KR101397670B1 - Tactile touch screen apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터치스크린 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a touch screen device.
터치스크린 장치는 화면 위에 손가락 또는 터치 펜(touch pen, stylus) 등을 접촉해 문자를 쓰거나 그림을 그리고, 아이콘을 실행시켜 원하는 명령을 수행시킨다. 터치스크린 장치는 저항막 방식(Resistive type), 정전 용량 방식(capacitive type), 광학 방식(Optical type) 등으로 입력을 감지할 수 있다.The touch screen device touches a finger or a touch pen, stylus, or the like on the screen to write or draw a picture, and executes an icon to execute a desired command. The touch screen device can detect input by resistive type, capacitive type, optical type and the like.
도 1을 참고하면, 일반적인 정전 용량 방식의 터치스크린 장치는 다이아몬드 모양의 ITO(Indium Tin Oxide) 투명전극 패턴을 포함한다. 터치스크린 장치의 전극은 동작 라인(driving line)과 감지 라인(sensing line)으로 구성된다. 터치스크린 장치는 도체의 터치에 의한 각 전극 라인의 정전용량값 변화를 기초로 좌표를 계산하여 터치 위치를 표시한다. Referring to FIG. 1, a general capacitive touch screen device includes a diamond-shaped ITO (Indium Tin Oxide) transparent electrode pattern. The electrodes of the touch screen device are composed of a driving line and a sensing line. The touch screen device calculates the coordinates based on the change in the capacitance value of each electrode line by the touch of the conductor and displays the touch position.
지금까지의 정전용량 방식의 터치스크린 장치는 터치 위치를 인식할 수 있지만, 터치 하중을 인식하는 것은 불가능하다. 지금까지의 정전용량 방식의 터치스크린 장치는 도체가 아닌 물체로 터치하면, 터치를 인식하지 못한다. 또한 지금까지의 터치스크린 장치는 터치 하중을 인식하지 못한다. 사용자가 터치스크린 장치를 강하게 터치하면, 터치스크린 장치가 반응하기도 한다. 그러나, 이는 손의 접촉 면적이 넓어져 정전용량값의 변화가 커지는 것이지 터치 하중을 인식하는 것은 아니다. Although the capacitive touch screen device of the past can recognize the touch position, it is impossible to recognize the touch load. Conventional capacitive touchscreen devices do not recognize a touch when they touch an object other than a conductor. Also, the conventional touch screen device does not recognize the touch load. When the user strongly touched the touch screen device, the touch screen device responds. However, this is because the contact area of the hand is widened, the variation of the capacitance value becomes larger, and the touch load is not recognized.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치 위치와 터치 하중을 인식하는 터치스크린 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a touch screen device for recognizing a touch position and a touch load.
본 발명의 한 실시예에 따른 정전 용량 방식의 촉각 터치스크린 장치로서, 상부 전극이 형성된 상부 기판, 상기 상부 전극과 마주보는 면에 하부 전극이 형성된 하부 기판, 그리고 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 위치하고, 하중에 의해 수축되고 복원되는 수축복원층을 포함한다.A capacitive tactile touch screen device according to an embodiment of the present invention includes an upper substrate on which an upper electrode is formed, a lower substrate on a surface facing the upper electrode, and a lower substrate between the upper electrode and the lower electrode. And a shrinkage restoration layer which is contracted and restored by a load.
상기 상부 전극은 프린지 커패시턴스를 생성하는 열린 영역이 상하좌우 대칭인 패턴으로 형성될 수 있다.The upper electrode may be formed in a pattern in which open regions for generating fringe capacitance are symmetrical in the up, down, left, and right directions.
상기 상부 전극은 복수의 단위 패턴을 연결하여 형성되고, 상기 열린 영역은 단위 패턴 주위에 상하좌우 대칭으로 형성될 수 있다.The upper electrode may be formed by connecting a plurality of unit patterns, and the open region may be formed in a top, bottom, left, and right symmetry around the unit pattern.
상기 하부 전극은 직사각형 막대 패턴으로 형성될 수 있다.The lower electrode may be formed in a rectangular bar pattern.
상기 촉각 터치스크린 장치는 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 생성되는 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 감지하는 감지부를 더 포함할 수 있다.The haptic touch screen device may further include a sensing unit for sensing a touch position and a touch load based on a change in the mutual capacitance generated between the upper electrode and the lower electrode.
상기 감지부는 초기 뮤추얼 커패시턴스보다 작은 값의 신호를 소프트 터치로 인식하고, 초기 뮤추얼 커패시턴스보다 큰 값의 신호를 하드 터치로 인식할 수 있다.The sensing unit recognizes a signal having a value smaller than the initial mutual capacitance as a soft touch and a signal having a value larger than the initial mutual capacitance as a hard touch.
상기 수축복원층은 하중에 따라 수축하거나 복원하여, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 거리를 변경할 수 있다.The shrinkage restoration layer may be contracted or restored according to the load to change the distance between the upper electrode and the lower electrode.
상기 촉각 터치스크린 장치는 변형에 의한 상기 수축복원층의 손실을 막고, 상기 수축복원층이 일정한 형상을 유지하도록 상기 수축복원층의 외곽에 설치되는 밀봉 구조물을 더 포함할 수 있다.The haptic touch screen device may further include a sealing structure disposed on the outer side of the shrinkage restoration layer to prevent loss of the shrinkage restoration layer due to deformation and maintain the shape of the shrinkage restoration layer.
본 발명의 실시예에 따르면 촉각터치스크린 장치는 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 촉각터치스크린 장치는 멀티 터치(Multi-touch)와 멀티 하중(Multi-force)을 감지할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 촉각터치스크린 장치는 부도체의 터치에도 동작할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따르면 오픈 영역(open area)이 채널 전극에 균일하게 형성된 상부 전극으로 소프트 터치와 하드 터치를 쉽게 구현할 수 있고, 터치스크린 전체를 균일하게 터치할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the tactile touch screen device can recognize the touch position and the touch load. According to the embodiment of the present invention, the tactile touch screen device can detect multi-touch and multi-force. According to an embodiment of the present invention, the tactile touch screen device can also operate on the touch of an insulator. In addition, according to the embodiment of the present invention, an upper electrode uniformly formed in an open area on a channel electrode can easily realize a soft touch and a hard touch, and the entire touch screen can be uniformly touched.
도 1은 정전 용량 방식의 터치스크린 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 셀프 커패시턴스 감지 방식을 설명하는 도면이다.
도 3과 도 4 각각은 뮤추얼 커패시턴스 감지 방식을 설명하는 도면이다.
도 5와 도 6 각각은 전극 패턴에 따른 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 설명하는 도면이다.
도 7과 도 8 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 촉각 터치스크린 장치를 나타내는 도면이다.
도 9부터 도 12 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 패턴을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 원형 패턴을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 십자형 패턴을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a view showing a capacitive touch screen device.
2 is a view for explaining a self-capacitance sensing method.
3 and 4 are diagrams for explaining a mutual capacitance sensing method.
5 and 6 are views for explaining the change of the mutual capacitance according to the electrode pattern.
7 and 8, respectively, show a haptic touch screen device in accordance with an embodiment of the present invention.
9 to 12 are views showing electrode patterns according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing a circular pattern according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a view showing a cross pattern according to an embodiment of the present invention. FIG.
15 is a view for explaining a variation of a mutual capacitance according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
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.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
도 2는 셀프 커패시턴스 감지 방식을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a self-capacitance sensing method.
도 2를 참고하면, 셀프 커패시턴스(self capacitance) 감지 방식의 터치스크린 장치(10)는 손가락과 같은 도체의 터치 시, 각각의 라인 전극이 가지고 있는 정전용량의 변화를 감지한다. 터치스크린 장치(10)는 정전용량 변화를 기초로 터치 위치를 인식한다. Referring to FIG. 2, the self-capacitance sensing
셀프 커패시턴스 감지 방식은 한 지점의 터치를 쉽게 감지한다. 그러나, 동시에 복수 지점을 터치(multi-touch)하면, 각각의 터치 지점과 연결된 동작 전극(driving line)과 감지 전극(sensing line)의 셀프 커패시턴스가 모두 변한다. 따라서, 터치되지 않은 지점도 터치된 것으로 감지되는 가상(ghost) 이미지가 발생하여 정확한 터치 위치를 인식하기 어려울 수 있다.The self-capacitance sensing method easily detects touches at one point. However, when a plurality of points are simultaneously touched (multi-touch), the self-capacitance of the driving line and the sensing line connected to each touch point changes. Therefore, a ghost image that is sensed as a touched point may also be generated, and it may be difficult to recognize the accurate touched position.
즉, 사용자가 두 지점(11, 12)을 동시에 터치하면, 다른 두 지점(13, 14)도 셀프 커패시턴스가 변한다. 따라서, 터치스크린 장치(10)는 네 지점(11, 12, 13, 14)이 터치된 것으로 인식하는 문제가 있다.That is, when the user touches two
도 3과 도 4 각각은 뮤추얼 커패시턴스 감지 방식을 설명하는 도면이다.3 and 4 are diagrams for explaining a mutual capacitance sensing method.
도 3을 참고하면, 터치스크린 장치(20)는 두 전극간의 상호 정전용량인 뮤추얼 커패시턴스(mutual capacitance) 감지 방식으로 터치 위치를 계산한다.Referring to FIG. 3, the
뮤추얼 커패시턴스 감지 방식은 두 전극간의 상호 정전용량인 뮤추얼 커패시턴스를 감지한다. 뮤추얼 커패시턴스는 두 전극 사이에서 형성되는 상호 정전용량으로서 손가락과 같은 도체 터치 시, 두 전극 사이에서 형성되는 상호 정전 용량의 변화를 감지하여 터치 위치를 인식한다. 따라서, 뮤추얼 커패시턴스 감지 방식은 셀프 커패시턴스 감지 방식에서 발생할 수 있는 가상 이미지가 발생하지 않으므로, 복수 지점을 동시에 터치할 수 있다.The mutual capacitance sensing scheme senses the mutual capacitance, the mutual capacitance between the two electrodes. The mutual capacitance is a mutual capacitance formed between two electrodes, and recognizes the touch position by sensing a change in mutual capacitance formed between two electrodes when a conductor such as a finger is touched. Therefore, the mutual capacitance sensing method does not generate a virtual image that may occur in the self capacitance sensing method, so that a plurality of points can be touched simultaneously.
뮤추얼 커패시턴스는 상부 전극(30)과 하부 전극(40)에 의해 형성된다. 두 전극에 의해 형성되는 뮤추얼 커패시턴스(Cm)는 두 전극이 겹치는 부분에서 수직방향을 형성되는 패러럴 플레이트 커패시턴스(parallel plate capacitance, Cp)와 전극의 외부 측면(Fringe Field)에 형성되는 프린지 커패시턴스(fringe capacitance, Cf)의 합이다. 뮤추얼 커패시턴스(Cm)는 수학식 1과 같다.The mutual capacitance is formed by the
[수학식 1] [ Equation 1 ]
Cm = Cp + CfCm = Cp + Cf
터치에 의한 정전용량의 변화를 감지하여 터치 위치와 터치 하중을 인식하기 위해서, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 정전용량 변화 중에서 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)와 프린지 커패시턴스(Cf)의 변화 경향을 인식하여 투명전극의 패턴을 만드는 것이 중요하다. 즉, 사용자가 터치스크린 장치를 터치하거나 하중을 인가할 때, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)에서 변화하는 성분은 어느 특정 성분만이 아니라, 두 성분이 모두 변할 수 있다. 따라서, 터치스크린 장치는 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)와 프린지 커패시턴스(Cf)의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다.In order to recognize the touch position and the touch load by sensing the change of the capacitance due to the touch, the change tendency of the parallel plate capacitance (Cp) and the fringe capacitance (Cf) in the capacitance change of the mutual capacitance (Cm) It is important to make a pattern of. That is, when a user touches or applies a load to the touch screen device, the component that changes in the mutual capacitance Cm may vary not only in a specific component but also in both components. Accordingly, the touch screen device can recognize the touch position and the touch load based on the change of the parallel plate capacitance Cp and the fringe capacitance Cf.
도 4를 참고하면, 상부 전극(30) 일부가 하부 전극(40)에 대해 뚫려있는 구조 즉, 열려있는(open) 구조에서, 손가락과 같은 도체가 상부 전극(30)을 터치하여 하중을 인가한다. 그러면, 프린지 커패시턴스(Cf)가 손가락과 같은 도체쪽으로 흡수되어 전체적으로 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 감소한다. 여기서 하부 전극에 대응하는 상부 전극이 없는 오픈된 부분을 앞으로 "열린 영역(open area)"이라고 부른다. 열린 영역은 상부 전극의 패턴을 형성하고, 프린지 커패시턴스는 열린 영역을 통해 생성된다.4, in a structure in which a part of the
손가락과 같은 도체가 상부 전극(30)을 강하게 터치하여 하중을 인가하면, 상부 전극(30)과 하부 전극(40)의 거리가 가까워져서, 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)는 증가한다. 그러나, 정전기가 손가락을 통해 외부로 빠져나가서, 프린지 커패시턴스(Cf)는 감소한다. 즉, 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)는 증가하지만, 프린지 커패시턴스(Cf)는 감소하게 되어 터치에 의한 신호처리가 쉽지 않다.When a conductor such as a finger touches the
상부 전극에서 열린 영역을 줄이면, 전극 밖으로 나오는 정전기량이 줄어든다. 따라서, 프린지 커패시턴스(Cf)의 감소를 줄이고, 상대적으로 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)를 늘려서, 터치 및 터치 감도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 상부 전극에서 열린 영역을 너무 줄이면, 하부 전극으로부터 나오는 정전기, 즉 프린지 커패시턴스(Cf)의 양이 줄어든다. 따라서, 뮤추얼 커패시턴스(Cm) 변화가 적어, 소프트 터치(soft touch)가 인식되기 어려울 수 있다. By reducing the open area in the upper electrode, the amount of static electricity exiting the electrode is reduced. Therefore, it is possible to reduce the decrease of the fringe capacitance Cf and increase the parallel plate capacitance Cp, thereby improving the touch and touch sensitivity. However, if the open area in the upper electrode is reduced too much, the amount of static electricity, i.e., the amount of fringing capacitance Cf, coming out of the lower electrode is reduced. Therefore, the change of the mutual capacitance Cm is small, and it may be difficult for the soft touch to be recognized.
또한, 하중을 가할수록 두 전극 사이의 거리가 줄어들어 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)가 늘어난다. 이 경우, 하드 터치(hard touch)는 문제가 없지만, 소프트 터치가 인식되기 어려울 수 있다. Further, as the load is increased, the distance between the two electrodes is reduced, and the parallel plate capacitance Cp is increased. In this case, there is no problem in the hard touch, but it may be difficult to recognize the soft touch.
도 5와 도 6 각각은 전극 패턴에 따른 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 설명하는 도면이다.5 and 6 are views for explaining the change of the mutual capacitance according to the electrode pattern.
도 5를 참고하면, 막대 교차(cross bar)형 전극은 상부 전극과 하부 전극이 막대(bar) 형태로 교차된다. 이 경우, 상부 전극 패턴에서 열린 영역이 너무 적어서 소프트 터치 시, 프린지 커패시턴스(Cf)의 변화가 적다. 따라서, 막대 교차형 전극은 소프트 터치 시, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 변화를 인식하기 어렵다. 하지만, 막대 교차형 전극은 하드 터치 시 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)가 증가한다. 따라서, 막대 교차형 전극은 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)에 의해 변하는 뮤추얼 커패시턴스(Cm)를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다. 즉, 막대 형태로 교차된 전극 패턴은 소프트 터치 인식은 어려우나, 하드 터치 인식은 가능하다. Referring to FIG. 5, a cross bar electrode crosses the upper electrode and the lower electrode in the form of a bar. In this case, since the open area in the upper electrode pattern is too small, a change in the fringe capacitance Cf is small at the time of soft touch. Therefore, it is difficult to recognize the change of the mutual capacitance (Cm) when the rod cross electrode is soft-touched. However, the bar cross electrode increases the parallel plate capacitance (Cp) upon hard touch. Therefore, the rod cross-shaped electrode can recognize the touch position and the touch load based on the mutual capacitance Cm that varies depending on the parallel plate capacitance Cp. That is, the electrode pattern crossing the bar shape is difficult to recognize the soft touch, but hard touch recognition is possible.
도 6을 참고하면, 더미 패턴형 전극은 아일랜드 형태로 더미패턴을 배열한 것으로서, 막대 교차형 전극보다 열린 영역을 넓힌 구조이다. 더미 패턴형 전극은 소프트 터치 시, 막대 교차형 전극보다 프린지 커패시턴스(Cf)의 영향을 더 받는다. Referring to FIG. 6, the dummy pattern electrode is a structure in which dummy patterns are arranged in an island shape, and the open region is wider than the rod cross electrode. The dummy pattern electrode is more affected by the fringe capacitance (Cf) than the rod cross electrode during soft touch.
더미 패턴형 전극은 열린 영역으로 나오는 전기장이 소프트 터치 시 손가락 등으로 흡수되어 프린지 커패시턴스(Cf)가 크게 떨어지게 된다. 따라서, 더미 패턴형 전극은 소프트 터치 시 순간적으로 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 작아진다.In the dummy pattern electrode, an electric field coming out of the open region is absorbed by a finger or the like during soft touch, and the fringe capacitance Cf is greatly decreased. Accordingly, the mutual capacitance Cm of the dummy pattern electrode is instantaneously reduced when soft touch is performed.
더미 패턴형 전극에 하중을 인가하면, 두 전극사이의 거리가 감소하여 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)가 증가한다. 따라서, 더미 패턴형 전극은 하중을 인가하면, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 증가한다. When a load is applied to the dummy pattern electrode, the distance between the two electrodes decreases, and the parallel plate capacitance Cp increases. Therefore, when a load is applied to the dummy pattern electrode, the mutual capacitance Cm increases.
하지만 더미 패턴형 전극 패턴에서 열린 영역이 너무 넓어지면, 프린지 커패시턴스(Cf)가 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)보다 더 주도적(dominant)으로 영향을 미칠 수 있다. 그러면, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 변화가 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 낮은 레벨에서 동작하게 되어 하중의 증가에 의해 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 증가하는 것인지, 아니면 손가락 접촉이 점점 줄어들게 되어 발생되는 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 증가인지를 구분하기가 어렵다. 또한 더미 패턴형 전극은 상, 하, 좌, 우 전체적으로 균일하지 않은 전극 패턴이므로 소자 동작에 불균일성이 발생할 수 있다.However, if the open area in the dummy patterned electrode pattern is too wide, the fringing capacitance Cf may dominate the parallel plate capacitance Cp. Then, if the change of the mutual capacitance Cm is operated at a level lower than the initial mutual capacitance Cm, the mutual capacitance Cm is increased by the increase of the load, or the mutual capacitance Cm) is difficult to distinguish. Also, since the dummy pattern electrode is an electrode pattern which is not uniform in all of the upper, lower, left, and right sides, non-uniformity may occur in the operation of the device.
도 7과 도 8 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 촉각 터치스크린 장치를 나타내는 도면이다.7 and 8, respectively, show a haptic touch screen device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 7과 도 8을 참고하면, 촉각 터치스크린 장치(Tactile Touch Screen)(100)는 터치하는 위치(예를 들면, X, Y좌표) 그리고 터치하는 하중(예를 들면, 깊이, 또는 Z 방향)을 인식한다. 촉각 터치스크린 장치(100)는 상부 기판(110), 하부 기판(130), 그리고 상부 기판(110)과 하부 기판(130) 사이에 위치하는 수축복원층(150)을 포함한다. 촉각 터치스크린 장치(100)는 수축복원층(150)을 밀봉(sealing) 하는 밀봉 구조물(170)을 포함할 수 있다. 촉각 터치스크린 장치(100)는 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 감지하는 감지부(190)를 포함할 수 있다.7 and 8, the tactile
상부 기판(110)과 하부 기판(130) 각각에 투명전극(transparent electrode)인 상부 전극(111)과 하부 전극(131)이 배치된다. 상부 기판(110)과 하부 기판(130)은 PET 필름이나 유리 등과 같은 얇은 투명 재질 위에 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT), ITO(Indium Tin Oxide), PEDOT, Ag 나노와이어, PANI 등과 같은 전도성 나노소재 등으로 패터닝된 투명 전극을 포함한다. 상부 전극(111)과 하부 전극(131)은 마주보고 있고, 두 전극이 뮤추얼 커패시턴스를 형성한다. 여기서, 상부 전극(111)은 열린 영역이 대칭이면서 균일한 패턴으로 구현된다.An
수축복원층(150)은 하중에 따라 수축하고 복원하는 촉각 감지층(Tactile sensing layer)이다. 수축복원층(150)은 하중에 따라 수축하거나 복원하여, 상부 전극(111)과 하부 전극(131) 사이의 거리를 변경한다. 따라서, 터치스크린 장치(100)는 하중에 의해 변한 뮤추얼 커패시턴스(Cm)를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다.The
수축복원층(150)은 터치하는 하중에 의해 변형이 되는 영역이므로, 하중에 의해 쉽게 수축하고 복원되는 재질로 형성된다. 수축복원층(150)은 투명 실리콘겔(Silicone gel), 실리콘 유, 공기, 글리세린 폴리머(polymer) 등 다양한 재료로 제작될 수 있다. 이때, 수축복원층(150)은 감도를 높이기 위해 고유전율 재료를 사용할 수 있다.Since the
수축복원층(150)은 액상 또는 시트 형태(sheet type)의 재료를 사용할 수 있다. 수축복원층(150)이 액상 물질로 제작되는 경우, 상부 기판(110)과 하부 기판(130) 사이에 댐(dam), 즉 밀봉 구조물(170)을 형성하여 액상 물질을 주입(injection)할 수 있다. 수축복원층(150)은 주입한 액상 물질이 외부로 흘러나오지 않도록 에폭시(epoxy), 접착재료, 고무 등으로 밀봉된다.The
수축복원층(150)은 라미내이션(lamination) 등의 공정을 이용하여 상부 전극(111)과 하부 전극(131) 사이에 시트를 붙여서 제작될 수 있다. 이때, 시트는 투명한 재질이다.The
밀봉 구조물(170)은 변형에 의한 수축복원층(150)의 손실을 막고, 수축복원층(150)이 일정한 형상을 유지하도록 수축복원층(150) 외곽에 설치된다. The sealing
감지부(190)는 상부 전극(111)과 하부 전극(131) 사이에 생성되는 뮤추얼 커패시턴스(Cm)의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 감지한다. 감지부(190)는 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 적은 신호를 기초로 터치 위치를 인지하고, 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 큰 신호를 기초로 터치 하중을 인지한다.The
도 9부터 도 12 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 패턴을 나타내는 도면이다.9 to 12 are views showing electrode patterns according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참고하면, 촉각 터치스크린 장치(100)의 상부 전극(Y1, Y2, Y3 등) (111)과 하부 전극(X1, X2, X3 등)(미도시)은 교차하여 겹쳐진다. 상부 전극(131)은 상하좌우 대칭으로 열린 영역이 형성된 패턴, 즉 전체적으로 균일한 패턴으로 형성된다. 이때, 하부 전극은 직사각형 막대 패턴일 수 있다.9, the upper electrodes Y1, Y2, Y3, etc. 111 and the lower electrodes X1, X2, X3, etc. (not shown) of the haptic
도 10을 참고하면, 상부 전극(111)은 열린 영역이 대칭으로 형성된 패턴을 가진다. 예를 들면, 도 9의 패턴(200)을 확대해보면, 상부 전극(111)은 연결된 복수의 단위 패턴(300)으로 형성된다. 열린 영역은 단위 패턴(300) 주위에 대칭으로 형성된다. 여기서 단위 패턴은 정사각형(□)일 수 있다. 또는 단위 패턴은 주위에 대칭으로 열린 영역을 설계할 수 있는 모양, 예를 들면 원형(○), 마름모형(◇) 등일 수 있다.Referring to FIG. 10, the
도 11과 도 12를 참고하면, 단위 패턴(300) 주위에 형성되는 상하좌우 대칭의 열린 영역은 다양하게 구현될 수 있다. 도 10의 패턴(210)을 확대해보면, 상부 전극은 전극 사이에 ㄷ자 모양의 열린 영역이 좌우대칭으로 반복되는 투명전극 패턴일 수 있다. 또는 상부 전극은 전극 사이에 ㄱ자 모양, ㄴ자 모양의 열린 영역이 상하좌우 대칭으로 반복되는 투명전극 패턴일 수 있다.Referring to FIGS. 11 and 12, symmetrical open regions formed around the
열린 영역의 간격은 시인성 등을 고려하여 결정되며, 터치스크린의 크기, 용도 등에 따라 조절이 가능하다.The spacing of the open areas is determined in consideration of visibility and the like, and it can be adjusted according to the size and usage of the touch screen.
상하좌우 대칭으로 열린 영역이 형성된 상부 전극(131)은 막대 교차형 전극보다 열린 영역을 더 포함한다. 따라서, 상부 전극(131)은 소프트 터치 시, 신호 감도를 높일 수 있다. 상부 전극(131)은 더미 패턴형 전극보다 상부 전극과 하부 전극이 겹치는 면적이 크다. 따라서, 상부 전극(131)은 하중에 의해 변하는 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)의 변화를 높일 수 있다.The
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 원형 패턴을 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 십자형 패턴을 나타내는 도면이다.FIG. 13 is a view showing a circular pattern according to an embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a view showing a cross pattern according to an embodiment of the present invention.
도 13과 도 14를 참고하면, 촉각 터치스크린 장치(100)는 다양한 패턴이 반복적으로 형성된 전극으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 촉각 터치스크린 장치(100)는 열린 영역이 원형(○)인 패턴의 전극이나 열린 영역이 십자형(+)인 패턴의 전극으로 구현될 수 있다. 또는 전극의 패턴은 ㄱ자 모양, ㄴ자 모양, 일자형(-), 정사각형(□), 마름모형(◇), 원형(○)의 열린 영역이 상하좌우 대칭으로 반복되는 투명전극 패턴일 수 있다.Referring to FIGS. 13 and 14, the haptic
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 설명하는 도면이다.15 is a view for explaining a variation of a mutual capacitance according to an embodiment of the present invention.
도 15를 참고하면, 촉각 터치스크린 장치(100)는 막대 교차형 전극과 더미 패턴형 전극의 장점을 접목한 전극 구조를 가진다. 따라서, 촉각 터치스크린 장치(100)를 소프트 터치하면, 프린지 커패시턴스(Cf) 감소에 의해 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)이 줄어든다. 촉각 터치스크린 장치(100)는 이러한 뮤추얼 커패시턴스(Cm) 감소 신호를 기초로 터치 위치를 인식할 수 있다. Referring to FIG. 15, the haptic
촉각 터치스크린 장치(100)를 하드 터치하여 하중이 가해지면, 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp) 증가에 의해 뮤추얼 커패시턴스(Cm)는 초기값보다 적은 위치에서 점차적으로 초기값보다 크게 증가한다. When the tactile
따라서, 촉각 터치스크린 장치(100)는 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 작은 값의 신호를 소프트 터치로 인식한다. 촉각 터치스크린 장치(100)는 초기 뮤추얼 커패시턴스(Cm)보다 큰 값의 신호를 하중에 의한 신호, 즉 하드 터치로 인식한다.Accordingly, the haptic
이와 같이, 촉각 터치스크린 장치(100)는 소프트 터치와 하드 터치를 모두 인식할 수 있다. Thus, the tactile
특히, 촉각 터치스크린 장치(100)를 부도체로 터치하는 경우 뮤추얼 커패시턴스 변화에서, 프린지 커패시턴스(Cf)에 의한 영향이 거의 없다. 그리고 터치 및 터치 하중에 따라 뮤추얼 커패시턴스(Cm)는 항상 증가하는 방향으로 변한다. 따라서, 촉각 터치스크린 장치(100)는 소자의 감도를 적절히 조절하여 뮤추얼 커패시턴스(Cm)가 증가하는 신호를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 인식할 수 있다. 즉, 촉각 터치스크린 장치(100)는 어느 일정 뮤추얼 커패시턴스(Cm)를 기준으로 그 아래의 값에서는 터치 위치를, 그 이상의 값에서는 터치 하중으로 센싱함으로써 다양한 기능을 수행하게 하면 된다.In particular, when the tactile
또한 촉각 터치스크린 장치(100)는 상부 전극의 모든 영역에 균일하게 형성된 열린 영역에 의해 어느 위치에서도 동일하고 균일한 동작 특성을 보일 수 있다. 촉각 터치스크린 장치(100)는 상부 전극(131)이 상하좌우 대칭으로 열린 영역이 형성되어 있으므로, 뮤추얼 커패시턴스(Cm)를 인식할 때, 소프트 터치와 하드 터치 시, 패러럴 플레이트 커패시턴스(Cp)와 프린지 커패시턴스(Cf) 중 어느 한쪽이 주도적으로 영향을 미치지 않는다. In addition, the tactile
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 촉각 터치스크린 장치(100)는 기존의 터치스크린에서 발생할 수 있는 가상 이미지 발생 문제를 해결할 수 있다. 촉각 터치스크린 장치(100)는 두 전극이 이루고 있는 뮤추얼 커패시턴스(Cm) 변화를 감지하여 터치 위치와 터치 하중을 정확하게 인식할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 촉각터치스크린 장치는 멀티 터치(Multi-touch)와 멀티 하중(Multi-force)을 감지할 수 있다. 그리고 기존의 터치스크린이 부도체의 터치에는 반응하지 않지만, 촉각 터치스크린 장치(100)는 손가락과 같은 도체 외에도 플라스틱, 나무 등 다양한 부도체의 터치를 인식할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the tactile
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
Claims (8)
상부 전극이 형성된 상부 기판,
상기 상부 전극과 마주보는 면에 하부 전극이 형성된 하부 기판,
상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 위치하고, 하중에 의해 수축되고 복원되는 수축복원층, 그리고
상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 생성되는 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 기초로 터치 위치와 터치 하중을 감지하는 감지부
를 포함하는 촉각 터치스크린 장치.A capacitive tactile touch screen device comprising:
An upper substrate on which an upper electrode is formed,
A lower substrate having a lower electrode formed on a surface facing the upper electrode,
A shrinkage restoration layer positioned between the upper electrode and the lower electrode and being contracted and restored by a load,
A sensing unit for sensing a touch position and a touch load based on a change in mutual capacitance generated between the upper electrode and the lower electrode,
Wherein the tactile touch screen device comprises:
상기 상부 전극은 프린지 커패시턴스를 생성하는 열린 영역이 상하좌우 대칭인 패턴으로 형성되는 촉각 터치스크린 장치.The method of claim 1,
Wherein the upper electrode is formed in a pattern in which an open region generating fringe capacitance is symmetrical in the up, down, left, and right directions.
상기 상부 전극은 복수의 단위 패턴을 연결하여 형성되고, 상기 열린 영역은 단위 패턴 주위에 상하좌우 대칭으로 형성되는 촉각 터치스크린 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the upper electrode is formed by connecting a plurality of unit patterns, and the open region is formed in an up, down, left, and right symmetry around the unit pattern.
상기 하부 전극은 직사각형 막대 패턴으로 형성되는 촉각 터치스크린 장치.The method of claim 1,
Wherein the lower electrode is formed in a rectangular bar pattern.
상기 감지부는
초기 뮤추얼 커패시턴스보다 작은 값의 신호를 소프트 터치로 인식하고, 초기 뮤추얼 커패시턴스보다 큰 값의 신호를 하드 터치로 인식하는 촉각 터치스크린 장치.The method of claim 1,
The sensing unit
A tactile touch screen device that recognizes a signal having a value smaller than the initial mutual capacitance as a soft touch and recognizes a signal having a value larger than the initial mutual capacitance as a hard touch.
상기 수축복원층은
하중에 따라 수축하거나 복원하여, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 거리를 변경하는 촉각 터치스크린 장치.The method of claim 1,
The shrinkage recovery layer
Shrinks or restores according to a load to change a distance between the upper electrode and the lower electrode.
변형에 의한 상기 수축복원층의 손실을 막고, 상기 수축복원층이 일정한 형상을 유지하도록 상기 수축복원층의 외곽에 설치되는 밀봉 구조물
을 더 포함하는 촉각 터치스크린 장치.The method of claim 1,
A sealing structure provided on the outer periphery of the shrinkage restoration layer so as to prevent loss of the shrinkage restoration layer due to deformation and maintain the shrinkage restoration layer in a predetermined shape
Wherein the tactile touch screen device further comprises:
Priority Applications (1)
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