KR102607842B1 - 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치 센싱 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1 프레임이 적어도 하나 이상의 터치 구동 기간과 디스플레이 구동 기간으로 시분할되는 터치 센싱 시스템으로서, 제1 펜 구동신호와 제2 펜 구동신호를 생성하는 능동형 스타일러스 펜과, 터치 구동 장치를 포함한다.
터치 구동 장치는 터치 스크린에 터치 구동신호를 인가하고, 터치 구동 기간의 제1 기간 내에서 터치 스크린을 통해 입력되는 제1 펜 구동신호를 센싱하고, 터치 구동 기간의 제2 기간 내에서 터치 스크린을 통해 입력되는 제2 펜 구동신호를 센싱한다.
터치 구동 장치는 터치 스크린에 터치 구동신호를 인가하고, 터치 구동 기간의 제1 기간 내에서 터치 스크린을 통해 입력되는 제1 펜 구동신호를 센싱하고, 터치 구동 기간의 제2 기간 내에서 터치 스크린을 통해 입력되는 제2 펜 구동신호를 센싱한다.
Description
본 발명은 능동형 스타일러스 펜을 통해 터치 입력이 가능한 터치 센싱 시스템에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 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.
터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있다. 터치 UI는 표시장치의 화면 상에 터치 스크린을 형성하는 방법으로 구현되고 있다. 이러한 터치 스크린은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서를 갖는 터치 스크린은 손가락 또는 전도성 물질이 터치 센서에 접촉(또는 근접)될 때, 터치 구동신호의 입력에 따른 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.
최근 스마트 폰, 및 스마트 북 등에는 HID(Human Interface Device)로서 스타일러스 펜(Stylus Pen)이 사용되고 있다. 스타일러스 펜은 손가락에 비해 좀 더 세밀한 입력이 가능한 장점이 있다. 스타일러스 펜에는 수동형과 능동형이 있다. 수동형 스타일러스 펜은 터치 스크린과의 접촉 지점에서 정전용량 변화가 적어 터치 위치 검출이 어렵다. 이에 반해 능동형 스타일러스 펜은 자체적으로 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린과의 접촉 지점에 출력하기 때문에 수동형에 비해 터치 위치 검출이 용이하여 이에 대한 개발이 집중되고 있다.
종래 터치 센싱 시스템에서, 능동형 스타일러스 펜은 다양한 편의 기능을 구현하기 위해 펜 구동신호와 별도로 필압 정보 등의 펜 부가 정보를 터치 IC(Integrated Circuit)에 전송하였다. 이를 위해, 종래 능동형 스타일러스 펜은 고 주파수(수~수십 MHz)의 정현파를 이용한 변조 방식으로 펜 구동신호와 펜 부가 정보를 개별적으로 터치 IC에 전송하였고, 터치 IC는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)와 디텍션 회로(Detection Circuit) 등을 이용하여 펜 구동신호와 펜 부가 정보를 분리하여 처리하였다. 이러한 펜 구동신호와 펜 부가 정보는 터치 스크린을 구동하는 터치 구동신호에 비해 주파수가 훨씬 높았다.
이러한 종래 터치 센싱 시스템은 펜 구동신호와 펜 부가 정보를 분리하기 위해 터치 IC 내에 복잡한 처리 회로를 추가해야 하기 때문에 터치 IC의 사이즈와 제조 비용이 증가되는 문제가 있다.
더욱이, 종래 터치 센싱 시스템은 애드 온 타입(Add-On Type)의 터치 스크린에 한하여 적용될 수 있는 것으로, 인셀 타입(In-cell Type)의 터치 스크린에는 적용될 수 없다. 애드 온 타입은 터치 스크린을 표시패널 상에 접합하는 터치 스크린 형성 방식을 의미하고, 인셀 타입은 터치 스크린의 터치 센서들을 표시패널의 픽셀 어레이에 내장하는 터치 스크린 형성 방식을 의미한다.
인셀 타입에서는 터치 센서들이 기생 용량을 통해 픽셀 신호 배선들에 커플링되어 있기 때문에, 애드 온 타입에 비해 터치 스크린에서의 RC 딜레이가 크다. 따라서, 인셀 타입의 터치 스크린에서는 RC 타임 부족으로 인해, 종래 터치 센싱 시스템에서와 같은 고 주파수의 펜 구동신호와 펜 부가 정보를 터치 IC에 정확히 전달하기 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 터치 센서들이 표시패널의 픽셀 어레이에 내장된 인셀 타입의 터치 스크린과 능동형 스타일러스 펜을 갖는 터치 센싱 시스템에서, 능동형 스타일러스 펜으로부터 입력되는 펜 부가 정보를 표시장치에서 정확히 수신 및 처리할 수 있게 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1 프레임이 적어도 하나 이상의 터치 구동 기간과 디스플레이 구동 기간으로 시분할되는 터치 센싱 시스템으로서, 상기 터치 구동 기간에서 터치 스크린으로부터 입력되는 터치 구동신호에 동기 하여 터치 입력을 검출하기 위한 제1 펜 구동신호와 펜의 부가 기능과 관련된 부가 입력을 검출하기 위한 제2 펜 구동신호를 생성한 후, 상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 연속적으로 출력하는 능동형 스타일러스 펜과, 상기 터치 스크린에 상기 터치 구동신호를 인가하고, 상기 터치 구동 기간의 제1 기간 내에서 상기 터치 스크린을 통해 입력되는 상기 제1 펜 구동신호를 센싱하고, 상기 제1 기간에 이은 상기 터치 구동 기간의 제2 기간 내에서 상기 터치 스크린을 통해 입력되는 상기 제2 펜 구동신호를 센싱하는 터치 구동 장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 터치 구동장치는 1 프레임이 적어도 하나 이상의 터치 구동 기간과 디스플레이 구동 기간으로 시분할되고 상기 터치 구동 기간에서 동작하는 것으로서, 상기 터치 구동 기간 동안 터치 구동신호를 생성하여 터치 스크린에 인가하며, 상기 터치 구동 기간의 제1 기간 내에서 스타일러스 펜으로부터 터치 스크린에 인가된 제1 펜 구동신호를 센싱하고, 상기 제1 기간에 이은 상기 터치 구동 기간의 제2 기간 내에서 상기 스타일러스 펜으로부터 상기 터치 스크린에 인가된 제2 펜 구동신호를 센싱한다. 여기서, 상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호는 상기 터치 구동신호에 동기되고, 상기 제1 펜 구동신호는 터치 입력을 검출하기 위한 것이고, 상기 제2 펜 구동신호는 상기 스타일러스 펜의 부가 기능에 관련된 부가 입력을 검출하기 위한 것이다.
첫째, 본 발명은 기존의 인셀 타입의 터치 구동장치에 제2 펜 구동신호에 대한 센싱값을 디지털 처리하기 회로를 추가하여 펜에서 전송되는 디지털 부가 정보(압력, 버튼, 펜 ID 등)을 정확히 수신할 수 있다.
둘째, 본 발명은 제1 펜 구동신호와 제2 펜 구동신호를 터치 구동신호를 시간적으로 분리하여 출력하기 때문에 좀 더 정확한 정보 전송이 가능하다.
셋째, 본 발명은 디지털 부가 정보를 통해 2048 이상의 필압 정보를 터치 리포트 레이트와 동일하게 전송할 수 있다.
넷째, 본 발명은 디지털 부가 정보를 통해 2 이상의 버튼 정보(eraser, barrel등)를 전송할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 디지털 부가 정보를 통해 펜 ID를 전송하여 동시에 다수개의 펜들을 인식하게 할 수 있다.
여섯째, 본 발명은 디지털 부가 정보를 3-상태로 가공하여 한정된 시간 내에 보다 많은 부가 정보를 전송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 터치 센싱 시스템을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치를 보여주는 도면.
도 3은 인셀 타입의 상호 용량 센서로 구현되어 도 2의 표시장치에 구비되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 4는 인셀 타입의 자기 용량 센서로 구현되어 도 2의 표시장치에 구비되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜의 내부 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동 기간 동안 터치 구동신호에 동기 하여 제1 펜 구동신호와 제2 펜 구동신호가 연속적으로 출력되는 것을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동신호에 동기 하여 진폭 변조 방식으로 생성되는 제2 펜 구동신호를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동신호에 동기 하여 주파수 변조 방식으로 생성되는 제2 펜 구동신호를 보여주는 도면.
도 9는 도 2의 표시장치에 구비된 터치 구동장치를 보여주는 도면.
도 10은 도 9의 터치 구동장치에서 제2 펜 구동신호에 대한 센싱값을 디지털 처리하기 위한 구성을 보여주는 도면.
도 11 및 도 12는 도 9의 터치 구동장치의 동작 타이밍을 설명하기 위한 파형도.
도 13및 도 14는 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동신호에 동기 하여 3-상태로 생성되는 제2 펜 구동신호를 보여주는 도면.
도 15는 제2 펜 구동신호를 3-상태로 생성하는 경우 가능한 정보 전달량을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치를 보여주는 도면.
도 3은 인셀 타입의 상호 용량 센서로 구현되어 도 2의 표시장치에 구비되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 4는 인셀 타입의 자기 용량 센서로 구현되어 도 2의 표시장치에 구비되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜의 내부 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동 기간 동안 터치 구동신호에 동기 하여 제1 펜 구동신호와 제2 펜 구동신호가 연속적으로 출력되는 것을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동신호에 동기 하여 진폭 변조 방식으로 생성되는 제2 펜 구동신호를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동신호에 동기 하여 주파수 변조 방식으로 생성되는 제2 펜 구동신호를 보여주는 도면.
도 9는 도 2의 표시장치에 구비된 터치 구동장치를 보여주는 도면.
도 10은 도 9의 터치 구동장치에서 제2 펜 구동신호에 대한 센싱값을 디지털 처리하기 위한 구성을 보여주는 도면.
도 11 및 도 12는 도 9의 터치 구동장치의 동작 타이밍을 설명하기 위한 파형도.
도 13및 도 14는 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동신호에 동기 하여 3-상태로 생성되는 제2 펜 구동신호를 보여주는 도면.
도 15는 제2 펜 구동신호를 3-상태로 생성하는 경우 가능한 정보 전달량을 보여주는 도면.
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.
도 1은 본 발명의 터치 센싱 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 표시장치(10)와 능동형 스타일러스 펜(20)을 포함한다.
표시장치(10)는 디스플레이 기능과 터치 검출 기능을 수행한다. 표시장치(10)는 손가락 또는 능동형 스타일러스 펜(20)과 같은 전도성 물체의 접촉에 의한 터치 검출이 가능한 것으로, 그 내부에 일체형으로 정전 용량 방식의 터치 스크린을 구비하고 있다. 여기서, 터치 스크린은 터치 센서들이 표시패널의 픽셀 어레이에 내장된 인셀 타입의 터치 스크린으로 구현된다. 표시장치(10)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2 내지 도 4와, 도 9 내지 도 12를 참조로 후술한다.
능동형 스타일러스 펜(20)은 터치 동기신호에 기초하여 Rx 모드와 Tx 모드로 동작한다. 능동형 스타일러스 펜(20)은 터치 스크린에서 수신되는 터치 구동신호에 동기 하여 터치 입력을 검출하기 위한 제1 펜 구동신호와 펜의 부가 기능과 관련된 부가 입력을 검출하기 위한 제2 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린과의 접촉 지점에 연속적으로 출력함으로써 터치 스크린 상에서 터치 위치 검출을 용이하게 할 수 있고, 특히 제2 펜 구동신호를 터치 구동신호와 동일한 주파수로 가공한 후 제1 펜 구동신호와 시간적으로 분리하여 출력하기 때문에 좀 더 정확한 정보를 전송할 수 있는 장점이 있다. 능동형 스타일러스 펜(20)의 구성 및 동작은 도 5 내지 도 8을 통해 후술한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치를 보여준다. 도 3 및 도 4는 도 2의 표시장치에 구비되는 터치 스크린이 각각 인셀 타입의 상호 용량 센서 및 인셀 타입의 자기 용량 센서로 구현되는 것을 보여준다.
도 2내지 도4를 참조하면, 본 발명의 표시장치(10)는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 표시장치가 액정표시소자로 구현되는 것을 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다.
표시장치(10)는 디스플레이 모듈과 터치 모듈로 이루어진다.
터치 모듈은 터치 스크린(TSP)과 터치 구동장치(18)를 포함한다.
터치 스크린(TSP)은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치 입력을 감지하는 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 정전 용량(capacitance)을 갖는 다수의 터치 센서들을 포함한다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있고, 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성될 수 있다.
상호 용량 센서(Cm)로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 도 3과 같이 Tx 전극라인들, Tx 전극라인들과 교차하는 Rx 전극라인들, 및 Tx 전극라인들과 Rx 전극라인들의 교차점들 마다 형성된 터치 센서들(Cm)을 포함할 수 있다. Tx 전극라인들은 터치 센서들(Cm) 각각에 터치 구동신호를 인가하여 터치 센서들에 전하를 공급하는 구동 신호 배선들이다. Rx 전극라인들은 터치 센서들(Cm)에 연결되어 터치 센서들의 전하를 터치 구동장치(18)로 공급하는 센서 배선들이다. 상호 용량 센싱 방법은 Tx 전극라인을 통해 Tx 전극에 구동 신호를 인가하여 터치 센서(Cm)에 전하를 공급하고, 터치 구동신호와 동기하여 Rx 전극과 Rx 전극라인을 통해 터치 센서(Cm)의 정전용량 변화를 센싱함으로써 터치 입력을 알 수 있다.
자기 용량 센서(Cs)로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 도 4와 같이 터치 전극(31)들 각각이 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들(32)과 1:1로 연결될 수 있다. 자기 용량 센서(Cs)는 전극들(31) 각각에 형성된 정전 용량을 포함한다. 자기 용량 센싱 방법은 터치 구동신호가 센서 배선(32)을 통해 전극(31)에 인가되면 전하(Q)가 터치 센서(Cs)에 축적된다. 이때 손가락이나 전도성 물체가 전극(31)에 접촉되면 자기 용량 센서(Cs)에 추가로 기생 용량(Cf)이 연결되어 토탈 커패시턴스 값이 변한다. 따라서, 손가락이 터치된 센서와 그렇지 않은 센서 간에 커패시턴스(Capaciance) 값이 달라져 터치 여부를 판단할 수 있다.
터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cm 또는 Cs)은 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 터치 센서들(Cm 또는 Cs)을 픽셀 어레이에 내장하기 위해, 픽셀들의 공통전극은 다수의 세그먼트들(segment)로 분할될 수 있다. 이 경우, 터치 센서들(Cm 또는 Cs)은 분할된 공통전극으로 구현될 수 있다. 하나의 공통전극 세그먼트(segment)는 다수의 픽셀들에 공통으로 연결되고 하나의 터치 센서를 형성할 수 있다. 픽셀들의 공통전극에는 디스플레이 구동 기간 동안 공통전압이 인가되고, 터치 구동 기간 동안 터치 구동신호와 펜 구동신호가 인가된다.
터치 구동장치(18)는 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락(또는, 스타일러스 펜)과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단하고 터치 입력의 좌표값(XY)을 계산한다. 또한, 터치 구동장치(18)는 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 능동형 스타일러스 펜(20)의 부가 기능에 대한 정보(PAF)를 생성한다. 능동형 스타일러스 펜(20)의 부가 기능에 대한 정보에는 필압 정보, 버튼 기능(소거(eraser) 기능, 배럴(barrel) 기능 등) 사용 여부에 대한 정보, ID 정보를 포함한다.
디스플레이 모듈은 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14,16), 호스트 시스템(19)을 포함할 수 있다.
표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 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 픽셀전극, 픽셀전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 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. 공통전압이 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.
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.
디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(16)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 게이트 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 픽셀라인을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(19)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 게이트 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.
호스트 시스템(19)은 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송하며, 터치 구동장치(18)로부터 입력되는 터치 좌표 정보(XY), 및 펜 부가 기능에 대한 정보(PAF)와 연계된 응용 프로그램을 실행할 수 있다.
이러한 본 발명의 표시장치(10)에서는 1 프레임이 적어도 하나 이상의 터치 구동 기간(도 6의 TP)과 디스플레이 구동 기간(도 6의 DP)으로 시분할된다. 터치 구동 기간(도 6의 TP)은 터치 동기신호(도6의 Tsync)가 제1 전압 레벨로 유지되는 기간이고, 디스플레이 구동 기간(도 6의 DP)은 터치 동기신호(도6의 Tsync)가 제2 전압 레벨로 유지되는 기간이다. 터치 동기신호(도6의 Tsync)는 타이밍 콘트롤러(16), 또는 호스트 시스템(19)에서 생성될 수도 있다.
디스플레이 구동 기간(DP) 동안, 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급하고, 게이트 구동회로(14)는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급한다. 한편, 디스플레이 구동 기간(DP) 동안, 터치 구동장치(18)는 동작을 중지한다.
터치 구동 기간(TP) 동안, 터치 구동장치(18)는 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들에 터치 구동신호를 인가한다. 한편, 터치 구동 기간(TP) 동안, 디스플레이 구동회로(12,14,16)는 픽셀들에 연결된 신호 라인들(D1~Dm,G1~Gn)과 터치 센서들 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여 터치 구동신호와 같은 진폭 및 같은 위상의 교류 신호를 신호라인들(D1~Dm,G1~Gn)에 공급할 수 있다. 이 경우 터치 센싱신호에 혼입되는 디스플레이 노이즈는 획기적으로 줄어들어 터치 센싱의 정확성이 증가된다.
도 5는 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜(20)의 내부 구성을 보여준다. 도 6은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜(20)에서, 터치 구동 기간(TP) 동안 터치 구동신호(TS)에 동기 하여 제1 펜 구동신호(PD1)와 제2 펜 구동신호(PD2)가 연속적으로 출력되는 것을 보여준다. 도 7은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜(20)에서, 터치 구동신호(TS)에 동기 하여 진폭 변조 방식으로 생성되는 제2 펜 구동신호(PD2)를 보여준다. 그리고, 도 8은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜(20)에서, 터치 구동신호(TSP)에 동기 하여 주파수 변조 방식으로 생성되는 제2 펜 구동신호(PD2)를 보여준다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 능동형 스타일러스 펜(20)은 전도성 팁(201)과, 전도성 팁(201)에 연결되는 스위칭부(202)와, 수신부(203)와, 유효성 검사부(204)와, 펜 구동신호 생성부(205)와, 파라미터 선택부(206)와, 송신부(207)를 포함하여, 터치 구동 기간(TP) 동안 터치 구동신호(TS)에 동기 하여 제1 펜 구동신호(PD1)와 제2 펜 구동신호(PD2)를 연속적으로 출력한다.
전도성 팁(201)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 수신 전극 및 송신 전극의 역할을 한다. 전도성 팁(201)이 표시 장치(20)의 터치 스크린(TSP) 상에 접촉(Contact)될 때, 그 접촉 지점에서 전도성 팁(201)은 터치 스크린(TSP)과 커플링된다. 전도성 팁(201)은 접촉 지점에서 터치 스크린(TSP)으로부터 터치 구동신호(TS)를 수신한 후, 그에 동기되도록 능동형 스타일러스 펜(20)의 내부에서 생성된 펜 구동신호(PS)를 터치 스크린(TSP)의 상기 접촉 지점에 송신한다. 이러한 전도성 팁(201)이 수신 전극과 송신 전극 역할을 겸하기 때문에 능동형 스타일러스 펜(20)의 구조가 간소해지는 장점이 있다.
스위칭부(202)는 전도성 팁(201)이 표시 장치(20)의 터치 스크린(TSP) 상에 접촉(Contact)될 때, 터치 구동신호(TS)의 수신 타이밍과 펜 구동신호(PS)의 송신 타이밍을 시간적으로 분리한다. 스위칭부(202)는 Rx 모드에서 전도성 팁(201)을 통해 터치 스크린(TSP)으로부터 입력되는 터치 구동신호(TS)를 수신부(203)에 전달하고, Tx 모드에서 펜 구동신호 생성부(205)에서 생성된 펜 구동신호(PS)를 전도성 팁(201)을 통해 터치 스크린(TSP)으로 송신한다.
수신부(203)는 적어도 하나 이상의 증폭기와 비교기를 포함하여 스위칭부(202)를 통해 입력되는 터치 구동신호(Ts)를 디지털 처리한다.
유효성 검사부(204)는 수신부(203)로부터 터치 구동신호(Ts)를 입력 받은 후, 기 설정된 디폴트 파라미터 세트의 유효 조건을 참조로 터치 구동신호(Ts)를 분석하여 터치 구동신호(TS)의 유효성을 검사한다. 구체적으로, 유효성 검사부(204)는 터치 구동신호(Ts)에서, 도 6과 같이 N 개(N은 2 이상의 양의 정수)의 연속된 펄스가 디폴트 파라미터 세트의 유효 조건(유효 주기(PE) 및 유효 듀티(DT))을 만족하는 경우에 터치 구동신호(TS)를 유효하다고 판별할 수 있다. 이 경우, 유효성 검사부(204)는 스위칭부(202)를 Tx 모드로 전환한다.
유효성 검사부(204)에 의해 터치 구동신호(TS)가 유효하다고 판별되는 경우, 펜 구동신호 생성부(205)는 디폴트 파라미터 세트의 신호 생성 조건을 참조로 터치 구동신호(TS)에 동기되는 펜 구동신호(PS)를 생성한다. 다시 말해, 펜 구동신호 생성부(205)는 Tx 모드 전환 시점에서 일정시간 지연된 후부터 레지스터에 로딩되는 디폴트 파라미터 세트의 신호 생성 조건(주기, 듀티, 개수 등)에 맞춰 터치 구동신호(TS)에 동기되는 펜 구동신호(PS)를 생성할 수 있다.
여기서, 펜 구동신호(PS)는 터치 입력을 검출하기 위한 제1 펜 구동신호(PD1)와 펜의 부가 기능과 관련된 부가 입력을 검출하기 위한 제2 펜 구동신호(PD2)을 포함한다. 제1 펜 구동신호(PD1)는 터치 구동신호(TS)의 제1 주파수(f1) 성분에 동기되고, 제2 펜 구동신호(PD2)는 터치 구동신호(TS)의 제2 주파수(f2) 성분에 동기된다. 터치 구동신호(TS)는 터치 구동 기간(TP)의 제1 기간 동안 제1 주파수(f1)로 입력되고, 터치 구동 기간(TP)의 제2 기간 동안 제2 주파수(f2)로 입력될 수 있다. 제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f2)는 도 11과 같이 서로 다를 수도 있고, 도 12와 같이 서로 같을 수도 있다.
제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f2)가 서로 동일한 경우, 제2 펜 구동신호(PD2)는 제1 펜 구동신호(PD1)와 동일한 주파수를 갖는다(도 12 참조). 이에 반해, 제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f2)가 서로 다른 경우, 제2 펜 구동신호(PD2)는 제1 펜 구동신호(PD1)와 다른 주파수를 갖는다(도 11 참조). 한정된 제2 기간 내에서 많은 양의 부가 기능 정보를 전송하기 위해서는, 제2 주파수(f2)를 제1 주파수(f1)에 비해 높여 제2 펜 구동신호(PD2)가 제1 펜 구동신호(PD1)에 비해 높은 주파수를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
펜 구동신호 생성부(205)는 터치 구동신호(TS)의 제2 주파수(f2) 성분에 동기 하여, 도 7과 같은 진폭 변조 방식을 통해 제2 펜 구동신호(PD2)를 생성할 수 있다. 펜 구동신호 생성부(205)는 디지털 정보 "1"을 나타내는 제1 전압 레벨(V1)과, 디지털 정보 "0"을 나타내며 제1 전압 레벨(V1)보다 낮은 제2 전압 레벨(V2)을 이용하여 미리 설정된 다양한 부가 기능들을 제2 펜 구동신호(PD2)로 구현한다. 진폭 변조 방식에 따르면, 제2 펜 구동신호(PD2)는 제1 전압 레벨(V1)과 제2 전압 레벨(V2)의 다양한 조합, 다시 말해 제1 진폭(A1)을 갖는 제1 펄스들과 제2 진폭(A2)을 갖는 제2 펄스들의 다양한 조합으로 이루어지게 된다. 펜 구동신호 생성부(205)는 터치 구동신호(TS)의 제2 주파수(f2) 성분에 동기 하여, 도 8과 같은 주파수 변조 방식을 통해 제2 펜 구동신호(PD2)를 생성할 수 있다. 펜 구동신호 생성부(205)는 디지털 정보 "1"을 나타내는 제1 주파수 (fa)와, 디지털 정보 "0"을 나타내며 제1 주파수 (fa)보다 빠른 제2 주파수(fb)를 이용하여 미리 설정된 다양한 부가 기능들을 제2 펜 구동신호(PD2)로 구현한다. 즉, 주파수 변조 방식에 따르면, 제2 펜 구동신호(PD2)는 제1 주파수 (fa)와 제2 주파수(fb)의 다양한 조합, 다시 말해 제1 펄스폭(W1)을 갖는 제1 펄스들과 제2 펄스폭(W2)을 갖는 제2 펄스들의 다양한 조합으로 이루어지게 된다. 제2 펜 구동신호(PD2)의 폭은 주파수에 반비례하므로, 제1 주파수 (fa)에 대한 폭(W1)이 제2 주파수(fb)에 대한 폭(W2)에 비해 더 넓다.
구체적으로, 터치 구동신호(TS)가 도 12와 같이 제1 기간(SS1)과 제2 기간(SS1)에서 동일한 주파수를 가질 때, 제2 펜 구동신호(PD2)는 제1 펜 구동신호(PD1)와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 도 7과 같이 제1 진폭(A1)을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭(A1)을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함한다.
또한, 터치 구동신호(TS)가 도 12와 같이 제1 기간(SS1)과 제2 기간(SS2)에서 동일한 주파수를 가질 때, 제2 펜 구동신호(PD2)는 제1 펜 구동신호(PD1)와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 도 8과 같이 제1 펄스폭(W1)을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭(W2)을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함한다.
한편, 터치 구동신호(TS)가 도 11과 같이 제1 기간(SS1)보다 제2 기간(SS2)에서 더 높은 주파수를 가질 때, 제2 펜 구동신호(PD2)는 제1 펜 구동신호(PD1)에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 도 7과 같이 제1 진폭(A1)을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭(A1)을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함한다.
또한, 터치 구동신호(TS)가 도 11과 같이 제1 기간(SS1)보다 제2 기간(SS2)에서 더 높은 주파수를 가질 때, 제2 펜 구동신호(PD2)는 제1 펜 구동신호(PD1)에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 도 8과 같이 제1 펄스폭(W1)을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭(W2)을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함한다.
송신부(207)는 레벨 쉬프터를 포함하여 펜 구동신호 생성부(205)로부터 입력되는 펜 구동신호(PS)의 전압 레벨을 증폭한 후 스위칭부(202)에 인가한다.
도 9는 도 2의 표시장치에 구비된 터치 구동장치(18)를 보여준다. 도 10은 도 9의 터치 구동장치(18)에서 제2 펜 구동신호(PD2)에 대한 센싱값을 디지털 처리하기 위한 구성을 보여준다. 그리고, 도 11 및 도 12는 도 9의 터치 구동장치의 동작 타이밍을 설명하기 위한 파형도이다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 구동장치(18)는 IC(Integrate Circuit) 패키지로 구현될 수 있다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 터치 구동장치(18)는 터치 통합 IC(SRIC)와 마이크로 콘트롤러 유닛(MCU)를 포함한다. 터치 통합 IC(SRIC)는 센싱 유닛(SUT), 아날로그 디지털 변환기(ADC), 비교기(COMP), 디지털 콘트롤러(CTR), 스위칭부(SW)등을 포함한다.
센싱 유닛(SUT)은 터치 스크린(TSP)의 센서 배선들에 연결되어, 터치 스크린(TSP)에 터치 구동신호(TS)를 인가함과 아울러, 제1 펜 구동신호(PD1)에 의한 터치 입력을 센싱하고 제2 펜 구동신호(PD2)에 의한 펜 부가 입력을 센싱한다. 이를 위해, 센싱 유닛(SUT)은 터치 구동신호 공급부(미도시)와, 터치 센서 채널부(혹은 채널 먹스)와, 다수의 센싱부들(AFE)과, 먹스부(MUX)를 포함한다. 터치 센서 채널부는 센서 배선들(또는 Rx 전극 라인들)을 통해 터치 센서들의 전극에 연결된다. 터치 센서 채널부는 센서 배선들을 센싱부들(AFE)에 연결한다. 센싱부들(AFE)은 센서 배선들을 통해 입력되는 터치 센서들의 전하량을 센싱한다. 센싱부들(AFE)은 터치 구동 기간(TP)의 제1 기간(SS1) 내에서 터치 스크린(TSP)을 통해 입력되는 제1 펜 구동신호(PD1)에 의한 전하량을 센싱하고, 제1 기간(SS1)에 이은 터치 구동 기간(TP)의 제2 기간(SS2) 내에서 터치 스크린(TSP)을 통해 입력되는 제2 펜 구동신호(PD2)에 의한 전하량을 센싱한다. 먹스부(MUX)는 터치 동기신호(Tsync)에 따라 제1 내지 제n 터치 구동기간(도 11 및 도 12 참조)에서 센싱부들(AFE)을 선택적으로 하나씩 스위칭부(SW)에 연결한다.
스위칭부(SW)는 디지털 콘트롤러(CTR)로부터의 시분할 제어신호(CONT)에 따라 스위칭되어, 각 터치 구동기간(1~n)의 제1 기간(SS1) 동안 센싱 유닛(SUT)의 출력단을 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 입력단에 연결하고, 각 터치 구동기간(1~n)의 제2 기간(SS2) 동안 센싱 유닛(SUT)의 출력단을 비교기(COMP)의 입력단에 연결한다.
각 터치 구동기간(1~n)의 제1 기간(SS1) 동안, 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 터치 입력에 대한 아날로그 센싱값(즉, 제1 펜 구동신호(PD1)에 의한 전하량)을 디지털 터치 센싱값으로 변환한다.
각 터치 구동기간(1~n)의 제2 기간(SS2) 동안, 비교기(COMP)는 부가 입력에 대한 아날로그 센싱값(즉, 제2 펜 구동신호(PD2)에 의한 전하량)을 미리 설정된 기준값(Vref)과 비교하여 디지털 부가 센싱값을 생성한다. 제2 펜 구동신호(PD2)가 도 7과 같은 진폭 변조 방식에 따라 제1 전압 레벨(V1)과 제2 전압 레벨(V2)의 조합으로 이뤄지는 경우, 제1 전압 레벨(V1)에 의한 전하량은 기준값(Vref)보다 크므로 디지털 정보 "1"로 생성되고, 제2 전압 레벨(V2)에 의한 전하량은 기준값(Vref)보다 작으므로 디지털 정보 "0"으로 생성될 수 있다. 제2 펜 구동신호(PD2)가 도 8과 같은 주파수 변조 방식에 따라 제1 주파수 (fa)와 제2 주파수(f2)의 조합으로 이뤄지는 경우, 제1 주파수(fa)에 의한 전하량은 기준값(Vref)보다 크므로 디지털 정보 "1"로 생성되고, 제2 주파수(f2)에 의한 전하량은 기준값(Vref)보다 작으므로 디지털 정보 "0"으로 생성될 수 있다.
디지털 콘트롤러(CTR)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)로부터의 디지털 터치 센싱값을 제1 메모리에 저장하고, 비교기(COMP)로부터의 디지털 부가 센싱값을 제2 메모리에 저장한다. 그리고, 디지털 콘트롤러(CTR)는 각 터치 구동기간(1~n)을 제1 기간(SS1)과 제2 기간(SS2)을 구분하기 위한 시분할 제어신호(CONT)를 생성하여 스위칭부(SW)에 공급한다. 디지털 콘트롤러(CTR)는 제1 메모리에 저장된 디지털 터치 센싱값과 제2 메모리에 저장된 디지털 부가 센싱값을 SPI(Serial Peripheral Interface) 방식을 통해 마이크로 콘트롤러 유닛(MCU)에 전송한다.
마이크로 콘트롤러 유닛(MCU)은 디지털 터치 센싱값에 기초하여 터치 입력의 좌표값을 계산하고, 디지털 부가 센싱값에 기초하여 펜의 부가 기능에 대한 정보를 생성한 후, 터치 좌표 정보(XY)과 펜 부가 기능에 대한 정보(PAF)를 호스트 시스템에 전송한다.
도 13및 도 14는 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서, 터치 구동신호에 동기 하여 3-상태로 생성되는 제2 펜 구동신호를 보여준다. 그리고, 도 15는 제2 펜 구동신호를 3-상태로 생성하는 경우 가능한 정보 전달량을 보여준다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 능동형 스타일러스 펜은 1 프레임 중의 일부 터치 구동 기간들(TP)에서 제1 펜 구동신호(Pen1~Pen4,...)를 생성하고, 나머지 터치 구동 기간들(TP)에서 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)를 생성한다. 제1 펜 구동신호(Pen1~Pen4,...)와 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)는 디스플레이 구동 기간(DP)을 사이에 두고 터치 스크린에 출력된다. 제1 펜 구동신호(Pen1~Pen4,...)가 생성되는 터치 구동 기간의 제1 기간과 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)가 생성되는 터치 구동 기간의 제2 기간은 디스플레이 구동 기간(DP)을 사이에 두고 서로 다른 터치 구동 기간(TP) 내에 배치된다.
펜 부가 기능과 관련된 부가 입력을 지시하는 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)를 별도의 터치 구동 기간(TP)을 통해 터치 스크린에 출력하면, 부가 입력에 대한 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 더욱이 제1 펜 구동신호(Pen1~Pen4,...)와 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)는 디스플레이 구동 기간(DP)을 사이에 두고 터치 스크린에 출력되기 때문에, 디스플레이 구동 기간(DP) 동안 센싱 데이터를 처리할 수 있기 때문에, 데이터 처리에 필요한 충분한 시간을 확보할 수 있다.
제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)는 부가 입력에 대한 정보 전달량을 증대시키기 위해 3-상태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)는 터치 구동신호(TS)와 위상이 동일한 제1 상태('0') 신호들과, 터치 구동신호(TS)와 위상이 반대인 제2 상태('1') 신호들과, 능동형 스타일러스 펜을 미구동시키기 위한 제3 상태('Passive') 신호들을 포함할 수 있다.
3-상태로 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)를 구현하면, 2 비트로 3 비트의 효과를 창출할 수 있기 때문에 한정된 데이터로 더 많은 부가 기능 정보 전달이 가능해져 고성능을 발휘하기가 용이하다. 또한, 2-상태('0','1') 구현할 때에 비해 더 짧은 구동 시간으로 동일한 성능을 얻을 수 있어, 소비전력 저감에 효과적이다.
일 예로서, 3-상태로 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)를 구현하면,도 15와 같이 3 심볼의 경우 27개의 정보 전달이 가능하다. 이에 반해, 2-상태로 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)를 구현하면, 3 심볼의 경우 8개의 정보 전달만이 가능하다.
한편, 도 13 및 도 14 도시되어 있지 않지만, 제1 펜 구동신호(Pen1~Pen4,...)가 생성되는 터치 구동 기간의 제1 기간과, 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)가 생성되는 터치 구동 기간의 제2 기간에서, 터치 구동신호(TS)는 동일한 주파수를 가질 수 있다.
이 경우, 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)는, 제1 펜 구동신호(Pen1~Pen4,...)와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 터치 구동신호(TS)와 위상이 동일한 제1 상태 신호들('0')과, 터치 구동신호(TS)와 위상이 반대인 제2 상태 신호들('1')과, 능동형 스타일러스 펜을 미 구동시키기 위한 제3 상태 신호들('Passive')을 포함할 수 있다.
한편, 도 13 및 도 14 도시되어 있지 않지만, 제1 펜 구동신호(Pen1~Pen4,...)가 생성되는 터치 구동 기간의 제1 기간보다, 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)가 생성되는 터치 구동 기간의 제2 기간에서, 터치 구동신호(TS)는 더 높은 주파수를 가질 수 있다.
이 경우, 제2 펜 구동신호(Data1~Data6,...)는, 제1 펜 구동신호(Pen1~Pen4,...)에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 터치 구동신호(TS)와 위상이 동일한 제1 상태 신호들('0')과, 터치 구동신호(TS)와 위상이 반대인 제2 상태 신호들('1')과, 능동형 스타일러스 펜을 미 구동시키기 위한 제3 상태 신호들('Passive')을 포함할 수 있다.
한편, 도 13에서, 'Beacon'신호는 펜 주파수, 펜 구동 방식(콘택, 호버링), 패널의 구동 상태(기본 구동, 저전력 구동) 등을 스타일러스 펜에 알려주기 위한 신호이다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명은 기존의 인셀 타입의 터치 구동장치에 제2 펜 구동신호에 대한 센싱값을 디지털 처리하기 회로를 추가하여 펜에서 전송되는 디지털 부가 정보(압력, 버튼, 펜 ID 등)을 정확히 수신할 수 있다.
둘째, 본 발명은 제1 펜 구동신호와 제2 펜 구동신호를 터치 구동신호를 시간적으로 분리하여 출력하기 때문에 좀 더 정확한 정보 전송이 가능하다.
셋째, 본 발명은 디지털 부가 정보를 통해 2048 이상의 필압 정보를 터치 리포트 레이트와 동일하게 전송할 수 있다.
넷째, 본 발명은 디지털 부가 정보를 통해 2 이상의 버튼 정보(eraser, barrel등)를 전송할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 디지털 부가 정보를 통해 펜 ID를 전송하여 동시에 다수개의 펜들을 인식하게 할 수 있다.
여섯째, 본 발명은 디지털 부가 정보를 3-상태로 가공하여 한정된 시간 내에 보다 많은 부가 정보를 전송할 수 있다.
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.
10: 표시장치 18: 터치 구동장치
20: 스타일러스 펜
20: 스타일러스 펜
Claims (22)
1 프레임이 적어도 하나 이상의 터치 구동 기간과 디스플레이 구동 기간으로 시분할되는 터치 센싱 시스템에 있어서,
상기 터치 구동 기간에서 터치 스크린으로부터 입력되는 터치 구동신호에 동기 하여 터치 입력을 검출하기 위한 제1 펜 구동신호와 펜의 부가 기능과 관련된 부가 입력을 검출하기 위한 제2 펜 구동신호를 생성한 후, 상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 출력하는 능동형 스타일러스 펜; 및
상기 터치 스크린에 상기 터치 구동신호를 인가하고, 상기 터치 구동 기간의 제1 기간 내에서 상기 터치 스크린을 통해 입력되는 상기 제1 펜 구동신호를 센싱하고, 상기 터치 구동 기간의 제2 기간 내에서 상기 터치 스크린을 통해 입력되는 상기 제2 펜 구동신호를 센싱하는 터치 구동 장치를 포함하되,
상기 제2 펜 구동신호는, 상기 터치 구동신호와 위상이 동일한 제1 상태 신호들과, 상기 터치 구동신호와 위상이 반대인 제2 상태 신호들과, 상기 능동형 스타일러스 펜을 미 구동시키기 위한 제3 상태 신호들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
상기 터치 구동 기간에서 터치 스크린으로부터 입력되는 터치 구동신호에 동기 하여 터치 입력을 검출하기 위한 제1 펜 구동신호와 펜의 부가 기능과 관련된 부가 입력을 검출하기 위한 제2 펜 구동신호를 생성한 후, 상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 출력하는 능동형 스타일러스 펜; 및
상기 터치 스크린에 상기 터치 구동신호를 인가하고, 상기 터치 구동 기간의 제1 기간 내에서 상기 터치 스크린을 통해 입력되는 상기 제1 펜 구동신호를 센싱하고, 상기 터치 구동 기간의 제2 기간 내에서 상기 터치 스크린을 통해 입력되는 상기 제2 펜 구동신호를 센싱하는 터치 구동 장치를 포함하되,
상기 제2 펜 구동신호는, 상기 터치 구동신호와 위상이 동일한 제1 상태 신호들과, 상기 터치 구동신호와 위상이 반대인 제2 상태 신호들과, 상기 능동형 스타일러스 펜을 미 구동시키기 위한 제3 상태 신호들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 능동형 스타일러스 펜은 상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 연속적으로 출력하고,
상기 터치 구동 기간의 상기 제1 기간과 상기 제2 기간은 동일한 터치 구동 기간 내에서 연속적으로 배치되는 터치 센싱 시스템.
상기 능동형 스타일러스 펜은 상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 연속적으로 출력하고,
상기 터치 구동 기간의 상기 제1 기간과 상기 제2 기간은 동일한 터치 구동 기간 내에서 연속적으로 배치되는 터치 센싱 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 능동형 스타일러스 펜은 상기 터치 구동신호에 동기 하여 진폭 변조 방식 또는 주파수 변조 방식을 통해 상기 제2 펜 구동신호를 생성하는 터치 센싱 시스템.
상기 능동형 스타일러스 펜은 상기 터치 구동신호에 동기 하여 진폭 변조 방식 또는 주파수 변조 방식을 통해 상기 제2 펜 구동신호를 생성하는 터치 센싱 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 제1 진폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 제1 진폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 제1 펄스폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 제1 펄스폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 제1 진폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 제1 진폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 제1 펄스폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 제1 펄스폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 능동형 스타일러스 펜은 상기 디스플레이 구동 기간을 사이에 두고 상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 출력하고,
상기 터치 구동 기간의 상기 제1 기간과 상기 제2 기간은 상기 디스플레이 구동 기간을 사이에 두고 서로 다른 터치 구동 기간 내에 배치되는 터치 센싱 시스템.
상기 능동형 스타일러스 펜은 상기 디스플레이 구동 기간을 사이에 두고 상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 출력하고,
상기 터치 구동 기간의 상기 제1 기간과 상기 제2 기간은 상기 디스플레이 구동 기간을 사이에 두고 서로 다른 터치 구동 기간 내에 배치되는 터치 센싱 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는, 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 갖는 터치 센싱 시스템.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는, 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 갖는 터치 센싱 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 갖는 터치 센싱 시스템.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 갖는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 구동 장치는,
상기 터치 스크린의 센서 배선들에 연결되어, 상기 제1 펜 구동신호에 의한 상기 터치 입력을 센싱하고 상기 제2 펜 구동신호에 의한 상기 부가 입력을 센싱하는 센싱 유닛과,
상기 터치 입력에 대한 아날로그 센싱값을 디지털 터치 센싱값으로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와,
상기 부가 입력에 대한 아날로그 센싱값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 디지털 부가 센싱값을 생성하는 비교기와,
상기 디지털 터치 센싱값을 제1 메모리에 저장하고, 상기 디지털 부가 센싱값을 제2 메모리에 저장함과 아울러, 상기 제1 기간과 제2 기간을 구분하기 위한 시분할 제어신호를 생성하는 디지털 콘트롤러와,
상기 시분할 제어신호에 따라 스위칭되어, 상기 제1 기간 동안 상기 센싱 유닛과 상기 아날로그 디지털 변환기를 연결하고, 상기 제2 기간 동안 상기 센싱 유닛과 상기 비교기를 연결하는 스위칭부와,
상기 디지털 터치 센싱값에 기초하여 상기 터치 입력의 좌표값을 계산하고, 상기 디지털 부가 센싱값에 기초하여 상기 펜의 부가 기능에 대한 정보를 생성하는 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함한 터치 센싱 시스템.
상기 터치 구동 장치는,
상기 터치 스크린의 센서 배선들에 연결되어, 상기 제1 펜 구동신호에 의한 상기 터치 입력을 센싱하고 상기 제2 펜 구동신호에 의한 상기 부가 입력을 센싱하는 센싱 유닛과,
상기 터치 입력에 대한 아날로그 센싱값을 디지털 터치 센싱값으로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와,
상기 부가 입력에 대한 아날로그 센싱값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 디지털 부가 센싱값을 생성하는 비교기와,
상기 디지털 터치 센싱값을 제1 메모리에 저장하고, 상기 디지털 부가 센싱값을 제2 메모리에 저장함과 아울러, 상기 제1 기간과 제2 기간을 구분하기 위한 시분할 제어신호를 생성하는 디지털 콘트롤러와,
상기 시분할 제어신호에 따라 스위칭되어, 상기 제1 기간 동안 상기 센싱 유닛과 상기 아날로그 디지털 변환기를 연결하고, 상기 제2 기간 동안 상기 센싱 유닛과 상기 비교기를 연결하는 스위칭부와,
상기 디지털 터치 센싱값에 기초하여 상기 터치 입력의 좌표값을 계산하고, 상기 디지털 부가 센싱값에 기초하여 상기 펜의 부가 기능에 대한 정보를 생성하는 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함한 터치 센싱 시스템.
1 프레임이 적어도 하나 이상의 터치 구동 기간과 디스플레이 구동 기간으로 시분할되고 상기 터치 구동 기간에서 동작하는 터치 구동 장치로서,
상기 터치 구동 기간 동안 터치 구동신호를 생성하여 터치 스크린에 인가하며, 상기 터치 구동 기간의 제1 기간 내에서 스타일러스 펜으로부터 터치 스크린에 인가된 제1 펜 구동신호를 센싱하고, 상기 터치 구동 기간의 제2 기간 내에서 상기 스타일러스 펜으로부터 상기 터치 스크린에 인가된 제2 펜 구동신호를 센싱하며,
상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호는 상기 터치 구동신호에 동기되고,
상기 제1 펜 구동신호는 터치 입력을 검출하기 위한 것이고, 상기 제2 펜 구동신호는 상기 스타일러스 펜의 부가 기능에 관련된 부가 입력을 검출하기 위한 것이고,
상기 제2 펜 구동신호는, 상기 터치 구동신호와 위상이 동일한 제1 상태 신호들과, 상기 터치 구동신호와 위상이 반대인 제2 상태 신호들과, 상기 스타일러스 펜을 미 구동시키기 위한 제3 상태 신호들을 포함하는 터치 구동 장치.
상기 터치 구동 기간 동안 터치 구동신호를 생성하여 터치 스크린에 인가하며, 상기 터치 구동 기간의 제1 기간 내에서 스타일러스 펜으로부터 터치 스크린에 인가된 제1 펜 구동신호를 센싱하고, 상기 터치 구동 기간의 제2 기간 내에서 상기 스타일러스 펜으로부터 상기 터치 스크린에 인가된 제2 펜 구동신호를 센싱하며,
상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호는 상기 터치 구동신호에 동기되고,
상기 제1 펜 구동신호는 터치 입력을 검출하기 위한 것이고, 상기 제2 펜 구동신호는 상기 스타일러스 펜의 부가 기능에 관련된 부가 입력을 검출하기 위한 것이고,
상기 제2 펜 구동신호는, 상기 터치 구동신호와 위상이 동일한 제1 상태 신호들과, 상기 터치 구동신호와 위상이 반대인 제2 상태 신호들과, 상기 스타일러스 펜을 미 구동시키기 위한 제3 상태 신호들을 포함하는 터치 구동 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호는 상기 터치 스크린에 연속적으로 인가되고,
상기 터치 구동 기간의 상기 제1 기간과 상기 제2 기간은 동일한 터치 구동 기간 내에서 연속적으로 배치되는 터치 구동 장치.
상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호는 상기 터치 스크린에 연속적으로 인가되고,
상기 터치 구동 기간의 상기 제1 기간과 상기 제2 기간은 동일한 터치 구동 기간 내에서 연속적으로 배치되는 터치 구동 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 터치 구동신호에 동기 하여 진폭 변조 방식 또는 주파수 변조 방식을 통해 생성되는 터치 구동 장치.
상기 제2 펜 구동신호는 상기 터치 구동신호에 동기 하여 진폭 변조 방식 또는 주파수 변조 방식을 통해 생성되는 터치 구동 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 제1 진폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 구동 장치.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 제1 진폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 구동 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 제1 펄스폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 구동 장치.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 가짐과 아울러, 제1 펄스폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 구동 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 제1 진폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 구동 장치.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 제1 진폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 구동 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 제1 펄스폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 구동 장치.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 가짐과 아울러, 제1 펄스폭을 갖는 다수의 제1 펄스들과 상기 제1 펄스폭과 다른 제2 펄스폭을 갖는 다수의 제2 펄스들을 포함하는 터치 구동 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호는 상기 디스플레이 구동 기간을 사이에 두고 상기 터치 스크린에 인가되고,
상기 터치 구동 기간의 상기 제1 기간과 상기 제2 기간은 상기 디스플레이 구동 기간을 사이에 두고 서로 다른 터치 구동 기간 내에 배치되는 터치 구동 장치.
상기 제1 펜 구동신호와 상기 제2 펜 구동신호는 상기 디스플레이 구동 기간을 사이에 두고 상기 터치 스크린에 인가되고,
상기 터치 구동 기간의 상기 제1 기간과 상기 제2 기간은 상기 디스플레이 구동 기간을 사이에 두고 서로 다른 터치 구동 기간 내에 배치되는 터치 구동 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는, 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 갖는 터치 구동 장치.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간과 제2 기간에서 동일한 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는, 상기 제1 펜 구동신호와 동일한 주파수를 갖는 터치 구동 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 갖는 터치 구동 장치.
상기 터치 구동신호는 상기 제1 기간보다 제2 기간에서 더 높은 주파수를 가지며,
상기 제2 펜 구동신호는 상기 제1 펜 구동신호에 비해 높은 주파수를 갖는 터치 구동 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 터치 스크린의 센서 배선들에 연결되어, 상기 제1 펜 구동신호에 의한 상기 터치 입력을 센싱하고 상기 제2 펜 구동신호에 의한 상기 부가 입력을 센싱하는 센싱 유닛과,
상기 터치 입력에 대한 아날로그 센싱값을 디지털 터치 센싱값으로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와,
상기 부가 입력에 대한 아날로그 센싱값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 디지털 부가 센싱값을 생성하는 비교기와,
상기 디지털 터치 센싱값을 제1 메모리에 저장하고, 상기 디지털 부가 센싱값을 제2 메모리에 저장함과 아울러, 상기 제1 기간과 제2 기간을 구분하기 위한 시분할 제어신호를 생성하는 디지털 콘트롤러와,
상기 시분할 제어신호에 따라 스위칭되어, 상기 제1 기간 동안 상기 센싱 유닛과 상기 아날로그 디지털 변환기를 연결하고, 상기 제2 기간 동안 상기 센싱 유닛과 상기 비교기를 연결하는 스위칭부와,
상기 디지털 터치 센싱값에 기초하여 상기 터치 입력의 좌표값을 계산하고, 상기 디지털 부가 센싱값에 기초하여 상기 펜의 부가 기능에 대한 정보를 생성하는 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함한 터치 구동 장치.
상기 터치 스크린의 센서 배선들에 연결되어, 상기 제1 펜 구동신호에 의한 상기 터치 입력을 센싱하고 상기 제2 펜 구동신호에 의한 상기 부가 입력을 센싱하는 센싱 유닛과,
상기 터치 입력에 대한 아날로그 센싱값을 디지털 터치 센싱값으로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와,
상기 부가 입력에 대한 아날로그 센싱값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 디지털 부가 센싱값을 생성하는 비교기와,
상기 디지털 터치 센싱값을 제1 메모리에 저장하고, 상기 디지털 부가 센싱값을 제2 메모리에 저장함과 아울러, 상기 제1 기간과 제2 기간을 구분하기 위한 시분할 제어신호를 생성하는 디지털 콘트롤러와,
상기 시분할 제어신호에 따라 스위칭되어, 상기 제1 기간 동안 상기 센싱 유닛과 상기 아날로그 디지털 변환기를 연결하고, 상기 제2 기간 동안 상기 센싱 유닛과 상기 비교기를 연결하는 스위칭부와,
상기 디지털 터치 센싱값에 기초하여 상기 터치 입력의 좌표값을 계산하고, 상기 디지털 부가 센싱값에 기초하여 상기 펜의 부가 기능에 대한 정보를 생성하는 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함한 터치 구동 장치.
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