(57)【要約】【課題】微細なマルチタッチの認識を可能にするタッチスクリーンシステム及びその駆動方法を提供する。【解決手段】複数の駆動ライン、前記駆動ラインと交差する方向に配列された複数の感知ラインと、前記駆動ライン及び感知ラインの交点に形成される複数の感知セルを含むタッチスクリーンパネルと、前記駆動ラインに順次駆動信号を印加する駆動回路と、前記各感知セルから感知された静電容量の変化を検出してこれに対応する感知信号を生成する感知回路と、前記感知回路から感知信号の提供を受けて検出されたタッチ位置を判別する処理部と、前記タッチスクリーンパネルと分離されて構成され、前記タッチスクリーンパネルに近接又は接触するとき、これに隣接する感知セルと連結された駆動ラインに印加される駆動信号に同期されて電界を出力する能動スタイラスとが含まれる。【選択図】図１
2011113558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動ライン、前記駆動ラインと交差する方向に配列された複数の感知ラインと
前記駆動ライン及び感知ラインの交点に形成される複数の感知セルを含むタッチスクリーンパネルと、
前記駆動ラインに順次駆動信号を印加する駆動回路と、
前記各感知セルから感知された静電容量の変化を検出してこれに対応する感知信号を生成する感知回路と、
前記感知回路から感知信号の提供を受けて検出されたタッチ位置を判別する処理部と、
前記タッチスクリーンパネルと分離されて構成され、前記タッチスクリーンパネルに近接又は接触するとき、これに隣接する感知セルと連結された駆動ラインに印加される駆動信号に同期されて電界を出力する能動スタイラスと、が含まれることを特徴とするタッチスクリーンシステム。
【請求項２】
前記能動スタイラスは、
接触又は近接した特定の駆動ラインに印加された駆動信号により生成される電界を感知する電界感知センサと、
前記感知された電界に対応する別途の電界を発生させるために所定の信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部で発生した信号を増幅してこれを電界として出力する電界放出部と、
前記電界感知センサ、前記信号生成部、前記電界放出部に電源を印加する電源部と、が含まれることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項３】
前記所定の信号は、前記駆動信号と同一の位相を有する交流電圧であることを特徴とする請求項２に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項４】
前記電界放出部は、前記信号生成部で生成された前記所定の信号の位相をそのまま維持してレベルのみ増幅させて出力する非反転増幅器で実現されることを特徴とする請求項２に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項５】
前記電界放出部は、前記信号生成部で生成された前記所定の信号の位相を反転して出力する反転増幅器で実現されることを特徴とする請求項２に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項６】
前記能動スタイラスに前記信号生成部で生成される交流電圧の周波数を変換する周波数変換器が更に含まれることを特徴とする請求項５に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項７】
前記感知回路は感知された信号のレベルを検出するレベル検出器と、
前記感知信号をデジタル信号に変換してこれを処理部に提供するアナログデジタル変換器ＡＤＣと、が含まれることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項８】
前記感知された信号のうち、特定の周波数を有する信号をフィルタリングする周波数フィルタが更に含まれることを特徴とする請求項７に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項９】
前記周波数フィルタは、特定の周波数帯域を有する信号のみフィルタリングするバンドパスフィルタで実現されることを特徴とする請求項８に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項１０】
前記複数の駆動ライン及び感知ラインは、誘電体としての絶縁層を介して透明基板上の互いに異なるレイヤに形成され、透明導電性物質で実現されることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項１１】
前記駆動ラインと感知ラインの配列の交点である前記各感知セルでは交差する駆動ラインと感知ライン間の相互静電容量が形成されることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項１２】
前記各感知セルで生成された相互静電容量は前記各感知セルに連結された駆動ラインに前記駆動回路から駆動信号が印加される場合に前記各感知セルに連結された感知ラインにカップリングされた感知信号を発生させることを特徴とする請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項１３】
複数の感知セルを含むタッチスクリーンパネルの少なくとも１つの感知セルに指及び／又は能動スタイラスが近接又は接触する段階と、
前記指及び／又は能動スタイラスが近接又は接触する少なくとも１つの感知セルと連結された駆動ラインに駆動信号が印加される段階と、
前記駆動ラインに印加される駆動信号に同期されて前記能動スタイラスから電界が出力される段階と、
前記指及び／又は能動スタイラスの接触により前記各感知セルでの相互静電容量が変化し、これにより、前記感知セルに連結された感知ラインに運搬される電圧又は電流が変化する段階と、
前記相互静電容量の変化及びこれによる電圧又は電流の変化により前記接触が行われる少なくとも１つの感知セルの位置が把握される段階と、が含まれることを特徴とするタッチスクリーンシステムの駆動方法。
【請求項１４】
前記感知セルは複数の駆動ライン及び複数の感知ラインの交点に形成され、前記駆動ラインに順次駆動信号が印加される段階が更に含まれることを特徴とする請求項１３に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの感知セルに指が接触する場合に発生する相互静電容量の変化と能動スタイラスが接触する場合に発生する相互静電容量の変化が互いに異なり、これを区分して感知セルの位置を把握する段階が更に含まれることを特徴とする請求項１３に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
【請求項１６】
前記能動スタイラスから電界が出力される段階は、
前記能動スタイラスが近接又は接触した感知セルに連結された駆動ラインに駆動信号が印加される場合、これにより生成される電界を感知する段階と、
前記感知された電界に対応する別途の電界を発生させるために所定の交流電圧を生成する段階と、
前記所定の交流電圧を増幅してこれにより発生する電界を出力する段階と、が含まれることを特徴とする請求項１３に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
【請求項１７】
前記所定の交流電圧は、前記駆動信号と同一の位相を有する交流電圧であることを特徴とする請求項１６に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
【請求項１８】
前記増幅される所定の交流電圧は、位相が反転されて出力されることを特徴とする請求項１６に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
【請求項１９】
前記交流電圧の周波数を変換する段階が更に含まれることを特徴とする請求項１８に記載のタッチスクリーンシステムの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタッチスクリーンシステムに関し、特に、マルチタッチの認識を実現するタッチスクリーンシステム及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンパネルは映像表示装置などの画面に現れた指示内容を人の手又は物体で選択してユーザの命令を入力できるようにした入力装置である。
そのために、タッチスクリーンパネルは映像表示装置の前面に備えられて人の手又は物体に直接接触した接触位置を電気的信号に変換する。これにより、接触位置で選択された指示内容が入力信号として入力される。このようなタッチスクリーンパネルはキーボード及びマウスのように映像表示装置に連結されて動作する別途の入力装置に代えられるため、その利用範囲が次第に広がっている傾向にある。
【０００３】
タッチスクリーンパネルを実現する方式としては、抵抗膜方式、光感知方式及び静電容量方式などが知られており、最近は前記タッチスクリーンパネルを通じてマルチタッチの認識を実現するマルチタッチスクリーンシステムへの関心が高まっている。
特に、前記静電容量方式の場合、自己静電容量（ｓｅｌｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）方式と相互静電容量（ｍｕｔｕａｌ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）方式を通じてマルチタッチの認識を実現でき、これは人の指がタッチスクリーンパネルの表面に１つ以上接触されるとき、人体の電場により前記接触面に位置する感知セル（ノード）に形成されるキャパシタンスの変化を検出して前記接触位置を認識する原理を利用する。
しかしながら、前記方式による場合、前記人の指による接触を通じてでは、より微細な接触位置の認識実現が難しいという短所がある。
【０００４】
これを克服するために、端部がとがっているスタイラス（Ｓｔｙｌｕｓ）を用いることを考慮できるが、受動スタイラスの場合は接触面でのキャパシタンスの変化が極めて僅かであるため位置検出が難しく、電界を自ら生成する能動スタイラスの場合には前記発生する電界により実際に接触した位置に対応するタッチスクリーンパネルの感知セル（ノード）だけでなく、前記感知ラインと連結された他の感知セル（ノード）に影響を与えるため、接触位置の把握が不可能になるという短所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】大韓民国公開第２００９−００２４５４１号
【特許文献２】大韓民国公開第２００６−００５７４０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、相互静電容量方式のタッチスクリーンシステムにおいて、人の指によるマルチタッチの認識と共に能動スタイラスによるマルチタッチの認識を同時に実現するタッチスクリーンシステム及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の一態様によるタッチスクリーンシステムは、複数の駆動ライン、前記駆動ラインと交差する方向に配列された複数の感知ラインと、前記駆動ライン及び感知ラインの交点に形成される複数の感知セルを含むタッチスクリーンパネルと、前記駆動ラインに順次駆動信号を印加する駆動回路と、前記各感知セルから感知された静電容量の変化を検出してこれに対応する感知信号を生成する感知回路と、前記感知回路から感知信号の提供を受けて検出されたタッチ位置を判別する処理部と、前記タッチスクリーンパネルと分離されて構成され、前記タッチスクリーンパネルに近接又は接触するとき、これに隣接する感知セルと連結された駆動ラインに印加される駆動信号に同期されて電界を出力する能動スタイラスが含まれることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記能動スタイラスは、接触又は近接した特定の駆動ラインに印加された駆動信号により生成される電界を感知する電界感知センサと、前記感知された電界に対応する別途の電界を発生させるために所定の信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部で発生した信号を増幅してこれを電界として出力する電界放出部と、前記電界感知センサ、信号生成部、電界放出部に電源を印加する電源部とが含まれる。
【０００９】
また、前記所定の信号は前記駆動信号と同一の位相を有する交流電圧であり、前記電界放出部は前記生成された所定の信号、即ち、交流電圧の位相をそのまま維持してレベルのみ増幅させて出力する非反転増幅器又は前記生成された交流電圧の位相を反転して出力する反転増幅器で実現される。
更に、前記電界放出部が反転増幅器で実現される場合、前記能動スタイラスに前記信号生成部で生成される交流電圧の周波数を変換する周波数変換器が更に含まれる。
また、前記感知回路は感知された信号のレベルを検出するレベル検出器と、前記感知信号をデジタル信号に変換してこれを処理部に提供するアナログデジタル変換器ＡＤＣが含まれ、前記増幅器が反転増幅器で実現される場合、前記感知された信号のうち、特定の周波数を有する信号をフィルタリングする周波数フィルタが更に含まれる。
【００１０】
このとき、前記周波数フィルタは特定の周波数帯域を有する信号のみフィルタリングするバンドパスフィルタで実現される。
また、前記複数の駆動ライン及び感知ラインは誘電体としての絶縁層を介して透明基板上の互いに異なるレイヤに形成され、透明導電性物質で実現される。
更に、前記駆動ラインと感知ラインの配列の交点である前記各感知セルでは交差する駆動ラインと感知ライン間の相互静電容量が形成される。
また、前記各感知セルで生成された相互静電容量は前記各感知セルに連結された駆動ラインに前記駆動回路から駆動信号が印加される場合、前記各感知セルに連結された感知ラインにカップリングされた感知信号を発生させる。
【００１１】
更に、本発明の他の態様によるタッチスクリーンシステムの駆動方法は、複数の感知セルを含むタッチスクリーンパネルの少なくとも１つの感知セルに指及び／又は能動スタイラスが近接又は接触する段階と、前記指及び／又は能動スタイラスが近接又は接触する少なくとも１つの感知セルと連結された駆動ラインに駆動信号が印加される段階と、前記駆動ラインに印加される駆動信号に同期されて前記能動スタイラスから電界が出力される段階と、前記指及び／又は能動スタイラスの接触により前記各感知セルでの相互静電容量が変化し、これにより、前記感知セルに連結された感知ラインに運搬される電圧又は電流が変化する段階と、前記相互静電容量の変化及びこれによる電圧又は電流の変化により前記接触が行われる少なくとも１つの感知セルの位置が把握される段階とが含まれる。
【００１２】
ここで、前記感知セルは複数の駆動ライン及び複数の感知ラインの交点に形成され、前記駆動ラインに順次駆動信号が印加される段階が更に含まれる。
また、前記少なくとも１つの感知セルに指が接触する場合に発生する相互静電容量の変化と能動スタイラスが接触する場合に発生する相互静電容量の変化が互いに異なり、これを区分して感知セルの位置を把握する段階が更に含まれる。
更に、前記能動スタイラスから電界が出力される段階は、前記能動スタイラスが近接又は接触した感知セルに連結された駆動ラインに駆動信号が印加される場合に、これにより生成される電界を感知する段階と、前記感知された電界に対応する別途の電界を発生させるために所定の交流電圧を生成する段階と、前記所定の交流電圧を増幅してこれを出力する段階とが含まれる。
【００１３】
このとき、前記所定の交流電圧は前記駆動信号と同一の位相を有する交流電圧である。
また、前記増幅される所定の交流電圧は位相が反転されて出力されることができ、この場合、前記交流電圧の周波数を変換する段階が更に含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
このような本発明によれば、相互静電容量方式のタッチスクリーンパネルを用いて人の指によるマルチタッチの認識と共に能動スタイラスによるマルチタッチの認識を同時に実現し、指が接触する場合に発生する相互静電容量の変化と能動スタイラスが接触する場合に発生する相互静電容量の変化が互いに異なることを利用して、これを区分して処理することで、より多様、且つ、微細なマルチタッチの認識を可能にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムの構成ブロック図である。
【図２】図１に示すタッチスクリーンパネルの単純化した回路図である。
【図３Ａ】正常状態（タッチなし）条件での感知セルに対する断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
【図４Ａ】指による接触条件での感知セルに対する断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による能動スタイラスの構成を示すブロック図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による能動スタイラス接触条件での感知セルの断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
【図６Ｃ】図６Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態による能動スタイラス接触条件での感知セルの断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態による能動スタイラスの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態による感知回路の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態を更に詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムの構成ブロック図であり、図２は、図１に示すタッチスクリーンパネルの単純化した回路図である。
【００１７】
本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステム１００は、第１方向に配列された複数の駆動ライン１１２（Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎ）、前記駆動ラインと交差する方向に配列された複数の感知ライン１１４（Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍ）と、前記駆動ライン１１２及び感知ライン１１４の交点に形成される複数の感知セル１１６を含むタッチスクリーンパネル１１０と、前記駆動ライン１１２に順次駆動信号を印加する駆動回路１２０と、前記各感知セル１１６から感知された静電容量の変化を検出して、これに対応する感知信号を生成する感知回路１３０と、前記感知回路１３０から感知信号の提供を受けて検出されたタッチ位置を判別する処理部１４０と、前記タッチスクリーンパネル１１０に接触する対象としての能動スタイラス１６０を含んで構成される。
【００１８】
このとき、前記能動スタイラス１６０は、前記タッチスクリーンパネル１１０と分離されて構成され、前記タッチスクリーンパネル１１０に近接又は接触するとき、隣接する感知セル１１６と連結された駆動ライン１１２に印加される駆動信号に同期されて電界を出力する。
前記複数の駆動ライン１１２及び感知ライン１１４は透明基板（図示せず）上の互いに異なるレイヤに形成されるものであって、透明導電性物質で実現されることが好ましい。このとき、透明導電性物質は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ-Ｔｉｎ-Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ-Ｚｉｎｃ-Ｏｘｉｄｅ）又はＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）で形成されることができる。
【００１９】
また、前記複数の駆動ライン１１２及び感知ライン１１４の間には誘電体としての役割を果たす絶縁層（図示せず）が形成される。
但し、図１に示す実施形態では前記駆動ライン１１２及び感知ライン１１４が互いに直交して交差する形態に配列されることをその例として説明しているが、これは１つの実施形態であって、その他にも幾何学的構成の交差形態（極座標配列の同心ライン及び放射状ライン）などに実現されることもできる。
【００２０】
このような前記駆動ライン１１２と感知ライン１１４の配列により互いに交差する地点については駆動ラインと感知ライン間の相互静電容量（Ｍｕｔｕａｌ ＣａｐＡＣｉｔａｎｃｅ、ＣＭ）が形成され、前記相互静電容量が形成された各交点はタッチ認識を実現するそれぞれの感知セル１１６としての役割を果たす。
但し、前記各感知セル１１６で生成された相互静電容量は前記各感知セルに連結された駆動ライン１１２に前記駆動回路１２０から駆動信号が印加される場合、前記各感知セルに連結された感知ライン１１４にカップリングされた感知信号を発生させる。
【００２１】
即ち、前記各感知セル１１６で生成された相互静電容量は前記各感知セルに連結された駆動ラインに駆動信号が印加される場合に前記各感知セルと連結された感知ラインを通じて感知される。
また、前記駆動回路１２０は各駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎに順次駆動信号を提供するので、前記駆動回路１２０が駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎの何れか１つの駆動ラインに駆動信号を提供する場合、その他の駆動ラインは接地状態を維持する。
従って、前記駆動信号が印加された駆動ラインと交差する複数の感知ラインによる複数の交点、即ち、感知セルにはそれぞれの相互静電容量が形成され、このような各感知セルに指１５０又はスタイラス１６０が接触する場合にこれに対応する感知セルで静電容量の変化が発生する。
【００２２】
整理すれば、図２に示すように、本発明の実施形態によるタッチスクリーンパネル１１０は相互静電容量回路で表現されることができ、これは駆動ライン１１２及び感知ライン１１４を含み、これらが空間的に分離されることで、静電容量結合ノード、即ち、感知セル１１６を形成する。このとき、前記駆動ライン１１２は電圧源として表現された駆動回路１２０と連結され、前記感知ライン１１４は感知回路１３０と連結される。
また、前記駆動ライン１１２及び感知ライン１１４のそれぞれは所定の寄生静電容量１１２ａ、１１４ａを含むことができる。
【００２３】
前述したように、前記駆動ライン１１２と感知ライン１１４の交点、即ち、感知セル１１６に近接する導電性物体（指１５０又はスタイラス１６０）がない場合であれば、前記感知セル１１６で発生する相互静電容量ＣＭには変わりがないが、前記導電性物体が感知セル１１６に近接又は接触される場合には前記相互静電容量の変化が発生し、このような変化は結果的として前記感知セル１１６に連結された感知ライン１１４に運搬される電流（及び／又は電圧）を変化させる。
これにより、前記感知ライン１１４と連結された感知回路１３０は前記静電容量の変化及び感知セル１１６の位置に対する情報（感知信号）をＡＤＣ（図示せず）を経て所定の形態に変換して処理部１４０に伝送する。
【００２４】
前記静電容量の変化が発生した感知セル１１６の位置を検出する方式に対する一実施形態を説明すれば、以下の通りである。
前記感知回路１３０は前記感知セル１１６に連結された感知ライン１１４の静電容量の変化を感知すれば、前記静電容量の変化が発生した感知ライン１１４の座標と前記駆動回路１２０から駆動信号が入力された駆動ライン１１２、即ち、前記感知セル１１６に連結された駆動ライン１１２の座標を出力して、接触が行われた少なくとも１つの感知セルの座標を得る。
【００２５】
これは前記感知回路１３０が前記駆動回路１２０と配線（図示せず）などを通じて接続されることにより実現されるものであって、前記駆動回路１２０は前記駆動ライン１１２に対してスキャン（順次駆動信号を印加）すると同時に、前記スキャンした駆動ラインの座標を前記感知回路１３０に絶えずに出力することで、前記感知回路１３０は前記感知ライン１１４に対する静電容量の変化を感知すると同時に、前記静電容量が変化する地点、即ち、感知セル１１６に対応する駆動ライン１１２の位置座標も得られる。
このような構成によって本発明の実施形態によるタッチスクリーンシステムは複数の接触地点に対する認識、即ち、マルチタッチの認識を実現できるようになる。
【００２６】
また、本発明の実施形態は人の指１５０によるマルチタッチの認識と共に、能動スタイラス１６０によるマルチタッチの認識を同時に実現することを特徴とする。
即ち、人の指による接触を通じてでは、より微細な接触位置の認識実現が難しいという短所を克服するために、端部がとがっており、電界を自ら生成する能動スタイラスを用いてもマルチタッチの認識を実現できるようにする。
但し、前記既存の能動スタイラスのように、持続的に電界を生成してこれを放出する場合には前記持続的に放出される電界により実際に接触した位置に対応する感知セルだけでなく、接触していない他の感知セルに影響を与えるため、正確な接触位置の把握が不可能になる。
【００２７】
これにより、本発明の実施形態では前記能動スタイラスが特定の感知セルに近接（又は接触）する場合に前記感知セルに連結された駆動ラインに印加される駆動信号に同期して電界を増幅／出力することで、前記短所を克服できるようになる。
即ち、本発明による能動スタイラス１６０はタッチスクリーンパネル１１０の特定の感知セル１１６に接触するとき、前記感知セルに駆動信号が印加される場合にのみこれを感知して電界を生成することで、前記接触が行われた感知セル以外の感知セルに対しては影響を及ぼさなくなることで、能動スタイラスを用いてもマルチタッチの認識を実現できる。
また、本発明は指１５０が接触する場合に発生する相互静電容量の変化と能動スタイラス１６０が接触する場合に発生する相互静電容量の変化が互いに異なることを利用してこれを前記感知回路１３０及び処理部１４０で区分して処理することによって、更に多様なマルチタッチの認識を実現できる。
【００２８】
前記のような本発明の実施形態による動作は、下記の図３〜図９を通じて更に詳細に説明する。
まず、図３Ａ〜図４Ｂを通じて指の接触によるタッチ認識の実現について説明する。
図３Ａは、正常状態（タッチなし）条件での感知セルに対する断面図であり、図３Ｂは、図３Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
図３Ａを参照すれば、誘電体としての絶縁膜１１８により分離された駆動ライン１１２及び感知ライン１１４間の相互静電容量電界線２００が示されている。また、前記感知ライン１１４の上部には保護膜１１９が形成される。
【００２９】
このとき、前記駆動ライン１１２と感知ライン１１４が交差する地点が感知セル１１６であり、前記感知セル１１６に対応して示されたように、前記駆動ライン１１２と感知ライン１１４との間に相互静電容量ＣＭが形成される。
但し、前記各感知セル１１６で生成された相互静電容量ＣＭは前記各感知セルに連結される駆動ライン１１２に駆動回路１２０から駆動信号が印加される場合に発生する。
即ち、図３Ｂを参照すれば、前記駆動回路１２０は各駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎに順次駆動信号（一例として、３Ｖの電圧）を提供し、前記駆動回路１２０が駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎの何れか１つの駆動ラインに駆動信号を提供する場合にその他の駆動ラインは接地状態を維持する。図３Ｂの場合、第１駆動ラインＸ１に駆動信号が印加されることをその例とする。
【００３０】
従って、前記駆動信号が印加された第１駆動ラインＸ１と交差する複数の感知ラインによる複数の交点、即ち、感知セルＳ１１、Ｓ１２、…、Ｓ１ｍにはそれぞれの相互静電容量が形成され、これにより、前記駆動信号が印加される感知セル別にこれに連結された感知ラインＹ１、Ｙ２、…、Ｙｍに前記相互静電容量に対応する電圧（一例として、０.３Ｖ）が感知される。
図４Ａは、指による接触条件での感知セルに対する断面図であり、図４Ｂは、図４Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
図４Ａを参照すれば、指１５０が少なくとも１つの感知セル１１６に接触すれば、前記指１５０は低インピーダンス物体として感知ライン１１４から身体までＡＣ静電容量Ｃ１を有する。身体は、約２００ｐＦの接地に対する自己静電容量を有し、これは前記Ｃ１よりも遥かに大きい。
【００３１】
これにより、指１５０が接触して前記駆動ライン１１２と感知ライン１１４との間の電界線２１０を遮断する場合、前記電界線は指１５０と身体に内在された静電容量経路を介して接地に分岐され、その結果、前記図３Ａに示す正常状態での相互静電容量ＣＭは前記Ｃ１だけ減少する（ＣＭ１＝ＣＭ-Ｃ１）。
また、このような各感知セルでの相互静電容量の変化は、結果的として前記感知セル１１６に連結された感知ライン１１４に運搬される電圧を変化させる。
【００３２】
即ち、図４Ｂに示すように、前記駆動回路１２０は各駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎに順次駆動信号（一例として、３Ｖの電圧）を提供することにより、前記駆動信号が印加された第１駆動ラインＸ１と交差する複数の感知ラインによる複数の感知セルＳ１１、Ｓ１２、…、Ｓ１ｍにはそれぞれの相互静電容量ＣＭが形成されるが、指１５０により少なくとも１つの感知セル（一例として、Ｓ１２、Ｓ１ｍ）が接触する場合、前記相互静電容量が減少してＣＭ１、前記接触した感知セルＳ１２、Ｓ１ｍと連結された感知ラインＹ２、Ｙｍには前記減少した相互静電容量に対応する電圧（一例として、０.１Ｖ）が感知される。
但し、前記第１駆動ラインＸ１と連結されているが、指１５０による接触が行われない他の感知セルはそのまま既存の相互静電容量ＣＭが維持されるので、これに連結された感知ラインには以前と同じ電圧（一例として、０.３Ｖ）が感知される。
【００３３】
その後、前記感知ラインＹ１、Ｙ２、…、Ｙｍと連結された感知回路１３０は接触した感知セルＳ１２、Ｓ１ｍに対する前記静電容量の変化及びその位置に関する情報（感知信号）をＡＤＣ（図示せず）を経て所定の形態に変換して処理部１４０に伝送する。
前記静電容量の変化が発生した感知セル１１６の位置を検出する方式についての実施形態は図１を参照して説明したため省略し、このような構成によって指による複数の接触地点に対する認識、即ち、マルチタッチの認識を実現できるようになる。
但し、図４Ａに示すように、一般に指１５０でタッチを行う場合、接触面積Ａは約６ｍｍであり、これは前記感知セルの面積より大きいのが一般的である。従って、指１５０を利用する場合、より微細なタッチ認識の実現が難しいという短所がある。
【００３４】
また、端部がとがっている受動スタイラス、即ち、単に導体で実現される受動スタイラスを用いる場合には接触面が小さいので、接触面におけるキャパシタンスの変化が極めて僅かであり、位置検出が難しいという短所がある。
これにより、本発明の実施形態では指を用いたマルチタッチの認識と共に端部がとがっている能動スタイラスによるマルチタッチの実現が可能であるため、前記短所を克服する。
但し、前述したように、既存の能動スタイラスは持続的に電界を生成してこれを放出する構成を有しているので、前記持続的に放出される電界により実際に接触した位置に対応する感知セルだけでなく、接触しない他の感知セルに影響を与えるため、正確な接触位置の把握が不可能になる。
【００３５】
これにより、本発明の実施形態では前記能動スタイラスが特定の感知セルに近接（又は接触）する場合に前記感知セルに連結された駆動ラインに印加される駆動信号に同期して電界を増幅／出力する構成を有する。
図５は、本発明の一実施形態による能動スタイラスの構成を示すブロック図である。
但し、図５は、能動スタイラスの各構成要素に対するブロック図であって、その外形については示さなかったが、タッチスクリーンパネルと接触する部分がとがっている形状の導電体で実現されることが好ましい。
【００３６】
図５を参照すれば、本発明の実施形態による能動スタイラス１６０は、接触（又は接近）する駆動ラインに印加された駆動信号により生成される電界を感知する電界感知センサ１６２と、前記電界が感知されれば、これに対応する別途の電界を発生させるための所定の信号、即ち、交流電圧を生成する信号生成部１６４と、前記信号生成部１６４で発生した信号を増幅してこれを電界として出力する電界放出部１６６、前記各構成要素１６２、１６４、１６６に電源を印加する電源部１６８が含まれる。
このとき、前記電界感知センサ１６２は、駆動信号の印加によって発生する電界を感知できるようにコイルを含んで実現されることができる。即ち、前記電界感知センサ１６２が前記駆動信号により発生する電界形成領域に位置すれば、前記電界による電気力を感知できる。
【００３７】
また、前記電界感知センサ１６２により電界が感知されれば、前記信号生成部１６４はこれに対応して所定の信号を生成する。即ち、感知された電界に対応して前記駆動信号と同一の位相を有する交流（ＡＣ）電圧を生成できる。
その後、前記信号生成部１６４により生成された信号は電界放出部１６６を通じて増幅され、これはスタイラスのとがっている端部を介して電界として出力される。このとき、前記電界放出部１６６は生成された交流電圧の位相をそのまま維持してレベルのみ増幅させて出力する非反転増幅器で実現されてもよく、位相を反転して出力する反転増幅器で実現されてもよい。
【００３８】
このような本発明に実施形態による能動スタイラス１６０は、タッチスクリーンパネル１１０の特定の感知セル１１６に接触するとき、前記感知セルに連結された駆動ラインに駆動信号が印加される場合にのみこれを感知して電界を生成し、前記接触が行われた感知セル以外の駆動ライン、即ち、接地状態の駆動ラインと連結された他の感知セルについては影響を及ぼさなくなることで、能動スタイラスを用いてもマルチタッチの認識を実現できるようになる。
【００３９】
図６Ａは、本発明の実施形態による能動スタイラス接触条件での感知セルの断面図であり、図６Ｂ及び図６Ｃは、図６Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
但し、図６Ａの場合、前記能動スタイラスに出力される電界が非反転増幅器により増幅されたことをその例として説明する。また、前記能動スタイラスが接触しない状態は図３Ａ及び図３Ｂで説明したのと同一であるので、その説明を省略する。
図６Ａを参照すれば、これは駆動信号が駆動ライン１１２に印加された状態での能動スタイラス１６０の接触による感知セル１１６での相互静電容量の変化を説明する。
【００４０】
能動スタイラス１６０が少なくとも１つの感知セル１１６に接触すれば、前記能動スタイラス１６０は前記感知セル１１６を構成する駆動ライン１１２に印加される駆動信号による電界を感知し、これに対応する電界を増幅／出力する。
図６Ａの第１電界線２２０は前記駆動信号の印加により発生する電界によるものであって、第２電界線６００は前記能動スタイラス１６０から出力される電界によるものである。
このとき、前記能動スタイラス１６０から出力される電界は非反転増幅器を介して出力されたＡＣ電圧によるものであって、前記ＡＣ電圧は前記感知された電界、即ち、駆動信号の印加による電界に対応して前記駆動信号と同一の位相を有する交流（ＡＣ）電圧である。
これにより、図示のように、前記第１、２電界線は、それぞれ駆動ライン１１２及び能動スタイラス１６０から感知ライン１１４方向に形成される。
【００４１】
即ち、前記感知セル１１６に対応して示すように、前記駆動ライン１１２と感知ライン１１４との間に相互静電容量ＣＭが形成され、前記感知ライン１１４と能動スタイラス１６０との間にはＡＣ静電容量Ｃ２が形成される。
従って、前記能動スタイラス１６０が前記感知セル１１６に接触すれば、正常状態（接触していない状態）での相互静電容量ＣＭは前記Ｃ２だけ増加する（ＣＭ２＝ＣＭ＋Ｃ２）。
また、このような各感知セルでの相互静電容量の変化は、結果的として前記感知セル１１６に連結された感知ライン１１４に運搬される電圧を変化させる。
【００４２】
即ち、図６Ｂを参照すれば、前記駆動回路１２０は、各駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎに順次駆動信号（一例として、３Ｖの電圧）を提供し、前記駆動回路１２０が駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎの何れか１つの駆動ラインに駆動信号を提供する場合、その他の駆動ラインは接地状態を維持する。図６Ｂの場合、第１駆動ラインＸ１に駆動信号が印加されることをその例とする。
【００４３】
前記駆動信号が印加された第１駆動ラインＸ１と交差する複数の感知ラインによる複数の感知セルＳ１１、Ｓ１２、…、Ｓ１ｍにはそれぞれの相互静電容量ＣＭが形成されるが、能動スタイラス１６０により少なくとも１つの感知セル（一例として、Ｓ１１、Ｓ１２）が接触する場合、前記相互静電容量が増加されてＣＭ２、前記接触した感知セルＳ１１、Ｓ１２と連結された感知ラインＹ１、Ｙ２には前記増加された相互静電容量に対応する電圧（一例として、０.５Ｖ）が感知される。
但し、前記第１駆動ラインＸ１と連結されているが、能動スタイラス１６０による接触が行われない他の感知セルはそのまま既存の相互静電容量ＣＭが維持されるので、これに連結された感知ラインには以前と同じ電圧（一例として、０.３Ｖ）が感知される。
【００４４】
また、前記能動スタイラス１６０の動作を更に具体的に説明するために、図６Ｃを参照すれば、前記能動スタイラス１６０が第１駆動ラインＸ１に連結された感知セルＳ１１、Ｓ１２に接触されるが、駆動信号が前記第１駆動ラインＸ１ではなく、第２駆動ラインＸ２に印加される場合を仮定する。
この場合、前記能動スタイラス１６０は接触された感知セルＳ１１、Ｓ１２に連結された駆動ラインＸ１に駆動信号が印加されないので、電界を感知できず、別途の電界を出力しない。
従って、この場合、前記能動スタイラス１６０は単なる導体に過ぎないため、タッチの認識が行われない。即ち、感知ラインＹ１、Ｙ２、…、Ｙｍには何れも既存の相互静電容量ＣＭに対応する電圧（一例として、０.３Ｖ）が感知される。
【００４５】
しかしながら、既存の能動スタイラスのように、駆動信号の印加に同期されず、持続的に電界を放出する場合であれば、図６Ｂの場合、スタイラスが実際に接触されない感知セルＳ２１、S２２で接触したものと感知される誤りが発生する。
結果として、本発明の実施形態による能動スタイラス１６０は、タッチスクリーンパネル１１０の特定の感知セル１１６に接触するとき、前記感知セルに連結された駆動ラインに駆動信号が印加される場合にのみこれを感知して電界を生成して前記接触が行われた感知セル以外の駆動ライン、即ち、接地状態の駆動ラインと連結された他の感知セルについては影響を及ぼさなくなるため、能動スタイラスを用いてもマルチタッチの認識を実現できるようになる。
【００４６】
その後、前記感知ラインＹ１、Ｙ２、…、Ｙｍと連結された感知回路１３０は接触した感知セルＳ１２、Ｓ１ｍに対する前記静電容量の変化及びその位置に関する情報（感知信号）をＡＤＣ（図示せず）を経て所定の形態に変換して処理部１４０に伝送する。
前記静電容量の変化が発生した感知セル１１６の位置を検出する方式についての実施形態は図１を参照して説明したため省略し、このような構成によって能動スタイラス１６０による複数の接触地点に対する認識、即ち、マルチタッチの認識を実現できるようになる。
図７Ａは、本発明の他の実施形態による能動スタイラス接触条件での感知セルの断面図であり、図７Ｂは、図７Ａによる各感知セルに印加される駆動信号による感知結果を概略的に示す図である。
【００４７】
但し、図７Ａの場合、前記能動スタイラスに出力される電界が反転増幅器により増幅されたことをその例として説明する。また、前記能動スタイラスが接触しない状態は図３Ａ及び図３Ｂで説明したのと同一であるので、その説明を省略する。
図７Ａを参照すれば、これは駆動信号が駆動ライン１１２に印加された状態での能動スタイラス１６０の接触による感知セル１１６での相互静電容量の変化を説明する。
能動スタイラス１６０が少なくても１つの感知セル１１６に接触すれば、前記能動スタイラス１６０は前記感知セル１１６を構成する駆動ライン１１２に印加される駆動信号による電界を感知し、これに対応する電界を増幅／出力する。
【００４８】
図７Ａの第１電界線２３０は前記駆動信号の印加により発生する電界によるものであり、第２電界線６１０は前記能動スタイラス１６０から出力される電界によるものである。
このとき、前記能動スタイラス１６０から出力される電界は反転増幅器を介して出力されたＡＣ電圧によるものであって、前記ＡＣ電圧は前記感知された電界、即ち、駆動信号の印加による電界に対応して前記駆動信号と反対の位相を有する交流（ＡＣ）電圧である。
これにより、図示のように、前記第１電界線２３０は駆動ライン１１２から感知ライン１１４方向に形成され、前記第２電界線６１０は感知ライン１１４から能動スタイラス１６０方向に形成される。
【００４９】
即ち、前記第２電界線６１０の方向は前述した図６Ａの第２電界線６００と反対方向に形成される。
即ち、前記駆動ライン１１２と感知ライン１１４との間に相互静電容量ＣＭが形成され、前記感知ライン１１４と能動スタイラス１６０との間にはＡＣ静電容量Ｃ３が形成され、前記能動スタイラス１６０が前記感知セル１１６に接触すれば、正常状態（米接触状態）での相互静電容量ＣＭは前記Ｃ３だけ減少する（ＣＭ３＝ＣＭ−Ｃ３）。
また、このような各感知セルでの相互静電容量の変化は、結果として前記感知セル１１６に連結された感知ライン１１４に運搬される電圧を変化させる。
【００５０】
即ち、図７Ｂを参照すれば、前記駆動回路１２０は、各駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎに順次駆動信号（一例として、３Ｖの電圧）を提供し、前記駆動回路１２０が駆動ラインＸ１、Ｘ２、…、Ｘｎの何れか１つの駆動ラインに駆動信号を提供する場合、その他の駆動ラインは接地状態を維持する。図７Ｂの場合、第１駆動ラインＸ１に駆動信号が印加されることをその例とする。
前記駆動信号が印加された第１駆動ラインＸ１と交差する複数の感知ラインによる複数の感知セルＳ１１、Ｓ１２、…、Ｓ１ｍにはそれぞれの相互静電容量ＣＭが形成されるが、能動スタイラス１６０により少なくとも１つの感知セル（一例として、Ｓ１１、Ｓ１２）が接触する場合、前記相互静電容量が減少してＣＭ３、前記接触した感知セルＳ１１、Ｓ１２と連結された感知ラインＹ１、Ｙ２には前記減少した相互静電容量に対応する電圧（一例として、０.１Ｖ）が感知される。
【００５１】
但し、前記第１駆動ラインＸ１と連結されているが、能動スタイラス１６０による接触が行われない他の感知セルはそのまま既存の相互静電容量ＣＭが維持されるので、これに連結された感知ラインには以前と同じ電圧（一例として、０.３Ｖ）が感知される。
その後、前記感知ラインＹ１、Ｙ２、…、Ｙｍと連結された感知回路１３０は接触した感知セルＳ１１、Ｓ１２に対する前記静電容量の変化及びその位置に対する情報（感知信号）をＡＤＣ（図示せず）を経て所定の形態に変換して処理部１４０に伝送する。
前記静電容量の変化が発生した感知セル１１６の位置を検出する方式についての実施形態は図１を参照して説明したため省略し、このような構成によって能動スタイラスによる複数の接触地点に対する認識、即ち、マルチタッチの認識を実現できるようになる。
【００５２】
また、本発明は指１５０が接触する場合に発生する相互静電容量の変化と能動スタイラス１６０が接触する場合に発生する相互静電容量の変化が互いに異なることを利用してこれを前記感知回路１３０及び処理部１４０で区分して処理することによって、より多様なマルチタッチの認識を実現できる。
即ち、同時に指１５０と能動スタイラス１６０が接触してもこれを区分して認識できる。
特に、図６を通じて説明した実施形態、即ち、非反転増幅器を通じて能動スタイラス１６０が駆動信号と同一の位相のＡＣ信号を出力する場合には感知ラインによる感知信号のレベル（一例として、０.５Ｖ）が指１５０の接触による感知信号のレベル（一例として、０.２Ｖ）と大きな差があるので、一例として、感知回路１３０にレベル検出器（図示せず）及び／又はレベル比較器（図示せず）を備えることで、容易に区分できる。
【００５３】
しかしながら、図７を通じて説明した実施形態、即ち、反転増幅器を通じて駆動信号と異なる位相のＡＣ信号を出力する場合には感知ラインによる感知信号のレベル（一例として、０.１Ｖ）が指１５０の接触による感知信号のレベル（一例として、０.２Ｖ）と差が大きくないため、その区分が難しくなり得る。
これにより、本発明の実施形態では能動スタイラス１６０及び感知回路１３０の構成を変更することによってこのような問題を克服できる。
図８は、本発明の他の実施形態による能動スタイラスの構成を示すブロック図であり、図９は、本発明の実施形態による感知回路の構成を示すブロック図である。
但し、これは図５に示す能動スタイラスと比較して周波数変換器が追加で備えられることを除いてはその構成が同一であるので、同じ構成要素については同じ図面符号を付し、それについての詳細な説明は省略する。
【００５４】
図８を参照すれば、本発明の他の実施形態による能動スタイラス１６０'は、接触（又は接近）する駆動ラインに印加された駆動信号により生成される電界を感知する電界感知センサ１６２と、前記電界が感知されれば、これに対応する別途の電界を発生させるための所定の信号、即ち、交流電圧を生成する信号生成部１６４と、前記信号生成部１６４で発生した信号を増幅してこれを電界として出力する電界放出部１６６、前記各構成要素１６２、１６４、１６６に電源を印加する電源部１６８以外に前記信号生成部１６４で生成される信号、即ち、交流電圧の周波数を変換する周波数変換器１６９が更に備えられる。
但し、この場合、前記電界放出部１６６は、生成された交流電圧の位相を反転して出力する反転増幅器で実現される。
【００５５】
このように前記周波数変換器１６９を追加で構成するのは、前記反転増幅器１６６を通じて駆動信号と異なる位相のＡＣ信号を出力する場合には感知ラインによる感知信号のレベル（一例として、０.１Ｖ）が指１５０の接触による感知信号のレベル（一例として、０.２Ｖ）と差が大きくないため、区分が難しいという問題を克服するためのものであって、感知される信号のレベルは指１５０の接触による感知信号のレベルと類似してもその周波数が異なるので、区分が可能になる。
但し、この場合、前記周波数が異なることを検出するためには感知回路１３０に前記変換された周波数を検出できる周波数フィルタが備えられなければならない。
これにより、図９に示すように、本発明の実施形態による感知回路１３０は周波数フィルタ１３４を含む。
【００５６】
即ち、前記感知回路１３０は、感知された信号のレベルを検出するレベル検出器１３２と、前記感知された信号のうち、特定の周波数を有する信号をフィルタリングする周波数フィルタ１３４と、前記レベル検出器１３２及び／又は周波数フィルタ１３４を経た感知信号をデジタル信号に変換してこれを前記処理部１４０に提供するアナログデジタル変換器ＡＤＣ１３６を含んで構成される。
前記レベル検出器１３２は感知信号のレベルを検出する役割を果たすものであって、これを通じて図６の実施形態による能動スタイラス１６０を用いて接触が行われた場合の感知信号と指１５０を利用して接触が行われた場合の感知信号の区分が可能である。
【００５７】
また、前記周波数フィルタ１３４は前述した図８に示す周波数変換器１６９により変換された周波数をフィルタリングするように特定の周波数帯域に対するバンドパスフィルタで実現され、これを通じて図７及び図８の実施形態による能動スタイラス１６０'を用いて接触が行われた場合の感知信号と指１５０を用いて接触が行われた場合の感知信号の区分が可能である。
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、かかる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５８】
１００   タッチスクリーンシステム
１１２（Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎ）   駆動ライン
１１４（Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍ）   感知ライン
１１６   感知セル
１１０   タッチスクリーンパネル
１２０   駆動回路
１３０   感知回路
１４０   処理部
１６０   能動スタイラス
【図１】
2011113558.tif 000003
【図２】
2011113558.tif 000004
【図３Ａ】
2011113558.tif 000005
【図３Ｂ】
2011113558.tif 000006
【図４Ａ】
2011113558.tif 000007
【図４Ｂ】
2011113558.tif 000008
【図５】
2011113558.tif 000009
【図６Ａ】
2011113558.tif 000010
【図６Ｂ】
2011113558.tif 000011
【図６Ｃ】
2011113558.tif 000012
【図７Ａ】
2011113558.tif 000013
【図７Ｂ】
2011113558.tif 000014
【図８】
2011113558.tif 000015
【図９】
2011113558.tif 000016