(57)【要約】  マトリックスタイプの相互静電容量接触感知パネル及び関連するタッチ感知電子機器であって、各タッチ感知電子機器は、個別の受信電極と、各個別の受信電極の複数の端子領域において電気的に結合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触表面、及び電極マトリックスを形成する複数の電極を含むタッチパネルであって、前記複数の電極は、複数の駆動電極及び複数の受信電極を含み、各受信電極は第１端子領域及び第２端子領域を含み、各駆動電極は前記電極マトリックスの対応するノードにおいて各受信電極に容量結合され、前記タッチパネルは、前記ノードのうちの所与のノードの付近で前記接触表面が接触されると、前記所与のノードに関連する前記駆動電極と前記受信電極との間の結合容量が変化するように構成される、タッチパネルと、
各受信電極と関連する感知構成要素が存在するように複数の感知構成要素を含むコントローラであって、少なくとも１つの前記受信電極と関連する前記感知構成要素は、制御線を介して、前記少なくとも１つの受信電極の前記第１端子領域及び前記第２端子領域の両方と通信可能に接続される、コントローラと、
を含む、接触感知装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記感知構成要素をサンプリングし、もって前記接触表面上で生じる１つ以上の接触の座標を決定するように、前記感知構成要素と通信可能に接続される電子装置を更に含む、請求項１に記載の接触感知装置。
【請求項３】
前記感知構成要素が、ノードにおける対応する駆動電極と受信電極との間の信号の容量結合に応じて変化する出力を有する、アナログ電子回路を含む、請求項２に記載の接触感知装置。
【請求項４】
各受信電極が第１端部及び第２端部を有し、前記第１端子領域及び前記第２端子領域はそれぞれ、前記第１端部及び前記第２端部の付近に位置する、請求項３に記載の接触感知装置。
【請求項５】
前記コントローラが、駆動信号を個別の駆動電極に一つずつ導入するための駆動信号発生器を更に含む、請求項４に記載の接触感知装置。
【請求項６】
各駆動電極が第１端子領域及び第２端子領域を含み、駆動信号発生器は、各駆動電極の前記第１端子領域及び前記第２端子領域の両方と電気的に接続され、各駆動電極に駆動信号を導入する、請求項５に記載の接触感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ディスプレイ装置、より具体的には、タッチスクリーンを有するディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
相互静電容量ベースのタッチセンサーは典型的には、駆動電極のアレイが受信電極のアレイと直交するように配置され、その間に誘電体を備える、マトリックスタイプセンサーを含む。各アレイの電極が互いに交差する領域は、ノードと呼ばれることがある。駆動電極は、ノードにおいて受信電極と容量結合し、マトリックスの付近に位置する、指又は他のポインティングオブジェクトが、この容量結合と干渉して、マトリックスに対する指の位置が感知され、関連する電子機器により計算される。
【０００３】
このようなセンサーは、米国特許出願番号第１２／７８６，９２０号、表題「Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｔｏｕｃｈ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ｔｈｅｒｅｆｏｒ」に記載されるように、好適な電子機器に結合されると、非常に早い反応時間（効果的に、タッチスクリーンの通常のユーザーに気付かれないようにする、レイテンシ）及び多数（４０以上）の同時的な接触を感知する能力をもたらし得る。
【０００４】
しかしながら、このようなセンサーは、主に信号感度の制約により、寸法の制約を有する。より大きな寸法に適合するように、横列及び縦列の信号線の長さが増加すると、信号線のインピーダンスもまた増加し、これが信号の、信号対雑音特性を低減させる。結果的に、相互静電容量ベースのタッチセンサーは、一般的により小さいセンサー用途に制限される。
【０００５】
いくつかのメーカーは、これらのタッチセンサーを半分、又は１／４領域に効果的に分割し、各対応する半分、又は１／４領域で生じるタッチ事象を別個に感知することによって、この寸法の制約に対処してきた。例えば、米国特許出願公開番号第２０１０／０１５６７９５号は、２つ又は４つの区分から平坦な構成で組み立てられ、各区分が電子機器と連結するように意図された、少なくとも２つのいわゆる「アクティブ」縁部を含む、静電容量性タッチスクリーンパネルについて開示している。
【０００６】
別の手法は、より長い電極範囲により良好に適合する、マイクロワイヤ、又は他の材料を使用するものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
相互静電容量接触感知装置において使用するためのセンサーは、マトリックスタイプの構成で駆動及び受信電極を含む。感知電子機器が、１つではなく、複数の端子領域を介して個別の受信電極に連結される。好ましい実施形態において、端子領域は、所与の受信電極の別個の端子と関連付けられる。
【０００８】
特に、一実施形態において、接触感知装置が記載され、この装置は、接触表面及び電極マトリックスを画定する複数の電極を含むタッチパネルであって、複数の電極は、複数の駆動電極及び複数の受信電極を含み、各受信電極は第１端子領域及び第２端子領域を含み、各駆動電極はマトリックスの対応するノードにおいて各受信電極に容量結合され、パネルは、所与のノードの１つの付近で接触表面に接触されると、ノードのうちの所与のノードに関連する駆動電極と受信電極との間の結合静電容量が変化するように構成される、タッチパネルと、複数の感知構成要素を、各受信電極と関連する感知構成要素が存在するように含む、コントローラであって、受信電極の少なくとも１つと関連する感知構成要素は、制御線を介して、少なくとも１つの受信電極の第１端子領域及び第２端子領域の両方と通信可能に接続される、コントローラとを含む。
【０００９】
この実施形態及び他の実施形態が、詳細な説明において更に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】接触装置の概略図である。
【図２】接触装置において使用されるタッチパネルの一部の概略側面図である。
【図３】個別の受信電極に連結された感知構成要素の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面においては、同様の参照番号は、同様の要素を示す。
【００１２】
本開示は、マトリックス静電容量性タッチスクリーンなどの接触感知装置の感知電子機器を、受信電極に連結するための新しい手段を対象とする。特に、各受信電極と関連する感知電子機器は、所与の受信電極の２つの端子領域（例えば、両端部）に連結される。この構成は、いずれかの所与の受信電極の抵抗パスを半分に低減する。いくつかの実施形態において、このような手法は、感知電子機器を追加することなく利用することができる。
【００１３】
図１では、代表的な接触装置１１０が示される。装置１１０は、電子回路（簡略化のために１１４と表示される１つの概略的なボックスにまとめられ、総じてコントローラと呼ばれる）に接続されたタッチパネル１１２を含む。
【００１４】
タッチパネル１１２は、縦列電極１１６ａ〜ｅの下方アレイ、及び横列電極１１８ａ〜ｅの上方アレイからなる５×５マトリックスを有するものとして示されるが、他の数の電極及び他のマトリックス寸法も使用され得る。タッチパネル１１２は、典型的には、ユーザーが、コンピュータ、手持ち式の装置、携帯電話、又は他の周辺機器の画素化されたディスプレイなどの物体をパネル１１２を通して見ることができるように、実質的に透明である。境界１２０は、パネル１１２の表示領域、またかかるディスプレイを使用する場合は好ましくはその表示領域を表す。電極１１６ａ〜ｅ、１１８ａ〜ｅは、平面透視図で見て、表示画面１２０全体に空間的に分布する。図の簡略化のために、電極は、幅広で目立つように示されているが、実際には、これらは比較的狭く、ユーザーの注意を引かなくてもよい。更に、電極間のフリンジフィールドを増大させて、それにより電極間の容量結合における接触の影響を増大させるために、電極は、可変幅、例えば、マトリックスのノード付近でダイヤモンド又はその他の形状のパッドに拡大した幅を有するように設計され得る。代表的な実施形態において、電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、細いミクロ導電体ワイヤのネットワーク、又は好適な導電性材料からなる場合がある。奥行きの観点からすると、縦列電極と横列電極との間で著しいオーム接触が生じず、所与の縦列電極と所与の横列電極との間の唯一の著しい電気的結合が容量結合であるように、縦列電極は横列電極とは異なる面に位置してよい（図１の観点からすると、縦列電極１１６ａ〜ｅは横列電極１１８ａ〜ｅの下に位置する）。他の実施形態において、横列電極、及び別個の縦列電極構成要素が、同じ層の同じ基材上に配置され、その後別個の縦列電極構成要素（誘電体によって縦列電極から離間している）を接続するように構成されたジャンパー電極が架橋され、これにより、実質的に単一層構成を使用して、ｘ及びｙ電極が形成される。ユーザーの指又は他のタッチ関連手段との直接的な物理的接触から電極が保護されるように、電極のマトリックスは、典型的には、カバーガラス、プラスチックフィルムなどの下に位置する。かかるカバーガラス、フィルムなどの露出面は、タッチ面と呼ばれる場合がある。
【００１５】
当業者は、コントローラ１１４が、接触表面上に生じる接触を最終的に感知するように構成するために、様々なアプローチを認識する。１つの典型的な構成において、コントローラ１１４は、駆動信号が、駆動電極１１８ａ〜ｅに反復的に導入されるようにするように構成される（すなわち、駆動信号発生器が、信号を駆動線に一度に１つ、導入する）。所与の横列を駆動した後、各受信電極（電極１１６ａ〜ｅ）と関連する感知構成要素が、コントローラ１１４内に含まれる電子機器によりサンプリングされ、これは駆動電極、及び受信電極のアレイと関連する交差点と関連する、ノード（この場合５つ）における接触に関するデータを判定する。各受信電極と関連する感知構成要素は典型的には、駆動電極に導入された信号の受信電極との容量結合に応じて変化する出力を有するアナログ電子機器を含む。コントローラにより問い合わせた後、感知構成要素がリセットされてもよく（その構成による）、その後、信号が次の駆動電極に導入され、これが続いていく。各駆動電極をそのように駆動する、感知を伴う、１回の完全な周期が値のマトリックスを生じ、電極交差点における、より低い容量結合を伴うサンプルが、接触表面の近位にある、又は接触表面に接触する１本以上の指などの導電性物体に対応する。
【００１６】
所与の横列電極と縦列電極との間の容量結合は、電極が互いに最も近い領域（すなわち、駆動電極及び受信電極の交差点）における、電極の形状と主に関連する。このような領域は、電極マトリックスのノードに対応し、このノードのいくつかが図１に示されている。例えば、縦列（受信）電極１１６ａと横列（駆動）電極１１８ｄとの間の静電容量結合が主にノード１２２で起こり、縦列（受信）電極１１６ｂと横列（駆動）電極１１８ｅとの容量結合が主にノード１２４で起こる。図１の５×５のマトリックスは、このようなノードを２５個有し、そのうちのいずれか１つは、対応する受信電極１１６ａ〜ｅをコントローラに個別に結合する受信電子機器と関連する制御線（それぞれ、受信制御線１２６ａ及び１２６ｂ）を適切に選択すること、及び、それぞれの受信電極１１８ａ〜ｅをコントローラに個別に結合する制御線１２８の１つを適切に選択することを介して、コントローラ１１４によってアドレス指定することができる。
【００１７】
各受信電極１１６ａ〜ｅは、第１端子領域１３３ａ及び第２端子領域１３３ｂをそれぞれ含む（存在するが、受信電極１１６ｂ〜ｅに図示されない）。駆動信号１１８ａ〜ｅは、各１つのこのような端子領域のみを通じて制御線１２８に連結されるものとして示されるが、電極１１６ａに関して示される構成のように、駆動線が２つの端子領域を含む他の構成もまた可能である。制御線１２６ｂのセット制御線は、端子領域１３３ａで受信電極１１６ａの第１端子領域に連結する。制御線１２６ａのセット制御線は、端子領域１３３ｂで受信電極１１６ａの第２端子領域に連結する。一実施形態において、第１端子領域１３３ａ及び第２端子領域１３３ｂに連結された制御線は、コントローラ１１４内で一緒に連結されて、受信電極１１６ａを含む回路を形成し、これはひいては感知構成要素（例えば、米国特許出願番号第１２／７８６，９２０号、表題「Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｔｏｕｃｈ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ｔｈｅｒｅｆｏｒ」（本明細書において参照として全体が組み込まれる）に記載される感知構成要素など）に連結される。感知構成要素は一般的に、駆動電極及び対応する受信電極に導入される駆動信号の容量結合に応じて変化する出力を生成するように結合されたアナログ回路を含む。
【００１８】
端子領域１３３ａと関連する制御線は、コントローラ１１４内の関連する第１感知構成要素に連結されてもよい。端子領域１３３ｂと関連する制御線は、コントローラ１１４内の関連する第２感知構成要素に連結されてもよい。各受信電極の各端子が別個の感知構成要素と連結されるようにする、このアプローチにより、より強い信号が感知構成要素と連結することが可能になるが、タッチパネルに必要とされる、感知構成要素の数が倍になる（すなわち、受信電極と感知構成要素の比率が１：２）という欠点を有する。別のアプローチは、端子領域１３３ｂと関連する制御線を、端子領域１３３ａと関連する制御線と同じ感知構成要素（これは、上記の例の場合においては第１感知構成要素である）と連結させるものであり、すなわち、受信電極と感知構成要素の比率は１：１である。このような構成において（更に図３に関連して記載される）、受信電極はその半分の幅を有する受信電極と同様に機能し、これはタッチパネルの、受信電極に関する寸法を倍増させる。例えば、１６×９のアスペクト比を有するタッチパネルにおいて、水平電極は、寸法の制約要因となり得る。受信電極の両端に関連する端子領域において接続することにより、電極の長さは倍増する（電極の形状、電気的特性などの他の要因が同じであるとき）。この原因の１つは、信号劣化の問題が緩和されるためである（特に、従来的な信号接続点スキームにおいて、制御線から最も遠くなるべき電極に関し）。感知電子機器をタッチスクリーン電極の一方の端子のみに連結することに伴う、浮遊容量の問題もまた緩和される。感知構成要素を電極の２つの端子領域に連結することによりまた、所与の受信電極の有効な抵抗性もまた、約半分に低減され得る。各受信電極と関連するＲＣ時定数もまた半減し、これが回路をより早くすることができる。例えば、３０インチ（７６ｃｍ）電極の受信電極時定数は、この電極が感知電子機器の一端のみに連結されているときには制約要因となり得るが、並列で、両側が接続されているときには、抵抗は半減し、よって６０インチ（１５２ｃｍ）の電極を備えるセンサーを、同じ電子機器タイミングで駆動することができる。
【００１９】
ユーザーの指１３０又は他の接触手段が、接触位置１３１に示されるように、装置１１０の接触面と接触するか、ほぼ接触すると、指は、電極マトリックスと容量的に結合する。指がマトリックスと容量結合し、マトリックスから、特に接触位置の最も近くにある電極から電荷を引き出し、そうすることで、最も近くのノードに対応する電極間の結合容量を変化させる。例えば、接触位置１３１における接触は、電極１１６ｃ／１１８ｂに対応するノードに最も近い位置にある。結合静電容量のこの変化は、コントローラ１１４によって検出されることができ、１１６ａ／１１８ｂノードにおける又は１１６ａ／１１８ｂノードの近くの接触であると判断されることができる。好ましくは、コントローラは、容量の変化がある場合には、マトリックスのノードの全ての静電容量の変化を迅速に検出するように構成され、ノード間にある接触位置を補間によって正確に判定するために、隣接するノードの静電容量変化の大きさを分析することが可能である。更に、コントローラ１１４は、接触装置の異なる部分に、同時に又は重複する時間で加えられた複数の異なる接触を検出するように有利に設計される。したがって、例えば、指１３０の接触と同時に別の指１３２が装置１１０の接触面の接触位置１３５を接触する場合、又は、それぞれの接触が少なくとも時間的に重複している場合、コントローラは、好ましくは両方のかかる接触の位置１３１、１３３を検出し、かかる位置を接触出力１１４ａに提供することが可能である。
【００２０】
加えて、ディスプレイタイプの用途では、ディスプレイとタッチパネル１１２との間にバックシールドを配置してよい。かかるバックシールドは、典型的には、ガラス又はフィルム上の導電性ＩＴＯコーティングで構成され、接地されるか、外部の電気的干渉源からタッチパネル１１２への信号結合を低減する波形を用いて駆動されてよい。他のバックシールド方法も当該技術分野において既知である。概して、バックシールドは、タッチパネル１１２によって検知されるノイズを低減し、これは、いくつかの実施形態において、接触感度の向上（例えば、より軽い接触を検知する機能）及び応答時間の短縮をもたらすことがある。例えば、ＬＣＤディスプレイのノイズ強度は距離に伴い急減するのでタッチパネル１１２とディスプレイとを離隔するなど、バックシールドは他のノイズ軽減方法と共に用いられることがある。これらの技術に加えて、ノイズの問題を処理する他の方法についても、下記の様々な実施形態を参照して記載する。
【００２１】
コントローラ１１４は、好ましくは、様々な追加的回路モジュール及び構成要素、例えば、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）などを利用し、これは、電極マトリックスのノードの一部又は全部における結合容量を迅速に判定することを可能にし、それにより、タッチパネルの表面に対して生じた接触が判定され、接触位置を示す出力が別のシステム、例えば、コンピュータシステムに送信され、その後タッチパネル１１２と関連するディスプレイのグラフィカルユーザーインターフェースを更新することができる。
【００２２】
次に図２を参照すると、接触装置で用いられるタッチパネル２１０の一部の概略的側面図が示される。パネル２１０は、前面層２１２と、第１の電極のセットを含む第１の電極層２１４と、絶縁層２１６と、好ましくは第１の電極のセットに直交する第２の電極のセット２１８ａ〜ｅを含む第２の電極層２１８と、背面層２２０と、を含む。層２１２の露出面２１２ａ又は層２２０の露出面２２０ａは、タッチパネル２１０の接触面であるか、タッチパネル２１０の接触面を含んでよい。
【００２３】
図３を参照し、装置３１０の概略図を参照すると、これは、その間に容量性結合Ｃｃを備える、駆動及び受信電極対（駆動電極１１８ａ、受信電極１１６ａ）の描写を含む。感知構成要素３２５は、受信電極１１６ａの２つの端子領域（１３３ｂ及び１１６ａ）に電気的に結合される。２つの端子領域と関連する制御線は、共通の回路点３２１に収束する。電極端部３１６ａ及び３１６ｂは、受信電極１１６ａの端部を表す。駆動及び受信電極の描写は例えば、図１の電極１１６ａと１１８ａの交差領域の間に存在するノードを表す。装置３１０は、参照として先に組み込まれた、米国特許出願番号第１２／７８６，９２０号の記載に基づく、特定の感知構成要素スキームと組み合わせた駆動／受信電極の対の一実施形態を示す。この出願において、本明細書において一般的に感知構成要素３２５と称されるものの構成要素としては、感知ユニット３２２、ピーク検出回路３２６ａ、及びリセット回路３２６ｂが挙げられ、これは、駆動電極及び受信電極の容量結合（Ｃｃ）に応じて変化する出力を生じる。感知構成要素の図３に示される実施例は、単に例示を目的とし、限定としてみなされるべきではなく、当業者は感知構成要素を設計するための無数の他のアプローチを認識する。装置３１０は更に、駆動電極に信号を導入するための駆動信号発生器３２０、及び容量結合に応じて変化するように設計された感知構成要素の出力をサンプリングするためのＡＤＣ  ３２４を含む。駆動信号発生器３２０及びＡＤＣ  ３２４と電気的に結合されていない更なる電子機器及びＡＳＩＣは、図３には示されない。感知構成要素３２５及びＡＤＣ  ３２４は、コントローラ１１４の一部として存在してもよく、又は別個の基材上にあってもよい。
【００２４】
特に断らない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用される量、特性の測定値などを表す全ての数は、「約」なる語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、そうではないことが示されていない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載される数値的パラメータは、本出願の教示を利用する当業者が得ようとする所望の特性に応じて異なり得る近似的な値である。特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限しようとするものではないが、各数値的パラメータは、少なくとも記載される有効桁数を考慮し、更に一般的な四捨五入法を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広義の範囲を示す数値的範囲及びパラメータは近似的な値ではあるが、任意の数値が本明細書に述べられる具体例に記載される限りにおいて、これらは妥当な程度に可能な範囲で精確に記載されるものである。しかしながら、いかなる数値も試験又は測定限界に伴う誤差を含み得るものである。
【００２５】
以下は、本開示の実施形態のリストである。
実施形態１は、
接触表面、及び電極マトリックスを形成する複数の電極を含むタッチパネルであって、複数の電極は、複数の駆動電極及び複数の受信電極を含み、各受信電極は第１端子領域及び第２端子領域を含み、各駆動電極は電極マトリックスの対応するノードにおいて各受信電極に容量結合され、タッチパネルは、ノードのうちの所与のノードの付近で接触表面に接触されると、所与のノードに関連する駆動電極と受信電極との間の結合容量が変化するように構成される、タッチパネルと、
各受信電極と関連する感知構成要素が存在するように複数の感知構成要素を含むコントローラであって、少なくとも１つの受信電極と関連する感知構成要素は、制御線を介して、少なくとも１つの受信電極の第１端子領域及び第２端子領域の両方と通信可能に接続される、コントローラとを含む、接触感知装置である。
【００２６】
実施形態２は、コントローラが、感知構成要素をサンプリングし、もって接触表面上で生じる１つ以上の接触の座標を決定するように、感知構成要素と通信可能に接続される電子装置を更に含む、実施形態１に記載の接触感知装置である。
【００２７】
実施形態３は、感知構成要素が、ノードにおける対応する駆動電極と受信電極との間の信号の容量結合に応じて変化する出力を有する、アナログ電子回路を含む、実施形態２に記載の接触感知装置である。
【００２８】
実施形態４は、各受信電極が第１端部及び第２端部を有し、第１端子領域及び第２端子領域はそれぞれ、第１端子領域及び第２端子の付近に位置する、実施形態３に記載の接触感知装置である。
【００２９】
実施形態５は、コントローラが、駆動信号を個別の駆動電極に一つずつ導入するための駆動信号発生器を更に含む、実施形態４に記載の接触感知装置である。
【００３０】
実施形態６は、各駆動電極が第１端子領域及び第２端子領域を含み、駆動信号発生器は、各駆動電極の第１端子領域及び第２端子領域の両方と電気的に結合され、各駆動電極に駆動信号を導入する、実施形態５に記載の接触感知装置である。
【００３１】
本発明の様々な修正及び変更は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者にとって明らかとなり、本発明は本発明において説明される例示的な実施形態に限定されないものと理解されるべきである。例えば、１つの開示実施形態の特徴は、別に記載のない限り、他の開示実施形態全てにも適用され得ることを、読者は推定すべきである。本明細書において参照される、米国特許、特許出願公開、並びに他の特許文献及び非特許文献は、これらが先行する開示と矛盾しない限りにおいて、参照として組み込まれる。
【図１】
2015528600.tif 000003
【図２】
2015528600.tif 000004
【図３】
2015528600.tif 000005
【国際調査報告】
2015528600.tif 000006
2015528600.tif 000007