KR20130014404A

KR20130014404A - 터치 패널

Info

Publication number: KR20130014404A
Application number: KR1020120082238A
Authority: KR
Inventors: 고지 나가따
Original assignee: 가부시키가이샤 재팬 디스프레이 이스트
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2013-02-07
Also published as: US20130027333A1; US9069424B2; JP2013029950A; CN102902403A; KR101391017B1; TWI488097B; TW201310319A; CN102902403B; JP5801638B2

Abstract

본 발명은 내 노이즈 성능을 향상시킨 터치 패널을 제공하기 위한 것으로, 1주사 기간마다, 복수의 주사 전극 각각에 순차, 연속하는 구동 펄스열을 입력하고, 주사 전극과 교차하는 검출 전극에 발생하는 검출 펄스열을 검출한다. 검출 펄스열을 서로 상이한 간격으로 샘플링하고, 복수의 데이터 계열을 생성한다. 복수의 데이터 계열은 복수의 프레임 기간에 걸친 검출 펄스열로부터 생성할 수 있다. 당해 복수의 데이터 계열 각각의 주파수 스펙트럼 상호간에서, 주파수 성분마다 신호 강도를 비교하고, 강도에 차이가 있는 주파수 성분을 수정한 주파수 스펙트럼을 생성한다. 수정된 주파수 스펙트럼으로부터 검출 신호를 생성한다.

Description

터치 패널{TOUCH PANEL}

본 발명은, 터치 패널에 관한 것으로, 특히, 노이즈의 영향을 저감해서 고정밀도로 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 패널에 관한 것이다.

표시 화면에 사용자의 손가락 또는 펜 등을 사용해서 터치 조작(접촉 압박 조작, 이하, 간단히 터치라고 칭함)해서 정보를 입력하는 장치(이하, 터치 센서 또는 터치 패널이라고도 칭함)를 구비한 표시 장치는, PDA나 휴대 단말 등의 모바일용 전자 기기, 각종 가전 제품, 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine) 등에 사용되고 있다. 이러한 터치 패널로서, 터치된 부분의 저항값 변화를 검출하는 저항막 방식, 용량 변화를 검출하는 정전 용량 방식 및 광량 변화를 검출하는 광 센서 방식 등이 알려져 있다.

정전 용량 방식의 터치 패널은, 종방향으로 연장한 복수의 검출용의 전극(X전극)과 횡방향으로 연장한 복수의 검출용의 전극(Y전극)을 구비하고, X전극과 Y전극의 매트릭스 형상으로 배열된 교점에서의 전극간 용량을 입력 처리부에서 검출한다. 터치 패널의 표면에 손가락 등의 도체가 접촉한 경우에는, 접촉 개소에 배치된 전극의 용량이 증가하기 때문에, 입력 처리부는 이 용량 변화를 검지하고, 각 전극이 검지한 용량 변화의 신호를 기초로 입력 좌표를 계산한다.

US2008/0306733 A1

정전 용량 방식의 터치 패널에 한하지 않고, 터치 패널은 디스플레이 상에 배치되므로, 디스플레이가 발생하는 노이즈에 의해 오동작을 일으킨다. 그로 인해, 터치 패널의 이면(디스플레이측의 면)에, 디스플레이로부터 발생하는 노이즈를 경감하기 위한 이면 실드 전극이 설치되어 있다.

최근, 터치 패널에 대해서도 저비용화가 요망되고 있다. 터치 패널의 저비용화에는, 이면 실드 전극의 삭제가 효과적이다. 이 저비용화책을 실시하기 위해서는 신호 처리에 있어서의 내 노이즈 성능을 향상할 필요가 있다.

본 발명은, 전술한 요망에 기초해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 내 노이즈 성능을 향상시킨 터치 패널을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상술한, 및 기타의 목적과, 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 명확하게 한다.

본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면, 하기와 같다.

(1) 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 터치 패널은, 복수의 주사 전극과, 상기 복수의 주사 전극과 교차하는 복수의 검출 전극과, 1주사 기간마다, 상기 주사 전극 각각에 순차, 연속하는 구동 펄스열을 입력하는 제1 수단과, 상기 각각의 검출 전극에서 검출된 연속하는 검출 펄스열로부터 서로 상이한 간격으로 펄스를 추출하고, 적어도 2개의 데이터 계열을 생성하는 제2 수단과, 상기 적어도 2개의 데이터 계열에 각각에 푸리에 변환을 실시하여, 상기 적어도 2개의 데이터 계열의 각각의 주파수 스펙트럼을 생성하는 제3 수단과, 상기 적어도 2개의 데이터 계열의 각각의 주파수 스펙트럼 상호간에서, 주파수 성분마다 신호 강도를 비교하고, 강도가 변화하고 있는 주파수 성분이 수정된 주파수 스펙트럼을 생성하는 제4 수단과, 상기 제4 수단에서 생성된 주파수 스펙트럼에 역 푸리에 변환을 실시하여, 상기 제4 수단에서 생성된 주파수 스펙트럼으로부터 검출 신호를 생성하는 제5 수단을 갖는다.

(2) 상기 (1)의 터치 패널에 있어서, 상기 제3 수단은, 복수의 프레임 기간에 걸친 상기 적어도 2개의 데이터 계열 각각으로부터, 주파수 스펙트럼을 생성한다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 터치 패널에 있어서, 상기 제4 수단은, 상기 적어도 2개의 데이터 계열 각각의 주파수 스펙트럼 상호간에서, 주파수 성분마다 신호 강도를 비교하고, 강도가 변화하고 있는 주파수 성분의 신호 강도로서, 상기 적어도 2개의 데이터 계열 각각의 주파수 스펙트럼의 주파수 성분 상호간에서의 신호 강도의 최소값, 혹은, 신호 강도의 평균값을 채용한다.

(4) 상기 (1) 또는 (2)의 터치 패널에 있어서, 상기 적어도 2개의 데이터 계열마다, 상기 각각의 검출 전극에서 검출된 연속하는 검출 펄스열로부터 펄스를 추출하는 간격을 조정 가능하다.

(5) 상기 (1) 또는 (2)의 터치 패널에 있어서, 상기 적어도 2개의 데이터 계열은, 제1 데이터 계열과, 제2 데이터 계열의 2개의 데이터 계열이다.

(6) 상기 (5)의 터치 패널에 있어서, 상기 제4 수단은, 상기 제1 데이터 계열의 주파수 스펙트럼과 상기 제2 데이터 계열의 주파수 스펙트럼 사이에서, 주파수 성분마다 신호 강도를 비교하고, 강도가 변화하고 있는 주파수 성분의 신호 강도로서, 상기 제1 데이터 계열의 주파수 스펙트럼 주파수 성분과 상기 제2 데이터 계열의 주파수 스펙트럼의 주파수 성분 사이에서, 신호 강도가 낮은 쪽의 값을 채용한다.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 터치 패널은, 탑재되는 표시 패널측의 면에 실드 전극을 구비하지 않는다.

본원에 있어서 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단하게 설명하면, 하기와 같다.

본 발명에 따르면, 내 노이즈 성능을 향상시킨 터치 패널을 제공하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예의 터치 패널이 탑재되는 터치 패널이 구비된 디스플레이의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예의 터치 패널의 전극 패턴을 도시하는 모식도.
도 3은 정전 용량 방식의 터치 패널에 입력이 없는 경우에 있어서의 구동 신호 및 검출 신호의 개략적인 신호 파형도.
도 4는 터치 패널의 전극 패턴과 터치 위치의 예를 도시하는 모식도.
도 5는 정전 용량 방식의 터치 패널에 입력이 있는 경우에 있어서의 구동 신호 및 검출 신호의 개략적인 신호 파형도.
도 6은 종래의 신호 처리 과정에 수반하는 신호 주파수 성분의 변화의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 7은 종래의 신호 처리 과정에 수반하는 신호 주파수 성분의 변화의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 8은 종래의 신호 처리 과정에 수반하는 신호 주파수 성분의 변화의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 노이즈 제거 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 신호 처리 과정에 수반하는 신호 주파수 성분의 변화의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예의 터치 패널의 노이즈 제거 방법을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 실시예의 터치 패널에 있어서의, 노이즈 제거 효과와 샘플링 주파수의 관계를 설명하는 그래프.
도 12는 노이즈 제거 적용이 없는 상태의 출력 신호의 예를 도시하는 신호 파형도.
도 13은 도 11의 측정점A를 부여하는 출력 신호의 파형도.
도 14는 도 11의 측정점B를 부여하는 출력 신호의 파형도.
도 15는 도 11의 측정점C를 부여하는 출력 신호의 파형도.
도 16은 도 11의 측정점D를 부여하는 출력 신호의 파형도.
도 17은 도 11의 측정점E를 부여하는 출력 신호의 파형도.
도 18은 도 11의 측정점F를 부여하는 출력 신호의 파형도.
도 19는 도 11의 측정점G를 부여하는 출력 신호의 파형도.
도 20은 종래의 터치 패널의 검출 방식의 상세를 도시하는 모식적인 타이밍도.
도 21은 본 발명의 실시예의 터치 패널의 검출 방식의 상세를 도시하는 모식적인 타이밍도.
도 22는 본 발명의 실시예의 터치 패널에 있어서의, 노이즈의 검출 기간을 설명하기 위한 도면.
도 23은 본 발명의 실시예의 터치 패널에 있어서의, 노이즈의 검출 기간을 설명하기 위한 도면.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

또한, 실시예를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그 반복된 설명은 생략한다. 또한, 이하의 실시예는, 본 발명의 특허청구의 범위의 해석을 한정하기 위한 것이 아니다.

<제1 실시예>

도 1은, 본 발명의 실시예의 터치 패널이 탑재되는 터치 패널이 구비된 디스플레이의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다.

도 1에 있어서, 터치 패널(106)은, 본 실시예의 정전 용량 방식의 터치 패널이다. 터치 패널(106)은, 후술하는 바와 같이, 용량 검출용의 X전극과 Y전극을 갖는다.

터치 패널(106)은 표시 패널(101)의 전방면에 설치된다. 따라서, 표시 패널(101)에 표시된 화상이 사용자에게 보이기 위해서는, 표시 화상은 터치 패널(106)을 투과할 필요가 있으므로, 터치 패널(106)은 높은 광투과율을 갖는 것이 바람직하다.

터치 패널(106)의 X전극 및 Y전극은, 배선(107)에 의해 터치 패널 제어부(108)에 접속된다. Y전극은 주사 전극으로서 사용되고, X전극은 검출 전극으로서 사용된다. 터치 패널 제어부(108)는, Y전극에 순차, 구동 전압을 인가함으로써, 각 전극 교점에 있어서의 전극간 용량을 측정한다. 그리고, 터치 패널 제어부(108)는, 각 전극간의 교점의 용량값에 의해 변화되는 용량 검출 신호로부터 입력 좌표를 산출한다. 터치 패널 제어부(108)는, I/F 신호(109)를 사용하여, 입력 좌표를 시스템 제어부(105)에 전송한다.

시스템 제어부(105)는, 터치 조작된 터치 패널(106)로부터 입력 좌표를 전송받으면, 그 터치 조작에 따른 화상을 표시하기 위한 표시 제어 신호(104)를 생성해서 표시 제어 회로(103)에 전송한다.

표시 제어 회로(103)은, 표시 제어 신호(104)에 기초하여 표시 신호(102)를 생성해서 표시 패널(101)에 출력한다. 표시 패널(101)은 표시 신호(102)에 의해 화상을 표시한다.

또한, 표시 패널(101)은, 터치 패널(106)을 사용할 수 있는 것이면 어떠한 종류이어도 되고, 액정 표시 패널에 한하지 않고, 유기 발광 다이오드 소자나 표면 전도형 전자 방출 소자를 사용하는 표시 패널, 혹은, 유기 EL 표시 패널 등도 표시 패널(101)로서 사용 가능하다.

표시 패널(101)로서 액정 표시 패널을 사용할 경우, 액정 표시 패널의 화상 표시면과는 반대측의 면 아래에 백라이트(도시하지 않음)가 배치된다. 여기서, 액정 표시 패널은, 예를 들어 IPS 방식, TN 방식, VA 방식 등의 액정 표시 패널이 사용되고 있다.

잘 알려져 있는 바와 같이, 액정 표시 패널은, 대향해서 배치된 2매의 기판이 접합되어 형성되어 있고, 2매의 기판의 외측에는 편광판이 설치되어 있다.

도 2는, 본 발명의 실시예의 터치 패널의 전극 패턴을 도시하는 모식도이다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 터치 패널(106)은, Y전극(201)으로서 TX1 내지 TX6, X전극(202)으로서 RX1 내지 RX5를 갖는다. 여기서는, 예를 들어, X전극(202)을 5개, Y전극(201)을 6개로 나타내고 있지만, 전극수는 이것에 한정되지 않는다.

본 실시예의 터치 패널(106)은, 예를 들어, 터치 패널 기판 상에, Y전극(201), 층간 절연막(도시하지 않음), X전극(202), 보호막(도시하지 않음)이 순차 적층된 구성을 갖는다.

도 3은, 정전 용량 방식의 터치 패널(106)에의 입력이 없는 경우에 있어서의 구동 신호 및 검출 신호의 개략적인 신호 파형도이다. 도 3에 도시하는 파형도에 있어서 횡축은 시간, 종축은 진폭을 나타낸다.

도 3에 도시하는 바와 같이, Y전극(201)인 TX1 내지 TX6에 대하여, 1주사 기간마다 순서대로 구동 전압(구동 신호)(401)이 입력된다. 이에 대해, X전극(202)인 RX1 내지 RX5에서 검출되는 검출 신호(402)의 파형은, 구동 전압의 입력에 동기해서 변화된다. 도 3에서는, 터치 패널(106)에의 입력이 없으므로, X전극 RX1 내지 RX5에서 검출되는 검출 신호의 진폭에 큰 변화는 발생하지 않는다.

도 4는, 터치 패널의 전극 패턴과 터치 위치의 예를 도시하는 모식도이다. 도 4에서는, 터치 패널(106)에 대한 터치 위치의 예로서, 파선원(801)으로 나타내는 위치가 도시되어 있다.

도 5는 도 4에 도시하는 위치에의 터치 입력이 있는 경우의 구동 신호 및 검출 신호의 개략적인 신호 파형도이다. 도 5에 도시하는 파형도에 있어서 횡축은 시간, 종축은 진폭을 나타낸다. 도 3에서 설명한 바와 같이, Y전극 TX1 내지 TX6에 대하여, 1주사 기간마다 순서대로 구동 전압(401)이 입력된다. 이에 대해, X전극 RX1 내지 RX5에서 검출되는 검출 신호(402)의 파형에는, 도 4에 파선원(801)으로 나타낸 위치, 즉 Y전극 TX5와 X전극 RX4, RX5 사이, 및, Y전극 TX6과 X전극 RX4, RX5 사이에 대응하는 부분에서, 신호 진폭의 변화가 발생한다. 이 변화를 추출해서 처리함으로써 입력 좌표가 얻어진다.

또한, 도 3 및 도 5 내의 시간축을 확대한 파형A에 도시하는 바와 같이, Y전극 TX1 내지 TX6에 대하여, 1주사 기간마다 순서대로 입력되는 구동 신호(401)는, 복수의 펄스로 이루어지는 펄스열이다. 이것에 대응하여, 도 3 및 도 5 내의 시간축을 확대한 파형B로 나타내는 바와 같이, X전극 RX1 내지 RX5에서 검출되는 검출 신호(402)도 복수의 펄스로 이루어지는 펄스열이다.

여기서, 표시 패널(101)로부터의 노이즈가 있는 경우에는, 종래의 검출 방법에서는, 예를 들어, 원래의 신호 레벨이 노이즈에 파묻혀 버리기 때문에, X전극(202)에서 검출되는 검출 신호로부터, 본래의 신호(검출 신호(402))가 추출되지 않게 된다.

<본 실시예의 터치 패널의 노이즈 제거의 원리>

본 발명에서는, 랜덤하게 발생, 변동하는 신호를 검출 대상으로 하여, 그것에 중첩하는 노이즈를 제거하고, 높은 시그널 노이즈(SN)비를 실현하는 노이즈 제거 방법을 제안한다.

고SN비를 얻기 위해서, 본 발명에서는, 노이즈가 중첩된 신호를 동시에 동일 기간에 걸쳐, 복수의 서로 다른 주파수로 샘플링해서 신호 계열을 얻는다. 그리고, 신호 계열 각각에 대해서 주파수 스펙트럼을 산출하고, 그들 주파수 스펙트럼끼리의 사이에서 주파수마다 신호 강도를 비교한다. 그리고, 주파수 스펙트럼간에서 강도에 차이가 발생하고 있는 주파수 성분에 대해서 적정한 강도로 수정하고, 이에 의해 노이즈를 제거한다.

일반적으로, 신호 처리계의 입력단에는 아날로그 필터(로우 패스)가 설치되고, 그 후단에 아날로그 디지털 변환기가 설치된다. 그러나, 아날로그 디지털 변환기에 있어서 신호를 샘플링할 때에, 샘플링 주파수로 규정되는 특정 주파수(나이키스트 주파수)보다도 높은 주파수 성분은, 나이키스트 주파수를 대칭축으로 하여, 낮은 주파수측으로 접히어, 필터의 통과 대역에 노이즈로서 혼입한다.

이것을 방지하기 위해서는, 필터의 대역을 좁게 하거나, 또는 샘플링 주파수를 높게 할 필요가 있다. 그러나, 필터의 대역을 좁게 하면 목적으로 하는 신호의 주파수 성분도 상실되기 때문에, 목적으로 하는 신호의 정확한 행동을 관측할 수 없게 된다. 한편, 샘플링 주파수를 높이기 위해서는, 고정밀도, 또한 고속 응답의 측정 회로계가 필요로 되어, 노이즈 제거를 일정한 비용 범위에서 달성하는 것이 곤란하다.

도 6은, 종래의 신호 처리 과정에 수반하는 신호 주파수 성분의 변화의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 6 및 후술하는 도 7 내지 도 9는 주파수 스펙트럼을 나타내고 있고, 이들 도면에 있어서, 종축은 신호 강도 SV, 횡축은 주파수 f이며, fsp는 샘플링 주파수, fn은 나이키스트 주파수를 나타낸다.

도 6에 있어서, 스펙트럼(a)는 목적 신호의 주파수 스펙트럼이고, 스펙트럼(b)는 노이즈의 주파수 스펙트럼이며, 스펙트럼(c)는 노이즈가 중첩된 신호의 주파수 스펙트럼이고, 스펙트럼(d)는 신호 처리 입력단에 설치되어 있는 아날로그 필터(로우 패스)의 주파수 특성이다.

도 6의 스펙트럼(e)는 아날로그 필터를 통과한 후의 목적 신호의 주파수 스펙트럼이다. 도 6에 도시하는 예에서는, 아날로그 필터(로우 패스)의 통과 대역이, 목적 신호의 주파수 스펙트럼보다도 넓게 설정되어 있기 때문에, 필터 통과 전과 후에서의 목적 신호의 스펙트럼에 변화는 없다.

도 6의 스펙트럼(f)는 아날로그 필터를 통과한 후의 노이즈의 주파수 스펙트럼이다. 도 6에 도시하는 예에서는, 노이즈는, 아날로그 필터의 감쇠 대역에 존재하기 때문에, 필터 통과 후에는 필터 통과 전보다 신호 강도가 저하한다.

도 6의 스펙트럼(g)는 샘플링된 후의 신호의 주파수 스펙트럼이고, 도 6에 도시하는 예에서는, 샘플링 주파수(fsp)가 높고, 나이키스트 주파수(fn) 내에 목적 신호와 노이즈의 양쪽이 존재하므로 접힘은 발생하지 않고 있다. 따라서, 추가의 처리에 의해 노이즈와 목적 신호는 분리 가능하다.

도 7은, 종래의 신호 처리 과정에 수반하는 신호 주파수 성분의 변화의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 있어서, 스펙트럼(a)는 목적 신호의 주파수 스펙트럼이고, 스펙트럼(b)는 노이즈의 주파수 스펙트럼이며, 스펙트럼(c)는 노이즈가 중첩된 신호의 주파수 스펙트럼이고, 스펙트럼(d)는 신호 처리 입력단에 설치되어 있는 아날로그 필터(로우 패스)의 주파수 특성이다.

도 7의 스펙트럼(e)는 아날로그 필터를 통과한 후의 목적 신호의 주파수 스펙트럼이다. 도 7에 도시하는 예에서는, 아날로그 필터(로우 패스)의 통과 대역이, 목적 신호의 주파수 스펙트럼보다도 넓게 설정되어 있기 때문에, 필터 통과 전과 후에서의 목적 신호의 스펙트럼에 변화는 없다.

도 7의 스펙트럼(f)는 아날로그 필터를 통과한 후의 노이즈의 주파수 스펙트럼이다. 도 7에 도시하는 예에서는, 노이즈는, 아날로그 필터의 감쇠 대역에 존재하기 때문에, 필터 통과 후에는 필터 통과 전보다 신호 강도가 저하한다.

도 7의 스펙트럼(g)는 샘플링 입력단에 있어서의 신호 전체의 스펙트럼이고, 스펙트럼(h)는 샘플링 후의 노이즈의 주파수 스펙트럼이다. 도 7의 예에서는, 샘플링 주파수(fsp)가 낮으므로, 노이즈가 나이키스트 주파수(fn)보다도 높은 대역에 존재한다. 이에 의해 노이즈 성분이 나이키스트 주파수(fn)보다도 낮은 주파수 영역으로 접히어 있다.

도 7의 스펙트럼(i)는 샘플링 후의 목적 신호의 주파수 스펙트럼이다. 도 7에 도시하는 예에서는, 목적 신호는 나이키스트 주파수(fn)보다도 낮은 주파수 대역에 존재하기 때문에 접힘은 발생하지 않고 있다.

도 7의 스펙트럼(j)는 샘플링에 의해 얻어지는 신호 전체의 주파수 스펙트럼이다. 접힘 없이 샘플링된 목적 신호에 대하여, 접힌 노이즈의 주파수 스펙트럼이 중첩되어 있다. 따라서, 추가의 처리에 의해서도 노이즈와 목적 신호는 분리할 수 없다.

도 8은, 종래의 신호 처리 과정에 수반하는 신호 주파수 성분의 변화의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 8에 있어서, 스펙트럼(a)는, 목적 신호의 주파수 스펙트럼이고, 스펙트럼(b)는 노이즈의 주파수 스펙트럼이며, 스펙트럼(c)는 노이즈가 중첩된 신호의 주파수 스펙트럼이고, 스펙트럼(d)는 신호 처리 입력단에 설치되어 있는 아날로그 필터(로우 패스)의 주파수 특성이다.

도 8의 스펙트럼(e)는 아날로그 필터를 통과한 후의 목적 신호의 주파수 스펙트럼이다. 도 8에 도시하는 예에서는, 아날로그 필터의 통과 대역이 목적 신호의 주파수 스펙트럼보다도 넓게 설정되어 있기 때문에, 필터 통과 전과 후에서의 목적 신호의 스펙트럼에 변화는 없다.

도 8의 스펙트럼(f)는 아날로그 필터를 통과한 후의 노이즈의 주파수 스펙트럼이다. 도 8에 도시하는 예에서는, 노이즈는, 아날로그 필터의 감쇠 대역에 존재하기 때문에, 필터를 통과 후에는 필터 통과 전보다 신호 강도가 저하한다.

도 8의 스펙트럼(g)는 샘플링 입력단에 있어서의 신호 전체의 스펙트럼이고, 스펙트럼(h)는 샘플링 후의 노이즈의 주파수 스펙트럼이다. 도 8의 예에서는, 샘플링 주파수(fsp)가 낮으므로, 노이즈가 나이키스트 주파수(fn)보다도 높은 대역에 존재한다. 이에 의해, 노이즈 성분이 나이키스트 주파수(fn)보다도 낮은 주파수 영역으로 접히어 있다. 단, 도 7에 도시한 예와 비교하면, 샘플링 주파수(fsp)가 상이하므로 나이키스트 주파수(fn)가 상이하고, 접힘 위치가 상이하다.

도 8의 스펙트럼(i)는 샘플링 후의 목적 신호의 주파수 스펙트럼이고, 도 8에 도시하는 예에서는, 목적 신호는 나이키스트 주파수(fn)보다도 낮은 주파수 대역에 존재하기 때문에 접힘은 발생하지 않고 있다.

도 8의 스펙트럼(j)는 샘플링에 의해 얻어지는 신호 전체의 주파수 스펙트럼이다. 도 8에 도시하는 예에서는, 도 7에 도시하는 예와 같이, 접힘 없이 샘플링된 목적 신호에 대하여, 접힌 노이즈의 주파수 스펙트럼이 중첩되어 있다. 단, 도 8에 도시하는 예와 도 7에 도시하는 예는 접힘 위치가 상이하므로, 접힌 노이즈가 중첩되는 위치가 상이하다. 그러나, 추가의 처리에 의해서도 노이즈와 목적 신호를 분리할 수 없는 것은 도 7에 도시하는 예와 다르지 않다.

도 9는, 본 발명의 노이즈 제거 방법을 설명하기 위한 도면이고, 신호 처리 과정에 수반하는 신호 주파수 성분의 변화의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 9의 스펙트럼(a)는, 도 7에서 설명한 샘플링 주파수로 샘플링해서 얻어지는 신호 전체의 주파수 스펙트럼이고, 도 7의 스펙트럼(j)에 상당한다.

도 9의 스펙트럼(b)는, 도 8에서 설명한 샘플링 주파수로 샘플링해서 얻어지는 신호 전체의 주파수 스펙트럼이고, 도 8의 스펙트럼(j)에 상당한다. 이것을 도 9의 스펙트럼(a)의 주파수 스펙트럼과 비교하면, 목적 신호는 변화하지 않지만, 접힌 노이즈의 각 주파수 성분이 목적 신호에 중첩되는 위치가 상이하다. 따라서, 양자를 비교함으로써 노이즈를 판별 가능한 것이 명확하다.

도 9의 스펙트럼(c)는 노이즈를 제거한 후의 신호의 주파수 스펙트럼이다. 예를 들어, 도 9의 스펙트럼(a), (b) 각각의 주파수 fn에서의 신호 강도를 비교한다. 이 주파수에 있어서의 신호 강도는 스펙트럼(a)와 (b)에서 상이하다. 이것은 노이즈가 중첩되어 있을 가능성을 시사한다. 그래서, 비교한 신호 강도 중 낮은 쪽을 정확하다고 파악하고, 이것을 이 주파수에 있어서의 신호 강도로 한다. 모든 주파수에 있어서 마찬가지의 판정을 행함으로써 노이즈 제거가 달성된다.

도 10은, 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널의 노이즈 제거 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 본 실시예의 노이즈 제거 방법은, 크게 4단계의 처리 수순으로 구성된다.

수순 1은, 입력 신호의 샘플링이다. 목적 신호에 노이즈가 중첩되어 있는 입력 신호를, 서로 다른 복수의 샘플링 주기(도 10에서는, 주기A와 주기B의 2개로 함)로, 동시에, 동일 기간에 걸쳐서 샘플링을 행한다. 이에 의해, 이 수순 1에 있어서, 데이터 계열A와 데이터 계열B가 생성된다. 또한, 도 10에서는, 샘플링 기간은 동일하다.

수순 2는, 시간 신호를 주파수 신호로 변환하는 수순이다. 구체적으로는 푸리에 변환이 실시된다. 이 결과, 데이터 계열A의 주파수 스펙트럼과 데이터 계열B의 주파수 스펙트럼이 생성된다.

수순 3은, 노이즈 제거의 수순이다. 데이터 계열A의 주파수 스펙트럼과 데이터 계열B의 주파수 스펙트럼 사이에서, 주파수 성분마다의 신호 강도의 비교를 행한다. 이때, 데이터 계열A의 주파수 스펙트럼과 데이터 계열B의 주파수 스펙트럼 사이에서 신호 강도에 차이가 있는 경우에는, 낮은 쪽의 신호 강도를 정확한 것이라고 추정하고, 신호 강도에 차이가 있는 주파수 성분을 정확한 것이라고 추정된 신호 강도로 조정한 주파수 스펙트럼을 생성한다. 예를 들어, 데이터 계열A의 주파수 스펙트럼(혹은, 데이터 계열B의 주파수 스펙트럼)의 주파수 성분 중에서, 데이터 계열A의 주파수 스펙트럼과 데이터 계열B의 주파수 스펙트럼 사이에서, 신호 강도가 변화하고 있는 주파수 성분의 강도를, 데이터 계열A와 데이터 계열B 중 신호 강도가 낮은 쪽의 값으로 조정한다.

본 실시예에서는, 비교하는 주파수 스펙트럼이 2개이므로 대소 비교로 하고 있지만, 3개 이상 있는 경우에는, 정확한 신호 강도의 선택 방법은, 최소값을 사용하거나, 평균값을 사용하는 등의 방법이 있고, 발명의 목적에 비추어 어느 것을 채용해도 된다.

이 결과, 노이즈 성분이 제거된 처리 후의 주파수 스펙트럼이 얻어진다.

수순 4는, 시간 신호를 재생하는 수순이다. 당해 수순은, 수순 3에서 얻어진 주파수 스펙트럼을 시간 신호로 변환하는 수순이다. 구체적으로는 역 푸리에 변환이 실시된다. 이 결과, 출력으로서 노이즈가 제거된, 주로 목적 신호로 구성되는 신호가 얻어진다.

또한, 전술한 수순 2 내지 수순 4는, 데이터 계열A와 데이터 계열B를, A/D 변환해서 디지털값으로 변환한 후, 디지털 신호 처리에서 실행된다.

도 11은, 본 실시예의 터치 패널에 있어서의, 노이즈 제거 효과와 샘플링 주파수의 관계를 설명하는 그래프이다. 도 11의 그래프에 있어서, 횡축은 데이터 계열A와 데이터 계열B의 샘플링 주기의 비율(주파수 비율), 종축은 출력 신호의 시그널 노이즈 비율(SNR)을 나타낸다. 또한, 데이터 계열A와 데이터 계열B의 샘플링 주기의 비율은, (데이터 계열B의 샘플링 주기)/(데이터 계열A의 샘플링 주기)로 나타내진다.

도 12는 노이즈 제거 적용이 없는 상태의 출력 신호의 예이고, 도 11에 있어서 측정점 Ref로서 나타내져 있다. 도 13 내지 도 19는, 다른 주파수 비율로 본 실시예의 노이즈 제거를 적용한 경우의 출력 신호의 파형의 예를 나타내고 있다. 도 13 내지 도 19는 각각 도 11의 측정점A 내지 G에 대응한다.

도 11의 그래프로부터, 본 실시예의 노이즈 제거 효과는, 데이터 계열A와 데이터 계열B의 샘플링 주기의 비율에 의존하고, 특정한 비율에 있어서 최대로 되는 것을 알 수 있다.

최대 효과를 얻는 샘플링 주기의 비율은, 목적 신호 및 노이즈의 주파수에 의존하므로, 본 실시예의 신호 처리를 적용할 때에는 상기 주파수 비율을 조정 파라미터로서 최적화하는 처리가 필연적으로 포함된다.

도 20 및 도 21을 사용하여, 본 발명의 터치 패널에 있어서의, 데이터 계열A와 데이터 계열B의 생성 방법을 설명한다.

도 20은, 종래의 터치 패널의 검출 방식의 상세를 도시하는 모식적인 타이밍도이다. 구동 전압은, 1㎳의 1주사 기간(TX) 내에, 10㎲ 주기의 펄스 계열이, Y전극 TX1 내지 TX6에 순차 인가된다. 또한, 1주사 기간(TX)이 일순하는 기간을 프레임이라고 정의한다. 검출 신호(출력 신호)는, 1개의 X전극에 착안해서 나타내고 있다.

Y전극 TX1 내지 TX6에의 펄스 계열의 입력 신호에 동기하여, X전극에도 펄스 신호로서 출력 신호가 발생한다. 입력 신호가 인가되는 Y전극이 전환되어도, 1개의 X전극에 주목하고 있는 경우에는, 출력 신호는 연속하는 펄스 신호로서 파악된다.

종래는, 당해 연속하는 펄스 신호를, 입력 신호가 인가되는 1주사 기간(TX)마다 평균화를 행하고 1개의 출력 신호(소위, 검출 신호)에 집약하는 처리가 행해지고 있었다. 이것은, 평균화 처리에 의해 노이즈를 저감하는 것이 목적이다.

도 21은, 본 발명의 터치 패널의 검출 방식의 상세를 도시하는 모식적인 타이밍도이다. Y전극 TX1 내지 TX6에의 펄스 계열의 입력 신호 및 1개의 X전극에 주목해서 얻어지는 출력 신호는, 도 20에 도시하는 종래와 동일하다.

상술한 바와 같이 종래는, 연속하는 펄스 신호를, 입력 신호가 인가되는 1주사 기간(TX)마다 평균화를 행하고, 1개의 출력 신호에 집약하는 것에 의한 노이즈 저감 처리를 행하고 있었다. 이에 대해, 본 실시예에서는, 입력 펄스 주기(본 실시예에서는, 10㎲)에 의해 발생하는 출력 신호의 펄스 계열로부터 서로 상이한 간격으로 출력 신호를 추출하고, 데이터 계열A와 데이터 계열B를 생성한다. 이것은, 도 10에서 설명한 수순 1에 상당한다. 이후, 얻어진 데이터 계열을 도 10의 수순에 따라서 처리함으로써 노이즈 제거를 행할 수 있다.

도 22 및 도 23은, 본 발명의 실시예의 터치 패널에 있어서의, 노이즈의 검출 기간을 설명하기 위한 타이밍도이다. 각각 복수 프레임에 걸친 일련의 기간을 복수행으로 분할해서 나타내고 있다.

본 실시예의 노이즈 제거 방법에서는, 신호를 시간 영역으로부터 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역에서의 신호(주파수 영역 신호)의 주파수 분해능은, 변환원으로 되는 시간 영역에서의 신호(시간 영역 신호)의 길이의 역수로 된다.

따라서, 높은 분해능을 갖는 주파수 영역 신호로 변환하기 위해서는 긴 시간 영역 신호가 필요로 된다. 이것은, 복수의 프레임에 걸친 신호를 변환원의 시간 영역 신호로 함으로써 실현된다.

도 22의 경우, 최신의 프레임은, Frame(N+m)이다. 프레임 Frame(N)으로부터 최신의 프레임 Frame(N+m)까지를 연속하는 시간 영역 신호로서 취급한다.

도 23은, 최신의 프레임이 Frame(N+m+1)로 된 경우이다. 프레임 Frame(N+1)로부터 최신의 프레임 Frame(N+m+1)까지를 연속하는 시간 영역 신호로서 다룬다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을, 상기 실시예에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다.

101 : 표시 패널
103 : 표시 제어 회로
105 : 시스템 제어부
106 : 터치 패널
107 : 배선
108 : 터치 패널 제어부
201, TX1 내지 TX6 : Y전극
202, RX1 내지 RX5 : X전극

Claims

복수의 주사 전극과,
상기 복수의 주사 전극과 교차하는 복수의 검출 전극과,
1주사 기간마다, 상기 주사 전극 각각에 순차, 연속하는 구동 펄스열을 입력하는 제1 수단과,
상기 각각의 검출 전극에서 검출된 연속하는 검출 펄스열로부터 서로 상이한 간격으로 펄스를 추출하고, 적어도 2개의 데이터 계열을 생성하는 제2 수단과,
상기 적어도 2개의 데이터 계열의 각각의 주파수 스펙트럼을 생성하는 제3 수단과,
상기 적어도 2개의 데이터 계열의 각각의 주파수 스펙트럼 상호간에서, 주파수 성분마다 신호 강도를 비교하고, 강도가 변화하고 있는 주파수 성분이 수정된 주파수 스펙트럼을 생성하는 제4 수단과,
상기 제4 수단에서 생성된 주파수 스펙트럼으로부터 검출 신호를 생성하는 제5 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제1항에 있어서,
상기 제3 수단은, 복수의 프레임 기간에 걸친 상기 적어도 2개의 데이터 계열 각각으로부터, 주파수 스펙트럼을 생성하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 수단은, 상기 적어도 2개의 데이터 계열의 각각에 푸리에 변환을 실시하여, 상기 적어도 2개의 데이터 계열 각각의 주파수 스펙트럼을 생성하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제4 수단은, 상기 적어도 2개의 데이터 계열 각각의 주파수 스펙트럼 상호간에서, 주파수 성분마다 신호 강도를 비교하고, 강도가 변화하고 있는 주파수 성분의 신호 강도로서, 상기 적어도 2개의 데이터 계열 각각의 주파수 스펙트럼의 주파수 성분 상호간에서의 신호 강도의 최소값, 혹은, 신호 강도의 평균값을 채용하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제5 수단은, 상기 제4 수단에서 생성된 주파수 스펙트럼에 역 푸리에 변환을 실시하여, 검출 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 2개의 데이터 계열마다, 상기 각각의 검출 전극에서 검출된 연속하는 검출 펄스열로부터 펄스를 추출하는 간격을 조정 가능한 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 2개의 데이터 계열은, 제1 데이터 계열과, 제2 데이터 계열의 2개의 데이터 계열인 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제7항에 있어서,
상기 제3 수단은, 상기 제1 데이터 계열과 상기 제2 데이터 계열의 각각에 푸리에 변환을 실시하여, 상기 제1 데이터 계열의 주파수 스펙트럼과 상기 제2 데이터 계열의 주파수 스펙트럼을 생성하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제7항에 있어서,
상기 제4 수단은, 상기 제1 데이터 계열의 주파수 스펙트럼과 상기 제2 데이터 계열의 주파수 스펙트럼 사이에서, 주파수 성분마다 신호 강도를 비교하고, 강도가 변화하고 있는 주파수 성분의 신호 강도로서, 상기 제1 데이터 계열의 주파수 스펙트럼 주파수 성분과 상기 제2 데이터 계열의 주파수 스펙트럼의 주파수 성분 사이에서, 신호 강도가 낮은 쪽의 값을 채용하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 터치 패널은, 탑재되는 표시 패널측의 면에 실드 전극을 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 터치 패널.