JP6410767B2 - ドライバ集積回路、駆動方法及びタッチディスプレイシステム - Google Patents

ドライバ集積回路、駆動方法及びタッチディスプレイシステム Download PDF

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Description

(関連出願)
本出願は、2015年3月26日に出願した、米国仮出願第62/138,958号に利益を主張し、その内容が本明細書に参照として組み込まれる。
本発明は、タッチディスプレイシステムに関し、特に、ドライバ集積回路(IC:Integrated Circuit)と、ドライバICを含むタッチディスプレイシステムと、関連する駆動方法と、に関する。
静電容量式タッチ検出(capacitive touch detection)の分野では、スマートフォンやタブレットなどの電子機器の体積(volume)がより小さくなっており、これがインジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)からオンセル又は更にはインセル技術へと静電容量式タッチ検出の発展を押し進めてきた。タッチ箇所を正確に位置付けることができないパネルアーキテクチャの限界に起因して、インセルタッチ検出は、自己キャパシタタッチ検出(self−capacitor touch detection)又は相互キャパシタタッチ検出(mutual−capacitor touch detection)によってのみ達成され得る。
本発明の目的の1つは、ドライバICと、1つの単一パネルで相互キャパシタタッチ検出及び自己キャパシタタッチ検出を用いることができるドライバICを含むタッチディスプレイシステムと、タッチディスプレイシステムに適用される関連した駆動方法と、を提供することである。
本発明の一実施形態に従って、ドライバICが開示される。ドライバICがタッチディスプレイパネルに結合されるとき、ドライバICは、ディスプレイ方式、自己キャパシタ方式(self−capacitor mode)及び相互キャパシタ方式(mutual−capacitor mode)で選択的に動作するように配置される。ドライバICがディスプレイ方式で動作するとき、ドライバICは、表示データをタッチディスプレイパネルの複数のソース線に出力する。ドライバICが自己キャパシタ方式で動作するとき、ドライバICは、ソース線を制御して所定の電圧を有する。ドライバICが相互キャパシタ方式で動作するとき、ドライバICは、インパルス信号をソース線に順次送信する。
本発明の一実施形態に従って、タッチディスプレイパネルの駆動方法が開示される。駆動方法は、以下の工程を含む。ディスプレイ方式、自己キャパシタ方式及び相互キャパシタ方式で選択的に動作する工程と、ディスプレイ方式で動作するとき、表示データをタッチディスプレイパネルの複数のソース線に出力する工程と、自己キャパシタ方式で動作するとき、ソース線を制御して所定の電圧を有する工程と、相互キャパシタ方式で動作するとき、インパルス信号をソース線に順次送信する工程と、を含む。
本発明の一実施形態に従って、タッチディスプレイシステムが開示される。タッチディスプレイシステムは、タッチディスプレイパネル及びドライバICを含む。タッチディスプレイパネルは、複数のゲート線と、ゲート線の上方に配置される複数のソース線と、ソース線の上方に配置される複数の共通線と、を含む。ゲート線及びソース線は、交差する。共通線は、複数の第1セクション及び複数の第2セクションを有し、第1セクション及び第2セクションは、交差する。ドライバICがタッチディスプレイパネルに結合されるとき、タッチディスプレイパネルに結合されるドライバICは、ディスプレイ方式、自己キャパシタ方式及び相互キャパシタ方式で選択的に動作するように配置される。ドライバICがディスプレイ方式で動作するとき、ドライバICは表示データをタッチディスプレイパネルの複数のソース線に出力する。ドライバICが自己キャパシタ方式で動作するとき、ドライバICは、ソース線を制御して所定の電圧を有する。ドライバICが相互キャパシタ方式で動作するとき、ドライバICは、インパルス信号をソース線に順次送信する。
本発明の他の実施形態に従って、タッチディスプレイシステムが開示される。タッチディスプレイシステムは、タッチディスプレイパネルと、ドライバICと、スタイラスと、を含む。タッチディスプレイパネルは、複数のゲート線と、ゲート線の上方に配置される複数のソース線と、ソース線の上方に配置される複数の共通線と、を含む。ゲート線及びソース線は、交差する。共通線は、複数の第1セクション及び複数の第2セクションを有し、第1セクション及び第2セクションは、交差する。ドライバICがタッチディスプレイパネルに結合されるとき、タッチディスプレイパネルに結合されるドライバICは、ディスプレイ方式及び検出方式で選択的に動作するように配置される。ドライバICがディスプレイ方式で動作するとき、ドライバICは表示データをタッチディスプレイパネルの複数のソース線に出力する。スタイラスは、タッチディスプレイパネルをタッチするように、かつ、インパルス信号を生成するように配置される。
さまざまな図形及び図面で示される好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むと、本発明の上記及びその他の目的が、当業者にとって明白であることは言うまでもない。
本発明の一実施形態に従った、タッチディスプレイシステムを図示する図である。 本発明の一実施形態に従った、ディスプレイパネルの共通電圧層を図示する図である。 本発明の一実施形態に従った、共通電圧層の下部のソース線及びゲート線を図示する図である。 本発明の一実施形態に従った、タッチディスプレイシステム100に適用されるドライバICを図示する図である。 本発明の一実施形態に従った、相互キャパシタ方式及び自己キャパシタ方式の容量変化を図示する図である。 本発明の一実施形態に従った、ディスプレイ方式、相互キャパシタ方式及び自己キャパシタ方式に関するタイミングアレンジメントを図示するタイミング図である。 本発明の一実施形態に従った、タッチディスプレイシステムに適用される駆動方法を図示するフローチャートである。 本発明の他の実施形態に従った、タッチディスプレイシステムを図示する図である。
発明を実施するための形態及び下記の特許請求の範囲全体にわたって、特定の文言が用いられる。当業者が諒解するように、製造者たちは、異なる名称で構成要素を言及することができる。本明細書は、機能ではなく名称が異なる構成要素間の区別をするつもりはない。下記の発明を実施するための形態及び特許請求の範囲において、「含む(“include”)」及び「含む(“comprise”)」という文言は、オープンエンド形式で用いられるため、「〜から成る(“consist of”)」などのクローズエンド形式の文言として解釈されるべきではない。また、「結合する(“couple”)」という文言は、間接的又は直接的な電気接続を意味するように意図されている。従って、あるデバイスが他のデバイスに結合される場合、その接続は、直接的な電気接続を介すか、あるいは、他のデバイス及び接続を経由する間接的な電気接続を介すことができる。
図1は、本発明の一実施形態に従った、タッチディスプレイシステム100を図示する図である。タッチディスプレイシステム100は、タッチディスプレイパネル101及びドライバ集積回路(IC)102を含む。タッチディスプレイパネル101は、スマートフォン、タブレット、あるいは、タッチディスプレイパネルを含む任意のデバイスなどの電子機器に適用され得る。タッチディスプレイパネル101に結合されるドライバIC102は、ディスプレイ方式、相互キャパシタ方式及び自己キャパシタ方式で選択的に動作することができる。タッチディスプレイパネル101及びドライバIC102について、以下で詳細に説明する。
図2A及び図2Bは、タッチディスプレイパネル101のアーキテクチャを図示する。本発明の一実施形態に従って、図2A及び図2Bは、タッチディスプレイパネル101の共通電圧層と、共通電圧層の下部のソース線及びゲート線と、を図示する図である。図2A及び図2Bで示すように、タッチディスプレイパネル101は、第1金属層、第2金属層及び共通電圧層を含む。図2Aでは、共通電圧層は、複数の垂直セクションCOMVからCOMVと、複数の水平セクションCOMHからCOMHと、に分けることができる。複数の垂直セクションCOMVからCOMVの各々は、2つの垂直セグメント、例えば、図2Aに示す、垂直セグメントCOMV11及びCOMV12を含む。複数の水平セクションCOMHからCOMHの各々は、複数の水平セグメントを含む。各水平セクションの複数の水平セグメントの第1セグメント、例えば、図2Aに示す水平セグメントである、COMH11、COMH21、…及びCOMHm1は、共通電圧層の上方に配置される第3金属層を介して一緒に接続されて、図2Aに示す水平セットHSを構成する。同様に、各水平セクションの複数の水平セグメントの第2セグメントは、第3金属層を介して一緒に接続されて、水平セットHSなどを構成する。複数の水平セットHSからHS及び複数の垂直セグメントは、ドライバIC102に結合される。
図2Bに示すように、共通電圧層の下部の第2金属層は、複数のソース線SからSを含み、各ソース線は、複数の垂直セグメントのうちの1つか、あるいは、複数の水平セクションのうちの1つと実質的に対応する。複数のソース線SからSは、ドライバIC102に結合され、かつ、ドライバICが動作する方式に従って、ドライバICによって生成されるインパルス信号、表示データ又は所定の電圧を受信するために、配置される。第1金属層は、第2金属層の下部にあり、複数のゲート線gからgを含む。図2Bに示すように、複数のソース線SからS及び複数のゲート線gからgは、交差する。
図3は、本発明の一実施形態に従った、タッチディスプレイシステム100に適用されるドライバIC102を図示する図である。ドライバICは、多重化回路301、共通電圧源302、バッファ303、インパルス信号生成器304及びアナログ処理回路305を含む。共通電圧源302は、共通電圧層、つまり、複数の垂直セグメント及び複数の水平セクションに、共通電圧を提供するために、配置される。バッファ303は、表示データを記憶するために配置される。インパルス信号生成器304は、順次、複数のソース線にインパルス信号を生成するために、配置される。アナログフロントエンド及び複数のアナログ−デジタル変換器を含むアナログ処理回路305は、複数の水平セット及び複数の垂直セグメントから受信される信号を処理するために、配置される。多重化回路301は、共通電圧源302、バッファ303、インパルス信号生成器304及びアナログ処理回路305に結合され、かつ、複数の垂直セグメント、複数の水平セット及び複数のソース線に出力されるか、あるいは、それらから受信される信号を制御するために、配置される。加えて、多重化回路301は、第1多重化ユニット311及び第2多重化ユニット312を含む。図3に示すように、第1多重化ユニット311は、複数の垂直セグメント及び複数のソース線SからSに結合され、第2多重化ユニット312は、第1多重化ユニット311及び複数の水平セットに結合される。
ドライバIC102がディスプレイ方式で動作するとき、多重化回路301は、共通電圧層、つまり、複数の垂直セグメント及び複数の水平セクションを制御して、共通電圧源302によって提供される共通電圧を有する。また、多重化回路301は、第1多重化ユニット311を介して、バッファ303に記憶される表示データを複数のソース線に送信する。言い換えると、ディスプレイ方式では、タッチディスプレイパネル101は、ドライバIC102から表示データを受信して、スクリーン上に画像を表示する。
ドライバIC102が相互キャパシタ方式で動作するとき、第1多重化ユニット311は、複数の垂直セグメントのうちの1つ、例えば、COMV11を順次制御してフローティング状態にし、かつ、他のセグメントを制御して基準電圧に接続する。この場合、基準電圧は非常に低い電圧を有し、これにより、接地する。加えて、第1多重化ユニット311は、インパルス信号生成器304によって生成されるインパルス信号を、フローティング状態の垂直セグメントに対応する、複数のソース線SからSのうちの1つに送信する。ソース線と、対応するフローティング状態の垂直セグメントとの間のキャパシタに起因して、インパルス信号は、キャパシタを介してフローティング状態のセグメントに結合され得る。複数の水平セットHSからHSの信号は、第2多重化ユニット312を介して、アナログ処理回路305に送信される。このようにして、対応する水平セグメントを含む水平セットの信号をアナログ処理回路305よって検出することで、フローティング状態の垂直セグメントに対応し、かつ、インパルス信号を伝送するソース線と、フローティング状態の垂直セグメントに隣接する水平セグメントとの間の容量変化が(もしあれば)、検出され得る。例えば、水平セグメントCOMH11がタッチされる場合、垂直セグメントCOMV11が多重化回路301によって制御されてフローティング状態になり、かつ、垂直セグメントCOMV11に対応するソース線Sにインパルス信号が送信されるとき、インパルス信号は、垂直セグメントCOMV11に結合し、水平セグメントCOMH11と、ソース線Sとの間の容量は、それに応じて変化する。次いで、容量変化は、水平セットHSの信号を介してアナログ処理回路305によって検出される。相互キャパシタ方式の容量変化に関する詳細な例示については、図4で議論される。
ドライバIC102が自己キャパシタ方式で動作するとき、多重化回路301は、第1多重化ユニット311及び第2多重化ユニット312を介して、複数の垂直セグメントの信号をアナログ処理回路305に送信し、かつ、複数の水平セットを制御してフローティング状態にする。加えて、第1多重化ユニット311は、複数のソース線を制御して所定の電圧を有する。このようにして、垂直セグメントと、次の水平セクションとの間、垂直セグメントと、対応するソース線との間、そして、垂直セグメントと、対応するゲート線との間の容量変化は、垂直セグメントの信号を介してアナログ処理回路305によって検出される。例えば、ドライバIC102が、自己キャパシタ方式で動作するとき、垂直セグメントCOMV11がタッチされる場合、垂直セグメントCOMV11と、水平セクションCOMHとの間、垂直セグメントCOMV11と、対応するソース線Sとの間、そして、垂直セグメントCOMV11と、対応するゲート線gとの間の容量変化は、アナログ処理回路305によって検出される。自己キャパシタ方式の容量変化に関する詳細な例示は、図4により提供される。
ドライバICが自己キャパシタ方式で動作するとき、複数の垂直セグメントの信号をアナログ処理回路305に送信すること、そして、複数の水平セットをフローティング状態にすることに限定されない。本発明の他の実施形態において、自己キャパシタ方式では、複数の水平セットの信号が、第2多重化ユニット312を介してアナログ処理回路305に送信され、第1多重化ユニット311は、複数の垂直セグメントを制御してフローティング状態にする。これは、同様の所望の目的を達成させることもできる。動作は、上記段落中の説明と同様であるので、本明細書では省略する。
自己キャパシタ方式では、複数のソース線及び複数のゲート線は、所定の電圧を有する代わりに、制御されて、フローティング状態になるか、あるいは、複数の水平セット(又は複数の垂直セグメントで、それに基づいて一部がアナログ処理回路305に接続される)と同じ電圧を有することができる。これにより、垂直セグメント及び水平セグメントから見られる等価容量は低減されて、検出された信号が小さくなり過ぎないようにすることができる。
図4は、本発明の一実施形態に従った、相互キャパシタ方式及び自己キャパシタ方式の容量変化を図示する図である。図4に示すように、ドライバICが相互キャパシタ方式で動作すると仮定すると、垂直セグメントCOMV11は制御されてフローティング状態となり、インパルス信号はソース線Sからの垂直セグメントCOMV11に結合される。この時、図4に示すように、水平セクションCOMHと、ソース線Sとの間の等価容量は、Cmutual=CSV*CVH/(CSV+CVH)である。ドライバICが自己キャパシタ方式で動作すると仮定すると、垂直セグメントCOMV11とソース線Sとの間(つまり、CSV)、垂直セグメントCOMV11とゲート線gとの間(つまり、CGV)、そして、垂直セグメントCOMV11と水平セクションCOMHとの間(つまり、CVH)の容量が変化する場合、アナログ処理回路305はその変化を検出する。
図5は、本発明の一実施形態に従った、ディスプレイ方式、相互キャパシタ方式及び自己キャパシタ方式に関するタイミングアレンジメントを図示するタイミング図である。図5に示すように、各フレームでは、ディスプレイ方式は期間の一部を占め、検出方式は残りの期間を占める。加えて、相互キャパシタ方式及び自己キャパシタ方式は、検出のためのフレーム中で順次用いられる。本実施形態において、第1フレームでは、ディスプレイ方式が第1フレームの期間の66%を占め、自己キャパシタ方式が第1フレームの期間の34%を占める。第2フレームでは、ディスプレイ方式が第2フレームの期間の66%を占め、相互キャパシタ方式が第2フレームの期間の34%を占めるなどである。ディスプレイ方式及び検出方式の期間は、本明細書では例示目的だけであって、本発明を限定するものではない。最良の性能を達成することができる任意の適切な期間は、本発明の範囲内に該当する。
図6は、本発明の一実施形態に従った、タッチディスプレイシステムに適用される駆動方法を図示するフローチャートである。結果が実質的に同じ場合、ステップは、図6で示したまさにその順で実行される必要はない。工程について以下で説明する。
ステップ600:工程を開始する。
ステップ602:ドライバIC102は、フレームの期間の一部(例えば、66%)では、ディスプレイ方式で動作し、表示データを複数のソース線に出力する。ステップ604に進む。
ステップ604:ドライバIC102は、フレームの残りの期間(例えば、34%)では、自己キャパシタ方式で動作し、複数のソース線を制御して所定の電圧を有する。ステップ606に進む。
ステップ606:ドライバIC102は、他のフレームの期間の一部(例えば、66%)では、ディスプレイ方式で動作し、表示データを複数のソース線に出力する。ステップ608に進む。
ステップ608:ドライバIC102は、フレームの残りの期間(例えば、34%)では、相互キャパシタ方式で動作し、インパルス信号をソース線に順次送信する。ステップ602に戻る。
図7は、本発明の他の実施形態に従ったタッチディスプレイシステム700を図示する図である。タッチディスプレイシステム700は、タッチディスプレイパネル701、ドライバIC702及びスタイラス703を含む。タッチディスプレイパネル701は、タッチディスプレイパネル101と同一であり、そのため、タッチディスプレイパネル701に関する詳細な説明は、図2A及び図2Bの実施形態を参照することによって理解することができる。本実施形態において、スタイラス703は、図3の実施形態で説明されるドライバIC102におけるインパルス信号生成器304などのインパルス信号生成器でよい。インパルス信号生成器とは別に、ドライバIC702はドライバIC102と同様である。ドライバIC702がディスプレイ方式で動作するとき、タッチディスプレイシステム700の動作は、タッチディスプレイシステム100の動作と同一である。ドライバIC702が、上記で説明された相互キャパシタ方式としての検出方式で動作するとき、スタイラス703は、図3の実施形態におけるインパルス信号生成器304に取って代わり、また、タッチディスプレイパネル701をタッチするように使用される。上記の段落における実施形態を読めば、当業者は本実施形態の詳細な実施を理解するはずである。
なお、相互キャパシタ方式及び自己キャパシタ方式の両方を用いることができる限り、タッチディスプレイパネル101及びタッチディスプレイパネル701の共通電圧層の概要(schematic)は、図1及び図7の実施形態において説明されるものに限定されない。多重化回路が、図3の実施形態において説明されるような上述の機能を実行することができる限り、多重化回路301のアーキテクチャも、本明細書に限定されない。これらの代替的な設計も、本発明の範囲内に該当する。
簡単にまとめると、本発明は、ドライバIC、タッチディスプレイシステム及び駆動方法を開示する。これらは、相互キャパシタ方式及び自己キャパシタ方式の両方を用い、タッチされた箇所を正確に位置付けして、先行技術における課題を解決することができる。
当業者であれば、本発明の教示を維持しながら、デバイス及び方法の多くの変更及び代替が行われ得ることを容易に認識するであろう。従って、上記の開示は、添付された請求項の境界及び範囲(metes and bounds)によってのみ限定されるとして理解されるべきである。
100 タッチディスプレイシステム
101 タッチディスプレイパネル
102 ドライバ集積回路(ドライバIC)
301 多重化回路
302 共通電圧源
303 バッファ
304 インパルス信号生成器
305 アナログ処理回路
311 第1多重化ユニット
312 第2多重化ユニット
600 ステップ
602 ステップ
604 ステップ
606 ステップ
608 ステップ
700 タッチディスプレイシステム
701 タッチディスプレイパネル
702 ドライバIC
703 スタイラス

Claims (3)

  1. タッチディスプレイシステムであって、
    タッチディスプレイパネルと、
    前記タッチディスプレイパネルに結合され、ドライバICがタッチディスプレイパネルに結合されるとき、ディスプレイ方式及び検出方式で選択的に動作する、ように配置されるドライバICと、
    前記ドライバICが相互キャパシタ方式としての前記検出方式で動作するとき、前記タッチディスプレイパネルをタッチし、かつ、インパルス信号を生成する、ように配置されるスタイラスと、
    を含み、
    前記タッチディスプレイパネルは、
    複数のゲート線と、
    前記ゲート線の上方に配置される複数のソース線と、
    前記ソース線の上方に配置される複数の共通線と、
    を含み、
    前記ゲート線及び前記ソース線は交差し、
    前記共通線は、複数の第1セクション及び複数の第2セクションを有し、前記第1セクション及び前記第2セクションは交差し、
    前記ドライバICが前記ディスプレイ方式で動作するとき、前記ドライバICは、表示データを前記タッチディスプレイパネルの複数のソース線に出力し、
    前記ドライバICが前記ディスプレイ方式で動作するとき、前記ドライバICは、前記タッチディスプレイパネルの共通線を制御して共通電圧を提供し、
    前記ドライバICが相互キャパシタ方式としての前記検出方式で動作するとき、前記共通線の前記第1セクションのうち1つが、順次、フローティング状態にされ、かつ、それ以外は基準電圧に接続され
    前記タッチディスプレイパネルは、、さらに、
    前記共通電圧を提供するように配置される共通電圧源と、
    前記表示データを記憶するためのバッファと、
    前記ドライバICが前記ディスプレイ方式で動作するときには前記表示データ、前記ドライバICが自己キャパシタ方式としての前記検出方式で動作するときには所定の電圧、又は、前記ドライバICが相互キャパシタ方式としての前記検出方式で動作するときには前記インパルス信号を前記タッチディスプレイパネルの前記ソース線に選択的に出力するために、かつ、
    前記ドライバICが前記ディスプレイ方式で動作するときに前記共通電圧、又は、前記ドライバICが相互キャパシタ方式としての前記検出方式で動作するときに基準電圧を前記共通線の前記第1セクションに選択的に出力するか、あるいは、前記ドライバICが自己キャパシタ方式としての前記検出方式で動作するときに前記共通線の一部をフローティング状態にするために、前記共通電圧源及び前記バッファに結合される多重化回路と、を含む、
    タッチディスプレイシステム。
  2. 前記ドライバICが前記検出方式で動作するとき、前記スタイラスは、前記インパルス信号を前記共通線に送信し、
    前記スタイラスがタッチした箇所の下部の前記第1セクションのうちの1つが、フローティング状態であるとき、前記インパルス信号は、前記第1セクションのうちの1つに結合される、請求項1に記載のタッチディスプレイシステム。
  3. 前記共通電圧を前記タッチディスプレイパネルの前記共通線の前記第2セクションに選択的に出力するか、あるいは、前記ドライバICが相互キャパシタ方式としての前記検出方式で動作するときに検出した電圧を前記共通線の前記第2セクションから受け取るために、前記多重化回路は更に配置される、請求項に記載のタッチディスプレイシステム。
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