KR20220110053A - 터치 디바이스, 그 구동 방법, 및 터치 시스템 - Google Patents

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KR20220110053A
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Abstract

일 실시예에 따른 터치 디바이스는, 공진 회로를 포함하는 스타일러스의 위치를 검출하는 터치 디바이스로서, 복수의 전극, 그리고 복수의 전극으로부터 감지 신호를 수신하여 스타일러스의 위치를 결정하는 터치 컨트롤러를 포함하고, 복수의 전극은 공진 회로에 의해 복수의 전극에 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 전극들을 포함할 수 있다.

Description

터치 디바이스, 그 구동 방법, 및 터치 시스템{TOUCH DEVICE, DRIVING METHOD THE SAME AND TOUCH SYSTEM}
본 개시는 터치 디바이스, 그 구동 방법, 및 터치 시스템에 관한 것이다.
휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device)와 같은 다양한 전자 디바이스에는 터치 센서가 구비된다.
이러한 전자 디바이스 내에서 터치 센서는 이미지를 표시하는 표시 패널 상에 위치하거나, 전자 디바이스의 일 부분에 위치할 수 있다. 사용자가 터치 센서를 터치하여 전자 디바이스와 상호 작용함으로써, 전자 디바이스는 직관적인 사용자 인터페이스를 사용자에게 제공할 수 있다.
사용자는 정교한 터치 입력을 위해, 스타일러스 펜을 사용할 수 있다. 스타일러스 펜은 내부에 배터리 및 전자부품이 구비되는지 여부에 따라 액티브(active) 스타일러스 펜과 패시브(passive) 스타일러스 펜으로 구분될 수 있다.
액티브 스타일러스 펜은 패시브 스타일러스 펜에 비해 기본 성능이 우수하고, 부가적인 기능(필압, 호버링, 버튼)을 제공할 수 있는 장점이 있으나, 배터리 충전 중에 사용이 어려운 단점이 있다.
패시브 스타일러스 펜은 액티브 스타일러스 펜에 비해 가격이 저렴하고 배터리가 필요하지 않다는 장점이 있으나, 액티브 스타일러스 펜에 비해 정교한 터치 인식이 어렵다는 단점이 있다.
특히, 패시브 스타일러스 펜 중 EMR(Electro-Magnetic Resonance) 방식의 펜의 경우, 디지타이저(digitizer)가 펜에 전자기 신호를 전달한 후, 디지타이저가 펜으로부터 공진 신호를 입력받는다. 이러한 디지타이저에는 펜에 의한 터치 정보를 수신하기 위해 자기 신호에 의해 전류가 유도될 수 있는 코일이 촘촘하게 배열되어 있다. 이러한 디지타이저는 전자 디바이스의 소형화, 박형화에 대응할 수 없고, 유연하게 설계될 수도 없는 문제가 있다.
실시예들은 하나의 층 위에서 구현될 수 있는 터치 디바이스, 그 구동 방법, 및 터치 시스템을 제공하기 위한 것이다.
실시예들은 스타일러스 펜에 의한 터치 감지 성능을 향상시킬 수 있는 터치 디바이스, 그 구동 방법, 및 터치 시스템을 제공하기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 터치 디바이스는, 공진 회로를 포함하는 스타일러스의 위치를 검출하는 터치 디바이스로서, 표시 패널, 표시 패널 위에 위치하는 윈도우, 표시 패널과 윈도우 사이의 복수의 전극, 그리고 복수의 전극으로부터 감지 신호를 수신하여 윈도우에 근접한 스타일러스의 위치를 결정하는 터치 컨트롤러를 포함할 수 있다.
복수의 전극 중 일부는 터치 영역에 위치하고, 터치 디바이스는, 터치 영역의 가장자리에 위치하고 복수의 전극에 대응하여 연결되어 있는 복수의 트레이스를 더 포함하고, 복수의 트레이스는 공진 회로에 의해 복수의 트레이스에 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 트레이스들을 포함할 수 있다.
복수의 전극은 대응하여 연결된 트레이스와 동일한 방향의 전류가 유도될 수 있다.
복수의 전극은 대응하여 연결된 트레이스와 상이한 방향의 전류가 유도될 수 있다.
복수의 전극은 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극을 포함하고, 복수의 트레이스는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 있고, 복수의 제1 전극 중 일부의 제1 전극의 일단에 연결된 제1 트레이스들과 복수의 제1 전극의 다른 일부의 제1 전극의 타단에 연결된 제2 트레이스들을 포함할 수 있다.
터치 컨트롤러는 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 전극들 사이를 스타일러스의 위치로 결정할 수 있다.
터치 컨트롤러는 유도된 전류의 크기 차이가 최대인 전극들 사이를 스타일러스의 위치로 결정할 수 있다.
복수의 전극과 동일한 층에 형성된 복수의 더미 전극 및 복수의 더미 전극을 서로 연결하는 복수의 브릿지를 포함하는 안테나를 더 포함하고, 터치 컨트롤러는 안테나에 구동 신호를 인가하여 공진 회로를 감지시키는 자기 신호를 출력할 수 있다.
복수의 전극 각각은 두 개의 신호 입력단을 포함하고, 터치 컨트롤러는 두 개의 신호 입력단 중 하나는 접지하고, 다른 하나에는 구동 신호를 인가하여 공진 회로를 감지시키는 자기 신호를 출력할 수 있다.
복수의 전극 각각은 두 개의 신호 입력단을 포함하고, 터치 컨트롤러는 두 개의 신호 입력단에 서로 반대 위상의 구동 신호를 인가하여 공진 회로를 감지시키는 자기 신호를 출력할 수 있다.
복수의 전극과 상이한 층에 형성된 자기장 차폐층을 더 포함할 수 있다.
표시 패널은 폴딩축을 기준으로 구부러지는 폴딩 영역과 폴딩 영역에 의해 이격되어 있는 비폴딩 영역을 갖고, 자기장 차폐층은 폴딩 영역 및 비폴딩 영역 모두에 대응하여 위치할 수 있다.
표시 패널은 폴딩축을 기준으로 구부러지는 폴딩 영역과 폴딩 영역에 의해 이격되어 있는 비폴딩 영역을 갖고, 자기장 차폐층은 비폴딩 영역에 대응하여 이격되어 위치할 수 있다.
복수의 전극은 메탈 메시(metal mesh)로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 터치 디바이스의 구동 방법은, 공진 회로를 포함하는 스타일러스의 위치를 검출하는 터치 디바이스의 구동 방법으로서, 복수의 전극에 구동 신호를 출력하는 단계, 복수의 전극으로부터 감지 신호를 수신하는 단계 - 감지 신호는 공진 회로에 의해 복수의 전극에 서로 반대 방향으로 유도된 전류를 포함함 - , 그리고 감지 신호로부터 스타일러스의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
복수의 전극 중 일부는 터치 영역에 위치하고, 터치 디바이스는 터치 영역의 가장자리에 위치하고 복수의 전극에 대응하여 연결되어 있는 복수의 트레이스를 더 포함하고, 감지 신호는 공진 회로에 의해 복수의 트레이스에 서로 반대 방향으로 유도된 전류를 포함할 수 있다.
복수의 전극은 대응하여 연결된 트레이스와 동일한 방향의 전류가 유도될 수 있다.
복수의 전극은 대응하여 연결된 트레이스와 상이한 방향의 전류가 유도될 수 있다.
스타일러스의 위치를 결정하는 단계는, 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 전극들 사이를 스타일러스의 위치로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
스타일러스의 위치를 결정하는 단계는, 유도된 전류의 크기 차이가 최대인 전극들 사이를 스타일러스의 위치로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 터치 시스템은, 공진 회로를 포함하는 스타일러스, 그리고 복수의 전극으로부터 감지 신호를 수신하여 스타일러스의 위치를 결정하는 터치 센서를 포함하고, 복수의 전극은 공진 회로에 의해 복수의 전극에 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 전극들을 포함할 수 있다.
복수의 전극 중 일부는 터치 영역에 위치하고, 터치 센서는 터치 영역의 가장자리에 위치하고 복수의 전극에 대응하여 연결되어 있는 복수의 트레이스를 더 포함하고, 복수의 트레이스는 공진 회로에 의해 복수의 트레이스에 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 트레이스들을 포함할 수 있다.
스타일러스는 전원을 더 포함하고, 공진 회로는 전원에 의해 공진될 수 있다.
실시예들에 따르면, 터치 디바이스의 제조 비용을 낮출 수 있는 장점이 있다.
실시예들에 따르면, 보다 얇고 작은 폼 팩터를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
스타일러스 펜으로부터 출력되는 신호의 SNR(signal-noise-ratio)을 개선할 수 있는 장점이 있다.
실시예들에 따르면, 터치 입력의 수신 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
실시예들에 따르면, 보다 정확한 터치 위치를 산출할 수 있는 장점이 있다.
실시예들에 따르면, 팜 리젝션을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 스타일러스 펜과 전자 디바이스를 나타낸 개념도이다.
도 2는 스타일러스 펜과 전자 디바이스 사이의 신호 전달 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a은 도 1a의 전자 디바이스의 일부 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3b 및 도 3c는 도 1b의 전자 디바이스의 일부 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 전자 디바이스를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 실시예들에 따른 스타일러스 펜을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 터치 디바이스의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 터치 디바이스의 전극 및 트레이스의 배치 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 터치 디바이스의 전극 및 트레이스의 배치 형태의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 터치 디바이스 상에 스타일러스 펜이 위치한 경우를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시예들에 따른 터치 디바이스의 신호 측정 방법을 나타낸 그래프이다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 스타일러스 펜에 의한 감지 신호를 나타낸 그래프이다.
도 13 및 도 14는 다른 실시예에 따른 스타일러스 펜에 의한 감지 신호를 나타낸 그래프이다.
도 15는 일 실시예에 따른 터치 디바이스 상에 스타일러스 펜이 위치한 경우를 나타낸 도면이다.
도 16 및 도 17은 일 실시예에 따른 스타일러스 펜에 의한 감지 신호를 나타낸 그래프이다.
도 18 및 도 19는 다른 실시예에 따른 스타일러스 펜에 의한 감지 신호를 나타낸 그래프이다.
도 20은 전자 디바이스를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 21은 다른 실시예에 따른 터치 디바이스의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 22는 다른 실시예에 따른 터치 디바이스의 전극 및 트레이스의 배치 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 23은 터치 모듈 및 호스트를 나타내는 블록도이다.
도 24는 터치 모듈로부터 호스트에 제공되는 터치 데이터의 일 예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전자 디바이스는, 예를 들면, 스마트 폰, 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형(예: implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시예들에 따른 터치 디바이스 및 이의 구동 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 스타일러스 펜과 전자 디바이스를 나타낸 개념도이다.
도 1a를 참조하면, 스타일러스 펜(10)은 전자 디바이스(2)의 터치 스크린(20) 근처에서 전자 디바이스(2) 또는 터치 스크린(20)으로부터 출력되는 신호를 수신하고, 터치 스크린(20)에 신호를 송신할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 전자 디바이스(2)는 폴더블(foldable)하다. 스타일러스 펜(10)은 폴더블 전자 디바이스(2)의 터치 스크린(20) 근처에서 전자 디바이스(20) 또는 터치 스크린(20)으로부터 출력되는 신호를 수신하고, 터치 스크린(20)에 신호를 송신할 수 있다.
직사각형 형상의 폴더블 전자 디바이스(2) 또는 그에 포함되는 터치 스크린(20) 등의 부재에서, 평면상 좌측에 위치하는 장변을 제1 장변(LS1), 우측에 위치하는 장변을 제2 장변(LS2), 위쪽에 위치하는 단변을 제1 단변(SS1), 아래쪽에 위치하는 단변을 제2 단변(SS2)으로 지칭하기로 한다.
폴더블 전자 디바이스(2)는 제1 단변(SS1) 및 제2 단변(SS2)을 가로지르는 폴딩축(AXIS_F)을 기준으로 소정의 폴딩 방향을 따라 구부러질 수 있다. 즉, 폴더블 전자 디바이스(2)는 폴딩축(AXIS_F)을 기준으로 폴딩 방향을 따라 접힌 상태(folded state)와 펼쳐진 상태(unfolded state) 간의 상태 전환이 가능할 수 있다.
도 2는 스타일러스 펜과 전자 디바이스 사이의 신호 전달 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)를 참조하면, 터치 스크린(20a)은 디지타이저(29), 디스플레이 패널(251), 터치 전극층(21), 및 윈도우(22)를 포함한다.
패시브 스타일러스 펜 중 EMR(Electro-Magnetic Resonance) 방식의 펜의 경우, 디지타이저(digitizer)(29)가 EMR 방식의 스타일러스 펜(10a)에 자기 신호(B)를 전달하면, 스타일러스 펜(10a)에 포함된 공진 회로가 자기 신호(B)에 공진한다. 그러면, 디지타이저(33)가 스타일러스 펜(10a)으로부터 공진된 자기 신호(B)를 입력받는다.
디지타이저(29)는 디스플레이 패널(251) 아래에 부착될 수 있으며, 도전성의 안테나 루프가 복수로 형성되어 있는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)와 안테나 루프에 의해 생성된 자기장을 차단하고, 안테나 루프가 자기장을 형성할 때 다른 전기적 소자, 구성요소에서 생성될 수 있는 와전류를 차단하는 페라이트 시트(ferrite sheet)를 포함한다.
FPCB에는 공진 신호가 입력되는 위치를 감지하기 위한 복수의 안테나 루프가 복수의 레이어로 구성된다. 하나의 안테나 루프는 적어도 하나의 다른 안테나 루프와 Z축 방향으로 중첩한 형태를 가진다. 이에 의해 FPCB의 두께가 두껍다. 따라서, 디지타이저(29)를 사용하는 경우 전자 디바이스(2)의 박형화, 소형화에 어려움이 있다.
이러한 디지타이저(29)가 폴더블/플렉서블 전자 디바이스(2)에 탑재되는 경우, 접힘이 발생할 때 폴딩되는 영역에 부착된 FPCB에 변형이 발생할 수 있다. 반복적인 접힘에 의해 안테나 루프를 형성하는 배선 부재에 스트레스가 가해지고, 결국 배선 부재의 손상을 가져올 수 있다. 페라이트 시트는 안테나 루프에 의해 발생된 자기장이 전자 디바이스(2) 내부에 미치는 영향을 차단한다. 페라이트 시트도 두께가 두껍고, 전자 디바이스(2)의 접힘이 발생할 때 변형이 발생되기 쉬우며, 반복적인 접힘에 의해 손상될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 터치 스크린(20c)은 디스플레이 패널(251), 터치 전극층(21), 및 윈도우(22)를 포함한다.
공진 회로를 포함하는 스타일러스 펜(10)의 경우, 터치 전극층(21)의 전극이 스타일러스 펜(10)에 자기 신호(B)를 전달하면, 스타일러스 펜(10)에 포함된 공진 회로가 자기 신호(B)에 공진한다. 그러면, 터치 전극층(21)의 전극이 스타일러스 펜(10)으로부터 공진된 전자기 신호(E 및/또는 B)를 입력받을 수 있다. 저항이 작은 메탈 메시(metal mesh)로 터치 전극층(21)의 전극이 형성되는 경우, 스타일러스 펜(10)으로부터의 자기 신호의 검출이 가능하다.
마찬가지로, 디지타이저(29)와 비교하면, 터치 스크린(20c)은 자기 신호를 스타일러스 펜(10)에 전달하기 위한 추가적인 유닛이나 모듈을 필요로 하지 않으므로, 터치 스크린(20b)의 박형화가 가능하고, 제조 비용에 있어서도 장점이 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 터치 스크린(20b)은 루프 코일(264), 디스플레이 패널(251), 터치 전극층(21), 및 윈도우(22)를 포함한다.
공진 회로를 포함하는 스타일러스 펜(10)의 경우, 루프 코일(264)이 스타일러스 펜(10)에 자기 신호(B)를 전달하면, 스타일러스 펜(10)에 포함된 공진 회로가 자기 신호(B)에 공진한다. 그러면, 터치 전극층(21)의 전극이 스타일러스 펜(10)으로부터 공진된 전자기 신호(E 및/또는 B)를 입력받을 수 있다.
디지타이저(29)와 비교하면, 루프 코일(264)은 터치 위치를 검출하기 위한 자기 신호(B)를 수신하지 않으므로, 배선 구조가 간단하여 터치 스크린(20b)의 박형화가 가능하다. 이로써, 전자 디바이스(2)의 박형화, 소형화가 가능하다. 또한, 루프 코일(264)은 다양한 크기로 다양한 위치에 형성될 수 있으므로, 이러한 터치 스크린(20b)은 폴더블/플렉서블 전자 디바이스(2)에도 적용이 가능하다.
루프 코일(264)은 안테나 루프가 위치한 기판과 및 페라이트 시트를 포함할 수 있다. 안테나 루프는 구리, 은 등과 같은 도체 재료로 형성될 수 있다. 안테나 루프는 기판 외에도 터치 전극층(21)과 동일한 층에 위치할 수 있고, 이 경우, 안테나 루프는 메탈 메시, ITO, 그래핀, 실버 나노 와이어 등과 같은 높은 투과율, 저 임피던스를 나타내는 도체 재료로 형성될 수 있다. 또한 안테나 루프는 윈도우 아래에 위치할 수 있고, 이 경우 기판은 루프 코일(264)에 포함되지 않을 수 있다.
상기에서 터치 전극층(21)은 제1 방향의 터치 좌표를 검출하기 위한 복수의 제1 터치 전극과 제1 방향과 교차하는 제2 방향의 터치 좌표를 검출하기 위한 복수의 제2 터치 전극을 포함할 수 있다. 도 2에서 터치 전극층(21)이 하나의 층으로 도시되었으나, 제1 터치 전극과 제2 터치 전극은 서로 상이한 층에 각각 위치할 수도 있고, 서로 중첩하여 위치할 수도 있고, 서로 중첩하여 위치하지 않을 수도 있고, 제1 터치 전극과 제2 터치 전극 사이에 별도의 층이 개재되어 있을 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다.
도 2의 (d)를 참조하면, 터치 스크린(20d)은 디스플레이 패널(251), 터치 전극층(21), 및 윈도우(22)를 포함한다.
공진 회로를 포함하는 액티브 스타일러스 펜(10')의 경우, 액티브 스타일러스 펜(10')에 포함된 공진 회로는 액티브 스타일러스 펜(10') 내의 전원(예를 들어, 전력을 저장하기 위한 배터리(이차 전지를 포함함) 및 EDLC(electric double layered capacitor)와 같은 커패시터)을 사용하여 공진한다. 그러면, 터치 전극층(21)의 전극이 스타일러스 펜(10')으로부터 공진된 전자기 신호(E 및/또는 B)를 입력받을 수 있다. 저항이 작은 메탈 메시로 터치 전극층(21)의 전극이 형성되는 경우, 스타일러스 펜(10')으로부터의 자기 신호의 검출이 가능하다. 액티브 스타일러스 펜(10')은 전자기 신호를 생성하기 위해 공진 회로뿐만 아니라, 전원을 사용하여 소정 주파수를 갖는 전자기 신호(E 및/또는 B)를 출력하는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 액티브 스타일러스 펜(10')은 공진 회로와 소정 주파수를 갖는 전자기 신호(E 및/또는 B)를 출력하는 회로를 모두 포함할 수도 있다.
터치 스크린(20d)은 자기 신호를 스타일러스 펜(10')에 전달하지 않고도 스타일러스 펜(10')으로부터 전자기 신호를 수신할 수 있다. 즉, 터치 스크린(20d)은 스타일러스 펜(10')에 포함된 공진 회로를 공진시키기 위한 신호를 생성하기 위한 추가적인 유닛이나 모듈을 필요로 하지 않으므로, 터치 스크린(20d)의 박형화, 소형화가 가능하고, 소비 전력과 제조 비용에 있어서도 장점이 있다.
다음으로 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 도 2의 (b)의 터치 스크린(20b)의 구조에 대해 상세하게 설명한다.
도 3a는 도 1a의 전자 디바이스의 일부 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, 디스플레이 패널(251)은 기판(2510) 상에 배치된 회로 구동층(2512)을 포함할 수 있다. 회로 구동층(2512)은 영상을 표시하는 화소의 발광층(2514)을 구동하는 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로 구동층(2512)은 복수의 박막 트랜지스터와 커패시터를 포함할 수 있다.
회로 구동층(2512) 상에는 발광층(2514)이 배치될 수 있다. 발광층(2514)은 유기 발광층을 포함할 수 있다. 발광층(2514)은 회로 구동층(2512)에서 전달하는 구동 신호에 따라 다양한 휘도로 발광할 수 있다.
발광층(2514) 상에는 공통 전극층(2516)이 배치될 수 있다. 공통 전극층(2516)은 슬릿 형태의 적어도 하나의 개구를 가질 수 있다.
공통 전극층(2516) 상에는 봉지층(2516)이 배치될 수 있다. 봉지층(2516)은 무기막 또는 무기막과 유기막의 적층막을 포함할 수 있다. 다른 예로 봉지층(2516)으로 글래스나 봉지 필름 등이 적용될 수도 있다.
봉지층(2516) 상에는 터치 전극층(21) 또는 터치 전극 등이 배치될 수 있다. 터치 전극층(21)은 터치 입력을 인지하는 층으로서, 터치 부재의 기능을 수행할 수 있다. 터치 전극층(21)은 복수의 터치 영역과 터치 전극들을 포함할 수 있다.
터치 전극층(21) 상에는 편광층(23)이 배치될 수 있다. 편광층(23)은 외광 반사를 줄이는 역할을 할 수 있다. 편광층(23)은 점착층을 통해 터치 전극층(21)상에 부착될 수 있다. 편광층(23)은 생략될 수도 있다.
편광층(23) 상에는 보호층(22)이 배치될 수 있다. 보호층(22)은 예컨대 윈도우 부재를 포함할 수 있다. 보호층(22)은 광학 투명 접착제 등에 의해 편광층(23) 상에 부착될 수 있다.
디스플레이 패널(251)의 아래에는 자기장 차폐층(24)이 배치될 수 있다. 자기장 차폐층(24)은 자기장을 차단하는 페라이트 시트를 포함할 수 있다. 이외에도 자기장 차폐층(24)은 기판(2510) 아래에 접착된 페라이트 분말을 포함할 수 있다. 자기장 차폐층(24)은 터치 전극층(21) 및/또는 스타일러스 펜(10)이 자기장을 형성할 때 다른 전기적 소자, 구성요소에서 생성될 수 있는 와전류를 차단할 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 도 1b의 전자 디바이스의 일부 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3b의 적층 구조는 도 3a의 적층 구조와 동일하나, 폴딩축(AXIS_F)을 기준으로 폴더블 전자 디바이스(2)의 접힘이 발생할 때 폴딩되는 영역(이하, 폴딩 영역)(FA)에 자기장 차폐층(24)이 위치할 수 있다.
도 3c의 적층 구조는 도 3b의 적층 구조와 비교하여, 폴딩 영역(FA) 또는 폴딩 영역(FA)에 포함된 일 영역을 제외하고 자기장 차폐층(24)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 자기장 차폐층(24)은 폴딩 영역(FA)과 장변(LS1) 사이의 영역에 위치한 제1 시트(24a) 및 폴딩 영역(FA)과 장변(LS2) 사이의 영역에 위치한 제2 시트(24b)를 포함할 수 있다. 자기장 차폐층(24)은 두 개의 시트 외에 복수의 시트를 포함할 수 있으며, 이 경우에도 자기장 차폐층(24)은 디스플레이 패널(251) 후면의 폴딩 영역(FA)을 제외한 영역 또는 폴딩 영역(FA)의 일부를 제외한 영역에 위치할 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하여, 실시예들에 따른 전자 디바이스(2)에 대해 설명한다.
도 4는 전자 디바이스를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 전자 디바이스(2)는 무선 통신부(210), 메모리(220), 인터페이스부(230), 전원공급부(240), 디스플레이부(250), 터치 모듈(260), 및 제어부(270) 등을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 구성요소들은 전자 디바이스를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 개시 상에서 설명되는 전자 디바이스는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(210)는, 전자 디바이스(2)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 디바이스(2)와 다른 전자 디바이스(2) 사이, 또는 전자 디바이스(2)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(210)는, 전자 디바이스(2)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 무선 통신부(210)는, 무선 인터넷 모듈(211) 및 근거리 통신 모듈(212) 등을 포함할 수 있다.
무선 인터넷 모듈(211)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 전자 디바이스(2)에 내장될 수 있다. 무선 인터넷 모듈(211)은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선 신호를 송수신하도록 이루어진다. 무선 인터넷 기술로는, 예를 들어 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), NR(New Radio), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등이 있으며, 상기 무선 인터넷 모듈(211)은 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다.
근거리 통신 모듈(212)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth??), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi, Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 사용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(212)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 디바이스(2)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 디바이스(2)와 무선 통신 가능 디바이스 사이, 또는 전자 디바이스(2)와 외부 서버가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
여기서, 무선 통신 가능 디바이스는 본 발명에 따른 전자 디바이스(2)와 데이터를 상호 교환하는 것이 가능한(또는 연동 가능한) 이동 단말기(mobile terminal, 예를 들어, 스마트 폰, 태블릿 PC, 노트북(notebook) 등)가 될 수 있다. 근거리 통신 모듈(212)은, 전자 디바이스(2) 주변에, 상기 전자 디바이스(2)와 통신 가능한 무선 통신 가능 디바이스를 감지(또는 인식)할 수 있다. 나아가, 제어부(270)는 상기 감지된 무선 통신 가능 디바이스가 일 실시예에 따른 전자 디바이스(2)와 통신하도록 인증된 디바이스인 경우, 전자 디바이스(2)에서 처리되는 데이터의 적어도 일부를, 상기 근거리 통신 모듈(212)을 통해 무선 통신 가능 디바이스로 전송할 수 있다. 따라서, 무선 통신 가능 디바이스의 사용자는, 전자 디바이스(2)에서 처리되는 데이터를, 무선 통신 가능 디바이스를 통해 이용할 수 있다.
또한, 메모리(220)는 전자 디바이스(2)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(220)는 전자 디바이스(2)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 디바이스(2)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다.
인터페이스부(230)는 전자 디바이스(2)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(230)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전원공급부(240)는 제어부(270)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 전자 디바이스(2)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(240)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
디스플레이부(250)는 전자 디바이스(2)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(250)는 전자 디바이스(2)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
디스플레이부(250)는 LCD 디스플레이(liquid crystal display), OLED(organic light-emitting diode) 디스플레이, 전자잉크 디스플레이(e-ink display), 양자점(quantum-dot) 발광 디스플레이, 마이크로 LED(Light emitting diode) 디스플레이 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(250)는 영상을 표시하는 디스플레이 패널(251)과, 디스플레이 패널(251)과 연결되어 영상을 표시하기 위한 신호들을 디스플레이 패널(251)로 공급하는 디스플레이 컨트롤러(252)를 포함한다. 예를 들어, 디스플레이 패널(251)에는 복수의 스캔선, 복수의 데이터선과 같은 신호선들에 연결된 복수의 화소와, 스캔선으로 스캔 신호를 공급하는 스캔 구동/수신부가 위치할 수 있고, 디스플레이 컨트롤러(252)는 데이터선으로 인가하는 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 IC와 영상 신호를 처리하여 디스플레이부(250)의 전반적인 동작을 제어하는 타이밍 컨트롤러, 전원 관리(power management) IC 등을 포함할 수 있다.
터치 모듈(260)은 정전용량 방식을 이용하여 터치 영역에 가해지는 터치(또는 터치 입력)를 감지한다. 일 예로서, 터치 모듈(260)은, 특정 부위에 발생하는 정전 용량, 전압, 또는 전류 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 모듈(260)은, 터치 영역 상에 터치를 가하는 터치 객체가 터치 모듈(260) 상에 터치 되는 위치, 면적, 터치 시의 정전 용량 등을 검출할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기에서, 터치 객체는 상기 터치 센서에 터치를 인가하는 물체로서, 예를 들어, 사용자의 신체 부위(손가락, 손바닥 등), 패시브(passive) 또는 액티브(active) 방식의 스타일러스 펜(10) 등이 될 수 있다.
터치 모듈(260)은 터치 전극이 위치하는 터치 센서(261)와 터치 센서(261)에 구동 신호를 인가하고 터치 센서(261)로부터 감지 신호를 수신하여, 제어부(270) 및/또는 디스플레이 컨트롤러(252)에 터치 데이터를 전달하는 터치 컨트롤러(262)를 포함한다.
터치 컨트롤러(262)는 복수의 제1 터치 전극 중 적어도 하나에 연결되어 구동 신호를 인가하고 감지 신호를 수신하는 제1 구동/수신부, 복수의 제2 터치 전극 중 적어도 하나에 연결되어 구동 신호를 인가하고 감지 신호를 수신하는 제2 구동/수신부, 및 제1 구동/수신부와 제2 구동/수신부의 동작을 제어하고, 제1 및 제2 구동/수신부로부터 출력되는 감지 신호를 사용하여 터치 위치를 획득하는 MCU(micro control unit)를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(251)과 터치 센서(261)는 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성되어, 터치 스크린(20)으로 지칭될 수 있다.
제어부(270)는 전자 디바이스(2)의 구동을 제어하며, 전자 디바이스(2)의 터치 감지 결과에 대응하여 터치 좌표 정보를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(270)는 터치 감지 결과에 대응하여 구동 신호의 주파수를 변경할 수 있다.
제어부(270)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 디바이스(2)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(270)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(220)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(270)는 메모리(220)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 4와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(270)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 디바이스(2)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
상기에서 터치 모듈(260)이 디스플레이부(250)와 함께 전자 디바이스(2)에 포함되는 것으로 설명하였으나, 전자 디바이스(2)는 터치 모듈(260)만을 포함할 수도 있다.
도 5는 실시예들에 따른 스타일러스 펜을 나타낸 도면이다.
도 5의 스타일러스 펜들은 공통적으로 하우징 내의 공진 회로부(12)를 포함한다.
공진 회로부(12)는 LC 공진 회로로서, 터치 스크린(20)에서 출력되는 구동 신호에 공진할 수 있다. 구동 신호는, 공진 회로부(12)의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 신호(예를 들어, 사인파, 구형파 등)를 포함할 수 있다. 공진을 위해서는 공진 회로부(12)의 공진 주파수와 구동 신호의 주파수가 동일 내지는 매우 유사해야 한다. 스타일러스 펜(10a, 10b)의 공진 주파수는 스타일러스 펜(10a, 10b)의 공진 회로부(12)의 설계 값에 따른다. 도 2의 (b)의 전극(21) 또는 도 2의 (c)의 루프 코일(264)이 구동 신호에 의한 전자기장을 발생시키면, 스타일러스 펜(10a, 10b)의 공진 회로부(12)는 자기장의 변화를 통해 수신한 신호를 이용하여 공진한다.
스타일러스 펜(10a, 10b)의 소자들은 하우징에 수용될 수 있다. 하우징은 원기둥, 다각기둥, 적어도 일부분이 곡면인 기둥 형태, 배흘림기둥(entasis) 형태, 각뿔대(frustum of pyramid) 형태, 원뿔대(circular truncated cone) 형태 등을 가질 수도 있으며, 그 형태에 제한되지 않는다. 하우징은 내부가 비어있으므로, 그 내부에 공진 회로부(12)와 같은 스타일러스 펜(10a, 10b)의 소자를 수용할 수 있다. 이러한 하우징은 비전도성 물질로 이루어질 수 있다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, EMR 방식의 스타일러스 펜(10a)은 심체(11a)과 공진 회로부(12)를 포함한다. 공진 회로부(12)는 인덕터부(14)와 커패시터부(13)를 포함한다. 인덕터부(14)는 심체(11a)가 관통하는 페라이트 코어(115)와 페라이트 코어(115)의 외면에 권선된 코일(116)을 포함한다.
심체(11a)는 한쪽의 단부가, 펜 끝으로서, 페라이트 코어(115)로부터 돌출된다. 심체(11a)는, 도체, 예를 들면 도전성 금속이나 도전성 분말을 혼입한 경질 수지로 이루어지는 전극심으로 구성될 수 있다.
페라이트 코어(115)에는, 예를 들면 원기둥 모양 형상의 페라이트 재료에, 심체(11a)를 삽입 통과시키기 위한 소정의 지름(예를 들면 1㎜)의 축심 방향의 관통공이 형성되어 있다.
코일(116)은 페라이트 코어(115)의 축심 방향의 전체 길이에 걸쳐 권선될 수 있거나, 일부 길이에 걸쳐 권선될 수 있다. 코일(116)은 커패시터부(13)에 전기적으로 연결된다.
커패시터부(13)는 병렬로 연결된 복수의 커패시터를 포함할 수 있다. 프린트 기판 상의 각 커패시터는 서로 상이한 커패시턴스를 가질 수 있으며, 제조 공정 내에서 트리밍(trimming)될 수 있다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, ECR(Electrically Coupled Resonance) 방식의 스타일러스 펜(10b)은 전도성 팁(11b)과 공진 회로부(12)를 포함한다. 공진 회로부(12)는 인덕터부(14)와 커패시터부(13)를 포함한다. 인덕터부(14)는 페라이트 코어(115)와 페라이트 코어(115)의 외면에 권선된 코일(116)을 포함한다.
전도성 팁(11b)은 적어도 일부가 전도성 물질(예를 들어, 금속, 전도성 고무, 전도성 패브릭, 전도성 실리콘 등)로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
코일(116)은 페라이트 코어(115)의 축심 방향의 전체 길이에 걸쳐 권선될 수 있거나, 일부 길이에 걸쳐 권선될 수 있다. 코일(116)은 커패시터부(13)에 전기적으로 연결된다.
커패시터부(13)는 병렬로 연결된 복수의 커패시터를 포함할 수 있다. 프린트 기판 상의 각 커패시터는 서로 상이한 커패시턴스를 가질 수 있으며, 제조 공정 내에서 트리밍(trimming)될 수 있다.
이하에서는, 도 5에서 설명한 스타일러스 펜으로부터의 공진 신호를 사용하여 터치를 검출하는 방법에 대해 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 터치 디바이스의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 터치 모듈(즉, 터치 디바이스)(260)은 터치 센서(261) 및 터치 센서(261)를 제어하는 터치 컨트롤러(262)를 포함한다. 터치 컨트롤러(262)는 터치 센서(261)와 신호를 송수신하는 제1 구동/수신부(2620) 및 제2 구동/수신부(2622), 및 제어부(2624)를 포함할 수 있다.
터치 센서(261)는 제1 방향의 터치 좌표를 검출하기 위한 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 제1 방향과 교차하는 제2 방향의 터치 좌표를 검출하기 위한 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)은 제2 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있고, 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)은 제1 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 터치 센서(261) 내에서, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)은 제1 방향을 따라 배열될 수 있고, 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)은 제2 방향을 따라 배열될 수 있다.
제1 구동/수신부(2620)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 제2 구동/수신부(2622)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 감지 신호를 수신할 수 있다.
상기에서 터치 센서(261)가 상호 커패시턴스 방식으로 구현되는 것으로 설명하였으나, 터치 센서(261)는 셀프 커패시턴스 방식으로 구현될 수 있으며, 상호 커패시턴스 방식에서의 터치 전극들(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n), 제1 구동/수신부(2620), 및 제2 구동/수신부(2622)를 적절히 변형하거나, 새로운 컴포넌트를 추가하거나, 일부 구성요소를 생략하여 셀프 커패시턴스 방식에 적합하도록 수정하는 것은 통상의 기술자에게 용이할 것이다.
즉, 터치 센서(261)는 셀프 커패시턴스 방식의 터치 전극을 복수로 포함할 수 있으며, 이 경우, 터치 전극들은 도트(dot) 형태로 배열될 수도 있고, 상기에서 설명한 바와 같이 일 방향으로 연장된 형태로도 배열될 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하여 전극 및 트레이스에 대해 설명한다.
도 7은 일 실시예에 따른 터치 디바이스의 전극 및 트레이스의 배치 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
터치 센서는 터치 전극들(111, 121)과 더미 전극이 연결된 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 더미 전극(121D)이 터치 전극들(111, 121)과 동일한 층에 위치하고, 복수의 더미 전극(121D) 중 일부가 브릿지(121B)에 의해 서로 연결될 수 있다. 브릿지(121B)는 트레이스(112)를 통해 패드(113a, 113b)에 연결될 수 있다.
터치 컨트롤러(262)는 스타일러스 펜(10)을 공진시키기 위해 안테나(121A)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 구동 신호는, 공진 회로부(12)의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 신호(예를 들어, 사인파, 구형파 등)를 포함할 수 있으며, 소정 주파수를 갖는 교류 전압 또는 교류 전류일 수 있다. 이러한 구동 신호의 주파수와 크기는 제어부(2624)의 제어에 따라 변경될 수 있다. 구체적으로, 터치 컨트롤러(262)는 인접한 두 브릿지(121B) 중 하나에 구동 신호를 인가하고, 다른 하나를 접지시킬 수 있다.
터치 전극들(111, 121)은 터치 영역의 가장자리에 위치하는 주변 영역의 트레이스들(112, 122a, 122b)을 통해 패드들(113a, 113b)에 연결되어 있다. 제1 터치 전극들(111-1, 111-2, 111-3, ...)은 각각의 트레이스들(112)에 대응하여 연결되어 있고, 제2 터치 전극들(121-1, 121-2, 121-3, ...)은 각각의 트레이스들(122a, 122b)에 대응하여 연결되어 있다.
터치 전극들(111, 121)과 트레이스들(112, 122a, 122b)은 동일한 층으로 형성될 수 있다. 터치 전극들(111, 121)과 트레이스들(112, 122a, 122b)은 메탈 메시, 실버 나노 와이어와 같은 높은 투과율, 저 임피던스를 나타내는 도체 재료로 형성될 수 있다. 그러나, 터치 전극들(111, 121)과 트레이스들(112, 122a, 122b)은 상이한 층으로 위치할 수 있으며, ITO, 그래핀으로 제조될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
패드들(113a, 113b)은 터치 컨트롤러(262)에 접속되어 있으며, 터치 컨트롤러(262)의 신호(예컨대, 구동 신호)를 터치 전극들(111, 121)에 전달하고, 터치 전극들(111, 121)로부터의 신호(예컨대, 감지 신호)를 터치 컨트롤러(262)에 전달한다.
도 8은 일 실시예에 따른 터치 디바이스의 전극 및 트레이스의 배치 형태의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7과 마찬가지로, 터치 전극들(111, 121)은 터치 영역의 가장자리에 위치하는 주변 영역의 트레이스들(112, 122a, 122b)을 통해 패드들(113a, 113b)에 연결되어 있다.
하나의 터치 전극은 두 개의 신호 입력단을 가지며, 두 개의 신호 입력단은 두 개의 트레이스에 대응하여 연결되어 있다. 예를 들어, 제2 터치 전극(121-9)는 "U"자 형태의 전극으로서, 상측에 위치한 제1 신호 입력단(TE1)과 하측에 위치한 제2 신호 입력단(TE2)을 가진다.
두 개의 신호 입력단 중 하나는 스위치를 통해 접지에 연결되거나 또는 구동/수신부(2620)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 신호 입력단(TE1)은 구동/수신부(2620)에 연결되어 있고, 제2 신호 입력단(TE2)은 스위치(SW)에 연결되어 있다. 스위치(SW)는 제2 신호 입력단(TE2)을 접지 또는 구동/수신부(2620)에 연결시킨다.
터치 컨트롤러(262)는 스타일러스 펜(10)을 공진시키기 위해 하나의 신호 입력단을 접지에 연결시키고 구동 신호를 인가할 수 있다. 터치 컨트롤러(262)는 두 신호 입력단으로부터 동시에 감지 신호를 수신할 수 있다. 또한, 일반적인 핑거 터치를 위한 구동 시에는 터치 컨트롤러(262)는 두 신호 입력단에 동일한 위상의 구동 신호를 인가할 수도 있다.
상기에서 하나의 신호 입력단을 접지에 연결시키고 구동 신호를 인가하는 것으로 설명하였으나, 터치 컨트롤러(262)는 두 신호 입력단에 서로 반대 위상의 구동 신호를 인가할 수도 있다.
다음으로, 도 9를 참조하여 터치 스크린(20) 상에 스타일러스 펜(10a 또는 10b)이 위치한 경우, 터치 전극(111, 121)과 트레이스(112, 122a, 122b)에 유도되는 신호에 대해 설명한다.
도 9는 일 실시예에 따른 터치 디바이스 상에 스타일러스 펜이 위치한 경우를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 스타일러스 펜(10a, 10b)의 인덕터부(14)는 터치 스크린(20) 상에서, 제1 터치 전극들(111-5, 111-6) 사이, 제2 터치 전극들(121-8, 121-9) 사이에 위치한다.
스타일러스 펜(10a, 10b)은 안테나(121A) 또는 두 개의 신호 입력단을 갖는 터치 전극(111, 121)에 인가된 구동 신호에 의해 공진한다. 공진에 의해 인덕터부(14)의 코일에 흐르는 전류(Ir)가 흐른다. 이러한 전류(Ir)는 터치 전극들(111, 121)과 트레이스들(112, 122a, 122b)에 와전류(eddy current)를 야기한다. 이러한 와전류는 전류(Ir) 방향의 반대 방향으로 형성된다.
그러므로, 인덕터부(14)의 좌측(-X축 방향)에 위치한 제1 터치 전극들(111-4, 111-5)에는 -Y축 방향으로 전류(Ia1, Ia2)가 형성되고, 인덕터부(14)의 우측(+X축 방향)에 위치한 제1 터치 전극들(111-6, 111-7)에는 +Y축 방향으로 전류(Ia3, Ia4)가 형성된다. 즉, 제1 터치 전극들(111-1 내지 111-5)에 유도되는 전류의 방향과 제1 터치 전극들(111-6 내지 111-10)에 유도되는 전류의 방향이 서로 반대이다.
인덕터부(14)의 상측(+Y축 방향)에 위치한 제2 터치 전극들(121-7, 121-8)에는 -X축 방향으로 전류(Ib1, Ib2)가 형성되고, 인덕터부(14)의 하측(-Y축 방향)에 위치한 제2 터치 전극들(121-9, 121-10)에는 +X축 방향으로 전류(Ib3, Ib4)가 형성된다. 즉, 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-8)에 유도되는 전류의 방향과 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)에 유도되는 전류의 방향이 서로 반대이다.
인덕터부(14)의 좌측에 위치한 트레이스들(122a)에는 -Y축 방향으로 전류(Ic1, Ic2)가 형성되고, 인덕터부(14)의 우측에 위치한 트레이스들(122b)에는 +Y축 방향으로 전류(Ic3, Ic4)가 형성된다. 즉, 트레이스들(122a)에 유도되는 전류의 방향과 트레이스들(122b)에 유도되는 전류의 방향이 서로 반대이다.
또한, 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-8)에 유도되는 전류의 방향과 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-8)에 연결된 트레이스들(122a)에 유도되는 전류의 방향은 동일하다. 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)에 유도되는 전류의 방향과 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)에 연결된 트레이스들(122b)에 유도되는 전류의 방향은 서로 반대이다.
한 시점에서 전류의 방향을, 패드(113a, 113b)를 기준으로 살펴보면, 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-8)로부터 패드(113a)로 전류가 인입될 수 있다. 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)과 이에 연결된 트레이스들(122b)에 유도되는 전류의 크기에 따라 패드(113b)로부터 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)로 인출되거나, 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)로부터 패드(113b)로 전류가 인입될 수 있다. 다만, 도 9에서는 스타일러스 펜(10)의 인덕터부(14)가 트레이스들(122b)에 비해 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)에 더 가깝게 위치하므로, 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)로부터 패드(113b)에 전류가 인입될 수 있다.
이와는 별개로, 도 5의 (b)의 스타일러스 펜(10b)의 경우, 전기장 신호(E)를 터치 전극들(111, 121)에 출력하므로, 제1 터치 전극들(111-5, 111-6)과 제2 터치 전극들(121-8, 121-9)에 인가되는 전기장 신호(E)에 의한 감지 신호가 수신된다.
관련하여, 도 10을 참조하여 신호 측정 방법에 대해 설명한다.
도 10은 실시예들에 따른 터치 디바이스의 신호 측정 방법을 나타낸 그래프이다.
도 10은 서로 반대 방향의 전류가 유도되는 제2 터치 전극(121-8)의 전압 변화(V8)와 제2 터치 전극(121-9)의 전압 변화(V9)를 나타낸다.
제1 구동/수신부(2620)와 제2 구동/수신부(2622)는 전압 변화에 따른 감지 신호를 측정하기 위해, 구동 신호의 주파수에 대응하여 전압 변화를 샘플링한다. 적어도 하나의 샘플링 시점(I, Q, IB, QB)은, 구동 신호의 주파수와 관련되어 주기적으로 설정될 수 있는 임의의 타이밍일 수 있다. 예를 들어, I와 I 사이의 기간은 구동 신호의 반 주기와 동일하다.
감지 신호는 I 시점에서 측정한 전압 값과 IB 시점에서 측정한 전압 값의 차(ΔI) 및/또는 Q 시점에서 측정한 전압 값과 QB 시점에서 측정한 전압 값의 차(ΔQ)를 포함한다.
다음으로 도 11 및 도 12를 참조하여, 도 5의 (b)의 스타일러스 펜(10b)에 의한 감지 신호에 대해 설명한다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 스타일러스 펜에 의한 감지 신호를 나타낸 그래프이다.
도 11은 제1 터치 전극들(111-1 내지 111-10)로부터 수신한 감지 신호의 그래프이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1 터치 전극들(111-1 내지 111-5)과 제1 터치 전극들(111-6 내지 111-10) 사이의 전류 방향은 반대로 유도되므로, 이에 의해 측정된 감지 신호(AB1)는 제1 터치 전극(111-5)과 제1 터치 전극(111-6)에서 반대의 부호를 갖는다. 또한, 인덕터부(14)와 가까울수록 더 큰 전류가 유도될 것이므로, 제1 터치 전극(111-5)과 제1 터치 전극(111-6)에 유도된 전류의 크기는 다른 제1 터치 전극들(111-1 내지 111-4, 111-7 내지 111-10)에 유도된 전류의 크기보다 더 크다.
스타일러스 펜(10b)은 도전성 팁(11b)을 통해 전기장 신호(E)를 제1 터치 전극(111-5)과 제1 터치 전극(111-6)에 출력하므로, 이에 의한 감지 신호(AE1)가 수신된다.
제1 구동/수신부(2620)에 의해 수신되는 감지 신호(AC1)는 감지 신호(AB1)와 감지 신호(AE1)가 결합된 형태를 갖는다. 이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AC1)의 크기 차이가 최대인 두 제1 터치 전극(111-5, 111-6) 사이를 터치 지점으로 결정할 수 있고, 정확한 터치 지점은 보간 등을 사용하여 계산될 수 있다.
도 12는 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-16)로부터 수신한 감지 신호의 그래프이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-8)과 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16) 사이의 전류 방향은 반대로 유도되므로, 이에 의해 측정된 감지 신호(AB2)는 제2 터치 전극(121-8)과 제2 터치 전극(121-9)에서 반대의 부호를 갖는다. 또한, 인덕터부(14)와 가까울수록 더 큰 전류가 유도될 것이므로, 제2 터치 전극(121-8)과 제2 터치 전극(121-9)에 유도된 전류의 크기는 다른 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-7, 121-10 내지 121-16)에 유도된 전류의 크기보다 더 크다.
스타일러스 펜(10b)은 도전성 팁(11b)을 통해 전기장 신호(E)를 제2 터치 전극(121-8)과 제2 터치 전극(121-9)에 출력하므로, 이에 의한 감지 신호(AE2)가 수신된다.
제2 구동/수신부(2622)에 의해 수신되는 감지 신호(AC2)는 감지 신호(AB2)와 감지 신호(AE2)가 결합된 형태를 갖는다. 이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AC2)의 크기 차이가 최대인 두 제2 터치 전극(121-8, 121-9) 사이를 터치 지점으로 결정할 수 있고, 정확한 터치 지점은 보간 등을 사용하여 계산될 수 있다.
다음으로 도 13 및 도 14를 참조하여, 도 5의 (a)의 스타일러스 펜(10a)에 의한 감지 신호에 대해 설명한다.
도 13 및 도 14는 다른 실시예에 따른 스타일러스 펜에 의한 감지 신호를 나타낸 그래프이다.
도 13은 제1 터치 전극들(111-1 내지 111-10)로부터 수신한 감지 신호의 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제1 터치 전극들(111-1 내지 111-5)과 제1 터치 전극들(111-6 내지 111-10) 사이의 전류 방향은 반대로 유도되므로, 제1 구동/수신부(2620)에 의해 수신되는 감지 신호(AB3)는 제1 터치 전극(111-5)과 제1 터치 전극(111-6)에서 반대의 부호를 갖는다. 또한, 인덕터부(14)와 가까울수록 더 큰 전류가 유도될 것이므로, 제1 터치 전극(111-5)과 제1 터치 전극(111-6)에 유도된 전류의 크기는 다른 제1 터치 전극들(111-1 내지 111-4, 111-7 내지 111-10)에 유도된 전류의 크기보다 더 크다.
이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AB3)의 부호가 반대되면서 각각의 신호 크기가 큰 두 제1 터치 전극(111-5, 111-6) 사이를 터치 지점으로 결정할 수 있고, 정확한 터치 지점은 보간 등을 사용하여 계산될 수 있다. 이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AB3)를 미분하여 최댓값을 갖는 영역을 터치 지점으로 결정할 수 있다.
도 14는 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-16)로부터 수신한 감지 신호의 그래프이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-8)과 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16) 사이의 전류 방향은 반대로 유도되므로, 제2 구동/수신부(2622)에 의해 수신되는 감지 신호(AB4)는 제2 터치 전극(121-8)과 제2 터치 전극(121-9)에서 반대의 부호를 갖는다. 또한, 인덕터부(14)와 가까울수록 더 큰 전류가 유도될 것이므로, 제2 터치 전극(121-8)과 제2 터치 전극(121-9)에 유도된 전류의 크기는 다른 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-7, 121-10 내지 121-16)에 유도된 전류의 크기보다 더 크다.
이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AB4)의 부호가 반대되면서 각각의 신호 크기가 큰 두 제2 터치 전극(121-8, 121-9) 사이를 터치 지점으로 결정할 수 있고, 정확한 터치 지점은 보간 등을 사용하여 계산될 수 있다.
다음으로, 도 15를 참조하여 터치 스크린(20) 상에 스타일러스 펜(10a 또는 10b)이 위치한 경우, 터치 전극(111, 121)과 트레이스(112, 122a, 122b)에 유도되는 신호에 대해 설명한다.
도 15는 일 실시예에 따른 터치 디바이스 상에 스타일러스 펜이 위치한 경우를 나타낸 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 스타일러스 펜(10a, 10b)의 인덕터부(14)는 터치 스크린(20) 상에서, 제1 터치 전극들(111-2, 111-3) 사이, 제2 터치 전극들(121-2, 121-3) 사이에 위치한다.
스타일러스 펜(10a, 10b)은 안테나(121A) 또는 두 개의 신호 입력단을 갖는 터치 전극(111, 121)에 인가된 구동 신호에 의해 공진한다. 공진에 의해 인덕터부(14)의 코일에 흐르는 전류(Ir)가 흐른다. 이러한 전류(Ir)는 터치 전극들(111, 121)과 트레이스들(112, 122a, 122b)에 와전류(eddy current)를 야기한다. 이러한 와전류는 전류(Ir) 방향의 반대 방향으로 형성된다.
그러므로, 인덕터부(14)의 좌측(-X축 방향)에 위치한 제1 터치 전극들(111-1, 111-2)에는 -Y축 방향으로 전류(Ia1, Ia2)가 형성되고, 인덕터부(14)의 우측(+X축 방향)에 위치한 제1 터치 전극들(111-3, 111-4)에는 +Y축 방향으로 전류(Ia3, Ia4)가 형성된다. 즉, 제1 터치 전극들(111-1 및 111-2)에 유도되는 전류의 방향과 제1 터치 전극들(111-3 내지 111-10)에 유도되는 전류의 방향이 서로 반대이다.
인덕터부(14)의 상측(+Y축 방향)에 위치한 제2 터치 전극들(121-1, 121-2)에는 -X축 방향으로 전류(Ib1, Ib2)가 형성되고, 인덕터부(14)의 하측(-Y축 방향)에 위치한 제2 터치 전극들(121-3, 121-4, 121-9, 121-10)에는 +X축 방향으로 전류(Ib3, Ib4, Ib5, Ib6)가 형성된다. 즉, 제2 터치 전극들(121-1 및 121-2)에 유도되는 전류의 방향과 제2 터치 전극들(121-3 내지 121-16)에 유도되는 전류의 방향이 서로 반대이다.
인덕터부(14)의 좌측에 위치한 트레이스들(122a)에는 -Y축 방향으로 전류(Ic1 내지 Ic4)가 형성되고, 인덕터부(14)의 우측에 위치한 트레이스들(122b)에는 +Y축 방향으로 전류(Ic5, Ic6)가 형성된다. 즉, 트레이스들(122a)에 유도되는 전류의 방향과 트레이스들(122b)에 유도되는 전류의 방향이 서로 반대이다.
또한, 제2 터치 전극들(121-1 및 121-2)에 유도되는 전류의 방향과 제2 터치 전극들(121-1 및 121-2)에 연결된 트레이스들(122a)에 유도되는 전류의 방향은 동일하다. 제2 터치 전극들(121-3 내지 121-8)에 유도되는 전류의 방향과 제2 터치 전극들(121-3 내지 121-8)에 연결된 트레이스들(122a)에 유도되는 전류의 방향은 서로 반대이다. 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)에 유도되는 전류의 방향과 제2 터치 전극들(121-9 내지 121-16)에 연결된 트레이스들(122b)에 유도되는 전류의 방향은 서로 반대이다.
한 시점에서 전류의 방향을, 패드(113a, 113b)를 기준으로 살펴보면, 제2 터치 전극들(121-1 및 121-2)로부터 패드(113a)로 전류가 인입될 수 있다. 제2 터치 전극들(121-3 내지 121-16)과 이에 연결된 트레이스들(122a, 122b)에 유도되는 전류의 크기에 따라 패드(113a, 113b)로부터 제2 터치 전극들(121-3 내지 121-16)로 인출되거나, 제2 터치 전극들(121-3 내지 121-16)로부터 패드(113a, 113b)로 전류가 인입될 수 있다.
이와는 별개로, 도 5의 (b)의 스타일러스 펜(10b)의 경우, 전기장 신호(E)를 터치 전극들(111, 121)에 출력하므로, 제1 터치 전극들(111-2, 111-3)과 제2 터치 전극들(121-2, 121-3)에 인가되는 전기장 신호(E)에 의한 감지 신호가 수신된다.
다음으로 도 16 및 도 17을 참조하여, 도 5의 (b)의 스타일러스 펜(10b)에 의한 감지 신호에 대해 설명한다.
도 16 및 도 17은 일 실시예에 따른 스타일러스 펜에 의한 감지 신호를 나타낸 그래프이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제1 터치 전극들(111-1 및 111-2)과 제1 터치 전극들(111-3 내지 111-10) 사이의 전류 방향은 반대로 유도되므로, 이에 의해 측정된 감지 신호(AB5)는 제1 터치 전극(111-2)과 제1 터치 전극(111-3)에서 반대의 부호를 갖는다. 또한, 인덕터부(14)와 가까울수록 더 큰 전류가 유도될 것이므로, 제1 터치 전극(111-2)과 제1 터치 전극(111-3)에 유도된 전류의 크기는 다른 제1 터치 전극들(111-1, 111-4 내지 111-10)에 유도된 전류의 크기보다 더 크다.
스타일러스 펜(10b)은 도전성 팁(11b)을 통해 전기장 신호(E)를 제1 터치 전극(111-2)과 제1 터치 전극(111-3)에 출력하므로, 이에 의한 감지 신호(AE5)가 수신된다.
제1 구동/수신부(2620)에 의해 수신되는 감지 신호(AC5)는 감지 신호(AB5)와 감지 신호(AE5)가 결합된 형태를 갖는다. 이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AC5)의 크기 차이가 최대인 두 제1 터치 전극(111-2, 111-3) 사이를 터치 지점으로 결정할 수 있고, 정확한 터치 지점은 보간 등을 사용하여 계산될 수 있다.
도 17은 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-16)로부터 수신한 감지 신호의 그래프이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제2 터치 전극들(121-1 및 121-2)과 제2 터치 전극들(121-3 내지 121-16) 사이의 전류 방향은 반대로 유도되므로, 이에 의해 측정된 감지 신호(AB6)는 제2 터치 전극(121-2)과 제2 터치 전극(121-3)에서 반대의 부호를 갖는다. 또한, 인덕터부(14)와 가까울수록 더 큰 전류가 유도될 것이므로, 제2 터치 전극(121-2)과 제2 터치 전극(121-3)에 유도된 전류의 크기는 다른 제2 터치 전극들(121-1, 121-4 내지 121-16)에 유도된 전류의 크기보다 더 크다.
스타일러스 펜(10b)은 도전성 팁(11b)을 통해 전기장 신호(E)를 제2 터치 전극(121-2)과 제2 터치 전극(121-3)에 출력하므로, 이에 의한 감지 신호(AE6)가 수신된다.
제2 구동/수신부(2622)에 의해 수신되는 감지 신호(AC6)는 감지 신호(AB6)와 감지 신호(AE6)가 결합된 형태를 갖는다. 이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AC6)의 크기 차이가 최대인 두 제2 터치 전극(121-2, 121-3) 사이를 터치 지점으로 결정할 수 있고, 정확한 터치 지점은 보간 등을 사용하여 계산될 수 있다.
다음으로 도 18 및 도 19를 참조하여, 도 5의 (a)의 스타일러스 펜(10a)에 의한 감지 신호에 대해 설명한다.
도 18 및 도 19는 다른 실시예에 따른 스타일러스 펜에 의한 감지 신호를 나타낸 그래프이다.
도 18은 제1 터치 전극들(111-1 내지 111-10)로부터 수신한 감지 신호의 그래프이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 제1 터치 전극들(111-1 및 111-2)과 제1 터치 전극들(111-3 내지 111-10) 사이의 전류 방향은 반대로 유도되므로, 제1 구동/수신부(2620)에 의해 수신되는 감지 신호(AB7)는 제1 터치 전극(111-2)과 제1 터치 전극(111-3)에서 반대의 부호를 갖는다. 또한, 인덕터부(14)와 가까울수록 더 큰 전류가 유도될 것이므로, 제1 터치 전극(111-2)과 제1 터치 전극(111-3)에 유도된 전류의 크기는 다른 제1 터치 전극들(111-1, 111-4 내지 111-10)에 유도된 전류의 크기보다 더 크다.
이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AB7)의 부호가 반대되면서 각각의 신호 크기가 큰 두 제1 터치 전극(111-2, 111-3) 사이를 터치 지점으로 결정할 수 있고, 정확한 터치 지점은 보간 등을 사용하여 계산될 수 있다.
도 19는 제2 터치 전극들(121-1 내지 121-16)로부터 수신한 감지 신호의 그래프이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제2 터치 전극들(121-1 및 121-2)과 제2 터치 전극들(121-3 내지 121-16) 사이의 전류 방향은 반대로 유도되므로, 제2 구동/수신부(2622)에 의해 수신되는 감지 신호(AB8)는 제2 터치 전극(121-2)과 제2 터치 전극(121-3)에서 반대의 부호를 갖는다. 또한, 인덕터부(14)와 가까울수록 더 큰 전류가 유도될 것이므로, 제2 터치 전극(121-2)과 제2 터치 전극(121-3)에 유도된 전류의 크기는 다른 제2 터치 전극들(121-1, 121-4내지 121-16)에 유도된 전류의 크기보다 더 크다.
이 경우 제어부(2624)는 감지 신호(AB8)의 부호가 반대되면서 각각의 신호 크기가 큰 두 제2 터치 전극(121-2, 121-3) 사이를 터치 지점으로 결정할 수 있고, 정확한 터치 지점은 보간 등을 사용하여 계산될 수 있다.
다음으로 도 20을 참조하여, 도 2의 (c)의 터치 스크린(20c)를 갖는 전자 디바이스(2)에 대해 설명한다.
도 20은 전자 디바이스를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 20의 전자 디바이스는 도 4의 전자 디바이스에 비해, 루프 코일(264)과 루프 코일(264)에 구동 신호를 인가하는 코일 드라이버(263)를 더 포함한다.
루프 코일(264)은 터치 스크린(20)의 근방에 배치될 수 있거나, 전자 디바이스(2) 내의 임의의 위치에 배치될 수도 있다. 루프 코일(264)은 RFID, NFC와 같은 근거리 통신 모듈(212)의 안테나로도 구성될 수 있다. 구동 신호는 소정 주파수를 갖는 교류 전압 또는 교류 전류를 포함한다.
도 21은 일 실시예에 따른 터치 디바이스의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 21의 터치 디바이스는 도 6의 터치 디바이스에 비해, 루프 코일(264), 루프 코일(264)을 구동하는 코일 드라이버(263)를 더 포함한다.
코일 드라이버(263)는 루프 코일(264)에 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는, 공진 회로부(12)의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 신호(예를 들어, 사인파, 구형파 등)를 포함할 수 있으며, 소정 주파수를 갖는 교류 전압 또는 교류 전류일 수 있다. 이러한 구동 신호의 주파수와 크기는 제어부(2624)의 제어에 따라 변경될 수 있다.
스타일러스 펜(10a, 10b)은 루프 코일(264)에 인가된 구동 신호에 의해 공진한다. 공진에 의해 인덕터부(14)의 코일에 흐르는 전류(Ir)가 흐른다.
도 22는 다른 실시예에 따른 터치 디바이스의 전극 및 트레이스의 배치 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
터치 센서 내의 터치 전극들(111, 121)은 터치 영역의 가장자리에 위치하는 주변 영역의 트레이스들(112, 122a, 122b)을 통해 패드들(113a, 113b)에 연결되어 있다. 제1 터치 전극들(111-1, 111-2, 111-3, ...)은 각각의 트레이스들(112)에 대응하여 연결되어 있고, 제2 터치 전극들(121-1, 121-2, 121-3, ...)은 각각의 트레이스들(122a, 122b)에 대응하여 연결되어 있다.
터치 전극들(111, 121)과 트레이스들(112, 122a, 122b)은 동일한 층으로 형성될 수 있다. 터치 전극들(111, 121)과 트레이스들(112, 122a, 122b)은 메탈 메시, 실버 나노 와이어와 같은 높은 투과율, 저 임피던스를 나타내는 도체 재료로 형성될 수 있다. 그러나, 터치 전극들(111, 121)과 트레이스들(112, 122a, 122b)은 상이한 층으로 위치할 수 있으며, ITO, 그래핀으로 제조될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
패드들(113a, 113b)은 터치 컨트롤러(262)에 접속되어 있으며, 터치 컨트롤러(262)의 신호(예컨대, 구동 신호)를 터치 전극들(111, 121)에 전달하고, 터치 전극들(111, 121)로부터의 신호(예컨대, 감지 신호)를 터치 컨트롤러(262)에 전달한다.
도 23은 터치 모듈 및 호스트를 나타내는 블록도이고, 도 24는 터치 모듈로부터 호스트에 제공되는 터치 데이터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 23을 참조하면, 호스트(270)는 터치 모듈(260)에 포함된 터치 컨트롤러(262)에 터치 데이터를 제공받을 수 있다. 예를 들어, 호스트(270)는 모바일 SoC(System-on-Chip), 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor), 미디어 프로세서(Media Processor), 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), 또는 이와 유사한 장치일 수 있다.
터치 모듈(260)은 1 프레임이 종료된 후에, 1 프레임 동안 입력된 터치에 관한 정보를 터치 데이터로 생성하여 호스트(270)에 전달할 수 있다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 터치 데이터(600)는 터치 모듈(260)로부터 호스트(270)로 전달될 수 있고, 터치 카운트 필드(610) 및 적어도 하나의 터치 엔티티 필드(612, 614)를 포함할 수 있다. 이외에도 터치 데이터(600)에는 스타일러스 펜(10)으로부터의 센서 입력 데이터, 공진 신호 변경을 나타내는 데이터 등이 더 포함될 수 있다.
터치 카운트 필드(610)에는 1 프레임 구간 동안 입력된 터치의 개수를 나타내는 값이 기입될 수 있다. 터치 엔티티 필드(612, 614)는 각각의 터치 입력에 대한 정보를 나타내는 필드를 포함한다. 예를 들어, 터치 엔티티 필드(612, 614)는 플래그 필드(620), X축 좌표 필드(621), Y축 좌표 필드(622), Z 값 필드(623), 면적 필드(624), 터치 액션 필드(625)를 포함한다.
터치 엔티티 필드(612, 614)의 개수는 터치 카운트 필드(610)에 기입된 값과 동일할 수 있다.
플래그 필드(620)에는 터치 객체를 나타내는 값이 기입될 수 있다. 예를 들어, 손가락, 손바닥, 및 스타일러스 펜은 서로 상이한 값으로 플래그 필드(620)에 기입될 수 있다. X축 좌표 필드(621)와 Y축 좌표 필드(622)에는 계산된 터치 좌표를 나타내는 값이 기입될 수 있다. Z 값 필드(623)에는 감지 신호의 신호 세기에 대응되는 값이 기입될 수 있다. 면적 필드(624)에는 터치된 영역의 면적에 대응되는 값이 기입될 수 있다.
실시예들에 따르면, 터치 데이터(600)를 전달 받은 호스트(270)는 면적 필드(624)의 값을 사용하여, 터치 면적이 임계치보다 크면 터치 객체가 손가락인 것으로 결정하고, 터치 면적이 임계치 이하이면 터치 객체가 스타일러스 펜(10)인 것으로 결정한다.
실시예들에 따르면, 터치 데이터(600)를 전달 받은 호스트(270)는 플래그 필드(620)의 값을 사용하여, 터치 객체가 손가락인지 또는 스타일러스 펜(10)인지를 식별할 수도 있다.
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본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 디바이스) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(Storage medium)(예: 내장 메모리 또는 외장 메모리)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 디바이스)의 프로세서(예: 프로세서)는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(Signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어??)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (22)

  1. 공진 회로를 포함하는 스타일러스의 위치를 검출하는 터치 디바이스로서,
    표시 패널,
    상기 표시 패널 위에 위치하는 윈도우,
    상기 표시 패널과 상기 윈도우 사이의 복수의 전극, 그리고
    상기 복수의 전극으로부터 감지 신호를 수신하여 상기 윈도우에 근접한 상기 스타일러스의 위치를 결정하는 터치 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 복수의 전극은 상기 공진 회로에 의해 상기 복수의 전극에 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 전극들을 포함하는,
    터치 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 중 일부는 터치 영역에 위치하고,
    상기 터치 디바이스는,
    상기 터치 영역의 가장자리에 위치하고 상기 복수의 전극에 대응하여 연결되어 있는 복수의 트레이스를 더 포함하고,
    상기 복수의 트레이스는 상기 공진 회로에 의해 상기 복수의 트레이스에 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 트레이스들을 포함하는,
    터치 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 대응하여 연결된 트레이스와 동일한 방향의 전류가 유도되는,
    터치 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 대응하여 연결된 트레이스와 상이한 방향의 전류가 유도되는,
    터치 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극을 포함하고,
    상기 복수의 트레이스는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 있고, 상기 복수의 제1 전극 중 일부의 제1 전극의 일단에 연결된 제1 트레이스들과 상기 복수의 제1 전극의 다른 일부의 제1 전극의 타단에 연결된 제2 트레이스들을 포함하는,
    터치 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 전극들 사이를 상기 스타일러스의 위치로 결정하는,
    터치 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 유도된 전류의 크기 차이가 최대인 전극들 사이를 상기 스타일러스의 위치로 결정하는,
    터치 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극과 동일한 층에 형성된 복수의 더미 전극 및 상기 복수의 더미 전극을 서로 연결하는 복수의 브릿지를 포함하는 안테나를 더 포함하고,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 안테나에 구동 신호를 인가하여 상기 공진 회로를 감지시키는 자기 신호를 출력하는,
    터치 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 각각은 두 개의 신호 입력단을 포함하고,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 두 개의 신호 입력단 중 하나는 접지하고, 다른 하나에는 구동 신호를 인가하여 상기 공진 회로를 감지시키는 자기 신호를 출력하는,
    터치 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 각각은 두 개의 신호 입력단을 포함하고,
    상기 터치 컨트롤러는 상기 두 개의 신호 입력단에 서로 반대 위상의 구동 신호를 인가하여 상기 공진 회로를 감지시키는 자기 신호를 출력하는,
    터치 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극과 상이한 층에 형성된 자기장 차폐층을 더 포함하는,
    터치 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 표시 패널은 폴딩축을 기준으로 구부러지는 폴딩 영역과 상기 폴딩 영역에 의해 이격되어 있는 비폴딩 영역을 갖고,
    상기 자기장 차폐층은 상기 폴딩 영역 및 상기 비폴딩 영역 모두에 대응하여 위치하는,
    터치 디바이스.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 표시 패널은 폴딩축을 기준으로 구부러지는 폴딩 영역과 상기 폴딩 영역에 의해 이격되어 있는 비폴딩 영역을 갖고,
    상기 자기장 차폐층은 상기 비폴딩 영역에 대응하여 이격되어 위치하는,
    터치 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 메탈 메시(metal mesh)로 형성된,
    터치 디바이스.
  15. 공진 회로를 포함하는 스타일러스의 위치를 검출하는 터치 디바이스의 구동 방법으로서,
    복수의 전극에 구동 신호를 출력하는 단계,
    상기 복수의 전극으로부터 감지 신호를 수신하는 단계 - 상기 감지 신호는 상기 공진 회로에 의해 상기 복수의 전극에 서로 반대 방향으로 유도된 전류를 포함함 - , 그리고
    상기 감지 신호로부터 상기 스타일러스의 위치를 결정하는 단계
    를 포함하는 터치 디바이스의 구동 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 전극 중 일부는 터치 영역에 위치하고,
    상기 터치 디바이스는 상기 터치 영역의 가장자리에 위치하고 상기 복수의 전극에 대응하여 연결되어 있는 복수의 트레이스를 더 포함하고,
    상기 감지 신호는 상기 공진 회로에 의해 상기 복수의 트레이스에 서로 반대 방향으로 유도된 전류를 포함하는,
    터치 디바이스의 구동 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 대응하여 연결된 트레이스와 동일한 방향의 전류가 유도되는,
    터치 디바이스의 구동 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 대응하여 연결된 트레이스와 상이한 방향의 전류가 유도되는,
    터치 디바이스의 구동 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 스타일러스의 위치를 결정하는 단계는,
    상기 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 전극들 사이를 상기 스타일러스의 위치로 결정하는 단계를 포함하는,
    터치 디바이스의 구동 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 스타일러스의 위치를 결정하는 단계는,
    상기 유도된 전류의 크기 차이가 최대인 전극들 사이를 상기 스타일러스의 위치로 결정하는 단계를 포함하는,
    터치 디바이스의 구동 방법.
  21. 공진 회로를 포함하는 스타일러스, 그리고
    복수의 전극으로부터 감지 신호를 수신하여 상기 스타일러스의 위치를 결정하는 터치 센서
    를 포함하고,
    상기 복수의 전극은 상기 공진 회로에 의해 상기 복수의 전극에 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 전극들을 포함하는,
    터치 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 전극 중 일부는 터치 영역에 위치하고,
    상기 터치 센서는 상기 터치 영역의 가장자리에 위치하고 상기 복수의 전극에 대응하여 연결되어 있는 복수의 트레이스를 더 포함하고,
    상기 복수의 트레이스는 상기 공진 회로에 의해 상기 복수의 트레이스에 유도된 전류의 방향이 서로 반대인 트레이스들을 포함하는,
    터치 시스템.
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