KR20080096977A - 정전용량방식 터치스크린 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20080096977A
KR20080096977A KR1020070041975A KR20070041975A KR20080096977A KR 20080096977 A KR20080096977 A KR 20080096977A KR 1020070041975 A KR1020070041975 A KR 1020070041975A KR 20070041975 A KR20070041975 A KR 20070041975A KR 20080096977 A KR20080096977 A KR 20080096977A
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안승덕
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Abstract

본 발명은 정전용량방식 터치스크린에 관한 것으로, 화면영역과 비활성영역을 갖는 터치 스크린과; 상기 화면영역에 x-축 및 y-축 방향으로 설치된 다수의 x-축 및 y-축위치 감지용 센서 전극과; 상기 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극을 일정 갯수로 묶어 각 쌍마다 연결되고, 상기 비활성영역 내에 복수로 적층시켜 설치된 리드전극으로 구성됨으로써, 비활성영역 내에 다수의 리드전극을 형성하고, 이에 따라 각 리드전극에 연결된 위치 감지용 센서 전극의 갯수도 증가시킬 수 있으므로, 대형의 터치스크린에 적용시 많은 수의 위치 감지용 센서 전극의 설치가 가능하고, 이로 인해 작동의 정확성과 신뢰성의 월등히 증대시킬 수 있다.
디지털, 정전용량, 스크린, 스크린, 비활성, 리드전극

Description

정전용량방식 터치스크린 및 그 제조방법{Electrostatic capacity type digital touch-screen and manufacturing method thereof}
도 1은 종래 디지털 정전용량방식 터치스크린을 나타낸 도면.
도 2는 상기 도 1에서 리드전극의 구조를 나타낸 일부 발췌 단면도.
도 3a는 종래 소형 디지털 정전용량방식의 결합구조를 나타낸 도면.
도 3b는 상기 도 3a의 특성 곡선을 나타낸 도면.
도 4a는 대형 디지털 정전용량방식의 결합구조를 나타낸 도면.
도 4b는 대형 디지털 정전용량방식의 전극별 신호 레벨을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 디지털 정전용량방식 터치스크린에 대한 도면.
도 6은 상기 도 5에서 A-A' 단면도.
도 7은 상기 도 5에서 B-B' 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 디지털 정전용량방식 터치스크린의 제조방법을 나타낸 공정흐름도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명이 적용되는 위치 감지용 센서 전극의 설계과정을 단계별로 나타낸 도면.
도 10은 리드전극의 적층구조에 따른 신호 구동을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 기판 2 : y-축 위치 감지 센서 전극
3 : 보호층 4 : x-축 위치 감지 센서 전극
22,44 : 리드전극 100 : 화면영역
200 : 터치패널 엣지부 300 : 비활성영역
본 발명은 정전용량방식 터치스크린 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비활성영역 내의 리드전극 수를 최대화하고, 그에 종속되어 센서전극의 수도 증가될 수 있어 기판이 대형일 경우에도 조밀한 센서전극의 설치가 가능하므로 정밀한 터치감도를 구현할 수 있어 정확성이 향상될 수 있도록 한 디지털 정전용량방식 터치스크린 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
근래들어 GUI (Graphic User Interface) 시스템의 발달 및 대중화에 따라 입력이 간단한 터치스크린(Touch Screen)의 사용이 보편화되고 있다.
터치스크린에는 크게 저항막방식, 정전용량방식, 광학방식, 초음파방식, Electromagnetic방식, Vector Force방식 등이 있는데 각 방식마다 각기 장단점을 지니고 있다.
일반적으로 정전용량방식은 아날로그(Analog)방식과 디지털(Digital)방식으로 나뉘어 진다.
아날로그 방식은 센서전극이 시트(Sheet)형태의 전극으로 센싱 동작영역내 패턴이 필요없는 반면, 디지털 방식은 센싱 동작영역내 센서용 전극의 패턴이 필요하다.
첨부된 도 1은 종래 디지털 정전용량방식 터치스크린을 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 도 1에서 리드전극의 구조를 나타낸 I-I선 단면도이다.
종래 디지털 정전용량방식 터치스크린(A')은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 화면영역(Display Area)(100)과 터치스크린엣지부(Touch Panel Edge)(200) 사이에 있는 비활성영역(Non-Active Area)(300)내에는 상기 화면영역(100) 내에 설치된 위치 감지용 센서 전극(2,4)에 신호를 전달하기 위한 리드전극(44)이 형성된다.
도 2와 같이, 기판(1)의 상면에는 x-축 및 y-축에 형성된 위치 감지용 센서 전극(2,4)과 리드전극(44)이 형성되고, 그 상,하부에 보호층(3)이 형성된다.
상기 x-축 및 y-축에 형성된 위치 감지용 센서 전극(2,4)의 수는 리드전극(44)의 수에 비례한다.
그러므로, 종래에는 위치 감지용 센서 전극(2,4) 수를 증가시키기 위하여 비활성영역(300)내 리드전극(44) 수를 증가시켜야 하는데, 이렇게 리드전극(44)의 갯수를 증가시킬 경우, 비활성영역의 폭이 증가하여야 하므로, 이로 인해 터치스크린(A')의 외곽 크기를 증가시켜야 하는 문제점이 있었다.
한편, 종래에는 터치스크린(A')의 크기가 증가함에 비례하여 위치좌표의 정 확도가 저하됨으로 인하여 터치스크린(A')의 크기를 무한정 증가시킬 수 없는 문제점이 있다.
즉, 디지털 정전 용량방식 터치스크린의 경우, 손가락과 위치감지용 센서 전극 사이에 존재하는 기생용량(Parasitic Capacitance)을 통해 흐르는 교류 신호를 이용하여 위치 좌표를 계산한다.
이때, 정확한 위치 좌표를 계산하기 위해서는 단위면적당 일정 수 이상의 위치 감지용 센서 전극이 필요하다.
첨부된 도 3a는 종래 소형 디지털 정전용량방식의 결합구조를 나타낸 II-II선 단면도이고, 도 3b는 상기 도 3a의 특성 곡선을 나타낸 도면이다.
소형 디지털 정전용량방식의 경우에는, 첨부된 도 3a에 도시된 바와 같이, 손가락과 신호를 교환하는 위치감지용 센서 전극(2,4)의 밀도가 충분하여 정확한 위치 좌표 계산이 가능하다.
이렇게 불연속적인 전극을 통해 얻어진 신호들을 이용하여 위치 좌표를 계산하기 위한 방법은, 도 3b에서와 같이 각 센서 전극별 신호를 정규분포 형태를 가지는 가우시안(Gausian) 곡선으로 나타낼 수가 있고, 이때 전극 사이에 신호 레벨이 존재하지 않는 영역에서 근사된 가우시안 함수 값을 이용하여 계산하여 최대의 값을 나타내는 지점을 터치된 위치 좌표로 지정할 수가 있게 된다.
따라서, 도 3b에서와 같이 가우시안 함수를 적용하기 위해서는 2~3개 이상의 복수의 전극 신호를 가져야 한다.
한편, 첨부된 도 4a는 대형 디지털 정전용량방식의 결합구조를 나타낸 II-II 선 단면도이고, 도 4b는 대형 디지털 정전용량방식의 전극별 신호 레벨을 나타낸 도면이다.
대형 디지털 정전용량방식의 경우라 하더라도 일반적으로 비활성영역의 폭이 대폭적으로 증가하는 것이 아니라, 소형 디지털 정전용량방식보다 소폭으로 증가하는 것에 그친다.
참고적으로 터치스크린의 비활성영역은 LCD의 전극설계마진 영역, 즉 비관찰 영역(Non-Viewing Area)과 거의 일치하게 설계하는데, LCD의 비관찰 영역의 폭은 장치의 크기에 관계없이 거의 일정하게 2 ~ 3mm 내에 있게 된다.
따라서, 대형이라 하더라도 리드전극(44)의 수는 비활성영역(300)의 폭에 영향을 받으므로, 실제적 화면영역(100)에 설치할 수 있는 위치 감지용 센서 전극(2,4)의 수는 소형의 방식에 비해 별로 증가되지 못하는 것이 현실이다.
따라서, 도 4a와 같이 대형 디지털 정전용량방식의 경우, 위치 감지용 센서 전극(2,4)간의 간격이 증가하고, 손가락과의 신호 전달이 일어나는 센서전극의 수가 소형에 비하여 감소하게 된다.
그러므로, 도 4b에서와 같이 위치감지를 계산하기 위한 신호의 수가 감소하게 되어, 정확한 정규분포 곡선인 가우시안 함수를 적용할 수가 없게 된다.
따라서, 대형의 경우 정확한 위치감지를 할 수가 없게 되므로, 디지털 정전용량방식의 경우 적용할 수 있는 장치의 크기에 제한이 따르게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 일정 폭을 갖는 비활성영역 내에 리드전극을 가능한 많게 설치할 수 있도록 함으로써 이에 종속되어 위치 감지용 센서 전극의 갯수도 증가시킬 수 있어, 장치가 대형일 경우에도 정밀한 위치감지가 수행될 수 있도록 한 정전용량방식 터치스크린 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적은,
화면영역과 비활성영역을 갖는 터치 스크린과;
상기 화면영역에 x-축 및 y-축 방향으로 설치된 다수의 x-축 및 y-축위치 감지용 센서 전극과;
상기 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극을 일정 갯수로 묶어 각 쌍마다 연결되고, 상기 비활성영역 내에 복수로 적층시켜 설치된 리드전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 적층된 리드전극은, 지그재그형태로 엇갈리게 적층된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 본 발명의 목적은,
터치스크린의 화면영역에 x-축 및 y-축 방향으로 다수의 x-축 및 y-축위치 감지용 센서 전극을 설치하는 1단계와;
상기 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극을 일정 갯수로 묶어 쌍으로 구분 하는 2단계와;
상기 구분된 쌍마다 리드전극을 연결하는 3단계와;
상기 쌍마다 연결된 리드전극을 터치스크린의 비활성영역 내에 복수로 적층시켜 설치하는 4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린의 제조방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 4단계는 리드전극을 지그재그형태로 엇갈리게 적층시키는 것을 특징으로 한다.
상기 적층된 리드전극 간에 존재하는 기생 용량에 의하여 발생하는 신호 간섭을 최대한 감소시키고자 각 리드전극층을 각각 순차적으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하기로 하며 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
첨부된 도 5는 본 발명에 따른 정전용량방식 터치스크린에 대한 도면, 도 6은 상기 도 5에서 A-A' 단면도, 도 7은 상기 도 5에서 B-B' 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정전용량방식 터치스크린은, 화면영역(100)과 비활성영역(300)을 갖는 터치스크린(A)과;
상기 화면영역(100)에 x-축 및 y-축 방향으로 설치된 다수의 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극(2,4)과;
상기 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극(2,4)을 일정 갯수로 묶어 각 쌍마다 연결되고, 상기 비활성영역(300) 내에 복수로 적층시켜 설치된 리드전극(44)으로 구성된다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 리드전극(44)이 3층의 구조로 된 적층구조이며, 인접하는 3개의 위치 감지용 센서 전극(A1,B1,C1)을 한쌍으로 묶어 한개의 리드전극(44a)에 배선하고, 3개의 위치 감지용 센서 전극(A2,B2,C2)을 한쌍으로 묶어 한개의 리드전극(44b)에 배선하고, 3개의 위치 감지용 센서 전극(A3,B3,C3)을 한쌍으로 묶어 한개의 리드전극(44c)에 배선하고, 3개의 위치 감지용 센서 전극(A4,B4,C4)을 한쌍으로 묶어 한개의 리드전극(44d)에 배선한다.
상기에서 한쌍을 구성하는 위치 감지용 센서 전극(2,4)의 쌍을 구성하는 갯수는 반드시 3개로만 제한되지 않으며, 필요에 따라 다양한 갯수로 변경실시할 수 있음은 당연하다.
한편, 쌍을 이룬 위치 감지용 센서 전극에는 도 6에 도시된 바와 같이, 기생용량(pc)이 존재하므로 동시에 구동할 때에는 교류 신호에 의하여 간섭이 일어나 정확한 좌표를 얻을 수가 없으므로 다수로 적층된 리드전극(44a~44d)은 층간 순차적 구동을 한다.
또한, 상기 적층된 리드전극(44a~44d)은 지그재그형태로 엇갈리게 적층됨이 바람직하다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 위치 감지용 센서 전극(A1)이 연결된 리드전 극(44a)과, 위치 감지용 센서 센서전극(A3)가 연결된 리드전극(44b)이 기판(1)의 상부에 형성되어 제 1리드전극층(441)을 형성한다.
상기 제 1리드전극층(441)의 상부에는, 위치 감지용 센서 전극(B1)이 연결된 리드전극(44a)과, 위치 감지용 센서 전극(B3)이 연결된 리드전극(44b)이 기판(1)의 상부에 형성되어 제 2리드전극층(442)을 형성한다.
상기 제 2리드전극층(442)의 상부에는, 위치 감지용 센서 전극(C1)이 연결된 리드전극(44a)과, 위치 감지용 센서 전극(C3)이 연결된 리드전극(44b)이 기판(1)의 상부에 형성되어 제 3리드전극층(443)을 형성한다.
여기서, 상기 제 1 내지 제 3리드전극층(441~443)의 리드전극(44a,44b)은 상호 지그재그형태로 배열되어 엇갈리게 형성된다.
본 발명은, 도 7에 도시된 바와 같이, 터치스크린(A)의 동일 평면상에 x-축 및 y-위치 감지용 센서 전극(2,4)이 형성된 것을 전제로 한다.
물론, 본 발명은 종래와 같이 상,하부에 형성된 위치 감지용 센서 전극(2,4)에 대해서도 적용 가능함을 밝혀둔다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 정전용량방식 터치스크린은 도 8에 도시된 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 정전용량방식 터치스크린의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 터치스크린(A)의 화면영역(100)에 x-축 및 y-축 방향으로 다수의 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극(2,4)을 설치하는 1단계(S1) 와; 상기 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극(2,4)을 일정 갯수로 묶어 쌍으로 구분하는 2단계(S2)와; 상기 구분된 쌍마다 리드전극(44)을 연결하는 3단계(S3)와; 상기 쌍마다 연결된 리드전극(44)을 터치스크린(A)의 비활성영역(300) 내에 복수로 적층시켜 설치하는 4단계(S4)로 구성된다.
상기 4단계(S4)는 리드전극(44)을 지그재그형태로 엇갈리게 적층시킨다.
상기 적층된 리드전극(44) 간에 존재하는 기생 용량에 의하여 발생하는 신호 간섭을 최대한 감소시키고자 각 리드전극(44)층을 각각 순차적으로 구동시킨다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명이 적용되는 위치 감지용 센서 전극의 설계과정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극(2,4)을 기판(1)상의 동일 평면상에 형성시키고, y-축 위치 감지용 센서 전극(4)은 y-축 방향의 리드전극(44)으로 연결한다.
도 9b에 도시된 바와 같이, x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극(2,4)들을 연결하는 x-축 및 y-축 방향의 리드전극(22,44)들이 교차하는 부위에 절연막(5)을 형성시킨다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 절연막(5)상에 x-축 방향의 리드전극(22)을 형성시킴으로써, 터치스크린(A)의 동일 평면상에 x-축 및 y-위치 감지용 센서 전극(2,4)과, x-축 및 y-축 방향의 리드전극(22,44)을 형성시킬 수 있게 된다.
도 10은 리드전극(44)의 적층구조에 따른 신호 구동을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 총 12채널의 디지털 정전 신호를 3층의 적재 배 선의 구동방식에 대한 구성을 나타낸다.
3층 적층 방식의 배선시 각 층은 4개의 시그널(S1~S4)을 발생할 수 있게 되는데, 각 채널에는 관련 필터/증폭기(F/A)가 1조씩 있으며, 4개의 신호단위로 각 층별로 순차적으로 신호를 처리하게 된다.
어떤 한 층의 신호들이 선택되어 처리될 때, 사용되지 않는 층들은 전기적으로 플로팅(Floating) 상태에 놓이게 되어 선택된 층과의 전기적 간섭은 없게 된다.
또한, 각 리드전극층(441~443)이 직접적으로 적층되지 않고, 엇갈려서 지그재그 형태로 적층되는 구조로 되어 있어서 기생용량(PC)의 영향을 최소로 감소시킬 수 있게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 크기가 한정되어 있는 비활성영역 내에 적층구조에 의해 다수의 리드전극을 형성할 수 있고, 이에 따라 각 리드전극에 연결된 위치 감지용 센서 전극의 갯수로 증가시킬 수 있으므로, 대형의 터치스크린에 적용시 많은 수의 위치 감지용 센서 전극의 설치가 가능하고, 이로 인해 작동의 정확성과 신뢰성의 월등히 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 화면영역과 비활성영역을 갖는 터치 스크린과;
    상기 화면영역에 x-축 및 y-축 방향으로 설치된 다수의 x-축 및 y-축위치 감지용 센서 전극과;
    상기 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극을 일정 갯수로 묶어 각 쌍마다 연결되고, 상기 비활성영역 내에 복수로 적층시켜 설치된 리드전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층된 리드전극은, 지그재그형태로 엇갈리게 적층된 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린.
  3. 터치스크린의 화면영역에 x-축 및 y-축 방향으로 다수의 x-축 및 y-축위치 감지용 센서 전극을 설치하는 1단계와;
    상기 x-축 및 y-축 위치 감지용 센서 전극을 일정 갯수로 묶어 쌍으로 구분하는 2단계와;
    상기 구분된 쌍마다 리드전극을 연결하는 3단계와;
    상기 쌍마다 연결된 리드전극을 터치스크린의 비활성영역 내에 복수로 적층시켜 설치하는 4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치 스크린의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 4단계는 리드전극을 지그재그형태로 엇갈리게 적층시키는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 적층된 리드전극 간에 존재하는 기생 용량에 의하여 발생하는 신호 간섭을 최대한 감소시키고자 각 리드전극층을 각각 순차적으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린의 제조방법.
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