KR20090087351A - Fabrication of touchscreen based on tactile sensor attached to display and recognition algorithm thereof - Google Patents

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Abstract

A display-integrated touch screen having a tactile sensor and a recognition algorithm realizing method thereof are provided to measure not only the contact position but also the contact force through the combination of signals obtained from a plurality of tactile sensors. A plurality of tactile sensors(30) are arranged between a lower substrate and a display(20). From the electric capacity or contact resistance generated from the tactile sensors, a display-combined touch screen detects the contact position, contact force and multi-touch. The tactile sensors are arranged in the matrix form of a plurality of rows and columns.

Description

촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린 및 이의 인식 알고리즘 구현 방법{Fabrication of touchscreen based on tactile sensor attached to display and recognition algorithm thereof}Display integrated touch screen with tactile sensor and method for implementing recognition algorithm thereof {Fabrication of touchscreen based on tactile sensor attached to display and recognition algorithm}

본 발명은 박판 각 종 디스플레이 하부에 촉각센서를 설치하여 화면의 커서 방향 및 회전을 자유롭게 할 수 있는 마우스 기능은 물론, 터치되는 힘의 크기나 속도에 따라 입력되는 문자의 굴기나 서체 또는 색깔을 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 슬림화가 가능한 모바일 기기의 인터페이스 장치로 적용할 수 있는 촉각센서를 이용한 디스플레이 일체형 터치스크린 및 이의 인식 알고리즘 구현 방법에 관한 것이다. The present invention, by installing a tactile sensor on the bottom of each of the various types of thin display, the mouse function to freely move the direction and rotation of the cursor of the screen, as well as change the rolling, typeface or color of the input character according to the size or speed of the touch force In addition, the present invention relates to a display integrated touch screen using a tactile sensor that can be applied as an interface device of a mobile device capable of slimming, and a method of implementing a recognition algorithm thereof.

즉, 박판 형태의 디스플레이(LCD, OLED, 전자종이 등) 수단의 하부에 매트릭스 형태 또는 디스플레이 테두리에 촉각센서를 설치하여 화면의 커서를 X, Y 방향 및 회전을 자유롭게 할 수 있는 마우스 기능은 물론, 터치되는 힘의 크기나 속도에 따라 입력되는 문자의 굴기나 서체 또는 색깔을 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 슬림화가 가능한 모바일 기기의 인터페이스 장치로 적용할 수 있는 촉각센서를 이용한 터치스크린 및 이의 인식 알고리즘 구현 방법에 관한 것이다. In other words, by installing a tactile sensor in the form of a matrix or a display at the bottom of the thin-film display (LCD, OLED, electronic paper, etc.) means, the mouse function to freely move the screen cursor in the X, Y direction and rotation, Touch screen using a tactile sensor that can be used as an interface device of a mobile device that can not only change the type, color, or color of input characters according to the size or speed of the touched force, but also implements a recognition algorithm thereof It is about.

일반적으로 터치스크린의 경우 디스플레이 LCD 상부에 장착되어 접촉위치를 인식하는 방식으로 사용된다. 또한 최근에는 새로운 디스플레이인 OLED, 전자종이에 사용하는 터치스크린도 디스플레이 상부에 장착되어 접촉위치를 감지하는 방법을 채택하고 있다. 이 방식은 디스플레이 표면을 보호한다는 측면에서 장점을 가지고 있으나 일반적으로 두께가 커짐에 따라 슬림화 추세에 있는 입력장치와는 상충한다. 또한 선명도 측면에서도 디스플레이 위에 터치스크린이 있기 때문에 떨어지는 단점을 가지고 있다. 따라서 슬림화 되고 있는 디스플레이와 더불어 터치스크린 방식의 입력장치는 디스플레이 상부가 아닌 하부에 장착되는 것이 바람직하다. In general, the touch screen is mounted on the display LCD to recognize the contact position. Recently, touch screens used for new displays, OLED and electronic paper, are also mounted on the top of the display to adopt a method of sensing contact position. This approach has advantages in terms of protecting the display surface, but generally conflicts with input devices that are becoming slimmer as their thickness increases. In addition, in terms of sharpness, the touch screen on the display has a disadvantage of falling. Therefore, in addition to the slim display, the touch screen type input device is preferably mounted at the bottom of the display rather than at the top.

기존 터치스크린의 서로 다른 일예를 도 8내지 도 10에 도시하였다. 8 to 10 illustrate different examples of existing touch screens.

도 8은 정전용량 방식의 기존 터치스크린으로서, 필름, 플라스틱 또는 유리로 만들어진 기판(110)과, 기판위에 증착된 투명전극(ITO Metal Layer)(120)과, 투명전극(120)의 위에 적층된 절연층(130)으로 구성되며, 투명전극(12) 위에 형성된 절연층(13)에 펜 또는 손가락이 접촉되면, 투명전극(120) 위에 X, Y 검출용 신호가 인가된 상태가 되고, 이에 따라 변화되는 정전용량의 크기를 계산하여 위치를 검출하는 방식이다.FIG. 8 illustrates a conventional capacitive touch screen including a substrate 110 made of film, plastic, or glass, an ITO metal layer 120 deposited on the substrate, and a transparent electrode 120 stacked thereon. When the pen or the finger contacts the insulating layer 13 formed on the insulating layer 130 and is formed on the transparent electrode 12, X and Y detection signals are applied to the transparent electrode 120. The position is detected by calculating the magnitude of the changed capacitance.

도 9은 저항 방식의 기존 터치스크린으로서, 필름, 플라스틱 또는 유리로 구성된 상부기판(210)과 하부기판(210')과, 상부기판(210)의 저면과 하부기판(210')의 상면에 각각 적층된 투명전극(220, 220')들과, 상기 투명전극(220, 220')들 사이에 투명전극(220, 220')들이 서로 이격되게 설치된 도트 스페이서(Dot Spacer)(230)로 구성되어 있으며, 도트 스페이서(230)를 사이에 두고 설치된 투명 전극(220, 220')들 위에 위치 검출을 위한 전기 신호를 인가하고, 손가락 또는 펜에 의해 상부기판(210)을 눌렀을 때 투명전극(220)이 하부기판(210') 위의 투명전극(220')과 접촉되었을 때 하부 투명전극(220')에서 전기적 신호를 검출한다. 이때 검출된 전기적 신호의 크기를 이용하여 위치를 결정하게 된다.FIG. 9 is a resistive touch screen, and includes an upper substrate 210 and a lower substrate 210 'made of film, plastic, or glass, and a bottom surface of the upper substrate 210 and an upper surface of the lower substrate 210', respectively. The stacked transparent electrodes 220 and 220 'and the transparent electrodes 220 and 220' are disposed between the transparent electrodes 220 and 220 'to be spaced apart from each other. In addition, when the electric signal for position detection is applied to the transparent electrodes 220 and 220 'provided with the dot spacer 230 therebetween, the transparent electrode 220 is pressed when the upper substrate 210 is pressed by a finger or a pen. The electrical signal is detected by the lower transparent electrode 220 'when the transparent electrode 220' is contacted on the lower substrate 210 '. At this time, the position is determined using the magnitude of the detected electrical signal.

도 10는 매트릭스 형태로 투명전극 ITO를 사용한 정전 용량방식의 터치스크린으로서, 상기의 정전용량 방식이나 저항 방식의 터치스크린의 단점 즉, 모바일 폰이나, 각종 모니터에 사용할 경우, 터치된 하나의 위치 정보만을 감지할 수 있어 두 지점 이상이 동시에 접촉되었을 때에는 위치 정보를 감지할 수 없는 단점을 보완하여 개발된 것이다. 10 is a capacitive touch screen using a transparent electrode ITO in a matrix form, the disadvantage of the capacitive or resistive touch screen, that is, when used in a mobile phone or various monitors, the touched position information It was developed to compensate for the disadvantage of not being able to detect location information when two or more points are touched at the same time.

그러나, 이러한 매르릭스 방식의 경우에도 단위센서는 접촉 여부에 따라 정전 용량과 관련된 신호가 변할 뿐 힘의 변화량은 감지할 수 없으므로 접촉 여부의 감지만을 인식하여 ON/OFF 스위치로 이용되고 있어서 다양한 정보의 입력이 어려웠다. However, in the case of the Marlix method, the unit sensor changes the signal related to the capacitance depending on the contact, but cannot detect the amount of change in force. Therefore, the unit sensor recognizes only the contact and is used as the ON / OFF switch. The input was difficult.

즉, 이러한 터치스크린은 디스플레이 상부에 부착되기 때문에 두께를 키울 뿐만 아니라 선명도를 떨어뜨리는 단점을 가지고 있다. 따라서 접촉위치를 인식하는 터치스크린을 디스플레이 LCD, OLED, 전자종이 하부에 장착하는 것이 필요하다. 그러나 기존 터치스크린을 디스플레이 하부에 장착할 경우 힘이 전달이 쉽지 않으므로 디스플레이에 접촉된 지점을 찾기는 쉽지 않다. 따라서 박판 형태의 디스플레이에 전달된 힘을 인식하여 접촉위치와 접촉력을 감지하는 촉각센서 방식의 터치스크린이 필요하다. 또한 향후 플렉스블 디스플레이가 대중화될 경우 내구성이 우수 한 촉각센서 방식의 터치스크린은 매우 유용하다. 도 12에서처럼 투명전극 ITO를 사용하여 매트릭스 형태로 터치스크린을 만들고 플렉스블 디스플레이 하부에 부착할 경우 디스플레이 유연성 때문에 ITO 투명전극이 깨지는 문제가 있다. 그러나 매트릭스 형태의 촉각센서 터치스크린은 내구성이 우수하기 때문에 접촉위치와 접촉력을 정확하게 인지할 있는 장점을 가진다.That is, since the touch screen is attached to the upper portion of the display, it has a disadvantage of increasing the thickness and reducing the sharpness. Therefore, it is necessary to mount a touch screen that recognizes the contact position under the display LCD, OLED, and electronic paper. However, when the existing touch screen is mounted at the bottom of the display, it is not easy to find the point where the touch is touched because the force is not easily transmitted. Therefore, there is a need for a tactile sensor type touch screen that detects the contact position and the contact force by recognizing the force transmitted to the thin-film display. In addition, when the flexible display is popularized, a tactile sensor type touch screen with excellent durability is very useful. As shown in FIG. 12, when the touch screen is formed in a matrix form using the transparent electrode ITO and attached to the lower portion of the flexible display, the ITO transparent electrode is broken due to display flexibility. However, since the tactile sensor touch screen of the matrix type has excellent durability, the touch position and the contact force can be accurately recognized.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로써, 촉각센서를 디스플레이 하부에 장착하여 기존 방식에 비해 두께가 슬림화된 터치스크린을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been developed to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a touch screen thinner than the conventional method by mounting the tactile sensor on the lower portion of the display.

또한, 접촉에 의한 위치를 인식할 수 있음은 물론 힘의 변화를 나타낼 수 있으며, 이러한 힘의 변화를 통해 입력되는 문자나 모형의 굵기나 선명도를 조절할 수 있고, 선명도를 향상하는 터치스크린을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, it is possible to recognize the position due to contact as well as to show the change in force, and through the change of the force to adjust the thickness or sharpness of the input character or model, and to provide a touch screen to improve the sharpness For the purpose of

위와 같은 목적을 이루기 위한 터치스크린은 디스플레이 하부에 다수의 촉각센서를 배열하여 상기 촉각센서들에서 발생되는 정전용량 또는 접촉저항으로부터 접촉위치 및 접촉력 그리고 멀티터치를 감지하도록 구성하되, 상기 촉각센서는 다수의 횡과 열로 배열되는 매트릭스 형태와 디스플레이 하부 테두리에 위치하는 형 태를 특징으로 한다.The touch screen for achieving the above object is configured to arrange a plurality of tactile sensors in the lower portion of the display to detect the contact position and the contact force and the multi-touch from the capacitance or contact resistance generated by the tactile sensors, the tactile sensor is a plurality It is characterized by the matrix form arranged horizontally and horizontally and positioned at the lower edge of the display.

상기와 같이 구성된 촉각센서를 이용한 터치스크린의 위치인식 알고리즘 구현 방법은 어느 한 기준점(O)을 중심으로 하는 각 촉각센서에 작용하는 총 힘의 반력(

Figure 112008010477731-PAT00004
)과, 기준점(O)에서의 총 힘의 모멘트()로부터 상응하는 터치되는 부분의 위치(
Figure 112008010477731-PAT00005
)와 힘의 크기(
Figure 112008010477731-PAT00006
)에 관한 터치 정보를 입력하는 것을 특징으로 한다. The method of implementing the position recognition algorithm of the touch screen using the tactile sensor configured as described above is the reaction force of the total force acting on each tactile sensor centered on one reference point (O).
Figure 112008010477731-PAT00004
) And the position of the corresponding touched part from the moment of total force at the reference point O
Figure 112008010477731-PAT00005
) And the magnitude of the force (
Figure 112008010477731-PAT00006
Inputting touch information regarding

본 발명은 디스플레이 하부에 다수의 촉각센서를 설치하고 각 촉각센서로부터 얻어진 신호의 조합에 의해 접촉 위치뿐만 아니라 접촉력을 동시에 측정하도록 함으로써, 다양한 정보 입력이 가능하도록 할 수 있는 효과가 있다. 즉, 접촉되는 위치는 물론 접촉되는 힘의 강도에 따라 입력되는 숫자나 문양의 선명도가 강도 또는 굵기를 자유롭게 조절할 수 있게 한 효과가 있다.According to the present invention, a plurality of tactile sensors are installed in the lower part of the display and the contact force as well as the contact position are simultaneously measured by a combination of signals obtained from each tactile sensor, thereby enabling various information inputs. That is, the sharpness of the number or pattern input according to the contact position as well as the strength of the contact force is effective to freely adjust the strength or thickness.

또한 촉각센서의 힘분포를 시간에 따라 모니터링 함으로서 멀티터치 인식 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다. In addition, by monitoring the force distribution of the tactile sensor over time, it is possible to provide a multi-touch recognition function.

더욱이, 기존의 디스플레이 수단의 하부에 다수의 촉각센서를 설치하여 구성함으로서 슬림화 및 선명도를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다. Furthermore, by installing a plurality of tactile sensors in the lower portion of the existing display means, there is an effect of improving slimming and sharpness.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.The invention will become more apparent through the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 촉각센서를 이용한 터치스크린의 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 촉각센서를 이용한 터치스크린의 일예를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 촉각센서를 이용한 터치스크린의 측단면도이고, 도 4a내지 도 4e는 본 발명에 따른 촉각센서를 이용한 터치스크린을 구성하는 촉각센서의 일예를 제조 과정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 5a내지 도 5e는 본 발명에 따른 촉각센서를 이용한 터치스크린을 구성하는 촉각센서의 다른 일예를 제조 과정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 촉각센서를 이용한 터치스크린의 터치입력을 처리하기 위한 알고리즘 구현 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 1 is a conceptual diagram of a touch screen using a tactile sensor according to the present invention, Figure 2 is a perspective view showing an example of a touch screen using a tactile sensor according to the present invention, Figure 3 is using a tactile sensor shown in Figure 2 4A to 4E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an example of the tactile sensor constituting the touch screen using the tactile sensor according to the present invention, and FIGS. 5A to 5E are according to the present invention. Another example of a tactile sensor constituting a touch screen using a tactile sensor is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process, and FIG. 6 illustrates an algorithm implementation method for processing a touch input of a touch screen using a tactile sensor according to the present invention. This is a graph.

상기하고 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 촉각센서를 이용한 터치스크린은 종횡으로 촉각센서(30)를 설치하여 구성되어 있으며, 접촉 부분으로부터 각 촉각센서(30) 사이의 거리와 접촉 부분에 가해지는 힘에 의해 각 촉각센서(30)의 반력으로부터 접촉 부분의 위치와 접촉력을 감지할 수 있게 한 것이 특징이다. As described above and shown, the touch screen using the tactile sensor according to the present invention is configured by installing the tactile sensor 30 in the vertical and horizontal direction, and the force applied to the distance and the contact portion between each tactile sensor 30 from the contact portion. It is characterized in that the position and the contact force of the contact portion can be detected from the reaction force of each tactile sensor 30 by.

도 1에 도시한 바와 같이, 촉각센서가 LCD 같은 디스플레이 주변에 분포했을 때 본 발명의 터치스크린의 접촉 부분 식별 알고리즘 구현 방법은 다음과 같다. As shown in FIG. 1, when a tactile sensor is distributed around a display such as an LCD, a method of implementing a contact portion identification algorithm of a touch screen according to the present invention is as follows.

어느 한 기준점(O)을 중심으로 하는 각 촉각센서(30)에 작용하는 총 힘의 반력(

Figure 112008010477731-PAT00007
)과, 기준점(O)에서의 총 힘의 모멘트()로부터 터치되는 부분의 위치(
Figure 112008010477731-PAT00008
)와 힘의 크기(
Figure 112008010477731-PAT00009
)에 관한 터치 정보를 입력한다. Reaction force of the total force acting on each tactile sensor 30 centering on one reference point O (
Figure 112008010477731-PAT00007
) And the position of the part touched from the moment of total force at the reference point O
Figure 112008010477731-PAT00008
) And the magnitude of the force (
Figure 112008010477731-PAT00009
Input touch information about).

상기 접촉 부분의 힘의 크기(

Figure 112008010477731-PAT00010
)는 상기 총 힘의 반력(
Figure 112008010477731-PAT00011
)과 같고, 상기 접촉 부분의 위치(
Figure 112008010477731-PAT00012
)는 총 힘의 모멘트()를 접촉 부분의 힘의 크기(
Figure 112008010477731-PAT00013
)로 나눈 값으로부터 구해지며, 상기 총 힘의 모멘트()는 기준점(O)과 각 촉각센서(30)들 사이의 반력의 합으로부터 구해진다. Magnitude of force of the contact portion (
Figure 112008010477731-PAT00010
) Is the reaction force of the total force (
Figure 112008010477731-PAT00011
, The position of the contact portion (
Figure 112008010477731-PAT00012
) Is the total moment of force ()
Figure 112008010477731-PAT00013
Is obtained from the sum of reaction forces between the reference point (O) and the respective tactile sensors (30).

즉, 상기 총 힘의 반력(

Figure 112008010477731-PAT00014
)는That is, the reaction force of the total force (
Figure 112008010477731-PAT00014
)

수식

Figure 112008010477731-PAT00015
에 의해 구해지고, Equation
Figure 112008010477731-PAT00015
Saved by

상기 접촉 부분의 위치(

Figure 112008010477731-PAT00016
)는 Position of the contact portion (
Figure 112008010477731-PAT00016
)

수식 Equation

로부터 구해진다. Obtained from

이하, 이러한 본 발명의 촉각센서를 이용한 터치스크린의 구조부터 상세하게 설명한다. Hereinafter, the structure of the touch screen using the tactile sensor of the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 터치스크린은 위의 종래 기술에서 설명한 터치스크린과 동일 유사한 구조를 갖으나, 종래의 터치스크린과는 달리 촉각센서(30)가 디스플레이(20) 저면에 다수의 횡과 열로 배치되어 있거나 디스플레이 테두리에 배치되어 있다. The touch screen according to the present invention has a structure similar to that of the touch screen described in the related art, but unlike the conventional touch screen, the tactile sensor 30 is disposed in a plurality of horizontal and rows on the bottom of the display 20 or It is placed on the display border.

즉, 본 발명에 따른 터치스크린은 하부기판(10)과 디스플레이(20) 사이에 다수의 촉각센서(30)를 설치하되, 상기 촉각센서(30)는 매트릭스 형태 또는 디스플레이(20) 테두리에 배열되어 있다. That is, the touch screen according to the present invention is provided with a plurality of tactile sensors 30 between the lower substrate 10 and the display 20, the tactile sensor 30 is arranged in the form of a matrix or the display 20 have.

더욱이, 상기 디스플레이(20)는 기존의 박판 형태의 LCD 같은 디스플레이 수단으로 대신함으로서 표면을 접촉함에 의해 정보를 입출력 시킬 수 있게 구성하였다. In addition, the display 20 is configured to input and output information by contacting the surface by replacing with a display means such as a conventional thin LCD.

상기 디스플레이(20)는 LCD, OLED, 전자종이, 플렉시블 디스플레이를 포함하는 디스플레이 수단 중 어느 하나가 될 수 있다. The display 20 may be any one of display means including an LCD, an OLED, an electronic paper, and a flexible display.

상기 촉각센서(30)는 도 7에 도시한 바와 같이 서로 종횡으로 겹쳐져 격자 형태 또는 디스플레이(20) 주변 테두리로 구성될 수 있다. As shown in FIG. 7, the tactile sensor 30 may be vertically overlapped with each other to form a lattice form or a border around the display 20.

상기 촉각센서(30)들은 그 표면을 접촉함에 의해 발생되는 정전용량 또는 접촉저항으로부터 접촉위치 및 접촉력을 감지하는 수단이다. The tactile sensors 30 are means for detecting the contact position and the contact force from the capacitance or the contact resistance generated by contacting the surface.

상기 촉각센서(30)는 정전용량방식과 저항방식으로 구성될 수 있다. The tactile sensor 30 may be configured in a capacitive manner and a resistive manner.

정전용량방식으로 구성할 경우에는 도 4a내지 도 4e에 도시한 바와 같은 과정에 의해 만들어지고, 구조는 다음과 같이 구성되어 있다. In the case of the electrostatic capacitance method, the process is made by the process shown in Figs. 4A to 4E, and the structure is constructed as follows.

즉, 정전용량 방식의 촉각센서(30)는 두 개의 얇은 필름(31, 32)과 ; 상기 필름(31, 32)의 일측 면에 적층된 전극패턴(31a, 32a)과 ; 상기 필름(31, 32)들 사이에 설치되어 필름(31, 32) 사이의 거리를 유지되게 하는 스페이서(33)로 구성된다. That is, the capacitive tactile sensor 30 includes two thin films 31 and 32; Electrode patterns 31a and 32a stacked on one side of the films 31 and 32; It is composed of a spacer 33 provided between the films 31, 32 to maintain the distance between the films 31, 32.

상기와 같이 구성된 정전용량방식의 촉각센서(30)를 구성하는 두 개의 필름(31, 32)은 폴리이미드 필름 또는 폴리에스터 필름 등으로 만들어질 수 있으며, 별도의 필름(31, 32)을 사용하지 않고 상, 하부기판(20, 10)에 전극을 형성하거나, 저항을 형성하여 바로 사용할 수도 있다. The two films 31 and 32 constituting the capacitive tactile sensor 30 configured as described above may be made of polyimide film or polyester film, and do not use separate films 31 and 32. The electrodes may be formed on the upper and lower substrates 20 and 10 or a resistor may be used immediately.

상기 전극패턴(31a, 32a)은 금속인 구리, 금 또는 탄소나노튜브(CNT : Carbon Nanotube) 중 어느 하나로 만들어질 수 있으나, 바람직하게는 구리로 이루어진다. The electrode patterns 31a and 32a may be made of any one of metal, copper, gold, or carbon nanotubes (CNT), but preferably copper.

상기 스페이서(33)는 두 필름(31, 32) 사이의 거리를 유지하게 하기 위한 구조물로서 절연성을 갖는 재질로 만들어진다. The spacer 33 is made of an insulating material as a structure for maintaining the distance between the two films 31 and 32.

상기 전극패턴(31a, 32a)는 서로 대향되는 위치에 형성되기는 하지만 서로 접촉되지 않도록 도 4e에 도시한 바와 같이 필름(31)에 의해 격리되어 있다. The electrode patterns 31a and 32a are formed at positions facing each other, but are separated by the film 31 as shown in FIG. 4E so as not to contact each other.

다른 하나의 촉각센서(30)는 도 5a내지 도 5e에 도시한 바와 같이 구성된 저항 방식의 촉각센서이다. The other tactile sensor 30 is a resistive tactile sensor configured as shown in FIGS. 5A to 5E.

저항방식의 촉각센서(30)는 두 개의 두 개의 얇은 필름(31', 32')과 ; 상기 필름(31'. 32')의 서로 대향되는 면에 적층된 전극패턴(31a', 32a')과 ; 상기 필름(31', 32')들 사이에 설치되어 필름(31', 32') 사이의 거리를 유지되게 하는 스페이서(33')와 ; 상기 전극패턴(31a', 32a',)에 설치되어 서로 접촉됨에 의해 발생되는 접촉저항이 달라지는 두 개의 저항패턴(31b', 32b')으로 구성된다.  The resistance type tactile sensor 30 includes two two thin films 31 'and 32'; Electrode patterns 31a 'and 32a' stacked on opposite surfaces of the films 31 'and 32'; A spacer 33 'installed between the films 31' and 32 'to maintain a distance between the films 31' and 32 '; It is composed of two resistance patterns (31b ', 32b') which are provided in the electrode patterns (31a ', 32a',) and the contact resistance generated by contact with each other is different.

이러한 저항 방식의 촉각센서(30)를 구성하는 필름(31', 32')과 전극패턴(31a', 32a')은 상기한 정전용량방식의 촉각센서(30)를 구성하는 필름(31, 32) 및 전극패턴(31a, 32a)과 동일한 재질로 만들어지며, 상기 저항패턴(31b', 32b')은 니켈 크롬(Ni-Cr) 또는 탄소층 그리고 감압잉크로 만들어진다. The films 31 'and 32' constituting the resistive tactile sensor 30 and the electrode patterns 31a 'and 32a' are films 31 and 32 constituting the capacitive tactile sensor 30. And the electrode patterns 31a and 32a, and the resistance patterns 31b 'and 32b' are made of nickel chromium (Ni-Cr) or a carbon layer and a reduced pressure ink.

상기와 같이 구성된 터치스크린에 있어서 촉각센서를 구성하는 과정을 약술하면 아래와 같다. The process of configuring the tactile sensor in the touch screen configured as described above is as follows.

두 개의 얇은 필름(31, 32)의 일측 면에 전극패턴(31a, 32a)을 증착하는 단계와, 전극패턴(31a, 32a)이 형성된 두 개의 필름(31, 32) 사이에 스페이서(33)를 설치하고 두 필름(31, 32)를 서로 접착시키는 단계를 포함하여 이루어진다. Depositing electrode patterns 31a and 32a on one side of the two thin films 31 and 32, and forming a spacer 33 between the two films 31 and 32 on which the electrode patterns 31a and 32a are formed. Installation and bonding the two films 31, 32 to each other.

상기 전극패턴(31a, 32a)을 형성하는 단계는 스퍼터링 방식이 이용될 수 있으며, 금속인 구리, 금 또는 탄소나노튜브(CNT : Carbon Nanotube) 중 어느 하나로 만들어질 수 있으나, 바람직하게는 구리로 이루어진다. Sputtering may be used to form the electrode patterns 31a and 32a. The electrode patterns 31a and 32a may be made of copper, gold, or carbon nanotubes (CNT), but preferably copper. .

이렇게 필름(31, 32)에 형성된 전극패턴(31a, 32a)은 도 4e에 도시한 바와 같이, 각 필름(31, 32)의 상면에 형성되어 있어 위층의 필름(31)에 의해 두 전극패턴(31a, 32a)이 격리되어 서로 접촉되지 않게 구성되어 있다. Thus, the electrode patterns 31a and 32a formed on the films 31 and 32 are formed on the upper surfaces of the films 31 and 32, as shown in FIG. 4E. 31a and 32a are isolated and are not in contact with each other.

이렇게 만들어진 촉각센서(30)는 상기 상, 하부기판(20, 10) 사이의 가장자리에 배열된 상태로 두 기판(10, 20) 사이에 설치된다. The tactile sensor 30 thus made is installed between the two substrates 10 and 20 in a state arranged at the edge between the upper and lower substrates 20 and 10.

물론, 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 촉각센서(30)를 구성하는 필름(31, 32)은 상, 하부기판(20, 10)으로 대체할 경우에는 두 기판(10, 20)에 직접 전극패턴(31a, 32a)을 형성하게 된다. Of course, as described above, when the film 31, 32 constituting the tactile sensor 30 is replaced by the upper and lower substrates 20, 10, the electrode patterns (2) directly on the two substrates (10, 20) 31a, 32a).

위에서는 정전용량성 촉각센서에 대하여 설명하였고, 이하에서는 저항 방식의 촉각센서를 제조하는 과정에 대하여 설명한다. The capacitive tactile sensor has been described above. Hereinafter, a process of manufacturing the resistive tactile sensor will be described.

저항 방식의 촉각센서를 제조하는 방법은 전체적으로 정전용량 방식의 촉각센서와 유사하다. 다만, 저항패턴(31b', 32b')을 형성하는 과정이 더 수행되며, 이 저항패턴(31b', 32b')은 두 개의 얇은 필름(31', 32')의 서로 대향되는 면에 형성된 전극패턴(31a', 32a')에 형성된다. The manufacturing method of the resistive tactile sensor is generally similar to the capacitive tactile sensor. However, a process of forming the resistance patterns 31b 'and 32b' is further performed, and the resistance patterns 31b 'and 32b' are formed on the surfaces of the two thin films 31 'and 32' facing each other. It is formed in the patterns 31a 'and 32a'.

또한, 상기 전극패턴(31a', 32a')과 저항패턴(31b', 32b')은 두 필름(31', 32')의 서로 대향되는 면에 형성되어 필름(31')이 변형되었을 때 두 저항패턴(31b', 32b') 사이의 거리가 변화될 수 있게 구성하였다. In addition, the electrode patterns 31a 'and 32a' and the resistance patterns 31b 'and 32b' are formed on opposite surfaces of the two films 31 'and 32' so that when the film 31 'is deformed. The distance between the resistance patterns 31b 'and 32b' can be changed.

상기와 같이 구성된 터치스크린은 위에서 간략하게 설명한 바와 같이 접촉 부분으로부터 각 촉각센서(30) 사이의 거리와 접촉 부분에 가해지는 힘에 의해 각 촉각센서(30)의 반력으로부터 접촉 부분의 위치와 접촉력을 감지하게 된다. As described above, the touch screen configured as described above has a position between the contact portion and the contact force from the reaction force of each tactile sensor 30 by the force applied to the contact portion and the distance between the tactile sensor 30 from the contact portion. Will be detected.

일반적으로 LCD, OLED, 전자종이 같은 박막형 디스플레이(20)는 강성을 가지고 있기 때문에 터치스크린을 구현하기 위해서는 촉각센서를 디스플레이(20) 테두리에 위치하는 것이 바람직하다. 한편 강성이 작은 디스플레이(20)일 경우 도 9와 같이 매트릭스 형태의 촉각센서를 하부에 배치하는 것이 바람직하다. 따라서 향후 대두될 플렉스블 디스플레이에서 터치스크린을 구현하기 위해서는 매트릭스 형태인 촉각센서가 요구된다.In general, since the thin film type display 20 such as LCD, OLED, and electronic paper has rigidity, in order to realize a touch screen, the tactile sensor is preferably located at the edge of the display 20. On the other hand, in the case of the display 20 having a small rigidity, it is preferable to arrange the tactile sensor in a matrix form as shown in FIG. 9. Therefore, in order to implement a touch screen in a future flexible display, a tactile sensor in a matrix form is required.

도 6에는 터치스크린의 터치입력을 처리하기 위한 알고리즘 구현 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 6 is a graph illustrating an algorithm implementation method for processing a touch input of a touch screen.

도시한 바와 같이, 상하 좌우에 각각 촉각센서가 설치되어 있으며, 기준점(O)은 네 촉각센서의 중심부분에 위치한다. As shown, the tactile sensor is installed on each of the top, bottom, left and right, and the reference point O is located at the center of the four tactile sensors.

이렇게 구성된 터치스크린의 터치입력을 처리하기 위한 과정에서 In the process of processing the touch input of the touch screen configured as described above

총 힘의 반력(

Figure 112008010477731-PAT00017
)은 Reaction force of total force
Figure 112008010477731-PAT00017
)silver

Figure 112008010477731-PAT00018
Figure 112008010477731-PAT00018

이고, ego,

기준점(O)에서의 총 힘의 모멘트(

Figure 112008010477731-PAT00019
)는Total moment of force at reference point (O)
Figure 112008010477731-PAT00019
)

이며,  ,

총 반력이 작용하는 지점(

Figure 112008010477731-PAT00020
)은 The point at which total reaction force acts (
Figure 112008010477731-PAT00020
)silver

이다. to be.

위의 수식으로부터 총 반력이 작용하는 지점의 위치를 구할 수 있다. From the above equation, we can find the position of the point where the total reaction force acts.

위의 수식으로부터 구해진 총 힘의 크기(P)는 The total force magnitude P obtained from the above equation is

Figure 112008010477731-PAT00021
이고,
Figure 112008010477731-PAT00021
ego,

총 반력이 작용하는 지점의 위치의 x좌표는The x coordinate of the position where the total reaction force is acting

Figure 112008010477731-PAT00022
Figure 112008010477731-PAT00022

y좌표는 y coordinate

Figure 112008010477731-PAT00023
Figure 112008010477731-PAT00023

이다.to be.

상기한 바와 같이 디스플레이(20) 하부에 배치된 촉각센서로부터 접촉 부분의 위치와 접촉 부분에 가해지는 힘의 크기를 모두 알 수 있으며, 이러한 정보를 이용하여 스크린에 표시되는 문자나 도형의 굵기나 농도 등을 조절할 수 있게 된다. As described above, both the position of the contact portion and the magnitude of the force applied to the contact portion can be known from the tactile sensor disposed under the display 20, and the thickness or density of the characters or figures displayed on the screen using this information. Etc. can be adjusted.

위의 설명에서 촉각센서의 방식에 따라 감지되는 신호의 성질은 달라질 수 있으며, 이러한 감지되는 신호의 성질은 정전용량과 저항으로 구분되며, 이러한 신호의 감지와 관련된 기술은 이미 종래의 촉각센서로부터 신호를 감지하는 방법과 동일 유사함으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. In the above description, the properties of the detected signal may vary according to the method of the tactile sensor, and the property of the detected signal is divided into capacitance and resistance, and the technology related to the detection of the signal has already been signaled from the conventional tactile sensor. Since it is similar to the method of detecting the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 촉각센서를 이용한 터치스크린의 문자입력 및 글씨체 변경 인식 알고리즘 구현 방법에서는 접촉궤적을 통한 문자인식과 터치스크린을 누르는 접촉력 크기 및 누르는 속도를 고려하여 글씨체를 변경할 수 있다. In the method of implementing the character input and font change recognition algorithm of the touch screen using the tactile sensor according to the present invention, the font may be changed in consideration of the character recognition through the contact trace and the touch force size and the speed of pressing the touch screen.

예로서, 촉각센서로 이루어진 터치스크린을 누르는 힘의 크기에 따라 문자의 굵기나 컬러를 변경할 수 있고, 누르는 속도에 따라 글씨체를 변경할 수 있다. For example, the thickness or color of a character may be changed according to the magnitude of the pressing force of the touch screen made of the tactile sensor, and the font may be changed according to the pressing speed.

따라서 촉각센서를 이용한 터치스크린을 사용하면 기존 키패드를 통한 획일적인 문자전송방식을 벗어나 사용자의 감정이 들어간 글씨체를 전송할 수 있다. Therefore, by using the touch screen using the tactile sensor, it is possible to transmit the font containing the emotion of the user beyond the uniform character transmission method through the existing keypad.

이 밖에 터치스크린을 누르는 속도 즉, 타자속도에 따라 글씨체가 기울임체가 되게 할 수도 있다. In addition, depending on the speed of pressing the touch screen, that is, the speed of typing may cause the font to be italic.

도 1은 본 발명에 따른 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린의 개념도이고,1 is a conceptual diagram of a display integrated touch screen equipped with a tactile sensor according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 터치스크린의 일예를 도시한 사시도이고,2 is a perspective view showing an example of a touch screen according to the present invention;

도 3은 도 2에 도시한 터치스크린의 측단면도이고,3 is a side cross-sectional view of the touch screen shown in FIG.

도 4a내지 도 4e는 본 발명에 따른 터치스크린을 구성하는 촉각센서의 일예를 제조 과정을 설명하기 위한 단면도이고, 4A to 4E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an example of a tactile sensor constituting a touch screen according to the present invention;

도 5a내지 도 5e는 본 발명에 따른 터치스크린을 구성하는 촉각센서의 다른 일예를 제조 과정을 설명하기 위한 단면도이고, 5A to 5E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of another example of the tactile sensor constituting the touch screen according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 터치스크린의 터치입력을 처리하기 위한 알고리즘 구현 방법을 설명하기 위한 그래프이고, 6 is a graph illustrating an algorithm implementation method for processing a touch input of a touch screen according to the present invention;

도 7는 본 발명에 따른 터치스크린의 제작 사진이고, 7 is a manufacturing picture of the touch screen according to the present invention,

도 8은 도 10은 종래의 터치스크린의 구성을 도시한 것들이다. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a conventional touch screen.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 하부 판넬10: lower panel

20 : 디스플레이20: display

30 : 촉각센서30: tactile sensor

31, 31', 32, 32' : 필름 31a, 31a', 32a, 32a' : 전극패턴  31, 31 ', 32, 32': film 31a, 31a ', 32a, 32a': electrode pattern

31b', 32b' : 저항패턴 33, 33' : 스페이서  31b ', 32b': Resistance patterns 33, 33 ': spacer

40 : 하중범프40: load bump

Claims (12)

하부기판(10)과 디스플레이(20) 사이에 다수의 촉각센서(30)를 배열하여 상기 촉각센서(30)들에서 발생되는 정전용량 또는 접촉저항으로부터 접촉위치 및 접촉력 그리고 멀티터치를 감지하도록 구성하되, By arranging a plurality of tactile sensors 30 between the lower substrate 10 and the display 20 to configure the touch position and the contact force and the multi-touch from the capacitance or contact resistance generated in the tactile sensors 30, , 상기 촉각센서(30)는 다수의 횡과 열 형태의 매트릭스 배열방식으로 배치됨을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린. The tactile sensor 30 is a display-integrated touch screen equipped with a tactile sensor, characterized in that arranged in a plurality of horizontal and columnar matrix arrangement. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 디스플레이(20)는 투명한 플레이트를 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린.The display 20 is a display integrated touch screen equipped with a tactile sensor characterized in that the transparent plate. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 디스플레이(20)는 LCD, OLED, 전자종이, 플렉시블 디스플레이를 포함하는 디스플레이 수단 중 어느 하나임을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린.The display 20 is a display integrated touch screen with a tactile sensor, characterized in that any one of the display means, including LCD, OLED, electronic paper, flexible display. 제 1 항내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, wherein 상기 촉각센서(30)는 정전용량방식 센서이고, The tactile sensor 30 is a capacitive sensor, 두 개의 얇은 필름(31, 32)과 ; Two thin films 31 and 32; 상기 필름(31, 32)의 일측 면에 적층된 전극패턴(31a, 32a)과 ; Electrode patterns 31a and 32a stacked on one side of the films 31 and 32; 상기 필름(31, 32)들 사이에 설치되어 필름(31, 32) 사이의 거리를 유지되게 하는 스페이서(33)로 구성됨을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린.A display-integrated touch screen with a tactile sensor, characterized in that consisting of a spacer (33) installed between the films (31, 32) to maintain the distance between the films (31, 32). 제 1 항내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, wherein 상기 촉각센서(30)는 저항방식 센서이고, The tactile sensor 30 is a resistance sensor, 두 개의 두 개의 얇은 필름(31', 32')과 ; Two two thin films 31 'and 32'; 상기 필름(31'. 32')의 서로 대향되는 면에 적층된 전극패턴(31a', 32a')과 ; Electrode patterns 31a 'and 32a' stacked on opposite surfaces of the films 31 'and 32'; 상기 필름(31', 32')들 사이에 설치되어 필름(31', 32') 사이의 거리를 유지되게 하는 스페이서(33')와 ; A spacer 33 'installed between the films 31' and 32 'to maintain a distance between the films 31' and 32 '; 상기 전극패턴(31a', 32a,)에 설치되어 서로 접촉됨에 의해 발생되는 접촉저항이 달라지는 두 개의 저항패턴(31b', 32b')으로 구성됨을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린.The display integrated touch screen mounted with the tactile sensor, characterized in that the contact pattern is installed on the electrode patterns (31a ', 32a,) is composed of two resistance patterns (31b', 32b ') that is different from each other. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 저항패턴(31b', 32b')은 감압잉크, 탄소층, 니켈 크롬(Ni-Cr)임을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린.The resistive patterns (31b ', 32b') is a display integrated touch screen with a tactile sensor, characterized in that the pressure-sensitive ink, carbon layer, nickel chromium (Ni-Cr). 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,The method according to claim 4 or 6, 상기 전극패턴(31a, 32a, 31a', 32a')은 금속인 구리, 금 또는 탄소나노튜브(CNT)인 것을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린. The electrode pattern (31a, 32a, 31a ', 32a') is a display integrated touch screen with a tactile sensor, characterized in that the metal is copper, gold or carbon nanotubes (CNT). 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 디스플레이(20)와 촉각센서(30) 사이에는 하중범프(40)가 더 설치되되, The load bump 40 is further installed between the display 20 and the tactile sensor 30, 상기 하중범프(40)는 전극패턴(31a, 32a, 31a', 32a')과 대향되는 부분에 설치됨을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린. The load bump 40 is a display-integrated touch screen with a tactile sensor, characterized in that it is installed in a portion facing the electrode pattern (31a, 32a, 31a ', 32a'). 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 촉각센서(30)는 디스플레이(20)의 테두리에 더 설치됨을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린. The tactile sensor 30 is a display integrated touch screen equipped with a tactile sensor, characterized in that further installed on the edge of the display (20). 상부기판(10)과 디스플레이(20) 사이에 다수의 촉각센서(30)를 배열하여 상기 촉각센서(30)들에서 발생되는 정전용량 또는 접촉저항으로부터 접촉위치 및 접촉력 그리고 멀티터치를 감지하도록 구성하되, 상기 촉각센서(30)는 다수의 힘센서로 구성된 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린의 인식 알고리즘 구현 방법에 관한 것으로서, By arranging a plurality of tactile sensors 30 between the upper substrate 10 and the display 20 to configure the touch position and the contact force and the multi-touch from the capacitance or contact resistance generated in the tactile sensors 30, The tactile sensor 30 relates to a method of implementing a recognition algorithm of a display integrated touch screen equipped with a tactile sensor composed of a plurality of force sensors. 어느 한 기준점(O)을 중심으로 하는 각 촉각센서(30)에 작용하는 총 힘의 반 력(
Figure 112008010477731-PAT00024
)과, 기준점(O)에서의 총 힘의 모멘트()로부터 상응하는 터치되는 부분의 위치(
Figure 112008010477731-PAT00025
)와 힘의 크기(
Figure 112008010477731-PAT00026
)에 관한 터치 정보를 입력하는 것을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린 알고리즘 구현 방법.
The reaction force of the total force acting on each tactile sensor 30 centering on one reference point O (
Figure 112008010477731-PAT00024
) And the position of the corresponding touched part from the moment of total force at the reference point O
Figure 112008010477731-PAT00025
) And the magnitude of the force (
Figure 112008010477731-PAT00026
Implementing a display-integrated touch screen algorithm with a tactile sensor, characterized in that for inputting touch information.
제 10 항에 있어서, The method of claim 10, 상기 접촉 부분의 힘의 크기(
Figure 112008010477731-PAT00027
)는 상기 총 힘의 반력(
Figure 112008010477731-PAT00028
)과 같고,
Magnitude of force of the contact portion (
Figure 112008010477731-PAT00027
) Is the reaction force of the total force (
Figure 112008010477731-PAT00028
),
상기 접촉 부분의 위치(
Figure 112008010477731-PAT00029
)는 총 힘의 모멘트()를 접촉 부분의 힘의 크기(
Figure 112008010477731-PAT00030
)로 나눈 값으로부터 구해지며,
Position of the contact portion (
Figure 112008010477731-PAT00029
) Is the total moment of force ()
Figure 112008010477731-PAT00030
Is divided by)
상기 총 힘의 모멘트()는 기준점(O)과 각 촉각센서(30)들 사이의 반력의 합으로부터 구해짐을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린의 인식 알고리즘 구현 방법.The moment of the total force () is obtained from the sum of the reaction force between the reference point (O) and each of the tactile sensors (30).
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, The method of claim 10 or 11, 상기 촉각센서의 접촉을 통한 문자 입력 기능은;Character input function through the contact of the tactile sensor; 상기 촉각센서를 누르는 힘의 크기에 따라 문자의 굵기가 변화하거나 문자의 컬러가 변화하도록 하고, According to the magnitude of the pressing force of the tactile sensor, the thickness of the text is changed or the color of the text is changed, 상기 촉각센서를 누르는 속도에 따라 글씨체를 변경하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 촉각센서를 장착한 디스플레이 일체형 터치스크린의 인식 알고리즘 구현 방법.A method of implementing a recognition algorithm for a display-integrated touch screen with a tactile sensor, characterized in that it has a function of changing a font according to the speed of pressing the tactile sensor.
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