本公开涉及触摸感测系统，更具体地，涉及一种能够利用有源触控笔执行触摸输入的触摸感测系统及其驱动方法。
背景技术：
用户接口(ui)被配置为使得用户能够与各种电子装置通信，并且因此可如其期望那样容易地和舒适地控制电子装置。用户接口的示例包括键区、键盘、鼠标、屏幕显示(osd)以及具有红外通信功能或射频(rf)通信功能的遥控器。用户接口技术不断扩展以增加用户的感受力和处理便利。用户接口最近已发展为包括触摸ui、语音识别ui、3dui等。
便携式信息设备已必然采用触摸ui。通过在显示装置的屏幕上形成触摸屏来实现触摸ui。触摸屏可被实现为电容式触摸屏。具有电容式触摸传感器的触摸屏感测当用户利用他或她的手指或导电材料触摸(或靠近)触摸传感器时由触摸驱动信号的输入导致的电容的变化(即，触摸传感器的电荷的变化)，因此检测触摸输入。
电容式触摸传感器可被实现为自电容触摸传感器或互电容触摸传感器。自电容触摸传感器的电极可分别连接到沿着一个方向形成的传感器线。互电容触摸传感器可形成在隔着介电层彼此垂直的传感器线的交叉点处。
最近触控笔以及手指在智能电话、智能本等中已用作人机接口装置(hid)。与手指相比触控笔有利于执行更详细的输入。触控笔的示例包括无源触控笔和有源触控笔。无源触控笔难以检测接触无源触控笔的触摸屏的触摸位置，因为触摸位置处的电容的变化小。与无源触控笔相比，有源触控笔更容易检测接触有源触控笔的触摸屏的触摸位置，因为有源触控笔本身生成笔传输信号并在触摸位置处输出笔传输信号。
如图1所示，现有技术的方法同时针对触摸屏感测使用有源触控笔的触摸输入和使用手指的触摸输入。在图1中，“lhb”表示执行触摸感测操作的触摸周期，并且在一个显示帧中可包括多个触摸周期m1至m16。有源触控笔接收来自触摸屏tsp的触摸驱动信号，生成与触摸驱动信号同步的笔传输信号tx，并且在触摸屏tsp与有源触控笔之间的接触位置处输出笔传输信号tx。触摸集成电路(ic)根据笔传输信号tx以及设置在触摸屏tsp上的触摸传感器的触摸驱动信号来感测电荷的变化并检测触摸输入。
如图2a至图2d所示，由触摸驱动信号导致的触摸传感器的感测输出(以下称为“手指触摸感测信号”)和由笔传输信号tx导致的触摸传感器的感测输出(以下称为“笔触摸感测信号”)出现在相反方向上。例如，手指触摸感测信号可相对于基线“0”出现在正(+)方向上，笔触摸感测信号可相对于基线“0”出现在负(-)方向上。
由于现有技术同时感测有源触控笔的触摸输入和手指的触摸输入，所以在笔触摸感测信号与手指触摸感测信号之间可能发生数据干扰，从而使触摸感测性能降低。
此外，由于现有技术同时感测有源触控笔的触摸输入和手指的触摸输入，所以难以增加笔触摸报告率。
技术实现要素：
本公开提供了一种触摸感测系统及其驱动方法，其能够在针对触摸屏感测使用有源触控笔的触摸输入和使用手指的触摸输入时通过使笔触摸感测信号与手指触摸感测信号之间的数据干扰最小化来改进触摸感测性能并增加笔触摸报告率。
在一个方面，提供了一种触摸感测系统，该触摸感测系统包括：触摸屏集成显示面板，其被设置有多个触摸传感器和多个像素；定时控制器，其被配置为将一个显示帧时分为多个触摸周期和多个显示周期；微控制器单元，其被配置为将所述多个触摸传感器的感测模式分为全扫描模式和局部扫描模式；以及触摸集成电路(ic)，其被配置为在全扫描模式下通过触摸周期感测触摸传感器的手指触摸输入，并且在局部扫描模式下通过触摸周期时分感测触摸传感器的手指触摸输入和笔触摸输入。
由手指触摸输入导致的手指触摸感测信号的大小与由笔触摸输入导致的笔触摸感测信号的大小出现在基于预定基准值的相反方向上。
当在全扫描模式期间感测到笔触摸感测信号时，微控制器单元将触摸传感器的感测模式从全扫描模式切换为局部扫描模式。当在局部扫描模式期间没有感测到笔触摸感测信号时，微控制器单元将触摸传感器的感测模式从局部扫描模式切换为全扫描模式。
在全扫描模式下，触摸ic将触摸传感器的手指触摸输入分为多个区域并感测手指触摸输入。所述多个区域对应于触摸周期。
在局部扫描模式下，触摸ic仅感测所述多个触摸传感器中的包括笔触摸输入的位置的一些触摸传感器的笔触摸输入。
笔触摸感测信号包括指示接触笔的触摸传感器的接触位置的笔位置信息以及指示笔的附加功能的笔附加信息。笔附加信息包括笔接触触摸传感器时的笔压力信息、指示包括在笔中并执行特定功能的至少一个功能按钮是否被启用的按钮状态信息以及用于与其它笔相区分的笔识别信息。
在局部扫描模式下，触摸ic通过所述多个触摸周期当中的用于笔位置信息的触摸周期和用于笔附加信息的触摸周期来感测笔触摸输入。
在局部扫描模式下，触摸ic将触摸传感器的手指触摸输入分成多个区域并通过所述多个触摸周期当中的用于手指位置信息的触摸周期感测手指触摸输入。所述多个区域对应于用于手指位置信息的触摸周期。
微控制器单元生成分别与第一同步信号、第二同步信号和触摸驱动信号对应的脉宽调制(pwm)信号。第一同步信号被分配给所述多个触摸周期中的至少一个。第二同步信号被分配给所述多个触摸周期中的每一个的一部分。触摸驱动信号被分配给所述多个触摸周期中的每一个的剩余部分。
在另一方面，提供了一种驱动包括触摸屏集成显示面板的触摸感测系统的方法，该触摸屏集成显示面板被设置有多个触摸传感器和多个像素，该方法包括以下步骤：将一个显示帧时分为多个触摸周期和多个显示周期；将所述多个触摸传感器的感测模式分为全扫描模式和局部扫描模式；以及在全扫描模式下通过触摸周期感测触摸传感器的手指触摸输入，并且在局部扫描模式下通过触摸周期时分感测触摸传感器的手指触摸输入和笔触摸输入。
附图说明
附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且被并入本说明书并构成本说明书的一部分，附图示出本公开的实施方式并且与说明书一起用于说明本公开的原理。附图中：
图1示出同时针对触摸屏感测使用有源触控笔的触摸输入和使用手指的触摸输入的现有技术方法；
图2a至图2d示出当笔触摸感测信号和手指触摸感测信号相对于基线出现在相反方向上时的各种示例；
图3示意性地示出根据本公开的实施方式的触摸感测系统；
图4示出应用了根据本公开的实施方式的触摸感测系统的显示装置；
图5示出触摸屏的触摸传感器嵌入在显示面板的像素阵列中的示例；
图6是示出显示面板的像素以及嵌入有触摸传感器的像素阵列中的触摸传感器的时分驱动方法的时序图；
图7示出一个显示帧中包括多个触摸周期的示例；
图8至图10示出根据本公开的实施方式的触摸驱动装置；
图11示出连接到触摸传感器块和感测单元的复用器；
图12示出根据本公开的实施方式的有源触控笔的内部配置；
图13示出根据本公开的实施方式的感测模式切换块的详细配置；
图14示意性地示出根据本公开的实施方式的感测模式切换方法；
图15示出在全扫描模式下在一个显示帧的各个触摸周期中获得的感测信号；
图16详细示出全扫描模式的操作处理；
图17a和图17b示出在全扫描模式下与一个显示帧的手指触摸周期对应的感测区域；
图18示出在局部扫描模式下在一个显示帧的各个触摸周期中获得的感测信号；
图19详细示出局部扫描模式的操作处理；
图20a和图20b示出在局部扫描模式下与一个显示帧的笔触摸周期对应的感测区域；以及
图21a和图21b示出在局部扫描模式下与一个显示帧的手指触摸周期对应的感测区域。
具体实施方式
现在将详细参照本公开的实施方式，其示例示出于附图中。只要可能，贯穿附图将使用相同的标号来指代相同或相似的部件。应当注意，如果确定已知技术的详细描述会误导本公开的实施方式，则其将被省略。
[触摸感测系统]
图3示意性地示出根据本公开的实施方式的触摸感测系统。
参照图3，根据本公开的实施方式的触摸感测系统包括显示装置10和有源触控笔20。
显示装置10执行显示功能和触摸检测功能。显示装置10能够检测诸如手指或有源触控笔20的导电物体的触摸输入，并且包括嵌入其中的集成的电容式触摸屏。在本文所公开的实施方式中，触摸屏可独立于显示面板配置，并且可被嵌入显示面板的像素阵列中。显示装置10的详细配置和操作将稍后参照图4至图11来描述。
有源触控笔20与从触摸屏接收的触摸驱动信号同步生成包括笔附加信息的笔传输信号并且在触摸屏与有源触控笔20之间的接触位置处输出笔传输信号，从而容易地检测触摸屏上的触摸位置。触摸感测系统根据笔传输信号分析触摸原始数据的变化，并且感测使用有源触控笔20的触摸输入的位置和笔附加信息。笔附加信息可包括指示有源触控笔接触触摸传感器时的压力的笔压力信息、指示包括在有源触控笔中并执行特定功能的至少一个功能按钮是否被启用的按钮状态信息、用于与其它有源触控笔相区分的笔识别信息等。
有源触控笔20的配置和操作将稍后参照图10至图15来描述。
[显示装置]
图4示出应用了根据本公开的实施方式的触摸感测系统的显示装置。图5示出触摸屏的触摸传感器被嵌入在显示面板的像素阵列中的示例。图6示出显示面板的像素以及嵌入有触摸传感器的像素阵列中的触摸传感器的时分驱动方法。图7示出一个显示帧中包括多个触摸周期的示例。图8至图10示出根据本公开的实施方式的触摸驱动装置。图11示出连接到触摸传感器块和感测单元的复用器。
参照图4至图11，根据本公开的实施方式的显示装置10可基于诸如液晶显示器(lcd)、场发射显示器(fed)、等离子体显示面板(pdp)、有机发光二极管(oled)显示器和电泳显示器(epd)的平板显示器来实现。在以下描述中，将使用液晶显示器作为平板显示器的示例来描述本公开的实施方式。然而，实施方式不限于此，可使用其它平板显示器。
显示装置10包括显示模块和触摸模块。
触摸模块包括触摸屏tsp和触摸驱动装置18。
触摸屏tsp可按照通过多个电容式传感器来感测触摸输入的电容式方法来实现。触摸屏tsp包括各自具有电容的多个触摸传感器。电容可被分成自电容和互电容。自电容可沿着形成在一个方向上的单层的导体线形成，互电容可形成在彼此垂直的两条导体线之间。
触摸屏tsp的触摸传感器可被嵌入在显示面板dis的像素阵列中。图5示出触摸屏tsp被嵌入在显示面板dis的像素阵列中的示例。参照图5，显示面板dis的像素阵列包括触摸传感器c1至c4以及连接到触摸传感器c1至c4的传感器线l1至li，其中“i”是正整数。多个像素101的公共电极com被划分成多个区段。触摸传感器c1至c4被实现为所划分的公共电极com。一个公共电极区段共同地连接到多个像素101并形成一个触摸传感器。触摸传感器用作像素101的显示电极。因此，如图6所示，触摸传感器c1至c4在显示周期td1和td2期间向像素101供应公共电压vcom以用于图像显示。在触摸周期tt1和tt2期间，触摸传感器c1至c4接收触摸驱动信号ts并感测触摸输入。图5作为示例示出自电容触摸传感器。实施方式不限于此。可使用其它类型的触摸传感器。
触摸驱动装置18将触摸驱动信号ts施加到触摸传感器c1至c4并感测触摸操作前后触摸传感器c1至c4的电荷的变化。因此，触摸驱动装置18确定是否执行使用导电材料(例如，手指和触控笔)的触摸操作以及触摸操作的位置。
触摸驱动装置18在触摸周期tt1和tt2期间响应于从定时控制器16或主机系统19接收的触摸使能信号ten来驱动触摸传感器。在触摸周期tt1和tt2期间，触摸驱动装置18通过传感器线l1至li向触摸传感器c1至c4供应触摸驱动信号ts并感测触摸输入。触摸驱动装置18分析触摸操作前后触摸传感器的电荷的变化，确定是否接收到触摸输入，并且计算触摸输入的位置的坐标。触摸输入的位置的坐标被发送到主机系统19。
触摸驱动装置18在触摸周期tt1和tt2期间响应于触摸使能信号ten来驱动触摸传感器c1至c4。如图7所示，触摸驱动装置18可将用于驱动触摸传感器c1至c4的多个触摸周期m01至m16分配给显示输入图像的一个显示帧。在本文所公开的实施方式中，触摸驱动装置18可包括分别与触摸周期m01至m16对应的多个复用器。
如图6所示，当一个显示帧中的显示周期和触摸周期被分别分成多个显示周期td1和td2和多个触摸周期tt1和tt2时，触摸驱动装置18可在多个触摸周期tt1和tt2中的每一个中感测触摸输入，并且在各个触摸帧完成的时间点将触摸输入的坐标信息发送给主机系统19。因此，与显示帧频相比，本公开的实施方式可进一步增加触摸报告率。显示帧频是一帧的图像数据被写到像素阵列的帧频。触摸报告率是触摸输入的坐标信息生成的频率。由于随着触摸报告率变高，触摸输入的坐标识别时间缩短，所以触摸屏的触摸灵敏度改进。
根据本公开的实施方式的触摸驱动装置18可被实现为图8至图10所示的集成电路(ic)封装。
参照图8，触摸驱动装置18包括驱动器集成电路(ic)dic和触摸ictic。
驱动器icdic包括触摸传感器通道单元100、vcom缓冲器110、开关阵列120、定时控制信号生成器130、复用器(mux)140和dtx补偿单元150。
触摸传感器通道单元100通过传感器线连接到触摸传感器的电极并且通过开关阵列120连接到vcom缓冲器110和复用器140。复用器140将传感器线连接到触摸ictic。在1至3复用器的情况下，复用器140按照时分方式依次将触摸ictic的一个通道连接到三条传感器线，因此减少触摸ictic的通道的数量。复用器140响应于mux控制信号muxc1至muxc3依次选择要连接到触摸ictic的通道的传感器线。复用器140通过触摸线连接到触摸ictic的通道。
vcom缓冲器110输出像素的公共电压vcom。开关阵列120在显示周期期间在定时控制信号生成器130的控制下将从vcom缓冲器110输出的公共电压vcom供应给触摸传感器通道单元100。开关阵列120在触摸周期期间在定时控制信号生成器130的控制下将传感器线连接到触摸ictic。
定时控制信号生成器130生成用于控制显示驱动电路和触摸ictic的操作定时的定时控制信号。
驱动器icdic的定时控制信号生成器130可被包括在图4所示的定时控制器16中。定时控制信号生成器130在显示周期期间驱动显示驱动电路，并且在触摸周期期间驱动触摸ictic。
如图6所示，定时控制信号生成器130生成限定显示周期td1和td2和触摸周期tt1和tt2的触摸使能信号ten并且使显示驱动电路与触摸ictic同步。显示驱动电路在触摸使能信号ten的第一电平周期期间将图像数据施加到像素。触摸ictic响应于触摸使能信号ten的第二电平来驱动触摸传感器并感测触摸输入。触摸使能信号ten的第一电平可为高电平，触摸使能信号ten的第二电平可为低电平，反之亦然。
触摸ictic连接到驱动功率单元(未示出)并接收驱动功率。触摸ictic响应于触摸使能信号ten的第二电平来生成触摸驱动信号ts并将触摸驱动信号ts施加到触摸传感器。触摸驱动信号ts可按照包括方波、正弦波、三角波等的各种脉冲形状来生成。例如，触摸驱动信号ts可按照方波的脉冲形状来生成。触摸驱动信号ts可被施加到各个触摸传感器n次，以使得电荷在触摸ictic的积分器上累积n次或更多次，其中n是等于或大于2的自然数。
触摸驱动信号的噪声可根据输入图像的数据变化而增加。dtx补偿单元150分析输入图像的数据，根据输入图像的灰度级的变化从触摸原始数据去除噪声分量，并将它发送给触摸ictic。在本文所公开的实施方式中，“dtx”意指显示和触摸串扰。与dtx补偿单元150有关的内容在与本申请人对应的韩国专利申请no.10-2012-0149028(2012年12月19日)中有详细公开，其整体通过引用并入本文。在触摸传感器的噪声没有根据输入图像的数据变化而灵敏地变化的系统的情况下，dtx补偿单元150不是必需的，因此可省略。在图8中，“dtxdata”是dtx补偿单元150的输出数据。
触摸ictic在触摸周期tt1和tt2期间响应于来自定时控制信号生成器130的触摸使能信号ten来驱动复用器140，并且通过复用器140和传感器线接收触摸传感器的电荷。在图8中，muxc1至muxc3是选择复用器的通道的mux控制信号。
触摸ictic从触摸驱动信号检测触摸输入前后电荷的变化，并且将电荷的变化与预定基线(即，基准值)进行比较。触摸ictic可将电荷的变化等于或大于基线的触摸传感器的位置确定为手指触摸输入的区域，并且可将电荷的变化小于基线的触摸传感器的位置确定为笔触摸输入的区域。触摸ictic计算各个触摸输入的坐标并且将包括触摸输入的坐标信息的触摸数据tdata(xy)发送给外部主机系统19。触摸ictic包括放大触摸传感器的电荷的放大器、累积从触摸传感器接收的电荷的积分器、将积分器的电压转换为数字数据的模数转换器(adc)以及算术逻辑单元。算术逻辑单元将从adc输出的触摸原始数据与基线进行比较并基于比较结果确定手指触摸输入或笔触摸输入。算术逻辑单元执行计算坐标的触摸识别算法。
驱动器icdic和触摸ictic可通过串行外围接口(spi)来发送和接收信号。
主机系统19意指根据本公开的实施方式的显示装置10适用于的电子装置的系统主体。主机系统19可以是电话系统、电视系统、机顶盒、导航系统、dvd播放器、蓝光播放器、个人计算机(pc)和家庭影院系统以及包括显示装置或与显示装置结合操作的其它系统中的一个。主机系统19将输入图像的数据rgb发送给驱动器icdic并且从触摸ictic接收触摸输入数据tdata(xy)。主机系统19执行与触摸输入关联的应用。
参照图9，触摸驱动装置18包括驱动器icdic和微控制器单元(mcu)。
驱动器icdic包括触摸传感器通道单元100、vcom缓冲器110、开关阵列120、第一定时控制信号生成器130、复用器(mux)140、dtx补偿单元150、感测单元160、第二定时控制信号生成器170和存储器180。图9所示的驱动器icdic与图8所示的驱动器icdic的不同之处在于，感测单元160和第二定时控制信号生成器170被集成在驱动器icdic内。图9的第一定时控制信号生成器130基本上与图8的定时控制信号生成器130相同。因此，第一定时控制信号生成器130生成用于控制显示驱动电路和触摸ictic的操作定时的定时控制信号。
复用器140在mcu的控制下将感测单元160所访问的触摸传感器电极浮置。感测单元160访问除了连接到充入有数据电压的像素的触摸传感器电极之外的其它触摸传感器电极22。复用器140可在mcu的控制下供应公共电压vcom。如图11所示，当触摸屏tsp(参见图4)的分辨率为m×n时，该分辨率所需的复用器140的数量为m，其中m和n是等于或大于2的正整数。当触摸屏tsp的分辨率为m×n时，触摸传感器电极22被分成m×n个电极。各个复用器140通过n条传感器线115连接到n个触摸传感器电极22并且依次将n条传感器线115连接到一个感测单元160。
感测单元160通过复用器140连接到传感器线115。感测单元160测量从触摸传感器电极22接收的电压的波形变化并且将该变化转换为数字数据。感测单元160包括放大所接收的触摸传感器电极22的电压的放大器、累积放大器的电压的积分器以及将积分器的电压转换为数字数据的模数转换器(adc)。从adc输出的数字数据是触摸原始数据tdata(xy)并被发送到mcu。当如图9所示触摸屏tsp的分辨率为m×n时，需要m个感测单元160。
第二定时控制信号生成器170生成用于控制复用器140和感测单元160的操作定时的定时控制信号和时钟。在驱动器icdic中可省略dtx补偿单元150。存储器180在第二定时控制信号生成器170的控制下暂时地存储触摸原始数据tdata。
驱动器icdic和mcu可通过串行外围接口(spi)来发送和接收信号。mcu将触摸原始数据tdata与预定阈值进行比较并基于比较结果确定手指触摸输入或笔触摸输入。mcu执行计算手指触摸输入或笔触摸输入的坐标的触摸识别算法。
参照图10，触摸驱动装置18包括驱动器icdic和存储器mem。
驱动器icdic包括触摸传感器通道单元100、vcom缓冲器110、开关阵列120、第一定时控制信号生成器130、复用器140、dtx补偿单元150、感测单元160、第二定时控制信号生成器170、存储器180和mcu190。图10所示的驱动器icdic与图8所示的驱动器icdic的不同之处在于，mcu190被集成在驱动器icdic内。mcu190将触摸原始数据tdata与预定阈值进行比较并基于比较结果确定手指触摸输入或笔触摸输入。mcu190执行计算手指触摸输入或笔触摸输入的坐标的触摸识别算法。
存储器mem存储与显示驱动电路和感测单元160的操作中所需的定时信息有关的寄存器设定值。当显示装置10接通电源时，将寄存器设定值从存储器mem加载到第一定时控制信号生成器130和第二定时控制信号生成器170。第一定时控制信号生成器130和第二定时控制信号生成器170基于从存储器mem读取的寄存器设定值来生成用于控制显示驱动电路和感测单元160的定时控制信号。本公开的实施方式可通过改变存储器mem的寄存器设定值来响应驱动装置的模型的改变，而无需改变驱动装置的结构。
显示模块可包括显示面板dis、显示驱动电路(12、14和16)和主机系统19。
显示面板dis包括介于上基板和下基板之间的液晶层。显示面板dis的像素阵列包括形成在由数据线d1至dm和选通线g1至gn限定的像素区域中的像素，其中m和n是正整数。各个像素可包括形成在数据线d1至dm与选通线g1至gn的交叉处的薄膜晶体管(tft)、充入数据电压的像素电极、连接到像素电极并保持液晶单元的电压的存储电容器等。
黑底、滤色器等可形成在显示面板dis的上基板上。显示面板dis的下基板可按照cot(tft上滤色器)结构配置。在这种情况下，黑底和滤色器可形成在显示面板dis的下基板上。被供应有公共电压vcom的公共电极可形成在显示面板dis的上基板或下基板上。偏振板分别附接到显示面板dis的上基板和下基板。用于设定液晶的预倾角的配向层分别形成在显示面板dis的上基板和下基板中的与液晶接触的内表面上。柱状间隔物形成在显示面板dis的上基板和下基板之间以保持液晶单元的单元间隙恒定。
背光单元可被设置在显示面板dis的后表面下面。背光单元可被实现为边光型背光单元和直下型背光单元中的一个，并且将光照射到显示面板dis上。显示面板dis可按照包括扭曲向列(tn)模式、垂直取向(va)模式、面内切换(ips)模式、边缘场切换(ffs)模式等的任何已知模式来实现。
显示驱动电路包括数据驱动电路12、选通驱动电路14和定时控制器16。显示驱动电路将输入图像的视频数据施加到显示面板dis的像素。数据驱动电路12将从定时控制器16接收的数字视频数据rgb转换为正负模拟伽马补偿电压并输出数据电压。然后，数据驱动电路12经由数据线d1至dm向显示像素供应数据电压。选通驱动电路14依次向选通线g1至gn供应与数据电压同步的选通脉冲(或者称为“扫描脉冲”)并选择被施加有数据电压的显示面板dis的像素线。选通驱动电路14可与像素一起设置在显示面板dis的基板上。
定时控制器16从主机系统19接收诸如垂直同步信号vsync、水平同步信号hsync、数据使能信号de和主时钟mclk的定时信号。定时控制器16使数据驱动电路12和选通驱动电路14的操作定时彼此同步。定时控制器16利用定时信号来生成用于分别控制数据驱动电路12和选通驱动电路14的操作定时的数据定时控制信号和扫描定时控制信号。数据定时控制信号包括源极采样时钟ssc、源极输出使能信号soe、极性控制信号pol等。扫描定时控制信号包括栅极起始脉冲gsp、栅极移位时钟gsc、栅极输出使能信号goe等。
主机系统19将数字视频数据rgb以及定时信号vsync、hsync、de和mclk发送给定时控制器16。此外，主机系统19可执行与从触摸驱动装置18接收的触摸坐标信息(xy)关联的应用。
图6的触摸使能信号ten可在主机系统19中生成。在显示周期td1和td2期间，数据驱动电路12在定时控制器16的控制下将数据电压供应给数据线d1至dm，并且选通驱动电路14在定时控制器16的控制下依次将与数据电压同步的选通脉冲供应给选通线g1至gn。在显示周期td1和td2期间，触摸驱动装置18停止操作。
在触摸周期tt1和tt2期间，触摸驱动装置18将触摸传感器驱动信号ts施加到触摸屏tsp的触摸传感器。在触摸周期tt1和tt2期间，显示驱动电路(12、14和16)可向信号线d1至dm和g1至gn供应具有与触摸驱动信号ts相同的振幅和相同的相位的ac信号，以使连接到像素和触摸传感器的信号线d1至dm和g1至gn之间的寄生电容最小化。在这种情况下，与触摸驱动信号ts混合的显示噪声大大降低，并且触摸感测的准确度增加。
[触控笔]
图12示出根据本公开的实施方式的有源触控笔的内部配置。
参照图12，有源触控笔20包括：壳体280，导电尖端210，其向壳体280的一侧之外突出；开关单元220，其在壳体280内部连接到导电尖端210；接收单元230，其通过开关单元220从导电尖端210接收触摸驱动信号ts；信号处理单元250，其基于来自接收单元230的触摸驱动信号ts来生成包括笔附加信息的笔传输信号；驱动器240，其将信号处理单元250所生成的笔传输信号的电平电平移位为模拟电平，然后通过开关单元220将电平移位的信号供应给导电尖端210；电源单元260，其生成有源触控笔20的操作所需的驱动功率；以及输入和输出接口270。
导电尖端210可由诸如金属的导电材料制成并用作接收电极和发送电极。当导电尖端210接触显示装置10的触摸屏tsp时，导电尖端210在接触位置处与触摸屏tsp耦合。在接触位置处导电尖端210从触摸屏tsp接收触摸驱动信号ts之后，导电尖端210将有源触控笔20内生成的笔传输信号发送到触摸屏tsp的接触位置，以使得笔传输信号与触摸驱动信号ts同步。
当导电尖端210接触显示装置10的触摸屏tsp时，开关单元220在接收时间内将导电尖端210电连接到接收单元230，然后在发送时间内将导电尖端210电连接到驱动器240，从而在时间上分离触摸驱动信号的接收定时和笔传输信号的发送定时。由于导电尖端210用作接收电极和发送电极二者，所以有源触控笔20的结构可简化。
接收单元230包括至少一个放大器并且可放大通过开关单元220从导电尖端210接收的触摸驱动信号。接收单元230包括比较器并且将放大的信号与预定基准电压进行比较以将比较结果输出给信号处理单元250。
信号处理单元250基于从接收单元230接收的触摸驱动信号来生成笔传输信号。为此，信号处理单元250包括用于划分触摸周期的第一信号处理单元以及用于生成笔传输信号的第二信号处理单元。第一信号处理单元可基于从触摸屏接收的触摸驱动信号来识别多个触摸周期。第二信号处理单元生成与各个触摸周期对应的笔传输信号。信号处理单元250将所生成的笔传输信号输出给驱动器240。
驱动器240包括电平移位器并且将笔传输信号的电平从数字电平移位至模拟电平。驱动器240通过开关单元220将电平移位的笔传输信号输出到导电尖端210。
输入和输出接口270连接到电源单元260并且可供应接收单元230、驱动器240和信号处理单元250所需的电力。
图13示出根据本公开的实施方式的感测模式切换块的详细配置。图14示意性地示出根据本公开的实施方式的感测模式切换方法。
参照图13和图14，根据本公开的实施方式的触摸感测系统包括定时控制器tcon、微控制器单元(mcu)、功率icpmic、触摸ictic、触摸屏tsp和有源触控笔20，以便切换感测模式。
定时控制器tcon生成触摸使能信号ten并且将一个显示帧时分成多个触摸周期和多个显示周期。
mcu将触摸传感器的感测模式分成全扫描模式和局部扫描模式。在本文所公开的实施方式中，全扫描模式是需要感测触摸屏tsp的整个区域以完成一个手指触摸帧的感测模式。另一方面，局部扫描模式是需要感测触摸屏tsp的一部分以完成一个笔触摸帧的感测模式。即使在局部扫描模式下，可感测手指触摸输入。在这种情况下，需要感测触摸屏tsp的整个区域以完成一个手指触摸帧。
mcu生成感测所需的脉宽调制(pwm)信号。pwm信号对应于第一同步信号beacon、第二同步信号ping和触摸驱动信号ts中的每一个的晶体管-晶体管逻辑(ttl)电压电平。
如图14所示，当在全扫描模式期间感测到笔触摸感测信号时，mcu可将触摸传感器的感测模式从全扫描模式切换为局部扫描模式。此外，如图14所示，当在局部扫描模式期间没有感测到笔触摸感测信号时，mcu可将触摸传感器的感测模式从局部扫描模式切换为全扫描模式。由于由手指触摸输入导致的手指触摸感测信号的大小与由笔触摸输入导致的笔触摸感测信号的大小出现在基于预定基准值的相反方向上，所以mcu可基于触摸感测信号tss(即，手指触摸感测信号和笔触摸感测信号)的输出大小来确定是否执行笔触摸输入。
功率icpmic从mcu接收pwm信号并且对pwm信号进行电平移位以生成第一同步信号beacon、第二同步信号ping和触摸驱动信号ts。第一同步信号beacon可被分配给多个触摸周期中的至少一个，并且第二同步信号ping可被分配给各个触摸周期的一部分。触摸驱动信号ts可被分配给各个触摸周期的剩余部分。
触摸ictic将从功率icpmic接收的第一同步信号beacon、第二同步信号ping和触摸驱动信号ts供应给触摸屏tsp。有源触控笔20接触触摸屏tsp并且从触摸屏tsp接收第一同步信号beacon、第二同步信号ping和触摸驱动信号ts。有源触控笔20基于第一同步信号beacon和第二同步信号ping使笔传输信号ps与触摸驱动信号ts同步，并且在有源触控笔20与触摸屏tsp之间的接触位置处输出笔传输信号ps。
触摸ictic可在全扫描模式下通过触摸周期感测触摸传感器的手指触摸输入，并且可在局部扫描模式下通过触摸周期时分感测触摸传感器的手指触摸输入和笔触摸输入。触摸ictic可将从感测结果获得的触摸感测信号tss(即，手指触摸感测信号和笔触摸感测信号)供应给mcu。
在全扫描模式下，触摸ictic将触摸传感器的手指触摸输入分为多个区域并感测手指触摸输入。因此，触摸ictic可感测触摸屏tsp上的所有触摸传感器。在这种情况下，所述多个区域可对应于触摸周期。
在局部扫描模式下，触摸ictic可仅感测多个触摸传感器中包括笔触摸输入的位置的一些触摸传感器的笔触摸输入。在这种情况下，触摸ictic可不感测触摸屏tsp上的所有触摸传感器，而是感测设置在触摸屏tsp的一部分中的触摸传感器。
笔触摸感测信号可包括指示接触触控笔20的触摸传感器的接触位置的笔位置信息以及指示触控笔20的附加功能的笔附加信息。在本文所公开的实施方式中，笔附加信息可包括指示触控笔20接触触摸传感器时的压力的笔压力信息、指示包括在触控笔20中并执行特定功能的至少一个功能按钮是否被启用的按钮状态信息、用于与其它有源触控笔相区分的笔识别信息等。
在局部扫描模式下，触摸ictic可通过多个触摸周期当中用于笔位置信息的第一触摸周期和用于笔附加信息的第二触摸周期来感测笔触摸输入。
在局部扫描模式下，触摸ictic可将触摸传感器的手指触摸输入分成多个区域并且通过多个触摸周期当中用于手指位置信息的第三触摸周期感测手指触摸输入。在这种情况下，所述多个区域可对应于第三触摸周期。
图15示出在全扫描模式下在一个显示帧的各个触摸周期中获得的感测信号。图16详细示出全扫描模式的操作处理。图17a和图17b示出在全扫描模式下与一个显示帧的手指触摸周期对应的感测区域。在图17a中，“sric”表示被配置为将源极驱动器ic和触摸ic组合的组合ic。
在图15中，“lhb”表示执行触摸感测操作的触摸周期，并且一个显示帧中可包括多个触摸周期m1至m16。在全扫描模式下，通过触摸周期m2至m7获得的手指触摸感测信号finger1至finger6可形成第一手指触摸帧，并且通过触摸周期m9至m14获得的手指触摸感测信号finger1至finger6可形成第二手指触摸帧。然而，实施方式不限于此。用于使第一手指触摸帧同步的第一同步信号beacon可被分配给触摸周期m1，并且用于使第二手指触摸帧同步的第一同步信号beacon可被分配给触摸周期m8。用于使多个触摸周期m1至m16中的每一个同步的第二同步信号ping可被分配给多个触摸周期m1至m16中的每一个。在图15中，触摸周期m15和m16是虚拟触摸周期，并且如果需要或期望可被省略。
下面参照图15至图17b描述全扫描模式的操作处理。如图7所示，由于触摸周期m1至m16的开始定时分别与触摸使能信号ten的脉冲的下降沿同步，所以根据本公开的实施方式的触摸感测系统可在步骤s11中基于触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt来确定触摸周期m1至m16。每当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt超过16时，本公开的实施方式在步骤s12中重置计数值cnt。
每当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt为1或8时，本公开的实施方式在步骤s18中生成第一同步信号beacon并控制一个手指触摸帧的开始定时。
当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt不为1或8时，本公开的实施方式在步骤s13和s14中生成第二同步信号ping并将第二同步信号ping分配给对应触摸周期m2至m7和m9至m14。本公开的实施方式在步骤s15中在对应触摸周期m2至m7和m9至m14中感测触摸传感器并生成手指触摸感测信号finger1至finger6。在这种情况下，本公开的实施方式可将触摸屏tsp分成与触摸周期m2至m7或m9至m14对应的六个部分并且感测触摸屏tsp上的触摸传感器。例如，如图17a所示，在触摸周期m2中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的第一区域中的触摸传感器，并且生成手指触摸感测信号finger1。此外，在触摸周期m7中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的第六区域中的触摸传感器，并且生成手指触摸感测信号finger7。按照与图17a相同的方式，如图17b所示，在触摸周期m9中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的第一区域中的触摸传感器，并且生成手指触摸感测信号finger1。此外，在触摸周期m14中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的第六区域中的触摸传感器，并且生成手指触摸感测信号finger7。
本公开的实施方式在步骤s16中利用预定笔搜索算法确定是否感测到笔触摸输入。当不存在笔触摸输入时，本公开的实施方式在步骤s17中将手指触摸感测信号finger1至finger6施加到手指触摸算法并确定手指触摸输入的位置。本公开的实施方式实现包括笔搜索算法和手指触摸算法的多触摸算法。当感测到笔触摸输入时，本公开的实施方式将感测模式从全扫描模式切换为局部扫描模式。
图18示出在局部扫描模式下在一个显示帧的各个触摸周期中获得的感测信号。图19详细示出局部扫描模式的操作处理。图20a和图20b示出在局部扫描模式下与一个显示帧的笔触摸周期对应的感测区域。图21a和图21b示出在局部扫描模式下与一个显示帧的手指触摸周期对应的感测区域。在图20a和图21a中，“sric”表示被配置为将源极驱动器ic和触摸ic组合的组合ic。
在图18中，“lhb”表示执行触摸感测操作的触摸周期，并且一个显示帧中可包括多个触摸周期m1至m16。在图18中，“pen1至pen4”表示指示接触笔的触摸传感器的接触位置的笔位置信息，并且“data1至data7”表示指示笔的附加功能的笔附加信息。
在局部扫描模式下，通过触摸周期m2和m3获得的笔触摸感测信号pen1和data1可形成第一笔触摸帧；通过触摸周期m5至m7获得的笔触摸感测信号pen2、data2和data3可形成第二笔触摸帧；通过触摸周期m9至m11获得的笔触摸感测信号pen3、data4和data5可形成第三笔触摸帧；通过触摸周期m13至m15获得的笔触摸感测信号pen4、data6和data7可形成第四笔触摸帧。在局部扫描模式下，通过触摸周期m4、m8、m12和m16获得的手指触摸感测信号finger1至finger4可形成手指触摸帧。
在局部扫描模式下，当时分感测触摸传感器的手指触摸输入和触摸传感器的笔触摸输入时，本公开的实施方式可使笔触摸感测信号和手指触摸感测信号之间的数据干扰最小化。此外，本公开的实施方式与手指触摸报告率相比可进一步增加笔触摸报告率，并且因此极大地改进笔的触摸感测性能。
用于使一个显示帧同步的第一同步信号beacon可被分配给触摸周期m1。用于使多个触摸周期m1至m16中的每一个同步的第二同步信号ping可被分配给触摸周期m1至m16中的每一个。
下面参照图18至图21b描述局部扫描模式的操作处理。如图7所示，由于触摸周期m1至m16的开始定时分别与触摸使能信号ten的脉冲的下降沿同步，所以根据本公开的实施方式的触摸感测系统可在步骤s21中基于触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt来确定触摸周期m1至m16。每当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt超过16时，本公开的实施方式在步骤s22中重置计数值cnt。
每当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt为1时，本公开的实施方式在步骤s31中生成第一同步信号beacon并控制一个手指触摸帧的开始定时。
当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt不为1时，本公开的实施方式在步骤s23和s25中生成第二同步信号ping，将第二同步信号ping分配给对应触摸周期m2至m16，并在对应触摸周期m2至m16中感测触摸传感器。
每当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt为2、5、9或13时，本公开的实施方式在步骤s26和s27中在对应触摸周期m2、m5、m9或m13中感测触摸传感器，获得笔位置信息pen1至pen4，并将笔位置信息pen1至pen4应用于预定笔位置算法，从而确定笔的触摸位置。此外，每当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt为3、6、7、10、11、14或15时，本公开的实施方式在步骤s28和s29中在对应触摸周期m3、m6、m7、m10、m11、m14或m15中感测触摸传感器，获得笔附加信息data1至data7，并将笔附加信息data1至data7应用于预定笔信息算法，从而确定笔的附加信息。
更具体地，本公开的实施方式可将触摸屏分成四个部分并感测触摸屏tsp以使得触摸屏tsp与对应触摸周期m2、m5、m9和m13对应。例如，如图20a所示，在触摸周期m2和m3中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的包括笔触摸输入位置的第一区域中的触摸传感器，并且生成笔触摸感测信号pen1和data1。此外，在触摸周期m5、m6和m7中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的包括笔触摸输入位置的第二区域中的触摸传感器，并且生成笔触摸感测信号pen2、data2和data3。按照与图20a相同的方式，如图20b所示，在触摸周期m9、m10和m11中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的包括笔触摸输入位置的第三区域中的触摸传感器，并且生成笔触摸感测信号pen3、data4和data5。此外，在触摸周期m13、m14和m15中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的包括笔触摸输入位置的第四区域中的触摸传感器，并且生成笔触摸感测信号pen4、data6和data7。
每当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt为4、8、12或16时(即，当触摸使能信号ten的下降沿的计数值cnt不满足步骤s26和s28的条件时)，本公开的实施方式在步骤s30中在对应触摸周期m4、m8、m12或m16中感测触摸传感器，获得手指触摸感测信号finger1至finger4，并将手指触摸感测信号finger1至finger4应用于预定手指触摸算法，从而确定手指的触摸位置。本公开的实施方式实现包括笔搜索算法、笔信息算法和手指触摸算法的多触摸算法。
在这种情况下，本公开的实施方式可将触摸屏分成四个部分并感测触摸屏tsp以使得触摸屏tsp与触摸周期m4、m8、m12和m16对应。例如，如图21a所示，在触摸周期m4中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的第一区域中的触摸传感器，并且生成手指触摸感测信号finger1。此外，在触摸周期m8中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的第二区域中的触摸传感器，并且生成手指触摸感测信号finger2。按照与图21a相同的方式，如图21b所示，在触摸周期m12中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的第三区域中的触摸传感器，并且生成手指触摸感测信号finger3。此外，在触摸周期m16中，本公开的实施方式可感测在触摸屏tsp的第四区域中的触摸传感器，并且生成手指触摸感测信号finger4。
本公开的实施方式利用预定笔搜索算法确定是否执行了笔触摸输入。当不存在笔触摸输入时，本公开的实施方式将感测模式从局部扫描模式切换为全扫描模式。
如上所述，本公开的实施方式在针对触摸屏感测有源触控笔的触摸输入和手指的触摸输入时对触摸周期执行时分以用于感测笔位置信息、笔附加信息和手指位置信息，从而使笔触摸感测信号与手指触摸感测信号之间的数据干扰最小化并增加触摸感测性能。
另外，本公开的实施方式在针对触摸屏感测有源触控笔的触摸输入时仅感测用笔触摸的触摸屏的触摸区域，从而在短时间内获得笔触摸感测信号并增加笔触摸报告率。
尽管已参照多个例示性实施方式描述了各种实施方式，本领域技术人员可以想到落入本公开的原理的范围内的许多其它修改和实施方式。特别地，在本公开、附图和所附权利要求书的范围内可对主题组合布置的组成部分和/或布置方式进行各种变化和修改。除了组成部分和/或布置方式的变化和修改之外，对于本领域技术人员而言，替代使用也将是显而易见的。
本申请要求2016年12月28日提交的韩国专利申请no.10-2016-0181111的权益，其出于所有目的通过引用并入本文，如同在本文中充分阐述一样。