KR20230082923A - 터치 입력 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 위치를 검출하고, 스타일러스 펜을 구동시키며, 스타일러스 펜의 위치를 검출할 수 있는 다기능의 터치 입력 장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는,센서부 및 제어부를 포함하고, 상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성되고 일 단들이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되며, 일 단들은 전기적으로 플로팅되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함하고, 상기 제1 패턴은 상기 제1 방향을 따라 배열된 제1a 패턴과 제1b 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 방향을 따라 배열된 제2a 패턴과 제2b 패턴을 포함한다.

Description

터치 입력 장치{TOUCH INPUT DEVICE}

본 발명은 터치 위치를 검출하고, 스타일러스 펜을 구동시키며, 스타일러스 펜의 위치를 검출할 수 있는 다기능의 터치 입력 장치에 관한 것이다.

컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린을 갖는 터치 입력 장치의 이용이 증가하고 있다. 또한, 최근에는 상기 터치 입력 장치의 조작 시, 스타일러스 펜을 추가적으로 더 이용할 수 있다.

도 1은 종래의 터치 입력 장치 내의 플렉서블 디스플레이 패널 상에서 스타일러스 펜(10)의 위치에 따라 CVA(Capacitance to Voltage Amplifier)의 출력전압(Vout)이 달라지는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 플렉서블 디스플레이 패널 상의 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력이 다르게 나오는 원인은, 감지 라인 상에서 펜(10)을 중심으로 한 양쪽의 임피던스(impedance) 비율이 달라짐에 있다.

종래의 플렉서블 디스플레이 패널의 장축 기준으로, 메탈 메쉬(Metal Mesh) 터치 센서의 저항(R)은 대략 1.2k (ohm)이고, 커패시터(C)는 대략 250pF이다.

10개의 분산 모델(distributed model) 기준으로, 구동주파수 300kHz에서는 커패시터(capacitor)의 임피던스(impedance)가 저항보다 대략 200배(120 (ohm) vs. 1/(2π*300k*25pF) = 21k (ohm)) 더 크다. 따라서, 커패시터(capacitor)가 주요한 원인이다.

도 2는 도 1에서 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력전압(Vout1, Vout2)이 다르다는 것을 전류 센싱(current sensing)을 통해 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1에서 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력전압(Vout1, Vout2)이 다르다는 것을 전압 센싱(voltage sensing)을 통해 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 감지 라인 상에서 펜(10)의 위치에 따라, CVA의 출력전압이 다르다. 즉, 감지 회로부(50) 측에 펜(10)이 가까울수록 CVA의 출력전압이 크고, 감지 회로부(50) 측으로부터 멀어질수록 CVA의 출력전압이 작아진다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 터치 위치를 검출하고, 스타일러스 펜을 구동시키며, 스타일러스 펜의 위치를 검출할 수 있는 다기능의 터치 입력 장치를 제공한다.

또한, 터치 입력 장치의 화면이 태블릿PC의 화면의 크기로 확대되는 경우에, 터치 구동 신호와 펜 구동 신호의 동작 주파수 대역폭(bandwidth)을 넓힐 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.

또한, 터치 입력 장치의 화면이 태블릿PC의 화면의 크기로 확대되는 경우에, 펜 감지 신호의 감쇠를 완화시킬 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 센서부 및 제어부를 포함하고, 상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성되고 일 단들이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되며, 일 단들은 전기적으로 플로팅되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함하고, 상기 제1 패턴은 상기 제1 방향을 따라 배열된 제1a 패턴과 제1b 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 방향을 따라 배열된 제2a 패턴과 제2b 패턴을 포함한다.

여기서, 상기 다수의 제2 패턴의 다수의 제2a 패턴들의 타 단들은 서로 전기적으로 연결되고, 일 단들은 상기 제2 방향으로 서로 인접한 2개씩 전기적으로 연결되어 상기 제어부와 전기적으로 연결되고, 상기 다수의 제2 패턴의 다수의 제2b 패턴들의 타 단들은 서로 전기적으로 연결되고, 일 단들은 상기 제2 방향으로 서로 인접한 2개씩 전기적으로 연결되어 상기 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 센서부를 객체의 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동/센싱 모드, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 안테나 구동 모드 및 상기 스타일러스 펜의 터치 위치를 센싱하기 위한 스타일러스 센싱 모드 중 어느 하나로 동작되도록 제어하되, 상기 터치 구동/센싱 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴으로 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제3 패턴을 통해 터치 감지 신호를 수신하고, 상기 안테나 구동 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제2 패턴으로 상기 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하고, 상기 스타일러스 센싱 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴과 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 센서부 및 제어부를 포함하고, 상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치되고 일 단들이 상기 제어부와 전기적으로 연결되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되며, 일 단들은 전기적으로 플로팅되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함한다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 센서부를 객체의 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동/센싱 모드, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 안테나 구동 모드 및 상기 스타일러스 펜의 터치 위치를 센싱하기 위한 스타일러스 센싱 모드 중 어느 하나로 동작되도록 제어하되, 상기 터치 구동/센싱 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴으로 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제3 패턴을 통해 터치 감지 신호를 수신하고, 상기 안테나 구동 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제2 패턴으로 상기 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하고, 상기 스타일러스 센싱 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제2 패턴과 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 센서부 및 제어부를 포함하고, 상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치되고, 일 단들은 전기적으로 플로팅되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되고 일 단들은 상기 제어부와 전기적으로 연결되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함한다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 센서부를 객체의 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동/센싱 모드, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 안테나 구동 모드 및 상기 스타일러스 펜의 터치 위치를 센싱하기 위한 스타일러스 센싱 모드 중 어느 하나로 동작되도록 제어하되, 상기 터치 구동/센싱 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴으로 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제3 패턴을 통해 터치 감지 신호를 수신하고, 상기 안테나 구동 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제4 패턴으로 상기 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하고, 상기 스타일러스 센싱 모드에서 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴과 상기 다수의 제4 패턴을 통해 상기 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치를 사용하면, 터치 위치를 검출하고, 스타일러스 펜을 구동시키며, 스타일러스 펜의 위치를 검출할 수 있는 이점이 있다.

또한, 터치 입력 장치의 화면이 태블릿PC의 화면의 크기로 확대되는 경우에, 터치 구동 신호와 펜 구동 신호의 동작 주파수 대역폭(bandwidth)을 넓힐 수 있는 이점이 있다.

또한, 터치 입력 장치의 화면이 태블릿PC의 화면의 크기로 확대되는 경우에, 펜 감지 신호의 감쇠를 완화시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 터치 입력 장치 내의 플렉서블 디스플레이 패널 상에서 스타일러스 펜(10)의 위치에 따라 CVA(Capacitor Voltage Amplitude)의 출력전압(Vout)이 달라지는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에서 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력전압(Vout1, Vout2)이 다르다는 것을 전류 센싱(current sensing)을 통해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에서 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력전압(Vout1, Vout2)이 다르다는 것을 전압 센싱(voltage sensing)을 통해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100)의 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 센서부(100)의 일 예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 6은 도 4에 도시된 센서부(100)의 다른 일 예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100')의 개략적인 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시된 센서부(100')의 일 예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 9는 도 7에 도시된 센서부(100')의 다른 일 예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 10은 도 7에 도시된 센서부(100')의 또 다른 일 예를 개략적으로 도시한 구성도이다.도 11은 도 7에 도시된 센서부(100')의 또 다른 일 예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 12는 도 8에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 도면이다.
도 13은 도 12의 제어부(300)가 도 12에 도시된 다수의 제2 패턴(102A)들에 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14의 (a) 내지 (f)는 도 12의 터치 입력 장치가 스타일러스 센싱 모드의 동작 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 도 9에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 도면이다.
도 16은 도 10에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 도면이다.
도 17은 도 11에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 도면이다.
도 18은 도 4 또는 도 7에 도시된 센서부(100, 100')의 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 형태에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 형태로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 형태 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 문서의 다양한 실시 형태들에 따른 터치 입력 장치는, 전자 디바이스로서, 통상의 스마트폰과 같은 터치 입력 장치일 수도 있고, 통상의 스마트폰의 화면보다 상대적으로 더 큰 직사각형의 화면을 가지며, 대각 길이가 대략 10인치 이상 13인치 사이의 터치 입력 장치일 수 있다. 예를 들면, 폴더식 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 차량용 디스플레이 장치, 전자책 리더기(e-book reader), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 터치 입력 장치는, 화면 상에 위치한 손가락과 같은 객체의 위치를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 스타일러스 펜을 구동하기 위한 구동 신호를 출력하고, 스타일러스 펜으로부터 방출되는 신호를 감지하여 화면 상에 위치한 스타일러스 펜의 위치를 검출할 수 있다.

이하에서는 여러 실시 형태들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100)의 개략적인 구성도이다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 포트레이트(portrait) 타입의 터치 입력 장치이다. 이러한 포트레이트 타입의 터치 입력 장치는 폭이 높이보다 작고, 센서부(100)를 제어하는 제어부(미도시)가 센서부(100)의 아래에 배치된다. 예를 들어, 스마트폰의 형상에 대응된다.

센서부(100)는 화면 상에 위치한 손가락과 같은 객체의 위치를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 화면 상에 위치한 스타일러스 펜을 구동시킬 수 있으며, 스타일러스 펜으로부터 방출되는 신호를 감지하여 화면 상에 위치한 스타일러스 펜의 위치를 검출할 수 있다.

센서부(100)는 다수의 패턴(또는 다수의 전극)을 포함한다.

센서부(100)는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)을 포함할 수 있다.

제1 패턴(101)은 임의의 제1 방향(y)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제1 방향은 터치 입력 장치의 화면의 장축 방향일 수 있다. 제1 패턴(101)은, ATX(Active TX)로도 명명될 수 있다.

제2 패턴(102)은 제1 방향(y)을 따라 연장된 형상을 가지며, 제1 패턴(101)에 인접하여 배치되고, 제1 패턴(101)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제2 패턴(102)은, DTX(Dummy TX)로도 명명될 수 있다.

제3 패턴(103)은 제1 방향과 다른 제2 방향(x)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제2 방향(x)은 제1 방향(y)과 수직한 방향일 수 있으며, 터치 입력 장치의 화면의 단축 방향일 수 있다. 제3 패턴(103)은, ARX(Active RX)로도 명명될 수 있다.

제4 패턴(104)은 제2 방향(x)을 따라 연장된 형상을 가지며, 제3 패턴(103)에 인접하여 배치되고, 제3 패턴(103)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제4 패턴(104)은, DRX(dummy RX)로도 명명될 수 있다.

제3 및 제4 패턴(103, 104)은 제1 및 제2 패턴(101, 102) 상에 배치되고, 제1 및 제2 패턴(101, 102)와 소정 간격 떨어져 배치된다. 한편, 제1 내지 제4 패턴이 동일층에 배치된 센서부는 도 15에서 상세히 설명한다.

다수의 제1 패턴(101)들은 제2 방향(x)을 따라 배열되고, 다수의 제2 패턴(102)들도 제2 방향(x)을 따라 배열된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 제1 방향(y)을 따라 배열되고, 다수의 제4 패턴(104)들도 제1 방향(y)을 따라 배열된다.

제1 패턴(101)이 제1 방향(y)을 따라 연장되고 제3 패턴(103)이 제2 방향(x)을 따라 연장되고, 제1 방향(y)이 제2 방향(x)보다 더 길기 때문에, 다수의 제1 패턴(101)들의 개수는 다수의 제3 패턴(103)들의 개수보다 적다. 따라서, 다수의 제1 패턴(101)들의 채널(Channel) 수는 다수의 제3 패턴(103)들의 채널 수보다 적다.

여기서, 다수의 제1 패턴(101)들의 개수와 다수의 제3 패턴(103)들의 개수는 터치 입력 장치의 화면의 크기에 따라 증가될 수도 있고, 감소할 수도 있다.

다수의 제2 패턴(102)들은 다수의 제1 패턴(101)들과 동일한 개수로 구성될 수 있다. 다수의 제2 패턴(102)들 각각의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 여기서, 전도성 패턴은 메탈 메쉬(Metal Mesh) 또는 실버 트레이스(Silver Trace)일 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 제2 패턴(102)들 중 서로 인접한 둘 이상의 제2 패턴(102)의 일 단들이 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 다수의 제2 패턴(102)들의 채널 수가 다수의 제1 패턴(101)들의 채널 수의 절반으로 줄어들 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 제2 패턴(102)의 일 단들 각각이 개별적으로 하나의 전도성 패턴에 연결될 수도 있다.

다시, 도 4를 참조하면, 다수의 제3 패턴(103)들이 제1 방향(y)을 따라 배열되므로 다수의 제3 패턴(103)들의 개수는 다수의 제1 패턴(101)들의 개수보다 많다. 따라서, 다수의 제3 패턴(103)들의 채널 수는 다수의 제1 패턴(101)들의 채널 수보다 많다.

다수의 제4 패턴(104)들은 다수의 제3 패턴(103)들과 동일한 개수로 구성될 수 있다. 다수의 제4 패턴(104)들 각각의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다.

이러한 도 4에 도시된 터치 입력 장치의 센서부(100)에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제3 패턴(103)들은 기본적으로 손가락과 같은 객체의 터치를 센싱한다. 이를 위해, 다수의 제1 패턴(101)들은 터치 구동 신호가 인가되는 터치 구동 전극으로 동작하고, 다수의 제3 패턴(103)들은 터치 감지 신호가 수신되는 터치 감지 전극(또는 터치 수신 전극)으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로도 동작할 수 있다.

도 4에 도시된 터치 입력 장치의 센서부(100)가 스타일러스 펜을 구동(driving)하고 센싱(sensing)하기 위해, 다수의 제1 내지 제4 패턴들(101, 102, 103, 104)이 다양한 조합으로서 이용될 수 있다. 다양한 조합은 아래 <표 1>과 같다. 아래 <표 1>에서, '1'은 다수의 제1 패턴(101)을, '2'는 다수의 제2 패턴(102)을, '3은 다수의 제3 패턴(103)을, '4'는 다수의 제4 패턴(104)을 지칭한다.

위 <표 1>을 참조하면, 여러 조합들(No.1 내지 No.32)에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제3 패턴(103)들은 손가락과 같은 객체의 터치를 센싱한다. 구체적으로, 다수의 제1 패턴(101)들은 터치 구동 전극으로서 동작하고, 다수의 제3 패턴(103)들은 터치 수신 전극으로서 동작한다.

다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)들 중 하나 또는 둘은 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로 동작할 수 있다. 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104) 중 하나 또는 둘의 패턴을 이용하여 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 전류 루프를 형성할 수 있다. X축 구동은 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제2 패턴(102)들 중 어느 하나를, Y축 구동은 다수의 제3 패턴(103)들과 다수의 제4 패턴(104)들 중 어느 하나일 수 있다. 스타일러스 펜의 구동은 X축 구동과 Y축 구동 중 어느 하나로도 가능하고, 둘 다로도 가능하다.

다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)들 중 둘은 스타일러스 펜으로부터 방출되는 스타일러스 펜 신호를 센싱하는 센싱 전극으로 동작할 수 있다. 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위해서는 X축 센싱과 Y축 센싱이 함께 필요하므로, 다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)들 중 두 개의 패턴들을 이용한다. X축 센싱은 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제2 패턴(102)들 중 어느 하나일 수 있고, Y축 센싱은 다수의 제3 패턴(103)들과 다수의 제4 패턴(104)들 중 어느 하나일 수 있다.

위 <표 1>에서, '업링크(uplink) 신호 크기'란, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 구동 신호의 크기를 의미한다. 동일한 스타일러스 펜 구동 신호를 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제2 패턴(102)들에 각각 인가하여 스타일러스 펜으로 수신되는 신호의 크기를 비교해보면, 다수의 제2 패턴(102)들에 스타일러스 펜 구동 신호를 인가한 경우가 다수의 제1 패턴(101)들에 스타일러스 펜 구동 신호를 인가한 경우보다 업링크 신호가 상대적으로 더 크다.

왜냐하면, 다수의 제2 패턴(102)들은 타 단들은 전기적으로 연결되어 있어 스타일러스 펜 구동 신호가 인가되는 둘 이상의 제2 패턴들을 적절히 선택하면 적어도 하나 이상의 전류 루프가 형성되어 있지만, 다수의 제1 패턴(101)들의 타 단들은 서로 전기적으로 연결되어 있지 않아 전류 루프가 형성되지 못하기 때문이다. 각 제1 패턴(101)으로 전류가 흐를 경우, 각 제1 패턴(101)의 RC가 차징되므로 각 제1 패턴(101)의 일 단에서 타 단으로 갈수록 전류가 잘 흐르지 못한다. 또한, 다수의 제1 패턴(101)들을 통해서 인가되는 스타일러스 펜 구동 신호는 커패시티브 커플링을 통해 전류 루프가 형성된 다수의 제2 패턴(101)들로 전달되는데, 이때 커패시티브 커플링에 의해 신호 감쇠가 생기기 때문이다.

마찬가지로, 다수의 제4 패턴(104)들에 스타일러스 펜 구동 신호를 인가한 경우가 다수의 제3 패턴(103)들에 스타일러스 펜 구동 신호를 인가한 경우보다 업링크 신호가 상대적으로 더 크다.

위 <표 1>에서, '다운링크(downlink) 신호 크기'란, 스타일러스 펜으로부터 수신되는 스타일러스 펜 신호의 크기를 의미한다. 동일한 스타일러스 펜 신호를 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제2 패턴(102)들을 통해 각각 수신하여 신호의 크기를 비교해보면, 다수의 제2 패턴(102)들을 통해 스타일러스 펜 신호를 수신한 경우가 다수의 제1 패턴(101)들을 통해 스타일러스 펜 신호를 수신한 경우보다 다운링크 신호가 상대적으로 더 크다. 그 이유는, 다수의 제2 패턴(102)들은 타 단들은 전기적으로 연결되어 있어 전류 루프가 형성되어 있지만, 다수의 제1 패턴(101)들은 타 단들은 서로 전기적으로 연결되어 있지 않고, 특히, 커패시티브 커플링을 통해 전류 루프가 형성된 다수의 제2 패턴(101)들로부터 스타일러스 펜 신호가 다수의 제1 패턴(101)들로 전달되므로 이 때 다운링크 신호의 감쇠가 생기기 때문이다.

마찬가지로, 다수의 제4 패턴(104)들을 통해 스타일러스 펜 신호를 수신한 경우가 다수의 제3 패턴(103)들을 통해 스타일러스 펜 신호를 수신한 경우보다 다운링크 신호가 상대적으로 더 크다.

위 <표 1>에서, '스타일러스(stylus) 추가 채널'이란, 터치 센싱 이외에 스타일러스 펜을 위해 추가적인 채널을 구성해야 하느냐를 의미한다. 스타일러스 펜의 구동(driving)이나 센싱(sensing)을 위해서 다수의 제2 패턴(102)들 또는/및 다수의 제4 패턴(104)들을 이용하는 경우에는 추가 채널이 필요(<표 1>에서 '유'로 표시)하다. 반면, 스타일러스 펜의 구동이나 센싱을 터치 센싱을 위한 다수의 제1 패턴(101)들 또는/및 제3 패턴(103)들을 이용하는 경우에는 추가 채널이 불필요(<표 1>에서 '무'로 표시)하다.

이하, 위 <표 1>의 여러 조합들(No.1 내지 No. 32) 중 몇 가지 예들을 이하에서 상세히 설명한다. 여기서, 설명하지 않은 조합들은 이하의 상세한 설명에 의해 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

No.1에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 구동 전극으로서 이용되면서 스타일러스 펜 신호를 감지하는 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 다수의 제2 패턴(102)들은 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로서 이용된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 감지 전극으로 이용되면서 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 그리고, 다수의 제4 패턴(104)들은 전기적으로 플로팅된다.

No.1의 경우, 다수의 제2 패턴(102)들을 스타일러스 구동 전극으로서 이용하므로, 업링크 신호의 크기가 상대적으로 크다. 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제3 패턴(103)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로 다운링크 신호의 크기가 상대적으로 작다. 그리고, 다수의 제2 패턴(102)들을 스타일러스 구동 전극으로서 별도로 이용하므로, 스타일러스 펜의 구동을 위한 별도의 추가 채널이 필요하지만, 스타일러스 펜의 센싱을 위한 추가 채널이 불필요하다.

No.4에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 구동 전극으로서 이용된다. 다수의 제2 패턴(102)들은 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로서 이용되면서 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 감지 전극으로 이용된다. 그리고, 다수의 제4 패턴(104)들은 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다.

No.4의 경우, 다수의 제2 패턴(102)들을 스타일러스 구동 전극으로서 이용하므로, 업링크 신호의 크기가 상대적으로 크다. 다수의 제2 패턴(102)들과 다수의 제4 패턴(104)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로 다운링크 신호의 크기가 상대적으로 크다. 그리고, 다수의 제2 패턴(102)들을 스타일러스 구동 전극 및 스타일러스 감지 전극으로서 별도로 이용하고 다수의 제4 패턴(104)들을 스타일러스 감지 전극으로서 별도로 이용되므로, 스타일러스 펜의 구동과 센싱을 위한 별도의 추가 채널이 필요하다.

No.8에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 구동 전극으로서 이용된다. 다수의 제2 패턴(102)들은 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 감지 전극으로 이용된다. 그리고, 다수의 제4 패턴(104)들은 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로서 이용되면서 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다.

No.8의 경우, 다수의 제4 패턴(104)들을 스타일러스 구동 전극으로서 이용하므로, 업링크 신호의 크기가 상대적으로 크다. 다수의 제2 패턴(102)들과 다수의 제4 패턴(104)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로 다운링크 신호의 크기가 상대적으로 크다. 그리고, 다수의 제2 패턴(102)들을 스타일러스 감지 전극으로서 별도로 이용하고 다수의 제4 패턴(104)들을 스타일러스 구동 전극 및 스타일러스 감지 전극으로서 별도로 이용하므로, 스타일러스 펜의 구동과 센싱을 위한 별도의 추가 채널이 필요하다.

No.12에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 구동 전극으로서 이용된다. 다수의 제2 패턴(102)들은 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로 이용되면서 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 감지 전극으로 이용된다. 그리고, 다수의 제4 패턴(104)들은 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로서 이용되면서 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다.

No.12의 경우, 다수의 제2 및 제4 패턴(102, 104)들을 스타일러스 구동 전극으로서 이용하므로, 업링크 신호의 크기가 상대적으로 크다. 다수의 제2 패턴(102)들과 다수의 제4 패턴(104)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로 다운링크 신호의 크기가 상대적으로 크다. 그리고, 다수의 제2 패턴(102)들을 스타일러스 구동 전극 및 스타일러스 감지 전극으로서 별도로 이용하고 다수의 제4 패턴(104)들을 스타일러스 구동 전극 및 스타일러스 감지 전극으로서 별도로 이용하므로, 스타일러스 펜의 구동과 센싱을 위한 별도의 추가 채널이 필요하다.

No.13에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 구동 전극으로서 이용되고, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로 이용되며, 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 감지 전극으로 이용되고 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 그리고, 다수의 제2 및 제4 패턴(102, 104)들은 전기적으로 플로팅된다.

No.13의 경우, 다수의 제1 패턴(101)들을 스타일러스 구동 전극으로서 이용하므로, 업링크 신호의 크기가 상대적으로 작다. 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제3 패턴(103)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로 다운링크 신호의 크기가 상대적으로 작다. 그리고, 다수의 제1 패턴(102)들을 스타일러스 구동 전극 및 스타일러스 감지 전극으로서 이용하고 다수의 제3 패턴(103)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로, 스타일러스 펜의 구동과 센싱을 위한 별도의 추가 채널이 불필요하다.

No.17에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 구동 전극으로서 이용되고, 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 감지 전극으로 이용되고, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로 이용되며, 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 그리고, 다수의 제2 및 제4 패턴(102, 104)들은 전기적으로 플로팅된다.

No.17의 경우, 다수의 제3 패턴(103)들을 스타일러스 구동 전극으로서 이용하므로, 업링크 신호의 크기가 상대적으로 작다. 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제3 패턴(103)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로 다운링크 신호의 크기가 상대적으로 작다. 그리고, 다수의 제1 패턴(102)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하고 다수의 제3 패턴(103)들을 스타일러스 구동 전극 및 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로, 스타일러스 펜의 구동과 센싱을 위한 별도의 추가 채널이 불필요하다.

No.21에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 구동 전극으로서 이용되고, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로 이용되며, 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 객체의 터치 센싱을 위한 터치 감지 전극으로 이용되고, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로 이용되며, 스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위한 스타일러스 감지 전극으로서 이용된다. 그리고, 다수의 제2 및 제4 패턴(102, 104)들은 전기적으로 플로팅된다.

No.21의 경우, 다수의 제1 및 3 패턴(101, 103)들을 스타일러스 구동 전극으로서 이용하므로, 업링크 신호의 크기가 상대적으로 작다. 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제3 패턴(103)들을 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로 다운링크 신호의 크기가 상대적으로 작다. 그리고, 다수의 제1 패턴(102)들을 스타일러스 구동 전극 및 스타일러스 감지 전극으로서 이용하고 다수의 제3 패턴(103)들을 스타일러스 구동 전극 및 스타일러스 감지 전극으로서 이용하므로, 스타일러스 펜의 구동과 센싱을 위한 별도의 추가 채널이 불필요하다.

위 <표 1>의 여러 조합들(No.1 내지 No.32) 중에서 Nos.1, 5, 9, 25, 29들은, '스타일러스 추가 채널'의 열에서 구동(driving)은 '유'이고, 센싱(sensing)은 '무'이다. 상기 Nos.1, 5, 9, 25, 29들은 스타일러스 펜을 센싱하는데 다수의 제1 및 제3 패턴(101, 103)들을 이용하고, 스타일러스 펜 구동하는데 다수의 제2 또는/및 제4 패턴(102, 104)들을 이용한다. 스타일러스 펜 구동 시, 다수의 제2 또는/및 제4 패턴(102, 104)들을 이용하더라도 스타일러스 펜을 공진시키기 위한 자기장 형성이 다소 어려울 수 있기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이 이웃하는 둘 이상의 제2 패턴들의 일 단들을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 마찬가지로 이웃하는 둘 이상의 제4 패턴들의 일 단들을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이와같이 구성하면, 스타일러스 펜을 구동하기 위한 추가 채널을 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100')의 개략적인 구성도이다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 랜드스케이프(landscape) 타입의 터치 입력 장치이다. 이러한 랜드스케이프 타입의 터치 입력 장치는 폭이 높이보다 크고, 센서부(100')를 제어하는 제어부(미도시)가 센서부(100')의 아래에 배치된다. 예를 들어, 태블릿PC의 형상에 대응된다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100')의 구성은 도 4에 도시된 제1 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100)의 구성과 동일하고 방향만 90도 회전시킨 것과 같다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100')는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)를 포함한다. 제1 패턴(101)과 제2 패턴(102)은 서로 인접하여 배치되고 일 방향을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제3 패턴(103)과 제4 패턴(104)은 서로 인접하여 배치되고 상기 일 방향과 수직한 방향을 따라 연장된 형상을 갖는다. 다수의 제2 패턴(102)의 타 단들은 서로 전기적으로 연결되고, 다수의 제4 패턴(104)의 타 단들도 서로 전기적으로 연결된다.

도 7에 도시된 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100')가 랜드스케이프 타입의 태플릿PC의 화면의 크기인 약 10~14인치로 구성되고, 위 <표 1>의 No.1의 예로 구현되는 경우, 센서부(100')의 전체 채널(Total Channel)의 개수와 구동 트레이스 채널(TX Trace Channel)의 개수를 개략적으로 정리하면 아래의 표 2와 같다.

위 <표 2>에서, Stylus TX의 채널 개수는 다수의 제1 패턴 (101)들의 개수를 2로 나눈 값이다. 이는 다수의 제2 패턴(102)들의 개수는 다수의 제1 패턴(101)들의 개수와 동일하되, 도 8에 도시된 바와 같이 다수의 제2 패턴(102)들의 일 단들은 서로 인접한 2개의 일 단들이 서로 전기적으로 연결되어 채널 수를 절반으로 줄인 것에 기인한다.

위 <표 2>에서, TX Trace channel 개수는 Finger TX의 채널 개수와 Stylus TX의 채널 개수의 합이다. TX Trace channel 개수는 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 폭 방향 베젤(bezel)의 두께를 결정하는데 작용하는 주요한 요소이다. 왜냐하면, 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 제어부(미도시)가 센서부(100')의 아래(또는 위)에 배치되기 때문이다. TX Trace channel 개수를 줄이면 줄일수록 터치 입력 장치의 폭 방향 베젤 두께를 줄일 수 있다.

한편, 도 7에 도시된 터치 입력 장치의 화면의 크기가 스마트폰의 화면의 크기, 예를 들어 6.9인치인 경우에는 별다른 문제가 없지만, 도 7에 도시된 터치 입력 장치의 화면의 크기가 태블릿 PC의 화면 크기인 11인치 또는 12.9인치로 커질 경우, 센서부(100')의 제1 내지 제4 패턴들(101, 102, 103, 104)의 길이도 함께 길어지기 때문에, 센서부(100')의 저항과 커패시턴스 값이 증가한다. 상기 저항과 커패시턴스 값의 증가는 터치 구동 전극에 인가되는 터치 구동 신호와 스타일러스 펜을 구동하기 위한 스타일러스 구동 신호의 동작 주파수 대역폭(bandwidth)을 좁히기 때문에 설계에 필요한 만큼의 동작 주파수 대역폭을 얻지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 문제를 해결하기 위해서, 센서부(100')의 저항과 커패시턴스 값을 줄이는 것을 고려할 수 있으나, 이 값들을 줄이는 것은 한계가 있고, 이 값들을 최대한 줄이더라도 상술한 문제가 여전히 해결되지 못한다.

또한, 스타일러스 펜으로부터 수신되어 제어부로 입력되는 스타일러스 펜 신호도 센서부(100')가 커진만큼 감쇠된다. 특히, 센서부(100')의 제1 내지 제4 패턴들(101, 102, 103, 104)에서 제어부로부터 가장 멀리 위치한 부분에서의 스타일러스 펜 감지 신호가 제어부까지 전달되는 과정에서 감쇠되어 설계에 필요한 만큼의 전압값이 출력되지 못하는 문제가 있다.

상술한 문제들은, 위 <표 1>의 Nos. 3, 4, 7, 8, 11, 12, 15, 16, 19, 20, 23, 24, 27, 28, 31, 32의 예들과 같이 다수의 제2 패턴(102)들을 스타일러스 펜 신호를 센싱하는 스타일러스 감지 전극으로 이용하거나, 위 <표 1>의 Nos. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32의 예들과 같이 다수의 제4 패턴(104)들을 스타일러스 펜 신호를 센싱하는 스타일러스 감지 전극으로 이용함으로서 해결될 수 있다. 상기 예들은 다수의 제2 및 제4 패턴(102, 104)들이 스타일러스 펜에 의한 전자기유도를 통해 직접 기전력을 수신하기 때문에, 제2 패턴(102)에서 제1 패턴(101)으로, 제4 패턴(104)에서 제3 패턴(103)으로의 커패시티브 커플링을 통한 신호 감쇠가 없다.

구체적인 일 예로서, 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100')가 랜드스케이프 타입의 태블릿PC의 화면의 크기인 약 10~14인치로 구성되고, 위 <표 1>의 No.3의 예로 구현되는 경우, 센서부(100')의 전체 채널(Total Channel)의 개수와 구동 트레이스 채널(TX Trace Channel)의 개수를 정리하면 아래의 표 3과 같다.

위 <표 3>에서, Stylus TX의 채널 개수는 다수의 제2 패턴(102)들의 개수와 동일하다. 이는 다수의 제2 패턴(102)들의 개수는 다수의 제1 패턴(101)들의 개수와 동일하고, 도 9에 도시된 바와 같이 다수의 제2 패턴(102)들의 일 단들 각각은 개별적으로 하나의 전도성 패턴과 연결된 것에 기인한다.

위 <표 3>에서, TX Trace channel 개수는 Finger TX의 채널 개수와 Stylus TX의 채널 개수의 합이다. TX Trace channel 개수는 터치 입력 장치의 단축의 베젤(bezel)의 두께를 결정하는데 작용하는 주요한 요소이다. TX Trace channel 개수를 줄이면 줄일수록 터치 입력 장치의 단축의 베젤 두께를 줄일 수 있다.

위 <표 3>의 예는 위 <표 2>와 비교하여 채널 수가 다소 증가되는 단점이 있지만, 다수의 제1 패턴(101)이 아니라 다수의 제2 패턴(102)들을 통해 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신하기 때문에, 제어부로 수신되는 스타일러스 감지 신호의 전압값이 더 커지는 이점이 있다. 본 출원인은 제어부로 수신되는 스타일러스 감지 신호의 전압값이 <표 2>와 비교하여 대략 2배 이상 커지는 이점이 있음을 실험을 통해 확인하였다.

또한, 다수의 제2 패턴(102)들 각각이 하나의 채널로 구성되므로, 다수의 제2 패턴(102)들이 스타일러스 구동 전극(Stylus TX)으로 이용되는 경우에 <표 2>의 예보다 채널 간 간격이 절반으로 줄어들기 때문에 스타일러스 구동 상의 해상도가 향상되는 이점이 있다.

구체적인 다른 일 예로서, 제2 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 센서부(100')가 랜드스케이프 타입의 태블릿PC의 화면의 크기인 약 10~14인치로 구성되고, 위 <표 1>의 No.8의 예로 구현되는 경우, 센서부(100')의 전체 채널(Total Channel)의 개수와 구동 트레이스 채널(TX Trace Channel)의 개수를 정리하면 아래의 표 4와 같다.

위 <표 4>에서, Stylus TX의 채널 개수는 다수의 제4 패턴(104)들의 개수와 동일하다. 이는 다수의 제4 패턴(104')들의 개수는 다수의 제3 패턴(103)들의 개수와 동일하고, 도 10에 도시된 바와 같이 다수의 제4 패턴(104)들의 일 단들 각각은 개별적으로 하나의 전도성 패턴과 연결된 것에 기인한다.

위 <표 4>에서, TX Trace channel 개수는 Finger TX의 채널 개수와 동일하다. TX Trace channel 개수는 터치 입력 장치의 단축의 베젤(bezel)의 두께를 결정하는데 작용하는 주요한 요소이다. TX Trace channel 개수를 줄이면 줄일수록 터치 입력 장치의 단축의 베젤 두께를 줄일 수 있다.

위 <표 4>는, 위 <표 2>의 예와 비교하여 전체 채널 수가 다소 증가되는 단점이 있지만, 다수의 제4 패턴(104)들을 통해 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신하기 때문에, 제어부로 수신되는 펜 감지 신호의 전압값이 더 커지는 이점이 있다.

또한, 다수의 제4 패턴(104)들 각각이 하나의 채널로 구성되므로, 다수의 제4 패턴(104)이 구동 전극(Stylus TX)으로 이용되는 경우에 위 <표 2>의 예보다 채널 간 간격이 절반으로 줄어들기 때문에 구동 해상도가 향상되는 이점이 있다.

또한, TX 트레이스 채널 수를 위 <표 2>의 예보다 1/4 내지 1/3로 줄일 수 있어 터치 입력 장치의 폭 방향 베젤(B)의 두께를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 11은 도 7에 도시된 센서부(100')의 또 다른 일 예를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 11의 센서부(100'')는 각각의 제1 패턴(101')이 적어도 둘 이상의 제1a 패턴(101a)와 제1b 패턴(101b)을 포함하고, 각각의 제2 패턴(102')이 적어도 둘 이상의 제2a 패턴(101a)와 제2b 패턴(101b)을 포함한다. 다수의 제3 및 제4 패턴(103, 104)는 도 7의 센서부(100)와 동일하다.

제1a 패턴(101a)와 제1b 패턴(101b)은 제1 패턴(101')의 연장 방향을 따라 배열된다. 제2a 패턴(102a)와 제2b 패턴(201b)은 제2 패턴(102')의 연장 방향을 따라 배열된다.

다수의 제2a 패턴(102a)들의 타 단들은 전기적으로 연결되고, 다수의 제2b 패턴(102b)들의 타 단들은 전기적으로 연결된다. 여기서, 다수의 제2a 패턴(102a)들의 타 단들과 다수의 제2b 패턴(102b)들의 타 단들은 서로 마주본다.

다수의 제2a 패턴(102a)들의 일 단들은 이웃한 2개 이상의 제2a 패턴들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다수의 제2b 패턴(102b)들의 일 단들도 이웃한 2개 이상의 다수의 제2b 패턴들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 다수의 제2a 패턴(102a)들의 일 단들과 다수의 제2b 패턴(102b)들의 일 단들은 도 9에 도시된 바와 같이 각각이 개별적으로 전도성 패턴과 전기적으로 연결될 수도 있다.

구체적인 일 예로서, 도 11에 도시된 센서부(100'')가 랜드스케이프 타입의 태플릿PC의 화면의 크기인 약 10~14인치로 구성되고, 위 <표 1>의 No.1의 예로 구성될 경우, 센서부(100'')의 전체 채널(Total Channel)의 개수와 구동 트레이스 채널(TX Trace Channel)의 개수를 정리하면 아래의 표 5와 같다.

위 <표 5>에서, Stylus TX의 채널 개수는 다수의 제2 패턴(102')들의 개수를 2로 나눈 값이다. 이는 다수의 제2 패턴(102')들의 개수는 다수의 제1 패턴(101')들의 개수와 동일하고, 다수의 제2 패턴(102')들은 서로 인접한 2개의 제2 패턴이 서로 전기적으로 연결된 것에 기인한다.

위 <표 5>에서, TX Trace channel 개수는 Finger TX의 채널 개수와 Stylus TX의 채널 개수의 합이다. TX Trace channel 개수는 터치 입력 장치의 폭 방향 베젤(bezel)의 두께를 결정하는데 작용하는 주요한 요소이다. TX Trace channel 개수를 줄이면 줄일수록 터치 입력 장치의 단축의 베젤 두께를 줄일 수 있다.

위 <표 5>는, 위 <표 2>의 예와 비교하여 채널 수가 다소 증가되는 단점이 있지만, 각 제1 패턴(101')과 제2 패턴(102')이 길이가 절반으로 줄어들기 때문에, 센서부(100'')의 저항 값과 커패시턴스 값을 줄여 터치 구동 전극에 인가되는 터치 구동 신호와 스타일러스 펜을 구동하기 위한 펜 구동 신호의 동작 주파수 대역폭을 넓힐 수 있는 이점이 있다.

도 12는 도 8에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 도면이다.

도 12를 참조하면, 터치 입력 장치(500)는 센서부(100A) 및 상기 센서부(100A)를 제어하기 위한 제어부(300)를 포함할 수 있다.

센서부(100A)는 도 8에 도시된 센서부(100')의 일 예이다. 따라서, 센서부(100A)는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A, 103A, 104A)를 포함한다.

제1 패턴(101A)은 제1 방향(폭 방향)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제1 방향은 터치 입력 장치(500)의 화면의 장축 방향(L)일 수 있다. 제1 패턴(101A)은, ATX(Active TX)로도 명명될 수 있다.

제1 패턴(101A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.

제1 패턴(101A)은 내부에 제2 패턴(102A)이 배치되는 개구부를 가질 수 있다. 개구부의 형상은 제1 패턴(101A)의 외형과 대응될 수 있다. 제1 패턴(101A)은 제2 패턴(102A)를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 제1 패턴(101A)은 제2 패턴(102A)로부터 소정 간격 떨어져 배치된다.

제2 패턴(102A)은 제1 방향을 따라 연장된 형상을 가지며, 제1 패턴(101A)에 인접하여 배치되고, 제1 패턴(101A)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제2 패턴(102A)은, DTX(Dummy TX)로도 명명될 수 있다.

제2 패턴(102A)은 제1 패턴(101A) 내부에 배치된다.

제2 패턴(102A)는 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.

제2 패턴(102A)의 메인 패턴부는 제1 패턴(101A)의 메인 패턴부와 대응되는 형상일 수 있고, 제2 패턴(102A)의 연결 패턴부는 제1 패턴(101A)의 연결 패턴부와 대응되는 형상일 수 있다.

제3 패턴(103A)은 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제2 방향은 제1 방향과 수직한 방향일 수 있으며, 터치 입력 장치의 화면의 단축 방향(S)일 수 있다. 제3 패턴(103A)은, ARX(Active RX)로도 명명될 수 있다.

제3 패턴(103A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.

제3 패턴(103A)은 내부에 제4 패턴(104A)이 배치되는 개구부를 가질 수 있다. 개구부의 형상은 제3 패턴(103A)의 외형과 대응될 수 있다. 제3 패턴(103A)은 제4 패턴(104A)를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 제3 패턴(103A)은 제4 패턴(104A)로부터 소정 간격 떨어져 배치된다.

제4 패턴(104A)은 제2 방향을 따라 연장된 형상을 가지며, 제3 패턴(103A)에 인접하여 배치되고, 제3 패턴(103A)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제4 패턴(104A)은, DRX(dummy RX)로도 명명될 수 있다.

제4 패턴(104A)은 제3 패턴(103A) 내부에 배치된다.

제4 패턴(104A)는 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.

제4 패턴(104A)의 메인 패턴부는 제3 패턴(103A)의 메인 패턴부와 대응되는 형상일 수 있고, 제4 패턴(104A)의 연결 패턴부는 제3 패턴(103A)의 연결 패턴부와 대응되는 형상일 수 있다.

제3 및 제4 패턴(103A, 104A)은 제1 및 제2 패턴(101A, 102A) 상에 배치되고, 제1 및 제2 패턴(101A, 102A)와 소정 간격 떨어져 배치된다. 한편, 제1 내지 제4 패턴이 동일층에 배치된 센서부는 도 15에서 상세히 설명한다.

다수의 제1 패턴(101A)들의 일 단들은, 도면에 도시하지 않았지만, 제어부(300)와 전기적으로 연결되고, 타 단들은 전기적으로 오픈(open)된다. 여기서, 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다.

다수의 제1 패턴(101A)들의 일 단들 각각은, 도면에 도시하지 않았지만, 제어부(300)와 전도성 패턴을 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다수의 제1 패턴(101A)들과 제어부(300)를 연결하는 전도성 패턴들은 터치 입력 장치(500)의 폭 방향 베젤(B) 내부에 배열될 수 있다.

다수의 제2 패턴(102A)들의 일 단들은 서로 인접한 2개의 일 단이 제1 전도성 패턴에 의해 서로 전기적으로 연결된 후, 제어부(300)와 제2 전도성 패턴을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 다수의 제2 패턴(102A)들의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다.

다수의 제2 패턴(102A)들과 제어부(300)를 연결하는 제2 전도성 패턴들은, 도 9에 도시된 바와 같이, 터치 입력 장치(500)의 폭 방향 베젤(B) 내부에 배열될 수 있다. 여기서, 다수의 제2 패턴(102A)들과 제어부(300)를 연결하는 제2 전도성 패턴들은, 다수의 제1 패턴(101A)들과 제어부(300)를 연결하는 전도성 패턴들(미도시)과 함께 터치 입력 장치(500)의 폭 방향 베젤(B) 내부에 배열될 수 있다.

다수의 제2 패턴(102A)들의 타 단들이 서로 전기적으로 연결되면, 각 제2 패턴(102A) 별 커패시턴스들이 더해지므로 전체 임피던스는 줄어들게 된다. 따라서, 다수의 제2 패턴(102A)들의 타 단들이 AC GND된 것과 같은 효과를 갖게 된다.

한편, 도면으로 도시하지 않았지만, 다수의 제2 패턴(102A)들의 서로 전기적으로 연결된 타 단들은 접지될 수도 있다. 또한, 도면으로 도시하지 않았지만, 다수의 제2 패턴(102A)들의 타 단들이 서로 전기적으로 연결되지 않고, 각 제2 패턴(102A)의 타 단에 소정의 커패시터가 연결될 수도 있다.

다수의 제1 패턴(101A)들과 다수의 제2 패턴(102A)들은 동일층에 배치될 수 있다. 메탈 메쉬(metal mesh)를 이용하여 다수의 제1 패턴(101A)들과 다수의 제2 패턴(102A)들을 동일층에 형성시킬 수 있다.

다수의 제3 패턴(103A)들의 일 단들은 제어부(300)와 전기적으로 연결되고, 타 단들은 전기적으로 오픈(open)된다. 여기서, 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다. 다수의 제3 패턴(103A)들의 일 단들은 제어부(300)와 전도성 패턴을 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

다수의 제4 패턴(104A)들의 일 단들은 전기적으로 오픈될 수 있다. 여기서, 다수의 제4 패턴(104A)들의 타 단들은 다수의 제2 패턴(102A)과 동일하게 전기적으로 연결될 수도 있다. 여기서, 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다.

한편, 도면으로 도시하지 않았지만, 다수의 제4 패턴(104A)들의 서로 전기적으로 연결된 타 단들은 접지될 수도 있다. 또한, 다수의 제4 패턴(104A)들의 타 단들이 서로 전기적으로 연결되지 않고, 각 제4 패턴(104A)의 타 단에 소정의 커패시터가 연결될 수도 있다.

다수의 제3 패턴(103A)들과 다수의 제4 패턴(104A)들은 동일층에 배치될 수 있다. 메탈 메쉬(metal mesh)를 이용하여 다수의 제3 패턴(103A)들과 다수의 제4 패턴(104A)들을 동일층에 형성시킬 수 있다. 여기서, 다수의 제3 패턴(103A)들과 다수의 제4 패턴(104A)들은 다수의 제1 패턴(101A)들 및 다수의 제2 패턴(102A)들과 서로 다른 층에 배치될 수 있다. 예를 들어, 다수의 제3 패턴(103A)들과 다수의 제4 패턴(104A)들은 제1 층에 배치되고, 다수의 제1 패턴(101A)들과 다수의 제2 패턴(102A)들은 제1 층과 다른 제2 층에 배치될 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 패턴이 동일층에 배치된 센서부는 도 15에서 상세히 설명한다.

제어부(300)는 센서부(100A)와 전기적으로 연결되며, 센서부(100A)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(300)와 센서부(100A)의 연결은 다수의 전도성 패턴들을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

제어부(300)는 다수의 구동 회로부(310)와 다수의 감지 회로부(330)를 포함할 수 있다.

다수의 구동 회로부(310)는 손가락과 같은 객체의 터치 위치 센싱을 위한 터치 구동 신호를 다수의 제1 패턴(101A)들에 제공하는 구동 회로부와 스타일러스 펜의 구동을 위한 펜 구동 신호를 제공하는 구동 회로부를 포함할 수 있다.

다수의 감지 회로부(330)는 다수의 제3 패턴(103A)들을 통해 감지 신호를 수신하여 손가락과 같은 객체의 터치 위치 검출을 위한 감지 회로부와 스타일러스 펜 센싱을 위한 감지 회로부를 포함할 수 있다. 여기서, 다수의 감지 회로부 중 일부의 감지 회로부는 터치 위치 센싱도 수행하고, 스타일러스 펜 센싱도 함께 수행할 수 있다.

제어부(300)는 센서부(100A)를 터치 구동/센싱 모드, 안테나 구동 모드 및 스타일러스 펜 센싱 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 제어부(300)는 각 모드에 따라 다수의 구동/감지 회로부(310, 330)를 센서부(100A)와 전기적으로 연결시켜 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(300)는 제어부(300)의 명령에 따라 다수의 구동/감지 회로부(310, 330)와 센서부(100A)를 전기적으로 연결시키는 다수의 스위치를 포함할 수 있다.

도 12에 도시된 터치 입력 장치(500)의 동작 모드를 구체적으로 설명한다. 여기서, 도 12는 위 <표 1>의 No.1의 예로서 도시되어 있으므로, 이에 기초하여 설명한다.

터치 구동/센싱 모드 시, 제어부(300)는 손가락과 같은 객체의 터치 위치 센싱을 위해 다수의 구동 회로부(310)를 센서부(100A)의 다수의 제1 패턴(101A)에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제1 패턴(101A)에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 구동 회로부(310)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

또한, 제어부(300)는 터치 위치 센싱을 위한 다수의 감지 회로부(330)를 센서부(100A)의 다수의 제3 패턴(103A)들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제3 패턴(103A)들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 감지 회로부(330)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

이러한 터치 구동/센싱 모드에서, 제어부(300)는 다수의 제1 패턴(101A)들로 터치 센싱을 위한 구동 신호(또는, 터치 구동 신호)를 동시 또는 순차적으로 인가하고, 다수의 제3 패턴(103A)들로부터 수신되는 감지 신호(또는, 터치 감지 신호)를 수신한다. 다수의 제3 패턴(103A)들과 전기적으로 연결된 제어부(300)의 다수의 감지 회로부는 입력되는 감지 신호에 포함된 커패시턴스 변화량 정보를 소정의 전압값으로 출력할 수 있다. 제어부(300)는 출력된 전압값을 처리하여 터치 위치를 검출할 수 있다.

한편, 터치 구동/센싱 모드 시, 다수의 제1 패턴(101A)들과 다수의 제2 패턴(102A)들 사이의 커패시티브 커플링(capacitive coupling)이 발생되지 않도록, 제어부(300)는 다수의 제2 패턴(102A)들에 다수의 구동 회로부(310)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이 때, 제어부(300)는 다수의 제1 패턴(101A)들에 인가되는 구동 신호와 동일한 구동 신호를 다수의 제2 패턴(102A)들로 인가되도록 제어할 수 있다. 또는, 제어부(300)는 다수의 제1 패턴(101A)들에 구동 신호가 인가될 때, 다수의 제2 패턴(102A)들로는 미리 결정된 기준전위가 인가되도록 제어할 수도 있다.

안테나 구동 모드(또는 스타일러스 구동 모드, 또는 스타일러스 업링크 모드) 시, 제어부(300)는 안테나 구동을 위한 다수의 구동 회로부(310)를 센서부(100A)의 다수의 제2 패턴(102A)들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제2 패턴(102A)들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 구동 회로부(310)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

제어부(300)는 다수의 제2 패턴(102A)들에 연결된 각 구동 회로부(310)에서 출력되는 구동 신호(또는 펜 구동 신호)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 다수의 제2 패턴(102A)들에 연결된 다수의 구동 회로부(310) 중에서 제1 구동 회로부에서는 소정 주파수의 펄스 신호가 출력되도록 제어하고, 제2 구동 회로부에서는 어떠한 펄스 신호도 출력되지 않도록 제어하고, 제3 구동 회로부에서는 상기 제1 구동 회로부에서 출력되는 펄스 신호와 위상이 반대인 반전 펄스 신호가 출력되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제1 구동 회로부와 전기적으로 연결된 제2 패턴과 제3 구동 회로부와 전기적으로 연결된 제2 패턴으로 전류 루프가 형성된다. 형성된 전류 루프에 의해 자기장이 발생되고, 자기장에 의해 센서부(100A)에 근접한 스타일러스 펜이 구동될 수 있다.

제어부(300)는 다수의 제2 패턴(102A)들에 전기적으로 연결된 다수의 구동 회로부(310) 중에서 임의의 2개의 구동 회로부에서 서로 상반된 펄스 신호가 출력되도록 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 전류 루프의 크기나 위치를 다양하게 변경 설정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)가 센서부(100A)에 근접한 스타일러스 펜의 위치를 검출한 경우에는 스타일러스 펜의 위치 주변의 2개의 제2 패턴에 전기적으로 연결되는 구동 회로부에서 서로 상반된 펄스 신호가 출력되도록 제어할 수 있고, 스타일러스 펜의 위치를 검출하지 못한 경우에는 다수의 제2 패턴(102A)들 중 양측 최외곽에 위치한 2개의 제2 패턴에 전기적으로 연결되는 구동 회로부에서 서로 상반된 펄스 신호가 출력되도록 제어할 수도 있다.

도 13은 도 12의 제어부(300)가 다수의 제2 패턴(102A)들에 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 참고로, 도 13에서는, 도 12에 도시된 하나의 제2 패턴(102A)을 하나의 선(Ch)으로 간략하게 도시한 것이고, 각 선(Ch)은 하나의 채널(channel)이 된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 두 개의 제2 패턴이 전기적으로 연결되어 하나의 채널로 구성된다. 이렇게 구성할 경우 전기적으로 연결된 두 개의 제2 패턴은 동시에 같은 신호가 인가된다. 도 13은 84개의 제2 패턴들을 2개씩 연결하여 42개의 채널들(Ch0, Ch1,....Ch41)로 구성한 것이다.

예를 들어, 스타일러스 펜(50)이 42개의 채널들(Ch0, Ch1,....Ch41) 중 제2 채널(Ch2)과 제3 채널(Ch3) 사이에 위치한 경우, 제어부(300)는 스타일러스 펜(50)을 기준으로 제2 채널(Ch2) 측에 위치한 하나 이상의 채널들로 펜 구동 신호가 출력되도록 제어하고, 스타일러스 펜(50)을 기준으로 제3 채널(Ch3) 측에 위치한 하나 이상의 채널들로 상기 펜 구동 신호의 반전 위상을 갖는 펜 구동 신호를 출력되도록 제어할 수 있다.

스타일러스 센싱 모드(또는 스타일러스 다운링크 모드) 시, 제어부(300)는 스타일러스 센싱을 위한 다수의 감지 회로부(330)를 센서부(100A)의 다수의 제1 패턴(101A)들 및 다수의 제3 패턴(103A)들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제1 패턴(101A)들 및 다수의 제3 패턴(103A)들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 감지 회로부(330)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치(500)는 센서부(100A)의 구성에 의해서, 스타일러스 센싱 모드에서 센서부(100A) 상의 스타일러스 펜의 위치에 따라 다수의 감지 회로부(330)의 출력전압 값이 거의 변경되지 않는 장점을 갖는다. 이에 대한 구체적인 원리를 도 14의 (a) 내지 (f)를 참조하여 설명하도록 한다.

도 14의 (a) 내지 (f)는 도 12의 터치 입력 장치가 스타일러스 센싱 모드의 동작 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도면들이다.

도 14의 (a)는 도 12에 도시된 어느 하나의 제1 패턴(101A)과 이에 전기적으로 연결된 제어부(300)의 감지 회로부(330)를 개략적으로 모델링한 회로도이고, 도 14의 (b)는 상기 어느 하나의 제1 패턴(101A) 내부에 배치된 제2 패턴(102A)을 개략적으로 모델링한 회로도이다. 도 14의 (c)는 도 14의 (a)의 회로도에서의 전압 분포 그래프이고, 도 14의 (d)는 도 14의 (b)의 회로도에서의 전압 분포 그래프이다.

도 14의 (a) 및 (c)를 참조하면, 제1 패턴(101A) 상에서 감지 회로부(330)로부터 가능한 멀리 떨어진 임의의 A 지점에 스타일러스 펜이 근접하면, 해당 A 지점에 스타일러스 펜에서 방출되는 신호에 의해 유기되는 전압(Vemf, 이하, '유기 전압'이라 함.)이 발생된다. A 지점에 유기 전압(Vemf)이 발생되면, A 지점에서 좌측을 바라본 제1 패턴(101A)의 등가 커패시턴스는 작아지므로 등가 임피던스가 커진다. 따라서, 유기 전압(Vemf)은 A 지점의 좌측에 거의 대부분 걸리고, A 지점의 우측은 거의 0(V)에 가까운 전압이 걸려 전류가 거의 흐르지 않게 된다. 게다가, A 지점의 우측의 거의 0(V)에 가까운 전압은 제1 패턴(101A)의 등가 저항들에 의해 점점 더 떨어져 감지 회로부의 입력단에는 전압이 거의 걸리지 않는다.

도 14의 (b) 및 (d)를 참조하면, A 지점에 유기 전압(Vemf)이 발생되면, A 지점의 좌측은 각 제2 패턴(102A)의 타 단들이 서로 전기적으로 연결되기 때문에 A 지점의 좌측을 바라본 등가 커패시턴스는 커지므로 등가 임피던스는 거의 0에 가까워진다. 따라서, A 지점의 좌측은 0(V)가 걸리고, A 지점의 우측은 제2 패턴(102A)의 일 단이 오픈(open)되므로 등가 저항들에서 전압 강하가 생기지 않고 그대로 Vemf가 걸린다.

도 14의 (c)와 (d)를 비교해보면, 제1 패턴(101A)과 제2 패턴(102A) 사이는 어느 위치에서도 Vemf 만큼의 전위차가 존재함을 확인할 수 있다. 제1 패턴(101A)과 제2 패턴(102A) 사이의 Vemf 만큼의 전위차는 제1 패턴(101A)과 제2 패턴(102A) 사이의 커패시티브 커플링(capacitive coupling)을 야기시킨다. 상기 커패시티브 커플링에 의해, 도 14의 (e)에 도시된 바와 같이, 제2 패턴(102A)에서 제1 패턴(101A)으로 전류가 흐르게 된다. 스타일러스 펜의 위치가 제어부(300)의 감지 회로부(330)로부터 멀리 떨어질수록 제1 패턴(101A) 자체에서 발생되는 전류는 점점 더 적어지지만, 제2 패턴(102A)으로부터 제1 패턴(101A)으로 전류가 유입되기 때문에, 제1 패턴(101A)에서 제어부(300)의 감지 회로부(330)로 출력되는 전류는 펜의 위치와 거의 차이가 없게 된다. 따라서, 제어부(300)는 제1 패턴(101A)과 전기적으로 연결된 감지 회로부(330)를 통해서 스타일러스 펜의 위치를 감지할 수 있다.

그리고, 도 14의 (a) 내지 (e)를 통해 알 수 있듯이, A 지점이 좌측 또는 우측으로 이동하더라도 제1 패턴(101A)과 제2 패턴(102A) 사이의 전위차는 Vemf로서 일정함을 알 수 있다. 따라서, 센서부(100A) 상에서 스타일러스 펜의 위치가 감지 회로부로부터 가깝던 멀던 구분없이, 제어부(300)는 감지 회로부(330)로부터 출력되는 일정한 신호로부터 스타일러스 펜을 센싱할 수 있다.

한편, 도 14의 (e)의 설명에서 제2 패턴(102A)에서 제1 패턴(101A)으로 유입되는 전류가 커패시티브 커플링에 의한 것으로 설명되었으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 패턴(102A)에서 제1 패턴(101A)으로 유입되는 전류는 마그네티브 커플링(자기장 커플링)에 의해서도 가능하다.

이상에서 설명한 도 14의 (a) 내지 (e)의 원리는, 제2 방향의 어느 하나의 제3 패턴(103)과 제4 패턴(104)에도 그대로 적용된다. 또한, 도 4에 도시된 제1 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에도 그대로 적용된다.

도 14의 (f)는 도 14의 (b)에 도시된 제2 패턴(102A)의 모델링된 회로도의 우측 오픈 단자에 감지 회로부(330)가 연결된 경우의 전압 분포 그래프이다. 즉, 도 14의 (f)의 전압 분포 그래프는 제2 패턴(102A)의 일 단이 제어부(300)의 감지 회로부(330)가 연결된 경우를 예시한 것이다. 도 14의 (f)와 (d)를 비교해보면, 도 14의 (f)는 A 지점 우측으로 갈수록 등가 저항들에 의해 전압 강하가 발생된다. 따라서, 도 14의 (f)의 경우에는 도 14의 (e)와 같이 제1 패턴과 제2 패턴 사이의 Vemf 만큼의 전위차가 유지되지 못하여 제2 패턴에서 제1 패턴으로 전류가 넘어가지 못한다. 따라서, 펜의 위치가 제어부(300)에서 멀어질수록 제1 패턴에서 출력되는 전류는 감소하게 된다. 스타일러스 센싱 모드에서는, 제2 패턴(102A)의 일 단을 오픈시켜 플로팅하는 것이 바람직하다.

도 12에 도시된 터치 입력 장치의 화면의 크기가 스마트폰의 화면의 크기, 예를 들어 6.9인치인 경우에는 별다른 문제가 없지만, 도 12에 도시된 터치 입력 장치의 화면의 크기가 태블릿 PC의 화면 크기인 약 10인치 내지 14인치로 커질 경우, 센서부(100A)도 함께 커지기 때문에, 센서부(100A)의 저항과 커패시턴스 값이 증가한다. 상기 저항과 커패시턴스 값의 증가는 터치 구동 전극에 인가되는 터치 구동 신호와 스타일러스 펜을 구동하기 위한 펜 구동 신호의 동작 주파수 대역폭(bandwidth)이, 스마트폰일 때(6.9인치일 때)보다 훨씬 좁아져 설계에 필요한 만큼의 동작 주파수 대역폭을 얻지 못하는 문제가 있다.

또한, 스타일러스 펜으로부터 수신되는 펜 감지 신호도 센서부(100A)가 커진만큼 감쇠된다. 특히, 센서부(100A)에서 제어부(300)로부터 가장 멀리 위치한 부분에서의 펜 감지 신호가 제어부(300)까지 전달되는 과정에서 감쇠되어 설계에 필요한 만큼의 전압값이 출력되지 못하는 문제가 있다.

이하에서는, 상술한 문제들을 해결할 수 있는 터치 입력 장치들을 설명한다.

도 15는 도 9에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 도면이다.

도 15를 참조하면, 터치 입력 장치(500'')는 센서부(100A'') 및 상기 센서부(100A'')를 제어하기 위한 제어부(300)를 포함할 수 있다.

센서부(100A'')는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A'', 103A, 104A)를 포함한다. 여기서, 다수의 제1, 제3 및 제4 패턴(101A, 103A, 104A)는 도 12에 도시된 다수의 제1, 제3 및 제4 패턴(101A, 103A, 104A)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

이하, 다수의 제2 패턴(102A'')에 대해서 설명하되, 도 12의 다수의 제2 패턴(102A)와 동일한 부분에 대한 설명은 편의상 생략하도록 한다.

다수의 제2 패턴(102A'')들의 일 단들 각각은 전도성 패턴에 의해 제어부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 부분이 도 12의 다수의 제2 패턴(102A)과 다르다.

다수의 제2 패턴(102A'')들의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다.

도 15에 도시된 터치 입력 장치(500'')의 동작 모드를 구체적으로 설명한다.

터치 구동/센싱 모드 시, 제어부(300)는 손가락과 같은 객체의 터치 위치 센싱을 위해 다수의 구동 회로부(310)를 센서부(100A'')의 다수의 제1 패턴(101A)에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제1 패턴(101A)에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 구동 회로부(310)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

또한, 제어부(300)는 터치 위치 센싱을 위한 다수의 감지 회로부(330)를 센서부(100A'')의 다수의 제3 패턴(103A)들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제3 패턴(103A)들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 감지 회로부(330)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

이러한 터치 구동/센싱 모드에서, 제어부(300)는 다수의 제1 패턴(101A)들로 터치 센싱을 위한 구동 신호(또는, 터치 구동 신호)를 동시 또는 순차적으로 인가하고, 다수의 제3 패턴(103A)들로부터 수신되는 감지 신호(또는, 터치 감지 신호)를 수신한다. 다수의 제3 패턴(103A)들과 전기적으로 연결된 제어부(300)의 다수의 감지 회로부는 입력되는 감지 신호에 포함된 커패시턴스 변화량 정보를 소정의 전압값으로 출력할 수 있다. 제어부(300)는 출력된 전압값을 처리하여 터치 위치를 검출할 수 있다.

안테나 구동 모드(또는 스타일러스 구동 모드, 또는 스타일러스 업링크 모드) 시, 제어부(300)는 안테나 구동을 위한 다수의 구동 회로부(310)를 센서부(100A'')의 다수의 제2 패턴(102A'')들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제2 패턴(102A'')들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 구동 회로부(310)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

제어부(300)는 다수의 제2 패턴(102A'')들에 연결된 각 구동 회로부(310)에서 출력되는 구동 신호(또는 펜 구동 신호)를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 다수의 제2 패턴(102A'')들에 전기적으로 연결된 다수의 구동 회로부(310) 중에서 임의의 2개의 구동 회로부에서 서로 상반된 펄스 신호가 출력되도록 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 전류 루프의 크기나 위치를 다양하게 변경 설정할 수 있다.

스타일러스 센싱 모드(또는 스타일러스 다운링크 모드) 시, 제어부(300)는 스타일러스 센싱을 위한 다수의 감지 회로부(330)를 센서부(100A'')의 다수의 제2 패턴(101A'')들 및 다수의 제3 패턴(103A)들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이 부분이 도 12에 도시된 터치 입력 장치의 스타일러스 센싱 모드와 다르다.

제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제2 패턴(101A'')들 및 다수의 제3 패턴(103A)들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 감지 회로부(330)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

도 15에 도시된 터치 입력 장치(500'')는 도 12에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여 센서부(100A'')의 다수의 제2 패턴(102A'')들과 제어부(300)를 연결하는 구성에서 차이가 있다. 즉, 도 12의 다수의 제2 패턴(102A)들은 서로 인접한 2개의 제2 패턴이 제1 전도성 패턴에 의해 전기적으로 연결된 후 제어부(300)와 제2 전도성 패턴을 통해 연결되지만, 도 15의 다수의 제2 패턴(102A'')들은 각각이 제어부(300)와 전도성 패턴에 의해 연결된다. 이러한 구성 상의 특징으로 인해, 도 15에 도시된 터치 입력 장치(500'')는 도 12의 터치 입력 장치(500)보다 채널 수가 증가되는 단점은 있지만, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 안테나 구동 모드에서 스타일러스 펜이 위치한 특정 부분에서만 펜 구동 신호를 인가할 수 있으므로, 전력 소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 도 12에 도시된 터치 입력 장치(500)는 스타일러스 센싱 모드 시에 스타일러스 펜으로부터 방출되는 신호를 감지하는 패턴이, 장축 방향(L)으로는 다수의 제1 패턴(101A)이고, 단축 방향(S)으로는 다수의 제3 패턴(103A)인 반면에, 도 15에 도시된 터치 입력 장치(500'')는 스타일러스 센싱 모드 시에 스타일러스 펜으로부터 방출되는 신호를 감지하는 패턴이, 장축 방향(L)으로는 다수의 제2 패턴(102A'')이고, 단축 방향(S)으로는 다수의 제3 패턴(103A)이다.

도 15에 도시된 터치 입력 장치(500'')에서 스타일러스 센싱 모드 시에 스타일러스 펜으로부터 방출되는 신호를 감지하는 장축 방향(L)으로의 패턴을 다수의 제1 패턴(101A)이 아닌 다수의 제2 패턴(102A'')으로 하면, 도 12에 도시된 터치 입력 장치(500)와 비교하여, 제1 패턴(101A)와 제2 패턴(102A'') 사이의 커플링 캐패시턴스를 줄일 수 있으므로, 터치 위치 센싱을 위한 터치 구동 신호와 터치 감지 신호의 동작 주파수 대역폭(bandwidth)을 향상시킬 수 있고, 스타일러스 펜 구동을 위한 펜 구동 신호의 동작 주파수 대역폭를 향상시킬 수 있다.

또한, 스타일러스 센싱 모드 시에 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 다수의 제2 패턴(102A'')들을 통해 제어부(300)가 수신하기 때문에, 수신된 펜 감지 신호의 전압 값이 상대적으로 높은 이점이 있다. 특히, 장축 방향(L)에 있어서, 제어부(300)로부터 가장 멀리 떨어진 지점에서 수신되는 펜 감지 신호의 전압 값이 도 12의 경우보다 상대적으로 더 크기 때문에, 센싱 감도가 향상되는 이점이 있다. 이는 제1 패턴(101A)과 제2 패턴(102A) 사이의 커패시티브 커플링(capacitive coupling)을 고려하지 않아도 되기 때문이다. 구체적으로, 도 12의 경우, 도 14의 (e)에서 상술한 바와 같이, 제1 패턴(101A)과 제2 패턴(102A) 사이의 커패시티브 커플링에 의해 제2 패턴(102A)에서 제1 패턴(101A)으로 전류가 흐르기 때문에, 제1 패턴(101A)을 통해 제어부(300)로 입력되는 펜 감지 신호의 감쇠가 존재한다. 하지만, 도 15의 터치 입력 장치(500'')는 제1 패턴(101A)이 아닌 제2 패턴(102A'')을 통해 커패시티브 커플링 없이 제어부(300)로 직접 입력되기 때문에 커패시티브 커플링에 의한 펜 감지 신호의 감쇠가 발생하지 않는다.

또한, 다수의 제2 패턴(102A'')들 각각이 하나의 채널로 구성되므로, 다수의 제2 패턴(102A'')들이 구동 전극(Stylus TX)으로 이용되는 경우에 도 12의 터치 입력 장치보다 채널 간 간격이 절반으로 줄어들기 때문에 구동 해상도가 향상되는 이점이 있다.

도 16은 도 10에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 도면이다.

도 16을 참조하면, 터치 입력 장치(500''')는 센서부(100A''') 및 상기 센서부(100A''')를 제어하기 위한 제어부(300)를 포함할 수 있다.

센서부(100A''')는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A''', 103A, 104A')를 포함한다. 여기서, 다수의 제1 및 제3 패턴(101A, 103A)는 도 12에 도시된 다수의 제1 및 제3 패턴(101A, 103A)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

이하, 다수의 제2 및 제4 패턴(102A''', 104A')에 대해서 설명하되, 도 12의 다수의 제2 및 제4 패턴(102A, 104A)와 동일한 부분에 대한 설명은 편의상 생략하도록 한다.

다수의 제2 패턴(102A''')들의 일 단들은 플로팅되고, 다수의 제2 패턴(102A''')들의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다.

다수의 제4 패턴(104A')들의 일 단들 각각은 전도성 패턴에 의해 제어부(300) 전기적으로 연결되고, 다수의 제4 패턴(104A')들의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다.

도 16에 도시된 터치 입력 장치(500''')의 동작 모드를 구체적으로 설명한다.

터치 구동/센싱 모드 시, 제어부(300)는 손가락과 같은 객체의 터치 위치 센싱을 위해 다수의 구동 회로부(310)를 센서부(100A''')의 다수의 제1 패턴(101A)에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제1 패턴(101A)에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 구동 회로부(310)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

또한, 제어부(300)는 터치 위치 센싱을 위한 다수의 감지 회로부(330)를 센서부(100A''')의 다수의 제3 패턴(103A)들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제3 패턴(103A)들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 감지 회로부(330)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

이러한 터치 구동/센싱 모드에서, 제어부(300)는 다수의 제1 패턴(101A)들로 터치 센싱을 위한 구동 신호(또는, 터치 구동 신호)를 동시 또는 순차적으로 인가하고, 다수의 제3 패턴(103A)들로부터 수신되는 감지 신호(또는, 터치 감지 신호)를 수신한다. 다수의 제3 패턴(103A)들과 전기적으로 연결된 제어부(300)의 다수의 감지 회로부는 입력되는 감지 신호에 포함된 커패시턴스 변화량 정보를 소정의 전압값으로 출력할 수 있다. 제어부(300)는 출력된 전압값을 처리하여 터치 위치를 검출할 수 있다.

안테나 구동 모드(또는 스타일러스 구동 모드, 또는 스타일러스 업링크 모드) 시, 제어부(300)는 안테나 구동을 위한 다수의 구동 회로부(310)를 센서부(100A''')의 다수의 제4 패턴(104A')들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제4 패턴(104A')들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 구동 회로부(310)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

제어부(300)는 다수의 제4 패턴(104A')들에 연결된 각 구동 회로부(310)에서 출력되는 구동 신호(또는 펜 구동 신호)를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 다수의 제4 패턴(104A')들에 전기적으로 연결된 다수의 구동 회로부(310) 중에서 임의의 2개의 구동 회로부에서 서로 상반된 펄스 신호가 출력되도록 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 전류 루프의 크기나 위치를 다양하게 변경 설정할 수 있다.

스타일러스 센싱 모드(또는 스타일러스 다운링크 모드) 시, 제어부(300)는 스타일러스 센싱을 위한 다수의 감지 회로부(330)를 센서부(100A''')의 다수의 제1 패턴(101A)들 및 다수의 제4 패턴(104A')들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이 부분이 도 12의 터치 입력 장치의 스타일러스 센싱 모드와 다르다.

제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제1 패턴(101A)들 및 다수의 제4 패턴(104A')들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 감지 회로부(330)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

도 16에 도시된 터치 입력 장치(500''')는 도 12에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여 센서부(100A''')의 다수의 제2 패턴(102A''')는 전기적으로 플로팅되어 사용되지 않고, 다수의 제4 패턴(104A')들을 통해 스타일러스 펜을 구동시킨다는 점에서 차이가 있다. 이러한 구성 상의 특징으로 인해, 도 16에 도시된 터치 입력 장치(500''')는 도 12의 터치 입력 장치(500)보다 채널 수가 증가되는 단점은 있지만, 다수의 제2 패턴(102A)들이 사용되지 않기 때문에 다수의 제2 패턴(102A)들의 일 단들과 연결되는 전도성 패턴이 존재하지 않는다. 따라서, 좌/우 베젤(B)의 두께를 도 12와 비교하여 상대적으로 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 16에 도시된 터치 입력 장치는, 도 12의 터치 입력 장치와 비교하여 전체 채널 수가 다소 증가되는 단점이 있지만, 다수의 제4 패턴(104A')들을 통해 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신하기 때문에, 제어부(300)로 수신되는 펜 감지 신호의 전압값이 더 커지는 이점이 있다. 도 12의 터치 입력 장치의 제어부(300)로 수신되는 펜 감지 신호의 전압값의 대략 2배 이상 커지는 이점이 있다.

또한, 다수의 제4 패턴(104A')들 각각이 하나의 채널로 구성되므로, 다수의 제4 패턴(104A')이 구동 전극(Stylus TX)으로 이용되는 경우에 도 12의 터치 입력 장치보다 채널 간 간격이 절반으로 줄어들기 때문에 구동 해상도가 향상되는 이점이 있다.

또한, TX 트레이스 채널 수를 도 12에 도시된 터치 입력 장치보다 1/4 내지 1/3로 줄일 수 있어 베젤(B)의 두께를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 17은 도 11에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 도면이다.

도 17을 참조하면, 터치 입력 장치(500')는 센서부(100A'') 및 상기 센서부(100A'')를 제어하기 위한 제어부(300)를 포함할 수 있다.

센서부(100A'')는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A', 102A', 103A, 104A)를 포함한다. 여기서, 다수의 제3 및 제4 패턴(103A, 104A)는 도 12에 도시된 다수의 제3 및 제4 패턴(103A, 104A)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

이하, 다수의 제1 및 제2 패턴(101A', 102A')에 대해서 설명하되, 도 12의 다수의 제1 및 제2 패턴(101A, 102A)와 동일한 부분에 대한 설명은 편의상 생략하도록 한다.

제1 패턴(101A')은 제1 방향을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제1 방향은 터치 입력 장치의 화면의 장축 방향(L)일 수 있다. 제1 패턴(101A')은 제1a 패턴(101a')과 제1b 패턴(101b')를 포함한다. 제1a 패턴(101a')과 제1b 패턴(101b')는 제1 방향을 따라 배열되고 서로 소정 간격 떨어져 배치된다. 제1a 패턴(101a')과 제1b 패턴(101b')을 포함하는 제1 패턴(101A')은, ATX(Active TX)로도 명명될 수 있다.

제2 패턴(102A')은 제1 방향을 따라 연장된 형상을 가지며, 제1 패턴(101A')에 인접하여 배치되고, 제1 패턴(101A')과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제2 패턴(102A')은 제2a 패턴(102a')과 제2b 패턴(102b')를 포함한다. 제2a 패턴(102a')과 제2b 패턴(102b')는 제1 방향을 따라 배열되고 서로 소정 간격 떨어져 배치된다. 제2a 패턴(102a')과 제2b 패턴(102b')를 포함하는 제2 패턴(102A')은, DTX(Dummy TX)로도 명명될 수 있다.

다수의 제1 패턴(101A')들에 있어서, 다수의 제1a 패턴(101a')들의 일 단들은 제어부(300)와 전기적으로 연결되고, 타 단들은 전기적으로 오픈(open)된다. 또한, 다수의 제1b 패턴(101b')들의 일 단들은 제어부(300)와 전기적으로 연결되고, 타 단들은 전기적으로 오픈(open)된다. 여기서, 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다.

다수의 제1a 패턴(101a')들의 일 단들 각각은 제어부(300)와 전도성 패턴을 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다수의 제1a 패턴(101a')들과 제어부(300)를 연결하는 전도성 패턴들은 터치 입력 장치(500)의 베젤(B) 내부에 단축 방향(S)을 따라 배열될 수 있다.

다수의 제1b 패턴(101b')들의 일 단들 각각은 제어부(300)와 전도성 패턴을 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다수의 제1b 패턴(101b')들과 제어부(300)를 연결하는 전도성 패턴들은 터치 입력 장치(500)의 베젤(B) 내부에 단축 방향(S)을 따라 배열될 수 있다.

다수의 제2 패턴(102A')들에 있어서, 다수의 제2a 패턴(102a')들의 일 단들은 서로 인접한 2개의 일단이 제1 전도성 패턴에 의해 서로 전기적으로 연결된 후 제어부(300)와 제2 전도성 패턴을 통해 전기적으로 연결되고, 다수의 제2a 패턴(102a')들의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 마찬가지로, 다수의 제2b 패턴(102b')들의 일 단들은 서로 인접한 2개의 일단이 제1 전도성 패턴에 의해 서로 전기적으로 연결된 후 제어부(300)와 제2 전도성 패턴을 통해 전기적으로 연결되고, 다수의 제2b 패턴(102b')들의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 여기서, 일 단은 상대적으로 제어부(300)에 가까운 곳이고, 타 단은 상대적으로 제어부(300)로부터 먼 곳이다.

다수의 제2a 및 제2b 패턴(102a', 102b')들과 제어부(300)를 연결하는 제2 전도성 패턴들은, 터치 입력 장치(500')의 베젤(B) 내부에 단축 방향(S)으로 배열될 수 있다. 여기서, 다수의 제2a 및 제2b 패턴(102a', 102b')들과 제어부(300)를 연결하는 제2 전도성 패턴들은, 다수의 제1 패턴(101A')들과 제어부(300)를 연결하는 전도성 패턴들(미도시)과 함께 터치 입력 장치(500)의 베젤(B) 내부에 배열될 수 있다.

다수의 제2a 패턴(102a')들의 타 단들이 서로 전기적으로 연결되면, 각 제2a 패턴(102a') 별 커패시턴스들이 더해지므로 전체 임피던스는 줄어들게 된다. 따라서, 다수의 제2a 패턴(102a')들의 타 단들이 AC GND된 것과 같은 효과를 갖게 된다. 마찬가지로, 다수의 제2b 패턴(102b')들의 타 단들이 서로 전기적으로 연결되면, 각 제2b 패턴(102b') 별 커패시턴스들이 더해지므로 전체 임피던스는 줄어들게 된다. 따라서, 다수의 제2b 패턴(102b')들의 타 단들이 AC GND된 것과 같은 효과를 갖게 된다.

도 17에 도시된 터치 입력 장치(500')의 동작 모드를 구체적으로 설명한다.

터치 구동/센싱 모드 시, 제어부(300)는 손가락과 같은 객체의 터치 위치 센싱을 위해 다수의 구동 회로부(310)를 센서부(100A')의 다수의 제1 패턴(101A')에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제1 패턴(101A')에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 구동 회로부(310)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

또한, 제어부(300)는 터치 위치 센싱을 위한 다수의 감지 회로부(330)를 센서부(100A')의 다수의 제3 패턴(103A)들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제3 패턴(103A)들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 감지 회로부(330)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

이러한 터치 구동/센싱 모드에서, 제어부(300)는 다수의 제1 패턴(101A')들로 터치 센싱을 위한 구동 신호(또는, 터치 구동 신호)를 동시 또는 순차적으로 인가하고, 다수의 제3 패턴(103A)들로부터 수신되는 감지 신호(또는, 터치 감지 신호)를 수신한다. 다수의 제3 패턴(103A)들과 전기적으로 연결된 제어부(300)의 다수의 감지 회로부는 입력되는 감지 신호에 포함된 커패시턴스 변화량 정보를 소정의 전압값으로 출력할 수 있다. 제어부(300)는 출력된 전압값을 처리하여 터치 위치를 검출할 수 있다.

안테나 구동 모드(또는 스타일러스 구동 모드, 또는 스타일러스 업링크 모드) 시, 제어부(300)는 안테나 구동을 위한 다수의 구동 회로부(310)를 센서부(100A')의 다수의 제2a 패턴(102a')들 및 다수의 제2b 패턴(102b')들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제2a 패턴(102a')들 및 다수의 제2b 패턴(102b')들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 구동 회로부(310)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

제어부(300)는 다수의 제2a 패턴(102a')들 및 다수의 제2b 패턴(102b')들에 연결된 각 구동 회로부(310)에서 출력되는 구동 신호(또는 펜 구동 신호)를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 다수의 제2a 패턴(102a')들 및 다수의 제2b 패턴(102b')들에 전기적으로 연결된 다수의 구동 회로부(310) 중에서 임의의 2개의 구동 회로부에서 서로 상반된 펄스 신호가 출력되도록 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 전류 루프의 크기나 위치를 다양하게 변경 설정할 수 있다.

스타일러스 센싱 모드(또는 스타일러스 다운링크 모드) 시, 제어부(300)는 스타일러스 센싱을 위한 다수의 감지 회로부(330)를 센서부(100A')의 다수의 제1 패턴(101A')들 및 다수의 제3 패턴(103A')들에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제어부(300)는 다수의 스위치를 제어하여 다수의 제1 패턴(101A')들 및 다수의 제3 패턴(103A)들에 연결된 전도성 패턴들을 다수의 감지 회로부(330)와 전기적으로 연결시킬 수 있다.

도 17에 도시된 터치 입력 장치(500')는 도 12에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여 센서부(100A')의 다수의 제1 및 제2 패턴(101A', 102A')들에서 구성상의 차이가 있다. 즉, 다수의 제1 및 제2 패턴(101A', 102A')들은 도 12의 제1 및 제2 패턴(101A, 102A)을 절반으로 쪼갠 것이므로, 도 12의 다수의 제1 및 제2 패턴(101A, 102A)들보다 2배 더 많다.

이러한 구성 상의 특징으로 인해, 도 17에 도시된 터치 입력 장치(500')는 도 12의 터치 입력 장치(500)보다 채널 수가 증가되는 단점은 있지만, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 안테나 구동 모드에서 스타일러스 펜이 위치한 특정 부분에서만 펜 구동 신호를 인가할 수 있으므로, 전력 소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 도 17에 도시된 터치 입력 장치는, 도 12의 터치 입력 장치와 비교하여 채널 수가 다소 증가되는 단점이 있지만, 각 제1 패턴(101A')과 제2 패턴(102A')이 길이가 절반으로 줄어 저항 값과 커패시턴스 값이 낮아지기 때문에, 센서부(100A')의 터치 구동 전극에 인가되는 터치 구동 신호와 스타일러스 펜을 구동하기 위한 펜 구동 신호의 동작 주파수 대역폭을 넓힐 수 있는 이점이 있다.

도 18은는 도 4 또는 도 7에 도시된 센서부(100, 100')의 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 18에 도시된 센서부(100B)는 앞서 상술한 본 발명의 여러 실시 형태들에 따른 터치 입력 장치들의 센서부로 이용될 수 있다. 따라서, 이하에서는 센서부(100B)의 구체적인 구조와 형상에 대해서 설명하고, 센서부(100B)를 포함하는 터치 입력 장치의 구동 방법은 앞서 상술한 내용으로 대체한다.

도 18을 참조하면, 센서부(100B)는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A, 103B, 104B)를 포함한다. 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A, 103B, 104B)은 동일층에 함께 배치된다.

제1 패턴(101A)은 제1 방향(폭 방향)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제1 방향은 터치 입력 장치의 화면의 장축 방향일 수 있다. 제1 패턴(101A)은, ATX(Active TX)로도 명명될 수 있다.

제1 패턴(101A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.

제1 패턴(101A)은 내부에 제2 패턴(102A)이 배치되는 개구부를 가질 수 있다. 개구부의 형상은 제1 패턴(101A)의 외형과 대응될 수 있다. 제1 패턴(101A)은 제2 패턴(102A)를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 제1 패턴(101A)은 제2 패턴(102A)로부터 소정 간격 떨어져 배치된다.

제2 패턴(102A)은 제1 방향을 따라 연장된 형상을 가지며, 제1 패턴(101A)에 인접하여 배치되고, 제1 패턴(101A)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제2 패턴(102A)은, DTX(Dummy TX)로도 명명될 수 있다.

제2 패턴(102A)은 제1 패턴(101A) 내부에 배치된다.

제2 패턴(102A)는 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.

제2 패턴(102A)의 메인 패턴부는 제1 패턴(101A)의 메인 패턴부와 대응되는 형상일 수 있고, 제2 패턴(102A)의 연결 패턴부는 제1 패턴(101A)의 연결 패턴부와 대응되는 형상일 수 있다.

다수의 제2 패턴(102A)들은 타 단들은 제2 도전성 패턴(D2)에 의해 서로 전기적으로 연결된다.

제3 패턴(103B)은 제1 패턴(101A)의 하나의 연결 패턴부를 기준으로 상하에 각각 하나씩 배치된다. 제3 패턴(103B)는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다. 제3 패턴(103B)은 내부에 제4 패턴(104B)이 배치되는 개구부를 가질 수 있다. 개구부의 형상은 제3 패턴(103B)의 외형과 대응될 수 있다. 제3 패턴(103B)은 제4 패턴(104B)를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 제3 패턴(103B)은 제4 패턴(104B)로부터 소정 간격 떨어져 배치된다. 제3 패턴(103B)은, ARX(Active RX)로도 명명될 수 있고, 제4 패턴(104B)은 DRX(Dummy RX)로도 명명될 수 있다.

다수의 제3 패턴(103B)들 중 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배열된 제3 패턴들은 제3 도전성 패턴(D3)에 의해서 전기적으로 연결된다. 따라서, 제2 방향을 따라 배열된 제3 패턴들은 다수의 제3 도전성 패턴(D3)들에 의해서 전기적으로 연결되어 도 4 또는 도 7에 도시된 제3 패턴(103)의 전기적 연결 방향과 같게 될 수 있다.

제3 도전성 패턴(D3)는 서로 이웃한 두 개의 제3 패턴 사이에 배치된 제1 패턴(101A)의 연결 패턴부를 교차하도록 배치된다.

다수의 제4 패턴(104B)들 중 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배열된 제4 패턴들은 제4 도전성 패턴(D4)에 의해서 전기적으로 연결된다. 따라서, 제2 방향을 따라 배열된 제4 패턴들은 다수의 제4 도전성 패턴(D4)들에 의해서 전기적으로 연결되어 도 4 또는 도 7에 도시된 제4 패턴(104)의 전기적 연결 방향과 같게 될 수 있다.

제4 도전성 패턴(D4)는 서로 이웃한 두 개의 제4 패턴 사이에 배치된 제1 패턴(101A)의 연결 패턴부를 교차하도록 배치된다. 또한, 제4 도전성 패턴(D4)은 다수의 제4 패턴(104B)들 중 제어부에서 가장 멀리 배치되고 제1 방향을 따라 배열된 제4 패턴(104B)들을 전기적으로 연결한다.

다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A, 103B, 104B)들은 동일층인 제1 층에 함께 배치되고, 제2 내지 제4 도전성 패턴(D2, D3, D4)은 동일층인 제2 층에 함께 배치될 수 있다. 여기서, 제1 층과 제2 층은 서로 물리적 및 전기적으로 이격된다.

이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 센서부
300: 제어부
101: 제1 패턴
102: 제2 패턴
103: 제3 패턴
104: 제4 패턴

Claims (9)

1. 센서부 및 제어부를 포함하고,
   상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성되고 일 단들이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되며, 일 단들은 전기적으로 플로팅되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함하고,
   상기 제1 패턴은 상기 제1 방향을 따라 배열된 제1a 패턴과 제1b 패턴을 포함하고,
   상기 제2 패턴은 상기 제1 방향을 따라 배열된 제2a 패턴과 제2b 패턴을 포함하는, 터치 입력 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 제2 패턴의 다수의 제2a 패턴들의 타 단들은 서로 전기적으로 연결되고, 일 단들은 상기 제2 방향으로 서로 인접한 2개씩 전기적으로 연결되어 상기 제어부와 전기적으로 연결되고,
   상기 다수의 제2 패턴의 다수의 제2b 패턴들의 타 단들은 서로 전기적으로 연결되고, 일 단들은 상기 제2 방향으로 서로 인접한 2개씩 전기적으로 연결되어 상기 제어부와 전기적으로 연결된,
   터치 입력 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 센서부를 객체의 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동/센싱 모드, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 안테나 구동 모드 및 상기 스타일러스 펜의 터치 위치를 센싱하기 위한 스타일러스 센싱 모드 중 어느 하나로 동작되도록 제어하되,
   상기 터치 구동/센싱 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴으로 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제3 패턴을 통해 터치 감지 신호를 수신하고,
   상기 안테나 구동 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제2 패턴으로 상기 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하고,
   상기 스타일러스 센싱 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴과 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신하는,
   터치 입력 장치.
4. 센서부 및 제어부를 포함하고,
   상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치되고 일 단들이 상기 제어부와 전기적으로 연결되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되며, 일 단들은 전기적으로 플로팅되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함하는,
   터치 입력 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 센서부를 객체의 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동/센싱 모드, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 안테나 구동 모드 및 상기 스타일러스 펜의 터치 위치를 센싱하기 위한 스타일러스 센싱 모드 중 어느 하나로 동작되도록 제어하되,
   상기 터치 구동/센싱 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴으로 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제3 패턴을 통해 터치 감지 신호를 수신하고,
   상기 안테나 구동 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제2 패턴으로 상기 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하고,
   상기 스타일러스 센싱 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제2 패턴과 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신하는,
   터치 입력 장치.
6. 센서부 및 제어부를 포함하고,
   상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치되고, 일 단들은 전기적으로 플로팅되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성되고 일 단이 상기 제어부와 전기적으로 연결된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되고 일 단들은 상기 제어부와 전기적으로 연결되고 타 단들은 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함하는,
   터치 입력 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 센서부를 객체의 터치 위치를 센싱하기 위한 터치 구동/센싱 모드, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 안테나 구동 모드 및 상기 스타일러스 펜의 터치 위치를 센싱하기 위한 스타일러스 센싱 모드 중 어느 하나로 동작되도록 제어하되,
   상기 터치 구동/센싱 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴으로 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제3 패턴을 통해 터치 감지 신호를 수신하고,
   상기 안테나 구동 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제4 패턴으로 상기 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하고,
   상기 스타일러스 센싱 모드에서, 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴과 상기 다수의 제4 패턴을 통해 상기 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신하는,
   터치 입력 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 패턴 각각은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함하고,
   상기 제1 패턴은 내부에 상기 제2 패턴이 배치되는 개구부를 갖고,
   상기 제3 및 제4 패턴 각각은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함하고,
   상기 제3 패턴은 내부에 상기 제4 패턴이 배치되는 개구부를 갖고,
   상기 제1 및 제2 패턴은 상기 제3 및 제4 패턴 상에 배치된, 터치 입력 장치.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서부가 배치되는 화면의 대각 길이는 10인치 이상 14인치 이하인, 터치 입력 장치.

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