JP2013513854A - マルチドライバ・タッチパネル - Google Patents

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Abstract

新規な静電容量式タッチシステムは、複数のチャネルを有する第1の制御部と、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第1のセンサ行と、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第2のセンサ行と、第1のセンサ列と、第2のセンサ列と、制御部の複数のチャネルのうちの1本と第1のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子の両方とを電気的に結合する第1の信号線とを備える。ある特定の実施形態において、この静電容量式タッチシステムは、複数のチャネルを有する第2の制御部と、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第1のセンサ列とを備えており、第2の制御部における第1のチャネルは、第1のセンサ列における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合する。

Description

本発明は、概ねタッチスクリーン装置に関する。さらにとりわけ、静電容量式タッチシステムに関する。
現在、タッチスクリーンは、スマートフォン、エムピースリー(MP3)プレーヤ、タブレットコンピュータ、ナビゲーションシステム、自動預貯金預け払い機(ATM)などの組み込みシステムに用いられている。従来、タッチスクリーンは、製造に極めて費用がかかっていため、大抵の用途において実用的ではなかった。しかし、以来、よりコスト効率のよい製造方法が開発され続けており、タッチスクリーン技術は、電子産業において、急速に人気を高めている。確かに、多くの定型的なHCI(ヒューマン−コンピュータ・インタフェース)入力装置(例えば、キーパッド/キーボード、機械的なボタン、ダイアルなど)は、タッチスクリーンに置き換えられている。よって、組み込み用途におけるタッチスクリーンの使用は、近い将来に向けて増加し続けることが予期される。
タッチスクリーンシステムは、下にあるグラフィック・ディスプレイ装置(例えば、液晶ディスプレイ)と連結する透明なタッチセンサパネルを通常備える。タッチセンサパネルは、例えば、指やスタイラスなどの対象物の位置を検出することにより、ユーザ入力を受け取る。ディスプレイ装置はグラフィック出力画像を、タッチ面において人間とコンピュータの対話が行われたタッチセンサパネルを直接介して映す。
タッチセンサパネルの一種である抵抗式タッチパネルは、今日、多くの電子装置において用いられている。抵抗式タッチパネルは、2つの導体層を備えており、そのうちの1つは、対象物により触れられたとき、圧力下において変形する。変形可能な導体層が下の導体層に接触するとき、層間に抵抗の変化が生じる。制御部は、この抵抗の変化を用いて、タッチ位置を決定する。
抵抗式タッチパネルは、いまだ広く使われているが、総合的な設計にいくつかの問題がある。例えば、変形可能な導体層は、低圧力下において曲げられるように、極めて柔らかい材料から形成されなければならない。ゆえに、変形可能な層は、とても容易に破れるか、あるいは、研磨剤または苛性洗剤により損なわれる可能性がある。さらに、変形可能な層は、経年によりやがて消耗し、「伸びた」状態になり、その結果、タッチ感度を損なう可能性がある。他の例では、大抵の変形可能な層は形成する材料の透明性が比較的低いから、抵抗式タッチパネルの光質は通常悪い。光質を乏しくする別の要因は、変形可能な層が変形時に光を分散させる傾向があることであり、これによって、その下にある表示画像を一時的に歪めて見せる。
抵抗式タッチパネルに関連する前述の問題は、基本設計及びその動作に付随したものである。その結果、製造者及び設計者は、抵抗式タッチパネルから静電容量式タッチセンサパネルの開発へと移行している。静電容量式タッチセンサパネルにおける主な利点は、それらが機械的に作動しないことである。代わりに、電荷の存在を感知することにより、対象物の位置を突き止める。実際に、対象物が検出されるために、静電容量式タッチセンサパネルと接触する必要はない。これは、曲げられる、または可動である部品の必要性を効率的に除去する。したがって、静電容量式タッチセンサパネルのタッチ面は、曲げられるタッチ面よりも極めて透明度が高く、したがって光質が高い、透明なリジッドプレート(すなわち、ガラス)によって通常形成される。さらに、ガラスのタッチ面は、変形しないため、経年による消耗を受けにくい。
静電容量式タッチシステムは、静電容量式センサパネルと、センサ制御部とを通常備える。センサパネルは、多層複合構造体であって、第1の導体層が裏面に形成される第1のガラスプレートと、第2の導体層が裏面に形成される第2のガラスプレートとを備える。第1及び第2のガラスプレートは、第1の導体層が第1のプレートの裏面と第2のプレートの上面との間に配置されるように、重ねられた関係に、通常貼り付けられている。さらに、センサパネルは、第2の導体層が第2のガラスプレートの裏面とディスプレイスクリーンの上面との間に配置されるように、ディスプレイ装置のスクリーン(例えば、LCD)を直接覆うように貼り付けられている。導体層は、適切な方法(例えば、スパッタ堆積法)により堆積され、特定のパタンにエッチングされた、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)などの、透明な導体材料から通常成る。すなわち、第1の導体層は、y方向に沿って配列された複数のセンサ行を通常形成しており、第2の導体層は、x方向に沿って配列された複数のセンサ列を通常形成する。したがって、センサ行とセンサ列の両者により、2次元のxyセンサ領域を形成する。センサ制御部は、例えば、マイクロコントローラチップであって、静電容量の状態をモニタするように個々のセンサ行及び列と電気的に結合されている。さらに、センサ制御部は、その間の通信を容易にするように、ホスト装置とも電気的に結合している。
図1は、センサパネル102とセンサ制御部104とを備える、従来技術における静電容量式タッチシステム100の電子回路構成を示す。センサパネル102は、それぞれy及びx方向に沿って並べられた、複数のセンサ行106a〜fと複数のセンサ列108a〜fとを備える。センサ行106a〜fにおける各行はディスクリートセンサ素子110を備えており、センサ列108a〜fの各列はディスクリートセンサ素子112を備える。センサ素子110及び112の各素子は、センサパネル102のタッチ面を完全に覆ってそれぞれx及びy方向に延びる直列接続されたひし形を形成するITOの薄いパタンである。センサ制御部104は、チャネル114a〜fの第1のセットとチャネル116a〜fの第2のセットとを備える。チャネル114a〜fの各チャネルは、信号線セット118(例えば、静電容量トレース、ワイヤなど)のうちの1本を介して、センサ行106a〜fにおけるそれぞれのセンサ素子110と電気的に接続されている。同様に、チャネル116a〜fの各チャネルは、信号線セット120のうちの1本を介して、センサ列108a〜fにおけるそれぞれのセンサ素子112と電気的に接続されている。タッチシステム100の動作中、センサ素子110及び112のそれぞれの静電容量の状態を測定するために、制御部104は、センサ行106a〜f及びセンサ列108a〜fのシーケンシャルスキャンサイクルを連続的に繰り返す。センサ素子における静電容量の状態を測定する既知の方法は多数ある。例えば、素子をチャージして、そのセトリング時間を観測する。次いで、サンプルの測定値は、対象物がない時の素子における静電容量の通常状態を指示するように保存された値と比較される。対象物がセンサパネル102の特定の領域に近づくと、対象物における自然電荷は、近くのセンサ素子110及び112の静電容量の状態変化を引き起こす。タッチ位置を指示するxy座標を生成するように、次いで、近くのセンサ素子110及び112の静電容量の変化を処理するアルゴリズムが実行される。次いで、制御部104は、下のグラフィック・ディスプレイ装置に座標をマッピングするさらなる処理を行うホスト装置へこれらの座標を提供する。
従来技術の静電容量式タッチシステム100は、抵抗式タッチシステムに対して有利であるが、いくつかの問題はなおも存在する。例えば、ITOは抵抗が比較的高いため、センサ素子110及び112の長さに制約を課す。一般的に、静電容量式センサ素子の直列抵抗が高くなると、タッチ感度は下がる。直列抵抗は、素子の長さに比例して高くなるため、センサ素子110及び112は、許容される程度の感度を達成するように、比較的短くなくてはならない。ゆえに、タッチシステム100の設計は、大きなディスプレイスク
リーンを使う用途には適さない。ひし形のパタン領域を増加することにより直列抵抗を低下することができるが、それにより、センサパネルにおけるセンサ分解能は低くなる。表面抵抗の低いITO層を用いることによってもまた、直列抵抗を低下させることができるが、そうするとセンサ素子の透明性を低下させ、センサ素子が見えてしまう。
図2に、ITOの高い抵抗性により課されるサイズと分解能における制約を扱う、従来技術における静電容量式タッチシステム200の電子回路構成を示す。システム200は、センサパネル202と、第1のセンサ制御部204と、第2のセンサ制御部206とを備える。センサパネル202は、x方向に延びる複数のセンサ行208a〜hを備える。センサパネル202は、y方向に延びる複数のセンサ列210a〜gをさらに備える。センサ行208a〜hの各行は、それぞれディスクリートセンサ素子212を備えており、センサ列210a〜gの各列は、2つのディスクリートセンサ素子214と216とを備える。センサ制御部204は、チャネル218a〜dの第1のセットとチャネル220a〜gの第2のセットとを備える。チャネル218a〜dの各チャネルは、信号線セット222のうちの対応する1本を介して、行208a〜hのそれぞれにおける対応するセンサ素子212と電気的に接続されている。同様に、チャネル220の各チャネルは、信号線224のうちの対応する1本を介して、センサ列210a〜gのそれぞれにおける対応する第1のセンサ素子214と電気的に接続されている。センサ制御部206は、第1のチャネルセット226e〜hと第2のチャネルセット228a〜gとを備える。チャネル226e〜hにおける各チャネルは、信号線230のうちの対応する1本を介して、行208e〜hのそれぞれにおける対応するセンサ素子212と電気的に接続されている。同様に、チャネル228a〜gの各チャネルは、信号線232のうちの対応する1本を介して、センサ列210a〜gのそれぞれにおける第2のセンサ素子216に電気的に接続されている。システム200の動作は、センサ列210a〜gの各列がパネル202におけるy方向の距離全体に及んで延びる単一のセンサ素子ではなく、2つのセンサ素子(すなわち、センサ素子214及び216)を備えることにより、システム200がより大きいスクリーン領域に対応できる点を除いて、タッチシステム100の動作に類似する。すなわち、パネル202におけるy方向の距離は、パネル102の2倍長くできる。
システム200は、タッチシステム100より大きなスクリーン領域に対応できるが、その設計にはなおも問題がある。例えば、センサ行208a〜hの各行はx方向の距離全体に及んで延びる単一のセンサ素子212のみを備えるので、パネル202におけるx方向の距離は未だ比較的短くなければならない。すなわち、システム200の設計は、パネル202におけるy方向の長さの制約を緩和するだけで、それゆえ、x方向における制約はなおも存在する。他の例において、制御部204及び206を合わせると、センサ素子212,214,及び216の静電容量の状態を取得するために、比較的多数のチャネル(すなわち、218a〜d,220a〜g,226e〜h,及び228a〜g)を有している。言い換えれば、システム200のチャネル対センサ素子比は高い。もちろん、必要なチャネル数が増加し、それゆえ、チャネル接続が増加すると、システム200の総合的な信頼性は低下する。さらに、チャネル数が多いと、多チャネルに対応する制御部しか使用できないため、システム200の製造及び組み立てを高価にもする。
よって、必要なのは、より大きなディスプレイスクリーンに用いることが可能な静電容量式タッチシステムの設計である。光の透過性を犠牲にせず、かつ/またはセンサ分解能を低下させることなくタッチ感度を向上させる、静電容量式タッチシステムの設計もまた必要である。チャネル対センサ素子比の低い静電容量式タッチシステムも必要である。信
頼性がより高く、生産コストのより低い静電容量式タッチシステムも必要である。
本発明は、複数のチャネルを有する第1の制御部と、第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を有する第1のセンサ行と、第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を有する第2のセンサ行と、第1のセンサ列と、第2のセンサ列と、制御部における複数のチャネルの1本と第1のセンサ行における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方とを電気的に結合させる第1の信号線とを備える、静電容量式タッチシステムを提供することにより、従来技術に関連した問題を解決する。
従来技術の静電容量式タッチシステムの図。 他の従来技術の静電容量式タッチシステムの図。 本発明の1つの実施形態に従うホスト装置に組み込まれた静電容量式タッチシステムの部分断面斜視図。 図3の静電容量式タッチシステムとホスト装置の回路基板との間における電気的な通信を示すブロック図。 図3の静電容量式タッチシステムのセンサパネルの分解斜視図。 センサパネルと第1の制御部と第2の制御部との電気的な接続を示す図式。 本発明の他の実施形態に従うセンサパネルと代替の第1の制御部及び代替の第2の制御部との電気的な接続を示す図式。
本発明は、同様の参照番号が実質的に類似する要素を示している下図を参照して説明される。
ある特定の実施形態において、このシステムは、複数のチャネルを有する第2の制御部をさらに備える。さらなる特定の実施形態において、このシステムは、第2の制御部における第1のチャネルと、第2のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のセンサ行における第2のディスクリートセンサ素子の両方とを電気的に結合させる、第2の信号線をさらに備える。さらなる特定の実施形態において、第1のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子とを備えており、第1の制御部は第3の信号線を介して第1のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子と電気的に結合される第2のチャネルを備えており、第2の制御部は第4の信号線を介して第1のセンサ列における第2のディスクリートセンサ素子に電気的に結合される第2のチャネルを備える。さらなる実施形態において、第2のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子とを備えており、第1の制御部は第5の信号線を介して第2のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子に電気的に結合される第3のチャネルを備えており、第2の制御部は第6の信号線を介して第2のセンサ列における第2のディスクリートセンサ素子に結合される第3のチャネルを備える。
他の特定の実施形態において、このシステムは、第1のチャネル及び第2のチャネルを有する第2の制御部と、第2のチャネルを有する第1の制御部と、第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を有する第1のセンサ列と、第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を有する第2のセンサ列とをさらに備える。さらなる特定の実施形態において、第1の制御部における第1のチャネルは、第1の信号線を介して第1のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に接続される。第2の制御部における第1のチャネルは、第2の信号線を介して第2のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に接続される。第1の制御
部における第2のチャネルは、第3の信号線を介して第1のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に接続される。第2の制御部における第2のチャネルは、第4の信号線を介して第2のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に接続される。
さらに他の実施形態において、第1の制御部における第1のチャネルは、第1の信号線を介して第1のセンサ行における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合されており、第1の制御部における第2のチャネルは、第2の信号線を介して第2のセンサ行における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合されており、第1の制御部における第1のチャネルは、第3の信号線を介して第1のセンサ列における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合されており、第2の制御部における第2のチャネルは、第4の信号線を介して第2のセンサ列における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合される。
またさらなる特定の実施形態において、第1のセンサ行は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、第2のセンサ行は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、第1の列は第1及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、第2の列は第1及び第2のディスクリートセンサ素子を備える。さらに、第1の制御部は、第1のチャネルと、第2のチャネルと、第3のチャネルと、第4のチャネルとを備える。第1のチャネルは、第1の信号線を介して第1のセンサ行における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合されており、第2のチャネルは、第2の信号線を介して第2のセンサ行における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合されており、第3のチャネルは、第3の信号線を介して第1のセンサ列における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合されており、第4のチャネルは、第4の信号線を介して第2のセンサ列における第1及び第2のディスクリートセンサ素子の両方と電気的に結合される。
実施形態の例において、ディスクリートセンサ素子は、透明な静電容量材料、例えば、酸化インジウムスズから形成される。実施形態の例ではまた、各ディスクリートセンサ素子は、直列に接続された多数のひし形を備える。加えて、ディスクリートセンサ素子の第1のセットとディスクリート素子の第2のセットは、ディスクリートセンサ素子の2つのセット(例えば、センサ行とセンサ列)の間に配置される透明でありかつ電気的に絶縁性の材料と重ね合わせさる関係になるように配置される。
実施形態の例において、センサ素子の少なくともいくつかは、制御部のチャネルと電気的に並列に接続されている開放端を有する電極である。
タッチを検出する方法によれば、第1のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子の静電容量の状態は、共通のノードにおいて同時に測定される。
本発明は、より大きなディスプレイサイズに対応できる静電容量式タッチシステムを提供することにより、従来技術に関連した問題を解決する。後述する説明において、多数の特定な詳細(例えば、センサ行と列の数、特定のセンサ素子のパタンなど)は本発明の完全な理解を提供するために記載される。しかし、当業者であれば認識するであろうが、発明は、これらの特定な詳細から離れて実施されても良い。他の例において、本発明を不必要に不明瞭にしないように、よく知られたセンサのデータ収集実施例(例えば、ノイズのフィルタリング、信号の増幅、多重化、自己容量の測定など)の詳細及び構成部品は、省かれている。
図3は、本発明の1つの実施形態に従う、静電容量式タッチシステム300の斜視図を示したものである。本例において、静電容量式タッチシステム300は、静電容量式タッチシステムのホスト装置(例えば、タブレットコンピュータ、携帯情報端末(PDA)、エムピースリー(MP3)プレーヤ、携帯電話など)を表すホスト装置302の基本的なユーザ入出力システムである。ホスト装置302は、回路基板304とハウジング306とをさらに備える。回路基板304は、ホスト装置302の主要回路を表しており、データ通信、処理、記憶などの一般的な演算を実行する。ハウジング306は、装置302の内部構成部品を保護するように、装置302の対向する側から互いに接合しているベゼル308と背面カバー310とを備える。同時に、ユーザと静電容量式タッチシステム300との間の直接の対話もまた可能にしている。静電容量式タッチパネルを除き、ホスト装置302に関する特定の詳細は、用途により変化し、とりわけ本発明に関連しないことは、当業者であれば認識するであろう。ゆえに、回路基板304とハウジング306は、特徴のみの提示である。
静電容量式タッチシステム300は、グラフィック・ディスプレイ装置312と静電容量式センサパネル314と2つの制御部316及び318(両方の制御部は図5に示される)とを備える。グラフィック・ディスプレイ装置312は、例えば、グラフィック出力情報を表示するディスプレイ322を形成する上面320を有する液晶ディスプレイ(LCD)である。さらにグラフィック・ディスプレイ装置312は、回路基板304との間におけるデータ通信を容易にするように、回路基板304にマウントされ、かつ、回路基板304と電気的に結合する。センサパネル314は、透明な静電容量式タッチ感知装置であって、2次元のxy領域の特定の位置における電荷の存在を検出することにより、対象物(例えば、指、スタイラスなど)からのユーザ入力を受信する。センサパネル314とグラフィック・ディスプレイ装置312は、スクリーン322を覆ってセンサパネル314が上面320にマウントされるように、互いに重ねられた関係に結合される。したがって、画面322からのグラフィック出力情報は、センサパネル314を介して表示される。制御部316と318のそれぞれは、例えば、マイクロコントローラチップであって、センサパネル314の異なる領域のそれぞれからセンサのデータを取得する。さらに、制御部316と318は回路基板304と電気的に結合するため、対象物の位置を指示するセンサのデータは回路基板304に伝達され、回路基板304における処理回路によりさらに処理されることができる。制御部316と318の特定の位置は、本発明にとりわけ関係しないことは、当業者であれば認識するであろう。しかしながら、制御部316,318とセンサパネル314との間の接続はとりわけ重要であり、ゆえに、図6を参照して後に詳細に論じる。
図4は、タッチシステム300とホスト装置302の回路基板304との間における電気的な通信を示すブロック図である。示されるように、制御部316と318は、センサパネル314と通信する。より詳細には、制御部316と318のそれぞれは、センサパネル314における異なる領域からセンサの測定値を取得する。制御部316と318は、それらの測定値を処理し、対象物の位置を指示するデータを生成する。次いで、そのデータは回路基板304と通信可能な形式に変換される。回路基板304は、さらなる処理のために、制御部316と318の両方から位置データを受信する。回路基板304は、スクリーン322に表示させる映像情報を指示するデータと命令とを提供するように、グラフィック・ディスプレイ装置312とも通信する。図に示されていないが、通常、ディスプレイドライバは、回路基板304と映像ディスプレイ装置312との間における通信を容易にする。しかしながら、映像ディスプレイ装置312に関連した特定の詳細及び回路基板304は、前述したように、とりわけ本発明に関係しない。そのため、より詳細に開示しない。
図5は、軸500に沿って分解されたセンサパネル314の斜視図を示したものである。この特定の実施形態において、センサパネル314は透明な複合構造体であって、第1の基板502と、複数のセンサ行504a〜hと、第2の透明な基板506と、複数のセンサ列508a〜gとから構成される。示されるように、基板502は行504a〜hの上に配置されており、行504a〜hは基板502と基板506との間に配置されており、基板506は行504a〜hと列508a〜gとの間に配置されており、列508a〜gは基板506の下に配置される。
基板502は、例えば、薄いガラスプレートなどの、リジッドであり、かつ透明な、電気的に絶縁性の構造体である。さらに、基板502は、上面510と対向する平面状の底面512とを備える。上面510は、ユーザ入力イベントにおいて対象物に接触される平面状のタッチ面を形成する。上面510上に示される2次元のxy面を参照してパネル314の様々な様態が説明されることを、混乱を避けるために、特に言及しておく。
センサ行504a〜hは、行504a〜hのそれぞれが異なるy位置に位置するように、y方向に配列されており、パネル314を横断してx方向に延びる。センサ行504a〜hの各行は、同じ行の異なる領域を占有するように対向して互いの方向に延びる第1のディスクリートセンサ素子514と第2のディスクリートセンサ素子516とを備える。センサ素子514と516との各対は同じ行の異なる領域を占有しているが、同じy座標に相当するように整列されている。この特定の実施形態において、センサ素子514と516のそれぞれは、x方向に沿って配列された直列に接続された複数のひし形を形成するように基板502上にパタン化された透明な導体材料(例えばITO)から構成される。センサ素子514と516は導体材料から構成されるため、各素子は、対象物(例えば、指、スタイラスなど)の存在時に変化する測定可能な自己容量を有する。
基板506は、例えば、薄いガラスプレートのように、リジッドであり、かつ透明な、電気的に絶縁性の構造体である点において、基板502に類似する。さらに、基板506は上面518と対向する平面状の底面520とを備える。基板506はセンサ行504a〜hとセンサ列508a〜gとの間の絶縁性の障壁の役割をする。
センサ列508a〜gは、列508a〜gの各列が異なるx位置に位置するように、x方向に沿って一定間隔に配置されており、パネル314をy方向に横断して延びる。センサ列508a〜gの各列は、同じ列の異なる領域を占有するように対向して互いの方向に延びる第1のディスクリートセンサ素子522と第2のディスクリートセンサ素子524とを備える。センサ素子522と524との各対は同じ列の異なる領域を占有しているが、同じx座標に相当するように整列されている。この特定の実施形態において、各センサ素子522と524は、y方向に沿って配列された直列に接続された複数のひし形を形成するように基板506上にパタン化された透明な導体材料(例えばITO)から構成される。センサ素子514と516と同様に、センサ素子522と524もまた、導体材料から構成される。よって、各素子は、対象物の存在時に変化する測定可能な自己容量も有する。
この特定の実施形態において、センサ行504とセンサ列508とは、例えば、スパッタ堆積法などの適切な方法を用いて、それぞれ板502の底面512上と基板506の底面520との上にITO層を直接配置することにより形成される。次いで、面512上に形成されたITO層は、センサ素子514と516とを形成するようにエッチングされ、面520上に形成されたITO層は、センサ素子522と524とを形成するようにエッチングされる。ITO層がエッチングされた後、基板502と506は、例えば、透明な導電性ではない感圧接着剤(PSA)を介して、センサ行504が形成されている基板502の底面512が基板506の上面518に接着するように、互いに重なる関係に永続
的に接着される。同様に、例えばPSAを介して、センサ列508が形成されている基板506の底面520がグラフィック・ディスプレイ装置の上面320に接着するように、センサパネル314は、グラフィック・ディスプレイ312上にマウントされる。
図6は、センサパネル314と、第1の制御部316及び第2の制御部318との間の回路機構を示す回路構成図である。前述したように、制御部316と318のそれぞれは、タッチセンサパネル314の異なる領域を制御するように動作する。より特定すると、第1の制御部316はセンサ行504a〜dとセンサ列508a〜gにおける第1のディスクリートセンサ素子522の各素子とを制御する。制御部318は、センサ行504e〜hとセンサ列508a〜gにおける第2のディスクリートセンサ素子524の各素子とを制御する。制御部316は、チャネル602a〜dの第1のセット(複数の分離された入力)とチャネル604a〜gの第2のセット(もう1つの複数の分離された入力)とを備える。同様に、制御部318は、チャネル606e〜hの第1のセットとチャネル608a〜gの第2のセットとを備える。
制御部316の第1のチャネル602a〜dは、信号線セット610を介してセンサ行504a〜dのそれぞれに電気的に接続される。より特定すると、信号線610の各線は、チャネル602a〜dのうちの1本と、行504a〜dのうちの対応する行における第1のセンサ素子514及び第2のセンサ素子516とを電気的に接続する。すなわち、チャネル602aは信号線610の第1の線を介して対応するセンサ行504aにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル602bは信号線610の第2の線を介して対応するセンサ行504bにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル602cは信号線610の第3の線を介して対応するセンサ行504cにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル602dは信号線610の第4の線を介して対応するセンサ行504dにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続される。したがって、センサ504a〜dにおけるセンサ素子514と516の各対は、チャネル602a〜dのうちの対応する1本と共通のノードを共有する。
第2のチャネル604a〜gは、信号線セット612を介してセンサ列508a〜gの対応する列おける第1のセンサ素子522と電気的に接続される。すなわち、チャネル604aは信号線612の第1の線を介して対応するセンサ列508aにおけるセンサ素子522に電気的に接続されており、チャネル604bは信号線612の第2の線を介して対応するセンサ列508bにおけるセンサ素子522に電気的に接続されており、チャネル604cは信号線612の第3の線を介して対応するセンサ列508cにおけるセンサ素子522に電気的に接続されており、チャネル604dは信号線612の第4の線を介して対応するセンサ列508dにおけるセンサ素子522に電気的に接続されており、チャネル604eは信号線612の第5の線を介して対応するセンサ列508eにおけるセンサ素子522に電気的に接続されており、チャネル604fは信号線612の第6の線を介して対応するセンサ列508fにおけるセンサ素子522に電気的に接続されており、チャネル604gは信号線612の第7の線を介して対応するセンサ列508gにおけるセンサ素子522に電気的に接続される。したがって、チャネル604a〜gの各チャネルは、対応するセンサ素子522と共通のノードを共有する。
制御部318における第1のチャネル606e〜hは、信号線セット614を介してセンサ行504e〜hのそれぞれの行と電気的に接続される。より特定すると、信号線614の各線は、チャネル606e〜hのうちの1本と、行504e〜hのそれぞれの行における第1のセンサ素子514及び第2のセンサ素子516とを電気的に
接続する。すなわち、チャネル606eは信号線614の第1の線を介して対応するセンサ行504eにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル606fは信号線614の第2の線を介して対応するセンサ行504fにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル606gは信号線614の第3の線を介して対応するセンサ行504gにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル606hは信号線614の第4の線を介して対応するセンサ行504hにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続される。したがって、センサ行504e〜hにおけるセンサ素子514と516の各対は、チャネル608e〜hの対応する1本と共通のノードを共有する。
第2のチャネル608a〜gは、信号線セット616を介して対応するセンサ列508a〜gにおける第2のセンサ素子524と電気的に接続される。すなわち、チャネル608aは信号線616の第1の線を介して対応するセンサ列508aにおけるセンサ素子524に電気的に接続されており、チャネル608bは信号線616の第2の線を介して対応するセンサ列508bにおけるセンサ素子524に電気的に接続されており、チャネル608cは信号線616の第3の線を介して対応するセンサ列508cにおけるセンサ素子524に電気的に接続されており、チャネル608dは信号線616の第4の線を介して対応するセンサ列508dにおけるセンサ素子524に電気的に接続されており、チャネル608eは信号線616の第5の線を介して対応するセンサ列508eにおけるセンサ素子524に電気的に接続されており、チャネル608fは信号線616の第6の線を介して対応するセンサ列508fにおけるセンサ素子524に電気的に接続されており、チャネル608gは信号線616の第7の線を介して対応するセンサ列508gにおけるセンサ素子524に電気的に接続される。したがって、チャネル608a〜gの各チャネルは、対応するセンサ素子524と共通のノードを共有する。
動作中において、センサ行504a〜dにおける独立した各行の静電容量の状態はチャネル602a〜dの対応する1本において測定され、列508a〜gにおける各センサ素子522の静電容量の状態はチャネル604a〜gの対応する1本において測定され、センサ行504e〜hにおける独立した各行の静電容量の状態はチャネル606e〜hの対応する1本において測定され、列508a〜gにおける各センサ素子524の静電容量の状態はチャネル608a〜gの対応する1本において測定される。面510の下半分においてタッチイベントが行われる時、チャネル602a〜d及びチャネル604a〜gにおいて取得された測定値は、対象物の位置を指示するy座標及びx座標にそれぞれ対応する。面510の上半分においてタッチイベントが行われる時、チャネル606e〜h及びチャネル608a〜gにおいて取得された測定値は、対象物の位置を指示するy座標及びx座標にそれぞれ対応する。
第1のセンサ素子514のそれぞれは対応する第2のセンサ素子516と共有のノードを共有するため、センサ素子514及び516の1対の素子における総合的な静電容量の状態は、単一チャネルにおいて同時に測定される。もちろん、この測定は対になるセンサ素子が位置するセンサ行における静電容量の状態に該当する。必要な制御チャネル数の増加、光質の犠牲、タッチ感度の低下、かつ/または、センサ分解能の低下をさせることなく、センサ行504a〜hは、従来技術のセンサ行208a〜hの2倍の長さを可能にすることは認識されるべきであろう。実際に、センサパネル314は、センサ行の静電容量を測定するように半数のチャネルを用いてセンサパネル202と同じ面領域に対応することができる。システム300における制御チャネルの数を減らすことにより、従来技術の静電容量式タッチスクリーンシステムと比べて、信頼性は向上し、制御部の設計は簡略化され、全体の製造コストは下がる。
図7は、本発明の代替の実施形態700を示した回路構成図であって、異なる第1の制御部702及び第2の制御部704と電気的に接続されているセンサパネル314が示されている。この特定の実施形態において、センサ行504a〜d及びセンサ列508e〜gは、制御部702により制御/モニタされており、一方、センサ行504e〜h及びセンサ列508a〜dは、制御部704により制御/モニタされる。制御部702はチャネル706a〜dの第1のセットとチャネル708e〜gの第2のセットとを備える。同様に、制御部704はチャネル710e〜hの第1のセットとチャネル712a〜dの第2のセットとを備える。
第1のチャネル706a〜dは、信号線セット714を介してセンサ行504a〜dのそれぞれと電気的に接続される。より特定すると、信号線714の各線は、チャネル706a〜dのうちの1本と、行504a〜dの対応する行における第1のセンサ素子514及び第2のセンサ素子516とを電気的に接続する。すなわち、チャネル706aは信号線714の第1の線を介して対応するセンサ行504aにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル706bは信号線714の第2の線を介して対応するセンサ行504bにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル706cは信号線714の第3の線を介して対応するセンサ行504cにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル706dは信号線714の第4の線を介して対応するセンサ行504dにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続される。したがって、センサ行504a〜dにおけるセンサ素子514と516との各対は、チャネル706a〜dの対応するチャネルと共通のノードを共有する。
制御部702の第2のチャネル708e〜gは、信号線セット716を介してセンサ列508e〜gのそれぞれと電気的に接続される。より特定すると、信号線716の各線は、チャネル708e〜gのうちの1本と、列508e〜gの対応する列における第1のセンサ素子522及び第2のセンサ素子524とを電気的に接続する。すなわち、チャネル708eは信号線714の第1の線を介して対応するセンサ列508eにおけるセンサ素子522と524の両方とに電気的に接続されており、チャネル708fは信号線714の第2の線を介して対応するセンサ列508fにおけるセンサ素子522と524の両方とに電気的に接続されており、チャネル708gは信号線714の第3の線を介して対応するセンサ列508gにおけるセンサ素子522と524の両方とに電気的に接続される。したがって、センサ列508e〜gにおけるセンサ素子522と524との各対は、チャネル708e〜gの対応するチャネルと共通のノードを共有する。
制御部704の第1のチャネル710e〜hは、信号線セット718を介してセンサ行504e〜hのそれぞれと電気的に接続される。より特定すると、信号線718の各線は、チャネル710e〜hのうちの1本と、行504e〜hの対応する行における第1のセンサ素子514及び第2のセンサ素子516とを電気的に接続する。すなわち、チャネル710eは信号線718の第1の線を介して対応するセンサ行504eにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル710fは信号線718の第2の線を介して対応するセンサ行504fにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル710gは信号線718の第3の線を介して対応するセンサ行504gにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続されており、チャネル710hは信号線718の第4の線を介して対応するセンサ行504hにおけるセンサ素子514と516の両方とに電気的に接続される。したがって、センサ行504e〜hにおけるセンサ素子514と516との各対は、チャネル710e〜hの対応するチャネルと共通のノードを共有する。
制御部704の第2のチャネル712a〜dは、信号線セット720を介してセンサ列508a〜dのそれぞれと電気的に接続される。より特定すると、信号線720の各線は、チャネル712a〜dのうちの1本と、列508a〜dの対応する列における第1のセンサ素子522及び第2のセンサ素子524とを電気的に接続する。すなわち、チャネル712aは信号線720の第1の線を介して対応するセンサ列508aにおけるセンサ素子522と524の両方とに電気的に接続されており、チャネル712bは信号線720の第2の線を介して対応するセンサ列508bにおけるセンサ素子522と524の両方とに電気的に接続されており、チャネル712cは信号線720の第3の線を介して対応するセンサ列508cにおけるセンサ素子522と524の両方とに電気的に接続されており、チャネル712dは信号線720の第4の線を介して対応するセンサ列508dにおけるセンサ素子522と524の両方とに電気的に接続される。したがって、センサ列508a〜dにおけるセンサ素子522と524との各対は、チャネル712a〜dの対応するチャネルと共通のノードを共有する。
第1のセンサ素子514の各素子は、第2のセンサ素子516の対応する素子と共通のノードを共有するため、センサ素子514及び516との1対の素子における総合的な静電容量の状態は、単一チャネルにおいて同時に測定される。同様に、第1のセンサ素子522の各素子は、第2のセンサ素子522の対応する素子と共通のノードを共有するため、センサ素子522及び524との1対の素子における総合的な静電容量の状態もまた、単一チャネルにおいて同時に測定される。したがって、列508a〜gにおける静電容量の状態を測定するために必要なチャネルの総数は、図2に示された従来技術のセンサ列210a〜gにおける静電容量の状態を測定するために必要とされるチャネル数の半分へ、効率的に削減される。極めて少ないチャネル数が必要とされるだけでなく、センサパネル314は、従来技術のセンサパネル202の能力と比較して、遥かにより大きなスクリーン上において少なくとも同等のタッチ感度、光質、及びタッチ分解能を達成することができる。もちろん、スクリーンのサイズと同様に、センサパネル314は、従来技術におけるセンサパネル202と比べて、より高い感度、光質、及びタッチ分解能を達成するように最適化されることができる。
図示されていないが、回路構成図700は、チャネル706a〜d及び710e〜hが制御部702上に配置され、チャネル712a〜d及び708e〜gが制御部704上に配置されるように、任意に配列されることができる。そのような場合、制御部702はセンサ行504a〜hの全ての制御を担い、一方、制御部704はセンサ列508a〜gの全ての制御を担うであろう。すなわち、タッチ位置のy座標は制御部702から、x座標は制御部704から生成される。
本発明の特定の説明は、これで完了である。説明された多くの特徴は、発明の範囲から逸脱することなく、代替、変形、あるいは省略されてもよい。例えば、ITOの代わりに、代わりの導体の基板(例えば、アルミニウム添加酸化亜鉛)が用いられてもよい。他の例として、代わりの透明な導体(例えば、ポリカーボネート)の基板がガラスプレートの代替とされてもよい。また他の例として、開示された実施形態におけるそれぞれの行/列は、2つのディスクリートセンサ素子に分割されるが、それぞれの行あるいは列が3つ以上のディスクリートセンサ素子を備えることにより、タッチパネルのサイズは更に大きくされることができる。とりわけ前述の開示において、示された特定の実施形態からのこれら及び他の逸脱は、当業者にとっては明白であろう。

Claims (26)

  1. 静電容量式タッチセンサシステムであって、
    複数のチャネルを有する第1の制御部と、
    第1の方向に沿って延びる第1のセンサ行であって、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第1のセンサ行と、
    第1の方向に沿って延びる第2のセンサ行であって、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第2のセンサ行と、
    第2の方向に沿って延びる第1のセンサ列と、
    第2の方向に沿って延びる第2のセンサ列と、
    前記制御部における複数のチャネルのうちの第1のチャネルと第1のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び前記第1の行における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第1の信号線と、を備えるシステム。
  2. 複数のチャネルを有する第2の制御部をさらに備える、請求項1に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  3. 第2の制御部における複数のチャネルのうちの第1のチャネルと第2のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のセンサ行における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第2の信号線をさらに備える、請求項2に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  4. 第1のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、
    第1の制御部における前記複数のチャネルは第2のチャネルを備えており、
    第2の制御部における複数のチャネルは第2のチャネルを備えており、
    前記静電容量式タッチセンサシステムは、
    第1の制御部における第2のチャネルと第1のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第3の信号線と、
    第2の制御部における第2のチャネルと第1のセンサ列における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第4の信号線と、をさらに備える、請求項3に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  5. 第2のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、
    第1の制御部における複数のチャネルは第3のチャネルを備えており、
    第2の制御部における複数のチャネルは第3のチャネルを備えており、
    前記静電容量式タッチセンサシステムは、
    第2のセンサ列における第1のディスクリート素子と第1の制御部における第3のチャネルとを電気的に結合させる第5の信号線と、
    第2のセンサ列における第2のディスクリート素子と第2の制御部における第3のチャネルとを電気的に結合させる第6の信号線と、をさらに備える、請求項4に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  6. 前記ディスクリートセンサ素子は透明な導体材料から形成される、請求項5に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  7. 透明な導体材料は酸化インジウムスズである、請求項6に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  8. ディスクリートセンサ素子は前記導体材料からなる直列に接続された複数のひし形セグメントを備える、請求項7に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  9. 第1のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、
    第1の制御部における複数のチャネルは第2のチャネルを備えており、
    前記静電容量式タッチセンサシステムは、
    第1制御部における第2のチャネルと第1のセンサ列における第1のディスクリート素子及び第1のセンサ列における第2のディスクリート素子とを電気的に結合させる第3の信号線と、
    第4の信号線と、をさらに備える、請求項3に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  10. 第2のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、
    第2の制御部は第2のチャネルを備えており、
    前記静電容量式タッチセンサシステムは、
    第2の制御部における第2のチャネルと第2のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のセンサ列における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第4の信号線をさらに備える、請求項9に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  11. 第1の制御部における第2のチャネルと第2のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のセンサ行における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第2の信号線をさらに備える、請求項1に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  12. 第1のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、
    第1の制御部における複数のチャネルは第3のチャネルを備えており、
    静電容量式タッチセンサシステムは、
    第1の制御部における第3のチャネルと第1のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子及び第1のセンサ列における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第3の信号線をさらに備える、請求項11に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  13. 第2のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、
    第1の制御部における複数のチャネルは第4のチャネルを備えており、
    前記静電容量式タッチセンサシステムは、
    第1の制御部における第4のチャネルと第2のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のセンサ列における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第4の信号線をさらに備える、請求項12に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  14. 複数のチャネルを有する第2の制御部をさらに備える、請求項11に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  15. 第1のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、
    第2の制御部における複数のチャネルは第1のチャネルを備えており、
    前記静電容量式タッチセンサシステムは、
    第2の制御部における第1のチャネルと第1のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子及び第1のセンサ列における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第3の信号線をさらに備える、請求項14に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  16. 第2のセンサ列は第1のディスクリートセンサ素子及び第2のディスクリートセンサ素子を備えており、
    第2の制御部における複数のチャネルは第2のチャネルを備えており、
    前記静電容量式タッチセンサシステムは、
    第2の制御部における第2のチャネルと第2のセンサ列における第1のディスクリートセンサ素子及び第2のセンサ列における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第4の信号線をさらに備える、請求項15に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  17. 前記ディスクリートセンサ素子は透明な導体材料から形成される、請求項1に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  18. 透明な導体材料は酸化インジウムスズである、請求項17に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  19. 前記透明な導体材料は、複数のディスクリートセンサ素子からなるディスクリートセンサ素子の第1のセットと複数のセンサ素子からなるセンサ素子の第2のセットとを形成し、
    ディスクリートセンサ素子の第1のセットにおける各ディスクリートセンサ素子は、第1の方向に沿って直列に接続されているひと続きの複数のひし形を備えており、
    ディスクリートセンサ素子の第2のセットにおける各ディスクリートセンサ素子は、第2の方向に沿って直列に接続されているひと続きの複数のひし形を備えており、
    ディスクリートセンサ素子の第1のセットとディスクリートセンサ素子の第2のセットは、複数のひし形からなる2次元配列を形成するように重ね合わさる関係に配置されており、
    ディスクリートセンサ素子の第1のセットとディスクリートセンサ素子の第2のセットは、互いから電気的に絶縁されている、請求項18に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  20. センサ行は第1の透明なリジッド基板上に形成されており、
    センサ列は第2の透明なリジッド基板上に形成される、請求項1に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  21. センサ行とセンサ列との間に配置される透明な電気絶縁材料をさらに備える、請求項1に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  22. 第1のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第1のセンサ行における第2のディスクリートセンサ素子の静電容量の状態は、共通のノードにおいて同時に測定される、請求項1に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  23. 第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とは、電気的に並列に接続された開放端を有する電極である、請求項1に記載の静電容量式タッチセンサシステム。
  24. 第1の方向は第2の方向に垂直である、請求項1に記載の静電容量式タッチシステム。
  25. タッチディスプレイシステムにおいて、
    複数のチャネルを有する制御部と、
    ディスプレイと、
    ディスプレイの上に位置し第1の方向に沿って延びる第1のセンサ行であって、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第1のセンサ行と、
    ディスプレイの上に位置し第1の方向に沿って延びる第2のセンサ行であって、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第2のセンサ行と、
    ディスプレイの上に位置し第2の方向に沿って延びる第1のセンサ列と、
    ディスプレイの上に位置し第2の方向に沿って延びる第2のセンサ列と、
    制御部における複数のチャネルのうちの第1のチャネルと第1のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第1のセンサ行における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる第1の信号線と、を備えるシステム。
  26. 静電容量式タッチシステムであって、
    複数のチャネルを有する制御部と、
    第1の方向に沿って延びる第1のセンサ行であって、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第1のセンサ行と、
    第1の方向に沿って延びる第2のセンサ行であって、第1のディスクリートセンサ素子と第2のディスクリートセンサ素子とを有する第2のセンサ行と、
    第2の方向に沿って延びる第1のセンサ列と、
    第2の方向に沿って延びる第2のセンサ列と、
    制御部における複数のチャネルのうちの第1のチャネルと第1のセンサ行における第1のディスクリートセンサ素子及び第1のセンサ行における第2のディスクリートセンサ素子とを電気的に結合させる手段と、を備えるシステム。
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