KR20110081474A - Single layer touch screen device with high precision and decision method of sensing position - Google Patents

Single layer touch screen device with high precision and decision method of sensing position Download PDF

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KR20110081474A
KR20110081474A KR1020100001662A KR20100001662A KR20110081474A KR 20110081474 A KR20110081474 A KR 20110081474A KR 1020100001662 A KR1020100001662 A KR 1020100001662A KR 20100001662 A KR20100001662 A KR 20100001662A KR 20110081474 A KR20110081474 A KR 20110081474A
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Abstract

PURPOSE: A monolayer touch screen device with high precision and a location decision method are provided to decide a touch location on an X axis more precisely. CONSTITUTION: A plurality of signal electrodes are formed in a touch screen panel(100). A driving unit(220) applies a voltage having different waveforms to both ends of the signal electrode. A sensing unit(230) measures a charge quantity accumulated by an object touching the signal electrode. A signal processing unit(240) standardizes the charge quantity and decides a touch location.

Description

정밀도가 높은 단일층 터치스크린 장치 및 위치 결정방법 {Single Layer Touch Screen Device with High Precision and Decision Method of Sensing Position}Single Layer Touch Screen Device with High Precision and Decision Method of Sensing Position}

본 발명은 작동오류를 최소한으로 줄인 단일층 정전용량방식(Single Layer Capacitive) 터치스크린 장치의 구조와 위치 결정방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a structure and a positioning method of a single layer capacitive touch screen device with minimal operation error.

터치스크린 패널은 입력이 간단하여, 휴대폰이나 모니터에서 많이 쓰인다. 정전용량방식은 내부에 공기층 없이 단일층(Single Layer)으로 만들 수 있으므로, 투과율 손실이 적어, 앞으로 휴대폰에 많이 쓰일 전망이다. 도 1은 종래의 단일층 정전용량방식 터치스크린 패널의 평면도이다. 이러한 구조는 대한민국 공개특허 10-2009-0048770에 자세히 언급되어있다. 종래의 단일층 정전용량방식 터치스크린 장치는 두 개의 전극이 한 쌍이 되어 검출하는 구조이다. 좌전극(132)은 화면의 가로방향으로(X축) 폭이 좁아지고, 우전극(131)은 폭이 커지는 구조이다. 좌전극과 우전극은 ITO와 같은 투명하면서 전기가 통하는 물질로 만든다. 기판(110)은 보통 투명한 플라스틱 재질이다. 좌전극과 우전극은 외곽전극(141)으로 외부 감지회로와 연결된다. 외곽전극(141)과 균일전극(142)은 은풀(Silver Paste)을 스크린 프린팅 방법으로 만든다. 균일전극은 외곽전극과 좌전극 그리고 외곽전극과 우전극 사이에 접촉저항을 줄인다. 좌전극과 우전극 각각 하나로 이루어진 다수의 쌍이 세로축 방향(Y축)으로 형성되어 있다.The touch screen panel is simple to input, so it is often used in mobile phones and monitors. Since the capacitive type can be made as a single layer without an air layer inside, it is expected to be used in mobile phones in the future because of the low transmittance loss. 1 is a plan view of a conventional single layer capacitive touch screen panel. Such a structure is mentioned in detail in Korean Patent Publication No. 10-2009-0048770. In the conventional single layer capacitive touch screen device, two electrodes are paired and detected. The left electrode 132 has a narrow width in the horizontal direction (X axis) of the screen, and the right electrode 131 has a large width. The left and right electrodes are made of a transparent and electrically conductive material such as ITO. The substrate 110 is usually a transparent plastic material. The left electrode and the right electrode are connected to an external sensing circuit by the outer electrode 141. The outer electrode 141 and the uniform electrode 142 make silver paste by screen printing. Uniform electrodes reduce the contact resistance between the outer and left electrodes and between the outer and right electrodes. A plurality of pairs consisting of one left electrode and one right electrode are formed in the vertical axis direction (Y axis).

도 2는 종래의 단일층 정전용량방식 터치스크린의 단면도이다. 유리커버(120) 위에 손가락(300)은 접지된 전극처럼 작용한다. 아래에 위치한 전극(좌전극, 우전극)과 유리커버 그리고 손가락의 접촉면 사이에는 일정한 정전용량이 생긴다. 손가락과 좌전극이 겹치는 면적을 A(L), 우전극과 손가락이 겹치는 면적을 A(R)이라 하고, 유리커버의 두께와 유전율상수를 각각 d, ε이라 하자. 좌전극(132)과 손가락이 이루는 정전용량 CL과, 우전극(131)과 손가락이 이루는 정전용량 CR은 아래 식과 같다.2 is a cross-sectional view of a conventional single layer capacitive touch screen. The finger 300 on the glass cover 120 acts as a grounded electrode. There is a constant capacitance between the bottom electrode (left electrode, right electrode), the glass cover and the contact surface of the finger. Let A (L) be the area where the finger and the left electrode overlap, A (R) be the area where the right electrode and the finger overlap, and let d and ε be the thickness and dielectric constant of the glass cover, respectively. The capacitance C L formed by the left electrode 132 and the finger and the capacitance C R formed by the right electrode 131 and the finger are as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

도 3은 종래의 정전용량 방식의 설명도로 손가락(300)을 좌전극(132)과 우전극(131)에 투영시켜 본 것이다. 손가락(300)이 도 3의 (가)에서와 같이 직사각형으로 되어 있다고 간주한다. 좌전극과 손가락이 서로 접하는 면적에 정전용량이 생기고, 또한 우전극에도 손가락이 서로 접하는 면적에 정전용량이 생긴다. 정전용량은 손가락과 전극이 접하는 면적에 비례한다. X축 중앙에 손가락이 올려져 있으면, 좌전극과 우전극에 형성되는 정전용량은 같다. 손가락이 왼쪽으로 접할수록 정전용량은 작아진다. 좌전극과 우전극의 길이를 XO라 하면, 손가락이 놓인 X축 위치는 아래 식으로 구할 수 있다.3 is a view illustrating a conventional capacitive type projection of the finger 300 on the left electrode 132 and the right electrode 131. It is assumed that the finger 300 is rectangular as in Fig. 3A. The capacitance is generated in the area where the left electrode and the finger are in contact with each other, and the capacitance is generated in the area where the finger is in contact with each other. The capacitance is proportional to the area where the finger and the electrode are in contact. If the finger is placed in the center of the X axis, the capacitance formed at the left electrode and the right electrode is the same. The smaller the finger is to the left, the smaller the capacitance. If the length of the left electrode and the right electrode is X O , the X-axis position where the finger is placed can be obtained by the following equation.

Figure pat00003

Figure pat00003

종래의 단일층 정전용량방식 터치스크린 장치는 손가락이 접촉하는 영역에서 좌전극과 우전극의 면적비에 따라서 손가락의 X축 위치가 결정이 된다. 손가락이 도 3의 (가)와 같이 직사각형 모양이고, 전극의 폭에 비하여 크다면 X축 위치 결정도는 높다. 그러나 손가락 모양은 도 3의 (나)와 같이 타원형이므로, X축 위치는 변하지 않고, 손가락이 세로방향인 Y축으로 이동한다면, 좌전극과 우전극이 손가락과 겹치는 면적비율이 달라진다. 또한 어린이처럼 손가락이 전극 폭에 비하여 작은 경우에는 도 3의 (다)와 (라)에서와 같이, 좌전극과 우전극의 면적 비율이 Y축 위치에 따라서 달라진다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 공개특허 10-2009-0082965에서는 도 4와 같이 좌우전극을 각각 2 분할하여 전극의 폭은 그대로 유지한 상태에서 좌전극(132')과 우전극(131')의 면적비에 대한 선형성을 강화하였다. 그러나 이러한 구조는 좌우전극이 서로 접하는 부분이 많아지기 때문에 단선과 단락이 많이 생겨서 생산성이 떨어진다.In the conventional single layer capacitive touch screen device, the X-axis position of the finger is determined according to the area ratio of the left electrode and the right electrode in the area where the finger contacts. If the finger has a rectangular shape as shown in Fig. 3A and is larger than the width of the electrode, the X-axis positioning degree is high. However, since the shape of the finger is elliptical, as shown in FIG. In addition, when the finger is smaller than the electrode width like a child, as shown in (c) and (d) of FIG. In order to compensate for this problem, in Patent Document 10-2009-0082965, the left and right electrodes are divided into two as shown in FIG. Enhanced linearity. However, the structure of the left and right electrodes are in contact with each other, so many disconnections and short circuits occur, resulting in poor productivity.

본 발명에서는 신호전극의 양단에 걸리는 전압을 교대로 바꾸어주면서 잰 전하량을 규격화(Normalization)하여 X축 위치를 결정하는 정밀도를 높였다. 즉 손가락의 접촉 면적의 크기와 모양에 상관없이 X축 위치를 정확히 결정하는 단일층 터치스크린 패널의 구조와 위치정보를 알아내는 방법을 기술한다.
In the present invention, the accuracy of determining the X-axis position is increased by normalizing the amount of charged charge while alternately changing the voltage across the signal electrode. That is, it describes a method of finding the structure and location information of a single-layer touch screen panel that accurately determines the X-axis position regardless of the size and shape of the contact area of the finger.

본 발명의 정전용량방식에서는 신호전극을 동일 평면상에 나란하게 만들고, 신호전극 양단에 다른 전압 파형을 걸어주어, X축 위치에 따라서 신호전극에 걸리는 전압을 다르게 하였다. 본 발명에서는 또한 손가락의 면적에 따라서 유도되는 전하량이 달라지기 때문에, 신호전극 양단에 걸리는 전압 파형을 바꿔서 걸어주어, 손가락 크기에 따른 정전용량의 변화를 규격화(Normalization)하여 좌표를 결정하였다.
In the capacitance method of the present invention, the signal electrodes are arranged side by side on the same plane, and different voltage waveforms are applied to both ends of the signal electrodes, thereby varying the voltage applied to the signal electrodes according to the X-axis position. In the present invention, since the amount of electric charge induced varies depending on the area of the finger, the voltage waveform across the signal electrode is changed, and the coordinates are determined by normalizing the change in capacitance according to the size of the finger.

본 발명의 터치스크린은 구조가 간단하므로 가격이 낮고, 또한 X축 위치를 보다 정밀하게 결정할 수 있다. 또한 TFT LCD의 컬러필터기판 위에 일체형으로 만들면 투과율 손실을 줄일 수 있으므로, 화면이 밝은 표시소자의 특성을 유지하면서, 터치 기능을 구현할 수 있다.
Since the touch screen of the present invention is simple in structure, it is low in cost and more precisely determines the X-axis position. In addition, since the transmittance loss can be reduced by being integrated on the color filter substrate of the TFT LCD, the touch function can be realized while maintaining the characteristics of the display device having a bright screen.

도 1은 종래의 단일층 정전용량방식 터치스크린 패널의 평면도이다.
도 2는 종래의 단일층 정전용량방식의 단면도이다.
도 3는 종래의 정전용량방식의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 정전용량방식 터치스크린 패널의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 터치스크린 패널의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 신호전극에서의 전압 분포를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 터치스크린 패널의 등가회로도이다.
도 9는 터치스크린 장치의 구성도이다.
도 10은 감지부와 신호처리부의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 검출방법의 시간도표(Timing Chart)이다.
도 12는 본 발명의 위치를 결정하는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 터치스크린 장치를 적용한 TFT LCD의 단면도이다.1 is a plan view of a conventional single layer capacitive touch screen panel.
2 is a cross-sectional view of a conventional single layer capacitance method.
3 is an explanatory diagram of a conventional capacitance method.
5 is a plan view of a capacitive touch screen panel of the present invention.
6 is a cross-sectional view of the touch screen panel of the present invention.
Figure 7 shows the voltage distribution in the signal electrode of the present invention.
8 is an equivalent circuit diagram of a touch screen panel of the present invention.
9 is a configuration diagram of a touch screen device.
10 is a configuration diagram of a detector and a signal processor.
11 is a timing chart of the detection method of the present invention.
12 is a flow chart for determining the location of the present invention.
13 is a cross-sectional view of the TFT LCD to which the touch screen device of the present invention is applied.

본 발명의 터치스크린패널은 신호전극(111)이 가로축(X축)과 나란하게 여러 개 있는 구조이다. 도 5는 본 발명의 정전용량방식 터치스크린 패널의 평면도이다. 신호전극(111)은 ITO와 같은 투명하면서 전기가 통하는 물질로 만든다. 기판(110)은 투명한 플라스틱 재질이다. 신호전극(111)은 외곽전극(141)으로 구동모듈(200)과 연결된다. 외곽전극과 균일전극(142)은 은풀(Silver Paste)을 스크린 프린팅하여 만든다. 은풀은 신호전극보다 면저항이 매우 낮다. 균일전극은 외곽전극(141)과 신호전극(111) 사이에 접촉저항을 줄인다. 신호전극(111)은 면저항이 100Ω/㎠ 이상인 것을 쓴다. 외곽전극의 총 저항이 0.1kΩ 미만으로 만든다. 반면에 신호전극의 양단까지의 저항은 10kΩ 보게 크게 만든다. 외곽전극의 저항은 신호전극의 저항에 비하여 약 1% 미만으로 만든다. 이 경우에 신호전극 양단에 있는 외곽전극에 전압을 걸어주면, 외곽전극 저항에 의한 전압 감쇠를 무시할 수 있다. 신호전극의 양단에 연결되는 외곽전극은 서로 대칭이 되게 한다. The touch screen panel according to the present invention has a structure in which a plurality of signal electrodes 111 are parallel to the horizontal axis (X axis). 5 is a plan view of a capacitive touch screen panel of the present invention. The signal electrode 111 is made of a transparent and electrically conductive material such as ITO. The substrate 110 is a transparent plastic material. The signal electrode 111 is connected to the driving module 200 by the outer electrode 141. The outer electrode and the uniform electrode 142 are made by screen printing silver paste. Silver paste has much lower sheet resistance than signal electrodes. The uniform electrode reduces contact resistance between the outer electrode 141 and the signal electrode 111. The signal electrode 111 has a sheet resistance of 100 Ω / cm 2 or more. The total resistance of the outer electrode is made less than 0.1 kΩ. On the other hand, the resistance to both ends of the signal electrode is made larger to see 10kΩ. The resistance of the outer electrode is made less than about 1% of the resistance of the signal electrode. In this case, if voltage is applied to the outer electrodes at both ends of the signal electrode, the voltage attenuation caused by the outer electrode resistance can be ignored. The outer electrodes connected to both ends of the signal electrode are symmetrical with each other.

도 6은 본 발명의 터치스크린 패널(100)의 단면도이다. 휴대폰과 모니터에 쓰이는 터치스크린 패널은 표시소자와 결합이 되는데, 표시소자의 구동부에서 오는 전자기파에 의한 교란을 차폐전극(112)이 막는다. 차폐전극은 빛이 잘 투과되는 ITO와 같은 투명도전극으로 만들고 접지시킨다. 유리커버(120) 위에 손가락(300)은 접지된 전극처럼 작용한다. 신호전극(111)과 유리커버(120) 그리고 손가락의 접촉면에는 일정한 정전용량이 생긴다. 손가락과 신호전극(111) 겹치는 면적을 A, 유리커버의 두께와 유전율상수를 각각 d, ε이라 하면, 손가락이 접촉되면서 생기는 정전용량의 변화(ΔC)는 아래 식과 같다.6 is a cross-sectional view of the touch screen panel 100 of the present invention. The touch screen panel used in the mobile phone and the monitor is coupled to the display element, the shielding electrode 112 prevents disturbance caused by electromagnetic waves coming from the driving unit of the display element. The shielding electrode is made of a transparent electrode such as ITO through which light is transmitted and grounded. The finger 300 on the glass cover 120 acts as a grounded electrode. A constant capacitance occurs on the contact surface between the signal electrode 111, the glass cover 120, and the finger. When the overlapping area between the finger and the signal electrode 111 is A, and the thickness and dielectric constant of the glass cover are d and ε, respectively, the change in capacitance (ΔC) generated when the finger is in contact is as follows.

Figure pat00004
Figure pat00004

도 7은 본 발명의 신호전극에서의 전압 분포를 나타낸 것이다. 도 7의 (가)에서와 같이 X축 원점인 왼쪽 균일전극(143)은 접지로 연결된다. 오른쪽 균일전극(142)에는 전압 파형 V(t)를 걸어준다. 외곽전극에 V(t)가 걸리지만 신호전극의 저항에 비하여 외곽전극의 저항이 낮기 때문에, 외곽전극에서의 전압강하는 없는 것으로 간주한다. 도 7의 (나)는 도 7의 (가)와 같은 상태에서 신호전극의 등가회로이다. 저항이 연속하여 연결된 회로이다. 이와 같은 등가회로에서 X축 임의의 점 x에서의 전압 파형은 아래 식과 같다.Figure 7 shows the voltage distribution in the signal electrode of the present invention. As shown in FIG. 7A, the left uniform electrode 143 which is the X-axis origin is connected to the ground. The voltage waveform V (t) is applied to the right uniform electrode 142. V (t) is applied to the outer electrode, but because the resistance of the outer electrode is lower than that of the signal electrode, it is considered that there is no voltage drop at the outer electrode. FIG. 7B is an equivalent circuit of the signal electrode in the state shown in FIG. 7A. A resistor is a circuit connected in series. In such an equivalent circuit, the voltage waveform at an arbitrary point x in the X-axis is as follows.

Figure pat00005
Figure pat00005

X축 위치에 대한 정보가 전압 파형의 진폭에 담겨져 있다. X축 위치가 커질수록 도 7의 (다)에서와 같이 진폭이 커진다. 본 발명에서는 신호전극에 걸리는 전압 파형의 진폭이 X축 위치에 따라서 달라지게 하고, 이것을 규격화 과정(Normalization)을 통하여 X축 위치 정보를 추출한다. 신호전극 X축의 임의의 점인 x에 손가락이 접촉하면, 신호전극에 정전용량(ΔC)이 커지고, 이로 인하여 신호전극에는 손가락에 의한 전하(Q)가 아래 식과 같이 시간에 따라서 축적된다.Information about the X-axis position is contained in the amplitude of the voltage waveform. As the X-axis position increases, the amplitude increases as shown in FIG. In the present invention, the amplitude of the voltage waveform applied to the signal electrode is varied according to the X-axis position, and the X-axis position information is extracted through normalization. When a finger touches x, which is an arbitrary point on the signal electrode X axis, the capacitance ΔC increases with the signal electrode, whereby the charge Q by the finger accumulates in the signal electrode with time as shown in the following equation.

Figure pat00006
Figure pat00006

도 8은 본 발명의 터치스크린 패널의 등가회로도이다. (가)는 X축 원점인 왼쪽 균일전극에 최대 전압 파형이 인가되고, 오른쪽 균일전극은 접지시켰을 때의 등가회로이다. (나)는 X축 원점인 왼쪽 균일전극은 접지시키고, 오른쪽 균일전극은 최대 전압 파형이 인가되었을 때의 등가회로이다. (다)는 왼쪽 균일전극과 오른쪽 균일전극 모두 최대 전압 파형이 인가되었을 때의 등가회로이다. (라)는 왼쪽 균일전극과 오른쪽 균일전극 모두 접지시켰을 때의 등가회로이다. 왼쪽 균일전극과 오른쪽 균일전극 사이의 신호전극의 총 저항을 R이라고 하고, 신호전극의 X축 길이를 X0라면, 원점에서 임의의 점 x까지의 저항 Ra와 임의의 점 x에서 오른쪽 균일전극까지의 저항 Rb는 아래 식과 같다.8 is an equivalent circuit diagram of a touch screen panel of the present invention. (A) is the equivalent circuit when the maximum voltage waveform is applied to the left uniform electrode which is the X-axis origin, and the right uniform electrode is grounded. (B) grounds the left uniform electrode, the X-axis origin, and the right uniform electrode is the equivalent circuit when the maximum voltage waveform is applied. (C) is an equivalent circuit when the maximum voltage waveform is applied to both the left and right uniform electrodes. (D) is an equivalent circuit when both the left and right uniform electrodes are grounded. If the total resistance of the signal electrode between the left and right uniform electrodes is R and the X-axis length of the signal electrode is X 0 , the resistance R a from the origin to any point x and the right uniform electrode at any point x The resistance R b to is as follows.

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

도 8의 (가).(나),(다),(라)의 등가회로에서, X축 임의의 점 x에서의 전압 V(+), V(-), V(+,-), V(0,0)은 아래 식과 같다.In the equivalent circuits of (a), (b), (c), and (d) of FIG. 8, the voltages V (+), V (-), V (+,-), V at any point x in the X-axis. (0,0) is as below.

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

도 8의 (가).(나),(다),(라)의 등가회로에서, X축 임의의 점 x에서의 손가락과 신호전극의 정전용량 ΔC에 축적되는 전하를 각각 Q(+), Q(-), Q(+,-), Q(0,0)은 아래 식과 같다.In the equivalent circuits of (a), (b), (c), and (d) of FIG. 8, the charges accumulated in the capacitance ΔC of the finger and the signal electrode at an arbitrary point x on the X-axis are Q (+), Q (-), Q (+,-), and Q (0,0) are as follows.

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

Figure pat00016
Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

x값에 정보는 아래 식으로부터 간단히 알 수 있다. The information on the x value can be simply obtained from the following equation.

Figure pat00018
Figure pat00018

Q(+), Q(-)를 잰 다음, 이것을 더한 값과 Q(+,-)를 잰 값을 비교하여, 현재 측정의 신뢰도가 어느 정도인지 검증(Varification)할 수 있다. Q(0,0)은 측정계의 오프셋(off set)값이다.Q (+) and Q (-) are measured, and the sum of these values and the Q (+,-) value can be compared to verify the reliability of the current measurement. Q (0,0) is the offset value of the measurement system.

신호전극에 걸리는 총 정전용량(C)에 의한 임피던스(Z)가 신호전극의 저항(R)에 비하여 매우 크면, 구동 전극의 전압분할은 터치 패널의 정전용량에 의한 영향은 무시할 수 있다. 신호전극에 걸어주는 전압 파형의 주파수가 f라면 아래 조건식을 만족해야한다. If the impedance Z due to the total capacitance C across the signal electrode is very large compared to the resistance R of the signal electrode, the voltage division of the driving electrode can ignore the influence of the capacitance of the touch panel. If the frequency of the voltage waveform across the signal electrode is f, the following condition must be satisfied.

Figure pat00019
Figure pat00019

구동주파수가 10KHz, 정전용량 C가 20pF이면, 임피던스는 약 10MΩ이므로, 신호전극 양 끝단 사이의 저항이 100kΩ 미만이 되게 한다. If the driving frequency is 10KHz and the capacitance C is 20pF, the impedance is about 10MΩ, so that the resistance between both ends of the signal electrode is less than 100kΩ.

도 9는 본 발명의 터치스크린 장치의 구성도이다. 터치스크린 장치는 크게 터치스크린 패널(100)과 구동모듈(200)로 구성된다. 구동모듈은 한 개 또는 여러 개 IC로 구성된다. 구동모듈은 전체 제어를 담당하는 제어부(210)와 터치스크린 패널의 신호전극에 전압 파형을 걸어주는 구동부(220) 그리고 터치스크린 패널의 신호전극에 축적된 전하량을 감지하는 감지부(230)와 감지신호를 처리하여 X,Y좌표로 전환하는 신호처리부(240)로 구성된다. 신호처리부는 외부 시스템에서 그 기능을 수행할 수도 있다. 구동부에서 신호전극으로 전압이 인가될 때는 감지부와 신호전극이 전기적으로 단절이 되고, 신호를 감지하는 경우에는 구동부와 신호전극이 전기적으로 단절된다. 신호전극은 도 10의 구동모듈의 감지부(230)에 연결된다. 감지부는 감지전극을 순차로 선택하는 (n×1) 멀티플렉스(231)와 전하를 모아서 전압으로 바꾸어주는 적분회로(232)로 구성된다. 손가락 접촉으로 생기는 전하(ΔQ)가 연산증폭기(OP Amp)에 연결된 CS에서 모인다. OP Amp에서 출력이 되는 전압(V0)은 아래 식과 같다. 9 is a configuration diagram of a touch screen device of the present invention. The touch screen device is largely comprised of the touch screen panel 100 and the driving module 200. The drive module consists of one or several ICs. The driving module includes a control unit 210 in charge of overall control, a driving unit 220 for applying a voltage waveform to the signal electrode of the touch screen panel, and a sensing unit 230 for sensing the amount of charge accumulated in the signal electrode of the touch screen panel. It is composed of a signal processor 240 for processing the signal to switch to the X, Y coordinate. The signal processor may perform its function in an external system. When voltage is applied from the driver to the signal electrode, the sensing unit and the signal electrode are electrically disconnected, and when detecting a signal, the driver and the signal electrode are electrically disconnected. The signal electrode is connected to the sensing unit 230 of the driving module of FIG. 10. The sensing unit is composed of an (n × 1) multiplex 231 for sequentially selecting the sensing electrodes and an integrating circuit 232 for collecting charges and converting them into voltages. The charge ΔQ generated by finger contact is collected at C S connected to the operational amplifier OP Amp. The voltage outputted from OP Amp (V 0 ) is as below.

Figure pat00020
Figure pat00020

RS(Reset switch)를 연결하면 CS에 축적된 전하가 방전되면서 초기화된다. 적분기와 출력전압 V0을 읽는 ADC(Analogy Digital Convert)를 한 개만 두고, 신호전극을 하나씩 멀티플렉스(231)를 써서 번갈아가면서 읽는다. 출력전압을 디지털로 변환된 값을 DSP(Digital Signal Processing)에서 위치좌표로 계산된다. 신호처리부(240)는 도 9에서와 같이 구동모듈(200) 내부에 있을 수도 있고, 외부 시스템에서 둘 수도 있다.When R S (Reset switch) is connected, the electric charge accumulated in C S is discharged and initialized. There is only one ADC (Analogy Digital Convert) that reads the integrator and the output voltage V 0 , and the signal electrodes are read alternately using the multiplex 231 one by one. The digital value of the output voltage is calculated as position coordinates by DSP (Digital Signal Processing). The signal processor 240 may be inside the driving module 200 as shown in FIG. 9 or may be placed in an external system.

도 11은 본 발명의 검출방법에 대한 시간도표(Timing Chart)이다. D(+)는 신호전극 왼쪽에 걸어준 전압 파형이다. D(-)는 신호전극 오른쪽에 걸어준 전압 파형이다. 모든 신호전극에 동시에 파형이 인가된다. VS신호에 동기 되어 첫 번째 신호전극에 유도된 전하량을 잰다. 먼저 OP Amp의 적분회로의 Reset 스위치를 작동시켜서 CS에 축적된 전하를 소거하고, 이어 첫 번째 신호전극 S(0)을 적분회로에 연결하여 전하를 전압으로 바꾸어 측정한다. 첫 번째 신호를 읽었으면, Reset 스위치를 작동시켜서 CS에 축적된 전하를 소거하고, 이어 두 번째 신호전극 S(1)을 적분회로에 연결하여 전하를 전압으로 바꾸어 측정한다. 이와 같은 과정을 마지막 신호전극 S(n)까지 실행한다. n번째 신호전극에 축적된 전하는 Q(n,+)이라고 한다. 이어서 -프레임 동안에는 전압이 서로 바꾸어지고, 같은 과정을 반복하여 전하를 측정한다. n번째 신호전극에 축적된 전하는 Q(n,-)이라고 한다. 검증프레임에서는 신호전극 양단에 각각 V전압이 걸리게 하고 전하량을 잰다. n번째 신호전극에 축적된 전하는 Q(n,+,-)이라고 한다. 오프셋(off set)프레임에서는 신호전극 양단에 각각 0V가 걸리게 하고 전하량을 잰다. 신호 전달하는 동안에 외부에서 생기는 노이즈나 기타 감지부에서의 오프셋전압 등이 실린 값이다. n번째 신호전극에 축적된 전하는 Q(n,0,0)이라고 한다.11 is a timing chart of the detection method of the present invention. D (+) is the voltage waveform applied to the left of the signal electrode. D (-) is the voltage waveform on the right side of the signal electrode. Waveforms are simultaneously applied to all signal electrodes. The amount of charge induced in the first signal electrode is measured in synchronization with the VS signal. First, the reset switch of the integrating circuit of OP Amp is operated to erase the charge accumulated in C S , and then the first signal electrode S (0) is connected to the integrating circuit to measure the charge by changing the voltage. When the first signal has been read, the reset switch is operated to erase the charge accumulated in C S , and then the second signal electrode S (1) is connected to the integrating circuit and the charge is converted into a voltage. This process is performed up to the last signal electrode S (n). The charge accumulated on the nth signal electrode is called Q (n, +). Then, during the frame, the voltages are swapped with each other, and the same process is repeated to measure the charge. The charge accumulated on the nth signal electrode is called Q (n,-). In the verification frame, V voltage is applied to both ends of the signal electrode and the amount of charge is measured. The charge accumulated on the nth signal electrode is called Q (n, +,-). In the offset (off set) frame, 0V is applied to both ends of the signal electrode and the amount of charge is measured. It is a value that contains the noise generated from the outside during signal transmission or the offset voltage from other sensors. The charge accumulated on the nth signal electrode is called Q (n, 0,0).

출력 신호는 DSP(Digital Signal Processing)에서 터치되는 좌표 값으로 계산된다. DSP에서는 각각의 신호전극 오프셋을 제거한 다음, 이 값으로 각각의 신호전극 X축 좌표에 해당하는 x(n)을 계산한다.     The output signal is calculated as a coordinate value touched by DSP (Digital Signal Processing). The DSP removes each signal electrode offset, and then calculates x (n) corresponding to the X-axis coordinates of each signal electrode using this value.

Figure pat00021
Figure pat00021

또한

Figure pat00022
값과
Figure pat00023
을 비교하여 차이가 클 경우에는 에러처리루틴으로 제어를 넘길 수 있다.
Also
Figure pat00022
Value and
Figure pat00023
If the difference is large, control can be transferred to the error handling routine.

도 12는 본 발명의 터치스크린 패널의 위치를 결정하는 순서도이다. 터치스크린 패널이 작동하면, 구동부에서 구동전극에 파형을 걸어주어, 초기 보정측정을 한다. 보정측정에는 손가락 접촉이 없이 감지전극에 축적되는 즉 기생용량에 축적되는 전하를 측정한다. 이 값은 손가락이나 기타 접촉물이 없었을 때의 신호전극과 차폐전극 사이의 기생정전용량(C0) 때문에 생기는 전하이다. i번째 신호전극에서 +프레임에 측정되는 보정측정값을 Q0(+,i)라고하고, i번째 신호전극에서 -프레임에 측정되는 보정측정값을 Q0(-,i)라고 한다. 보정측정에서는 +프레임과 -프레임에서 측정값 차이가 없어야, 제대로 실행한 것이다. +프레임과 -프레임에서 전하량 차이가 적으면 보정측정을 끝낸다. +프레임, -프레임, 검증프레임, 오프셋프레임을 측정하고, 측정이 제대로 이루어졌는지 검증한다. +프레임과 -프레임 측정값을 더한 것과 검증프레임에서 잰 것을 비교하여 허용오차보다 벗어나면 다시 측정한다. +프레임과 -프레임 측정값을 더해서 최대가 되는 신호전극을 결정하면, Y축에 대한 위치 정보를 알 수 있다. 이어서 최대가 되는 신호전극의 규격화 과정을 통하여 X축 위치 정보를 구한다.12 is a flow chart for determining the position of the touch screen panel of the present invention. When the touch screen panel is operated, the driving unit applies a waveform to the driving electrode and performs initial calibration measurement. The calibration measurement measures the charge accumulated in the sensing electrode, i.e., the parasitic capacitance, without finger contact. This value is due to the parasitic capacitance C 0 between the signal and shielding electrodes in the absence of fingers or other contacts. The correction measurement value measured in the + frame at the i-th signal electrode is called Q 0 (+, i), and the correction measurement value measured in the -frame at the i-th signal electrode is called Q 0 (-, i). In the calibrated measurement, there was no difference between the measured values at + frame and-frame. If the difference in the amount of charge in the + frame and the-frame is small, the calibration measurement is completed. Measure + frame, -frame, verification frame, offset frame and verify that the measurement is done properly. Compare the plus and minus frame readings with those from the verification frame and measure again if they deviate from the tolerance. By determining the signal electrode that is maximized by adding the + frame and-frame measurement values, the position information on the Y axis can be obtained. Subsequently, the X-axis position information is obtained through the standardization process of the signal electrode that is maximized.

접촉하는 면의 손가락의 높이가 대략 1cm이므로 전극의 폭은 1cm 정도로 만든다. 전극의 폭이 너무 작으면 손가락에 의한 정전용량의 변화가 적다. 유리커버의 두께는 1mm 이내이다. 유리커버의 두께와 그리고 손가락의 면적으로부터 투명 전극의 폭을 결정하는데, 신호전극의 폭을 4mm에서 10mm 사이에 둔다. Since the height of the finger of the contacting surface is approximately 1 cm, the width of the electrode is made about 1 cm. If the width of the electrode is too small, there is little change in capacitance caused by the finger. The thickness of the glass cover is within 1 mm. The width of the transparent electrode is determined from the thickness of the glass cover and the area of the finger, with the width of the signal electrode between 4 mm and 10 mm.

터치스크린 패널이 가장 널리 쓰이는 분야는 휴대폰이고, 휴대폰의 표시소자로는 TFT LCD를 널리 쓴다. TFT LCD 위에 도 6과 같은 터치스크린 패널을 붙인다. TFT LCD 유리기판에 터치스크린 패널을 일체화시키면 조립에 생기는 불량과 광 손실을 줄여서 밝은 화면을 구현할 수 있다. 또한, 기판뿐 아니라 TFT LCD의 공통전극을 차폐 전극으로 공유할 수 있어 재료비를 줄일 수 있다. 도 13은 본 발명의 터치스크린 패널을 TFT LCD와 일체화한 단면도이다. TFT기판(410)과 컬러필터기판(420) 사이에 액정층(430)이 형성된다. TFT기판과 대향하는 컬러필터기판에는 컬러필터층(422)과 공통전극(421)이 만들어져있다. 컬러필터는 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)이 단위요소로 구성된다. 도 13에서 편광판은 TFT기판에 검광판은 터치스크린 신호전극 위에 부착된다. 도 13에서 편광판과 검광판은 생략하였다. 컬러필터 유리기판(420)에 먼저 신호전극(423)을 형성하고, 이어 터치패널 전극 이면의 유리기판에 컬러필터층과 공통전극을 만든다. 즉 컬러필터를 만드는 과정에서 동시에 터치스크린 패널을 만들 수 있다.
The most widely used field of touch screen panel is a mobile phone, and TFT LCD is widely used as a display device of the mobile phone. A touch screen panel as shown in FIG. 6 is attached on the TFT LCD. By integrating the touch screen panel on the TFT LCD glass substrate, it is possible to realize a bright screen by reducing defects and light loss in assembly. In addition, the common electrode of the TFT LCD as well as the substrate can be shared as the shielding electrode, thereby reducing the material cost. 13 is a cross-sectional view of the touch screen panel of the present invention integrated with a TFT LCD. The liquid crystal layer 430 is formed between the TFT substrate 410 and the color filter substrate 420. The color filter substrate 422 and the common electrode 421 are formed on the color filter substrate facing the TFT substrate. The color filter is composed of red (R), green (G), and blue (B) as unit elements. In FIG. 13, the polarizer is attached to the TFT substrate, and the analyzer is attached to the touch screen signal electrode. In FIG. 13, the polarizer and the analyzer are omitted. A signal electrode 423 is first formed on the color filter glass substrate 420, and then a color filter layer and a common electrode are formed on the glass substrate behind the touch panel electrode. That is, in the process of making color filters, a touch screen panel can be made at the same time.

100 : 본 발명의 터치스크린 패널 100’ : 종래의 터치스크린 패널
110 : 기판 111 : 신호전극 112 : 차폐전극
120 : 유리커버 131, 132 : 우전극, 좌전극
141 : 외곽전극 142 : 균일전극
200 : 구동모듈
210 : 제어부 220 : 구동부 230 : 감지부 240 : 신호처리부
300 : 손가락(접촉물체)
400 : TFT LCD 패널
410 : TFT 기판 420 : 컬러필터 기판 421 : 공통전극
423 : 신호전극 430 : 액정층100: touch screen panel of the present invention 100 ': conventional touch screen panel
110 substrate 111 signal electrode 112 shielding electrode
120: glass cover 131, 132: right electrode, left electrode
141: outer electrode 142: uniform electrode
200: drive module
210: controller 220: driver 230: detector 240: signal processor
300: finger (contact object)
400: TFT LCD Panel
410 TFT substrate 420 color filter substrate 421 common electrode
423: signal electrode 430: liquid crystal layer

Claims (7)

서로 나란한 다수의 신호전극(111)이 형성되어있는 터치스크린 패널(100)과;
상기 신호전극(111) 양단에 파형이 다른 전압을 걸어주는 구동부(220)와;
상기 신호전극(111)에 접촉하는 물체(300)에 의하여 축적된 전하량을 재는 감지부(230)와;
상기 전하량을 규격화(Normalization)하여 위치를 결정하는 신호처리부(240)를 포함하는 터치스크린 장치.A touch screen panel 100 in which a plurality of signal electrodes 111 are formed in parallel with each other;
A driver 220 which applies a voltage having a different waveform to both ends of the signal electrode 111;
A detector 230 measuring the amount of charge accumulated by the object 300 in contact with the signal electrode 111;
And a signal processor 240 for determining a position by normalizing the charge amount. 제1항에 있어서, 상기 신호전극(111) 양단에 파형이 다른 두 전압 파형을 걸어주어 전하량을 재고, 신호전극 양단에 걸리는 상기 두 전압 파형을 바꾸어 걸어주어 전하량을 재는 구동모듈(200)을 포함하는 터치스크린 장치.The driving module 200 of claim 1, further comprising: a driving module 200 measuring the amount of charge by applying two voltage waveforms having different waveforms on both ends of the signal electrode 111, and changing the two voltage waveforms across the signal electrode. Touch screen device. 제2항에 있어서, 상기 두 전하량의 합을 구하여 규격화 과정을 거치는 신호처리부(240)를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.The touch screen device as set forth in claim 2, further comprising a signal processor (240) which obtains a sum of the two charges and undergoes a standardization process. 제2항에 있어서, 측정오차를 검증하는 측정 절차가 들어가는 구동모듈(200)을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.The touch screen device as claimed in claim 2, further comprising a drive module (200) for entering a measurement procedure for verifying a measurement error. 제3항에 있어서, 투명 신호전극(111)이 액정표시소자의 컬러필터기판(420)에 설치된 터치스크린 패널(100)을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.4. The touch screen device according to claim 3, wherein the transparent signal electrode (111) comprises a touch screen panel (100) provided on the color filter substrate (420) of the liquid crystal display device. 접촉하는 물체가 없는 상태에서 신호전극 양단에 파형이 다른 전압을 인가하여 신호전극에 축적된 전하량을 검출하는 단계;
접촉하는 물체가 있는 상태에서 신호전극 양단에 파형이 다른 전압을 인가하면서 신호전극에 축적된 전하량을 검출하는 단계;
신호전극의 양단에 걸린 상기 파형이 다른 전압을 바꾸어 걸어서 신호전극에 축적된 전하량을 검출하는 단계와;
물체가 없는 상태에서 전하량을 소거해 주는 단계와;
규격화 과정을 거쳐서 물체의 위치를 결정하는 터치스크린 위치 측정방법.Detecting an amount of charge accumulated in the signal electrode by applying a voltage having a different waveform to both ends of the signal electrode in a state where there is no contact with the object;
Detecting an amount of charge accumulated in the signal electrode while applying a voltage having a different waveform to both ends of the signal electrode while there is an object in contact;
Detecting the amount of charge accumulated in the signal electrode by changing a different voltage between the waveforms across the signal electrode;
Erasing the amount of charge in the absence of an object;
Touch screen position measurement method to determine the position of the object through the standardization process. 제6항에 있어서 신호전극 양단에 검증 파형이 걸리게 하여, 측정의 정확도를 검증하는 단계가 추가되는 터치스크린 위치 측정방법.The method of claim 6, further comprising verifying accuracy of measurement by applying a verification waveform across the signal electrode.
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