KR102259280B1

KR102259280B1 - Pen and touch sensing system using the saem

Info

Publication number: KR102259280B1
Application number: KR1020140163419A
Authority: KR
Inventors: 황희서; 김하중; 정일두; 홍성완
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2021-06-02
Also published as: KR20160061505A

Abstract

본 발명은 펜과 손가락의 센싱이 가능한 터치 센싱 시스템에 관한 것으로, 이 펜은 본 발명의 터치 센싱 시스템용 펜은 도전체 팁과 회로 기판 사이에 배치되고 내부에 관통공을 가지는 페라이트 코아; 및 상기 관통공에 삽입되어 상기 도전체 팁을 상기 회로 기판에 연결하는 배선을 포함하고, 표시패널의 전극들로부터 공진 유도 신호를 수신 받고, 상기 회로 기판으로부터 발생되는 공진 신호를 상기 표시패널의 안테나로 전송한다. The present invention relates to a touch sensing system capable of sensing a pen and a finger, the pen comprising: a ferrite core disposed between a conductor tip and a circuit board and having a through hole therein; and a wire inserted into the through hole to connect the conductor tip to the circuit board, receiving a resonance induction signal from electrodes of the display panel, and receiving a resonance signal generated from the circuit board by an antenna of the display panel send to

Description

A touch sensing system using a pen {PEN AND TOUCH SENSING SYSTEM USING THE SAEM}

본 발명은 펜과 손가락의 센싱이 가능한 터치 센싱 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a touch sensing system capable of sensing a pen and a finger.

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.A user interface (UI) enables communication between a person (user) and various electronic devices, so that the user can easily control the electronic device as he or she wants. Representative examples of the 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, user interfaces are evolving into touch UIs, voice recognition UIs, 3D UIs, and the like.

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.The touch UI tends to be essential for portable information devices, and furthermore, it is being applied to home appliances. The touch UI generates location information by detecting the location of a finger or pen touched on a touch screen.

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. The touch screen is divided into a touch screen that senses a conductor such as a finger, and a touch screen that senses a pen. As an example of the latter pen touch screen, US Pat. No. 7,903,085 (November 22, 1988, hereinafter referred to as “prior art pen touch sensing device”) has a special pen having a built-in resonance circuit, and receiving a resonance signal from the pen. and an analog signal processing unit for extracting pen location information and pen pressure information from a signal of the loop antenna.

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.In the prior art pen touch sensing device, as shown in FIG. 1 , a square wave signal (resonance induction signal) for inducing resonance of the pen is propagated as a magnetic field through an electromagnetic resonance path through the antenna ANT, and the pen (PEN) ) is sent to The resonance signal generated from the resonance circuit of the pen PEN is propagated as a magnetic field through an electromagnetic resonance path and is received by the antenna ANT. The resonance circuit of the pen (PEN) resonates by electromagnetic resonance, that is, a square wave signal applied through a magnetic field, and transmits the resonance signal to the loop antenna as a magnetic field. Accordingly, in the prior art pen touch sensing device, the pen PEN and the antenna ANT transmit and receive signals using magnetic fields.

종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 아래와 같은 문제점들이 있다. The prior art pen touch sensing device has the following problems.

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.In order to detect the pen touch position in the XY coordinate system, a plurality of loop antennas and switch circuits for sequentially driving the loop antennas are required. In order to recognize the touch point in the XY coordinate system, the loop antennas should be implemented in the form of overlapping in the form of a matrix. In order to implement the loop antennas on the display panel, since a separate antenna layer must be added to the display panel, the thickness of the display panel increases. Since a structure for connecting a plurality of loop antennas and an analog signal processing unit must be added to the display panel, the cable connection mechanism becomes large and complicated. Accordingly, when a plurality of loop antennas are integrated in the display panel, it is difficult to slim and simplify the display device.

펜에는 공진 신호를 발생하는 공진 회로가 내장될 수 있다. 그런데 공진 회로에 연결되는 기생 용량이 크면, 그 기생 용량으로 인하여 원치 않는 발진이 발생되거나 노이즈가 발생될 수 있다. 공진 회로에는 증폭기가 있는데, 기생 용량으로 인하여 발생된 노이즈가 커지지 않도록 증폭기의 이득(gain)을 높이는데 제한이 있다.
The pen may have a built-in resonance circuit for generating a resonance signal. However, if the parasitic capacitance connected to the resonance circuit is large, unwanted oscillation or noise may be generated due to the parasitic capacitance. There is an amplifier in the resonance circuit, but there is a limit in increasing the gain of the amplifier so that noise generated due to the parasitic capacitance does not increase.

본 발명은 펜에서 발생되는 공진 신호의 왜곡을 줄일 수 있는 펜과 이를 이용한 터치 센싱 시스템을 제공한다.
The present invention provides a pen capable of reducing distortion of a resonance signal generated by the pen and a touch sensing system using the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템용 펜은 도전체 팁과 회로 기판 사이에 배치되고 내부에 관통공을 가지는 페라이트 코아; 및 상기 관통공에 삽입되어 상기 도전체 팁을 상기 회로 기판에 연결하는 배선을 포함한다. 상기 터치 센싱 시스템용 펜은 표시패널의 전극들로부터 공진 유도 신호를 수신 받고, 상기 회로 기판으로부터 발생되는 공진 신호가 상기 표시패널의 안테나로 전송된다. A pen for a touch sensing system according to an embodiment of the present invention includes: a ferrite core disposed between a conductor tip and a circuit board and having a through hole therein; and a wire inserted into the through hole to connect the conductor tip to the circuit board. The pen for the touch sensing system receives a resonance induction signal from electrodes of a display panel, and a resonance signal generated from the circuit board is transmitted to an antenna of the display panel.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 상기 펜; 픽셀 어레이와 중첩되는 전극들과, 상기 픽셀 어레이 밖에 배치된 안테나를 포함한 표시패널; 및 공진 유도 신호를 상기 전극들에 공급하여 상기 안테나를 통해 상기 펜의 공진 신호를 수신하는 터치 구동 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 시스템용 펜은 도전체 팁과 회로 기판 사이에 배치되고 내부에 관통공을 가지는 페라이트 코아; 상기 관통공에 삽입되어 상기 도전체 팁을 증폭기에 연결하는 배선; 및 상기 증폭기에 연결된 공진 회로를 포함한다. 상기 도전체 팁이 눌릴 때 발생되는 펜의 필압에 따라 상기 펜의 공진 회로에서 인덕턴스가 가변된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 공진 회로를 내장한 펜; 픽셀 어레이와 중첩되는 전극들과, 상기 픽셀 어레이 밖에 배치된 표시패널; 및 공진 유도 신호를 상기 전극들에 공급하여 상기 안테나를 통해 상기 펜의 공진 신호를 수신하는 터치 구동 회로를 포함한다.
상기 펜은 증폭기와, 상기 증폭기에 연결된 공진 회로를 포함한 회로 기판; 도전체 팁과 상기 회로 기판 사이에 배치되고 내부에 관통공을 가지는 페라이트 코아; 및 상기 관통공에 삽입되어 상기 도전체 팁을 상기 회로 기판의 증폭기에 연결하는 배선을 포함하고, 상기 도전체 팁이 눌릴 때 발생되는 펜의 필압에 따라 상기 펜의 공진 회로에서 인덕턴스가 가변된다.
상기 펜은 상기 페라이트 코어와 분리된 가이드 코어; 상기 페라이트 코어와 상기 가이드 코어 사이에 연결된 스프링; 및 상기 페라이트 코어와 상기 가이드 코어에 감겨진 코일을 더 포함할 수 있다. A touch sensing system according to an embodiment of the present invention includes the pen; a display panel including electrodes overlapping the pixel array and an antenna disposed outside the pixel array; and a touch driving circuit configured to receive a resonance signal of the pen through the antenna by supplying a resonance induction signal to the electrodes.
A pen for a touch sensing system according to another embodiment of the present invention includes: a ferrite core disposed between a conductor tip and a circuit board and having a through hole therein; a wiring inserted into the through hole to connect the conductor tip to the amplifier; and a resonant circuit coupled to the amplifier. The inductance in the resonance circuit of the pen varies according to the pen pressure generated when the conductor tip is pressed.
A touch sensing system according to another embodiment of the present invention includes a pen having a built-in resonance circuit; a display panel comprising: electrodes overlapping the pixel array; and a display panel disposed outside the pixel array; and a touch driving circuit configured to receive a resonance signal of the pen through the antenna by supplying a resonance induction signal to the electrodes.
The pen may include an amplifier and a circuit board including a resonance circuit connected to the amplifier; a ferrite core disposed between the conductor tip and the circuit board and having a through hole therein; and a wire inserted into the through hole to connect the conductor tip to the amplifier of the circuit board, wherein the inductance in the resonance circuit of the pen varies according to the pen pressure generated when the conductor tip is pressed.
The pen may include a guide core separated from the ferrite core; a spring connected between the ferrite core and the guide core; and a coil wound around the ferrite core and the guide core.

본 발명은 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 다수의 안테나 루프들을 표시패널에 형성하지 않으므로 기판 구조를 단순하고 하고 표시패널을 슬림화할 있다. According to the present invention, an AC signal for inducing resonance of the pen is applied to the existing finger touch electrodes, transmitted to the pen through electric capacitance coupling, and the resonance signal of the pen is received through an antenna. As a result, in the present invention, since a plurality of antenna loops are not formed on the display panel, the substrate structure can be simplified and the display panel can be slimmed down.

본 발명은 펜 내에서 팁과 회로 기판을 연결하는 배선을 페라이트 코아의 관통공 내에 배치하여 그 배선으로 인한 기생 용량을 최소화한다. 그 결과, 본 발명은 펜 내에서 기생 용량으로 인하여 발생하는 발진, 공진 신호의 왜곡 등의 문제를 해결할 수 있고, 증폭기의 이득을 높일 수 있어 공진 신호의 세기를 크게 하여 안테나의 수신 감도와 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.
The present invention minimizes parasitic capacitance due to the wiring by disposing the wiring connecting the tip and the circuit board in the pen in the through hole of the ferrite core. As a result, the present invention can solve problems such as oscillation and distortion of the resonance signal caused by the parasitic capacitance in the pen, and increase the gain of the amplifier, thereby increasing the strength of the resonance signal to increase the antenna's reception sensitivity and signal The noise ratio can be improved.

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 구동 회로가 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 구동 회로를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 13은 펜에 내장된 인덕터를 보여 주는 도면이다.
도 14는 제1 터치 구동 회로의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 펜(PEN)을 상세히 보여 주는 도면들이다.
도 17은 펜의 팁과 공진 회로 사이에 형성된 기생 용량을 보여 주는 블록도이다. 1 is a view showing transmission and reception of a magnetic field in a prior art pen touch sensing system.
2 is a diagram illustrating electric field transmission and magnetic field reception of the touch sensing system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a touch sensing system according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 are views illustrating various combinations of a display panel and a touch screen.
7 is a plan view showing the structure of the touch screen of the present invention.
8 is a diagram illustrating an example in which the first touch driving circuit is integrated into a one-chip IC.
9 is a diagram showing one frame period of the present invention.
10 is a waveform diagram illustrating a pen touch sensing operation.
11 is a waveform diagram illustrating a finger touch sensing operation.
12 is a circuit diagram illustrating in detail a first touch driving circuit according to an embodiment of the present invention.
13 is a view showing an inductor built into a pen.
14 is a waveform diagram illustrating an operation of the first touch driving circuit.
15 and 16 are views showing in detail a pen (PEN) of the present invention.
17 is a block diagram illustrating a parasitic capacitance formed between a tip of a pen and a resonant circuit.

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. The same reference numbers throughout the specification mean substantially the same elements. In the following description, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 2를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 다수의 XY 전극들(X/Y), 안테나(ANT) 및 펜(PEN)을 포함한다. Referring to FIG. 2 , the touch sensing system of the present invention includes a plurality of XY electrodes X/Y, an antenna ANT, and a pen PEN.

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.The XY electrodes X/Y are divided into an X electrode group and a Y electrode group. The X electrode group includes a plurality of X electrodes. The Y electrode group includes Y electrodes orthogonal to the X electrodes with a dielectric interposed therebetween. The XY electrodes X/Y have substantially the same structure as electrodes formed on a conventional capacitive touch screen.

따라서, 본 발명은 기존의 핑거 터치 센싱을 위한 터치 스크린의 전극들로 XY 전극들(X/Y)을 구현할 수 있다. Accordingly, according to the present invention, the XY electrodes X/Y may be implemented as electrodes of a conventional touch screen for finger touch sensing.

XY 전극들(X/Y)은 표시패널의 픽셀 어레이와 중첩된다. 입력 영상의 데이터는 픽셀 어레이의 픽셀들에 기입된다. XY 전극들(X/Y)은 픽셀 어레이에 내장될 수도 있다. 따라서, XY 전극들(X/Y)은 픽셀들로부터의 빛을 투과할 수 있도록 투과율이 높은 전극 물질 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. The XY electrodes X/Y overlap the pixel array of the display panel. Data of the input image is written to the pixels of the pixel array. The XY electrodes X/Y may be embedded in the pixel array. Accordingly, the XY electrodes X/Y may be formed of an electrode material having high transmittance to transmit light from the pixels, for example, indium tin oxide (ITO).

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 정전 용량이다. XY 전극들(X/Y)은 공진 유도 신호를 정전 용량(Csx)을 통해 전기장으로 펜(PEN)에 송신한다.The XY electrodes X/Y are capacitively coupled to the pen PEN with the capacitance Csx interposed therebetween. The capacitance Csx is the capacitance between the XY electrodes and the pen PEN. The XY electrodes X/Y transmit a resonance induction signal to the pen PEN as an electric field through the capacitance Csx.

종래 기술과 같이 펜과 안테나 사이에서 전자기 공명 경로를 통해 자기장으로 전파되면 펜의 팁이 도전체로 형성될 필요가 없다. 이에 비하여, 본 발명은 펜(PEN)과 XY 전극들(Y1~Yj, X1~Xi)이 전기장으로 결합되면 펜(PEN)의 팁은 도전체 예를 들어, 금속이어야만 한다. As in the prior art, the tip of the pen does not need to be formed of a conductor if it propagates into a magnetic field through an electromagnetic resonance path between the pen and the antenna. In contrast, in the present invention, when the pen PEN and the XY electrodes Y1 to Yj and X1 to Xi are coupled by an electric field, the tip of the pen PEN must be a conductor, for example, a metal.

펜(PEN)은 공진 회로를 포함한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 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. The pen PEN includes a resonant circuit. The resonance circuit of the pen PEN resonates according to the resonance induction signal received through the capacitance Csx to generate a resonance signal. In the resonance circuit of the pen PEN, when the tip of the pen is pressed on the touch screen, the LC value changes and the resonance frequency changes. Accordingly, a change in the pen pressure of the pen PEN causes a change in the resonance frequency. The resonance signal of the pen PEN is transmitted to the antenna ANT as a magnetic field through an electromagnetic resonance path.

안테나(ANT)는 펜(PEN)의 공진 신호를 수신한다. 안테나(ANT)는 XY 전극들(X/Y)을 둘러 싸는 형태로 형성된다. 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.The antenna ANT receives the resonance signal of the pen PEN. The antenna ANT is formed to surround the XY electrodes X/Y. The touch sensing system of the present invention senses a touch input of a finger by a change in capacitance through XY electrodes (X/Y), and detects a pen touch input by using the XY electrodes (X/Y) and an antenna (ANT). detect

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. The touch sensing system of the present invention may be coupled to a display device in various forms. Display devices include Liquid Crystal Display (LCD), Field Emission Display (FED), Plasma Display Panel (PDP), and Organic Light Emitting Display (OLED). , can be implemented based on a flat panel display device such as an electrophoresis display device (EPD). In the following embodiments, a display device as an example of a flat panel display device will be mainly described with a liquid crystal display device, but the display device of the present invention is not limited to a liquid crystal display device.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동 회로, 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동 회로 등을 포함한다.3 to 7 , a display device according to an embodiment of the present invention includes a display panel DIS, a display driving circuit, a touch screen TSP, and a touch screen driving circuit.

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.In the display panel DIS, a liquid crystal layer is 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 for charging the data voltage, and the pixel electrode of the liquid crystal cell. and a storage capacitor (Cst) for maintaining the voltage, and the like.

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. A black matrix, a color filter, and the like are 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 Vcom 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, and a fringe field switching (FFS) mode.

디스플레이 구동 회로는 데이터 구동 회로(12), 스캔 구동 회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동 회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동 회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동 회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터가 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다. The display driving circuit includes the data driving circuit 12 , the scan driving circuit 14 , and the timing controller 20 to write input image data to pixels of the display panel DIS. The data driving circuit 12 converts digital video data RGB of an input image input from the timing controller 20 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 scan 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 line of the display panel DIS on which data is written.

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 구동 회로(12)와 스캔 구동 회로(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 20 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 40 . In response, the operation timings of the data driving circuit 12 and the scan 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 (SSC), a polarity control signal (Polarity, POL), and a source output enable signal (SOE).

타이밍 콘트롤러(20)는 입력 영상의 프레임 레이트×N(N은 2 이상의 양의 정수) Hz의 주파수로 프레임 레이트를 높여 디스플레이 구동 회로와 터치 스크 구동 회로의 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. The timing controller 20 controls the operating frequency of the display driving circuit and the touch screen driving circuit at a frame rate multiplied by N by increasing the frame rate to a frequency of Hz of the frame rate of the input image×N (N is a positive integer of 2 or more) can do. The frame rate of the input image is 60 Hz (1 frame period: 16.67 msec) in the NTSC (National Television Standards Committee) method, and 50 Hz (1 frame period: 20 msec) in the PAL (Phase-Alternating Line) method.

터치 스크린(TSP)은 도 7과 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.The touch screen TSP includes XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj and an antenna ANT as shown in FIG. 7 . Touch sensors Cts whose charge amount varies according to the presence or absence of a conductor such as a finger are formed at intersections of the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj. The XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj may be implemented as electrodes used in a conventional capacitive touch screen that senses a touch input of a finger. Therefore, the touch screen (TSP) of the present invention can be simply implemented by adding an antenna (ANT) to the edge of the existing capacitive touch screen.

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. The XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj of the touch screen TSP and the antenna ANT are bonded on the upper polarizing plate POL1 of the display panel DIS as shown in FIG. 4 or the upper polarizing plate as shown in FIG. 5 . It may be formed between the POL1 and the upper substrate GLS1. In addition, as shown in FIG. 6 , the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj of the touch screen TSP and the antenna ANT are formed as an in-cell type along with the pixel array in the display panel DIS as shown in FIG. 6 . It may be embedded on a substrate. 4 to 6 , “PIX” denotes a pixel electrode of a liquid crystal cell, “GLS2” denotes a lower substrate, and “POL2” denotes a lower polarizing plate, respectively. The XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj of the touch screen TSP and the antenna ANT may be formed on the same plane or on different planes. In the in-cell type as shown in FIG. 6 , the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj may be implemented by dividing the common electrode of the pixel array.

터치 스크린 구동 회로는 제1 터치 구동 회로(30)와, 제2 터치 구동 회로(32)를 포함한다. 제1 및 제2 터치 구동 회로(30, 32)는 하나의 IC 칩(chip) 내에 집적될 수 있다. 제1 및 제2 터치 구동 회로(30, 32)에서 동일한 기능을 갖는 구성 요소들은 공용화될 수 있다. The touch screen driving circuit includes a first touch driving circuit 30 and a second touch driving circuit 32 . The first and second touch driving circuits 30 and 32 may be integrated in one IC chip. Components having the same function in the first and second touch driving circuits 30 and 32 may be shared.

제1 터치 구동 회로(30)는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 공진 유도 신호를 순차적으로 공급하고 안테나(ANT)를 통해 펜의 공진 신호를 수신한다. 제1 터치 구동 회로(30)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 펜의 공진 신호를 디지털 데이터로 변환하여 공진 주파수 별 공진 크기를 측정한다. 제1 터치 구동 회로(30)는 수신된 공진 신호의 공진 크기를 소정의 기준값과 비교하여 펜의 터치 위치 정보(Pen location, XY)를 판단하고, 수신된 공진 신호의 주파수 변화를 바탕으로 펜의 필압(Pen pressure)을 측정한다. 제1 터치 구동 회로(30)로부터 발생된 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))는 호스트 시스템(40)으로 전송된다.The first touch driving circuit 30 sequentially supplies the resonance induction signal to the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj and receives the pen resonance signal through the antenna ANT. The first touch driving circuit 30 converts the resonance signal of the pen received through the antenna ANT into digital data to measure the resonance magnitude for each resonance frequency. The first touch driving circuit 30 compares the resonance magnitude of the received resonance signal with a predetermined reference value to determine touch location information (Pen location, XY) of the pen, and determines the pen location based on the frequency change of the received resonance signal. Measure the pen pressure. The pen position and pen pressure information XY(PEN) generated from the first touch driving circuit 30 is transmitted to the host system 40 .

제2 터치 구동 회로(32)는 터치 센서(Cts)에 자극 신호(또는 구동 신호)를 인가하고, 그 자극 신호에 동기하여 터치 센서의 전하를 수신한다. 제2 터치 구동 회로(32)는 수신된 전하양을 분석하여 터치 전후 정전 용량의 변화를 판단하고, 그 정전 용량의 변화를 바탕으로 손가락의 터치 위치를 센싱한다. The second touch driving circuit 32 applies a stimulation signal (or a driving signal) to the touch sensor Cts, and receives the charge of the touch sensor in synchronization with the stimulation signal. The second touch driving circuit 32 analyzes the received amount of charge to determine a change in capacitance before and after the touch, and senses the touch position of the finger based on the change in capacitance.

터치 센서(Cst)는 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual) 정전 용량으로 구현될 수 있다. 제2 터치 구동 회로(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 구동 회로(32)는 디지털 데이터를 소정의 기준값과 비교하여 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))를 판단한다. 제2 터치 구동 회로(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 구동 회로(32)는 손가락 터치 입력을 센싱하는 기존의 정전 용량 터치 스크린에서 사용되는 터치 구동 회로로 구현될 수 있다. The touch sensor Cst may be implemented with self capacitance or mutual capacitance. The second touch driving circuit 32 sequentially supplies stimulation signals to the X electrodes or XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj, and is synchronized with the stimulation signals before and after a touch of the touch sensor Cts. It detects the change in capacity and converts it into digital data. The second touch driving circuit 32 compares digital data with a predetermined reference value to determine touch position information XY (finger) of the finger. The finger touch position information XY(FINGER) generated from the second touch driving circuit 32 is transmitted to the host system 40 . The stimulus signal may be generated as a signal of various types, such as a pulse or a triangular wave. The second touch driving circuit 32 may be implemented as a touch driving circuit used in a conventional capacitive touch screen that senses a finger touch input.

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 구동 회로(30)로부터 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))가 수신되고, 제2 터치 센구동 회로(32)로부터 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))가 수신된다. The host system 40 is implemented as any one of a TV system, a set-top box, a navigation system, a DVD player, a Blu-ray player, a personal computer (PC), a home theater system, and a phone system to receive an input image. The host system 40 receives the pen position and pen pressure information XY(PEN) from the first touch driving circuit 30 , and the second touch sensing driving circuit 32 receives the finger touch position information XY(FINGER). )) is received.

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 구동 회로(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.The host system 40 includes a system on chip (SoC) having a built-in scaler and converts digital video data RGB of an input image into a format suitable for display on the display panel DIS. The host system 40 transmits the timing signals Vsync, Hsync, DE, and MCLK together with the digital video data of the input image to the timing controller 20 . In addition, the host system 40 includes the position and pen pressure information XY(PEN) of the pen PEN input from the first and second touch driving circuits 30 and 32 , and the touch position information of the finger XY(FINGER). ) to run the associated application program.

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, BZ) 영역 내에 형성될 수 있다. 베젤은 표시패널의 가장자리를 따라 형성된 비표시 영역이다. 단일 안테나는 XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)과 실질적으로 같은 층에 형성될 수 있으므로 표시패널의 두께 증가를 초래하지 않는다. 제1 터치 구동 회로(30)는 안테나 패드(APAD)를 통해 안테나(ANT)에 연결되고 XY 패드들(XYPAD)을 통해 XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)에 연결된다.The XY electrodes X1 to X6 and Y1 to Y6 are X electrodes X1 to X6 arranged in parallel along the x axis as shown in FIG. 7 and the X electrodes X1 to X6 arranged in parallel along the y axis. It includes orthogonal Y electrodes Y1 to Y6. The antenna ANT may be formed as a single antenna surrounding the XY electrodes X-X6 and Y1-Y6. The single antenna may be formed in a bezel (BZ) area outside the pixel array on which an image is displayed so that there is no deterioration in the aperture ratio of the pixels. The bezel is a non-display area formed along the edge of the display panel. Since the single antenna may be formed on substantially the same layer as the XY electrodes X1 to X6 and Y1 to Y6, the thickness of the display panel does not increase. The first touch driving circuit 30 is connected to the antenna ANT through the antenna pad APAD and is connected to the XY electrodes X1 to X6 and Y1 to Y6 through the XY pads XYPAD.

제1 터치 구동 회로(30)는 도 8과 같은 원 칩(One chip) IC(Integrated Circuit)로 집적된 예를 보여 주는 도면이다.The first touch driving circuit 30 is a diagram illustrating an example of being integrated into a one-chip integrated circuit (IC) as shown in FIG. 8 .

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. Referring to FIG. 8 , the one-chip IC includes an analog signal processing unit 100 , a digital signal processing unit 200 , a micro processor unit (hereinafter referred to as “MPU”) 300 , an interface circuit 310 , and and memory 320 .

디지털 신호 처리부(200)는 메모리(2)를 포함한다. 메모리(2)는 수신된 공진 신호의 주파수별 공진 특성을 저장하고, 도 12에 도시된 적분기(214, 216)에서 데이터를 누적하기 위하여 이전 데이터를 일시적으로 저장하고, 위치 및 필압 판단부(218)의 출력 데이터를 일시 저장한다.The digital signal processing unit 200 includes a memory 2 . The memory 2 stores the resonance characteristics for each frequency of the received resonance signal, temporarily stores previous data in order to accumulate data in the integrators 214 and 216 shown in FIG. 12 , and the position and pen pressure determination unit 218 ) to temporarily save the output data.

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.The microprocessor unit 300 stores the pen position and pen pressure information XY(PEN) in the memory 320 . The microprocessor unit 300 interpolates the coordinate information of the pen input position in order to convert the resolution of the touch screen (TSP) to the resolution of the display, and executes an additional algorithm for removing noise and improving touch recognition performance. have. The interface circuit 310 transmits the pen position and pen pressure information XY(PEN) to the host system 40 through a standard interface.

도 9는 본 발명의 1 프레임 기간을 보여 주는 도면이다. 9 is a diagram showing one frame period of the present invention.

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. Referring to FIG. 9 , when the touch screen TSP is embedded in the pixel array of the display panel DIS as shown in FIG. 6 , an electrical coupling may occur between the pixel array and the touch screen to adversely affect each other. Accordingly, when the touch screen TSP is embedded in the pixel array of the display panel DIS, one frame period is the display period Tdis, the first touch sensing period Tpen, and the second touch sensing period as shown in (A). (Tfinger) can be time-divided.

터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되면, 터치 스크린의 XY 전극들(X/Y)은 공통전압(Vcom)을 픽셀들에 공급하는 공통전극 역할을 할 수 있다. 이 경우, XY 전극들(X/Y)에 디스플레이 기간(Tdis) 동안 공통전압(Vcom)이 공급되고, 터치 센싱 기간(Tpen, Tfinger) 동안 자극신호나 공진 유도 신호가 공급된다. When the touch screen TSP is embedded in the pixel array of the display panel DIS, the XY electrodes X/Y of the touch screen may serve as a common electrode for supplying the common voltage Vcom to the pixels. In this case, the common voltage Vcom is supplied to the XY electrodes X/Y during the display period Tdis, and the stimulation signal or the resonance induction signal is supplied during the touch sensing periods Tpen and Tfinger.

유기발광 다이오드 표시장치(OLED)의 경우에 터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되면, 디스플레이 기간(Tdis) 동안 터치 스크린의 XY 전극들(X/Y)에 전위 전원 전압(VDD), 저전위 전원 전압(VSS), 기준전압 등의 픽셀 전원 전압이 공급될 수 있다. In the case of an organic light emitting diode display (OLED), when the touch screen TSP is embedded in the pixel array of the display panel DIS, the potential power voltage is applied to the XY electrodes X/Y of the touch screen during the display period Tdis. A pixel power voltage such as (VDD), a low potential power voltage (VSS), and a reference voltage may be supplied.

디스플레이 기간(Tdis)은 디스플레이 구동 회로가 구동되어 입력 영상의 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 제1 터치 센싱 기간(Tpen)은 제1 터치 구동 회로(30)가 구동되어 터치 스크린(TSP) 상에서 펜의 터치 위치와 필압을 센싱한다. 제2 터치 센싱 기간(Tfinger)은 제2 터치 구동 회로(32)가 구동되어 터치 스크린(TSP) 상에서 손가락과 같은 전도체의 터치 위치를 센싱한다. In the display period Tdis, the display driving circuit is driven to write the data of the input image to the pixels of the display panel DIS. During the first touch sensing period Tpen, the first touch driving circuit 30 is driven to sense the touch position of the pen and the pen pressure on the touch screen TSP. In the second touch sensing period Tfinger, the second touch driving circuit 32 is driven to sense a touch position of a conductor such as a finger on the touch screen TSP.

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. When the touch screen TSP is formed on an upper plate separated from the pixel array of the display panel DIS as shown in FIGS. 4 and 5 , there is almost no electrical coupling between the touch screen TSP and the pixel array. Accordingly, when the touch screen TSP is separated from the pixel array of the display panel DIS, the display period Tdis is allocated to one frame period as shown in (B), and the first and second touch sensing periods Tpen and Tfinger are used. may be time-divided within one frame period. In this case, the display period Tdis may overlap the first and second touch sensing periods Tpen and Tfinger.

도 10은 펜 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.10 is a waveform diagram illustrating a pen touch sensing operation.

도 10을 참조하면, 제1 터치 구동 회로(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 구동 회로(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. Referring to FIG. 10 , the first touch driving circuit 30 operates in the first touch sensing period Tpen to sequentially supply resonance induction signals to the XY electrodes Y1 to Yj and X1 to Xi to thereby supply the resonance induction signal to the pen PEN. ) to induce resonance. The resonance circuit of the pen PEN resonates according to the resonance induction signal input as an electric field through the capacitance Csx to generate a resonance signal. The antenna ANT receives the resonance signal of the pen PEN due to a change in the magnetic field. The first touch driving circuit 30 converts the analog resonance signal received through the antenna ANT into digital data and calculates the amplitude and phase of the resonance signal from the digital data to sense the position of the pen and the pen pressure of the pen.

도 11은 핑거 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.11 is a waveform diagram illustrating a finger touch sensing operation.

도 11을 참조하면, 제2 터치 구동 회로(32)는 제2 터치 센싱 기간(Tfinger)에 동작한다. 상호 정전 용량의 경우, 제2 터치 구동 회로(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 구동 회로(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.Referring to FIG. 11 , the second touch driving circuit 32 operates in the second touch sensing period Tfinger. In the case of mutual capacitance, the second touch driving circuit 32 sequentially supplies a stimulation signal to the Y electrodes Y1 to Yj, and synchronizes the stimulation signal with the X electrodes X1 to Xi through the touch sensor ( Cts) receives the charges. When a finger is touched on the touch sensor Cts, the second touch driving circuit 32 senses a touch input based on the amount of charge change of the touch sensor Cts before and after the touch. Accordingly, during the second touch sensing period Tfinger, the Y electrodes Y1 to Yj of the Y electrode group operate as Tx channel electrodes that supply stimulation signals to the touch sensors Cts, and the X electrode of the X electrode group The fields X1 to Xi operate as Rx channel electrodes that receive charges from the touch sensors Cts.

자기 정전 용량의 경우, 제2 터치 구동 회로(32)는 X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj)에 순차적으로 자극 신호를 공급한다. 제2 터치 구동 회로(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.In the case of self-capacitance, the second touch driving circuit 32 sequentially supplies stimulation signals to the X electrodes X1 to Xi and Y electrodes Y1 to Yj. In the case of self-capacitance, the second touch driving circuit 32 performs the falling edge time of the stimulus signal before and after the touch through the X electrodes X1 to Xi and the Y electrodes Y1 to Yj or A touch input is sensed based on a change in a rising edge time. Accordingly, in the case of self-capacitance, during the second touch sensing period Tfinger, each of the X electrodes X1 to Xi and Y electrodes Y1 to Yj operates as Tx channel electrodes and Rx channel electrodes.

도 12는 제1 터치 구동 회로(30)를 상세히 보여 주는 회로도이다. 도 13은 펜에 내장된 인덕터(L)를 보여 주는 도면이다. 도 14는 제1 터치 구동 회로(30)의 동작을 보여 주는 파형도이다. 12 is a circuit diagram illustrating the first touch driving circuit 30 in detail. 13 is a view showing the inductor (L) built into the pen. 14 is a waveform diagram illustrating an operation of the first touch driving circuit 30 .

도 12 내지 도 14를 참조하면, 제1 터치 구동 회로(30)는 아날로그 신호 처리부(100)와, 디지털 신호 처리부(200)를 포함한다. 12 to 14 , the first touch driving circuit 30 includes an analog signal processing unit 100 and a digital signal processing unit 200 .

펜(PEN)은 인덕터(L)와 커패시터(C)가 병렬로 접속된 LC 병렬 공진 회로를 포함한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 팁(Tip)이 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 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.The pen PEN includes an LC parallel resonant circuit in which an inductor L and a capacitor C are connected in parallel. In the resonance circuit of the pen PEN, when the tip is pressed on the touch screen, the LC value changes and the resonance frequency changes. In FIG. 12 , 'Ch' connected to the pen PEN indicates capacitance generated when a human holds the pen PEN. When the frequency of the resonance induction signal applied to the pen PEN through the capacitance Csx coincides with the resonance frequency of the LC parallel resonance circuit, the pen generates a resonance signal. Accordingly, the pen (PEN) does not require a separate power source connected to the LC parallel resonance circuit. The resonance signal of the pen PEN is received by the antenna ANT.

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.The resonance induction signal applied to the pen PEN is generated by the digital signal processing unit 200 . The resonance induction signal may be generated in the digital signal processing unit 200 in various forms such as a square wave signal, a sine wave signal, and the like. The digital signal processing unit 200 may generate a resonance induction signal having a desired frequency by combining signals having different periods. In addition, the digital signal processing unit may vary the frequency of the resonance inducing signal by changing the period value of the resonance inducing signal.

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. 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.In the LC parallel resonance circuit of the pen (PEN), the inductance varies according to the pressure of the pen. To this end, the inductor L may be implemented as shown in FIG. 13 . A coil L11 wound around a ferrite core (FC) and a coil L12 wound around a guide core (GC) are connected in series. A spring SPR is installed between the ferrite core FC and the guide core GC. Inductance is proportional to the square of the magnetic coefficient (μ), the cross-sectional area (S) of the coil, and the number of turns (N) by L = μSN ^{2 /l, and is inversely proportional to the length of the coil.} Accordingly, when the pen PEN is pressed on the touch screen to generate pen pressure, the spring SPR is compressed and the distance between the ferrite core FC and the guide core GC is shortened. When the pen pressure is generated, the magnetic coefficient increases and the coil length decreases, thereby increasing the inductance. As L of the LC parallel resonance circuit increases, the resonance frequency decreases. According to the present invention, the pen pressure may be determined by using a resonant frequency that changes when the pen pressure is generated.

본 발명의 펜(PEN)은 팁이 금속과 같은 도전체로 형성되어야 한다. 팁을 공진 회로는 금속 배선으로 연결된다. 금속 배선이 페라이트 코아(FC)에 감겨진 코일과 가까이 배치되면 기생 용량이 커진다. 기생 용량은 코일(L11)과 함께 LC 공진 회로를 이용하여 발진하게 된다. 이러한 발진 신호는 공진 신호의 왜곡을 초래한다. 또한, 공진 회로에서 발생된 공진 신호가 기생 용량을 통해 팁으로 입력되어 팁을 통해 수신되는 공진 유도 신호와 간섭을 초래한다. 펜에 수신된 공진 유도 신호를 증폭하는 증폭기의 이득(gain)을 증가시키면 팁으로 공급되는 피드백 노이즈가 더 커지기 때문에 증폭기의 이득을 높일 수 없다. 따라서, 펜의 기생 용량이 크면, 펜에서 발생되는 공진 신호 세기를 크게 할 수 없다. 본원의 발명자들은 펜의 기생 용량을 줄이기 위하여, 도 15 및 도 16과 같은 펜(PEN)을 제안한다. The pen (PEN) of the present invention should have a tip formed of a conductor such as a metal. The tip resonant circuit is connected by metal wiring. When the metal wiring is placed close to the coil wound on the ferrite core (FC), the parasitic capacitance increases. The parasitic capacitance is oscillated using the LC resonance circuit together with the coil L11. Such an oscillation signal causes distortion of the resonance signal. In addition, the resonance signal generated in the resonance circuit is input to the tip through the parasitic capacitance to cause interference with the resonance induction signal received through the tip. If the gain of the amplifier amplifying the resonance induction signal received by the pen is increased, the feedback noise supplied to the tip becomes larger, so the gain of the amplifier cannot be increased. Therefore, if the parasitic capacitance of the pen is large, the strength of the resonance signal generated by the pen cannot be increased. The inventors of the present application propose a pen (PEN) as shown in FIGS. 15 and 16 in order to reduce the parasitic capacity of the pen.

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

으로 나타낼 수 있다. 펜의 필압에 따라 공진 주파수(ω)가 변할 수 있다. 12 and 14, (A) is an example of a square wave resonance induction signal applied to the pen (PEN) as an electric field through Csx. (A') is an analog signal measured by the antenna ANT when the resonance signal generated from the pen PEN according to the square wave resonance induction signal A is received by the antenna ANT. The resonance signal generated by the pen (PEN) is

can be expressed as The resonance frequency ω may change according to the pen pressure of the pen.

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. The analog signal processing unit 100 amplifies the analog resonance signal received through the antenna ANT, extracts the resonance signal frequency band of the pen PEN, and outputs it as a digital resonance signal. To this end, the analog signal processing unit 100 includes an amplifier 110, a band pass filter (hereinafter referred to as "BPF") 112, and an analog to digital converter (hereinafter referred to as "ADC"). ) (114).

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. The amplifier 110 amplifies the antenna signal by its own gain and transmits it to the BPF 112 . 12 and 14 , (B) is an antenna signal amplified by the amplifier 110 . The BPF 112 blocks a frequency band other than the resonant frequency of the LC parallel circuit to remove noise from the antenna signal and extract the resonant signal. The ADC 114 quantizes the resonance signal input from the BPF 112 and outputs a digital resonance signal.

도 12 및 도 14에서, (C)는 ADC(114)로부터 출력된 디지털 공진 신호로서

으로 나타낼 수 있다. S(t)는 공진 신호의 진폭이다. ω는 공진 주파수이고,

는 위상을 의미한다. 12 and 14, (C) is a digital resonance signal output from the ADC 114.

can be expressed as S(t) is the amplitude of the resonance signal. ω is the resonance frequency,

stands for status.

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.The digital signal processing unit 200 extracts a real part and an imaginary part when expressing the resonance signal in a complex number from the digital signal input from the analog signal processing part 100 , and calculates the amplitude, that is, the magnitude of the resonance signal based on this. And the digital signal processing unit 200 determines whether the pen (PEN) is sensed on the touch screen by comparing the magnitude of the resonance signal with a predetermined reference value, and at that time, based on the position of the XY electrode to which the resonance signal is applied, the pen (PEN) ) to calculate the position coordinates of Also, the digital signal processing unit 200 determines the pen pressure of the pen PEN based on the change in the frequency of the resonance signal of the pen PEN. To this end, the digital signal processing unit 200 includes a resonance induction signal generation unit 230 , a digital demodulator 250 , and a position and pen pressure determination unit 218 .

공진 유도 신호 발생부(230)는 펜(PEN)의 공진 주파수와 같은 주파수의 공진 유도 신호를 발생하고 그 공진 유도 신호를 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 순차적으로 공급한다. 공진 유도 신호 발생부(230)는 공진 유도 신호의 주파수를 조절하는 카운터를 내장한 디지털 회로로 구성된다. 이러한 디지털 회로에서 주파수 조절 해상력은 카운터 클럭이 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.The resonance induction signal generator 230 generates a resonance induction signal having the same frequency as the resonance frequency of the pen PEN, and sequentially supplies the resonance induction signal to the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj. The resonance-inducing signal generator 230 is composed of a digital circuit having a built-in counter for adjusting the frequency of the resonance-inducing signal. In such a digital circuit, the frequency control resolution increases as the counter clock increases, but there is a limit because the power consumption increases by that amount. According to the present invention, the frequency adjustment resolution can be further improved compared to the method of simply increasing the counter operation clock by increasing the frequency resolution by changing the period of the resonance induction signal every cycle.

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.When it is determined that the pen PEN is positioned on the touch screen TSP based on the output I of the position and pen pressure determination unit 218 , then the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to which the resonance induction signal is applied. ~Yj), coordinate information of the pen (PEN) may be calculated.

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.The digital demodulator 250 extracts the real part and the imaginary part of the resonance signal from the digital resonance signal and sums the result of removing the high-frequency noise n times (n is a positive integer of 2 or more) and supplies it to the position and pen pressure determination unit 218 . To this end, the digital demodulator 250 includes first and second oscillators 206 and 208, first and second multipliers 202 and 204, first and second low pass filters (Low Pass Filter, hereinafter “LPF”). ) (210, 212), first and second integrators (214, 216), and the like.

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

이라 할 때, (D)는

으로 나타낼 수 있다. The first oscillator 206 inputs the oscillation signal D having the same frequency and phase as the resonance signal to the first multiplier 202 in order to extract the real part of the resonance signal. 12 and 14, (C)

When , (D) is

can be expressed as

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

이라 하고 (D)를

이라 할 때, 제1 승산기(202)의 출력(E)는

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

이라 할 때

으로 나타낼 수 있다. The first multiplier 202 detects the envelope of the real part in the received resonant signal. The first multiplier 202 multiplies the received resonance signal C by the oscillation signal D from the first oscillator 206 and outputs a result E. 12 and 14, (C)

and (D)

When , the output E of the first multiplier 202 is

can be expressed as The first LPF 210 supplies a DC component DC to the first integrator 214 by removing high-frequency noise from the output E of the first multiplier 202 . 12 and 14, the output (F) of the first LPF 210 is (E)

when

can be expressed as

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

로 나타낼 수 있다. The first integrator 214 adds the real part (In-Phase, I) data inputted from the first LPF 210 n times and supplies the result to the position and pen pressure determination unit 218 . If data (I) is added 1024 times in the first integrator 214, (G) in FIGS. 12 and 14 is

can be expressed as

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

이라 할 때, 제2 발진기(208)의 출력은

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

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

로 나타낼 수 있다. The second oscillator 208 inputs an oscillation signal equal to the frequency of the resonance signal and delayed by 90 DEG to the second multiplier 204 in order to extract the imaginary part of the resonance signal. 12 and 14, (C)

When , the output of the second oscillator 208 is

can be expressed as The second multiplier 204 detects an envelope of the imaginary part in the received resonance signal. The second multiplier 204 multiplies the received resonance signal C by the oscillation signal from the second oscillator 208,

to output The second LPF 212 supplies the DC component DC to the second integrator 216 by removing high-frequency noise from the output K of the second multiplier 204 . The output of the second LPF 212 is

can be expressed as

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

로 나타낼 수 있다. The second integrator 216 adds the data of the imaginary part (Quadrature, Q) received from the second LPF 212 n times and supplies the result to the position and pen pressure determination unit 218 . If the imaginary part data (I) is added 1024 times in the second integrator 216, (H) in FIGS. 12 and 14 is

can be expressed as

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

으로 계산된다. I_sum은 제1 적분기(214)에 의해 누적된 공진 신호의 실수부(In-phase)이고 Q_sum은 제2 적분기(216)에 의해 누적된 공진 신호의 허수부(Quadrature, Q)이다. The position and pen pressure determining unit 218 calculates a root mean square (RMS) of data input from the first and

second integrators

214 and 216 to determine the magnitude and resonance frequency of the resonance signal. the effective value

is calculated as I _sum is the real part (In-phase) of the resonance signal accumulated by the first integrator 214 , and Q _sum is the imaginary part (Quadrature, Q) of the resonance signal accumulated by the second integrator 216 .

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.The position and pen pressure determining unit 218 compares the size of the resonance signal with a predetermined reference value, determines that the pen is positioned on the touch screen TSP, when the magnitude of the resonance signal is greater than the reference value, and then applies the resonance induction signal The position information of the pen is output as the coordinates of the XY electrodes. The position and pen pressure determining unit 218 calculates the pen pressure of the pen PEN based on the change in the resonance frequency and outputs pen pressure information. 12 and 14 , (I) indicates the position and pen pressure information XY(PEN) of the pen output as digital data from the position and pen pressure determining unit 218 .

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 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.The first and second oscillators 206 and 208 may be implemented as a digital pulse generator capable of changing an output frequency, for example, a Numerically Controlled Oscillator (NCO). The resonance induction signal generator 230 is implemented as a digital circuit having a built-in counter and can easily change the frequency of the resonance induction signal by changing the period setting value. Accordingly, in the touch sensing system of the present invention, it is easy to change the resonant frequency of the pen. The frequency of the resonance induction signal output from the resonance induction signal generator 230 may be varied according to a certain rule within a frequency range set as a predetermined pen pressure measurement range (pen pressure scale).

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. In the present invention, the XY electrodes are not used as antennas. All conductors can radiate a magnetic field by forming their own inductance when an alternating current is applied. However, the XY electrodes of the present invention are not used as antennas because their efficiency is greatly reduced due to resistance and length problems to operate as an antenna like the conventional finger touch electrodes. The low antenna efficiency at the XY electrodes is due to the high resistance of the XY electrode material, for example ITO.

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.In the case of a dipole antenna, the frequency of a signal that can be transmitted and received varies according to the length. When the wavelength of the signal is λ, the speed of signal transmission is c, and the frequency of the signal is f, λ=c/f. As can be seen from this equation, when the frequency of the received signal of the antenna is small, the wavelength of the signal becomes large. Therefore, considering the length and shape of the XY electrodes formed in the touch screen TSP, it means that the XY electrodes do not operate as an antenna for receiving the resonant frequency of the pen. In the touch sensing system of the present invention, the XY electrodes do not operate as antennas, but transmit a resonance-inducing signal to the pen (PEN) through an electric field through the capacitive coupling Csx.

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 기울이면 펜의 인덕터가 펜과 접촉되지 않은 안테나 채널에도 영향을 끼쳐 팁(tip)의 위치를 정확하게 판정하기가 어렵다. 반면에, 본 발명과 같이 XY 전극들을 이용하면, 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. If a magnetic field transmission/reception method through an antenna is used as in the prior art, an error may occur in determining the position of the pen PEN. In the prior art, a pen tip positioned at the tip of a pen is manufactured as an insulator, and a wire wound around a ferrite core is mounted close to the pen tip. Due to the structure of the pen, when the pen PEN is tilted, the inductor of the pen affects the antenna channel not in contact with the pen, so it is difficult to accurately determine the position of the tip. On the other hand, when the XY electrodes are used as in the present invention, the position recognition error of the pen tip as in the prior art is because the resonance induction signal is transmitted to the pen (PEN) due to the electric field coupling through Csx existing between the XY electrodes and the pen. problems can be avoided.

도 15 및 도 16은 본 발명의 펜(PEN)을 상세히 보여 주는 도면이다. 도 17은 펜의 팁과 공진 회로 사이에 형성된 기생 용량을 보여 주는 블록도이다. 15 and 16 are views showing in detail the pen (PEN) of the present invention. 17 is a block diagram illustrating a parasitic capacitance formed between a tip of a pen and a resonant circuit.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 펜(PEN)은 외부로 노출되어 공진 유도 신호를 수신하는 팁(51)과, 증폭기(55)와 공진 회로(56)가 실장된 회로 기판(53), 내부에 관통공이 형성된 페라이트 코아(52), 페라이트 코아(52)에 감겨진 코일(54), 및 팁(51)과 회로 기판(53)을 연결한 배선(50)을 포함한다. 15 to 17 , the pen PEN is exposed to the outside to receive a resonance induction signal, a tip 51 , an amplifier 55 and a resonance circuit 56 mounted on a circuit board 53 , and an inside It includes a ferrite core 52 having a through hole formed therein, a coil 54 wound around the ferrite core 52 , and a wiring 50 connecting the tip 51 and the circuit board 53 .

페라이트 코아(52)는 팁(51)과 회로 기판(53) 사이에 배치된다. 배선(50)은 페라이트 코아(52)의 관통공 내에 삽입되어 관통공을 통해 팁(51)과 회로 기판(53)을 전기적으로 연결한다. 정전 용량(Csx)를 통해 펜(PEN)에 수신된 공진 유도 신호는 팁(51)과 배선(50)을 통해 증폭기(55)로 전송된다 증폭기(55)는 공진 유도 신호를 증폭하여 공진 회로(56)에 공급한다. 공진 회로(56)는 공진 유도 신호에 응답하여 공진하여 공진 신호를 발생한다. The ferrite core 52 is disposed between the tip 51 and the circuit board 53 . The wiring 50 is inserted into the through hole of the ferrite core 52 to electrically connect the tip 51 and the circuit board 53 through the through hole. The resonance induction signal received by the pen PEN through the capacitance Csx is transmitted to the amplifier 55 through the tip 51 and the wire 50. The amplifier 55 amplifies the resonance induction signal to generate a resonance circuit ( 56) is supplied. The resonance circuit 56 resonates in response to the resonance induction signal to generate a resonance signal.

배선(50)은 페라이트 코아(52)를 사이에 두고 코일(54)과 비교적 먼 거리로 이격된다. 페라이트 코아(52)의 관통공에 배선(50)이 삽입되면, 코일(54)과의 거리가 멀어지기 때문에 기생 용량(C)이 최소화될 수 있다. 그 결과, 펜 내에서 기생 용량(C)으로 인하여 발생하는 발진, 공진 신호의 왜곡 등의 문제를 해결할 수 있고, 증폭기(55)의 이득을 높일 수 있어 공진 신호의 세기를 크게 하여 안테나의 수신 감도와 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다. The wiring 50 is spaced apart from the coil 54 by a relatively long distance with the ferrite core 52 interposed therebetween. When the wiring 50 is inserted into the through hole of the ferrite core 52 , the distance from the coil 54 increases, so that the parasitic capacitance C may be minimized. As a result, problems such as oscillation and distortion of the resonance signal caused by the parasitic capacitance C in the pen can be solved, and the gain of the amplifier 55 can be increased, so that the intensity of the resonance signal is increased to increase the reception sensitivity of the antenna. and signal-to-noise ratio (SNR).

페라이트 코아(52)는 도 15 및 도 16에서 원통형 코아로 예시되었으나 이에 한정되지 않는다. The ferrite core 52 is illustrated as a cylindrical core in FIGS. 15 and 16 , but is not limited thereto.

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 can be made 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.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동 회로 14 : 스캔 구동 회로
20 : 타이밍 콘트롤러 30 : 제1 터치 구동 회로
32 : 제2 터치 구동 회로 40 : 호스트 시스템
50 : 배선 51 : 펜의 팁
52, FC : 페라이트 코아 53 : 회로 기판
54, L11, L12 : 코일 55 : 증폭기
56 : 공진 회로DIS : Display panel TSP : Touch screen
12: data driving circuit 14: scan driving circuit
20: timing controller 30: first touch driving circuit
32: second touch driving circuit 40: host system
50: wiring 51: tip of the pen
52, FC: ferrite core 53: circuit board
54, L11, L12: Coil 55: Amplifier
56: resonant circuit

Claims

A pen for a touch sensing system recognized on a display panel in which electrodes overlapping a pixel array and an antenna are disposed outside the pixel array,
a ferrite core disposed between the conductor tip and the circuit board and having a through hole therein; and
and a wire inserted into the through hole to connect the conductor tip to the circuit board,
A pen for a touch sensing system that receives a resonance induction signal from the electrodes and transmits a resonance signal generated from the circuit board to the antenna.

The method of claim 1,
The circuit board may include an amplifier connected to the wiring; and
and a resonant circuit connected to the amplifier to generate the resonant signal.

pen with built-in resonance circuit;
a display panel including electrodes overlapping the pixel array and an antenna disposed outside the pixel array; and
and a touch driving circuit for supplying a resonance induction signal to the electrodes to receive the resonance signal of the pen through the antenna;
The pen is
conductor tip;
a circuit board on which the resonance circuit is mounted;
a ferrite core disposed between the conductor tip and the circuit board and having a through hole therein; and
and a wire inserted into the through hole to connect the conductor tip to the circuit board,
A touch sensing system in which the pen receives a resonance induction signal from the electrodes, and a resonance signal generated from the resonance circuit is transmitted to the antenna.

The method of claim 3,
The circuit board is
The touch sensing system further comprising an amplifier connected between the wiring and the resonant circuit.

A pen for a touch sensing system recognized on a display panel in which electrodes overlapping a pixel array and an antenna are disposed outside the pixel array,
a ferrite core disposed between the conductor tip and the circuit board and having a through hole therein;
a wiring inserted into the through hole to connect the conductor tip to the amplifier; and
a resonant circuit coupled to the amplifier;
A pen for a touch sensing system in which inductance is variable in a resonance circuit of the pen according to the pen pressure generated when the conductor tip is pressed.

The method of claim 5,
a guide core separated from the ferrite core;
a spring connected between the ferrite core and the guide core; and
The pen for a touch sensing system further comprising a coil wound around the ferrite core and the guide core.

pen with built-in resonance circuit;
a display panel comprising: electrodes overlapping the pixel array; and a display panel disposed outside the pixel array; and
and a touch driving circuit configured to receive a resonance signal of the pen through an antenna by supplying a resonance induction signal to the electrodes;
The pen is
a circuit board including an amplifier and a resonant circuit connected to the amplifier;
a ferrite core disposed between the conductor tip and the circuit board and having a through hole therein; and
and a wire inserted into the through hole to connect the conductor tip to the amplifier of the circuit board,
A touch sensing system in which an inductance in a resonance circuit of the pen is variable according to a pen pressure generated when the conductor tip is pressed.

The method of claim 7,
The pen is
a guide core separated from the ferrite core;
a spring connected between the ferrite core and the guide core; and
The touch sensing system further comprising a coil wound around the ferrite core and the guide core.