WO2017086529A1

WO2017086529A1 - 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개

Info

Publication number: WO2017086529A1
Application number: PCT/KR2015/013692
Authority: WO
Inventors: 권우영
Original assignee: 권우영
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2017-05-26

Abstract

평판표시장치에 형성된 격자무늬 빛 가리개(Black Matrix)를 대신하여 전자기장 발생장치의 위치를 데카르트(Cartesian)평면상의 가로(X)좌표와 세로(Y)좌표로 인식할 수 있는 가로와 세로 방향의 안테나 소자를 형성하고, 겹치는 두 안테나 소자를 격리하기 위하여 두 안테나 소자 사이에 절연체를 형성한 후, 다시 안테나 소자들을 평판표시장치의 여타 회로와 격리하기 위하여 절연체로 덮어 싸서 평판표시장치의 격자무늬 빛 가리개와 같은 격자무늬를 형성하여, 화면의 점(화소)사이의 빛의 간섭을 차단하고, 전자기장을 감지하여 전자기장 발생기(주로 붓 형태)의 위치를 2차원 또는 3차원으로 측정할 수 있도록 하는 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개가 제공된다.

Description

평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개

이 발명은 전자기장 안테나에 관한 것으로 보다 상세하게는 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 `격자무늬 빛 가리개(Black Matrix)`에 관한 것이다.

평판표시장치를 장착하는 가볍고 얇은 전자기기(스마트폰, 태블릿 등)가 등장하고 입력장치로 직관적인 방식(접촉, 소리, 동작 등)이 사용되면서 전자기장 방식의 입력장치(디지타이저 등) 대한 관심이 다시 대두하고 있다. 전자기장 방식의 입력장치는 그 입력의 정확성에도 필기구 형태의 입력장치를 사용하여야 한다는 점에서 불편함이 있으나 필기입력의 정확성과 그림 등의 표현을 위한 입력 분해능의 우수성으로 최근 다시 주목을 받고 있다. 이러한 입력장치에서 전자기장을 아날로그적으로 감지하여 전자기장의 발생원의 위치를 2차원(또는 3차원)적으로 인식하도록 하는 부분이 안테나이다.

별도의 기판에 안테나 회로를 형성한 종래의 전자기장 안테나는 평판표시장치와 기기의 주요기판 사이에 있다. 이러한 구성은 전자기기를 두껍고 무겁게 함은 물론 전자기장을 발생시키는 장치(주로 필기구 형태를 가짐)와 안테나 사이에 평판표지장치가 위치하여 안테나에 수신되는 신호의 강도가 평판표지장치의 두께에 상응하여 약해지고, 반면에 전자기기의 주요기판에서 발생하는 전자기장은 그 거리가 가까워 잡음으로 수신이 되는 문제점을 야기한다. 주요기판의 전자기장 잡음을 방지하기 위하여 보호판(Shield)을 안테나와 주요기판 사이에 추가로 설치하여 전자기기에 두께와 무게를 가중하게 된다

위에서 기술한 바와 같이 종래의 안테나로 인한 전자기기의 두께 및 무게 증가와 평판표시장치 두께로 인한 신호 감쇄를 해결하기 위하여 안테나의 별도 기판을 없애 두께와 무게를 줄이고 전자기장 발생기(주로 붓, Electromagnetic Pen)에 근접토록 하는 안테나를 구현하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 이 발명은 평판표시장치의 기판(Substrate)에 형성 설치되는 격자무늬 빛 가리개(Black Matrix)에 안테나를 형성하므로 두께와 무게를 줄이고 전자기장 발생기(주로 필기구 형태)에 근접하여 안테나를 설치하도록 한다.

이 발명은 전자기장 안테나를 기존의 평판표시장치의 기판 (Substrate, 주로 유리판)위에 형성하므로,

기존 전자기장 안테나에서 기판과 보호판(Shield)을 제거할 수 있어 전자기기의 두께, 무게 및 비용을 줄이며,

전자기장 발생기(필기구 형태)에 근접하여 전자기장 안테나를 설치할 수 있어 전자기장 발생기의 신호가 약하거나 또는 안테나의 신호감지 효율이 낮아도 기존 안테나 대비 유사한 기능을 발휘할 수 있도록 하며,

평판표시장치의 뒷 덮개(Back Cover)를 플라스틱이 아닌 금속판으로 제작할 수 있어 견고하고 얇고 방열이 잘되는 평판표시장치를 제작할 수 있도록 하며,

전자기기의 부품 수와 조립 공정을 단순화하여 생산성을 높일 수 있다.

도 1은 기존 전자기장 안테나(Electromagnetic Antenna)를 설치한 전자기기 구조

도 2는 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개(Black Matrix)를 적용한 전자기기 구조

도 3은 기존 전자기장 안테나

도 4는 평판표시장치의 격자무늬 빛 가리개

도 5는 평판표시장치의 격자무늬 빛 가리개의 형성 과정

도 6은 평판표시장치의 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개 형성 과정

도 7은 스위치 수를 줄이기 위한 평판표시장치의 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개

도 8은 스위치 수를 줄이기 위한 평판표시장치의 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개의 형상과 배열 원리

도 9는 기존 전자기장 안테나를 설치하기 위한 평판표시장치 구동기판 처리

도 10은 전자기장 발생기, 안테나 및 주요기판의 거리 비교

아래에 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 이 실시의 예는 이 발명의 권리 범위를 한정하는 것이 아니고 단지 예시로 제시된 것이며 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

이 발명에 따른 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개 (Black Matrix)를 그림을 참조하여 설명하면 아래와 같다.

도 1은 기존 전자기장 안테나를 설치한 전자기기 구조이다

기존의 전자기장 안테나를 설치한 전자기기는 전자기장 발생기(100, 주로 붓; Electromagnetic Pen) - 전면보호구조(200, Front Cover) - 평판표시장치(300, LCD 또는 OLED 등) - 기존 전자기장 안테나(400, Electromagnetic Antenna) - 보호판(500, Shield) - 주요 기판(600, Main Board) - 후면보호구조(700, Back Cover)의 배치구조를 갖는다. 휴대기기에 적용되는 기존 전자기장 안테나의 최소 두께가 0.35mm이고 통상두께(Typical Thickness)가 2.7mm이며 9.7인치용의 무게가 32g (W사 SU5E-09S02AS-00X 기준)수준에 달한다. 화면의 크기가 커질수록 무게는 더욱 늘어나게 된다. 또한 전자기장 안테나(Electromagnetic Antenna)를 설치하기 위해서는 전자기장 잡음이 발생할 수 있는 평판표시장치의 구동기판을 분리하여 보호판 뒤로 돌리는 복잡한 과정(도 8)을 거쳐야 한다.

도 2는 평판표시장치의 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개(Black Matrix)를 적용한 전자기기 구조이다.

도 1과 비교하면 기존 전자기장 안테나(400)와 보호판(500)이 생략된 구조이다.

도 3은 기존 전자기장 안테나의 실물과 간단한 구조이다.

통상적인 전자기장 안테나는 전자기장 발생기의 위치를 데카르트(Cartesian)평면 상의 가로(X)와 세로(Y)좌표로 인식할 수 있도록 안테나 소자를 직조 하듯이 가로세로로 겹쳐서 배열하는 구조를 갖는다.

도 4는 평판표지장치의 격자무늬 빛 가리개(Black Matrix)이다.

평판표시장치는 (LCD, OLED 등에 관계없이) 삼원색의 빛을 묶어 하나의 점(화소)을 만들어 화면을 표시하고 있다. 이러한 구조는 세 가지 색(삼원색)은 물론 세 가지 색으로 이루어진 하나의 점(화소)이 정교하게 빛을 발광하면 좋으나 그 원리 및 구조상 그렇지 못하고 빛이 인근의 점(화소)의 빛과 간섭되어 선명하지 못한 화면을 보여주는 경우가 많다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 점(화소)과 점(화소)의 빛을 격리하는 벽을 만들어 선명한 색과 형상을 표시하도록 하는데 이 벽들의 합이 격자무늬 빛 가리개(Black Matrix)이다.

이 발명은 단순하게 빛만 가려주는 평판표시장치의 격자무늬 빛 가리개에 전자기장 안테나의 기능도 같이 하도록 하여 별도의 안테나 기판 없이 전자기장 방식의 입력장치를 활용할 수 있도록 한다.

도 5는 평판표시장치의 격자무늬 빛 가리개의 형성 과정이다.

기판(310)에 식각이나 잉크젯 등으로 빛이 통과하지 않는 두께로 정해진 규격의 격자무늬를 형성한다. 평판표시장치의 화면은 이 격자무늬 빛 가리개에 의해 격리된 점(화소)에 의하여 선명한 상과 색을 표시하게 된다.

도 6은 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개를 형성하는 과정이다.

기존 평판표시장치의 격자무늬 빛 가리개를 형성하는 과정을 가로 (320, 데카르트 평면의 X 좌표)와 세로 (340, Y좌표) 안테나 소자(Antenna Loop)로 나누고 그 사이에 가로와 세로 안테나 소자가 겹치는 부위에 절연을 위해 절연체(330, Insulator)를 형성하는 과정이 추가 된다. 이렇게 가로와 세로의 안테나 소자를 형성한 후 다시 절연을 위하여 안테나 소자에 절연체(350, Cover Insulator)를 덮어씌워 기존의 격자무늬 빛 가리개와 같은 형상을 갖고 안테나와 빛을 가리는 다중역할을 하도록 한다.

도 7은 스위치 수를 줄이기 위한 평판표시장치의 안테나 겸용격자무늬 빛 가리개의 형상과 배열을 표시한다. 안테나를 평면위에 촘촘하게 설치할수록 입력되는 신호의 분해능이 높아지는 것은 당연하다. 그러나 동시에 이를 처리해야 하는 스위칭과 처리장치(CPU) 용량은 늘어나게 된다. 따라서 비교적 적은 수의 안테나로도 필요한 만큼의 분해능을 얻기 위하여 소프트웨어와 하드웨어를 조합한 여러 가지 방법이 활용되고 있다. 그러나 요구되는 분해능이 높아지고 안테나가 설치되는 면적이 확대되면서 이러한 방법에도 한계에 봉착하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이미 면적의 제작에 비용이 투입된 격자무늬 빛 가리개에 전자기장 안테나를 형성하여 면적에 따른 비용을 절감하고 스위치 수를 줄일 수 있는 형상과 배열의 안테나를 격자무늬 빛 가리개에 내장하여 안테나와 빛을 가리는 다중역할의 격자무늬 빛 가리개를 형성한다.

도 8은 스위치 수를 줄이기 위한 평판표시장치의 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개의 형상과 배열을 하는 원리를 표시한다.

안테나의 수를 줄이기 위한 안테나의 형상과 배열은

(1) 안테나 평면에 한 방향으로, 요구되는 면적과 분해능을 확보하기 위한 밀도의 안테나를 배치하는데 필요한 숫자의 장방형 안테나(Rectangular Shaped Antenna Loop) 서로 인접하여 배치한다(가). 이 안테나의 숫자를 l(소문자 L)로 한다. 다시 안테나 평면에 배치된 안테나의 직각 방향으로 동일한 방법으로 안테나를 배치한다. 이 안테나의 숫자를 q로 한다.

(2) 자기장의 변화에 따라 전자기 유도에 의해 안테나에 유도되는 전위차를 측정하는 검출기의 성능(전자기장 장치와 안테나의 거리에 따른 전위차의 크기를 구분해내는 능력)에 따라 유효하게 비교할 수 있는 안테나의 개수를 정하며 이를 l(소문자 L)개의 안테나 방향으로 m과 q개의 안테나 방향으로 r이라 한다. 두 수는 같을 수 있다(m=r).

(3) nP1 X (n-1)C2 X ... X (n-1-integer(m/2-1)x2)C2 > l인 n을 찾으면 이 n은 장방형 안테나 l개가 배치된 방향에 필요한 최소의 물리적 안테나 수다. 또한 oP1 X (o-1)C2 X .... X (o-1-integer(r/2-1)x2)C2 > q인 o를 찾으면 이 o는 장방형 안테나 q개가 배치된 방향에 필요한 최소의 물리적 안테나 수다.

(여기서 n>m, o>r, m,r>2, l>>n, q>>o, l,m,n,o,q,r은 자연수이다)

한 안테나에 포함되어 있는 장방형 하위 안테나 사이의 거리가 너무 가까워 오차가 발행할 우려가 있을 경우 비교할 수 있는 안테나의 수를 각각 m+x와 r+y(x<n-m, y<o-r)로 하여 각 안테나에 포함된 장방형 하위 안테나 사이의 간격을 벌릴 수 있다.

(4) 전자기장 장치의 위치에 인접한 m개의 안테나가 중첩되지 않도록 배열하는 방법은 총 n개의 안테나에서 m개의 안테나를 순서에 상관없이 선택하여(nCm = d) 이를 순서대로 배열(dPd = 총 배열의 가짓수)하는 것이다. 이러한 배열에서 임의의 배열 하나를 선택하여 배열 T라 한다. o개의 안테나에서 r개의 안테나를 순서에 상관없이 선택하여(oCr = e) 이를 순서대로 배열하고 (ePe = 총 배열의 가짓수) 이중 임의의 배열 하나를 선택하여 배열 U라 한다.

예를 들어 4개의 안테나 ABCD에서 순서에 상관없이 3개를 선택하는 가짓수는 ABC, ABD, ACD, BCD의 4 (4C3 = 4)가지이다. 이를 순서대로 나열하는 가짓수는 ABCABDACDBCD, ...., BCDACDABDABC의 24 (4P4 = 24)가지 이다. 여기서 ABCABDACDBCD는 24개의 배열중 임의의 하나이다.

(5) 상기 (4)의 임의의 배열 T를 부호화하여 상기 (1)의 안테나 평면에 나열된 l개의 장방형 안테나에 적용을 하고, 임의의 배열 U는 q개의 장방형 안테나에 적용을 한다. 배열의 부호가 안테나 수를 초과하면 초과된 부분의 부호는 무시 한다.

예를 들어 1~12번 총 12개의 안테나에 임의의 배열 ABCABDACDBCD를 부호화하여 적용하면

1-A, 2-B, 3-C, 4-A, 5-B, 6-D, 7-A, 8-C, 9-D, 10-B, 11-C, 12-D가 된다.

만일 안테나의 숫자가 10개라면 마지막 C와 D는 무시된다.

(6) 안테나 평면에서 같은 방향으로 같은 부호를 갖는 안테나끼리 순차적으로 연결한다(나).

예를 들어

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A B C A B D A C D B C D 와 같이 배열된 안테나에서 같은 부호의 안테나를 순차적으로 결합하면,

A(1,4,7), B(2,5,10), C(3,8,11), D(6,9,12)의 안테나 배열을 갖게 된다(나).

(7) 안테나 평면에서 같은 방향으로 순차적으로 l개의 안테나를 같은 부호를 가지는 안테나끼리 결합하여 형성된 n개의 안테나는 각기 2개의 단말을 갖으며 각 안테나는 (n-1)C2 X ... X (n-1-integer(m/2-1)x2)C2 개의 장방형 하위 안테나(Rectangular Shaped Sub-Antenna Loop)를 갖는다. 동일하게 q개의 안테나를 같은 부호를 가지는 안테나끼리 순차적으로 연결을 하면 o개의 안테나를 형성하며 각기 2개의 단말과 (o-1)C2 X .... X (o-1-integer(r/2-1)x2)C2 개의 장방형 하위 안테나를 갖는다. 상기 (5)에서와 같이 배열의 부호 중 무시된 부호가 있을 경우 각 안테나의 장방형 하위 안테나의 숫자는 각 부호에서 무시된 숫자를 차감한 숫자이다.

(6)의 예에서 안테나 ABCD는 각기 3개의 장방형 하위 안테나(Rectangular Shaped Sub-Antenna Loop)를 가진다. 즉 A는 1,4,7의 장방형 하위 안테나를, ..., D는 6,9,12의 장방형 하위 안테나를 갖는다. 만일 (5)의 예와 같이 안테나 수가 10개 일 경우 배열의 마지막 부호 C와 D가 무시되며 안테나 C와 D의 장방형 하위 안테나 수는 각기 무시된 부호의 수 만큼인 1이 줄어 각각 3개에서 2개로 줄게 된다.

(8) 각 안테나는 하나의 단말은 대응하는 검출기 스위치에 연결을 하고 다른 하나의 단말은 접지를 한다(다).

(9) 위와 같이 형성되고 배열된 안테나는 안테나 평면상에 장방형 하위 안테나로 격자무늬를 형성하여 안테나 평면을 작은 사각형 평면으로 나눈다. 이때 작은 사각형 평면은 l X q개가 된다(라). 이렇게 형성되고 배열된 안테나는 기존 방식(도 1의 가, 나)에 비하여 물리적 안테나의 수를 줄이고 상응하여 안테나 스위치를 줄여 순차적으로 안테나 스위치를 연결하여 자기장 변화에 의한 전자기 유도로 안테나에 발생한 전위차를 읽는 시간을 단축한다. 또한 주어진 조건하에서 필요한 안테나의 수와 형상 및 배열을 정할 수 있도록 한다.

도 9는 평판표시장치의 구동 기판으로 인한 전자기장 잡음(Noise) 방지를 위하여 보호판 뒤에 설치하는 기존 방식을 표시한다. 도 10은 이 발명에 의한 안테나와 기존 안테나에 있어서 전자기장 발생기와 안테나 사이의 거리와 잡음 원과 안테나 사이의 거리를 비교 표시하고 제품의 전체 두께를 표시한다.

이렇게 만들어진 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개는 기존의 전자기장 안테나에서 기판과 보호판을 생략할 수 있도록 하여 두께와 무게를 줄일 수 있게 한다. 안테나의 스위치 수를 줄여 전자기장 발생기의 위치를 검출하는 시간과 위치를 출력하는 시간을 줄여 응답속도를 빠르게 한다. 안테나의 위치를 전자기장 발생기에 근접(도 10)하게 하고 주요기판에서 발생하는 잡음으로부터 거리를 떼어 낮은 수준의 전자기장 발생기로도 원활히 작동된다. 또한 부품수를 줄여 조립공정을 간단하게 하며 제조비용을 줄여준다.

본 발명은 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개와 관련된 산업에 이용가능하다.

Claims

평판표시장치에 형성된 격자무늬 빛 가리개(Black Matrix)를 대신하여 전자기장 발생장치의 위치를 데카르트(Cartesian)평면상의 가로(X)좌표와 세로(Y)좌표로 인식할 수 있는 가로와 세로 방향의 안테나 소자를 형성하고, 겹치는 두 안테나 소자를 격리하기 위하여 두 안테나 소자 사이에 절연체를 형성한 후, 다시 안테나 소자들을 평판표시장치의 여타 회로와 격리하기 위하여 절연체로 덮어 싸서 평판표시장치의 격자무늬 빛 가리개와 같은 격자무늬를 형성하여, 화면의 점(화소)사이의 빛의 간섭을 차단하고, 전자기장을 감지하여 전자기장 발생기(주로 붓 형태)의 위치를 2차원 또는 3차원으로 측정할 수 있도록 하는 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개.
제 1항에 있어서,

한 방향으로 L개의 화소가 있고, 그 직각방향으로 Q개의 화소가 있는 평판표시장치의 격자무늬 빛 가리개에 각각 l (=integer(L/a), a>1인 자연수, a는 검출기의 검출 성능이 높을수록 큰 수), q(=integer(L/b), b>1인 자연수)의 안테나 소자를 배열한 후 검출기가 유효하게 구분할 수 있는 안테나 소자의 수(또는 화소수로 표시되는 거리)를 각각 m과 r이라 할 때 각 방향으로 최소의 물리적 안테나 수인 n(nP1 X (n-1)C2 X ... X (n-1-integer(m/2-1)x2)C2 > l인 n)과 o(oP1 X (o-1)C2 X .... X (o-1-integer(r/2-1)x2)C2 > q인 o)를 구하고 한 방향으로 n개의 안테나 소자에 m개의 부호를 중첩되지 않도록 부여하고 (nCm=d 개의 부호 열을 순서대로 배열하는 총 dPd 개중 임의의 한 부호 열 배열 T) 다른 방향으로 q개의 안테나 소자에 r개의 부호를 중첩되지 않도록 부여하여 (qCo=e 개의 부호 열을 순서대로 배열하는 총 ePe 개중 임의의 한 부호 열 배열 U) 각 방향으로 같은 부호의 안테나 소자를 연결하여 각각 m개와 o개의 안테나를 형성하고, 각 안테나의 하나의 단말은 대응하는 검출기 스위치에 연결 하고 다른 하나의 단말은 접지 하여 각각 n, q개의 안테나 분해 능력을 갖으면서 m, o개의 스위치 만으로 작동 가능하여 해상도를 높이고 검출시간을 줄이는 전자기장 안테나를 내장한 평판표시장치의 전자기장 안테나 겸용 격자무늬 빛 가리개.