KR20130095450A - 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛에 관한 것으로서, 제1 루프 안테나와 빗살 형태를 띠는 복수의 제1 라인 안테나가 형성되어 있는 절연성 재질의 투명 모재; 및 복수의 제1 라인 안테나의 타단들 중 하나를 선택하는 제1 MUX와, 제1 MUX의 출력과 제1 루프 안테나와의 전위차를 출력하는 증폭기와, 제1 선택 신호를 생성하고 증폭기의 전위차에 근거하여 어느 하나의 라인 안테나로부터의 전자펜의 위치를 감지하는 MCU가 탑재된 스캔 기판을 포함하여 이루어진다.
이때, 투명 모재에 형성된 제1 루프 안테나는 스캔 기판에 형성되어 있는 제1 전도성 패턴과 결합하여 폐루프를 형성하고, 복수의 제1 라인 안테나의 각각은 스캔 기판상에서 제1 전도성 패턴과 절연되는 상태로 교차하는 복수의 제1 연장 패턴의 각각에 연결되고, 복수의 제1 연장 패턴은 제1 MUX의 입력에 연결된다.

Description

유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛{TABLET HAVING FLEXIBLE AND TRANSPARENT SENSING AREA}

본 발명은 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유연한 투명 필름 형태의 표면에서 전자펜의 접촉을 감지할 수 있도록 구성한 타블렛에 관한 것이다.

최근에는 스마트폰이나 타블렛 컴퓨터와 같이 디스플레이면을 손가락 또는 전자펜으로 터치하여 조작할 수 있는 형태의 전자 기기(타블렛 시스템)가 각광받고 있다.

한편, 타블렛 시스템은, 전자펜을 이용하여 전자 기기를 조작하기 위해서는 소정의 전자펜 감지 영역이 설정되어 있어야 하고, 여기에 접촉하는 전자펜의 위치를 예를 들면 직교 좌표로서 계산해낼 수 있어야 한다.

이러한 타블렛 시스템의 일례로서, 한국공개특허 2008-86829호(이하, 참고 문헌)를 참고할 수 있다. 상기 참고 문헌에서는, 전자펜의 위치를 어느 한 축 방향에 대하여 감지하기 위한 루프 코일의 구조가, 적어도 3개의 루프 코일을 서로 절연시킨 상태로 중첩시킨 형태로 구성된다. 따라서, 루프 코일의 패턴을 갖는 위치 검출 영역을 구성하고자 할 때, 투명한 전도성 소재인 ITO 등과 투명한 절연 시트를 이용하여 구성한다고 하더라도, 최소 6층의 적층 구조를 가지므로, 투명도에 제한이 된다. 더욱, 다층의 시트가 중첩될수록 위치 검출 영역 자체에 대한 유연함이 줄어들게 된다.

또한, 각각의 루프 코일을 서로 절연시키고, 단부들은 공통으로 접속시키기 위해서는 절연층을 관통하는 관통홀과 같은 수직 구조를 필요로 하게 된다. 따라서, 투명한 절연 시트로는 이러한 수직 구조를 형성하기 어려워서, 종래에는 불투명하고 두껍고 단단한 재질의 기판을 이용할 수밖에 없었다. 이렇게, 전자펜의 감지 영역으로 불투명하고 고정된 형태의 기판을 이용한 종래의 타블렛은 이용 방법 및 활용성에 제약이 있다.

본 발명은, 전자펜이 접촉한 위치를 감지하는 전자펜 감지 영역의 투명도를 최대한으로 보장할 수 있는 타블렛을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 투명함과 동시에 유연한 재질의 타블렛을 제공함으로써, 다양한 활용성을 제공하고자 하는 것을 또다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자펜의 위치를 감지하기 위한 전자펜 감지 영역의 외곽을 둘러싸는 형태로 형성된 투명 전도성 재질의 패턴인 제1 루프 안테나와, 상기 제1 루프 안테나의 안쪽 부분에서 서로 평행하게 배열되어 있으며 일단들이 상기 제1 루프 안테나에 전기적으로 접속되어 빗살 형태를 띠는 투명 전도성 재질의 패턴인 복수의 제1 라인 안테나가 형성되어 있는 절연성 재질의 투명 모재; 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 타단들을 입력으로 하고 제1 선택 신호에 따라서 상기 입력들 중 하나를 출력으로 선택하는 제1 MUX와, 상기 제1 MUX의 출력과 상기 제1 루프 안테나와의 전위차를 출력하는 증폭기와, 상기 복수의 제1 라인 안테나들을 임의의 방식으로 적어도 하나씩 선택하기 위하여 상기 제1 선택 신호를 생성하고 소정 주파수의 공진 전압을 출력하는 전자펜이 상기 전자펜 감지 영역에 접근할 때 상기 증폭기에서 출력하는 전위차에 근거하여 어느 하나의 라인 안테나로부터의 상기 전자펜의 위치를 감지하는 MCU가 탑재된 스캔 기판을 포함하여 이루어지는 타블렛으로서, 상기 투명 모재에 형성된 상기 제1 루프 안테나는 상기 스캔 기판에 형성되어 있는 제1 전도성 패턴과 결합하여 폐루프를 형성하고, 상기 복수의 제1 라인 안테나의 각각은 상기 스캔 기판상에서 상기 제1 전도성 패턴과 절연되는 상태로 교차하는 복수의 제1 연장 패턴의 각각에 연결되고, 상기 복수의 제1 연장 패턴이 상기 제1 MUX의 입력에 연결된 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛을 제공한다.

또한, 상기 투명 모재는 투명성 및 유연성을 동시에 갖는 재질로 이루어진다.

또한, 상기 스캔 기판에 형성된 상기 제1 전도성 패턴에 공통 전위가 접속된다.

또한, 상기 투명 모재 표면의 상기 제1 루프 안테나의 패턴 및 상기 제1 라인 안테나의 패턴은, 투명성, 전도성 및 유연성을 갖는 재질을 스크린 인쇄함으로써 형성된다.

또한, 상기 투명 모재는, 상기 제1 루프 안테나의 패턴 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 패턴을 절연시키는 제1 투명 보호층과, 상기 제1 투명 보호층 상에 형성되며 상기 전자펜 감지 영역의 외곽을 둘러싸는 형태의 투명 전도성 재질의 제2 루프 안테나 및 상기 제2 루프 안테나의 안쪽 부분에서 상기 제1 라인 안테나들과는 교차하는 방향으로 서로 평행하게 배열되어 있으며 일단들이 상기 제2 루프 안테나에 전기적으로 접속되어 빗살 형태를 띠는 투명 전도성 재질의 복수의 제2 라인 안테나를 더 포함하고, 상기 스캔 기판은, 상기 투명 모재에 형성된 상기 제2 루프 안테나의 패턴과 결합하여 폐루프를 형성하는 제2 전도성 패턴과, 상기 투명 모재에 형성된 상기 제2 라인 안테나들의 각각과 연결되며 상기 제2 전도성 패턴과 절연된 상태로 교차하는 복수의 제2 연장 패턴과, 상기 복수의 연장 패턴을 입력으로 하고 제2 선택 신호에 따라서 상기 입력들 중 하나를 출력으로 선택하여 상기 증폭기에 연결시키는 제2 MUX를 더 포함하고, 상기 MCU는, 상기 복수의 제2 라인 안테나들을 하나씩 선택하기 위한 상기 제2 선택 신호를 더 출력하고 상기 증폭기에서 출력하는 전위차에 근거하여 상기 제2 라인 안테나 중 어느 하나로부터 상기 전자펜의 위치를 더 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 투명 모재에는 상기 전자펜 감지 영역을 둘러싸는 파워 코일의 패턴이 더 형성되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 타블렛은, 유연성을 갖는 재질로 이루어져 있으며 상기 전자펜 감지 영역을 둘러싸는 파워 코일의 패턴이 형성된 코일 기판을 더 포함하고, 또한, 상기 파워 코일에 상기 전자펜의 공진 주파수로 교류 전압을 인가하는 전력 공급 드라이버를 더 포함한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛에 의하면, 전자펜을 감지하는 영역이 거의 투명하고 유연하게 구성되어 자유롭게 비틀려질 수 있으므로, 타블렛을 디스플레이 장치의 디스플레이 표면에 적용하는 것뿐만 아니라, 곡면에 밀착시키거나 자유롭게 밑그림을 투사시켜 사용할 수 있는 다양한 활용성을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 루프 안테나와 라인 안테나를 이용하여 전자펜의 위치를 감지하는 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시된 바와 같은 라인 안테나와 루프 안테나를 이용하는 구조에 있어서, 타블렛의 각부에서 나타나는 전압의 파형을 설명하는 도면이다.
도 3은 루프 안테나와 복수의 라인 안테나를 이용하여 전자펜의 위치를 더욱 정확하게 감지할 수 있는 구조 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는, 전자펜의 구조와 전자펜의 위치를 검출하기 위한 타블렛의 개략적인 구조를 설명하는 도면이다.
도 5는, 본 발명에 따른 타블렛의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 타블렛에 있어서 회로 패턴의 구성 방법을 설명하기 위한 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 타블렛에 있어서, 투명 모재에 안테나 패턴을 형성하는 다양한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명에 따른 타블렛의 활용성을 보여주는 도면이다.

먼저, 본 발명에서 이용하는 타블렛에서의 전자펜 감지 원리 및 이 원리를 이용한 본 발명에 따른 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛의 구조와 동작을 설명한다.

도 1은 루프 안테나와 라인 안테나를 이용하여 공진 회로를 갖는 전자펜의 위치를 감지하는 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 1(a)을 참조하여 타블렛에서 전자펜(P)을 감지하기 위한 안테나들의 구조를 설명한다. 도면에는, 폐루프 형태로 구성된 루프 안테나(10)와, 루프 안테나(10)의 일측에 일단이 접속되어 있는 상태에서 루프 안테나(10)의 루프 형태를 가로지르는 방향으로 라인 안테나(20)가 배치되어 있다. 라인 안테나(20)의 타단은 증폭기(17)의 입력에 연결되어 있다. 증폭기(17)의 다른 입력은 루프 안테나(10)에 연결된다. 증폭기(17)는 예를 들면, 차동 증폭기로서, 라인 안테나(20)의 전위로부터 루프 안테나(10)의 전위를 차감하여 증폭한 전위차(Vout)를 출력한다. 이러한 안테나 구성에서는, 라인 안테나(20)의 패턴이 루프 안테나(10)의 패턴을 교차하여 지나가는 지점이 생기게 되는데, 이 지점에서는 라인 안테나(20)와 루프 안테나(10)가 서로 절연되어야만 한다.

한편, 도 1(a)은 인덕터와 교류 전원을 포함하는 전자펜(P)이 ① 지점에 위치하고 있는 상태를 나타내고 있다. 전자펜(P)에서는 교류 전원이 맥동함에 따라서 인덕터(L)로부터 전자기력이 발생하게 된다. 라인 안테나(20)와 루프 안테나(10)는 이러한 전자펜(P)으로부터의 전자기력에 의해 유도 전류를 발생한다.

도 1(b)은 전자펜(P)이 도 1(a)과 같은 안테나 구조상에서 ① 지점, ② 지점, 및 ③ 지점에 위치할 때에 증폭기(17)에서 출력되는 전위차(Vout)를 보여준다. 먼저, 전자펜이 도 1(a)에서와 같이 루프 안테나(10)의 루프 형태 내의 ① 지점에 위치한다면, 라인 안테나(20)에는 실선 화살표 방향으로 흐르는 유도 전류가 발생한다. 한편, 발생한 유도 전류는 실선과 같은 전류의 흐름뿐만 아니라 점선과 같은 형태의 유도 전류의 흐름도 유발한다. 이와 같은 유도 전류가 발생하게 되면, 증폭기(17)에서는, 예를 들면, 음의 방향의 전위차를 출력하게 된다(도면에서는 아래쪽 화살표로 표시).

한편, 전자펜(P)이 ③ 지점에 위치하게 된다면, 라인 안테나(20)에서는 앞서와 반대 방향으로의 유도 전류가 발생할 것이며, 증폭기(17)에서는 양의 전위차를 출력할 것이다.

그리고, 전자펜(P)이 ② 지점, 즉, 라인 안테나(20)의 바로 위에 위치하게 된다면, 라인 안테나(20)에는 유도 전류가 서로 상쇄되어 발생하지 않으며, 증폭기(17)에서는 전위차가 나타나지 않는다.

이와 같은 안테나 구조에 의하면, 루프 안테나(10)의 루프 형태 내부에서 전자펜(P)이 라인 안테나의 우측에 위치하는지 또는 좌측에 위치하는지, 또는 라인 안테나 상에 위치하는지를 감지할 수 있게 된다.

또한, 출력되는 전위차(Vout)의 크기를 이용하면 전자펜과 라인 안테나와의 거리도 판단할 수 있다.

한편, 위의 설명은, 전자펜(P)에서 출력하는 전자기력의 방향이 일정한 경우를 가정한 것이다. 하지만, 전자펜에서 발생하는 전자기력의 방향은 실제로는 교류 전원의 맥동에 따라 전환된다. 따라서, 증폭기(17)에서 출력되는 전위차 역시 교류 전원의 맥동 주파수에 맞추어 진동할 것이다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.

도 2는, 도 1에 도시된 바와 같은 라인 안테나와 루프 안테나를 이용하는 구조에 있어서, 공진 회로를 구동시키기 위하여 건전지와 같은 소모성 전원을 이용하지 않고 외부로부터 에너지를 무선으로 공급받아 동작할 수 있는 전자펜 및 이러한 전자펜과 타블렛의 동작시 각부에서 나타나는 전압의 파형을 설명하기 위한 도면이다.

도 2(a)를 참조하면, 루프 안테나(10)의 외곽을 둘러싸는 형태로 파워 코일(30)이 배치되어 있고, 파워 코일(30)은 전력 공급 드라이버(PWD)(32)로부터 전자펜(P)에 내장된 공진 회로의 공진 주파수(f0)로 맥동하는 교류 전력을 공급받는다.

이때, 파워 코일(30)에서는 전력 공급 드라이버(32)로부터 공급되는 진동하는 전력에 의해 전자기력을 출력하고, 전자펜(P)의 공진 회로에는 이 전자기력에 의하여 유도 전류가 발생한다. 전자펜(P)에서의 유도 전류는 내장된 공진 회로(적어도 인덕터와 커패시터를 포함)의 용량만큼 에너지를 충전한다. 이후, 전력 공급 드라이버(32)에서 파워 코일(30)로의 전력 공급을 중단하여도, 전자펜(P)은 공진 회로에 충전된 에너지에 의해 일정 시간 동안 공진을 계속할 수 있다.

한편, 파워 코일(30)로의 전력 공급이 중단된 상태에서 전자펜(P)의 공진 회로가 공진하면, 타블렛측의 라인 안테나(20)에는 도 1에서 설명한 바와 같은 유도 전류가 발생하게 되고, 증폭기(17)에서는 라인 안테나와 루프 안테나 사이의 전위차(Vout)가 출력된다.

이와 같이, 전력 공급 드라이버(32)에 의한 파워 코일 구동을 제어하는 동시에, 전력 공급 드라이버(32)를 통해 파워 코일(30)로 전력을 공급하지 않는 구간에서 증폭기(17)로부터 출력되는 전위차를 이용함으로써, 전자펜(P)의 위치를 검출할 수 있게 된다.

도 2(b)는, ①지점에서 측정되는 전압 파형으로서, 전력 공급 드라이버(32)를 구동시키기 위한 제어 신호(파워 코일(30)에 공진 주파수(f0)로 진동하는 전력)이다. 이때, 공진 주파수의 전력을 공급하는 구간과 전력을 공급하지 않는 구간을 설정함으로써, 전자펜에 에너지를 공급하는 구간과 전자펜이 자체 공진하도록 하여 전자펜의 위치를 감지하는 구간을 구성할 수 있다. 도면에 도시된 몇 개의 상승하는 펄스는 예시적인 것으로서, 실제의 구현에서는 수백 Hz로부터 수 MHz까지 또는 그 이상의 주파수로도 구성될 수 있다.

도 2(c)는 파워 코일(30)에서 나타나는 전압 파형으로서, 전력 공급 드라이버(32)에서 공진 주파수의 구형파 전력을 공급하더라도, 파워 코일(30)에서는 역기전력 현상에 의하여 완만하게 상승하는 사인파의 형태로 나타나는 것을 알 수 있다. 이때, 파워 코일(30)에서는 지면(紙面)에 수직하는 방향으로 전자기력이 출력될 것이다. 한편, 파워 코일(30)에는 파워 코일과 결합되어 공진 회로를 구성하는 소자(예를 들면, 커패시턴스)가 없으므로, 전력 공급 드라이버(32)에서 전력 공급이 중단되면 전압 파형이 급격하게 중단된다.

도 2(d)는 ③지점에서 측정되는 전압 파형으로서, 파워 코일(30)에서 출력되는 전자기력에 의해 전자펜(P)의 공진 회로에 유도되는 유도 전류에 의한 전압의 파형이다. 전자펜(P)의 공진 회로에서는 자체 용량만큼 에너지가 충전되고, 파워 코일(30)에서 전자기력의 출력이 중단되더라도 공진 회로 내에 충전된 에너지에 의해 소정의 시간 동안 공진을 계속한다.

도 2(e)는, 전력 공급 드라이버(32)에서 전력 공급이 중단된 후에도 계속 공진하는 전자펜의 공진 회로에 의해 라인 안테나(20) 및 루프 안테나(10)에 전류가 유도되고 이 유도 전류에 의해 라인 안테나(20)와 루프 안테나(10) 사이에서 발생하게 되는 전위차의 파형으로서, ④지점인 증폭기(17)에서 출력하는 전압의 파형을 보여준다. 이렇게 증폭기(17)에서 출력되는 전위차의 파형 중 임의의 시점(T)에서 전압을 샘플링(H)하고(도 1(b)의 형태와 같은 전압이 얻어짐), 샘플링된 값을 이용하여 라인 안테나(20)에 대한 전자펜(P)의 위치를 판정한다.

도 3은 루프 안테나(10)와 복수의 라인 안테나(20)를 이용하여 전자펜(P)의 위치를 더욱 정확하게 감지할 수 있는 구조 및 동작을 설명하는 도면이다. 여기에서, 복수의 라인 안테나(20) 각각은, 일측단들은 루프 안테나(10)에 전기적으로 접속된 상태로 서로 평행하게 루프 형태를 가로지르고 있으며, 타단들은 멀티플렉서(15)의 입력에 연결되는 빗살 모양의 구조이다. 라인 안테나들(20)은 일단이 루프 안테나(10)에 접속되어 있다는 것을 제외하고는, 루프 안테나(10)와 접속되어서는 안된다. 즉, 루프 안테나들(20)의 타단들은 루프 안테나(10)와 절연된 상태이다.

한편, 멀티플렉서(15)는 출력이 증폭기(17)의 입력에 연결되고, 외부(예를 들면, MCU)로부터 입력되는 선택 신호에 따라서 어느 하나의 라인 안테나의 타단을 선택할 수 있다. (파워 코일 및 전력 공급 드라이버는 도 3에서는 도시가 생략되었으므로, 도 4 참조)

이러한 안테나 구조에서, 예를 들어 도 3(a)에 도시된 바와 같은 위치에 전자펜(P)이 위치하는 상태에서, 멀티플렉서(15)를 제어하여 복수의 라인 안테나(20)를 ①로부터 ⑤의 방향으로 순차적으로 선택하게 되면, 도 3(b)과 같은 형태의 전위차(Vout)를 얻을 수 있다.

즉, 라인 안테나 ①이 선택되었다면, 전자펜(P)이 라인 안테나 ①의 우측 가까이에 위치하고 있으므로, 증폭기(17)에서는 예를 들면 양의 전위차가 출력될 수 있다.

이어서, 라인 안테나 ②가 선택되었다면, 전자펜(P)이 라인 안테나 ②상에 위치하므로, 증폭기(17)에서는 전위차가 출력되지 않는다.

다음으로, 라인 안테나 ③이 선택되면, 전자펜(P)이 선택된 라인 안테나 ③의 좌측에 위치하게 되어, 증폭기(17)에서는 음의 전위차(Vout)가 출력될 수 있다.

이후에, 라인 안테나 ④ 또는 ⑤가 선택되면, 역시 라인 안테나의 좌측에 전자펜(P)이 존재하는 형태가 되므로 음의 전위차가 출력되는데, 라인 안테나 ④ 또는 ⑤는 전자펜으로부터의 거리가 상대적으로 멀기 때문에, 라인 안테나 ③을 선택했을 때 출력되는 전위차보다 작은 전위차가 출력된다.

이와 같이 모든 라인 안테나들에서 전위차를 획득하면, 도 3(b)과 같은 도면을 얻을 수 있으며, 전자펜(P)의 위치는 전위차의 크기가 역전되는 곳, 즉, 라인 안테나 ②의 위치로 판정할 수 있다. 한편, 전자펜(P)이 라인 안테나 상에 위치하지 않고 라인 안테나들의 사이에 존재하더라도, 전자펜(P)에 인접한 양쪽의 라인 안테나에서는 서로 역전되는 형태로 전위차가 나타나게 될 것이므로, 전자펜의 위치를 판정하는 데에는 문제가 없다.

이렇게 라인 안테나들(20)을 하나씩 선택하여 전위차를 탐지하는 동작을 '스캔한다'고 표현한다. 한편, 스캔의 방식은, 위와 같이 한쪽 끝의 라인 안테나로부터 다른쪽 끝의 라인 안테나까지 순차적으로 행해질 수도 있으며, 임의의 위치에 배치된 라인 안테나를 다양한 방식으로 선택함으로써 더욱 신속하게 전자펜의 위치를 검출하도록 구현할 수도 있다. 또한, 모든 라인 안테나들을 스캔하지 않고, 일부의 라인 안테나를 스캔하는 중에 전자펜의 위치가 식별되었다면, 나머지의 라인 안테나의 스캔을 종료할 수도 있다.

다음, 도 4를 참조하여, 전자펜의 구조와 전자펜의 위치를 검출하기 위한 타블렛의 개략적인 구조를 설명한다. 먼저, 도 4(a)를 참조하면, 세로 방향(Y축 방향)으로 길게 배치되며 세로 방향(X축 방향)으로 나란하게 복수 개 배열된 X축 라인 안테나들(20X)과, X축 방향으로 길게 배치되며 Y축 방향으로 나란하게 복수 개 배열된 Y축 라인 안테나들(20Y)의 구조를 볼 수 있다(이때, X축 라인 안테나들과 Y축 라인 안테나들의 각각은 서로 절연되어 있다). 이렇게 X축 라인 안테나들(20X)과 Y축 라인 안테나들(20Y)에 의하여 각각 전자펜의 X축 위치 및 Y축 위치를 검출할 수 있게 되며, 결과적으로는 전자펜의 2차원 좌표를 산출할 수 있게 된다.

이때, X축 라인 안테나들(20X)과 Y축 라인 안테나들(20Y)이 형성된 영역(점선으로 표시된 영역)은 전자펜(P)의 위치가 검출될 수 있는 전자펜 감지 영역(A)이 된다.

전자펜 감지 영역(A)의 외부측(전자펜 감지 영역의 외부측)에는 X축 라인 안테나들(20X)과 Y축 라인 안테나들(20Y)을 둘러싸는 형태로 파워 코일(30)이 배치되어 있어서, 전자펜에 전자기력에 의하여 에너지를 공급할 수 있게 된다.

X축 라인 안테나들(20Y)의 일단들은 루프 안테나(10)에 접속되며, 타단들은 멀티플렉서(15)에 입력으로서 연결된다. 멀티플렉서(15)의 출력은 증폭기(17)의 하나의 입력에 연결된다.

또한, Y축 라인 안테나들(20Y)의 일단들도 루프 안테나(10)에 접속되며, 타단들은 멀티플렉서(25)의 입력으로 연결되고, 멀티플렉서(25)의 출력은 증폭기(17)의 입력이 된다.

여기에서, X축 라인 안테나들이 접속되는 루프 안테나와 Y축 라인 안테나들이 접속되는 루프 안테나는, 도 4에서와 같이 하나의 루프 안테나를 공용할 수 있으나 독립적으로 각각 구성될 수도 있다.

증폭기(17)는 멀티플렉서들(15 및 25)의 출력들과 루프 안테나들 중 어느 하나의 전위를 입력으로 하고(루프 안테나들은 동일한 전위로 유지된다), 양자의 전위차를 출력한다. 출력되는 전위차는 MCU(18)에 입력된다.

MCU(18)는 멀티플렉서들(15 및 25)에 선택 신호를 전송하여 어느 하나의 라인 안테나(X축 라인 안테나들 및 Y축 라인 안테나들 중 하나)의 타단을 선택하도록 함으로써, 선택된 타단으로부터의 전압이 증폭기(17)에 입력되게 한다. 그리고 선택 신호를 변경하여 계속 출력함으로써 다른 라인 안테나들을 스캔하도록 제어하고, 어느 하나의 라인 안테나가 선택될 때마다 증폭기(17)로부터 출력되는 전위차들을 입력받아 선택된 라인 안테나에 대한 전자펜(P)의 위치 관계를 감지한다. 전체 또는 일부의 라인 안테나들이 스캔되면 감지된 위치 관계들을 이용하여 전자펜(P)의 좌표를 산출한다.

또한, MCU(18)는 공진 주파수에 따른 제어 신호를 생성하여 전력 공급 드라이버(32)의 동작을 제어할 수 있다.

다음, 도 4(b)는 전자펜의 개략적인 구성을 보여준다. 전자펜(P)은, 적어도 인덕터(L)와 커패시터(C)를 포함하는 공진 회로를 구비하고, 공진 회로가 전자기력이 작용하는 전자기장 내에 위치할 때 인덕터(L)에 발생하게 되는 유도 전류에 의하여 커패시터(C)가 충전 및 방전하면서 공진 현상을 일으킨다. 이러한 공진 현상은 전자기력이 제거된 후에도 공진 회로의 시정수에 따라 소정의 시간 동안 지속된다.

또한, 전자펜에는 생성된 유도 전류를 이용하여 동작하는 회로 소자들이 배치될 수도 있다.

이하에서는, 상술한 바와 같은 구조의 타블렛을 이용함에 있어서, 전자펜 감지 영역을 구성하기 위한 회로 패턴을 더욱 간단한 제조 공정으로 저렴하게 구현할 수 있는 방법을 제공한다.

도 5는, 개선된 구조로 전자펜 감지 영역을 구현한, 본 발명에 따른 타블렛의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 전자펜 감지 영역(A)은 3개의 회로 패턴을 이용하여 구성된다. 즉, X축 라인 안테나(20X)의 패턴과 X축 루프 안테나(10A)의 패턴을 구비하는 제1 회로 패턴(111)과, Y축 라인 안테나(20Y)의 패턴과 Y축 루프 안테나(10B)의 패턴을 구비하는 제2 회로 패턴(112)과, 파워 코일(30)의 제3 회로 패턴(113)이 그것이다.

한편, 각 회로 패턴들은 투명성, 전도성 및 유연성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, ITO와 같은 재질을 소정의 기판(예를 들면, 투명 모재로서, ㅇ리, 고분자 재질(아크릴, PMMA 등), PET 등)에 패턴 인쇄 또는 나노-임프린팅 기술 또는 그라비아 오프셋 기술 등의 방식을 이용하여 형성할 수 있다.

각 회로 패턴(111, 112, 113)은 각각 개별적인 기판에 독립적으로 형성되고, 회로 패턴이 형성된 각 기판들을 중첩함으로써 접근 또는 접촉한 전자펜에 대한 X축 및 Y축 좌표를 감지할 수 있는 전자펜 감지 영역을 구성할 수도 있다. 더욱, 하나의 베이스 기판에 제1 회로 패턴(111)을 형성하고 그 위에 절연성 재질을 도포하고 그 위에 다시 제2 회로 패턴(112)을 형성하는 등의 방식으로 전자펜 감지 영역을 구성하는 것도 가능하다(도 6 참조).

먼저, X축 라인 안테나와 X축 루프 안테나를 구비한 제1 회로 패턴(111)의 구조를 설명한다. 이 회로 패턴(111)에 형성되는 X축 루프 안테나(10A)는 완전한 루프를 구성하고 있지 않으며, 제1 회로 패턴(111)의 일측에서 외부로 개방되어 있다. 또한, 각 라인 안테나들(20X)도 일단은 X축 루프 안테나(10A)에 접속된 상태이지만, 타측은 루프 안테나(10A)와 교차하지 않으면서 루프 안테나(10A)의 패턴과 나란하게, 제1 회로 패턴(111)의 상기 일측에서 외부로 흘러나가는 형태를 하고 있다.

이러한 형태로 구성한다면, 루프 안테나의 패턴과 복수의 라인 안테나의 패턴이 제1 회로 패턴(111) 내에서는 서로 교차되지 않도록 형성될 수 있다. 그리하여, 전도성 재질을 1층으로 인쇄하는 간단한 방식으로 제1 회로 패턴(111)의 안테나 패턴을 제조할 수 있게 된다.

한편, X축 루프 안테나(10A)의 루프 형태는 스캔 기판(120)과 결합하여 완성된다. 즉, 스캔 기판(120)에는 X축 루프 안테나(10A)의 개방된 부분을 폐쇄하여 완전한 루프로 만들기 위한 패턴의 나머지 부분인 전도성 패턴(10E)이 형성되어 있다(도 6 참조).

더욱, X축 루프 안테나(10A)와 X축 라인 안테나(20X)의 교차 및 절연은 스캔 기판(120)의 전도성 패턴 부분에서 이루어진다. 즉, X축 라인 안테나들(20X)의 타단은 스캔 기판의 제1 연장 패턴들(20XE)까지 연장되어 있으며, 이 연장 패턴들이 전도성 패턴(10E)과 절연된 상태로 교차하도록 배치되어 있다. 전도성 패턴(10E)을 교차한 X축 라인 안테나들의 제1 연장 패턴들(20XE)은 스캔 기판(120)에 실장된 멀티플렉서의 입력으로 연결된다. 도 6에서 빨간색 실선은 루프 안테나 패턴의 일부인 전도성 패턴(10E)으로서 검은색 실선의 라인 안테나 패턴의 일부인 제1 연장 패턴들(20XE)과는 절연된 상태로 배치된다.

전자펜 감지 영역(A)을 구성하는 제1 회로 패턴(111)이 인쇄되는 기판은 투명하고 유연한 재질의 투명 모재(110)인 것이 바람직하지만, 멀티플렉서(15, 25), 증폭기(17), MCU(18) 등이 실장되는 스캔 기판(120)은 일반적인 경질 PCB로 구성되어도 무방하다. 경질 PCB에서는 회로 패턴의 절연 및 다층 회로 패턴의 형성이 어렵지 않게 이루어질 수 있기 때문이다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조는 제1 회로 패턴(111)과 스캔 기판(120)이 서로 결합되었을 때 완성된다.

X축 루프 안테나(10A)의 전도성 패턴(10E)은 스캔 기판(120)에서 공통 전위를 띠는 회로 패턴(빨간색 패턴)과 접속되어 공통 전위로 된다.

Y축 라인 안테나(20Y)와 Y축 루프 안테나(10B)가 형성되는 제2 회로 패턴(112)도 제1 회로 패턴(111)과 유사하게 구성된다. 즉, Y축 루프 안테나(10B)는 제2 회로 패턴(112)의 일측을 통하여 외부로 개방된 형태를 나타내며, Y축 라인 안테나(20Y)의 타단들도 Y축 루프 안테나(10B)의 패턴과 나란하게 외부로 흘러나가는 형태를 보이고 있다.

제2 회로 패턴(112)이 스캔 기판(120)과 결합되면, 제2 회로 패턴(112)의 Y축 루프 안테나(10B)의 개방된 부분이 스캔 기판(120)에 형성된 전도성 패턴(X축 루프 안테나와 연결된 전도성 패턴과 일체화되어 동일 전위로 구성될 수 있음)과 결합되어 완전한 폐루프 형태를 갖는 루프 안테나가 완성된다. 또한, 스캔 기판(120)에서는 복수의 Y축 라인 안테나들(20Y)이 절연 부분(S)에서 Y축 루프 안테나(10B)의 나머지 부분을 이루는 전도성 패턴(10E)과 절연된 상태로 교차하여 멀티플렉서(25)의 입력에 접속된다.

한편, 파워 코일(30)은 전자펜 감지 영역(A)의 외곽을 둘러싸도록 형성되며, 전자펜에 대해 더 많은 에너지를 출력하기 위해서는 권선수와 도선의 굵기를 제어해야하므로, 별도의 기판에 올려지지 않은 상태의 코일을 구성하여 단독으로 배치하거나 또는 파워 코일(30)의 패턴을 별도의 코일 기판(도시하지 않음)상에 인쇄 등으로 형성하고, 파워 코일(30)의 루프 형태의 안쪽 부분, 즉, 전자펜 감지 영역(A)에 해당하는 부분의 기판을 뚫어낸 구성(전자펜 감지 영역을 구성하는 회로 패턴(111, 112)이 뚫려진 부분 내에 배치될 수 있도록)으로 할 수도 있다.

이러한 파워 코일(30)의 양단부는 스캔 기판(120)에 구비될 수 있는 전력 공급 드라이버(32)에 연결된다.

스캔 기판(120)에는, 도시된 바와 같이, 라인 안테나와 루프 안테나의 나머지 부분들(즉, 전도성 패턴, 제1 및 제2 연장 패턴)이 배치되어 있으며, 이들은 서로 절연되어 절연 영역(S)을 이룬다. 또한, 스캔 기판에는, 복수의 라인 안테나의 타단들 중 어느 하나를 선택하기 위한 멀티플렉서들(15, 25)과, 멀티플렉서들의 출력 및 루프 안테나의 전위(즉, 공통 전위)가 입력되는 증폭기(17)와, 증폭기의 출력에 의하여 전자펜(P)의 좌표를 산출하는 MCU(18)가 구성되어 있다. 또한, 외부로부터 전원을 입력받아서 파워 코일(30)을 구동하는 전력 공급 드라이버(32)도 배치될 수 있다. 전력 공급 드라이버(32)는 각 루프 안테나들에 대하여 공통 전위를 제공할 수도 있다.

스캔 기판(120)의 이러한 구조는 단지 일례에 지나지 않으며, 다양하게 변형되어 구현될 수도 있다. 또한, 스캔 기판(120)에 실장되는 구성 요소들의 배치 형태 및 개수도 다양하게 설정될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 제1 회로 패턴(111) 및 제2 회로 패턴(112), 그리고 파워 코일(30)을 서로 중첩시켜 하나의 통합 기판(도시하지 않음)을 형성하고, 이를 디스플레이의 표시면에 설치하게 되면, 디스플레이 표시면상에 단 2겹의 투명 전극만이 올려지게 됨으로써, 투명도가 향상된 터치 스크린을 제작할 수 있게 된다.

즉, 투명 박막으로 디스플레이를 가리는 부분은 기판은 제1 회로 패턴(111)과 제2 회로 패턴(112)뿐이며, 파워 코일(30)은 독립적인 기판에 올려지지 않고 단독으로 형성되어 다른 기판에 부착되거나 전자펜 감지 영역만큼이 뚫려진 형태의 기판(113)에 형성될 수 있기 때문이다. 이러한 통합 기판에 있어서, 루프 안테나의 루프 형태 내부에서 중첩되는 패턴은, X축 라인 안테나(20X) 및 Y축 라인 안테나(20Y)가 교차하는 부분뿐이다. 파워 코일(30)은 라인 안테나 또는 루프 안테나와 중첩되지 않도록 전자펜 감지 영역(A)의 바깥쪽 둘레에 형성되기 때문이다.

물론, 통합 기판을 디스플레이의 후방에 배치할 수도 있으나, 전자펜(P)의 위치를 더욱 정확하게 감지하기 위해서는 전자펜(P)이 직접 접촉할 수 있어야 하므로, 디스플레이의 앞쪽 표면에 배치하는 것이 바람직한 것이다.

더욱, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 안테나 패턴 구조를 갖는 타블렛에 의하면, 전자펜 감지 영역이 형성되는 기판을 제조할 때, 안테나 패턴을 절연성 재질의 표면에 단층으로 인쇄하는 방식으로 구성할 수 있어서, 공정이 간단하며 제조 비용을 절감할 수 있다.

더욱, 전자펜 감지 영역을 이루는 기판의 두께가 얇아질 수 있으므로, 기판의 유연성을 보장할 수 있다.

다음, 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 타블렛에 있어서, 투명 모재에 안테나 패턴을 형성하는 다양한 방법을 설명한다.

본 발명에 따른 상술한 안테나 패턴을 이용함으로써, 각 회로 패턴(111, 112)은 동일 평면에 간단한 인쇄 방식으로 형성될 수 있다.

도 7(a)은, 베이스 기판이 되는 투명 모재(110)에 X축 안테나 패턴(111)을 스크린 인쇄 등에 의해 형성하고, 형성된 X축 안테나 패턴(111)을 절연성 재질로 피복(S1)하고, 그 위에 Y축 안테나 패턴(112)을 스크린 인쇄 등에 의해 형성하고, 형성된 패턴을 다시 절연성 재질로 피복(S2)함으로써 전자펜 감지 영역을 형성한 구조를 보여주고 있다.

한편, 도 7(b)은 다른 방법으로서, 베이스 기판이 되는 투명 모재(110)의 양쪽면에 각각 X축 안테나 패턴(111)과 Y축 안테나 패턴(112)을 인쇄 등의 방법으로 형성하고, 각 패턴을 절연성 재질에 의해 피복(S1, S2)한 형태에 대한 단면을 보여주고 있다.

도 7(a) 및 7(b)에 도시된 구조에서는 파워 코일의 구조를 설명하지 않고 있다. 즉, 파워 코일은 별도의 기판에 구성되어 투명 모재의 둘레에 배치될 수 있음을 의미한다.

다음, 도 7(c)은, 예를 들면, 도 7(a)과 같은 구조로 전자펜 감지 영역을 구성하고, 투명 모재의 둘레 부분(라인 안테나 및 루프 안테나를 둘러싸도록)에 역시 스크린 인쇄 등의 방법으로 파워 코일을 형성할 수 있음을 보여준다. 이때, 한 층의 파워 코일 패턴을 형성한 후 절연성 재질로 피복(S3)하고 다시 또 한 층의 파워 코일 패턴을 형성함으로써 복층의 파워 코일(30)을 형성할 수도 있다.

도 8은, 본 발명에 따른 타블렛의 활용성을 보여주는 도면이다. 본 발명에 따른 타블렛은, 전자펜 감지 영역을 투명 모재에 투명 재질의 안테나를 형성함으로써 구성하고 있다. 따라서, 전자펜 감지 영역을 투명하게 구성할 수 있으므로, 다양한 활용성을 제공할 수 있는 것이다.

일례로써, 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 곡면에 전자펜 감지 영역을 대고 밑그림을 따라 그리는 응용이 가능하다. 이는 전자펜 감지 영역이 투명할 뿐만 아니라 유연한 재질로 이루어졌기 때문에 가능한 것이다.

또한, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 투명한 전자펜 감지 영역을 투사하여 비치는 풍경을 그대로 옮겨 그리는 것이 가능하다.

이와 같은 활용성을 이용하면, 유아, 장애인 또는 노인들에게 인쇄물 등의 글자 또는 그림을 따라 그리도록 함으로써 교육적 또는 의료적인 효과를 기대할 수 있다.

Claims (8)

1. 전자펜의 위치를 감지하기 위한 전자펜 감지 영역의 외곽을 둘러싸는 형태로 형성된 투명 전도성 재질의 패턴인 제1 루프 안테나와, 상기 제1 루프 안테나의 안쪽 부분에서 서로 평행하게 배열되어 있으며 일단들이 상기 제1 루프 안테나에 전기적으로 접속되어 빗살 형태를 띠는 투명 전도성 재질의 패턴인 복수의 제1 라인 안테나가 형성되어 있는 절연성 재질의 투명 모재; 및
   상기 복수의 제1 라인 안테나의 타단들을 입력으로 하고 제1 선택 신호에 따라서 상기 입력들 중 하나를 출력으로 선택하는 제1 MUX와, 상기 제1 MUX의 출력과 상기 제1 루프 안테나와의 전위차를 출력하는 증폭기와, 상기 복수의 제1 라인 안테나들을 임의의 방식으로 적어도 하나씩 선택하기 위하여 상기 제1 선택 신호를 생성하고 소정 주파수의 공진 전압을 출력하는 전자펜이 상기 전자펜 감지 영역에 접근할 때 상기 증폭기에서 출력하는 전위차에 근거하여 어느 하나의 라인 안테나로부터의 상기 전자펜의 위치를 감지하는 MCU가 탑재된 스캔 기판;
   을 포함하여 이루어지는 타블렛으로서,
   상기 투명 모재에 형성된 상기 제1 루프 안테나는 상기 스캔 기판에 형성되어 있는 제1 전도성 패턴과 결합하여 폐루프를 형성하고, 상기 복수의 제1 라인 안테나의 각각은 상기 스캔 기판상에서 상기 제1 전도성 패턴과 절연되는 상태로 교차하는 복수의 제1 연장 패턴의 각각에 연결되고, 상기 복수의 제1 연장 패턴이 상기 제1 MUX의 입력에 연결된 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 투명 모재는 투명성 및 유연성을 동시에 갖는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스캔 기판에 형성된 상기 제1 전도성 패턴에 공통 전위가 접속되는 것을 특징으로 하는 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛.
4. 제2항에 있어서,
   상기 투명 모재 표면의 상기 제1 루프 안테나의 패턴 및 상기 제1 라인 안테나의 패턴은, 투명성, 전도성 및 유연성을 갖는 재질을 스크린 인쇄함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛.
5. 제1항에 있어서,
   상기 투명 모재는,
   상기 제1 루프 안테나의 패턴 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 패턴을 절연시키는 제1 투명 보호층과, 상기 제1 투명 보호층 상에 형성되며 상기 전자펜 감지 영역의 외곽을 둘러싸는 형태의 투명 전도성 재질의 제2 루프 안테나 및 상기 제2 루프 안테나의 안쪽 부분에서 상기 제1 라인 안테나들과는 교차하는 방향으로 서로 평행하게 배열되어 있으며 일단들이 상기 제2 루프 안테나에 전기적으로 접속되어 빗살 형태를 띠는 투명 전도성 재질의 복수의 제2 라인 안테나를 더 포함하고,
   상기 스캔 기판은,
   상기 투명 모재에 형성된 상기 제2 루프 안테나의 패턴과 결합하여 폐루프를 형성하는 제2 전도성 패턴과, 상기 투명 모재에 형성된 상기 제2 라인 안테나들의 각각과 연결되며 상기 제2 전도성 패턴과 절연된 상태로 교차하는 복수의 제2 연장 패턴과, 상기 복수의 연장 패턴을 입력으로 하고 제2 선택 신호에 따라서 상기 입력들 중 하나를 출력으로 선택하여 상기 증폭기에 연결시키는 제2 MUX를 더 포함하고,
   상기 MCU는, 상기 복수의 제2 라인 안테나들을 하나씩 선택하기 위한 상기 제2 선택 신호를 더 출력하고 상기 증폭기에서 출력하는 전위차에 근거하여 상기 제2 라인 안테나 중 어느 하나로부터 상기 전자펜의 위치를 더 감지하는 것을 특징으로 하는 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛.
6. 제1항에 있어서,
   상기 투명 모재에는 상기 전자펜 감지 영역을 둘러싸는 파워 코일의 패턴이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛.
7. 제1항에 있어서,
   유연성을 갖는 재질로 이루어져 있으며 상기 전자펜 감지 영역을 둘러싸는 파워 코일의 패턴이 형성된 코일 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 파워 코일에 상기 전자펜의 공진 주파수로 교류 전압을 인가하는 전력 공급 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연하고 투명한 감지 영역을 갖는 타블렛.

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