KR101768566B1 - 정전용량형 능동 전자펜 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정 주파수의 전기장을 수신가능한 RX전극과, 상기 주파수의 전기장을 방출하도록 구성된 TX전극과, 상기 RX전극에 의해 수신되는 상기 전기장에 동기하여 상기 TX전극을 통해 상기 전기장을 방출시키는 제어회로를 구비하는 전자펜으로서: 상기 전자펜의 말단이며 터치패드의 표면에 접촉하는 펜팁을 더 포함하고, 상기 펜팁에 상기 RX전극과 상기 TX전극이 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 능동 전자펜을 제공한다.

Description

정전용량형 능동 전자펜{CAPACITIVE ACTIVE STYLUS}

본 발명은 터치패드와 상호작용하는 정전용량형 능동 전자펜에 관한 것이다.

정전용량 감지 방식의 터치 패드는, 서로 이격된 전극에 사람 손이 접근할 때, 전극 사이의 정전용량이 변화하는 것을 감지하는 원리로 동작한다.

그러나 사람의 손을 감지하는 방식은, 손끝이 무디기 때문에 미세한 접촉 위치를 감지하기는 어렵다는 단점이 있다.

이를 극복하기 위해서 사용자가 파지하여 사용할 수 있는 펜형태의 전자펜(stylus)이 개발되었다. 한편, 전자펜은 수동(passive) 전자펜과 능동(active) 전자펜으로 분류될 수 있는데, 전자기력을 자체적으로 생성하여 방출하거나 흡수할 수 있고 임의의 데이터를 전송할 수 있는 능동 전자펜이 각광받고 있다.

한편, 능동 전자펜은, 터치패드의 어느 하나의 구동라인에서 방출하는 전기장을 RX전극에 의해 감지하고, 감지된 전기장의 주파수에 동기된 전기장을 TX전극을 통해 출력하는 방식으로 동작한다. 전자펜의 TX전극에서 출력되는 전기장은 터치패드의 어느 하나의 감지라인에 의해서 감지될 수 있다.

이때, 터치패드는, 전기장을 방출한 구동라인의 위치와 전기장을 감지한 감지라인의 위치를 이용하여 전자펜의 펜팁의 위치, 즉, TX전극의 위치를 계산할 수 있게 된다.

하지만, 실제의 전자펜은 설계 및 제조상의 문제에 의하여, TX전극과 RX전극 사이에 어느 정도 거리가 있게 되는데, 이 거리차에 의하여, 실제 펜팁의 위치가 정확하게 측정되지 않을 수 있다.

예를 들어, 도 1을 참조하면, 전자펜(100)의 펜팁(110)(즉, TX전극)이 구동라인(211)과 감지라인(221)이 교차하는 지점인 감지셀(A)의 위치에 접근한 상태이지만, TX전극(30)과 RX전극(20)의 위치 차이로 인하여, RX전극(20)은 구동라인(212)에서 출력하는 전기장을 수신하고 있는 것을 볼 수 있다.

이러한 경우에는, 실제 펜팁(110)은 감지셀(A)에 위치하고 있더라도, 구동라인(212)과 감지라인(221)이 교차하고 있는 감지셀(B)에 위치하고 있다고 인식될 수 있다.

따라서, 이렇게 펜팁의 위치가 잘못 인식되는 현상을 방지하기 위하여, 전자펜에서 RX전극과 TX전극의 배치를 개선할 필요가 있다.

본 발명은, 능동 전자펜을 사용함에 있어서 발생할 수 있는, 상술한 바와 같은 펜팁의 위치가 잘못 인식되는 현상을 해결하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전용량형 능동 전자펜은, 소정 주파수의 전기장을 수신가능한 RX전극과, 상기 주파수의 전기장을 방출하도록 구성된 TX전극과, 상기 RX전극에 의해 수신되는 상기 전기장에 동기하여 상기 TX전극을 통해 상기 전기장을 방출시키는 제어회로를 구비하고, 특히 상기 전자펜의 말단이며 터치패드의 표면에 접촉하는 펜팁을 더 포함하고, 상기 펜팁에 상기 RX전극과 상기 TX전극이 혼재되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 복수의 상기 RX전극과 복수의 상기 TX전극이 세선 형태로 상기 펜팁의 길이방향으로 배치되고, 상기 RX전극과 상기 TX전극은 서로 절연되어 있고, 상기 펜팁의 단면 형태에 있어서, 복수의 상기 RX전극에 의한 기하중심과 복수의 상기 TX전극에 의한 기하중심이 서로 일치하도록 각 전극이 배치될 수 있다.

또한, 상기 RX전극의 기하중심 또는 상기 TX전극의 기하중심은, 상기 펜팁이 상기 터치패드에 접촉하게 되는 접촉지점과 일치하도록 구성될 수 있다.

또한, 복수의 상기 RX전극과 복수의 상기 TX전극은, 상기 펜팁의 횡방향 단면에 있어서 랜덤하게 혼재될 수 있다.

또한, 복수의 상기 RX전극과 복수의 상기 TX전극은, 상기 펜팁의 횡방향 단면의 둘레를 따라 교대로 배치될 수 있다.

또한, 상기 RX전극과 상기 TX전극의 말단이 상기 펜팁의 접촉지점에서 상기 터치패드를 향하여 노출될 수 있다.

또한, 상기 펜팁은, 상기 RX전극과 상기 TX전극에 대하여 절연된 GND전극을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 GND전극은, 상기 RX전극과 상기 TX전극 사이에서 전기장의 폐루프가 생성되지 않도록, 상기 RX전극과 상기 TX전극 사이에 배치될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 정전용량형 능동 전자펜에 의하면, RX전극과 TX전극 사이의 거리가 최소화되어 펜팁의 위치가 정확하게 식별될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 능동형 전자펜에 있어서, 펜팁의 위치가 잘못 인식되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 능동 전자펜의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 정전용량형 능동 전자펜에 있어서 펜팁에 RX전극과 TX전극을 배치하는 다양한 실시예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정전용량형 능동 전자펜의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 안 될 것이다.

먼저, 도 2의 개략도를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 능동 전자펜의 구조를 설명한다. 능동 전자펜 및 터치패드의 상세한 구조 및 동작 원리는 이미 공지된 사항이므로, 본 명세서에서는 필요한 경우에만 간략하게 설명한다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상은, 예시로서 설명된 구조 및 동작방식의 전자펜 및 터치패드뿐 아니라, 본 발명에 따른 특징이 이용될 수 있는 모든 전자펜 및 터치패드에서 적용될 수 있음은 자명하다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 정전용량형 능동 전자펜(100)은, RX전극(20)과 TX전극(30)과 제어회로(120)를 포함하여 구성된다. 더욱, 상기 능동 전자펜은 펜팁(110)을 더 구비할 수 있다.

RX전극(20)은 터치패드(200)로부터 출력되는 소정 주파수의 전기장(구동출력)를 수신할 수 있다.

TX전극(30)은 전자펜 내에서 제공하는 전력에 의해서 소정 주파수의 전기장(능동출력)를 방출할 수 있다.

제어회로(120)는, 능동 전자펜(100)의 동작을 제어한다. 즉, RX전극(20)에 의해 수신되는 전기장에 동기하여 TX전극(30)의 능동출력 동작을 제어한다.

제어회로(120)는, 예를 들면, 각부에 전원을 공급하는 전원부, RX전극(20)에서 감지한 전기장에 동기하여 TX전극(30)에 인가할 펄스를 생성하는 신호생성부, 생성된 펄스를 전원에 의해 증폭하여 TX전극(30)에 인가하여 능동출력되도록 하는 증폭부 등을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 능동 전자펜(100)은, 사용자가 전자펜을 파지하여 터치패드(200)에 접촉하게 되는 전자펜의 말단을 구성하는 펜팁(110)을 더 포함할 수 있다.

그리고 펜팁(110)에는, RX전극(20)과 TX전극(30)이 다양한 방식으로 혼재되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 2에서는, RX전극과 TX전극이 세선 형태로 형성되어 복수 개 구비되며, 펜팁 내에서 터치패드를 향하는 길이방향을 따라 길게 배치되어 있는 것을 보여준다. 이는, 도 3(b)의 펜팁의 길이방향 단면과 관련된다.

또한, 펜팁(110)의 말단, 즉, 터치패드와 접촉하게 되는 말단에서는 RX전극(20)과 TX전극(30)이 노출되어, 터치패드(200)의 표면과 접촉할 수 있다.

복수의 RX전극(20)은 하나의 노드에서 결합되어 제어회로(120)에 연결됨으로써 하나의 전극처럼 간주될 수 있다. 마찬가지로 TX전극(30)도 하나의 노드에서 결합되어 제어회로(120)에 연결되어, 모든 TX전극 세선에서 동시에 전기장이 방출된다.

이와 같이, 펜팁 내에 복수의 세선 전극들이 혼재됨으로써, RX전극(20)과 TX전극(30)의 거리차가 최소화되어 펜팁(110)의 정확한 위치가 터치패드(200)에서 인식될 수 있게 된다.

도 3은, 본 발명에 따른 정전용량형 능동 전자펜에 있어서 펜팁에 RX전극과 TX전극을 배치하는 다양한 실시예를 도시한 도면이다. 복수의 세선형태의 전극들을 펜팁에 배치하는 다양한 방식을, 펜팁을 가로방향으로 절단한 단면을 이용하여 설명한다.

도 3(a)은 절연피복된 RX전극 세선(20)과 TX전극 세선(30)을 그룹화하여 펜팁(110)을 구성한 것을 도시한다. 이렇게 세선형태의 RX전극(20)과 TX전극(30)을 뭉쳐놓는 것만으로도, 본 발명에 따른 정전용량형 능동 전자펜(100)에서 펜팁의 위치가 정확하게 식별될 수 있는 효과를 나타내는 펜팁(110)을 구현할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 다양한 실시예들에서, RX전극 세선(20)과 TX전극 세선(30)의 배치 방식은, 각 세선을 꼭지점으로 하는 가상의 도형에 의한 기하중심(또는 무게중심으로도 구현 가능함)이 서로 거의 일치하도록 하는 것이 바람직하다.

이렇게 하여, RX전극(20)과 TX전극(30)이 하나인 것처럼 인식될 수 있다.

특히, RX전극(20)과 TX전극(30)의 배치 형태의 중심은, 펜팁(110)이 터치패드(200)와 접촉하게 되는 접촉점 또는 펜팁(110)의 가로방향 단면에서의 중심(기하중심 또는 무게중심)과 거의 일치하는 것이 더욱 바람직하다.

도 3(b)은 각각 절연체(50)에 의해 피복된 복수의 RX전극 세선(20)과 TX전극 세선(30)을 랜덤하게 혼재시킨 형태의 펜팁(110)을 보여준다. 세선은 일정한 배열 순서에 의해서 배열될 수도 있다. 특히, 각 세선들의 사이에는 전도성 물질에 의한 GND전극(40)이 개재되어 있다. 그리고 펜팁(110)의 최외부는 절연체(50)로 피복될 수 있다.

GND전극(40)은 RX전극(20)과 TX전극(30) 사이에서 전기장의 폐루프가 형성되지 않도록 하는 목적으로 배치된다. GND전극(40)은 그라운드 전위를 가질 수도 있으나, V_DD 또는 V_SS와 같은 소정의 정전압이 연결될 수도 있다.

본 실시예에서는, RX전극(20)과 TX전극(30)의 사이를 전도성 물질로 채운 형태로 GND전극(40)을 구성한 것을 도시한다.

복수의 RX전극 세선(20)과 복수의 TX전극 세선(30)을 일정한 비율로 혼합하여 배치한다면, 각 세선들에 의한 중심은 서로 거의 일치할 것이다. 또한, 각 전극의 중심도 펜팁(110)의 중심과 거의 일치할 것이다.

도 3(c)은 복수의 RX전극 세선(20)과 복수의 TX전극 세선(30)이, 펜팁(110)의 횡방향 단면의 둘레를 따라 교대로 배치되어 있는 것을 도시한다. 각 전극은 절연체(50)에 의해 서로 격리된다.

또한, 각 세선들 사이에는 GND전극(40)이 배치되도록 구현하고 있다. 이렇게 방사상으로 배치된 전극 세선들에 의한 중심은 서로 일치하게 될 것이다.

또한, 각 전극의 중심이 일치함으로써, 펜팁의 위치가 실제 펜팁이 터치패드에 접촉하는 지점과 같게 인식될 것이다.

도 3(d)은 약간 다른 실시예로서, 판형태의 RX전극(20)과 TX전극(30)을 펜팁(110)의 길이방향으로 배치하여 적층한 구성 방법을 도시한다. 각 전극은 절연체(50)에 의해 격리된다. 펜팁(110)의 최외부도 필요에 따라 절연체에 의해 피복될 수 있다. 이러한 펜팁 구조 역시 RX전극과 TX전극 사이의 거리가 최소화되고, 터치패드에서는 동일한 위치에 각 전극이 동시에 존재하는 것으로 인식될 수 있으므로, 펜팁의 위치가 정확하게 식별될 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

1. 소정 주파수의 전기장을 수신가능한 복수의 RX전극과,
   상기 주파수의 전기장을 방출하도록 구성된 복수의 TX전극과,
   상기 복수의 RX전극에 의해 수신되는 상기 전기장에 동기하여 상기 복수의 TX전극을 통해 상기 전기장을 방출시키는 제어회로를 구비하는 전자펜으로서:
   상기 전자펜의 말단이며 터치패드의 표면에 접촉하는 펜팁을 더 포함하고,
   상기 복수의 RX전극과 상기 복수의 TX전극은 세선 형태로 상기 펜팁의 길이방향으로 배치되고 또한 상기 펜팁에 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전용량형 능동 전자펜.
2. 제1항에 있어서,
   상기 펜팁의 단면 형태에 있어서, 상기 복수의 RX전극을 꼭지점들로 하는 도형에 의한 기하중심과 상기 복수의 TX전극을 꼭지점들로 하는 도형에 의한 기하중심이 서로 일치하도록 각 전극이 배치되는 것을 특징으로 하는, 정전용량형 능동 전자펜.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 RX전극을 꼭지점들로 하는 도형의 기하중심 또는 상기 복수의 TX전극을 꼭지점들로 하는 도형의 기하중심은, 상기 펜팁이 상기 터치패드에 접촉하게 되는 접촉지점과 일치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 정전용량형 능동 전자펜.
4. 제2항에 있어서
   상기 복수의 RX전극과 상기 복수의 TX전극은, 상기 펜팁의 횡방향 단면에 있어서 랜덤하게 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전용량형 능동 전자펜.
5. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 RX전극과 상기 복수의 TX전극은, 상기 펜팁의 횡방향 단면의 둘레를 따라 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전용량형 능동 전자펜.
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 RX전극과 상기 복수의 TX전극의 말단이 상기 펜팁의 접촉지점에서 상기 터치패드를 향하여 노출되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전용량형 능동 전자펜.
7. 제1항에 있어서,
   상기 펜팁은, 상기 복수의 RX전극과 상기 복수의 TX전극에 대하여 절연된 GND전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 정전용량형 능동 전자펜.
8. 제7항에 있어서,
   상기 GND전극은, 상기 복수의 RX전극과 상기 복수의 TX전극 사이에서 전기장의 폐루프가 생성되지 않도록, 상기 복수의 RX전극과 상기 복수의 TX전극 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 정전용량형 능동 전자펜.

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