KR20190016233A - 전자 펜과 연동하는 터치 스크린 - Google Patents

전자 펜과 연동하는 터치 스크린 Download PDF

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KR20190016233A
KR20190016233A KR1020170100169A KR20170100169A KR20190016233A KR 20190016233 A KR20190016233 A KR 20190016233A KR 1020170100169 A KR1020170100169 A KR 1020170100169A KR 20170100169 A KR20170100169 A KR 20170100169A KR 20190016233 A KR20190016233 A KR 20190016233A
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Abstract

본 발명은 전자 펜과 연동하는 터치 스크린에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전자 펜과 연동하는 터치 스크린은, 다수의 로우와 컬럼의 매트릭스로 배열된 다수의 터치 센서들; 상기 터치 센서들과 연결되는 다수의 센서 신호선들; 및 상기 터치 센서들에서 발생하는 셀프 커패시턴스의 터치 신호들을 수신하는 터치 드라이브 IC를 포함하는 터치 스크린에 있어서, 상기 터치 드라이브 IC는, 전자 펜과 연동하기 위해, 상기 다수의 컬럼에 각각 대응되는 다수의 스위치들; 상기 스위치들에 각각 대응되는 다수의 증폭기들; 상기 전자 펜과 상기 터치 센서들 간의 접촉 또는 접근에 의한 위치 정보와 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 검출하여, 외부 호스트로 제공하는 로직부; 상기 위치 정보의 검출을 위해, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되는 제1 신호 경로; 및 상기 버튼 또는 압력 정보의 검출을 위해, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되는 제2 신호 경로를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예와 다른 실시예들도 포함한다.

Description

전자 펜과 연동하는 터치 스크린{Touch screen for interlocking with electronic pen}
본 발명은, 예를 들어, 손가락 등에 의한 터치 검출은 물론, 전자(electronic) 펜과 연동하는 터치 스크린에 관한 것이다.
일반적으로 터치 스크린은, 스마트 폰, PDA(Personal Digital Assistants), 그리고 PMP(Portable Multimedia Player) 등과 같은 모바일 기기는 물론, 네비게이션, 넷북, 노트북, DID(Digital Information Device), 그리고 IPTV(Internet Protocol TV) 등과 같은 다양한 유형의 전자 장치에 적용될 수 있다.
상기 터치 스크린은, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 그리고 OLED(Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 위에 부가되는 온셀(On-cell) 타입의 터치 스크린과, 상기 디스플레이 내부에 일체형으로 내장되는 인셀(In-cell) 타입의 터치 스크린으로 구분될 수 있다.
상기 터치 스크린이 적용되는 디스플레이는, 터치 스크린 부착형(add-on type) 디스플레이, 터치 스크린 상판형(on-cell type) 디스플레이, 그리고 터치 스크린 내장형(in-cell type) 디스플레이 등으로 다양하게 구분될 수 있다.
상기 터치 스크린은, 예를 들어, 저항막 방식, 정전용량 방식, 전자기 유도 방식, 적외선 방식, 또는 초음파 방식 등과 같은 다양한 유형의 터치 검출 방식이 적용될 수 있다.
상기 정전용량 방식의 터치 스크린은, 손가락 또는 전자 펜 등과 같은 터치 입력 도구가, 상기 터치 스크린에 배열된 터치 센서(touch sensor)에 접촉 또는 접근함에 따라, 상기 터치 센서에서 발생하는 터치 커패시턴스(Ct: touch capacitance)에 의한 전압 변화에 기반하여, 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다.
상기 정전용량 방식의 터치 스크린은, 상호(mutual) 커패시턴스 방식과, 셀프(self) 커패시턴스 방식 등으로 구분될 수 있다. 상기 상호 커패시턴스 방식은, 서로 다른 레이어(layer)에 배치된 송신(Tx) 터치 센서와 수신(Rx) 터치 센서가 한 쌍으로 연동하여, 터치 커패시턴스를 발생시키는 방식이다.
상기 셀프 커패시턴스 방식은, 하나의 터치 센서가 자체적으로 터치 커패시턴스를 발생시키는 방식이다. 상기 상호 커패시턴스 방식의 터치 스크린과 상기 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린은, 공지 기술이므로 구체적인 기술 설명은 생략한다.
도 1은 일반적인 터치 스크린의 구성을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 터치 스크린(100)은, 예를 들어, 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린이고, 다수의 터치 센서들(10)과, 다수의 센서 신호선들(11), 그리고 터치 드라이브 IC(TDI: Touch Drive IC)(30) 등을 포함할 수 있다.
상기 터치 센서들(10)은, 다수의 로우(row)와 컬럼(column)의 매트릭스(matrix)로 배열될 수 있고, 터치 패드, 터치 패턴, 또는 센서 패턴 등과 같은 임의의 다른 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.
상기 센서 신호선들(11)은, 상기 터치 센서들(10)에 연결되어, 상기 터치 센서들에 의해 발생하는 터치 커패시턴스(Ct)를, 상기 터치 드라이브 IC(30)로 전달하며, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 각 컬럼에 속하는 터치 센서들의 일측(예: 우측)에 나란히 배열될 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)은, 상기 터치 센서들(10)을 구동하고, 상기 터치 센서들에서 발생하는 터치 커패시턴스(Ct)를 상기 센서 신호선들(11)을 통해 수신하여, 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있으며, 터치 IC 등과 같은 임의의 다른 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)은, 터치 구동을 위한 구동부(31), 터치 검출을 위한 터치 검출부(32), 터치 신호 처리를 위한 신호 처리부(33), 터치 데이터 저장을 위한 메모리부(34), 전원 공급을 위한 전원부(35), 터치 구동 및 검출 제어를 위한 컨트롤러(36), 터치 검출의 타이밍 제어를 위한 타이밍 제어부(37), 터치 구동 전압 생성을 위한 전압 생성부(38), 그리고 외부 통신을 위한 통신부(39) 등을 모두 포함하거나 일부 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러(36)는, 상기 구성 요소들 중 하나 이상을 제어함과 아울러, 상기 통신부(39)를 통해 외부 구성 요소와의 인터페이스를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨트롤러(36)는, 상기 통신부(36)을 통해, 디스플레이 드라이브 IC(DDI: Display Drive IC)와 연동하거나, 스마트 폰 등과 같은 전자 장치의 씨피유(CPU) 등과 연동할 수 있고, 상기 터치 검출부(32)와 상기 신호 처리부(33), 그리고 상기 타이밍 제어부(37) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 최근에는, 손가락 등에 의한 터치 검출은 물론, 전자 펜과 연동하는 터치 스크린이 상용화되고 있다. 예를 들어, 상기 전자 펜은, 스타일러스(stylus) 펜, 액티브(active) 펜, 또는 디지털(digital) 펜 등과 같은 임의의 다른 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.
상기 전자 펜은, 양방향 통신의 전자 펜과, 단방향 통신의 전자 펜 등으로 구분될 수 있다. 상기 양방향 통신의 전자 펜은, 예를 들어, 블루투스(bluetooth) 등과 같은 근거리 무선 통신을 통해, 상기 터치 스크린과 양방향 통신을 수행할 수 있으며, 이를 위해, 상기 전자 펜과 터치 스크린에는, 양방향 통신 모듈이 각각 구비되어야 한다.
상기 단방향 통신의 전자 펜은, 예를 들어, FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식의 무선 주파수 신호 등을, 상기 터치 스크린에 매트릭스 형태로 배열된 터치 센서를 통해 단방향으로 전송할 수 있으며, 이로 인해, 상기 터치 스크린에는, 별도의 통신 모듈이 구비되지 않아도 된다.
본 발명은, 예를 들어, 다수의 로우와 컬럼의 매트릭스 형태로 터치 센서들이 배열된 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린이, 단방향 통신의 전자 펜과 연동하여, 상기 전자 펜과 터치 센서들 간의 접촉 또는 접근에 의한 위치 정보와 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보 등을 검출할 수 있는, 전자 펜과 연동하는 터치 스크린을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 펜과 연동하는 터치 스크린은, 다수의 로우와 컬럼의 매트릭스로 배열된 다수의 터치 센서들; 상기 터치 센서들과 연결되는 다수의 센서 신호선들; 및 상기 터치 센서들에서 발생하는 셀프 커패시턴스의 터치 신호들을 수신하는 터치 드라이브 IC를 포함하는 터치 스크린에 있어서, 상기 터치 드라이브 IC는, 전자 펜과 연동하기 위해, 상기 다수의 컬럼에 각각 대응되는 다수의 스위치들; 상기 스위치들에 각각 대응되는 다수의 증폭기들; 상기 전자 펜과 상기 터치 센서들 간의 접촉 또는 접근에 의한 위치 정보와 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 검출하여, 외부 호스트로 제공하는 로직부; 상기 위치 정보의 검출을 위해, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되는 제1 신호 경로; 및 상기 버튼 또는 압력 정보의 검출을 위해, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되는 제2 신호 경로를 포함할 수 있다.
상기 전자 펜은, 단방향 통신의 전자 펜이고, 가속도 센서, 압력 센서, 하나 이상의 버튼, 그리고 송신 안테나로 동작하는 팁을 포함할 수 있다.
상기 스위치는, 하나의 컬럼에 속하는 터치 센서들의 개수에 대응되는 다수의 입력 단자들과, 하나의 출력 단자를 포함하고, 상기 입력 단자들 중 하나를 선택하여 상기 출력 단자와 연결하거나, 상기 입력 단자들을 동시에 모두 선택하여 상기 출력 단자와 연결할 수 있다.
상기 제1 신호 경로는, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되되, 다수의 샘플 홀드들(SH: Sample and Hold), 하나의 먹스(MUX), 하나의 프로그램어블 게인 증폭기(PGA: Programmable Gain Amplifier), 그리고 하나의 아날로그 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다.
상기 제2 신호 경로는, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되되, 다수의 히스테리시스(hysteresis) 비교기들을 포함할 수 있다.
상기 제2 신호 경로는, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 배치되는 하나의 먹스와 하나의 히스테리시스(hysteresis) 비교기를 포함할 수 있다.
상기 로직부는, 상기 제1 신호 경로의 출력 신호에 기반하여, 상기 전자 펜의 접근 또는 접촉에 대응되는 터치 센서의 위치 정보를 검출하는 위치 검출기; 상기 제2 신호 경로의 출력 신호에 기반하여, 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 복조 및 복호화하는 복조 및 복호화기; 및 상기 스위치들과, 상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로에 포함된 회로 소자들의 동작 및 타이밍을 제어하는 타이밍 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 로우와 컬럼의 매트릭스 형태로, 다수의 터치 센서들이 배열된 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린이, 손가락 등에 의한 터치 검출은 물론, 단방향 통신의 전자 펜과 연동하여, 상기 전자 펜의 접촉 또는 접근에 대응되는 터치 센서의 위치 정보를 검출할 수 있다.
또한, 상기 터치 스크린이, 상기 전자 펜에서 송신하는 무선 주파수 신호를 터치 센서를 통해 수신하여, 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 검출한 후, 외부 호스트(예: 스마트 폰의 CPU 등)으로 전송함으로써, 상기 전자 펜의 위치 정보와, 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보에 상응하는 동작이, 상기 외부 호스트에 의해 정상적으로 수행되도록 할 수 있다.
도 1은 일반적인 터치 스크린의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 단방향 통신의 전자 펜을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 펜 송신 신호를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 드라이브 IC 내의 추가 구성을 예시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 스위치의 구성 및 온/오프 상태들을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 비교기의 구성을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로직부의 구성을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시분할 방식의 핑거 구간과 펜 구간을 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 드라이브 IC 내의 추가 구성을 예시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린은, 다수의 로우와 컬럼의 매트릭스 형태로, 다수의 터치 센서들이 배열된 셀프(self) 커패시턴스 방식의 터치 스크린일 수 있다.
상기 터치 스크린은, 손가락 등에 의한 터치 검출은 물론, 단방향 통신의 전자 펜과 연동하여, 상기 전자 펜의 접촉 또는 접근에 의한 위치 정보와 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 검출할 수 있다.
상기 터치 스크린은, 상기 정보를, 외부 호스트(예: 스마트 폰의 CPU 등)로 전송하여, 상기 전자 펜의 위치 정보와, 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보에 상응하는 동작이, 상기 외부 호스트에 의해 정상적으로 수행되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 단방향 통신의 전자 펜을 예시한 도면이다. 상기 전자 펜(200)은, 단방향 통신의 전자 펜이고, 가속도 센서(accelerometer), 압력 센서(pressure sensor), 하나 이상의 버튼(button), 그리고 송신 안테나로 동작하는 팁(tip) 등을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 전자 펜(200)은, 예를 들어, 펜 형상의 본체(20)를 포함할 수 있고, 클릭 버튼(click button)(21), 삭제 버튼(erase button)(22), 그리고 팁(tip)(28) 등이, 상기 본체(20)의 외부로 돌출될 수 있다.
상기 클릭 버튼(21)은, 예를 들어, 통상적인 컴퓨터 마우스의 우측 버튼 등에 해당하는 제1 기능 키(function key 1)일 수 있고, 상기 삭제 버튼(22)은, 라인(line) 또는 페이지(page) 삭제 버튼 등에 해당하는 제2 기능 키(function key 2)일 수 있다.
상기 팁(28)은, 예를 들어, 전도성 재질로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 사용자에 의해 인가되는 압력에 의해 수직 이동이 가능하며, 무선 주파수 신호를 송신하는 지향성 송신 안테나의 기능을 수행할 수 있다.
상기 본체(20)의 내부에는, 전원 소스(23), 센서 유니트(24), 펄스 발생기(25), 엔코더(26), 송신기(27) 등이 포함될 수 있다. 상기 전원 소스(23)는, 배터리를 포함할 수 있고, 상기 센서 유니트(24)는, 가속도 센서와 압력 센서 등을 포함할 수 있다.
상기 가속도 센서는, 예를 들어, 상기 전자 펜의 사용 여부 판단에 이용될 수 있고, 상기 압력 센서는, 상기 팁(28)의 수직 이동에 따라, 실시간으로 인가되는 압력 레벨 측정에 이용될 수 있다.
상기 센서 유니트(24)와, 상기 펄스 발생기(25), 그리고 상기 엔코더(25)는, 예를 들어, 하나의 ASIC(Application Specific IC)으로 제작될 수 있고, 상기 펄스 발생기(25)는, 사전에 설정된 고유 주파수의 펄스 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 엔코더(25)는, 예를 들어, 상기 클릭 버튼(21)와 상기 삭제 버튼(22)의 키 입력 상태에 해당하는 디지털 값과, 상기 압력 센서의 압력 레벨에 해당하는 디지털 값을 부호화하여, 상기 펄스 신호에 포함시킬 수 있다.
상기 송신기(27)은, 지향성 송신 안테나의 기능을 수행하는 상기 팁(28)을 통해, 상기 펄스 신호를 무선 주파수 신호(예: FSK 변조 신호 등)로 송신할 수 있다.
상기 전자 펜은, 예를 들어, 슬립(slip) 모드에서, 상기 가속도 센서에 의해, 사전에 설정된 기준 값 이상의 가속도가 검출되면, 동작(operating) 모드로 전환할 수 있다. 상기 전자 펜의 구성 및 동작은 공지 기술에 해당하므로, 구체적인 기술 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 펜 송신 신호를 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 전자 펜(100)의 팁(28)을 통해 송신되는 무선 주파수 신호는, 예를 들어, 펜 송신 신호(Pen TX Signal) 등과 같은 임의의 명칭으로 다양하게 일컬어질 수 있다.
상기 펜 송신 신호는, 도 3에 도시한 바와 같이, 비콘(Beacon) 구간, 버튼 또는 디지털(Button or Digital) 구간, 그리고 압력(Pressure) 구간 등으로 구분될 수 있다.
상기 비콘 구간에는, 예를 들어, 사전에 설정된 32 개의 클럭의 동기(sync) 신호가 포함될 수 있고, 상기 버튼 또는 디지털 구간에는, 클릭 버튼 또는 삭제 버튼의 키 입력 상태를 나타내는 신호가 포함될 수 있고, 상기 압력 구간에는, 압력 센서에 의해 측정된 압력 레벨을 나타내는 신호가 포함될 수 있다.
상기 비콘 구간은, 상기 펜 송신 신호의 각 프레임(frame) 선두에 할당되고, 상기 버튼 또는 디지털 구간은, 상기 비콘 구간 이후에 연속되고, 상기 압력 구간은, 상기 버튼 또는 디지털 구간과의 소정 인터벌(interval) 이후에 할당될 수 있다.
상기 비콘 구간과 상기 버튼 또는 디지털 구간은, 한 프레임의 버스트(1FBURST) 구간에 해당하고, 각 프레임은, 소정의 인터벌을 갖고 주기적으로 반복되는 것으로, 이는 공지 기술에 해당하므로, 구체적인 기술 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 드라이브 IC 내의 추가 구성을 예시한 도면이다.
본 발명의 실시예는, 도 1를 참조로 전술한 바와 같이 구성되는 셀프 커패시턴스 방식의 터치 스크린(100)에 적용될 수 있고, 상기 터치 스크린에 포함되는 터치 드라이브 IC(30)는, 상기 전자 펜(200)과 연동하기 위해, 다수의 추가 구성들을 포함할 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)는, 예를 들어, 다수의 컬럼에 각각 대응되는 다수의 스위치들(50)과, 상기 스위치들에 각각 대응되는 다수의 증폭기들(51), 그리고 상기 전자 펜과 상기 터치 센서들 간의 접촉(touch) 또는 접근(hovering)에 의한 위치 정보와 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 검출하여, 외부 호스트(예: 스마트 폰의 CPU 등)으로 제공하는 로직부(57) 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)는, 더 나아가, 상기 위치 정보의 검출을 위해, 상기 증폭기들(51)과 상기 로직부(57) 사이에 형성되는 제1 신호 경로(미부호)와, 상기 버튼 또는 압력 정보의 검출을 위해, 상기 증폭기들(51)과 상기 로직부(57) 사이에 형성되는 제2 신호 경로(미부호)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 추가 구성들 중 적어도 하나는, 예를 들어, 도 1을 참조로 전술한 구성 요소들과 겸용 설계될 수 있다.
본 발명의 실시예에 대한 기술 설명의 편의를 위해, 상기 터치 스크린(100)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 16 개의 터치 센서들(10)이, 4 개의 로우(ROW1~ROW4)와 4 개의 컬럼(Col1~Col4)으로 배열되었다고 가정한다.
도 4를 참조하면, 상기 터치 드라이브 IC(30)는, 제1 내지 제4 스위치(50)(SW1~SW4)를 포함하고, 상기 제1 내지 제4 스위치(50)는, 상기 제1 내지 제4 컬럼(Col1~Col4)에 각각 대응되되, 각 스위치(50)는, 4 개의 입력 단자와 1 개의 출력 단자를 포함할 수 있다.
상기 각 스위치(50)는, 예를 들어, 상기 로직부(57)에서 발생하는 로우 선택 제어 신호(ROW_SEL)에 따라, 상기 4 개의 입력 단자들 중 1 개를 선택하여, 상기 출력 단자에 연결하거나, 상기 4 개의 입력 단자들을 동시에 모두 선택하여, 상기 출력 단자에 연결할 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)는, 제1 내지 제4 증폭기(51)(AMP1~AMP4)를 포함하고, 상기 제1 내지 제4 증폭기(51)는, 예를 들어, 상기 제1 내지 제4 스위치(50)에 각각 대응되되, 각 증폭기(51)는, 각 스위치(50)의 출력 신호를 증폭하는 전하 증폭기(charge amplifier)일 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)는, 상기 증폭기들(51)과 상기 로직부(57) 사이에 형성되는 제1 신호 경로(미부호)를 포함하되, 상기 제1 신호 경로는, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제4 샘플 홀드(52)(SH: Sample and Hold), 먹스(53)(MUX), 프로그램어블 게인 증폭기(54)(PGA: Programmable Gain Amplifier), 그리고 아날로그 디지털 변환기(55)(ADC: Analog to Digital Converter) 등을 포함할 수 있다.
상기 각 샘플 홀드(52)는, 예를 들어, 상기 로직부(57)에서 발생하는 샘플 홀드 제어 신호(SHb)에 따라, 상기 각 증폭기(51)의 출력 신호를 샘플 홀드하고, 상기 먹스(53)는, 4 개의 입력 단자들과 1 개의 출력 단자를 포함할 수 있다. 상기 먹스(53)는, 예를 들어, 상기 로직부(57)에서 발생하는 컬럼 선택 제어 신호(COL_SEL)에 따라, 상기 4 개의 입력 단자들 중 1 개를 순차적으로 선택하여, 상기 출력 단자에 연결할 수 있다.
상기 프로그램어블 게인 증폭기(54)는, 예를 들어, 상기 로직부(57)에서 발생하는 게인 제어 신호(PGA_CTL)에 따라, 상기 먹스(53)의 출력 신호를 논리적(logic)으로 가변하여 증폭할 수 있다.
상기 아날로그 디지털 변환기(55)는, 상기 프로그램어블 게인 증폭기(54)의 출력 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여, 상기 전자 펜의 접촉 또는 접근에 의해 발생하는 디지털 신호를, 상기 로직부(57)로 제공할 수 있다. 상기 디지털 신호는, 상기 전자 펜(200)의 팁(28)을 통해 송신되는 무선 주파수 신호의 신호 세기 등에 비례할 수 있다.
상기 터치 드라이브 IC(30)는, 상기 증폭기들(51)과 상기 로직부(57) 사이에 형성되는 제2 신호 경로(미부호)를 포함하되, 상기 제2 신호 경로는, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제4 비교기(56)(COMP1~COMP4)를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 비교기(56)는, 상기 제1 내지 제4 증폭기(51)에 각각 대응되되, 각 비교기(56)는, 예를 들어, 히스테리시스(Hysteresis) 비교기일 수 있다. 상기 히스테리시스 비교기는, 상기 로직부(57)에서 발생하는 히스테리시스 제어 신호(HYS_CTL)에 따라, 비교기에 인가되는 히스테리시스 전압을 가변하여, 노이즈 등에 의한 출력 신호의 불안정 요소를 제거할 수 있다.
상기 각 비교기(56)는, 상기 전자 펜(200)의 팁(28)을 통해 송신되는 무선 주파수 신호에 대응되는 구형파(square wave)의 디지털 신호를, 상기 로직부(57)로 제공할 수 있다. 상기 구형파의 디지털 신호는, 상기 전자 펜의 버튼 상태 또는 압력 레벨 등을 나타내는 정보를 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 스위치의 구성 및 온/오프 상태들을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 스위치(50)는, 제1 컬럼(Col1)에 대응될 수 있으며, 상기 제1 컬럼에 속하는 4 개의 터치 센서들과 독립적으로 연결하기 위해, 4 개의 입력 단자들과 1 개의 출력 단자를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치(50)는, 상기 로직부(57)에서 발생하는 로우 선택 제어 신호(ROW_SEL)에 따라, 상기 4 개의 입력 단자들 중 1 개를 선택하여, 상기 출력 단자에 연결할 수 있다.
상기 제1 스위치(50)의 내부에는, 상기 로우 선택 제어 신호에 따라, 독립적으로 온/오프 되는 4 개의 온/오프 스위치 단자들(S1~S4)이 포함될 수 있으며, 상기 4 개의 온/오프 스위치 단자들(S1~4)은, 순차적으로 온/오프 될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 스위치(50)는, 제1 컬럼(Col1)에 대응되고, 4 개의 입력 단자들과 1 개의 출력 단자, 그리고 4 개의 온/오프 스위치 단자들(S1~S4)이 포함되되, 상기 4 개의 온/오프 스위치 단자들(S1~S4)은, 상기 로직부(57)에서 발생하는 로우 선택 제어 신호(ROW_SEL)에 따라, 동시에 모두 온/오프 될 수 있다.
상기 제1 스위치(50)가, 도 5에 도시한 바와 같이 동작하는 경우, 상기 제1 스위치(50)는, 4 개의 입력 단자와 1 개의 출력 단자를 포함하는 통상적인 먹스(MUX)로 대체될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 비교기의 구성을 예시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 비교기(56)는, 전술한 바와 같이, 히스테리시스 비교기일 수 있으며, 상기 제1 증폭기(51)의 출력 신호를 입력으로 하는 제1 입력 단자(AIN)와, 사전에 설정된 기준 전압을 입력으로 하는 제2 입력 단자(VREF), 그리고 1 개의 출력 단자(DOUT)를 포함할 수 있다.
상기 제1 비교기(56)는, 더 나아가, 상기 로직부(57)에서 발생하는 히스테리시스 제어 신호(HYS_CTL)에 따라 가변되는 히스테리시스 전압이 인가될 수 있다.
예를 들어, 상기 히스테리시스 전압은, 노이즈 등에 의한 출력 신호의 불안정 요소를 제거하기 위한 것으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 히스테리시스 전압을 가변하기 위해, 다수의 저항들(R1~RN)과 다수의 온/오프 스위치 단자들(S1~SN+1)이 포함될 수 있으며, 상기 스위치 단자들 중 하나가, 상기 히스테리시스 제어 신호(HYS_CTL)에 따라 온 상태가 될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로직부의 구성을 예시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 로직부(57)는, 상기 전자 펜과 터치 센서들 간의 접촉(touch) 또는 접근(hovering)에 의한 위치 정보와 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 검출할 수 있다.
상기 로직부(57)는, 상기 제1 신호 경로의 출력 신호에 기반하여, 상기 전자 펜의 접근 또는 접촉에 대응되는 터치 센서의 위치 정보를 검출하는 위치 검출기(571)를 포함할 수 있다.
상기 위치 검출기(571)은, 예를 들어, 상기 제1 신호 경로에 포함되는 샘플 홀드(52), 먹스(53), 프로그램어블 게인 증폭기(54), 그리고 아날로그 디지털 변환기(55)를 통해 입력되는 디지털 신호에 기반하여, 상기 전자 펜(200)의 팁(28)을 통해 송신되는 무선 주파수 신호의 신호 세기를 검출할 수 있다.
상기 위치 검출기(571)은, 더 나아가, 가장 높은 신호 세기가 검출된 임의의 터치 센서의 위치 좌표 값을 검출하여, 상기 전자 펜에 의한 터치 위치 또는 호버링 위치 등을 검출할 수 있다.
상기 로직부(57)는, 상기 제2 신호 경로의 출력 신호에 기반하여, 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 복조 및 복호화하는 복조 및 복호화기(572)를 포함할 수 있다. .
상기 복조 및 복호화기(572)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2 신호 경로에 포함되는 제1 내지 제4 비교기(56)의 출력 신호들을 입력으로 하는 4 개의 입력 단자들을 포함할 수 있다.
상기 복조 및 복호화기(572)는, 상기 제1 내지 제4 비교기(56)의 출력 신호인 구형파의 디지털 신호를 각각 복조 및 복호화하여, 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 검출할 수 있다.
상기 로직부(57)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 스위치들과, 상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로에 포함된 회로 소자들의 동작 및 타이밍을 제어하는 타이밍 제어기(573)를 포함할 수 있다.
상기 타이밍 제어기(573)는, 예를 들어, 시분할 방식(time sharing method) 등을 이용하여, 상기 터치 드라이브 IC(30)의 동작 구간을, 손가락 터치 검출 구간인 핑거(finger) 구간과, 전자 펜 연동 구간인 펜(pen) 구간으로 구분할 수 있으며, 상기 펜 구간이 되면, 상기 스위치들(50)을 제어하기 위한 로우 선택 제어 신호(ROW_SEL)를 출력하고, 상기 로우 선택 제어 신호에 기준하여, 샘플 홀드 제어 신호(SHb)와 컬럼 선택 제어 신호(COL_SEL) 등의 출력 타이밍을 조절할 수 있다.
상기 로직부(57)은, 상기 위치 검출기(571), 상기 복조 및 복호화기(572), 그리고 상기 타이밍 제어기(573)와 각각 연동하는 프로세서(574)와 스토리지(575)를 포함할 수 있다.
상기 프로세서(574)는, 예를 들어, 마이크로 컨트롤러 유니트(MCU: Micro Controller Unit) 등일 수 있고, 도 1에 도시한 컨트롤러(36)에 포함되거나, 별도의 구성일 수 있으며, 상기 위치 검출기(571), 상기 복조 및 복호화기(572), 그리고 상기 타이밍 제어기(573) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 프로세서(574)는, 상기 위치 검출기(571)에서 검출된 위치 정보, 예를 들어, 터치 위치 좌표 값과, 상기 복조 및 복호화기(572)에서 검출된 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를, 외부 호스트(예: 스마트 폰의 CPU 등)으로 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시분할 방식의 핑거 구간과 펜 구간을 예시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 전술한 바와 같이, 상기 타이밍 제어기(573)은, 시분할 방식을 이용하여, 상기 터치 드라이브 IC(30)의 동작 구간을, 손가락 터치 검출 구간인 핑거(finger) 구간과, 전자 펜 연동 구간인 펜(pen) 구간으로 구분할 수 있다.
상기 타이밍 제어기(573)은, 사전에 설정된 제1 모드(Mode 1)가 되면, 상기 핑거 구간(T1)을 길게 할당하고, 상기 펜 구간(T2)을 짧게 할당할 수 있다. 여기서, 상기 펜 구간(T2)은, 예를 들어, 상기 핑거 구간(T1)에 대해 10% 미만의 시간으로 할당될 수 있다.
상기 타이밍 제어기(573)은, 상기 펜 구간(T2)으로 전환하는 시점(T0)에, 상기 로우 선택 제어 신호(ROW_SEL)를 상기 제1 내지 제4 스위치들(50)로 출력하는 일련의 타이밍 제어 동작을 수행하여, 상기 프로세서(574)가, 상기 제1 모드 동안, 전자 펜의 사용 여부를 주기적으로 감시할 수 있게 된다.
상기 타이밍 제어기(573)은, 상기 감시 결과에 기반하여, 사전에 설정된 제2 모드(Mode 2)가 되면, 상기 핑거 구간(T1)을 짧게 할당하고, 상기 펜 구간(T2)을 길게 할당할 수 있다. 여기서, 상기 핑거 구간(T1)은, 예를 들어, 상기 펜 구간(T2)에 대해 10% 미만의 시간으로 할당될 수 있다.
상기 타이밍 제어기(573)은, 상기 펜 구간(T2) 동안, 상기 로우 선택 제어 신호(ROW_SEL)의 출력 타이밍에 기반하여, 상기 샘플 홀드 제어 신호(SHb), 상기 컬럼 선택 제어 신호(COL_SEL), 상기 게인 제어 신호(PGA_CTL), 그리고 히스테리시스 제어 신호(HYS_CTL)의 출력 타이밍을 제어할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 드라이브 IC 내의 추가 구성을 예시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 터치 드라이브 IC(30)에는, 도 4를 참조로 전술한 바와 같이, 다수의 추가 구성들이 포함되되, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제2 신호 경로(미부호)에는, 상기 제1 내지 제4 증폭기(51)의 출력 신호를 각각 입력으로 하는 4 개의 입력 단자와 1 개의 출력 단자를 갖는 하나의 먹스(MUX2)(58)과 하나의 히스테리시스 비교기(56)가 포함될 수 있다.
상기 하나의 먹스(58)는, 상기 로직부(57)에서 발생하는 비교 선택 제어 신호(COM_SEL)에 따라, 상기 4 개의 입력 단자 중 1 개를 순차적으로 선택하여, 상기 출력 단자에 연결할 수 있다.
상기 비교기(56)은, 상기 로직부(57)에서 발생하는 히스테리시스 제어 신호(HYS_CTL)에 따라, 비교기에 인가되는 히스테리시스 전압을 가변하여, 노이즈 등에 의한 출력 신호의 불안정 요소를 제거할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예는, 도 4의 추가 구성 보다 간소화된 구성으로, 터치 드라이브 IC를 설계할 수 있다.
본 발명은, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
50: 스위치 51: 증폭기
52: 샘플 홀드 53: 먹스
54: 프로그램어블 게인 증폭기 55: 아날로그 디지털 변환기
56: 비교기 57: 로직부
571: 위치 검출기 572: 복조 및 복호화기
573: 타이밍 제어기 574: 프로세서
575: 스토리지

Claims (7)

  1. 다수의 로우와 컬럼의 매트릭스로 배열된 다수의 터치 센서들;
    상기 터치 센서들과 연결되는 다수의 센서 신호선들; 및
    상기 터치 센서들에서 발생하는 셀프 커패시턴스의 터치 신호들을 수신하는 터치 드라이브 IC를 포함하는 터치 스크린에 있어서,
    상기 터치 드라이브 IC는, 전자 펜과 연동하기 위해,
    상기 다수의 컬럼에 각각 대응되는 다수의 스위치들;
    상기 스위치들에 각각 대응되는 다수의 증폭기들;
    상기 전자 펜과 상기 터치 센서들 간의 접촉 또는 접근에 의한 위치 정보와 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 검출하여, 외부 호스트로 제공하는 로직부;
    상기 위치 정보의 검출을 위해, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되는 제1 신호 경로; 및
    상기 버튼 또는 압력 정보의 검출을 위해, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되는 제2 신호 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜과 연동하는 터치 스크린.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 펜은, 단방향 통신의 전자 펜이고,
    가속도 센서, 압력 센서, 하나 이상의 버튼, 그리고 송신 안테나로 동작하는 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜과 연동하는 터치 스크린.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는, 하나의 컬럼에 속하는 터치 센서들의 개수에 대응되는 다수의 입력 단자들과, 하나의 출력 단자를 포함하고,
    상기 입력 단자들 중 하나를 선택하여 상기 출력 단자와 연결하거나,
    상기 입력 단자들을 동시에 모두 선택하여 상기 출력 단자와 연결하는 것을 특징으로 하는 전자 펜과 연동하는 터치 스크린.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 경로는, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되되,
    다수의 샘플 홀드들(SH: Sample and Hold), 하나의 먹스(MUX), 하나의 프로그램어블 게인 증폭기(PGA: Programmable Gain Amplifier), 그리고 하나의 아날로그 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜과 연동하는 터치 스크린.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 신호 경로는, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 형성되되,
    다수의 히스테리시스(hysteresis) 비교기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜과 연동하는 터치 스크린.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 신호 경로는, 상기 증폭기들과 상기 로직부 사이에 배치되는 하나의 먹스와 하나의 히스테리시스(hysteresis) 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜과 연동하는 터치 스크린.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로직부는,
    상기 제1 신호 경로의 출력 신호에 기반하여, 상기 전자 펜의 접근 또는 접촉에 대응되는 터치 센서의 위치 정보를 검출하는 위치 검출기;
    상기 제2 신호 경로의 출력 신호에 기반하여, 상기 전자 펜의 버튼 또는 압력 정보를 복조 및 복호화하는 복조 및 복호화기; 및
    상기 스위치들과, 상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로에 포함된 회로 소자들의 동작 및 타이밍을 제어하는 타이밍 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 펜과 연동하는 터치 스크린.
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