KR101543779B1

KR101543779B1 - Capacitive touch sensing apparatus

Info

Publication number: KR101543779B1
Application number: KR1020130066891A
Authority: KR
Inventors: 권혁일; 김세경; 노성훈
Original assignee: (주)테크레인
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2015-08-11
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: KR20140144834A

Abstract

본 발명은 정전 용량 터치 인식 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 좁은 면적의 터치만으로도 터치를 인식할 수 있고 온도, 화학물질, 습기 등에 강한 도전 실리콘을 이용한 정전 용량 터치 인식 장치에 관한 것으로, 탄성이 있는 도전 실리콘을 이용하므로 접촉 유지가 용이하고, 감도를 향상시킬 수 있어 감도를 향상시키기 위한 별도의 전극, AFC 등을 사용할 필요가 없으므로 제조단가를 낮출 수 있으며, 터치 감도의 향상으로 인해 프론트 패널과 접촉되는 정전 용량 탄성부의 단부를 넓게 형성하지 않아도 되므로 그 크기에 제약을 받지 않으며, 온도의 변화와 화학물질로 인한 도전성 물질의 변형을 방지하여 신뢰성을 유지할 수 있으며, 습기에 강하고, 습기로 인한 터치 감도 저하 및 고장을 방지할 수 있는 효과를 가지는 것이다.The present invention relates to a capacitive touch recognition apparatus, and more particularly, to a capacitive touch recognition apparatus using a conductive silicon which can recognize a touch with only a small area of touch and is resistant to temperature, chemicals, moisture, Since the conductive silicon is used, the touch can be easily maintained and the sensitivity can be improved. Since it is not necessary to use a separate electrode, AFC or the like to improve the sensitivity, the manufacturing cost can be lowered. It is possible to maintain the reliability by preventing the change of the temperature and the deformation of the conductive material due to chemical substances and to maintain the reliability, It is possible to prevent deterioration of sensitivity and failure.

Description

[0001] The present invention relates to a capacitive touch sensing apparatus,

본 발명은 정전 용량 터치 인식 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 좁은 면적의 터치만으로도 터치를 인식할 수 있고 온도, 습기, 화학물질에 강한 도전 실리콘을 이용한 정전 용량 터치 인식 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a capacitive touch recognition apparatus, and more particularly, to a capacitive touch recognition apparatus using a conductive silicon which is capable of recognizing a touch with only a small area of touch and is resistant to temperature, humidity, and chemical substances.

일반적으로, 전자장치는 사용자가 전원 온/오프 및 기능의 선택에 의한 동작을 제어할 수 있도록 하는 키(또는 스위치, 버튼 등으로 불림)를 구비한다. 통상 이러한 전자장치의 키는 사용자의 힘에 의해 두 접점을 접속시키는 형태의 키들이 적용되어 왔다.Generally, an electronic device has a key (also referred to as a switch, button, or the like) that allows a user to control operation by power on / off and selection of a function. In general, the keys of such electronic devices have been applied to keys of the type in which the two contacts are connected by the force of the user.

그러나 최근에는 인체에 축적되어 있는 정전기를 이용하여 사용자가 일정 영역을 터치하는 것만으로도 키 입력에 대응하는 제어 입력 신호를 생성하여 전자장치의 제어수단으로 제공하는 터치 인식 장치가 적용되고 있다. 이러한 터치 인식 장치는 키, 버튼 또는 스위치 형태로 표면에서 돌출되지 않아도 되므로 전자장치가 장착되는 물건의 디자인을 보다 효율적으로 할 수 있다는 장점이 있어 다양한 전자장치들에 더 많이 적용되고 있다.However, in recent years, a touch recognition device has been applied in which a control input signal corresponding to a key input is generated by a user using a static electricity accumulated in a human body and provided to a control means of the electronic device. Such a touch recognition device does not need to protrude from the surface in the form of a key, a button, or a switch, so that it is possible to more efficiently design the object to which the electronic device is mounted.

도 1은 일반적인 터치 인식 장치의 터치키의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a configuration of a touch key of a general touch recognition device.

도 1을 참조하면, 터치 인식 장치의 터치키는 프론트 패널(1), 인쇄회로기판(PCB)(2), 정전 용량 탄성부재(10)를 포함한다.1, a touch key of a touch recognition device includes a front panel 1, a printed circuit board (PCB) 2, and a capacitance elastic member 10.

프론트 패널(1)은 도체 또는 부도체로 전자장치 또는 전자장치가 설치되는 물건의 표면을 구성한다.The front panel 1 is a conductor or nonconductor, which constitutes the surface of an object on which an electronic device or an electronic device is installed.

상기 정전 용량 탄성부재(10)로는 용어에서와 같이 탄성을 가지고 정전 용량(C) 및 탄성을 가지고 프론트 패널(1)과 인쇄회로기판(2)간의 접속을 지속적으로 유지하여야 하는 것으로, 도 1의 (가)와 같은 전도성 폼(Foam)(10-1), (나)와 같은 스프링(10-2) 및 (다)와 같은 플렉스 테일(Flex Tail) 등이 적용되고 있다.The electrostatic capacity elastic member 10 is required to maintain the connection between the front panel 1 and the printed circuit board 2 with elasticity and capacitance C and elasticity as in the term, The flexible foils 10-1 and 10-2 such as the conductive foams 10-1 and 10-2 and the flexible tails such as the springs 10-2 and 10-3 are applied.

정전 용량 탄성부재(10)로 전도성 폼(10-1)이 적용되는 경우 감도를 높이기 위해 넓은 프론트 패널(1)과 정전 용량 탄성부재(10) 사이에 넓은 면적을 형성하는 전극(3)이 더 포함되어야 한다.When the conductive foam 10-1 is applied to the electrostatic capacitance elastic member 10, the electrodes 3 forming a large area between the wide front panel 1 and the electrostatic capacitance elastic member 10 are provided in order to increase the sensitivity Should be included.

그리고 정전 용량 탄성부재(10)로 스프링(10-2)이 적용되는 경우에도 감도를 높이기 위해 프론트 패널(1)과 접속되는 스프링(10-2)의 단부를 넓게 형성하고, 2턴 이상이 프론트 패널(1)에 접속되도록 구성되어야 한다. 그리고 스프링(10-2)은 솔더링에 의해 인쇄회로기판의 패턴에 연결되고 고정될 것이다. Also, when the spring 10-2 is applied to the electrostatic capacity elastic member 10, the end of the spring 10-2 connected to the front panel 1 is formed wide to increase the sensitivity, And to be connected to the panel 1. And the spring 10-2 will be connected and fixed to the pattern of the printed circuit board by soldering.

그리고 정전 용량 탄성부재(10)로 플렉스 테일(10-3)이 적용되는 경우, 한쪽 방향으로만 전기를 통하게 한 이방성 도전 막인 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film: ACF)(5)을 프론트 패널(1)과 플렉스 테일(10-3) 사이에 구성해야 하며, 연성 회로 기판 커넥터(Flexible Printed Circuit: FPC)(4-3)을 구비하여야 한다.When the flexible tail 10-3 is applied to the elastic elastic member 10, an anisotropic conductive film (ACF) 5, which is an anisotropic conductive film which conducts electricity only in one direction, ) And the flex tails 10-3, and it is required to have a flexible printed circuit (FPC) 4-3.

상술한 바와 같이 종래 터치 인식 장치의 터치키로 전도성 폼을 사용하는 경우, 감도를 향상시키기 위해 전극을 사용하여야 하므로 생산단가가 상승할 수 있고, 비교적 넓은 전극을 사용함으로써 터치키의 크기가 커지고 이로 인해 디자인에 제약을 줄 수 있는 문제점이 있었다.As described above, when a conductive foam is used as a touch key of a conventional touch recognition device, an electrode must be used to improve the sensitivity, so that the production cost can be increased and the size of the touch key is increased by using a relatively wide electrode. There has been a problem that the design can be restricted.

그리고 터치키로 스프링을 적용하는 경우, 스프링의 프론트 패널과 접속하는 부분을 넓게 형성하고, 적어도 2턴 이상이 프론트 패널에 접속하도록 구성되어야 하므로 터치키의 크기가 커지고 디자인에 제약을 줄 수 있는 문제점이 있으며, 습기, 화학물질 등의 반응에 의해 스프링이 부식되거나 파손되어 감도가 떨어지거나 고장이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.When a spring is applied with a touch key, a portion of the spring connected to the front panel is formed to be wide, and at least two turns must be connected to the front panel. Therefore, the size of the touch key is increased, And there is a problem that the sensitivity or the failure may occur due to the corrosion or breakage of the spring due to the reaction of moisture and chemicals.

그리고 터치키로 플렉스 테일을 적용하는 경우, ACF 및 FPC의 사용으로 인한 제조단가가 상승하는 문제점이 있었으며, 습기에 의해 플렉스 테일이 부식되거나 파손되어 감도가 떨어지거나 고장이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
When the flex tails are applied to the touch keys, there is a problem in that the manufacturing cost is increased due to the use of the ACF and FPC, and the flex tails are corroded or broken due to moisture, which may cause a decrease in sensitivity or failure.

등록특허 제10-0832471호Patent No. 10-0832471

따라서 본 발명의 목적은 좁은 면적의 터치만으로도 터치를 인식할 수 있고, 온도, 습기 및 화학물질에 강하면서도 제조단가를 낮출 수 있는 도전 실리콘을 이용한 터치 인식 장치를 제공함에 있다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a touch recognition apparatus using a conductive silicon which can recognize a touch with only a small area of touch, and which is strong against temperature, humidity and chemical substances, and can reduce manufacturing cost.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도전 실리콘을 이용한 터치 인식 장치는: 도전성 물질의 터치 시 상기 도전성 물질에 따른 터치 정전 용량을 발생하는 적어도 하나 이상의 터치키; 상기 터치키의 터치 정전 용량을 감지하고 감지된 터치 정전 용량에 따른 제어를 수행하는 제어부를 포함하되, 상기 터치키는, 외측에 상기 도전성 물질이 터치되는 프론트 패널; 및 저항값이 100Ω·m 이하이며, 탄성과 저항값이 카본 블랙의 혼합 비율에 따라 결정되는 탄소혼합실리콘인 도전 실리콘으로, 일단이 상기 프론트 패널의 내측에 접속되고 타단이 접지되고, 키 정전 용량(Cx)을 가지는 정전 용량 탄성부를 포함하고, 상기 터치키의 정전 용량 탄성부의 프론트 패널과 상기 제어부를 패턴에 의해 연결하는 인쇄회로기판를 더 포함하되, 상기 정전 용량 탄성부와 인쇄회로기판은 접착수단에 의해 접착되어 연결되고, 상기 제어부는, 상기 도전성 물질이 상기 프론트 패널에 터치될 때 상기 도전성 물질에서 발생하는 도전성 물질 정전 용량(Ct) 및 상기 키 정전 용량(Cx)로 구성되는 상기 터치 정전 용량을 감지하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a touch recognition apparatus using conductive silicon, including: at least one touch key for generating a touch capacitance according to the conductive material when a conductive material is touched; And a controller for sensing the touch capacitance of the touch key and performing control according to the sensed touch capacitance, wherein the touch key includes a front panel on which the conductive material is touched, And a resistance value of not more than 100 OMEGA m and having a resilience and a resistance value determined according to a mixing ratio of the carbon black, wherein one end is connected to the inside of the front panel and the other end is grounded, Further comprising a printed circuit board including a conductive elastic part having a capacitance Cx and connecting the front panel of the electrostatic capacity elastic part of the touch key to the control part by a pattern, Wherein the control unit controls the capacitance of the touch capacitance composed of the conductive material capacitance Ct and the key capacitance Cx generated from the conductive material when the conductive material is touched to the front panel, Is detected.

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본 발명은 탄성이 있는 도전 실리콘을 이용하므로 도전 실리콘만으로도 접촉 유지가 용이한 효과를 갖는다.Since the present invention uses elastic conductive silicon, it has an effect of facilitating contact holding even with only conductive silicon.

또한, 본 발명은 도전 실리콘을 이용하므로 도전 실리콘 자체만으로도 감도를 향상시킬 수 있어 감도를 향상시키기 위한 별도의 전극, AFC 등을 사용할 필요가 없으므로 제조단가를 낮출 수 있는 효과를 갖는다.In addition, since the present invention uses conductive silicon, it is possible to improve the sensitivity even by the conductive silicon itself, and there is no need to use a separate electrode, an AFC, or the like to improve the sensitivity.

또한, 본 발명은 터치 감도를 향상시킬 수 있으므로 프론트 패널과 접촉되는 정전 용량 탄성부의 단부를 넓게 형성하지 않아도 되므로 그 크기에 제약을 받지 않고, 이로 인해 디자인을 보다 다양하게 할 수 있는 효과를 갖는다.Further, since the touch sensitivity of the present invention can be improved, it is not necessary to form the end portion of the electrostatic capacity elastic portion which is in contact with the front panel, so that the size of the end portion is not limited.

또한, 본 발명은 도전 실리콘을 적용함으로써 습기에 강하고, 습기로 인한 터치 감도 저하 및 고장을 방지할 수 있고 온도의 변화, 화학물질 등에 의한 도전성 물질의 변형을 최소화하여 적용제품의 신뢰성 향상을 꾀할 수 있는 효과를 갖는다. Further, by applying conductive silicon, it is possible to prevent the decrease in touch sensitivity and failure due to moisture, and to minimize the deformation of the conductive material due to a change in temperature, a chemical substance and the like, .

또한, 본 발명은 도전 실리콘을 적용한 터치키를 인쇄회로기판에 구성 시 솔더링에 의해 연결하지 않으므로 제조공정을 단순화할 수 있으므로 제조단가를 낮출 수 있는 효과를 갖는다.In addition, since the present invention does not connect the touch keys using the conductive silicon to the printed circuit board by soldering, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

도 1은 일반적인 터치 인식 장치의 터치키의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 터치 인식 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 터치 인식 장치와 종래 터치 인식 장치들의 터치 인식 감도를 나타낸 그래프이다.1 is a view showing a configuration of a touch key of a general touch recognition device.
2 is a block diagram of a touch recognition apparatus according to the present invention.
3 is a graph illustrating the touch recognition sensitivity of the touch recognition device and the conventional touch recognition devices according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 도전 실리콘을 이용한 터치 인식 장치의 구성 및 동작을 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a configuration and operation of a touch recognition apparatus using conductive silicon according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 터치 인식 장치의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a block diagram of a touch recognition apparatus according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 터치 인식 장치는 적어도 하나 이상의 터치키(110) 및 제어부(100)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the touch recognition apparatus according to the present invention includes at least one touch key 110 and a control unit 100.

터치키(110)는 외측에 사람의 인체, 즉 손 등과 같은 도전성 물질이 터치되는 영역을 구비하는 프론트 패널(111)과 상기 프론트 패널(111) 내측 및 제어부(100)에 일단부가 접촉되고 타측부가 접지되며, 키 정전 용량(Cx)을 가지는 정전 용량 탄성부(112)를 포함한다.The touch key 110 has a front panel 111 having an area where a human body, such as a hand or the like, is touched to the outside, one end of the touch key 110 contacts the inside of the front panel 111 and the control unit 100, And a capacitance elastic portion 112 having a key capacitance Cx.

상기 정전 용량 탄성부(112)와 프론트 패널(111)은 접착테이프 등과 같은 접착 수단에 의해 부착될 수 있을 것이다.The electrostatic capacity elastic part 112 and the front panel 111 may be attached by an adhesive means such as an adhesive tape or the like.

상기 정전 용량 탄성부(112)와 제어부(100)는 정전 용량 탄성부(112)와 제어부(100)가 연결되는 패턴을 구비하는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)에 의해 연결될 수 있으며, 인쇄회로기판과 정전 용량 탄성부(112)는 솔더링(Soldering)이 아닌 접착테이프 등과 같은 접착 수단에 의해 접촉될 수 있을 것이다.The capacitive elastic part 112 and the control part 100 may be connected to each other by a printed circuit board (PCB) having a pattern in which the capacitive elastic part 112 and the control part 100 are connected. The circuit board and the electrostatic capacity elastic part 112 may be contacted by an adhesive means such as an adhesive tape or the like instead of soldering.

상기 정전 용량 탄성부(112)는 도전성 실리콘(이하 "도전 실리콘"이라 함)으로서 탄소혼합 실리콘 등이 될 수 있으며, 감도를 향상시키기 위한 저항값은 도전성을 확보하기 위해 100Ω·m(Volume Resistivity) 이하인 것이 바람직하다. 상기 탄소혼합 실리콘의 탄성 및 저항값은 탄소혼합 실리콘에 혼합되는 카본 블랙의 혼합 비율에 따라 결정될 수 있다.The capacitance elastic portion 112 may be made of carbon mixed silicon or the like as conductive silicon (hereinafter referred to as "conductive silicon"). A resistance value for improving sensitivity is 100 Ω · m (Volume Resistivity) Or less. The elasticity and resistance value of the carbon mixed silicon may be determined according to the mixing ratio of the carbon black mixed in the carbon mixed silicon.

제어부(100)는 마이크로 제어 유닛(Micro Control Unit: MCU) 등이 될 수 있으며, 상기 터치키(110)와 직접 또는 인쇄회로기판을 통해 연결되어 상기 터치키(110)의 정전 용량 탄성부(112)의 키 정전 용량(Cx)과 도전성 물질(200)의 프론트 패널(111) 터치 시 도전성 물질(200)과 그라운드 접지(Earth) 사이에 형성되는 도전성 물질 정전 용량(Ct)에 의해 형성되는 터치 정정 용량(Ct+Cx)을 감지하고, 감지된 터치키에 대응하는 제어를 수행한다.The control unit 100 may be a micro control unit (MCU) or the like and may be connected to the touch key 110 directly or via a printed circuit board, Which is formed by the electrostatic capacitance Ct of the conductive material 200 and the electrostatic capacitance Ct of the electroconductive material 200 formed between the electroconductive material 200 and the ground ground when the front panel 111 of the electroconductive material 200 is touched, Detects the capacitance Ct + Cx, and performs control corresponding to the sensed touch key.

도면에 참조된 정전 용량, Cp1은 정전 용량 탄성부(112)와 인쇄회로기판의 접속 시 발생하는 기생 용량이고, Cp2는 제어부(100)와 인쇄회로기판의 접속 시 발생되는 기생 용량이며, Cf는 제어부(100)의 접지(GND)와 그라운드 접지(Earth) 사이에 발생하는 커플링 정전 용량이다.
Cp1 is the parasitic capacitance generated when the electrostatic capacity elastic part 112 is connected to the printed circuit board, Cp2 is the parasitic capacitance generated when the control part 100 is connected to the printed circuit board, Cf is the parasitic capacitance generated when the control part 100 is connected to the printed circuit board, Is a coupling capacitance generated between the ground (GND) of the control unit 100 and the ground (Earth).

도 3은 본 발명에 따른 터치 인식 장치와 종래 터치 인식 장치들의 터치 인식 감도를 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating the touch recognition sensitivity of the touch recognition device and the conventional touch recognition devices according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 터치키(110)의 정전 용량 탄성부(112)가 도전 실리콘으로 형성되고, 도전 실리콘이 인쇄회로기판 및 프론트 패널(111)에 접착수단에 의해 직접적으로 접촉되므로 터치 감도를 향상시킬 수 있다.3, the electrostatic capacity elastic portion 112 of the touch key 110 according to the present invention is formed of conductive silicon, and the conductive silicon is directly contacted to the printed circuit board and the front panel 111 by the bonding means So that the touch sensitivity can be improved.

다시 말하면 도 3의 참조부호 301은 도전성 폼을 이용한 터치키의 감도를 나타낸 것이고, 302는 스프링을 이용한 터치키의 감도를 나타낸 것이며, 303은 본 발명에 따른 도전 실리콘(303)의 터치 감도를 나타낸 것으로, 도 3에서 보이는 바와 같이 도전 실리콘(303)을 이용한 터치키의 감도가 도전성 폼(301) 및 스프링(302)을 이용한 터치키의 감도가 기존 대비 유사한 수준임을 알 수 있다.In other words, reference numeral 301 in FIG. 3 shows the sensitivity of the touch key using the conductive foam, reference numeral 302 denotes the sensitivity of the touch key using a spring, and reference numeral 303 denotes the touch sensitivity of the conductive silicon 303 according to the present invention. As shown in FIG. 3, the sensitivity of the touch key using the conductive silicon 303 is similar to that of the conventional touch pad using the conductive foam 301 and the spring 302.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It will be easily understood. It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, it is intended to cover various modifications within the scope of the appended claims.

100: 제어부 110: 터치키
111: 프론트 패널 112: 정전 용량 탄성부
200: 도전성 물질100: control unit 110: touch key
111: Front panel 112: Capacitive elastic part
200: conductive material

Claims

At least one touch key for generating a touch capacitance according to the conductive material when the conductive material is touched;
And a controller for sensing the touch capacitance of the touch key and performing control according to the sensed touch capacitance,
The touch-
A front panel to which the conductive material is touched to the outside; And
A conductive silicon which is a carbon-mixed silicon whose resistance value is 100? 占 퐉 or less and whose elasticity and resistance value are determined according to the mixing ratio of carbon black, is connected at one end to the inside of the front panel and at the other end to ground, Cx,
And a printed circuit board connecting the front panel of the electrostatic capacity elastic portion of the touch key and the control portion by a pattern,
The electrostatic capacity elastic portion and the printed circuit board are bonded and connected by an adhesive means,
Wherein,
And sensing the touch capacitance formed of the conductive material capacitance (Ct) and the key capacitance (Cx) generated in the conductive material when the conductive material is touched to the front panel A touch recognition device.

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