KR20160110473A - Nfc 안테나가 집적된 터치스크린, 단말 및 그의 근거리 통신방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근거리 통신기술에 적용되며, NFC 안테나가 집적된 터치스크린, 단말 및 그의 근거리 통신방법을 제공한다. 상기 터치스크린은 기판을 포함하며, 상기 기판에 터치 센싱 영역이 구비되고, 상기 터치 센싱 영역 내에 터치 센싱 전극 패턴이 설치되며; 터치 센싱 영역의 외측에 단일권선 도전선이 설치되어, 상기 도전선은 근거리 통신용 안테나로써 외부의 근거리 통신 관리장치와 연결된다. 본 발명은 스크린 안테나의 인터페이스 부위에 ESD 보호 다이오드를 더 추가할 수 있어, 거의 제로 원가로 터치 검출과 근거리 통신 기능의 겸용을 구현하였으며, 스크린 안테나에 권선이 하나만 있기 때문에, 공정 실시가 용이하고 내로우 베젤 스크린 설계에 적용될 수 있으며, 스크린 안테나가 터치스크린 기판에 설치되므로, 탈착이 필요 없어 마손 등의 문제가 존재하지 않아, 원활한 근거리 통신을 보장할 수 있다.

Description

NFC 안테나가 집적된 터치스크린, 단말 및 그의 근거리 통신방법{TOUCH SCREEN INTEGRATED WITH NFC ANTENNA, TERMINAL, AND NEAR FIELD COMMUNICATION METHOD THEREFOR}
본 발명은 근거리 통신기술 분야에 관한 것으로서, 특히 NFC 안테나가 집적된 터치스크린, 단말 및 그의 근거리 통신방법에 관한 것이다.
NFC(Near Field Communication, 근거리 통신)는 비접촉식 인식 및 상호접속 기술로서, 13.56MHz의 근거리 자기장 통신방식을 이용하여, 이동장치, 소비류 전자제품, PC 및 지능형 제어툴 사이에서 근거리 무선 통신을 수행하여 사용자가 간단하고 직관적으로 정보를 교환하거나, 컨텐츠와 서비스를 방문할 수 있다. 따라서 NFC 기술은 향후 전자제품이 필히 갖추어야 할 기술이며, 시장이 방대하다.
현재, 많은 핸드폰 등 터치스크린 단말에는 모두 NFC 기능이 집적되어 있으나, 종래의 NFC 제품의 안테나는 주로 배터리의 어느 한 면에 제작되거나 또는 하우징 안에 부착되며, 일반적으로 PCB에 금속배선으로 코일을 제작하여, 코일이 포함된 PCB 기판 또는 FPC를 배터리 또는 하우징에 부착하는 방식을 사용한다. 그 단점은 주로, 배터리와 하우징은 자주 반복해서 탈착하는 것이므로, NFC 안테나의 접선 부위가 쉽게 마손되거나 또는 위치가 부정확해지는 문제가 나타나고, 최종적으로 안테나 신호가 나빠져 NFC 기능의 사용에 영향을 미칠 수 있다는데 있다. 또한, NFC 제품의 안테나는 일반적으로 전자제품의 하우징 내부에 위치하는데, 만약 금속소재로 하우징을 제작할 경우, NFC 신호의 전파에 영향을 줄 수 있어 전자제품 하우징의 소재 선택이 제한적이다.
따라서 이러한 NFC 안테나는 설치방식이 합리적이지 않을 뿐만 아니라, 그 접선 부위가 쉽게 마손되거나 위치가 부정확하여 안테나 신호 품질이 나빠지고, 또한 터치스크린 단말 하우징의 선택 범위가 제한적임을 알 수 있다. 이러한 기술문제를 해결하기 위하여, 발명의 명칭이 NFC 안테나가 집적된 터치스크린이고, 공개 번호가 CN102819346A인 중국 발명 특허 출원은 NFC 안테나가 집적된 터치스크린을 구체적으로 공개하였으며, 상기 NFC 안테나는 상기 터치스크린에 설치되어 제어칩이 설치된 메인보드에 연결되는 것으로, 터치기능과 NFC 안테나 기능을 하나로 통합시켰다. 터치스크린 자체는 탈착할 필요가 없는 부품이기 때문에, 사용 과정에서 NFC 안테나는 종래 기술 중의 인터페이스 마손 및 위치가 부정확하여 야기되는 신호 품질 저하, 수신 불안정 등 문제를 피할 수 있는 동시에, 안테나가 신호를 송수신하기에도 유리하여, 원활한 통신을 보장할 수 있다. 또한, 터치스크린의 터치면으로부터 NFC 신호를 수신하기에도 편리하고, 또는 반드시 터치스크린의 터치면으로부터 NFC 신호를 수신해야 하는 경우에도 해결 방안을 제공하였다. 또한, 상기 터치스크린이 장착된 전자제품은 터치면으로부터 신호를 전달받으므로, 하우징 소재 선택 시 NFC 안테나의 제어를 받지 않는다.
비록 상기 발명 특허 출원은 NFC 기능이 집적된 전자제품의 약간의 문제들을 피할 수 있으나, 기타 방면의 문제가 수반된다. 예를 들어 상기 NFC 안테나는 도전성 소재 배선 방식으로 제조되는 다중권선 코일이므로, 내로우 베젤 스크린의 공정에는 확실히 불리하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술문제는 NFC 기능이 집적된 터치스크린 단말로 원활한 근거리 통신을 보장할 수 있고, 또한 내로우 베젤 스크린 공정에 적합한 NFC 안테나가 집적된 터치스크린, 단말 및 그의 근거리 통신방법을 제공하고자 하는데 있다.
본 발명은 다음과 같이 구현된다. NFC 안테나가 집적된 터치스크린은 기판을 포함하며, 상기 기판에 터치 센싱 영역이 구비되고, 상기 터치 센싱 영역 내에 터치 센싱 전극 패턴이 배치되며; 상기 터치 센싱 영역의 외측에 단일권선 스크린 안테나가 설치되어, 상기 스크린 안테나는 근거리 통신용 안테나로써 외부의 근거리 통신 관리장치와 연결된다.
본 발명이 제공하는 터치스크린 단말은 상기와 같은 NFC 안테나가 집적된 터치스크린을 포함하고, 터치칩 및 단말 메인 컨트롤러를 더 포함하며;
상기 터치칩은 터치 관리장치와 근거리 통신 관리장치를 포함하며; 상기 터치 관리장치는 상기 터치 센싱 전극 패턴과 연결되어 터치 센싱 전극 패턴으로부터의 센싱 신호를 처리하고, 터치 좌표를 계산하기 위한 것이고; 상기 근거리 통신 관리장치는 상기 스크린 안테나와 연결되어, 근거리 통신 업무를 처리하기 위한 것이며;
상기 단말 메인 컨트롤러는 터치 및 근거리 통신 정보를 획득하고 관리하기 위한 것이다.
본 발명이 제공하는 터치스크린 단말의 근거리 통신방법은 이하 단계를 포함한다.
터치 검출 단계: 터치 관리장치가 터치스크린에 터치 조작이 있는지 여부를 검출하고, 산출된 터치 좌표를 상기 단말 메인 컨트롤러로 송신하는 단계;
근거리 통신 검출 단계: 상기 터치 관리장치에서 스크린 검출을 수행한 후, 근거리 통신 관리장치가 근거리 통신 검출을 수행하는 단계.
본 발명은 터치스크린의 ESD 도선을 근거리 통신용 안테나로 다중 사용함으로써, 거의 제로 원가로 터치 검출과 근거리 통신 기능의 겸용을 구현하였으며, 스크린 안테나에 권선이 하나만 있기 때문에, 공정 실시가 용이하고, 내로우 베젤 스크린 설계에 적용될 수 있으며, 스크린 안테나가 터치스크린 기판에 배치되므로 탈착이 필요없어 마손 등의 문제가 존재하지 않아, 원활한 근거리 통신을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 제공하는 NFC 기능을 구비한 터치스크린 단말의 구조원리도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예가 제공하는 NFC 안테나가 집적된 터치스크린의 설계도이다.
도 2b는 본 발명의 제2 실시예가 제공하는 NFC 안테나가 집적된 터치스크린의 설계도이다.
도 3a와 도 3b는 도 2a 중 루프선의 노치 형상의 두 가지 설명도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예가 제공하는 근거리 통신 관리장치의 구조 및 주변 부재와의 연결도이다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예가 제공하는 근거리 통신 관리장치의 구조 및 주변 부재와의 연결도이다.
도 5a와 도 5a는 도 4a에 ESD 보호 기능을 추가한 두 가지 구조도이다.
도 6은 본 발명의 실시예가 제공하는 NFC 기능을 구비한 터치스크린 단말의 작동 흐름도이다.
본 발명의 목적, 기술방안 및 장점이 더욱 명확해지도록, 이하 첨부도면 및 실시예를 결합하여, 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다. 여기 묘사되는 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 터치스크린 최외층의 ESD(Electro-Static Discharge, 정전기 방전) 도전선의 변경을 통해, 단일 권선인 ESD 도전선을 근거리 통신용 안테나로 다중 사용하고; 또한 터치칩에 근거리 통신 처리회로를 추가하여(근거리 통신 관리장치라고도 칭할 수 있다), 터치 기술과 근거리 통신 기술의 융합을 구현하였다.
도 1은 본 발명의 실시예가 제공하는 NFC 기능을 구비한 터치스크린 단말의 구조 원리도로서, 묘사의 편의를 위해, 본 발명과 관련된 부분만 도시하였다. 상기 터치스크린 단말은 터치스크린(10), 터치칩(20)과 단말 메인 컨트롤러(30)를 포함한다.
그 중, 터치스크린(10)은 단말장치의 입력장치로서, 정전용량식 손가락 터치 센싱 스크린 등을 이용하여 구현할 수 있고, 손가락의 터치 조작을 감지하는 이외에, 근거리 통신에서 신호의 송수신 기능을 하며, 주로 터치 센싱 영역(11)과 스크린 안테나(12) 두 부분을 포함한다. 터치 센싱 영역(11) 내에 터치 센싱 전극 패턴이 설치되며, 일반적으로 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO) 전극 패턴으로 구현되고, 약간의 스트립형 또는 기타 형상의 투명 도전성 구동 감지선으로 구성되어, 손가락의 터치 조작을 감지한다. 스크린 안테나(12)는 터치스크린 주변의 단일권선 도전선(예를 들어 실버페이스트 또는 기타 도전성 소재)이며, 이전에는 ESD 보호용으로 사용되던 접지루프가 현재는 다중화를 통해 근거리 통신 신호의 송수신과 ESD 보호라는 두 가지 기능을 구현하며, 또한 단일 권선 도선은 내로우 베젤 설계를 구현하기에도 유리하다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예가 제공하는 터치스크린(10)의 설계 구조도로서, 상기 실시예 중 스크린 안테나(12)는 터치 센싱 영역(11) 주변을 둘러싸게 설치되는 직통 루프선(121)이며, 선폭은 0.1 ~ 2.0mm 사이이고, 두께는 18 ~ 100um이며, 직통 루프선(121)은 직류 루프를 형성할 수 있고, 말미 양단에 나타나는 저항은 200Ω 미만이다. 터치 센싱 영역(11)의 전극 패턴은 종래의 설계를 선택하여 사용하면 된다.
도 2a는 본 발명의 제2 실시예가 제공하는 터치스크린(10)의 설계 구조도로서, 상기 실시예 중 스크린 안테나(12)는 터치 센싱 영역(11) 주변을 둘러싸게 설치되는 중간이 절단된 루프선(122)이다. 그 중, 루프선(122)의 절단 노치는 도 3a에 도시된 직선형일 수 있으며, 이 직선형의 실시예는 공정 설계상 구현이 비교적 용이하고, 또한 공정의 정밀도에 대한 요구가 절선 절단형보다 높지 않으며, 중간의 절단 간격은 0.5mm ~ 2mm 사이이다. 단점은 중간에 간격이 있어, 이 부분의 공간에 ESD 보호를 제공할 수 없다는 것이다. 또한 도 3a와 같은 절선형일 수도 있으며, 이러한 절선 절단형은 공정 설계 및 구현이 직선 절단형보다 난도가 약간 더 크고, 공정 정밀도에 대한 요구 역시 약간 더 높으며, 절선의 간격은 0.2mm ~ 1mm 정도이다. 장점은 ESD 보호에 맹역이 존재하지 않는다는 것이다. 루프선(122)이 비록 중간이 절단되어 직류 루프가 없으나, 형성되는 교류 저항은 실시예 1과 동일하게 200Ω 미만이며, 선폭 역시 마찬가지로 0.1 ~ 2.0mm이고, 두께는 18 ~ 100um이다.
도 1을 다시 참조하면, 터치칩(20)은 터치 관리장치(21)와 근거리 통신 관리장치(22)를 포함하며, 터치 관리장치(21)는 터치 센싱 전극 패턴과 연결되어 터치 센싱 전극 패턴으로부터의 센싱 신호를 처리하고, 터치 좌표를 산출하기 위한 것이다. 근거리 통신 관리장치(22)는 스크린 안테나의 양단과 전기적으로 연결되어, 근거리 통신 사무를 처리하기 위한 것이며, 단말 메인 컨트롤러(30)는 단말의 대부분의 업무를 처리함과 동시에, 터치 및 근거리 통신 정보를 획득하고 관리하기 위한 것이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예가 제공하는 근거리 통신 관리장치(22)의 구조 및 주변부재와의 연결 관계도로서, 본 실시예에서, 근거리 통신 관리장치(22)는 기준전압 모듈(2211), 제1 수신버퍼모듈(2221), 제1 송신모듈(2231), 제1 복조모듈(2241), 제1 디지털 처리모듈(2251)을 포함한다. 기준전압 모듈(2211)의 기준전압 출력단은 스크린 안테나(12)와 전기적으로 연결되어, 터치칩(20) 내부와 외부에 기준전압 및 바이어스를 제공하며, 상기 모듈의 전압은 1/2 전압일 수도 있고, 기타 전압, 예를 들어 1/3 ~ 2/3 전압일 수도 있다. 제1 수신버퍼 모듈(2221)의 입력단은 스크린 안테나(12)와 전기적으로 연결되며, 주로 외부 입력 신호를 버퍼링 및 증폭하기 위한 것이고, 신호는 싱글엔드 입력이며, 제1 수신버퍼 모듈(2221)의 입력단은 또한 스위치유닛을 통해 스크린 안테나(12)와 전기적으로 연결된다. 제1 송신모듈(2231)이 작동 시, 제1 수신버퍼 모듈(2221) 이전의 스위치유닛은 오프(switch off)되며, 목적은 제1 송신모듈(2231)이 제1 수신버퍼 모듈(2221)의 작동 바이어스 상태를 간섭하는 것을 방지하기 위한 것이다. 제1 송신모듈(2231)이 작동하지 않을 때, 제1 수신버퍼 모듈(2221) 이전의 스위치유닛은 스크린 안테나 신호의 수신 처리가 용이하도록 온(switch on)된다. 제1 송신모듈(2231)의 출력단은 스크린 안테나(12)와 전기적으로 연결되어, 출력할 근거리 통신 신호를 스크린 안테나(12)를 통해 송신하며, 이는 일정 구동 능력을 지닌 싱글엔드 출력 버퍼로서, 변조를 거친 13.56MHz의 사각형파를 출력할 수 있으며, 작동하지 않을 때 출력단은 하이임피던스 상태에 진입하여 입력신호가 바이패스되는 것을 방지하고, 또한 제1 수신 버퍼 모듈(2221)이 정상적인 바이어스 상태에서 작동할 수 있도록 보장한다. 제1 복조모듈(2241)의 입력단은 제1 수신버퍼 모듈(2221)에 연결되어 스크린 안테나(즉 스크린 안테나(12))로부터 수신되어 커플링된 후 제1 수신 버퍼모듈(2221)을 거쳐 처리된 후의 신호를 복조하여, 무선주파수 필드를 디지털 신호로 복조하는 임무를 완수한다. 제1 디지털 처리 모듈(2251)의 일단은 제1 복조모듈(2241)의 출력단 및 제1 송신모듈(2231)의 입력단과 연결되고, 타단은 단말 메인 컨트롤러(30)와 연결되어, 제1 복조모듈(2241)이 복조한 디지털 신호를 디코딩하고, 디코딩 결과를 단말 메인 컨트롤러(30)로 전송하며; 또한 단말 메인 컨트롤러(30)가 전송할 데이터를 수신하여 변조한 후, 변조 후의 신호를 제1 송신모듈(2231)로 전송한다.
또한, 본 실시예에서, 터치스크린 단말은 제1 여파기 모듈(401)을 더 포함하며, 스크린 안테나(12)는 제1 여파기 모듈(401)을 통해 근거리 통신 관리장치(22)와 연결된다. 제1 여파기 모듈(401)은 스크린 안테나(12)가 송수신하는 근거리 통신 신호에 대해 EMI(Electromagnetic Interference, 전자파간섭 방지) 여파 및 임피던스 매칭을 수행하며, 제1 저항(R1), 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2)를 포함하고, 그 중, 스크린 안테나(12)의 일 선단은 제1 저항(R1)을 통해 제 수신 버퍼 모듈(2221) 및 제1 송신 모듈(2231)과 전기적으로 연결되고, 스크린 안테나(12)의 타 선단은 기준전압 모듈(2211)의 기준전압 출력단에 연결되며, 제1 커패시터(C1)는 스크린 안테나(12)의 두 선단 사이에 연결되고, 제2 커패시터(C2)는 타 선단과 그라운드 사이에 연결된다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예가 제공하는 근거리 통신 관리장치(22)의 구조 및 주변부재와의 연결관계도로서, 본 실시예에서, 근거리 통신 관리장치(22)는 제2 수신버퍼 모듈(2222), 제2 송신모듈(2232), 제2 복조모듈(2242), 제2 디지털 처리모듈(2252)을 포함한다. 제2 수신버퍼 모듈(2222)은 스크린 안테나(12)가 수신한 외부 근거리 통신 신호를 버퍼링 및 증폭하기 위한 것이고, 신호는 차동 입력이며, 그 두 개의 입력단은 각각 하나의 스위치유닛을 통해 스크린 안테나(12)의 두 선단과 전기적으로 연결된다. 제2 송신 모듈(2232)의 두 출력단은 각각 스크린 안테나(12)의 양단과 전기적으로 연결되어, 출력할 근거리 통신 신호를 스크린 안테나(12)를 통해 송신하며, 작동 시, 그 두 출력단의 출력 신호의 레벨은 반대이다. 구체적으로, 제2 송신모듈(2232)은 일정 구동 능력을 지닌 출력 버퍼로서, 이는 변조를 거친 13.56MHz 사각형파를 출력할 수 있고, 작동하지 않을 때 하이임피던스 상태로 진입하여 입력신호가 바이패스되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 제2 수신 버퍼 모듈(2222)이 정상적인 바이어스 상태에서 작동할 수 있도록 보장한다. 제2 송신모듈(2232)은 차동 출력이며, 즉 출력할 신호가 있는 경우, 일단이 하이레벨을 출력한다면 타단은 로우레벨이고, 작동하지 않을 때, 양단의 출력은 모두 하이임피던스이다. 제2 송신모듈(2232)이 작동 시, 제2 수신 버퍼 모듈(2222) 이전의 스위치유닛은 오프되며, 목적은 제2 송신모듈(2232)이 제2 수신 버퍼 모듈(2222)의 동작 바이어스 상태를 간섭하는 것을 방지하기 위한 것이다. 제2 송신모듈(2232)이 작동하지 않을 때, 제2 수신 버퍼 모듈(2222) 이전의 스위치는 스크린 안테나 신호의 수신 처리가 용이하도록 온된다.
제2 복조모듈(2242)의 입력단은 제2 수신버퍼 모듈(2222)에 연결되어, 제2 수신 버퍼모듈(2222)이 증폭 처리한 후의 신호를 디지털 신호로 복조하여 무선주파수 필드를 디지털 신호로 복조하는 임무를 완수한다. 제2 디지털 처리모듈(2252)의 일단은 제2 복조모듈(2242)의 출력단 및 제2 송신모듈(2232)의 입력단과 연결되고, 타단은 단말 메인 컨트롤러(30)에 연결되어, 제2 복조모듈(2242)이 복조한 디지털 신호를 디코딩하고, 디코딩 결과를 단말 메인 컨트롤러(30)로 전송하며; 또한 단말 메인 컨트롤러(30)가 전송할 데이터를 수신하여 변조한 후, 변조 후의 신호를 제2 송신모듈(2232)로 출력한다.
또한, 본 실시예에서, 터치스크린 단말은 제2 여파기 모듈(402)을 더 포함하며, 스크린 안테나(12)는 제2 여파기 모듈(402)을 통해 근거리 통신 관리장치(22)와 연결된다. 제2 여파기 모듈(402)은 스크린 안테나(12)가 송수신하는 근거리 통신 신호에 대해 EMI 여파 및 임피던스 매칭을 수행하며, 이는 제2 저항(R2), 제 저항(R3), 제3 커패시터(C3)를 포함하고, 그 중, 스크린 안테나(12)의 일 선단은 제2 저항(R2)을 통해 제2 수신 버퍼모듈(2222) 및 제2 송신모듈(2232)과 전기적으로 연결되고, 스크린 안테나(12)의 타 선단은 제3 저항(R3)을 통해 제2 수신 버퍼 모듈(2222) 및 제2 송신모듈(2232)과 전기적으로 연결되며, 제3 커패시터(C3)는 스크린 안테나(12)의 두 선단 사이에 연결된다.
또한, 도 4a에 대하여, 도 5a 및 도 5a의 두 가지 방식과 같이 근거리 통신 관리장치(22)에 ESD 보호 기능을 추가할 수도 있으며, 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 5a에서, 스크린 안테나 인터페이스 부위의 두 선단에 각각 2개의 ESD 보호 다이오드(51), (52)를 연결시켜 접지선에 이르게 하여 ESD 보호를 형성하면, 터치칩 회로가 더욱 안전해질 수 있다. 이 회로는 터치칩 회로를 기초로 2개의 소자를 더 추가한 것으로, 비용이 약간 증가하며, 또한 회로 면적을 차지한다. 장점은 보호 효과가 도 5a보다 좋다는 우수하다는데 있다. 도 5a는 터치칩 내부에 2개의 ESD 보호회로(231), (232)를 직접 집적하여 ESD 보호를 형성함으로써 칩 내부 회로의 안전성을 구현한 것이다. 구체적으로, ESD 보호 회로(231)는 제2 송신모듈(2232)의 일 출력단과 그라운드 사이에 연결되고, ESD 보호회로(232)는 제2 송신모듈(2232)의 타 출력단과 그라운드 사이에 연결된다. 이 회로의 ESD 보호효과는 제한적이며, 칩 원가가 약간 증가하나, 장점은 주변회로가 간결하고, 회로면적이 좀 더 작다는데 있다.
도 4a의 경우도 마찬가지로 터치칩(20) 내부 또는 외부에 ESD 보호기능을 투입하는 방식을 포함할 수 있으며, 즉 칩 외부의 방식은 스크린 안테나의 두 선단을 각각 ESD 보호 다이오드를 통해 접지시키는 것이고; 칩 내부 방식은 기준전압 모듈(2211)의 기준전압 출력단을 ESD 보호 다이오드를 통해 접지시키고, 제1 송신모듈(2231)의 출력단은 ESD 보호 다이오드를 통해 접지시키는 것이다.
도 4a, 도 4a에 도시된 근거리 통신 관리장치(22)의 구조를 종합해보면, 종래의 근거리 통신 안테나는 비교적 이상적이기 때문에 신호를 증폭시킬 필요가 없으며, 또한 신호를 카드리더기로 회신할 때 역시 자신의 전력소모 부하를 조절하여 목적을 이룰 수 있으나, 단 본 발명의 단일권선 안테나는 저항이 크고, 신호가 약하기 때문에 증폭이 필요하며, 부하 조절을 통해 회복된 신호가 스크린에 의해 에너지가 흡수된 후, 회복된 신호가 여전히 매우 약하기 때문에, 회로에서 수신 버퍼 모듈을 통해 신호를 증폭시키고, 구동 신호를 능동적으로 송신하는 방식으로 단일권선 실버페이스트 배선의 저항이 크고, 단말 스크린 등 소자가 통신신호를 크게 감쇄시키는 두 가지 문제를 해결하였다.
도 6은 본 발명의 실시예가 제공하는 NFC 기능을 구비한 터치스크린 단말의 작동 흐름도로서, 주로 터치 검출 단계와 근거리 통신 검출 단계를 포함한다. 그 중 전자는 구체적으로, 터치 관리장치(21)가 터치스크린(10)에 터치 조작이 있는지 여부를 검출하고, 산출된 터치 좌표를 단말 메인 컨트롤러(30)로 전송하는 단계이고, 후자는 터치 관리장치(22)가 스크린 검출을 수행한 후, 근거리 통신 관리장치(22)가 근거리 통신 검출을 수행하기 시작하는 단계이다.
구체적으로,
단계 601: 터치칩 호스트 프로그램의 입구이다.
단계 602: 단말 메인 컨트롤러(30) 중의 타이머, IO 상태 등과 같은 관련 레지스터의 설정을 초기화한다.
단계 603: 터치 검출을 가동하여, 관련 레지스터, 및 관련 중단 프로그램을 설정한 후, 터치 검출 과정을 자동으로 실행할 수 있다.
단계 604: 하나의 완전한 스크린의 터치 스캐닝의 완료 여부를 판단하여, 완료되지 않은 경우, 계속 하나의 스크린의 터치 스캔의 완료 여부를 대기하고 판단한다.
단계 605: 하나의 완전한 스크린의 터치 스캐닝이 완료되었다고 판단한 경우, 스캐닝 데이터를 통해 터치로 검출된 좌표 정보를 산출하고, 단말 메인 컨트롤러(30)에게 이 좌표를 보고한다.
단계 606: 단계 605 이후, 근거리 통신 검출 모듈을 가동하며, 목적은 카드리더기가 송신한 13.56MHz 자기장 신호를 수신할 수 있도록 하기 위한 것이다.
단계 607: 카드리더기가 송신한 13.56MHz 자기장 신호의 수신 여부를 판단하여, 수신하지 않은 경우 단계 604로 되돌아 가, 다음 번의 터치 좌표 판단을 수행한다.
단계 608: 카드리더기가 송신한 13.56MHz 자기장 신호를 수신한 경우, 현재 전자 태그에 설정된 상태가 Type A(제1 상태)인지 Type B(제2 상태)인지 더 판단한다. 전자 태그는 근거리 통신 관리장치와 스크린 안테나를 포함한다. 본 발명의 실시예에서, Type A 상태와 Type B 상태의 차이는, Typy A에 대응되는 변조신호는 100% 심도로, 비교적 강하고, Type A 신호의 수신과 복조는 터치 스크린의 스캐닝 신호의 간섭을 쉽게 받지 않으므로, 터치 검출을 오프시킬 필요가 없는 반면, Type B에 대응되는 변조신호의 심도는 10% 정도에 불과하여, Type B 신호의 수신과 복조 신호는 터치스크린의 간섭을 받기 쉬우며, 따라서 터치 검출을 오프시켜 간섭을 제거해야 한다는데 있다.
단계 609: 현재 설정 상태가 Type A인 경우, Type A 태그 거래 업무로 진입하여, 예를 들어 ISO14443-3의 TypeA 과정 등을 완수한다.
단계 610: 현재 거래 완료 여부를 판단하여, 완료되지 않은 경우 계속 단계 609를 진행한다(카드리더기 자기장이 차단되지 않았고, 또한 명령이 걸리지 않은 상태).
단계 611: 현재 거래가 이미 완료되어(카드리더기의 자기장이 차단된 경우), 자신의 근거리 통신 모듈을 오프시켜 절전을 구현하고; 또한 직접 단계 604로 되돌아가 다음 회의 터치 좌표 판단을 수행한다.
단계 612: 현재 설정상태가 Type B인 경우, 터치 신호와 근거리 통신 신호의 상호 간섭을 방지하기 위하여, 먼저 터치 검출을 오프시킨다.
단계 613: Type B 태그 거래 업무로 진입하여, 예를 들어 ISO14443-3의 Type B의 과정 등을 완수한다.
단계 614: 현재 거래 완료 여부를 판단하여, 완료되지 않은 경우 계속 단계 613을 진행한다(카드리더기 자기장이 차단되지 않았고, 또한 명령이 걸리지 않은 상태).
단계 615: 현재 거래가 이미 완료되어(카드리더기의 자기장이 차단된 경우), 자신의 근거리 통신 모듈을 오프시켜 절전을 구현하고; 또한 직접 단계 603으로 되돌아가, 터치 검출을 온시키고, 다음 회의 터치 좌표 판단을 수행한다.
기능이 가동된 후, 오프시키지 않는 한, 이 두 가지 기능은 병행하여 실행되며, 어느 하나의 레지스터 공간에 데이터가 발생하면, 단말 메인 컨트롤러(30)는 이러한 데이터들의 연산 처리를 담당한다.
결론적으로, 본 발명은 터치스크린의 ESD 도전선을 근거리 통신용 안테나로 다중 사용함으로써, 거의 제로 원가로 터치 검출과 근거리 통신 기능의 겸용을 구현하였다. 스크린 안테나에 권선이 하나만 있기 때문에, 공정 실시에 용이하고, 내로우 베젤 스크린 설계에 적용될 수 있다. 스크린 안테나가 터치스크린 기판에 설치되므로, 탈착이 필요 없어 마손 등의 문제가 존재하지 않아, 원활한 근거리 통신을 보장할 수 있다. 또한 수신 버퍼 모듈을 통해 신호를 증폭시키고, 구동신호를 능동적으로 송신하는 이러한 방식을 통해 단일권선 실버페이스트 배선의 저항이 크고, 단말 스크린 등 소자가 통신 신호를 크게 감쇄시키는 두 가지 문제를 해결하였다. 주로 데이터 교환, 금융 거래, 접근 제어 관리 등의 경우에 적용될 수 있다.
이상은 단지 본 발명의 바람직한 실시예일뿐, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 정신과 원칙 내에서 실시되는 임의의 변경, 동등한 교체 및 개선 등은 모두 본 발명의 보호범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (20)

  1. NFC 안테나가 집적된 터치스크린에 있어서,
    상기 터치스크린은 기판을 포함하며, 상기 기판에 터치 센싱 영역이 구비되고, 상기 터치 센싱 영역 내에 터치 센싱 전극 패턴이 배치되며; 상기 터치 센싱 영역의 외측에 단일권선 도전선이 설치되어, 상기 도전선은 근거리 통신용 스크린 안테나로써 외부의 근거리 통신 관리장치와 연결되는,
    NFC 안테나가 집적된 터치스크린.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 안테나는 상기 터치 센싱 영역 주변에 설치되는 직통 루프선이며, 상기 스크린 안테나의 두 선단은 상기 외부의 근거리 통신 관리장치와 연결되는, NFC 안테나가 집적된 터치스크린.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 안테나는 상기 터치 센싱 영역 주변에 설치되는 중간이 절단된 루프선이며, 절단된 노치는 직선형 또는 절선형이고, 상기 스크린 안테나의 두 선단은 상기 외부의 근거리 통신 관리장치와 연결되는, NFC 안테나가 집적된 터치스크린.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 스크린 안테나의 선폭은 0.1 ~ 2.0mm이고, 두께는 18 ~ 100um이며, 저항은 200Ω 미만인, NFC 안테나가 집적된 터치스크린.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 NFC 안테나가 집적된 터치스크린을 포함하고, 터치칩 및 단말 메인 컨트롤러를 더 포함하는 터치스크린 단말에 있어서,
    상기 터치칩은 터치 관리장치와 근거리 통신 관리장치를 포함하며; 상기 터치 관리장치는 상기 터치 센싱 전극 패턴과 연결되어 상기 터치 센싱 전극 패턴으로부터의 센싱 신호를 처리하고, 터치 좌표를 계산하기 위한 것이고; 상기 근거리 통신 관리장치는 상기 스크린 안테나와 연결되어, 근거리 통신 업무를 처리하기 위한 것이며;
    상기 단말 메인 컨트롤러는 터치 및 근거리 통신 정보를 획득하고 관리하기 위한 것인,
    터치스크린 단말.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 근거리 통신 관리장치는,
    기준전압 출력단이 상기 스크린 안테나와 전기적으로 연결되고, 상기 터치칩 내부 및 외부에 기준전압 및 바이어스를 제공하기 위한 기준전압 모듈;
    입력단이 상기 스크린 안테나와 전기적으로 연결되어, 상기 스크린 안테나가 수신한 외부 근거리 통신 신호를 버퍼링 및 증폭시키기 위한 제1 수신버퍼 모듈;
    출력단이 상기 스크린 안테나와 전기적으로 연결되어, 출력할 근거리 통신 신호를 상기 스크린 안테나를 통해 전송하기 위한 제1 송신모듈;
    입력단이 상기 제1 수신버퍼 모듈과 연결되어, 상기 제1 수신버퍼 모듈이 증폭 처리한 후의 신호를 디지털 신호로 복조하기 위한 제1 복조모듈; 및
    일단이 상기 제1 복조모듈의 출력단 및 상기 제1 송신모듈의 입력단에 연결되고, 타단은 상기 단말 메인 컨트롤러에 연결되며, 상기 제1 복조모듈이 복조한 디지털 신호를 디코딩하여, 디코딩 결과를 상기 단말 메인 컨트롤러로 전송하고; 또한 상기 단말 메인 컨트롤러가 송신할 데이터를 수신하여 변조한 후, 변조 후의 신호를 상기 제1 송신모듈로 출력하기 위한 제1 디지털 처리모듈을 포함하는, 터치스크린 단말.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 수신버퍼 모듈과 상기 제1 송신모듈 사이는 동시에 작동하지 않는, 터치스크린 단말.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 수신버퍼 모듈의 입력단은 하나의 스위치유닛을 통해 상기 스크린 안테나와 전기적으로 연결되며; 상기 제1 수신버퍼 모듈이 작동 시, 상기 스위치유닛이 온(switch on)되고; 상기 제1 송신모듈이 작동시, 상기 스위치유닛이 오프(switch off)되는, 터치스크린 단말.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 송신모듈이 작동하지 않을 때, 그 출력단은 하이 임피던스(high impedance) 상태에 처하는, 터치스크린 단말.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치스크린 단말은 제1 여파기 모듈을 더 포함하며, 상기 스크린 안테나는 상기 제1 여파기 모듈을 통해 상기 근거리 통신 관리장치와 연결되고;
    상기 제1 여파기 모듈은 상기 스크린 안테나가 송수신하는 근거리 통신 신호에 대해 전자파간섭 방지 EMI 여파 및 임피던스 매칭을 수행하며, 이는 제1 저항, 제1 커패시터, 제2 커패시터를 포함하고, 그 중, 상기 스크린 안테나의 하나의 선단은 상기 제1 저항을 통해 상기 제1 수신버퍼 모듈 및 상기 제1 송신모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 스크린 안테나의 다른 선단은 상기 기준전압 모듈의 기준전압 출력단에 연결되며, 상기 제1 커패시터는 상기 스크린 안테나의 두 선단 사이에 연결되고, 상기 제2 커패시터는 다른 선단과 그라운드 사이에 연결되는, 터치스크린 단말.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 근거리 통신 관리장치는,
    두 개의 출력단이 각각 상기 스크린 안테나와 전기적으로 연결되어, 상기 스크린 안테나가 수신한 외부 근거리 통신 신호를 버퍼링 및 증폭시키기 위한 제2 수신버퍼 모듈;
    두 개의 출력단이 상기 스크린 안테나의 두 개의 선단과 전기적으로 연결되어, 출력할 근거리 통신 신호를 상기 스크린 안테나를 통해 전송하고, 작동 시, 두 개의 출력단의 출력신호의 레벨이 반대인 제2 송신모듈;
    입력단이 상기 제2 수신버퍼 모듈과 연결되어, 상기 제2 수신버퍼 모듈이 증폭 처리한 후의 신호를 디지털 신호로 복조하기 위한 제2 복조모듈; 및
    일단이 상기 제2 복조모듈의 출력단 및 상기 제2 송신모듈의 입력단에 연결되고, 타단은 상기 단말 메인 컨트롤러에 연결되며, 상기 제2 복조모듈이 복조한 디지털 신호를 디코딩하여, 디코딩 결과를 상기 단말 메인 컨트롤러로 전송하고; 또한 상기 단말 메인 컨트롤러가 송신할 데이터를 수신하여 변조한 후, 변조 후의 신호를 상기 제2 송신모듈로 출력하기 위한 제2 디지털 처리모듈을 포함하는, 터치스크린 단말.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 수신버퍼 모듈과 상기 제2 송신모듈 사이는 동시에 작동하지 않는, 터치스크린 단말.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 수신버퍼 모듈의 입력단은 하나의 스위치유닛을 통해 상기 스크린 안테나와 전기적으로 연결되며; 상기 제2 수신버퍼 모듈이 작동 시, 상기 스위치유닛이 온(switch on)되고; 상기 송신모듈이 작동시, 상기 스위치유닛이 오프(switch off)되는, 터치스크린 단말.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제2 송신유닛이 작동하지 않을 때 두 개의 출력단은 모두 하이 임피던스 상태에 처하는, 터치스크린 단말.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치스크린 단말은 제2 여파기 모듈을 더 포함하며, 상기 스크린 안테나는 상기 제2 여파기 모듈을 통해 상기 근거리 통신 관리장치와 연결되고;
    상기 제2 여파기 모듈은 상기 스크린 안테나가 송수신하는 근거리 통신 신호에 대해 전자파간섭 방지 EMI 여파 및 임피던스 매칭을 수행하며, 이는 제2 저항, 제3 저항, 제3 커패시터를 포함하고, 그 중, 상기 스크린 안테나의 하나의 선단은 상기 제2 저항을 통해 상기 제2 수신버퍼 모듈 및 상기 제2 송신모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 스크린 안테나의 다른 선단은 상기 제3 저항을 통해 상기 제2 수신버퍼 모듈 및 상기 제2 송신모듈과 전기적으로 연결되며, 상기 제3 커패시터는 상기 스크린 안테나의 두 선단 사이에 연결되는, 터치스크린 단말.
  16. 제5항에 있어서,
    상기 스크린 안테나의 두 선단은 각각 ESD 보호 다이오드를 통해 접지되는, 터치스크린 단말.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 기준전압 모듈의 기준전압 출력단은 ESD 보호 다이오드를 통해 접지되고, 상기 제1 송신모듈의 출력단은 ESD 보호 다이오드를 통해 접지되는, 터치스크린 단말.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제2 송신모듈의 두 개의 출력단은 모두 ESD 보호 다이오드를 통해 접지되는, 터치스크린 단말.
  19. 제5항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 터치스크린 단말의 근거리 통신방법에 있어서,
    터치 검출 단계: 터치 관리장치가 터치스크린에 터치 조작이 있는지 여부를 검출하고, 산출된 터치 좌표를 상기 단말 메인 컨트롤러로 송신하는 단계; 및
    근거리 통신 검출 단계: 상기 터치 관리장치에서 스크린 검출을 수행한 후, 근거리 통신 관리장치가 근거리 통신 검출을 수행하는 단계
    를 포함하는 터치스크린 단말의 근거리 통신방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 근거리 통신 검출 단계는,
    카드 리더기 신호 검출 단계: 카드 리더기로부터의 신호 수신 여부를 검출하여; 미검출 시 상기 터치 검출 단계를 실행하고, 검출 시, 하기 상태판단 단계를 실행하는 단계;
    상태 판단 단계: 근거리 통신 관리장치와 스크린 안테나를 포함하는 전자태그가 제1 상태에서 작동하는지 아니면 제2 상태에서 작동하는지 판단하는 단계;
    제1 근거리 통신 검출 단계: 판단결과가 전자태그가 상기 제1 상태에서 작동하는 것인 경우, 상기 제1 상태에서의 태그 거리 업무를 처리하고, 처리 완료 후, 근거리 통신 관리장치를 오프시키는 단계; 및
    제2 근거리 통신 검출 단계: 판단결과가 전자태그가 상기 제2 상태에서 작동하는 것인 경우, 먼저 터치 관리장치를 오프시킨 후, 상기 제2 상태에서의 태그 거래 업무를 처리하고, 처리 완료 후, 상기 근거리 통신 관리장치를 오프시키는 단계를 포함하는, 터치스크린 단말의 근거리 통신방법.
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