KR102087830B1 - 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법에 관한 것으로, 하나 이상의 공진 회로가 내장된 펜; X 전극들과, 상기 X 전극들과 직교되는 Y 전극들을 포함한 XY 전극들; 상기 XY 전극들을 에워싸는 형태로 형성된 안테나; 및 공진 유도 신호를 상기 XY 전극들에 공급하고, 상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호를 분석하여 상기 펜의 위치와 상기 펜의 필압을 판단하는 제1 터치 구동회로를 포함한다. 상기 공진 유도 신호는 서로 다른 주기를 갖는 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 주기를 포함한다.

Description

터치 센싱 시스템과 그 구동 방법{TOUCH SENSING SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 펜과 손가락의 센싱이 가능한 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전자 기기의 통신을 가능하게 하여 사용자가 전자 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 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.
터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있는 추세에 있으며, 나아가 가전 제품에도 확대 적용되고 있다. 터치 UI는 터치 스크린 상에 터치되는 손가락이나 펜의 위치를 감지하여 위치 정보를 발생한다.
터치 스크린은 손가락과 같은 도전체를 센싱하는 터치 스크린과, 펜을 센싱하는 터치 스크린으로 나뉘어진다. 후자의 펜 터치 스크린의 일예로서, 미국 특허 US 7,903,085(1988. 11. 22. 이하, "종래 기술의 펜 터치 센싱 장치"라 함)에는 공진 회로가 내장된 특수한 펜, 그 펜으로부터 공진 신호를 수신하는 루프 안테나, 및 루프 안테나의 신호에서 펜의 위치 정보(Pen location)와 필압(Pen pressure) 정보를 추출하는 아날로그 신호 처리부를 포함한다.
종래 기술의 펜 터치 센싱 장치에서, 도 1과 같이 펜의 공진을 유도하기 위한 구형파 신호(공진 유도 신호)는 안테나(ANT)를 통해 전자기 공명(Electromagnetic resonance) 경로를 통해 자기장으로 전파되어 펜(PEN)에 송신된다. 펜(PEN)의 공진 회로로부터 발생된 공진 신호는 전자기 공명 경로를 통해 자기장으로 전파되어 안테나(ANT)에 수신된다. 펜(PEN)의 공진 회로는 전자기 공명 즉, 자기장을 통해 인가된 구형파 신호에 의해 공진되고 그 공진신호를 자기장으로 루프 안테나로 송신한다. 따라서, 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치에서, 펜(PEN)과 안테나(ANT)는 자기장으로 신호를 송수신한다.
종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 루프 안테나를 통해 수신된 공진 신호를 아날로그 회로에 입력한다. 아날로그 회로는 루프 안테나를 통해 수신된 공진 신호의 위상을 바탕으로 펜의 위치를 판단하는 위치판별회로와 펜의 필압(Pen pressure)을 판단하는 필압 판별회로를 포함한다.
종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 아래와 같은 문제점들이 있다.
(1) XY 좌표계에서 펜 터치 위치를 검출하기 위하여 다수의 루프 안테나들과, 그 루프 안테나들을 순차 구동하기 위한 스위치 회로들이 필요하다. XY 좌표계에서 터치 포인트를 인식하기 위하여, 루프 안테나들은 매트릭스 형태로 겹쳐 있는 형태로 구현되어야 한다. 루프 안테나들을 표시패널에 구현하기 위해서, 표시패널에 별도의 안테나 레이어(antenna layer)가 추가되어야 하므로 표시패널의 두께가 증가한다. 표시패널에 다수의 루프 안테나들과 아날로그 신호 처리부를 연결하기 위한 구조가 추가되어야 하기 때문에 케이블 연결 기구가 커지고 복잡하게 된다. 따라서, 표시패널에 다수의 루프 안테나들이 집적되면 표시장치를 슬림화하고 단순화하기가 어렵다.
(2) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치에서 사용되는 파형 발생기(Pulse generator)는 공진 유도 신호의 주파수 영역을 제한하기 때문에 공진 주파수 변경이 어렵다. 공진 유도 신호의 주파수를 변경하기 위해서는 파형 발생기의 발진기(oscillator)를 교체하거나 위상 고정 루프(Phase Look Lock, PLL) 등으로 교체하여야 한다.
(3) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 아날로그 비교기로 펜의 수신 신호를 비교하기 때문에 펜의 존재 유무만 알 수 있을 뿐 좌표를 정밀하게 표현하기가 어렵다.
(4) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 위치판별회로와 필압 판별회로를 별도로 구성하여 그 만큼 회로 복잡도가 높고 연산량이 많으며 소비 전력이 크다.
(5) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 안테나로부터 수신된 공진 신호의 위상이 주변 환경에 민감하게 변하기 때문에 루프 안테나의 기생 용량으로 인하여 정확하게 위상을 검출하기가 어렵다.
(6) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치에서 사용되고 있는 아날로그 신호 처리부는 온도, 습도 등 주변 환경에 따라 동작 결과가 달라져 신뢰성이 낮다.
본 발명은 표시패널의 두께 증가 없이 손가락과 펜을 센싱할 수 있고, 공진 유도 신호의 주파수 변경이 용이한 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 터치 센싱 시스템은 하나 이상의 공진 회로가 내장된 펜; X 전극들과, 상기 X 전극들과 직교되는 Y 전극들을 포함한 XY 전극들; 상기 XY 전극들을 에워싸는 형태로 형성된 안테나; 및 공진 유도 신호를 상기 XY 전극들에 공급하고, 상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호를 분석하여 상기 펜의 위치와 상기 펜의 필압을 판단하는 제1 터치 구동회로를 포함한다.
상기 공진 유도 신호는 서로 다른 주기를 갖는 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 주기를 포함한다.
상기 터치 센싱 시스템의 구동 방법은 공진 유도 신호를 상기 XY 전극들에 공급하는 단계; 및 상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호를 분석하여 상기 펜의 위치와 상기 펜의 필압을 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명은 펜 터치를 위한 전극들과 그 전극들에 둘러 싸는 형태의 안테나를 포함하는 터치 스크린을 구현하여 표시패널의 두께 증가 없이 손가락과 펜을 센싱할 수 있고, 가변 가능한 주기 설정값들을 변경하는 것만으로 공진 유도 신호의 주파수를 변경할 수 있다.
나아가, 본 발명은 아래와 같은 효과가 더 있다.
(1) 펜의 공진을 유도하기 위한 교류 신호를 기존의 핑거 터치 전극들에 인가하여 전기 용량 결합(electric capacitance coupling)을 통해 펜으로 송신하고, 안테나를 통해 펜의 공진 신호를 수신한다. 그 결과, 본 발명은 표시패널의 기판에 터치 센싱 시스템에 다수의 안테나 루프들을 표시패널에 형성하지 않으므로 기판 구조를 단순하고 하고 표시패널을 슬림화할 있다.
(2) 루프 안테나는 안테나 사이의 거리가 벌어져야 안테나로서의 역할을 한다. 이에 비하여, 기존의 핑거 터치 전극들은 전도성 막대 형태로 형성된다. 따라서, 핑거 터치 전극들은 같은 면적에서 루프 안테나를 형성할 때 보다 더 많이 형성될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 펜 터치 입력을 인식할 수 있는 센싱 포인트를 세밀하게 나눌 수 있다.
(3) 본 발명은 디지털 공진 신호를 처리하므로 아날로그 비교기를 필요로 하지 않는다.
(4) 본 발명은 동작 주파수가 제한된 종래 기술의 파형 발생기를 사용하지 않고 동작 주파수 변경에 제약이 없는 디지털 펄스 발생기(digital pulse generator)를 사용한다. 따라서, 본 발명은 펜의 공진 주파수 변경에 유리하다.
(5) 본 발명은 펜의 공진 신호를 수신하는 회로에서 아날로그 회로를 최소화하므로 종래 기술에 비하여 주변 환경의 영향을 적게 받는다.
(6) 본 발명은 펜의 공진 신호를 수신하는 회로 대부분을 디지털 신호 처리회로로 구현함으로써 터치 구동회로를 원칩 IC로 구현할 수 있다.
(7) 본 발명은 터치 구동회로에 마이크로 프로세서를 내장하여 터치 구동 회로의동작 특성을 변경하거나 터치 구동회로의 성능 개선 알고리즘을 쉽게 구현할 수 있다.
(8) 본 발명은 공진 신호의 위상을 측정하지 않고 공진 크기를 바탕으로 펜의 위치를 판단하고 공진 주파수를 바탕으로 펜의 필압을 판단한다. 따라서, 본 발명은 펜의 위치와 필압을 판단하기 위한 회로를 최소화할 수 있고 소비 전력을 줄일 수 있다.
(9) 종래 기술은 펜의 공진 신호와 펜에 인가된 공진 유도 신호의 위상을 바탕으로 필압을 검출하기 때문에 기생 용량이나 기생 인덕턴스의 영향을 많이 받는다. 이에 비하여, 본 발명은 공진 주파수 대역의 주파수별 공진 크기를 바탕으로 필압을 측정하기 때문에 기생 용량이나 기생 인덕턴스의 영향을 거의 받지 않으므로 필압을 안정적으로 정확하게 측정할 수 있다.
(10) 본 발명은 필압 스케일 내에서 공진 유도 신호의 주파수를 가변하면서 펜의 필압을 세밀하게 측정할 수 있고 그 필압을 단순한 알고리즘으로 쉽게 측정할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 펜 터치 센싱 시스템에서 자기장 송수신을 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 전기장 송신과 자기장 수신을 보여 주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 블록도이다.
도 4는 내지 도 6은 표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태를 보여 주는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 터치 스크린 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 8는 제1 터치 구동회로가 원칩 IC로 집적된 예를 보여 주는 도면이다.
도 9은 본 발명의 1 프레임 기간을 보여 주는 도면이다.
도 10은 펜 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 11은 핑거 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제1 터치 구동회로를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 13은 펜에 내장된 인덕터를 보여 주는 도면이다.
도 14는 제1 터치 구동회로의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 15는 종래의 자기장 송수신 방법에서 초래되는 팁(tip)의 인식 오류 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명에서 펜 끝의 인식 오류 방지 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18은 펜의 위치 판단 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다.
도 19 및 도 20은 펜의 필압 판단 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 공진 유도 신호 발생부를 상세히 보여 주는 도면들이다.
도 23은 도 21에 도시된 공진 유도 신호 발생부의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 24는 N이 3일 때 도 22에 도시된 공진 유도 신호 발생부의 동작을 보여 주는 파형도이다.
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.
도 2를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 다수의 XY 전극들(X/Y), 안테나(ANT) 및 펜(PEN)을 포함한다.
XY 전극들(X/Y)은 X 전극 그룹과, Y 전극 그룹으로 나뉘어진다. X 전극 그룹은 다수의 X 전극들을 포함한다. Y 전극 그룹은 유전체를 사이에 두고 X 전극들과 직교하는 Y 전극들을 포함한다. XY 전극들(X/Y)은 기존의 정전 용량 방식의 터치 스크린에 형성되는 전극들과 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 본 발명은 기존의 핑거 터치 센싱을 위한 터치 스크린의 전극들로 XY 전극들(X/Y)을 구현할 수 있다.
XY 전극들(X/Y)은 입력 영상이 표시되는 표시패널의 픽셀 어레이와 중첩된다. 따라서, XY 전극들(X/Y)은 투과율이 높은 전극 물질 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. XY 전극들(X/Y)은 정전 용량(Csx)을 사이에 두고 펜(PEN)과 전기 용량 결합(electric capacitance coupling)된다. 정전 용량(Csx)은 XY 전극들과 펜(PEN) 사이의 기생 정전 용량이다. XY 전극들은 공진 유도 신호를 정전 용량(Csx)을 통해 전기장으로 펜(PEN)에 송신한다.
펜(PEN)은 공진 회로를 포함한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 기생 정전 용량(Csx)을 통해 수신된 공진 유도 신호에 따라 공진하여 공진 신호를 발생한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 펜의 팁(Tip)이 터치 스크린 상에 눌려졌을 때 LC 값이 변화하여 공진 주파수가 변한다. 따라서, 펜(PEN)의 필압 변화는 공진 주파수의 변화를 초래한다. 펜(PEN)의 공진 신호는 전자기 공명 경로를 통해 자기장으로 안테나(ANT)에 전송된다.
안테나(ANT)는 펜(PEN)의 공진 신호를 수신한다. 안테나(ANT)는 XY 전극들(X/Y)을 둘러 싸는 단일 루프 안테나로 구현될 수 있다. 본 발명의 터치 센싱 시스템은 XY 전극들(X/Y)을 통해 정전 용량의 변화로 손가락의 터치 입력을 감지하고, XY 전극들(X/Y)과 안테나(ANT)를 이용하여 펜 터치 입력을 감지한다.
본 발명의 터치 센싱 시스템은 표시장치에 다양한 형태로 결합될 수 있다. 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로, 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동회로 등을 포함한다.
표시패널(DIS)에서 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 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 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.
표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 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. 공통전압(Vcom)이 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.
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.
디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터가 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(40)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 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.
타이밍 콘트롤러(20)는 입력 영상의 프레임 레이트×N(N은 2 이상의 양의 정수) Hz의 주파수로 프레임 레이트를 높여 디스플레이 구동회로와 터치 스크 구동회로의 동작 주파수를 N 배 체배된 프레임 레이트로 제어할 수 있다. 입력 영상의 프레임 레이트(frame rate)는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz(1 프레임 기간 : 16.67 msec)이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz(1 프레임 기간 : 20 msec)이다.
터치 스크린(TSP)은 도 8과 같이 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)과 안테나(ANT)를 포함한다. XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)의 교차부에는 손가락과 같은 전도체의 유무에 따라 전하양이 달라지는 터치 센서들(Cts)이 형성된다. XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)은 손가락의 터치 입력을 센싱하는 기존의 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 사용된 전극들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 터치 스크린(TSP)은 기존의 정전 용량 방식의 터치 스크린의 가장자리에 안테나(ANT)를 추가 설치하는 방법으로 간단히 구현될 수 있다.
터치 스크린(TSP)의 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)과 안테나(ANT)는 도 4와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 5와 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)과 안테나(ANT)는 도 6과 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부 기판 상에 내장될 수 있다. 도 4 내지 도 6에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다. 터치 스크린(TSP)의 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)과 안테나(ANT)는 동일 평면 상에 형성되거나 서로 다른 평면 상에 형성될 수 있다. 도 6과 같은 인셀 타입에서, XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)은 픽셀 어레이의 공통전극을 분할하는 방법으로 구현될 수 있다.
터치 스크린 구동회로는 제1 터치 구동회로(30)와, 제2 터치 구동회로(32)를 포함한다.
제1 터치 구동회로(30)는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 공진 유도 신호를 순차적으로 공급하고 안테나(ANT)를 통해 펜의 공진 신호를 수신한다. 제1 터치 구동회로(30)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 펜의 공진 신호를 디지털 데이터로 변환하여 공진 주파수 별 공진 크기를 측정한다. 제1 터치 구동회로(30)는 수신된 공진 신호의 공진 크기를 소정의 기준값과 비교하여 펜의 터치 위치 정보(Pen location, XY)를 판단하고, 수신된 공진 신호의 주파수 특성을 바탕으로 펜의 필압(Pen pressure)을 측정한다. 제1 터치 구동회로(30)로부터 발생된 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))는 호스트 시스템(40)으로 전송된다.
제2 터치 구동회로(32)는 터치 센서(Cts)에 자극 신호(또는 구동 신호)를 인가하고, 그 자극 신호에 동기하여 터치 센서의 전하를 수신한다. 제2 터치 구동회로(32)는 수신된 전하양을 분석하여 터치 전후 정전 용량의 변화를 판단하고, 그 정전 용량의 변화를 바탕으로 손가락의 터치 위치를 센싱한다.
터치 센서(Cst)는 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual) 정전 용량으로 구현될 수 있다. 제2 터치 구동회로(32)는 X 전극들 또는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 자극 신호를 순차적으로 공급하고, 그 자극 신호에 동기하여 터치 센서(Cts)의 터치 전후의 정전 용량 변화를 검출하여 디지털 데이터로 변환한다. 제2 터치 구동회로(32)는 디지털 데이터를 소정의 기준값과 비교하여 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))를 판단한다. 제2 터치 구동회로(32)로부터 발생된 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))는 호스트 시스템(40)으로 전송된다. 자극 신호는 펄스, 삼각파 등 다양한 형태의 신호로 발생될 수 있다. 제2 터치 구동회로(32)는 손가락 터치 입력을 센싱하는 기존의 정전 용량 터치 스크린에서 사용되는 터치 구동회로로 구현될 수 있다.
호스트 시스템(40)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현되어 입력 영상을 수신한다. 호스트 시스템(40)에는 제1 터치 구동회로(30)로부터 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))가 수신되고, 제2 터치 센구동회로(32)로부터 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))가 수신된다.
호스트 시스템(40)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(40)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(40)은 제1 및 제2 터치 구동회로(30, 32)로부터 입력되는 펜(PEN)의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))와, 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER)에 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)은 도 7과 같이 x축을 따라 나란하게 배치된 X 전극들(X1~X6)과, y축을 따라 나란하게 배치되어 X 전극들(X1~X6)과 직교되는 Y 전극들(Y1~Y6)을 포함한다. 안테나(ANT)는 XY 전극들(X~X6, Y1~Y6)을 둘러 싸는 단일 안테나로 형성될 수 있다. 단일 안테나는 픽셀들의 개구율 저하가 없도록 영상이 표시되는 픽셀 어레이 밖의 베젤(Bezel) 영역 내에 형성될 수 있다. 단일 안테나는 XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)과 실질적으로 같은 층에 형성될 수 있으므로 표시패널의 두께 증가를 초래하지 않는다. 제1 터치 구동회로는 안테나 패드(PAD)를 통해 안테나(ANT)에 연결되고 XY 패드들(XYPAD)을 통해 XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)에 연결된다.
제1 터치 구동회로(30)는 도 8과 같은 원 칩(One chip) IC(Integrated Circuit)로 집적된 예를 보여 주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 원칩 IC는 아날로그 신호 처리부(100), 디지털 신호 처리부(200), 마이크로 프로세서 유닛(micro processor Unit, 이하, "MPU"라 함)(300), 인터페이스회로(310), 및 메모리(320)를 포함한다.
디지털 신호 처리부(200)는 메모리(2)를 더 포함한다. 메모리(2)는 수신된 공진 신호의 주파수별 공진 특성을 저장하고, 도 13에 도시된 적분기(214, 216)에서 데이터를 누적하기 위하여 이전 데이터를 일시적으로 저장하고, 위치 및 필압 판단부(218)의 출력 데이터를 일시 저장한다.
마이크로 프로세서 유닛(300)은 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))를 메모리(320)에 저장한다. 마이크로 프로세서 유닛(300)은 터치 스크린(TSP)의 해상도를 디스플레이의 해상도에 맞게 변환하기 위하여 펜 입력 위치의 좌표 정보를 보간(interpolation)하고, 노이즈 제거와 터치 인식 성능 개선을 위한 추가 알고리즘을 실행할 수 있다. 인터페이스회로(310)는 표준 인터페이스를 통해 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))를 호스트 시스템(40)으로 전송한다.
도 9는 본 발명의 1 프레임 기간을 보여 주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 터치 스크린(TSP)이 도 6과 같이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되면, 픽셀 어레이와 터치 스크린 사이에 전기적인 커플링이 발생되어 상호 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되면, 1 프레임 기간은 (A)와 같이 디스플레이 기간(Tdis), 제1 터치 센싱 기간(Tpen), 및 제2 터치 센싱 기간(Tfinger)로 시분할될 수 있다.
터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되면, 터치 스크린의 XY 전극들은 공통전압(Vcom)을 픽셀들에 공급하는 공통전극 역할을 할 수 있다. 이 경우, XY 전극들에 디스플레이 기간(Tdis) 동안 공통전압(Vcom)이 공급되고, 터치 센싱 기간(Tpen, Tfinger) 동안 자극신호나 공진 유도 신호가 공급된다.
유기발광 다이오드 표시장치(OLED)의 경우에 터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되면, 터치 스크린의 XY 전극들에 디스플레이 기간(Tdis) 동안 고전위 전원 전압(VDD), 저전위 전원 전압(VSS), 기준전압 등의 픽셀 전원 전압이 공급될 수 있다.
디스플레이 기간(Tdis)은 디스플레이 구동회로가 구동되어 입력 영상의 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 제1 터치 센싱 기간(Tpen)은 제1 터치 구동회로(30)가 구동되어 터치 스크린(TSP) 상에서 펜의 터치 위치와 필압을 센싱한다. 제2 터치 센싱 기간(Tfinger)은 제2 터치 구동회로(32)가 구동되어 터치 스크린(TSP) 상에서 손가락과 같은 전도체의 터치 위치를 센싱한다.
터치 스크린(TSP)이 도 4 및 도 5와 같이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이와 분리된 상판에 형성되면, 터치 스크린(TSP)과 픽셀 어레이의 전기적인 커플링이 거의 없다. 따라서, 터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이와 분리되면, (B)와 같이 디스플레이 기간(Tdis)은 1 프레임 기간으로 할당되고 제1 및 제2 터치 센싱 기간(Tpen, Tfinger)은 1 프레임 기간 내에서 시분할될 수 있다. 이 경우에, 디스플레이 기간(Tdis)은 제1 및 제2 터치 센싱 기간(Tpen, Tfinger)과 중첩될 수 있다.
도 10은 펜 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 10을 참조하면, 제1 터치 구동회로(30)는 제1 터치 센싱 기간(Tpen)에 동작하여 XY 전극들(Y1~Yj, X1~Xi)에 순차적으로 공진 유도 신호를 공급하여 펜(PEN)의 공진을 유도한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 정전 용량(Csx)을 통해 전기장으로 입력된 공진 유도 신호에 따라 공진하여 공진 신호를 발생한다. 안테나(ANT)는 자기장의 변화로 펜(PEN)의 공진 신호를 수신한다. 제1 터치 구동회로(30)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 디지털 데이터로 변환하고 그 디지털 데이터에서 공진 신호의 진폭과 위상을 계산하여 펜의 위치와 펜의 필압을 센싱한다.
도 11은 핑거 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 11을 참조하면, 제2 터치 구동회로(32)는 제2 터치 센싱 기간(Tfinger)에 동작한다. 상호 정전 용량의 경우, 제2 터치 구동회로(32)는 Y 전극들(Y1~Yj)에 순차적으로 자극 신호를 공급하고, 자극신호에 동기하여 X 전극들(X1~Xi)을 통해 터치 센서(Cts)의 전하들을 수신한다. 제2 터치 구동회로(32)는 터치 센서(Cts) 상에서 손가락이 터치되면 터치 전후 터치 센서(Cts)의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력을 센싱한다. 따라서, 제2 터치 센싱 기간(Tfinger) 동안 Y 전극 그룹의 Y 전극들(Y1~Yj)은 자극 신호를 터치 센서들(Cts)에 공급하는 Tx 채널 전극들로 동작하고, X 전극 그룹의 X 전극들(X1~Xi)은 터치 센서들(Cts)로부터 전하를 수신하는 Rx 채널 전극들로 동작한다.
자기 정전 용량의 경우, 제2 터치 구동회로(32)는 X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj)에 순차적으로 자극 신호를 공급한다. 제2 터치 구동회로(32)는 자기 정전 용량의 경우에, X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj)을 통해 터치 전후에 자극신호의 폴링 에지 타임(falling edge time) 또는 라이징 에지 타임(rising edge time)의 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한다. 따라서, 자기 정전 용량의 경우, 제2 터치 센싱 기간(Tfinger) 동안 X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj) 각각은 Tx 채널 전극들과 Rx 채널 전극들로 동작한다.
도 12는 제1 터치 구동회로(30)를 상세히 보여 주는 회로도이다. 도 13은 펜에 내장된 인덕터(L)를 보여 주는 도면이다. 도 14는 제1 터치 구동회로(30)의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 제1 터치 구동회로(30)는 아날로그 신호 처리부(100)와, 디지털 신호 처리부(200)를 포함한다.
펜(PEN)은 인덕터(L)와 커패시터(C)가 병렬로 접속된 LC 병렬 공진 회로를 포함한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 펜의 팁이 터치 스크린 상에 눌려졌을 때 LC 값이 변화하여 공진 주파수가 변한다. 도 12에서, 펜(PEN)에 연결된 'Ch'는 사람(human)이 펜(PEN)을 잡았을 때 발생하는 기생 정전 용량을 나타낸다. 정전 용량(Csx)을 통해 펜(PEN)에 인가되는 공진 유도 신호의 주파수가 LC 병렬 공진 회로의 공진 주파수와 일치할 때 펜은 공진 신호를 발생한다. 따라서, 펜(PEN)은 LC 병렬 공진회로에 연결되는 별도의 전원을 필요로 하지 않는다. 펜(PEN)의 공진 신호는 안테나(ANT)에 수신된다.
펜(PEN)에 인가되는 공진 유도 신호는 디지털 신호 처리부(200)에서 발생된다. 공진 유도 신호는 구형파 신호, 정현파 신호 등 다양한 형태로 디지털 신호 처리부(200)에서 발생될 수 있다. 디지털 신호 처리부(200)는 주기가 다른 신호들을 조합하여 원하는 주파수를 갖는 공진 유도 신호를 발생할 수 있다. 또한, 디지털 신호 처리부는 공진 유도 신호의 주기값을 변경하여 공진 유도 신호의 주파수를 가변할 수 있다.
펜(PEN)의 LC 병렬 공진회로에서 인덕턴스(inductance)는 필압에 따라 가변된다. 이를 위하여, 인덕터(L)는 도 13과 같이 구현될 수 있다. 페라이트 코어(Ferrite Core, FC)에 감긴 코일(L11)과 가이드 코어(GC)에 감긴 코일(L12)이 직렬로 연결된다. 페라이트 코어(FC)와 가이드 코어(GC) 사이에는 스프링(SPR)이 설치된다. 인덕턴스(Inductance)는 L = μSN2/l에 의해 자성계수(μ), 코일의 단면적(S), 및 권선 수(N)의 제곱에 비례하고, 코일의 길이에 반비례한다. 따라서, 터치 스크린 상에서 펜(PEN)이 눌려 필압이 발생되면, 스프링(SPR)이 압축되면서 페라이트 코어(FC)와 가이드 코어(GC) 사이의 거리가 짧아진다. 그 결과, 필압이 발생되면 자성계수가 증가하고 코일 길이가 감소되어 인덕턴스가 커진다. LC 병렬 공진회로의 L이 커지면, 공진 주파수가 작아진다. 본 발명은 필압이 발생할 때 변하는 공진 주파수를 이용하여 필압을 판정할 수 있다.
도 12 및 도 14에서 (A)는 Csx를 통해 전기장으로 펜(PEN)에 인가되는 구형파 공진 유도 신호의 일예이다. (A')은 구형파 공진 유도 신호(A)에 따라 펜(PEN)으로부터 발생된 공진 신호가 안테나(ANT)에 수신될 때 안테나(ANT)에서 측정되는 아날로그 신호이다. 펜(PEN)에서 발생되는 공진 신호는
Figure 112013099407164-pat00001
으로 나타낼 수 있다. 펜의 필압에 따라 공진 주파수(ω)가 변할 수 있다.
아날로그 신호 처리부(100)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 증폭하고 펜(PEN)의 공진 신호 주파수 대역을 추출하여 디지털 공진 신호로 출력한다. 이를 위하여, 아날로그 신호 처리부(100)는 증폭기(110), 대역 통과 필터(Band Pass Filter, 이하 "BPF"라 함)(112), 및 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, 이하 "ADC"라 함)(114)를 포함한다.
증폭기(110)는 자신의 게인(gain) 만큼 안테나 신호를 증폭하여 BPF(112)에 전송한다. 도 12 및 도 14에서, (B)는 증폭기(110)에 의해 증폭된 안테나 신호이다. BPF(112)는 LC 병렬 회로의 공진 주파수 이외의 주파수 대역을 차단하여 안테나 신호에서 노이즈를 제거하고 공진 신호를 추출한다. ADC(114)는 BPF(112)로부터 입력된 공진 신호를 양자화하여 디지털 공진 신호를 출력한다.
도 12 및 도 14에서, (C)는 ADC(114)로부터 출력된 디지털 공진 신호로서
Figure 112013099407164-pat00002
으로 나타낼 수 있다. S(t)는 공진 신호의 진폭이다. ω는 공진 주파수이고,
Figure 112013099407164-pat00003
는 위상을 의미한다.
디지털 신호 처리부(200)는 아날로그 신호 처리부(100)로부터 입력된 디지털 신호에서 공진 신호를 복소수로 표현할 때 실수부와 허수부를 추출하여, 이를 바탕으로 공진 신호의 크기 즉, 진폭을 계산한다. 그리고 디지털 신호 처리부(200)는 공진 신호의 크기와 소정의 기준값을 비교하여 터치 스크린 상에서 펜(PEN)이 센싱되는가를 판정하고, 그 때 공진 신호가 인가된 XY 전극의 위치를 바탕으로 펜(PEN)의 위치 좌표를 계산한다. 또한, 디지털 신호 처리부(200)는 펜(PEN)의 공진 신호 주파수 변화를 바탕으로 펜(PEN)의 필압을 판정한다. 이를 위하여, 디지털 신호 처리부(200)는 공진 유도 신호 발생부(230), 디지털 복조기(Digital Demodulator)(250), 및 위치 및 필압 판단부(218)를 포함한다.
공진 유도 신호 발생부(230)는 펜(PEN)의 공진 주파수와 같은 주파수의 공진 유도 신호를 발생하고 그 공진 유도 신호를 도 10과 같이 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 순차적으로 공급한다. 공진 유도 신호는 도 23 및 도 24와 같이 서로 다른 주기들(T1, T2)을 포함한 후 있다.
공진 유도 신호 발생부(230)는 도 21 및 도 22와 같이 공진 유도 신호의 주파수를 조절하는 카운터를 내장한 디지털 회로로 구성된다. 이러한 디지털 회로에서 주파수 조절 해상력은 카운터 클럭(도 23 및 도 24, RCLK)이 높을 수록 높아지지만 전력 소모가 그 만큼 많아지므로 한계가 있다. 본 발명은 공진 유도 신호를 매 주기마다 주기를 변경하여 주파수 해상력을 높여 단순히 카운터 동작 클럭을 높이는 방법에 비하여 주파수 조절 해상력을 더 향상시킬 수 있다.
위치 및 필압 판단부(218)의 출력(I)을 바탕으로 펜(PEN)이 터치 스크린(TSP) 상에 위치한 것으로 판정되면, 그 때 공진 유도 신호가 인가되는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)의 좌표 정보로 펜(PEN)의 좌표 정보가 계산될 수 있다.
디지털 복조기(250)는 디지털 공진 신호에서 공진 신호의 실수부와 허수부를 추출하여 고주파 노이즈를 제거한 결과를 n(n은 2 이상의 양의 정수) 회 합산하여 위치 및 필압 판단부(218)에 공급한다. 이를 위하여, 디지털 복조기(250)는 제1 및 제2 발진기(206, 208), 제1 및 제2 승산기(202, 204), 제1 및 제2 저역 통과 필터(Low Pass Filter, 이하 "LPF"라 함)(210, 212), 제1 및 제2 적분기(214, 216) 등을 포함한다.
제1 발진기(206)는 공진 신호의 실수부를 추출하기 위하여 공진 신호의 주파수와 위상이 같은 발진 신호(D)를 제1 승산기(202)에 입력한다. 도 12 및 도 14에서, (C)를
Figure 112013099407164-pat00004
이라 할 때, (D)는
Figure 112013099407164-pat00005
으로 나타낼 수 있다.
제1 승산기(202)는 수신된 공진 신호에서 실수부의 포락선을 검출한다. 제1 승산기(202)는 수신된 공진 신호(C)와 제1 발진기(206)로부터의 발진신호(D)를 곱하여 그 결과(E)를 출력한다. 도 12 및 도 14에서, (C)를
Figure 112013099407164-pat00006
이라 하고 (D)를
Figure 112013099407164-pat00007
이라 할 때, 제1 승산기(202)의 출력(E)는
Figure 112013099407164-pat00008
으로 나타낼 수 있다. 제1 LPF(210)는 제1 승산기(202)의 출력(E)에서 고주파 노이즈를 제거하여 직류 성분(DC)을 제1 적분기(214)에 공급한다. 도 12 및 도 14에서 제1 LPF(210)의 출력(F)는 (E)를
Figure 112013099407164-pat00009
이라 할 때
Figure 112013099407164-pat00010
으로 나타낼 수 있다.
제1 적분기(214)는 제1 LPF(210)로부터 입력된 실수부(In-Phase, I) 데이터를 n 회 합산하여 그 결과를 위치 및 필압 판단부(218)에 공급한다. 제1 적분기(214)에서 데이터(I)가 1024회 더해진다면, 도 12 및 도 14에서 (G)는
Figure 112013099407164-pat00011
로 나타낼 수 있다.
제2 발진기(208)는 공진 신호의 허수부를 추출하기 위하여 공진 신호의 주파수와 같고 위상이 90°지연된 발진 신호를 제2 승산기(204)에 입력한다. 도 12 및 도 14에서, (C)를
Figure 112013099407164-pat00012
이라 할 때, 제2 발진기(208)의 출력은
Figure 112013099407164-pat00013
으로 나타낼 수 있다. 제2 승산기(204)는 수신된 공진 신호에서 허수부의 포락선을 검출한다. 제2 승산기(204)는 수신된 공진 신호(C)와 제2 발진기(208)로부터의 발진신호를 곱하여
Figure 112013099407164-pat00014
을 출력한다. 제2 LPF(212)는 제2 승산기(204)의 출력(K)에서 고주파 노이즈를 제거하여 직류 성분(DC)을 제2 적분기(216)에 공급한다. 제2 LPF(212)의 출력은
Figure 112013099407164-pat00015
로 나타낼 수 있다.
제2 적분기(216)는 제2 LPF(212)로부터 수신된 허수부(Quadrature, Q)의 데이터를 n 회 합산하여 그 결과를 위치 및 필압 판단부(218)에 공급한다. 제2 적분기(216)에서 허수부 데이터(I)가 1024회 더해진다면, 도 12 및 도 14에서 (H)는
Figure 112013099407164-pat00016
로 나타낼 수 있다.
위치 및 필압 판단부(218)는 제1 및 제2 적분기(214, 216)로부터 입력된 데이터의 실효값(Root Mean Square, RMS)을 계산하여 공진 신호의 크기와 공진 주파수를 판단한다. 실효값은
Figure 112013099407164-pat00017
으로 계산된다. Isum은 제1 적분기(214)에 의해 누적된 공진 신호의 실수부(In-phase)이고 Qsum은 제2 적분기(216)에 의해 누적된 공진 신호의 허수부(Quadrature, Q)이다.
위치 및 필압 판단부(218)는 공진 신호의 크기를 소정의 기준값과 비교하여 공진 신호의 크기가 기준값 보다 클 때 펜이 터치 스크린(TSP) 상에 위치는 것으로 판단하여 그 때 공진 유도 신호가 인가된 XY 전극의 좌표로 펜의 위치 정보를 출력한다. 그리고 위치 및 필압 판단부(218)는 공진 주파수의 변화를 바탕으로 펜(PEN)의 필압을 계산하여 필압 정보를 출력한다. 도 12 및 도 14에서 (I)는 위치 및 필압 판단부(218)으로부터 디지털 데이터로 출력되는 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))이다.
제1 및 제2 발진기(206, 208)는 출력 주파수 변경이 가능한 디지털 펄스 발생기(digital pulse generator) 예를 들어, 수치 제어 발진기(Numerically Controlled Oscillator, NCO)로 구현될 수 있다. 공진 유도 신호 발생부(230)는 도 21 및 도 22와 같이 카운터를 내장한 디지털 회로로 구현되고 주기 설정값을 변경하여 공진 유도 신호의 주파수를 쉽게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 펜의 공진 주파수를 변경하기가 용이하다. 공진 유도 신호 발생부(230)에서 출력되는 공진 유도 신호의 주파수는 소정의 필압 측정 범위(필압 스케일)로 설정된 주파수 범위 내에서 일정한 규칙을 따라 가변될 수 있다.
본 발명에서 XY 전극들은 안테나로 이용되지 않는다. 모든 도체는 교류 전류를 인가할 때 자체 인덕턴스(Self inductance)가 형성되어 자기장을 방사할 수 있다. 그런데, 본 발명의 XY 전극들은 종래의 핑거 터치 전극들과 마찬가지로 안테나로 동작하기에는 저항과 길이 문제로 인하여 효율이 많이 떨어지기 때문에 안테나로 사용되지 않는다. XY 전극들에서 안테나 효율이 낮은 이유는 XY 전극 재료 예를 들어, ITO의 높은 저항 때문이다.
다이폴 안테나의 경우에 길이에 따라 송수신할 수 있는 신호의 주파수가 달라진다. 신호의 파장을 λ, 신호의 전달 속도를 c, 신호의 주파수를 f라 할 때, λ=c/f이다. 이 수식에서 알 수 있는 바와 같이, 안테나의 수신 신호의 주파수가 작을 경우에 신호의 파장이 커진다. 따라서, 터치 스크린(TSP) 내에 형성되는 XY 전극들의 길이와 형태를 고려할 때 XY 전극들은 펜의 공진 주파수 수신용 안테나로 동작하지 않는다는 것을 의미한다. 본 발명의 터치 센싱 시스템에서 XY 전극들은 안테나로 동작하지 않고 전기 용량 결합 Csx을 통해 전기장으로 공진 유도 신호를 펜(PEN)에 전송한다.
종래 기술과 같이 안테나를 통한 자기장 송수신 방식을 사용하면, 펜(PEN)의 위치 판단에 오류가 발생될 수 있다. 종래 기술은 펜의 끝단에 위치하는 펜 팁(tip)을 부도체로 제작하고 페라이트 코어(Ferrite Core)에 감은 와이어(wire)를 펜 팁 가까이 실장한다. 이러한 펜의 구조로 인하여, 펜(PEN)을 도 15와 같이 기울이면 펜의 인덕터가 펜과 접촉되지 않은 안테나 채널에도 영향을 끼쳐 팁(tip)의 위치를 정확하게 판정하기가 어렵다. 반면에, 본 발명과 같이 XY 전극들을 이용하면, 도 16과 같이 XY 전극들과 펜 사이에 존재하는 Csx를 통한 전기장 결합으로 공진 유도 신호가 펜(PEN)으로 송신되기 때문에 종래 기술과 같은 펜 팁의 위치 인식 오류 문제를 방지할 수 있다.
도 17 및 도 18은 펜의 위치 판단 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다.
도 17에서, TX는 Y 전극이고, RX는 X 전극이다. 도 17은 TX0~TX31, RX0~RX17까지 총 32×18 개의 XY 전극들에 순차적으로 공진 유도 신호를 공급할 때 얻어진 안테나 수신 신호의 일부 파형이다.
도 17을 참조하면, 펜이 터치 스크린 상에 근접하지 않을 때, TX12 센싱 구간의 안테나 신호와 같이 공진 신호의 크기 즉, 진폭이 작은 값으로 측정된다. 반면에, 펜이 터치 스크린에 터치되거나 근접할 때 RX6 센싱 구간의 안테나 신호와 같이 안테나를 통해 수신된 공진 신호의 크기가 큰 값으로 측정된다. 따라서, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 XY 전극(TX 및 RX) 채널별로 안테나의 공진 신호를 수신하여 실효값(RMS)을 계산하여 XY 채널별 공진 신호의 크기를 계산하고, 이를 소정의 기준값(threshold)과 비교하여 공진 신호의 크기가 기준값 보다 높을 때 펜(PEN)이 터치 스크린(TSP) 상에 위치하는 것으로 판정한다.
도 18은 각 채널 별 실효값을 측정한 그래프이다. 도 18의 예에서, 펜(PEN)은 TX10(또는 Y10)과 RX6(또는 X6)이 교차하는 위치를 터치한 것이다. 터치 센싱 시스템은 TX10과 RX6이 교차하는 위치의 좌표로 펜의 좌표를 정밀하게 계산할 수 있다.
도 19 및 도 20은 펜의 필압 판단 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다. 이 방법은 펜(PEN)의 공진 회로에서 발생되는 공진 주파수가 펜의 필압에 따라 변하는 것을 전제로 한다.
도 19를 참조하면, 펜(PEN)의 필압이 최소일 때 펜(PEN)의 공진 주파수는 390kHz이다. 펜(PEN)의 필압이 최대일 때 펜(PEN)의 공진 주파수는 375kHz이다. 펜(PEN)의 필압은 펜(PEN)의 공진 주파수 대역 375kHz ~ 390 kHz 내에서 측정된 공진 주파수로 측정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 펜(PEN)이 터치 스크린(TSP) 상에 위치할 때 그 필압을 측정하기 위하여, 위 공진 주파수 범위 내에서 공진 유도 신호의 주파수 대역을 변경하면서 안테나(ANT)를 통해 수신된 공진 신호의 크기를 측정하고 그 크기가 최대인 공진 주파수를 측정하여 필압을 판단할 수 있다.
도 20은 터치 스크린 상에 펜(PEN)이 소정의 압력으로 가해질 때 공진 크기를 측정한 결과이다.
도 20을 참조하면, 공진 주파수 fo는 무게 중심의 공식으로 계산될 수 있고 그 공진 주파수를 바탕으로 펜(PEN)의 필압량 P을 판단할 수 있다.
Figure 112013099407164-pat00018
여기서, f2는 공진 신호의 크기가 최대인 공진 주파수이고 f1 및 f3는 공진 주파수의 인접 주파수이다. R1, R2 및 R3는 공진 주파수와, 그 근방의 주파수 대역(f1, f2, f3)에서 측정된 공진 신호의 크기이다.
Figure 112013099407164-pat00019
여기서, fpmin은 필압 스케일(Ps = 1000) 내에서 필압 P이 최소일 때의 공진 주파수이다. fmax는 필압 스케일(Ps = 1000) 내에서 필압 P이 최대일 때의 공진 주파수이다. fcur는 현재 측정하고자 하는 필압의 공진 주파수이다.
필압 측정 방법은 도 19 및 도 20의 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 공진 주파수는 필압에 비례하여 커질 수도 있다. 또한, 공진 주파수의 인접 주파수를 위 식에서 3 개로 예시하였지만 이에 한정되지 않는다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 공진 유도 신호 발생부(230)를 상세히 보여 주는 도면들이다. 도 23은 도 21에 도시된 공진 유도 신호 발생부(230)의 동작을 보여 주는 파형도이다. 도 24는 N(N은 2 이상의 양의 정수)이 3일 때 도 22에 도시된 공진 유도 신호 발생부의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 21 내지 도 24와 같이, 공진 유도 신호 발생부(230)는 주기 생성 카운터(232), 주기 비교기(234), 멀티플렉서(236), 및 구동 신호 펄스 카운터(238)를 포함한다. 카운터들(232, 238)과 비교기(234)에는 클럭(RCLK)이 입력된다.
주기 생성 카운터(232)는 길이가 서로 다른 N 개의 주기 카운트 신호들을 순차적으로 출력한다. 주기 비교기(234)는 미리 설정된 주기 설정값들과 상기 주기 카운트 신호들을 비교하여 주기 카운트 신호들의 주기를 판단한다. 멀티플렉서(236)는 미리 정해진 순서대로 주기 카운트 신호들을 순차적으로 출력한다. 구동 신호 펄스 카운터(2389)는 멀티플렉서(236)로부터 입력되는 주기 카운트 신호들의 주기를 카운트하여 N 개의 주기를 갖는 공진 유도 신호를 출력한다.
도 21 및 도 23을 참조하면, 주기 생성 카운터(232)는 클럭(RCLK)을 카운트하여 클럭(RCLK)이 I(I는 2 이상의 양의 정수)-1 개에 도달할 때까지 카운트값을 유지하고 I개일 때 카운트 값을 증가시켜 제 1주기 카운트(또는 짝수 주기 카운트) 신호를 출력한 후, J(J는 I와 다른 2 이상의 양의 정수)-1 개에 도달할 때까지 카운트 값을 유지하고 J개일 때 카운트 값을 증가시켜 제 2주기 카운트(또는 짝수 주기 카운트) 신호를 출력한다.주기 비교기(234)는 주기 생성 카운터(232)로부터 입력된 주기 카운트 신호를 클럭(MCLK)으로 카운트하고 그 카운트값을 미리 설정된 제1 및 제2 주기 설정값과 비교한다. 주기 생성 카운터(232)로부터 입력된 주기 카운트 신호가 제1 주기 설정값과 같으면 그 주기 카운트 신호는 제1 주기 카운트 신호로 판단된다. 주기 생성 카운터(232)로부터 입력된 주기 카운트 신호가 제2 주기 설정값과 같으면 그 주기 카운트 신호는 제2 주기 카운트 신호로 판단된다. 제1 및 제2 주기 설정값은 주기 비교기(232)에 내장된 레지스터(Register)에 미리 저장되고 가변 가능하다. 주기 비교기(234)는 제1 및 제2 주기 카운트 신호를 멀티플렉서(236)에 입력하고, 멀티플렉서(236)는 제1 주기 카운트 신호와 제2 주기 카운트 신호를 교대로 출력한다.
구동 신호 펄스 카운터(238)는 주기 생성 카운터(232)의 카운트값이 제 1 주기와 일치하는 동안 클럭(RCLK)을 카운트하여 그 카운트값이 I-1이 될 때까지 카운트 값을 누적하고, 그 다음 RCLK의 상승 엣지에서 카운트값을 리셋한다. 그리고 구동 신호 펄스 카운터(238)는 주기 생성 카운터의 카운트값이 제 2 주기와 일치하는 동안 클럭(RCLK)을 카운트하여 그 카운트 값이 J-1이 될 때까지 카운트값을 누적하고, 그 다음 RCLK의 상승 엣지에서 카운트값을 리셋한다.
구동신호 펄스 카운터(238)는 카운트값이 0으로 리셋될 때 공진 유도 신호를 라이징(rising)시킨다. 구동 신호 펄스 카운터(238)는 제1 주기 카운트 신호가 입력되는 동안 카운트값이 I/2가 될 때 공진 유도 신호를 폴링(falling)시키고, 제2 주기 카운트 신호가 입력되는 동안 카운트값이 J/2가 될 때 공진 유도 신호를 폴링시킨다. 따라서, 공진 유도 신호는 제1 주기(T1)와, 제1 주기(T1)와 다른 제2 주기(T2)를 포함한다.
도 23의 예에서, 클럭(RCLK)은 1MHz(1 주기 : 1μs)의 주파수로 발생되고, I는 10, J는 8이다. 제1 주기(T1)는 10μs(주파수 : 100kHz)이고, 제2 주기(T2)는 8μs(주파수 : 125kHz)이다. 공진 유도 신호의 주파수는 제1 주기(T1)의 주파수와 제2 주기(T2)의 주파수의 평균 값이므로 (100kHz + 125kHz) / 2 = 112.5kHz 이다.
공진 유도 신호는 도 22 및 도 24와 같이 N 개의 주기를 포함하는 신호로 발생될 수 있다.
도 22 및 도 24를 참조하면, 주기 생성 카운터(232)는 클럭(RCLK)을 카운트하여 구동 신호 펄스 카운터(238)가 I(I는 2 이상의 양의 정수)-1 개에 도달할 때까지 카운트값을 유지하고 0으로 리셋될 때 카운트 값을 증가시켜 제 1주기(I) 동안 그에 해당하는 공진 유도 신호를 출력한 후, 구동 신호 펄스 카운터가 J(J는 I와 다른 2 이상의 양의 정수)-1 개에 도달할 때까지 카운트 값을 유지하고 0으로 리셋될 때 카운트 값을 증가시켜 제 2주기(J)동안 그에 해당하는 공진 유도 신호를 출력한다. 이어서, 주기 생성 카운터(232)는 클럭(RCLK)을 카운트하여 구동 신호 펄스 카운터가 K(k는 I 및 J와 다른 2 이상의 양의 정수)-1 개에 도달할 때까지 카운트값을 유지하고 0으로 리셋될 때 카운트값을 증가시켜 제 3 주기(K) 동안 그에 해당하는 공진 유도 신호를 출력한다,
주기 비교기(234)는 주기 생성 카운터(232)로부터 입력된 주기 카운트 신호를 클럭(MCLK)으로 카운트하고 그 카운트값을 미리 설정된 제1, 제2 및 제3 주기 설정값과 비교한다. 주기 생성 카운터(232)로부터 입력된 주기 카운트 신호가 제1 주기 설정값과 같으면 그 주기 카운트 신호는 제1 주기 카운트 신호로 판단된다. 주기 생성 카운터(232)로부터 입력된 주기 카운트 신호가 제2 주기 설정값과 같으면 그 주기 카운트 신호는 제2 주기 카운트 신호로 판단된다. 주기 생성 카운터(232)로부터 입력된 주기 카운트 신호가 제3 주기 설정값과 같으면 그 주기 카운트 신호는 제3 주기 카운트 신호로 판단된다.
제1, 제2 및 제3 주기 설정값은 주기 비교기(232)의 레지스터에 미리 저장되고 가변 가능하다. 주기 비교기(234)는 제1, 제2 및 제3 주기 카운트 신호들을 멀티플렉서(236)에 입력하고, 멀티플렉서(236)는 제1, 제2 및 제3 주기 카운트 신호를 순차적으로 출력한다.
구동 신호 펄스 카운터(238)는 주기 생성 카운터의 카운트값이 제 1 주기와 일치하는 동안 클럭(RCLK)을 카운트하여 그 카운트값이 I-1이 될 때까지 카운트 값을 누적하고, 그 다음 RCLK의 상승 엣지에서 카운트값을 리셋한다. 그리고 구동 신호 펄스 카운터(238)는 주기 생성 카운터의 카운트값이 제 2 주기와 일치하는 동안 클럭(RCLK)을 카운트하여 그 카운트 값이 J-1이 될 때까지 카운트값을 누적하고, 그 다음 RCLK의 상승 엣지에서 카운트값을 리셋한다. 그리고 구동 신호 펄스 카운터(238)는 주기 생성 카운터의 카운트값이 제 3 주기와 일치하는 동안 클럭(RCLK)을 카운트하여 그 카운트 값이 K-1이 될 때까지 카운트값을 누적하고, 그 다음 RCLK의 상승 엣지에서 카운트값을 리셋한다.
구동신호 펄스 카운터(238)는 카운트값이 0으로 리셋될 때 공진 유도 신호를 라이징시킨다. 구동 신호 펄스 카운터(238)는 제1 주기 카운트 신호가 입력되는 동안 카운트값이 I/2가 될 때 공진 유도 신호를 폴링시키고, 제2 주기 카운트 신호가 입력되는 동안 카운트값이 J/2가 될 때 공진 유도 신호를 폴링시킨다. 그리고 구동 신호 펄스 카운터(238)는 제3 주기 카운트 신호가 입력되는 동안 카운트값이 K/2가 될 때 공진 유도 신호를 폴링시킨다. 따라서, 공진 유도 신호는 제1 주기(T1), 제1 주기(T1)와 다른 제2 주기(T2), 제1 및 제2 주기와 다른 제3 주기(T3)를 포함한다.
도 24의 예에서, 클럭(RCLK)은 1MHz(1 주기 : 1μs)의 주파수로 발생되고, I는 14, J는 8, 그리고 K는 6이다. 제1 주기(T1)는 14μs(주파수 : 71.43kHz)이고, 제2 주기(T2)는 8μs(주파수 : 125kHz)이다. 제3 주기(T3)는 6μs(주파수 : 166.67kHz)이다. 공진 유도 신호의 주파수는 제1 주기(T1)의 주파수, 제2 주기(T2)의 주파수 및 제3 주기(T3)의 주파수의 평균 값이므로 (71.43kHz + 125kHz + 166.67kHz) / 3 = 121kHz 이다.
펜(PEN)의 필압을 세밀하게 측정하기 위하여, 본 발명은 주기 설정값들을 가변하면서 공진 유도 신호의 주파수를 필압 스케일 범위 내에서 가변할 수 있다.
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.
DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동회로 14 : 스캔 구동회로
20 : 타이밍 콘트롤러 30 : 제1 터치 구동회로
32 : 제2 터치 구동회로 40 : 호스트 시스템

Claims (11)

  1. 하나 이상의 공진 회로가 내장된 펜;
    X 전극들과, 상기 X 전극들과 직교되는 Y 전극들을 포함한 XY 전극들;
    상기 XY 전극들을 에워싸는 형태로 형성된 안테나; 및
    공진 유도 신호를 상기 XY 전극들에 공급하고, 상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호를 분석하여 상기 펜의 위치와 상기 펜의 필압을 판단하는 제1 터치 구동회로를 포함하고,
    상기 공진 유도 신호는 서로 다른 주기를 갖는 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 주기를 포함하고,
    상기 제1 터치 구동회로는,
    상기 안테나를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 증폭하고 상기 펜의 공진 신호 주파수 대역을 추출하여 디지털 공진 신호로 출력하는 아날로그 신호 처리부; 및
    상기 공진 유도 신호를 발생하여 상기 XY 전극들에 순차적으로 공급하는 공진 유도 신호 발생부;
    상기 펜의 디지털 공진 신호에서 실수부와 허수부를 추출하여 각각 n(n은 2 이상의 양의 정수) 회 누적한 결과를 출력하는 디지털 복조기;
    상기 디지털 복조기로부터 입력된 데이터의 실효값(Root Mean Square, RMS)을 계산하여 상기 공진 신호의 크기와 공진 주파수를 측정하고, 상기 공진 신호의 크기와 공진 주파수를 바탕으로 상기 펜의 위치와 상기 상기 펜의 필압을 측정하는 위치 및 필압 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 터치 구동회로는 전기 용량 결합(electric capacitance coupling)을 통해 상기 펜의 공진 유도 신호를 상기 펜에 송신하고, 상기 펜의 공진 신호를 전자기 공명(Electromagnetic resonance) 경로를 통해 상기 안테나로 수신하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 Y 전극들에 자극 신호를 공급하고, 상기 자극 신호에 동기하여 상기 X 전극들을 통해 전하를 수신하는 제2 터치 구동회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 X 전극들과 상기 Y 전극들에 자극 신호를 공급하고, 상기 자극 신호에 동기하여 상기 X 전극들과 상기 Y 전극들을 통해 전하를 수신하는 제2 터치 구동회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 XY 전극들을 에워싸는 단일 안테나인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진 유도 신호 발생부는
    길이가 서로 다른 N 개의 주기 카운트 신호들을 순차적으로 출력하는 주기 생성 카운터;
    미리 설정된 주기 설정값들과 상기 주기 카운트 신호들을 비교하여 주기 카운트 신호들의 주기를 판단하는 주기 비교기;
    미리 정해진 순서대로 주기 카운트 신호들을 순차적으로 출력하는 멀티플렉서; 및
    상기 멀티플렉서로부터 입력되는 주기 카운트 신호들의 주기를 카운트하여 상기 N 개의 주기를 갖는 공진 유도 신호를 출력하는 구동 신호 펄스 카운터를 포함하고,
    상기 주기 설정값들은 가변 가능한 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 디지털 복조기는,
    상기 안테나를 통해 수신된 상기 펜의 공진 신호의 주파수와 위상이 같은 제1 발진 신호를 출력하는 제1 발진기
    상기 안테나를 통해 수신된 상기 펜의 공진 신호와 상기 제1 발진 신호를 곱하여 그 결과를 출력하는 제1 디지털 승산기;
    상기 제1 디지털 복조기의 출력에서 고주파 노이즈를 제거하는 제1 저역 통과 필터;
    상기 제1 저역 통과 필터로부터 입력된 데이터를 n(n은 2 이상의 양의 정수) 회 합산하여 그 결과를 상기 위치 및 필압 판단부에 공급하는 제1 적분기;
    상기 안테나를 통해 수신된 펜의 공진 신호 주파수와 같고 위상이 90°지연된 제2 발진 신호를 출력하는 제2 발진기;
    상기 안테나를 통해 수신된 상기 펜의 공진 신호와 상기 제2 발진 신호를 곱하여 그 결과를 출력하는 제2 디지털 승산기;
    상기 제2 디지털 복조기의 출력에서 고주파 노이즈를 제거하는 제2 저역 통과 필터; 및
    상기 제2 저역 통과 필터로부터 입력된 데이터를 n 회 합산하여 그 결과를 상기 위치 및 필압 판단부에 공급하는 제2 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 아날로그 신호 처리부는,
    상기 안테나를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기의 출력에서 상기 펜의 공진 주파수 이외의 주파수 대역을 차단하는 대역 통과 필터; 및
    상기 대역 통과 필터의 출력을 디지털 공진 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  10. 하나 이상의 공진 회로가 내장된 펜, X 전극들과 Y 전극들이 직교되는 XY 전극들, 상기 XY 전극들을 에워싸는 안테나를 포함하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법에 있어서,
    공진 유도 신호를 상기 XY 전극들에 공급하는 단계; 및
    상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호를 분석하여 상기 펜의 위치와 상기 펜의 필압을 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 공진 유도 신호는 서로 다른 주기를 갖는 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 주기를 포함하고,
    상기 상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호를 분석하여 상기 펜의 위치와 상기 펜의 필압을 판단하는 단계는,
    상기 안테나를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 증폭하고 상기 펜의 공진 신호 주파수 대역을 추출하여 디지털 공진 신호로 출력하는 단계;
    상기 공진 유도 신호를 발생하여 상기 XY 전극들에 순차적으로 공급하는 단계;
    상기 펜의 디지털 공진 신호에서 실수부와 허수부를 추출하여 각각 n(n은 2 이상의 양의 정수) 회 누적한 결과를 출력하는 단계;
    디지털 복조기로부터 입력된 데이터의 실효값(Root Mean Square, RMS)을 계산하여 상기 공진 신호의 크기와 공진 주파수를 측정하고, 상기 공진 신호의 크기와 공진 주파수를 바탕으로 상기 펜의 위치와 상기 펜의 필압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 펜은 인덕터와 커패시터가 병렬로 접속된 LC 병렬 공진 회로를 포함하고,
    상기 인덕터는,
    페라이트 코어에 감긴 제 1 코일;
    가이드 코어 상에 감긴 제 2 코일; 및
    상기 페라이트 코어와 상기 가이드 코어 사이에 위치한 스프링을 포함하고, 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일은 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
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US14/528,569 US9927929B2 (en) 2013-11-01 2014-10-30 Touch sensing system and method for driving the same by changing a frequency of a resonant inductive signal
CN201410610493.0A CN104615315B (zh) 2013-11-01 2014-11-03 触摸感测系统及其驱动方法

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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102125404B1 (ko) * 2013-10-15 2020-06-22 엘지디스플레이 주식회사 터치감지시스템 및 표시장치
KR101739791B1 (ko) * 2015-05-11 2017-05-26 주식회사 하이딥 압력 센싱 장치, 압력 검출기 및 이들을 포함하는 장치
CN107787477A (zh) * 2015-06-26 2018-03-09 三星电子株式会社 输入设备、用于接收来自输入设备的信号的电子设备及其控制方法
KR101765650B1 (ko) * 2015-08-03 2017-08-08 주식회사 하이딥 터치 검출기, 터치 검출 칩 및 터치 입력 장치
DE102015218554A1 (de) * 2015-09-28 2017-03-30 Robert Bosch Gmbh Linearwegmessvorrichtung für einen Einfederweg einer Teleskopfedereinheit und korrespondierende Teleskopfedereinheit
US20170177098A1 (en) * 2015-12-17 2017-06-22 Egalax_Empia Technology Inc. Tethered Active Stylus
CN106775143B (zh) * 2015-12-31 2020-01-03 深圳市汇顶科技股份有限公司 积分电路及电容感测电路
TWI608385B (zh) * 2016-12-16 2017-12-11 矽統科技股份有限公司 主動式觸控筆
CN117348749A (zh) * 2017-02-22 2024-01-05 株式会社和冠 传感器控制器
CN109074202B (zh) 2017-03-14 2021-11-02 深圳市汇顶科技股份有限公司 电容检测电路及电子装置
CN108733233A (zh) * 2017-04-13 2018-11-02 瑞鼎科技股份有限公司 应用于电容式触控面板的主动笔信号辨识方法
JP7171597B2 (ja) * 2017-10-25 2022-11-15 株式会社ワコム 位置指示器及び位置指示装置並びに位置指示器の傾きの検出方法
CN107908299B (zh) * 2017-11-16 2020-12-11 青岛罗博数码科技有限公司 一种电磁信号的处理方法、装置及系统
KR102534689B1 (ko) * 2018-06-14 2023-05-19 엘지디스플레이 주식회사 터치표시장치, 데이터구동회로 및 구동방법
JP2020154671A (ja) * 2019-03-20 2020-09-24 株式会社ジャパンディスプレイ センサ装置
CN112242834B (zh) * 2019-07-18 2023-10-17 三星电机株式会社 具有低功率双感测结构的开关操作感测设备
KR102137092B1 (ko) * 2019-08-06 2020-07-23 삼성전기주식회사 듀얼 센싱 구조를 이용하여 터치센싱 및 포스센싱을 구현한 스위칭 조작 센싱 장치 및 전자 기기
KR102149385B1 (ko) * 2019-09-20 2020-08-31 삼성전기주식회사 슬라이드 검출 기능을 갖는 터치 센싱 장치 및 전기 기기
US11249604B2 (en) * 2019-09-20 2022-02-15 Texas Instruments Incorporated Mutual-capacitance sensing with conductive overlay
KR20210042202A (ko) * 2019-10-08 2021-04-19 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
KR102236099B1 (ko) * 2019-10-25 2021-04-05 삼성전기주식회사 멀티 터치의 위치 식별이 가능한 터치 센싱 장치 및 전자 기기
US10908750B1 (en) 2019-11-26 2021-02-02 Synaptics Incorporated Minimizing latency for resonant input object detection and classification
US11226706B2 (en) 2020-01-13 2022-01-18 Cypress Semiconductor Corporation Low-emissions touch controller
CN115485648B (zh) * 2020-03-03 2023-10-31 森赛尔股份有限公司 用于检测和表征人机接口处的触摸输入的系统和方法
TWI779534B (zh) * 2020-03-25 2022-10-01 昇佳電子股份有限公司 電容感測電路
KR20210124649A (ko) 2020-04-07 2021-10-15 주식회사 하이딥 터치 장치 및 이의 터치 검출 방법
KR20220031808A (ko) * 2020-09-04 2022-03-14 삼성디스플레이 주식회사 디지타이저 및 이를 포함한 전자 장치
KR20220148986A (ko) * 2021-04-29 2022-11-08 삼성디스플레이 주식회사 전자 장치 및 이를 포함하는 인터페이스 장치
KR20230023857A (ko) * 2021-08-10 2023-02-20 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이를 포함하는 센싱 시스템
KR20230030715A (ko) * 2021-08-25 2023-03-07 삼성디스플레이 주식회사 입력 장치 및 이를 포함하는 인터페이스

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080150918A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 3M Innovative Properties Company Untethered stylus employing separate communication and power channels
JP2008152640A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Sony Corp 座標入力装置及び座標入力システム

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0307667B1 (en) * 1987-08-24 1994-04-20 Wacom Company, Ltd. Coordinate input system with input pen
CN1017667B (zh) 1987-08-24 1992-07-29 株式会社瓦科姆 坐标输入装置及其输入笔
MXPA01005267A (es) * 1998-11-27 2002-04-24 Synaptics Uk Ltd Sensor de posicion.
EP1807749A1 (en) 2004-09-24 2007-07-18 Wacom Corporation Limited An electronic device having a position sensor
US20080150917A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 3M Innovative Properties Company Oscillator circuit for use in an untethered stylus
US8243049B2 (en) * 2006-12-20 2012-08-14 3M Innovative Properties Company Untethered stylus employing low current power converter
US20080149401A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 3M Innovative Properties Company Untethered stylus employing separate communication channels
US8089474B2 (en) * 2006-12-28 2012-01-03 3M Innovative Properties Company Location sensing system and method employing adaptive drive signal adjustment
JP5109171B2 (ja) * 2007-09-18 2012-12-26 株式会社ワコム 位置指示器、位置入力装置及びコンピュータシステム
JP5094376B2 (ja) * 2007-12-28 2012-12-12 株式会社ワコム 位置検出装置
JP2010067117A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Mitsubishi Electric Corp タッチパネル装置
JP5206343B2 (ja) * 2008-11-13 2013-06-12 株式会社ワコム 位置指示器
US20100328249A1 (en) 2009-06-25 2010-12-30 Stmicroelecronics Asia Pacific Pte Ltd. Capacitive-inductive touch screen
CN102141867B (zh) 2011-03-31 2014-08-27 汉王科技股份有限公司 电磁感应装置及其触控定位方法
US8922527B2 (en) * 2012-02-15 2014-12-30 Cypress Semiconductor Corporation Multi-purpose stylus antenna
CN102662494B (zh) 2012-03-19 2016-01-13 友碁科技股份有限公司 触控笔
KR101429925B1 (ko) * 2012-11-13 2014-08-13 엘지디스플레이 주식회사 입력 시스템
CN103294228A (zh) 2013-06-06 2013-09-11 魏江力 具有自动相位校正功能的电磁触控手写装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008152640A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Sony Corp 座標入力装置及び座標入力システム
US20080150918A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 3M Innovative Properties Company Untethered stylus employing separate communication and power channels

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Publication number Publication date
US9927929B2 (en) 2018-03-27
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