KR101661693B1 - 사용자 기기의 사용자 입력 이중화 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

펜 터치패널과 정전식 터치패널을 구동하는 방법으로서, 상기 정전식 터치패널을 구동하는 정전 구동신호는 미리 결정된 주기에 따라 단속적으로 발생시키고, 상기 펜 터치패널을 구동하는 펜 구동신호는 상기 정전 구동신호와 동시에 발생하지 않도록 제어하는 단계를 포함하는, 터치입력장치 구동방법이 공개된다.

Description

사용자 기기의 사용자 입력 이중화 방법 및 이를 위한 장치{Method for duplexing user input for user device}

본 발명은 전자장치에 관한 것으로서, 특히, 표시장치와 동일 층 또는 이와 인접한 다른 층에 제공되는 사용자 입력장치로부터 서로 다른 기술에 기반을 둔 두 가지 사용자 입력을 검출하는 기술에 관한 것이다.

사용자의 명령을 입력받아 이 명령에 대응하는 결과를 표시장치에 출력하는 사용자 기기로서, 최근 스마트 폰, 스마트 패드, 및 랩탑 컴퓨터라는 이름으로 지칭되는 사용자 기기들이 공개되고 있다. 특히, 이들 사용자 기기에서는 사용자의 명령을 입력받는 사용자 입력장치로서 상기 사용자 기기의 표시화면의 근처에 배치되어 있으며 상기 표시화면의 전체영역을 덮는 장치가 포함될 수 있다. 이러한 사용자 입력장치의 예로는 소위 감압식 터치패널, 정전식 터치패널, 및 스타일러스 펜 터치패널(이하, 간단히 펜 터치패널) 등을 들 수 있다. 위의 터치패널들은 서로 다른 기술(이하, 터치입력기술)에 기반을 둔 제품들이다. 상기 각 기술들은 자신만의 장단점을 가지고 있기 때문에 서로의 장점을 결합하여 제공함으로써 더 편리한 사용자 입력경험을 제공하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 상기 각 기술들의 기초적인 동작원리는 여러 문헌에 공개되어 있다. 상기 스타일러스 펜 터치기술에 대해서는 대한민국 공개특허 10-2005-0101204 등에 제시되어 있다.

예컨대 정전식 터치패널은 별도의 입력도구 없이 사람의 손가락으로 편리하게 입력을 할 수 있지만 입력 해상도가 떨어진다는 단점이 있다. 그리고 펜 터치패널은 입력 해상도가 높다는 장점이 있지만 별도의 전용 펜을 사용해야만 한다는 단점이 있다.

위의 정전식 터치패널과 펜 터치패널은 서로 다른 기술을 기반으로 발전해 왔기 때문에 이 두 기술을 결합한 기술을 제공하기 위해 새로운 연구가 진행되어 왔다.

본 발명에서는 종래의 정전식 터치패널과 펜 터치패널의 기술을 융합하여 서로의 기술적 장점을 동시에 제공할 수 있는 융합기술을 제공하고자 한다.

정전식 터치패널에서는 정전식 터치입력을 검출하기 위하여 ‘정전 구동신호’를 생성하고, 펜 터치패널에서는 펜 터치입력을 검출하기 위하여 ‘펜 구동신호’를 생성한다. 이러한 기술의 실시예들은 이미 알려져 있다. 이때 정전 구동신호는 펜 터치패널에 대하여 노이즈로 작용하고, 펜 구동신호는 정전식 터치패널에 대하여 노이즈로 작용할 수 있다. 따라서 정전식 터치패널과 펜 터치패널을 단순히 조합하는 경우 어느 것도 제대로 작동하지 않을 수 있다는 기술적인 문제가 발생한다.

본 발명에서는 상술한 기술적 문제를 해결하는 수단을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 사용자 입력장치는 정전식 터치패널을 구동하는 정전 구동신호와 펜 터치패널을 구동하는 펜 구동신호가 서로에 대하여 노이즈로 작용하지 않도록 하는 기술을 제공한다.

첫 번째 방법에서는, 정전 구동신호와 펜 구동신호의 발생 시구간이 서로 겹치지 않도록 구동하는 시분할 구동방법을 이용할 수 있다.

두 번째 방법에서는, 정전 구동신호와 펜 구동신호의 주파수 대역이 서로 겹치지 않도록 구동하는 주파수분할 구동방법을 이용할 수 있다. 이때, 정전식 터치패널에서는 펜 구동신호의 주파수성분을 제거하는 필터가 구비되고, 펜 터치패널에는 정전 구동신호의 주파수성분을 제거하는 필터가 구비될 수 있다.

세 번째 방법에서는, 정전 구동신호와 펜 구동신호를 서로 직교하는 코드로 변조하여 구동하는 코드분할 구동방법을 이용할 수 있다.

네 번째 방법에서는, 정전 구동신호와 펜 구동신호의 주파수가 서로 직교하도록 제어하는 OFDM 기법을 이용할 수 있다.

본 발명의 일 관점에 따라 펜 터치패널과 정전식 터치패널을 포함하는 터치입력장치를 구동하는 터치입력장치 구동방법을 제공할 수 있다. 이 방법은 상기 정전식 터치패널을 구동하는 정전 구동신호는 미리 결정된 주기에 따라 단속적으로 발생시키고, 상기 펜 터치패널을 구동하는 펜 구동신호는 상기 정전 구동신호가 발생하지 않는 시구간에서만 발생시키는 단계를 포함한다.

이때, 상기 터치입력장치에는 표시장치가 결합되어 있으며, 상기 표시장치를 구동하는 표시부 구동신호는 상기 정전 구동신호가 발생하지 않는 시구간에서만 발생시키도록 되어 있을 수 있다.

이때, 상기 정전식 터치패널과 상기 표시장치는 적어도 일부의 부품을 서로 공유할 수 있다.

이때, 상기 적어도 일부의 부품은 상기 표시장치에 포함된 공통전극이며, 상기 공통전극은 복수 개로 분할되어 제공되고, 상기 공통전극은 상기 정전식 터치패널의 감지용 전극으로 사용될 수 있다.

이때, 상기 정전 구동신호는 중심주파수 fc를 갖는 신호를 포함하고, 상기 펜 구동신호는 공진주파수 fs를 갖는 신호를 포함하며, 상기 중심주파수 fc와 상기 공진주파수 fs는 서로 다를 수 있다.

이때, 상기 정전식 터치패널의 터치입력감지회로를 구성하는 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 상기 중심주파수 fc를 갖는 신호가 입력되고, 상기 연산증폭기의 출력단자를 통해 출력되는 신호에는 상기 중심주파수 fc를 갖는 사인파가 곱해질 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따라 펜 터치패널; 정전식 터치패널; 및 구동신호 제어부를 포함하는 터치입력장치가 제공될 수 있다. 상기 구동신호 제어부는, 상기 정전식 터치패널을 구동하는 정전 구동신호를 미리 결정된 주기에 따라 단속적으로 발생시키고, 상기 펜 터치패널을 구동하는 펜 구동신호를 상기 정전 구동신호가 발생하지 않는 시구간에서만 발생시키도록 되어 있다.

이때, 상기 터치입력장치는 표시장치를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 구동신호 제어부는, 상기 표시장치를 구동하는 표시부 구동신호를 상기 정전 구동신호가 발생하지 않는 시구간에서만 발생시키도록 되어 있을 수 있다.

이때, 상기 정전식 터치패널과 상기 표시장치는 상기 표시장치에 포함된 공통전극을 공유하며, 상기 공통전극은 복수 개로 분할되어 제공되어 있고, 상기 공통전극은 상기 정전식 터치패널의 감지용 전극으로 사용될 수 있다.

이때, 상기 정전식 터치패널은 중심주파수 fc를 갖는 정전 구동신호를 발생하는 정전신호 구동부를 포함하고, 상기 펜 터치패널은 공진주파수 fs를 갖는 펜 구동신호를 발생하는 펜 구동신호 구동부를 포함하며, 상기 중심주파수 fc와 상기 공진주파수 fs를 서로 다를 수 있다.

본 발명에 따르면 정전식 터치입력기술과 펜 터치입력기술을 한 개의 사용자 입력장치에서 사실상 동시에 제공하면서도 각 기술이 단독으로 제공되었을 때와 동등한 수준의 입력성능을 제공할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 일체형 입출력장치(1)의 평면도를 나타낸다. 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 나타낸 일체형 입출력장치(1)의 분해 단면도를 개념화하여 나타낸 것이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호와 펜 구동신호의 타이밍도이다. 도 2의 (b) 및 (c)는 도 2의 (a)로부터 변형된 타이밍도를 나타낸다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 정전식 터치센서층(11)에서 터치입력제스쳐를 인식하는 기술을 나타낸 것이다.
도 7는 상기 주기적 전압신호(Vdp)의 파형이 DC 성분이 없는 주기적 교류파형의 형태로 제공되는 경우의 예를 나타낸 것이다.
도 8은 상술한 '정전식 터치센서층'과 '화면출력장치'가 한 종류의 이상의 부품을 공유하면서 일체형으로 형성된 일체형 입출력장치(1)를 도식화한 것이다.
도 9는 도 8의 왼쪽 위에 있는 4개의 VCOM 전극 부근의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 10은, 도 9에 도시한 화상픽셀(N11)에서의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 이하에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 일체형 입출력장치(1)의 평면도를 나타낸다. 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 나타낸 일체형 입출력장치(1)의 분해 단면도를 개념화하여 나타낸 것이다. 이하, 도 1의 (a) 및 (b)를 함께 참조하여 설명한다.

일체형 입출력장치(1)는 화면출력장치(12), 정전식 터치센서층(11), 및 터치펜 센서층(13)이 결합된 장치일 수 있다.

화면출력장치(12)에는 화면표시를 위한 소재와 함께 표시신호를 처리하는 화면출력제어칩(D-IC)(121)이 포함되거나 연결되어 있을 수 있다. 이때 화면출력제어칩(121)는 DDI(Display Driver IC; 디스플레이 구동 IC)를 포함하는 장치일 수 있다. 일 실시예에서, DDI는 표시화면에 구비된 각 화소 중 삼원색인 RGB를 표시하는 부화소에 붙어있는 트랜지스터를 조정하는 기능을 할 수 있으며, 게이트 IC 및 소스 IC로 구분될 수 있다.

일 실시예에서 DDI는 T-CON(Timing Controller; 타이밍 제어부)과 연결되어 함께 사용됨으로써 표시장치를 제어할 수 있다.

정전식 터치센서층(11)에는 정전식 터치입력 검출을 위한 소재와 함께 정전식 터치입력 검출을 위한 신호를 처리하는 터치IC(T-IC)(111)이 포함되거나 연결되어 있을 수 있고, 터치펜 센서층(13)에는 펜 터치입력 검출을 위한 소재와 함께 펜 터치입력 검출을 위한 신호를 처리하는 펜 센서칩(131)이 포함되거나 연결되어 있을 수 있다.

이때 이 세 가지 장치가 쌓인 순서가 특정 순서로 결정되어야 하는 것은 아니지만, 일 실시예에서는 터치펜 센서층(13)이 가장 아래층에 배치되고, 화면출력장치(12)가 중간층에 배치되고, 그리고 정전식 터치센서층(11)이 가장 위층에 배치될 수 있다.

또한, 예컨대 본 발명의 다른 실시예에서는 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층이 일체형(11)으로 형성되어 일부 부품을 공유할 수도 있다. 예컨대, 화면출력장치(12)가 TFT-LCD 층으로 구성되는 경우, 상기 TFT-LCD 층에 포함된 VCOM 전극이 복수 개로 분할되어 있을 수 있으며, 상기 복수 개의 VCOM 전극이 상기 정전식 터치센서층(11)을 위한 전극으로서 이용될 수 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에서는 정전식 터치센서층(11), 화면출력장치(12), 및 터치펜 센서층(13) 중 임의의 2개 이상의 장치가 서로 부품을 공유할 수도 있다. 이와 같이 부품이 공유되는 경우 ‘일체형’ 또는 ‘하이브리드’라는 이름으로 불릴 수 있다.

화면출력장치(12)는 예컨대 LCD, PDP, AMOLED, 및 OLED와 같은 장치를 이용하여 제공될 수 있다. 정전식 터치센서층(11) 또는 터치펜 센서층(13)이 화면출력장치(12)를 덮고 있는 경우에, 화면출력장치(12)의 출력을 육안으로 확인할 수 있도록 화면출력장치(12)를 덮고 있는 터치패널(11, 13)이 사람의 눈에 대하여 실질적으로 투명하도록 구성될 수 있다.

정전식 터치센서층(11) 및 터치펜 센서층(13)은 화면출력장치(12)의 표시영역을 모두 덮을 수 있도록 제공될 수 있다. 사람이 화면출력장치(12) 상의 특정 좌표를 목표로 입력 제스처를 취하는 경우, 터치패널(11, 13)들은 이 입력 제스처가 이루어진 좌표를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.

일 실시예에서 화면출력장치(12)의 표시해상도를 R1이라하고, 터치펜 센서층(13)의 사용자 입력 해상도를 R2라 하고, 그리고 정전식 터치센서층(11)의 사용자 입력 해상도를 R3라고 하면, 예컨대 R1 > R2 > R3 또는 R1 > R3 > R2의 관계가 성립할 수 있다. R2와 R3가 R1에 근접하는 경우 더 향상된 사용자 입력경험을 제공할 수 있다.

<실시예 1>

도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호(즉, 정전용량 터치센서의 센싱을 위한 구동신호)와 펜 구동신호(즉, 스타일러스 펜의 센싱을 위한 구동신호)의 타이밍도이다. 여기서 상기 '정전 구동신호'는 정전용량 터치센서의 센싱을 위해서 동작되어야 하는 스위치들을 구동하는 신호를 포함하는 개념일 수 있으며, 상기 '펜 구동신호'는 스타일러스 펜의 센싱을 위해서 동작되어야 하는 스위치들을 구동하는 신호를 포함하는 개념일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 정전 구동신호(52)는 시간 축 상에서 단속적(즉, 중간 중간 끊긴다는 의미임)으로 일정 주기(T)에 따라 발생할 수 있다. 이때 정전 구동신호(52)는 미리 결정된 제2지속구간(T2)만큼 지속될 수 있다. 각각의 제2지속구간(T21, T22)에서의 정전 구동신호(52)의 패턴은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 즉, 각각의 제2지속구간(T21, T22)에서 정전용량 터치센서의 센싱을 위해 동작하는 스위치들의 온/오프 타이밍신호의 패턴은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.

이때, 펜 구동신호(51)는 정전 구동신호(52)와 그 발생 시구간이 겹치지 않도록 발생할 수 있다. 도 2의 (a)에서는 정전 구동신호(52)가 발생하는 제2지속구간(T2)을 제외한 나머지 모든 시간인 제1지속구간(T1, T11, T12)에서 펜 구동신호(51)가 발생하는 것으로 예시하였다.

도 2의 (b)는 도 2의 (a)로부터 변형된 타이밍도를 나타낸다. 도 2의 (b)에서는 정전 구동신호(52)의 발생구간인 제2지속구간(52)들 사이에 펜 구동신호(51)가 발생할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

도 2의 (c)는 도 2의 (a)로부터 변형된 또 다른 타이밍도를 나타낸다. 펜 구동신호(51)의 제1지속구간(T3)들과 정전 구동신호(52)의 제2지속구간(T2) 사이에는 시간적 갭(gap)이 존재할 수 있다.

도 2에서는 3가지 예를 들었지만, 펜 구동신호(51)와 정전 구동신호(52)의 발생구간이 시간축 상에서 서로 겹치지만 않게 할 수 있다면 어떠한 형태의 변형예도 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

<실시예 2>

도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다. 도 3의 (a) 및 (b)의 정전 구동신호와 펜 구동신호는 도 2의 (c)에 나타낸 것과 동일한 예를 들었다. 그리고 상기 표시부 구동신호는 예컨대 상술한 DDI의 구동신호, 즉 DDI 구동신호일 수 있다. 여기서 상기 표시부 구동신호는 화면출력장치(12)의 화면갱신을 위해 화면출력장치(12)에 제공되는 각종 신호를 포함하는 개념일 수 있다.

도 3의 (a)의 타이밍도는 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층(11)이 서로 다른 층에 별개로 제공되는 경우에 적용될 수 있다.

그러나 도 3의 (a)의 타이밍도는 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층(11)이 일체화되어 제공되는 경우에 유용하게 적용될 수 있다. 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층(11)이 일체화된 경우에는 이 두 장치가 서로 공유하는 부품(ex: 공통전극 VCOM)이 존재할 수 있으며, 이때 이 부품의 입출력 특성이나 전기적 상태에 대한 제어권을 화면출력장치(11)와 정전식 터치센서층(11)이 미리 약속된 서로 다른 시간에 시분할하여 가지고 있을 수 있다. 그 결과, 도 3의 (a)와 같이 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제4지속구간(T4)는 정전 구동신호(52)의 발생구간인 제2지속구간(T2)과 겹치지 않을 수 있다.

도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 변형예이다. 도 3의 (a)에서는 펜 구동신호(51)의 발생구간인 제3지속구간(T3)이 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제4지속구간(T4)에 포함된 것으로 나타내었으나, 도 3의 (b)에서는 펜 구동신호(51)의 발생구간인 제3지속구간(T3)과 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제5지속구간(T5)의 일부만 서로 겹치는 것으로 예시하였다.

도시하지는 않았으나, 펜 구동신호(51)의 발생구간과 표시부 구동신호(53)의 발생구간은 시간 축에서 서로 겹치지 않을 수도 있다.

도 3에 예시된 타이밍도들은, 정전 구동신호(52)의 지속구간이 펜 구동신호(51)의 지속구간과 겹치지 않는다는 제1조건과, 정진 구동신호(52)의 지속구간이 표시부 구동신호(53)의 지속구간과 겹치지 않는다는 제2조건을 동시에 만족한다면, 얼마든지 변형될 수 있다.

<실시예 3>

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다.

도 4의 (a)의 타이밍도는 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층(11)이 서로 다른 층에 별개로 제공되는 경우에 적용될 수 있다, 이때, 정전식 터치센서층(11)과 화면출력장치(12)는 본질상 부품을 공유하지 않을 수 있다. 따라서 표시부 구동신호(53)의 지속구간(T6)과 정전 구동신호(52)의 지속구간(T2)은 서로 겹칠 수 있다. 다만, 이 경우 겹치는 시구간에서 서로의 구동신호가 서로에게 영향을 줄 수는 있다.

<실시예 4>

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다.

도 5의 (a)에 따른 실시예에서는 정전 구동신호(52)가 발생하는 제2지속구간(T2)은 표시부 구동신호(53)이 발생하는 제7지속구간(T7)과 겹치지 않는다. 그리고 정전 구동신호(52)가 발생하는 제2지속구간(T2)과 펜 구동신호(51)가 발생하는 제8지속구간(T8)은 간섭구간(T9)에서 서로 겹치도록 되어 있다.

이때, 간섭구간(T9)에서는 정전 구동신호(52)와 펜 구동신호(51)가 서로에 대하여 노이즈로서 작용할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 아래의 세 가지 방법 중 한 가지 방법을 이용할 수 있다.

방법 1

정전 구동신호(52)와 펜 구동신호(51)의 주파수 대역이 서로 실질적으로 겹치지 않도록 구동하는 주파수분할 구동방법을 이용할 수 있다. 이때, 정전식 터치센서층(11)에서는 펜 구동신호(51)의 주파수성분을 제거하는 필터가 구비되고, 터치펜 센서층(13)에는 정전 구동신호(52)의 주파수성분을 제거하는 필터가 구비될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 정전식 터치센서층(11)에서 터치입력제스쳐를 인식하는 기술을 나타낸 것이다. 도 6에 제시한 터치입력감지회로(10)는 연산증폭기(215), 그리고 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 출력단자 사이에 연결된 적분 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 이때 연산증폭기(210)의 비반전 입력단자에는 전압신호(Vdp)가 입력될 수 있다. 그리고 편의상 터치입력감지회로(10)의 입력단자(211)을 정의할 수 있는데 입력단자(211)은 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 동일한 단자일 수 있다.

상기 전압신호(Vdp)는 주기성을 갖는 신호일 수 있다. 나아가 DC 성분이 0인 주기 신호, 즉 교류 주기 신호일 수도 있다. 또는 전압신호(Vdp)는 주기신호가 아니지만 주파수 fc의 성분을 포함하는 신호일 수도 있다.

도 6에서 노드(Vx,xx)를 통해 흐르는 전류의 크기는 전극패드(VCOM,xx)와 손가락(17) 사이에 형성되는 커패시턴스(Cx,xx)와 기생 커패시턴스(Cp,yy)가 결합된 등가 커패시턴스의 크기에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 등가 커패시턴스를 Cxe라고 이름 붙일 수 있다.

도 7는 상기 주기적 전압신호(Vdp)의 파형이 DC 성분이 없는 주기적 교류파형의 형태로 제공되는 경우의 예를 나타낸 것이다.

도 7의 (a)는 교류 정현파, (b)는 교류 삼각파, (c)는 교류 구형파를 나타낸 것이다. 각 경우에 있어서 도 6의 연산증폭기(215)의 출력전압(Vo)은 교류 정현파, 교류 삼각파, 및 교류 구형파와 동일하거나 유사한 형태의 파형을 출력하게 된다. 출력전압(Vo)에는 상기 중심 주파수 fc와 다른 주파수 성분을 가지고 있을 수 있으며, 이러한 다른 주파수 성분은 (1) 전압신호(Vdp)에 내재되어 있던 주파수 성분이었거나, (2) 비선형 전달함수에 따라 전압신호(Vdp)로부터 왜곡되어 발생한 주파수 성분일 수도 있고, 또는 (3) 외부로부터 유입된 노이즈에 의해 제공되는 주파수 성분일 수도 있다. 여기서 상기 (3) 외부로부터 유입된 노이즈에 의해 제공되는 주파수 성분은 상술한 터치펜 센서층(13)에서 발생된 것일 수 있다.

상기 주기적 전압신호(Vdp)의 파형이 DC 성분이 없는 주기적 교류파형의 형태로 제공되는 경우에 있어서, 상기 출력전압(Vo)의 진폭을 직접 측정할 수도 있지만, 상기 출력전압(Vo)에 특정 정현파를 믹싱하여 출력된 전압을 측정할 수도 있다. 이렇게 되면, 출력전압(Vo)의 성분 중 상기 정현파와 동일한 주파수 성분만이 추출될 수 있다. 상기 정현파로서 상기 전압신호(Vdp)의 중심주파수(fc)와 동일한 신호(sin(2πfc))를 이용할 수 있다. 그 결과 상기 중심주파수(fc) 이외의 주파수 성분의 노이즈들은 제거될 수 있다.

터치펜 센서층(13)에서는 스타일러스 펜을 위한 발진 주파수(fs)를 갖는 발진신호를 제공하거나, 또는 이러한 발진신호를 검출하는 검출부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상술한 두 개의 중심주파수(fc)와 발진 주파수(fs)를 서도 다르게 설정함으로써, 정전식 터치센서층(11)과 터치펜 센서층(13)의 상호 간섭을 배제할 수 있다.

방법 2

본 발명의 다른 실시예에서는, 정전 구동신호(52)와 펜 구동신호(51)를 서로 직교하는 코드로 변조하여 구동하는 코드분할 구동방법을 이용할 수 있다.

방법 3

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 정전 구동신호(52)와 펜 구동신호(51)의 주파수가 서로 직교하도록 제어하는 OFDM 기법을 이용할 수 있다.

도 8은 상술한 '정전식 터치센서층'과 '화면출력장치'가 한 종류의 이상의 부품을 공유하면서 일체형으로 형성된 일체형 입출력장치(1)를 도식화한 것이다. 일체형 입출력장치(1)에는 터치IC(T-IC)(3)와 화면출력제어칩(DDI, Display Driver IC)(2)가 포함될 수 있다.

여기서 상기 정전식 터치센서층은 투명전극들이 단일층 또는 두 개 층에 배치되어 있는 장치를 의미할 수 있다.

그리고 상기 화면출력장치는 액정 디스플레이일 수 있고, 바람직하게는 TFT-LCD 패널일 수 있다. TFT-LCD 패널은 LCD 패널, 확산판, 도광판, 반사판, 광원, 유리기판, LC층, 블랙 매트릭스, 칼라 필터, 공통 전극(VCOM), 배향 필름(alignment film), 편광 필름, 스페이서, 복수 개의 제어라인(데이터 제어라인 및/또는 게이트 제어라인)와 같은 구성요소를 포함할 수 있으며, 이 기술은 이미 잘 알려져 있다. 상기 공통 전극(VCOM)은 상기 TFT-LCD 패널의 전체 영역에 걸쳐 한 개의 넓은 단일기판으로 형성되어 제공되거나, 또는 M*N 행렬로 조각나 구분되어 있을 수 있다.

화면출력제어칩(2)에는 상기 화면출력장치에 구비된 복수 개의 데이터 제어라인에 연결된 단자들(DL), 상기 화면출력장치에 구비된 복수 개의 게이트 제어라인에 연결된 단자들(CL), 그리고 상기 화면출력장치을 구성하는 부품 중 M*N 행렬형태로 분할되어 배치되어 있는 복수 개의 VCOM 전극에 연결된 단자들(VCOM[M*N])이 구비되어 있다. 도 8의 실시예에서 M=12이고 N=8이다.

터치IC(3)에는 상기 복수 개의 VCOM 전극에 연결된 단자들(VCOM[M*N])이 마찬가지로 구비되어 있다. 도 8에서 화면출력제어칩(2)에 연결된 단자들(VCOM[12*8])과 터치IC(3)에 연결된 단자들(VCOM[M*N])은 동일한 것이다.

본 발명의 일실시예에서, VCOM 전극들에 제어권은 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)가 시간에 따라 나누어 가질 수 있도록 되어 있을 수 있다.

즉, 도 8의 일체형 입출력장치(1)에서는 '정전식 터치센서층'과 '화면출력장치'가 적어도 VCOM이라는 복수 개의 전극을 공통의 부품으로서 공유한다.

도 9는 도 8의 왼쪽 위에 있는 4개의 VCOM 전극 부근의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.

복수 개의 데이터 제어라인들(DL1, DL2, DL3, ...)은 도면에서 상하방향으로 연장되어 있고, 복수 개의 게이트 제어라인들(CL1, CL2, CL3, ...)은 도면에서 좌우방향으로 연장되어 있다. 데이터 제어라인들(DL1, DL2, DL3, ...)과 게이트 제어라인들(CL1, CL2, CL3, ...)의 전위를 제어함으로써, 이들 제어라인들의 교차점에 존재하는 화상픽셀에서 출력되는 화상을 제어할 수 있다. 여기서 상기 교차점에 존재하는 화상픽셀들을 부호 Nyy로 표기하였다. 예컨대, 데이터 제어라인(DL1)과 게이트 제어라인(GL1)이 교차하는 노드에서의 화상픽셀은 N11으로 표기하였다.

여기서 상기 화상픽셀은 RGB를 묶어 한 픽셀, 즉 하나의 화소단위로 나타낸 것을 의미할 수 있다. 하나의 화상픽셀에는, 'R', 'G', 'B' 각각을 위한 3개의 데이터 라인과 한 개의 게이트 라인이 제공될 수 있다. 모든 화상픽셀에는 상술한 공통 전극(VCOM)이 가깝게 배치되어 있다. 이러한 기술은 이미 잘 알려져 있다.

도 9에서, 한 개의 VCOM 전극에는 두 개의 데이터 제어라인과 두 개의 게이트 제어라인이 지나가는 것으로 예시하였으나, 더 많거나 적을 수도 있다.

도 10은, 도 9에 도시한 화상픽셀(N11)에서의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.

도 10을 살펴보면, 데이터 제어라인(DL1)을 통해 인가되는 전기적 신호는 트랜지스터(T11)에 영향을 주게 되는데, 이때 게이트 제어라인(GL1)이 트랜지스터(T11)의 게이트 전압을 조절하게 된다. 도 8 및 도 9에 도시한 화면출력장치는 VCOM,xx라는 전극을 포함하도록 되어 있다. 이때, 데이터 제어라인(DL1), 게이트 제어라인(GL1), 트랜지스터(Tyy)(예컨대 T11), 및 VCOM,xx 전극(예컨대 VCOM,11 전극) 사이에는 각종 커패시터(61~66)(즉, 커패시턴스 성분)가 존재한다. 이러한 커패시터(61~66)들 중 일부는 의도적으로 형성한 것이며, 다른 것들은 의도하지 않게 발생한 기생 커패시터일 수 있다. 도 10에서는 커패시터(61~66)를 총 6개로 모델링 하였으나, 이와 다른 개수로 모델링 될 수 있음은 물론이다. 이하 이렇게 6개로 모델링 된 예를 전제로 설명한다.

VCOM,11 전극은, 자기정전용량 방식의 터치입력을 위해 센서로서 이용되는 전극이다. 즉, VCOM,11은 도 8의 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)이 공통으로 이용하는 부품인데, 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 VCOM,11을 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)가 시분할하여 이용할 수 있다. VCOM,11이 아닌 다른 VCOM,xx에 대해서도 마찬가지이다.

커패시터(61~66)에 의한 등가 커패시터를 구하는 것은 쉽지 않다. 그럼에도 불구하고, VCOM,11 전극에 직접 연결된 커패시터(64, 65, 66)를 통해 흐르는 전하의 양, 그리고 VCOM,11 전극과 터치입력도구(17) 사이에 형성되는 커패시턴스(ΔCx,11)에 의해 터치입력 센싱특성이 결정된다는 점을 이해할 수 있다. 터치IC(3) 입장에서는 커패시터(61~66) 등은 총괄적으로 기생 커패시터(C11)인 것으로 간주할 수 있다.

기생 커패시터(C11)은 노드(n11~n12)를 제1극으로 하고, 노드(n21~n24)를 제2극으로 하는 커패시터인 것으로 간주할 수도 있다.

도 10에 제시한 회로모델에서, 기생 커패시터(C11)은 VCOM,11 전극, 데이터 제어라인(DL1), 및 게이트 제어라인(GL1)의 총 3개의 지점에 연결되어 있지만, 이중 게이트 제어라인(GL1)을 통해 이동하는 전하의 양이 작은 것으로 보이기 때문에, 기생 커패시터(C11)의 양단자는 VCOM,11 전극과 데이터 제어라인(DL1)인 것으로 근사화할 수도 있다.

여기서 커패시턴스(ΔCx,11)는 터치입력도구(17)의 유무 또는 근접도에 따라 가변하는 것이며 기호 Δ를 이용하여 표시하였다. 또한, VCOM,11 전극과 커패시터(64, 65, 66)들 사이에서 흐르는 전하의 양도 데이터 제어라인(DL1)과 게이트 제어라인(GL1)의 가변하는 전기적 성질에 따라 함께 가변하는 것이며, 기생 커패시터(ΔCp,11)도 기호 Δ를 이용하여 표시하였다.

기생 커패시터 양측의 전압을 동일하게 해주거나 또는 거의 비슷하게 해주면 기생 커패시터에 의한 영향을 최소화할 수 있기 때문에, 기생 커패시터(C11)의 양단자인 VCOM,11 전극과 데이터 제어라인(DL1)의 전압을 거의 동일하게 하도록, VCOM,11 전극의 전압을 증폭기(24)를 이용하여 1:1로 데이터 제어라인(DL1)에 인가할 수 있다.

상술한 바와 같이 정전식 터치센서층과 화면출력장치의 일부 부품은 서로 공유된다고 하였는데, 상술한 바와 같이 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)도 공유된다고 볼 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 있어서, 화면을 출력하는 시구간과 정전식 터치입력을 감지하는 시구간은 서로 배타적으로 구분되어 있는데, 화면을 출력하는 시구간에는 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)에는 화상출력 데이터에 대응하는 전기적 신호가 인가되지만, 정전식 터치입력을 감지하는 시구간에는 기생 커패시터(ΔCp,11, ΔCp,12, ΔCp,13, ...)에 의한 정전식 터치입력의 오류를 최소화하기 위하여 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)에는 증폭기(24)의 출력이 인가될 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (10)

1. 펜 터치패널과 정전식 터치패널을 포함하는 터치입력장치를 구동하는 터치입력장치 구동방법으로서,
   상기 정전식 터치패널을 구동하는 정전 구동신호는 미리 결정된 주기에 따라 단속적으로 발생시키고, 상기 펜 터치패널을 구동하는 펜 구동신호는 상기 정전 구동신호가 발생하지 않는 시구간에서만 발생시키는 단계를 포함하고,
   상기 터치입력장치에는 표시장치가 결합되어 있되, 상기 표시장치를 구동하는 표시부 구동신호는 상기 정전 구동신호가 발생하지 않는 시구간에서만 발생시키며,
   상기 정전 구동신호는 중심주파수 fc를 갖는 신호를 포함하고,
   상기 펜 구동신호는 공진주파수 fs를 갖는 신호를 포함하며,
   상기 중심주파수 fc와 상기 공진주파수 fs는 서로 다른 것을 특징으로 하는 터치입력장치 구동방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 정전식 터치패널과 상기 표시장치는 상기 표시장치에 포함된 공통전극을 서로 공유하며, 상기 공통전극은 복수 개로 분할되어 제공되고, 상기 공통전극은 상기 정전식 터치패널의 감지용 전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 터치입력장치 구동방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 정전식 터치패널의 터치입력감지회로를 구성하는 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 상기 중심주파수 fc를 갖는 신호가 입력되고, 상기 연산증폭기의 출력단자를 통해 출력되는 신호에는 상기 중심주파수 fc를 갖는 사인파가 곱해지는 것을 특징으로 하는,
   터치입력장치 구동방법.
7. 펜 터치패널; 정전식 터치패널; 및 구동신호 제어부를 포함하며,
   상기 구동신호 제어부는, 상기 정전식 터치패널을 구동하는 정전 구동신호를 미리 결정된 주기에 따라 단속적으로 발생시키고, 상기 펜 터치패널을 구동하는 펜 구동신호를 상기 정전 구동신호가 발생하지 않는 시구간에서만 발생시키고,
   상기 정전식 터치패널에 결합된 표시장치를 더 포함하되, 상기 구동신호 제어부는 상기 표시장치를 구동하는 표시부 구동신호를 상기 정전 구동신호가 발생하지 않는 시구간에서만 발생시키며,
   상기 정전식 터치패널은 중심주파수 fc를 갖는 정전 구동신호를 발생하는 정전신호 구동부를 포함하고,
   상기 펜 터치패널은 공진주파수 fs를 갖는 펜 구동신호를 발생하는 펜 구동신호 구동부를 포함하며,
   상기 중심주파수 fc와 상기 공진주파수 fs를 서로 다른 것을 특징으로 하는 터치입력장치.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 정전식 터치패널과 상기 표시장치는 상기 표시장치에 포함된 공통전극을 공유하며,
   상기 공통전극은 복수 개로 분할되어 제공되어 있고, 상기 공통전극은 상기 정전식 터치패널의 감지용 전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는,
   터치입력장치.
10. 삭제

Images