(57)【要約】      （修正有）【課題】タッチポイントを検出する際のノイズ干渉を低減することができるタッチディスプレイ装置を提供する。【解決手段】タッチディスプレイ装置は、第一基板１５、第二基板１６、および前記第一基板と前記第二基板との間に配置された液晶層１７と、前記第一基板の上面に配置され、二次元アレイ状に配列された複数の感知電極１９と、前記第一基板の上面に固着され、前記複数の感知電極のそれぞれと配線を介して接続されたタッチ制御チップ１０と、を備える。このタッチ制御チップは、各感知電極の静電容量を検出する。【選択図】図１Ａ
2014238813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板、第二基板、および前記第一基板と前記第二基板との間に配置された液晶層と、
前記第一基板の上面に配置され、二次元アレイ状に配列された複数の感知電極と、
前記第一基板の上面に固着され、前記複数の感知電極のそれぞれと配線を介して接続されたタッチ制御チップと、を備えたタッチディスプレイ装置であって、
前記タッチ制御チップは、各感知電極の静電容量を検出する
ことを特徴とするタッチディスプレイ装置。
【請求項２】
前記タッチ制御チップは、自己静電容量検出により各感知電極の静電容量を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項３】
前記配線のすべてが前記複数の感知電極と同じ層に配置されるか、または前記配線のすべてが前記複数の感知電極とは異なる層に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項４】
前記タッチ制御チップは、前記第一基板の上面にチップオングラス方式で固着される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項５】
前記タッチディスプレイ装置は、さらに、
前記第一基板の上面に固着されるとともに前記タッチ制御チップに接続されたフレキシブルプリント基板を備える
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項６】
前記タッチ制御チップは、各感知電極を同時駆動方式で検出するように構成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項７】
前記タッチ制御チップは、
すべての前記感知電極を同時に検出するか、または
前記感知電極をグループごとに検出する
ことによって各感知電極の自己静電容量を検出するように構成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項８】
前記タッチ制御チップは、
電圧源または電流源を用いて前記感知電極を駆動し、
前記感知電極の電圧、周波数または電気量を検出する
ことによって各感知電極の自己静電容量を検出するように構成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項９】
前記タッチ制御チップは、
前記感知電極を駆動して検出するとともに残りの感知電極を同時に駆動するか、または
前記感知電極を駆動して検出するとともにその周辺の感知電極を同時に駆動する
ことによって各感知電極の自己静電容量を検出するように構成され、
前記感知電極を駆動するための信号と、残りの感知電極を駆動するための信号および前記その周辺の感知電極を駆動するための信号とは、同じ電圧信号もしくは同じ電流信号であるか、または、異なる電圧信号もしくは異なる電流信号である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項１０】
すべての前記感知電極のための前記電圧源または前記電流源が同じ周波数を有するか、または
前記感知電極のための前記電圧源または前記電流源が二つ以上の周波数を有する
ことを特徴とする請求項８に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記タッチ制御チップは、二次元静電容量感知アレイに基づいてタッチ位置を決定するように構成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記タッチ制御チップは、さらに、前記電圧源または前記電流源のパラメータによってタッチ検出の感度またはダイナミックレンジを調整するように構成され、前記パラメータは、振幅、周波数、時系列のいずれか一つ、またはそれらの組み合わせを含む
ことを特徴とする請求項８に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記感知電極はいずれも、矩形、菱形、円形または楕円形である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記感知電極は、インジウムスズ酸化物またはグラフェンの透明導電性材料から形成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記タッチディスプレイ装置は、面内切り替え構造またはねじれネマチック構造になっている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、中華人民共和国の国家知識産権局に「タッチディスプレイ装置」の名称で２０１３年６月６日に出願された中国特許出願第２０１３１０２２４５２３．Ｘ号の優先権を主張し、その全体を参照して援用する。
本開示は、タッチ制御技術、特にタッチディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既存のタッチパネルでは、タッチパネル機能モジュールをディスプレイ画面内のカラーフィルタの上面に埋め込んだオン・セル型配置が広く使われている。水平および垂直電極が液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の第一ガラス基板の上面に形成され、次いでフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を介してタッチ制御チップに配線で接続されている。水平および垂直電極を使用する配置の場合、水平および垂直電極は、タッチ画面上で一方の側から反対側に延びて配置されるので、タッチ画面上で長い範囲を占める。従って、複数の指でタッチする場合、同じ電極を複数の指で触れることがある。結果として、複数の指によってひき起こされるノイズが同じ電極上に蓄積され、ノイズ干渉が強まる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の態様は、タッチポイントを検出するときのノイズ干渉を低減することができるタッチディスプレイ装置を提供するものである。
【０００４】
一つの態様に係るタッチディスプレイ装置は、
第一基板、第二基板、および前記第一基板と前記第二基板との間に配置された液晶層と、
前記第一基板の上面に配置され、二次元アレイ状に配列された複数の感知電極と、
前記第一基板の上面に固着され、前記複数の感知電極のそれぞれと配線を介して接続されたタッチ制御チップと、を備え、
前記タッチ制御チップは、各感知電極の静電容量を検出する。
【０００５】
前記タッチ制御チップは、自己静電容量検出により各感知電極の静電容量を検出するのが好ましい。
【０００６】
前記配線のすべてが前記複数の感知電極と同じ層に配置されるのが好ましいが、前記配線のすべてが前記複数の感知電極とは異なる層に配置されてもよい。
【０００７】
前記タッチ制御チップは、前記第一基板の上面にチップオングラス方式で固着されるのが好ましい。
【０００８】
前記タッチディスプレイ装置は、さらに、
前記第一基板の上面に固着されるとともに前記タッチ制御チップに接続されたフレキシブルプリント基板を備えるのが好ましい。
【０００９】
前記タッチ制御チップは、各感知電極を同時駆動方式で検出するのが好ましい。
【００１０】
前記タッチ制御チップは、
すべての感知電極を同時に検出するか、または
前記感知電極をグループごとに検出する
ことによって各感知電極の自己静電容量を検出するように構成されるのが好ましい。
【００１１】
前記タッチ制御チップは、
電圧源または電流源を用いて前記感知電極を駆動し、
前記感知電極の電圧、周波数または電気量を検出する
ことによって各感知電極の自己静電容量を検出するように構成されるのが好ましい。
【００１２】
前記タッチ制御チップは、
前記感知電極を駆動して検出するとともに残りの感知電極を同時に駆動するか、または
前記感知電極を駆動して検出するとともにその周辺の感知電極を同時に駆動する
ことによって各感知電極の自己静電容量を検出するように構成されるのが好ましく、
その際に、前記感知電極を駆動するための信号と、前記残りの感知電極を駆動するための信号および前記その周辺の感知電極を駆動するための信号とは、同じ電圧信号もしくは同じ電流信号であるか、または、異なる電圧信号もしくは異なる電流信号である。
【００１３】
前記感知電極の各々について、前記電圧源または前記電流源が同じ周波数を有するのが好ましいが、
前記感知電極の各々について、前記電圧源または前記電流源が二つ以上の周波数を有してもよい。
【００１４】
前記タッチ制御チップは、二次元静電容量感知アレイに基づいてタッチ位置を決定するように構成されるのが好ましい。
【００１５】
前記タッチ制御チップは、さらに、前記電圧源または前記電流源のパラメータによってタッチ検出の感度またはダイナミックレンジを調整するように構成されるのが好ましく、前記パラメータは振幅、周波数、時系列のいずれか一つ、またはそれらの組み合わせを含む。
【００１６】
前記感知電極はいずれも、矩形、菱形、円形または楕円形であることが好ましい。
【００１７】
前記感知電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはグラフェンの透明導電性材料から形成されるのが好ましい。
【００１８】
前記タッチディスプレイ装置は、面内切り替え（ＩＰＳ）構造またはねじれネマチック（ＴＮ）構造になっているのが好ましい。
【００１９】
本発明の態様に係るタッチディスプレイ装置においては、前記感知電極は互いに独立して、前記タッチ制御チップは各感知電極に配線を介して接続されており、真のマルチタッチ検出を達成できる。また、前記タッチ制御チップは各感知電極の静電容量を検出することによりタッチ検出を行なうので、電源ノイズを抑える能力が非常に改善され、タッチ検出のノイズ干渉が低減する。同じ電極を複数の指でタッチする場合に複数の指に起因するノイズが同じ電極に蓄積するのでノイズ干渉が増大する、という問題は回避される。
【００２０】
本発明の実施形態における技術的解決法をよりよく理解するために、実施形態の説明に用いる図面について以下簡単に説明する。一見して判るように、以下に記載された図面は本発明の実施形態の一部に過ぎない。当業者であれば、創作的な努力をしなくても、前記図面に基づいて別の図面を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るタッチディスプレイ装置の概略構成図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係るタッチディスプレイ装置の別の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る感知電極アレイの上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る静電容量式タッチ画面の四つの適用状況を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るタッチ制御チップにおける信号の流れを示す図である。
【図９Ａ】重心アルゴリズムを使用してタッチ位置の座標を算出する処理の一例を示す図である。
【図９Ｂ】ノイズの存在下で、重心アルゴリズムを使用してタッチ位置の座標を算出する処理の一例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るヒューマン・マシン相互作用プロセスにおけるタッチディスプレイ装置の制御原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
タッチポイントを検出する際のノイズ干渉を低減することができるタッチディスプレイ装置を、本発明の実施形態に係り提供する。
【００２３】
当業者が本願の技術的解決策をよりよく理解するために、本願の実施形態における技術的解決策を明確かつ完全に、図面と併せて以下に説明する。一見して判るように、説明する実施形態は、実施形態をすべて網羅するのではなく、単に本願の実施形態の一部に過ぎない。当業者が何ら創作的な作業をせずに本願の実施形態に基づいて得られたいかなる他の実施形態も、本願の保護範囲に含まれるべきである。図示する便宜上、装置の構成を示す断面図は部分的に拡大しており、縮尺通りに描いているわけではない。図面は例であり、本発明の保護範囲を限定するものではない。また、実際の製造プロセスにおいては、三次元寸法、すなわち長さ、幅及び奥行を考慮すべきである。
【００２４】
図１Ａは、本発明の一実施形態に係るタッチディスプレイ装置の概略構成図である。図１Ａに示すように、タッチディスプレイ装置には、第一基板１５、第二基板１６、第一基板１５および第二基板１６の間に配置された液晶層１７と、第一基板１５の上面に配置され二次元アレイ状に配列された複数の感知電極１９と、第一基板１５の上面に固着され複数の感知電極１９の各々に配線を介して接続されたタッチ制御チップ１０と、が含まれる。タッチ制御チップ１０は各感知電極の静電容量を検出する。タッチ制御チップ１０は、自己静電容量検出により各感知電極１９の静電容量を検出するのが好ましい。
【００２５】
図１Ｂを参照すると、本発明の実施形態に係るタッチディスプレイ装置には、さらに、第一基板１５の上方に配置された第一偏光子と、第二基板１６の下方に配置された第二偏光子と、第一偏光板の上方に配置されたカバーレンズと、第一基板１５と液晶層１７との間に配置されたカラーフィルタ層と、第一基板１５の上面に固着されタッチ制御チップ１０に接続されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）と、が含まれる。
【００２６】
タッチディスプレイ装置は、面内切り替え（ＩＰＳ）構造またはねじれネマチック（ＴＮ）構造になっている。
【００２７】
第一基板１５は透明であり、例えば、ガラス基板やフレキシブル基板である。複数の感知電極１９は、第一基板１５の上面に配置されている。複数の感知電極１９は、二次元アレイ状に配置され、矩形アレイや他の同様の形状とすることができる。静電容量式タッチ画面では、各感知電極１９は静電容量センサであり、タッチ画面上の対応する位置がタッチされるとセンサの静電容量が変化する。
【００２８】
各感知電極１９は、配線によってタッチ制御チップ１０に接続されている。タッチ制御チップ１０は、第一基板１５の上面に固着されている。タッチ制御チップ１０は配線によって各感知電極１９に接続されるので大量のピンがあり、従って、タッチ制御チップ１０は、従来の実装方法を用いて複雑になるのを回避するために、第一基板１５に固着されている。具体的には、タッチ制御チップ１０は、チップオングラス（ＣＯＧ）方式で基板に固着される。本実施形態に係るタッチ制御チップ１０と第一基板１５との間に、異方性導電膜（ＡＣＦ）を配置してもよい。
【００２９】
また、通常はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を接続する必要性からタッチ制御チップとＦＰＣ用に物理的な空間を確保するが、このことは装置の簡素化には不利である。一方、ＣＯＧ方式でタッチ制御チップ１０とタッチ画面を全体として統合することによって、タッチ制御チップ１０とタッチ画面との間の距離が大幅に縮小されるので、全体としてのサイズが小さくなる。また、感知電極は基板上でインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をエッチングすることにより形成し、タッチ制御チップも同じ基板上に配置するので、感知電極とタッチ制御チップ間の接続配線もまたＩＴＯエッチング処理と同工程で達成でき、製造工程が大幅に簡略化される。感知電極はグラフェンで作ってもよい。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態に係る感知電極アレイの上面図である。図２の感知電極は、複数の自己静電容量マトリクスに分割されている。当業者であれば、図２では感知電極のほんの一配置例が示されているに過ぎず、実際には感知電極の配列として任意の二次元アレイが適合させられることが、容易に理解できる。また、任意の方向で隣接する任意の二つの感知電極間の距離は、等しくても等しくなくてもよい。また、当業者であれば、図２で示したよりも多くの感知電極が存在し得ることも理解できる。
【００３１】
なお、図２は感知電極の形状のほんの一例を示したに過ぎない。感知電極は、他の実施形態では長方形、菱形、円形、楕円形、あるいは不規則な形状であってもよい。感知電極は、同一形状であっても異なる形状であってもよい。例えば、中央部の感知電極は菱形であって、境界部の感知電極は三角形であってもよい。また、感知電極は、同一寸法であっても異なる寸法であってもよい。例えば、内側部分の感知電極はより大きく境界部における感知電極はより小さければ、配線と境界部におけるタッチ精度の観点から有利である。
【００３２】
各感知電極は配線によって外部接続され、配線は感知電極間のすき間に配置されている。一般的に配線はできるだけ均一で短いのがよい。また、配線の範囲は安全距離を確保しつつできるだけ狭くすれば、感知電極用により多くのスペースが確保され、感知がより正確となる。
【００３３】
図２に示すように、タッチディスプレイ装置にはさらに少なくとも一つのバス２２が含まれ、それは配線によって各自己静電容量マトリクス内の感知電極に接続される一方でタッチ制御チップに接続されている。
【００３４】
各感知電極をバス２２に接続する配線は、タッチ制御チップのピンにバス２２を介して直接、または適当な順序付けをしてから接続されている。大型タッチ画面では多数の感知電極が存在し得る。この場合、単一のタッチ制御チップがすべての感知電極を制御するように構成してもよいし、あるいは複数のタッチ制御チップが画面上で区画化された異なる領域の感知電極をそれぞれ制御するように構成してもよく、複数のタッチ制御チップはクロックで同期することができる。ここで、バス２２は、異なるタッチ制御チップと接続するいくつかのバスグループに分けることもでき、各タッチ制御チップは、同数の感知電極を制御してもよいし、異なる数の感知電極を制御してもよい。
【００３５】
図２に示すように、配線は、感知電極アレイと同じ層に実装することができる。別の構造において感知電極アレイと同じ層上に配線を実装するのが困難である場合、感知電極アレイの層とは異なる層上に配線を行ない、スルーホールを介して感知電極に接続してもよい。
【００３６】
図２に示す感知電極アレイは、自己静電容量タッチ検出の原理に基づいている。各感知電極は、画面上の特定位置に対応する。図２において、参照符号２ａ〜２ｄは異なる感知電極を示し、符号参照２１はタッチを表す。感知電極に対応する位置にタッチすると感知電極上の電荷が変化するので、感知電極に対応するタッチイベントが発生したか否かは感知電極の電荷（電流／電圧）を検出することにより判定することができ、一般に、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を介したアナログ・デジタル変換によって実施する。感知電極内の電荷の変化は感知電極が覆われる面積に関係し、例えば、電極２ｂまたは２ｄの電荷変化は電極２ａまたは２ｃの電荷変化よりも大きい。
【００３７】
画面上のすべての場所には対応する感知電極が設けられており、感知電極の間に物理的な接続はない。実施形態による静電容量式タッチ画面であれば、真の多タッチ制御を実現することができ、従来技術の自己静電容量タッチ検出における誤検知（ゴースト・ポイント）の問題を回避でき、電源ノイズを抑える能力を大いに改善し、タッチ検出のノイズ干渉を低減できる。
【００３８】
本実施形態に係るタッチ制御チップは、各感知電極を同時駆動方式で検出する。
【００３９】
マトリクス状電極には配線が大量にあるので、画面領域が限られている場合には配線が非常に狭くなり、そのために抵抗が増大し、信号を検出する品質に影響を及ぼす。このような問題に鑑み、本発明におけるタッチ制御チップは、各感知電極を同時駆動方式で検出する。この方法であれば、マトリクス内の一つの電極が検出されたときに、検出されていない他の電極を検出中の当該電極に印加される信号に基づいて同時に駆動することで当該電極と他の電極間の電圧差が減少し、また表示画面のデータ配線を同時に駆動することで検出中の当該電極とデータ配線との間の電圧差が減少する。検出中の電極の静電容量はこの方法で減少し、これにより検出中の電極の抵抗（リアクタンス）が減少する。
【００４０】
図３から図７は、本実施形態に係る感知電極の駆動方法を図示している。図３に示すように、感知電極１９は駆動源２４により駆動されるが、それは電圧源でも電流源でもよい。異なる感知電極１９用の駆動源２４は異なる構造であってもよい。例えば、駆動源として電圧源のものもあれば、電流源のものもある。また、異なる感知電極１９用の駆動源２４は、同じ周波数を有してもよいしそうでなくてもよい。駆動源２４の時系列は、時系列制御回路２３によって制御される。
【００４１】
感知電極１９の駆動シーケンスには複数のオプションがある。図４Ａに示した例では、全ての感知電極の駆動と検出が同時に行なわれる。この方法では、走査を完了する時間は最短であるが、駆動源の数は（感知電極の数と同じで）最多である。図４Ｂに示した例では、感知電極の駆動源を複数のグループに分割し、対応する領域にある電極を順次駆動する。この方法では、駆動源を再利用できるが、走査時間は増加する。グループ数を適当に選択すれば、駆動源を再利用することの利点と走査時間との間に妥協点が見出されるかもしれない。
【００４２】
図４Ｃは、相互静電容量式タッチ検出を行なう従来の走査方法を示している。Ｎ個の駆動チャネル（ＴＸ）があり各ＴＸの走査時間をＴｓとすると、一フレームの走査時間はＮ＊Ｔｓである。これとは対照的に、本発明の実施形態に係る感知電極駆動方法を用いると、すべての感知電極を同時に検出するので、一フレームの最短走査時間はわずかＴｓである。すなわち、フレーム走査速度は、本発明に係る方法を用いると、従来の相互静電容量式タッチ検出と比較して、Ｎ倍向上する。
【００４３】
４０個の駆動チャネルと各駆動チャネル当たり５００マイクロ秒の走査時間を有する相互静電容量式タッチ画面を想定すると、タッチ画面全体（一フレーム）の走査時間は２０ミリ秒、すなわち、フレームレートが５０Ｈｚとなり、これは良好な使用を体験するには通常不十分である。この問題は、本実施形態で提供される解決策により解消され得る。感知電極を二次元アレイで配置することによって全ての電極を同時に検出することができ、各電極の検出時間が５００マイクロ秒のままであるとするとフレームレートは２０００Ｈｚに達し、ほとんどのタッチ画面の適用要件をはるかに上回る。余った走査データは、より良い効果を達成するために、例えば、干渉防止やタッチ軌跡最適化を行なうデジタル信号処理装置で利用できる。
【００４４】
各感知電極の自己静電容量を検出するのが好ましい。感知電極の自己静電容量は、感知電極の対接地静電容量であってもよい。
【００４５】
例えば、電荷検出を自己静電容量の検出に採用することができる。図５に示した例では、定電圧Ｖ１を駆動源４１により提供する。電圧Ｖ１は、正、負または接地電圧に等しくてもよい。参照符号Ｓ１とＳ２は二つの制御スイッチを表し、参照番号４２は感知電極の対接地静電容量を表し、参照番号４５は入力電圧を特定の値Ｖ２に固定し入力電荷量または出力電荷量を測定する電荷受入モジュールを表す。最初は、Ｓ１はオンでＳ２はオフであり、Ｃｘの上側電極は駆動源４１によって供給される電圧Ｖ１に充電され、次いで、Ｓ１はオフでＳ２をオンとし、Ｃｘが電荷受入モジュール４５と電荷のやり取りを行なう。電荷移動量がＱ１でＣｘ上側電極の電圧がＶ２になると仮定すると、Ｃ＝Ｑ／ΔＶであるからＣｘ＝Ｑ１／（Ｖ２−Ｖ１）になると結論付けることができ、従って自己静電容量を検出できる。
【００４６】
別の方法として、電流源を用いてもよいし、自己静電容量を感知電極の周波数に基づいて検出してもよい。
【００４７】
オプションとして複数の駆動源を採用する場合には、感知電極を検出すると、検出中の感知電極用に採用した駆動源の電圧とは異なる電圧を、その検出中の感知電極に隣接するか周辺にある感知電極用として選ぶことができる。図を見やすくするために、図６では、三つだけの感知電極、すなわち、検出中の電極５７と、隣接する二つの電極５６および５８とを示している。なお、当業者であれば、以下の例はもっと多くの感知電極を有する状況にもあてはまることが理解できよう。
【００４８】
検出中の電極５７に接続された駆動源５４は、スイッチＳ２を介して電圧源５１に接続され、検出中の電極５７を駆動する。検出中の電極５７に隣接する電極５６と５８は、それぞれ駆動源５３と５５に接続され、それぞれスイッチＳ１とＳ３を介して電圧源５１または所定の基準電圧５２（例えば、接地電位）に接続することができる。検出中の電極と周辺電極は、スイッチＳ１とＳ３が電圧源５１に接続されている場合、同じ電圧源によって同時に駆動される。この場合、検出中の電極と周辺電極間との差が減少し、このことは、検出中の電極の静電容量を低減するとともに水滴による誤接触を防止するのに有利である。
【００４９】
タッチ制御チップは、駆動源のパラメータによって感度やタッチ検出のダイナミックレンジを調整するように構成されているのが好ましい。パラメータとしては、振幅、周波数、時系列のいずれかまたはそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、図６に示すように、各駆動源（例えば、駆動電圧、駆動電流、駆動周波数）のパラメータと駆動源の時系列は、タッチ制御チップ内の信号駆動回路５０の制御ロジックによって制御することができる。例えば、高感度、中感度または低感度、または異なるダイナミックレンジといった異なる回路動作モードは、パラメータによって調整することができる。
【００５０】
異なる回路動作モードは、異なる適用状況に設定することができる。図７は、本発明の実施形態に係る静電容量式タッチ画面の四つの適用状況、すなわち、通常の指によるタッチ、浮動指によるタッチ、アクティブもしくはパッシブスタイラスペンや小型導体によるタッチ、および手袋を着けた指によるタッチ、を示している。一つ以上の通常のタッチおよび一つ以上の小型導体によるタッチを検出できるように、上述したパラメータを設定してもよい。なお、図６では信号受信部５９が信号駆動回路５０と分離しているが、他の実施形態では一つの回路として実装できることは、当業者であれば理解できるであろう。
【００５１】
図８は、本発明の実施形態に係るタッチ制御チップ内の信号の流れを示している。感知電極にタッチすると感知電極の静電容量に変化が生じ、その変化はＡＤＣを介してデジタル量に変換されタッチ情報を復元する。静電容量の変化は、一般的に、接触物によって覆われる感知電極の面積に関係している。感知電極の感知データは信号受信部５９で受信され、したがって、タッチ情報は信号処理部を介して復元される。
【００５２】
信号処理部のデータ処理方法を以下に詳細に説明する。
【００５３】
ステップ６１：感知データを取得する。
【００５４】
ステップ６２：感知データをフィルタリングしノイズ除去を行なう。このステップでは、後続の計算が容易になるように原画像からできるだけ多くのノイズを除去する。空間領域フィルタリング、時間領域フィルタリングまたは閾値フィルタリングをこのステップで使用してもよい。
【００５５】
ステップ６３：可能性のあるタッチ領域を検索する。領域には、実際のタッチ領域と無効信号が含まれる。無効信号には、大面積のタッチ信号、電源ノイズ信号、未処理の異常信号、水滴信号等が含まれる。無効信号には、実際のタッチと同様のものもあれば、実際のタッチに干渉するものもあり、また実際のタッチと解釈されてしまうものもある。
【００５６】
ステップ６４：無効な信号を除去し妥当なタッチ領域を得るための例外処理を行なう。
【００５７】
ステップ６５：妥当なタッチ領域のデータに基づいて、タッチ位置の座標を算出する。
【００５８】
タッチ位置の座標は、 二次元の静電容量感知アレイに基づいて決定することが好ましい。具体的には、タッチ位置の座標は、重心アルゴリズムにより二次元の静電容量感知アレイに基づいて決定することができる。
【００５９】
図９Ａは、重心アルゴリズムによりタッチ位置の座標を算出する処理の一例を示している。簡潔のために、以下においてはタッチ位置の一次元座標のみの計算を示している。なお、すべての座標が同一または類似の方法で得ることができることは、当業者であれば理解できるであろう。図６に示した電極５６〜５８が指によって覆われ、それらに対応する感知データ片がそれぞれＰＴ１、ＰＴ２およびＰＴ３であり、対応する座標がそれぞれ、ｘ１、ｘ２およびｘ３であると仮定すると、重心アルゴリズムによって得られるタッチ位置の座標は次のとおりである。
2014238813.tif 000003
【００６０】
オプションとして、複数フレームのデータから現フレームのデータを取得するために、それ以前の複数フレームのデータを分析するステップ６６を、タッチ位置の座標を取得した後に行なってもよい。
【００６１】
オプションとして、複数フレームのデータに基づいてタッチ軌跡をたどるステップ６７を、タッチ位置の座標を取得した後に行なってもよい。また、ユーザ操作に基づき、発生事象情報を得て報告してもよい。
【００６２】
マルチタッチの実装に於いて、従来技術のノイズ蓄積の問題は、本発明の実施形態に係る静電容量式タッチ画面を用いて解決できる。
【００６３】
図６に示すように、電源の同相ノイズが位置５０１に発生した場合、タッチ位置の算出に及ぼされるノイズによる影響は次のように分析される。
【００６４】
従来技術における相互静電容量タッチ検出に基づくタッチシステムでは、複数の駆動チャネル（ＴＸ）と複数の受信チャネル（ＲＸ）があり、各ＲＸがすべてのＴＸに接続されている。同相干渉信号は、システムに一旦発生すると、ＲＸの接続性故にすべてのＲＸを介して伝達される。特に、一つのＲＸ中に複数のノイズ源が存在する場合には、ノイズ源によって発生するノイズが累積され、その結果発生するノイズの大きさが増大する。測定中のコンデンサの電圧信号がノイズのせいで変動すると、タッチされていないポイントで誤検出が発生する。
【００６５】
本発明の実施形態に係る静電容量式タッチ画面では、感知電極はタッチ制御チップの外側で物理的に接続されていないので、感知電極間でノイズが伝達され蓄積されることはなく、誤検出が回避される。
【００６６】
一例として、電圧を検出する手法の場合、タッチされた電極の電圧はノイズのせいで変化し、そのタッチされた電極の感知データも結果として変化する。自己静電容量タッチ検出の原理によれば、ノイズによる検出値は、通常タッチの場合と同様に、タッチされた電極の被覆面積に比例する。
【００６７】
図９Ｂは、ノイズが存在する場合に重心アルゴリズムによりタッチ位置の座標を算出する様子を示している。通常タッチによる検出値をＰＴ１，ＰＴ２およびＰＴ３とし、ノイズによる検出値をＰＮ１，ＰＮ２およびＰＮ３と仮定すると、（感知電極５６〜５８を例にとると）次の関係が成立する。 
2014238813.tif 000004
【００６８】
ノイズと駆動源の電圧極性が同じである場合には、電圧重ね合わせによる感知データの最終片は、以下のとおりである。
2014238813.tif 000005
【００６９】
一見して判るように式（２）は式（１）と同じである。従って、本発明の実施形態に係る静電容量式タッチ画面は、同相ノイズの影響を受けない。ノイズのみがシステムのダイナミックレンジを超えることがなければ、最終的に決定される座標は影響を受けない。
【００７０】
ノイズと駆動源の電圧極性が逆になっている場合には有効な信号が低減するかもしれない。低減された有効信号を検出できる場合には、最終的に決定される座標は影響を受けないことが上記の分析から分かる。低減された有効信号を検出できない場合には、現フレームのデータは無効となる。そうであっても、本発明の実施形態に係る静電容量式タッチ画面の走査周波数は、通常の周波数のＮ倍（Ｎは通常１０より大きい）にも高くなるので、現フレームのデータは複数フレームのデータを介して復元できる。なお、走査周波数が実際に必要な報告速度よりもはるかに高いので、複数フレームのデータを処理しても通常の報告速度に影響がないことは、当業者であれば理解できるであろう。
【００７１】
同様に、制限範囲内であればノイズがシステムのダイナミックレンジを超えた場合でも、複数フレームの日時を介して現フレームを復元し、正しい座標を取得できる。このフレーム間処理の方法は、ＲＦ耐性および液晶表示モジュールのような他のノイズ源からの干渉にも適用可能である。
【００７２】
図１０は、本発明の実施形態に係るヒューマン・マシン相互作用プロセスにおけるタッチディスプレイ装置の制御原理図である。二次元アレイ状に配置された複数の感知電極１９が、タッチ画面１１上に配置されている。ユーザはタッチ画面１１上を指やタッチ情報を入力するなんらかの他のデバイスを用いて操作できる。タッチ制御チップ１０には主として、タッチ画面１１に駆動信号を送信し、タッチ画面１１からの信号を受信する（受信された信号は、通常はＡＤＣで変換されたデジタル信号である）ように構成された駆動・受信部１２と、マイクロ制御部（ＭＣＵ）またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）である信号処理部１３と、が含まれる。信号処理部１３は、さまざまな信号を処理し、タッチ情報から座標やさまざまな発生事象を復元し、送信ポートを介してホストに報告するように構成されている。
【００７３】
本発明の原理は、開示した実施形態のための上記説明に基づいて当業者が実施したり適用したりすることができる。当業者にとって、実施形態に対するさまざまな変形ができることは明らかである。本明細書に示唆した一般的な原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態で実施することができる。したがって、本開示の範囲は、本明細書に開示した実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規な特徴と合致する最も広い範囲を包含するものである。
【図１Ａ】
2014238813.tif 000006
【図１Ｂ】
2014238813.tif 000007
【図２】
2014238813.tif 000008
【図３】
2014238813.tif 000009
【図４Ａ】
2014238813.tif 000010
【図４Ｂ】
2014238813.tif 000011
【図４Ｃ】
2014238813.tif 000012
【図５】
2014238813.tif 000013
【図６】
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【図７】
2014238813.tif 000015
【図８】
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【図９Ａ】
2014238813.tif 000017
【図９Ｂ】
2014238813.tif 000018
【図１０】
2014238813.tif 000019