KR20170127991A

KR20170127991A - 터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법

Info

Publication number: KR20170127991A
Application number: KR1020160059027A
Authority: KR
Inventors: 한성수; 장형욱; 김성철; 배상혁; 주수윤; 정도영
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-22
Also published as: KR102506658B1

Abstract

본 발명의 실시예는 터치 펜이 터치 스크린에 비스듬하게 기울어진 상태로 접하는 경우에도 실제로 터치 펜이 접한 위치를 오차가 없이 인식할 수 있는 터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 다수의 터치 전극을 갖는 표시 패널, 다수의 터치 전극에 터치 전극 구동 신호를 인가하는 터치 구동 회로 및 터치 전극으로부터 터치 전극 구동 신호를 수신하고, 수신된 터치 전극 구동 신호에 응답하여 펜 출력 신호를 표시 패널에 송출하며, 펜 출력 신호와 진폭은 동일하고 위상이 180° 반전된 반전 출력 신호를 송출하는 터치 펜을 구비한다.

Description

터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법{TOUCH SCREEN DEVICE AND ITS DRIVING METHOD}

본 발명의 실시예는 터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.

디지털 데이터를 이용하여 영상을 표시하는 평판 표시 장치로는 액정을 이용한 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 불활성 가스의 방전을 이용한 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 유기 발광 다이오드를 이용한 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 표시 장치 등이 있다.

최근, 상기와 같은 평판 표시 장치에 터치 패널을 부가한 터치 스크린 장치가 양산되고 있으며, 그 예로서 스마트 폰, 스마트 북 등이 있다. 이러한 터치 스크린 장치는 손가락을 이용한 휴먼 터치뿐만 아니라 터치 펜을 이용하여 필기 또는 그림 그리기가 가능하도록 구성되고 있다. 터치 펜을 이용한 터치 입력은 휴먼 터치에 비해 더 세밀한 입력이 가능하여, 세밀한 그림 그리기 및 글씨 쓰기에 용이한 장점이 있다.

터치 펜은 터치 스크린에 마련된 다수의 터치 전극에 인가된 터치 전극 구동 신호(DR)를 수신하고, 수신된 터치 전극 구동 신호(DR)에 응답하여 펜 출력 신호를 터치 스크린에 송출한다. 터치 펜은 하우징의 일측으로 일부가 돌출된 전도성 팁을 통해 펜 출력 신호를 터치 스크린에 송출한다.

터치 펜이 터치 스크린에 수직으로 접하는 경우, 터치 펜과 터치 스크린이 접한 위치의 터치 전극에 펜 출력 신호가 정확하게 송출된다. 그러나, 터치 펜이 터치 스크린에 비스듬하게 기울어진 상태로 접하는 경우, 터치 펜과 터치 스크린이 접한 위치뿐만 아니라, 터치 펜이 기울어진 방향에 있는 터치 전극에도 펜 출력 신호가 송출된다. 이에 따라, 터치 스크린에서는 실제로 터치 펜이 접한 위치보다 터치 펜이 기울어진 방향 쪽으로 치우쳐서 터치 펜이 접한 위치를 오차가 있게 인식하는 문제가 있다.

본 발명의 실시예는 터치 펜이 터치 스크린에 비스듬하게 기울어진 상태로 접하는 경우에도 실제로 터치 펜이 접한 위치를 오차가 없이 인식할 수 있는 터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 다수의 터치 전극을 갖는 표시 패널, 다수의 터치 전극에 터치 전극 구동 신호를 인가하는 터치 구동 회로 및 터치 전극으로부터 터치 전극 구동 신호를 수신하고, 수신된 터치 전극 구동 신호에 응답하여 펜 출력 신호를 표시 패널에 송출하며, 펜 출력 신호와 진폭은 동일하고 위상이 180° 반전된 반전 출력 신호를 송출하는 터치 펜을 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 터치 펜은 전도성 팁의 측면에 배치되는 헤드캡에서 반전 출력 신호를 송출하여, 전도성 팁의 측면으로 송출되는 펜 출력 신호를 상쇄시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 전도성 팁과 터치 스크린이 접촉한 위치에 마련되는 터치 전극에만 펜 출력 신호를 송출할 수 있어, 터치 스크린에서 터치 펜이 접촉한 위치를 정확히 검출하고, 터치 펜이 터치 스크린에 비스듬하게 기울어진 상태로 접하는 경우에도 실제로 터치 펜이 접한 위치를 오차가 없이 인식할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 표시 패널과 제어부를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치 내 표시 패널의 시분할 구동을 나타낸 파형도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 터치 스크린과 터치 제어부를 상세히 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 4a에 도시된 터치 스크린의 변형 예이다.
도 6은 종래의 표시 패널의 터치 전극에 송출되는 펜 출력 신호의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 펜의 내부 구조를 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 전극 구동 신호, 동기화 신호, 펜 출력 신호 및 반전 출력 신호를 나타내는 파형도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 펜의 내부 구조를 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 전극 구동 신호, 동기화 신호, 펜 출력 신호 및 반전 출력 신호를 나타내는 파형도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 펜의 내부 구조를 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널의 터치 전극에 송출되는 펜 출력 신호의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린의 구동 방법의 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

"X축 방향", "Y축 방향" 및 "Z축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 터치 스크린 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 터치 스크린 장치는 표시 기능과 터치 검출 기능을 겸한 표시 패널(200)과, 특정 영역에 접촉에 의해 터치 검출 기능을 수행하는 터치 펜(100)을 포함한다.

표시 패널(200)은 터치 펜(100) 뿐만 아니라 손가락에 의한 터치 검출 또한 가능하다. 표시 패널(200)은 내부에 일체형으로 정전 용량 방식의 터치 스크린을 구비하고 있다. 터치 스크린은 유리 기판 상에 독립적인 구성의 터치 전극(또는 터치 배선)을 구비한 형태가 될 수 있다. 또한, 터치 스크린은 표시 패널(200)에서 화면 표시를 위해 구비된 픽셀 어레이를 형성하는 것과 동일한 공정에서 터치 전극 및 터치 전극에 접속된 연결 배선을 구비하는 인 셀 방식으로 구현될 수 있다. 인 셀 방식의 경우, 지지 기판이 생략될 수 있어, 완성된 표시 패널(200)은 대략적으로 원래의 화면 표시 기능을 갖는 표시 패널의 두께 및 무게와 거의 동일한 두께 및 무게를 갖는다.

한편, 표시 패널(200)은 액정 패널, 전계 방출 표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등이 될 수 있으며, 이하의 실시 예에서는 액정 패널을 중심으로 설명한다. 표시 패널(200)이 액정 패널로 구성될 경우, 터치 스크린을 이루는 터치 전극들은 표시 패널(200)의 배선을 형성하는 공정에서 동시에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예는 터치 펜(100)의 전도성 팁(110)을 터치 스크린의 터치 전극 구동 신호(DR)를 수신하는 매개체로 이용한다. 그리고 전도성 팁(110)을 터치 펜(100) 내에 발생된 펜 출력 신호(TX)를 송출하는 매개체로 이용한다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 터치 펜(100)은 펜 출력 신호(TX)를 수신된 터치 스크린의 터치 전극 구동 신호(DR)를 기반으로 동기화하여 출력한다.

따라서, 본 발명의 실시예는 터치 스크린의 구동 구간에 정확히 펜 접촉 여부를 검출할 수 있어, 터치 검출의 정확성을 기할 수 있다. 따라서, 고감도 입력 펜의 구현이 가능하다. 또한, 터치 검출의 선형성을 유지할 수 있어, 터치 기능(touch performance)이 향상될 수 있다. 또한, 터치 펜(100)의 구동을 위한 별도의 전극을 표시 패널 상에 추가하지 않더라도, 터치 센싱의 고감도를 유지할 수 있으며 구조 단순화가 가능해진다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 펜(100)과 관련하여서는 도 7 내지 도 12를 참조하여 구체적으로 후술한다.

도 2는 본 발명의 터치 스크린 장치의 표시 패널(200)과 이의 제어부를 나타낸 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 터치 스크린 장치의 표시 패널(200)은 픽셀 어레이 구동 회로인 게이트 구동 회로(26, 20) 및 데이터 구동 회로(24)에 연결된다. 그리고 표시 패널(200)은 터치 스크린 구동 회로인 터치 구동 회로(300)에 연결된다. 픽셀 어레이 구동 회로와 터치 스크린 구동 회로는 모두 타이밍 컨트롤러(22)와 연결되며, 이들은 단일의 모듈(미도시) 내에 수납될 수 있다.

표시 패널(200)이 액정 패널일 경우, 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 기판들은 유리 기판, 플라스틱 기판, 필름 기판 등으로 제작될 수 있다. 표시 패널(200)의 하부 기판에 형성된 픽셀 어레이는 데이터 라인들, 데이터 라인들과 교차하는 게이트 라인들, 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀 어레이는 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차부들에 형성되는 다수의 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)들, 픽셀들에 데이터 전압을 충전시키기 위한 화소 전극들, 화소 전극들에 접속되어 픽셀 전압을 유지시키는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 더 포함한다.

표시 패널(200)의 픽셀들은 데이터 라인들(D1~Dm)과 게이트 라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소 전극에 인가되는 데이터 전압과, 공통 전극에 인가되는 공통 전압의 전압차에 따라 입사광의 투과량을 조절한다. 박막트랜지스터들은 게이트 라인으로부터의 게이트 펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터 라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소 전극에 공급한다. 공통 전극은 하부 기판이나 상부 기판에 형성될 수 있다.

표시 패널(200)의 상부 기판에는 블랙 매트릭스, 컬러 필터 등을 포함할 수 있다. 표시 패널(200)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트 각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시 패널(200)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.

이러한 표시 패널(200)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

한편, 표시 패널(200)의 배면에는 선택적으로 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(Edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시 패널(200)에 빛을 조사한다.

데이터 구동 회로(24)는 타이밍 컨트롤러(22)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터 전압을 발생한다. 데이터 구동 회로(24)는 타이밍 컨트롤러(22)의 제어 하에 데이터 전압을 데이터 라인들에 공급하고, 데이터 전압의 극성을 반전시킨다.

게이트 구동 회로(26, 30)는 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 게이트 라인들에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시 패널(200)의 라인을 선택한다. 게이트 구동 회로(26, 30)는 레벨 쉬프터(Level shifter, 26)와, 쉬프트 레지스터(Shift register, 30)를 포함한다. 쉬프트 레지스터(30)는 GIP(Gate in panel) 방식으로 표시 패널(200)의 기판에 직접 형성될 수 있다.

레벨 쉬프터(26)는 표시 패널(200)의 하부 기판에 전기적으로 연결된 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, 이하 "PCB"라 함)(20)에 형성될 수 있다. 레벨 쉬프터(26)는 타이밍 컨트롤러(22)의 제어 하에 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 클럭 신호들을 출력한다. 게이트 하이 전압(VGH)은 표시 패널(200)의 픽셀 어레이에 형성된 박막트랜지스터의 문턱 전압 이상의 전압으로 설정된다. 게이트 로우 전압(VGL)은 표시 패널(200)의 픽셀 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정된다. 이러한 레벨 쉬프터(26)는 타이밍 컨트롤러(22)로부터 입력되는 스타트 펄스(ST), 제1 클럭(GCLK), 제2 클럭(MCLK)에 응답하여 각각 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 스타트 펄스(VST)와 클럭 신호(CLK)를 출력한다. 레벨 쉬프터(26)로부터 출력된 클럭 신호들(CLK)은 순차적으로 위상이 쉬프트되어 표시 패널(200)에 형성된 쉬프트 레지스터(30)로 전송된다.

쉬프트 레지스터(30)는 레벨 쉬프터(26)로부터 입력되는 스타트펄스(VST)에 응답하여 동작하기 시작하고 클럭 신호들(CLK)에 응답하여 출력을 쉬프트하여 표시 패널(200)의 게이트 라인들에 게이트 펄스를 순차적으로 공급한다.

타이밍 컨트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동 회로(24)의 집적 회로(Integrated Circuit, IC)들에 공급한다. 타이밍 컨트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동 회로(24)와 게이트 구동 회로(26, 30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 타이밍 컨트롤러(22) 또는 호스트 시스템은 픽셀 어레이 구동 회로와 터치 구동 회로(300)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 동기 신호(SYNC)를 발생한다.

터치 구동 회로(300)는 터치 전극(또는 배선)들에 터치 전극 구동 신호(DR)를 인가하고 터치 전후의 구동 신호 전압 변화나 구동 신호의 라이징 또는 폴링 에지 지연 시간을 카운트하여 정전 용량 변화를 센싱한다. 터치 구동 회로(300)는 터치 스크린의 정전 용량으로부터 수신된 센싱 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 터치 로우 데이터(Touch raw data)를 출력한다. 그리고 터치 구동 회로(300)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 터치 로우 데이터를 분석하여 터치(또는 근접) 입력을 검출한다.

도 3은 본 발명의 터치 스크린 장치 내 표시 패널의 시분할 구동을 나타낸 파형도이다.

도 3과 같이, 표시 패널(200)과 터치 스크린은 시분할 구동될 수 있다. 즉, 1 프레임 기간은, 픽셀 어레이 구동 기간(T1)과, 터치 스크린 구동 기간(T2)으로 시분할될 수 있다.

"Vsync"는 타이밍 컨트롤러(22)에 입력되는 제 1 수직 동기 신호고, "SYNC"는 터치 구동 회로(300)에 입력되는 제 2 수직 동기 신호다. 타이밍 컨트롤러(22)는 1 프레임 기간에서 픽셀 어레이 구동 기간(T1)과 터치 스크린 구동 기간(T2)을 정의하기 위하여, 호스트 시스템으로부터 입력되는 제 1 수직 동기 신호(Vsync)를 변조하여 제2 수직 동기 신호(SYNC)를 발생할 수 있다. 또는, 호스트 시스템이 제 2 수직 동기 신호(SYNC)를 발생하고, 타이밍 컨트롤러(22)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 제2 수직 동기 신호(SYNC)에 응답하여 픽셀 어레이 구동 기간(T1)과 터치 스크린 구동 기간(T2)을 제어할 수 있다. 즉, 1 프레임 기간을 픽셀 어레이 구동 기간과 터치 스크린 구동 기간으로 시분할하여 픽셀 어레이 구동 회로와 터치 구동 회로의 동작 타이밍을 제어하는 역할은 타이밍 컨트롤러와 호스트 시스템 중 어느 하나가 할 수 있다.

예를 들어, 60Hz 주파수로 표시 패널이 구동된다고 할 때, 1/60초가 1프레임 구간이 되며, 상기 1프레임의 구간을 다시 픽셀 어레이 구동 기간(T1)과 터치 스크린 구동 기간(T2)로 나누게 되는 것이다. 이와 같이, 시분할로 픽셀 어레이 구동과 터치 스크린 구동을 나누는 이유는, 동일 시점에 픽셀 어레이와 터치 스크린을 구동할 경우, 서로 간의 구동 간섭이 심해 표시 화면이 고르지 못하거나, 터치 검출의 정확성이 떨어지기 때문이다.

픽셀 어레이 구동 기간(T1) 동안, 데이터 구동 회로(24)는 타이밍 컨트롤러(22)의 제어 하에 데이터 전압을 데이터 라인들에 공급하고, 게이트 구동 회로(26, 30)는 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트 라인들에 순차적으로 공급한다. 터치 구동 회로(300)는 픽셀 어레이 구동 기간(T1) 동안, 터치 전극들에 터치 전극 구동 신호(DR)를 공급하지 않는다.

또한, 터치 스크린 구동 기간(T2) 동안, 픽셀 어레이 구동 회로는 구동되지 않고 터치 구동 회로(300)가 구동된다. 따라서, 터치 구동 회로(300)는 터치 스크린 구동 기간(T2) 동안, 터치 전극들에 터치 전극 구동 신호(DR)를 공급하여 터치(또는 근접) 입력 위치를 센싱한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 터치 스크린 장치의 터치 스크린과 이의 터치 제어부를 상세히 나타낸 구성 블럭도이다.

도 4a와 같이, 본 발명의 터치 스크린 장치의 터치 스크린은 인셀(In-Cell) 타입으로, 입력 도구의 위치를 검출하는 터치 전극(COM1~COMn)을 표시 패널(200) 내부에 구비한다.

예를 들어, 표시 패널(200)이 픽셀 어레이를 하부 기판에, 컬러 필터 어레이를 상부 기판에 구비한 액정 패널이라면, 터치 전극(COM1~COMn)은 픽셀 어레이와 하부 기판과 형성될 수도 있고, 혹은 컬러 필터 어레이 상부에 형성될 수 있다. 또한, 터치 전극(COM1~COMn)은 하부 기판 또는 상부 기판에 형성되는 공통 전극을 패터닝하여 이용할 수 있다. 만일 터치 전극(COM1~COMn)이 공통 전극을 패터닝하여 형성되었다면, 터치 전극(COM1~COMn)은 픽셀 어레이 구동시 공통 전극으로 기능하도록 공통 전압이 균일하게 인가된다.

터치 전극들(COM1~COMn)은 센싱 라인들(S1~Sn)과 1:1 연결되며, 센싱 라인들(S1~Sn)은 터치 구동 회로(300)와 연결된다.

터치 구동 회로(300)는 도 4b와 같이 수신 앰프(30), 아날로그 디지털 변환 회로(32), 검파부(34), 기억부(36) 및 위치 산출부(38)로 이루어지는 수신계 회로군을 구비한다.

수신계 회로군은 외부 호스트와 연결된 중앙 연산 처리 장치(CPU)(40)와 연결된다. 또한, 중앙 연산 처리 장치(40)는 터치를 총괄 제어하는 제어부(42)와 연결되고, 제어부(42)는 구동 신호 생성부(46)와 연결되어, 발진기(44)에서 생성된 터치 전극 구동 신호(DR)가 센싱 라인(S1~Sn)을 통해 각각의 터치 전극(COM1~COMn)으로 공급된다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린은 자기 용량(self capacitance) 방식으로, 터치 전극(COM1~COMn)이 구동 신호 인가와 수신 신호 검출에 함께 이용된다.

터치 전극(COM1~COMn) 각각의 크기는 픽셀들보다 크며, 예를 들어, 복수 개의 픽셀들을 중첩하는 크기로 형성된다. 터치 전극(COM1~COMn)은 투명 도전 물질로 형성하여, 픽셀 어레이 구동의 표시 구간에서 개구율을 저하시키지 않도록 한다.

도시하지 않은 공통 전압원은 픽셀 어레이 구동 기간(T1) 동안 센싱 라인들(S1~Sn)을 통해 터치 전극(COM1~COMn)에 공통전압(Vcom)을 공급한다. 따라서, 터치 전극(COM1~COMn)은 픽셀 어레이 구동 기간(T1) 동안 공통 전극으로 동작한다.

또한, 터치 구동 회로(300)는 선택 회로(50)와 연결된다. 선택 회로(50)는 터치 전극(COM1~COMn)을 선택하는 역할을 수행한다.

터치 구동 회로(300)는 픽셀 어레이 구동 기간(T1) 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동 기간(T2) 동안 인에이블되어 터치 스크린 구동 기간(T2)에만 터치 전극 구동 신호(DR)를 센싱 라인들(S1~Sn)에 동시에 공급한다.

도 5는 도 4a에 도시된 터치 스크린의 변형예이다.

자기 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서는, 도 5와 같이, 터치 구동 회로(300)로부터 신호 인가 배선 수를 줄이기 위하여 터치 전극(COM1~COMn)의 신호 입력단에 멀티플렉서(302)를 더 구비하여, 시분할로 센싱 라인(S1~Sn)에 신호를 인가할 수도 있다. 멀티플렉서(302)는 단일 또는 복수 개 구비될 수 있다. 예를 들어, 멀티플렉서(302)가 1:k (k는 2이상 n보다 작은 자연수) 멀티플렉서일 때, 멀티플렉서(302)는 터치 구동 회로(300)와의 사이에 n/k개의 신호 인가 배선을 통해 연결될 수 있다. 이 경우, n개의 터치 전극(COM1~COMn)은 k개로 그룹핑된다. k개의 터치 전극 그룹은 동일하게 k개 시분할된 터치 전극 구동 신호(DR)를 인가받는다.

도 6은 종래의 표시 패널(200)의 터치 전극에 송출되는 펜 출력 신호(TX)의 세기를 나타내는 그래프이다. 도 6에서는 표시 패널(200) 상의 터치 전극들 중 3개의 터치 전극(COM1~COM3)이 인접하게 배치되며, 중앙에 배치되는 터치 전극에 터치 펜(100)이 접촉하는 경우를 도시하였다. 또한, 실제로 터치 펜(100)과 접촉한 터치 전극을 제2 터치 전극(COM2), 터치 펜(100)이 기울어진 쪽과 반대쪽으로 배치되는 터치 전극을 제1 터치 전극(COM1), 터치 펜(100)이 기울어진 쪽에 배치되는 터치 전극을 제3 터치 전극(COM3)으로 가정하였다.

종래의 표시 패널(200)의 경우, 터치 전극은 송출되는 펜 출력 신호(TX)를 공급받는다. 펜 출력 신호는 터치 펜(100)에서 방사형 또는 원형으로 송출된다. 펜 출력 신호(TX)의 세기가 가장 높은 곳에 터치 펜(100)이 접촉한 것으로 인식하는 방식으로 표시 패널(200)은 터치 펜(100)이 접촉한 위치를 검출한다.

터치 펜(100)이 기울어진 상태로 표시 패널(200)에 접촉하는 경우, 실제로 접촉한 제2 터치 전극(COM2)뿐만 아니라, 터치 펜(100)이 기울어진 쪽에 배치되는 제3 터치 전극(COM3)에도 펜 출력 신호(TX)가 전달된다. 터치 전극(COM1~COM3)에서의 펜 출력 신호(TX)의 세기를 비교하면, 제2 터치 전극(COM2)에서의 펜 출력 신호(TX)의 세기가 가장 크고, 제3 터치 전극(COM3)에서의 펜 출력 신호(TX)의 세기가 그 다음으로 크고, 제1 터치 전극(COM1)에서의 펜 출력 신호(TX)의 세기가 가장 작다. 이에 따라 종래의 표시 패널(200)의 경우, 터치 펜(100)이 제2 터치 전극(COM2)과 제3 터치 전극(COM3)의 사이에 접촉한 것으로 잘못 인식하는 문제가 발생하였다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 펜(100)의 내부 구조를 나타낸 블록도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 펜(100)은 하우징(180)과, 하우징(180)의 일측 외부로 돌출된 전도성 팁(110)과, 전도성 팁(110)과 전기적으로 절연되어 전도성 팁(110)의 측면에 마련되는 헤드캡(111)과, 하우징(180) 내부에 전도성 팁(110)과 연결되는 스위칭부(120)와, 스위칭부(120)와 병렬적으로 연결된 수신부(130) 및 구동부(140)와, 구동부(140)와 연결된 반전 구동부(141)와, 수신부(130)로부터 수신 신호를 받아 신호 처리하여 동기화를 수행하는 신호 처리부(150)와, 신호 처리부(150)와 연결되어, 전원을 공급하는 전원 공급원(160) 및 외부로의 입출력 인터페이스(170)를 포함하여 구성된다.

전도성 팁(110)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 시분할되어 수신 전극 및 송신 전극의 역할을 한다. 전도성 팁(110)은 표시 패널(200) 상에 접촉시 중첩 또는 가장 인접한 터치 스크린에 구비된 터치 전극(COMx)과 커플링(coupling)되어 해당 터치 전극으로부터 수신된 터치 전극 구동 신호(DR)를 수신하거나 혹은 터치 펜(100) 내부에서 나오는 펜 출력 신호(TX)를 터치 스크린 측에 송출한다.

표시 패널(200)의 상부 표면에는 편광판 또는 보호막이 위치한다. 이러한 편광판 또는 보호막은 절연층으로 기능하여, 전도성 팁(110)과 터치 전극(COMx)의 사이에 센싱 정전 용량(Csen)을 형성한다. 전도성 팁(110)이 표시 패널(200)에 접촉하는 경우, 해당 부위의 터치 전극(COMx) 상에서 일정하던 센싱 정전 용량(Csen) 값이 변화한다. 터치 구동 회로(300)는 센싱 정전 용량(Csen) 값의 변화를 읽어들여 터치 펜(100)이 접촉한 위치를 검출할 수 있다.

헤드캡(111)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 송신 전극의 역할을 한다. 이를 위해 헤드캡(111)은 전도성 팁(110)과 소정의 간격만큼 이격되어 형성되거나, 헤드캡(111)의 표면 중 전도성 팁(110)과 인접한 쪽의 표면을 절연 물질로 코팅하거나, 헤드캡(111)과 전도성 팁(110) 사이에 별도의 절연층을 마련할 수 있다. 헤드캡(111)은 전도성 팁(110)과 전기적으로 절연되어야 한다. 이에 따라, 헤드캡(111)은 전도성 팁(100)에 공급되는 펜 출력 신호(TX)의 영향을 받지 않고 반전 구동부(141)로부터 반전 출력 신호(INVTX)를 공급받을 수 있다. 헤드캡(111)은 반전 출력 신호(INVTX)를 전도성 팁(110)의 측면 방향으로 송출한다.

스위칭부(120)는 터치 펜(100)이 표시 패널(200)을 접촉시 전도성 팁(110)과 전기적으로 접속되어, 전도성 팁(110)이 수신 전극으로 기능할지 송신 전극으로 기능할지 여부를 결정한다.

수신부(130)는 전도성 팁(110)을 통해 수신된 신호를 증폭 및 가공한다. 전도성 팁(110)에서 수신하는 신호는 터치 펜(100)이 접촉된 영역에 마련되는 터치 전극(COMx)에 인가되는 터치 전극 구동 신호(DR)이다.

터치 펜(100)이 온(on) 상태로 동작한 후, 터치 펜(100)이 표시 패널(200)과 접촉하는 경우 전도성 팁(110)이 스위칭부(120)를 통해 수신부(130)와 전기적으로 접속된다. 수신부(130)는 수신된 터치 전극 구동 신호(DR)를 내부에 구비된 증폭기를 통해 증폭시켜 신호 처리부(150)에 공급한다.

신호 처리부(150)는 수신부(130)를 통해 제공된 신호를 분석하여, 터치 전극 구동 신호(DR)에 동기하는 동기화 신호(RX)를 발생시켜 구동부(140)에 공급한다.

구동부(140)는 레벨 쉬프터를 구비한다. 구동부(140)는 터치 전극 구동 신호(DR)의 타이밍에 동기하며, 설정된 하이 전압과 로우 전압 사이의 스윙하는 펜 출력 신호(TX)를 생성한다. 구동부(140)는 생성된 펜 출력 신호(TX)를 스위칭부(120)를 통해 전도성 팁(110)에 공급한다. 또한, 구동부(140)는 생성된 펜 출력 신호(TX)를 반전 구동부(141)에 공급한다.

반전 구동부(141)는 펜 출력 신호(TX)를 인가받는다. 반전 구동부(141)는 펜 출력 신호(TX)를 반전시켜, 펜 출력 신호(TX)와 진폭은 동일하고 위상이 180° 반전된 반전 출력 신호(INVTX)를 생성한다. 펜 출력 신호(TX)가 하이 로직 레벨인 경우, 반전 출력 신호(INVTX)는 로우 로직 레벨을 갖는다. 또한, 펜 출력 신호(TX)가 로우 로직 레벨인 경우, 반전 출력 신호(INVTX)는 하이 로직 레벨을 갖는다. 반전 구동부(141)는 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하기 위해 단일의 인버터(inverter)로 구성될 수 있다. 반전 구동부(141)는 생성한 반전 출력 신호(INVTX)를 헤드캡(111)으로 공급한다.

하우징(180) 내에는 전원 공급원(160) 및 입출력 인터페이스(170)가 구비된다. 터치 펜(100)은 입출력 인터페이스(170)를 통해 터치 펜(100)의 온(on) 구동을 제어한다. 입출력 인터페이스(170)는 하우징(180) 내부의 전원 공급원(160)과 연결되어, 수신부(130), 구동부(140), 반전 구동부(141) 및 신호 처리부(150)에 필요한 전원을 공급한다.

입출력 인터페이스(170)는 누름 동작에 의해 전원 공급원(160)와 전기적 연결이 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 펜(100)은 입출력 인터페이스(170)를 구비하여 사용자의 누름 동작으로 터치 펜(100)의 동작을 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 전극 구동 신호(DR), 동기화 신호(RX), 펜 출력 신호(TX) 및 반전 출력 신호(INVTX)를 나타내는 파형도이다.

터치 전극(COMx)에서는 사용자의 터치 펜(100) 또는 손가락 등을 이용한 터치에 반응하여, 터치 전극 구동 신호(DR)를 송출한다. 터치 펜(100)의 전도성 팁(110)에서는 터치 전극 구동 신호(DR)을 수신한다.

터치 전극 구동 신호(DR)를 수신하면, 터치 펜(100)이 온(on) 상태로 동작하는 상태인 경우 전도성 팁(110)이 스위칭부(120)를 통해 수신부(130)와 전기적으로 접속된다. 수신부(130)는 터치 전극 구동 신호(DR)를 증폭하여 신호 처리부(150)에 공급한다.

신호 처리부(150)는 터치 전극 구동 신호(DR)에 대응하여 동기화 신호(RX)를 생성하여 구동부(140)에 공급한다.

구동부(140)는 동기화 신호(RX)에 대응하여 펜 출력 신호(TX)를 생성하여 스위칭부(120)를 통해 전도성 팁(110)에 공급하고, 반전 구동부(141)로도 공급한다.

반전 구동부(141)는 펜 출력 신호(TX)를 반전시켜 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하여 헤드캡(111)에 공급한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 펜(100)은 전도성 팁(110)의 측면에 마련되는 헤드캡(111)에서 반전 출력 신호(INVTX)를 송출하여, 전도성 팁(110)의 측면으로 송출되는 펜 출력 신호(TX)를 상쇄시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 펜(100)은 전도성 팁(110)과 터치 스크린이 접촉한 위치에 마련되는 터치 전극(COMx)에만 펜 출력 신호(TX)를 송출할 수 있어, 터치 스크린에서 터치 펜(100)이 접촉한 위치를 정확히 검출할 수 있도록 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 펜(100)의 내부 구조를 나타낸 블록도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 펜(100)은 하우징(180)과, 하우징(180)의 일측 외부로 돌출된 전도성 팁(110)과, 전도성 팁(110)과 전기적으로 절연되어 전도성 팁(110)의 측면에 마련되는 헤드캡(111)과, 하우징(180) 내부에 전도성 팁(110)과 연결되는 스위칭부(120)와, 스위칭부(120)와 병렬적으로 연결된 수신부(130) 및 구동부(140)와, 수신부(130)로부터 수신 신호를 받아 신호 처리하여 동기화를 수행하는 신호 처리부(150)와, 신호 처리부(150)와 연결되어, 전원을 공급하는 전원 공급원(160) 및 외부로의 입출력 인터페이스(170)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 펜(100)의 하우징(180), 전도성 팁(110), 스위칭부(120), 수신부(130), 전원 공급원(160) 및 입출력 인터페이스(170)의 구성 및 기능은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 펜(100)의 하우징(180), 전도성 팁(110), 스위칭부(120), 수신부(130), 전원 공급원(160) 및 입출력 인터페이스(170)의 구성 및 기능과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

헤드캡(111)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 송신 전극의 역할을 한다. 이를 위해 헤드캡(111)은 전도성 팁(110)과 소정의 간격만큼 이격되어 형성되거나, 헤드캡(111)의 표면 중 전도성 팁(110)과 인접한 쪽의 표면을 절연 물질로 코팅하거나, 헤드캡(111)과 전도성 팁(110) 사이에 별도의 절연층을 마련할 수 있다. 헤드캡(111)은 전도성 팁(110)과 전기적으로 절연되어야 한다. 이에 따라, 헤드캡(111)은 전도성 팁(100)에 공급되는 펜 출력 신호(TX)의 영향을 받지 않고 신호 처리부(150)로부터 반전 출력 신호(INVTX)를 공급받을 수 있다. 헤드캡(111)은 반전 출력 신호(INVTX)를 전도성 팁(110)의 측면 방향으로 송출한다.

구동부(140)는 레벨 쉬프터를 구비한다. 구동부(140)는 터치 전극 구동 신호(DR)의 타이밍에 동기하며, 설정된 하이 전압과 로우 전압 사이의 스윙하는 펜 출력 신호(TX)를 생성한다. 구동부(140)는 생성된 펜 출력 신호(TX)를 스위칭부(120)를 통해 전도성 팁(110)에 공급한다.

신호 처리부(150)는 수신부(130)를 통해 제공된 신호를 분석하여, 터치 전극 구동 신호(DR)에 동기하는 동기화 신호(RX)를 발생시켜 구동부(140)에 공급한다. 또한, 신호 처리부(150)는 동기화 신호(RX)를 구동부(140)에 공급하는 경우, 구동부(140)에서 생성하는 펜 출력 신호(TX)와 진폭은 동일하고 위상이 180°반전된 반전 출력 신호(INVTX)를 헤드캡(111)에 공급한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 반전 출력 신호(INVTX)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반전 출력 신호(INVTX)와 달리, 펜 출력 신호(TX)가 공급되지 않는 구간에서는 하이 로직 레벨이 아닌 로우 로직 레벨을 유지한다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 전극 구동 신호(DR), 동기화 신호(RX), 펜 출력 신호(TX) 및 반전 출력 신호(INVTX)를 나타내는 파형도이다.

신호 처리부(150)는 터치 전극 구동 신호(DR)에 대응하여 동기화 신호(RX)를 생성하여 구동부(140)에 공급한다. 또한 신호 처리부(150)는 동기화 신호(RX)를 생성하여 구동부(140)에 공급하는 경우, 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하여 헤드캡(111)에 공급한다.

구동부(140)는 동기화 신호(RX)에 대응하여 펜 출력 신호(TX)를 생성하여 스위칭부(120)를 통해 전도성 팁(110)에 공급한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 펜(100)의 반전 출력 신호(INVTX)는 펜 출력 신호(TX)가 공급되지 않는 구간에서는 하이 로직 레벨이 아닌 로우 로직 레벨을 유지한다. 이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 펜(100)은 펜 출력 신호(TX)가 공급되지 않아서 펜 출력 신호(TX)를 상쇄시킬 필요가 없는 경우에도 불필요하게 반전 출력 신호(INVTX)가 송출되는 것을 방지할 수 있어, 터치 펜(100)의 소비 전력을 감소시킬 수 있다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 펜(100)의 내부 구조를 나타낸 블록도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 펜(100)은 하우징(180)과, 하우징(180)의 일측 외부로 돌출된 전도성 팁(110)과, 전도성 팁(110)과 전기적으로 절연되어 전도성 팁(110)의 측면에 마련되는 헤드캡(111)과, 하우징(180) 내부에 전도성 팁(110)과 연결되는 스위칭부(120)와, 스위칭부(120)와 병렬적으로 연결된 수신부(130) 및 구동부(140)와, 수신부(130)로부터 수신 신호를 받아 신호 처리하여 동기화를 수행하는 신호 처리부(150)와, 신호 처리부(150)와 연결되어, 전원을 공급하는 전원 공급원(160) 및 외부로의 입출력 인터페이스(170)와, 신호 처리부(150)와 연결되어 감지 정보를 공급하는 감지부(190)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 펜(100)의 하우징(180), 전도성 팁(110), 헤드캡(111), 스위칭부(120), 수신부(130), 구동부(140), 전원 공급원(160) 및 입출력 인터페이스(170)의 구성 및 기능은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 펜(100)의 하우징(180), 전도성 팁(110), 스위칭부(120), 수신부(130), 전원 공급원(160) 및 입출력 인터페이스(170)의 구성 및 기능과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

감지부(190)는 터치 펜(100)과 표시 패널(200)이 배치되는 각도를 감지하여, 각도 정보를 생성한다. 표시 패널(200)이 지표면과 수평하게 배치되는 경우 또는 수직하게 배치되는 경우, 감지부(190)는 지표면 대비 기울어진 방향과 기울어진 각도를 감지하는 자이로 센서(Gyro sensor)를 이용하여 구현될 수 있다. 감지부(190)는 각도 정보를 신호 처리부(150)로 공급한다.

신호 처리부(150)는 터치 전극 구동 신호(DR)에 대응하여 동기화 신호(RX)를 생성하여 구동부(140)에 공급한다. 또한 신호 처리부(150)는 감지부(190)로부터 각도 정보를 공급받는다. 각도 정보는 터치 펜(100)과 표시 패널(200)이 배치되는 각도가 수직이 아닌 경우, 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하도록 제어한다. 신호 처리부(150)는 생성한 반전 출력 신호(INVTX)를 헤드캡(111)으로 송출한다.

터치 펜(100)과 표시 패널(200)이 수직으로 배치되는 경우, 터치 펜(100)과 접촉한 터치 전극에만 펜 출력 신호(TX)가 최대로 송출되고, 터치 펜(100)과 인접한 터치 전극에는 펜 출력 신호(TX)가 특정 방향으로 치우치지 않고 균일하게 송출된다. 즉, 펜 출력 신호(TX)가 인접한 터치 전극으로 송출되더라도, 실제로 접촉한 위치와 다른 위치로 터치 지점을 인식하는 문제가 발생하지 않는다. 이 경우, 신호 처리부(150)는 펜 출력 신호(TX)를 상쇄시키기 위한 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하지 않는다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 펜(100)은 표시 패널(200)과 수직으로 배치되는 경우에는 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하지 않는다. 이에 따라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 펜(100)은 펜 출력 신호(TX)를 상쇄시킬 필요가 없는 경우에도 불필요하게 반전 출력 신호(INVTX)가 송출되는 것을 방지할 수 있어, 터치 펜(100)의 소비 전력을 감소시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널(200)의 터치 전극에 송출되는 펜 출력 신호의 세기를 나타내는 그래프이다. 도 12에서는 도 6과 같이 표시 패널(200) 상의 터치 전극들 중 3개의 터치 전극(COM1~COM3)이 인접하게 배치되며, 중앙에 배치되는 터치 전극에 터치 펜(100)이 접촉하는 경우를 도시하였다. 또한, 실제로 터치 펜(100)과 접촉한 터치 전극을 제2 터치 전극(COM2), 터치 펜(100)이 기울어진 쪽과 반대쪽으로 배치되는 터치 전극을 제1 터치 전극(COM1), 터치 펜(100)이 기울어진 쪽에 배치되는 터치 전극을 제3 터치 전극(COM3)으로 가정하였다.

본 발명의 실시예에 따른 표시 패널(200)의 경우, 터치 전극은 송출되는 펜 출력 신호(TX)를 공급받는다. 펜 출력 신호는 터치 펜(100)에서 방사형 또는 원형으로 송출된다. 펜 출력 신호(TX)의 세기가 가장 높은 곳에 터치 펜(100)이 접촉한 것으로 인식하는 방식으로 표시 패널(200)은 터치 펜(100)이 접촉한 위치를 검출한다.

터치 펜(100)이 기울어진 상태로 표시 패널(200)에 접촉하는 경우, 실제로 접촉한 제2 터치 전극(COM2)에만 펜 출력 신호(TX)가 전달된다. 터치 펜(100)이 기울어진 쪽에 배치되는 제3 터치 전극(COM3)에는 펜 출력 신호(TX)가 전달되지 않는다. 터치 전극(COM1~COM3)에서의 펜 출력 신호(TX)의 세기를 비교하면, 제2 터치 전극(COM2)에서의 펜 출력 신호(TX)의 세기가 가장 크고, 제3 터치 전극(COM3)에서의 펜 출력 신호(TX)와 제1 터치 전극(COM1)에서의 펜 출력 신호(TX)는 제2 터치 전극(COM2)에서의 펜 출력 신호(TX)와 대비하여 무시할 수 있을 만큼 작다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널(200)의 경우, 터치 펜(100)이 제2 터치 전극(COM2)에 접촉한 것으로 올바르게 인식하며, 종래와 같이 접촉 위치를 터치 펜(100)이 기울어진 방향으로 치우쳐서 인식하는 문제를 방지할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린의 구동 방법의 흐름도이다.

첫 번째로, 표시 패널(200)에 마련된 다수의 터치 전극(COM1~COMn)으로 인가되는 터치 전극 구동 신호(DR)를 터치 펜(100)에서 수신한다. 터치 펜(100)의 일측 외부로 돌출된 전도성 팁(110)은 표시 패널(200) 상에 접촉시 중첩 또는 가장 인접한 터치 스크린에 구비된 터치 전극(COMx)과 커플링(coupling)되어 해당 터치 전극으로부터 수신된 터치 전극 구동 신호(DR)를 수신한다. (도 13의 S101)

두 번째로, 터치 펜(100)은 수신된 터치 전극 구동 신호(DR)에 응답하여 펜 출력 신호(TX)를 생성하여 표시 패널(200)에 송출한다. 터치 펜(100)이 온(on) 상태로 동작한 후, 터치 펜(100)이 표시 패널(200)과 접촉하는 경우 전도성 팁(110)이 스위칭부(120)를 통해 수신부(130)와 전기적으로 접속된다. 수신부(130)는 수신된 터치 전극 구동 신호(DR)를 내부에 구비된 증폭기를 통해 증폭시켜 신호 처리부(150)에 공급한다. 신호 처리부(150)는 수신부(130)를 통해 제공된 신호를 분석하여, 터치 전극 구동 신호(DR)에 동기하는 동기화 신호(RX)를 발생시켜 구동부(140)에 공급한다. 구동부(140)는 레벨 쉬프터를 구비한다. 구동부(140)는 터치 전극 구동 신호(DR)의 타이밍에 동기하며, 설정된 하이 전압과 로우 전압 사이의 스윙하는 펜 출력 신호(TX)를 생성한다. 구동부(140)는 생성된 펜 출력 신호(TX)를 스위칭부(120)를 통해 전도성 팁(110)에 공급한다. 전도성 팁(110)은 펜 출력 신호(TX)를 표시 패널(200)로 송출한다. (도 13의 S102)

세 번째로, 펜 출력 신호(TX)와 진폭은 동일하고 위상이 180° 반전된 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하여 송출한다. 제1 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 경우, 반전 출력 신호(INVTX)는 펜 출력 신호(TX)를 터치 펜 내부의 반전 구동부(141)에서 반전시켜 생성할 수 있다. (도 13의 S103)

또는, 제2 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 경우, 터치 펜(100) 내부의 신호 처리부(150)에서 동기화 신호(RX)에 응답한 반전 출력 신호(INVTX)를 생성할 수도 있다. (도 13의 S104)

생성한 반전 출력 신호(INVTX)는 터치 펜(100)의 하우징(180)의 일측으로 일부가 돌출된 전도성 팁(110)의 측면에 배치되는 헤드캡(111)으로 송출한다. 이에 따라, 표시 패널(200)과 전도성 팁(110)이 접촉한 위치에만 펜 출력 신호(TX)를 송출하고, 전도성 팁(110)의 측면으로 송출되는 펜 출력 신호(TX)는 상쇄된다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법은 터치 펜(100)이 접촉한 터치 전극에만 펜 출력 신호(TX)를 송출할 수 있도록 하여, 종래와 같이 접촉 위치를 터치 펜(100)이 기울어진 방향으로 치우쳐서 인식하는 문제를 방지할 수 있다.

제3 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 경우, 터치 펜(100)과 표시 패널(200)이 배치되는 각도를 감지한다. 이후, 터치 펜(100)과 표시 패널(200)이 배치되는 각도가 수직이 아닌 경우, 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하도록 제어한다.

터치 펜(100)과 표시 패널(200)이 수직으로 배치되는 경우, 터치 펜(100)과 접촉한 터치 전극에만 펜 출력 신호(TX)가 최대로 송출되고, 터치 펜(100)과 인접한 터치 전극에는 펜 출력 신호(TX)가 특정 방향으로 치우치지 않고 균일하게 송출된다. 즉, 펜 출력 신호(TX)가 인접한 터치 전극으로 송출되더라도, 실제로 접촉한 곳과 다른 위치를 터치하는 것으로 인식하는 문제가 발생하지 않는다. 이 경우, 신호 처리부(150)는 펜 출력 신호(TX)를 상쇄시키기 위한 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하지 않는다. 이에 따라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 펜(100)은 표시 패널(200)과 수직으로 배치되는 경우에는 반전 출력 신호(INVTX)를 생성하지 않아, 터치 펜(100)의 소비 전력을 감소시킬 수 있다. (도 13의 S105)

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100: 터치 펜 110: 전도성 팁
111: 헤드캡 120: 스위칭부
130: 수신부 140: 구동부
141: 반전 구동부 150: 신호 처리부
160: 전원 공급원 170: 입출력 인터페이스
180: 하우징 190: 감지부
200: 표시 패널

Claims

다수의 터치 전극을 갖는 표시 패널;
상기 다수의 터치 전극에 터치 전극 구동 신호를 인가하는 터치 구동 회로; 및
상기 터치 전극으로부터 상기 터치 전극 구동 신호를 수신하고, 상기 수신된 터치 전극 구동 신호에 응답하여 펜 출력 신호를 상기 표시 패널에 송출하며, 상기 펜 출력 신호와 진폭은 동일하고 위상이 180° 반전된 반전 출력 신호를 송출하는 터치 펜을 구비하는 터치 스크린 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 터치 펜은
하우징의 일측으로 일부가 돌출된 전도성 팁;
상기 전도성 팁과 전기적으로 절연되어 상기 전도성 팁의 측면에 마련되는 헤드캡;
상기 전도성 팁에 연결되는 스위칭부;
상기 스위칭부를 통해 수신된 상기 터치 전극 구동 신호를 증폭 및 가공하여 출력하는 수신부;
상기 수신부로부터 제공된 신호를 분석하여 동기화 신호를 출력하는 신호 처리부;
상기 동기화 신호에 응답하여 상기 터치 전극 구동 신호와 동기되는 상기 펜 출력 신호를 상기 스위칭부 및 반전 구동부에 공급하는 구동부; 및
상기 구동부에서 송출되는 펜 출력 신호를 반전시켜 상기 반전 출력 신호를 생성하고, 상기 헤드캡으로 상기 반전 출력 신호를 송출하는 반전 구동부를 포함하는 터치 스크린 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 터치 펜은
하우징의 일측으로 일부가 돌출된 전도성 팁;
상기 전도성 팁과 전기적으로 절연되어 상기 전도성 팁의 측면에 마련되는 헤드캡;
상기 전도성 팁에 연결되는 스위칭부;
상기 스위칭부를 통해 수신된 상기 터치 전극 구동 신호를 증폭 및 가공하여 출력하는 수신부;
상기 수신부로부터 제공된 신호를 분석하여 동기화 신호를 출력하는 신호 처리부; 및
상기 동기화 신호에 응답하여 상기 터치 전극 구동 신호와 동기되는 상기 펜 출력 신호를 상기 스위칭부에 공급하는 구동부를 포함하며,
상기 신호 처리부는 상기 구동부가 상기 펜 출력 신호를 공급하는 경우, 상기 반전 출력 신호를 상기 헤드캡에 송출하는 터치 스크린 장치.
제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 헤드캡은 상기 전도성 팁의 측면에 마련되어, 상기 전도성 팁의 측면 방향으로 상기 반전 출력 신호를 송출하는 터치 스크린 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 헤드캡은 상기 전도성 팁과 전기적으로 절연된 터치 스크린 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 터치 펜과 상기 표시 패널이 배치되는 각도를 감지하여 각도 정보를 생성하고, 상기 각도 정보를 상기 신호 처리부로 공급하는 감지부를 더 포함하는 터치 스크린 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 각도 정보는 상기 터치 펜과 상기 표시 패널이 배치되는 각도가 수직이 아닌 경우, 상기 신호 처리부가 상기 반전 출력 신호를 생성하도록 제어하는 터치 스크린 장치.
표시 패널에 마련된 다수의 터치 전극으로 인가되는 터치 전극 구동 신호를 터치 펜에서 수신하는 단계;
수신된 터치 전극 구동 신호에 응답하여 펜 출력 신호를 생성하여 상기 표시 패널에 송출하는 단계; 및
상기 펜 출력 신호와 진폭은 동일하고 위상이 180° 반전된 반전 출력 신호를 생성하여 송출하는 단계를 포함하는 터치 스크린 장치의 구동 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 반전 출력 신호를 생성하여 송출하는 단계는,
상기 반전 출력 신호를 생성하여 상기 터치 펜의 하우징의 일측으로 일부가 돌출된 전도성 팁의 측면에 배치되는 헤드캡으로 송출하여, 상기 표시 패널과 상기 전도성 팁이 접촉한 위치에만 상기 펜 출력 신호를 송출하고, 상기 전도성 팁의 측면으로 송출되는 상기 펜 출력 신호는 상쇄시키는 터치 스크린 장치의 구동 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 터치 펜과 상기 표시 패널이 배치되는 각도를 감지하는 단계; 및
상기 터치 펜과 상기 표시 패널이 배치되는 각도가 수직이 아닌 경우, 상기 반전 출력 신호를 생성하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 터치 스크린 장치의 구동 방법.