KR102252543B1 - Touch Device, Touch Pen and Touch Panel - Google Patents

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KR102252543B1 KR1020140121185A KR20140121185A KR102252543B1 KR 102252543 B1 KR102252543 B1 KR 102252543B1 KR 1020140121185 A KR1020140121185 A KR 1020140121185A KR 20140121185 A KR20140121185 A KR 20140121185A KR 102252543 B1 KR102252543 B1 KR 102252543B1
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Abstract

본 발명은 터치 디바이스, 터치 펜 및 터치 패널에 관한 것으로 보다 상세하게는 도전성 팁을 포함하며, 터치 패널과의 사이에서 전기장을 발생시키는 터치 펜 및 상기 터치 펜의 조작에 의해 발생되는 전기장을 감지하여 터치 입력을 검출하는 터치 패널을 포함하는 터치 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a touch device, a touch pen, and a touch panel, and more particularly, comprises a conductive tip, and detects a touch pen generating an electric field between the touch panel and an electric field generated by manipulation of the touch pen. It relates to a touch device including a touch panel for detecting a touch input.

Description

터치 디바이스, 터치 펜 및 터치 패널{Touch Device, Touch Pen and Touch Panel}Touch Device, Touch Pen and Touch Panel {Touch Device, Touch Pen and Touch Panel}

본 발명은 터치 디바이스, 터치 펜 및 터치 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자가 터치 펜을 이용하여 터치 패널이 포함된 터치 디바이스에 다양한 명령을 입력하면, 이를 판단하여 처리하는 터치 디바이스 및 이를 가능하게 하는 터치 펜, 터치 패널에 관한 것이다.
The present invention relates to a touch device, a touch pen, and a touch panel, and more particularly, when a user inputs various commands to a touch device including a touch panel using a touch pen, a touch device that determines and processes the same, and it is possible. It relates to a touch pen and a touch panel to make it possible.

일반적으로, 터치 패널 또는 터치 패드를 사용하는 휴대폰, 노트북, 터치 스크린 TV 또는 모니터, ATM 기기 등에는 기기를 동작시키기 위해 터치 스크린에 압력을 가하여 동작시키는 저항막 방식의 터치 펜과, 터치 패널 또는 터치 패드에 정전소자를 구성하여 이 정전소자의 정전 용량의 변화를 유도하여 동작시키는 정전용량 방식의 터치 펜을 주로 사용하고 있다.In general, in mobile phones, notebook computers, touch screen TVs or monitors, and ATM devices using a touch panel or touch pad, a resistive touch pen that applies pressure to the touch screen to operate the device, and a touch panel or touch pen. A capacitive type touch pen is mainly used to configure an electrostatic element on a pad to induce a change in the electrostatic capacity of the electrostatic element to operate.

그러나, 저항막 방식의 터치펜의 경우, 약 280gf ~300gf의 하중으로 사용하도록 설계되어 있으나, 다양한 사용자가 사용함에 따라 터치 스크린을 인가하는 압력이 달라 터치 센서의 고장을 유발하고, 또한 투명기판에 탄성력을 부여하기 위하여 그 두께를 얇게 하거나 투명 플라스틱 재질을 사용하며 그 표면에는 ITO 필름을 부착하여 사용하고 있으나, 장시간 사용시 스크래치의 발생이 필연적으로 발생하여 화면이 잘 보이지 않는 문제점이 있었다.However, in the case of a resistive touch pen, it is designed to be used with a load of about 280 gf to 300 gf, but the pressure applied to the touch screen is different as various users use it, causing failure of the touch sensor, and also on the transparent substrate. In order to impart elasticity, the thickness is thinned or a transparent plastic material is used, and an ITO film is attached to the surface thereof, but there is a problem that scratches are inevitably generated when used for a long time, so that the screen is difficult to see.

한편, 정전용량 방식의 터치펜은 대략적으로 2500만회 정도의 터치 수명을 가지는 저항막 방식의 터치 스크린과는 달리 터치 센서패널에 근접하여도 터치 센서가 반응하여 동작하기 때문에 터치 스크린에 무리한 하중을 인가할 필요가 없고, 이 터치 스크린의 재질을 강화 유리를 사용할 수 있으며, ITO 필름과 같은 보호필름이 구성될 필요도 없다. 그리고, 직접적으로 압력을 가하는 방식이 아니므로, 장시간 사용한다 하더라도 스크래치의 발생 우려가 매우 낮아 항상 선명한 화질을 디스플레이 할 수 있어 근래에는 점차 저항막 방식의 터치펜 보다는 정전 용량 방식의 터치 펜을 사용하고 있는 추세이다.On the other hand, the capacitive touch pen applies an unreasonable load to the touch screen because the touch sensor reacts and operates even when it is close to the touch sensor panel, unlike a resistive touch screen that has a touch life of approximately 25 million times. There is no need to do this, and a tempered glass can be used for the material of this touch screen, and a protective film such as an ITO film does not need to be configured. And, since it is not a method of directly applying pressure, the risk of scratching is very low even if it is used for a long time, so that it can always display a clear image quality. Recently, a capacitive type touch pen has been gradually used rather than a resistive type touch pen. There is a trend.

하지만, 종래의 정전 용량 방식의 터치 스크린 센서는 저항막 방식의 정압식 스타일러스 펜 즉, 저항막 방식의 터치 펜으로는 동작이 되지 않아, 사용자가 손으로 직접 정전 용량 방식의 터치 스크린을 터치하여 사용하도록 요구하고 있으나, 정전 용량 방식이 적용된 터치 디바이스에 구성된 터치 스크린의 크기 및 폴더, 아이콘, 문자 등이 매우 작은 크기로 구성되어 있어 사용자의 손으로 터치하여 사용하기에는 아주 작은 크기로 구성되어 손가락이 큰 사람은 사용하기에 불편할 뿐더러 근접한 다른 폴더, 아이콘, 문자를 터치하여 동작에 오류가 발생됨은 물론, 손가락으로는 많은 문자를 직접 입력하는 것이 매우 어려운 문제점이 있었다.However, the conventional capacitive type touch screen sensor does not operate with a resistive type positive pressure stylus pen, that is, a resistive type touch pen, so the user directly touches the capacitive type touch screen and uses it. However, the size of the touch screen and folders, icons, and texts configured on the touch device to which the capacitive method is applied are composed of very small sizes, so it is composed of a very small size to be used by touching with a user's hand, so the fingers are large. In addition to being inconvenient for humans to use, an error occurs in operation by touching another folder, icon, or text in close proximity, and it is very difficult to directly input many texts with a finger.

이에 따라 정전용량 방식의 터치 스크린에서는 사용자가 터치 센서에 패턴화된 정전용량소자에 정전 용량을 변화시키는 도구인 도전성 터치펜이 개발되었으며, 도전성 터치펜은 손잡이부를 금속으로 구성하고 정전용량 터치 스크린에 구성된 터치 센서부에 접촉하는 접촉부는 도전성 실리콘 고무를 사용하거나, 탄소가 함유된 도전성 섬유를 이용하여 도전성 터치펜으로 정전용량 방식의 터치 스크린의 터치 센서를 동작하는 방식으로 사용하고 있다. 이 방식은 도전성 터치펜에 의해 정전 용량이 변화되는 것을 감지하여 터치 입력의 위치를 판단하였다.Accordingly, in the capacitive touch screen, a conductive touch pen, which is a tool for users to change the capacitance of the capacitive element patterned on the touch sensor, was developed. The conductive touch pen consists of a metal handle and is attached to the capacitive touch screen. The contact portion contacting the configured touch sensor unit is used in a manner of operating a touch sensor of a capacitive touch screen with a conductive touch pen using a conductive silicone rubber or a conductive fiber containing carbon. In this method, the position of the touch input was determined by sensing the change in capacitance by the conductive touch pen.

한편, 새로운 방식으로는 전자기 상호 유도를 이용하는 터치 펜도 제안되었다(도 1 참고). 터치 펜의 펜 팁과 터치 패널 각각에 전자기 유도를 위한 코일을 배치하고, 터치 펜의 유도 코일과 터치 패널의 유도 코일이 근접할 때에 전자기 유도 법칙에 의해 발생하는 전류의 변화를 감지하여 터치 펜의 입력을 판단하였다. 그러나 전자기 상호 유도 방식이 응용된 터치 패널 및 터치 펜은 별도의 상호 유도 코일을 더 포함해야만 하는 문제가 있으며, 터치 패널의 크기가 커질수록 위치 판단 시 시간 지연(time-delay) 현상이 발생하였다.
Meanwhile, a touch pen using electromagnetic mutual induction has also been proposed as a new method (see FIG. 1). A coil for electromagnetic induction is placed on each of the pen tip of the touch pen and the touch panel, and when the induction coil of the touch pen and the induction coil of the touch panel are close together, the change of the current generated by the electromagnetic induction law is sensed and the touch pen's The input was judged. However, there is a problem in that the touch panel and the touch pen to which the electromagnetic mutual induction method is applied must further include a separate mutual induction coil, and as the size of the touch panel increases, a time-delay phenomenon occurs when determining the position.

한국등록특허 제 0984152호Korean Patent Registration No. 0984152

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 간단한 구성만으로 신속하고 정확하게 터치 입력을 판단하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above-described problem, and it is an object of the present invention to quickly and accurately determine a touch input with only a simple configuration.

터치 입력의 위치뿐만 아니라, 터치 펜의 기울기, 터치 펜의 펜압 또한 판단하는 것을 목적으로 한다.
The object is to determine not only the location of the touch input, but also the tilt of the touch pen and the pen pressure of the touch pen.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 터치 디바이스는 도전성 팁을 포함하며, 터치 패널과의 사이에서 전기장을 발생시키는 터치 펜 및 상기 터치 펜의 조작에 의해 발생되는 전기장을 감지하여 터치 입력을 검출하는 터치 패널을 포함한다. 이 때, 터치 펜은 복수의 도전성 팁을 포함하며, 터치 패널은 복수의 도전성 팁에 의해 발생된 전기장을 감지할 수 있다. 터치 펜은 터치 펜에 가해지는 펜압을 감지하여 전기 신호로 변환하는 펜압 감지부 및 변환된 전기 신호를 전기장에 합성하기 위한 변조부를 더 포함할 수 있고, 이 때 터치 패널은 센서부에서 감지한 전기장에서 전기 신호를 분리하는 필터부 및 분리된 전기 신호를 이용하여 터치 펜의 펜압을 판단하는 펜압 판단부를 더 포함할 수도 있다.The touch device of the present invention for solving the above-described problem includes a conductive tip, and detects a touch input by sensing an electric field generated by manipulation of the touch pen and the touch pen that generates an electric field between the touch panel and the touch panel. Includes a touch panel. In this case, the touch pen includes a plurality of conductive tips, and the touch panel may sense an electric field generated by the plurality of conductive tips. The touch pen may further include a pen pressure sensing unit that detects the pen pressure applied to the touch pen and converts it into an electric signal, and a modulator for synthesizing the converted electric signal into an electric field. In this case, the touch panel is an electric field detected by the sensor unit. A filter unit for separating the electrical signal from and a pen pressure determination unit for determining the pen pressure of the touch pen using the separated electrical signal may be further included.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널은 터치 펜의 조작에 의해 발생되는 전기장을 감지하는 센서부 및 상기 센서부에서 감지한 전기장을 이용하여 터치 입력을 판단하는 조작 검출부를 포함한다. 다른 실시예에서, 조작 검출부는 센서부에서 감지한 전기장의 세기를 비교하여 터치 입력 지점을 결정할 수 있고, 일 예로 조작 검출부는 센서부에서 감지한 전기장의 세기가 최소가 되는 지점에서 터치 입력이 발생한 것으로 판단할 수 있다.A touch panel according to an embodiment of the present invention includes a sensor unit that detects an electric field generated by manipulation of a touch pen, and a manipulation detection unit that determines a touch input using the electric field sensed by the sensor unit. In another embodiment, the manipulation detection unit may determine a touch input point by comparing the strength of the electric field sensed by the sensor unit. For example, the manipulation detection unit generates a touch input at a point at which the strength of the electric field sensed by the sensor unit is minimum. It can be judged as.

본 발명의 다른 실시예에서 터치 패널은 센서부에서 터치 펜의 복수의 도전성 팁에 의해 발생된 전기장을 감지하고, 조작 검출부에서 감지된 전기장을 비교하여 터치 펜의 기울기를 판단할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the touch panel may detect an electric field generated by a plurality of conductive tips of the touch pen by the sensor unit, and compare the electric fields sensed by the manipulation detection unit to determine the inclination of the touch pen.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널은 센서부에서 감지한 전기장에서 전기 신호를 분리하는 필터부 및 분리된 전기 신호를 이용하여 터치 펜의 펜압을 판단하는 펜압 판단부를 더 포함할 수도 있다.The touch panel according to another embodiment of the present invention may further include a filter unit for separating an electric signal from an electric field sensed by the sensor unit and a pen pressure determination unit for determining a pen pressure of the touch pen using the separated electric signal.

본 발명의 터치 펜은 몸체 및 몸체의 일단에 형성된 도전성 팁을 포함하고 도전성 팁은 터치 패널에 전기장을 발생시킬 수 있다. 이 때, 도전성 팁은 특정 전위를 가지며, 도전성 팁과 터치 패널의 전위 차에 의한 전기장을 발생시킬 수 있다.The touch pen of the present invention includes a body and a conductive tip formed at one end of the body, and the conductive tip may generate an electric field in the touch panel. In this case, the conductive tip has a specific potential, and an electric field may be generated due to a potential difference between the conductive tip and the touch panel.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서 도전성 팁은 복수로 구분되며, 각 도전성 팁은 터치 패널과 서로 다른 전기장을 형성시킬 수도 있다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, the conductive tips are divided into a plurality, and each conductive tip may form a different electric field from the touch panel.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 펜은 터치 펜에 가해지는 펜압을 감지하여 전기 신호로 변환하는 펜압 감지부 및 변환된 전기 신호를 전기장에 합성하기 위한 변조부를 더 포함할 수도 있다.The touch pen according to another embodiment of the present invention may further include a pen pressure sensing unit for sensing pen pressure applied to the touch pen and converting it into an electric signal, and a modulator for synthesizing the converted electric signal into an electric field.

한편, 터치 펜에 형성된 도전성 팁은 비도전성 물질로 코팅될 수 있고, 본 발명의 터치 펜은 도전성 팁에 전압을 인가하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
Meanwhile, the conductive tip formed on the touch pen may be coated with a non-conductive material, and the touch pen of the present invention may further include a power supply for applying a voltage to the conductive tip.

상술한 구성에 따르면, 종래에 비하여 간단한 메커니즘에 의해 정확하게 터치 입력을 판단할 수 있다. 특히, 전자기 유도 방식을 적용한 터치 패널에 비하여 시간 지연 현상이 없어 빠른 반응 속도를 가지며, 터치 패널의 크기가 커질수록 종래에 비해 두드러진 반응 속도를 보인다.According to the above-described configuration, it is possible to accurately determine a touch input by a simple mechanism compared to the prior art. In particular, compared to the touch panel to which the electromagnetic induction method is applied, there is no time delay and thus has a fast response speed, and the larger the size of the touch panel, the more remarkable response speed than the conventional one.

한편, 본 발명은 별도의 유도 코일이 없어도 동작할 수 있고, 특히 정전용량 방식의 터치 패널이 이미 가지고 있는 구성을 응용하여 터치 펜에 의한 입력을 식별할 수 있으므로 터치 패널의 제조 부담을 덜 수 있다.
On the other hand, the present invention can operate without a separate induction coil, and in particular, since the input by the touch pen can be identified by applying the configuration already possessed by the capacitive touch panel, the manufacturing burden of the touch panel can be reduced. .

도 1은 전자기 유도 방식을 채용한 종래의 터치 패널 및 터치 펜을 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 및 터치 펜을 포함하는 터치 디바이스를 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 및 터치 펜 사이에 발생하는 전기장에 대해 개략적으로 나타낸 그림이다.
도 4, 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 및 터치 펜을 나타낸 그림이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 펜을 나타낸 그림이다.1 is a diagram showing a conventional touch panel and a touch pen employing an electromagnetic induction method.
2 is a diagram illustrating a touch device including a touch panel and a touch pen according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating an electric field generated between a touch panel and a touch pen according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams illustrating a touch panel and a touch pen according to another exemplary embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a touch pen according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 터치 패널을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.Hereinafter, a touch panel according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are provided so that a person skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, matters expressed in the accompanying drawings are schematic drawings in order to easily describe embodiments of the present invention, and may be different from a form actually implemented.

한편, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. On the other hand, the expression'including' certain elements simply refers to the existence of the corresponding elements as an expression of'open type', and should not be understood as excluding additional elements.

또한, '제 1, 제 2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용되는 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
In addition, expressions such as'first, second', etc. are used only for distinguishing a plurality of elements, and do not limit the order or other features between the elements.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(100) 및 터치 펜(200)을 나타낸 그림이다.2 is a diagram illustrating a touch panel 100 and a touch pen 200 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 디바이스는 터치 펜(200) 및 터치 패널(100)을 포함한다. 터치 펜(200)은 도전성 팁(220)을 포함하고, 도전성 팁(220)을 통해 터치 패널(100)에 전기장을 발생시키는 구성이다. 터치 패널(100)은 터치 펜(200)의 조작에 따라 발생되는 전기장을 감지하여 터치 펜(200)에 의한 터치 입력을 검출하는 구성이다.A touch device according to an embodiment of the present invention includes a touch pen 200 and a touch panel 100. The touch pen 200 includes a conductive tip 220 and generates an electric field in the touch panel 100 through the conductive tip 220. The touch panel 100 is a component that detects an electric field generated by manipulation of the touch pen 200 and detects a touch input by the touch pen 200.

본 발명의 터치 디바이스는 전기장의 세기, 변화를 이용하여 위치를 감지한다. [발명의 배경이 되는 기술]에서 살펴본 종래의 터치 디바이스, 터치 펜(200)은 압력을 감지하거나 또는 정전 용량의 변화를 감지하여 터치 입력이 발생한 위치를 감지하는 것에 반해, 본 발명은 전기장을 이용하여 터치 입력을 감지한다.The touch device of the present invention senses a location by using the intensity and change of an electric field. In contrast to the conventional touch device, the touch pen 200, which was examined in [Technology behind the Invention], detects a pressure or a change in capacitance to detect a location where a touch input has occurred, the present invention uses an electric field. To detect the touch input.

이를 위해 본 발명의 터치 펜(200)은 몸체(210) 및 몸체(210)의 일단에 형성된 도전성 팁(220)을 포함하고, 본 발명의 터치 디바이스는 터치 펜(200)의 조작에 의해 발생되는 전기장을 감지하는 센서부(110) 및 센서부(110)에서 감지한 전기장을 이용하여 터치 입력을 판단하는 조작 검출부(120)를 포함한다.To this end, the touch pen 200 of the present invention includes a body 210 and a conductive tip 220 formed at one end of the body 210, and the touch device of the present invention is generated by manipulation of the touch pen 200. It includes a sensor unit 110 for sensing an electric field and a manipulation detection unit 120 for determining a touch input by using the electric field sensed by the sensor unit 110.

터치 펜(200)은 일종의 위치 지시기로 다양한 형상을 가질 수 있다. 터치 디바이스의 사용 예를 고려할 때 펜의 형상으로 제조되는 것이 바람직하나 펜 형상으로 한정되지는 아니한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 펜 형상의 터치 펜(200)에 대하여 기재한다.The touch pen 200 may have various shapes as a kind of position indicator. When considering the use of the touch device, it is preferable to be manufactured in the shape of a pen, but is not limited to the shape of a pen. Hereinafter, for convenience of description, the pen-shaped touch pen 200 will be described.

터치 펜(200)은 몸체(210)를 포함한다. 사용자는 몸체(210)를 잡고 터치 펜(200)을 사용할 수 있다. 터치 펜(200)이 종래 알려진 펜의 형상이라면, 펜 대가 몸체(210)에 해당한다. 상기 몸체(210)의 내부에는 터치 펜(200)의 구동을 위한 다양한 구성이 포함될 수 있다.The touch pen 200 includes a body 210. The user can hold the body 210 and use the touch pen 200. If the touch pen 200 is a conventionally known pen shape, the pen stand corresponds to the body 210. Various components for driving the touch pen 200 may be included in the body 210.

한편, 터치 펜(200)은 몸체(210)의 일단에 형성된 도전성 팁(220)을 포함한다. 본 발명의 터치 펜(200)은 펜 촉에 대응하는 위치, 즉, 사용자가 터치 패널(100) 상에 위치를 입력하기 위하여 접촉 또는 근접시키는 부분에 도전성 팁(220)을 형성시키고, 이를 이용하여 터치 패널(100)에(또는 터치 패널과 터치 펜 사이에) 전기장을 발생시키고, 터치 펜(200)의 움직임에 따라 전기장을 변화시킨다.
Meanwhile, the touch pen 200 includes a conductive tip 220 formed at one end of the body 210. In the touch pen 200 of the present invention, a conductive tip 220 is formed at a position corresponding to the pen tip, that is, a portion that the user contacts or approaches to input a position on the touch panel 100, and uses the same. An electric field is generated in the touch panel 100 (or between the touch panel and the touch pen), and the electric field is changed according to the movement of the touch pen 200.

한편, 터치 패널(100)은 터치에 의한 입력을 수신하는 다양한 장치에 포함되는 구성으로, 현재는 스마트폰, 테블릿 PC, 노트북 등에 주로 장착되나, 터치 입력 방식이 채용되는 여러 장치에 포함될 수 있다. 본 발명의 터치 디바이스는 이러한 장치들을 포함하며, 본 발명의 터치 패널(100) 또한 이러한 장치에 장착되는 것을 포함하는 의미이다.On the other hand, the touch panel 100 is a component included in various devices that receive an input by a touch, and is currently mainly mounted on a smartphone, a tablet PC, a notebook, etc., but may be included in a variety of devices employing a touch input method. . The touch device of the present invention includes these devices, and the touch panel 100 of the present invention is also meant to be mounted on such devices.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(100)을 구체적으로 살펴보면, 터치 펜(200)의 조작에 의해 발생되는 전기장을 감지하는 센서부(110) 및 상기 센서부(110)에서 감지한 전기장을 이용하여 터치 입력을 판단하는 조작 검출부(120)를 포함한다. 센서부(110)는 터치 펜(200), 구체적으로는 터치 펜(200)의 도전성 팁(220)의 움직임에 따라 발생, 변화하는 전기장을 감지하기 위한 구성이다. 본 발명에서는 도전성 팁(220)과 상기 센서부(110)가 특정한 전위차를 가지는데, 이러한 전위차로 인하여 전기장이 발생한다. 전기장의 크기 및 방향은 도전성 팁(220)과 센서부(110)의 위치 및 거리, 그리고 도전성 팁(220)의 전위에 따라 달라지는데, 본 발명은 이러한 원리를 응용하여, 전기장을 위치 감지에 이용한다. 상세한 내용은 도 3을 통해 살펴본다.
Looking specifically at the touch panel 100 according to an embodiment of the present invention, a sensor unit 110 for sensing an electric field generated by manipulation of the touch pen 200 and an electric field detected by the sensor unit 110 are It includes a manipulation detection unit 120 for determining a touch input by using. The sensor unit 110 is a component for sensing an electric field that is generated and changed according to the movement of the touch pen 200, specifically, the conductive tip 220 of the touch pen 200. In the present invention, the conductive tip 220 and the sensor unit 110 have a specific potential difference, and an electric field is generated due to this potential difference. The size and direction of the electric field varies depending on the location and distance of the conductive tip 220 and the sensor unit 110, and the potential of the conductive tip 220. The present invention applies this principle and uses the electric field for position detection. Details will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(100) 및 터치 펜(200) 사이에 발생하는 전기장에 대해 개략적으로 나타낸 그림이다. 도 3에 도시된 예에서 터치 펜(200)의 도전성 팁(220)은 특정한 전위(Va)를 가지며, 터치 패널(100)의 센서부(110)는 모두 접지(ground) 전위이다. 센서부(110)가 반드시 그라운드 전위를 가져야 하는 것은 아니나, 터치 패널(100)이 설치되는 터치 디바이스의 다른 구성과의 연동을 고려할 때 접지 전위를 가지는 것이 바람직하다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 센서부(110)의 전위를 0으로 가정한다.3 is a diagram schematically illustrating an electric field generated between the touch panel 100 and the touch pen 200 according to an embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 3, the conductive tip 220 of the touch pen 200 has a specific potential Va, and all of the sensor units 110 of the touch panel 100 are ground potentials. Although the sensor unit 110 does not necessarily have to have a ground potential, it is preferable to have a ground potential in consideration of interlocking with other components of the touch device in which the touch panel 100 is installed. Hereinafter, for convenience of description, it is assumed that the potential of the sensor unit 110 is 0.

두 지점 사이의 전기장의 세기(E)는 전위(V)와 거리(d)에 의해 결정(E = V/d)된다. 따라서, 터치 디바이스에서 터치 패널(100)의 센서부(110)와 터치 펜(200)의 도전성 팁(220) 사이의 거리에 따라 센서부(110)에서 측정되는 전기장의 세기는 모두 상이하다. 도 3에 도시된 예에서 센서부(110)의 각 지점(a1, a2, a3)과 도전성 팁(220)의 거리는 각각 d1, d2, d3이고(d2 < d3 < d1) 전기장의 세기는 각각 E1, E2, E3가 된다. 도전성 팁(220)의 전위는 Va로 일정하므로, 전기장의 세기는 E1 < E3 < E2가 된다. 즉, 터치 패널(100)의 센서부(110)에서 각각 감지한 전기장의 세기를 비교하면, 전기장의 세기가 가장 약한 지점이 터치 펜(200)과 터치 패널(100)이 가장 가까운 지점, 달리 말해 터치 입력이 이루어진 지점이라고 판단할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 터치 패널(100)에 포함된 조작 검출부(120)는 각 센서부(110)에서 감지한 전기장의 세기를 비교하여, 전기장의 세기가 가장 강한 지점에서 터치 입력이 이루어진 것으로 판단할 수 있다. 다른 실시예에서는 전기장의 벡터 성분을 이용하여, 벡터 성분이 터치 패널(100)과 수직이 되는 지점에서 터치 입력이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.
The strength (E) of the electric field between two points is determined by the potential (V) and the distance (d) (E = V/d). Accordingly, in the touch device, the intensity of the electric field measured by the sensor unit 110 is all different depending on the distance between the sensor unit 110 of the touch panel 100 and the conductive tip 220 of the touch pen 200. In the example shown in FIG. 3, the distances between each point (a1, a2, a3) of the sensor unit 110 and the conductive tip 220 are d1, d2, d3, respectively (d2 <d3 <d1), and the strength of the electric field is E1, respectively. , E2, E3. Since the potential of the conductive tip 220 is constant at Va, the strength of the electric field becomes E1 <E3 <E2. That is, when comparing the strength of the electric field detected by the sensor unit 110 of the touch panel 100, respectively, the point where the strength of the electric field is the weakest is the closest point between the touch pen 200 and the touch panel 100, in other words, It can be determined that the touch input is made. In one embodiment of the present invention, the manipulation detection unit 120 included in the touch panel 100 compares the strength of the electric field sensed by each sensor unit 110, and the touch input is made at the point where the electric field strength is the strongest. I can judge. In another embodiment, by using the vector component of the electric field, it may be determined that the touch input is made at a point where the vector component is perpendicular to the touch panel 100.

이하에서는 터치 펜(200)과 터치 패널(100)에 대한 다양한 실시예에 관하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the touch pen 200 and the touch panel 100 will be described in more detail.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널(100) 및 터치 펜(200)을 나타낸 그림이다. 본 실시예에 따른 터치 펜(200)은 복수의 도전성 팁(220)을 포함하고, 이 때 터치 패널(100)은 복수의 도전성 팁(220)에 의해 발생된 전기장을 개별적으로 감지한다. 본 실시예에 따르면 터치 펜(200)의 기울기를 알 수 있다. 도 4에는 2개의 도전성 팁(220)을 포함하는 예가 나타나 있으나, 도전성 팁(220)의 개수 및 배치는 달라질 수 있다. 4 is a diagram illustrating a touch panel 100 and a touch pen 200 according to another exemplary embodiment of the present invention. The touch pen 200 according to the present embodiment includes a plurality of conductive tips 220, and in this case, the touch panel 100 individually senses an electric field generated by the plurality of conductive tips 220. According to this embodiment, the tilt of the touch pen 200 can be known. Although an example including two conductive tips 220 is shown in FIG. 4, the number and arrangement of the conductive tips 220 may vary.

도 4에 나타난 실시예에서 터치 펜(200)은 복수의 도전성 팁(220)을 포함한다. 각 도전성 팁(220)은 터치 패널(100)의 센서부(110)와의 사이에서 서로 다른 전기장을 발생시킬 수 있다. 일 예로 복수의 도전성 팁(220)이 각각 다른 전위를 가지는 경우(Va, Vb) 터치 패널(100) 상의 각 지점(a1, a2, a3)과는 각각 다른 전기장을 발생시킨다(도전성 팁(220)이 2개고 센싱 지점이 3개인 경우 총 6개의 전기장 벡터가 발생한다.). a1 지점에 발생한 전기장의 벡터는 Va/d11, Vb/d12의 벡터합이 되고, a2 지점에 발생한 전기장의 벡터는 Va/d21, Vb/d22 가 된다. a2 지점은 전기장이 최소가 되는 지점으로 터치 입력이 이루어졌다고 판단되는 지점이다. a3 지점에서 발생한 전기장의 벡터는 Va/d31, Vb/d32의 벡터 합이 된다. 터치 패널(100) 상의 a1과 a3이 a2(터치 지점)으로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있다면, d11 = d31이므로 Va에 의해 발생하는 전기장의 크기는 동일하다. 그러나 펜이 기울어진 경우, d12와 d32는 다르므로 Vb에 의해 발생하는 전기장의 크기는 다르다. 즉, 터치 입력을 기준으로 복수의 도전성 팁(220)에 의해 발생하는 전기장의 크기를 이용하는 경우, 터치 펜(200)이 기울어진 방향 및 기울어진 각도를 알 수 있다. 본 발명의 터치 패널(100)에 포함된 조작 검출부(120)는 복수의 도전성 팁(220)에 의해 발생된 전기장을 비교하여 터치 펜(200)의 기울기 성분을 알 수 있는 것이다.In the embodiment shown in FIG. 4, the touch pen 200 includes a plurality of conductive tips 220. Each conductive tip 220 may generate a different electric field between the sensor unit 110 of the touch panel 100. For example, when the plurality of conductive tips 220 have different potentials (Va, Vb), electric fields different from each of the points (a1, a2, a3) on the touch panel 100 are generated (conductive tip 220). In the case of these two and three sensing points, a total of six electric field vectors occur.). The vector of the electric field generated at the point a1 becomes the vector sum of Va/d11 and Vb/d12, and the vector of the electric field generated at the point a2 becomes Va/d21 and Vb/d22. The point a2 is a point at which the electric field is minimized and is a point where it is determined that a touch input has been made. The vector of the electric field generated at point a3 becomes the vector sum of Va/d31 and Vb/d32. If a1 and a3 on the touch panel 100 are separated by the same distance from a2 (touch point), since d11 = d31, the magnitude of the electric field generated by Va is the same. However, when the pen is inclined, since d12 and d32 are different, the magnitude of the electric field generated by Vb is different. That is, when the magnitude of the electric field generated by the plurality of conductive tips 220 is used based on the touch input, the inclined direction and the inclined angle of the touch pen 200 can be known. The manipulation detection unit 120 included in the touch panel 100 of the present invention compares electric fields generated by the plurality of conductive tips 220 to determine the inclination component of the touch pen 200.

앞서 설명한 실시예는 기울기를 판단하는 일 실시예로, 전기장의 크기 및 방향을 비교하는 경우 다양한 방식에 의해 터치 펜(200)의 기울기를 판단할 수 있다.
The above-described embodiment is an embodiment of determining the inclination, and when comparing the magnitude and direction of the electric field, the inclination of the touch pen 200 may be determined by various methods.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널(100) 및 터치 펜(200)을 나타낸 그림이다. 본 실시예의 터치 펜(200)은 터치 펜(200)에 가해지는 펜압을 감지하여 전기 신호로 변환하는 펜압 감지부(230) 및 변환된 전기 신호를 전기장에 합성하기 위한 변조부(240)를 더 포함하고, 이 때 터치 패널(100)은 센서부(110)에서 감지한 전기장에서 전기 신호를 분리하는 필터부(130) 및 분리된 전기 신호를 이용하여 터치 펜(200)의 펜압을 판단하는 펜압 판단부(140)를 더 포함할 수 있다. 5 is a diagram illustrating a touch panel 100 and a touch pen 200 according to another exemplary embodiment of the present invention. The touch pen 200 of the present embodiment further includes a pen pressure sensing unit 230 for sensing pen pressure applied to the touch pen 200 and converting it into an electric signal, and a modulator 240 for synthesizing the converted electric signal into an electric field. In this case, the touch panel 100 includes a filter unit 130 for separating an electric signal from the electric field sensed by the sensor unit 110 and a pen pressure for determining the pen pressure of the touch pen 200 using the separated electric signal. It may further include a determination unit 140.

본 실시예는 사용자가 터치 펜(200)을 이용해 터치 패널(100)을 누르는 힘인 펜압을 인식하기 위한 것이다. 펜압의 차이에 따라 터치 패널(100) 상에 다양한 명령을 구분하여 입력할 수 있으므로, 본 발명은 펜압을 판단하기 위한 구성을 더 포함할 수 있다. This embodiment is for recognizing a pen pressure, which is a force that a user presses the touch panel 100 using the touch pen 200. Since various commands can be classified and input on the touch panel 100 according to the difference in pen pressure, the present invention may further include a configuration for determining the pen pressure.

본 실시예에서 터치 펜(200)은 펜압을 감지하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 일 예로 압전 소자를 포함하여 터치 펜(200)과 터치 패널(100)이 접촉하는 강도에 따라 서로 다른 전기 신호를 발생시킬 수도 있고, 광학 소자를 포함하여, 터치 펜(200)이 터치 패널(100)을 누르는 정도, 변화를 광학 신호의 세기, 응답 시간을 통해 판단하고 이를 전기 신호로 변환할 수도 있다. 펜압 감지부(230)에서 감지한 펜압을 전기 신호 형태로 변환하면, 터치 펜(200)의 변조부(240)는 변환된 전기 신호를 전기장에 합성한다. 합성된 전기 신호는 도 5에 교류 파형으로 표현하였다. 변조부(240)는 터치 펜(200)의 도전성 팁(220)과 터치 패널(100)의 센서부(110) 사이에서 발생하는 전기장에 전기 신호를 합성하여 터치 패널(100)로 전송하는 것이다. 즉, 전기장을 일종의 신호 전송 수단으로 이용하여 터치 패널(100)로 전송한다.In this embodiment, the touch pen 200 may include a component for sensing pen pressure. For example, different electrical signals may be generated according to the contact strength between the touch pen 200 and the touch panel 100 including a piezoelectric element. The degree of pressing) and the change can be determined based on the strength of the optical signal and the response time, and converted into an electrical signal. When the pen pressure sensed by the pen pressure detector 230 is converted into an electric signal form, the modulator 240 of the touch pen 200 synthesizes the converted electric signal into an electric field. The synthesized electrical signal is expressed as an alternating current waveform in FIG. 5. The modulator 240 synthesizes an electric signal with an electric field generated between the conductive tip 220 of the touch pen 200 and the sensor unit 110 of the touch panel 100 and transmits it to the touch panel 100. That is, the electric field is transmitted to the touch panel 100 using a signal transmission means.

터치 패널(100)은 센서부(110)에서 감지한 전기장에서 터치 펜(200)에 의해 발생한 전기 신호를 분리한다. 구체적인 예로 터치 펜(200)의 도전성 팁(220)에 발생한 전위는 직류를 이용하고, 펜압에 관한 전기 신호는 고주파 신호를 이용하는 경우, 터치 패널(100)의 필터부(130)에서는 직류 신호와 고주파 전기 신호를 분리하여, 직류 신호를 이용해서는 전기장의 세기를 판단하고, 고주파 신호는 터치 펜(200)으로부터 전송받은 펜압에 관한 정보를 해석하는 데에 사용한다. 본 실시예에서 터치 패널(100)은 펜압 판단부(140)를 포함하여, 필터부(130)에서 분리한 전기 신호에 담긴 터치 펜(200)의 펜압에 관한 정보를 해석하여 펜압을 판단한다. 이로써, 본 발명의 터치 디바이스는 터치 입력 지점, 터치 펜(200)의 기울기뿐만 아니라 터치 펜(200)의 펜압 또한 판단할 수 있다.
The touch panel 100 separates an electric signal generated by the touch pen 200 from an electric field sensed by the sensor unit 110. As a specific example, when the electric potential generated at the conductive tip 220 of the touch pen 200 uses direct current, and the electric signal related to the pen pressure uses a high frequency signal, the filter unit 130 of the touch panel 100 uses a DC signal and a high frequency signal. By separating the electric signal, the DC signal is used to determine the strength of the electric field, and the high-frequency signal is used to analyze information about the pen pressure received from the touch pen 200. In this embodiment, the touch panel 100 includes the pen pressure determination unit 140 and determines the pen pressure by analyzing information on the pen pressure of the touch pen 200 contained in the electrical signal separated by the filter unit 130. Accordingly, the touch device of the present invention can determine not only the touch input point and the inclination of the touch pen 200 but also the pen pressure of the touch pen 200.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널(100) 및 터치 펜(200)을 나타낸 그림이다. 본 실시예는 터치 펜(200)의 도전성 팁(220)에 전압을 인가하기 위한 전원부(250)를 더 포함한다. 상기 전원부(250)는 터치 펜(200)의 몸체(210) 내부에 포함될 수도 있고, 몸체(210)의 타단에 부가될 수도 있다. 도전성 팁(220)에 전압을 인가할 수 있다면 그 구조나 형상은 제한되지 않는다. 본 실시예에 따르면 터치 펜(200)은 자체적으로 전원을 구동하여 도전성 팁(220)의 전위를 유지할 수 있다.6 is a diagram illustrating a touch panel 100 and a touch pen 200 according to another exemplary embodiment of the present invention. This embodiment further includes a power supply unit 250 for applying a voltage to the conductive tip 220 of the touch pen 200. The power supply unit 250 may be included in the body 210 of the touch pen 200 or may be added to the other end of the body 210. If a voltage can be applied to the conductive tip 220, the structure or shape is not limited. According to the present embodiment, the touch pen 200 may maintain the electric potential of the conductive tip 220 by driving power by itself.

한편, 본 발명의 도전성 팁(220)은 비 도전성 물질로 코팅된다. 도전성 팁(220)과 센서부(110) 사이에 일정한 전위차를 유지하여 전기장을 발생시키기 위해서는 도전성 팁(220)과 센서부(110) 사이는 절연될 필요가 있는데 이를 위해 터치 패널(100)의 센서부(110)를 터치 패널(100)의 글라스 하부에 형성하거나 도전성 팁(220)을 비도전성 물질에 의해 코팅할 수 있다. 이로써 터치 펜(200)과 터치 패널(100) 사이에 전위차를 유지하고 전기장이 발생할 수 있도록 한다.
Meanwhile, the conductive tip 220 of the present invention is coated with a non-conductive material. In order to generate an electric field by maintaining a constant potential difference between the conductive tip 220 and the sensor unit 110, the conductive tip 220 and the sensor unit 110 need to be insulated. For this purpose, the sensor of the touch panel 100 The portion 110 may be formed under the glass of the touch panel 100 or the conductive tip 220 may be coated with a non-conductive material. This maintains a potential difference between the touch pen 200 and the touch panel 100 and allows an electric field to be generated.

본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것으로 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 수정, 변경, 부가가 가능한 부분까지 본 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
The embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs are included in the scope of the present claims to the extent that modifications, changes, and additions are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. You will have to see.

100 터치 패널 110 센서부
120 조작 검출부 130 필터부
140 펜압 판단부 200 터치 펜
210 몸체 220 도전성 팁
230 펜압 감지부 240 변조부
250 전원부100 Touch panel 110 Sensor unit
120 Operation detection unit 130 Filter unit
140 Pen pressure determination unit 200 Touch pen
210 Body 220 Conductive tip
230 Pen pressure detection unit 240 Modulation unit
250 power supply

Claims (15)

복수의 도전성 팁을 포함하며, 터치 패널과의 사이에서 전기장을 발생시키는 터치 펜; 및
상기 터치 펜의 조작에 의해 발생되는 전기장을 감지하여 터치 입력을 검출하는 터치 패널;
을 포함하고,
상기 터치 패널은 상기 복수의 도전성 팁에 의해 발생된 전기장을 감지하며,
상기 터치 펜은,
상기 복수의 도전성 팁에 전압을 인가하는 전원부와, 터치 펜에 가해지는 펜압을 감지하여 전기 신호로 변환하는 펜압 감지부와, 상기펜압 감지부에 의해 변환된 전기 신호를 상기 전기장에 합성하기 위한 변조부를 포함하고,
상기 복수의 도전성 팁은 특정 전위를 가지고, 각 도전성 팁은 상기 터치 패널과 서로 다른 전기장을 형성하며,
상기 터치 패널은,
상기 터치 펜의 조작에 의해 발생되는 전기장을 감지하는 센서부와, 상기 센서부에서 감지한 전기장을 이용하여 터치 입력을 판단하는 조작 검출부와, 상기 센서부에서 감지한 전기장에서 상기 전기 신호를 분리하는 필터부와, 상기 필터부에서 분리된 전기 신호를 이용하여 터치 펜의 펜압을 판단하는 펜압 판단부를 포함하며,
상기 조작 검출부는,
상기 센서부에서 감지한 위치 별 전기장의 세기를 비교하여 터치 입력 지점을 결정하고, 상기 터치 펜의 상기 복수의 도전성 팁에 의해 발생된 전기장을 비교하여 터치 펜의 기울기를 판단하는 터치 디바이스.
A touch pen including a plurality of conductive tips and generating an electric field between the touch panel; And
A touch panel configured to detect a touch input by sensing an electric field generated by manipulation of the touch pen;
Including,
The touch panel senses an electric field generated by the plurality of conductive tips,
The touch pen,
A power supply for applying voltage to the plurality of conductive tips, a pen pressure sensing unit for sensing pen pressure applied to the touch pen and converting it into an electric signal, and modulation for synthesizing the electric signal converted by the pen pressure sensing unit into the electric field Includes wealth,
The plurality of conductive tips have a specific potential, each conductive tip forms a different electric field from the touch panel,
The touch panel,
A sensor unit that detects an electric field generated by manipulation of the touch pen, a manipulation detection unit that determines a touch input using an electric field sensed by the sensor unit, and separates the electric signal from the electric field sensed by the sensor unit. A filter unit and a pen pressure determination unit for determining a pen pressure of the touch pen using an electrical signal separated from the filter unit,
The operation detection unit,
A touch device configured to determine a touch input point by comparing the strength of an electric field for each location sensed by the sensor unit, and to determine a tilt of the touch pen by comparing electric fields generated by the plurality of conductive tips of the touch pen.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 조작 검출부는
상기 센서부에서 감지한 전기장의 세기가 가장 강한 지점에서 터치 입력이 발생한 것으로 판단하는 터치 디바이스.
The method of claim 1,
The manipulation detection unit
A touch device that determines that a touch input has occurred at a point where the strength of the electric field sensed by the sensor unit is strongest.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 도전성 팁은 비도전성 물질로 코팅되는 터치 디바이스.The method of claim 1,
The conductive tip is a touch device coated with a non-conductive material. 삭제delete
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