KR20130103254A - The touch screen and key which can measure the coordinate and strength of touch position by deflection or viration sensors - Google Patents
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Abstract
Description
마우스를 사용하기 어려운 스마트폰 등과 같은 디바이스에 있어서 터치스크린은 핵심적인 입력 수단으로 사용되고 있다. 터치스크린은 말 그대로 스크린을 손가락 혹은 터치 펜으로 접촉함으로써, 스마트폰 등과 같은 디바이스와 교신할 수 있는 방법으로 사람이 디바이스와 상호 대화하는 가장 단순하고, 경제적이며, 효율적이며, 직접적인 방식이다. 터치스크린은 누구나 어떠한 훈련을 받지 않더라도 스마트폰 등과 같은 디바이스에서 편리하게 사용할 수 있고, 사용자가 명확히 한정된 메뉴에서 선택하므로 사용자의 오류를 제거한다는 장점이 있다. 이러한 터치스크린과 혹은 최근 널리 사용되고 있는 터치키에서 단순한 터치 위치 감지뿐만 아니라 세밀한 터치 감각을 인식할 수 있다면, 사용자의 감성까지 입력시킬 수 있어 스마트폰 등과 같은 디바이스의 편리하고 유익한 사용 환경을 제공할 수 있다. 궁극적으로는 디지털 캔버스와 같이 붓의 종류에 따른 세밀한 터치 감까지도 인식하는 분야로 발전할 전망이다.
In devices such as smartphones that are difficult to use a mouse, the touch screen is used as a key input means. Touchscreens are the simplest, most economical, efficient and direct way for people to interact with devices in a way that allows them to communicate with devices such as smartphones by literally touching the screen with a finger or a touch pen. The touch screen can be conveniently used in a device such as a smartphone even if no training is performed by anyone, and since the user selects from a clearly defined menu, the user's error is eliminated. If the touch screen and the recently used touch keys can recognize not only the touch position but also the fine touch sense, the user's emotion can be input to provide a convenient and beneficial use environment of a device such as a smartphone. have. Ultimately, it is expected to develop into a field that recognizes the fine touch feeling according to the type of brush like a digital canvas.
현재 적용되는 터치스크린으로는 감압식과 정전식, 적외선식, 초음파식이 알려져 있었지만, 현재는 손가락 입력이 편리한 정전식이 대세를 이루고 있다. 정전식 터치스크린은 사람 몸에서 발생하는 정전기를 감지해 구동하는 방식으로 내구성이 강하고 반응 시간이 짧고, 투과성도 좋으며, 멀티 터치가 가능한 터치 스크린 방식이다. 최근 개발된 하이브리드 터치스크린 판넬은 디스플레이(LCD) 패널 부문에 적용되는 기술로 기존 광센서 인식 기반의 ITSP(Integrate Touch Screen Panel)와는 달리 광 인식은 물론 전류 인식 방식을 혼합 적용하여 일체화된 초박막형 터치스크린(In-Cell 혹은 On-cell 방식) 기능을 제공하여 기기들의 슬림화, 경량화가 가능하다.
Currently applied touch screens are known as pressure-sensitive, capacitive, infrared, and ultrasonic, but nowadays, capacitive fingers are easy to use. The capacitive touch screen is a method of sensing and driving static electricity generated by a human body, which is a touch screen method that is durable, has a short reaction time, has good permeability, and is multi-touch capable. The recently developed hybrid touch screen panel is a technology applied to the display (LCD) panel sector. Unlike the existing integrated touch screen panel (ITSP) based on the conventional optical sensor recognition, an ultra-thin touch integrated by applying a combination of optical recognition and current recognition methods. By providing screen (In-Cell or On-cell) function, devices can be made slimmer and lighter.
감압식 방식에는 4선식과 5선식이 있으며, 4선식은 터치패널의 가장 이상적인 막대 모양의 패턴을 가지며 탑(Top)에는 필름, 바텀(Bottom)에는 글라스 또는 필름을 사용하고 그 사이에 스페이서(Spacer)가 존재하여 뉴톤링 현상과 탑/바텀 간의 쇼트 현상을 방지하는 구조로 되어 있다. 패턴은 탑이 X면, 바텀이 Y, 탑이 X면 바텀이 Y로 구성된다. 5선식은 제조사마다 독자적인 패턴을 갖고 있으며, 이 패턴은 바텀에 인쇄되며 X와 Y가 탑과 바텀에 따로 있는 4선식 혹은 바텀에 X와 Y가 모두 있는 형태로 구성된다. 4선식의 경우 탑 필름이 찢어지는 경우 동작이 안되기 때문에 내구성이 취약하지만 5선식은 탑 필름이 단순히 탑과 바텀이 접촉되었나 확인해 주는 센싱 역할만 하기 때문에 찢어져도 해당 부분만 제외하고 동작이 가능하다는 장점이 있다. 동작 원리는 접촉 지점을 중심으로 좌:X1/ 우:X2/ 상:Y1/ 하:Y2/로 가정하였을 경우 X1과 X2, Y1과 Y2의 전압 강하를 이용하여 좌표를 측정한다. 즉, X = X1/(X1 * X2) - X2/(X1 * X2) 과 Y = Y1/(Y1 * Y2) - Y2/(Y1 * Y2)로 위치 X와 Y를 계산한다. 정전식은 표면 방식과 투영 방식으로 구분되는데, 표면 방식의 구조는 ITO 또는 ATO 글라스 한장으로 되어 있고, 동작 원리는 접촉 지점을 중심으로 네 끝 모서리에서 인체 내부의 정전 용량에 의하여 흐르는 미세전류를 측정하여 키르히호프 법칙을 적용하여 좌표를 계산한다. 투영(Projected) 방식은 뮤츄얼(Mutual)과 셀프형이 있는데, 뮤츄얼 형은 ITO 막을 제조사별로 독자 패턴으로 액티브(Active) 에어리어를 채널 단위로 만들고 각각의 채널에 은 인쇄 전극을 형성하며, 1 레이어의 경우 X, Y가 한 장에 구현되고 2 레이어의 경우 X, Y를 따로 구성하여, 각 채널간 보이지 않는 신호에 의해 소통시키는 Shunt 알고리즘과 각 채널이 일정한 정전용량을 가지려는 Stray 정전용량 알고리즘을 적용하여, 일정한 정전용량에 인체 내부의 미세 정전용량이 결합하면 충전량은 그 이전보다 많아지므로 컨트롤러는 X채널, Y채널의 교차지점을 측정한다. 각각의 채널이 개별적으로 인식하기 때문에 2 포인트 이상의 멀티 터치가 가능한 방식이다.
There are four wires and five wires in the pressure-sensitive type, and the four wires have the most ideal bar-shaped pattern of the touch panel. Film is used at the top, glass or film is used at the bottom, and a spacer is disposed therebetween. Is present to prevent shorting between Newton Ring and Top / Bottom. The pattern is composed of X on top, Y on bottom, and Y on top of X. The 5-wire has a unique pattern for each manufacturer, which is printed on the bottom and consists of a 4-wire with X and Y separately on the top and bottom, or a form with both X and Y on the bottom. In case of 4-wire type, it is weak in durability because the top film is not torn when it is torn. However, 5-wire type can be operated except for the part because the top film merely serves as a sensing to check whether the top and bottom contact. There is this. The operating principle is to measure the coordinates using the voltage drop of X1 and X2, Y1 and Y2 when it is assumed that left: X1 / right: X2 / top: Y1 / bottom: Y2 / around the contact point. That is, the positions X and Y are calculated with X = X1 / (X1 * X2)-X2 / (X1 * X2) and Y = Y1 / (Y1 * Y2)-Y2 / (Y1 * Y2). The electrostatic type is divided into surface type and projection type, and the structure of the surface type is made of ITO or ATO glass sheet, and the operating principle is to measure the microcurrent flowing by the internal capacitance of the human body at the four corners around the contact point. Calculate the coordinates by applying Kirchhoff's law. Projected methods are Mutual and Self-type. Mutual type makes an ITO film with a unique pattern for each manufacturer, and creates an active area in channel units and forms silver printed electrodes in each channel. In case of layers, X and Y are implemented in one sheet, and in case of 2 layers, X and Y are configured separately, and a shunt algorithm for communicating by invisible signals between channels and a Stray capacitance algorithm in which each channel has a constant capacitance By applying this, when the microcapacitance inside the human body is combined with a constant capacitance, the charging amount is greater than before, so the controller measures the intersection of the X channel and the Y channel. Since each channel is recognized individually, more than two points can be multi-touched.
이와 함께 터치스크린의 멀티 터치 기술은 여러 가지 물체로 동시에 터치스크린 화면을 눌러도 접촉점을 인식하는 기술로 기존 마우스 클릭이나 터치스크린 처럼 차례로 입력하는 원터치 방식에 비해 입력 효율이 월등하고, 화면 속의 이미지를 자유자재로 클릭, 이동, 회전할 수 있다. 이러한 터치스크린의 여러 한계가 있지만 다양한 기술을 접목시켜 터치 위치를 정확하게 감지함은 물론 배터리 사용시간을 결정하는 터치스크린 투과율 개선도 다양한 공법을 적용하여 개선되고 있지만 근본적인 한계는 극복하지 못하고 있다. 즉, 정전식에서는 일반 터치 펜을 인식하지 못하고 감압식에서는 미세한 손가락 터치를 인식하지 못한다는 문제점과, 터치스크린 자체로는 구조적으로 사용자의 터치 감을 감지할 수 없다. 이를 해결할 수 있다면 스마트폰 등과 같은 디바이스의 새로운 활용 및 응용 분야가 전개될 수 있다. 그러나, 현재의 정전 및 감압, 적외선, 초음파 방식으로는 세밀한 터치 감각을 인식하는 것은 기본 원리 및 스마트폰의 사용 환경을 고려하면 불가능하다.
In addition, the multi-touch technology of the touch screen is a technology that recognizes a touch point even when pressing the touch screen screen with various objects at the same time. The input efficiency is superior to the one-touch method that inputs one by one like a conventional mouse click or touch screen, and freely displays the image on the screen. You can click, move, and rotate with the material. Although there are many limitations of such touch screens, various technologies can be used to accurately detect the touch position as well as to improve the touch screen transmittance, which determines the battery usage time. However, the fundamental limitations are not overcome. In other words, the capacitive touch pen does not recognize the touch pen and the touch sensitive touch panel itself does not recognize the touch sense. If this can be solved, new applications and applications of devices such as smartphones can be developed. However, it is impossible to recognize fine touch sensations by current electrostatic and decompression, infrared, and ultrasonic methods in consideration of the basic principle and the environment of use of a smartphone.
터치스크린이 위치 감지뿐만 아니라 세밀한 터치 감각을 인식할 수 있다면 사용자의 감성까지 인식함으로써 편리한 스마트폰 사용 환경을 제공할 수 있으며, 궁극적으로는 스마트폰 등과 같은 디바이스에서 디지털 캔버스 프로그램처럼 세밀한 붓의 터치까지 인식하는 분야로 발전할 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 현재 터치스크린의 위치 측정 기능과 함께 터치 감을 별도로 인식하기 위한 수단이 필요하다. 이에, 일부 스마트폰에서는 코일 등이 내장된 터치 펜에 세밀한 감압 기능을 내장시켜 사용하고 있지만, 스마트폰에 터치 감 정보를 전달하기 위해서는 별도로 터치 펜을 반드시 사용해야 하는 불편함이 있다. 즉, 감압식 터치스크린은 감지 필름이 닿지 않는 세밀한 손가락 터치를 감지하지 못하는 문제를 해결할 수 없으며, 정전식에서는 플라스틱 펜 등과 같이 정전 용량의 변화를 일으키지 않는 물체를 감지하지 못하므로 이를 해결하기 위해 코일이 들어있는 터치 펜을 사용하고 디스플레이 패널 하단에 전자기를 감지하는 방식을 추가해야 하는 문제점도 있다. 이를 궁극적으로 해결하는 방법으로 특수한 터치 펜을 사용하지 않고 터치 구현 방식에 무관하게 터치스크린이 위치 감지뿐만 아니라 동시에 세밀한 터치 감각을 인식할 수 있다면, 사용자의 감성까지 인식하여 편리한 스마트폰 등과 같은 디바이스 사용 환경을 개선할 수 있다. 동시에 경제적인 감압식 터치스크린 방식에서도 세게 누르지 않더라고 세밀하게 손가락의 터치를 인식하는 기능도 제공할 필요가 있다. 이러한 문제가 해결된다면 터치스크린 기술은 디지털 캔버스처럼 세밀한 붓의 터치까지 인식하는 분야로 발전할 전망이다.
If the touch screen is able to recognize not only the location but also the detailed touch sense, it can provide a convenient smartphone experience by recognizing the user's emotion, and ultimately the touch of a fine brush like a digital canvas program from a device such as a smartphone Can develop into areas of awareness In order to solve this problem, a means for separately detecting a touch feeling along with a position measuring function of the current touch screen is required. Thus, in some smartphones, a fine decompression function is used in a touch pen in which a coil is embedded, but there is an inconvenience in that a touch pen must be separately used to transmit touch feeling information to the smartphone. That is, the pressure-sensitive touch screen cannot solve the problem of not detecting the fine finger touch that the sensing film does not touch, and the coil does not detect the object that does not cause the change of capacitance such as a plastic pen. Another problem is that a touch pen is included and an electromagnetic sensing method needs to be added to the bottom of the display panel. The ultimate solution is to use a device such as a smart phone that recognizes the user's sensitivities if the touch screen can recognize not only the location but also the detailed touch sense regardless of the touch implementation method without using a special touch pen. Improve the environment. At the same time, even in an economical pressure-sensitive touch screen method, it is necessary to provide a function for recognizing the touch of a finger in detail without pressing hard. If this problem is solved, touch screen technology will develop into a field that recognizes even the touch of a fine brush like a digital canvas.
현재 터치스크린 방식에 특수한 터치 펜을 사용하지 않고 세밀한 터치 감을 인식하기 위해서는 위치를 측정하는 터치스크린 외에 추가적인 센싱 정보를 필요로 한다. 터치스크린과 일체화시켜 제공될 수 있는 터치 감을 측정할 수 있는 센서로는 마이크 센서 및 스트레인 게이지 혹은 가속도 센서 등과 같은 모션센서가 있다. 이러한 센서들은 MEMS 기술을 이용하여 극히 작은 크기로 제작되고 있어 복수 개를 터치스크린의 특정 위치에 부착할 수 있다. 이러한 센서들을 복수 개 가능한 많이 설치하면 터치스크린 막의 변형 및 전단력과 휨 모멘트, 진동 등을 보다 세밀하게 계측할 수 있어, 정확한 터치 위치 정보와 함께 보정시키면 터치한 위치의 세밀한 터치 감을 감지할 수 있다.
In order to recognize the detailed touch feeling without using a touch pen special to the current touch screen method, additional sensing information is required in addition to the touch screen for measuring a position. Sensors capable of measuring the touch feeling that can be provided integrated with the touch screen include a microphone sensor and a motion sensor such as a strain gauge or an acceleration sensor. These sensors are manufactured in extremely small sizes using MEMS technology, allowing multiple pieces to be attached to a specific location on the touch screen. When a plurality of such sensors are installed as much as possible, the deformation and shear force of the touch screen, the bending moment, and the vibration can be measured more precisely, and when corrected together with accurate touch position information, the detailed touch feeling of the touched position can be detected.
터치 감을 감지하기 위한 정전용량 변화를 이용해서 전압을 전기신호로 변환하는 마이크 센서는 일반적으로 고정전극과 도전성의 진동판 사이에 외부에서 오는 직류전원에 의해 정전기를 저축해서 콘덴서를 형성하고, 전압에 의해서 진동판이 진동하면 고정전극과의 거리가 변해서 정전용량이 변화하는데 이 변화를 전기신호로 바꾸는데, 원음에 대한 추종성이 좋고 다이내믹 레인지(dynamic range)도 넓으며 최근 MEMS형이 개발되면서 마이크센서의 크기도 패키징 포함하여 3 x 2 x 1mm 제품도 판매되고 있다. 이러한 마이크센서를 일례로 터치스크린 하단 모서리 중앙에 4개 설치하여 터치하면 발생하는 음압을 계측하여 터치 위치와 함께 보정시켜 필요한 터치 강도 및 감 정보를 제공토록 해결한다. 마이크 센서를 사용하는 경우 외부 소리에 반응하므로 이를 스마트폰의 음성통화용 신호를 이용하여 제거하면 강건한 형태로 터치 감을 측정할 수 있다. 물론 터치스크린 막 진동 음압과 일반 음압의 차이를 이용하는 방법도 있다. 이와 함께 4개의 마이크 센서를 활용하면 디스플레이 판넬의 4방향으로 각종 소리를 모니터링하거나 해당 부위를 두드리는 경우 스위칭하는 용도로도 확대하여 사용할 수도 있다. A microphone sensor that converts a voltage into an electric signal using a change in capacitance to sense a touch feeling is generally formed of a capacitor by storing static electricity by an external direct current power source between a fixed electrode and a conductive diaphragm, When the diaphragm vibrates, the distance to the fixed electrode changes and the capacitance changes, and this change is converted into an electrical signal. It has a good trackability against the original sound, a wide dynamic range, and the size of the microphone sensor as the MEMS type was recently developed. 3 x 2 x 1mm products are also available, including packaging. For example, four microphone sensors are installed in the center of the lower edge of the touch screen, and the sound pressure generated when the touch is measured and corrected together with the touch position to provide necessary touch intensity and sense information. When the microphone sensor is used, it responds to external sounds, so if you remove it by using the voice call signal of the smartphone, you can measure the touch feeling in a robust form. Of course, there is also a method using the difference between the sound pressure of the touch screen and the general sound pressure. In addition, the four microphone sensors can be used to monitor various sounds in four directions of the display panel or to switch when tapping the corresponding area.
마이크 센서 대신 터치스크린 하단의 모서리에 가속도센서, 자이로센서, 틸트센서 등과 같은 모션 센서 혹은 스트레인 감지기를 설치하여 터치스크린 하단의 미세한 진동을 감지하고 터치 위치에 따라 보정시켜 터치 감을 계산할 수 있다. 일례로 터치스크린 모서리에 각각 4개의 모션 센서를 설치하여 진동을 감지하고 터치 위치를 고려하여 진동 수치를 보정함으로써 터치 감을 계산한다. 마이크 센서와 달리 모션 센서는 주변의 소리에 영향받지 않지만 사용자의 움직임에 영향을 받는다는 문제점이 있으며, 이 또한 액티브 영역을 벗어난 센서 설치 부위를 두드리는 경우 스위칭하는 용도로 추가로 사용할 수 있다. 이러한 방식으로 터치 강도 및 감을 감지하는 원리를 손가락을 세밀하게 감지하기 어려운 감압식에 적용하는 경우, 손가락을 미세하게 터치하면서 발생하는 소리나 진동을 감지함으로써 정전식과 대등한 터치 성능을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
Instead of a microphone sensor, a motion sensor or strain detector such as an acceleration sensor, a gyro sensor, a tilt sensor, etc. is installed at the bottom corner of the touch screen to detect minute vibrations at the bottom of the touch screen and compensate for the touch position to calculate the touch feeling. For example, four motion sensors are installed at the corners of the touch screen to detect vibration and calculate the touch feeling by correcting the vibration value in consideration of the touch position. Unlike the microphone sensor, the motion sensor is not affected by the surrounding sounds, but is affected by the user's movement, and can also be used for switching in case of knocking out the sensor installation area outside the active area. In this way, if the principle of detecting the touch intensity and the sense is applied to a pressure-sensitive type where it is difficult to detect the finger in detail, it is possible to provide a touch performance equivalent to that of the electrostatic by detecting the sound or vibration generated by the minute touch of the finger. Judging.
터치스크린에서 터치한 위치 정보뿐만 아니라 터치 감을 동시에 인식할 수 있다면, 스마트폰 등과 같이 터치스크린을 부착한 기기를 사용하는데 있어서 매우 유용하여, 필기체 메모는 물론 디지털 캔버스 등과 같은 세밀한 감성적인 기능까지 구현하는 분야로 확대할 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 터치스크린과 함께 특수한 코일(전자석)이 설치된 터치펜 장치를 이용하여 터치 감을 별도로 측정하였지만, 본 발명은 터치스크린 액티브 영역 밖의 특정 위치들에 매우 작은 크기의 마이크 센서 혹은 스트레인감지기 혹은 모션센서 등을 설치하여, 액티브 영역의 특정 위치를 터치하면서 발생하는 터치스크린 막의 떨리는 신호를 측정하여 터치 위치, 터치 강도 및 감을 계산하도록 구성함으로써 다음과 같은 효과가 기대된다. 이는 터치스크린뿐만 아니라 터치키에도 동일하게 적용할 수 있다.
If you can recognize the touch feeling as well as the location information touched on the touch screen at the same time, it is very useful for using a device with a touch screen, such as a smart phone, to implement detailed emotional functions such as handwritten notes and digital canvas, etc. You can expand into the field. In order to solve this problem, the touch feeling is separately measured using a touch pen device in which a special coil (electromagnet) is installed together with the touch screen. However, the present invention provides a microphone sensor or a strain sensor or a motion of a very small size at specific positions outside the active area of the touch screen. By providing a sensor or the like and measuring the shaking signal of the touch screen film generated while touching a specific position of the active area to calculate the touch position, the touch intensity and the sense, the following effects are expected. This can be equally applied to touch keys as well as touch screens.
첫째, 정전식 터치스크린 혹은 터치 키에서도 코일을 내장한 특수한 터치 펜 장치 없이 손가락 혹은 붓의 세밀한 터치 감도를 측정하는 효과가 있다. 최근 많이 사용되는 터치키에 이를 적용하면 손가락뿐만 아니라 다양한 물체로도 작동시킬 수 있다.First, the capacitive touch screen or touch key has the effect of measuring the fine touch sensitivity of a finger or a brush without a special touch pen device with a built-in coil. When applied to a touch key that is used a lot recently, it can be operated with various objects as well as fingers.
둘째, 미세한 손가락 터치 감지가 어려운 감압식 터치스크린에서도 터치스크린 막의 떨리는 레벨을 측정하여 손가락의 세밀한 터치 감을 측정하는 효과가 있다.Second, even in a pressure-sensitive touch screen that is difficult to detect a minute finger touch, the shaking level of the touch screen film is measured to measure the fine touch feeling of the finger.
셋째, 변형 및 떨림 측정식 터치스크린으로도 터치 위치와 터치 감도를 동시에 측정할 수 있어, 기존 방식에서 사용하는 낮은 투과율의 ITO 필름을 제거하여 투명유리 수준의 98% 내외로 투과율을 제공할 수 있어 배터리 사용 시간을 늘릴 수 있다. Third, the touch position and the touch sensitivity can be measured simultaneously with the strain and shake measurement type touch screen, and the transmittance can be provided to around 98% of the level of the transparent glass by removing the low transmittance ITO film used in the conventional method. You can extend battery life.
넷째, 마이크 센서 혹은 가속도센서가 설치된 터치스크린 액티브 영역 밖을 터치하여 사용하는 스위치로도 사용할 수 있으며, 두드리거나 누르는 강도로 스위치 단계를 선택할 수도 있다. 이를 통해 현재 스마트폰 하단의 키들을 대체하는 효과가 있다.Fourth, it can be used as a switch used by touching outside the touch screen active area where a microphone sensor or an accelerometer is installed, and the switch step can be selected by tapping or pressing. This has the effect of replacing the keys at the bottom of the current smartphone.
다섯째, 4개의 마이크센서를 모서리 중앙에 설치하는 경우 4 방향에서 입력되는 미세한 소리 패턴을 분석 혹은 인식하여 화면에 표시해 주는 용도로도 사용할 수 있다.
Fifth, when four microphone sensors are installed at the center of the corner, they can be used for analyzing or recognizing minute sound patterns input from four directions and displaying them on the screen.
제 1 도는 정전식과 감압식 터치스크린의 원리도로서, 정전식은 손가락의 누름에 따른 정전 용량의 변화를 측정하고, 정압식은 필름이 닿을 만큼 눌러짐에 따른 저항값의 변화를 측정하여 터치 위치를 결정한다.
제 2 도는 터치스크린에 적용되는 정전식, 감압식, 적외선식, 초음파식 기술 방식에 대한 비교도이다.
제 3도는 집중 하중을 받는 단순보를 모델링한 자유물체도와 전단력도 및 휨모멘트도이다.
제 4 도는 변형 및 떨림 측정 방식 터치스크린의 터치 위치 및 강도를 계산하는 흐름도 및 구성도이다.
제 5 도는 감압식 및 정압식 터치스크린의 단점들을 보완하기 위하여 모서리 특정 부분에 변형 및 떨림 측정 센서를 추가로 설치한 구성도이다.
1 is a principle diagram of a capacitive touch screen and a capacitive touch screen, in which a capacitive type measures a change in capacitance according to a finger press, and a constant pressure type determines a touch position by measuring a change in resistance value as the film is pressed to the touch. .
2 is a comparative view of the capacitive, pressure-sensitive, infrared, ultrasonic technology applied to the touch screen.
3 is a free body model, shear force diagram and bending moment diagram modeling a simple beam subjected to a concentrated load.
4 is a flowchart and a configuration diagram for calculating the touch position and the intensity of the deformation and shake measurement type touch screen.
5 is a configuration diagram in which deformation and vibration measurement sensors are additionally installed at specific corners in order to compensate for the disadvantages of the pressure sensitive and positive pressure touch screens.
손가락 혹은 터치 펜으로 터치한 위치를 측정하는 터치스크린은 크게 정전식과 감압식로 구분된다. 감압식은 일반 터치 펜을 인식하지만 세밀한 손가락 터치 인식이 어렵고 반대로 정전식은 손가락 인식은 하지만 일반 터치 펜은 전혀 인식할 수 없다는 구조적인 문제점이 있다. 또한, 터치스크린 원리상 터치한 위치는 직접 측정할 수 있지만, 세밀한 터치 감을 측정하는 것은 어려워, 이를 보완하기 위해 삼성전자 스마트폰에서는 디스플레이 패널 하단에 인식 패드를 추가로 설치하고 특수한 코일이 장착된 터치 펜을 사용하여 터치 감을 측정하는 방법이 소개되었다. 이러한 기능을 활용하여 세밀한 필기체 메모 프로그램 및 그림을 그리는 디지털 캔버스 기능에 적용되는 등 새로운 가능성을 보여주고 있다. 그러나, 이러한 방식도 특수한 코일이 설치된 터치 펜을 이용하는 수준이고, 민감한 손가락이나 붓의 종류를 구분할 정도의 세밀한 터치 감을 인식하는 데는 한계가 있다. 이를 해결하기 위한 유일한 방법으로는, 손가락이나 붓을 터치하면 발생하는 터치스크린의 막의 떨림을 정밀하게 감지하는 마이크 센서 혹은 가속도센서 등과 같은 모션센서를 터치스크린 모서리의 특정 위치에 고정 설치하여, 각각의 센서들에서 감지하는 변형 및 떨림 신호 데이터와 터치한 위치 좌표를 상호 보정시키면 아주 세밀한 터치 강도 및 감을 측정할 수 있다. 이를 구현하면, 궁극적으로 디지털 캔버스용 소프트웨어에서 붓의 거칠기와 누르는 힘에 따라, 디지털 캔버스에 칠해지는 선의 굵기와 색상 및 농도를 실제 감각과 유사하게 재현할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 손가락 혹은 일반 터치 펜을 사용하여 필기할 경우에도, 터치 감에 따라 해당 선의 굵기와 색깔 및 농도를 반영할 수 있다. 이러한 터치스크린을 적용하면 스마트폰의 활용 분야를 감성을 표현하는 예술 분야로 까지 확대될 전망이다.
Touch screens that measure the location touched by a finger or a touch pen are classified into capacitive and resistive touch panels. While the pressure-sensitive type recognizes a general touch pen, detailed finger touch recognition is difficult. On the contrary, the capacitive type recognizes a finger but cannot recognize a general touch pen. In addition, due to the touch screen principle, the touched position can be measured directly, but it is difficult to measure the detailed touch feeling.To compensate for this, Samsung smartphones additionally install a recognition pad at the bottom of the display panel and a touch with a special coil. A method of measuring touch feeling using a pen was introduced. These features are being used to show new possibilities, including detailed handwriting memo programs and digital canvas for drawing. However, this method also uses a touch pen provided with a special coil, and there is a limit in recognizing a fine touch feeling to distinguish a kind of a sensitive finger or a brush. The only way to solve this problem is to install a motion sensor such as a microphone sensor or an acceleration sensor that accurately detects the shaking of the film on the touch screen caused by touching a finger or a brush. By compensating for the deformation and vibration signal data sensed by the sensors and the coordinates of the touched position, it is possible to measure very fine touch intensity and sense. If this is implemented, it is expected that ultimately, depending on the roughness and pressing force of the brush in the software for digital canvas, the thickness, color and density of the line painted on the digital canvas can be reproduced similar to the actual sense. In addition, even when writing using a finger or a general touch pen, the thickness, color and density of the corresponding line may be reflected according to the touch feeling. Applying such a touch screen is expected to extend the field of use of smart phones to the field of art expressing emotion.
디스플레이의 해상도 경쟁이 치열해지면, 자연적으로 밝기의 문제가 발생한다. 해상도가 높아지면 화면을 통과하는 빛의 양이 줄어들기 때문에, 높은 해상도(아이패드3의 경우 2048 x 1536 래티나 디스플레이)에서는 동일한 밝기를 구현하려면 더 많은 광량을 필요로 한다. 그러나, 디스플레이의 밝기를 높이는 것은 모바일기기에서 가장 중요한 절전 기술에서 벗어나 소비전력의 증가로 인한 배터리 사용시간에 심각한 문제를 일으킨다. 터치스크린에 필수적으로 사용하는 ITO 필림은 투과율이 85% 내외로 알려져 있다. 터치스크린은 2장의 ITO 필름을 사용하는 FF 방식과 강화유리의 뒷면에 ITO를 박막 증착하는 G1F 방식, 양산 수율은 낮지만 1장의 강화유리를 사용하여 뒷면에 X축의 ITO를 박막 증착하고 패턴을 애칭한 후 그 위에 절연층을 증착하고 다시 Y축의 ITO를 증착하는 G2 방식이 개발되고 있다. 애플사에서 채택하고 있는 GG방식은 강화 유리를 사용하여 그 아래 ITO를 한쪽 혹은 양쪽에 박막 증착하는 방식으로 투과율은 유리하지만, 2장의 유리를 사용하므로 두께, 무게 등의 단점이 있다. ITO 필름과 스퍼터링 ITO의 투과율 차이를 5% 수준으로 볼 때 2장의 ITO필름을 사용하는 경우와 1장의 ITO필름 + 스퍼터링 ITO를 사용하는 경우 투과율 차이는 5%가 되고, ITO필름을 사용하지 않은 제품과는 25% 차이가 나기 때문에 투과율의 차이가 소비전력과 직결되기 문제로 아이폰은 유리 타입만 적용하고 있다. 최근 디스플레이 업체에서는 터치스크린을 패널에 내장하는 In-Cell과 On-Cell 기술을 개발하여 기존 방식에 비하여 경량화의 이점과 함께 터치표면 패널의 난반사가 줄어들어 백라이팅에 필요한 전력소모량을 줄이는 기술을 개발하고 있다. On-Cell 방식은 상부 편광 필름(Polarizer)과 상부 유리기판 사이에 저항막식 터치패널을 OCA(광학용 투명 접착제)로 밀착시키거나, 패널의 유리기판 위에 정전식 터치패널을 진공증착하는 방식으로 터치 기능의 셀을 디스플레이에 추가하는 In-Cell 방식에 비하여 비용이 낮다는 장점이 있다.
As display resolutions become fierce, problems of brightness naturally arise. Higher resolutions reduce the amount of light that passes through the screen, so higher resolutions (2048 x 1536 Latina displays for the iPad 3) require more light to achieve the same brightness. However, increasing the brightness of the display breaks away from the most important power-saving technology in mobile devices, causing serious problems in battery life due to increased power consumption. ITO film, which is essential for touch screens, is known to have a transmittance of around 85%. Touch screen is FF method using two ITO films, G1F method to deposit ITO thin film on the back of tempered glass, and mass production yield is low, but X-axis ITO thin film is deposited on the back using one tempered glass and nicknamed pattern After that, a G2 method of depositing an insulating layer on it and again depositing Y-axis ITO is being developed. Apple's GG method uses tempered glass to deposit a thin film of ITO on one or both sides, which is advantageous in terms of transmittance, but has two disadvantages such as thickness and weight. When the difference in transmittance between ITO film and sputtered ITO is 5% level, the difference in transmittance becomes 5% when two sheets of ITO film are used and one sheet of ITO film + sputtering ITO is used. Since the difference is 25%, the difference in transmittance is directly related to the power consumption, so the iPhone uses only the glass type. Recently, display companies have developed In-Cell and On-Cell technologies that incorporate touch screens into panels, and are developing technologies that reduce the power consumption required for backlighting by reducing the light reflection of the touch surface panel and reducing the light weight compared to conventional methods. . On-Cell touches the resistive touch panel between the upper polarizer and the upper glass substrate with OCA (optical transparent adhesive) or by vacuum depositing the capacitive touch panel on the glass substrate of the panel. Compared to the In-Cell method of adding a functional cell to the display, the cost is low.
본 발명은 기존의 감압식 혹은 정전식 터치스크린에 추가하여 터치 감을 계산하는 수단으로 사용될 수 있지만, 독립적으로 강화 유리와 같은 투명판의 변형 및 떨림 강도를 측정하여 터치 감 측정은 물론, 터치 위치와 측정 센서 간의 거리와 투명판 재질 특성에 따른 상대적 변형도와 떨림의 강도를 각각 측정한다면 터치 한 좌표를 구조역학 및 실험적으로 계산할 수 있다. 즉, 투명판의 변형도와 변형 정도를 직접 측정한다는 새로운 터치 방식(감압식, 정전식, 적외선, 초음파)으로 발전될 수 있다. 이 방식은 기존 방식들과 달리 ITO 필름이 필요없어, 1장의 강화유리로만 구성되므로 투과율을 획기적으로 높여줄 수 있고 두께도 줄일 수 있는 효과가 있는데, 이하 첨부 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention can be used as a means for calculating the touch feeling in addition to the existing pressure-sensitive or capacitive touch screen, but independently measuring the deformation and vibration strength of the transparent plate such as tempered glass, as well as the touch position and measurement If the distance between the sensors and the relative strain and the intensity of the vibration are measured according to the characteristics of the transparent plate, the touched coordinates can be calculated structurally and experimentally. That is, it can be developed into a new touch method (pressure sensitive, capacitive, infrared, ultrasonic) that directly measures the degree of deformation and the degree of deformation of the transparent plate. Unlike the conventional methods, this method does not require an ITO film, and thus consists of only one sheet of tempered glass, thereby increasing the transmittance significantly and reducing the thickness. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Is the same as
제 1 도는 정전식과 감압식 터치스크린의 원리도로서, 정전식은 손가락의 누름에 따른 정전 용량의 변화를 측정하고, 정압식은 필름이 닿을 만큼 눌러짐에 따른 저항값의 변화를 측정하여 터치 위치를 결정한다. 제 2 도는 터치스크린에 적용되는 정전식, 감압식, 적외선식, 초음파식 기술 방식에 대한 비교도이다. 제 3 도는 집중 하중을 받는 단순보를 모델링한 자유물체도와 전단력도 및 휨모멘트도이다. 제 4 도는 변형 및 떨림 측정 방식 터치스크린의 터치 위치 및 강도를 계산하는 흐름도 및 구성도이다. 제 5 도는 감압식 및 정압식 터치스크린의 단점들을 보완하기 위하여 모서리 특정 부분에 변형 및 떨림 측정 센서를 추가로 설치한 구성도이다. 1 is a principle diagram of a capacitive touch screen and a capacitive touch screen, in which a capacitive type measures a change in capacitance according to a finger press, and a constant pressure type determines a touch position by measuring a change in resistance value as the film is pressed to the touch. . 2 is a comparative view of the capacitive, pressure-sensitive, infrared, ultrasonic technology applied to the touch screen. 3 is a free body diagram, shear force diagram and bending moment diagram modeling a simple beam subjected to a concentrated load. 4 is a flowchart and a configuration diagram for calculating the touch position and the intensity of the deformation and shake measurement type touch screen. 5 is a configuration diagram in which deformation and vibration measurement sensors are additionally installed at specific corners in order to compensate for the disadvantages of the pressure sensitive and positive pressure touch screens.
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이상과 같이, 디바이스의 입력장치로 사용되는 터치스크린에 있어서, 유리와 같은 투명판(9)에 손가락 혹은 일반 터치펜으로 누르면 터치로 인한 투명판의 변형이 발생하므로, 이를 측정하기 위해 유리와 같은 투명판(9) 모서리의 특정 위치에 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서(8)를 설치하는 수단, 측정 센서(8)에서 유리와 같은 투명판(9)의 변형 및 떨림을 감지하여 전달하는 수단, 복수 개의 측정 센서 정보로 유리와 같은 투명판(9)의 전체적인 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 자체적으로 계산하는 수단, 정확한 터치 지점을 계산하는 수단 및; 혹은 부가적으로 터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단, 터치된 좌표 혹은 터치 강도 및 감 데이터를 정해진 통신 방식으로 외부에 전달함을 특징으로 구성된다. 이를 통해 투명판의 변형 혹은 떨림을 측정하는 방식의 터치스크린 및 연동하는 디바이스가 구현된다.
As described above, in the touch screen used as an input device of the device, when a finger or a general touch pen is pressed on the transparent plate 9 such as glass, deformation of the transparent plate due to touch occurs, so as to measure the same. Means for installing a plurality of deformation and vibration measurement sensors 8 at specific positions of the edges of the transparent plate 9, means for detecting and transmitting deformation and vibration of the transparent plate 9 such as glass in the measurement sensor 8, Means for self-calculating the overall deformation or strain or vibration of the transparent plate 9 such as glass with a plurality of measurement sensor information, means for calculating an accurate touch point; Or additionally, means for calculating touch intensity and touch feeling, and transmitting touched coordinates or touch intensity and feeling data to the outside in a predetermined communication method. Through this, a touch screen and a device that interoperate with a method of measuring deformation or vibration of the transparent plate are implemented.
이와 같이 좌표 측정 및 계산 수단을 일체형으로 제공될 수 있지만, 대부분 터치스크린 센서는 외부의 신호 처리 및 계산하는 반도체를 통하여 터치 위치를 측정 및 보정시키고 있다. 그러므로, 외부에 신호처리 및 계산 장치를 설치하는 경우는 다음과 같이 구성된다. 유리와 같은 투명판(9)에 손가락 혹은 일반 터치펜으로 누르면 터치로 인한 투명판의 변형이 발생하므로, 이를 측정하기 위해 유리와 같은 투명판(9) 모서리의 특정 위치에 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서(8)를 설치하는 수단, 측정 센서(8)에서 유리와 같은 투명판(9)의 떨림을 감지하여 외부로 전달하는 수단, 외부의 처리 및 계산장치(10)에서는 복수 개의 측정 센서(8) 정보로 유리와 같은 투명판(9)의 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 계산하는 수단, 정확한 터치 지점을 계산하는 수단 및; 혹은 부가적으로 터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단, 터치된 좌표 혹은 터치 감도 및 감 데이터를 디바이스의 운영 체계에 전달하는 형태로 구성된다. 즉, 외부의 처리 및 계산장치에서 투명판의 변형 혹은 떨림을 계산하는 터치스크린 및 외부의 처리 및 계산장치와 연동하는 디바이스가 제공된다.
As such, the coordinate measuring and calculating means may be provided as an integrated unit. However, most touch screen sensors measure and correct the touch position through a semiconductor that processes and calculates an external signal. Therefore, the case where the signal processing and calculating device is provided externally is configured as follows. Deformation of the transparent plate due to touch occurs when a finger or a general touch pen is pressed on the transparent plate 9 such as glass, so that a plurality of deformations and shakes are measured at a specific position of a corner of the transparent plate 9 such as glass. Means for installing the sensor (8), Means for detecting the vibration of the transparent plate 9, such as glass in the measuring sensor 8 and transmitting it to the outside, In the external processing and calculating device 10 a plurality of measuring sensors (8) Means for calculating the deformation or strain or vibration of the transparent plate 9, such as glass, with information; means for calculating the exact touch point; Or additionally, means for calculating touch intensity and touch sensation, and transferring touched coordinates or touch sensitivity and sensation data to an operating system of the device. That is, a touch screen for calculating deformation or vibration of a transparent plate in an external processing and calculating device and a device interoperating with an external processing and calculating device are provided.
본 발명은 기존의 감압식 혹은 정전식 터치스크린에 추가하여 터치 강도 및 감을 계산하는 수단으로 사용될 수 있다. 즉, 디바이스의 입력장치로 사용되는 감압식 터치스크린에 있어서, 유리와 같은 투명판(5)에 손가락 혹은 일반 터치펜으로 누르면 터치로 인한 투명판의 변형이 발생하므로, 이를 측정하기 위해 투명판(5) 모서리의 특정 위치에 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서(1,2,3,4)를 설치하는 수단, 측정 센서(1,2,3,4)에서 투명판(5)의 변형 및 떨림을 감지하여 전달하는 수단, 복수 개의 측정 센서 정보로 유리와 같은 투명판(5)의 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 계산하는 수단, 터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단, 혹은 부가적으로 정확한 터치 지점을 계산하는 수단, 터치된 좌표 혹은 터치 강도 및 감 데이터와 운영체계에 감압식 터치스크린에서 측정한 터치 위치 정보를 함께 전달함을 특징으로 구성한다. 즉, 투명판의 변형 혹은 떨림을 측정하는 방식을 추가하여 손가락의 미세한 터치도 감지하는 감압식 터치스크린이 제공된다.
The present invention can be used as a means for calculating the touch intensity and the sense in addition to the existing pressure-sensitive or capacitive touch screen. That is, in the pressure-sensitive touch screen used as an input device of the device, when a finger or a general touch pen is pressed on the
또한, 디바이스의 입력장치로 사용되는 정전식 터치스크린에 있어서, 유리와 같은 투명판(5)에 손가락 혹은 일반 터치펜으로 누르면 터치로 인한 투명판의 변형이 발생하므로, 이를 측정하기 위해 투명판(5) 모서리의 특정 위치에 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서(1,2,3,4)를 설치하는 수단, 측정 센서(1,2,3,4)에서 투명판(5)의 변령 및 떨림을 감지하여 전달하는 수단, 복수 개의 측정 센서 정보로 유리와 같은 투명판(5)의 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 계산하는 수단, 터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단, 혹은 부가적으로 정확한 터치 지점을 계산하는 수단, 터치된 좌표 혹은 터치 강도 및 감 데이터와 운영체계에 정전식 터치스크린에서 측정한 터치 위치 정보를 함께 전달함을 특징으로 구성한다. 즉, 투명판의 변형 혹은 떨림을 측정하는 방식을 추가하여 일반 터치펜의 미세한 터치도 감지하는 정전식 터치스크린이 제공된다.
In addition, in the capacitive touch screen used as an input device of the device, when the finger or a general touch pen is pressed on the
이상과 같은 구조의 터치스크린 투명창의 변형 및 떨림을 세밀하게 측정하는 센서로는 측정점의 가속도 및 기울기를 측정하는 가속도 센서 혹은, 측정점의 각속도를 측정하는 자이로 센서 혹은, 측정점의 기울기를 측정하는 틸트센서를 선택하여 설치함으로써 투명판의 변형 및 변형율 혹은 떨림을 직접 측정한다. 이러한 센서들은 최근들어 MEMS(micro electro mechanical system) 기술을 적용함으로써 패키지가 매우 작고(2x2mm), 저전력 특성, 1$ 이하의 가격으로 제공되고 있다. 터치 좌표를 누름에 따라 터치스크린 모서리에 설치된 센서들에서 측정되는 신호는, 터치된 좌표와 떨어진 거리 및 재질 특성에 따라 구조역학적으로 계산이 되며 실험에 의해 보정시킬 수 있음은 주지의 사실이다. 혹은, 변형 및 떨림 측정 센서로는 스트레인 게이지 혹은, 압전세라믹 감지기(PZT) 혹은 압전필름 감지기(PVDF,피에조 필름)와 같은 스트레인 감지기를 투명판 모서리에 복수 개 설치함으로써 투명판의 변형 및 변형율 혹은 떨림을 측정할 수 있다. 압전소자의 경우 충전전하량 Q = 면적 x 영스 모듈러스 x Lateral strain coefficient x (ε1 + ε2), 커패시턴스 C = (Absolute Permittivity x 면적) / 두께, 감지전압 V = Q/C로 단위는 Volte/μ- strain)의 특성을 가지고 있어 감지 전압을 측정하면 스트레인이 게산되고, 이를 통해 평면의 변형 방정식을 구할 수 있다. 터치스크린에서 터치 동작처럼 집단하중을 받는 양단고정보(Fixed beam)의 모델링은 구조 역학에서 이론적으로 해석되고 있다. 단순보(Simple beam)P의 집중하중이 가해졌을 때 전단력, 힘모멘트 사이의 평형방정식은 dM = S ·dx - 0.5P ·dx로 주어져 미소구간 dx의 크기가 무한히 작기 때문에 집중하중의 영향으로 인해 하중 작용점에서 휨모멘트의 증가는 전단력의 경우처럼 급격히 일어나지는 않지만 미소거리 dx의 변화에 비례적으로 천천히 변한다는 것처럼 특정 지점들의 스트레인을 측정하면 평형방정식을 통하여 보의 형상, 내부 응력 상태 등을 계산하여 터치 위치 및 터치 강도를 알 수 있다. 혹은, 변형 및 떨림 측정 센서로는 마이크 센서를 설치함으로써 투명판의 변형 및 떨림에 따라 발생하는 소리를 측정하여 소리 크기를 가지고 터치 좌표 및 터치 강도를 계산할 수 있다. 이러한, 마이크 센서로 각 방향의 소리 신호를 측정하여, 외부 디바이스에 전달하여, 디바이스 화면에 주변의 소리 파형 및 소리 인식 결과를 표시함을 특징으로 하는 소리 신호를 전달하는 마이크 센서가 포함된 터치스크린 기능도 제공할 수 있다. 이와 함께, 변형 및 떨림 측정 센서로는 가속도 센서 혹은, 자이로 센서 혹은, 스트레인 게이지 혹은, 틸트 센서 혹은 마이크센서를 설치한 위치를 누르거나 두드리면 특정한 기능으로 정의하고, 선택적으로 터치 강도에 따라 추가적으로 부가적인 기능을 정의하여 외부의 디바이스를 제어하는데 사용할 수 있다. 이에 반하여, 기존 방식의 터치스크린은 액티브 영역 외에는 사용이 불가능하여, 디바이스에 필요한 스위치 기능(삼성전자 갤럭시탭의 경우 스크린 하단에 4개의 터치키)을 제공하기 위해서는 별도로 터치키 회로 및 부품이 필요하다는 문제점이 있다. 변형 및 떨림을 세밀하게 측정하는 센서를 많은 장소에 설치하면, 더욱 세밀하고 정확한 터치 위치 및 터치 강도를 측정할 수 있다. 부피가 매우 작고 저렴한 압전감지기의 경우 증착 등의 방법으로 유리에 부착할 수 있어 수 mm 간격으로도 액티브 영역 밖 모서리에 조밀하게 설치할 수 있다. 이와 같이 변형 및 떨림을 세밀하게 측정하는 센서를 이용하는 터치스크린 방식은 액티브 영역 외의 터치스크린 전체 영역을 인식할 수 있다는 추가적인 메리트가 있다. 이러한 특징은 액티브 영역만 인식하는 현행 터치스크린 구현 방식들과 가장 큰 차이점이다.
As a sensor for measuring the deformation and shaking of the transparent touch screen transparent window as described above, an acceleration sensor for measuring the acceleration and inclination of the measuring point, a gyro sensor for measuring the angular velocity of the measuring point, or a tilt sensor for measuring the tilt of the measuring point Select and install to directly measure the strain and strain or vibration of the transparent plate. These sensors have recently been packaged in micro electro mechanical system (MEMS) technology, offering a very small package (2x2mm), low power consumption, and a price of less than $ 1. It is well known that the signal measured by the sensors installed at the edges of the touch screen according to the touch coordinates is calculated structurally based on the distance and material properties away from the touched coordinates and can be corrected by experiment. Alternatively, strain and vibration measurement sensors may include strain gauges or strain sensors such as piezoceramic detectors (PZT) or piezoelectric film detectors (PVDF, piezo film) at the edges of the transparent plate. Can be measured. For piezoelectric elements, charge charge Q = area x Young's modulus x Lateral strain coefficient x (ε1 + ε2), capacitance C = (Absolute Permittivity x area) / thickness, sensing voltage V = Q / C, expressed in Volte / μ- strain Since the sense voltage is measured, the strain is calculated, and the deformation equation of the plane can be obtained. Modeling of fixed beams that are subjected to a group load like a touch operation on a touch screen is theoretically interpreted in structural mechanics. The equilibrium equation between shear force and force moment is given by dM = S · dx-0.5P · dx when the concentrated load of the simple beam P is applied, and the micro-division dx is infinitely small. The increase in the bending moment at the loading point does not occur as rapidly as in the case of the shear force, but it changes slowly in proportion to the change in the microdistance dx. When the strain is measured at specific points, the shape of the beam and the internal stress state are calculated through the equilibrium equation. The touch position and touch intensity can be known. Alternatively, by installing a microphone sensor as the deformation and vibration measurement sensor, the sound generated by the deformation and vibration of the transparent plate may be measured, and the touch coordinates and the touch intensity may be calculated with the sound volume. The touch screen includes a microphone sensor for measuring a sound signal in each direction using the microphone sensor and transmitting the sound signal to an external device to display a sound waveform and a sound recognition result of the surroundings on a device screen. It can also provide functionality. In addition, the strain and vibration measurement sensor is defined as a specific function by pressing or tapping the position where the acceleration sensor, the gyro sensor, the strain gauge, the tilt sensor, or the microphone sensor is installed, and optionally additionally depending on the touch intensity. Functions can be defined and used to control external devices. On the other hand, the conventional touch screen cannot be used except for the active area, and a touch key circuit and parts are separately required to provide a switch function (four touch keys at the bottom of the screen in the case of Samsung Galaxy Tab) required for the device. There is a problem. By installing sensors that measure distortion and vibration in many places, more precise and accurate touch position and touch intensity can be measured. Very small and inexpensive piezoelectric sensors can be attached to the glass by evaporation, for example, and can be densely installed at the edges outside the active area at intervals of several mm. There is an additional merit that the touch screen method using the sensor for measuring the deformation and vibration in detail can recognize the entire touch screen area other than the active area. This is the biggest difference from current touch screen implementations that only recognize the active area.
많은 디바이스는 기계식 키에 비하여 유지 보수할 필요가 없다는 점과 디자인의 이점 때문에 터치키를 많이 사용하고 있다. 그러므로, 디바이스의 입력장치로 사용되는 터치키에 있어서, 터치키가 인쇄되어 있는 기구물을 손가락으로 누르면 기구물의 변형이 발생하므로, 이를 측정하기 위해 기구물의 특정 위치에 변형 및 떨림 측정 센서들을 설치하는 수단, 측정 센서에서 기구물의 눌러짐을 감지하여 전달하는 수단, 측정 센서 정보로 기구물의 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 자체적으로 계산하는 수단, 정확한 터치 지점을 계산하는 수단 및; 혹은 부가적으로 터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단, 터치된 좌표 혹은 터치 감도를 정해진 통신 방식으로 외부에 전달하도록 구성한다. 이러한 방식의 터치키는 현재 손가락의 터치만 인식하는 터치키와 달리 모든 방식의 누름을 감지하고 넓은 면적에도 구현할 수 있다는 이점이 있다. 변형 및 떨림 측정 센서로는 가속도 센서 혹은, 자이로 센서 혹은, 스트레인 게이지 및 압전세라믹 감지기(PZT) 및 압전필름 감지기(PVDF,피에조 필름) 혹은, 기울기를 측정하는 틸트센서를 선택하여 설치함으로써 기구물의 변형 및 변형율 혹은 떨림을 측정한다. 혹은, 변형 및 떨림 측정 센서로는 마이크 센서를 설치함으로써 기구물의 변형 및 떨림에 따라 발생하는 소리를 측정할 수도 있다.
Many devices make heavy use of touchkeys because of the need for maintenance compared to mechanical keys and the design advantages. Therefore, in the touch key used as an input device of the device, since the deformation of the mechanism occurs when a finger presses the device on which the touch key is printed, means for installing deformation and vibration measurement sensors at a specific position of the device to measure it. A means for detecting and transmitting the pressing of the apparatus by the measuring sensor, a means for calculating the deformation or strain or the tremor of the apparatus by the measurement sensor information, a means for calculating an accurate touch point; Or additionally, means for calculating the touch intensity and the touch feeling, and transmitting the touched coordinates or the touch sensitivity to the outside in a predetermined communication method. Unlike the touch key that recognizes only the touch of a finger, this type of touch key has the advantage of being able to detect all types of presses and implement a large area. Deformation and vibration measurement sensors include acceleration sensors, gyro sensors, strain gauges, piezoceramic sensors (PZT) and piezoelectric film detectors (PVDF, piezo film), or tilt sensors for measuring tilt. And strain or tremor. Alternatively, by installing a microphone sensor as the deformation and vibration measurement sensor, it is possible to measure the sound generated by the deformation and vibration of the apparatus.
이상과 같이 평판의 변형을 직접 측정하는 방식의 터치스크린 혹은 터치키는 직접 투명판의 변형도, 전단력도, 휨모멘텀도를 측정 및 계산할 수 있어 기존의 터치스크린과 터치키의 단점들을 모두 극복할 수 있다. 기존의 정전용량식 터치키는 손가락만을 인식하는데 반하여 손가락뿐만 아니라 일반 물체를 사용하는 누름도 인식할 수 있다는 매우 큰 장점을 제공할 수 있다. 또한, 기존 터치스크린은 액티브 영역만 인식이 가능하지만, 본 발명은 액티브 영역 외에도 인식이 가능하여 다른 비액티브 영역에 정의된 키 기능을 인쇄하는 것만으로 사용할 수 있다는 메리트가 있다. 스위치도 단순한 온/오프 동작뿐만 아니라 세기도 감지하여 다양한 추가 기능 (Zoom in / Zoom our, Volume up / Volume down 등)을 동시에 제공할 수 있다. 무엇보다도 유리와 같은 투명판으로만 터치 기능이 제공되어, 현재 터치스크린의 90% 미만의 투과율을 98% 내외로 높일 수 있어 디스플레이 백라이트의 전력소비를 최소화시킬 수 있으며, 미세한 터치 감을 구분할 수 있는 유일한 솔루션으로 평가된다.As described above, the touch screen or touch key of directly measuring the deformation of the flat plate can directly measure the deformation, shear force, and bending momentum of the transparent plate to overcome all the disadvantages of the existing touch screen and touch key. Can be. Existing capacitive touch keys can provide a very big advantage of being able to recognize not only fingers but also presses using general objects. In addition, the existing touch screen can recognize only the active area, but the present invention can be recognized in addition to the active area and can be used only by printing a key function defined in another inactive area. In addition to simple on / off operation, the switch can also sense strength and provide various additional functions (Zoom in / Zoom our, Volume up / Volume down, etc.) simultaneously. Most of all, the touch function is provided only with transparent plates such as glass, which can increase the transmittance of less than 90% of the current touch screen to around 98%, thereby minimizing the power consumption of the display backlight, and uniquely distinguishing the fine touch feeling. Evaluated as a solution.
1 : X축 센서 1 2 : Y축 센서 1
3 : X축 센서 2 4 : Y축 센서 2
5 : 유리와 같은 투명판 6 : 케이블
7 : 보조 측정 센서 8 : 변형 및 떨림 측정 센서
9 : 유리와 같은 투명판 10 : 외부 처리 및 계산 장치1:
3: X axis sensor 2 4: Y axis sensor 2
5: transparent plate like glass 6: cable
7: auxiliary measuring sensor 8: deformation and vibration measuring sensor
9: transparent plate like glass 10: external processing and calculating device
Claims (12)
유리와 같은 투명판(9)에 손가락 혹은 일반 터치펜으로 누르면 터치로 인한 투명판의 변형이 발생하므로,
이를 측정하기 위해 유리와 같은 투명판(9) 모서리의 특정 위치에 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서(8)를 설치하는 수단,
측정 센서(8)에서 유리와 같은 투명판(9)의 변형 및 떨림을 감지하여 전달하는 수단,
복수 개의 측정 센서 정보로 유리와 같은 투명판(9)의 전체적인 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 자체적으로 계산하는 수단,
정확한 터치 지점을 계산하는 수단 및;
혹은 부가적으로 터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단,
터치된 좌표 혹은 터치 강도 및 감 데이터를 정해진 통신 방식으로 외부에 전달함을 특징으로 하는 투명판의 변형 혹은 떨림을 측정하는 방식의 터치스크린 및 연동하는 디바이스
In the touch screen used as an input device of the device,
Since pressing the transparent plate 9 such as glass with a finger or a general touch pen causes deformation of the transparent plate due to touch,
Means for installing a plurality of strain and shake measurement sensors 8 at a specific position of the edge of the transparent plate 9, such as glass, for measuring this,
Means for detecting and transmitting the deformation and vibration of the transparent plate 9 such as glass in the measuring sensor 8,
Means for self-calculating the overall deformation, strain or vibration of the transparent plate 9 such as glass with a plurality of measurement sensor information,
Means for calculating an accurate touch point;
Or additionally means for calculating touch intensity and touch feeling,
Touch screen and interlocking device for measuring deformation or vibration of the transparent plate, which transmits the touched coordinates or the touch intensity and the sense data to the outside in a predetermined communication method.
유리와 같은 투명판(9)에 손가락 혹은 일반 터치펜으로 누르면 터치로 인한 투명판의 변형이 발생하므로,
이를 측정하기 위해 유리와 같은 투명판(9) 모서리의 특정 위치에 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서(8)를 설치하는 수단,
측정 센서(8)에서 유리와 같은 투명판(9)의 떨림을 감지하여 외부로 전달하는 수단,
외부의 처리 및 계산장치(10)에서는 복수 개의 측정 센서(8) 정보로 유리와 같은 투명판(9)의 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 계산하는 수단,
정확한 터치 지점을 계산하는 수단 및;
혹은 부가적으로 터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단,
터치된 좌표 혹은 터치 감도 및 감 데이터를 디바이스의 운영 체계에 전달함을 특징으로 하는 외부에 처리 및 계산장치에서 투명판의 변형 혹은 떨림을 계산하는 터치스크린 및 외부의 처리 및 계산장치와 연동하는 디바이스
In the touch screen used as an input device of the device,
Since pressing the transparent plate 9 such as glass with a finger or a general touch pen causes deformation of the transparent plate due to touch,
Means for installing a plurality of strain and shake measurement sensors 8 at a specific position of the edge of the transparent plate 9, such as glass, for measuring this,
Means for detecting the shaking of the transparent plate 9 such as glass in the measuring sensor 8 and transmitting it to the outside,
In the external processing and calculating device 10, means for calculating the deformation or strain or vibration of the transparent plate 9, such as glass, using a plurality of measurement sensors 8 information,
Means for calculating an accurate touch point;
Or additionally means for calculating touch intensity and touch feeling,
A device that works with a touch screen and an external processing and computing device that calculates the deformation or vibration of a transparent plate in an external processing and computing device, characterized in that it transmits touched coordinates or touch sensitivity and sense data to the operating system of the device.
유리와 같은 투명판(5)에 손가락 혹은 일반 터치펜으로 누르면 터치로 인한 투명판의 변형이 발생하므로,
이를 측정하기 위해 투명판(5) 모서리의 특정 위치에 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서(1,2,3,4)를 설치하는 수단,
측정 센서(1,2,3,4)에서 투명판(5)의 변형 및 떨림을 감지하여 전달하는 수단,
복수 개의 측정 센서 정보로 유리와 같은 투명판(5)의 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 계산하는 수단,
터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단,
혹은 부가적으로 정확한 터치 지점을 계산하는 수단,
터치된 좌표 혹은 터치 강도 및 감 데이터와 운영체계에 감압식 터치스크린에서 측정한 터치 위치 정보를 함께 전달함을 특징으로 하는 투명판의 변형 혹은 떨림을 측정하는 방식을 추가하여 손가락의 미세한 터치도 감지하는 감압식 터치스크린
In the pressure sensitive touch screen used as an input device of the device,
Since pressing the transparent plate 5 such as glass with a finger or a general touch pen causes deformation of the transparent plate due to touch,
Means for installing a plurality of strain and shake measurement sensors (1, 2, 3, 4) at a specific position of the edge of the transparent plate 5 to measure this,
Means for detecting and transmitting deformation and vibration of the transparent plate 5 in the measuring sensors 1, 2, 3 and 4,
Means for calculating the deformation, strain or vibration of the transparent plate 5 such as glass with a plurality of measurement sensor information,
Means for calculating touch intensity and touch feeling,
Or additionally means for calculating the correct touch point,
It also detects minute touch of a finger by adding a method of measuring deformation or shaking of a transparent plate, which transmits touched coordinate or touch intensity and sense data and touch location information measured on a pressure-sensitive touch screen together with the operating system. Touch screen
유리와 같은 투명판(5)에 손가락 혹은 일반 터치펜으로 누르면 터치로 인한 투명판의 변형이 발생하므로,
이를 측정하기 위해 투명판(5) 모서리의 특정 위치에 복수 개의 변형 및 떨림 측정 센서(1,2,3,4)를 설치하는 수단,
측정 센서(1,2,3,4)에서 투명판(5)의 변령 및 떨림을 감지하여 전달하는 수단,
복수 개의 측정 센서 정보로 유리와 같은 투명판(5)의 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 계산하는 수단,
터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단,
혹은 부가적으로 정확한 터치 지점을 계산하는 수단,
터치된 좌표 혹은 터치 강도 및 감 데이터와 운영체계에 정전식 터치스크린에서 측정한 터치 위치 정보를 함께 전달함을 특징으로 하는 투명판의 변형 혹은 떨림을 측정하는 방식을 추가하여 일반 터치펜의 미세한 터치도 감지하는 정전식 터치스크린
In the capacitive touch screen used as an input device of the device,
Since pressing the transparent plate 5 such as glass with a finger or a general touch pen causes deformation of the transparent plate due to touch,
Means for installing a plurality of strain and shake measurement sensors (1, 2, 3, 4) at a specific position of the edge of the transparent plate 5 to measure this,
Means for detecting and transmitting the vibrations and vibrations of the transparent plate 5 in the measurement sensors 1, 2, 3, and 4,
Means for calculating the deformation, strain or vibration of the transparent plate 5 such as glass with a plurality of measurement sensor information,
Means for calculating touch intensity and touch feeling,
Or additionally means for calculating the correct touch point,
Fine touch of a general touch pen by adding a method of measuring deformation or shaking of a transparent plate, which transmits touched coordinate or touch intensity and sense data and touch location information measured on a capacitive touch screen together with the operating system. Capacitive touch screen sensing
변형 및 떨림 측정 센서로는
가속도 센서 혹은,
자이로 센서 혹은,
스트레인 게이지 혹은,
기울기를 측정하는 틸트센서를 선택하여 설치함으로써 투명판의 변형 및 변형율 혹은 떨림을 측정함을 특징으로 하는 변형 및 떨림 측정을 위한 모션센서를 설치한 터치스크린
The method according to claim 1 and 2 and 3 and 4,
Deformation and vibration measurement sensors
Acceleration sensor or
Gyro sensor or
Strain gauge or
Touch screen with motion sensor for deformation and vibration measurement, characterized by measuring the deformation, strain or vibration of the transparent plate by selecting and installing tilt sensor for measuring tilt
변형 및 떨림 측정 센서로는
스트레인 게이지 혹은,
압전세라믹 감지기(PZT) 혹은 압전필름 감지기(PVDF,피에조 필름)와 같은 스트레인 감지기를 투명판 모서리에 복수 개 설치함으로써 투명판의 변형 및 변형율 혹은 떨림을 측정함을 특징으로 하는 변형 및 떨림 측정을 위한 스트레인 감지기를 설치한 터치스크린
The method according to claim 1 and 2 and 3 and 4,
Deformation and vibration measurement sensors
Strain gauge or
For strain and vibration measurement, a plurality of strain detectors such as piezoelectric ceramic detectors (PZT) or piezoelectric film detectors (PVDF, piezo film) are installed at the edges of the transparent plate to measure the deformation, strain or vibration of the transparent plate. Touch screen with strain sensor
변형 및 떨림 측정 센서로는
마이크 센서를 설치함으로써 투명판의 변형 및 떨림에 따라 발생하는 소리 를 측정함을 특징으로 하는 변형 및 떨림 측정을 위한 마이크 센서를 설치한 터치스크린
The method according to claim 1 and 2 and 3 and 4,
Deformation and vibration measurement sensors
Touch screen with microphone sensor for distortion and vibration measurement, which measures the sound generated by the deformation and vibration of the transparent plate by installing the microphone sensor
마이크 센서로
각 방향의 소리 신호를 측정하여
외부 디바이스에 전달하여 디바이스 화면에 소리 파형 및 소리 인식 결과를 표시함을 특징으로 하는 소리 신호를 전달하는 마이크 센서가 포함된 터치스크린
The method according to claim 6,
With microphone sensor
Measure the sound signal in each direction
Touch screen with a microphone sensor that delivers a sound signal, characterized in that the sound waveform and sound recognition results are displayed on the screen of the device delivered to the external device
변형 및 떨림 측정 센서로는
가속도 센서 혹은,
자이로 센서 혹은,
스트레인 게이지 혹은,
틸트 센서 혹은 마이크센서를 설치한 위치를 누르거나 두드리면
특정한 기능으로 정의하고
선택적으로 터치 강도에 따라 추가적으로 부가적인 기능을 정의하여 외부의 디바이스를 제어하는데 사용함을 특징으로 하는 스위치 기능이 포함된 터치스크린
The method according to claim 1 and 2 and 3 and 4,
Deformation and vibration measurement sensors
Acceleration sensor or
Gyro sensor or
Strain gauge or
Press or tap the position where you installed the tilt sensor or microphone sensor.
Define it as a specific function
Touch screen with switch function, characterized in that additionally define additional functions according to the touch intensity to control the external device
터치키가 인쇄되어 있는 기구물을 손가락으로 누르면 기구물의 변형이 발생하므로,
이를 측정하기 위해 기구물의 특정 위치에 변형 및 떨림 측정 센서들을 설치하는 수단,
측정 센서에서 기구물의 눌러짐을 감지하여 전달하는 수단,
측정 센서 정보로 기구물의 변형 혹은 변형률 혹은 떨림을 자체적으로 계산하는 수단,
정확한 터치 지점을 계산하는 수단 및;
혹은 부가적으로 터치 강도 및 터치 감을 계산하는 수단,
터치된 좌표 혹은 터치 감도를 정해진 통신 방식으로 외부에 전달함을 특징으로 하는 기구물의 변형 혹은 떨림을 측정하는 방식의 터치키
In the touch key used as the input device of the device,
Deformation of the mechanism occurs by pressing the mechanism with the touch key printed on the finger,
Means for installing deformation and vibration measurement sensors at specific locations of the instrument to measure this,
Means for detecting and transmitting the pressing of the instrument in the measuring sensor,
Means for self-calculating the deformation, strain or vibration of the instrument with measurement sensor information,
Means for calculating an accurate touch point;
Or additionally means for calculating touch intensity and touch feeling,
Touch key for measuring deformation or vibration of a device, which transmits the touched coordinates or touch sensitivity to the outside in a predetermined communication method
변형 및 떨림 측정 센서로는
가속도 센서 혹은,
자이로 센서 혹은,
스트레인 게이지 및 압전세라믹 감지기(PZT) 및 압전필름 감지기(PVDF,피에조 필름) 혹은,
기울기를 측정하는 틸트센서를 선택하여 설치함으로써 기구물의 변형 및 변형율 혹은 떨림을 측정함을 특징으로 하는 변형 및 떨림 측정을 위한 모션센서를 설치한 터치키
11. The method of claim 10,
Deformation and vibration measurement sensors
Acceleration sensor or
Gyro sensor or
Strain gage and piezoceramic detector (PZT) and piezoelectric film detector (PVDF, piezo film), or
Touch key with motion sensor for deformation and vibration measurement, characterized by measuring the deformation, strain or vibration of the device by selecting and installing tilt sensor for measuring tilt
변형 및 떨림 측정 센서로는
마이크 센서를 설치함으로써 기구물의 변형 및 떨림에 따라 발생하는 소리 를 측정함을 특징으로 하는 변형 및 떨림 측정을 위한 마이크 센서를 설치한 터치키
The method of claim 9,
Deformation and vibration measurement sensors
Touch key with microphone sensor for deformation and vibration measurement characterized by measuring the sound generated by the deformation and vibration of the instrument by installing the microphone sensor
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120024742A KR20130103254A (en) | 2012-03-10 | 2012-03-10 | The touch screen and key which can measure the coordinate and strength of touch position by deflection or viration sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120024742A KR20130103254A (en) | 2012-03-10 | 2012-03-10 | The touch screen and key which can measure the coordinate and strength of touch position by deflection or viration sensors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130103254A true KR20130103254A (en) | 2013-09-23 |
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|---|---|---|---|---|
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2012
- 2012-03-10 KR KR1020120024742A patent/KR20130103254A/en not_active Application Discontinuation
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