JP6941813B2 - タッチセンサおよびそのコントローラ - Google Patents

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Description

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられるタッチセンサに関する。
各種電子機器において、入力操作部として、液晶ディスプレイ等の表示部の上面に透明なタッチセンサを搭載したものが増加している。操作者は、タッチセンサを介して表示部の表示内容を視認し、タッチセンサに指等によってタッチすることによって、電子機器を操作することができる。
静電容量方式のタッチセンサには、2Layer方式によるものと1Layer方式によるものとがある。このうち、1Layer方式はセンサ電極を1層に配置するため、2Layer方式に比べて座標精度や感度が落ちるが、製作が簡便でコストが安いというメリットがある。
特許文献1に、静電容量方式のタッチセンサであって、1Layer方式によるものが開示されている。この構成では、視認される領域に形成される引出電極を目立ちにくくしている。
特開2015−106240号公報
1Layer方式における座標精度悪化の原因は、操作エリア内においてセンサ電極の引き出し配線が配置され、この引き出し配線を配置した領域がいわゆる不感領域となり、タッチセンシングの感度を妨げるためである。
本発明は、タッチセンサにおいて、引き出し配線に起因する不感領域を低減し、タッチ検出精度を向上させることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るタッチセンサは、透明基板と、前記透明基板における操作エリアに配置された、第1電極、および、前記第1電極と第1方向において対向する複数の第2電極とを備え、前記第1電極は、基端部と、前記基端部から、前記第1方向と垂直をなす第2方向において第1の向きに延びる第1部分電極と、前記基端部から前記第1の向きと反対の向きである第2の向きに延び、前記第1方向において前記第1部分電極からシフトした位置に配置された第2部分電極とを備え、前記複数の第2電極は、前記第1部分電極と前記第1方向において対向し、前記第2部分電極と前記第2方向に並ぶように配置された、第1電極群と、前記第2部分電極と前記第1方向において対向し、前記第1部分電極と前記第2方向に並ぶように配置された、第2電極群とを含み、前記第1電極群のうち前記基端部に近い方からn(nは1以上の整数)個の電極に接続された第1引き出し配線は、前記第2の向きに延び、前記第2部分電極の側方を通過するように、配置されている。
この態様によると、第1電極はいわゆるクランク状の形状を有しており、基端部と、基端部から第1の向きに延びる第1部分電極と、基端部から第1の向きと反対の第2の向きに延びる第2部分電極とを備えている。そして、複数の第2電極のうち第1部分電極と対向する第1電極群において、基端部に近い方のn個の電極は、その引き出し配線が第2部分電極の側に延びるように配置されている。これにより、複数の第2電極に接続された引き出し配線が占める領域の幅を小さくすることができるので、引き出し配線に起因する不感領域を低減することができる。したがって、タッチ検出精度を向上させることができる。
本発明によると、タッチセンサにおいて、引き出し配線に起因する不感領域を低減できるので、タッチ検出精度を向上させることができる。
実施形態に係るタッチセンサを含む全体構成例を示す分解斜視図 実施形態におけるセンサ電極の配置パターンの例を示す平面図 実施形態におけるセンサ電極の配置パターンの他の例を示す平面図 対向する第1および第2電極の詳細構成 図4の構成の変形例 (a)〜(d)は電極容量の調整を行うための図4の構成の変形例 タッチセンサのコントローラの構成を示す図
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の各実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
(実施形態)
図1は実施形態に係るタッチセンサを含む全体構成例を示す分解斜視図である。タッチセンサ1は、透明基板100と、透明基板100の一層に配置されたセンサ電極とを備える。センサ電極の配置パターンの詳細については後述する。タッチセンサ1は、その上に例えば光透過性のカバー部材110が配置されて、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置120における表示パネル122上に配置される。カバー部材110は、例えばガラス製のカバーガラスや光透過性樹脂から形成されたカバーレンズである。なお、タッチセンサ1の透明基板100の硬度によっては、カバー部材110を配置しない構成にすることも可能である。タッチセンサ1は、上面から見たときに、表示パネル122の表示画面122aに対応した操作エリア102と、表示パネル122の外周部分に対応する端子配線領域104(いわゆる額縁領域)とを有する。
図2はセンサ電極の配置パターンの一例を示す平面図である。図2に示すように、透明基板100の操作エリア102には、第1電極10と複数の第2電極20とが、X方向(第1方向に相当する)において対向するように形成されている。第1電極10は、基本的にはY方向(第2方向に相当する)に延びるように形成されているが、いわゆるクランク形状を有している。すなわち、第1電極10は、基端部11と、基端部11からY方向において図面上向き(向きY1、第1の向きに相当する)に延びる第1部分電極12と、基端部11からY方向において図面下向き(向きY2、第2の向きに相当する)に延びる第2部分電極13とを有する。第2部分電極13は、X方向において第1部分電極12からシフトした位置に配置されている。図2の配置では、第1電極10は、X方向において8個、並べて配置されている。ただし、8個の第1電極10は、1個おきに、左右反転されている。
複数の第2電極20は、第1部分電極12とX方向において対向する第1電極群21と、第2部分電極13とX方向において対向する第2電極群22とを含む。図2では、1個の第1電極10に対して、5個の第2電極20が対向して配置されており、第1電極群21は3個の電極21a,21b,21cからなり、第2電極群22は2個の電極22a,22bからなる。そして、第1電極群21は、第2部分電極13とY方向において並ぶように配置されており、一方、第2電極群22は、第1部分電極12とY方向において並ぶように配置されている。
そして、複数の第2電極20にはそれぞれ、Y方向に延びる引き出し配線が接続されている。第1電極群21において、電極21aに接続された引き出し配線31a(第1引き出し配線に相当する)は図面下向き(向きY2)に延び、第2部分電極13の側方を通過するように、配置されている。一方、電極21b,21cに接続された引き出し配線31bは図面上向き(向きY2)に延びている。第2電極群22において、電極22aに接続された引き出し配線32a(第2引き出し配線に相当する)は図面上向き(向きY1)に延び、第1部分電極12の側方を通過するように、配置されている。電極22bに接続された引き出し配線32bは図面下向き(向きY2)に延びている。
また、第2部分電極13と、これに平行に配置された引き出し配線31aとの間に、グランド部41が配置されている。第1部分電極12と、これに平行に配置された引き出し配線32aとの間に、グランド部42が配置されている。
図2の配置パターンにおいて、領域A1のように、第1電極10と第2電極20とが対向した部分が、指のタッチを検知する。一方、領域A2のように、引き出し配線31a,31b,32a,32bが配置された部分は、指のタッチを検知しないいわゆる不感領域となる。
なお、上述した第1電極10、第2電極20、引き出し配線31a,31b,32a,32bおよびグランド部41,42は、例えば、金属細線にて構成されたメッシュパターンによって構成されている。
この構成により、次のような作用効果が得られる。すなわち、第1電極10はいわゆるクランク状の形状を有しており、基端部11と、基端部11から向きY1に延びる第1部分電極12と、基端部11から向きY2に延びる第2部分電極13とを備えている。そして、複数の第2電極20のうち第1部分電極12と対向する第1電極群21において、基端部11に近い電極21aは、その引き出し配線31aが第2部分電極13の側に延びるように配置されている。これにより、複数の第2電極20に接続された引き出し配線31a,31b,32a,32bが占める領域の幅を小さくすることができるので、引き出し配線31a,31b,32a,32bに起因する不感領域を低減することができる。したがって、タッチ検出精度を向上させることができる。
また、複数の第2電極20のうち第2部分電極13と対向する第2電極群22において、基端部11に近い電極22aは、その引き出し配線32aが第1部分電極12の側に延びるように配置されている。これにより、複数の第2電極20に接続された引き出し配線31a,31b,32a,32bが占める領域の幅を小さくすることができるので、引き出し配線31a,31b,32a,32bに起因する不感領域を低減することができる。したがって、タッチ検出精度を向上させることができる。
また、第2部分電極13と第1引き出し配線31aとの間にグランド部41を設けることによって、第1電極10と引き出し配線31aとの間の寄生容量の増大を抑制することができる。同様に、第1部分電極12と第2引き出し配線32aとの間にグランド部42を設けることによって、第1電極10と引き出し配線32aとの間の寄生容量の増大を抑制することができる。ただし、グランド部41,42は省いてもかまわない。
図3はセンサ電極の配置パターンの他の例を示す平面図である。図3では、透明基板100の操作エリア102の一部について、電極形状を簡略化し、模式的に示している。
図3において、第1電極10と複数の第2電極20とが、X方向において対向するように形成されている。第1電極10は、基本的にはY方向に延びるように形成されているが、いわゆるクランク形状を有している。すなわち、第1電極10は、基端部11と、基端部11からY方向において図面上向き(向きY1)に延びる第1部分電極12と、基端部11からY方向において図面下向き(向きY2)に延びる第2部分電極13とを有する。第2部分電極13は、X方向において第1部分電極12からシフトした位置に配置されている。図3の配置では、第1電極10は、X方向において3個、並べて配置されている。ただし、3個の第1電極10は、1個おきに、左右反転されている。
複数の第2電極20は、第1部分電極12と対向する第1電極群21と、第2部分電極13と対向する第2電極群22とを含む。図3では、1個の第1電極10に対して、10個の第2電極20が対向して配置されており、第1電極群21は5個の電極21a,21b,21c,21d,21eからなり、第2電極群22は5個の電極22a,22b,22c,22d,22eからなる。そして、第1電極群21は、第2部分電極13とY方向において並ぶように配置されており、一方、第2電極群22は、第1部分電極12とY方向において並ぶように配置されている。
そして、複数の第2電極20にはそれぞれ、Y方向に延びる引き出し配線が接続されている。第1電極群21において、電極21a,21bに接続された引き出し配線31aは図面下向き(向きY2)に延び、第2部分電極13の側方を通過するように、配置されている。一方、電極21c,21d,21eに接続された引き出し配線31bは図面上向き(向きY2)に延びている。第2電極群22において、電極22a,22bに接続された引き出し配線32aは図面上向き(向きY1)に延び、第1部分電極12の側方を通過するように、配置されている。電極22c,22d,22eに接続された引き出し配線32bは図面下向き(向きY2)に延びている。
また、第2部分電極13と、これに平行に配置された引き出し配線31aとの間に、グランド部41が配置されている。第1部分電極12と、これに平行に配置された引き出し配線32aとの間に、グランド部42が配置されている。
この構成により、次のような作用効果が得られる。すなわち、第1電極10はいわゆるクランク状の形状を有しており、基端部11と、基端部11から向きY1に延びる第1部分電極12と、基端部11から向きY2に延びる第2部分電極13とを備えている。そして、複数の第2電極20のうち第1部分電極12と対向する第1電極群21において、基端部11に近い方の電極21a,21bは、その引き出し配線31aが第2部分電極13の側に延びるように配置されている。これにより、複数の第2電極20に接続された引き出し配線31a,31b,32a,32bが占める領域の幅を小さくすることができるので、引き出し配線31a,31b,32a,32bに起因する不感領域を低減することができる。したがって、タッチ検出精度を向上させることができる。
また、複数の第2電極20のうち第2部分電極13と対向する第2電極群22において、基端部11に近い方の電極22a,22bは、その引き出し配線32aが第1部分電極12の側に延びるように配置されている。これにより、複数の第2電極20に接続された引き出し配線31a,31b,32a,32bが占める領域の幅を小さくすることができるので、引き出し配線31a,31b,32a,32bに起因する不感領域を低減することができる。したがって、タッチ検出精度を向上させることができる。
また、第2部分電極13と第1引き出し配線31aとの間にグランド部41を設けることによって、第1電極10と引き出し配線31aとの間の寄生容量の増大を抑制することができる。同様に、第1部分電極12と第2引き出し配線32aとの間にグランド部42を設けることによって、第1電極10と引き出し配線32aとの間の寄生容量の増大を抑制することができる。ただし、グランド部41,42は省いてもかまわない。
図4は図3において、対向する第1および第2電極10,20の詳細構成を示す。図4に示すように、第1電極10は、基部15aと、基部15aからX方向における第2電極20の側に延びる複数の櫛歯15bとを有する第1櫛歯部15を備える。第2電極20は、基部25aと、基部25aからX方向における第1電極10の側に延びる複数の櫛歯25bとを有する第2櫛歯部25を備える。ここでは、第1櫛歯部15は5本の櫛歯15bを有し、第2櫛歯部25は4本の櫛歯25bを有する。そして、対向する第1および第2電極10,20は、第1櫛歯部15と第2櫛歯部25とが噛み合うように配置されている。なお、図3では図示を簡略化しているが、第1および第2電極10,20が対向する箇所はそれぞれ、図4に示すような構成になっている。
図5は図4の構成の変形例である。図5では、第1電極10の第1櫛歯部15Aは、櫛歯部15dが1本の配線を折り返した形状となっており、基部15cはY方向において間欠的に間隙d1が空いた構成を有している。これにより、第1電極10と、その側方を通過する引き出し配線31aとの電気的結合の度合いが軽減されるので、寄生容量の増大を抑制することができる。
また、第2電極20は、当該電極のY方向における位置によって引き出し配線の配線長が大きく異なるため、各電極の容量のばらつきが大きくなる。そこで、各電極の容量のばらつきを抑制するために、第2電極20のY方向における位置に応じて、図4の櫛歯が噛み合った形状を変更するようにしてもよい。
図6は電極容量を調整するための形状の変更例である。図6(a)では、第1櫛歯部15の櫛歯15bと第2櫛歯部25の櫛歯25bとの噛み合わせ長さが、図4の構成よりも短くなっている。これにより、図4の構成よりも容量が小さくなる。図6(b)では、第1櫛歯部15の櫛歯15bおよび第2櫛歯部25の櫛歯25bの太さが、図4の構成よりも太くなっている。これにより、櫛歯15bと櫛歯25bとの間隔が狭まっているので、図4の構成よりも容量が大きくなる。図6(c)では、第1櫛歯部15の櫛歯15bおよび第2櫛歯部25の櫛歯25bの本数が、図4の構成よりも少なくなっている。これにより、図4の構成よりも容量が小さくなる。図6(d)では、第1櫛歯部15の櫛歯15bと第2櫛歯部25の櫛歯25bとの噛み合わせ長さが、図4の構成よりも長くなっている。これにより、図4の構成よりも容量が大きくなる。図6に示すような形状を用いることによって、第2電極20が、Y方向における位置にかかわらず、同様の容量を有するように構成することができる。
なお、図6(a)〜(d)の構成を組み合わせて用いてもよい。すなわち、第1および第2櫛歯部15,25の櫛歯15b、25bは、噛み合わせ長さ、太さ、または、本数のうち少なくともいずれか1つが、第2電極20のY方向における位置に応じて、異なっているようにすればよい。
なお、図2の構成では、第1電極群21は3個の電極を含み、そのうち基端部11に近い1個の電極21aについて、その引き出し配線31aの向きを向きY2にした。また、図3の構成では、第1電極群21は5個の電極を含み、そのうち基端部11に近い2個の電極21a,21bについて、その引き出し配線31aの向きを向きY2にした。ただし、本開示はこれらの構成に限定されるものではなく、第1電極群21のうち基端部11に近い方からn(nは1以上の整数)個の電極に接続された引き出し配線を、向きY2に延び、第2部分電極13の側方を通過するように、配置すればよい。
また、図2の構成では、第2電極群22は2個の電極を含み、そのうち基端部11に近い1個の電極22aについて、その引き出し配線32aの向きを向きY1にした。また、図3の構成では、第2電極群22は5個の電極を含み、そのうち基端部11に近い2個の電極22a,22bについて、その引き出し配線32aの向きを向きY1にした。ただし、本開示はこれらの構成に限定されるものではなく、第2電極群22のうち基端部11に近い方からm(mは1以上の整数)個の電極に接続された引き出し配線を、向きY1に延び、第1部分電極12の側方を通過するように、配置すればよい。
(座標データの補正)
静電容量方式のタッチセンサでは、コントローラが、タッチ位置に応じたタッチセンサ出力を座標データに変換して出力する。ただし、実際のタッチ位置と座標データとは隔たりがあるため、コントローラ側で、操作エリア全体に対して正しい座標データが出力されるようなチューニングが必要である。そして、センサ電極が所定の周期的パターンで配置されている場合には、単一の補正値を用いたチューニングによって、コントローラは正しい座標データを出力することができる。
一方、本実施形態では、上述したとおり、クランク形状を有する第1電極10を配置し、第2電極20と接続された引き出し配線について、引き出す向きを分散させることによって、不感領域の幅を狭めることができた。ただし、例えば図2から分かるとおり、第1電極10の基端部11の上側(向きY1側)と下側(向きY2側)とでは、第1および第2電極10,20の配置パターンが異なっており、このため、X方向における不感領域の位置は、第1電極10の基端部11の上側と下側とで異なっている。このような構成では、座標データの補正を単一の補正値で行うことは不適当である。
そこでここでは、コントローラは、第1電極10の基端部11の上側の領域と下側の領域とで、それぞれ独立した補正値を用いて、座標データの補正を行うものとする。
図7は本実施形態におけるタッチセンサのコントローラの構成を示す図である。図7において、タッチセンサ1は、上側領域B1と下側領域B2とで不感領域DZの配置位置が異なっている。上述の構成では、第1電極10の基端部11の位置が、上側領域B1と下側領域B2との境界となる。コントローラ50は、タッチセンサ1の出力を受けて、タッチされた座標を示す座標データを求め、例えばホストCPU70に出力する。
コントローラ50は、マルチプレクサ51、AFE(Analog Front End)52、A/Dコンバータ53、タッチ検出部54、座標データ生成部55、座標補正部56、記憶部60、および座標送信部57を備える。座標データ生成部55は、タッチセンサ1の出力から、座標データを生成する。記憶部60は、座標データの補正値を記憶する。ここでは、記憶部60は、上側領域B1に対する補正値1と、下側領域B2に対する補正値2とを記憶している。座標補正部56は、記憶部60に記憶された補正値を用いて、座標データ生成部55によって生成された座標データを補正する。このとき、座標補正部56は、座標データが上側領域B1に属するときは補正値1を用いる一方、座標データが下側領域B2に属するときは補正値2を用いる。座標送信部57は、座標補正部56による補正後の座標データを、コントローラ50の外部に送信する。
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。
本発明によるタッチパネルは、主に各種電子機器の操作用として有用である。
1 タッチセンサ
10 第1電極
11 基端部
12 第1部分電極
13 第2部分電極
15 第1櫛歯部
15a 基部
15b 櫛歯
20 第2電極
21 第1電極群
21a,21b,21c,21d,21e 電極
22 第2電極群
22a,22b,22c,22d,22e 電極
25 第2櫛歯部
25a 基部
25b 櫛歯
31a 引き出し配線(第1引き出し配線)
32a 引き出し配線(第2引き出し配線)
41,42 グランド部
50 コントローラ
55 座標データ生成部
56 座標補正部
60 記憶部
100 透明基板
102 操作エリア
B1 第1領域
B2 第2領域
d1 間隙

Claims (6)

  1. 透明基板と、
    前記透明基板における操作エリアに配置された、第1電極、および、前記第1電極と第1方向において対向する複数の第2電極とを備え、
    前記第1電極は、
    基端部と、
    前記基端部から、前記第1方向と垂直をなす第2方向において第1の向きに延びる第1部分電極と、
    前記基端部から前記第1の向きと反対の向きである第2の向きに延び、前記第1方向において前記第1部分電極からシフトした位置に配置された第2部分電極とを備え、
    前記複数の第2電極は、
    前記第1部分電極と前記第1方向において対向し、前記第2部分電極と前記第2方向に並ぶように配置された、第1電極群と、
    前記第2部分電極と前記第1方向において対向し、前記第1部分電極と前記第2方向に並ぶように配置された、第2電極群とを含み、
    前記第1電極群のうち前記基端部に近い方からn(nは1以上の整数)個の電極に接続された第1引き出し配線は、前記第2の向きに延び、前記第2部分電極の側方を通過するように、配置され
    前記第1電極群のうち前記n個の電極以外の電極に接続された引き出し線は、前記第1の向きに延びるように配置され、
    前記第2電極群のうち前記基端部に近い方からm(mは1以上の整数)個の電極に接続された第2引き出し配線は、前記第1の向きに延び、前記第1部分電極の側方を通過するように、配置され、
    前記第2電極群のうち前記m個の電極以外の電極に接続された引き出し線は、前記第2の向きに延びるように配置されている
    ことを特徴とするタッチセンサ。
  2. 請求項1記載のタッチセンサにおいて、
    前記第2部分電極と前記第1引き出し配線との間に、グランド部が設けられている
    ことを特徴とするタッチセンサ。
  3. 請求項1記載のタッチセンサにおいて、
    前記第1部分電極と前記第2引き出し配線との間に、グランド部が設けられている
    ことを特徴とするタッチセンサ。
  4. 請求項1記載のタッチセンサにおいて、
    前記第1電極は、基部と、前記基部から前記第1方向における、対向する前記第2電極の側に延びる複数の櫛歯とを有する第1櫛歯部を備え、
    前記第2電極は、基部と、前記基部から前記第1方向における、対向する前記第1電極の側に延びる複数の櫛歯とを有する第2櫛歯部を備え、
    対向する前記第1および第2電極は、前記第1櫛歯部と前記第2櫛歯部とがかみ合うように配置されており、
    前記第1櫛歯部の基部は、前記第2方向において間欠的に間隙が空いた構成を有している
    ことを特徴とするタッチセンサ。
  5. 請求項1記載のタッチセンサにおいて、
    前記第1電極は、基部と、前記基部から前記第1方向における、対向する前記第2電極の側に延びる複数の櫛歯とを有する第1櫛歯部を備え、
    前記第2電極は、基部と、前記基部から前記第1方向における、対向する前記第1電極の側に延びる複数の櫛歯とを有する第2櫛歯部を備え、
    対向する前記第1および第2電極は、前記第1櫛歯部と前記第2櫛歯部とがかみ合うように配置されており、
    前記第1および第2櫛歯部の櫛歯は、噛み合わせ長さ、太さ、または、本数のうち少なくともいずれか1つが、前記第2電極の前記第2方向における位置に応じて、異なっている
    ことを特徴とするタッチセンサ。
  6. 請求項1記載のタッチセンサの出力から、タッチされた座標を示す座標データを求めるコントローラであって、
    前記タッチセンサの出力から、座標データを生成する座標データ生成部と、
    座標データの補正値を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された補正値を用いて、前記座標データ生成部によって生成された座標データを補正する座標補正部とを備え、
    前記記憶部は、
    前記第1電極の前記基端部から前記第1の向きの側の第1領域に対して、第1補正値を記憶するとともに、前記第1電極の前記基端部から前記第2の向きの側の第2領域に対して、第2補正値を記憶しており、
    前記座標補正部は、
    前記座標データ生成部によって生成された座標データが、前記第1領域に属するときは前記第1補正値を用いて補正を行う一方、前記第2領域に属するときは前記第2補正値を用いて補正を行う
    ことを特徴とするタッチセンサのコントローラ。
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