JPH04233619A - タッチセンサアレイ装置 - Google Patents

タッチセンサアレイ装置

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JPH04233619A
JPH04233619A JP3184119A JP18411991A JPH04233619A JP H04233619 A JPH04233619 A JP H04233619A JP 3184119 A JP3184119 A JP 3184119A JP 18411991 A JP18411991 A JP 18411991A JP H04233619 A JPH04233619 A JP H04233619A
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JP
Japan
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touch sensor
sensor array
sensing
circuit
array device
Prior art date
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Pending
Application number
JP3184119A
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English (en)
Inventor
Martin J Edwards
マーチン　ジョン　エドワーズ
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH04233619A publication Critical patent/JPH04233619A/ja
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0412—Digitisers structurally integrated in a display

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、行列配置された検出素
子のアレイを具え、行及び列導線に基づいて或る選択さ
れた行導線と或る選択された列導線との交差個所におけ
る前記検出素子の内の或る特定のものを選択的にアドレ
スするアドレス手段を設けたタッチセンサアレイ装置に
関するものである。
【０００２】斯種の装置は液晶又は他の表示装置の表示
スクリーン用オーバレイとして用いて、例えばセンサア
レイにおけるタッチされた個所に応じた選択入力を表示
装置に与えることができる。他の例として、タッチセン
サアレイ装置はコンピュータシステムに接続される独立
のグラフィックタブレットとして用いることもできる。
【０００３】
【従来の技術】タッチセンサアレイ装置としては種々の
ものが知られている。タッチセンサアレイ装置の特殊な
ものは容量性効果を利用している。例えば、対を成す離
間させた導電性の細条又はパッドを設け、これらを指の
圧力に応答させて互いに物理的に変位させて、その間の
キャパシタンス値を変えるようにするか、或いはユーザ
の指の接近に応答させて容量的に互いに結合させるよう
にすることができる。しかし斯様なタッチセンサアレイ
装置の解像度は一般に限られたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は高い解
像度を呈し得るように適切に構成配置したタッチセンサ
アレイ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は冒頭に述べた種
類のタッチセンサアレイ装置において、前記各検出素子
が前記アレイにおける該検出素子の位置に双安定回路を
具え、該双安定回路が前記検出素子の位置におけるタッ
チ入力の有無に応答して、該検出素子を連続的にアドレ
スしたままとし得る第１又は第２安定状態をとるように
し、且つ前記アドレス手段によるアドレス時に前記双安
定回路がその実際の状態に従う出力を発生し、前記装置
が前記検出素子の双安定回路をそれぞれ周期的にリセッ
トするリセット手段を有するようにしたことを特徴とす
る。
【０００６】検出素子へのタッチ（接触）は例えばユー
ザの指によるか、又はスタイラスにより行うことができ
る。このような位置指定物体によるタッチ時に、双安定
回路はタッチ入力がない場合に双安定回路がとる安定状
態は異なる所定の安定状態をとるため、タッチされたこ
とがはっきりと明確に指示される。双安定回路は、それ
がいずれか一方の安定状態をとると、この双安定回路は
、それが次にタッチされるのを検出するのに必要とされ
るまでその状態を維持するため、この双安定回路はメモ
リ素子のように作用し、その状態はタッチ作用により決
定され、又その状態を問い合わせることにより後にアレ
イにおけるタッチ個所を確認することができる。アドレ
ス手段により双安定回路を周期的にリセットさせ、好ま
しくは規則的な間隔でリセットさせることにより、一連
の連続的なタッチ又はタッチがないことを検出すること
ができる。
【０００７】本発明の好適例では、前記検出素子の各々
がスイッチングデバイスの能動マトリックスにそれぞれ
スイッチングデバイスを具え、前記検出素子を、前記ア
ドレス手段によりスイッチングデバイスを作動させるこ
とにより能動的にアドレス可能として、アドレス手段の
検出回路が双安定回路の状態を検出し得るようにする。 このように検出素子を能動的にアドレスすることにより
アレイの使用される検出素子の数を多数とすることがで
き、これにより検出素子密度を高めることができ、従っ
て解像度を高めることができ、しかも検出素子の状態を
モニタするのに簡単な多重化技法を用いる際に予期され
るような問題も生じなくなる。検出素子の能動的なアド
レス、従って検出素子の状態をモニタするのは、アドレ
ス手段により双安定回路を周期的にリセットすることに
関連付けたインターバルで行うのが好適である。
【０００８】能動マトリックススイッチングデバイスは
トランジスタで構成するのが好適である。スイッチング
デバイスとしては、例えばダイオード又はＭＩＳのよう
な２端子非線形デバイスの如きものを用いることもでき
るが、トランジスタの方が検出素子を能動的にアドレス
するのには簡単である。
【０００９】各検出素子の双安定回路は、位置指定手段
、例えば指又はスタイラスを検出素子に近付けることに
より発生される容量効果に応答するようにするのが好適
である。各検出素子には検出電極を設け、この電極と、
これに隣接する位置指定手段とで所定の特性を呈するキ
ャパシタンスを発生させることができる。双安定回路は
、このキャパシタンスの存在に応答して第１状態をとる
。これは、２個交差結合させたインバータを具えている
双安定回路を用い、検出電極を一方の双安定ノードに接
続し、基準キャパシタンスを他方の双安定ノードに接続
して首尾良く達成することができる。２つのキャパシタ
ンスが同じでなければ、両双安定ノードに現れる電圧が
不平衡となり、双安定回路を準安定状態にリセットして
おけば、双安定回路はキャパシタンスが大きい方に依存
する状態をとる。検出素子の検出電極の上には絶縁材料
層を設けるのが好適である。検出電極及び絶縁層の露出
表面の上か、又はそれに近付ける位置指定手段は、キャ
パシタの誘電体としての働きをする絶縁層と共にキャパ
シタのプレートをそれぞれ構成する。検出電極及びその
上に設ける絶縁層の物理的な寸法は、基準キャパシタン
スの値に関連して与えられる位置指定手段の上に得られ
るキャパシタンス値が双安定回路を適切に切り換えるよ
うに選択する。検出電極をこのように配置すれば、検出
電極に直接外部接続する必要がなくなる。絶縁層は硬質
材料製のものとして、スタイラスを過度に使用しても検
出素子が破損しないようにするのが好適である。検出素
子の絶縁層は検出素子アレイの上に一面に延在する共通
絶縁層のそれぞれの部分で構成することができる。 従って、この場合には連続した保護検出面が形成される
。
【００１０】交差結合させたインバータを具えている各
双安定回路にはスイッチングトランジスタも設け、この
トランジスタを２個のインバータの入力端子間に接続し
、トランジスタをアドレス手段により作動させて、双安
定回路を準安定状態にセットし得るようにするのが好適
である。
【００１１】双安定回路としては必要に応じて他のタイ
プのものを用いることもできる。又、検出素子は容量的
なものを用いることによる以外の他のタッチ入力に応答
し得るようにすることも考えられるが、容量的なものの
ほうが直接電気的に結線する必要がなく、しかも絶縁被
覆層を用いて検出面を頑丈にすることができるので有利
である。
【００１２】検出素子の双安定回路は薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）で構成するのが好適である。同様に、能動マ
トリックストランジスタもＴＦＴで構成することができ
る。大面積のガラス基板上にＴＦＴ、特にアモルファス
又は多結晶シリコンＴＦＴを処理加工することは能動マ
トリックス液結晶表示装置に対して既に十分開発されて
いる。検出素子アレイ及び能動マトリックススイッチは
いずれも斯る技法を用いて製造することができる。セン
サアレイは能動マトリックス表示装置と多くの類似性を
共有しており、従ってセンサアレイは能動マトリックス
スイッチング技法に用いられる薄膜堆積及びパターン化
技法によって製造するのが好適である。アドレス用導線
、モニタ用導線、キャパシタ素子及び絶縁電極の如き追
加の部品は能動マトリックス表示装置によく設けられる
部品と同じようなものであり、能動マトリックス表示装
置の画素は画素電極を具えており、これらの電極は場合
によっては関連する蓄積キャパシタと共にスイッチング
ＴＦＴを介して行及び列アドレス導線に接続する。
【００１３】斯る技法を用いることにより、個々の検出
素子の大きさを表示装置における画素に匹敵する大きさ
としてセンサアレイを製造することができる。このこと
は解像度を容易に高めることができると云う重要な意味
を持っている。
【００１４】本発明の他の好適例によれば、表示装置と
、前述した本発明によるタッチセンサアレイ装置とを具
えている表示系を形成し、アレイの検出素子を表示装置
の表示出力の上に位置させる。表示装置は、例えば個々
に制御できる画素のマトリックスアレイを具えている液
晶表示装置とすることができる。本発明によるセンサ装
置は特に前述した種類の表示装置と一緒に用いる場合、
特に例えばセンサアレイを製造するのにＴＦＴ能動マト
リックス技法を用いると、画素と検出素子との関係を１
：１とすることができると云う重要な利点を奏する。
【００１５】
【実施例】以下本発明を図面を参照して実施例につき説
明する。なお各図は概略的に示したものであり、実寸図
示したものでなく、特に所定部分の寸法を拡大し、他の
部分を縮小して示してある。同一又は同様な部分を示す
ものには同一参照番号を付して示してある。
【００１６】図１を参照するに、本発明によるタッチセ
ンサ装置は共通基板上に支承されて検出パネル１０を形
成する検出素子のアレイを具えている。各検出素子１２
は絶縁した検出電極１５に接続した双安定回路１４を具
えており、検出電極１５はキャパシタの一方の電極を構
成する。 キャパシタの反対側の電極はタッチする物体、つまり接
地スタライラスか、例えばユーザの指である。双安定回
路の状態は検出電極１５への接触により左右される。或
る特定の検出素子の検出電極を触れた場合に、これに関
連する双安定回路が所定の支持状態をとる。検出素子は
スイッチングデバイス１６を具えている能動マトリック
スに組合わせ、スイッチングデバイスをそれぞれ具えて
いる各検出素子を行及びアドレス導体に接続して、各行
の検出素子の状態を読み取り、且つ接触された位置を確
かめられるようにする。
【００１７】検出素子１２のＸ−Ｙアレイはｒ本の各行
（１からｒまで）にｃ個の検出素子（１からｃまで）を
設けて構成する。なお、図面では見やす数個の検出素子
しか示していない。実際には数１００の列及び行とする
ことができ、その数は使用目的に応じて選定する。例え
ば、コンピュータグラフィック装置用のユーザインター
フェースとして用いる場合には、検出素子の個数及び行
対列の比を上記装置のディスプレイの画素（ピクセル）
総数及びアスペクト比に応じて決めるようにする。タッ
チセンサアレイ装置をディスプレイのオーバレイとして
用いる場合には、画素と検出素子との対応関係を１：１
とすることができる。
【００１８】代表的な検出素子１２の部分の回路構成を
図２に示してある。検出素子は２個交差結合させたイン
バータ１７及び１８を具えている双安定回路１４と、２
つのインバータの入力端子間に接続したスイッチングト
ランジスタ１９とから成り、トランジスタ１９の制御（
ゲート）電極は規則的なクロック選択信号が供給される
ライン２０に接続する。一方の双安定ノードＢは、絶縁
層で覆われて検出素子の入力端子を構成する導電材料製
の長方形のパッド状をしている検出電極１５に接続する
。双安定回路の他方のノードＡは基準キャパシタ２１に
接続する。このノードＡは検出素子の出力端子としても
作用し、検出素子の出力はライン２２から取り出される
。
【００１９】検出素子をＮＭＯＳトランジスタを用いて
作製する回路構成の例を図３に示してある。直列に接続
した２個のトランジスタ２５，　２６を正の給電レール
２３と負の給電レール２４との間に他の２つの直列接続
したトランジスタ２７及び２８と並列に接続し、トラン
ジスタ２５及び２８のゲートも正の給電レール２３に接
続する。検出電極１５はトランジスタ２７のゲート並び
にノードＢに接続するが、ノードＡは基準キャパシタ２
１の片側と、トランジスタ２６のゲートとに接続し、キ
ャパシタ２１の反対側は負の給電レール２４に接続する
。給電レール２３及び２４は同じ行における他の全ての
検出素子の双安定回路により共有され、他の行の検出素
子も同様に図１に示すように各給電レール対に関連付け
られる。
【００２０】双安定回路１４は、ノードＡの電位レベル
が高レベルとなり、ノードＢが低レベルとなる第１状態
と、ノードＡが低レベルとなり、ノードＢが高レベルと
なる第２状態との２つの安定状態及びノードＡとノード
Ｂのレベルが等しくなる準安定の第３状態をとる。この
第３状態にある場合に双安定回路はノードＡ及びノード
Ｂに誘起される電圧の不平衡性に極めて敏感であり、こ
の不平衡の感じに応じて第１状態か、第２状態のいずれ
かに容易に復帰する。
【００２１】検出素子の作動に当り、先ず双安定回路１
４はライン２０のクロック信号Ｃｋ　が高レベルとなっ
てトランジスタ１９をターン・オンさせることにより準
安定状態にセットされる。トランジスタ１９がターン・
オンすると、このトランジスタはノードＡとＢとを接続
し、これらの２つのノードにおける電圧は高論理レベル
と低論理レベルとの中間の電圧値に等しくなる。その後
クロック信号Ｃｋ　が低レベルに戻ると、この信号の負
に向かう縁部がトランジスタ１９のゲート／ソース及び
ゲート／ドレイン間の寄生キャパシタンスＣｓ　により
ノードＡ及びＢの電圧に結合される。上記寄生キャパシ
タンスはほぼ等しく、これらのキャパシタンスを図２に
破線にて示してある。キャパシタンスＣｓ　の代わりに
２個の個別のキャパシタを設けることができる。各キャ
パシタンスＣｓ　の存在によって生ずるノードＡ及びＢ
における電圧シフトの大きさは関連するノードにおける
追加のキャパシタンスの値に依存し、ノードＡに対する
追加のキャパシタンスは基準キャパシタ２１のキャパシ
タンスＣｒ　であり、ノードＢに対する追加のキャパシ
タンスは入力検出電極１５のキャパシタンスＣｅ　であ
る。これらのキャパシタンスが同じでない場合に、回路
電圧の不平衡が生じ、しかもノードＡとＢは最早トラン
ジスタ１９によって相互接続されていないから、双安定
回路は上記２つのキャパシタンスの相対的な値に応じて
２つの安定状態の一方又は他方にフリップ（切り換わる
）する。例えば、検出電極のキャパシタンスＣｅ　が基
準キャパシタのキャパシタンスＣｒ　以下である場合、
クロック信号Ｃｋ　の前記結合によりノードＡの電圧が
ノードＢの電圧よりも高くなり、従って双安定回路はノ
ードＡが高レベルとなり、ノードＢが低レベルとなる状
態に切り換わる。これに対し、検出電極のキャパシタン
スＣｅ　が基準キャパシタのキャパシタンスＣｒ　より
も大きくなる場合には、ノードＢに得られる電圧がノー
ドＡの電圧よりも大きくなり、双安定回路はノードＡが
低レベルとなり、ノードＢが高レベルとなる逆の状態に
切り換わる。検出電極１５のキャパシタンスＣｅ　は検
出素子への接触が成されるか、否かに応じて２つの別個
の値をとることができる。即ち、検出電極のキャパシタ
ンスは、指又は接地スタイラスを電極１５を覆っている
誘電層の表面上か、又はそれに近付けて置く場合に高い
値を呈する。タッチ（接触）入力（検出電極に触れるこ
と）によって得られる電極１５の個所のキャパシタンス
（これは電極１５の物理的な寸法及び絶縁層の厚さに依
存する）に関連して基準キャパシタのキャパシタンスＣ
ｒ　の値を適当に選択することにより接地スタイラスで
触れることにより生ずる電極１５のキャパシタンスの増
加を検出し、且つこれに応答する。検出素子の作動時に
現れる波形を図４に示してあり、ここにＣｋ　はトラン
ジスタ１９に供給されるクロックパルス信号の波形であ
り、ＶＡ　及びＶＢ　はノードＡ及びＢにそれぞれ現れ
る電圧である。図４ａはキャパシタンスＣｅ　がキャパ
シタンスＣｒ　以下の場合、即ち接触入力がない場合を
示し、又図４ｂはＣｅ　がＣｒ　よりも大きい場合、即
ち接触入力がある場合を示している。
【００２２】検出パネル１０の検出素子１２のアレイは
図５に示すような接続で能動マトリックススイッチング
デバイス１６と一緒に駆動導線及びアドレス導線と組合
わせる。図５はＮ行Ｍ列のアレイにおける１個の完全な
検出素子の回路構成の見本を示している。検出素子１２
のＸ−Ｙアレイは行及び列導線の組を経て駆動され、且
つアドレスされ、各検出素子は列導線と行導線がそれぞ
れ交差する個所に隣接して位置する。トランジスタ１９
（及び同じ行における他の検出素子のトランジスタ１９
）　に対するクロックＣｋ　は、同じ行の全ての検出素
子１２により共有される行導線２０に沿って供給される
。同様に、正及び負の（接地）給電線２３及び２４が行
導線として延在し、これらは同じ行における他の全ての
検出素子によって共有される。図１を再び参照するに、
行導線２３及び２４の、パネル周辺に隣接する端部は給
電回路３３の出力端子に結合される給電レール３１及び
３２にそれぞれ接続する。各列の検出素子は一組の列検
出導線３４の内のそれぞれ１つの列検出導線に関連し、
この列検出導線に　ＦＥＴトランジスタから成る能動マ
トリックススイッチングデバイス１６を接続する。再び
図５を参照するに、各検出素子に関連するスイッチング
デバイス１６は、関連する列導線３４と給電導線２４と
の間に直列に接続した２個のスイッチングトランジスタ
３６と３７とで構成し、これらのトランジスタのゲート
を接続する（Ｎ＋１）番目の検出素子１３に直接関連す
るクロック信号行導線２０と、検出素子の双安定回路の
ノードＡとにそれぞれ接続する。
【００２３】行導線２０及び列導線３４の端部はクロッ
ク信号を発生する行アドレス回路４０と、列検出回路４
１とにそれぞれ接続され、列検出回路及び行アドレス回
路の作動はタイミング兼制御回路４３により接続される
と共に同期がとられる（図１）。行アドレス駆動回路４
０は行導線２０をクロックパルスで順次走査して、各行
の検出素子を逐次リセット及び作動させる。クロックパ
ルスは前の行の検出素子の状態を検出回路４１により列
導線３４を介して読取り、且つ検出し得るようにする働
きもし、検出回路４１は各行の検出素子の状態を示す出
力を端子５８に順次供給する。アレイの最初と最後の行
は他の行とは多少異なっており、これらの行の関連する
２つの行導線２０の一方は、その行専用とするため、行
導線２０は全部で（ｒ＋１）本である。行アドレス回路
４０による行導線２０の走査は連続フィールド周期で規
則的に繰返えされる。
【００２４】図１に示す装置では、ユーザが接地スタイ
ラス５０を操作して適当な検出素子に触れるようにする
が、スタイラスの代りにユーザの指を用いることができ
ることは明らかである。
【００２５】図６は図１及び図５に示す装置の作動時に
特定の検出素子に現れる代表的な信号波形を示している
。Ｃｋ　（Ｎ）及びＣｋ　（Ｎ＋１）は回路４０により
Ｎ番目と（Ｎ＋１）番目の行導線２０に供給されるクロ
ックパルス信号である。クロックパルスＣｋ　（Ｎ）の
受信時に、検出素子（及びＮ番目の行における他の全て
の素子）の双安定回路がリセットされ、次いでその直後
に上記双安定回路は、検出素子が触れられているのか、
否かに応じて取り得る２つの安定状態のいずれか一方の
状態に切り換わる。ＶＡ　及びＶＢ　は前述したように
検出素子のノードＡ及びＢに現われる電圧レベルを表わ
し、本例の場合、これらの電圧レベルは関連する検出素
子が触れていない場合を示している。検出素子にスタイ
ラスが触れている場合には点線にて示すような他の状態
となる。
【００２６】クロックパルスが次の（Ｎ＋１）番目の行
導線２０に供給されて（Ｎ＋１）番目の行における検出
素子の双安定回路がリセットされると、検出素子（及び
Ｎ番目の行における他の全ての検出素子）の能動スイッ
チングデバイス６６が作動して、検出素子の状態を決定
することができる。検出素子の双安定出力はトランジス
タ３７のゲートに接続されており、本例では出力（ノー
ドＡ）が低レベルにあるため、トランジスタ３７はター
ン・オフする。クロックパルスＣｋ　（Ｎ＋１）はトラ
ンジスタ３６をターン・オンさせるが、列導線３４と給
電（負）導線２４との間は、トランジスタ３７がターン
・オフするから接続されない。これに対し、双安定回路
が他方の安定状態にあり、検出素子が触れられているこ
とを示すノードＡの高レベル状態では、トランジスタ３
７がターン・オンし、直列に接続されたトランジスタ３
６及び３７が行導線３４と接地導線２４との間を相互接
続する。
【００２７】検出素子の双安定回路の状態は、上述した
ような相互接続が存在するか、否かを列導線に接続した
検出回路４１にて検出することにより確かめられる。こ
の確認は様々な方法にて達成することができる。例えば
、列導線３４は（Ｎ＋１）番目の行導線２０がアドレス
される前に高電圧レベルに予じめ帯電させることができ
、この場合にはＣｋ　（Ｎ＋１）番目のクロック信号に
よるマトリックストランジスタ３６の切り換え時に、双
安定回路の状態に応じてトランジスタ３７の作動により
斯かる電圧が放電するか、否かを検出する。この動作モ
ードに対するＭ番目の列導線に対する電圧波形を図６に
ＶＭ　にて示してあり、ここにｔはプレチャージ期間を
表わし、ｔ１は次の行に対するプレチャージ期間を表わ
している。マトリックストランジスタ３６及び３７を流
れる電流を測定するために列導線３４に電流増幅器を接
続することもできる。前者の方法によれば、論理レベル
信号をマトリックスの列導線から直接得ることができる
ので、列駆動回路が比較的簡単となる。しかし、この動
作モードでは列導線のキャパンタンスを放電させるのに
能動マトリックストランジスタが或る時間を必要とする
ので、検出素子の行走査速度が制限されることになる。 後者の方法では、能動マトリックストランジスタからの
小さな信号を所要な論理信号に変換するために、検出回
路４１内にて電流又は帯電検出増幅器を各列導線３４に
接続する必要がある。
【００２８】各列導線に接続したそれぞれの検出増幅器
で充電電流の大きさを検出することにより、センサ装置
はどの検出素子が触れられたのか、それら検出素子の座
標を確かめることができる。図７はこのような検査に好
適な検出回路の一部を示し、ここに示してあるのは図面
の簡単化のために検出素子の僅か３本の連続する列導線
に対するものだけである。パネル１０の各列導線３４は
並列帰還インピーダンス５３を有している反転増幅器５
２の入力端子に接続する。検出器は容量性か、又は抵抗
性の帰還インピーダンスのいずれかを設けることにより
帯電か、電流のいずれかを検知する。増幅器５２の出力
は信号処理回路５４に供給される。この信号処理回路５
４は、触れられた列導線に関連する検出素子を示す列導
線における大きな電流スパイクの影響に応答して適当な
ディジタル出力を発生する並列しきい値回路５５と、こ
のしきい値回路の出力端子に接続され、シフトレジスタ
５７を形成する一連のフリップ・フロップにディジタル
信号をラッチして、一連の信号５８を発生させるように
する並列ラッチ回路５６とを具える。
【００２９】処理回路５４の出力を行導線駆動回路４０
の作動と関連付けることによって、接触された検出素子
の座標を識別する独特な信号をタッチセンサ装置にとっ
て本来固有の既知の方法にて発生させることができる。
【００３０】各列の検出素子はアドレス回路４０により
順次アドレスされるため、１フィールドの終了後には接
触された全ての検出素子を表わすもの、又は画像が得ら
れる。検出素子アレイのこのようなアドレッシングは、
各検出素子の状態がフィールド周期で逐次繰り返しモニ
タされるようにして反復サイクルで行われる。各フィー
ルド周期の期間は、所要に応じアレイにおける検出素子
の行数、駆動回路４０により供給されるクロックパルス
の接続時間及び検出回路４１の動作方法を考慮して変え
ることができる。フィールド周期は、比較的短い接触入
力を検出し得るようにするために十分短く選定する必要
があることは明らかである。例えば各フィールド周期を
約２０ｍｓｅｃとして、ユーザ入力に対する応答を極め
て速くし、接触入力の迅速な変化を検出することができ
る。
【００３１】上述した例では接地電位に結合させた導電
スタイラスを情報入力用の道具として用いている。スタ
イラスを用いる場合には、使用すべき検出素子の面積を
小さくすることかでき、従ってアレイの解像度を高める
ことができ、これは例えばグラィックディスプレイ装置
用のインタフェースとして使用するのに有利である。
【００３２】タッチセンサパネルの他の例の回路構成の
一部を図５に対するものと同様に図８に示してあり、こ
こには代表的な検出素子の回路をそれに関連する駆動及
びアドレス導線並び能動マトリックススイッチングトラ
ンジスタと一緒に示してある。本例では各行に対する別
個の接地用給電導線が必要でなくなる代りに、行導線２
０にクロックパルスが実際に供給されている時以外は行
導線２０を大地電位にする。この例の回路の作動時に表
われる代表的な波形を図６の波形にならって図９に示し
てある。
【００３３】この回路でも各検出素子の行に正の給電ラ
イン２３を設ける。しかし、前述したように接地給電ラ
インは使用せずに、その代り各検出素子の行には前述し
たように２本でなく、３本のクロック信号行導線２０を
関連付ける。図８の回路を図５の回路と比較するに、図
８の場合には能動マトリックストランジスタの内のトラ
ンジスタ３７の主電極、基準キャパシタ２１のノードＡ
とは反対側及び双安定回路のトランジスタ２６と２７と
の相互接続点がいずれもライン６０を経て（Ｎ＋１）番
目の行導線２０に接続されていることが判る。図示の検
出素子及び同じ行における他の全ての同様な検出素子の
作動は概して前述した例におけるものと同様である。Ｎ
番目の行導線２０に供給されるクロックパルス信号は双
安定回路をリセットし、このパルスの終了時に双安定回
路は検出電極１５に接触入力が成されたか、否かに応じ
て取り得る２つの安定状態の内のいずれか一方の状態を
とる。回路部品に対する必要な接地はライン６０を経て
行なう。図９は（Ｎ＋１）、Ｎ及び（Ｎ＋１）番目の３
つの連続する行導線２０に対するクロックパルス列を示
し、これから明らかなようにＮ番目及び（Ｎ＋１）番目
の行導線２０にクロックパルスが供給されている期間中
、（Ｎ＋１）番目の行導線は大地電位に保持される。双
安定回路の状態は前述したように、能動マトリックスの
トランジスタ３６が（Ｎ＋１）番目の行導線２０に供給
されるクロックパルスによりターン・オンする際に読出
される。接地給電導線を使用しなくて済むと云うことは
、必要とする行導線の本数が少なくて済むことになるが
、第１行の検出素子を安全に作動させる必要がある場合
には、これら第１行の検出素子に対する追加の行導線を
設ける必要がある。
【００３４】図５及び図８に示すいずれの回路の場合に
も、検出素子のアレイ、能動マトリックス及びアドレス
導線並びに駆動導線は液晶表示装置の如き能動マトリッ
クスアドレス表示装置に用いられる技法に基いて製造す
る。能動マトリックス表示パネルにおける各画素は、一
方の基板上に行及び列アドレス導線の組と、１つ以上の
関連するマトリックススイッチングトランジスタと一緒
に支承される第１電極を有している表示素子で構成する
。（表示素子の第２電極は電気−光学材料、例えば液晶
材料を挟んで離間させた第２の基板上に支承される。）
従って、これらの表示パネルの一方の基板上の回路構成
と、上述したタッチセンサパネルとの間には多くの類似
性があることは明らかである。能動マトリックス表示装
置の製造技術は多数報告されており、大面積の能動マト
リックスアレイを製造する手段も同様に確立されており
、従ってここでは本発明に係る検出アレイ装置のパネル
を製造する方法について敢えて詳細に説明する必要はな
いものと思料する。例えば、検出アレイ装置のパネルは
基板上に多数の重畳層を堆積し、且つこれらの層をパタ
ーン化する。検出素子の能動アドレッシングもほぼ同じ
ようにして達成する。
【００３５】検出パネル１０は同様な方法で構成される
が、信号処理は標準の表示パネルよりも多少複雑となる
。その理由は、追加の導線組及び各検出素子に対する７
個のトランジスタを組込む必要があるからである。
【００３６】能動マトリックス表示装置におけるように
、ガラス基板はアモルファスシリコン又は多結晶シリコ
ン技法を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する
トランジスタと一緒に用いる。アドレス導線及び駆動導
線は金属層をパターン化し、交差個所を適当に絶縁して
形成する。基準キャパシタ２１及び必要ならば個別の補
足キャパシタンスＣＳ　は、絶縁層を間に介挿させた堆
積金属層から金属パッドを画成することにより形成する
。 同様に、検出電極１５もセンサ装置を如何に使用するか
に応じて、堆積した不透明又は透明の導電層から画成す
る。電極１５を覆う絶縁層は、検出素子アレイの全面積
の上に延在し、連続する検出面を形成する単一層として
設ける。この絶縁層は検出素子アレイを電気的及び機械
的に保護する作用もする。
【００３７】検出素子、特に検出電極の物理的な寸法は
、使用するタッチセンサアレイの特定要件、例えば所望
される解像度特性に適えるべく変えることができる。 検出素子の寸法は表示装置における画素に用いられるの
同程度、例えば約１００平方マイクロメートル、又はそ
れ以上とすることができる。
【００３８】上述した例のタッチセンサ装置は独立した
インタフェースとして用いることができる。これらのタ
ッチセンサ装置は表示装置、例えばマトリックス液晶表
示装置、又はＣＲＴに対するオーバレイとして用いるこ
とができる。このためには、検出素子の少なくとも検出
電極は透明とする必要がある。解像度を高めることがで
きると云うことは、極めて正確に位置を検出することが
できると言うことを意味する。従って表示装置のオーバ
レイとして用いる場合に、個々の検出素子と、表示装置
、例えば能動マトリックスアドレス液晶表示装置の表示
画素との関係を１：１とすることができる。カラー表示
の場合には３つで一組を成す各表示素子に対して１個の
検出素子を設けることができる。代表的な液晶表示装置
はアドレス導線と共に画素アレイを規定する電極を支持
し、且つ間に液晶材料を挟む２つの離間した基板を具え
ている。検出素子アレイは、各検出素子が個々に表示画
素と整合するようにして表示装置の上に取付ける。
【００３９】本発明は上述した例のみに限定されるもの
ではなく、例えば、基準キャパシタ２１の代りにＴＦＴ
３７の寄生キャパシタンスを基準キャパシタンスとして
用いることにより専用の基準キャパシタ２１の必要性を
なくすことができる。この寄生キャパシタンスはＴＦＴ
トランジスタ３７のゲート接点をソース接点の上に故意
に延在させることにより増大させることができる。さら
に、当業者には明らかなように、双安定回路としては例
えばロング・テイルド・ペア回路を用いることもできる
。
【００４０】上述した例の回路では能動アドレッシング
用に３端子トランジスタデバイスを用いているが、検出
素子は、表示装置の能動マトリックスをアドレスするの
に用いられている既知の技法によりダイオード又はＭＩ
Ｍのような２端子の非線形スイッチングデバイスによっ
て能動的にアドレスすることもできる。又、上述した例
にて用いた容量的な方法とは別に、位置指定手段（スタ
イラス又はユーザの指）と検出素子の部品との間の直接
的な電気接触に頼って、検出素子の双安定回路により用
いた状態を斯様な電気接触の有無により決定するように
する技法を用いて検出素子を接触入力に応答させること
もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるタッチセンサアレイ装置の一例を
概略的に示す線図である。
【図２】検出素子アレイの代表的な検出素子の等価回路
図である。
【図３】検出素子の他の例を示す回路図である。
【図４】検出素子の作動説明用の波形図である。
【図５】センサアレイにおける１個の完全な検出素子と
、それに関連する能動マトリックススイッチングデバイ
スとを具えている部分の回路図である。
【図６】図５に示す回路部分の作動時に現われる代表的
な信号波形を示す図である。
【図７】タッチセンサアレイ装置の検出回路の部分を示
すブロック図である。
【図８】本発明によるタッチセンサアレイ装置の他の例
の一部分を示す回路図である。
【図９】図８の回路の作動時に現われる代表的な信号波
形を示す図である。
【符号の説明】
１０　　検出素子アレイ １２　　検出素子 １４　　双安定回路 １５　　検出電極 １６　　スイッチングデバイス １７　，　１８　　　インバータ １９　　スイッチングトランジスタ ２０　　クロック信号ライン ２１　　基準キャパシタ ２２　　出力ライン ２３　　正の給電レール ２４　　負の給電レール ２５，　２６，　２７，　２８　　トランジスタ３３　
　給電回路 ３４　　列導線 ３６，　３７　　スイッチングトランジスタ４０　　行
アドレス回路 ４３　　タイミング兼制御回路 ５０　　接地スタイラス ５２　　反転増幅器 ５３　　帰還インピーダンス ５４　　信号処理回路 ５５　　並列しきい値回路 ５６　　並列ラッチ回路 ５７　　シフトレジスタ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　行列配置された検出素子のアレイを具
    え、行及び列導線に基づいて或る選択された行導線と或
    る選択された列導線との交差個所における前記検出素子
    の内の或る特定のものを選択的にアドレスするアドレス
    手段を設けたタッチセンサアレイ装置において、前記各
    検出素子が前記アレイにおける該検出素子の位置に双安
    定回路を具え、該双安定回路が前記検出素子の位置にお
    けるタッチ入力の有無に応答して、該検出素子を連続的
    にアドレスしたままとし得る第１又は第２安定状態をと
    るようにし、且つ前記アドレス手段によるアドレス時に
    前記双安定回路がその実際の状態に従う出力を発生し、
    前記装置が前記検出素子の双安定回路をそれぞれ周期的
    にリセットするリセット手段を有するようにしたことを
    特徴とするタッチセンサアレイ装置。
  2. 【請求項２】　　前記検出素子の各々がスイッチングデ
    バイスの能動マトリックスにそれぞれスイッチングデバ
    イスを具え、前記検出素子を、前記アドレス手段により
    スイッチングデバイスを作動させることにより能動的に
    アドレス可能として、アドレス手段の検出回路が双安定
    回路の状態を検出し得るようにしたことを特徴とする請
    求項１に記載のタッチセンサアレイ装置。
  3. 【請求項３】　　前記アドレス手段が前記双安定回路の
    周期的リセット化に関連したインターバルで検出素子を
    能動的にアドレスするようにしたことを特徴とする請求
    項２に記載のタッチセンサアレイ装置。
  4. 【請求項４】　　前記スイッチングデバイスを薄膜トラ
    ンジスタで構成したことを特徴とする請求項２又は３の
    いずれかに記載のタッチセンサアレイ装置。
  5. 【請求項５】　　前記検出素子を前記アドレス手段によ
    り一度に一行づつリセットさせるようにしたことを特徴
    とする請求項２〜４のいずれかに記載のタッチセンサア
    レイ装置。
  6. 【請求項６】　　前記検出素子のスイッチングデバイス
    を前記アドレス手段により一度に一行づつ作動させるよ
    うにしたことを特徴とする請求項５に記載のタッチセン
    サアレイ装置。
  7. 【請求項７】　　行アドレス導線を経て供給される選択
    信号により前記検出素子をリセットすると共に前記スイ
    ッチングデバイスを作動させ、且つ前記検出回路を列検
    出導線を介してスイッチングデバイスに接続したことを
    特徴とする請求項６に記載のタッチセンサアレイ装置。
  8. 【請求項８】　　前記各検出素子の双安定回路が、該検
    出素子に近付ける位置指定手段により発生される容量性
    の影響に応答させるようにしたことを特徴とする請求項
    １〜７のいずれかに記載のタッチセンサアレイ装置。
  9. 【請求項９】　　各検出素子が検出電極を具え、該検出
    電極が前記位置指定手段と相俟って所定のキャパシタン
    スを呈するようにしたことを特徴とする請求項８に記載
    のタッチセンサアレイ装置。
  10. 【請求項１０】　　前記各検出素子の双安定回路が２個
    交差結合させたインバータを具え、前記検出電極を一方
    の双安定ノードに接続し、他方の双安定ノードに基準キ
    ャパシタを接続し、双安定回路をアドレス手段により周
    期的に準安定状態にリセットし、この双安定回路のリセ
    ット化に引き続いて、該双安定回路が検出電極によるキ
    ャパシタンスと前記基準キャパシタンスとの相対値に依
    存して第１又は第２安定状態をとるようにしたことを特
    徴とする請求項９に記載のタッチセンサアレイ装置。
  11. 【請求項１１】　　前記双安定回路が前記２つのインバ
    ータの入力端子間に接続したスイッチングトランジスタ
    を具え、該トランジスタを前記アドレス手段により作動
    させて、前記双安定回路を準安定状態にセットし得るよ
    うにしたことを特徴とする請求項１０に記載のタッチセ
    ンサアレイ装置。
  12. 【請求項１２】　　前記各検出素子の検出電極の上に絶
    縁材料層を設けたことを特徴とする請求項９〜１１のい
    ずれかに記載のタッチセンサアレイ装置。
  13. 【請求項１３】　　前記絶縁材料層を前記検出素子アレ
    イの上に共通に連続的に延在させる材料の各部分で構成
    するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載のタ
    ッチセンサアレイ装置。
  14. 【請求項１４】　　前記双安定回路を薄膜トランジスタ
    で構成したことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれ
    かに記載のタッチセンサアレイ装置。
  15. 【請求項１５】　　表示装置を設け、該表示装置の表示
    出力領域を前記検出素子アレイを一緒に位置付けて、検
    出素子が表示出力の上に位置するようにしたことを特徴
    とする請求項１〜１４のいずれかに記載のタッチセンサ
    アレイ装置。
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