KR101343549B1 - Touch panel based on force - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널은, 사용자가 누를 수 있는 접촉면을 갖는 평판 형태로 이루어지며 둘레 외측면에 정전 용량을 형성하기 위한 가동 전극이 설치된 압력판과; 압력판을 소정의 간격을 두고 둘러싸도록 구성되며 가동 전극과 마주하여 정전 용량을 형성하기 위한 고정 전극이 설치된 프레임과; 사용자에 의해 눌려진 압력판이 프레임에 대하여 상대적으로 눌려지고 탄성적으로 원위치할 수 있도록 하는 탄성체와; 서로 마주하는 고정 전극과 가동 전극 사이의 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정 회로와; 측정된 정전 용량을 이용하여 사용자의 누름 여부를 판정하는 MCU를 포함하여 이루어진다. The capacitive force-based touch panel according to the present invention includes a pressure plate formed of a flat plate having a contact surface that can be pressed by a user and provided with a movable electrode for forming a capacitance on a peripheral outer surface thereof; A frame configured to surround the pressure plate at predetermined intervals and provided with a fixed electrode for forming a capacitance facing the movable electrode; An elastic body that allows the pressure plate pressed by the user to be pressed relative to the frame and resiliently returned; A capacitance measuring circuit measuring capacitance between the fixed electrode and the movable electrode facing each other; It includes an MCU that determines whether the user pressed by using the measured capacitance.

Description

정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널{TOUCH PANEL BASED ON FORCE}Force based touch panel with capacitive sensing method {TOUCH PANEL BASED ON FORCE}

본 발명은 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 사용자가 스크린을 누르는 압력을 감지하여 터치 위치를 산출하는 터치 패널에 관한 것이다. The present invention relates to a force-based touch panel of the capacitive sensing method, and more particularly, to a touch panel that calculates a touch position by detecting a pressure that the user presses the screen.

최근, 디스플레이 면이나 정해진 접촉면을 직접 손가락이나 전자펜 등으로 터치함으로써, 사용자 조작을 입력할 수 있는 터치 패널이 다양하게 개발되어 널리 사용되고 있다. In recent years, various touch panels have been developed and widely used to input user operations by directly touching a display surface or a predetermined contact surface with a finger or an electronic pen.

이러한 터치 패널에서 사용자의 터치를 감지하기 위한 방법으로는, 터치 패널의 표면에 배치된 다양한 형태의 안테나 전극에 의해 인체에 의한 정전 용량의 변화 또는 특수한 전자펜이 발산하는 전자기파를 감지하는 방법, 터치 패널의 일측에 배치된 압력 센서에서 감지되는 누름 압력을 이용하는 방법이 있다. As a method for sensing a user's touch in such a touch panel, a method of sensing a change in capacitance caused by a human body or electromagnetic waves emitted by a special electronic pen by various types of antenna electrodes disposed on the surface of the touch panel, and touch There is a method of using the pressing pressure sensed by the pressure sensor disposed on one side of the panel.

이 중에서, 누름 압력을 이용하는 방법을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 사용자의 터치에 의해 작용하는 누름 압력을 이용하는 방식을 이용하는 종래의 터치 패널의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. Among these, the method using a press pressure is demonstrated with reference to FIG. 1 is a view for explaining the operating principle of a conventional touch panel using a method using a pressing pressure applied by a user's touch.

종래의 터치 패널은, 투명 또는 불투명 재질의 평판 형태로서 사용자의 손가락 등이 접촉하게 되는 접촉면을 갖는 압력판(10)과, 압력판과 평행하게 배치되며 압력판을 지지하기 위한 베이스 기판(20)과, 압력판과 베이스 기판의 사이에 배치되어 압력판이 베이스 기판에 대하여 소정 간격을 유지하도록 탄성을 제공하는 스페이서로서 기능하며 압력판에 작용하는 누름 압력(예를 들면, F1,F2,F3,F4)에 대응하는 전기적인 측정값을 출력하는 복수의 감지 센서(S; 예를 들면, S1, S2, S3, S4)와, 감지 센서(S)에서 출력하는 각각의 측정값을 이용하여 압력판에 대한 사용자 손가락의 누른 위치(좌표) 및 누른 압력의 크기를 산출하는 제어 장치(30)를 포함하여 이루어진다. The conventional touch panel includes a pressure plate 10 having a contact surface to which a user's finger and the like come into contact with each other in the form of a transparent or opaque plate, a base substrate 20 disposed in parallel with the pressure plate, and supporting the pressure plate, and a pressure plate. Disposed between the substrate and the base substrate to serve as a spacer to provide elasticity so that the pressure plate maintains a predetermined distance with respect to the base substrate, and corresponding to the pressing pressure (for example, F1, F2, F3, F4) acting on the pressure plate. Pressing position of the user's finger on the pressure plate by using a plurality of sensing sensors S (for example, S1, S2, S3, S4) for outputting the measured values and the respective measured values output from the sensing sensors S (Coordinate) and a control device 30 for calculating the magnitude of the pressed pressure.

이때, 압력판(10)은 소정의 영상을 시각적으로 출력하는 표시 장치 자체일 수도 있다. 또한, 감지 센서(S)는, 서로 분리되어 마주하는 평판 형태의 복수의 전극을 배치하고, 복수의 전극에 의한 정전 용량을 감지하도록 구성되어 있다. 그리고 감지 센서가 눌려지면 전극들의 마주하는 거리가 변화하도록 구성되어 있다.In this case, the pressure plate 10 may be a display device itself that visually outputs a predetermined image. In addition, the sensing sensor S is configured to arrange a plurality of electrodes in the form of flat plates that are separated from each other and to sense capacitance by the plurality of electrodes. When the sensing sensor is pressed, the distances facing the electrodes change.

터치 패널에서 터치 감지 동작이 개시되면, 압력판(10)에 사용자 손가락이 접촉하여 눌려지는 경우, 각 감지 센서들(S1,S2,S3,S4)은 압력의 크기(F1,F2,F3,F4)에 따른 측정값을 출력한다. 제어 장치(30)는 각 측정값들을 출력한 압력 센서의 위치와 각 측정값들의 크기에 근거하여 압력판을 좌표 평면으로 하는 손가락으로 누른 위치의 좌표를 산출한다. When a touch sensing operation is started in the touch panel, when a user's finger is pressed by contacting the pressure plate 10, each of the sensing sensors S1, S2, S3, and S4 has a magnitude of pressure F1, F2, F3, and F4. Output the measured value according to The control device 30 calculates the coordinates of the position where the pressure plate is pressed with the finger as the coordinate plane based on the position of the pressure sensor which outputs the respective measured values and the magnitude of each measured value.

이러한 종래의 터치 패널에서는, 압력 센서들(S)이 압력판(10)에서 손가락이 접촉하게 되는 면(접촉면)의 뒷면에 배치되어 있다. 이때, 압력판(10)을 투명한 재질로 형성하여 디스플레이 장치의 전면에 배치하고자 할 때에는, 압력판(10)뿐만 아니라 베이스 기판(20)도 투명한 재질로 형성하여야 한다. In such a conventional touch panel, the pressure sensors S are disposed on the back side of the surface (contact surface) where the finger is in contact with the pressure plate 10. At this time, when the pressure plate 10 is to be formed of a transparent material and disposed on the front of the display device, the base plate 20 as well as the pressure plate 10 should be formed of a transparent material.

하지만, 베이스 기판을 투명한 재질로 형성하는 것은 재료 선택상의 문제뿐만 아니라 압력 센서의 설치 문제에 의해 제작하기 어렵다.However, forming the base substrate with a transparent material is difficult to manufacture due to the problem of material selection as well as the installation of the pressure sensor.

따라서, 회로 설계를 간단하게 하고 재료 선택의 이점을 향상시키면서도 터치 패널의 전체면을 투명하게 구성하고자 하는 요구가 발생하고 있다. Therefore, there is a demand to simplify the circuit design and improve the advantages of material selection while making the entire surface of the touch panel transparent.

또한, 압력판의 일부에 압력을 감지하기 위한 센서를 설치해야 하므로, 이 부분에서는 압력 감지를 위한 전극 패턴이 형성되므로 투명도가 저하되거나 심지어는 불투명하게 구성해야 하는 문제점이 있다. 그래서, 압력판에서 감지 센서가 설치되는 부분은 공간이 불필요하게 버려지고 있다. In addition, since a sensor for sensing pressure must be installed in a part of the pressure plate, since an electrode pattern for pressure sensing is formed in this part, there is a problem that transparency is reduced or even opaque configuration. Therefore, the space where the sensor is installed in the pressure plate is unnecessarily discarded.

본 발명은 상술한 바와 같은 요구에 대응하기 위한 것으로서, 터치 패널의 투명도를 향상시키고, 압력판에서 감지 센서를 설치하기 위해 소모되는 공간을 최소화하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to meet the needs as described above, and aims to improve the transparency of the touch panel and to minimize the space consumed for installing the sensor in the pressure plate.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널은, 사용자가 누를 수 있는 접촉면을 갖는 평판 형태로 이루어지며, 상기 평판 형태의 둘레 외측면 중 적어도 일부에 정전 용량을 형성하기 위한 제1 전극(가동 전극)이 설치된 압력판과; 상기 압력판의 둘레 외측면을 소정의 간격을 두고 둘러싸도록 구성되며, 상기 압력판을 향하는 내측면 중 적어도 일부에 상기 가동 전극과 마주하여 정전 용량을 형성하기 위한 제2 전극(고정 전극)이 설치된 프레임과; 사용자에 의해 눌려진 상기 압력판이 상기 프레임에 대하여 상대적으로 눌려지고 탄성적으로 원위치할 수 있도록, 상기 압력판을 상기 프레임에 탄성적으로 결합시키는 탄성체와; 서로 마주하는 상기 고정 전극과 상기 가동 전극(전극쌍) 사이의 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정 회로와; 및 상기 정전 용량 측정 회로에서 측정된 정전 용량을 이용하여 상기 압력판에서 사용자의 누름 여부를 판정하는 MCU를 포함하여 이루어진다. The force-based touch panel of the capacitive sensing method according to the present invention for achieving the above object is made in the form of a flat plate having a contact surface that can be pressed by the user, the electrostatic on at least a portion of the outer peripheral surface of the flat form A pressure plate provided with a first electrode (movable electrode) for forming a capacitance; A frame configured to surround the outer peripheral surface of the pressure plate at a predetermined interval, and on which at least a portion of the inner surface facing the pressure plate is provided with a second electrode (fixed electrode) for forming a capacitance facing the movable electrode; ; An elastic body that elastically couples the pressure plate to the frame such that the pressure plate pressed by the user can be pressed relative to the frame and resiliently returned; A capacitance measuring circuit for measuring capacitance between the fixed electrode and the movable electrode (electrode pair) facing each other; And an MCU which determines whether the user presses the pressure plate by using the capacitance measured by the capacitance measuring circuit.

또한, 상기 탄성체는, 절연 재질로 이루어지고, 서로 마주하는 상기 고정 전극과 상기 가동 전극의 사이에 배치되어 유전체로 작용하는 것을 특징으로 한다.The elastic body may be made of an insulating material and disposed between the fixed electrode and the movable electrode facing each other to act as a dielectric.

또한, 상기 전극쌍은 상기 압력판의 둘레 외측면을 따라 복수 개 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrode pair is characterized in that arranged in plurality along the outer peripheral surface of the pressure plate.

또한, 상기 MCU는, 상기 전극쌍의 각각에서, A=Cd/k의 수식(이때, C는 전극쌍에서 감지된 정전 용량, k는 전극쌍에서의 유전율에 대한 상수, d는 고정 전극과 가동 전극 사이의 거리, A는 고정 전극과 가동 전극 사이의 투영 중첩된 면적)으로 상기 고정 전극과 상기 가동 전극 사이의 중첩된 면적(A)을 산출하고, 상기 산출된 면적(A)에 기초하여 상기 전극쌍의 위치에서 압력판이 상기 프레임에 대하여 눌려진 깊이를 판정하고, 상기 압력판의 둘레에 배치된 복수의 상기 전극쌍의 눌려진 깊이들을 이용하여, 상기 압력판에서 사용자가 누른 위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the MCU, in each of the electrode pairs, A = Cd / k, where C is the capacitance sensed in the electrode pair, k is the constant for the dielectric constant in the electrode pair, d is movable with the fixed electrode A distance between electrodes, A is a projected overlapped area between the fixed electrode and the movable electrode) to calculate an overlapped area A between the fixed electrode and the movable electrode, and based on the calculated area A Determine the depth of the pressure plate pressed against the frame at the position of the electrode pair, and calculates the position pressed by the user on the pressure plate using the pressed depths of the plurality of electrode pairs arranged around the pressure plate. .

또한, 적어도 상기 고정 전극은, 수평 방향으로 절개되어 상부 전극 및 하부 전극으로 구분되고, 상기 MCU는, 상기 상부 전극에서 측정되는 정전 용량과 상기 하부 전극에서 측정되는 정전 용량을 비교하여 상기 압력판이 상기 프레임에 대하여 눌려졌는지 또는 들려졌는지를 판정하는 것을 특징으로 한다.In addition, at least the fixed electrode is cut in a horizontal direction to be divided into an upper electrode and a lower electrode, the MCU, the pressure plate is compared by comparing the capacitance measured in the upper electrode and the capacitance measured in the lower electrode It is characterized by determining whether or not the frame has been pressed or heard.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 터치 패널의 압력판의 전체면에서의 투명도를 높게 유지할 수 있다. According to this invention which consists of a structure as mentioned above, transparency in the whole surface of the pressure plate of a touch panel can be kept high.

더욱, 압력판의 접촉면에는 압력 센서가 배치되지 않기 때문에, 압력판 전체를 누름에 대한 유효 영역 또는 영상이 투과할 수 있는 투명 영역으로 사용할 수 있게 된다. Furthermore, since no pressure sensor is disposed on the contact surface of the pressure plate, the entire pressure plate can be used as an effective area for pressing or a transparent area through which an image can pass.

도 1은 사용자의 터치에 의해 작용하는 누름 압력을 이용하는 방식의 종래의 터치 패널의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 복수의 전극을 배치하고 사용자의 누름에 대응하는 정전 용량의 변화를 감지하는 방법을 2가지 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널에 있어서, 압력판에 설치되는 가동 전극의 설치 형태를 보여주는 도면이다.
도 5는, 도 4와 같은 형태의 압력판을 이용하면서, 프레임에 다수의 정전 용량 감지 센서를 설치한 구성을 보여준다.
도 6은, 정전 용량 감지 센서의 개선된 전극 형태를 보여주는 도면이다. 1 is a view for explaining the principle of operation of a conventional touch panel using a pressing pressure applied by a user's touch.
FIG. 2 is a diagram illustrating two examples of a method of disposing a plurality of electrodes and detecting a change in capacitance corresponding to a user's pressing.
3 is a view showing a schematic configuration of a force-based touch panel of the capacitive sensing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view illustrating an installation form of a movable electrode installed in a pressure plate in the capacitive force-based touch panel according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a configuration in which a plurality of capacitive sensing sensors are installed in a frame while using a pressure plate in the form as shown in FIG. 4.
6 shows an improved electrode configuration of a capacitive sensing sensor.

도 2는 복수의 전극을 배치하고 사용자의 누름에 대응하는 정전 용량의 변화를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2(a)는 종래 기술에서 설명한 바와 같은 방식의 터치 패널에 적용될 수 있는 일반적인 정전 용량 감지 방법으로서, 서로 마주하는 전극들 사이의 거리(d)의 변화를 이용하여 정전 용량의 변화를 감지하는 방법을 보여준다. 이와 같이, 일반적인 감지 방법에서는 전극의 법선 방향으로 누르는 힘(F)이 작용하도록 압력 감지 센서(정전 용량 감지 센서)를 설계한다. 이때의 거리(d)는, C=kA/d의 수식에 근거한, d=kA/C의 수식에 의해 산출될 수 있다. 여기서, C는 마주하는 전극에 의해 형성되는 커패시터에서 측정된 정전 용량이고, k는 마주하는 전극 사이의 유전율에 대한 상수이고, A는 전극이 중첩하는 영역(어느 한 전극을 다른 전극에 투영하여 중첩되는 영역)의 면적이다. FIG. 2 is a diagram for describing a method of disposing a plurality of electrodes and detecting a change in capacitance corresponding to a user's pressing. FIG. 2 (a) is a general capacitance sensing method that can be applied to a touch panel as described in the related art, and detects a change in capacitance by using a change in distance d between electrodes facing each other. Show you how. As described above, in the general sensing method, a pressure sensing sensor (capacitive sensing sensor) is designed such that the pressing force F acts in the normal direction of the electrode. The distance d at this time may be calculated by the formula of d = kA / C based on the formula of C = kA / d. Where C is the capacitance measured in the capacitor formed by the opposing electrodes, k is the constant for the dielectric constant between the opposing electrodes, and A is the region where the electrodes overlap (overlapping one electrode onto another Area).

한편, 도 2(b)는 본 발명에 따른 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널에서 이용할 정전 용량 감지 방법으로서, 서로 마주하는 전극의 중첩되는 면적(A)의 변화를 이용하여 정전 용량의 변화를 감지하는 방법을 보여준다. 이러한 방식에서는 서로 마주하는 전극들에 대하여 길이 방향의 1축 방향으로 누르는 힘(F)이 작용하도록 센서가 설계된다. 이때, 하나의 전극만을 이동 가능하게 구성하고 다른 전극은 고정하면, 누르는 힘의 크기에 따라 마주하는 전극들 사이의 중첩하는 면적이 변화하게 될 것이다. 이때, 전극들의 마주하는 거리는 변화하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 중첩하는 면적(A)은, A=Cd/k의 수식에 근거하여 산출될 수 있다.
On the other hand, Figure 2 (b) is a capacitive sensing method to be used in the capacitive force-based touch panel according to the present invention, by using a change in the overlapping area (A) of the electrodes facing each other to change the capacitance Show how to detect. In this manner, the sensor is designed such that the pressing force F in the longitudinal axial direction acts on the electrodes facing each other. At this time, if only one electrode is configured to be movable and the other electrode is fixed, the overlapping area between the facing electrodes will change according to the magnitude of the pressing force. At this time, it is preferable that the distances facing the electrodes do not change. In this case, the overlapping area A may be calculated based on a formula of A = Cd / k.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 터치 패널은, 압력판(100)과, 프레임(200)과, 탄성체(150)와, 정전 용량 측정 회로(300)와, MCU(400)를 포함하여 이루어질 수 있다. 3 is a view showing a schematic configuration of a force-based touch panel of the capacitive sensing method according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the touch panel may include the pressure plate 100, the frame 200, the elastic body 150, the capacitance measuring circuit 300, and the MCU 400.

압력판(100)은, 사용자가 누를 수 있는 접촉면을 갖는 평판 형태로 이루어지며, 압력판(100)을 구성하는 평판 형태의 둘레 외측면 중 적어도 일부에는 정전 용량을 형성하기 위한 제1 전극(112)(가동 전극)이 하나 또는 복수 개 설치되어 있다.The pressure plate 100 is formed in the form of a flat plate having a contact surface that can be pressed by a user, and the first electrode 112 for forming a capacitance on at least a portion of the circumferential outer surface of the flat plate constituting the pressure plate 100 ( One or more movable electrodes) are provided.

프레임(200)은, 압력판(100)의 둘레 외측면을 소정의 간격을 두고 둘러싸는 형태로 구성되며, 압력판(100)의 둘레 외측면을 향하고 있는 내측면 중 적어도 일부에는 가동 전극(112)과 함께 정전 용량을 형성하기 위한 제2 전극(212)(고정 전극)이 압력판의 가동 전극과 마주하게 하나 또는 복수 개 설치되어 있다.The frame 200 is configured to surround the outer circumferential surface of the pressure plate 100 at a predetermined interval, and at least a portion of the inner surface facing the outer circumferential surface of the pressure plate 100 includes a movable electrode 112 and One or more second electrodes 212 (fixed electrodes) for forming the capacitance together are provided to face the movable electrodes of the pressure plate.

탄성체(150)는, 가동 전극(112)과 고정 전극(212) 사이에 설치된 탄성 부재로서, 사용자에 의해 눌려진 압력판(100)이 프레임(200)에 대하여 상대적으로 눌려진 후 눌려지기 직전의 위치로 탄성적으로 복귀할 수 있도록 설치된다. 탄성체(150)는 절연 재질로 이루어짐으로써, 가동 전극과 고정 전극이 구성하는 커패시터의 유전체로 작용할 수 있다. 한편, 탄성체(150)는 가동 전극과 고정 전극의 사이에 설치되지 않더라도 무방하며, 압력판(100)과 프레임(200) 사이의 임의의 위치에 적절히 설치될 수 있다.The elastic member 150 is an elastic member provided between the movable electrode 112 and the fixed electrode 212, and is burned to a position immediately before being pressed after the pressure plate 100 pressed by the user is relatively pressed against the frame 200. It is installed to return sexually. Since the elastic body 150 is made of an insulating material, the elastic body 150 may act as a dielectric of a capacitor constituting the movable electrode and the fixed electrode. Meanwhile, the elastic body 150 may not be installed between the movable electrode and the fixed electrode, and may be appropriately installed at any position between the pressure plate 100 and the frame 200.

정전 용량 측정 회로(300)는, 서로 마주하고 있는 고정 전극과 가동 전극의 쌍(전극쌍, 또는 정전 용량 감지 센서) 사이에서 발생하는 정전 용량을 측정하여 측정값을 출력한다. 정전 용량 측정 회로(300)는, 멀티플렉서를 포함할 수 있으며, 압력판(100)의 둘레에 배치된 복수의 감지 센서들을 하나씩 선택하여 각 감지 센서에서의 정전 용량 측정값이 출력될 수 있도록 한다. The capacitance measuring circuit 300 measures capacitance generated between a pair of fixed electrodes and movable electrodes (electrode pairs or capacitance sensing sensors) facing each other, and outputs a measured value. The capacitance measuring circuit 300 may include a multiplexer, and selects a plurality of sensing sensors arranged around the pressure plate 100 so that the capacitance measurement value of each sensing sensor may be output.

MCU(400)는, 정전 용량 측정 회로(300)에서 출력하는 정전 용량 측정값을 이용하여 압력판에서 사용자의 누름 여부, 누름의 세기, 및/또는 압력판에 대한 누름의 위치를 식별 및 산출한다. 즉, 어느 한 순간에 각 감지 센서들에서 감지된 정전 용량 측정값을 이용하여, 각 전극쌍에서, A=Cd/k의 수식에 따라 고정 전극과 가동 전극 사이의 중첩된 면적(A)을 산출한다. The MCU 400 identifies and calculates whether the user presses on the pressure plate, the strength of the press, and / or the position of the press on the pressure plate using the capacitance measurement value output from the capacitance measuring circuit 300. That is, using the capacitance measurement values sensed by the respective sensing sensors at any one moment, the overlapped area A between the fixed electrode and the movable electrode is calculated in each electrode pair according to the formula A = Cd / k. do.

MCU(400)는, 각 센서마다 중첩된 면적(A)이 산출되면, 산출된 면적(A)에 기초하여 각 센서의 위치에서 압력판(100)이 프레임(200)에 대하여 눌려진 깊이를 판정한다. 동일 시점에서 모든 센서에 대하여 눌려진 깊이가 산출되었다면, 압력판(100)에서 사용자가 누른 위치를 산출할 수 있게 된다. When the area A superimposed on each sensor is calculated, the MCU 400 determines the depth of the pressure plate 100 pressed against the frame 200 at the position of each sensor based on the calculated area A. If the depths pressed for all the sensors are calculated at the same time, it is possible to calculate the position pressed by the user in the pressure plate (100).

이때, C는 전극쌍에서 감지된 정전 용량, k는 전극쌍에서의 유전율 상수, d는 고정 전극과 가동 전극 사이의 거리, A는 고정 전극과 가동 전극 사이의 중첩된 면적(A)이다. Where C is the capacitance sensed in the electrode pair, k is the dielectric constant in the electrode pair, d is the distance between the fixed electrode and the movable electrode, and A is the overlapped area A between the fixed electrode and the movable electrode.

도 3에서는 단지 4개의 정전 용량 감지 센서가 도시되어 있으나, 더 많거나 적은 수의 센서가 적용될 수 있으며, 설치되는 위치도 다양하게 선택될 수 있다. Although only four capacitive sensing sensors are shown in FIG. 3, more or fewer sensors can be applied, and the location where they are installed can be variously selected.

또한, 도 3에서는 일부의 센서에서 전극쌍의 사이에 탄성체(150)가 배치되어 있는 것으로 도시하였지만, 모든 센서에 탄성체(150)가 배치되어 유전체로 작용하도록 할 수도 있으며, 탄성체(150)가 전극쌍 사이에는 배치되지 않도록 구성할 수도 있다.
In addition, although FIG. 3 illustrates that the elastic body 150 is disposed between the electrode pairs in some sensors, the elastic body 150 may be disposed in all the sensors to act as a dielectric, and the elastic body 150 may be an electrode. It may also be configured not to be arranged between the pairs.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널에 있어서, 압력판에 설치되는 가동 전극의 형태를 보여주는 도면이다. 사용자의 누름에 따라 압력판(100)의 여러 위치에서의 다양한 눌려짐을 감지하기 위해서는, 압력판(100)의 둘레 외측면을 따라 가능한 많은 수의 감지 센서가 배치되는 것이 바람직하다. 하지만, 좌표 산출 연산 속도, 회로 설계, 제조 비용 등의 여러 가지 제약 때문에, 감지 전극은 제한된 개수로 설치된다. 4 is a view showing the shape of a movable electrode installed in the pressure plate in the capacitive force-type touch panel according to another embodiment of the present invention. In order to detect various presses at various positions of the pressure plate 100 according to the user's pressing, it is preferable that a large number of detection sensors are disposed along the circumferential outer surface of the pressure plate 100. However, due to various constraints such as coordinate calculation operation speed, circuit design, and manufacturing cost, the sensing electrodes are installed in a limited number.

한편, 프레임(200)에 설치되는 고정 전극(212)들은 각각 독립적으로 정전 용량 측정 회로(300)에 연결되고, 압력판(100)의 가동 전극(112)들은 동일 전위(예를 들면, 접지)로서 정전 용량 측정 회로(300)에 연결될 수 있다. 이처럼, 가동 전극(112)들을 동일 전위로 구성하기 위하여, 도 3에서는 연결 패턴(114)이 형성된 것으로 도시하였다. Meanwhile, the fixed electrodes 212 installed on the frame 200 are independently connected to the capacitance measuring circuit 300, and the movable electrodes 112 of the pressure plate 100 are connected to the same potential (eg, ground). It may be connected to the capacitance measuring circuit 300. As such, in order to configure the movable electrodes 112 at the same potential, the connection pattern 114 is illustrated in FIG. 3.

하지만, 전극을 복수 개 구성하여 별도 구성된 연결 패턴(114)으로 연결하지 않고, 도 4와 같이 압력판(100)의 둘레 외측면 전체를 가동 전극(112)으로 형성함으로써 터치 패널의 설계를 간단히 할 수도 있다.
However, the design of the touch panel may be simplified by forming a plurality of electrodes and forming the entire outer circumferential surface of the pressure plate 100 as the movable electrodes 112 without connecting the connection patterns 114 separately configured. have.

도 5는, 도 4와 같은 형태의 압력판(100)을 이용하고, 프레임에 다수의 정전 용량 감지 센서를 설치한 구성을 보여준다. 도면에서는, 탄성체(150)의 도시를 생략하였으나, 압력판(100)과 프레임(200) 사이의 공간 중 임의의 위치에 하나 또는 복수의 탄성체가 설치될 수 있음은 당연한 것이다.
FIG. 5 shows a configuration in which a plurality of capacitive sensing sensors are installed in a frame using the pressure plate 100 of the form shown in FIG. 4. In the drawing, although the illustration of the elastic body 150 is omitted, it is obvious that one or a plurality of elastic bodies may be installed at any position in the space between the pressure plate 100 and the frame 200.

한편, 본 발명에 따른 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널에 있어서, 압력판(100)의 어느 지점을 사용자가 누를 때, 압력판(100)에는 단지 누르는 힘만이 발생하는 것이 아니라, 누르는 지점의 반대쪽(압력판의 동일면에서 반대쪽 위치)에는, 위로 들려지는 힘이 작용할 수도 있다. On the other hand, in the capacitive force-based touch panel according to the present invention, when the user presses a certain point of the pressure plate 100, the pressure plate 100 does not merely generate a pressing force, but the opposite side of the pressing point ( On the opposite side of the pressure plane), upward force may be applied.

도 6은, 이와 같이 정전 용량 감지 센서에서 눌려지는 방향뿐만 아니라 들려지는 방향으로의 정전 용량의 변화도 감지할 수 있도록 설계한 전극 형태를 보여준다. FIG. 6 shows an electrode shape designed to detect a change in capacitance in the direction in which the capacitance is sensed as well as the direction in which the capacitance is sensed.

상술한 바와 같이, 하나의 고정 전극(212)과 하나의 가동 전극(112)을 서로 마주하여 중첩하는 면적(A)의 변화에 따라 정전 용량의 변화를 측정하게 되면, 가동 전극(112)이 고정 전극(212)에 대하여 어느 방향으로 이동하여 면적(A)이 변화되었는지는 알 수 없다. As described above, when the change in capacitance is measured according to the change in the area A overlapping one fixed electrode 212 and one movable electrode 112 with each other, the movable electrode 112 is fixed. It is unknown in which direction the area A is changed by moving in relation to the electrode 212.

이를 해결하기 위하여, 적어도 고정 전극(212)을 수평으로 절단하여 상하로 분리시킴으로써, 상부 전극(212A) 및 하부 전극(212B)으로 구성한다. 이렇게 고정 전극(212)을 상부 전극(212A)과 하부 전극(212B)으로 구분하게 되면, 압력판(100)이 눌려져서 가동 전극(112)이 아래쪽으로 이동하게 되면, 하부 전극(212B)은 전체면이 가동 전극(112)과 중첩될 것이며 상부 전극(212A)은 일부분만이 가동 전극(112)과 중첩하게될 것이다. 따라서, 하부 전극(212B)에서 측정되는 정전 용량이 상부 전극(212A)에서 측정되는 정전 용량보다 큰 값을 나타낼 것이다. In order to solve this problem, at least the fixed electrode 212 is cut horizontally and separated up and down, thereby configuring the upper electrode 212A and the lower electrode 212B. When the fixed electrode 212 is divided into the upper electrode 212A and the lower electrode 212B, when the pressure plate 100 is pressed and the movable electrode 112 moves downward, the lower electrode 212B is the entire surface. The movable electrode 112 will overlap and only a portion of the upper electrode 212A will overlap the movable electrode 112. Thus, the capacitance measured at the lower electrode 212B will show a value greater than the capacitance measured at the upper electrode 212A.

반대로, 압력판(100)이 들려져서 가동 전극(112)이 위쪽으로 이동한다면, 하부 전극(212B)은 일부분만이 가동 전극(112)과 중첩하게 될 것이고 상부 전극(212A)은 전체면이 가동 전극(112)과 중첩할 것이다. Conversely, if the pressure plate 100 is lifted and the movable electrode 112 moves upward, only a portion of the lower electrode 212B will overlap the movable electrode 112 and the upper electrode 212A has the entire surface of the movable electrode. Will overlap with (112).

이러한 방식으로, MCU(400)는, 정전 용량의 크기에 따른 압력판의 변위(작용하는 압력)뿐만 아니라, 눌려진 것인지 또는 들려진 것인지를 식별하고, 압력판(100)을 누르는 지점을 정확하게 산출할 수 있게 된다. In this way, the MCU 400 can identify not only the displacement (pressure acting) of the pressure plate according to the magnitude of the capacitance, but also whether it is pressed or heard, and accurately calculate the point at which the pressure plate 100 is pressed. do.

Claims (5)

사용자가 누를 수 있는 접촉면을 갖는 평판 형태로 이루어지며, 상기 평판 형태의 둘레 외측면 중 적어도 일부에 정전 용량을 형성하기 위한 제1 전극(가동 전극)이 설치된 압력판과;
상기 압력판의 둘레 외측면을 소정의 간격을 두고 둘러싸도록 구성되며, 상기 압력판을 향하는 내측면 중 적어도 일부에 상기 가동 전극과 마주하여 정전 용량을 형성하기 위한 제2 전극(고정 전극)이 설치된 프레임과;
사용자에 의해 눌려진 상기 압력판이 상기 프레임에 대하여 상대적으로 눌려지고 탄성적으로 원위치할 수 있도록, 상기 압력판을 상기 프레임에 탄성적으로 결합시키는 탄성체와;
서로 마주하는 상기 고정 전극과 상기 가동 전극(전극쌍) 사이의 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정 회로와; 및
상기 정전 용량 측정 회로에서 측정된 정전 용량을 이용하여 상기 압력판에서 사용자의 누름 여부를 판정하는 MCU를 포함하고,
적어도 상기 고정 전극은, 수평 방향으로 절개되어 상부 전극 및 하부 전극으로 구분되고,
상기 MCU는, 상기 상부 전극에서 측정되는 정전 용량과 상기 하부 전극에서 측정되는 정전 용량을 비교하여 상기 압력판이 상기 프레임에 대하여 눌려졌는지 또는 들려졌는지를 판정하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널.A pressure plate formed of a flat plate having a contact surface that can be pressed by a user, and having a first electrode (movable electrode) provided on at least a part of the outer peripheral surface of the flat plate to form capacitance;
A frame configured to surround the outer peripheral surface of the pressure plate at a predetermined interval, and on which at least a portion of the inner surface facing the pressure plate is provided with a second electrode (fixed electrode) for forming a capacitance facing the movable electrode; ;
An elastic body that elastically couples the pressure plate to the frame such that the pressure plate pressed by the user can be pressed relative to the frame and resiliently returned;
A capacitance measuring circuit for measuring capacitance between the fixed electrode and the movable electrode (electrode pair) facing each other; And
And an MCU which determines whether the user presses the pressure plate by using the capacitance measured by the capacitance measuring circuit.
At least the fixed electrode is cut in the horizontal direction and divided into an upper electrode and a lower electrode,
The MCU compares the capacitance measured at the upper electrode with the capacitance measured at the lower electrode to determine whether the pressure plate is pressed or lifted with respect to the frame. Touch panel. 제1항에 있어서,
상기 탄성체는, 절연 재질로 이루어지고, 서로 마주하는 상기 고정 전극과 상기 가동 전극의 사이에 배치되어 유전체로 작용하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널.The method of claim 1,
The elastic body is made of an insulating material, the force-based touch panel of the capacitive sensing method, characterized in that disposed between the fixed electrode and the movable electrode facing each other to act as a dielectric. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전극쌍은 상기 압력판의 둘레 외측면을 따라 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널.3. The method according to claim 1 or 2,
And a plurality of electrode pairs are disposed along a circumferential outer surface of the pressure plate. 제3항에 있어서,
상기 MCU는,
상기 전극쌍의 각각에서, A=Cd/k의 수식(이때, C는 전극쌍에서 감지된 정전 용량, k는 전극쌍에서의 유전율에 대한 상수, d는 고정 전극과 가동 전극 사이의 거리, A는 고정 전극과 가동 전극 사이의 투영 중첩된 면적)으로 상기 고정 전극과 상기 가동 전극 사이의 중첩된 면적(A)을 산출하고, 상기 산출된 면적(A)에 기초하여 상기 전극쌍의 위치에서 압력판이 상기 프레임에 대하여 눌려진 깊이를 판정하고, 상기 압력판의 둘레에 배치된 복수의 상기 전극쌍의 눌려진 깊이들을 이용하여, 상기 압력판에서 사용자가 누른 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 감지 방식의 힘 기반 터치 패널.The method of claim 3,
The MCU includes:
In each of the electrode pairs, A = Cd / k, where C is the capacitance sensed in the electrode pair, k is the constant for the dielectric constant in the electrode pair, d is the distance between the fixed and movable electrodes, A Is a projected overlapped area between the fixed electrode and the movable electrode) to calculate an overlapped area A between the fixed electrode and the movable electrode, and based on the calculated area A, the pressure plate at the position of the electrode pair. A force of the capacitive sensing method characterized by determining the pressed depth with respect to the frame and calculating the pressed position of the user on the pressure plate using the pressed depths of the plurality of electrode pairs arranged around the pressure plate. Based touch panel. 삭제delete
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