KR20170015648A - 스타일러스 펜, 및 터치 센싱 시스템과 그 구동방법 - Google Patents

스타일러스 펜, 및 터치 센싱 시스템과 그 구동방법 Download PDF

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KR20170015648A
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한성수
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Abstract

본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치스크린 구동신호가 인가되는 다수의 터치 전극들이 구비된 터치 스크린과, 상기 터치 스크린으로부터 수신되는 상기 터치 스크린 구동신호를 기초로 펜 구동신호를 생성한 후 상기 터치 스크린에 송신하는 스타일러스 펜을 갖는다. 특히 본 발명의 스타일러스 펜은, 상기 터치 스크린 구동신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭기와, 상기 증폭 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 비교기 출력신호를 생성하는 비교기와, 상기 펜 구동신호를 상기 터치스크린 구동신호에 동기시키기 위해, 상기 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 기준으로 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고, 상기 출력 타이밍에 상기 펜 구동신호를 생성하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

스타일러스 펜, 및 터치 센싱 시스템과 그 구동방법{STYLUS PEN AND TOUCH SENSING SYSTEM AND DRIVING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 스타일러스 펜을 통한 터치 입력이 가능한 터치 센싱 시스템과 그 구동방법에 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 스크린 구동신호의 입력에 따른 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.
정전 용량 방식의 터치 센서는 자기 용량(Self Capacitance) 센서 또는 상호 용량(Mutual Capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 자기 용량 센서의 전극들 각각은 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들과 1:1로 연결될 수 있다. 상호 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 센서 배선들의 교차부에 형성될 수 있다.
최근 스마트 폰, 및 스마트 북 등에는 손가락뿐만 아니라 스타일러스 펜(Stylus Pen)이 HID(Human Interface Device)로서 많이 사용되고 있다. 스타일러스 펜은 손가락에 비해 좀 더 세밀한 입력이 가능한 장점이 있다.
스타일러스 펜에는 수동형과 능동형이 있다. 수동형은 터치 스크린과의 접촉 지점에서 정전용량 변화가 극히 미미하여 터치 위치 검출이 어렵다. 능동형은 자체적으로 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린과의 근접 또는 접촉 지점에 출력하기 때문에 수동형에 비해 터치 위치 검출이 용이하다.
그런데, 종래 능동형 스타일러스 펜은 대한민국 공개공보 제10-2014-0043299호에 개시된 것과 같이, 터치 스크린 구동신호와의 간섭을 피하기 위해 터치 스크린 구동신호와 다른 주파수의 펜 구동신호를 사용하였다. 이 기술에서는, 펜 구동신호를 입력 받기 위한 별도의 센싱회로부가 터치 모듈에 더 필요하여 제조 비용이 상승하였다.
이 문제를 해결하기 위해, 능동형 스타일러스 펜에서 터치 스크린 구동신호를 수신한 후, 그에 동기하여 터치 스크린에 인가할 펜 구동신호를 생성하는 기술이 제안되고 있다.
그런데, 스타일러스 펜으로 수신되는 터치 스크린 구동신호의 크기는 에어 갭(air gap)의 영향을 받아 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 간격이 클수록 줄어드는 특징을 갖는다. 즉, 근접 상태에서 스타일러스 펜으로 입력되는 제1 터치 스크린 구동신호의 크기는, 접촉 상태에서 스타일러스 펜으로 입력되는 제2 터치 스크린 구동신호의 크기에 비해 작다.
원하는 터치 센싱 신호를 얻기 위해서는 펜 구동신호가 터치 스크린 구동신호에 동기되어야 한다. 하지만, 터치 스크린과 스타일러스 펜의 근접 거리에 따라 스타일러스 펜으로 수신되는 터치 스크린 구동신호의 크기가 달라지면 동기가 틀어진다. 펜 구동신호와 터치 스크린 구동신호 간의 동기가 틀어지면, 터치 센싱 신호가 감소되어 터치 성능이 저하된다.
따라서, 본 발명의 목적은 터치 스크린으로부터의 터치 스크린 구동신호를 기초로 펜 구동신호를 생성한 후 터치 스크린에 인가하는 스타일러스 펜을 갖는 터치 센싱 시스템에 있어서, 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 근접 거리에 상관없이 펜 구동신호를 터치 스크린 구동신호에 정확히 동기 시킬 수 있도록 한 스타일러스 펜, 및 터치 센싱 시스템과 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치스크린 구동신호가 인가되는 다수의 터치 전극들이 구비된 터치 스크린과, 상기 터치 스크린으로부터 수신되는 상기 터치 스크린 구동신호를 기초로 펜 구동신호를 생성한 후 상기 터치 스크린에 송신하는 스타일러스 펜을 갖는다. 특히 본 발명의 스타일러스 펜은, 상기 터치 스크린 구동신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭기와, 상기 증폭 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 비교기 출력신호를 생성하는 비교기와, 상기 펜 구동신호를 상기 터치스크린 구동신호에 동기시키기 위해, 상기 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 기준으로 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고, 상기 출력 타이밍에 상기 펜 구동신호를 생성하는 신호 처리부를 포함한다.
상기 신호 처리부는, 상기 비교기로부터 동일 펄스폭을 가지며 연속적으로 입력되는 첫번째 비교기 출력신호와 두번째 비교기 출력신호를 이용하여 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정한다.
상기 신호 처리부는, 내부의 카운터를 이용하여 상기 첫 번째 비교기 출력신호의 하이 구간을 카운트하고, 그 카운트값을 내부 레지스터에 저장한 후, 상기 카운트 값을 참조하여 상기 두 번째 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 찾는다.
상기 신호 처리부는, 상기 두 번째 비교기 출력신호의 라이징 에지로부터 상기 카운트값의 절반에 해당되는 지점을 기준점으로 정하고, 상기 기준점으로부터 소정값만큼 지연된 시점을 상기 터치스크린 구동신호에 동기되는 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍으로 결정한다.
상기 스타일러스 펜은, 상기 터치 스크린에 접촉 또는 근접시에 상기 터치 스크린과 커플링되어 상기 터치 스크린으로부터 상기 터치스크린 구동신호를 수신함과 아울러 상기 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 송신하는 전도성 팁과, 상기 전도성 팁에 연결되어, 상기 터치스크린 구동신호를 상기 증폭기에 전달하고, 상기 펜 구동신호를 상기 전도성 팁에 전달하는 스위칭부를 더 포함한다.
상기 터치스크린 구동신호를 수신하는 수신 구간과 상기 펜 구동신호를 송신하는 송신 구간 사이에는 적어도 1 프레임 이상의 신호전환구간이 마련되고, 상기 신호처리부는 상기 신호전환구간을 이용하여 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고 그에 맞춰 상기 펜 구동신호를 생성한다.
또한, 본 발명의 터치 센싱 시스템의 구동방법은 스타일러스 펜을 터치 스크린에 접촉 또는 근접시켜, 상기 스타일러스 펜에 서 터치스크린 구동신호를 수신하는 제1 단계와, 상기 터치 스크린 구동신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 제2 단계와, 상기 증폭 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 비교기 출력신호를 생성하는 제3 단계와, 상기 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 기준으로 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고, 상기 출력 타이밍에 상기 펜 구동신호를 생성하는 제4 단계와, 상기 터치스크린 구동신호에 동기되는 상기 펜 구동신호를 상기 스타일러스 펜으로부터 상기 터치 스크린에 송신하는 제5 단계를 포함한다.
본 발명은 비교기 출력신호의 중심값을 기준으로 펜 구동신호를 터치스크린 구동신호에 동기 시키기 때문에, 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 근접 거리가 바뀌는 것에 상관없이 터치스크린 구동신호와 펜 구동신호 간의 동기를 유지시킴으로써, 동일 조건에서 터치 센싱 신호의 크기를 일정하게 하여 터치 성능을 크게 개선할 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 상호 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 4는 자기 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 5는 터치 IC의 상세 구성을 보여주는 도면.
도 6은 1 프레임이 디스플레이 구동기간과, 터치센서 구동기간으로 시분할되는 것을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 스타일러스 펜(200)의 내부 구성을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 스타일러스 펜(200)의 동작 수순을 나타내는 도면
도 9는 터치센서 구동기간(T2) 내에서 터치 스크린 구동신호와 펜 구동신호가 서로 동기되는 것을 보여주는 도면.
도 10은 도 7의 스타일러스 펜에서 수신 및 처리되는 신호의 파형을 보여주는 도면.
도 11은 도 7에 도시된 스타일러스 펜(200)의 내부 구성을 보다 상세히 보여주는 도면.
도 12는 손가락 접촉시에 비해 스타일러스 펜 접촉시 터치 센싱 신호의 감도가 향상되는 것을 보여주는 도면.
도 13은 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 근접 거리에 따라 터치스크린 구동신호와 펜 구동신호 간의 동기가 틀어지는 일 예를 보여주는 도면.
도 14는 스타일러스 펜을 적용한 터치 센싱 시스템에서 동기화 정도에 따른 터치 센싱 신호의 크기를 보여주는 도면.
도 15내지 도 17은 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 근접 거리에 상관없이 펜 구동신호를 터치 스크린 구동신호에 정확히 동기 시킬 수 있는 일 방안을 보여주는 도면들.
도 18은 도 15내지 도 17의 동기화 방안을 적용할 때 근접 거리에 상관없이 터치 센싱 신호의 크기가 일정하게 유지되는 것을 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.
[터치 센싱 시스템]
도 1은 본 발명의 터치 센싱 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 표시장치(100)와 스타일러스 펜(200)을 포함한다.
표시장치(100)는 디스플레이 기능과 터치 검출 기능을 겸한다. 표시장치(100)는 손가락 또는 스타일러스 펜(200)과 같은 전도성 물체의 근접 또는 접촉에 의한 터치 검출이 가능한 것으로, 내부에 일체형으로 정전 용량 방식의 터치 스크린을 구비하고 있다. 여기서, 터치 스크린은 디스플레이 구현을 위한 표시패널과 독립적인 형태로 구성될 수도 있고, 표시패널의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 표시장치(100)의 구성 및 동작에 대해서는 도 2 내지 도 6을 참조로 후술한다.
스타일러스 펜(200)은 자체적으로 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린과의 근접 또는 접촉 지점에 출력함으로써 터치 스크린 상에서 터치 위치 검출을 용이하게 한다. 스타일러스 펜(200)은 터치 스크린으로부터 터치 스크린 구동신호를 입력받고, 그를 기초로 펜 구동신호를 생성한 후 터치 스크린에 인가한다. 스타일러스 펜(200)의 구성 및 동작은 도 7 내지 도 12를 참조로 후술한다.
원하는 터치 센싱 신호를 얻기 위해서는 펜 구동신호를 터치 스크린 구동신호에 정확히 동기 시킨 후 터치 스크린에 인가하여야 한다. 도 13 내지 도 18에서는 펜 구동신호를 터치 스크린 구동신호에 동기시킬 수 있는 구성 및 방법을 제안한다.
[표시장치]
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치를 보여준다. 도 3은 상호 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여준다. 도 4는 자기 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여준다. 그리고, 도 5는 터치 IC의 상세 구성을 보여준다.
도 1내지 도5를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 표시장치(100)와 스타일러스 펜(200)을 포함한다.
표시장치(100)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(100)는 표시 모듈과 터치 모듈을 구비한다.
터치 모듈은 터치 스크린(TSP)과 터치 IC(20)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 스크린 구동신호를 인가하여 터치 센서들에 전하를 공급하는 구동 신호 배선들이다. Rx 전극라인들은 터치 센서들(Cm)에 연결되어 터치 센서들의 전하를 터치 IC(20)로 공급하는 센서 배선들이다. 상호 용량 센싱 방법은 Tx 전극라인을 통해 Tx 전극에 구동 신호를 인가하여 터치 센서(Cm)에 전하를 공급하고, 터치 스크린 구동신호와 동기하여 Rx 전극과 Rx 전극라인을 통해 용량 변화를 센싱하면 터치 입력을 센싱할 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 구동 신호가 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 커패시턴스 값이 변한다. 따라서, 손가락이 터치된 센서와 그렇지 않은 센서 간에 커패시턴스(Capaciance) 값이 달라져 터치 여부를 판단할 수 있다.
터치 스크린(TSP)은 표시패널(DIS)의 상부 편광판 상에 접합되거나, 표시패널(DIS)의 상부 편광판과 상부 기판 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cm 또는 Cs)은 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다.
터치 IC(20)는 터치 전후 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락(또는, 스타일러스 펜)과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. 터치 IC(20)는 수신계 회로군, CPU(40), 제어부(42), 및 구동신호 생성부(46)를 포함한다.
수신계 회로군은 터치 스크린(TSP)의 수신 채널들(도 3의 Rx 채널들, 또는 도 4의 S1~Sm)에 연결된다. 수신계 회로군은 수신 채널들로부터 터치(또는 근접) 입력을 센싱하는 수신 앰프(30)와, 수신 앰프(30)로부터의 아날로그 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부(ADC,32)와, 아날로그-디지털 변환부(ADC,32)로부터의 디지털 센싱신호에서 노이즈 성분을 제거하는 검파부(34), 검파부(34)로부터 입력되는 센싱신호를 저장하는 기억부(36), 기억부(36)에 저장된 센싱신호를 소정의 임계값과 비교하여 임계값보다 큰 센싱시호를 터치 입력 위치의 센싱신호로 도출하는 위치 산출부(38)를 포함한다.
CPU(40)는 위치 산출부(38)로부터의 센싱신호를 미리 설정된 좌표 추출 알고리즘에 적용하여 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표 정보(TDATA(XY))를 산출한다. 그리고, 산출된 좌표 정보(TDATA(XY))를 호스트 시스템(18)에 전송한다. CPU(40)는 호스트 시스템(18)으로부터 터치 구동용 동기신호(SYNC)를 입력받아 제어부(42)에 전달할 수 있다.
제어부(42)는 터치 구동용 동기신호(SYNC)를 기반으로 터치 모듈의 동작을 총괄 제어한다.
구동신호 생성부(46)는 전원부(44)에 연결되어 구동전원을 공급받는다. 구동신호 생성부(46)는 제어부(42)의 제어하에 터치 스크린 구동신호를 생성하여 터치 스크린(TSP)의 송신 채널들(도 3의 Tx 채널들, 또는 도 4의 S1~Sm)을 통해 터치 센서들에 인가한다. 터치 스크린 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있으나, 구형파로 구현됨이 바람직하다. 터치 스크린 구동신호는 수신 앰프(30)에 전하가 N(N은 2 이상의 자연수)회 이상 누적될 수 있도록 터치 센서들 각각에 N회 인가될 수 있다.
표시 모듈은 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14,16), 호스트 시스템(18)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 화소전극, 화소전극에 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), 스캔 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. 스캔 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(18)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.
호스트 시스템(18)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(18)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(18)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(18)은 터치 구동용 동기신호(SYNC)를 터치 IC(20)에 전송하고, 터치 IC(20)로부터 입력되는 터치 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
호스트 시스템(18)은 도 6과 같이 수직 동기신호(Vsync)와 터치 구동용 동기신호(SYNC)를 참조하여 1 프레임 기간을 디스플레이 구동기간(T1)과, 터치센서 구동기간(T2)으로 시분할할 수 있다. 터치 센싱신호에는 디스플레이 노이즈가 혼입될 수 있으며, 특히 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 때에 혼입량이 많아진다. 상기 시분할 구동은 노이즈 영향을 줄이고 터치 센싱의 정확성을 높이는 데 유용하다.
호스트 시스템(18)은 수직 동기신호(Vsync)를 기초로 터치 구동용 동기신호(SYNC)를 생성한 후, 타이밍 콘트롤러(16)와 터치 IC(20)에 전송한다. 한편, 터치 구동용 동기신호(SYNC)는 타이밍 콘트롤러(16) 내에서 생성될 수도 있다.
디스플레이 구동기간(T1) 동안, 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급하고, 스캔 구동회로(14)는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급한다. 한편, 디스플레이 구동기간(T1) 동안, 터치 IC(20)는 동작을 중지한다.
터치센서 구동기간(T2) 동안, 터치 IC(20)는 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들에 터치 스크린 구동신호를 인가하여 터치(또는 근접) 입력 위치를 센싱한다. 한편, 터치센서 구동기간(T2) 동안, 디스플레이 구동회로(12,14,16)는 픽셀들에 연결된 신호 라인들(D1~Dm,G1~Gn)과 터치 센서들 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여 터치스크린 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 크게 증가된다.
[ 스타일러스 펜]
도 7은 본 발명에 따른 스타일러스 펜(200)의 내부 구성을 보여준다.
도 7을 참조하면, 스타일러스 펜(200)은 하우징(280)과, 하우징(280)의 일측 외부로 돌출된 전도성 팁(210)과, 하우징(280) 내부에서 전도성 팁(210)과 연결되는 스위칭부(220)와, 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)으로부터 입력되는 터치스크린 구동신호를 수신하는 수신부(230)와, 수신부(230)로부터의 터치 스크린 구동신호에 기초하여 그에 동기되는 펜 구동신호를 생성하는 신호처리부(250)와, 신호처리부(250)에서 생성된 펜 구동신호를 레벨 쉬프팅한 후 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)에 공급하는 구동부(240)와, 동작에 필요한 구동전원을 생성하는 전원 공급부(260)와, 입출력 인터페이스(270)를 포함하여 이루어진다.
전도성 팁(210)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 수신 전극 및 송신 전극의 역할을 한다. 전도성 팁(210)이 표시 장치(200)의 터치 스크린(TSP) 상에 접촉(Contact) 또는 근접(Hovering)될 때, 그 접촉(또는 근접) 지점에서 전도성 팁(210)은 터치 스크린(TSP)과 커플링된다. 전도성 팁(210)은 접촉(또는 근접) 지점에서 터치 스크린(TSP)으로부터 터치스크린 구동신호를 수신한 후, 그에 동기되도록 스타일러스 펜(200)의 내부에서 생성된 펜 구동신호를 터치 스크린(TSP)의 상기 접촉(또는 근접) 지점에 송신한다.
스위칭부(220)는 전도성 팁(210)이 표시 장치(200)의 터치 스크린(TSP) 상에 접촉(Contact) 또는 근접(Hovering)될 때, 일 시간 동안 전도성 팁(210)과 수신부(230)를 전기적으로 연결하고, 다른 시간 동안 전도성 팁(210)과 구동부(240)를 전기적으로 연결함으로써, 터치스크린 구동신호의 수신 타이밍과 펜 구동신호의 송신 타이밍을 시간적으로 분리한다. 전도성 팁(210)이 수신 전극과 송신 전극 역할을 겸하기 때문에 스타일러스 펜(200)의 구조가 간소해지는 장점이 있다.
수신부(230)는 적어도 하나 이상의 증폭기를 포함하여 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)으로부터 입력되는 터치스크린 구동신호를 증폭할 수 있다. 수신부(230)는 비교기를 포함하여 증폭된 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하고, 그 결과를 신호처리부(250)에 출력한다.
신호처리부(250)는 수신부(230)로부터 입력되는 비교기 출력신호를 1프레임 이상 분석하여 터치스크린 구동신호에 동기되는 펜 구동신호를 생성하여 구동부(240)에 출력한다.
구동부(240)는 레벨 쉬프터를 구비하여 펜 구동신호의 전압 레벨을 터치스크린 구동신호에 맞게 조정한다. 구동부(240)는 레벨 쉬프팅 된 펜 구동신호를 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)에 출력한다.
입출력 인터페이스(270)는 외부로부터의 사용자 누름 동작에 따라 전원 공급부(260)에 연결되어, 수신부(230), 구동부(240) 및 신호처리부(250)에 필요한 전원을 공급한다.
도 8은 본 발명에 따른 스타일러스 펜(200)의 동작 수순을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 입출력 인터페이스(270)와 전원 공급부(260)를 통해 전원이 인가된 상태에서, 전도성 팁(210)을 터치 스크린(TSP)의 소정 지점에 접촉(또는 근접) 시킨다(S1,S2).
터치센서 구동기간 동안 터치 스크린(TSP)의 각 터치 센서에는 터치 스크린 구동신호가 공급되고 있다. 터치센서 구동기간 동안, 전도성 팁(210)은 접촉 시점에 바로 터치 스크린(TSP)과 커플링되어, 터치 스크린(TSP)의 터치 전극으로부터 수신되는 터치 스크린 구동신호를 센싱하고, 센싱된 신호를 수신부(220)에 전달한다. 수신부(220)는 내부의 증폭기를 통해 터치 스크린 구동신호를 증폭하고, 내부 비교기에서 이 증폭된 신호를 기준값과 비교하여 그 결과를 신호처리부(250)에 출력한다(S3).
신호처리부(250)는 수신부(230)로부터 입력되는 비교기 출력신호를 분석하여 터치스크린 구동신호에 동기되는 타이밍을 결정한 후, 이 동기 타이밍에 맞춰 펜 구동신호를 생성하여 구동부(240)에 출력한다. 신호처리부(250)는 동기 타이밍을 결정하기 위해 비교기 출력신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지를 기준으로 이용하지 않고 비교기 출력신호의 중심값을 이용하는 특징이 있다. 이렇게 비교기 출력신호의 중심값을 기준으로 동기 타이밍을 결정하는 경우에는, 외부 노이즈나 호버링 정도에 따라 비교기 출력신호의 펄스폭이 바뀌더라도 동기 타이밍을 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다(S4,S5). 이에 대해서는 도 15 내지 도 18을 통해 상세히 후술한다. 한편, 동기 타이밍을 결정하는 과정은 보통 비교기 출력신호에 대한 1 프레임 이상의 누적치를 통해 수행될 수 있다. 이렇게 하는 이유는 터치스크린 구동신호와 펜 구동신호를 정확히 동기시키기 위함이다.
구동부(240)는 레벨 쉬프터를 구비하여 펜 구동신호의 전압 레벨을 터치스크린 구동신호에 맞게 레벨 쉬프팅(도 17에서 A1이 A2로 레벨 쉬프팅 됨) 한 후, 레벨 쉬프팅 된 펜 구동신호를 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)에 출력한다. 전도성 팁(210)은 펜 구동신호를 터치 스크린의 접촉(또는 근접) 지점에 인가한다(S6).
도 9는 터치센서 구동기간(T2) 내에서 터치 스크린 구동신호와 펜 구동신호가 서로 동기되는 것을 보여준다. 도 10은 도 10은 도 7의 스타일러스 펜에서 수신 및 처리되는 신호의 파형을 보여준다.
도 9및 도 10을 참조하면, 최초 스타일러스 펜(200)의 온 동작에 이어, 스타일러스 펜(200)의 터치 스크린(TSP) 접촉 후, 터치스크린 구동신호(Ts)의 수신 구간(Ra)과 펜 구동신호(Ps)의 송신 구간(Ta) 사이에는 적어도 1 프레임 이상의 신호전환구간이 마련되어 동작의 안정성이 확보된다. 신호처리부(250)는 이 신호전환구간을 이용하여 동기 타이밍을 결정하고 그에 맞춰 펜 구동신호(Ps)를 생성한다.
이후 진행되는 프레임에서는 터치 스크린 구동신호(Ts)에 동기화된 펜 구동신호(Ps)를 전도성 팁(210)을 통해 터치 스크린(TSP)에 송신하는 과정(Ta)과, 전도성 팁(210)을 통해 터치 스크린 구동신호(Ts)를 수신하는 과정(Ra)이 반복적으로 번갈아 진행된다. 최초 펜 구동신호(Ps)를 터치 스크린 구동신호(Ts)에 동기화한 이후에는, 다음 프레임들에서 신호전환구간은 생략될 수 있다.
한편, 도 10에는 터치스크린 구동신호(Ts)의 수신 구간(Ra)과 펜 구동신호(Ps)의 송신 구간(Ta)이 대등하게 도시되어 있지만, 실질적으로는 수신 구간(Ra)의 시간 폭은 터치 반응 속도와 관계되어 있으므로 작을수록 좋고, 상대적으로 송신 구간(Ta)의 시간 폭이 더 크다.
도 11은 도 7에 도시된 스타일러스 펜(200)의 내부 구성을 보다 상세히 보여준다.
도 11을 참조하면, 스타일러스 펜(200)의 입출력단(205)은 전도성 팁(210)과, 스위칭부(220) 이외에 압력센서(215)를 더 구비할 수 있다. 압력센서(215)는 터치 스크린(TSP) 상에 스타일러스 펜(200)이 눌려지는 압력을 센싱하여 신호 처리부(250)에 전송한다. 신호 처리부(250)는 센싱된 압력 레벨에 따라 펜 구동신호(Ps)를 다르게 할 수 있으며, 그에 따라 터치 이벤트 발생시 스타일러스 펜(200)의 감도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
스타일러스 펜(200)의 수신부(230)는 수신버퍼(231), 증폭기(233), 및 비교기(235)를 포함한다. 수신버퍼(231)는 스위칭부(220)를 통해 전달되는 터치스크린 구동신호(Ts)를 수신하여 증폭기(233)에 인가한다. 증폭기(233)는 적어도 2단으로 구성되어 아날로그 레벨의 터치스크린 구동신호(Ts)를 증폭하여 수신 신호의 감도를 높인다. 비교기(235)는 증폭기(233)에서 증폭된 신호를 내부의 기준값과 비교하여, 기준값 이상 또는, 기준값 이하에 대해 디지털 레벨의 비교기 출력신호(COM)를 생성한다. 여기서, 비교기(235)는 증폭기(233)가 반전 증폭기로 구현되는 경우에는 기준값 이상의 신호를 비교기 출력신호(COM)로 이용하고, 증폭기(233)가 비 반전 증폭기로 구현되는 경우에는 기준값 이하의 신호를 비교기 출력신호(COM)로 이용할 수 있다.
스타일러스 펜(200)의 신호 처리부(250)에서는 전술한 바와 같이 비교기 출력신호(COM)를 기초로 터치스크린 구동신호(Ts)에 동기되는 타이밍을 결정한 후, 이 동기 타이밍에 맞춰 디지털 레벨의 펜 구동신호(Ps)를 생성한다.
스타일러스 펜(200)의 구동부(240)에서는 레벨 쉬프터(243)를 통해 펜 구동신호(Ps)의 전압 레벨을 터치스크린 구동신호(Ts)에 맞게 레벨 쉬프팅 한 후, 레벨 쉬프팅 된 펜 구동신호(Ps)를 송신 버퍼(241)를 통해 스위칭부(220)에 출력한다. 그러면, 스위칭부(220)는 펜 구동신호(Ps)를 전도성 팁(210)으로 전달한다.
도 12는 손가락 접촉시에 비해 스타일러스 펜 접촉시 터치 센싱 신호의 감도가 향상되는 것을 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 출원인은 스타일러스 펜으로 터치 스크린을 접촉할 때와, 손가락으로 터치 스크린을 접촉할 때 각각의 터치 센싱 신호의 세기를 실험을 통해 측정하였다. 실험 결과, 손가락 대비 스타일러스 펜을 터치 스크린에 접촉할 때의 센싱 신호의 세기가 크며, 터치 스크린과 전도성 팁간의 커플링된 캐패시턴스의 값이 클수록 센싱 신호의 세기가 더 커짐을 알 수 있었다.
본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린 구동신호에 동기되는 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린에 인가하는 능동형 스타일러스 펜을 포함하여 터치 센싱 신호의 크기를 향상시키는 효과가 있다.
[동기화 방안]
도 13은 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 근접 거리에 따라 터치스크린 구동신호와 펜 구동신호 간의 동기가 틀어지는 일 예를 보여준다. 도 14는 스타일러스 펜을 적용한 터치 센싱 시스템에서 동기화 정도에 따른 터치 센싱 신호의 크기를 보여준다.
스타일러스 펜(200)의 신호 처리부(250)에서는 전술한 바와 같이 비교기 출력신호(COM)를 기초로 터치스크린 구동신호(Ts)에 동기되는 타이밍을 결정한 후, 이 동기 타이밍에 맞춰 디지털 레벨의 펜 구동신호(Ps)를 생성한다.
그런데, 스타일러스 펜으로 수신되는 터치 스크린 구동신호의 크기는 도 13과 같이 터치 스크린과 스타일러스 펜의 근접 거리에 따라 달라진다. 터치 스크린 구동신호의 크기는 근접거리가 가까운 경우(점선 파형)에 비해 근접거리가 먼 경우(실선 파형)에 작아진다. 스타일러스 펜(200)의 비교기(235)에서는 동일한 기준값을 기초로 비교기 출력신호를 생성하기 때문에, 근접거리가 가까운 경우의 제1 비교기 출력신호(점선 파형)와 근접거리가 먼 경우의 제2비교기 출력신호(실선 파형)는 펄스폭이 서로 달라지게 된다.
이 경우, 신호 처리부(250)가 비교기 출력신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지를 동기 타이밍으로 결정하는 경우에는 필연적으로 터치 스크린과 스타일러스 펜의 근접 거리에 따라 동기 타이밍이 달라질 수 밖에 없다. 예를 들어, 도 13과 같이 비교기 출력신호의 라이징 에지를 동기 타이밍으로 결정하고, 라이징 에지로부터 일정 시간(α) 지연 후에 펜 구동신호를 생성하는 경우에는, 제1 비교기 출력신호(점선 파형)와 제2비교기 출력신호(실선 파형)의 위상 차이(ta-tb)만큼 제1 펜 구동신호(Ps#1)과 제2 펜 구동신호(Ps#2) 간에 위상 차이가 생기게 된다. 만약, 제1 펜 구동신호(Ps#1)가 터치스크린 구동신호(Ts)에 동기된 상태라면, 제2 펜 구동신호(Ps#2)는 상기 위상 차이만큼 터치스크린 구동신호(Ts)와의 동기가 틀어진 상태에 있게 된다.
이렇게, 비교기 출력신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지를 기준으로 동기 타이밍을 결정하는 경우에는, 터치 스크린과 스타일러스 펜의 근접 거리, 또는 외부 노이즈에 의해 스타일러스 펜으로 수신되는 터치 스크린 구동신호의 크기가 바뀔 때마다 동기 타이밍도 달라진다. 동기 타이밍이 달라지면 터치 스크린 구동신호(Ts)와 펜 구동신호(Ps) 간의 동기 오차가 생기고, 그에 따라 도 14와 같이 동일 조건(터치 또는 미 터치) 상태에서 터치 센싱 신호의 크기가 일정하게 유지되지 못하고 감소하는 문제가 있다. 동일 조건(터치 또는 미 터치) 상태에서 터치 센싱 신호의 크기가 일정하게 유지되지 못하면, 터치 되지 않는 지점이 터치 지점으로 잘못 인식될 수 있고, 반대로 터치된 지점이 터치되지 않은 지점으로 잘못 인식될 수 있다.
도 15내지 도 17은 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 근접 거리에 상관없이 펜 구동신호를 터치 스크린 구동신호에 정확히 동기 시킬 수 있는 일 방안을 보여준다. 그리고, 도 18은 도 15내지 도 17의 동기 방안을 적용할 때 근접 거리에 따른 터치 센싱 신호의 크기를 보여준다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 신호처리부(250)는 동기 타이밍을 결정하기 위해 비교기 출력신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지를 기준으로 이용하지 않고 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값(tc)을 기준으로 이용한다. 즉, 본 발명의 신호처리부(250)는 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값(tc)을 기준으로 펜 구동신호(Ps)의 출력 타이밍을 결정한다.
본 발명에 따르면, 근접거리가 가까운 경우의 제1 비교기 출력신호(점선 파형)와 근접거리가 먼 경우의 제2비교기 출력신호(실선 파형)의 펄스폭 및 위상이 서로 달라지더라도, 제1 및 제2 비교기 출력신호의 하이 구간 중심값(tc)은 일정하기 때문에, 이 중심값(tc)으로부터 일정 시간(β) 지연 후에 생성되는 제1 펜 구동신호(Ps#1)과 제2 펜 구동신호(Ps#2)는 위상이 어긋나지 않게 된다. 이는, 제1 펜 구동신호(Ps#1)가 터치스크린 구동신호(Ts)에 동기된 상태라면, 제2 펜 구동신호(Ps#2)도 터치스크린 구동신호(Ts)와의 동기를 유지하게 된다는 것을 의미한다.
도 11과 함께 도 16 및 도 17을 참조하여 증폭기(233), 비교기(235), 및 신호 처리부(250)를 통해 본 발명에 따른 동기화 처리를 수행하는 과정(S4)을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 따른 동기화 방안은 증폭기(233)를 통해 터치 스크린으로부터 입력된 터치 스크린 구동신호를 증폭하고, 비교기(235)를 통해 증폭기(233)에서 증폭된 신호와 기준값을 서로 비교하여 그 결과를 신호처리부(250)에 출력한다(S41,S42).
신호처리부(250)는 비교기(235)로부터 동일 펄스폭을 가지며 연속적으로 입력되는 첫번째 비교기 출력신호(SG1)와 두번째 비교기 출력신호(SG2)를 이용하여 펜 구동신호(Ps)의 출력 타이밍을 결정한다. 구체적으로, 신호처리부(250)는 내부의 카운터를 이용하여 첫 번째 비교기 출력신호(SG1)의 하이 구간(Th)을 카운트하고, 그 카운트값을 내부 레지스터에 저장한다. 카운터는 첫 번째 비교기 출력신호(SG1)의 라이징 에지와 폴링 에지 사이 구간을 카운트한다. 신호처리부(250)는 레지스터에 저장된 카운트값을 참조하여 두 번째 비교기 출력신호(SG2)의 하이 구간의 중심값을 찾는다. 신호처리부(250)는 두 번째 비교기 출력신호(SG2)의 라이징 에지(RE)로부터 상기 카운트값의 절반에 해당되는 지점, 즉, 두 번째 비교기 출력신호(SG2)의 하이 구간(Th)/2 이 되는 지점을 기준점으로 정하고, 이 기준점으로부터 소정값(Td)만큼 지연된 시점을 터치스크린 구동신호(Ts)에 동기되는 펜 구동신호(Ps)의 출력 타이밍으로 결정한다(S43,S44). 여기서 펜 구동신호(Ps)의 출력 타이밍으로 결정할 때, 기준점으로부터 소정값(Td)만큼 지연시키는 이유는 동작의 안정성을 확보하기 위함이다.
이렇게 비교기 출력신호의 중심값을 기준으로 펜 구동신호(Ps)의 출력 타이밍을 결정하면, 터치 스크린과 스타일러스 펜의 근접 거리, 또는 외부 노이즈에 의해 터치 스크린 구동신호의 크기가 바뀌더라도 터치스크린 구동신호(Ts)와 펜 구동신호(Ps) 간의 동기는 틀어지지 않게 된다. 그에 따라 도 18과 같이 터치가 이뤄진 상태에서 근접 거리에 상관없이 터치 센싱 신호의 크기가 일정하게 유지되어 터치 성능이 크게 개선된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 스타일러스 펜의 구동을 위한 별도의 추가 회로(또는 추가 전극)를 표시장치에 병설하지 않더라도, 스타일러스 펜의 전도성 팁을 터치 스크린 구동신호와 펜 구동신호를 송수신하는 매개체로 이용함으로써, 터치 센싱의 고 감도를 유지하는 상태에서도 시스템의 구조를 단순화할 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따르면 스타일러스 펜의 구동을 위해 표시장치에 전자기적 센서를 형성할 필요가 필요가 없어 구조가 단순화된 터치 스크린의 구현이 가능하고, 특히 터치 센서가 픽셀 어레에 내장되는 인셀 타입에 적용시 효과가 크다.
스타일러스 펜은 터치 스크린으로부터 입력되는 터치 스크린 구동신호를 기초로 펜 구동신호를 생성함으로써, 터치 구간 기간에서 정확히 펜 접촉(또는 근접) 여부를 검출할 수 있어, 터치 검출의 정확성을 기할 수 있다. 따라서, 고감도 스타일러스 펜의 구현이 가능하고, 터치 검출의 선형성을 유지할 수 있어 터치 성능이 향상될 수 있다. 또한, 이러한 스타일러스 펜을 이용하면 손가락 터치 대비 더 좋은 터치 감도를 구현할 수 있다.
특히, 본 발명은 비교기 출력신호의 중심값을 기준으로 펜 구동신호를 터치스크린 구동신호에 동기시키기 때문에, 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 근접 거리가 바뀌는 것에 상관없이 터치스크린 구동신호와 펜 구동신호 간의 동기를 유지시킴으로써, 동일 조건에서 터치 센싱 신호의 크기를 일정하게 하여 터치 성능을 크게 개선할 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.
100: 표시장치 200: 스타일러스 펜
210: 전도성 팁 220: 스위칭부
230: 수신부 231: 수신버퍼
233: 증폭기 235: 비교기
240: 구동부 241: 송신버퍼
243: 레벨 쉬프터 250: 신호 처리부

Claims (17)

  1. 터치스크린 구동신호가 인가되는 다수의 터치 전극들이 구비된 터치 스크린과, 상기 터치 스크린으로부터 수신되는 상기 터치 스크린 구동신호를 기초로 펜 구동신호를 생성한 후 상기 터치 스크린에 송신하는 스타일러스 펜을 갖는 터치 센싱 시스템에 있어서,
    상기 스타일러스 펜은,
    상기 터치 스크린 구동신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭기;
    상기 증폭 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 비교기 출력신호를 생성하는 비교기; 및
    상기 펜 구동신호를 상기 터치스크린 구동신호에 동기시키기 위해, 상기 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 기준으로 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고, 상기 출력 타이밍에 상기 펜 구동신호를 생성하는 신호 처리부를 포함하는 터치 센싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 비교기로부터 동일 펄스폭을 가지며 연속적으로 입력되는 첫번째 비교기 출력신호와 두번째 비교기 출력신호를 이용하여 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하는 터치 센싱 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    내부의 카운터를 이용하여 상기 첫 번째 비교기 출력신호의 하이 구간을 카운트하고, 그 카운트값을 내부 레지스터에 저장한 후, 상기 카운트 값을 참조하여 상기 두 번째 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 찾는 터치 센싱 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 두 번째 비교기 출력신호의 라이징 에지로부터 상기 카운트값의 절반에 해당되는 지점을 기준점으로 정하고, 상기 기준점으로부터 소정값만큼 지연된 시점을 상기 터치스크린 구동신호에 동기되는 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍으로 결정하는 터치 센싱 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스타일러스 펜은,
    상기 터치 스크린에 접촉 또는 근접시에 상기 터치 스크린과 커플링되어 상기 터치 스크린으로부터 상기 터치스크린 구동신호를 수신함과 아울러 상기 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 송신하는 전도성 팁과,
    상기 전도성 팁에 연결되어, 상기 터치스크린 구동신호를 상기 증폭기에 전달하고, 상기 펜 구동신호를 상기 전도성 팁에 전달하는 스위칭부를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치스크린 구동신호를 수신하는 수신 구간과 상기 펜 구동신호를 송신하는 송신 구간 사이에는 적어도 1 프레임 이상의 신호전환구간이 마련되고,
    상기 신호처리부는 상기 신호전환구간을 이용하여 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고 그에 맞춰 상기 펜 구동신호를 생성하는 터치 센싱 시스템.
  7. 스타일러스 펜을 터치 스크린에 접촉 또는 근접시켜, 상기 스타일러스 펜에 서 터치스크린 구동신호를 수신하는 제1 단계;
    상기 터치 스크린 구동신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 제2 단계;
    상기 증폭 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 비교기 출력신호를 생성하는 제3 단계;
    상기 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 기준으로 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고, 상기 출력 타이밍에 상기 펜 구동신호를 생성하는 제4 단계; 및
    상기 터치스크린 구동신호에 동기되는 상기 펜 구동신호를 상기 스타일러스 펜으로부터 상기 터치 스크린에 송신하는 제5 단계를 포함하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제4 단계에서는,
    동일 펄스폭을 가지며 연속적으로 입력되는 첫번째 비교기 출력신호와 두번째 비교기 출력신호를 이용하여 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제4 단계에서는,
    내부의 카운터를 이용하여 상기 첫 번째 비교기 출력신호의 하이 구간을 카운트하고, 그 카운트값을 내부 레지스터에 저장한 후, 상기 카운트 값을 참조하여 상기 두 번째 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 찾는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제4 단계에서는,
    상기 두 번째 비교기 출력신호의 라이징 에지로부터 상기 카운트값의 절반에 해당되는 지점을 기준점으로 정하고, 상기 기준점으로부터 소정값만큼 지연된 시점을 상기 터치스크린 구동신호에 동기되는 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍으로 결정하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 터치스크린 구동신호를 수신하는 수신 구간과 상기 펜 구동신호를 송신하는 송신 구간 사이에는 적어도 1 프레임 이상의 신호전환구간이 마련되고,
    상기 제4 단계에서는 상기 신호전환구간을 이용하여 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고 그에 맞춰 상기 펜 구동신호를 생성하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  12. 터치 스크린으로부터 수신되는 터치 스크린 구동신호를 기초로 펜 구동신호를 생성한 후 상기 터치 스크린에 송신하는 스타일러스 펜에 있어서,
    상기 터치 스크린 구동신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭기;
    상기 증폭 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 비교기 출력신호를 생성하는 비교기; 및
    상기 펜 구동신호를 상기 터치스크린 구동신호에 동기시키기 위해, 상기 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 기준으로 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고, 상기 출력 타이밍에 상기 펜 구동신호를 생성하는 신호 처리부를 포함하는 스타일러스 펜.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 비교기로부터 동일 펄스폭을 가지며 연속적으로 입력되는 첫번째 비교기 출력신호와 두번째 비교기 출력신호를 이용하여 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하는 스타일러스 펜.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    내부의 카운터를 이용하여 상기 첫 번째 비교기 출력신호의 하이 구간을 카운트하고, 그 카운트값을 내부 레지스터에 저장한 후, 상기 카운트 값을 참조하여 상기 두 번째 비교기 출력신호의 하이 구간의 중심값을 찾는 스타일러스 펜.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 두 번째 비교기 출력신호의 라이징 에지로부터 상기 카운트값의 절반에 해당되는 지점을 기준점으로 정하고, 상기 기준점으로부터 소정값만큼 지연된 시점을 상기 터치스크린 구동신호에 동기되는 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍으로 결정하는 스타일러스 펜.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 터치 스크린에 접촉 또는 근접시에 상기 터치 스크린과 커플링되어 상기 터치 스크린으로부터 상기 터치스크린 구동신호를 수신함과 아울러 상기 펜 구동신호를 상기 터치 스크린에 송신하는 전도성 팁과,
    상기 전도성 팁에 연결되어, 상기 터치스크린 구동신호를 상기 증폭기에 전달하고, 상기 펜 구동신호를 상기 전도성 팁에 전달하는 스위칭부를 더 포함하는 스타일러스 펜.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 터치스크린 구동신호를 수신하는 수신 구간과 상기 펜 구동신호를 송신하는 송신 구간 사이에는 적어도 1 프레임 이상의 신호전환구간이 마련되고,
    상기 신호처리부는 상기 신호전환구간을 이용하여 상기 펜 구동신호의 출력 타이밍을 결정하고 그에 맞춰 상기 펜 구동신호를 생성하는 스타일러스 펜.
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