WO2015126009A1 - 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저 - Google Patents

3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저 Download PDF

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WO2015126009A1
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magnetic force
pen
digitizer
axis
force sensor
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허성환
김홍채
이광구
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주식회사 트레이스
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Definitions

  • the present invention relates to a touch screen fusion digitizer using a three-axis magnetic force sensor and a magnetic pen, and more particularly, to measure the distribution and variation of the magnetic force vector generated by moving a magnetic force pen that generates magnetic force.
  • the present invention relates to a touch screen fusion digitizer using a three-axis magnetic force sensor and a magnetic force pen to accurately detect a position.
  • Digitizer is a type of input device used in display devices and has a matrix type electrode structure. When the user moves a pen or cursor, the digitizer reads the X and Y coordinates on the matrix and transmits the position signal of the input device to the controller. Refers to a device that performs a corresponding command.
  • the digitizer is broadly called a touch panel or a tablet, and there may be a resistive film type, a capacitive type, a magnetic field type, or the like depending on the position detection method. In some cases, however, the touch panel may be used separately from the touch panel.
  • Display devices of display devices such as mobile communication terminals and tablet PCs, largely include a cover glass, a touch panel, a liquid crystal panel, a digitizer, and display devices or display devices that integrate them or change their configurations due to the recent development of the display industry. Is emerging.
  • the present invention for solving the above problems is to place one or two or more magnetic force sensors inside the digitizer coupled to the touch screen, and to detect the change in the magnetic field caused by the movement of the magnetic force pen and the position information of the magnetic force pen
  • An object of the present invention is to provide a touch screen fusion digitizer using a three-axis magnetic force sensor and a magnetic force pen that can detect motion information.
  • the present invention includes a device for generating a magnetic force inside the magnetic pen, and touch screen fusion digitizer using a three-axis magnetic force sensor and a magnetic pen to adjust the three-dimensional distribution of the generated magnetic force to increase the detection accuracy It aims to provide.
  • the present invention devised to solve the above problems is composed of a display device 200 and a magnetic pen 300, the display device 300 is a cover window 210 to protect the external contact damage by touch and writing Wow;
  • An inner case 250 surrounding the side and rear surfaces of the circuit board 240, and the cover window 210, the touch panel unit 220, and the liquid crystal panel unit 230 are sequentially stacked and joined;
  • the cover window 210 is characterized in that the front and rear surfaces are flat, or a portion of the flat surface is a sheet (sheet) having a thickness of 0.1 to 10mm bent at a curvature of 1 to 50cm.
  • the cover window 210 is made of Pyrex, soda glass, alumina glass, quartz, polymethylene methacrylate (PMMA), acrylic polymer composite, polyethylene terephthalate (PET) as a transparent material having a light transmittance of 85 to 95%. It is made of any one of the raw material, or any one of 1-10000 keV electrons, ions, gamma rays irradiated with any one of the acrylic series, vinyl series, terephthalate series of which the polymer molecular bond is reinforced do.
  • PMMA polymethylene methacrylate
  • PET polyethylene terephthalate
  • the touch panel unit has a touch sensing electrode made of any one of indium tin oxide, silver nanoparticles, silver nanowires, carbon nanotubes, and having a light transmittance of 85% to 99%, and polymethylene methacrylate (PMMA).
  • the electrode support layers 2220 and 2240 made of any one of an acrylic polymer composite and polyethylene terephthalate (PET) are covered on the front surface of the liquid crystal panel 230, and the horizontal pattern layer 222 and the horizontal axis
  • PET polyethylene terephthalate
  • the magnetic force sensor 226 uses a Hall effect, a search coil induction effect, a flux gate induction effect, and a magnetoresistive effect to 0.001 in the three-axis direction of the spatial Cartesian coordinate. To 10000 Gauss magnetic force is characterized by measuring.
  • the circuit board 240 stores in advance three-axis magnetic force distribution data of the magnetic pen 300 according to the front coordinates of the display device 200, and the display device 200 is free of the magnetic pen 300.
  • the relative trajectory of the magnetic force pen 300 may be calculated by comparing the three-axis magnetic force vector measured in the motion with the pre-stored three-axis magnetic force distribution data.
  • the three-axis magnetic force distribution data is a unique distribution measured by each of the magnetic force sensors 226 included in the display device 200, and the display device 200 is detected by two or more magnetic force sensors 226.
  • the arithmetic average of the locus of the magnetic pen 300 is characterized in that to improve the locus accuracy.
  • the present invention by implementing a digitizer that can detect the position information of the external input means by using a magnetic force sensor installed on the edge of the inside of the display device, there is no need to provide a separate digitizer panel, thereby reducing the weight of the display device It has the effect of making slim.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of a digitizer according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a structure of a touch panel unit.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of the touch panel unit of FIG. 2.
  • Figure 4 is a perspective view showing the position of the magnetic force sensor of the digitizer according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the position of the magnetic force sensor of the digitizer according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a method in which the digitizer calculates the position of the magnetic pen by detecting a three-dimensional magnetic force line generated by the magnetic pen.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing the structure of the three-dimensional magnetic field lines generated in the magnetic pen.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the internal structure of the magnetic force sensor.
  • FIG. 9 is a graph showing the spatial distribution of the magnetic force in the X-axis direction generated in the magnetic pen.
  • FIG. 10 is a graph showing the spatial distribution of the magnetic force in the Y-axis direction generated in the magnetic force pen.
  • 11 is a graph showing the spatial distribution of the magnetic force in the Z-axis direction generated in the magnetic pen.
  • FIG. 12 is a plan view showing a state in which magnetic force sensors are arranged in parallel according to the size of the digitizer.
  • touch panel unit 2200 display adhesive layer
  • Tx pattern support layer 2240 Rx pattern support layer
  • touch pattern connection electrode 222 Tx pattern layer
  • Tx channel multiplexer 224 Rx pattern layer
  • Rx channel multiplexer 226 magnetic force sensor
  • circuit board 250 inner case
  • a digitizer using a three-axis magnetic force sensor and a magnetic pen
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of a digitizer according to a first embodiment of the present invention.
  • the digitizer of the present invention includes a display device 200 for measuring a magnetic force distribution while displaying an image signal, and a magnetic pen 300 for generating a three-dimensional magnetic force distribution while moving on the display device 200.
  • the display device 200 includes a cover window 210 that protects external contact damage due to touch and writing, a touch panel 220 that is laminated on the back of the cover window 210 to detect a touch contact signal, and a touch panel unit.
  • a liquid crystal panel unit 230 which is laminated on the rear surface and outputs signal information, and a circuit board which controls input and output of signals from the liquid crystal panel unit 230, the touch panel unit 220, and the magnetic force sensor 226 ( 240 and an inner case 250 surrounding side and rear surfaces of the circuit board 240, and the cover window 210, the touch panel unit 220, and the liquid crystal panel unit 230 are sequentially stacked and joined.
  • the cover window 210 On the back of the cover window 210 or the front and rear of the liquid crystal panel unit 230 or the front and rear of the touch panel unit 220 or the front and rear of the circuit board 240 or the inner case 250 inside the display device 200. It includes the magnetic force sensor 226 located at one or two or more locations.
  • the magnetic force pen 300 freely moves in the upper portion of the cover window 210, and the three-dimensional magnetic force distribution generated at this time is detected by the magnetic force sensor 226 so that the movement trajectory is visually represented on the display device 200. .
  • the cover window 210 has a thin sheet shape having a thickness of 0.1 to 10 mm in which front and rear surfaces thereof are flat or a portion of the flat surface is bent at a curvature of 1 to 50 cm.
  • Cover window 210 is made of a transparent material having a light transmittance of 85 to 95%, pyrex, soda glass, alumina glass, quartz, polymethylene methacrylate (PMMA), acrylic polymer composite, polyethylene terephthalate (PET) ) As the raw material.
  • 1 to 10,000 keV electrons, ions, and gamma rays may be irradiated to form a polymer which is one of an acrylic series, a vinyl series, and a terephthalate series in which a polymer molecular bond group on the surface is reinforced.
  • One or more magnetic force sensors 226 may be installed at the edges of the transparent substrate of the touch panel 220 (inactive areas of the liquid crystal panel 230) to detect magnetic fields formed on the front surface of the touch panel 220. At this time, the magnetic force sensor 226 is connected to the power supply for magnetic field detection is supplied with power.
  • the magnetic force sensor 226 detects the position information by detecting a change in the magnetic field on the front surface of the touch panel unit 220 by the magnetic force pen 300, and transmits the detected information to the controller of the display device 200.
  • the A / D converter may convert an analog signal into a digital signal.
  • the magnetic force sensor 226 uses a Hall effect, a search coil induction effect, a flux gate induction effect, and a magnetoresistive effect to remove the magnetic force sensor 226 from 0.001 to three axes in the spatial Cartesian coordinate direction. Measure 10000 Gauss magnetic force.
  • the magnitude, width, and height of the magnetic force sensor 226 are 0.1 to 100 mm, respectively.
  • the magnetic force sensor 226 is a search coil in which a current flowing between parallel electrodes is leaked in a vertical direction by an external magnetic field, and a coil is wound around the cylindrical magnetizable coil's outer circumference so that induced current is generated by Faraday's law.
  • Apparatus for detecting three-dimensional magnetic force vector and the amount of change by using the magneto resistive effect that uses the resistance of the current flowing when the conductive layer magnetized in a certain direction and the magnetized layer in the reverse direction is laminated
  • the relative distance vector between the magnetic force sensor 226 and the magnetic force pen 300 may be calculated by detecting in real time a magnetic force vector simultaneously changing according to the distance vector of the magnetic force pen 300.
  • the magnetic force vector (Bx, By) depends on the spatial Cartesian coordinate axes (X, Y, and Z axes). Since Bz changes simultaneously in a 1: 1 correspondence, the relative spatial coordinates of the magnetic force pen 300 compared to the magnetic force sensor 226 can be measured by measuring the vector of the magnetic force signal.
  • the magnetic force spatial distribution detected when the magnetic force pen 300 is freely moved to the spatial coordinate is input to the control unit of the display device 200, so that the measured magnetic force vector is representative. The spatial coordinates can be converted.
  • a plurality of magnetic force sensors 226 are provided, the distance vectors and the spatial coordinates are converted from each magnetic force sensor 226 to the measurement target object, and the arithmetic average of each converted value is used to determine the absolute value of the object.
  • the position can be grasped within an error of 0.1 to 5 mm.
  • the relative position of the magnetic force pen 300 between two or more magnetic force sensors 226 may be grasped by triangulation.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a structure of a touch panel unit
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of the touch panel unit of FIG. 2.
  • the touch panel unit 220 has a light transmittance of 85% to 99%.
  • the touch sensing unit is made of any one of transparent indium tin oxide, silver nanoparticles, silver nanowires, and carbon nanotubes.
  • An electrode, and electrode support layers 2220 and 2240 made of any one of polymethylene methacrylate (PMMA), an acrylic polymer composite, and polyethylene terephthalate (PET) are covered on the entire liquid crystal panel 230. have.
  • the horizontal pattern layer 222 and the horizontal support layer 2220 on which the touch sensing electrodes are formed are cross-laminated with respect to the vertical pattern layer 224 and the vertical support layer 2240, and are pressed by the conductive or non-conductive material contacting the upper part of the pattern. Change in capacitance, or contact resistance.
  • Figure 4 is a perspective view showing the position of the magnetic force sensor of the digitizer according to the second embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a perspective view showing the position of the magnetic force sensor of the digitizer according to the third embodiment of the present invention.
  • one or two magnetic force sensors 226 may be installed in the upper, lower, left, and right margins of the touch panel unit 220 or the margins of the rear part of the liquid crystal panel unit 230. However, in some cases, as shown in FIG. 4, one, two or more magnetic force sensors 226 may be installed in the top, bottom, left, and right margins of the cover window 210.
  • one or two or more magnetic force sensors 226 may be provided on the front and rear surfaces of the circuit board 240 or the inner surface of the inner case 250.
  • Only one magnetic force sensor 226 detects the three-dimensional magnetic force vector generated by the magnetic force pen 300 to calculate the relative spatial coordinates between the magnetic force pen 300 and the magnetic force sensor 226 through the display device 200. By comparing the calculated values of the two or more magnetic force sensors 226, more accurate relative spatial coordinates can be calculated.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a method in which the digitizer calculates the position of the magnetic pen by detecting a three-dimensional magnetic force line generated by the magnetic pen.
  • the magnetic force sensor 226 uses a hall effect, a search coil induction effect, a flux gate induction effect, and a magneto resistive effect.
  • the 0.001 to 10000 Gauss magnetic force in the three-axis direction of the rectangular coordinate is measured.
  • the display device 200 stores in advance the three-axis magnetic force distribution data of the magnetic force pen 300 according to the front coordinates on the circuit board 240, and stores the three-axis magnetic force vector measured in the free movement of the magnetic force pen 300 in advance. By comparing the three-axis magnetic force distribution data, the relative trajectory of the magnetic force pen 300 may be output as visual data on the front of the display device 200.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a structure of a three-dimensional magnetic force line generated in the magnetic pen
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating an internal structure of the magnetic force sensor.
  • the magnetic force pen 300 moves on the X and Y axes which are coplanar with the plane of the magnetic force sensor 226. In some cases, the magnetic pen 300 may also move along the Z axis perpendicular to the XY plane.
  • the magnetic force sensor 226 measures and records the change in the magnetic field generated by the movement of the magnetic force pen 300 on all three axes.
  • the magnetic force sensor 226 shown in FIG. 8 is a Hall effect sensor, and four Hall effect electrodes 2263 are orthogonal pairs in a stacked gap between the magnetic field absorber upper plate 2221 and the magnetic field absorber lower plate 2262 that absorb an external magnetic field. It is made up of structures.
  • the Hall effect induced currents 2264 at the X1 position and the X2 position are measured opposite to each other.
  • the Hall effect induced currents 2264 at the Y1 position and the Y2 position are measured in the same direction.
  • the Hall effect induced currents 2264 at the Y1 and Y2 positions are measured opposite to each other, and the Hall effect induced currents 2264 at the X1 and X2 positions are measured in the same direction. will be.
  • the Hall effect induced currents 2264 at the X1 position, the X2 position, the Y1 position, and the Y2 position will be measured in the same direction. In this way, by measuring the magnitude and direction of the Hall effect induced current 2264, it is possible to simultaneously measure the three-dimensional vector of the external magnetic field.
  • FIG. 9 is a graph showing the spatial distribution of the magnetic force in the X-axis direction generated in the magnetic pen
  • Figure 10 is a graph showing the spatial distribution of the magnetic force in the Y-axis direction generated in the magnetic pen
  • Figure 11 is Z generated in the magnetic pen This graph shows the spatial distribution of magnetic force in the axial direction.
  • X, Y, and Z axis magnetic force distributions of the magnetic pen 300 may be simultaneously measured.
  • the three-axis magnetic force distribution is stored in the magnetic force sensor 226 to compare the intrinsic magnetic force distribution according to the spatial position of the magnetic pen 300 to sense the trajectory of the magnetic force pen 300 on the display device 200. Since one magnetic force sensor 226 can detect a change in the magnetic field in the three-axis direction, the trace of the magnetic pen 300 can be tracked with at least one magnetic force sensor 226. However, two or more magnetic force sensors ( 226 may improve the accuracy of positioning the magnetic force pen 300.
  • FIG. 12 is a plan view illustrating a state in which magnetic force sensors are arranged in parallel according to the size of a digitizer.
  • the recognition area of the magnetic force pen 300 of the display device 200 has a diagonal length of 0.5 to 200 inches of the display device 200, and as the size thereof increases, the inside of the display device 200 increases.
  • Magnetic force sensors 226 may be provided in a parallel arrangement.
  • a larger number of magnetic force sensors 226 are required to increase detection performance or accuracy. As shown in FIG. 12, it is common to first install the magnetic force sensor 226 at the edge of the display device 200, but in the case of having a large screen, a plurality of magnetic force sensors 226 may be installed inside the touch screen. .

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Abstract

본 발명은 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기력을 발생시키는 자기력 펜을 움직이면서 발생하는 자기력 벡터의 분포와 변화량을 측정하여 터치스크린 위에서 움직이는 자기력 펜의 위치를 정확하게 감지할 수 있도록 하는 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 디스플레이 기기 내부의 가장자리에 설치된 자기력 센서를 이용하여 외부 입력수단의 위치 정보를 검출할 수 있는 디지타이저를 구현함으로써 별도의 디지타이저용 패널을 구비할 필요가 없으며, 이로 인해 디스플레이 기기의 경량화, 슬림화를 가능케 하는 효과가 있다.

Description

3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저
본 발명은 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기력을 발생시키는 자기력 펜을 움직이면서 발생하는 자기력 벡터의 분포와 변화량을 측정하여 터치스크린 위에서 움직이는 자기력 펜의 위치를 정확하게 감지할 수 있도록 하는 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저에 관한 것이다.
디지타이저(Digitizer)는 디스플레이 기기에 사용되는 입력장치의 한 종류로서 매트릭스 형태의 전극 구조를 가지며, 사용자가 펜이나 커서를 움직이면 매트릭스 상의 X, Y 좌표를 읽어 입력장치의 위치 신호를 제어부에 전달하여 그에 해당되는 명령을 수행하는 장치를 말한다.
디지타이저는 광의적으로 터치패널 또는 태블릿이라고도 불리며, 위치 검출 방식에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 자계 방식 등이 있다. 다만 경우에 따라서는 터치 패널과 구분되어 사용되기도 한다.
이동통신 단말기나 태블릿 PC 등의 디스플레이 기기의 디스플레이 장치는 크게 커버글래스, 터치패널, 액정패널, 디지타이저를 포함하고 있으며, 최근 디스플레이 산업의 발달로 이들을 통합하거나 이들의 구성을 달리하는 디스플레이 장치 내지 디스플레이 기기가 대두되고 있다.
그러나 별도의 자기력 센서패널을 설치하여 터치스크린형 디지타이저를 구현하는 경우, 합착해야 할 패널의 수가 많아져서 장치의 구조가 복잡해지고, 제조원가가 상승하며, 오류가 발생했을 때 수리나 교체가 어려운 문제점이 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 터치스크린에 결합되는 디지타이저 내부에 1개 또는 2개 이상의 자기력 센서를 배치하고, 자기력 펜의 움직임에 의해 발생하는 자기장의 변화를 감지하여 자기력 펜의 위치정보와 운동정보를 검출할 수 있도록 하는 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 자기력 펜의 내부에 자기력을 발생시키는 장치를 구비하고, 발생된 자기력의 3차원 분포를 조정하여 검출의 정밀도를 높일 수 있도록 하는 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 디스플레이 기기(200)와 자기력 펜(300)으로 구성되며, 상기 디스플레이 기기(300)는 터치 및 필기에 의한 외부 접촉 손상을 보호하는 커버윈도우(210)와; 상기 커버윈도우(210) 후면에 합지되어 터치 접촉 신호를 감지하는 터치패널부(220)와; 상기 터치패널부(220) 후면에 합지되어 신호 정보를 출력하는 액정패널부(230)와; 상기 액정패널부(230)와 상기 터치패널부(220), 자기력 센서(226)에서의 신호의 입출력을 제어하는 회로기판(240)과; 상기 회로기판(240)의 측면과 후면을 둘러싸며, 상기 커버윈도우(210), 상기 터치패널부(220), 상기 액정패널부(230)가 순차적으로 적층되어 합입되는 내부 케이스(250)와; 상기 커버윈도우(210)의 후면, 상기 액정패널부(230)의 전·후면, 상기 터치패널부(220)의 전·후면, 상기 회로기판(240)의 전·후면, 상기 내부 케이스(250)의 내면 중 어느 한 곳에 1개 또는 2개 이상 설치되는 자기력 센서(226);를 포함하며, 상기 자기력 펜(300)은 상기 커버윈도우(210)의 전면 상부에서 자유운동을 하고, 내부에서 발생하는 3차원 자기력 분포가 상기 자기력 센서(226)에 의해 검출되어 상기 디스플레이 기기(200)에 운동 궤적이 시각적으로 표현되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 커버윈도우(210)는 전·후면이 편평하거나 또는 편평면의 일부분이 1 내지 50㎝ 곡률로 휘어있는 두께 0.1 내지 10㎜의 시트(sheet) 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 커버윈도우(210)는 광투과율이 85 내지 95%인 투명한 재질로서 파이렉스, 소다유리, 알루미나 유리, 석영, 폴리메틸렌메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴계열 폴리머 합성체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중의 어느 하나를 원료로 만들어지거나, 1~10000 keV 전자, 이온, 감마선 중의 하나를 조사하여 표면의 폴리머 분자 결합기가 강화되는 아크릴계열, 비닐계열, 테레프탈레이트 계열 중의 어느 하나를 원료로 만들어지는 것을 특징으로 한다.
상기 터치패널부는 광투과율이 85% 내지 99%로 투명한, 산화인듐주석, 은나노입자, 은나노와이어, 탄소나노튜브 중의 어느 하나를 원료로 만들어지는 터치 감지 전극을 가지며, 폴리메틸렌메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴계열 폴리머 합성체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중의 어느 하나를 원료로 만들어지는 전극 지지층(2220, 2240)이 상기 액정패널부(230)의 전면에 덮여있고, 횡축 패턴층(222)과 횡축 지지층(2220)이 종축 패턴층(224)과 종축 지지층(2240)에 대비해 교차 합지되는 것을 특징으로 한다.
상기 자기력 센서(226)는 홀 효과(hall effect), 서치코일(search coil) 유도효과, 플럭스 게이트 (flux gate) 유도효과, 자기저항 (Magneto Resistive) 효과를 이용하여 공간 직교좌표 3축 방향의 0.001 내지 10000 Gauss 자기력을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 회로기판(240)은 상기 디스플레이 기기(200)의 전면 좌표에 따른 상기 자기력 펜(300)의 3축 자기력 분포 데이터를 미리 저장하며, 상기 디스플레이 기기(200)는 상기 자기력 펜(300)의 자유 운동에서 측정된 3축 자기력 벡터와 미리 저장된 상기 3축 자기력 분포 데이터를 비교하여 상기 자기력 펜(300)의 상대 궤적을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 3축 자기력 분포 데이터는 상기 디스플레이 기기(200)에 구비된 각각의 상기 자기력 센서(226)에서 측정된 고유 분포이며, 상기 디스플레이 기기(200)는 2개 이상의 상기 자기력 센서(226)에서 감지된 상기 자기력 펜(300)의 궤적을 산술 평균하여 궤적 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 기기 내부의 가장자리에 설치된 자기력 센서를 이용하여 외부 입력수단의 위치 정보를 검출할 수 있는 디지타이저를 구현함으로써 별도의 디지타이저용 패널을 구비할 필요가 없으며, 이로 인해 디스플레이 기기의 경량화, 슬림화를 가능케 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디지타이저의 구조를 나타낸 분해사시도.
도 2는 터치패널부의 구조를 나타낸 평면도.
도 3은 도 2의 터치패널부의 내부 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 디지타이저의 자기력 센서의 위치를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 디지타이저의 자기력 센서의 위치를 나타낸 사시도.
도 6은 디지타이저가 자기력 펜에서 발생되는 3차원 자기력선을 탐지하여 자기력 펜의 위치를 산출하는 방식을 나타낸 개념도.
도 7은 자기력 펜에서 발생되는 3차원 자기력선의 구조를 나타낸 개념도.
도 8은 자기력 센서의 내부구조를 나타낸 사시도.
도 9는 자기력 펜에서 발생되는 X축 방향의 자기력의 공간분포를 나타낸 그래프.
도 10은 자기력 펜에서 발생되는 Y축 방향의 자기력의 공간분포를 나타낸 그래프.
도 11은 자기력 펜에서 발생되는 Z축 방향의 자기력의 공간분포를 나타낸 그래프.
도 12는 디지타이저의 크기에 따라 자기력 센서를 병렬 배치한 상태를 나타낸 평면도.
**도면의 부호의 설명**
200: 디스플레이 기기 210: 커버윈도우
220: 터치패널부 2200: 디스플레이 접착층
2220: Tx 패턴 지지층 2240: Rx 패턴 지지층
221: 터치 패턴 연결 전극 222: Tx 패턴층
223: Tx 채널 멀티플렉서 224: Rx 패턴층
225: Rx 채널 멀티플렉서 226: 자기력 센서
2261 : 자기장 흡수체 상판 2262 : 자기장 흡수체 하판
2263 : 홀 효과 전극 2264 : 홀 효과 유도전류
2265 : 홀 효과 유도전압 230: 액정패널부
240: 회로기판 250: 내부 케이스
300: 자기력 펜
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저"(이하, '디지타이저'라 함)를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디지타이저의 구조를 나타낸 분해사시도이다.
본 발명의 디지타이저는 영상신호를 표시하면서 자기력 분포를 측정하는 디스플레이 기기(200)와, 디스플레이 기기(200) 위에서 움직이면서 3차원 자기력 분포를 발생시키는 자기력 펜(300)으로 구성된다.
디스플레이 기기(200)는 터치 및 필기에 의한 외부 접촉 손상을 보호하는 커버윈도우(210)와, 커버윈도우(210) 후면에 합지되어 터치 접촉 신호를 감지하는 터치패널부(220)와, 터치패널부(220) 후면에 합지되어 신호 정보를 출력하는 액정패널부(230)와, 액정패널부(230)와 터치패널부(220), 자기력 센서(226)에서의 신호의 입출력을 제어하는 회로기판(240)과, 회로기판(240)의 측면과 후면을 둘러싸고 있으며, 커버윈도우(210), 터치패널부(220), 액정패널부(230)가 순차적으로 적층되어 합입되는 내부 케이스(250)와, 디스플레이 기기(200) 내부인 커버윈도우(210) 후면 또는 액정패널부(230) 전·후면 또는 터치패널부(220) 전·후면 또는 회로기판(240) 전·후면 또는 내부 케이스(250) 내면에 1개 또는 2개 이상의 개소에 위치한 자기력 센서(226)를 포함한다.
또한 자기력 펜(300)은 커버윈도우(210) 전면 상부에서 자유운동을 하고, 이때 발생하는 3차원 자기력 분포가 자기력 센서(226)에 의해 검출되어 디스플레이 기기(200)에 운동 궤적이 시각적으로 표현된다.
커버윈도우(210)는 전·후면이 편평하거나 또는 편평면의 일부분이 1 내지 50㎝ 곡률로 휘어있는 두께 0.1 내지 10㎜의 얇은 시트(sheet) 형상이다. 커버윈도우(210)는 광투과율이 85 내지 95%인 투명한 재질로 만들어지는데, 파이렉스, 소다유리, 알루미나 유리, 석영, 폴리메틸렌메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴계열 폴리머 합성체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중의 어느 하나를 원료로 한다. 경우에 따라서는 1~10000 keV 전자, 이온, 감마선 중의 하나를 조사하여 표면의 폴리머 분자 결합기가 강화되는 아크릴계열, 비닐계열, 테레프탈레이트 계열 중의 하나인 폴리머로 구성될 수 있다.
자기력 센서(226)는 터치패널(220)의 투명기판 가장자리(액정패널부(230)의 비활성 영역)에 1개 이상 설치되어 터치패널(220) 전면 상부에 형성되는 자기장을 탐지하게 된다. 이때 자기력 센서(226)는 자기장 탐지를 위해 전원부에 연결되어 전원을 공급받게 된다.
또한 자기력 센서(226)는 자기력 펜(300)에 의한 터치패널부(220) 전면 상부의 자기장의 변화를 감지하여 위치 정보를 검출하고, 검출된 정보를 디스플레이 기기(200)의 제어부에 전송한다. 이때 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 포함할 수 있다.
자기력 센서(226)는 홀 효과(hall effect), 서치코일(search coil) 유도효과, 플럭스 게이트 (flux gate) 유도효과, 자기저항 (Magneto Resistive) 효과를 이용하여 공간 직교좌표 3축 방향의 0.001 내지 10000 Gauss 자기력을 측정한다.
자기력 센서(226)의 가로, 세로, 높이의 크기는 각각 0.1 내지 100㎜ 이다.
자기력 센서(226)는 평행 전극 사이를 흐르는 전류가 외부 자기장에 의해 수직 방향으로 누설되는 홀 효과(Hall effect), 전도체가 원통형 자화성 코일 외주에 감겨 있어 패러데이 법칙에 의해 유도 전류가 발생하는 서치 코일 방식, 일정 방향으로 자화된 전도층과 역방향으로 자화된 전도층이 합지되어 있을 때 흐르는 전류의 저항이 높아지는 것을 이용하는 자기저항 (Magneto Resistive) 효과를 이용하여 3차원의 자기력 벡터와 변화량을 감지하는 장치로서, 자기력 펜(300)의 거리 벡터에 따라 동시에 변하는 자기력 벡터를 실시간으로 감지함으로써 자기력 센서(226)와 자기력 펜(300) 사이의 상대 거리 벡터를 산출해낼 수 있다.
자기력 펜(300)이 디스플레이 기기(200)의 전면 상부에서 움직일 때, 상대적인 거리 벡터가 커지면 자기력 벡터가 작아지고, 공간 직교 좌표축 (X축, Y축, Z축)에 따라 자기력 벡터 (Bx, By, Bz)가 1:1 대응관계로 동시에 변하므로, 자기력 신호의 벡터를 측정함으로써 자기력 센서(226) 대비 자기력 펜(300)의 상대적인 공간좌표를 측정할 수 있다. 자기력 펜(300)의 상대 위치를 결정하려면, 디스플레이 기기(200)의 제어부에 자기력 펜(300)이 공간좌표로 자유롭게 움직일 때 감지되는 자기력 공간 분포도가 미리 입력되어 있어서, 측정된 자기력 벡터가 대표하는 공간 좌표를 환산할 수 있다. 보다 정확하게 위치를 결정하려면, 복수의 자기력 센서(226)를 설치하고, 각각의 자기력 센서(226)로부터 측정 대상 물체까지 거리벡터와 공간좌표를 환산하고, 각각의 환산값을 산술평균하여 물체의 절대적인 위치를 오차 0.1 내지 5㎜ 이내로 파악할 수 있다. 또는 측정된 거리벡터와 자기력 벡터를 절대 거리와 절대 자기력 세기로 변환 후 2개 이상의 자기력 센서(226) 사이의 자기력 펜(300)의 상대적 위치를 삼각측정법으로 파악할 수 있다.
도 2는 터치패널부의 구조를 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 2의 터치패널부의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2와 3에 도시된 바와 같이, 터치패널부(220)는 광투과율이 85% 내지 99%로 투명한 산화인듐주석, 은나노입자, 은나노와이어, 탄소나노튜브 중의 어느 하나의 원료로 만들어지는 터치 감지 전극과, 폴리메틸렌메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴계열 폴리머 합성체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중의 어느 하나의 원료로 만들어지는 전극 지지층(2220, 2240)이 상기 액정패널부(230) 전면에 덮여있다. 그리고, 터치 감지 전극이 형성된 횡축 패턴층(222)과 횡축 지지층(2220)이 종축 패턴층(224)과 종축 지지층(2240)에 대비해 교차 합지되어, 패턴 상층부의 도전성 혹은 비도전성 물질 접촉에 의해 압력, 정전용량, 혹은 접촉저항 변화를 감지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 디지타이저의 자기력 센서의 위치를 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 디지타이저의 자기력 센서의 위치를 나타낸 사시도이다.
자기력 센서(226)는 일반적으로 터치패널부(220) 상하좌우 여백 또는 액정패널부(230) 후면부 여백에 1개 또는 2개 이상 설치되는 것이 일반적이다. 그러나 경우에 따라서는 도 4와 같이, 커버윈도우(210)의 상하좌우 여백에 1개 또는 2개 이상의 자기력 센서(226)를 설치할 수도 있다.
그리고 도 5와 같이, 회로기판(240) 전·후면 또는 내부 케이스(250) 내면에 1개 또는 2개 이상의 자기력 센서(226)를 설치할 수도 있다.
단 하나의 자기력 센서(226)가 자기력 펜(300)에서 발생하는 3차원 자기력 벡터를 감지하여 디스플레이 기기(200)를 통해 자기력 펜(300)과 자기력 센서(226) 사이의 상대 공간 좌표가 산출되며, 2개 이상의 자기력 센서(226)의 산출값을 비교하면 보다 정확한 상대 공간 좌표를 산출할 수 있다.
도 6은 디지타이저가 자기력 펜에서 발생되는 3차원 자기력선을 탐지하여 자기력 펜의 위치를 산출하는 방식을 나타낸 개념도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 자기력 센서(226)는 홀 효과(hall effect), 서치코일(search coil) 유도효과, 플럭스 게이트 (flux gate) 유도효과, 자기저항 (Magneto Resistive) 효과를 이용하여 공간 직교좌표 3축 방향의 0.001 내지 10000 Gauss 자기력을 측정한다.
디스플레이 기기(200)는 전면 좌표에 따른 자기력 펜(300)의 3축 자기력 분포 데이터를 회로기판(240)에 미리 저장하고, 자기력 펜(300)의 자유 운동에서 측정된 3축 자기력 벡터와 미리 저장된 3축 자기력 분포 데이터를 비교하여 자기력 펜(300)의 상대 궤적을 디스플레이 기기(200) 전면에 시각적 데이터로 출력할 수 있다.
도 7은 자기력 펜에서 발생되는 3차원 자기력선의 구조를 나타낸 개념도이며, 도 8은 자기력 센서의 내부구조를 나타낸 사시도이다.
자기력 펜(300)은 자기력 센서(226)의 평면과 동일 평면상에 존재하는 X축 및 Y축 위에서 움직이게 되는데, 경우에 따라서는 XY 평면에 대해 수직인 Z축을 따라 움직일 수도 있다. 자기력 센서(226)는 자기력 펜(300)의 움직임에 따라 발생하는 자기장의 변화를 3축에 대해서 모두 측정하겨 기록하게 된다.
도 8에 도시된 자기력 센서(226)는 홀 효과 센서로서, 외부 자기장을 흡수하는 자기장 흡수체 상판(2261)과 자기장 흡수체 하판(2262)의 적층된 틈에 홀 효과 전극(2263) 네 개가 직교쌍을 이루는 구조로 되어 있다. 자기장 흡수체 상판(2261)과 자기장 흡수체 하판(2262)에 외부 자기장이 X축 방향으로 지날 경우, X1 위치와 X2 위치의 홀 효과 유도전류(2264)가 서로 반대로 측정된다. 그러나 Y 방향의 자기장은 변화가 없기 때문에 Y1 위치와 Y2 위치의 홀 효과 유도전류(2264)는 서로 동일한 방향으로 측정된다.
만약 외부 자기장이 Y축 방향으로 지날 경우, Y1 위치와 Y2 위치의 홀 효과 유도전류(2264)는 서로 반대로 측정되고, X1 위치와 X2 위치의 홀 효과 유도전류(2264)는 서로 동일한 방향으로 측정될 것이다.
또한 외부 자기장이 Z축 방향(XY평면의 수직방향)으로 지날 경우, X1 위치, X2 위치, Y1 위치, Y2 위치의 홀 효과 유도전류(2264)는 서로 동일한 방향으로 측정될 것이다. 이와 같이 홀 효과 유도전류(2264)의 크기 및 방향을 측정함으로써 외부 자기장의 3차원 벡터를 동시에 측정할 수 있게 된다.
도 9는 자기력 펜에서 발생되는 X축 방향의 자기력의 공간분포를 나타낸 그래프이고, 도 10은 자기력 펜에서 발생되는 Y축 방향의 자기력의 공간분포를 나타낸 그래프, 도 11은 자기력 펜에서 발생되는 Z축 방향의 자기력의 공간분포를 나타낸 그래프이다.
자기력 펜(300)이 디스플레이 기기(200)의 XY 평면상에서 자유 운동을 할 경우, 도 9 내지 11에 도시된 것과 같이 자기력 펜(300)의 X, Y, Z축 자기력 분포를 동시에 측정할 수 있다. 이러한 3축 자기력 분포는 자기력 센서(226)에 저장되어 자기력 펜(300)의 공간 위치에 따른 고유 자기력 분포를 비교하여 디스플레이 기기(200) 상의 자기력 펜(300)의 궤적을 감지할 수 있다. 하나의 자기력 센서(226)에서 3축 방향의 자기장의 변화를 감지할 수 있기 때문에 최소 1개의 자기력 센서(226)만으로도 자기력 펜(300)의 궤적 추적이 가능하다, 그러나, 2개 이상의 자기력 센서(226)를 사용할 경우 자기력 펜(300)의 위치 파악의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 12는 디지타이저의 크기에 따라 자기력 센서를 병렬 배치한 상태를 나타낸 평면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 디스플레이 기기(200)의 자기력 펜(300)의 인식 면적은 디스플레이 기기(200)의 대각선 길이가 0.5 내지 200 인치이며, 그 크기가 커질수록 디스플레이 기기(200) 내부에 자기력 센서(226)가 병렬 배열로 구비될 수 있다.
디스플레이 기기(200)의 면적이 커지면 감지성능이나 정확도를 높이기 위해서 더 많은 수의 자기력 센서(226)가 필요하다. 도 12에서와 같이, 디스플레이 기기(200)의 가장자리에 먼저 자기력 센서(226)를 설치하는 것이 일반적이지만, 대형 화면을 가진 경우에는 터치스크린의 내부에도 다수의 자기력 센서(226)가 설치될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 디스플레이 기기(200)와 자기력 펜(300)으로 구성되며,
    상기 디스플레이 기기(300)는
    터치 및 필기에 의한 외부 접촉 손상을 보호하는 커버윈도우(210)와;
    상기 커버윈도우(210) 후면에 합지되어 터치 접촉 신호를 감지하는 터치패널부(220)와;
    상기 터치패널부(220) 후면에 합지되어 신호 정보를 출력하는 액정패널부(230)와;
    상기 액정패널부(230)와 상기 터치패널부(220), 자기력 센서(226)에서의 신호의 입출력을 제어하는 회로기판(240)과;
    상기 회로기판(240)의 측면과 후면을 둘러싸며, 상기 커버윈도우(210), 상기 터치패널부(220), 상기 액정패널부(230)가 순차적으로 적층되어 합입되는 내부 케이스(250)와;
    상기 커버윈도우(210)의 후면, 상기 액정패널부(230)의 전·후면, 상기 터치패널부(220)의 전·후면, 상기 회로기판(240)의 전·후면, 상기 내부 케이스(250)의 내면 중 어느 한 곳에 1개 또는 2개 이상 설치되는 자기력 센서(226);를 포함하며,
    상기 자기력 펜(300)은
    상기 커버윈도우(210)의 전면 상부에서 자유운동을 하고, 내부에서 발생하는 3차원 자기력 분포가 상기 자기력 센서(226)에 의해 검출되어 상기 디스플레이 기기(200)에 운동 궤적이 시각적으로 표현되도록 하는 것을 특징으로 하는, 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버윈도우(210)는 전·후면이 편평하거나 또는 편평면의 일부분이 1 내지 50㎝ 곡률로 휘어있는 두께 0.1 내지 10㎜의 시트(sheet) 형상인 것을 특징으로 하는, 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버윈도우(210)는 광투과율이 85 내지 95%인 투명한 재질로서 파이렉스, 소다유리, 알루미나 유리, 석영, 폴리메틸렌메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴계열 폴리머 합성체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중의 어느 하나를 원료로 만들어지거나, 1~10000 keV 전자, 이온, 감마선 중의 하나를 조사하여 표면의 폴리머 분자 결합기가 강화되는 아크릴계열, 비닐계열, 테레프탈레이트 계열 중의 어느 하나를 원료로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치패널부는 광투과율이 85% 내지 99%로 투명한, 산화인듐주석, 은나노입자, 은나노와이어, 탄소나노튜브 중의 어느 하나를 원료로 만들어지는 터치 감지 전극을 가지며,
    폴리메틸렌메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴계열 폴리머 합성체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중의 어느 하나를 원료로 만들어지는 전극 지지층(2220, 2240)이 상기 액정패널부(230)의 전면에 덮여있고, 횡축 패턴층(222)과 횡축 지지층(2220)이 종축 패턴층(224)과 종축 지지층(2240)에 대비해 교차 합지되는 것을 특징으로 하는, 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기력 센서(226)는 홀 효과(hall effect), 서치코일(search coil) 유도효과, 플럭스 게이트 (flux gate) 유도효과, 자기저항 (Magneto Resistive) 효과를 이용하여 공간 직교좌표 3축 방향의 0.001 내지 10000 Gauss 자기력을 측정하는 것을 특징으로 하는, 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판(240)은 상기 디스플레이 기기(200)의 전면 좌표에 따른 상기 자기력 펜(300)의 3축 자기력 분포 데이터를 미리 저장하며,
    상기 디스플레이 기기(200)는 상기 자기력 펜(300)의 자유 운동에서 측정된 3축 자기력 벡터와 미리 저장된 상기 3축 자기력 분포 데이터를 비교하여 상기 자기력 펜(300)의 상대 궤적을 산출하는 것을 특징으로 하는, 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 3축 자기력 분포 데이터는 상기 디스플레이 기기(200)에 구비된 각각의 상기 자기력 센서(226)에서 측정된 고유 분포이며, 상기 디스플레이 기기(200)는 2개 이상의 상기 자기력 센서(226)에서 감지된 상기 자기력 펜(300)의 궤적을 산술 평균하여 궤적 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는, 3축 자기력 센서와 자기력 펜을 이용한 터치스크린 융합 디지타이저.
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