KR102259433B1 - 터치 펜 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 펜은 하우징에 배치되어 충전 패드에 의한 유도 전류를 생성하는 제1 코일과 제1 코일에서 생성된 유도 전류로부터 전원을 생성하고 생성된 전원을 저장하는 충전 제어 회로 및 하우징에 배치되고 충전 제어 회로에 저장된 전원에 의해 구동되어 외부 단말에 터치 입력을 수행하는 터치 기능부를 포함한다.

Description

터치 펜{Touch pen}

본 발명은 터치 펜에 관한 것으로 무접점으로 충전 패드에서 발생되는 유도 전류를 수신하여 구동을 위한 전원을 충전하는 터치 펜에 관한 것이다.

터치 스크린은 투명 터치 패널이 디스플레이 상에 배치되어 입력과 출력이 동시에 이루어지도록 구현된다. 이러한 터치 스크린은 감압식, 정전식, 초음파식, 광 센서식, 전자 유도식 등 다양한 방식의 터치 스크린으로 구별된다. 이렇게 다양한 방식의 터치 스크린이 개발됨에 따라 터치 스크린을 입력하는 입력 장치의 개발도 신속하게 이루어지고 있다. 터치 스크린은 사용자의 손가락을 이용하여 데이터를 입력하는 것이 일반적이나 최근에는 데이터 보조 입력 수단으로서 펜 형상의 입력 장치(이하, 터치 펜)를 구비하고 이러한 터치 펜에 의해 데이터를 입력하는 장치가 사용된다.

감압식 터치 입력 장치는 터치 스크린이 디스플레이 상에 압력을 감지하는 필름이 덮인 터치 스크린에 압력을 주어 어느 부분에 힘이 작용하는지가 인식되도록 한다. 정전식 입력 장치는 터치 스크린이 터치 스크린의 디스플레이에 전류를 상시 흘려보내 입력 장치가 닿으면 전류가 끊어지는 것을 인지되도록 한다. 특히, 전자기 유도 방식의 입력 장치는, 전자 장치에 터치 패널과 별도로 다수의 코일이 직교하도록 배치된 펜터치 패널을 터치 패널과는 별도의 센싱 수단으로 구비하고 터치 펜에는 공진 회로를 구비하게 한다. 센싱 패드의 코일에 교류 신호를 인가시켜 동작하게 하고, 터치 펜이 이러한 전자 장치에 인접하게 되면 팬 터치 패널의 코일이 자계를 형성하고, 터치 펜에서는 이러한 자계와 공진하여 공진 주파수가 발생되어 전자 장치의 제어부에서 감지함으로써 입력된 위치를 파악하게 된다.

대한민국 공개특허공보 '10-2014-0007576'은 정전용량식 및 감압식 터치 스크린에 정보를 입력할 수 있는 터치 펜의 내부에 충전이 가능한 2차 전지로 구현되는 배터리를 수용하는 터치 펜에 개시되어 있다. 하지만, 이러한 터치 펜의 배터리는 배터리로 충전 전원을 공급하기 위해 충전 잭이 삽입되는 충전 소켓이 형성되어야한다. 터치 펜이 충전을 위한 충전 소켓을 구비하게 되면 터치 펜의 소형화에 어려움이 발생하는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 '10-2014-0007576' 다기능 터치펜

본 발명은 무접점 충전 방식으로 터치 펜의 배터리로 충전 전원을 공급하기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 충전 소켓을 구비하지 않고 충전이 가능하도록 하여 터치펜을 소형화시키기 위한 목적이 있다.

전술한 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 펜은 하우징에 배치되어 충전 패드에 의한 유도 전류를 생성하는 제1 코일과 상기 제1 코일에서 생성된 유도 전류로부터 전원을 생성하고 생성된 전원을 저장하는 충전 제어 회로 및 상기 하우징에 배치되고 상기 충전 제어 회로에 저장된 전원에 의해 구동되어 외부 단말에 터치 입력을 수행하는 터치 기능부를 포함할 수 있다.

상기 충전 제어 회로에 포함된 커패시터는 초고용량 커패시터일 수 있다.

상기 제1 코일은, 구리(Cu), 은(Ag) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.

상기 터치 기능부는, 상기 충전 제어 회로로부터 전원을 공급받아 자계를 발생시키는 제3 코일을 포함할 수 있다.

상기 충전 제어 회로는, 상기 제3 코일에서 발생되는 자계에 의해 공진 주파수를 발생시킴으로써 터치 입력을 수행할 수 있다.

전술한 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 패드와 터치 펜 세트는 하우징에 배치되어 충전 패드에 의한 유도 전류를 생성하는 제1 코일과 상기 제1 코일에서 생성된 유도 전류로부터 전원을 생성하고 생성된 전원을 저장하는 충전 제어 회로와 상기 하우징에 배치되고 상기 충전 제어 회로에 저장된 전원에 의해 구동되어 외부 단말에 터치 입력을 수행하는 터치 기능부를 포함하는 터치 펜 및 제2 코일과 입력된 전원을 상기 제2 코일에 인가하여 자기장을 발생시키고 발생된 자기장을 상기 제1 코일에 유도하는 유도전류 제어 회로를 포함하는 충전 패드를 포함할 수 있다.

본 발명은 충전 소켓이 형성되지 않고 무접점 충전 방식으로 터치 펜의 배터리로 충전 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 충전 소켓을 구비하지 않고 충전이 가능하도록 하여 터치펜을 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 펜을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 터치 펜을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패드와 터치 펜 세트를 개략적으로 나타낸 예시도이다.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 명세서에서 표현되는 각 기능부는 본 발명 구현에 대한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능부가 사용될 수 있다. 또한, 각 기능부는 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성으로만 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 펜을 개략적으로 나타낸 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 펜(100)은 하우징(101)에 배치되어 충전 패드(200)에 의한 유도 전류를 생성하는 제1 코일(111)과 제1 코일(111)에서 생성된 유도 전류로부터 전원을 생성하고 생성된 전원을 저장하는 충전 제어 회로(112) 및 하우징(101)에 배치되고 충전 제어 회로(112)에 저장된 전원에 의해 구동되어 터치 단말에 터치 입력을 수행하는 터치 기능부(120)를 포함한다.

충전 패드(200)는 제2 코일(210)가 형성되어 입력된 전원에 의해 자기장을 발생시킨다. 충전 패드(200)는 공급받은 전원을 이용하여 상용 주파수 이상의 교류 전압을 생성하고, 생성된 교류 전압을 변조하여 제2 코일(210)에 인가시킨다. 충전 패드(200)는 제2 코일(210)에 의해 생성된 유도 전류를 터치 펜(100)으로 방사한다. 충전 패드(200)의 유도전류 제어 회로(220)는 상용 교류 전압을 직류로 정류하고, 정류된 직류를 이용하여 상용 주파수 이상의 교류 전압을 생성한다. 이러한 교류 전압을 펄스폭 변조하여 전력 펄스열을 생성하고 이러한 전력 펄스열을 제2 코일(210)로 인가하여 제2 코일(210)에 의해 유도 전류를 생성시켜 터치 펜(100)으로 방사하는 것이다.

터치 펜(100)의 제1 코일(111)은 유도 전류를 송신하는 충전 패드(200)의 제2 코일(210)와 자기적으로 결합되어 유도기 전력를 생성한다. 이때 유도기 전류는 교류 전압으로서 직류로 정류하는 단계를 거쳐야 한다. 정류된 직류 전압을 이용하여 충전 제어 회로(112)에 충전할 일정한 레벨의 정전압과 정전류를 생성하게 되고 충전 전압이 일정 수준에 도달할 때까지 정전류 모드로 충전하게 된다. 일정 수준 이상의 전압에 도달하면 충전 전류의 양을 조절하여 정전압 모드로 전압을 충전한다. 충전 제어 회로(112)는 이렇게 생성된 유도기 전력으로부터 전원을 생성하여 생성된 전원을 저장하고, 저장된 전원은 터치 펜(100)에서 필요한 전류에 사용한다.

이때, 전원을 저장하는 충전 제어 회로(112)의 커패시터(축전지)(미도시)는 초고용량 커패시터(전기화학적 커패시터)인 것이 바람직하다. 초고용량 커패시터는 순간적으로 많은 전기 에너지를 저장 후 높은 전류를 수초 또는 수분에 걸쳐 순간적, 연속적으로 공급하는 고출력 전기 에너지 장치이다. 기존의 커패시터가 에너지를 전극에 저장하는 반면 초고용량 커패시터는 전극과 전해질 사이 계면에 형성된 전기 이중층에 저장한다. 이러한 초고용량 커패시터를 충전 제어 회로(112)의 커패시터(축전지)로 사용하면 잦은 충방전에 있어 많은 전기 에너지를 저장하면서 전기 에너지 활용 효율을 향상시킬 수 있다.

충전 패드(200)로부터 전원을 충전하는 방식에는 전자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식이 사용될 수 있다. 전자기 유도 방식은 충전 패드(200)의 유도전류 제어 회로(220)에서 전류를 고주파로 변환하여 제2 코일(210)에 인가하여 제2 코일(210)에서 자기장이 생성되도록 한다. 이때 생성된 자기장에 의한 유도 전류를 수신한 충전 제어 회로(112)가 제1 코일(111)로부터 유도기 전력을 생성하게 된다. 자기 공명 방식은 이때 제1 코일(111)에서 제2 코일(210)로 유도 전류를 보낼 때, 제1 코일(111)과 같은 크기, 같은 주파수로 공명을 하는 공진 주파수를 제2 코일(210)로 커플링 계수 K에 의해 이동하게 하는 방식이다. 제1 코일(111)은 하우징(101)의 일면에 배치될 수 있으며 제1 코일(111)은 구리(Cu), 은(Ag) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 터치 펜을 개략적으로 나타낸 예시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 터치 펜(100)은 터치 기능부(120)가 포함된다. 터치 기능부(120)는 터치 단말인 터치 입력 장치에 터치 입력을 수행한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 기능부(120)는 충전 제어 회로(112)로부터 전원을 공급받아 자계를 발생시키는 제3 코일(121)을 포함한다. 또한, 충전 제어 회로(112)는 제3 코일(121)에서 발생되는 자계에 의해 공진 주파수를 발생시킴으로써 터치 입력을 수행한다. 전자기 유도 방식의 터치 펜은 터치 펜에 생성된 코일에 전원을 공급하여 자계를 발생시키도록 하고 이때 발생된 자계가 공진회로에서 공진 주파수를 발생시키도록 한다. 이때 발생된 공진 주파수는 터치 입력이 가능한 전자기기에 입력되어 터치 입력이 가능한 전자기기의 제어부에서 발생된 공진 주파수에 대응되는 위치 정보를 계산하여 터치 입력이 발생한 위치를 감지한다.

도 2의 터치 기능부(120)는 전자기 유도 방식의 터치 기능부(120)가 도시되어 있지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 펜(100)은 터치 입력이 수행되는 감압식, 정전압 방식 등 다양한 방식의 터치 기능부(120)가 적용될 수 있다.

충전 제어 회로(122)는 전원을 생성하여 저장하기 위한 제1 코일(111)에서 발생하는 유도 전류와 터치 기능을 수행하기 위해 전계를 발생시키는 제3 코일(211)의 전계가 서로 시간적으로 중첩되지 않도록 제3 코일(211)에서 전계를 발생시켜 터치 입력을 수행할 때에는 제1 코일(111)에서 유도 전류를 발생시키지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 충전 제어 회로(122)에서 충전되는 전원이 미리 설정된 충전 전원 값에 도달하면 제1 코일(111)에서 충전 패드(200)에 의해 유도 전류를 생성하는 것을 중지시키는 것을 제어할 수도 있다.

터치 기능부(120)의 터치 입력 방식이 전원을 필요로 하는 경우 충전 제어 회로(112)에 저장된 전원을 사용할 수 있다. 터치 기능부(110)에 블루투스 기능 등의 부가적인 기능이 포함되는 경우 필요한 전원도 충전 제어 회로(112)에 저장된 전원을 사용한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 펜(100)은 무접점 충전이 가능하기 때문에 전원을 저장하기 위해 구비해야했던 충전 usb 등과 같은 충전 소켓을 구비하지 않아도 되므로 터치펜(100)의 소형화가 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패드와 터치 펜 세트를 개략적으로 나타낸 예시도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패드와 터치 펜 세트는, 하우징(101)에 배치되어 충전 패드(200)에 의한 유도 전류를 생성하는 제1 코일(111)과 제1 코일(111)에서 생성된 유도 전류로부터 전원을 생성하고 생성된 전원을 저장하는 충전 제어 회로(112)와 하우징(101)에 배치되고 충전 제어 회로(112)에 저장된 전원에 의해 구동되어 외부 단말에 터치 입력을 수행하는 터치 기능부(120)를 포함하는 터치 펜(100) 및 제2 코일(210)과 입력된 전원을 제2 코일(210)에 인가하여 자기장을 발생시키고 발생된 자기장을 제1 코일(111)에 유도하는 유도전류 제어 회로(220)을 포함하는 충전 패드(200)를 포함한다. 터치 패드와 터치 펜 세트는 앞서 설명된 도 1 및 도 2에 도시된 터치 펜과 카테고리만 다를 뿐 그 내용이 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 터치 펜
101: 하우징
111: 제1 코일
112: 충전 제어 회로
120: 터치 기능부
121: 제3 코일
200: 터치 패드
210: 제2 코일
220: 유도전류 제어 회로

Claims (6)

1. 하우징에 배치되어 충전 패드에 의한 유도 전류를 생성하는 제1 코일;
   상기 제1 코일에서 생성된 유도 전류로부터 전원을 생성하고 생성된 전원을 저장하는 충전 제어 회로; 및
   상기 하우징에 배치되고 상기 충전 제어 회로에 저장된 전원에 의해 구동되어 외부 단말에 터치 입력을 수행하는 터치 기능부;
   를 포함하되,
   상기 제1 코일은, 구리(Cu), 은(Ag) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어지고,
   상기 터치 기능부는,
   상기 충전 제어 회로로부터 전원을 공급받아 자계를 발생시키는 제3 코일을 포함하며,
   상기 충전 제어 회로는,
   상기 제3 코일에서 발생되는 자계에 의해 공진 주파수를 발생시킴으로써 터치 입력을 수행하고,
   상기 제1 코일과 상기 제3 코일의 전계가 서로 시간적으로 중첩되지 않도록, 제3 코일에서 전계를 발생시켜 터치 입력을 수행할 때에는 제1 코일에서 유도 전류를 발생시키지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 펜.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 충전 제어 회로에 포함된 커패시터는 초고용량 커패시터인 것을 특징으로 하는 터치 펜.
   
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