KR20210127665A - 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법 - Google Patents

터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법 Download PDF

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KR20210127665A
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Abstract

본 실시예들은, 디스플레이, 터치 센싱 및 펜 터치 센싱을 효율적으로 제공할 수 있으며, 특히, 멀티 펜 인식을 가능하게 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법에 관한 것이다.

Description

터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법{TOUCH DISPLAY DEVICE, ACTIVE PEN, TOUCH SYSTEM, TOUCH CIRCUIT, AND PEN RECOGNITION METHOD}
본 실시예들은 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 터치 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display Device), 플라즈마 표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치는, 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공한다.
이러한 터치 기반의 입력 방식을 제공하기 위해서는, 사용자의 터치 유무를 파악하고 터치 좌표를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.
이를 위해, 종래에는, 저항막 방식, 캐패시턴스 방식, 전자기 유도 방식, 적외선 방식, 초음파 방식 등의 다양한 터치 방식 중 하나의 터치 방식을 채용하여 터치가 가능한 표시장치를 제공한다.
이러한 여러 가지의 터치 방식 중에서, 터치스크린 패널에 형성된 다수의 터치 전극을 통해 터치 전극 간의 캐패시턴스 또는 터치 전극과 손가락 등의 포인터 간의 캐패시턴스의 변화를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 캐패시턴스 터치 방식이 많이 채용되고 있다.
한편, 터치 표시 장치의 제작 편리성 향상 및 사이즈 축소 등을 위하여, 터치 전극들로 이루어지는 터치스크린 패널을 디스플레이 패널에 내장하기 위한 시도들이 이루어지고 있다.
또한, 손가락 등 이외에도, 정교한 펜 터치 입력에 대한 요구 증대에 따라 펜 터치 기술에 대한 개발도 이루어지고 있다.
하지만, 터치 표시 장치가 기본적으로 디스플레이 기능을 제공해주면서, 손가락 등의 터치와 펜 터치를 함께 효율적으로 제공해주는 데 상당한 어려움이 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예들의 목적은, 디스플레이, 터치 센싱(손가락 등의 터치 센싱) 및 펜 터치 센싱을 효율적으로 제공할 수 있는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 다른 목적은, 디스플레이 성능 및 터치 성능을 저하시키지 않으면서 펜 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 여러 개의 펜 터치 입력을 동시에 가능하게 하는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 여러 개의 펜 터치 입력을 서로 정확하게 구별하여 처리할 수 있는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 또 다른 목적은, 하나의 펜뿐만 아니라 여러 개의 펜에 대하여, 위치, 압력, 틸트 및 버튼 등에 대한 인식을 가능하게 하는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 다수의 데이터 라인 및 다수의 게이트 라인이 배치되며, 다수의 데이터 라인 및 다수의 게이트 라인에 의해 정의되는 다수의 서브픽셀이 배열된 다수의 터치 전극이 내장된 표시 패널과, 다수의 데이터 라인을 구동하는 데이터 구동 회로와, 다수의 게이트 라인을 구동하는 게이트 구동 회로와, 다수의 터치 전극을 구동하는 터치 구동 회로를 포함하는 터치 표시 장치를 제공할 수 있다.
이러한 터치 표시 장치에서, 하나의 프레임 구간을 둘 이상의 디스플레이 구간과 둘 이상의 터치 구간으로 나누어서 구동할 수 있다.
또한, 터치 표시 장치에서, 둘 이상의 터치 구간 동안, 액티브 펜과 액티브 펜이 아닌 터치 대상 체를 센싱할 수 있다.
둘 이상의 터치 구간은, 표시 패널에서 액티브 펜으로 비콘 신호를 전송하는 구간을 포함할 수 있다.
액티브 펜은, 비콘 신호를 토대로 패널 정보 및 패널 상태를 판단할 수 있다.
액티브 펜은, 비콘 신호를 토대로 펜 검색 모드와 펜 모드 중 하나를 터치 패널 상태로 판단할 수 있다.
펜 검색 모드에서는, 액티브 존재 여부 및 액티브 펜 위치를 인식할 수 있다.
펜 모드에서는, 액티브 펜의 위치 및 각종 데이터를 액티브 펜으로부터 수신할 수 있다. 화면 전 영역에 대한 풀-센싱을 통해 새로운 액티브 펜이 추가되는 경우, 새로운 액티브 펜의 위치 및 관련 데이터를 전송할 수 있다.
다수의 터치 전극 각각은, 신호 라인을 통해 터치 구동 회로와 연결될 수 있다.
다수의 터치 전극 각각은, 하나의 서브픽셀 영역의 크기보다 클 수 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널과, 표시 패널에 구동 신호를 공급하고, 구동 신호에 응답하여 수신되는 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 터치 회로를 포함하는 터치 표시 장치를 제공할 수 있다.
하나의 프레임 구간은 디스플레이 구간과 블랭크 구간을 반복적으로 포함할 수 있다.
하나의 프레임 구간 내 다수의 블랭크 구간 중 둘 이상의 블랭크 구간에서는, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호들이 표시 패널에 방사될 수 있다.
터치 회로는 펜 신호들을 토대로 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 둘 이상의 액티브 펜과, 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널과, 표시 패널에 구동 신호를 공급하고 구동 신호에 응답하여 수신되는 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 터치 회로가 포함된 터치 표시 장치를 포함하는 터치 시스템을 제공할 수 있다.
터치 표시 장치에서 하나의 프레임 구간은 디스플레이 구간과 블랭크 구간을 반복적으로 포함하고, 하나의 프레임 구간 내 다수의 블랭크 구간 중 둘 이상의 블랭크 구간에서는, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호들이 표시 패널에 방사될 수 있다.
터치 표시 장치의 터치 회로는 펜 신호들을 토대로 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜으로서, 터치 표시 장치의 표시 패널과 접촉 또는 비 접촉 하는 둘 이상의 펜 팁과, 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 압력을 센싱하고, 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 표시 패널에 인가되는 구동 신호를 수신하고, 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 표시 패널에 펜 신호를 출력하는 처리부를 포함하는 액티브 펜을 제공할 수 있다.
펜 신호는 2개의 디스플레이 구간 사이의 블랭크 구간에서 표시 패널로 출력될 수 있다.
펜 신호가 표시 패널로 출력되는 블랭크 구간 동안, 다른 액티브 펜에서도 표시 패널로 펜 신호가 출력될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널에 구동 신호를 공급하고, 구동 신호에 응답하여 발생된 신호를 표시 패널을 통해 검출하는 제1 회로와, 제1 회로에서 검출된 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 제2 회로를 포함하는 터치 회로를 제공할 수 있다.
제1 회로는, 하나의 프레임 구간 내 다수의 블랭크 구간에서 동작하되, 하나의 프레임 구간 내 서로 다른 둘 이상의 블랭크 구간 동안, 표시 패널에 구동 신호를 공급하고, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호들을 표시 패널을 통해 검출할 수 있다.
제2 회로는, 펜 신호들을 토대로 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 표시 장치의 펜 인식 방법으로서, 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널에 구동 신호를 공급하고, 구동 신호에 응답하여 발생된 신호를 표시 패널을 통해 검출하는 제1 단계와, 제1 단계에서 검출된 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 제2 단계를 포함하는 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
제1 단계에서, 터치 표시 장치는, 하나의 프레임 구간 내 다수의 블랭크 구간에서 동작하되, 하나의 프레임 구간 내 서로 다른 둘 이상의 블랭크 구간 동안, 표시 패널에 구동 신호를 공급하고, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호들을 표시 패널을 통해 검출할 수 있다.
제2 단계에서, 터치 표시 장치는, 펜 신호들을 토대로 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널과, 표시 패널에 구동 신호를 공급하고, 구동 신호에 응답하여 수신되는 신호를 토대로, 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 터치 회로를 포함하는 터치 표시 장치를 제공할 수 있다.
디스플레이 구동이 진행되는 2개의 디스플레이 구간 사이마다 블랭크 구간이 존재하고, 다수의 블랭크 구간 중, 표시 패널이 액티브 펜으로부터 펜 신호를 수신하는 서로 다른 3개의 블랭크 구간에 해당하는 제1 블랭크 구간, 제2 블랭크 구간 및 제3 블랭크 구간이 존재할 수 있다.
터치 회로는, 제1 블랭크 구간 동안, 액티브 펜에서 출력된 펜 신호를 표시 패널을 통해 수신하여 액티브 펜의 위치를 감지하고, 제2 블랭크 구간 동안, 액티브 펜에서 출력된 펜 신호를 표시 패널을 통해 수신하여 액티브 펜의 위치를 감지하고, 제3 블랭크 구간 동안, 액티브 펜에서 출력된 펜 신호를 표시 패널을 통해 수신하여 액티브 펜의 위치를 감지할 수 있다.
제1 블랭크 구간을 통해 감지된 액티브 펜의 위치와, 제2 블랭크 구간을 통해 감지된 액티브 펜의 위치와, 제3 블랭크 구간을 통해 감지된 액티브 펜의 위치 중 적어도 하나가 다르더라도, 제1 블랭크 구간과 제2 블랭크 구간 사이의 시간적 간격과, 제2 블랭크 구간과 제3 블랭크 구간 사이의 시간적 간격은 동일할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜으로서, 터치 표시 장치의 표시 패널과 접촉 또는 비 접촉 하는 둘 이상의 펜 팁과, 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 압력을 센싱하고, 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 표시 패널에 인가되는 구동 신호를 수신하고, 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 표시 패널에 펜 신호를 발생시키는 처리부를 포함하는 액티브 펜을 제공할 수 있다.
액티브 펜의 위치를 감지하기 위해 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 표시 패널에 발생되는 펜 신호는, 디스플레이 구동이 진행되는 2개의 디스플레이 구간 사이마다 존재하는 블랭크 구간 중에서 서로 다른 3개의 블랭크 구간에 해당하는 제1 블랭크 구간, 제2 블랭크 구간 및 제3 블랭크 구간에서 발생될 수 있다. 제1 블랭크 구간에서 액티브 펜의 위치와, 제2 블랭크 구간에서 액티브 펜의 위치와, 제3 블랭크 구간에서 액티브 펜의 위치 중 적어도 하나가 다르더라도, 제1 블랭크 구간과 제2 블랭크 구간 사이의 시간적 간격과, 제2 블랭크 구간과 제3 블랭크 구간 사이의 시간적 간격은 동일할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널과, 표시 패널에 구동 신호를 공급하고, 구동 신호에 응답하여 수신되는 신호를 토대로, 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 터치 회로를 포함하는 터치 표시 장치를 제공할 수 있다.
표시 패널이 디스플레이 구동이 되는 디스플레이 구간들 사이에는 블랭크 구간이 존재할 수 있다. 비콘 신호가 표시 패널에서 액티브 펜으로 전송되는 제1 블랭크 구간과 제2 블랭크 구간이 존재할 수 있다.
제1 블랭크 구간에서 전송되는 비콘 신호는, 제1 블랭크 구간과 제2 블랭크 구간 사이에 존재하는 하나 이상의 블랭크 구간 동안 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하기 위한 구동을 제어하는 정보를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널과, 다수의 터치전극들에 터치 구동 신호를 공급하고, 표시 패널 상에 발생된 터치를 센싱하는 터치 회로를 포함하는 터치 표시 장치를 제공할 수 있다.
표시패널의 하나의 프레임 구간은 복수의 디스플레이 구간과 복수의 블랭크 구간을 포함할 수 있으며, 복수의 블랭크 구간은 적어도 제1 블랭크 구간과 제 2 블랭크 구간을 포함할 수 있다.
제1 블랭크 구간 동안 다수의 터치전극들 중 적어도 하나 이상의 터치 전극에 비콘 신호를 공급할 수 있다.
제 2 블랭크 구간 동안 다수의 터치전극들 중 적어도 하나 이상의 터치 전극에 터치 구동 신호를 공급할 수 있다.
복수의 블랭크 구간은 제3 블랭크 구간을 더 포함하고, 제3 블랭크 구간 동안, 제2 블랭크 구간에서 상기 터치 전극에 공급되는 터치 구동 신호와 다른 신호를 공급할 수 있다.
터치 회로는, 터치 구동 신호를 출력하여 터치 전극을 센싱하여 터치를 센싱하는 터치 센싱부와, 터치 구동 신호와 다른 신호를 발생시키는 신호 발생부와, 신호 발생부와 터치 센싱부 중 하나를 선택적으로 터치 전극과 전기적으로 연결해주는 스위치를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜으로서, 터치 표시 장치의 표시 패널과 접촉 또는 비 접촉 하는 하나 이상의 펜 팁과, 하나 이상의 펜 팁 중 적어도 하나의 펜 팁을 통해, 표시 패널에 인가되는 비콘 신호를 수신하고, 비콘 신호에 근거하여 표시 패널에 펜 신호를 출력하는 처리부를 포함하는 액티브 펜을 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널과, 다수의 터치전극들에 터치 구동 신호를 공급하고, 표시 패널 상에 발생된 터치를 센싱하는 터치 회로를 포함하는 터치 표시 장치와, 표시 패널과 접촉 또는 비 접촉 하는 하나 이상의 펜 팁과, 하나 이상의 펜 팁 중 적어도 하나의 펜 팁을 통해, 표시 패널에 인가되는 비콘 신호를 수신하고, 비콘 신호에 근거하여 표시 패널에 펜 신호를 출력하는 처리부를 포함하는 액티브 펜을 포함하는 터치 시스템을 제공할 수 있다.
표시패널의 하나의 프레임 구간은 복수의 디스플레이 구간과 복수의 블랭크 구간을 포함하고, 복수의 블랭크 구간은 적어도 제1 블랭크 구간과 제 2 블랭크 구간을 포함할 수 있다.
제1 블랭크 구간 동안 다수의 터치전극들 중 적어도 하나 이상의 터치 전극에 비콘 신호를 공급할 수 있다. 제 2 블랭크 구간 동안 다수의 터치전극들 중 적어도 하나 이상의 터치 전극에 터치 구동 신호를 공급할 수 있다.
2개의 디스플레이 구간 사이의 블랭크 구간에서 표시 패널로 출력되고, 펜 신호가 표시 패널로 출력되는 블랭크 구간 동안, 다른 액티브 펜에서도 상기 표시 패널로 펜 신호가 출력될 수 있다.
이상에서 전술한 본 실시예들에 의하면, 디스플레이, 터치 센싱 및 펜 터치 센싱을 효율적으로 제공할 수 있는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 디스플레이 성능 및 터치 성능을 저하시키지 않으면서 펜 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 여러 개의 펜 터치 입력을 동시에 가능하게 하는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 여러 개의 펜 터치 입력을 서로 정확하게 구별하여 처리할 수 있는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 하나의 펜뿐만 아니라 여러 개의 펜에 대하여, 위치, 압력, 틸트 및 버튼 등에 대한 인식을 가능하게 하는 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 동작 타이밍도이다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 LHB 구동 방식에 따라 한 프레임 기간 동안 다수의 디스플레이 구간과 다수의 터치 구간이 진행되는 개념을 나타낸 다이어그램이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 LHB 구동 방식에 따라 한 프레임 기간 동안 다수의 디스플레이 구간과 다수의 터치 구간이 진행되는 경우 구동 타이밍도이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 펜 검색 모드(Pen Searching Mode) 개념을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 펜 모드(Pen Mode) 개념을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 펜 검색 모드(Pen Searching Mode)의 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 펜 모드(Pen Mode)의 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 펜 검색 모드에서, 비콘 전송 구간과 F/S (Full Sensing) 구간의 구체적인 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 펜 모드에서, 로컬 센싱 구간의 구체적인 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 멀티플렉서 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 멀티 펜 인식 상황을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜에서, 비콘 신호 및 핑 신호 수신의 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜에서, 위치, 틸트, 데이터 신호 송신의 예를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜에서 2가지 펜 팁을 나타낸 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜의 가지 틸트 상황을 예시한 도면들이다.
도 19 및 도 20은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 비콘 신호를 이용한 LHB 구동 제어를 나타낸 도면들이다.
도 21은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 비콘 신호의 포맷을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 22는 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 펜 검색 모드를 위한 LHB 구동 및 펜 구동을 나타낸 예시적인 도면이다.
도 23a은 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 펜 모드를 위한 LHB 구동 및 펜 구동을 나타낸 예시적인 도면이다.
도 23b는 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 펜 모드를 위한 LHB 구동 및 펜 구동을 나타낸 다른 예시적인 도면이다.
도 24a는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 패널 구동 및 펜 구동의 타이밍 다이어그램의 예시도이다.
도 24b는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 3가지 터치 패널 구동 신호(비콘 신호, 핑 신호, LFD 신호)를 터치 패널로 공급하기 위한 회로 구조를 나타낸 도면이다.
도 25는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 펜 터치 센싱 시, 액티브 펜의 위치, 압력 및 데이터에 대한 인식과 관련한 특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치에서의 구동 신호의 예시도이다.
도 27은 본 실시예들에 따른 액티브 펜에서의 펜 신호의 예시도이다.
도 28은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 틸트 톤(Tilt Tone) 모드 및 풀 톤(Full Tone) 모드에서 패널 및 액티브 펜 간의 구동 타이밍 다이어그램이다.
도 29는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 데이터 모드에서 패널 및 액티브 펜 간의 구동 타이밍 다이어그램이다.
도 30은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 펜 신호의 펄스 패턴들을 나타낸 도면이다.
도 31 및 도 32는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 펜 위치 감지 구간에 해당하는 LHB들의 간격을 나타낸 도면이다.
도 33은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 전력 소모 저감을 위한 LHB 구동을 나타낸 도면이다.
도 34는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 하나의 LHB이 업-링크 구간과 다운-링크 구간으로 시분할 된 경우, 업-링크 구간과 다운-링크 구간에서 터치 패널과 액티브 펜의 구동을 나타낸 도면이다.
도 35는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 터치 패널에서 전송되는 신호와 액티브 펜에서 전송되는 신호의 디지털 변조 방식을 나타낸 도면이다.
도 36은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 풀 센싱(Full Sensing)과 로컬 센싱(Local Sensing)을 나타낸 도면이다.
도 37은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 로컬 센싱 영역(Local Sensing Area)의 가변 제어를 나타낸 도면이다.
도 38 및 도 39는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 로컬 센싱(Local Sensing)의 예시도들이다.
도 40은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치에서 터치 전극의 2가지 타입을 나타낸 도면이다.
도 41은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치에서 표시 패널이 액정 표시 패널이고 터치 패널을 내장하는 경우, 하나의 터치 전극이 위치하는 영역을 나타낸 도면이다.
도 42는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치에서 표시 패널이 유기 발광 표시 패널인 경우, 표시 패널 내 각 서브픽셀의 회로도이다.
도 43은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치에서 표시 패널이 유기 발광 표시 패널이고 터치 패널을 내장하는 경우, 터치 전극의 형성 위치를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 44 내지 도 46은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치에서 표시 패널이 유기 발광 표시 패널이고 터치 패널을 내장하는 경우, TOE (Touch Sensor Metal Layer On Encapsulation Layer) 구조의 예시도들이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 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 본질, 차례, 순서 또는 개수 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 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 동작 타이밍도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는, 영상 표시 기능은 물론, 손가락 등과 같은 패시브(Passive) 한 터치 입력 포인터에 대한 터치 센싱 기능과, 액티브(Active) 한 터치 입력 포인터에 해당하는 액티브 펜에 대한 펜 터치 센싱 기능(펜 인식 기능)을 제공할 수 있는 표시장치이다.
본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(1000는, 터치 센서(Touch Sensor)로서의 다수의 터치 전극(TE)을 포함하는 터치패널(TSP)이 표시패널(110)에 내장된 표시 장치로서, 텔레비전(TV), 모니터 등일 수도 있고, 태블릿, 스마트 폰 등의 모바일 디바이스일 수 있다.
예를 들어, 터치 표시 장치(100)는, 디스플레이 구동 시 사용되는 공통 전극(Vcom 전극)을 다수 개로 블록화하여 다수의 터치 전극(TE)으로 사용할 수 있다.
다른 예로서, 터치 표시 장치(100)는, 터치 센서 전용 전극(즉, 터치 구동 전용 전극)으로서 다수의 터치 전극(TE)을 사용할 수도 있다.
표시 패널(110)은 액정표시패널, 유기발광표시패널 등의 다양한 타입의 패널일 수 있다.
일 예로, 표시 패널(110)이 액정표시패널인 경우, 터치 표시 장치(100)는, 공통전압(Vcom)이 인가되어 화소 전극과 전계를 형성하는 공통 전극을 다수 개의 블록화하여 다수의 터치 전극(TE)으로 활용할 수 있다.
다른 예로, 표시 패널(110)이 유기발광표시 패널인 경우, 터치 표시 장치(100)는, 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)를 구성하는 제1 전극, 유기발광층 및 제2 전극 상에 위치하여 봉지 기능을 갖는 봉지층(Encapsulation Layer) 상에 위치하는 터치 센서 메탈 층(Touch Sensor Metal Layer)에 다수의 터치 전극(TE)이 형성되어 있을 수 있다.
아래에서는, 설명의 편의를 위하여, 다수의 터치 전극(TE)이 터치 구동 시에는 터치 구동 전극(터치 센서)로 이용되고, 디스플레이 구동 시에는 공통 전극(Vcom 전극)으로 이용되는 경우로 가정하여 설명한다.
터치 표시 장치(100)는 터치 패널(TSP, 터치스크린 패널이라고도 함)을 구동하여 터치 패널(TSP)을 통해 신호를 수신하여 수신된 신호를 토대로 터치 센싱 및 펜 터치 센싱을 수행하는 터치 회로(TC)를 포함할 수 있다.
이러한 터치 회로(TC)는, 터치 패널(TSP)을 구동하여 터치 패널(TSP)을 통해 신호를 수신하는 제1 회로와, 제1 회로가 터치 패널(TSP)을 통해 수신된 신호를 이용하여 터치 센싱(핑거 터치 센싱) 및 펜 터치 센싱(펜 인식 처리)을 수행하는 제2 회로를 포함할 수 있다.
제1 회로는 터치 구동 회로(ROIC)라고 하고, 제2 회로는 터치 컨트롤러(TCR)라고도 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각 터치 구동 회로(ROIC)는, 데이터 라인들을 구동하는 데이터 구동 회로(SDIC)와 함께, 통합 구동 칩(SRIC)으로 구현될 수도 있다.
통합 구동 칩(SRIC)은 필름 상에 실장 된 COF (Chip On Film) 타입일 수 있다.
통합 구동 칩(SRIC)이 실장 된 필름은 표시 패널(110)의 본딩 부와 인쇄회로기판(PCB)의 본딩부 각각에 본딩될 수 있다.
인쇄회로기판(PCB)에는 터치 컨트롤러(TCR) 등이 실장 될 수 있다.
터치 구동 회로(ROIC)와 데이터 구동 회로(SDIC)는 별도의 구동 칩으로 구현될 수도 있다. 터치 구동 회로(ROIC)는 터치 패널(TSP)을 이루는 다수의 터치 전극(TE)과 다수의 신호 라인(SL)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 터치 표시 장치(100)는, 하나의 프레임 주기(프레임 구간)를 하나 이상의 디스플레이 구간과 하나 이상의 터치 구간으로 나누어서 구동한다. 여기서, 디스플레이 구간과 터치 구간은 동기화 신호(SYNC)에 의해 정의될 수 있다.
예를 들어, 하나의 프레임 구간이 2개의 디스플레이 구간(제1 디스플레이 구간, 제2 디스플레이 구간)과 2개의 터치 구간(제1 터치 구간, 제2 터치 구간)으로 나누어진다면, 하나의 프레임 구간 동안, 제1 디스플레이 구간에서의 디스플레이 구동과, 제1 터치 구간에서의 터치 구동과, 제2 디스플레이 구간에서의 디스플레이 구동과, 제2 터치 구간에서의 터치 구동이 순차적으로 진행될 수 있다.
예를 들어, 다수의 터치 전극(TE)이 터치 구동 전극에 해당하는 터치 센서의 역할은 물론, 디스플레이 구동 전극에 해당하는 공통 전극(Vcom 전극)의 역할도 하는 경우, 터치 표시 장치(100)는, 디스플레이 구간 동안, 공통 전극(Vcom 전극)의 역할을 하는 다수의 터치 전극(TE)에는 공통 전압(Vcom, DC 전압 형태일 수 있음)을 인가하고, 소스(Source) 전극(또는 데이터 라인(DL))에는 해당 디스플레이 데이터 전압(Vdata) 을 인가하며, 게이트(Gate) 전극(또는 게이트 라인(GL))에는 게이트 하이 전압(VGH) 또는 게이트 로우 전압(VGL) 전압을 갖는 게이트 전압(Vgate)을 인가한다.
터치 표시 장치(100)는, 터치 구간 동안, 터치 전극(TE)에 터치 구동 신호(Touch Driving Signal, TDS)를 인가한다.
여기서, 본 명세서에서, 터치 구동 신호는 터치 구동 전압(Vtouch) 또는 터치 패널 구동 신호 또는 구동 신호라고도 한다.
이때, 터치 표시 장치(100)는, 터치 전극(TE)에 인가되는 터치 구동 신호(Vtouch)와 동일한 신호를 데이터 라인(DL) 및/또는 게이트 라인(GL)으로 인가하거나, 주파수, 진폭(하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압의 전압차이) 및 위상 등 중 적어도 하나가 터치 구동 신호(Vtouch)와 동일 또는 실질적으로 동일하거나 유사한 신호를 데이터 라인(DL) 및/또는 게이트 라인(GL)으로 인가할 수 있다. 여기서, "실질적 동일"은 두 값이 완전히 동일하지는 않지만 그 차이가 미리 결정된 허용 마진(tolerance Margin) 또는 측정 오차 범위 등 이내인 경우 두 값은 동일하다고 볼 수 있다는 의미이다. 예를 들어, 허용 마진 또는 측정 오차 범위는 ±20%, ±10%, ±5%, ±1% 등일 수 있다.
즉, 터치 표시 장치(100)는, 터치 전극(TE)에 인가되는 터치 구동 신호(Vtouch)와 동일한 신호(Vtouch_data)를 데이터 라인(DL)으로 인가하거나, 주파수, 진폭(하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압의 전압차이) 및 위상 등 중 적어도 하나가 터치 구동 신호(Vtouch)와 동일(실질적으로 동일) 또는 유사한 신호(Vtouch_data)를 데이터 라인(DL)으로 인가할 수 있다.
또한, 터치 표시 장치(100)는, 터치 전극(TE)에 인가되는 터치 구동 신호(Vtouch)와 동일한 신호(Vtouch_gate)를 게이트 라인(GL)으로 인가하거나, 주파수, 진폭(하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압의 전압차이) 및 위상 등 중 적어도 하나가 터치 구동 신호(Vtouch)와 동일(실질적으로 동일) 또는 유사한 신호(Vtouch_ gate)를 게이트 라인(GL)으로 인가할 수 있다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 LHB (Long Horizontal Blank) 구동 방식에 따라 한 프레임 기간 동안 다수의 디스플레이 구간(16개의 디스플레이 구간)과 다수의 터치 구간(16개의 터치 구간)이 진행되는 개념을 나타낸 다이어그램이고, 도 4는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 LHB 구동 방식에 따라 한 프레임 기간 동안 다수의 디스플레이 구간(16개의 디스플레이 구간)과 다수의 터치 구간(16개의 터치 구간)이 진행되는 경우 구동 타이밍도이다.
단, 도 3 및 도 4는 하나의 프레임 구간 동안, 화면의 전 영역이 1차례 표시되고, 화면의 전 영역에 대한 터치 센싱이 2차례 이루어지는 경우이다. 즉, 디스플레이 주파수(디스플레이 리플레쉬 레이트(display refresh rate))가 60Hz라고 할 때, 터치 주파수(터치 레포트 레이트(touch report rate))는 120Hz가 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는, 터치 센서로서의 터치 전극(TE)이 표시 패널(110)에 내장된 표시 장치이다.
이러한 터치 표시 장치(100)는, 일 예로, 공통 전극(Vcom 전극)을 터치 전극(TE)으로 사용할 수 있다.
터치 표시 장치(100)는, 1 프레임 주기(하나의 프레임 구간)를 디스플레이 구간(D)과 터치 구간(T)으로 나누어서 표시 패널(110)을 구동한다.
여기서, 디스플레이 구간(D)과 터치 구간(T) 각각은, 1회씩 반복될 수도 있고, 2회 이상씩 반복될 수도 있다.
도 3 및 도 4의 예시에 따르면, 하나의 프레임 구간은, 디스플레이 구동이 되는 16개의 디스플레이 구간(D)과, 디스플레이 구동이 되지 않는 16개의 블랭크 구간(이하, 롱 수평 블랭크 구간(LHB: Long Horizontal Blank)이라고 함, LHB #1 ~ LHB #16)을 포함한다. 여기서, 16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)은 16개의 터치 구간(T)을 포함할 수 있다. 즉, 16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)에서 터치 구동이 진행된다.
도 3 및 도 4에서 "1/16 "는, 하나의 프레임 구간 내 각 디스플레이 구간(D)의 시간적 길이를 의미한다. 도 3 및 도 4에서 "2/15 ", "115 "는, 하나의 프레임 구간 내 각 터치 구간(T)의 상대적인 시간적 길이를 의미한다.
도 4를 참조하면, 한 프레임 구간 동안, 2개의 특정 LHB(LHB #8, LHB #16)에서의 터치 구간(T)의 길이(1/15)는, 다른 LHB들 (LHB #8와 LHB #16를 제외한 LHB)에서의 터치 구간(T)의 길이(2/15)보다 짧다.
따라서, 2개의 특정 LHB(LHB #8, LHB #16)에서는, "1/15 " 길이의 터치 구간(T)이 진행된 이후, "1/15 " 길이만큼의 남은 시간 구간을 각종 더미(Dummy) 구간으로 활용할 수 있다.
다른 LHB들에서의 터치 구간(T)의 길이(예: 2/15)보다 짧은 길이(예: 1/15)의 터치 구간(T)을 포함하는 특정 LHB(예: LHB #8, LHB #16)는, 하나의 프레임 구간에서 1개 또는 2개 이상이 존재할 수 있다.
디스플레이 구간 동안, 공통 전극에는 공통 전압(Vcom DC 전압)이 인가되고, 소스 전극(또는 데이터 라인)에는 해당 디스플레이 데이터 전압(Vdata)이 인가되며, 게이트 전극(또는 게이트 라인)에는 디스플레이 게이트 전압(VGH, VGL)이 인가될 수 있다.
터치 구간 동안, 터치 전극 에 터치 구동 신호(터치 구동 전압)가 인가될 때, 터치 구동 신호와 동일한 신호, 또는 주파수, 진폭(하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압의 전압차이) 및 위상 등 중 적어도 하나가 터치 구동 신호와 동일(또는 실질적 동일) 또는 유사한 신호가 소스 전극 및/또는 게이트 전극(데이터 라인 및/또는 게이트 라인)에 인가할 수 있다.
이러한 전압 인가(신호 인가)는, 터치 구간 동안, 소스 전극 및/또는 게이트 전극(데이터 라인 및/또는 게이트 라인)에서 불필요한 기생 캐패시턴스를 제거하거나 줄여주기 위한 로드 프리 구동(Load Free Driving)이라고 한다.
이러한 로드 프리 구동의 일 예로, 터치 구간 동안, 모든 터치 전극(TE), 모든 데이터 라인 및 모드 게이트 라인 등으로 터치 구동 신호가 동일하게 인가될 수 있다.
도 3 및 도 4의 예시는, 하나의 프레임 구간을 디스플레이 구동이 진행되는 16개의 디스플레이 구간(D)과 디스플레이 구동이 진행되지 않는 16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)으로 나누고, 16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16) 동안 터치 구동을 수행하는 LHB 구동을 수행하는 경우이고, 멀티플렉서(MUX)는 1번째부터 15번째 구성되어 있는 경우이다. 이러한 경우에서 디스플레이 리플레쉬 레이트(Display refresh rate)가 60Hz 이고, 터치 레포트 레이트(Touch report rate,터치좌표 산출을 위한 주파수)가 120 Hz인 구동을 하는 터치 타이밍 다이어그램이다.
아래에서 더욱 상세하게 설명하게 될 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는, 다수의 개의 액티브 펜(간단히, 펜이라고도 함)의 위치 인식, 다수 개의 액티브 펜의 압력 및 틸트(Tilt) 등에 대한 인식을 포함하는 멀티 펜 인식 처리를 수행할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는, 액티브(Active) 한 터치 입력 포인터에 해당하는 다수 개의 액티브 펜의 구동이 가능한 구동 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들은, 액티브(Active) 한 터치 입력 포인터에 해당하는 다수개의 액티브 펜의 인식 및 터치 센싱이 가능한 터치 표시 장치(100)와, 이와 연동하는 액티브 펜을 구현할 수 있다.
본 실시예들은 다수 개의 액티브 펜의 위치 및 압력(팁 압력 도는 펜 압력, 필압 등이라고도 함), 틸트(기울기 또는 펜 기울기라도 함), 펜 버튼 입력 처리 등의 기능이 터치 표시 장치(100)에서 구현 가능하도록 한다.
본 실시예들은, 액티브 펜에 대한 인식(센싱) 시에도, 액티브 펜(액티브 한 터치 입력 포인터)이 아닌 패시브(Passive) 한 터치 입력 포인터(터치 대상체, 예: Finger, 일반 터치 펜(패시브 펜) 등)에 대한 터치 센싱이 가능할 수 있다.
본 실시예들은하나의 프레임 구간에서 디스플레이 구동과 터치 구동을 나누어 교번하여 진행하고, 터치 구동을 진행하는 터치 구간 동안 액티브 펜과 액티브 펜이 아닌 터치 대상체(패시브 한 터치 입력 포인터, 예: 핑거(Finger), 일반 터치 펜 등)을 센싱하는 구동 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)가 액티브 펜으로 터치 패널 정보(예: 인-셀 터치 패널 ID(In-cell Touch Panel ID), 상태(Status)) 등을 주는 구간을 별도로 구비하고, 액티브 펜은 비콘(Beacon) 신호(제어신호)를 보고 터치 여부 및 터치 패널 상태(예: 펜 검색 모드(Pen Searching mode), 펜 모드(Pen mode) 등) 등을 판단할 수 있다.
본 실시예들에 따른 펜 검색 모드(Pen Searching mode)에서, 터치 표시 장치(100)는 액티브 펜 존재 여부와 액티브 펜의 위치 등을 판단할 수 있다
본 실시예들에 따른 펜 모드(Pen mode)에서, 터치 표시 장치(100)는, 액티브 펜의 위치 및 각종 Data (액티브 펜의 터치 센싱(펜 인식)에 필요한 데이터, 예: 압력과, 버튼 입력 정보 등의 각종 부가 정보 등)를 액티브 펜으로부터 받으며, 화면 전 영역(모든 터치 전극)에 대한 풀 센싱(Full sensing)을 통해 추가되는 액티브 펜의 위치 및 관련 데이터 전송이 가능할 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치 전극이 표시 패널(110)에 내장된 터치 표시 장치(100) (예: 공통 전극(Vcom 전극)을 터치 전극(TE)으로 사용하는 인-셀(In-Cell) 터치 타입의 터치 표시 장치)에 있어서, 다수의 터치 전극(TE) 은 이른바 MUX 단위 (또는 MUX 채널 단위)로 구동을 하고, 디스플레이 구동과 터치 구동은 디스플레이 구간과 터치 구간으로 나누어져 진행되고, 터치 구간 동안 액티브 펜으로 터치 패널 정보(패널 정보) 및 상태 등을 알려주는 구간이 포함되고, 터치 구간 동안에는 다수의 액티브 펜의 위치를 센싱하고, 다수의 액티브 펜 각각의 펜 데이터(펜 신호)가 전송되는 구동 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 펜 검색 모드(Pen Searching Mode) 개념을 나타낸 도면이다. 도 6은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 펜 모드(Pen Mode) 개념을 나타낸 도면이다. 도 7은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치의 펜 검색 모드(Pen Searching Mode)의 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도 8은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 펜 모드(Pen Mode)의 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 하나의 프레임(프레임 구간)은 디스플레이 구동이 되는 16개의 디스플레이 구간과, 디스플레이 구동이 되지 않는 16개의 LHB를 포함한다.
16개의 LHB 중에서, 1개 또는 2개의 특정 LHB(예: LHB #1, LHB #9)는 비콘 신호(간단히, 비콘이라고도 함)가 전송되는 구간(비콘 신호 전송 구간)이고, 나머지 LHB들은 표시 패널(110) 및 액티브 펜이 구동되고 터치 센싱 및 펜 터치 센싱(펜 인식)이 이루어지는 구간일 수 있다.
16개의 LHB 중에서, 비콘 신호 전송 구간(예: LHB #1, LHB #9)을 제외한 나머지 LHB들 중에서, 일부의 LHB (예: LHB #8, LHB #16)는, 표시 패널(110) 및 액티브 펜이 구동되지 않는 더미 구간(DMY)일 수 있다. 이러한 더미 구간(DMY)으로 인해 소비 전력 저감의 효과를 얻을 수도 있다(도 33 참조).
여기서, 일 예로, 더미 구간(DMY)은 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 LHB(예: LHB #1, LHB #9)의 바로 앞에 있는 LHB (예: LHB #8, LHB #16)일 수도 있다.
도 5 및 도 6에서 "1/16 "는, 하나의 프레임 구간 내 각 디스플레이 구간의 시간적 길이를 의미한다. 도 5 및 도 6에서 "2/12 "는, 하나의 프레임 구간 내 비콘 신호 전송 구간과 더미 구간에 해당하는 4개의 LHB를 제외한 12개의 LHB에서 각 터치 구간의 상대적인 시간적 길이를 의미한다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 하나의 프레임 구간에 포함된 16개의 LHB 중 앞선 8개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #8) 동안 센싱 대상 영역(풀 센싱 영역(화면 전 영역) 또는 로컬 센싱 영역)을 1번째 센싱하고, 다음 8개의 LHB (LHB #9 ~ LHB #16) 동안 센싱 대상 영역(풀 센싱 영역(화면 전 영역) 또는 로컬 센싱 영역)을 2 번째 센싱한다.
도 7에서, F/S 1-1, F/S 2-1, F/S 3-1, F/S 4-1, F/S 5-1, F/S 6-1은 센싱 대상 영역의 1번째 센싱 구간에 포함되는 6개의 풀 센싱 구간이고, F/S 1-2, F/S 2-2, F/S 3-2, F/S 4-2, F/S 5-2, F/S 6-2은 센싱 대상 영역의 2번째 센싱 구간에 포함되는 6개의 풀 센싱 구간이다.
도 5를 참조하면, 터치 표시 장치(100)가 액티브 펜으로 터치 패널 정보(예: 인-셀 터치 패널 ID)를 주는 구간(비콘 신호 전송 구간)을 별도로 구비한다. 단, 표시 패널(110)을 터치패널 또는 패널이라고도 하고, 액티브 펜을 펜이라고도 한다.
액티브 펜은 비콘 신호를 보고, 터치 여부 (해당 패널 정보 등) 및 터치 패널 상태(예: 펜 검색 모드, 펜 모드 등의 동작 모드 등)를 판단할 수 있다.
비콘 신호 전송 구간의 비콘 신호는 전체 멀티플렉서에서 동시에 출력될 수 있고, 일부의 멀티플렉서에서 동시에 출력될 수도 있다. 아래에서, 비콘 신호는 간단하게 비콘(Beacon)이라고도 한다.
펜 검색 모드(Pen Searching mode)에서는 액티브 펜의 존재 여부와 액티브 펜의 위치 등을 판단할 수 있다.
여기서, 풀 센싱(Full Sensing(F/S))은 전체 멀터플렉서(또는 모든 멀티플렉서의 모든 채널)를 통해 순차적으로 센싱(신호 검출)하여 핑거 터치 위치 및 펜 위치(액티브 펜의 위치)를 파악할 수 있다.
펜 모드(Pen mode)에서는, 액티브 펜의 위치(Position), 틸트(Tilt) 및 각종 펜 데이터 등을 액티브 펜으로 부터 받으며, ½ Frame (한 프레임 구간의 절반) 내에서 진행되는 풀 센싱(Full sensing)을 통해, 기존 액티브 펜의 위치 및 추가되는 액티브 펜의 위치가 센싱 될 수 있다.
여기서, 각종 펜 데이터는, 일 예로, 필압(압력), 펜 버튼 입력정보, 펜 식별정보(펜 ID) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
액티브 펜의 2차 위치 정보, 펜 데이터, 위치 및 틸트는 액티브 펜이 위치한 멀터플렉서에 대해서만 센싱이 이루어질 수 있는 이른바 로컬 센싱(Local Sensing (L/S))으로 진행될 수 있다. 이러한 로컬 센싱(Local Sensing)이 이루어지는 멀티플렉서의 구성은 가변적일 수 있다.
펜 검색 모드(Pen Searching mode)는 인식된 액티브 펜이 없는 경우에 진행될 수 있는 동작 모드로서 최초의 액티브 펜을 인식할 수 있는 동작 모드일 수 있다.
펜 모드(Pen mode)는 액티브 펜에 대한 각종 정보(예: 위치, 틸트(펜 기울기), 필압(압력), 펜 버튼 입력 정보, 펜 식별정보(펜 ID) 등)를 인식할 수 있는 동작 모드로서, 추가적인 액티브 펜을 새롭게 인식할 수도 있는 동작모드일 수 있다.
펜 검색 모드(Pen Searching mode)에서의 비콘 신호와 펜 모드(Pen mode)에서의 비콘 신호는 서로 동일한 정보 또는 서로 다른 정보를 포함할 수 있다.
액티브 펜의 구동 시에도 핑거 터치 센싱(즉, 손가락 등의 패시브 한 터치 입력 포인터에 대한 센싱)이 가능하고, 다수 개의 액티브 펜(즉, 액티브 한 터치 입력 포인터)의 위치 및 압력(팁 압력 또는 필압이라고도 함), 틸트(기울기 또는 펜 기울기라고도 함), 버튼(Button) 등의 센싱 기능이 가능할 수도 있다.
도 9는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 펜 검색 모드에서, 비콘 전송 구간과 F/S (Full Sensing) 구간의 구체적인 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도 10은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 펜 모드에서, 로컬 센싱 구간의 구체적인 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 펜 검색 모드(Pen Searching mode)에서, 비콘 구간(비콘 신호 전송 구간)에서는 터치 표시 장치(100) 에서 액티브 펜 쪽으로 비콘 신호를 전송할 수 있다.
일 예로, 하나의 프레임 구간 내에서, 16개의 LHB 중 1번째 LHB (LHB #1)를 비콘 신호 전송 구간으로 활용할 수 있다.
다른 예로, 하나의 프레임 구간 내에서, 16개의 LHB 중, 1번째 LHB (LHB #1)와 하나 이상의 추가적인 LHB(예: LHB #8, LHB #9, LHB #10 등)를 비콘 신호 전송 구간으로 활용할 수 있다.
비콘 신호를 통해 터치 패널 정보(예: 터치 패널 ID, 터치 패널 상태, 구동 주파수(LFD 주파수) 등) 등이 전송되며, 확산 스펙트럼(Spread Spectrum) 등의 통신 방식이 이용될 수 있다.
여기서, 확산 스펙트럼 통신 방식은, 일 예로, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum), 주파수 도약 확산 스펙트럼(FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum) 등을 포함할 수 있다.
비콘 구간 (비콘 신호 전송 구간)을 제외한 구간 중 센싱이 이루어지는 각 터치 구간에서 일정 시간 동안, 표시 패널(110)에 내장된 터치패널(TSP)을 구동하는 구동 신호(터치 패널 구동 신호)와 액티브 펜의 구동 신호(펜 신호)의 동기를 위한 별도의 신호(이하, 핑 신호 또는 핑(Ping))가 터치 패널(TSP)에서 발생하고, 액티브 펜은 이러한 핑 신호(간단히 핑(Ping)이라고도 함)를 수신하여 터치패널(TSP)을 구동하는 구동 신호에 동기화 된 펜 신호를 생성하여 방사(출력)할 수 있다.
액티브 펜은 핑 신호를 수신한 이후, 터치 패널(TSP)의 구동 주파수와 동기화된 펜 신호를 발생할 수 있다.
펜 신호는 터치 패널을 구동하기 위한 구동 신호(터치 패널 구동 신호)와 동일 주파수이고 정위상(0도) 관계를 갖거나, 터치 패널을 구동하기 위한 구동 신호(터치 패널 구동 신호)와 동일 주파수이고 역위상(180도) 관계를 갖는 AC 신호일 수 있거나, 일정 DC 전압을 갖는 DC 신호일 수 있다.
일 예로, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 풀 센싱 또는 로컬 센싱 관련하여 액티브 펜의 위치 및/또는 틸트를 센싱하기 위한 용도의 펜 신호는, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 정위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(0)과, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 역위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(1) 중 한 종류 또는 두 종류의 신호 구간을 포함할 수 있다.
다른 예로, 도 10에 도시된 바와 같이, 액티브 펜의 각종 부가 정보(예: 압력, 버튼 정보 등)을 전송하기 위한 용도의 펜 신호(펜 데이터)는, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 정위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(0)과, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 역위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(1)과, 일정 DC 전압을 갖는 신호 구간(Z) 중 한 종류 또는 두 종류 또는 세 종류의 신호 구간을 포함할 수 있다.
펜 신호가 AC 신호인 경우, 펜 신호는, 일 예로, PSK(Phase Shift Keying) 또는 D-PSK(Differential Phase Shift Keying) 등의 형태가 가능할 수 있다.
Active Pen은 호퍼(Hover, 비접촉) 또는 접촉 상태에 따라 위상(Phase)를 다르게 하는 방법(예: PSK 또는 D-PSK)으로 코드(Code)화가 가능할 수도 있다.
도 10을 참조하면, 펜 모드(Pen mode)에서, 비콘 구간(비콘 신호 전송 구간)에서는 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜 쪽으로 비콘 신호가 전송된다.
이러한 비콘 신호를 통해 터치 패널 정보(예: Touch Panel ID, Touch Panel status, 구동 주파수(LFD 주파수) 등)가 전송될 수 있다.
펜 모드의 비콘 신호는, 펜 검색 모드(Pen Searching mode)의 비콘 신호 와 동일한 형태의 신호이거나 Touch Panel 정보(예: Status 등)는 다르게 표현된 신호일 수 있으며, 일 예로, DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 등의 확산 스펙트럼 신호의 형태가 가능할 수 있다.
비콘 신호 전송 구간을 제외한 구간 중 센싱이 이루어지는 각 터치 구간 내 일정 시간 동안에서 터치 패널(TSP)을 구동하는 터치패널 구동 신호와 액티브 펜의 구동 신호(펜 신호)의 동기를 위한 별도의 핑(Ping) 신호가 터치 패널(TSP)에서 발생하고, 액티브 펜은 핑 신호를 수신하여 신호 동기화를 수행할 수 있다.
액티브 펜은 핑 신호를 수신한 이후, 터치 패널(TSP)의 구동 주파수와 동기화된 펜 신호를 발생한다.
펜 신호는 터치 패널을 구동하기 위한 구동 신호(터치 패널 구동 신호)와 동일 주파수이고 정위상(0도) 관계를 갖거나, 터치 패널을 구동하기 위한 구동 신호(터치 패널 구동 신호)와 동일 주파수이고 역위상(180도) 관계를 갖는 AC 신호일 수 있거나, 일정 DC 전압을 갖는 DC 신호일 수 있다.
일 예로, 풀 센싱 또는 로컬 센싱 관련하여 액티브 펜의 위치 및/또는 틸트를 센싱하기 위한 용도의 펜 신호는, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 정위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(0)과, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 역위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(1) 중 한 종류 또는 두 종류의 신호 구간을 포함할 수 있다.
다른 예로, 액티브 펜의 각종 부가 정보(예: 압력, 버튼 정보 등)을 전송하기 위한 용도의 펜 신호(펜 데이터)는, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 정위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(0)과, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 역위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(1)과, 일정 DC 전압을 갖는 신호 구간(Z) 중 한 종류 또는 두 종류 또는 세 종류의 신호 구간을 포함할 수 있다.
펜 신호는, 일 예로, PSK(Phase Shift Keying) 또는 D-PSK(Differential Phase Shift Keying) 등의 AC 신호 형태 또는 일정 DC 전압을 갖는 DC 신호일 수 있다.
액티브 펜의 위치는 풀 센싱(Full Sensing) 구간에서 1차 산출되고, 이후, 2차 위치 및 펜 데이터(압력, 틸트, 각종 부가 정보)는 일부 영역에 대해서만 센싱을 하는 이른바 로컬 센싱(Local Sensing)을 통해 얻어져 펜 위치 및 펜 데이터(압력, 틸트, 각종 부가 정보)가 센싱될 수 있다.
로컬 센싱(Local Sensing)을 구성하는 센싱 라인 수 (터치 전극 행 또는 터치 전극 열의 개수)는 가변적이며 매 LHB(Long Horizontal Blank) 마다 변경 가능할 수 있다.
액티브 펜은 호버(비 접촉) 또는 접촉(Contact) 상태에 따라 위상(Phase)을 다르게 하는 방법(예: PSK 또는 D-PSK)으로 코드(Code)화가 가능할 수 있다.
접촉(Contact) 방식의 경우는 액티브 펜 내에서 복수 개의 팁(Tip, 펜 팁이라고도 함)을 구성을 하고 시간에 따라 각 팁의 출력 신호 발생 시점을 다르게 하여, 펜 위치 및 틸트 정보 등을 터치 패널(TSP)에 전달할 수 있다.
펜 위치 및 틸트와 관련되지 않은 다른 펜 신호에 해당하는 펜 데이터 는 별도로 할당된 시간 동안 액티브 펜에서 터치 패널(TSP) 쪽으로 전달된다.
그리고 이러한 펜 데이터는 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 정위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(0)과, 터치 패널 구동 신호와 동일 주파수이고 터치 패널 구동 신호와 역위상 관계를 갖는 펄스들로 이루어진 신호 구간(1)과, 일정 DC 전압을 갖는 신호 구간(Z) 중 한 종류 또는 두 종류 또는 세 종류의 신호 구간을 포함할 수 있다.
펜 데이터는, AC 신호 형태인 신호 구간(0, 1)에서는, 일 예로, PSK(Phase Shift Keying) 또는 D-PSK(Differential Phase Shift Keying) 등의 신호 형태일 수 있다.
펜 데이터는, 펜 팁(Pen Tip)의 압력(필압), 펜 버튼 입력 정보, 펜 식별정보(ID) 등 중 하나 이상의 부가 정보를 포함할 수 있다.
위에서 언급한 필압 정보는 매 프레임마다 전송될 필요는 없다.
펜 데이터에 포함될 수 있는 정보들은 액티브 펜과 터치 표시 장치(100) (패널) 간에 미리 정해진 순서에 따라 전송될 수 있다.
도 11은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 멀티플렉서 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 멀티플렉서 회로는 8개의 멀티플렉서(MUX A, MUX B, MUX C, MUX D, MUX E, MUX F, MUX G, MUX H)가 구성된 것으로 가정한다.
MUX A, MUX, B, MUX C, MUX D, MUX E, MUX F, MUX G, MUX H 각각은 4개의 채널(1, 2, 3, 4)을 가지고 있다. (1, 2, 3, 4는 각 MUX의 채널 번호임)
도 11을 참조하면, 일 예로, 다수의 터치 전극(TE)은 복수 개의 그룹(Group 1, 2, 3, 4)으로 그룹화될 수 있다.
그룹 1(1110)은, 각 멀티플렉서의 채널1을 통해 출력되는 구동 신호에 의해 센싱되는 터치전극들(MUX 1 구동 구간에서 센싱되는 터치전극들)일 수 있다.
그룹 2(1120)는, 각 멀티플렉서의 채널2을 통해 출력되는 구동 신호에 의해 센싱되는 터치전극들(MUX 2 구동 구간에서 센싱되는 터치전극들)일 수 있다.
그룹 3(1130)은, 각 멀티플렉서의 채널3을 통해 출력되는 구동 신호에 의해 센싱되는 터치전극들(MUX 3 구동 구간에서 센싱되는 터치전극들)일 수 있다.
그룹 4(1140)는, 각 멀티플렉서의 채널4을 통해 출력되는 구동 신호에 의해 센싱되는 터치전극들(MUX 4 구동 구간에서 센싱되는 터치전극들)일 수 있다.
터치 전극들이 센싱될 때는 각 멀티플렉서의 다른 채널들은, 터치 구동 신호(터치 패널 구동 신호 또는 구동 신호라고도 함)와 유사하거나 동일 또는 실질적 동일한 신호에 해당하는 로드 프리 구동(LFD: Load Free Driving) 구동 신호를 출력할 수 있다.
여기서, "실질적 동일"은 두 값이 완전히 동일하지는 않지만 그 차이가 미리 결정된 허용 마진(tolerance Margin) 또는 측정 오차 범위 등 이내인 경우 두 값은 동일하다고 볼 수 있다는 의미이다. 예를 들어, 허용 마진 또는 측정 오차 범위는 ±20%, ±10%, ±5%, ±1% 등일 수 있다.
LFD 구동 신호는, 센싱되는 터치 전극과 주변 전극(예: 데이터 라인, 게이트 라인 등)과의 기생 캐패시턴스 저감을 위해, 주변 전극들에 인가하는 신호이다.
한편, 터치 구간 동안, 터치 전극에 인가되는 터치 구동 신호(터치 패널 구동 신호)와 다른 전극(예: 데이터 라인, 게이트 라인 등)에 인가되는 LFD 구동 신호가 동일한 경우, 터치 구간 동안에 터치 패널(TSP)에 인가되는 모든 신호(터치 구동 신호 포함)를 LFD 구동 신호라고도 할 수 있다.
도 12는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 멀티 펜 인식 상황을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 각 멀티플렉서의 채널1을 통해 출력되는 구동 신호에 의해 구동되는 터치전극들의 영역1과, 각 멀티플렉서의 채널3을 통해 출력되는 구동 신호에 의해 구동되는 터치전극들의 영역3은, 로컬 센싱 영역으로서 펜 위치에 따라 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
이러한 각 영역 1, 3이 동일하더라도 정확히 구분하기 위하여 펜 ID 등이 필요할 수 있다.
도 13은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)와 연동하는 액티브 펜을 나타낸 도면이다. 도 14는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)와 연동하는 액티브 펜에서, 비콘 신호 및 핑 신호 등을 수신하는 예를 나타낸 도면이다. 도 15는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)와 연동하는 액티브 펜에서, 위치, 틸트, 펜 데이터 등의 펜 신호를 송신하는 예를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 액티브 펜에서, P/A는, 펜 팁(Pen Tip)부분으로 전기장을 수신 또는 송신하는 부분이 2개 이상으로 구성될 수 있다.
둘 이상의 펜 팁(P/A)은 일정 거리만큼 떨어져 있다.
둘 이상의 펜 팁(P/A)의 거리에 대한 값은 펜 데이터에 포함되어 터치 표시 장치(100)로 제공될 수 있다.
둘 이상의 펜 팁(P/A)의 거리는 액티브 펜의 틸트를 산출하는데 이용된다. 따라서, 둘 이상의 펜 팁(P/A)의 거리를 의도적으로 만들어 설계함으로써 펜 틸트를 산출할 수 있게 해준다.
P/B는 펜 팁의 압력을 센싱하는 부분으로서, 일 예로, 압력 센서(ex. MEMS)와 증폭기(Amp) 등으로 구성될 수 있다.
P/C는 펜 팁(P/A)으로부터 수신된 전기장의 주파수를 센싱하는 수신 단과, 터치 패널(TSP)에 동기화된 신호를 발생하는 송신 단과, 상기 수신 단의 신호를 받아 터치 패널 ID 를 판별하고 이에 맞는 통신 프로토콜을 생성하고, 송신 단의 타이밍을 제어하며, P/B 로부터 압력 신호에 대한 정보를 받아 이에 대한 정보를 만들고, 기타 버튼 신호 제어하는 MCU(Micro Control Unit)와, 별도의 통신 유닛(ex. Bluetooth)을 제외하는 부분으로 구성된 회로부를 포함할 수 있다.
P/B 또는 P/C는 2개 이상의 펜 팁과 스위칭 동작을 하는 스위치, 터치 패널(TSP)을 통해 수신되는 전기장(신호)의 주파수를 센싱하는 주파수 감지기, 펜 신호에 해당하는 펄스들을 생성하는 펄스 생성기 등을 포함할 수 있다.
여기서, 주파수 감지기는, 일 예로, 비교기 등으로 구현될 수 있으며 증폭기를 포함할 수 있다. 펄스 생성기는 증폭기를 포함할 수 있다.
MCU(Micro Control Unit)는 비콘 신호에 따라 프로토콜을 선택하고, 비콘 신호 또는 핑 신호에 다라 펄스 생성 타이밍을 제어할 수 있다.
P/B와 P/C를 합하여 처리부(P/BC)라고 한다.
P/D는 배터리(Battery) 부분이다.
P/E는 버튼(Button), 블루투스(Bluetooth) 등 기타 주변 장치를 포함하는 부분이다.
P/F는 펜 바디(Pen Body)이다.
도 16은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)와 연동하는 액티브 펜에서 2가지 펜 팁을 나타낸 도면이다. 도 17 및 도 18은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)와 연동하는 액티브 펜의 가지 틸트 상황을 예시한 도면들이다.
도 16을 참조하면, 액티브 펜이 2개의 펜 팁(팁 1, 팁 2)를 구비하고, 각각에서 별도의 신호 펄스(펜 신호)를 송신할 수 있다.
터치 구동 회로(ROIC) 및 터치 컨트롤러(TCR)를 포함하는 터치 회로(TC)는, 터치 패널(TSP)을 통해 수신한 신호 펄스(펜 신호)를 이용하여 팁 1, 팁 2의 중심을 각각 구하고, 각 중심의 떨어진 거리를 이용해서 해당 액티브 펜의 각도(tilt)를 연산할 수 있다. 아래에서는, 팁 1의 중심을 팁 1의 위치로 간주하고, 팁 2의 중심을 팁 2의 위치로 간주한다.
도 17을 참조하면, 액티브 펜과 터치 패널(TSP)이 이루는 각도(틸트 각도)가 90도인 상황일 때, 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜 내 2개의 팁 각각의 위치(즉, Tip1의 위치와 Tip2의 위치)는 일치 또는 거의 일치할 수 있다.
이 경우, 틸트 각도의 코사인 값 cos θ를 구해보면, 다음과 같다.
cos θ = (터치 패널에서 팁 1의 위치와 팁 2의 위치의 차이) / (액티브 펜 내에서 팁 1과 팁 2의 거리) ≒ 0
따라서, θ(틸트 각도)는 90도가 된다.
도 18을 참조하면, 액티브 펜과 터치 패널(TSP)이 이루는 각도(틸트 각도)가 60도인 상황일 때, 터치 패널(TSP)에서 팁 의 위치와 팁 2의 위치가 일치하지 않는다.
이 경우, 틸트 각도의 코사인 값을 구해보면 다음과 같다.
cos θ = (터치 패널에서 팁 1의 위치와 팁 2 위치의 차이)/ (액티브 펜 내에서 팁 1과 팁 2의 거리) ≒0.5
따라서, θ(틸트 각도)는 60도가 된다.
한편, 펜 ID는 다음과 같이 할당될 수 있다.
일 예로, 매 프레임 마다 일정 비트(Bit)에 펜 데이터를 할당할 수 있다. 그리고 비콘 신호를 통해서 액티브 펜의 순서가 지정될 수 있다. 터치 회로(TC)는 터치 패널(TSP)을 통해 수신된 펜 신호를 보고 펜 ID 트래킹을 할 수 있다.
예를 들어, 액티브 펜 A, 액티브 펜 B, 액티브 펜 C, 액티브 펜 D를 포함하는 4개의 액티브 펜에 대한 펜 ID를 2개의 비트(Bit)로 이루어진 비트 열로 표현하여 데이터에 포함시켜 터치 표시 장치(100)로 전송하는 경우, 액티브 펜 A에는 00에 해당하는 비트 열로 표현된 펜 ID가 부여될 수 있고, 액티브 펜 B에는 01에 해당하는 비트 열로 표현된 펜 ID가 부여될 수 있고, 액티브 펜 C에는 10에 해당하는 비트 열로 표현된 펜 ID가 부여될 수 있고, 액티브 펜 D에는 11에 해당하는 비트 열로 표현된 펜 ID가 부여될 수 있다.
4개의 액티브 펜 각각에 부여된 펜 ID는 데이터에 포함되어 터치 표시 장치(100)로 전송되고, 터치 표시 장치(100)는 수신된 데이터에 포함된 펜 ID를 확인하여 액티브 펜을 식별할 수 있다.
각 액티브 펜은 자신의 펜 ID에 대한 정보를 데이터(펜 데이터)를 터치 표시 장치(100)에 전송할 때마다 데이터에 포함시켜 전송할 수도 있고, 일정 주기를 갖고 전송할 데이터에 포함시켜 전송 할 수도 있다.
또한, 각 액티브 펜은 다른 액티브 펜(들)이 멀리 떨어진 영역에 위치하는 경우, 자신의 펜 ID를 전송하는 주기를 크게 하거나, 펜 ID를 전송하지 않을 수도 있다.
다른 예로, 터치 회로(TC)는 블루투스(Bluetooth)를 통한 펜 ID 트래킹이 가능할 수 있다. 즉, 액티브 펜은 블루투스를 통해 자신의 펜 ID를 전송하고, 터치 회로(TC)는 액티브 펜으로부터 펜 ID를 수신하여, 펜 ID 트래킹을 할 수 있다.
한편, 펜 압력(Pen Pressure)의 예를 설명하면, 펜 압력(필압)을 9 비트(bit)로 표현한다고 가정하고, 각 프레임에 각 펜 압력에 대한 비트 수를 3 비트로 할당한다고 가정하면, 3 프레임에 걸쳐 펜 압력이 전달될 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 구동 주파수가 60Hz인 경우, 펜 압력을 인지하는 레이트(주파수)는 20Hz(=60/3)이다.
아래에서는, 이상에서 설명한 본 실시예들에 따른 터치 시스템, 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 회로, 구동 방법 및 펜 인식 방법에 대하여 구체적인 예시를 통해 다시 설명한다.
구체적인 설명에 앞서, 이상에서 전술한 본 실시예들에 따른 터치 시스템, 터치 표시 장치, 액티브 펜, 터치 회로를 간단하게 다시 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예들에 따른 터치 시스템은, 터치 표시 장치(100)와 하나 이상의 액티브 펜 등을 포함한다.
본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는, 다수의 터치전극(TE)들이 배치된 터치 패널(TSP)과, 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 하나 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하기 위한 센싱 처리를 수행하는 터치 회로(TC) 등을 포함할 수 있다.
터치 회로(TC)가 수행하는 센싱 처리는, 터치 패널(TSP)에 구동 신호(터치 구동 신호, 터치 패널 구동 신호 등이라고도 함)를 공급하고, 구동 신호에 응답하여 터치 패널(TSP)을 통해 수신되는 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 하나 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 것을 의미할 수 있다.
터치 회로(TC)가 구동 신호를 터치 패널(TSP)에 공급하면, 터치 패널(TSP)에 공급된 구동 신호는 터치 패널(TSP)에 접촉 또는 근접한 액티브 펜으로 전달된다.
본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)에서 터치 패널(TSP)은 다수의 터치전극(TE)들을 의미하는 것으로서, 표시 패널(110)의 외부에 별도로 존재할 수도 있지만, 표시 패널(110)의 내부에 내장되어 있을 수도 있다.
본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)에 포함된 터치 회로(TC)는, 다수의 터치전극(TE)들이 배치된 표시 패널(110)에 구동 신호를 공급하고, 구동 신호에 응답하여 발생된 신호를 표시 패널(110)을 통해 검출하는 제1 회로(ROIC)와, 제1 회로(ROIC)에서 검출된 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 제2 회로(TCR) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예들에 따른 액티브 펜은, 터치 표시 장치(100)의 표시 패널(110)과 접촉 또는 비 접촉 하는 둘 이상의 펜 팁(P/A)과, 둘 이상의 펜 팁(P/A) 중 적어도 하나를 통해 압력(필압, 펜 압력)을 센싱하고, 둘 이상의 펜 팁(P/A) 중 적어도 하나를 통해 표시 패널(110)에 인가되는 구동 신호를 수신하고, 둘 이상의 펜 팁(P/A) 중 적어도 하나를 통해 표시 패널(110)에 펜 신호를 발생시키는 처리부(P/BC) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예들에 따른 터치 시스템의 구동 방법 및 펜 인식 방법은 블랭크(Blank) 구동을 기반으로 한다.
터치 표시 장치(100)에서 하나의 프레임 구간은, 영상 표시에 필요한 디스플레이 구동을 위한 하나 이상의 디스플레이 구간(D)과, 디스플레이 구동을 하지 않는 하나 이상의 블랭크 구간을 포함할 수 있다.
디스플레이 구간(D)과 블랭크 구간은 반복된다.
블랭크 구간은 영상 표시를 위한 구동이 않는 구간으로서, 2개의 디스플레이 구간(D) 사이에 존재하는 구간이다. 여기서, 영상 표시를 위한 구동은 데이터 라인으로 데이터 전압(Vdata)을 공급하고, 게이트 라인으로 스캔 신호를 공급하는 처리 등을 포함할 수 있다.
이러한 블랭크 구간에서는 센싱 처리가 진행될 수 있다.
즉, 블랭크 구간에서는, 터치 패널(TSP)을 구동하여 터치 패널(TSP)을 통해 수신되는 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나 하나 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 센싱 처리가 진행될 수 있다.
한편, 터치 표시 장치(100)에서 하나의 프레임 구간은, 둘 이상의 디스플레이 구간(D)과, 둘 이상의 블랭크 구간을 포함할 수 있다.
즉, 하나의 프레임 구간에서는 디스플레이 구간(D)과 블랭크 구간이 2차례 이상 반복될 수 있다.
이와 같이, 하나의 프레임 구간에 둘 이상의 블랭크 구간이 포함되는 경우, 각 블랭크 구간을 "롱 수평 블랭크 구간(LHB: Long Horizontal Blank) "이라고 한다.
하나의 프레임 구간에 존재하는 둘 이상의 블랭크 구간(LHB)을 터치 센싱 및/또는 펜 터치 센싱을 위한 구간으로 활용할 수 있다.
도 19 및 도 20은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 비콘 신호(BCON)를 이용한 LHB 구동 제어를 나타낸 도면들이고, 도 21은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 비콘 신호(BCON)의 포맷을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 19 및 도 20는, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 프레임 구간이 디스플레이 구동이 진행되는 16개의 디스플레이 구간(D)과, 16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)를 포함하는 경우, 16개의 디스플레이 구간(D)을 분리하는 16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)만을 도시한 도면이다.
비콘 신호(BCON)는 터치 회로(TC)에서 터치 패널(TSP)에 공급된다. 액티브 펜은, 펜 팁(P/A)을 통해, 터치 패널(TSP)에 공급된 비콘 신호(BCON)를 수신할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 하나의 프레임 구간 내 다수의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)은 비콘 신호(BCON)가 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜으로 전송되는 LHB가 1개 (LHB #1)만 존재할 수도 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 하나의 프레임 구간 내 다수의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)은 비콘 신호(BCON)가 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜으로 전송되는 LHB가 2개 이상(LHB #1, LHB #9) 존재할 수도 있다.
도 20의 예시를 참조하면, 하나의 프레임 구간 내 16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)는 비콘 신호(BCON)가 터치 패널(TSP)에서 하나 이상의 액티브 펜으로 전송되는 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)을 포함할 수 있다. 즉, 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)이 하나의 프레임 구간에 포함된다.
제1 LHB (LHB #1)에서 하나 이상의 액티브 펜으로 전송되는 비콘 신호(BCON)는, 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9) 사이에 존재하는 하나 이상의 LHB (LHB #2 ~ LHB #8) 동안 하나 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하기 위한 구동을 제어하는 정보를 포함할 수 있다.
비콘 신호(BCON)에 포함된 정보는, 터치 패널 정보(터치 패널이 표시 패널에 내장된 경우, 표시 패널 정보일 수 있음), 구동 제어 정보 등을 포함할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 비콘 신호(BCON)를 통해, 비콘 신호(BCON)가 전송되는 LHB (LHB #1) 이후에 오는 하나 이상의 LHB에서의 구동이 어떻게 진행될 것인지를 터치 표시 장치(100)와 연동하는 액티브 펜에게 알려줄 수 있고, 액티브 펜은 비콘 신호(BCON)를 보고 터치 표시 장치(100)와 구동과 대응되는 구동을 진행할 수 있다. 이에 따라, 정확한 펜 인식(펜 터치 센싱)이 이루어질 수 있다.
도 20에서와 같이, 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 둘 이상의 LHB (LHB #1, LHB #9)이 하나의 프레임 구간에 포함된 경우, 비콘 신호(BCON)에 실리는 정보량이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 터치 회로(TC)가 비콘 신호(BCON)를 생성하는 처리 부담과, 액티브 펜이 비콘 신호(BCON)를 수신 및 읽어 들이는 처리 부담을 줄여줄 수 있다.
도 20을 참조하면, 제1 LHB (LHB #1)에서 전송되는 비콘 신호(BCON)에 따라, 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)사이에 존재하는 하나 이상의 LHB (LHB #2 ~ LHB #8) 동안 액티브 펜의 동작 모드가 달라질 수 있다.
여기서, 액티브 펜의 동작 모드는, 펜 검색, 펜 정보 상세 인식 및 추가 펜 검색 등과 관련된 펜 검색 모드(Pen Searching Mode)와 펜 모드(Pen Mode) 등일 수 있고, 센싱 영역과 관련된 풀 센싱 모드(Full Sensing Mode)와 로컬 센싱 모드(Local Sensing Mode) 등일 수도 있으며, 액티브 펜에서 출력되는 펜 신호 또는 펜 인식 정보의 종류와 관련된 풀 톤 모드(Full Tone Mode)와 틸트 톤 모드(Tilt Tone Mode) 등일 수도 있다.
전술한 바에 따르면, 비콘 신호(BCON)를 통해, 터치 표시 장치(100)와 액티브 펜은 동작 모드를 서로 공유하여 해당 동작 모드에 맞는 동작을 정확하게 수행할 수 있다. 이에 따라, 터치 표시 장치(100)와 액티브 펜은 정확한 연동 동작을 통해 펜 인식 구동 동작을 할 수 있다.
도 20을 참조하면, 제1 LHB (LHB #1)에서 전송되는 비콘 신호(BCON)에 따라, 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)사이에 존재하는 하나 이상의 LHB (LHB #2 ~ LHB #8) 동안 액티브 펜에서 출력되는 펜 신호(다수의 펄스들을 포함하는 AC 신호)의 주파수가 달라질 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜은 터치 회로(TC)가 신호 검출 및 신호 처리가 가능한 주파수를 갖는 펜 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라, 터치 회로(TC)는 자신이 인식하고 처리할 수 있는 주파수를 갖는 펜 신호를 터치 패널(TSP)을 통해 정확하게 수신하고 인식할 수 있게 되어, 정확한 펜 인식을 할 수 있다.
도 20을 참조하면, 제1 LHB (LHB #1)에서 전송되는 비콘 신호(BCON)에 따라, 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)사이에 존재하는 하나 이상의 LHB (LHB #2 ~ LHB #8) 동안 액티브 펜에서 출력되는 펜 신호의 펄스 개수가 달라질 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜은 터치 회로(TC)가 신호 검출 및 신호 처리가 가능한 펄스 개수를 갖는 펜 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라, 터치 회로(TC)는 자신이 인식하고 처리할 수 있는 펄스 개수를 갖는 펜 신호를 터치 패널(TSP)을 통해 정확하게 수신하고 인식할 수 있게 되어, 정확한 펜 인식을 할 수 있다.
도 20을 참조하면, 제1 LHB (LHB #1)에서 전송되는 비콘 신호(BCON)에 따라, 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)사이에 존재하는 하나 이상의 LHB (LHB #2 ~ LHB #8)의 개수가 달라질 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜은 비콘 신호(BCON)를 통해 알게 된 구동 제어 정보에 따른 구동 동작을 얼마의 기간 동안 진행해야 하는지를 정확하게 알 수 있게 되어, 터치 표시 장치(100)와 정확하게 연동 동작을 할 수 있다.
전술한 비콘 신호(BCON)를 통한 구동 제어를 위해서는, 비콘 신호(BCON)는 도 21과 같은 포맷으로 되어 있을 수 있다.
도 21은 도 20의 예시를 위한 비콘 신호(BCON)의 포맷이다. 즉, 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 LHB (LHB #1) 이후, 다음 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 LHB (LHB #9)가 되기까지 7개의 LHB (LHB #2, LHB #3, LHB #4, LHB #5, LHB #6, LHB #7, LHB #8)가 존재하는 경우에 대한 비콘 신호(BCON)의 포맷이다.
도 21을 참조하면, 비콘 신호(BCON)는 제1 부분(F), 제2 부분(P) 및 제3 부분(CNTP) 등을 포함할 수 있다.
제1 부분(F)는 펜 신호의 주파수를 지시하는 정보가 설정되는 부분이다.
제1 부분(F)은 하나의 비트(bit) 또는 비트 열로 이루어질 수 있으며, 하나 이상의 비트(bit) 또는 이에 대응되는 십진수 값은 특정 주파수 값과 대응될 수 있다.
예를 들어, 제1 부분(F)이 11 (2 비트)로 된 경우, 제1 부분(F)에 의해 지시되는 주파수는 11 (십진수=3)에 대응되는 제1 주파수일 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 부분(F)이 10 (2 비트)로 된 경우, 제1 부분(F)에 의해 지시되는 주파수는 10 (십진수=2)에 대응되는 제2 주파수일 수 있다.
제2 부분(P)은 펜 신호의 펄스 개수 또는 이와 대응되는 정보가 설정되는 부분이다.
제2 부분(P)은 하나의 비트(bit) 또는 비트 열로 이루어질 수 있으며, 하나 이상의 비트(bit) 또는 이에 대응되는 십진수 값은 특정 펄스 개수 또는 이에 대응되는 정보를 나타낼 수 있다.
제3 부분(CNTP)은 현재 비콘 신호 전송 구간(도 20의 경우, LHB #1)과 다음 비콘 신호 전송 구간(도 20의 경우, LHB #9) 사이의 LHB(도 20의 경우, 7개의 LHB (LHB #2 ~ LHB #8)) 각각에서의 구동 상태 또는 구동 종류 또는 전송 신호 종류 등을 지시하는 제어 정보들이 설정되는 부분이다.
제3 부분(CNTP)은, 하나 또는 둘 이상의 세부 필드들을 포함할 수 있다.
세부 필드 개수는 현재 비콘 신호 전송 구간과 다음 비콘 신호 전송 구간 사이의 LHB 개수에 해당한다.
도 20의 경우에 따른 도 21의 비콘 신호 포맷에 따르면, 제3 부분(CNTP)은, 현재 비콘 신호 전송 구간(LHB #1)과 다음 비콘 신호 전송 구간(LHB #9) 사이에 존재하는 LHB 개수(7개)만큼의 세부 필드들(C1 ~ C7)을 포함한다.
즉, 제3 부분(CNTP)에 포함된 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7)은, 현재 비콘 신호 전송 구간(LHB #1)과 다음 비콘 신호 전송 구간(LHB #9) 사이에 존재하는 7개의 LHB (LHB #2 ~ LHB #8)에 대응된다.
C1은 LHB #2에서의 구동 상태 또는 구동 종류 또는 전송 신호 종류 등을 지시하는 제어 정보가 설정된다.
C2은 LHB #3에서의 구동 상태 또는 구동 종류 또는 전송 신호 종류 등을 지시하는 제어 정보가 설정된다.
C3은 LHB #4에서의 구동 상태 또는 구동 종류 또는 전송 신호 종류 등을 지시하는 정보가 설정된다.
C4은 LHB #5에서의 구동 상태 또는 구동 종류 또는 전송 신호 종류 등을 지시하는 제어 정보가 설정된다.
C5은 LHB #6에서의 구동 상태 또는 구동 종류 또는 전송 신호 종류 등을 지시하는 제어 정보가 설정된다.
C6은 LHB #7에서의 구동 상태 또는 구동 종류 또는 전송 신호 종류 등을 지시하는 제어 정보가 설정된다.
C7은 LHB #8에서의 구동 상태 또는 구동 종류 또는 전송 신호 종류 등을 지시하는 제어 정보가 설정된다.
제3 부분(CNTP)에 포함된 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7) 각각은 하나의 비트(bit) 또는 비트 열로 이루어질 수 있으며, 하나 이상의 비트(bit) 또는 이에 대응되는 십진수 값은 특정 펄스 개수 또는 이에 대응되는 제어 정보를 나타낼 수 있다.
제3 부분(CNTP)에 포함된 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7) 각각에서 나타내고자 하는 제어 정보의 종류의 개수에 따라, 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7) 각각을 이루는 비트 개수가 달라질 수 있다.
예를 들어, 제3 부분(CNTP)에 포함된 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7) 각각에서 나타내고자 하는 제어 정보의 종류의 개수가 3 내지 4가지라면, 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7) 각각을 이루는 비트 개수는 2 비트 이상이 되어야 한다.
다른 예를 들어, 제3 부분(CNTP)에 포함된 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7) 각각에서 나타내고자 하는 제어 정보의 종류의 개수가 5가지 이상이라면, 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7) 각각을 이루는 비트 개수는 3 비트 이상이 되어야 한다.
구체적인 예로서, 제3 부분(CNTP)에 포함된 7개의 세부 필드들(C1 ~ C7) 각각은 십진수 0, 1, 2, 3를 나타내는 비트 열(2개 이상의 비트 포함)로 이루어질 수 있다.
십진수 0은 펜 검색 및 펜 위치 센싱 등과 관련된 풀 스캔(풀 센싱)을 위한 펜 신호의 풀 톤(Full Tone) 모드를 나타내는 값일 수 있다.
십진수 1은 틸트 인식을 위한 틸트 톤(Tilt Tone) 모드를 나타내는 값일 수 있다.
십진수 2는 액티브 펜의 압력을 알려주기 위한 값일 수 있다.
십진수 3은 데이터(펜 데이터라고도 하고, 버튼, 펜 ID, 체크섬(Checksum) 등의 부가 정보를 포함할 수 있음)를 나타내는 값일 수 있다.
한편, 비콘 신호 전송 구간 간의 간격은 균일한 간격일 수도 있고 불 균일한 간격일 수도 있다.
예를 들어, 도 20에 참조하면, 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)가 존재하는 프레임 구간 또는 다른 프레임 구간에서, 비콘 신호(BCON)가 전송되는 제3 LHB (도 20에 도시되지는 않음)을 더 포함하는 경우, 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)사이의 간격과, 제2 LHB과 제3 LHB 사이의 간격은, 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다.
만약 비콘 신호 전송 구간 간의 간격을 균등하게 설정하게 되면, 터치 패널(TSP)과 액티브 펜의 연동 동작(구동)이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다.
만약 비콘 신호 전송 구간 간의 간격을 불 균등하게 설정하게 되면, 액티브 펜의 존재 여부 또는 액티브 펜의 개수 또는 패시프 터치 입력 포인터(예: 손가락 등)의 존재 여부 등에 따라 터치 패널(TSP)과 액티브 펜의 연동 동작(구동)이 적응적으로 이루어질 수 있다.
이러한 포맷을 갖는 비콘 신호(BCON)는 터치 패널 타입 정보(예: 인셀 타입), LHB 구동 정보, 멀티플렉서 구동 정보, 파워 모드 정보(예: 소비 전력 저감을 위해 패널 및 펜 구동이 되지 않는 LHB 정보 등) 등을 포함할 수 있다.
한편, 비콘 신호(BCON)는 터치 패널(TSP)와 액티브 펜 간의 구동 동기화를 위한 정보를 포함할 수도 있다. 즉, 비콘 신호(BCON)는 핑 신호(Ping Signal)의 역할도 함께 할 수 있다.
비콘 신호(BCON)에 포함되는 각종 정보들은 터치 표시 장치(100)의 룩업 테이블에 저장되어 있을 수 있다.
여기서, 룩업 테이블은 액티브 펜과 사전에 공유될 수 있다.
도 22는 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 펜 검색 모드(Pen Searchign Mode)를 위한 LHB 구동 및 펜 구동을 나타낸 예시적인 도면이고, 도 23a은 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 펜 모드(Pen Mode)를 위한 LHB 구동 및 펜 구동을 나타낸 예시적인 도면이고, 도 23b는 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 펜 모드(Pen Mode)를 위한 LHB 구동 및 펜 구동을 나타낸 다른 예시적인 도면이다.
펜 검색 모드(Pen Searching mode)는 인식된 액티브 펜이 없는 경우에 액티브 펜을 검색하기 위해 진행될 수 있는 동작 모드로서, 최초의 액티브 펜을 인식할 수 있는 동작 모드일 수 있다.
펜 모드(Pen mode)는 액티브 펜에 대한 각종 정보(예: 위치, 틸트 (펜 기울기), 필압 (압력), 펜 버튼 입력 정보, 펜 식별정보 (펜 ID) 등)를 인식할 수 있는 동작 모드로서, 추가적인 액티브 펜을 새롭게 인식할 수도 있는 동작모드일 수 있다.
도 22 내지 도 23b를 참조하면, 펜 검색 모드인 경우, 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 LHB (도 22에서, LHB #1, LHB #9)에서 전송되는 비콘 신호(BCON)과, 펜 모드인 경우, 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 LHB (도 23a과 도 23b에서, LHB #1, LHB #9)에서 전송되는 비콘 신호(BCON)는 다를 수 있다.
도 22를 참조하면, 펜 검색 모드인 경우, 현재의 비콘 전송 구간(LHB #1)에서 다음의 비콘 전송 구간(LHB #9) 사이의 7개의 LHB들 (LHB #2 ~ LHB #8) 각각은, 화면 전 영역을 풀-센싱(Full Sensing)하여 화면 전 영역에서의 터치 및 펜 터치 유무를 알아내기 위하여 터치 패널(TSP) 및 액티브 펜이 동작하는 "풀 톤(Full Tone) 모드 구간"일 수 있다.
즉, 풀 톤(Full Tone) 모드 구간에서는, 터치 패널(TSP)에 AC 신호 형태의 터치 구동 신호(Vtouch)가 공급되고, 액티브 펜은 모든 팁(경우에 따라서는 1개의 팁)을 통해 펜 신호를 출력할 수 있다.
따라서, 비콘 신호(BCON)에서, 제3 부분(CONP)의 7개의 세부 필드(C1 ~ C7)는 풀 톤(Full Tone) 모드를 나타내는 모두 0(십진수)으로 설정된다. 따라서, 비콘 신호(BCON)는 FP0000000 로 설정될 수 있다.
도 23a은 액티브 펜이 1개인 경우에 대한 펜 모드를 나타낸 것이고, 도 23b는 액티브 펜이 2개인 경우에 대한 펜 모드를 나타낸 것이다.
도 23a을 참조하면, 액티브 펜이 1개인 경우에 대한 펜 모드인 경우, 한 프레임 구간 내 다수의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)은, 비콘 신호(BCON)가 액티브 펜으로 전송되는 LHB (LHB #1, LHB #9)와, 화면 전 영역을 풀-센싱(Full Sensing)하여 화면 전 영역에서의 터치 및 펜 터치 유무를 알아내기 위하여 터치 패널(TSP) 및 액티브 펜이 동작하는 "풀 톤(Full Tone) 모드 구간"에 해당하는 LHB (LHB #4, LHB #5, LHB #8, LHB #12, LHB #13, LHB #16)과, 터치 표시 장치(100)가 액티브 펜에서 출력된 펜 신호를 통해 액티브 펜의 위치 및 틸트를 감지하기 위한 구간(펜 위치/틸트 센싱 구간)에 해당하는 LHB (LHB #2, LHB #6, LHB #10, LHB #14)과, 액티브 펜이 펜 압력을 알려주어 터치 표시 장치(100)가 펜 압력을 인식하기 구간(펜 압력 센싱 구간)에 해당하는 LHB (LHB #3, LHB #7)과, 액티브 펜이 펜 관련 부가 정보를 포함하는 데이터를 출력하여 터치 표시 장치(100)가 펜 관련 부가 정보를 인식하기 구간(펜 데이터 전송 구간)에 해당하는 LHB (LHB #11, LHB #15)을 포함할 수 있다.
도 23a의 예시에 따른 구동 상황에 따르면, 도 21에서의 제3 부분(CNTP)에서의 7개의 세부 필드(C1 ~ C7)의 값들의 설정 예시를 이용해보면, LHB #1에서 전송되는 비콘 신호(BCON)는 FP1200120으로 설정될 수 있으며, LHB #9에서 전송되는 비콘 신호(BCON)는 FP1300130으로 설정될 수 있다.
도 23b를 참조하면, 2개의 액티브 펜(제1 액티브 펜(Pen 1), 제2 액티브 펜(Pen 2))인 경우에 대한 펜 모드인 경우, 비콘 신호(BCON)가 2개의 액티브 펜(Pen 1, Pen 2)으로 전송되는 LHB (LHB #1, LHB #9)와, 한 프레임 구간 내 다수의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)은, 화면 전 영역을 풀-센싱(Full Sensing)하여 화면 전 영역에서의 터치 및 펜 터치 유무를 알아내기 위하여 터치 패널(TSP) 및 2개의 액티브 펜(Pen 1, Pen 2)이 동작하는 "풀 톤(Full Tone) 모드 구간"에 해당하는 LHB (LHB #4, LHB #5, LHB #8, LHB #12, LHB #13, LHB #16)과, 터치 표시 장치(100)가 2개의 액티브 펜(Pen 1, Pen 2)에서 출력된 펜 신호를 통해 2개의 액티브 펜(Pen 1, Pen 2)의 위치를 감지하기 위한 구간(펜 위치/틸트 센싱 구간)에 해당하는 LHB (LHB #2, LHB #10)과, 터치 표시 장치(100)가 2개의 액티브 펜(Pen 1, Pen 2)에서 출력된 펜 신호를 통해 2개의 액티브 펜(Pen 1, Pen 2)의 틸트를 감지하기 위한 구간(펜 위치/틸트 센싱 구간)에 해당하는 LHB (LHB #6, LHB #14)과, 제1 액티브 펜(Pen 1)이 펜 압력을 알려주어 터치 표시 장치(100)가 제1 액티브 펜(Pen 1)의 펜 압력을 인식하기 구간(펜 압력 센싱 구간)에 해당하는 LHB (LHB #3)과, 제2 액티브 펜(Pen 2)이 펜 압력을 알려주어 터치 표시 장치(100)가 제2 액티브 펜(Pen 2)의 펜 압력을 인식하기 구간(펜 압력 센싱 구간)에 해당하는 LHB (LHB #11)과, 제1 액티브 펜(Pen 1)이 펜 관련 부가 정보를 포함하는 데이터를 출력하여 터치 표시 장치(100)가 제1 액티브 펜(Pen 1)의 펜 관련 부가 정보를 인식하기 구간(펜 데이터 전송 구간)에 해당하는 LHB (LHB #7)과, 제2 액티브 펜(Pen 2)이 펜 관련 부가 정보를 포함하는 데이터를 출력하여 터치 표시 장치(100)가 제2 액티브 펜(Pen 2)의 펜 관련 부가 정보를 인식하기 구간(펜 데이터 전송 구간)에 해당하는 LHB (LHB #15)을 포함할 수 있다.
도 23b의 예시에 따른 구동 상황에 따르면, 도 21에서의 제3 부분(CNTP)에서의 7개의 세부 필드(C1 ~ C7)의 값들의 설정 예시를 이용해보면, LHB #1에서 전송되는 비콘 신호(BCON)는 FP1200130으로 설정될 수 있으며, LHB #9에서 전송되는 비콘 신호(BCON)는 FP1200130으로 설정될 수 있다.
도 23b의 예시에 따르면, 하나의 프레임 구간은 16개의 디스플레이 구간(D)과 16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)으로 시분할 되어 나누어진다.
16개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #16)은 둘 이상의 액티브 펜(Pen 1, Pen 2)에 의한 펜 터치의 위치를 감지하는 둘 이상의 LHB (LHB #2, LHB #10)을 포함할 수 있다.
전술한 LHB 구성 및 LHB 구동에 따르면, 최적화된 디스플레이 성능 및 센싱 성능을 제공할 수 있으며, LHB 구동을 통해 펜 위치, 펜 압력 및 펜 부가 정보 등을 효율적으로 인식할 수 있다. 특히, 멀티 펜 인식 성능을 높여줄 수 있다.
효과적인 멀티 펜 인식을 위하여, 하나의 프레임 구간 내에서, 펜 신호를 2차례 이상 획득할 수 있는 구간이 필요하다.
이에, 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서는, 하나의 프레임 구간 동안 디스플레이 구간과 LHB가 반복되고, 하나의 프레임 구간 내 다수의 LHB 중 둘 이상의 LHB에서, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호들이 표시 패널(110)에 방사될 수 있다. 이에 따라, 터치 회로(TC)는 펜 신호들을 토대로 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 터치 회로(TC)에 포함된 제1 회로(ROIC)는 하나의 프레임 구간 내 다수의 블랭크 구간에서 동작하되, 하나의 프레임 구간 내 서로 다른 둘 이상의 LHB 동안, 표시 패널(110)에 구동 신호(터치 구동 신호, 터치 패널 구동 신호)를 공급하고, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호들을 표시 패널(110)을 통해 검출할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예들에 따른 터치 회로(TC)에 포함된 제2 회로(TCR)는 제1 회로(ROIC)에서 검출된 펜 신호들을 토대로 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 펜 인식 방법은, 다수의 터치전극(TE)들이 배치된 표시 패널(110)에 구동 신호를 공급하고, 구동 신호에 응답하여 발생된 신호를 표시 패널(110)을 통해 검출하는 제1 단계와, 제1 단계에서 검출된 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 제2 단계를 포함하되, 제1 단계에서, 터치 표시 장치(100)는 하나의 프레임 구간 내 존재하는 다수의 LHB에서 동작하되, 하나의 프레임 구간 내 서로 다른 둘 이상의 LHB 동안, 표시 패널(110)에 구동 신호를 공급하고, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호들을 표시 패널(110)을 통해 검출하고, 제2 단계에서, 터치 표시 장치(100)는 펜 신호들을 토대로 둘 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱할 수 있다.
전술한 멀티 펜 인식 방법에 따르면, 어느 하나의 액티브 펜이 하나 이상의 펜 팁(P/A)을 통해 표시 패널(110)로 펜 신호를 출력하는 블랭크 구간 (예: LHB) 동안, 다른 액티브 펜에서도 표시 패널(110)로 펜 신호가 출력될 수 있다. 따라서, 동일한 블랭크 구간 동안, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호가 표시 패널(110)로 방사될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 표시 장치(100)는 하나의 프레임 구간 내에서 펜 신호를 2차례 이상 획득할 수 있게 되어, 신속하고 효과적인 멀티 펜 인식 처리를 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 효과적인 멀티 펜 인식을 위하여, 하나의 프레임 구간 내 다수의 LHB 중에서, 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호들이 표시 패널(110)에 방사되는 둘 이상의 LHB은, 둘 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및 틸트 중 적어도 하나를 센싱하는 펜 위치/틸트 센싱 구간(도 23b에서, LHB #2, LHB #6, LHB #10, LHB #14)일 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 표시 장치(100)는 하나의 프레임 구간 내에서 둘 이상의 액티브 펜에서 출력된 펜 신호를 2차례 이상 획득하여 둘 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및/또는 틸트를 센싱할 수 있다.
액티브 펜의 위치 및/또는 틸트를 센싱하는 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 LHB들(도 23b에서, LHB #2, LHB #6, LHB #10, LHB #14) 간의 간격은 서로 동일할 수 있다.
이에 따라, 사용자가 액티브 펜을 사용하여 터치한 궤적과 정확하게 대응되는 펜 터치 위치들을 왜곡 없이 센싱할 수 있다.
도 22 내지 도 23b를 참조하면, 하나의 프레임 구간에 포함된 다수의 LHB은, 정해진 코드들을 나타낸 펄스들로 이루어진 비콘 신호(BCON)가 표시 패널(110)에서 둘 이상의 액티브 펜으로 전송되는 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 하나 이상의 LHB (예: LHB #1, LHB #9)을 포함할 수 있다.
이러한 비콘 신호(BCON)의 전송을 통해, 터치 표시 장치(100)는, 비콘 신호(BCON)가 전송되는 LHB (LHB #1) 이후에 오는 하나 이상의 LHB (예: LHB #2 ~ LHB #8)에서의 구동이 어떻게 진행될 것인지를 터치 표시 장치(100)와 연동하는 액티브 펜에게 알려줄 수 있다. 이에 따라, 액티브 펜은 비콘 신호(BCON)를 보고 터치 표시 장치(100)와 연동하여 동작할 수 있다. 이에 따라, 정확한 펜 인식(펜 터치 센싱)이 이루어질 수 있다.
비콘 신호(BCON)는 터치 패널(TSP)의 전 영역에 배치된 모든 터치 전극(TE)으로 공급될 수 있다.
비콘 신호(BCON)는 터치 패널(TSP)에 공급되어 액티브 펜으로 전달되는 신호로서, 터치 패널(TSP)에 공급된다는 점에서 볼 때, 일종의 터치 패널 구동 신호로 볼 수 있다.
도 22와, 도 23a 및 도 23b를 비교해보면, 펜 검색 모드인 경우의 비콘 신호(BCON)에서 제3 부분(CNTP)는 모두 0 (십진수)으로 설정됨을 알 수 있다. 따라서, 펜 검색 모드인 경우의 비콘 신호(BCON)와 펜 모드인 경우의 비콘 신호(BCON)는 다를 수 있다.
이에 따라, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는 물론, 액티브 펜은 비콘 신호(BCON)에 따라 펜 검색 모드와 펜 모드 중 하나로 동작할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 비콘 신호(BCON)를 통해, 터치 표시 장치(100)와 액티브 펜은 동작 모드를 서로 공유하여 해당 동작 모드에 맞는 동작을 정확하게 수행할 수 있다. 이에 따라, 터치 표시 장치(100)와 액티브 펜은 정확한 연동 동작을 통해 펜 인식 구동 동작을 할 수 있다.
비콘 신호(BCON)는 패널 정보(예: 패널 ID, 패널 상태, 패널 타입 등) 및 구동 제어 정보 등을 포함할 수 있다.
여기서, 패널 정보는 터치 패널 정보라고도 하며, 일 예로, 패널 ID, 패널 타입 정보(예: 애드 온(Add on) 타입, 인-셀(In-cell) 타입, 온-셀(On-cell) 타입 등을 식별하는 정보), 패널 상태 정보 등을 포함할 수 있다.
구동 제어 정보는, 도 21의 비콘 신호 포맷에서 나타낸 정보들을 포함할 수 있다.
이러한 비콘 신호(BCON)를 통해, 터치 표시 장치(100)는 터치 패널(TSP)에 대한 정보와, 펜 터치 센싱과 관련한 구동에 대한 정보를 액티브 펜에게 알려줄 수 있다. 이에 따라, 터치 표시 장치(100)와 액티브 펜 간의 펜 터치 센싱(펜 인식)을 위한 연동 동작이 정확하게 이루어질 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 액티브 펜에서 출력되는 펜 신호를 이루는 다수의 펜 펄스들의 주파수는 비콘 신호(BCON)에 의해 정의될 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜은 터치 회로(TC)가 신호 검출 및 신호 처리가 가능한 주파수를 갖는 펜 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라, 터치 회로(TC)는 자신이 인식하고 처리할 수 있는 주파수를 갖는 펜 신호를 터치 패널(TSP)을 통해 정확하게 수신하고 인식할 수 있게 되어, 정확한 펜 인식을 할 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 액티브 펜에서 출력되는 펜 신호를 이루는 다수의 펜 펄스들의 펄스 개수는 비콘 신호(BCON)에 의해 정의될 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜은 터치 회로(TC)가 신호 검출 및 신호 처리가 가능한 펄스 개수를 갖는 펜 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라, 터치 회로(TC)는 자신이 인식하고 처리할 수 있는 펄스 개수를 갖는 펜 신호를 터치 패널(TSP)을 통해 정확하게 수신하고 인식할 수 있게 되어, 정확한 펜 인식을 할 수 있다.
도 21에 도시되나 바와 같이, 현재의 비콘 신호 전송 구간(예: LHB #1)과 다음의 비콘 신호 전송 구간(예: LHB #9) 사이에 존재하는 LHB 개수는 비콘 신호(BCON)에 의해 정의될 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜은 비콘 신호(BCON)를 통해 알게 된 구동 제어 정보에 따른 구동 동작을 얼마의 기간 동안 진행해야 하는지를 정확하게 알 수 있게 되어, 터치 표시 장치(100)와 정확하게 연동 동작을 할 수 있다.
한편, 현재의 비콘 신호 전송 구간(예: LHB #1)과 다음의 비콘 신호 전송 구간(예: LHB #9) 사이에는 액티브 펜에서 펜 신호가 방사되지 않는 LHB가 적어도 하나 존재할 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜과 터치 표시 장치(100)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 23b의 예시를 참조하면, 하나의 프레임 구간 내 다수의 LHB은, 터치 표시 장치(100)의 터치 패널(TSP)에서 둘 이상의 액티브 펜으로 비콘 신호(BCON)가 전송되는 구간(비콘 신호 전송 구간)에 해당하는 LHB (LHB #1) 이후, 둘 이상의 액티브 펜에서 펜 신호를 출력하여 터치 표시 장치(100)에서 둘 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및 틸트 중 적어도 하나를 센싱할 수 있는 구간(펜 위치/틸트 센싱 구간, 풀 톤 모드 구간)에 해당하는 하나 이상의 LHB (LHB #2, LHB #6, LHB #4, LHB #5, LHB #8)을 포함할 수 있다.
또한, 하나의 프레임 구간 내 다수의 LHB은, 둘 이상의 액티브 펜에서 펜 압력을 나타내는 펜 신호를 출력하여 터치 표시 장치(100)에서 둘 이상의 액티브 펜에 대한 압력(펜 압력, 필압)을 센싱할 수 있는 구간(펜 압력 센싱 구간)에 해당하는 하나 이상의 LHB (LHB #3)과, 둘 이상의 액티브 펜에 대한 펜 부가 정보(예: 펜 ID, 펜 버튼 입력 정보, 비트 에러 체크를 위한 체크 섬(Checksum) 등)를 포함하는 데이터(펜 데이터)가 터치 표시 장치(100)로 전송되는 구간(펜 데이터 전송 구간)에 해당하는 하나 이상의 LHB (LHB #7) 등 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
둘 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및 틸트 중 적어도 하나를 센싱할 수 있는 구간은, 로컬 센싱을 위한 펜 위치/틸트 센싱 구간(LHB #2, LHB #6)과, 풀 센싱을 위한 풀 톤 모드 구간(LHB #4, LHB #5, LHB #8)을 포함할 수 있다.
데이터(펜 데이터)에 포함되는 펜 부가 정보는, 일 예로, 해당 액티브 펜에 대한 펜 ID 및 펜 버튼 입력 정보와, 펜 부가 정보의 비트 에러를 체크하기 위한 체크 섬(Checksum) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 하나의 프레임 구간 동안, 터치 표시 장치(100)는 둘 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및/또는 틸트를 정확하게 인식할 수 있고, 둘 이상의 액티브 펜에 대한 압력 및/또는 펜 부가 정보 등을 더 인식할 수 있다.
한편, 도 23b를 참조하면, 2개 이상의 액티브 펜의 위치 및/또는 틸트를 센싱하기 위한 4개의 LHB (LHB #2, LHB #6, LHB #10, LHB #14) 각각에서, 각 액티브 펜이 해당하는 위치를 시분할 구동 및 센싱을 통해 알아낼 수 잇다.
예를 들어, 제1 액티브 펜(Pen 1), 제2 액티브 펜(Pen 2)의 위치 및/또는 틸트를 센싱하기 위하여, 펜 검색 모드 또는 펜 모드에서의 풀 스캔 모드를 통해 찾은 제1 액티브 펜(Pen 1)에 대한 위치 및/또는 틸트를 LHB# 2 및 LHB #10구간에서 센싱하고, 펜 검색 모드 또는 펜 모드에서의 풀 스캔 모드를 통해 찾은 제2 액티브 펜(Pen 2)에 대한 위치 및/또는 틸트를 LHB #6 및 LHB #14구간에서 센싱할 수 있다.
이때, 제1 액티브 펜(Pen 1)에 대한 위치 및/또는 틸트를 센싱하는 LHB 구간은 균일한 간격으로 설정될 수 있다. 마찬가지로, 제2 액티브 펜(Pen 1)에 대한 위치 및/또는 틸트를 센싱하는 LHB 구간은 균일한 간격으로 설정될 수 있다. 액티브 펜의 위치 및/또는 틸트를 센싱하는 간격을 동일하게 하는 경우, 터치 센싱의 정확도가 향상될 수 있기 때문이다.
또 다른 예를 들어, 제1 액티브 펜(Pen 1), 제2 액티브 펜(Pen 2), 제3 액티브 펜(Pen3), 제4 액티브 펜(Pen4)의 위치 및 틸트를 센싱하기 위해, LHB #2구간에서는 펜 검색 모드 또는 펜 모드에서의 풀 스캔 모드를 통해 찾은 제1 액티브 펜(Pen1)의 위치에 해당하는 영역을 센싱하고, LHB #6구간에서는 펜 검색 모드 또는 펜 모드에서의 풀 스캔 모드를 통해 찾은 제2 액티브 펜(Pen2)의 위치에 해당하는 영역을 센싱하고, LHB #10구간에서는 펜 검색 모드 또는 펜 모드에서의 풀 스캔 모드를 통해 찾은 제3 액티브 펜(Pen3)의 위치에 해당하는 영역을 센싱하고, LHB #14구간에서는 펜 검색 모드 또는 펜 모드에서의 풀 스캔 모드를 통해 찾은 제4 액티브 펜(Pen4)의 위치에 해당하는 영역을 센싱할 수 있다.
도 23b를 참조하면, 2개 이상의 액티브 펜의 위치 및/또는 틸트를 센싱하기 위한 4개의 LHB (LHB #2, LHB #6, LHB #10, LHB #14) 각각에서 각 액티브 펜에 대한 위치 및/또는 틸트를 동시 구동 및 센싱을 통해 알아낼 수 잇다.
예를 들어, 제1 액티브 펜(Pen 1) 및 제2 액티브 펜(Pen 2)의 위치 및/ 틸트를 센싱하기 위해, 4개의 LHB (LHB #2, LHB #6, LHB #10, LHB #14) 동안, 펜 검색 모드 또는 펜 모드에서의 풀 스캔 모드를 통해 찾은 2개의 액티브 펜(Pen1, Pen2)의 위치에 해당하는 영역(동일 또는 다른 영역)을 동시에 센싱할 수 있다. 이때, 2개의 액티브 펜(Pen1, Pen2)이 동일한 로컬 센싱 영역에 위치 하는 경우, 터치 표시 장치(100)는 2개의 액티브 펜(Pen1, Pen2)에서 방사하는 펜 신호(데이터)에 포함된 펜 ID를 통해 2개의 액티브 펜(Pen 1, Pen2)를 구별할 수 있다.
도 24a는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 패널 구동 및 펜 구동의 타이밍 다이어그램의 예시도이다.
도 24a는 8개의 LHB 동안 패널 구동 및 펜 구동을 예시한 것으로서, 터치 패널(TSP)에 배치된 터치 전극들은 3개의 그룹(Group 1, Group 2, Group 3, 실제로는 그룹 개수가 이보다 적거나 더 많을 수 있음)으로 그룹화되어 구동된 경우를 가정한 것이다.
도 24a를 참조하면, 8개의 LHB (LHB #1 ~ LHB #8)에서, LHB #1은 비콘 구간이고, LHB #2 및 LHB #6은 하나 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및/또는 틸트를 센싱하기 위한 펜 위치/틸트 센싱 구간이고, LHB #3 및 LHB #7은 하나 이상의 액티브 펜에 대한 압력(필압)을 인식하기 위한 펜 압력 센싱 구간이며, LHB #4, LHB #5 및 LHB #8은 화면 전 영역에서 핑거 및/또는 하나 이상의 액티프 펜에 대한 터치를 풀-센싱하는 풀 톤 모드 구간이다.
따라서, 비콘 구간인 LHB #1 동안, 터치 패널(TSP)의 모든 영역(즉, 모든 터치 전극)으로 FP1200120으로 표현되는 비콘 신호(BCON)가 인가될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 터치 패널(TSP)의 일부 영역(즉, 일부 터치 전극 또는 검색된 액티브 펜의 위치와 대응되는 영역)으로 FP1200120으로 표현되는 비콘 신호(BCON)가 인가될수 있다. 예를 들면, 터치 패널의 터치 전극들 중 짝수열에 위치한 터치전극에만 비콘 신호(BCON)가 인가되거나, 또는 홀수열에 위치한 터치전극에만 비콘 신호(BCON)를 인가될수 있다. 또는 미리 정해진 터치 전극 그룹에만 비콘 신호(BCON)가 인가될수 있다. 또는 터치 패널의 터치전극을 복수의 터치 그룹으로 나누고, 1터치 전극 그룹에는 제 1 비콘 신호 기간에 비콘 신호가 인가되고, 2터치 전극 그룹에는 제 2 비콘 신호 기간에 비콘 신호가 인가될 수 있다.
이에 따라, 하나 또는 둘 이상의 액티브 펜은 비콘 신호(BCON)를 수신하게 되어, 패널 정보 및 구동 제어 정보 등을 포함하는 각종 정보(예: 터치 패널 타입, LHB 구동 정보, 멀티플렉서 구동 정보, 파워 모드 등)를 확인할 수 있다.
비콘 신호는, 일 예로, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS) 신호일 수 있다.
비콘 구간인 LHB #1을 제외한 나머지 LHB들 (LHB #2 ~ LHB #8) 각각은 패널 구동이 되는 업-링크 구간과 펜 구동이 되는 다운-링크 구간으로 시분할 될 수 있다. 이는 도 34 및 도 35를 참조하여 다시 설명한다.
펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 LHB #2 및 LHB #6 각각의 업-링크 구간 동안, 터치 패널(TSP)의 모든 영역(즉, 모든 터치 전극)으로 핑 신호(PNG)가 인가될 수 있다. 이에 따라, 하나 이상의 액티브 펜은 핑 신호(PNG)를 수신할 수 있다.
펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 LHB #2 및 LHB #6 각각에서, 업-링크 구간 다음에 바로 또는 일정 시간 이후에 진행되는 다운-링크 구간 동안, 터치 패널(TSP)의 모든 영역(즉, 모드 터치 전극)으로 일정 전압을 갖는 DC 타입의 구동 신호가 인가되고, 하나 이상의 액티브 펜 각각은 자신이 가지고 있는 둘 이상의 펜 팁(Tip 1, Tip 2)을 이용하여 펜 신호를 터치 패널(TSP)로 방사(출력)할 수 있다.
여기서, 예를 들어, 각 액티브 펜은, 틸트 센싱을 위해서 둘 이상의 펜 팁(Tip 1, Tip 2)을 순차적으로 이용하여 펜 신호를 방사할 수도 있고, 위치 센싱을 위해서 둘 이상의 펜 팁(Tip 1, Tip 2) 모두를 동시에 이용하여 펜 신호를 방사하거나 둘 이상의 펜 팁(Tip 1, Tip 2) 중 하나만을 이용하여 펜 신호를 방사할 수도 있다.
펜 압력 센싱 구간인 LHB #3 및 LHB #7 각각의 업-링크 구간 동안, 터치 패널(TSP)의 모든 영역(즉, 모든 터치 전극)으로 핑 신호(PNG)가 인가될 수 있다. 이에 따라, 하나 이상의 액티브 펜은 핑 신호(PNG)를 수신할 수 있다.
펜 압력 센싱 구간인 LHB #3 및 LHB #7 각각에서, 업-링크 구간 다음에 바로 또는 일정 시간 이후에 진행되는 다운-링크 구간 동안, 터치 패널(TSP)의 모든 영역(즉, 모드 터치 전극)으로 일정 전압을 갖는 DC 타입의 구동 신호가 인가되고, 하나 이상의 액티브 펜 각각은 자신의 펜 팁 압력(즉, 필압, 압력)에 대한 정보를 포함하는 데이터에 해당하는 펜 신호를 터치 패널(TSP)로 방사(출력)할 수 있다.
여기서, 압력 정보를 표현하는 데이터에 해당하는 펜 신호는, 3개의 상태(정위상 상태, 역위상 상태, DC 상태)로 표현될 수 있다. 이는 도 10을 참조하여 설명한 바 있으며, 도 29를 참조하여서도 상세하게 후술한다.
풀 톤 모드 구간인 LHB #4, LHB #5 및 LHB #8 각각의 업-링크 구간 동안, 터치 패널(TSP)의 모든 영역(즉, 모든 터치 전극)으로 핑 신호(PNG)가 인가될 수 있다. 이에 따라, 하나 이상의 액티브 펜은 핑 신호(PNG)를 수신할 수 있다.
풀 톤 모드 구간인 LHB #4, LHB #5 및 LHB #8 각각에서, 업-링크 구간 다음에 다음 또는 일정 시간 이후에 진행되는 다운-링크 구간 동안, 터치 패널(TSP)의 모든 영역(즉, 모드 터치 전극)으로 소정의 주파수를 갖고 다수의 펄스들로 이루어진 구동 신호(LFD 신호, 터치 패널 구동 신호)가 인가될 수 있다.
이에 따라, 각 액티브 펜은 구동 신호(LFD 신호, 터치 패널 구동 신호)에 응답하여 자신의 둘 이상의 펜 팁(Tip 1, Tip 2)을 통해 펜 신호를 터치 패널(TSP)로 방사(출력)할 수 있다.
도 24b는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 3가지 터치 패널 구동 신호(비콘 신호, 핑 신호, LFD 신호, DC 신호)를 터치 패널로 공급하기 위한 회로 구조를 나타낸 도면이다.
전술한 바와 같이, 손가락 등에 의한 터치 센싱과 액티브 펜에 의한 펜 터치 센싱을 위해, 구동 타이밍에 따라 3가지 종류의 구동 신호인 비콘 신호(BCON, PNG, LFD 신호)가 터치 패널(TSP)에는 공급된다.
터치 회로(SRIC)는, 비콘 신호(BCON) 및 핑 신호(PNG)를 발생시키는 비콘/핑 신호 발생부(2410)와, LFD 신호를 출력하는 펜/핑거 터치 센싱부(2420)와, 구동 타이밍 정보에 따라 비콘/핑 신호 발생부(2410) 및 펜/핑거 터치 센싱부(2420) 중 하나를 멀티플렉서(MUX)에 전기적으로 연결해주는 스위치(SW)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 24a에서, 비콘 구간에 해당하는 LHB #1에서, 스위치(SW)는 비콘/핑 신호 발생부(2410)와 멀티플렉서(MUX)를 전기적으로 연결시켜준다. 이에 따라, 비콘/핑 신호 발생부(2410)에서 발생된 비콘 신호(BCON)가 멀티플렉서(MUX)를 통해 터치 전극(TE)과 연결된 신호 라인(SL)으로 출력된다.
도 24a에서, LHB #2 등의 업-링크 구간(핑 구간)에서, 스위치(SW)는 비콘/핑 신호 발생부(2410)와 멀티플렉서(MUX)를 전기적으로 연결시켜준다. 이에 따라, 비콘/핑 신호 발생부(2410)에서 발생된 핑 신호(PNG)가 멀티플렉서(MUX)를 통해 터치 전극(TE)과 연결된 신호 라인(SL)으로 출력된다.
도 24a에서, LHB #2 등의 다운-링크 구간에서, 스위치(SW)는 펜/핑거 터치 센싱부(2420)와 멀티플렉서(MUX)를 전기적으로 연결시켜준다. 이에 따라, 펜/핑거 터치 센싱부(2420)에서 출력된 LFD 신호가 멀티플렉서(MUX)를 통해 터치 전극(TE)과 연결된 신호 라인(SL)으로 출력된다. 그리고, 펜/핑거 터치 센싱부(2420)는 LFD 신호 또는 DC 신호가 인가되는 터치 전극(TE)과 연결된 신호 라인(SL)을 통해 캐패시턴스 변화를 나타낸 신호 또는 액티브 펜에서 방사된 펜 신호를 수신하여 검출할 수 있다.
비콘/핑 신호 발생부(2410)는, 일 예로, 확산 스펙트럼 변조 신호(예: DSSS 신호) 형태의 비콘 신호(BCON) 및 핑 신호(PNG)를 발생시키기 위하여, 액티브 펜도 공유하고 있는 의사잡음 코드(Pseudo Noise Code)를 생성하는 의사잡음 코드 생성기와, 보내고자 하는 코드들과 의사잡음 코드를 곱셈 처리하여 변조하는 곱셈기와, 곱셈기에서 변조된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 펜 신호(BCON, PNG)를 출력하는 디지털 아날로그 컨버터 등의 회로 구성을 포함할 수 있다.
액티브 펜은 확산 스펙트럼 변조 신호 타입의 비콘 신호(BCON) 및 핑 신호(PNG)를 복조하기 위하여, 아날로그 디지털 컨버터, 곱셈기, 의사잡음 코드 생성기 등을 포함하는 회로 구성을 포함할 수 있다.
한편, 도 22의 펜 검색 모드와, 도 23a 및 도 23b의 펜 모드에 대하여 몇 가지 특징을 다시 한번 설명한다.
펜 검색 모드에서, 터치 패널(TSP)에 배치된 모든 터치 전극에는 비콘 신호(BCON)가 주기적으로 인가되어, 터치 패널(TSP)에서 하나 이상의 액티브 펜으로 비콘 신호(BCON)가 전달될 수 있다.
이러한 펜 검색 모드에서, 풀 스캔 모드(풀 톤 모드) 구간에 해당하는 복수 개의 LHB 구간이 진행될 수 있다.
즉, 펜 검색 모드에서, 한 프레임 구간 내 모든 LHB 중, 하나 또는 둘 또는 정해진 개수만큼의 LHB는 비콘 구간이고, 나머지 LHB는 풀 스캔 모드(풀 톤 모드) 구간일 수 있다.
하나의 프레임 구간이 16개의 LHB를 포함하는 경우, 즉, 16 LHB 구동의 경우, 16개의 LHB 는 비콘 구간에 해당하는 2개의 LHB와, 풀 스캔 모드(풀 톤 모드) 구간에 해당하는 14개의 LHB를 포함할 수 있다.
이때, 터치 전극들은 그룹화되어 일부 그룹을 동시에 센싱할 수 있다.
한 프레임 구간(하나의 디스플레이 프레임 구간) 동안, 14개의 LHB를 통해 풀 스캔 모드(풀 톤 모드)가 진행되어, 1차례 터치 레포트가 이루어질 수도 있고, 2차례 이상 터치 레포트가 이루어질 수 있다. 즉, 한 프레임 구간 동안, 화면 전 영역에서의 터치 위치를 센싱하는 처리를 1번만 할 수도 있고 2번 이상 할 수도 있다.
펜 검색 모드에서, 모든 LHB 구간에서는 핑 신호(PNG)가 터치 패널(TSP)에 공급되거나, 일부의 LHB 구간에서만 핑 신호(PNG)가 터치 패널(TSP)에 공급되고 나머지 LHB 구간에서는 핑 신호(PNG)가 터치 패널(TSP)에 공급되지 않을 수도 있다.
펜 검색 모드에서 모든 LHB 구간에서 풀 스캔 모드(풀 톤 모드)가 진행될 수도 있지만, 일부 LHB 구간에서 풀 스캔 모드(풀 톤 모드)가 진행될 수도 있다.
펜 모드에서는, 하나의 프레임 구간 내 모드 LHB는, 비콘 구간에 해당하는 적어도 하나의 LHB와, 하나 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및 틸트 중 적어도 하나를 센싱하는 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 하나 이상의 LHB와, 하나 이상의 액티브 펜에 대한 다수의 펜 부가 정보(예: 압력, 펜 ID, 버튼 정보, 체크섬 정보 등)를 센싱하기 위하여 다수의 펜 부가 정보가 포함된 데이터가 액티브 펜에서 터치 패널(TSP)로 전송되는 데이터 구간에 해당하는 하나 이상의 LHB와, 풀 스캔 모드(풀 톤 모드)가 진행되는 하나 이상의 LHB를 포함할 수 있다.
펜 모드에서, 풀 스캔 모드(풀 톤 모드)에 해당한 각 LHB에서는, 핑 신호(PNG) 및 LFD 신호(AC 타입의 구동 신호)가 터치 패널(TSP)에 순차적으로 공급되어 액티브 펜으로 전달될 수 있다.
하나의 프레임 구간이 16개의 LHB를 포함하는 경우, 즉, 16 LHB 구동의 경우, 16개의 LHB는, 비콘 구간에 해당하는 2개의 LHB와, 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 4개의 LHB와, 펜 압력 센싱 구간에 해당하는 2개의 LHB와, 압력 이외의 펜 부가 정보를 포함하는 데이터를 전송하는 데이터 전송 구간에 해당하는 2개의 LHB와, 풀 스캔 모드(풀 톤 모드) 구간에 해당하는 6개의 LHB를 포함할 수 있다(도 23b 참조).
이때, 터치 전극들은 그룹화되어 일부 그룹을 동시에 센싱할 수 있다.
펜 모드에서, 한 프레임 구간(하나의 디스플레이 프레임 구간) 동안, 6개의 LHB를 통해 풀 스캔 모드(풀 톤 모드)가 진행되어, 1차례 터치 레포트가 이루어질 수 있다. 즉, 펜 모드에서, 한 프레임 구간 동안, 화면 전 영역에서의 터치 위치를 센싱하는 처리를 1번만 할 수도 있다.
다수의 펜 부가 정보 각각은 정보 종류 별로 다른 LHB에서 전송될 수도 있다.
예를 들어, 다수의 펜 부가 정보 중 압력은 별도의 하나 또는 둘 이상의 LHB를 통해 액티브 펜에서 터치 패널로 전송될 수 있고, 나머지 펜 부가 정보들(예: 펜 ID, 버튼 정보, 체크섬 정보 등)은 하나 또는 둘 이상의 LHB를 통해 함께 전송될 수 있다.
또한, 펜 검색 모드는 액티브 펜의 검색 여부와 관계 없이, 정해진 개수의 프레임 구간 동안 진행될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 펜 모드에서, 한 프레임 구간은, 비콘 구간과, 펜 위치/틸트 센싱 구간과, 펜 부가 정보 중 압력을 센싱하기 위해 압력 정보를 포함하는 데이터가 전송되는 펜 압력 센싱 구간과, 다른 펜 부가 정보(예: 펜 ID, 버튼 입력 정보, 체크 섬 정보 등)를 포함하는 하여 다수의 펜 부가 정보가 포함된 데이터가 전송되는 데이터 전송 구간과, 풀 스캔 모드(풀 톤 모드) 구간을 모두 포함하거나 일부 종류의 구간만을 포함할 수도 있다.
한 프레임 구간에서, 펜 위치/틸트 센싱 구간, 펜 압력 센싱 구간, 데이터 전송 구간, 풀 스캔 모드 구간의 개수 및 순서는 다양하게 변경될 수 있다.
한 프레임 구간 동안, 펜 위치/틸트 센싱 구간, 펜 압력 센싱 구간, 데이터 전송 구간, 풀 스캔 모드 구간이 모두 존재할 수도 있고, 일부만 존재할 수도 있다.
한 프레임 구간 내 각 LHB를 어떠한 종류의 구간으로 어떠한 순서로 할당하는지에 대한 LHB 구동 방식과, 각 LHB에서의 패널 및 펜 구동 관련된 신호의 전송 방식 및 신호 포맷 등은 프로토콜(Protocol)로 규정되어 있고, 이러한 프로토콜은 터치 표시 장치(100)와 액티브 펜 사이에 미리 규정되어 있거나 비콘 신호 등을 통해 터치 표시 장치(100)에서 액티브 펜으로 전달될 수 있다.
상기 프로토콜은 터치 시스템의 구동 환경, 액티브 펜의 존재 여부 및 개수, 패널 또는 액티브 펜의 구동 상태나 조건 등의 다양한 상황 변화에 따라 적응적으로 변경될 수 있다.
이와 다르게, 하나 또는 정해진 개수의 액티브 펜이 검색되면, 펜 검색 모드가 중단되고 펜 모드로 모드 전환이 될 수도 있다.
터치 주파수(터치 센싱 속도 또는 터치 레포트 레이트(touch report rate))는 펜 검색 모드에서 A Hz이고 펜 모드에서 B Hz인 경우, A와 B는 동일할 수도 있고, A와 B는 다를 수도 있다.
예를 들어, 펜 검색 모드에서 터치 주파수인 A Hz는, 펜 모드에서 터치 주파수인 B Hz보다 낮은 주파수일 수 있다. 즉, 펜 검색 모드에서 터치 레포트 레이트는 펜 모드에서 터치 레포트 레이트보다 느릴 수 있다.
구체적인 예로서, 디스플레이 주파수가 60 Hz일 때, 펜 검색 모드에서 핑거 터치에 대한 터치 주파수는 120 Hz이고, 펜 모드에서 핑거 터치에 대한 터치 주파수는 60 Hz일 수 있다.
가령, 펜 검색 모드가 진행되면, 액티브 펜과 관련한 통신 구간이 필요하게 되므로, 핑거 터치와 관련된 구간이 그만큼 줄어들고, 이 때문에 핑거 터치에 대한 센싱 횟수가 줄어들어 핑거 터치에 대한 터치 레포트 레이트가 줄어들 수 있다.
도 25는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 펜 터치 센싱 시, 액티브 펜의 위치 및/또는틸트, 압력 및 데이터에 대한 인식과 관련한 특성을 나타낸 도면이다.
전술한 바와 같이 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는 액티브 펜에 대한 위치 및/또는 틸트, 압력 및 데이터(펜 부가 정보)를 인식한다.
액티브 펜에 대한 위치 및/또는 틸트, 압력 및 데이터(펜 부가 정보) 각각에 대한 인식의 중요도를 다르게 설정하여, 터치 표시 장치(100) 및 액티브 펜은 중요도 설정에 따른 적응적인 구동을 할 수 있다.
도 25의 예시를 참조하면, 액티브 펜에 대한 위치 및/또는 틸트에 대한 인식의 중요도를 가장 높게 설정하고, 액티브 펜에 대한 압력에 대한 인식의 중요도를 다음으로 높게 설정하고, 액티브 펜에 대한 데이터에 대한 인식의 중요도를 가장 낮게 설정할 수 있다.
이러한 중요도 설정의 예시의 경우, 한 프레임 구간에서 액티브 펜에 대한 위치 및/또는 틸트를 인식하기 위한 LHB 개수를 가장 많이 설정하고, 한 프레임 구간에서 액티브 펜에 대한 압력을 인식하기 위한 LHB 개수를 다음으로 많이 설정하고, 한 프레임 구간에서 액티브 펜에 대한 데이터(펜 부가 정보)를 인식하기 위한 LHB 개수를 가장 적게 설정할 수 있다.
또한, 사용자가 액티브 펜으로 터치하는 궤적에 따라 정확한 펜 터치 위치를 인식하기 위하여, 펜 위치를 인식하기 위한 LHB들의 간격을 균일하게 설정할 수 있다.
액티브 펜에 대한 위치를 센싱(인식)하기 위한 패널 및 펜 구동과, 액티브 펜에 대한 틸트를 센싱(인식)하기 위한 패널 및 펜 구동은, 펜 신호 의 출력 방식만 일부 다를 뿐 나머지는 거의 동일하다. 따라서, 본 명세서에서는 액티브 펜에 대한 위치(또는 틸트)를 센싱한다는 것은 액티브 펜에 대한 틸트(또는 위치)를 센싱한다는 것을 내포할 수도 있다.
액티브 펜에서 출력되는 펜 신호는, 펜 위치 및/또는 틸트를 센싱하기 위한 신호와, 각종 펜 부가 정보(예: 압력, 펜 ID, 버튼 입력 정보, 체크 섬 정보 등)를 센싱하기 위한 데이터로 크게 분류될 수 있다.
펜 위치 및/또는 틸트를 센싱하기 위한 신호는 어떠한 정보가 실리지 않은 신호이다. 터치 표시 장치(100)는 이 신호와 관련된 전기적 특성(예: 전압, 전류, 캐패시턴스, 신호 세기 등)을 검출하여 펜 위치 및/또는 틸트를 알아낸다.
각종 펜 부가 정보(예: 압력, 펜 ID, 버튼 입력 정보, 체크 섬 정보 등)를 센싱하기 위한 데이터에 해당하는 펜 신호는, 정해진 정보가 실리는 신호이다. 터치 표시 장치(100)는 데이터를 확인하여 데이터에 실린 각종 펜 부가 정보를 신호 복조를 통해 검출할 수 있다.
도 26은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)에서의 구동 신호의 예시도이다.
도 26을 참조하면, 터치 회로(TC)는, 손가락 등의 패시브 터치 입력 포인터에 의한 터치 센싱과, 액티브 펜과 같은 액티브 터치 입력 포인터에 의한 펜 터치 센싱을 위하여, 터치 패널(TSP)로 구동 신호를 공급할 수 있다.
이러한 구동 신호는, 터치 센싱 및 펜 터치 센싱을 위해 터치 패널(TSP)을 구동하는 신호로서, 터치 패널 구동 신호 또는 터치 구동 신호(TDS) 또는 터치 구동 전압(Vtouch) 또는 LFD 신호(Load Free Driving Signal) 등으로 다양하게 불릴 수 있다.
이러한 구동 신호는, 터치 회로(TC)에서 터치 패널(TSP, 표시 패널의 외부에 접착된 외장형이거나, 표시 패널에 내장된 내장형임)로 공급되고, 터치 패널(TSP)에 접촉하거나 비 접촉하되 근접한 액티브 펜의 펜 팁을 통해 액티브 펜의 내부로 전달될 수 있다.
이러한 구동 신호는, 도 26에 도시된 바와 같이, 구동 신호는 다수의 펄스들로 이루어진 AC 타입의 신호이거나, 일정 전압을 갖는 DC 타입의 신호일 수 있다.
AC 타입의 구동 신호는, 하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압 사이에서 스윙하는 신호로서, 하나 또는 둘 이상의 주파수를 갖는 다수의 펄스들로 이루어질 수 있으며, 펄스 모양 측면에서, 구형파(Square Wave), 삼각파(Triangular Wave), 사인 파(Sine Wave), 사다리꼴 파(Trapezoidal Wave) 등의 다양한 파형(Waveform)을 가질 수 있다.
예를 들어, AC 타입의 구동 신호는, 화면 전 영역(풀 센싱 영역)에서 손가락에 의한 터치의 위치를 센싱하거나, 화면 전 영역(풀 센싱 영역)에서 액티브 펜을 검색하거나 액티브 펜에 의한 펜 터치의 위치를 센싱하기 위한 구간(즉, 풀 톤 모드 구간, 도 22의 LHB #2 ~ LHB #8, 도 23a 및 도 23b의 LHB #4, LHB #5, LHB #8, LHB # 12, LHB #13, LHB #16)에서, 터치 패널(TSP)을 구동하는 용도로 이용될 수 있다.
예를 들어, DC 타입의 구동 신호는, 화면 일부 영역(로컬 센싱 영역)에서 액티브 펜에 대한 위치, 틸트, 압력 및 펜 부가 정보(데이터) 등을 인식하기 위한 구간들(도 23a 및 도 23b의 LHB #2, LHB #3, LHB #6, LHB # 7, LHB #10, LHB #11, LHB # 14, LHB #15)서, 터치 패널(TSP)을 구동하는 용도로 이용될 수 있다.
AC 타입의 구동 신호를 이용하면 화면 전 영역에서 손가락의 터치 위치, 액티브 펜에 대한 위치 등을 더욱 정확하게 센싱할 수 있고, DC 타입의 구동 신호를 이용하면 화면 일부 영역에서 액티브 펜에 대한 위치, 틸트, 압력, 펜 부가 정보(데이터) 등을 더욱 정확하게 인식할 수 있게 해준다.
도 27은 본 실시예들에 따른 액티브 펜에서의 펜 신호의 예시도이다.
도 27에 도시된 바와 같이, 본 실시예들에 따른 액티브 펜에서 생성되어 출력되는 펜 신호는 풀 톤(Full Tone) 또는 틸트 톤(Tilt Tone) 등으로 되어 있을 수 있다.
예를 들어, 풀 톤(Full Tone)의 펜 신호는, 화면 전 영역(풀 센싱 영역)에서 펜 위치를 센싱하기 위한 펜 신호일 수 있으며, 터치 패널(TSP)에 AC 타입의 구동 신호가 공급될 때, 즉, 풀 톤 모드 구간(도 22의 LHB #2 ~ LHB #8, 도 23a 및 도 23b의 LHB #4, LHB #5, LHB #8, LHB # 12, LHB #13, LHB #16)일 때, 액티브 펜의 둘 이상의 팁(Tip 1, Tip 2) 모두 또는 일부에서 동일하게 출력되는 신호일 수 있다.
액티브 펜이 터치 패널(TSP)에 접촉하지 않고 근접하더라도 펜 터치 센싱이 가능한 호버 모드(비 접촉 모드)일 때, 액티브 펜의 둘 이상의 팁(Tip 1, Tip 2) 모두에서 동일한 펜 신호가 동시에 출력될 수 있다. 액티브 펜이 터치 패널(TSP)에 접촉해야만 펜 터치 센싱이 가능한 접촉 모드일 때, 액티브 펜의 둘 이상의 팁(Tip 1, Tip 2)의 일부에서만 펜 신호가 출력될 수도 있다.
예를 들어, 틸트 톤(Full Tone)의 펜 신호는, 화면 일부 영역(로컬 센싱 영역)에서 펜 위치 및/또는 펜 틸트를 센싱하기 위한 펜 신호일 수 있으며, 터치 패널(TSP)에 DC 타입의 구동 신호가 공급될 때, 즉, 펜 위치/틸트 센싱 구간(도 23a 및 도 23b의 LHB #2, LHB #6, LHB #8, LHB # 10, LHB #14), 액티브 펜의 둘 이상의 팁(Tip 1, Tip 2)에서 순차적으로 출력되는 신호일 수 있다.
아울러, 액티브 펜에 대한 압력을 전송하는 구간과 액티브 펜에 대한 데이터(펜 부가 정보)을 전송하는 구간에서, 펜 신호는, 풀 톤 및 틸트 톤과 같이 펄스들이 규칙적으로 반복되는 형태가 아니라, 해당 압력 및 해당 펜 부가 정보를 표현하는 특정 패턴의 펄스들로 이루어진 신호일 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치 패널(TSP)을 구동하기 위한 구동 신호의 타입(AC, DC)에 따라 펜 신호의 출력 위치(펜 팁) 및 타이밍이 달라질 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 터치 패널(TSP)을 구동하기 위한 구동 신호는 다수의 펄스들로 이루어진 AC 타입의 신호인 경우, 둘 이상의 펜 팁(P/A)에서 펜 신호가 동시에 출력되거나 둘 이상의 펜 팁(P/A) 중 일부에서만 출력될 수 있다.
터치 패널(TSP)을 구동하기 위한 구동 신호는 일정 전압을 갖는 DC 타입의 신호인 경우, 둘 이상의 펜 팁(P/A)에서 펜 신호가 순차적으로 출력될 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜은 터치 패널(TSP)을 통해 수신되는 구동 신호의 타입을 확인하여 자신의 구동 동작을 제어할 수 있다.
도 28은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 틸트 톤 모드(펜 위치/틸트 센싱 구간과 대응 모드) 및 풀 톤 모드(풀 톤 모드 구간과 대응 모드)에서 터치 패널(TSP) 및 액티브 펜 간의 구동 타이밍 다이어그램이고, 도 29는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 데이터 모드(데이터 전송 구간과 대응 모드)에서 터치 패널(TSP) 및 액티브 펜 간의 구동 타이밍 다이어그램이다.
도 28 및 도 29를 참조하면, 하나 또는 둘 이상의 액티브 펜에서 펜 신호가 출력되는 둘 이상의 LHB 각각의 전반부 (도 34의 업-링크 구간에 해당함)에는, 정해진 코드들을 나타내는 펄스들로 이루어진 핑 신호(Ping Signal, PNG)가 터치 패널(TSP) 또는 이를 내장하는 표시 패널(110)에서 하나 또는 둘 이상의 액티브 펜으로 전송된다.
여기서, 핑 신호(PNG)는, 터치 패널(TSP)에 공급되어 액티브 펜으로 전달되는 신호로서, 터치 패널(TSP)에 공급된다는 점에서 볼 때, 일종의 터치 패널 구동 신호로 볼 수 있다.
이후, 터치 패널(TSP) 또는 이를 내장하는 표시 패널(110)에 구동 신호가 공급되고, 하나 또는 둘 이상의 액티브 펜에서 펜 신호가 출력될 수 있다.
핑 신호(PNG)를 이루는 펄스들 중 마지막 펄스로부터 일정 시간(Td)이 경과한 이후 하나 또는 둘 이상의 액티브 펜에서 펜 신호가 출력될 수 있다.
위에서 언급한 핑 신호는 터치 패널(TSP)과 액티브 펜을 동기화 시켜 주는 신호이다. 액티브 펜은 핑 신호(PNG)를 보고, 터치 패널(TSP)에 공급되는 구동 신호 또는 터치 구동 회로(ROIC) 또는 이를 포함하는 통합 구동 칩(SRIC) 내부의 동작 신호에 동기화 시킨 펜 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
한편, 도 28 및 도 29를 참조하면, MUX 1은 터치 구동 회로(ROIC) 또는 이를 포함하는 통합 구동 칩(SRIC)의 내부에 포함된 각 멀티플렉서의 1번째 채널을 의미한다. MUX 2는 터치 구동 회로(ROIC) 또는 이를 포함하는 통합 구동 칩(SRIC)의 내부에 포함된 각 멀티플렉서의 2번째 채널을 의미한다.
MUX 1 구동 구간 동안, 터치 회로(TC)에서 출력된 구동 신호가 각 멀티플렉서의 1번째 채널을 통해 터치 패널(TSP)에 인가되고, 액티프 펜에서 출력된 틸트 톤 또는 풀 톤의 펜 신호가 터치 패널(TSP)에 방사되어 각 멀티플렉서의 1번째 채널을 통해 터치 회로(TC)로 수신될 수 있다.
MUX 2 구동 구간 동안, 터치 회로(TC)에서 출력된 구동 신호가 각 멀티플렉서의 2번째 채널을 통해 터치 패널(TSP) 내 대응되는 터치 전극들에 인가되고, 액티프 펜에서 출력된 틸트 톤 또는 풀 톤의 펜 신호가 터치 패널(TSP)에 방사되어 각 멀티플렉서의 2번째 채널을 통해 터치 회로(TC)로 수신될 수 있다.
하나의 LHB 동안, 각 멀티플렉서의 1개의 채널을 통해 구동 및 신호 수신(센싱)이 이루어질 수도 있고, 각 멀티플렉서의 2개의 채널을 통해 구동 및 신호 수신(센싱)이 순차적으로 이루어질 수도 있다.
도 28 및 도 29는 하나의 LHB 동안, 각 멀티플렉서의 2개의 채널을 통해 구동 및 신호 수신(센싱)이 순차적으로 이루어지는 경우를 나타낸 타이밍 다이어그램이다.
도 28을 참조하면, 틸트 톤 모드(펜 위치/틸트 센싱 구간과 대응 모드) 및 풀 톤 모드(풀 톤 모드 구간과 대응 모드)에서, 터치 패널(TSP)을 통해 액티브 펜으로 핑 신호(PNG)가 전달되면, 액티브 펜은 핑 신호(PNG)의 마지막 펄스를 확인한 시점으로부터 일정 시간(Td)이 경과한 이후, 틸트 톤 또는 풀 톤의 펜 신호를 출력할 수 있다.
도 29를 참조하면, 데이터 모드(데이터 전송 구간과 대응 모드)에서, 터치 패널(TSP)을 통해 액티브 펜으로 핑 신호(PNG)가 전달되면, 액티브 펜은 핑 신호(PNG)의 마지막 펄스를 확인한 시점으로부터 일정 시간(Td)이 경과한 이후, 펜 부가 정보를 포함하는 데이터에 해당하는 펜 신호를 출력할 수 있다.
펜 신호는 다수의 펜 펄스들을 포함할 수 있다.
이러한 펜 신호는 터치 회로(TC)의 동작 신호 또는 터치 패널(TSP)에 인가된 구동 신호와 정 위상(In-Phase) 관계에 있는 제1 상태이거나, 터치 회로(TC)의 동작 신호 또는 터치 패널(TSP)에 인가된 구동 신호와 역 위상 관계에 있는 제2 상태일 수 있다.
이러한 펜 신호는 도 28에서의 틸트 톤 모드(펜 위치/틸트 센싱 구간과 대응 모드) 및 풀 톤 모드(풀 톤 모드 구간과 대응 모드)에서 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치 회로(TC)의 동작 신호 또는 터치 패널(TSP)에 인가된 구동 신호에 응답하여 펜 신호가 생성됨으로써, 터치 회로(TC)는 터치 패널(TSP)에 방사된 펜 신호를 정확하게 검출할 수 있다.
한편, 펜 신호에 포함된 다수의 펜 펄스들 중 일부 펄스들은, 터치 회로(TC)의 동작 신호 또는 터치 패널(TSP)에 인가된 구동 신호와 정 위상(In-Phase) 관계에 있는 제1 상태('0')이거나, 터치 회로(TC)의 동작 신호 또는 터치 패널(TSP)에 인가된 구동 신호와 역 위상 관계에 있는 제2 상태('1')이거나, 일정 값을 갖는 제3 상태('-')일 수 있다.
이에 따르면, 펜 신호는 3가지 상태('0', '1', '-')를 이용하여 다양한 정보들이 표현될 수 있다. 이러한 예시를 도 30에서 도시한다.
도 30은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 펜 신호의 펄스 패턴들을 나타낸 도면이다.
펜 신호가 터치 회로(TC, 즉, 터치 구동 회로(ROIC) 또는 이를 포함하는 통합 구동 칩(SRIC))의 동작 신호 또는 터치 패널(TSP)에 인가된 구동 신호의 위상을 기준으로, 3가지 상태('0', '1', '-')를 조합하여 만들어질 수 있다.
예를 들어, 펜 신호가 2자리 값이라고 가정할 때, 3가지 상태('0', '1', '-')를 조합하면, 00, 01, 0-, 10, 11, 1-, -0, -1, -- 등으로 다양한 정보를 표현하는 많은 펜 신호가 만들어질 수 있다.
도 30에서는 "00"으로 표현되는 정보를 포함하는 펜 신호, "10"으로 표현되는 정보를 포함하는 펜 신호, "0-"로 표현되는 정보를 포함하는 펜 신호를 예시적으로 도시된다.
이러한 펜 신호는 다양한 펜 부가 정보(데이터)를 전송하는 도 29에서의 데이터 모드(데이터 전송 구간과 대응 모드)에서 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치 회로(TC)의 동작 신호 또는 터치 패널(TSP)에 인가된 구동 신호에 응답하여 펜 신호가 생성됨으로써, 터치 회로(TC)는 터치 패널(TSP)에 방사된 펜 신호를 정확하게 검출할 수 있다. 이뿐만 아니라, 펜 신호의 펄스 상태가 3가지 상태('0', '1', '-')의 조합에 의해 만들어지기 때문에, 펜 신호를 통해 액티브 펜에서 터치 표시 장치(100)로 더욱 많은 정보를 전달할 수 있다.
한편, 핑 신호(PNG)의 전송과 관련하여, 핑 신호(PNG)는 터치 패널(TSP)에 공급되어 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜으로 전달되는 동기화 신호이다. 즉, 핑 신호(PNG)는 터치 패널(TSP)에 배치된 모든 터치 전극(TE)으로 공급되어 모든 터치 전극(TE)에서 액티브 펜으로 전달될 수 있다.
핑 신호(PNG)는 비콘 신호(BCON)가 터치 패널(TSP)에 공급되는 구간과는 별도의 구간에서 터치 패널(TSP)에 공급될 수도 있다.
이 경우, 핑 신호(PNG)는 비콘 신호(BCON)가 터치 패널(TSP)에 공급되는 LHB를 제외한 LHB들 중 모든 LHB 또는 일부 LHB에서 터치 패널(TSP)에 공급되어 액티브 펜으로 전달될 수 있다.
핑 신호(PNG)는 비콘 신호(BCON)가 터치 패널(TSP)에 공급되는 LHB에서 비콘 신호(BCON)와 함께 터치 패널(TSP)에 공급될 수도 있고, 비콘 신호(BCON)에 포함되어 터치 패널(TSP)에 공급될 수도 있다.
핑 신호(PNG)가 터치 패널(TSP)에 공급된 이후, 일정 시간(예: 1개의 펄스 시간, 대략 수 m sec 또는 수 μsec)이 경과한 후에, 패널 구동 신호(예: AC 타입의 구동 신호(LFD 신호), DC 타입의 구동 신호)가 터치 패널(TSP)에 공급될 수 있다. 이는, 액티브 펜이 핑 신호(PNG)를 수신하여 신호 인식 및 처리를 위한 시간을 가지기 위함이다.
핑 신호(PNG)가 터치 패널(TSP)에 공급되어 액티브 펜으로 전달되는 동안, 액티브 펜은 어떠한 신호도 방출(출력)하지 않을 수 있다.
도 31 및 도 32는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 펜 위치 감지 구간에 해당하는 LHB들의 간격을 나타낸 도면이다.
도 31을 참조하면, LHB 구동 설계 시, 액티브 펜의 위치(및/또는 틸트)를 센싱하는 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 LHB들(LHB #2, LHB #6, LHB #10, LHB #14)은 등 간격으로 배치될 수 있다.
즉, 액티브 펜의 위치(및/또는 틸트)를 센싱하는 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 2개의 LHB (LHB #2와 LHB #6, LHB #6과 LHB #10, LHB #10과 LHB #14, LHB #14와 다음 프레임 구간의 LHB #2)의 간격은 3 LHB로 동일하다.
도 31 및 도 32을 참조하여 보다 구체적으로 다시 설명한다.
하나 또는 둘 이상의 프레임 구간 내 존재하는 다수의 LHB 중, 표시 패널(110)이 액티브 펜으로부터 펜 신호를 수신하는 서로 다른 3개의 LHB에 해당하는 제1 LHB (LHB #2), 제2 LHB (LHB #6) 및 제3 LHB (LHB #10)이 존재한다고 가정할 때, 터치 회로(TC)는, 제1 LHB (LHB #2) 동안, 액티브 펜에서 출력된 펜 신호를 표시 패널(110)을 통해 수신하여 액티브 펜의 위치를 감지하고, 제2 LHB (LHB #6) 동안, 액티브 펜에서 출력된 펜 신호를 표시 패널(110)을 통해 수신하여 액티브 펜의 위치를 감지하고, 제3 LHB (LHB #10) 동안, 액티브 펜에서 출력된 펜 신호를 표시 패널(110)을 통해 수신하여 액티브 펜의 위치를 감지한다.
제1 LHB (LHB #2)을 통해 감지된 액티브 펜의 위치(P1)와, 제2 LHB (LHB #6)을 통해 감지된 액티브 펜의 위치(P2)와, 제3 LHB(LHB #10)을 통해 감지된 액티브 펜의 위치(P3) 중 적어도 하나가 다르더라도, 제1 LHB (LHB #2)과 제2 LHB (LHB #6) 사이의 시간적 간격(D1)과, 제2 LHB (LHB #6)과 제3 LHB (LHB #10) 사이의 시간적 간격(D2)은 동일할 수 있다.
제1 LHB (LHB #2)에서 액티브 펜의 실제 위치(P1)와, 제2 LHB (LHB #6)에서 액티브 펜의 실제 위치(P2)와, 제3 LHB (LHB #10)에서 액티브 펜의 실제 위치(P3) 중 적어도 하나가 다르더라도, 제1 LHB (LHB #2)과 제2 LHB (LHB #6) 사이의 시간적 간격(D1)과, 제2 LHB (LHB #6)과 제3 LHB (LHB #10) 사이의 시간적 간격(D2)은 동일할 수 있다.
이에 따라, 사용자가 액티브 펜을 사용하여 터치한 궤적과 정확하게 대응되는 펜 터치 위치들을 왜곡 없이 센싱할 수 있다.
도 33은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 전력 소모 저감을 위한 LHB 구동을 나타낸 도면이다.
도 30을 참조하면, 제1 LHB (LHB #1)과 제2 LHB (LHB #9)사이에 존재하는 둘 이상의 LHB (LHB #2 ~ LHB #8) 중에서, 액티브 펜에서 펜 신호가 미 출력되는 LHB (LHB #5, LHB #6, LHB #7, LHB #8)가 적어도 하나 존재할 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜과 터치 표시 장치(100)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 34는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 하나의 LHB이 업-링크 구간 (ULINK)과 다운-링크 구간 (DLINK)으로 시분할 된 경우, 업-링크 구간 (ULINK)과 다운-링크 구간 (DLINK)에서 터치 패널(TSP)과 액티브 펜의 구동을 나타낸 도면이다.
도 34를 참조하면, 하나의 프레임 구간 내 다수의 LHB 각각은, 터치 패널(TSP) 또는 이를 포함하는 표시 패널(110)에서 액티브 펜으로 신호 전달을 위한 업-링크 구간 (ULINK)과, 액티브 펜에서 터치 패널(TSP) 또는 이를 포함하는 표시 패널(110)로 신호 전달을 위한 다운-링크 구간 (DLINK)을 포함할 수 있다.
도 34를 참조하면, 업-링크 구간 (ULINK) 동안, 구동 신호(LFD 신호)와 구별되는 비콘 신호(BCON) 또는 핑 신호(PNG)가 표시 패널(110)에 공급되어 표시 패널(110)을 통해 액티브 펜으로 전달될 수 있다.
다운-링크 구간 (DLINK) 동안, 구동 신호(LFD 신호)가 표시 패널(110)에 공급되어 표시 패널(110)을 통해 액티브 펜을 전달되고, 펜 신호가 액티브 펜에서 표시 패널(110)로 출력될 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치 구간에 해당하는 LHB를 업-링크 구간 (ULINK)과 다운-링크 구간(DLINK)으로 나누어, 업-링크 구간 (ULINK)과 다운-링크 구간(DLINK) 각각에 대하여 펜 인식에 필요한 적절한 패널 구동 상태를 만들어 주고, 터치 패널(TSP)와 액티브 펜이 펜 인식에 필요한 정보나 신호를 주고 받음으로써, 펜 인식을 위한 효율적이고 정확한 신호 송수신이 가능해지고, 궁극적으로 정확하고 효율적인 펜 인식이 가능해질 수 있다.
도 35는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 터치 패널(TSP)에서 전송되는 신호와 액티브 펜에서 전송되는 신호의 디지털 변조 방식을 나타낸 도면이다.
도 35를 참조하면, 표시 패널(110)에서 액티브 펜으로 전송되는 신호와, 액티브 펜에서 표시 패널(110)로 전송되는 신호는 서로 다른 디지털 변조 신호일 수 있다.
예를 들어, 업-링크 구간(Up-Link, ULINK) 동안 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜으로 전송되는 신호(예: BCON, PNG 등의 터치 패널을 구동하는 구동 신호)와, 다운-링크 구간(Down-Link, DLINK) 동안 액티브 펜에서 터치 패널(TSP)로 전송되는 신호(예: 펜 신호)는 서로 다른 디지털 변조 방식으로 변조된 신호일 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜으로 전송되는 신호(예: BCON, PNG 등의 터치 패널을 구동하는 구동 신호)와, 다운-링크 구간(Down-Link, DLINK) 동안 액티브 펜에서 터치 패널(TSP)로 전송되는 신호(예: 펜 신호)를 다른 디지털 변조 방식을 이용함으로써, 양방향으로 전송되는 신호(정보)의 특성 및 전송 환경에 적합한 통신 환경을 제공할 수 있다.
디지털 변조 방식의 구체적인 예로서, 도 35에 도시된 바와 같이, 업-링크 구간(Up-Link, ULINK) 동안 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜으로 전송되는 신호(예: BCON, PNG 등의 터치 패널을 구동하는 구동 신호)는, 확산 스펙트럼 변조 (Spread Spectrum Modulation) 신호일 수 있다.
그리고 다운-링크 구간(Down-Link, DLINK) 동안 액티브 펜에서 터치 패널(TSP)로 전송되는 신호(예: 펜 신호)는 멀티-레벨 변조 (Multi-Level Modulation) 신호일 수 있다.
확산 스펙트럼 변조는 의사잡음(PN: Pseudo Noise) 코드를 이용하여, 전송하고자 하는 신호를 스펙트럼 확산하는 일종의 변조 기술이다.
이러한 확산 스펙트럼 변조는, 일 예로, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum) 변조, 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum) 변조, 또는 시간 호핑 확산 스펙트럼(THSS: Time Hopping Spread Spectrum) 변조 등이 있을 수 있다.
또한, 멀티-레벨 변조 (Multi-Level Modulation)는, 전송하고자 하는 디지털 신호를 반송파로 변조할 때 사용되는 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조 등을 할 때 이진수를 나타내는 3개 이상의 레벨로 변조하는 방식으로서, 한정된 전송 대역에서 더 많은 정보를 전송하려는 경우에 변조 속도는 그대로 두고 변조에서 취할 수 있는 상태 수를 2 이상으로 다치화(레벨 혹은 위상)하는 변조 기술이다.
이러한 멀티-레벨 변조에는, 위상 변조인 위상 편이 방식(PSK: Phase Shift Keying), 진폭 변조인 펄스 진폭 변조(PAM: Pulse Amplitude Modulation), 위상과 진폭을 조합한 변조인 직교 진폭 변조(QAM: Quadrature Amplitude Modulation), 잔류 측파대(VSB: Vestigial Side Band) 변조 등이 있다.
전술한 바와 같이, 터치 패널(TSP)에서 액티브 펜으로 신호 전송 시, 스펙트럼 확산 기술을 이용함으로써, 노이즈에 강인하고 보안성이 높은 신호를 액티브 펜으로 전송해줄 수 있으며, 특히, 멀티 펜 환경에서 상당한 펜 인식 향상을 기대할 수 있다. 그리고, 액티브 펜에서 터치 패널(TSP)로 신호 전송 시, 멀티-레벨 변조 기술을 이용함으로써, 한정된 전송 대역에서 더 많은 정보를 터치 패널(TSP)로 전송할 수 있다.
도 36은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 풀 센싱(Full Sensing)과 로컬 센싱(Local Sensing)을 나타낸 도면이다.
도 36을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는, 화면 전 영역에서 손가락 및 액티브 펜에 의한 터치를 센싱할 수 있다.
터치 표시 장치(100)가 화면 전 영역에서 손가락 및 액티브 펜에 의한 터치를 센싱하는 것을 풀 센싱(Full Sensing)이라고 한다.
이러한 풀 센싱(Full Sensing)이 되는 화면 전 영역을 풀 센싱 영역(FSA: Full Sensing Area)이라고 한다.
도 36을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는, 화면 일부 영역에서만 손가락 및/또는 액티브 펜에 의한 터치를 센싱할 수 있다.
터치 표시 장치(100)가 화면 일부 영역에서 손가락 및/또는 액티브 펜에 의한 터치를 센싱하는 것을 로컬 센싱(Local Sensing)이라고 한다.
이러한 로컬 센싱(Local Sensing)이 되는 화면 전 영역을 로컬 센싱 영역(LSA: Local Sensing Area)이라고 한다.
이러한 로컬 센싱 영역(LSA)의 개수는 1개 이상일 수 있다.
로컬 센싱 시 터치 회로(TC)는 화면 전 영역의 일부 영역에 해당하는 로컬 센싱 영역(LSA)에서 펜 인식 처리(펜 터치 센싱 처리)를 수행할 수 있다.
로컬 센싱 시 구동 방법과 관련하여, 터치 표시 장치(100)는, 터치 패널(TSP)에 배치된 모든 터치 전극들 중에서 로컬 센싱 영역(LSA)에 배치된 터치 전극들만으로 구동 신호를 공급하여, 로컬 센싱 영역(LSA)에 배치된 터치 전극들을 통해서 신호 검출을 하여 센싱 처리(터치 센싱 처리, 펜 터치 센싱 처리)를 수행할 수 있다.
경우에 따라서는, 터치 표시 장치(100)는, 로컬 센싱 시, 터치 패널(TSP)에 배치된 모든 터치 전극들로 구동 신호를 공급하고, 대신, 로컬 센싱 영역(LSA)에 배치된 터치 전극들을 통해서만 신호 검출을 하여 센싱 처리(터치 센싱 처리, 펜 터치 센싱 처리)를 수행할 수도 있다.
도 36을 참조하면, 화면 전 영역을 센싱하는 방법은, 1개의 LHB 구간 동안 풀 센싱 영역(FSA)의 전체를 센싱할 수도 있지만, 1개의 LHB 구간이 시간적으로 짧은 시간만 할당된다면, 몇 개의 LHB 동안(예: 4개, 6개, 8개, 또는 14개 등의 LHB) 풀 센싱 영역(FSA)을 센싱할 수 있다.
예를 들면, 각 LHB 구간 동안 풀 센싱 영역(FSA)의 1/6 영역씩 센싱하는 경우, 6개의 LHB 구간을 지나고 나면, 화면의 전 영역을 센싱 할 수 있게 된다.
도 37은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 로컬 센싱 영역(LSA: Local Sensing Area)의 가변 제어를 나타낸 도면이다.
도 37에 도시된 바와 같이, 터치 표시 장치(100)는 2개 이상의 로컬 센싱 영역(LSA #1, LSA #2)에서 로컬 센싱을 수행할 수도 있으며, 2개 이상의 로컬 센싱 영역(LSA #1, LSA #2) 중 적어도 하나의 크기를 가변할 수 도 있다.
다시 말해, 로컬 센싱 영역(LSA)의 위치 또는 크기는 가변 될 수 있다.
이에 따라, 액티브 펜의 개수, 액티브 펜에 의한 터치 범위 등이 동적으로 변동될 수 있는 다양한 상황에서도, 정확한 펜 인식(펜 터치 센싱)이 가능해질 수 있다.
도 36 및 도 37에서, 로컬 센싱 영역(LSA)은 사각형의 블록 형태로 도시되었지만, 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐, 다양한 모양일 수 있다.
가령, 로컬 센싱 영역(LSA)은 표시 패널(110)의 성능, 상태, 터치 전극의 형태, 터치 전극의 개수, 터치 전극의 그룹핑 등에 따라 그 모양이 달라질 수 있다. 예를 들면, 터치 전극의 그룹핑하는 형상에 따라 로컬 센싱 영역은, 사각형, 원형, 타원형, 정사각형, 다각형, 또는 십자형 등 다양한 형태일 수 있다.
또한, 로컬 센싱 영역(LSA)의 모양은 항상 일정할 수도 있고, 핑거 및/또는 액티브 펜의 존재 여부, 개수 등에 따라 적응적으로 변할 수도 있다.
도 38 및 도 39는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 로컬 센싱(Local Sensing)의 예시도들이다.
도 38 및 도 39에 예시된 바와 같이, 3개의 터치 구동 회로(ROIC #1, ROIC #2, ROIC #3)가 터치 패널(TSP)을 구동할 수 있다.
제1 터치 구동 회로(ROIC #1)는 터치 패널(TSP)의 제1 터치 패널 영역(TSPA #1)을 관장한다.
즉, 제1 터치 구동 회로(ROIC #1)는 터치 패널(TSP)의 제1 터치 패널 영역(TSPA #1)에 배치된 터치 전극들을 구동하고, 터치 패널(TSP)의 제1 터치 패널 영역(TSPA #1)에 배치된 터치 전극들로부터 신호를 검출할 수 있다.
제2 터치 구동 회로(ROIC #2)는 터치 패널(TSP)의 제2 터치 패널 영역(TSPA #2)을 관장한다.
즉, 제2 터치 구동 회로(ROIC #2)는 터치 패널(TSP)의 제2 터치 패널 영역(TSPA #2)에 배치된 터치 전극들을 구동하고, 터치 패널(TSP)의 제2 터치 패널 영역(TSPA #2)에 배치된 터치 전극들로부터 신호를 검출할 수 있다.
제3 터치 구동 회로(ROIC #3)는 터치 패널(TSP)의 제3 터치 패널 영역(TSPA #3)을 관장한다.
즉, 제2 터치 구동 회로(ROIC #3)는 터치 패널(TSP)의 제3 터치 패널 영역(TSPA #3)에 배치된 터치 전극들을 구동하고, 터치 패널(TSP)의 제3 터치 패널 영역(TSPA #3)에 배치된 터치 전극들로부터 신호를 검출할 수 있다.
도 38에 도시된 바와 같이, 3개의 터치 구동 회로(ROIC #1, ROIC #2, ROIC #3) 각각이 로컬 센싱을 위해 구동 및 신호 검출을 하는 로컬 센싱 영역은 자신의 터치 패널 영역 내에 존재할 수 있다.
구체적으로, 제1 터치 구동 회로(ROIC #1)는 제1 터치 패널 영역(TSPA #1) 내 제1 로컬 센싱 영역(LSA #1)에 대하여 구동 및 신호 검출을 수행할 수 있다.
제2 터치 구동 회로(ROIC #2)는 제2 터치 패널 영역(TSPA #2) 내 제2 로컬 센싱 영역(LSA #2)에 대하여 구동 및 신호 검출을 수행할 수 있다.
제3 터치 구동 회로(ROIC #3)는 제3 터치 패널 영역(TSPA #3) 내 제3 로컬 센싱 영역(LSA #3)에 대하여 구동 및 신호 검출을 수행할 수 있다.
도 39에 도시된 바와 같이, 3개의 터치 구동 회로(ROIC #1, ROIC #2, ROIC #3) 각각이 로컬 센싱을 위해 구동 및 신호 검출을 하는 로컬 센싱 영역은 모든 터치 패널 영역(TSP #1, TSPA #2, TSPA #3, 터치 패널(TSP)의 전 영역) 내에 공통으로 존재할 수 있다.
구체적으로, 제1 터치 구동 회로(ROIC #1)는 터치 패널(TSP)의 전 영역에 걸쳐 있는 제1 로컬 센싱 영역(LSA #1)에 대하여 구동 및 신호 검출을 수행할 수 있다.
제2 터치 구동 회로(ROIC #2)는 터치 패널(TSP)의 전 영역에 걸쳐 있는 제2 로컬 센싱 영역(LSA #2)에 대하여 구동 및 신호 검출을 수행할 수 있다.
제3 터치 구동 회로(ROIC #3)는 터치 패널(TSP)의 전 영역에 걸쳐 있는 제3 로컬 센싱 영역(LSA #3)에 대하여 구동 및 신호 검출을 수행할 수 있다.
도 40은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)에서 터치전극(TE)의 2가지 타입을 나타낸 도면이다.
도 40에 도시된 바와 같이, 터치 패널(TSP)을 이루는 다수의 터치 전극(TE) 각각은 오픈 영역이 없는 플레이트 타입(Plate Type)이거나 하나 이상의 오픈 영역(OA)이 존재하는 메쉬 타입(Mesh Type)일 수 있다.
플레이트 타입(Plate Type)의 터치 전극(TE)은 투명 전극일 수 있다.
하나의 터치 전극(TE)이 메쉬 타입(Mesh Type)인 경우, 하나의 터치 전극(TE)에 존재하는 각 오픈 영역(OA)은 영상 표시를 위한 서브픽셀(Sub Pixel)의 발광 영역에 대응될 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)는 액정 표시 장치(LCD Display), 유기 발광 표시 장치(OLED Display), 퀀텀닷 표시 장치(Quantum Dot Display) 등의 다양한 타입의 디스플레이일 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)에서, 터치 패널(TSP)은 표시 패널(110)과 별도로 제작되어 표시 패널(110)에 본딩되는 애드 온(Add On) 타입(또는 외장형)일 수 있다.
이와 다르게, 터치 패널(TSP)은 표시 패널(110)에 내장되는 내장형(예: 인-셀 타입, 온-셀 타입 등)일 수도 있다. 이 경우, 터치 패널(TSP)은 다수의 터치 전극(TE)의 집합체로 볼 수 있으며, 다수의 터치 전극(TE)이 표시 패널(110)에 내장되어 배치될 수 있다.
아래에서는, 표시 패널(110)이 액정 표시 패널인 경우, 표시 패널(110)의 내부에 다수의 터치 전극(TE)이 내장되는 경우에 대한 패널 구조를 도 41을 참조하여 간략하게 설명한다.
이어서, 도 42 내지 도 47을 참조하여, 표시 패널(110)이 유기 발광 표시 패널인 경우, 표시 패널(110)의 내부에 다수의 터치 전극(TE)이 내장되는 경우에 대한 패널 구조를 예시적으로 간략하게 설명한다.
도 41은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)의 표시 패널(110)이 액정 표시 패널(110)이고 터치 패널(TSP)을 내장하는 경우, 하나의 터치전극(TE)이 위치하는 영역을 나타낸 도면으로서, 회로적으로 개념화하여 나타낸 도면이다.
도 41을 참조하면, i개의 데이터 라인(DL1 ~ DLi)와 j개의 게이트 라인(GL1 ~ GLj)에 의해 i×j 개의 서브픽셀(SP)이 배열되는 영역(TEA)에 대응되는 크기로 1개의 터치 전극(TE)이 배치된다.
각 서브픽셀(SP)에는 게이트 전극이 해당 게이트 라인에 연결되고, 소스 전극(또는 드레인 전극)이 해당 데이터 라인에 연결되며, 드레인 전극(또는 소스 전극)이 해당 픽셀 전극(PXL)에 연결되는 트랜지스터(TR)이 존재한다.
표시 패널(110)에 전체적으로 블록화 된 다수의 터치 전극(TE)이 배치된다.
이러한 다수의 터치 전극(TE)은 각 서브픽셀(SP) 내 픽셀 전극(PXL)과 캐패시터(Cst)를 형성한다.
도 41을 참조하면, 각 서브픽셀(SP) 내 캐패시터(Cst)는, 해당 픽셀 전극(PXL)에 인가된 픽셀 전압과, CEP 지점에 인가되는 공통 전압(Vcom)에 의해 형성된다.
하나의 터치 전극 영역(TEA) 내 모든 CEP 지점은, 전기적으로 볼 때, 하나의 터치 전극(TE) 상에 존재하는 지점들이다.
디스플레이 구간 동안, 모든 터치 전극 영역(TEA)에서, 각 서브픽셀(SP) 내 캐패시터(Cst)을 이루는 한 전극에 해당하는 CEP 지점은 멀티플렉서(MUXs)에 의해 모두 연결될 수도 있다. 이에 따라, 표시 패널(110)의 모든 서브픽셀 영역에 공통 전압(Vcom)이 인가될 수 있다.
이에 따라, 멀티플렉서(MUXs)에 의해 표시 패널(110)에서의 모든 CEP 지점으로 공통 전압(Vcom)이 인가될 수 있다.
블랭크 구간(예: LHB) 동안, 하나 또는 둘 이상 또는 모든 터치 전극 영역(TEA)에서, 각 서브픽셀(SP) 내 캐패시터(Cst)을 이루는 한 전극에 해당하는 CEP 지점은 멀티플렉서(MUXs)에 의해 모두 연결될 수도 있다.
이에 따라, 멀티플렉서(MUXs)에 의해, 표시 패널(110)에 배치된 모든 터치 전극들의 전체 또는 일부의 터치 전극(TE)으로 구동 신호(예: 터치 구동 신호(TDS))가 인가될 수 있다.
즉, 멀티플렉서(MUXs)에 의해, 표시 패널(110)에 배치된 모든 터치 전극들의 전체 또는 일부의 터치 전극(TE) 상의 모든 CEP 지점으로 구동 신호(예: 터치 구동 신호(TDS))가 인가될 수 있다.
한편, 데이터 라인과 터치 전극 사이에 기생 캐패시턴스가 형성되는 것을 방지하기 위하여, 터치 전극(TE)에 터치 구동 신호(TDS)가 인가될 때, 터치 구동 신호(TDS)와 동일(실질적 동일 포함)하거나 대응되는 로드 프리 구동 신호(LFD_DATA, 도 2의 Vtouch_data)가 데이터 라인들(DL1 ~ DLi)로 인가될 수 있다.
이를 위해, 데이터 라인들(DL1 ~ DLi)에는 멀티플렉서들(MUXd1 ~ MUXdi)이 연결된다.
디스플레이 구간 동안, 멀티플렉서들(MUXd1 ~ MUXdi)은 해당 데이터 전압(Vdata)을 데이터 라인들(DL1 ~ DLi) 각각으로 공급할 수 있다.
디스플레이 구간 동안, 멀티플렉서들(MUXd1 ~ MUXdi)은 로드 프리 구동 신호(LFD_DATA, 도 2의 Vtouch_data)을 터치 전극 영역(TEA) 내 모든 데이터 라인들(DL1 ~ DLi)로 공급할 수 있다.
한편, 게이트 라인과 터치 전극 사이에 기생 캐패시턴스가 형성되는 것을 방지하기 위하여, 터치 전극(TE)에 터치 구동 신호(TDS)가 인가될 때, 터치 구동 신호(TDS)와 동일(실질적 동일 포함)하거나 대응되는 로드 프리 구동 신호(LFD_GATE, 도 2의 Vtouch_gate)가 게이트 라인들(GL1 ~ GLj)로 인가될 수 있다.
이를 위해, 게이트 라인들(GL1 ~ GLj)에는 멀티플렉서들(MUXg1 ~ MUXgj)이 연결된다.
디스플레이 구간 동안, 멀티플렉서들(MUXg1 ~ MUXgj)은 해당 게이트 전압(Vgate)을 게이트 라인들(GL1 ~ GLj)에 순차적으로 공급할 수 있다.
디스플레이 구간 동안, 멀티플렉서들(MUXg1 ~ MUXgj)은 로드 프리 구동 신호(LFD_GATE, 도 2의 Vtouch_gate)을 터치 전극 영역(TEA) 내 모든 게이트 라인들(GL1 ~ GLj)로 공급할 수 있다.
도 42는 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)에서 표시 패널(110)이 유기 발광 표시 패널인 경우, 표시 패널(110) 내 각 서브픽셀(SP)의 회로도이다.
도 42를 참조하면, 본 실시예들에 따른 표시 패널(110)에서, 각 서브픽셀(SP)은, 기본적으로, 유기발광다이오드(OLED)와, 유기발광다이오드(OLED)를 구동하는 구동 트랜지스터(DRT: Driving Transistor)와, 구동 트랜지스터(DRT)의 게이트 노드에 해당하는 제1 노드(N1)로 데이터 전압(Vdata)을 전달해주기 위한 제1 트랜지스터(T1)와, 영상 신호 전압에 해당하는 데이터 전압(Vdata) 또는 이에 대응되는 전압을 한 프레임 시간 동안 유지하는 스토리지 캐패시터(C1)를 포함하여 구성될 수 있다.
유기발광다이오드(OLED)는 제1전극(E1, 애노드 전극 또는 캐소드 전극), 유기발광층(EL) 및 제2전극(E2, 캐소드 전극 또는 애노드 전극) 등으로 이루어질 수 있다.
일 예로, 유기발광다이오드(OLED)의 제2전극(E2)에는 기저 전압(EVSS)이 인가될 수 있다.
구동 트랜지스터(DRT)는 유기발광다이오드(OLED)로 구동 전류를 공급해줌으로써 유기발광다이오드(OLED)를 구동해준다.
구동 트랜지스터(DRT)는 제1 노드(N1), 제2 노드(N2) 및 제3노드(N3)를 갖는다.
구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1)는 게이트 노드에 해당하는 노드로서, 제1 트랜지스터(T1)의 소스 노드 또는 드레인 노드와 전기적으로 연결될 수 있다.
구동 트랜지스터(DRT)의 제2 노드(N2)는 유기발광다이오드(OLED)의 제1전극(E1)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 소스 노드 또는 드레인 노드일 수 있다.
구동 트랜지스터(DRT)의 제3노드(N3)는 구동 전압(EVDD)이 인가되는 노드로서, 구동 전압(EVDD)을 공급하는 구동전압 라인(DVL: Driving Voltage Line)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 드레인 노드 또는 소스 노드일 수 있다.
구동 트랜지스터(DRT)와 제1 트랜지스터(T1)는, n 타입으로 구현될 수도 있고, p 타입으로도 구현될 수도 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 데이터 라인(DL)과 구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1) 사이에 전기적으로 연결되고, 게이트 라인을 통해 스캔 신호(SCAN)를 게이트 노드로 인가 받아 제어될 수 있다.
이러한 제1 트랜지스터(T1)는 스캔 신호(SCAN)에 의해 턴-온 되어 데이터 라인(DL)으로부터 공급된 데이터 전압(Vdata)을 구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1)로 전달해줄 수 있다.
스토리지 캐패시터(C1)는 구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 스토리지 캐패시터(C1)는, 구동 트랜지스터(DRT)의 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 존재하는 내부 캐패시터(Internal Capacitor)인 기생 캐패시터(예: Cgs, Cgd)가 아니라, 구동 트랜지스터(DRT)의 외부에 의도적으로 설계한 외부 캐패시터(External Capacitor)이다.
도 43은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)에서 표시 패널(110)이 유기 발광 표시 패널(110)이고 터치 패널(TSP)이 내장된 경우, 터치전극(TE)의 형성 위치를 간략하게 나타낸 도면이다.
본 실시예들에 따른 표시 패널(110)이 유기 발광 표시 패널(110)이고 터치 패널(TSP)이 내장된 경우, 다수의 터치 전극들(TE)은 봉지층(ENCAP: Encapsulation Layer) 상에 위치할 수 있다. 여기서, 봉지층(ENCAP: Encapsulation Layer)은 패널 신뢰성을 확보하기 위해 수분, 공기 등이나 물리적인 충격, 또는 제조 공정 시 발생할 수 있는 이물로부터 보호하기 위한 층이다.
이와 같은 구조를 TOE (Touch Sensor on Encapsulation Layer) 구조라고 한다.
도 44 내지 도 46은 본 실시예들에 따른 터치 표시 장치(100)에서 표시 패널(110)이 유기 발광 표시 패널(110)이고 터치 패널(TSP)이 내장된 경우, 메쉬 타입의 1개의 터치 전극(TE)과 관련된 TOE (Touch Sensor Metal Layer On Encapsulation Layer) 구조의 예시도들이다.
도 44 내지 도 46을 참조하면, 터치 센싱 시 이용되는 터치 센서 메탈(Touch Sensor Metal)에는, 다수의 터치 전극들(TE)뿐만 아니라, 다수의 터치 전극들(TE)과 터치 회로(TC)를 전기적으로 연결해주는 신호 라인(SL)에 해당하는 다수의 터치 라인들(TL)과, 다수의 터치 라인들(TL)이 터치 회로(TC)와 연결되는 터치 패드들(TP)을 더 포함할 수 있다.
모든 터치 센서 메탈(Touch Sensor Metal)은 봉지층(ENCAP) 상에 위치할 수 있다.
도 44 및 도 45는 터치 전극(TE)과 터치 라인(TL)이 서로 다른 층에 존재하는 TOE 구조이다.
그리고 도 46 및 도 47은 터치 전극(TE)과 터치 라인(TL)이 같은 층에 존재하는 TOE 구조이다.
먼저, 도 44에 예시된 첫 번째 TOE 구조에 대하여 설명한다.
TOE 구조 상, 터치 전극(TE), 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)는, 봉지층(ENCAP) 상에 존재한다.
다만, 터치 전극(TE)과, 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)는 서로 다른 층에 존재한다.
봉지층(ENCAP) 상에 터치 라인(TL)이 위치한다.
터치 라인(TL)의 끝 부분은 터치 패드(TP)의 역할을 하거나, 패널 외곽에 있는 터치 패드(TP)와 연결될 수 있다. 여기서, 터치 패드(TP)는 터치 회로(TC)와 연결된다.
터치 라인(TL) 상에 절연층(IL)이 존재한다.
절연층(IL) 상에 메쉬 타입의 터치 전극(TE)이 위치한다.
브릿지(Bridge) 부분에서, 터치 전극(TE)은 절연층(IL)을 관통하는 컨택홀을 통해 터치 라인(TL)과 전기적으로 연결된다.
터치 전극(TE) 상을 덮는 오버코트 층(OCL: Overcoat Layer)이 배치될 수 있다.
오버코트 층(OCL) 상에 블랙매트릭스들(BM)과 컬러필터들(CF)이 배치된다.
컬러필터들(CF)은, 일 예로, 적색 컬러필터(CF_R), 녹색 컬러필터(CF_G) 및 청색 컬러필터(CF_B)에 대응되며, 적색 컬러필터(CF_R), 녹색 컬러필터(CF_G) 및 청색 컬러필터(CF_B) 각각의 위치는 1개의 서브픽셀의 위치와 대응된다.
하나의 블랙매트릭스(BM)은 2개의 서브픽셀(SP)의 경계 부분에 존재하는 것으로서, 1개의 터치 전극(TE)이 차지하는 영역은 1개의 서브픽셀(SP)이 차지하는 영역보다 크다.
도 44에 도시된 메쉬 타입으로 된 1개의 터치 전극(TE)에서 오픈 영역들의 위치는 각 서브픽셀(SP)의 발광 영역의 위치와 대응된다.
다음으로, 도 45에 예시된 두 번째 TOE 구조에 대하여 설명한다.
TOE 구조 상, 터치 전극(TE), 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)는, 봉지층(ENCAP) 상에 존재한다.
다만, 터치 전극(TE)과, 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)는 서로 다른 층에 존재한다.
봉지층(ENCAP) 상에 블랙매트릭스들(BM)과 컬러필터들(CF)이 배치된다.
오버코트 층(OCL)이 이러한 블랙매트릭스들(BM)과 컬러필터들(CF)을 덮으면서 배치된다.
오버코트 층(OCL) 상에 터치 라인(TL)이 위치한다.
터치 라인(TL)의 끝 부분은 터치 패드(TP)의 역할을 하거나, 패널 외곽에 있는 터치 패드(TP)와 연결될 수 있다. 여기서, 터치 패드(TP)는 터치 회로(TC)와 연결된다.
터치 라인(TL) 상에 절연층(IL)이 존재한다.
절연층(IL) 상에 메쉬 타입의 터치 전극(TE)이 위치한다.
브릿지(Bridge) 부분에서, 터치 전극(TE)은 절연층(IL)을 관통하는 컨택홀을 통해 터치 라인(TL)과 전기적으로 연결된다.
도 45에 도시된 메쉬 타입으로 된 1개의 터치 전극(TE)에서 오픈 영역들의 위치는 각 서브픽셀(SP)의 발광 영역의 위치와 대응된다.
또 다음으로, 도 46에 예시된 세 번째 TOE 구조에 대하여 설명한다.
TOE 구조 상, 터치 전극(TE), 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)를 포함하는 터치 센서 메탈은 봉지층(ENCAP) 상에 존재한다.
다만, 터치 전극(TE)과, 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)를 포함하는 터치 센서 메탈은 동일한 층에 존재한다.
봉지층(ENCAP) 상에 터치 전극(TE)과, 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)를 포함하는 터치 센서 메탈이 위치한다.
터치 라인(TL)의 끝 부분은 터치 패드(TP)의 역할을 하거나, 패널 외곽에 있는 터치 패드(TP)와 연결될 수 있다. 여기서, 터치 패드(TP)는 터치 회로(TC)와 연결된다.
오버코트 층(OCL)이 터치 전극(TE)과, 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)를 포함하는 터치 센서 메탈 상에 배치될 수 있다.
오버코트 층(OCL) 상에 블랙매트릭스들(BM)과 컬러필터들(CF)이 배치된다.
도 46에 도시된 메쉬 타입으로 된 1개의 터치 전극(TE)에서 오픈 영역들의 위치는 각 서브픽셀(SP)의 발광 영역의 위치와 대응된다.
또 다음으로, 도 47에 예시된 네 번째 TOE 구조에 대하여 설명한다.
TOE 구조 상, 터치 전극(TE), 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)를 포함하는 터치 센서 메탈은 봉지층(ENCAP) 상에 존재한다.
다만, 터치 전극(TE), 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)를 포함하는 터치 센서 메탈은 동일한 층에 위치할 수 있다.
봉지층(ENCAP) 상에 블랙매트릭스들(BM)과 컬러필터들(CF)이 배치된다.
오버코트 층(OCL)이 이러한 블랙매트릭스들(BM)과 컬러필터들(CF)을 덮으면서 배치된다.
오버코트 층(OCL) 상에 터치 전극(TE), 터치 라인(TL) 및 터치 패드(TP)를 포함하는 터치 센서 메탈이 위치한다.
터치 라인(TL)의 끝 부분은 터치 패드(TP)의 역할을 하거나, 패널 외곽에 있는 터치 패드(TP)와 연결될 수 있다. 여기서, 터치 패드(TP)는 터치 회로(TC)와 연결된다.
도 47에 도시된 메쉬 타입으로 된 1개의 터치 전극(TE)에서 오픈 영역들의 위치는 각 서브픽셀(SP)의 발광 영역의 위치와 대응된다.
한편, 도 44 내지 도 47의 TOE 구조들에서는, 봉지층(ENCAP)의 위쪽으로 컬러필터들(CF)이 배치되어 있다. 이러한 컬러필터들(CF)은 화이트 유기발광다이오드(White OLED)를 사용하는 경우에 필요할 수 있다. 화이트 유기발광다이오드(White OLED)가 적색, 녹색 및 청색 등의 유기발광다이오드를 각각 사용하는 경우, 컬러필터들(CF)은 필요 없을 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시 예들은, 터치 전극이 표시 패널(110)에 내장된 터치 표시 장치(100) 에 있어서, 다수의 터치 전극(TE)은 이른바 멀티플렉서 단위 (또는 멀티플렉서 채널 단위)로 구동을 하고, 디스플레이 구동과 터치 구동은 디스플레이 구간과 터치 구간으로 나누어 진행하고, 터치 구간 동안 액티브 펜 쪽에 터치 패널 정보 및 상태 등을 알려주는 구간(비콘 신호 전송 구간)이 포함되고, 터치 구간 동안에는 다수의 액티브 펜의 위치 센싱 및 각 액티브 펜의 펜 신호가 전송되는 구동 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 디스플레이, 터치 센싱 및 펜 터치 센싱을 효율적으로 제공할 수 있는 터치 표시 장치(100), 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 디스플레이 성능 및 터치 성능을 저하시키지 않으면서 펜 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있는 터치 표시 장치(100), 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 여러 개의 펜 터치 입력을 동시에 가능하게 하는 터치 표시 장치(100), 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 여러 개의 펜 터치 입력을 서로 정확하게 구별하여 처리할 수 있는 터치 표시 장치(100), 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 하나의 펜뿐만 아니라 여러 개의 펜에 대하여, 위치, 압력, 틸트 및 버튼 등에 대한 인식을 가능하게 하는 터치 표시 장치(100), 액티브 펜, 터치 시스템, 터치회로 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 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.

Claims (20)

  1. 다수의 터치전극들이 배치된 표시 패널; 및
    상기 표시 패널에 구동 신호를 공급하고, 상기 구동 신호에 응답하여 수신되는 신호를 토대로 손가락에 의한 터치를 센싱하거나, 하나 이상의 액티브 펜에 의한 펜 터치를 센싱하는 터치 회로를 포함하고,
    하나의 프레임 구간은 다수의 센싱 구간을 포함하고, 상기 다수의 센싱 구간 각각은 손가락 터치 센싱 또는 펜 터치 센싱을 위한 구간이고,
    상기 다수의 센싱 구간 각각에서, 상기 구동 신호는 전압 레벨이 스윙하는 신호이거나 전압 레벨이 일정한 신호이고,
    상기 하나의 프레임 구간 내 상기 다수의 센싱 구간 중 적어도 하나의 센싱 구간에서, 상기 하나 이상의 액티브 펜에서 출력되는 펜 신호는, 다수의 펄스를 포함하는 제1 신호 구간과 다수의 펄스를 포함하는 제2 신호 구간을 포함하고, 상기 제1 신호 구간에 포함된 다수의 펄스와 상기 제2 신호 구간에 포함된 다수의 펄스는 서로 역 위상 관계에 있는 터치 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 프레임 구간 내 상기 다수의 센싱 구간은, 상기 하나 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및 틸트 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 둘 이상의 센싱 구간을 포함하는 터치 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 상기 둘 이상의 센싱 구간 간의 간격은 서로 동일한 터치 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센싱 구간은 상기 하나 이상의 액티브 펜의 펜 부가 정보를 포함하는 데이터가 전송되는 데이터 구간인 터치 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 프레임 구간 내 상기 다수의 센싱 구간은, 정해진 코드들을 나타내는 펄스들로 이루어진 비콘 신호가 상기 표시 패널에서 상기 하나 이상의 액티브 펜으로 전송되는 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 하나 이상의 센싱 구간을 포함하는 터치 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비콘 신호는 패널 정보 및 구동 제어 정보를 포함하는 터치 표시 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 펜 신호를 이루는 다수의 펜 펄스들의 주파수 또는 펄스 개수는 상기 비콘 신호에 의해 정의되는 터치 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 센싱 구간 중 적어도 하나의 센싱 구간의 전반부에는, 정해진 코드들을 나타내는 펄스들로 이루어진 핑 신호가 상기 표시 패널에서 상기 액티브 펜으로 전송되고,
    상기 핑 신호를 이루는 펄스들 중 마지막 펄스로부터 일정 시간이 경과한 이후, 상기 액티브 펜에서 상기 펜 신호가 전송되는 터치 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 구간은 상기 터치 회로의 동작 신호 또는 상기 구동 신호와 정 위상 관계에 있는 제1 상태이고,
    상기 제2 신호 구간은 상기 터치 회로의 동작 신호 또는 상기 구동 신호와 역 위상 관계에 있는 제2 상태인 터치 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 펜 신호는 상기 제1 신호 구간 및 상기 제2 신호 구간과 다른 제3 신호 구간을 더 포함하고, 상기 제3 신호 구간은 일정한 값을 갖는 제3 상태인 터치 표시 장치.
  11. 터치 표시 장치와 연동하는 액티브 펜에 있어서,
    상기 터치 표시 장치의 표시 패널과 접촉 또는 비 접촉 하는 둘 이상의 펜 팁; 및
    상기 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 상기 표시 패널에 인가되는 구동 신호를 수신하고, 상기 둘 이상의 펜 팁 중 적어도 하나를 통해 상기 표시 패널에 펜 신호를 출력하는 처리부를 포함하고,
    상기 구동 신호는 전압 레벨이 스윙하는 신호이거나 전압 레벨이 일정한 신호이고,
    상기 펜 신호는 다수의 펄스를 포함하는 제1 신호 구간과 다수의 펄스를 포함하는 제2 신호 구간을 포함하고, 상기 제1 신호 구간에 포함된 다수의 펄스와 상기 제2 신호 구간에 포함된 다수의 펄스는 역 위상 관계에 있는 액티브 펜.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 둘 이상의 펜 팁은 일정 거리만큼 떨어져 있는 액티브 펜.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호의 타입에 따라 상기 펜 신호의 출력 위치 및 타이밍이 달라지는 액티브 펜.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호는 전압 레벨이 스윙하는 신호인 경우, 상기 둘 이상의 펜 팁에서 상기 펜 신호가 동시에 출력되거나, 상기 둘 이상의 펜 팁 중 일부에서만 상기 펜 신호가 출력되는 액티브 펜.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호는 전압 레벨이 일정한 신호인 경우, 상기 둘 이상의 펜 팁에서 상기 펜 신호가 순차적으로 출력되는 액티브 펜.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호에 따라, 상기 펜 신호의 주파수가 달라지는 액티브 펜.
  17. 표시 패널에 배치된 다수의 터치전극들 중 하나 이상의 터치전극을 선택하기 위한 멀티플렉서 회로; 및
    상기 하나 이상의 터치전극으로 구동 신호를 공급하고, 하나 이상의 액티브 펜에서 발생된 펜 신호를 상기 표시 패널을 통해 검출하는 센싱부를 포함하고,
    하나의 프레임 구간은 다수의 센싱 구간을 포함하고, 상기 다수의 센싱 구간 각각은 손가락 터치 센싱 또는 펜 터치 센싱을 위한 구간이고,
    상기 다수의 센싱 구간 각각에서, 상기 구동 신호는 전압 레벨이 스윙하는 신호이거나 전압 레벨이 일정한 신호이고,
    상기 하나의 프레임 구간 내 상기 다수의 센싱 구간 중 적어도 하나의 센싱 구간에서, 상기 하나 이상의 액티브 펜에서 출력되는 펜 신호는, 다수의 펄스를 포함하는 제1 신호 구간과 다수의 펄스를 포함하는 제2 신호 구간을 포함하고, 상기 제1 신호 구간에 포함된 다수의 펄스와 상기 제2 신호 구간에 포함된 다수의 펄스는 서로 역 위상 관계에 있는 터치 회로.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하나의 프레임 구간 내 상기 다수의 센싱 구간은, 상기 하나 이상의 액티브 펜에 대한 위치 및 틸트 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 둘 이상의 센싱 구간을 포함하는 터치 회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 펜 위치/틸트 센싱 구간에 해당하는 상기 둘 이상의 센싱 구간 간의 간격은 서로 동일한 터치 회로.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 하나의 프레임 구간 내 상기 다수의 센싱 구간은, 정해진 코드들을 나타내는 펄스들로 이루어진 비콘 신호가 상기 표시 패널에서 상기 하나 이상의 액티브 펜으로 전송되는 비콘 신호 전송 구간에 해당하는 하나 이상의 센싱 구간을 포함하는 터치 회로.
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