KR20150040464A

KR20150040464A - Touch screen input device

Info

Publication number: KR20150040464A
Application number: KR20130119008A
Authority: KR
Inventors: 한상현; 김기범
Original assignee: 한상현; 김기범
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-15

Abstract

The present invention relates to a touch screen input device. The device includes: a first electrode layer which has first electrode patterns on the top surface of a substrate to sense in one direction; a second electrode layer which is placed under the first electrode layer and has second electrode patterns, which are overlapped with the first electrode patterns on the surface and a surface where the first electrode patterns are not formed, and which are spaced by a certain distance from each other, to sense in the other direction; and a control unit which controls, among the first electrode patterns of the first electrode layer to sense in one direction and the second electrode patterns of the second electrode layer to sense in the other direction, except for the electrode measuring capacitance, the remaining electrode patterns to a ground state. By doing so, in the present invention, as the remaining electrodes except for sensing electrodes are controlled to a ground state, those electrodes can work as a shield and shut out external noise.

Description

[0001] Touch screen input device [0002]

본 발명은 터치 스크린 입력장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 전극패턴 구조를 개선하여 노이즈 절감과 동시에 원가절감을 실현할 수 있는 터치 스크린 입력장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a touch-screen input device, and more particularly, to a touch-screen input device capable of reducing noise and cost at the same time by improving an electrode pattern structure.

일반적으로 터치 스크린(touch screen)은 손으로 접촉(touch)하면 그 위치를 입력받도록 하는 특수한 입력장치를 장착한 화면을 말한다. 즉, 키보드를 사용하지 않고 화면(스크린)에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면, 그 위치를 파악하여 저장된 소프트웨어에 의해 특정 처리를 할 수 있도록 화면에서 직접 입력 자료를 받을 수 있게 한 화면을 말한다.Generally, a touch screen refers to a screen having a special input device for receiving a position of a touch when the user touches the touch screen. That is, if a person's hand or object touches a character or a specific position on the screen (screen) without using a keyboard, the position can be grasped and the input data can be directly received from the screen It is a screen that makes.

이러한 정전용량 방식의 터치 스크린은 도 1에 도시된 바와 같이 투명 재질의 창(윈도우; 10)과 인체의 접촉을 감지하는 터치 스크린(정전용량 센서; 20), 그리고 센서에 전기적 신호를 구동하여 센서로부터 발생되는 전기적 신호의 변화로부터 디스플레이 상에 입력되는 사용자의 터치 행위에 대한 좌표를 계산해내는 컨트롤러 반도체(제어부; 30)와 디스플레이 장치(40)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the electrostatic capacity type touch screen includes a touch screen (electrostatic capacitance sensor) 20 for sensing a contact between a window (window) 10 made of transparent material and a human body, (Controller) 30 and a display device 40 for calculating coordinates of a touch action of the user inputted on the display from a change of an electrical signal generated from the controller 30 (see FIG.

상기 터치 스크린 장치가 구비된 전자기기는 동시에 두 점(두 손가락) 이상의 사용자 입력을 감지할 수 있음으로 인해 단순한 한 점(한 손가락)의 터치 입력 외에도 동시에 여러 점 이상의 터치 입력이 가능하여, 사용자의 단순한 한 점의 터치입력 동작뿐만 아니라 그래픽유저인터페이스(GUI)를 통해 구현되는 다양한 형태의 다중 입력 명령체계의 입력장치로서의 적용에 유리한 장점이 있다.Since the electronic device equipped with the touch screen device can detect user inputs more than two points (two fingers) at the same time, it is possible to input touch points of more than one point at the same time in addition to the touch input of a single point (one finger) There is an advantage that it is advantageous to be applied not only as a single point touch input operation but also as an input device of various types of multiple input command systems implemented through a graphic user interface (GUI).

상기 원도우(10)는 일반적으로 0.5mm에서부터 5mm정도 두께의 투명한 플라스틱 재질이나 투명한 유리 재질로 제작되며 정전용량 센서(20)와 디스플레이장치(40) 화면의 최 전면에 위치한다.The window 10 is generally made of a transparent plastic material or a transparent glass material having a thickness of about 0.5 mm to 5 mm and is located at the forefront of the screen of the capacitive sensor 20 and the display device 40.

상기 정전용량 센서(20)는 원도우(10)의 하부에 위치하게 되며 투명 재질의 필름이나 유리 기판 위에 투명한 특성과 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium Thin Oxide)나 폴리머 재질 또는 탄소나노튜브를 이용한 도전성 잉크 등을 도포하여 특정 모양으로 성형된 전극의 패턴을 성형하여 제작된다. 투명한 도전성 재질 중 현재의 기술로는 ITO 재질을 사용하는 것이 일반적이다.The electrostatic capacitance sensor 20 is disposed on the lower side of the window 10 and is made of a conductive material such as ITO (Indium Thin Oxide), polymer material or carbon nanotube having a transparent property and electrical conductivity on a transparent film or glass substrate Or the like to form a pattern of electrodes molded into a specific shape. Among the transparent conductive materials, ITO materials are generally used as the current technology.

상기 정전용량 센서의 구조는 도 2a와 같이 필름이나 유리 기판(22a, 23a)위에 성형된 각각의 도전성 투명 전극의 패턴을 서로 중첩되지 않는 형태로 제 1층(22b)과 제 2층(23b)에서 각각 제 1축과 제 2축 방향의 정전용량의 변화량을 감지할 수 있도록 배치하거나, 도 3a와 같이 하나의 기판(22a) 위에 한 층의 투명성 도전성 전극패턴층(22b)만을 이용하여 제 1축 방향과 제 2축 방향의 정전용량의 변화량을 감지할 수 있도록 기하학적 구조를 갖는 전극패턴을 배치하게 된다.2A, the capacitive sensor has a structure in which patterns of the respective conductive transparent electrodes formed on the film or glass substrate 22a and 23a are patterned so as not to overlap with each other, the first layer 22b and the second layer 23b, 3A and 3B, or by using only one layer of the transparent conductive electrode pattern layer 22b on one substrate 22a, as shown in FIG. 3A, to detect the change in the capacitance in the first axis and the second axis, An electrode pattern having a geometrical structure is disposed so as to sense a change amount of the capacitance in the axial direction and the second axial direction.

이러한 정전용량 센서 장치의 수직적 구조로 인하여 원도우 밖에서 접촉이 되는 정전용량성 매질(일반적으로 사람의 손, 제 1전극이라고 함; 25)과 각각의 센서 층에 성형된 투명한 도전성 전극 패턴 영역(전극, 제 2전극; 22b, 23b)층 사이에는 원도우 또는 원도우와 1층의 기판(22a)을 포함하는 부분을 간극(유전체/절연체)으로 하는 정전용량(capacitance) 성분이 발생하게 된다.Due to the vertical structure of such a capacitive sensor device, a capacitive medium (generally referred to as a human hand, first electrode) 25, which is in contact with the outside of the window, and a transparent conductive electrode pattern region A capacitance component having a gap (dielectric / insulator) is formed between the first electrode 22a and the second electrode 22b and the second electrode 22b.

이때 발생되는 정전용량 성분 중 센서의 제 1층과 제 2층, 즉 제 1축 또는 제 2축에 배치된 각각의 투명 도전성 패턴들과 신체 또는 다른 도전성 매질의 접촉으로 인하여 발생된 정전용량의 크기들을 센서 컨트롤러 반도체를 이용하여 각각 감지하고 이를 각각 센서의 제 1축과 제 2축의 2차원적인 공간에서의 정전용량의 분포를 계산하여 정보기기의 디스플레이 장치에 부합되는 2차원적인 위치를 좌표화하여 출력함으로써 전자기기는 사용자의 터치 행위의 발생 그 자체와 터치가 이루어진 행위의 2차원적 공간에서의 위치를 인지하게 된다.Among the electrostatic capacitance components generated at this time, the magnitude of the capacitance generated due to the contact between the transparent conductive patterns disposed on the first and second layers of the sensor, that is, the first axis or the second axis, Are sensed using a sensor controller semiconductor, and the distribution of capacitance in the two-dimensional space of the first axis and the second axis of the sensor is respectively calculated to coordinate the two-dimensional position corresponding to the display device of the information device The electronic device recognizes the occurrence of the touch action of the user and the position of the touch in the two-dimensional space.

위와 같은 구조와 동작 원리를 갖는 정전용량 방식의 터치 스크린 장치는 기존의 저항막 방식의 터치 스크린 장치에 비해 외부 충격이나, 긁힘 또는 오염으로부터 보다 더 긴 내구성을 갖고 있을 뿐만 아니라 사용자의 다양한 터치 입력 행위를 감지할 수 있고, 광학적 투과도가 우수하여 맑은 디스플레이 화면을 사용자에게 제공할 수 있는 장점이 있다.The capacitive touch screen device having the above structure and operation principle has a longer durability than the conventional resistive touch screen device due to external impact, scratch or contamination, It is possible to provide a clear display screen to the user because of its excellent optical transmission.

종래의 정전용량 센서 장치는 일반적으로 다음과 같이 세 종류로 구성 되어 있다.Conventional capacitive sensor devices generally have the following three types.

제 1 방식의 센서는 도 2a와 같이 총 2개의 도전성 패턴을 갖는 층의 구조로 제작되며, 제 1, 2층은 도 2b와 같이 제 1축과 2축 방향으로 서로 연결되어 배치된 마름모 형태의 투명 전극 패턴(22b, 23b)들이 최소의 간격을 두고 순차적으로 배치되어 각 방향의 정전용량 및 정전용량의 변화량을 감지하는 역할을 수행 한다.2A, the sensor of the first type is formed of a layer having a total of two conductive patterns, and the first and second layers are formed in a rhombic shape The transparent electrode patterns 22b and 23b are disposed sequentially with minimum intervals to sense the capacitance and capacitance of each direction.

제 1층의 투명 도전체 패턴과 제 2층의 투명 도전체 패턴의 배치 및 센싱 방향은 서로 직교 하며, 도 2a의 구조와 같이 수직 방향으로 배치되어 2차원적인 공간의 정전용량을 감지할 수 있도록 제작된다.The arrangement and direction of the transparent conductor pattern of the first layer and the transparent conductor pattern of the second layer are orthogonal to each other and are arranged in the vertical direction as in the structure of FIG. 2A, so that the capacitance of the two- .

이때 상기 제 1층의 도전성 전극 패턴과 제 2층의 도전성 전극 패턴은 원도우에서 수직으로 내려다보았을 때에 각의 층의 마름모 형태의 전극들은 서로 마름모의 연결점을 제외한 부분이 겹치지 않도록 배치되어 원도우 표면에 접촉되는 신체의 접촉 동작으로 발생하는 정전용량을 두 개의 축의 방향에서 비교적 균일하게 감지할 수 있는 수직/수평적 구조를 갖는다.When the conductive electrode pattern of the first layer and the conductive electrode pattern of the second layer are viewed from the window vertically, the rhombic electrodes of the respective layers are arranged so that portions except for the connection points of the rhombus do not overlap, And has a vertical / horizontal structure capable of relatively uniformly sensing the capacitance generated by the contact action of the body in the directions of two axes.

그러나 후술할 제 3방식에 비해 디스플레이 장치(40)와 전자기기 자체, 그리고 원도우 전면으로부터 유입되는 정전기적 노이즈를 효과적으로 차단할 수 없는 단점이 있는 센서 구조이다. 그러므로 센서 패턴에 외부 정전기적인 노이즈의 유입을 차단할 수 있는 그라운드 보호층이 없는 관계로 외부 노이즈에 굉장히 취약하다.However, it has a disadvantage in that the electrostatic noise introduced from the display device 40, the electronic device itself, and the front surface of the window can not be effectively blocked as compared with the third method, which will be described later. Therefore, the sensor pattern is very vulnerable to external noise because there is no ground protection layer that can block the introduction of external electrostatic noise.

두 번째 제 2 방식의 센서는 도 3a와 같이 단 1개의 투명 도전성 패턴(22b)을 갖는 단일 층의 구조로 제작되며, 한 개의 층만으로 제 1축과 제 2축의 방향의 정전용량 성분을 모두 감지 할 수 있도록 삼각형 및 사각형 등의 형태를 갖는 도전성 패턴의 조합이 일반적으로 사용 된다.The second sensor of the second type is fabricated as a single layer structure having only one transparent conductive pattern 22b as shown in FIG. 3A, and detects only the capacitance components in the directions of the first and second axes A combination of conductive patterns having a shape such as a triangle and a square is generally used.

상기 제 1층에 배치된 투명 도전성 전극들의 패턴중 제 1축 방향의 정전용량의 변화성분 및 발생 위치는 사각형 모양의 투명 전극들 중에서 사용자의 신체의 접촉에 의해서 발생하는 정전용량이 분포하는 전극을 통해 감지할 수 있게 된다. A change component and a generation position of the capacitance in the first axis direction among the patterns of the transparent conductive electrodes disposed in the first layer are formed by the electrode having the capacitance distribution generated by the contact of the user among the rectangular transparent electrodes So that it can be detected.

반면에 상기 제 1층에 배치된 투명 도전성 전극들의 패턴중 제 2축 방향의 정전용량의 변화성분 및 발생 위치는 서로 마주보고 있는 직각 삼각형 모양의 두 전극들에 대해 점유되는 인체 접촉면의 면적의 차이를 통해 감지된다.On the other hand, among the patterns of the transparent conductive electrodes disposed on the first layer, the change component and the generated position of the capacitance in the second axial direction are different from each other in the area of the human contact surface occupied with respect to the two right- Lt; / RTI >

일반적으로 도 3a의 응용에 있어서 상기와 같이 직각 삼각형 모양의 상부 전극 집단을 하나의 컨트롤러 제어선(27)과 연결하고 하부 전극 집단을 또 다른 하나의 제어선(27)에 연결하였을 경우에는 제 2축 방향에 대해서 한 점(한 손가락)에 의해 발생하는 인체 접촉면의 면적의 차이만 측정할 수 있게 되며, 다수의 사용자 신체의 접촉에는 정확한 위치를 감지하지 못하는 문제가 있어 복잡한 형태의 사용자의 다중 입력을 사용할 수 없는 단점이 발생하게 된다.In the application of FIG. 3A, when the upper electrode group of the right triangle shape is connected to one controller control line 27 and the lower electrode group is connected to another control line 27, It is possible to measure only the difference in the area of the human contact surface caused by one point (one finger) with respect to the axial direction, and there is a problem that the accurate position is not detected in the contact of many user's bodies. It can not be used.

반면에 상기 직각 삼각형 모양의 상부 전극들과 하부 전극들을 모두 분리하여 각각 컨트롤러의 제어선에 연결하였을 경우에는 사용자의 다중 입력에 대한 감지가 가능하게는 되지만 제 2축 방향의 센싱 감도가 현격하게 저하되는 문제점을 갖고 있다.On the other hand, when the upper electrodes and the lower electrodes of the right triangle shape are all separated and connected to the control line of the controller, it is possible to detect multiple inputs of the user, but the sensing sensitivity in the second axis direction is significantly reduced .

또한 서로 마주보는 직각 삼각형과 인체의 접촉면과의 점유 면적의 차이를 이용하여 제 2축 방향의 실제 위치를 추정하는 일은 각각 삼각형의 면적이 아주 적은 꼭지점 부근, 즉 제 2축 방향의 양쪽 종단점 부근에서는 정확한 정전용량을 측정하는데 어려움이 많을 뿐만 아니라, 삼각형 모양의 투명성 전극중 제어선과 연결되는 부분에서 꼭지점 부근까지의 종단 저항이 일반적으로 수 KΩ에서 수십 KΩ에 이를 경우가 있어 제어선과 연결된 부근에서 거리가 가장 멀리 떨어진 종단 부근에서 정전용량을 감지하게 될 경우에는 실제 형성된 정전용량 보다 매우 적은 값이 감지되어 실제 인체의 접촉으로 발생하는 정전용량의 값이 제어선과 연결된 부분과 종단쪽이 서로 비대칭적인 구조를 갖게 되는 문제가 있다.The estimation of the actual position in the second axial direction by using the difference in occupied area between the right triangle facing each other and the contact surface of the human body is performed in the vicinity of the vertex where the area of the triangle is very small, that is, near both end points in the second axial direction In addition to the difficulty in measuring the accurate capacitance, the termination resistance from the portion of the triangular transparent electrode connected to the control line to the vicinity of the vertex generally reaches several KΩ to several tens of KΩ, When the capacitance is detected near the farthest end, a value much smaller than the actually formed capacitance is sensed, so that the value of the capacitance generated by the contact of the human body is asymmetrical with the part connected to the control line There is a problem that you have.

또한, 투명전극을 형성하는 ITO재질의 농도 분포가 일정하지 않아 국소적으로 면저항(Ω /squre)값이 비 균일하게 분포하는 경우가 많아 ITO 재질의 투명 전극이 제 2축 방향의 위치 값 결정은 매우 어렵다.In addition, since the concentration distribution of the ITO material forming the transparent electrode is not constant, the value of the sheet resistance (Ω / squre) is locally unevenly distributed, and the positional value determination of the transparent electrode of the ITO material in the second axis direction It is very difficult.

따라서 이러한 방식의 정전용량 방식의 터치 스크린 장치를 적용한 전자기기는 제조 완료 후 검사 단계에서 출하 전에 반드시 상기 오차에 대한 보정을 위하여 실제 측정된 면적의 값과 실제 디스플레이 장치간의 제 2축간 오차를 보정하는 절차를 수행하여야 하는 경우가 많아 적용이 어려운 경우가 발생하게 된다.Therefore, in the electronic device using the capacitive touch screen device of this type, it is necessary to correct the error between the actually measured area value and the second axis error between the actual display device before the shipment in order to correct for the error It is often difficult to apply the procedure.

또한, 한쪽 축에 대한 감도는 우수하나 나머지 한 방향에 대한 감도는 저하되거나, 감도는 우수하나 나머지 한 방향에 대한 해상도가 저하되고, 외부 노이즈가 많은 시스템에서는 그라운드 층을 하나 더 사용해야 하는 단점이 있고, 대형 사이즈의 응용에는 불리 할 뿐만 아니라, 패턴의 양쪽에서 측정을 할 경우에 발생되는 정전용량의 값이 실제 화면상의 좌표와 1:1 대응이 되지 않아 정밀한 좌표 계산에는 어렵고, 생산 출하시에 칼리브레이션(calibration)과정을 통해 실제 감지되는 좌표와 디스플레이 장치간의 오차에 대한 교정을 진행해야 되는 문제점이 있다.In addition, although the sensitivity to one axis is excellent, the sensitivity to the other direction is deteriorated or the sensitivity to the other direction is excellent, but the resolution for the other direction is deteriorated. In the system where the external noise is large, , It is not only disadvantageous for a large size application, but also it is difficult to calculate accurate coordinates because the value of the capacitance generated when the measurement is performed on both sides of the pattern does not correspond to the coordinates on the actual screen 1: 1, there is a problem in that it is necessary to correct the error between the actually detected coordinates and the display device through the calibration process.

세 번째 제 3 방식의 센서는 상기 도 4a와 같이 제 1방식인 도 2a의 제 2층 기판(23a) 밑에 세 번째 층인 도전성 투명 그라운드 보호층(ground shield; 24a, 24b)을 적용하는 방식이다.As shown in FIG. 4A, the third sensor of the third type is a method of applying conductive ground protective layers (ground shields 24a and 24b) as a third layer under the second layer substrate 23a of FIG. 2A.

그라운드 보호층은 도 4a의 3층 기판(24a)위에 투명 전극층(24b)을 도 4b와 같이 넓은 모양으로 기판의 거의 전 면에 넓게 도포하는 구조로 되어 있다.The ground protection layer has a structure in which the transparent electrode layer 24b is spread over the substantially front surface of the substrate in a wide shape as shown in FIG. 4B on the three-layer substrate 24a in FIG. 4A.

제 1방식에 비해 디스플레이 장치(40)와 전자기기 자체, 그리고 원도우 전면으로부터 유입되는 정전기적 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있는 장점이 있는 반면에 고가의 투명 전도성의 층이 하나 더 사용이 됨으로 센서 제작에 비용적인 면이나 제작 공정적인 면에서 다소 불리한 방식의 센서 구조이다.The electrostatic noise introduced from the display device 40, the electronic device itself, and the front surface of the window can be effectively shielded as compared with the first method. However, since an expensive transparent conductive layer is further used, This is a rather disadvantageous sensor structure in terms of surface and manufacturing process.

이와 같은 다양한 종래 터치 스크린 입력장치에 있어서, 제 1 방식의 경우 고가의 투명 도전막 층의 숫자를 제 3 방식에 비해서 한 층 줄일 수는 있는 장점이 있다.In the various conventional touch screen input devices, the number of expensive transparent conductive film layers can be reduced by one layer in the first method compared to the third method.

그러나 제 1방식은 제 3층의 구조와 같은 노이즈 차폐막(shield)층이 없는 관계로 정전용량을 감지하는 센서 층(22b, 23b)이 외부 노이즈 환경에 그대로 노출이 되게 되며 인체의 접촉에 의한 정전용량의 변화를 감지하는 동안 외부로부터 유입되는 정전기적인 노이즈를 차단하는 기능을 수행하지 못하는 단점이 있다.However, since the first method does not have the same noise shielding layer as the third layer structure, the sensor layers 22b and 23b sensing the electrostatic capacity are exposed to the external noise environment, It has a disadvantage that it can not perform the function of blocking the electrostatic noise introduced from the outside while sensing the change of the capacity.

일반적으로 제 1층과 제 2층의 투명 도전성 패턴은 일종의 안테나 역할을 수행하게 되어 외부 노이즈가 쉽게 유입될 수 있으며, 제 1층과 제 2층의 도전막의 패턴중에 보다 긴 길이의 패턴과 보다 높은 저항을 같는 패턴 구조일수록 더 많은 노이즈가 유입되는 것이 실험적으로 검증되었다.In general, the transparent conductive pattern of the first layer and the second layer serves as a kind of antenna, so that external noise can be easily introduced, and a pattern of a longer length and a higher It has been experimentally verified that more noise is introduced into the pattern structure with the same resistance.

일반적으로 외부에서 발생되어 유입되는 노이즈는 정전용량 센서 하단과 밀접해 있는 디스플레이 장치를 포함하는 전자기기 시스템 자체의 노이즈, 그리고 원도우 밖으로부터 유입되는 인버터 스탠드, 전동 모터의 노이즈(이를 통칭하여 AC, DC, 또는 R/F 노이즈라 부른다), 그리고 노이즈 환경에 놓인 인체로부터 유기되는 정전용량 성분 외의 신호 성분 노이즈를 통칭한다.In general, the noise generated from outside is influenced by the noise of the electronic device system itself including the display device closely connected with the lower end of the electrostatic capacity sensor, the noise of the inverter stand and the electric motor flowing from the outside of the window , Or R / F noise), and a signal component noise other than a capacitance component induced from a human body placed in a noise environment.

따라서 상기 제 1방식의 센서를 이용한 응용에서는 외부에서 유입되는 노이즈의 영향을 배제하기 위하여 정전용량 측정을 반복적으로 진행 하여 산술적 평균을 찾는 방식 또는 노이즈 제거 회로나 소프트위에 등을 컨트롤러에 추가하여 노이즈로 인한 문제를 해결하고자 하지만 원천적으로 유입되는 노이즈 문제를 해결하기에는 어려움이 있다.Therefore, in the application using the first type of sensor, a method of finding the arithmetic average by repeatedly performing the capacitance measurement to remove the influence of the noise introduced from the outside, or a method of adding noise to the controller, However, it is difficult to solve the problem of the noise that is originally introduced.

제 2방식의 경우 정전용량을 측정하기 위한 센서의 층(22b)이 단지 한 층으로 구성되어 있어 센서의 제작비용이 가장 낮아 유리한 장점이 있다. 그러나 상기 제 3방식과 같이 노이즈 차폐막(shield; 24b) 층이 없는 관계로 제 1방식과 같은 노이즈 문제를 해결하는데 어려움이 있는 것과 함께 추가적으로 다음의 문제점이 존재해 왔다.In the case of the second method, since the layer 22b of the sensor for measuring the capacitance is constituted by only one layer, the fabrication cost of the sensor is the lowest. However, since there is no noise shielding layer (24b) layer as in the third method, it is difficult to solve the noise problem similar to the first method, and in addition, the following problems have been caused.

한쪽 방향의 감도와 해상도는 좋으나 다른 방향의 해상도와 감도는 현저하게 떨어지는 관계로 정밀한 위치에 대한 포인팅의 어려움이 있어 풀터치 스크린의 주요 기능인 필기체 인식 및 다중입력 동작을 진행하기에는 어려운 점이 많다Since sensitivity and resolution in one direction are good but resolution and sensitivity in other directions are remarkably low, pointing to a precise position is difficult. Therefore, it is difficult to carry out handwriting recognition and multi-input operation which is a main function of a full touch screen

또한 완제품에 기기에 탑재될 경우 반드시 감도가 낮은 축 방향에 대해서는 매번 출하시에 터치로 인하여 발생한 정전용량 센서의 출력 좌표값과 디스플레이 장치의 실제 좌표간의 오차에 대한 교정값을 세팅하여야 하는 문제가 있어 왔다.Also, when mounted on the finished product, there is a problem that the calibration value for the error between the output coordinate value of the capacitance sensor caused by the touch at the time of shipment and the actual coordinate of the display device must be set for each axial direction in which the sensitivity is low come.

이로 인하여 터치 스크린의 주요 기능인 필기체 인식 및 다중입력 동작을 수행하기에 어려운 것이 일반적이다.Therefore, it is generally difficult to perform handwriting recognition and multi-input operations, which are the main functions of the touch screen.

또한 제 3방식은 제 1방식의 구조에 추가적으로 고가의 도전막 층을 한 층을 더 사용하여 결국 세 층이나 사용해야 함으로 센서 제작에 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 센서 제작에 필요한 작업량이 한 층이나 두 층을 사용하는 센서에 비해 현저하게 많은 관계로 생산성이 낮게 된다.In addition, in the third method, in addition to the structure of the first method, one layer of the expensive conductive film layer is used in addition to the three layers, so that it takes a lot of cost to manufacture the sensor, The productivity is significantly lowered as compared with the sensor using the sensor.

3개의 도전성 층으로 구성되어 있어 제조 원가가 높고, 3개의 층의 구성으로 인해 디스플레이장치의 화면 밝기가 저하 되며, 늘어난 작업 공정으로 인해 전반적인 생산수율(양품의 비율)이 감소하게 된다. 따라서 제 3방식은 도전막 층(이하 ITO층)의 숫자를 줄여 원가를 절감하고 생산 수율을 높일 필요가 있다.The manufacturing cost is high because of the three conductive layers, the display brightness of the display device is reduced due to the three-layer structure, and the overall production yield (good product ratio) is reduced due to the increased work process. Therefore, in the third method, it is necessary to reduce the number of conductive film layers (hereinafter referred to as " ITO " layers) to reduce the cost and increase the production yield.

그리하여 기존의 터치 스크린 입력장치 방식의 장점을 그대로 가지며, 여러 가지 단점을 보완한 기술개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop the technology that has the merits of the conventional touch screen input device method and compensates for various drawbacks.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 생산 비용의 문제 및 외부에서 유입되는 정전기적인 노이즈 제거에 관한 문제 또는 선형성 및 감도의 부족 등을 문제점을 해소한 터치 스크린 입력장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.DISCLOSURE Technical Problem It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a touch screen input device which solves the problems of production cost, problems relating to the removal of electrostatic noise introduced from the outside, lack of linearity and sensitivity, have.

따라서 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치는 제 2전극층의 전극패턴의 구조와, 제 1전극층과 제 2전극층의 도전성 전극을 제어하는 제어부의 제어방식을 변경하여 정전용량 감지 기능을 개선할 수 있으며, 유입되는 외부 노이즈를 제거할 수 있는 수단으로 동시에 적용되는 터치 스크린 입력장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.Therefore, the touch screen input device according to the present invention can improve the capacitance sensing function by changing the structure of the electrode pattern of the second electrode layer and the control method of the control unit for controlling the conductive electrodes of the first electrode layer and the second electrode layer, The present invention provides a touch screen input device that can be applied simultaneously as means for removing external noise introduced.

또한, 제 1전극층과 제 2전극층에 형성된 제 1, 2전극패턴이 센싱하고 있지 않을 때에는 그라운드 차폐막으로서 최대화의 효과를 낼 수 있는 제 1, 2 전극패턴의 구조를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a structure of first and second electrode patterns capable of maximizing the effect of a ground shielding film when the first and second electrode patterns formed on the first and second electrode layers are not sensing.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터치 스크린 입력장치에 있어서, 일측 방향의 센싱을 감지하는 것으로, 기판의 상부면으로 제 1전극패턴이 형성된 제 1전극층, 타측 방향의 센싱을 감지하는 것으로, 상기 제 1전극층 하부에 구비되고, 기판의 상부면으로 상기 제 1전극패턴과 이 제 1전극패턴이 형성되지 않은 면으로 중첩되며, 각각 소정간격 이격 형성된 제 2전극패턴을 가지는 제 2전극층 및 일측 방향을 감지하는 상기 제 1전극층과 타측방향을 감지하는 제 2전극층의 상기 제 1, 2전극패턴 중 정전용량을 측정하는 해당 전극을 제외한 나머지 전극패턴은 그라운드 상태로 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a touch screen input device for sensing sensing in one direction, comprising: a first electrode layer having a first electrode pattern formed on an upper surface of a substrate; A second electrode layer provided below the first electrode layer and having a second electrode pattern formed on the upper surface of the substrate and overlapping the first electrode pattern with a surface on which the first electrode pattern is not formed, A first electrode layer for sensing one direction and a second electrode layer for sensing the other direction; and a control unit for controlling the remaining electrode patterns except the corresponding electrode for measuring capacitance among the first and second electrode patterns to a ground state .

또한, 상기 제 1전극패턴은 마름모(또는 다이아몬드) 형상을 가지는 전극패턴이 제 1축방향으로 연결되도록 배열 형성되며, 상기 제 2전극패턴은 상기 제 1전극패턴과 직교하도록 막대형상을 가지고 형성되며 각각의 제 2전극패턴은 소정간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 한다.The first electrode pattern may be formed such that electrode patterns having a rhombic (or diamond) shape are connected in a first axis direction, and the second electrode pattern is formed to have a bar shape so as to be perpendicular to the first electrode pattern And each of the second electrode patterns is formed at a predetermined interval.

또한, 상기 제 1전극패턴은, 그 면적이 터치 스크린 전체 면적의 1/2를 초과하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first electrode pattern is formed such that its area exceeds 1/2 of the total area of the touch screen.

또한, 상기 제 1전극패턴간의 이격면적과 제 2전극패턴간의 이격면적은 중첩되지 않을 것을 특징으로 한다.The spacing between the first electrode patterns and the spacing between the second electrode patterns do not overlap.

또한, 상기 제어부는, 센싱중인 전극을 제외한 나머지 전극은 그라운드 전압 또는 특정전압을 인가하여 상기 제 1전극층과 제 2전극층을 차폐막으로 적용시키는 것을 특징으로 한다.The controller may apply a ground voltage or a specific voltage to the electrodes other than the sensing electrode to apply the first electrode layer and the second electrode layer as a shielding layer.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 제 1전극층과 제 2전극층에 형성된 정전용량 센싱을 위한 제 1, 2전극패턴에 전기적 신호를 순차적으로 인가하여 정전용량의 값을 측정함에 있어서 각각의 전극패턴들 중에서 센싱을 진행하는 전극 외에 나머지 모든 전극들은 그라운드 전압 또는 특정 전압을 인가하여 센싱하는 전극 외에는 나머지 모든 전극의 면적을 모두 외부에서 인가되는 정전기적 노이즈로부터 정전용량을 감지하는 전극을 보호하는 정전기적 차폐막(Shield)으로 사용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention constructed and operative as described above, in order to sequentially measure the capacitance value by applying an electrical signal sequentially to the first and second electrode patterns for sensing capacitance formed in the first and second electrode layers, All the rest of the electrodes other than the electrode for sensing the ground voltage or the specific voltage except the electrode for sensing the electrostatic noise from the external electrostatic noise, It can be used as a shield.

즉, 제 1전극층의 전극패턴이 센싱을 진행할 때 제 1전극층 중 센싱을 진행하지 않는 나머지 전극패턴은 센싱 전극의 측면 방향으로 유입되는 정전기적 노이즈를 차폐하는 역할을 수행하며, 막대모양의 형상을 가지는 제 2전극층은 센서의 감지 면적으로 그라운드 전압이 인가된 노이즈 차폐층의 역할을 수행하게 됨으로 제 2전극의 밑면에 위치하는 디스플레이 장치(LCD 또는 OLED 등)로부터 유기되는 하부 방향의 정전기적 노이즈를 효과적으로 차단하는 기능을 수행하게 된다. 또한 센싱을 진행하는 제 1전극층은 그라운드 전압이 인가된 제 2전극층과 거의 모든 면적이 근접해 중첩되어 있음으로 인해 발생하는 기생 정전용량으로 인해 상부로부터 유입되는 노이즈를 감쇄시켜주는 기능을 수행하는 형태의 구조가 된다.That is, when the electrode pattern of the first electrode layer is sensing, the remaining electrode patterns, which are not sensed among the first electrode layers, shield the electrostatic noise flowing in the lateral direction of the sensing electrode, The second electrode layer of the second electrode acts as a noise shielding layer to which a ground voltage is applied as a sensing area of the sensor. Therefore, a downward electrostatic noise generated from a display device (e.g., LCD or OLED) Thereby effectively performing a function of intercepting. Also, since the first electrode layer for sensing is functioning to attenuate noise introduced from the top due to the parasitic capacitance caused by overlapping almost all areas of the second electrode layer to which the ground voltage is applied, Structure.

또한, 제 2전극층의 전극이 센싱을 진행할 때 제 2층의 전극 중 센싱을 진행하지 않는 나머지 제 2전극층은 측면에서 유입되는 노이즈 성분을 차단하게 되며, 제 2전극층의 전극패턴으로 하부 디스플레이 장치 또는 전자기기 자체로부터 유입되는 노이즈의 경우 제 2전극패턴은 기존의 전극패턴 구조(다이어몬드, 마름모형)과 다른 직사각형의 패턴구조로 인하여 종단저항이 약 1/10정도 작은 관계로 정전용량 측정을 위해 인가되는 전기적 신호의 종단 강도가 증가되어 신호대 잡음이 비율이 10배 정도 높아진 상태임으로 현저하게 작은 노이즈만 유입되어 높은 작동성을 갖는다.The remaining second electrode layer, which does not proceed to the sensing of the electrodes of the second layer when sensing the electrodes of the second electrode layer, blocks the noise components introduced from the side, and the electrode pattern of the second electrode layer In the case of noise introduced from the electronic device itself, the second electrode pattern has a termination resistance of about 1/10 due to the conventional electrode pattern structure (diamond, diamond pattern) and another rectangular pattern structure. The terminal intensity of the applied electrical signal is increased and the signal-to-noise ratio is increased by about 10 times, so that only a remarkably small noise is introduced and high operability is obtained.

또한, 제 2전극층의 전극패턴의 면적 중 약 1/2정도가 상부 제 1층의 전극 패턴과 매우 근접해 겹쳐 있음으로 그라운드 전압으로 차폐막화 된 제 1전극층과 제 2전극층의 정전용량 감지 전극패턴간의 기생 정전용량 또한 외부로부터 유입되는 노이즈를 감쇄 시켜 주는 역할을 함께 수행한다. Since about one-half of the area of the electrode pattern of the second electrode layer overlaps the electrode pattern of the first first layer so as to overlap the first electrode layer of the second electrode layer and the capacitance sensing electrode pattern of the second electrode layer, The parasitic capacitance also serves to attenuate the noise from the outside.

따라서, 그라운드 보호층(ground shield layer)을 별도로 두지 않아도 외부에서 유입되는 정전기적 노이즈를 효과적으로 차폐 할 수 있게 됨으로써 정정용량 터치 센서의 감도 향상 및 제조상에 원가절감, 작업의 단순화로 인한 생산성 향상 및 최종 검사 시 양품의 수율을 높일 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to effectively shield the electrostatic noise introduced from the outside without separately providing the ground shield layer, thereby improving the sensitivity of the correcting capacity touch sensor, reducing the manufacturing cost, improving the productivity by simplifying the work, It is possible to increase the yield of good products at the time of inspection.

따라서 본 발명은 생산 비용 절감과 정전기적 노이즈 차폐가 가능하며 선형성 및 감도가 우수하고, 다중 입력이 가능한 정전용량 방식의 터치 스크린 입력장치를 제공하는 우수한 효과가 있다.Accordingly, the present invention has an excellent effect of providing a capacitive touch screen input device capable of reducing production costs and shielding electrostatic noise, excellent in linearity and sensitivity, and capable of multiple inputs.

도 1은 일반적인 터치 스크린 입력장치의 개략적인 상태도,
도 2a는 종래기술에 따른 일예로 터치 스크린 입력장치 구조를 나타낸 단면도,
도 2b는 도 2a에 따른 종래기술을 상세히 나타낸 평면도,
도 3a는 종래기술에 따른 다른 실시예로 터치 스크린 입력장치 구조를 나타낸 단면도,
도 3b는 도 3a에 따른 종래기술을 상세히 나타낸 평면도,
도 4a는 종래기술에 따른 다른 실시예로 터치 스크린 입력장치 구조를 나타낸 단면도,
도 4b는 도 4a에 따른 종래기술을 상세히 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 1전극층을 나타낸 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 2전극층을 나타낸 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 1, 2전극층의 결합된 상태를 나타낸 평면도,
도 9는 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 정전용량 측정 상태를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 1전극층에 의해 제 2축방향 센싱을 진행할때의 전극의 상태를 나타낸 상태도,
도 11은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 2전극층에 의해 제 1축방향 센싱 상태를 나타낸 상태도,
도 12는 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 정전용량 검출방식을 나타낸 도면.1 is a schematic diagram of a general touch screen input device,
FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a structure of a touch screen input device according to a related art,
Figure 2b is a top view detailing the prior art according to Figure 2a,
FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating a structure of a touch screen input device according to another embodiment of the related art,
Figure 3b is a top view detailing the prior art according to Figure 3a,
4A is a cross-sectional view illustrating a structure of a touch screen input device according to another embodiment of the related art,
Figure 4b is a top view detailing the prior art according to Figure 4a,
5 is a sectional view of a touch screen input device according to the present invention,
6 is a plan view of a first electrode layer of a touch screen input device according to the present invention,
7 is a plan view showing a second electrode layer of the touch screen input device according to the present invention,
8 is a plan view showing a combined state of the first and second electrode layers of the touch screen input device according to the present invention,
9 is a cross-sectional view illustrating a capacitance measurement state of the touch screen input device according to the present invention,
10 is a state diagram illustrating a state of an electrode when the second axial sensing is performed by the first electrode layer of the touch screen input device according to the present invention,
11 is a state diagram illustrating a first axis direction sensing state by a second electrode layer of a touch screen input device according to the present invention,
12 is a diagram illustrating a capacitance detection method of a touch screen input device according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a touch screen input device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치를 나타낸 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 1전극층을 나타낸 평면도, 도 7은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 2전극층을 나타낸 평면도, 도 8은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 1, 2전극층의 결합된 상태를 나타낸 평면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view of a touch screen input device according to the present invention, FIG. 6 is a plan view of a first electrode layer of a touch screen input device according to the present invention, and FIG. And FIG. 8 is a plan view showing a combined state of the first and second electrode layers of the touch screen input device according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 정전용량 측정 상태를 나타낸 단면도, 도 10은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 1전극패턴에 의해 제 2축방향 센싱을 진행할 때의 전극의 상태를 나타낸 상태도, 도 11은 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 제 2전극패턴에 의해 제 1축방향 센싱 상태를 나타낸 상태도, 도 12는 본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치의 정전용량 검출방식을 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a capacitance measurement state of the touch screen input device according to the present invention. FIG. 10 is a diagram illustrating a state of the electrode when the second axis direction sensing is performed by the first electrode pattern of the touch screen input device according to the present invention. FIG. 11 is a state diagram illustrating a first axis direction sensing state by a second electrode pattern of the touch screen input device according to the present invention, FIG. 12 is a state diagram illustrating a capacitance sensing method of the touch screen input device according to the present invention, Fig.

본 발명에 따른 터치 스크린 입력장치는 제 1전극패턴(110)이 형성된 제 1전극층(100)과, 상기 제 1전극층 하부에 구비되며, 상기 제 1전극패턴과 제 1전극패턴을 제외한 면으로 중첩되도록 구비되고, 소정간격 각각 이격된 제 2전극패턴(210)을 가지는 제 2전극층(200) 및 상기 제 1전극층과 제 2전극층에서 센싱하는 전극을 제외한 나머지 전극은 그라운드 상태로 제어하는 제어부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A touch screen input device according to the present invention includes a first electrode layer 100 having a first electrode pattern 110 formed thereon and a second electrode layer 100 disposed under the first electrode layer and overlapping the first electrode pattern and the first electrode pattern, A second electrode layer 200 having a second electrode pattern 210 spaced apart from the first electrode layer by a predetermined distance and a control unit 300 for controlling the remaining electrodes except the electrodes for sensing the first electrode layer and the second electrode layer, ).

다음의 설명에 앞서 본 발명에 따른 일실시예로 제 1전극층은 2축방향에 대한 센싱을 담당하며, 제 2전극층은 제1축방향에 대한 센싱을 담당하는 구조로 설명한다.Before the following description, it is assumed that the first electrode layer is responsible for the sensing in the biaxial direction and the second electrode layer is responsible for the sensing in the first axis direction.

제 1전극층(100)은 제 1축의 방향으로 연결되어 배치된 마름모(또는 다이어몬드) 형태의 제 1전극패턴(투명 전극 패턴; 110)들이 제 2축 방향으로 최소의 간격을 두고 배열되는 구조를 가지며, 상기 제 1전극층(100)은 제 2축 방향의 정전용량의 변화를 감지하는 역할을 수행 한다. 기판에 패터닝된 상기 제 1전극패턴(110)은 정전용량을 감지하기 위한 외부 반도체에 연결되기 위해 센싱채널(130)에 모여진다. 또한, 상기 제 1전극패턴의 제 2축방향으로는 전극패턴간에 소정간격으로 이격된다.The first electrode layer 100 has a structure in which first electrode patterns (transparent electrode patterns) 110 in the form of rhombus (or diamond) arranged in the direction of the first axis are arranged with a minimum interval in the second axis direction And the first electrode layer 100 senses a change in capacitance in the second axial direction. The first electrode pattern 110 patterned on the substrate is collected in the sensing channel 130 to be connected to an external semiconductor for sensing capacitance. In addition, the first electrode patterns are spaced apart from each other by a predetermined distance in the second axis direction.

제 2전극층(200)은 제 1축 방향의 정전용량에 대한 변화를 센싱하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 주요 기술적 요지로 막대형상을 갖는 제 2전극패턴(210)이 제 1축방향으로 배열되며, 상기 제 2전극패턴(210)간에 소정간격(230)이 이격되어 배열된다.The second electrode layer 200 senses a change in the capacitance in the first axis direction. As a main technical point of the present invention, the second electrode pattern 210 having a rod shape is arranged in the first axis direction And the second electrode patterns 210 are spaced apart from each other by a predetermined distance 230.

이때 상기 소정간격(230)은 상기 제 1, 2전극패턴(110, 210)이 제 2축과 제 1축 방향으로 놓이게 될 때 전극과 전극간의 구분을 위해 띄어 두는 이격 거리로서 제 2전극패턴(210) 형성 시 허용하는 최소의 거리를 의미한다.In this case, the predetermined interval 230 is a spacing distance for separating the electrodes from the electrodes when the first and second electrode patterns 110 and 210 are positioned in the first axis direction with respect to the second axis, 210 "). &Lt; / RTI >

상기 제 2전극패턴(210)에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 제 1전극패턴(110)과 직교하는 방향으로 긴 막대형상을 갖는 제 2전극패턴이 배열을 형성하며, 정전용량을 감지해야 하는 제 2전극층(200)의 패턴 면적 중에 전극의 배치 및 구분을 위해 공간을 두어야 하는 최소의 간격(230)을 제외하고는 전 면적을 포함하는 형태의 전극을 순차적으로 형성된다. 이것은 후술하겠지만, 최소의 간격을 제외한 전면적으로 전극을 형성시킴으로써 차폐막역할을 수행한다.The second electrode pattern 210 has a long bar shape in a direction orthogonal to the first electrode pattern 110. The second electrode pattern 210 forms an array, The pattern of the two-electrode layer 200 is sequentially formed in the pattern area including the entire area except for the minimum interval 230 in which space is required for arranging and separating the electrodes. This serves as a shielding film by forming electrodes on the entire surface except for a minimum interval, which will be described later.

현재 일반적으로 터치 스크린용으로 사용되는 ITO재질의 저항값은 약 300 Ω/sq수준임으로 휴대폰에서 많이 사용되는 약 3인치 정도의 디스플레이용 터치 스크린에서 상기 제 2전극층과 같은 막대형상의 전극패턴을 적용할 경우 도전성 전극의 양 끝간의 종단 저항값은 약 1.5KΩ ~ 4KΩ에 이르게 된다. 따라서 종래 구조에 따라 종단 저항의 증가에 의한 감지 능력의 저하가 현저히 감소하게 되어 우수한 센싱 감도를 갖는 전극 패턴이 가지게 된다.In general, the resistance value of the ITO material used for a touch screen is about 300 Ω / sq. Thus, a bar-shaped electrode pattern like the second electrode layer is applied in a touch screen for a display of about 3 inches The termination resistance value between the both ends of the conductive electrode is about 1.5K? To 4K ?. Therefore, according to the conventional structure, the deterioration of the sensing ability due to the increase of the termination resistance is remarkably reduced, so that the electrode pattern having excellent sensing sensitivity is obtained.

또한, 터치 스크린 제어부(300; 반도체)에서 정전용량 측정을 위해 인가하는 전기적 신호가 전달되는 종단까지 잘 전달될 수 있게 됨으로써 정전용량의 감지를 위한 전기적 구동 신호대비 외부에서 유입되는 정전기적 노이즈, 즉 신호대 노이즈 비율(Signal to Noise Ratio, SNR)이 증가되어 상대적으로 노이즈에 대한 강한 내성을 가지게 된다.In addition, since the electric signal applied to the touch screen control unit 300 (semiconductor) can be transmitted to the terminal to which the electric signal is applied, the electrostatic noise The Signal to Noise Ratio (SNR) is increased, and the signal has a relatively strong resistance to noise.

이와 같이 구성되는 상기 제 1전극층과 제 2전극층이 도 8에 나타낸 바와 같이 겹쳐 결합되면 제 1전극패턴과 제 2전극패턴이 직교하게 배치되어 2차원적인 공간의 정전용량을 감지할 수 있도록 준비된다. 이때 상기 제 2전극패턴은 제 1전극패턴과 중첩되면서도 제 1전극패턴이 형성되지 않는 면적까지 제 1전극층과 중첩된다.8, the first electrode pattern and the second electrode pattern are arranged orthogonally to prepare for sensing the capacitance of the two-dimensional space . At this time, the second electrode pattern overlaps with the first electrode pattern and overlaps with the first electrode layer to an area where the first electrode pattern is not formed.

이때 상기 제 1전극패턴과 제 2전극패턴을 윈도우(400)에서 수직하게 내려보면 제 1전극층의 마름모 형태 전극들이 제 2전극층의 막대모양 전극들과 매트릭스 형태를 이루어 겹쳐지도록 배치되며, 제 2전극패턴 면적에 비해 약 50%정도의 면적을 차지하도록 구성된다. 또한, 제 1전극패턴간에 이격된 면적과 제 2전극패턴간에 이격된 면적은 제 1, 2전극층을 겹쳤을 때 겹쳐지지 않는다.At this time, when the first electrode pattern and the second electrode pattern are viewed vertically in the window 400, rhomboidal electrodes of the first electrode layer are arranged to overlap with the rod-shaped electrodes of the second electrode layer in a matrix shape, And occupies about 50% of the pattern area. Also, the area between the first electrode patterns and the area between the second electrode patterns do not overlap when the first and second electrode layers are overlapped.

따라서 제 1전극층에서는 제 1전극패턴의 방향에 따라 정전용량의 변화를 측정하게 되며, 제 2전극층에서는 상기 제 1전극패턴과 겹치지 않는 부분의 제 2전극패턴에서 제 1전극패턴과 직교하는 방향의 정전용량 변화를 측정하게 되는 것이다.Therefore, in the first electrode layer, a change in capacitance is measured according to the direction of the first electrode pattern. In the second electrode pattern, a portion of the second electrode layer that does not overlap the first electrode pattern The capacitance change is measured.

윈도우(400) 표면에 신체의 접촉 동작으로 발생하는 정전용량을 측정할 때 제 1전극패턴(110)들은 제 2전극패턴과 무관하게 해당 전극이 차지하는 면적만큼의 정전용량을 측정 할 수 있게 되며, 상기 제 2전극패턴(210)은 제 1전극패턴과 겹쳐지는 부분을 제외한 면적에서 정전용량을 측정 할 수 있다. 따라서 제 1, 2전극패턴은 비교적 균일하게 정전용량을 감지할 수 있는 수직 구조를 갖는다.The capacitance of the first electrode patterns 110 can be measured as much as the area occupied by the electrodes irrespective of the second electrode pattern when the capacitance generated by the contact action of the body is measured on the surface of the window 400, The capacitance of the second electrode pattern 210 can be measured in an area other than a portion overlapping the first electrode pattern. Therefore, the first and second electrode patterns have a vertical structure capable of sensing a capacitance relatively uniformly.

따라서 본 발명은 제 2 전극층(200)의 구조가 종래 방식과 상이함에도 불구하고 종래의 방식과 동등한 수준의 또는 제 2전극패턴의 경우 감소된 도전성 패턴의 종단 저항값으로 인해 정전용량 감지가 개선된 성능을 발휘한다.Therefore, the present invention is advantageous in that although the structure of the second electrode layer 200 is different from the conventional method, the capacitance detection is improved due to the termination resistance value of the same level as that of the conventional method or in the case of the second electrode pattern, Performance.

또한 상기 제 1전극층(100)의 정전용량 측정 감도를 제 2전극층(200)과 유사하게 구현하기 위해서는 마름모(또는 다이어몬드) 형상의 전극패턴 크기를 고정하고 연결점의 두께를 넓혀야 함으로 경우에 따라 상기 제 1전극층(100)의 전극패턴 면적의 합을 감지해야 하는 디스플레이 면적의 1/2를 초과하여 전극 패턴이 형성될 수 있다. 다만, 너무 많은 면적에 전극 패턴을 형성할 경우 제 2전극층이 제 1전극층 위의 터치 스크린 영역인 윈도우(400)에 노출되는 면적이 감소하여 제 2전극층의 정전용량 감지 능력이 저하되는 것에 주의하여야 한다.Further, in order to implement the capacitance measurement sensitivity of the first electrode layer 100 similar to the second electrode layer 200, it is necessary to fix the size of the electrode pattern of rhombic (or diamond) shape and widen the thickness of the connection point, An electrode pattern may be formed in excess of a half of the display area where the sum of the electrode pattern areas of the first electrode layer 100 should be sensed. However, when the electrode pattern is formed in an excessively large area, the exposed area of the second electrode layer in the window 400, which is the touch screen area on the first electrode layer, is reduced, so that the capacitance sensing capability of the second electrode layer is degraded do.

한편, 본 발명에서는 2축방향을 감지하는 제 1전극층과 1축방향을 감지하는 제 2전극층에 대하여 패턴의 방향과 구조에 대하여 설명하였으나, 이것은 일실시예일 뿐 마름모 형태의 제 1전극패턴과 막대형상의 제 2전극패턴의 방향을 바꿔 해당 센싱 방향을 변경하는 것은 당업자로부터 용이하게 실시할 수 있는 것에 불과하다.In the present invention, the direction and structure of the pattern are described with respect to the first electrode layer for sensing the biaxial direction and the second electrode layer for sensing the uniaxial direction. However, It is only possible to easily carry out the change of the sensing direction by changing the direction of the second electrode pattern of the shape.

다음으로 제 1전극패턴의 저항값과 정전용량 감지 능력에 대하여 설명한다.Next, the resistance value of the first electrode pattern and the capacitance sensing capability will be described.

일반적으로 ITO재질의 저항값은 현재 수십 Ω/sq에서 수천 Ω/sq정도의 면저항값을 갖는다. 현재 터치 스크린용으로 사용되는 ITO재질의 저항값은 약 300 Ω/sq수준임으로 휴대폰에서 많이 사용되는 약 3인치 정도의 디스플레이용 터치 스크린 입력장치에서 제 1전극패턴과 같은 다이어몬드 형태의 전극을 적용할 경우 도전성 전극의 양 끝간의 종단 저항값은 다이어몬드 패턴의 크기와 그 연결점의 두께에 따라서 약 10KΩ ~ 40KΩ에 이르게 된다.In general, the resistance value of ITO material has a sheet resistance of several tens of Ω / sq to several Ω / sq. Since the resistance value of ITO material used for the touch screen is about 300 Ω / sq, diamond type electrodes such as the first electrode pattern are applied in a touch screen input device for display of about 3 inches , The termination resistance value between both ends of the conductive electrode reaches about 10K? To 40K? Depending on the size of the diamond pattern and the thickness of the connection point.

따라서 상기 제어부(300)로부터 정전용량 측정을 위한 전기적 신호가 제 1전극층의 센싱 전극 패턴으로 인가될 경우 제 1전극패턴(110)의 저항값과 인체의 접촉으로부터 발생한 정전용량의 조합으로 도 9에 도시된 바와 같이 R0*N(R0은 상징화된 저항값, N은 상징화된 정수)과 C1+C0 또는 C2+C0과 같은 구조를 갖는 일종의 저역통과 필터(R-C구조의 Low pass filter)와 같은 구조가 발생하게 된다.Therefore, when an electrical signal for capacitance measurement is applied to the sensing electrode pattern of the first electrode layer from the controller 300, the resistance value of the first electrode pattern 110 is combined with the electrostatic capacitance generated from the contact of the human body, As shown in the figure, a structure such as a low pass filter (RC pass low pass filter) having a structure such as R0 * N (R0 is a symbolized resistance value, N is a symbolized integer) and C1 + C0 or C2 + .

C1과 C2는 정전용량 감지를 위한 전극 패턴과 원도우(400) 사이에 발생하는 정전용량의 상징화한 값이며, C0은 상기 원도우와 인체를 통한 가상 접지면 사이에 발생하는 정전용량을 상징화한 값이다. 이러한 저역통과 필터의 구조는 정전용량 감지를 위한 도전성 패턴의 저항값의 증가로부터 발생하는 인자로 센서의 정전용량 성분을 측정하기 위해 충전/방전을 위해 컨트롤러로부터 인가되는 전기적 신호의 폭을 감쇄시키게 되며, 감쇄된 전기적 신호는 인체의 접촉으로부터 발생한 정전용량의 변화에 대한 측정 감도를 저하시키는 원인이 된다.C1 and C2 are symbolized values of the electrostatic capacitance generated between the electrode pattern for sensing the capacitance and the window 400 and C0 is a value obtained by symbolizing the electrostatic capacitance generated between the virtual ground plane through the human body and the window . The structure of this low-pass filter attenuates the width of the electrical signal applied from the controller for charging / discharging in order to measure the capacitance component of the sensor as a factor arising from an increase in the resistance value of the conductive pattern for capacitance sensing , The attenuated electrical signal causes a decrease in the measurement sensitivity to a change in capacitance caused by the contact of the human body.

도 9의 510d는 정전용량 측정을 위해서 터치 스크린 제어부(300)로부터 인가되는 전기적 신호선(510d)의 전압과 시간에 대한 파형이며 전압의 진폭은 V0의 수준을 갖는다.In FIG. 9, reference numeral 510d is a voltage and time waveform of the electric signal line 510d applied from the touch screen control unit 300 for the capacitance measurement, and the amplitude of the voltage has a level of V0.

590은 정전용량 측정을 위해서 상기 제어부로부터 인가되는 전기적 신호의 파형이 가상의 저항 R0을 거쳐 사용자의 터치입력을 받는 제 1 지점(590)에서 측정된 전기적 신호의 파형이며 R0-C1-C2성분으로 구성되는 저역 통과 필터 성분에 의해서 감쇄된 신호 전압의 진폭은 V1의 수준을 갖는다.Reference numeral 590 denotes a waveform of an electrical signal measured at a first point 590 at which a waveform of an electrical signal applied from the control unit is passed through a virtual resistor R0 to receive a user's touch input for capacitance measurement, The amplitude of the signal voltage attenuated by the low-pass filter component constituted has a level of V1.

591은 상기 제어부(300)로부터 인가되는 전기적 신호의 파형이 가상의 저항R0+R0+R0+R0+R0+R0을 거쳐 사용자의 터치입력을 받는 제 2지점(591)에서 측정된 전기적 신호의 파형이며, (R0+R0+R0+R0+R0+R0)-C2-C0성분으로 구성되는 저역통과 필터 성분에 의해서 감쇄된 신호 전압의 진폭은 V2의 전압 수준을 갖는다.Reference numeral 591 denotes a waveform of an electrical signal measured at a second point 591 at which a waveform of an electric signal applied from the controller 300 is inputted through a virtual resistor R0 + R0 + R0 + R0 + R0 + , And the amplitude of the signal voltage attenuated by the low-pass filter component composed of (R0 + R0 + R0 + R0 + R0 + R0) -C2-C0 components has a voltage level of V2.

이렇게 최초 정전용량 터치 스크린 제어부의 감지 전압의 진폭(V0)과 도전성 전극의 제 1지점에서 측정된 전압의 진폭(V1), 그리고 제 2지점에서 측정된 전압의 진폭(V2)은 다음과 같은 [수식 1]상관 관계를 갖으며, The amplitude (V0) of the sensing voltage of the initial capacitive touch screen control unit, the amplitude (V1) of the voltage measured at the first point of the conductive electrode, and the amplitude (V2) of the voltage measured at the second point are as follows [ Equation 1]

[수식 1][Equation 1]

V0 > V1 > V2V0> V1> V2

터치센서의 정전용량 감지를 위한 전극패턴은 그 저항값이 증가할수록 감소된 센싱신호전압의 진폭으로 인하여 상대적인 정전용량의 측정 능력은 감소됨을 알 수 있다. 따라서 해당 전극의 종단 저항값을 줄이기 위해서는 가능하면 본 발명의 제 2전극층(200)에 적용되는 제 2전극패턴(210)에서와 같이 가능하면 폭이 넓은 형태의 패턴을 형성하여 면저항(Ω/sq) 값을 낮춰 주어야 한다. 이런 폭이 넓은 도전 패턴으로 인해 감소된 종단 저항값은 저역통과 필터의 시 상수를 변경시켜 줌으로써 전기적 신호의 폭의 감쇄 현상이 줄어들게 되어 종래의 방식에 비해 정전용량 감지능력에 큰 도움을 주게 된다.As the resistance value of the electrode pattern for sensing the capacitance of the touch sensor increases, the capacitance of the relative capacitance decreases due to the amplitude of the sensing signal voltage decreased. In order to reduce the termination resistance value of the electrode, a pattern having a width as wide as possible is formed as much as possible in the second electrode pattern 210 applied to the second electrode layer 200 of the present invention, so that the sheet resistance (Ω / sq ) Should be lowered. Due to this wide conductive pattern, the reduced termination resistance value reduces the width attenuation of the electrical signal by changing the time constant of the low-pass filter, which is a great help for the capacitance sensing ability as compared with the conventional method.

또한 상기 제 2전극패턴(210)의 구조로 인해 감소된 저항값과 늘어난 전극 면적으로 전극 그 자체의 성능이 향상되어 인체의 접촉으로 인해 발생되는 정전용량의 값 또한 기존 보다 크게 형성됨으로 제어부의 입장에서는 많은 유리한 점으로 작용할 수 있다.Also, due to the structure of the second electrode pattern 210, the performance of the electrode itself is improved by the reduced resistance value and the increased electrode area, and the value of the capacitance generated due to the contact of the human body is also formed larger than the conventional one. Can serve as many advantages.

정전용량은 제 1전극과 제 2전극, 그리고 그 사이의 유전체의 유전율과 두 전극과의 거리, 그리고 마주보는 두 전극의 면적으로 결정된다. 이때 제 1전극은 인체의 손으로 가정하고, 제 1전극층, 또는 제 2전극층의 전극패턴들을 제 2전극이라고 가정 할 경우, 동일 조건에서 제 2전극의 저항값이 작을수록 보다 이상적인(정전용량의 값이 큰) 제 2전극으로 동작을 하게 된다. 또한 저항값이 작을수록 제어장치에서 전달되는 센싱을 위한 전기적 신호의 강도가 커지게 되어 노이즈에도 강하게 됩니다. 따라서 터치 스크린에서 인체와의 정전용량 값이 커지고, 외부 노이즈가 감소한다면 보다 높은 성능의 구현이 가능하여 유리한 점으로 작용할 수 있게 되는 것이다.The electrostatic capacity is determined by the dielectric constant of the first electrode and the second electrode, the dielectric therebetween, the distance between the two electrodes, and the area of the two opposing electrodes. Assuming that the first electrode is the human hand and the electrode patterns of the first electrode layer or the second electrode layer are the second electrode, the smaller the resistance value of the second electrode under the same conditions, the more ideal And a second electrode having a large value). Also, the smaller the resistance value, the stronger the electrical signal for sensing transmitted from the control device becomes, and the stronger the noise. Therefore, when the capacitance value with the human body increases in the touch screen and the external noise is reduced, a higher performance can be realized and it can be advantageous.

이와 같이 구성되는 터치 스크린 입력장치의 정전용량을 감지하기 위한 제어부(반도체; 300)는 제 1전극패턴과 제 2전극패턴을 각각 도 12와 같이 순차적으로 구동하도록 설계되며, 정전용량 측정을 위해 전기적 신호를 구동하는 전극패턴(S1, S2 각각의 경우) 외의 나머지 전극패턴들은 모두 그라운드 준위 또는 특정 전압을 해당 전극에 인가함으로써(본 예시에는 그라운드 준위를 인가하였다), 정전용량을 감지하는 전극 패턴 외의 나머지 패턴들을 이용하여 정전용량을 감지하는 전극 패턴에 대하여 사용자의 터치로 인한 정전용량은 측정할 수 있으면서 외부 노이즈의 진입을 차단하는 도전성 차폐막(shield)을 형성하도록 하는 것을 본 발명의 또 다른 주요 기술적 요지에 해당된다.A control unit (semiconductor) 300 for sensing the capacitance of the touch screen input device having the above structure is designed to sequentially drive the first electrode pattern and the second electrode pattern as shown in FIG. 12, All the remaining electrode patterns other than the electrode pattern (in the case of each of S1 and S2) for driving the signal are applied with a ground level or a specific voltage to the corresponding electrode (in this example, the ground level is applied) It is an object of the present invention to provide a conductive shield for shielding the entry of external noise while measuring the electrostatic capacitance due to the user's touch with respect to the electrode pattern for sensing the capacitance using the remaining patterns. This is the point.

여기서 특정 전압이란 노이즈 성분이 없는 어떠한 전압을 인가한 차폐막을 형성하더라도 외부 노이즈에 대한 차폐 역할은 충분히 수행할 수 있다. 따라서 0V(그라운드 전압) ~ VDD(전체 공급전압)의 범위에서 어떠한 수준의 전압이라도 안정적으로 공급된다면 외부 노이즈를 차폐할 수 있게 된다.Here, the specific voltage can sufficiently perform the shielding function against the external noise even if a shielding film is formed by applying any voltage having no noise component. Therefore, if a voltage of any level is stably supplied in the range of 0V (ground voltage) to VDD (full supply voltage), the external noise can be shielded.

본 발명에서 적용되는 제어부는 본 출원인이 출원한 대한민국 특허출원 제 2007-0095453호를 이용함으로 정전용량 측정을 위해 인가하는 전기 신호의 전류량을 증가시켜도 충전과 방전의 횟수(cycle)만 증가할 뿐 동일 시간 동안의 측정 결과로는 정전용량의 측정 감도가 저하되지 않는 특징을 갖는다. 물론 여기에 한정하는 것은 아니며 이외에 여러 측정방식을 통해 제어할 수도 있다.The control unit according to the present invention uses the Korean Patent Application No. 2007-0095453 filed by the present applicant to increase the number of cycles of charging and discharging even if the amount of electric signal applied for measuring capacitance is increased, As a result of the measurement for the time, the measurement sensitivity of the capacitance is not deteriorated. Of course, the present invention is not limited to this, and it is also possible to control by various measurement methods.

따라서 제 1전극층(100)과 제 2전극층(200)의 전극 패턴에 인가하는 신호의 전류값을 증가시킴으로써 각각의 전극 패턴에 유입되는 외부 노이즈에 대해서 우수한 신호대 잡음비율을 유지할 수 있으면서도 인체의 접촉에 의해 발생한 정전용량의 변화를 감지하는데 높은 감도를 유지할 수 있도록 제어한다.Accordingly, by increasing the current value of the signal applied to the electrode patterns of the first electrode layer 100 and the second electrode layer 200, it is possible to maintain an excellent signal-to-noise ratio with respect to external noise introduced into each electrode pattern, So as to maintain a high sensitivity.

이와 같은 본 발명은 센싱 작용이 일어나지 않는 전극 패턴을 그라운드 전압을 인가함에 따라 차폐막으로 작용하여 기생 정전용량이나 외부로부터의 노이즈를 감쇄시켜줌으로써 별도의 차폐막을 구비하지 않아도 되며, 이에 따라 터치 센싱 감도를 향상시킬 수 있고, 더불어 생산성 향상과 양품의 수율을 높일 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, a shielding film acts as a shielding film when a ground voltage is applied to an electrode pattern in which a sensing action does not occur, thereby attenuating parasitic capacitance or noise from the outside, thereby eliminating the need for a separate shielding film. It is possible to improve the productivity and increase the yield of good products.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.On the contrary, those skilled in the art will appreciate that many modifications and variations of the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. You will understand.

100 : 제 1전극층 110 : 제 1전극패턴
130 : 센싱채널 200 : 제 2전극층
210 : 제 2전극패턴 230 : 간격
240 : 센싱채널 300 : 제어부(IC)
400 : 원도우100: first electrode layer 110: first electrode pattern
130: sensing channel 200: second electrode layer
210: second electrode pattern 230: gap
240: sensing channel 300: control unit (IC)
400: Windows

Claims

A touch screen input device comprising:
A first electrode layer having a first electrode pattern formed on an upper surface of the substrate,
The first electrode pattern and the first electrode pattern are formed on the upper surface of the substrate and are spaced apart from each other by a predetermined distance, A second electrode layer having a bar-shaped second electrode pattern orthogonal to the first electrode pattern; And
And a control unit for controlling the first electrode pattern for sensing one direction and the second electrode pattern for sensing the other direction to the ground state, except for the electrode pattern for measuring the electrostatic capacity among the first and second electrode patterns In addition,
Wherein the control unit applies a ground voltage or a specific voltage to the electrodes other than the electrode pattern being sensed so that the first electrode layer and the second electrode layer are applied as a shielding film and a separate protective layer is not applied. .

The method according to claim 1,
The first electrode pattern is formed so that electrode patterns having a rhombic (or diamond) shape are connected in one direction,
Wherein the second electrode pattern is formed to have a bar shape perpendicular to the first electrode pattern, and each second electrode pattern is formed at a predetermined interval.

The plasma display panel of claim 1,
Wherein the area of the touch screen is formed to be greater than 1/2 of the total area of the touch screen.

The method according to claim 1,
Wherein a distance between the first electrode patterns is not overlapped with a distance between the second electrode patterns.