KR101355939B1 - 개선된 안테나 패턴 구조를 갖는 타블렛 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 루프 안테나와, 복수의 라인 안테나와, MUX와, 증폭기와, MCU를 포함하여 이루어지고, 더욱, 루프 안테나 및 복수의 라인 안테나의 패턴 중 일부를 제1 박막 기판의 표면에 형성하고, 상기 루프 안테나 및 상기 복수의 라인 안테나의 패턴의 나머지 일부를 상기 제1 박막 기판과는 독립적인 스캔 기판의 표면에 형성함으로써, 제1 박막 기판에서 라인 안테나의 패턴과 루프 안테나가 접속된 일단들을 제외하고는 서로 중첩되지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는 개선된 안테나 패턴 구조를 갖는 타블렛에 관한 것이다.

Description

개선된 안테나 패턴 구조를 갖는 타블렛{TABLET WITH IMPROVED ANTENNA PATTERN STRUCTURE}

본 발명은 개선된 안테나 패턴 구조를 갖는 타블렛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전자펜의 위치를 감지하기 위한 안테나의 패턴을 투명 박막에 단순히 프린트하여 형성한 타블렛에 관한 것이다.

최근에는 스마트폰이나 타블렛 컴퓨터와 같이 디스플레이면을 손가락 또는 전자펜으로 터치하여 조작할 수 있는 형태의 전자 기기가 각광받고 있다.

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

또한, 전자펜은 타블렛의 전자펜 감지 영역과 전자기적으로 상호 작용하기 위하여 건전지와 같은 자체 전원을 구비하여야 한다. 하지만, 가볍게 하고 사용자의 편의성을 향상시키기 위하여, 전자펜은, 별도의 건전지를 구비하지 않고 외부로부터 무선으로 에너지를 공급받아 스스로 동작할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 별도의 건전지 없이 무선으로 구동 가능한 전자펜 및 이를 이용하는 타블렛 장치의 기술 내용에 대해서는, 한국등록특허 제10-910348호(이하, 종래 기술)를 참고할 수 있다. 이하에서는, 상기의 종래 기술을 참조하여, 타블렛에서의 전자펜에 대한 위치/좌표 감지 원리 및 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)은 교류 전원이 맥동함에 따라서 인덕터(L)로부터 전자기력이 발생하게 된다. 라인 안테나(20)와 루프 안테나(10)는 이러한 전자펜(P)으로부터의 전자기력을 감지하기 위한 것이다.

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 회로의 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, 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 제어하면서, 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) 내지 2(e)의 그래프들은, 도 2(a)의 회로 구성에서 ① 지점, ② 지점, ③ 지점, ④ 지점, 및 ⑤ 지점에서 감지되는 전압 파형을 나타낸다.

도 2(b)는, 전력 공급 드라이버(32)를 구동시키기 위한 제어 신호로서, 파워 코일(30)에 공진 주파수(f0)로 진동하는 전력을 출력하도록 한다. 또한, 공진 주파수의 전력을 공급하는 구간과 전력을 공급하지 않는 구간을 설정함으로써, 전자펜에 에너지를 공급하는 구간과 전자펜이 자체 공진하도록 하여 전자펜의 위치를 감지하는 구간을 구성한다. 도면에 도시된 몇 개의 상승하는 펄스는 예시적인 것으로서, 실제의 구현에서는 수백 Hz로부터 수 MHz까지 또는 그 이상의 주파수로 구성된다.

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 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 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 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 루프 형태를 서로 평행하게 가로지르고 있으며, 타단들은 멀티플렉서(15)의 입력에 연결되는 구조이다. 라인 안테나들(20)은 일단이 루프 안테나(10)에 접속되어 있다는 것을 제외하고는, 루프 안테나(10)와 접속되어서는 안된다(절연된다).

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 드라이버의 구성은 도 3의 설명에서 생략함)

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 ⑤로부터의 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.

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 X축 루프 안테나(10A)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 Y축 루프 안테나(10B)에 접속되며, 타단들은 멀티플렉서(25)의 입력으로 연결되고, 멀티플렉서(25)의 출력은 증폭기(17)의 입력이 된다.

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 하여, 선택된 타단으로부터의 전압을 증폭기(17)에 입력시킨다. 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 회로 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.

도 5는 상술한 바와 같은 구성 및 원리를 이용하는 타블렛에 있어서, 서로 교차하는 방향으로 배열된 X축 라인 안테나 및 Y축 라인 안테나로 구성되는 전자펜 감지 영역이 회로 기판에 형성되는 구조를 설명하는 도면이다.

도면을 참조하면, 회로 기판(101)의 양쪽면 각각에는 X축 라인 안테나(20X) 및 Y축 라인 안테나(20Y)가 구분 배열되어 있다. 이때, 라인 안테나들을 둘러싸는 루프 안테나들도 각 면에 함께 형성된다.

하나의 회로 기판(101)으로 전자펜 감지 영역을 구성하기 위하여, 각 루프 안테나의 완전한 루프 형태가 회로 기판(101) 내에 배치되어 있으며(실선으로 도시된 부분은 회로 기판상에 구성되는 부분을 의미하며, 점선으로 도시된 부분은 회로 기판(101)에 배치되지 않고 외부의 다른 기판에 배치될 수 있는 구성들을 나타낸다), 이로 인하여, 라인 안테나들의 패턴이 루프 안테나의 패턴과 교차하여 지나가는 부분(S1 및 S2)이 발생한다. 한편, 이러한 부분(S1 및 S2)은 라인 안테나들과 루프 안테나가 반드시 절연되어야만 하므로, 안테나 패턴을 형성하는 공정에 부가하여 별도의 절연 처리가 필요하다. 따라서, 회로 기판의 제조 공정이 복잡해지고, 이에 따라 제품의 가격이 상승한다는 문제점이 있었다.

한편, 상술한 바와 같은 타블렛의 안테나 구조를 사용하여 전자펜 감지 영역을 구성할 때에는 루프 안테나들(10A, 10B)이 공통 전위이어야만 한다. 따라서, X축 라인 안테나(20X)를 둘러싸는 X축 루프 안테나(10A)와 Y축 라인 안테나(20Y)를 둘러싸는 Y축 루프 안테나(10B)를 서로 전기적으로 접속시켜야 한다.

이를 위하여, 도 5의 구조에서는, 회로 기판(101)에 비아홀(102)을 뚫어 전도성 컨택(103)을 형성하고, X축 루프 안테나(10A)와 Y축 루프 안테나(10B)를 컨택(103)을 통해 서로 접속시킨 후 공통 전위를 인가하고 있다.

도 6은, 도 4와 같은 루프 안테나와 라인 안테나를 갖는 종래의 안테나 구조에 있어서, 또다른 형태의 루프 안테나 패턴을 보여주는 도면이다. 도 6에서는, X축 루프 안테나(10A) 및 Y축 루프 안테나(10B)를 각각 완전한 루프 형태를 이루도록 구성하여 서로 접속시키는 것이 아니라, X축 루프 안테나(10A) 및 Y축 루프 안테나(10B)가 각각 루프 형태의 적어도 일부분씩을 이루도록 구성함으로써, X축 라인 안테나(20X)를 둘러싸는 루프 안테나의 일부와 Y축 라인 안테나(20Y)를 둘러싸는 루프 안테나의 일부가 기판(예를 들면, 101)을 관통하는 컨택(103)들을 통하여 하나의 루프 형태를 이루도록 구성하고 있다.

이와 같이, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 안테나 구조에 있어서는, 회로 기판(101)에 비아홀(102)을 형성하고, 여기를 통과하는 컨택(103)을 형성하고, 각 루프 안테나를 하나 또는 복수의 위치에서 컨택(103)을 통해 서로 접속시켜야만 한다. 하지만, 이러한 구성을 실현하기 위해서는 추가적인 공정이 필요하므로, 제조 공정상 및 비용상으로 불리하다.

더욱이, 회로 기판(101)을 투명 박막으로 구성하고 각 안테나 패턴을 ITO와 같은 투명 전도성 물질로 인쇄하여 간단하게 제조하고자 한다면, 투명 박막 상에서 라인 안테나의 패턴과 루프 안테나의 패턴을 서로 절연시키는 것은 대단히 어려우며, 투명 박막 기판에 비아홀(102)을 가공하여 전기적인 접속을 구성하는 것은 더욱 곤란하다.

따라서, 본 발명은 박막 기판에 전자펜 감지 구조를 형성하는 경우에 있어서, 루프 안테나와 라인 안테나가 박막 기판 내에서 서로 교차하지 않도록 함으로써 제조 공정 및 비용상의 문제점을 해결하고자 한다.

또한, 루프 안테나들 사이를 연결하는 비아홀 및 컨택을 구성하지 않으면서도 각 루프 안테나들을 공통 전위로 설정할 수 있도록 하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자펜 감지 영역의 외곽을 따라 루프 구조로 형성되는 제1 루프 안테나와; 상기 제1 루프 안테나의 루프 구조 내에서 서로 평행하게 배열되어 있으며 일단들이 상기 제1 루프 안테나에 전기적으로 접속된 복수의 제1 라인 안테나와; 상기 복수의 제1 라인 안테나의 타단들을 입력으로 하고 선택 신호에 따라서 상기 복수의 제1 라인 안테나 중 어느 하나를 출력단으로서 선택하는 MUX와; 상기 MUX의 출력단과 상기 제1 루프 안테나의 전위를 입력으로 하여 전위차 출력하는 증폭기와; 및 상기 복수의 제1 라인 안테나들을 임의의 방식으로 하나씩 선택하기 위하여 상기 선택 신호를 생성하고, 공진 전압을 출력하는 전자펜이 상기 전자펜 감지 영역에 접근할 때 상기 증폭기에서 출력되는 상기 전위차에 의하여 상기 전자펜과 가장 가까운 라인 안테나를 감지하는 MCU를 포함하는 타블렛으로서: 상기 제1 루프 안테나 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 패턴 중 일부를 상기 전자펜 감지 영역을 포함하는 제1 박막 기판의 표면에 형성하고, 상기 제1 루프 안테나 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 패턴의 루프 구조 중 나머지 부분을 상기 제1 박막 기판과는 독립적인 스캔 기판에 형성함으로써, 상기 제1 박막 기판에서 상기 제1 라인 안테나의 패턴이 상기 제1 루프 안테나와 접속된 일단들을 제외하고는 상기 제1 루프 안테나의 패턴과 중첩되지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는 개선된 안테나 패턴 구조를 갖는 타블렛을 제공한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1 박막 기판은 투명 박막이고, 상기 제1 루프 안테나 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 패턴은 상기 투명 박막에 투명 전도성 물질을 단층 인쇄함으로써 형성된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1 박막 기판에 형성된 상기 제1 루프 안테나 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 패턴과 상기 스캔 기판에 형성된 상기 제1 루프 안테나 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 루프 구조 중 나머지 부분의 패턴은, 커넥터에 의해 서로 연결된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1 루프 안테나는 공통 전위인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 공통 전위는 상기 스캔 기판에 형성된 상기 제1 루프 안테나의 루프 구조 중 나머지 부분의 패턴에 접속된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 타블렛은, 상기 전자펜 감지 영역의 외곽을 따라 루프 구조의 일부를 형성하는 제2 루프 안테나와, 상기 제2 루프 안테나의 루프 구조 내에서 상기 제1 박막 기판의 상기 제1 라인 안테나와 교차하는 방향으로 서로 평행하게 배치되어 있으며 상기 제2 루프 안테나에 접속된 일단들을 제외하고는 상기 제2 루프 안테나와 중첩되지 않게 구성된 복수의 제2 라인 안테나가 형성된 제2 박막 기판을 더 포함하고, 상기 스캔 기판은, 상기 제2 루프 안테나의 루프 구조 중 나머지 부분과, 상기 복수의 제2 라인 안테나의 타단들을 입력으로 하고 제2 선택 신호에 따라 어느 하나의 타단을 선택하여 상기 증폭기에 입력하는 제2 MUX를 더 포함하고, 상기 MCU는, 상기 복수의 제2 라인 안테나들을 하나씩 선택하기 위한 상기 제2 선택 신호를 더 출력하고, 상기 증폭기에서 출력하는 전위차에 의하여 상기 복수의 제2 라인 안테나 중 상기 전자펜과 가장 가까운 라인 안테나를 더 감지한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 스캔 기판에 형성된 상기 제2 루프 안테나의 루프 구조 중 나머지 부분의 패턴은 상기 제1 루프 안테나의 루프 구조 중 나머지 부분에 접속된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 전자펜 감지 영역을 둘러싸도록 형성된 파워 코일과, 상기 파워 코일에 상기 전자펜에 포함된 공진 회로의 공진 주파수로 교류 전압을 인가하는 전력 공급 드라이버를 더 포함한다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은, 전자펜 감지 영역을 구성하는 안테나 패턴을 개선함으로써, 전자펜 감지 영역이 형성되는 기판을 제조할 때, 안테나 패턴을 하나의 박막 기판마다 1층 인쇄 방식으로 구성할 수 있어서, 공정이 간단하며 제조 비용을 절감할 수 있다.

이로써, 안테나 패턴을 대단히 얇은 투명 박막에 형성하는 것이 가능하여, 타블렛을 다양한 전자 기기에 적용할 수 있게 된다.

또한, 안테나 패턴들, 특히 루프 안테나 패턴들을 회로 기판을 관통하여 접속시킬 필요가 없어서, 별도의 비아홀 및 전도성 컨택을 가공해야하는 공정의 불리함을 제거할 수 있다.

도 1은, 루프 안테나와 라인 안테나를 이용하여 공진 회로를 갖는 전자펜의 위치를 감지하는 타블렛의 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2(a)는, 도 1에 도시된 바와 같은 라인 안테나와 루프 안테나를 이용하는 구조에 있어서 자체 동작할 수 있는 전자펜의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2(b) 내지 2(e)는 전자펜과 타블렛의 동작시 각부에서 나타나는 전압의 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 루프 안테나와 복수의 라인 안테나를 이용하여 전자펜의 위치를 감지하는 다른 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는, 전자펜의 구조와 전자펜의 위치를 검출하기 위한 타블렛의 개략적인 구조를 설명한다.
도 5는, 서로 교차하는 방향으로 배열된 라인 안테나를 구비한 전자펜 감지 영역이 회로 기판에 형성되는 구조를 설명하는 도면이다.
도 6은, 도 5와 같은 구성의 안테나 배치 구조에서 루프 안테나 형태의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 7a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 타블렛에 있어서, 전자펜 감지 영역의 개선된 안테나 구조를 설명하는 도면이다.
도 7b는, 도 7a 중의 원형으로 도시된 부분을 상세히 설명하기 위한 부분 확대도이다.

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 7a 및 7b는, 회로 기판에 형성되는 전자펜 감지 영역을 개선된 안테나 구조로 구현함으로써 탁월한 효과를 나타낼 수 있도록 한, 본 발명의 일 실시예에 따른 타블렛을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 7a를 참조하면, 전자펜 감지 영역(A)은 3개의 회로 기판을 이용하여 구성된다. 즉, X축 라인 안테나(20X) 및 X축 루프 안테나(10A)를 구비하는 제1 기판(111)과, Y축 라인 안테나(20Y)와 Y축 루프 안테나(10B)를 구비하는 제2 기판(112)과, 파워 코일(30)이 형성된 제3 기판(113)이 그것이다.

한편, 각 회로 기판(111, 112)은 투명 박막인 것이 바람직하며, 각 안테나는 ITO와 같은 투명 전도성 물질의 패턴 인쇄 또는 나노-임프린팅 기술 또는 그라비아 오프셋 기술 등의 방식을 이용하여 형성한 투명 전극인 것이 바람직하다.

먼저, X축 라인 안테나와 X축 루프 안테나를 구비한 제1 기판의 구조를 설명한다.

제1 기판(111)에 형성되는 X축 루프 안테나(10A)는 완전한 루프를 구성하고 있지 않으며, 제1 기판(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 기판(111)의 상기 일측에서 외부로 흘러나가는 형태를 하고 있다.

이러한 형태로 구성한다면, 루프 안테나의 패턴과 복수의 라인 안테나의 패턴이 기판의 일측 평면에서 서로 중첩 또는 교차되지 않도록 형성될 수 있다. 따라서, 전도성 물질을 1층으로 인쇄하는 간단한 방식으로 안테나 패턴을 제조할 수 있게 된다.

한편, X축 루프 안테나(10A)의 루프 형태는 제1 기판(111)과 결합되는 스캔 기판(120)에서 완성된다. 즉, 스캔 기판(120)에는 루프 안테나의 개방된 부분을 폐쇄하여 완전한 루프로 만들기 위한 패턴의 나머지 부분이 형성되어 있다. 스캔 기판(120)에서의 안테나 패턴 구조는 도 7b를 참조하여 이해할 수 있다.

더욱, X축 루프 안테나(10A)와 X축 라인 안테나(20X)의 교차 및 절연은 스캔 기판(120)에서 이루어진다. 또한, X축 라인 안테나들(20X)의 각각은 스캔 기판(120)에 실장된 멀티플렉서(15)에 입력으로 연결된다. 도 7b에서 빨간색 실선은 루프 안테나 패턴의 일부로서 검은색 실선의 라인 안테나 패턴의 일부(20X 및 20Y)들과는 절연된 상태로 배치된다.

전자펜 감지 영역(A)을 구성하는 제1 기판(111)은 투명 박막으로 형성될 필요가 있지만, 멀티플렉서(15, 25), 증폭기(17), MCU(18) 등이 실장되는 스캔 기판(120)은 일반적인 경질 PCB로 구성되어도 무방하다. 이렇게 경질 PCB에서는 회로 패턴의 절연이 어렵지 않게 이루어질 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조는 제1 기판(111)과 스캔 기판(120)이 서로 결합되었을 때 완성된다.

한편, 제1 기판(111)과 스캔 기판(120)의 안테나 패턴들은 납땜 접합 등에 의해 직접 접속될 수 있지만, 커넥터(도시하지 않음)와 같은 접속 기구에 의해 연결되는 것이 바람직하다.

X축 루프 안테나(10A)의 패턴은 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 기판(112)도 제1 기판(111)과 유사하게 구성된다. 즉, Y축 루프 안테나(10B)가 제2 기판(112)의 일측을 통하여 외부로 개방된 형태를 나타내며, Y축 라인 안테나(20Y)의 타단들도 이 부분을 통해 Y축 루프 안테나(10B)의 패턴과 나란하게 외부로 흘러나가는 형태를 보이고 있다.

제2 기판(112)이 스캔 기판(120)과 결합되면, 제2 기판(112)의 Y축 루프 안테나(10B)의 개방된 부분이 스캔 기판(120)에 형성된 패턴(빨간색 패턴)과 결합되어 완전한 루프 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 부분과 절연된 상태로 교차하여 멀티플렉서(25)의 입력에 접속된다.

Y축 루프 안테나(10B)의 일측은 공통 전위에 접속된다. 또는 X축 루프 안테나(10A)와 전기적으로 접속됨으로써 결과적으로 공통 전위에 접속될 수도 있다.

이때, 제1 기판(111)에서 스캔 기판(120)에 접속되는 위치와 제2 기판(112)에서 스캔 기판(120)에 접속되는 위치는 서로 중첩되지 않도록 구성함으로써, 제1 기판(111)의 커넥터와 제2 기판(112)의 커넥터가 부딪치지 않도록 할 수 있다. 또한, 이렇게 구성함으로써 스캔 기판(120)에 있어서 제1 기판용 안테나 패턴과 제2 기판용 안테나 패턴을 동일 평면에 나란하게 배치할 수 있으므로, 단면 회로 구성이 가능하게 된다.

더욱, X축 루프 안테나(10A)와 Y축 루프 안테나(10B)의 패턴을 동일 평면에 구성하고 회로 패턴에 의해 서로 전기적으로 연결할 수 있으므로, 별도의 비아홀과 전도성 컨택을 구성하여 접속시킬 필요가 없다.

한편, 파워 코일(30)은 전자펜 감지 영역(A)의 외곽을 둘러싸도록 형성되며, 더많은 에너지를 출력하기 위해서는 권선수와 도선의 굵기를 제어해야하므로, 박막 기판에 패턴으로 형성하기보다는, 기판에 올려지지 않은 상태의 코일을 구성하여 단독으로 배치하거나 또는 파워 코일(30)을 제3 기판(113)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 기판(111, 112)이 배치될 수 있도록)으로 할 수도 있다.

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

스캔 기판(120)에는, 도시된 바와 같이, 라인 안테나와 루프 안테나의 나머지 부분들이 배치되어 있으며, 각 안테나의 패턴들을 서로 절연시킨 절연 영역(S)이 형성되어 있다. 또한, 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 배치되어 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 기판(111) 및 제2 기판(112), 그리고 파워 코일(30)(또는, 제3 기판)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 기판(111)과 제2 기판(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. 또한, 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.

또한, 이러한 통합 기판에 정전용량형 터치 스크린을 실현하기 위한 전극 구조(정전용량 감지용 전극을 각 라인 안테나의 사이에 형성하는 방식)를 추가한다면, 정전용량형 터치 스크린과 전자펜에 의한 타블렛 기능을 동시에 구현할 수도 있다.

더욱, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 안테나 패턴 구조를 갖는 타블렛에 의하면, 전자펜 감지 영역이 형성되는 기판을 제조할 때, 안테나 패턴을 하나의 박막 기판마다 전극을 1층으로 인쇄하는 방식으로 구성할 수 있어서, 제조 공정이 간단하며 비용을 절감할 수 있다.

또한, 안테나 패턴들을 회로 기판을 관통하여 접속시킬 필요가 없어서, 별도의 비아홀을 가공해야하는 공정의 불리함을 제거할 수 있다.

또한, X축 감지를 위한 안테나 패턴과 Y축 감지를 위한 안테나 패턴을 독립적인 기판에 구성할 수 있으므로, 제조 공정의 설계가 자유롭다.

Claims (8)

1. 전자펜 감지 영역의 외곽을 따라 루프 구조로 형성되는 제1 루프 안테나와;
   상기 제1 루프 안테나의 루프 구조 내에서 서로 평행하게 배열되어 있으며 일단들이 상기 제1 루프 안테나에 전기적으로 접속된 복수의 제1 라인 안테나와;
   상기 복수의 제1 라인 안테나의 타단들을 입력으로 하고 선택 신호에 따라서 상기 복수의 제1 라인 안테나 중 어느 하나를 출력단으로서 선택하는 MUX와;
   상기 MUX의 출력단과 상기 제1 루프 안테나의 전위를 입력으로 하여 전위차 출력하는 증폭기와; 및
   상기 복수의 제1 라인 안테나들을 임의의 방식으로 하나씩 선택하기 위하여 상기 선택 신호를 생성하고, 공진 전압을 출력하는 전자펜이 상기 전자펜 감지 영역에 접근할 때 상기 증폭기에서 출력되는 상기 전위차에 의하여 상기 전자펜과 가장 가까운 라인 안테나를 감지하는 MCU를 포함하고,
   상기 제1 루프 안테나의 제1 패턴 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 제1 패턴을 상기 전자펜 감지 영역을 포함하는 제1 박막 기판의 표면에 형성하고,
   상기 제1 루프 안테나의 제2 패턴 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 제2 패턴을 상기 제1 박막 기판과는 독립적인 스캔 기판에 형성함으로써,
   상기 제1 박막 기판에서 상기 제1 라인 안테나의 패턴이 상기 제1 루프 안테나와 접속된 일단들을 제외하고는 상기 제1 루프 안테나의 패턴과 중첩되지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는 타블렛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 박막 기판은 투명 박막이고,
   상기 제1 루프 안테나의 제1 패턴 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 제1 패턴은 상기 투명 박막에 투명 전도성 물질을 단층 인쇄함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 타블렛.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 박막 기판에 형성된 상기 제1 루프 안테나의 제1 패턴 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 제1 패턴과 상기 스캔 기판에 형성된 상기 제1 루프 안테나의 제2 패턴 및 상기 복수의 제1 라인 안테나의 제2 패턴은, 커넥터에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 타블렛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 루프 안테나는 공통 전위인 것을 특징으로 하는 타블렛.
5. 제4항에 있어서,
   상기 공통 전위는 상기 스캔 기판에 형성된 상기 제1 루프 안테나의 제2 패턴에 접속되는 것을 특징으로 하는 타블렛.
6. 제5항에 있어서,
   상기 타블렛은,
   상기 전자펜 감지 영역의 외곽을 따라 루프 구조의 일부를 형성하는 제2 루프 안테나의 제1 패턴과, 상기 제2 루프 안테나의 루프 구조 내에서 상기 제1 박막 기판의 상기 제1 라인 안테나와 교차하는 방향으로 서로 평행하게 배치되어 있으며 상기 제2 루프 안테나에 접속된 일단들을 제외하고는 상기 제2 루프 안테나와 중첩되지 않게 구성된 복수의 제2 라인 안테나의 제1 패턴이 형성된 제2 박막 기판을 더 포함하고,
   상기 스캔 기판은,
   상기 복수의 제2 라인 안테나의 타단들을 입력으로 하고 제2 선택 신호에 따라 어느 하나의 타단을 선택하여 상기 증폭기에 입력하는 제2 MUX를 더 포함하고,
   상기 MCU는,
   상기 복수의 제2 라인 안테나들을 하나씩 선택하기 위한 상기 제2 선택 신호를 더 출력하고, 상기 증폭기에서 출력하는 전위차에 의하여 상기 복수의 제2 라인 안테나 중 상기 전자펜과 가장 가까운 라인 안테나를 더 감지하는 것을 특징으로 하는 타블렛.
7. 제6항에 있어서,
   상기 스캔 기판에 형성된 상기 제2 루프 안테나의 제2 패턴은 상기 제1 루프 안테나의 제2 패턴에 접속된 것을 특징으로 하는 타블렛.
8. 제1항에 있어서,
   상기 전자펜 감지 영역을 둘러싸도록 형성된 파워 코일과,
   상기 파워 코일에 상기 전자펜에 포함된 공진 회로의 공진 주파수로 교류 전압을 인가하는 전력 공급 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타블렛.

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