)의 해당 지점의 터치 여부를 감지할 수 있도록 한다.
또한, 맨 우측에 위치하고 있는 감지용 코일(1223)은 이에 대응하는 네 개의 기준 코일(1235-1238)에서 출력되는 기준 신호를 기준으로 하여 자신의 상부에 위치한 커버(130)의 해당 지점의 터치 여부를 감지할 수 있도록 한다. 마지막으로, 좌측과 우측에 위치하고 있는 감지용 코일(1221, 1223) 사이에 위치하고 있는 감지용 코일(1222)은 자신과 가장 인접해 있는 두 개의 기준 코일(1234, 1235)에서 출력되는 기준 신호를 이용하여 해당 지점의 터치 여부를 판정하도록 한다. 이와 같이, 동일한 기판(121)에 위치한 감지용 코일(1221-122n)의 경우에도 대응되는 기준 코일(1231-123m)의 개수는 상이할 수 있다.
도 4에는 세 개의 감지용 코일(1221-1223)과 네 개의 기준 코일(1231-1234)이 기판(121)에 위치한다.
따라서, 각 감지용 코일(1221-1223)은 인접해 있는 두 개의 가준 코일(1231-1234과 대응된다.
즉, 맨 좌측에 위치한 감지용 코일(1221)은 인접한 두 개의 기준 코일(1231, 1232)과 대응되고, 가운데에 위치한 감지용 코일(1222)은 인접한 두 개의 기준 코일(1232, 1233)과 대응되며, 맨 우측에 위치한 감지용 코일(1223)은 나머지 두 개의 기준 코일(1233, 1234)과 대응된다.
따라서, 각 감지용 코일(1221-1223)에서 출력되는 감지 신호와 대응되는 각 두 개의 기준 코일(1231-1234)에서 출력되는 기준 신호를 이용하여 각 감지용 코일(1221-1223)이 담당하고 있는 커버(130)의 해당 지점에 대한 터치 여부를 판정하게 된다. 도 5는 도시한 것처럼, 복수 개의 감지용 코일(1221-1225)에 하나의 기준 코일(1231)이 배치되어 있는 경우이다.
이런 경우, 각 감지용 코일(1221-1225)은 기준 코일(1231)과 대응되어 기준 코일(12231)에서 출력되는 기준 신호를 이용하게 된다.
도 2 내지 도 5에 도시한 것처럼, 복수 개의 감지용 코일(1221-122n)은 모두 동일한 형상을 갖고 있고, 복수 개의 기준 코일(1231-123m)은 모두 동일한 형상을 갖고 있다.
또한, 감지용 코일(1221-122n)과 기준 코일(1231-123m)은 서로 동일한 형상으로 기판(121)에 권선되어 있거나 다른 형태로 권선되어 있다.
도 2 내지 도 5의 경우와 달리, 기판(121)에는 하나의 감지용 코일과 하나의 기준 코일이 원하는 위치에 배치되어 있거나, 하나의 감지용 코일에 복수 개의 기준 코일이 대응되게 배열될 수 있다.
이러한 적어도 하나의 감지 코일(1221-122n)과 적어도 하나의 기준 코일(1231-123m)은 이미 기술한 것처럼, 터치부인 커버(130) 하부에 위치한다.
이때, 도 1에 도시한 것처럼, 적어도 하나의 감지 코일(1221-122n) 은 커버(130)의 액티브 영역(active area)(AR1) 하부에 위치하여 액티브 영역(AR1)과 대응되고, 적어도 하나의 기준 코일(1231-123m)은 액티브 영역(AR1) 주변에 위치하는 터치부(130)의 비액티브 영역(inactive area)(AR2) 하부에 위치하여 비액티브 영역(AR2)과 대응된다.
본 예에서, 커버(130)의 액티브 영역(AR1)은 터치 동작에 의해 동작되는 버튼이나 스위치 등의 터치 구동 소자의 구동시키기 위해 터치 동작이 이루어지는 영역으로서, 이때, 감지용 코일(1221-122n)은 터치 구동 소자의 일부를 이룬다.
반면, 커버(130)의 비액티브 영역(AR2)은 터치 구동 소자가 장착되지 않는 영역으로서, 실질적으로 터치 구동 소자를 구동시키기 위한 터치 동작이 행해지지 않는 영역이다.
이러한 비액티브 영역(AR2)은 이미 기술한 것처럼 액티브 영역(AR1) 주변에 위치하므로, 실질적으로 터치 구동 소자를 구동하기 위해 비액티브 영역(AR2)에 대한 직접적인 터치 동작이 이루어지지 않더라도 액티브 영역(AR1)에서 행해지는 터치 동작의 영향을 받아 해당 기준 코일(1231-123m)과 액티브 영역(AR2) 간의 간격 변화가 이루어진다.
이와 같이, 커버(130)가 액티브 영역(AR1)과 비액티브 영역(AR2)으로 나눠져 있으므로, 적어도 하나의 감지용 코일(1221-122n)은 액티브 영역(AR1)에 위치하고, 기준 코일(1231-123m)은 비액티브 영역(AR2)에 감지용 코일(1221-122n)의 배치 형태를 기초하여 정해진 위치에 배치된다.
이처럼, 감지용 코일(1221-122n) 과 기준 코일(1231-123m)이 배치되어 있는 터치 센서 모듈(1)은, 이미 기술한 것처럼, 각 코일(1221-122n, 1231-123m)과 커버(130) 간의 이격 거리 변화에 따른 유도 전류의 크기 변화를 이용하는 인덕턴스 포스 센서의 동작 개념을 이용한 것이다.
예를 들어 해당 코일(1221-122n, 1231-123m)에 교류 전류가 인가되면, 도 6a에 도시한 것처럼, 해당 코일(1221-122n, 1231-123m) 주변에 자기장(M1)이 형성되고, 이 자기장(M1)의 영향에 의해 코일(1221-122n, 1231-123m) 과 이격되게 위치하고 있는 커버(130)에는 코일(1221-122n, 1231-123m)에 인가되는 전류 방향과 대칭되게 유도 전류(I1)가 생성된다.
이때, 유도 전류는 자기장의 세기 변화에 따라 가변되며, 공진 주파수의 발진에 따라 터치센서 모듈(1)에 인가되는 힘의 세기가 감지된다.
따라서, 액티브 영역(AR1) 내에 위치하는 커버(130)의 상부를 사용자가 누르게 되면, 사용자의 누름 동작에 따른 물리적인 힘에 비례하는 누름 강도에 따라 커버(130)의 터치 지점은 인가되는 힘의 세기에 비례하게 휘게 된다.
따라서, 커버(130)와 해당 감지용 코일(1221-122n) 간의 거리 감소에 따라 커버(130)의 액티브 영역(AR1)의 해당 지점에서의 유도 전류(I1)의 크기는 증가하고, 증가하는 유도 전류(I1)의 영향에 의해 해당 지점의 감지용 코일(1221-122n)에서 발생하는 자기장(M1)이 감소한다(도 6b 참조).
이러한 자기장(M1)의 감소는 감지용 코일(1221-122n)의 실효 인덕턴스를 감소시키게 된다.
이처럼, 커버(130)의 터치 정도에 따른 커버 (130)의 액티브 영역(AR1)과 감지용 코일(1221-122n) 간의 거리 변화에 의해 해당 감지용 코일(1221-122n)의 인덕턴스 크기가 변하므로, 이러한 인덕턴스의 크기를 감지하면 커버(130)의 터치 지점에 가해지는 힘의 정도 즉, Z축 방향으로의 눌림 정도를 감지하게 된다.
따라서, 감지용 코일(1221-122n)의 인덕턴스는 커버(130)를 터치할 때의 터치 강도에 따라 변하는 커버(130)의 해당 감지용 코일(1221-122n) 간의 이격 거리(L12)에 따라 변한다.
또한 이미 기술한 것처럼, 기준 코일(1231-123m)이 위치하고 있는 비액티브 영역(AR2) 역시 액티브 영역(AR1)의 터치 동작에 따라 기판(121)과의 거리가 변하여, 해당 기준 코일(1231-123m)의 인덕턴스 크기 또한 변하게 된다.
본 예에서, 감지용 코일(1221-122n)과 기준 코일(1231-123m)은 기판(121)의 상부면과 하부면에 위치하지만, 이에 한정되지 않고 기판(121)의 어느 한 면(예를 들어, 상부면)에만 위치할 수 있다.
간격재(140)는 코일층(120)과 커버(130) 사이에 위치하여 코일층(120)의 상부와 커버(130) 사이를 이격시킨다.
이러한 간격재(140)는 감지용 코일(1221-122n)과 기준 코일(1231-123m)이 위치하지 않는 코일층(120)의 가장자리부에 위치하여 그 위에 위치하는 커버(130)를 지지한다.
이러한 구조를 갖는 터치센서 모듈(1)에 대한 터치 여부를 판정하기 위한 제어 장치의 구조 및 동작에 대하여 도 7 및 도 8을 참고로 하여 설명한다.
도 7에 도시한 제어 장치는 역시 본 예의 터치센서 모듈(1)의 일부를 구성한다.
본 예의 제어 장치는 도 4와 같이 기판(121)에 세 개의 감지용 코일(1221-1223)과 네 개의 기준 코일(1231-1234)이 구비된 경우를 하나의 예로 들어 설명한다. 따라서, 제어 장치에서의 감지용 코일과 기준 코일의 개수는 기판(121)에 배치되어 있는 개수와 동일하다.
도 7에 도시한 것처럼, 제어 장치는 기판(121)에 위치하는 제1 내지 제3 감지용 코일(1221-1223), 제1 내지 제4 기준 코일(1231-1234), 이들 코일(1221-1223, 1231-1234)과 연결되어 있는 동작 제어부(200), 그리고 동작 제어부(200)에 연결되어 있는 저장부(300)를 구비한다.
제1 내지 제3 감지용 코일(1221-1223)은 각각 커버(130)의 액티브 영역(AR1)에 대응되게 위치하고 있고 해당 상태의 터치 감지 신호를 생성하여 동작 제어부(200)로 출력한다.
제1 내지 제4 기준 코일(1231-1234)은 각각 커버(130)의 비액티브 영역(AR2)에 대응되게 위치하고 있고 해당 상태의 기준 신호를 생성하여 동작 제어부(200)로 출력한다.
동작 제어부(200)는 입력되는 제1 내지 제3 터치 감지 신호와 제1 내지 제4 기준 신호를 입력받아, 제1 내지 제3 터치 감지 신호와 제1 내지 제4 기준 신호를 각각 보정하여 보정된 제1 내지 제3 보정 터치 감지 신호와 제1 내지 제4 보정 기준 신호를 생성한다.
그런 다음, 동작 제어부(200)는 생성된 제1 내지 제3 보정 터치 감지 신호 각각을 대응하는 해당 보정 기준 신호와 비교하여 제1 내지 제3 감지용 코일(1221-1223) 중 어느 코일에 대응하는 액티브 영역(AR1)의 지점에 터치 동작이 발생했는지 판단한다.
저장부(300)는 제어 장치의 동작에 필요한 데이터나 동작 중에 생성되는 데이터 등이 저장되는 저장 매체로서 메모리일 수 있다.
따라서, 이러한 저장부(300)에는 터치 감지 신호의 값을 보정하기 위한 보정값(예, 제1 보정값)(α)과 기준 감지 신호의 값을 보정하기 위한 보정값(예, 제2 보정값)(β)이 저장되어 있다.
이때, 이들 제1 및 제2 보정값(α, β)은 서로 상이하며, 감지용 코일(1221-1223)과 기준 코일(1231-1234)의 배치 상태, 예를 들어, 권선 수 및 권선 형상 중 적어도 하나나 등 등이 서로 상이하므로 이를 보상하기 위한 것으로서, 커버(130)의 액티브 영역(AR1)과 비액티브 영역(AR2)에 터치 동작이 발생하지 않을 때 각 감지용 코일(1221-1223)과 기준 코일(1231-1234)에서 출력되는 해당 신호를 이용하여 그 값이 정해질 수 있다.
따라서, 이들 제1 및 제2 보정값(α, β)은 감지용 코일(1221-1223)과 기준 코일(1231-1234)의 권선 수 및 권선 형상 중 적어도 하나에 의해 정해질 수 있다. 또한, 저장부(300)에는 각 감지용 코일(1221-1223)에 대응되는 기준 코일(1231-1234)에 대한 정보도 함께 저장되어 있다.
따라서, 동작 제어부(200)는 저장부(300)에 저장되어 있는 정보를 이용하여 제1 감지용 코일(1221)의 기준 코일은 제1 및 제2 기준 코일(1231, 1232)이고, 제2 감지용 코일(1222)의 기준 코일은 제2 및 제3 기준 코일(1232, 1233)이며, 제3 감지용 코일(1223)의 기준 코일은 제3 및 제4 기준 코일(1233, 1234)임을 인지한다.
다음, 도 8를 참고로 하여, 이러한 구조를 갖는 제어 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 감지용 코일(1221-1223)에 대응하는 액티브 영역(AR1)에 터치 동작이 동작했는지를 판단하기 위한 제어 장치의 동작이 시작되면(S10), 먼저, 동작 제어부(200)는 제1 내지 제3 감지용 코일(1221-1223)에서 출력되는 각 터치 감지 신호(즉, 제1 내지 제3 터치 감지 신호)와 제1 내지 제4 기준 코일(1231-1234)에서 각 기준 신호인 제1 내지 제4 기준 신호를 판독한다(S11).
이때, 터치 감지 신호는 제1 보정값(α)을 이용한 보정 동작이 행해지기 전의 터치 감지 신호이고, 기준 신호는 제2 보정값(β)을 이용한 보정 동작이 행해지지 전의 기준 신호이다.
다음, 동작 제어부(200)는 판독된 제1 내지 제3 터치 감지 신호에 각각 제1 보정값(α)을 곱하여 보정된 제1 내지 제3 보정 터치 감지 신호를 생성하고, 또한, 판독된 제1 내지 제4 기준 신호에 각각 제2 보정값(β)을 곱하여 보정한 제1 내지 제4 보정 기준 신호를 생성한다.
이때, 추가로, 동작 제어부(200)는 생성된 제1 내지 제3 보정 터치 감지 신호나 제1 내지 제4 보정 기준 신호에 정해져 있는 크기의 오프셋(offset)값을 곱하여, 신호 보정 동작의 정확도를 향상시킬 수 있다.
그런 다음, 동작 제어부(200)는 제1 내지 제3 보정 터치 감지 신호를 이용하여 커버(130)의 액티브 영역(AR1)에 대한 터치 지점을 판정한다.
이를 위해, 동작 제어부(200)는 각 보정 터치 감지 신호와 대응하는 보정 기준 신호의 크기를 비교하여 두 신호의 차이값을 판단한다.
즉, 동작 제어부(200)는 제1 보정 터치 감지 신호와 제1 및 제2 보정 기준 신호 각각을 비교하여 제1 보정 터치 감지 신호가 제1 및 제2 보정 기준 신호 모두의 값보다 큰지 판단하고, 제2 보정 터치 감지 신호와 제2 및 제3 보정 기준 신호 각각을 비교하여 제2 보정 터치 감지 신호가 제1 및 제2 보정 기준 신호 모두의 값보다 큰지 판단한다.
또한, 동작 제어부(200)는 나머지 제3 보정 터치 감지 신호와 제3 및 제4 보정 기준 신호 각각을 비교하여 제3 보정 터치 감지 신호가 제3 및 제4 보정 기준 신호 모두의 값보다 큰지 판단한다.
그런 다음, 동작 제어부(300)는 해당 보정 터치 감지 신호가 비교되는 두 개의 해당 보정 기준 신호 각각보다 큰 경우가 존재하는지 판단한다.
해당 보정 터치 감지 신호가 비교되는 두 개의 해당 보정 기준 신호 모두 보다 큰 경우이며, 동작 제어부(300)는 각 해당 보정 터치 감지 신호와 이에 비교되는 두 개의 보정 기준 신호 각각에 대한 차이값을 산출한다.
그런 다음, 동작 제어부(300)는 해당 보정 터치 감지 신호에 대한 두 개의 차이값 모두는 설정값과 비교하여, 두 개의 차이값 모두가 설정값보다 큰지 판단한다.
해당 보정 터치 감지 신호에 대한 두 개의 차이값 모두가 설정값보다 큰 경우, 해당 보정 터치 감지 신호에 해당하는 감지용 코일(예, 2221, 2222)과 대응하는 액티브 영역(AR1)의 해당 지점을 예비 터치 지점을 판정한다.
그런 다음, 동작 제어부(200)는 예비 터치 지점의 개수가 복수 개인지 판단하고, 예비 터치 지점이 복수 개인 경우, 동작 제어부(200)는 이들 복수 개의 예비 터치 지점에 대응하는 차이값 중 가장 큰 차이값을 갖는 감지용 코일(예, 2221)에 대응하는 예비 터치 지점을 최종 터치 지점으로 판단한다.
따라서, 동작 제어부(200)는 해당 최종 터치 지점에 대응하는 액티브 영역(AR1)의 지점이 사용자에 의해 터치된 것으로 판정하고 판정 결과를 저장부(300)에 저장한다.
하지만, 예비 터치 지점의 개수가 하나인 경우, 동작 제어부(200)는 판단된 예비 터치 지점을 최종 터치 지점으로 판정하여, 해당 최종 터치 지점에 대응하는 액티브 영역(AR1)의 지점이 사용자에 의해 터치된 것으로 판정하고 판정 결과를 저장부(300)에 저장한다.
이와 같이, 본 예의 터치센서 모듈(1)은 터치부인 커버(130)의 액티브 영역(AR1)에 대응되게 위치하는 감지용 코일(1221-122n)뿐만 아니라 비액티브 영역(AR2)에 대응되게 위치하는 기준 코일(1231-123m)을 이용하여 액티브 영역(AR1)의 터치 지점을 판정하므로, 터치 여부 판정 동작의 정확도가 크게 향상된다.
특히, 본 예의 터치센서 모듈(1)이 해당 기기(예, 스마트 폰)에 장착되어 있는 경우, 해당 터치 구동 소자의 정확한 터치 판정 동작이 이루어져 해당 기기의 동작의 신뢰성이 향상된다.
이상, 본 발명의 터치센서 모듈의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 터치센서 모듈 110: 하부막
120: 코일층 1221-122n: 감지용 코일
1231-123m: 기준 코일 130: 커버
140: 간격재 AR1: 액티브 영역
AR2: 비액티브 영역 L11: 하부막과 코일 간의 거리
L12: 커버와 코일 간의 거리

Claims (10)

  1. 액티브 영역과 상기 액티브 영역을 에워싸고 있는 비액티브 영역을 구비하는 터치부;
    상기 액티브 영역의 하부에 위치하여 상기 액티브 영역과 대응되어 있고 상기 액티브 영역의 터치 동작에 따른 터치 감지 신호를 출력하는 적어도 하나의 감지용 코일; 및
    상기 비액티브 영역의 하부에 위치하여 상기 비액티브 영역과 대응되어 있고 상기 액티브 영역의 터치 동작에 따른 기준 신호를 출력하는 적어도 하나의 기준 코일;
    을 포함하는 터치센서 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하나의 감지용 코일은 적어도 하나의 기준 코일에 대응되게 위치하는 터치센서 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감지용 코일과 상기 적어도 하나의 기준 코일은 동일한 기판에 위치하는 터치센서 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 커버 사이에 위치하여 상기 기판과 상기 커버 사이를 이격하는 간격재
    를 더 포함하는 터치센서 모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 감지용 코일과 상기 기준 코일은 서로 동일한 형상으로 상기 기판에 권선되어 있는 터치센서 모듈.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 감지용 코일과 상기 기준 코일은 서로 다른 형상으로 상기 기판에 권선되어 있는 터치센서 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감지용 코일과 상기 적어도 하나의 기준 코일에 연결되어 있고, 상기 적어도 하나의 감지용 코일에서 출력되는 상기 터치 감지용 신호와 상기 적어도 하나의 기준 코일에서 출력되는 기준 신호를 이용하여 액티브 영역의 터치 지점을 판정하는 동작 제어부를 더 포함하는 터치센서 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 동작 제어부는 제1 보정값 및 제2 보정값을 각각 이용하여 상기 터치 감지용 신호와 기준 신호를 보정한 보정 터치 감지용 신호와 보정 기준 신호를 생성하고, 생성된 보정 터치 감지용 신호와 보정 기준 신호를 이용하여 액티브 영역의 터치 지점을 판정하는 터치센서 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 보정값과 상기 제2 보정값은 상기 감지용 코일과 기준 코일의 권선 수 및 권선 형상 중 적어도 하나에 의해 정해지는 터치센서 모듈.
  10. 제3항에서,
    상기 기판의 하부에 위치하는 하부막을 더 포함하는 터치센서 모듈.
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