KR102520695B1 - 능동형 스타일러스 펜과 그를 포함한 터치 센싱 시스템, 및 그 구동방법 - Google Patents

능동형 스타일러스 펜과 그를 포함한 터치 센싱 시스템, 및 그 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 능동형 스타일러스 펜은 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임 인식신호를 생성하는 제1 신호 처리부와, 상기 각 터치 스크린 구동신호에서 상기 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 펜 구동신호를 생성하되, 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 제2 신호 처리부를 포함한다.

Description

능동형 스타일러스 펜과 그를 포함한 터치 센싱 시스템, 및 그 구동방법{ACTIVE STYLUS PEN AND TOUCH SENSING SYSTEM AND DRIVING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 능동형 스타일러스 펜을 통해 터치 입력이 가능한 터치 센싱 시스템과 그 구동방법에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.
터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있다. 터치 UI는 표시장치의 화면 상에 터치 스크린을 형성하는 방법으로 구현되고 있다. 이러한 터치 스크린은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서를 갖는 터치 스크린은 손가락 또는 전도성 물질이 터치 센서에 접촉(또는 근접)될 때, 터치 스크린 구동신호의 입력에 따른 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.
정전 용량 방식의 터치 센서는 자기 용량(Self Capacitance) 센서 또는 상호 용량(Mutual Capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 자기 용량 센서의 전극들 각각은 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들과 1:1로 연결될 수 있다. 상호 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 센서 배선들의 교차부에 형성될 수 있다.
최근 스마트 폰, 및 스마트 북 등에는 손가락뿐만 아니라 스타일러스 펜(Stylus Pen)이 HID(Human Interface Device)로서 많이 사용되고 있다. 스타일러스 펜은 손가락에 비해 좀 더 세밀한 입력이 가능한 장점이 있다. 스타일러스 펜에는 수동형과 능동형이 있다. 수동형은 터치 스크린과의 접촉 지점에서 정전용량 변화가 적어 터치 위치 검출이 어렵다. 능동형은 자체적으로 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린과의 접촉 지점에 출력하기 때문에 수동형에 비해 터치 위치 검출이 용이하다.
최근 능동형 스타일러스 펜은 펜 구동신호뿐만 아니라, 필압 정보, 버튼 상태 정보, 펜 식별(ID) 정보 등의 다양한 펜 부가 정보를 전송할 수 있도록 설계되고 있다. 그런데, 종래 능동형 스타일러스 펜은 대한민국 공개공보 제10-2014-0043299호에 개시된 것과 같이, 펜 부가 정보를 터치 모듈에 전송하기 위해 별도의 통신블록을 더 필요로 했기 때문에 제조 비용이 증가하는 문제점이 있었다. 더욱이 종래 능동형 스타일러스 펜은 펜 구동신호와 펜 부가 정보를 개별적으로 전송하기 때문에 전송 부하가 컸었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 펜 부가 정보를 펜 구동신호에 실어 터치 프레임 단위로 전송하는 방안을 고려해 볼 수 있다. 하지만, 이를 위해서는 능동형 스타일러스 펜에서 터치 프레임을 구분할 수 있어야 하는 데, 아직까지는 그러한 방법이 개발되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 능동형 스타일러스 펜에서 터치 프레임을 용이하게 구분하고, 펜 부가 정보를 1 터치 프레임 단위로 펜 구동신호에 반영할 수 있도록 한 능동형 스타일러스 펜과 그를 포함한 터치 센싱 시스템, 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 능동형 스타일러스 펜과 터치 스크린 간 동기화의 정확도를 높일 수 있도록 한 능동형 스타일러스 펜과 그를 포함한 터치 센싱 시스템, 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 능동형 스타일러스 펜은 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임을 구분하기 위한 터치 프레임 인식신호를 생성하는 제1 신호 처리부와, 상기 각 터치 스크린 구동신호에서 상기 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 펜 구동신호를 생성하되, 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 제2 신호 처리부를 포함한다.
상기 제1 신호 처리부는, 일 터치 스크린 구동신호의 제1 서브 펄스와, 상기 일 터치 스크린 구동신호에 이웃한 다른 터치 스크린 구동신호의 제2 서브 펄스 간 간격을 카운트하여 제1 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값이 미리 설정된 임계치를 초과할 때에 상기 터치 프레임 인식신호를 생성한다.
상기 제1 신호 처리부는, 상기 각 터치 스크린 구동신호에 포함된 상기 서브 펄스를 카운트하여 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제2 카운트 값이 미리 설정된 값을 만족할 때에 상기 터치 프레임 인식신호를 생성한다.
상기 제2 신호 처리부는, 상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 진폭을 터치 프레임 단위로 가변한다.
상기 제2 신호 처리부는, 상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 듀티를 터치 프레임 단위로 가변한다.
상기 제2 신호 처리부는, 상기 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호를 1 터치 프레임에 1 비트씩 할당한다.
상기 펜 부가 정보는, 상기 능동형 스타일러스 펜이 상기 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 나타내는 필압 정보, 상기 능동형 스타일러스 펜에 구비되어 특정 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 기능식 버튼의 활성 여부를 나타내는 버튼 상태 정보, 다른 능동형 스타일러스 펜과 구분하기 위한 펜 식별 정보를 포함한다.
또한, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린과, 상기 터치 스크린에 터치 스크린 구동신호를 인가하고 상기 터치 스크린의 정전 용량 변화를 센싱하는 터치 구동장치와, 펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 송신하는 능동형 스타일러스 펜을 구비하고, 상기 능동형 스타일러스 펜은 상기 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임을 구분하기 위한 터치 프레임 인식신호를 생성하는 제1 신호 처리부와, 상기 각 터치 스크린 구동신호에서 상기 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 상기 펜 구동신호를 생성하되, 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 제2 신호 처리부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 터치 센싱 시스템의 구동방법은 능동형 스타일러스 펜을 터치 스크린에 접촉시켜, 상기 능동형 스타일러스 펜에서 터치 스크린 구동신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 터치 스크린 구동신호에 동기되도록 상기 능동형 스타일러스 펜에서 펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 출력하는 단계와, 상기 터치 스크린 구동신호와 상기 펜 구동신호에 따른 상기 터치 스크린의 정전 용량 변화를 상기 터치 스크린에 연결된 터치 구동장치에서 센싱하는 단계를 포함하고, 상기 능동형 스타일러스 펜에서 상기 펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 출력하는 단계는, 상기 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임을 구분하기 위한 터치 프레임 인식신호를 생성하는 단계와, 상기 각 터치 스크린 구동신호에서 상기 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 상기 펜 구동신호를 생성하되, 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 단계를 포함한다.
본 발명은 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임 인식신호를 생성하고, 미리 설정된 펜 부가 정보에 따라 펜 구동신호의 펄스 진폭 및/또는 펄스 듀티를 터치 프레임 인식신호에 맞춰 1 터치 프레임 단위로 조정하는 방식으로 펜 부가 정보를 펜 구동신호에 효과적으로 반영할 수 있다. 본 발명은 펜 구동신호에 따른 터치 로 데이터의 크기 변화를 감지함으로써, 펜 구동신호에 반영된 펜 부가 정보를 알아 낼 수 있다.
본 발명은 터치 스크린에서 패턴화된 동기화 신호를 구동하여 능동형 스타일러스 펜과 터치 스크린 간의 동기화의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 비트 할당된 동기화 신호를 이용하여 터치 스크린에서 펜으로 컴맨드를 전송함으로써 다양한 부가 기능을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 터치 센싱 시스템을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치를 보여주는 도면.
도 3은 픽셀 어레이에 내장된 터치 센서의 일 예를 보여 주는 도면.
도 4는 도 3과 같은 표시패널의 픽셀들과 터치 센서들을 시분할 구동하는 방법을 보여 주는 타이밍도.
도 5는 1 디스플레이 프레임 구간 내에 다수의 터치 프레임들이 포함된 일 예를 보여주는 도면.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시에에 따른 터치 구동 장치를 보여 주는 도면들.
도 9는 터치 센서 블록들에 연결되는 멀티플렉서들과 센싱 유닛들을 보여주는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜의 내부 구성을 보여주는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜에서 펜 부가 정보를 펜 구동신호에 반영하는 동작 수순을 보여주는 도면.
도 12a 및 도 12b는 능동형 스타일러스 펜에서 터치 프레임을 구분하는 일 방안과, 펜 부가 정보를 표현하기 위한 펜 구동신호의 다양한 변조 형태를 보여주는 도면.
도 13a 및 도 13b는 능동형 스타일러스 펜에서 터치 프레임을 구분하는 다른 방안과, 펜 부가 정보를 표현하기 위한 펜 구동신호의 다양한 변조 형태를 보여주는 도면.
도 14는 능동형 스타일러스 펜에서 다수의 터치 프레임들을 활용하여 펜 부가 정보를 생성하는 일 방안을 보여주는 도면.
도 15는 펜 부가 정보에 따라 터치 구동 장치에서 센싱되는 터치 로 데이터(Touch raw data)의 변화를 보여주는 도면.
도 16 및 도 17은 능동형 스타일러스 펜과 터치 스크린 간 동기화의 정확도를 높일 수 있는 방안을 보여주는 도면.
도 18은 동기화 신호의 패턴에 따른 비트 할당 예를 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
[터치 센싱 시스템]
도 1은 본 발명의 터치 센싱 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 표시장치(10)와 능동형 스타일러스 펜(20)을 포함한다.
표시장치(10)는 디스플레이 기능과 터치 검출 기능을 수행한다. 표시장치(10)는 손가락 또는 능동형 스타일러스 펜(20)과 같은 전도성 물체의 접촉에 의한 터치 검출이 가능한 것으로, 그 내부에 일체형으로 정전 용량 방식의 터치 스크린을 구비하고 있다. 여기서, 터치 스크린은 디스플레이 구현을 위한 표시패널과 독립적인 형태로 구성될 수도 있고, 표시패널의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 표시장치(10)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2 내지 도 9를 참조로 후술한다.
능동형 스타일러스 펜(20)은 터치 스크린에서 수신되는 터치 스크린 구동신호를 기초로 펜 구동신호를 생성하여 터치 스크린과의 접촉 지점에 출력함으로써 터치 스크린 상에서 터치 위치 검출을 용이하게 한다. 능동형 스타일러스 펜(20)은 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임 인식신호를 생성하고, 미리 설정된 펜 부가 정보가 펜 구동신호에 반영되도록 터치 프레임 인식신호에 따라 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변한다. 터치 센싱 시스템은 펜 구동신호에 따른 터치 로 데이터(Touch raw data)의 변화를 분석하여 능동형 스타일러스 펜(20)에 의한 터치 입력 위치와 터치 부가 정보를 감지한다. 펜 부가 정보는, 능동형 스타일러스 펜이 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 나타내는 필압 정보, 능동형 스타일러스 펜에 구비되어 특정 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 기능식 버튼의 활성 여부를 나타내는 버튼 상태 정보, 및 다른 능동형 스타일러스 펜과 구분하기 위한 펜 식별 정보 등을 포함할 수 있다.
능동형 스타일러스 펜(20)의 구성 및 동작은 도 10 내지 도 15를 통해 후술한다.
[표시장치]
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치(10)를 보여준다. 도 3은 픽셀 어레이에 내장된 터치 센서의 일 예를 보여 주는 준다. 도 4는 도 3과 같은 표시패널의 픽셀들과 터치 센서들을 시분할 구동하는 방법을 보여준다. 도 5는 1 디스플레이 프레임 구간 내에 다수의 터치 프레임들이 포함된 일 예를 보여준다. 그리고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시에에 따른 터치 구동 장치를 보여준다. 도 9는 터치 센서 블록들에 연결되는 멀티플렉서들과 센싱 유닛들을 보여준다.
도 2내지 도9를 참조하면, 본 발명의 표시장치(10)는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 표시장치가 액정표시소자로 구현되는 것을 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다.
표시장치(10)는 디스플레이 모듈과 터치 모듈로 이루어진다.
터치 모듈은 터치 스크린(TSP)과 터치 구동장치(18)를 포함한다.
터치 스크린(TSP)은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치 입력을 감지하는 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 정전 용량(capacitance)을 갖는 다수의 터치 센서들을 포함한다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있고, 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성될 수 있다.
터치 스크린(TSP)의 터치 센서들은 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되는 예가 도 3에 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 터치 센서들(C1~C4)과, 터치 센서들(C1~C4)과 연결된 센서 라인들(L1~Li, i는 m, n 보다 작은 양의 정수)을 포함한다. 픽셀들(101)의 공통전극(COM)은 다수의 세그먼트들(segment)로 분할된다. 터치 센서들(C1~C4)은 분할된 공통전극(COM)으로 구현된다. 하나의 공통전극 세그먼트(segment)는 다수의 픽셀들(101)에 공통으로 연결되고 하나의 터치 센서를 형성한다. 따라서, 도 4와 같이 터치 센서들(C1~C4)은 디스플레이 구간(Td1, Td2) 동안 픽셀들(101)에 공통전압(Vcom)을 공급하고, 터치 구간 (Tt1, Tt2) 동안 터치 스크린 구동신호(Ts)를 입력 받아 터치 입력을 센싱한다. 도 3은 자기 정전 용량 타입의 터치 센서를 도시하였으나, 터치 센서들(C1~C4)은 이에 한정되지 않는다.
터치 구동장치(18)는 터치 스크린 구동신호(Ts)를 터치 센서들(C1~C4)에 인가하고, 터치 센서들(C1~C4)의 전하 변화량을 센싱하여 손가락(또는, 스타일러스 펜)과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다.
터치 구동장치(18)는 타이밍 콘트롤러(16) 또는 호스트 시스템(19)으로부터 입력되는 터치 인에이블 신호(TEN)에 응답하여 터치 구간(Tt1, Tt2) 동안 터치 센서들을 구동한다. 터치 구동장치(18)는 터치 구간(Tt1, Tt2) 동안 터치 스크린 구동신호(Ts)를 센서 라인들(L1~Li)을 통해 터치 센서들(C1~C4)에 공급하여 터치 입력을 센싱한다. 터치 구동장치(18)는 터치 입력 유무에 따라 달라지는 터치 센서의 전하 변화량을 분석하여 터치 입력을 판단하고, 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다. 터치 입력 위치의 좌표 정보는 호스트 시스템으로 전송된다.
터치 구동장치(18)는 터치 구간(Tt1, Tt2) 동안 터치 인에이블 신호(TEN)에 응답하여 터치 센서들(C1~C4)을 구동하되, 도 5와 같이 입력 영상을 표시하는 1 디스플레이 프레임 기간 내에 터치 센서들(C1~C4)을 구동하기 위한 터치 프레임(TF1,TF2,TF3)을 적어도 2개 이상 할당함으로써 디스플레이 프레임 레이트(Frame rate) 보다 터치 리포터 레이트(Touch report rate)를 높일 수 있다. 여기서, 1 터치 프레임 내에는 다수의 멀티플렉서의 개수에 대응되는 다수의 터치 구간들이 포함될 수 있다.
예를 들어, 1 프레임 기간 내에서 디스플레이 구간(Td1, Td2)과 터치 구간 (Tt1, Tt2)이 각각 도 4와 같이 다수의 구간들로 분할되면, 터치 구동장치(18)는 매 터치 구간(Tt1, Tt2) 마다 터치 입력을 센싱하고, 각 터치 프레임이 완성되는 시점에 터치 입력의 좌표 정보를 호스트 시스템으로 전송한다. 이에 따라, 본 발명은 디스플레이 프레임 레이트(Display Frame rate) 보다 터치 리포터 레이트(Touch report rate)를 더 높일 수 있다. 디스플레이 프레임 레이트는 1 프레임 이미지가 픽셀 어레이에 기입되는 프레임 주파수이다. 터치 리포터 레이트는 터치 입력의 좌표 정보가 발생되는 속도이다. 터치 리포터 레이트가 높을 수록 터치 입력의 좌표 인식 속도가 빨라지므로 터치 감도가 좋아진다.
본 발명의 터치 구동 장치(18)는 도 6 내지 도 8과 같은 형태의 IC(Integrate Circuit) 패키지로 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 드라이버 IC(DIC)와 터치 IC(TIC)를 포함한다.
드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(Multiplexer, MUX)(140), 및 DTX 보상부(150)를 포함한다.
터치 센서 채널부(100)는 센서 라인들을 통해 터치 센서들의 전극에 연결되고, 스위치 어레이(120)를 통해 Vcom 버퍼(110)와 멀티플렉서(140)에 연결된다. 멀티플렉서(140)는 센서 라인들을 터치 IC(TIC)에 연결한다. 1:3 멀티플렉서의 경우에, 멀티플렉서(140)는 터치 IC(TIC)의 한 개 채널을 세 개의 센서 라인들에 시분할 방식에 따라 순차 연결함으로써 터치 IC(TIC)의 채널 개수를 줄인다. 멀티플렉서(140)는 MUX 제어신호(MUX C1~C3)에 응답하여 터치 IC(TIC)의 채널과 연결될 센서 라인들을 순차적으로 선택한다. 멀티플렉서(140)는 터치 라인들(Touch line)을 통해 터치 IC(TIC)의 채널들에 연결된다.
Vcom 버퍼(110)는 픽셀의 공통 전압(Vcom)을 출력한다. 스위치 어레이(120)는 타이밍 제어신호 생성부(130)의 제어 하에 디스플레이 구간 동안 Vcom 버퍼(110)로부터의 공통 전압(Vcom)을 터치 센서 채널부(100)로 공급한다. 스위치 어레이(120)는 타이밍 제어신호 생성부(130)의 제어 하에 터치 구간동안 센서 라인들을 터치 IC(TIC)에 연결한다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 디스플레이 구동회로와 터치 IC(TIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 도 2에 도시된 타이밍 콘트롤러(16) 내에 포함될 수 있다. 타이밍 제어신호 생성부(130)는 디스플레이 구간 동안 디스플레이 구동회로를 구동 시키고 터치 구간 동안 터치 IC(TIC)를 구동 시킨다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 도 4와 같이 디스플레이 구간(Td1,Td2)과 터치 구간(Tt1,Tt2)을 정의하는 터치 인에이블 신호(TEN)를 생성하여 디스플레이 구동회로와 터치 IC(TIC)를 동기시킨다. 디스플레이 구동회로는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제1 레벨 기간 동안 픽셀들에 영상데이터를 기입한다. 터치 IC(TIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제2 레벨에 응답하여 터치 센서들을 구동하여 터치 입력을 센싱한다. 터치 인에이블 신호(TEN)의 제1 레벨은 하이 레벨(High level)일 수 있고, 제2 레벨은 로우 레벨(Low level)일 수 있으나 그 반대로 설정될 수도 있다.
터치 IC(TIC)는 구동 전원부(미도시)에 연결되어 구동전원을 공급받는다. 터치 IC(TIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제2 레벨에 응답하여 터치 스크린 구동신호(Ts)를 생성하여 터치 센서들에 인가한다. 터치 스크린 구동신호(Ts)는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있으나, 구형파로 구현됨이 바람직하다. 터치 스크린 구동신호(Ts)는 터치 IC(TIC)의 적분기에 전하가 N(N은 2 이상의 자연수)회 이상 누적될 수 있도록 터치 센서들 각각에 N회 인가될 수 있다.
입력 영상 데이터의 변화에 따라 터치 센서 신호에 노이즈가 커질 수 있다. DTX 보상부(150)는 입력 영상 데이터를 분석하여 입력 영상의 계조 변화에 따라 터치 로 데이터(Touch raw data)에서 노이즈 성분을 제거하여 터치 IC(TIC)로 전송한다. DTX는 Display and Touch crosstalk를 의미한다. DTX 보상부(150)와 관련된 내용은 본원 출원인에 의해 기출원된 특허 출원 제10-2012-0149028호(2012.12.19 출원)에 상세히 기재되어 있다. 터치 센서의 노이즈가 입력 영상의 데이터 변화에 따라 민감하게 변하지 않는 시스템의 경우에 DTX 보상부(150)는 필요 없으므로 생략될 수 있다. 도 6에서 DTX DATA는 DTX 보상부(150)의 출력 데이터이다.
터치 IC(TIC)는 타이밍 제어신호 생성부(130)로부터의 터치 인에이블 신호(TEN)에 응답하여 터치 구간(Tt1,Tt2) 동안 멀티플렉서(140)를 구동시켜 멀티플렉서(140)와 센서 라인들을 통해 터치 센서의 전하를 수신한다. 도 6에서 MUX C1~C3는 멀티플렉서의 채널을 선택하는 신호이다.
터치 IC(TIC)는 터치 센서 신호로부터 터치 입력 전후의 전하 변화량을 검출하고 그 전화 변화량을 소정의 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 전하 변화량을 갖는 터치 센서들의 위치를 터치 입력 영역으로 판정한다. 터치 IC(TIC)는 터치 입력 각각에 대하여 좌표를 계산하여 터치 입력 좌표 정보를 포함한 터치 데이터(TDATA(XY))를 외부의 호스트 시스템(19)으로 전송한다. 터치 IC(TIC)는 터치 센서의 전하를 증폭하는 증폭기, 터치 센서로부터 수신된 전하를 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), 및 연산 로직부를 포함한다. 연산 로직부는 ADC로부터 출력된 터치 로 데이터(Touch raw data)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
드라이버 IC(DIC)와 터치 IC(TIC)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 인터페이스를 통해 신호들을 송수신할 수 있다.
호스트 시스템(19)은 본 발명의 표시장치(10)가 적용 가능한 전자 기기의 시스템 본체를 의미한다. 호스트 시스템(19)은 폰 시스템(Phone system), TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템 중 어느 하나일 수 있다. 호스트 시스템(19)은 드라이버 IC(DIC)에 입력 영상의 데이터(RGB)를 전송하고, 터치 IC(TIC)로부터 터치 입력 데이터(TDATA(XY))를 수신하여 터치 입력과 연계된 어플리케이션(application)을 실행한다.
도 7을 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 드라이버 IC(DIC)와 MCU(Micro Controller Unit)를 포함한다.
드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 제1 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(140), DTX 보상부(150), 센싱부(160), 제2 타이밍 제어신호 생성부(170) 및 메모리(180)를 포함한다. 이 실시예는 전술한 도 6의 실시예와 비교할 때, 센싱부(160)와 제2 타이밍 제어 생성부(170)가 드라이버 IC(DIC) 내에 집적된 것에서 차이가 있다. 제1 타이밍 제어 생성부(130)는 도 6의 그것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 타이밍 제어 생성부(130)는 디스플레이 구동회로와 터치 IC(TIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
멀티플렉서(140)는 MCU의 제어 하에 센싱부(160)에 의해 억세스되는 터치 센서 전극들을 플로팅한다. 센싱부(160)는 데이터 전압을 충전하는 픽셀들과 연결되는 터치 센서 전극들을 제외한 다른 터치 센서 전극들을 억세스한다. 멀티플렉서(140)는 MCU의 제어 하에 공통 전압(Vcom)을 공급할 수 있다. 터치 스크린의 해상도가 도 9와 같은 M×N(M, N 각각은 2 이상의 양의 정수)일 때, 필요한 멀티플렉서(140)의 개수는 M 개이다. 터치 스크린의 해상도가 M×N일 때, 터치 센서 전극들(22)은 M×N 개로 분할된다. 멀티플렉서(140) 각각은 N 개의 센서 라인들(115)을 통해 N 개의 터치 센서 전극들(22)에 연결되고, N 개의 센서 라인들(115)을 하나의 센싱부(160)에 순차적으로 연결한다.
센싱부(160)는 멀티플렉서(140)를 통해 센서 라인들(115)에 연결되어 터치 센서 전극들(22)로부터 수신되는 전압 파형의 변화를 측정하여 디지털 데이터로 변환한다. 센싱부(160)는 수신된 터치 센서전극들(22)의 전압을 증폭하는 증폭기, 증폭기의 전압을 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변한기(Analog-to-Digital Converter, 이하 "ADC"라 함)를 포함한다. ADC로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 로 데이터(Touch raw data)로서 MCU로 전송된다. 터치 스크린의 해상도가 도 9와 같은 M×N(M, N 각각은 2 이상의 양의 정수)일 때, 센싱부(160)는 M 개만큼 필요하다.
제2 타이밍 제어 생성부(170)는 멀티플렉서(140), 센싱부(160)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호, 클럭 등을 생성한다. 드라이버 IC(DIC) 내에서 DTX 보상부(150)는 생략될 수 있다. 메모리(180)는 제2 타이밍 제어 생성부(170)의 제어 하에 터치 로 데이터(TDATA)를 일시 저장한다.
드라이버 IC(DIC)와 MCU는 SPI(Serial Peripheral Interface) 인터페이스를 통해 신호들을 송수신할 수 있다. MCU는 터치 로 데이터(TDATA)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
도 8을 참조하면, 터치 구동 장치(18)는 드라이버 IC(DIC)와 메모리(Memory, MEM)를 포함한다.
드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 제1 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(140), DTX 보상부(150), 센싱부(160), 제2 타이밍 제어신호 생성부(170), 메모리(180), 및 MCU(190)를 포함한다. 이 실시예는 전술한 도 6의 실시예와 비교할 때, MCU(190)가 드라이버 IC(DIC) 내에 집적된 것에서 차이가 있다. MCU(18)는 터치 로 데이터(TDATA)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
메모리(MEM)는 디스플레이 구동회로와 센싱부(160)의 동작에 필요한 타이밍 정보에 관한 레지스터(register) 설정값을 저장한다. 레지스터 설정값은 표시장치의 전원이 켜지면 메모리(MEM)로부터 제1 타이밍 제어신호 생성부(16)와 제2 타이밍 제어신호 생성부(170)로 로딩(Loading)된다. 제1 타이밍 제어신호 생성부(16)와 제2 타이밍 제어신호 생성부(170)는 메모리로부터 읽어 들인 레지스터 설정값을 바탕으로 디스플레이 구동회로와 센싱부(160)를 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 구동 장치의 구조적 변경 없이 메모리(MEM)의 레지스터 설정값을 변경하여 모델 변경에 대응할 수 있다.
디스플레이 모듈은 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14,16), 호스트 시스템(19)을 포함할 수 있다.
표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 픽셀전극, 픽셀전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.
표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.
디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(16)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 게이트 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 픽셀라인을 선택한다. 게이트 구동 회로(14)는 픽셀들과 함께 표시패널(DIS)의 기판 상에 함께 배치될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(19)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.
호스트 시스템(19)은 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송하며, 터치 구동장치(18)로부터 입력되는 터치 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행할 수 있다.
한편, 도 4의 터치 인에이블신호(TEN)는 호스트 시스템(19)에서 생성될 수도 있다. 디스플레이 구간(Td1,Td2) 동안, 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급하고, 게이트 구동회로(14)는 타이밍 콘트롤러(16)의 제어 하에 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급한다. 한편, 디스플레이 구간(Td1,Td2) 동안, 터치 구동장치(18)는 동작을 중지한다.
터치 구간(Tt1,Tt2) 동안, 터치 구동장치(18)는 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들에 터치 스크린 구동신호(Ts)를 인가한다. 한편, 터치 구간(Tt1,Tt2) 동안, 디스플레이 구동회로(12,14,16)는 픽셀들에 연결된 신호 라인들(D1~Dm,G1~Gn)과 터치 센서들 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여 터치 스크린 구동신호(Ts)와 같은 진폭 및 같은 위상의 교류 신호를 신호라인들(D1~Dm,G1~Gn)에 공급할 수 있다. 이 경우 터치 센싱신호에 혼입되는 디스플레이 노이즈는 획기적으로 줄어들어 터치 센싱의 정확성이 증가된다.
[ 스타일러스 펜]
도 10은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜(20)의 내부 구성을 보여준다.
도 10을 참조하면, 능동형 스타일러스 펜(20)은 하우징(280)과, 하우징(280)의 일측 외부로 돌출된 전도성 팁(210)과, 하우징(280) 내부에서 전도성 팁(210)과 연결되는 스위칭부(220)와, 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)으로부터 입력되는 터치 스크린 구동신호를 수신하는 수신부(230)와, 수신부(230)로부터의 터치 스크린 구동신호에 기초하여 펜 부가 정보가 반영된 디지털 펜 구동신호를 생성하는 신호처리부(250)와, 신호처리부(250)에서 생성된 디지털 펜 구동신호를 아날로그 레벨로 레벨 쉬프팅한 후 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)에 공급하는 구동부(240)와, 동작에 필요한 구동전원을 생성하는 전원 공급부(260)와, 입출력 인터페이스(270)를 포함하여 이루어진다.
전도성 팁(210)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 수신 전극 및 송신 전극의 역할을 한다. 전도성 팁(210)이 표시 장치(10)의 터치 스크린(TSP) 상에 접촉(Contact)될 때, 그 접촉 지점에서 전도성 팁(210)은 터치 스크린(TSP)과 커플링된다. 전도성 팁(210)은 접촉 지점에서 터치 스크린(TSP)으로부터 터치 스크린 구동신호를 수신한 후, 그에 동기되도록 능동형 스타일러스 펜(20)의 내부에서 생성된 펜 구동신호를 터치 스크린(TSP)의 상기 접촉 지점에 송신한다.
스위칭부(220)는 전도성 팁(210)이 표시 장치(10)의 터치 스크린(TSP) 상에 접촉(Contact)될 때, Rx 시간 동안 전도성 팁(210)과 수신부(230)를 전기적으로 연결한 후, Tx 시간 동안 전도성 팁(210)과 구동부(240)를 전기적으로 연결함으로써, 터치 스크린 구동신호의 수신 타이밍과 펜 구동신호의 송신 타이밍을 시간적으로 분리한다. 전도성 팁(210)이 수신 전극과 송신 전극 역할을 겸하기 때문에 능동형 스타일러스 펜(20)의 구조가 간소해지는 장점이 있다.
수신부(230)는 적어도 하나 이상의 증폭기를 포함하여 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)으로부터 입력되는 터치 스크린 구동신호를 증폭할 수 있다. 수신부(230)는 비교기를 포함하여 증폭된 신호를 미리 설정된 기준전압과 비교하고, 그 결과를 신호처리부(250)에 출력한다.
신호처리부(250)는 수신부(230)로부터 입력되는 터치 스크린 구동신호를 기초로 터치 프레임을 구분하고, 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하여 펜 부가 정보를 펜 구동신호에 반영한다. 이를 위해, 신호처리부(250)는 터치 프레임을 구분하기 위한 제1 신호 처리부와 펜 부가 정보을 펜 구동신호에 반영하기 위한 제2 신호 처리부를 포함한다.
제1 신호 처리부는 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임 인식신호를 생성할 수 있다. 제2 신호 처리부는 각 터치 스크린 구동신호에서 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 펜 구동신호를 생성하되, 펜 부가 정보가 펜 구동신호에 반영되도록 터치 프레임 인식신호에 따라 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변할 수 있다.
신호처리부(250)는 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호를 구동부에 출력한다.
구동부(240)는 레벨 쉬프터를 포함하여 디지털 레벨의 펜 구동신호를 아날로그 레벨로 쉬프팅한다. 구동부(240)는 레벨 쉬프팅 된 펜 구동신호를 스위칭부(220)를 통해 전도성 팁(210)에 출력한다.
입출력 인터페이스(270)는 전원 공급부(260)에 연결되어, 수신부(230), 구동부(240) 및 신호처리부(250)에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 능동형 스타일러스 펜(20)에서 펜 부가 정보를 펜 구동신호에 반영하는 동작 수순을 나타낸다.
도 11을 참조하면, 입출력 인터페이스(270)와 전원 공급부(260)를 통해 전원이 인가된 상태에서, 전도성 팁(210)이 터치 스크린(TSP)의 소정 지점에 접촉 된다(S1,S2).
터치 구간 동안 터치 스크린(TSP)의 각 터치 센서에는 터치 스크린 구동신호가 공급되고 있다. 터치 구간 동안, 전도성 팁(210)은 접촉 지점에서 터치 스크린(TSP)과 커플링되어, 터치 스크린(TSP)으로부터 수신되는 터치 스크린 구동신호를 센싱하고, 센싱된 신호를 수신부(220)에 전달한다. 수신부(220)는 내부의 증폭기를 통해 터치 스크린 구동신호를 증폭하고, 내부의 비교기에서 이 증폭된 신호를 기준전압과 비교하여 그 결과를 신호처리부(250)에 출력한다(S3).
신호처리부(250)는 수신부(230)로부터 입력되는 터치 스크린 구동신호를 분석하여 터치 스크린 구동신호에 동기되는 타이밍을 결정한 후, 이 동기 타이밍에 맞춰 펜 구동신호를 생성한다. 특히, 신호처리부(250)는 터치 스크린 구동신호를 기초로 터치 프레임 인식신호를 생성하여 터치 프레임을 구분하고, 미리 설정된 펜 부가 정보에 대응되게 터치 프레임 단위로 펜 구동신호의 펄스 진폭 및/또는 펄스 듀티를 가변함으로써, 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호를 출력한다(S4,S5,S6).
도 12a 및 도 12b는 능동형 스타일러스 펜에서 터치 프레임을 구분하는 일 방안과, 펜 부가 정보를 표현하기 위한 펜 구동신호의 다양한 변조 형태를 보여준다. 도 13a 및 도 13b는 능동형 스타일러스 펜에서 터치 프레임을 구분하는 다른 방안과, 펜 부가 정보를 표현하기 위한 펜 구동신호의 다양한 변조 형태를 보여준다. 도 14는 능동형 스타일러스 펜에서 다수의 터치 프레임들을 활용하여 펜 부가 정보를 생성하는 일 방안을 보여준다. 그리고, 도 15는 펜 부가 정보에 따라 터치 구동 장치에서 센싱되는 터치 로 데이터(Touch raw data)의 변화를 보여준다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 능동형 스타일러스 펜(20)의 제1 신호 처리부는 일 터치 스크린 구동신호(Ts)의 제1 서브 펄스와, 상기 일 터치 스크린 구동신호(Ts)에 이웃한 다른 터치 스크린 구동신호(Ts)의 제2 서브 펄스 간 간격을 카운트하여 제1 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값이 미리 설정된 임계치를 초과할 때에 터치 프레임 구분을 위한 터치 프레임 인식신호(TFsync)를 생성할 수 있다. 도 12a 및 도 12b에서, Mux 1 ~ Mux last는 각각 도 4에 도시된 1 터치 구간(Tt1 또는 Tt2)에 대응되는 터치 스크린 구동신호이다.
터치 스크린 구동신호(Ts)는 1 터치 구간의 일부 구간에 할당된 서브 펄스와 1 터치 구간의 나머지 구간에 할당된 메인 펄스를 포함한다. 터치 스크린 구동신호(Ts)의 서브 펄스는 터치 스크린 구동신호(Ts)의 유효성을 판단하는 데 사용될 수 있다. 능동형 스타일러스 펜(20)의 제1 신호 처리부는 터치 스크린 구동신호(Ts)의 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임 인식신호(TFsync)를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제1 신호 처리부는 이웃한 터치 스크린 구동신호들(Mux 1과 Mux 2, Mux 2와 Mux 3,..., Mux Last-1와 Mux Last, Mux Last와 Mux 1) 간의 간격들(D 또는 D+d) 각각에 해당되는 제1 카운트 값을 생성하고, 제1 카운트 값이 미리 설정된 임계치를 초과할 때에 터치 프레임 인식신호(TFsync)를 생성한다. 터치 프레임들(TFn-1,TFn) 사이에 수직 블랭크 기간(d)이 더 포함되는 경우, 서로 다른 터치 프레임 내에서 서로 이웃한 터치 스크린 구동신호들(Mux Last와 Mux 1) 간의 간격(D+d)은, 동일 터치 프레임 내에서 서로 이웃한 터치 스크린 구동신호들(Mux Last-1와 Mux Last) 간의 간격(D)에 비해 수직 블랭크 기간(d)만큼 더 클 수 있다. 이 경우, 제1 신호 처리부는 터치 스크린 구동신호(Mux Last)에 이은 터치 스크린 구동신호(Mux 1)가 새로운 터치 프레임에 속한다고 판단하고, 새로운 터치 프레임의 터치 스크린 구동신호(Mux 1)에서 터치 프레임 인식신호(TFsync)를 생성할 수 있다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 능동형 스타일러스 펜(20)의 제2 신호 처리부는 각 터치 스크린 구동신호(Ts)에서 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 펜 구동신호(Ps)를 생성한다. 이때, 능동형 스타일러스 펜(20)의 제2 신호 처리부는 도 12a와 같이 미리 설정된 펜 부가 정보가 펜 구동신호(Ps)에 반영되도록 터치 프레임 인식신호(TFsync)에 따라 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티를 터치 프레임(TFn-1,TFn) 단위로 가변하거나, 또는 도 12b와 같이 미리 설정된 펜 부가 정보가 펜 구동신호(Ps)에 반영되도록 터치 프레임 인식신호(TFsync)에 따라 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭을 터치 프레임(TFn-1,TFn) 단위로 가변할 수 있다. 한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 능동형 스타일러스 펜(20)의 제2 신호 처리부는 미리 설정된 펜 부가 정보가 펜 구동신호(Ps)에 반영되도록 터치 프레임 인식신호(TFsync)에 따라 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티 및 펄스 진폭을 터치 프레임(TFn-1,TFn) 단위로 가변할 수도 있다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 능동형 스타일러스 펜(20)의 제1 신호 처리부는 각 터치 스크린 구동신호(Ts)에 포함된 서브 펄스를 카운트하여 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제2 카운트 값이 미리 설정된 값을 만족할 때에 터치 프레임 구분을 위한 터치 프레임 인식신호(TFsync)를 생성할 수 있다. 도 13a 및 도 13b에서, Mux 1 ~ Mux last는 각각 도 4에 도시된 1 터치 구간(Tt1 또는 Tt2)에 대응되는 터치 스크린 구동신호이다. 예를 들어, 제1 신호 처리부는 각 터치 스크린 구동신호(Ts)에 포함된 서브 펄스의 횟수(#1~#Last)에 해당되는 2 카운트 값이 미리 설정된 값을 만족할 때에 터치 프레임 구분을 위한 터치 프레임 인식신호(TFsync)를 생성할 수 있다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 능동형 스타일러스 펜(20)의 제2 신호 처리부는 각 터치 스크린 구동신호(Ts)에서 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 펜 구동신호(Ps)를 생성한다. 이때, 능동형 스타일러스 펜(20)의 제2 신호 처리부는 도 13a와 같이 미리 설정된 펜 부가 정보가 펜 구동신호(Ps)에 반영되도록 터치 프레임 인식신호(TFsync)에 따라 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티를 터치 프레임(TFn-1,TFn) 단위로 가변하거나, 또는 도 13b와 같이 미리 설정된 펜 부가 정보가 펜 구동신호(Ps)에 반영되도록 터치 프레임 인식신호(TFsync)에 따라 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭을 터치 프레임(TFn-1,TFn) 단위로 가변할 수 있다. 한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 능동형 스타일러스 펜(20)의 제2 신호 처리부는 미리 설정된 펜 부가 정보가 펜 구동신호(Ps)에 반영되도록 터치 프레임 인식신호(TFsync)에 따라 펜 구동신호(Ps)의 펄스 듀티 및 펄스 진폭을 터치 프레임(TFn-1,TFn) 단위로 가변할 수도 있다.
한편, 이러한 펜 구동신호(Ps)의 가변으로 인해 터치 입력 검출이 방해되어서는 안 된다. 따라서, 제2 신호 처리부에서 펜 부가 정보를 나타내기 위해 펜 구동신호(Ps)의 펄스 진폭 및/또는 펄스 듀티를 가변할 수 있는 범위는 펜 구동신호(Ps)터치 입력 검출이 가능한 범위 내에서 이뤄져야 함에 주의하여야 한다.
한편, 제2 신호 처리부는 도 12a 내지 도 13b와 같은 방법으로 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호(Ps)를 생성함으로써, 각 터치 프레임에 해당되는 펜 구동신호(Ps)를 "0"또는 "1"로 표현할 수 있다. 즉, 제2 신호 처리부는 펜 구동신호(Ps)를 "1"로 표현하기 위해 펜 구동신호(Ps)를 제1 펄스 진폭 및/또는 제1 펄스 듀티를 갖도록 생성할 수 있고, 펜 구동신호(Ps)를 "0"으로 표현하기 위해 펜 구동신호(Ps)를 제2 펄스 진폭(제1 펄스 진폭보다 작음) 및/또는 제2 펄스 듀티(제1 펄스 듀티보다 작음)를 갖도록 생성할 수 있다.
제2 신호 처리부는 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호(Ps)를 1 터치 프레임에 1 비트씩 할당하는 방식으로 다수의 터치 프레임들을 통해 구현함으로써 정교한 정보 표현이 가능하다. 예를 들어, 제2 신호 처리부는 도 14와 같이 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호(Ps)를 8개의 터치 프레임들(TF1~TF8)에 1비트씩 할당함으로써, 256개의 단계 표현이 가능하다.
도 15 같이 논리값 "1"로 표현되는 펜 구동신호(Ps)에 따른 터치 센싱값(터치 로 데이터)은 논리값 "0"으로 표현되는 펜 구동신호(Ps)에 따른 터치 센싱값에 비해 크다. 표시 장치(10)의 터치 구동장치(18)는 펜 구동신호(Ps)에 따른 터치 센싱값의 크기를 기초로 다수 비트의 펜 부가 정보를 감지할 수 있다.
도 16 및 도 17은 능동형 스타일러스 펜과 터치 스크린 간 동기화의 정확도를 높일 수 있는 방안을 보여준다. 그리고, 도 18은 동기화 신호의 패턴에 따른 비트 할당 예를 보여준다.
능동형 스타일러스 펜은 터치 스크린과 동기화된 신호를 구동하는 방법으로 동작한다. 따라서, 다양한 노이즈가 있는 환경에서도 능동형 스타일러스 펜이 정확하게 동기화할 수 있는 방법이 필요하다. 그리고, 노이즈에 의한 성능 저하를 회피하기 위한 능동형 스타일러스 펜의 동작 주파수 변경 기능과 그 외 부가 기능을 구현할 수 있어야 한다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 터치 스크린 구동신호(Ts)는 펜 동작 모드, 호버링(Hovering) 또는 콘택(Contact) 여부, 및 틸트(Tilt) 데이터 전송 여부 등을 포함한 비콘(Beacon) 신호를 더 포함한다. 비콘(Beacon) 신호는 더미 터치 구간(Dummy TP)에 대응된다. 능동형 스타일러스 펜은 비콘(Beacon) 신호를 기초로 터치 프레임 인식신호(TFsync)를 생성하고, 터치 프레임 인식신호(TFsync)에 따라 터치 프레임을 구분할 수 있다.
터치 스크린 구동신호(Ts)의 서브 펄스와 비콘 신호는, 터치 스크린 구동신호(Ts)의 메인 펄스와 펜 구동신호(Ps) 간의 동기화를 위한 동기화 신호이다. 터치 구동장치는 노이즈가 있어도 정확한 동기화가 가능하도록 더미 터치 구간(Dummy TP)에서 비콘(Beacon) 신호를 구동하고, 각 터치 구간(TP)에서 패턴화된 핑(Ping) 신호를 구동한다. 동기화 신호는 노이즈 저항력을 극대화하기 위해 패턴화된 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 코드로 구현될 수 있다. 동기화 신호를 DSSS 코드로 구현하면, 전송되는 신호의 주파수 대역폭을 분산하여 전송할 수 있기 때문에 신호 대 잡음비(SNR)가 향상된다. 즉, 동기화 신호를 DSSS 코드로 구현하면, 노이즈 환경에서도 구동하여 능동형 스타일러스 펜과 터치 스크린 간 동기화의 정확도를 높일 수 있다.
터치 구동장치는 터치 스크린에서 능동형 스타일러스 펜으로 컴맨드(Command)를 전송하고 상기 동기화 신호의 패턴에 따라 복수의 비트를 할당하여 다양한 부가 기능을 전송할 수 있다. 즉, 터치 구동장치는 더미 터치 구간(Dummy TP)에서 도 18과 같은 비트 할당된 비콘(Beacon) 신호를 구동하여 펜의 구동 주파수 변경, 동작 파라미터 변경 등 다양한 부가 기능을 펜에 전달할 수 있다. 또한, 터치 구동장치는 각 터치 구간(TP)에서 도 18과 같은 비트 할당된 핑(Ping) 신호를 구동하여 능동형 스타일러스 펜과 터치 스크린 간 동기화의 정확도를 높일 수 있다.상술한 바와 같이, 본 발명은 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임 인식신호를 생성하고, 미리 설정된 펜 부가 정보에 따라 펜 구동신호의 펄스 진폭 및/또는 펄스 듀티를 터치 프레임 인식신호에 맞춰 1 터치 프레임 단위로 조정하는 방식으로 펜 부가 정보를 펜 구동신호에 효과적으로 반영할 수 있다. 본 발명은 펜 구동신호에 따른 터치 로 데이터의 크기 변화를 감지함으로써, 펜 구동신호에 반영된 펜 부가 정보를 알아 낼 수 있다.
나아가, 본 발명은 패턴화된 동기화 신호를 이용하여 능동형 스타일러스 펜과 터치 스크린 간 동기화의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 비트 할당된 동기화 신호를 이용하여 터치 스크린에서 펜으로 컴맨드를 전송함으로써 다양한 부가 기능을 구현할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 표시장치 18: 터치 구동장치
20: 스타일러스 펜 210: 전도성 팁
220: 스위칭부 230: 수신부
240: 구동부 250: 신호 처리부

Claims (33)

  1. 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임을 구분하기 위한 터치 프레임 인식신호를 생성하는 제1 신호 처리부; 및
    상기 각 터치 스크린 구동신호에서 상기 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 펜 구동신호를 생성하되, 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 제2 신호 처리부를 포함하고,
    상기 터치 스크린 구동신호에서, 상기 서브 펄스는 1 터치 구간의 일부 구간에 할당되고, 상기 메인 펄스는 상기 1 터치 구간의 나머지 구간에 할당되며,
    상기 터치 스크린 구동신호는 상기 1 터치 구간과 다른 더미 터치 구간에서 구동되는 비콘(Beacon) 신호를 더 포함하고,
    상기 서브 펄스와 상기 비콘 신호는, 상기 메인 펄스와 상기 펜 구동신호를 동기화시키기 위한 동기화 신호이고, 각각 패턴화된 핑(Ping) 신호로 구현되는 능동형 스타일러스 펜.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 신호 처리부는,
    일 터치 스크린 구동신호의 제1 서브 펄스와, 상기 일 터치 스크린 구동신호에 이웃한 다른 터치 스크린 구동신호의 제2 서브 펄스 간 간격을 카운트하여 제1 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값이 미리 설정된 임계치를 초과할 때에 상기 터치 프레임 인식신호를 생성하는 능동형 스타일러스 펜.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 신호 처리부는,
    상기 각 터치 스크린 구동신호에 포함된 상기 서브 펄스를 카운트하여 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제2 카운트 값이 미리 설정된 값을 만족할 때에 상기 터치 프레임 인식신호를 생성하는 능동형 스타일러스 펜.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 진폭을 터치 프레임 단위로 가변하는 능동형 스타일러스 펜.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 듀티를 터치 프레임 단위로 가변하는 능동형 스타일러스 펜.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호를 1 터치 프레임에 1 비트씩 할당하는 능동형 스타일러스 펜.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 펜 부가 정보는, 상기 능동형 스타일러스 펜이 상기 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 나타내는 필압 정보, 상기 능동형 스타일러스 펜에 구비되어 특정 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 기능식 버튼의 활성 여부를 나타내는 버튼 상태 정보, 다른 능동형 스타일러스 펜과 구분하기 위한 펜 식별 정보를 포함하는 능동형 스타일러스 펜.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비콘 신호는 펜 동작 모드, 호버링(Hovering) 또는 콘택(Contact) 여부, 및 틸트(Tilt) 데이터 전송 여부를 포함한 능동형 스타일러스 펜.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기화 신호는 패턴화된 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 코드로 구현되는 능동형 스타일러스 펜.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린에서 상기 능동형 스타일러스 펜으로 컴맨드(Command)를 전송하여 다양한 부가 기능이 확보될 수 있도록, 상기 동기화 신호의 패턴에 따라 복수의 비트가 할당되는 능동형 스타일러스 펜.
  12. 터치 스크린과,
    상기 터치 스크린에 터치 스크린 구동신호를 인가하고 상기 터치 스크린의 정전 용량 변화를 센싱하는 터치 구동장치와,
    펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 송신하는 능동형 스타일러스 펜을 구비하고,
    상기 능동형 스타일러스 펜은,
    상기 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임을 구분하기 위한 터치 프레임 인식신호를 생성하는 제1 신호 처리부; 및
    상기 각 터치 스크린 구동신호에서 상기 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 상기 펜 구동신호를 생성하되, 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 제2 신호 처리부를 포함하고,
    상기 터치 스크린 구동신호에서, 상기 서브 펄스는 1 터치 구간의 일부 구간에 할당되고, 상기 메인 펄스는 상기 1 터치 구간의 나머지 구간에 할당되며,
    상기 터치 스크린 구동신호는 상기 1 터치 구간과 다른 더미 터치 구간에서 구동되는 비콘(Beacon) 신호를 더 포함하고,
    상기 서브 펄스와 상기 비콘 신호는, 상기 메인 펄스와 상기 펜 구동신호를 동기화시키기 위한 동기화 신호이고, 각각 패턴화된 핑(Ping) 신호로 구현되는 터치 센싱 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 신호 처리부는,
    일 터치 스크린 구동신호의 제1 서브 펄스와, 상기 일 터치 스크린 구동신호에 이웃한 다른 터치 스크린 구동신호의 제2 서브 펄스 간 간격을 카운트하여 제1 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값이 미리 설정된 임계치를 초과할 때에 상기 터치 프레임 인식신호를 생성하는 터치 센싱 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 신호 처리부는,
    상기 각 터치 스크린 구동신호에 포함된 상기 서브 펄스를 카운트하여 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제2 카운트 값이 미리 설정된 값을 만족할 때에 상기 터치 프레임 인식신호를 생성하는 터치 센싱 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 진폭을 터치 프레임 단위로 가변하는 터치 센싱 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 듀티를 터치 프레임 단위로 가변하는 터치 센싱 시스템.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호를 1 터치 프레임에 1 비트씩 할당하는 터치 센싱 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 펜 부가 정보는, 상기 능동형 스타일러스 펜이 상기 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 나타내는 필압 정보, 상기 능동형 스타일러스 펜에 구비되어 특정 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 기능식 버튼의 활성 여부를 나타내는 버튼 상태 정보, 다른 능동형 스타일러스 펜과 구분하기 위한 펜 식별 정보를 포함하는 터치 센싱 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 비콘 신호는 펜 동작 모드, 호버링(Hovering) 또는 콘택(Contact) 여부, 및 틸트(Tilt) 데이터 전송 여부를 포함한 터치 센싱 시스템.
  20. 삭제
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 동기화 신호는 패턴화된 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 코드로 구현되는 터치 센싱 시스템.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 터치 스크린에서 상기 능동형 스타일러스 펜으로 컴맨드(Command)를 전송하여 다양한 부가 기능이 확보될 수 있도록, 상기 동기화 신호의 패턴에 따라 복수의 비트가 할당되는 터치 센싱 시스템.
  23. 능동형 스타일러스 펜을 터치 스크린에 접촉시켜, 상기 능동형 스타일러스 펜에서 터치 스크린 구동신호를 수신하는 단계와,
    상기 수신된 터치 스크린 구동신호에 동기되도록 상기 능동형 스타일러스 펜에서 펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 출력하는 단계와,
    상기 터치 스크린 구동신호와 상기 펜 구동신호에 따른 상기 터치 스크린의 정전 용량 변화를 상기 터치 스크린에 연결된 터치 구동장치에서 센싱하는 단계를 포함하고,
    상기 능동형 스타일러스 펜에서 상기 펜 구동신호를 생성하여 상기 터치 스크린에 출력하는 단계는,
    상기 터치 스크린으로부터 수신되는 각 터치 스크린 구동신호의 일부에 해당되는 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임을 구분하기 위한 터치 프레임 인식신호를 생성하는 단계; 및
    상기 각 터치 스크린 구동신호에서 상기 서브 펄스를 제외한 메인 펄스에 동기되도록 상기 펜 구동신호를 생성하되, 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 단계를 포함하고,
    상기 터치 스크린 구동신호에서, 상기 서브 펄스는 1 터치 구간의 일부 구간에 할당되고, 상기 메인 펄스는 상기 1 터치 구간의 나머지 구간에 할당되며,
    상기 터치 스크린 구동신호는 상기 1 터치 구간과 다른 더미 터치 구간에서 구동되는 비콘(Beacon) 신호를 더 포함하고,
    상기 서브 펄스와 상기 비콘 신호는, 상기 메인 펄스와 상기 펜 구동신호를 동기화시키기 위한 동기화 신호이고, 각각 패턴화된 핑(Ping) 신호로 구현되는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임 인식신호를 생성하는 단계는,
    일 터치 스크린 구동신호의 제1 서브 펄스와, 상기 일 터치 스크린 구동신호에 이웃한 다른 터치 스크린 구동신호의 제2 서브 펄스 간 간격을 카운트하여 제1 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값이 미리 설정된 임계치를 초과할 때에 상기 터치 프레임 인식신호를 생성하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 서브 펄스에 기초하여 터치 프레임 인식신호를 생성하는 단계는,
    상기 각 터치 스크린 구동신호에 포함된 상기 서브 펄스를 카운트하여 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 제2 카운트 값이 미리 설정된 값을 만족할 때에 상기 터치 프레임 인식신호를 생성하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 단계는,
    상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 진폭을 터치 프레임 단위로 가변하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 단계는,
    상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호의 펄스 듀티를 터치 프레임 단위로 가변하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  28. 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펜 부가 정보가 상기 펜 구동신호에 반영되도록 상기 터치 프레임 인식신호에 따라 상기 펜 구동신호를 터치 프레임 단위로 가변하는 단계는,
    상기 펜 부가 정보가 반영된 펜 구동신호를 1 터치 프레임에 1 비트씩 할당하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 펜 부가 정보는, 상기 능동형 스타일러스 펜이 상기 터치 스크린에 접촉할 때의 압력을 나타내는 필압 정보, 상기 능동형 스타일러스 펜에 구비되어 특정 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 기능식 버튼의 활성 여부를 나타내는 버튼 상태 정보, 다른 능동형 스타일러스 펜과 구분하기 위한 펜 식별 정보를 포함하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  30. 제 23 항에 있어서,
    상기 비콘 신호는 펜 동작 모드, 호버링(Hovering) 또는 콘택(Contact) 여부, 및 틸트(Tilt) 데이터 전송 여부를 포함한 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  31. 삭제
  32. 제 23 항에 있어서,
    상기 동기화 신호는 패턴화된 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 코드로 구현되는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 터치 스크린에서 상기 능동형 스타일러스 펜으로 컴맨드(Command)를 전송하여 다양한 부가 기능이 확보될 수 있도록, 상기 동기화 신호의 패턴에 따라 복수의 비트를 할당하는 단계를 더 포함하는 터치 센싱 시스템의 구동방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019054243A1 (ja) * 2017-09-15 2019-03-21 株式会社ワコム アクティブペン及びセンサコントローラ
KR102371154B1 (ko) * 2017-09-29 2022-03-07 엘지디스플레이 주식회사 터치 표시 장치, 터치 회로, 펜, 터치 시스템 및 멀티 펜 센싱 방법
CN109521893B (zh) * 2018-10-17 2022-11-25 京东方科技集团股份有限公司 触控笔、触控面板、触控感测***及其控制方法
KR102644692B1 (ko) * 2018-12-20 2024-03-07 주식회사 엘엑스세미콘 고해상도 구현을 위한 터치센싱장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
CN111488106B (zh) * 2019-01-25 2021-08-31 北京小米移动软件有限公司 处理tddi触控屏发声的方法及装置
WO2020191585A1 (zh) * 2019-03-25 2020-10-01 深圳市汇顶科技股份有限公司 信号传输方法、***、主动笔、触控屏和可读存储介质
KR20200119620A (ko) 2019-04-10 2020-10-20 주식회사 하이딥 터치 장치 및 이의 터치 검출 방법
EP3770738B1 (en) 2019-05-28 2022-02-23 Shenzhen Goodix Technology Co., Ltd. Capacitance detection circuit, capacitance detection method, touch chip and electronic device
US11126297B2 (en) 2019-06-10 2021-09-21 Sigmasense, Llc. Electronic pen with ring-back and other functionalities
US11029769B2 (en) * 2019-06-10 2021-06-08 Sigmasense, Llc. Pen for use with a touch screen
EP3792735B1 (en) 2019-09-16 2022-02-09 Microsoft Technology Licensing, LLC Stylus speed
KR102619961B1 (ko) * 2019-10-28 2024-01-02 엘지디스플레이 주식회사 터치 회로, 터치 디스플레이 장치 및 터치 구동 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6542149B1 (en) * 1999-09-22 2003-04-01 Sejin Electron Inc. Method for transmitting multimedia wireless data to a host system
KR20090091442A (ko) * 2008-02-25 2009-08-28 (주)펜앤프리 입력 신호 발생 장치 및 이를 이용한 입력 시스템 및 방법
KR20100123386A (ko) * 2009-05-15 2010-11-24 주식회사 티칭솔루션 무선 디지타이저 타블렛
US10228780B2 (en) * 2012-02-15 2019-03-12 Wacom Co., Ltd. Stylus to host synchronization using a magnetic field
EP2845083A4 (en) * 2012-04-29 2016-01-13 Jcm Electronic Stylus Llc STYLET AND PEN CIRCUITRY FOR CAPACITIVE TOUCH SCREENS
US9158393B2 (en) * 2012-12-18 2015-10-13 Logitech Europe S.A. Active stylus for touch sensing applications
US9817491B2 (en) * 2014-01-07 2017-11-14 3M Innovative Properties Company Pen for capacitive touch systems

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