KR20160094555A - 터치패널 표시 장치, 능동형 스타일러스 펜 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치패널 표시 장치, 능동형 스타일러스 펜 및 제어하는 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 능동형 스타일러스 펜 등의 장치로부터 신호를 받아 구동하는 자체정전용량방식(Self-Capacitance Type)을 적용한 터치패널 표시 장치와 상기 터치패널 표시 장치에 동기화된 신호를 인가할 수 있는 능동형 스타일러스 펜 및 제어하는 기술에 관한 것으로, 구동전극들과 센싱전극들이 형성된 터치패널 및 터치패널을 구동하는 제1 구동신호를 제어하고, 터치패널에 미리 설정된 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가하여, 터치입력에 의한 센싱전극들의 자체정전용량변화를 검출하는 컨트롤러를 포함하는 터치패널 표시 장치를 포함한다.

Description

터치패널 표시 장치, 능동형 스타일러스 펜 및 그 제어방법{Touch panel display device, Active stylus pen and controlling method thereof}

본 발명은 터치패널 표시 장치, 능동형 스타일러스 펜 및 제어하는 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 능동형 스타일러스 펜 등의 장치로부터 신호를 받아 구동하는 자체정전용량방식(Self-Capacitance Type)을 적용한 터치패널 표시 장치와 상기 터치패널 표시 장치에 동기화된 신호를 인가할 수 있는 능동형 스타일러스 펜 및 제어하는 기술에 관한 것이다.

디지털 기술을 이용하는 컴퓨터가 발달함에 따라 컴퓨터의 보조 장치인 터치입력 장치 함께 개발되고 있다.

하지만, 터치입력 장치에 관한 기술은 일반적인 동작을 수행하는 수준을 넘어 고 신뢰성, 내구성, 혁신성 및 설계 등에 대한 요구가 있으며, 이러한 요구를 충족하기 위해서 입력, 텍스트 및 그래픽 등의 정보 입력이 가능한 입력장치로서 정전용량방식(Capacitance Type) 터치패널(Touch panel)이 개발되었다.

또한, 터치패널의 종류는 저항막방식(Resistive Type), 정전용량방식(Capacitive Type), 전기자기장방식(Electro-Magnetic Type), 소오방식(SAW Type; Surface Acoustic Wave Type) 및 인프라레드방식(Infrared Type)으로 구분된다. 이러한 다양한 방식의 정전용량방식 터치패널은 신호 증폭의 문제, 해상도의 차이, 설계 및 가공 기술의 난이도, 광학적 특성, 전기적 특성, 기계적 특성, 내환경 특성, 입력 특성, 내구성 및 경제성을 고려하여 전자제품에 채용되는데, 현재 가장 광범위한 분야에서 사용하는 방식은 저항막방식 터치패널과 정전용량방식 터치패널이다.

그리고, 모바일 기기의 화면크기가 커짐에 따라 다양한 형태의 터치입력을 수용할 수 있는 터치 시스템에 대한 요구가 점차 커지고 있고, 스타일러스 펜과 같은 작은 터치입력에도 정확한 터치위치 표시, 스타일러스 펜에 의한 압력등과 같은 다양한 신호 입력처리 등의 기능이 요구되고 있다.

이에 따라, 종래에는 터치패널에 인가되는 구동신호와의 간섭을 방지하기 위해 스타일러스 펜은 상기 구동신호와 다른 주파수의 구동신호를 생성하여 사용함으로써, 상기 스타일러스 펜의 구동신호를 위한 별도의 센싱회로부가 터치모듈이 구비됨에 따라 제작단가가 상승하는 문제점이 있었다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면에서, 스타일러스 펜과 같은 작은 터치입력에도 정확한 터치위치 표시등과 같은 다양한 신호 입력처리 등의 기능을 정상적으로 수행하며, 터치패널의 구동신호와 동일한 주파수의 신호를 이용하는 터치패널 표시 장치와 상기 터치패널 표시 장치와 동기화된 신호를 인가하는 능동형 스타일러스 펜 및 제어방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은 터치패널 표시 장치에 있어서, 구동전극들과 센싱전극들이 배치된 터치패널 및 터치패널을 구동하는 제1 구동신호를 제어하고, 터치패널에 미리 설정된 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가하여, 터치입력에 의한 센싱전극들의 자체정전용량변화를 검출하는 컨트롤러를 포함하는 장치를 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은, 능동형 스타일러스 펜에 있어서, 터치패널로부터 동기화신호를 수신하는 동기화신호 수신부와 터치패널에 인가되는 제1 구동신호에 동기화된 제2 구동신호를 생성하고 터치패널에 제2 구동신호를 인가하는 구동신호 인가부 및 동기화신호 수신부 및 구동신호 인가부를 제어하는 제어부를 포함하는 장치를 제공한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법에 있어서, 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 터치패널에 동기화신호 및 제1 구동신호인 구동신호를 인가하는 구동신호 인가단계와 능동형 스타일러스 펜이 구동신호를 수신한 후, 동기화신호를 판단하는 동기화신호 판단단계와 능동형 스타일러스 펜이 동기화신호에 기초하여 제2 구동신호를 인가하는 제2 구동신호 인가단계 및 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 제1 구동신호 및 제2 구동신호가 인가된 터치패널의 자체정전용량변화를 감지하여 터치 입력의 좌표를 산출하는 좌표 산출단계를 포함하는 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 작은 터치입력에도 정확한 터치위치 표시등과 같은 다양한 신호 입력처리 등의 기능을 정상적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 터치패널의 구동신호와 동일한 주파수의 신호를 이용함으로써 별도의 모듈 없이 정상적으로 터치를 인식할 수 있는 효과가 있다.

도 1a은 일 실시 예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 컨트롤러의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스타일러스 펜의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치패널과 컨트롤러를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치패널과 기생캐패시터를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 동작 예시를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 전체적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법 흐름도를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1a은 일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1a을 참조하면, 일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(10)는, 패널(110), 데이터 구동부(12), 게이트 구동부(13) 및 터치 신호를 제어하는 집적회로(120, 이하 "컨트롤러"라 함) 등을 포함한다.

패널(110)에는, 복수의 게이트라인(GL)이 제1방향(예: 가로방향 또는 세로방향)으로 형성되어, 복수의 데이터라인(DL)이 제2방향(예: 세로방향 또는 가로방향)으로 형성되고, 복수의 데이터라인(DL)과 복수의 게이트라인(GL)의 교차 지점마다 대응되어 다수의 화소(P: Pixel)가 정의된다.

이러한 각 화소(P)의 화소 영역에는 소스 전극 또는 드레인 전극이 데이터라인(DL)과 연결되고, 게이트 전극이 게이트라인(GL)과 연결되며, 드레인 전극 또는 소스 전극 중 어느 하나가 화소 전극(Pixel Electrode, 픽셀 전극, 또는 제1전극)과 연결된다.

또한, 패널(110)에는, 복수의 전극 그룹으로 그룹화되는 또는 블록화되는 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)이 서로 이격되어 더 형성된다.

이러한 패널(110)은 "디스플레이 패널(Display Panel)" 역할을 하면서도 "터치스크린 패널(TSP: Touch Screen Panel)" 역할도 함께한다.

즉, 패널(110)은, 디스플레이 패널과 터치스크린 패널이 하나로 통합된 패널이라고 할 수도 있고, 또는, 터치스크린 패널(TSP: Touch Screen Panel)이 인 셀(In-Cell) 타입으로 내장된 디스플레이 패널이라고도 할 수 있다.

이러한 패널(110)이 디스플레이 패널 역할을 하는 경우, 패널(110)의 구동모드를 "디스플레이 구동모드"라고 하고, 패널(110)이 터치스크린 패널 역할을 하는 경우, 패널(110)의 구동모드를 "터치 구동모드"라고 한다.

데이터 구동부(12)는, 패널(110)의 구동모드가 디스플레이 구동모드인 경우, 복수의 데이터라인(DL)으로 디스플레이 용도의 데이터 전압(Vdata) 또는 데이터 신호를 공급한다.

게이트 구동부(13)는, 패널(110)의 구동모드가 디스플레이 구동모드인 경우, 복수의 게이트라인(GL)으로 디스플레이 용도의 게이트 신호(gate signal) 또는 스캔 신호(Scan Signal)를 순차적으로 공급한다.

컨트롤러(120)는, 패널(110)의 구동모드가 터치 구동모드인 경우, 터치신호라인들을 통해 직접 연결된 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)의 전체 또는 일부로 터치 구동 신호(Touch Driving Signal)를 인가한다. 여기서, 터치 구동 신호는, 터치 센싱 신호 또는 터치 센싱 전압 또는 터치 구동 전압(Vtd: Touch Driving Voltage)이라고 한다.

예를 들어, 컨트롤러(120)는, 패널(110)의 구동모드가 터치 구동모드인 경우, 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)이 그룹화된 복수의 전극 그룹의 전체 또는 일부로 터치 구동 신호를 인가한다.

한편, 일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(10)는, 데이터 구동부(12) 및 게이트 구동부(13)의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller, 미도시)를 더 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(10)는, 터치 전극 역할을 하는 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)을 통해 컨트롤러(120)가 측정한 센싱 데이터(예: 캐패시턴스, 캐패시턴스의 변화량, 전압 등)를 전달받아 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 터치 컨트롤러(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(10)의 패널(110)은 디스플레이 구동모드 및 터치 구동모드를 반복하면서 구동되는데, 이러한 디스플레이 구동모드 및 터치 구동모드의 타이밍은, 타이밍 컨트롤러 또는 터치 컨트롤러 등에서 출력된 제어 신호에 의해 제어될 수 있고, 경우에 따라서는, 타이밍 컨트롤러와 터치 컨트롤러의 연동에 의해 제어될 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(10)는, 터치 방식으로서, 터치스크린 패널에 형성된 다수의 터치 전극(예: 가로 방향 전극, 세로 방향 전극)을 통해 캐패시턴스(정전용량)의 변화를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 캐패시턴스 터치 방식을 채용하고 있다.

이러한 캐패시턴스 터치 방식은, 일 예로, 상호정전용량(Mutual Capacitance) 터치 방식과 자체정전용량(Self-Capacitance) 터치 방식 등으로 나눌 수 있다.

캐패시턴스 터치 방식의 한 종류인 상호정전용량 터치 방식은, 가로 방향 전극 및 세로 방향 전극 중 한 방향의 전극이 구동 전압이 인가되는 Tx 전극(구동 전극이라고도 함)이 되고, 다른 한 방향의 전극이 구동 전압을 센싱하고 Tx 전극과 정전용량(캐패시턴스)를 형성하는 Rx 전극(센싱 전극이라고도 함)이 되어, 손가락, 펜 등의 포인터의 유무에 따른 Tx 전극과 Rx 전극 간의 정전용량(상호정전용량)의 변화를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 터치 방식이다.

정전용량(캐패시턴스) 터치 방식의 다른 한 종류인 자체정전용량 터치 방식은, 각 터치 전극이 손가락, 펜 등의 포인터와 정전용량(자체정전용량)를 형성하고, 손가락, 펜 등의 포인터의 유무에 따른 각 터치 전극과 포인트 간의 정전용량(캐패시턴스) 값을 측정하여 이를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 방식이다. 이러한 자체정전용량 터치 방식은, 상호정전용량 터치 방식과는 다르게, 각 터치 전극을 통해 구동 전압(터치 구동 신호)이 인가되고 동시에 센싱된다. 따라서, 자체정전용량 터치 방식에서는, Tx 전극과 Rx 전극의 구분이 없다.

일 실시 예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(10)는, 전술한 2가지의 정전용량(캐패시턴스) 터치 방식(상호정전용량 터치 방식, 자체정전용량 터치 방식) 중 하나를 채용할 수 있다. 다만, 본 명세서에서는, 설명의 편의를 위해, 자체정전용량 터치 방식이 채용된 것으로 가정하여 실시 예를 설명한다.

전술한 데이터 구동부(12)는 적어도 하나의 데이터 구동 집적회로(Data Driver IC; "소스 구동 집적회로"라고도 함)를 포함할 수 있는데, 이러한 적어도 하나의 데이터 구동 집적회로는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB: Tape Automated Bonding) 방식 또는 칩 온 글래스(COG: Chip On Glass) 방식으로 패널(110)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, 패널(110)에 직접 형성될 수도 있으며, 경우에 따라서, 패널(110)에 집적화되어 형성될 수도 있다.

전술한 게이트 구동부(13)는, 구동 방식에 따라서, 도 1a에서와 같이 패널(110)의 한 측에만 위치할 수도 있고, 2개로 나누어져 패널(110)의 양측에 위치할 수도 있다.

또한, 게이트 구동부(13)는, 적어도 하나의 게이트 구동 집적회로(Gate Driver IC)를 포함할 수 있는데, 이러한 적어도 하나의 게이트 구동 집적회로는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 패널(110)의 본딩 패드에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 타입으로 구현되어 패널(110)에 직접 형성될 수도 있으며, 경우에 따라서, 패널(110)에 집적화되어 형성될 수도 있다.

전술한 컨트롤러(120)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 데이터 구동부(12) 및 게이트 구동부(13)와는 별도의 구성으로서, 데이터 구동부(12) 및 게이트 구동부(13)의 외부에 있을 수도 있지만, 구현 방식에 따라서, 데이터 구동부(12) 및 게이트 구동부(13) 등 중 적어도 하나를 포함할 수도 있는 다른 별도의 드라이버 IC(예: 디스플레이 드라이버 IC)의 내부 구성으로 구현될 수도 있으며, 또는, 데이터 구동부(12) 또는 게이트 구동부(13)의 내부 구성으로 구현될 수도 있을 것이다.

따라서, 터치 구동모드에서, 컨트롤러(120)가 터치 구동모드에서 터치 전극 역할을 하는 복수의 전극의 전체 또는 일부로 터치 구동 신호를 인가하는 것은, 컨트롤러(120)를 포함하는 별도의 드라이버 IC가 터치 전극 역할을 하는 복수의 전극의 전체 또는 일부로 터치 구동 신호를 인가하는 것으로도 볼 수 있고, 설계 방식에 따라서는, 컨트롤러(120)를 포함하는 데이터 구동부(12) 또는 게이트 구동부(13)가 터치 전극 역할을 하는 복수의 전극의 전체 또는 일부로 터치 구동 신호를 인가하는 것으로도 볼 수 있다.

이러한 컨트롤러(120)의 구현 및 설계 방식에 제한되지 않고, 본 명세서에서 기재되는 그 수행 기능만 동일 또는 유사하다면, 다른 그 어떠한 구성 그 자체이거나 내부 또는 외부의 구성일 수도 있을 것이다.

또한, 컨트롤러(120)는, 도 1a에서 한 개로 도시되어 있으나, 둘 이상으로 구현될 수도 있다.

한편, 컨트롤러(120)가 터치 구동 신호를 복수의 전극(예: S11~S14, S21~S24, S31~S34)의 전체 또는 일부로 터치 구동 신호를 인가하기 위하여, 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34) 각각에 연결되는 별도의 신호 라인 구성이 필요하다.

복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34) 각각에 연결되어 터치 구동 신호 또는 공통 전압을 전달하는 적어도 하나의 신호 라인이 제1방향(예: 세로방향) 또는 제2방향(예: 가로방향)으로 패널(110)에 형성될 수 있다.

복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34) 각각에 연결되는 신호 라인을 2개 이상으로 하는 경우, 저항을 줄일 수 있는 효과가 있다.

한편, 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34) 각각에 연결되는 적어도 하나의 신호 라인이 형성되는 방향은, 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)을 데이터라인이 형성되는 제1방향(예: 세로방향)으로 그룹화하여 센싱할 것인지, 아니면, 게이트라인이 형성되는 제2방향(예: 가로방향)으로 그룹화하여 센싱할 것인지에 따라 달라질 수 있다.

만약, 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)을 데이터라인이 형성되는 제1방향(예: 세로방향)으로 그룹화하여 센싱하는 경우, 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34) 각각에 연결되는 적어도 하나의 신호 라인은, 데이터라인이 형성되는 제1방향(예: 세로방향)으로 형성될 수 있다.

만약, 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)을 게이트라인이 형성되는 제2방향(예: 가로방향)으로 그룹화하여 센싱하는 경우, 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34) 각각에 연결되는 적어도 하나의 신호 라인은, 데이터라인이 형성되는 제2방향(예: 가로방향)으로 형성될 수 있다.

본 명세서에서 언급되는 복수의 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)은, 전술한 바와 같이, 구동모드가 터치 구동모드인 경우, 터치 구동 신호가 전체 또는 일부에 인가되는 "터치 전극" 역할을 하고, 구동모드가 디스플레이 구동모드인 경우, 패널에 형성된 화소 전극과 대향하는 공통 전압(Vcom)이 인가되는 "공통 전극" 역할을 한다. 터치 전극 또는 공통 전극의 역할을 구동 모드에 따라 수행하는 전극을 제2전극이라 한다.

일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(10)는, 일 예로, 액정 분자를 수평으로 배열해, 이를 제자리에서 회전시키며 화면을 표현하는 방식으로, 고해상도, 저전력, 광시야각 등에 유리한 장점을 가지는 IPS(In-Plane Switching) 방식의 액정표시장치일 수 있다. 더욱 구체적으로는, AH-IPS(Advanced High Performance-IPS) 방식의 액정표시장치일 수 있다.

이때, 디스플레이 구동모드 시, 화소 전극과 공통 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34) 사이에 수평 전계가 형성되도록, 화소 전극과 공통 전극(S11~S14, S21~S24, S31~S34)은 동일 기판에 형성될 수 있다.

일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(10)는, 다른 예로, 화소 전극과 공통 전극 사이에 유기 발광층이 형성된 유기 전계 발광 표시장치(organic light emitting display)일 수 있다. 이때 화소 전극과 공통 전극은 동일 기판에 형성될 수 있다.

도 1b을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치패널 표시 장치는 구동전극들과 센싱전극들이 배치된 터치패널(110) 및 터치패널을 구동하는 제1 구동신호를 제어하고, 터치패널에 미리 설정된 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가하여, 터치입력에 의한 센싱전극들의 자체정전용량변화를 검출하는 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 터치패널(110)은, 구동전극들과 센싱전극들이 형성되고 각각의 구동전극은 컨트롤러(120)로부터 동일한 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가 받을 수 있다.

또한, 일 실시 예에 따른 터치패널(110)의 구동전극은 근접 또는 접촉되는 능동형 스타일러스 펜(130)으로부터 추가적으로 제2 구동신호를 인가 받을 수 있다.

일 실시 예에 따른 터치패널(110)의 센싱전극들은 미리 설정된 제1 센싱전극, 제2 센싱전극, ... 및 제N 센싱전극으로 분할되며, 분할된 제1 센싱전극, 제2 센싱전극, ... 및 제N 센싱전극에서 측정한 센싱신호는 순차적으로 컨트롤러(120)에 인가될 수 있다.

이는, 하나의 멀티플렉서(MUltipleXer, MUX)를 이용하여 N개의 전극으로부터 N개의 신호를 순차적으로 받아 하나의 신호로 생성하고, 생성된 하나의 신호는 컨트롤러(120)에 인가될 수 있다.

이하의 설명에서는 설명의 편의 및 이해의 편의를 위해 3개의 센싱전극으로 분할된 제1 센싱전극, 제2 센싱전극 및 제3 센싱전극으로 제한하여 설명하며, 이는 3개의 전극에 제한되지 않고 다수의 전극에 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 하나의 전극을 동작시간으로 나누어 구동전극과 센싱전극으로 이용될 수 있다.

일 실시 예에 따른 컨트롤러(120)는 제1 구동신호를 제어하며, 터치패널(110)의 구동전극에 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가할 수 있다.

동기화신호는 본 발명의 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널이 장착된 시스템 장치의 활성화된 일부 버튼에 의한 약속된 신호이거나 또는, 어떠한 입력에 연관되지 않는 약속된 신호일 수 있다.

상기 일부 버튼은 모바일 터치 시스템에서 홈(Home) 버튼, 백(Back) 버튼 또는 메뉴(Menu) 버튼일 수 있다.

이러한 동기화 신호는 펄스의 개수 또는 펄스의 주파수 등을 기준으로 제1 구동신호와 다른 신호로 구성될 수 있다. 이로써, 능동형 스타일러스 펜(130)은 펄스의 개수 또는 펄스의 주파수 등을 기준으로 동기화 신호를 정확하게 수신하거나 판단할 수 있다.

또한 컨트롤러(120)는 터치입력에 의한 센싱전극들의 자체정전용량변화를 검출하여 터치 입력을 판단할 수 있다.

예를 들어 터치패널에 어떠한 입력이 존재하지 않으면, 컨트롤러(120)는 인가된 구동신호와 설계된 정전용량에 의한 예상된 센싱신호만 감지되어 터치 입력이 없는 것으로 판단할 수 있다.

이와 달리 터치패널에 손가락에 의한 입력 또는 스타일러스 펜 등에 의한 입력이 가해지면, 컨트롤러(120)는 일부의 센싱전극에서 예상된 센싱신호가 아닌 다른 값의 센싱신호를 감지될 수 있다. 이러한 센싱신호의 변화를 이용하여 컨트롤러(120)는 손가락에 의한 입력 또는 스타일러스 펜 등에 의한 입력을 감지할 수 있다.

자세히 설명하면, 손가락에 의한 입력 또는 스타일러스 펜 등에 의한 입력이 터치패널에 인가되면, 손가락에 의한 정전용량 또는 스타일러스 펜 등에 의한 정전용량이 터치패널에 설계된 정전용량과 병렬연결로 구성될 수 있다. 이에 따라, 구동전극과 센싱전극 사이에 작용하는 정전용량이 달라지고, 센싱전극에서 감지하는 센싱신호 역시 달라진다. 이 달라진 센싱신호를 컨트롤러(120)가 감지함으로써 터치입력을 판단할 수 있다.

일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜(130)는 터치패널(110)에 근접 또는 접촉하여 터치패널(110)에 인가된 동기화신호를 수신할 수 있다.

예를 들어, 능동형 스타일러스 펜(130)은 신호인 펄스를 수신하고, 수신된 펄스에 대해 미리 알고 있는 펄스의 개수 또는 주파수를 비교하는 비교기를 사용하여 동기화신호를 수신할 수 있다.

자세한 일 예를 들면, 먼저 컨트롤러(120)가 미리 설정된 시간간격에 대해 5개의 펄스의 수를 갖는 동기화신호 및 상기 시간간격에 대해 7개의 펄스 수를 갖는 제1 구동신호를 구동전극에 인가한다. 이후 상기 구동전극을 포함하는 터치패널(110)에 근접 또는 접촉하는 능동형 스타일러스 펜(130)이 구동전극의 신호를 수신한다. 다음, 구동전극의 신호를 능동형 스타일러스 펜(130)의 비교기가 레퍼런스 신호와 비교하여 일치여부를 기준으로 동기화신호를 인식한다. 여기서, 레퍼런스 신호는 동기화신호에 대한 정보로서, 미리 설정된 시간간격에 대해 5개의 펄스의 수가 될 수 있다.

예시와 같이 미리 설정된 시간간격에 대한 펄스의 개수뿐만 아니라, 펄스의 주파수 등을 포함하는 동기화신호만의 정보를 레퍼런스 신호로 하여 능동형 스타일러스 펜(130)은 동기화 신호를 인식할 수 있다.

이후, 능동형 스타일러스 펜(130)은 제1 구동신호 시간 동안, 인식된 동기화 신호의 타이밍에 기초하여 제1 구동신호와 동기화된 제2 구동신호를 생성하고, 생성된 제2 구동신호를 근접 또는 접촉지점의 구동전극에 인가한다. 상기 제1 구동신호 시간이 종료되면, 능동형 스타일러스 펜(130)은 다시 미리 설정된 시간간격에 대해 레퍼런스 신호와 비교하여 동기화 신호를 인식한다.

능동형 스타일러스 펜(130)의 동기화신호 인식, 제2 구동신호 생성 및 제2 구동신호 인가의 동작은 하나의 프레임으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 구동신호는 제1 구동신호와 동일한 주파수일 수 있다.

터치패널 표시장치의 컨트롤러가 터치패널 표시장치에 미리 설정된 동기화신호를 추가하여 인가함으로써, 능동형 스타일러스 펜을 포함하는 외부 장치가 제1 구동신호와 동기화된 제2 구동신호를 인가할 수 있다. 즉, 제1 구동신호와 제2 구동신호가 동기화됨으로써, 증폭된 감지신호를 터치패널 표시장치의 컨트롤러가 감지하게 되어 터치패널 표시장치는 작은 터치입력도 터치된 좌표를 정확하게 감지할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 컨트롤러(120)는 구동전극들에 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가하는 구동회로모듈(121)과 자체정전용량변화에 대응되는 센싱신호를 감지하는 감지회로모듈(125)과 센싱신호를 이용하여, 터치패널에 인가된 터치입력의 좌표를 연산하는 연산모듈(127) 및 구동회로모듈(121), 감지회로모듈(125) 및 연산모듈(127)을 제어하는 제어모듈(123)을 포함할 수 있다.

구동회로모듈(121)은 제1 구간동안 상기 동기화신호를 인가하고, 제2 구간동안 상기 제1 구동신호를 인가할 수 있다.

이는, 하나의 프레임을 제1 구간 및 제2 구간으로 분할하고 구동회로모듈(121)이 상기 제1 구간동안 동기화신호를 인가하고 상기 제2 구간동안 제1 구동신호를 인가할 수 있다.

일 예를 들어, 하나의 프레임을 제1 구간 및 제2 구간 순으로 분할할 수 있다.

다른 일 예를 들어, 하나의 프레임을 제2 구간 및 제1 구간 순으로 분할할 수 있다.

또 다른 일 예를 들어, 하나의 프레임에 대하여 제1 구간 및 제2 구간 중 하나 이상을 둘 이상으로 분할할 수 있다. 다만 이 경우, 동기화신호 및 제1 구동신호 중 하나 이상을 분할하여 각각 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간에 인가할 수 있다.

일 예, 다른 일 예 및 또 다른 일 예 중 하나 이상의 예에 대하여, 제2 구간동안 감지회로모듈(125)은 제1 구동신호와 동기화된 센싱신호를 감지할 수 있다.

센싱신호는 제2 구간동안에 인가되는 제1 구동신호에 대한 신호로서, 제1 구동신호와 동기화될 수 있다. 그리고, 감지회로모듈(125)은 상기 센싱신호를 감지한다.

전술한 바와 같이, 컨트롤러의 구동회로모듈(121) 및 감지회로모듈(125)가 일정한 시간 범위 내에, 예를 들어 하나의 프레임 또는 둘 이상의 프레임 구간 이내에 배치된 제1 구간 및 제2 구간을 더 나누어 동작함으로써 동작시간에 대한 정확성을 향상시킬 수 있다.

구동회로모듈(121)은 터치패널의 구동전극들 각각에 동일한 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가할 수 있다.

비록, 감지회로모듈(125)은 구동전극에 대응되는 감지전극에 대해 분할하여 순차적으로 자체정전용량변화에 대응되는 센싱신호를 감지하지만, 이와 달리 구동회로모듈(121)은 구동전극들 각각에 동일한 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가한다.

구동전극들 사이에는 서로 기생하는 정전용량(이하 기생 캐패시터)이 존재할 수 있는데, 구동회로모듈(121)이 터치패널의 구동전극들 각각에 동일한 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가함으로써, 이러한 기생 캐패시터에 의해 발생할 수 있는 터치 입력 인식 오류를 막을 수 있다.

위의 동작을 수행되면, 감지회로모듈(125)이 구동전극에 대응되는 감지전극에 대해 분할하여 순차적으로 자체정전용량변화에 대응되는 센싱신호를 감지하여 사용되는 감지회로모듈(125)의 개수를 줄일 수 있다.

기생 캐패시터가 존재하지 않는 정상 동작하는 경우를 예로 들면, 구동회로모듈(121)이 인가한 구동신호가 터치패널의 설계된 자체정전용량에 의해 정상 센싱신호를 생성하고 이 정상 센싱신호를 감지회로모듈(125)이 감지한다. 감지된 정산 센싱신호를 이용하여 연산모듈(127)은 터치패널에 인가된 터치입력의 좌표를 정상적으로 연산할 수 있다.

이와 달리 기생 캐패시터가 존재하여 비정상동작하는 경우를 예로 들면, 구동회로모듈(121)이 인가한 구동신호가 설계된 자체정전용량과 기생캐패시터에 의해 비정상 센싱신호를 생성하고 이 비정상 센싱신호를 감지회로모듈(125)가 감지한다. 감지된 비 정상 센싱신호를 이용하여 연산모듈(127)이 터치패널에 인가된 터치입력의 좌표를 연산하여 터치 입력을 잘못 인식할 수 있다.

이러한 기생 캐패시터에 의한 문제는 구동전극들에 동일한 신호를 인가함으로써 해결될 수 있다. 이는 구동전극들에 동일한 신호가 인가되면, 기생 캐패시터를 구성하는 두 전극의 전압차이가 0이 되어 캐패시터로서 동작하지 않게 되어 해결될 수 있다.

연산모듈(127)의 동작을 간단히 설명하면, 센싱신호의 시간변수에 기초하여 터치 입력의 좌표를 연산할 수 있다.

이는 감지회로모듈(125)이 터치패널의 센싱전극들을 분할하여 시간에 순차적으로 센싱신호를 감지하기 때문에, 시간 변수에는 터치패널의 좌표정보가 포함된다. 즉, 연산모듈(127)이 시간 변수를 연산함으로써 터치패널의 좌표정보를 산출한다.

제어모듈(123)는 구동회로모듈(121), 감지회로모듈(125) 및 연산모듈(127)가 전술한 동작을 순서대로 이행하도록 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스타일러스 펜의 구성을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜(130)은 터치패널로부터 동기화신호를 수신하는 동기화신호 수신부(131)와 터치패널에 인가되는 제1 구동신호에 동기화된 제2 구동신호를 생성하고 터치패널에 제2 구동신호를 인가하는 구동신호 인가부(135) 및 동기화신호 수신부(131)와 상기 구동신호 인가부(135)를 제어하는 제어부(133)를 포함할 수 있다.

동기화신호 수신부(131)는 근접 또는 접촉되는 터치패널의 구동신호를 수신한다.

동기화신호 수신부(131)는 직접 터치패널에 접촉하여 접촉점으로부터 구동신호를 수신하거나 또는 일정 근접거리 내에 신호를 수신할 수 있는 통신모듈을 이용하여 구동신호를 수신할 수 있다.

또한, 동기화신호 수신부(131)는 제1 구간동안 상기 동기화신호를 수신할 수 있다.

전술한 제1 구간은 컨트롤러가 동기화신호를 인가하는 구간과 일치할 수 있다.

동기화신호 수신부(131)에서 수신된 구동신호를 제어부(133)가 미리 설정한 시간간격에 대해 펄스의 횟수 또는 펄스의 주파수 등을 분석하여 동기화신호를 판단한다.

펄스의 횟수를 이용하여 동기화신호를 판단하는 방법은, 제어부(133)가 일정 시간간격에 대해 펄스의 횟수를 세고, 미리 알고 있는 동기화신호의 펄스의 횟수와 일치 여부에 따라 동기화신호인지 판단하는 것이다.

제어부(133)가 동기화신호를 판단하면, 구동신호 인가부(135)가 판단된 동기화신호에 기초하여 제1 구동신호와 동기화된 제2 구동신호를 인가할 수 있다.

자세히 설명하면, 컨트롤러의 구동신호는 설계된 신호이기 때문에, 구동신호를 구성하는 동기화신호 및 제1 구동신호 중 하나의 동작시각을 인식하면 다른 하나와 동기화된 신호를 만들 수 있다.

이러한 이유에서, 제어부(133)가 동기화신호를 판단하여 동기화신호의 동작시각을 인식하면 컨트롤러에서 설계된 구동신호 정보에 기초하여 제1 구동신호의 시작점을 구동신호 인가부(135)에 입력한다. 구동신호 인가부(135)는 입력된 제1 구동신호의 시작점에 일치하며 레벨시프트회로를 이용하여 높은 전압의 제2 구동신호를 생성하고 근접 또는 접촉되는 터치패널의 구동전극에 인가할 수 있다.

터치패널의 구동전극에 제2 구동신호가 제1 구동신호와 동기화되어 인가됨으로써, 터치패널 표시 장치는 미세한 터치 입력 신호에도 정확하게 판단할 수 있다.

동기화신호 수신부(131)가 제1이 아닌 제2 구간동안 구동신호 인가부(135)는 제1 구동신호와 동기화된 제2 구동신호를 인가할 수 있다.

전술한 제2 구간은 컨트롤러가 제1 구동신호를 인가하는 구간과 일치할 수 있다.

능동형 스타일러스 펜의 동작에 있어서, 제1 구간과 제2 구간으로 나누어 제1 구간에서 동기화신호 수신부(131)가 동기화신호를 수신하고, 제2 구간에서 구동신호 인가부(135)가 제2 구동신호를 인가함으로써, 보다 정확하게 타이밍 제어를 할 수 있다.

구동신호 인가부(135)가 인가하는 제2 구동신호는 제1 구동신호와 동일한 주파수일 수 있다.

신호를 증폭시키기 위해 제1 구동신호와 동기화하여 제2 구동신호를 인가하더라도 제1 구동신호와 제2 구동신호의 주파수가 다르면 어느 시점에는 제1 구동신호와 제2 구동신호가 불일치하여 증폭이 안될 수도 있다. 어떠한 시점에서도 신호를 증폭하기 위해, 제2 구동신호는 제1 구동신호와 동일한 주파수일 수 있다.

단, 초기 동작시 능동형 스타일러스 펜(130)의 제어부(133)는 동기화신호를 수신하기 전까지 동기화신호 수신부(131)를 구동하고, 동기화신호가 수신되면 구동신호 인가부(135) 및 동기화신호 수신부(131)를 미리 설정된 시간으로 제어할 수 있다.

이로써, 터치패널 표시 장치가 동작하는 어떠한 시점에 능동형 스타일러스 펜(130)이 근접 또는 접촉하더라도 동기화신호를 수신할 수 있다.

또한, 동기화신호가 수신된 후 미리 설정된 시간으로 구동신호 인가부(135) 및 동기화신호 수신부(131)를 제어함으로써, 능동형 스타일러스 펜(130)은 동기화 신호 또는 구동신호의 완전체를 수신하여 동작을 수행할 수 있다. 이와 달리, 능동형 스타일러스 펜(130)이 완전체의 동기화신호가 아닌 일부의 동기화신호를 수신하게 되면, 능동형 스타일러스 펜(130)은 일부의 동기화신호에 대해 동기화신호로 인지하지 못할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치패널과 컨트롤러를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 터치패널은 구동전극들과 센싱전극들이 형성되며, 컨트롤러는 터치패널에 인가되는 제1 구동신호를 제어하고, 터치입력에 의한 센싱전극들의 자체정전용량변화를 검출할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치패널(110)은 구동전극들과 센싱전극들이 하나의 전극으로 형성되며, 컨트롤러(120)는 터치패널(110)에 인가되는 제1 구동신호를 제어하고, 터치입력에 의한 센싱전극들의 자체정전용량변화를 검출할 수 있다.

구동전극과 센싱전극은 2개의 전극으로 구성될 수 있으나, 도 4와 같이 하나의 전극에 대해 동작시간을 나누어 구동전극과 센싱전극으로 나누어 사용할 수 있다.

도 4는 설명의 편의를 위해 3 X 2로 구성된 자체 커패시턴스 터치 방식의 터치패널(110)와 이에 따른 컨트롤러(120)을 도시하였다.

도시한 컨트롤러(120)는 센싱신호를 감지하는 2개의 감지회로모듈과 3개의 센싱신호를 하나의 신호로 변환하는 멀티플렉서(MUX)로 구성된다.

컨트롤러(120)의 동작을 간단히 설명하면, 하나의 프레임(Frame)의 터치영역을 멀티플렉서를 이용하여 Mux1, Mux2 및 Mux3으로 나누어 동작하고, 첫 번째 터치영역(Mux1 동작)에서 제1 감지회로모듈이 터치패널의 S11의 센싱신호를 감지하고, 제2 감지회로모듈이 S21의 센싱신호를 감지한다. 다음 터치영역(Mux2 동작)에서 제1 감지회로모듈이 터치패널의 S12의 센싱신호를 감지하고, 제2 감지회로모듈이 S22의 센싱신호를 감지한다. 마지막 터치영역(Mux3 동작)에서 제1 감지회로모듈이 터치패널의 S13의 센싱신호를 감지하고, 제2 감지회로모듈이 S23의 센싱신호를 감지한다.

예시한 것과 같이 3개의 신호를 하나의 신호로 변환하는 멀티플렉서와 2개의 감지회로모듈을 이용하여 3 X 2의 터치패널의 각각의 셀을 감지할 수 있으며, 이와 달리, 6개의 신호를 하나의 신호로 변환하는 멀티플렉서와 1개의 감지회로모듈을 이용하여 3 X 2의 터치패널의 각각의 셀을 감지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치패널과 기생캐패시터를 도시한 도면이다.

도 5는 도 4에서 도시한 3 X 2의 터치패널과 2개의 감지회로모듈과 3개의 센싱신호를 하나의 신호로 변환하는 멀티플렉서(MUX)로 구성된 컨트롤러 그리고 터치패널에 근접 또는 접촉하여 동작하는 능동형 스타일러스 펜의 동작에 대한 파형을 도시하였다. 단, 2개의 감지회로모듈이 감지하는 감지신호는 파형의 이해를 돕고자 이하의 설명에서 하나의 감지신호로 표시하였다. 또한, 작성의 편의를 위해 능동형 스타일러스(Active Stylus) 펜은 이하의 설명에서 AS로 표기한다.

도 5에서 표기한 Vco는 컨트롤러(120)이 인가하는 신호의 피크(peak)전압을 의미하며, Vso는 능동형 스타일러스 펜(130)이 인가하는 신호의 피크전압을 의미한다. 이에 대한 의미는 이하의 설명에서 적용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 컨트롤러는 하나의 프레임(Frame)에 대해 동기화신호 구간(Count)에서 동기화신호 및 터치영역 구간(T1, T2, T3)에서 제1 구동신호를 Vco 의 피크전압을 갖는 펄스(Mux 인가신호)로 인가한다.

디스플레이영역 구간(D1, D2, D3) 역시 디스플레이를 구동하는 신호가 인가되지만, 이에 대한 신호는 생략하였다.

또한, 컨트롤러는 하나의 프레임(Frame)에 대해 3개의 센싱신호를 하나의 신호로 변환하는 멀티플렉서(MUX)를 이용하여 터치영역 구간(T1, T2, T3)으로 나누어 측정한다.

T1구간에서 Mux1이 동작하여 제1 감지회로모듈이 S11의 센싱전압을 감지하고, 제2 감지회로모듈이 S21의 센싱전압을 감지한다. T2구간에서 Mux2가 동작하여 제1 감지회로모듈이 S12의 센싱전압을 감지하고, 제2 감지회로모듈이 S22의 센싱전압을 감지한다. 마지막으로 T3구간에서 Mux3이 동작하여 제1 감지회로모듈이 S13의 센싱전압을 감지하고, 제2 감지회로모듈이 S23의 센싱전압을 감지한다.

터치구간을 T1, T2 및 T3로 나누어 센싱신호를 감지하는 동작과 달리, 터치구간에 상관없이 모든 터치영역에 동일한 구동신호를 인가하는 이유는 도 6을 참조하여 설명할 수 있다.

도 6을 참조하면 터치패널은 각각의 셀을 하나의 전극으로 동작하는 기생 캐패시터가 존재할 수 있다. 이러한 기생 캐패시터에 의해 컨트롤러가 감지한 센싱신호는 오류를 포함할 수 있으며, 이러한 오류에 의해 터치입력의 좌표를 잘못 계산하거나 또는 터치패널에 터치입력을 가하지 않았으나 터치입력으로 인식하여 동작할 수 있다.

이러한 오류를 야기하는 기생 캐패시터는 터치구간에 상관없이 모든 터치영역에 동일한 구동신호를 인가함으로써 해결될 수 있다.

이는, 모든 터치 영역에 동일한 구동신호가 인가하면 도 6에 표시한 각 셀 사이에 존재하는 기생 캐패시터의 두 극판은 동일 전압이 된다. 이로써, 캐패시터 효과가 사라질 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치패널과 컨트롤러로 동작하는 상황에서 능동형 스타일러스 펜이 터치패널에 근접 또는 접촉하면, 능동형 스타일러스 펜은 카운트구간(Count)에 대해 동기화신호(AS 수신신호)를 수신한다.

이는, 능동형 스타일러스 펜이 동기화신호를 수신한 후 T1 내지 D3의 시간을 이용하여 카운트구간(Count)에 대해서만 동기화신호(AS 수신신호)를 수신할 수 있다.

다만, 능동형 스타일러스 펜이 초기 동기화신호를 수신하기 위해서는, 카운트구간(Count)뿐만이 아닌 전체 프레임(Frame)의 동기화신호 및 제1 구동신호인 구동신호(Mux 인가신호)를 수신하고, 미리 설정한 영역에 대해 펄스의 횟수 또는 펄스의 주파수를 산출하여 동기화신호를 판단한다.

능동형 스타일러스 펜이 동기화신호를 수신하면, 능동형 스타일러스 펜이 동기화 신호에 기초하여 제1 구동신호와 동기화된 제2 구동신호(AS 구동신호)를 생성하여 터치패널의 구동전극에 인가한다.

이후, 터치패널의 구동전극은 Mux인가신호와 AS구동신호의 합의 신호가 형성될 수 있다.

다음 터치패널에 설계된 자체정전용량에 의해 센싱전극은 Mux인가신호와 AS구동신호의 합에 일정 배율(a)의 곱의 신호가 형성될 수 있다. 여기서 일정 배율(a)는 터치패널에서 설계된 자체정전용량에 의한 값이다.

멀티플렉서를 이용하여 센싱전극에 형성된 신호를 T1의 구간에서는 Mux1이 감지하고(Mux1 감지신호) T2의 구간에서는 Mux2가 감지하며(Mux2 감지신호) T3의 구간에서는 Mux3가 감지한다(Mux3 감지신호).

본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널은 한 프레임(Frame)에 대해 동작이 완료되면 동일한 프레임(Frame)에 대해 동일하게 전술한 동작을 수행할 수 있다.

이와 달리, 능동형 스타일러스 펜이 작용하지 않으면, Mux1, Mux2 및 Mux3가 감지하는 신호는 Mux인가신호에 일정 배율(a)의 곱의 신호를 감지한다. 이 경우, 능동형 스타일러스 펜에 비해 터치 감지능력이 저하될 수 있다.

예를 들면, 10의 신호에서 일정배율(a = 0.1)이 적용되어 1의 크기로 변화하는 경우에 비해 100의 신호에서 일정배율(a = 0.1)이 적용되어 10의 크기로 변화하는 경우가 터치 감지능력이 향상될 수 있는 것과 유사한 원리이다.

도시한 도 5는 능동형 스타일러스가 근접 또는 접촉하되, 터치로 인식되지 않은 경우에 대한 파형이다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 동작 예시를 도시한 도면이다.

도시한 도 7과 같이 터치패널(110)의 일부인 셀 5에 능동형 스타일러스 펜(130)에 의해 터치로 인식되는 상황을 예로 들면, 컨트롤러(120)의 일부인 Mux3감지신호를 받는 제1 감지회로모듈에서 피크전압은 a(Vco+Vso)가 아닌 a'(Vco+Vso)인 신호가 감지되며, Mux3감지신호를 받는 제2 감지회로모듈, 제Mux1감지신호 및 Mux2감지신호는 도 5의 파형과 같이 피크전압이 a(Vco+Vso)인 신호가 감지될 수 있다. 이러한 상황에서 컨트롤러는 Mux3감지신호를 받는 제1 감지회로모듈이 미리 설계된 신호가 아닌 것을 인식하여 터치가 셀 5에 터치가 존재함을 알 수 있다.

여기서, 능동형 스타일러스 펜(130)의 동작을 간단히 설명하면, 동기화신호 수신부(131)가 컨트롤러(120)가 입력한 구동신호(최대치가 Vco인 펄스)를 수신한다. 제어부(133)가 수신된 구동신호에서 동기화신호를 감지하며, 구동신호 인가부(135)가 감지된 동기화신호에 기초하여 제1 구동신호와 동기화된 제2 구동신호(최대치가 Vso인 펄스)를 터치패널(110)에 인가한다.

예시한 a'은 설계된 터치패널에서의 자체정전용량의 영향이 아닌, 능동형 스타일러스 펜에 의한 정전용량 및 터치패널에서의 자체정전용량의 영향을 의미할 수 있다.

도 7의 예시를 설명함에 있어서, 도 5의 파형을 적용했으나, 도 5의 파형의 Mux1 감지신호, Mux2 감지신호 및 Mux3 감지신호는 2개의 감지회로모듈에 인가되어 동작하기 때문에 전술한 바와 같이 적용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 전체적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널은, 컨트롤러의 구동회로모듈이 터치패널의 구동전극에 동기화신호 및 제1 구동신호인 구동신호를 인가한다(S800).

S800 단계가 수행되면, 터치패널에 근접 또는 접촉하는 능동형 스타일러스 펜의 동기화신호 수신부가 S800 단계의 구동신호를 수신한다(S810).

S810 단계에서 능동형 스타일러스 펜의 동기화신호 수신부가 구동전극의 신호를 수신하는 방법은 안테나 장치의 동작과 유사하게 수신할 수 있다. 구동전극의 신호가 아닌 다른 전극에 의한 신호는 차단하고 구동전극의 신호만 증폭하여 수신할 수 있다. 또는 능동형 스타일러스 펜의 동기화신호 수신부에 통신모듈을 포함하여 구동전극의 신호를 수신할 수도 있다.

능동형 스타일러스 펜의 제어부가 S810 단계에서 수신한 구동신호에 대해 일정 시간간격에 대해 펄스의 횟수 또는 펄스의 주파수에 기초하여 동기화신호가 수신되었는지 판단한다(S820).

S820 단계에서 동기화신호가 수신이 되지 않은 것으로 판단되면 능동형 스타일러스 펜의 제어부는 동기화신호가 수신될 때까지 S810단계에서 수신한 구동신호를 S820 단계처럼 분석한다.

S820 단계에서 동기화신호가 수신된 것으로 판단되면, 능동형 스타일러스 펜의 구동신호 인가부가 동기화신호에 기초하여 제1 구동신호와 동기화된 제2 구동신호를 생성하여 근접 또는 접촉 지점의 구동전극에 인가한다(S830).

S830 단계에서 구동전극에 제2 구동신호를 인가하는 방법은 S810 단계에서 구동신호를 수신하는 방법을 역으로 안테나 장치 또는 통신모듈을 이용하여 인가할 수 있다.

S830 단계가 수행되어 구동전극에 제2 구동신호가 인가되면, 컨트롤러의 연산모듈이 능동형 스타일러스 펜이 터치된 터치패널의 센싱전극에서 감지한 센싱신호 변화를 인식하여 좌표를 연산한다(S840).

이하에서는 도 1a 내지 도 8을 이용하여 설명한 터치패널 표시 장치 및 능동형 스타일러스 펜을 제어하는 방법인 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법에 대해서 간략하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법 흐름도를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법은 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 터치패널에 동기화신호 및 제1 구동신호인 구동신호를 인가하는 구동신호 인가단계와 능동형 스타일러스 펜이 구동신호를 수신한 후, 동기화신호를 판단하는 동기화신호 판단단계와 능동형 스타일러스 펜이 동기화신호에 기초하여 제2 구동신호를 인가하는 제2 구동신호 인가단계 및 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 제1 구동신호 및 제2 구동신호가 인가된 터치패널의 자체정전용량변화를 감지하여 터치 입력의 좌표를 산출하는 좌표 산출단계를 포함할 수 있다.

능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법에 의해 터치패널 표시장치에 미리 설정된 동기화신호를 추가하여 인가하고, 능동형 스타일러스 펜을 포함하는 외부 장치가 제1 구동신호와 동기화된 제2 구동신호를 인가할 수 있다. 즉, 제1 구동신호와 제2 구동신호가 동기화됨으로써, 증폭된 감지신호를 터치패널 표시장치의 컨트롤러가 감지하게 되어 터치패널 표시장치는 작은 터치입력도 터치된 좌표를 정확하게 감지할 수 있다.

구동신호 인가단계에서 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 제1 구간동안 동기화신호를 인가하고, 제2 구간동안 제1 구동신호를 인가할 수 있다.

좌표 산출단계에서 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 제2 구간동안 제1 구동신호와 동기화된 센싱신호를 감지할 수 있다.

구동신호 인가단계와 좌표 산출단계에서 제1 구간 및 제2 구간을 더 나누어 동작함으로써 터치패널 표시장치는 동작시간에 대한 정확성을 향상시킬 수 있다.

제2 구동신호 인가단계에서 능동형 스타일러스 펜으로부터 인가되는 제2 구동신호는 구동신호 인가단계에서 인가되는 제1 구동신호와 동일한 주파수를 가질 수 있다.

신호를 증폭시키기 위해 제1 구동신호와 동기화하여 제2 구동신호를 인가하더라도 제1 구동신호와 제2 구동신호의 주파수가 다르면 어느 시점에는 제1 구동신호와 제2 구동신호가 불일치하여 증폭이 안될 수도 있다. 어떠한 시점에서도 신호를 증폭하기 위해, 제2 구동신호 인가단계에서 인가하는 제2 구동신호는 제1 구동신호와 동일한 주파수일 수 있다.

또한, 구동신호 인가단계에서 터치패널 표시 장치의 컨트롤러는 터치패널의 구동전극들 각각에 동일한 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가할 수 있다.

구동전극들 사이에는 서로 기생하는 정전용량(이하 기생 캐패시터)이 존재할 수 있는데, 구동신호 인가단계에서 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 터치패널의 구동전극들 각각에 동일한 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가함으로써, 이러한 기생 캐패시터에 의해 발생할 수 있는 터치 입력 인식 오류를 막을 수 있다.

추가적으로, 좌표 산출단계에서 터치패널 표시 장치의 컨트롤러는 터치패널의 센싱전극들을 분할하여 순차적으로 자체정전용량변화를 감지하여 좌표를 산출한다.

좌표 산출단계에서 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 터치패널의 센싱전극들을 분할하여 순차적으로 자체정전용량변화를 감지하여 사용되는 감지회로모듈(125)의 개수를 줄일 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법은 터치패널에 동기화신호 및 제1 구동신호인 구동신호를 인가하는 구동신호 인가단계를 포함할 수 있다(S900).

S900 단계는 터치패널의 구동전극들 각각에 동일한 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가함으로써 터치패널을 구성하는 각각의 셀간에 형성되는 기생캐패시터가 동작하지 않도록 함으로써, 터치를 인식함에 있어 생길 수 있는 오류를 예방할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법은 구동신호를 수신한 후, 동기화신호를 판단하는 동기화신호 판단단계를 포함할 수 있다(S910).

S910 단계는 수신된 신호에 대해 일정 시간간격에 대한 펄스의 수 또는 펄스의 주파수를 미리 알고 있는 동기화신호의 펄스 수 또는 펄스 주파수와 비교하여 동기화신호를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법은 동기화신호에 기초하여 제2 구동신호를 인가하는 제2 구동신호 인가단계를 포함할 수 있다(S920).

S920 단계는 제2 구동신호를 동기화신호가 끝나는 시각에서 미리 알고 있는 동기화신호와 제1 구동신호의 시간간격을 더한 시각에 인가함으로써 제1 구동신호와 동기화시킬 수 있다.

인가되는 제2 구동신호는 S900 단계에서 인가된 제1 구동신호와 동일한 주파수를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법은 제1 구동신호 및 제2 구동신호가 인가된 터치패널의 자체정전용량변화를 감지하여 터치 입력의 좌표를 산출하는 좌표 산출단계를 포함할 수 있다(S930).

S930 단계는 능동형 스타일러스 펜이 터치가 되지 않은 터치패널에서는 설계된 센싱신호가 감지되지만 이와 달리, 능동형 스타일러스 펜이 터치된 터치패널에서는 설계된 센싱신호가 아닌 변화된 센싱신호가 감지될 수 있다. 변화된 센싱신호를 감지한 시각 및 감지회로모듈에 기초하여 터치 입력의 좌표를 산출할 수 있다.

이 외에도 본 발명의 능동형 스타일러스 펜을 포함한 터치패널의 제어방법은 도 1a 내지 도 8에 기초하여 설명한 본 발명의 터치패널 표시 장치 및 능동형 스타일러스 펜이 수행하는 각 동작을 모두 수행할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 터치패널 120 : 컨트롤러
121 : 구동회로모듈 123 : 제어모듈
125 : 감지회로모듈 127 : 연산모듈
130 : 능동형 스타일러스 펜 131 : 동기화신호 수신부
133 : 제어부 135 : 구동신호 인가부

Claims (17)

1. 구동전극들과 센싱전극들이 배치된 터치패널; 및
   상기 터치패널을 구동하는 제1 구동신호를 제어하고, 상기 터치패널에 미리 설정된 동기화신호 및 상기 제1 구동신호를 인가하여, 터치입력에 의한 상기 센싱전극들의 자체정전용량변화를 검출하는 컨트롤러
   를 포함하는 터치패널 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 구동전극들에 상기 동기화신호 및 상기 제1 구동신호를 인가하는 구동회로모듈;
   상기 자체정전용량변화에 대응되는 센싱신호를 감지하는 감지회로모듈;
   상기 센싱신호를 이용하여, 상기 터치패널에 인가된 터치입력의 좌표를 연산하는 연산모듈; 및
   상기 구동회로모듈, 상기 감지회로모듈 및 상기 연산모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하는 터치패널 표시 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 구동회로모듈은,
   제1 구간동안 상기 동기화신호를 인가하고, 제2 구간동안 상기 제1 구동신호를 인가하는 터치패널 표시 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제2 구간동안 상기 감지회로모듈은, 상기 제1 구동신호에 동기화된 센싱신호를 감지하는 터치패널 표시 장치.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 구동회로모듈은, 상기 구동전극들 각각에 동일한 상기 동기화신호 및 상기 제1 구동신호를 인가하는 터치패널 표시 장치.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 감지회로모듈은, 상기 센싱전극들을 분할하여 순차적으로 상기 센싱신호를 감지하는 터치패널 표시 장치.
7. 터치패널로부터 동기화신호를 수신하는 동기화신호 수신부;
   상기 터치패널에 인가되는 제1 구동신호에 동기화된 제2 구동신호를 생성하고 상기 터치패널에 상기 제2 구동신호를 인가하는 구동신호 인가부; 및
   상기 동기화신호 수신부 및 상기 구동신호 인가부를 제어하는 제어부를 포함하는 능동형 스타일러스 펜.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 동기화 신호 수신부는,
   제1 구간동안 상기 동기화신호를 수신하는 능동형 스타일러스 펜.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제2 구간동안 상기 구동신호 인가부는, 상기 제1 구동신호와 동기화된 상기 제2 구동신호를 인가하는 능동형 스타일러스 펜.
10. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 구동신호는, 상기 제1 구동신호와 동일한 주파수인 것을 특징으로 하는 능동형 스타일러스 펜.
11. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    초기 동작시 동기화신호를 수신하기 전까지 상기 동기화신호 수신부를 구동하고, 동기화신호가 수신되면 상기 구동신호 인가부 및 상기 동기화신호 수신부를 미리 설정된 시간으로 제어하는 능동형 스타일러스 펜.
12. 터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 터치패널에 동기화신호 및 제1 구동신호인 구동신호를 인가하는 구동신호 인가단계;
    능동형 스타일러스 펜이 상기 구동신호를 수신한 후, 상기 동기화신호를 판단하는 동기화신호 판단단계;
    능동형 스타일러스 펜이 상기 동기화신호에 기초하여 제2 구동신호를 인가하는 제2 구동신호 인가단계; 및
    터치패널 표시 장치의 컨트롤러가 상기 제1 구동신호 및 상기 제2 구동신호가 인가된 상기 터치패널의 자체정전용량변화를 감지하여 터치 입력의 좌표를 산출하는 좌표 산출단계를 포함하는, 터치패널 표시 장치 및 능동형 스타일러스 펜의 제어방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 구동신호 인가단계는,
    제1 구간동안 상기 동기화신호를 인가하고, 제2 구간동안 상기 제1 구동신호를 인가하는, 터치패널 표시 장치 및 능동형 스타일러스 펜의 제어방법.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 좌표 산출단계는,
    상기 제2 구간동안 상기 제1 구동신호와 동기화된 센싱신호를 감지하는, 터치패널 표시 장치 및 능동형 스타일러스 펜의 제어방법.
15. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 구동신호는, 상기 제1 구동신호와 동일한 주파수인 것을 특징으로 하는, 터치패널 표시 장치 및 능동형 스타일러스 펜의 제어방법.
16. 제 12항에 있어서,
    상기 구동신호 인가단계는,
    상기 터치패널의 구동전극들 각각에 동일한 동기화신호 및 제1 구동신호를 인가하는 것을 특징으로 하는, 터치패널 표시 장치 및 능동형 스타일러스 펜의 제어방법.
17. 제 12항에 있어서,
    상기 좌표 산출단계는,
    상기 터치패널의 센싱전극들을 분할하여 순차적으로 자체정전용량변화를 감지하는 것을 특징으로 하는, 터치패널 표시 장치 및 능동형 스타일러스 펜의 제어방법.

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