KR102340935B1

KR102340935B1 - Touch sensing system and driving method thereof

Info

Publication number: KR102340935B1
Application number: KR1020140151118A
Authority: KR
Inventors: 정소정; 조성용
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2021-12-20
Also published as: KR20160053301A

Abstract

본 발명에 따른 터치 센싱 시스템은 표시데이터가 기입되는 표시패널과, 공진 회로가 내장된 펜과, 터치 스크린과, 제1 터치 구동회로를 포함하고, 상기 제1 터치 구동회로는 상기 표시패널에 표시 데이터가 기입되지 않는 수평 블랭크 기간 내에서 상기 펜의 필압을 센싱하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 터치 스크린은 X 전극들, 상기 X 전극들과 직교되는 Y 전극들을 포함한 XY 전극들, 및 상기 XY 전극들을 에워싸는 형태로 배치된 안테나를 가지며 상기 표시패널에 결합된다. 그리고, 제1 터치 구동회로는 펜 터치 모드에서, 상기 XY 전극들에 공진 유도 신호를 순차적으로 인가하여 상기 안테나를 공진시키고 상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호의 공진 크기를 바탕으로 상기 펜의 위치를 센싱하고, 상기 공진 유도 신호의 주파수를 가변하면서 측정된 상기 공진 회로의 공진 주파수와 그 인접 주파수를 바탕으로 상기 펜의 필압을 센싱한다. A touch sensing system according to the present invention includes a display panel on which display data is written, a pen having a built-in resonance circuit, a touch screen, and a first touch driving circuit, wherein the first touch driving circuit is displayed on the display panel. It is characterized in that the pen pressure of the pen is sensed within a horizontal blank period in which data is not written. Here, the touch screen has X electrodes, XY electrodes including Y electrodes orthogonal to the X electrodes, and an antenna disposed to surround the XY electrodes, and is coupled to the display panel. Then, in the pen touch mode, the first touch driving circuit resonates the antenna by sequentially applying a resonance induction signal to the XY electrodes, and determines the position of the pen based on the resonance magnitude of the resonance signal received through the antenna. The pen pressure of the pen is sensed based on the resonance frequency of the resonance circuit measured while varying the frequency of the resonance induction signal and an adjacent frequency thereof.

Description

Touch sensing system and its driving method

본 발명은 펜과 손가락의 센싱이 가능한 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a touch sensing system capable of sensing a pen and a finger, and a method of driving the same.

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), and 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, a user interface is evolving into a touch UI, a voice recognition UI, a 3D UI, 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. 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 a pen touch screen, US Patent US 7,903,085 (November 22, 1988, hereinafter referred to as "a prior art pen touch sensing device") discloses a special pen having a built-in resonance circuit, and a loop for receiving a resonance signal from the pen. and an analog signal processing unit for extracting pen location information and pen pressure information from an antenna and a signal of the loop antenna.

종래 기술의 펜 터치 센싱 장치에서, 도 1과 같이 펜의 공진을 유도하기 위한 구형파 신호는 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 for inducing resonance of the pen is propagated as a magnetic field through an electromagnetic resonance path through the antenna ANT and transmitted to the pen PEN. 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 as a magnetic field to the loop antenna. 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 루프 안테나를 통해 수신된 공진 신호를 아날로그 회로에 입력한다. 아날로그 회로는 루프 안테나를 통해 수신된 공진 신호의 위상을 바탕으로 펜의 위치를 판단하는 위치판별회로와 펜의 필압(Pen pressure)을 판단하는 필압 판별회로를 포함한다. The prior art pen touch sensing device inputs a resonance signal received through a loop antenna to an analog circuit. The analog circuit includes a position discrimination circuit for determining the position of the pen based on the phase of the resonance signal received through the loop antenna, and a pen pressure discrimination circuit for determining the pen pressure of the pen.

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

(1) XY 좌표계에서 펜 터치 위치를 검출하기 위하여 다수의 루프 안테나들과, 그 루프 안테나들을 순차 구동하기 위한 스위치 회로들이 필요하다. XY 좌표계에서 터치 포인트를 인식하기 위하여, 루프 안테나들은 매트릭스 형태로 겹쳐 있는 형태로 구현되어야 한다. 루프 안테나들을 표시패널에 구현하기 위해서, 표시패널에 별도의 안테나 레이어(antenna layer)가 추가되어야 하므로 표시패널의 두께가 증가한다. 표시패널에 다수의 루프 안테나들과 아날로그 신호 처리부를 연결하기 위한 구조가 추가되어야 하기 때문에 케이블 연결 기구가 커지고 복잡하게 된다. 따라서, 표시패널에 다수의 루프 안테나들이 집적되면 표시장치를 슬림화하고 단순화하기가 어렵다.(1) In order to detect a 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 a touch point in the XY coordinate system, loop antennas should be implemented in a form that is overlapped in a matrix form. 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 the 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.

(2) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 아날로그 비교기로 펜의 수신 신호를 비교하기 때문에 펜의 존재 유무만 알 수 있을 뿐 좌표를 정밀하게 표현하기가 어렵다. (2) Since the prior art pen touch sensing device compares the received signal of the pen with an analog comparator, only the presence or absence of the pen can be known and it is difficult to accurately express coordinates.

(3) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 위치판별회로와 필압 판별회로를 별도로 구성하여 그 만큼 회로 복잡도가 높고 연산량이 많으며 소비 전력이 크다. (3) The prior art pen touch sensing device separately configures the position discrimination circuit and the pen pressure discrimination circuit, so that the circuit complexity is high, the amount of calculation is high, and the power consumption is high.

(4) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치는 공진 신호의 위상이 주변 환경에 민감하게 변하기 때문에 루프 안테나의 기생 용량으로 인하여 정확하게 위상을 검출하기가 어렵다. (4) In the prior art pen touch sensing device, it is difficult to accurately detect the phase due to the parasitic capacitance of the loop antenna because the phase of the resonance signal changes sensitively to the surrounding environment.

(5) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치에서 사용되는 파형 발생기(Pulse generator)는 공진 신호의 주파수 영역을 제한하기 때문에 공진 주파수 변경이 어렵다. (5) Since the pulse generator used in the prior art pen touch sensing device limits the frequency range of the resonance signal, it is difficult to change the resonance frequency.

(6) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치에서 사용되고 있는 아날로그 신호 처리부는 온도, 습도 등 주변 환경에 따라 동작 결과가 달라져 신뢰성이 낮다.(6) The analog signal processing unit used in the prior art pen touch sensing device has low reliability because the operation result varies depending on the surrounding environment, such as temperature and humidity.

(7) 종래 기술의 펜 터치 센싱 장치에서 획득한 필압 데이터는 노이즈 편차가 커 필압 해상도가 떨어지는 문제가 있다. 예를 들어, 펜의 필압에 따라 표현 가능한 위상값이 0~20000까지이고, 일정한 필압에서 노이즈로 인한 위상 편차가 2000이라면 총 10개의 필압 단계가 구현 가능한 것이다. 반면, 일정한 필압에서 노이즈로 인한 위상 편차를 200으로 줄이면 총 100개의 필압 단계를 구현할 수 있어 좀 더 세밀한 필압 표현이 가능해진다.(7) The pen pressure data obtained by the prior art pen touch sensing device has a problem in that the pen pressure resolution is deteriorated due to a large noise deviation. For example, if the phase value that can be expressed according to the pen pressure of the pen ranges from 0 to 20,000, and the phase deviation due to noise at a constant pen pressure is 2000, a total of 10 pen pressure stages can be implemented. On the other hand, if the phase deviation due to noise is reduced to 200 at a constant pen pressure, a total of 100 pen pressure steps can be implemented, enabling more detailed pen pressure expression.

노이즈 발생의 원인은 다양하나 일반적인 환경에서 가장 주요한 요소는 디스플레이에 의한 고조파 노이즈(Harmonic Noise)이다. 실험을 통해 고조파 노이즈를 분석해 본 결과, 초기 노이즈 주파수가 수평 동기신호의 주파수와 주파수 대역이 거의 일치하여 아날로그 회로의 대역 통과 필터가 충분한 효과를 발휘하지 못하고, 그 결과 필압 성분에 혼입되는 고조파 노이즈가 커짐을 알 수 있었다.
There are various causes of noise, but the most important factor in a general environment is harmonic noise caused by a display. As a result of analyzing the harmonic noise through the experiment, the initial noise frequency almost coincides with the frequency of the horizontal sync signal, so the band-pass filter of the analog circuit does not exert a sufficient effect. As a result, the harmonic noise mixed into the pen pressure component was found to be growing.

따라서, 본 발명의 목적은 펜의 위치와 필압을 판별하기 위한 회로를 단순화하고, 디스플레이 고조파 노이즈로부터의 영향을 최소화하여 필압 해상도를 높일 수 있도록 한 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a touch sensing system and a method of driving the same, which simplify a circuit for determining the position of a pen and a pen pressure, and increase pen pressure resolution by minimizing the influence from display harmonic noise.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 터치 센싱 시스템은 표시데이터가 기입되는 표시패널과, 공진 회로가 내장된 펜과, 터치 스크린과, 제1 터치 구동회로를 포함하고, 상기 제1 터치 구동회로는 상기 표시패널에 표시 데이터가 기입되지 않는 수평 블랭크 기간 내에서 상기 펜의 필압을 센싱하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 터치 스크린은 X 전극들, 상기 X 전극들과 직교되는 Y 전극들을 포함한 XY 전극들, 및 상기 XY 전극들을 에워싸는 형태로 배치된 안테나를 가지며 상기 표시패널에 결합된다. 그리고, 제1 터치 구동회로는 펜 터치 모드에서, 상기 XY 전극들에 공진 유도 신호를 순차적으로 인가하여 상기 안테나를 공진시키고 상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호의 공진 크기를 바탕으로 상기 펜의 위치를 센싱하고, 상기 공진 유도 신호의 주파수를 가변하면서 측정된 상기 공진 회로의 공진 주파수와 그 인접 주파수를 바탕으로 상기 펜의 필압을 센싱한다.In order to achieve the above object, a touch sensing system according to the present invention includes a display panel on which display data is written, a pen having a built-in resonance circuit, a touch screen, and a first touch driving circuit, and the first touch driving circuit The method is characterized in that the pen pressure of the pen is sensed within a horizontal blank period in which display data is not written on the display panel. Here, the touch screen has X electrodes, XY electrodes including Y electrodes orthogonal to the X electrodes, and an antenna disposed to surround the XY electrodes, and is coupled to the display panel. Then, in the pen touch mode, the first touch driving circuit resonates the antenna by sequentially applying a resonance induction signal to the XY electrodes, and determines the position of the pen based on the resonance magnitude of the resonance signal received through the antenna. The pen pressure of the pen is sensed based on the resonance frequency of the resonance circuit measured while varying the frequency of the resonance induction signal and an adjacent frequency thereof.

상기 제1 터치 구동회로는 상기 수평 블랭크 기간 내에서 상기 펜의 위치까지 더 센싱한다.The first touch driving circuit further senses the position of the pen within the horizontal blank period.

상기 제1 터치 구동회로는, 동기 신호에 기초하여 상기 수평 블랭크 기간 내에서 활성화되는 싱크 플래그신호를 생성하는 싱크 플래그신호 생성부와, 상기 싱크 플래그신호와 상기 펜 터치 모드를 지시하는 펜 플래그 신호를 입력받아 상기 공진 유도 신호의 출력을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어하에, 상기 공진 유도 신호를 상기 XY 전극들에 순차적으로 공급함과 아울러 상기 수평 블랭크 기간 내에서 상기 센싱된 펜 위치를 대상으로 상기 공진 유도 신호의 주파수를 가변하는 Tx 드라이버와, 상기 안테나를 통해 수신된 상기 공진 신호를 증폭하고 상기 펜의 공진 신호 주파수 대역을 추출하여 디지털 공진 신호로 출력하는 아날로그 신호 처리부와, 상기 펜의 디지털 공진 신호에서 실수부와 허수부를 추출하여 각각 n(n은 2 이상의 양의 정수) 회 누적한 결과를 출력하는 디지털 복조기와, 상기 디지털 복조기로부터 입력된 데이터의 실효값(Root Mean Square, RMS)을 계산하여 상기 공진 신호의 크기와 공진 주파수를 판단하는 위치 및 필압 판단부를 포함한다.The first touch driving circuit may include a sync flag signal generator that generates a sync flag signal activated within the horizontal blank period based on a sync signal, and generates the sync flag signal and a pen flag signal indicative of the pen touch mode. a control unit receiving an input and controlling the output of the resonance induction signal; and sequentially supplying the resonance induction signal to the XY electrodes under the control of the control unit, as well as targeting the sensed pen position within the horizontal blank period a Tx driver for varying the frequency of the resonance induction signal; an analog signal processing unit for amplifying the resonance signal received through the antenna, extracting the resonance signal frequency band of the pen, and outputting it as a digital resonance signal; A digital demodulator extracting a real part and an imaginary part from a signal and accumulating n (n is a positive integer of 2 or more) times, respectively, and calculating a root mean square (RMS) of data input from the digital demodulator and a position and pen pressure determination unit for determining the magnitude and resonance frequency of the resonance signal.

상기 펜 터치 모드 하에서, 상기 제1 터치 구동회로는 전기 용량 결합(electric capacitance coupling)을 통해 상기 공진 유도 신호를 상기 펜에 송신하고, 상기 펜의 공진 신호를 전자기 공명(Electromagnetic resonance) 경로를 통해 상기 안테나로 수신한다.Under the pen touch mode, the first touch driving circuit transmits the resonance induction signal to the pen through electric capacitance coupling, and transmits the resonance signal of the pen to the pen through an electromagnetic resonance path. receive with the antenna.

이 터치 센싱 시스템은 상기 Y 전극들에 자극 신호를 공급하고, 상기 자극 신호에 동기하여 상기 X 전극들을 통해 전하를 수신하는 제2 터치 구동회로를 더 포함한다. The touch sensing system further includes a second touch driving circuit that supplies a stimulation signal to the Y electrodes and receives electric charges through the X electrodes in synchronization with the stimulation signal.

이 터치 센싱 시스템은 상기 X 전극들과 상기 Y 전극들에 자극 신호를 공급하고, 상기 자극 신호에 동기하여 상기 X 전극들과 상기 Y 전극들을 통해 전하를 수신하는 제2 터치 구동회로를 더 포함한다.The touch sensing system further includes a second touch driving circuit that supplies a stimulation signal to the X electrodes and the Y electrodes, and receives electric charges through the X electrodes and the Y electrodes in synchronization with the stimulation signal .

상기 안테나는 상기 XY 전극들을 에워싸는 단일 안테나인 것을 특징으로 한다.The antenna may be a single antenna surrounding the XY electrodes.

본 발명의 실시예에 따라 표시데이터가 기입되는 표시패널과 공진 회로가 내장된 펜과 터치 스크린을 가지며, 상기 터치 스크린이 X 전극들, 상기 X 전극들과 직교되는 Y 전극들을 포함한 XY 전극들, 및 상기 XY 전극들을 에워싸는 형태로 배치된 안테나를 포함한 터치 센싱 시스템의 구동 방법은, 펜 터치 모드에서, 상기 XY 전극들에 공진 유도 신호를 순차적으로 인가하여 상기 안테나를 공진시키고 상기 안테나를 통해 수신한 공진 신호의 공진 크기를 바탕으로 상기 펜의 위치를 센싱하는 단계와, 상기 공진 유도 신호의 주파수를 가변하면서 측정된 상기 공진 회로의 공진 주파수와 그 인접 주파수를 바탕으로 상기 펜의 필압을 센싱하는 단계를 포함하고, 상기 펜의 필압을 센싱하는 단계는 상기 표시패널에 표시 데이터가 기입되지 않는 수평 블랭크 기간 내에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
According to an embodiment of the present invention, a display panel on which display data is written, a pen and a touch screen having a built-in resonance circuit, and the touch screen are provided, wherein the touch screen includes XY electrodes including X electrodes and Y electrodes orthogonal to the X electrodes; And the driving method of the touch sensing system including the antenna arranged in a shape surrounding the XY electrodes, in a pen touch mode, by sequentially applying a resonance induction signal to the XY electrodes to resonate the antenna and receive through the antenna Sensing the position of the pen based on the resonance level of the resonance signal, and sensing the pen pressure of the pen based on the resonance frequency of the resonance circuit measured while varying the frequency of the resonance induction signal and its adjacent frequency. wherein the sensing of the pen pressure of the pen is performed within a horizontal blank period in which display data is not written on the display panel.

본 발명은 아래와 같은 효과가 있다. The present invention has the following effects.

(1) 펜 터치 모드에서 펜의 공진을 유도하기 위한 교류 신호를 기존의 핑거 터치 전극들에 인가하여 전기 용량 결합(electric capacitance coupling)을 통해 펜으로 송신하고, 안테나를 통해 펜의 공진 신호를 수신한다. 그 결과, 본 발명은 표시패널의 기판에 터치 센싱 시스템에 다수의 안테나 루프들을 표시패널에 형성하지 않으므로 기판 구조를 단순하고 하고 표시패널을 슬림화할 있다. (1) In pen touch mode, an AC signal for inducing pen resonance is applied to existing finger touch electrodes, transmitted to the pen through electric capacitive coupling, and the pen resonance signal is received through an antenna do. As a result, according to the present invention, since a plurality of antenna loops are not formed on the display panel in the touch sensing system on the substrate of the display panel, the substrate structure can be simplified and the display panel can be slimmed down.

(2) 루프 안테나는 안테나 사이의 거리가 벌어져야 안테나로서의 역할을 한다. 이에 비하여, 기존의 핑거 터치 전극들은 전도성 막대 형태로 형성된다. 따라서, 핑거 터치 전극들은 같은 면적에서 루프 안테나를 형성할 때 보다 더 많이 형성될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 펜 터치 입력을 인식할 수 있는 센싱 포인트를 세밀하게 나눌 수 있다. (2) The loop antenna functions as an antenna only when the distance between the antennas is widened. In contrast, conventional finger touch electrodes are formed in the form of conductive bars. Accordingly, more finger touch electrodes may be formed than when the loop antenna is formed in the same area. As a result, according to the present invention, it is possible to finely divide a sensing point capable of recognizing a pen touch input.

(3) 본 발명은 디지털 공진 신호를 처리하므로 아날로그 비교기를 필요로 하지 않는다. (3) Since the present invention processes a digital resonance signal, an analog comparator is not required.

(4) 본 발명은 동작 주파수가 제한된 종래 기술의 파형 발생기를 사용하지 않고 동작 주파수 변경에 제약이 없는 디지털 펄스 발생기(digital pulse generator)를 사용한다. 따라서, 본 발명은 펜의 공진 주파수 변경에 유리하다. (4) The present invention does not use a waveform generator of the prior art having a limited operating frequency, but uses a digital pulse generator that has no restriction on changing the operating frequency. Therefore, the present invention is advantageous for changing the resonant frequency of the pen.

(5) 본 발명은 펜의 공진 신호를 수신하는 회로에서 아날로그 회로를 최소화하므로 종래 기술에 비하여 주변 환경의 영향을 적게 받는다. (5) The present invention minimizes the analog circuit in the circuit for receiving the resonance signal of the pen, and thus is less affected by the surrounding environment than in the prior art.

(6) 본 발명은 펜의 공진 신호를 수신하는 회로 대부분을 디지털 신호 처리회로로 구현함으로써 터치 구동회로를 원칩 IC로 구현할 수 있다. (6) In the present invention, the touch driving circuit can be implemented as a one-chip IC by implementing most of the circuit for receiving the resonance signal of the pen as a digital signal processing circuit.

(7) 본 발명은 터치 구동회로에 마이크로 프로세서를 내장하여 터치 구동 회로의동작 특성을 변경하거나 터치 구동회로의 성능 개선 알고리즘을 쉽게 구현할 수 있다. (7) The present invention embeds a microprocessor in the touch driving circuit to change the operating characteristics of the touch driving circuit or to easily implement an algorithm for improving the performance of the touch driving circuit.

(8) 본 발명은 공진 신호의 위상을 측정하지 않고 공진 크기를 바탕으로 펜의 위치를 판단하고 공진 주파수를 바탕으로 펜의 필압을 판단한다. 따라서, 본 발명은 펜의 위치와 필압을 판단하기 위한 회로를 최소화할 수 있고 소비 전력을 줄일 수 있다. (8) In the present invention, the position of the pen is determined based on the resonance size without measuring the phase of the resonance signal, and the pen pressure of the pen is determined based on the resonance frequency. Accordingly, according to the present invention, a circuit for determining the position of the pen and the pen pressure can be minimized and power consumption can be reduced.

(9) 종래 기술은 펜의 공진 신호와 펜에 인가된 공진 유도 신호의 위상을 바탕으로 필압을 검출하기 때문에 기생 용량이나 기생 인덕턴스의 영향을 많이 받는다. 이에 비하여, 본 발명은 공진 주파수 대역의 주파수별 공진 크기를 바탕으로 필압을 측정하기 때문에 기생 용량이나 기생 인덕턴스의 영향을 거의 받지 않으므로 필압을 안정적으로 정확하게 측정할 수 있다. (9) In the prior art, since the pen pressure is detected based on the phase of the resonance signal of the pen and the resonance induction signal applied to the pen, it is greatly affected by parasitic capacitance or parasitic inductance. On the other hand, since the present invention measures the pen pressure based on the resonance magnitude for each frequency in the resonance frequency band, it is hardly affected by the parasitic capacitance or the parasitic inductance, so it is possible to stably and accurately measure the pen pressure.

(10) 종래 기술은 디스플레이 구동과는 동기화되지 않은 상태로 펜을 센싱하였다. 디스플레이가 구동되는 도중에 펜을 센싱하게 되면 필압 성분에 디스플레이의 고조파 노이즈가 혼입되게 된다. 본 발명은 표시 데이터가 기입되지 않는 수평 블랭크 기간 내에서 필압 센싱을 수행함으로써, 필압 성분에 디스플레이의 고조파 노이즈가 유입되는 것을 방지하여 SNR를 효과적으로 높일 수 있다.
(10) In the prior art, the pen was sensed out of synchronization with the display driving. If the pen is sensed while the display is being driven, harmonic noise of the display is mixed with the pen pressure component. According to the present invention, by performing the pen pressure sensing within the horizontal blank period in which display data is not written, it is possible to effectively increase the SNR by preventing harmonic noise of the display from entering the pen pressure component.

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 8은 제1 터치 구동회로가 원칩 IC로 집적된 예를 보여 주는 도면이다.
도 9는 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 펜 호버 감지 결과에 따라 펜 터치 모드와 핑커 터치 모드 간 전환 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 13a 내지 도 13c는 펜 호버 감지 방법의 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 14는 수평 블랭크 기간 내에서 펜 필압을 센싱하는 일 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 15는 수평 블랭크 기간 내에서 펜 필압과 펜 위치를 모두 센싱하는 일 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 16a는 디스플레이 기간과 수평 블랭크 기간을 보여주는 타이밍도이다.
도 16b는 수평 블랭크 기간 내에서 센싱되는 펜 필압의 센싱 타이밍을 보여주는 타이밍도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 제1 터치 구동회로를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 18은 펜에 내장된 인덕터를 보여 주는 도면이다.
도 19는 제1 터치 구동회로의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 20은 종래의 자기장 송수신 방법에서 초래되는 펜 끝(tip)의 인식 오류 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명에서 펜 끝의 인식 오류 방지 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 펜 터치 위치 및 필압 판단 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 23 및 도 24는 펜의 위치 판단 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다.
도 25 및 도 26은 펜의 필압 판단 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다. 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 according to 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 flowchart illustrating a method of switching between a pen touch mode and a pinker touch mode according to a pen hover detection result.
13A to 13C are diagrams illustrating an example of a pen hover sensing method.
14 is a flowchart illustrating a method of sensing pen pressure within a horizontal blank period.
15 is a flowchart illustrating a method of sensing both a pen pressure and a pen position within a horizontal blank period.
16A is a timing diagram showing a display period and a horizontal blank period.
16B is a timing diagram illustrating a sensing timing of pen pressure sensed within a horizontal blank period.
17 is a circuit diagram illustrating in detail a first touch driving circuit according to an embodiment of the present invention.
18 is a view showing an inductor built in a pen.
19 is a waveform diagram illustrating an operation of the first touch driving circuit.
20 is a view for explaining a problem of recognition error of a pen tip (tip) caused by the conventional method of transmitting and receiving a magnetic field.
21 is a view for explaining the effect of preventing a recognition error of the pen tip in the present invention.
22 is a flowchart illustrating a method of determining a pen touch position and pen pressure according to an embodiment of the present invention.
23 and 24 are diagrams illustrating an example of a method for determining a position of a pen.
25 and 26 are diagrams illustrating an example of a method of determining the pen pressure of a pen.

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. Like reference numerals refer to substantially identical elements throughout. In the following description, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 전기장 송신과 자기장 수신을 보여 준다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 블록도이다. 그리고, 도 4는 내지 도 6은 표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태를 보여 준다.2 shows an electric field transmission and a magnetic field reception of a 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 show various combinations of a display panel and a touch screen.

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

XY 전극들(X/Y)은 입력 영상이 표시되는 표시패널의 픽셀 어레이와 중첩된다. 따라서, XY 전극들(X/Y)은 투과율이 높은 전극 물질 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. XY 전극들(X/Y)은 정전 용량(Csx)을 사이에 두고 펜(PEN)과 전기 용량 결합(electric capacitance coupling)된다. 정전 용량(Csx)은 XY 전극들과 펜(PEN) 사이의 기생 정전 용량이다. XY 전극들은 공진 유도 신호를 정전 용량(Csx)을 통해 전기장으로 펜(PEN)에 송신한다.The XY electrodes X/Y overlap the pixel array of the display panel on which the input image is displayed. Accordingly, the XY electrodes X/Y may be formed of an electrode material having high transmittance, for example, indium tin oxide (ITO). The XY electrodes X/Y are capacitively coupled to the pen PEN with the capacitance Csx interposed therebetween. The capacitance Csx is a parasitic capacitance between the XY electrodes and the pen PEN. The XY electrodes transmit a resonance-inducing signal to the pen (PEN) as an electric field through the capacitance (Csx).

펜(PEN)은 공진 회로를 포함한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 기생 정전 용량(Csx)을 통해 수신된 공진 유도 신호에 따라 공진하여 공진 신호를 발생한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 펜의 팁(Tip)이 터치 스크린 상에 눌려졌을 때 LC 값을 변화시켜 공진 주파수를 변경시킨다. 이렇게, 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 parasitic capacitance Csx to generate a resonance signal. The resonance circuit of the pen PEN changes the resonance frequency by changing the LC value when the tip of the pen is pressed on the touch screen. In this way, 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 단일 루프 안테나로 구현될 수 있다. 본 발명의 터치 센싱 시스템은 XY 전극들(X/Y)을 통해 정전 용량의 변화로 손가락의 터치 입력을 감지하고, XY 전극들(X/Y)과 안테나(ANT)를 이용하여 펜 터치 입력을 감지한다.The antenna ANT receives the resonance signal of the pen PEN. The antenna ANT may be implemented as a single loop antenna surrounding 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 using 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 flat panel display devices such as electrophoresis (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 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로, 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동회로 등을 포함한다.3 to 6 , a display device according to an embodiment of the present invention includes a display panel DIS, a display driving circuit, a touch screen TSP, a touch screen driving circuit, and the like.

표시패널(DIS)은 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 charging the data voltage, and the pixel electrode of the liquid crystal cell. and a storage capacitor (Cst) for maintaining a 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, etc. 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, or a fringe field switching (FFS) mode.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 표시라인을 선택한다. The display driving circuit includes the data driving circuit 12 , the scan driving circuit 14 , and the timing controller 20 to write the video data voltage of the input image to the 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 display line of the display panel DIS to which the data voltage 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 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.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 (Source Sampling Clock, SSC), a polarity control signal (Polarity, POL), and a source output enable signal (Source Output Enable, SOE).

타이밍 콘트롤러(20)는 입력 영상의 프레임 레이트×N(N은 2 이상의 양의 정수) Hz의 주파수로 프레임 레이트를 높여 디스플레이 구동회로와 터치 스크 구동회로의 동작 주파수를 N 배 체배된 프레임 레이트로 제어할 수 있다. 입력 영상의 프레임 레이트(frame rate)는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz(1 프레임 기간 : 16.67 msec)이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz(1 프레임 기간 : 20 msec)이다. 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 input image frame rate × N (N is a positive integer greater than or equal to 2) 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 3 및 도 7과 같은 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 FIGS. 3 and 7 . At intersections of the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj, touch sensors Cts having different electric charges depending on the presence or absence of a conductor such as a finger are formed. 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. 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 together 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.

터치 스크린 구동회로는 펜 터치 모드에서 동작하는 제1 터치 구동회로(30)와, 핑거 터치 모드에서 동작하는 제2 터치 구동회로(32)를 포함한다. The touch screen driving circuit includes a first touch driving circuit 30 operating in a pen touch mode and a second touch driving circuit 32 operating in a finger touch mode.

펜 터치 모드와 핑거 터치 모드는 터치 스크린 상의 펜 존재 유무(펜 호버)에 따라 결정된다. 핑거 터치 모드가 실행되고 있는 도중에, 터치 스크린 상에서 펜이 감지되면 펜 터치 모드가 우선적으로 실행된다. 그리고, 터치 스크린 상에 펜이 감지되지 않을 때 핑거 터치 모드가 실행된다.The pen touch mode and the finger touch mode are determined according to the presence or absence of a pen on the touch screen (pen hover). While the finger touch mode is being executed, if a pen is detected on the touch screen, the pen touch mode is preferentially executed. And, when the pen is not detected on the touch screen, the finger touch mode is executed.

제1 터치 구동회로(30)는 핑거 터치 모드가 수행되고 있는 도중에도 일정 시간 간격으로 펜 호버 감지 동작을 수행할 수 있으며, 펜 호버 감지시 터치 모드를 펜 터치 모드로 전환한다. The first touch driving circuit 30 may perform a pen hover sensing operation at regular time intervals even while the finger touch mode is being performed, and switches the touch mode to the pen touch mode when the pen hover is detected.

펜 터치 모드에서, 제1 터치 구동회로(30)는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 공진 유도 신호를 순차적으로 공급하고 안테나(ANT)를 통해 펜의 공진 신호를 수신한다. 제1 터치 구동회로(30)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 펜의 공진 신호를 디지털 데이터로 변환하여 공진 주파수 별 공진 크기를 측정한다. 제1 터치 구동회로(30)는 수신된 공진 신호의 공진 크기를 소정의 기준값과 비교하여 펜의 터치 위치 정보(Pen location, XY)를 판단하고, 수신된 공진 신호의 주파수 특성을 기초로 펜의 필압(Pen pressure)을 측정한다. 특히, 제1 터치 구동회로(30)는 표시패널(DIS)에 표시 데이터가 기입되지 않는 수평 블랭크 기간 내에서 필압 측정을 수행함으로써 디스플레이의 고조파 노이즈가 필압 성분에 유입되지 않도록 함으로써 필압 해상도를 충분히 높일 수 있다. 제1 터치 구동회로(30)로부터 발생된 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))는 호스트 시스템(40)으로 전송된다.In the pen touch mode, 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 the pen location information (Pen location, XY) of the pen, and based on the frequency characteristic of the received resonance signal, Measure the pen pressure. In particular, the first touch driving circuit 30 performs pen pressure measurement within a horizontal blank period in which display data is not written on the display panel DIS, thereby preventing harmonic noise of the display from entering the pen pressure component, thereby sufficiently increasing the pen pressure resolution. can The pen position and pen pressure information XY(PEN) generated from the first touch driving circuit 30 is transmitted to the host system 40 .

핑거 터치 모드에서, 제2 터치 구동회로(32)는 터치 센서(Cts)의 터치 전후 정전 용량의 변화를 바탕으로 손가락의 터치 위치를 센싱한다. 정전 용량은 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual) 정전 용량으로 나뉘어질 수 있다. 제2 터치 구동회로(32)는 X 전극들 또는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 자극 신호를 순차적으로 공급하고, 그 자극신호에 동기하여 터치 센서(Cts)의 터치 전후의 정전 용량 변화를 검출하여 디지털 데이터로 변환한다. 제2 터치 구동회로(32)는 디지털 데이터를 소정의 기준값과 비교하여 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))를 판단한다. 제2 터치 구동회로(32)로부터 발생된 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))는 호스트 시스템(40)으로 전송된다. 자극 신호는 펄스, 삼각파 등 다양한 형태의 교류 신호로 발생될 수 있다. 제2 터치 구동회로(32)는 손가락 터치 입력을 센싱하는 기존의 정전 용량 터치 스크린에서 사용되는 터치 구동회로로 구현될 수 있다. In the finger touch mode, the second touch driving circuit 32 senses the touch position of the finger based on the change in capacitance before and after the touch of the touch sensor Cts. The capacitance may be divided into 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 in synchronization with the stimulation signals, electrostatic before and after the 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 stimulation signal may be generated as an AC 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 구동회로(30)로부터 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))가 수신되고, 제2 터치 센구동회로(32)로부터 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))가 수신된다. 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 구동회로(30, 32)로부터 입력되는 펜(PEN)의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))와, 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER)에 연계된 응용 프로그램을 실행한다.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 pressure information XY(PEN) of the pen PEN input from the first and second touch driving circuits 30 and 32 and information on the touch position of the finger XY(FINGER). ) to run the associated application program.

도 7은 본 발명의 터치 스크린(TSP)에 구비된 XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)과 안테나(ANT)를 보여 주는 평면도이다. 7 is a plan view illustrating the XY electrodes X1 to X6 and Y1 to Y6 and the antenna ANT provided in the touch screen TSP of the present invention.

도 7을 참조하면, XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)은 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 비 표시영역 즉, 베젤(Bezel) 영역 내에 형성될 수 있다. 제1 터치 구동회로는 안테나 패드(APAD)를 통해 안테나(ANT)에 연결되고 XY 패드들(XYPAD)을 통해 XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)에 연결된다. Referring to FIG. 7 , the XY electrodes X1 to X6 and Y1 to Y6 include the X electrodes X1 to X6 arranged in parallel along the x axis, and the X electrodes X1 to X6 arranged in parallel along the y axis. ) and Y electrodes Y1 to Y6 orthogonal to each other. 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 non-display area outside the pixel array on which an image is displayed, that is, in a bezel area, so that the aperture ratio of the pixels does not decrease. The first touch driving circuit 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.

도 8은 제1 터치 구동회로(30)가 원칩 IC로 집적된 예를 보여 준다.8 shows an example in which the first touch driving circuit 30 is integrated into a one-chip IC.

도 8을 참조하면, 제1 터치 구동회로(30)는 도 8과 같이 원 칩(One chip) IC(Integrated Circuit)로 집적될 수 있다. 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 포함한 원칩 IC로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 8 , the first touch driving circuit 30 may be integrated into a one chip integrated circuit (IC) as shown in 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 a memory 320 . It can be implemented as a one-chip IC.

아날로그 신호 처리부(100)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 증폭하고 펜의 공진 신호 주파수 대역을 추출하여 디지털 공진 신호로 출력한다.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, and outputs it as a digital resonance signal.

디지털 신호 처리부(200)는 메모리(2)를 더 포함한다. 메모리(2)는 수신된 공진 신호의 주파수별 공진 특성을 저장하고, 도 17에 도시된 적분기(214, 216)에서 데이터를 누적할 수 있도록 이전 데이터를 일시적으로 저장하고, 위치 및 필압 판단부(218)의 출력 데이터를 일시 저장한다.The digital signal processing unit 200 further includes a memory 2 . The memory 2 stores the resonance characteristics for each frequency of the received resonance signal, temporarily stores previous data so that the data can be accumulated in the integrators 214 and 216 shown in FIG. 17, and the position and pen pressure determining unit ( 218) to temporarily store the output data.

마이크로 프로세서 유닛(300)은 위치 및 필압 판단부(218)로부터 입력된 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. The microprocessor unit 300 stores the pen position and pen pressure information XY(PEN) inputted from the position and pen pressure determining unit 218 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 match the resolution of the display, and executes additional algorithms for removing noise and improving touch recognition performance. have.

인터페이스회로(310)는 표준 인터페이스를 통해 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))를 호스트 시스템(40)으로 전송한다.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 according to the present invention.

도 9를 참조하면, 터치 스크린(TSP)이 도 4 및 도 5와 같이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이와 분리된 상판에 형성되면, 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. Referring to FIG. 9 , 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 , the display period Tdis is allocated to one frame period and the first and second The second touch sensing periods Tpen and Tfinger 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.

여기서, 디스플레이 기간(Tdis)에서는 디스플레이 구동회로가 구동되어 입력 영상의 표시데이터가 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입된다. 제1 터치 센싱 기간(Tpen)에서는 제1 터치 구동회로(30)가 구동되어 터치 스크린(TSP) 상에서 펜의 터치 위치와 필압이 센싱된다. 제2 터치 센싱 기간(Tpen)에서는 제2 터치 구동회로(32)가 구동되어 터치 스크린(TSP) 상에서 손가락과 같은 전도체의 터치 위치가 센싱된다. Here, in the display period Tdis, the display driving circuit is driven to write the display data of the input image to the pixels of the display panel DIS. In 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 Tpen, 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.

한편, 도 9와 같이 터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이와 분리되면 터치 스크린이 표시패널의 픽셀 어레이 내부에 형성되는 것에 비해 터치 스크린(TSP)과 픽셀 어레이의 전기적인 커플링이 비교적 적다. 하지만, 이 경우에도 제1 터치 센싱 기간(Tpen) 동안 필압 성분을 측정하면 디스플레이 고조파 노이즈의 유입으로 인해 필압의 해상도를 충분히 확보하기 어렵다. 이에 본 발명은 도 14 내지 도 16b에서와 같이 표시 데이터가 기입되지 않는 수평 블랭크 기간 내에서 필압 센싱을 완료함으로써, 필압 성분에 디스플레이의 고조파 노이즈가 유입되는 것을 최소화한다.On the other hand, when the touch screen TSP is separated from the pixel array of the display panel DIS as shown in FIG. 9 , electrical coupling between the touch screen TSP and the pixel array compared to that the touch screen is formed inside the pixel array of the display panel this is relatively small. However, even in this case, when the pen pressure component is measured during the first touch sensing period Tpen, it is difficult to sufficiently secure the pen pressure resolution due to the inflow of display harmonic noise. Accordingly, the present invention minimizes the influx of harmonic noise of the display to the pen pressure component by completing the pen pressure sensing within the horizontal blank period in which display data is not written as shown in FIGS. 14 to 16B .

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 구동회로(30)는 제1 터치 센싱 기간(Tpen)에 동작하여 XY 전극들(Y1~Yj, X1~Xi)에 순차적으로 공진 유도 신호를 공급하여 펜(PEN)의 공진을 유도한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 정전 용량(Csx)을 통해 전기장으로 입력된 공진 유도 신호에 따라 공진하여 공진 신호를 발생한다. 안테나(ANT)는 자기장의 변화로 펜(PEN)의 공진 신호를 수신한다. 제1 터치 구동회로(30)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 디지털 데이터로 변환하고 그 디지털 데이터에서 공진 신호의 진폭과 주파수별 공진 크기를 계산하여 펜의 위치와 펜의 필압을 센싱한다. Referring to FIG. 10 , the first touch driving circuit 30 operates during the first touch sensing period Tpen to sequentially supply resonance inducing signals to the XY electrodes Y1 to Yj and X1 to Xi to thereby supply the resonance induction signal to the XY electrodes Y1 to Yj and X1 to Xi. ) 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 frequency of the resonance signal from the digital data to calculate the position of the pen and the pen pressure of the pen. sense

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 구동회로(32)는 제2 터치 센싱 기간(Tfinger)에 동작한다. 제2 터치 구동회로(32)는 상호 정전 용량의 경우에 Y 전극들(Y1~Yj)에 순차적으로 자극 신호를 공급하고, 자극신호에 동기하여 X 전극들(X1~Xi)을 통해 터치 센서(Cts)의 전하들을 수신한다. 제2 터치 구동회로(32)는 터치 센서(Cts) 상에서 손가락이 터치되면 터치 전후 터치 센서(Cts)의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력을 센싱한다. 따라서, 제2 터치 센싱 기간(Tfinger) 동안 Y 전극 그룹의 Y 전극들(Y1~Yj)은 자극 신호를 터치 센서들(Cts)에 공급하는 Tx 채널 전극들로 동작하고, X 전극 그룹의 X 전극들(X1~Xi)은 터치 센서들(Cts)로부터 전하를 수신하는 Rx 채널 전극들로 동작한다.Referring to FIG. 11 , the second touch driving circuit 32 operates in the second touch sensing period Tfinger. The second touch driving circuit 32 sequentially supplies a stimulation signal to the Y electrodes Y1 to Yj in the case of mutual capacitance, 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 supplying 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 구동회로(32)는 X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj)에 순차적으로 자극 신호를 공급한다. 제2 터치 구동회로(32)는 자기 정전 용량의 경우에, X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj)을 통해 터치 전후에 자극신호의 폴링 에지 타임(falling edge time) 또는 라이징 에지 타임(rising edge time)의 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한다. 따라서, 자기 정전 용량의 경우, 제2 터치 센싱 기간(Tfinger) 동안 X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj) 각각은 Tx 채널 전극들과 Rx 채널 전극들로 동작한다.In the case of self-capacitance, the second touch driving circuit 32 sequentially supplies stimulation signals to the X electrodes X1 to Xi and the Y electrodes Y1 to Yj. In the case of self-capacitance, the second touch driving circuit 32 performs a falling edge time of a stimulus signal before and after a touch through the X electrodes X1 to Xi and 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 펜 호버 감지 결과에 따라 펜 터치 모드와 핑커 터치 모드 간 전환 방법을 보여준다. 그리고, 도 13a 내지 도 13c는 펜 호버 감지 방법의 일 예를 보여준다. 12 shows a method of switching between a pen touch mode and a pinker touch mode according to a pen hover detection result. 13A to 13C show an example of a pen hover sensing method.

도 12를 참조하면, 제1 터치 구동회로(30)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 펜(PEN)의 공진 신호의 크기를 바탕으로 터치 스크린(TSP) 상에 펜이 존재하는지 여부를 판단하고, 터치 스크린(TSP) 상에 펜이 존재(또는 접촉)하는 경우 펜 플래그 신호를 온 시킨다.(S1) 이 상태에서, 제1 터치 구동회로(30)는 펜 센싱을 수행하여 펜 터치 여부를 판단하고, 펜이 터치된 경우 펜 터치 알고리즘을 수행하여 펜의 위치 정보와 필압 정보를 생성한 후 호스트 시스템에 전송한다.(S2,S3,S4) 12 , the first touch driving circuit 30 determines whether a pen is present on the touch screen TSP based on the magnitude of the resonance signal of the pen PEN received through the antenna ANT, and , when the pen is present (or touched) on the touch screen TSP, the pen flag signal is turned on. (S1) In this state, the first touch driving circuit 30 performs pen sensing to determine whether the pen is touched. When the pen is touched, the pen touch algorithm is performed to generate pen position information and pen pressure information, and then transmits them to the host system (S2, S3, S4).

한편, S1에서 터치 스크린(TSP) 상에 펜이 존재(또는 접촉)하지 않는다고 판단된 경우, 제2 터치 구동회로(32)는 핑거 센싱을 수행하여 핑거 터치 여부를 판단하고, 핑거가 터치된 경우 핑거 터치 알고리즘을 수행하여 핑거 위치 정보를 생성한 후 호스트 시스템에 전송한다.(S5,S6,S7)On the other hand, when it is determined in S1 that the pen does not exist (or touch) on the touch screen TSP, the second touch driving circuit 32 performs finger sensing to determine whether a finger is touched, and when the finger is touched Finger position information is generated by performing a finger touch algorithm and transmitted to the host system (S5, S6, S7).

이렇게 펜과 손가락을 모두 센싱하는 터치 센싱 시스템의 경우, 핑거 터치 센싱과 펜 터치 센싱을 순차적으로 수행한다. 이때 펜 터치 센싱의 경우 터치 스크린 상의 펜 존재 유무만을 우선적으로 판단할 수 있는데, 이를 위해 터치 센싱 시스템은 펜 호버를 감지하기 위한 방법으로 도 13a 내지 도 13c과 같이 순차적으로 터치 채널들(터치 전극들)을 구동하여 호버링을 감지하는 방안을 고려할 수 있다. In the case of a touch sensing system that senses both a pen and a finger, finger touch sensing and pen touch sensing are sequentially performed. In this case, in the case of pen touch sensing, only the presence or absence of a pen on the touch screen can be determined preferentially. ) to detect hovering may be considered.

구체적으로, 터치 센싱 시스템은 도 13a에서와 같이 X 전극들(X1~Xi) 또는 Y 전극들(Y1~Yj)에 순차적으로 공진 유도 신호를 공급하고, 안테나(ANT)를 통해 수신된 펜(PEN)의 공진 신호의 공진 크기를 채널별로 분석함으로써 터치 스크린 상의 펜의 존재 유무를 감지할 수 있다. 터치 센싱 시스템은 도 13b에서와 같이 공진 신호의 진폭값이 미리 설정된 임계값 이상인 채널이 존재하는 경우 도 13c에서와 같이 펜 플래그 신호(Pen Flag)를 온 시킴으로써 터치 모드를 펜 터치 모드로 전환한다. 그리고, 펜 터치 모드 하에서 상기 S2~S4를 수행하여 펜의 위치 정보와 필압 정보를 획득한다.Specifically, the touch sensing system sequentially supplies the resonance induction signal to the X electrodes X1 to Xi or the Y electrodes Y1 to Yj as shown in FIG. 13A , and the pen PEN received through the antenna ANT. ), the presence or absence of the pen on the touch screen can be detected by analyzing the resonance magnitude of the resonance signal for each channel. The touch sensing system converts the touch mode to the pen touch mode by turning on the pen flag signal as shown in FIG. 13C when there is a channel in which the amplitude value of the resonance signal is equal to or greater than a preset threshold as shown in FIG. 13B . Then, by performing S2 to S4 under the pen touch mode, the position information of the pen and the pen pressure information are acquired.

도 14 및 도 15는 수평 블랭크 기간 내에서 펜 필압을 센싱하는 방법들을 보여준다. 그리고, 도 16a는 디스플레이 기간과 수평 블랭크 기간을 보여주고, 도 16b는 수평 블랭크 기간 내에서 센싱되는 펜 필압의 센싱 타이밍을 보여준다.14 and 15 show methods of sensing pen pressure within a horizontal blank period. Also, FIG. 16A shows a display period and a horizontal blank period, and FIG. 16B shows a sensing timing of pen pressure sensed within the horizontal blank period.

먼저, 본 발명의 펜 터치 센싱 단계(도 12의 S2)는 도 14와 같이 펜 위치를 디스플레이 기간과 중첩하여 센싱하고, 펜 필압을 디스플레이 기간과 비 중첩되도록 수평 블랭크 기간 내에서만 센싱하도록 구현됨으로써, 펜 필압에 미치는 디스플레이의 고조파 노이즈 영향을 최대한 억제할 수 있다.First, in the pen touch sensing step (S2 of FIG. 12) of the present invention, as shown in FIG. 14, the pen position is sensed by overlapping the display period, and the pen pressure is sensed only within the horizontal blank period so as not to overlap the display period. The influence of harmonic noise of the display on pen pressure can be suppressed as much as possible.

이를 위해, 제1 터치 구동회로(30)는 도 16a 및 도 16b와 같이 펜 터치 모드 하에서 디스플레이 기간(도 16a의 ACTIVE DISPLAY)과 중첩하여 펜 위치를 센싱한다.(S21,S22) 그리고, 제1 터치 구동회로(30)는 도 16a 및 도 16b와 같이 싱크 플래그신호(SYNC Flag) 활성화될 때까지 대기한 후, 표시 데이터가 기입되지 않는 수평 블랭크 기간(BLANKING TIME) 내에서 싱크 플래그신호(SYNC Flag) 활성화될 때마다 상기 펜 위치가 센싱된 해당 위치에서 펜 필압을 센싱한다.(S23,S24,S25) 여기서, 펜 필압은 공진 유도 신호의 주파수를 가변하면서 측정된 펜 공진 회로의 공진 주파수와 그 인접 주파수를 바탕으로 센싱될 수 있다.To this end, the first touch driving circuit 30 senses the pen position while overlapping the display period (ACTIVE DISPLAY of FIG. 16A ) under the pen touch mode as shown in FIGS. 16A and 16B ( S21 and S22 ). Then, the first The touch driving circuit 30 waits until the sync flag signal is activated as shown in FIGS. 16A and 16B, and then the sync flag signal SYNC Flag within the horizontal blank period (BLANKING TIME) in which display data is not written. ) is activated, the pen pressure is sensed at the corresponding position where the pen position is sensed. (S23, S24, S25) Here, the pen pressure is the resonance frequency of the pen resonance circuit measured while varying the frequency of the resonance induction signal and its It can be sensed based on an adjacent frequency.

다음으로, 본 발명의 펜 터치 센싱 단계(도 12의 S2)는 도 15와 같이 펜 필압뿐만 아니라 펜 위치도 디스플레이 기간과 비 중첩되도록 수평 블랭크 기간 내에서만 센싱하도록 구현됨으로써, 펜 필압에 미치는 디스플레이의 고조파 노이즈 영향을 더욱 억제할 수 있다.Next, the pen touch sensing step (S2 of FIG. 12 ) of the present invention is implemented to sense not only the pen pressure but also the pen position within the horizontal blank period so as not to overlap the display period, as shown in FIG. The influence of harmonic noise can be further suppressed.

이를 위해, 제1 터치 구동회로(30)는 도 16a와 같이 펜 터치 모드 하에서 수평 블랭크 기간(BLANKING TIME)을 활용하여 펜 위치를 센싱하고, 마찬가지로 수평 블랭크 기간(BLANKING TIME)을 활용하여 펜 위치가 센싱된 해당 위치에서 펜 필압을 센싱할 수 있다.(S31~S34) 여기서, 펜 필압은 공진 유도 신호의 주파수를 가변하면서 측정된 펜 공진 회로의 공진 주파수와 그 인접 주파수를 바탕으로 센싱될 수 있다.To this end, the first touch driving circuit 30 senses the pen position by utilizing the horizontal blank period (BLANKING TIME) under the pen touch mode as shown in FIG. 16A , and similarly, the pen position is determined using the horizontal blank period (BLANKING TIME). The pen pressure may be sensed at the sensed corresponding position. (S31 to S34) Here, the pen pressure may be sensed based on the measured resonance frequency of the pen resonance circuit and its adjacent frequencies while varying the frequency of the resonance induction signal. .

도 17은 제1 터치 구동회로(30)를 상세히 보여 주는 회로도이다. 도 18은 펜에 내장된 인덕터(L)를 보여 주는 도면이다. 도 19는 제1 터치 구동회로(30)의 동작을 보여 주는 파형도이다. 17 is a circuit diagram illustrating the first touch driving circuit 30 in detail. 18 is a view showing the inductor (L) built into the pen. 19 is a waveform diagram illustrating an operation of the first touch driving circuit 30 .

도 17 내지 도 19를 참조하면, 제1 터치 구동회로(30)는 기본적으로 펜 터치 모드에서 동작되나, 핑거 터치 모드가 수행되고 있는 도중에도 일정 시간 간격으로 펜 호버를 감지하기 위해 동작될 수 있다. 제1 터치 구동회로(30)는 아날로그 신호 처리부(100)와, 디지털 신호 처리부(200)를 포함한다. 17 to 19 , the first touch driving circuit 30 is basically operated in the pen touch mode, but may be operated to detect the pen hover at regular time intervals even while the finger touch mode is being performed. . 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 펜의 팁이 터치 스크린 상에 눌려졌을 때 LC 값이 변화하여 공진 주파수가 변한다. 도 17에서, 펜(PEN)에 연결된 'Ch'는 사람(human)이 펜(PEN)을 잡았을 때 발생하는 기생 정전 용량을 나타낸다. 정전 용량(Csx)을 통해 펜(PEN)에 인가되는 공진 유도 신호의 주파수가 LC 병렬 공진 회로의 공진 주파수와 일치할 때 펜은 공진 신호를 발생한다. 따라서, 펜(PEN)은 LC 병렬 공진회로에 연결되는 별도의 전원을 필요로 하지 않는다. 펜(PEN)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. 펜(PEN)의 공진 신호는 안테나(ANT)로 출력된다. 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 of the pen is pressed on the touch screen, the LC value changes to change the resonance frequency. In FIG. 17 , 'Ch' connected to the pen PEN indicates parasitic 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 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 resonance signal of the pen PEN is output to the antenna ANT.

펜(PEN)의 LC 병렬 공진회로에서 인덕턴스(inductance)는 필압에 따라 가변된다. 이를 위하여, 인덕터(L)는 도 18과 같이 구현될 수 있다. 페라이트 코어(Ferrite Core, FC)에 감긴 코일(L11)과 가이드 코어(GC)에 감긴 코일(L12)이 직렬로 연결된다. 페라이트 코어(FC)와 가이드 코어(GC) 사이에는 스프링(SPR)이 설치된다. 인덕턴스(Inductance)는 L = μSN²/l에 의해 자성계수(μ), 코일의 단면적(S), 및 권선 수(N)의 제곱에 비례하고, 코일의 길이에 반비례한다. 따라서, 터치 스크린 상에서 펜(PEN)이 눌려 필압이 발생되면, 스프링(SPR)이 압축되면서 페라이트 코어(FC)와 가이드 코어(GC) 사이의 거리가 짧아진다. 그 결과, 필압이 발생되면 자성계수가 증가하고 코일 길이가 감소되어 인덕턴스가 커진다. LC 병렬 공진회로의 L이 커지면, 공진 주파수가 작아진다. 본 발명은 필압이 발생할 때 변하는 공진 주파수를 이용하여 필압을 판정할 수 있다.In the LC parallel resonance circuit of the pen (PEN), the inductance varies according to the pen pressure. To this end, the inductor L may be implemented as shown in FIG. 18 . 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. As a result, 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.

도 17 및 도 19에서 (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. 17 and 19, (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)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"). ) is included.

증폭기(110)는 자신의 게인(gain) 만큼 안테나 신호를 증폭하여 BPF(112)에 전송한다. 도 17 및 도 19에서, (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 . 17 and 19 , (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 17 및 도 19에서, (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. 17 and 19, (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 공진 크기 즉, 진폭을 계산한다. 그리고 디지털 신호 처리부(200)는 공진 신호의 공진 크기와 소정의 기준값(임계값)을 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 Tx 드라이버(230), 싱크 플래그신호 생성부(220), 제어부(225), 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 a resonance signal from a digital signal input from the analog signal processing part 100 as a complex number, and calculates a resonance magnitude, that is, an amplitude, 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 resonance magnitude of the resonance signal with a predetermined reference value (threshold value), and at that time, the position of the XY electrode to which the resonance signal is applied Based on this, the position coordinates of the pen (PEN) are calculated. Also, the digital signal processing unit 200 determines the pen pressure of the pen PEN based on a change in the frequency of the resonance signal of the pen PEN. To this end, the digital signal processing unit 200 includes a Tx driver 230 , a sync flag signal generation unit 220 , a control unit 225 , a digital demodulator 250 , and a position and pen pressure determination unit 218 . include

싱크 플래그신호 생성부(220)는 수평 동기신호(Hsync) 또는 데이터 인에이블 신호(DE)를 기초로 하여 표시패널에 표시 데이터가 기입되지 않는 수평 블랭크 기간 내에서 활성화되는 싱크 플래그신호(SYNC Flag)를 생성한다.The sync flag signal generator 220 is a sync flag signal activated within a horizontal blank period in which display data is not written on the display panel based on the horizontal sync signal Hsync or the data enable signal DE. to create

제어부(225)는 싱크 플래그신호 생성부(220)로부터 싱크 플래그신호(SYNC Flag)를 입력받고, 위치 및 필압 판단부(218)로부터 펜 터치 모드를 지시하는 펜 플래그 신호(PEN Flag)를 입력받아 Tx 드라이버(230)의 동작을 제어한다.The control unit 225 receives a sync flag signal (SYNC Flag) from the sync flag signal generating unit 220 and a pen flag signal (PEN Flag) instructing a pen touch mode from the position and pen pressure determining unit 218 . Controls the operation of the Tx driver 230 .

Tx 드라이버(230)는 제어부(225)의 제어하에 도 13c와 같이 미리 설정된 펜 호버 감지 시간(Thovering)마다 펜(PEN)의 공진 주파수와 같은 주파수의 구형파 신호를 공진 유도 신호로서 X 전극들 또는 Y 전극들에 순차적으로 공급한다.The Tx driver 230 receives a square wave signal having the same frequency as the resonant frequency of the pen PEN at each preset pen hover detection time (Thovering) as shown in FIG. 13C under the control of the controller 225 as a resonance inducing signal to the X electrodes or Y The electrodes are supplied sequentially.

안테나(ANT)를 통해 수신된 펜 호버 센싱신호 즉, 아날로그 공진 신호는 아날로그 신호 처리부(100)와 디지털 복조기(250)를 거쳐 위치 및 필압 판단부(218)에 입력된다. 위치 및 필압 판단부(218)는 펜 호버 센싱신호를 분석하여 펜(PEN)이 터치 스크린(TSP) 상에 위치한 것으로 판정되는 경우 펜 플래그 신호를 온 시킴으로써 터치 모드를 펜 터치 모드로 전환한다. The pen hover sensing signal, ie, the analog resonance signal, received through the antenna ANT is input to the position and pen pressure determining unit 218 through the analog signal processing unit 100 and the digital demodulator 250 . When it is determined that the pen PEN is positioned on the touch screen TSP by analyzing the pen hover sensing signal, the position and pen pressure determining unit 218 turns on the pen flag signal to switch the touch mode to the pen touch mode.

펜 플래그 신호가 온 되면, Tx 드라이버(230)는 제어부(225)의 제어하에 펜(PEN)의 공진 주파수와 같은 주파수의 공진 유도 신호를 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 순차적으로 공급한다. 이러한 펜 터치 모드 하에서 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 위치 정보가 계산될 수 있다.When the pen flag signal is turned on, the Tx driver 230 sequentially applies a resonance induction signal having the same frequency as the resonance frequency of the pen PEN to the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj under the control of the controller 225 . supply 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 determining unit 218 under the pen touch mode, then the XY electrodes to which the resonance induction signal is applied ( Position information of the pen PEN may be calculated based on coordinate information of X1 to Xi and Y1 to Yj).

펜 터치 모드 하에서 Tx 드라이버(230)는 제어부(225)의 제어하에 싱크 플래그신호(SYNC Flag)가 활성화되는 수평 블랭크 기간 내에서 상기 센싱된 펜 위치를 대상으로 공진 유도 신호의 주파수를 가변한다. 이때, 펜 필압은 공진 유도 신호의 주파수를 가변하면서 측정된 펜 공진 회로의 공진 주파수와 그 인접 주파수를 바탕으로 구해지게 된다.Under the pen touch mode, the Tx driver 230 varies the frequency of the resonance induction signal with respect to the sensed pen position within a horizontal blank period in which the SYNC flag is activated under the control of the controller 225 . In this case, the pen pressure is obtained based on the resonance frequency of the pen resonance circuit and its adjacent frequency measured while varying the frequency of the resonance induction signal.

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 greater than or equal to 2) 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 17 및 도 19에서, (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. 17 and 19, (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 17 및 도 19에서, (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 17 및 도 19에서 제1 LPF(210)의 출력(F)는 (E)를

이라 할 때

으로 나타낼 수 있다. The first multiplier 202 detects an 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. 17 and 19, (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 . 17 and 19, 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 17 및 도 19에서 (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. 17 and 19 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 17 및 도 19에서, (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. 17 and 19, (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 a 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 17 및 도 19에서 (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. 17 and 19 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 공진 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 resonance 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 공진 크기를 소정의 기준값(임계값)과 비교하여 공진 신호의 공진 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. The position and pen pressure determining unit 218 compares the resonance magnitude of the resonance signal with a predetermined reference value (threshold value) and determines that the pen is positioned on the touch screen TSP when the resonance magnitude of the resonance signal is greater than the reference value. When the resonance induction signal is applied, the position information of the pen is output as the coordinates of the XY electrode. 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.

도 17 및 도 19에서 (I)는 위치 및 필압 판단부(218)으로부터 디지털 데이터로 출력되는 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))이다.17 and 19 , (I) is 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. Tx 드라이버(230)도 발진기들(206, 208)과 같은 원리로 공진 유도 신호 파형을 발생시키고 수치 제어 발진기(NCO)로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 펜의 공진 주파수를 변경하기가 용이하다. Tx 드라이브(230)에서 출력되는 공진 유도 신호의 주파수는 소정의 필압 측정 범위로 설정된 주파수 범위 내에서 일정한 규칙을 따라 가변될 수 있다. Tx 드라이브(230)에서 출력되는 공진 유도 신호의 특정 주파수는 공진 유도 신호의 주파수가 상기 주파수 범위 내에서 일정한 규칙을 따라 변하므로 일정한 시간 간격으로 발생된다.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 Tx driver 230 also generates a resonance-induced signal waveform in the same principle as the oscillators 206 and 208 and may be implemented as a numerically controlled oscillator (NCO). 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 Tx drive 230 may be varied according to a certain rule within a frequency range set as a predetermined pen pressure measurement range. The specific frequency of the resonance inducing signal output from the Tx drive 230 is generated at regular time intervals because the frequency of the resonance inducing signal changes according to a constant rule within the frequency range.

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 self 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 increases. Accordingly, 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 induction 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 도 20과 같이 기울이면 펜의 인덕터가 펜과 접촉되지 않은 안테나 채널에도 영향을 끼쳐 펜 팁의 위치를 정확하게 판별하기가 어렵다. 반면에, 본 발명과 같이 XY 전극들을 이용하면, 도 21과 같이 XY 전극들과 펜 사이에 존재하는 Csx를 통한 전기장 결합으로 공진 유도 신호가 펜(PEN)으로 송신되기 때문에 종래 기술과 같은 펜 팁의 위치 인식 오류 문제를 방지할 수 있다. 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 a non-conductor, 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 as shown in FIG. 20, the pen inductor also affects the antenna channel not in contact with the pen, making it difficult to accurately determine the position of the pen tip. On the other hand, when XY electrodes are used as in the present invention, as shown in FIG. 21 , since a resonance induction signal is transmitted to the pen (PEN) by an electric field coupling through Csx existing between the XY electrodes and the pen tip as in the prior art. It is possible to prevent the problem of location recognition error of

도 22는 본 발명의 실시예에 따른 펜 터치 위치 및 필압 판단 방법을 보여 주는 흐름도이다.22 is a flowchart illustrating a method of determining a pen touch position and pen pressure according to an embodiment of the present invention.

도 22를 참조하면, 펜 터치 모드 하에서 터치 스크린(TSP)의 XY 전극들에 공진 유도 신호가 인가되면 펜(PEN)의 공진 회로로부터 공진 신호가 발생될 수 있다.(S41) 위치 및 필압 판단부(218)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 펜(PEN)의 공진 신호의 공진 크기를 바탕으로 펜(PEN)의 위치를 판단한다.(S42) 펜의 위치 판단 방법의 예에 대하여 도 23 및 도 24를 결부하여 후술하기로 한다. Referring to FIG. 22 , when a resonance induction signal is applied to the XY electrodes of the touch screen TSP under the pen touch mode, a resonance signal may be generated from the resonance circuit of the pen PEN. (S41) Position and pen pressure determination unit The 218 determines the position of the pen PEN based on the resonance level of the resonance signal of the pen PEN received through the antenna ANT (S42). It will be described later in conjunction with FIG. 24 .

펜(PEN)의 필압을 검출하기 위하여, S43 내지 S48 단계를 수행한다. 먼저 펜(PEN)의 아래에 위치하는 XY 전극들에 공진 유도 신호를 인가하고 그때 안테나(ANT)를 통해 수신된 공진 신호의 공진 크기를 계산하여 메모리(2)에 저장한다.(S43 및 S44) 공진 유도 신호의 주파수를 변경하여 S43 및 S44 단계를 반복하고 필압이 측정될 수 있는 주파수 범위에서 각 주파수 대역별로 안테나(ANT)를 통해 수신된 펜(PEN)의 공진 신호 크기 계산 결과가 메모리에 모두 저장되면(S45 및 S46), 위치 및 필압 판단부(218)는 주파수 대역별 공진 신호 크기를 비교하여 최대 공진 주파수와 필압을 계산한다.(S47 및 S48) 펜(PEN)의 필압 판단 방법의 예에 대하여 도 25 및 도 26을 결부하여 후술하기로 한다.In order to detect the pen pressure of the pen (PEN), steps S43 to S48 are performed. First, a resonance induction signal is applied to the XY electrodes positioned under the pen PEN, and then the resonance magnitude of the resonance signal received through the antenna ANT is calculated and stored in the memory 2. (S43 and S44) Repeat steps S43 and S44 by changing the frequency of the resonance-inducing signal, and the result of calculating the size of the resonance signal of the pen (PEN) received through the antenna (ANT) for each frequency band in the frequency range where the pen pressure can be measured is stored in the memory. When stored (S45 and S46), the position and pen pressure determining unit 218 compares the resonant signal magnitudes for each frequency band and calculates the maximum resonant frequency and the pen pressure. (S47 and S48) Example of pen pressure determination method of the pen (PEN) 25 and 26 will be described later.

도 23 및 도 24는 펜의 위치 판단 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다.23 and 24 are diagrams illustrating an example of a method for determining a position of a pen.

도 23 및 도 24에서, TX는 Y 전극이고, RX는 X 전극이다. 도 23은 TX0~TX31, RX0~RX17까지 총 32×18 개의 XY 전극들에 순차적으로 공진 유도 신호를 공급할 때 얻어진 안테나 수신 신호의 일부 파형이다. 펜이 터치 스크린 상에 근접하지 않을 때, TX12 센싱 구간의 안테나 신호와 같이 공진 신호의 공진 크기 즉, 진폭이 작은 값으로 측정된다. 반면에, 펜이 터치 스크린에 터치되거나 근접할 때 RX6 센싱 구간의 안테나 신호와 같이 안테나를 통해 수신된 공진 신호의 공진 크기가 큰 값으로 측정된다. 따라서, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 XY 전극(TX 및 RX) 채널별로 안테나의 공진 신호를 수신하여 실효값(RMS)을 계산하여 XY 채널별 공진 신호의 공진 크기를 계산하고, 이를 소정의 기준값(threshold)과 비교하여 공진 신호의 공진 크기가 기준값 보다 높을 때 펜(PEN)이 터치 스크린(TSP) 상에 위치하는 것으로 판정한다. 23 and 24, TX is the Y electrode, and RX is the X electrode. 23 is a partial waveform of an antenna reception signal obtained when a resonance induction signal is sequentially supplied to a total of 32×18 XY electrodes from TX0 to TX31 and RX0 to RX17. When the pen is not close to the touch screen, the resonance magnitude, ie, the amplitude, of the resonance signal like the antenna signal of the TX12 sensing section is measured as a small value. On the other hand, when the pen touches or approaches the touch screen, the resonance magnitude of the resonance signal received through the antenna like the antenna signal of the RX6 sensing section is measured as a large value. Accordingly, the touch sensing system of the present invention receives the resonance signal of the antenna for each XY electrode (TX and RX) channel, calculates the effective value (RMS), calculates the resonance magnitude of the resonance signal for each XY channel, and uses this as a predetermined reference value ( threshold) and when the resonance level of the resonance signal is higher than the reference value, it is determined that the pen PEN is positioned on the touch screen TSP.

도 24는 각 채널 별 실효값을 측정한 그래프이다. 도 24의 예에서, 펜(PEN)은 TX10(또는 Y10)과 RX6(또는 X6)이 교차하는 위치를 터치한 것이다. 터치 센싱 시스템은 TX10과 RX6이 교차하는 위치의 좌표로 펜의 좌표를 정밀하게 계산할 수 있다. 24 is a graph of measuring an effective value for each channel. In the example of FIG. 24 , the pen PEN touches a position where TX10 (or Y10) and RX6 (or X6) intersect. The touch sensing system can precisely calculate the coordinates of the pen with the coordinates of the intersection of TX10 and RX6.

도 25 및 도 26은 펜의 필압 판단 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다. 이 방법은 펜(PEN)의 공진 회로에서 발생되는 공진 주파수가 펜의 필압에 따라 변하는 것을 전제로 한다. 25 and 26 are diagrams illustrating an example of a method of determining the pen pressure of a pen. This method assumes that the resonance frequency generated in the resonance circuit of the pen PEN changes according to the pen pressure of the pen.

도 25를 참조하면, 펜(PEN)의 필압이 최소일 때 펜(PEN)의 공진 주파수는 390kHz이다. 펜(PEN)의 필압이 최대일 때 펜(PEN)의 공진 주파수는 375kHz이다. 펜(PEN)의 필압은 펜(PEN)의 공진 주파수 대역 375kHz ~ 390 kHz 내에서 측정된 공진 주파수로 측정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 펜(PEN)이 터치 스크린(TSP) 상에 위치할 때 그 필압을 측정하기 위하여, 위 공진 주파수 범위 내에서 공진 유도 신호의 주파수 대역을 변경하면서 안테나(ANT)를 통해 수신된 공진 신호의 공진 크기를 측정하고 그 크기가 최대인 공진 주파수를 측정하여 필압을 판단할 수 있다. Referring to FIG. 25 , when the pen pressure of the pen PEN is the minimum, the resonance frequency of the pen PEN is 390 kHz. When the pen pressure of the PEN is maximum, the resonant frequency of the PEN is 375 kHz. The pen pressure of the pen PEN may be measured as a resonant frequency measured within a resonant frequency band of 375 kHz to 390 kHz of the pen PEN. Therefore, in the present invention, in order to measure the pen pressure when the pen (PEN) is positioned on the touch screen (TSP), the frequency band of the resonance induction signal is changed within the above resonance frequency range and received through the antenna (ANT). The pen pressure may be determined by measuring the resonance level of the resonance signal and measuring the resonance frequency having the maximum magnitude.

도 26은 터치 스크린 상에 펜(PEN)이 소정의 압력으로 가해질 때 공진 크기를 측정한 결과이다. 26 is a result of measuring the resonance level when the pen (PEN) is applied with a predetermined pressure on the touch screen.

도 26을 참조하면, 공진 주파수 f_o는 무게 중심의 공식으로 계산될 수 있고 그 공진 주파수를 바탕으로 펜(PEN)의 필압량 P을 판단할 수 있다. Referring to FIG. 26 , the resonance frequency f _o may be calculated by the formula of the center of gravity, and the amount of pen pressure P of the pen PEN may be determined based on the resonance frequency.

여기서, f2는 공진 신호의 공진 크기가 최대인 공진 주파수이고 f1 및 f2는 공진 주파수의 인접 주파수이다. R1, R2 및 R3는 공진 주파수의 그 근방의 주파수 대역(f1, f2, f3)에서 측정된 공진 신호의 공진 크기이다. Here, f2 is the resonance frequency at which the resonance amplitude of the resonance signal is maximum, and f1 and f2 are frequencies adjacent to the resonance frequency. R1, R2 and R3 are the resonance magnitudes of the resonance signals measured in the frequency bands f1, f2, and f3 in the vicinity of the resonance frequency.

여기서, f_pmin은 필압 스케일(P_s = 1000) 내에서 필압 P이 최소일 때의 공진 주파수이다. f_max는 필압 스케일(P_s = 1000) 내에서 필압 P이 최대일 때의 공진 주파수이다. f_cur는 현재 측정하고자 하는 필압의 공진 주파수이다. Here, f _pmin is the resonance frequency when the pen pressure P is the minimum within the pen pressure scale (P _{s = 1000).} f _max is the resonance frequency when the pen pressure P is maximum within the pen pressure scale (P _{s = 1000).} f _cur is the resonance frequency of the pen pressure to be measured.

도 25 및 도 26은 일 실시예로서 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 공진 주파수는 필압에 비례하여 커질 수도 있다. 또한, 공진 주파수의 인접 주파수를 위 식에서 3 개로 예시하였지만 이에 한정되지 않는다.
25 and 26 are exemplary embodiments, and the present invention is not limited thereto. For example, the resonance frequency may be increased in proportion to the pen pressure. In addition, although three frequencies adjacent to the resonance frequency are exemplified in the above equation, the present invention 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 are possible 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 구동회로 14 : 스캔 구동회로
20 : 타이밍 콘트롤러 30 : 제1 터치 구동회로
32 : 제2 터치 구동회로 40 : 호스트 시스템DIS : 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

Claims

a display panel on which display data is written;
pen with built-in resonance circuit;
a touch screen having X electrodes, XY electrodes including Y electrodes orthogonal to the X electrodes, and an antenna disposed to surround the XY electrodes and coupled to the display panel; and
In the pen touch mode, the antenna is resonated by sequentially applying a resonance induction signal to the XY electrodes, the position of the pen is sensed based on the resonance magnitude of the resonance signal received through the antenna, and the a first touch driving circuit for sensing the pen pressure of the pen based on the resonant frequency of the resonant circuit measured while varying the frequency and an adjacent frequency thereof;
the first touch driving circuit senses the pen pressure of the pen within a horizontal blank period in which display data is not written on the display panel;
The first touch driving circuit,
a sync flag signal generator for generating a sync flag signal activated within the horizontal blank period based on a sync signal;
a control unit receiving the sync flag signal and a pen flag signal indicating the pen touch mode and controlling output of the resonance induction signal;
a Tx driver that sequentially supplies the resonance induction signal to the XY electrodes and varies the frequency of the resonance induction signal with respect to the sensed pen position within the horizontal blank period under the control of the controller;
A touch sensing system comprising a.

The method of claim 1,
The first touch driving circuit further senses the position of the pen within the horizontal blank period.

The method of claim 1,
The first touch driving circuit,
an analog signal processing unit for amplifying the resonance signal received through the antenna, extracting a resonance signal frequency band of the pen, and outputting a digital resonance signal;
a digital demodulator for extracting a real part and an imaginary part from the digital resonance signal of the pen and accumulating each n times (n is a positive integer greater than or equal to 2) and outputting a result; and
and a position and pen pressure determining unit configured to calculate a root mean square (RMS) of data input from the digital demodulator to determine the magnitude and resonance frequency of the resonance signal.

The method of claim 1,
Under the pen touch mode,
The first touch driving circuit transmits the resonance induction signal to the pen through electric capacitance coupling, and receives the resonance signal of the pen to the antenna through an electromagnetic resonance path A touch sensing system with

The method of claim 1,
The touch sensing system further comprising a second touch driving circuit for supplying a stimulation signal to the Y electrodes and receiving electric charges through the X electrodes in synchronization with the stimulation signal.

The method of claim 1,
Touch characterized in that it further comprises a second touch driving circuit for supplying a stimulation signal to the X electrodes and the Y electrodes, and receiving electric charges through the X electrodes and the Y electrodes in synchronization with the stimulation signal. sensing system.

The method of claim 1,
wherein the antenna is a single antenna surrounding the XY electrodes.

A display panel in which display data is written, a pen and a touch screen having a built-in resonance circuit, and the touch screen surrounds X electrodes, XY electrodes including Y electrodes orthogonal to the X electrodes, and the XY electrodes In the driving method of a touch sensing system including an antenna disposed as
in a pen touch mode, resonating the antenna by sequentially applying a resonance induction signal to the XY electrodes, and sensing the position of the pen based on a resonance magnitude of the resonance signal received through the antenna; and
sensing the pen pressure of the pen based on the resonant frequency of the resonant circuit measured while varying the frequency of the resonant induction signal and a frequency adjacent thereto;
The sensing of the pen pressure of the pen is performed within a horizontal blank period in which display data is not written on the display panel;
A first touch driving circuit for sensing the position of the pen and sensing the pen pressure of the pen,
a sync flag signal generator for generating a sync flag signal activated within the horizontal blank period based on a sync signal;
a control unit receiving the sync flag signal and a pen flag signal indicating the pen touch mode and controlling output of the resonance induction signal;
a Tx driver that sequentially supplies the resonance induction signal to the XY electrodes and varies the frequency of the resonance induction signal with respect to the sensed pen position within the horizontal blank period under the control of the controller;
an analog signal processing unit for amplifying the resonance signal received through the antenna, extracting a resonance signal frequency band of the pen, and outputting a digital resonance signal;
a digital demodulator for extracting a real part and an imaginary part from the digital resonance signal of the pen and accumulating each n times (n is a positive integer greater than or equal to 2) and outputting a result; and
and a position and pen pressure determining unit for calculating a root mean square (RMS) of data input from the digital demodulator to determine the magnitude and resonance frequency of the resonance signal.

9. The method of claim 8,
The method of driving a touch sensing system, characterized in that the sensing of the position of the pen is also performed within the horizontal blank period.