KR20230097515A

KR20230097515A - 디스플레이 디바이스 및 이를 이용한 터치 센싱 시스템과 터치 센싱 방법

Info

Publication number: KR20230097515A
Application number: KR1020210187069A
Authority: KR
Inventors: 이용승; 허재영
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2023-07-03

Abstract

본 실시예들은 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 패시브펜 및 펜 인식 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 패시브 펜이 디스플레이 디바이스로 펜 식별정보를 소정의 경로로 제공함으로써, 신속하고 정확한 펜 인식이 가능할 뿐만 아니라, 여러 개의 패시브 펜을 구별하여 인식하여 여러 개의 패시브 펜을 통한 펜 입력을 동시에 처리해줄 수 있는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 패시브 펜 및 펜 인식 방법에 관한 것이다.

Description

디스플레이 디바이스 및 이를 이용한 터치 센싱 시스템과 터치 센싱 방법{DISPLAY DEVICE AND TOUCH SENSING SYSTEM AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 디스플레이 디바이스 및 이를 이용한 터치 센싱 시스템과 터치 센싱 방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치, 플라즈마 표시장치, 유기발광 표시장치 등과 같은 여러 가지 디스플레이 디바이스가 활용되고 있다.

이러한 디스플레이 디바이스 중에는 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공할 수 있는 디스플레이 디바이스가 있다.

이러한 터치 기반의 입력 방식을 제공하기 위해서는, 사용자의 터치 유무를 파악하고 터치 좌표를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.

또한, 손가락 등 이외에도, 정교한 펜 터치 입력에 대한 요구 증대에 따라 펜 터치 기술에 대한 개발도 이루어지고 있다.

하지만, 표시 장치가 기본적으로 디스플레이 기능을 제공해주면서, 손가락 등의 터치와 펜 터치를 함께 효율적으로 제공해주는 데 상당한 어려움이 따르고 있는 실정이다. 특히, 현재, 여러 개의 펜 터치를 동시에 센싱할 수 없는 문제점이 있는 실정이다.

이러한 배경에서, 본 발명의 실시예들의 목적은, 여러 개의 펜을 동시에 센싱할 수 있도록 해주는 디스플레이 디바이스 및 이를 이용한 터치 센싱 시스템과 터치 센싱 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 실시예들은 여러 개의 패시브 펜을 구별하여 인식하고, 여러 개의 패시브 펜에 대한 펜 데이터를 구별하여 처리함으로써, 여러 개의 패시브 펜을 통한 펜 입력을 동시에 처리해줄 수 있는 디스플레이 디바이스 및 이를 이용한 터치 센싱 시스템과 터치 센싱 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예들은, 패시브 펜과, 다수의 터치 전극이 배치된 패널을 포함하고, 패시브 펜과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스를 포함하는 터치 센싱 시스템을 제공할 수 있다.

패시브 펜은, 펜 내부에 내장되거나 펜에 부착된 무선 통신부를 통해 펜 식별정보를 무선 송출할 수 있다.

디스플레이 디바이스는, 터치 패널로부터 터치 좌표를 출력하는 터치 센싱 회로와, 패시브 펜에서 무선 송출된 펜 식별정보 및 펜 신호의 세기를 수신하여 출력하는 무선 통신 모듈과, 터치 센싱 회로에서 펜 터치 좌표를 획득하고, 획득된 펜 터치 좌표와 무선 통신 모듈에서 출력된 펜 식별 정보 및 수신된 신호의 세기를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 터치 컨트롤러를 포함할 수 있다.

본 실시예들은, 패시브 펜과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스를 제공할 수 있다.

본 실시예들은, 제1 방향으로 배치되는 다수의 데이터 라인과, 제2 방향으로 배치되는 다수의 게이트 라인과, 터치 센싱을 위한 다수의 터치 전극을 포함하며, 패시브 펜과 연동하는 패널을 제공할 수 있다.

디스플레이 구동 구간 동안, 다수의 데이터 라인으로 영상 데이터 신호가 인가되고, 다수의 게이트 라인으로 게이트 신호가 인가될 수 있다.

또한, 2개의 디스플레이 구동 구간 사이의 블랭크 구간에 해당하는 터치 구동 구간의 앞, 뒤로 디스플레이 구간에서 통신 정보 전달 구간과 최종 터치 정보 생성 구간을 포함할 수 있다.

제1 디스플레이 구간 내 통신 정보 전달 구간 동안, 무선 통신 모듈에서 터치 컨트롤러로 펜 식별 정보와 수신된 신호의 세기 정보가 인가될 수 있다.

제2 디스플레이 구간 내 최종 터치 정보 생성 구간 동안, 터치 컨트롤러에서 Set단으로 Touch 1개당 전달되는 데이터 정보에 Tag ID를 부여한 최종 터치 정보가 인가될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 의하면, 여러 개의 펜을 동시에 센싱할 수 있도록 해주는 디스플레이 디바이스 및 이를 이용한 터치 센싱 시스템과 터치 센싱 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시예들에 따른 터치 센싱 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스에서 디스플레이 파트를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스에서 터치 센싱 파트를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 패시브 펜과 디스플레이 디바이스 구성도이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 무선 통신 모듈이 내장된 패시브 펜(20)과 휴대용 무선 통신 모듈 및 휴대용 무선 통신 모듈이 장착된 범용 패시브 펜 구성도이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 펜 인식 과정을 나타낸 도면이다.
도 8는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 동작 구간을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예들에 따른 여러 개의 패시브 펜(20)을 구분하기 위한 디스플레이 디바이스 구성도 및 무선 통신 모듈에서 터치 컨트롤러로 전달되는 데이터이다.
도 11은 터치 컨트롤러에서 개별 무선 통신 모듈에서 수신한 펜 신호 세기 정보들을 가지고 좌표 맵핑(Mapping) 처리를 나타내는 도면이다.
도 12는 Touch 1개당 전달되는 데이터정보에 식별정보(Tag ID)가 추가된 최종 터치 정보이다.

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 센싱 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 동작 모드를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예들에 따른 터치 센싱 시스템은 패시브 펜(20)과, 패시브 펜(20)과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스(10)를 포함한다.

본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는, 일 예로, 텔레비전(TV), 모니터 등일 수도 있고, 태블릿, 스마트 폰 등의 모바일 디바이스일 수 있다.

디스플레이 디바이스(10)는 영상 표시를 위한 디스플레이 모드와 터치 센싱을 위한 터치 센싱 모드를 갖는다.

디스플레이 디바이스(10)는, 터치 센싱 모드로 동작하여, 손가락, 패시브 펜(Passive Pen) 등에 대한 터치 센싱 기능과, 액티브 펜(Active Pen)에 대한 터치 센싱 기능(펜 인식 기능)을 제공할 수 있는 전자 기기이다.

액티브 펜(Active Pen)은 신호 송수신 기능을 갖거나, 디스플레이 디바이스(10)와 연동 동작을 수행할 수 있거나, 자체 전원을 포함하는 펜을 의미할 수 있다.

패시브 펜(Passive Pen)은, 신호 송수신 기능, 디스플레이 디바이스(10)와 연동 동작 그리고 자체 전원 등을 갖지 않으며, 노멀 펜(Normal Pen)이라고도 한다. 다만, 본 명세서 전반에서, 설명의 편의를 위하여, 패시브 펜은 "펜"으로 간단히 기재할 수도 있다.

이러한 패시브 펜(20)에 의한 터치 센싱은 손가락(Finger)에 의한 터치 센싱과 동일한 방식으로 이루어질 수 있다.

다시 말해, 액티브 펜은 터치 표시 장치(10)와 신호를 송수신하는 기능을 갖는 액티브 한 터치 입력 도구이고, 손가락, 패시브 펜 등은 터치 표시 장치(10)와 신호를 송수신하는 기능을 갖지 않는 노멀(Normal)하고 수동적(Passive)인 터치 입력 도구이다.

따라서, 액티브 펜의 경우, 액티브 펜에서 발생시키는 신호에 펜 식별정보(Pen ID)를 포함시킬 수 있으므로, 다수의 액티브 펜을 동시에 사용하더라도 디스플레이 디바이스(10)과의 통신으로 펜 식별정보(Pen ID)를 통해 펜 구분이 가능하다.

다수의 패시브 펜(20)을 동시에 사용할 경우, 패시브 펜(20)은 손가락과 마찬가지로 멀티 터치로만 인식될 뿐 펜 구분이 불가능하다. 즉, 디스플레이 디바이스(10)에서 터치가 발생된 좌표만 확인이 가능하며, 어느 좌표에서 어떤 펜으로 터치가 되었는지는 확인이 불가능하다.

본 발명의 실시예들은 디스플레이 디바이스(10)가 패시브 펜(20)을 효율적으로 인식할 수 있고, 디스플레이 디바이스(10)가 여러 개의 패시브 펜(20)을 동시에 인식할 수 있는 펜 인식 방법을 제공한다.

본 실시예들은, 패시브 펜(20)이 펜 식별정보와 펜 신호 세기정보를 무선 통신 경로를 통해 디스플레이 디바이스(10)로 제공함으로써, 패시브 펜(20)으로 디스플레이 디바이스(10)와 연동 동작을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 여러 개의 패시브 펜(20)을 구별하여 인식하여 여러 개의 펜 입력을 동시에 처리해줄 수 있다.

본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는 영상 표시 기능을 제공하기 위한 디스플레이 파트(Display Part)와 터치 센싱을 위한 터치 센싱 파트(Touch Sensing Part)를 포함할 수 있다.

아래에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 디스플레이 디바이스(10)의 디스플레이 파트(Display Part)와 터치 센싱 파트(Touch Sensing Part)에 대한 구조를 간략하게 설명한다.

도 3를 참조하면, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 디스플레이 파트(Display Part)는 디스플레이 패널(110), 데이터 구동 회로(120), 게이트 구동 회로(130) 및 컨트롤러(140) 등을 포함할 수 있다.

디스플레이 패널(110)은 다수의 데이터 라인들(DL)과 다수의 게이트 라인들(GL)이 배치되고, 다수의 데이터 라인들(DL)과 다수의 게이트 라인들(GL)에 의해 정의되는 다수의 서브픽셀들(SP)이 배열되어 있다.

데이터 구동 회로(120)는 다수의 데이터 라인들(DL)로 데이터 전압을 공급하여 다수의 데이터 라인들(DL)을 구동한다.

게이트 구동 회로(130)는 다수의 게이트 라인들(GL)으로 스캔 신호를 순차적으로 공급하여 다수의 게이트 라인들(GL)을 구동한다.

컨트롤러(140)는 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)로 각종 제어신호(DCS, GCS)를 공급하여, 데이터 구동 회로(120) 및 게이트 구동 회로(130)의 동작을 제어한다.

이러한 컨트롤러(140)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상 데이터를 데이터 구동 회로(120)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터(Data)를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.

이러한 컨트롤러(140)는 통상의 디스플레이 기술에서 이용되는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)이거나, 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)를 포함하여 다른 제어 기능도 더 수행하는 제어 장치일 수 있다.

이러한 컨트롤러(140)는, 데이터 구동 회로(120)와 별도의 부품으로 구현될 수도 있고, 데이터 구동 회로(120)와 함께 집적 회로로 구현될 수도 있다.

한편, 데이터 구동 회로(120)는, 적어도 하나의 소스 드라이버 집적회로(SDIC: Source Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.

각 소스 드라이버 집적회로는, 쉬프트 레지스터(Shift Register), 래치 회로(Latch Circuit), 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital to Analog Converter), 출력 버퍼(Output Buffer) 등을 포함할 수 있다.

각 소스 드라이버 집적회로는, 경우에 따라서, 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter)를 더 포함할 수 있다.

게이트 구동 회로(130)는, 적어도 하나의 게이트 드라이버 집적회로(Gate Driver Integrated Circuit)를 포함하여 구현될 수 있다.

각 게이트 드라이버 집적회로는 쉬프트 레지스터(Shift Register), 레벨 쉬프터(Level Shifter) 등을 포함할 수 있다.

데이터 구동 회로(120)는, 디스플레이 패널(110)의 일측(예: 상측 또는 하측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 디스플레이 패널(110)의 양측(예: 상측과 하측)에 모두 위치할 수도 있다.

게이트 구동 회로(130)는, 디스플레이 패널(110)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 패널 설계 방식 등에 따라 디스플레이 패널(110)의 양측(예: 좌측과 우측)에 모두 위치할 수도 있다.

한편, 디스플레이 패널(110)은 액정 표시 패널, 유기 발광 표시 패널 및 플라즈마 표시 패널 등의 다양한 타입의 표시 패널일 수 있다.

디스플레이 디바이스(10)는 캐패시턴스 기반의 터치 센싱 기법을 통해, 손가락 및/또는 펜에 의한 터치 입력을 센싱할 수 있다.

이를 위해, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이 디바이스(10)의 터치 센싱 파트(Touch Sensing Part)는 터치 전극들(TE)이 배치된 터치 패널(410)과 이를 구동하기 위한 터치 회로(400)를 포함할 수 있다. 터치 회로(400)는 터치 센싱 회로(ROIC,420), 터치 컨트롤러(430) 및 무선 통신 모듈(무선 통신부) 등을 포함할 수 있다. 이를 통해, 패시브 펜과 디스플레이 디바이스가 연동 동작을 수행할 수 있으며, 디스플레이 디바이스는 여러 개의 패시브 펜을 구분할 수 있다.

한편, 터치 패널(410)은 디스플레이 패널(110)과 별도로 제작되어 디스플레이 패널(110)에 결합되는 외장형(애드-온(Add-On) 타입이라고도 함)이거나, 디스플레이 패널(110)에 내장되는 내장형(인-셀(In-Cell) 타입 또는 온-셀(On-Cell) 타입이라고도 함)일 수도 있다.

터치 패널(410)에는 다수의 터치 전극(TE)이 배치되며, 다수의 터치 전극(TE)과 터치 센싱 회로(ROIC,420)를 전기적으로 연결해주는 다수의 신호라인(SL)이 배치될 수 있다.

한편, 터치 회로(400)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 터치 패널(410)로 터치 구동 신호를 공급하고 터치 패널(410)로부터 터치 센싱 신호를 검출(수신)하기 위한 하나 이상의 터치 센싱 회로(ROIC,420)와, 터치 센싱 회로(ROIC,420)의 터치 센싱 신호 검출 결과를 이용하여 터치 입력의 유무 및/또는 위치 등을 알아내는 터치 컨트롤러(430), 무선 통신 모듈(440) 등을 포함할 수 있다.

터치 회로(400)에 포함된 하나 이상의 터치 센싱 회로(ROIC,420)는 개별 부품으로 구현되거나 하나의 부품으로 구현될 수 있다.

한편, 터치 회로(400)에 포함된 하나 이상의 터치 센싱 회로(ROIC,420)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 구동 회로(120)를 구현한 하나 이상의 소스 드라이버 집적회로(SDIC)와 함께, 하나 이상의 통합 집적회로(SRIC)로 통합되어 구현될 수 있다.

이와 같이, 터치 구동을 위한 터치 센싱 회로(ROIC,420)와 데이터 구동을 위한 소스 드라이버 집적회로(SDIC)의 통합 구현은, 터치 패널(410)이 디스플레이 패널(110)에 내장되는 내장형이고, 터치 전극들(TE)과 연결된 신호 라인들(SL)이 데이터 라인들(DL)과 평행하게 배치된 경우에, 터치 구동 및 데이터 구동을 효과적으로 수행할 수 있다.

한편, 터치 패널(410)이 디스플레이 패널(110)에 내장되는 내장형인 경우, 터치 전극(TE)은 다양하게 만들어질 수 있다.

디스플레이 디바이스(10)가 액정 표시 장치 등의 타입으로 구현된 경우, 터치 전극(TE)은, 일 예로, 터치 센싱을 위한 터치 구동 기간 동안 터치 구동 신호가 인가되거나 터치 센싱 신호가 검출되고, 영상 표시를 위한 디스플레이 구동 기간 동안 공통 전압이 인가되는 블록화 된 공통 전극들일 수 있다.

이 경우, 디스플레이 구동 기간 동안, 터치 전극들(TE)은 터치 회로(400)의 내부에서 모두 전기적으로 연결되고, 공통 전압을 공통으로 인가받을 수 있다.

터치 구동 기간 동안, 터치 회로(400)의 내부에서 터치 전극들(TE) 중 일부 또는 전체가 선택되고, 선택된 하나 이상의 터치 전극들(TE)로는 터치 회로(400)의 터치 센싱 회로(420)로부터 터치 구동 신호가 인가되며, 터치 회로(400)의 터치 센싱 회로(420)에 의해 터치 센싱 신호가 검출될 수 있다.

또한, 각 터치 전극(TE)은 중첩되는 다수의 서브픽셀 내 픽셀 전극과 전계를 형성하기 위하여 다수의 슬릿(홀(Hole)이라고도 함)이 존재할 수 있다.

한편, 디스플레이 디바이스(10)가 유기 발광 표시 장치로 구현된 경우, 다수의 터치 전극들(TE) 및 다수의 신호 라인들(SL)은, 디스플레이 패널(110)의 전면에 배치되며 공통 전압이 인가되는 공통 전극(예: 캐소드 전극 등) 상에 배치된 봉지 층(Encapsulation Layer) 상에 위치될 수 있다.

여기서, 디스플레이 패널(110)의 전면에 배치된 공통 전극은, 일 예로, 각 서브픽셀(SP) 내 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)의 애노드 전극(픽셀 전극에 해당함)과 캐소드 전극 중 캐소드 전극일 수 있고, 공통 전압은 캐소드 전압일 수 있다.

이 경우, 다수의 터치 전극들(TE) 각각은 오픈 영역이 없는 통 전극 형태일 수 있다. 이때, 다수의 터치 전극들(TE) 각각은 서브픽셀들(SP)에서의 발광을 위해 투명 전극일 수 있다.

또는, 다수의 터치 전극들(TE) 각각은 여러 개의 오픈 영역들이 있는 메쉬 타입의 전극일 수 있다. 이때, 다수의 터치 전극들(TE) 각각에서 각 오픈 영역은 서브픽셀(SP)의 발광 영역(예: 애노드 전극의 일부가 위치한 영역)에 대응될 수 있다.

한편, 터치 구동 기간(터치 센싱 기간) 동안, 패널 구동 신호가 터치 전극들(TE) 및 신호 라인들(SL)에 공급될 때, 패널 구동 신호가 공급되는 터치 전극들(TE) 및 신호 라인들(SL)과 다른 전극 및 신호들에도 패널 구동 신호와 동일하거나 대응되는 신호가 인가될 수 있다. 여기서, 패널 구동 신호는 손가락 및/또는 펜에 의한 터치 입력을 센싱하거나 펜의 펜 정보를 인식하기 위한 터치 구동 신호라고 할 수 있다.

예를 들어, 터치 구동 기간 동안, 모든 데이터 라인 또는 일부의 데이터 라인으로 패널 구동 신호 또는 이와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.

다른 예를 들어, 터치 구동 기간 동안, 모든 게이트 라인 또는 일부의 게이트 라인으로 패널 구동 신호 또는 이와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.

또 다른 예를 들어, 터치 구동 기간 동안, 모든 터치 전극들(TE)로 패널 구동 신호 또는 이와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.

한편, 실시 예들에서, 패널 구동 신호는 터치 패널(410), 디스플레이 패널(110), 또는 터치 패널(410)을 내장하는 디스플레이 패널(110)에 인가되는 모든 신호를 의미할 수 있다.

한편, 집적회로의 구현 및 배치 위치와 관련하여, 일 예로, 디스플레이 디바이스(10)에서, 양 단이 터치 패널(410)과 인쇄회로기판에 연결된 필름 상에 통합 집적회로(SRIC)가 실장 될 수 있다.

이와 같이, COF(Chip On Film) 타입의 통합 집적회로(SRIC)는 필름 상의 배선을 통해, 터치 패널(410)과 전기적으로 연결되고, 인쇄회로기판(PCB) 상에 실장 된 터치 컨트롤러(430)와 전기적으로 연결될 수 있다.

통합 집적회로(SRIC)는 터치 패널(410) 상에 배치되는 COG(Chip On Glass) 타입으로 구현될 수도 있다.

한편, 터치 회로(400)의 하나 이상의 터치 센싱 회로(ROIC, 420)와 터치 컨트롤러(430)는 1개의 부품으로 통합되어 구현될 수도 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 패시브 펜과 디스플레이 디바이스의 구성도이다. 즉, 도 5는 패시브 펜(20)과 디스플레이 디바이스(10)가 연동 동작을 수행하는 것을 나타내고 있으며, 특히, 여러 개의 패시브 펜(20)을 구분할 수 있는 디스플레이 디바이스(10)를 나타내고 있다. 이를 위해, 디스플레이 디바이스(10)에는 무선 통신 모듈(440)이 적어도 2개 이상이 포함되어 있으며, 패시브 펜(20)에는 펜 무선 통신부(500)가 장착되어 있다.

무선 통신 모듈(440)은, 패시브 펜(20)과 무선 통신을 하기위한 구성으로서, 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), RFID(Radio-Frequency Identification), 다이렉트 와이파이(Direct Wi-Fi)등을 활용하는 근거리 무선 통신 모듈, 또는 와이파이(Wi-Fi) 등의 무선 통신 모듈일 수도 있고, LTE(Long Term Evolution) 등의 이동통신 모듈일 수도 있다. 이러한 무선 통신 모듈(440)은 소형 및 저전력을 가능하게 하는 통신 모듈일 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 2개의 무선 통신 모듈(440)이 인쇄회로기판(PCB) 양 끝 단에 각각 부착되어 있다. 무선 통신 모듈(440)은 디스플레이 디바이스(10) 내의 어느 기구물에도 부착이 가능하며, 부착 가능한 모듈 개수에 대한 제한이 없다. 무선 통신 모듈(440)의 개수가 많을수록 인식률이 높아진다.

패시브 펜(20)의 펜 무선 통신부(500)는 무선 통신 모듈(440)로부터 송출된 신호의 세기를 측정하고, 측정된 세기를 신호 세기정보(S)로 저장하여 무선 통신 통신 모듈로 전송한다. 무선 통신 모듈(440)로 수신되는 신호 세기정보(S)는 무선 통신 모듈(440)과 펜 무선 통신부(500) 사이의 거리와 연관이 있다. 이와 관련된 상세한 설명은 멀티 펜 센싱 방법에서 상세하게 설명한다.

도 6의 (a)는 본 실시예들에 따른 펜 무선 통신부(500)가 내장된 패시브 펜(20)을 나타내고, (b)는 휴대용 무선 통신 모듈을 나타내며, (c)는 휴대용 무선 통신 모듈이 장착된 범용 패시브 펜을 나타낸다.

도 6의 (a)를 참조하면, 본 실시예들에 따른 패시브 펜(20)은, 디스플레이 디바이스(10)의 터치 패널(410)과 접촉 또는 근접하는 펜 팁(610)과, 신호를 무선 송수신하는 펜 무선 통신부(500) 등을 포함할 수 있다.

펜 무선 통신부(500)는 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(440)과 무선 통신을 하는 구성으로서, 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), RFID(Radio-Frequency Identification), 다이렉트 와이파이(Direct Wi-Fi)등을 활용하는 근거리 무선 통신 모듈, 또는 와이파이(Wi-Fi) 등의 무선 통신 모듈일 수도 있고, LTE(Long Term Evolution) 등의 이동통신 모듈일 수도 있다.

도 6의 (b)는 휴대용 무선 통신 모듈(620)을 나타내며, 휴대용 무선 통신 모듈(620)은 펜 무선 통신부(500) 및 밴드(640)를 포함하며, 밴드(640) 또는 펜 무선 통신부(500)에는 안테나(630)가 내재될 수 있다. 도 6의 (c)는 휴대용 무선 통신 모듈(620)을 범용 패시브 펜에 장착한 구성이다. 이를 통해, 펜 무선 통신부(500)가 내장된 패시브 펜이 아닌 범용 패시브 펜으로도 디스플레이 다바이스(10)와 연동이 가능하다.

도 7은 본 실시예들에 따른 디스플레이 펜 인식 과정을 나타낸 도면이며, 도 8은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 동작 구간을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 디스플레이 디바이스(10) 내의 무선 통신 모듈(440)은 펜 무선 통신부(500)로 무선 신호를 송출할 수 있다(S10).

패시브 펜(20)의 펜 무선 통신부(500)는 무선 통신 모듈(440)로부터 송출된 신호의 세기를 측정하여 측정된 세기를 신호 세기정보(S)로 저장한다. 펜 무선 통신부(500)는 펜 식별정보(Pen ID)와 신호 세기정보(S)를 무선 송출할 수 있다(S20-1).

또한, 패시브 펜(20)의 터치는 터치 센싱 회로(420)를 통해서 센싱될 수 있다(S20-2).

무선 통신 모듈(440)은, 패시브 펜(20)에서 무선 송출된 펜 식별정보(Pen ID)와 신호 세기정보(S)를 수신하여 터치 컨트롤러(430)로 출력할 수 있다(S30-1).

터치 센싱 회로(420)는 터치 패널(410)을 통해 읽어 들인 패시브 펜(20)의 터치(펜 위치)를 센싱하여 터치 컨트롤러(430)로 출력할 수 있다(S30-2).

터치 컨트롤러(430)는 터치 센싱 회로(420)에서 출력된 펜 터치 위치 정보를 획득하고, 획득된 펜 터치 위치 정보와 무선 통신 모듈(440)에서 출력된 펜 식별정보(Pen ID)와 신호 세기정보(S)를 토대로 펜 인식 처리를 수행할 수 있다(S40).

더 구체적으로, 터치 컨트롤러(430)는, 펜 인식 처리를 통해, 펜 터치 위치 정보를 획득하고, 획득된 펜 터치 위치 정보와 무선 통신 모듈(440)에서 출력된 신호 세기정보(S)를 조합하여 펜 터치 위치 정보에 펜 식별정보(Pen ID)를 부가하여 디스플레이 디바이스(10)와 패시브 펜(20)을 연동할 수 있다.

또한, 펜 무선 통신부(500)와 디스플레이 디바이스(10) 내의 무선 통신 모듈(440)의 신호 송수신을 통해 디스플레이 디바이스(10)는 복수의 패시브 펜(20)을 구별할 수 있게 되어, 멀티 펜 인식을 제공할 수 있다.

도 8을 참조하면, 디스플레이 디바이스(10)의 동작 구간은 디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간을 포함할 수 있다.

다시 말해, 디스플레이 디바이스(10)는 디스플레이 구동과 터치 구동을 교번하면서 진행될 수 있다.

디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간에서 패널 구동 상태를 알아본다.

디스플레이 구동 구간 동안, 디스플레이 패널(110)에서는, 다수의 데이터 라인(DL)으로 영상 데이터 신호가 인가되고, 다수의 게이트 라인(GL)으로 게이트 신호가 인가된다.

디스플레이 구동이 끝나가는 시점에는, 무선 통신 모듈(440)에서 터치 컨트롤러(430)로 펜 식별정보(Pen ID)와 신호 세기정보(S)가 전달되는 통신 정보 전달 구간(A)이 포함될 수 있다.

터치 구동 구간(B) 동안, 패시브 펜(20)의 펜 터치 위치 정보를 터치 컨트롤러(430)로 전달한다.

다음 디스플레이 구동이 시작하는 시점에서 터치 컨트롤러(430)에서 펜 터치 위치 정보와 신호 세기정보(S) 조합하여 펜 터치 위치 정보에 펜 식별정보(Pen ID)를 부가하여 최종 터치 정보를 생성하여 Set단으로 전달하는 최종 터치 정보 생성 구간(C)를 포함할 수 있다.

도 9는 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 패시브 펜(20)과의 연동을 통한 펜 인식 방법은, 무선 통신 모듈(440)에서 터치 컨트롤러(430)로 펜 식별정보(Pen ID)와 신호 세기정보(S)를 전달하는 제 1단계(A)와, 패시브 펜(20)의 펜 터치 위치 정보를 터치 센싱 회로(420)에서 센싱하여 터치 컨트롤러(430)로 전달하는 제2 단계(B)와, 터치 컨트롤러(430)에서 펜 터치 위치 정보와 신호 세기정보(S)를 조합하여 펜 터치 위치 정보에 펜 식별정보(Pen ID)를 부가하여 최종 터치 정보를 생성하여 Set단으로 전달하는 제3 단계(C), Set단에서 응용 프로그램으로 Pen ID별로 해당 응용 프로그램의 서식을 부여하는 제 4단계 등을 포함할 수 있다.

도 10 내지 도 12는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 멀티 펜 센싱을 위하여, 2개의 펜(Pen #1, Pen #2)이 서로 구별되는 펜 식별정보(Pen ID #1, Pen ID #2)를 갖고 응용 프로그램에 펜 정보가 구별되어 출력되는 과정을 나타낸 도면들이다. 펜이 한 개 일 때도 하기의 과정은 동일하다.

도 10의 (a)는 본 실시예들에 따른 여러 개의 패시브 펜(20)을 구분하기 위한 디스플레이 디바이스(10)의 구성도이다. 이를 위해, 디스플레이 디바이스(10)에는 인쇄회로기판 상에 무선 통신 모듈(440)이 적어도 2개 이상 포함되어 있으며, 각각의 패시브 펜(20)에는 펜 무선 통신부(500)가 장착되어 있다. 도 10의 (b)는 무선 통신 모듈(400)에서 터치 컨트롤러(430)로 전달되는 데이터이다.

도 10을 참조하면, 패시브 펜(20)의 펜 무선 통신부(500)는 펜 인식(특히, 멀티 펜 인식)에 중요한 펜 식별정보(Pen ID)를 제1 무선 통신 모듈 및 제2 무선 통신 모듈로 전송하며, 이를 수신한 제1 무선 통신 모듈 및 제2 무선 통신 모듈은 2개의 펜(Pen #1, Pen #2)에 대한 펜 식별정보(Pen ID #1, Pen ID #2)를 터치 컨트롤러(430)로 전달한다.

그리고, 각 패시브 펜(20)에서 방사되는 펜 무선 통신부(500)의 송출 신호 세기 정보를 인쇄회로기판 양쪽에 부착된 제1 무선 통신 모듈 및 제2 무선 통신 모듈로 전송하며, 이를 수신한 제1 무선 통신 모듈 및 제2 무선 통신 모듈은 2개의 펜(Pen #1, Pen #2)에 대한 각 무선 통신 모듈에서 인지한 신호 세기 정보(S #1, S #2)를 터치 컨트롤러(430)로 전달한다.

무선 통신 모듈로 수신되는 펜 신호의 세기는 각 무선 통신 모듈과 펜 무선 통신부(500) 사이의 거리와 연관이 있다. 각 무선 통신 모듈로부터 방사형으로 신호가 송출이 되며 펜 무선 통신부(500)는 수신되는 신호의 세기를 측정하여 저장한다. 그리고, 펜 무선 통신부(500)는 신호 세기 정보(S)를 각 무선 통신 모듈로 전송한다. 예를 들어, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 무선 통신 모듈에서 방사형으로 신호가 송출되고, 제1 펜(Pen ID:01)과 제2 펜(Pen ID:10)은 수신되는 신호 세기를 각각 40(0x28), 15(0x0f)으로 측정하여, 해당 신호 세기 정보(S)를 제1 무선 통신 모듈로 전송한다. 이와 같은 방법으로, 제2 무선 통신 모듈로 전송된 제1 펜(Pen ID:01)과 제2 펜(Pen ID:10)의 신호 세기 정보(S)는 각각 20(0x14), 60(0x3C)이다. 실시예에서 무선 통신 모듈로 전송되는 신호 세기정보(S)는 16bit 디지털 신호이며, 0과 100사이의 전압레벨이다.

무선 통신 모듈은, 패시브 펜(20)에 대한 펜 식별정보(Pen ID)와 신호 세기 정보(S)를 터치 컨트롤러(430)로 전달한다. 도 10에 도시된 실시예에서는 제1 무선 통신 모듈과 제2 무선 통신 모듈에서 수신한 제1 펜, 제2 펜의 식별정보(Pen ID)와 제1 무선 통신 모듈과 제2 무선 통신 모듈에서 각각 수신한 신호 세기 정보(S)가 터치 컨트롤러(430)로 전달한다.

도 11은 터치 컨트롤러(430)에서 개별 무선 통신 모듈에서 수신한 신호 세기 정보(S)들을 가지고 좌표 맵핑(Mapping) 처리를 하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 11의 (a)를 참조하면, 디스플레이 디바이스(10)의 터치 패널(410) 내에서 제1 무선 통신 모듈에서 수신되는 신호 세기(SX)에 따른 펜이 위치할 수 있는 가능성이 있는 영역을 알 수 있다. 도 11의 (b)를 참조하면, 디스플레이 디바이스(10)의 터치 패널(410) 내에서 제2 무선 통신 모듈에서 수신되는 신호 세기(SY)에 따른 펜이 위치할 수 있는 가능성이 있는 영역을 알 수 있다. 도 11의 (c)를 참조하면, 디스플레이 디바이스(10)의 터치 패널(410) 내 가상 영역을 나누어 개별 무선 통신 모듈에서 수신한 신호 세기정보(S)들의 조합을 통해 펜의 위치가 해당 영역에 맵핑될 수 있다.

예를 들어, 본 실시예에서 제1 무선 통신 모듈에서 수신한 제1 펜의 신호 세기(SX)는 40이고 제2 무선 통신 모듈에서 수신한 제1 펜의 신호 세기(SY)는 20이므로, 제1 펜이 위치하는 영역은 (1,2) 영역이다. 제1 무선 통신 모듈에서 수신한 제2 펜의 신호 세기(SX)는 15이고 제2 무선 통신 모듈에서 수신한 제2 펜의 신호 세기(SY)는 60이므로, 제2 펜이 위치하는 영역은 (2,6) 영역이다.

도 12는 Touch 1개당 전달되는 데이터 정보에 Tag ID가 추가된 최종 터치 정보이며, 터치 컨트롤러(430)에서 생성된 최종 터치 정보는 Set 단으로 전달된다. Touch 1개당 전달되는 데이터 정보는 Touch ID, Touch 중심 좌표(x, y), Touch 크기(x,y)이며, 상기 매칭 과정을 통해서 해당 데이터정보에 Tag ID를 부여한다. Tag ID는 손가락은 0, 펜은 Pen ID로 표기되며, 1Byte로 할당되어 있다.

터치 구동 구간 동안, 센싱한 펜 터치 위치 정보에 상기 과정을 통해서 얻은 제1 펜, 제2 펜이 위치하는 영역을 매칭하여 펜 터치 위치 정보에 펜 식별정보(Pen ID)를 포함한 Tag ID를 부여하여 최종 터치 정보를 생성한다. 즉, 본 실시예에서 디스플레이 디바이스(10)의 터치 패널(410)에서 제1 펜과 제2 펜이 각각 터치 패널(410)을 터치하였을 때, 터치 전극(TE)과 각각의 제1 펜, 제2 펜 사이에서 형성되는 캐패시터의 변화량으로 센싱되는 펜 터치 위치 정보가 터치 컨트롤러(430)로 전송된다. 측정된 신호 세기정보(S)로 얻은 제1 펜, 제2 펜이 위치하는 영역과 센싱으로 얻은 펜 터치 위치 정보를 조합하여 펜 터치 위치 정보에 펜 식별정보(Pen ID)를 포함한 Tag ID를 부여하여 Set단으로 전달되는 최종 터치 정보를 생성한다.

Set단에서 응용 프로그램으로 Pen ID별로 응용 프로그램의 서식을 부여한다. 예를 들어, 제1 펜이 생성하는 펜 터치 위치 정보에는 Pen ID가 01로 부여되고, 제2 펜이 생성하는 펜 터치 위치 정보에는 Pen ID가 10으로 부여된다. 도 9의 4단계를 참조하면, 응용 프로그램 중 하나인 그림판에서 제1 펜으로 빨간색을 선택하고 제2 펜으로 파란색을 선택하였을 경우, 제1 펜에 의해 생성된는 펜 터치 위치 정보들에는 Pen #1 ID가 부여되고, Pen #1 ID가 부여된 펜 터치 위치 정보에 해당 응용 프로그램의 서식이 부여되므로 제1 펜은 빨간색으로 펜 색이 설정이 되며, 이와 마찬가지로 제2 펜은 파란색으로 펜 색이 설정이 된다. 서식들이 Pen ID별로 부여되므로 제1 펜과 제2 펜이 구분이 된다.

종래의 패시브 펜 인식 방법은, 2개 이상의 액티브 펜(20)에 대한 펜 인식 처리(위치 감지 포함)를 제공해줄 수 없지만, 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법의 경우, 2개 이상의 패시브 펜(20)에 대한 펜 인식 처리(위치 감지 포함)를 동시에 제공해줄 수 있다.

또한, 본 실시예들에 의하면, 펜 인식을 위한 패시브 펜(20)과 디스플레이 디바이스(10) 간의 신호 송수신 시, 펜 인식에 필요한 정보에 대한 신뢰성 있는 송수신을 가능하게 하는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스(10), 패시브 펜(20) 및 펜 인식 방법이 제공될 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.

10: 디스플레이 디바이스
20: 패시브 펜
400: 터치 회로
410: 터치 패널
420: 터치 센싱 회로
430: 터치 컨트롤러
440: 무선 통신 모듈
500: 펜 무선 통신부

Claims

펜 무선 통신부를 통해 펜 식별정보와 신호 세기 정보를 무선 송출하는 패시브 펜; 및
다수의 터치 전극이 배치된 패널을 포함하고, 상기 패시브 펜과 연동하여 최종 터치 정보를 생성하는 디스플레이 디바이스를 포함하고,
상기 디스플레이 디바이스는,
상기 패시브 펜에서 무선 송출된 상기 펜 식별정보와 신호 세기 정보를 수신하는 무선 통신 모듈과,
터치 센싱 회로에서 센싱된 펜 터치 위치 정보 및 상기 무선 통신 모듈에서 전송된 상기 펜 식별정보와 상기 신호 세기 정보를 이용하여, 상기 펜 터치 위치 정보에 상기 펜 식별정보가 포함된 상기 최종 터치 정보를 생성하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 센싱 시스템.
제1항에 있어서,
적어도 두 개 이상의 상기 무선 통신 모듈들이 인쇄회로기판에 위치하는 터치 센싱 시스템.
제2항에 있어서,
상기 터치 컨트롤러는,
제1 무선 통신 모듈에서 수신되는 신호 세기와 제2 무선 통신 모듈에서 수신되는 신호 세기를 이용하여 상기 패시브 펜의 위치를 파악하는 터치 센싱 시스템.
디스플레이 디바이스의 터치 패널과 패시브 펜의 연동을 통한 터치 센싱 방법에 있어서,
상기 터치 패널의 무선 통신 모듈에서 터치 컨트롤러로 펜 식별정보와 신호 세기정보를 전달하는 제1 단계;
상기 패시브 펜의 펜 터치 위치 정보를 상기 터치 패널의 터치 센싱 회로에서 센싱하여 상기 터치 컨트롤러로 전달하는 제2 단계; 및
상기 터치 컨트롤러가 상기 펜 터치 위치 정보와 상기 신호 세기정보를 이용하여, 상기 펜 터치 위치 정보에 상기 펜 식별정보를 부가시킨 최종 터치 정보를 생성하는 제3 단계를 포함하는 터치 센싱 방법.
제4항에 있어서,
상기 최종 터치 정보는,
식별정보(Tag ID), Touch ID, Touch 중심좌표 X, Touch 중심좌표 Y, Touch 크기 X 방향, Touch 크기 Y 방향을 포함하는 터치 센싱 방법.
다수의 터치 전극이 배치된 패널;
상기 패널로부터 펜 터치 위치 정보를 검출하기 위한 하나 이상의 터치 센싱 회로;
패시브 펜에서 무선 송출된 펜 데이터를 수신하는 무선 통신 모듈; 및
상기 터치 센싱 회로에서 출력된 상기 펜 터치 위치 정보 및 상기 무선 통신 모듈에서 전송된 상기 펜 식별정보와 신호 세기정보를 이용하여, 상기 펜 터치 위치 정보에 상기 펜 식별정보가 포함된 최종 터치 정보를 생성하는 터치 컨트롤러를 포함하는 디스플레이 디바이스.
제6항에 있어서,
적어도 2개의 상기 무선 통신 모듈들이 인쇄회로기판에 위치하는 디스플레이 디바이스.