タッチ感知回路
【課題】隣接した駆動電極のカップリングキャパシタンスの変化の差を検出し、タッチスクリーンパネルに対するタッチ有無を感知することでディスプレイノイズを除去することができるタッチ感知回路の提供。
【解決手段】第１駆動電極に印加された駆動信号と第１駆動電極に隣接した第２駆動電極に印加された駆動信号の入力をそれぞれ受け、微分して第１微分信号及び第２微分信号を生成する微分器と、第１微分信号及び第２微分信号の入力を受け、増幅して増幅信号（out_amp）を出力する増幅器、及び、差動増幅信号の入力を受け、直流信号に変換された検出信号を出力する検出器を具備し、第１駆動電極と第１受信電極、及び、第２駆動電極と第２受信電極が交差するノードに形成された第１カップリングキャパシタンス、及び、第２カップリングキャパシタンスの変化の差をセンシングし、タッチスクリーンパネルのタッチ可否を感知するタッチ感知回路。
【解決手段】第１駆動電極に印加された駆動信号と第１駆動電極に隣接した第２駆動電極に印加された駆動信号の入力をそれぞれ受け、微分して第１微分信号及び第２微分信号を生成する微分器と、第１微分信号及び第２微分信号の入力を受け、増幅して増幅信号（out_amp）を出力する増幅器、及び、差動増幅信号の入力を受け、直流信号に変換された検出信号を出力する検出器を具備し、第１駆動電極と第１受信電極、及び、第２駆動電極と第２受信電極が交差するノードに形成された第１カップリングキャパシタンス、及び、第２カップリングキャパシタンスの変化の差をセンシングし、タッチスクリーンパネルのタッチ可否を感知するタッチ感知回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ感知回路に関するものであり、より詳細には、タッチスクリーンパネルに指を接触した時お互いに隣接した駆動電極のカップリングキャパシタンスの変化の差を検出してタッチスクリーンパネルに対するタッチ可否を感知することができるタッチ感知回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化によって入力装置としてタッチスクリーンパネル（Touch Screen Panel:以下、「ＴＳＰ」と称する。）をたくさん使用するようになるが、ＴＳＰの後面にディスプレイ装置が具備されて、これから出射された映像などがＴＳＰを透過して利用者に見られて、利用者がその映像を見ながらＴＳＰを接触して命令を印加すれば、利用者の命令を電子機器が遂行するようになる。
【０００３】
このようなＴＳＰは、静電容量方式によってＴＳＰ上の入力位置を検出できるようにする技術が成り行き化されているが、静電容量方式とは、人がＴＳＰの電極上に形成された誘電体膜を指で接触するようになれば、静電容量（capacitance）を通じて微細な瞬間的な電流の変化が生じてこれから接触位置を検出できるようにする方式を言う。
【０００４】
一方、このような静電容量方式のタッチスクリーンパネルによれば、使用者がＴＳＰを使用する時いくつかの指を通じていくつかのポイントを同時にタッチする多重タッチ（multi-touch）が発生する場合にも色々なタッチポイントを同時に認識することが可能である。
【０００５】
図１は、従来の静電容量方式のタッチ感知装置を示す図面である。
【０００６】
図１を参考すれば、静電容量方式のタッチ感知装置１００は列（row）方向に延長されて、複数個の感知チャンネル１１２ａ〜１１２ｎに連結された複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎと、行（column）方向に延長されて、複数個の感知チャンネル１１４ａ〜１１４ｎに連結された複数個の受信電極１１３ａ〜１１３ｎを具備したタッチスクリーンパネル１１０と検出手段１２０を含む。
【０００７】
複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎと複数個の受信電極１１３ａ〜１１３ｎは、お互いに異なる平面上に配列されているし、寄生抵抗（Ｒｐ）や寄生キャパシタンス（Ｃｐ）のような寄生インピーダンス（Ｚｐ）を含んでいる。また、複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎと複数個の受信電極１１３ａ〜１１３ｎが交差するノードではそれぞれカップリングキャパシタンス（Ｃｃ）が形成される。したがって、複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎとカップリングキャパシタンス（Ｃｃ）及び複数個の受信電極１１３ａ〜１１３ｎは、カップリングキャパシタンスの変化が検出される検出経路を形成するようになる。
【０００８】
この時、使用者によって複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎのうちいずれか一つの駆動電極がタッチされた場合、タッチがなされた駆動電極と、これと交差する受信電極との間でカップリングキャパシタンス（Ｃｃ）の変化が起きるようになって、検出手段１２０を通じてこれを感知してタッチスクリーンパネル１１０に対するタッチ有無を判断する。
【０００９】
図２は、タッチスクリーンパネルの構造を示す図面である。
【００１０】
一般に、タッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）はディスプレイパネルに設置される形態によってアドオンタイプ（Add-On Type）とオンセルタイプ（On-Cell Type）で分類される。
【００１１】
図２の（ａ）は、アドオンタイプ（Add-On Type）のタッチスクリーンパネルを示す図面であり、図２の（ｂ）は、オンセルタイプ（On-Cell Type）のタッチスクリーンパネルを示す図面である。
【００１２】
図２の（ａ）に示されたところのようにアドオンタイプ（Add-On Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）は、ＴＦＴ基板１１、カラーフィルター基板１２、離隔層１３、タッチスクリーン基板１４及び強化硝子基板１５が順次に形成された構造を有する。
【００１３】
一方、図２の（ｂ）に示されたところのようにオンセルタイプ（On-Cell Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）は、カラーフィルター基板１２の上部に離隔層がなしにすぐタッチスクリーン基板１４が形成された構造を有する。
【００１４】
オン−セルタイプ（on-Cell Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）構造は、パネルの全体的な厚さを減少させることができるという点で長所がある。しかし、アド−オンタイプ（add-On Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）に比べて、ディスプレイ駆動回路が形成されているＴＦＴ基板１１とタッチスクリーン基板１４の間の距離が近くなってディスプレイノイズ（Display noise）及びピークノイズ（Peak noise）に脆弱な問題がある。
【００１５】
図２の（ｃ）に示されたところのようにタッチスクリーン基板１４の駆動電極とＴＦＴ基板１１のソースライン、ゲートライン及び中間電圧ラインの間では多くの形態の寄生キャパシタンス（ＣＳ、ＣＧ、ＣＣＯＭ）が発生される。しかし、オン−セルタイプ（on-Cell Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）ではタッチスクリーン基板１４とＴＦＴ基板１１との間が近くなることによって前記した多くの形態の寄生キャパシタンス（ＣＳ、ＣＧ、ＣＣＯＭ）がさらに増加する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が達成しようとする技術的課題は、オン−セルタイプのタッチスクリーンパネル構造で差動増幅器を使用してお互いに隣接した駆動電極のカップリングキャパシタンスの変化の差を検出して、タッチスクリーンパネルに対するタッチ有無を感知することで、ディスプレイノイズを除去することができるタッチ感知回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記技術的課題を達成するための本発明によるタッチ感知回路は、複数個の駆動電極と、複数個の受信電極を具備して前記駆動電極と前記受信電極が交差するノードにカップリングキャパシタンスが形成されるタッチスクリーンパネルに対してタッチによって変化されたカップリングキャパシタンス値をセンシングして、タッチスクリーンパネルに対するタッチ可否を感知するタッチ感知回路において、前記第１駆動電極に印加された駆動信号と、前記第１駆動電極に隣接した前記第２駆動電極に印加された駆動信号の入力をそれぞれ受けて、これを微分して第１微分信号及び第２微分信号を生成する微分器と、前記第１微分信号及び前記第２微分信号の入力を受けて、これを増幅して増幅信号（out_amp）を出力する増幅器及び前記差動増幅信号の入力を受けて、直流信号に変換された検出信号を出力する検出器を具備して、前記第１駆動電極と第１受信電極が交差するノードに形成された第１カップリングキャパシタンス及び前記第２駆動電極と第２受信電極が交差するノードに形成された第２カップリングキャパシタンスの変化の差をセンシングして、タッチスクリーンパネルのタッチ可否を感知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるタッチ感知回路によれば、カップリングキャパシタンスの変化を感知することにおいて、共通モードが除去された差動増幅器を使用することでディスプレイのノイズを効果的に除去することができる長所がある。
【００１９】
また、必要によって差動増幅器以外に利得増幅器を追加的に使用して、高速で動作する差動増幅器の利得を償ってくれることで、大型パネルで高速の多重タッチが可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の静電容量方式のタッチ感知装置を示す図面である。
【図２】一般なタッチスクリーンパネルの構造を示す図面である。
【図３】本発明によるタッチ感知回路の全体構成を示すブロック図である。
【図４】本発明によるタッチ感知回路の微分器と増幅器の詳細構成を示す図面である。
【図５】本発明によるタッチ感知回路で隣接した二つのラインのカップリングキャパシタンス値を読み出す動作を概念的に説明するための図面である。
【図６】本発明によるタッチ感知回路の増幅器の他の実施例を示す図面である。
【図７】本発明によるタッチ感知回路の検出器の詳細構成を示す図面である。
【図８】本発明によるタッチ感知回路の検出器の他の実施例を示す図面である。
【図９】本発明によるタッチ感知回路のサンプルホールド増幅器の構成を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例をより詳しく説明するようにする。
【００２２】
図３は、本発明によるタッチ感知回路の全体構成を示すブロック図であり、図４は、本発明によるタッチ感知回路の微分器と増幅器の詳細構成を示す図面である。
【００２３】
図３ないし図４に示されたところのように本発明によるタッチ感知回路３００は、タッチスクリーンパネル２００に対するタッチ可否を感知することで、微分器３１０、増幅器３２０、検出器３３０及びサンプルホールド増幅器３４０を具備する。
【００２４】
一般なタッチスクリーンパネルは、図１に示されたところのように列方向に配列された複数個の駆動電極及び行方向に配列された複数個の受信電極が形成されているし、前記駆動電極と前記受信電極はお互いに異なる平面上に配列されている。しかし、本発明を説明する図３及び図４では、図面の単純化及び説明の便宜のために複数の駆動電極及び複数の受信電極のうちで第１駆動電極２１０と第２駆動電極２３０及び第１受信電極２２０と第２受信電極２４０のみを示した。
【００２５】
図４に示されたところのように、第１駆動電極２１０は第１及び第２寄生抵抗（Ｒｐ１、Ｒｐ２）と第１寄生キャパシタンス（Ｃｐ１）のような寄生インピーダンスを含んでいるし、第１受信電極２２０は第３及び第４寄生抵抗（Ｒｐ３、Ｒｐ４）と第２寄生キャパシタンス（Ｃｐ２）のような寄生インピーダンスを含んでいる。また、第１駆動電極２１０と第１受信電極２２０が交差するノードには第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）が形成される。
【００２６】
第２駆動電極２３０は、第５及び第６寄生抵抗（Ｒｐ５、Ｒｐ６）と第３寄生キャパシタンス（Ｃｐ３）のような寄生インピーダンスを含んでいるし、第２受信電極２４０は第７及び第８寄生抵抗（Ｒｐ７、Ｒｐ８）と第４寄生キャパシタンス（Ｃｐ４）のような寄生インピーダンスを含んでいる。また、第２駆動電極２３０と第２受信電極２４０が交差するノードには第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）が形成される。
【００２７】
これによって外部から前記第１駆動電極２１０及び第２駆動電極２３０にタッチがなされた場合、第１駆動電極２１０と第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）及び第１受信電極２２０に沿ってカップリングキャパシタンスの変化が検出される第１検出経路が形成されて、第２駆動電極２３０と第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）及び第２受信電極２４０に沿ってカップリングキャパシタンスの変化が検出される第２検出経路が形成される。
【００２８】
一方、第１駆動信号（ｉｎ＿ｎ）及び第２駆動信号（ｉｎ＿ｎ＋１）は、電源電圧（ＶＣＣ）の大きさを有する交流信号（AC-signal）で第１駆動電極２１０及び第２駆動電極２３０に印加されて、矩形波（Rectangle pulse）またはランプ波（Ramped pulse）などが使用されることができる。また、第１駆動信号（ｉｎ＿ｎ）及び第２駆動信号（ｉｎ＿ｎ＋１）は同一な信号であることができる。
【００２９】
微分器３１０は、第１駆動電極２１０に印加された第１駆動信号（ｉｎ＿ｎ）と、第１駆動電極２１０に隣接した第２駆動電極２３０に印加された第２駆動信号（ｉｎ＿ｎ＋１）を微分して、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）を生成する。
【００３０】
前記微分器３１０は、第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）と第１微分抵抗（Ｒｘ１）で形成される第１微分器と、第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）に形成される第２微分器で構成されることができる。
【００３１】
第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）は、タッチスクリーンパネル２００の第１駆動電極２１０と第１受信電極２２０が交差されるノードに形成されて、第１端子が前記第１駆動電極２１０に連結されて、第２端子が前記第１受信電極２２０に連結される。
【００３２】
第１微分抵抗（Ｒｘ１）は、第１端子が前記第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）の第２端子に連結された第１受信電極２２０及び前記増幅器３２０の非反転入力端（＋）に共通で連結されて、第２端子が第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子に連結される。また、第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子及び第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子が共通で連結されたノードには基準電圧（ＨＶＣＣ）が印加される。
【００３３】
第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）は、第２駆動電極２３０と第２受信電極２４０が交差されるノードに形成されて、第１端子が前記第２駆動電極２３０に連結されて、第２端子が前記第２受信電極２４０に連結される。
【００３４】
第２微分抵抗（Ｒｘ２）は、第１端子が前記第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）の第２端子に連結された第２受信電極２４０及び前記増幅器３２０の反転入力端（−）に共通で連結されて、第２端子が第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子に連結される。
【００３５】
式（１）及び式（２）は、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを示す式である。
【数１】
【数２】
【００３６】
交流信号（ＡＣ signal）である駆動信号（ｉｎ＿ｎ、ｉｎ＿ｎ＋１）が入力されれば、寄生キャパシタンス（Ｃｐ１〜Ｃｐ４）と、カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１、Ｃｃ２）及び寄生抵抗（Ｒｐ１〜Ｒｐ８）のインピーダンスが変わるようになる。このようにインピーダンスが変わる寄生キャパシタンス（Ｃｐ１〜Ｃｐ４）とカップリングキャパシタンス（Ｃｃ１、Ｃｃ２）及び寄生抵抗（Ｒｐ１〜Ｒｐ８）によって分配された信号を、第１微分抵抗（Ｒｘ１）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）とを通じて信号の大きさを変更して第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節する。
【００３７】
一般に、タッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）の材質的な特性や大きさまたはタッチスクリーン基板とディスプレイ基板の構成やその材質によって寄生抵抗と寄生キャパシタンスは固有の値を有する。したがって、寄生抵抗または寄生キャパシタンスの値を変更して、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節することはとても難しい。
【００３８】
これに本発明では、第１微分抵抗（Ｒｘ１）と、第２微分抵抗（Ｒｘ２）及び基準電圧（ＨＶＣＣ）の値を調整して、増幅器３２０の入力信号である第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節するようにした。
【００３９】
式（１）を参考すれば、第１微分抵抗（Ｒｘ１）値を変更することによって電源電圧（ＶＣＣ）及び基準電圧（ＨＶＣＣ）に対する電圧分配比が変更されて第１微分信号（Ｖｉｎ＋）の大きさを調節することができる。
【００４０】
また、式（２）を参考すれば、第２微分抵抗（Ｒｘ２）値を変更することによって電源電圧（ＶＣＣ）及び基準電圧（ＨＶＣＣ）に対する電圧分配比が変更されて、第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節することができる。
【００４１】
一方、第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子及び第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子の共通ノードに基準電圧（ＨＶＣＣ）以下の電圧が印加される場合、式（１）及び式（２）で基準電圧（ＨＶＣＣ）による電圧成分の値が変わるようになって、所望の大きさの第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）を得るためには第１微分抵抗（Ｒｘ１）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）の変動幅を大きくしなければならない。
【００４２】
本発明で第１微分抵抗（Ｒｘ１）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）で表示した素子は、固定された値ではなく可変的にすることができる。可変抵抗はよく半導体製造過程で使用される拡散層、またはポリシリコン層で製造されることができるし、抵抗値は各抵抗らの物理的な幅と長さなどを決めておいた後、適切な長さで金属線をコンタクト（contact）する方法に変化させることができる。
【００４３】
一方、トランジスターを利用する場合にも本発明の可変抵抗を作ることができる。トランジスターを利用する抵抗値の変化は、ゲート物質の幅と広さの比（ratio）だけでなく、トランジスターのゲート電圧及びしきい電圧、移動度、ゲート酸化膜の厚さなどの変数でもあるので、これらを適切に変えてくれればトランジスターを利用して抵抗値の変化を導き出すことができる。以下、本発明で便宜上抵抗で表記されたすべての素子らは、このように可変抵抗になることができることを留意しなければならない。
【００４４】
また、式（１）及び式（２）で見るように基準電圧（ＨＶＣＣ）は、電源電圧（ＶＣＣ）の１/２値を有することが望ましいが、場合によって電源電圧（ＶＣＣ）と接地との間のどのようなＤＣ電圧であっても、本発明の意図を達成することができることは当然である。
【００４５】
このように本発明では、第１微分抵抗（Ｒｘ１）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）及び基準電圧（ＨＶＣＣ）端子をお互いに連結させて、第１微分抵抗（Ｒｘ１）及び第２微分抵抗（Ｒｘ２）の共通ノードに基準電圧（ＨＶＣＣ）を印加することで、第１微分抵抗（Ｒｘ１）及び第２微分抵抗（Ｒｘ２）の小さな変化にも第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）を所望の大きさで調節できるようにした。
【００４６】
また、これを通じてタッチスクリーンパネルの構成またはタッチスクリーン基板とディスプレイ基板の構成が変更される場合にも、第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）と第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）の変化された値を通じてタッチスクリーンパネル２００に対するタッチ可否を効果的に感知できるようにした。
【００４７】
前記増幅器３２０は、前記第１微分信号（Ｖｉｎ＋）を、非反転入力端（＋）に入力を受けて前記第２微分信号（Ｖｉｎ−）を反転入力端（−）に入力を受けて、これを増幅して増幅信号（out_amp）を出力する差動増幅器で具現することが望ましい。
【００４８】
増幅器３２０の出力信号である増幅信号（out_amp）の大きさは下の式と一緒に第１微分信号（Ｖｉｎ＋）と第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさの差によって求められる。
【数３】
ここで、Ａｖは増幅器３２０の電圧利得を意味する。
【００４９】
本発明は、一つのタッチラインのカップリングキャパシタンスの変化を比べてタッチスクリーンパネルへのタッチ可否を感知する従来の技術と異なり隣接した二つのタッチラインのカップリングキャパシタンスの相対的な変化を比べてタッチ可否を感知することであるという点に特徴がある。
【００５０】
すなわち、タッチスクリーンパネルに指をタッチした場合、タッチが発生されたラインとタッチが発生されない隣接したラインのカップリングキャパシタンス値を比べてタッチによって変化されたカップリングキャパシタンス値を読み出して、これをアナログデジタル変換器及びプロセッサで処理することでタッチスクリーンパネルのタッチされた座標を読み出す。
【００５１】
一方、隣接した二つのラインがすべて接触されたが、一つのラインは接触がたくさんされて、カップリングキャパシタンス値の変化が大きくて、他の一つのラインは接触が相対的に少なくなってカップリングキャパシタンス値の変化が小さな場合二つのライン間の変化されたカップリングキャパシタンス値を読み出して、これを処理してタッチされたタッチスクリーンパネルの座標を得る。
【００５２】
図５は、本発明によるタッチ感知回路で隣接した二つのラインのカップリングキャパシタンス値を読み出す動作を概念的に説明するための図面である。図５では単純化及び説明の便宜のために寄生抵抗及び寄生キャパシタンスは略した。
【００５３】
図５に示された差動増幅器の入力電圧である第１微分信号（Ｖｉｎ＋）、第２微分信号（Ｖｉｎ−）及び差動増幅器の出力電圧である増幅信号（out_amp）は式（４−１）ないし式（４−３）によって求められる。
【数４】
【数５】
【数６】
【００５４】
したがって、差動増幅器を利用して隣接した二つのライン間のカップリングキャパシタンスの変化の差（ΔＣ）を読み出して、これを利用してタッチスクリーンパネルに対するタッチ可否を感知することができる。増幅信号（out_amp）の極性は、第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）と第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）のうちどのカップリングキャパシタンスがタッチされたかを示す。
【００５５】
一般に、増幅器は利得（Gain）を上げればバンド幅（Bandwidth）が小さくなって、利得（Gain）を低めればバンド幅（Bandwidth）が広くなる特性を有する。最近になってパネルの大きさが大型化されることによって高速の多重タッチ（multi-touch）が可能なシステムを駆動するためには早いスピードで動作することができる差動増幅器が要求される。
【００５６】
このように早いスピードで動作する差動増幅器が使用される場合には、差動増幅器の利得を大きく上げることができないし、制限された差動増幅器の利得を償うために利得増幅器が追加的に使用されることができる。
【００５７】
図６は、本発明によるタッチ感知回路の増幅器の他の実施例を示す図面である。
【００５８】
図６を参考すれば本発明によるタッチ感知回路の増幅器３２０は、差動増幅器３２１と利得増幅器３２２を含んで構成されることができる。
【００５９】
前記差動増幅器３２１は、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）を非反転入力端（＋）に入力を受けて、前記第２微分信号（Ｖｉｎ−）を反転入力端（−）に入力を受けて、これを増幅して差動出力信号（out_diff）を出力する。利得増幅器３２２は前記差動増幅器３２１の出力である差動出力信号（out_diff）の入力を受けて、利得を調節して利得が調節された信号である前記増幅信号（out_amp）を出力する。
【００６０】
利得増幅器３２２は、利得演算増幅器３２２−１、第１利得抵抗（Ｒｇ１）及び第２利得抵抗（Ｒｇ２）で構成される。
【００６１】
利得演算増幅器３２２−１は、非反転入力端（＋）に基準電圧（ＨＶＣＣ）が印加されて、反転入力端（−）には差動出力信号（out_diff）が第１利得抵抗（Ｒｇ１）を通じて入力される。
【００６２】
第１利得抵抗（Ｒｇ１）は、第１端子が前記差動増幅器３２１の出力端に連結されて、第２端子が前記利得演算増幅器３２２−１の反転入力端（−）に連結される。
【００６３】
第２利得抵抗（Ｒｇ２）は、第１端子が前記利得演算増幅器３２２−１の出力端に連結されて、第２端子が前記第１利得抵抗（Ｒｇ１）の第２端子及び前記利得演算増幅器３２２−１の反転入力端（−）に共通で連結される。
【００６４】
利得増幅器３２２は、第１利得抵抗（Ｒｇ１）と第２利得抵抗（Ｒｇ２）の比によって差動増幅器３２１の出力である差動出力信号（out_diff）を増幅する回路であって、利得増幅器３２２の出力である増幅信号（out_amp）の大きさは、次の式によって求められる。
【数７】
【００６５】
一方、本発明による利得増幅器３２２は、差動増幅器３２１の構成及び検出器３３０の構成によって差動入力（Differential input）が可能な構造に変更使用されることができる。
【００６６】
図７は、本発明によるタッチ感知回路の検出器の詳細構成を示す図面である。
【００６７】
検出器３３０は、交流信号（AC-signal）である増幅信号（out_amp）の入力を受けて、これを直流信号（DC-signal）に変換して検出信号（out_int）を出力する。
【００６８】
前記検出器３３０は、積分増幅器３３１と、積分抵抗（Ｒｉ）と、積分キャパシタンス（Ｃｉ）及び積分スイッチ（ＳＷｉ）を含む積分器で具現されることができる。
【００６９】
前記積分増幅器３３１は、非反転入力端（＋）に基準電圧（ＨＶＣＣ）が入力されて、反転入力端（−）に増幅器３２０の出力である増幅信号（out_amp）が積分抵抗（Ｒｉ）を通じて入力される。
【００７０】
積分抵抗（Ｒｉ）は、第１端子が前記増幅器３２０の出力端に連結されて、第２端子が前記積分増幅器３３１の反転入力端（−）に連結される。積分キャパシタンス（Ｃｉ）は、第１端子が前記積分増幅器３３１の出力端に連結されて、第２端子が前記積分増幅器３３１の反転入力端（−）に連結される。積分スイッチ（ＳＷｉ）は積分キャパシタンス（Ｃｉ）と並列で連結されて、前記積分キャパシタンス（Ｃｉ）をリセットさせる。
【００７１】
積分器で具現された前記検出器３３０の出力である検出信号（out_int）は、下の式によって求められることができる。
【数８】
【００７２】
積分器で具現された前記検出器３３０は、増幅器３２０の構成及びサンプルホールド増幅器３４０の構成によって差動入力（Differential input）が可能な構造に変更使用されることができる。
【００７３】
図８は、本発明によるタッチ感知回路の検出器の他の実施例を示す図面である。
【００７４】
図８に示されたところのように本発明によるタッチ感知回路の検出器３３０は、受動型ピークデテクター３３０ａまたは能動型ピークデテクター３３０ｂで具現されることができる。
【００７５】
図８の（ａ）に示された受動型ピークデテクター３３０ａは、第１端子が前記増幅器３２０の出力端に連結された第１ピークダイオード（Ｄｐｋ１）と、第１端子が前記第１ピークダイオード（Ｄｐｋ１）の第２端子に連結されて、第２端子が接地されている第１ピークキャパシタンス（Ｃｐｋ１）を含んで構成される。
【００７６】
一方、図８の（ｂ）に示された能動型ピークデテクター３３０ｂは、非反転入力端（＋）に前記増幅信号（out_amp）が印加されるピーク増幅器３３０ｂ−１と、第１端子が前記ピーク増幅器３３０ｂ−１の出力端に連結された第２ピークダイオード（Ｄｐｋ２）と、第１端子が前記第２ピークダイオード（Ｄｐｋ２）の第２端子及び前記ピーク増幅器３３０ｂ−１の反転入力端（−）に共通で連結されて、第２端子が接地されている第２ピークキャパシタンス（Ｃｐｋ２）を含んで構成される。
【００７７】
図９は、本発明によるタッチ感知回路のサンプルホールド増幅器の構成を示す図面である。
【００７８】
図９に示されたところのようにサンプルホールド増幅器３４０は、第１入力端に基準電圧（ＨＶＣＣ）が入力されて、第２入力端に検出器の出力である検出信号（out_int）が入力される。
【００７９】
前記サンプルホールド増幅器３４０は、制御信号（図示せず）に回答してオンオフされるサンプルホールドスイッチ（ＳＷｓｈ１〜ＳＷｓｈ５）と、サンプルホールドコンデンサ（Ｃｓｈ１〜Ｃｓｈ４）及びサンプルホールド演算増幅器３４１の動作によって基準電圧（ＨＶＣＣ）及び検出信号（out_int）を増幅してホルディングして、サンプルホールド信号（out_n、out_n+1）を生成した後、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に伝達する。
【００８０】
一方、前記サンプルホールド増幅器は、本発明によるタッチ感知回路３００ではない外部のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）内に具現されることもできる。
【００８１】
以上のように本発明によるタッチ感知回路は、カップリングキャパシタンスの変化を感知するのにおいて、共通モードが除去された差動増幅器を使用することで、ディスプレイによる共通モードノイズを除去することができて、オン−セルタイプのタッチスクリーンパネル構造でも高速のマルチタッチが可能な長所がある。
【００８２】
以上で本発明に対する技術思想を添付図面と共に敍述したが、これは本発明の望ましい実施例を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者なら誰も本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。
【符号の説明】
【００８３】
２００ タッチスクリーンパネル
２１０ 第１駆動電極
２２０ 第１受信電極
２３０ 第２駆動電極
２４０ 第２受信電極
３００ タッチ感知回路
３１０ 微分器
３２０ 増幅器
３３０ 検出器
３４０ サンプルホールド増幅器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ感知回路に関するものであり、より詳細には、タッチスクリーンパネルに指を接触した時お互いに隣接した駆動電極のカップリングキャパシタンスの変化の差を検出してタッチスクリーンパネルに対するタッチ可否を感知することができるタッチ感知回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化によって入力装置としてタッチスクリーンパネル（Touch Screen Panel:以下、「ＴＳＰ」と称する。）をたくさん使用するようになるが、ＴＳＰの後面にディスプレイ装置が具備されて、これから出射された映像などがＴＳＰを透過して利用者に見られて、利用者がその映像を見ながらＴＳＰを接触して命令を印加すれば、利用者の命令を電子機器が遂行するようになる。
【０００３】
このようなＴＳＰは、静電容量方式によってＴＳＰ上の入力位置を検出できるようにする技術が成り行き化されているが、静電容量方式とは、人がＴＳＰの電極上に形成された誘電体膜を指で接触するようになれば、静電容量（capacitance）を通じて微細な瞬間的な電流の変化が生じてこれから接触位置を検出できるようにする方式を言う。
【０００４】
一方、このような静電容量方式のタッチスクリーンパネルによれば、使用者がＴＳＰを使用する時いくつかの指を通じていくつかのポイントを同時にタッチする多重タッチ（multi-touch）が発生する場合にも色々なタッチポイントを同時に認識することが可能である。
【０００５】
図１は、従来の静電容量方式のタッチ感知装置を示す図面である。
【０００６】
図１を参考すれば、静電容量方式のタッチ感知装置１００は列（row）方向に延長されて、複数個の感知チャンネル１１２ａ〜１１２ｎに連結された複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎと、行（column）方向に延長されて、複数個の感知チャンネル１１４ａ〜１１４ｎに連結された複数個の受信電極１１３ａ〜１１３ｎを具備したタッチスクリーンパネル１１０と検出手段１２０を含む。
【０００７】
複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎと複数個の受信電極１１３ａ〜１１３ｎは、お互いに異なる平面上に配列されているし、寄生抵抗（Ｒｐ）や寄生キャパシタンス（Ｃｐ）のような寄生インピーダンス（Ｚｐ）を含んでいる。また、複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎと複数個の受信電極１１３ａ〜１１３ｎが交差するノードではそれぞれカップリングキャパシタンス（Ｃｃ）が形成される。したがって、複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎとカップリングキャパシタンス（Ｃｃ）及び複数個の受信電極１１３ａ〜１１３ｎは、カップリングキャパシタンスの変化が検出される検出経路を形成するようになる。
【０００８】
この時、使用者によって複数個の駆動電極１１１ａ〜１１１ｎのうちいずれか一つの駆動電極がタッチされた場合、タッチがなされた駆動電極と、これと交差する受信電極との間でカップリングキャパシタンス（Ｃｃ）の変化が起きるようになって、検出手段１２０を通じてこれを感知してタッチスクリーンパネル１１０に対するタッチ有無を判断する。
【０００９】
図２は、タッチスクリーンパネルの構造を示す図面である。
【００１０】
一般に、タッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）はディスプレイパネルに設置される形態によってアドオンタイプ（Add-On Type）とオンセルタイプ（On-Cell Type）で分類される。
【００１１】
図２の（ａ）は、アドオンタイプ（Add-On Type）のタッチスクリーンパネルを示す図面であり、図２の（ｂ）は、オンセルタイプ（On-Cell Type）のタッチスクリーンパネルを示す図面である。
【００１２】
図２の（ａ）に示されたところのようにアドオンタイプ（Add-On Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）は、ＴＦＴ基板１１、カラーフィルター基板１２、離隔層１３、タッチスクリーン基板１４及び強化硝子基板１５が順次に形成された構造を有する。
【００１３】
一方、図２の（ｂ）に示されたところのようにオンセルタイプ（On-Cell Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）は、カラーフィルター基板１２の上部に離隔層がなしにすぐタッチスクリーン基板１４が形成された構造を有する。
【００１４】
オン−セルタイプ（on-Cell Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）構造は、パネルの全体的な厚さを減少させることができるという点で長所がある。しかし、アド−オンタイプ（add-On Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）に比べて、ディスプレイ駆動回路が形成されているＴＦＴ基板１１とタッチスクリーン基板１４の間の距離が近くなってディスプレイノイズ（Display noise）及びピークノイズ（Peak noise）に脆弱な問題がある。
【００１５】
図２の（ｃ）に示されたところのようにタッチスクリーン基板１４の駆動電極とＴＦＴ基板１１のソースライン、ゲートライン及び中間電圧ラインの間では多くの形態の寄生キャパシタンス（ＣＳ、ＣＧ、ＣＣＯＭ）が発生される。しかし、オン−セルタイプ（on-Cell Type）のタッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）ではタッチスクリーン基板１４とＴＦＴ基板１１との間が近くなることによって前記した多くの形態の寄生キャパシタンス（ＣＳ、ＣＧ、ＣＣＯＭ）がさらに増加する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が達成しようとする技術的課題は、オン−セルタイプのタッチスクリーンパネル構造で差動増幅器を使用してお互いに隣接した駆動電極のカップリングキャパシタンスの変化の差を検出して、タッチスクリーンパネルに対するタッチ有無を感知することで、ディスプレイノイズを除去することができるタッチ感知回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記技術的課題を達成するための本発明によるタッチ感知回路は、複数個の駆動電極と、複数個の受信電極を具備して前記駆動電極と前記受信電極が交差するノードにカップリングキャパシタンスが形成されるタッチスクリーンパネルに対してタッチによって変化されたカップリングキャパシタンス値をセンシングして、タッチスクリーンパネルに対するタッチ可否を感知するタッチ感知回路において、前記第１駆動電極に印加された駆動信号と、前記第１駆動電極に隣接した前記第２駆動電極に印加された駆動信号の入力をそれぞれ受けて、これを微分して第１微分信号及び第２微分信号を生成する微分器と、前記第１微分信号及び前記第２微分信号の入力を受けて、これを増幅して増幅信号（out_amp）を出力する増幅器及び前記差動増幅信号の入力を受けて、直流信号に変換された検出信号を出力する検出器を具備して、前記第１駆動電極と第１受信電極が交差するノードに形成された第１カップリングキャパシタンス及び前記第２駆動電極と第２受信電極が交差するノードに形成された第２カップリングキャパシタンスの変化の差をセンシングして、タッチスクリーンパネルのタッチ可否を感知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるタッチ感知回路によれば、カップリングキャパシタンスの変化を感知することにおいて、共通モードが除去された差動増幅器を使用することでディスプレイのノイズを効果的に除去することができる長所がある。
【００１９】
また、必要によって差動増幅器以外に利得増幅器を追加的に使用して、高速で動作する差動増幅器の利得を償ってくれることで、大型パネルで高速の多重タッチが可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の静電容量方式のタッチ感知装置を示す図面である。
【図２】一般なタッチスクリーンパネルの構造を示す図面である。
【図３】本発明によるタッチ感知回路の全体構成を示すブロック図である。
【図４】本発明によるタッチ感知回路の微分器と増幅器の詳細構成を示す図面である。
【図５】本発明によるタッチ感知回路で隣接した二つのラインのカップリングキャパシタンス値を読み出す動作を概念的に説明するための図面である。
【図６】本発明によるタッチ感知回路の増幅器の他の実施例を示す図面である。
【図７】本発明によるタッチ感知回路の検出器の詳細構成を示す図面である。
【図８】本発明によるタッチ感知回路の検出器の他の実施例を示す図面である。
【図９】本発明によるタッチ感知回路のサンプルホールド増幅器の構成を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例をより詳しく説明するようにする。
【００２２】
図３は、本発明によるタッチ感知回路の全体構成を示すブロック図であり、図４は、本発明によるタッチ感知回路の微分器と増幅器の詳細構成を示す図面である。
【００２３】
図３ないし図４に示されたところのように本発明によるタッチ感知回路３００は、タッチスクリーンパネル２００に対するタッチ可否を感知することで、微分器３１０、増幅器３２０、検出器３３０及びサンプルホールド増幅器３４０を具備する。
【００２４】
一般なタッチスクリーンパネルは、図１に示されたところのように列方向に配列された複数個の駆動電極及び行方向に配列された複数個の受信電極が形成されているし、前記駆動電極と前記受信電極はお互いに異なる平面上に配列されている。しかし、本発明を説明する図３及び図４では、図面の単純化及び説明の便宜のために複数の駆動電極及び複数の受信電極のうちで第１駆動電極２１０と第２駆動電極２３０及び第１受信電極２２０と第２受信電極２４０のみを示した。
【００２５】
図４に示されたところのように、第１駆動電極２１０は第１及び第２寄生抵抗（Ｒｐ１、Ｒｐ２）と第１寄生キャパシタンス（Ｃｐ１）のような寄生インピーダンスを含んでいるし、第１受信電極２２０は第３及び第４寄生抵抗（Ｒｐ３、Ｒｐ４）と第２寄生キャパシタンス（Ｃｐ２）のような寄生インピーダンスを含んでいる。また、第１駆動電極２１０と第１受信電極２２０が交差するノードには第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）が形成される。
【００２６】
第２駆動電極２３０は、第５及び第６寄生抵抗（Ｒｐ５、Ｒｐ６）と第３寄生キャパシタンス（Ｃｐ３）のような寄生インピーダンスを含んでいるし、第２受信電極２４０は第７及び第８寄生抵抗（Ｒｐ７、Ｒｐ８）と第４寄生キャパシタンス（Ｃｐ４）のような寄生インピーダンスを含んでいる。また、第２駆動電極２３０と第２受信電極２４０が交差するノードには第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）が形成される。
【００２７】
これによって外部から前記第１駆動電極２１０及び第２駆動電極２３０にタッチがなされた場合、第１駆動電極２１０と第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）及び第１受信電極２２０に沿ってカップリングキャパシタンスの変化が検出される第１検出経路が形成されて、第２駆動電極２３０と第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）及び第２受信電極２４０に沿ってカップリングキャパシタンスの変化が検出される第２検出経路が形成される。
【００２８】
一方、第１駆動信号（ｉｎ＿ｎ）及び第２駆動信号（ｉｎ＿ｎ＋１）は、電源電圧（ＶＣＣ）の大きさを有する交流信号（AC-signal）で第１駆動電極２１０及び第２駆動電極２３０に印加されて、矩形波（Rectangle pulse）またはランプ波（Ramped pulse）などが使用されることができる。また、第１駆動信号（ｉｎ＿ｎ）及び第２駆動信号（ｉｎ＿ｎ＋１）は同一な信号であることができる。
【００２９】
微分器３１０は、第１駆動電極２１０に印加された第１駆動信号（ｉｎ＿ｎ）と、第１駆動電極２１０に隣接した第２駆動電極２３０に印加された第２駆動信号（ｉｎ＿ｎ＋１）を微分して、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）を生成する。
【００３０】
前記微分器３１０は、第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）と第１微分抵抗（Ｒｘ１）で形成される第１微分器と、第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）に形成される第２微分器で構成されることができる。
【００３１】
第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）は、タッチスクリーンパネル２００の第１駆動電極２１０と第１受信電極２２０が交差されるノードに形成されて、第１端子が前記第１駆動電極２１０に連結されて、第２端子が前記第１受信電極２２０に連結される。
【００３２】
第１微分抵抗（Ｒｘ１）は、第１端子が前記第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）の第２端子に連結された第１受信電極２２０及び前記増幅器３２０の非反転入力端（＋）に共通で連結されて、第２端子が第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子に連結される。また、第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子及び第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子が共通で連結されたノードには基準電圧（ＨＶＣＣ）が印加される。
【００３３】
第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）は、第２駆動電極２３０と第２受信電極２４０が交差されるノードに形成されて、第１端子が前記第２駆動電極２３０に連結されて、第２端子が前記第２受信電極２４０に連結される。
【００３４】
第２微分抵抗（Ｒｘ２）は、第１端子が前記第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）の第２端子に連結された第２受信電極２４０及び前記増幅器３２０の反転入力端（−）に共通で連結されて、第２端子が第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子に連結される。
【００３５】
式（１）及び式（２）は、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを示す式である。
【数１】
【数２】
【００３６】
交流信号（ＡＣ signal）である駆動信号（ｉｎ＿ｎ、ｉｎ＿ｎ＋１）が入力されれば、寄生キャパシタンス（Ｃｐ１〜Ｃｐ４）と、カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１、Ｃｃ２）及び寄生抵抗（Ｒｐ１〜Ｒｐ８）のインピーダンスが変わるようになる。このようにインピーダンスが変わる寄生キャパシタンス（Ｃｐ１〜Ｃｐ４）とカップリングキャパシタンス（Ｃｃ１、Ｃｃ２）及び寄生抵抗（Ｒｐ１〜Ｒｐ８）によって分配された信号を、第１微分抵抗（Ｒｘ１）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）とを通じて信号の大きさを変更して第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節する。
【００３７】
一般に、タッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）の材質的な特性や大きさまたはタッチスクリーン基板とディスプレイ基板の構成やその材質によって寄生抵抗と寄生キャパシタンスは固有の値を有する。したがって、寄生抵抗または寄生キャパシタンスの値を変更して、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節することはとても難しい。
【００３８】
これに本発明では、第１微分抵抗（Ｒｘ１）と、第２微分抵抗（Ｒｘ２）及び基準電圧（ＨＶＣＣ）の値を調整して、増幅器３２０の入力信号である第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節するようにした。
【００３９】
式（１）を参考すれば、第１微分抵抗（Ｒｘ１）値を変更することによって電源電圧（ＶＣＣ）及び基準電圧（ＨＶＣＣ）に対する電圧分配比が変更されて第１微分信号（Ｖｉｎ＋）の大きさを調節することができる。
【００４０】
また、式（２）を参考すれば、第２微分抵抗（Ｒｘ２）値を変更することによって電源電圧（ＶＣＣ）及び基準電圧（ＨＶＣＣ）に対する電圧分配比が変更されて、第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節することができる。
【００４１】
一方、第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子及び第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子の共通ノードに基準電圧（ＨＶＣＣ）以下の電圧が印加される場合、式（１）及び式（２）で基準電圧（ＨＶＣＣ）による電圧成分の値が変わるようになって、所望の大きさの第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）を得るためには第１微分抵抗（Ｒｘ１）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）の変動幅を大きくしなければならない。
【００４２】
本発明で第１微分抵抗（Ｒｘ１）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）で表示した素子は、固定された値ではなく可変的にすることができる。可変抵抗はよく半導体製造過程で使用される拡散層、またはポリシリコン層で製造されることができるし、抵抗値は各抵抗らの物理的な幅と長さなどを決めておいた後、適切な長さで金属線をコンタクト（contact）する方法に変化させることができる。
【００４３】
一方、トランジスターを利用する場合にも本発明の可変抵抗を作ることができる。トランジスターを利用する抵抗値の変化は、ゲート物質の幅と広さの比（ratio）だけでなく、トランジスターのゲート電圧及びしきい電圧、移動度、ゲート酸化膜の厚さなどの変数でもあるので、これらを適切に変えてくれればトランジスターを利用して抵抗値の変化を導き出すことができる。以下、本発明で便宜上抵抗で表記されたすべての素子らは、このように可変抵抗になることができることを留意しなければならない。
【００４４】
また、式（１）及び式（２）で見るように基準電圧（ＨＶＣＣ）は、電源電圧（ＶＣＣ）の１/２値を有することが望ましいが、場合によって電源電圧（ＶＣＣ）と接地との間のどのようなＤＣ電圧であっても、本発明の意図を達成することができることは当然である。
【００４５】
このように本発明では、第１微分抵抗（Ｒｘ１）と第２微分抵抗（Ｒｘ２）及び基準電圧（ＨＶＣＣ）端子をお互いに連結させて、第１微分抵抗（Ｒｘ１）及び第２微分抵抗（Ｒｘ２）の共通ノードに基準電圧（ＨＶＣＣ）を印加することで、第１微分抵抗（Ｒｘ１）及び第２微分抵抗（Ｒｘ２）の小さな変化にも第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び第２微分信号（Ｖｉｎ−）を所望の大きさで調節できるようにした。
【００４６】
また、これを通じてタッチスクリーンパネルの構成またはタッチスクリーン基板とディスプレイ基板の構成が変更される場合にも、第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）と第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）の変化された値を通じてタッチスクリーンパネル２００に対するタッチ可否を効果的に感知できるようにした。
【００４７】
前記増幅器３２０は、前記第１微分信号（Ｖｉｎ＋）を、非反転入力端（＋）に入力を受けて前記第２微分信号（Ｖｉｎ−）を反転入力端（−）に入力を受けて、これを増幅して増幅信号（out_amp）を出力する差動増幅器で具現することが望ましい。
【００４８】
増幅器３２０の出力信号である増幅信号（out_amp）の大きさは下の式と一緒に第１微分信号（Ｖｉｎ＋）と第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさの差によって求められる。
【数３】
ここで、Ａｖは増幅器３２０の電圧利得を意味する。
【００４９】
本発明は、一つのタッチラインのカップリングキャパシタンスの変化を比べてタッチスクリーンパネルへのタッチ可否を感知する従来の技術と異なり隣接した二つのタッチラインのカップリングキャパシタンスの相対的な変化を比べてタッチ可否を感知することであるという点に特徴がある。
【００５０】
すなわち、タッチスクリーンパネルに指をタッチした場合、タッチが発生されたラインとタッチが発生されない隣接したラインのカップリングキャパシタンス値を比べてタッチによって変化されたカップリングキャパシタンス値を読み出して、これをアナログデジタル変換器及びプロセッサで処理することでタッチスクリーンパネルのタッチされた座標を読み出す。
【００５１】
一方、隣接した二つのラインがすべて接触されたが、一つのラインは接触がたくさんされて、カップリングキャパシタンス値の変化が大きくて、他の一つのラインは接触が相対的に少なくなってカップリングキャパシタンス値の変化が小さな場合二つのライン間の変化されたカップリングキャパシタンス値を読み出して、これを処理してタッチされたタッチスクリーンパネルの座標を得る。
【００５２】
図５は、本発明によるタッチ感知回路で隣接した二つのラインのカップリングキャパシタンス値を読み出す動作を概念的に説明するための図面である。図５では単純化及び説明の便宜のために寄生抵抗及び寄生キャパシタンスは略した。
【００５３】
図５に示された差動増幅器の入力電圧である第１微分信号（Ｖｉｎ＋）、第２微分信号（Ｖｉｎ−）及び差動増幅器の出力電圧である増幅信号（out_amp）は式（４−１）ないし式（４−３）によって求められる。
【数４】
【数５】
【数６】
【００５４】
したがって、差動増幅器を利用して隣接した二つのライン間のカップリングキャパシタンスの変化の差（ΔＣ）を読み出して、これを利用してタッチスクリーンパネルに対するタッチ可否を感知することができる。増幅信号（out_amp）の極性は、第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）と第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）のうちどのカップリングキャパシタンスがタッチされたかを示す。
【００５５】
一般に、増幅器は利得（Gain）を上げればバンド幅（Bandwidth）が小さくなって、利得（Gain）を低めればバンド幅（Bandwidth）が広くなる特性を有する。最近になってパネルの大きさが大型化されることによって高速の多重タッチ（multi-touch）が可能なシステムを駆動するためには早いスピードで動作することができる差動増幅器が要求される。
【００５６】
このように早いスピードで動作する差動増幅器が使用される場合には、差動増幅器の利得を大きく上げることができないし、制限された差動増幅器の利得を償うために利得増幅器が追加的に使用されることができる。
【００５７】
図６は、本発明によるタッチ感知回路の増幅器の他の実施例を示す図面である。
【００５８】
図６を参考すれば本発明によるタッチ感知回路の増幅器３２０は、差動増幅器３２１と利得増幅器３２２を含んで構成されることができる。
【００５９】
前記差動増幅器３２１は、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）を非反転入力端（＋）に入力を受けて、前記第２微分信号（Ｖｉｎ−）を反転入力端（−）に入力を受けて、これを増幅して差動出力信号（out_diff）を出力する。利得増幅器３２２は前記差動増幅器３２１の出力である差動出力信号（out_diff）の入力を受けて、利得を調節して利得が調節された信号である前記増幅信号（out_amp）を出力する。
【００６０】
利得増幅器３２２は、利得演算増幅器３２２−１、第１利得抵抗（Ｒｇ１）及び第２利得抵抗（Ｒｇ２）で構成される。
【００６１】
利得演算増幅器３２２−１は、非反転入力端（＋）に基準電圧（ＨＶＣＣ）が印加されて、反転入力端（−）には差動出力信号（out_diff）が第１利得抵抗（Ｒｇ１）を通じて入力される。
【００６２】
第１利得抵抗（Ｒｇ１）は、第１端子が前記差動増幅器３２１の出力端に連結されて、第２端子が前記利得演算増幅器３２２−１の反転入力端（−）に連結される。
【００６３】
第２利得抵抗（Ｒｇ２）は、第１端子が前記利得演算増幅器３２２−１の出力端に連結されて、第２端子が前記第１利得抵抗（Ｒｇ１）の第２端子及び前記利得演算増幅器３２２−１の反転入力端（−）に共通で連結される。
【００６４】
利得増幅器３２２は、第１利得抵抗（Ｒｇ１）と第２利得抵抗（Ｒｇ２）の比によって差動増幅器３２１の出力である差動出力信号（out_diff）を増幅する回路であって、利得増幅器３２２の出力である増幅信号（out_amp）の大きさは、次の式によって求められる。
【数７】
【００６５】
一方、本発明による利得増幅器３２２は、差動増幅器３２１の構成及び検出器３３０の構成によって差動入力（Differential input）が可能な構造に変更使用されることができる。
【００６６】
図７は、本発明によるタッチ感知回路の検出器の詳細構成を示す図面である。
【００６７】
検出器３３０は、交流信号（AC-signal）である増幅信号（out_amp）の入力を受けて、これを直流信号（DC-signal）に変換して検出信号（out_int）を出力する。
【００６８】
前記検出器３３０は、積分増幅器３３１と、積分抵抗（Ｒｉ）と、積分キャパシタンス（Ｃｉ）及び積分スイッチ（ＳＷｉ）を含む積分器で具現されることができる。
【００６９】
前記積分増幅器３３１は、非反転入力端（＋）に基準電圧（ＨＶＣＣ）が入力されて、反転入力端（−）に増幅器３２０の出力である増幅信号（out_amp）が積分抵抗（Ｒｉ）を通じて入力される。
【００７０】
積分抵抗（Ｒｉ）は、第１端子が前記増幅器３２０の出力端に連結されて、第２端子が前記積分増幅器３３１の反転入力端（−）に連結される。積分キャパシタンス（Ｃｉ）は、第１端子が前記積分増幅器３３１の出力端に連結されて、第２端子が前記積分増幅器３３１の反転入力端（−）に連結される。積分スイッチ（ＳＷｉ）は積分キャパシタンス（Ｃｉ）と並列で連結されて、前記積分キャパシタンス（Ｃｉ）をリセットさせる。
【００７１】
積分器で具現された前記検出器３３０の出力である検出信号（out_int）は、下の式によって求められることができる。
【数８】
【００７２】
積分器で具現された前記検出器３３０は、増幅器３２０の構成及びサンプルホールド増幅器３４０の構成によって差動入力（Differential input）が可能な構造に変更使用されることができる。
【００７３】
図８は、本発明によるタッチ感知回路の検出器の他の実施例を示す図面である。
【００７４】
図８に示されたところのように本発明によるタッチ感知回路の検出器３３０は、受動型ピークデテクター３３０ａまたは能動型ピークデテクター３３０ｂで具現されることができる。
【００７５】
図８の（ａ）に示された受動型ピークデテクター３３０ａは、第１端子が前記増幅器３２０の出力端に連結された第１ピークダイオード（Ｄｐｋ１）と、第１端子が前記第１ピークダイオード（Ｄｐｋ１）の第２端子に連結されて、第２端子が接地されている第１ピークキャパシタンス（Ｃｐｋ１）を含んで構成される。
【００７６】
一方、図８の（ｂ）に示された能動型ピークデテクター３３０ｂは、非反転入力端（＋）に前記増幅信号（out_amp）が印加されるピーク増幅器３３０ｂ−１と、第１端子が前記ピーク増幅器３３０ｂ−１の出力端に連結された第２ピークダイオード（Ｄｐｋ２）と、第１端子が前記第２ピークダイオード（Ｄｐｋ２）の第２端子及び前記ピーク増幅器３３０ｂ−１の反転入力端（−）に共通で連結されて、第２端子が接地されている第２ピークキャパシタンス（Ｃｐｋ２）を含んで構成される。
【００７７】
図９は、本発明によるタッチ感知回路のサンプルホールド増幅器の構成を示す図面である。
【００７８】
図９に示されたところのようにサンプルホールド増幅器３４０は、第１入力端に基準電圧（ＨＶＣＣ）が入力されて、第２入力端に検出器の出力である検出信号（out_int）が入力される。
【００７９】
前記サンプルホールド増幅器３４０は、制御信号（図示せず）に回答してオンオフされるサンプルホールドスイッチ（ＳＷｓｈ１〜ＳＷｓｈ５）と、サンプルホールドコンデンサ（Ｃｓｈ１〜Ｃｓｈ４）及びサンプルホールド演算増幅器３４１の動作によって基準電圧（ＨＶＣＣ）及び検出信号（out_int）を増幅してホルディングして、サンプルホールド信号（out_n、out_n+1）を生成した後、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に伝達する。
【００８０】
一方、前記サンプルホールド増幅器は、本発明によるタッチ感知回路３００ではない外部のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）内に具現されることもできる。
【００８１】
以上のように本発明によるタッチ感知回路は、カップリングキャパシタンスの変化を感知するのにおいて、共通モードが除去された差動増幅器を使用することで、ディスプレイによる共通モードノイズを除去することができて、オン−セルタイプのタッチスクリーンパネル構造でも高速のマルチタッチが可能な長所がある。
【００８２】
以上で本発明に対する技術思想を添付図面と共に敍述したが、これは本発明の望ましい実施例を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者なら誰も本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。
【符号の説明】
【００８３】
２００ タッチスクリーンパネル
２１０ 第１駆動電極
２２０ 第１受信電極
２３０ 第２駆動電極
２４０ 第２受信電極
３００ タッチ感知回路
３１０ 微分器
３２０ 増幅器
３３０ 検出器
３４０ サンプルホールド増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の駆動電極と、複数個の受信電極を具備して、前記駆動電極と前記受信電極が交差するノードにカップリングキャパシタンスが形成されるタッチスクリーンパネルに対してタッチによって変化されたカップリングキャパシタンス値をセンシングして、タッチスクリーンパネルに対するタッチ可否を感知するタッチ感知回路において、
第１駆動電極に印加された駆動信号と、前記第１駆動電極に隣接した第２駆動電極に印加された駆動信号の入力をそれぞれ受けて、第１微分信号及び第２微分信号を生成する微分器と、
前記第１微分信号及び前記第２微分信号の入力を受けて、増幅信号（out_amp）を出力する増幅器と、及び
前記差動増幅信号の入力を受けて、検出信号を出力する検出器を具備して、
前記第１駆動電極と第１受信電極が交差するノードに形成された第１カップリングキャパシタンス及び前記第２駆動電極と第２受信電極が交差するノードに形成された第２カップリングキャパシタンスの変化の差をセンシングして、タッチスクリーンパネルのタッチ可否を感知することを特徴とするタッチ感知回路。
【請求項２】
前記微分器は、
前記第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）と、第１端子が前記第１受信電極を通じて前記第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）の一端子に連結された第１微分抵抗（Ｒｘ１）を具備して、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）を生成する第１微分器及び
前記第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）と、第１端子が前記第２受信電極を通じて前記第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）の一端子に連結された第２微分抵抗（Ｒｘ２）を具備して、第２微分信号（Ｖｉｎ−）を生成する第２微分器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチ感知回路。
【請求項３】
前記微分器は、
前記第１微分抵抗（Ｒｘ１）及び前記第２微分抵抗（Ｒｘ２）の大きさを変更することで、前記第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び前記第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節することができることを特徴とする請求項２に記載のタッチ感知回路。
【請求項４】
前記第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子及び前記第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子はお互いに連結されているし、
前記第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子及び前記第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子の連結ノードに基準電圧（ＨＶＣＣ）が印加されることを特徴とする請求項２に記載のタッチ感知回路。
【請求項５】
前記増幅器は、
前記第１微分信号を非反転入力端に入力を受けて、前記第２微分信号を反転入力端に入力を受けて、差動出力である前記増幅信号（out_amp）を出力する差動増幅器でなされたことを特徴とする請求項１に記載のタッチ感知回路。
【請求項６】
前記増幅器は、
前記第１微分信号を非反転入力端に入力を受けて、前記第２微分信号を反転入力端に入力を受けて、これを増幅して差動出力信号（out_diff）を出力する差動増幅器及び
前記差動出力信号の入力を受けて、利得を調節して前記増幅信号（out_amp）を出力する利得増幅器と、を含んでなされることを特徴とする請求項１に記載のタッチ感知回路。
【請求項７】
前記利得増幅器は、
非反転入力端に基準電圧（ＨＶＣＣ）が印加される利得演算増幅器と、
第１端子が前記差動増幅器の出力端子に連結されて、第２端子が前記利得演算増幅器の反転入力端に連結された第１利得抵抗（Ｒｇ１）;及び
第１端子が前記利得演算増幅器の出力端に連結されて、第２端子が前記第１利得抵抗（Ｒｇ１）の第２端子及び前記利得演算増幅器の反転入力端に共通で連結された第２利得抵抗（Ｒｇ２）;を具備することを特徴とする請求項６に記載のタッチ感知回路。
【請求項８】
前記検出器は、
非反転入力端に基準電圧が入力される積分増幅器と、第１端子が前記増幅器の出力端に連結されて、第２端子が前記積分増幅器の反転入力端に連結される積分抵抗（Ｒｉ）と、第１端子が前記積分増幅器の出力端に連結されて、第２端子が前記積分抵抗（Ｒｉ）の第２端子及び前記積分増幅器の反転入力端に共通で連結される積分キャパシタンス（Ｃｉ）と、前記積分キャパシタンス（Ｃｉ）と並列で連結された積分スイッチ（ＳＷｉ）を含む積分器でなされることを特徴とする請求項５または６に記載のタッチ感知回路。
【請求項９】
前記検出器は、
第１端子が前記増幅器の出力端に連結された第１ピークダイオード（Ｄｐｋ１）と、第１端子が前記第１ピークダイオード（Ｄｐｋ１）の第２端子に連結されて、第２端子が接地されている第１ピークキャパシタンス（Ｃｐｋ１）を含む受動ピークデテクターでなされることを特徴とする請求項５または６に記載のタッチ感知回路。
【請求項１０】
前記検出器は、
非反転入力端に前記増幅信号が印加されるピーク増幅器と、第１端子が前記ピーク増幅器の出力端に連結された第２ピークダイオード（Ｄｐｋ２）と、第１端子が前記第２ピークダイオード（Ｄｐｋ２）の第２端子及び前記ピーク増幅器の反転入力端に共通で連結されて、第２端子が接地されている第２ピークキャパシタンス（Ｃｐｋ２）を含む能動ピークデテクターでなされることを特徴とする請求項５または６に記載のタッチ感知回路。
【請求項１】
複数個の駆動電極と、複数個の受信電極を具備して、前記駆動電極と前記受信電極が交差するノードにカップリングキャパシタンスが形成されるタッチスクリーンパネルに対してタッチによって変化されたカップリングキャパシタンス値をセンシングして、タッチスクリーンパネルに対するタッチ可否を感知するタッチ感知回路において、
第１駆動電極に印加された駆動信号と、前記第１駆動電極に隣接した第２駆動電極に印加された駆動信号の入力をそれぞれ受けて、第１微分信号及び第２微分信号を生成する微分器と、
前記第１微分信号及び前記第２微分信号の入力を受けて、増幅信号（out_amp）を出力する増幅器と、及び
前記差動増幅信号の入力を受けて、検出信号を出力する検出器を具備して、
前記第１駆動電極と第１受信電極が交差するノードに形成された第１カップリングキャパシタンス及び前記第２駆動電極と第２受信電極が交差するノードに形成された第２カップリングキャパシタンスの変化の差をセンシングして、タッチスクリーンパネルのタッチ可否を感知することを特徴とするタッチ感知回路。
【請求項２】
前記微分器は、
前記第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）と、第１端子が前記第１受信電極を通じて前記第１カップリングキャパシタンス（Ｃｃ１）の一端子に連結された第１微分抵抗（Ｒｘ１）を具備して、第１微分信号（Ｖｉｎ＋）を生成する第１微分器及び
前記第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）と、第１端子が前記第２受信電極を通じて前記第２カップリングキャパシタンス（Ｃｃ２）の一端子に連結された第２微分抵抗（Ｒｘ２）を具備して、第２微分信号（Ｖｉｎ−）を生成する第２微分器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチ感知回路。
【請求項３】
前記微分器は、
前記第１微分抵抗（Ｒｘ１）及び前記第２微分抵抗（Ｒｘ２）の大きさを変更することで、前記第１微分信号（Ｖｉｎ＋）及び前記第２微分信号（Ｖｉｎ−）の大きさを調節することができることを特徴とする請求項２に記載のタッチ感知回路。
【請求項４】
前記第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子及び前記第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子はお互いに連結されているし、
前記第１微分抵抗（Ｒｘ１）の第２端子及び前記第２微分抵抗（Ｒｘ２）の第２端子の連結ノードに基準電圧（ＨＶＣＣ）が印加されることを特徴とする請求項２に記載のタッチ感知回路。
【請求項５】
前記増幅器は、
前記第１微分信号を非反転入力端に入力を受けて、前記第２微分信号を反転入力端に入力を受けて、差動出力である前記増幅信号（out_amp）を出力する差動増幅器でなされたことを特徴とする請求項１に記載のタッチ感知回路。
【請求項６】
前記増幅器は、
前記第１微分信号を非反転入力端に入力を受けて、前記第２微分信号を反転入力端に入力を受けて、これを増幅して差動出力信号（out_diff）を出力する差動増幅器及び
前記差動出力信号の入力を受けて、利得を調節して前記増幅信号（out_amp）を出力する利得増幅器と、を含んでなされることを特徴とする請求項１に記載のタッチ感知回路。
【請求項７】
前記利得増幅器は、
非反転入力端に基準電圧（ＨＶＣＣ）が印加される利得演算増幅器と、
第１端子が前記差動増幅器の出力端子に連結されて、第２端子が前記利得演算増幅器の反転入力端に連結された第１利得抵抗（Ｒｇ１）;及び
第１端子が前記利得演算増幅器の出力端に連結されて、第２端子が前記第１利得抵抗（Ｒｇ１）の第２端子及び前記利得演算増幅器の反転入力端に共通で連結された第２利得抵抗（Ｒｇ２）;を具備することを特徴とする請求項６に記載のタッチ感知回路。
【請求項８】
前記検出器は、
非反転入力端に基準電圧が入力される積分増幅器と、第１端子が前記増幅器の出力端に連結されて、第２端子が前記積分増幅器の反転入力端に連結される積分抵抗（Ｒｉ）と、第１端子が前記積分増幅器の出力端に連結されて、第２端子が前記積分抵抗（Ｒｉ）の第２端子及び前記積分増幅器の反転入力端に共通で連結される積分キャパシタンス（Ｃｉ）と、前記積分キャパシタンス（Ｃｉ）と並列で連結された積分スイッチ（ＳＷｉ）を含む積分器でなされることを特徴とする請求項５または６に記載のタッチ感知回路。
【請求項９】
前記検出器は、
第１端子が前記増幅器の出力端に連結された第１ピークダイオード（Ｄｐｋ１）と、第１端子が前記第１ピークダイオード（Ｄｐｋ１）の第２端子に連結されて、第２端子が接地されている第１ピークキャパシタンス（Ｃｐｋ１）を含む受動ピークデテクターでなされることを特徴とする請求項５または６に記載のタッチ感知回路。
【請求項１０】
前記検出器は、
非反転入力端に前記増幅信号が印加されるピーク増幅器と、第１端子が前記ピーク増幅器の出力端に連結された第２ピークダイオード（Ｄｐｋ２）と、第１端子が前記第２ピークダイオード（Ｄｐｋ２）の第２端子及び前記ピーク増幅器の反転入力端に共通で連結されて、第２端子が接地されている第２ピークキャパシタンス（Ｃｐｋ２）を含む能動ピークデテクターでなされることを特徴とする請求項５または６に記載のタッチ感知回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２７９０６（Ｐ２０１２−２２７９０６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７６５４（Ｐ２０１１−２４７６５４）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（５０８０３８０９１）シリコン・ワークス・カンパニー・リミテッド (46)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｗｏｒｋｓ Ｃｏ．， ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（５０８０３８０９１）シリコン・ワークス・カンパニー・リミテッド (46)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｗｏｒｋｓ Ｃｏ．， ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
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