KR20190001353A - 스타일러스 펜 - Google Patents

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KR20190001353A KR1020170081225A KR20170081225A KR20190001353A KR 20190001353 A KR20190001353 A KR 20190001353A KR 1020170081225 A KR1020170081225 A KR 1020170081225A KR 20170081225 A KR20170081225 A KR 20170081225A KR 20190001353 A KR20190001353 A KR 20190001353A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 스타일러스 펜은 몸체, 상기 몸체에 연결되며 끝단에 개구부가 형성되어 있는 홀더, 상기 홀더의 개구부에 전부 또는 일부가 도출되어 형성되며 전체 또는 일부가 도전성의 재질로 이루어지는 구 또는 감지표면에 접촉되는 일부 영역이 일정한 곡률을 갖는 형태의 스타일러스 팁, 및 상기 스타일러스 팁에 전기적으로 연결되며 상기 홀더 및 상기 몸체의 내부까지 연장되는 도전성 와이어를 포함하며, 상기 몸체와 상기 홀더는 서로 다른 유전율을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스타일러스 펜의 틸트 효과를 개선할 수 있으며, 스타일러스 팁의 터치 감도를 높일 수 있다.

Description

스타일러스 펜 {Stylus Pen}
본 개시는 스타일러스 펜에 관한 것으로, 특히 정전용량식 터치스크린용 스타일러스 펜에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰, 네비게이션 장치, PDA 단말기, MP3 플레이어, 피엠피(Portable Multimedia Player: PMP), 전자책 등의 휴대 단말기나 태블릿 PC 등에는 터치스크린('터치패널'이라고도 함)이 구비되고, 터치스크린에 표시되는 자판이나 아이콘 등을 접촉함으로써 입력이 실행된다.
이러한 각종 단말기의 터치스크린에의 입력은 사용자의 손을 이용해 주로 행해진다. 최근 스마트폰이 과거 대비 5~6인치 정도로 커짐에 따라, 스마트폰이나 테블릿 PC 등의 터치스크린에 단순한 터치 입력을 수행하는 것 이외에 직접 글씨를 쓰거나 그림을 그리는 등의 정교한 터치 입력의 필요성이 증가하고 있다.
이러한 정교한 터치 입력을 위해 스타일러스 펜이 사용된다. 스타일러스 펜은 터치스크린 상에 일정한 압력을 가하여 자판 등을 작동시키는 정압식과, 터치스크린의 원하는 위치에 접촉해 커패시턴스의 변화를 일으키고 이를 측정하는 정전식으로 나뉠 수 있다. 정압식 스타일러스 펜의 경우에는 터치스크린에 접촉할 때마다 일정한 압력이 계속 작용하기 때문에, 터치스크린이 손상될 수 있어 터치인식이 잘 안되거나 오류가 발생하는 문제점이 있다. 이러한 이유로 인해 최근에는 좀더 안정적인 정전식 스타일러스 펜의 사용이 늘고 있다.
한편, 스타일러스 펜은 내부에 전자부품이 구비되는지 여부에 따라 액티브 스타일러스(active stylus) 펜과 패시브 스타일러스(passive stylus) 펜으로 구분할 수 있다.
액티브 스타일러스 펜은 패시브 스터일러스 펜보다 정교한 터치 입력이 가능하다는 장점이 있으나, 스타일러스 펜에 배터리와 전자 부품이 포함되어야 하므로 비용이 증가하고 무거워지는 단점이 있다. 패시브 스타일러스 펜은 액티브 스타일러스 펜에 비해 저렴하고 가볍게 제작할 수 있다는 장점이 있으나, 감도가 낮고 정교한 입력이 어려운 단점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 패시브 스타일러스 펜을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 스타일러스 펜(10)은 총알 모양의 스타일러스 팁(11)과 스타일러스 몸체(12)를 포함한다. 스타일러스 팁(11)의 전체 또는 일부는 도전성 물질로 이루어진다.
실제 사용자가 스타일러스 펜(10)을 사용하는 경우에는, 감지 표면(20)에 수직하게 사용하기보다는 감지 표면(20)으로 10도에서 45도 사이로 기울여 사용하는 것이 일반적이다. 스타일러스 펜(10)을 기울여 사용하는 경우, 스타일러스 팁(11)과 감지 표면(20) 사이의 접촉 위치(21)에서 커패시턴스의 변화량이 가장 큰 것이 아니라, 스타일러스 팁(11)의 접촉위치(21)에서 스타일러스 펜(10)이 기울어지는 방향쪽에 있는 위치(22)에서 커패시턴스의 변화량이 가장 크게 된다. 따라서, 스타일러스 팁(11)이 감지 표면(20)에 실제 접촉되는 접촉위치(21)가 표시되는 것이 아니라, 접촉위치(21)에 근접한 다른 위치(22)가 접촉된 것으로 인식된다. 이때, 접촉위치(21)와 실제 인식되는 위치(22) 사이의 옵셋(즉, 틸트 옵셋) 값(23)은 수백 μm 이상이 될 수도 있다.
이처럼, 종래 기술에 따른 패시브 스타일러스 펜을 기울여 사용하면, 스타일러스 펜의 기울기에 따라 직진성 오차(linearity error)가 발생해 정교한 터치 입력이 어렵다는 문제점이 발생한다.
미국특허 제9,298,285호는 패시브 스타일러스 펜(10)을 기울여 사용하는 경우의 문제점을 해결하기 위한 스타일러스 펜을 개시하고 있다.
도 2 및 도 3은 미국특허 제9,298,285호에서 개시된 스타일러스 펜의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2에서, 스타일러스 펜(30)은 구 모양의 스타일러스 팁(31)과 스타일러스 팁(31)에 연결된 도전성 와이어(32)를 포함한다. 스타일러스 팁(31)의 일부 영역 및 도전성 와이어(32)는 비도전성 물질로 이루어진 홀더(33)에 의해 둘러싸여 고정된다. 홀더(33)는 스타일러스 몸체(34)에 연결된다. 도 2에 도시한 스타일러스 펜(30)의 구조에 의하면, 구 모양의 스타일러스 팁(31)을 사용하기 때문에 틸트(기울임)의 정도에 관계없이 접촉 지점에서의 커패시턴스의 변화랑이 최대가 되고, 도전성 와이어(32)가 가늘게 형성되어 있기 때문에 도전성 와이어(32)에 의한 커패시턴스의 변화량을 최소화할 수 있어, 틸트에 의한 옵셋을 최소화할 수 있다.
그러나, 도 2및 도 3에 도시한 스타일러스 펜의 구조에 따르면, 도전성 와이어가 플로팅된 상태이고 사용자가 쥐는 부분과 도전성 와이어(32)의 거리가 길어, 사용자의 손과 도전성 와이어 사이의 커패시턴스(C1)가 작기 때문에, 스타일러스 팁(31)의 터치 감도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 틸트 옵셋 개선과 터치 감도를 높이기 위한 스타일러스 펜을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 스타일러스 펜은 몸체, 상기 몸체에 연결되며 끝단에 개구부가 형성되어 있는 홀더, 상기 홀더의 개구부에 전부 또는 일부가 도출되어 형성되며, 전체 또는 일부가 도전성의 재질로 이루어지는 구 또는 감지표면에 접촉되는 일부 영역이 일정한 곡률을 갖는 형태의 스타일러스 팁, 및 상기 스타일러스 팁에 전기적으로 연결되며 상기 홀더 및 상기 몸체의 내부까지 연장되는 도전성 와이어를 포함하며 상기 몸체와 상기 홀더는 서로 다른 유전율을 갖는다.
이때, 상기 몸체의 유전율이 상기 홀더의 유전율보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 스타일러스 펜은 끝단에 개구부가 형성되어 있는 제1 몸체, 상기 제1 몸체에 연결되는 제2 몸체, 상기 제1 몸체의 개구부에 전부 또는 일부가 도출되어 형성되며 전체 또는 일부가 도전성의 재질로 이루어지는 구 또는 감지표면에 접촉되는 일부 영역이 일정한 곡률을 갖는 형태의 스타일러스 팁, 상기 스타일러스 팁에 전기적으로 연결되며 상기 제1 몸체 내부까지 연장되는 도전성 와이어, 및 상기 도전성 와이어에 전기적으로 연결되며 상기 제2 몸체 내부까지 연장되는 도전성 매스를 포함하며 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체는 서로 다른 유전율을 갖는다.
이때, 상기 제2 몸체의 유전율이 상기 제1 몸체의 유전율보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스타일러스 펜의 틸트 옵셋을 개선할 수 있으며, 스타일러스 팁의 터치 감도를 높일 수 있다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 스타일러스 펜을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스타일러스 펜을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스타일러스 펜의 몸체 및 홀더의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스타일러스 펜을 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스타일러스 펜의 몸체의 구조를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려진 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스타일러스 펜을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스타일러스 펜(100)은 몸체(140), 홀더(150), 스타일러스 팁(110), 도전성 와이어(120)를 포함한다.
몸체(140)는 사용자가 손으로 잡아 파지하기 용이하기 위한 지름으로 형성된다. 또한, 도 4에 도시하지는 않았지만, 몸체(140)의 일부분은 노출되어 도전성 와이어(120)가 사용자의 손가락이나 손에 직접 접촉되도록 할 수 있으며, 도전성 와이어(120)가 직접 접지될 수도 있다.
홀더(150)는 몸체(140)의 끝 단에 연결되며, 홀더(150)의 끝단에는 개구부(151)가 형성되어 있다. 도 4에서는 스타일러스 몸체(140)와 홀더(150)가 분리 및 결합되는 구조를 도시하고 있지만, 스타일러스 몸체(140)와 홀더(150)를 일체형으로 구현할 수도 있다. 홀더(150)는 반구형 또는 원뿔형 등 몸체(140)에서 멀어질수록 단면적이 점차 작아지는 다양한 형상을 가질 수 있다. 이러한 홀더는 비도전성 물질로 이루어진다.
스타일러스 팁(110)은 구 또는 감지표면에 접촉되는 일부 영역이 일정 한곡률을 갖는 형태(예를들어, 반구 형태)로서, 홀더의 개구부(151)에 일부 또는 전부 도출되어 형성된다. 스타일러스 팁(110)은 감지 표면(200)에 직접 접촉되는 부분으로서, 팁 전체 또는 팁의 일부가 도전성 재질로 이루어진다. 이때, 스타일러스 팁(110)은 10Ω 이하의 저항값을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 스타일러스 팁의 직경이 클수록 틸트 옵셋에 의한 문제는 개선되지만, 직경이 커지면 정확한 위치에 접촉하는 것이 어렵기 때문에, 직경이 0.5mm 내지 3mm인 것이 좋으며, 특히 2mm 이내의 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
도전성 와이어(120)는 스타일러스 팁(110)에 연결되어, 홀더(150) 및 몸체(140)의 내부까지 길게 연장된다. 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 도전성 와이어(120)는 사용자가 손으로 잡는 몸체(140)의 영역까지 연장되며, 20mm 이상의 길이로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 도전성 와이어(120)는 틸트에 의한 감도 영향을 최소화하기 위해 직경이 1mm 이하로 가늘게 만드는 것이 바람직하다.
도 4에서, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 도전성 와이어(120)가 사용자가 손으로 잡는 몸체(140)의 영역까지 연장되므로, 사용자의 손가락과 도전성 와이어 사이의 커패시턴스(C2)가 도 3에 도시한 종래기술보다 커진다. 따라서, 종래 기술보다 접지 상태인 사용자의 손가락의 영향을 더 많이 받아 스타일러스 팁(110)으로부터 접지로 전달되는 전하량이 많아지므로, 스타일러스 팁(110)의 터치 감도를 높일 수 있다.
이처럼 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 구 또는 감지표면에 접촉되는 일부 영역이 일정한곡률을 갖는 형태의 스타일러스 팁(110)을 사용해 스타일러스 펜의 틸트 옵셋을 개선할 수 있으며, 도전성 와이어(120)가 사용자가 손으로 잡는 몸체(140)의 영역까지 연장되므로 스타일러스 팁의 터치 감도를 높일 수 있다
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스타일러스 펜의 몸체(140) 및 홀더(150) 구조를 나타내는 도면이다. 도 5a에서, 몸체(140)는 중공된 관체로서, 내부가 공기로 채워져 있다.
도 5a에서, 홀더(150) 및 몸체(140)는 서로 다른 유전율을 갖는 물질로 형성된다. 구체적으로, 몸체(140)를 형성하는 물질의 유전율이 홀더(150)를 형성하는 물질의 유전율보다 크도록 한다.
도 5a에서, 스타일러스 펜의 홀더(150)는 유전율이 가능한 낮은 물질로 형성되며, 홀더(150) 내부는 공기로 채워진다. 그리고 본체(140)는 유전율이 가능한 높은 물질로 형성되며, 내부는 공기로 채워진다. 즉, 도 5a에 따르면, 도전성 와이어(120), 본체(140) 외부, 홀더(150) 외부, 공기의 순으로 유전율이 높게 된다.
도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스타일러스 펜의 몸체(140) 및 홀더(150)의 다른 구조를 나타내는 도면이다. 도 5b에서, 몸체(140)는 속이 꽉 찬 봉지채로 이루어진다.
도 5b에서, 몸체(140)를 형성하는 봉지채의 유전율이 홀더(150)를 형성하는 물질의 유전율보다 크도록 한다. 구체적으로, 스타일러스 펜의 홀더(150)는 유전율이 가능한 낮은 물질로 형성되며, 홀더(150) 내부는 공기로 채워진다. 그리고 본체(140)는 유전율이 가능한 높은 물질의 봉지채로 형성된다. 즉, 도 5b에 따르면, 도전성 와이어(120), 본체(140), 홀더(150) 외부, 공기의 순으로 유전율이 높게 된다.
도 5a 및 도 5b에 따르면, 스타일러스 팁(110) 부근의 영역(1 영역)이 커패시턴스 값이 작고, 손을 통해 접지되거나 손과 커플링되는 몸체(140)의 영역(2 영역)이 커패시턴스 값이 크기 때문에, 틸트 에러에 영향을 최소화할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스타일러스 펜을 나타내는 도면이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 스타일러스 펜(100)은 스타일러스 팁(110), 도전성 와이어(120), 도전성 매스(130), 제1 몸체(140a) 및 제2 몸체(140b)를 포함한다.
도 6 및 도 7에서, 스타일러스 팁(110)은 구 또는 감지표면에 접촉되는 일부 영역이 일정한 곡률을 갖는 형태로서, 제1 몸체(140a)의 개구부(141)에 일부 또는 전부 도출되어 형성된다. 스타일러스 팁(110)의 직경은 0.5mm 내지 3mm로 형성된다.
도전성 와이어(120)는 스타일러스 팁(110)에 연결되어, 제1 몸체(140a)의 내부까지 연장된다. 도전성 와이어(120)는 틸트에 의한 감도 영향을 최소화하기 위해 직경이 1mm 이하로 가늘게 만드는 것이 바람직하다.
제1 몸체(140a)의 내부는 중공된 관체나 속이 꽉 찬 봉지채로 이루어질 수 있으나, 손가락 접촉에 의한 영향을 최소하기 위해서는 유전율이 가장 낮은 공기로 채워지는 것이 바람직하다. 또한, 제1 몸체(140a)의 내부는 스타일러스 팁(110)을 고정시키는 고정부(도시하지 않음)가 구비된다.
도전성 매스(130)는 도전성 와이어(120)에 전기적으로 연결되며, 제2 몸체(140b)의 내부에 형성된다. 도전성 매스(130)와 도전성 와이어(120)의 연결은 다양한 방법으로 구현할 수 있으며, 예를 들어 도전성 매스(130)의 일 측에 판스프링(도시하지 않음)을 형성한 후, 판스프링에 도전성 와이어(120)를 끼워 넣음으로써 연결할 수 있다.
도 7에서, 도전성 매스(130)는 스타일러스 팁의 반경(r1)과 도전성 와이어의 반경(r2)보다 큰 반경(r3)을 갖는 원통형으로 구현된다. 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 도전성 매스(130)의 저항 값이 도전성 와이어(120)의 저항 값보다 낮다. 이에 따라, 도전성 매스(130)의 대응되는 부분에 손가락을 파지한 경우 제1 실시예에 비해 스타일러스 팁(110)으로부터 접지로 전달되는 전하량이 많아져 스타일러스 팁(110)의 터치 감도를 더욱 높일 수 있다. 도 7에서, 도전성 매스(130)는 원통형으로 구현되었지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 도전성 와이어보다 표면적이 큰 다양한 형태(예를 들면, 원추형, 직육면체 등)로 구현될 수 있다.
도 6에서, 본 발명의 제2 실시예에서 제1 몸체(140a)와 제2 몸체(140b)는 일체형으로 구현할 수도 있으며, 분리 가능한 구조로 구현할 수도 있다. 제 2 몸체(140b)의 손가락이 접촉되는 영역에는 하나 이상의 접촉 홀(142)이 형성될 수 있으며, 접촉 홀(142) 내에는 도전성 재질(160)이 충진되어 도전성 매스(130)에 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 접촉홀(142)에 충진된 도전성 재질(160)을 통해 도전성 매스(130), 도전성 와이어(120) 및 스타일러스 팁(110)이 사용자 손가락이 직접 전기적으로 연결되기 때문에, 스타일러스 팁(110)의 터치 감도를 높일 수 있다. 또한, 도 6에 도시하지는 않았지만, 도전성 매스(130)는 직접 접지될 수도 있다.
도 8a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스타일러스 펜의 몸체 (140a, 140b) 구조를 나타내는 도면이다.
도 8a에서, 제1 몸체(140a) 및 제2 몸체(140b)는 서로 다른 유전율을 갖는 물질로 형성한다. 구체적으로, 제2 몸체(140b)를 형성하는 물질의 유전율이 제1 몸체(140a)를 형성하는 물질의 유전율보다 크도록 한다.
도 8a에서, 스타일러스 펜의 제1 몸체(140a)는 유전율이 가능한 낮은 물질로 형성되며, 제1 몸체(140a) 내부는 공기로 채워진다. 그리고 제2 몸체(140b)는 유전율이 가능한 높은 물질로 형성되며, 내부는 공기로 채워진다. 즉, 도 8a에 따르면, 도전성 와이어(120)/도전성 매스(130), 제2 몸체(140b) 외부, 제1 몸체(140b) 외부, 공기의 순으로 유전율이 높게 된다.
도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스타일러스 펜의 몸체(140a, 140b)의 다른 구조를 나타내는 도면이다. 도 8b에서, 제2 몸체(140b)는 도전성 매스와 동일한 물질로 형성된다.
도 8b에서, 제2 몸체(140b)를 형성하는 도전성 매스의 유전율이 제1 몸체(140a)를 형성하는 물질의 유전율보다 크도록 한다. 즉, 도 8b에 따르면, 도전성 와이어(120)/제2 몸체(140b), 제1 몸체(140a), 공기의 순으로 유전율이 높게 된다.
도 8a 및 도 8b에 따르면, 스타일러스 팁(110) 부근의 제1 몸체(140a)의 영역(1 영역)이 커패시턴스 값이 작고, 손을 통해 접지되거나 손과 커플링되는 제2 몸체(140b)의 영역(2 영역)이 커패시턴스 값이 크기 때문에, 틸트 에러에 영향을 최소화할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.
10,30; 스타일러스 펜 11,31; 스타일러스 팁 20; 감지 표면 32; 도전성 와이어 33; 홀더 34; 몸체 100; 스타일러스 펜 120; 도전성 와이어 130; 도전성 매스 140; 몸체 150; 홀더 140a; 제1 몸체 140b; 제2 몸체

Claims (4)

  1. 몸체;
    상기 몸체에 연결되며 끝단에 개구부가 형성되어 있는 홀더;
    상기 홀더의 개구부에 전부 또는 일부가 도출되어 형성되며, 전체 또는 일부가 도전성의 재질로 이루어지는 구 또는 감지표면에 접촉되는 일부 영역이 일정한 곡률을 갖는 형태의 스타일러스 팁; 및
    상기 스타일러스 팁에 전기적으로 연결되며, 상기 홀더 및 상기 몸체의 내부까지 연장되는 도전성 와이어를 포함하며,
    상기 몸체와 상기 홀더는 서로 다른 유전율을 갖는 스타일러스 펜.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체의 유전율이 상기 홀더의 유전율보다 큰 스타일러스 펜.
  3. 끝단에 개구부가 형성되어 있는 제1 몸체;
    상기 제1 몸체에 연결되는 제2 몸체;
    상기 제1 몸체의 개구부에 전부 또는 일부가 도출되어 형성되며, 전체 또는 일부가 도전성의 재질로 이루어지는 구 또는 감지표면에 접촉되는 일부 영역이 일정한 곡률을 갖는 형태의 스타일러스 팁;
    상기 스타일러스 팁에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 몸체 내부까지 연장되는 도전성 와이어; 및
    상기 도전성 와이어에 전기적으로 연결되며, 상기 제2 몸체 내부까지 연장되는 도전성 매스를 포함하며,
    상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체는 서로 다른 유전율을 갖는 스타일러스 펜
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 몸체의 유전율이 상기 제1 몸체의 유전율보다 큰 스타일러스 펜.
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