KR102260599B1 - 터치 디스플레이 장치의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 패널에 별도의 센서를 마련하지 않으면서도 터치 펜을 이용하여 터치 검출을 정확하게 할 수 있는 터치 디스플레이 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치는 터치 펜이 터치 전극 구동 신호를 수신하는 단계, 및 상기 터치 펜이 상기 수신된 터치 전극 구동 신호를 기반으로 펜 출력 신호를 송출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

터치 디스플레이 장치의 구동 방법{DRIVING METHOD FOR TOUCH DISPLAY DEVICE}

본 발명은 터치 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 터치 패널에 별도의 센서를 마련하지 않으면서도 터치 펜을 이용하여 터치 검출을 정확하게 할 수 있는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법에 관한 것이다.

디지털 데이터를 이용하여 영상을 표시하는 평판 표시 장치로는 액정을 이용한 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 불활성 가스의 방전을 이용한 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 유기 발광 다이오드를 이용한 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 표시 장치 등이 있다.

최근, 상기와 같은 평판 표시 장치에 터치 패널을 부가한 터치 디스플레이 장치가 양산되고 있으며, 그 예로서 스마트 폰, 스마트 북 등이 있다. 이러한 터치 디스플레이 장치는 손가락을 이용한 휴먼 터치뿐만 아니라 터치 펜을 이용하여 필기 또는 그림 그리기가 가능하도록 구성되고 있다. 터치 펜을 이용한 터치 입력은 휴먼 터치에 비해 더 세밀한 입력이 가능하여, 세밀한 그림 그리기 및 글씨 쓰기에 용이한 장점이 있다.

그런데, 종래의 터치 디스플레이 장치는 터치 펜을 인식하기 위해 터치 패널에 전극이나 센서들이 별도로 마련되어야 했다. 특히, 터치 패널을 표시 패널과 함께 일체형으로 형성하는 경우, 전극 및 센서를 추가함에 있어서 공정 및 비용적으로 부담이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 터치 패널에 별도의 센서를 마련하지 않으면서도 터치 펜을 이용하여 터치 검출을 정확하게 할 수 있는 터치 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 방법은 터치 펜이 터치 전극이 포함된 패널에 접촉하여 터치 전극 구동 신호를 수신하는 단계, 및 터치 펜이 수신된 터치 전극 구동 신호를 기반으로 펜 출력 신호를 송출하는 단계를 포함하고, 각 프레임에 포함되는 복수의 구동 기간 각각에서, 터치 전극에 인가되는 터치 전극 구동 신호는 복수개의 펄스를 포함하고, 제1 기간과 제2 기간을 포함하는 상기 각 구동 기간 동안, 터치 펜은 터치 전극 구동 신호의 복수개의 펄스 중 제1 기간에 인가되는 펄스만을 수신하고, 수신된 신호를 분석하여 상기 펄스의 동기 타이밍을 찾아 설정하고, 설정된 동기 타이밍과, 터치 전극 구동 신호의 펄스들과 같게 미리 설정된 펄스 정보를 이용하여, 제2 기간에 터치 전극 구동 신호의 펄스와 동기하는 펜 출력 신호를 송출할 수 있다.

상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 터치 펜의 전도성 팁을 터치 패널의 터치 전극 구동 신호를 수신하는 매개체로 이용한다. 그리고 전도성 팁을 터치 펜 내에 발생된 펜 출력 신호를 송출하는 매개체로 이용한다. 그리고 본 발명의 터치 펜은 펜 출력 신호를 수신된 터치 패널의 터치 전극 구동 신호를 기반으로 동기화 하여 출력한다.

따라서, 본 발명은 터치 패널의 구동 구간에 정확히 펜 접촉 여부를 검출할 수 있어, 터치 검출의 정확성을 기할 수 있다. 따라서, 고감도 입력 펜의 구현이 가능하다. 또한, 터치 검출의 선형성을 유지할 수 있어, 터치 기능(touch performance)이 향상될 수 있다. 또한, 터치 펜의 구동을 위한 별도의 전극을 표시 패널 상에 추가하지 않더라도, 터치 센싱의 고감도를 유지할 수 있으며 구조 단순화가 가능해진다.

위에서 언급된 본 발명의 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 터치 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 터치 펜을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 터치 펜의 동작을 단계적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 파형도이다.
도 7은 라우팅 배선을 통해 터치 구동부 공급되는 터치 센싱 신호이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 파형도이다.
도 9는 터치 전극 구동 신호 및 펜 출력 신호 각각을 구성하는 펄스의 개수를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 파형도이다.

본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. "적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다. "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제 3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 방법의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 터치 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 터치 디스플레이 장치는 표시 기능과 터치 검출 기능을 겸한 표시 패널(200)과, 특정 영역에 접촉에 의해 터치 검출 기능을 수행하는 터치 펜(100)을 포함한다.

상기 표시 패널(200)은 상기 터치 펜(100) 외에 손가락에 의한 터치 검출이 가능한 것으로, 정전 용량 방식의 터치 패널을 구비하고 있다. 상기 터치 패널은 유리 기판 상에 독립적인 구성의 터치 전극(또는 터치 배선)을 구비한 형태가 될 수 있다. 또한, 터치 패널은 상기 표시 패널(200)에서 화면 표시를 위해 구비된 픽셀 어레이를 형성하는 것과 동일 공정에서 터치 검출 전극 및 이의 연결 배선을 구비하는 인 셀 방식으로 구현될 수 있다.

한편, 상기 표시 패널(200)은 액정 패널, 전계 방출 표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등이 될 수 있으며, 이하의 실시 예에서는 액정 패널을 중심으로 설명한다.

본 발명은 터치 펜의 전도성 팁을 터치 패널의 터치 전극 구동 신호를 수신하는 매개체로 이용한다. 그리고 전도성 팁을 터치 펜 내에 발생된 펜 출력 신호를 송출하는 매개체로 이용한다. 이러한 본 발명의 터치 펜은 펜 출력 신호를 수신된 터치 스크린의 터치 전극 구동 신호를 기반으로 동기화 하여 출력한다.

따라서, 본 발명은 고감도 터치 펜의 구현이 가능하다. 또한, 터치 검출의 선형성을 유지할 수 있어, 터치 기능(touch performance)이 향상될 수 있다. 또한, 터치 펜의 구동을 위한 별도의 전극을 터치 패널에 마련하지 않아도, 터치 펜을 이용한 터치 입력이 가능하여 구조 단순화가 가능해진다.

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타낸 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 표시 패널에 내장된 터치 패널(100), 및 터치 구동부(200)를 포함한다.

상기 터치 패널(100)은 제 1 내지 제 n(단, n은 2 이상의 자연수) 터치 구동 라인(Tx1 ~ Txn) 및 제 1 내지 제 m(단, m은 2 이상의 자연수) 터치 센싱 라인(Rx1 ~ Rxm)을 포함한다.

상기 제 1 내지 제 n 터치 구동 라인(Tx1 ~ Txn)은 터치 패널(100)의 터치 센싱 영역(100a)에 제 1 방향(X)을 따라 일정한 간격으로 형성된다. 이러한, 제 1 내지 제 n 터치 구동 라인(Tx1 ~ Txn) 각각은 터치 패널(100)의 터치 비센싱 영역(100b)에 형성된 제 1 라우팅 라인(routing line)(RL1)을 통해 터치 구동부(200)에 연결된다.

상기 제 1 내지 제 m 터치 센싱 라인(Rx1 ~ Rxm)은 터치 패널(100)의 터치 센싱 영역(100a)에 상기 제 1 방향(X)과 교차하는 터치 패널(100)의 제 2 방향(Y)을 따라 일정한 간격으로 형성된다. 이러한, 제 1 내지 제 m 터치 센싱 라인(Rx1 ~ Rxm) 각각은 터치 패널(100)의 터치 비센싱 영역(100b)에 형성된 제 2 라우팅 라인(RL2)을 통해 터치 구동부(200)에 연결된다.

상기 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn)은 절연체층(또는 유전체층)을 사이에 두고 상기 터치 센싱 라인들(Rx1 ~ Rxm)과 교차하도록 형성된다. 이에 따라, 상기 절연층을 사이에 두고 교차하는 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn)과 터치 센싱 라인들(Rx1 ~ Rxm)의 교차부에는 절연층에 의해 상호 정전 용량(mutual capacitance)(Cm)이 형성된다. 따라서, 상기 상호 정전 용량은 터치 구동 라인(Tx1 ~ Txn)에 공급되는 터치 구동 펄스에 의해 전하를 충전하고, 충전된 전하를 터치 센싱 라인(Rx1 ~ Rxm)으로 방전함으로써 터치 센서의 역할을 하게 된다.

일 예에 따른 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn)과 터치 센싱 라인들(Rx1 ~ Rxm) 각각은 바(Bar) 형태의 형성될 수 있다. 다른 예에 따른 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn) 각각은 일정한 간격을 갖는 복수의 터치 구동 전극(112)과 인접한 터치 구동 전극(112)을 전기적으로 연결하는 제 1 브릿지(112a)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 다른 예에 따른 터치 센싱 라인들(Rx1 ~ Rxm) 각각은 일정한 간격을 갖는 복수의 터치 센싱 전극(114)과 인접한 터치 센싱 전극(114)을 전기적으로 연결하는 제 2 브릿지(114a)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 복수의 터치 구동 전극(112)과 복수의 터치 센싱 전극(114) 각각은 마름모 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 안고, 정전 용량을 형성할 수 있는 다른 형태로 형성될 수도 있다.

상기 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn)과 터치 센싱 라인들(Rx1 ~ Rxm) 각각은 서로 전기적으로 분리되도록 각기 다른 층에 형성되거나 동일층에 형성될 수 있다. 이때, 상기 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn)과 터치 센싱 라인들(Rx1 ~ Rxm) 각각이 동일층에 형성되는 경우, 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn)은 터치 센싱 라인들(Rx1 ~ Rxm) 각각과 교차하는 위치에서 분리되고, 분리된 터치 구동 라인들은 전극 연결 패턴을 통해 서로 연결될 수 있다. 여기서, 전극 연결 패턴은 절연층 상에 형성되어 절연층에 형성되는 컨택홀을 통해 분리된 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn)에 전기적으로 연결될 수도 있다. 이와 반대로, 상기 터치 센싱 라인들이 터치 구동 라인들(Tx1 ~ Txn)과 교차하는 위치에서 분리되고, 분리된 터치 센싱 라인들은 전극 연결 패턴을 통해 서로 연결될 수도 있다.

이와 같은, 상기 터치 패널(100)은, 도시하지 않은 영상 표시 장치의 표시 패널 상에 배치(또는 부착)될 수 있다. 일 예로서, 표시 패널이 상부 편광 필름을 포함하는 액정 표시 패널(또는 유기 발광 표시 패널)일 경우, 상기 터치 패널(100)은 상부 편광 필름 상에 배치되거나 상부 기판과 상부 편광 필름 사이에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 터치 패널(100)은 상기 표시 패널의 내부에 내장될 수도 있는데, 이 경우, 터치 센서(Cm)는 표시 패널의 화소 어레이에 인-셀(in-cell) 형태로 내장될 수 있다.

상기 터치 구동부(200)는 연성 회로 필름(300)에 실장되어 터치 패널(100)에 형성된 패드부(PP)를 통해 복수의 제 1 및 제 2 라우팅 라인(RL1, RL2) 각각에 연결됨으로써 상기 제 1 내지 제 n 터치 구동 라인(Tx1 ~ Txn)과 상기 제 1 내지 제 m 터치 센싱 라인(Rx1 ~ Rxm)에 연결된다. 여기서, 상기 터치 구동부(200)는 인쇄 회로 기판(미도시)에 실장될 수도 있으며, 이 경우, 상기 터치 구동부(200)는 터치 패널(100)의 패드부(PP)와 상기 인쇄 회로 기판 간에 연결되는 연성 회로 필름(미도시)을 통해 복수의 제 1 및 제 2 라우팅 라인(RL1, RL2) 각각에 연결될 수 있다.

한편, 상기 터치 구동부(200)는 표시 패널의 화소 어레이를 구동하기 위한 구동 회로들과 함께 집적화되어 상기 인쇄 회로 기판에 실장될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타낸 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 예에 터치 디스플레이 장치는 터치 패널로서 액정 패널(100)을 구비한다. 즉, 상기 액정 패널(100)은 터치 패널을 내장하며, 이하의 설명에서 액정 패널(100)은 터치 패널을 의미한다.

상기 액정 패널(100)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정 층을 포함한다. 상기 기판들은 유리 기판, 플라스틱 기판, 필름 기판 등이 될 수 있다.

상기 액정 패널(100)의 상부 기판에는 블랙 매트릭스, 컬러 필터 등이 형성된다. 액정 패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트 각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 액정 패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정 셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다. 상기 액정 패널(100)의 하부 기판에 형성된 픽셀 어레이는 데이터 배선들, 데이터 배선들과 교차되는 게이트 배선들, 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀 어레이는 데이터 배선들과 게이트 배선들의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor)과, 다수의 TFT들 각각에 접속된 픽셀 전극들(PXL), 픽셀 전극들(PXL)에 접속되어 픽셀 전압을 유지시키는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 더 포함한다. 각 픽셀에 구비된 액정 셀은 픽셀 전극(PXL)에 인가되는 데이터 전압과, 공통 전극(115)에 인가되는 공통 전압의 전압차에 따라 입사광의 투과양을 조절한다.

상기 액정 패널(100)의 공통 전극(115)은 터치 전극 역할을 겸한다. 즉, 공통 전극(115)은 표시 기간에는 공통 전압이 인가되어 액정 셀을 구동하는데 사용되고, 터치 센싱 기간에는 구동 펄스가 인가되어 사용자의 터치를 센싱하는데 사용된다. 따라서, 이하의 설명에서 터치 전극(115)은 표시 기간에 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극을 의미한다. 이러한 본 발명은 터치 전극을 별도로 구비하지 않음으로써 액정 패널의 두께를 줄일 수 있다.

상기 터치 전극(115)은 액정 패널(100)의 하부 기판 상에 다수개 구비되고, 픽셀 전극(PXL)들과 중첩될 수 있다. 상기 다수의 터치 전극(115) 각각의 크기는 각 픽셀의 면적보다 클 수 있다. 또한, 상기 다수의 터치 전극(115)은 다수의 터치 라우팅 배선(RL)과 일대일 대응되도록 연결되어 구동 IC(Integrated Circuits)(200)에 접속된다.

상기 구동 IC(200)는 상기 액정 패널(100)의 비표시 영역에 실장되어 상기 액정 패널(100)을 구동한다. 이러한, 상기 구동 IC(200)는 상기 데이터 배선을 구동하는 데이터 구동 회로와, 상기 게이트 배선을 구동하는 게이트 구동 회로와, 상기 데이터 구동 회로 및 상기 게이트 구동 회로를 제어하는 타이밍 제어 회로와, 자기 용량(self capacitance) 방식으로 사용자의 터치를 센싱하기 위해 다수의 터치 라우팅 배선(RL)에 터치 전극 구동 신호를 공급하는 터치 센싱 회로와, 전원 공급 회로 등을 포함할 수 있다.

상기 구동 IC(200)의 터치 센싱 회로가 터치를 센싱하기 위한 구성 및 방법은 출원인에 의해 제안된 대한민국 공개특허 제10-2013-0129620호, 대한민국 공개특허 제10-2013-0132061호, 대한민국 공개특허 제10-2013-0132197호, 대한민국 등록특허 제10-1330320호 등에 개시된 바, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 본 발명의 터치 디스플레이 장치에 구성된 터치 펜(400)의 구성과 터치 펜(400)의 구동 방법을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 터치 펜(400)을 나타낸 블록도이다.

도 4를 참조하면, 터치 펜(400)은 전도성 팁(450)과, 스위칭부(410)와, 센싱부(420)와, 신호 생성부(430)와, 신호 제어부(440)를 포함하여 구성된다. 도시되지 않았지만, 본 발명의 터치 펜(400)은 전원 공급부와, 입출력 인터페이스 회로와, 적어도 하나의 버튼을 더 포함할 수 있다.

상기 전도성 팁(450)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 시분할되어 수신 전극 및 송신 전극의 역할을 한다. 상기 전도성 팁(450)은 표시 패널(200) 상에 접촉시 중첩 또는 가장 인접한 터치 패널(100)에 구비된 터치 전극(115)과 커플링(coupling)된다. 이러한, 전도성 팁(450)은 해당 터치 전극(115)으로부터 수신된 터치 전극 구동 신호(TS)를 받거나 혹은 터치 펜(400) 내부에서 나오는 펜 출력 신호(PS)를 터치 전극(115) 측에 송출한다.

스위칭부(410)는 터치 펜(400)의 센싱 기간에, 터치 패널(100)에 인가되는 터치 전극 구동 신호(TS)를 전도성 팁(450)을 통해 수신하고, 수신된 터치 전극 구동 신호(TS)를 센싱부(420)에 전달한다. 또한, 스위칭부(410)는 터치 펜(400)의 출력 기간에, 신호 생성부(430)로부터 출력되는 펜 출력 신호(PS)를 전도성 팁(450)에 전달한다.

센싱부(420)는 스위칭부(410)를 통해 제공된 터치 전극 구동 신호(TS)를 증폭하여 신호 생성부(430)에 공급한다.

신호 생성부(430)는 펜 출력 신호(PS)를 구성하는 펄스를 생성하기 위한 레벨 쉬프터를 구비한다. 이러한 신호 생성부(430)는 신호 제어부(440)로부터 제공된 펜 출력 제어 신호에 응답하여, 미리 생성된 펜 출력 신호(PS)를 출력한다. 즉, 신호 생성부(430)는 펜 출력 신호(PS)를 구성하는 펄스들 각각이 터치 전극 구동 신호(TS)를 구성하는 펄스와 동일하도록 진폭과 주파수가 미리 설정되어 있다. 다만, 신호 생성부(430)는 펜 출력 제어 신호에 따라 펜 출력 신호(PS)를 출력함으로써, 펜 출력 신호(PS)를 동기시킨다.

신호 제어부(440)는 센싱부(420)로부터 제공된 터치 전극 구동 신호(TS)를 분석하여 신호 생성부(430)를 제어하는 펜 출력 제어 신호를 생성한다. 예를 들어, 펜 출력 제어 신호는 신호 생성부(430)의 출력을 인에이블 시키는 펜 출력 인에이블 신호와, 신호 생성부(430)의 출력을 디스에이블 시키는 펜 출력 디스에이블 신호를 포함할 수 있다. 이러한 신호 제어부(440)는 펜 출력 신호(PS)가 수신된 터치 전극 구동 신호(TS)를 기반으로 출력되도록 펜 출력 제어 신호를 생성한다.

도 5는 본 발명의 터치 펜(400)의 동작을 단계적으로 나타낸 순서도이다.

먼저, 입출력 인터페이스 및 전원 공급부를 통해 터치 펜(400) 내에 전원을 공급된다(10S).

이어서, 전도성 팁(450)이 터치 패널(100)의 소정 부위를 접촉한다 (20S).

상기 전도성 팁(450)은 터치 패널(100)의 초기 접촉 시점에, 바로 터치 패널(100) 내 터치 전극(115)과 커플링되어, 터치 전극(115)으로부터 수신되는 터치 전극 구동 신호(TS)를 센싱하여 센싱부(420)로 전달한다.

상기 센싱부(420)는 수신된 신호를 증폭시킨 후, 신호 제어부(440)로 전달하고(30S), 상기 신호 제어부(440)는 터치 전극(115)으로부터 나온 신호와 동기된 타이밍을 찾는다(40S). 이때, 상기 신호 제어부(440)는 내부적으로 비교기를 구비하여 정해진 문턱 값과 들어온 증폭 신호를 비교하여 문턱 값과 비교하여 증폭 신호가 작을 때, 터치 여부를 검출할 수도 있다.

구체적으로, 상기 신호 제어부(440)는 상기 센싱부(420)로부터 제공된 신호를 분석하여, 수신된 터치 전극 구동 신호(TS)와 송출될 펜 출력 신호(PS)간의 동기된 타이밍을 설정한다. 그리고 설정된 결과에 따라 펜 출력 제어 신호를 생성하여 신호 생성부(430)에 공급한다. 펜 출력 제어 신호를 동기시키는 방법은 구체적으로 후술한다.

이어서, 신호 생성부(430)는 상기 신호 제어부(440)로부터 제공된 펜 출력 제어 신호에 따라, 주파수와 진폭이 미리 설정되어 있는 펜 출력 신호(PS)를 동기시킨다 (50S).

이어서, 신호 생성부(430)는 생성된 펜 출력 신호(PS)를 스위칭부(410)를 통해 상기 전도성 팁(450)으로 공급한다 (60S).

한편, 최초 터치 펜(400)의 온 동작에 이어, 터치 펜(400)의 터치 패널(100) 접촉 후, 터치 전극 구동 신호(TS)의 수신 구간과 펜 출력 신호(PS)을 터치 패널(100)측으로 전달하는 송신 구간 사이에는 소정 기간의 전환 기간이 마련될 수 있다. 상기 전환 기간은 상기 신호 제어부(440)가 신호를 보정하는 기간이다.

이후 진행되는 프레임에서는 터치 전극 구동 신호(TS)에 동기화된 펜 출력 신호(PS)를 전도성 팁(450)을 통해 전달하는 과정과 전도성 팁(450)을 이용하여 터치 패널(100)의 구동 신호를 수신하는 과정을 반복적으로 시분할하여 진행한다. 최초 펜 출력 신호(PS)를 터치 전극 구동 신호(TS)와 동기화한 이후에는, 다음 프레임들에서 펜 구동의 수신 구간과 송신 구간 사이의 전환 기간을 생략하고, 터치 센싱 구간 내에 수신 구간과 송신 구간을 시분할하여 구동이 이루어질 수도 있다.

이하, 펜 출력 신호(PS)를 터치 전극 구동 신호(TS)에 동기시키기는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 파형도이다. 구체적으로, 도 6은 제 1 실시 예에 따른 터치 전극 구동 신호(TS) 및 펜 출력 신호(PS)의 구동 파형도이다.

도 6을 참조하면, 터치 구동부는 터치 전극 구동 신호(TS)를 생성하여, 터치 패널(100)의 터치 전극(115)에 인가한다. 터치 구동부로부터 인가되는 터치 전극 구동 신호(TS)는 M개의 펄스로 이루어질 수 있다. 그리고 M개의 펄스로 구성된 터치 전극 구동 신호(TS) 각각은 복수개의 터치 전극(115)을 그룹별로 구동하는 복수개의 멀티플렉서 각각에 공급될 수 있다.

상기한 바와 같은 터치 전극 구동 신호(TS)가 터치 전극(115)에 인가되면, 터치 펜(400)은 터치 전극 구동 신호(TS)를 수신하여 펜 출력 신호(PS)를 동기시킨다.

구체적으로, 터치 펜(400)의 신호 제어부(440)는 상기 터치 전극 구동 신호(TS)로 수신된 N-1 번째로 펄스를 분석하여, 상기 펜 출력 신호(PS)가 상기 터치 전극 구동 신호(TS)의 N 번째 펄스에 동기되도록 상기 펜 출력 제어 신호를 생성한다. 즉, 상기 신호 제어부(440)는 제 1 기간에, 상기 터치 전극 구동 신호(TS)로 수신된 홀수 번째 펄스들 각각을 분석하고, 제 2 기간에, 상기 펜 출력 신호(PS)의 펄스들이 상기 터치 전극 구동 신호(TS)의 짝수 번째 펄스들 각각에 동기되도록 상기 펜 출력 제어 신호를 생성한다.

도 7은 라우팅 배선을 통해 터치 구동부 공급되는 터치 센싱 신호이다.

도 7을 참조하면, 터치 펜(400)으로부터 펜 출력 신호(PS)가 송출되기 전에는 터치 구동부에서 센싱되는 터치 센싱 신호가 특정 전압 레벨 사이에서 스윙하는 것을 알 수 있다. 반면에, 터치 펜(400)으로부터 펜 출력 신호(PS)가 송출되면, 터치 구동부에서 센싱되는 터치 센싱 신호의 전압 레벨이 가변되며, 터치 구동부는 터치 센싱 신호의 차이(ΔV)를 인식하여 터치를 검출한다.

한편, 도 7에서 터치 센싱 신호는 펜 출력 신호(PS)는 터치 전극 구동 신호(TS)와 다른 역위상을 갖는 것을 기준하여 도시된 것이다. 본 발명은 펜 출력 신호(PS)가 터치 전극 구동 신호(TS)와 동일한 위상을 가질 수도 있다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 파형도이다. 구체적으로, 도 8은 제 2 실시 예에 따른 터치 전극 구동 신호(TS) 및 펜 출력 신호(PS)의 구동 파형도이다.

도 8을 참조하면, 제 2 실시 예에서 신호 생성부(430)는 상기 터치 전극 구동 신호(TS)의 N 번째 펄스에 동기되는 펜 출력 신호(PS)를 출력한 이후에, 상기 터치 전극 구동 신호(TS)와 동기되도록 미리 설정된 펄스를 출력한다. 상기 신호 제어부(440)는 제 1 기간에, 상기 터치 전극 구동 신호(TS)로 수신된 펄스 분석하고, 제 2 기간에, 미리 설정된 펄스들을 출력한다. 제 2 기간에 미리 설정되는 펄스들은 제 1 기간에 수신된 펄스를 기반으로 출력 시작 시점이 결정된다. 즉, 제 2 실시 예는 신호 생성부(430)가 첫번째 펄스의 출력만 신호 제어부(440)의 제어하에 출력하고, 이후에는 미리 생성된 펜 출력 신호(PS)를 출력한다.

예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 터치 전극 구동 신호(TS)가 M개의 펄스로 이루어 진 경우, 상기 펜 출력 신호(PS)는 M-1개의 펄스로 이루어 진다. 그리고 상기 펜 출력 신호(PS)를 이루는 M-1개의 펄스 중에서 첫번째 펄스는 터치 전극 구동 신호(TS)를 기반으로 동기되며, 나머지 M-2개의 펄스들은 미리 설정된 규약에 따라 출력된다. 이러한 제 2 실시 예는 제 1 실시 예에 비해 터치 펜의 센싱 횟수가 줄어들어 구조가 간단해진다. 그리고 제 2 실시 예는 펜 출력 신호(PS)가 보다 많아지는 바, 보다 정밀한 터치 검출이 가능해진다.

도 10은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 구동 파형도이다. 구체적으로, 도 10은 제 3 실시 예에 따른 터치 전극 구동 신호(TS) 및 펜 출력 신호(PS)의 구동 파형도이다.

도 10을 참조하면, 제 3 실시 예는 터치 전극 구동 신호(TS)가 1개의 스페셜 펄스와, 상기 스페셜 펄스 이후에 출력되는 다수의 노멀 펄스를 포함한다. 상기 스페셜 펄스와 상기 노멀 펄스는 진폭 또는 펄스 폭이 서로 다르게 설정된다. 도 10에서는 스페셜 펄스의 펄스 폭이 노멀 펄스의 펄스 폭보다 작은 것을 일 예로서 도시하였다.

스페셜 펄스는 펜 출력 신호(PS)를 터치 전극 구동 신호(TS)에 동기시키기 위한 동기화 신호 역할을 한다. 즉, 제 3 실시 예에서 신호 제어부(440)는 상기 스페셜 펄스에 응답하여, 상기 펜 출력 신호(PS)의 펄스들 각각이 상기 노멀 펄스들에 동기되도록 상기 펜 출력 제어 신호를 생성한다. 이러한 제 3 실시 예는 노멀 펄스와 구분되는 스페셜 펄스를 이용하여 펜 출력 신호(PS)를 동기시키므로, 보다 정확하고 빠르게 펜 출력 신호(PS)를 동기시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 터치 펜(400)의 전도성 팁(450)을 터치 패널(100)의 터치 전극 구동 신호(TS)를 수신하는 매개체로 이용한다. 그리고 전도성 팁(450)을 터치 펜(400) 내에 발생된 펜 출력 신호(PS)를 송출하는 매개체로 이용한다. 그리고 본 발명의 터치 펜(400)은 펜 출력 신호(PS)를 수신된 터치 패널(100)의 터치 전극 구동 신호(TS)를 기반으로 동기화 하여 출력한다.

따라서, 본 발명은 터치 패널(100)의 구동 구간에 정확히 펜 접촉 여부를 검출할 수 있어, 터치 검출의 정확성을 기할 수 있다. 따라서, 고감도 입력 펜의 구현이 가능하다. 또한, 터치 검출의 선형성을 유지할 수 있어, 터치 기능(touch performance)이 향상될 수 있다. 또한, 터치 펜(400)의 구동을 위한 별도의 전극을 표시 패널 상에 추가하지 않더라도, 터치 센싱의 고감도를 유지할 수 있으며 구조 단순화가 가능해진다.

전술한 본 발명의 터치 펜은 출원인이 제안한 바 있는 정전 용량 방식의 터치 디스플레이 장치에 적용하기 위해 도출된 것이다. 예를 들어, 본 발명은 출원인이 제안한 대한민국 공개특허 10-2014-0105216호, 대한민국 공개특허 10-2014-0085995호, 대한민국 공개특허 10-2014-0083214호 등에서 개시되어 있는 인셀 터치 방식의 터치 디스플레이 장치에 액티브 방식의 터치 펜을 적용하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 터치 펜은 전술한 바와 같은 문헌에 개시된 터치 디스플레이 장치에 적용이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 터치 패널
410: 스위칭부
420: 센싱부
430: 신호 생성부
450: 신호 제어부

Claims (8)

1. 터치 구동부가 터치 전극 구동 신호를 터치 전극에 인가하는 단계;
   터치 펜이 상기 터치 전극이 포함된 패널에 접촉하여 상기 터치 전극 구동 신호를 수신하는 단계; 및
   상기 터치 펜이 상기 수신된 터치 전극 구동 신호를 기반으로 펜 출력 신호를 송출하는 단계를 포함하고,
   각 프레임에 포함되는 복수의 구동 기간 각각에서, 상기 터치 전극에 인가되는 상기 터치 전극 구동 신호는 복수개의 펄스를 포함하고,
   제1 기간과 제2 기간을 포함하는 상기 각 구동 기간 동안,
   상기 터치 펜은 상기 터치 전극 구동 신호의 복수개의 펄스 중 상기 제1 기간에 인가되는 펄스만을 수신하고, 수신된 신호를 분석하여 상기 펄스의 동기 타이밍을 찾아 설정하고, 상기 설정된 동기 타이밍과, 상기 터치 전극 구동 신호의 펄스들과 같게 미리 설정된 펄스 정보를 이용하여, 상기 제2 기간에 상기 터치 전극 구동 신호의 펄스와 동기하는 상기 펜 출력 신호를 송출하는, 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 터치 펜이 상기 터치 전극 구동 신호를 수신하는 단계는
   스위칭부가 구동되어 전도성 팁을 통해 수신된 상기 터치 전극 구동 신호를 센싱부에 공급하는 단계;
   상기 센싱부가 수신된 터치 전극 구동 신호를 증폭하여 신호 제어부에 공급하는 단계;
   상기 신호 제어부가 상기 터치 전극 구동 신호를 분석하여 펜 출력 제어 신호를 신호 생성부에 공급하는 단계;
   상기 신호 생성부가 상기 펜 출력 제어 신호에 응답하여, 미리 생성된 펜 출력 신호를 출력하는 단계; 및
   상기 스위칭부가 구동되어 상기 신호 생성부로부터 출력된 펜 출력 신호를 상기 전도성 팁에 전달하는 단계를 포함하는, 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 터치 펜은
   상기 각 구동 기간의 초기에 위치하는 상기 제1 기간에, 상기 터치 전극 구동 신호 중 첫번째 펄스를 수신하여 분석하고,
   상기 각 구동 기간에서 상기 제1 기간 다음에 위치하는 상기 제2 기간 동안 상기 터치 전극 구동 신호의 두번째 펄스로부터 마지막 펄스까지 동기하는 상기 펜 출력 신호를 송출하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 터치 펜은
   상기 제 1 기간에, 상기 터치 전극 구동 신호의 홀수번째 펄스를 수신하여 분석하고,
   상기 제 1 기간과 교번하는 상기 제 2 기간에, 상기 터치 구동 신호의 짝수번째 펄스와 동기하는 상기 펜 출력 신호를 송출하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 펜 출력 신호는 상기 터치 구동 신호의 펄스와 동기하는 역위상의 펄스를 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 각 구동 기간에서, 상기 펜 출력 신호는 상기 터치 전극 구동 신호의 복수개의 펄스보다 1개 적은 펄스들을 포함하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
7. 터치 구동부가 터치 전극 구동 신호를 터치 전극에 인가하는 단계;
   터치 펜이 상기 터치 전극이 포함된 패널에 접촉하여 상기 터치 전극 구동 신호를 수신하는 단계; 및
   상기 터치 펜이 상기 수신된 터치 전극 구동 신호를 기반으로 펜 출력 신호를 송출하는 단계를 포함하고,
   상기 터치 전극 구동 신호는 1개의 스페셜 펄스와, 상기 스페셜 펄스 이후에 출력되는 다수의 노멀 펄스들을 포함하고,
   상기 터치 펜은 수신된 상기 스페셜 펄스에 응답하여, 상기 노멀 펄스들에 동기하도록 상기 펜 출력 신호의 펄스들을 생성하여 송출하는 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 스페셜 펄스와 상기 노멀 펄스는 진폭 또는 펄스 폭이 서로 다른, 터치 디스플레이 장치의 구동 방법.

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