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KR102460472B1 - 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 액티브 펜 및 펜 인식 방법 - Google Patents

터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 액티브 펜 및 펜 인식 방법 Download PDF

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KR102460472B1
KR102460472B1 KR1020160184105A KR20160184105A KR102460472B1 KR 102460472 B1 KR102460472 B1 KR 102460472B1 KR 1020160184105 A KR1020160184105 A KR 1020160184105A KR 20160184105 A KR20160184105 A KR 20160184105A KR 102460472 B1 KR102460472 B1 KR 102460472B1
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South Korea
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pen
panel
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박현규
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엘지디스플레이 주식회사
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Publication date
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Priority to US15/856,394 priority patent/US10761619B2/en
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Abstract

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

Description

터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 액티브 펜 및 펜 인식 방법{TOUCH SENSING SYSTEM, DISPLAY DEVICE, ACTIVE PEN, AND PEN RECOGNIZING METHOD}
본 실시예들은 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 액티브 펜 및 펜 인식 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치, 플라즈마 표시장치, 유기발광표시장치 등과 같은 여러 가지 디스플레이 디바이스가 활용되고 있다.
이러한 디스플레이 디바이스 중에는 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력방식에서 탈피하여, 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력방식을 제공할 수 있는 디스플레이 디바이스가 있다.
또한, 요즈음, 단순한 터치가 아니라, 정확한 위치 지정, 이동 궤적 입력, 필기 입력 등의 응용 기능에 대한 요구 사항이 증대되고 있다.
따라서, 디스플레이 디바이스는 손가락, 펜 등의 단순한 터치를 정확하게 센싱하는 것뿐만 아니라, 정확한 위치 지정, 이동 궤적 입력, 필기 입력 등을 위한 정확한 펜 인식을 해줄 수 있어야 한다.
하지만, 현재, 펜 인식이 정확하게 되지 못하여 펜 입력의 이질감 또는 불편함이 발생하고 있는 실정이다.
이뿐만 아니라, 여러 개의 펜에 대한 인식 처리가 되지 못하여, 하나의 디스플레이 디바이스에서 여러 개의 펜을 사용할 수도 없는 실정이다.
이러한 배경에서, 본 실시예들은 신속하고 정확한 펜 인식을 할 수 있는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 액티브 펜 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들은 여러 개의 액티브 펜을 구별하여 인식하고, 여러 개의 액티브 펜에 대한 펜 데이터를 구별하여 처리함으로써, 여러 개의 액티브 펜을 통한 펜 입력을 동시에 처리해줄 수 있는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 액티브 펜 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들은 펜 인식을 위한 액티브 펜과 디스플레이 디바이스 간의 신호 송수신 시, 펜 인식에 필요한 정보에 대한 신뢰성 있는 송수신을 가능하게 하는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 액티브 펜 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들은 손가락에 의한 터치와 액티브 펜에 의한 터치를 동시에 정확하고 신속하게 센싱할 수 있는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스, 액티브 펜 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
이러한 본 실시예들을 더 구체적으로 설명한다.
본 실시예들은, 액티브 펜과, 다수의 터치 전극이 배치된 패널을 포함하고, 액티브 펜과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스를 포함하는 터치 센싱 시스템을 제공할 수 있다.
액티브 펜은, 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호를 펜 팁을 통해 패널로 방사하며, 내장된 펜 무선 통신부를 통해 펜 데이터를 무선 송출할 수 있다.
디스플레이 디바이스는, 패널로 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급하고, 펜 펄스 신호가 방사된 패널로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 출력하는 터치 센싱 회로와, 액티브 펜에서 무선 송출된 펜 데이터를 수신하여 출력하는 무선 통신 모듈과, 터치 센싱 회로에서 출력된 로우 데이터로부터 펜 식별정보를 획득하고, 획득된 펜 식별정보와 무선 통신 모듈에서 출력된 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 터치 컨트롤러를 포함할 수 있다.
액티브 펜은, 펜 무선 통신부를 통해, 필압, 펜 기울기 및 제어 정보 중 하나 이상을 포함하는 펜 데이터 이외에도, 펜 식별정보를 추가로 무선 송출할 수도 있다.
이 경우, 디스플레이 디바이스의 무선 통신 모듈은 펜 식별정보 및 펜 데이터를 수신하여 터치 컨트롤러로 출력할 수 있다.
터치 컨트롤러는, 터치 센싱 회로에서 출력된 로우 데이터와, 무선 통신 모듈에서 출력된 펜 데이터 및 펜 식별정보를 이용하여 펜 인식 처리를 수행할 수 있다.
본 실시예들은, 액티브 펜과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스를 제공할 수 있다.
이러한 디스플레이 디바이스는, 다수의 터치 전극이 배치된 패널과, 패널로 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급함에 따라 액티브 펜에서 패널로 방사되고 펜 식별정보가 표현된 펜 펄스 신호를 패널을 통해 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 출력하는 터치 센싱 회로와, 액티브 펜에서 무선 송출된 펜 데이터를 수신하여 출력하는 무선 통신 모듈과, 터치 센싱 회로에서 출력된 로우 데이터로부터 펜 식별정보를 획득하고, 획득된 펜 식별정보와 무선 통신 모듈에서 출력된 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 터치 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 실시예들은, 제1 방향으로 배치되는 다수의 데이터 라인과, 제2 방향으로 배치되는 다수의 게이트 라인과, 터치 센싱을 위한 다수의 터치 전극을 포함하며, 액티브 펜과 연동하는 패널을 제공할 수 있다.
디스플레이 구동 구간 동안, 다수의 데이터 라인으로 영상 데이터 신호가 인가되고, 다수의 게이트 라인으로 게이트 신호가 인가될 수 있다.
또한, 2개의 디스플레이 구동 구간 사이의 블랭크 구간에 해당하는 터치 구동 구간은 업-링크 전송 구간과 다운-링크 전송 구간을 포함할 수 있다.
터치 구동 구간 내 다운-링크 전송 구간 동안, 다수의 터치 전극의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호가 인가될 수 있다.
터치 구동 구간 내 업-링크 전송 구간 동안, 다수의 터치 전극의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호와 구별되는 제2 패널 구동 펄스 신호 또는 제3 패널 구동 펄스 신호가 인가될 수 있다.
터치 구동 구간 내 다운-링크 전송 구간 동안, 다수의 데이터 라인의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.
터치 구동 구간 내 다운-링크 전송 구간 동안, 다수의 게이트 라인의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.
본 실시예들은, 디스플레이 디바이스의 패널과 접촉 또는 근접하는 펜 팁과, 패널에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호를 펜 팁을 통해 수신하는 아날로그 프런트 엔드 수신부와, 제1 패널 구동 펄스 신호에 근거하여 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호를 펜 팁을 통해 방사하는 아날로그 프런트 엔드 송신부와, 펜 데이터를 무선 송출하는 펜 무선 통신부를 포함하는 액티브 펜을 제공할 수 있다.
액티브 펜의 펜 무선 통신부는, 펜 데이터 이외에, 펜 식별정보를 더 무선 송출할 수 있다.
본 실시예들은, 디스플레이 디바이스가 패널로 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급하는 단계와, 액티브 펜이, 제1 패널 구동 펄스 신호에 근거하여 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호를 펜 팁을 통해 패널로 방사하고, 펜 데이터를 무선 송출하는 단계와, 디스플레이 디바이스가 펜 펄스 신호가 방사된 패널로부터 읽어 들여 생성된 로우 데이터(Raw Data)와, 액티브 펜에서 무선 송출된 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 단계를 포함하는 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
액티브 펜은 펜 데이터 이외에, 펜 식별정보를 더 무선 송출할 수 있다.
본 실시예들은, 액티브 펜과, 다수의 터치 전극이 배치된 패널을 포함하고 액티브 펜과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스를 제공할 수 있다.
액티브 펜은, 패널에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호에 근거하여, 펜 펄스 신호를 패널로 방사하고, 내장된 펜 무선 통신부를 통해 펜 식별정보를 무선 송출할 수 있다.
디스플레이 디바이스는, 패널로 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급하고, 펜 펄스 신호가 방사된 패널로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 출력하는 터치 센싱 회로와, 액티브 펜에서 무선 송출된 펜 식별정보를 수신하여 출력하는 무선 통신 모듈과, 터치 센싱 회로에서 출력된 로우 데이터와, 무선 통신 모듈에서 출력된 펜 식별정보를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 터치 컨트롤러를 포함할 수 있다.
액티브 펜에서 방사된 펜 펄스 신호는 펜 식별정보를 미 포함할 수 있다.
액티브 펜에서 방사된 펜 펄스 신호는 펜 식별정보를 포함할 수 있다.
액티브 펜은 내장된 펜 무선 통신부를 통해 펜 식별정보와 함께 펜 데이터를 추가로 무선 송출할 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치 센싱 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 구성도이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 액티브 펜의 구성도이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 펜 인식 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치 센싱 시스템에서, 패널에 공급되는 제1 패널 구동 펄스 신호와, 액티브 펜에서 방사되는 펜 펄스 신호와, 터치 센싱 회로에서 펜 펄스 신호를 읽어 들인 리드 값과, 리드 값의 부호에 따른 펜 식별정보를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 터치 센싱 회로에서 패널을 리드하여 얻어진 로우 데이터를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 패널이 터치스크린 패널을 내장하는 디스플레이 패널인 경우에 대하여 디스플레이 구동 구성들을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스와 액티브 펜 간의 업-링크와 다운-링크를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 동작 구간을 나타낸 도면이다.
도 11는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 패널에 공급되는 3가지 패널 구동 펄스 신호를 나타낸 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스의 터치 프로세스를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 13 내지 도 15는 본 실시예들에 따른 액티브 펜과 디스플레이 디바이스 간의 무선 통신 방법을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법의 흐름도이다.
도 17은 본 실시예들에 따른 펜 인식 과정을 나타낸 다른 도면이다.
도 18은 본 실시예들에 따른 멀티 펜 인식을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 따른 터치 센싱 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 동작 모드를 나타낸 도면이다.
본 실시예들에 따른 터치 센싱 시스템은, 액티브 펜(20)과, 액티브 펜(20)과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스(10)를 포함한다.
디스플레이 디바이스(10)는 영상 표시를 위한 디스플레이 모드와 터치 겐싱을 위한 터치 센싱 모드를 갖는다.
디스플레이 디바이스(10)는, 터치 센싱 모드로 동작하여, 손가락에 의한 터치를 센싱할 수 있을 뿐만 아니라, 액티브 펜(20)에 의한 터치를 센싱할 수도 있다.
디스플레이 디바이스(10)는, 액티브 펜(20)과 연동하여 액티브 펜(20)에 의한 터치를 센싱할 수도 있다.
액티브 펜(20)은 전기적인 부품을 포함하고 터치 센싱과 관련하여 디스플레이 디바이스(10)와 연동하는 액티브 한 동작을 수행하는 펜이다.
이러한 액티브 펜(20)에 의한 터치 센싱 뿐만 아니라, 디스플레이 디바이스(10)는, 디스플레이 디바이스(10)와 액티브 하게 연동하는 동작을 하지 않고 손가락과 동일하게 캐패시터만 형성되는 수동적인 펜에 의한 터치도 센싱할 수도 있다. 하지만, 수동적인 펜에 의한 터치는 손가락에 의한 터치와 동일하게 처리된다. 따라서, 본 명세서에서는, 손가락에 의한 터치는 수동적인 펜에 의한 터치를 포함한다.
본 실시예들은, 디스플레이 디바이스(10)가 액티브 펜(20)을 효율적으로 인식할 수 있고, 디스플레이 디바이스(10)가 여러 개의 액티브 펜(20)을 동시에 인식할 수 있는 펜 인식 방법을 제공한다.
본 실시예들은, 액티브 펜(20)이 펜 식별정보를 소정의 경로(무선 통신 경로와 패널을 통한 경로 중 적어도 하나 이상의 경로)를 통해 디스플레이 디바이스(10)로 제공함으로써, 신속하고 정확한 펜 인식이 가능할 뿐만 아니라, 여러 개의 액티브 펜(20)을 구별하여 인식하여 여러 개의 액티브 펜(20)을 통한 펜 입력을 동시에 처리해줄 수 있다.
먼저, 액티브 펜(20)이 펜 식별정보를 패널을 통해 신호 방사 형태로 디스플레이 디바이스(10)로 제공하는 실시예들을 설명한다.
디스플레이 디바이스(10)는, 패널(310)로 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급한다. 이에 따라, 액티브 펜(20)은 패널(310)로 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호에 근거하여, 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호(PENS)를 펜 팁(410)을 통해 디스플레이 디바이스(10)의 패널로 방사한다.
또한, 액티브 펜(20)은 펜 데이터를 디스플레이 디바이스(10)로 무선 송출한다. 이때, 액티브 펜(20)은 펜 식별정보를 추가로 디스플레이 디바이스(10)로 무선 송출한다.
디스플레이 디바이스(10)는, 펜 펄스 신호가 방사된 패널로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 생성한다.
디스플레이 디바이스(10)는, 액티브 펜(20)에서 무선 송출된 펜 데이터를 수신한다.
디스플레이 디바이스(10)는, 생성된 로우 데이터로부터 펜 식별정보를 획득하고, 획득된 펜 식별정보와 무선으로 수신된 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행할 수 있다.
본 실시예들에 따른 펜 인식은, 디스플레이 디바이스(10)가 액티브 펜(20)이 존재한다는 사실(즉, 액티브 펜(20)에 의한 터치 발생 사실)을 인식하는 것을 의미할 수 있으며, 디스플레이 디바이스(10)가 액티브 펜(20)의 펜 식별정보를 인식하는 것을 더 의미할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 펜 인식은, 디스플레이 디바이스(10)가 액티브 펜(20)을 인식한다는 것은, 디스플레이 디바이스(10)가 액티브 펜(20)에 의한 터치의 위치(펜 위치)를 감지하는 것을 더 의미할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따른 펜 인식은, 디스플레이 디바이스(10)가 액티브 펜(20)을 인식한다는 것은 액티브 펜(20)의 필압 또는 기울기 등의 펜 부가 정보를 인식하는 것을 더 의미할 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는, 손가락 또는 액티브 펜(20)이 패널에 접촉하는 경우 터치로 센싱할 수도 있고, 손가락 또는 액티브 펜(20)이 패널에 접촉하지 않더라도 일정 수준 이하로 근접한 경우 터치로 센싱할 수 있다. 즉, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는 접촉 방식의 터치 센싱과, 비 접촉식 터치 센싱(호버 방식의 터치 센싱)을 모두 제공할 수 있다.
아래에서는, 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는 액티브 펜(20)과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디바이스로서, 패널(310), 터치 센싱 회로(320), 터치 컨트롤러(330) 및 무선 통신 모듈(300) 등을 포함할 수 있다.
패널(310)에는 다수의 터치 전극(TE)이 배치되며, 다수의 터치 전극(TE)과 터치 센싱 회로(310)를 전기적으로 연결해주는 다수의 터치 라인(TL)이 배치될 수 있다.
터치 센싱 회로(310)는 패널(310)에 배치된 다수의 터치 전극(TE)의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 공급하고, 각 터치 전극(TE)을 통해 읽어 들인 리드 값(Read Value)을 포함하는 로우 데이터(Raw Data, 센싱 데이터라고도 함)를 생성한다.
이러한 터치 센싱 회로(310)는, 일 예로, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 입력 받아 패널(310)로 공급해주고 패널(310)로부터 신호를 수신하여 출력하는 전치 증폭기(Pre-Amplifier)와, 전치 증폭기에서 출력된 신호를 적분하여 출력하는 적분기 등을 포함하는 센싱 유닛(Sensing Unit)을 적어도 하나 이상 포함하고, 적어도 하나 이상의 센싱 유닛 내 적분기에서 출력된 신호를 디지털 값에 해당하는 리드 값을 출력하는 아날로그 디지털 컨버터 등을 포함하는 수 있다.
또한, 적어도 하나 이상의 센싱 유닛과 패널(310)에 배치된 다수의 터치 라인(TL) 간의 선택적인 전기적인 연결을 해주는 멀티플렉서 회로를 더 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나 이상의 센싱 유닛과 아날로그 디지털 컨버터를 선택적으로 전기적인 연결을 해주는 멀티플렉서 회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 각 터치 전극(TE)을 통해 읽어 들인 리드 값은, 각 터치 전극(TE)과 액티브 펜(20) 사이에 형성된 캐패시턴스 또는 그 변화에 대응되는 정보를 포함하거나, 각 터치 전극(TE)과 손가락 사이에 형성된 캐패시턴스 또는 그 변화에 대응되는 정보를 포함할 수 있다.
이러한 리드 값은 각 터치 전극(TE)마다 다를 수 있다. 즉, 리드 값의 크기는 해당 터치 전극(TE이 손가락 또는 액티브 펜(20)과 얼마나 근접해 있느냐에 따라 달라질 수 있다.
터치 센싱 회로(310)에서 생성된 로우 데이터(리드 값들을 포함)는, 터치 센싱 회로(310)과 터치 컨트롤러(330) 간의 인터페이스를 통해, 터치 컨트롤러(330)로 전송될 수 있다. 여기서, 터치 센싱 회로(310)과 터치 컨트롤러(330) 간의 인터페이스는, 일 예로, SPI (Serial Peripheral Interface) 일 수 있다.
터치 컨트롤러(330)는 터치 센싱 회로(310)에서 생성된 로우 데이터를 이용하여 손가락 또는 액티브 펜(20)에 의한 터치 유무 또는 터치 위치를 센싱할 수 있다.
무선 통신 모듈(300)은, 액티브 펜(20)과 무선 통신을 하기 구성으로서, 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), RFID(Radio-Frequency Identification), 다이렉트 와이파이(Direct Wi-Fi)등을 활용하는 근거리 무선 통신 모듈, 또는 와이파이(Wi-Fi) 등의 무선 통신 모듈일 수도 있고, LTE(Long Term Evolution) 등의 이동통신 모듈을 더 포함할 수 있다. 이러한 무선 통신 모듈(300)은 소형 및 저전력을 가능하게 하는 통신 모듈일 수 있다.
도 4는 본 실시예들에 따른 액티브 펜(20)의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예들에 따른 액티브 펜(20)은, 디스플레이 디바이스(10)의 패널(310)과 접촉 또는 근접하는 펜 팁(410)과, 펜 팁(410)을 통해 신호를 수신하는 아날로그 프런트 엔드 수신부(AFE RX, 420)과, 펜 팁(410)을 통해 신호를 방사하는 아날로그 프런트 엔드 송신부(AFE TX, 430)와, 신호를 무선 송출하는 펜 무선 통신부(400)와, 배터리(450)와, 신호 생성, 신호 송수신 제어, 전체적인 기능 제어 등을 수행하는 펜 컨트롤러(440) 등을 포함할 수 있다.
펜 무선 통신부(400)는 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)과 무선 통신을 하는 구성으로서, 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), RFID(Radio-Frequency Identification), 다이렉트 와이파이(Direct Wi-Fi)등을 활용하는 근거리 무선 통신 모듈, 또는 와이파이(Wi-Fi) 등의 무선 통신 모듈일 수도 있고, LTE(Long Term Evolution) 등의 이동통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
아래에서는, 디스플레이 디바이스(10)가 액티브 펜(20)과 연동하여 액티브 펜(20)을 효율적으로 인식할 수 있는 펜 인식 방법을 설명한다.
도 5는 본 실시예들에 따른 펜 인식 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치 센싱 시스템에서, 패널(310)에 공급되는 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와, 액티브 펜(20)에서 방사되는 펜 펄스 신호(PENS)와, 터치 센싱 회로(320)에서 펜 펄스 신호(PENS)를 읽어 들인 리드 값과, 리드 값의 부호에 따른 펜 식별정보를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 터치 센싱 회로(320)에서 패널(310)을 리드하여 얻어진 로우 데이터를 나타낸 도면이다.
터치 센싱 회로(320)는 패널(310)로 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 공급한다. 이에 따라, 액티브 펜(20)의 아날로그 프런트 엔드 수신부(420)는 패널(310)에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 펜 팁(410)을 통해 수신한다(S10).
액티브 펜(20)의 아날로그 프런트 엔드 송신부(430)는, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 근거하여 펜 식별정보(Pen ID)를 나타내는 펜 펄스 신호(PENS)를 펜 팁(410)을 통해 패널(310)로 방사한다(S20-1).
또한, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)는 하나 이상의 펜 관련 부가 정보를 포함하는 펜 데이터를 무선 송출할 수 있다(S20-2).
터치 센싱 회로(320)는 패널(310)로 방사되고 펜 식별정보가 표현된 펜 펄스 신호(PENS)를 패널(310)을 통해 읽어 들인 리드 값들을 포함하는 로우 데이터(Raw Data)를 생성하여 터치 컨트롤러(330)로 출력할 수 있다(S30-1).
무선 통신 모듈(300)는, 액티브 펜(20)에서 무선 송출된 펜 데이터를 수신하여 터치 컨트롤러(330)로 출력할 수 있다(S30-2).
터치 컨트롤러(330)는 터치 센싱 회로(320)에서 출력된 로우 데이터로부터 펜 식별정보(Pen ID)를 획득하고, 획득된 펜 식별정보와 무선 통신 모듈(300)에서 출력된 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행할 수 있다(S40).
더 구체적으로, 터치 컨트롤러(330)는, 펜 인식 처리를 통해, 터치 센싱 회로(320)에서 출력된 로우 데이터로부터 펜 식별정보(Pen ID)를 획득하고, 획득된 펜 식별정보에 해당하는 액티브 펜(20)의 터치 위치(펜 위치)를 센싱할 수도 있다.
또한, 터치 컨트롤러(330)는, 펜 인식 처리를 통해, 무선 통신 모듈(300)에서 출력된 펜 데이터를 이용하여, 액티브 펜(20)에 대한 펜 부가 정보를 더 인식할 수 있다.
여기서, 펜 데이터는, 일 예로, 필압, 펜 기울기, 제어 정보 및 버튼 입력 정보 등 중 하나 이상의 펜 부가 정보를 포함할 수 있다.
또한, 터치 컨트롤러(330)는, 터치 센싱 회로(320)에서 출력된 로우 데이터를 이용하여 손가락의 터치 위치(손가락 위치)를 센싱할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 디스플레이 디바이스(10)는 엑티브 펜(10)에 대판 펜 식별정보를 패널(310)을 통해 획득하고, 엑티브 펜(10)에 대판 펜 데이터를 무선 통신 경로를 통해 획득한다. 즉, 디스플레이 디바이스(10)는 펜 인식에 필요한 정보들(펜 식별정보, 펜 데이터)를 2가지 경로를 통해 획득할 수 있다.
따라서, 액티브 펜(20)은, 큰 데이터 용량을 가질 수 있는 펜 데이터와 펜 식별정보를 2가지의 다른 경로로 나누어 디스플레이 디바이스(10)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 디바이스(10)는 펜 인식 처리에 필요한 정보(펜 데이터 내 펜 부가정보와, 펜 식별정보)를 더욱 신속하고 정확하게 획득할 수 있게 되어, 신속하게 정확하게 펜 인식 처리를 수행할 수 있다.
또한, 액티브 펜(20)이 펜 식별정보를 디스플레이 디바이스(10)로 전송해줌으로써, 디스플레이 디바이스(10)는 복수의 액티브 펜(20)을 구별할 수 있게 되어, 멀티 펜 인식을 제공할 수 있다.
도 5를 참조하면, 액티브 펜(20)은, 펜 무선 통신부(400)를 통해, 필압, 펜 기울기 및 제어 정보 등 중 하나 이상을 포함하는 펜 데이터 이외에, 펜 식별정보(Pen ID)를 더 무선 송출할 수 있다(S20-2).
이에 따라, 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)은 펜 식별정보 및 펜 데이터를 수신하여 터치 컨트롤러(330)로 출력한다(S30-2)
터치 컨트롤러(330)는, 터치 센싱 회로(320)에서 출력된 로우 데이터와, 무선 통신 모듈(300)에서 출력된 펜 데이터 및 펜 식별정보를 이용하여 펜 인식 처리를 수행할 수 있다(S40).
전술한 바와 같이, 펜 식별정보(Pen ID)는, 패널(310)을 통해 터치 컨트롤러(330)로 전달되고, 무선 전송 방식으로 터치 컨트롤러(330)로 전달되기도 한다. 즉, 터치 컨트롤러(330)는 펜 식별정보(Pen ID)를 2가지 경로를 통해 획득할 수 있게 된다.
전술한 바에 따르면, 액티브 펜(20)이 펜 인식(특히, 멀티 펜 인식)에 중요한 펜 식별정보를 2가지의 다른 경로로 나누어 디스플레이 디바이스(10)로 전송함으로써, 터치 컨트롤러(330)는 멀티 펜 인식을 가능하게 하는 중요한 정보인 펜 식별정보를 신뢰성 있게 획득할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 디바이스(10)는 액티브 펜(20)을 더욱 정확하게 인식할 수 있으며, 2개 이상의 액티브 펜(20)을 정확하게 구별하여 동시에 펜 인식 처리를 제공할 수 있다. 따라서, 사용자는 2개의 이상의 액티브 펜(20)을 동시에 사용하여 터치, 필기, 또는 입력 등을 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)는, 손가락 또는 액티브 펜(20)에 의한 터치를 센싱하기 위하여 패널(310)을 구동하는 신호로서, 터치 센싱 회로(320)가 패널(310)에 공급하는 신호이다.
이러한 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)는, 복수의 패널 구동 펄스(A, B, C, D, E, F, G, H)를 포함할 수 있다.
액티브 펜(20)은, 패널(310)에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 펜 팁(410)을 통해 입력 받아. 이를 근거로 펜 펄스 신호(PENS)를 생성한다.
펜 펄스 신호(PENS)는, 디스플레이 디바이스(10)가 액티브 펜(20)을 인식할 수 있게 해주는 신호로서, 액티브 펜(20)에서 디스플레이 디바이스(10)의 패널(310)로 방사되는 신호이다.
액티브 펜(20)는 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 이용하여 펜 펄스 신호(PENS)를 생성한다.
펜 펄스 신호(PENS)는, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 기준으로, 펜 식별정보에 해당하는 복수의 디지털 코드(예: 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1)를 나타내는 복수의 펜 펄스(PA, PB, PC, PD, PE, PF, PG, PH)를 포함할 수 있다.
펜 펄스 신호(PENS)에 포함된 복수의 펜 펄스(PA, PB, PC, PD, PE, PF, PG, PH)는, 제1 디지털 코드(예: 0 또는 1)를 나타내는 제1 펜 펄스(예: PA, PB, PC, PE, PF)와, 제2 디지털 코드(예: 1 또는 0)를 나타내는 제2 펜 펄스(예: PD, PG, PH)를 포함할 수 있다.
제1 펜 펄스(예: PA, PB, PC, PE, PF)는, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 포함된 복수의 패널 구동 펄스(A, B, C, D, E, F, G, H) 중 대응되는 패널 구동 펄스(예: A, B, C, E, F)의 라이징 시간(Rising Time)에 펄싱(Pulsing) 된다.
제2 펜 펄스(예: PD, PG, PH)는, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 포함된 복수의 패널 구동 펄스(A, B, C, D, E, F, G, H) 중 대응되는 패널 구동 펄스(예: D, G, H)의 폴링 시간(Falling Time)에 펄싱(Pulsing) 될 수 있다.
전술한 바와 같이, 액티브 펜(20)은 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 근거하여 펜 식별정보(PID)를 나타낸 펜 펄스 신호(PENS)를 생성하여 패널(310)로 방사하기 때문에, 디스플레이 디바이스(10)는, 펜 펄스 신호(PENS)를 정확하게 읽어 들일 수 있고, 펜 펄스 신호(PENS)가 나타내는 펜 식별정보(PID)를 정확하게 인식할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 터치 센싱 회로(320)에 의해 패널(310)로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)는, -N (N은 미리 설정된 양의 실수) 이상이고 +P (P은 미리 설정된 양의 실수) 이하의 범위에 포함되는 실수 값을 갖는 다수의 리드 값(예: RA, RB, RC, RD, RE, RF, RG, RH)을 포함할 수 있다.
다수의 리드 값은, 제1 펜 펄스(예: PA, PB, PC, PE, PF)에 대한 제1 리드 값(예: RA, RB, RC, RE, RF)과 제2 펜 펄스(예: PD, PG, PH)에 대한 제2 리드 값(예: RD, RG, RH)을 포함하고, 제1 리드 값(예: RA, RB, RC, RE, RF)의 부호와 제2 리드 값(예: RD, RG, RH)의 부호는 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 포함된 복수의 패널 구동 펄스(A, B, C, D, E, F, G, H) 와 펜 펄스 신호(PENS)에 포함된 복수의 펜 펄스(PA, PB, PC, PD, PE, PF, PG, PH) 간의 위상 관계가 정 위상인 경우, 해당 제1 리드 값(예: RA, RB, RC, RE, RF)은 음(-)의 실수 값을 가진다.
이 경우, 터치 컨트롤러(330)는 음(-)의 실수 값을 갖는 해당 제1 리드 값(예: RA, RB, RC, RE, RF)은 제1 디지털 코드(예: 0)로 해석할 수 있다.
제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 포함된 복수의 패널 구동 펄스(A, B, C, D, E, F, G, H) 와 펜 펄스 신호(PENS)에 포함된 복수의 펜 펄스(PA, PB, PC, PD, PE, PF, PG, PH) 간의 위상 관계가 역 위상인 경우, 해당 제2 리드 값(예: RD, RG, RH)은 양(+)의 실수 값을 가진다.
이 경우, 터치 컨트롤러(330)는 양(+)의 실수 값을 갖는 해당 제2 리드 값(예: RD, RG, RH)은 제2 디지털 코드(예: 1)로 해석할 수 있다.
따라서, 터치 컨트롤러(330)는, 터치 센싱 회로(320)에 의해 패널(310)로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)에 포함된 복수의 리드 값(예: RA, RB, RC, RD, RE, RF, RG, RH) 각각의 부호에 근거하여, 복수의 디지털 코드(예: 00010011)를 결정하고, 결정된 복수의 디지털 코드(예: 00010011)를 포함하는 펜 식별정보(PID)를 획득할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 센싱 회로(320)에 의해 패널(310)로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)에 포함된 리드 값들(예: RA, RB, RC, RD, RE, RF, RG, RH)를 이용하여 액티브 펜(20)의 펜 식별정보(PID)를 쉽고 정확하게 획득할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 터치 센싱 회로(320)에 의해 패널(310)로부터 읽어 들인 로우 데이터는, -N (N은 미리 설정된 양의 실수) 이상이고 +P (P은 미리 설정된 양의 실수) 이하의 범위에 포함되는 실수 값을 갖는 다수의 리드 값(예: RA, RB, RC, RD, RE, RF, RG, RH)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 로우 데이터는, -1 이상이고 +1 이하의 범위에 포함되는 실수 값을 갖는 다수의 리드 값(예: RA, RB, RC, RD, RE, RF, RG, RH)을 포함할 수 있다.
터치 컨트롤러(330)는, 패널(310)에서 다수의 리드 값(예: RA, RB, RC, RD, RE, RF, RG, RH)의 전체 또는 일부에 대한 분포를 토대로 액티브 펜(20) 또는 손가락의 위치 또는 유무를 감지할 수 있다.
즉, 터치 컨트롤러(330)는 수신하여 취합한 로우 데이터를 토대로 실수 값을 갖는 리드 값들의 분포(즉, 패널 위치 별 리드 값들의 크기 분포)를 산출하고, 산출된 분포를 토대로 특정 위치에서 리드 값들이 크게 다른 분포를 갖는다면, 이러한 특정 위치를 손가락 또는 액티브 펜(20)에 의한 터치 유무 및/또는 터치 위치로서 감지할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 컨트롤러(330)는 터치 센싱 회로(320)에 의해 패널(310)로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 이용하여, 액티브 펜(20)의 펜 식별정보(PID)를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 액티브 펜(20)에 의한 터치 위치도 감지할 수 있으며, 경우에 따라서, 손가락에 의한 터치 유무 및/또는 터치 위치도 감지할 수 있다.
본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 패널(310)은 터치 센싱을 위한 전용 터치스크린 패널일 수도 있고, 경우에 따라서, 터치스크린 패널을 역할을 하는 디스플레이 패널일 수 있다.
도 8은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 패널(310)이 터치스크린 패널을 내장하는 디스플레이 패널인 경우에 대하여 디스플레이 구동 구성들을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 패널(310)이 터치스크린 패널을 내장하는 디스플레이 패널인 경우, 패널(310)에는 제1 방향(예: 열 방향)으로 배치되는 다수의 데이터 라인(DL)과, 제2 방향(예: 행 방향)으로 배치되는 다수의 게이트 라인(GL)과, 터치 센싱을 위한 다수의 터치 전극(TE)이 배치될 수 있다. 여기서, 패널(310)이 터치스크린 패널을 내장한다는 것은 패널(310)에 다수의 터치 전극(TE)이 내장되어 배치된다는 의미이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는, 다수의 데이터 라인(DL)을 구동하기 위한 데이터 구동회로(810)과, 다수의 게이트 라인(GL)을 구동하기 위한 게이트 구동회로(820)를 포함할 수 있다.
본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는, 경우에 따라서, 데이터 구동회로(810) 및 게이트 구동회로(820)를 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러 등의 제어 구성을 더 포함할 수 있다.
데이터 구동회로(810)와 터치 센싱 회로(320)는 통합되어 하나의 집적회로로 구현될 수도 있다.
또한, 데이터 구동회로(810), 게이트 구동회로(820), 타이밍 컨트롤러, 터치 센싱 회로(320) 및 터치 컨트롤러(330) 등 중 둘 이상이 통합되어 하나의 집적회로로 구현될 수도 있다.
도 9는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)와 액티브 펜(20) 간의 업-링크와 다운-링크를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)와 액티브 펜(20)은 펜 인식을 위해 신호를 송수신한다.
디스플레이 디바이스(10)에서 액티브 펜(20)으로 신호(데이터, 정보 등을 모두 포함)가 송신되는 경우, 디스플레이 디바이스(10)와 액티브 펜(20) 간에는 업-링크(Up-Link)가 존재한다고 한다.
액티브 펜(20)에서 디스플레이 디바이스(10)로 신호(데이터, 정보 등을 모두 포함)가 송신되는 경우, 디스플레이 디바이스(10)와 액티브 펜(20) 간에는 다운-링크(Down-Link)가 존재한다고 한다.
도 10은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 동작 구간을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 패널(310)에 공급되는 3가지 패널 구동 펄스 신호를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 디스플레이 디바이스(10)의 동작 구간은 디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간을 포함할 수 있다.
다시 말해, 디스플레이 디바이스(10)는 디스플레이 구동과 터치 구동을 교번하면서 진행될 수 있다.
그리고, 터치 구동 구간은 2개의 디스플레이 구동 구간 사이의 블랭크 시간(Blank Time)에 해당할 수 있다.
디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간에서 패널 구동 상태를 알아본다.
디스플레이 구동 구간 동안, 패널(310)에서는, 다수의 데이터 라인(DL)으로 영상 데이터 신호가 인가되고, 다수의 게이트 라인(GL)으로 게이트 신호가 인가된다.
2개의 디스플레이 구동 구간 사이의 블랭크 구간에 해당하는 터치 구동 구간은, 디스플레이 디바이스(10)에서 액티브 펜(20)으로 신호 전달을 위한 업-링크 전송 구간(ULNK)과, 액티브 펜(20)에서 디스플레이 디바이스(10)로 신호 전달을 위한 다운-링크 전송 구간(DLNK)을 포함할 수 있다.
다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안, 패널(310)에서, 다수의 터치 전극(TE)의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)가 인가될 수 있다.
업-링크 전송 구간(ULNK) 동안, 패널(310)에서, 다수의 터치 전극(TE)의 전체 또는 일부로 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)가 인가될 수 있다.
여기서, 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)는 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와 구별되는 신호이다.
한편, 터치 구동 구간이 분할된 업-링크 전송 구간(ULNK)과 다운-링크 전송 구간(DLNK) 각각에서의 디스플레이 디바이스(10)와 액티브 펜(20) 간의 신호 송수신을 아래에서 설명한다.
다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안, 패널 상태는 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)가 패널(310)에 공급되는 상태이다. 이에 따라, 패널(310)에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)는 액티브 펜(20)으로 입력된다.
이러한 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안, 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호(PENS)가 액티브 펜(20)에서 패널(310)로 방사된다.
또한, 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안, 펜 식별정보 및 펜 데이터가 액티브 펜(20)에서 무선 통신 모듈(300)로 무선 송출된다.
이에 따라, 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안, 손가락에 의해 터치가 이루어진 손가락 위치(FLOC: Finger Location)를 감지할 수 있고, 액티브 펜(20)에 의해 터치가 이루어진 펜 위치(PLOC: Pen Location)를 감지할 수 있으며, 액티브 펜(20)의 펜 식별정보(PID)를 감지할 수 있다.
업-링크 전송 구간(ULNK) 동안, 패널 상태는, 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스가 패널(310)에 공급되는 상태이다.
이에 따라, 패널(310)에 공급된 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스는 패널(310)에서 액티브 펜(20)으로 입력될 수 있다.
업-링크 전송 구간(ULNK) 동안 패널(310)에 공급되어 액티브 펜(20)로 전달되는 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스는, 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안 패널(310)에 공급되어 액티브 펜(20)으로 전달되는 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와 구별될 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치 구동 구간을 업-링크 전송 구간(ULNK)과 다운-링크 전송 구간(DLNK)으로 나누어, 업-링크 전송 구간(ULNK)과 다운-링크 전송 구간(DLNK) 각각에 대하여 펜 인식에 필요한 적절한 패널 구동 상태를 만들어 줄 수 있다. 이를 통해, 펜 인식을 위한 효율적이고 정확한 신호 송수신이 가능해지고, 궁극적으로 정확하고 효율적인 펜 인식이 가능해질 수 있다.
도 11을 참조하면, 전술한 바와 같이, 터치 감지(손가락 감지, 펜 감지)를 위해, 패널(310)에는 3가지 종류의 패널 구동 펄스 신호(LFD, BCON, PNG)가 공급될 수 있다.
먼저, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)는, 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안 패널(310)에 공급되어 액티브 펜(20)으로 전달되는 신호로서, 하이 레벨 구간(HL)과 로우 레벨 구간(LL)이 교번하는 주기적 패턴을 갖는 신호이다.
액티브 펜(20)은 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)의 펄싱 타이밍에 맞추어 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호(PENS)를 생성하여 패널(310)로 방사해줄 수 있다.
이러한 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)는, 하이 레벨 구간(HL)과 로우 레벨 구간(LL)이 교번하면서 스윙 될 뿐, 의미 있는 정보가 실리지는 않는다.
이에 비해, 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)와 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)는 의미 있는 정보가 실리는 신호이다.
제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)는, 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안 패널(310)에 공급되어 액티브 펜(20)로 전달되는 신호로서, 패널 정보를 실은 비콘(Beacon) 신호일 수 있다.
액티브 펜(20)은 비콘 신호에 해당하는 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)를 전달받음으로써, 패널(310)이 인접하여 존재한다는 것을 인식할 수 있고, 인식된 패널(310)의 패널 정보를 알 수 있게 된다.
여기서, 패널 정보는 패널 식별정보, 패널 해상도, 패널 제조사 등을 포함할 수 있다.
제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)는, 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안 패널(310)에 공급되어 액티브 펜(20)로 전달되는 신호로서, 터치 구동 구간 정보를 실은 핑(Ping) 신호일 수 있다.
액티브 펜(20)은. 핑 신호에 해당하는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)를 전달받음으로써, 디스플레이 디바이스(10) 또는 패널(310)의 구동 동작과 동기화하여 동작할 수 있다.
액티브 펜(20)은 핑 신호에 해당하는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)를 통해, 디스플레이 디바이스(10)가 몇 번째 프레임을 구동하는지, 그리고 프레임 내 몇 번째 터치 구동 구간을 진행하고 있는지 등을 인식할 수 있다.
즉, 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)는, 디스플레이 디바이스(10)와 액티브 펜(20) 간의 동작을 시간적으로 동기화 시켜줄 수 있다.
위에서 언급한 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD), 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 및 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)는 서로 구별되는 신호이다.
전술한 바와 같이, 터치 감지(손가락 감지, 펜 감지)를 위한 각 타이밍마다 그에 맞는 패널 구동 펄스 신호를 차별화하여 인가해줌으로써, 터치 감지를 정확하게 수행할 수 있다.
한편, 3가지 종류의 패널 구동 펄스 신호(LFD, BCON, PNG)는 기본적으로 패널(310)에 배치된 다수의 터치 전극(TE)의 전체 또는 일부에 공급될 수 있다.
이 경우, 패널(310)내 다른 전극들과 터치 전극(TE) 사이에는 불필요한 기생 캐패시터(Parasite Capacitor)가 형성될 수 있다.
이러한 기생 캐패시터는 터치 전극(TE)에 대하여 RC (Resistor-Capacitor) 지연을 발생시키고, 캐패시턴스 기반의 터치 센싱 시 센싱 정확도를 저하시키는 요인이 될 수 있다.
따라서, 터치 구동 구간 내 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안, 다수의 데이터 라인(DL)의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.
또한, 터치 구동 구간 내 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안, 다수의 게이트 라인(GL)의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.
여기서, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와 대응되는 신호는, 주파수, 진폭, 위상 및 다른 신호적 특징에 있어서, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와 완전하게 동일하거나 실질적으로 동일한 신호일 수 있다.
한편, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와 대응되는 신호는, 주파수, 진폭, 위상 및 다른 신호적 특징 중 적어도 하나에 있어서, 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)와 완전하게 동일하거나 실질적으로 동일한 신호일 수 있다.
여기서, "실질적 동일"은 두 값이 완전히 동일하지는 않지만 그 차이가 미리 결정된 허용 마진(tolerance Margin) 또는 측정 오차 범위 등 이내인 경우 두 값은 동일하다고 볼 수 있다는 의미이다. 예를 들어, 허용 마진 또는 측정 오차 범위는 ±20%, ±10%, ±5%, ±1% 등일 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 구동 구간 내 다운-링크 전송 구간(DLNK) 에서, 기생 캐패시터의 영향이 제거 또는 실질적으로 제거된 상태에서, 손가락에 의해 터치가 이루어진 손가락 위치(FLOC: Finger Location)를 정확하게 감지할 수 있고, 액티브 펜(20)에 의해 터치가 이루어진 펜 위치(PLOC: Pen Location)를 정확하게 감지할 수 있으며, 액티브 펜(20)의 펜 식별정보(PID)를 정확하게 감지할 수 있다.
여기서, 기생 캐패시터의 실질적인 제거는, 기생 캐패시터가 완전하게 제거되지 않았더라도, 기생 캐패시터에 의해 터치 센싱 정확도의 변화 정도가 미리 정의된 허용 범위(예: ±20%, ±10%, ±5%, ±1%) 이내인 경우에는 기생 캐패시터가 제거되었다고 간주한다는 의미이다.
한편, 터치 구동 구간 내 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안, 패널(310)에 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)가 공급되는 동안, 다수의 데이터 라인(DL)의 전체 또는 일부로 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.
또한, 터치 구동 구간 내 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안, 패널(310)에 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)가 공급되는 동안, 다수의 게이트 라인(GL)의 전체 또는 일부로 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.
또한, 터치 구동 구간 내 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안, 패널(310)에 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)가 공급되는 동안, 다수의 데이터 라인(DL)의 전체 또는 일부로 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.
또한, 터치 구동 구간 내 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안, 패널(310)에 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)가 공급되는 동안, 다수의 게이트 라인(GL)의 전체 또는 일부로 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)와 대응되는 신호가 인가될 수 있다.
여기서, 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)와 대응되는 신호는, 주파수, 진폭, 위상 및 다른 신호적 특징에 있어서, 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)와 완전하게 동일하거나 실질적으로 동일한 신호일 수 있다.
한편, 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)와 대응되는 신호는, 주파수, 진폭, 위상 및 다른 신호적 특징 중 적어도 하나에 있어서, 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON) 또는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)와 완전하게 동일하거나 실질적으로 동일한 신호일 수 있다.
여기서, "실질적 동일"은 두 값이 완전히 동일하지는 않지만 그 차이가 미리 결정된 허용 마진(tolerance Margin) 또는 측정 오차 범위 등 이내인 경우 두 값은 동일하다고 볼 수 있다는 의미이다. 예를 들어, 허용 마진 또는 측정 오차 범위는 ±20%, ±10%, ±5%, ±1% 등일 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는, 하나의 프레임(디스플레이 프레임) 구간 동안, 하나의 디스플레이 구동 구간을 진행할 수 있다.
이 경우, 하나의 프레임 구간은 하나의 디스플레이 구동 구간과 하나의 터치 구동 구간을 포함할 수 있다.
이와 다르게, 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)는, 하나의 프레임 구간 동안, 둘 이상의 디스플레이 구동 구간을 진행할 수 있다.
이 경우, 하나의 프레임 구간은 둘 이상의 디스플레이 구동 구간과 하나 이상의 터치 구동 구간을 포함할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(10)의 터치 프로세스를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 12a를 참조하면, 일 예로, 디스플레이 디바이스(10)는, 하나의 프레임 구간 동안, 16개의 디스플레이 구동 구간(D1, D2, ... , D16)을 분리하여 진행하고, 2개의 디스플레이 구동 구간의 사이에 해당하는 블랭크 구간(1~16) 마다 터치 구동 구간을 진행할 수 있다.
따라서, 하나의 프레임 구간은, 16개의 디스플레이 구동 구간(D1, D2, ... , D16)과 16개의 터치 구동 구간(T1, T2, ... , T16)으로 시분할 되어, 디스플레이 구동과 터치 구동이 교번하면서 진행될 수 있다.
도 12b는, 도 12a에서의 16개의 터치 구동 구간(T1, T2, ... , T16) 각각에 대한 터치 감지 프로세스를 나타낸 도면이다.
도 12b를 참조하면, 16개의 블랭크 구간(1, 2, ... , 16)에 대응되는 16개의 터치 구동 구간(T1, T2, ... , T16) 각각은 업-링크 전송 구간(ULNK)과 다운-링크 전송 구간(DLNK)으로 나누어진다.
도 12b를 참조하면, 전술한 바와 같이, 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안, 패널(310)에는 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)가 공급되고, 손가락 위치(FLOC)가 감지되며, 펜 위치(PLOC)가 감지되고, 펜 식별정보(PID)가 인식된다.
도 12b를 참조하면, 전술한 바와 같이, 16개의 업-링크 전송 구간(ULNK) 중 전체 또는 일부의 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안, 패널(310)에는 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)가 공급될 수 있다.
예를 들어, 16개의 업-링크 전송 구간(ULNK) 중 첫 번째 업-링크 전송 구간(ULNK)과 중간의 업-링크 전송 구간(ULNK, 즉, 8번째 업-링크 전송 구간) 동안, 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)가 패널(310)에 공급될 수 있다.
도 12b를 참조하면, 전술한 바와 같이, 16개의 업-링크 전송 구간(ULNK) 중 전체 또는 일부의 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안, 패널(310)에는 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)가 공급될 수 있다.
예를 들어, 16개의 업-링크 전송 구간(ULNK) 중 제2 패널 구동 펄스 신호(BCON)가 패널(310)에 공급되는 업-링크 전송 구간 동안, 제3 패널 구동 펄스 신호(PNG)가 패널(310)에 공급될 수 있다.
전술한 바와 같이, 액티브 펜(20)은 펜 데이터 및 펜 식별정보를 무선 송출하는 펜 무선 통신부(400)를 포함하며, 디스플레이 디바이스(10)는 펜 데이터 및 펜 식별정보를 수신하는 무선 통신 모듈(300)을 포함한다.
액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)와 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)은, 일 예로, 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), RFID(Radio-Frequency Identification), 다이렉트 와이파이(Direct Wi-Fi)등을 활용하는 근거리 무선 통신 모듈, 또는 와이파이(Wi-Fi), 또는 LTE(Long Term Evolution) 등의 무선 통신 방식으로 통신할 수 있다.
액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)와 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)은, 블루투스, NFC(Near Field Communication), RFID(Radio-Frequency Identification), 또는 다이렉트 와이파이(Direct Wi-Fi) 등의 근거리 무선 통신 방식으로 통신하는 경우, 액세스 포인트(Access Point) 없이, 상대방을 감지하여 페어링 동작으로 통해 상호 간의 연결을 설정할 수 있다.
액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)와 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)은, 와이파이(Wi-Fi) 또는 LTE(Long Term Evolution) 등의 무선 통신 방식으로 통신하는 경우, 라우터, 기지국 등의 액세스 포인트(Access Point)를 통해, 상대방을 감지하여 상호 간의 연결을 설정할 수 있다.
따라서, 액티브 펜(20)과 디스플레이 디바이스(10)는, 상호 간의 연결 설정을 위한 사용자 인터페이스(User Interface)를 제공할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 실시예들에 따른 액티브 펜(20)과 디스플레이 디바이스(10) 간의 무선 통신 방법을 나타낸 도면이다.
액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)와 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300) 간의 무선 통신 시, 노이즈에 의한 신호 간섭, 보안성 등을 강화하기 위하여 확산 스펙트럼(Spread Spectrum) 기법을 이용하여 신호를 송수신할 수 있다.
즉, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)는, 의사잡음(PN: Pseudo Noise) 코드(Y)를 이용하여, 보내고자 하는 펜 데이터 및 펜 식별정보를 포함하는 신호(X)를 스펙트럼 확산하고, 스펙트럼 확산된 신호(Z)를 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)로 무선 송출할 수 있다.
더 구체적으로, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)는, 일 예로, 보내고자 하는 펜 데이터 및 펜 식별정보를 PSK (Phase Shift Keying) 방식으로 1차 변조하고, 1차 변조된 신호(X)를 의사잡음 코드 생성기(PN Generator)에서 생성된 의사잡음(PN) 코드(Y)를 이용하여 2차 변조하여, 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital to Analog Converter)를 통해 2차 변조된 신호(Z)를 아날로그 신호로 변환하여 안테나를 통해 무선으로 송출한다.
여기서, 2차 변조된 신호(Z)는 1차 변조된 신호(X)와 의사잡음 코드(Y)의 배타적 논리합(Exclusive Or)에 의해 만들어질 수 있다.
또한, 의사잡음 코드 생성기(PN Generator)는 칩 클럭 주기(Tc)를 갖는 칩 클럭(Chip Clock)을 이용하여 다수의 비트열로 이루어진 의사잡음 코드(Y)를 생성한다.
액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)에서 사용하는 의사잡음 코드(Y)는 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)에서 복조 시 동일하게 사용된다.
디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)는, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)가 변조했던 방식의 역으로 복조할 수 있다.
디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)는, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)로부터 무선으로 수신된 신호를 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호(Z)를 의사잡음 코드 생성기(PN Generator)에서 생성된 의사잡음 코드(Y)를 이용하여 1차 복조하고, 1차 복조된 신호(X)를 PSK (Phase Shift Keying) 복조 과정을 거쳐서, 액티브 펜(20)이 보내고자 했던 펜 데이터 및 펜 식별정보를 얻게 된다.
여기서, 1차 복조된 신호(X)는 수신 신호에서 변환된 디지털 신호(Z)와 의사잡음 코드(Y)의 배타적 논리합(Exclusive Or)에 의해 만들어질 수 있다.
또한, 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300) 내 의사잡음 코드 생성기(PN Generator)는, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)에서 사용하는 의사잡음 코드(Y)와 동일한 의사잡음 코드(Y)를 생성한다.
한편, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)와 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300) 간의 무선 통신 시, 이용되는 확산 스펙트럼(Spread Spectrum) 기법은, 일 예로, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum) 기법일 수도 있고, 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum) 기법 또는 시간 호핑 확산 스펙트럼(THSS: Time Hopping Spread Spectrum) 등일 수도 있다.
이뿐만 아니라, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)와 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300) 간의 무선 통신 시, 스펙트럼 확산을 위해 의사잡음 코드에 의존하지 않고, 정보 신호의 시간의 변화 구간 동안 선형 주파수 특성을 이용하여 반송파 주파수를 변화시키는 스펙트럼 확산 기법인 첩 변조(Chirp Modulation) 기법을 이용할 수도 있다.
전술한 바에 따르면, 액티브 펜(20)의 펜 무선 통신부(400)와 디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)는, 노이즈에 영향을 받지 않고, 보내고자 정보를 실은 신호를 정확하게 송수신할 수 있고, 정보에 대한 보안성도 높여줄 수 있다. 이에 따라, 보다 정확한 펜 인식이 이루어질 수 있다.
도 16은 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법의 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법은, 디스플레이 디바이스(10)의 액티브 펜(20)과의 연동을 통한 펜 인식 방법은, 디스플레이 디바이스(10)가 패널(310)로 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 공급하는 단계(S1610)와, 액티브 펜(20)이 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 근거하여 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호(PENS)를 펜 팁(410)을 통해 패널(310)로 방사하고 펜 데이터를 무선 송출하는 제2 단계(S1620)와, 디스플레이 디바이스(10)가 펜 펄스 신호(PENS)가 방사된 패널(310)로부터 읽어 들여 생성된 로우 데이터(Raw Data)와 액티브 펜(20)에서 무선 송출된 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 제3 단계(S1630) 등을 포함할 수 있다.
전술한 펜 인식 방법을 이용하면, 디스플레이 디바이스(10)는 엑티브 펜(10)에 대판 펜 식별정보를 패널(310)을 통해 획득하고, 엑티브 펜(10)에 대판 펜 데이터를 무선 통신 경로를 통해 획득한다. 즉, 디스플레이 디바이스(10)는 펜 인식에 필요한 정보들(펜 식별정보, 펜 데이터)를 2가지 경로(패널과 무선 통신 경로)를 통해 획득할 수 있다.
따라서, 액티브 펜(20)은, 큰 데이터 용량을 가질 수 있는 펜 데이터와 펜 식별정보를 2가지의 다른 경로로 나누어 디스플레이 디바이스(10)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 디바이스(10)는 펜 인식 처리에 필요한 정보(펜 데이터 내 펜 부가정보와, 펜 식별정보)를 더욱 신속하고 정확하게 획득할 수 있게 되어, 신속하게 정확하게 펜 인식 처리를 수행할 수 있다.
또한, 액티브 펜(20)이 펜 식별정보를 디스플레이 디바이스(10)로 전송해줌으로써, 디스플레이 디바이스(10)는 복수의 액티브 펜(20)을 구별할 수 있게 되어, 멀티 펜 인식을 제공할 수 있다.
S1620 단계에서, 액티브 펜(20)은 펜 데이터 이외에, 펜 식별정보를 더 무선 송출할 수 있다.
따라서, 액티브 펜(20)은 펜 인식(특히, 멀티 펜 인식)에 중요한 펜 식별정보를 2가지의 다른 경로로 나누어 디스플레이 디바이스(10)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 디바이스(10)는 액티브 펜(20)을 더욱 정확하게 인식할 수 있으며, 2개 이상의 액티브 펜(20)을 정확하게 구별하여 동시에 펜 인식 처리를 제공할 수 있다. 따라서, 사용자는 2개의 이상의 액티브 펜(20)을 동시에 사용하여 터치, 필기, 또는 입력 등을 할 수 있다.
도 17은 본 실시예들에 따른 펜 인식 과정을 나타낸 다른 도면이다.
도 17에 도시된 펜 인식 과정은, 도 5의 펜 인식 과정과 거의 유사하다.
다만, 액티브 펜(20)이 펜 식별정보(Pen ID)를 무선 송출 방식으로 디스플레이 디바이스(10)의 터치 컨트롤러(330)에 제공하는 것이 기본이고, 펜 식별정보(Pen ID)를 패널(310)을 통해 디스플레이 디바이스(10)의 터치 컨트롤러(330)에 제공하는 것은 선택 사항일 수 있다.
S10 단계에서, 디스플레이 디바이스(10)의 터치 센싱 회로(320)는 패널(310)로 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 공급한다.
액티브 펜(20)은 패널(310)에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 근거하여, 펜 펄스 신호(PENS)를 패널(310)로 방사하고(S20-1), 내장된 펜 무선 통신부(400)를 통해 펜 식별정보(Pen ID)를 무선 송출한다(S20-2).
여기서, 액티브 펜(20)에서 방사된 펜 펄스 신호(PENS)는 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)의 펄싱에 따라 동기화되어 펄싱이 되되, 펜 식별정보(Pen ID)를 미 포함할 수 있다.
즉, 펜 식별정보가 2가지 경로를 통해 중복되어 디스플레이 디바이스(10)로 제공되지 않는다.
이 경우, 액티브 펜(20)은 패널(310)에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)에 근거하여 펜 펄스 신호(PENS)를 생성하는 것이 쉬어질 수 있다.
또는, 액티브 펜(20)에서 방사된 펜 펄스 신호(PENS)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 펜 식별정보(Pen ID)를 선택적으로 포함할 수도 있다.
디스플레이 디바이스(10)의 터치 센싱 회로(320)는, 패널(310)로 제1 패널 구동 펄스 신호(LFD)를 공급함에 따라 펜 펄스 신호(PENS)가 방사된 패널(310)로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 터치 컨트롤러(330)로 출력한다(S30-1).
디스플레이 디바이스(10)의 무선 통신 모듈(300)은, 액티브 펜(20)에서 무선 송출된 펜 식별정보를 수신하여 터치 컨트롤러(330)로 출력한다(S30-2).
디스플레이 디바이스(10)의 터치 컨트롤러(330)는, 터치 센싱 회로(320)에서 출력된 로우 데이터와, 무선 통신 모듈(300)에서 출력된 펜 식별정보를 토대로 펜 인식 처리를 수행할 수 있다.
한편, 액티브 펜(20)은, 내장된 펜 무선 통신부(400)를 통해 펜 식별정보와 함께, 선택적으로, 펜 데이터를 추가로 무선 송출할 수도 있다.
이 경우, 디스플레이 디바이스(10)는 펜 데이터로부터 액티브 펜(20)에 대한 필압, 기울기, 제어정보 및 버튼입력정보 등 중 하나 이상의 펜 부가 정보를 알 수 있게 되어, 더욱 세밀하게 펜 인식 처리를 수행할 수 있다.
도 18은 본 실시예들에 따른 멀티 펜 인식을 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 2개 이상의 액티브 펜(20)이 펜 인식(특히, 멀티 펜 인식)에 중요한 펜 식별정보를 디스플레이 디바이스(10)로 전송해줌으로써, 디스플레이 디바이스(10)는 2개 이상의 액티브 펜(20)에 대한 펜 식별정보(에: 00010011, 10000001)를 리스트로 관리할 수 있다.
그리고, 디스플레이 디바이스(10)는 각 액티브 펜(20)에 대한 로우 데이터 및 펜 데이터(필압, 기울기, 제어정보, 버튼 입력정보 등)를 해당 펜 식별정보와 연계시켜, 펜 인식 처리를 수행함으로써, 2개 이상의 액티브 펜(20) 각각의 터치 유무, 터치 위치 등을 정확하게 구별하여 감지할 수 있다.
한편, 종래 펜 인식 기술은, 액티브 펜(20)을 찾기 위하여 패널(310)의 전 영역을 센싱하는 풀 스캔(Full Scan) 과정과, 패널(3100에서 찾아진 액티브 펜(200이 존재하는 일부 영역만을 반복적으로 센싱하여 펜 데이터를 획득하는 로컬 센싱(Local Sensing) 과정을 거쳐서 펜 인식을 할 수 있다.
하지만, 이상에서 설명한 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법에 따르면, 액티브 펜(20)을 찾기 위한 풀 스캔(Full Scan) 과정과 펜 데이터를 획득하는 로컬 센싱(Local Sensing) 과정을 별도로 수행할 필요 없이, 풀 스캔(Full Scan) 과정을 통해서, 액티브 펜(20)을 찾고 액티브 펜(20)의 터치 유무 및/또는 터치 위치를 감지하며 손가락의 터치 유무 및/또는 터치 위치를 감지하는 것을 동시에 수행할 수 있다.
본 실시예들에 따른 펜 인식 방법의 경우, 로컬 센싱(Local Sensing) 과정 없이, 풀 스캔(Full Scan) 과정을 통해서, 액티브 펜(20)을 찾고 액티브 펜(20)의 터치 유무 및/또는 터치 위치를 감지하며 손가락의 터치 유무 및/또는 터치 위치를 감지하는 것을 동시에 수행하기 때문에, 손가락 또는 액티브 펜(20)의 터치 위치를 정확한 감지할 수 있으며, 손가락 또는 액티브 펜(20)의 움직임 추적을 더욱 정확하게 수행할 수 있다.
또한, 종래의 펜 인식 방법은, 2개 이상의 액티브 펜(20)에 대한 펜 인식 처리(위치 감지 포함)를 제공해줄 수 없지만, 본 실시예들에 따른 펜 인식 방법의 경우, 2개 이상의 액티브 펜(20)에 대한 펜 인식 처리(위치 감지 포함)를 동시에 제공해줄 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 신속하고 정확한 펜 인식을 할 수 있는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스(10), 액티브 펜(20) 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 여러 개의 액티브 펜(20)을 구별하여 인식하고, 여러 개의 액티브 펜(20)에 대한 펜 데이터를 구별하여 처리함으로써, 여러 개의 액티브 펜(20)을 통한 펜 입력을 동시에 처리해줄 수 있는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스(10), 액티브 펜(20) 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 펜 인식을 위한 액티브 펜(20)과 디스플레이 디바이스(10) 간의 신호 송수신 시, 펜 인식에 필요한 정보에 대한 신뢰성 있는 송수신을 가능하게 하는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스(10), 액티브 펜(20) 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 손가락에 의한 터치와 액티브 펜(20)에 의한 터치를 동시에 정확하고 신속하게 센싱할 수 있는 터치 센싱 시스템, 디스플레이 디바이스(10), 액티브 펜(20) 및 펜 인식 방법을 제공할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 디스플레이 디바이스
20: 액티브 펜
300: 무선 통신 모듈
310: 패널
320: 터치 센싱 회로
330: 터치 컨트롤러
400: 펜 무선 통신부
410: 펜 팁
420: 아날로그 프런트 엔드 수신부
430: 아날로그 프런트 엔드 송신부
440: 펜 컨트롤러

Claims (23)

  1. 터치 센싱 시스템에 있어서,
    액티브 펜; 및
    다수의 터치 전극이 배치된 패널을 포함하고, 상기 액티브 펜과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스를 포함하고,
    상기 액티브 펜은,
    펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호를 펜 팁을 통해 상기 패널로 방사하며, 내장된 펜 무선 통신부를 통해 펜 데이터를 무선 송출하고,
    상기 디스플레이 디바이스는,
    상기 패널로 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급하고, 상기 펜 펄스 신호가 방사된 상기 패널로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 출력하는 터치 센싱 회로와,
    상기 액티브 펜에서 무선 송출된 상기 펜 데이터를 수신하여 출력하는 무선 통신 모듈과,
    상기 터치 센싱 회로에서 출력된 상기 로우 데이터로부터 펜 식별정보를 획득하고, 상기 획득된 펜 식별정보와 상기 무선 통신 모듈에서 출력된 상기 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 센싱 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 펜은,
    상기 펜 무선 통신부를 통해, 필압, 펜 기울기 및 제어 정보 중 하나 이상을 포함하는 상기 펜 데이터 이외에도, 상기 펜 식별정보를 추가로 무선 송출하고,
    상기 무선 통신 모듈은 상기 펜 식별정보 및 상기 펜 데이터를 수신하여 상기 터치 컨트롤러로 출력하며,
    상기 터치 컨트롤러는,
    상기 터치 센싱 회로에서 출력된 상기 로우 데이터와, 상기 무선 통신 모듈에서 출력된 상기 펜 데이터 및 상기 펜 식별정보를 이용하여 펜 인식 처리를 수행하는 터치 센싱 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 펜은,
    상기 패널을 통해 복수의 패널 구동 펄스를 포함하는 상기 제1 패널 구동 펄스 신호를 상기 펜 팁을 통해 입력 받고,
    상기 제1 패널 구동 펄스 신호를 기준으로, 상기 펜 식별정보에 해당하는 복수의 디지털 코드를 나타내는 복수의 펜 펄스를 포함하는 상기 펜 펄스 신호를 상기 패널로 방사하는 터치 센싱 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펜 펄스 신호에 포함된 복수의 펜 펄스는,
    제1 디지털 코드를 나타내는 제1 펜 펄스와,
    제2 디지털 코드를 나타내는 제2 펜 펄스를 포함하고,
    상기 제1 펜 펄스는,
    상기 복수의 패널 구동 펄스 중 대응되는 패널 구동 펄스의 라이징 시간(Rising Time)에 펄싱(Pulsing) 되고,
    상기 제2 펜 펄스는,
    상기 복수의 패널 구동 펄스 중 대응되는 패널 구동 펄스의 폴링 시간(Falling Time)에 펄싱(Pulsing) 되는 터치 센싱 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패널로부터 읽어 들인 로우 데이터는,
    -N (N은 미리 설정된 양의 실수) 이상이고 +P (P은 미리 설정된 양의 실수) 이하의 범위에 포함되는 실수 값을 갖는 다수의 리드 값을 포함하고,
    상기 다수의 리드 값은,
    상기 제1 펜 펄스에 대한 제1 리드 값과 상기 제2 펜 펄스에 대한 제2 리드 값을 포함하고,
    상기 제1 리드 값의 부호와 상기 제2 리드 값의 부호는 서로 다른 터치 센싱 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는,
    상기 터치 센싱 회로에서 출력된 상기 로우 데이터에 포함된 복수의 리드 값 각각의 부호에 근거하여, 복수의 디지털 코드를 결정하고,
    상기 결정된 복수의 디지털 코드를 포함하는 펜 식별정보를 획득하는 터치 센싱 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 패널로부터 읽어 들인 로우 데이터는,
    -N (N은 미리 설정된 양의 실수) 이상이고 +P (P은 미리 설정된 양의 실수) 이하의 범위에 포함되는 실수 값을 갖는 다수의 리드 값을 포함하고,
    상기 터치 컨트롤러는,
    상기 패널에서 상기 다수의 리드 값의 전체 또는 일부에 대한 분포를 토대로 상기 액티브 펜 또는 손가락의 위치 또는 유무를 감지하는 터치 센싱 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스의 동작 구간은 디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간을 포함하고,
    상기 터치 구동 구간은,
    상기 디스플레이 디바이스에서 상기 액티브 펜으로 신호 전달을 위한 업-링크 전송 구간(ULNK)과,
    상기 액티브 펜에서 상기 디스플레이 디바이스로 신호 전달을 위한 다운-링크 전송 구간(DLNK)을 포함하는 터치 센싱 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다운-링크 전송 구간(DLNK) 동안,
    상기 제1 패널 구동 펄스 신호가 상기 패널에 공급되고,
    상기 펜 식별정보를 나타내는 상기 펜 펄스 신호가 상기 액티브 펜에서 상기 패널로 방사되고,
    상기 펜 데이터가 상기 액티브 펜에서 상기 무선 통신 모듈로 무선 송출되며,
    상기 업-링크 전송 구간(ULNK) 동안,
    제2 패널 구동 펄스 신호 또는 제3 패널 구동 펄스가 상기 패널에 공급되고,
    상기 제2 패널 구동 펄스 신호 또는 상기 제3 패널 구동 펄스가 상기 패널에서 상기 액티브 펜으로 입력되며,
    상기 제2 패널 구동 펄스 신호 또는 상기 제3 패널 구동 펄스는,
    상기 제1 패널 구동 펄스 신호와 구별되는 터치 센싱 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 패널 구동 펄스 신호는 하이 레벨 구간과 로우 레벨 구간이 교번하는 주기적 패턴을 갖는 신호이고,
    상기 제2 패널 구동 펄스 신호는 패널 정보를 실은 비콘(Beacon) 신호이고,
    상기 제3 패널 구동 펄스 신호는 터치 구동 구간 정보를 실은 핑(Ping) 신호이며,
    상기 제1 패널 구동 펄스 신호, 상기 제2 패널 구동 펄스 신호 및 상기 제3 패널 구동 펄스 신호는 서로 구별되는 터치 센싱 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 펜은 상기 펜 데이터를 무선 송출하는 펜 무선 통신부를 더 포함하고,
    상기 펜 무선 통신부는,
    의사잡음 코드를 이용하여 상기 펜 데이터를 스펙트럼 확산하여 상기 디스플레이 디바이스의 상기 무선 통신 모듈로 무선 송출하는 터치 센싱 시스템.
  12. 액티브 펜과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스에 있어서,
    다수의 터치 전극이 배치된 패널;
    상기 패널로 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급함에 따라 상기 액티브 펜에서 상기 패널로 방사되고 펜 식별정보가 표현된 펜 펄스 신호를 상기 패널을 통해 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 출력하는 터치 센싱 회로;
    상기 액티브 펜에서 무선 송출된 펜 데이터를 수신하여 출력하는 무선 통신 모듈; 및
    상기 터치 센싱 회로에서 출력된 상기 로우 데이터로부터 펜 식별정보를 획득하고, 상기 획득된 펜 식별정보와 상기 무선 통신 모듈에서 출력된 상기 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 터치 컨트롤러를 포함하는 디스플레이 디바이스.
  13. 제1 방향으로 배치되는 다수의 데이터 라인;
    제2 방향으로 배치되는 다수의 게이트 라인; 및
    터치 센싱을 위한 다수의 터치 전극을 포함하고,
    디스플레이 구동 구간 동안,
    상기 다수의 데이터 라인으로 영상 데이터 신호가 인가되고, 상기 다수의 게이트 라인으로 게이트 신호가 인가되며,
    2개의 디스플레이 구동 구간 사이의 블랭크 구간에 해당하는 터치 구동 구간은 업-링크 전송 구간과 다운-링크 전송 구간을 포함하고,
    상기 다운-링크 전송 구간 동안,
    상기 다수의 터치 전극의 전체 또는 일부로 제1 패널 구동 펄스 신호가 인가되고,
    상기 업-링크 전송 구간 동안,
    상기 다수의 터치 전극의 전체 또는 일부로 상기 제1 패널 구동 펄스 신호와 구별되는 제2 패널 구동 펄스 신호 또는 제3 패널 구동 펄스 신호가 인가되는 패널.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다운-링크 전송 구간 동안,
    상기 다수의 데이터 라인의 전체 또는 일부로 상기 제1 패널 구동 펄스 신호와 대응되는 신호가 인가되거나,
    상기 다수의 게이트 라인의 전체 또는 일부로 상기 제1 패널 구동 펄스 신호와 대응되는 신호가 인가되는 패널.
  15. 디스플레이 디바이스와 연동하는 액티브 펜에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스의 패널과 접촉 또는 근접하는 펜 팁;
    상기 패널에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호를 상기 펜 팁을 통해 수신하는 아날로그 프런트 엔드 수신부;
    상기 제1 패널 구동 펄스 신호에 근거하여 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호를 상기 펜 팁을 통해 방사하는 아날로그 프런트 엔드 송신부; 및
    펜 데이터를 무선 송출하는 펜 무선 통신부를 포함하며,
    상기 제1 패널 구동 펄스 신호는 복수의 패널 구동 펄스를 포함하고,
    상기 펜 펄스 신호는, 상기 제1 패널 구동 펄스 신호를 기준으로, 상기 펜 식별정보에 해당하는 복수의 디지털 코드를 나타내는 복수의 펜 펄스를 포함하며,
    상기 복수의 펜 펄스를 포함하는 상기 펜 펄스 신호는 상기 아날로그 프런트 엔드 송신부로부터 상기 패널로 방사되며,
    상기 복수의 디지털 코드를 포함하는 상기 펜 식별정보와 상기 무선 송출된 상기 펜 데이터를 토대로 상기 디스플레이 디바이스가 펜 인식 처리를 수행하는 액티브 펜.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 펜 펄스 신호에 포함된 복수의 펜 펄스는,
    제1 디지털 코드를 나타내는 제1 펜 펄스와,
    제2 디지털 코드를 나타내는 제2 펜 펄스를 포함하고,
    상기 제1 펜 펄스는,
    상기 복수의 패널 구동 펄스 중 대응되는 패널 구동 펄스의 라이징 시간(Rising Time)에 펄싱(Pulsing) 되고,
    상기 제2 펜 펄스는,
    상기 복수의 패널 구동 펄스 중 대응되는 패널 구동 펄스의 폴링 시간(Falling Time)에 펄싱(Pulsing) 되는 액티브 펜.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 펜 무선 통신부는,
    상기 펜 데이터 이외에, 상기 펜 식별정보를 더 무선 송출하는 액티브 펜.
  19. 디스플레이 디바이스의 액티브 펜과의 연동을 통한 펜 인식 방법에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스가 패널로 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급하는 제1 단계;
    상기 액티브 펜이, 상기 제1 패널 구동 펄스 신호에 근거하여 펜 식별정보를 나타내는 펜 펄스 신호를 펜 팁을 통해 상기 패널로 방사하고, 펜 데이터를 무선 송출하는 제2 단계; 및
    상기 디스플레이 디바이스가 상기 펜 펄스 신호가 방사된 상기 패널로부터 읽어 들여 생성된 로우 데이터(Raw Data)와, 상기 액티브 펜에서 무선 송출된 상기 펜 데이터를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 제3 단계를 포함하며,
    상기 제1 패널 구동 펄스 신호는 복수의 패널 구동 펄스를 포함하고,
    상기 펜 펄스 신호는, 상기 제1 패널 구동 펄스 신호를 기준으로, 상기 펜 식별정보에 해당하는 복수의 디지털 코드를 나타내는 복수의 펜 펄스를 포함하며,
    상기 제2 단계에서, 상기 복수의 펜 펄스를 포함하는 상기 제2 단계의 상기 펜 펄스 신호는 상기 패널로 방사되며,
    상기 제3 단계에서, 상기 디스플레이 디바이스가 상기 로우 데이터로부터 상기 복수의 디지털 코드를 포함하는 상기 펜 식별정보를 획득하고, 상기 획득된 펜 식별정보와 상기 펜 데이터를 토대로 상기 디스플레이 디바이스가 펜 인식 처리를 수행하는 펜 인식 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 액티브 펜은 상기 펜 데이터 이외에, 상기 펜 식별정보를 더 무선 송출하는 펜 인식 방법.
  21. 터치 센싱 시스템에 있어서,
    액티브 펜; 및
    다수의 터치 전극이 배치된 패널을 포함하고, 상기 액티브 펜과 연동하여 펜 인식 처리를 수행하는 디스플레이 디바이스를 포함하고,
    상기 액티브 펜은,
    상기 패널에 공급된 제1 패널 구동 펄스 신호에 근거하여 생성된 펜 펄스 신호를 상기 패널로 방사하고, 내장된 펜 무선 통신부를 통해 펜 식별정보를 무선 송출하고,
    상기 디스플레이 디바이스는,
    상기 패널로 상기 제1 패널 구동 펄스 신호를 공급하고, 상기 펜 펄스 신호가 방사된 상기 패널로부터 읽어 들인 로우 데이터(Raw Data)를 출력하는 터치 센싱 회로와,
    상기 액티브 펜에서 무선 송출된 상기 펜 식별정보를 수신하여 출력하는 무선 통신 모듈과,
    상기 터치 센싱 회로에서 출력된 상기 로우 데이터와, 상기 무선 통신 모듈에서 출력된 상기 펜 식별정보를 토대로 펜 인식 처리를 수행하는 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 센싱 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 액티브 펜에서 방사된 상기 펜 펄스 신호는 상기 펜 식별정보를 포함하는 터치 센싱 시스템.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 액티브 펜은,
    내장된 펜 무선 통신부를 통해, 상기 펜 식별정보와 함께, 펜 데이터를 추가로 무선 송출하는 터치 센싱 시스템.


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