KR102125404B1 - 터치감지시스템 및 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교차하는 방향으로 제1 라인들과 제2 라인들이 형성되어 센서노드들을 정의하는 터치스크린 패널과, 루프 형태의 안테나와, 제1 라인들과 제2 라인들 각각으로 인가한 구동펄스에 대하여 안테나를 통해 신호를 수신하여 제1 터치 프로세스를 수행하고, 이후, 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 선택된 적어도 둘 이상의 라인 각각으로 구동펄스를 순차적으로 인가하여 안테나를 통해 신호를 수신하여 제2 터치 프로세스를 수행하는 터치 프로세서를 포함하는 터치감지시스템 및 그 표시장치에 관한 것이다.

Description

터치감지시스템 및 표시장치{TOUCH SENSING SYSTEM AND DIPLAY DEVICE}
본 발명은 터치감지시스템 및 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD, liquid crystal display), 플라즈마표시장치(PDP, plasma display panel), 유기전계발광표시장치(OLED, organic light emitting diode display device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치는, 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공한다.
이러한 터치 기반의 방식을 제공하기 위해서는, 사용자가 터치한 지점의 좌표를 정확하게 검출할 수 있는 터치감지시스템이 필요하다.
이러한 종래의 터치감지시스템에서는, 여러 가지의 터치감지방식이 채용되고 있는데, 그 중에서도, 신체 또는 특정 물체가 접촉했을 때 정전용량의 변화를 감지하여 터치를 감지하는 정전용량 방식이 많이 이용되고 있으며, 펜 등을 이용하여 정밀한 입력을 가능하게 하기 위해, 전자기 유도 방식도 이용되고 있다.
종래의 터치감지시스템이 손가락 터치 모드와 펜 터치 모드를 모두 제공하기 위해서는, 다른 터치감지 방식인 정전용량 방식과 전자기 유도 방식을 모두 제공해야 하며, 이를 위해서는, 정전용량 방식과 전자기 유도 방식 각각을 위한 패널 등의 구조가 별도로 구비되어야 한다. 이에 따라, 종래의 터치감지시스템을 탑재한 표시장치의 크기가 커질 수밖에 없는 문제점이 있어 왔다.
또한, 종래의 터치감지시스템은, 다른 터치감지 방식인 정전용량 방식과 전자기 유도 방식을 효율적으로 제공해주지 못하기 때문에, 터치 감지(특히, 펜 터치 모드에서의 터치 감지)를 위한 시간이 너무 많이 걸리거나 터치 감지를 위한 연산량과 메모리 공간이 너무 많아지는 문제점도 있어 왔다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 효율적이고 고속의 터치감지가 가능한 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 손가락 터치 모드 및 펜 터치 모드와 같은 이종의 터치 모드 별로 별도의 터치감지 구조를 구비하지 않고도, 이종의 터치 모드를 효율적으로 제공하기 위한 통합된 형태의 터치감지 구조와 이를 이용한 센싱 구동을 하는 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 정전용량 방식과 전자기 유도 방식이 결합된 방식으로 펜 터치 모드를 지원하는 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고속의 터치 감지(특히, 펜 터치 감지)가 가능하고 터치 감지를 위한 연산량과 메모리 공간을 줄일 수 있는 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 펜 터치 모드에서 펜이 터치한 압력을 신속하게 검출하고 압력 검출 결과의 정확도를 높여주는 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 교차하는 방향으로 제1 라인들과 제2 라인들이 형성되어 센서노드들을 정의하는 터치스크린 패널; 루프 형태의 안테나; 및 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들의 순차적인 구동과 상기 안테나를 통한 화면을 터치한 펜의 공진신호의 수신을 통해 상기 센서노드들을 센싱하여 상기 펜이 상기 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출하고, 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 상기 검출된 좌표에 대응되는 메인 라인과 상기 메인 라인에 인접한 인접 라인의 순차적인 구동과 상기 안테나를 통한 상기 펜의 공진신호의 수신을 통해 상기 센서노드들 중 일부 센서노드들만을 센싱하여 상기 펜이 상기 화면을 터치한 압력을 검출하는 터치 프로세서를 포함하는 터치감지시스템을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 교차하는 방향으로 제1 라인들과 제2 라인들이 형성된 터치스크린 패널; 루프 형태의 안테나; 및 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 각각으로 인가한 구동펄스에 대하여 상기 안테나를 통해 신호를 수신하여 제1 터치 프로세스를 수행하고, 이후, 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 선택된 적어도 둘 이상의 라인 각각으로 구동펄스를 순차적으로 인가하여 상기 안테나를 통해 신호를 수신하여 제2 터치 프로세스를 수행하는 터치 프로세서를 포함하는 터치감지시스템을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 제1 라인들과 제2 라인들이 교차하는 방향으로 형성된 터치스크린 패널; 루프 형태의 안테나; 및 구동 라인을 통해 구동펄스를 인가하여 센싱 라인을 통해 수신된 신호를 토대로 화면상의 터치를 감지하되, 터치 모드의 종류에 따라, 상기 터치 모드가 제1 터치 모드인 경우 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 하나가 상기 구동 라인으로 동작되고 나머지가 상기 센싱 라인으로 동작되도록 제어하고, 상기 터치 모드가 제2 터치 모드인 경우 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들이 상기 구동 라인으로 동작되고 상기 안테나가 상기 센싱 라인으로 동작되도록 제어하는 터치 프로세서를 포함하는 터치감지시스템을 제공한다.
또 다른 측면에서, 디스플레이 패널; 교차하는 방향으로 형성된 제1 라인들 및 제2 라인들과, 상기 제1 라인들 및 상기 제2 라인들의 외곽에 형성된 안테나를 포함하는 터치 센서; 및 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 각각으로 인가한 구동펄스에 대하여 상기 안테나를 통해 신호를 수신하여 제1 터치 프로세스를 수행하고, 이후, 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 선택된 적어도 둘 이상의 라인 각각으로 구동펄스를 순차적으로 인가하여 상기 안테나를 통해 신호를 수신하여 제2 터치 프로세스를 수행하는 터치 프로세서를 포함하는 표시장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 효율적이고 고속의 터치감지가 가능한 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 손가락 터치 모드 및 펜 터치 모드와 같은 이종의 터치 모드 별로 별도의 터치감지 구조를 구비하지 않고도, 이종의 터치 모드를 효율적으로 제공하기 위한 통합된 형태의 터치감지 구조와 이를 이용한 센싱 구동을 하는 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 정전용량 방식과 전자기 유도 방식이 결합된 방식으로 펜 터치 모드를 지원하는 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고속의 터치 감지(특히, 펜 터치 감지)가 가능하고 터치 감지를 위한 연산량과 메모리 공간을 줄일 수 있는 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 펜 터치 모드에서 펜이 터치한 압력을 신속하게 검출하고 압력 검출 결과의 정확도를 높여주는 터치감지시스템 및 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치감지시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 터치감지시스템을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 터치스크린 패널에 형성된 제1 라인들 및 제2 라인들과 그 외각에 형성된 안테나를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 터치 모드 별 터치 센서를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 펜 내부 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 회로도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 구동 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 좌표 검출을 위한 센싱노드들과 압력 검출을 위한 센싱노드들을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 좌표 검출을 위한 구동펄스와 압력 검출을 구동펄스의 예시도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 좌표 검출 방식을 나타낸 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 압력 검출 방식을 나타낸 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13 내지 도 15는 일 실시예에 따른 표시장치의 터치 센서 구현 방식을 예시적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)은 펜(140), 손가락 등의 포인터가 화면을 터치하였을 때의 터치 좌표, 터치 압력 등을 검출함으로써 터치를 감지하기 위한 시스템으로서, 터치 감지를 위한 터치 센서가 형성된 터치스크린 패널(110, TSP: Touch Screen Panel), 터치 센서를 통해 얻어진 정보를 이용하여 포인터가 화면을 터치한 지점의 좌표와 화면을 터치한 압력 등을 검출함으로써 터치 프로세스를 수행하는 터치 프로세서(130) 등을 포함하고, 펜 터치 모드에서 포인터로 동작하는 펜(140)과 이 펜(140)으로부터 신호를 수신하는 안테나(120) 등을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)은 손가락 터치 모드와 펜 터치 모드의 2가지 터치 모드를 지원하는데, 손가락 터치 모드는 정전용량 방식으로 지원하고 펜 터치 모드는 정전용량 방식 및 전자기 유도 방식이 결합된 새로운 형태의 방식으로 지원하다.
이를 위해, 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)은 2가지 종류의 터치 센서를 갖는다.
첫 번째 터치 센서로서, 터치스크린 패널(110)에 서로 교차하는 방향으로 형성된 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2)이 있다. 이러한 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2)은, 손가락 터치 모드에서는 구동 라인(Driving Line) 및 센싱 라인(Sensing Line)을 각각 동작하고, 펜 터치 모드에서 구동 라인(Driving Line)으로만 동작한다.
이러한 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2)은 터치스크린 패널(110) 내 2개의 레이어(2 Layer)에 각각 형성될 수도 있고 터치스크린 패널(110) 내 하나의 레이어(Single Layer)에 함께 형성될 수도 있다.
두 번째 터치 센서로서, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2)의 외곽에 루프(Loop) 형태로 배치(형성)되는 안테나(120)가 있다. 이러한 안테나(120)는, 펜 터치 모드에서 센싱 라인으로 동작하는 터치 센서이다.
펜 터치 모드의 경우, 구동 라인(Driving Line)으로서 동작하는 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 각각에 구동펄스가 순차적으로 공급되고, 각 구동펄스가 공급될 때, 화면을 터치한 펜(140) 및 해당 라인(L1, L2 중 하나의 라인) 간에 캐패시터(Capacitor)가 형성되고, 이에 따라, 구동펄스에 해당하는 AC 전력이 펜(140)에 전달되어 펜(140)의 내부의 공진회로에서 공진신호가 발생하고 이 공진신호가 안테나(120)에 수신된다. 안테나(120)에 수신된 공진신호는 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표와 화면을 터치한 압력 등을 검출하는데 이용된다. 이러한 의미에서, 안테나(120)는, 펜 터치 모드에서 센싱 라인으로 동작하는 일종의 터치 센서라고 할 수 있는 것이다.
이러한 안테나(120)는, 일 예로, 터치스크린 패널(110)에 배치되되 테두리에 배치될 수 있다.
이 경우, 터치스크린 패널(110)에는 제1 라인들 및 제2 라인들과 안테나(120)가 모두 형성(배치)된다.
이러한 터치스크린 패널(110)은, 제1 라인들 및 제2 라인들의 터치센서를 이용하여 정전용량 방식으로 손가락 터치 모드를 지원할 수 있으며, 제1 라인들 및 제2 라인들과 함께 안테나(120)를 터치센서로서 더 이용하여 정전용량 방식 및 전자기 유도 방식이 결합된 방식으로 펜 터치 모드를 지원할 수 있다.
제1 라인들 및 제2 라인들과 함께 안테나(120)를 터치센서로서 더 이용하여 정전용량 방식 및 전자기 유도 방식이 결합된 방식으로 펜 터치 모드를 지원하기 위한 터치스크린 패널(110) 등의 터치감지 구조와 센싱 구동 방식에 대해서는 뒤에서 더욱 상세하게 설명한다.
일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)은, 손가락 터치 모드 및 펜 터치 모드와 같은 이종의 터치 모드 별로 터치스크린 패널과 같은 터치감지 구조를 별도로 구비하지 않고도, 이종의 터치 모드를 효율적으로 제공하기 위한 통합된 형태의 터치스크린 패널(110)과 같은 터치감지 구조를 갖고, 이를 이용한 센싱 구동 방식을 제공한다.
한편, 안테나(120)의 배치 위치와 관련하여, 설계 공간 등을 고려하여, 터치스크린 패널(110)의 외부에서 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2)을 둘러싸도록 안테나(120)가 배치될 수도 있다.
전술한 터치 프로세서(130)는, 구동 라인(Driving Line)을 통해 구동펄스(Driving Pulse)를 인가하여 센싱 라인(Sensing Line)을 통해 수신된 신호를 토대로 화면상의 터치를 감지하되, 터치 모드의 종류에 따라, 터치 모드가 제1 터치 모드(예:손가락 터치 모드)인 경우 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 중 하나가 구동 라인으로 동작되고 나머지가 센싱 라인으로 동작되도록 제어하고, 터치 모드가 제2 터치 모드(예: 펜 터치 모드)인 경우 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2)이 구동 라인으로 모두 동작되고 안테나(120)가 센싱 라인으로 동작되도록 제어할 수 있다.
여기서, "구동 라인(Driving Line)"은 구동펄스가 인가되는 것으로서, 구동 전극 또는 Tx 라인 또는 Tx 전극이라고도 한다. "센싱 라인(Sensing Line)"은 터치감지를 위한 정전용량이 검출되거나 신호(안테나 수신신호)가 수신되는 것으로서, Rx 라인(손가락 터치 모드의 경우, 센싱 전극 또는 Rx 전극)이라고도 한다.
도 1에 도시된 터치감지시스템(100)은, 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal display), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel) 등의 표시장치 내에 포함될 수 있다.
이 경우, 터치스크린 패널(110)은 표시장치에 포함된 디스플레이 패널에 애드 온 타입(Add-On Type)으로 부착되거나, 디스플레이 패널에 온 셀 타입(On-Cell Type) 또는 인 셀 타입(In-Cell Type)으로 내장될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 터치 프로세서(130)는, 터치 모드의 종류에 따라 그에 맞는 구동 라인을 구동하는 라인 구동부(210), 펜 터치 모드에서 안테나(120)를 통해 신호를 수신하는 안테나 수신부(220), 라인 구동부(210) 및 안테나 수신부(220) 등을 제어하고 터치 감지를 위한 터치 프로세스를 수행하는 컨트롤러(230) 등을 포함한다. 여기서, 터치 프로세서(130)는, 터치스크린 패널(110)과 연결된 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)에 위치할 수 있다.
도 2를 참조하면, 터치 모드가 손가락 터치 모드인 경우, 라인 구동부(210)는, 컨트롤러(230)의 제어하에, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 중 구동라인으로서 제1 라인들(제2 라인들일 수도 있음) 각각에 Tx 채널을 통해 구동펄스를 공급하고, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 중 센싱라인으로서 제2 라인들(제1 라인들일 수 있음)에 연결된 채널을 통해 전압을 검출할 수 있다. 이렇게 검출된 전압은 라인 구동부(210) 또는 컨트롤러(230)에서 샘플링 과정을 거쳐 디지털 데이터로 변환되어, 손가락이 화면을 터치한 지점의 좌표가 검출될 수 있다.
도 2를 참조하면, 터치 모드가 펜 터치 모드인 경우, 라인 구동부(210)는, 컨트롤러(230)의 제어하에, 구동라인을 동작하는 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 각각에 Tx 채널을 통해 구동펄스를 공급한다. 안테나부(220)는, 라인 구동부(210)에 의해 각 구동라인으로 구동펄스가 공급됨에 따라 펜(140)에 발생한 공진신호를 수신한다.
또한, 도 2를 참조하면, 터치 모드가 펜 터치 모드인 경우, 터치 프로세서(130) 내 컨트롤러(230)는, 터치스크린 패널(110)에 형성된 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L1) 각각으로 인가한 구동펄스에 대하여 안테나(120)를 통해 신호를 수신하여 제1 터치 프로세스를 수행하고, 이후, 터치스크린 패널(110)에 형성된 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L1) 중 선택된 적어도 둘 이상의 라인 각각으로 구동펄스를 순차적으로 인가하여 안테나(120)를 통해 신호를 수신하여 제2 터치 프로세스를 수행할 수 있다.
일 예로, 제1 터치 프로세스는 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출하는 프로세스일 수 있고, 제2 터치 프로세스는 펜(140)이 화면을 터치한 압력("필압"이라고도 함)를 검출하는 프로세스일 수 있다. 즉, 컨트롤러(230)는, 모든 센싱노드들을 센싱하여 좌표를 검출하고, 좌표가 검출된 센싱노드와 그 주변의 일부 센싱노드만을 센싱하여 압력을 검출할 수 있다.
또 다른 예로, 제1 터치 프로세스는 펜(140)이 화면을 터치한 압력을 검출하는 프로세스일 수 있고, 제2 터치 프로세스는 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출하는 프로세스일 수 있다. 즉, 컨트롤러(230)는, 모든 센싱노드들을 센싱하여 압력를 검출하고, 압력이 검출된 센싱노드와 그 주변의 일부 센싱노드만을 센싱하여 좌표를 검출할 수도 있다.
이상에서 설명한 터치 프로세서(130)는, 일 예로, 집적회로(IC: Integrated Circuit)로 구현되거나 IC 칩(IC Chip)으로 구현될 수 있다.
터치 입력 장치의 일종으로서, 펜 터치 모드에서 연계하여 터치 프로세서(130)와 동작하는 펜(140)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 접촉부(201), 전자기 회로부(202), 접지부(203) 등을 포함한다.
펜(140)에 포함된 접촉부(201)는, 터치스크린 패널(110)에 직접적으로 접촉하는 부분으로서 전도성 팁을 포함한다.
이러한 접촉부(201)가 터치스크린 패널(110)에 직접적으로 접촉될 때, 터치스크린 패널(110)은 형성된 전극(제1 라인들 및/또는 제2 라인들)으로 구형파 형태의 AC 전력(즉, 구동펄스)를 공급하고, 이에 따라, 접촉부(201)는 터치스크린 패널(110)의 전극(제1 라인들 및/또는 제2 라인들)과 캐패시터(Capacitor)를 형성할 수 있다. 여기서, 캐패시터는 두 개의 전극판과 그 사이의 유전물질에 의해 형성될 수 있는데, 접촉부(201)의 전도성 팁과 터치스크린 패널(110)의 전극(제1 라인들 및/또는 제2 라인들)이 캐패시터의 두 개의 전극판을 이루고 그 사이의 물질(예: 터치스크린 패널(110)의 유리막 또는 공기 등)이 유전물질이 될 수 있다.
이러한 접촉부(201)는 터치스크린 패널(110)과 캐패시터를 형성하면서 터치스크린 패널(110)의 전극들(제1 라인들 및/또는 제2 라인들)로 출력되는 구동펄스를 전달받을 수 있다. 이러한 구동펄스는 전자기 회로부(202) 및 접지부(203)를 통해 흐르게 된다.
펜(140)에 포함된 전자기 회로부(202)는 접촉부(201)를 통해 전달되는 구동 펄스를 전자기 유도에 따라 전자기 신호(예: 자기장 신호)로 변환하여 터치스크린 패널(110)로 전송한다.
이러한 전자기 회로부(202)는 코일을 이용하여 전자기 신호를 유도할 수 있다. 패러데이 법칙(Faraday' Law)에 의하면, 회로를 관통하는 자기장의 시간적 변화율에 비례하여 회로에 기전력이 발생할 수 있고, 그 역으로 회로에 전류가 흐르면 회로를 관통하는 자기장이 형성될 수 있다.
이러한 전자기 회로부(202)에 포함된 코일에 흐르는 AC 전류에 의해, 전자기 회로부(202)는 자기장을 형성할 수 있고, 이러한 자기장은 안테나(120)로 전달되어 터치 프로세서(130)가 터치 프로세스를 수행하여 터치를 감지할 수 있다.
펜(140)에 포함된 접지부(203)는 AC 전력의 경로를 형성한다. 접지부(203)는 사용자의 신체를 통해 터치스크린 패널(110)과 폐 회로를 형성할 수 있다. 또는 접지부(203)는 터치스크린 패널(110)과 연결된 별도의 라인을 통해 터치스크린 패널(110)과 폐 회로를 형성할 수 있다. 이렇게 접지부(203)가 터치스크린 패널(110)로 이어지는 폐 회로를 형성함으로써 접촉부(201)를 통해 들어오는 AC 전력이 다시 터치스크린 패널(110)로 흘러갈 수 있는 경로가 형성되게 된다.
전술한 펜(140)이 터치한 경우, 즉, 펜 터치 모드에서의 터치 프로세서(130)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
터치 프로세서(130)는, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2)의 순차적인 구동과 안테나(120)를 통한 화면을 터치한 펜(140)의 공진신호의 수신을 통해 센서노드들을 센싱하여 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출하고, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 중 검출된 좌표에 대응되는 메인 라인과 이 메인 라인에 인접한 인접 라인의 순차적인 구동과 안테나(120)를 통한 펜(140)의 공진신호의 수신을 통해 센서노드들 중 일부 센서노드들만을 센싱하여 펜(140)이 화면을 터치한 압력을 검출한다.
아래에서는, 좌표 검출 방법 및 압력 검출 방법 각각에 대하여 설명한다.
먼저, 좌표 검출과 관련하여, 터치 프로세서(130)는, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 각각으로 구동펄스가 순차적으로 인가되어 화면을 터치한 펜(140)에서 발생한 공진신호가 좌표 검출용 수신신호로서 안테나(120)를 통해 수신되도록 제어한 이후, 안테나(120)를 통해 수신된 좌표 검출용 수신신호에 근거하여 센서노드들을 센싱함으로써 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출할 수 있다.
이러한 터치 프로세서(130)는, 안테나(120)를 통해 수신된 좌표 검출용 수신신호의 신호 세기를 비교하여, 비교 결과를 토대로 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표(x, y)를 검출할 수 있다.
터치 프로세서(130)는 안테나(120)를 통해 수신된 좌표 검출용 수신신호 별로, 좌표 검출구간에 해당하는 신호 부분에서 미리 설정된 좌표 검출용 샘플링 횟수만큼 디지털 변환된 값의 합산 값으로부터 신호 세기를 산출하고, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 별로 산출된 신호 세기를 비교하여, 비교 결과에 따라 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출할 수 있다(도 10 참조).
다음으로, 압력 검출과 관련하여, 터치 프로세서(130)는, 압력 검출 시, 좌표를 검출할 때와 같이 모든 센싱노드들을 센싱하지 않고, 좌표 검출 결과를 이용하여 최소의 센싱노드만을 센싱하여 압력을 검출한다.
이를 위해, 터치 프로세서(130)는, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 중 검출된 좌표에 대응되는 메인 라인과 메인 라인에 인접한 인접 라인으로 구동펄스가 순차적으로 인가되어 펜(140)에서 발생한 공진신호가 압력 검출용 수신신호로서 안테나(120)를 통해 수신되도록 제어한 이후, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호에 근거하여 일부 센서노드들만을 센싱하여 펜(140)이 화면을 터치한 압력을 검출할 수 있다.
터치 프로세서(130)는, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 각각에 대하여 기준신호 대비 위상 차이를 산출하고, 산출 결과를 토대로 펜(140)이 화면을 터치한 압력을 검출할 수 있다.
이러한 터치 프로세서(130)는, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 별로, 압력 검출구간에 해당하는 신호 부분에서 미리 설정된 압력 검출용 샘플링 횟수만큼 디지털 변환된 값의 합산 값으로부터 기준신호 대비 위상 차이를 산출하고, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 별로 산출된 위상 차이를 토대로 펜(140)이 화면을 터치한 압력을 검출할 수 있다(도 11 참조).
이러한 터치 프로세서(130)는, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 각각에 대하여 기준신호 대비 위상 차이를 산출 시, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 각각에 대한 압력 검출용 샘플링 횟수를 미리 설정해둘 수 있다.
이때, 터치 프로세서(130)는, 좌표 검출을 위한 센서노드 개수에 비하여 압력 검출을 위한 센서노드 개수의 감소량에 대응되도록 상기 압력 검출용 샘플링 횟수를 많게 설정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치 프로세서(130)는, 압력 검출 시에는 좌표 검출 시 보다 적은 개수의 센싱노드만을 센싱한다.
즉, 터치 프로세서(130)는, 좌표 검출 시 센싱된 센싱노드들 중에서 일부 센싱노드들만을 센싱하여 압력을 검출한다.
이를 위해, 터치 프로세서(130)는, 좌표 검출 결과를 이용하여, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드와 그 주변의 센서노드만을 센싱하여 압력을 검출한다.
터치 프로세서(130)는 이러한 방식으로 센싱하기 위해, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 중에서 검출된 좌표에 대응되는 메인 라인(즉, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드를 정의하는 제1 라인과 제2 라인 중 하나 또는 둘)을 결정하고, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드를 정의하는 제1 라인 및/또는 제2 라인과 인접한 적어도 하나의 인접 라인을 결정하여, 결정된 1 또는 2의 메인 라인과 그 주변의 1 이상의 인접 라인을 순차적으로 구동하여 압력을 검출할 수 있다.
위에서 언급한 메인 라인은, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 중 검출된 좌표에 대응되는 라인으로서, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드를 정의하는 제1 라인과 제2 라인 중 하나 이상을 포함한다.
위에서 언급한 인접 라인은, 제1 라인들(L1)과 상기 제2 라인들(L2) 중 검출된 좌표에 대응되는 메인 라인에 인접한 라인으로서, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드를 정의하는 제1 라인보다 앞서 형성된 적어도 하나의 제1 라인과, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드를 정의하는 제1 라인보다 뒤에 형성된 적어도 하나의 제1 라인과, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드를 정의하는 제2 라인보다 앞서 형성된 적어도 하나의 제2 라인과, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드를 정의하는 제2 라인보다 뒤에 형성된 적어도 하나의 제2 라인 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이상에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)에 대하여 설명하였으며, 이하에서는 도 3 내지 도 11을 참조하여 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100) 및 그 내부 구성과, 구동 방법에 대하여 더 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 터치스크린 패널(110)에 형성된 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2)과 그 외각에 형성된 안테나(120)를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 터치스크린 패널(110)에는, m개의 제1 라인(L1(1), L1(2), ... , L1(m))이 제1 방향으로 형성되고, n개의 제2 라인들(L2(1), L2(2), ... , L2(m))이 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 터치스크린 패널(110)에는, m개의 제1 라인(L1(1)~L1(m))과 n개의 제2 라인들(L2(1)~L2(m))이 교차하는 방향으로 형성되어, 각 교차 지점에서 센서노드(Sensor Node, N(1,1)~N(1, n), .... , N(m, 1), ... , N(m,n))가 정의된다.
도 3을 참조하면, 터치스크린 패널(110)에 형성된 m개의 제1 라인(L1(1)~L1(m))과 n개의 제2 라인들(L2(1)~L2(m)) 각각은, 라인 구동부(210)와 신호 배선(300)을 통해 연결될 수 있다. 이때, 일 예로, m개의 제1 라인(L1(1)~L1(m))과 n개의 제2 라인들(L2(1)~L2(m))은 몇 그룹으로 나누어져 그룹 개수만큼의 칩(미도시)에 연결되고, 몇 개의 칩은 신호 배선(300)을 통해 라인 구동부(210)와 연결될 수 있다. 위에서 언급한 칩은 터치스크린 패널(110)과 연결된 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)에 위치할 수 있다.
터치스크린 패널(110)에 형성된 m개의 제1 라인(L1(1)~L1(m))과 n개의 제2 라인들(L2(1)~L2(m))은 하나의 동일 레이어(Single Layer)에 형성될 수 있고, 2개의 다른 레이어(2 Layer)에 형성될 수도 있다. 즉, 터치스크린 패널(110)은 싱글 레이어 구조 또는 더블 레이어 구조를 가질 수 있다.
한편, 안테나(120)는, m개의 제1 라인(L1(1)~L1(m))과 n개의 제2 라인들(L2(1)~L2(m))의 외곽에 배치 또는 형성되되, 터치스크린 패널(110)에 배치 또는 형성될 수도 있고, 터치스크린 패널(120)의 외부에 배치 또는 형성될 수도 있다. 이러한 안테나(120)는 루프 형태(고리 모양)를 갖는 코일(Coil)이라고도 할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 터치 모드 별 터치 센서를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 터치 프로세서(130)는, 손가락 터치 모드와 펜 터치 모드의 2가지 터치 모드를 지원하는데, 터치 모드를 손가락 터치 모드로 인식한 경우, 터치 모드의 종류를 나타내는 정보(MODE)를 특정 값(1)으로 세팅하고, 터치 모드를 펜 터치 모드로 인식한 경우, 터치 모드의 종류를 나타내는 정보(MODE)를 특정 값(2)으로 세팅한다.
또한, 터치 프로세서(130)는, 터치 모드의 종류를 인식한 결과, 즉, 터치 모드의 종류를 나타내는 정보(MODE)의 세팅 값을 토대로, 인식된 터치 모드의 종류에 맞는 구동 라인(Tx 라인)과 센싱 라인(Rx 라인)이 도 4에서와 같이 동작되도록 제어한다.
도 4를 참조하면, 손가락 터치 모드(Finger Touch Mode)인 경우, 터치 프로세서(130)는, 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 중 하나(L1 또는 L2)가 구동 라인(Driving Line)으로 동작하고 나머지 하나(L2 또는 L1)가 센싱 라인(Sensing Line)으로 동작하도록 제어한다.
도 4를 참조하면, 펜 터치 모드(Pen Touch Mode) 인 경우, 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2)이 구동 라인으로 모두 동작하고, 안테나(120, ANT)가 센싱 라인으로 동작하도록 제어할 수 있다.
아래에서는, 이러한 터치 모드의 종류 중 펜 터치 모드에서, 터치감지시스템(100)의 구동 방법을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 도 2를 참조하여 간략하게 설명한 펜(140)의 동작과 그 내부 구성을 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 펜(140)의 내부 구성도이다.
도 5를 참조하면, 펜(140)은 전도성 팁(512), 이러한 전도성 팁(512)과 연결된 제1 코일(L1, 522) 및 제1 코일(522)과 전기적으로 연결된 접지판(536)을 포함할 수 있다.
이러한 펜(140)은 부가적으로 공진회로를 구성하기 위해 제2 코일(L2, 524) 및 제2 코일(524)과 직렬 연결된 공진캐패시터(C2, 526)을 더 포함할 수 있다. 이러한 공진회로 구성은 전자기 신호를 증폭하기 위한 것으로 필요에 따라 생략될 수도 있다. 또한, 아래에 설명하는 추가적인 구성도 필요에 따라 생략될 수 있다.
이러한 펜(140)은 마그네틱 코어(Magnetic Core, 523)를 더 포함하는데, 이 마그네틱 코어(523)는 제1 코일(L1, 522)의 자기 패스(Magnetic Path)를 형성하여 제1 코일(522)의 인덕턴스를 크게 할 수 있다. 그리고, 이러한 마그네틱 코어(523)는 제1 코일(522)에서 형성되는 자기장이 안테나(120)로 전달되는 패스를 형성하여 전자기 신호가 펜(140)로부터 안테나(120)로 잘 전달되도록 하는 역할을 한다.
마그네틱 코어(523)는 제1 코일(522)과 제2 코일(524)의 자기적 결합을 강화시키는 역할을 수행한다. 이러한 마그네틱 코어(523)에 따라 제1 코일(522)과 제2 코일(524)의 상호 인덕턴스(M12) 값이 증가 될 수 있다.
펜(140)은 마그네틱 코어(523)와 전도성 팁(512) 사이의 절연을 구성하기 위해 두 개의 절연막(514, 529)을 더 포함할 수 있고, 제2 코일(524)과 공진캐패시터(526)의 공진을 단락할 수 있는 스위치(528)를 더 포함할 수 있다.
한편, 스위치(528)는 탄성 부재(예: 스프링)를 더 포함하고 있으면서 전도성 팁(512)을 통해 전달되는 압력을 인식하여 펜(140)이 터치스크린 패널(110)과 접촉하였는지 여부를 판단하고 이러한 판단에 따라 공진회로를 단락 혹은 오픈시킬 수 있다.
펜(140)은 제1 코일(522)을 둘러싸며 펜 형상을 가지는 비 전도성 통(534)을 더 포함할 수 있다. 이러한 펜 형상의 통(534)을 통해 펜(140)은 사용자에게 익숙한 펜 모양을 가질 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 접촉부(201)는 전도성 팁을 포함하고 있으면서 터치스크린 패널(110)의 전극(제1 라인들(L1), 제2 라인들(L2)) 사이에서 캐패시터(Csx, 이하 다른 캐패시터와의 구별을 위해 '센싱캐패시터'라 함)를 형성한다.
이때, 컨트롤러(230)의 제어하에, 라인 구동부(210)에 의해 전극(제1 라인들(L1), 제2 라인들(L2))을 통해 출력되는 AC 전력인 구동펄스가 센싱캐패시터(Csx)로 흐르면서 전자기 회로부(202)로 전달되게 된다.
전자기 회로부(202)는 접촉부(201)와 유선으로 연결된 제1 코일(L1, 522), 제1 코일(522)과 자기적으로 결합되어 있는 제2 코일(L2, 524) 및 제2 코일(524)과 공진하는 공진캐패시터(C2, 526)를 포함할 수 있다.
센싱캐패시터(512)를 통해 입력되는 AC 전력인 구동펄스는 유선으로 연결된 제1 코일(L1, 522)로 흐른다. 그리고 이러한 AC 전력은 전자기 유도에 따라 제1 코일(L1, 522)과 상호 인덕턴스 M12로 결합되어 있는 제2 코일(L2, 524)로 전달된다. 제2 코일(L2, 524)에 흐르는 AC 전력은 공진캐패시터(526)와의 사이에서 공진전류를 형성하게 된다.
도 6을 참조할 때, 제2 코일(524)과 공진캐패시터(526) 사이에는 댐핑 저항이 존재하지 않기 때문에 제2 코일(524)과 공진캐패시터(526) 사이의 공진전류는 새로운 입력에 의해 계속해서 증폭될 수 있다. 예를 들어, 센싱캐패시터(Csx)를 통해 1주기의 AC 전력이 전달될 때, 이러한 1주기의 AC 전력에 의해 제2 코일(524)과 공진캐패시터(526)는 공진전류를 형성하게 된다. 그리고, 다음 주기의 AC 전력이 전달되면, 제2 코일(524)과 공진캐패시터(526)의 공진전류는 이미 형성된 공진전류에 새로운 AC 전력에 의해 발생하는 추가적인 공진전류를 더해 더 증폭되게 된다. AC 전력이 계속해서 입력될 경우, 제2 코일(524)과 공진캐패시터(526) 사이의 공진전류는 계속해서 증폭되게 된다.
라인 구동부(210)에서 발생하는 AC 전력인 구동펄스는 제2 코일(524)과 공진캐패시터(526) 사이의 공진을 활성화시키기 위해 공진주기와 실질적으로 동일한 주기의 AC 전력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 라인 구동부(210)는 f=1/[2π*(L2*C2)^0.5]와 실질적으로 동일한 주파수의 AC 전력을 제1 라인들 및 제2 라인들로 출력할 수 있다. AC 전력은 사인파의 형태일 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니며 구형파의 형태를 가질 수도 있다.
제1 코일(522)에 흐르는 AC 전류 혹은 제2 코일(524)에 흐르는 공진전류는 전자기 유도에 따라 상호인덕터스 M13 혹은 M23에 의해 결합되어 있는 터치스크린 패널(110)의 안테나(L3, 120)로 전자기 신호(예를들어, 자기장 신호)를 전달하게 된다.
안테나(120)를 통해 입력되는 전자기 신호(수신신호로서, 좌표 검출용 수신신호 또는 압력 검출용 수신신호)는, 안테나 수신부(220)에 수신되고, 컨트롤러(230)에 의해 좌표 검출 및 압력 검출을 위해 이용될 수 있다.
이때, 안테나 수신부(220)에 의해 수신된 신호는, 증폭기에 의해 증폭되고, 필터에 의해 정류된 후 ADC(Analog Digital Converter)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 이렇게 변환된 디지털 신호는 신호 처리되어 펜(140)이 터치한 좌표와 압력을 검출하여 터치를 감지한다. 위에서 언급한 증폭기, 필터, ADC 및 신호처리 구성은 안테나 수신부(220) 또는 컨트롤러(230)에 포함되거나 안테나 수신부(220)와 컨트롤러(230)에 나누어져 포함될 수 있다.
한편, 센싱캐패시터(Csx)로 AC 전력이 흐르기 위해서는 AC 전력이 터치패널로 다시 흘러들어갈 수 있는 폐회로가 형성되어야 한다. 이를 위해, 전자기 회로부(202)는 접지부(203)와 전기적으로 연결되어 있고, 접지부(203)는 접지 상태를 형성하고 있다.
펜(140)은 사용자의 신체에 의해 조작되는 장치로서 사용자의 신체와 접촉을 이루게 된다. 접지부(203)는 이러한 사용자 신체와 접지면을 형성하면서 이러한 접지면을 통해 사용자를 통해 AC 전력을 그라운드로 흘려보내게 된다. 도 6을 참조하면, 그라운드와 사용자 사이에는 휴먼캐패시터(Ch)가 형성될 수 있는데, 접지부(203)는 사용자 신체와의 접촉을 거치면서 이러한 휴먼캐패시터(Ch)를 통해 AC 전력을 그라운드로 흘려보내게 된다.
터치스크린 패널(110)은 다른 경로(미도시)를 통해 그라운드와 캐패시터를 형성할 수 있고 이러한 캐패시터를 통해 펜(140)과 터치스크린 패널(110)은 AC 전력을 위한 폐 회로를 구성하게 된다.
부가적으로 제2 코일(524)과 공진캐패시터(526) 사이에서는 스위치(SW, 328)가 더 포함되어 있을 수 있다. 이러한 스위치(528)는 공진패스를 오픈 혹은 단락시킴으로써 필요에 따라 공진전류가 발생하게 하거나 발생하지 않게 할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 구동 방법에 대한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 구동 방법은, 좌표 검출 단계(S710~S730), 압력 검출 범위 설정 단계(S730), 압력 검출 단계(S750~770)를 포함한다.
도 7을 참조하면, 좌표 검출 단계는, 좌표 검출 모드를 세팅하는 단계(S710)와, 모든 센싱노드들에 대한 센싱을 시작하여, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 각각으로 구동펄스가 순차적으로 인가되어 화면을 터치한 펜(140)에서 발생한 공진신호가 좌표 검출용 수신신호로서 안테나(120)를 통해 수신되도록 제어하는 단계(S720)와, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2)을 포함하는 모든 라인 각각으로 구동펄스를 인가하여 안테나(120)를 통해 신호를 모두 수신되어 센싱이 완료되었는지를 확인하는 단계(S73) 등을 포함한다.
S720 단계에서는, m개의 제1 라인, n개의 제2 라인에 미리 설정된 펄스 개수만큼 한 개의 라인에 구동하고, 펜(140)의 공진을 거쳐서 안테나(120)에서 수신된 신호의 데이터를 각각의 센서노드별 메모리에 저장할 수 있다.
S730 단계에서는, 센싱 완료에 따라, 안테나(120)를 통해 수신된 신호(데이터)를 이용하여 펜(140)이 터치한 지점의 좌표를 검출한다.
이러한 좌표 검출 단계 이후, 압력 검출 단계가 수행되기 전에, 압력 검출을 위한 센서노드들을 정하는 압력 검출 범위 설정 단계(S740)가 수행될 수 있다.
S740 단계에서는, 펜(140)이 터치한 압력을 검출하기 위한 센서노드를 정하는 단계로서, 좌표 검출 단계에서 검출된 좌표에 해당하는 센서노드와 이를 중심으로 전후 또는 상하 센서노드를 센싱할 센서노드로 정한다.
따라서, S740 단계에서는, 펜(140)이 터치한 지점의 좌표에 해당하는 전극(즉, 제1 라인 및/또는 제2 라인인 메인 라인)을 찾고, 찾아진 전극의 주변 전극(인접 라인)을 더 결정한다.
이후, 압력 검출 단계를 수행하는데, 이 압력 검출 단계는, 압력 검출 모드를 세팅하는 단계(S750)와, 압력 검출을 위해, S740 단계에서 정한 센서노드들을 센싱하는 단계(S760)와, 센싱이 종료되었는지를 확인하는 단계(S760) 등을 포함한다.
S770 단계에서는, 내부 클럭신호, 위상지연이 없는 기준신호를 기준으로, 안테나(120)를 통해 수신된 각 신호에 대한 일정 샘플링 횟수 이상의 위상 차이를 산출한다. 이때, 압력 검출의 품질을 고려해 횟수를 최대 허용 범위까지 각각의 센서노드별 샘플링 횟수를 설정할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 좌표 검출을 위한 센싱노드들과 압력 검출을 위한 센싱노드들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 라인들(L1)과 제2 라인들(L2) 중 검출된 좌표에 대응되는 라인이 L1(i) 및 L2(j)인 경우, 검출된 좌표에 해당하는 센서노드는 L1(i) 및 L2(j)이 교차하여 정의되는 센서노드인 N(i,j)이다. 메인 라인은 L1(i) 및 L2(j) 중 하나일 수 있다.
검출된 좌표에 해당하는 센서노드의 주변 센서노드(N(i-1,j-1), N(i-1,j), N(i-1, j+1), N(i,j-1), N(i, j+1), N(i+,j-1), N(i+,j), N(i+, j+1)) 중 하나 이상의 센서노드가 압력 검출을 위해 센싱될 수 있다. 따라서, 인접 라인에는 L1(i-1), L1(i+1), L2(j-1), L2(j+1) 중 하나 이상의 라인이 포함될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 좌표 검출을 위한 구동펄스와 압력 검출을 구동펄스의 예시도이다.
도 9를 참조하면, 전술한 바와 같이, 펜 터치 모드에서, 터치감지시스템(100)은, 일 예로, 좌표 검출을 먼저하고, 좌표 검출 결과를 이용하여 압력 검출을 수행한다.
따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 좌표 검출을 위해, 제1 라인 구동 구간 동안, m개의 제1 라인(L1(1)~L1(m) 각각으로 구동펄스가 순차적으로 공급되고, 제2 라인 구동 구간 동안, n개의 제2 라인(L2(1)~L2(n)) 각각으로 구동펄스가 순차적으로 공급된다.
제1 라인 구동 구간 동안, m개의 제1 라인(L1(1)~L1(m) 각각으로 구동펄스가 순차적으로 공급될 때, i번째 제1 라인으로 구동펄스가 공급된 이후 안테나(120)를 통해 신호(좌표 검출용 수신신호)가 수신된 이후, 다음의 i+1 번째 제1 라인으로 구동펄스가 공급된다.
또한, 제2 라인 구동 구간 동안, n개의 제2 라인(L2(1)~L2(n) 각각으로 구동펄스가 순차적으로 공급될 때, j번째 제2 라인으로 구동펄스가 공급된 이후 안테나(120)를 통해 신호(좌표 검출용 수신신호)가 수신된 이후, 다음의 j+1 번째 제2 라인으로 구동펄스가 공급된다.
이와 같이 제1 라인 구동 구간 및 제2 라인 구동 구간 동안 또는 이후, 좌표가 검출되고, 도 9의 예시를 참조하면, m개의 제1 라인(L1(1)~L1(m) 중 하나의 라인(L1(2))이 검출된 좌표의 제1 성분에 해당하는 라인이고, n개의 제2 라인(L2(1)~L2(n) 중 하나의 라인(L2(2))이 검출된 좌표의 제2 성분에 해당하는 라인이 된다.
검출된 좌표의 제1 성분 및 제2 성분에 해당하는 L1(2) 및 L2(2)이 메인 라인이 된다. 이러한 메인 라인 L1(2) 및 L2(2)와 인접한 인접 라인에 해당하는 L1(1), L1(3), L2(1) 각각을 순차적으로 구동하여 압력을 검출할 수 있다.
이와 같이, 압력 검출 시, 최소한의 센싱노드만을 센싱함으로써, 센싱 시간을 줄일 수 있고, 압력 검출에 따른 연산량을 줄일 수 있으며, 각 센서노드별 A/D 변환 한계도 극복할 수 있으며, 센싱에 필요한 메모리를 줄일 수 있으며, 궁극적으로는, 터치 감지 시간을 줄일 수 있어, 표시장치의 성능을 높일 수 있다.
또한, 전체 터치 감지 시간이 줄일 수 있는 범위 내에서, 센싱 시간을 줄인 만큼 압력 검출을 위한 샘플링 횟수를 높여 압력 검출 결과의 정확도를 높일 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 터치감지시스템(100)의 좌표 검출 방식을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 터치 프로세서(130)는, 안테나(120)를 통해 수신된 좌표 검출용 수신신호의 신호 세기를 산출하고, 좌표 검출용 수신신호 별 신호 세기를 비교하여 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표(x, y)를 검출할 수 있다. 이때, 신호 세기가 큰 라인일수록 터치한 지점과 가까운 라인이다.
도 10을 참조하면, 터치 프로세서(130)는 안테나(120)를 통해 수신된 좌표 검출용 수신신호 별로, 구동펄스의 클럭을 기준으로, 좌표 검출구간에 해당하는 신호 부분에서 미리 설정된 좌표 검출용 샘플링 횟수(예: 500~1024회) 만큼 디지털 변환된 값의 합산 값으로부터 신호 세기를 산출하고, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 별로 산출된 신호 세기를 비교하여, 비교 결과에 따라 펜(140)이 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 터치감지시스템의 압력 검출 방식을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 터치 프로세서(130)는, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 각각에 대하여 기준신호 대비 위상 차이를 산출하고, 산출 결과를 토대로 펜(140)이 화면을 터치한 압력을 검출할 수 있다.
도 11을 참조하면, 터치 프로세서(130)는, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 별로, 구동펄스의 내부 클럭과 위상 지연이 없는 기준신호를 기준으로, 압력 검출구간에 해당하는 신호 부분에서 미리 설정된 압력 검출용 샘플링 횟수만큼 디지털 변환된 값의 합산 값으로부터 기준신호 대비 위상 차이를 산출하고, 안테나(120)를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 별로 산출된 위상 차이를 토대로 펜(140)이 화면을 터치한 압력을 검출할 수 있다.
압력 검출 시, 압력 검출을 위한 센서노드의 개수가 줄어든 만큼 압력 검출용 샘플링 횟수를 많게 설정하여, 터치 감지 시간을 최대한 줄이면서도 압력을 보다 정확하게 검출할 수 있다.
이상에서 설명한 터치감지시스템(100)은, 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal display), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel) 등의 표시장치 내에 포함될 수 있다.
이러한 표시장치를 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명한다.
도 12는 일 실시예에 따른 표시장치(1200)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 표시장치(1200)는, 디스플레이 패널(1210)과, 교차하는 방향으로 형성된 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2)과, 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2)의 외곽에 형성된 안테나(120)를 포함하는 터치 센서(1210)와, 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 각각으로 인가한 구동펄스에 대하여 안테나(120)를 통해 신호를 수신하여 제1 터치 프로세스를 수행하고, 이후, 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 중 선택된 적어도 둘 이상의 라인 각각으로 구동펄스를 순차적으로 인가하여 안테나(120)를 통해 신호를 수신하여 제2 터치 프로세스를 수행하는 터치 프로세서(1230) 등을 포함한다.
도 12에 도시된 터치 프로세서(1230)는, 위에서 언급된 터치 프로세서(130)와 동일하다.
또한, 안테나(120)는, 터치스크린 패널(110) 상에 형성 또는 배치되거나 터치스크린 패널(110)의 외부에 형성 또는 배치될 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2)은 터치스크린 패널(110)에 형성될 수 있는데, 이 터치스크린 패널(110)은 표시장치(1200)에 포함된 디스플레이 패널(1220)에 애드 온 타입(Add-On Type)으로 부착되거나, 디스플레이 패널(1220)에 온 셀 타입(On-Cell Type) 또는 인 셀 타입(In-Cell Type)으로 내장될 수 있다.
전술한 터치스크린 패널(110)의 3가지 구현 방식, 즉 터치 센서(1210)의 3가지 구현 방식을 도 13 내지 도 15에 각각 예시한다.
도 13 내지 도 15는 일 실시예에 따른 표시장치(1200)의 터치 센서 구현 방식을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 등의 터치 센서(1210)가 터치스크린 패널(110)에 형성되어, 이 터치스크린 패널(110)이 디스플레이 패널(1220)에 애드 온 타입(Add-On Type)으로 부착된 경우를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 디스플레이 패널(1220)은 상부 글래스(1320b)와 하부 글래스(1320a) 사이에 셀(1330)이 형성되고, 하부 글래스(1320a) 아래에 하부 편광판(1310a)이 형성되며, 상부 글래스(1320b) 위에 상부 편광판(1310b)이 형성된다.
여기서, 셀(1330)은, 일 예로, 액정표시장치(LCD)에서의 액정층이거나 유기전계발광표시장치(OLED)의 유기층일 수 있다.
이러한 디스플레이 패널(1220) 위에 공기층 또는 본딩제를 통해, 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 등의 터치 센서(1210)가 형성된 터치스크린 패널(110)이 부착된다. 여기서, 본딩제로서는, 일 예로, 광학성 투명 접착레진(OCR:Optical Clear Resin)이나 광학성 양면테이프(OCA:Optically Clear Adhesive) 등이 이용될 수 있다.
도 14는 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 등의 터치 센서(1210)가 터치스크린 패널(110)에 형성되어, 이 터치스크린 패널(110)이 디스플레이 패널(1220)에 온 셀(On Cell Type)으로 내장된 경우를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 디스플레이 패널(1220)은 상부 글래스(1420b)와 하부 글래스(1420a) 사이에 셀(1430)이 형성된다. 하부 글래스(1420a), 셀(1430), 상부 글래스(1420b)를 "디스플레이"라고도 한다.
하부 글래스(1420a) 아래에 하부 편광판(1410a)이 형성되며, 상부 글래스(1320b)와 상부 편광판(1410b) 사이에 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 등의 터치 센서(1210)가 형성된 터치스크린 패널(110)이 포함된다.
이때, 상부 글래스(1320b) 상에 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 등의 터치 센서(1210)가 ITO 등으로 박막 증착되어, 상부 글래스(1320b)와 상부 편광판(1410b) 사이에 터치스크린 패널(110)이 포함되게 된다.
즉, 온 셀(On Cell Type)의 경우, 도 14에 도시된 바와 같이, 하부 글래스(1420a), 셀(1430), 상부 글래스(1420b)를 포함하는 "디스플레이" 상에 터치 센서(1210)가 있다. 여기서, 셀(1430)은, 일 예로, 액정표시장치(LCD)에서의 액정층이거나 유기전계발광표시장치(OLED)의 유기층일 수 있다.
도 15는 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 등의 터치 센서(1210)가 디스플레이 패널(1220)에 인 셀(In Cell Type)으로 내장된 경우를 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 디스플레이 패널(1220)은 상부 글래스(1520b)와 하부 글래스(1520a) 사이에 셀(1530)이 형성된다. 하부 글래스(1520a), 셀(1530), 상부 글래스(1520b)를 "디스플레이"라고도 한다.
여기서, 셀(1530)에 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 등의 터치 센서(1210)가 형성된다. 즉, TFT 어레이 기판일 수 있는 하부 글래스(1320a) 상에 TFT와 함께 제1 라인들(L1) 및 제2 라인들(L2) 등의 터치 센서(1210)가 ITO 등으로 박막 증착될 수 있다.
하부 글래스(1520a) 아래에 하부 편광판(1410a)이 형성되며, 상부 글래스(1520b) 위에 상부 편광판(1510b)이 형성된다.
즉, 인 셀(In Cell Type)의 경우, 도 15에 도시된 바와 같이, 하부 글래스(1520a), 셀(1530), 상부 글래스(1520b)를 포함하는 "디스플레이" 안에 터치 센서(1210)가 있다. 여기서, 셀(1530)은, 일 예로, 액정표시장치(LCD)에서의 액정층이거나 유기전계발광표시장치(OLED)의 유기층일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 효율적이고 고속의 터치감지가 가능한 터치감지시스템(100) 및 표시장치(1200)를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 손가락 터치 모드 및 펜 터치 모드와 같은 이종의 터치 모드 별로 별도의 터치감지 구조를 구비하지 않고도, 이종의 터치 모드를 효율적으로 제공하기 위한 통합된 형태의 터치감지 구조와 이를 이용한 센싱 구동을 하는 터치감지시스템(100) 및 표시장치(1200)를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 정전용량 방식과 전자기 유도 방식이 결합된 방식으로 펜 터치 모드를 지원하는 터치감지시스템(100) 및 표시장치(1200)를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고속의 터치 감지(특히, 펜 터치 감지)가 가능하고 터치 감지를 위한 연산량과 메모리 공간을 줄일 수 있는 터치감지시스템(100) 및 표시장치(1200)를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 펜 터치 모드에서 펜이 터치한 압력을 신속하게 검출하고 압력 검출 결과의 정확도를 높여주는 터치감지시스템(100) 및 표시장치(1200)를 제공하는 효과가 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치감지시스템
110: 터치스크린 패널
120: 안테나
130: 터치 프로세서
140: 펜
210: 라인 구동부
220: 안테나 수신부
230: 컨트롤러
1200: 표시장치
1210: 터치 센서

Claims (10)

  1. 교차하는 방향으로 제1 라인들과 제2 라인들이 형성되어 센서노드들을 정의하는 터치스크린 패널;
    루프 형태의 안테나; 및
    상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들의 순차적인 구동과 상기 안테나를 통한 화면을 터치한 펜의 공진신호의 수신을 통해 상기 센서노드들을 센싱하여 상기 펜이 상기 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출하고, 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 상기 검출된 좌표에 대응되는 메인 라인과 상기 메인 라인에 인접한 인접 라인의 순차적인 구동과 상기 안테나를 통한 상기 펜의 공진신호의 수신을 통해 상기 센서노드들 중 일부 센서노드들만을 센싱하여 상기 펜이 상기 화면을 터치한 압력을 검출하는 터치 프로세서를 포함하되,
    상기 터치 프로세서는,
    상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 각각으로 구동펄스가 순차적으로 인가되어 상기 화면을 터치한 펜에서 발생한 공진신호가 좌표 검출용 수신신호로서 상기 안테나를 통해 수신되도록 제어한 이후, 상기 안테나를 통해 수신된 좌표 검출용 수신신호에 근거하여 상기 센서노드들을 센싱함으로써 상기 펜이 상기 화면을 터치한 지점의 좌표를 검출하고,
    상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 상기 검출된 좌표에 대응되는 메인 라인과 상기 메인 라인에 인접한 인접 라인으로 구동펄스가 순차적으로 인가되어 상기 펜에서 발생한 공진신호가 압력 검출용 수신신호로서 상기 안테나를 통해 수신되도록 제어한 이후, 상기 안테나를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호에 근거하여 상기 일부 센서노드들만을 센싱하여 상기 펜이 상기 화면을 터치한 압력을 검출하는 터치감지시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터치 프로세서는,
    상기 안테나를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 각각에 대하여 기준신호 대비 위상 차이를 산출하고, 산출 결과를 토대로 상기 펜이 상기 화면을 터치한 압력을 검출하는 것을 특징으로 하는 터치감지시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터치 프로세서는,
    상기 안테나를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 별로, 압력 검출구간에 해당하는 신호 부분에서 미리 설정된 압력 검출용 샘플링 횟수만큼 디지털 변환된 값의 합산 값으로부터 기준신호 대비 위상 차이를 산출하고,
    상기 안테나를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 별로 산출된 위상 차이를 토대로 상기 펜이 상기 화면을 터치한 압력을 검출하는 것을 특징으로 하는 터치감지시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 터치 프로세서는,
    상기 안테나를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 각각에 대하여 기준신호 대비 위상 차이를 산출 시, 상기 안테나를 통해 수신된 압력 검출용 수신신호 각각에 대한 압력 검출용 샘플링 횟수를 설정하되, 좌표 검출을 위한 센서노드 개수에 비하여 압력 검출을 위한 센서노드 개수의 감소량에 대응되도록 상기 압력 검출용 샘플링 횟수를 많게 설정하는 것을 특징으로 하는 터치감지시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는,
    상기 터치스크린 패널의 테두리에 배치되거나 상기 터치스크린 패널의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치감지시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터치스크린 패널은,
    디스플레이 패널에 부착되거나, 상기 디스플레이 패널에 온 셀 타입 또는 인 셀 타입으로 내장된 것을 특징으로 하는 터치감지시스템.
  8. 교차하는 방향으로 제1 라인들과 제2 라인들이 형성된 터치스크린 패널;
    루프 형태의 안테나; 및
    상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 각각으로 인가한 구동펄스에 대하여 상기 안테나를 통해 신호를 수신하여 제1 터치 프로세스를 수행하고, 이후, 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 선택된 적어도 둘 이상의 라인 각각으로 구동펄스를 순차적으로 인가하여 상기 안테나를 통해 신호를 수신하여 제2 터치 프로세스를 수행하는 터치 프로세서를 포함하는 터치감지시스템.
  9. 제1 라인들과 제2 라인들이 교차하는 방향으로 형성된 터치스크린 패널;
    루프 형태의 안테나; 및
    구동 라인을 통해 구동펄스를 인가하여 센싱 라인을 통해 수신된 신호를 토대로 화면상의 터치를 감지하되, 터치 모드의 종류에 따라, 상기 터치 모드가 제1 터치 모드인 경우 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 하나가 상기 구동 라인으로 동작되고 나머지가 상기 센싱 라인으로 동작되도록 제어하고, 상기 터치 모드가 제2 터치 모드인 경우 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들이 상기 구동 라인으로 동작되고 상기 안테나가 상기 센싱 라인으로 동작되도록 제어하는 터치 프로세서를 포함하는 터치감지시스템.
  10. 디스플레이 패널;
    교차하는 방향으로 형성된 제1 라인들 및 제2 라인들과, 상기 제1 라인들 및 상기 제2 라인들의 외곽에 형성된 안테나를 포함하는 터치 센서; 및
    상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 각각으로 인가한 구동펄스에 대하여 상기 안테나를 통해 신호를 수신하여 제1 터치 프로세스를 수행하고, 이후, 상기 제1 라인들과 상기 제2 라인들 중 선택된 적어도 둘 이상의 라인 각각으로 구동펄스를 순차적으로 인가하여 상기 안테나를 통해 신호를 수신하여 제2 터치 프로세스를 수행하는 터치 프로세서를 포함하는 표시장치.
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