KR20100114283A

KR20100114283A - Force sensor of capacitive sensing type and touch key and touch panel using the same

Info

Publication number: KR20100114283A
Application number: KR1020090032741A
Authority: KR
Inventors: 박태준; 김준효
Original assignee: 박태준; 김준효
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-10-25
Also published as: KR101047161B1

Abstract

PURPOSE: A force sensor of capacitive sensing type, a touch key and a touch panel using the same are provided to offer excellent light transmittance rate and fast response speed by directly using electric signal without forming transparent electrode on a transparent substrate. CONSTITUTION: An electrode unit(110) contains a first unit electrode(112). The first unit electrode comprises a fixed electrode, an elastic electrode, a combining unit to fix one end of the fixed electrode and the elastic electrode. A fixing unit(122) is arranged in a form of facing the first unit electrode. A band shape material panel(130) is combined in the elastic electrode and the fixing unit. An insulator is located between the fixed electrode and the elastic electrode. The material panel is made of transparent material.

Description

Force sensor of capacitive sensing type and touch key and touch panel using the same}

본 발명은 정전용량 방식의 힘센서 및 이를 이용한 터치키와 터치패널에 관한 것으로서, 특히 정전용량 방식의 힘센서가 고정전극과, 상기 고정전극과 이격되게 설치된 탄성전극 및 상기 고정전극과 탄성전극 각각의 일단들이 고정된 절연성의 결합부재로 각각 이루어진 제1 단위전극과 제2 단위전극을 포함하는 전극부 및 상기 제1/제2 단위전극의 각 탄성전극에 결합된 띠 형상의 소재패널을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a capacitive force sensor, a touch key and a touch panel using the same, and in particular, a capacitive force sensor includes a fixed electrode, an elastic electrode spaced apart from the fixed electrode, and the fixed electrode and the elastic electrode, respectively. An electrode unit including a first unit electrode and a second unit electrode each of which is formed of an insulating coupling member having fixed ends thereof, and a strip-shaped material panel coupled to each elastic electrode of the first and second unit electrodes. Characterized in that made.

개인용 컴퓨터(PC), 개인 휴대용 정보단말기(PDA), 또는 그 밖의 개인전용 정보 처리 장치는 키보드, 마우스, 디지타이저 등의 다양한 입력 장치를 이용하여 텍스트 입력과 명령어 수행, 그리고 그래픽 처리 등을 수행한다. 이러한 입력 장치들은 정보처리장치의 용도와 사용환경이 다변화되고 사이즈가 상당히 작아짐에 따라 종래의 대표적인 입력 장치인 키보드와 마우스만으로 사용자의 요구를 총족시키 기에는 한계에 부딪치게 되었으며, 이를 극복하기 위해 보다 입력이 간단하고 오조작은 적으면서도 누구라도 직관적이고 쉽게 이해할 수 있고, 아울러 손으로 직접 문자입력을 할 수도 있는 새로운 입력장치가 꾸준히 개발되어 왔다.A personal computer (PC), a personal digital assistant (PDA), or other personal information processing device performs text input, command execution, and graphic processing using various input devices such as a keyboard, a mouse, and a digitizer. These input devices have encountered limitations in satisfying the user's demands with only a typical input device, a keyboard and a mouse, as the usage and usage environment of the information processing device is diversified and the size is considerably smaller. There is a steadily developed new input device that can be intuitively and easily understood by anyone, with simple and misoperation, and also allows direct text input by hand.

현재에 이르러서는 이러한 입력 장치의 일반적 기능과 관련된 필요성을 충족시키는 수준을 넘어 고신뢰성, 새로운 기능의 제공, 내구성, 소비자의 감성을 충족시킬 수 있는 새로운 재료나 소재를 포함한 설계 및 가공과 관련된 제조기술 등과 같이 미세한 기술로 관심이 바뀌고 있다. 이러한 관련기술의 발전에 힘입어 종래 있었던 오작동과 내구성, 생산성 등의 문제를 해결한 터치키나 터치패널이 휴대용 단말기기의 입력장치로서 상용화되기에 이르렀으며, 터치패널은 입력의 직관성과 편리성은 물론 디자인의 미려함 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에 어느덧 입력장치로서 하나의 주류를 형성하기에 이르렀다. 이에 따라 터치패널은 휴대용 단말기기에 주로 적용되었던 한계를 벗어나 근래에는 POS 단말기나 ATM 기기, 산업용 기기 등에 널리 적용되기에 이르렀고, 기술의 발전에 따라 대면적 화면에도 적용이 가능해지면서 텔레비젼이나 PC용 모니터에도 터치패널이 장착되는 사례가 증가하고 있다. 이러한 터치패널의 보편화 추세는 Microsoft사의 차세대 윈도우 버전인 윈도우즈 7이 터치패널 방식의 입력을 지원하는 사실로부터 알 수 있듯이 점점 더 가속화될 것임을 어렵지 않게 짐작할 수 있다.To date, the manufacturing technology involved in designing and processing, including new materials or materials that can meet high reliability, new functionality, durability, and consumer sentiment beyond meeting the general functional needs of these input devices. Interest has shifted to finer technologies such as With the development of these related technologies, touch keys and touch panels, which solve the problems of conventional malfunctions, durability, and productivity, have been commercialized as input devices for portable terminal devices. Because of its many advantages, such as its beauty, it has become a mainstream as an input device. As a result, touch panels have been widely applied to POS terminals, ATM devices, and industrial devices in recent years, and have been applied to large-area screens as technology advances. Touch panel mounting is increasing. It is not hard to imagine that the trend toward the generalization of touch panels will accelerate as we can see from the fact that Microsoft's next-generation Windows version, Windows 7, supports touch-panel input.

이와 같은 터치패널에 의한 입력지점의 검출방식과 구조 및 성능 등에 대한 기본적인 내용에 대해서는 널리 알려져 있는데, 터치패널의 종류를 대별하면 저항막 방식(Resistive Sensing), 정전용량 방식(Capacitive Sensing), 초음파 입력 방식, 적외선 입력 방식 및 전자유도방식 등으로 나눌 수 있다.Basic information on the detection method, structure, and performance of the input point by the touch panel is widely known. The types of the touch panel are classified into resistive sensing, capacitive sensing, and ultrasonic input. Method, infrared input method, and electromagnetic induction method.

이 중에서 저항막 방식은 박형, 소형, 경량 또는 저소비전력 등에서 다른 방식에 비해 유리한 설계 방식으로 알려져 있어 LCD(Liquid Crystal Display)와의 조합으로 전자수첩, PDA, 휴대용 PC 등의 입력기기로서 많이 보급되어 있는데, 투명전극(ITO)층이 코팅되어 있는 두 장의 기판을 도트 스페이서(Dot Spacer)를 사이에 두고 서로 마주보게 합착시키는 구조로 이루어지며, 손가락이나 펜 등으로 상부 기판을 눌렀을 때 상부 기판의 투명전극층과 하부 기판의 투명전극층이 상호 접촉되면서 발생되는 전기적 신호를 검출함으로써 압력이 가해진 위치를 결정하는 동작 원리를 갖는다. 이러한 저항막 방식은 응답속도와 경제성에 장점이 있는 반면에 내구성이 부족하고 파손의 위험이 크며, 투명전극층 전체를 전극으로 사용하기 때문에 전극 사이의 저항이 높아 전류소비가 크다는 단점을 갖는다.Among them, the resistive film type is known as an advantageous design method compared to other methods in thin, small size, light weight, or low power consumption, and is widely used as an input device such as an electronic notebook, PDA, portable PC, etc. in combination with liquid crystal display (LCD). In this case, the two substrates coated with the transparent electrode (ITO) layer are bonded to face each other with a dot spacer interposed therebetween. When the upper substrate is pressed with a finger or a pen, the transparent electrode layer of the upper substrate And an operation principle of determining a position to which pressure is applied by detecting an electrical signal generated while the transparent electrode layers of the lower substrate are in contact with each other. Such a resistive film has advantages in response speed and economical efficiency, but lacks durability and a high risk of breakage, and has a drawback in that current consumption is high due to high resistance between electrodes because the entire transparent electrode layer is used as an electrode.

한편, 정전용량 방식의 터치패널은 터치화면 센서를 구성하는 투명한 기판(Substrate)의 양면에 특수 전도성 금속(TAO; Tin Antimony Oxide) 물질을 코팅 처리하여 투명전극을 형성하고 여기에 일정량의 전류를 흐르게 하는데, 사용자가 터치패널의 표면을 터치하였을 때의 인체내 정전용량을 이용하여 전류의 양이 변경된 부분을 인식하고 그 크기를 계산하여 위치를 검출하는 원리를 갖는 것이다. 그런데 인체의 정전용량을 이용하기 때문에 인체와 터치패널 사이에 절연체가 개재된 경우, 즉 예를 든다면 펜을 들거나 장갑을 낀 손에 의해서는 동작이 어렵다는 단점 이 있다. 또한 외부환경의 영향을 쉽게 받기 때문에 구조 및 회로의 설계가 복잡하여 사용상 한계가 있고, 대형 크기의 디스플레이 패널 제품의 제작에는 상당한 어려움이 존재하며, 투명전극이 형성된 기판 표면의 긁힘 현상에 취약하다는 문제점을 내포하고 있다.Meanwhile, the capacitive touch panel is formed by coating a special conductive metal (TAO; Tin Antimony Oxide) material on both sides of a transparent substrate constituting the touch screen sensor to form a transparent electrode and flowing a certain amount of current therethrough. However, the user has a principle of detecting the position by calculating the magnitude of the current and the portion of the change in the amount of current using the human body capacitance when the user touches the surface of the touch panel. However, because of the use of capacitance of the human body, an insulator is interposed between the human body and the touch panel, that is, there is a disadvantage in that the operation is difficult by a hand holding a pen or a glove, for example. In addition, the structure and circuit design is complicated because it is easily influenced by the external environment, there is a limitation in use, there is a considerable difficulty in the production of large-size display panel products, and it is vulnerable to scratches on the substrate surface on which the transparent electrode is formed. It implies

그리고 초음파 방식의 경우에는 압압효과를 응용한 압전소자가 사용되며, 터치패널 접촉시 발생되는 표면파를 수평 및 수직방향을 따라 교대로 발생시켜 각각의 입력점까지 거리를 파악하여 위치를 결정하게 되는데, 해상도와 광투과율이 높기는 하지만 센서의 오염과 액체에 취약하다는 단점이 있다.In the case of the ultrasonic method, a piezoelectric element using a piezoelectric effect is used, and surface waves generated when the touch panel is touched are alternately generated along the horizontal and vertical directions to determine the position by grasping the distance to each input point. Although its resolution and light transmittance are high, it has the disadvantage of being vulnerable to contamination and liquids in the sensor.

아울러 적외선 방식은 발광소자와 수광소자가 패널 주위에 다수 배치하여 메트릭스를 만드는 구조로서, 사용자에 의해 광선을 차단하게 되면 그 차단된 부분의 출력이 저하되는 지점의 X,Y 좌표를 얻어 입력좌표를 판단하는 원리를 이용한다. 오버레이를 사용하지 않아 광투과율이 높으며 외부충격이나 긁힘에 대한 강한 내구성을 갖고 있으나, 부피가 크고 적외선을 이용한 모니터의 경우 부정확한 터치에 대해서는 식별성이 저하되고 응답속도 또한 느린 단점이 있다.In addition, the infrared method is a structure in which a plurality of light emitting elements and light receiving elements are arranged around the panel to create a matrix. When the light is blocked by the user, the X and Y coordinates of the point where the output of the blocked portion is degraded are obtained. Use the principle of judgment. The light transmittance is high because it does not use overlay, and it has strong durability against external shock and scratches. However, in the case of a bulky and infrared monitor, there is a disadvantage in that the identification is inferior to an incorrect touch and the response speed is also slow.

현재까지 위와 같은 다양한 방식의 터치패널이 개발되고 있으나, 각각의 방식에는 어느 정도의 단점이 존재한다.To date, various touch panels have been developed as described above, but each method has some disadvantages.

즉 종래의 저항막 방식이나 정전용량 방식은 투명한 기판의 표면에 투명전극을 형성하고 있는데 기판의 표면에 형성된 투명전극은 광투과율을 저하시키는 요인으로 작용하고, 아울러 표면에 긁힘 등의 손상이 생기면 기능이 현저히 저하되는 단점이 있다. 또한 기판의 표면에 복잡한 모양을 가지는 투명전극을 형성하는 공정은 비용면에서도 불리하다.That is, the conventional resistive film or the capacitive film forms a transparent electrode on the surface of the transparent substrate. The transparent electrode formed on the surface of the substrate acts as a factor to lower the light transmittance, and also functions as a scratch on the surface. This has the disadvantage of significantly lowering. In addition, the process of forming a transparent electrode having a complicated shape on the surface of the substrate is disadvantageous in terms of cost.

그리고 초음파 방식이나 적외선 방식은 투명전극을 사용하지 않기 때문에 광투과율이 우수하고 표면의 손상에 강하다는 장점을 가지고는 있지만, 전기적 신호를 직접적으로 취득하여 입력좌표를 계산하는 대신에 표면파나 적외선을 매개로 하여 입력좌표를 판단하기 때문에 응답속도가 느릴 뿐만 아니라 그 구조가 복잡하다는 단점이 있다.In addition, the ultrasonic method and the infrared method have the advantage of excellent light transmittance and resistance to surface damage because they do not use transparent electrodes, but instead of directly acquiring electrical signals and calculating input coordinates, mediating surface waves or infrared rays is used. Since the input coordinate is determined by using the system, the response speed is slow and the structure is complicated.

따라서 본 발명은 투명한 기판의 표면에 투명전극을 형성하지 않으면서도 전기적 신호를 직접적으로 이용하는 구조를 가지기 때문에, 광투과율이 우수하고 기판 표면에 생긴 손상에 강건할 뿐만 아니라 응답속도 또한 빠른 새로운 정전용량 방식의 힘센서 및 이를 이용한 터치키와 터치패널을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, since the present invention has a structure that directly uses an electrical signal without forming a transparent electrode on the surface of the transparent substrate, a new capacitance method that is excellent in light transmittance and robust to damage on the surface of the substrate, as well as fast response speed Its purpose is to provide a force sensor and a touch key and a touch panel using the same.

또한 본 발명은 종래와 같이 인체의 정전용량을 이용하는 정전용량 방식이 아니라 사용자가 입력좌표에 가하는 압력을 정전용량의 변화로 변환하는 방식을 이용하기 때문에 사용자와 입력지점 사이에 절연체가 개재되어 있어도 동작이 가능한 새로운 정전용량 방식의 힘센서 및 이를 이용한 터치키와 터치패널을 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.In addition, the present invention uses a method of converting the pressure applied to the input coordinates into a change in the capacitance, rather than the capacitive method using the capacitance of the human body as in the prior art, even if an insulator is interposed between the user and the input point. It is another object of the present invention to provide a new capacitive force sensor and a touch key and a touch panel using the same.

본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서는 고정전극과, 상기 고정전극과 이격되게 설치된 탄성전극 및 상기 고정전극과 탄성전극 각각의 일단들이 고정된 절연성의 결합부재로 이루어진 제1 단위전극을 포함하는 전극부;와, 상기 제1 단위전극에 대향하도록 배치된 고정부; 및 상기 제1 단위전극의 탄성전극과 상기 고정부에 결합된 띠 형상의 소재패널;을 포함하여 이루어진다.The capacitive force sensor according to the present invention includes an electrode including a fixed electrode, an elastic electrode disposed to be spaced apart from the fixed electrode, and a first unit electrode including an insulating coupling member having one end of each of the fixed electrode and the elastic electrode fixed thereto. A fixed part disposed to face the first unit electrode; And a strip-shaped material panel coupled to the elastic electrode of the first unit electrode and the fixing part.

또한 본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서는 고정전극과, 상기 고정전극과 이격되게 설치된 탄성전극 및 상기 고정전극과 탄성전극 각각의 일단들이 고정된 절연성의 결합부재로 각각 이루어진 제1 단위전극과 제2 단위전극을 포함하는 전극부; 및 상기 제1/제2 단위전극의 각 탄성전극에 결합된 띠 형상의 소재패널;을 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.In addition, the capacitive force sensor according to the present invention includes a first unit electrode and a first electrode, each of which includes a fixed electrode, an elastic electrode spaced apart from the fixed electrode, and an insulating coupling member having one end of each of the fixed electrode and the elastic electrode fixed thereto. An electrode unit including two unit electrodes; And a strip-shaped material panel coupled to each of the elastic electrodes of the first and second unit electrodes.

한편 상기 전극부는 고정전극과 탄성전극 사이에 개재된 절연체를 더 포함할 수도 있다.The electrode part may further include an insulator interposed between the fixed electrode and the elastic electrode.

여기에서 상기 소재패널은 투명한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 특히 상기 소재패널은 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에테르에테르케톤(Polyether Ether Keton), 폴리이미드(Polyimid)를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.Here, the material panel is characterized in that made of a transparent material, in particular, the material panel of any one selected from the group consisting of polycarbonate, polyether ether keton, polyimide (Polyimid) It may be made of a material.

아울러 상기 소재패널의 탄성율은 그 신장율보다 큰 것이 바람직하다.In addition, the elastic modulus of the material panel is preferably larger than the elongation.

또한 본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치키는 상기와 같은 구성을 가진 힘센서; 및 상기 힘센서의 제1 단위전극 또는 제1/제2 단위전극 각각의 고정전극과 탄성전극 사이에 전압을 인가하고, 상기 고정전극과 탄성전극 사이에 형성된 정전 용량을 감지하는 구동회로;를 포함하여 이루어진다.In addition, the capacitive touch key according to the present invention includes a force sensor having the above configuration; And a driving circuit applying a voltage between the fixed electrode and the elastic electrode of each of the first unit electrode or the first / second unit electrode of the force sensor, and sensing the capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode. It is done by

위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 정전용량 방식의 터치키는 연산부를 더 포함하는데, 제1 단위전극 하나만이 있는 힘센서의 경우에 상기 힘센서의 소재패널 상의 임의의 지점에 변형이 발생하면, 상기 연산부는 상기 변형지점과 상기 제1 단위전극 사이의 거리에 비례하여 상기 제1 단위전극의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성되는 정전용량에 사전에 설정된 비례상수를 곱하여 상기 변형지점을 산출한다.The capacitive touch key of the present invention having the configuration as described above further includes a calculation unit. In the case of a force sensor having only one first unit electrode, if a deformation occurs at any point on the material panel of the force sensor, the The calculation unit calculates the deformation point by multiplying a capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the first unit electrode by a preset proportional constant in proportion to the distance between the deformation point and the first unit electrode.

이때 상기 연산부는 상기 제1 단위전극의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성된 정전용량이 사전에 설정된 다수의 범위 중 어디에 대응하는지 판단하고, 이에 따라 상기 변형지점에 가해진 외력의 세기를 구별하는 것도 가능하다.In this case, the operation unit may determine whether the capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the first unit electrode corresponds to one of a plurality of preset ranges, and thus may distinguish the intensity of the external force applied to the deformation point. .

한편, 제1/제2 단위전극을 가진 힘센서의 경우에 상기 힘센서의 소재패널 상의 임의의 지점에 변형이 발생하면, 상기 연산부는 상기 변형지점과 상기 제1/제2 단위전극 사이의 거리에 비례하여 상기 제1/제2 단위전극의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성되는 정전용량 간의 비율로부터 상기 변형지점을 산출한다.On the other hand, in the case of a force sensor having a first / second unit electrode, if the deformation occurs at any point on the material panel of the force sensor, the calculation unit is the distance between the deformation point and the first / second unit electrode The strain point is calculated from the ratio between the capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the first / second unit electrode.

이때 아울러 상기 연산부는 상기 제1/제2 단위전극의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성된 각 정전용량의 합이 사전에 설정된 다수의 범위 중 어디에 대응하는지 판단하고, 이에 따라 상기 변형지점에 가해진 외력의 세기를 구별할 수도 있다.At this time, the operation unit determines whether the sum of the capacitances formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the first and second unit electrodes corresponds to one of a plurality of preset ranges, and accordingly the external force applied to the deformation point. You can also distinguish the intensity.

한편 본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치패널은 고정전극과, 상기 고정전극과 이격되게 설치된 탄성전극 및 상기 고정전극과 탄성전극 각각의 일단들이 고정된 절연성의 결합부재로 각각 이루어진 다수의 제1 단위전극들과 제2 단위전극들을 포함하고, 상기 제1 단위전극들과 제2 단위전극들은 각각 일렬을 이루도록 배치되되 상기 제1 단위전극들이 이루는 열의 일단과 제2 단위전극들이 이루는 열의 일단이 수직을 이루도록 배치된 전극부;와, 상기 제1/제2 단위전극들의 각 탄성전극에 결합된 장방형의 소재패널; 및 상기 제1/제2 단위전극들의 각 고정전극과 탄성전극 사이에 전압을 인가하고, 상기 고정전극과 탄성전극 사이에 형성된 정전용량을 감지하는 구동회로;를 포함하여 이루어진다.The capacitive touch panel according to the present invention includes a plurality of first units each including a fixed electrode, an elastic electrode spaced apart from the fixed electrode, and an insulating coupling member having one end of each of the fixed electrode and the elastic electrode fixed thereto. Electrodes and second unit electrodes, wherein the first unit electrodes and the second unit electrodes are arranged in a line, and one end of the row formed by the first unit electrodes and one end of the row formed by the second unit electrodes are perpendicular to each other. And a rectangular material panel coupled to each elastic electrode of the first and second unit electrodes. And a driving circuit applying a voltage between each of the fixed electrodes and the elastic electrodes of the first and second unit electrodes, and sensing a capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode.

여기에서 상기 전극부의 고정전극과 탄성전극 사이에 개재된 절연체를 더 포함할 수 있다.Here, the electrode may further include an insulator interposed between the fixed electrode and the elastic electrode.

또한 위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 정전용량 방식의 터치패널은 상기 제1 단위전극들과 평행하게 대향하는 제3 단위전극들과 상기 제2 단위전극들과 평행하게 대향하는 제4 단위전극들을 더 포함하고, 상기 제3/제4 전극부의 각 탄성전극에 상기 소재패널이 결합될 수 있다.In addition, the capacitive touch panel of the present invention having the configuration described above further includes third unit electrodes facing in parallel with the first unit electrodes and fourth unit electrodes facing in parallel with the second unit electrodes. The material panel may be coupled to each of the elastic electrodes of the third and fourth electrode units.

여기에서 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치패널은 연산부를 더 포함하고, 상기 연산부는 상기 소재패널 상의 임의의 지점에 변형이 발생하였을 때 상기 다수의 제1 단위전극들의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성되는 정전용량 중 최소값을 갖는 제1 단위전극의 위치에 대응하는 X-좌표와, 상기 다수의 제2 단위전극들의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성되는 정전용량 중 최소값을 갖는 제2 단위전극의 위치에 대응하는 Y-좌표로부터 상기 변형지점의 좌표를 산출할 수 있다.The capacitive touch panel according to an embodiment of the present invention further includes a calculation unit, and the calculation unit includes the fixed electrodes of the plurality of first unit electrodes when deformation occurs at an arbitrary point on the material panel. An X-coordinate corresponding to a position of the first unit electrode having a minimum value among the capacitances formed between the elastic electrodes, and a first value having a minimum value of the capacitances formed between the fixed electrodes and the elastic electrodes of the plurality of second unit electrodes. The coordinates of the deformation point may be calculated from the Y-coordinate corresponding to the position of the two unit electrodes.

한편 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치패널은 연산부를 더 포함하고, 상기 연산부는 상기 소재패널 상의 임의의 지점에 변형이 발생하였을 때, 상기 다수의 제1/제3 단위전극들의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성되는 정전용량 중 최소값을 갖는 제1/제3 단위전극의 위치에 각각 대응하는 두 개의 X-좌표와, 상기 다수의 제2/제4 단위전극들의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성되는 정전용량 중 최소값을 갖는 제2/제4 단위전극의 위치에 각각 대응하는 두 개의 Y-좌표를 결정하고, 상기 두 개의 X-좌표와 두 개의 Y-좌표들의 조합으로 이루어지는 네 개의 좌표의 중심을 상기 변형지점의 좌표로 산출할 수도 있다.On the other hand, the capacitive touch panel according to another embodiment of the present invention further includes a calculation unit, wherein the calculation unit of the plurality of first / third unit electrodes when the deformation occurs at any point on the material panel Two X-coordinates respectively corresponding to positions of the first and third unit electrodes having a minimum value among the capacitances formed between the fixed electrode and the elastic electrode, and the fixed electrodes and the elasticity of the plurality of second and fourth unit electrodes. Four Y-coordinates corresponding to the positions of the second / fourth unit electrodes having the minimum value among the capacitances formed between the electrodes are respectively determined, and are formed by a combination of the two X-coordinates and the two Y-coordinates. The center of two coordinates may be calculated as the coordinates of the deformation point.

또한 상기 실시예들에 있어서, 상기 연산부는 상기 다수의 단위전극들의 고정전극과 탄성전극 사이에 형성된 각 정전용량의 합이 사전에 설정된 다수의 범위 중 어디에 대응하는지 판단하고, 이에 따라 상기 변형지점에 가해진 외력의 세기를 구별하는 것도 가능하다.In addition, in the above embodiments, the operation unit determines whether the sum of the capacitances formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the plurality of unit electrodes corresponds to one of a plurality of preset ranges, and accordingly determines the deformation point. It is also possible to distinguish the strength of the applied external force.

본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서 및 이를 이용한 터치키와 터치패널은 투명한 기판의 표면에 투명전극을 형성하지 않고 기판의 외곽에 전극부를 배치하였기 때문에, 광투과율이 우수하고 기판 표면에 생긴 손상에 강건할 뿐만 아니라 전기적 신호를 직접적으로 이용하여 응답속도 또한 빠르다는 장점을 가진다.The capacitive force sensor according to the present invention and the touch key and the touch panel using the same have an excellent light transmittance and damage on the surface of the substrate because the electrode is disposed outside the substrate without forming the transparent electrode on the surface of the transparent substrate. In addition to being robust, the response speed is also fast due to the direct use of electrical signals.

또한 본 발명은 종래와 같이 인체의 정전용량의 영향으로 전극 사이에 형성된 정전용량의 변화를 감지하는 방식이 아니라, 사용자가 입력지점에 가하는 압력에 의하여 탄성변형하는 기판의 거동을 정전용량의 변화로 변환하는 방식을 이용하기 때문에 사용자와 입력지점 사이에 절연체가 개재되어 있어도 그 동작이 가능하다는 장점을 가진다.In addition, the present invention is not a way of detecting a change in capacitance formed between the electrodes under the influence of the capacitance of the human body as in the prior art, the behavior of the substrate elastically deformed by the pressure applied to the user input point as a change in capacitance Since the conversion method is used, the operation is possible even if an insulator is interposed between the user and the input point.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서 및 이를 이용한 터치키와 터치패널에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a capacitive force sensor and a touch key and a touch panel using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 당업자에게 이미 널리 알려진 공지의 기술에 관한 내용이나, 또는 본 발명의 다양한 실시예를 설명할 때 중복되는 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.In the description of the preferred embodiments of the present invention, the descriptions of the well-known techniques that are well known to those skilled in the art, or the overlapping configuration when describing various embodiments of the present invention will not obscure the subject matter of the present invention. Will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서(100)의 구조를 보여주는 정면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 힘센서(100)는 크게 전극부(110)와 띠 형상의 소재패널(130)로 구성된다.1 is a front view showing the structure of a capacitive force sensor 100 according to the present invention. As shown in FIG. 1, the force sensor 100 of the present invention is largely composed of an electrode unit 110 and a strip-shaped material panel 130.

상기 전극부(110)는 고정전극(114)과, 상기 고정전극(114)과 이격되게 설치된 탄성전극(116)과, 상기 고정전극(114)과 탄성전극(116) 각각의 일단들이 고정된 절연성의 결합부재(120)로 이루어진 제1 단위전극(112) 및 상기 제1 단위전극(112)과 동일한 구성을 가지며 제1 단위전극(112)과 마주보도록 배치된 제2 단위전극(112')으로 구성된다. 그리고 상기 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이의 공간이 절연층의 역할을 하게 된다. 여기에서 고정전극(114)은 결합부재(120)에 고정되어 움직이지 않는 전극을 의미하고, 탄성전극(116)은 외력의 변화에 따라 결합부재(120) 상에서 외팔보 운동, 다시 말하면 결합부재(120)에 고정된 일단을 중심으로 하여 그 타단이 구부러졌다 펴졌다 하는 반복운동을 할 수 있는 전극을 의미한다.The electrode unit 110 has an insulating property in which fixed electrodes 114, elastic electrodes 116 provided to be spaced apart from the fixed electrodes 114, and ends of each of the fixed electrodes 114 and elastic electrodes 116 are fixed. The first unit electrode 112 formed of the coupling member 120 and the second unit electrode 112 ′ having the same configuration as the first unit electrode 112 and disposed to face the first unit electrode 112. It is composed. The space between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116 serves as an insulating layer. Herein, the fixed electrode 114 refers to an electrode which is fixed to the coupling member 120 and does not move, and the elastic electrode 116 moves cantilever on the coupling member 120 according to a change in external force, that is, the coupling member 120. It refers to an electrode that can repeat the movement that the other end is bent and extended about the one end fixed to the center.

그리고 상기 띠 형상의 소재패널(130)은 상기 전극부(110)의 제1/제2 단위전극(112,112')의 각 탄성전극(116)에 결합되어 있다.The strip-shaped material panel 130 is coupled to each of the elastic electrodes 116 of the first and second unit electrodes 112 and 112 ′ of the electrode unit 110.

한편 상기 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 적절한 절연체(118)를 개재시킴으로써 유전율을 조정하는 것 역시 가능하다. 그렇지만 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 공간을 만들어 진공층이나 공기층과 같은 절연층을 형성하는 것이나 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 절연체(118)를 개재시키는 것 모두 그 기본적인 원리는 동일한 것이기 때문에, 이하에서 절연체(118)가 포함된 구성을 기본으로 하여 본 발명을 설명하더라도 상기 절연체(118) 대신 빈 공간이 형성된 실시예가 배제되는 것이 아님을 유의하여야 한다.Meanwhile, it is also possible to adjust the dielectric constant by interposing an appropriate insulator 118 between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116. However, by forming a space between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116 to form an insulating layer, such as a vacuum layer or an air layer, or interposing the insulator 118 between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116. Since all of the basic principles are the same, it should be noted that even if the present invention is described below based on the configuration in which the insulator 118 is included, an embodiment in which an empty space is formed instead of the insulator 118 is not excluded.

위와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 힘센서(100)의 작동원리는 도 2a 및 도 2b에 나타나 있다. 상기 힘센서(100)의 단위전극들(112,112')은 기본적으로 고정전극(114)과 탄성전극(116) 및 그 사이에 개재된 절연체(118)로 구성되어 있는데, 상기 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 전압이 인가되면 정전용량(Capacitance)이 발생하게 된다. 이러한 정전용량은 각 전극(114,116)의 표면적과 전극 사이의 거리 및 절연체(118)의 유전율에 의하여 결정되는데, 이들의 관계는 하기의 식으로 나타낼 수 있다.The operating principle of the force sensor 100 according to the present invention having the above configuration is shown in FIGS. 2a and 2b. The unit electrodes 112 and 112 ′ of the force sensor 100 basically include a fixed electrode 114 and an elastic electrode 116 and an insulator 118 interposed therebetween. When a voltage is applied between the elastic electrodes 116, capacitance is generated. This capacitance is determined by the surface area of each electrode 114 and 116, the distance between the electrodes and the dielectric constant of the insulator 118, and their relationship can be expressed by the following equation.

................(1)

................(One)

따라서 도 2a에 개략적으로 도시된 것처럼, 소재패널(130)의 상면 어느 지점에 압력이 가해져 소재패널(130)이 하측으로 눌려지면, 이에 따라 상기 소재패널(130)에 결합된 탄성전극(116)들은 절연체(118)로부터 벌어지게 되고, 이에 따라 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 거리의 변화가 일어나며, 이는 결과적으로 정전용량의 변화를 불러오게 된다.Therefore, as schematically illustrated in FIG. 2A, when a pressure is applied to an upper surface of the material panel 130 and the material panel 130 is pressed downward, the elastic electrode 116 coupled to the material panel 130 is accordingly pressed. Are generated from the insulator 118, which causes a change in distance between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116, resulting in a change in capacitance.

도 2b는 도 2a에 개략적으로 묘사된 소재패널(130)과 전극부(110)의 변형을 기하학적으로 모델링한 도면이다. 도 2b에서 θ_A와 θ_B는 소재패널(130)의 변형지점 을 기준으로 하여 각각 제1/제2 단위전극(112,112')의 탄성전극(116)에 연결된 소재패널(130)이 수평면과 이루는 각도를 표시한다. 그리고 L은 제1/제2 단위전극(112,112'), 보다 정확하게는 각 단위전극(112,112')에 구비된 탄성전극(116)의 안쪽 사이의 거리 또는 소재패널(130)의 길이를, X는 제1 단위전극(112)의 탄성전극(116)으로부터 변형지점까지의 거리를, 그리고 ℓ은 탄성전극(116)의 높이를 나타낸다.FIG. 2B is a geometric modeling of the deformation of the material panel 130 and the electrode unit 110 schematically illustrated in FIG. 2A. In FIG. 2B, θ _A and θ _B refer to the horizontal surface of the material panel 130 connected to the elastic electrodes 116 of the first and second unit electrodes 112 and 112 ′ on the basis of the deformation point of the material panel 130. Display the angle. And L is the distance between the inside of the elastic electrode 116 provided in each of the first and second unit electrodes 112 and 112 ', more precisely, the length of the material panel 130, and X is The distance from the elastic electrode 116 of the first unit electrode 112 to the strain point, and 1 denotes the height of the elastic electrode 116.

탄성전극(116)의 높이(ℓ)에 비하여 소재패널(130)의 길이(L)가 상대적으로 매우 큰 값을 가진다면, 제1/제2 단위전극(112,112')의 탄성전극(116)이 변형이 일어나기 이전의 초기 위치로부터 벌어진 거리인 d_A, d_B는 각각 다음과 같이 근사화될 수 있다.If the length L of the material panel 130 has a relatively large value compared to the height ℓ of the elastic electrode 116, the elastic electrode 116 of the first and second unit electrodes 112 and 112 ′ may be formed. The distances d _A and d _B from the initial position before deformation can be approximated as follows.

............(2)

.....(3)

..... (3)

위 (2)식과 (3)식을 각각 (1)식과 결합하면, 제1 단위전극(112)의 정전용량 C_A와 제2 단위전극(112')의 정전용량 C_B는 제1 단위전극(112)의 탄성전극(116)으로부터 변형지점까지의 거리(X) 및 소재패널(130)의 길이(L)와 다음과 같은 비례관계를 가짐이 도출된다.Above (2) and (3) Combining equations (1), each formula, the first unit of the capacitance C _B of the capacitance C _A and the second unit electrode 112 'of electrode 112 is the first unit electrode ( The distance X from the elastic electrode 116 of the 112 to the deformation point and the length L of the material panel 130 have a proportional relationship as follows.

................................(4)

.............................(5)

............. (5)

즉 제1/제2 단위전극(112,112') 각각의 정전용량(C_A,C_B)은 각 단위전극(112,112')에서 변형지점까지의 거리에 비례하게 되고, 이는 변형지점에 가해지는 압력의 세기에 비례하여 각 단위전극(112,112')에서의 정전용량 값이 변하게 된다는 것을 의미한다. 이렇기 때문에 도 1 내지 도 2에 도시된 전극부(110)와 소재패널(130)의 구성을 힘센서(Force Sensor)라 부를 수 있는 것이다.That is, the capacitances C _A and C _B of each of the first and second unit electrodes 112 and 112 ′ are proportional to the distance from each unit electrode 112 and 112 ′ to the strain point, which is a function of the pressure applied to the strain point. This means that the capacitance values of the unit electrodes 112 and 112 'change in proportion to the intensity. For this reason, the configuration of the electrode unit 110 and the material panel 130 illustrated in FIGS. 1 to 2 may be referred to as a force sensor.

여기에서 각 단위전극(112,112')에서의 정전용량(C_A,C_B)을 합한 총정전용량(C_A+C_B)은 소재패널(130)의 길이(L)의 길이에 비례하므로 결국 총정전용량에 대한 각 단위전극(112,112')에서의 정전용량의 비는 소재패널(130)의 길이(L)에 대한 각 탄성전극(116)으로부터 변형지점까지의 거리(X, L-X)의 비로 나타난다. 따라서 힘센서(100)에서 소재패널(130)의 길이(L)는 일정한 값으로 주어진 값이기 때문에, 이러한 정전용량의 비에 따라 변형지점까지의 거리(X, L-X)를 구할 수 있게 된다.Here, the total capacitance (C _A + C _B ), which is the sum of the capacitances C _A and C _B at the unit electrodes 112 and 112 ′, is proportional to the length L of the material panel 130. The ratio of the capacitance at each unit electrode 112 and 112 ′ to the capacitance is represented by the ratio of the distances X and LX from each elastic electrode 116 to the strain point relative to the length L of the material panel 130. . Therefore, since the length L of the material panel 130 in the force sensor 100 is a given value, the distance (X, LX) to the deformation point can be obtained according to the ratio of the capacitance.

도 3은 본 발명에 따른 힘센서(100)의 변형례(100')를 보여준다. 상기 변형례(100')는 제2 단위전극(112') 대신 전극구조를 가지지 않는 고정부(122)에 소재패널(130)의 일단을 고정하는 것을 특징으로 한다. 상기 고정부(122)는 고정전극(114)과 같이 움직이지 않거나 또는 탄성전극(116)처럼 구부러질 수도 있다.3 shows a modification 100 ′ of the force sensor 100 according to the invention. The modification 100 ′ is characterized in that one end of the material panel 130 is fixed to the fixing part 122 having no electrode structure instead of the second unit electrode 112 ′. The fixed part 122 may not move like the fixed electrode 114 or may be bent like the elastic electrode 116.

이러한 힘센서(100)의 변형례(100')는 기본적으로 그 구동원리는 유사하다. 즉 제1 단위전극(112)의 고정전극(114)와 탄성전극(116) 사이에 형성되는 정전용량은 상기 (4)식과 같이 변형지점까지의 거리에 비례하기 때문에 이러한 비례관계로부터 변형지점을 구하는 것이 가능하다. 다만 이러한 변형례(100')는 하나의 단위전극(제1 단위전극)만 있기 때문에 제1 단위전극(112)에 형성되는 정전용량의 값으로부터 직접적으로 변형지점의 위치를 결정할 수는 없다. 따라서 본 변형례(100')에서는 제1 단위전극(112)의 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 형성된 정전용량에 사전에 설정된 비례상수를 곱함으로써 상기 변형지점을 산출하게 된다. 상기 비례상수는 실험 또는 조정과정을 통하여 정해지는 상수이다.The variation 100 'of this force sensor 100 is basically similar in driving principle. That is, since the capacitance formed between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116 of the first unit electrode 112 is proportional to the distance to the strain point as shown in Equation (4), the strain point is obtained from this proportional relationship. It is possible. However, since the modification 100 'includes only one unit electrode (first unit electrode), the position of the deformation point cannot be directly determined from the capacitance value formed in the first unit electrode 112. Therefore, in the modification 100 ′, the deformation point is calculated by multiplying the capacitance formed between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116 of the first unit electrode 112 by a preset proportional constant. The proportional constant is a constant determined through an experiment or adjustment process.

한편 위와 같은 동작원리를 가진 본 발명의 힘센서(100,100')에 포함된 소재패널(130)은 다음과 같은 물성을 가지는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.On the other hand, the material panel 130 included in the force sensor (100, 100 ') of the present invention having the above operating principle is preferably made of a material having the following physical properties.

가장 먼저 고려할 물성은 소재패널(130)의 탄성률과 신장률이다. 소재패널(130)의 탄성률은 높을 수록 좋다고 할 수 있는데, 이는 힘센서(100,100')에 작용하는 외력에 대한 민감도를 높일 수 있기 때문이다. 다시 말하면 탄성률이 높다는 것은 작은 힘이 작용하였을 때에도 소재패널이 변형이 쉽게 일어나게 됨을 의미하기 때문이다. 더욱 바람직하게는 반복적인 탄성변형이 일어나도 잔유응력이 거의 남아 있지 않은 소재로 소재패널(130)이 만들어지는 것이 좋다. 그리고 소재패널(130)의 신장률은 작을 수록 유리한데, 적어도 소재패널(130)이 상하로 탄성변형되는 수 mm 범위 내에서의 신장률은 가능한 한 영(zero)에 가까운 것이 바람직하다. 이는 소재패널(130)이 탄성변형될 때 그 길이가 신장되면, 소재패널(130)의 탄 성변형에 의해 야기되는 각 탄성전극(116)의 휘어짐이 소재패널(130)의 신장에 영향을 받아 줄어들기 때문이다. 결국 본 발명의 소재패널(130)은 그 탄성율이 신장율에 비하여 큰 것이 바람직하다고 할 수 있다.Physical properties to consider first are the elastic modulus and elongation of the material panel 130. It can be said that the higher the elastic modulus of the material panel 130, the higher the sensitivity to the external force acting on the force sensor (100, 100 '). In other words, high elastic modulus means that the material panel is easily deformed even when a small force is applied. More preferably, even when repeated elastic deformation occurs, the material panel 130 may be made of a material having almost no residual stress. The smaller the elongation of the material panel 130 is, the more advantageous it is. At least, the elongation in the range of several mm in which the material panel 130 is elastically deformed up and down is preferably as close to zero as possible. This is because when the length of the material panel 130 is elastically deformed, the bending of each elastic electrode 116 caused by the elastic deformation of the material panel 130 is affected by the elongation of the material panel 130. Because it decreases. As a result, the material panel 130 of the present invention can be said that the elastic modulus is preferably larger than the elongation.

그리고 상기 소재패널(130)은 가능한 한 넓은 온도범위에서 위와 같은 물성을 유지하는 것이 좋은데, 본 발명의 힘센서(100,100')가 적용될 정전용량 방식의 터치키(200) 및 터치패널(300)의 사용환경을 볼 때 -10∼90℃의 온도범위에서 상기 물성이 최소한 유지되는 것이 바람직하다.And the material panel 130 is good to maintain the above properties in the wide temperature range as possible, the capacitive touch key 200 and the touch panel 300 of the force sensor (100, 100 ') of the present invention will be applied In view of the use environment, it is preferable that the physical properties are maintained at least in the temperature range of -10 to 90 ℃.

또한 상기 힘센서(100,100')가 터치키(200) 및 터치패널(300)에 적용되는 경우를 고려하면, 상기 소재패널(130)은 투명한 재질로 이루어질 수도 있어야 한다. 설명되지 않은 도면부호 140은 LCD와 같은 디스플레이 장치를 나타낸다.In addition, considering the case where the force sensors 100 and 100 ′ are applied to the touch key 200 and the touch panel 300, the material panel 130 should be made of a transparent material. Reference numeral 140, not described, denotes a display device such as an LCD.

위와 같은 다양한 요구사항을 수용할 수 있는 소재패널(130)의 재료로는 엔지니어링 플라스틱을 우선적으로 고려할 수 있으며, 구체적으로는 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에테르에테르케톤(Polyether Ether Keton), 폴리이미드(Polyimid) 재질의 재료를 적용할 수 있을 것이다.As a material of the material panel 130 that can accommodate various requirements as described above, engineering plastics may be considered first, and specifically, polycarbonate, polyether ether keton, and polyimide ( Polyimid) material can be applied.

한편 위와 같은 본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서(100)의 작동원리를 이용하면, 상기 힘센서(100)에 구동회로(210)와 연산부(220)를 더 포함시킴으로써 정전용량 방식의 터치키(200)를 구성할 수 있다.On the other hand, by using the operation principle of the capacitive force sensor 100 according to the present invention as described above, the touch sensor of the capacitive type by further including a drive circuit 210 and the calculation unit 220 in the force sensor 100 200 can be configured.

즉 위와 같은 구성을 갖는 정전용량 방식의 힘센서(100) 및 상기 힘센 서(100)의 제1/제2 단위전극(112,112') 각각의 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 전압을 인가하고, 상기 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 형성된 정전용량을 감지하는 구동회로(210)를 더 포함하면 정전용량 방식의 터치키(200)가 구성될 수 있다.That is, between the fixed force 114 and the elastic electrode 116 of each of the capacitive force sensor 100 and the first and second unit electrodes 112 and 112 ′ of the force sensor 100 having the configuration described above. And a driving circuit 210 for sensing the capacitance formed between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116, the capacitive touch key 200 can be configured.

아울러 상기 터치키(200)는 소재패널(130) 상의 임의의 지점에 외력이 작용한 위치, 즉 사용자가 터치한 위치를 결정하기 위한 연산을 처리하는 연산부(220)를 더 포함하게 되는데, 상기 연산부(200)는 힘센서(100)의 소재패널(130) 상의 임의의 지점에 변형이 발생하였을 때 상기 변형지점과 상기 제1/제2 단위전극(112,112') 사이의 거리에 비례하여 상기 제1/제2 단위전극(112,112')의 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 형성되는 정전용량 간의 비율로부터 상기 변형지점을 산출하게 된다. 연산부(220)가 처리하는 기본적인 연산식은 상기 식(4)와 (5)에 표현된 바와 같다.In addition, the touch key 200 may further include a calculation unit 220 for processing a calculation for determining a location where an external force is applied, that is, a location touched by the user, at an arbitrary point on the material panel 130. When the deformation occurs at an arbitrary point on the material panel 130 of the force sensor 100, the first reference point 200 is proportional to the distance between the deformation point and the first and second unit electrodes 112 and 112 ′. The strain point is calculated from the ratio between the capacitance formed between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116 of the second unit electrodes 112 and 112 '. The basic arithmetic expression processed by the arithmetic unit 220 is as expressed in Equations (4) and (5).

그리고 전술한 본 발명에 따른 힘센서(100)의 변형례(100')의 경우 그 기본적인 구성은 거의 동일하나, 전극부(110)에 하나의 단위전극, 즉 제1 단위전극(112)만이 있다는 점에서 상기 연산부(220)의 계산방식이 달라진다. 즉 상기 연산부(220)는 상기 힘센서(100')의 소재패널(130) 상의 임의의 지점에 변형이 발생하면 상기 변형지점과 상기 제1 단위전극(112) 사이의 거리에 비례하여 상기 제1 단위전극(112)의 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 정전용량이 형성되고, 상기 정전용량에 사전에 설정된 비례상수를 곱함으로써 상기 변형지점을 산출하게 된다.In the case of the modified example 100 ′ of the force sensor 100 according to the present invention, the basic configuration is almost the same, but there is only one unit electrode, that is, the first unit electrode 112, in the electrode unit 110. In this regard, the calculation method of the calculator 220 is different. That is, when deformation occurs at any point on the material panel 130 of the force sensor 100 ′, the calculator 220 is proportional to the distance between the deformation point and the first unit electrode 112. A capacitance is formed between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116 of the unit electrode 112, and the deformation point is calculated by multiplying the capacitance by a predetermined proportional constant.

또한 본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치키(200,200')는 사용자가 터치한 강도를 구별할 수도 있다. 즉 상기 연산부(220)는 제1/제2 단위전극(112,112')의 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 형성된 각 정전용량의 합 또는 제1 단위전극(112)의 고정전극(114)과 탄성전극(116) 사이에 형성된 정전용량이 사전에 설정된 다수의 범위 중 어디에 대응하는지 판단하고, 이에 따라 상기 변형지점에 가해진 외력의 세기를 구별하도록 구성될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 터치키(200,200')에 적용된 힘센서(100,100')가 소재패널(130)의 변형지점에 가해지는 압력의 세기에 비례하여 각 단위전극(112,112')에서의 정전용량 값이 변하는 특성을 가지고 있기 때문에 기능하다. 사용자의 터치 강도를 구별할 수 있게 되면 어플리케이션상 많은 장점을 가지는데, 이를테면 터치강도의 강약에 따라 서로 다른 명령을 수행하도록 구성하는 것이 가능해진다.In addition, the capacitive touch keys 200 and 200 ′ according to the present invention may distinguish the intensity touched by the user. That is, the calculation unit 220 is the sum of the capacitances formed between the fixed electrode 114 and the elastic electrode 116 of the first and second unit electrodes 112 and 112 'or the fixed electrode of the first unit electrode 112 ( It may be configured to determine where the capacitance formed between the 114 and the elastic electrode 116 corresponds to a plurality of preset ranges, and thereby to distinguish the strength of the external force applied to the deformation point. The capacitance values of the unit electrodes 112 and 112 'are proportional to the strength of the pressure applied to the deformation point of the material panel 130 by the force sensors 100 and 100' applied to the touch keys 200 and 200 'according to the present invention. It works because it has changing characteristics. Being able to distinguish the touch intensity of the user has many advantages in the application, for example, it is possible to configure to perform different commands according to the strength of the touch intensity.

그리고 본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서(100,100')의 구조를 기본으로 하여 2차원의 터치패널을 구성하는 것도 가능하다. 이러한 정전용량 방식의 터치패널(300)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정전극(314)과, 상기 고정전극(314)과 이격되게 설치된 탄성전극(316)과, 상기 고정전극(314) 및 탄성전극(316) 사이에 개재된 절연체(318)와, 상기 고정전극(314)과 탄성전극(316) 및 절연체(318) 각각의 일단들이 고정된 절연성의 결합부재(320)로 각각 이루어진 다수의 제1 단위전극(312)들과 제2 단위전극(312')들을 포함하고, 상기 제1 단위전극(312)들과 제2 단위전극(312')들은 각각 일렬을 이루도록 배치되되 상기 제1 단위전극(312)들이 이루는 열의 일단과 제2 단위전극(312')들이 이루는 열의 일단이 수직을 이루도록 배치된 전극부(310) 및 상기 제1/제2 단위전극(312,312')들의 각 탄성전극(316)에 결합된 장방형의 소재패널(330)을 포함한다. 또한 상기 제1/제2 단위전극(312,312')들의 각 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 전압을 인가하고, 상기 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 형성된 정전용량을 감지하는 구동회로(340) 역시 포함된다. 물론 제1/제2 단위전극(312,312')들이 연결되지 않은 소재패널(330)의 나머지 두 개의 모서리는 소재패널(330)이 일정한 장력을 가지도록 고정되어 있다.In addition, it is also possible to configure a two-dimensional touch panel based on the structure of the capacitive force sensors 100 and 100 ′ according to the present invention. As shown in FIG. 4, the capacitive touch panel 300 includes a fixed electrode 314, an elastic electrode 316 provided to be spaced apart from the fixed electrode 314, and the fixed electrode 314. And an insulator 318 interposed between the elastic electrodes 316 and an insulating coupling member 320 having one end of each of the fixed electrode 314, the elastic electrode 316, and the insulator 318 fixed thereto. First unit electrodes 312 and second unit electrodes 312 ′ of the first unit electrodes 312 and the second unit electrodes 312 ′, respectively, to be arranged in a line with the first unit electrodes 312 ′. One end of a row formed by the unit electrodes 312 and one end of a row formed by the second unit electrodes 312 'and the elastic part of the electrode unit 310 and each of the first and second unit electrodes 312 and 312'. A rectangular material panel 330 coupled to 316 is included. In addition, a voltage is applied between each of the fixed electrodes 314 and the elastic electrodes 316 of the first and second unit electrodes 312 and 312 ′, and the capacitance is formed between the fixed electrodes 314 and the elastic electrodes 316. It also includes a driving circuit 340 for detecting. Of course, the remaining two corners of the material panel 330 to which the first and second unit electrodes 312 and 312 'are not connected are fixed so that the material panel 330 has a constant tension.

앞서 설명한 본 발명의 터치키(200)와 비교할 때, 상기 터치패널(300)은 제1 단위전극(312)들과 제2 단위전극(312')들이 일렬을 이루도록 다수개 구비된다는 것과, 상기 제1 단위전극(312)들과 제2 단위전극(312')들이 장방형 소재패널(330)의 서로 인접한 두 모서리에 일렬로 배치된다는 것을 제외하고는 그 구성이 거의 동일하다.Compared to the touch key 200 of the present invention described above, the touch panel 300 is provided with a plurality of first unit electrodes 312 and the second unit electrode 312 'to form a line, The configuration is almost the same except that the first unit electrodes 312 and the second unit electrodes 312 ′ are arranged in two adjacent corners of the rectangular material panel 330.

만일 상기 소재패널(330) 상의 임의의 지점에 변형이 발생하면, 상기 다수의 제1 단위전극(312)들의 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 형성되는 정전용량들은 상기 변형지점의 거리에 비례하는 값들을 가지게 된다. 이는 변형지점과 가까울수록 탄성전극(316)의 정전용량이 작다는 것을 의미하므로, 다수의 제1 단위전극(312)들의 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 형성되는 정전용량 중 최소값 을 갖는 제1 단위전극(312)의 위치를 변형지점의 X-좌표로 선택할 수 있다. 마찬가지의 원리로 상기 다수의 제2 단위전극(312')들의 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 형성되는 정전용량 중 최소값을 갖는 제2 단위전극(312')의 위치를 변형지점의 Y-좌표로 선택할 수 있다. 이와 같은 변형지점의 2차원상의 좌표 산출은 연산부(350)를 통하여 이루어지며, 이 역시 본 발명의 터치키(200)의 경우와 흡사하다.If deformation occurs at any point on the material panel 330, the capacitances formed between the fixed electrode 314 and the elastic electrode 316 of the plurality of first unit electrodes 312 may be formed at the deformation point. It will have values proportional to the distance. This means that the closer the deformation point is, the smaller the capacitance of the elastic electrode 316 is. Therefore, the minimum value of the capacitance formed between the fixed electrode 314 and the elastic electrode 316 of the plurality of first unit electrodes 312. The position of the first unit electrode 312 having a may be selected as the X-coordinate of the deformation point. Similarly, the deformation point of the position of the second unit electrode 312 ′ having the minimum value among the capacitances formed between the fixed electrode 314 and the elastic electrode 316 of the plurality of second unit electrodes 312 ′ is changed. Can be selected with the Y-coordinate of. This two-dimensional coordinate calculation of the deformation point is made through the operation unit 350, which is also similar to the case of the touch key 200 of the present invention.

또한 도 5에 도시된 바와 같이, 소재패널(330) 상의 변형지점을 보다 정교하게 산출하기 위해서, 본 발명의 터치패널(300)은 상기 제1 단위전극(312)들과 평행하게 대향하는 제3 단위전극(360)들과 상기 제2 단위전극(312')들과 평행하게 대향하는 제4 단위전극(360')들을 더 포함하고, 상기 제3/제4 전극부(360,360')의 각 탄성전극(316)에 상기 소재패널(330)이 결합되도록 구성할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, in order to more precisely calculate the deformation point on the material panel 330, the touch panel 300 of the present invention may face the third unit electrodes 312 in parallel with each other. Further comprising unit electrodes 360 and fourth unit electrodes 360 ′ facing in parallel with the second unit electrodes 312 ′, each elasticity of the third and fourth electrode units 360 and 360 ′. The material panel 330 may be coupled to the electrode 316.

이와 같이 단위전극들(312,312'360,360')을 배치하면, 상기 소재패널(330) 상의 임의의 지점에 변형이 발생하였을 때 상기 다수의 제1/제3 단위전극(312,360)들의 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 형성되는 정전용량 중 최소값을 갖는 제1/제3 단위전극(312,360)의 위치에 각각 대응하는 두 개의 X-좌표와, 상기 다수의 제2/제4 단위전극(312',360')들의 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 형성되는 정전용량 중 최소값을 갖는 제2/제4 단위전극(312',360')의 위치에 각각 대응하는 두 개의 Y-좌표를 얻을 수 있다. 따라서 상기 두 개의 X-좌표와 두 개의 Y-좌표들을 조합하면 총 네 개의 좌표가 나오게 된다. 따라서 상기 네 개의 좌표의 중심을 상기 변형지점의 좌표로 산출한다면 변형지점의 좌표를 보다 정확하게 계산할 수 있다. 물론 두 개의 X-좌표와 두 개의 Y-좌표는 각각 서로 동일한 경우가 발생할 수 있으며, 가능한 모든 경우를 생각하면 네 개의 좌표는 점, 직선, 삼각형 및 사각형의 도형으로 나타날 수 있다. 그렇지만 이 모든 경우에도 그 중점을 계산하는 것은 가능하며, 점으로 나타난 경우에는 별도의 추가 연산이 필요 없음은 당연하다.When the unit electrodes 312, 312'360 and 360 'are disposed as described above, when the deformation occurs at any point on the material panel 330, the fixed electrodes 314 of the plurality of first and third unit electrodes 312 and 360 are formed. And two X-coordinates corresponding to positions of the first and third unit electrodes 312 and 360 having a minimum value among the capacitances formed between the electrode and the elastic electrode 316, and the plurality of second and fourth unit electrodes ( Two corresponding to the positions of the second and fourth unit electrodes 312 'and 360' having the minimum value of the capacitance formed between the fixed electrode 314 and the elastic electrode 316 of the 312 'and 360'. Y-coordinates can be obtained. Therefore, combining the two X-coordinates and the two Y-coordinates results in a total of four coordinates. Therefore, if the centers of the four coordinates are calculated as the coordinates of the deformation point, the coordinates of the deformation point can be calculated more accurately. Of course, two X-coordinates and two Y-coordinates may be identical to each other, and in all possible cases, four coordinates may be represented by a point, a straight line, a triangle, and a rectangle. However, in all these cases it is possible to calculate the midpoint, and if it appears as a point, no extra computation is required.

여기에서 제1∼제4 단위전극(312,312',360,360')들의 개수를 증가시키면 해상도가 증가하여, 사용자가 터치한 지점을 보다 정확하게 검출할 수 있음은 물론이다.Herein, increasing the number of the first to fourth unit electrodes 312, 312 ′, 360, and 360 ′ increases the resolution, so that the point touched by the user may be detected more accurately.

본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치패널(300) 역시 사용자가 터치한 강도를 구별할 수도 있다. 즉 상기 연산부(350)는 상기 제1/제2 단위전극(312,312')의 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 형성된 각 정전용량의 합, 또는 제1∼제4 단위전극(312,312',360,360')의 고정전극(314)과 탄성전극(316) 사이에 형성된 각 정전용량의 합이 사전에 설정된 다수의 범위 중 어디에 대응하는지 판단하고, 이에 따라 상기 변형지점에 가해진 외력의 세기를 구별하도록 구성될 수 있다. 이는 단위전극의 개수에만 차이가 있을 뿐 전술한 터치키(200)의 경우와 기본적으로 동일하다.The capacitive touch panel 300 according to the present invention may also distinguish the intensity touched by the user. That is, the operation unit 350 is a sum of capacitances formed between the fixed electrode 314 and the elastic electrode 316 of the first and second unit electrodes 312 and 312 ′, or the first to fourth unit electrodes 312 and 312. It is determined whether the sum of the capacitances formed between the fixed electrode 314 and the elastic electrode 316 of '360,360' corresponds to one of a plurality of preset ranges, and thus the strength of the external force applied to the deformation point is determined. Can be configured to distinguish. This is basically the same as the case of the touch key 200 described above, but only the number of unit electrodes.

그리고 본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치패널(300)에 구비된 소재패널(330)의 물성 내지는 특성은 전술한 본 발명의 터치키(200)의 경우와 동일하고, 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.And the physical properties or characteristics of the material panel 330 provided in the capacitive touch panel 300 according to the present invention is the same as the case of the touch key 200 of the present invention described above, and thus a detailed description thereof is omitted. do.

이상 본 발명의 기술적 구성이 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 하며, 본 명세서에 예시된 실시예에 한정되어서는 아니될 것이다.Although the technical configuration of the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings, this is only an example, and those skilled in the art may have various modifications and equivalent embodiments therefrom. You will understand that it is possible. Therefore, the true protection scope of the present invention should be defined by the appended claims, and should not be limited to the embodiments illustrated herein.

도 1은 본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서에 대한 개략도.1 is a schematic diagram of a capacitive force sensor according to the present invention;

도 2a는 도 1의 힘센서가 적용된 정전용량 방식의 터치키에 대한 개략도.Figure 2a is a schematic diagram of a capacitive touch key to which the force sensor of Figure 1 is applied.

도 2b는 도 2a의 터치키의 작동방식을 설명하기 위하여 모델링된 도면.FIG. 2B is modeled to explain the operation of the touch key of FIG. 2A. FIG.

도 3은 본 발명에 따른 정전용량 방식의 힘센서의 변형례에 대한 개략도.Figure 3 is a schematic diagram of a modification of the capacitive force sensor according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치패널의 일실시예에 대한 개략도.Figure 4 is a schematic diagram of one embodiment of a capacitive touch panel according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치패널의 또 다른 실시예에 대한 개략도.5 is a schematic view of another embodiment of a capacitive touch panel according to the present invention;

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS

100,100': 힘센서 200,200': 터치키100,100 ': Force sensor 200,200': Touch key

300: 터치패널 110,310: 전극부300: touch panel 110, 310: electrode portion

112,312: 제1 단위전극 112',312': 제2 단위전극112,312: first unit electrode 112 ', 312': second unit electrode

114,314: 고정전극 116,316: 탄성전극114,314: fixed electrode 116,316: elastic electrode

118,318: 절연체 120,320: 결합부재118,318: insulator 120,320: coupling member

130,330: 소재패널 200: 터치키130,330: Material panel 200: Touch key

210,340: 구동회로 220,350: 연산부210,340: driving circuit 220,350: arithmetic unit

Claims

An electrode unit including a fixed electrode, an elastic electrode provided to be spaced apart from the fixed electrode, and a first unit electrode formed of an insulating coupling member to which ends of the fixed electrode and the elastic electrode are fixed;

A fixing part disposed to face the first unit electrode; And

A strip-shaped material panel coupled to the elastic electrode of the first unit electrode and the fixing part;

Capacitive force sensor comprising a.

The method according to claim 1,

The electrode part of the capacitive force sensor, characterized in that further comprising an insulator interposed between the fixed electrode and the elastic electrode.

The method according to claim 1,

The material panel is a capacitive force sensor, characterized in that made of a transparent material.

The method according to claim 1,

The material panel is a capacitive force sensor, characterized in that made of any one material selected from the group consisting of polycarbonate, polyether ether keton, polyimide.

The method according to claim 1,

The elasticity modulus of the material panel is a capacitive force sensor, characterized in that greater than the elongation.

An electrode unit including a fixed electrode, an elastic electrode disposed to be spaced apart from the fixed electrode, and a first unit electrode and a second unit electrode each formed of an insulating coupling member having one end of each of the fixed electrode and the elastic electrode fixed thereto; And

A strip-shaped material panel coupled to each of the elastic electrodes of the first and second unit electrodes;

Capacitive force sensor comprising a.

The method according to claim 6,

The electrode unit of claim 1, further comprising an insulator interposed between the fixed electrode and the elastic electrode.

The method according to claim 6,

The capacitive force sensor according to any one of claims 1 to 5; And

A driving circuit applying a voltage between the fixed electrode and the elastic electrode of the first unit electrode of the force sensor, and sensing a capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode;

Capacitive touch key comprising a.

The method of claim 11,

When deformation occurs at any point on the material panel of the force sensor, the capacitance is formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the first unit electrode in proportion to the distance between the deformation point and the first unit electrode. The touch key of the capacitive method, characterized in that it further comprises a calculation unit for calculating the deformation point by multiplying the proportional constant set to.

The method according to claim 12,

The calculating unit determines whether the capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the first unit electrode corresponds to one of a plurality of preset ranges, and thereby distinguishing the strength of the external force applied to the deformation point. Capacitive touch key.

The capacitive force sensor according to any one of claims 6 to 10; And

A driving circuit for applying a voltage between the fixed electrode and the elastic electrode of each of the first and second unit electrodes of the force sensor, and sensing a capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode;

Capacitive touch key comprising a.

The method according to claim 14,

When deformation occurs at any point on the material panel of the force sensor, between the fixed electrode and the elastic electrode of the first / second unit electrode in proportion to the distance between the deformation point and the first / second unit electrode. Capacitive touch key further comprises a calculation unit for calculating the deformation point from the ratio between the capacitance formed.

The method according to claim 15,

The calculating unit determines whether the sum of the capacitances formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the first / second unit electrode corresponds to one of a plurality of preset ranges, and thus determines the strength of the external force applied to the deformation point. Capacitive touch key, characterized in that to distinguish.

And a plurality of first unit electrodes and second unit electrodes each comprising a fixed electrode, an elastic electrode provided to be spaced apart from the fixed electrode, and an insulating coupling member having one end of each of the fixed electrode and the elastic electrode fixed thereto. First and second unit electrodes arranged in a line, respectively; an electrode unit disposed such that one end of a row formed by the first unit electrodes and one end of a row formed by the second unit electrodes are perpendicular to each other;

A rectangular material panel coupled to each elastic electrode of the first and second unit electrodes; And

A driving circuit applying a voltage between each of the fixed electrodes and the elastic electrodes of the first and second unit electrodes, and sensing a capacitance formed between the fixed electrode and the elastic electrode;

Capacitive touch panel comprising a.

The method according to claim 17,

The capacitive touch panel further comprises an insulator interposed between the fixed electrode and the elastic electrode of the electrode unit.

The method according to claim 17,

Further comprising third unit electrodes facing in parallel with the first unit electrodes and fourth unit electrodes facing in parallel with the second unit electrodes, each of the elastic electrodes of the third / fourth electrode portion Capacitive touch panel, characterized in that the material panel is coupled.

The method according to claim 17,

When deformation occurs at any point on the material panel, the X-coordinate corresponding to the position of the first unit electrode having a minimum value among the capacitances formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the plurality of first unit electrodes; And calculating a coordinate of the deformation point from a Y-coordinate corresponding to a position of a second unit electrode having a minimum value among capacitances formed between the fixed electrodes and the elastic electrodes of the plurality of second unit electrodes. A capacitive touch panel.

The method of claim 19,

When deformation occurs at an arbitrary point on the material panel, each of the first and third unit electrodes having a minimum value among the capacitances formed between the fixed electrode and the elastic electrode of the plurality of first and third unit electrodes is respectively located. Two corresponding to the positions of the second and fourth unit electrodes each having two corresponding X-coordinates and a minimum value of capacitances formed between the fixed electrodes and the elastic electrodes of the plurality of second and fourth unit electrodes. And a calculation unit for determining a Y-coordinate and calculating a center of four coordinates consisting of a combination of the two X-coordinates and the two Y-coordinates as the coordinates of the deformation point. Touch panel.

The method according to claim 20 or 21,

The calculating unit determines whether the sum of the capacitances formed between the fixed electrodes and the elastic electrodes of the plurality of unit electrodes corresponds to one of a plurality of preset ranges, and thereby distinguishes the strength of the external force applied to the deformation point. A capacitive touch panel.

The method according to claim 17,

The material panel is a capacitive touch panel, characterized in that made of a transparent material.

The method according to claim 17,

The material panel is a capacitive panel, characterized in that made of any one material selected from the group consisting of polycarbonate, polyether ether keton, polyimide.

The method according to claim 17,

The modulus of elasticity of the material panel is greater than the elongation rate of the capacitive touch panel.