WO2020251288A1 - 터치 장치 및 이의 터치 검출 방법 - Google Patents

터치 장치 및 이의 터치 검출 방법 Download PDF

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WO2020251288A1
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driving
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driving signal
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김세엽
김본기
조영호
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주식회사 하이딥
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    • G06F3/0445—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using two or more layers of sensing electrodes, e.g. using two layers of electrodes separated by a dielectric layer

Definitions

  • the present disclosure relates to a touch device and a touch detection method thereof.
  • Various terminals such as mobile phones, smart phones, tablet PCs, laptop computers, digital broadcasting terminals, PDAs (Personal Digital Assistants), PMPs (Portable Multimedia Players), and navigation devices are equipped with touch sensors. do.
  • the touch sensor may be located on a display panel that displays an image or may be located on a region of the terminal body.
  • the terminal can provide an intuitive user interface to the user.
  • a stylus pen for precise touch input.
  • a stylus pen may transmit and receive signals to and from the touch sensor through an electrical and/or magnetic method.
  • the stylus pen In the case of a passive stylus pen, the stylus pen generates a signal by resonating with a driving signal applied to the touch sensor, and the touch sensor detects the touch position by receiving the resonance signal of the stylus pen.
  • noise in a frequency band similar to the resonance frequency of the stylus pen exists the precision of touch sensing may be significantly lowered.
  • Embodiments are to provide a touch device capable of improving touch detection performance by a stylus pen in an environment in which noise of a frequency band similar to that of a resonance signal of a stylus pen exists, and a touch detection method thereof.
  • a touch device applies driving signals having a plurality of touch electrodes and a frequency corresponding to a resonance frequency of a stylus pen to the plurality of touch electrodes, and the plurality of touch electrodes
  • a driving/receiving unit configured to receive detection signals from an electrode, and the driving signal may include a first driving signal and a second driving signal having a different phase from the first driving signal.
  • the touch device further includes a control unit for acquiring first touch data based on detection signals received from the plurality of touch electrodes during a first period, wherein the driving/receiving unit includes the first driving signal during a second period Is applied to the plurality of touch electrodes, and the second driving signal is applied to the plurality of touch electrodes during a third section, and the first section may include at least one of the second section and the third section. .
  • the controller may further acquire second touch data based on sensing signals received from the plurality of touch electrodes in at least one of the second period and the third period.
  • the number of the second section and the number of the third section included in the first section may be the same.
  • the number of the second section and the number of the third section included in the first section may be different from each other.
  • the second section and the third section may be alternately arranged at a predetermined period.
  • the second section and the third section may be repeated at least once.
  • Each of the second section and the third section may be continuous at least twice within the first section.
  • the number of times that the second section continues and the number of times that the third section continues within the first section may be different from each other.
  • the number of times the second section continues and the number of times the third section continues in the first section may be the same.
  • the controller calculates a first amplitude value by multiplying the amplitude value of the first detection signal by a first value, and , If the detection signals are a second detection signal received from the plurality of touch electrodes in response to the second driving signal, a second amplitude value is calculated by multiplying the amplitude value of the second detection signal by a second value,
  • the first touch data may be acquired based on the first amplitude value and the second amplitude value acquired over time, and the first value and the second value may have the same absolute value and different signs.
  • the first touch data or the second touch data may correspond to a change in capacitance of the touch electrode, a change in the sensing signal, or an analog to digital converter (ADC) output due to a touch of the stylus pen.
  • ADC analog to digital converter
  • a touch detection method of a touch device selectively applies any one of first and second driving signals having a frequency corresponding to a resonance frequency of a stylus pen and having different phases with a plurality of touch electrodes.
  • Step of receiving the sensing signals from the plurality of touch electrodes, calculating the amplitude of each of the sensing signals, the applying step, the receiving step, and the calculating step a predetermined number of times Step, using the amplitude calculated each time the calculating step is performed, acquiring a final signal level corresponding to each of the plurality of touch electrodes, and based on the final signal level, the touch of the stylus pen It may include the step of obtaining touch data by.
  • the selectively applying may include selecting one of the first and second driving signals so that the number of times the first driving signal is applied and the number of times the second driving signal is applied are the same within the preset number of times. It may include the step of applying.
  • the selectively applying may include selecting one of the first and second driving signals so that the number of times the first driving signal is applied and the number of times the second driving signal is applied are different within the preset number of times. It may include the step of applying.
  • the selectively applying may include selectively applying one of the first and second driving signals so that the first driving signal and the second driving signal are alternately applied at a predetermined period.
  • the selectively applying may include selectively applying any one of the first and second driving signals so that the first driving signal and the second driving signal are repeatedly applied at least once, respectively, within the preset number of times. It may include the step of.
  • the selectively applying step includes selectively applying any one of the first and second driving signals so that each of the first driving signal and the second driving signal is continuously applied at least twice, and the Within a preset number of times, the number of times the first driving signal is continuously applied and the number of times the second driving signal is continuously applied may be different from each other.
  • the selectively applying step includes selectively applying any one of the first and second driving signals so that each of the first driving signal and the second driving signal is continuously applied at least twice, and the Within a preset number of times, the number of times the first driving signal is continuously applied and the number of times the second driving signal is continuously applied may be equal to each other.
  • the obtaining of the final signal level may include, if the detection signals are first detection signals received from the plurality of touch electrodes in response to the first driving signal, the amplitude value of the first detection signal is multiplied by a first value. Calculating a first amplitude value, if the detection signals are second detection signals received from the plurality of touch electrodes in response to the second driving signal, multiplying the amplitude value of the second detection signal by a second value 2 calculating an amplitude value, and obtaining the final signal amplitude based on the first amplitude value and the second amplitude value acquired for a predetermined time, wherein the first value and the second value are The absolute values may be the same and the signs may be different.
  • the acquiring of the touch data may include acquiring the touch data based on a touch electrode having a corresponding final signal magnitude of a threshold value or more among the plurality of touch electrodes.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a touch device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which a stylus pen is touched on a touch device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a touch detection method of a touch device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a waveform diagram illustrating an example of a driving signal according to the touch detection method of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a more detailed diagram illustrating the operation of the first and second driving/receiving units in the first section of FIG. 4.
  • FIG. 6 shows the operation of the first and second driving/receiving units in the first sub-section of the second section of FIG. 4 in more detail.
  • FIG. 7 shows the operation of the first and second driving/receiving units in a second sub-section of the second section of FIG. 4 in more detail.
  • FIG. 8 is a waveform diagram illustrating an example of a driving signal and a received signal according to the touch detection method of FIG. 3.
  • FIG. 9 shows an example of processing a detection signal in a first section of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a waveform diagram illustrating another example of a driving signal and a received signal according to the touch detection method of FIG. 3.
  • FIG. 11 shows an example of processing a detection signal in a second section of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a touch device and a host device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of touch data provided from a touch device to a host device.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an effect of noise on touch sensing performance of a touch device.
  • 15 is a flowchart illustrating a touch detection method in which a touch device detects a touch input of a stylus pen, according to an exemplary embodiment.
  • 16 is a diagram illustrating a method of filtering noise in the touch detection method of FIG. 15.
  • 17 to 20 are waveform diagrams illustrating examples in which the touch device outputs first and second driving signals having different phases.
  • a second component may be referred to as a first component, and similarly, a first component may be referred to as a second component.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • this includes not only “directly over” another part, but also a case where another part is in the middle.
  • another part when one part is “directly above” another part, it means that there is no other part in the middle.
  • the reference part means that it is located above or below the reference part, and does not necessarily mean that it is located “above” or “on” the direction opposite to the gravity. .
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a touch device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which a stylus pen is touched on a touch device according to an exemplary embodiment.
  • a touch device 10 includes a touch sensor 100 and a touch controller 102 that controls the touch sensor 100.
  • the touch controller 102 may include first and second driving/receiving units 110 and 120 for transmitting and receiving signals to and from the touch sensor 100, and a control unit 130.
  • the touch sensor 100 may include a plurality of touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n.
  • the touch sensor 100 includes a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m having a shape extending in a first direction, and extending in a second direction crossing the first direction.
  • a plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n having a shape may be included.
  • a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m are arranged along a second direction, and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n are It can be arranged along the first direction.
  • FIG. 1 a case in which the touch sensor 100 has a rectangular shape is illustrated as an example, but the shape of the touch sensor 100 is not limited thereto.
  • the touch sensor 100 may have a shape such as a circle or an ellipse.
  • the touch sensor 100 further includes a substrate 105, and a plurality of touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n are positioned on the substrate 105. I can.
  • the touch sensor 100 further includes a window 103, and the window 103 may be positioned on the plurality of touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n.
  • the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n are shown to be located on the same layer, but the present invention is not limited thereto. .
  • the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n may be positioned on different layers, respectively.
  • the touch sensor 100 may have at least one touch electrode on one surface of the display panel (eg, one surface of the thin film encapsulation layer of the organic light emitting display panel). It may be composed of a directly formed on-cell type touch sensor. Further, the touch sensor 100 may be configured as an in-cell type touch sensor in which at least one touch electrode is directly formed in the display panel.
  • the plurality of touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n may be connected to the driving/receiving units 110 and 120 through corresponding touch channels, respectively.
  • a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m are connected to the first driving/receiving unit 110, and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n Is connected to the second driving/receiving unit 120.
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 are shown separately, but the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 are one module, unit, and Alternatively, it may be implemented as a chip.
  • the first driving/receiving unit 110 may apply a driving signal to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m through a plurality of touch channels. In addition, the first driving/receiving unit 110 may receive a detection signal from the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m through a plurality of touch channels. Likewise, the second driving/receiving unit 120 may apply a driving signal to the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121 -n through a plurality of touch channels. In addition, the second driving/receiving unit 120 may receive a detection signal from the plurality of first touch electrodes 121-1 to 121 -n through a plurality of touch channels. That is, the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 may be a type of transceiver that transmits and receives signals.
  • a touch channel corresponding to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m Operate as a drive channel.
  • a detection signal is transmitted from the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m to the first driving/receiving unit 110, the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m
  • the touch channels act as sense channels.
  • the touch channels operate as driving channels.
  • a detection signal is transmitted from the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n to the second driving/receiving unit 120, the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n
  • the touch channels act as sense channels.
  • the touch device 10 may be used to detect a touch input (direct touch or proximity touch) by a touch object.
  • the touch device 10 may be used to sense a touch input of the stylus pen 20 as shown in FIG. 2.
  • the stylus pen 20 may include a conductive tip 21, a resonance circuit part 23, a ground part 25, and a body 27.
  • At least part of the conductive tip 21 is formed of a conductive material (eg, metal, conductive rubber, conductive fabric, conductive silicon, etc.), and may be electrically connected to the resonance circuit unit 23.
  • a conductive material eg, metal, conductive rubber, conductive fabric, conductive silicon, etc.
  • the resonant circuit unit 23 is an LC resonant circuit, and a plurality of first touch electrodes 111-1 through at least one of the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 through the conductive tip 21 111-m) and a driving signal applied to at least one of the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n.
  • the driving signal applied to the touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n is a frequency signal having a frequency corresponding to the resonance frequency of the stylus pen 20 (for example, , Sine wave, square wave, etc.).
  • the resonance frequency of the stylus pen 20 is determined according to the design value of the resonance circuit part 23 of the stylus pen.
  • the resonance signal generated by the resonance circuit part 23 resonating with the driving signal applied to the touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n is transmitted through the conductive tip 21 to the touch sensor ( 100).
  • the resonance circuit section 23 A resonance signal due to resonance may be transmitted to the conductive tip 21.
  • the resonance circuit part 23 is located in the body part 27 and may be electrically connected to the ground part 25.
  • the stylus pen 20 of this method generates a touch input by generating a resonance signal in response to a driving signal applied to at least one of the touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n. I can.
  • the touch sensor 100 When the touch sensor 100 is touched by the stylus pen 20, at least one of the touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n and the conductive tip 21 of the stylus pen 20 The capacitance Cx is formed by ). Through the capacitance Cx between at least one of the touch electrodes 111-1 to 111-m and 121-1 to 121-n and the conductive tip 21, a driving signal applied to the touch sensor 100 is applied to the stylus. It is transmitted to the pen 20 side, the resonance signal of the stylus pen 20 may be transmitted to the touch sensor 100 side.
  • the touch device 10 is a touch object other than the stylus pen 20 using the method for generating the resonance signal described above (for example, a user's body part (finger, palm, etc.), passive or active ( active) type stylus pen) can also detect touch.
  • a user's body part for example, a user's body part (finger, palm, etc.), passive or active ( active) type stylus pen
  • the touch device 10 may detect a touch by a stylus pen that receives an electrical signal and outputs it as a magnetic field signal.
  • the touch device 10 may detect a touch by a stylus pen that receives a magnetic field signal and outputs a resonant magnetic field signal.
  • the touch device 10 may further include a digitizer.
  • the magnetic field signal electromagnetic resonance (or electromagnetic induction) by the stylus pen is detected by the digitizer, so that a touch may be detected.
  • the touch device 10 may further include a coil for applying a current as a driving signal together with the digitizer.
  • the stylus pen generates a magnetic field signal by electromagnetic resonance (or electromagnetic induction) to the magnetic field signal generated from the coil to which the current is applied, and the magnetic field signal generated by the stylus pen electromagnetic resonance (or electromagnetic induction) is transmitted to the digitizer.
  • electromagnetic resonance or electromagnetic induction
  • the controller 130 controls driving of the touch device 10 and may output touch data including touch coordinates in response to a result of sensing a touch of the touch device 10.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a touch detection method according to an exemplary embodiment, and illustrates a touch detection method within one frame period.
  • the touch detection method of FIG. 3 may be performed by the touch device 10 described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the touch device 10 is driven in a first touch driving mode (S10).
  • the first touch driving mode is a mode for detecting a touch input by a touch object (eg, a finger, etc.) other than the stylus pen 20.
  • the first driving/receiving unit 110 outputs driving signals to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m, and the second driving The /receiver 120 may receive sensing signals according to a touch from the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n.
  • the controller 130 acquires first touch data of the touch object based on detection signals received from the touch sensor 100 while the touch device 10 is driven in the first touch driving mode (S11).
  • the first touch data acquired in the first touch driving mode is a touch object other than the stylus pen 20 (for example, a user's body part (finger, palm, etc.), a passive or active type). It can respond to a touch input by a stylus pen).
  • the first touch data is an amount of change in capacitance of a touch electrode due to a touch of the touch sensor 100 of the touch object, an amount of change in a detection signal, and an ADC (analog to digital converter) (refer to the ADC units 115 and 125 to be described later) output It may be data corresponding to (or output change amount).
  • the second touch driving mode is a mode for detecting a touch input by the stylus pen 20.
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 are provided with a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and a plurality of The driving signal may be simultaneously applied to all of the second touch electrodes 121-1 to 121-n.
  • the resonance circuit part 23 of the stylus pen 20 by driving signals applied to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n ) Resonates, and a resonance signal generated thereby may be transmitted to the touch sensor 100 through the conductive tip 21.
  • the first driving/receiving unit 110 receives a detection signal transmitted from the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m
  • the second driving/receiving unit 120 receives a plurality of second touches.
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 Although the case where driving signals are simultaneously applied to the 1 touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n has been described as an example, the first driving/receiving unit 110 The driving signal is simultaneously applied only to all of the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m by the method, or the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121 -n by the second driving/receiving unit 120 ) The driving signal may be applied to all of them at the same time.
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 are all of the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n
  • a driving signal applied to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and a driving signal applied to the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n It is assumed that the phase of is the same, but is not limited thereto.
  • the controller 130 receives detection signals from the touch sensor 100 while the touch device 10 is driven in the second touch driving mode, and includes touch coordinates of the touch object based on the received detection signals.
  • the second touch data acquired in the second touch driving mode may correspond to a touch input by the stylus pen 20. That is, the second touch data is obtained by converting a capacitance change amount, a change amount of a sensing signal, an ADC output (or an output change amount), etc. due to the touch of the touch sensor 100 of the stylus pen 20 into data.
  • D_121 and D_111 denote an example of a driving signal output from the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120, respectively.
  • the first driving/receiving unit 110 includes a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-
  • the driving signals D_111 are output to m).
  • the second driving/receiving unit 120 -1 to 121-n).
  • the first driving/receiving unit 110 includes a plurality of first touch electrodes 111-1 to The driving signals D_111 are simultaneously applied to 111-m), and the second driving/receiving unit 120 simultaneously applies the driving signals D_121 to the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n.
  • the driving signal D_111 applied to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and applied to the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n The frequency of the resulting driving signal D_121 corresponds to the resonance frequency of the stylus pen 20.
  • driving signals output to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n during the first sub-period T21 may be frequencies within an offset of 25 kHz around 500 kHz.
  • the frequency of the driving signals D_111 output to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m is set differently from the resonance frequency of the stylus pen 20.
  • the frequency of the driving signals D_111 output to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m during the first period T1 may be set to around 150 kHz.
  • the frequency setting of the driving signal is only an example, and may be set to a value different from the above.
  • the first driving/receiving unit 110 includes a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m), and the second driving/receiving unit 120 may receive detection signals from the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n.
  • the resonance signal output by the resonance circuit unit 23 of the stylus pen 20 is transmitted to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and It may be received by at least one of the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n.
  • the second section T2 may include a plurality of the first sub section T21 and the second sub section T22. For example, in the second section T2, a combination of the first sub section T21 and the second sub section T22 may be repeated eight times.
  • the second section T2 exists after the first section T1, but the first section T1 may exist after the second section T2, and the first section T1 and the first section
  • the length of time of the second section T2 may be changed within several frame sections, and the driving method of the touch device 10 according to the embodiment is not limited thereto.
  • the touch device 10 acquires the first touch data based on the detection signals received from the touch sensor 100 in a plurality of first periods T1 driven in the first touch driving mode, and the second Second touch data may be obtained based on detection signals received from the touch sensor 100 in a plurality of second periods T2 driven in the touch driving mode.
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 receive the detection signal in the second sub-section T22
  • the first driving/receiving unit 110 and the second The driving/receiving unit 120 detects signals through the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n in the first sub-section T21. You can also receive
  • the first driving/receiving unit 110 includes a plurality of amplifiers 112-1 to 112-m, and a plurality of differential amplification units (or differential amplification units) 113-1.
  • ADC analog to digital converter
  • DSP signal processing unit
  • the second driving/receiving unit 120 includes a plurality of first amplifying units 122-1 to 122-n, a plurality of second amplifying units 123-1 to 123-j (or a plurality of differential amplifying units (Or differential amplification unit) 123-1 to 123-j), an ADC unit 125, and a signal processing unit (DSP, 127).
  • FIG. 5 is a diagram showing in more detail the operation of the first and second driving/receiving units 110 and 120 in the first section T1 of FIG. 4.
  • a plurality of amplification units 112-1 to 112-m included in the first driving/receiving unit 110 in a first period T1 are each a plurality of first touch electrodes through a touch channel. It is connected to a corresponding first touch electrode among (111-1 to 111-m) to output a driving signal.
  • the plurality of second amplification units 123-1 to 123-n included in the second driving/receiving unit 120 in the first period T1 are each formed with a plurality of second touch electrodes 121 through a touch channel. -1 to 121-n) is connected to a corresponding second touch electrode to receive a detection signal.
  • Each of the plurality of second amplification units 123-1 to 123-n is an amplifier in which one of the two input terminals is connected to a ground or DC voltage, and a sensing signal of a second touch electrode corresponding to the other input terminal is input.
  • each of the plurality of second amplification units 123-1 to 123-n amplifies and outputs sensing signals transmitted from the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n in parallel.
  • the ADC unit 125 of the second driving/receiving unit 120 uses the detection signals amplified by the plurality of second amplifying units 123-1 to 123-n as digital signals. Convert to That is, when the amplified sensing signals from the plurality of second amplifying units 123-1 to 123-n are input, the ADC unit 125 converts them into sensing data through periodic sampling.
  • the signal processing unit 127 processes the sensed data converted into a digital signal by the ADC unit 125 and transmits the processed data to the control unit 130.
  • FIG. 6 shows the operation of the first and second driving/receiving units 110 and 120 in a first sub-period T21 of the second period T2 of FIG. 4 in more detail.
  • a plurality of amplification units 112-1 to 112-m included in the first driving/receiving unit 110 in a first sub-section T21 are each a plurality of first touches through a touch channel. It is connected to the corresponding first touch electrode among the electrodes 111-1 to 111-m to output a driving signal.
  • a plurality of first amplification units 122-1 to 122-n included in the second driving/receiving unit 120 also include a plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n through each touch channel. It is connected to the corresponding second touch electrode and outputs a driving signal.
  • FIG. 7 shows more specifically the operations of the first and second driving/receiving units 110 and 120 in the second sub-section T22 of the second period T2 of FIG. 4.
  • Each of the plurality of differential amplification units (or differential amplification units) 123-1 to 123-j included in the receiving unit 120 is connected to two touch electrodes whose input terminals are spaced apart from each other.
  • each of the differential amplifiers 113-1 to 113-i and 123-1 to 123-j may differentially amplify and output two sensing signals transmitted from corresponding touch electrodes.
  • Each of the differential amplifiers 113-1 to 113-i and 123-1 to 123-j receives sensing signals from two touch electrodes and differentially amplifies them, so even if driving signals are simultaneously applied to a plurality of touch electrodes, saturation It doesn't work.
  • Each of the differential amplifiers 113-1 to 113-i and 123-1 to 123-j may receive detection signals from two touch electrodes spaced apart from each other, not from two adjacent touch electrodes.
  • each of the differential amplifiers 113-1 to 113-i and 123-1 to 123-j may receive sensing signals from two touch electrodes spaced apart with one or more touch electrodes therebetween. .
  • the differential amplifier 113-1 receives sensing signals from the touch electrode 111-1 and the touch electrode 111-5. If the differential amplifier 113-1 receives sensing signals from two adjacent touch electrodes (for example, the first touch electrode 111-1 and the first touch electrode 111-2), the first touch electrode Even though the sensing signals by the touch in the region between (111-1) and the first touch electrode 111-2 are differentially amplified by the differential amplifier 113-1, their values are not sufficiently large. Therefore, when the differential amplifying unit 113-1 is connected to two adjacent touch electrodes, touch sensitivity is lowered.
  • the differential amplifier 113-1 receives detection signals from the first touch electrode 111-1 and the first touch electrode 111-5, the detection signal by the touch electrode at the location where the touch is input is It can be differentially amplified to have a sufficiently large value, and the touch sensitivity can be improved.
  • the ADC unit 115 of the first driving/receiving unit 110 and the ADC unit 125 of the second driving/receiving unit 120 include a plurality of differential amplification units 113-1 to 113 -i, 123-1 to 123-j), the signals amplified by the corresponding differential amplification unit are converted into sensing data, which are digital signals. That is, when the amplified signals from the plurality of differential amplification units 113-1 to 113-i are input, the ADC unit 115 converts them into sensing data through periodic sampling, and the ADC unit 125 When signals amplified from the differential amplification units 123-1 to 123-j are input, they are converted into sensing data through periodic sampling.
  • each of the signal processing units 117 and 127 processes the sensing data output from the corresponding ADC units 115 and 125 and transmits them to the control unit 130.
  • FIG. 8 is a waveform diagram showing an example of a driving signal and a received signal according to the touch detection method of FIG. 3, and FIG. 9 shows an example of processing the detection signal in the first section T1 of FIG. 8. 8 and 9, a touch by a finger is applied to an area where the first touch electrodes 111-1 and 111-2 and the second touch electrodes 121-1, 121-2 and 121-3 intersect. Is assumed to be present.
  • driving signals D_111 and D_121 applied to the first touch electrodes 111-1 and 111-2 and the second touch electrodes 121-1, 121-2 and 121-3 are It includes a frequency signal having an evil level voltage (VE) and a disable level voltage (VD). Meanwhile, in FIG. 8, a case in which the driving signals D_111 and D_121 are frequency signals of a pulse waveform is illustrated as an example, but the waveform of the driving signal is not limited thereto.
  • VE evil level voltage
  • VD disable level voltage
  • a plurality of driving signals D_111-1 to D_111-m are sequentially applied to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m. Also, the second driving/receiving unit 120 receives detection signals R_121-1 to R_121-n from the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n.
  • the driving signals D_111-1 to D_111-m applied to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m in the first section T1 are touched by other touch objects other than the stylus pen 20. It is a drive signal to detect the input.
  • driving signals D_111-1 to D_111-m having the same frequency are sequentially applied to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m during the first period T1.
  • Driving signals having different frequencies eg, frequencies having an orthogonal relationship
  • the second driving/receiving unit 120 receives a detection signal according to a touch from the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n, and uses band pass filters of different frequency bands to receive the detection signals.
  • the first touch electrodes 111-1 to 111-m may be separated.
  • the detection signal R_121-1 from the second touch electrode 121-1 is amplified and outputted through the corresponding amplifying unit 123-1
  • the detection signal R_121-2 from the second touch electrode 121-2 is amplified and outputted through the corresponding amplifier 123-1
  • the detection signal R_121-2 from the second touch electrode 121-3 is output.
  • -3) is amplified and outputted through the corresponding amplifying unit 123-1
  • the detection signal R_121-4 from the second touch electrode 121-4 is transmitted through the corresponding amplifying unit 123-1. It can be amplified and output.
  • the detection signals amplified by each of the amplification units 123-1, 123-2, 123-3, and 123-4 are converted into detection data which is digital signals by the ADC unit 125, and then the signal processing unit 127 It is processed by and transmitted to the control unit 130.
  • the controller 130 may detect a change in signal size (amplitude) of each sensing signal therefrom.
  • a point where the first touch electrode to which the driving signal is applied when the signal size change occurs and the second touch electrode where the signal size change occurs may be obtained as touch coordinates.
  • sensing received from the second touch electrodes 121-1, 121-2, 121-3 while a driving signal is applied to the first touch electrodes 111-1 and 111-2 In the signals R_121-1, R_121-2, and R_121-3, changes in the signal size due to a touch occur as ⁇ V0, ⁇ V1, and ⁇ V2, respectively. Accordingly, a point where the first touch electrodes 111-1 and 111-2 and the second touch electrodes 121-1, 121-2 and 121-3 intersect may be obtained as touch coordinates.
  • the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121- Driving signals D_111 and D_121 are applied to all of 1 to 121-n.
  • Driving signals D_111 and D_121 applied to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n during the first sub-period T21 Is a frequency signal having a frequency similar to the resonance frequency of the stylus pen 20.
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 include a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and a plurality of second touch electrodes ( It is possible to receive detection signals from all of 121-1 to 121-n).
  • the second section T2 may include a plurality of the first sub section T21 and the second sub section T22. For example, in the second section T2, a combination of the first sub section T21 and the second sub section T22 may be repeated eight times.
  • FIG. 10 is a waveform diagram illustrating another example of a driving signal and a received signal according to the touch detection method of FIG. 3, and FIG. 11 shows an example of processing the detection signal in the second section T2 of FIG. 10.
  • FIGS. 10 and 11 it is assumed that a touch by the stylus pen 20 is in a region where the first touch electrode 111-2 and the second touch electrode 121-5 intersect.
  • driving signals D_111 and D_121 applied to the first touch electrodes 111-1 and 111-2 and the second touch electrodes 121-1, 121-2 and 121-3 are, As in FIG. 8, a frequency signal having an enable level voltage (VE) and a disable level voltage (VD) is included. Meanwhile, in FIG. 10, a case in which the driving signals D_111 and D_121 are frequency signals of a pulse waveform is illustrated as an example, but the waveform of the driving signal is not limited thereto.
  • VE enable level voltage
  • VD disable level voltage
  • driving signals D_111-1 to D_111-m are sequentially applied to a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m in a first period T1. Also, the second driving/receiving unit 120 receives detection signals R_121-1 to R_121-n from the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n.
  • a signal of the detection signal R_121-5 from the second touch electrode 121-5 with a touch may be amplified and output through the amplifying unit 123-5.
  • Driving signals D_111 and D_121 are applied to both.
  • Driving signals D_111 and D_121 applied to the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n during the first sub-period T21 Is a frequency signal having a frequency similar to the resonance frequency of the stylus pen 20.
  • detection signals are not received from the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n. .
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 stop applying the driving signal. That is, during the second sub-section T22 following the first sub-section T21, the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n ), the drive signal is not applied.
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 include a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and a plurality of second touch electrodes ( It is possible to receive detection signals from all of 121-1 to 121-n).
  • the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120 may receive a pen resonance signal in the second sub-period T22 in which the driving signals D_111 and D_121 are not applied as a detection signal. .
  • the signals R_111-2 and R_121-5 may be amplified and output by corresponding differential amplifiers 113-2 and 123-1, respectively.
  • detection signals received from the touch electrodes 111-6 and 121-1 in the untouched area are included in each of the differential amplifiers 113-2 and 123-1. Since it is input as another input, substantially signals output from each of the differential amplifiers 113-2 and 123-1 are detected from the first and second touch electrodes 111-2 and 121-5.
  • the signals R_111-2 and R_121-5 correspond to the amplified signals.
  • the sensing signals amplified by each of the differential amplification units 113-2 and 123-1 are converted into sensing data which are digital signals by the corresponding ADC units 115 and 125, and then the signal processing units 117 and 127 It is processed by and transmitted to the control unit 130.
  • the controller 130 may detect an effective touch signal having a signal amplitude (amplitude) of a predetermined value or more among the sensing signals using the sensing data.
  • touch coordinates may be obtained from positions of touch electrodes detected as an effective touch signal. Referring to FIG. 10 as an example, a detection signal of a predetermined value or more is received from the first touch electrode 111-2 and the second touch electrode 121-5. Accordingly, a point where the first touch electrode 111-2 and the second touch electrode 121-5 intersect may be obtained as touch coordinates.
  • the same driving signals D_111 and D_121 are applied to all of the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n in the first sub-period T21. ) Is applied at the same time, thereby improving the resonant signal level of the stylus pen 20 in response thereto.
  • the detection signal reception may be performed at least once in the second sub-period T22 by at least one of the first driving/receiving unit 110 and the second driving/receiving unit 120.
  • the time point at which the detection signal is received may be at least one time point in the second sub-period T22, but is not limited thereto.
  • the touch device 10 detects touch coordinates therefrom, and transmits touch data including the touch coordinates to a predetermined touch report period ( touch report period) to the host device.
  • touch report period refers to a period in which the touch device 10 drives the touch sensor 100 to report the obtained touch data to an external host device (not shown), and outputs the touch data to the host device. Show.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a touch device and a host according to an embodiment
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of touch data provided from a touch device to a host device.
  • the host device 50 may receive touch data from the touch controller 102 included in the touch device 10.
  • the host device 50 may include a mobile System-on-Chip (SoC), an application processor (AP), a media processor, a microprocessor, a central processing unit (CPU), Or a similar device.
  • SoC System-on-Chip
  • AP application processor
  • media processor media processor
  • microprocessor microprocessor
  • CPU central processing unit
  • the touch device 10 may generate information about a touch input during the corresponding frame period as touch data and transmit it to the host device 50.
  • the touch data 60 may include a touch count field 61 and at least one touch entity field 62 and 63.
  • a value indicating the number of touches input during one frame period may be written. For example, when a touch coordinate by one finger is calculated in a first section (T1) within one frame section and a touch coordinate by a stylus pen is calculated in a second section (T2), the touch count field In 61, a value indicating that two touches are input is written.
  • the touch entity fields 62 and 63 include fields representing information on each touch input.
  • the touch entity fields 62 and 63 are a flag field 620, an X-axis coordinate field 621, a Y-axis coordinate field 622, a Z value field 623, an area field 624, and a touch action. Includes field 625.
  • the number of touch entity fields 62 and 63 may be the same as a value written in the touch count field 61.
  • a value representing the touch object may be written in the flag field 620.
  • a finger, a palm, and a stylus pen may be written in the flag field 620 with different values.
  • Values representing the calculated touch coordinates may be written in the X-axis coordinate field 621 and the Y-axis coordinate field 622.
  • a value corresponding to the signal strength of the detection signal may be written in the Z value field 623.
  • a value corresponding to the area of the touched area may be written in the area field 624.
  • the host device 50 receiving the touch data 60 uses the value of the area field 624 to determine that the touch object is the finger 30 when the touch area is greater than the threshold value, and the touch area If it is less than this threshold, it is determined that the touch object is the stylus pen 20.
  • the host device 50 receiving the touch data 60 may use the value of the flag field 620 to identify whether the touch object is the finger 30 or the stylus pen 20. .
  • noise exists in the touch device 10 for various reasons, and this noise may act as a factor deteriorating the sensing performance of the touch device 10.
  • this noise may act as a factor deteriorating the sensing performance of the touch device 10.
  • the precision of touch sensing may be significantly lowered.
  • the frequency of the driving signal applied to the touch sensor 100 for resonance of the stylus pen 20 is the same, twice, or 3 It shows a case where a noise signal having a double frequency is generated.
  • the touch device 10 synchronizes with a clock signal having a frequency of n times, for example, 4 times the frequency of the driving signal in order to obtain the signal amplitude, that is, the amplitude of the detection signal.
  • the signal value of the detection signal is sampled at a plurality of sampling points (s0 to s7).
  • the signal amplitude (amplitude) of the detection signal is obtained by using at least some of the sampled signal values.
  • the signal level of the detection signal is obtained by using the difference value ( ⁇ I) between the signal value (1) sampled at the point s0 and the signal value (-1) sampled at the point s2.
  • the noise signal 1 having the same frequency as the frequency f1 of the driving signal also has a signal value of 1 sampled at the sampling point s0, and the signal value sampled at the sampling point s2 is -1, the difference between the two values. ( ⁇ I) also becomes 2.
  • the noise signal 3 having a frequency that is three times the frequency of the driving signal f1 the signal value sampled at the sampling point s0 is -1, the signal value sampled at the sampling point s2 is 1, and the difference between the two values ( ⁇ I) becomes -2.
  • the noise signal 1 or the noise signal 3 when the noise signal 1 or the noise signal 3 is temporally synchronized with the driving signal, the signal value of the noise signal 1 or the noise signal 3 has an effect on acquiring the amplitude of the detection signal, which degrades the touch sensing performance. Can act as a factor.
  • the driving signal output to the touch sensor 100 in the second touch driving mode of FIG. 3 includes two types of driving signals having different phases from each other. In the process of obtaining the amplitude of the signal, different codes are applied according to the phase of the corresponding driving signal, thereby removing the influence of the noise signal from the detection signal.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating a touch detection method while a touch device is operating in a second touch driving mode according to an embodiment. Also, FIG. 16 is a diagram illustrating a method of filtering noise in the touch detection method of FIG. 15.
  • the controller 130 of the touch device 10 are controlled to output a driving signal for generating a resonance signal of 20) to the touch sensor 100.
  • the first and second driving/receiving units 110 and 120 have a frequency similar to the resonance frequency of the stylus pen 20 and use one of the first and second driving signals having different phases to the touch sensor 100. It is selectively applied (S21). That is, the first and second driving/receiving units 110 and 120 select one of the first and second driving signals having different phases from each other, for example, having opposite phases to each other according to a predetermined order or pattern, , During a predetermined period (refer to the first sub-section T21 of FIG. 4), all of the plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n Outputs a drive signal.
  • the first and second driving/receiving units 110 and 120 may include the touch sensor 100, that is, a plurality of first touch electrodes 111-1 to 111-m and a plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n) receives detection signals (S22) and transmits them to the control unit 130.
  • the first driving/receiving unit 110 uses the touch sensor 100 to The detection signals are received from the first touch electrodes 111-1 to 111-m, and the second driving/receiving unit 120 receives detection signals from the plurality of second touch electrodes 121-1 to 121-n. I can.
  • the first and second driving/receiving units 110 and 120 amplify (differentially) the sensing signals received from each of the touch electrodes, convert them into sensing data, which are digital signals, and transmit them to the controller 130.
  • the sensing data is data obtained by sampling signal values of the sensing signal through the ADC units 115 and 125 of the first and second driving/receiving units 110 and 120.
  • the ADC units 115 and 125 of the first and second driving/receiving units 110 and 120 are n times the frequency f1 of the driving signal, for example, 4 times the frequency (4 ⁇ f1).
  • the detection signal can be sampled at a plurality of points in time (s0 to s3 and s10 to s13) by synchronizing with the clock signal having ). At least one sampling point in the present disclosure (s0 to s3 and s10 to s13) may be any timing that may be periodically set in relation to the frequency of the driving signal.
  • the controller 130 uses them to obtain the signal magnitude, that is, the amplitude of each sensing signal. Do (S23).
  • the controller 130 calculates a signal amplitude, that is, an amplitude, of a corresponding detection signal by using at least some of the signal values sampled by the first and second driving/receiving units 110 and 120.
  • the controller 130 calculates the signal size of the detection signal by using the difference between the signal values sampled at the sampling times s0 and s2 and the difference between the signal values sampled at the sampling times s4 and s6. Accordingly, the amplitude of the detection signal received in response to the positive-phase driving signal becomes +2, which is the difference between the signal value 1 sampled at the time point s0 and the signal value -1 sampled at the time point s2.
  • the amplitude of the detection signal received in response to the driving signal of the reverse phase becomes -2, which is the difference between the signal value -1 sampled at the time point s4 and the signal value 1 sampled at the time point s6.
  • the first and second driving/receiving units 110 and 120 apply a driving signal to the touch sensor 100 (S21), and in response thereto, the touch sensor
  • the detection signals are received from 100 (S22) to obtain the signal levels of the detection signals (S23), and the operation is repeatedly performed N times (S24). That is, during the second period T2 in which the touch device 10 is driven in the second touch driving mode, the first sub-period T21 to which the driving signal is applied and the second sub-period T22 to receive the detection signal.
  • the combination can be repeated over N times (eg, 8 times).
  • control unit 130 After repeating the steps S21 to S23 N times, the control unit 130 obtains the final signal size, that is, the final amplitude, of each detection signal through Equation 1 below (S25).
  • Equation 1 above i corresponds to the round in which steps S21 to S23 are performed, and ⁇ I i denotes the amplitude of the signal obtained by the ith performed steps S21 to S23, and'# of samples' Corresponds to the number of times the signal amplitude is acquired from the detection signal (sampling number), that is, the number of times the steps S21 to S23 are performed while one second touch driving mode is performed.
  • the final signal amplitude of the sensing signal corresponding to each touch electrode is the amplitude of the sensing signal obtained by applying the driving signal several times while the second touch driving mode is being performed.
  • ( ⁇ I i ) is multiplied by the corresponding code and then summed ( ) Is divided by the number of samples ('# of samples') and the average is calculated.
  • the code has one of a first value and a second value having the same absolute value and different signs. For example, the code has one of 1 and -1, and may be applied differently according to the phase of the corresponding driving signal. Referring to FIG.
  • the signal level of the detection signal obtained by applying a positive-phase driving signal (first driving signal) to the touch sensor 100 is multiplied by a code 1
  • an inverse-phase driving signal (a second driving signal) A code -1 may be multiplied by the signal level of the detection signal obtained by applying) to the touch sensor 100.
  • the control unit 130 compares it with a predetermined threshold value to detect an effective touch signal among the sensing signals.
  • second touch data including touch coordinates of the stylus pen 20 and the like is obtained in response to the touch electrodes from which the effective touch signal is detected (S26).
  • the resonance signal generated from the stylus pen 20 has a phase different from that of the driving signal applied to the touch sensor 100. Accordingly, the detection signal of the touch sensor 100 that senses and outputs the resonance signal of the stylus pen 20 may also have a phase different in response to the phase of the driving signal applied to the touch sensor 100.
  • a detection signal generated by applying a positive-phase driving signal and a detection signal generated by applying an inverse-phase driving signal appear to have different phases. Therefore, the amplitude of the sensing signal received by applying the positive-phase driving signal (e.g., the difference value ( ⁇ I) between the sensing data sampled at the sampling times s0 and s2) becomes +2, and the driving signal of the reverse phase
  • the amplitude of the detection signal received by applying (for example, the difference value ( ⁇ I) between the detection data sampled at the sampling times s4 and s6) becomes -2.
  • noise signals are signals that are not affected by the driving signal, the phase is maintained regardless of the phase change of the driving signal, as shown in FIG. 16. Therefore, when the signal magnitudes of noise signals are obtained by substituting in Equation 1 above, the amplitude values multiplied by the code are canceled.
  • a positive-phase driving signal and a negative-phase driving signal are successively applied to the touch sensor 100, but this is for convenience of explanation, and is positive in one first sub-period T21. Only one of the phase driving signal and the opposite phase driving signal is applied to the touch sensor. Accordingly, at least one second sub-period T21 may be disposed between a period in which the actual positive-phase driving signal and the reverse-phase driving signal are applied.
  • an arrangement of a section in which a first driving signal having different phases and a section in which the second driving signal is output can be variously modified.
  • first and second driving signals having different phases from each other are output while driving in the second touch driving mode will be described with reference to FIGS. 17 and 20.
  • 17 to 20 are waveform diagrams illustrating examples in which the touch device outputs first and second driving signals having different phases.
  • one frame section is a first section T1 driven in a first touch driving mode and a second section T2 driven in a second touch driving mode. It is classified, and when the second section T2 of the current frame section ends, the first section T1 of the next frame section starts.
  • the second section T2 in which the touch device 10 is driven in the second touch driving mode within one frame section follows the first sub section T21 and the first sub section T21 to which the driving signal is applied. And a plurality of combinations of the second sub-period T22 to which the driving signal is not applied (eg, 8 times).
  • one second period T2 may include at least one first sub-period T21 to which the first driving signal is applied and the first sub-period T21 to which the second driving signal is applied.
  • the first and second driving/receiving units 110 and 120 transmit a first driving signal in a positive phase and a second driving signal in an opposite phase according to a predetermined period (e.g., every first sub-section). (Every T21)) Can be applied alternately.
  • a predetermined period e.g., every first sub-section. (Every T21)) Can be applied alternately.
  • the number of sections in which the first driving signal is applied among the first sub-sections T21 included in the second section T2 and the number of sections in which the second driving signal is applied are equal to each other.
  • the first sub-period T21 to which the first driving signal is applied within one second period T2 may be continuous at least twice.
  • at least two first sub-sections T21 to which the second driving signal is applied within one second section T2 may also be continuous.
  • a first driving signal is continuously applied in the initial four first sub-sections T21 within one second and one second section T2, followed by four first sub-sections T21. ), the second driving signal is continuously applied.
  • the number of consecutive first sub-sections T21 to which the first driving signal is applied within one second section T2 (four) and the first sub-section to which the second drive signal is applied
  • the number of consecutive times (T21) (4) is equal to each other.
  • a pattern in which a first driving signal in a positive phase and a second driving signal in an opposite phase are applied by the first and second driving/receiving units 110 and 120 may be irregular and non-periodic.
  • the number of sections in which the first driving signal is applied and the number of sections in which the second drive signal is applied are It can be different.
  • the number of times the first sub-section T21 to which the first driving signal is applied continues and the number of times that the first sub-period T21 to which the second driving signal is applied continues within one second section T2. Can also be different.
  • the phase change of the driving signal may occur in units of the second period T2.
  • the first driving signal in the positive phase is applied to the touch sensor 100, and the reverse within the second section T2 of the second frame section.
  • the second driving signal in phase is applied to the touch sensor 100.
  • the touch device 10 obtains a final signal level of the detection signal from the detection signals received from the touch sensor 100 in the second period T2 in every frame period based on Equation 1 described above, Using this, second touch data may be obtained.
  • the touch device 10 includes detection signals received from the touch sensor 100 in the second section T2 of the first frame section and the second section T2 of the second frame section based on Equation 1 above. ), a final signal level of the detection signal may be obtained from the detection signals received from the touch sensor 100, and second touch data may be obtained based on this.
  • the phases of the first and second driving signals are opposite to each other, that is, the phase difference between the first and second driving signals is 180 degrees, but the present invention is not limited thereto. According to other embodiments, the phase difference between the first and second driving signals may be changed to 90 degrees, 270 degrees, or any other value.

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Abstract

일 실시 예에 따른 터치 장치는 복수의 터치 전극, 그리고 스타일러스 펜의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 구동 신호들을 상기 복수의 터치 전극으로 인가하고, 상기 복수의 터치 전극으로부터 감지 신호들을 수신하는 구동/수신부를 포함하며, 상기 구동 신호는, 제1 구동 신호, 및 상기 제1 구동 신호와 위상이 상이한 제2 구동 신호를 포함할 수 있다.

Description

터치 장치 및 이의 터치 검출 방법
본 개시는 터치 장치 및 이의 터치 검출 방법에 관한 것이다.
휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션과 같은 다양한 단말기에는 터치 센서가 구비된다.
이러한 단말기 내에서 터치 센서는 이미지를 표시하는 표시 패널 상에 위치하거나, 단말기 바디의 일 영역에 위치할 수 있다. 사용자가 터치 센서를 터치하여 단말기와 상호 작용함으로써, 단말기는 직관적인 사용자 인터페이스를 사용자에게 제공할 수 있다.
사용자는 정교한 터치 입력을 위해, 스타일러스 펜을 사용할 수 있다. 이러한 스타일러스 펜은 터치 센서와 전기적 및/또는 자기적 방식을 통해 신호를 송수신할 수 있다. 패시브 방식의 스타일러스 펜의 경우, 스타일러스 펜은 터치 센서에 인가되는 구동 신호에 공진하여 신호를 발생시키고, 터치 센서는 스타일러스 펜의 공진 신호를 수신하여 터치 위치를 검출한다.
터치 장치에는 다양한 이유로 노이즈가 존재하며, 이러한 노이즈는 터치 장치의 감지 성능을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 특히, 스타일러스 펜의 경우 스타일러스 펜의 공진 주파수와 유사한 주파수 대역의 노이즈가 존재할 경우, 터치 감지의 정밀도가 많이 낮아질 수 있다.
실시 예들은 스타일러스 펜의 공진 신호와 유사한 주파수 대역의 노이즈가 존재하는 환경에서 스타일러스 펜에 의한 터치 감지 성능을 향상시킬 수 있는 터치 장치 및 이의 터치 검출 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해, 일 실시 예에 따른 터치 장치는 복수의 터치 전극, 그리고 스타일러스 펜의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 구동 신호들을 상기 복수의 터치 전극으로 인가하고, 상기 복수의 터치 전극으로부터 감지 신호들을 수신하는 구동/수신부를 포함하며, 상기 구동 신호는, 제1 구동 신호, 및 상기 제1 구동 신호와 위상이 상이한 제2 구동 신호를 포함할 수 있다.
상기 터치 장치는, 제1 구간 동안 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 감지 신호들에 기초하여 제1 터치 데이터를 획득하는 제어부를 더 포함하며, 상기 구동/수신부는 제2 구간 동안 상기 제1 구동 신호를 상기 복수의 터치 전극으로 인가하고, 제3 구간 동안 상기 제2 구동 신호를 상기 복수의 터치 전극으로 인가하며, 상기 제1 구간은 상기 제2 구간과 상기 제3 구간을 적어도 하나씩 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 구간 및 상기 제3 구간 중 적어도 하나에서, 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 감지 신호들에 기초하여 제2 터치 데이터를 더 획득할 수 있다.
상기 제1 구간에 포함되는 상기 제2 구간의 수와 상기 제3 구간의 수가 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 구간에 포함되는 상기 제2 구간의 수와 상기 제3 구간의 수가 서로 상이할 수도 있다.
상기 제1 구간 내에서, 상기 제2 구간과 상기 제3 구간은 소정 주기로 번갈아 배치될 수 있다.
상기 제1 구간 내에서 상기 제2 구간과 상기 제3 구간은 적어도 1회 반복될 수도 있다.
상기 제1 구간 내에서 상기 제2 구간과 상기 제3 구간 각각은 적어도 2회 연속할 수도 있다.
상기 제1 구간 내에서 상기 제2 구간이 연속하는 횟수와 상기 제3 구간이 연속하는 횟수가 서로 상이할 수도 있다.
상기 제1 구간 내에서 상기 제2 구간이 연속하는 횟수와 상기 제3 구간이 연속하는 횟수가 동일할 수도 있다.
상기 제어부는, 감지 신호들이 상기 제1 구동 신호에 대응하여 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 제1 감지 신호이면, 상기 제1 감지 신호의 진폭 값에 제1 값을 곱하여 제1 진폭 값을 산출하고, 상기 감지 신호들이 상기 제2 구동 신호에 대응하여 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 제2 감지 신호이면, 상기 제2 감지 신호의 진폭 값에 제2 값을 곱하여 제2 진폭 값을 산출하며, 소정 시간 동안 획득되는 상기 제1 진폭 값 및 상기 제2 진폭 값에 기초하여 상기 제1 터치 데이터를 획득하고, 상기 제1 값과 상기 제2 값은 절댓값이 동일하고 부호가 상이할 수 있다.
상기 제1 터치 데이터 또는 상기 제2 터치 데이터는, 상기 스타일러스 펜의 터치로 인한, 상기 터치 전극의 커패시턴스 변화량, 상기 감지 신호의 변화량, 또는 ADC(analog to digital converter) 출력에 대응할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 터치 장치의 터치 검출 방법은, 복수의 터치 전극으로, 스타일러스 펜의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖고 위상이 서로 상이한 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계, 상기 복수의 터치 전극으로부터 감지 신호들을 수신하는 단계, 상기 감지 신호들 각각의 진폭을 산출하는 단계, 상기 인가하는 단계, 상기 수신하는 단계, 및 상기 산출하는 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하는 단계, 상기 산출하는 단계가 수행될 때마다 산출된 상기 진폭을 이용하여, 상기 복수의 터치 전극 각각에 대응하는 최종 신호 크기를 획득하는 단계, 및 상기 최종 신호 크기에 기초하여, 상기 스타일러스 펜의 터치에 의한 터치 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택적으로 인가하는 단계는, 상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호가 인가된 횟수와 상기 제2 구동 신호가 인가된 횟수가 동일하도록 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택적으로 인가하는 단계는, 상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호가 인가된 횟수와 상기 제2 구동 신호가 인가된 횟수가 상이하도록 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택적으로 인가하는 단계는, 상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호가 소정 주기로 번갈아 인가되도록, 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택적으로 인가하는 단계는, 상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호가 각각 적어도 1회 반복 인가되도록, 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택적으로 인가하는 단계는, 상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호 각각이 적어도 2회 연속 인가되도록, 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하며, 상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호가 연속 인가되는 횟수와 상기 제2 구동 신호가 연속 인가되는 횟수가 서로 상이할 수 있다.
상기 선택적으로 인가하는 단계는, 상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호 각각이 적어도 2회 연속 인가되도록, 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하며, 상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호가 연속 인가되는 횟수와 상기 제2 구동 신호가 연속 인가되는 횟수가 서로 동일할 수 있다.
상기 최종 신호 크기를 획득하는 단계는, 상기 감지 신호들이 상기 제1 구동 신호에 대응하여 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 제1 감지 신호이면, 상기 제1 감지 신호의 진폭 값에 제1 값을 곱하여 제1 진폭 값을 산출하는 단계, 상기 감지 신호들이 상기 제2 구동 신호에 대응하여 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 제2 감지 신호이면, 상기 제2 감지 신호의 진폭 값에 제2 값을 곱하여 제2 진폭 값을 산출하는 단계, 및 소정 시간 동안 획득되는 상기 제1 진폭 값 및 상기 제2 진폭 값에 기초하여 상기 최종 신호 크기를 획득하는 단계를 포함하며, 상기 제1 값과 상기 제2 값은 절댓값이 동일하고 부호가 상이할 수 있다.
상기 터치 데이터를 획득하는 단계는, 상기 복수의 터치 전극들 중 대응하는 상기 최종 신호 크기가 임계치 이상인 터치 전극에 기초하여, 상기 터치 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 스타일러스 펜의 공진 신호와 유사한 주파수 대역의 노이즈가 존재하는 환경에서 스타일러스 펜에 의한 터치 감지 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 터치 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 터치 장치에 스타일러스 펜이 터치된 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 터치 장치의 터치 검출 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3의 터치 검출 방법에 따른 구동 신호의 일례를 나타낸 파형도이다.
도 5는 도 4의 제1 구간에서의 제1 및 제2 구동/수신부의 동작을 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 제2 구간 중 제1 서브 구간에서의 제1 및 제2 구동/수신부의 동작을 보다 구체적으로 나타낸다.
도 7은 도 4의 제2 구간 중 제2 서브 구간에서의 제1 및 제2 구동/수신부의 동작을 보다 구체적으로 나타낸다.
도 8은 도 3의 터치 검출 방법에 따른 구동 신호와 수신 신호의 일례를 나타낸 파형도이다.
도 9는 도 8의 제1 구간에서의 감지 신호를 처리하는 일 예를 나타낸다.
도 10은 도 3의 터치 검출 방법에 따른 구동 신호와 수신 신호의 다른 예를 나타낸 파형도이다.
도 11은 도 10의 제2 구간에서의 감지 신호를 처리하는 일 예를 나타낸다.
도 12는 일 실시 예에 따른 터치 장치 및 호스트 장치를 나타내는 블록도이다.
도 13은 터치 장치로부터 호스트 장치에 제공되는 터치 데이터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 터치 장치의 터치 감지 성능에 대한 노이즈의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 터치 장치가 스타일러스 펜의 터치 입력을 검출하는 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 16은 도 15의 터치 검출 방법에서 노이즈를 필터링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 내지 도 20은 터치 장치가 위상이 서로 다른 제1 및 제2 구동 신호를 출력하는 예들을 도시한 파형도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
본 문서에서 "제1", "제2", "제3" 등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예들에 따른 터치 장치 및 이의 터치 검출 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 터치 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 터치 장치에 스타일러스 펜이 터치된 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 터치 장치(10)는 터치 센서(touch sensor)(100), 터치 센서(100)를 제어하는 터치 컨트롤러(102)(touch controller)를 포함한다. 터치 컨트롤러(102)는 터치 센서(100)와 신호를 송수신하는 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
터치 센서(100)는 복수의 터치 전극(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n)을 포함할 수 있다.
도 1을 예로 들면, 터치 센서(100)는 제1 방향으로 연장된 형태를 갖는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 형태를 갖는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)을 포함할 수 있다. 또한, 터치 센서(100) 내에서, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)은 제2 방향을 따라 배열되고, 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)은 제1 방향을 따라 배열될 수 있다. 도 1에서는 터치 센서(100)가 사각형 형태인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 터치 센서(100)의 형태는 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, 터치 센서(100)은 원형, 타원형 등의 형태를 가질 수도 있다.
도 2를 참조하면, 터치 센서(100)는 기판(105)을 더 포함하며, 기판(105) 위에 복수의 터치 전극(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n)이 위치할 수 있다. 또한, 터치 센서(100)는 윈도우(103)를 더 포함하며, 복수의 터치 전극(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n) 위에 윈도우(103)가 위치할 수 있다. 도 2에서는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)이 동일한 층에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)은 상이한 층에 각각 위치할 수도 있다.
한편, 터치 장치가 표시 패널(미도시)을 포함하는 경우, 터치 센서(100)는 표시 패널의 일면(예를 들어, 유기 발광 표시 패널의 박막 봉지층의 일면) 상에 적어도 하나의 터치 전극이 직접 형성된 온-셀(On-cell) 타입의 터치 센서로 구성될 수 있다. 또한, 터치 센서(100)는 표시 패널 내에 적어도 하나의 터치 전극이 직접 형성된 인-셀(In-cell) 타입의 터치 센서로 구성될 수도 있다.
복수의 터치 전극(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n)은 각각 대응하는 터치 채널을 통해 구동/수신부(110, 120)에 연결될 수 있다. 도 1을 예로 들면, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)은 제1 구동/수신부(110)에 연결되어 있고, 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)은 제2 구동/수신부(120)에 연결되어 있다. 도 1에서 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)를 분리하여 도시하였으나, 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)는 하나의 모듈, 유닛, 또는 칩(chip)으로 구현될 수도 있다.
제1 구동/수신부(110)는 복수의 터치 채널을 통해 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 또한, 제1 구동/수신부(110)는 복수의 터치 채널을 통해 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)으로부터 감지 신호를 수신할 수도 있다. 마찬가지로, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 터치 채널을 통해 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 또한, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 터치 채널을 통해 복수의 제1 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 감지 신호를 수신할 수 있다. 즉, 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)는 신호를 송수신하는 일종의 트랜시버(transceiver)일 수 있다.
제1 구동/수신부(110)로부터 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)으로 구동 신호 인가 시, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 대응하는 터치 채널들은 구동 채널로 동작한다. 또한, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)으로부터 제1 구동/수신부(110)로 감지 신호 전달 시, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 대응하는 터치 채널들은 감지 채널로 동작한다. 마찬가지로, 제2 구동/수신부(110)로부터 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로 구동 신호 인가 시, 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 대응하는 터치 채널들은 구동 채널로 동작한다. 또한, 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 제2 구동/수신부(120)로 감지 신호 전달 시, 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 대응하는 터치 채널들은 감지 채널로 동작한다.
터치 장치(10)는 터치 객체(touch object)에 의한 터치 입력(직접 터치 또는 근접 터치)을 감지하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 터치 장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 스타일러스 펜(20)의 터치 입력을 감지하기 위해 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 스타일러스 펜(20)은 전도성 팁(conductive tip)(21), 공진 회로부(23), 접지부(ground, 25), 및 바디부(body, 27)를 포함할 수 있다.
전도성 팁(21)은 적어도 일부가 전도성 물질(예를 들어, 금속, 전도성 고무, 전도성 패브릭, 전도성 실리콘 등)로 형성되며, 공진 회로부(23)에 전기적으로 연결될 수 있다.
공진 회로부(23)는 LC 공진 회로로서, 전도성 팁(21)을 통해 제1 구동/수신부(110) 및 제2 구동/수신부(120) 중 적어도 하나로부터 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 중 적어도 한 종류의 전극에 인가된 구동 신호에 공진할 수 있다. 이를 위해, 터치 전극들(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n)에 인가된 구동 신호는, 스타일러스 펜(20)의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 주파수 신호(예를 들어, 사인파, 구형파 등)를 포함할 수 있다. 스타일러스 펜(20)의 공진 주파수는 스타일러스 펜의 공진 회로부(23)의 설계 값에 따라 결정된다.
공진 회로부(23)가 터치 전극들(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n)에 인가된 구동 신호에 공진하여 발생된 공진 신호는, 전도성 팁(21)을 통해 터치 센서(100)에 출력된다. 공진 회로부(23)의 공진을 발생시킨 구동 신호가 터치 전극들(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n)로 인가되는 구간 및 그 이후의 구간에서, 공진 회로부(23)의 공진에 의한 공진 신호가 전도성 팁(21)에 전달될 수 있다. 공진 회로부(23)는 바디부(27) 내에 위치하며, 접지부(25)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 방식의 스타일러스 펜(20)은 터치 전극들(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n) 중 적어도 하나에 인가되는 구동 신호에 응답하여 공진 신호를 발생시킴으로써 터치 입력을 발생시킬 수 있다.
스타일러스 펜(20)에 의해 터치 센서(100)가 터치되면, 터치 전극들(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n) 중 적어도 하나와 스타일러스 펜(20)의 전도성 팁(21)에 의해 커패시턴스(Cx)가 형성된다. 터치 전극들(111-1 내지 111-m, 121-1 내지 121-n) 중 적어도 하나와 전도성 팁(21) 사이의 커패시턴스(Cx)를 통해, 터치 센서(100)로 인가된 구동 신호가 스타일러스 펜(20) 측에 전달되고, 스타일러스 펜(20)의 공진 신호가 터치 센서(100) 측으로 전달될 수 있다.
터치 장치(10)는 상기에서 설명한 공진 신호를 발생시키는 방식을 사용하는 스타일러스 펜(20) 이외의 터치 객체(예를 들어, 사용자의 신체 부위(손가락, 손바닥 등), 패시브(passive) 또는 액티브(active) 방식의 스타일러스 펜)에 의한 터치를 검출할 수도 있다.
예를 들어, 터치 장치(10)는, 전기 신호를 입력 받아 이를 자기장 신호로 출력하는 스타일러스 펜에 의한 터치를 검출할 수 있다. 또한, 예를 들어, 터치 장치(10)는, 자기장 신호를 입력 받아 이에 의해 공진된 자기장 신호로 출력하는 스타일러스 펜에 의한 터치를 검출할 수도 있다.
터치 장치(10)는 디지타이저(digitizer)를 더 구비할 수도 있다. 이 경우, 스타일러스 펜에 의해 전자기 공진(또는 전자기 유도)된 자기장 신호가 디지타이저에 의해 검출됨으로써, 터치가 검출될 수 있다.
터치 장치(10)는 디지타이저와 함께 구동 신호로서 전류를 인가하는 코일을 더 구비할 수도 있다. 이 경우, 전류가 인가된 코일에서 생성된 자기장 신호에 스타일러스 펜이 전자기 공진(또는 전자기 유도)하여 자기장 신호를 발생시키고, 스타일러이스 펜이 전자기 공진(또는 전자기 유도)하여 발생시킨 자기장 신호가 디지타이저에 의해 검출됨으로써, 터치가 검출될 수 있다.
제어부(130)는 터치 장치(10)의 구동을 제어하며, 터치 장치(10)의 터치 감지 결과에 대응하여 터치 좌표를 포함하는 터치 데이터를 출력할 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여, 일 실시 예에 따른 터치 검출 방법을 설명한다.
도 3은 일 실시 예에 따른 터치 검출 방법을 나타낸 순서도로서, 하나의 프레임 구간 내에서의 터치 검출 방법을 도시한 것이다. 도 3의 터치 검출 방법은, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 터치 장치(10)에 의해 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 터치 장치(10)는 제1 터치 구동 모드로 구동한다(S10). 제1 터치 구동 모드는 스타일러스 펜(20) 외의 다른 터치 객체(예를 들어, 손가락 등)에 의한 터치 입력을 검출하기 위한 모드이다. 터치 장치(10)가 제1 터치 구동 모드로 구동하는 동안, 제1 구동/수신부(110)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 구동 신호들을 출력하고, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 터치에 따른 감지 신호들을 수신할 수 있다.
제어부(130)는 터치 장치(10)가 제1 터치 구동 모드로 구동하는 동안 터치 센서(100)로부터 수신된 감지 신호들에 기초하여 터치 객체의 제1 터치 데이터를 획득한다(S11). 제1 터치 구동 모드에 획득되는 제1 터치 데이터는, 스타일러스 펜(20) 이외의 터치 객체(예를 들어, 사용자의 신체 부위(손가락, 손바닥 등), 패시브(passive) 또는 액티브(active) 방식의 스타일러스 펜)에 의한 터치 입력에 대응할 수 있다. 즉, 제1 터치 데이터는, 터치 객체의 터치 센서(100) 터치로 인한 터치 전극의 커패시턴스 변화량, 감지 신호의 변화량, ADC(analog to digital converter)(후술하는 ADC부(115, 125) 참조) 출력(또는 출력 변화량) 등에 대응하는 데이터일 수 있다.
제1 터치 구동 모드가 종료되면, 터치 장치(10)는 제2 터치 구동 모드로 구동한다(S12). 제2 터치 구동 모드는 스타일러스 펜(20)에 의한 터치 입력을 검출하기 위한 모드이다. 터치 장치(10)가 제2 구동 모드로 구동하면, 제1 구동/수신부(110) 및 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두에 구동 신호를 동시에 인가할 수 있다. 그리고, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 인가된 구동 신호에 의해 스타일러스 펜(20)의 공진 회로부(23)가 공진하고, 이로 인해 발생된 공진 신호가 전도성 팁(21)을 통해 터치 센서(100)에 전달될 수 있다. 이에 따라, 제1 구동/수신부(110)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)으로부터 전달되는 감지 신호를 수신하고, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 전달되는 감지 신호를 수신하며, 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)는 수신된 감지 신호를 처리하여 제어부(130)에 전달할 수 있다.
상기에서는 터치 장치(10)가 제2 구동 모드로 구동하는 동안 스타일러스 펜(20)의 공진 신호를 발생시키기 위해, 제1 구동/수신부(110) 및 제2 구동/수신부(120)가 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 구동 신호를 동시에 인가되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 제1 구동/수신부(110)에 의해 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 모두에만 구동 신호가 동시에 인가되거나, 제2 구동/수신부(120)에 의해 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두에만 구동 신호가 동시에 인가될 수도 있다. 제1 구동/수신부(110) 및 제2 구동/수신부(120)가 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두에 구동 신호를 동시 인가하는 경우, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 인가되는 구동 신호와 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 인가되는 구동 신호의 위상은 동일한 것으로 가정하며, 이에 제한되지 않는다.
제어부(130)는 터치 장치(10)가 제2 터치 구동 모드로 구동하는 동안 터치 센서(100)로부터 감지 신호들을 수신하고, 수신된 감지 신호들에 기초하여 터치 객체의 터치 좌표 등을 포함하는 제2 터치 데이터를 획득한다(S13). 제2 터치 구동 모드에서 획득되는 제2 터치 데이터는, 스타일러스 펜(20)에 의한 터치 입력에 대응할 수 있다. 즉, 제2 터치 데이터는, 스타일러스 펜(20)의 터치 센서(100) 터치로 인한 커패시턴스 변화량, 감지 신호의 변화량, ADC 출력(또는 출력 변화량) 등을 데이터화한 것이다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 제1 터치 구동 모드와 및 제2 터치 구동 모드에서 인가되는 구동 신호와, 스타일러스 펜(20)의 공진 신호를 설명한다.
도 4는 도 3의 터치 검출 방법에 따른 구동 신호의 일례를 나타낸 파형도이다. 도 4에서, D_121 및 D_111은 각각 제1 구동/수신부(110) 및 제2 구동/수신부(120)에서 출력되는 구동 신호의 일례를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 터치 장치(10)가 제1 터치 구동 모드로 구동하는 제1 구간(T1)에서, 제1 구동/수신부(110)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 에 구동 신호(D_111)들을 출력한다. 또한, 제1 구동/수신부(110)가 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)으로 구동 신호들을 출력하면, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 감지 신호들을 수신한다.
터치 장치(10)가 제2 터치 구동 모드로 구동하는 제2 구간(T2) 중 제1 서브 구간(T21)에서, 제1 구동/수신부(110)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 에 구동 신호(D_111)들을 동시에 인가하고, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 에 구동 신호(D_121)들을 동시에 인가한다.
제1 서브 구간(T21)에서, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 인가되는 구동 신호(D_111) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 인가되는 구동 신호(D_121)의 주파수는, 스타일러스 펜(20)의 공진 주파수에 대응한다. 예를 들어, 제1 서브 구간(T21) 동안 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 출력되는 구동 신호들(D111, D121)의 주파수는 500kHz를 중심으로 25kHz의 오프셋 내의 주파수일 수 있다. 이에 반해, 제1 구간(T1)에서, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 출력되는 구동 신호(D_111)들의 주파수는 스타일러스 펜(20)의 공진 주파수와 상이하게 설정된다. 예를 들어, 제1 구간(T1) 동안 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 출력되는 구동 신호(D_111)들의 주파수는 150kHz 내외로 설정될 수 있다. 이러한 구동 신호의 주파수 설정은 예시에 불과하며, 상기와는 다른 값으로 설정될 수 있다.
터치 장치(10)가 제2 터치 구동 모드로 구동하는 제2 구간(T2) 중 제2 서브 구간(T22)에서, 제1 구동/수신부(110)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)으로부터 감지 신호들을 수신하고, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 감지 신호들을 수신할 수 있다. 제2 서브 구간(T22)에서는 구동 신호 인가가 종료된 후에도, 스타일러스 펜(20)의 공진 회로부(23)에 의해 출력되는 공진 신호가 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 중 적어도 하나에 의해 수신될 수 있다.
제2 구간(T2)은 제1 서브 구간(T21)과 제2 서브 구간(T22)을 복수로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 구간(T2) 내에서, 제1 서브 구간(T21)과 제2 서브 구간(T22)의 조합이 8회로 반복될 수 있다.
상기에서는 제1 구간(T1) 이후에 제2 구간(T2)이 존재하는 것으로 설명하였으나, 제2 구간(T2) 이후에 제1 구간(T1)이 존재할 수도 있으며, 제1 구간(T1)과 제2 구간(T2)의 시간 길이는 여러 프레임 구간 내에서 각각 변경될 수 있고, 실시 예의 터치 장치(10)의 구동 방식은 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기에서는 하나의 프레임 구간 내에 제1 구간(T1) 및 제2 구간(T2)이 한 번씩 포함되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 하나의 프레임 구간 내에 복수의 제1 구간(T1) 및 복수의 제2 구간(T2)이 포함될 수도 있다. 이 경우, 터치 장치(10)는 제1 터치 구동 모드로 구동하는 복수의 제1 구간(T1)에서 터치 센서(100)로부터 수신된 감지 신호들에 기초하여 제1 터치 데이터를 획득하고, 제2 터치 구동 모드로 구동하는 복수의 제2 구간(T2)에서 터치 센서(100)로부터 수신된 감지 신호들에 기초하여 제2 터치 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 상기에서는 제2 서브 구간(T22)에서 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)가 감지 신호를 수신하는 것으로 설명하였으나, 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)는 제1 서브 구간(T21)에서 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)을 통해 감지 신호를 수신할 수도 있다.
다음으로, 도 5 및 도 7을 참조하여 도 1의 터치 장치(10)에서 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)의 동작에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1 구동/수신부(110)는 복수의 증폭부(amplifier)(112-1 내지 112-m), 복수의 차동 증폭부(또는 차분 증폭부)(113-1 내지 113-i), ADC(analog to digital converter)부(115), 및 신호 처리부(DSP, 117)를 포함한다.
또한, 제2 구동/수신부(120)는, 복수의 제1 증폭부(122-1 내지 122-n), 복수의 제2 증폭부(123-1 내지 123-j)(또는 복수의 차동 증폭부(또는 차분 증폭부)(123-1 내지 123-j)), ADC부(125), 및 신호 처리부(DSP, 127)를 포함한다.
도 5는 도 4의 제1 구간(T1)에서의 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)의 동작을 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 구간(T1)에서 제1 구동/수신부(110)에 포함된 복수의 증폭부(112-1 내지 112-m)는 각각, 터치 채널을 통해 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 중 대응하는 하나의 제1 터치 전극에 연결되어 구동 신호를 출력한다.
또한, 제1 구간(T1)에서 제2 구동/수신부(120)에 포함된 복수의 제2 증폭부(123-1 내지 123-n)는 각각, 터치 채널을 통해 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 중 대응하는 하나의 제2 터치 전극에 연결되어 감지 신호를 수신한다. 복수의 제2 증폭부(123-1 내지 123-n) 각각은, 두 개의 입력단 중 하나의 입력단이 접지 또는 직류 전압이 연결되고, 나머지 입력단에 대응하는 제2 터치 전극의 감지 신호가 입력되는 증폭기로 구현될 수 있다. 즉, 복수의 제2 증폭부(123-1 내지 123-n) 각각은, 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에서 전달되는 감지 신호를 병렬적으로 증폭하여 출력한다.
제1 구간(T1)에서 제2 구동/수신부(120)의 ADC부(125)는 복수의 제2 증폭부(123-1 내지 123-n)에 의해 증폭된 감지 신호들을 디지털 신호인 감지 데이터들로 변환한다. 즉, ADC부(125)는 복수의 제2 증폭부(123-1 내지 123-n)로부터 증폭된 감지 신호들이 입력되면, 주기적인 샘플링을 통해 이들을 감지 데이터로 변환한다.
신호 처리부(127)는 ADC부(125)에 의해 디지털 신호로 변환된 감지 데이터들을 처리하여 제어부(130)에 전달한다.
도 6은 도 4의 제2 구간(T2) 중 제1 서브 구간(T21)에서의 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)의 동작을 보다 구체적으로 나타낸다.
도 6을 참조하면, 제1 서브 구간(T21)에서 제1 구동/수신부(110)에 포함된 복수의 증폭부(112-1 내지 112-m)는 각각, 터치 채널을 통해 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 중 대응하는 제1 터치 전극에 연결되어 구동 신호를 출력한다. 또한, 제2 구동/수신부(120)에 포함된 복수의 제1 증폭부(122-1 내지 122-n) 또한, 각각 터치 채널을 통해 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 중 대응하는 제2 터치 전극에 연결되어 구동 신호를 출력한다.
도 7은 도 4의 제2 구간(T2) 중 제2 서브 구간(T22)에서의 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)의 동작을 보다 구체적으로 나타낸다.
도 7을 참조하면, 제2 서브 구간(T22)에서 제1 구동/수신부(110)에 포함된 복수의 차동 증폭부(또는 차분 증폭부)(113-1 내지 113-i)와 제2 구동/수신부(120)에 포함된 복수의 차동 증폭부(또는 차분 증폭부)(123-1 내지 123-j) 각각은, 입력 단자들이 서로 이격 되어 있는 두 개의 터치 전극에 각각 연결된다. 또한, 각각의 차동 증폭부(113-1 내지 113-i, 123-1 내지 123-j)는 대응하는 터치 전극들에서 전달되는 두 개의 감지 신호를 차동 증폭하여 출력할 수 있다. 각각의 차동 증폭부(113-1 내지 113-i, 123-1 내지 123-j)는 두 개의 터치 전극으로부터 감지 신호를 수신하여 차동 증폭하므로, 구동 신호들을 복수의 터치 전극에 동시에 인가하더라도, 포화되지 않는다.
각각의 차동 증폭부(113-1 내지 113-i, 123-1 내지 123-j)는 인접한 두 개의 터치 전극이 아닌, 서로 이격 되어 있는 두 개의 터치 전극으로부터 감지 신호들을 수신할 수 있다. 예를 들어, 각각의 차동 증폭부(113-1 내지 113-i, 123-1 내지 123-j)는 하나 이상의 터치 전극을 사이에 두고 이격 되어 있는 두 개의 터치 전극으로부터 감지 신호들을 수신할 수 있다.
도 7을 예로 들면, 차동 증폭부(113-1)는 터치 전극(111-1) 및 터치 전극(111-5)로부터 감지 신호들을 수신한다. 차동 증폭부(113-1)가 인접한 두 개의 터치 전극(예를 들어, 제1 터치 전극(111-1) 및 제1 터치 전극(111-2))으로부터 감지 신호들을 수신한다면, 제1 터치 전극(111-1)과 제1 터치 전극(111-2) 사이의 영역에서의 터치에 의한 감지 신호들은, 차동 증폭부(113-1)에 의해 차동 증폭되더라도 그 값이 충분히 크지 않다. 그러므로, 차동 증폭부(113-1)가 인접한 두 개의 터치 전극에 연결되면, 터치 감도가 저하된다. 그러나, 차동 증폭부(113-1)는 제1 터치 전극(111-1) 및 제1 터치 전극(111-5)로부터 감지 신호들을 수신하므로, 터치가 입력된 위치의 터치 전극에 의한 감지 신호가 충분히 큰 값을 갖도록 차동 증폭될 수 있으며, 터치 감도가 향상될 수 있다.
제2 서브 구간(T22)에서 제1 구동/수신부(110)의 ADC부(115) 및 제2 구동/수신부(120)의 ADC부(125)는, 복수의 차동 증폭부(113-1 내지 113-i, 123-1 내지 123-j) 중 대응하는 차등 증폭부에 의해 증폭된 신호들을 디지털 신호인 감지 데이터들로 변환한다. 즉, ADC부(115)는 복수의 차동 증폭부(113-1 내지 113-i)로부터 증폭된 신호들이 입력되면, 주기적인 샘플링을 통해 이들을 감지 데이터로 변환하고, ADC부(125)는 복수의 차동 증폭부(123-1 내지 123-j)로부터 증폭된 신호들이 입력되면, 주기적인 샘플링을 통해 이들을 감지 데이터로 변환한다.
그리고 각각의 신호 처리부(117, 127)는 대응하는 ADC부(115, 125)로부터 출력되는 감지 데이터들을 신호 처리하여 제어부(130)에 전달한다.
복수의 차동 증폭부(113-1 내지 113-i, 123-1 내지 123-j)는 복수의 증폭부(123-1 내지 123-n)의 입력단의 연결을 변경하여 구성될 수 있다. 즉, i+j=n일 수 있다. 구체적으로, 증폭부(123-1)의 두 입력단 중 접지 또는 직류 전압이 연결된 입력단을 대응하는 제2 터치 전극(121-4)에 연결하고, 증폭부(123-1)의 두 입력단 중 접지 또는 직류 전압이 연결된 입력단을 대응하는 제2 터치 전극(121-5)에 연결하여, 하나의 증폭부에 두 개의 터치 전극이 연결될 수 있다.
다음으로, 도 8 내지 도 11을 참조하여 도 3의 터치 검출 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 8은 도 3의 터치 검출 방법에 따른 구동 신호와 수신 신호의 일례를 나타낸 파형도이고, 도 9는 도 8의 제1 구간(T1)에서의 감지 신호를 처리하는 일 예를 나타낸다. 도 8 및 도 9는, 제1 터치 전극들(111-1, 111-2)과 제2 터치 전극들(121-1, 121-2, 121-3)이 교차하는 영역에 손가락에 의한 터치가 있는 것으로 가정한다.
도 8에서, 제1 터치 전극들(111-1, 111-2)과 제2 터치 전극들(121-1, 121-2, 121-3)로 인가되는 구동 신호들(D_111, D_121)은 이네이블 레벨의 전압(VE)과 디세이블 레벨의 전압(VD)을 갖는 주파수 신호를 포함한다. 한편, 도 8에서는 구동 신호(D_111, D_121)가 펄스 파형의 주파수 신호인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 구동 신호의 파형은 이로 제한되지 않는다.
제1 구간(T1)에서는, 복수의 구동 신호(D_111-1 내지 D_111-m)가 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 순차적으로 인가된다. 또한, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 감지 신호들(R_121-1 내지 R_121-n)을 수신한다.
제1 구간(T1)에서 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 인가되는 구동 신호(D_111-1 내지 D_111-m)는, 스타일러스 펜(20) 외의 다른 터치 객체에 의한 터치 입력을 검출하기 위한 구동 신호이다.
도 8에서는 제1 구간(T1) 동안 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 동일한 주파수를 가지는 구동 신호(D_111-1 내지 D_111-m)가 순차적으로 인가되는 것으로 도시하였으나, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 서로 상이한 주파수(예를 들어, 서로 직교(orthogonal)의 관계를 갖는 주파수)를 갖는 구동 신호가 동시에 인가될 수도 있다. 이 경우, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 터치에 따른 감지 신호를 수신하고, 상이한 주파수 대역의 밴드 패스 필터들을 사용하여 감지 신호들을 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 별로 분리할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 구간(T1)에서는 제2 터치 전극(121-1)으로부터의 감지 신호(R_121-1)가 대응하는 증폭부(123-1)를 통해 증폭되어 출력되고, 제2 터치 전극(121-2)으로부터의 감지 신호(R_121-2)가 대응하는 증폭부(123-1)를 통해 증폭되어 출력되며, 제2 터치 전극(121-3)으로부터의 감지 신호(R_121-3)가 대응하는 증폭부(123-1)를 통해 증폭되어 출력되고, 제2 터치 전극(121-4)으로부터의 감지 신호(R_121-4)가 대응하는 증폭부(123-1)를 통해 증폭되어 출력될 수 있다. 각 증폭부(123-1, 123-2, 123-3, 123-4)에 의해 증폭된 감지 신호들은, ADC부(125)에 의해 디지털 신호인 감지 데이터로 변환된 후, 신호 처리부(127)에 의해 처리되어 제어부(130)로 전달된다.
제어부(130)는 감지 데이터들이 입력되면, 이로부터 각 감지 신호의 신호 크기(진폭) 변화를 검출할 수 있다. 그리고, 신호 크기 변화가 발생될 때의 구동 신호를 인가한 제1 터치 전극과 신호 크기 변화가 발생된 제2 터치 전극이 교차하는 지점을 터치 좌표로 획득할 수 있다. 도 8을 예로 들면, 제1 터치 전극들(111-1, 111-2)에 구동 신호가 인가되는 동안, 제2 터치 전극들(121-1, 121-2, 121-3)로부터 수신되는 감지 신호들(R_121-1, R_121-2, R_121-3)에는 터치에 의한 신호 크기 변화가 각각 △V0, △V1, △V2로 발생한다. 따라서, 제1 터치 전극들(111-1, 111-2)과 제2 터치 전극들(121-1, 121-2, 121-3)이 교차하는 지점이 터치 좌표로 획득될 수 있다.
다시 도 8을 보면, 다음으로, 제2 구간(T2) 내의 제1 서브 구간(T21)에서는, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두에 구동 신호(D_111, D_121)가 인가된다. 제1 서브 구간(T21) 동안 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 인가되는 구동 신호들(D_111, D_121)은 스타일러스 펜(20)의 공진 주파수와 유사한 주파수를 갖는 주파수 신호이다.
제2 서브 구간(T22)에서, 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두로부터 감지 신호들을 수신할 수 있다.
제2 구간(T2)은, 제1 서브 구간(T21)과 제2 서브 구간(T22)을 복수로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 구간(T2) 내에서, 제1 서브 구간(T21)과 제2 서브 구간(T22)의 조합이 8회로 반복될 수 있다.
도 8에서는 스타일러스 펜(20)에 의한 터치가 발생하지 않으므로, 제2 서브 구간(T22)에서 감지 신호가 수신되지 않는다.
도 10은 도 3의 터치 검출 방법에 따른 구동 신호와 수신 신호의 다른 예를 나타낸 파형도이고, 도 11은 도 10의 제2 구간(T2)에서의 감지 신호를 처리하는 일 예를 나타낸다. 도 10 및 도 11에서는, 제1 터치 전극(111-2)과 제2 터치 전극(121-5)이 교차하는 영역에 스타일러스 펜(20)에 의한 터치가 있는 것으로 가정한다.
도 10에서, 제1 터치 전극들(111-1, 111-2)과 제2 터치 전극들(121-1, 121-2, 121-3)로 인가되는 구동 신호들(D_111, D_121)은, 도 8에서와 마찬가지로 이네이블 레벨의 전압(VE)과 디세이블 레벨의 전압(VD)을 갖는 주파수 신호를 포함한다. 한편, 도 10에서는 구동 신호(D_111, D_121)가 펄스 파형의 주파수 신호인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 구동 신호의 파형은 이로 제한되지 않는다.
도 10을 참조하면, 제1 구간(T1)에서, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)에 순차적으로 구동 신호들(D_111-1 내지 D_111-m)이 인가된다. 또한, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 감지 신호들(R_121-1 내지 R_121-n)을 수신한다.
스타일러스 펜(20)이 제2 터치 전극(121-5)에 근접해 있으므로, 제1 구간(T1)에서는, 터치가 있는 제2 터치 전극(121-5)으로부터의 감지 신호(R_121-5)의 신호 크기 변화 값(ΔV3)이 증폭부(123-5)를 통해 증폭되어 출력될 수 있다.
다음으로, 제2 구간(T2) 내의 제1 서브 구간(T21)에서는, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두에 구동 신호(D_111, D_121)가 인가된다. 제1 서브 구간(T21) 동안 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 인가되는 구동 신호들(D_111, D_121)은 스타일러스 펜(20)의 공진 주파수와 유사한 주파수를 갖는 주파수 신호이다.
제1 서브 구간(T21)에서, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터의 감지 신호의 수신은 수행되지 않는다.
이후, 제1 서브 구간(T21)이 종료되면, 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)는 구동 신호의 인가를 중단한다. 즉, 제1 서브 구간(T21)에 이어지는 제2 서브 구간(T22) 동안에는, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)에 구동 신호가 인가되지 않는다.
제2 서브 구간(T22)에서, 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두로부터 감지 신호들을 수신할 수 있다. 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120)는 구동 신호(D_111, D_121)가 인가되지 않는 제2 서브 구간(T22)에서의 펜 공진 신호를, 감지 신호로서 수신할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제2 서브 구간(T22)에서 스타일러스 펜(20)에 의해 터치된 영역의 제1 터치 전극(111-2)과 제2 터치 전극(121-5)으로부터 수신된 감지 신호(R_111-2, R_121-5)들은 각각 대응하는 차동 증폭부(113-2, 123-1)에 의해 증폭되어 출력될 수 있다. 각 차동 증폭부(113-2, 123-1)에는, 감지 신호(R_111-2, R_121-5)들 외에 터치되지 않은 영역의 터치 전극(111-6, 121-1)으로부터 수신된 감지 신호가 또 다른 입력으로 입력되므로, 실질적으로 각 차동 증폭부(113-2, 123-1)에서 출력되는 신호들은 제1 터치 전극(111-2)과 제2 터치 전극(121-5)으로부터 수신된 감지 신호(R_111-2, R_121-5)들이 증폭된 신호에 대응한다. 각 차동 증폭부(113-2, 123-1)에 의해 증폭된 감지 신호들은, 대응하는 ADC부(115, 125)에 의해 디지털 신호인 감지 데이터들로 변환된 후, 신호 처리부(117, 127)에 의해 처리되어 제어부(130)로 전달된다.
제어부(130)는 감지 데이터들이 입력되면, 이를 사용하여 감지 신호들 중 신호 크기(진폭)가 소정치 이상인 유효 터치 신호를 검출할 수 있다. 그리고, 유효 터치 신호로 검출된 터치 전극들의 위치로부터 터치 좌표를 획득할 수 있다. 도 10을 예로 들면, 제1 터치 전극(111-2)과 제2 터치 전극(121-5)에서 소정치 이상의 감지 신호가 수신된다. 따라서, 제1 터치 전극(111-2)과 제2 터치 전극(121-5)이 교차하는 지점이 터치 좌표로 획득될 수 있다.
일 실시 예에 따른 터치 장치(10)에 따르면, 제2 서브 구간(T22)에서 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두를 통해 감지 신호를 수신하므로, 서로 교차하는 두 개의 축에 따른 터치 좌표를 빠른 시간 내에 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제1 서브 구간(T21)에서 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)과 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두에 동일한 구동 신호(D_111, D_121)를 동시에 인가하여, 이에 응답하는 스타일러스 펜(20)의 공진 신호 크기가 향상되는 장점이 있다.
상기의 설명에서, 제1 구동/수신부(110)와 제2 구동/수신부(120) 중 적어도 하나에 의해, 제2 서브 구간(T22)에서 감지 신호 수신이 적어도 1회 수행될 수 있다. 또한, 감지 신호를 수신하는 시점은 제2 서브 구간(T22) 내의 적어도 하나의 시점일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
실시 예들에 따르면, 터치 장치(10)는 전술한 바와 같이 제1 터치 데이터 또는 제2 터치 데이터가 획득되면, 이로부터 터치 좌표를 검출하고, 터치 좌표를 포함하는 터치 데이터를 소정의 터치 리포트 주기(touch report period)마다 호스트 장치로 전달할 수 있다. 본 문서에서 터치 리포트 주기는, 터치 장치(10)가 터치 센서(100)를 구동하여 획득된 터치 데이터를 외부의 호스트 장치(미도시)로 리포팅하기 위해, 터치 데이터를 호스트 장치로 출력하는 주기를 나타낸다.
터치 데이터와 관련하여, 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다.
도 12는 일 실시 예에 따른 터치 장치 및 호스트를 나타내는 블록도이고, 도 13은 터치 장치로부터 호스트 장치에 제공되는 터치 데이터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 호스트 장치(50)는 터치 장치(10)에 포함된 터치 컨트롤러(102)로부터 터치 데이터를 제공받을 수 있다. 예를 들어, 호스트 장치(50)는 모바일 SoC(System-on-Chip), 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor), 미디어 프로세서(Media Processor), 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), 또는 이와 유사한 장치일 수 있다.
터치 장치(10)는 하나의 프레임 구간이 종료된 후에, 해당 프레임 구간 동안 입력된 터치에 관한 정보를 터치 데이터로 생성하여 호스트 장치(50)에 전달할 수 있다.
도 13을 참조하면, 터치 데이터(60)는 터치 카운트 필드(61) 및 적어도 하나의 터치 엔티티 필드(62, 63)를 포함할 수 있다.
터치 카운트 필드(61)에는 하나의 프레임 구간 동안 입력된 터치의 개수를 나타내는 값이 기입될 수 있다. 예를 들어, 하나의 프레임 구간 내의 제1 구간(T1)에서 하나의 손가락에 의한 터치 좌표가 계산되고, 제2 구간(T2)에서 하나의 스타일러스 펜에 의한 터치 좌표가 계산되는 경우, 터치 카운트 필드(61)에는 두 개의 터치가 입력됨을 나타내는 값이 기입된다.
터치 엔티티 필드(62, 63)는 각각의 터치 입력에 대한 정보를 나타내는 필드를 포함한다. 예를 들어, 터치 엔티티 필드(62, 63)는 플래그 필드(620), X축 좌표 필드(621), Y축 좌표 필드(622), Z 값 필드(623), 면적 필드(624), 터치 액션 필드(625)를 포함한다.
터치 엔티티 필드(62, 63)의 개수는 터치 카운트 필드(61)에 기입된 값과 동일할 수 있다.
플래그 필드(620)에는 터치 객체를 나타내는 값이 기입될 수 있다. 예를 들어, 손가락, 손바닥, 및 스타일러스 펜은 서로 상이한 값으로 플래그 필드(620)에 기입될 수 있다. X축 좌표 필드(621)와 Y축 좌표 필드(622)에는 계산된 터치 좌표를 나타내는 값이 기입될 수 있다. Z 값 필드(623)에는 감지 신호의 신호 세기에 대응되는 값이 기입될 수 있다. 면적 필드(624)에는 터치된 영역의 면적에 대응되는 값이 기입될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 터치 데이터(60)를 전달 받은 호스트 장치(50)는 면적 필드(624)의 값을 사용하여, 터치 면적이 임계치보다 크면 터치 객체가 손가락(30)인 것으로 결정하고, 터치 면적이 임계치 이하이면 터치 객체가 스타일러스 펜(20)인 것으로 결정한다.
실시 예들에 따르면, 터치 데이터(60)를 전달 받은 호스트 장치(50)는 플래그 필드(620)의 값을 사용하여, 터치 객체가 손가락(30)인지 또는 스타일러스 펜(20)인지를 식별할 수도 있다.
한편, 터치 장치(10)에는 다양한 이유로 노이즈가 존재하며, 이러한 노이즈는 터치 장치(10)의 감지 성능을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 특히, 스타일러스 펜(20)의 경우 스타일러스 펜(20)의 공진 주파수와 유사한 주파수 대역의 노이즈가 존재할 경우, 터치 감지의 정밀도가 많이 낮아질 수 있다.
다음으로, 도 14를 참조하여 노이즈가 터치 감지에 영향을 미치는 현상에 대해 설명한다.
도 14는 터치 장치의 터치 감지 성능에 대한 노이즈의 영향을 설명하기 위한 도면으로서, 스타일러스 펜(20)의 공진을 위해 터치 센서(100)로 인가되는 구동 신호와 주파수가 동일하거나, 2배, 3배의 주파수를 가지는 노이즈 신호가 발생하는 경우를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 터치 장치(10)에서는 감지 신호의 신호 크기 즉, 진폭(amplitude)를 획득하기 위해, 구동 신호의 주파수의 n배, 예를 들어, 4배의 주파수를 가지는 클록 신호에 동기화되어 복수의 샘플링 지점(s0~s7)에서 감지 신호의 신호 값을 샘플링한다. 그리고, 샘플링된 신호 값들 중 적어도 일부를 사용하여 감지 신호의 신호 크기(진폭)를 획득한다. 도 14를 예로 예로 들면, s0 지점에서 샘플링된 신호 값(1)과, s2 지점에서 샘플링된 신호 값(-1) 간의 차이 값(ΔI)을 이용하여 감지 신호의 신호 크기를 획득한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 스타일러스 펜(20)에 의해 터치 센서(100)가 터치된 경우, 터치된 터치 전극으로부터 출력되는 감지 신호의 진폭(ΔI)은 2가 된다.
이와 마찬가지로, 구동 신호의 주파수(f1)와 동일한 주파수를 가지는 노이즈 신호1 또한, 샘플링 시점 s0에서 샘플링된 신호 값이 1이고, 샘플링 시점 s2에서 샘플링된 신호 값이 -1로, 두 값 간의 차이 값(ΔI) 또한 2가 된다. 또한, 구동 신호의 주파수(f1)의 3배인 주파수를 가지는 노이즈 신호3은, 샘플링 시점 s0에서 샘플링된 신호 값이 -1이고, 샘플링 시점 s2에서 샘플링된 신호 값이 1로, 두 값 간의 차이 값(ΔI)이 -2가 된다.
따라서, 노이즈 신호1 또는 노이즈 신호3이 구동 신호에 시간적으로 동기화되어 발생할 경우, 노이즈 신호1 또는 노이즈 신호3의 신호 값이 감지 신호의 진폭을 획득하는데 영향을 미치게 되고, 이는 터치 감지 성능을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다.
따라서, 후술하는 실시 예에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 도 3의 제2 터치 구동 모드에서 터치 센서(100)로 출력되는 구동 신호가 서로 위상이 상이한 두 가지 종류의 구동 신호들이 포함하도록 하고, 감지 신호의 진폭을 획득하는 과정에서 대응하는 구동 신호의 위상에 따라 서로 다른 코드를 적용함으로써, 감지 신호로부터 노이즈 신호의 영향을 제거한다.
이하, 도 15 내지 도 18을 참조하여, 터치 장치(10)가 제2 터치 구동 모드로 동작하는 동안의 터치 검출 방법(도 3의 S12 및 S13 단계 참조)에 대해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 15는 실시 예에 따른 터치 장치가 제2 터치 구동 모드로 동작하는 동안의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 16은 도 15의 터치 검출 방법에서 노이즈를 필터링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 터치 장치(10)의 제어부(130)는 터치 장치(10)가 스타일러스 펜(20)의 터치를 감지하기 위한 제2 터치 구동 모드에 진입함에 따라(S20), 스타일러스 펜(20)의 공진 신호를 발생시키기 위한 구동 신호를 터치 센서(100)로 출력하도록 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)를 제어한다.
이에 따라, 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)는 스타일러스 펜(20)의 공진 주파수와 유사한 주파수를 가지며 서로 위상이 상이한 제1 및 제2 구동 신호 중 하나를 터치 센서(100)로 선택적으로 인가한다(S21). 즉, 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)는, 정해진 순서 또는 패턴에 따라 서로 위상이 상이한, 예를 들어, 서로 위상이 반대인, 제1 및 제2 구동 신호 중 하나를 선택하여, 소정 구간(도 4의 제1 서브 구간(T21) 참조) 동안 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n) 모두에 구동 신호를 출력한다.
또한, 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)는 터치 센서(100) 즉, 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m) 및 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 감지 신호들을 수신(S22)하여 이를 제어부(130)로 전달한다. 예를 들어, 상기 S21 단계에서의 구동 신호 인가가 종료된 후 소정 구간(도 4의 제2 서브 구간(T22) 참조)에서, 제1 구동/수신부(110)는 터치 센서(100)로 복수의 제1 터치 전극(111-1 내지 111-m)으로부터 감지 신호들을 수신하고, 제2 구동/수신부(120)는 복수의 제2 터치 전극(121-1 내지 121-n)으로부터 감지 신호들을 수신할 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)는 각 터치 전극들로부터 수신된 감지 신호들을 (차등) 증폭하고, 디지털 신호인 감지 데이터로 변환한 후 제어부(130)로 전달한다.
여기서, 감지 데이터는 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)의 ADC부(115, 125)를 통해 감지 신호의 신호 값들을 샘플링한 데이터들이다. 도 16을 예로 들면, 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)의 ADC부(115, 125)는 구동 신호의 주파수(f1)의 n배 예를 들어, 4배의 주파수(4×f1)를 가지는 클록 신호에 동기화되어 복수의 시점(s0~s3, s10~s13)에서 감지 신호를 샘플링할 수 있다. 본 개시에서의 적어도 하나의 샘플링 시점(s0~s3, s10~s13)은, 구동 신호의 주파수와 관련되어 주기적으로 설정될 수 있는 임의의 타이밍일 수 있다.
제어부(130)는 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)로부터 각 터치 전극으로부터 수신된 감지 신호에 대응하는 감지 데이터들이 전달되면, 이들을 사용하여 각 감지 신호의 신호 크기 즉, 진폭을 획득한다(S23).
도 16을 예로 들면, 제어부(130)는 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)에 의해 샘플링된 신호 값들 중 적어도 일부를 이용하여 대응하는 감지 신호의 신호 크기 즉 진폭을 산출한다. 예를 들어, 제어부(130)는 샘플링 시점 s0 및 s2에서 샘플링된 신호 값들 간의 차이와, 샘플링 시점 s4 및 s6에서 샘플링된 신호 값들 간의 차이를 이용하여 감지 신호의 신호 크기를 산출한다. 이에 따라, 정위상의 구동 신호에 응답하여 수신된 감지 신호의 진폭은, s0 시점에서 샘플링 된 신호 값 1과, s2 시점에서 샘플링 된 신호 값 -1의 차이 값인 +2가 된다. 반면에, 역위상의 구동 신호에 응답하여 수신된 감지 신호의 진폭은, s4 시점에서 샘플링 된 신호 값 -1과, s6 시점에서 샘플링 된 신호 값 1의 차이 값인 -2가 된다.
터치 장치(10)가 제2 터치 구동 모드로 구동하는 동안, 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)는 터치 센서(100)로 구동 신호를 인가하고(S21), 이에 대응하여 터치 센서(100)로부터 감지 신호들을 수신(S22)하여 감지 신호들의 신호 크기를 획득(S23)는 동작을 N회 반복적으로 수행한다(S24). 즉, 터치 장치(10)가 제2 터치 구동 모드로 구동되는 제2 구간(T2)동안, 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)과 감지 신호를 수신하는 제2 서브 구간(T22)의 조합이 N회(예를 들어, 8회)에 걸쳐 반복될 수 있다.
상기 S21 단계 내지 S23 단계를 N회 반복한 후, 제어부(130)는 아래의 수학식 1을 통해, 각 감지 신호의 최종 신호 크기 즉, 최종 진폭을 획득한다(S25).
[수학식 1]
Figure PCTKR2020007615-appb-I000001
위 수학식 1에서, i는 상기 S21 단계 내지 S23 단계가 수행된 회차에 대응하고, ΔIi는 i 번째 수행된 상기 S21 단계 내지 S23 단계에 의해 획득된 신호 진폭을 의미하며, '# of samples'는 한 번의 제2 터치 구동 모드가 수행되는 동안 감지 신호로부터 신호 진폭이 획득된 횟수(샘플링 횟수) 즉, 상기 S21 단계 내지 S23 단계가 수행된 횟수에 대응한다.
위 수학식 1을 참조하면, 각 터치 전극에 대응하는 감지 신호의 최종 신호 크기(signal amplitude)는, 제2 터치 구동 모드가 수행되는 동안 여러 번에 걸쳐 구동 신호를 인가하고 획득한 감지 신호의 진폭(ΔIi)에 각각 대응하는 코드(code)를 곱한 후 합한 값(
Figure PCTKR2020007615-appb-I000002
)을, 샘플링 횟수('# of samples')로 나누어 평균을 구한 값에 대응된다. 여기서, 코드(code)는 절댓값이 동일하고 부호가 서로 상이한 제1 값과 제2 값 중 하나의 값을 갖는다. 예를 들어, 코드는 1과 -1 중 하나의 값을 가지며, 대응하는 구동 신호의 위상에 따라 다르게 적용될 수 있다. 도 16을 예로 들면, 정위상의 구동 신호(제1 구동 신호)를 터치 센서(100)로 인가하여 획득한 감지 신호의 신호 크기에는 코드 1이 곱해지고, 역위상의 구동 신호(제2 구동 신호)를 터치 센서(100)로 인가하여 획득한 감지 신호의 신호 크기에는 코드 -1이 곱해질 수 있다.
전술한 방법을 통해, 각 터치 전극에 대응하는 감지 신호의 최종 신호 크기가 획득되면, 제어부(130)는 이를 정해진 임계치와 비교하여 감지 신호들 중 유효 터치 신호를 검출한다. 그리고, 유효 터치 신호가 검출된 터치 전극들에 대응하여 스타일러스 펜(20)의 터치 좌표 등을 포함하는 제2 터치 데이터를 획득한다(S26).
스타일러스 펜(20)에서 발생하는 공진 신호는, 터치 센서(100)로 인가되는 구동 신호의 위상에 대응하여 위상이 달라진다. 따라서, 스타일러스 펜(20)의 공진 신호를 감지하여 출력하는 터치 센서(100)의 감지 신호 또한 터치 센서(100)로 인가되는 구동 신호의 위상에 대응하여 그 위상이 달라질 수 있다.
도 16을 예로 들면, 정위상의 구동 신호가 인가되어 발생한 감지 신호와, 역위상의 구동 신호가 인가되어 발생한 감지 신호는 위상이 서로 상이하게 나타난다. 따라서, 정위상의 구동 신호를 인가하여 수신된 감지 신호의 진폭(예를 들어, 샘플링 시점 s0 및 s2에서 샘플링된 감지 데이터들 간의 차이 값(ΔI))은 +2가 되고, 역위상의 구동 신호를 인가하여 수신된 감지 신호의 진폭(예를 들어, 샘플링 시점 s4 및 s6에서 샘플링된 감지 데이터들 간의 차이 값(ΔI))은 -2가 된다. 이렇게 획득된 진폭 값들을 위 수학식 1에 대입할 경우, 진폭 값들 간의 상쇄를 통해 최종 신호 크기 값이 작아질 수 있다. 즉, 정위상의 구동 신호가 인가되어 발생한 감지 신호의 진폭 값이 +2이고, 역위상의 구동 신호가 인가되어 발생한 감지 신호의 진폭 값이 -2이므로, 코드를 적용하지 않을 경우 획득되는 최종 신호 크기는 (2+(-2))/2 = 0이 된다.
따라서, 제어부(130)는 정위상의 구동 신호가 인가되어 획득된 감지 신호의 진폭에는 코드 1을 곱하고, 역위상의 구동 신호가 인가되어 획득된 감지 신호의 진폭에는 코드 -1을 곱함으로써, 진폭 값들 간에 상쇄가 발생하는 것을 방지한다. 즉, 구동 신호의 위상에 따른 코드를 적용할 경우 감지 신호의 최종 신호 크기는, ((2×1)+((-2) ×(-1))/2 = 2가 된다.
한편, 노이즈 신호들은 구동 신호에 영향을 받지 않는 신호들이므로, 도 16에 도시된 바와 같이, 구동 신호의 위상 변화와 상관 없이 위상이 유지된다. 따라서, 노이즈 신호들의 신호 크기를 위 수학식 1에 대입하여 획득할 경우, 코드가 곱해진 진폭 값들 간의 상쇄가 이루어진다. 노이즈 신호1을 예로 들면, 위 수학식 1에 의해 얻어지는 최종 신호 크기는, ((2×1)+((2 ×(-1))/2 = 0이 되어 필터링될 수 있다. 또한, 노이즈 신호3을 예로 들면, 위 수학식 1에 의해 얻어지는 최종 신호 크기는, (((-2)×1)+((-2) ×(-1))/2 = 0이 되어 필터링될 수 있다.
한편, 도 16에서는 정위상의 구동 신호와 역위상의 구동 신호가 연속적으로 터치 센서(100)로 인가되는 것처럼 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 하나의 제1 서브 기간(T21)에서는 정위상의 구동 신호와 역위상의 구동 신호 중 어느 하나만 터치 센서로 인가된다. 따라서, 실제 정위상의 구동 신호와 역위상의 구동 신호가 인가되는 구간 사이에는 적어도 하나의 제2 서브 구간(T21)이 배치될 수 있다.
터치 장치(10)가 제2 터치 구동 모드로 구동하는 동안 위상이 서로 상이한 제1 구동 신호가 출력되는 구간 및 제2 구동 신호가 출력되는 구간의 배열은 다양하게 변형이 가능하다.
이하, 도 17 및 도 20을 참조하여, 제2 터치 구동 모드로 구동하는 동안 위상이 서로 상이한 제1 및 제2 구동 신호가 출력되는 실시 예들에 대해 설명한다.
도 17 내지 도 20은 터치 장치가 위상이 서로 다른 제1 및 제2 구동 신호를 출력하는 예들을 도시한 파형도들이다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 하나의 프레임 구간은 터치 장치(10)가 제1 터치 구동 모드로 구동하는 제1 구간(T1)과 제2 터치 구동 모드로 구동하는 제2 구간(T2)으로 구분되며, 현재 프레임 구간의 제2 구간(T2)이 종료되면, 다음 프레임 구간의 제1 구간(T1)이 개시된다.
하나의 프레임 구간 내에서 터치 장치(10)가 제2 터치 구동 모드로 구동하는 제2 구간(T2)은, 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)과 제1 서브 구간(T21)에 이어지며 구동 신호가 인가되지 않는 제2 서브 구간(T22)의 조합을 다수(예를 들어, 8회) 포함한다. 또한, 하나의 제2 구간(T2)에는 제1 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)과 제2 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)이 적어도 1회 포함될 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)는 정위상의 제1 구동 신호와 역위상의 제2 구동 신호를 소정 주기에 따라(예를 들어, 매 제1 서브 구간(T21)마다) 교대로 인가할 수 있다. 이 경우, 제2 구간(T2)에 포함된 제1 서브 구간(T21)들 중 제1 구동 신호가 인가되는 구간의 횟수와, 제2 구동 신호가 인가되는 구간의 횟수가 서로 동일하다.
한편, 하나의 제2 구간(T2) 내에서 제1 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)은 적어도 2회 연속될 수 있다. 이와 마찬가지로, 하나의 제2 구간(T2) 내에서 제2 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21) 또한 적어도 2개 연속될 수 있다. 도 18을 예로 들면, 하나의 제2 하나의 제2 구간(T2) 내에서 초기 4개의 제1 서브 구간(T21)에서는 제1 구동 신호가 연속적으로 인가되고, 이어지는 4개의 제1 서브 구간(T21)에서는 제2 구동 신호가 연속적으로 인가된다. 도 18에서는 또한, 하나의 제2 구간(T2) 내에서 제1 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)이 연속하는 횟수(4개)와, 제2 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)이 연속하는 횟수(4개)가 서로 동일하다.
도 19에 따르면, 제1 및 제2 구동/수신부(110, 120)에 의해 정위상의 제1 구동 신호와 역위상의 제2 구동 신호가 인가되는 패턴은 불규칙하고 비 주기적일 수 있다. 도 19를 참조하면, 하나의 제2 구간(T2)에 포함된 제1 서브 구간(T21)들 중 제1 구동 신호가 인가되는 구간의 횟수와, 제2 구동 신호가 인가되는 구간의 횟수가 서로 상이할 수 있다. 또한, 하나의 제2 구간(T2) 내에서 제1 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)이 연속하는 횟수와, 제2 구동 신호가 인가되는 제1 서브 구간(T21)이 연속하는 횟수도 서로 상이할 수 있다.
한편, 상기에서는 구동 신호의 위상 변화가 제1 서브 구간(T21) 단위로 발생하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예에 따르면, 구동 신호의 위상 변화는 제2 구간(T2) 단위로 발생할 수도 있다. 도 20을 예로 들면, 첫 번째 프레임 구간의 제2 구간(T2) 내에서는 정위상의 제1 구동 신호가 터치 센서(100)로 인가되고, 두 번째 프레임 구간의 제2 구간(T2) 내에서는 역위상이 제2 구동 신호가 터치 센서(100)로 인가된다. 이 경우, 터치 장치(10)는 전술한 수학식 1에 기초하여 매 프레임 구간마다 제2 구간(T2)에서 터치 센서(100)로부터 수신된 감지 신호들로부터 감지 신호의 최종 신호 크기를 획득하고, 이를 이용하여 제2 터치 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 터치 장치(10)는 전술한 수학식 1에 기초하여 첫 번째 프레임 구간의 제2 구간(T2)에서 터치 센서(100)로부터 수신된 감지 신호들과 두 번째 프레임 구간의 제2 구간(T2)에서 터치 센서(100)로부터 수신된 감지 신호들로부터 감지 신호의 최종 신호 크기를 획득하고, 이에 기초하여 제2 터치 데이터를 획득할 수도 있다.
또한, 전술한 설명에서는 제1 및 제2 구동 신호의 위상이 서로 반대, 즉, 제1 및 제2 구동 신호의 위상차가 180도이나, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예들에 따르면, 제1 및 제2 구동 신호의 위상차는 90도, 270도, 또는 다른 임의의 값으로 변경될 수도 있다.
전술한 실시 예들에 따르면, 스타일러스 펜의 공진 신호와 유사한 주파수 대역의 노이즈가 존재하는 환경에서도 감지 신호에 대한 노이즈 신호의 영향을 최소화할 수 있어, 스타일러스 펜에 의한 터치 감지 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (21)

  1. 복수의 터치 전극, 그리고
    스타일러스 펜의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 구동 신호들을 상기 복수의 터치 전극으로 인가하고, 상기 복수의 터치 전극으로부터 감지 신호들을 수신하는 구동/수신부
    를 포함하며,
    상기 구동 신호는, 제1 구동 신호, 및 상기 제1 구동 신호와 위상이 상이한 제2 구동 신호를 포함하는 터치 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 구간 동안 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 감지 신호들에 기초하여 제1 터치 데이터를 획득하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 구동/수신부는 제2 구간 동안 상기 제1 구동 신호를 상기 복수의 터치 전극으로 인가하고, 제3 구간 동안 상기 제2 구동 신호를 상기 복수의 터치 전극으로 인가하며,
    상기 제1 구간은 상기 제2 구간과 상기 제3 구간을 적어도 하나씩 포함하는 터치 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 구간 및 상기 제3 구간 중 적어도 하나에서, 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 감지 신호들에 기초하여 제2 터치 데이터를 더 획득하는 터치 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간에 포함되는 상기 제2 구간의 수와 상기 제3 구간의 수가 서로 동일한 터치 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간에 포함되는 상기 제2 구간의 수와 상기 제3 구간의 수가 서로 상이한 터치 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간 내에서, 상기 제2 구간과 상기 제3 구간은 소정 주기로 번갈아 배치되는 터치 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간 내에서 상기 제2 구간과 상기 제3 구간은 적어도 1회 반복되는 터치 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간 내에서 상기 제2 구간과 상기 제3 구간 각각은 적어도 2회 연속하는 터치 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간 내에서 상기 제2 구간이 연속하는 횟수와 상기 제3 구간이 연속하는 횟수가 서로 상이한 터치 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간 내에서 상기 제2 구간이 연속하는 횟수와 상기 제3 구간이 연속하는 횟수가 동일한 터치 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 감지 신호들이 상기 제1 구동 신호에 대응하여 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 제1 감지 신호이면, 상기 제1 감지 신호의 진폭 값에 제1 값을 곱하여 제1 진폭 값을 산출하고, 상기 감지 신호들이 상기 제2 구동 신호에 대응하여 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 제2 감지 신호이면, 상기 제2 감지 신호의 진폭 값에 제2 값을 곱하여 제2 진폭 값을 산출하며, 소정 시간 동안 획득되는 상기 제1 진폭 값 및 상기 제2 진폭 값에 기초하여 상기 제1 터치 데이터를 획득하고,
    상기 제1 값과 상기 제2 값은 절댓값이 동일하고 부호가 상이한 터치 장치.
  12. 제3항에 있어서
    상기 제1 터치 데이터 또는 상기 제2 터치 데이터는, 상기 스타일러스 펜의 터치로 인한, 상기 터치 전극의 커패시턴스 변화량, 상기 감지 신호의 변화량, 또는 ADC(analog to digital converter) 출력에 대응하는 터치 장치.
  13. 터치 장치의 터치 검출 방법에 있어서,
    복수의 터치 전극으로, 스타일러스 펜의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖고 위상이 서로 상이한 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계,
    상기 복수의 터치 전극으로부터 감지 신호들을 수신하는 단계,
    상기 감지 신호들 각각의 진폭을 산출하는 단계,
    상기 인가하는 단계, 상기 수신하는 단계, 및 상기 산출하는 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하는 단계,
    상기 산출하는 단계가 수행될 때마다 산출된 상기 진폭을 이용하여, 상기 복수의 터치 전극 각각에 대응하는 최종 신호 크기를 획득하는 단계, 및
    상기 최종 신호 크기에 기초하여, 상기 스타일러스 펜의 터치에 의한 터치 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선택적으로 인가하는 단계는,
    상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호가 인가된 횟수와 상기 제2 구동 신호가 인가된 횟수가 동일하도록 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 선택적으로 인가하는 단계는,
    상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호가 인가된 횟수와 상기 제2 구동 신호가 인가된 횟수가 상이하도록 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 선택적으로 인가하는 단계는,
    상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호가 소정 주기로 번갈아 인가되도록, 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 선택적으로 인가하는 단계는,
    상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호가 각각 적어도 1회 반복 인가되도록, 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 선택적으로 인가하는 단계는,
    상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호 각각이 적어도 2회 연속 인가되도록, 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호가 연속 인가되는 횟수와 상기 제2 구동 신호가 연속 인가되는 횟수가 서로 상이한 터치 검출 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 선택적으로 인가하는 단계는,
    상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호 각각이 적어도 2회 연속 인가되도록, 상기 제1 및 제2 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 기 설정된 횟수 내에서, 상기 제1 구동 신호가 연속 인가되는 횟수와 상기 제2 구동 신호가 연속 인가되는 횟수가 서로 동일한 터치 검출 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 최종 신호 크기를 획득하는 단계는,
    상기 감지 신호들이 상기 제1 구동 신호에 대응하여 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 제1 감지 신호이면, 상기 제1 감지 신호의 진폭 값에 제1 값을 곱하여 제1 진폭 값을 산출하는 단계,
    상기 감지 신호들이 상기 제2 구동 신호에 대응하여 상기 복수의 터치 전극으로부터 수신되는 제2 감지 신호이면, 상기 제2 감지 신호의 진폭 값에 제2 값을 곱하여 제2 진폭 값을 산출하는 단계, 및
    소정 시간 동안 획득되는 상기 제1 진폭 값 및 상기 제2 진폭 값에 기초하여 상기 최종 신호 크기를 획득하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 값과 상기 제2 값은 절댓값이 동일하고 부호가 상이한 터치 검출 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 터치 데이터를 획득하는 단계는,
    상기 복수의 터치 전극들 중 대응하는 상기 최종 신호 크기가 임계치 이상인 터치 전극에 기초하여, 상기 터치 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법.
PCT/KR2020/007615 2019-06-12 2020-06-11 터치 장치 및 이의 터치 검출 방법 WO2020251288A1 (ko)

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