JP2022507996A - タッチ検出回路、タッチ表示装置及びタッチ検出方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、オペアンプ、補償コンデンサ、及び補償コンデンサに接続される複数のスイッチを備えるタッチ検出回路を開示し、前記複数のスイッチが、静電容量センシング信号の感度を高めるように、前記補償コンデンサと前記反転入力端子、第１バイアス端子、第２バイアス端子及び第３バイアス端子との電気的な接続を導通又は切断し、前記補償コンデンサが金属酸化物半導体コンデンサを含む。本発明はタッチ表示装置及びタッチ検出方法をさらに開示した。本発明はタッチ検出回路の感度を向上させるとともに、チップの小型化を実現し、チップコストを削減することができる。

Description

本願は２０１９年４月２６日に提出された、出願番号が２０１９１０３４３２１９．４で、発明の名称が「タッチ検出回路、タッチ表示装置及びタッチ検出方法」の中国特許出願の優先権を主張し、その内容の全てを参照として本願に援用する。
本発明はタッチ制御技術分野に関し、具体的にタッチ検出回路、タッチ表示装置及びタッチ検出方法に関する。

従来の静電容量式タッチ装置の検出方法には、自己容量検出と相互容量検出に基づく２つの基本的な手段があり、２つの基本的な手段はいずれも、導体（人間の指など）が静電容量式タッチ装置に近づいて、引き起こった小さな静電容量の変化を検出することによって識別操作を実現する。一般に、導体が装置に近づいて引き起こった静電容量の変化量は、装置が持っている測定静電容量よりもはるかに小さく、これらの測定静電容量には、画面自体の静電容量と画面の寄生静電容量が含まれる。測定静電容量の存在により、検出回路の有効な検出範囲が制限され、それにより小さな静電容量変化の検出感度の向上が制限される。

この技術的な問題を解決するために、従来技術では、元のタッチ検出回路に補償コンデンサを増設する方法を採用することが多く、補償コンデンサの充電及び放電プロセスを制御し、測定コンデンサの電量から所定電量を減少することにより、測定コンデンサの容量変化量が、未補償コンデンサの容量変化量に対して増加し、それにより検出回路の感度を高める。

従来の技術では、ほとんどの補償コンデンサは、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ、金属－絶縁体－金属）コンデンサ又はＭＯＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｍｅｔａｌ、金属－酸化物－金属）コンデンサを使用して、画面のベースコンデンサを補償する。ただし、ＭＩＭコンデンサ又はＭＯＭコンデンサには大きな問題があり、それらの単位面積あたりの容量が非常に小さいため、ベースコンデンサが大きい画面である場合、非常に多くのＭＩＭコンデンサ又はＭＯＭコンデンサが必要になり、これにより、チップ面積がより大きくなり、チップの小型化に資せず、チップの製造コストが増加する。したがって、検出回路の感度の向上を実現することに基づいて、チップの小型化を実現することは、当業者にとって解決すべき問題となっている。

上記の技術的問題を解決するために、本発明は、チップ面積を削減し、チップコストを削減できるタッチ検出回路、タッチ表示装置、及びタッチ検出方法を提供する。

本発明によって提供されるタッチ検出回路は、静電容量センシング信号を受信する反転入力端子、コモンモード電圧を受け取る非反転入力端子、及び検出信号を提供する出力端子を含むオペアンプと、信号感度を高めるように、前記静電容量センシング信号を補償する補償コンデンサと、前記補償コンデンサと前記反転入力端子、第１バイアス端子、第２バイアス端子及び第３バイアス端子との電気的な接続を導通又は切断するように、補償コンデンサに接続される複数のスイッチであって、前記複数のスイッチは前記反転入力端子と前記補償コンデンサ第１端との間に接続される第９スイッチを含み、前記複数のスイッチは前記第９スイッチがオフになったときに前記補償コンデンサの上下極板に対する充電／放電を実現し、前記補償コンデンサの上下極板の電圧差のバランスをとる、複数のスイッチとを備えることを特徴とする。

好ましくは、前記補償コンデンサは金属酸化物半導体コンデンサを含む。

好ましくは、前記タッチ検出回路は、その第１端が第２スイッチを介して前記オペアンプの反転入力端子に接続され、その第２端が接地するベースコンデンサと、第１スイッチを介して前記ベースコンデンサの第１端に接続されて、前記ベースコンデンサを充電するための電圧源と、前記オペアンプの反転入力端子と前記オペアンプの出力端子との間に直列に接続される第３スイッチと、前記第３スイッチに並列に接続される第１コンデンサとをさらに備える。

好ましくは、前記複数のスイッチは、前記補償コンデンサの第１端と前記第１バイアス端子との間に接続される第４スイッチと、前記補償コンデンサの第１端と前記第３バイアス端子との間に接続される第５スイッチと、前記補償コンデンサの第２端と前記第１バイアス端子との間に接続される第６スイッチと、前記補償コンデンサの第２端と前記第３バイアス端子との間に接続される第７スイッチと、前記補償コンデンサの第２端と前記第２バイアス端子との間に接続される第８スイッチとをさらに含む。

好ましくは、前記第１バイアス端子は正電圧源バイアス端子であり、前記第２バイアス端子は負電圧源バイアス端子であり、及び前記第３バイアス端子はアナロググランドバイアス端子である。

好ましくは、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、第４スイッチ及び第７スイッチを閉じ、前記補償コンデンサを第１電圧に充電し、前記励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、第６スイッチ及び第９スイッチを閉じ、前記補償コンデンサの電荷がベースコンデンサに転送され、前記励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、第５スイッチ及び第７スイッチを閉じ、前記補償コンデンサの上下極板を放電し、前記励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、第８スイッチ及び第９スイッチを閉じ、前記補償コンデンサを第２電圧に充電するとともに、前記ベースコンデンサの電荷が前記補償コンデンサに転送される。

好ましくは、前記正電圧源バイアス端子の出力電圧は前記負電圧源バイアス端子の出力電圧の電圧に等しく、電圧の極性が逆である。

好ましくは、前記第１電圧は前記第２電圧の絶対値に等しい。

好ましくは、前記電圧源の出力電圧は、正電圧と負電圧の間で切り替えることができる。

本発明によって提供されるタッチ表示装置は、ディスプレイパネル、及び上述したいずれかの実施例に記載される、検出信号を提供するためのタッチ検出回路を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記ディスプレイパネルは、ブラウン管ディスプレイパネル、デジタル光処理ディスプレイパネル、液晶ディスプレイパネル、発光ダイオードディスプレイパネル、有機発光ダイオードディスプレイパネル、量子ドットディスプレイパネル、Ｍｉｒｃｏ－ＬＥＤディスプレイパネル、Ｍｉｎｉ－ＬＥＤディスプレイパネル、電界放出ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、電気泳動ディスプレイパネル又はエレクトロウェッティングディスプレイパネルを含む。

本発明によって提供されるタッチ検出方法は、励起信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、電圧源が前記励起信号に基づいてベースコンデンサを充電することと、励起信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、補償コンデンサが前記ベースコンデンサを補償することとを含み、前記補償コンデンサが前記ベースコンデンサを補償するとき、複数のバイアス端子が前記励起信号に基づいて、前記補償コンデンサの上下極板を充電／放電することを特徴とする。

好ましくは、前記複数のバイアス端子は、正電圧源バイアス端子、負電圧源バイアス端子及びアナロググランドバイアス端子を含む。

好ましくは、前記補償コンデンサは金属酸化物半導体コンデンサを含む。

好ましくは、前記励起信号が高レベルの場合、前記電圧源の出力電圧は正電圧であり、前記励起信号が低レベルの場合、前記電圧源の出力電圧は負電圧である。

好ましくは、前記タッチ検出方法は、前記補償コンデンサが前記ベースコンデンサを補償するとき、オペアンプによって前記ベースコンデンサの変化量を検出して出力することをさらに含む。

好ましくは、前記ベースコンデンサの補償方法は、前記励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、前記補償コンデンサを第１電圧に充電することと、前記励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、前記補償コンデンサの電荷を前記ベースコンデンサに転送することと、前記励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、前記補償コンデンサの上下極板を放電することと、前記励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、前記補償コンデンサを第２電圧に充電し、と同時に前記ベースコンデンサの電荷を前記補償コンデンサに転送することとを含む。

好ましくは、前記電荷は正電荷である。

好ましくは、前記第１電圧は前記第２電圧の絶対値に等しい。

本発明の有益な効果は、本発明はタッチ検出回路、タッチ表示装置及びタッチ検出方法を提供し、金属酸化物半導体コンデンサをベースコンデンサとしてサンプリングすることにより、タッチ検出回路のベースコンデンサを補償し、チップ面積を効果的に削減し、金属酸化物半導体コンデンサの単位面積当たりの静電容量がＭＩＭコンデンサの２倍であるため、補償コンデンサの面積もある程度削減させ、チップコストを大幅に削減したことである。

対応するスイッチ回路を配置することにより、ＮＣＡＰコンデンサの両端を複数のバイアス源に接続させ、該複数のバイアス源によってＮＣＡＰコンデンサの上下極板を充電／放電し、ＮＣＡＰ上下極板の電圧差が異なるときの静電容量の差を効果的になくした。

本発明は、ベースコンデンサＣ_bの正／負電圧の充電変換中に、補償コンデンサＣ_cの上極板及び下極板を同時にアナロググランドに接続させ、これにより、補償コンデンサＣ_cの上極板及び下極板の残留電荷を解放し、ベースコンデンサＣ_bに対する補償コンデンサＣ_cの補償効果をさらに向上させる。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、以下の図面を参照した本発明の実施例の説明から明らかになる。

図１は従来の技術によるタッチ検出回路の概略構造図を示す。 図２は本発明の実施例によって提供されるタッチ検出回路の概略構造図である。 図３は本発明の実施例によって提供されるタッチ検出回路の制御タイミング図を示す。 図４は本発明の実施例によって提供されるタッチ検出方法のフローチャートを示す。 図５は本発明の実施例によって提供されるベースコンデンサ補償方法のフローチャートを示す。

本発明を実施するための形態

本発明を理解しやすくするために、以下、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。本発明の好ましい実施例が図面に示されている。しかしながら、本発明は、異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載される実施例に限定されない。それどころか、これらの実施例を提供する目的は、本発明の開示内容についての理解をより徹底的かつ包括的にすることである。

本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、特に定義されない限り、当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本発明の明細書で使用される用語は、具体的な実施例を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。

図１は従来の技術によるタッチ検出回路の概略構造図を示す。

図１に示すように、タッチ検出回路は、ベースコンデンサＣ_b、第１コンデンサＣ_f、補償コンデンサＣ_c、オペアンプＡＭＰ、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４及び第５スイッチＳ５を含み、ベースコンデンサＣ_bが各ピクセルポイントの接地コンデンサである。

ベースコンデンサＣ_bの第１端が同時に第１スイッチＳ１の第１端及び第２スイッチＳ２の第１端に接続され、ベースコンデンサＣ_bの第２端が接地し、第１スイッチＳ１の第２端が電圧源に接続され、第２スイッチＳ２の第２端がオペアンプＡＭＰの反転入力端子に接続され、第３スイッチＳ３がオペアンプＡＭＰの出力端子と反転入力端子との間に接続され、第１コンデンサＣ_fが第３スイッチＳ３に並列に接続され、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子がコモンモード電圧ＶＣＭを受け取り、オペアンプＡＭＰの出力端子が検出信号Ｖｏを出力し、補償コンデンサＣ_cの第１端がオペアンプＡＭＰの反転入力端子に接続され、補償コンデンサＣ_cの第２端がそれぞれ第４スイッチＳ４の第１端及び第５スイッチＳ５の第１端に接続され、第４スイッチＳ４の第２端及び第５スイッチＳ５の第２端がそれぞれ第１補償電圧源及び第２補償電圧源に接続される。

図１に示すタッチ検出回路の構造図において、タッチによるベースコンデンサＣ_bの変化量は、ベースコンデンサＣ_bと並列に接続されたタッチコンデンサΔＣに相当する。電圧源、第１補償電圧源及び第２補償電圧源は正電圧源ＶＤＤ及び負電圧源ＶＳＳから選ばれる任意の１種を含む。

図１に示すタッチ検出回路はψ１及びψ２２つの期間を含み、ψ１期間には主にベースコンデンサＣ_bを充電し、ψ２期間には主にベースコンデンサＣ_bを補償する。同時に、図１の回路図では、記号ψ１及びψ２は、ψ１期間に、ψ１に対応するスイッチが閉じられ、ψ２に対応するスイッチがオフになり、ψ２期間には、ψ１に対応するスイッチがオフになり、ψ２に対応するスイッチが閉じられることを示す。

第１期間ψ１内に、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が全部閉じられ、第２スイッチＳ２及び第５スイッチＳ５がいずれもオフになる。ベースコンデンサＣ_bが第１スイッチＳ１を介して充電され、補償コンデンサＣ_cが第４スイッチＳ４を介して充電され、電圧源が例えば、正電圧源ＶＤＤであり、対応して、第１補償電圧源が例えば、負電圧源ＶＳＳである。充電完了後、ベースコンデンサＣ_bの両端電圧がＶＣＣであり、補償コンデンサＣ_cの両端電圧がＶＳＳである。このとき、オペアンプＡＭＰがユニティゲインバッファとして接続され、ユニティゲインバッファの相関特性により、オペアンプＡＭＰの出力端子電圧が非反転入力端子電圧に等しく、いずれもコモンモード電圧ＶＣＭである。

第２期間ψ２内に、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が全部オフになり、第２スイッチＳ２及び第５スイッチＳ５が閉じられ、これによりオペアンプＡＭＰが線形領域で動作し、このとき、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子と反転入力端子の電位が等しいと見なされ、この特性が仮想短絡と呼ばれ、バーチャルショートと略される。オペアンプＡＭＰのこの特性により、このとき、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子及び反転入力端子の電圧はいずれもコモンモード電圧ＶＣＭである。

タッチ検出回路には第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５及び補償コンデンサＣ_cがない場合、このとき、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子と反転入力端子との電位が等しくなるまで、ベースコンデンサＣ_bと第１コンデンサＣ_fとの間で電荷の転送が続く。この過程で、オペアンプＡＭＰにより出力される検出信号Ｖｏが変化し、第１期間ψ１内の検出信号ＶｏがＶｏ_ψ1であり、第２期間ψ２内の検出信号ＶｏがＶｏ_ψ2である場合、検出信号Ｖｏの変化量ΔＶｏが下式であり、

電荷保存則によると、下式が得られる。

オペアンプＡＭＰの出力端子がアナログ－デジタル変換回路に接続され、該アナログ－デジタル変換回路が検出信号Ｖｏの変化量に基づいてタッチコンデンサΔＣを取得する。

ベースコンデンサＣ_bの静電容量値が大きすぎる（最大、数百ｐＦに達することができる）ため、実際の使用時、タッチコンデンサΔＣの静電容量値（通常は約１ｐＦのみ）を取得するだけでよく、これにより、検出信号Ｖｏの変化量ΔＶｏが小さくなりすぎて、検出感度を下げる。

従来技術の検出回路には、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５及び補償コンデンサＣ_cを増設したため、第２補償電圧源が例えばＶＤＤであり、第５スイッチＳ５を閉じることにより、補償コンデンサＣ_cの両端電圧がＶＤＤ－ＶＳＳにあり、ベースコンデンサＣ_bと補償コンデンサＣ_cとの間に電荷の転送が発生し、ベースコンデンサＣ_b電量が減少するため、ベースコンデンサＣ_bの静電容量の変化量（即ち、タッチコンデンサΔＣ）が補償コンデンサＣ_cのないときに対して増加し、したがって、検出回路の感度を向上させる。

従来の技術では、検出回路の感度を改善することができるが、その補償コンデンサは主にＭＩＭコンデンサ又はＭＯＭコンデンサを使用して、画面のベースコンデンサを補償する。ただし、ＭＩＭコンデンサ又はＭＯＭコンデンサには大きな問題があり、それらの単位面積あたりの静電容量は非常に小さいため、ベースコンデンサが大きい画面の場合、非常に多くのＭＩＭコンデンサ又はＭＯＭコンデンサが必要になり、これにより、チップの面積がより大きくなり、チップの小型化に資せず、チップの製造コストも増加する。

図２は本発明の実施例によって提供されるタッチ検出回路の概略構造図を示す。

図２に示すように、本実施例において、タッチ検出回路は、ベースコンデンサＣ_b、第１コンデンサＣ_f、補償コンデンサＣ_c、複数のスイッチ、オペアンプＡＭＰ、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を含む。

オペアンプＡＭＰは、静電容量センシング信号を受信する反転入力端子、コモンモード電圧ＶＣＭを受け取る非反転入力端子、及び検出信号を提供する出力端子Ｖｏを含む。

本実施例において、オペアンプＡＭＰの出力端子はアナログ－デジタル変換回路に接続され、該アナログ－デジタル変換回路は検出信号Ｖｏの変化量に基づいてタッチコンデンサΔＣを取得する。

本実施例において、第３スイッチＳ３はオペアンプＡＭＰの出力端子と反転入力端子との間に接続され、第１コンデンサＣ_fが第３スイッチＳ３に並列に接続される。

補償コンデンサＣ_cは信号の感度を高めるように、静電容量センシング信号を補償する。

本実施例において、補償コンデンサＣ_cの第１端は第２スイッチＳ２を介してベースコンデンサＣ_bの第１端に接続され、補償コンデンサＣ_cがベースコンデンサＣ_bを補償する。

好ましくは、本実施例において、補償コンデンサＣ_cはＮＣＡＰコンデンサ（即ち、Ｎウェルコンデンサ又は金属酸化物半導体コンデンサ）を採用し、該Ｎウェルコンデンサの単位面積当たりの静電容量が従来の金属絶縁層の金属コンデンサの２倍であり、それは、基本ドーピングタイプに従ってドーピングされた基本ドーピング領域と、好ましくは基本ドーピング領域に隣接し、基本ドーピングタイプに従ってドーピングされ、そのドーパントの最大濃度が基本ドーピング領域におけるドーパントの最大濃度よりも高い少なくとも１つのドーピング接続領域と、基本ドーピング領域から所定の距離で離れて配置され、ＭＯＳトランジスタ（金属酸化物半導体）の構造に応じてゲート領域とも呼ばれる電極領域と、電極領域と基本ドーピング領域との間に配置される誘電体とを含む。

さらに、補償コンデンサＣ_cはより高い単位面積当たりの静電容量を有する他のコンデンサをさらに含んでもよい。

複数のスイッチは、補償コンデンサＣ_cに接続され、補償コンデンサＣ_cとオペアンプＡＭＰの反転入力端子、第１バイアス端子、第２バイアス端子及び第３バイアス端子との電気的な接続を導通又は切断する。

本実施例において、該複数のスイッチは補償コンデンサＣ_cの第１端とオペアンプＡＭＰの反転入力端子との間に接続される第９スイッチＳ９を含む。第９スイッチＳ９はステアリングスイッチとして、導通すると、補償コンデンサＣ_cとオペアンプＡＭＰの反転入力端子とを導通し、補償コンデンサＣ_cによりベースコンデンサＣ_bに対する双方向（電荷転送方向）補償を実現し、第９スイッチＳ９がオフになったとき、該複数のスイッチは、補償コンデンサＣ_cの上下極板を充電／放電し、前記補償コンデンサＣ_cの上下極板の電圧差のバランスをとる。

さらに、複数のスイッチは第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６、第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８をさらに含み、該複数のスイッチが導通するとき、補償コンデンサＣ_cの第１端及び第２端をそれぞれ複数のバイアス端子に接続させ、補償コンデンサＣ_cの上下極板の電圧差のバランスを取り、金属酸化物半導体コンデンサを補償コンデンサとして使用するときの、補償コンデンサＣ_cの静電容量の差をさらになくす。

さらに、該複数のスイッチの導通は、励起信号によって制御される。

第４スイッチＳ４が補償コンデンサＣ_cの第１端と第１バイアス端子（正電圧源）ＶＤＰとの間に接続され、第５スイッチＳ５が補償コンデンサＣ_cの第１端と第３バイアス端子（アナロググランド）ＶＳＳとの間に接続され、第６スイッチＳ６が補償コンデンサＣ_cの第２端と第１バイアス端子（正電圧源）ＶＤＰとの間に接続され、第７スイッチＳ７が補償コンデンサＣ_cの第２端と第３バイアス端子（アナロググランド）ＶＳＳとの間に接続され、第８スイッチＳ８が補償コンデンサＣ_cの第２端と第２バイアス端子（負電圧源）ＶＤＮとの間に接続される。

本実施例において、補償コンデンサＣ_c、複数のスイッチ及び複数のバイアス端子により補償モジュール１００を構成し、該補償モジュール１００は外部信号に対する補償を実現する。該補償モジュール１００は他の回路にも適用できることが理解できる。

ベースコンデンサＣ_bは各ピクセルポイントの接地コンデンサである。その第１端は第２スイッチＳ２を介してオペアンプＡＭＰの反転入力端子に接続され、第２端は接地する。

電圧源は第１スイッチＳ１を介してベースコンデンサＣ_bの第２端に接続され、該電圧源は正電圧源ＶＤＰ及び負電圧源ＶＤＮから選ばれる任意の１種を含む。

好ましくは、本実施例において、電圧源の出力電圧は、励起信号に応じて正電圧と負電圧の間で切り替えることができ、例えば、励起信号が高レベルの場合、電圧源は正電圧ＶＤＰを出力し、励起信号が低レベルの場合、電圧源は負電圧ＶＤＮを出力する。

図２に示すタッチ検出回路の構造図において、タッチによるベースコンデンサＣ_bの変化量は、静電容量センシング信号に対応して、ベースコンデンサＣ_bに並列に接続されたタッチコンデンサΔＣに相当する。

好ましくは、本実施例において、正電圧源ＶＤＰと負電圧源ＶＤＮとの電圧絶対値が等しく、即ち、正電圧源ＶＤＰと負電圧源ＶＤＮとの電圧値が等しく、電圧の極性が逆である。

以下、図３を参照しながら、本実施例のタッチ検出回路の動作原理をさらに説明する。図３は、本発明の実施例によって提供されるタッチ検出回路の制御タイミング図を示す。

なお、本実施例において、図３に示すように、タッチ検出回路の動作タイミングは第１期間ｔ１、第２期間ｔ２、第３期間ｔ３及び第４期間ｔ４に分けられる。ｔ１及びｔ３期間はベースコンデンサの充電期間に対応し、ｔ２及びｔ４期間はベースコンデンサに対して電荷補償を行う期間に対応する。

図３を参照し、本実施例において、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされる前の第１期間で第１期間ｔ１を表し、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間で第２期間ｔ２を表し、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間で第３期間ｔ３を表し、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間で第４期間ｔ４を表す。さらに、第１期間ｔ１から第２期間ｔ２への遷移時点で、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされ、第３期間ｔ３から第４期間ｔ４への遷移時点で、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる。

各段階に対応するタイミング図では、スイッチＳ４からＳ９に対応する制御信号について、高レベル信号は対応するスイッチの閉じ状態に対応し、低レベル信号は対応するスイッチのオフ状態に対応する。

図２を結合し、タッチ検出回路の工作原理は具体的に以下のとおりである。

励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされる前の第１期間ｔ１内に、励起信号は低レベルであり、電圧源は負電圧源ＶＤＮに切り替えられる。このとき、第１スイッチＳ１と第３スイッチＳ３が閉じられ、第２スイッチＳ２がオフになり、ベースコンデンサＣ_bが第１スイッチＳ１を介して負電圧充電を開始し、充電完了後、その両端の第１電圧はＶＤＮに対応する。

同時に、第４スイッチＳ４及び第７スイッチＳ７が閉じられ、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６及び第８スイッチＳ８がオフになり、補償コンデンサＣ_cの上極板が第４スイッチＳ４を介して正電圧源ＶＤＰに接続され、下極板が第７スイッチＳ７を介してアナロググランドＶＳＳに接続され、正電圧源ＶＤＰが補償コンデンサＣ_cの上極板を充電開始し、充電完了後、その両端電圧がＶＤＰになり、このときの補償コンデンサＣ_cの電荷がＣ_c＊（ＶＤＰ－ＶＳＳ）になる。

励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間ｔ２内に、励起信号は高レベルであり、電圧源は正電圧源ＶＤＰに切り替えられる。このとき、第２スイッチＳ２は閉じられ、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３はオフになり、ベースコンデンサＣ_bはもはや充電されず、ベースコンデンサＣ_bの第１端が第２のスイッチＳ２を介してノードＶＩＮに接続される。

同時に、第６スイッチＳ６及び第９スイッチＳ９が閉じられ、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８がオフになる。補償コンデンサＣ_cの上極板は第９スイッチＳ９を介してノードＶＩＮ（ノードＶＩＮの電圧もＶＤＰである）に接続され、補償コンデンサＣ_cの下極板は第６スイッチＳ６を介して正電圧源ＶＤＰに接続される。このとき、補償コンデンサＣ_cの電荷は全部ノードＶＩＮに転送され、ノードＶＩＮを介してベースコンデンサＣ_bに転送される。したがって、転送した電荷はＱ₁＝ＶＤＰ＊Ｃ_cである。

励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間ｔ３内に、励起信号は変わらずに高レベルであり、電圧源は正電圧源ＶＤＰである。このとき、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３が閉じられ、第２スイッチＳ２がオフになり、ベースコンデンサＣ_bが第１スイッチＳ１を介して正電圧充電され、充電完了後、その両端の第２電圧がＶＤＰになる。

同時に、第５スイッチＳ５及び第７スイッチＳ７が閉じられ、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第８スイッチＳ８及び第９スイッチＳ９がオフになり、補償コンデンサＣ_cの上極板及び下極板がそれぞれ第５スイッチＳ５及び第７スイッチＳ７を介してアナロググランドＶＳＳに接続され、このとき、補償コンデンサＣ_cの電荷がゼロになり、補償コンデンサＣ_cの上極板及び下極板の残留電荷を解放することができ、ベースコンデンサＣ_bに対する補償コンデンサＣ_cの補償効果をさらに向上させる。

励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間ｔ４内に、励起信号は低レベルであり、電圧源は負電圧源ＶＤＮに切り替えられる。このとき、第２スイッチＳ２は閉じられ、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３はオフになり、ベースコンデンサＣ_bはもはや充電されず、ベースコンデンサＣ_bの第１端は第２スイッチＳ２を介してノードＶＩＮに接続される。

同時に、第８スイッチＳ８及び第９スイッチＳ９は閉じられ、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６及び第７スイッチＳ７がオフになり、補償コンデンサＣ_cの上極板が第９スイッチＳ９を介してノードＶＩＮ（このとき、ノードＶＩＮの電圧もＶＳＳである）に接続され、第２スイッチＳ２を介してベースコンデンサＣ_bの第１端に接続され、補償コンデンサＣ_cの下極板が第８スイッチＳ８を介して負電圧源ＶＤＮに接続される。このとき、ＶＤＮが補償コンデンサＣ_cの下極板を充電開始し、補償コンデンサＣ_cの電荷がＣ_c＊（ＶＳＳ－ＶＤＮ）である。補償コンデンサＣ_cの電荷はベースコンデンサＣ_bからノードＶＩＮを介して転送されてきたため、このとき、補償コンデンサＣ_cに転送された電荷がＱ₂＝（－ＶＤＮ＊Ｃ_c）である。

本発明の実施例において、正電圧源ＶＤＰと負電圧源ＶＤＮの絶対値は等しいので、ＶＤＰ＝（－ＶＤＮ）である。したがって、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間内に、補償コンデンサＣ_cからノードＶＩＮに転送された電荷は、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間にノードＶＩＮから補償コンデンサＣ_cに転送された電荷に等しいため、補償コンデンサＣ_cの上下極板間の電圧差を同じにするように制御し、静電容量の差をなくすことができる。

好ましくは、第１電圧ＶＤＮは第２電圧ＶＤＰの絶対値に等しく、電圧の極性が逆である。

本実施例において、上記転送された電荷は全部正電荷である。

本実施例において、一方では、ベースコンデンサＣ_bと補償コンデンサＣ_cの間の電荷の転送により、ベースコンデンサＣ_bの電量を減らすことができ、式（１．２）から、ベースコンデンサＣ_bの静電容量の変化量（即ち、タッチコンデンサΔＣ））が補償コンデンサＣ_cのないときに対して増加し、検出回路の感度が向上されたと分かる。同時に、ベースコンデンサＣ_bの正／負電圧充電変換中に、本発明は、補償コンデンサＣ_cの上極板及び下極板の残留電荷を解放し、ベースコンデンサＣ_bに対する補償コンデンサＣ_cの補償効果をさらに向上させることができる。

他方、本発明の実施例は、タッチ検出回路では、ＮＣＡＰコンデンサ（Ｎウェルコンデンサ又は金属酸化物半導体コンデンサ）を補償コンデンサＣ_cとして使用するため、チップ面積を効果的に削減させ、チップコストも削減させた。

図４は本発明の実施例によって提供されるタッチ検出方法のフローチャートを示す。図５は本発明の実施例によって提供されるベースコンデンサ補償方法のフローチャートを示す。

図４に示すように、図２を参照して、本実施例において、タッチ検出方法は主にタッチ検出回路に対しステップＳ１００～ステップＳ３００を実行する。

ステップＳ１００において、励起信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間には、電圧源により、励起信号に基づいてベースコンデンサを充電する。

本実施例において、励起信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間内に、第１スイッチＳ１が閉じられ、電圧源が第１スイッチＳ１を介してベースコンデンサＣ_bを充電する。同時に、第２スイッチＳ２はオフになり、補償コンデンサＣ_cはベースコンデンサＣ_bを電荷補償せず、第３スイッチＳ３は閉じられ、演算増幅器ＡＭＰは動作しない。

さらに、電圧源の電圧極性は励起信号によって決定され、励起信号が高レベルの場合、電圧源はベースコンデンサＣ_bを正電圧ＶＤＰで充電し、励起信号が低レベルの場合、電圧源はベースコンデンサＣ_bを負電圧ＶＤＮで充電する。

ステップＳ２００では、励起信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間内に、補償コンデンサによってベースコンデンサを補償する。

本実施例において、励起信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間内に、ベースコンデンサＣ_bの充電が完了した後、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３を切断するとともに、同時に第２スイッチＳ２を閉じ、Ｓ２１０からステップＳ２４０を実行し、補償コンデンサＣ_cによってベースコンデンサＣ_bを補償する。

さらに、補償コンデンサがベースコンデンサを補償するとき、複数のバイアス端子により、励起信号に基づいて補償コンデンサの上下極板を充電／放電する。複数のバイアス端子は、正電圧源バイアス端子、負電圧源バイアス端子及びアナロググランドバイアス端子を含む。

図５に示すように、本実施例において、補償コンデンサによるベースコンデンサの補償方法は、以下のステップを含む。

ステップＳ２１０では、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされる前の第１期間内に、補償コンデンサを第１電圧に充電する。

本実施例において、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされる前の第１期間内に、励起信号は低レベルであり、電圧源はベースコンデンサＣ_bを負電圧ＶＤＮで充電し、同時に第４スイッチＳ４と第７スイッチＳ７を閉じ、補償コンデンサＣ_cを正電圧で充電し、補償コンデンサＣ_cの両端の電圧差を第１電圧ＶＤＰにする。

ステップＳ２２０では、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間内に、補償コンデンサの電荷をベースコンデンサに転送する。

本実施例において、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間内に、ベースコンデンサＣ_bは充電完了され、その上極板の電圧がＶＤＮになる。このとき、励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされ、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３をオフにするとともに、第２スイッチＳ２を閉じ、補償コンデンサＣ_cによってベースコンデンサＣ_bを補償する。

さらに、補償コンデンサＣ_cが充電完了された後、その上極板電圧がＶＤＰになり、このとき、第４スイッチＳ４及び第７スイッチＳ７をオフにするとともに、第６スイッチＳ６及び第９スイッチＳ９を閉じ、補償コンデンサＣ_c上極板の電荷を第９スイッチＳ９及び第２スイッチＳ２を介してベースコンデンサＣ_bに転送し、ベースコンデンサＣ_bに対する補償を完了する。

ステップＳ２３０では、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間内に、補償コンデンサの上下極板を放電する。

本実施例において、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間内に、励起信号が高レベルであり、このとき、第２スイッチＳ２がオフになり、第１スイッチＳ１と第３スイッチＳ３が閉じられ、電圧源が第１スイッチＳ１を介して、ベースコンデンサＣ_bを正電圧で充電する。同時に、第６スイッチＳ６及び第９スイッチＳ９がオフになり、第５スイッチＳ５及び第７スイッチＳ７が閉じられ、補償コンデンサＣ_cの上下極板がアナロググランドＶＳＳに接続され、補償コンデンサＣ_cの上下極板の残留電荷を解放する。

ステップＳ２４０では、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間内に、補償コンデンサを第２電圧に充電させ、同時にベースコンデンサの電荷が補償コンデンサに転送される。

本実施例において、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間内に、ベースコンデンサＣ_bが充電完了され、その上極板の電圧がＶＤＰである。このとき、励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされ、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３をオフにするとともに、第２スイッチＳ２を閉じ、補償コンデンサＣ_cによってベースコンデンサＣ_bを補償する。

さらに、第２スイッチＳ２が閉じられると、補償コンデンサＣ_cが放電されて上極板の電圧がゼロになり、このとき、第５スイッチＳ５及び第７スイッチＳ７を切断して、第８スイッチＳ８及び第９スイッチＳ９を閉じ、補償コンデンサＣ_cを負電圧で充電する。補償コンデンサＣ_cの上極板の電荷は、第２スイッチＳ２及び第９スイッチＳ９を介して転送された、ベースコンデンサＣ_bの上極板からの電荷であり、したがって、補償コンデンサＣ_cを充電している際、同時に補償コンデンサＣ_cがベースコンデンサＣ_bを補償している。

補償コンデンサＣ_cが充電完了後、その上下極板両端の電圧差は第２電圧ＶＤＮになる。

好ましくは、本実施例において、補償コンデンサＣ_cがベースコンデンサＣ_bを補償するとき、電荷が２つの方向に転送され、本実施例における正電圧源ＶＤＰと負電圧源ＶＤＮとは電圧が等しく、逆極性を持つため、電荷転送時、ベースコンデンサＣ_bから補償コンデンサＣ_cに転送された電荷と補償コンデンサＣ_cからベースコンデンサＣ_bに転送された電荷とは等しく、補償コンデンサＣ_cの上下極板の電圧の電圧差を同じにするように制御可能であり、金属酸化物半導体コンデンサを補償コンデンサとして使用するときの静電容量の差をなくすことができる。

好ましくは、第１電圧は第２電圧の絶対値に等しい。

好ましくは、上記の説明では、関した電荷は全部正電荷である。

ステップＳ３００では、補償コンデンサがベースコンデンサを補償するとき、オペアンプによってベースコンデンサの変化量を検出して出力する。

本実施例において、補償コンデンサＣ_cがベースコンデンサＣ_bを補償するとき、第３スイッチＳ３がオフになり、このとき、オペアンプＡＭＰが作動し、オペアンプＡＭＰのバーチャルショート特性によって、ベースコンデンサＣ_bの変化量を検出するとともに、検出信号Ｖｏを出力することができる。

好ましくは、補償コンデンサＣ_cは金属酸化物半導体コンデンサである。さらに、単位面積あたりの静電容量がより大きいその他のコンデンサを含んでもよい。

従来の技術と比べると、本発明の実施例によって提供されるタッチ検出回路は、補償コンデンサとしてＮＣＡＰを使用するため、チップの面積を大幅に削減させ（例えば、約５０％）、タッチ検出回路の感度の向上を実現した上で、チップの小型化を実現し、製造コストを節約した。

本発明は、ディスプレイパネル、及び図２と図３に記載のタッチ検出回路を備えるタッチ表示装置をさらに開示する。該タッチ表示装置において、タッチ検出回路によりベースコンデンサＣ_cの変化量に基づいて検出信号Ｖｏを出力し、識別操作を実現する。

好ましくは、本実施例において、ディスプレイパネルは、ブラウン管ディスプレイパネル、デジタル光処理ディスプレイパネル、液晶ディスプレイパネル、発光ダイオードディスプレイパネル、有機発光ダイオードディスプレイパネル、量子ドットディスプレイパネル、Ｍｉｒｃｏ－ＬＥＤディスプレイパネル、Ｍｉｎｉ－ＬＥＤディスプレイパネル、電界放出ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、電気泳動ディスプレイパネル又はエレクトロウェッティングディスプレイパネルを含む。

本実施例において、上記タッチ検出回路を用いて製造されたタッチ表示装置は、体積がコンパクトで、低コストで、検出感度が高いなどの利点を有する。

なお、本文では、用語「含む」、「含有」又はその他の変形は、非排他的な包含を網羅することを意図しているため、一連の要素を含むプロセス、方法、物品又はデバイスには、これらの要素だけでなく、明示的にリストされていない他の要素、又はそのようなプロセス、方法、物品又はデバイスに固有の要素を含む。「１つの．．．を含む」という文で定義される要素について、さらに制限がなければ、前記要素を含むプロセス、方法、物品又はデバイスにおいて他の同一の要素があることも除外されない。

なお、明らかに、上述実施例は、本発明の単なる例示であり、実施形態を限定することを意図していない。上記の説明に照らして、当業者は様々な形態の他の変更又は変形を行うことができる。ここで、すべての実施形態を挙げる必要はなく、挙げることもできない。それから生じる明らかな変更又は変形は、依然として本発明の保護範囲内にある。

Claims (19)

1. 静電容量センシング信号を受信する反転入力端子、コモンモード電圧を受け取る非反転入力端子、及び検出信号を提供する出力端子を含むオペアンプと、
   信号感度を高めるように、前記静電容量センシング信号を補償する補償コンデンサと、
   前記補償コンデンサと前記反転入力端子、第１バイアス端子、第２バイアス端子及び第３バイアス端子との電気的な接続を導通又は切断するように、補償コンデンサに接続される複数のスイッチとを備え、
   前記複数のスイッチは、前記反転入力端子と前記補償コンデンサ第１端との間に接続される第９スイッチを含み、前記第９スイッチがオフになったとき、前記複数のスイッチは前記補償コンデンサの上下極板に対する充電／放電を実現し、前記補償コンデンサの上下極板の電圧差のバランスをとることを特徴とするタッチ検出回路。
2. 前記補償コンデンサは金属酸化物半導体コンデンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチ検出回路。
3. 前記タッチ検出回路は、
   その第１端が第２スイッチを介して前記オペアンプの反転入力端子に接続され、その第２端が接地するベースコンデンサと、
   第１スイッチを介して前記ベースコンデンサの第１端に接続され、前記ベースコンデンサを充電するための電圧源と、
   前記オペアンプの反転入力端子と前記オペアンプの出力端子との間に直列に接続される第３スイッチと、
   前記第３スイッチに並列に接続される第１コンデンサとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のタッチ検出回路。
4. 前記複数のスイッチは、
   前記補償コンデンサの第１端と前記第１バイアス端子との間に接続される第４スイッチと、
   前記補償コンデンサの第１端と前記第３バイアス端子との間に接続される第５スイッチと、
   前記補償コンデンサの第２端と前記第１バイアス端子との間に接続される第６スイッチと、
   前記補償コンデンサの第２端と前記第３バイアス端子との間に接続される第７スイッチと、
   前記補償コンデンサの第２端と前記第２バイアス端子との間に接続される第８スイッチとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチ検出回路。
5. 前記第１バイアス端子は正電圧源バイアス端子であり、前記第２バイアス端子は負電圧源バイアス端子であり、及び前記第３バイアス端子はアナロググランドバイアス端子であることを特徴とする請求項１又は４に記載のタッチ検出回路。
6. 励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、第４スイッチ及び第７スイッチを閉じ、前記補償コンデンサを第１電圧に充電し、
   前記励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、第６スイッチ及び第９スイッチを閉じ、前記補償コンデンサの電荷がベースコンデンサに転送され、
   前記励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、第５スイッチ及び第７スイッチを閉じ、前記補償コンデンサの上下極板を放電し、
   前記励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、第８スイッチ及び第９スイッチを閉じ、前記補償コンデンサを第２電圧に充電するとともに、前記ベースコンデンサの電荷が前記補償コンデンサに転送されることを特徴とする請求項４に記載のタッチ検出回路。
7. 前記正電圧源バイアス端子の出力電圧と前記負電圧源バイアス端子の出力電圧とは電圧値が等しく、電圧の極性が逆であることを特徴とする請求項５に記載のタッチ検出回路。
8. 前記第１電圧は前記第２電圧の絶対値に等しいことを特徴とする請求項６に記載のタッチ検出回路。
9. 前記電圧源の出力電圧は正電圧と負電圧との間で切り替えることができることを特徴とする請求項３に記載のタッチ検出回路。
10. ディスプレイパネル、及び
    請求項１～９のいずれか一項に記載されており、検出信号を提供するためのタッチ検出回路を備えることを特徴とするタッチ表示装置。
11. 前記ディスプレイパネルは、ブラウン管ディスプレイパネル、デジタル光処理ディスプレイパネル、液晶ディスプレイパネル、発光ダイオードディスプレイパネル、有機発光ダイオードディスプレイパネル、量子ドットディスプレイパネル、Ｍｉｒｃｏ－ＬＥＤディスプレイパネル、Ｍｉｎｉ－ＬＥＤディスプレイパネル、電界放出ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、電気泳動ディスプレイパネル又はエレクトロウェッティングディスプレイパネルを含むことを特徴とする請求項１０に記載のタッチ表示装置。
12. 励起信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、電圧源により前記励起信号に基づいてベースコンデンサを充電することと、
    励起信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、補償コンデンサにより前記ベースコンデンサを補償することとを含み、
    前記補償コンデンサが前記ベースコンデンサを補償するとき、複数のバイアス端子により前記励起信号に基づいて、前記補償コンデンサの上下極板を充電／放電することを特徴とするタッチ検出方法。
13. 前記複数のバイアス端子は、正電圧源バイアス端子、負電圧源バイアス端子及びアナロググランドバイアス端子を含むことを特徴とする請求項１２に記載のタッチ検出方法。
14. 前記補償コンデンサは金属酸化物半導体コンデンサを含むことを特徴とする請求項１２に記載のタッチ検出方法。
15. 前記励起信号が高レベルの場合、前記電圧源の出力電圧は正電圧であり、前記励起信号が低レベルの場合、前記電圧源の出力電圧は負電圧であることを特徴とする請求項１２に記載のタッチ検出方法。
16. 前記タッチ検出方法は、前記補償コンデンサが前記ベースコンデンサを補償するとき、オペアンプによって前記ベースコンデンサの変化量を検出して出力することをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のタッチ検出方法。
17. 前記ベースコンデンサの補償方法は、
    前記励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、前記補償コンデンサを第１電圧に充電することと、
    前記励起信号の立ち上がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、前記補償コンデンサの電荷を前記ベースコンデンサに転送することと、
    前記励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされる前の第１期間に、前記補償コンデンサの上下極板を放電することと、
    前記励起信号の立ち下がりエッジがトリガーされた後の第１期間に、前記補償コンデンサを第２電圧に充電し、同時に前記ベースコンデンサの電荷を前記補償コンデンサに転送することとを含むことを特徴とする請求項１２に記載のタッチ検出方法。
18. 前記電荷は正電荷であることを特徴とする請求項１７に記載のタッチ検出方法。
19. 前記第１電圧は前記第２電圧の絶対値に等しいことを特徴とする請求項１７に記載のタッチ検出方法。

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