JP2012226752A - タッチスクリーンシステムおよびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、タッチスクリーンシステムおよびその駆動方法に関する。
【解決手段】本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステムは、複数の第１ラインと、前記第１ラインと交差する方向に配列された複数の第２ラインと、前記第１ラインおよび第２ラインの交差点に形成される複数の感知セルとを含むタッチスクリーンパネルと、前記第１ラインに順次に駆動信号を印加する駆動回路と、前記各感知セルから感知された静電容量の変化情報を前記第１ラインから受信し、これに対応した第１感知信号を生成する第１感知回路と、前記第１ラインを前記駆動回路または第１感知回路に連結させる選択部と、前記各感知セルから感知された静電容量の変化情報を前記第２ラインから受信し、これに対応した第２感知信号を生成する第２感知回路と、前記第１および／または第２感知回路から感知信号を受信し、検出されたタッチ位置を判別する処理部とが含まれることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチスクリーンシステムに関し、特に、指およびアクティブスタイラスによるマルチタッチ認識を実現するタッチスクリーンシステムおよびその駆動方法に関する。

タッチスクリーンパネルは、映像表示装置などの画面に現れた指示内容を人の手または物体で選択することでユーザの命令を入力できるようにした入力装置である。

このために、タッチスクリーンパネルは、映像表示装置の前面（ｆｒｏｎｔ ｆａｃｅ）に備えられ、人の手または物体に直接接触した接触位置を電気的信号に変換する。これにより、接触位置で選択された指示内容が入力信号として受信される。このようなタッチスクリーンパネルは、キーボードおよびマウスのように、映像表示装置に連結されて動作する別の入力装置を代替できるため、その使用範囲が次第に広がる傾向にある。

タッチスクリーンパネルを実現する方式としては、抵抗膜方式、光感知方式、および静電容量方式などが知られており、最近では、前記タッチスクリーンパネルを介してマルチタッチ認識を実現するマルチタッチスクリーンシステムに対する関心が高まっている。

特に、前記静電容量方式の場合、自己静電容量（ｓｅｌｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）方式と相互静電容量（ｍｕｔｕａｌ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）方式によりマルチタッチ認識を実現することができ、これは、人の指がタッチスクリーンパネルの表面に１本以上接触したとき、人体の電場により前記接触面に位置する感知セル（ノード）に形成されるキャパシタンスの変化を検出し、前記接触位置を認識する原理を利用する。

しかし、前記方式による場合、前記人の指による接触ではより微細な接触位置の認識を実現することが困難であるという欠点があった。

これを克服するために、先の尖ったスタイラス（ｓｔｙｌｕｓ）を用いることが考えられるが、パッシブ（ｐａｓｓｉｖｅ）スタイラスの場合、接触面でのキャパシタンスの変化が極めてわずかで位置の検出が難しく、電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）を自己生成するアクティブ（ａｃｔｉｖｅ）スタイラスの場合には、前記発生する電界により実際に接触した位置に対応するタッチスクリーンパネルの感知セル（ノード）のみならず、前記感知ラインに連結された他の感知セル（ノード）に影響を与えてしまい、接触位置の把握が不可能であるという欠点があった。

本発明は、静電容量方式のタッチスクリーンシステムにおいて、人の指によるタッチ認識と共に、アクティブスタイラスによるタッチ認識を同時に実現するタッチスクリーンシステムおよびその駆動方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステムは、複数の第１ラインと、前記第１ラインと交差する方向に配列された複数の第２ラインと、前記第１ラインおよび第２ラインの交差点に形成される複数の感知セルとを含むタッチスクリーンパネルと、前記第１ラインに順次に駆動信号を印加する駆動回路と、前記第１ラインから感知された静電容量の変化情報を受信し、これに対応した第１感知信号を生成する第１感知回路と、前記第１ラインを前記駆動回路または第１感知回路に連結させる選択部と、前記各感知セルから感知された静電容量の変化情報を前記第２ラインから受信し、これに対応した第２感知信号を生成する第２感知回路と、前記第１および／または第２感知回路から感知信号を受信し、検出されたタッチ位置を判別する処理部とが含まれることを特徴とする。

また、前記タッチスクリーンパネルに接触する対象としてのアクティブスタイラスがさらに含まれ、前記アクティブスタイラスは、予め設定された所定の周波数を有する電界信号を自己生成して放出する。

さらに、前記選択部は、前記各々の第１ラインを前記駆動回路または第１感知回路に連結させる複数の選択スイッチを含み、前記複数の選択スイッチは、前記第１ラインを接地電源に連結させる動作を行う。

このとき、前記接地電源に連結される第１ラインは、駆動信号が印加された第１ラインに隣接する、他の第１ラインである。

また、前記選択スイッチにより前記駆動回路に連結される第１ライン以外の第１ラインは、前記第１感知回路または接地電源に連結される。

さらに、前記第１感知回路および第２感知回路は、各々の第１ラインおよび第２ラインに接続されるアンプ部と、前記アンプ部から出力された信号を一定のサンプリング周期Ｔでサンプリングするサンプル／ホールド回路と、前記サンプル／ホールド回路から出力された信号をそれぞれ第１および第２感知信号に変換し、前記処理部に出力するアナログデジタル変換器とを含む。

ここで、前記アンプ部は、負（−）の入力端子に前記第１ラインまたは第２ラインが連結され、正（＋）の入力端子に基準電圧が連結され、出力端子に前記サンプル／ホールド回路が連結されるアンプと、前記負（−）の入力端子と出力端子との間に備えられる初期化スイッチと、前記初期化スイッチと並列に連結される第１キャパシタとを含む。

また、前記サンプル／ホールド回路は、前記アンプ部の出力端と前記アナログデジタル変換器との間に備えられるサンプリングスイッチと、前記サンプル／ホールド回路の出力端に連結される第２キャパシタとを含む。

さらに、前記サンプリングスイッチは、前記サンプリング周期Ｔのサンプリング区間にターンオンされ、前記第１ラインの静電容量の変化情報または第２ラインに提供される感知セルの静電容量の変化情報をサンプリングし、前記アクティブスタイラスから放出される電界信号の周期Ｔ_ＥＭは、前記サンプリング周期Ｔの４／３（Ｔ_ＥＭ＝Ｔ×４／３）に設定される。

なお、前記サンプリングスイッチのターンオン時にサンプリングされた信号の位相は、２サンプリング周期２Ｔごとに逆相となる規則を有し、前記サンプリングされた信号は、アクティブスタイラスの接触により発生した信号に対応する。

また、本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステムの駆動方法は、複数の第１ラインと、前記第１ラインと交差する方向に配列された複数の第２ラインと、前記第１ラインおよび第２ラインの交差点に形成される複数の感知セルとを含むタッチスクリーンシステムの駆動方法において、複数の第１ラインに駆動回路から提供された駆動信号が順次に印加されるステップと、前記駆動信号が印加される第１ライン以外の第１ラインは第１感知回路または接地電源に連結されるステップと、前記駆動信号が印加される第１ラインに対応した感知セルに指が接触したとき、前記感知セルに連結された第２ラインに前記感知セルから感知された静電容量の変化情報が出力され、これに対応した感知信号が生成されるステップと、前記第１感知回路に連結される第１ラインに対応した感知セルにアクティブスタイラスが接触または接近したとき、前記第１ラインおよび前記感知セルに連結された第２ラインから感知された静電容量の変化情報がそれぞれ出力され、これに対応した感知信号が生成されるステップとが含まれる。

本発明によれば、静電容量方式のタッチスクリーンパネルを用いて、人の指によるタッチ認識と共に、アクティブスタイラスによるタッチ認識を同時に実現することができるという利点がある。

また、指によるタッチ認識およびアクティブスタイラスによるタッチ認識を区分して処理することにより、より多様で微細なマルチタッチ認識を可能にするという利点がある。

さらに、アクティブスタイラスから放出される電界信号の周波数を、感知回路に備えられたサンプル／ホールド回路のサンプリング信号の周波数に対応するように設定し、アクティブスタイラスによるタッチ認識時にノイズ信号との区別を明確にすることにより、より正確なタッチ認識を可能にするという利点がある。

本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステムの構成ブロック図である。 本発明の実施形態にかかるタッチ認識動作を説明するための図である。 本発明の実施形態にかかるタッチ認識動作を説明するための図である。 本発明の実施形態に対応する信号のタイミング図である。 図１に示すタッチスクリーンパネルの単純化された回路図である。 通常状態（タッチなし）条件での感知セルに対する断面図である。 図５Ａによる、各感知セルに印加される駆動信号に応じた感知結果を概略的に示す図である。 指による接触条件での感知セルに対する断面図である。 図６Ａによる、各感知セルに印加される駆動信号に応じた感知結果を概略的に示す図である。 アクティブスタイラスが特定の感知セルに接触する場合の感知結果を概略的に示す図である。 図１に示す感知回路の構成を概略的に示す回路図である。 図８の回路に印加される信号のタイミング図である。 本発明の実施形態にかかるアクティブスタイラスのタッチ認識時の信号波形を示すタイミング図である。 本発明の実施形態にかかるアクティブスタイラスのタッチ認識時の信号波形を示すタイミング図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステムの構成ブロック図である。

本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステム１００は、第１方向に配列された複数の第１ライン１１２（Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎ）と、前記第１ライン１１２と交差する方向に配列された複数の第２ライン１１４（Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍ）と、前記第１ライン１１２および第２ライン１１４の交差点に形成される複数の感知セル１１６とを含むタッチスクリーンパネル１１０と、前記第１ライン１１２に順次に駆動信号を印加する駆動回路１２０と、前記第１ライン１１２から感知された静電容量の変化情報を受信し、これに対応した第１感知信号を生成する第１感知回路１３０と、前記第１ライン１１２を前記駆動回路１２０または第１感知回路１３０に連結させる選択部１４０と、前記各感知セル１１６から感知された静電容量の変化情報を前記第２ライン１１４から受信し、これに対応した第２感知信号を生成する第２感知回路１５０と、前記第１および／または第２感知回路から感知信号を受信し、検出されたタッチ位置を判別する処理部１６０とが含まれて構成される。

また、前記タッチスクリーンシステム１００は、タッチスクリーンパネル１１０に接触する対象としてのアクティブスタイラス１８０をさらに含み、前記アクティブスタイラス１８０は、前記タッチスクリーンパネル１１０と分離構成されるものであり、予め設定された所定の周波数を有する電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）信号を自己生成してこれを放出する動作を行う。

前記複数の第１ライン１１２および第２ライン１１４は、透明基板（図示せず）上の互いに異なるレイヤまたは同一レイヤ上に形成でき、透明導電性物質で実現されることが好ましい。このとき、透明導電性物質は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、またはＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）で形成可能である。

ただし、以降の本発明の実施形態に関する説明では、前記第１および第２ライン１１２、１１４が互いに異なるレイヤに形成される構造を例として説明し、この場合、前記複数の第１ライン１１２および第２ライン１１４の間には、誘電体としての役割を果たす絶縁層（図示せず）が形成される。

また、図１に示す実施形態では、前記第１ライン１１２および第２ライン１１４が互いに直交（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）交差する形態で配列されることを例として説明しているが、これは一実施形態であって、それ以外にも、他の幾何学的構成の交差形態（極座標配列の同心ラインおよび放射状ライン）などで実現されてもよい。

このような前記第１ライン１１２と第２ライン１１４との配列により互いに交差する地点に対しては、第１ラインと第２ラインとの間の静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）Ｃ_Ｍが形成され、前記静電容量が形成された各交差点は、タッチ認識を実現する各々の感知セル１１６としての役割を果たす。

前記構造を有する本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステム１００は、静電容量方式のタッチスクリーンパネル１１０を用いて、人の指１７０によるタッチ認識と共に、アクティブスタイラス１８０によるタッチ認識を同時に実現し、前記指１７０によるタッチ認識およびアクティブスタイラス１８０によるタッチ認識を区分して処理することにより、より多様で微細なマルチタッチ認識を可能にすることを特徴とする。

このために、前記タッチスクリーンシステム１００は、指１７０が接触したときのタッチ認識動作と、アクティブスタイラス１８０が接触または接近したときのタッチ認識動作とを互いに異ならせて実現する。

まず、指が接触する場合には、前記第１ライン１１２は駆動ラインとしての動作を行い、第２ライン１１４は感知ラインとしての動作を行う。

すなわち、前記第１ライン１１２には順次に前記駆動回路１２０から出力される駆動信号が印加され、このために、前記選択部１４０は、内部に備えられた選択スイッチ１４２が図１に示すａ接点に接続されることにより、前記各々の第１ライン１１２を前記駆動回路１２０に連結させる。

これにより、前記各感知セル１１６で生成された静電容量は、前記各感知セルに連結された第１ライン１１２に前記駆動回路１２０から駆動信号が印加される場合、前記各感知セルに連結された第２ライン１１４にカップリングされた信号を発生させる。

すなわち、前記各感知セルに連結された駆動ラインとしての第１ライン１１２に駆動信号が印加されると、前記各感知セル１１６で生成された静電容量の変化量は、前記各感知セルに連結された第２ライン１１４を介して第２感知回路１５０に出力される。

また、第２感知回路１５０は、各々の第２ライン１１４ごとに、アンプ部ＡＭＰ１５２と、サンプル／ホールド回路ＳＨ１５４と、アナログデジタル変換器ＡＤＣ１５６とを含んで構成され、前記アンプ部１５２およびサンプル／ホールド回路１５４から出力された信号は、アナログデジタル変換器１５６を介して第２感知信号に変換され、前記処理部１６０に出力される。

さらに、前記駆動回路１２０は、各第１ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎに順次に駆動信号を提供するため、前記駆動回路１２０が第１ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎのいずれか１つの第１ラインに駆動信号を提供する場合、それ以外の他の第１ラインには駆動信号が印加されない。

すなわち、前記第１ラインのうち、駆動信号が印加されない第１ラインは、前記選択部１４０の内部に備えられた選択スイッチ１４２が図１に示すｂ接点またはｃ接点に接続されることにより、第１感知回路１３０または接地電源ＧＮＤに連結される。

ここで、前記選択部１４０の選択スイッチ１４２がｂ接点に接続されることにより、前記第１ラインが第１感知回路１３０に連結されると、前記第１ラインは、上述した駆動ラインではない、前記アクティブスタイラス１８０の接触または接近により発生したカップリング信号を前記第１感知回路１３０に伝達する感知ラインとしての動作を行うようになる。

このとき、前記第１感知回路１３０は、上述した第２感知回路１５０と同様の構成で実現されるものであり、図１に示すように、各々の第１ライン１１２ごとに、アンプ部ＡＭＰ１３２と、サンプル／ホールド回路ＳＨ１３４と、アナログデジタル変換器ＡＤＣ１３６とを含んで構成され、前記アンプ部１３２およびサンプル／ホールド回路１３４から出力された信号は、アナログデジタル変換器１３６を介して第１感知信号に変換され、処理部１６０に出力される。

このように、前記第１ラインが第１感知回路１３０に連結されるのは、アクティブスタイラス１８０の接触または接近時にタッチ認識動作を行うために実現される。

すなわち、前記アクティブスタイラス１８０は、特定の周波数を有する交流信号を放出するが、これは、指の接触によるタッチ認識動作が行われるとき、前記第１ラインに印加される駆動信号と類似の役割を果たす。

したがって、前記アクティブスタイラス１８０が特定の感知セル１１６に接触または接近する場合、前記感知セル１１６に連結された第１ライン１１２および第２ライン１１４は、それぞれ前記第１ライン１１２および前記感知セル１１６での静電容量の変化により発生したカップリング信号を前記第１感知回路１３０および第２感知回路１５０に伝達する感知ラインとしての動作を行い、これにより、前記アクティブスタイラス１８０が接触した感知セルの位置を検出できるのである。

以下、図２Ａないし図３を用いて、本発明の実施形態にかかるタッチ認識動作を説明する。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の実施形態にかかるタッチ認識動作を説明するための図であり、図３は、本発明の実施形態に対応する信号のタイミング図である。

ただし、図２Ａおよび図２Ｂでは、説明の便宜上、タッチスクリーンパネルの一部領域のみを示しており、一例として、２番目の第１ラインＸ２および４番目の第２ラインＹ４に連結された第１感知セルに指１７０が接触し、４番目の第１ラインＸ４および２番目の第２ラインＹ２に連結された第２感知セルにアクティブスタイラス１８０が接触した場合のタッチ認識動作を説明する。

まず、図２Ａの実施形態を参照すれば、これは、Ｘ１ラインに駆動信号が最初に印加された後、１水平周期１Ｈ後にＸ２ラインに駆動信号が印加された状態、および前記駆動信号が印加されていない残りの第１ラインＸ３、Ｘ４、Ｘ５などはすべて第１感知回路１３０に連結された状態を示す。

すなわち、前記駆動信号が印加される第１ラインは、選択部１４０に備えられた選択スイッチ１４２がａ接点に接続されて駆動回路１２０に連結され、駆動信号が印加されていない第１ラインは、前記選択スイッチ１４２がｂ接点に接続されて第１感知回路１３０に連結される。

ただし、前記駆動信号は、１水平周期１Ｈごとに順次に前記第１ラインＸ１、Ｘ２、Ｘ３、…に印加されるため、一例として、１番目の１水平周期１Ｈの場合には、Ｘ１ラインに駆動信号が印加され、残りの第１ラインＸ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、…は前記第１感知回路１３０に連結され、同様に、２番目の１水平周期１Ｈの場合には、Ｘ２ラインに駆動信号が印加され、残りの第１ラインＸ１、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、…は前記第１感知回路１３０に連結される。

図２Ａに示すように、１番目の１水平周期１Ｈでは、指１７０が接触する第１感知セルに連結されたＸ２ラインに駆動信号が印加されないため、前記期間には指の接触によるタッチ認識は行われず、前記Ｘ２ラインに駆動信号が印加される２番目の１水平周期１Ｈの期間に指の接触によるタッチ認識動作が行われ、接触した第１感知セルの位置座標である（Ｘ２、Ｙ４）が検出される。

反面、アクティブスタイラス１８０が接触する第２感知セルの場合、これに連結されたＸ４ラインおよびＹ２ラインは、それぞれ第１感知回路１３０および第２感知回路１５０に連結される感知ラインとして動作する。

したがって、図２Ａに示す実施形態では、前記第２感知セルに連結されたＸ４ラインに駆動信号が印加されないため、１番目および２番目の１水平周期の期間にすべてアクティブスタイラスの接触によるタッチ認識動作が行われ、接触した第２感知セルの位置座標である（Ｘ４、Ｙ２）が検出される。

ただし、前記Ｘ４ラインに駆動信号が印加される４番目の１水平周期の期間では、前記Ｘ４ラインが第１感知回路１３０に連結されないため、このときは、アクティブスタイラス１８０によるタッチ認識は行われない。

次に、図２Ｂに示す実施形態は、図２Ａに示す実施形態と比較して、特定の第１ラインに駆動信号が印加される場合、前記第１ラインの上下に隣接する第１ラインが、第１感知回路１３０ではない、接地電源ＧＮＤに連結される点で異なる。このとき、前記第１ラインが接地電源ＧＮＤに連結されるのは、上記図１に示すように、選択部１４０に備えられた選択スイッチ１４２がｃ接点に接続されることにより実現される。

一例として、図２Ｂの２番目の１水平周期の期間を参照すれば、Ｘ２ラインに駆動信号が印加され、前記Ｘ２ラインの上下に隣接するＸ１、Ｘ３ラインは接地電源ＧＮＤに連結される。これは、Ｘ２ラインに印加される駆動信号により、これに隣接するＸ１、Ｘ３ラインなどに発生するカップリングノイズによる影響を除去するためのものである。

図２Ｂの実施形態では、駆動信号が印加される第１ラインの上下に隣接する１つの第１ラインを接地電源に連結させることが示されているが、これは一実施形態であって、本発明の構成はこれに限定されるものではない。

ただし、前記接地電源が連結された第１ラインは感知ラインとしての役割を果たすことができないため、接地電源が連結された第１ラインに接続された感知セルをアクティブスタイラスが接触する場合には、タッチ認識動作が行われない。

図３は、図２Ｂに示す実施形態に対応する信号のタイミング図であり、これを参照すれば、複数の第１ラインＸ１、Ｘ２、Ｘ３、…には１水平周期１Ｈごとに駆動信号が印加され、前記駆動信号が印加された第１ラインに隣接する、他の第１ラインには接地電源ＧＮＤが印加される。

また、前記第１ラインに駆動信号または接地電源が印加されなければ、前記第１ラインは、第２ラインＹ１〜Ｙｍと同様に、感知ラインとしての役割を果たす。すなわち、前記第１ラインおよび第２ラインは、それぞれ第１感知回路１３０および第２感知回路１５０に連結されるのである。

図３に示す実施形態では、前記駆動信号が１水平周期１Ｈの期間に複数のパルス信号の形態で印加されることが示されているが、これは一実施形態であって、前記駆動信号は、１水平周期１Ｈの間に少なくとも１つのパルス信号として印加されてもよい。

以下では、本発明のタッチスクリーンシステムによる指のタッチ認識およびアクティブスタイラスのタッチ認識動作をより具体的に説明する。

まず、第１ライン１１２は駆動ラインとして動作し、前記第１ラインに順次に駆動信号が印加され、第２ライン１１４は感知ラインとして動作し、第２感知回路１５０に連結される構成による指のタッチ認識動作を説明する。

図４は、図１に示すタッチスクリーンパネルの単純化された回路図である。

図４を参照すれば、図１に示すタッチスクリーンパネル１１０は、静電容量回路として表現されてもよく、これは、駆動ラインとしての第１ライン１１２および感知ラインとしての第２ライン１１４を含み、これらが空間的に分離されることにより、静電容量結合ノード、すなわち、感知セル１１６を形成する。このとき、前記第１ライン１１２は電圧源として表現された駆動回路１２０に連結され、前記第２ライン１１４は第２感知回路１５０に連結される。

上述したように、前記第１ライン１１２が駆動回路１２０に連結されるのは、選択部１４０に備えられた選択スイッチ１４２がａ接点に接続されることにより実現される。

また、前記第１ライン１１２および第２ライン１１４の各々は、所定の寄生静電容量１１２ａ、１１４ａを含むことができる。

前記第１ライン１１２と第２ライン１１４との交差点、すなわち、感知セル１１６に接触する指１７０がない場合であれば、前記感知セル１１６で発生する静電容量Ｃ_Ｍは変化がないが、前記指が感知セル１１６に接触する場合には、前記静電容量の変化が発生し、このような変化は、結果として、前記感知セル１１６に連結された感知ラインとしての第２ライン１１４に運搬される電流（および／または電圧）を変化させる。

これにより、前記第２ライン１１４に連結された第２感知回路１５０は、前記静電容量の変化および感知セル１１６の位置に対する情報をＡＤＣ（図１の１５６）を経て所定の形態に変換した第２感知信号を生成し、これを処理部（図１の１６０）に伝送する。

以下に、前記静電容量の変化が発生した感知セル１１６の位置を検出する方式に対する一実施形態を説明する。

前記第２感知回路１５０は、前記感知セル１１６に連結された第２ライン１１４の静電容量の変化を感知すると、前記静電容量の変化が発生した第２ライン１１４の座標と、前記駆動回路１２０から駆動信号が入力された第１ライン１１２、すなわち、前記感知セル１１６に連結された第１ライン１１２の座標とを出力し、接触が行われた少なくとも１つの感知セルの座標を得るようになる。

これは、前記第２感知回路１５０が前記駆動回路１２０や配線（図示せず）などを介して接続されることにより実現されるものであり、前記駆動回路１２０は、前記第１ライン１１２に対してスキャン（順次に駆動信号を印加）すると同時に、前記スキャンした第１ラインの座標を前記第２感知回路１５０に出力し続けることにより、前記第２感知回路１５０は、前記第２ライン１１４に対する静電容量の変化を感知すると同時に、前記静電容量が変化する地点、すなわち、感知セル１１６に対応する第１ライン１１２の位置座標も得られるようになる。

このような構成により、本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステムは、複数の指の接触地点に対する認識、すなわち、マルチタッチ認識を実現することができる。

図５Ａは、通常状態（タッチなし）条件での感知セルに対する断面図であり、図５Ｂは、図５Ａによる、各感知セルに印加される駆動信号に応じた感知結果を概略的に示す図である。

図５Ａを参照すれば、誘電体としての絶縁膜１１８により分離された第１ライン１１２および第２ライン１１４の間の静電容量電界線（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｌｉｎｅ）２００が示されている。また、前記第２ライン１１４の上部には保護膜１１９が形成可能である。

このとき、前記第１ライン１１２と第２ライン１１４とが交差する地点が感知セル１１６であり、前記感知セル１１６に対応して示されているように、前記第１ライン１１２と第２ライン１１４との間に静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）Ｃ_Ｍが形成される。

ただし、前記各感知セル１１６で生成された静電容量Ｃ_Ｍは、前記各感知セルに連結される第１ライン１１２に駆動回路１２０から駆動信号が印加された場合に発生する。

すなわち、図５Ｂを参照すれば、前記駆動回路１２０は、各第１ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎに順次に駆動信号（一例として、３Ｖの電圧を有する信号）を提供し、前記駆動回路１２０が第１ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎのいずれか１つの第１ラインに駆動信号を提供する場合、それ以外の他の第１ラインには駆動信号が印加されない。

このとき、前記駆動信号が印加されない第１ラインは、上述したように、第１感知回路１３０に連結されるか、接地電源ＧＮＤに連結される。

図５Ｂの場合、１番目の第１ラインＸ１に駆動信号が印加されることを例とする。

したがって、前記駆動信号が印加されたＸ１ラインと交差する複数の第２ラインによる複数の交差点、すなわち、感知セルＳ１１、Ｓ１２、…Ｓ１ｍには各々の静電容量が形成され、これにより、前記駆動信号が印加される感知セルごとに、これに連結された第２ラインＹ１、Ｙ２、…、Ｙｍに前記静電容量に対応する信号（一例として、０．３Ｖの電圧を有する信号）が感知される。

図６Ａは、指による接触条件での感知セルに対する断面図であり、図６Ｂは、図６Ａによる、各感知セルに印加される駆動信号に応じた感知結果を概略的に示す図である。

図６Ａを参照すれば、指１７０が少なくとも１つの感知セル１１６に接触すると、前記指１７０は低インピーダンス物体であって、第２ライン１１４から身体までＡＣ静電容量Ｃ_１を有する。身体は約２００ｐＦの接地に対する自己静電容量を有し、これは、前記Ｃ_１よりはるかに大きい。

これにより、指１７０が接触し、前記第１ライン１１２と第２ライン１１４との間の電界線２１０を遮断する場合、前記電界線は、指１７０と身体に内在した静電容量経路を介して接地に分岐され、その結果、前記図６Ａに示す通常状態での静電容量Ｃ_Ｍは前記Ｃ_１だけ減少する（Ｃ_Ｍ１＝Ｃ_Ｍ−Ｃ_１）。

また、このような各感知セルでの静電容量の変化は、結果として、前記感知セル１１６に連結された第２ライン１１４に運搬される信号を変化させる。

すなわち、図６Ｂに示すように、前記駆動回路１２０は、各第１ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎに順次に駆動信号（一例として、３Ｖの電圧を有する信号）を提供することにより、前記駆動信号が印加されたＸ１ラインと交差する複数の第２ラインによる複数の感知セルＳ１１、Ｓ１２、…Ｓ１ｍには各々の静電容量Ｃ_Ｍが形成されるが、指１７０によって少なくとも１つの感知セル（一例として、Ｓ１２、Ｓ１ｍ）が接触する場合、前記静電容量が減少し（Ｃ_Ｍ１）、前記接触した感知セルＳ１２、Ｓ１ｍに連結された第２ラインＹ２、Ｙｍには前記減少した静電容量に対応する信号（一例として、０．２Ｖの電圧を有する信号）が感知される。

ただし、前記Ｘ１ラインに連結されているが、指１７０による接触が行われない他の感知セルはそのまま既存の静電容量Ｃ_Ｍが維持されるため、これに連結された第２ラインには前と同じ信号（一例として、０．３Ｖの電圧を有する信号）が感知される。

以降、前記第２ラインＹ１、Ｙ２、…、Ｙｍに連結された第２感知回路１５０は、接触した感知セルＳ１２、Ｓ１ｍに対する前記静電容量の変化およびその位置に対する情報をＡＤＣ（図１の１５６）を経て所定の形態に変換した第２感知信号を生成し、これを処理部１６０に伝送する。

次に、本発明のタッチスクリーンシステムによるアクティブスタイラスのタッチ認識動作を説明する。

ただし、前記アクティブスタイラスのタッチ認識動作を行う場合には、前記第１ライン１１２および第２ライン１１４はすべて感知ラインとして動作し、前記第１ライン１１２および第２ライン１１４は、それぞれ第１感知回路１３０および第２感知回路１５０に連結される。

前記アクティブスタイラス１８０は、予め設定された所定の周波数を有する電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）信号を自己生成してこれを放出する動作を行うものであり、内部に共振回路（図示せず）およびバッテリ（図示せず）が備えられて実現可能である。

上述した指のタッチ認識動作とは異なり、前記第１ラインが、駆動回路１２０ではない、第１感知回路１３０に連結されるのは、アクティブスタイラス１８０の接触時のタッチ認識動作を行うためである。

すなわち、前記アクティブスタイラス１８０から出力される電界信号は、特定の周波数を有する交流信号として放出するが、これは、指の接触によるタッチ認識動作が行われるとき、前記第１ラインに印加される駆動信号と類似の役割を果たす。

したがって、前記アクティブスタイラス１８０が特定の感知セル１１６に接触または近接する場合、前記アクティブスタイラス１８０から放出される電界信号により前記感知セル１１６での静電容量の変化が発生する。

これにより、前記感知セル１１６に連結された第１ライン１１２および第２ライン１１４は、前記第１ライン１１２および感知セル１１６での静電容量の変化により発生したカップリング信号を前記第１感知回路１３０および第２感知回路１５０に伝達する感知ラインとしての動作を行い、これにより、前記アクティブスタイラス１８０が接触した感知セルの位置を検出できるのである。

図７は、アクティブスタイラスが特定の感知セルに接触する場合の感知結果を概略的に示す図である。

ただし、図７では、一例として、１番目の第１ラインＸ１には駆動信号が印加され、３番目の第１ラインＸ３および２番目の第２ラインＹ２に連結された感知セルＳ３２にアクティブスタイラス１８０が接触した場合のタッチ認識動作を説明する。

図７を参照すれば、アクティブスタイラスが接触する特定の感知セルＳ３２の場合、これに連結されたＸ３ラインおよびＹ２ラインは、それぞれ第１感知回路（図１の１３０）および第２感知回路（図１の１５０）に連結される感知ラインとして動作する。

すなわち、図７の実施形態では、Ｘ１ラインは駆動信号が印加される駆動ラインとして動作するが、それ以外のすべての第１および第２ラインはすべて感知ラインとして動作することができる。

したがって、前記感知セルＳ３２の最初の静電容量は、前記アクティブスタイラスの接触により変動し、前記変動した静電容量に対応する信号（一例として、０．５Ｖの電圧を有する信号）は、前記感知セルＳ３２に連結されたＸ３ラインおよびＹ２ラインを介して感知される。

このとき、アクティブスタイラスによる接触が行われない他の感知セルはそのまま既存の静電容量が維持されるため、これに連結された第２ラインには前と同じ信号（一例として、０．３Ｖの電圧を有する信号）が感知され、これに連結された第１ラインは、Ｘ１の場合に駆動信号が印加され、残りの第１ラインは、接地電源に連結されるか、または第１感知回路に連結されても信号の変動がない。

以降、前記第１ラインおよび第２ラインに連結された各々の第１感知回路１３０および第２感知回路１５０は、接触した感知セルＳ３２に対する前記静電容量の変化およびその位置に対する情報をＡＤＣ（図１の１３６、１５６）を経て所定の形態に変換した第１感知信号および第２感知信号を生成し、これを処理部１６０にそれぞれ伝送し、これにより、前記接触した感知セルの座標である（Ｘ３、Ｙ２）が検出できるのである。

結果として、本発明の実施形態にかかるタッチスクリーンシステムは、静電容量方式のタッチスクリーンパネルを用いて、人の指によるタッチ認識と共に、アクティブスタイラスによるタッチ認識を同時に実現できるだけでなく、前記指によるタッチ認識およびアクティブスタイラスによるタッチ認識を区分して処理することにより、より多様で微細なマルチタッチ認識を実現することができる。

また、本発明の実施形態では、アクティブスタイラスから放出される電界信号の周波数を、感知回路に備えられたサンプル／ホールド回路のサンプリング信号の周波数に対応するように設定し、アクティブスタイラスによるタッチ認識時にノイズ信号との区別を明確にすることにより、より正確なタッチ認識を可能にすることを特徴とし、これについては、以下により詳細に説明する。

図８は、図１に示す感知回路の構成を概略的に示す回路図であり、図９は、図８の回路に印加される信号のタイミング図である。

また、図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の実施形態にかかるアクティブスタイラスのタッチ認識時の信号波形を示すタイミング図である。

ただし、図８に示す回路図は、図１の第１感知回路１３０および第２感知回路１５０にすべて適用されるものであるが、説明の便宜上、第１感知回路１３０に連結される１つの第１ライン１１２に連結される構成を対象として説明する。

図８を参照すれば、第１感知回路１３０は、前記第１ライン１１２に接続されるアンプ部ＡＭＰ１３２と、前記アンプ部１３２から出力された信号を一定のサンプリング周期Ｔでサンプリングするサンプル／ホールド回路１３４と、前記サンプル／ホールド回路１３４から出力された信号をそれぞれ第１感知信号に変換し、処理部（図１の１６０）に出力するアナログデジタル変換器ＡＤＣ１３６とを含んで構成される。

このとき、アンプ部１３２は、負（−）の入力端子に前記第１ライン１１２が連結され、正（＋）の入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆが連結され、出力端子に前記サンプル／ホールド回路１３４が連結されるアンプＡｍｐと、前記負（−）の入力端子と出力端子との間に備えられる初期化スイッチＲｓｗと、前記初期化スイッチと並列に連結される第１キャパシタＣ１とから構成される。

また、前記サンプル／ホールド回路１３４には、前記アンプＡｍｐの出力端子と前記ＡＤＣ１３６との間に備えられるサンプリングスイッチＳＨｓｗと、前記サンプル／ホールド回路１３４の出力端に連結される第２キャパシタＣ２とが備えられる。このとき、前記第２キャパシタＣ２は、サンプル／ホールド回路の出力を安定化させる役割を果たす。

前記構成を有する第１感知回路１３０において、前記第１ライン１１２に連結される感知セル（図示せず）にアクティブスタイラスが接触した場合に発生する信号の波形は図９に示されており、前記図８および図９を用いて、アクティブスタイラスによるタッチ認識時の動作をより具体的に説明する。

前記初期化スイッチＲｓｗは、第１ライン１１２を介して提供される静電容量の変化情報を一定の周期（一例として、サンプリング周期Ｔ）ごとに初期化する役割を果たす。

すなわち、前記初期化スイッチＲｓｗがターンオンされると、前記アンプの負（−）の入力端子および出力端子が同じ電位、すなわち、前記アンプの正（＋）の入力端子に印加される基準電圧Ｖｒｅｆを有し、これにより、前記第１キャパシタＣ１の両端の電位差が０になるため、前の期間に提供された静電容量の変化情報が初期化される。

また、前記サンプリングスイッチＳＨｓｗは、図９に示すように、一定のサンプリング周期Ｔで動作するものであり、一例として、前記サンプリング周期Ｔの終端にターンオンされ、前記第１ライン１１２に提供される静電容量の変化情報をサンプリングする。すなわち、前記サンプリング周期Ｔの大部分はホールディング区間で、前記サンプリング周期Ｔの終端がサンプリング区間となる。

このとき、前記感知セルにアクティブスタイラスが接触すると、前記アクティブスタイラスから放出される電界信号ＥＭに対応する信号として、静電容量の変化情報が第１ラインを介して出力される。

すなわち、前記静電容量の変化情報は、前記アクティブスタイラスから放出される電界信号の周期はそのまま維持されながら、その大きさ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）のみが変化するものであり、これにより、感知セルの静電容量の変化を感知することができる。

ただし、図９ないし図１０Ｂでは、説明の便宜上、前記静電容量の変化情報の代わりに、これと同じ周期を有する、アクティブスタイラスから放出される電界信号ＥＭを対象として説明する。

したがって、前記サンプルホールド回路１３４は、前記サンプリングスイッチＳＨｓｗを介して前記ホールディング区間での前記電界信号の立ち上がりエッジ（ｒｉｓｉｎｇ ｅｄｇｅ）および／または立ち下がりエッジ（ｆａｌｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）を検出する。

一例として、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、前記サンプリング周期Ｔのホールディング区間に電界信号ＥＭの立ち上がりエッジが検出された場合には、前記サンプリングスイッチのターンオン時にサンプリングされた信号は（＋）の位相を有し、同様に、前記ホールディング区間に電界信号ＥＭの立ち下がりエッジが検出された場合には、前記サンプリングスイッチのターンオン時にサンプリングされた信号は（−）の位相を有し、ホールディング区間に立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとがすべて検出された場合には、前記サンプリングスイッチのターンオン時にサンプリングされた信号は０の位相を有する。

本発明の実施形態では、アクティブスタイラスによるタッチ認識時にノイズ信号との区別を明確にするために、前記アクティブスタイラスから放出される電界信号の周波数を、前記サンプル／ホールド回路のサンプリング信号の周波数に対応して設定することを特徴とする。

すなわち、図９を参照すれば、前記サンプリング周期をＴとするとき、サンプリング信号の周波数ｆ_ＳＨ＝１／Ｔであり、本発明の実施形態にかかる電界信号ＥＭの周波数ｆ_ＥＭは、前記サンプリング信号の周波数ｆ_ＳＨの３／４に設定する（ｆ_ＥＭ＝ｆ_ＳＨ×３／４）ことを特徴とする。

したがって、前記電界信号ＥＭの周期Ｔ_ＥＭは、前記サンプリング周期Ｔの４／３に設定（Ｔ_ＥＭ＝Ｔ×４／３）される。

このように、前記アクティブスタイラスから放出される電界信号ＥＭの周波数を、サンプリング信号の周波数に対応して特定の周波数に設定（ｆ_ＥＭ＝ｆ_ＳＨ×３／４）すると、図９に示すように、前記電界信号ＥＭは、４サンプリング周期４Ｔごとに同じパターンで繰り返すようになる。

また、このような周波数の設定により、前記サンプリングスイッチのターンオン時にサンプリングされた信号の位相は、２サンプリング周期２Ｔごとに逆相となる。これは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す実施形態から確認することができる。

より具体的には、図１０Ａの実施形態の場合、サンプリングされた信号の位相は「−、０、＋、０、−、０、＋、０」となり、図１０Ｂの実施形態では、サンプリングされた信号の位相が「−、−、＋、＋、−、−、＋、＋」となる。

すなわち、いずれのサンプリングされた信号も、２Ｔ後（またはその前）には必ずその位相が逆相として検出されるのである。

結果として、これは、前記アクティブスタイラスが特定の感知セルと接触し、前記感知セルに連結された第１ライン１１２から感知された静電容量の変化情報が一定の規則、すなわち、サンプリングされた信号が２サンプリング周期２Ｔごとに逆相となることを意味するものであり、これにより、前記アクティブスタイラスの接触時に発生した信号をノイズ信号と明確に区別することができる。

以上、本発明は、上述した実施形態および添付した図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形および変更が可能であることが、本発明の属する技術分野における従来の知識を有する者にとって自明である。

１００：タッチスクリーンシステム
１１０：タッチスクリーンパネル
１１２：第１ライン
１１４：第２ライン
１１６：感知セル
１２０：駆動回路
１３０：第１感知回路
１４０：選択部
１５０：第２感知回路
１６０：処理部
１７０：指
１８０：アクティブスタイラス

Claims (20)

1. 複数の第１ラインと、前記第１ラインと交差する方向に配列された複数の第２ラインと、前記第１ラインおよび第２ラインの交差点に形成される複数の感知セルとを含むタッチスクリーンパネルと、
   前記第１ラインに順次に駆動信号を印加する駆動回路と、
   前記各感知セルから感知された静電容量の変化情報を前記第１ラインから受信し、これに対応した第１感知信号を生成する第１感知回路と、
   前記第１ラインを前記駆動回路または第１感知回路に連結させる選択部と、
   前記第１ラインから感知された静電容量の変化情報を受信し、これに対応した第２感知信号を生成する第２感知回路と、
   前記第１および／または第２感知回路から感知信号を受信し、検出されたタッチ位置を判別する処理部とが含まれることを特徴とするタッチスクリーンシステム。
2. 前記タッチスクリーンパネルに接触する対象としてのアクティブスタイラスがさらに含まれ、前記アクティブスタイラスは、予め設定された所定の周波数を有する電界信号を自己生成して放出することを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
3. 前記選択部は、前記各々の第１ラインを前記駆動回路または第１感知回路に連結させる複数の選択スイッチを含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
4. 前記複数の選択スイッチは、前記第１ラインを接地電源に連結させる動作を行うことを特徴とする請求項３に記載のタッチスクリーンシステム。
5. 前記接地電源に連結される第１ラインは、駆動信号が印加された第１ラインに隣接する、他の第１ラインであることを特徴とする請求項４に記載のタッチスクリーンシステム。
6. 前記選択スイッチにより前記駆動回路に連結される第１ライン以外の第１ラインは、前記第１感知回路または接地電源に連結されることを特徴とする請求項３に記載のタッチスクリーンシステム。
7. 前記第１感知回路および第２感知回路は、各々の第１ラインおよび第２ラインに接続されるアンプ部と、前記アンプ部から出力された信号を一定のサンプリング周期Ｔでサンプリングするサンプル／ホールド回路と、前記サンプル／ホールド回路から出力された信号をそれぞれ第１および第２感知信号に変換し、前記処理部に出力するアナログデジタル変換器とを含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンパネル。
8. 前記アンプ部は、負（−）の入力端子に前記第１ラインまたは第２ラインが連結され、正（＋）の入力端子に基準電圧が連結され、出力端子に前記サンプル／ホールド回路が連結されるアンプと、前記負（−）の入力端子と出力端子との間に備えられる初期化スイッチと、前記初期化スイッチと並列に連結される第１キャパシタとを含むことを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーンシステム。
9. 前記サンプル／ホールド回路は、前記アンプ部の出力端と前記アナログデジタル変換器との間に備えられるサンプリングスイッチと、前記サンプル／ホールド回路の出力端に連結される第２キャパシタとを含むことを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーンシステム。
10. 前記サンプリングスイッチは、前記サンプリング周期Ｔのサンプリング区間にターンオンされ、前記第１ラインの静電容量の変化情報または第２ラインに提供される感知セルの静電容量の変化情報をサンプリングすることを特徴とする請求項９に記載のタッチスクリーンシステム。
11. アクティブスタイラスから放出される電界信号の周期Ｔ_ＥＭは、前記サンプリング周期Ｔの４／３（Ｔ_ＥＭ＝Ｔ×４／３）に設定されることを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーンシステム。
12. 前記サンプリングスイッチのターンオン時にサンプリングされた信号の位相は、２サンプリング周期２Ｔごとに逆相となる規則を有することを特徴とする請求項１０に記載のタッチスクリーンシステム。
13. 前記サンプリングされた信号は、アクティブスタイラスの接触により発生した信号に対応することを特徴とする請求項１２に記載のタッチスクリーンシステム。
14. 複数の第１ラインと、前記第１ラインと交差する方向に配列された複数の第２ラインと、前記第１ラインおよび第２ラインの交差点に形成される複数の感知セルとを含むタッチスクリーンシステムの駆動方法において、
    複数の第１ラインに駆動回路から提供された駆動信号が順次に印加されるステップと、
    前記駆動信号が印加される第１ライン以外の第１ラインは第１感知回路または接地電源に連結されるステップと、
    前記駆動信号が印加される第１ラインに対応した感知セルに指が接触したとき、前記感知セルに連結された第２ラインに前記感知セルから感知された静電容量の変化情報が出力され、これに対応した感知信号が生成されるステップと、
    前記第１感知回路に連結される第１ラインに対応した感知セルにアクティブスタイラスが接触または接近したとき、前記第１ラインおよび前記感知セルに連結された第２ラインから感知された静電容量の変化情報がそれぞれ出力され、これに対応した感知信号が生成されるステップとが含まれることを特徴とするタッチスクリーンシステムの駆動方法。
15. 前記接地電源に連結される第１ラインは、駆動信号が印加された第１ラインに隣接する、他の第１ラインであることを特徴とする請求項１４に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
16. 前記アクティブスタイラスは、予め設定された所定の周波数を有する電界信号を自己生成して放出することを特徴とする請求項１４に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
17. 前記第１感知回路は、一定のサンプリング周期Ｔで前記第１ラインに提供される静電容量の変化情報をサンプリングすることを特徴とする請求項１４に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
18. アクティブスタイラスから放出される電界信号の周期Ｔ_ＥＭは、前記サンプリング周期Ｔの４／３（Ｔ_ＥＭ＝Ｔ×４／３）に設定されることを特徴とする請求項１７に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
19. 前記第１感知回路によりサンプリングされた信号の位相は、２サンプリング周期２Ｔごとに逆相となる規則を有することを特徴とする請求項１７に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
20. 前記サンプリングされた信号は、アクティブスタイラスの接触により発生した信号に対応することを特徴とする請求項１９に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。

Images