KR102251116B1 - Pen and touch sensing system using the saem - Google Patents

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KR102251116B1 KR1020140194438A KR20140194438A KR102251116B1 KR 102251116 B1 KR102251116 B1 KR 102251116B1 KR 1020140194438 A KR1020140194438 A KR 1020140194438A KR 20140194438 A KR20140194438 A KR 20140194438A KR 102251116 B1 KR102251116 B1 KR 102251116B1
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김하중
정일두
홍성완
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Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템용 펜에 관한 것으로, 팁이 고정된 가이드; 상기 가이드 내에 삽입되는 페라이트 코아; 및 상기 가이드와 상기 페라이트 코아 사이에 배치된 제1 및 제2 탄성체를 포함한다. 상기 제1 탄성체는 상기 제2 탄성체의 탄성 계수 보다 작은 탄성 계수를 가진다.The present invention relates to a pen for a touch sensing system, comprising: a guide to which a tip is fixed; A ferrite core inserted into the guide; And first and second elastic bodies disposed between the guide and the ferrite core. The first elastic body has an elastic modulus less than that of the second elastic body.

Description

펜과 이를 이용한 터치 센싱 시스템{PEN AND TOUCH SENSING SYSTEM USING THE SAEM}Pen and touch sensing system using it {PEN AND TOUCH SENSING SYSTEM USING THE SAEM}

본 발명은 이중 스프링을 갖는 펜과, 그 펜을 이용한 터치 센싱 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a pen having a double spring and a touch sensing system using the pen.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전자 기기의 통신을 가능하게 하여 사용자가 전자 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.A user interface (UI) enables communication between a person (user) and various electronic devices, so that a user can easily control the electronic device as desired. Representative examples of user interfaces include keypads, keyboards, mice, on-screen displays (OSDs), and remote controllers with infrared or radio frequency (RF) communication functions. User interface technology continues to develop in the direction of enhancing user sensibility and operational convenience. Recently, user interfaces are evolving into touch UIs, voice recognition UIs, and 3D UIs.

터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있는 추세에 있으며, 나아가 가전 제품에도 확대 적용되고 있다. 터치 UI는 터치 스크린 상에 터치되는 손가락이나 펜의 위치를 감지하여 위치 정보를 발생한다.Touch UI is in the trend of being essentially adopted in portable information devices, and furthermore, it is being widely applied to home appliances. The touch UI generates location information by detecting the location of a finger or a pen that is touched on the touch screen.

터치 스크린은 손가락과 같은 도전체를 센싱하는 터치 스크린과, 펜을 센싱하는 터치 스크린으로 나뉘어진다. 후자의 터치 스크린의 일예로서, 미국 특허 US 7,903,085(1988. 11. 22.)에는 공진 회로가 내장된 특수한 펜, 그 펜으로부터 공진 신호를 수신하는 루프 안테나, 및 루프 안테나의 신호에서 펜의 위치 정보(Pen location)와 필압(Pen pressure) 정보를 추출하는 신호 처리부를 포함한다. The touch screen is divided into a touch screen that senses a conductor such as a finger and a touch screen that senses a pen. As an example of the latter touch screen, US Pat. No. 7,903,085 (1988. 11. 22.) discloses a special pen with a built-in resonance circuit, a loop antenna receiving a resonance signal from the pen, and position information of the pen in the signal of the loop antenna. It includes a signal processing unit that extracts (Pen location) and pen pressure information.

터치 센싱 시스템에서 사용되는 펜의 구조로 인하여, 펜의 필기감이 좋지 않고 펜의 오동작이 발생될 수 있다.
Due to the structure of the pen used in the touch sensing system, the pen's writing feel is not good, and the pen may malfunction.

본 발명은 펜의 필기감을 개선하고 펜의 오동작을 방지할 수 있는 펜과 이를 이용한 터치 센싱 시스템을 제공한다.
The present invention provides a pen capable of improving the writing feeling of a pen and preventing malfunction of the pen, and a touch sensing system using the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템용 펜은 팁이 고정된 가이드; 상기 가이드 내에 삽입되는 페라이트 코아; 및 상기 가이드와 상기 페라이트 코아 사이에 배치된 제1 및 제2 탄성체를 포함한다. 상기 제1 탄성체는 상기 제2 탄성체의 탄성 계수 보다 작은 탄성 계수를 갖는다.
상기 제2 탄성체는 천연 또는 인공 고무 링을 포함하고, 상기 제1 탄성체는 상기 고무 링의 홀을 통해 상기 페라이트 코아와 상기 가이드 사이에 배치되는 스프링을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 시스템용 펜에서, 상기 제2 탄성체는 천연 또는 인공 고무를 포함하고, 상기 고무가 상기 스프링 안쪽 공간에 배치되고 일단이 상기 페라이트 코아의 홈 내에 삽입된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 시스템용 펜에서, 상기 제1 탄성체는 상기 페라이트 코아와 상기 가이드 사이에 배치되는 제1 스프링을 포함하고, 상기 제2 탄성체는 상기 제1 스프링 보다 더 큰 직경을 갖는 제2 스프링을 포함한다. 상기 제1 스프링이 상기 제2 스프링의 안쪽 공간에 배치되고, 상기 제1 스프링의 일단이 상기 페라이트 코아의 홈에 삽입되고, 상기 제1 스프링의 타단이 상기 가이드의 홈에 삽입된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 시스템용 펜에서, 상기 제1 탄성체는 상기 페라이트 코아와 격벽 사이에 배치되는 제1 스프링을 포함하고, 상기 제2 탄성체는 상기 격벽과 상기 가이드 사이에 배치되는 제2 스프링을 포함한다. 표시패널에 상기 팁이 접촉되어 상기 팁에 압력이 가해질 때 상기 제1 탄성체가 압축된 후에 상기 팁에 압력이 더 가해질 때 상기 제2 탄성체가 압축된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 공진 회로를 내장한 펜; 전극들과 안테나를 포함한 터치 스크린; 및 공진 유도 신호를 상기 전극들에 공급하여 상기 안테나를 통해 상기 펜의 공진 신호를 수신하는 터치 구동 회로를 포함한다.
상기 터치 구동 회로는 상기 제1 탄성체가 압축되는 제1 단계에서 상기 펜을 감지하고, 상기 제2 탄성체가 압축되는 제2 단계에서 상기 펜의 필압을 측정한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 표시패널의 기판과 접촉될 때 팁이 내부로 이동되는 터치 센싱 시스템용 펜에 있어서, 전극들과 안테나를 포함한 표시패널; 및 상기 표시패널에 접촉되는 팁을 포함한 펜을 포함한다. 상기 표시패널에 상기 팁이 접촉되어 상기 팁에 압력이 가해질 때 상기 제1 탄성체가 압축된 후에 상기 팁에 압력이 더 가해질 때 상기 제2 탄성체가 압축된다.A pen for a touch sensing system according to an embodiment of the present invention includes a guide to which a tip is fixed; A ferrite core inserted into the guide; And first and second elastic bodies disposed between the guide and the ferrite core. The first elastic body has an elastic modulus less than that of the second elastic body.
The second elastic body includes a natural or artificial rubber ring, and the first elastic body includes a spring disposed between the ferrite core and the guide through a hole in the rubber ring.
In the pen for a touch sensing system according to another embodiment of the present invention, the second elastic body includes natural or artificial rubber, the rubber is disposed in the inner space of the spring, and one end is inserted into the groove of the ferrite core.
In the pen for a touch sensing system according to another embodiment of the present invention, the first elastic body includes a first spring disposed between the ferrite core and the guide, and the second elastic body is larger than the first spring. And a second spring having a diameter. The first spring is disposed in the inner space of the second spring, one end of the first spring is inserted into the groove of the ferrite core, and the other end of the first spring is inserted into the groove of the guide.
In the pen for a touch sensing system according to another embodiment of the present invention, the first elastic body includes a first spring disposed between the ferrite core and the partition wall, and the second elastic body is disposed between the partition wall and the guide And a second spring to be used. When the tip is in contact with the display panel and pressure is applied to the tip, the first elastic body is compressed, and then the second elastic body is compressed when additional pressure is applied to the tip.
A touch sensing system according to an embodiment of the present invention includes a pen with a built-in resonance circuit; A touch screen including electrodes and an antenna; And a touch driving circuit configured to receive a resonance signal of the pen through the antenna by supplying a resonance induction signal to the electrodes.
The touch driving circuit senses the pen in a first step in which the first elastic body is compressed, and measures the pen pressure of the pen in a second step in which the second elastic body is compressed.
A touch sensing system according to another exemplary embodiment of the present invention is a pen for a touch sensing system in which a tip is moved inside when contacting a substrate of a display panel, comprising: a display panel including electrodes and an antenna; And a pen including a tip contacting the display panel. When the tip is in contact with the display panel and pressure is applied to the tip, the first elastic body is compressed, and then the second elastic body is compressed when additional pressure is applied to the tip.

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본 발명은 펜의 스프링을 이중 스프링 구조로 하여 펜의 필기감을 개선하고, 펜의 오동작을 방지할 수 있다.
In the present invention, the pen spring is a double spring structure to improve the pen's writing feel and prevent the pen from malfunctioning.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 개략적으로 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 터치 스크린 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 4는 제1 터치 구동 회로가 원칩 IC로 집적된 예를 보여 주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 터치 센싱 시스템에서 1 프레임 기간을 보여 주는 도면이다.
도 6은 펜 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 7은 핑거 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 터치 구동 회로를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 9는 제1 터치 구동 회로의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 10은 펜의 구조를 보여 주는 도면이다.
도 11은 펜에 단일 스프링을 적용할 때 펜의 압력에 따라 변하는 필압 데이터를 보여 주는 도면이다.
도 12는 펜에 탄성 계수가 다른 제1 및 제2 탄성체를 적용할 때 펜의 압력에 따라 변하는 필압 데이터를 보여 주는 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 펜의 이중 스프링 구조를 보여 주는 도면들이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 펜의 이중 스프링 구조를 보여 주는 도면들이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 펜의 이중 스프링 구조를 보여 주는 도면들이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 펜의 이중 스프링 구조를 보여 주는 도면들이다. 1 is a diagram schematically showing a touch sensing system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a touch sensing system according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view showing a structure of a touch screen according to the present invention.
4 is a diagram showing an example in which a first touch driving circuit is integrated into a one-chip IC.
5 is a diagram showing one frame period in the touch sensing system of the present invention.
6 is a waveform diagram showing a pen touch sensing operation.
7 is a waveform diagram showing a finger touch sensing operation.
8 is a circuit diagram showing in detail a first touch driving circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a waveform diagram showing the operation of the first touch driving circuit.
10 is a diagram showing the structure of a pen.
11 is a diagram showing pen pressure data that changes according to the pressure of the pen when a single spring is applied to the pen.
12 is a diagram showing pen pressure data that changes according to the pressure of the pen when first and second elastic bodies having different elastic modulus are applied to the pen.
13A and 13B are views showing a double spring structure of a pen according to a first embodiment of the present invention.
14A and 14B are views showing a double spring structure of a pen according to a second embodiment of the present invention.
15A and 15B are views showing a dual spring structure of a pen according to a third embodiment of the present invention.
16A and 16B are views showing a dual spring structure of a pen according to a fourth embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numbers throughout the specification mean substantially the same elements. In the following description, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 다수의 XY 전극들(X/Y), 안테나(ANT) 및 펜(PEN)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the touch sensing system of the present invention includes a plurality of XY electrodes (X/Y), an antenna (ANT), and a pen (PEN).

XY 전극들(X/Y)은 X 전극 그룹과, Y 전극 그룹으로 나뉘어진다. X 전극 그룹은 다수의 X 전극들을 포함한다. Y 전극 그룹은 유전체를 사이에 두고 X 전극들과 직교하는 Y 전극들을 포함한다. XY 전극들(X/Y)은 기존의 정전 용량 방식의 터치 스크린에 형성되는 전극들과 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 본 발명은 기존의 핑거 터치 센싱을 위한 터치 스크린의 전극들로 XY 전극들(X/Y)을 구현할 수 있다. The XY electrodes X/Y are divided into an X electrode group and a Y electrode group. The X electrode group includes a plurality of X electrodes. The Y electrode group includes Y electrodes orthogonal to the X electrodes with a dielectric therebetween. The XY electrodes X/Y have substantially the same structure as electrodes formed on a conventional capacitive touch screen. Accordingly, the present invention can implement XY electrodes (X/Y) as electrodes of a touch screen for conventional finger touch sensing.

XY 전극들(X/Y)은 표시패널의 픽셀 어레이와 중첩된다. 입력 영상의 데이터는 픽셀 어레이의 픽셀들에 기입된다. XY 전극들(X/Y)은 픽셀 어레이에 내장될 수도 있다. 따라서, XY 전극들(X/Y)은 픽셀들로부터의 빛을 투과할 수 있도록 투과율이 높은 전극 물질 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. The XY electrodes X/Y overlap the pixel array of the display panel. The data of the input image is written to the pixels of the pixel array. The XY electrodes X/Y may be embedded in the pixel array. Accordingly, the XY electrodes X/Y may be formed of an electrode material having a high transmittance, for example, Indium Tin Oxide (ITO) so as to transmit light from the pixels.

XY 전극들(X/Y)은 정전 용량(Csx)을 사이에 두고 펜(PEN)과 전기 용량 결합(electric capacitance coupling)된다. 정전 용량(Csx)은 XY 전극들과 펜(PEN) 사이의 정전 용량이다. XY 전극들(X/Y)은 공진 유도 신호를 정전 용량(Csx)을 통해 전기장으로 펜(PEN)에 송신한다.The XY electrodes X/Y are capacitively coupled to the pen PEN with the capacitance Csx interposed therebetween. The capacitance Csx is a capacitance between the XY electrodes and the pen PEN. The XY electrodes X/Y transmit a resonance induction signal to the pen PEN in an electric field through the capacitance Csx.

펜(PEN)은 LC 공진 회로를 포함한다. 펜(PEN)의 LC 공진 회로는 정전 용량(Csx)을 통해 수신된 공진 유도 신호에 따라 공진하여 공진 신호를 발생한다. 펜(PEN)의 LC 공진 회로는 펜의 팁(Tip)이 터치 스크린 상에 눌려졌을 때 인덕턴스값(L)이 변화하여 공진 주파수가 변한다. 따라서, 펜(PEN)의 필압 변화는 공진 주파수의 변화를 초래한다. 펜(PEN)의 공진 신호는 전자기 공명 경로를 통해 자기장으로 안테나(ANT)에 전송된다. The pen (PEN) includes an LC resonant circuit. The LC resonance circuit of the pen (PEN) resonates according to the resonance induction signal received through the capacitance (Csx) to generate a resonance signal. In the LC resonance circuit of the pen (PEN), when the tip of the pen is pressed on the touch screen, the inductance value (L) changes and the resonance frequency changes. Accordingly, a change in the pen pressure of the pen PEN causes a change in the resonance frequency. The resonance signal of the pen (PEN) is transmitted to the antenna (ANT) as a magnetic field through an electromagnetic resonance path.

안테나(ANT)는 펜(PEN)의 공진 신호를 수신한다. 안테나(ANT)는 XY 전극들(X/Y)을 둘러 싸는 형태로 형성된다. 본 발명의 터치 센싱 시스템은 XY 전극들(X/Y)을 통해 정전 용량의 변화로 손가락의 터치 입력을 감지하고, XY 전극들(X/Y)과 안테나(ANT)를 이용하여 펜 터치 입력을 감지한다.The antenna ANT receives a resonance signal from the pen PEN. The antenna ANT is formed to surround the XY electrodes X/Y. The touch sensing system of the present invention detects a touch input of a finger through a change in capacitance through XY electrodes (X/Y), and performs a pen touch input using the XY electrodes (X/Y) and an antenna (ANT). To detect.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 표시장치에 다양한 형태로 결합될 수 있다. 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다. The touch sensing system of the present invention may be coupled to a display device in various forms. Display devices include Liquid Crystal Display (LCD), Field Emission Display (FED), Plasma Display Panel (PDP), Organic Light Emitting Display (OLED). , It can be implemented based on flat panel display devices such as electrophoresis (EPD). In the following embodiments, a display device as an example of a flat panel display device will be described centering on a liquid crystal display device, but the display device of the present invention is not limited to a liquid crystal display device.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동 회로, 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동 회로 등을 포함한다.2 and 3, a display device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a display panel DIS, a display driving circuit, a touch screen TSP, a touch screen driving circuit, and the like.

표시패널(DIS)에서 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.A liquid crystal layer is formed between the two substrates in the display panel DIS. The pixel array of the display panel DIS includes pixels formed in a pixel area defined by data lines (D1 to Dm, m is a positive integer) and gate lines (G1 to Gn, n is a positive integer). . Each of the pixels is connected to TFTs (Thin Film Transistor) formed at the intersections of the data lines D1 to Dm and the gate lines G1 to Gn, a pixel electrode charging the data voltage, and a pixel electrode. It includes a storage capacitor (Cst) for maintaining the voltage.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압(Vcom)이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다. A black matrix, a color filter, and the like are formed on the upper substrate of the display panel DIS. The lower substrate of the display panel DIS may be implemented in a color filter on TFT (COT) structure. In this case, the black matrix and the color filter may be formed on the lower substrate of the display panel DIS. The common electrode to which the common voltage Vcom is supplied may be formed on the upper or lower substrate of the display panel DIS. A polarizing plate is attached to each of the upper and lower substrates of the display panel DIS, and an alignment layer for setting a pretilt angle of the liquid crystal is formed on an inner surface in contact with the liquid crystal. A column spacer is formed between the upper substrate and the lower substrate of the display panel DIS to maintain a cell gap of the liquid crystal cell.

표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. A backlight unit may be disposed under the rear surface of the display panel DIS. The backlight unit is implemented as an edge type or direct type backlight unit and irradiates light to the display panel DIS. The display panel DIS may be implemented in any known liquid crystal mode such as a twisted nematic (TN) mode, a vertical alignment (VA) mode, an in plane switching (IPS) mode, and a fringe field switching (FFS) mode.

디스플레이 구동 회로는 데이터 구동 회로(12), 스캔 구동 회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동 회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동 회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동 회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터가 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다. The display driving circuit includes a data driving circuit 12, a scan driving circuit 14, and a timing controller 20 to write data of an input image to pixels of the display panel DIS. The data driving circuit 12 converts digital video data RGB of an input image input from the timing controller 20 into an analog positive/negative gamma compensation voltage and outputs a data voltage. The data voltage output from the data driving circuit 12 is supplied to the data lines D1 to Dm. The scan driving circuit 14 selects a line of the display panel DIS in which data is written by sequentially supplying a gate pulse (or scan pulse) synchronous to the data voltage to the gate lines G1 to Gn.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(40)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동 회로(12)와 스캔 구동 회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.The timing controller 20 inputs timing signals such as a vertical synchronization signal (Vsync), a horizontal synchronization signal (Hsync), a data enable signal (Data Enable, DE), and a main clock (MCLK) input from the host system 40. Receive and synchronize the operation timing of the data driving circuit 12 and the scan driving circuit 14. The scan timing control signal includes a gate start pulse (GSP), a gate shift clock, a gate output enable signal (Gate Output Enable, GOE), and the like. The data timing control signal includes a source sampling clock (SSC), a polarity control signal (Polarity, POL), a source output enable signal (Source Output Enable, SOE), and the like.

타이밍 콘트롤러(20)는 입력 영상의 프레임 레이트×N(N은 2 이상의 양의 정수) Hz의 주파수로 프레임 레이트를 높여 디스플레이 구동 회로와 터치 스크 구동 회로의 동작 주파수를 N 배 체배된 프레임 레이트로 제어할 수 있다. 입력 영상의 프레임 레이트(frame rate)는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz(1 프레임 기간 : 16.67 msec)이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz(1 프레임 기간 : 20 msec)이다. The timing controller 20 controls the operating frequency of the display driving circuit and the touch screen driving circuit at a frame rate multiplied by N times by increasing the frame rate at a frequency of the input image frame rate × N (N is a positive integer greater than or equal to 2) Hz. can do. The frame rate of the input video is 60 Hz (1 frame period: 16.67 msec) in the NTSC (National Television Standards Committee) method, and 50 Hz (1 frame period: 20 msec) in the PAL (Phase-Alternating Line) method.

터치 스크린(TSP)은 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)과 안테나(ANT)를 포함한다. XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)의 교차부에는 손가락과 같은 전도체의 유무에 따라 전하양이 달라지는 터치 센서들이 형성된다. 터치 센서들은 터치 유무에 따라 변하는 정전 용량값의 변화에 따라 터치 입력을 감지한다. XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)은 손가락의 터치 입력을 센싱하는 기존의 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 사용된 전극들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 터치 스크린(TSP)은 기존의 정전 용량 방식의 터치 스크린의 가장자리에 안테나(ANT)를 추가 설치하는 방법으로 간단히 구현될 수 있다.The touch screen TSP includes XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj and an antenna ANT. At the intersections of the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj, touch sensors whose electric charges vary depending on the presence or absence of a conductor such as a finger are formed. The touch sensors detect a touch input according to a change in a capacitance value that changes according to the presence or absence of a touch. The XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj may be implemented as electrodes used in a conventional capacitive touch screen that senses a touch input of a finger. Therefore, the touch screen (TSP) of the present invention can be simply implemented by adding an antenna (ANT) to the edge of the conventional capacitive touch screen.

터치 스크린(TSP)의 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)과 안테나(ANT)는 표시패널(DIS)의 상부 편광판 상에 접합되거나, 상부 편광판과 상부 기판 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)과 안테나(ANT)는 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부 기판 상에 내장될 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)과 안테나(ANT)는 동일 평면 상에 형성되거나 서로 다른 평면 상에 형성될 수 있다. 터치 스크린이 픽셀 어레이와 함께 하부 기판 상에 내장되는 경우에, XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)은 픽셀 어레이의 공통전극을 분할하는 방법으로 구현될 수 있다. The XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj of the touch screen TSP and the antenna ANT may be bonded to the upper polarizing plate of the display panel DIS or formed between the upper polarizing plate and the upper substrate. In addition, the XY electrodes (X1 to Xi, Y1 to Yj) of the touch screen (TSP) and the antenna (ANT) are built in an in-cell type with a pixel array in the display panel DIS on the lower substrate. Can be. The XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj of the touch screen TSP and the antenna ANT may be formed on the same plane or different planes. When the touch screen is embedded on the lower substrate together with the pixel array, the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj may be implemented by dividing the common electrode of the pixel array.

터치 스크린 구동 회로는 제1 터치 구동 회로(30)와, 제2 터치 구동 회로(32)를 포함한다. 제1 및 제2 터치 구동 회로(30, 32)는 하나의 IC 칩(chip) 내에 집적될 수 있다. 제1 및 제2 터치 구동 회로(30, 32)에서 동일한 기능을 갖는 구성 요소들은 공용화될 수 있다. The touch screen driving circuit includes a first touch driving circuit 30 and a second touch driving circuit 32. The first and second touch driving circuits 30 and 32 may be integrated in one IC chip. Components having the same function in the first and second touch driving circuits 30 and 32 may be shared.

제1 터치 구동 회로(30)는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 공진 유도 신호를 순차적으로 공급하고 안테나(ANT)를 통해 펜의 공진 신호를 수신한다. 제1 터치 구동 회로(30)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 펜의 공진 신호를 디지털 데이터로 변환하여 공진 주파수 별 공진 크기를 측정한다. 제1 터치 구동 회로(30)는 수신된 공진 신호의 공진 크기를 소정의 기준값과 비교하여 펜의 터치 위치 정보(Pen location, XY)를 판단하고, 수신된 공진 신호의 주파수 변화를 바탕으로 펜의 필압(Pen pressure)을 측정한다. 제1 터치 구동 회로(30)로부터 발생된 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))는 호스트 시스템(40)으로 전송된다.The first touch driving circuit 30 sequentially supplies a resonance induction signal to the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj and receives a resonance signal of the pen through the antenna ANT. The first touch driving circuit 30 measures a resonance size for each resonance frequency by converting the resonance signal of the pen received through the antenna ANT into digital data. The first touch driving circuit 30 determines the pen location (XY) by comparing the resonance magnitude of the received resonance signal with a predetermined reference value, and based on the frequency change of the received resonance signal. Measure pen pressure. Pen position and pen pressure information (XY(PEN)) generated from the first touch driving circuit 30 is transmitted to the host system 40.

제2 터치 구동 회로(32)는 터치 센서(Cts)에 자극 신호(또는 구동 신호)를 인가하고, 그 자극 신호에 동기하여 터치 센서의 전하를 수신한다. 제2 터치 구동 회로(32)는 수신된 전하양을 분석하여 터치 전후 정전 용량의 변화를 판단하고, 그 정전 용량의 변화를 바탕으로 손가락의 터치 위치를 센싱한다. The second touch driving circuit 32 applies a stimulus signal (or a driving signal) to the touch sensor Cts, and receives electric charges from the touch sensor in synchronization with the stimulus signal. The second touch driving circuit 32 determines a change in capacitance before and after the touch by analyzing the received charge amount, and senses the touch position of the finger based on the change in the capacitance.

터치 센서(Cst)는 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual) 정전 용량으로 구현될 수 있다. 제2 터치 구동 회로(32)는 X 전극들 또는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 자극 신호를 순차적으로 공급하고, 그 자극 신호에 동기하여 터치 센서(Cts)의 터치 전후의 정전 용량 변화를 검출하여 디지털 데이터로 변환한다. 제2 터치 구동 회로(32)는 디지털 데이터를 소정의 기준값과 비교하여 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))를 판단한다. 제2 터치 구동 회로(32)로부터 발생된 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))는 호스트 시스템(40)으로 전송된다. 자극 신호는 펄스, 삼각파 등 다양한 형태의 신호로 발생될 수 있다. 제2 터치 구동 회로(32)는 손가락 터치 입력을 센싱하는 기존의 정전 용량 터치 스크린에서 사용되는 터치 구동 회로로 구현될 수 있다. The touch sensor Cst may be implemented with self capacitance or mutual capacitance. The second touch driving circuit 32 sequentially supplies a stimulus signal to the X electrodes or XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj, and in synchronization with the stimulus signal, the power failure before and after the touch of the touch sensor Cts. It detects the change in capacity and converts it into digital data. The second touch driving circuit 32 determines touch position information (XY (FINGER)) of the finger by comparing the digital data with a predetermined reference value. The touch position information XY (FINGER) of the finger generated from the second touch driving circuit 32 is transmitted to the host system 40. The stimulus signal may be generated in various types of signals such as pulses and triangle waves. The second touch driving circuit 32 may be implemented as a touch driving circuit used in an existing capacitive touch screen that senses a finger touch input.

호스트 시스템(40)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현되어 입력 영상을 수신한다. 호스트 시스템(40)에는 제1 터치 구동 회로(30)로부터 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))가 수신되고, 제2 터치 센구동 회로(32)로부터 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER))가 수신된다. The host system 40 is implemented in any one of a television system, a set-top box, a navigation system, a DVD player, a Blu-ray player, a personal computer (PC), a home theater system, and a phone system to receive an input image. The host system 40 receives pen position and pen pressure information (XY (PEN)) from the first touch driving circuit 30, and touch position information of the finger (XY (FINGER) from the second touch sensor driving circuit 32). )) is received.

호스트 시스템(40)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(40)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(40)은 제1 및 제2 터치 구동 회로(30, 32)로부터 입력되는 펜(PEN)의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))와, 손가락의 터치 위치 정보(XY(FINGER)에 연계된 응용 프로그램을 실행한다.The host system 40 converts digital video data RGB of an input image into a format suitable for display on the display panel DIS, including a system on chip (SoC) with a built-in scaler. The host system 40 transmits the timing signals Vsync, Hsync, DE, and MCLK together with the digital video data of the input image to the timing controller 20. In addition, the host system 40 includes the position and pressure information (XY (PEN)) of the pen (PEN) input from the first and second touch driving circuits 30 and 32, and the touch position information (XY (FINGER) Run the application program linked to ).

XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)은 도 3과 같이 x축을 따라 나란하게 배치된 X 전극들(X1~X6)과, y축을 따라 나란하게 배치되어 X 전극들(X1~X6)과 직교되는 Y 전극들(Y1~Y6)을 포함한다. 안테나(AND)는 픽셀들의 개구율 저하가 없도록 영상이 표시되는 픽셀 어레이 밖의 베젤(Bezel, BZ) 영역 내에 형성될 수 있다. 베젤은 표시패널의 가장자리를 따라 형성된 비표시 영역이다. 안테나(ANT)는 XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)과 실질적으로 같은 층에 형성될 수 있으므로 표시패널(DIS)의 두께 증가를 초래하지 않는다. 제1 터치 구동 회로(30)는 안테나 패드(APAD)를 통해 안테나(ANT)에 연결되고 XY 패드들(XYPAD)을 통해 XY 전극들(X1~X6, Y1~Y6)에 연결된다.The XY electrodes X1 to X6 and Y1 to Y6 are the X electrodes X1 to X6 arranged side by side along the x-axis as shown in FIG. 3, and the X electrodes X1 to X6 are arranged side by side along the y-axis. It includes orthogonal Y electrodes Y1 to Y6. The antenna AND may be formed in a region of the bezel (BZ) outside the pixel array in which an image is displayed so that the aperture ratio of the pixels does not decrease. The bezel is a non-display area formed along the edge of the display panel. Since the antenna ANT may be formed on the same layer as the XY electrodes X1 to X6 and Y1 to Y6, the thickness of the display panel DIS does not increase. The first touch driving circuit 30 is connected to the antenna ANT through the antenna pad APAD, and is connected to the XY electrodes X1 to X6 and Y1 to Y6 through the XY pads XYPAD.

제1 터치 구동 회로(30)는 도 4와 같은 원 칩(One chip) IC(Integrated Circuit)로 집적된 예를 보여 주는 도면이다.The first touch driving circuit 30 is a diagram showing an example integrated into a one chip integrated circuit (IC) as shown in FIG. 4.

도 4를 참조하면, 원칩 IC는 아날로그 신호 처리부(100), 디지털 신호 처리부(200), 마이크로 프로세서 유닛(micro processor Unit, 이하, "MPU"라 함)(300), 인터페이스회로(310), 및 메모리(320)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the one-chip IC includes an analog signal processing unit 100, a digital signal processing unit 200, a micro processor unit (hereinafter referred to as "MPU") 300, an interface circuit 310, and It includes a memory 320.

디지털 신호 처리부(200)는 메모리(2)를 포함한다. 메모리(2)는 수신된 공진 신호의 주파수별 공진 특성을 저장하고, 도 8에 도시된 적분기(214, 216)에서 데이터를 누적하기 위하여 이전 데이터를 일시적으로 저장하고, 위치 및 필압 판단부(218)의 출력 데이터를 일시 저장한다.The digital signal processing unit 200 includes a memory 2. The memory 2 stores the resonance characteristics for each frequency of the received resonance signal, temporarily stores previous data in order to accumulate data in the integrators 214 and 216 shown in FIG. 8, and stores the position and pen pressure determination unit 218. Temporarily save the output data of ).

마이크로 프로세서 유닛(300)은 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))를 메모리(320)에 저장한다. 마이크로 프로세서 유닛(300)은 터치 스크린(TSP)의 해상도를 디스플레이의 해상도에 맞게 변환하기 위하여 펜 입력 위치의 좌표 정보를 보간(interpolation)하고, 노이즈 제거와 터치 인식 성능 개선을 위한 추가 알고리즘을 실행할 수 있다. 인터페이스회로(310)는 표준 인터페이스를 통해 펜의 위치 및 필압 정보(XY(PEN))를 호스트 시스템(40)으로 전송한다.The microprocessor unit 300 stores the pen position and pen pressure information (XY(PEN)) in the memory 320. The microprocessor unit 300 interpolates the coordinate information of the pen input position in order to convert the resolution of the touch screen (TSP) to the resolution of the display, and executes an additional algorithm for removing noise and improving touch recognition performance. have. The interface circuit 310 transmits the pen position and pen pressure information (XY(PEN)) to the host system 40 through a standard interface.

도 5는 본 발명의 터치 센싱 시스템에서 1 프레임 기간을 보여 주는 도면이다. 5 is a diagram showing one frame period in the touch sensing system of the present invention.

도 5를 참조하면, 터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되면, 1 프레임 기간은 (A)와 같이 디스플레이 기간(Tdis), 제1 터치 센싱 기간(Tpen), 및 제2 터치 센싱 기간(Tfinger)로 시분할될 수 있다. Referring to FIG. 5, when the touch screen TSP is embedded in the pixel array of the display panel DIS, one frame period is a display period Tdis, a first touch sensing period Tpen, and a first frame period as shown in (A). It can be time-divided into 2 touch sensing periods (Tfinger).

터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되면, 터치 스크린의 XY 전극들(X/Y)은 공통전압(Vcom)을 픽셀들에 공급하는 공통전극 역할을 할 수 있다. 이 경우, XY 전극들(X/Y)에 디스플레이 기간(Tdis) 동안 공통전압(Vcom)이 공급되고, 터치 센싱 기간(Tpen, Tfinger) 동안 자극신호나 공진 유도 신호가 공급된다. When the touch screen TSP is embedded in the pixel array of the display panel DIS, the XY electrodes X/Y of the touch screen may serve as common electrodes supplying the common voltage Vcom to the pixels. In this case, the common voltage Vcom is supplied to the XY electrodes X/Y during the display period Tdis, and a stimulus signal or a resonance induction signal is supplied during the touch sensing periods Tpen and Tfinger.

디스플레이 기간(Tdis)은 디스플레이 구동 회로가 구동되어 입력 영상의 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 제1 터치 센싱 기간(Tpen) 동안, 제1 터치 구동 회로(30)는 터치 스크린(TSP) 상에서 펜의 터치 위치와 필압을 센싱한다. 제2 터치 센싱 기간(Tfinger) 동안, 제2 터치 구동 회로(32)는 터치 스크린(TSP) 상에서 손가락과 같은 전도체의 터치 위치를 센싱한다. During the display period Tdis, the display driving circuit is driven to write data of the input image to the pixels of the display panel DIS. During the first touch sensing period Tpen, the first touch driving circuit 30 senses the touch position and the pen pressure of the pen on the touch screen TSP. During the second touch sensing period Tfinger, the second touch driving circuit 32 senses the touch position of a conductor such as a finger on the touch screen TSP.

터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이와 분리된 상판에 형성되면, 터치 스크린(TSP)과 픽셀 어레이의 전기적인 커플링이 거의 없다. 이 경우, (B)와 같이 디스플레이 기간(Tdis)은 1 프레임 기간으로 할당되고 제1 및 제2 터치 센싱 기간(Tpen, Tfinger)은 1 프레임 기간 내에서 시분할될 수 있다. 디스플레이 기간(Tdis)은 제1 및 제2 터치 센싱 기간(Tpen, Tfinger)과 중첩될 수 있다.When the touch screen TSP is formed on an upper plate separated from the pixel array of the display panel DIS, there is little electrical coupling between the touch screen TSP and the pixel array. In this case, as shown in (B), the display period Tdis is allocated as one frame period, and the first and second touch sensing periods Tpen and Tfinger may be time-divided within one frame period. The display period Tdis may overlap with the first and second touch sensing periods Tpen and Tfinger.

도 6은 펜 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.6 is a waveform diagram showing a pen touch sensing operation.

도 6을 참조하면, 제1 터치 구동 회로(30)는 제1 터치 센싱 기간(Tpen)에 동작하여 XY 전극들(Y1~Yj, X1~Xi)에 순차적으로 공진 유도 신호를 공급하여 펜(PEN)의 공진을 유도한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 정전 용량(Csx)을 통해 전기장으로 입력된 공진 유도 신호에 따라 공진하여 공진 신호를 발생한다. 안테나(ANT)는 자기장의 변화로 펜(PEN)의 공진 신호를 수신한다. 제1 터치 구동 회로(30)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 디지털 데이터로 변환하고 그 디지털 데이터에서 공진 신호의 진폭과 위상을 계산하여 펜의 위치와 펜의 필압을 센싱한다.Referring to FIG. 6, the first touch driving circuit 30 operates in a first touch sensing period Tpen to sequentially supply a resonance induction signal to the XY electrodes Y1 to Yj and X1 to Xi to provide a pen (PEN). ) Induces resonance. The resonant circuit of the pen PEN resonates according to a resonant induction signal input into an electric field through a capacitance Csx to generate a resonant signal. The antenna ANT receives a resonance signal of the pen PEN by a change in the magnetic field. The first touch driving circuit 30 converts the analog resonance signal received through the antenna ANT into digital data, calculates the amplitude and phase of the resonance signal from the digital data, and senses the position of the pen and the pen pressure of the pen.

도 7은 핑거 터치 센싱 동작을 보여 주는 파형도이다.7 is a waveform diagram showing a finger touch sensing operation.

도 7을 참조하면, 제2 터치 구동 회로(32)는 제2 터치 센싱 기간(Tfinger)에 동작한다. 상호 정전 용량의 경우, 제2 터치 구동 회로(32)는 Y 전극들(Y1~Yj)에 순차적으로 자극 신호를 공급하고, 자극신호에 동기하여 X 전극들(X1~Xi)을 통해 터치 센서(Cts)의 전하들을 수신한다. 제2 터치 구동 회로(32)는 터치 센서(Cts) 상에서 손가락이 터치되면 터치 전후 터치 센서(Cts)의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력을 센싱한다. 따라서, 제2 터치 센싱 기간(Tfinger) 동안 Y 전극 그룹의 Y 전극들(Y1~Yj)은 자극 신호를 터치 센서들(Cts)에 공급하는 Tx 채널 전극들로 동작하고, X 전극 그룹의 X 전극들(X1~Xi)은 터치 센서들(Cts)로부터 전하를 수신하는 Rx 채널 전극들로 동작한다.Referring to FIG. 7, the second touch driving circuit 32 operates in a second touch sensing period Tfinger. In the case of mutual capacitance, the second touch driving circuit 32 sequentially supplies a stimulation signal to the Y electrodes Y1 to Yj, and in synchronization with the stimulation signal, the touch sensor ( Cts) of charges. When a finger is touched on the touch sensor Cts, the second touch driving circuit 32 senses a touch input based on the amount of charge change of the touch sensor Cts before and after the touch. Accordingly, during the second touch sensing period Tfinger, the Y electrodes Y1 to Yj of the Y electrode group operate as Tx channel electrodes supplying the stimulus signal to the touch sensors Cts, and the X electrode of the X electrode group The s X1 to Xi operate as Rx channel electrodes receiving electric charges from the touch sensors Cts.

자기 정전 용량의 경우, 제2 터치 구동 회로(32)는 X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj)에 순차적으로 자극 신호를 공급한다. 제2 터치 구동 회로(32)는 자기 정전 용량의 경우에, X 전극들(X1~Xi)과 Y 전극들(Y1~Yj)을 통해 터치 전후에 자극신호의 폴링 에지 타임(falling edge time) 또는 라이징 에지 타임(rising edge time)의 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한다. In the case of self-capacitance, the second touch driving circuit 32 sequentially supplies stimulation signals to the X electrodes X1 to Xi and the Y electrodes Y1 to Yj. In the case of self-capacitance, the second touch driving circuit 32 includes a falling edge time of the stimulus signal before and after the touch through the X electrodes X1 to Xi and the Y electrodes Y1 to Yj, or A touch input is sensed based on a change in a rising edge time.

도 8은 제1 터치 구동 회로(30)를 상세히 보여 주는 회로도이다. 도 9는 제1 터치 구동 회로(30)의 동작을 보여 주는 파형도이다. 8 is a circuit diagram showing the first touch driving circuit 30 in detail. 9 is a waveform diagram showing an operation of the first touch driving circuit 30.

도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 터치 구동 회로(30)는 아날로그 신호 처리부(100)와, 디지털 신호 처리부(200)를 포함한다. 8 and 9, the first touch driving circuit 30 includes an analog signal processing unit 100 and a digital signal processing unit 200.

펜(PEN)은 인덕터(L)와 커패시터(C)가 병렬로 접속된 LC 병렬 공진 회로를 포함한다. 펜(PEN)의 공진 회로는 팁(Tip)이 터치 스크린 상에 눌려졌을 때 LC 값이 변화하여 공진 주파수가 변한다. 도 12에서, 펜(PEN)에 연결된 'Ch'는 사람(human)이 펜(PEN)을 잡았을 때 발생하는 정전 용량을 나타낸다. 정전 용량(Csx)을 통해 펜(PEN)에 인가되는 공진 유도 신호의 주파수가 LC 병렬 공진 회로의 공진 주파수와 일치할 때 펜은 공진 신호를 발생한다. 따라서, 펜(PEN)은 LC 병렬 공진회로에 연결되는 별도의 전원을 필요로 하지 않는다. 펜(PEN)의 공진 신호는 안테나(ANT)에 수신된다.The pen PEN includes an LC parallel resonance circuit in which the inductor L and the capacitor C are connected in parallel. In the resonance circuit of the pen (PEN), when the tip is pressed on the touch screen, the LC value changes and the resonance frequency changes. In FIG. 12,'Ch' connected to the pen (PEN) represents capacitance generated when a human holds the pen (PEN). When the frequency of the resonance induction signal applied to the pen PEN through the capacitance Csx coincides with the resonance frequency of the LC parallel resonance circuit, the pen generates a resonance signal. Therefore, the pen (PEN) does not require a separate power supply connected to the LC parallel resonance circuit. The resonance signal of the pen PEN is received by the antenna ANT.

펜(PEN)에 인가되는 공진 유도 신호는 디지털 신호 처리부(200)에서 발생된다. 공진 유도 신호는 구형파 신호, 정현파 신호 등 다양한 형태로 디지털 신호 처리부(200)에서 발생될 수 있다. 디지털 신호 처리부(200)는 주기가 다른 신호들을 조합하여 원하는 주파수를 갖는 공진 유도 신호를 발생할 수 있다. 또한, 디지털 신호 처리부는 공진 유도 신호의 주기값을 변경하여 공진 유도 신호의 주파수를 가변할 수 있다.The resonance induction signal applied to the pen PEN is generated by the digital signal processing unit 200. The resonance induction signal may be generated by the digital signal processing unit 200 in various forms, such as a square wave signal and a sinusoidal wave signal. The digital signal processing unit 200 may generate a resonance induction signal having a desired frequency by combining signals having different periods. In addition, the digital signal processor may change the frequency of the resonance induction signal by changing the period value of the resonance induction signal.

펜(PEN)의 LC 병렬 공진회로에서 인덕턴스(inductance)는 필압에 따라 가변된다. 본 발명은 필압이 발생할 때 변하는 공진 주파수를 이용하여 필압을 판정할 수 있다.In the LC parallel resonance circuit of the PEN, the inductance varies according to the pressure of the pen. The present invention can determine the pen pressure by using a resonance frequency that changes when the pen pressure occurs.

(A)는 Csx를 통해 전기장으로 펜(PEN)에 인가되는 구형파 공진 유도 신호의 일예이다. (A')은 구형파 공진 유도 신호(A)에 따라 펜(PEN)으로부터 발생된 공진 신호가 안테나(ANT)에 수신될 때 안테나(ANT)에서 측정되는 아날로그 신호이다. 펜(PEN)에서 발생되는 공진 신호는

Figure 112014128204253-pat00001
으로 나타낼 수 있다. 펜의 필압에 따라 공진 주파수(ω)가 변할 수 있다. (A) is an example of a square wave resonance induction signal applied to a pen (PEN) by an electric field through Csx. (A') is an analog signal measured by the antenna ANT when a resonance signal generated from the pen PEN according to the square wave resonance induction signal A is received by the antenna ANT. The resonance signal generated by the pen (PEN) is
Figure 112014128204253-pat00001
It can be represented by The resonance frequency (ω) may change depending on the pen pressure of the pen.

아날로그 신호 처리부(100)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 아날로그 공진 신호를 증폭하고 펜(PEN)의 공진 신호 주파수 대역을 추출하여 디지털 공진 신호로 출력한다. 이를 위하여, 아날로그 신호 처리부(100)는 증폭기(110), 대역 통과 필터(Band Pass Filter, 이하 "BPF"라 함)(112), 및 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, 이하 "ADC"라 함)(114)를 포함한다. The analog signal processing unit 100 amplifies the analog resonance signal received through the antenna ANT, extracts the resonance signal frequency band of the pen PEN, and outputs the digital resonance signal. To this end, the analog signal processing unit 100 includes an amplifier 110, a band pass filter (hereinafter referred to as "BPF") 112, and an analog to digital converter (hereinafter referred to as "ADC"). ) (114).

증폭기(110)는 자신의 게인(gain) 만큼 안테나 신호를 증폭하여 BPF(112)에 전송한다. (B)는 증폭기(110)에 의해 증폭된 안테나 신호이다. BPF(112)는 LC 병렬 회로의 공진 주파수 이외의 주파수 대역을 차단하여 안테나 신호에서 노이즈를 제거하고 공진 신호를 추출한다. ADC(114)는 BPF(112)로부터 입력된 공진 신호를 양자화하여 디지털 공진 신호를 출력한다. The amplifier 110 amplifies the antenna signal by its own gain and transmits it to the BPF 112. (B) is an antenna signal amplified by the amplifier 110. The BPF 112 removes noise from the antenna signal by blocking a frequency band other than the resonance frequency of the LC parallel circuit and extracts the resonance signal. The ADC 114 quantizes the resonance signal input from the BPF 112 and outputs a digital resonance signal.

(C)는 ADC(114)로부터 출력된 디지털 공진 신호로서

Figure 112014128204253-pat00002
으로 나타낼 수 있다. S(t)는 공진 신호의 진폭이다. ω는 공진 주파수이고,
Figure 112014128204253-pat00003
는 위상을 의미한다. (C) is a digital resonance signal output from the ADC 114
Figure 112014128204253-pat00002
It can be represented by S(t) is the amplitude of the resonance signal. ω is the resonant frequency,
Figure 112014128204253-pat00003
Means phase.

디지털 신호 처리부(200)는 아날로그 신호 처리부(100)로부터 입력된 디지털 신호에서 공진 신호를 복소수로 표현할 때 실수부와 허수부를 추출하여, 이를 바탕으로 공진 신호의 크기 즉, 진폭을 계산한다. 그리고 디지털 신호 처리부(200)는 공진 신호의 크기와 소정의 기준값을 비교하여 터치 스크린 상에서 펜(PEN)이 센싱되는가를 판정하고, 그 때 공진 신호가 인가된 XY 전극의 위치를 바탕으로 펜(PEN)의 위치 좌표를 계산한다. 또한, 디지털 신호 처리부(200)는 펜(PEN)의 공진 신호 주파수 변화를 바탕으로 펜(PEN)의 필압을 판정한다. 이를 위하여, 디지털 신호 처리부(200)는 공진 유도 신호 발생부(230), 디지털 복조기(Digital Demodulator)(250), 및 위치 및 필압 판단부(218)를 포함한다.The digital signal processing unit 200 extracts the real part and the imaginary part when expressing the resonance signal as a complex number from the digital signal input from the analog signal processing unit 100, and calculates the amplitude, that is, the amplitude of the resonance signal based on this. In addition, the digital signal processing unit 200 compares the magnitude of the resonance signal with a predetermined reference value to determine whether the pen is sensed on the touch screen, and at that time, the pen PEN based on the position of the XY electrode to which the resonance signal is applied. Calculate the location coordinates of ). In addition, the digital signal processing unit 200 determines the pen pressure of the pen PEN based on the change in the frequency of the resonance signal of the pen PEN. To this end, the digital signal processing unit 200 includes a resonance induction signal generation unit 230, a digital demodulator 250, and a position and pen pressure determination unit 218.

공진 유도 신호 발생부(230)는 펜(PEN)의 공진 주파수와 같은 주파수의 공진 유도 신호를 발생하고 그 공진 유도 신호를 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)에 순차적으로 공급한다. 공진 유도 신호 발생부(230)는 공진 유도 신호의 주파수를 조절하는 카운터를 내장한 디지털 회로로 구성된다. 이러한 디지털 회로에서 주파수 조절 해상력은 카운터 클럭이 높을 수록 높아지지만 전력 소모가 그 만큼 많아지므로 한계가 있다. 본 발명은 공진 유도 신호를 매 주기마다 주기를 변경하여 주파수 해상력을 높여 단순히 카운터 동작 클럭을 높이는 방법에 비하여 주파수 조절 해상력을 더 향상시킬 수 있다.The resonance induction signal generator 230 generates a resonance induction signal having the same frequency as the resonance frequency of the pen PEN, and sequentially supplies the resonance induction signal to the XY electrodes X1 to Xi and Y1 to Yj. The resonance induction signal generator 230 is composed of a digital circuit having a built-in counter for adjusting the frequency of the resonance induction signal. In such a digital circuit, the frequency control resolution increases as the counter clock increases, but there is a limit because power consumption increases by that amount. In the present invention, the frequency control resolution can be further improved as compared to a method of simply increasing the counter operation clock by increasing the frequency resolution by changing the period of the resonance induction signal every period.

위치 및 필압 판단부(218)의 출력을 바탕으로 펜(PEN)이 터치 스크린(TSP) 상에 위치한 것으로 판정되면, 그 때 공진 유도 신호가 인가되는 XY 전극들(X1~Xi, Y1~Yj)의 좌표 정보를 바탕으로 펜(PEN)의 위치가 판정될 수 있다. When it is determined that the pen PEN is located on the touch screen TSP based on the position and the output of the pen pressure determination unit 218, the XY electrodes X1 to Xi, Y1 to Yj to which the resonance induction signal is applied at that time The position of the pen PEN may be determined based on the coordinate information of.

디지털 복조기(250)는 디지털 공진 신호에서 공진 신호의 실수부와 허수부를 추출하여 고주파 노이즈를 제거한 결과를 n(n은 2 이상의 양의 정수) 회 합산하여 위치 및 필압 판단부(218)에 공급한다. 이를 위하여, 디지털 복조기(250)는 제1 및 제2 발진기(206, 208), 제1 및 제2 승산기(202, 204), 제1 및 제2 저역 통과 필터(Low Pass Filter, 이하 "LPF"라 함)(210, 212), 제1 및 제2 적분기(214, 216) 등을 포함한다.The digital demodulator 250 extracts the real part and the imaginary part of the resonance signal from the digital resonance signal and adds the result of removing the high frequency noise n (n is a positive integer greater than or equal to 2) times and supplies it to the position and pen pressure determination unit 218. . To this end, the digital demodulator 250 includes first and second oscillators 206 and 208, first and second multipliers 202 and 204, and first and second low pass filters (hereinafter "LPF"). )) (210, 212), first and second integrators (214, 216), and the like.

제1 발진기(206)는 공진 신호의 실수부를 추출하기 위하여 공진 신호의 주파수와 위상이 같은 발진 신호(D)를 제1 승산기(202)에 입력한다. 도 12 및 도 14에서, (C)를

Figure 112014128204253-pat00004
이라 할 때, (D)는
Figure 112014128204253-pat00005
으로 나타낼 수 있다. The first oscillator 206 inputs the oscillation signal D having the same frequency and phase as the frequency of the resonance signal to the first multiplier 202 in order to extract the real part of the resonance signal. 12 and 14, (C)
Figure 112014128204253-pat00004
When we say this, (D) is
Figure 112014128204253-pat00005
It can be represented by

제1 승산기(202)는 수신된 공진 신호에서 실수부의 포락선을 검출한다. 제1 승산기(202)는 수신된 공진 신호(C)와 제1 발진기(206)로부터의 발진신호(D)를 곱하여 그 결과(E)를 출력한다. (C)를

Figure 112014128204253-pat00006
이라 하고 (D)를
Figure 112014128204253-pat00007
이라 할 때, 제1 승산기(202)의 출력(E)는
Figure 112014128204253-pat00008
으로 나타낼 수 있다. 제1 LPF(210)는 제1 승산기(202)의 출력(E)에서 고주파 노이즈를 제거하여 직류 성분(DC)을 제1 적분기(214)에 공급한다. 제1 LPF(210)의 출력(F)는 (E)를
Figure 112014128204253-pat00009
이라 할 때
Figure 112014128204253-pat00010
으로 나타낼 수 있다. The first multiplier 202 detects an envelope of a real part in the received resonance signal. The first multiplier 202 multiplies the received resonance signal C by the oscillation signal D from the first oscillator 206 and outputs the result E. (C)
Figure 112014128204253-pat00006
And (D)
Figure 112014128204253-pat00007
In this case, the output E of the first multiplier 202 is
Figure 112014128204253-pat00008
It can be represented by The first LPF 210 removes high-frequency noise from the output E of the first multiplier 202 and supplies a direct current component DC to the first integrator 214. The output (F) of the first LPF 210 is (E)
Figure 112014128204253-pat00009
When I say this
Figure 112014128204253-pat00010
It can be represented by

제1 적분기(214)는 제1 LPF(210)로부터 입력된 실수부(In-Phase, I) 데이터를 n 회 합산하여 그 결과를 위치 및 필압 판단부(218)에 공급한다. 제1 적분기(214)에서 데이터가 1024회 더해진다면, (G)는

Figure 112014128204253-pat00011
로 나타낼 수 있다.The first integrator 214 sums up the real part (In-Phase, I) data input from the first LPF 210 n times and supplies the result to the position and pen pressure determination unit 218. If the data is added 1024 times in the first integrator 214, (G) is
Figure 112014128204253-pat00011
It can be expressed as

제2 발진기(208)는 공진 신호의 허수부를 추출하기 위하여 공진 신호의 주파수와 같고 위상이 90°지연된 발진 신호를 제2 승산기(204)에 입력한다. (C)를

Figure 112014128204253-pat00012
이라 할 때, 제2 발진기(208)의 출력은
Figure 112014128204253-pat00013
으로 나타낼 수 있다. 제2 승산기(204)는 수신된 공진 신호에서 허수부의 포락선을 검출한다. 제2 승산기(204)는 수신된 공진 신호(C)와 제2 발진기(208)로부터의 발진신호를 곱하여
Figure 112014128204253-pat00014
을 출력한다. 제2 LPF(212)는 제2 승산기(204)의 출력(K)에서 고주파 노이즈를 제거하여 직류 성분(DC)을 제2 적분기(216)에 공급한다. 제2 LPF(212)의 출력은
Figure 112014128204253-pat00015
로 나타낼 수 있다.The second oscillator 208 inputs an oscillating signal equal to the frequency of the resonance signal and delayed by 90° to extract the imaginary part of the resonance signal to the second multiplier 204. (C)
Figure 112014128204253-pat00012
In this case, the output of the second oscillator 208 is
Figure 112014128204253-pat00013
It can be represented by The second multiplier 204 detects the envelope of the imaginary part from the received resonance signal. The second multiplier 204 multiplies the received resonance signal C by the oscillation signal from the second oscillator 208
Figure 112014128204253-pat00014
Prints. The second LPF 212 removes high-frequency noise from the output K of the second multiplier 204 and supplies a direct current component DC to the second integrator 216. The output of the second LPF 212 is
Figure 112014128204253-pat00015
It can be expressed as

제2 적분기(216)는 제2 LPF(212)로부터 수신된 허수부(Quadrature, Q)의 데이터를 n 회 합산하여 그 결과를 위치 및 필압 판단부(218)에 공급한다. 제2 적분기(216)에서 허수부 데이터가 1024회 더해진다면, (H)는

Figure 112014128204253-pat00016
로 나타낼 수 있다.The second integrator 216 adds the data of the imaginary part (Quadrature, Q) received from the second LPF 212 n times and supplies the result to the position and pen pressure determination part 218. If the imaginary part data is added 1024 times in the second integrator 216, (H) is
Figure 112014128204253-pat00016
It can be expressed as

위치 및 필압 판단부(218)는 제1 및 제2 적분기(214, 216)로부터 입력된 데이터의 실효값(Root Mean Square, RMS)을 계산하여 공진 신호의 크기와 공진 주파수를 판단한다. 실효값은

Figure 112014128204253-pat00017
으로 계산된다. Isum은 제1 적분기(214)에 의해 누적된 공진 신호의 실수부(In-phase)이고 Qsum은 제2 적분기(216)에 의해 누적된 공진 신호의 허수부(Quadrature, Q)이다. The position and pen pressure determination unit 218 calculates a root mean square (RMS) of data input from the first and second integrators 214 and 216 to determine the size and resonance frequency of the resonance signal. The effective value is
Figure 112014128204253-pat00017
Is calculated as. I sum is the real part (In-phase) of the resonance signal accumulated by the first integrator 214 and Q sum is the imaginary part (Quadrature, Q) of the resonance signal accumulated by the second integrator 216.

위치 및 필압 판단부(218)는 공진 신호의 크기를 소정의 기준값과 비교하여 공진 신호의 크기가 기준값 보다 클 때 펜이 터치 스크린(TSP) 상에 위치는 것으로 판단하여 그 때 공진 유도 신호가 인가된 XY 전극의 좌표를 바탕으로 펜의 위치 정보를 출력한다. 위치 및 필압 판단부(218)는 공진 주파수의 변화를 바탕으로 펜(PEN)의 필압을 계산하여 필압 정보를 출력한다. 도 8에서, PL은 펜의 위치 데이터이고, PP는 펜의 필압 데이터이다. The position and pen pressure determination unit 218 compares the magnitude of the resonance signal with a predetermined reference value and determines that the pen is positioned on the touch screen TSP when the magnitude of the resonance signal is greater than the reference value, and at that time, a resonance induction signal is applied. The pen position information is output based on the coordinates of the XY electrode. The position and pressure determination unit 218 calculates the pen pressure of the pen PEN based on the change in the resonance frequency and outputs pen pressure information. In FIG. 8, PL is position data of the pen, and PP is pressure data of the pen.

제1 및 제2 발진기(206, 208)는 출력 주파수 변경이 가능한 디지털 펄스 발생기(digital pulse generator) 예를 들어, 수치 제어 발진기(Numerically Controlled Oscillator, NCO)로 구현될 수 있다. The first and second oscillators 206 and 208 may be implemented as a digital pulse generator capable of changing an output frequency, for example, a numerically controlled oscillator (NCO).

도 10은 펜(PEN)의 구조를 보여 주는 도면이다. 10 is a diagram showing the structure of a pen (PEN).

도 10을 참조하면, 펜(PEN)은 팁(51)이 고정된 가이드(guide, 53), 가이드(53) 내에 설치된 스프링(52), 페라이트 코아(Ferrite core, 55), 가이드(53)에 감겨진 코일(54), 및 코일(54)에 연결된 LC 공진 회로(56)를 포함한다. 팁(51)은 금속과 같은 도전체로 제작된다. 코일(54)은 LC 공진 회로(56)에 연결된 인덕터(L)이다. Referring to FIG. 10, a pen (PEN) is attached to a guide (guide) 53 to which a tip 51 is fixed, a spring 52 installed in the guide 53, a ferrite core (55), and a guide (53). It includes a wound coil 54, and an LC resonant circuit 56 connected to the coil 54. The tip 51 is made of a conductor such as metal. The coil 54 is an inductor L connected to the LC resonant circuit 56.

가이드(53)는 원통 형태로 제작되어 그 내부에 스프링(51)과 페라이트 코아(55)가 삽입된다. 페라이트 코아(55)의 일부가 가이드(73) 내에 삽입된다. 팁(51)이 외압을 받아 눌려지면, 스프링(52)과 가이드(53)는 팁(51)을 따라 이동하고, 페라이트 코아(55)가 스프링(52)의 탄성 복원력으로 이동한다. 페라이트 코아(55)가 이동하면 코일(54)과의 중첩 면적이 달러져 자속 밀도가 증가한다. 자속 밀도의 증가는 인덕턴스의 증가를 초래한다. 따라서, 팁이 압력을 받으면 LC 공진 회로(56)로부터 출력되는 공진 신호의 주파수가 달라져 펜의 필압이 측정될 수 있다.The guide 53 is manufactured in a cylindrical shape, and a spring 51 and a ferrite core 55 are inserted therein. A part of the ferrite core 55 is inserted into the guide 73. When the tip 51 is pressed by external pressure, the spring 52 and the guide 53 move along the tip 51, and the ferrite core 55 moves with the elastic restoring force of the spring 52. When the ferrite core 55 moves, the overlapped area with the coil 54 increases, thereby increasing the magnetic flux density. An increase in magnetic flux density results in an increase in inductance. Accordingly, when the tip is subjected to pressure, the frequency of the resonance signal output from the LC resonance circuit 56 is changed, so that the pen pressure of the pen can be measured.

스프링(52)은 일반적으로 단일 스프링만으로 구성된다. 그런데 이 경우에 펜의 필기감과 필압 측정이 부정확하게 될 수 있다. 단일 스프링을 사용하는 경우에, 필압 측정 범위를 넓히기 위하여 탄성계수가 큰 스프링을 사용하여야 한다. 스프링(52)의 탄성 계수가 크면, 펜의 팁에 강한 압력이 가해져야 스프링(52)이 압축되므로 사용자가 느끼는 필기감이 부드럽지 않게 된다. Spring 52 is generally composed of only a single spring. However, in this case, the pen's writing feeling and pressure measurement may become inaccurate. In the case of using a single spring, a spring with a large modulus of elasticity should be used to widen the pen pressure measurement range. When the elastic modulus of the spring 52 is large, the spring 52 is compressed only when a strong pressure is applied to the tip of the pen, so that the writing feeling felt by the user is not smooth.

단일 스프링을 사용하면, 도 11과 같이 펜의 팁(51)에 가해지는 압력에 비례하여 필압 데이터(PP)가 선형적으로 증가한다. 도 11에서, x축은 펜의 필압(gf)이고, y축은 필압 데이터이다. 팁(51)이 기판에 접촉되기 직전의 필압 데이터(A)와, 팁(51)이 기판에 접촉된 순간의 필압 데이터(B)는 차이가 크지 않다. 데이터들(A, B) 사이의 데이터 차이가 작고 데이터들 각각의 편차가 있기 때문에, 펜의 접촉 여부를 판단하기 위한 문턱값을 설정하기가 어렵다. 문턱값은 일반적으로 접촉 접촉 순간의 데이터(B)로 정해지지만 데이터 편차가 있을 때 이 문턱값은 터치 센싱 시스템의 오동작을 초래할 수 있다. 예를 들어, 문턱값을 데이터(B)로 설정한 상태에서 데이터 편차가 발생하면 데이터(C)가 접촉 순간의 데이터로 오인식되고, 데이터(B)가 접촉 직전의 데이터로 오인식되어 팁(51)이 기판에 접촉되기 전에 펜에서 공진 신호가 발생될 수 있다. When a single spring is used, the pen pressure data PP linearly increases in proportion to the pressure applied to the tip 51 of the pen as shown in FIG. 11. In FIG. 11, the x-axis is the pen pressure (gf), and the y-axis is the pen pressure data. The difference between the pen pressure data A immediately before the tip 51 comes into contact with the substrate and the pen pressure data B at the moment when the tip 51 comes into contact with the substrate is not significant. Since the data difference between the data A and B is small and there is a deviation between the data, it is difficult to set a threshold value for determining whether the pen is in contact. The threshold value is generally determined as data at the moment of contact contact (B), but when there is data deviation, this threshold value may cause malfunction of the touch sensing system. For example, if data deviation occurs while the threshold is set to data (B), the data (C) is misrecognized as the data at the moment of contact, and the data (B) is misrecognized as the data just before the contact, and the tip 51 Before contacting this substrate, a resonance signal may be generated from the pen.

본 발명은 스프링(52)을 탄성 계수가 다른 제1 및 제2 탄성체를 이용하여 펜의 필기감을 개선하고 펜의 오동작을 방지한다. In the present invention, the spring 52 uses first and second elastic bodies having different elastic modulus to improve the pen's writing feel and prevent the pen from malfunctioning.

도 12는 펜에 탄성 계수가 다른 제1 및 제2 탄성체를 적용할 때 펜의 압력에 따라 변하는 필압 데이터를 보여 주는 도면이다. 도 12에서, x축은 팁(51)이 이동하는 거리(μm)이고, y축은 필압(gf)이다. 12 is a diagram showing pen pressure data that changes according to the pressure of the pen when first and second elastic bodies having different elastic modulus are applied to the pen. In FIG. 12, the x-axis is the distance (μm) that the tip 51 moves, and the y-axis is the pen pressure (gf).

도 12를 참조하면, 본 발명의 스프링(52)은 제1 탄성 계수를 갖는 제1 탄성체와, 제2 탄성계수를 갖는 제2 탄성체를 포함한다. 제2 탄성 계수는 제1 탄성 계수 보다 높다. Referring to FIG. 12, the spring 52 of the present invention includes a first elastic body having a first elastic modulus and a second elastic body having a second elastic modulus. The second modulus of elasticity is higher than the first modulus of elasticity.

본 발명의 필압은 펜을 감지하는 제1 단계(S1)와, 필압을 측정하는 제2 단계(S2)로 나누어진다. The pen pressure of the present invention is divided into a first step (S1) of sensing the pen and a second step (S2) of measuring the pen pressure.

제1 단계(S1)는 팁(51)이 기판에 접촉된 직후에 m에서 n까지 이동할 때의 펜 감지 구간이다. 제1 단계(S1)는 탄성 계수가 낮은 제1 탄성체가 압축되는 구간이다. 제1 단계(S1)는 팁(51)의 거리가 변할 때 필압이 낮은 기울기로 변한다. 사용자는 작은 압력으로 펜의 팁(51)이 일정 거리 n까지 이동하기 때문에 부드러운 필기감을 느낄 수 있다. 따라서, 제1 단계(S1)는 기판 상에 펜이 접촉된 상태를 감지하고 사용자가 필압이 부드럽게 변하는 것을 느끼게 하여 필기감을 개선한다. The first step (S1) is a pen sensing section when the tip 51 moves from m to n immediately after contacting the substrate. The first step (S1) is a section in which the first elastic body having a low elastic modulus is compressed. In the first step S1, when the distance of the tip 51 changes, the pen pressure changes to a low slope. The user can feel a soft writing feeling because the tip 51 of the pen moves up to a certain distance n with a small pressure. Accordingly, in the first step S1, a state in which the pen is in contact with the substrate is sensed and the user feels a smooth change in the pen pressure, thereby improving the writing feel.

제2 단계(S2)는 제1 단계(S1) 구간 보다 더 멀리 팁(51)이 이동할 때 필압이 높은 기울기로 변하는 구간이다. 제2 단계(S2)는 탄성 계수가 높은 제2 탄성체가 압축되는 구간이다. 제2 단계(S2)는 필압 데이터가 추출되어 필압이 측정되는 구간이다. 제1 단계(S1)에서 필압 데이터가 추출되지 않으므로 펜의 필압은 제2 단계(S2)에서만 측정된다. 제2 단계 구조에는 탄성계수가 큰 탄성체를 사용하여, 제2 단계(S2)는 팁(51)의 거리 변화에 따라 필압이 가파르게 변하므로 필압 변화를 여러 단계로 나누어 필압 변화를 민감하게 표현할 수 있다.The second step S2 is a section in which the pen pressure changes to a high slope when the tip 51 moves further than the first step S1. The second step (S2) is a section in which the second elastic body having a high elastic modulus is compressed. The second step (S2) is a section in which the pen pressure data is extracted and the pen pressure is measured. Since the pen pressure data is not extracted in the first step S1, the pen pressure of the pen is measured only in the second step S2. In the second stage structure, an elastic body having a large elastic modulus is used, and in the second stage (S2), the pen pressure changes sharply according to a change in the distance of the tip 51, so the pen pressure change can be divided into several stages to express the pen pressure change sensitively. .

팁(51)이 기판에 접촉된 후 일정 거리 n까지 팁(51)이 움직인 후에 필압이 측정되기 시작한다. 따라서, 펜의 접촉 여부를 구분하기 위한 문턱값을 제1 단계(S1)와 제2 단계(S2) 사이에서 설정하면 필압 데이터의 편차가 발생하여도 펜이 기판에 접촉되었는지 정확하게 판단할 수 있다. After the tip 51 contacts the substrate, the pen pressure starts to be measured after the tip 51 moves up to a certain distance n. Therefore, if a threshold value for discriminating whether the pen is in contact is set between the first step (S1) and the second step (S2), it is possible to accurately determine whether the pen is in contact with the substrate even if there is a deviation in pen pressure data.

도 13a 내지 도 16은 본 발명의 실시에에 따른 펜의 이중 스프링 구조를 보여 주는 도면들이다. 13A to 16 are views showing a double spring structure of a pen according to an embodiment of the present invention.

도 13a 및 도 13b를 참조하면, 이중 스프링 구조는 페라이트 코아(71)와 가이드(72) 사이에 설치된 제1 및 제2 탄성체(73, 74)를 포함한다. 13A and 13B, the double spring structure includes first and second elastic bodies 73 and 74 installed between the ferrite core 71 and the guide 72.

제1 탄성체(73)는 탄성 계수가 작은 스프링으로 제작될 수 있다. 제1 탄성체(73)의 일단은 페라이트 코아(71)의 홈(71a)에 삽입되고, 제1 탄성체(73)의 타단은 가이드(72)의 홈에 삽입된다. The first elastic body 73 may be made of a spring having a small elastic modulus. One end of the first elastic body 73 is inserted into the groove 71a of the ferrite core 71, and the other end of the first elastic body 73 is inserted into the groove of the guide 72.

제2 탄성체(74)는 탄성 계수가 높은 천연 또는 인공 고무 링으로 제작될 수 있다. 제1 탄성체(73)가 고무 링의 홀(hole)을 통해 페라이트 코아(71)와 가이드 (72) 사이에 배치된다. The second elastic body 74 may be made of a natural or artificial rubber ring having a high elastic modulus. The first elastic body 73 is disposed between the ferrite core 71 and the guide 72 through a hole in the rubber ring.

팁(51)이 기판 상에 접촉되고 펜의 내부로 밀리면, 제1 단계(S1)까지 제1 탄성체(73)가 압축되고, 팁(51)이 더 이동하면 제2 단계(S2)에서 제2 탄성체(74)가 압축된다. 본 발명은 제1 탄성체(73)가 압축되는 제1 단계(S1)에서 펜을 감지하고, 제2 탄성체(74)가 압축되는 제2 단계(S1)에서 펜의 필압을 측정한다. When the tip 51 is in contact with the substrate and pushed into the inside of the pen, the first elastic body 73 is compressed until the first step (S1), and when the tip 51 moves further, the second step (S2) is The elastic body 74 is compressed. In the present invention, the pen is sensed in the first step (S1) in which the first elastic body 73 is compressed, and the pen pressure of the pen is measured in the second step (S1) in which the second elastic body 74 is compressed.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 이중 스프링 구조는 페라이트 코아(71)와 가이드(72) 사이에 설치된 제1 및 제2 탄성체(73, 75)를 포함한다. 14A and 14B, the double spring structure includes first and second elastic bodies 73 and 75 installed between the ferrite core 71 and the guide 72.

제1 탄성체(73)는 탄성 계수가 작은 스프링으로 제작될 수 있다. 제1 탄성체(73)는 가이드(72)와 페라이트 코아(71) 사이에 배치된다. The first elastic body 73 may be made of a spring having a small elastic modulus. The first elastic body 73 is disposed between the guide 72 and the ferrite core 71.

제2 탄성체(75)는 탄성 계수가 높은 천연 또는 인공 고무로 제작될 수 있다. 제2 탄성체(75)는 제1 탄성체(73)의 스프링 안쪽 공간에 배치된다. 제2 탄성체(75)의 일단은 제1 탄성체(73)의 홈 내에 삽입된다. The second elastic body 75 may be made of natural or artificial rubber having a high elastic modulus. The second elastic body 75 is disposed in a space inside the spring of the first elastic body 73. One end of the second elastic body 75 is inserted into the groove of the first elastic body 73.

팁(51)이 기판 상에 접촉되고 펜의 내부로 밀리면, 제1 단계(S1)까지 제1 탄성체(73)가 압축되고, 팁(51)이 더 이동하면 제2 단계(S2)에서 제2 탄성체(75)가 압축된다. 본 발명은 제1 탄성체(72)가 압축되는 제1 단계(S1)에서 펜을 감지하고, 제2 탄성체(75)가 압축되는 제2 단계(S1)에서 펜의 필압을 측정한다. When the tip 51 is in contact with the substrate and pushed into the inside of the pen, the first elastic body 73 is compressed until the first step (S1), and when the tip 51 moves further, the second step (S2) is The elastic body 75 is compressed. In the present invention, the pen is sensed in the first step S1 in which the first elastic body 72 is compressed, and the pen pressure of the pen is measured in the second step S1 in which the second elastic body 75 is compressed.

도 15a 및 도 15b를 참조하면, 이중 스프링 구조는 페라이트 코아(71)와 가이드(72) 사이에 설치된 제1 및 제2 탄성체(73, 76)를 포함한다. 15A and 15B, the double spring structure includes first and second elastic bodies 73 and 76 installed between the ferrite core 71 and the guide 72.

제1 탄성체(73)는 탄성 계수가 작은 스프링으로 제작될 수 있다. 제1 탄성체(73)의 일단은 페라이트 코아(71)의 홈에 삽입되고, 제1 탄성체(73)의 타단은 가이드(72)의 홈에 삽입된다. The first elastic body 73 may be made of a spring having a small elastic modulus. One end of the first elastic body 73 is inserted into the groove of the ferrite core 71, and the other end of the first elastic body 73 is inserted into the groove of the guide 72.

제2 탄성체(76)는 탄성 계수가 높은 스프링으로 제작될 수 있다. 제2 탄성체(76)의 스프링은 제1 탄성체(73)의 스프링 보다 더 큰 직경을 갖는다. 제1 탄성체(73)의 스프링이 제2 탄성체(76)의 스프링 안쪽 공간에 배치된다. The second elastic body 76 may be made of a spring having a high elastic modulus. The spring of the second elastic body 76 has a larger diameter than the spring of the first elastic body 73. The spring of the first elastic body 73 is disposed in a space inside the spring of the second elastic body 76.

팁(51)이 기판 상에 접촉되고 펜의 내부로 밀리면, 제1 단계(S1)까지 제1 탄성체(73)가 압축되고, 팁(51)이 더 이동하면 제2 단계(S2)에서 제2 탄성체(76)가 압축된다. 본 발명은 제1 탄성체(72)가 압축되는 제1 단계(S1)에서 펜을 감지하고, 제2 탄성체(76)가 압축되는 제2 단계(S1)에서 펜의 필압을 측정한다. When the tip 51 is in contact with the substrate and pushed into the inside of the pen, the first elastic body 73 is compressed until the first step (S1), and when the tip 51 moves further, the second step (S2) is The elastic body 76 is compressed. In the present invention, the pen is sensed in the first step S1 in which the first elastic body 72 is compressed, and the pen pressure of the pen is measured in the second step S1 in which the second elastic body 76 is compressed.

도 16a 및 도 16b를 참조하면, 이중 스프링 구조는 페라이트 코아(71)와 가이드(72) 사이에 설치된 제1 및 제2 탄성체(73, 77)와, 이 탄성체들(73, 77)을 분리하는 격벽(78)을 포함한다. 16A and 16B, the double spring structure separates the first and second elastic bodies 73 and 77 installed between the ferrite core 71 and the guide 72, and the elastic bodies 73 and 77. It includes a partition (78).

제1 탄성체(73)는 탄성 계수가 작은 스프링으로 제작될 수 있다. 제1 탄성체(73)는 가이드(72) 내에서 페라이트 코아(71)와 격벽(78) 사이에 배치된다. 격벽(78)은 제1 탄성체(73)와 제2 탄성체(77)를 분리하며 고정되지 않는다. 격벽(78)은 금속, 플라스틱 등 다양한 재료로 제작될 수 있다. 제1 탄성체(73)의 일단은 페라이트 코아(71)의 홈에 삽입되고, 타단은 격벽(78)과 접촉된다. The first elastic body 73 may be made of a spring having a small elastic modulus. The first elastic body 73 is disposed between the ferrite core 71 and the partition wall 78 in the guide 72. The partition wall 78 separates the first elastic body 73 and the second elastic body 77 and is not fixed. The partition wall 78 may be made of various materials such as metal and plastic. One end of the first elastic body 73 is inserted into the groove of the ferrite core 71 and the other end is in contact with the partition wall 78.

제2 탄성체(77)는 탄성 계수가 높은 스프링으로 제작될 수 있다. 제2 탄성체(77)는 가이드(72) 내에서 페라이트 코아(71)와 격벽(78) 사이에 배치된다. 제2 탄성체(77)의 일단은 가이드(72)의 홈에 삽입되고, 타단은 격벽(78)과 접촉된다.The second elastic body 77 may be made of a spring having a high elastic modulus. The second elastic body 77 is disposed between the ferrite core 71 and the partition wall 78 in the guide 72. One end of the second elastic body 77 is inserted into the groove of the guide 72 and the other end is in contact with the partition wall 78.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
It will be appreciated by those skilled in the art through the above description that various changes and modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the content described in the detailed description of the specification, but should be determined by the claims.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동 회로 14 : 스캔 구동 회로
20 : 타이밍 콘트롤러 30 : 제1 터치 구동 회로
32 : 제2 터치 구동 회로 40 : 호스트 시스템
50 : 배선 71 : 페라이트 코아
72 : 가이드 73 : 제1 탄성체
74, 75, 76, 77 : 제2 탄성체 78 : 격벽DIS: Display panel TSP: Touch screen
12: data driving circuit 14: scan driving circuit
20: timing controller 30: first touch drive circuit
32: second touch drive circuit 40: host system
50: wiring 71: ferrite core
72: guide 73: first elastic body
74, 75, 76, 77: second elastic body 78: partition wall

Claims (9)

삭제delete 팁이 고정된 가이드;
상기 가이드 내에 삽입되는 페라이트 코아; 및
상기 가이드와 상기 페라이트 코아 사이에 배치된 제1 및 제2 탄성체를 포함하고,
상기 제1 탄성체는 상기 제2 탄성체의 탄성 계수 보다 작은 탄성 계수를 가지며,
상기 제2 탄성체는 천연 또는 인공 고무 링을 포함하고,
상기 제1 탄성체는 상기 고무 링의 홀을 통해 상기 페라이트 코아와 상기 가이드 사이에 배치되는 스프링을 포함하는 터치 센싱 시스템용 펜.A guide to which the tip is fixed;
A ferrite core inserted into the guide; And
Including first and second elastic bodies disposed between the guide and the ferrite core,
The first elastic body has an elastic modulus less than that of the second elastic body,
The second elastic body comprises a natural or artificial rubber ring,
The first elastic body pen for a touch sensing system including a spring disposed between the ferrite core and the guide through the hole of the rubber ring. 팁이 고정된 가이드;
상기 가이드 내에 삽입되는 페라이트 코아; 및
상기 가이드와 상기 페라이트 코아 사이에 배치된 제1 및 제2 탄성체를 포함하고,
상기 제1 탄성체는 상기 제2 탄성체의 탄성 계수 보다 작은 탄성 계수를 가지며,
상기 제1 탄성체는 상기 페라이트 코아와 상기 가이드 사이에 배치되는 스프링을 포함하고,
상기 제2 탄성체는 천연 또는 인공 고무를 포함하고,
상기 고무가 상기 스프링 안쪽 공간에 배치되고 일단이 상기 페라이트 코아의 홈 내에 삽입되는 터치 센싱 시스템용 펜.A guide to which the tip is fixed;
A ferrite core inserted into the guide; And
Including first and second elastic bodies disposed between the guide and the ferrite core,
The first elastic body has an elastic modulus less than that of the second elastic body,
The first elastic body includes a spring disposed between the ferrite core and the guide,
The second elastic body comprises natural or artificial rubber,
The pen for a touch sensing system in which the rubber is disposed in the inner space of the spring and one end is inserted into the groove of the ferrite core. 팁이 고정된 가이드;
상기 가이드 내에 삽입되는 페라이트 코아; 및
상기 가이드와 상기 페라이트 코아 사이에 배치된 제1 및 제2 탄성체를 포함하고,
상기 제1 탄성체는 상기 제2 탄성체의 탄성 계수 보다 작은 탄성 계수를 가지며,
상기 제1 탄성체는 상기 페라이트 코아와 상기 가이드 사이에 배치되는 제1 스프링을 포함하고,
상기 제2 탄성체는 상기 제1 스프링 보다 더 큰 직경을 갖는 제2 스프링을 포함하고,
상기 제1 스프링이 상기 제2 스프링의 안쪽 공간에 배치되고,
상기 제1 스프링의 일단이 상기 페라이트 코아의 홈에 삽입되고, 상기 제1 스프링의 타단이 상기 가이드의 홈에 삽입되는 터치 센싱 시스템용 펜.A guide to which the tip is fixed;
A ferrite core inserted into the guide; And
Including first and second elastic bodies disposed between the guide and the ferrite core,
The first elastic body has an elastic modulus less than that of the second elastic body,
The first elastic body includes a first spring disposed between the ferrite core and the guide,
The second elastic body includes a second spring having a larger diameter than the first spring,
The first spring is disposed in the inner space of the second spring,
A pen for a touch sensing system in which one end of the first spring is inserted into a groove of the ferrite core, and the other end of the first spring is inserted into a groove of the guide. 표시패널과 접촉될 때 팁이 내부로 이동되는 터치 센싱 시스템용 펜에 있어서,
상기 팁이 고정된 가이드;
상기 가이드 내에 삽입되는 페라이트 코아;
상기 가이드와 상기 페라이트 코아 사이에 배치된 제1 및 제2 탄성체; 및
상기 제1 탄성체와 상기 제2 탄성체를 분리하는 격벽을 포함하고,
상기 제1 탄성체는 상기 제2 탄성체의 탄성 계수 보다 작은 탄성 계수를 가지며,
상기 제1 탄성체는 상기 페라이트 코아와 상기 격벽 사이에 배치되는 제1 스프링을 포함하고,
상기 제2 탄성체는 상기 격벽과 상기 가이드 사이에 배치되는 제2 스프링을 포함하고,
상기 표시패널에 상기 팁이 접촉되어 상기 팁에 압력이 가해질 때 상기 제1 탄성체가 압축된 후에 상기 팁에 압력이 더 가해질 때 상기 제2 탄성체가 압축되는 터치 센싱 시스템용 펜. In a pen for a touch sensing system in which a tip is moved inside when contacting a display panel,
A guide to which the tip is fixed;
A ferrite core inserted into the guide;
First and second elastic bodies disposed between the guide and the ferrite core; And
And a partition wall separating the first elastic body and the second elastic body,
The first elastic body has an elastic modulus less than that of the second elastic body,
The first elastic body includes a first spring disposed between the ferrite core and the partition wall,
The second elastic body includes a second spring disposed between the partition wall and the guide,
A pen for a touch sensing system in which the second elastic body is compressed when pressure is further applied to the tip after the first elastic body is compressed when the tip is in contact with the display panel and pressure is applied to the tip. 삭제delete 공진 회로를 내장한 펜;
전극들과 안테나를 포함한 터치 스크린; 및
공진 유도 신호를 상기 전극들에 공급하여 상기 안테나를 통해 상기 펜의 공진 신호를 수신하는 터치 구동 회로를 포함하고,
상기 펜은,
팁이 고정된 가이드;
상기 가이드 내에 삽입되는 페라이트 코아; 및
상기 가이드와 상기 페라이트 코아 사이에 배치된 제1 및 제2 탄성체를 포함하고,
상기 제1 탄성체는 상기 제2 탄성체의 탄성 계수 보다 작은 탄성 계수를 가지며,
상기 터치 구동 회로는 상기 제1 탄성체가 압축되는 제1 단계에서 상기 펜을 감지하고, 상기 제2 탄성체가 압축되는 제2 단계에서 상기 펜의 필압을 측정하는 터치 센싱 시스템.A pen with a built-in resonance circuit;
A touch screen including electrodes and an antenna; And
A touch driving circuit for receiving a resonance signal of the pen through the antenna by supplying a resonance induction signal to the electrodes,
The pen,
A guide to which the tip is fixed;
A ferrite core inserted into the guide; And
Including first and second elastic bodies disposed between the guide and the ferrite core,
The first elastic body has an elastic modulus less than that of the second elastic body,
The touch driving circuit senses the pen in a first step in which the first elastic body is compressed, and measures the pen pressure of the pen in a second step in which the second elastic body is compressed. 전극들과 안테나를 포함한 표시패널; 및
상기 표시패널에 접촉되는 팁을 포함한 펜을 포함하고,
상기 펜은,
상기 팁이 고정된 가이드;
상기 가이드 내에 삽입되는 페라이트 코아; 및
상기 가이드와 상기 페라이트 코아 사이에 배치된 제1 및 제2 탄성체를 더 포함하고,
상기 제1 탄성체는 상기 제2 탄성체의 탄성 계수 보다 작은 탄성 계수를 가지며,
상기 표시패널에 상기 팁이 접촉되어 상기 팁에 압력이 가해질 때 상기 제1 탄성체가 압축된 후에 상기 팁에 압력이 더 가해질 때 상기 제2 탄성체가 압축되는 터치 센싱 시스템.A display panel including electrodes and an antenna; And
Including a pen including a tip contacting the display panel,
The pen,
A guide to which the tip is fixed;
A ferrite core inserted into the guide; And
Further comprising first and second elastic bodies disposed between the guide and the ferrite core,
The first elastic body has an elastic modulus less than that of the second elastic body,
A touch sensing system in which the second elastic body is compressed when pressure is applied to the tip after the first elastic body is compressed when the tip is in contact with the display panel and pressure is applied to the tip. 제 8 항에 있어서,
상기 제1 탄성체가 압축되는 제1 단계에서 상기 펜을 감지하고, 상기 제2 탄성체가 압축되는 제2 단계에서 상기 펜의 필압을 측정하는 터치 구동 회로를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.The method of claim 8,
A touch sensing system further comprising a touch driving circuit configured to sense the pen in a first step in which the first elastic body is compressed, and measure a pen pressure of the pen in a second step in which the second elastic body is compressed.
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