KR101763589B1 - Sensor device of capacitance type - Google Patents

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KR101763589B1
KR101763589B1 KR1020160125621A KR20160125621A KR101763589B1 KR 101763589 B1 KR101763589 B1 KR 101763589B1 KR 1020160125621 A KR1020160125621 A KR 1020160125621A KR 20160125621 A KR20160125621 A KR 20160125621A KR 101763589 B1 KR101763589 B1 KR 101763589B1
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문병권
이재표
김태운
고진석
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(주)세미센스
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Abstract

The present invention relates to a sensor device of capacitance type. More specifically, by using mutual capacitance (reduced when a conductor or fingerprint is touched) and self-capacitance (increased when a conductor or fingerprint is touched) instead of feedback capacitance which is a fixed capacitance, the output signal value of a charge amplifier is greater than that when the feedback capacitance is used, and thus the sensitivity can be improved. The sensor device can be made compact by not using a capacitor in amplifying a signal, and can prevent signal loss due to the metal packaging of a terminal device by applying a driving voltage from the inside. The sensor device includes the charge amplifier and a sensor part.

Description

정전용량방식 센서장치{Sensor device of capacitance type}[0001] The present invention relates to a sensor device of a capacitance type,

본 발명은 정전용량방식 센서장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 고정 정전용량인 피드백 정전용량 대신에 상호 정전용량(도전체의 터치 또는 지문의 접촉시 감소함)과 자기 정전용량(도전체의 터치 또는 지문의 접촉시 증가함)을 이용하여 전하 증폭기의 출력 신호 값이 피드백 정전용량을 사용했을 때보다 더 크게 함으로써 감도를 개선할 수 있고, 신호를 증폭함에 있어 커패시터를 사용하지 않아 컴팩트화를 이룰 수 있으며, 구동 전압을 내부에서 인가하여 단말장치의 금속 패키징에 의한 신호의 손실을 방지할 수 있는 정전용량방식 센서장치에 대한 것이다.[0001] The present invention relates to a capacitive sensor device, and more particularly, to a capacitive sensor device in which mutual capacitance (reduced in touch of a conductor or fingerprint) and self-capacitance (touch of a conductor) Or when the fingerprint is touched), the output signal value of the charge amplifier is made larger than that when the feedback capacitance is used, so that the sensitivity can be improved. In addition, since the capacitor is not used for amplifying the signal, The present invention relates to a capacitive sensor device capable of preventing signal loss due to metal packaging of a terminal device by applying a driving voltage internally.

일반적으로 정전용량변화를 이용하여 터치 지점의 좌표를 산정하거나 지문을 인식하거나 터치 압력을 산정하는 정전용량방식 센서장치가 널리 개발되어 있다.Generally, capacitance type sensor devices for estimating coordinates of a touch point by using a change in capacitance, for recognizing a fingerprint or for calculating a touch pressure are widely developed.

도 1은 종래의 정전용량변화를 이용한 센서장치의 개략적인 구성도인데, 도 1 및 아래의 특허문헌을 참조하여 종래의 정전용량변화를 이용한 센서장치를 설명하면, 상기 센서장치는 구동 전압을 터치패널(100)에 인가하여 터치, 지문 접촉 등에 의해 발생하는 정정전용량 변화를 감지하여 좌표 또는 압력을 산정하거나 지문을 인식하는데, 상기 터치패널(100)에서 출력된 신호는 전하 증폭기(200)에서 증폭되어 컨트롤러(미도시)에 의해 분석되게 되게 된다. 상기 전하 증폭기(200)는 연산증폭기(210)와 상기 연산증폭기의 반전 입력단자(-)와 출력단자 사이에 위치하는 커패시터(220)를 구성되며, 상기 전하 증폭기(200)에 증폭 출력되는 출력신호(Vout)는 하기의 수학식 1과 같아지게 된다.FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional sensor device using a change in capacitance. Referring to FIG. 1 and the following patent document, a sensor device using a conventional change in capacitance will be described. The touch panel 100 is applied to the panel 100 to detect a change in capacitance due to touch, fingerprint, or the like to detect coordinates or pressure or to recognize fingerprints. The signal output from the touch panel 100 is input to the charge amplifier 200 Amplified and analyzed by a controller (not shown). The charge amplifier 200 includes an operational amplifier 210 and a capacitor 220 located between an inverting input terminal of the operational amplifier and an output terminal of the operational amplifier 200. An output signal (Vout) becomes equal to the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Vout=-(CS/CFB)×VinVout = - (CS / CFB) x Vin

(여기서, CS는 터치패널의 정전용량, CFB는 피드백 정전용량, Vin은 입력신호를 나타냄)(Where CS is the capacitance of the touch panel, CFB is the feedback capacitance, and Vin is the input signal)

<특허문헌><Patent Literature>

공개특허공보 제10-2013-0008102호(2013. 01. 22. 공개) "기생정전용량을 가지는 정전용량형 센서의 정전용량 측정회로""Capacitance measuring circuit of capacitance type sensor having parasitic capacitance ", Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-2013-0008102

하지만, 입력 신호를 증폭하기 위해서는 정전용량(CS)뿐만 아니라 고정 정전용량인 피드백 정전용량(CFB)을 필요로 한다. 또한, 종래 경우, 상기 터치패널(100)을 디스플레이(미도시) 상측에 위치시키고 패키징하여 단말장치(미도시)를 형성하고, 상기 터치패널(100)의 금속 베젤(미도시)을 통해 구동전압을 인가하여 구동전압이 터치패널(100)을 접촉하는 손가락으로 흘러 터치패널(100)의 센서 전극(미도시)로 인가되도록 하는데, 상기 단말장치의 패키징이 금속으로 된 경우(즉, 단말장치의 하우징(미도시)이 금속으로 된 경우), 손가락으로 인가된 구동 전압이 하우징과 센서 전극으로 분산되어 신호의 손실이 발생하게 된다.However, to amplify the input signal, not only the capacitance CS but also the feedback capacitance CFB, which is a fixed capacitance, is required. In the conventional case, a terminal device (not shown) is formed by placing the touch panel 100 on a display (not shown) and packaging the touch panel 100, and a driving voltage The driving voltage is applied to the sensor electrode (not shown) of the touch panel 100 through the finger touching the touch panel 100. When the packaging of the terminal device is made of metal When the housing (not shown) is made of metal, the drive voltage applied by the finger is dispersed to the housing and the sensor electrode, resulting in signal loss.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems,

본 발명은 고정 정전용량인 피드백 정전용량 대신에 상호 정전용량(도전체의 터치 또는 지문의 접촉시 감소함)과 자기 정전용량(도전체의 터치 또는 지문의 접촉시 증가함)을 이용하여, 전하 증폭기의 출력 신호 값이 피드백 정전용량을 사용했을 때보다 더 크게 함으로써 감도를 개선할 수 있는 정전용량방식 센서장치를 제공하는 그 목적이 있다.The present invention uses charge capacitance (which is reduced when a conductor touches or fingerprints touch) and magnetic capacitance (increases when a conductor touches or fingerprints touch) instead of feedback capacitance, which is a fixed capacitance, And an object of the present invention is to provide a capacitance type sensor device capable of improving the sensitivity by making the output signal value of the amplifier larger than when the feedback capacitance is used.

또한, 본 발명은 신호를 증폭함에 있어 커패시터를 사용하지 않아 컴팩트화를 이룰 수 있는 정전용량방식 센서장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a capacitive sensor device that can achieve a compact signal without using a capacitor in amplifying a signal.

또한, 본 발명은 구동 전압을 내부에서 인가하여 단말장치의 금속 패키징에 의한 신호의 손실을 방지할 수 있는 정전용량방식 센서장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a capacitive sensor device capable of preventing signal loss due to metal packaging of a terminal device by applying a driving voltage from the inside.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.In order to achieve the above object, the present invention is implemented by the following embodiments.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치는 신호를 인가받아 사용자의 터치에 따라 변화하는 정전용량에 따른 신호를 출력하는 센서부와, 상기 센서부에 연결되어 상기 센서부에서 출력된 신호를 증폭하여 출력하는 전하 증폭기를 포함하며, 상기 센서부는 일정 간격을 두고 위치하는 복수 개의 센서 어레이를 포함하고, 상기 센서 어레이는 일정 간격 이격되어 위치하는 한 쌍의 센서 전극을 포함하며, 일 센서 전극은 전하 증폭기의 반전 입력단자(-)에 연결되고 타 센서 전극은 전하 증폭기의 출력단자에 연결되는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a capacitive sensor device according to the present invention includes a sensor unit receiving a signal and outputting a signal corresponding to a capacitance that varies according to a user's touch, And a charge amplifier amplifying and outputting a signal output from the sensor unit, wherein the sensor unit includes a plurality of sensor arrays positioned at a predetermined interval, and the sensor array includes a pair of sensor electrodes spaced apart from each other by a predetermined distance One sensor electrode is connected to the inverting input terminal (-) of the charge amplifier, and the other sensor electrode is connected to the output terminal of the charge amplifier.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치에 있어서 상기 센서 어레이는 상기 센서 전극을 에워싸 인접하는 센서 어레이 사이에서 기생 정전용량이 발생하는 것을 방지하는 가이드 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the electrostatic capacity type sensor device according to the present invention, the sensor array further includes a guide electrode surrounding the sensor electrode to prevent parasitic capacitance from occurring between adjacent sensor arrays .

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치에 있어서 상기 일 센서 전극에 신호를 인가시 상기 일 센서 전극과 타 센서 전극 사이에는 상호 정전용량(CM)이 형성되고, 상기 센서 전극에는 자기 정전용량(CF)이 형성되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the capacitive sensor device according to the present invention, mutual capacitance CM is formed between one sensor electrode and another sensor electrode when a signal is applied to one sensor electrode, And a self-capacitance CF is formed on the sensor electrode.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치에 있어서 상기 센서장치의 사용자 터치시 상기 자기 정전용량(CF)은 증가하고 상기 상호 정전용량(CM)은 감소하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the capacitance type sensor device according to the present invention, the self capacitance (CF) increases and the mutual capacitance (CM) decreases when the sensor device is touched .

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치는 상기 전하 증폭기의 비반전 입력단자(+)에 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, a capacitive sensor device according to the present invention is characterized in that a signal is applied to a non-inverting input terminal (+) of the charge amplifier.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치에 있어서 상기 전하 증폭기에서 출력되는 출력신호 값은 하기의 수학식 2에 의해서 산정되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the capacitance type sensor device according to the present invention, the output signal value output from the charge amplifier is calculated by the following equation (2).

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

Vout=(1+CF/CM)×VinVout = (1 + CF / CM) x Vin

(여기서, Vout은 출력신호, CF는 센서 전극에 위치한 자기 정전용량, CM은 센서 전극 사이의 상호 정전용량, Vin은 입력신호를 나타냄)(Where Vout is an output signal, CF is a self-capacitance located at a sensor electrode, CM is a mutual capacitance between sensor electrodes, and Vin is an input signal)

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치에 있어서 상기 센서부는 외부전극으로 작용하는 베젤을 추가로 포함하며, 상기 베젤에 구동 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the capacitive sensor device according to the present invention, the sensor unit further includes a bezel serving as an external electrode, and a driving voltage is applied to the bezel.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치에 있어서 상기 전하 증폭기에서 출력되는 출력신호 값은 하기의 수학식 3에 의해서 산정되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the capacitive sensor device according to the present invention, the output signal value output from the charge amplifier is calculated by the following equation (3).

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

Vout=-(CF/CM)×VinVout = - (CF / CM) x Vin

(여기서, Vout은 출력신호, CF는 센서 전극에 위치한 자기 정전용량, CM은 센서 전극 사이의 상호 정전용량, Vin은 입력신호를 나타냄)(Where Vout is an output signal, CF is a self-capacitance located at a sensor electrode, CM is a mutual capacitance between sensor electrodes, and Vin is an input signal)

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치는 터치 지점의 좌표 또는 압력을 산정하거나 지문을 인식하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the capacitive sensor device according to the present invention is used for estimating coordinates or pressure of touch points or for recognizing fingerprints.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 정전용량방식 센서장치는 상기 전하 증폭기의 반전 입력단자(-)와 출력단자 사이에 위치하여, 출력 신호를 검출한 뒤 온되어 출력단자와 입력단자의 전압을 초기화하는 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.According to still another embodiment of the present invention, a capacitive sensor device according to the present invention is disposed between an inverting input terminal (-) and an output terminal of the charge amplifier and detects an output signal, And a switch for initializing the voltage of the terminal.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The present invention can obtain the following effects by the above-described embodiment, the constitution described below, the combination, and the use relationship.

본 발명은 고정 정전용량인 피드백 정전용량 대신에 상호 정전용량(도전체의 터치 또는 지문의 접촉시 감소함)과 자기 정전용량(도전체의 터치 또는 지문의 접촉시 증가함)을 이용하여, 전하 증폭기의 출력 신호 값이 피드백 정전용량을 사용했을 때보다 더 크게 함으로써 감도를 개선할 수 있는 효과가 있다.The present invention uses charge capacitance (which is reduced when a conductor touches or fingerprints touch) and magnetic capacitance (increases when a conductor touches or fingerprints touch) instead of feedback capacitance, which is a fixed capacitance, There is an effect that the sensitivity of the amplifier can be improved by making the output signal value of the amplifier larger than when the feedback capacitance is used.

또한, 본 발명은 신호를 증폭함에 있어 커패시터를 사용하지 않아 컴팩트화를 이룰 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of making the amplifier compact by not using a capacitor in amplifying a signal.

또한, 본 발명은 구동 전압을 내부에서 인가하여 단말장치의 금속 패키징에 의한 신호의 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of preventing signal loss due to metal packaging of a terminal device by applying a driving voltage from the inside.

도 1은 종래의 정전용량변화를 이용한 센서장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량방식 센서장치의 개략적인 구성도.
도 3은 도 2의 센서장치의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량방식 센서장치의 개략적인 구성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional sensor device using a change in capacitance; FIG.
2 is a schematic configuration diagram of a capacitance type sensor device according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the sensor arrangement of Figure 2;
4 is a schematic configuration diagram of a capacitive sensor device according to another embodiment of the present invention;

이하에서는 본 발명에 따른 단층 구조의 정전용량방식 센서장치의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a capacitive sensor device having a single-layer structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be noted that the same elements among the drawings are denoted by the same reference numerals whenever possible. Unless defined otherwise, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs and, if conflict with the meaning of the terms used herein, It follows the definition used in the specification. Throughout the specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량방식 센서장치의 개략적인 구성도이며, 도 3은 도 2의 센서장치의 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량방식 센서장치의 개략적인 구성도이다.FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the sensor device of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the capacitance device according to another embodiment of the present invention. Type sensor device according to the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량방식 센서장치를 도 2 및 3을 참조하여 설명하면, 상기 센서장치는 사용자의 터치를 감지하여 그 신호를 전달하는 터치패널(1)과, 상기 터치패널(1)에 신호(구동 전압)를 인가하고 상기 터치패널(1)에서 출력된 신호를 증폭하여 분석하는 컨트롤러(2) 등을 포함한다. 상기 센서장치는 정전용량변화를 이용하여 터치 지점의 좌표를 산정하거나 지문을 인식하거나 터치 압력을 산정하는데 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 정전용량변화를 이용하여 다양한 물리적 양을 측정하는 시스템 등에 이용될 수 있는데, 본 발명의 특징은 터치패널(1)에 신호를 인가하여 상기 터치패널(1)에서 출력된 신호를 증폭하여 출력하는데 있으므로, 출력된 신호를 분석하여 좌표를 산정하거나 지문을 인식하거나 압력 등의 다양한 물리적 양을 측정하는 사항은 공지의 사항이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.2 and 3, the sensor device includes a touch panel 1 for sensing a touch of a user and transmitting a signal thereof, A controller 2 for applying a signal (driving voltage) to the touch panel 1 and amplifying and analyzing the signal output from the touch panel 1, and the like. The sensor device can be used not only for estimating coordinates of a touch point, recognizing a fingerprint, or calculating a touch pressure using a change in capacitance, but can also be used for a system for measuring various physical quantities using a change in capacitance The present invention is characterized in that a signal is applied to the touch panel 1 to amplify and output the signal output from the touch panel 1, so that it is possible to analyze the output signal to calculate coordinates, recognize fingerprints, And the detailed description thereof will be omitted.

상기 터치패널(1)은 사용자의 터치를 감지하여 그 신호를 전달하는 구성으로, 커버층(11), 센서부(12) 등을 포함한다.The touch panel 1 includes a cover layer 11, a sensor unit 12, and the like, configured to detect a user's touch and transmit the signal.

상기 커버층(11)은 상기 터치패널(1)의 가장 상면을 형성하며, 사용자의 손가락, 기타 터치수단과 접촉하는 부분으로 투명의 유리, 합성수지 필름 등이 적용될 수 있다.The cover layer 11 forms the uppermost surface of the touch panel 1, and transparent glass, a synthetic resin film, or the like can be applied to a portion of the touch panel 1 that is in contact with a user's finger or other touching means.

상기 센서부(12)는 상기 커버층(11)의 하측에 위치하여 상기 컨트롤러(2)로부터 구동전압을 인가받아 사용자의 터치에 따라 변화하는 정전용량에 따른 신호를 출력하는 구성으로, 절연층(121), 실드전극(122), 센서 어레이(123), 케이스(미도시) 등을 포함한다. 상기 절연층(121), 실드전극(122), 센서 어레이(123)는 다양한 소재로 이루어질 수 있으나, 예컨대 상기 절연층(121)은 투명의 합성수지로 이루어질 수 있고, 상기 실드전극(122), 센서 어레이(123)는 ITO 소재로 이루어질 수 있다.The sensor unit 12 is located below the cover layer 11 and receives a drive voltage from the controller 2 to output a signal corresponding to a capacitance that changes according to a user's touch. 121, a shield electrode 122, a sensor array 123, a case (not shown), and the like. For example, the insulating layer 121 may be made of a transparent synthetic resin, and the shield electrode 122, the sensor electrode 123, and the sensor array 123 may be formed of various materials. However, The array 123 may be made of ITO material.

상기 절연층(121)은 상기 커버층(11)의 하측에 위치하여 상기 실드전극(122), 센서 어레이(123)를 수용하는 구성으로, 상기 실드전극(122)에 의해 상하로 구획되어 상측의 제1절연층(121a)과 하측의 제2절연층(121b)으로 나누어진다.The insulating layer 121 is positioned below the cover layer 11 to receive the shield electrode 122 and the sensor array 123 and is vertically partitioned by the shield electrode 122, And is divided into a first insulating layer 121a and a lower second insulating layer 121b.

상기 실드전극(122)은 상기 절연층(121) 내에 위치하여 즉 제1절연층(121a)과 제2절연층(121b) 사이에 위치하여 기생 정전용량을 최소화하는 구성으로, 접지(ground) 전압 또는 그 외 적절한 접압과 연결되게 된다. 상기 실드전극(122)에는 상기 센서 어레이(123)의 센서 전극(123a)과 전하 증폭기(21)를 연결하는 도선이 통과하는 비아홀(122a)이 형성된다.The shield electrode 122 is located within the insulating layer 121 and is positioned between the first insulating layer 121a and the second insulating layer 121b to minimize the parasitic capacitance. Or other appropriate contact pressure. The shield electrode 122 is formed with a via hole 122a through which a conductor connecting the sensor electrode 123a of the sensor array 123 and the charge amplifier 21 passes.

상기 센서 어레이(123)는 상기 제1절연층(121a) 내에 위치하여 구동전압을 인가받아 사용자의 터치에 따라 변화하는 정전용량에 따른 신호를 출력하는 구성으로, 상기 센서 어레이(123)는 상기 제1절연층(121a) 내에 좌우 및 상하 일정 간격을 두고 복수 개가 형성되게 된다. 상기 센서 어레이(123)는 일정 간격을 두고 이격 위치하는 한 쌍의 센서 전극(123a)과, 상기 센서 전극(123a)를 에워싸는 가이드 전극(123b)을 포함한다.The sensor array 123 is disposed in the first insulating layer 121a and receives a driving voltage and outputs a signal corresponding to a capacitance that varies according to a user's touch. A plurality of insulating layers 121a are formed in the insulating layer 121a at left and right and upward and downward intervals. The sensor array 123 includes a pair of sensor electrodes 123a spaced apart at regular intervals and a guide electrode 123b surrounding the sensor electrodes 123a.

상기 센서 전극(123a)은 한 쌍이 일정 간격을 두고 이격 위치하며 일 센서 전극(1231)은 전하 증폭기(21)의 반전입력단자(-)에 연결되고 타 센서전극(1232)는 전하 증폭기(21)의 출력단자에 연결되게 된다. 따라서, 상기 센서 어레이(123)마다 전하 증폭기(21)가 연결되게 된다.One sensor electrode 1231 is connected to the inverting input terminal (-) of the charge amplifier 21 and the other sensor electrode 1232 is connected to the charge amplifier 21, As shown in FIG. Therefore, the charge amplifier 21 is connected to each sensor array 123.

상기 가이드 전극(123b)은 상기 센서 전극(123b)을 에워싸 인접하는 센서 어레이(123) 사이에 형성되는 기생 정전용량을 최소화하기 위한 구성으로, 접지 전압 또는 그 외 적절한 전압과 연결되게 된다. The guide electrode 123b surrounds the sensor electrode 123b and is configured to minimize the parasitic capacitance formed between adjacent sensor arrays 123 and is connected to a ground voltage or other suitable voltage.

상기 케이스(미도시)는 상기 절연층(121)을 에워싸 센서부(12)의 외형을 형성하는 구성으로, 상기 케이스의 베젤(124)은 금속으로 이루어지며 외부전극으로 작용할 수 있다. 베젤을 통해 구동전압을 인가하는 것은 공지된 사항이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.The case (not shown) surrounds the insulating layer 121 to form an outer shape of the sensor unit 12, and the bezel 124 of the case is made of metal and can act as an external electrode. Applying the driving voltage through the bezel is a well known matter, so a detailed description thereof will be omitted.

상기 컨트롤러(2)는 상기 터치패널(1)에 신호(구동 전압)를 인가하고 상기 터치패널(1)에서 출력된 신호를 증폭하여 분석하는 구성으로, 신호공급부(미도시), 전하 증폭기(21) 등을 포함한다.The controller 2 is configured to apply a signal (driving voltage) to the touch panel 1 and to amplify and analyze the signal output from the touch panel 1 and includes a signal supply unit (not shown), a charge amplifier 21 ) And the like.

상기 신호공급부(미도시)는 상기 센서전극(123a)으로의 신호(구동전압)의 인가를 제어하는 구성으로, 도 2에 도시된 바와 같이 전하 증폭기(21)의 비반전 입력단자(+)로 신호를 인가하거나, 도 4에 도시된 바와 같이 베젤(124)로 신호를 인가하게 된다.The signal supply unit (not shown) controls the application of a signal (drive voltage) to the sensor electrode 123a and is connected to the non-inverting input terminal (+) of the charge amplifier 21 And applies a signal to the bezel 124 as shown in FIG.

상기 전하 증폭기(21)는 상기 센서부(12)와 연결되어 상기 센서부(12)에서 출력된 신호를 증폭하여 출력하는 구성으로, 센서 어레이(123)마다 하나의 전하 증폭기(21)가 사용되며, 전하 증폭기(21)의 반전 입력단자(-)는 일 센서전극(1231)에 연결되고 출력단자는 타 센서전극(1232)에 연결되게 된다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반전 입력단자(-)와 상기 출력단자 사이에는 스위치(22)가 연결되어, 출력 신호를 검출한 뒤 온(on)되어 출력단자와 입력단자의 전압을 초기화시킬 수 있다.The charge amplifier 21 is connected to the sensor unit 12 and amplifies and outputs a signal output from the sensor unit 12. One charge amplifier 21 is used for each sensor array 123 , The inverting input terminal (-) of the charge amplifier 21 is connected to one sensor electrode 1231 and the output terminal is connected to the other sensor electrode 1232. 3, a switch 22 is connected between the inverting input terminal (-) and the output terminal to turn on the voltage of the output terminal and the input terminal after detecting the output signal. Can be initialized.

이하에서는 상기와 같은 구성을 포함하는 센서장치의 작동과정(사용자의 터치에 따라 정전용량이 변화하여 증폭된 신호가 출력되는 작동과정)을 도 2 내지 4를 참조하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operation process of the sensor device including the above configuration (an operation process in which a capacitance is changed according to a user's touch and an amplified signal is output) will be described with reference to FIGS.

기본적으로, 상기 컨트롤러(2)가 상기 센서 어레이(123)에 순차적으로 구동 전압을 공급하면 상기 센서 어레이(123) 각각은 신호를 출력하고, 이때 상기 터치 패널(1)에 도전체가 터치하는 경우 정전용량이 변화하여 변화된 신호를 출력하게 된다. 구체적으로, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 컨트롤러(2)가 외부전극(베젤(124))이 아닌 내부(비반전 입력단자(+))에 구동전압을 인가하는 경우(이때, 베젤(124)은 접지 전압에 연결되게 됨)를 살펴보면, 비반전 입력단자(+)에 구동전압을 인가하면 비반전 입력단자(+)와 반전 입력단자(-)의 가상 단락(virtual short) 특징으로 인하여 전압은 반전 입력단자(-), 일 센서 전극(1231), 타 센서 전극(1232)으로 흘러 전하 증폭기(21)의 출력으로 나오게 된다. 이때, 상기 일 센서 전극(1231)와 타 센서 전극(1232)의 사이에는 상호 정전용량(CM)이 형성되고, 상기 센서 전극(123a)에는 자기 정전용량(CF)이 형성되는데, 도전체가 터치패널(1)을 터치하는 경우 자기 정전용량(CF)은 증가하고 상호 정전용량(CM)은 감소하게 된다. 상기 전하 증폭기(21)의 출력단자에서 출력되는 출력신호(Vout)는 하기의 수학식 2로 표현되게 되는데, 도전체의 터치패널(1) 터치시 자기 정전용량(CF)은 증가하고 상호 정전용량(CM)은 감소하므로, 종래처럼 피드백 정전용량을 사용했을 때보다 출력신호 값을 더 크게 할 수 있어 감도를 개선할 수 있다.Basically, when the controller 2 sequentially supplies drive voltages to the sensor array 123, each of the sensor arrays 123 outputs a signal. At this time, when the conductor touches the touch panel 1, The capacity is changed and the changed signal is output. Specifically, when the controller 2 applies a driving voltage to the inside (non-inverting input terminal (+)) instead of the external electrode (bezel 124) as shown in FIGS. 2 and 3 ) Is connected to the ground voltage. When a driving voltage is applied to the non-inverting input terminal (+), the voltage shorting characteristic of the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (-), one sensor electrode 1231, and the other sensor electrode 1232, and is output to the output of the charge amplifier 21. A mutual capacitance CM is formed between one sensor electrode 1231 and the other sensor electrode 1232 and a magnetic capacitance CF is formed in the sensor electrode 123a. The electrostatic capacitance CF increases and the mutual capacitance CM decreases when the touch panel 1 is touched. The output signal Vout output from the output terminal of the charge amplifier 21 is expressed by the following Equation 2. When the conductor touches the touch panel 1, the self-capacitance CF increases, (CM) is reduced, so that the output signal value can be made larger than that in the case of using the feedback capacitance as in the prior art, thereby improving the sensitivity.

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Vout=(1+CF/CM)×VinVout = (1 + CF / CM) x Vin

(여기서, Vout은 출력신호, CF는 반전 입력단자에 연결된 센서 전극에 위치한 자기 정전용량, CM은 센서 전극 사이의 상호 정전용량, Vin은 입력신호를 나타냄)(Where Vout is the output signal, CF is the electrostatic capacitance located at the sensor electrode connected to the inverting input terminal, CM is the mutual capacitance between the sensor electrodes, and Vin is the input signal)

또한, 종래처럼 신호를 증폭하는데 피드백 정전용량이 필요하지 않아 커피시터를 사용하지 않을 수 있어 센서장치의 컴팩트화를 이룰 수 있다. 단말장치가 금속 패키징되어 있는데 종래처럼 외부전극인 베젤(124)을 통해 구동전압을 인가하는 경우 신호의 손실이 발생하게 되는데, 상기 센서장치는 내부(비반전 입력단자(+))에 구동전압을 인가하여 신호의 손실을 효과적으로 방지할 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 바와 같이 다른 실시예의 센서장치에서는 상기 베젤(124)에 전원을 인가하는 것도 가능하며 이때 상기 전하 증폭기(21)에서 출력되는 출력신호(Vout)는 하기의 수학식 3으로 표현되게 된다. 이 경우에도 종래처럼 피드백 정전용량을 사용했을 때보다 출력신호 값을 더 크게 할 수 있어 감도를 개선할 수 있다. In addition, since a feedback capacitance is not required for amplifying a signal as in the prior art, a coffee sheeter can be omitted and the sensor device can be made compact. When the driving voltage is applied through the bezel 124, which is an external electrode, as in the related art, loss of signal occurs. However, the sensor device generates a driving voltage to the internal (non-inverting input terminal The loss of the signal can be effectively prevented. 4, it is also possible to apply power to the bezel 124 in the sensor device of another embodiment, and the output signal Vout output from the charge amplifier 21 may be expressed by the following Equation 3 . In this case as well, the output signal value can be made larger than that when the feedback capacitance is used as in the prior art, thereby improving the sensitivity.

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Vout=-(CF/CM)×VinVout = - (CF / CM) x Vin

(여기서, Vout은 출력신호, CF는 반전 입력단자에 연결된 센서 전극에 위치한 자기 정전용량, CM은 센서 전극 사이의 상호 정전용량, Vin은 입력신호를 나타냄)(Where Vout is the output signal, CF is the electrostatic capacitance located at the sensor electrode connected to the inverting input terminal, CM is the mutual capacitance between the sensor electrodes, and Vin is the input signal)

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Should be interpreted as falling within the scope of.

1: 터치패널 2: 컨트롤러 11: 커버층
12: 센서부 21: 전하 증폭기 22: 스위치
121: 절연층 122: 실드전극 123: 센서 어레이
124: 베젤 121a: 제1절연층 121b: 제2절연층
122a: 비아홀 123a: 센서 전극 123b: 가이드 전극
1231: 일 센서전극 1232: 타 센서전극 1: touch panel 2: controller 11: cover layer
12: sensor part 21: charge amplifier 22: switch
121: insulating layer 122: shield electrode 123: sensor array
124: bezel 121a: first insulating layer 121b: second insulating layer
122a: via hole 123a: sensor electrode 123b: guide electrode
1231: one sensor electrode 1232: the other sensor electrode

Claims (10)

신호를 인가받아 사용자의 터치에 따라 변화하는 정전용량에 따른 신호를 출력하는 센서부와, 상기 센서부에 연결되어 상기 센서부에서 출력된 신호를 증폭하여 출력하는 전하 증폭기를 포함하며,
상기 센서부는 일정 간격을 두고 위치하는 복수 개의 센서 어레이를 포함하고, 상기 센서 어레이는 일정 간격 이격되어 위치하는 한 쌍의 센서 전극을 포함하며, 일 센서 전극은 전하 증폭기의 반전 입력단자(-)에 연결되고 타 센서 전극은 전하 증폭기의 출력단자에 연결되고,
상기 센서부에 신호 인가시 상기 일 센서 전극과 타 센서 전극 사이에는 상호 정전용량(CM)이 형성되며, 상기 센서 전극에는 자기 정전용량(CF)이 형성되고, 상기 전하 증폭기의 출력단자에 연결된 타 센서 전극에 형성된 자기 정전용량은 전하 증폭기의 출력신호 값에 영향을 미치지 않으므로, 센서장치에서 고정 정전용량인 피드백 정전용량 대신에 상기 상호 정전용량(CM)이 사용되며,
상기 센서장치의 사용자 터치시 전하 증폭기의 반전 입력단자에 연결된 일 센서 전극에 형성된 자기 정전용량(CF)은 증가하고 상기 상호 정전용량(CM)은 감소하여, 전하 증폭기의 출력 신호 값이 피드백 정전용량을 사용했을 때보다 더 크게 함으로써 감도를 개선할 수 있는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 센서장치.And a charge amplifier connected to the sensor unit for amplifying and outputting a signal output from the sensor unit, wherein the charge amplifier amplifies the signal output from the sensor unit,
The sensor unit includes a plurality of sensor arrays positioned at predetermined intervals, and the sensor array includes a pair of sensor electrodes spaced apart from each other by a predetermined distance. One sensor electrode is connected to an inverting input terminal (-) of the charge amplifier And the other sensor electrode is connected to the output terminal of the charge amplifier,
When a signal is applied to the sensor unit, a mutual capacitance CM is formed between the one sensor electrode and the other sensor electrode. A magnetic capacitance CF is formed in the sensor electrode. Since the self-capacitance formed on the sensor electrode does not affect the output signal value of the charge amplifier, the mutual capacitance CM is used instead of the feedback capacitance, which is the fixed capacitance, in the sensor device,
The self capacitance (CF) formed on one sensor electrode connected to the inverting input terminal of the charge amplifier during the user touch of the sensor device increases and the mutual capacitance (CM) decreases, and the output signal value of the charge amplifier The sensitivity can be improved by making the capacitance of the capacitance sensor larger than that when the capacitance is used. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전하 증폭기의 비반전 입력단자(+)에 신호를 인가시, 상기 전하 증폭기에서 출력되는 출력신호 값은 하기의 수학식 2에 의해서 산정되는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 센서장치.
<수학식 2>
Vout=(1+CF/CM)×Vin
(여기서, Vout은 출력신호, CF는 반전 입력단자에 연결된 센서 전극에 위치한 자기 정전용량, CM은 센서 전극 사이의 상호 정전용량, Vin은 입력신호를 나타냄)The method according to claim 1,
Wherein when the signal is applied to the non-inverting input terminal (+) of the charge amplifier, the output signal value output from the charge amplifier is calculated by the following equation (2).
&Quot; (2) &quot;
Vout = (1 + CF / CM) x Vin
(Where Vout is the output signal, CF is the electrostatic capacitance located at the sensor electrode connected to the inverting input terminal, CM is the mutual capacitance between the sensor electrodes, and Vin is the input signal) 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 센서부는 외부 전극으로 작용하는 베젤을 추가로 포함하고,
상기 베젤에 신호를 인가 시, 상기 전하 증폭기에서 출력되는 출력신호 값은 하기의 수학식 3에 의해서 산정되는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 센서장치.
<수학식 3>
Vout=-(CF/CM)×Vin
(여기서, Vout은 출력신호, CF는 반전 입력단자에 연결된 센서 전극에 위치한 자기 정전용량, CM은 센서 전극 사이의 상호 정전용량, Vin은 입력신호를 나타냄)The method according to claim 1,
The sensor unit may further include a bezel serving as an external electrode,
Wherein when the signal is applied to the bezel, an output signal value output from the charge amplifier is calculated by the following equation (3).
&Quot; (3) &quot;
Vout = - (CF / CM) x Vin
(Where Vout is the output signal, CF is the electrostatic capacitance located at the sensor electrode connected to the inverting input terminal, CM is the mutual capacitance between the sensor electrodes, and Vin is the input signal) 삭제delete 삭제delete
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