TWI475450B - Picture input type image display system - Google Patents

Description

畫面輸入型圖像顯示系統

本發明係關於圖像顯示系統，尤其係關於可進行電容結合方式之觸控式傳感器之多點座標檢測的畫面輸入型圖像顯示系統。

具備具有於顯示畫面用使用者之手指等進行使用者手指等之觸控操作(觸控按壓操作，以下簡稱為觸控)來輸入資訊之畫面輸入機能的觸控式傳感器(亦稱觸控式面板)的圖像顯示裝置，被應用於PDA或攜帶終端等之行動用電子機器、各種家電製品、自動受理機等之安置型顧客引導終端。具備如此觸控式輸入機能之圖像顯示裝置，已知有檢測被觸控部分之電阻值變化、或電容變化之方式，檢測觸控所遮蔽之部分之光量變化的方式，等。

具備如此觸控式傳感器之圖像顯示裝置，為實現使用者之操作性提高或新穎應用(例如圖像之擴大或縮小操作機能等)，被期望具有檢測多點觸控之機能。

圖14係說明一先前之電容型觸控式傳感器之例的構成圖。該觸控式傳感器被稱為二維電容型傳感器。此處為進行說明，使觸控式傳感器具有將5列(X方向)與3行(Y方向)之電極經由絕緣層進行二維矩陣配置之檢測單元。圖中，各檢測單元根據各輪廓識別顯示。此處，檢測單元係指用以檢測手指等靜電電容的電極區域。行內之檢測單元(例如檢測單元84)，行檢測電極(Y座標電極)作為背柱(連接電極)將檢測單元連接且通過，列檢測電極(X座標電極，例如檢測單元86)由行檢測電極之兩側的兩個導電區域構成，且經電性結線41被連接。

檢測區域端之行內的檢測單元(即，行X1與X3，例如檢測單元86)，列檢測電極連接檢測單元且通過，行檢測電極由列檢測電極之兩側的兩個導電區域構成。該構成中，各檢測單元之行檢測電極與列檢測電極被相互電性連接。兩端之檢測單元之列檢測電極，由於係藉由檢測區域之外側所作之電性結線38、40、41相互連接，故電性結線無須橫穿於檢測區域內。即，可提供具有僅於基板之一側有電極之檢測區域的電容型位置傳感器。

又，關於多點檢測，可舉例有專利文獻1所揭示之輸入裝置。即，專利文獻1(特開2006-179035號公報)揭示之輸入裝置，其構成有：第1開關群，係將發訊器之信號施加於以縱橫二維矩陣狀配置之檢測用縱方向之電極(X電極)；第2開關群，係將橫方向之電極(Y電極)之信號取出；及信號檢測電路(AM調變電路)。該構成中，藉由第1開關群將發訊器之信號輸入所選擇之1個X電極，以該狀態藉由第2開關群1個1個依序選擇Y電極，且用AM調變電路檢測該X電極是否發生靜電電容之增加。再者，依序選擇施加發訊器之信號的X電極。藉由反復進行該動作來檢測面上觸控處靜電電容之變化。

專利文獻1揭示之構成與動作，當以X座標電極m個、Y座標電極n個構成時，若將1次信號檢測時間設為t，則1面之座標檢測所需要之時間為m×n×t，將使抽樣時間變慢。因此，難以適用於必要有高速座標檢測之應用(例如遊戲機)等。藉由將發訊器之信號施加於全部之X座標電極且依序檢測Y座標電極之信號，可縮短檢測時間，然而，當Y座標電極之檢測處為2點時，則無法特定出分別對應之X座標電極。

本發明之目的在於提供一種可於短時間內完成多點檢測之電容結合方式之畫面輸入型圖像顯示系統。

為達成上述目的，本發明之系統為，將座標檢測分離為2個期間，於第1期間全檢測被觸控之X座標電極與Y座標電極之靜電電容，其後於第2期間進行用以判斷所檢測之X座標電極與Y座標電極之組合的操作，根據其結果輸出接觸位置之座標。

本發明，當於上述第1期間檢測之X座標電極與Y座標電極分別為2以上時，實施判定座標組合之第2期間的操作，於第1期間檢測之X座標電極與Y座標電極中，任何一方為1時皆不進行第2期間之操作，而連續進行第1期間之座標檢測。

又，本發明於上述第2期間，將施加於所檢測之X座標電極或全部X座標電極之信號施加於欲判定之上述複數之所檢測的Y座標電極之一。且，於上述第2期間，以於欲判定之Y座標電極施加信號之狀態，藉由將欲判定之第1期間所檢測之X座標電極之輸出信號與第1期間所檢測之輸出信號比較，來判斷座標之組合。且，上述第2期間之座標判定中，於該第2期間與施加信號之Y電極組合之X座標電極，為與第1期間之X座標電極之輸出信號比較，於第2期間之X座標電極之輸出信號更少之X電極。

(1)上述第1期間檢測座標之次數，由於X座標電極為1次，Y座標電極為1次，若將分別所需時間設為t，則觸控式傳感器面整體之檢測時間為2×t時間，比先前之檢測時間有所縮短。(2)有複數之接觸點(觸控)之情形，藉由於上述第1期間檢測接觸點之X座標電極與Y座標電極之信號，且於其後之上述第2期間僅檢測需判別之電極，可實現以高精度且短時間內完成複數點觸控檢測。(3)同樣地，有複數之接觸點時於上述第1期間檢測對複數之X座標電極及Y座標電極之輸入時，藉由於上述第2期間僅對欲判定之部分再度檢測，可分清複數點之接觸、或因雜訊等引起之誤檢測。(4)藉由利用上述第2期間於對應不欲檢測之Y座標區域之Y座標電極，施加與X座標電極所被施加之信號相同的信號，可設定非檢測之區域。

本發明之該等及其他特徵、目的及優點將由下列描述並參考附圖變得更顯而易見。

以下茲佐參考實施例之圖式詳細說明本發明之最佳實施形態。

圖1係說明本發明之實施例1之畫面輸入型圖像顯示系統的構成圖。圖1中，重疊於顯示裝置1貼合觸控式面板3構成畫面輸入型圖像顯示裝置。顯示裝置1為液晶顯示面板、有機EL面板等。觸控式面板3為靜電電容結合方式之觸控式面板3，使用者手指接觸(觸控)該觸控式面板3所致之電容變化由檢測電路4檢測。根據該電容變化之檢測結果，檢測電路4之檢測輸出CMP經由類比-數位‧轉換器(ADC)5被傳於觸控式面板控制電路6，且判定所觸控之座標(X座標、Y座標)。經判定之觸控座標資料POS被傳送於控制畫面輸入型圖像顯示裝置之整體的主控制電路(由系統控制電路、微控制器或CPU等構成)7。

主控制電路7由觸控座標資料POS判斷使用者之觸控的發生與其座標，且將對應其之顯示信號SIG經由顯示控制電路2供給於顯示裝置1，再反映於顯示。檢測電路4或ADC5藉由觸控式面板控制電路6加以控制。

圖2係說明構成本發明之實施例1之觸控式面板之構成例的模式平面圖。圖2中，為檢測觸控於觸控式面板所致之電容變化，複數之X座標電極301與複數之Y座標電極303被相互交叉(通常為正交)配置。另，不至言及，X座標電極301與Y座標電極303之間介在有未圖示之絕緣層(電介質層)。且，X座標電極301與Y座標電極303之間形成有層間電容或邊緣電容等電極自身的電容。又，被觸控之面形成有保護電極防止劣化之保護膜(未圖示)。X座標電極301與Y座標電極303經由各個端子(X座標電極端子302、Y座標電極端子304)被連接於圖1之檢測電路4。

圖3係說明構成本發明之實施例1之檢測電路之構成例的方塊圖。檢測電路4設有分別連接X座標電極(X1、X2、...X6)、與Y座標電極(Y1、Y2、...Y8)之電容檢測電路401。各電容檢測電路401由觸控式面板控制電路6給與啟動信號ENB與重設信號RET，且將檢測輸出CMP輸出於ADC。啟動信號ENB與重設信號RST含於控制信號CTL中。檢測輸出CMP為根據靜電電容之變化而變化寬度之脈衝信號。另，不限於該構成，亦可為可用類比/數位檢測各座標之X-Y座標電極間之電容變化的電路。

圖4係圖3中電容檢測電路之構成例的說明圖。符號402為電源，403與404為開關，405為低通濾波器與緩衝放大器，406為比較器。該電路於初期狀態藉由重設信號RST打開開關404且將各電極重設於接地電位GND。檢測時藉由以啟動信號ENB打開開關403(開關404為關閉)，由電源402向連接於與電極連接端子(302、304)連接之X座標電極、Y座標電極之電容成分充電，且藉由比較器406檢測其充電所需時間。藉此，經由用以檢測座標之X座標電極、Y座標電極所檢測之電容因觸控增加時，由於至達到某程度之電位的時間增長，比較器406之輸出結果CMP反映出電容變化。

比較器406之輸出結果CMP藉由圖1之ADC5變換為數位資料。本實施例之情形，ADC5計算啟動信號ENB有效(打開)之期間，與輸出結果CMP為低準位之期間，且將其結果作為數位資料CNT輸出。作為ADC5之一例，可僅於上述啟動信號ENB有效且輸出結果CMP為低準位之期間，設置結算數位資料CNT之脈衝的計數器來實現。

圖5係圖1中觸控式面板控制電路之構成例的說明圖。觸控式面板控制電路6，由根據檢測X座標及Y座標之各電極之信號檢測之數位資料CNT，用峰值座標檢測部601檢測X座標電極及Y座標電極之輸出脈衝之計算值為最大的坐標(峰值座標)。驅動控制部603根據X座標之峰值計算數NPX與Y座標之峰值計算數NPY，判斷其後之檢測是否於第1檢測期間(全座標之檢測)，或為座標判定之第2檢測期間，且輸出區別第1檢測期間與第2檢測期間之信號MD。與此同時，輸出對應各檢測期間之控制信號CTL。

演算處理部602，其後之操作於第1檢測期間之情形，由所傳送之數位資料CNT判定座標，且作為座標資料POS輸出至主控制電路7。另一方面，其後之操作於第2檢測期間之情形，根據第1檢測期間之數位資料CNT與第2檢測期間之數位資料CNT'判定座標，且作為座標資料POS輸出至主控制電路7。

圖6係說明圖1之觸控式面板控制電路之順序的流程圖。此處，X座標之檢測點數、或Y座標之檢測點數為1時，將其作為座標值，另一方之複數之檢測座標亦作為座標值作為複數點之座標資料處理，且輸出座標資料POS。另，假設複數點含錯誤時，若X座標及Y座標中任一方為複數則作為第2檢測期間。

另一方面，當X座標之檢測點數及Y座標之檢測點數皆為複數時，藉由實施第2檢測期間之處理進行虛實判定，且比較判斷第1檢測期間所得之數位資料CNT、與第2檢測期間所得之數位資料CNT'，產生座標資料POS，並輸出至主控制電路7。

圖7係複數點(此處為2點)觸控時之觸控式面板的模式平面圖。所觸控之部分被認為係於X座標電極(X1，X2，...X6)302與Y座標電極(Y1，Y2，...Y8)304之間附加有電容成分者。觸控座標以(X2，Y3)、(X4，Y7)作為一例。然而，使用者用指尖接觸時，由於手指接觸面積比筆尖大，電容將被附加輸出於鄰接之複數之電極，結果，數位資料CNT有時成具有某峰值之分佈，該情形，可作為一例用峰值之座標考慮其後之動作。又，各座標之電極一般存在寄生電容成分Cp。

圖8係說明本發明之實施例1之第1檢測期間的波形與時序圖。第1檢測期間係檢測用以檢測座標之X座標電極與Y座標電極之整體信號的期間。圖8中，根據重設信號RST(X1~6，Y1~8)、與該RST(X1~6，Y1~8)使啟動信號ENB(X)、ENB(Y)恢復且電容檢測電路401開始動作，於檢測X座標之電極之期間Tsx將Y座標之電極連接於接地GND，於檢測Y座標之電極之期間Tsy將X座標之電極連接於接地電位GND。但，所檢測座標之電極以外的處理(GND連接、或高阻抗連接等其他處理)無限制。

此處，由於經觸控選擇之部分之電極(座標電極X2，座標電極Y3)的電容成分增加，故電荷之充電花費時間，使超出設定之基準電壓之時間增長。對應於此之數位資料CNT，數位資料CNT(X1，X2)(Y1，Y3)亦增大至DX2＞DX1，DY3＞DY1。即，例如，經觸控之X座標電極之電荷的充電時間表示為VINT(X2)，未被觸控之X座標電極之電荷的充電時間表示為VINT(X1)。Y座標電極亦相同。

圖9係根據圖8說明之動作於第1檢測期間所得之數位資料之脈衝計數值的圖。橫軸顯示X座標電極(X1，X2，X3，X4，X5，X6)、Y座標電極(Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6，Y7，Y8)，縱軸顯示X座標電極、Y座標電極之數位資料的脈衝計數值(圖中僅顯示計數值)。圖9中，由於X座標電極與Y座標電極之峰值均有複數(2個)，故藉由第2檢測期間進行是否真正的觸控位置座標的虛實判定。若不進行該虛實判定，將無法判定各X座標電極(X2，X4)與Y座標電極(Y3，Y7)之組合及檢測點數(2點至4點)。

圖10係說明本發明之實施例1之第2檢測期間的波形與時序圖。圖10中，Tvy1係將第1檢測期間檢測之Y座標電極Y3與經由觸控增加之電容成分所接觸之X座標電極，從第1檢測期間檢測之X座標電極X2與X4選擇之期間。該期間Tvy1僅於虛實判定之對象Y座標電極Y3進行與X座標電極之檢測相同的動作(電流施加)，其他Y座標電極與第1期間相同連接於接地電位GND。於該狀態進行X座標電極之檢測。

圖10中，由於虛實判定之X座標電極僅為X2與X4，故其以外之X座標電極亦以成為接地電位GND之方式處理。但亦可進行檢測全部X座標電極之操作。藉由實施該操作，經由虛實判定之對象Y座標電極Y3與接觸電容(觸控所致之電容增加)連接之X座標電極之檢測信號，由於Y座標電極Y3以同相變化，故接觸電容成分不再有助於充放電，使檢測信號(數位資料CNT)X2變小。圖10之情形，X座標電極X2之信號DX2(Y3)與X座標電極X4之信號DX4(Y3)比較，有所變小。換言之，手指等所接觸之電極，其於第1檢測期間與第2檢測期間之信號差增大。

Tvy2係用以判定透過接觸電容與於第1檢測期間檢測之2個Y座標電極(Y7)接觸之X座標電極的期間，且進行與先前期間Tvy1相同之動作來作虛實判定。基於該第2檢測期間之檢測結果，由圖9之結果判定座標(X2，Y3)與座標(X4，Y7)之2點為觸控座標，且該判定結果之信號POS被傳送至主控制電路7。判定處理後，再次於第1檢測期間檢測全座標電極之信號狀態，判定觸控位置。

根據實施例1，觸控式面板前面之觸控檢測所需之時間被縮短，可高速處理使用者之觸控輸入。且可高精度實行複數(2點)之觸控檢測，實現安定的使用者輸入界面。

其次，參考圖11~圖13說明本發明之實施例2。上述實施例1如圖3所說明，於X座標電極及Y座標電極分別設有電容檢測電路401，而實施例2如圖11所示，於各複數之X座標電極、及各複數之Y座標電極分別共通設有1個電容檢測電路削減電路規模。圖11之(a)為X座標電極用之電容檢測電路，圖11之(b)為Y座標電極用之電容檢測電路。

圖11之(a)之X座標電極用之電容檢測電路，於X座標電極X1，X2，...分別並排設置切換開關SW3、SW4、SW5，且於電源402與低通濾波器(+緩衝電路)405及接地之間經啟動信號ENB與重設信號RST依序切換。圖11之(b)之Y座標電極用之電容檢測電路亦相同，於Y座標電極Y1，Y2，...分別並排設置切換開關SW3、SW4、SW5，且將電源402與低通濾波器(+緩衝電路)405及接地經啟動信號ENB與重設信號RST依序切換。

圖12係說明圖11之第1檢測期間之動作的波形與時序圖。且，圖13係說明圖11之第2檢測期間之動作的波形與時序圖。另，圖13中，第2檢測期間選擇X座標電極全部，然而亦可與實施例1相同，僅檢測欲虛實判定之部分的座標電極。實施例2中，即使於第1檢測期間因雜訊等發生誤檢測，檢測如上述之脈衝計數值之複數峰值之情形，亦可經由第2檢測期間之虛實判定而判定誤檢測。又，藉由應用第2檢測期間之動作，於不欲檢測之Y座標區域之Y座標電極施加與X座標檢測時相同的信號，可減輕因觸控對不欲進行該檢測之Y座標區域造成之電容的影響，可選擇檢測區域。

雖然已顯示及描述本發明之數個實施例，但應了解所揭示之實施例在不脫離本發明之範圍內可易於作各種改變及修飾。因此，不欲受本文所示之細節之限制而欲包含在申請專利範圍內之所有改變及修飾。

1．．．顯示裝置

2．．．顯示控制電路

3．．．觸控式傳感器

4．．．檢測電路

5．．．類比-數位‧轉換器

6．．．觸控式面板控制電路

7．．．主控制電路

38．．．電性結線

40．．．電性結線

41．．．電性結線

84．．．檢測單元

86．．．檢測單元

301．．．X座標電極

302．．．X座標電極端子

303．．．Y座標電極

304．．．Y座標電極端子

401．．．電容檢測電路

402．．．電源

403．．．開關

404．．．開關

405．．．低通濾波器與緩衝放大器

406．．．比較器

601．．．峰值座標檢測部

602．．．演算處理部

603．．．驅動控制部

圖1係說明本發明之實施例1之畫面輸入型圖像顯示系統的構成圖。

圖2係說明構成本發明之實施例1之觸控式面板之構成例的模式平面圖。

圖3係說明構成本發明之實施例1之檢測電路之構成例的方塊圖。

圖4係圖3中電容檢測電路之構成例的說明圖。

圖5係圖1中觸控式面板控制電路之構成例的說明圖。

圖6係說明圖1之觸控式面板控制電路之順序的流程圖。

圖7係複數點觸控時之觸控式面板的模式平面圖。

圖8係說明本發明之實施例1之第1檢測期間的波形與時序圖。

圖9係根據圖8說明之動作於第1檢測期間所得之數位資料之脈衝計數值的圖。

圖10係說明本發明之實施例1之第2檢測期間的波形與時序圖。

圖11(a)、(b)係說明本發明之實施例2之電路構成圖。

圖12係說明圖11之第1檢測期間之動作的波形與時序圖。

圖13係說明圖11之第2檢測期間之動作的波形與時序圖。

圖14係說明一先前之電容型觸控式傳感器之例的構成圖。

1．．．顯示裝置

2．．．顯示控制電路

3．．．觸控式傳感器

4．．．檢測電路

5．．．類比-數位‧轉換器

6．．．觸控式面板控制電路

7．．．主控制電路

Claims (9)

1. 一種畫面輸入型圖像顯示系統，其具備檢測顯示裝置之顯示面上之觸控位置之座標的觸控式傳感器，且上述觸控式傳感器係配置於上述顯示裝置之上述顯示面上，且包括複數之X座標電極，及配置成介隔以絕緣層與上述複數之X座標電極交叉之複數之Y座標電極，兩者皆用以檢測因按壓所致之電容變化；該畫面輸入型圖像顯示系統包括：檢測電路，其係檢測上述觸控式傳感器之上述複數之X座標電極與上述複數之Y座標電極之間的電容變化；類比-數位．轉換器，其係將上述檢測電路之檢測輸出變換為數位資料；觸控式面板控制電路，其係判定所觸控之座標點；主控制電路，其係自上述觸控式面板控制電路接收觸控座標資料，且控制上述畫面輸入型圖像顯示系統；及顯示控制電路，其係控制上述顯示裝置之顯示；且上述主控制電路由上述觸控座標資料判斷使用者之觸控的發生與其座標，且將對應所判斷之座標的顯示信號經由上述顯示控制電路供給於上述顯示裝置；上述觸控式面板控制電路於第1期間檢測電容變化之X座標電極與Y座標電極，於第2期間進行判定所檢測之X座標電極與Y座標電極之組合的操作，且根據上述操作之結果輸出上述觸控位置之座標；上述第2期間之檢測方法與上述第1期間之檢測方法不 同。
2. 如請求項1之畫面輸入型圖像顯示系統，其中上述第2期間之檢測方法係對於在上述第1期間檢測出之座標電極所使用者。
3. 如請求項1之畫面輸入型圖像顯示系統，其中上述第2期間之檢測方法中，在上述第1期間檢測出之座標電極以外之座標電極係被電性連接至接地電位。
4. 如請求項1之畫面輸入型圖像顯示系統，其中在複數之觸控座標靜止之期間，進行上述第1期間之檢測及上述第2期間之檢測。
5. 一種畫面輸入型圖像顯示系統，其具備檢測顯示裝置之顯示面上之觸控位置之座標的觸控式傳感器，且上述觸控式傳感器係配置於上述顯示裝置之上述顯示面上，且包括複數之X座標電極，及配置成介隔以絕緣層與上述複數之X座標電極交叉之複數之Y座標電極，兩者皆用以檢測因按壓所致之電容變化；該畫面輸入型圖像顯示系統包括：檢測電路，其係檢測上述觸控式傳感器之上述複數之X座標電極與上述複數之Y座標電極之間的電容變化；類比-數位．轉換器，其係將上述檢測電路之檢測輸出變換為數位資料；觸控式面板控制電路，其係判定所觸控之座標點；主控制電路，其係自上述觸控式面板控制電路接收觸控座標資料，且控制上述畫面輸入型圖像顯示系統；及 顯示控制電路，其係控制上述顯示裝置之顯示；且上述主控制電路由上述觸控座標資料判斷使用者之觸控的發生與其座標，且將對應所判斷之座標的顯示信號經由上述顯示控制電路供給於上述顯示裝置；上述觸控式面板控制電路於第1期間檢測電容變化之X座標電極與Y座標電極，且當於上述第1期間檢測之X座標電極與Y座標電極之數量各為2以上時，於第2期間進行判定所檢測之X座標電極與Y座標電極之組合之判定操作，且根據上述判定操作之結果輸出上述觸控位置之座標；且當於上述第1期間檢測之上述X座標電極之數量與上述Y座標電極之數量中之一者為1時，則不進行上述第2期間之上述判定操作，而連續進行上述第1期間之座標檢測；上述第2期間之檢測方法與上述第1期間之檢測方法不同。
6. 如請求項5之畫面輸入型圖像顯示系統，其中於上述第2期間，將施加於所檢測之X座標電極或全部X座標電極之信號，施加於欲判定之上述複數之所檢測的Y座標電極之一者。
7. 如請求項5之畫面輸入型圖像顯示系統，其中於上述第2期間，以於欲判定之Y座標電極施加信號之狀態，藉由將欲判定之上述第1期間所檢測之X座標電極之輸出信號與於該第1期間所檢測之輸出信號比較，來 判斷座標之組合。
8. 如請求項6之畫面輸入型圖像顯示系統，其中上述第2期間之座標判定中，於該第2期間與施加信號之Y座標電極組合之X座標電極，與上述第1期間之X座標電極之輸出信號比較，為上述第2期間之X座標電極之輸出信號更少之X座標電極。
9. 一種畫面輸入型圖像顯示系統，其具備檢測顯示裝置之顯示面上之觸控位置之座標的觸控式傳感器，且上述觸控式傳感器係配置於上述顯示裝置之上述顯示面上且包括複數之X座標電極，及配置成介隔以絕緣層與該X座標電極交叉之複數之Y座標電極，兩者皆用以檢測因按壓所致之電容變化；且上述畫面輸入型圖像顯示系統係構成為：於第1期間檢測靜電電容變化之X座標電極與Y座標電極；於第2期間判定所檢測之X座標電極與Y座標電極的組合；且根據上述判定之結果輸出上述觸控位置之座標；上述第2期間之檢測方法與上述第1期間之檢測方法不同。