KR102428274B1 - 터치 패널 및 이를 구비한 좌표 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

터치 패널이 개시된다. 본 터치 패널은, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하는 채널 전극부, 및, 채널 전극부 내의 전극들에 대해 복수의 전극 단위로 구동 신호를 인가하여, 구동 신호를 정전 용량 결합(Capacitive Coupling)을 통하여 터치 패널로 접근한 스타일러스 펜의 공진 회로로 전달하고, 스타일러스 펜의 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 복수의 전극 각각으로부터 수신하여 공진 회로를 포함한 스타일러스 펜의 위치를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

터치 패널 및 이를 구비한 좌표 측정 시스템{TOUCH PENEL AND COORDINATE INDICATING SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 터치 패널 및 이를 구비한 좌표 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스타일러스 펜의 입력 위치를 측정할 수 있는 터치 패널 및 좌표 측정 시스템에 관한 것이다.

최근에 스마트폰 또는 태블릿 PC의 보급이 활발하게 진행되고 있으며, 내장되는 접촉 위치 측정 장치에 대한 기술의 개발도 활발하게 진행되고 있다. 스마트폰 또는 태블릿 PC는 주로 터치 스크린을 구비하고 있으며, 사용자는 손가락 또는 스타일러스 펜을 이용하여 터치 스크린의 특정 좌표를 지정할 수 있다. 사용자는 터치 스크린의 특정 좌표를 지정함으로써 스마트폰에 특정한 신호를 입력할 수 있다.

터치 스크린은 전기적 방식, 적외선 방식 및 초음파 방식 등에 기초하여 동작할 수 있으며, R 타입 터치 스크린(resistive touch screen) 또는 C 타입 터치 스크린(capacitive touch screen)을 전기적 동작 방식의 예로서 들 수 있다.

종래에는 사용자의 손가락 및 스타일러스 펜을 동시에 인식할 수 있는 R 타입 터치 스크린이 많이 이용되었다. 그러나 R 타입 터치 스크린의 경우, ITO 층 사이의 공기층에 의한 반사에 의한 문제점이 존재하였다.

이에 따라, 최근에는 C 타입 터치 스크린이 많이 적용되고 있다. 여기서, C 타입 터치 스크린은 물체의 접촉에 의하여 발생하는 투명 전극의 정전 용량의 차이를 감지하는 방식으로 작동하는 터치 스크린이다. 그러나 C 타입 터치 스크린은 손과 펜의 물리적인 구분이 어려워서 펜 사용시에 의도하지 않은 손의 접촉에 의한 동작 오류를 갖는 단점이 있었다.

이러한 단점을 개선하기 위한 종래에는 접촉 면적에 따라서 손과 펜을 구분하는 소프트웨어만으로 처리하는 방법 및 C 타입 터치 스크린 이외에 EMR(electro magnetic resonance) 방식과 같은 별도의 위치측정장치를 구비하는 방법 등을 이용하여 손과 펜을 구분하였다.

하지만, 소프트웨어 방식은 의도하지 않은 손의 접촉에 의한 오류를 완전히 해결할 수 없으며, EMR 방식의 경우에는 별도의 위치 측정장치가 구비되어야 한다는 점에서, 실장공간, 무게 및 비용 증가의 문제점이 있었다.

이에 따라, 별도의 위치측정장치의 추가 없이, 손과 펜을 구분할 수 있는 기술 개발이 요청되었다.

한편, 스타일러스 펜은 배터리 교환 등의 불편함, 비용 및 무게 등에서 패시브(passive) 방식으로 동작하는 것이 바람직하다는 점에서, 내부 전원 없이 스타일러스 펜을 감지하기 에 충분한 신호를 확보 가능한 스타일러스 감도 개선도 요청되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하는 동시에 상술한 기술 개발 요청에 응답하기 위하여 안출된 것으로, 스타일러스 펜의 위치 파악을 위한 신호 감도를 개선할 수 있는 터치 패널 및 좌표 측정 시스템을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널은, 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하는 채널 전극부, 및, 상기 채널 전극부 내의 전극들에 대해 복수의 전극 단위로 구동 신호를 인가하여, 상기 구동 신호를 정전 용량 결합(Capacitive Coupling)을 통하여 상기 터치 패널로 접근한 스타일러스 펜의 공진 회로로 전달하고, 상기 스타일러스 펜의 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 상기 복수의 전극 각각으로부터 수신하여 상기 공진 회로를 포함한 스타일러스 펜의 위치를 판단하는 제어부를 포함한다.

이 경우, 상기 채널 전극부는, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하며, 상기 제어부는, 상기 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서 각 전극 간의 커패시턴스 변화량을 계산하고, 상기 계산된 커패시턴스 변화량에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단할 수 있다.

이 경우, 상기 제어부는, 제1 전극에서 수신된 응답 신호 간의 비율 및 제2 전극에서 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 상기 공진 회로를 포함한 스타일러스 펜의 위치를 판단할 수 있다.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 복수의 제1 전극 모두에 대해 동일한 구동 신호를 인가할 수 있다.

한편, 상기 복수의 제1 전극은, 연속적으로 배치되는 복수의 전극 단위로 복수의 서브 그룹으로 구분되며, 상기 제어부는, 하나의 서브 그룹 내의 모든 제1 전극에 동일한 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 복수의 제1 전극 중 응답 신호가 가장 크게 수신된 전극 및 상기 가장 크게 수신된 전극과 기설정된 간격 내의 전극에 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 적어도 하나의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극에 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

한편, 본 터치 패널은, 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 두 개 이상의 전극에 구동 신호를 인가하는 구동부, 및, 상기 구동 신호가 인가되지 않는 구간 내에서 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 각각의 응답 신호를 수신하는 수신부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 수신부로부터 수신한 응답 신호를 기초로 상기 공진 회로를 포함하는 스타일러스 펜의 위치를 판단할 수 있다.

이 경우, 상기 수신부는, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 각각의 응답 신호를 순차적으로 수신할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 복수의 제1 전극에 동일한 구동 신호의 인가와 각각의 제1 전극 및 제2 전극에 대한 응답 신호의 수신이 교번적으로 수행되도록 상기 구동부 및 수신부를 제어할 수 있다.

한편, 상기 수신부는, 상기 수신된 응답 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부, 상기 증폭된 응답 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC부, 및, 상기 디지털 신호로 변환된 응답 신호에서 기설정된 주파수 성분을 추출하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 수신부는, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 각각의 응답 신호를 복수의 채널 단위로 병렬 수신할 수 있다.

이 경우, 상기 수신부는, 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나 이상의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나 이상의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 동시에 수신할 수 있다.

한편, 상기 수신부는, 복수의 전극으로부터 수신된 응답 신호 각각을 증폭하는 병렬 증폭부, 상기 증폭된 복수의 신호 각각을 디지털 신호로 변환하는 ADC, 상기 디지털 신호로 변환된 복수의 응답 신호 간의 차이로부터 기설정된 주파수 성분을 추출하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 수신부는, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 두 개 전극의 응답 신호의 차이를 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 수신부는, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 두 개 전극의 응답 신호의 차이를 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭부, 상기 차동 증폭된 응답 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC부, 및, 상기 디지털 신호로 변환된 응답 신호에서 기설정된 주파수 성분을 추출하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 응답 신호를 수신하는 구간 내에서, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 전극이 접지되도록 상기 채널 전극부를 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 구동 신호가 인가되는 구간에서, 상기 구동 신호가 인가되는 전극 이외의 적어도 하나의 전극은 접지되도록 상기 채널 전극부를 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 연속적으로 배치되는 복수의 제1 전극에 동일한 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 제1 구동 신호가 인가되는 제1 전극을 제외한 제1 전극 중 적어도 하나의 전극에 상기 제1 구동 신호와 180도 위상차이를 갖는 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 응답 신호가 가장 크게 수신된 전극을 중심으로 연속적으로 제1 서브 그룹, 제2 서브 그룹 및 제3 서브 그룹으로 구분하여, 상기 제1 서브 그룹 내의 전극에는 동일한 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 제2 서브 그룹 내의 전극은 접지 또는 플로팅되도록 하며, 상기 제3 서브 그룹 내의 전극에는 상기 제1 구동 신호와 위상이 반대인 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 스타일러스 펜의 위치 및 접촉 물체의 위치를 판단하고, 상기 스타일러스 펜의 위치에 대응되는 복수의 전극에는 동일한 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 접촉 물체의 위치에 대응되는 복수의 전극에는 상기 제1 구동 신호와 180도 위상차이를 갖는 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극에 서로 상이한 위상의 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 구동 신호가 인가되는 제1 전극 및 제2 전극의 위치에 따라, 상기 제1 전극에 인가되는 제1 구동 신호와 상기 제2 전극에 인가되는 제2 구동 신호간의 위상 차이를 결정할 수 있다.

한편, 본 터치 패널은, 상기 스타일러스 펜이 감지되면, 상기 복수의 전극 중 적어도 두 개 이상의 전극에 구동 신호를 동시에 인가하는 제1 구동부, 접촉 물체가 감지되면, 상기 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가하는 제2 구동부, 상기 스타일러스 펜이 감지되면, 상기 구동 신호가 인가되지 않는 구간 내에서 상기 복수의 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하는 제1 수신부, 및, 상기 접촉 물체가 감지되면, 상기 구동 신호가 인가되는 구간 내에서, 상기 복수의 제2 전극으로부터 응답 신호를 수신하는 제2 수신부를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 시스템은, 복수의 전극 단위로 일괄적으로 구동 신호를 인가하는 터치 패널, 및, 상기 복수의 전극 중 적어도 하나의 전극과 커패시턴스를 형성하며, 상기 형성된 커패시턴스를 통하여 공진을 위한 에너지를 수신하는 스타일러스 펜을 포함하며, 상기 터치 패널은, 상기 터치 패널로 접근한 스타일러스 펜에 의해 야기되는 응답 신호를 상기 복수의 전극 각각으로부터 수신하여 상기 스타일러스 펜의 위치를 판단한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 시스템의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 도 1의 터치 패널의 구체적인 구성을 도시한 블록도,
도 3은 도 1의 터치 패널의 회로도를 도시한 도면,
도 4는 채널 전극부의 구동 신호의 인가 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 구동 신호가 입력되는 전극 개수에 따른 스타일러스 펜의 발생신호의 크기를 나타내는 도면,
도 6은 접촉 물체의 위치를 판단하는 동작을 설명하기 위한 도면,
도 7 내지 도 9는 공진 회로를 갖는 물체의 위치를 판단하는 동작을 설명하기 위한 도면,
도 10 및 도 11은 터치 패널과 스타일러스 펜과의 연결 상태를 설명하기 위한 도면,
도 12는 스타일러스 펜이 복수의 전극 사이에 배치된 경우의 등가 회로,
도 13은 도 12의 등가 회로에서 커패시턴스 값들이 충분히 큰 경우의 간략화한 등가 회로를 도시한 도면,
도 14는 터치 패널, 손 및 스타일러스 펜과의 연결 상태를 설명하기 위한 도면,
도 15는 복수의 구동 신호가 이상적인 경우와 실제 경우에 인가되는 방식을 설명하기 위한 도면,
도 16은 손으로 전달된 응답 신호의 영향을 설명하기 위한 도면,
도 17은 손이 접촉된 경우의 구동 신호의 인가 동작을 설명하기 위한 도면,
도 18은 도 17과 같은 인가 동작의 효과를 설명하기 위한 도면,
도 19는 도 3과 같은 형태를 갖는 채널 전극부에서의 구동 신호의 인가 동작을 설명한 도면,
도 20은 전극에서의 구동 신호 전달의 지연에 따른 영향을 설명하기 위한 도면,
도 21은 도 20과 같은 인가 동작의 효과를 설명하기 위한 도면,
도 22는 제1 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 23은 제2 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 24 및 도 25는 도 23의 차동 증폭부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 26은 제3 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 27은 제4 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 28은 제5 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 29는 제6 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 30은 제7 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 31은 제8 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 32는 제9 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 33은 제10 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 34는 제11 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 35는 제12 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 36은 제13 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면,
도 37은 제4 내지 제13 실시 예에 따른 수신부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 38은 제14 실시 예에 따른 수신부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 39a 및 도 39b는 응답 신호를 수신하는 경우의 연결부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 40은 도 1의 스타일러스 펜의 구체적인 구성을 도시한 도면,
도 41은 도 1의 스타일러스 펜의 회로도를 도시한 도면,
도 42는 다른 실시 예에 따른 스타일러스 펜의 회로도를 도시한 도면,
도 43은 다른 실시 예에 따른 스타일러스 펜의 회로도를 도시한 도면, 그리고,
도 44는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 측정 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 좌표 측정 시스템(300)은 터치 패널(100) 및 스타일러스 펜(200)을 포함한다.

터치 패널(100)은 접촉된 물체가 공진 회로를 갖는 스타일러스 펜(200)인지 손(보다 구체적으로는 손가락)과 같은 접촉 물체인지를 판단할 수 있다. 그리고 터치 패널(100)은 판단된 물체 종류에 대응되는 위치 판단 방식으로 구동 신호의 구동 방식 및 응답 신호의 처리 방식을 결정하여, 각 물체에 대응되는 적절한 위치 판단을 수행할 수 있다. 이때, 접촉 물체와 스타일러스 펜이 동시에 접촉된 경우, 터치 패널(100)은 접촉 물체의 접촉은 무시하고 스타일러스 펜에 대한 위치만을 판단할 수 있다.

터치 패널(100)은 판단된 물체에 대응되는 방식으로 물체의 위치를 판단한다. 구체적으로, 터치 패널(100)은 접촉된 물체가 스타일러스 펜인 것으로 판단되면, 접촉 물체를 인지하는 방식과 다른 방식으로 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단할 수 있다. 구체적으로, 터치 패널(100)은 복수의 전극을 포함하며, 전극에 구동 신호를 인가함으로써, 구동 신호를 정전 용량 결합을 통하여 터치 패널(100)로 접근한 스타일러스 펜의 공진 회로로 전달할 수 있다. 이때, 터치 패널(100)은 복수의 전극에 동시에 구동 신호를 인가할 수 있다. 이 경우, 터치 패널(100)은 동일한 위상의 구동 신호를 복수의 전극에 인가하거나, 스타일러스 펜(200)의 위치를 고려하여 전극 별로 다른 위상의 구동 신호를 인가할 수도 있다.

그리고 터치 패널(100)은 스타일러스 펜(200)의 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 복수의 전극 각각으로부터 수신하여 공진 회로를 포함하는 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단할 수 있다. 이러한 터치 패널(100)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다. 여기서 터치 패널(100)은 터치 패드, 터치 스크린이거나, 터치 패드 또는 터치 스크린을 구비하는 노트북, 휴대폰, 스마트폰, PMP, MP3 player 등일 수 있다.

그리고 터치 패널(100)은 접촉된 물체가 손과 같은 접촉 물체인 것으로 판단되면, 접촉 물체의 접근에 의하여 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스의 변화를 이용하여 접촉 물체의 위치를 판단할 수 있다. 이러한 접촉 물체의 위치 판단 동작에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.

그리고 터치 패널(100)은 스타일러스 펜(200)과 손이 동시에 접촉된 것으로 판단되면, 스타일러스 펜(200)에 전달되는 구동 신호가 손 쪽으로 전달되지 않도록 손이 위치하는 영역 내의 전극은 접지 또는 플로팅하거나, 해당 구동 신호와 상이한 위상을 갖는 구동 신호를 손이 위치하는 영역 내의 전극에 인가할 수 있다. 이러한 터치 패널(100)의 동작에 대해서는 도 10 내지 도 19를 참조하여 후술한다.

스타일러스 펜(200)은 터치 패널(100) 내의 복수의 전극 중 적어도 하나의 전극과 커패시턴스를 형성하며, 형성된 커패시턴스를 통하여 공진을 위한 에너지를 수신할 수 있다.

그리고 스타일러스 펜(200)은 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 터치 패널(100) 내의 적어도 하나의 전극에 전송할 수 있다. 이러한 스타일러스 펜(200)은 펜과 같은 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 스타일러스 펜(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 40 내지 도 43을 참조하여 후술한다.

이상과 같이 본 실시 예에 따른 좌표 측정 시스템(300)은 터치 패널(100)이 정전 용량 결합을 통하여 스타일러스 펜(200)에 구동 신호를 제공하는바, 스타일러스 펜(200)은 자체적인 전원이 존재하지 않더라도 동작이 가능하다.

한편, 도 1을 설명함에 있어서, 터치 패널(100)이 공진 회로를 포함하는 스타일러스 펜(200)의 위치만을 판단하는 것으로 설명하였지만, 손가락의 위치에 따른 전극의 커패시턴스 변화 또는 커패시턴스의 변화에 기인한 신호 크기 변화 등을 감지하여 손가락의 위치를 판단할 수도 있다. 이러한 손가락 위치 판단 동작에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.

한편, 도 1을 설명함에 있어서, 터치 패널(100)에 하나의 스타일러스 펜(200)이 연결되는 것을 도시하였지만, 구현시에는 1대의 터치 패널(100)은 복수의 스타일러스 펜과 연결될 수 있으며, 이 경우, 터치 패널(100)은 복수의 스타일러스 펜 각각의 위치를 감지할 수 있다.

도 2는 도 1의 터치 패널의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 터치 패널(100)은 채널 전극부(110) 및 제어부(120)로 구성될 수 있다.

채널 전극부(110)는 복수의 전극을 포함한다. 구체적으로, 채널 전극부(110)는 매트릭스 형태로 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널 전극부(110)는 제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극들과 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함할 수 있다. 채널 전극부(110)에 포함되는 복수의 전극의 형태 및 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.

제어부(120)는 채널 전극부(100) 내에서 수신된 응답 신호에 따라 접촉된 물체가 손과 같은 접촉 물체인지, 펜과 같은 스타일러스 펜인지를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 구동 신호의 인가가 완료된 직후에, 구동 신호가 인가되지 않는 구간에서 특정한 주파수의 응답 신호가 수신되는 경우에는, 접촉된 물체가 펜과 같은 스타일러스 펜에 의한 것으로 판단할 수 있다.

반대로, 제어부(120)는 구동 신호의 인가가 완료된 직후에 특정한 주파수의 응답 신호가 수신되지 않는 경우, 손과 같은 접촉 물체에 의한 것으로 판단할 수 있다. 이러한 접촉 물체의 판단은 최초 응답 신호가 수신된 경우뿐만 아니라, 주기적으로 수행될 수 있다.

예를 들어, 제어부(120)는 스타일러스 펜의 위치를 감지 중에 사용자의 터치가 있는지를 판단할 수 있으며, 스타일러스 펜의 접촉이 더 이상 감지되지 않으면, 손과 같은 접촉 물체를 감지하기 위한 방식으로 구동 신호를 생성할 수 있다. 반대로, 사용자 손의 위치를 감지 중에 스타일러스 펜의 접촉(또는 호버)이 있는지를 판단하고, 손의 위치가 더 이상 감지되지 않으면, 스타일러스 펜의 위치를 감지하기 위한 구동 신호를 생성할 수도 있다.

그리고 제어부(120)는 결정된 물체 종류에 따른 물체의 위치 판단을 수행할 수 있다. 이하에서는 스타일러스 펜에 대한 위치 판단 동작을 먼저 설명한다.

먼저, 제어부(120)는 채널 전극부(110) 내의 전극들에 대해 구동 신호를 인가하여, 구동 신호를 정전 용량 결합(Capacitive Coupling)을 통하여 터치 패널(100)로 접근한 물체의 공진 회로로 전달할 수 있다. 이때, 제어부(120)는 채널 전극부(110) 내의 전극들에 대해서 복수의 전극 단위로 동일한 구동 신호를 인가할 수 있다.

예를 들어, 제어부(120)는 기설정된 주기 단위로 복수의 전극 모두에 동일한 구동 신호를 일괄적으로 인가하거나, 동일한 방향으로 배치되는 복수의 전극 모두에 동일한 구동 신호를 일괄적으로 인가하거나, 동일한 방향으로 배치되는 복수의 전극 중 인접한 전극 몇 개에만 동일한 구동 신호를 일괄적으로 인가하거나, 상호 교차하는 두 개의 전극에 동일한 구동 신호를 일괄적으로 인가할 수 있다. 이와 같은 인가 방식은 일 예에 불과하며, 2개 이상의 전극에 동시에 구동 신호를 일괄적으로 인가하는 형태라면 상술한 예시 이외의 방식으로도 구현될 수도 있다.

또한, 구현시에는 수신된 응답 신호의 크기를 기초로 구동 신호의 인가 방식을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 응답 신호의 크기가 커서 스타일러스 펜(200)이 터치 패널(100)에 접촉한 것으로 판단되면 2개의 전극만이 구동 신호를 인가하도록 하고, 응답 신호의 크기가 작아 스타일러스 펜(200)이 터치 패널(100) 상에 떠있는 호버 상태로 판단되면 6개의 전극이 동시에 구동 신호를 인가하도록 할 수 있다. 이러한 동작에 대해서는 도 9를 참조하여 후술한다.

한편, 제어부(120)는 스타일러스 펜(200) 이외의 손과 같은 접촉 물체를 감지한 경우에는 스타일러스 펜(200)이 위치될 것이라고 예상되는 전극들에는 상술한 바와 같은 제1 구동 신호를 인가하고, 손과 같은 접촉 물체가 위치될 것이라고 예상되는 전극들에는 제1 구동 신호와 180도 위상 차이를 갖는 제2 구동 신호를 인가할 수 있다. 여기서, 제1 구동 신호와 제2 구동 신호는 동일한 주파수를 갖는 구동 신호로 위상이 반대(즉, 180도 위상차이를 갖는)이다. 이와 같은 동작에 대해서는 도 11 내지 도 19를 참조하여 후술한다.

그리고 제어부(120)는 응답 신호의 수신 시점(즉, 구동 신호가 인가되지 않은 구간)에 스타일러스 펜(200)이 위치하지 않을 것이라고 예상되는 전극들은 접지되도록 하고, 접지되지 않은 전극으로부터만 응답 신호를 수신할 수 있다. 이와 같은 동작에 대해서는 도 39a 및 도 39b를 참조하여 후술한다.

그리고 제어부(120)는 스타일러스 펜(200)의 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 복수의 전극 각각으로부터 수신하여 스타일러스 펜의 위치를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 구동 신호가 인가되지 않은 구간 내에서 복수의 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신하고, 복수의 전극 각각으로부터 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단할 수 있다.

예를 들어, 복수의 전극이 매트릭스 형태로 구성되어, 제1 방향으로 복수의 제1 전극이 배치되고, 제1 방향에 수직된 제2 방향으로 복수의 제2 전극이 배치된 경우, 제어부(120)는 제1 전극들에서 수신된 응답 신호 간의 비율과 제2 전극들에서 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단할 수 있다.

이때, 제어부(120)는 수신된 응답 신호에 대해서 다양한 신호 처리를 수행하여 응답 신호의 감도를 향상할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 수신된 복수의 응답 신호 각각을 증폭하거나, 복수의 응답 신호 간의 차이를 차동 증폭(또는 차분 증폭)하거나, 특정 주파수 성분만을 추출하는 동작을 수행함으로써, 응답 신호의 감도를 향상할 수 있다. 구체적인 제어부(120)의 신호 처리 방식에 대해서는 도 22 내지 도 36을 참조하여 후술한다.

그리고 제어부(120)는 수신된 응답 신호의 공진 주파수 변화에 기초하여 스타일러스 펜(200)의 접촉 압력을 감지하거나, 수신된 응답 신호의 공진 주파수 변화에 기초하여 스타일러스 펜(200)의 동작 모드를 감지할 수 있다. 이와 같은 동작에 대해서는 도 41 및 도 42를 참조하여 후술한다.

한편, 물체가 손과 같은 접촉 물체인 것으로 판단되면, 제어부(120)는 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서 각 전극 간의 커패시턴스를 계산하고, 계산된 커패시턴스에 기초하여 접촉 물체의 위치를 판단할 수 있다. 이러한 동작에 대해서는 도 6을 참조하여 자세히 후술한다.

구체적으로, 제어부(120)는 공진 회로를 구비하지 않는 손과 같은 접촉 물체의 위치를 감지하기 위하여, 복수의 제1 전극 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하고, 복수의 제2 전극 각각으로부터 수신되는 응답 신호에 기초하여 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서 각 전극 간의 커패시턴스를 계산할 수 있다. 여기서, 구동 신호는 이진 값을 갖는 펄스 신호일 수 있다.

또한, 제어부(120)는 공진 회로를 구비하지 않은 손과 같은 접촉 물체를 감지하기 위하여, 복수의 제1 전극에 서로 다른 디지털 코드로 인코딩된 신호를 인가하고, 복수의 제2 전극 각각에서 수신되는 응답 신호를 상기 인가된 디지털 코드에 적합한 디코딩을 실시하여, 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스를 계산할 수도 있다.

그리고 제어부(120)는 계산된 각 교차점의 커패시턴스를 기초로 가장 커패시턴스 변화가 큰 교차점을 접촉 물체의 위치로 판단할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 예에 따른 터치 패널(100)은 정전 용량 결합을 통하여 스타일러스 펜에 구동 신호를 제공하는바, 스타일러스 펜(200)은 자체적인 전원이 존재하지 않더라도 동작이 가능하다. 그리고 본 실시 예에 따른 터치 패널(100)은 복수의 전극에 일괄적으로 구동 신호를 제공하는바, 보다 큰 에너지를 스타일러스 펜(200)에 제공할 수 있으며, 그에 따라 스타일러스 펜(200)은 큰 응답 신호를 생성하는바, 수신 감도를 개선할 수 있다. 또한, 본 실시 예에 따른 터치 패널(100)은 수신된 응답 신호에 대해서 다양한 신호 처리를 수행하는바, 응답 신호에 대한 수신 감도를 향상할 수 있다.

이상에서는 터치 패널(100)의 기본적인 구성에 대해서만 도시하고 설명하였지만, 터치 패널(100)은 상술한 구성 이외의 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 패널(100)이 터치 스크린인 경우에, 디스플레이 구성이 더 포함될 수 있으며, 터치 패널(100)이 스마트폰, PMP 등의 장치인 경우에, 디스플레이, 저장부, 통신 구성 등을 더 포함할 수도 있다.

도 3은 도 1의 터치 패널의 회로도를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 터치 패널(100)은 채널 전극부(110) 및 제어부(120)로 구성될 수 있다.

채널 전극부(110)는 복수의 전극을 포함한다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 채널 전극부(110)는 상호 다른 방향으로 배치되는 제1 전극 그룹(111) 및 제2 전극 그룹(112)을 포함할 수 있다.

제1 전극 그룹(111)은 제1 방향(가로 방향)으로 배치되는 복수의 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전극은 투명 전극으로, ITO(Indium Tin Oxide)일 수 있다. 이러한, 제1 전극 그룹(111) 내의 복수의 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6)은 손가락의 위치를 감지할 때, 소정의 송신 신호(Tx 신호)를 전송하는 송신용 전극일 수 있다.

제2 전극 그룹(112)은 제2 방향(세로 방향)으로 배치되는 복수의 제2 전극(112-1, 112-2, 112-3, 112-4, 112-5, 112-6)으로 배치될 수 있다. 여기서, 제2 전극은 투명 전극으로, ITO(Indium Tin Oxide)일 수 있다. 이러한, 제2 전극 그룹(111) 내의 복수의 제2 전극(112-1, 112-2, 112-3, 112-4, 112-5, 112-6)은 손가락의 위치를 감지할 때, 제1 전극에서 입력된 Tx 신호에 의하여 야기되는 Rx 신호를 수신하는 수신용 전극일 수 있다.

한편, 스타일러스 펜의 위치를 감지할 때에는 제1 전극 및 제2 전극은, 구동 구간에 따라서, Tx 구간에서는 신호를 전송하고 수신 구간에서는 신호를 수신하는 송-수신 전극일 수 있다.

한편, 도시된 예에서는 전극 그룹 각각에 6개의 전극만이 포함되는 것으로 도시하였지만, 구현시에는 7개 이상 또는 5개 이하의 전극으로 구현될 수 있다. 그리고 도시된 예에서는 전극 그룹 내의 전극의 형상이 단순한 직사각형 형태로 도시하였지만, 구현시에는 각 전극의 형상은 보다 복잡한 형태로도 구현될 수 있다.

제어부(120)는 구동부(130), 수신부(140), MCU(150), 연결부(160)로 구성된다.

구동부(130)는 기결정된 시점에 채널 전극부(110)에 구동 신호를 인가한다. 이러한 구동 신호는 기결정된 공진 주파수를 가지는 사인파형 신호일 수 있다.

수신부(140)는 구동 신호가 인가되지 않는 구간 내에서 채널 전극부(110) 내의 각 전극에서의 응답 신호를 수신한다. 구체적으로, 수신부(140)는 하나의 전극 단위로 복수의 전극의 응답 신호를 순차적으로 수신할 수 있다. 또는 수신부(140)는 복수의 전극 단위로 동시에 응답 신호를 수신할 수도 있다. 이때, 수신부(140)는 복수의 응답 신호를 동시에 수신하기 위하여, 복수의 증폭부를 구비할 수 있다. 이와 같은 예에 대해서는 도 27 내지 도 35를 참조하여 후술한다.

그리고 수신부(140)는 수신된 응답 신호에 대해서 다양한 신호 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 수신부(140)는 각 응답 신호를 증폭기(amp)를 이용하여 증폭할 수 있다. 이와 같은 예에 대해서는 도 22를 참조하여 후술한다. 그리고 수신부(140)는 두 응답 신호 단위로 차동 증폭하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 이와 같은 예에 대해서는 도 23을 참조하여 후술한다. 그리고 수신부(140)는 수신된 응답 신호 중 기설정된 주파수 영역 내의 정보만을 추출하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 이와 같은 예에 대해서는 도 26을 참조하여 후술한다.

MCU(150)는 구동 신호의 인가 및 각각의 전극에 대한 응답 신호의 수신이 교번적으로 수행되도록 구동부(130), 수신부(140) 및 연결부(160)를 제어할 수 있다. 예를 들어, MCU(150)는 제1 시간 구간에서 복수의 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6)에 동일한 구동 신호가 동시에 인가되도록 구동부(130)를 제어하고, 구동 신호 인가 이후의 제2 시간 구간에서 적어도 하나의 전극(예를 들어, 111-1)의 응답 신호가 수신되도록 수신부(140)를 제어할 수 있다. 이후에 MCU(150)는 제3 시간 구간에서 다시 복수의 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6)에 동일한 구동 신호가 인가되도록 구동부(130)를 제어하고, 구동 신호 이후의 제4 시간 구간에서 다른 전극(예를 들어, 111-2)의 응답 신호가 수신되도록 수신부(140)를 제어할 수 있다. 그리고 MCU(150)는 복수의 전극에 대한 응답 신호를 수신하는 횟수만큼 상술한 과정을 반복할 수 있다. 도시된 예에서는 채널 전극부(110)는 12개의 전극을 포함하는바, MCU(150)는 12번의 인가/수신 동작을 교번적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 동작에 대해서 도 8과 관련하여, 자세히 설명한다.

그리고 복수의 전극에 대한 응답 신호가 수신되면, MCU(150)는 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6)에서 수신된 응답 신호 간의 비율 및 제2 전극(112-1, 112-2, 112-3, 112-4, 112-5, 112-6)에서 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 스타일러스 펜의 위치를 판단할 수 있다.

예를 들어, 제1 전극(111-3)의 응답 신호의 크기가 다른 제1 전극(111-1, 111-2, 111-4, 111-5, 111-6)의 응답 신호의 크기보다 크고, 제2 전극(112-2)의 응답 신호의 크기가 다른 제2 전극(112-1, 112-3, 112-4, 112-5, 112-6)의 응답 신호의 크기보다 크다면, MCU(150)는 제1 전극(111-3)과 제2 전극(112-2)이 교차하는 위치를 스타일러스 펜(200)의 위치로 판단할 수 있다.

한편, 구현시에는 가장 큰 응답 신호를 수신한 전극과 해당 전극과 인접한 전극에서 수신된 응답 신호 간의 비율을 활용한 보간(interpolation) 방법을 이용하여 보다 정밀하게 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단할 수도 있다. 예를 들어, 제1 전극 간의 간격이 4mm인 경우에, 제1 전극과 제2 전극이 교차하는 위치로 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단한다면 식별 해상도는 4mm인데 반해, 보간 방법을 이용하게 되면 0.1 mm의 식별 해상도의 구현이 가능하게 된다.

연결부(160)는 복수의 전극을 선택적으로 구동부(130)와 연결하거나, 복수의 전극을 선택적으로 수신부(140)와 연결할 수 있다. 구체적으로, 연결부(160)는 MCU(150)의 제어에 따라 구동 신호를 인가할 전극과 구동부(130)를 연결할 수 있다. 이때, 연결부(160)는 구동 신호가 인가되지 않는 전극은 접지 또는 플로팅되도록 할 수 있다.

또한, 연결부(160)는 구동 신호가 인가되지 않는 구간 내에서, 즉 응답 신호를 수신하는 시간 구간 내에서, 복수의 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극이 접지되도록 할 수 있다. 이러한 동작에 대해서는 도 39를 참조하여 후술한다.

한편, 이상에서는 연결부(160)를 MCU(150)가 제어하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 구동 신호를 인가할 때는 구동부(130)가 연결부(160)를 제어하고, 응답 신호를 수신할 때는 수신부(140)가 연결부(160)를 제어할 수도 있다.

이상에서는 제1 전극 그룹 내의 복수의 제1 전극에 동일한 구동 신호를 일괄적으로 인가되는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 제2 전극 그룹 내의 복수의 제2 전극에도 동일한 구동 신호가 일괄적으로 인가되도록 구현될 수 있으며, 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹 내의 복수의 제1 전극 및 제2 전극에 동일한 구동 신호가 일괄적으로 인가되도록 구현될 수도 있다. 또한, 이러한 방식 이외의 방식으로 구동 신호가 인가될 수 있는데, 이하에서는 도 4 내지 도 9를 참조하여 다양한 구동 신호의 인가 예를 설명한다.

한편, 도 3을 도시하고 설명함에 있어서, 복수의 전극이 매트릭스 형태로 배치되는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 매트릭스 형태 이외의 형태로 배치될 수도 있다.

한편, 도 3을 설명함에 있어서, 하나의 구동부 및 하나의 수신부만이 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 구현시에는 복수의 구동부 및 수신부로 구성될 수도 있다. 이와 같은 예에 대해서는 도 38을 참조하여 후술한다.

도 4는 채널 전극부의 구동 신호의 인가 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 채널 전극부(110')는 복수의 전극(111, 112)을 포함한다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 채널 전극부(110')는 상호 다른 방향으로 배치되는 제1 전극 그룹(111) 및 제2 전극 그룹(112)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극 그룹(111)은 연속적으로 배치되는 복수의 전극 단위로 복수의 서브 그룹(111-a, 111-b)으로 구분된다. 도시된 예에서 제1 전극 그룹(111)은 제1 서브 그룹(111-a) 및 제2 서브 그룹(111-b)으로 구분될 수 있다.

제어부(120)는 이전 과정에서 감지된 스타일러스 펜(200)의 위치에 기초하여 구동 신호를 인가할 서브 그룹을 결정할 수 있다. 그리고 제어부(120)는 결정된 서브 그룹 내의 모든 전극에 동일한 구동 신호를 일괄적으로 입력할 수 있다.

예를 들어, 이전 과정에서 감지된 스타일러스 펜(200)의 위치가 제1 전극(111-3)과 제2 전극(112-2)이 교차하는 위치이면, 제어부(120)는 해당 위치에 제1 서브 그룹(111-a)을 구동 신호가 입력될 서브 그룹으로 결정하고, 제1 서브 그룹(111-a) 내의 전극들(111-1, 111-2, 111-3)에 동일한 구동 신호를 동시에 입력할 수 있다.

이때, 제어부(120)는 구동 신호가 인가되지 않는 전극(111-4, 111-5, 111-6, 112-1, 112-2, 112-3, 112-4, 112-5, 112-6)에 대해서는 접지되도록 하거나 플로팅할 수 있다.

한편, 이상에서는 서브 그룹이 미리 구분되어 있는 것으로 설명하였지만, 구현시에 서브 그룹은 동적으로 가변될 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 이전 감지 과정에서 응답 신호가 가장 크게 수신된 전극(예를 들어, 111-3)과 해당 전극(111-3)과 기설정된 간격 내의 전극(예를 들어, 111-2, 111-4)을 구동 신호가 동시에 입력될 서브 그룹으로 결정할 수 있다. 이러한 서브 그룹의 결정은 스타일러스 펜의 위치를 파악하는 데 소요되는 하나의 시간 사이클 단위로 수행될 수 있다.

또한, 이상에서는 같은 방향으로 배치된 전극 그룹 내에서만 서브 그룹을 형성하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 제1 전극 그룹(111) 내의 적어도 하나의 전극(111-3)과 제2 전극 그룹(112) 내의 적어도 하나의 전극(112-2)을 서브 그룹으로 결정할 수 있다. 즉, 제1 전극 그룹(111) 내의 적어도 하나의 제1 전극과 제2 전극 그룹(112) 내의 적어도 하나의 제2 전극에 구동 신호를 동시에 인가할 수도 있다.

이와 같이 본 실시 예에서는 복수의 전극에 동일한 구동 신호를 동시에 인가하는바, 스타일러스 펜에 전달되는 에너지를 크게 할 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 이하에서 설명한다.

도 5는 구동 신호가 입력되는 전극 개수에 따른 스타일러스 펜의 발생신호의 크기를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 구동 신호가 입력되는 전극 개수가 증가할수록 스타일러스 펜에서 발생하는 신호의 세기가 커짐을 알 수 있다.

구체적으로, 터치 패널(100)에서 스타일러스 펜(200)으로 전달되는 에너지는 구동 전압과 '전극과 스타일러스 펜의 펜 팁 사이의 커패시턴스'에 의해 결정되며, 구동 신호가 인가되는 전극의 개수가 증가하면 펜 팁과의 커패시턴스가 증가하게 되어 이에 비례하여 펜에서 발생하는 신호의 크기는 커지게 된다.

그리고 스타일러스 펜(200)에서 발생하는 신호의 크기가 커지면, 터치 패널(100)에서 야기되는 응답 신호 역시 커지게 되어, 응답 신호의 감도를 향상할 수 있다.

따라서, 본 실시 예에 따른 제어부(120)는 접촉 물체가 스타일러스 펜인 경우에는 제어부(120)는 복수의 전극 단위로 구동 신호를 인가할 수 있다. 반대로, 접촉된 물체가 손과 같은 물체이면, 제어부(120)는 하나의 전극 단위로 구동 신호를 인가할 수 있다. 이와 같은 동작에 대해서는 이하의 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 접촉 물체의 위치를 판단하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 접촉된 물체가 손(10)과 같은 접촉 물체인 것으로 판단되면, 제어부(120)는 하나의 전극 단위로 구동 신호를 인가할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 복수의 전극 중 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6)에 대해서만 기설정된 순서에 따른 전기적인 신호를 입력할 수 있다.

예를 들어, 제어부(220)는 기설정된 제1 시간 구간에서 제1 전극(111-1)에 구동 신호를 인가하며, 구동 신호가 인가되는 동안 복수의 제2 전극(112-1, 112-2, 112-3, 111-4, 111-5,112-6) 각각에서 수신되는 응답 신호를 순차적으로 수신할 수 있다.

그리고 복수의 제2 전극으로부터 응답 신호를 수신하면, 제어부(220)는 제2 시간 구간에서 제2 전극(111-2)에 구동 신호를 인가하며, 해당 구동 신호가 인가되는 동안 복수의 제2 전극(112-1, 112-2, 112-3, 111-4, 111-5,112-6) 각각에서 수신되는 응답 신호를 순차적으로 수신할 수 있다.

그리고 제어부(120)는 다음 제1 전극에 대해서도 상술한 과정을 반복할 수 있다. 도시된 예에서는 6개의 제1 전극을 포함하는바, 제어부(120)는 6번의 구동 신호의 인가 동작을 수행하고, 각 구동 신호의 인가 과정에서 6번의 응답 신호의 수신 동작을 수행할 수 있다.

한편, 이상에서는 응답 신호의 수신을 하나의 채널 단위, 즉 하나의 전극 단위로 수신하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 복수의 채널 단위로도 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 전극(111-3)의 신호 인가 후에, 3개의 제2 전극(112-3, 112-4, 112-5)의 응답 신호의 측정을 동시에 수행할 수도 있다.

한편, 구현시에는 이전 과정에서 측정된 위치에 따라, 해당 위치 주변의 제1 전극에 대해서만 상술한 과정을 수행하여, 즉, 모든 제1 전극 중 일부 전극에 대한 측정만을 수행하여, 보다 빠른 측정 작업을 수행할 수 있다.

그리고 제어부(120)는 앞서 과정에서의 복수의 제1 전극 각각에 대한 제2 전극에서의 응답 신호를 기초로 응답 신호의 세기 변화를 파악하고, 파악된 세기 변화를 기초로 접촉 물체의 위치를 판단할 수 있다.

예를 들어, 3개의 제1 전극에 대한 3개의 제2 전극에서의 수신된 응답 신호의 세기 변화가 표 1과 같은 경우, 표의 값은 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서의 커패시턴스 변화에 대응된다고 판단할 수 있다. 따라서, 제1 전극(111-3)과 제2 전극(112-3)에서의 신호 세기의 변화가 가장 큰바, 사용자의 터치는 해당 지점에서 이루어진 것을 판단할 수 있다.

기간	112-2에서의 Rx 신호 세기	112-3에서의 Rx 신호 세기	112-4에서의 Rx 신호 세기
111-2에서 구동 신호인가	2	8	3
111-3에서 구동 신호인가	5	15	6
111-4에서 구동 신호인가	2	4	5

도 7 내지 도 9는 공진 회로를 갖는 물체의 위치를 판단하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 제어부(120)는 이전 과정에서 감지된 공진 물체(200)의 위치에 기초하여 구동 신호를 인가할 서브 그룹을 결정할 수 있다. 예를 들어, 이전 과정에서 공진 물체(200)가 제1 전극(111-3) 상에 위치한 것으로 판단되었으면, 제어부(120)는 3개의 제1 전극(111-2, 111-3, 111-4)을 구동 신호를 동시에 인가할 서브 그룹으로 결정할 수 있다. 그리고 제어부(120)는 결정된 서브 그룹 내의 전극(예를 들어, 111-2, 111-3, 111-4)에 동일한 구동 신호를 일괄적으로 입력할 수 있다.

도시된 바와 같이 하나가 아닌 3개의 제1 전극에 동일한 구동 신호가 입력되면, 도 5에 도시된 바와 같이 스타일러스 펜(200)에서 발생하는 신호의 크기는 커지게 된다. 따라서, 스타일러스 펜(200)이 터치 패널(100)에 접촉하지 않은 다소 떨어진 상태(즉, 호버 상태)에서도 스타일러스 펜(200)의 응답 신호는 각 전극에 전달될 수 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 터치 패널(100)은 사용자로부터 에어 커맨드(air command)를 입력받을 수 있다.

그리고 제어부(120)는 기설정된 개수만큼 단위로 전극에서의 응답 신호를 수신할 수 있다. 그리고 제어부(120)는 상술한 바와 같은 구동 신호의 인가와 응답 신호의 수신을 교번적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 동작에 대해서는 도 8을 참조하여 이하에서 자세히 설명한다.

도 8을 참조하면, 도시된 도면에서 검은색으로 표시된 라인이 구동 신호가 인가되는 전극이며, 해싱 처리된 라인이 응답 신호가 측정되는 라인이다. 이를 기초로 도 8a를 참조하면, 제어부(120)는 기결정된 제1 서브 그룹 내의 전극(111-2, 111-3, 111-4)에 구동 신호를 인가할 수 있다.

그리고 구동 신호의 인가 이후 기설정된 시간 이후에, 제어부(120)는 도 8b와 같이, 제1 전극(111-2)에서의 응답 신호를 수신한다. 그리고 기설정된 시간 단위 이후에도 8c와 같이, 제어부(120)는 다시 제1 서브 그룹 내의 전극(111-2, 111-3, 111-4)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 그리고 제어부(120)는 도 8d와 같이, 다음 전극인 제1 전극(111-3)의 응답 신호를 수신할 수 있다.

즉, 제어부(120)는 기설정된 주기 단위(도 8a, 8c, 8e, 8g, 8i, 8k)와 같은 시점에, 구동 신호를 인가할 수 있다. 그리고 제어부(120)는 도 8b, 8d, 8f, 8h, 8j, 8l과 같은 각 구동 신호의 인가하는 구간 사이(즉, 구동 신호가 인가되지 않는 구간)에 복수의 전극의 응답 신호를 순차적으로 수신할 수 있다.

그리고 제어부(120)는 각 전극에서 수신된 응답 신호에 기초하여, 스타일러스 펜의 위치를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 제1 전극에서 수신된 응답 신호 간의 비율 및 제2 전극에서 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단할 수 있다.

한편, 도 8을 설명함에 있어서, 12개의 전극 중에 6개의 전극에 대해서만 응답 신호를 수신하는 것으로 설명하였지만, 이는 하나의 구현 형태일 뿐, 구현시에는 12개 전극 모두에 대해서 응답 신호를 수신할 수도 있다. 또한, 구현시에는 5개 이하의 전극에 대해서만 응답 신호를 수신하는 형태로도 구현될 수 있다. 그리고 응답 신호를 수신하는 전극은 고정된 것이 아니라, 개수 및 위치는 이전 과정에서 측정된 물체의 좌표에 기초하여 선택될 수 있다.

그리고 도 8을 설명함에 있어서, 하나의 서브 그룹 단위로 구동 신호가 인가되는 것으로 설명하였지만, 이러한 서브 그룹의 결정은 응답 신호의 크기에 따라 적응적으로 결정될 수 있다. 이에 대해서는 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9를 참조하면, 스타일러스 펜이 도 9b와 같이 터치 패널(100)에 터치된 상태인 경우에는, 많은 채널이 구동 신호를 전달할 필요가 없다. 따라서, 제어부(120)는 이전 감지된 위치에 대응되는 제1 전극(111-3)만이 구동 신호를 전송하도록 할 수 있다.

한편, 도 9a, 9c, 9d와 같이 스타일러스 펜이 터치 패널과 터치되지 않는 떠있는 상태(hover)인 경우에, 제어부(120)는 이전 감지된 위치에 대응되는 제1 전극과 그 주변의 제1 전극이 함께 구동 신호를 전달하도록 할 수 있다. 여기서, 호버(hover)란 스타일러스 펜이 터치 패널과 터치되지 않고 터치 패널과 일정 간격 떨어진 상태를 의미한다. 그리고 그 거리 간격에 따라 일반적인 근접과 가까운 근접(low hover), 먼 근접(high hover)으로 구분할 수 있으며, 이러한 구분은 감지된 응답 신호의 크기에 따라 구분될 수 있다.

예를 들어, 이전 감지된 응답 신호의 크기가 미약한 경우, 즉, 스타일러스 펜이 터치 패널과 상당히 이격된 경우(도 9d와 같이 high hover인 경우), 제어부(120)는 도 9c와 같은 low hover인 경우보다 더 많은 공진 신호가 해당 스타일러스 펜에 전달될 수 있도록, 복수의 가로 전극(제1 전극)뿐만 아니라, 복수의 세로 전극(제2 전극)에서도 구동 신호가 전달하도록 할 수 있다.

즉, 제어부(120)는 가장 큰 응답 신호의 크기에 기초하여 구동 신호가 전달될 전극의 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 가장 큰 응답 신호가 기설정된 제1 크기 이상이면(즉, 접촉된 것으로 판단되는 경우), 제어부(120)는 가장 큰 응답 신호가 수신된 제1 전극(111-3)에만 구동 신호를 인가할 수 있다. 그리고 가장 큰 응답 신호가 제1 크기 미만이고 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기 이상이면(즉, low hover이면), 제어부(120)는 복수의 제1 전극 중 가장 큰 응답 신호의 제1 전극(111-3)과 기설정된 범위 내의 제1 전극(111-2, 111-4)에 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다. 그리고 가장 큰 응답 신호가 제2 크기 미만이면(즉, high hover이면), 제어부(120)는 복수의 제1 전극 중 가장 큰 응답 신호의 제1 전극(111-3)과 기설정된 범위 내의 제1 전극(111-2, 111-4), 복수의 제2 전극 중 가장 큰 응답 신호의 제2 전극(112-5)과 기설정된 범위 내의 제2 전극(112-4, 112-7)에 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

한편, 이상에서는 응답 신호의 크기를 기초로 구동 신호가 동시에 인가될 전극의 개수를 가변하는 것만을 설명하였지만, 스타일러스 펜과 터치 패널 간의 간격을 측정할 수 있는 다른 방식이 구비된다면, 해당 방식을 이용하여 전극의 개수를 가변할 수도 있다.

한편, 이상에서는 사용자 손과 같은 접촉 물체만이 접촉되거나, 스타일러스 펜만 터치 패널에 접촉되는 경우에 사용자 손의 접촉 위치 또는 스타일러스 펜의 팁의 위치를 판단하는 것을 설명하였다. 그러나 스타일러스 펜을 이용하는 경우에도 스타일러스 펜의 팁과 사용자의 손은 동시에 터치 패널 상에 배치될 수 있다. 손이 추가로 배치되는 경우에 따른 구동 신호의 변화 및 이를 고려한 구동 방식에 대해서는 아래의 도 10 내지 19를 참조하여 후술한다.

도 10 및 도 11은 터치 패널과 스타일러스 펜과의 연결 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 스타일러스 펜(200)이 복수의 전극(112-2, 112-3) 사이에 배치하는 경우, 스타일러스 펜(200)은 복수의 전극(112-2, 112-3) 각각과 개별적인 커패시턴스가 형성된다. 따라서, 스타일러스 펜(200)에는 2개의 구동 신호가 전달되어 도 5에서 설명한 바와 같이 스타일러스 펜(200) 쪽으로 더 많은 에너지가 전달된다. 한편, 도시된 예에서는 스타일러스 펜(200)이 두 개의 전극하고만 커패시턴스가 형성된 것으로 설명하였지만, 이는 설명을 용이하게 하기 위하여, 스타일러스 펜(200)과 전극 간에 형성되는 커패시턴스 중 응답신호크기에 영향을 많이 주는 성분을 대표적으로 도시한 것이다.

한편, 스타일러스 펜(200)은 도 11에 도시된 바와 같이 전도성 팁(210), 공진 회로부(220) 및 접지부(230)로 구성될 수 있는데, 접지부(230)는 스타일러스 펜(200)의 케이스에 연결되어, 사용자가 스타일러스 펜(200)을 잡은 경우, 사용자의 몸을 통하여 접지된다. 이러한 연결 형태를 등가 회로로 그리면 도 12와 같다. 한편, 스타일러스 펜(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 40 내지 도 43을 참조하여 후술한다.

도 12는 스타일러스 펜(200)이 복수의 전극(112-2, 112-3) 사이에 배치된 경우의 등가 회로를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 터치 패널(100)과 스타일러스 펜(200)은 복수의 커패시터를 통하여 연결된다. 구체적으로, 터치 패널(100)의 전극들은 각각의 전극과 스타일러스 펜의 전도성 팁 간에 형성되는 제1 커패시터들(313-1, 313-2, 313-3)을 통하여 스타일러스 펜(200)의 공진 회로와 연결된다.

여기서 제1 커패시터들(313-1, 313-2, 313-3)은 스타일러스 펜(200)의 전도성 팁(210)과 터치 패널(100)의 각 전극 간의 커패시턴스(C_cp-1, C_cp-2, C_cp-3)로 이루어지게 된다. 앞서 상술한 바와 같이 스타일러스 펜(200)은 전극(112-2)과 전극(112-3) 사이에 배치되는바, 스타일러스 펜 인근의 전극과 펜 팁 간에는 멀리 떨어져 있는 전극에 대비하여 큰 커패시턴스가 형성되게 된다.

공진 회로부(220)는 일 단이 제1 커패시터들(313-1, 313-2, 313-3)과 연결되고, 타 단이 제2 커패시터(314)와 제3 커패시터(316)와 공통 연결된다. 여기서 스타일러스 펜(200) 내의 공진 회로를 이루는 커패시터와 인덕터는, 기설정된 응답 신호를 생성하기 위한 커패시턴스 및 인덕턴스 값을 갖는다.

제2 커패시터(314)는 스타일러스 펜(200)의 케이스(즉, 접지부)와 터치 패널(100)의 접지 간의 커패시턴스(C_pg)이다.

제3 커패시터(316)는 스타일러스 펜(200)의 케이스(즉, 접지부)와 사용자 손 간의 커패시턴스(C_pb)이다. 그리고 제3 커패시터(316)는 제4 커패시터(315)를 통하여 터치 패널(100)의 접지와 연결된다. 여기서 제4 커패시터(315)는 사용자의 손과 터치 패널(100)의 접지 간의 커패시턴스(C_bg)이다.

여기서, 제2 커패시터(314), 제3 커패시터(316), 제4 커패시터(315)의 커패시턴스 값들이 충분히 큰 경우에는 펜의 공진 주파수에서의 임피던스가 매우 작아지므로, 도 13에 도시된 바와 같이 도 12의 등가 회로를 간략화할 수 있다. 즉, 도 15a에 도시된 바와 같이 구동 신호는 스타일러스 펜의 전도성 팁 사이에 형성되는 커패시턴스들(313)을 통해서만 구동 회로부에 전달된다.

그런데 사용자가 도 14와 같이 손으로 펜을 잡고 필기를 하는 경우를 가정하면, 전극과 전도성 팁 사이에 형성되는 커패시턴스(ct1, ct2) 이외에도 사용자 손과 전극 사이에 형성되는 커패시턴스(cb1, cb2, cb3)도 존재하게 된다.

이러한 연결 상태에서 앞선 구동 방식과 같이 복수의 전극(112-2, 112-3, 112-4)에 동일한 구동 신호를 인가하게 되면, 도 15b에 도시된 바와 같이 구동 신호는 스타일러스 펜의 전도성 팁 사이에 형성되는 커패시턴스(ct1, ct2)뿐만 아니라, 동시에 사용자 손과의 커패시턴스(cb1, cb2, cb3)에도 전달된다. 사용자의 손은 스타일러스 펜(200)의 접지부에 연결되어 있다는 점에서, 구동 신호가 공진 회로부의 그라운드에 전달되게 된다.

한편, 공진 회로부는 전도성 팁(210)을 통하여 전달되는 신호와 스타일러스 펜의 접지부, 즉 본 실시 예에서는 펜의 케이스 사이의 전압 차이를 이용하여 공진을 발생하나, 손을 통해서 동일한 구동 신호가 스타일러스 펜의 접지부로 인가되면, 전도성 팁과 스타일러스 펜의 접지 사이의 전압 차이가 감소하게 되어, 공진 신호의 크기가 감소하게 된다. 이러한 동작에 대해서는 도 16을 참조하여 보다 자세히 이하에서 설명한다.

도 16은 손으로 전달된 응답 신호의 영향을 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참조하면, 터치 패널(100)과 스타일러스 펜(200)은 복수의 커패시터를 통하여 연결된다. 구체적으로, 터치 패널(100)의 전극은 제1 커패시터(313-1, 313-2)를 통하여 스타일러스 펜(200)의 공진 회로(220)의 일 단과 연결되며, 또한 제5 커패시터(317) 및 제3 커패시터(316)를 통하여 공진 회로(220)의 타 단과 연결된다.

여기서, 제5 커패시터(317)는 전극과 사용자 손 사이의 커패시턴스(C_cb)이다.

따라서, 채널 전극에서 발생되는 구동 신호는 전극과 사용자 손 사이의 커패시턴스(C_cb)와 사용자 손과 스타일러스 펜의 접지부 사이의 커패시턴스(C_pb)를 통하여 펜의 케이스(A)로 전달된다.

이와 같이 구동 신호가 접지부에 인가됨에 따라서 스타일러스 펜(200)의 접지는 이상적으로 안정적인 그라운드 상태를 갖지 못하고, 구동 신호에 따라 전압 레벨이 변화게 된다. 한편, 구동 회로부는 A 지점과 B 지점의 전압 차이로 필요한 에너지를 축적하나, A 지점(즉, 접지부)의 전위가 구동 신호에 따라 움직이게 되면 A 지점과 B 지점의 전압 차이가 줄어들게 되어, 공진 신호의 크기가 감소하게 된다.

이러한 점을 해결하기 위하여, 본 실시 예에서는 사용자의 손과 같은 접촉 물체와 스타일러스 펜이 동시에 터치 패널(100)에 접촉하는 경우에는 사용자 손이 위치되는 것으로 예상되는 지점에 구동 신호를 인가하지 않거나, 180도 위상차를 갖는 구동 신호를 인가하여 스타일러스 펜에 야기되는 공진 신호의 크기가 감소되지 않도록 한다. 이러한 동작에 대해서는 도 17을 참조하여 이하에서 설명한다.

도 17은 손이 접촉된 경우의 구동 신호의 인가 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 17을 참조하면, 사용자의 손(10)은 스타일러스 펜(200)을 잡고, 터치 패널(100) 상에 위치한다. 이하에서는 스타일러스 펜(200)의 전도성 팁은 전극(806, 807) 상에 위치하고, 사용자 손(10)은 전극(806~811) 위에 배치되는 것을 가정한다.

이러한 경우에 제어부(120)는 스타일러스 펜(200)이 위치된 전극(806, 807)에 동일한 제1 구동 신호를 인가하고, 제1 구동 신호가 인가되는 전극과 인접하게 배치되는 전극(803, 804, 809, 810)은 제1 구동 신호와 180도 위상차이를 갖는 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.

이때, 제어부(120)는 제1 구동 신호와 제2 구동 신호가 인가되지 않는 전극(801, 802, 805, 808, 811, 812)은 접지되도록 할 수 있다. 한편, 도시된 예에서는 제1 구동 신호와 제2 구동 신호가 인가되는 전극들 사이에 접지되는 전극(805, 808)이 배치되는 것으로 도시하였지만, 구현시에는 제1 구동 신호가 인가되는 전극과 제2 구동 신호가 인가되는 전극은 연속적으로 배치될 수도 있다. 또한, 제어부(120)는 해당 전극(801, 802, 805, 808, 811, 812)들을 접지시키는 대신에 플로팅 상태를 갖도록 할 수도 있다. 여기서 플로팅 상태란 해당 특정 전극을 접지하거나 다른 회로 구성에 연결하지 않고, 오픈하는 것을 의미한다.

이러한 구동 방식에 따른 효과에 대해서는 도 18을 참조하여 이하에서 설명한다.

도 18은 도 17과 같은 인가 동작의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 18a는 손을 통하여 구동 신호가 스타일러스 펜(200)의 접지부에 전달되는 경우, 도 18b는 이상적인 그라운드가 스타일러스 펜의 접지부에 제공되는 경우, 도 18c는 본 실시 예에 따라 손이 배치되는 전극에 180도 위상차이를 갖는 제2 구동 신호가 구동되어 스타일러스 펜의 접지부에 전달되는 경우에서의 공진 회로 양단의 전압(구체적으로, 도 16의 B 지점 및 A 지점 간의 전압)을 도시한 도면이다.

도 18을 참조하면, 도 16에 도시된 바와 같이 모든 전극을 동일한 위상의 구동 신호로 구동하는 경우(즉, 도 18a의 경우), 스타일러스 펜의 접지부에도 전극과 손과의 커패시턴스, C_cb 및 손과 스타일러스 펜 간의 커패시턴스, C_pb 를 통해서 펜 팁과 동일한 위상의 구동 신호가 전달되며, 따라서, 공진 회로를 구동하는 전압차(VB-VA)는 손으로 유입되는 구동 신호가 없을 때에 비해 현저히 작아지게 된다. 즉, 손을 통하여 구동 신호가 스타일러스 펜(200)의 접지부에 전달되면, 공진회로(200) 양단의 전압 차이는 감소하게 되며, 그에 따라 공진에 활용될 수 있는 에너지는 줄어들게 된다.

도 18b를 참조하면, 이상적인 그라운드를 갖기 때문에 펜 팁에 인가되는 전압 Vb가 전부 공진에 이용될 수 있게 된다. 구체적으로, 스타일러스 펜의 공진 회로 일 단에만 구동 신호가 전달되는바, 구동 신호(VB)가 그대로 공진 회로의 응답 신호 생성에 이용될 수 있다.

도 18c를 참조하면, 180도 위상 차이를 갖는 구동 신호가 스타일러스 펜의 접지에 제공되기 때문에 공진회로 양단 사이의 전압 차이는 접지가 이상적인 경우보다 증가하게 된다. 따라서, 공진에 활용될 수 있는 에너지는 증가하고, 그에 따라 스타일러스 펜은 더 큰 크기의 공진 신호를 발생시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 이러한 18c와 같은 효과가 발생하도록, 제어부(120)는 사용자의 손이 위치하는 영역(또는 위치할 것이라고 예상되는 영역)에는 스타일러스 펜이 위치하는 영역과 다른 위상의 구동 신호를 제공한다.

한편, 이상에서는 제2 전극들에 대해서만 상술한 바와 같은 동작을 수행하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 도 19에 도시된 바와 같이 매트릭스 형태로 배치되는 전극들에 대해서도 동일하게 구동 신호를 인가할 수 있다.

도 19는 도 3과 같은 형태를 갖는 채널 전극부에서의 구동 신호의 인가 동작을 설명한 도면이다.

도 19를 참조하면, 응답 신호가 가장 크게 수신되는 전극을 중심으로 연속적으로 제1 서브 그룹(111-3, 111-4, 112-3, 112-4), 제2 서브 그룹(111-2, 111-5, 112-2, 112-5), 제3 서브 그룹(111-1, 111-6, 112-1, 112-6)으로 구분된다. 그리고 제어부(120)는 제1 서브 그룹(111-3, 111-4, 112-3, 112-4)에는 일반적인 제1 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다. 이때, 제어부(120)는 제2 서브 그룹(111-2, 111-5, 112-2, 112-5)은 접지 또는 플로팅시킬 수 있으며, 제3 서브 그룹(111-1, 111-6, 112-1, 112-6)에는 제1 구동 신호와 180도 위상차이를 갖는 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.

이와 같이 구동 신호는 제1 전극과 제2 전극에 동시에 전달될 수 있는데, 스타일러스 펜의 위치에 따라 제1 전극에서 전달되는 구동 신호와 제2 전극에서 전달되는 구동 신호는 위상 차가 있을 수 있다. 이에 대해서는 도 20 및 21을 참조하여 이하에서 설명한다.

도 20은 전극에서의 구동 신호 전달의 지연에 따른 영향을 설명하기 위한 도면이다.

도 20을 참조하면, 스타일러스 펜(200)이 제1 전극(111-5, 111-6) 및 제2 전극(112-5, 112-6) 근처에 위치한 것을 가정한다. 이러한 경우, 제어부(120)는 제1 전극(111-5, 111-6) 및 제2 전극(112-5, 112-6)에 동일한 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

이에 따라, 구동부(130)에서 생성된 구동 신호는 A 지점 및 B 지점을 걸쳐 스타일러스 펜에 전달되고, 또한, C 지점과 D 지점을 걸쳐서도 전달된다.

한편, 터치 스크린의 전극으로서 투명 전극이 이용될 수 있는데, 투명 전극은 채널의 시작부분에서 끝 부분까지의 저항은 수십 k옴에 이르게 된다. 또한, 채널 전극은 주변의 전도체 들과 형성되는 기생 커패시턴스를 갖고 있으므로, 이러한 채널 전극의 높은 저항과 주변 전도체 간의 기생 커패시턴스로 인하여, 채널 전극을 지나는 신호는 지연을 갖게 된다. 즉, 채널 전극의 시작점에서 펜의 위치하는 지점이 멀수록 구동 신호의 지연은 커지게 된다.

이에 따라, 도 20과 같이 제1 전극(111-6)과 제2 전극(112-6)에 동일한 구동 신호가 인가된다면, 제2 전극(112-6)을 통하여 구동 신호가 먼저 스타일러스 펜(200)에 전달되고, 일정 지연 시간 이후에 제1 전극(111-6)을 통하여 구동 신호가 스타일러스 펜(200)에 전달된다. 이에 따라, 스타일러스 펜(200)에 전달되는 두 구동 신호는 동일한 위상을 갖지 않고, 일정한 위상차이를 갖게 된다.

구체적으로, 도 21의 (a)와 같이 동일한 위상을 가진 신호를 A 및 C 지점에 인가하면, A 지점을 거쳐서 B 지점에 도달된 구동 신호와 C 지점을 거쳐서 D 지점에 도달된 구동 신호는 지나온 경로의 길이가 상이하므로, 서로 다른 저항 및 기생 커패시턴스를 겪게 되어, 서로 동일한 위상이 아니라 상이한 위상을 갖는다. 이와 같이 스타일러스 펜(200)으로 전달되는 두 개의 구동 신호가 위상차이를 갖게 되면 동일한 위상으로 구동 신호를 전달할 경우보다 상대적으로 작은 신호가 펜 팁에 전달된다. 이와 같은 서로 다른 경로를 거쳐 온 신호 간의 위상차이에 의한 공진 신호 감쇄 현상을 해결하기 위해서 도 21의 (b)와 같이 A 지점에 인가되는 구동 신호와 C 지점에 인가되는 구동 신호의 위상차이를 인위로 만들어 줄 수 있다. 이 경우, 실제 스타일러스 펜이 위치한 점에 가장 근접한 B 지점과 D 지점에서는 미리 만들어준 인위적인 위상차이를 서로 다른 길이의 전극을 지나오면서 발생하는 자연적인 위상차이와 서로 상쇄하도록 조절하면, 스타일러스 펜(200)의 펜 팁으로 전달되는 신호간의 위상차이를 최소화할 수 있다.

따라서, 본 실시 예에 따른 제어부(120)는 스타일러스 펜이 감지된 위치에 따라 제1 전극에 인가되는 제1 구동 신호와 제2 전극에 인가되는 제2 구동 신호가 서로 상이한 위상차이를 갖도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 21의 (b)에 도시한 바와 같이 A 지점에 인가되는 구동 신호에 대해서 일정 시간만큼 지연하여 인가함으로써 B와 D 포인트에서 펜 팁으로 전달되는 구동 신호의 위상이 동일하도록 할 수 있다.

한편, 구현시에는 펜 팁이 위치하게 되는 제1 전극과 제2 전극의 교차점의 위치 별로 지연 시간에 대한 정보를 룩업 테이블로 저장해 놓고, 이전 과정에서 감지된 스타일러스 펜의 위치에 따라, 제어부(120)는 특정 전극에 인가되는 구동 신호를 룩업 테이블 값의 시간 값만큼 지연하여 인가할 수 있다.

도 22는 제1 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제1 실시 예에 따른 수신부(140)는 응답 신호를 증폭하여 감도를 향상하는 실시 예이다.

도 22를 참조하면, 수신부(140)는 증폭부(141)로 구성될 수 있다.

증폭부(141)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호를 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 증폭부(141)는 두 개의 입력단 중 하나의 입력단이 접지되고, 다른 입력 단에 응답 신호가 입력되는 증폭기(amp)로 구현될 수 있다.

이와 같이 수신부(140)는 증폭부(141)를 이용하여 신호를 증폭하여 이용하는바, 응답 신호의 수신 감도를 향상할 수 있다.

한편, 도시된 예에서는 수신부(140)가 하나의 증폭부(141)만을 포함하는바, 복수의 전극의 응답 신호를 처리하기 위해서는 복수의 전극 개수만큼 반복 신호 처리를 수행하여 한다. 따라서, 구현시에는 도 27과 같이 복수의 증폭부를 이용하여 처리 시간을 단축할 수 있다.

도 23은 제2 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제2 실시 예에 따른 수신부(140')는 노이즈를 제거하기 위하여 응답 신호를 차동 증폭하여 감도를 향상하는 실시 예이다.

도 23을 참조하면, 수신부(140')는 차동 증폭부(142)로 구성될 수 있다.

차동 증폭부(142)(또는 차분 증폭부)는 복수의 전극에서 전달되는 복수의 응답 신호를 차동 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 차동 증폭부(142)는 두 개의 입력단 중 하나의 입력단이 하나의 응답 신호로 입력되고, 다른 입력단에 응답 신호가 입력되는 증폭기(amp)로 구현될 수 있다. 이러한 증폭기는 앞선 도 22와 동일한 증폭기일 수 있으며, 차동 증폭에 특화된 증폭기(differential amplifier)일 수도 있다. 차동 증폭부(142)의 동작 원리에 대해서는 도 24 및 도 25를 참조하여 이하에서 설명한다.

도 24 및 도 25는 도 23의 차동 증폭부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 24에 도시된 바와 같이, 일반적으로 전극으로부터 수신되는 신호에는 원하는 신호뿐만 아니라 노이즈도 함께 수신된다. 이러한 노이즈는 신호의 품질을 저하해, 시스템의 감도를 떨어뜨리게 되는데, 디스플레이에서 발생하는 디스플레이 노이즈와 같은 경우, 노이즈는 모든 채널에 비슷한 크기로 유입되게 된다.

따라서, 도 25과 같이 두 응답 신호의 차이를 증폭하게 되면, 노이즈 성분은 서로 상쇄하게 되고, 신호의 차이만이 증폭되어 좋은 품질의 신호를 얻을 수 있다.

따라서, 제2 실시 예에 따른 수신부(140')는 두 전극에서 수신되는 두 응답 신호를 증폭하여 두 응답 신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다.

한편, 차동 증폭부(142)에 입력되는 두 응답 신호 중 하나는 계속하여 변경될 수 있으나, 다른 하나는 어느 하나로 고정되거나 변경될 수 있다. 예를 들어, (제1 방식) 차동 증폭부(142)는 연속적으로 인접한 두 전극의 응답 신호를 차동 증폭하거나(예를 들어, 111-1과 111-2의 차동 증폭 이후에, 111-2와 111-3을 차동 증폭 처리), (제2 방식) 중첩되지 않게 두 전극의 응답 신호를 차동 증폭하거나(예를 들어, 111-1과 111-2의 차동 증폭 이후에 111-3, 111-4의 차동 증폭), (제3 방식) 하나의 전극의 응답 신호와 나머지 전극들의 응답 신호를 차동 증폭할 수도 있다(예를 들어, 111-1(디폴트)과 111-2를 차동 증폭 이후에 111-1과 111-3의 차동 증폭). 제3 방식의 경우, 디폴트로 이용되는 전극은 위치 측정을 사용되는 전극(110)이 아니라 노이즈 제거를 위한 별도의 전극일 수 있다.

이와 같이 제2 실시 예에 따른 수신부(140')는 차동 증폭부(142)를 이용하여 노이즈를 제거할 수 있는바, 수신 감도를 향상할 수 있다.

한편, 도시된 예에서는 수신부(140')가 하나의 차동 증폭부(142)만을 포함하는바, 복수의 전극의 응답 신호를 처리하기 위해서는 복수의 전극 개수만큼 반복 신호 처리를 수행하여 한다. 따라서, 구현시에는 도 28과 같이 복수의 차동 증폭부를 이용하여 처리 시간을 단축할 수 있다.

도 26은 제3 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제3 실시 예에 따른 수신부(140")는 기설정된 주파수 대역에 대응되는 신호만 추출함으로써 응답 신호의 감도를 향상하는 실시 예이다.

도 26을 참조하면, 수신부(140")는 증폭부(141), ADC부(143), 신호 처리부(또는 DSP)(144)로 구성될 수 있다.

증폭부(141)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호 각각을 순차적으로 증폭하여 출력한다.

ADC부(143)는 증폭된 응답 신호를 디지털 신호로 변환한다.

신호 처리부(144)는 디지털 신호로 변환된 복수의 응답 신호 간의 차이로부터 기설정된 주파수 성분을 추출할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 전극으로부터 수신된 신호는 원하는 신호뿐만 아니라, 노이즈도 함께 수신된다. 이러한 노이즈를 효과적으로 제어하기 위하여, 본 실시 예에서는 신호 처리부(144)를 이용하여 응답 신호의 주파수 영역에 대응되는 주파수 성분만을 추출할 수 있다.

이와 같이 제3 실시 예에 따른 수신부(140")는 기설정된 주파수 성분만을 추출하여 노이즈 성분을 제거할 수 있는바, 응답 신호의 수신 감도를 향상할 수 있다.

한편, 도시된 예에서는 수신부(140")가 하나의 증폭부(141)만을 포함하는바, 복수의 전극의 응답 신호를 처리하기 위해서는 복수의 전극 개수만큼 반복 신호 처리를 수행하여 한다. 따라서, 구현시에는 도 30과 같이 복수의 증폭부를 이용하여 처리 시간을 단축할 수 있다.

한편, 도시된 예에서는 제2 전극 그룹(112) 내의 제2 전극의 응답 신호만을 증폭하는 것으로 도시하였지만, 제1 전극 그룹 내의 제1 전극의 응답 신호도 증폭할 수 있다.

도 27은 제4 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제4 실시 예에 따른 수신부(140"')는 응답 신호를 증폭하여 감도를 향상하며, 복수의 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 27을 참조하면, 수신부(140"')는 복수의 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)로 구성될 수 있다.

각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호를 병렬적으로 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 이러한 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 증폭기로 구현될 수 있으며, 제1 수신 구간에서 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 전극(111-1, 111-2, 111-3)의 응답 신호 각각을 동시에 증폭하여 출력할 수 있다. 그리고 제2 수신 구간에서 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 전극(111-4, 111-5, 111-6)의 응답 신호 각각을 동시에 증폭하여 출력할 수 있다.

이와 같이 제4 실시 예에 따른 수신부(140"')는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 예를 들어, 도 9의 경우보다 처리 속도가 3배 빨라질 수 있다.

한편, 도시된 예에서 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극들의 응답 신호에 대해서만 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극들의 응답 신호에 대해서도 증폭할 수 있다.

한편, 도시된 예에서는 증폭부가 3개의 증폭기로 구성되는 것만을 도시하였지만, 구현시에는 2개의 증폭기 또는 4개 이상의 증폭기(예를 들어, 6개)로 구성될 수도 있다.

도 28은 제5 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제5 실시 예에 따른 수신부(140"")는 노이즈를 제거하기 위하여 응답 신호를 차동 증폭하여 감도를 향상하며, 복수의 차동 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 28을 참조하면, 수신부(140"")는 복수의 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)로 구성될 수 있다.

각 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)는 두 전극에서 전달되는 두 개의 응답 신호를 병렬적으로 차동 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 각 차동 증폭부(142-1, 141-2, 141-3)는 차동 증폭기(differential amplifier)로 구현되어, 각각 전극(111-1, 111-3, 111-5)과 전극(111-2, 111-4, 111-6)의 두 응답 신호를 차동 증폭하여 출력할 수 있다.

이와 같이 제5 실시 예에 따른 수신부(140"")는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 예를 들어, 도 23의 경우보다 처리 속도가 3배 빨라질 수 있다.

한편, 도시된 예에서 각 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극들의 응답 신호에 대해서만 차동 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극들의 응답 신호에 대해서도 차동 증폭할 수 있다. 또한, 구현시에는 제1 전극 그룹 내의 전극과 제2 전극 그룹 내의 전극을 차동 증폭할 수도 있다.

한편, 도시된 예에서는 차동 증폭부가 3개로 구성되는 것만을 도시하였지만, 구현시에는 2개의 차동 증폭부 또는 4개 이상의 차동 증폭부(예를 들어, 6개)로 구성될 수도 있다.

도 29는 제6 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제6 실시 예에 따른 수신부(140""')는 응답 신호의 주파수 대역에 대응되는 신호만 추출함으로써 응답 신호의 감도를 향상하며, 복수의 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 29를 참조하면, 수신부(140""')는 복수의 증폭부(141-1, 141-2, 141-3), 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3) 및 신호 처리부(144')로 구성될 수 있다.

각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호를 병렬적으로 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 제1 수신 구간에서 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 전극(111-1, 111-2, 111-3)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다. 그리고 제2 수신 구간에서 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 전극(111-4, 111-5, 111-6)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다.

그리고 각 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)는 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)에서 증폭한 응답 신호 각각을 디지털 신호로 변환할 수 있다.

그리고 신호 처리부(144')는 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)로부터 디지털 신호로 변경된 응답 신호를 수신하고, 복수의 응답 신호 각각에서 기설정된 주파수 성분을 추출할 수 있다.

이와 같이 제6 실시 예에 따른 수신부(140""')는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 예를 들어, 도 22의 경우보다 처리 속도가 3배 빨라진다.

한편, 도시된 예에서 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극의 응답 신호에 대해서만 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 증폭부(141-1, 141-2, 141-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극의 응답 신호에 대해서도 증폭할 수 있다.

한편, 도 26 및 도 29를 설명함에 있어서, 증폭기에 의하여 증폭된 신호를 이용하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 도 26 및 도 29의 증폭기 대신에 차동 증폭기를 이용할 수도 있다. 이에 대해서는 도 30을 참조하여 후술한다.

도 30은 제7 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 제7 실시 예에 따른 수신부(140""")는 노이즈를 제거하기 위하여 응답 신호를 차동 증폭하며, 응답 신호의 주파수 대역에 대응되는 신호만 추출함으로써 응답 신호의 감도를 향상하며, 복수의 차동 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 30을 참조하면, 수신부(140""")는 복수의 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3), 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3) 및 신호 처리부(144')로 구성될 수 있다.

각 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)는 두 전극에서 전달되는 두 개의 응답 신호를 병렬적으로 차동 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 각 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)는 각각 전극(111-1, 111-3, 111-5)과 전극(111-2, 111-4, 111-6)의 두 응답 신호를 병렬적으로 차동 증폭하여 출력할 수 있다.

그리고 각 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)는 각 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)에서 증폭한 응답 신호 각각을 병렬적으로 디지털 신호로 변환할 수 있다.

그리고 신호 처리부(144')는 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)로부터 디지털 신호로 변경된 응답 신호를 수신하고, 복수의 응답 신호 각각에서 기설정된 주파수 성분을 추출할 수 있다.

이와 같이 제7 실시 예에 따른 수신부(140""")는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 또한, 차동 증폭 및 특정 주파수 성분 추출의 두 단계로 노이즈를 제거하는바, 응답 신호의 감도를 향상시킬 수 있다.

한편, 도시된 예에서 각 차동 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극들의 응답 신호에 대해서 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 증폭부(142-1, 142-2, 142-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극들의 응답 신호에 대해서도 증폭할 수 있다.

도 31은 제8 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 제8실시 예에 따른 수신부(140"""')는 노이즈를 제거하기 위하여 응답 신호를 차동 증폭하며, 복수의 차동 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 31을 참조하면, 수신부(140"""')는 복수의 차동 증폭부(145-1, 145-2, 145-3)로 구성될 수 있다.

각 차동 증폭부(145-1, 145-2, 145-3)는 두 전극에서 전달되는 두 개의 수신 신호를 병렬적으로 차동 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 각 차동 증폭부(145-1, 145-2, 145-3)의 일 단은 제1 연결부(161)를 통하여 기결정된 두 전극 중 어느 하나의 전극의 응답 신호를 수신할 수 있으며, 타 단은 제2 연결부(162)를 통하여 복수의 전극 중 어느 하나의 전극의 수신 신호를 공통적으로 수신할 수 있다.

예를 들어, 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3)의 응답 신호를 수신하는 경우, 제1 연결부(161)는 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3) 각각을 차동 증폭부(145-1, 145-2, 145-3)의 일 단에 연결하고, 차동 증폭부에 연결되지 않은 전극(111-4, 111-5, 111-6) 중 어느 하나를 차동 증폭부의 타 단에 연결할 수 있다.

이와 같이 제8 실시 예에 따른 수신부(140"""')는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 또한, 응답 신호를 이용하지 않는 다른 전극의 수신 신호를 이용하여 차동 증폭을 수행하는바 응답 신호 내의 노이즈를 효율적으로 제거할 수 있으며, 그에 따라 응답 신호의 감도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 수신 전극으로부터 수신되는 신호와 기준 전극으로부터 수신되는 신호의 차이를 증폭하는 경우에는, 수신 전극과 기준 전극에 공통으로 유입되는 노이즈 성분을 제외하고 신호 성분만을 증폭하게 되어 시스템의 다이내믹 레인지(dynamic range)를 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 도시된 예에서 각 차동 증폭부(145-1, 145-2, 145-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극들의 응답 신호에 대해서 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 증폭부(145-1, 145-2, 145-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극들의 응답 신호에 대해서도 증폭할 수 있다. 또한, 도시된 예에서는 3개의 차동 증폭부만을 이용하는 예를 도시하였지만, 구현시에는 2개의 차동 증폭부를 이용하거나 4개 이상의 차동 증폭부를 이용할 수도 있다.

한편, 도 31을 설명함에 있어서, 노이즈를 제거하기 위하여 차동 증폭기를 이용하였지만, 구현시에는 증폭기와 다른 감산기 회로를 이용할 수도 있다. 이에 대해서는 도 32 내지 36을 참조하여 후술한다.

도 32는 제9 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제9 실시 예에 따른 수신부(140"""")는 노이즈를 제거를 위한 전용의 증폭기 및 감산기를 이용하여 응답 신호의 감도를 향상하며, 복수의 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 32를 참조하면, 수신부(140"""")는 복수의 증폭부(146-1, 146-2, 146-3, 146-4), 복수의 감산기(147-1, 147-2, 147-3)로 구성될 수 있다.

각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호를 병렬적으로 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 제1 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-1, 111-2, 111-3)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다. 그리고 제2 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-4, 111-5, 111-6)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다.

한편, 증폭부(146-4)는 제2 연결부(162)를 통하여 복수의 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-5) 중 어느 하나의 전극의 수신 신호를 증폭하여 출력한다. 예를 들어, 상술한 제1 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-4, 111-5, 111-6) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있으며, 제2 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-1, 111-2, 111-3) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있다.

여기서 증폭부(146-1, 146-2, 146-3, 146-4)는 전류 입력을 전압 출력으로 변환하는 트랜스 임피던스 증폭기(trans-impedance amp)를 이용할 수 있다.

그리고 각 감산기(147-1, 147-2, 147-3)는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에서 증폭한 응답 신호에 증폭부(146-4)에서 증폭한 수신 신호의 차이를 출력할 수 있다.

이와 같이 제9 실시 예에 따른 수신부(140"""")는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 또한, 응답 신호를 이용하지 않는 다른 전극의 수신 신호를 이용하여 차동 증폭을 수행하는바 응답 신호 내의 노이즈를 효율적으로 제거할 수 있으며, 그에 따라 응답 신호의 감도를 향상시킬 수 있다.

한편, 도시된 예에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극들의 응답 신호에 대해서 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극들의 응답 신호에 대해서도 증폭할 수 있다. 또한, 도시된 예에서는 4개의 증폭부만을 이용하는 예를 도시하였지만, 구현시에는 3개의 증폭부를 이용하거나 4개 이상의 증폭부(예를 들어, 7개(각 전극의 응답 신호를 증폭하기 위한 증폭기 6개 + 감산 계산을 위한 증폭기 1개))를 이용할 수도 있다.

도 33은 제10 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제10 실시 예에 따른 수신부(140""""')는 노이즈를 제거를 위한 전용의 증폭기 및 감산기와 응답 신호의 주파수 대역에 대응되는 신호만 추출함으로써 응답 신호의 감도를 향상하며, 복수의 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 33을 참조하면, 수신부(140""""')는 복수의 증폭부(146-1, 146-2, 146-3, 146-4), 복수의 감산기(147-1, 147-2, 147-3), 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3) 및 신호 처리부(144')로 구성될 수 있다.

각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호를 병렬적으로 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 제1 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-1, 111-2, 111-3)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다. 그리고 제2 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-4, 111-5, 111-6)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다.

한편, 증폭부(146-4)는 제2 연결부(162)를 통하여 복수의 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-5) 중 어느 하나의 전극의 수신 신호를 증폭하여 출력한다. 예를 들어, 상술한 제1 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-4, 111-5, 111-6) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있으며, 제2 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-1, 111-2, 111-3) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있다.

그리고 각 감산기(147-1, 147-2, 147-3)는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에서 증폭한 응답 신호에 증폭부(146-4)에서 증폭한 수신 신호의 차이를 출력할 수 있다.

그리고 각 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)는 각 감산기(147-1, 147-2, 147-3)에서 출력된 신호 각각을 디지털 신호로 변환할 수 있다.

그리고 신호 처리부(144')는 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)로부터 디지털 신호로 변경된 응답 신호를 수신하고, 복수의 응답 신호 각각에서 기설정된 주파수 성분을 추출할 수 있다.

이와 같이 제10 실시 예에 따른 수신부(140"""")는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 또한, 응답 신호를 이용하지 않는 다른 전극의 응답 신호를 이용하여 차동 증폭 수행과 특정 주파수 성분 추출의 두 단계로 노이즈를 제거하는바, 응답 신호의 감도를 향상시킬 수 있다.

한편, 도시된 예에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극들의 응답 신호에 대해서 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극들의 응답 신호에 대해서도 증폭할 수 있다. 또한, 도시된 예에서는 4개의 증폭부만을 이용하는 예를 도시하였지만, 구현시에는 3개의 증폭부를 이용하거나 4개 이상의 증폭부(예를 들어, 7개(각 전극의 응답 신호를 증폭하기 위한 증폭기 6개 + 감산 계산을 위한 증폭기 1개))를 이용할 수도 있다.

도 34는 제11 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제11 실시 예에 따른 수신부(140""""")는 노이즈를 제거를 위한 전용의 증폭기 및 감산기와 응답 신호의 주파수 대역에 대응되는 신호만 추출함으로써 응답 신호의 감도를 향상하며, 복수의 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 34를 참조하면, 수신부(140""""")는 복수의 증폭부(146-1, 146-2, 146-3, 146-4), 복수의 감산기(147-1, 147-2, 147-3), 복수의 제2 증폭부(148-1, 148-2, 148-3), 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3) 및 신호 처리부(144')로 구성될 수 있다.

각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호를 병렬적으로 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 제1 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-1, 111-2, 111-3)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다. 그리고 제2 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-4, 111-5, 111-6)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다.

한편, 증폭부(146-4)는 제2 연결부(162)를 통하여 복수의 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-5) 중 어느 하나의 전극의 수신 신호를 증폭하여 출력한다. 예를 들어, 상술한 제1 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-4, 111-5, 111-6) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있으며, 제2 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-1, 111-2, 111-3) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있다.

그리고 각 감산기(147-1, 147-2, 147-3)는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에서 증폭한 응답 신호에 증폭부(146-4)에서 증폭한 수신 신호의 차이를 출력할 수 있다.

각 제2 증폭부(148-1, 148-2, 148-3)는 각 감산기(147-1, 147-2, 147-3)에서 출력된 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력한다.

그리고 각 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)는 각 제2 증폭부(148-1, 148-2, 148-3)에서 출력된 신호 각각을 디지털 신호로 변환할 수 있다.

그리고 신호 처리부(144')는 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)로부터 디지털 신호로 변경된 응답 신호를 수신하고, 복수의 응답 신호 각각에서 기설정된 주파수 성분을 추출할 수 있다.

이와 같이 제11 실시 예에 따른 수신부(140""""")는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 또한, 응답 신호를 이용하지 않는 다른 전극의 응답 신호를 이용하여 차동 증폭을 수행과 특정 주파수 성분 추출의 두 단계로 노이즈를 제거하는바, 응답 신호의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 두 단계로 신호를 증폭하는 바 응답 신호의 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 도시된 예에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극들의 응답 신호에 대해서 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극들의 응답 신호에 대해서도 증폭할 수 있다.

도 35는 제12 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제12 실시 예에 따른 수신부(140"""""')는 노이즈를 제거를 위한 전용의 증폭기 및 감산기와 응답 신호의 주파수 대역에 대응되는 신호만 추출함으로써 응답 신호의 감도를 향상하며, 복수의 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 35를 참조하면, 수신부(140"""""')는 복수의 증폭부(146-1, 146-2, 146-3, 146-4), 인버터(147-4) 복수의 가산기(147-5, 147-6, 147-7), 복수의 제2 증폭부(148-1, 148-2, 148-3), 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3) 및 신호 처리부(144')로 구성될 수 있다.

각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호를 병렬적으로 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 제1 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-1, 111-2, 111-3)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다. 그리고 제2 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-4, 111-5, 111-6)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다.

한편, 증폭부(146-4)는 제2 연결부(162)를 통하여 복수의 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-5) 중 어느 하나의 전극의 수신 신호를 증폭하여 출력한다. 예를 들어, 상술한 제1 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-4, 111-5, 111-6) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있으며, 제2 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-1, 111-2, 111-3) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있다.

인버터(147-4)는 증폭부(146-4)의 출력을 반전할 수 있다.

그리고 가산기(147-5, 147-6, 147-7)는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에서 증폭한 수신 신호에 인버터(147-4)의 출력을 더하여 출력할 수 있다.

각 제2 증폭부(148-1, 148-2, 148-3)는 각 가산기(147-5, 147-6, 147-7)에서 출력된 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력한다.

그리고 각 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)는 각 제2 증폭부(148-1, 148-2, 148-3)에서 출력된 신호 각각을 디지털 신호로 변환할 수 있다.

그리고 신호 처리부(144')는 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)로부터 디지털 신호로 변경된 응답 신호를 수신하고, 복수의 응답 신호 각각에서 기설정된 주파수 성분을 추출할 수 있다.

이와 같이 제12 실시 예에 따른 수신부(140"""""')는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 또한, 응답 신호를 이용하지 않는 다른 전극의 수신 신호를 이용한 차동 증폭 수행과 특정 주파수 성분 추출의 두 단계로 노이즈를 제거하는바, 응답 신호의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 두 단계로 신호를 증폭하는 바 응답 신호의 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 도시된 예에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)가 제1 전극 그룹 내의 제1 전극들의 응답 신호에 대해서 증폭하는 것으로 도시하였지만, 구현시에 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 제2 전극 그룹 내의 제2 전극들의 응답 신호에 대해서도 증폭할 수 있다.

도 36은 제13 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 제13 실시 예에 따른 수신부(140"""""")는 응답 신호를 증폭하고, 노이즈 제거를 위하여 차동 증폭하고, 응답 신호의 주파수 대역에 대응되는 신호만 추출함으로써 응답 신호의 감도를 향상하며, 복수의 증폭기를 이용하여 감지 속도를 개선한 실시 예이다.

도 36을 참조하면, 수신부(140"""""")는 복수의 증폭부(146-1, 146-2, 146-3, 146-4), 복수의 차동 증폭부(149-1, 149-2, 149-3), 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3) 및 신호 처리부(144')로 구성될 수 있다.

각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 각 전극에서 전달되는 응답 신호를 병렬적으로 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 제1 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-1, 111-2, 111-3)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다. 그리고 제2 수신 구간에서 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)는 전극(111-4, 111-5, 111-6)의 응답 신호 각각을 병렬적으로 증폭하여 출력할 수 있다.

한편, 증폭부(146-4)는 제2 연결부(162)를 통하여 복수의 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-5) 중 어느 하나의 전극의 수신 신호를 증폭하여 출력한다. 예를 들어, 상술한 제1 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-4, 111-5, 111-6) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있으며, 제2 수신 구간에서는 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)에 연결되지 않은 전극(111-1, 111-2, 111-3) 중 어느 하나의 수신 신호를 증폭할 수 있다.

각 차동 증폭부(149-1, 149-2, 149-3)는 각 증폭기(146-1, 146-2, 146-3)에서 출력되는 신호 각각과 증폭부(146-4)에서 출력되는 신호를 병렬적으로 차동 증폭하여 출력한다. 구체적으로, 각 차동 증폭부(149-1, 149-2, 149-3)의 일 단은 각 증폭부(146-1, 146-2, 146-3)의 출력단에 연결되고, 타 단은 증폭부(146-4)의 출력단에 연결될 수 있다.

그리고 각 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)는 각 차동 증폭부(149-1, 149-2, 149-3)에서 출력된 신호 각각을 디지털 신호로 변환할 수 있다.

그리고 신호 처리부(144')는 복수의 ADC부(143-1, 143-2, 143-3)로부터 디지털 신호로 변경된 응답 신호를 수신하고, 복수의 응답 신호 각각에서 기설정된 주파수 성분을 추출할 수 있다.

이와 같이 제13 실시 예에 따른 수신부(140"""""")는 3개의 채널 단위로 응답 신호를 병렬 처리하는바, 처리 속도가 향상된다. 또한, 응답 신호를 이용하지 않는 다른 전극의 수신 신호를 이용한 차동 증폭 수행과 특정 주파수 성분 추출의 두 단계로 노이즈를 제거하는바, 응답 신호의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 두 단계로 신호를 증폭하는 바 응답 신호의 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 37은 제6 내지 제13 실시 예에 따른 수신부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 37a를 참조하면, 수신부(140)는 37a와 같이 제1 전극의 전극들의 응답 신호를 3개의 채널 단위로 수신할 수 있다. 구체적으로, 먼저 세 개의 제1 전극에 동일한 구동 신호가 동시에 인가되고, 구동 신호 인가 이후의 세 개의 제1 전극(예를 들어, 111-2, 111-3, 111-4)의 응답 신호가 동시에 수신될 수 있다. 그리고 3개의 채널 단위의 수신 이후에 다시 한번 동일한 구동 신호의 인가가 수행되고, 세 개의 다른 전극들의 응답 신호를 동시에 수신할 수 있다.

도 37b를 참조하면, 수신부(140)는 도시된 바와 같이 제2 전극의 전극들의 응답 신호를 3개의 채널 단위로 수신할 수 있다. 구체적으로, 먼저 세 개의 제1 전극에 동일한 구동 신호가 동시에 인가되고, 구동 신호 인가 이후의 세 개의 제2 전극(예를 들어, 112-2, 112-3, 112-4)의 응답 신호가 동시에 수신될 수 있다.

도 37c를 참조하면, 수신부(140)는 6개의 전극에서 전달되는 6개의 응답 신호를 병렬적으로 수신한다. 구체적으로, 먼저 세 개의 제1 전극에 동일한 구동 신호가 동시에 인가되고, 구동 신호 인가 이후의 세 개의 제1 전극(예를 들어, 111-2, 111-3, 111-4)과 세 개의 제2 전극(예를 들어, 112-2, 112-3, 112-4)의 응답 신호가 동시에 수신될 수 있다.

이와 같이 본 실시 예에 따른 수신부(140)는, 복수의 채널 단위로 응답 신호를 처리하는바, 응답 처리 속도를 향상할 수 있다. 한편, 한 번에 수신되는 채널의 개수는 스타일러스 펜의 터치 패널 상의 표면과의 거리에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 스타일러스 펜이 표면상에 접촉된 경우, 동시에 수신하는 채널의 개수를 줄이고, 측정할 전극의 개수도 줄일 수 있다. 반대로, 스타일러스 펜이 표면과 이격된 경우, 동시에 수신하는 채널의 개수를 늘리고, 측정할 전극의 개수도 늘릴 수 있다. 구현시에는 동시 측정 개수와 전체 측정 전극의 개수는 상호 반비례 형태로 결정할 수도 있다.

한편, 이상에서는 하나의 수신부가 스타일러스 펜(200)으로부터의 응답 신호 및 손과 같은 접촉 물체의 응답 신호 모두를 수신하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 접촉 물체의 종류에 따라 서로 다른 구성에서 응답 신호를 수신할 수도 있다. 이와 같은 예에 대해서는 도 38을 참조하여 이하에서 설명한다.

도 38은 제14 실시 예에 따른 수신부의 구성을 도시한 도면이다.

도 38을 참조하면, 터치 패널(100’)은 채널 전극부(110’), 제1 구동부(130-1), 제2 구동부(130-2), 제1 수신부(140-1), 제2 수신부(140-2), MCU(150) 및 연결부(160)로 구성될 수 있다.

채널 전극부(110’)는 터치 패널의 크기에 대응되는 복수의 전극을 가질 수 있다. 예를 들어, 터치 패널이 12.1인치의 크기를 갖는 경우, 채널 전극부(110’)는 가로 방향으로 배치되는 47개의 제1 전극(111-1, 111-2, 111-3, …, 111-45, 111-46, 111-47)과 세로 방향으로 배치되는 63개의 제2 전극(112-1, 112-2, 112-3, …, 112-61, 112-62, 112-63)을 포함할 수 있다. 한편, 터치 패널의 크기가 5.7인치인 경우에는 채널 전극부는 18개의 제1 전극과 32개의 제2 전극으로 구성될 수 있다. 또한, 터치 패널의 크기가 10.1인치인 경우에 채널 전극부는 39개의 제1 전극과 52개의 제2 전극으로 구성될 수도 있다. 한편, 이상에서는 3개의 패널 크기만을 언급하였지만, 다른 크기 형태로도 구현될 수 있으며, 상술한 전극 개수와 다른 개수로 채널 전극부를 구성할 수도 있다.

제1 구동부(130-1)는 스타일러스 펜이 감지되면 동작하는 구동부로, 복수의 전극 중 적어도 두 개 이상의 전극에 구동 신호를 동시에 인가한다. 이와 같은 제1 구동부(130-1)의 동작에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 자세히 설명하였는바, 중복 설명은 생략한다.

제2 구동부(130-2)는 손과 같은 접촉 물체가 감지되면 동작하는 구동부로, 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가한다. 구체적으로, 제2 구동부(130-2)는 하나의 전극 단위로 구동 신호를 인가하거나, 복수의 전극 단위로 구동 신호를 인가할 수 있다. 이와 같은 제2 구동부(130-2)의 동작에 대해서는 도 6을 참조하여 자세히 설명하였는바, 중복 설명은 생략한다. 여기서, 접촉물체는 예를 들어, 손(보다 구체적으로는 손가락)을 포함할 수 있다.

제1 수신부(140-1)는 스타일러스 펜이 감지되면, 구동 신호가 인가되지 않는 구간 내에서 복수의 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신한다. 이러한 제1 수신부(140-1)는 도 22 내지 도 36에 도시된 여러 실시 예에 따른 수신부 중 어느 하나의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 수신부(140-1)는 6개의 응답 신호를 동시에 증폭할 수 있는 6개의 증폭기와 해당 6개의 증폭기의 출력과 차동 출력 대상이 될 추가 증폭기, 즉 7개의 증폭기로 구성될 수 있다.

제2 수신부(140-2)는 접촉 물체가 감지되면, 구동 신호가 인가되는 구간 내에서 복수의 제2 전극으로부터 응답 신호를 수신한다. 구체적으로, 제2 구동부(130-2)에서 어느 하나의 제1 전극에 구동 신호를 인가하고 있는 중에, 제2 수신부(140-2)는 복수의 제2 전극의 응답 신호를 순차적으로 수신할 수 있다. 이때, 제2 수신부(140-2)는 복수의 채널 단위로 응답 신호를 수신할 수도 있다. 한편, 이상에서는 제1 전극에 구동 신호를 인가하고, 제2 전극 측에서 응답 신호를 수신하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 제2 전극 측에 구동 신호를 인가하고, 제1 전극 측에서 응답 신호를 수신할 수도 있다.

MCU(150)는 접촉된 물체를 인지하고, 인지된 물체에 대응되는 구동 방식에 따른 구동 신호 및 응답 신호를 수신하도록 제1 구동부(130-1), 제2 구동부(130-2), 제1 수신부(140-1), 제2 수신부(140-2) 및 연결부(160)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 접촉된 물체가 스타일러스 펜인 경우, MCU(150)는 제1 구동부(130-1)가 구동 신호를 생성하여 전극에 제공하도록 제1 구동부(130-1) 및 연결부(160)를 제어하고, 구동 신호가 전달되지 않은 구간에서 응답 신호가 수신되도록 제1 수신부(140-2) 및 연결부(160)를 제어할 수 있다. 그리고 접촉된 물체가 손인 경우, MCU(150)는 제2 구동부(130-2)가 구동 신호를 생성하도록 제2 구동부(130-2) 및 연결부(160)를 제어하고, 동시에 구동 신호의 전달된 구간 내에서 응답 신호가 수신되도록 제2 수신부(140-2) 및 연결부(160)를 제어할 수 있다.

그리고 MCU(150)는 수신된 응답 신호를 기초로 스타일러스 펜의 위치 또는 손의 위치를 판단할 수 있다.

연결부(160)는 복수의 전극을 선택적으로 제1 구동부(130-1) 또는 제2 구동부(130-2)와 연결하거나, 복수의 전극을 선택적으로 제1 수신부(140-1) 또는 제2 수신부(140-2)와 연결할 수 있다. 연결부(160)의 구체적인 동작에 대해서는 도 20과 관련하여 자세히 설명하였는바, 중복 설명은 생략한다.

한편, 이상에서는 2개의 구동부와 2개의 수신부로 구성되는 형태만을 설명하였지만, 구현시에는 1개의 구동부와 2개의 수신부로 구현될 수 있으며, 2개의 구동부와 1개의 수신부로도 구현될 수 있다. 즉, 상술한 제1 구동부(130-1) 및 제2 구동부(130-2)는 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 구성으로 구현될 수 있으며, 상술한 제1 수신부(140-1) 및 제2 수신부(140-2)도 하나의 구성으로 구현될 수도 있다.

한편, 터치 패널(100)에서 수신되는 신호는 스타일러스 펜(200)으로부터 수신되는 응답 신호와 디스플레이 또는 사용자의 손 등을 통해 유입되는 노이즈로 구성된다. 스타일러스 펜(200)의 위치를 정확하게 측정하기 위해서는 측정하고자 하는 스타일러스 펜의 응답 신호가 기타의 원인으로부터 유입되는 노이즈와 대비해서 큰 신호대 잡음 비(Signal to Noise Ratio, SNR) 를 가져야 한다.

높은 신호 대 잡음 비를 갖기 위하여, 응답 신호의 크기를 키우는 방법과 노이즈 유입을 막는 방법이 있다. 이하에서는 상술한 2가지 관점에서 SNR을 키우는 방법을 기술한다.

먼저, 본 발명의 구동 시퀀스는 스타일러스 펜(200)을 공진 시키는 Tx 구간과 스타일러스 펜(200)으로부터 수신된 응답 신호를 측정하는 Rx 구간을 포함하게 된다. Tx 구간에서는 노이즈의 유입을 막는 방법보다는 스타일러스 펜의 응답 신호를 키우는 방법이 효과적일 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시 예에서는 구동 신호의 인가 시점에 하나의 전극이 아닌 복수의 전극에 구동 신호를 인가한다. 또한, 추가적인 실시 예에서는 스타일러스 펜이 위치할 것으로 예상되는 전극들에는 동시에 구동 신호를 인가하고 이외의 전극들은 접지하거나 플로팅할 수 있다. 이러한 동작에 대해서는 앞서 설명하였는바 중복 설명은 생략한다.

또한, 사용자의 손의 통하여 스타일러스 펜의 접지에 구동 신호가 전달되는 경우를 방지하기 위하여 일부 전극들에는 스타일러스 펜이 위치할 것으로 예상되는 전극에 인가되는 구동 신호와 180도 위상 차이를 갖는 구동 신호를 인가할 수도 있다.

다만, 복수의 펜 팁 구동 전극 이외의 전극에 180도 위상차이를 가지는 구동 신호를 인가하는 방법은, 스타일러스 펜의 응답신호의 크기를 향상시키는 좋은 방법이 될 수 있으나, 펜 팁 구동 전극 이외에 여러 개의 전극을 구동해야 하므로, 전력소모의 증가가 발생한다. 따라서 전력소모의 절감을 위해서 180도 위상 차이를 갖는 신호를 인가하는 전극의 수를 제한할 필요가 있다. 이를 구현하는 한가지 방법으로는, 사용자의 손이 터치 패널에 접촉하는 경우, 사용자의 손의 위치를 파악하여 사용자의 손이 접촉한 부분에만 펜 팁이 접촉하는 부분에 인가되는 신호와 반대의 위상을 가진 신호를 인가하는 방법 등이 사용될 수 있다. 이와 같은 방법을 사용하면 180도 위상차이를 갖는 신호를 인가하는 전극의 수를 최소화 할 수 있다.

한편, 스타일러스 펜(200)의 응답신호의 크기는 Tx 구간에서 대부분 정해지므로, Rx 구간에서는 Tx 구간과는 달리 노이즈의 유입을 막는 방법이 효과적일 수 있다. 사람의 손이 터치 패널의 전극에 가까이 가게 되는 경우, 손으로부터 상당한 양의 노이즈가 유입되게 된다. 따라서, 수신부(140)는 스타일러스 펜(200)으로부터 수신되는 응답신호뿐만이 아니라, 손으로부터 유입되는 노이즈를 동시에 수신하게 된다. 그 결과, 손을 터치 패널에 접촉하고 필기를 하는 경우에는 손을 떼고 필기하는 경우에 비해서 SNR이 상당히 저하된다. 이를 개선하기 위해서, 스타일러스 펜(200)의 응답신호를 수신하는 복수의 전극 이외의 전극은 수신 단의 접지와 연결시키는 방법이 가능하다. 이와 같은 예에 대해서는 아래의 도 39를 참조하여 후술한다.

도 39는 응답 신호를 수신하는 경우의 연결부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 39a를 참조하면, 스타일러스 펜(200)이 복수의 전극(112-2, 112-3) 사이에 배치하는 경우, 해당 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단하기 위해서는 제2 전극(112-2,112-3, 112-4)의 응답 신호의 측정을 필수적이다. 따라서, 제어부(120)는 이전에 감지된 스타일러스 펜(200)의 위치를 기초로 응답 신호를 수신할 복수의 전극과 수신부(140)가 연결되도록 연결부(160)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(120)는 나머지 전극(112-1, 112-5, 112-6)들이 접지되도록 연결부(160)를 제어할 수 있다.

이와 같이 나머지 전극(112-1, 112-5, 112-6)들이 접지되는바, 손으로부터 유입되는 노이즈의 상단 부분은 수신단의 그라운드로 빠져나가게 되어, 스타일러스 펜의 응답 신호를 수신하는 복수의 전극(112-2, 112-3, 112-4)으로는 소량의 노이즈만이 유입되어 수신부(140)로 들어오게 된다. 결과적으로 수신부(140)로 들어오는 입력신호에서 노이즈 성분이 감소하게 되어 SNR을 개선할 수 있다.

한편, 이상에서는 제2 전극들에 대해서만 상술한 바와 같은 동작을 수행하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 도 39b에 도시된 바와 같이 매트릭스 형태로 배치되는 전극들에 대해서도 동일하게 응답 신호가 수신되지 않는 전극들에 대한 접지 처리를 수행할 수 있다.

도 39b를 참조하면, 스타일러스 펜(200)이 복수의 전극(112-2, 112-3) 사이에 배치하는 경우, 해당 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단하기 위해서는 제2 전극(112-2, 112-3, 112-4, 111-2, 111-3, 111-4)의 응답 신호의 측정을 필수적이다. 한편, 수신부(140)가 3개 채널 단위로 응답 신호를 수신 가능하면, 제어부(120)는 이전에 감지된 스타일러스 펜(200)의 위치를 기초로 응답 신호를 수신할 복수의 전극(112-2, 112-3, 112-4)과 수신부(140)가 연결되도록 연결부(160)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(120)는 나머지 전극(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5, 111-6, 112-1, 112-5, 112-6)들이 접지되도록 연결부(160)을 제어할 수 있다.

이후에 제어부(120)는 복수의 전극(111-2, 111-3, 111-4)과 수신부(140)가 연결되도록 연결부(160)를 제어하고, 나머지 전극(111-1, 111-5, 111-6, 112-1, 112-2, 112-3, 111-4, 112-5, 112-6)들이 접지되도록 연결부(160)를 제어할 수 있다.

한편, 이상에서는 제2 전극의 응답 신호와 제1 전극의 응답 신호를 개별적으로 수신하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 제1 전극과 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 제2 전극의 응답 신호를 동시에 수신할 수 있으며, 이 경우, 수신부에 연결되지 않는 제1 전극 및 제2 전극들을 접지시킬 수 있다.

도 40은 도 1의 스타일러스 펜의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.

도 40을 참조하면, 스타일러스 펜(200)은 전도성 팁(210), 공진 회로부(220), 접지부(230)로 구성될 수 있다. 이러한 스타일러스 펜(200)은 예를 들어 펜의 형상으로 구현될 수 있다.

전도성 팁(210)은 터치 패널(100) 내의 복수의 전극 중 적어도 하나의 전극과 커패시턴스(capacitance)를 형성한다. 이러한 전도성 팁(210)은 예를 들어 금속성 팁으로 형성될 수 있다. 그리고 전도성 팁(210)은 비전도성 물질 내부에 존재하거나 전도성 팁(210)의 일부가 외부로 노출될 수도 있다. 또한, 사용 시에 필기 감을 부드럽게 하기 위하여 전도성 팁(210)이 외부와 직접적인 접촉하는 것을 방지하는 절연부를 더 포함할 수 있다.

공진 회로부(220)는 전도성 팁에 연결된 인덕터 및 커패시터로 이루어진 병렬 연결 회로를 포함한다.

그리고 공진 회로부(220)는 터치 패널(100) 내의 적어도 하나의 전극과 전도성 팁 간의 커패시티브 커플링을 통하여 공진을 위한 에너지를 수신할 수 있다. 구체적으로, 공진 회로부(220)는 터치 패널(100)로부터 입력되는 구동 신호에 공진할 수 있다. 그리고 공진 회로부(220)는 구동 신호의 입력이 중단된 이후에도 공진에 의한 공진 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 공진 회로부(220)는 공진 회로부의 공진 주파수를 가지는 사인파형 신호를 출력할 수 있다.

그리고 공진 회로부(220)는 전도성 팁의 접촉 압력에 따라 커패시터의 커패시턴스 또는 인덕터의 인덕턴스가 가변하여 공진 주파수가 가변될 수 있다. 이와 같은 동작에 대해서는 도 42와 관련하여 후술한다.

또한, 공진 회로부(220)는 사용자의 조작에 따라 커패시터의 커패시턴스 또는 인덕터의 인덕턴스가 가변하여 공진 주파수가 가변될 수 있다. 이와 같은 동작에 대해서는 도 43과 관련하여 후술한다.

도 41은 도 1의 스타일러스 펜의 회로도를 도시한 도면이다.

도 41을 참조하면, 공진 회로부(220)는 인덕터(221) 및 커패시터(222)로 구성되며, 일 단이 전도성 팁(210)과 연결되고, 타 단이 스타일러스 펜의 케이스(230)로 접지될 수 있다.

인덕터(211) 및 커패시터(222)는 병렬 연결되어, 공진 회로로 동작한다. 이러한 공진 회로는 특정 공진 주파수에서 고-임피던스(high-impedance) 특성을 가질 수 있다.

도 42는 다른 실시 예에 따른 스타일러스 펜의 회로도를 도시한 도면이다.

도 42를 참조하면, 공진 회로부(220')는 인덕터(221), 커패시터(222), 가변 커패시터(224)로 구성될 수 있다.

인덕터(211) 및 커패시터(222)는 병렬 연결되어, 공진 회로로 동작한다.

가변 커패시터(224)는 공진회로와 병렬 연결되며, 전도성 팁의 접촉 압력에 따라 커패시턴스가 가변될 수 있다. 이에 따라, 전도성 팁의 접촉 압력이 변화하게 되면, 가변 커패시터의 커패시턴스 가변하게 되어 공진 주파수를 가변할 수 있다.

이와 같이 제2 실시 예에 따른 스타일러스 펜(200')은 터치 패널(100)과의 접촉 압력에 따라 공진 주파수가 가변 되는바, 터치 패널(100)은 응답 신호를 기초로 스타일러스 펜(200')의 위치뿐만 아니라, 공진 주파수의 가변량에 따라 스타일러스 펜(200')의 접촉 압력을 감지할 수 있다.

한편, 이상에서는 가변 커패시터를 이용하여 공진 주파수를 가변하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 전도성 팁의 접촉 압력에 따라 인덕턴스가 가변될 수 있는 가변 인덕터를 이용하여, 동일한 기능을 수행하는 공진 회로부(220')를 구현할 수도 있다.

도 43은 다른 실시 예에 따른 스타일러스 펜의 회로도를 도시한 도면이다.

도 43을 참조하면, 공진 회로부(220")는 인덕터(221), 커패시터(222), 제2 커패시터(225) 및 스위치(226)로 구성될 수 있다.

인덕터(211) 및 커패시터(222)는 병렬 연결되어, 공진 회로로 동작한다.

제2 커패시터(225)는 기설정된 커패시턴스를 갖는다.

스위치(226)는 사용자의 온/오프 명령을 입력받을 수 있으며, 사용자의 온/오프 명령에 따라 선택적으로 제2 커패시터(225)를 커패시터(222)에 병렬 연결하게 한다. 이에 따라, 사용자가 스위치를 온하면, 제2 커패시터(225)가 공진 회로에 병렬 연결되어, 공진 주파수를 가변할 수 있다.

이와 같이 제3 실시 예에 따른 스타일러스 펜(200")은 사용자의 스위치 동작에 따라 공진 주파수가 가변 되는바, 스타일러스 펜의 동작 모드를 감지할 수도 있다.

한편, 이상에서는 제2 커패시터 및 스위치를 이용하여 공진 주파수를 가변하는 것으로 설명하였지만, 구현시에는 제2 인덕터 및 스위치 또는 다른 회로 구성을 이용하여 동일한 기능을 수행하는 공진 회로부(220")를 구현할 수도 있다.

한편, 도 43에 따라 가변되는 공진 주파수는 도 42에 따라 가변 되는 공진 주파수 범위가 아닌 것이 바람직하다. 구체적으로, 구현시에 도 42의 가변 커패시터와 도 43의 스위치 및 제2 커패시터가 함께 구현될 수 있으며, 이 경우, 터치 패널(100)에서 공진 주파수의 변경이 접촉 압력의 변화에 의한 것인지, 스위치의 동작에 의한 것인지를 판단할 수 있도록, 스위치(225)의 동작에 의하여 가변 되는 공진 회로(220")의 공진 주파수는 도 42의 가변 커패시터의 커패시턴스 변화에 따라 가변 되는 공진 주파수의 범위와 다를 수 있다.

도 44는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 44를 참조하면, 채널 전극부 내의 복수의 전극들에 대해 복수의 전극 단위로 동일한 구동 신호를 인가한다(S4410). 이에 따라 구동 신호를 정전 용량 결합(Capacitive Coupling)을 통하여 터치 패널(100)로 접근한 스타일러스 펜(200)의 공진 회로로 전달할 수 있다. 이때, 전극들에 대해서 복수의 전극 단위로 동일한 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다.

그리고 스타일러스 펜의 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 복수의 전극 각각으로부터 수신한다(S4420). 구체적으로, 구동 신호가 인가되지 않은 구간 내에서 복수의 전극 각각으로부터 응답 신호를 수신할 수 있다. 이때, 수신된 응답 신호에 대해서 다양한 신호 처리를 수행하여 수신 감도를 향상할 수 있다. 그리고 이러한 수신 동작은 상술한 인가 동작과 교번적으로 수행할 수 있다.

그리고 수신된 복수의 응답 신호를 기초로 스타일러스 펜의 위치를 판단한다(S4430). 구체적으로, 복수의 전극 각각으로부터 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극이 매트릭스 형태로 구성되어 있는 경우, 제1 방향으로 배치된 제1 전극들에서 수신된 응답 신호 간의 비율과 제2 방향으로 배치된 제2 전극들에서 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 스타일러스 펜(200)의 위치를 판단할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 예에 따른 터치 패널의 제어 방법은 정전 용량 결합을 통하여 스타일러스 펜에 구동 신호를 제공하는바, 스타일러스 펜(200)은 자체적인 전원이 존재하지 않더라도 동작이 가능하다. 그리고 본 실시 예에 따른 터치 패널의 제어 방법은 복수의 전극에 일괄적으로 구동 신호를 제공하는바, 보다 큰 에너지를 제공할 수 있으며, 그에 따라 수신 감도 및 측정 속도를 개선할 수 있다. 또한, 본 실시 예에 따른 터치 패널의 제어 방법은 수신된 응답 신호에 대해서 다양한 신호 처리를 수행하는바, 응답 신호에 대한 수신 감도를 향상할 수 있다. 도 44와 같은 제어 방법은, 도 2의 구성을 가지는 터치 패널상에서 실행될 수 있으며, 그 밖의 구성을 가지는 터치 패널 상에서도 실행될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 제어 방법은 도 2의 제어부(120)에서 실행 가능한 프로그램으로 구현될 수 있고, 상기 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100: 터치 패널 110: 채널 전극부
120: 제어부 200: 스타일러스 펜
210: 전도성 팁 220: 공진 회로부
230: 접지부 300: 좌표 측정 시스템

Claims (25)

1. 터치 패널에 있어서,
   제1 방향으로 배치되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하는 채널 전극부; 및
   상기 채널 전극부 내의 전극들 중 적어도 두 개의 전극에 구동 신호를 인가하고,
   상기 구동 신호를 정전 용량 결합(Capacitive Coupling)을 통하여 상기 터치 패널로 접근한 스타일러스 펜의 공진 회로로 전달하고,
   상기 스타일러스 펜의 공진 회로에서 야기되는 응답 신호를 상기 복수의 전극 각각으로부터 수신하여 상기 공진 회로를 포함한 스타일러스 펜의 위치를 판단하고,
   상기 스타일러스 펜의 위치에 대응되는 복수의 제1 전극에는 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극에 인접한 복수의 제2 전극에는 상기 제1 구동 신호와 180도 위상 차이를 갖는 제2 구동 신호를 인가하는 제어부;를 포함하는 터치 패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 채널 전극부는, 접촉 물체의 접근에 의하여 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 간의 커패시턴스가 가변하며,
   상기 제어부는,
   상기 제1 전극과 제2 전극 간에 형성되는 복수의 전극 교차점에서 각 전극 간의 커패시턴스 변화량을 계산하고, 상기 계산된 커패시턴스 변화량에 기초하여 상기 접촉 물체의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   제1 전극에서 수신된 응답 신호 간의 비율 및 제2 전극에서 수신된 응답 신호 간의 비율을 기초로 상기 공진 회로를 포함한 스타일러스 펜의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 복수의 제1 전극 모두에 대해 동일한 구동 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
5. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 제1 전극은,
   연속적으로 배치되는 복수의 전극 단위로 복수의 서브 그룹으로 구분되며,
   상기 제어부는,
   하나의 서브 그룹 내의 모든 제1 전극에 동일한 구동 신호를 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 복수의 제1 전극 중 응답 신호가 가장 크게 수신된 전극 및 상기 가장 크게 수신된 전극과 기설정된 간격 내의 전극에 구동 신호를 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   적어도 하나의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극에 구동 신호를 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
8. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 전극 중 적어도 두 개 이상의 전극에 구동 신호를 인가하는 구동부; 및
   상기 구동 신호가 인가되지 않는 구간 내에서 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 각각의 응답 신호를 수신하는 수신부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 수신부로부터 수신한 응답 신호를 기초로 상기 공진 회로를 포함하는 스타일러스 펜의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
9. 제8항에 있어서,
   상기 수신부는,
   상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 각각의 응답 신호를 순차적으로 수신하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 제1 전극에 동일한 구동 신호의 인가와 각각의 제1 전극 및 제2 전극에 대한 응답 신호의 수신이 교번적으로 수행되도록 상기 구동부 및 수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 수신된 응답 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부;
    상기 증폭된 응답 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC부; 및
    상기 디지털 신호로 변환된 응답 신호에서 기설정된 주파수 성분을 추출하는 신호 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
12. 제8항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 각각의 응답 신호를 복수의 채널 단위로 병렬 수신하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
13. 제12항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나 이상의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나 이상의 제2 전극 각각으로부터 응답 신호를 동시에 수신하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
14. 제12항에 있어서,
    상기 수신부는,
    복수의 전극으로부터 수신된 응답 신호 각각을 증폭하는 병렬 증폭부;
    상기 증폭된 복수의 신호 각각을 디지털 신호로 변환하는 ADC부; 및
    상기 디지털 신호로 변환된 복수의 응답 신호 간의 차이로부터 기설정된 주파수 성분을 추출하는 신호 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
15. 제12항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 두 개 전극의 응답 신호의 차이를 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
16. 제12항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 두 개 전극의 응답 신호의 차이를 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭부;
    상기 차동 증폭된 응답 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC부; 및
    상기 디지털 신호로 변환된 응답 신호에서 기설정된 주파수 성분을 추출하는 신호 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
17. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 응답 신호를 수신하는 구간내에서, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 전극이 접지되도록 상기 채널 전극부를 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
18. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 구동 신호가 인가되는 구간에서, 상기 구동 신호가 인가되는 전극 이외의 적어도 하나의 전극은 접지되도록 상기 채널 전극부를 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
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