JP6220067B2 - 寄生キャパシタンス影響を減少させるタッチ入力感知方法及びこのための装置 - Google Patents
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Description
本発明の一様相によれば、電極パッドに連結された寄生キャパシタンスの影響を無くすために、寄生キャパシタンス両端に等しい電圧を印加するか、または寄生キャパシタ両端にいつも等しい電圧がかかるようにする。その具体的な方法として、寄生キャパシタンス(Cp)の一端部(n1)に電極パッド16が連結されており、他の端部(n2)にノイズソースなどの回路の他の部分が連結されている時に、前記一端(n1)の電圧(Vx)を前記他の端部(n2)に印加する構成を取る。これで寄生キャパシタンス(Cp)の両端部の間の電圧が0になるか、または一定点がかかるようになるので、寄生キャパシタンスによって充放電される電荷がないから、寄生キャパシタンス(Cp)による影響が排除されて、キャパシタンス(Cf)18の変化量のみを成功的に測定することができる。
本発明では上述した課題を解決するために、マルチフレクサーを利用して複数個の電極パッドから選択された一部の電極パッドでのタッチ入力の有無を感知する工程を含む方法を使用する。
本発明の一観点によって、垂直方向及び水平方向に沿って行列形態で配置されている複数個の電極パッドを含むタッチ入力感知装置を提供することができる。。この装置は、第1電極パッドと、第2電極パッドと、前記第1電極パッドに接して前記第1電極パッドを取り囲んだ第1グループの第5電極パッドと、前記第2電極パッドに接して前記第2電極パッドを取り囲んだ第2グループの第5電極パッドと、前記第1グループの第5電極パッドに連結されている第1グループの積分器を利用して、前記第1電極パッドと前記第1グループの第5電極パッドとの間に形成されるキャパシタンスの値を測定するようになっている第1グループのタッチ入力感知回路と、前記第2グループの第5電極パッドに連結されている第2グループの積分器を利用して、前記第2電極パッドと前記第2グループの第5電極パッドとの間に形成されるキャパシタンスの値を測定するようになっている第2グループのタッチ入力感知回路と、及び前記第1電極パッドと前記第2電極パッドとのうちいずれか一つの電極パッドに基準電位と異なる第1電位を印加する間に他の一つの電極パッドには基準電位を印加するようになっている電極パッド電位制御部と、を含む。
本発明の一観点によって提供されるタッチ入力情報算出方法は、p個の時区間(T_v)に対する定義を含む第1情報を利用する。そして、前記p個の時区間(T_v)それぞれに対応して定義されており、複数個(=M)の駆動電極パッドから選択されたN_v個の駆動電極パッドで構成されたp個の駆動電極の組合せ(TEC_v)に対する定義を含む第2情報を利用する。そして、前記複数個の駆動電極パッドと容量結合した(capacitively coupled)感知電極パッドに連結されている電荷蓄積用キャパシタを含むタッチ感知回路を利用する。この時、v=1乃至pの定数であり、pは2以上の定数である。
本発明の一観点によって、第1層の上に行列構造で配置されている複数個の電極パッドを利用して相互容量方式でタッチ入力を感知するようになっているタッチ入力装置を提供することができる。前記タッチ入力装置は、前記複数個の電極パッドのうち第1列の偶数番目行に存在する電極パッドと前記第1列に隣接した第2列の奇数番目行に存在する電極パッドをお互いに電気的に連結して形成した感知電極と、前記複数個の電極パッドのうち第1行の奇数番目列に存在する電極パッドと前記第1行に隣接した第2行の偶数番目列に存在する電極パッドをお互いに電気的に連結して形成する駆動電極と、前記駆動電極に駆動信号を印加するようになっている電極パッド電位制御部と、及び電荷蓄積用キャパシタが前記感知電極に連結されているタッチ感知回路を含む。
本発明の一点によって提供されるタッチ入力装置は、自己容量方式及び相互容量方式のうちいずれか一つを選択してタッチ入力を感知するようになっているタッチ感知部と、前記タッチ感知部に電気的に連結されており、行列形態で配列されている複数個の電極パッドと、及び第1モードでは前記複数個の電極パッドに対するタッチ感知を自己容量方式で遂行して、第2モードでは前記複数個の電極パッドに対するタッチ感知を相互容量方式で遂行するように、前記タッチ感知部を制御するタッチパッド制御部と、を含む。
図2Aは、本発明の一実施例による、自己静電容量(self capacitance)方式のタッチ入力回路を示したものである。ノード(n1)には、(1)タッチキャパシタンス(Cx、xx)、寄生キャパシタンス(Cp、yy)、及びその他のキャパシタンス(Ce)23によって形成される等価キャパシタンス、(2)抵抗(Rref)12、(3)演算増幅器15の非反転入力端子(+)、(4)スイッチ14、及び(5)電極パッド(VCOM、xx)(すなわち、VCOM、xx電極)が連結されることができる。電極パッド(VCOM、xx)は透明なまたは不透明な導電性の物質であることができる。演算増幅器15の反転入力端子(−)には基準電位(Vref)を提供することができる。。一実施例で前記基準電位(Vref)は接地電位より大きくなることができる。この時、前記等価キャパシタンスのうちタッチキャパシタンス(Cx、xx)は電極パッド(VCOM、xx)近くに指のような誘電体が近接するようになってその二つの間に電場が形成されることで発生するようになる。すなわち、タッチ入力の有無によってタッチキャパシタンス(Cx、xx)の値が変化するようになって、この値を測定することでタッチ入力の有無が分かる。一方、寄生キャパシタンス(Cp、yy)は電極パッド(VCOM、xx)とその他回路の間に形成される所望しないキャパシタンスであることがある。この時、寄生キャパシタンス(Cp、yy)の値が充分に小さいか、または存在しないとタッチキャパシタンス(Cx、xx)の変化量を易しく測定することができる。また、ある場合には寄生キャパシタンス(Cp、yy)は時間によって動的に変わることもできる。また、寄生キャパシタンス(Cp、yy)の一端部であるノード(n2)は回路の他の部分から流入されるノイズをノード(n1)に伝達する副作用を持っている。ノード(n2)には回路の他の部分に形成されているその他キャパシタンス(Ce)23にさらに連結され得る。スイッチ14のオン/オフ状態は演算増幅器15の反転入力端子に印加された基準電圧(Vref)と非反転入力端子に印加されるノード(n1)の電圧(Vx、xx)の差値によって決まることができる。
ここで前記静電式タッチセンサ層は、透明電極が単一層または二つ層で配置されている装置を意味することがある。
そして、前記画面出力装置は液晶ディスプレイであることがあるし、望ましくは、TFT−LCDパネルであることがある。TFT−LCDパネルはLCDパネル、拡散板、導光板、反射板、光源、硝子基板、LC層、ブラックマトリックス、カラーフィルター、共通電極(VCOM)、配向フィルム(alignment film)、偏光フィルム、スペーサ、複数個の制御ライン(データ制御ライン及び/またはゲート制御ライン)のような構成要素を含むことができるし、この技術は既によく知られている。前記共通電極(VCOM)は前記TFT−LCDパネルの全体領域にかけて一つの広い単一基板に形成されて提供されるか、またはM*N行列で切れになって区分され得る。
すなわち、図3の一体型入出力装置1では”静電式タッチセンサ層”と”画面出力装置”が少なくともVCOMという複数個の電極を共通の部品として共有する。ここで前記複数個のVCOM電極それぞれは図2Aに示したVCOM、xx電極(すなわち、前述した電極パッド)に対応することができる。
複数個のデータ制御ライン(DL1、DL2、DL3、…)は図面から上下方向に延長されており、複数個のゲート制御ライン(CL1、CL2、CL3、…)は図面から左右方向に延長されている。データ制御ライン(DL1、DL2、DL3、…)とゲート制御ライン(CL1、CL2、CL3、…)の電位を制御することで、これら制御ラインの交差点に存在する画像ピクセルから出力される画像を制御することができる。ここで、前記交差点に存在する画像ピクセルを符号Nyyで表記した。例えば、データ制御ライン(DL1)とゲート制御ライン(GL1)が交差するノードでの画像ピクセルはN11で表記した。
図4で、一つのVCOM電極には二つのデータ制御ラインと二つのゲート制御ラインが通るものとして例示したが、さらに多いか、または少ないこともある。
特に、図10の(a)のタイミング図は、画面出力装置200と静電式タッチセンサ層100が一体化されて提供される場合に有用に適用されることができる。画面出力装置200と静電式タッチセンサ層100が一体化された場合にはこの二つの装置がお互いに共有する部品が存在することができるし、この時この部品の入出力特性や電気的状態に対する制御権をこの二つの装置があらかじめ約束されたお互いに異なる時間に時分割して持ち得る。その結果、図10の(a)のように表示部駆動信号53の発生区間である第4持続区間(T4)は静電駆動信号52の発生区間である第2持続区間(T2)と重ならないこともある。
図15は、本発明の一実施例による電極パッドの配列及びこれらを利用して自己静電容量方式でタッチ入力を感知する方法を説明するための図面である。
<実施例:複数個の電極パッドを利用した自己静電容量方式のタッチ入力感知方法及びこのための装置>
図16A乃至図16Cは、本発明の他の実施例によって複数個の電極パッドを利用して自己静電容量方式でタッチ入力を感知する方法を説明するための図面である。図16Aで電極パッドの配列及び構成は図15と等しいことがある。
図17A乃至図17Dは、本発明の一実施例によってタイル構造で配列された電極パッドを利用して相互静電容量方式でタッチ入力を感知する方法を適用することができる構造を示す。相互静電容量方式でタッチ入力を感知する方法の原理は既に図1E及び図1Fで説明した。
第1工程で、図17Aで説明したように、第1電極パッド101を駆動してこれらを取り囲んだ第5電極パッド105からタッチが入力されたかどうかが分かる。この時、タッチが入力されたかどうかを検出する積分回路の電荷蓄積素子(ex:図17EのCfb)は前記第1電極パッド101ではなく前記第5電極パッド105に連結され得る。
第1電極パッド101(ex:[R2、C2])と、第2電極パッド102(ex:[R2、C4])と、前記第1電極パッド101に接して前記第1電極パッド101を取り囲んだ第1グループの第5電極パッド105(ex:[R1、C1]、[R1、C2]、[R1、C3]、[R2、C1]、[R2、C3]、[R3、C1]、[R3、C2]、[R3、C3])と、前記第2電極パッド102に接して前記第2電極パッド102を取り囲んだ第2グループの第5電極パッド105(ex:[R1、C3]、[R1、C4]、[R1、C5]、[R2、C3]、[R2、C5]、[R3、C3]、[R3、C4]、[R3、C5])と、前記第1グループの第5電極パッド105に連結されている第1グループの積分器(15−1及びCfb1)を利用して、前記第1電極パッド101と前記第1グループの第5電極パッド105との間に形成されるキャパシタンスの値を測定するようになっている第1グループのタッチ入力感知回路と、前記第2グループの第5電極パッド105に連結されている第2グループの積分器(15−2及びCfb2)を利用して、前記第2電極パッド102と前記第2グループの第5電極パッド105との間に形成されるキャパシタンスの値を測定するようになっている第2グループのタッチ入力感知回路と、及び前記第1電極パッド101と前記第2電極パッド102のうちいずれか一つの電極パッドに基準電位と異なる第1電位を印加する間他の一つの電極パッドには基準電位を印加するようになっている電極パッド電位制御部400と、を含むことができる。
図19は、本発明の一実施例によってタイル構造で配列された電極パッドを利用して相互静電容量方式でタッチ入力を感知する方法を適用することができる構造を示す。
y[1]=A+B+D
y[2]=A+C+D
y[3]=B+C+D
S=y[0]+y[1]+y[2]+y[3]=3(A+B+C+D)
B=(S−3*y[2])/3
C=(S−3*y[1])/3
D=(S−3*y[0])/3
図21A乃至図21Cは、本発明の他の実施例によってタイル構造で配列された電極パッドを利用して相互静電容量方式でタッチ入力を感知する方法を適用することができる構造を示す。
本発明の一実施例では、タッチパネルのどの部分にもタッチ入力がなされない第1の場合と、少なくとも一部分にタッチ入力がなされている第2の場合を区分して、各場合においてお互いに異なるタッチ入力方式を採択することができる。
12 抵抗(Rref)
14 スイッチ
15 演算増幅器
16 電極パッド
17 指
18 キャパシタンス(Cf)
20 寄生キャパシタンス(Cp)
23 その他のキャパシタンス(Ce)
24 増幅器
Claims (15)
- タッチ入力感知電極と、
前記タッチ入力感知電極の一支点に連結されており、タッチ入力によって前記タッチ入力感知電極によって形成されるタッチキャパシタンスの変化を測定するようになっているタッチ感知部と、
タッチ入力感知装置に含まれ、前記一支点との間にキャパシタンスが形成されている第2ノードと、
前記一支点と前記第2ノードとの間の電位差を減少させるように、前記一支点の電位を追従する電位値を前記第2ノードに提供する電位制御部とを含み、
前記タッチ入力感知電極は、複数個の画像ピクセル、前記複数個の画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する複数個の制御ライン、及び前記複数個の画像ピクセルのために分割されて提供される複数個の共通電極を含む画面出力装置の、前記複数個の共通電極のうち第1共通電極であり、
前記追従する電位値は、前記複数個の共通電極のうち、あらかじめ決まった方式によって選択されたいずれか一つの共通電極の電位値である、
ことを特徴とするタッチ入力感知装置。 - タッチ入力感知電極と、
前記タッチ入力感知電極の一支点に連結されており、タッチ入力によって前記タッチ入力感知電極によって形成されるタッチキャパシタンスの変化を測定するようになっているタッチ感知部と、
タッチ入力感知装置に含まれ、前記一支点との間にキャパシタンスが形成されている第2ノードと、
前記一支点と前記第2ノードとの間の電位差を減少させるように、前記一支点の電位を追従する電位値を前記第2ノードに提供する電位制御部とを含み、
前記タッチ入力感知電極は、複数個の画像ピクセル、前記複数個の画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する複数個の制御ライン、及び前記複数個の画像ピクセルのために分割されて提供される複数個の共通電極を含む画面出力装置の、前記複数個の共通電極のうち第1共通電極であり、
前記追従する電位値は、前記複数個の共通電極の電位値の平均値である、
ことを特徴とするタッチ入力感知装置。 - 前記第2ノードは、画像ピクセル、前記画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する制御ライン、及び前記画像ピクセルの共通電極を含む画面出力装置の前記制御ラインに存在する請求項1又は2に記載のタッチ入力感知装置。
- 前記制御ラインは、前記画像ピクセルのためのデータ制御ライン又は前記画像ピクセルのためのゲート制御ラインである請求項3に記載のタッチ入力感知装置。
- 前記画面出力装置は、TFT−LCDである請求項1又は2に記載のタッチ入力感知装置。
- 前記タッチ入力感知電極は、画像ピクセル、前記画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する制御ライン、及び前記画像ピクセルの共通電極を含む画面出力装置の前記共通電極であり、
前記追従する電位値の周期は、前記共通電極の周期と等しい請求項1又は2に記載のタッチ入力感知装置。 - 前記タッチ感知部は、演算増幅器を含み、前記演算増幅器の第1入力端子及び前記第2ノードには第1周波数成分を有する信号が印加され、前記演算増幅器の第2入力端子には前記タッチ入力感知電極が連結されている請求項1又は2に記載のタッチ入力感知装置。
- 前記タッチ入力感知電極は、画像ピクセル、前記画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する制御ライン、及び前記画像ピクセルの共通電極を含む画面出力装置の前記共通電極である請求項7に記載のタッチ入力感知装置。
- 前記第2ノードは、画像ピクセル、前記画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する制御ライン、及び前記画像ピクセルの共通電極を含む画面出力装置の前記制御ラインに存在する請求項7に記載のタッチ入力感知装置。
- タッチ入力感知装置及び画面出力装置を含む使用者機器であって、
前記タッチ入力感知装置は、
1)タッチ入力感知電極と、
2)前記タッチ入力感知電極の一支点に連結されており、タッチ入力によって前記タッチ入力感知電極によって形成されるタッチキャパシタンスの変化を測定するようになっているタッチ感知部と、
3)前記タッチ入力感知装置に含まれ、前記一支点との間にキャパシタンスが形成されている第2ノードと、
4)前記一支点と前記第2ノードとの間の電位差を減少させるように、前記一支点の電位を追従する電位値を前記第2ノードに提供する電位制御部と、を含み、
前記画面出力装置は、
5)画像ピクセルと、
6)前記画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する制御ラインと、
7)前記画像ピクセルの共通電極と、を含み、
前記共通電極が前記タッチ入力感知電極であり、
前記画面出力装置は、複数個の画像ピクセル、前記複数個の前記画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する複数個の制御ライン、及び前記複数個の画像ピクセルのために分割されて提供される複数個の共通電極を含み、
前記タッチ入力感知電極は、前記複数個の共通電極のうち第1共通電極であり、
前記追従する電位値は、前記複数個の共通電極のうち、あらかじめ決まった方式によって選択されたいずれか一つの共通電極の電位値であることを特徴とする使用者機器。 - タッチ入力感知装置及び画面出力装置を含む使用者機器であって、
前記タッチ入力感知装置は、
1)タッチ入力感知電極と、
2)前記タッチ入力感知電極の一支点に連結されており、タッチ入力によって前記タッチ入力感知電極によって形成されるタッチキャパシタンスの変化を測定するようになっているタッチ感知部と、
3)前記タッチ入力感知装置に含まれ、前記一支点との間にキャパシタンスが形成されている第2ノードと、
4)前記一支点と前記第2ノードとの間の電位差を減少させるように、前記一支点の電位を追従する電位値を前記第2ノードに提供する電位制御部と、を含み、
前記画面出力装置は、
5)画像ピクセルと、
6)前記画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する制御ラインと、
7)前記画像ピクセルの共通電極と、を含み、
前記共通電極が前記タッチ入力感知電極であり、
前記画面出力装置は、複数個の画像ピクセル、前記複数個の画像ピクセルの光出力を制御するための信号を伝達する複数個の制御ライン、及び前記複数個の画像ピクセルのために分割されて提供される複数個の共通電極を含み、
前記タッチ入力感知電極は、前記複数個の共通電極のうち第1共通電極であり、
前記追従する電位値は、前記複数個の共通電極の電位値の平均値であることを特徴とする使用者機器。 - 前記第2ノードは、前記制御ラインに存在する請求項10又は11に記載の使用者機器。
- 前記画面出力装置は、TFT−LCDである請求項12に記載の使用者機器。
- 前記追従する電位値の周期は、前記共通電極の周期と等しい請求項10又は11に記載の使用者機器。
- 前記タッチ感知部は、演算増幅器を含み、前記演算増幅器の第1入力端子及び前記第2ノードには第1周波数成分を有する信号が印加され、前記演算増幅器の第2入力端子には前記タッチ入力感知電極が連結されている請求項10又は11に記載の使用者機器。
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