KR102364099B1

KR102364099B1 - Active stylus pen and touch sensing system and driving method of the same

Info

Publication number: KR102364099B1
Application number: KR1020150179482A
Authority: KR
Inventors: 정도영; 장형욱; 김성철; 배상혁; 한성수; 주수윤
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2022-02-21
Also published as: KR20170027243A

Abstract

본 발명의 능동형 스타일러스 펜은 터치 스크린으로부터 수신되는 터치 스크린 구동신호에 동기되도록 펜 구동신호를 생성한 후 상기 터치 스크린에 출력하는 능동형 스타일러스 펜으로서, 상기 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 센싱하여 필압 정보를 생성하는 압력 센싱부와, 상기 필압 정보의 신호 레벨에 따라 상기 펜 구동신호를 변조하고, 그 변조된 신호를 상기 필압 정보가 반영된 펜 구동신호로 출력하는 신호 처리부를 포함한다.The active stylus pen of the present invention is an active stylus pen that generates a pen driving signal to be synchronized with a touch screen driving signal received from a touch screen and outputs the pen driving signal to the touch screen. a pressure sensing unit generating information; and a signal processing unit modulating the pen driving signal according to a signal level of the pen pressure information, and outputting the modulated signal as a pen driving signal reflecting the pen pressure information.

Description

ACTIVE STYLUS PEN AND TOUCH SENSING SYSTEM AND DRIVING METHOD OF THE SAME

본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 능동형 스타일러스 펜을 통해 터치 입력이 가능한 터치 센싱 시스템과 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a touch sensing system, and more particularly, to a touch sensing system capable of performing a touch input through an active stylus pen, and a method of driving the same.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.A user interface (UI) enables a person (user) to easily control various electronic devices as desired. Representative examples of such a user interface include a keypad, a keyboard, a mouse, an on-screen display (OSD), a remote controller having an infrared communication function or a radio frequency (RF) communication function. User interface technology is developing in the direction of increasing user sensitivity and ease of operation. Recently, a user interface is evolving into a touch UI, a voice recognition UI, a 3D UI, and the like.

터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있다. 터치 UI는 표시장치의 화면 상에 터치 스크린을 형성하는 방법으로 구현되고 있다. 이러한 터치 스크린은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서를 갖는 터치 스크린은 손가락 또는 전도성 물질이 터치 센서에 접촉(또는 근접)될 때, 터치 스크린 구동신호의 입력에 따른 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.Touch UI is essential for portable information devices. The touch UI is implemented as a method of forming a touch screen on the screen of a display device. Such a touch screen may be implemented in a capacitive manner. A touch screen having a capacitive touch sensor senses a change in capacitance according to an input of a touch screen driving signal, that is, a change in charge of the touch sensor, when a finger or a conductive material is in contact with (or close to) the touch sensor. to detect a touch input.

정전 용량 방식의 터치 센서는 자기 용량(Self Capacitance) 센서 또는 상호 용량(Mutual Capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 자기 용량 센서의 전극들 각각은 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들과 1:1로 연결될 수 있다. 상호 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 센서 배선들의 교차부에 형성될 수 있다.The capacitive touch sensor may be implemented as a self-capacitance sensor or a mutual capacitance sensor. Each of the electrodes of the self-capacitance sensor may be 1:1 connected to sensor wires formed along one direction. The mutual capacitive sensor may be formed at the intersection of the orthogonal sensor wirings with a dielectric layer interposed therebetween.

최근 스마트 폰, 및 스마트 북 등에는 손가락뿐만 아니라 스타일러스 펜(Stylus Pen)이 HID(Human Interface Device)로서 많이 사용되고 있다. 스타일러스 펜은 손가락에 비해 좀 더 세밀한 입력이 가능한 장점이 있다. 스타일러스 펜에는 수동형과 능동형이 있다. 수동형은 터치 스크린과의 접촉 지점에서 정전용량 변화가 적어 터치 위치 검출이 어렵다. 능동형은 자체적으로 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린과의 접촉 지점에 출력하기 때문에 수동형에 비해 터치 위치 검출이 용이하다.Recently, a stylus pen as well as a finger is widely used as a human interface device (HID) in smart phones and smart books. A stylus pen has the advantage of being able to input more precisely than a finger. There are two types of stylus pens, passive and active. The passive type has little change in capacitance at the point of contact with the touch screen, making it difficult to detect the touch position. The active type generates a pen driving signal by itself and outputs it at the point of contact with the touch screen, so it is easier to detect the touch position compared to the passive type.

최근 터치 스크린의 화면크기가 다양화 됨에 따라, 터치 센싱 시스템은 터치 입력에 대한 감지뿐만 아니라, 스타일러스 펜이 터치 스크린에 접촉될 때의 압력 신호 처리 등의 다양한 기능이 요구되고 있다. 그런데, 종래 능동형 스타일러스 펜은 대한민국 공개공보 제10-2014-0043299호에 개시된 것과 같이, 필압 정보를 터치모듈에 전송하기 위해 별도의 통신블록을 더 필요로 했기 때문에 제조 비용이 증가하는 문제점이 있었다.As screen sizes of touch screens have recently been diversified, touch sensing systems are required to perform various functions, such as not only sensing a touch input, but also processing a pressure signal when the stylus pen comes into contact with the touch screen. However, as disclosed in Korean Publication No. 10-2014-0043299, the conventional active stylus pen requires a separate communication block to transmit pen pressure information to the touch module, so there is a problem in that the manufacturing cost increases.

따라서, 본 발명의 목적은 별도의 통신블록을 구비할 필요 없이 능동형 스타일러스 펜에서 터치 모듈로 필압 정보를 용이하게 전달할 수 있도록 한 능동형 스타일러스 펜과 그를 포함한 터치 센싱 시스템, 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an active stylus pen capable of easily transferring pen pressure information from an active stylus pen to a touch module without the need for a separate communication block, a touch sensing system including the same, and a driving method thereof. there is.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 능동형 스타일러스 펜은 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 센싱하여 필압 정보를 생성하는 압력 센싱부와, 상기 터치 스크린으로부터 수신되는 터치 스크린 구동신호에 동기되도록 펜 구동신호를 생성하되, 상기 필압 정보의 신호 레벨이 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 펜 구동신호를 가변하는 신호 처리부를 포함한다.In order to achieve the above object, an active stylus pen of the present invention includes a pressure sensing unit for generating pen pressure information by sensing pressure when in contact with a touch screen, and driving the pen to be synchronized with a touch screen driving signal received from the touch screen and a signal processing unit that generates a signal and varies the pen driving signal so that the signal level of the pen pressure information is reflected in the pen driving signal.

상기 신호 처리부는, 상기 필압 정보의 신호 레벨에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 진폭을 변조한다.The signal processing unit modulates a pulse amplitude of the pen driving signal according to a signal level of the pen pressure information.

상기 신호 처리부는, 상기 필압 정보의 신호 레벨에 따라 1 터치센서 구동기간 동안 생성되는 상기 펜 구동신호의 펄스 개수를 변조한다.The signal processor modulates the number of pulses of the pen driving signal generated during one touch sensor driving period according to the signal level of the pen pressure information.

상기 신호 처리부는, 상기 필압 정보의 신호 레벨에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 듀티를 변조한다.The signal processing unit modulates a pulse duty of the pen driving signal according to a signal level of the pen pressure information.

상기 신호 처리부는, 상기 필압 정보의 신호 레벨에 따라 상기 펜 구동신호를 1 프레임 단위로 변조하여 상기 필압 정보가 반영된 디지털 펜 구동신호를 1 프레임에 1 비트씩 할당한다.The signal processing unit modulates the pen driving signal in units of one frame according to the signal level of the pen pressure information, and allocates the digital pen driving signal to which the pen pressure information is reflected, one bit per frame.

상기 신호 처리부는, 터치 입력 검출이 가능한 범위 내에서 상기 펜 구동신호의 펄스 진폭, 펄스 개수 및 펄스 듀티 중 어느 하나를 변조한다.The signal processing unit modulates any one of a pulse amplitude, a number of pulses, and a pulse duty of the pen driving signal within a range capable of detecting a touch input.

또한, 본 발명에 따른 터치 센싱 시스템은 터치 스크린과, 상기 터치 스크린에 터치 스크린 구동신호를 인가하고 상기 터치 스크린의 정전 용량 변화를 센싱하는 터치 구동장치와, 펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 송신하는 능동형 스타일러스 펜을 구비한다. 여기서, 상기 능동형 스타일러스 펜은, 상기 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 센싱하여 필압 정보를 생성하는 압력 센싱부와, 상기 터치 스크린으로부터 수신되는 터치 스크린 구동신호에 동기되도록 상기 펜 구동신호를 생성하되, 상기 필압 정보의 신호 레벨이 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 펜 구동신호를 가변하는 신호 처리부를 포함한다.In addition, the touch sensing system according to the present invention includes a touch screen, a touch driving device for applying a touch screen driving signal to the touch screen and sensing a change in capacitance of the touch screen, and generating a pen driving signal to the touch screen It has an active stylus pen that transmits. Here, the active stylus pen may include a pressure sensing unit for generating pen pressure information by sensing pressure when in contact with the touch screen, and generating the pen driving signal to be synchronized with the touch screen driving signal received from the touch screen. and a signal processor configured to vary the pen driving signal so that the signal level of the pen pressure information is reflected in the pen driving signal.

또한, 본 발명에 따른 터치 센싱 시스템의 구동방법은 능동형 스타일러스 펜을 터치 스크린에 접촉시켜, 상기 능동형 스타일러스 펜에서 터치 스크린 구동신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 터치 스크린 구동신호에 동기되도록 상기 능동형 스타일러스 펜에서 펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 출력하는 단계와, 상기 터치 스크린 구동신호와 상기 펜 구동신호에 따른 상기 터치 스크린의 정전 용량 변화를 상기 터치 스크린에 연결된 터치 구동장치에서 센싱하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 능동형 스타일러스 펜에서 상기 펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 출력하는 단계는, 상기 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 센싱하여 필압 정보를 생성하는 단계와, 상기 필압 정보의 신호 레벨이 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 펜 구동신호를 가변하는 단계를 포함한다.In addition, the driving method of the touch sensing system according to the present invention includes the steps of bringing an active stylus pen into contact with a touch screen to receive a touch screen driving signal from the active stylus pen, and the active type so as to be synchronized with the received touch screen driving signal. generating a pen driving signal from a stylus pen and outputting it to the touch screen; and sensing a change in capacitance of the touch screen according to the touch screen driving signal and the pen driving signal in a touch driving device connected to the touch screen. includes Here, the generating of the pen driving signal from the active stylus pen and outputting the pen driving signal to the touch screen may include generating pen pressure information by sensing a pressure when contacting the touch screen, and the signal level of the pen pressure information is and varying the pen driving signal to be reflected in the pen driving signal.

본 발명은 필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호의 펄스 진폭 및/또는 펄스 개수 및/또는 펄스 듀티를 조정하는 방식으로 필압 정보를 펜 구동신호에 반영한다. 그리고, 본 발명은 필압 정보가 반영된 펜 구동신호에 따른 터치 로 데이터의 크기에 따라 터치 입력 위치 뿐만 아니라 필압까지 알아 낸다. 따라서, 본 발명은 압력 센싱을 위해 종래와 같은 별도의 통신 블록과 로직 블록을 구비할 필요가 없어 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.According to the present invention, the pen pressure information is reflected in the pen driving signal by adjusting the pulse amplitude and/or the number of pulses and/or the pulse duty of the pen driving signal according to the signal level of the pen pressure information. In addition, according to the size of the raw touch data according to the pen driving signal to which the pen pressure information is reflected, the present invention finds out not only the touch input position but also the pen pressure. Accordingly, the present invention does not require a separate communication block and a logic block as in the prior art for pressure sensing, and thus manufacturing cost can be greatly reduced.

도 1은 본 발명의 터치 센싱 시스템을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치를 보여주는 도면.
도 3은 상호 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 4는 자기 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시에에 따른 터치 구동 장치를 보여 주는 도면들.
도 8은 1 프레임이 디스플레이 구동기간과, 터치센서 구동기간으로 시분할되는 것을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜의 내부 구성을 보여주는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜의 동작 수순을 나타내는 도면.
도 11은 터치센서 구동기간 내에서 터치 스크린 구동신호와 펜 구동신호가 서로 동기되는 것을 보여주는 도면.
도 12는 도 9의 능동형 스타일러스 펜에서 수신 및 처리되는 신호의 파형을 보여주는 도면.
도 13은 도 9에 도시된 능동형 스타일러스 펜의 내부 구성을 보다 상세히 보여주는 도면.
도 14는 손가락 접촉시에 비해 스타일러스 펜 접촉시 터치 센싱 신호의 감도가 향상되는 것을 보여주는 도면.
도 15는 도 13의 압력 센싱부를 보다 상세히 보여주는 도면.
도 16은 터치 압력(필압) 변화에 따른 터치 로 데이터(Touch raw data)의 변화를 보여주는 도면.
도 17은 펜 구동신호필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호의 진폭을 변조하는 예를 보여주는 도면.
도 18은 터치 압력, 펜 구동신호의 진폭, 및 터치 로 데이터 간의 관계를 보여주는 도면.
도 19는 펜 구동신호필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호의 펄스 개수를 변조하는 예를 보여주는 도면.
도 20은 터치 압력, 펜 구동신호의 펄스 개수, 및 터치 로 데이터 간의 관계를 보여주는 도면.
도 21은 필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호의 펄스 듀티를 변조하는 예를 보여주는 도면.
도 22는 터치 압력, 펜 구동신호의 펄스 듀티, 및 터치 로 데이터 간의 관계를 보여주는 도면.
도 23은 펜 구동신호의 전압 변화에 따른 터치 로 데이터 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과 도면.
도 24는 펜 구동신호가 필압 정보의 신호 레벨에 따라 1 프레임 단위로 변조되는 예를 보여주는 도면.
도 25a내지 도 25c는 펜 구동신호에 반영된 필압 정보에 따라 터치 스크린의 센싱값(터치 로 데이터)가 달라지는 예를 보여주는 도면들
도 26은 필압 정보를 펜 구동신호에 반영하여 출력하는 과정을 보여주는 도면.1 is a view schematically showing a touch sensing system of the present invention.
2 is a view showing a display device to which a touch sensing system according to an embodiment of the present invention is applied;
3 is a view showing an example of a touch screen implemented as a mutual capacitive sensor.
4 is a view showing an example of a touch screen implemented as a magnetocapacitive sensor;
5 to 7 are views showing a touch driving device according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing that one frame is time-divided into a display driving period and a touch sensor driving period;
9 is a view showing the internal configuration of the active stylus pen according to the present invention.
10 is a view showing an operation procedure of the active stylus pen according to the present invention.
11 is a view showing that a touch screen driving signal and a pen driving signal are synchronized with each other within a touch sensor driving period;
FIG. 12 is a view showing waveforms of signals received and processed by the active stylus pen of FIG. 9;
13 is a view showing the internal configuration of the active stylus pen shown in FIG. 9 in more detail.
14 is a view showing that the sensitivity of a touch sensing signal is improved when a stylus pen is touched compared to when a finger is touched;
FIG. 15 is a view showing the pressure sensing unit of FIG. 13 in more detail;
16 is a view showing changes in touch raw data according to changes in touch pressure (pen pressure);
17 is a view showing an example of modulating the amplitude of the pen driving signal according to the signal level of the pen driving signal pen pressure information;
18 is a diagram showing a relationship between touch pressure, the amplitude of a pen driving signal, and raw touch data;
19 is a view showing an example of modulating the number of pulses of the pen driving signal according to the signal level of the pen driving signal pen pressure information;
20 is a diagram illustrating a relationship between touch pressure, the number of pulses of a pen driving signal, and raw touch data;
21 is a diagram illustrating an example of modulating a pulse duty of a pen driving signal according to a signal level of pen pressure information;
22 is a diagram illustrating a relationship between touch pressure, a pulse duty of a pen driving signal, and raw touch data;
23 is a simulation result diagram illustrating a touch raw data change according to a voltage change of a pen driving signal;
24 is a view showing an example in which a pen driving signal is modulated in units of one frame according to a signal level of pen pressure information;
25A to 25C are diagrams illustrating examples in which a sensing value (touch raw data) of a touch screen is changed according to pen pressure information reflected in a pen driving signal;
26 is a view illustrating a process of outputting pen pressure information by reflecting pen driving signal;

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals refer to substantially identical elements throughout. In the following description, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

[터치 [Touch 센싱sensing 시스템] system]

도 1은 본 발명의 터치 센싱 시스템을 개략적으로 보여준다. 1 schematically shows a touch sensing system of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 표시장치(10)와 능동형 스타일러스 펜(20)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the touch sensing system of the present invention includes a display device 10 and an active stylus pen 20 .

표시장치(10)는 디스플레이 기능과 터치 검출 기능을 수행한다. 표시장치(10)는 손가락 또는 능동형 스타일러스 펜(20)과 같은 전도성 물체의 접촉에 의한 터치 검출이 가능한 것으로, 그 내부에 일체형으로 정전 용량 방식의 터치 스크린을 구비하고 있다. 여기서, 터치 스크린은 디스플레이 구현을 위한 표시패널과 독립적인 형태로 구성될 수도 있고, 표시패널의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 표시장치(10)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2 내지 도 8을 참조로 후술한다.The display device 10 performs a display function and a touch detection function. The display device 10 is capable of detecting a touch by contact with a conductive object such as a finger or an active stylus pen 20 , and has a capacitive touch screen integrally formed therein. Here, the touch screen may be configured in a form independent of a display panel for display implementation, or may be built in a pixel array of the display panel. A detailed configuration and operation of the display device 10 will be described later with reference to FIGS. 2 to 8 .

능동형 스타일러스 펜(20)은 터치 스크린에서 수신되는 터치 스크린 구동신호를 기초로 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린과의 접촉 지점에 출력함으로써 터치 스크린 상에서 터치 위치 검출을 용이하게 한다. 능동형 스타일러스 펜(20)은 터치 스크린에 접촉할 때의 펜의 압력(필압)을 센싱하고, 필압 정보의 신호 레벨이 펜 구동신호에 반영되도록 펜 구동신호를 가변한다. 터치 센싱 시스템은 펜 구동신호에 따른 터치 로 데이터(Touch raw data)의 변화를 분석하여 능동형 스타일러스 펜(20)에 의한 터치 입력 위치와 터치 압력(필압)을 감지한다. 능동형 스타일러스 펜(20)의 구성 및 동작은 도 9 내지 도 26을 통해 후술한다.The active stylus pen 20 generates a pen driving signal based on a touch screen driving signal received from the touch screen and outputs the pen driving signal to a point of contact with the touch screen, thereby facilitating detection of a touch position on the touch screen. The active stylus pen 20 senses the pen pressure (pen pressure) when it comes into contact with the touch screen, and changes the pen driving signal so that the signal level of the pen pressure information is reflected in the pen driving signal. The touch sensing system detects a touch input position and touch pressure (pen pressure) by the active stylus pen 20 by analyzing changes in touch raw data according to the pen driving signal. The configuration and operation of the active stylus pen 20 will be described later with reference to FIGS. 9 to 26 .

[표시장치][Display device]

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치를 보여준다. 도 3은 상호 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여준다. 도 4는 자기 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여준다. 그리고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시에에 따른 터치 구동 장치를 보여 준다. 2 shows a display device to which a touch sensing system according to an embodiment of the present invention is applied. 3 shows an example of a touch screen implemented as a mutual capacitive sensor. 4 shows an example of a touch screen implemented as a magnetic capacitive sensor. 5 to 7 show a touch driving device according to an embodiment of the present invention.

도 2내지 도7을 참조하면, 본 발명의 표시장치(10)는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 표시장치가 액정표시소자로 구현되는 것을 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다. 2 to 7 , the display device 10 of the present invention includes a liquid crystal display (LCD), a field emission display (FED), and a plasma display panel (PDP). ), an organic light emitting diode display (OLED), an electrophoresis display device (EPD), etc. can be implemented based on a flat panel display device. In the following embodiments, it will be described that the display device is implemented as a liquid crystal display device, but the display device of the present invention is not limited to the liquid crystal display device.

표시장치(10)는 디스플레이 모듈과 터치 모듈로 이루어진다. The display device 10 includes a display module and a touch module.

터치 모듈은 터치 스크린(TSP)과 터치 구동장치(18)를 포함한다. The touch module includes a touch screen (TSP) and a touch driving device 18 .

터치 스크린(TSP)은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치 입력을 감지하는 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 정전 용량(capacitance)을 갖는 다수의 터치 센서들을 포함한다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있고, 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성될 수 있다.The touch screen TSP may be implemented in a capacitive manner that senses a touch input through a plurality of capacitive sensors. The touch screen TSP includes a plurality of touch sensors having capacitance. The capacitance may be divided into self capacitance and mutual capacitance. Self-capacitance may be formed along a single-layered conductor wiring formed in one direction, and mutual capacitance may be formed between two orthogonal conductor wirings.

상호 용량 센서(Cm)로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 도 3과 같이 Tx 전극라인들, Tx 전극라인들과 교차하는 Rx 전극라인들, 및 Tx 전극라인들과 Rx 전극라인들의 교차점들 마다 형성된 터치 센서들(Cm)을 포함할 수 있다. Tx 전극라인들은 터치 센서들(Cm) 각각에 터치 스크린 구동신호를 인가하여 터치 센서들에 전하를 공급하는 구동 신호 배선들이다. Rx 전극라인들은 터치 센서들(Cm)에 연결되어 터치 센서들의 전하를 터치 구동장치(18)로 공급하는 센서 배선들이다. 상호 용량 센싱 방법은 Tx 전극라인을 통해 Tx 전극에 구동 신호를 인가하여 터치 센서(Cm)에 전하를 공급하고, 터치 스크린 구동신호와 동기하여 Rx 전극과 Rx 전극라인을 통해 터치 센서(Cm)의 정전용량 변화를 센싱함으로써 터치 입력을 알 수 있다.The touch screen TSP implemented as the mutual capacitive sensor Cm, as shown in FIG. 3 , includes Tx electrode lines, Rx electrode lines crossing the Tx electrode lines, and the intersections of the Tx electrode lines and the Rx electrode lines. It may include formed touch sensors Cm. The Tx electrode lines are driving signal wires for supplying electric charges to the touch sensors by applying a touch screen driving signal to each of the touch sensors Cm. The Rx electrode lines are sensor wires connected to the touch sensors Cm to supply electric charges of the touch sensors to the touch driving device 18 . In the mutual capacitance sensing method, a driving signal is applied to the Tx electrode through the Tx electrode line to supply electric charge to the touch sensor (Cm), and the touch sensor (Cm) is synchronized with the touch screen driving signal through the Rx electrode and the Rx electrode line. A touch input can be recognized by sensing a change in capacitance.

자기 용량 센서(Cs)로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 도 4와 같이 터치 전극(31)들 각각이 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들(32)과 1:1로 연결될 수 있다. 자기 용량 센서(Cs)는 전극들(31) 각각에 형성된 정전 용량을 포함한다. 자기 용량 센싱 방법은 터치 스크린 구동신호가 센서 배선(32)을 통해 전극(31)에 인가되면 전하(Q)가 터치 센서(Cs)에 축적된다. 이때 손가락이나 전도성 물체가 전극(31)에 접촉되면 자기 용량 센서(Cs)에 추가로 기생 용량(Cf)이 연결되어 토탈 정전 용량값이 변한다. 손가락이 터치된 센서와 그렇지 않은 센서 간에 정전 용량값이 달라지면, 터치 센서들로부터 센싱되는 전하량이 달라지며, 이를 통해 터치 여부를 판단할 수 있다.The touch screen TSP implemented as the self-capacitance sensor Cs may be 1:1 connected to the sensor wires 32 in which each of the touch electrodes 31 are formed along one direction as shown in FIG. 4 . The self-capacitance sensor Cs includes a capacitance formed in each of the electrodes 31 . In the self-capacitance sensing method, when a touch screen driving signal is applied to the electrode 31 through the sensor wiring 32 , electric charges Q are accumulated in the touch sensor Cs. At this time, when a finger or a conductive object comes into contact with the electrode 31 , a parasitic capacitance Cf is additionally connected to the self-capacitance sensor Cs, and the total capacitance value changes. When the capacitance value is changed between the sensor touched by the finger and the sensor not touched by the finger, the amount of charge sensed by the touch sensors is changed, and through this, it is possible to determine whether a touch is made.

터치 스크린(TSP)은 표시패널(DIS)의 상부 편광판 상에 접합되거나, 표시패널(DIS)의 상부 편광판과 상부 기판 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cm 또는 Cs)은 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. The touch screen TSP may be bonded to the upper polarizing plate of the display panel DIS or formed between the upper polarizing plate and the upper substrate of the display panel DIS. Also, the touch sensors Cm or Cs of the touch screen TSP may be embedded in the pixel array of the display panel DIS.

터치 구동장치(18)는 터치 전후 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락(또는, 스타일러스 펜)과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. The touch driving device 18 senses the amount of charge change of the touch sensor before and after the touch, and determines whether a conductive material such as a finger (or a stylus pen) is touched and its location.

본 발명의 터치 구동 장치(18)는 도 5 내지 도 7과 같은 형태의 IC(Integrate Circuit) 패키지로 구현될 수 있다. The touch driving device 18 of the present invention may be implemented as an IC (Integrate Circuit) package of the form shown in FIGS. 5 to 7 .

도 5를 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 드라이버 IC(DIC)와 터치 IC(TIC)를 포함한다. Referring to FIG. 5 , the touch driving device 18 includes a driver IC (DIC) and a touch IC (TIC).

드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 타이밍 제어 신호 생성부(130), 멀티플렉서(Multiplexer, MUX)(140), 및 DTX 보상부(150)를 포함한다. The driver IC (DIC) includes a touch sensor channel unit 100, a Vcom buffer 110, a switch array 120, a timing control signal generator 130, a multiplexer (MUX) 140, and a DTX compensator ( 150).

터치 센서 채널부(100)는 센서 배선들(또는 Rx 전극 라인들)을 통해 터치 센서들의 전극에 연결되고, 스위치 어레이(120)를 통해 Vcom 버퍼(110)와 멀티플렉서(140)에 연결된다. 멀티플렉서(140)는 센서 배선들을 터치 IC(TIC)에 연결한다. 1:3 멀티플렉서의 경우에, 멀티플렉서(140)는 터치 IC(TIC)의 한 개 채널을 세 개의 센서 배선들에 시분할 방식에 따라 순차 연결함으로써 터치 IC(TIC)의 채널 개수를 줄인다. 멀티플렉서(140)는 MUX 제어신호(MUX C1~C3)에 응답하여 터치 IC(TIC)의 채널과 연결될 센서 배선들을 순차적으로 선택한다. 멀티플렉서(140)는 터치 라인들(Touch line)을 통해 터치 IC(TIC)의 채널들에 연결된다. The touch sensor channel unit 100 is connected to the electrodes of the touch sensors through sensor wires (or Rx electrode lines), and is connected to the Vcom buffer 110 and the multiplexer 140 through the switch array 120 . The multiplexer 140 connects the sensor wires to the touch IC (TIC). In the case of the 1:3 multiplexer, the multiplexer 140 reduces the number of channels of the touch IC (TIC) by sequentially connecting one channel of the touch IC (TIC) to three sensor wires according to a time division method. The multiplexer 140 sequentially selects sensor wires to be connected to a channel of the touch IC TIC in response to the MUX control signals MUX C1 to C3. The multiplexer 140 is connected to channels of the touch IC (TIC) through touch lines.

Vcom 버퍼(110)는 픽셀의 공통 전압(Vcom)을 출력한다. 스위치 어레이(120)는 타이밍 제어 신호 생성부(130)의 제어 하에 디스플레이 구동 기간 동안 Vcom 버퍼(110)로부터의 공통 전압(Vcom)을 터치 센서 채널부(100)로 공급한다. 스위치 어레이(120)는 타이밍 제어 신호 생성부(130)의 제어 하에 터치센서 구동 기간 동안 센서 배선들을 터치 IC(TIC)에 연결한다. The Vcom buffer 110 outputs the common voltage Vcom of the pixel. The switch array 120 supplies the common voltage Vcom from the Vcom buffer 110 to the touch sensor channel unit 100 during the display driving period under the control of the timing control signal generator 130 . The switch array 120 connects the sensor wires to the touch IC (TIC) during the touch sensor driving period under the control of the timing control signal generator 130 .

타이밍 제어 신호 생성부(130)는 디스플레이 구동 회로와 터치 IC(TIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어 신호들을 발생한다. 디스플레이 구동 회로는 픽셀에 입력 영상의 데이터를 기입하기 위한 데이터 구동 회로(12)와 게이트 구동 회로(14)를 포함한다. The timing control signal generator 130 generates timing control signals for controlling operation timings of the display driving circuit and the touch IC (TIC). The display driving circuit includes a data driving circuit 12 and a gate driving circuit 14 for writing input image data to pixels.

타이밍 제어 신호 생성부(130)는 도 2에 도시된 타이밍 콘트롤러(16) 내에 포함될 수 있다. 타이밍 제어 신호 생성부(130)는 디스플레이 구동 기간 동안 디스플레이 구동 회로를 구동 시키고 터치센서 구동 기간 동안 터치 IC(TIC)를 구동 시킨다. The timing control signal generator 130 may be included in the timing controller 16 shown in FIG. 2 . The timing control signal generator 130 drives the display driving circuit during the display driving period and drives the touch IC (TIC) during the touch sensor driving period.

타이밍 제어 신호 생성부(130)는 도 8과 같이 디스플레이 구동 기간(T1)과 터치센서 구동 기간(T2)을 정의하는 터치 인에이블 신호(TEN)를 생성하여 디스플레이 구동 회로와 터치 IC(TIC)를 동기시킨다. 디스플레이 구동 회로는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제1 레벨 기간 동안 픽셀들에 데이터를 기입한다. 터치 IC(TIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제2 레벨에 응답하여 터치 센서들을 구동하여 터치 입력을 센싱한다. 터치 인에이블 신호(TEN)의 제1 레벨은 로우 레벨(Low level)일 수 있고, 제2 레벨은 하이 레벨(High level)일 수 있으나 그 반대로 설정될 수도 있다. The timing control signal generator 130 generates a touch enable signal TEN defining the display driving period T1 and the touch sensor driving period T2 as shown in FIG. 8 to connect the display driving circuit and the touch IC (TIC). synchronize The display driving circuit writes data to the pixels during the first level period of the touch enable signal TEN. The touch IC (TIC) senses a touch input by driving touch sensors in response to the second level of the touch enable signal (TEN). The first level of the touch enable signal TEN may be a low level and the second level may be a high level, but vice versa.

터치 IC(TIC)는 구동 전원부(미도시)에 연결되어 구동전원을 공급받는다. 터치 IC(TIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제2 레벨에 응답하여 터치 스크린 구동신호를 생성하여 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들에 인가한다. 터치 스크린 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있으나, 구형파로 구현됨이 바람직하다. 터치 스크린 구동신호는 터치 IC(TIC)의 적분기에 전하가 N(N은 2 이상의 자연수)회 이상 누적될 수 있도록 터치 센서들 각각에 N회 인가될 수 있다.The touch IC (TIC) is connected to a driving power supply (not shown) to receive driving power. The touch IC TIC generates a touch screen driving signal in response to the second level of the touch enable signal TEN and applies it to the touch sensors of the touch screen TSP. The touch screen driving signal may be generated in various forms such as a square wave pulse, a sine wave, or a triangular wave, but is preferably implemented as a square wave. The touch screen driving signal may be applied N times to each of the touch sensors so that charges may be accumulated in the integrator of the touch IC (TIC) N (N is a natural number equal to or greater than 2) times or more.

입력 영상 데이터의 변화에 따라 터치 센서 신호에 노이즈가 커질 수 있다. DTX 보상부(150)는 입력 영상 데이터를 분석하여 입력 영상의 계조 변화에 따라 터치 로 데이터(Touch raw data)에서 노이즈 성분을 제거하여 터치 IC(TIC)로 전송한다. DTX는 Display and Touch crosstalk를 의미한다. DTX 보상부(150)와 관련된 내용은 본원 출원인에 의해 기출원된 특허 출원 제10-2012-0149028호(2012.12.19 출원)에 상세히 기재되어 있다. 터치 센서의 노이즈가 입력 영상의 데이터 변화에 따라 민감하게 변하지 않는 시스템의 경우에 DTX 보상부(150)는 필요 없으므로 생략될 수 있다. 도 5에서 DTX DATA는 DTX 보상부(150)의 출력 데이터이다. Noise may increase in the touch sensor signal according to a change in input image data. The DTX compensator 150 analyzes the input image data, removes the noise component from the touch raw data according to the grayscale change of the input image, and transmits it to the touch IC (TIC). DTX stands for Display and Touch crosstalk. The content related to the DTX compensation unit 150 is described in detail in Patent Application No. 10-2012-0149028 (filed on December 19, 2012) previously filed by the applicant of the present application. In the case of a system in which the noise of the touch sensor does not change sensitively according to the data change of the input image, the DTX compensator 150 is not required and thus may be omitted. In FIG. 5 , DTX DATA is output data of the DTX compensator 150 .

터치 IC(TIC)는 타이밍 제어 신호 생성부(130)로부터의 터치 인에이블 신호(TEN)에 응답하여 터치센서 구동 기간(T2) 동안 멀티플렉서(140)를 구동시켜 멀티플렉서(140)와 센서 배선들을 통해 터치 센서의 전하를 수신한다. 도 5에서 MUX C1~C3는 멀티플렉서의 채널을 선택하는 신호이다. The touch IC (TIC) drives the multiplexer 140 during the touch sensor driving period T2 in response to the touch enable signal TEN from the timing control signal generator 130 through the multiplexer 140 and the sensor wires. Receive the charge of the touch sensor. In FIG. 5, MUXs C1 to C3 are signals for selecting channels of the multiplexer.

터치 IC(TIC)는 터치 센서 신호로부터 터치 입력 전후의 전하 변화량을 검출하고 그 전화 변화량을 소정의 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 전하 변화량을 갖는 터치 센서들의 위치를 터치 입력 영역으로 판정한다. 터치 IC(TIC)는 터치 입력 각각에 대하여 좌표를 계산하여 터치 입력 좌표 정보를 포함한 터치 데이터(TDATA(XY))를 외부의 호스트 시스템으로 전송한다. 터치 IC(TIC)는 터치 센서의 전하를 증폭하는 증폭기, 터치 센서로부터 수신된 전하를 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), 및 연산 로직부를 포함한다. 연산 로직부는 ADC로부터 출력된 터치 로 데이터(Touch raw data)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다. The touch IC (TIC) detects a charge change amount before and after a touch input from a touch sensor signal, compares the phone change amount with a predetermined threshold value, and determines positions of touch sensors having a charge change amount greater than or equal to the threshold value as the touch input area. The touch IC (TIC) transmits touch data TDATA(XY) including touch input coordinate information to an external host system by calculating coordinates for each touch input. A touch IC (TIC) includes an amplifier that amplifies the charge of the touch sensor, an integrator that accumulates the charge received from the touch sensor, an analog to digital converter (ADC) that converts the voltage of the integrator into digital data, and an arithmetic logic unit. The operation logic unit compares the touch raw data output from the ADC with a threshold value, determines a touch input according to the comparison result, and executes a touch recognition algorithm that calculates coordinates.

드라이버 IC(DIC)와 터치 IC(TIC)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 인터페이스를 통해 신호들을 송수신할 수 있다. The driver IC (DIC) and the touch IC (TIC) may transmit and receive signals through a Serial Peripheral Interface (SPI) interface.

호스트 시스템(19)은 본 발명의 표시장치(10)가 적용 가능한 전자 기기의 시스템 본체를 의미한다. 호스트 시스템(19)은 폰 시스템(Phone system), TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템 중 어느 하나일 수 있다. 호스트 시스템(19)은 드라이버 IC(DIC)에 입력 영상의 데이터(RGB)를 전송하고, 터치 IC(TIC)로부터 터치 입력 데이터(TDATA(XY))를 수신하여 터치 입력과 연계된 어플리케이션(application)을 실행한다. The host system 19 refers to a system body of an electronic device to which the display device 10 of the present invention is applicable. The host system 19 may be any one of a phone system, a TV (Television) system, a set-top box, a navigation system, a DVD player, a Blu-ray player, a personal computer (PC), and a home theater system. The host system 19 transmits input image data (RGB) to the driver IC (DIC) and receives the touch input data (TDATA(XY)) from the touch IC (TIC) to generate an application related to the touch input. run

도 6을 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 드라이버 IC(DIC)와 MCU(Micro Controller Unit)를 포함한다. Referring to FIG. 6 , the touch driving device 18 includes a driver IC (DIC) and a micro controller unit (MCU).

드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 제1 타이밍 제어 신호 생성부(130), 멀티플렉서(140), DTX 보상부(150), 센싱부(160), 제2 타이밍 제어 신호 생성부(170) 및 메모리(180)를 포함한다. 이 실시예는 전술한 도 5의 실시예와 비교할 때, 센싱부(160)와 제2 타이밍 제어 생성부(170)가 드라이버 IC(DIC) 내에 집적된 것에서 차이가 있다. 제1 타이밍 제어 생성부(130)는 도 5의 그것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 타이밍 제어 생성부(130)는 디스플레이 구동 회로와 터치 IC(TIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어 신호들을 발생한다. The driver IC (DIC) includes a touch sensor channel unit 100 , a Vcom buffer 110 , a switch array 120 , a first timing control signal generating unit 130 , a multiplexer 140 , a DTX compensator 150 , and sensing. It includes a unit 160 , a second timing control signal generating unit 170 , and a memory 180 . This embodiment is different from the above-described embodiment of FIG. 5 in that the sensing unit 160 and the second timing control generating unit 170 are integrated in the driver IC (DIC). The first timing control generator 130 is substantially the same as that of FIG. 5 . Accordingly, the first timing control generator 130 generates timing control signals for controlling operation timings of the display driving circuit and the touch IC (TIC).

센싱부(160)는 터치 센서의 전하를 증폭하는 증폭기, 터치 센서로부터 수신된 전하를 누적하는 적분기, 및 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 ADC를 포함한다. ADC 로부터 출력된 터치 로 데이터(Touch raw data, TDATA)는 MCU로 전송된다. 제2 타이밍 제어 생성부(170)는 멀티플렉서(140), 센싱부(160)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어 신호, 클럭 등을 생성한다. 드라이버 IC(DIC) 내에서 DTX 보상부(150)는 생략될 수 있다. 메모리(180)는 제2 타이밍 제어 생성부(170)의 제어 하에 터치 로 데이터(TDATA)를 일시 저장한다. The sensing unit 160 includes an amplifier for amplifying the charge of the touch sensor, an integrator for accumulating the charge received from the touch sensor, and an ADC for converting the voltage of the integrator into digital data. Touch raw data (TDATA) output from ADC is transmitted to MCU. The second timing control generating unit 170 generates a timing control signal, a clock, and the like for controlling the operation timing of the multiplexer 140 and the sensing unit 160 . The DTX compensator 150 in the driver IC (DIC) may be omitted. The memory 180 temporarily stores the touch raw data TDATA under the control of the second timing control generator 170 .

드라이버 IC(DIC)와 MCU는 SPI(Serial Peripheral Interface) 인터페이스를 통해 신호들을 송수신할 수 있다. MCU는 터치 로 데이터(TDATA)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.The driver IC (DIC) and the MCU may transmit and receive signals through an SPI (Serial Peripheral Interface) interface. The MCU executes a touch recognition algorithm that compares the raw touch data (TDATA) with a threshold value, determines a touch input according to the comparison result, and calculates coordinates.

도 7을 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 드라이버 IC(DIC)와 메모리(Memory, MEM)를 포함한다. Referring to FIG. 7 , the touch driving device 18 includes a driver IC (DIC) and a memory (Memory, MEM).

드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 제1 타이밍 제어 신호 생성부(130), 멀티플렉서(140), DTX 보상부(150), 센싱부(160), 제2 타이밍 제어 신호 생성부(170), 메모리(180), 및 MCU(190)를 포함한다. 이 실시예는 전술한 도 6의 실시예와 비교할 때, MCU(190)가 드라이버 IC(DIC) 내에 집적된 것에서 차이가 있다. MCU(18)는 터치 로 데이터(TDATA)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.The driver IC (DIC) includes a touch sensor channel unit 100 , a Vcom buffer 110 , a switch array 120 , a first timing control signal generating unit 130 , a multiplexer 140 , a DTX compensator 150 , and sensing. It includes a unit 160 , a second timing control signal generating unit 170 , a memory 180 , and an MCU 190 . This embodiment is different from the embodiment of FIG. 6 described above in that the MCU 190 is integrated in the driver IC (DIC). The MCU 18 compares the raw touch data TDATA with a threshold value, determines a touch input according to the comparison result, and executes a touch recognition algorithm for calculating coordinates.

메모리(MEM)는 디스플레이 구동 회로와 센싱부(160)의 동작에 필요한 타이밍 정보에 관한 레지스터(register) 설정값을 저장한다. 레지스터 설정값은 표시장치의 전원이 켜지면 메모리(MEM)로부터 제1 타이밍 제어 신호 생성부(16)와 제2 타이밍 제어 신호 생성부(170)로 로딩(Loading)된다. 제1 타이밍 제어 신호 생성부(16)와 제2 타이밍 제어 신호 생성부(170)는 메모리로부터 읽어 들인 레지스터 설정값을 바탕으로 디스플레이 구동 회로와 센싱부(160)를 제어하기 위한 타이밍 제어 신호들을 발생한다. 구동 장치의 구조적 변경 없이 메모리(MEM)의 레지스터 설정값을 변경하여 모델 변경에 대응할 수 있다.The memory MEM stores a register setting value related to timing information required for the operation of the display driving circuit and the sensing unit 160 . The register setting value is loaded from the memory MEM to the first timing control signal generator 16 and the second timing control signal generator 170 when the power of the display device is turned on. The first timing control signal generating unit 16 and the second timing control signal generating unit 170 generate timing control signals for controlling the display driving circuit and the sensing unit 160 based on the register setting value read from the memory. do. It is possible to respond to the model change by changing the register setting value of the memory (MEM) without structural change of the driving device.

디스플레이 모듈은 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14,16), 호스트 시스템(19)을 포함할 수 있다.The display module may include a display panel DIS, display driving circuits 12 , 14 , and 16 , and a host system 19 .

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 픽셀전극, 픽셀전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함할 수 있다.The display panel DIS includes a liquid crystal layer formed between two substrates. The pixel array of the display panel DIS includes pixels formed in a pixel area defined by data lines D1 to Dm, m is a positive integer) and gate lines G1 to Gn, n is a positive integer. . Each of the pixels is connected to TFTs (Thin Film Transistor) formed at intersections of the data lines D1 to Dm and the gate lines G1 to Gn, a pixel electrode charging the data voltage, and the pixel electrode of the liquid crystal cell. It may include a storage capacitor (Cst) for maintaining the voltage, and the like.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.A black matrix, a color filter, etc. may be formed on the upper substrate of the display panel DIS. The lower substrate of the display panel DIS may be implemented in a color filter on TFT (COT) structure. In this case, the black matrix and the color filter may be formed on the lower substrate of the display panel DIS. The common electrode to which the common voltage is supplied may be formed on an upper substrate or a lower substrate of the display panel DIS. A polarizing plate is attached to each of the upper and lower substrates of the display panel DIS, and an alignment layer for setting a pretilt angle of the liquid crystal is formed on the inner surface in contact with the liquid crystal. A column spacer for maintaining a cell gap of the liquid crystal cell is formed between the upper substrate and the lower substrate of the display panel DIS.

표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. A backlight unit may be disposed under the rear surface of the display panel DIS. The backlight unit is implemented as an edge type or direct type backlight unit to irradiate light to the display panel DIS. The display panel DIS may be implemented in any known liquid crystal mode, such as a twisted nematic (TN) mode, a vertical alignment (VA) mode, an in plane switching (IPS) mode, or a fringe field switching (FFS) mode.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(16)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 게이트 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 픽셀라인을 선택한다. 게이트 구동 회로(14)는 픽셀들과 함께 표시패널(DIS)의 기판 상에 함께 배치될 수 있다.The display driving circuit includes a data driving circuit 12 , a gate driving circuit 14 , and a timing controller 16 to write video data of an input image to pixels of the display panel DIS. The data driving circuit 12 converts digital video data RGB input from the timing controller 16 into analog positive/negative gamma compensation voltages and outputs a data voltage. The data voltage output from the data driving circuit 12 is supplied to the data lines D1 to Dm. The gate driving circuit 14 sequentially supplies a gate pulse (or scan pulse) synchronized with the data voltage to the gate lines G1 to Gn to select a pixel line of the display panel DIS to which the data voltage is written. The gate driving circuit 14 may be disposed together with the pixels on the substrate of the display panel DIS.

타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(19)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.The timing controller 16 inputs timing signals such as a vertical synchronization signal Vsync, a horizontal synchronization signal Hsync, a data enable signal DE, and a main clock MCLK input from the host system 19 . In response, the operation timings of the data driving circuit 12 and the gate driving circuit 14 are synchronized. The scan timing control signal includes a gate start pulse (GSP), a gate shift clock (Gate Shift Clock), a gate output enable signal (Gate Output Enable, GOE), and the like. The data timing control signal includes a source sampling clock (Source Sampling Clock, SSC), a polarity control signal (Polarity, POL), and a source output enable signal (Source Output Enable, SOE).

호스트 시스템(19)은 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송하며, 터치 구동장치(18)로부터 입력되는 터치 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행할 수 있다.The host system 19 transmits the timing signals Vsync, Hsync, DE, MCLK together with the digital video data RGB to the timing controller 16 , and touch coordinate information XY input from the touch driving device 18 . ) and related applications can be executed.

한편, 도 8의 터치 인에이블신호(TEN)는 호스트 시스템(19)에서 생성될 수도 있다. 디스플레이 구동기간(T1) 동안, 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급하고, 게이트 구동회로(14)는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급한다. 한편, 디스플레이 구동기간(T1) 동안, 터치 구동장치(18)는 동작을 중지한다.Meanwhile, the touch enable signal TEN of FIG. 8 may be generated by the host system 19 . During the display driving period T1 , the data driving circuit 12 supplies a data voltage to the data lines D1 to Dm under the control of the timing controller 16 , and the gate driving circuit 14 operates the timing controller 16 . A gate pulse synchronized with the data voltage is sequentially supplied to the gate lines G1 to Gn under the control of . Meanwhile, during the display driving period T1, the touch driving device 18 stops operating.

터치센서 구동기간(T2) 동안, 터치 구동장치(18)는 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들에 터치 스크린 구동신호를 인가한다. 한편, 터치센서 구동기간(T2) 동안, 디스플레이 구동회로(12,14,16)는 픽셀들에 연결된 신호 라인들(D1~Dm,G1~Gn)과 터치 센서들 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여 터치 스크린 구동신호와 같은 진폭 및 같은 위상의 교류 신호를 신호라인들(D1~Dm,G1~Gn)에 공급할 수 있다. 이 경우 터치 센싱신호에 혼입되는 디스플레이 노이즈는 획기적으로 줄어들어 터치 센싱의 정확성이 증가된다.During the touch sensor driving period T2 , the touch driving device 18 applies a touch screen driving signal to the touch sensors of the touch screen TSP. Meanwhile, during the touch sensor driving period T2, the display driving circuits 12, 14, and 16 are configured to minimize parasitic capacitance between the signal lines D1 to Dm and G1 to Gn connected to the pixels and the touch sensors. An AC signal having the same amplitude and the same phase as the touch screen driving signal may be supplied to the signal lines D1 to Dm and G1 to Gn. In this case, the display noise mixed into the touch sensing signal is remarkably reduced, and thus the accuracy of the touch sensing is increased.

[[ 스타일러스stylus 펜] pen]

도 9는 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜(20)의 내부 구성을 보여준다.9 shows the internal configuration of the active stylus pen 20 according to the present invention.

도 9를 참조하면, 능동형 스타일러스 펜(20)은 하우징(280)과, 하우징(280)의 일측 외부로 돌출된 전도성 팁(210)과, 하우징(280) 내부에서 전도성 팁(210)과 연결되는 스위칭부(220)와, 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)으로부터 입력되는 터치 스크린 구동신호를 수신하는 수신부(230)와, 수신부(230)로부터의 터치 스크린 구동신호에 기초하여 그에 동기되며 필압 정보를 포함한 디지털 펜 구동신호를 생성하는 신호처리부(250)와, 신호처리부(250)에서 생성된 디지털 펜 구동신호를 아날로그 레벨로 레벨 쉬프팅한 후 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)에 공급하는 구동부(240)와, 동작에 필요한 구동전원을 생성하는 전원 공급부(260)와, 입출력 인터페이스(270)를 포함하여 이루어진다.9, the active stylus pen 20 is connected to the housing 280, the conductive tip 210 protruding to the outside of one side of the housing 280, and the conductive tip 210 inside the housing 280 Based on the switching unit 220, the receiving unit 230 for receiving the touch screen driving signal input from the conductive tip 210 through the switching unit 220, and the touch screen driving signal from the receiving unit 230, synchronized thereto The conductive tip 210 through the switching unit 220 after level-shifting the signal processing unit 250 that generates a digital pen driving signal including pen pressure information, and the digital pen driving signal generated by the signal processing unit 250 to an analog level. ), a driving unit 240 for supplying it, a power supply unit 260 for generating driving power required for operation, and an input/output interface 270 .

전도성 팁(210)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 수신 전극 및 송신 전극의 역할을 한다. 전도성 팁(210)이 표시 장치(10)의 터치 스크린(TSP) 상에 접촉(Contact)될 때, 그 접촉 지점에서 전도성 팁(210)은 터치 스크린(TSP)과 커플링된다. 전도성 팁(210)은 접촉 지점에서 터치 스크린(TSP)으로부터 터치 스크린 구동신호를 수신한 후, 그에 동기되도록 능동형 스타일러스 펜(20)의 내부에서 생성된 펜 구동신호를 터치 스크린(TSP)의 상기 접촉 지점에 송신한다. The conductive tip 210 is made of a conductive material such as metal, and serves as a receiving electrode and a transmitting electrode. When the conductive tip 210 makes contact with the touch screen TSP of the display device 10 , the conductive tip 210 is coupled to the touch screen TSP at the contact point. The conductive tip 210 receives the touch screen driving signal from the touch screen TSP at the point of contact, and then transmits the pen driving signal generated inside the active stylus pen 20 to the touch screen TSP to synchronize with it. send to the branch.

스위칭부(220)는 전도성 팁(210)이 표시 장치(10)의 터치 스크린(TSP) 상에 접촉(Contact)될 때, 제1 시간 동안 전도성 팁(210)과 수신부(230)를 전기적으로 연결한 후, 제2 시간 동안 전도성 팁(210)과 구동부(240)를 전기적으로 연결함으로써, 터치 스크린 구동신호의 수신 타이밍과 펜 구동신호의 송신 타이밍을 시간적으로 분리한다. 전도성 팁(210)이 수신 전극과 송신 전극 역할을 겸하기 때문에 능동형 스타일러스 펜(20)의 구조가 간소해지는 장점이 있다.The switching unit 220 electrically connects the conductive tip 210 and the receiving unit 230 for a first time when the conductive tip 210 is in contact with the touch screen TSP of the display device 10 . Then, by electrically connecting the conductive tip 210 and the driving unit 240 for a second time, the reception timing of the touch screen driving signal and the transmission timing of the pen driving signal are temporally separated. Since the conductive tip 210 serves as both a receiving electrode and a transmitting electrode, there is an advantage in that the structure of the active stylus pen 20 is simplified.

수신부(230)는 적어도 하나 이상의 증폭기를 포함하여 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)으로부터 입력되는 터치 스크린 구동신호를 증폭할 수 있다. 수신부(230)는 비교기를 포함하여 증폭된 신호를 미리 설정된 기준전압과 비교하고, 그 결과를 신호처리부(250)에 출력한다.The receiver 230 may include at least one amplifier to amplify the touch screen driving signal input from the conductive tip 210 through the switching unit 220 . The receiving unit 230 compares the amplified signal including the comparator with a preset reference voltage, and outputs the result to the signal processing unit 250 .

신호처리부(250)는 수신부(230)로부터 입력되는 비교기 출력신호를 1프레임 이상 분석하여 터치 스크린 구동신호에 동기되는 펜 구동신호를 생성한 후, 전도성 팁(210)에 연결된 압력 센싱부(미도시)로부터 입력되는 필압 정보를 기초로 펜 구동신호를 변조한 다음, 그 펜 구동신호를 구동부(240)에 출력한다.The signal processing unit 250 analyzes the comparator output signal input from the receiving unit 230 for one frame or more to generate a pen driving signal synchronized with the touch screen driving signal, and then a pressure sensing unit (not shown) connected to the conductive tip 210 . ) modulates a pen driving signal based on the pen pressure information input from the ), and then outputs the pen driving signal to the driving unit 240 .

구동부(240)는 레벨 쉬프터를 포함하여 디지털 레벨의 펜 구동신호를 아날로그 레벨로 쉬프팅한다. 구동부(240)는 레벨 쉬프팅 된 펜 구동신호를 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)에 출력한다.The driving unit 240 shifts the digital level pen driving signal to the analog level including the level shifter. The driving unit 240 outputs the level-shifted pen driving signal to the conductive tip 210 through the switching unit 220 .

입출력 인터페이스(270)는 사용자의 버튼 누름 동작에 따라 전원 공급부(260)에 연결되어, 수신부(230), 구동부(240) 및 신호처리부(250)에 필요한 전원을 공급할 수 있다.The input/output interface 270 may be connected to the power supply unit 260 according to a user's button press operation to supply necessary power to the receiving unit 230 , the driving unit 240 , and the signal processing unit 250 .

도 10은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜(20)의 동작 수순을 나타낸다.10 shows an operation procedure of the active stylus pen 20 according to the present invention.

도 10을 참조하면, 입출력 인터페이스(270)와 전원 공급부(260)를 통해 전원이 인가된 상태에서, 전도성 팁(210)이 터치 스크린(TSP)의 소정 지점에 접촉 된다(S1,S2). Referring to FIG. 10 , in a state in which power is applied through the input/output interface 270 and the power supply unit 260 , the conductive tip 210 comes into contact with a predetermined point of the touch screen TSP ( S1 , S2 ).

터치센서 구동기간 동안 터치 스크린(TSP)의 각 터치 센서에는 터치 스크린 구동신호가 공급되고 있다. 터치센서 구동기간 동안, 전도성 팁(210)은 접촉 지점에서 터치 스크린(TSP)과 커플링되어, 터치 스크린(TSP)으로부터 수신되는 터치 스크린 구동신호를 센싱하고, 센싱된 신호를 수신부(220)에 전달한다. 수신부(220)는 내부의 증폭기를 통해 터치 스크린 구동신호를 증폭하고, 내부 비교기에서 이 증폭된 신호를 기준전압과 비교하여 그 결과를 신호처리부(250)에 출력한다(S3).During the touch sensor driving period, a touch screen driving signal is supplied to each touch sensor of the touch screen TSP. During the touch sensor driving period, the conductive tip 210 is coupled to the touch screen TSP at the contact point, senses the touch screen driving signal received from the touch screen TSP, and sends the sensed signal to the receiving unit 220 . transmit The receiving unit 220 amplifies the touch screen driving signal through an internal amplifier, compares the amplified signal in the internal comparator with a reference voltage, and outputs the result to the signal processing unit 250 (S3).

신호처리부(250)는 수신부(230)로부터 입력되는 비교기 출력신호를 분석하여 터치 스크린 구동신호에 동기되는 타이밍을 결정한 후, 이 동기 타이밍에 맞춰 펜 구동신호를 생성한다(S4,S5). 그리고, 신호처리부(250)는 압력 센싱부로부터 입력되는 필압 정보에 맞게 펜 구동신호의 펄스 진폭 및/또는 펄스 개수 및/또는 펄스 듀티 등을 변조한 다음, 필압 정보가 반영된 펜 구동신호를 구동부(240)에 출력한다(S6,S7).The signal processing unit 250 analyzes the comparator output signal input from the receiver 230 to determine a timing synchronized with the touch screen driving signal, and then generates a pen driving signal according to the synchronization timing (S4 and S5). Then, the signal processing unit 250 modulates the pulse amplitude and/or the number of pulses and/or the pulse duty of the pen driving signal according to the pen pressure information input from the pressure sensing unit, and then generates the pen driving signal reflecting the pen pressure information into the driving unit ( 240) (S6, S7).

구동부(240)는 레벨 쉬프터를 통해 펜 구동신호의 전압 레벨을 쉬프팅 한 후, 레벨 쉬프팅 된 펜 구동신호를 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)에 출력한다. 전도성 팁(210)은 펜 구동신호를 터치 스크린의 접촉 지점에 인가한다. After shifting the voltage level of the pen driving signal through the level shifter, the driving unit 240 outputs the level-shifted pen driving signal to the conductive tip 210 through the switching unit 220 . The conductive tip 210 applies a pen driving signal to a contact point of the touch screen.

펜 구동신호는 필압 정보의 신호 레벨에 따라 그 펄스 진폭 및/또는 펄스 개수 및/또는 펄스 듀티가 조정된다. 펜 구동신호의 펄스 진폭 및/또는 펄스 개수 및/또는 및 펄스 듀티가 변하면 터치 지점으로부터 센싱되는 센싱값(터치 로 데이터)의 크기가 변한다. 터치 구동장치(18)는 터치 로 데이터의 크기를 분석하여 터치 위치뿐만 아니라 터치 압력(필압)까지 알아낼 수 있다. In the pen driving signal, the pulse amplitude and/or the number of pulses and/or the pulse duty are adjusted according to the signal level of the pen pressure information. When the pulse amplitude and/or the number of pulses and/or the pulse duty of the pen driving signal change, the magnitude of the sensed value (touch raw data) sensed from the touch point changes. The touch driving device 18 may find out not only the touch position but also the touch pressure (pen pressure) by analyzing the size of the raw data.

도 11은 터치센서 구동기간 내에서 터치 스크린 구동신호와 펜 구동신호가 서로 동기되는 것을 보여준다. 도 12는 도 9의 능동형 스타일러스 펜에서 수신 및 처리되는 신호의 파형을 보여준다.11 shows that the touch screen driving signal and the pen driving signal are synchronized with each other within the touch sensor driving period. 12 shows waveforms of signals received and processed by the active stylus pen of FIG. 9 .

도 11및 도 12를 참조하면, 능동형 스타일러스 펜(20)의 온 동작에 이어, 능동형 스타일러스 펜(20)이 터치 스크린(TSP)에 접촉된 후, 터치 스크린 구동신호(Ts)의 수신 구간(Ra)과 펜 구동신호(Ps)의 송신 구간(Ta) 사이에는 적어도 1 프레임 이상의 신호전환구간이 마련되어 동작의 안정성이 확보된다. 신호처리부(250)는 이 신호전환구간을 이용하여 터치 스크린 구동신호(Ts)와 펜 구동신호(Ps) 간의 동기 타이밍을 결정하고 그에 맞춰 필압 정보가 반영되는 펜 구동신호(Ps)를 생성한다. 11 and 12 , following the on operation of the active stylus pen 20 , after the active stylus pen 20 comes into contact with the touch screen TSP, the reception period Ra of the touch screen driving signal Ts ) and the transmission period Ta of the pen driving signal Ps, a signal conversion period of at least one frame or more is provided to ensure operation stability. The signal processing unit 250 determines the synchronization timing between the touch screen driving signal Ts and the pen driving signal Ps by using this signal conversion section, and generates the pen driving signal Ps to which the pen pressure information is reflected.

이후 진행되는 프레임에서는 터치 스크린 구동신호(Ts)에 동기화된 펜 구동신호(Ps)를 전도성 팁(210)을 통해 터치 스크린(TSP)에 송신하는 과정(Ta)과, 전도성 팁(210)을 통해 터치 스크린 구동신호(Ts)를 수신하는 과정(Ra)이 반복적으로 번갈아 진행된다. In the subsequent frame, the process (Ta) of transmitting the pen driving signal (Ps) synchronized with the touch screen driving signal (Ts) to the touch screen (TSP) through the conductive tip (210), and through the conductive tip (210) A process Ra of receiving the touch screen driving signal Ts is repeatedly performed alternately.

한편, 도 12에는 터치 스크린 구동신호(Ts)의 수신 구간(Ra)과 펜 구동신호(Ps)의 송신 구간(Ta)이 대등하게 도시되어 있지만, 실질적으로는 수신 구간(Ra)의 시간 폭은 터치 반응 속도와 관계되어 있으므로 작을수록 좋고, 상대적으로 송신 구간(Ta)의 시간 폭이 더 크다.Meanwhile, in FIG. 12 , the receiving section Ra of the touch screen driving signal Ts and the transmitting section Ta of the pen driving signal Ps are equally shown, but in reality, the time width of the receiving section Ra is Since it is related to the touch response speed, smaller is better, and the time width of the transmission section Ta is relatively larger.

도 13은 도 9에 도시된 능동형 스타일러스 펜(20)의 내부 구성을 보다 상세히 보여준다.FIG. 13 shows the internal configuration of the active stylus pen 20 shown in FIG. 9 in more detail.

도 13을 참조하면, 능동형 스타일러스 펜(20)의 입출력단(205)은 전도성 팁(210)과, 스위칭부(220) 이외에 압력 센싱부(215)를 더 구비한다. 압력 센싱부(215)는 터치 스크린(TSP) 상에 능동형 스타일러스 펜(20)이 눌려지는 필압을 센싱하여 신호 처리부(250)에 전송한다. Referring to FIG. 13 , the input/output terminal 205 of the active stylus pen 20 further includes a conductive tip 210 and a pressure sensing unit 215 in addition to the switching unit 220 . The pressure sensing unit 215 senses the pen pressure at which the active stylus pen 20 is pressed on the touch screen TSP and transmits the sensed pressure to the signal processing unit 250 .

능동형 스타일러스 펜(20)의 수신부(230)는 수신버퍼(231), 증폭기(233), 및 비교기(235)를 포함한다. 수신버퍼(231)는 스위칭부(220)를 통해 전달되는 터치 스크린 구동신호(Ts)를 수신하여 증폭기(233)에 인가한다. 증폭기(233)는 적어도 2단으로 구성되어 아날로그 레벨의 터치 스크린 구동신호(Ts)를 증폭하여 수신 신호의 감도를 높인다. 비교기(235)는 증폭기(233)에서 증폭된 신호를 내부의 기준전압과 비교하여, 기준전압 이상 또는, 기준전압 이하에 대해 디지털 레벨의 비교기 출력신호(COM)를 생성한다. 여기서, 비교기(235)는 증폭기(233)가 반전 증폭기로 구현되는 경우에는 기준전압 이상의 신호를 비교기 출력신호(COM)로 이용하고, 증폭기(233)가 비 반전 증폭기로 구현되는 경우에는 기준전압 이하의 신호를 비교기 출력신호(COM)로 이용할 수 있다.The receiving unit 230 of the active stylus pen 20 includes a receiving buffer 231 , an amplifier 233 , and a comparator 235 . The reception buffer 231 receives the touch screen driving signal Ts transmitted through the switching unit 220 and applies it to the amplifier 233 . The amplifier 233 is configured in at least two stages to amplify the analog level touch screen driving signal Ts to increase the sensitivity of the received signal. The comparator 235 compares the signal amplified by the amplifier 233 with an internal reference voltage, and generates a comparator output signal COM of a digital level with respect to the reference voltage or more or less than the reference voltage. Here, the comparator 235 uses a signal equal to or higher than the reference voltage as the comparator output signal COM when the amplifier 233 is implemented as an inverting amplifier, and is less than or equal to the reference voltage when the amplifier 233 is implemented as a non-inverting amplifier. can be used as the comparator output signal (COM).

능동형 스타일러스 펜(20)의 신호 처리부(250)에서는 전술한 바와 같이 비교기 출력신호(COM)를 기초로 터치 스크린 구동신호(Ts)에 동기되는 타이밍을 결정한 후, 이 동기 타이밍에 맞춰 디지털 레벨의 펜 구동신호를 생성한다. 그리고, 신호 처리부(250)는 압력 센싱부(215)로부터 입력되는 필압 정보를 기초로 상기 펜 구동신호를 변조하여 필압 정보가 반영된 펜 구동신호(Ps)를 출력한다. 기존에는 스타일러스 펜에 구비된 별도의 통신 블록을 이용하여 필압 정보를 스타일러스 펜에서 터치 모듈로 전송하였고, 터치 모듈에서는 별도의 로직 블록을 이용하여 압력 크기를 감지하였다. 이에 반해, 본 발명에서는 압력 센싱을 위해 종래와 같은 별도의 통신 블록과 로직 블록이 불필요하다. 본 발명에서는 필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭 및/또는 펄스 개수 및/또는 펄스 듀티를 조정하는 방식으로 필압 정보를 펜 구동신호(Ps)에 인코딩(encoding)하고, 펜 구동신호(Ps)에 따른 터치 로 데이터의 크기 변화를 감지하고, 그에 따라 터치 입력 위치 뿐만 아니라 터치 압력까지 디코딩(decoding)한다.As described above, the signal processing unit 250 of the active stylus pen 20 determines the timing synchronized with the touch screen driving signal Ts based on the comparator output signal COM, and then, according to the synchronization timing, the digital level pen generate a driving signal. In addition, the signal processing unit 250 modulates the pen driving signal based on the pen pressure information input from the pressure sensing unit 215 and outputs the pen driving signal Ps to which the pen pressure information is reflected. Conventionally, pen pressure information was transmitted from the stylus pen to the touch module using a separate communication block provided in the stylus pen, and the touch module sensed the pressure level using a separate logic block. In contrast, in the present invention, a separate communication block and a logic block as in the prior art are unnecessary for pressure sensing. In the present invention, the pen pressure information is encoded into the pen driving signal Ps by adjusting the pulse amplitude and/or the number of pulses and/or the pulse duty of the pen driving signal Ps according to the signal level of the pen pressure information, A change in the size of the touch raw data according to the pen driving signal Ps is sensed, and accordingly, not only the touch input position but also the touch pressure is decoded.

능동형 스타일러스 펜(20)의 구동부(240)는 레벨 쉬프터(243)과 송신 버퍼(241)를 포함하여 신호 처리부(250)로부터 입력된 디지털 레벨의 펜 구동신호(Ps)를 아날로그 레벨로 변환하여 스위칭부(220)에 출력한다. 그러면, 스위칭부(220)는 이 펜 구동신호(Ps)를 전도성 팁(210)으로 전달한다.The driving unit 240 of the active stylus pen 20 includes a level shifter 243 and a transmission buffer 241 to convert the digital level pen driving signal Ps input from the signal processing unit 250 into an analog level and switch output to the unit 220 . Then, the switching unit 220 transmits the pen driving signal Ps to the conductive tip 210 .

도 14는 손가락 접촉시에 비해 능동형 스타일러스 펜 접촉시 터치 센싱 신호의 감도가 향상되는 것을 보여주는 시뮬레이션 결과이다.14 is a simulation result showing that the sensitivity of a touch sensing signal is improved when an active stylus pen is touched compared to when a finger is touched.

도 14를 참조하면, 본 발명의 출원인은 능동형 스타일러스 펜으로 터치 스크린을 접촉할 때와, 손가락으로 터치 스크린을 접촉할 때 각각의 터치 센싱 신호의 세기를 실험을 통해 측정하였다. 실험 결과, 손가락 대비 스타일러스 펜을 터치 스크린에 접촉할 때의 센싱 신호의 세기가 크며, 터치 스크린과 전도성 팁간의 커플링된 캐패시턴스의 값이 클수록(즉, 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭 클수록, 및/또는, 펜 구동신호(Ps)의 펄스 개수가 많을수록, 및/또는 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티가 클수록) 센싱 신호(터치 로 데이터)의 세기가 더 커짐을 알 수 있었다.Referring to FIG. 14 , the applicant of the present invention measured the intensity of each touch sensing signal through an experiment when touching the touch screen with an active stylus pen and when touching the touch screen with a finger. As a result of the experiment, the strength of the sensed signal when the stylus pen is in contact with the touch screen is larger than the finger, and the larger the value of the capacitance coupled between the touch screen and the conductive tip (that is, the larger the pulse amplitude of the pen driving signal Ps) and/or, as the number of pulses of the pen driving signal Ps increases and/or as the pulse duty of the pen driving signal Ps increases), the intensity of the sensing signal (touch raw data) increases.

[[ 필압pen pressure 센싱sensing 방안] measures]

도 15는 도 13의 압력 센싱부(215)를 보다 상세히 보여준다. 도 16은 터치 압력(필압) 변화에 따른 터치 로 데이터(Touch raw data)의 변화를 보여준다. 도 17은 펜 구동신호를 생성하기 위해, 필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호의 진폭을 변조하는 예를 보여주고, 도 18은 터치 압력, 펜 구동신호의 진폭, 및 터치 로 데이터 간의 관계를 보여준다. 도 19는 펜 구동신호필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호의 펄스 개수를 변조하는 예를 보여주고, 도 20은 터치 압력, 펜 구동신호의 펄스 개수, 및 터치 로 데이터 간의 관계를 보여준다. 그리고, 도 21은 필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호의 펄스 듀티를 변조하는 예를 보여주고, 도 22는 터치 압력, 펜 구동신호의 펄스 듀티, 및 터치 로 데이터 간의 관계를 보여준다.FIG. 15 shows the pressure sensing unit 215 of FIG. 13 in more detail. 16 shows a change in touch raw data according to a change in touch pressure (pen pressure). 17 shows an example of modulating the amplitude of the pen driving signal according to the signal level of the pen pressure information to generate the pen driving signal, and FIG. 18 shows the relationship between the touch pressure, the amplitude of the pen driving signal, and the raw touch data. show 19 shows an example of modulating the number of pulses of the pen driving signal according to the signal level of the pen driving signal and pen pressure information, and FIG. 20 shows the relationship between touch pressure, the number of pulses of the pen driving signal, and raw touch data. 21 shows an example of modulating the pulse duty of the pen driving signal according to the signal level of the pen pressure information, and FIG. 22 shows the relationship between the touch pressure, the pulse duty of the pen driving signal, and raw touch data.

압력 센싱부(215)는 도 15와 같이, 가변저항부(215A), 전압변환부(215B), 및 ADC(215C)를 포함할 수 있다. 가변저항부(215A)는 압력 크기가 변할 때 그 저항값이 바뀐다. 전압변환부(215B)는 가변저항부(215A)의 저항값에 대응되는 출력 전압을 생성한다. ADC(215C)는 압력 크기에 대응되는 전압을 디지털 신호로 변환하여 필압 정보를 신호 처리부(250)에 출력한다. 가변저항부(215A)는 가변 커패시터로 대체될 수 있으며, 그 경우 전압변환부(215B)는 RC 딜레이 소자로 대체될 수 있다. 또한, ADC(215C)는 비교기로 대체될 수 있다.The pressure sensing unit 215 may include a variable resistance unit 215A, a voltage conversion unit 215B, and an ADC 215C, as shown in FIG. 15 . The resistance value of the variable resistance unit 215A is changed when the pressure level is changed. The voltage converter 215B generates an output voltage corresponding to the resistance value of the variable resistor 215A. The ADC 215C converts a voltage corresponding to the pressure level into a digital signal and outputs the pen pressure information to the signal processing unit 250 . The variable resistor unit 215A may be replaced with a variable capacitor, and in this case, the voltage conversion unit 215B may be replaced with an RC delay element. Also, ADC 215C may be replaced with a comparator.

신호 처리부(250)는 도 17과 같이 필압 정보의 신호 레벨에 따라 터치 스크린 구동신호(Ts)에 동기되는 펜 구동신호의 펄스 진폭을 변조하여 필압 정보가 반영된펜 구동신호(Ps)를 생성할 수 있다. 이때, 신호 처리부(250)는 터치 입력 검출이 가능한 범위 내에서 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭을 가변하여 필압 정보를 나타낼 수 있다. 다시 말해, 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭(PAM2)은, 도 18의 (A)와 같이 필압 정보가 입력되지 않을 때 터치 스크린 구동신호(Ts)의 펄스 진폭(PAM1)과 같을 수 있으며, 필압 정보의 신호 레벨이 비례하여 터치 스크린 구동신호(Ts)의 펄스 진폭(PAM1)에 비해 점점 더 커질 수 있다. 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭(PAM2)이 커질수록 터치 스크린에서 센싱되는 터치 센싱 신호(터치 로 데이터)의 크기는 커질 수 있으며, 터치 구동장치는 도 18의 (B)와 같이 터치 로 데이터의 크기를 비교하여 터치 압력(필압)을 판정할 수 있다. 다시 말해, 터치 구동장치는 도 16과 같이 터치 로 데이터의 크기가 증가될수록 필압이 증가되고 있다고 판단할 수 있다.The signal processing unit 250 modulates the pulse amplitude of the pen driving signal synchronized with the touch screen driving signal Ts according to the signal level of the pen pressure information as shown in FIG. 17 to generate the pen driving signal Ps reflecting the pen pressure information. there is. In this case, the signal processing unit 250 may display the pen pressure information by varying the pulse amplitude of the pen driving signal Ps within a range in which a touch input can be detected. In other words, the pulse amplitude PAM2 of the pen driving signal Ps may be the same as the pulse amplitude PAM1 of the touch screen driving signal Ts when no pen pressure information is input as shown in FIG. 18A, The signal level of the pen pressure information may be proportional to the pulse amplitude PAM1 of the touch screen driving signal Ts. As the pulse amplitude PAM2 of the pen driving signal Ps increases, the size of the touch sensing signal (touch raw data) sensed by the touch screen may increase. It is possible to determine the touch pressure (pen pressure) by comparing the sizes of . In other words, the touch driving device may determine that the pen pressure increases as the size of the touch raw data increases as shown in FIG. 16 .

한편, 신호 처리부(250)는 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭(PAM2)을 조정하기 위해, 필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호(Ps)의 하이 레벨 전압(HLV)을 변조할 수 있다.Meanwhile, the signal processing unit 250 may modulate the high level voltage HLV of the pen driving signal Ps according to the signal level of the pen pressure information in order to adjust the pulse amplitude PAM2 of the pen driving signal Ps. .

신호 처리부(250)는 도 19와 같이 필압 정보의 신호 레벨에 따라 터치 스크린 구동신호(Ts)에 동기되어 1 터치센서 구동기간(T2) 동안 출력되는 펜 구동신호의 펄스 개수를 변조하여 필압 정보가 반영된 펜 구동신호(Ps)를 생성할 수 있다. 이때, 신호 처리부(250)는 터치 입력 검출이 가능한 범위 내에서 펜 구동신호(Ps)의 펄스 개수를 가변하여 필압 정보를 나타낼 수 있다. 1 터치센서 구동기간(T2) 동안 펜 구동신호(Ps)의 펄스 개수(j)는 터치 스크린 구동신호(Ts)의 펄스 개수(k) 이내에서, 도 20의 (A)와 같이 필압 정보의 신호 레벨이 비례하여 점점 증가될 수 있다. 펜 구동신호(Ps)의 개수가 증가할수록 터치 스크린에서 센싱되는 터치 센싱 신호(터치 로 데이터)의 크기는 커질 수 있으며, 터치 구동장치는 도 20의 (B)와 같이 터치 로 데이터의 크기를 비교하여 터치 압력(필압)을 판정할 수 있다. 다시 말해, 터치 구동장치는 도 16과 같이 터치 로 데이터의 크기가 증가될수록 필압이 증가되고 있다고 판단할 수 있다.The signal processing unit 250 modulates the number of pulses of the pen driving signal output during one touch sensor driving period T2 in synchronization with the touch screen driving signal Ts according to the signal level of the pen pressure information as shown in FIG. The reflected pen driving signal Ps may be generated. In this case, the signal processing unit 250 may display the pen pressure information by varying the number of pulses of the pen driving signal Ps within a range in which a touch input can be detected. During one touch sensor driving period T2, the number of pulses j of the pen driving signal Ps is within the number k of pulses of the touch screen driving signal Ts, as shown in FIG. The level can be gradually increased in proportion. As the number of pen driving signals Ps increases, the size of the touch sensing signal (touch raw data) sensed by the touch screen may increase, and the touch driving device compares the size of the raw touch data as shown in FIG. to determine the touch pressure (pen pressure). In other words, the touch driving device may determine that the pen pressure increases as the size of the touch raw data increases as shown in FIG. 16 .

신호 처리부(250)는 도 21과 같이 필압 정보의 신호 레벨에 따라 터치 스크린 구동신호(Ts)에 동기되는 펜 구동신호의 펄스 듀티를 변조하여 필압 정보가 반영된 펜 구동신호(Ps)를 생성할 수 있다. 이때, 신호 처리부(250)는 터치 입력 검출이 가능한 범위 내에서 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티를 가변하여 필압 정보를 나타낼 수 있다.As shown in FIG. 21 , the signal processing unit 250 modulates the pulse duty of the pen driving signal synchronized with the touch screen driving signal Ts according to the signal level of the pen pressure information to generate the pen driving signal Ps reflecting the pen pressure information. there is. In this case, the signal processing unit 250 may display the pen pressure information by varying the pulse duty of the pen driving signal Ps within a range in which a touch input can be detected.

다시 말해, 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티(PD2)은, 도 22의 (A)와 같이 필압 정보가 입력되지 않을 때 터치 스크린 구동신호(Ts)의 펄스 듀티(PD1)과 같을 수 있으며, 필압 정보의 신호 레벨이 비례하여 터치 스크린 구동신호(Ts)의 펄스 듀티(PD1)에 비해 점점 더 커질 수 있다. 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티(PD2)가 커질수록 터치 스크린에서 센싱되는 터치 센싱 신호(터치 로 데이터)의 크기는 커질 수 있으며, 터치 구동장치는 도 22의 (B)와 같이 터치 로 데이터의 크기를 비교하여 터치 압력(필압)을 판정할 수 있다. 다시 말해, 터치 구동장치는 도 16과 같이 터치 로 데이터의 크기가 증가될수록 필압이 증가되고 있다고 판단할 수 있다.In other words, the pulse duty PD2 of the pen driving signal Ps may be the same as the pulse duty PD1 of the touch screen driving signal Ts when no pen pressure information is input as shown in FIG. 22A, The signal level of the pen pressure information may be proportional to the pulse duty PD1 of the touch screen driving signal Ts. As the pulse duty PD2 of the pen driving signal Ps increases, the size of the touch sensing signal (touch raw data) sensed by the touch screen may increase. It is possible to determine the touch pressure (pen pressure) by comparing the sizes of . In other words, the touch driving device may determine that the pen pressure increases as the size of the touch raw data increases as shown in FIG. 16 .

한편, 신호 처리부(250)는 필압 정보의 신호 레벨에 따라 터치 스크린 구동신호(Ts)에 동기되는 펜 구동신호의 펄스 진폭, 펄스 개수 및 펄스 듀티를 적어도 2개 이상 동시에 변조하여 필압 정보가 반영된 펜 구동신호(Ps)를 생성할 수도 있다.On the other hand, the signal processing unit 250 modulates at least two pulse amplitudes, the number of pulses, and the pulse duty of the pen driving signal synchronized with the touch screen driving signal Ts according to the signal level of the pen pressure information to simultaneously modulate the pen in which the pen pressure information is reflected. A driving signal Ps may be generated.

도 23은 펜 구동신호(Ps)의 하이 레벨 전압 변화에 따른 터치 로 데이터 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.23 is a simulation result showing a touch raw data change according to a high level voltage change of the pen driving signal Ps.

도 23의 실험결과에서 명확히 알 수 있듯이, 필압 변화에 따라 펜 구동신호(Ps)의 하이 레벨 전압(HLV)을 Ps_High1에서 Ps_High2로 변화시키면, 터치 로 데이터의 크기가 대략 360에서 600으로 증가되게 된다. 이와 마찬가지로, 필압 변화에 따라 펜 구동신호(Ps)의 펄스 개수 및/또는 펄스 듀티를 가변시키면, 터치 로 데이터의 크기가 그에 비례하여 변한다. 터치 구동장치는 이러한 터치 로 데이터의 변화량을 기초로 하여 압력 레벨을 감지할 수 있다.As can be clearly seen from the experimental result of FIG. 23 , when the high level voltage HLV of the pen driving signal Ps is changed from Ps_High1 to Ps_High2 according to the change in the pen pressure, the size of the raw data increases from approximately 360 to 600 by touch. . Similarly, if the number of pulses and/or the pulse duty of the pen driving signal Ps is varied according to a change in the pen pressure, the size of the touch raw data is proportionally changed. The touch driving device may sense the pressure level based on the change amount of the touch raw data.

도 24는 펜 구동신호(Ps)가 필압 정보의 신호 레벨에 따라 1 프레임 단위로 변조되는 예를 보여준다. 도 25a내지 도 25c는 펜 구동신호(Ps)에 반영된 필압 정보에 따라 터치 스크린의 센싱값(터치 로 데이터)가 달라지는 예를 보여준다. 그리고, 도 26은 신호 처리부(250)에서 필압 정보를 펜 구동신호에 반영하여 출력하는 과정을 보여준다.24 shows an example in which the pen driving signal Ps is modulated in units of one frame according to the signal level of the pen pressure information. 25A to 25C show examples in which the sensed value (touch raw data) of the touch screen varies according to the pen pressure information reflected in the pen driving signal Ps. 26 shows a process in which the signal processing unit 250 reflects the pen pressure information to the pen driving signal and outputs it.

도 24 내지 도 26을 참조하면, 압력 센싱부(215)는 필압을 센싱하고, 센싱된 필압을 2진값으로 변환하여 디지털 레벨의 필압 정보를 생성한다(S1,S2). 신호 처리부(250)는 필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호(Ps)를 1 프레임 단위로 변조하여 필압 정보가 반영된 디지털 펜 구동신호(Ps)를 1 프레임에 1 비트씩 할당하여 소정 비트의 펜 구동신호(Ps)를 생성할 수 있다(S3,S4). 예를 들어, 신호 처리부(250)는 도 24와 같이 펜 구동신호(Ps1)의 펄스 진폭(A1, A2)을 서로 다르게 하여 디지털 정보인 "0"과 "1"을 표현하거나, 또는 펜 구동신호(Ps2)의 펄스 개수(3개,k개)를 서로 다르게 하여 디지털 정보인 "0"과 "1"을 표현하거나, 또는 펜 구동신호(Ps3)의 펄스 듀티(D1, D2)를 서로 다르게 하여 디지털 정보인 "0"과 "1"을 표현할 수 있다. 필압 정보의 신호 레벨을 표현하기 위한 펜 구동신호(Ps)의 논리값은 1 프레임 단위로 제어될 수 있다. 이 경우, 256개의 압력 레벨들은 8개의 프레임들을 통해 구현되는 8 비트의 펜 구동신호(Ps)에 의해 표현 가능하다. 이러한 소정 비트의 디지털 펜 구동신호(Ps)는 구동부(240)를 통해 아날로그 레벨로 증폭된 후 터치 스크린에 출력된다(S5,S6). 도 25a및 도 25b와 같이 논리값 "1"로 표현되는 펜 구동신호(Ps)에 따른 터치 센싱값(터치 로 데이터)은 논리값 "0"으로 표현되는 펜 구동신호(Ps)에 따른 터치 센싱값에 비해 크다. 표시 장치(10)의 터치 구동장치(18)는 펜 구동신호(Ps)에 따른 터치 센싱값의 크기를 기초로 8비트의 필압 정보를 감지하고, 그에 따라 펜의 필압을 판단할 수 있다.24 to 26 , the pressure sensing unit 215 senses pen pressure and converts the sensed pen pressure into a binary value to generate digital level pen pressure information ( S1 , S2 ). The signal processing unit 250 modulates the pen driving signal Ps in units of one frame according to the signal level of the pen pressure information, and allocates the digital pen driving signal Ps in which the pen pressure information is reflected, one bit to each frame, to obtain a pen of a predetermined bit. A driving signal Ps may be generated (S3, S4). For example, the signal processing unit 250 expresses digital information “0” and “1” by varying the pulse amplitudes A1 and A2 of the pen driving signal Ps1 as shown in FIG. 24 , or a pen driving signal Digital information "0" and "1" are expressed by differentiating the number of pulses (3, k) of (Ps2), or by differentiating the pulse duty (D1, D2) of the pen drive signal (Ps3). Digital information "0" and "1" can be expressed. The logic value of the pen driving signal Ps for expressing the signal level of the pen pressure information may be controlled in units of one frame. In this case, 256 pressure levels can be expressed by an 8-bit pen driving signal Ps implemented through 8 frames. The digital pen driving signal Ps of a predetermined bit is amplified to an analog level through the driving unit 240 and then output to the touch screen (S5 and S6). As shown in FIGS. 25A and 25B , a touch sensing value (touch raw data) according to the pen driving signal Ps expressed as a logic value “1” is a touch sensing value according to the pen driving signal Ps expressed as a logical value “0”. larger than the value. The touch driving device 18 of the display device 10 may sense 8-bit pen pressure information based on the size of the touch sensing value according to the pen driving signal Ps, and may determine the pen pressure accordingly.

한편, 상기한 바와 같이, m 비트의 필압 정보를 펜 구동신호(Ps)에 싣기 위해서는 m개의 프레임들이 필요하다. 신호 처리부(250)는 필압 정보를 m 비트 단위로 구분하기 위해, 도 24와 같이 m개의 프레임들 사이마다 스타트 프레임을 할당할 수 있다. 스타트 프레임에는 필압 정보 구분을 위한 스타트용 펜 구동신호가 할당된다. 스타트용 펜 구동신호는 플래그(Flag) 신호로 이용되며, "1"또는 "0"으로 표현되는 펜 구동신호(Ps)와 펄스 진폭 및/또는 펄스 개수 및/또는 펄스 듀티가 다르다. 구체적으로, 스타트용 펜 구동신호의 펄스 진폭은 "0"으로 표현되는 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭보다 작으며, 스타트용 펜 구동신호의 펄스 개수는 "0"으로 표현되는 펜 구동신호(Ps)의 펄스 개수보다 작으며, 스타트용 펜 구동신호의 펄스 듀티는 "0"으로 표현되는 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티보다 작을 수 있다. 이렇게 별도의 스타트 프레임을 통해 필압 정보를 소정 비트씩 구분하면, 터치 스크린의 부하가 크더라도 필압 정보를 정확히 표시장치(10)의 터치 구동장치(18)에 전달하는 것이 가능해진다.Meanwhile, as described above, m frames are required to load m-bit pen pressure information into the pen driving signal Ps. In order to classify the pen pressure information in units of m bits, the signal processing unit 250 may allocate a start frame to every m frames as shown in FIG. 24 . A start pen driving signal for classifying pen pressure information is allocated to the start frame. The pen driving signal for start is used as a flag signal, and the pulse amplitude and/or the number of pulses and/or the pulse duty are different from the pen driving signal Ps expressed by “1” or “0”. Specifically, the pulse amplitude of the pen driving signal for start is smaller than the pulse amplitude of the pen driving signal Ps expressed as “0”, and the number of pulses of the pen driving signal for start is the pen driving signal ( Ps), and the pulse duty of the start pen driving signal may be smaller than the pulse duty of the pen driving signal Ps expressed as “0”. When the pen pressure information is divided by predetermined bits through a separate start frame in this way, it becomes possible to accurately transmit the pen pressure information to the touch driving device 18 of the display device 10 even when the load on the touch screen is large.

상술한 바와 같이, 본 발명은 필압 정보의 신호 레벨에 따라 펜 구동신호의 펄스 진폭 및/또는 펄스 개수 및/또는 펄스 듀티를 조정하는 방식으로 필압 정보를 펜 구동신호에 반영하고, 필압 정보가 반영된 펜 구동신호에 따른 터치 로 데이터의 크기 변화를 감지한 후, 그에 따라 터치 입력 위치 뿐만 아니라 터치 압력까지 알아 낸다. 따라서, 본 발명은 압력 센싱을 위해 종래와 같은 별도의 통신 블록과 로직 블록을 구비할 필요가 없어 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.As described above, according to the present invention, the pen pressure information is reflected in the pen driving signal by adjusting the pulse amplitude and/or the number of pulses and/or the pulse duty of the pen driving signal according to the signal level of the pen pressure information, and the pen pressure information is reflected. After detecting the size change of the raw data by touch according to the pen driving signal, the touch input position as well as the touch pressure are determined accordingly. Accordingly, the present invention does not require a separate communication block and a logic block as in the prior art for pressure sensing, and thus manufacturing cost can be greatly reduced.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Those skilled in the art from the above description will be able to see that various changes and modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention. Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

10: 표시장치 18: 터치 구동장치
20: 스타일러스 펜 215 : 압력 센싱부
210: 전도성 팁 220: 스위칭부
230: 수신부 231: 수신버퍼
233: 증폭기 235: 비교기
240: 구동부 241: 송신버퍼
243: 레벨 쉬프터 250: 신호 처리부10: display device 18: touch drive device
20: stylus pen 215: pressure sensing unit
210: conductive tip 220: switching unit
230: receiving unit 231: receiving buffer
233: amplifier 235: comparator
240: drive unit 241: transmit buffer
243: level shifter 250: signal processing unit

Claims

a touch screen including a plurality of touch sensors having a capacitance and a plurality of sensor wires;
a touch driving device for applying a touch screen driving signal to the touch screen and sensing a change in capacitance of the touch screen; and
and an active stylus pen that generates a pen driving signal and transmits it to the touch screen,
The active stylus pen,
a pressure sensing unit sensing the pressure when the touch screen is in contact with the touch screen to generate pen pressure information; and
and a signal processor configured to generate the pen driving signal to be synchronized with the touch screen driving signal received from the touch screen, and to vary the pen driving signal so that the signal level of the pen pressure information is reflected in the pen driving signal;
The touch drive device
a touch sensor channel unit connected to the electrodes of the plurality of touch sensors through the plurality of sensor wires;
a common voltage buffer outputting a common voltage;
multiplexer;
A switch connected to the touch sensor channel unit, the common voltage buffer, and the multiplexer, connecting the touch sensor channel unit to the common voltage buffer during a display driving period, and connecting the touch sensor channel unit to the multiplexer during a touch sensor driving period array;
a sensing unit including an amplifier for amplifying the charge of the touch sensor, an integrator for accumulating the charge received from the touch sensor, and an ADC for converting the voltage of the integrator into digital data;
a first timing control signal generator configured to generate a touch enable signal having a first level indicating the display driving period and a second level indicating the touch sensor driving period;
a second timing control signal generator configured to generate one or more timing control signals and a clock signal for controlling operation timings of the multiplexer and the sensing unit;
a DTX compensator for removing noise from the digital data;
a first memory connected to the DTX compensator and configured to store digital data in which noise is removed from the digital data based on at least one timing signal generated by the second timing control signal generator; and
a microcontroller unit configured to receive the digital data stored by the first memory, compare the digital data with a threshold value, and determine a touch input according to a result of the comparison; A touch sensing system comprising a.

The method of claim 1,
The signal processing unit,
A touch sensing system for modulating a pulse amplitude of the pen driving signal according to a signal level of the pen pressure information.

The method of claim 1,
The signal processing unit,
A touch sensing system for modulating the number of pulses of the pen driving signal generated during one touch sensor driving period according to a signal level of the pen pressure information.

The method of claim 1,
The signal processing unit,
A touch sensing system for modulating a pulse duty of the pen driving signal according to a signal level of the pen pressure information.

The method of claim 1,
The signal processing unit,
The touch sensing system modulates the pen driving signal in units of one frame according to the signal level of the pen pressure information, and allocates the digital pen driving signal reflecting the pen pressure information by one bit per frame.

6. The method of claim 5,
The signal processing unit,
A touch sensing system for modulating any one of a pulse amplitude, a number of pulses, and a pulse duty of the pen driving signal within a range capable of detecting a touch input.

According to claim 1,
The touch sensor channel unit, the common voltage buffer, the multiplexer, the switch array, the sensing unit, the first timing control signal generation unit, the second timing control signal generation unit, the DTX compensator, and the first memory is integrated in the driver IC of the touch driving device,
wherein the microcontroller unit is an integrated circuit separate from the driver IC.

8. The method of claim 7,
the touch sensor channel unit, the common voltage buffer, the multiplexer, the switch array, the sensing unit, the first timing control signal generation unit, the second timing control signal generation unit, the DTX compensator, the first memory; and the microcontroller unit is directly in the driver IC of the touch driving device.

8. The method of claim 7,
The touch driving device is
a second memory that stores a register setting value related to timing information required for operation of the sensing unit and is external to the driver IC; further comprising,
The register setting value is loaded into the first timing control signal generator and the second timing control signal generator.

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