KR20010010269A - 디지타이저 - Google Patents

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KR20010010269A
KR20010010269A KR1019990029057A KR19990029057A KR20010010269A KR 20010010269 A KR20010010269 A KR 20010010269A KR 1019990029057 A KR1019990029057 A KR 1019990029057A KR 19990029057 A KR19990029057 A KR 19990029057A KR 20010010269 A KR20010010269 A KR 20010010269A
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오영진
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구본준
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Abstract

본 발명은 사용자의 물리적인 접촉에 의해 선택된 위치를 감지하고, 그 위치에 대응되는 전기적 신호를 발생시키는 액정표시소자의 디지타이저로서, 외곽이 사각형 형상인 금속패턴의 각 변의 중점으로 위치감지용 전압이 인가되도록 한 디지타이저에 관한 것으로서, 디지타이저의 금속패턴에 형성된 위치감지용 전위분포를 개선할 수 있기 때문에 디지타이저의 오차범위를 줄일 수 있고, 설계치와 다른 입력전압이 인가되더라도 금속패턴의 각변의 중점에 인가되기 때문에 고른 전위분포를 가질 수 있기 때문에 동작이 안정화되는 장점을 가진다. 또한, 금속패턴의 설계시 격자패턴에 비해 시간적으로 절감되는 장점을 가진다.

Description

디지타이저{A DIGITIZER}
본 발명은 디지타이저(Digitizer)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속패턴이 균일한 전위분포를 가지도록 한 액정표시소자의 디지타이저에 관한 것이다.
일반적으로, 디지타이저는 사용자의 손가락이나 금속성 펜에 의한 물리적 접촉을 감지하여 위치정보로 출력하는 장치로서, 데스크탑 컴퓨터에 장착되어 캐드와 같은 그래픽작업에 많이 사용되어 왔다. 또한, 액정표시소자에 장착된 디지타이저는 은행의 현금자동지급기 등에서 터치스크린장치로서 기능하여 사용자 편의성을 증대시키고, 점유공간을 절감시키는 장점을 가진다.
이와같이, 액정표시소자에 장착된 디지타이저는 개략적으로 상/하에 위치한 두 개의 패널과, 그 사이에 위치한 다수개의 도트 스페이서와, 사용자에 의해 물리적으로 접촉된 위치를 전기신호로 출력하는 제어수단으로 구성된다.
이러한 구조를 가진 디지타이저는 위치정보를 감지하는 방법에 따라 정전용량방식과, 저항막 방식과, 자계방식으로 구분된다. 상기 정전용량방식은 커패시턴스를 통한 신호의 크기를 감지하여 사용자에 의해 접촉된 위치를 판별하고, 상기 저항막 방식은 저항의 변화를 감지하여 접촉된 위치를 판별하고, 상기 자계방식은 자계의 변화를 감지하여 접촉된 위치를 판별한다.
상기한 종래의 액정표시소자의 디지타이저 중에서 미국특허 제 4853493호에 개시된 내용을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 디지타이저에서 전압이 인가되는 금속패턴이 도시된 평면도로서, 전체적으로 사각형 모양의 금속패턴이 복수개의 배선으로 각각 연결되어 있다. 이러한 금속패턴의 각 모서리에는 제 1 내지 제 4 전압(V1)(V2)(V3)(V4)이 인가된다.
상기 제 1 내지 제 4 전압이 직접적으로 인가되는 부분 즉, 각 모서리부분에는 두개의 코너저항(RCX)(RCY)이 위치하는데, 하나의 모서리에는 X축방향의 코너저항과 Y축방향의 코너저항이 각각 구비되어 있다. 한 모서리의 X축방향의 코너저항과 인접한 모서리의 X축방향의 코너저항 사이에는 복수개의 X축방향의 체인저항(RCHX)이 위치하고 있다. 또한, 한 모서리의 Y축방향의 코너저항과 인접한 모서리의 Y축방향의 코너저항 사이에는 복수개의 Y축방향의 체인저항(RCHY)이 위치하고 있다.
그리고, 상기 각 체인저항(RCHX)(RCHY)이 배열된 방향과 90°만큼 차이가 나도록 리니어 저항(RLXN)(RLYN)의 일단이 위치하고, 상기 각 체인저항이 연결되지 않은 타단에는 매트릭스(Matrix) 형태로 배열된 격자저항(RMX)(RMY)이 형성되어 있다.
그런데, 전술한 바와 같은 각 저항들은 실제로 금속 라인이지만, 각각 길이에 비례하고, 폭에 반비례한 저항값을 가진다는 점에서 저항이라고 표현하기로 한다.
이러한 구조를 가진 금속패턴의 전류흐름을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 디지타이저상에 사용자의 손가락이나 펜이 접촉된 위치를 감지하기 위해서, 위치감지용 전압인 제 1 내지 제 4 전압을 교대로 공급한다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 전압으로 5V를 공급할 경우, 제 3 및 제 4 전압으로 0V를 공급하고, 제 2 및 제 4 전압으로 5V를 공급할 경우, 제 1 및 제 3 전압으로 0V를 공급한다. 또한, 제 4 및 제 3 전압으로 5V를 공급할 경우, 제 1 및 제 2 전압으로 0V를 공급하고, 제 3 및 제 1 전압으로 5V를 공급할 경우, 제 2 및 제 4 전압으로 0V를 공급한다. 이때, 시계방향으로 돌아가며 전압을 공급하는 경우를 예로 들었으나, 반시계 방향으로 돌아가며 전압을 공급해도 무방하다.
또한, 공급된 제 1 내지 제 4 전압은 코너저항(RCX)(RCY)으로 인가되고, 코너저항은 타단에 연결된 리니어저항(RCHX)(RCHY)으로 수신된 전압을 전달한다. 리니어저항은 전달된 전압을 X축과 Y축 방향으로 서로 교차 배열된 격자저항(RMX)(RMY)의 테두리부분에 전달하여 인가된 전류가 격자저항의 중심부로 확산되도록 한다.
그리고, 상기 리니어저항(RL)은 상기 격자저항(RM)의 테두리 부분으로 균일한 전압이 인가되도록 하기 위해 위치에 따라 서로 다른 저항값을 가진다. 즉, 인가전압의 전압강하 정도가 적은 모서리 근처의 리니어저항(RL)은 길거나, 폭을 좁게해서 저항값이 높도록 하고, 이에 비해 전압강하 정도가 높은 각 변의 중점 근처의 리니어저항(RL)은 짧거나 폭을 넓게해서 저항값이 낮도록 하여, 상기 격자저항(RM)의 테두리부분은 위치에 관계없이 균일한 전압이 인가되도록 한다.
도 2에서와 같이, 상기 격자저항(RM) 테두리의 전위분포는 고르지 못하고, 격자저항(RM) 중심으로 갈수록 전위분포가 고르다. 이는 격자저항(RM)의 테두리부분의 노드로 유입되는 도전경로가 격자저항(RM)의 중심부분에 비해 적기 때문이다.
그리고, 상기 격자저항(RM)의 테두리 부분의 전위분포가 고르지 못한 것은 전달된 전압이 저항 때문에 강하되기 때문이다. 즉, 상기 리니어저항과 직접적으로 접촉된 부분의 전위는 동일하지만, 접촉되지 않는 부분에서 소정의 전압강하가 발생하기 때문이다.
한편, 상술한 종래기술과 다른 구조가 미국특허 제 4755634호에 개시되어 있는데, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 3는 금속패턴이 형성된 평면을 도시한 것으로서, 각 모서리부분에 제 1 내지 제 4 전압(V1)(V2)(V3)(V4)이 인가되고, 제 1 내지 제 4 전압(V1)(V2)(V3)(V4)이 인가되는 부분에는 제 1 내지 제 4 입력저항(RIN1)(RIN2)(RIN3)(RIN4)이 위치한다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 입력저항 사이에는 체인저항이 위치하고, 각 체인저항에는 리니어저항이 각각 연결되어 있다. 상/하부가 서로 대칭되도록 형성되어 있고, 상/하부에 서로 대칭된 리니어저항 사이에는 스트립저항이 위치하고 있다.
그런데, 미국특허 제 4853493호에 개시된 종래기술은 도 1에서와 같이, 체인저항으로부터 전기적신호를 받아서 격자저항에 전압을 전달하는 리니어저항이 X축 및 Y축 방향에서 격자저항의 격자수보다 적으므로, 리니어저항과 바로 연결되지 않는 부분에서는 리니어저항과 바로 연결된 노드보다 전압강하가 더 일어나게 된다.
또한, 리니어저항과 바로 연결되지 않는 격자저항의 첫번째 라인의 노드에서 전압강하가 심하게 일어나므로 전압강하의 차이가 없어지는 영역까지 사용할 수 없는 영역이 되기 때문에 위치를 감지할 수 없는 비활성 영역이 커지게 된다.
한편, 미국특허 제 4755634호에 개시된 종래기술은 다음과 같은 단점이 있다.
사용자에 의해 선택된 위치를 정밀하게 감지하기 위해서는 금속패턴에 형성된 전위분포가 균일해야 한다. 또한, 4개의 모서리로 인가되는 전압을 모두 이용해야 하고, 불가피한 이유로 입력되는 전압이 변하더라도 균일한 전위분포를 가지도록 해야 한다.
그런데, 미국특허 제 4755634호에 개시된 종래기술의 금속패턴은 인가전압에 대해서 형성된 전위분포가 균일하지 못하다. 이는 금속패턴의 구조적인 문제 때문이다. 즉, 디지타이저의 실질적인 위치 감지영역이 되는 금속패턴이 Y축 방향으로만 배열되어 있기 때문에 X축 및 Y축으로 배열된 경우보다 전위분포가 고르지 못하다. 뿐만 아니라, 예기치 못한 원인으로 잘못된 전압이 입력되면 도 4와 같이, 오차범위가 확대되기 때문에 정밀한 측정이 불가능해진다.
상기한 바와 같은 문제점들은 디지타이저의 정확하고, 정밀한 위치감지 기능을 떨어뜨려 전체적인 품질의 저하를 가져오기 때문에, 디지타이저로서는 치명적이라고 할 수 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 균일한 전위분포를 띠도록 디지타이저를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 디지타이저에 형성된 금속패턴의 평면을 도시한 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 A 영역의 전위분포를 나타낸 도면.
도 3은 도 1과 같은 금속패턴의 문제점을 개선하기 위한 종래의 금속패턴의 평면을 나타낸 평면도.
도 4는 종래의 디지타이저의 금속패턴에 형성된 전위분포를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디지타이저의 외관을 도시한 사시도.
도 6은 도 6에 도시된 금속패턴의 평면을 도시한 평면도.
도 7은 도 7에 도시된 금속패턴의 등가회로를 도시한 회로도.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 금속패턴의 전위분포를 도시한 그래프.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 금속패턴으로 이상전압이 인가될 경우의 전위분포를 도시한 그래프.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 디지타이저의 외관을 도시한 사시도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 ; 기판 12 ; 금속패턴
14 ; 도트스페이서 16 ; 투명도전막
18 ; 저저항막 20 ; 절연막
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 외곽이 사각형 형상인 금속패턴을 포함하고, 상기 사각형상의 각 변의 중점으로 위치감지용 전압이 인가되는 전압인가패널과; 상기 전압인가패널과 소정간격 이격되어 있고, 물리적 접촉이 가해지고, 상기 접촉으로 눌려진 상기 전압인가패널의 선택된 위치에 대응되는 전기적 신호를 발생시키는 신호감지패널을 포함하는 디지타이저를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예
제 1 실시예는 저항막방식에 적용된 디지타이저에 대한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디지타이저의 외관을 나타낸 사시도로서, 기판(10)상에 소정의 패턴에 따라 패터닝(Patterning)된 금속패턴(12)이 형성되어 있고, 그 위에는 일정간격을 두고 배치된 구 형상의 도트스페이서(Dot Spacer; 14)가 위치한다. 여기서, 상기 금속패턴의 각 변의 중점부분으로 신호감지용 전압(V1)(V2)(V3)(V4)이 인가되는 배선라인(12a)이 배치되어 있다.
상기 도트스페이서(14) 상부에는 투명 도전막(16)이 위치하고, 그 투명한 도전막(16) 둘레에는 저저항금속막(18), 예를 들어 실버패턴(Siver Pattern; 18)이 배치되어 있다. 상기 투명 도전막(16) 및 저저항금속막(18) 상에는 플레서블(Flexible)한 절연막(20)이 위치하고 있다.
이러한 디지타이저의 구성요소들의 세부적인 기능을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 디지타이저를 작동시키면, 기판(10)상에 형성된 배선라인(12a)을 통해서 금속패턴(12)의 각 변의 중점 부분으로 위치감지용 전압이 인가된다.
사용자가 원하는 위치에 손가락이나 펜끝을 접촉시키면, 도트스페이서(14)를 사이에 두고 격리된 투명도전막(16)과 금속패턴(12)이 손가락이나 펜끝이 접촉된 위치에서 전기적으로 도통하게 된다. 접촉된 위치를 나타내는 전압치가 제 5 배선(V5)을 통해 출력되면 디지타이저는 소정의 프로그램에 따라 사용자가 선택한 위치정보를 출력한다.
이러한 디지타이저에 형성되는 금속패턴의 평면 형태를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 금속패턴의 평면을 도시한 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 금속패턴의 등가회로를 도시한 회로도로서, 금속패턴(12)의 각라인은 소정 폭과 길이를 가지고 있으므로, 본 명세서에서는 소정의 저항값을 가진 저항으로 표현하도록 한다.
도시된 바와 같이, 각 모서리부분에는 코너저항(RC)이 위치하고, 상기 코너저항(RC) 사이의 가로축부분에는 다수개의 체인저항(RCH)이 위치한다. 상기 코너저항 사이의 세로축부분에는 에지저항(RE)이 하나씩 위치하고 있다. 또한, 상기 에지저항(RE) 사이에는 상기 에지저항과 평행한 복수개의 스트립저항(RSTR)이 배치되어 있다.
그리고, 본 발명에 따른 금속패턴(12)은 상기 각 스트립저항의 길이 방향의 중점을 중심으로 상부 및 하부가 서로 대칭되어, 상부 체인저항(RCH)과 스트립저항(RSTR)의 일단 사이에는 리니어저항(RLN)이 각각 연결되어 있고, 하부 체인저항(RCH)과 스트립저항(RSTR)의 타단 사이에도 리니어저항(RLN)이 각각 연결되어 있다.
이와같은 구조의 금속패턴(12)에서 상기 체인저항들의 중점에 제 1 및 제 3 전압(V1)(V3)이 인가되고, 상기 각 에지저항의 중점에 제 2 및 제 4 전압(V2)(V4)이 인가된다.
상기 스트립저항(RSTR)은 투명한 도전성금속으로서 상기 에지저항 사이에서 세로축 방향으로 일정 간격을 두고 평행하게 배열되어 있고, 상기 코너저항(RC)은 낮은 저항값을 가진 금속으로 이루어져 있다. 이때, 디지타이저의 위치감지가 실제로 이뤄지는 활성영역은 상기 스트립저항이 형성된 부분이다.
상기한 본 발명의 금속패턴은 회로적으로 다수개의 배선들이 연결되어 있는 것이므로 각각의 라인들은 회로적으로 저항소자로 볼 수 있기 때문에 도 7과 같은 등가회로도로써 나타낼 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 디지타이저의 금속패턴에 형성된 전위분포가 종래와 어느 정도로 다른지를 비교해보면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 금속패턴에 형성된 전위분포를 도시한 그래프이고, 도 9는 도 8에 도시된 금속패턴으로 이상 전압이 입력된 경우의 전위분포를 도시한 그래프이다.
즉, 도 8은 제 1 전압으로 5V의 레퍼런스전위(Reference Potential)를 인가하고, 제 3 전압으로 0V의 전위를 인가하였을 경우, 스트립저항의 각 노드에서의 전위분포를 도시한 것으로서. X축이 각 스트립저항의 위치를 나타내고, Y축이 전위(Potential)를 나타내며, 제 1 내지 제9 라인은 전위분포를 측정하기 위해 상기 스트립저항과 수직되는 방향으로 분할한 영역이다.
도시된 바와 같이, 상기 스트립저항의 위치에 관계없이 전위분포가 균일한 것을 알 수 있는데, 이는 상기 도 4의 그래프와 비교하면 매우 향상되었음을 알 수 있다.
또한, 상기 금속패턴으로 예기치 못한 에러로 인해서 잘못된 전압이 될경우에도 도 9에서와 같은 균일한 전위분포를 가진다. 이는 인가전압이 금속패턴의 각 변의 중점에 위치하기 때문에 전압이 고르게 확산되는 효과를 가져오기 때문이다.
본 발명에 따른 금속패턴은 디지타이저의 다른 방식에서도 적용이 가능한데, 이는 다른 실시예에서 설명하도록 한다.
제 2 실시예
제 2 실시예는 정전용량방식 디지타이저에 적용된 것이다.
본 발명을 정전용량방식 디지타이저에 적용할 경우 금속패턴층은 동일하지만, 그 외관은 달라진다.
정전용량방식 디지타이저의 외관을 나타낸 도 10을 참조하면, 최하부층으로서 기판(10)이 위치하고, 그 기판(10)상에는 전술한 바와 같은 금속패턴(12)이 형성되어 있다. 상기 금속패턴(12)을 포함한 기판상의 전면에 걸쳐 보호층(30)이 형성되어 있다. 이 보호층(30)은 외부로부터의 압력이나 전계가 디지타이저의 내부에 미치는 악영향을 방지하기 위한 것으로서, 플렉서블한 절연막을 사용한다.
이와같은 구조를 가진 정전용량식 디지타이저는 사용자가 디지타이저용 펜을 누르면 펜과 스트립전극 사이의 커패시턴스를 통하여 금속패턴으로부터 상기 디지타이저용 펜으로, 스트립전극상의 소정의 전압이 유기되고, 이를 소정의 프로그램에 따라 연산하여 선택된 위치를 감지하게 된다.
전술한 제 1 및 제 2 실시예를 종합하면, 사각형상의 금속 패턴의 각변의 중점으로 전압을 인가하고, 위치감지가 이뤄지는 활성영역을 복수개의 스트립패턴으로 형성함으로써, 고른 전위분포가 형성되도록 함으로써, 종래보다 향상된 위치감지 성능을 가지도록 한다.
또한, 본 발명은 디지타이저의 방식에 관계없이 적용할 수 있기 때문에 상술한 제 1 및 제 2 실시예로써 한정되지는 않는다. 즉, 상술한 본 발명의 중심사상은 디지타이저의 금속패턴으로 인가되는 위치감지용 전압을 상기 금속패턴의 각변의 중점으로 공급하도록 하여 균일한 전위분포를 형성한 것이므로, 본 발명으로부터 변형된 실시예가 다양하리라는 것은 자명하다. 따라서, 본 발명으로부터 유추가능한 변형실시예 또한 다음에 기술된 특허청구범위에 속한다고 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 다음과 같은 장점을 가진다.
첫째, 디지타이저의 금속패턴에 형성된 위치감지용 전위분포를 개선할 수 있기 때문에 디지타이저의 오차범위를 줄일 수 있는 장점이 있다.
둘째, 설계치와 다른 입력전압이 인가되더라도 금속패턴의 각변의 중점에 인가되기 때문에 고른 전위분포를 가질 수 있기 때문에 동작이 안정화되는 장점을 가진다.
셋째, 금속패턴의 설계시 격자패턴에 비해 시간적으로 절감되는 장점을 가진다.

Claims (7)

  1. 외곽이 사각형상인 금속패턴을 포함하고, 상기 사각형상의 각 변의 중점으로 위치감지용 전압이 인가되는 전압인가패널과;
    상기 전압인가패널과 소정간격 이격되어 있고, 물리적 접촉이 가해지고, 상기 접촉으로 눌려진 상기 전압인가패널의 선택된 위치에 대응되는 전기적 신호를 발생시키는 신호감지패널을 포함하는 디지타이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속패턴은
    사각형상의 가로변을 이루는 제 1, 3 전극과,
    사각형상의 세로변을 이루는 제 2, 4 전극과,
    상기 제 1, 2, 3, 4 전극이 각각 만나는 사각형상의 모서리에 위치한 복수개의 코너전극과,
    상기 제 2, 4 전극 사이에서 상기 제 2, 4 전극과 평행하게 배열된 복수개의 스트립전극과,
    상기 스트립전극의 양단과 상기 제 1, 3 전극과 연결하고, 상기 각 스트립전극에 동일한 전압이 인가되도록 서로 다른 저항값을 가진 복수개의 리니어전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지타이저.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리니어전극의 저항값은 전압이 인가되는 중점 부근에는 크고, 외곽으로 갈수록 작은 것을 특징으로 하는 디지타이저.
  4. 제 1 내지 제 3 항에 있어서,
    상기 신호감지패널은 상기 물리적 접촉이 행해지는 절연막과 상기 금속패턴과 마주보는 위치에서 상기 금속패턴에서 감지된 위치신호를 전기적신호로 외부로 출력하는 투명도전막을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지타이저.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호감지패널은 상기 투명도전막과 접하고, 그 둘레를 따라 형성된 실버패턴을 포함하는 디지타이저.
  6. 외곽이 사각형 형상인 금속패턴을 포함하고, 상기 사각형상의 각 변의 중점으로 위치감지용 전압이 인가되고, 선택된 위치의 정보를 외부로 출력하는 패널과;
    상기 패널과 소정간격 만큼 이격되어 있고, 상기 금속패턴과 마주보며 위치하고, 물리적 접촉이 가해지는 절연막을 포함하는 디지타이저.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속패턴은
    사각형상의 가로변을 이루는 제 1, 3 전극과,
    사각형상의 세로변을 이루는 제 2, 4 전극과,
    상기 제 1, 2, 3, 4 전극이 각각 만나는 사각형상의 모서리에 위치한 복수개의 코너전극과,
    상기 제 2, 4 전극 사이에서 상기 제 2, 4 전극과 평행하게 배열된 복수개의 스트립전극과,
    상기 각 스트립전극의 양단과 상기 제 1, 3 전극과 연결하고, 상기 각 스트립전극에 동일한 전압이 인가되도록 서로 다른 값의 저항값을 가진 복수개의 리니어전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지타이저.
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